JP4062692B2

JP4062692B2 - Walking motion drive unit and alignment apparatus using the same

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Publication number: JP4062692B2
Application number: JP2003067732A
Authority: JP
Inventors: 英二社本; 朗山内; 聰奈良場
Original assignee: Toray Engineering Co Ltd
Current assignee: Toray Engineering Co Ltd
Priority date: 2003-03-13
Filing date: 2003-03-13
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2023-03-13
Also published as: JP2004282819A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超精密位置決め等に使用可能なウォーキング動作駆動ユニットおよびそれを用いて位置決め対象物を目標精度範囲内に高精度で位置決め可能としたアライメント装置に関し、とくに、ウエハー等の実装装置や露光装置等におけるアライメントに用いて好適なウォーキング動作駆動ユニットおよびそれを用いたアライメント装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、ウエハー同士を接合する実装装置や、ウエハーに加工を施したりチップやその他の部材を実装するためにウエハーを所定位置に位置決めするアライナー、あるいは、ウエハー上に所定の露光を施す露光装置等においては、ウエハーを所定の位置に高精度で位置決めする必要がある。従来、このような位置決め対象物の位置決めに用いるアライメント装置としては、たとえば、Ｘ、Ｙ軸方向（水平方向）およびθ方向（回転方向）に位置調整可能なテーブルを積み上げ、必要に応じてＺ軸方向（上下方向）に位置調整可能なテーブルやヘッドを組み合わせたものを使用し、各軸方向や回転方向の位置をそれぞれ調整、制御することにより、位置決め精度を高めるようにしていた。
【０００３】
しかしながら、このような従来のアライメント装置では、各方向（たとえば、Ｘ、Ｙ軸方向、θ方向）のそれぞれについて順次調整していたので、一方向のみに関しては比較的高精度の位置決めが可能であったとしても、他方向への位置決めの際に既に調整した方向の位置精度が狂うことがあり、結果的に、最終的な位置決め精度に限界が生じることとなっていた。また、位置決めには、通常、機械的なガイドを使用しているので、ガイドの精度に限界があり、この面からも最終的な位置決め精度に限界が生じることとなっていた。具体的には、従来のアライメント装置では、サブミクロンレベルの精度での位置決めは期待できない精度範囲となっており、ましてや、数十ナノメーターあるいは数ナノメーターレベルの精度での位置決めは不可能な位置決め精度となっていた。
【０００４】
また、前述の如く、従来のアライメント装置は、Ｘ、Ｙ軸方向やθ方向の位置調整テーブルを積み上げて構成されていたので、最上部の軸以外の軸を調整する場合、その上部に積み上げられている軸も駆動する必要が生じ、位置決めのための駆動、制御の効率が悪いという問題がある。また、Ｘ、Ｙ軸方向やθ方向の位置調整テーブルを積み上げて構成すると、アライメント装置全体の厚み（上下方向寸法）が大きくなり、このアライメント装置を組み込んだ装置、たとえば実装装置や露光装置も、必然的に大型になるという問題、さらにガイドから最上部の位置決め面までの距離が大きくなるので、ガイドの誤差が増幅されてしまい、その分、位置決め精度に悪影響を与えてしまうという問題もある。
【０００５】
さらに、θ方向の位置決めは、所定の中心軸回りに位置調整テーブルを調整するようにしているので、位置決め対象物、たとえばウエハーのサイズが大きくなると、とくにθ方向のアライメント精度はウエハーの半径に比例して外周位置で悪くなるという問題を抱えている。
【０００６】
上記のような従来装置における問題点に着目し、最近、複数のピエゾ素子を用いてウォーキング動作を行わせ、そのウォーキング動作により、位置決め対象物を保持した可動テーブル等を目標位置に精密に位置決めできるようにしたアライメント装置が、先に本出願により提案されている（特許文献１）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−７６０９８号公報（特許請求の範囲）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、先に提案した特許文献１のアライメント装置においては、ウォーキング動作を行わせ、ピエゾ素子を用いた駆動ユニットとして、水平方向に互いに交差して延びる伸縮作動可能な第１、第２のピエゾ素子および実質的に上下方向に延びる伸縮作動可能な第３のピエゾ素子とを備えたピエゾ駆動体を、可動テーブルに接触／離反可能に設けられた支持ブロックに連結した構成のユニットとされていた。この機構では、ピエゾ素子のストロークがそのままウォーキング動作における歩幅となるため、一歩でテーブルを移動できる量が極めて小さい。このため、高速駆動を得ることが困難となり、ウォーキングおよび制御のサイクルが高周波になるという問題が残されていた。また、互いに異なる方向に延びる各ピエゾ素子を一つの支持ブロックを接続することも難しく、結局、接続に接着剤を用いざるを得ず、製作に困難性が伴うととともに、接着剤のクリープ特性が精度に影響を及ぼすおそれがあり、さらに、接着剤の硬化、安定に長時間の養生期間をとる必要がある等の問題が残されている。また、樹脂を主成分とする接着剤では、駆動ユニットの剛性を高く保つことが難しい、真空中での使用時に真空度を劣化する等の問題も残されていた。
【０００９】
そこで本発明の課題は、複数のピエゾ素子を用いてウォーキング動作を行わせるようにした駆動ユニットの優れた精密位置決め性についての利点を活かしつつ、先に提案した駆動ユニットの残された問題点を解決可能な、ウォーキング動作駆動ユニットおよびそれを用いたアライメント装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、先ず、本発明に関連する以下のような参考例に係るウォーキング動作駆動ユニットを考えた。すなわち、この参考例に係るウォーキング動作駆動ユニットは、中心軸周りに３つのピエゾ素子を並列に配設し、該３つのピエゾ素子の一端側を共通の基台に固定するとともに、他端側を共通の可動ブロックに連結し、該可動ブロックの前記ピエゾ素子配設側とは反対側の面に前記中心軸の軸心延在方向またはそれに沿う方向に延び、先端が他部材への接触部を構成する可動柱を、前記可動ブロックと一体的に設けたピエゾ駆動体を、複数有し、該複数のピエゾ駆動体を、それぞれのピエゾ駆動体の前記可動ブロックを順に揺動させるとともに前記他部材に順に接触／離反させることにより、前記他部材に対してウォーキング動作可能に構成したものからなる（参考ウォーキング動作駆動ユニット）。
【００１１】
この参考ウォーキング動作駆動ユニットにおいては、上記３つのピエゾ素子の伸縮量をそれぞれ制御することにより、それらに連結されている可動ブロックを任意の方向に傾けることができ、可動ブロックと一体的に設けられた可動柱を任意の方向に任意の角度だけ揺動させることが可能となる。そして、可動柱の長さを適切に設定することにより、可動ブロックの傾きに伴う可動柱の先端の他部材への接触部における移動量としては、拡大された動作量とすることができ、ウォーキング動作量（歩幅）としては比較的大きな移動制御量を達成することが可能となる。しかも、ウォーキング動作の１歩以内では、各ピエゾ素子の伸縮制御による極めて微量の制御が可能であるから、同時に、極めて精密な位置制御も可能となる。また、３つのピエゾ素子の伸縮の方向を揃えれば、他部材に交互に接触／離反させることも容易に行われ、複数のピエゾ駆動体が容易にウォーキング動作を行えるようになる。また、３つのピエゾ素子は並列に実質的に同一の方向に沿って配設されるので、後述の実施例に示すように、各ピエゾ素子の固定や連結に、接着剤を用いることなく、ねじ止めによることが可能となる。したがって、ウォーキング動作駆動ユニットとして製作、組立の容易化をはかることができるとともに、接着剤の場合のようにクリープ問題がなく、安定化期間を確保する必要がないので短時間での製造が可能であり、しかも大きな剛性を達成できる。また、真空中で使用される場合にも、接着剤に起因して真空度を劣化することもなくなる。また、ウォーキング動作における歩幅を大きくできるから、高速動作が可能になり、同じ動作速度であれば高周波で制御する必要がなくなり、ウォーキング動作の制御が容易化される。さらに、横方向に配置するピエゾ素子がなくなり、３つのピエゾ素子は並列に縦方向に配設されるので、各ピエゾ駆動体、ひいては、ウォーキング動作駆動ユニット全体として、横方向にコンパクトな構成にすることができる。
【００１２】
そして、本発明に係るウォーキング動作駆動ユニットは、支柱を立設した基台に、該支柱と平行に配設した２つの送り用ピエゾ素子の一端側を固定し、該２つの送り用ピエゾ素子の他端側を、前記支柱の先端に揺動自在に連結された中間ブロックに連結し、該中間ブロックの前記２つの送り用ピエゾ素子配設側とは反対側の面上に１つの支持用ピエゾ素子を立設し、該支持用ピエゾ素子の先端側に他部材への接触部を設け、該接触部の変位量が送り用ピエゾ素子の変位量を増幅したものとなるように送り用ピエゾ素子と支持用ピエゾ素子を前記中間ブロックに対して配置したピエゾ駆動体を、複数有し、該複数のピエゾ駆動体を、それぞれのピエゾ駆動体の前記支持用ピエゾ素子を順に揺動させるとともに前記接触部を他部材に順に接触／離反させることにより、前記他部材に対してウォーキング動作可能に構成したことを特徴とするものからなる（本発明ウォーキング動作駆動ユニット）。
【００１３】
この本発明ウォーキング動作駆動ユニットにおいては、上記２つの送り用ピエゾ素子の伸縮量をそれぞれ制御することにより、それらに連結されている中間ブロックを支柱への連結点を支点に任意の方向に傾けることができ、中間ブロックに立設された支持用ピエゾ素子を任意の方向に任意の角度だけ揺動させることが可能となる。そして、この支持用ピエゾ素子の揺動により、その先端側で接触部を介して支持されている他部材を送ることができ、揺動量を適切に制御することにより、他部材の送り量が適切に制御可能となる。そして、送り用ピエゾ素子を伸縮作動させれば、部材への接触部における移動量としては、拡大された動作量とすることができ、支持用ピエゾ素子によって他部材に交互に接触／離反させることも容易に行われ、複数のピエゾ駆動体が容易にウォーキング動作を行えるようになる。また、３つのピエゾ素子は実質的に平行な方向に配設されることになるので、後述の実施例に示すように、各ピエゾ素子の固定や連結に、接着剤を用いることなく、ねじ止めによることが容易となる。したがってこの機構においても、接着剤の場合のようにクリープ問題がなく、安定化期間を確保する必要がないので短時間での製造が可能であり、しかも大きな剛性を達成できる。また、真空中で使用される場合にも、接着剤に起因して真空度を劣化することもなくなる。また、中間ブロックは、基台の支柱に揺動可能に支持され、この支柱には容易に剛性を持たせることができるから、ピエゾ駆動体全体に対しても大きな剛性を持たせることができるようになる。したがって、ウォーキング動作駆動ユニットとして製作、組立の容易化をはかることができるとともに、望ましい大きな剛性を達成できる。また、ウォーキング動作における歩幅を大きくできるから、高速動作が可能になり、同じ動作速度であれば高周波で制御する必要がなくなり、ウォーキング動作の制御が容易化される。さらに、横方向に配置するピエゾ素子がなくなり、３つのピエゾ素子が縦方向に実質的に平行に配設されるので、各ピエゾ駆動体、ひいては、ウォーキング動作駆動ユニット全体として、横方向にコンパクトな構成にすることができる。
【００１４】
上記参考、本発明ウォーキング動作駆動ユニットにおいては、後述の実施例に示すように、２個一対のピエゾ駆動体を設け、２足歩行させることができる。しかし本発明においては、ピエゾ駆動体を３個、４個、さらにはそれ以上設け、３足歩行、４足歩行、さらにはムカデのような多足歩行させることも可能であり、本発明に係るウォーキング動作駆動ユニットは、２足歩行に限らず、このような３足歩行以上のウォーキング動作を行わせるユニットまで含むものである。
【００１５】
本発明に係るアライメント装置は、上記のようなウォーキング動作駆動ユニットを用いて構成される。すなわち、本発明に係るアライメント装置は、位置決め対象物を保持する可動テーブルと、該可動テーブルを移動可能に複数箇所でそれぞれ支持する複数の可動支持手段と、前記位置決め対象物または可動テーブルに付された認識マークを読み取る認識手段と、該認識手段からの情報に基づいて前記可動支持手段の駆動を制御する制御手段とを有し、該制御手段による制御により前記位置決め対象物を目標精度範囲内に位置決めするアライメント装置であって、各可動支持手段が、上記のような他部材に対してウォーキング動作可能に構成されたウォーキング動作駆動ユニットからなり、該他部材が前記可動テーブルであることを特徴とするものからなる。認識手段としては、カメラ、たとえば、赤外線カメラ等を使用できる。
【００１６】
すなわち、上記アライメント装置では、各可動支持手段を構成するウォーキング動作駆動ユニットにおいて、可動ブロックを順に揺動させるとともに前記他部材としての可動テーブルに順に接触／離反させることにより（参考ウォーキング動作駆動ユニット）、あるいは、支持用ピエゾ素子を順に揺動させるとともに前記接触部を可動テーブルに順に接触／離反させることにより（本発明ウォーキング動作駆動ユニット）、各駆動ユニットが、あたかも、可動テーブルに対し相対的に歩行運動する状態となり、これが上記ウォーキング動作となって現れる。このウォーキング動作は可動テーブルに対する相対的な動作であり、実際には、複数の可動支持手段の駆動により可動テーブル側を移動してもよい。複数の可動支持手段の駆動を制御することにより、可動テーブルは少なくともＸ、Ｙ軸方向（水平方向）およびθ方向（回転方向）に一平面内において同時に位置調整可能となり、しかも、その回転中心の位置も任意に制御できるようになり、ピエゾ駆動体を用いた特定の可動支持手段により位置決め対象物を一気に精度よく目標位置へ移動できるようになる。
【００１７】
この位置決めにおいては、基本的に機械的なガイド機構を持たなくてよいので、機械的なガイド機構に起因して位置決め精度に限界が生じることはない。また、複数の可動支持手段の駆動によりＸ、Ｙ、θ軸方向に可動テーブルを一平面内において同時に駆動できるので、複数の可動支持手段による駆動面から、可動テーブル上のあるいは可動テーブル上に保持された位置決め対象物の位置決め対象面までの距離が小さくてよく、従来装置のように駆動面から位置決め対象面までの距離が比較的大きくなる場合における、この距離に起因する、位置決め対象面での駆動面の制御誤差の増幅が生じることもなくなる。したがって、高い位置決め精度が確保される。つまり、複数の可動支持手段により、機械的なガイド機構を用いることなく、効率よくかつ精度よく一気に位置決めできるので、位置決めのための駆動に起因する誤差が生じにくく、高精度の位置決めが可能となる。また、Ｘ、Ｙ、θ軸方向への複数の可動支持手段による駆動面が、実質的に一平面となるので、位置決めのための駆動の効率が良い。さらに、これら複数の可動支持手段は、実質的に一平面上に配置される一組の位置決め手段を構成することになるから、従来装置のように各軸方向や回転方向の位置調整テーブルを積み上げて構成した場合に比べて、とくにアライメント装置の上下方向について大幅な小型化が可能になる。
【００１８】
また、複数の可動支持手段による可動テーブルの移動制御には、高精度に伸縮量を制御できるピエゾ素子を用いているので、すなわち、分解能の極めて高いピエゾ素子を用いているので（現状、ピエゾ素子自体の分解能はオングストロームレベル以下であるが、ピエゾ素子と各種機器を含む測定・制御系では１２ｎｍ程度の分解能となっており、制御構成を変更することでさらに５ｎｍ以下まで分解能を高めることが可能である）、極めて高精度の位置決めが可能になる。また、位置決め対象物のサイズが大型化しても、ピエゾ素子を用いた各可動支持手段を該位置決め対象物の外周部に対応する位置に配置できるので、とくにθ方向における分解能を高く維持できる。
【００１９】
さらに、本発明に係るアライメント装置は、基本的に摺動部を持たなくて済むので、従来の摺動部を有する場合には設置が難しかった真空チャンバー内等にも設置可能となる。また、上記の如く、アライメント装置は上下方向に薄型のものに構成できるので、中央部を開口構造として、中央開口部やそれに対応する位置に、アライメント用の認識手段（たとえば、アライメント用カメラ）を設置したり、加圧動作を伴う場合のバックアップ用部材を設置したりすることが可能になる。
【００２０】
この本発明に係るアライメント装置においては、上記ウォーキング動作により位置決め対象物の粗位置決めが行われ、ウォーキング動作を停止した状態での各ピエゾ素子の伸縮作動により位置決め対象物の精密位置決めが行われるようにすることもできる。各ピエゾ素子の伸縮作動量自身は、それほど大きくはとれないものの、極めて高精度で制御可能であるので、ウォーキング動作による粗調整後に、このような高精度調整を行うことにより、従来不可能であったサブミクロンレベルの精度から、さらにナノメーターレベルの精度の位置決めまでが可能となる。
【００２１】
上記位置決め対象物の精密位置決めは、ウォーキング動作の１歩の範囲内で行われるようにすることが好ましく、これによって、上記粗調整後の、ピエゾ素子の伸縮作動自身を利用した高精度微調整が確実に行われることになる。また、前記ウォーキング動作における揺動位置が、前記位置決め対象物の精密位置決め前に、ウォーキング動作の１歩の範囲内における中央位置にリセットされるようにすることが好ましく、これによって、上記粗調整後の、ピエゾ素子の伸縮作動自身を利用した高精度微調整が、任意の方向において可能となる。
【００２２】
また、ピエゾ素子は、前回の駆動ストロークに対応して次の駆動量、軌跡が決まるという、履歴の影響を受けやすい特徴を持っているので、この特徴による位置決め精度への悪影響を除去するために、以前の動作の履歴の影響が出ないよう精密位置決め前にリセットすることが好ましい。つまり、上記位置決め対象物の精密位置決め前に、それまでの各ピエゾ素子の伸縮作動量の履歴がリセットされるようにすることが好ましい。
【００２３】
また、上記各ピエゾ素子の伸縮作動特性は、予めキャリブレーションされていることが好ましい。これによって、制御手段による制御の精度が確保される。キャリブレーションのタイミングは、適宜設定すればよいが、ピエゾ素子の伸縮作動特性の変動が予想される場合には、高い頻度は不要であるものの定期的に実施されるようにすることが好ましく、その場合キャリブレーション値が最新のものに更新されることが好ましい。
【００２４】
このような本発明に係るアライメント装置は、とくに高精度の位置決めが要求される装置に好適である。たとえば、ウエハー同士やウエハーとチップ、あるいはチップ同士を接合する実装装置に組み込み、その実装装置における被接合物の位置決めに用いることができる。また、ウエハー等をチップやその他の部材を実装するために位置決めするアライナーとして用いることができる。さらに、ウエハー等に所定の露光を施すための露光装置における被露光物の位置決めに用いることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を図面を参照して説明する。
まず、ウォーキング動作駆動ユニット、とくに２足歩行動作を行うユニットの例について説明する。図１および図２は、前述した参考例に係るウォーキング動作駆動ユニットにおけるピエゾ駆動体３１を示している。このピエゾ駆動体３１においては、中心軸（本実施態様では固定ねじ３２が実質的に中心軸を形成している。）周りに３つのピエゾ素子３３が並列に配設されている。これら３つのピエゾ素子３３の一端側は共通の基台３４に固定されており、他端側は共通の可動ブロック３５に連結されている。可動ブロック３５のピエゾ素子配設側とは反対側の面には、中心軸３２の軸心延在方向またはそれに沿う方向に延び（つまり、正確に中心軸３２の軸心延在方向ではなく、若干ずれていてもよい。）、先端が他部材（例えば、後述の可動テーブル）への接触部３６を構成する可動柱３７が、可動ブロック３５と一体的に設けられている。各ピエゾ素子３３は、接着剤を用いることなく、基台３４、可動ブロック３５に、ねじにより固定、連結されている。３つのピエゾ素子３３は、中心軸３２周りに、１２０度の角度で等配されており、基準位置（動作開始前の位置）にて互いに平行に延設されている。
【００２６】
このピエゾ駆動体３１は、各ピエゾ素子３３の伸縮量を制御することにより、可動ブロック３５のあらゆる方向の傾き量を制御でき、それによって可動柱３７の揺動量をあらゆる方向について任意に制御できる。また、３つのピエゾ素子３３の伸縮量を制御することにより、可動ブロック３５、可動柱３７の高さ方向（上下方向）の位置を制御できるから、結局、三次元的に、接触部３６の位置を任意の位置に制御できる。
【００２７】
そして、上記動作を組み合わせることにより、ピエゾ駆動体３１は、接触部３６の位置に関して台形運動を行わせることができる。図３、図４は、説明を簡単にするため、２つのピエゾ素子３３（素子Ａ、素子Ｂ）を伸縮させた場合の、送り成分と支持成分とを含む台形運動の例について示している。すなわち、２つの素子Ａ、素子Ｂを実質的に同時に伸縮させることにより、接触部３６の位置（支持成分）は上下に変化し、２つの素子Ａ、素子Ｂの伸縮動作の位相を異ならしめることにより、送り方向に可動柱３７を揺動させることができ、接触部３６の位置（送り成分）が変化する。これらの成分を合成すれば、図３に示すような台形運動を行わせることができる。図３の▲１▼〜▲８▼の位置は、図４の▲１▼〜▲８▼の位相に対応している。
【００２８】
上記ピエゾ駆動体３１を２個一対の形態で並設することにより、上記台形運動を交互に行わせれば、あたかも、２足歩行運動と同等の動作が得られる。すなわち、図５に示すように、２個のピエゾ駆動体３１を駆動部１、駆動部２として一対の形態で並設したウォーキング動作駆動ユニット４１を構成し、他部材としての、たとえば可動テーブル４２に対して、それぞれのピエゾ駆動体３１の可動ブロック３５（より正確には可動ブロック３５に形成された可動柱３７）を交互に揺動させるとともに、先端の接触部３６をテーブル４２に交互に接触／離反させることにより、テーブル４２に対してウォーキング動作を行うことが可能である。これは、テーブル４２側にとってみれば、テーブル４２を送る動作に相当する。
【００２９】
２つのピエゾ駆動体３１を備えたウォーキング動作駆動ユニット４１によるウォーキング動作は、たとえば図６の▲１▼〜▲８▼に示すように順に行われる。このとき、図５に示した各素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの変位パターンは、たとえば図７に示すようになる。図７における位相▲１▼〜▲８▼は、図６の▲１▼〜▲８▼の状態に対応している。
【００３０】
このようなウォーキング動作駆動ユニット４１においては、各ピエゾ駆動体３１において、可動ブロック３５の傾きは可動柱３７の揺動を介して接触部３６の変位に変換されることから、各ピエゾ素子３３の間隔に対する可動柱３７の長さ分、変位量が拡大される。つまり、ピエゾ素子３３の伸縮量は比較的小さな量であっても、接触部３６の送り方向の変位量としては、比較的大きな量を得ることができる。したがって、前述したように、高速駆動が可能になり、高周波制御が不要となる。さらに、同じ方向に３つのピエゾ素子３３を並設するので、組立が容易であり、接着剤を使用することなくねじ止めが可能となり、製造時間が短くて済むとともに、容易に高い剛性を得ることが可能になる。接着剤の不使用により、真空中で使用する場合の真空度の劣化を防止することも可能となる。さらに、同方向への３つのピエゾ素子３３の並設構造により、各ピエゾ駆動体３１、ひいてはウォーキング動作駆動ユニット４１全体として、とくに横方向にコンパクトな構成を実現できる。
【００３１】
図８および図９は、本発明の一実施態様に係るウォーキング動作駆動ユニットにおけるピエゾ駆動体５１を示しており、前述の参考例に比べ、より剛性を向上させたものである。なお、このピエゾ駆動体５１を２個一対の形態で配置すれば、参考例同様、ウォーキング動作駆動ユニット６１を構成できる（図８に、ウォーキング動作駆動ユニットの符号のみ示す）。このピエゾ駆動体５１においては、支柱５２を立設した基台５３に、該支柱５２と平行に配設した２つの送り用ピエゾ素子５４の一端側が固定され、２つの送り用ピエゾ素子５４の他端側は、支柱５２の先端に揺動自在に連結された中間ブロック５５に連結されている。中間ブロック５５は基台５３に固定ねじ５６で固定されている。中間ブロック５５の２つの送り用ピエゾ素子５４配設側とは反対側の面上には、１つの支持用ピエゾ素子５７が立設し、該支持用ピエゾ素子５７の先端側に他部材への接触部５８が設けられている。支持用ピエゾ素子５７は、本実施態様では、２本の固定ねじ５９により、接触部５８と一体的に形成された固定片６０を介して固定されている。この固定ねじ５９には、支持用ピエゾ素子５７の伸縮量が小さくなりすぎないように、弾性率の比較的低い材料からなるものが好ましく、たとえば黄銅製のねじを使用することが好ましい。
【００３２】
このピエゾ駆動体５１は、たとえば図９に示すように、各送り用ピエゾ素子５４の伸縮量を制御することにより、中間ブロック５５の傾き量を制御でき、それによって支持用ピエゾ素子５７の揺動量を制御できる。２つの送り用ピエゾ素子５４の伸縮量を相対的に制御することにより、傾き方向、揺動方向を制御できる。また、主として支持用ピエゾ素子５７の伸縮量を制御することにより、接触部５８の高さ方向（上下方向）の位置を制御できるから、結局、三次元的に、接触部５８の位置を任意の位置に制御できる。また、接触部５８の変位量Ｌは、送り用ピエゾ素子５４の変位量λを約ｂ／ａ倍だけ増幅したものとなり、本実施態様においても参考例同様、変位量拡大機構が構成されているので、高速駆動が可能になり、高周波制御が不要となる。また、本実施態様ではとくに、高い剛性を持つように形成可能な支柱５７が一体形成された基台５３を使用しているので、この支柱５７部分で高荷重を受け持つことが可能となり、ピエゾ駆動体５１全体として高い剛性を確保できる。さらに、２つの送り用ピエゾ素子５４と支持用ピエゾ素子５７は、設置位置は異なるものの、すべて平行な方向（図の縦方向）に配設されるので、とくに横方向にコンパクトな構成を実現できる。なお、本実施態様においても、各ピエゾ素子の固定に接着剤は使用されず、ねじ止めによっている。
【００３３】
このようなピエゾ駆動体５１においても、上記動作を組み合わせることにより、接触部５８の位置に関して、前述の参考例同様、台形運動を行わせることができる。そして、ピエゾ駆動体５１を２個一対の形態で配置したウォーキング動作駆動ユニット６１とすることにより、前述の参考例同様、他部材としての、たとえば可動テーブル７１（図９に図示）に対して、それぞれのピエゾ駆動体３１の支持用ピエゾ素子５７を交互に揺動させるとともに、先端の接触部５８をテーブル７１に交互に接触／離反させることにより、テーブル７１に対してウォーキング動作を行うことが可能である。これは、テーブル７１側にとってみれば、テーブル７１を送る動作に相当する。
【００３４】
上記参考例および本発明の実施態様におけるウォーキング動作に伴う他部材の送り制御は、たとえば次のように行われる。
制御すべき接触部３６（または５８）の変位を演算のみによって求めることも可能であるが、実際の駆動系においては各種運動誤差要因が含まれるので、ウォーキング動作駆動ユニット４１（または６１）を実際に駆動させる実験から、各種運動誤差要因が含まれた形で制御のための式を求める方が、実際の装置として高い精度が得られる可能性が高い。
【００３５】
すなわち、制御すべき接触部３６（または５８）の変位を、送り制御すべき他部材のｘ，ｙ，ｚ方向に設定し、それらの方向の変位を、３つのピエゾ素子を個々に動作させたときに得られる接触部３６（または５８）の変位に変換できる演算式を実験から求める。次式数１に示すように、各素子の変位量ｐ，ｑ，ｒを、各素子をそれぞれ個別に変位させた場合の接触部３６（または５８）での変位ｘ，ｙ，ｚを測定することで、〔Ａ〕のマトリックスによって求める。実際に送り動作を行う際には、この数１にｘ，ｙ，ｚ座標上で決定される接触部３６（または５８）の動作位置を代入することで、各素子変位量に対応するｐ，ｑ，ｒの値を得ることができる。
【００３６】
【数１】

【００３７】
また、実際の制御においては、各ピエゾ素子は電圧を制御してその変位量を制御することになるので、３つの素子それぞれに対する印加電圧Ｅとｘ，ｙ，ｚ座標上での動作量との対応マトリックスの式としておくことが好ましい。このためには、たとえば、数２に示すような演算式のマトリックス〔Ｂ〕を実験により求めておけばよい。
【００３８】
【数２】

【００３９】
さらに、上記印加電圧と素子変位パターンの算出方法では、素子変位量と印加電圧との関係が線形であると仮定した式となっているが、現実にはピエゾ素子は若干のヒステリシス現象を示すので、このヒステリシス現象を事前に把握しておけば、その補正を行うことも可能となる。このヒステリシス現象の事前把握としては、たとえば、図１０（Ａ）に示すような印加電圧と素子変位量とのヒステリシスとともに、図１０（Ｂ）に示すような印加電圧と接触部３６（または５８）での移動距離とのヒステリシス関係も把握しておくと、より高精度の制御が可能になる。
【００４０】
以上説明したような本発明に係るウォーキング動作駆動ユニットを用いて、本発明に係るアライメント装置は、たとえば次のように構成される。
【００４１】
図１１は、本発明の一実施態様に係るアライメント装置を組み込んだ、ウエハー同士を接合する実装装置を示している。実装装置１は、被接合物としてのウエハー２ａとウエハー２ｂを接合するもので、本実施態様では、位置決め対象物としてのウエハー２ａの位置決めに、本発明に係るアライメント装置３が組み込まれている。
【００４２】
ウエハー２ａとウエハー２ｂの接合は、本実施態様では、接合チャンバー４内で行われるようになっているが、チャンバー４は必要に応じて設置すればよい。本実施態様では接合チャンバー４に開閉可能なゲート５が設けられており、ゲート５開の状態で、搬送手段としてのロボット６により、被接合物としてのウエハー２ａとウエハー２ｂが接合チャンバー４内に導入される。
【００４３】
被接合物同士の接合部においては、図１１の上側のウエハー２ｂを直接的に保持する手段は、本実施態様では静電チャック７から構成されており、静電チャック７は昇降可能なヘッド８の下端に取り付けられている。ヘッド８の下部には、複数の伸縮制御可能な支柱９が配設されており、各支柱９の伸縮量を制御することにより、静電チャック７の平行度、ひいては、上部側静電チャック７に保持されている上側のウエハー２ｂの下側のウエハー２ａに対する平行度を調整できるようになっている。各支柱９の伸縮量の制御に、たとえばピエゾ素子を用いることが可能である。
【００４４】
また、ヘッド８の下部には、後述の赤外線カメラの方向に向けて照射される光を導くライトガイド１０が設けられている。ライトガイド１０は、光源（図示略）から光ファイバー等を介して導光されてきた光を、垂直下方に向けて照射するようになっている。ライトガイド１０からの光が透過される、静電チャック７の部位は、光透過が可能な透明体から構成されているか、光透過用の穴が開けられている。
【００４５】
ヘッド８の上方には、昇降機構１１が設けられており、その上方に、エアシリンダ等の加圧シリンダ１２を有する加圧手段１３が設けられている。加圧シリンダ１２には、下方に向かう加圧力をコントロールするための加圧ポート１４と、加圧力を制御するとともに上方への移動力を生じさせるバランスポート１５が設けられている。昇降機構１１は、ヘッド８、静電チャック７に保持されている上側のウエハー２ｂを下方に移動させるとともに、移動および平行度調整後に、下側のウエハー２ａに上側のウエハー２ｂを接触させて仮接合することができる。また、加圧手段１３は、仮接合時に昇降機構１１を介して押圧力を加えることができるとともに、仮接合後に、さらに下降された上側のウエハー２ｂを下側のウエハー２ａにさらに押圧して、加圧により本接合することができるようになっている。
【００４６】
本実施態様では、下側のウエハー２ａの位置決めのために、アライメント装置３が設けられている。アライメント装置３は、位置決め対象物としてのウエハー２ａを保持する透明体からなる可動テーブル１６と、該可動テーブル１６を移動可能に複数箇所で（本実施態様では可動テーブル１６の周方向に３箇所で）それぞれ支持する複数の可動支持手段１７とを有しており、各可動支持手段１７は、各可動支持手段１７に対応して上下方向に延びる支持台１８上に設けられており、各可動支持手段１７上に可動テーブル１６が移動可能に支持されている。本実施態様では、後述の如く、下方に認識手段としての赤外線カメラが設けられているので、前記ライトガイド１０からの光が赤外線カメラへと到達できるように、可動テーブル１６が透明体（たとえば、ガラス板）から構成されているが、中央部等に透過用の穴が開設された構造とすることも可能である。上記各支持台１８は、上下方向（Ｚ方向）の位置調整（高さ調整）が可能な台から構成されていてもよい。なお、本実施態様では、上側のウエハー２ｂに対してのみ静電チャック７を設けてあるが、場合によっては、下側のウエハー２ａに対しても、たとえば中央に穴の開いた環状に延びる静電チャック、好ましくは透明体からなる静電チャックを設けるようにしてもよい。
【００４７】
本実施態様では、可動テーブル１６の下方でかつ接合チャンバー４外の位置に、認識手段としての赤外線カメラ２０が設けられている。赤外線カメラ２０は、プリズム装置２１を介して、ライトガイド１０からの照射光を用いて、上側のウエハー２ｂまたは静電チャック７に付されたアライメント用の認識マーク、および、下側のウエハー２ａまたは可動テーブル１６に付された認識マークを、それぞれ読み取ることができるようになっている。この赤外線カメラ２０およびプリズム装置２１の位置も、位置調整手段２２を介して調整、制御できるようになっている。
【００４８】
アライメント装置３は、図１２に示すように構成されている。本実施態様では、図１２に示すように、円板状の可動テーブル１６の周方向に３箇所、合計３つ、可動支持手段として、前述のウォーキング動作駆動ユニット４１が設けられている。この駆動ユニットとしては、前述のウォーキング動作駆動ユニット６１を使用してもよい。本実施態様では、３つのウォーキング動作駆動ユニット４１（６１）の動作を制御することにより、可動テーブル１６は、Ｘ，Ｙ，θ方向に、目標位置に精度よく位置決めされる。また、Ｚ方向にも微調整可能である。
【００４９】
このように本発明に係るアライメント装置３では、少なくともＸ、Ｙ軸方向およびθ方向に同時に位置調整可能となり、ウエハー２ａを一気に目標位置に位置決め可能となる。位置決めに際しては、赤外線カメラ２０で認識マークを読み取り、ウエハー２ａあるいは可動テーブル１６が、目標位置に、目標とする精度範囲内で位置決めされているか否かを確認でき、目標精度範囲内に到達していない場合には、到達できるまで、上記ウォーキング動作による位置決め動作を続行させることができる。このような一連の動作の制御が、少なくとも赤外線カメラ２０からの位置認識情報が入力され、該入力情報に基づいて各可動支持手段１７の駆動方向、駆動量を制御する制御手段、たとえばマイクロコンピュータを用いた制御手段によって行われる。なお、認識マークを読み取る認識手段としては、赤外線カメラ２０に限定されず、通常の可視光カメラや、レーザを用いた認識手段の使用も可能である。
【００５０】
上記位置決めのための各可動支持手段１７の駆動は、各ピエゾ素子の伸縮作動によるものであり、ピエゾ素子の伸縮作動量は、極めて微少に制御できることが知られている。したがって、各ピエゾ素子の伸縮作動を予めキャリブレーションしておき、たとえば前述の数１、数２を求めておき、各ピエゾ素子の伸縮作動に基づくウエハー２ａの位置決めを行うことにより、極めて高精度な位置決めが行われることになる。その結果、下側のウエハー２ａと上側のウエハー２ｂが高精度に位置合わせされ、両者の接合精度が大幅に向上される。なお、Ｚ方向に関する位置決めについては、少なくともピエゾ素子自身の伸縮動作を利用して、微調整を行うことも可能である。また、ウォーキング動作終了後に各可動支持手段１７のピエゾ駆動体の作動を制御することにより、Ｚ方向に関する位置決めに加え、Ｘ、Ｙ軸周り回転方向の微調整も各々行うことができるので、上側のウエハー２ｂに対する下側のウエハー２ａの平行度についても、高精度の微調整が可能となる。
【００５１】
また、本発明に係るアライメント装置３においては、上記の如く、ウエハー２ａを同一平面においてＸ、Ｙ、θ方向に位置決めできるので、従来のように、各軸方向用の各位置調整テーブルを積み上げてアライメント装置を構成する必要がなくなり、アライメント装置３自体、薄型のものに構成できる。その結果、このアライメント装置３を組み込んだ装置全体の小型化をはかることができる。また、同一平面内で各方向同時に位置決めすることになるので、位置決めのための駆動の効率も良い。また、各可動支持手段１７が可動テーブル１６の周縁部に配置されているので、比較的大型の可動テーブル１６やその上に保持されるウエハー２ａに対しても、とくにθ方向の位置決め精度を低下させることなく対応することが可能である。
【００５２】
本発明に係るアライメント装置３においては、さらに位置決め精度の向上をはかることが可能である。たとえば、前述したように、一般にピエゾ素子は、前回の駆動ストロークに対応して次の駆動量、軌跡が決まるという、履歴の影響を受けやすい特徴を持っているので、この特徴による位置決め精度への悪影響を除去するために、以前の動作の履歴の影響が出ないようにすることが好ましい。そのために、ウォーキング動作１歩内での精密位置決め前に以前の動作の履歴を消すようにリセットすることが好ましい。つまり、各ピエゾ素子の伸縮作動量について、それまでの履歴が精密位置決め前にリセットされることが好ましい。
【００５３】
また、本発明に係るアライメント装置３においてさらに位置決め精度の向上をはかるためには、上述したウォーキング動作による位置決めによりあるレベルの精度内まで粗位置決めを行い、その状態で基本的に前述したウォーキング動作を停止し、ウォーキング動作を停止した状態で、各ピエゾ素子自身の伸縮作動を利用して、ウエハー２ａをさらに高精度に精密位置決めすることが可能である。この精密位置決めは、ウォーキング動作を停止した状態で行うので、基本的にウォーキング動作の１歩以内の位置調整範囲内で行う必要がある。また、いずれの方向にも精密位置決めのための微調整が効くように、精密位置決め直前に、各ピエゾ素子の伸縮作動による揺動位置を、ウォーキング動作の１歩の範囲内における中央位置にリセットすることが好ましい。この中央位置へのリセットは、前述の履歴のリセットと同時に行うことができる。
【００５４】
このような精密位置決めのための一連の制御は、たとえば図１３に示すようなフローにしたがって行われる。図１３に示す制御では、ステップＳ１で前述の如き粗位置決めのためのウォーキング動作が実行され、認識手段によって測定された目標位置との誤差δが、ウォーキング動作の１歩内に入ったか否かが判定され（ステップＳ２）、１歩内に入っていない場合にはステップＳ１に戻ってウォーキング動作が続行される。１歩内に入ったと判定された場合には、ピエゾ素子の位置が、ウォーキング動作の１歩の範囲内における中央位置にリセットされ（ステップＳ３）、その１歩内で各ピエゾ素子の伸縮作動による精密位置決めによって、高精度のアライメントが達成される（ステップＳ４）。そして、認識手段によって測定された目標位置との誤差δが目標とする高精度範囲内に入ったか否かか確認され（ステップＳ５）、入っていない場合にはステップＳ３に戻って精密位置決め動作を繰り返す。目標高精度範囲内に入ったとき、この制御フローを終了する。このような精密位置決めにより、従来は不可能とされていたナノメーターレベルでの高精度アライメントが可能になる。
【００５５】
なお、上記実施態様は、ウエハー同士の実装装置について説明したが、本発明に係るアライメント装置は、ウエハーとチップとの実装装置やチップ同士の実装装置にも適用でき、また、単なるアライナーにも適用でき、さらに、被露光物、たとえばウエハーに、露光を施す露光装置にも適用できる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のウォーキング動作駆動ユニットによれば、制御が容易で優れた精密位置決め性を確保でき、製造、組立が簡単で短時間で行うことができ、高い剛性を有し安定して所望のウォーキング動作およびウォーキング動作後の精密位置決めを行うことができる駆動ユニットを提供できる。
【００５７】
また、本発明のアライメント装置によれば、従来装置のように各軸方向や回転方向の位置調整テーブルを積み上げて構成する方式ではなく、複数のピエゾ駆動体を備えた可動支持手段を複数配設し、各可動支持手段の駆動を制御する構成とすることにより、位置決め対象物を保持する可動テーブルを、少なくともＸ軸、Ｙ軸、θ方向に、同一平面内にて同時に位置調整可能とし、位置決め対象物を効率よく目標位置に高精度で位置決めでき、従来達成し得なかったナノメーターレベルのアライメント精度まで達成可能となる。また、位置調整テーブルを積み上げなくてよいので、アライメント装置自身、ひいてはこのアライメント装置を組み込んだ装置全体の大幅な薄型化、小型化をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例に係るウォーキング動作駆動ユニットにおけるピエゾ駆動体の斜視図である。
【図２】図１のピエゾ駆動体の平面図である。
【図３】図１のピエゾ駆動体の動作を説明するための概略構成図である。
【図４】図３のピエゾ駆動体の動作の各位相における動作特性図である。
【図５】図１のピエゾ駆動体を用いたウォーキング動作駆動ユニットの概略構成図である。
【図６】図５のウォーキング動作駆動ユニットの動作を説明するための概略構成図である。
【図７】図５のウォーキング動作駆動ユニットの各駆動部の動作の各位相における動作特性図である。
【図８】本発明の一実施態様に係るウォーキング動作駆動ユニットにおけるピエゾ駆動体の斜視図および部分横断面図である。
【図９】図８のピエゾ駆動体の動作を説明するための概略構成図である。
【図１０】ピエゾ素子への印加電圧と素子変位量および他部材の移動距離との関係におけるヒステリシス現象の例を示す特性図である。
【図１１】本発明の一実施態様に係るアライメント装置を組み込んだ実装装置の概略構成図である。
【図１２】図１１の装置におけるアライメント装置部の拡大透視斜視図である。
【図１３】図１２のアライメント装置の制御例を示すフロー図である。
【符号の説明】
１実装装置
２ａ位置決め対象物としてのウエハー
２ｂ被接合物としてのウエハー
３アライメント装置
４接合チャンバー
５ゲート
６搬送ロボット
７静電チャック
８ヘッド
９支柱
１０ライトガイド
１１昇降機構
１２加圧シリンダ
１３加圧手段
１４加圧ポート
１５バランスポート
１６可動テーブル
１７可動支持手段
１８支持台
２０認識手段としての赤外線カメラ
２１プリズム装置
２２位置調整手段
３１ピエゾ駆動体
３２中心軸（固定ねじ）
３３ピエゾ素子
３４基台
３５可動ブロック
３６接触部
３７可動柱
４１ウォーキング動作駆動ユニット
４２可動テーブル
５１ピエゾ駆動体
５２支柱
５３基台
５４送り用ピエゾ素子
５５中間ブロック
５６固定ねじ
５７支持用ピエゾ素子
５８接触部
５９固定ねじ
６０固定片
６１ウォーキング動作駆動ユニット[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a walking operation drive unit that can be used for ultra-precision positioning and the like, and an alignment apparatus that can position an object to be positioned with high accuracy within a target accuracy range by using the walking operation drive unit. The present invention relates to a walking operation drive unit suitable for alignment in an apparatus or the like and an alignment apparatus using the same.
[0002]
[Prior art]
For example, in a mounting apparatus that joins wafers, an aligner that positions the wafer at a predetermined position in order to process the wafer or mount chips or other members, or an exposure apparatus that performs predetermined exposure on the wafer Needs to position the wafer at a predetermined position with high accuracy. Conventionally, as an alignment apparatus used for positioning of such a positioning object, for example, a table whose position can be adjusted in the X and Y axis directions (horizontal direction) and the θ direction (rotation direction) is stacked, and if necessary, the Z axis Using a combination of a table and a head whose position can be adjusted in the direction (vertical direction), and adjusting and controlling the position in each axial direction and rotational direction, the positioning accuracy is improved.
[0003]
However, in such a conventional alignment apparatus, since each direction (for example, X, Y axis direction, θ direction) is sequentially adjusted, relatively high-precision positioning is possible only in one direction. Even in this case, the position accuracy in the already adjusted direction may be out of order when positioning in the other direction, and as a result, the final positioning accuracy is limited. Further, since a mechanical guide is usually used for positioning, there is a limit to the accuracy of the guide, and this also limits the final positioning accuracy. Specifically, with conventional alignment devices, positioning with submicron-level accuracy is not possible, and even positioning with accuracy of tens of nanometers or nanometers is impossible. It was accuracy.
[0004]
In addition, as described above, the conventional alignment apparatus is configured by stacking the position adjustment tables in the X and Y axis directions and the θ direction. Therefore, when adjusting an axis other than the uppermost axis, the alignment apparatus is stacked on the upper part. It is also necessary to drive the shaft that is being driven, and there is a problem that the efficiency of driving and control for positioning is poor. Further, if the position adjustment tables in the X and Y axis directions and the θ direction are stacked, the thickness of the entire alignment apparatus (the vertical dimension) increases, and an apparatus incorporating this alignment apparatus, such as a mounting apparatus or an exposure apparatus, There is a problem that the size is inevitably increased, and further, since the distance from the guide to the uppermost positioning surface is increased, the error of the guide is amplified, and the positioning accuracy is adversely affected.
[0005]
Further, since the positioning in the θ direction is performed by adjusting the position adjustment table around a predetermined center axis, the alignment accuracy in the θ direction is proportional to the radius of the wafer, particularly when the size of the positioning object, for example, the wafer is increased. And has a problem that it gets worse at the outer peripheral position.
[0006]
Focusing on the problems in the conventional apparatus as described above, recently, a walking operation is performed using a plurality of piezo elements, and the walking table can precisely position a movable table or the like holding a positioning object at a target position. Such an alignment apparatus has been previously proposed by the present application (Patent Document 1).
[0007]
[Patent Document 1]
JP 2002-76098 A (Claims)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the previously proposed alignment apparatus of Patent Document 1, the first and second piezo elements capable of extending and contracting extending in the horizontal direction as drive units using the piezo elements by performing a walking operation. In addition, the piezoelectric driving body including the third piezoelectric element that can extend and contract substantially extending in the vertical direction is a unit that is connected to a support block that can be contacted / separated from the movable table. In this mechanism, since the stroke of the piezo element is directly used as a stride in the walking operation, the amount that the table can be moved in one step is extremely small. For this reason, it is difficult to obtain high-speed driving, and there remains a problem that the cycle of walking and control becomes high frequency. In addition, it is difficult to connect one support block to each piezo element extending in different directions, and eventually an adhesive must be used for the connection, and there are difficulties in manufacturing, and the creep characteristics of the adhesive are There is a possibility that it may affect the accuracy, and further problems such as curing of the adhesive and the need for a long curing period to be stable remain. In addition, the adhesive mainly composed of a resin still has problems such as difficulty in maintaining high rigidity of the drive unit and deterioration of the degree of vacuum when used in a vacuum.
[0009]
Therefore, an object of the present invention is to solve the remaining problems of the previously proposed drive unit while taking advantage of the excellent precision positioning property of the drive unit that allows the walking operation to be performed using a plurality of piezo elements. It is an object of the present invention to provide a walking motion drive unit and an alignment apparatus using the same that can be solved.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
To solve the above problem, First, the walking motion drive unit according to the following reference example related to the present invention was considered. That is, this reference example The walking operation driving unit according to the present invention has three piezo elements arranged in parallel around the central axis, and fixes one end side of the three piezo elements to a common base and the other end side to a common movable block. A movable column that extends in a direction extending along or along the axis of the central axis on the surface of the movable block opposite to the side on which the piezo element is disposed, and whose tip constitutes a contact portion to another member; A plurality of piezo drive bodies provided integrally with the movable block, wherein the plurality of piezo drive bodies sequentially swing the movable blocks of the respective piezo drive bodies and contact / separate the other members in sequence. By doing so, it can be configured to be able to walk with respect to the other members. Tama Consisting of ( reference Walking motion drive unit).
[0011]
this reference In the walking operation drive unit, by controlling the expansion and contraction amounts of the three piezo elements, the movable block connected to them can be tilted in any direction, and the movable block integrally provided with the movable block is provided. The column can be swung in an arbitrary direction by an arbitrary angle. Then, by appropriately setting the length of the movable column, the amount of movement at the contact portion of the movable column at the tip of the movable column with the inclination of the movable block can be an enlarged amount of movement, and walking A relatively large movement control amount can be achieved as the movement amount (step length). In addition, since a very small amount of control can be performed by expansion / contraction control of each piezo element within one step of the walking operation, at the same time, extremely precise position control is also possible. Further, if the directions of expansion and contraction of the three piezoelectric elements are aligned, it is easy to alternately contact / separate other members, and a plurality of piezoelectric driving bodies can easily perform a walking operation. Further, since the three piezo elements are arranged in parallel along substantially the same direction, the screws can be fixed without using an adhesive to fix or connect each piezo element as shown in the embodiments described later. It is possible to stop. Therefore, it can be manufactured and assembled as a walking operation drive unit, and there is no creep problem as in the case of adhesives, and it is not necessary to secure a stabilization period, so it can be manufactured in a short time. In addition, great rigidity can be achieved. Further, even when used in a vacuum, the degree of vacuum does not deteriorate due to the adhesive. In addition, since the stride in the walking operation can be increased, a high-speed operation is possible. If the operation speed is the same, there is no need to control at a high frequency, and the control of the walking operation is facilitated. Furthermore, since there are no piezo elements arranged in the horizontal direction, the three piezo elements are arranged in parallel in the vertical direction, so that each piezo drive, and thus the walking operation drive unit as a whole, has a compact configuration in the horizontal direction. be able to.
[0012]
And The walking operation drive unit according to the present invention fixes one end of two feeding piezo elements arranged in parallel to the support to a base on which the support is erected, and the other end of the two feeding piezo elements. The side is connected to an intermediate block that is swingably connected to the tip of the support column, and one supporting piezo element is provided on the surface of the intermediate block opposite to the two feeding piezo elements. Standing up, providing a contact part to other members on the tip side of the supporting piezo element The feeding piezo element and the supporting piezo element are arranged with respect to the intermediate block so that the displacement amount of the contact portion is obtained by amplifying the displacement amount of the feeding piezo element. By having a plurality of piezo drive bodies, the plurality of piezo drive bodies swing the supporting piezo elements of each piezo drive body in order, and contact / separate the contact portion with other members in order, It consists of what was comprised so that walking operation was possible with respect to other members ( The present invention Walking motion drive unit).
[0013]
this The present invention In the walking operation drive unit, by controlling the expansion and contraction amounts of the two feeding piezo elements, the intermediate blocks connected to them can be tilted in any direction with the connection point to the support as a fulcrum, It becomes possible to swing the supporting piezo element erected on the intermediate block in an arbitrary direction by an arbitrary angle. Then, by swinging the supporting piezo element, the other member supported on the tip side via the contact portion can be sent, and by appropriately controlling the swing amount, the feed amount of the other member is appropriate. Can be controlled. If the feeding piezo element is expanded and contracted, the amount of movement at the contact portion with the member can be increased, and the supporting piezo element can alternately contact / separate with other members. Is also easily performed, and a plurality of piezo drive bodies can easily perform a walking operation. Also, since the three piezo elements are arranged in a substantially parallel direction, as shown in the examples to be described later, screwing is performed without using an adhesive for fixing or connecting each piezo element. It becomes easy to. Therefore, even in this mechanism, there is no creep problem as in the case of the adhesive, and it is not necessary to secure a stabilization period, so that it is possible to manufacture in a short time and achieve high rigidity. Further, even when used in a vacuum, the degree of vacuum does not deteriorate due to the adhesive. Further, the intermediate block is swingably supported by the support column of the base, and the support column can be easily given rigidity, so that the entire piezo drive body can be given high rigidity. become. Therefore, it is possible to facilitate manufacture and assembly as a walking operation drive unit, and to achieve a desired high rigidity. In addition, since the stride in the walking operation can be increased, a high-speed operation is possible. If the operation speed is the same, there is no need to control at a high frequency, and the control of the walking operation is facilitated. Further, since there are no piezo elements arranged in the lateral direction, three piezo elements are arranged substantially in parallel in the vertical direction, so that each piezo drive, and thus the walking operation drive unit as a whole, is compact in the lateral direction. Can be configured.
[0014]
the above Reference, the present invention In the walking operation drive unit, as shown in an example described later, a pair of two piezo drive bodies can be provided to walk on two legs. However, in the present invention, it is possible to provide three, four, or more piezo drive bodies, and to make a three-legged walk, a four-legged walk, or even a multi-legged walk like a centipede. The walking operation drive unit is not limited to walking on two legs, and includes a unit that performs such a walking action on three or more legs.
[0015]
The alignment apparatus according to the present invention is configured using the walking operation drive unit as described above. That is, the alignment apparatus according to the present invention is attached to a movable table that holds a positioning object, a plurality of movable support means that respectively support the movable table at a plurality of locations so as to be movable, and the positioning object or the movable table. A recognition means for reading the recognition mark, and a control means for controlling the drive of the movable support means based on information from the recognition means. The control means controls the positioning object within a target accuracy range. An alignment apparatus for positioning, wherein each movable support means includes a walking operation drive unit configured to be capable of walking with respect to the other member as described above, and the other member is the movable table. It consists of what to do. As the recognition means, a camera such as an infrared camera can be used.
[0016]
That is, in the above alignment apparatus, in the walking operation drive unit constituting each movable support means, the movable block is sequentially swung and the movable table as the other member is sequentially contacted / separated ( reference (Walking operation drive unit) or by swinging the supporting piezo element in order and making the contact part contact / separate the movable table in order ( The present invention Walking operation drive unit), each drive unit is in a state of walking relative to the movable table, which appears as the walking operation. This walking operation is a relative operation with respect to the movable table, and may actually be moved on the movable table side by driving a plurality of movable support means. By controlling the driving of the plurality of movable support means, the movable table can be simultaneously adjusted in a plane in at least the X and Y axis directions (horizontal direction) and the θ direction (rotation direction), and the rotation center of the movable table can be adjusted. The position can also be arbitrarily controlled, and the positioning object can be moved to the target position with high accuracy at once by the specific movable support means using the piezo driver.
[0017]
In this positioning, it is basically unnecessary to have a mechanical guide mechanism, so that there is no limit in positioning accuracy due to the mechanical guide mechanism. In addition, since the movable table can be driven simultaneously in the X, Y, and θ axis directions in a single plane by driving a plurality of movable support means, the drive surface by the plurality of movable support means can be held on or on the movable table. The distance from the positioning target object to the positioning target surface may be small, and when the distance from the driving surface to the positioning target surface is relatively large as in the conventional device, this distance causes the positioning target surface to Amplification of the control error of the drive surface will not occur. Therefore, high positioning accuracy is ensured. In other words, since a plurality of movable support means can be positioned efficiently and accurately at once without using a mechanical guide mechanism, errors due to driving for positioning are unlikely to occur, and highly accurate positioning is possible. . In addition, since the drive surface by the plurality of movable support means in the X, Y, and θ axis directions is substantially one plane, the drive efficiency for positioning is good. Further, since the plurality of movable support means constitute a set of positioning means arranged substantially on one plane, the position adjustment tables in each axial direction and rotation direction are stacked as in the conventional device. Compared with the case where it comprises, the downsizing of the alignment apparatus can be significantly reduced particularly in the vertical direction.
[0018]
In addition, the movement control of the movable table by a plurality of movable support means uses a piezo element that can control the amount of expansion and contraction with high accuracy, that is, a piezo element with extremely high resolution (currently, the piezo element). The resolution itself is below the angstrom level, but in the measurement / control system including the piezo element and various devices, the resolution is about 12 nm, and the resolution can be further increased to 5 nm or less by changing the control configuration. Yes, extremely accurate positioning is possible. Further, even if the size of the positioning object is increased, each movable support means using a piezo element can be arranged at a position corresponding to the outer peripheral portion of the positioning object, so that the resolution in the θ direction can be maintained particularly high.
[0019]
Furthermore, since the alignment apparatus according to the present invention basically does not need to have a sliding portion, it can be installed in a vacuum chamber or the like, which is difficult to install when a conventional sliding portion is provided. In addition, as described above, the alignment apparatus can be configured to be thin in the vertical direction, so that the central part has an opening structure, and an alignment recognition means (for example, an alignment camera) is provided at the central opening or a corresponding position. It becomes possible to install or install a backup member when accompanied by a pressurizing operation.
[0020]
In the alignment apparatus according to the present invention, the positioning object is roughly positioned by the walking operation, and the positioning object is precisely positioned by the expansion and contraction operation of each piezo element in a state where the walking operation is stopped. You can also Although the expansion and contraction operation amount of each piezo element itself cannot be so large, it can be controlled with extremely high precision.Thus, after performing coarse adjustment by walking operation, such high precision adjustment is impossible. From sub-micron level accuracy to nanometer level accuracy positioning is possible.
[0021]
It is preferable that the precise positioning of the positioning object is performed within the range of one step of the walking operation, whereby high-precision fine adjustment using the expansion / contraction operation of the piezo element after the rough adjustment is performed. It will be done reliably. Further, it is preferable that the swing position in the walking operation is reset to a central position within a range of one step of the walking operation before the precise positioning of the positioning object. High-precision fine adjustment using the expansion and contraction operation of the piezo element is possible in any direction.
[0022]
In addition, the piezo element has a feature that is easily affected by the history that the next drive amount and locus are determined corresponding to the previous drive stroke, so in order to eliminate the adverse effect on positioning accuracy due to this feature. It is preferable to reset before precise positioning so as not to affect the history of previous operations. That is, it is preferable that the history of the expansion / contraction operation amount of each piezo element is reset before precise positioning of the positioning object.
[0023]
Moreover, it is preferable that the expansion / contraction operation characteristics of each of the piezoelectric elements are calibrated in advance. Thereby, the accuracy of control by the control means is ensured. The timing of calibration may be set as appropriate.However, if the expansion and contraction operation characteristics of the piezo element are expected to change, it is preferable to perform the calibration periodically, although a high frequency is unnecessary. In this case, the calibration value is preferably updated to the latest one.
[0024]
Such an alignment apparatus according to the present invention is particularly suitable for an apparatus that requires highly accurate positioning. For example, it can be incorporated in a mounting apparatus for bonding wafers to each other, a wafer and a chip, or chips to each other, and used for positioning an object to be bonded in the mounting apparatus. Further, it can be used as an aligner for positioning a wafer or the like for mounting a chip or other member. Further, it can be used for positioning an object to be exposed in an exposure apparatus for performing predetermined exposure on a wafer or the like.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, an example of a walking motion drive unit, particularly a unit that performs a bipedal walking motion will be described. FIG. 1 and FIG. Reference example mentioned above The piezo drive body 31 in the walking operation drive unit according to FIG. In the piezo drive 31, three piezo elements 33 are arranged in parallel around a central axis (in this embodiment, the fixing screw 32 substantially forms the central axis). One end side of these three piezo elements 33 is fixed to a common base 34, and the other end side is connected to a common movable block 35. The surface of the movable block 35 opposite to the piezoelectric element mounting side extends in the axial direction of the central shaft 32 or in a direction along the central axis 32 (that is, not exactly in the axial direction of the central shaft 32, A movable column 37 whose front end constitutes a contact portion 36 to another member (for example, a movable table described later) is provided integrally with the movable block 35. Each piezo element 33 is fixed and connected to the base 34 and the movable block 35 by screws without using an adhesive. The three piezo elements 33 are equally arranged around the central axis 32 at an angle of 120 degrees, and extend in parallel with each other at a reference position (position before the start of operation).
[0026]
The piezo driver 31 can control the amount of inclination of the movable block 35 by controlling the amount of expansion / contraction of each piezo element 33, and can thereby arbitrarily control the amount of swing of the movable column 37 in any direction. Further, since the position of the movable block 35 and the movable column 37 in the height direction (vertical direction) can be controlled by controlling the amount of expansion / contraction of the three piezoelectric elements 33, the position of the contact portion 36 is eventually three-dimensionally. Can be controlled to an arbitrary position.
[0027]
Then, by combining the above operations, the piezo driver 31 can perform a trapezoidal movement with respect to the position of the contact portion 36. 3 and 4 show an example of a trapezoidal motion including a feed component and a support component when two piezo elements 33 (element A and element B) are expanded and contracted for the sake of simplicity. That is, when the two elements A and B are expanded and contracted substantially simultaneously, the position (support component) of the contact portion 36 changes up and down, and the phases of the expansion and contraction operations of the two elements A and B are made different. Thus, the movable column 37 can be swung in the feed direction, and the position (feed component) of the contact portion 36 changes. By combining these components, a trapezoidal movement as shown in FIG. 3 can be performed. The positions (1) to (8) in FIG. 3 correspond to the phases (1) to (8) in FIG.
[0028]
By arranging the piezoelectric drive bodies 31 side by side in a pair, if the trapezoidal motion is alternately performed, an operation equivalent to a bipedal motion can be obtained. That is, as shown in FIG. 5, a walking operation drive unit 41 in which two piezo drive bodies 31 are arranged side by side as a drive unit 1 and a drive unit 2 is configured, and as another member, for example, a movable table 42. In contrast, the movable blocks 35 (more precisely, the movable pillars 37 formed on the movable block 35) of the respective piezoelectric driving bodies 31 are alternately swung, and the contact portions 36 at the tip are alternately brought into contact with the table 42. By walking / separating, it is possible to perform a walking operation on the table 42. This corresponds to the operation of sending the table 42 from the viewpoint of the table 42 side.
[0029]
The walking operation by the walking operation drive unit 41 including the two piezoelectric drive bodies 31 is performed in order as shown in, for example, (1) to (8) in FIG. At this time, the displacement patterns of the elements A, B, C, and D shown in FIG. 5 are as shown in FIG. 7, for example. Phases (1) to (8) in FIG. 7 correspond to the states (1) to (8) in FIG.
[0030]
In such a walking operation drive unit 41, in each piezoelectric drive body 31, the inclination of the movable block 35 is converted into the displacement of the contact portion 36 through the swing of the movable column 37. The amount of displacement is increased by the length of the movable column 37 with respect to the interval. That is, even if the expansion / contraction amount of the piezo element 33 is a relatively small amount, a relatively large amount can be obtained as the displacement amount of the contact portion 36 in the feed direction. Therefore, as described above, high-speed driving is possible, and high-frequency control is not necessary. Furthermore, since three piezo elements 33 are arranged side by side in the same direction, assembly is easy, screwing is possible without using an adhesive, manufacturing time is short, and high rigidity is easily obtained. Is possible. By not using an adhesive, it is possible to prevent deterioration of the degree of vacuum when used in a vacuum. Further, the side-by-side structure of the three piezo elements 33 in the same direction makes it possible to realize a compact configuration particularly in the lateral direction as each piezo drive body 31 and, as a result, the walking operation drive unit 41 as a whole.
[0031]
8 and 9 show the present invention. One embodiment The piezo drive body 51 in the walking operation drive unit according to FIG. Reference example above Compared to the above, the rigidity is further improved. If this piezo driver 51 is arranged in a pair of two forms, Reference example Similarly, the walking operation drive unit 61 can be configured (only the reference numerals of the walking operation drive unit are shown in FIG. 8). In this piezo drive 51, one end side of two feeding piezo elements 54 arranged in parallel with the support 52 is fixed to a base 53 in which the support 52 is erected, and other than the two piezo elements 54 for feeding. The end side is connected to an intermediate block 55 that is swingably connected to the tip of the support column 52. The intermediate block 55 is fixed to the base 53 with a fixing screw 56. One supporting piezo element 57 is erected on the surface of the intermediate block 55 opposite to the side where the two feeding piezo elements 54 are arranged, and the other end of the supporting piezo element 57 is connected to another member. A contact portion 58 is provided. In this embodiment, the supporting piezo element 57 is fixed by two fixing screws 59 via a fixing piece 60 formed integrally with the contact portion 58. The fixing screw 59 is preferably made of a material having a relatively low elastic modulus so that the expansion / contraction amount of the supporting piezo element 57 does not become too small. For example, a brass screw is preferably used.
[0032]
For example, as shown in FIG. 9, the piezo driver 51 can control the amount of inclination of the intermediate block 55 by controlling the amount of expansion / contraction of each feed piezo element 54, thereby swinging the support piezo element 57. Can be controlled. By relatively controlling the expansion and contraction amounts of the two feeding piezo elements 54, the tilt direction and the swing direction can be controlled. In addition, since the position of the contact portion 58 in the height direction (vertical direction) can be controlled mainly by controlling the expansion / contraction amount of the supporting piezo element 57, eventually, the position of the contact portion 58 is arbitrarily determined in three dimensions. Can be controlled to position. Further, the displacement amount L of the contact portion 58 is obtained by amplifying the displacement amount λ of the feeding piezo element 54 by about b / a times, and also in this embodiment. Reference example Similarly, since the displacement amount enlargement mechanism is configured, high-speed driving is possible, and high-frequency control is not required. In this embodiment, in particular, since the base 53 integrally formed with the support column 57 that can be formed with high rigidity is used, it is possible to handle a high load at the support column 57 portion, and the piezo drive. High rigidity can be secured for the entire body 51. In addition, the two feeding piezo elements 54 and the supporting piezo elements 57 are all arranged in parallel directions (vertical direction in the figure), although they are installed at different positions, a compact configuration can be realized particularly in the horizontal direction. . Also in this embodiment, no adhesive is used for fixing each piezo element, and screwing is used.
[0033]
Also in such a piezo driver 51, the position of the contact portion 58 is combined as described above by combining the above operations. Reference example Similarly, a trapezoidal movement can be performed. And by making it the walking operation drive unit 61 which arrange | positioned the piezo drive body 51 with a pair of 2 forms, the above-mentioned Reference example Similarly, for example, with respect to the movable table 71 (illustrated in FIG. 9) as another member, the supporting piezo elements 57 of the respective piezo driving bodies 31 are alternately swung, and the contact portion 58 at the tip is moved to the table 71. The walking operation can be performed on the table 71 by alternately contacting / separating. This corresponds to the operation of sending the table 71 from the viewpoint of the table 71 side.
[0034]
the above Reference example and Of the present invention The feed control of the other members accompanying the walking operation in the embodiment is performed as follows, for example.
Although it is possible to determine the displacement of the contact portion 36 (or 58) to be controlled only by calculation, since the actual drive system includes various motion error factors, the walking motion drive unit 41 (or 61) is actually used. From an experiment in which the system is driven, it is more likely that high accuracy will be obtained as an actual device if an expression for control is included in a form including various motion error factors.
[0035]
That is, the displacement of the contact portion 36 (or 58) to be controlled is set in the x, y, and z directions of other members to be controlled, and the displacements in those directions are operated individually for the three piezoelectric elements. An arithmetic expression that can be converted into the displacement of the contact portion 36 (or 58) obtained from time to time is obtained from an experiment. As shown in the following equation (1), the displacement amounts p, q, r of each element are measured as the displacement x, y, z at the contact portion 36 (or 58) when each element is individually displaced. Thus, it is obtained by the matrix [A]. When actually performing the feeding operation, by substituting the operation position of the contact portion 36 (or 58) determined on the x, y, and z coordinates into this equation 1, p, The values of q and r can be obtained.
[0036]
[Expression 1]

[0037]
Further, in actual control, each piezo element controls the displacement by controlling the voltage. Therefore, the applied voltage E and the operation amount on the x, y, and z coordinates for each of the three elements. It is preferable to use the formula of the correspondence matrix. For this purpose, for example, an arithmetic expression matrix [B] as shown in Equation 2 may be obtained by experiments.
[0038]
[Expression 2]

[0039]
Furthermore, in the calculation method of the applied voltage and the element displacement pattern, the equation assumes that the relationship between the element displacement and the applied voltage is linear, but in reality, the piezo element exhibits a slight hysteresis phenomenon. If this hysteresis phenomenon is grasped in advance, the correction can be performed. As the prior grasp of this hysteresis phenomenon, for example, together with the hysteresis between the applied voltage and the element displacement amount as shown in FIG. 10A, the applied voltage and the contact portion 36 (or 58) as shown in FIG. Knowing the hysteresis relationship with the movement distance at this point enables more accurate control.
[0040]
Using the walking operation drive unit according to the present invention as described above, the alignment apparatus according to the present invention is configured as follows, for example.
[0041]
FIG. 11 shows a mounting apparatus for bonding wafers, incorporating an alignment apparatus according to an embodiment of the present invention. The mounting apparatus 1 joins the wafer 2a and the wafer 2b as the objects to be joined. In this embodiment, the alignment apparatus 3 according to the present invention is incorporated in the positioning of the wafer 2a as the positioning object.
[0042]
The bonding of the wafer 2a and the wafer 2b is performed in the bonding chamber 4 in this embodiment, but the chamber 4 may be installed as necessary. In the present embodiment, a gate 5 that can be opened and closed is provided in the bonding chamber 4, and the wafer 2 a and the wafer 2 b as the objects to be bonded are brought into the bonding chamber 4 by the robot 6 as the transfer means when the gate 5 is open. be introduced.
[0043]
In the bonded portion between the objects to be bonded, the means for directly holding the upper wafer 2b in FIG. 11 is composed of the electrostatic chuck 7 in this embodiment, and the electrostatic chuck 7 is movable up and down. It is attached to the lower end. A plurality of struts 9 that can be expanded and contracted are disposed below the head 8. By controlling the amount of expansion / contraction of each strut 9, the parallelism of the electrostatic chuck 7 and thus the upper electrostatic chuck 7. The parallelism with respect to the lower wafer 2a held by the upper wafer 2b can be adjusted. For example, a piezo element can be used to control the amount of expansion / contraction of each column 9.
[0044]
In addition, a light guide 10 that guides light emitted toward the direction of an infrared camera described later is provided below the head 8. The light guide 10 irradiates light guided from a light source (not shown) through an optical fiber or the like downward vertically. The portion of the electrostatic chuck 7 through which light from the light guide 10 is transmitted is made of a transparent body that can transmit light, or a hole for transmitting light is formed.
[0045]
Above the head 8, an elevating mechanism 11 is provided, and above that, a pressurizing means 13 having a pressurizing cylinder 12 such as an air cylinder is provided. The pressurizing cylinder 12 is provided with a pressurizing port 14 for controlling the pressurizing force downward and a balance port 15 for controlling the pressurizing force and generating an upward moving force. The lifting mechanism 11 moves the upper wafer 2b held by the head 8 and the electrostatic chuck 7 downward, and after moving and adjusting the parallelism, the upper wafer 2b is brought into contact with the lower wafer 2a to temporarily move the upper wafer 2b. Can be joined. Further, the pressurizing means 13 can apply a pressing force via the elevating mechanism 11 at the time of temporary bonding, and further presses the lowered upper wafer 2b against the lower wafer 2a after temporary bonding, The main joining can be performed by pressurization.
[0046]
In this embodiment, an alignment device 3 is provided for positioning the lower wafer 2a. The alignment apparatus 3 includes a movable table 16 made of a transparent body that holds a wafer 2a as an object to be positioned, and the movable table 16 can be moved at a plurality of locations (in this embodiment, at three locations in the circumferential direction of the movable table 16). And a plurality of movable support means 17 for supporting each of the movable support means 17. Each movable support means 17 is provided on a support base 18 extending in the vertical direction corresponding to each movable support means 17. A movable table 16 is movably supported on the means 17. In this embodiment, as will be described later, since an infrared camera as a recognition means is provided below, the movable table 16 is made of a transparent body (for example, so that the light from the light guide 10 can reach the infrared camera). However, it is also possible to adopt a structure in which a transmission hole is formed in the central portion or the like. Each of the support bases 18 may be formed of a base capable of position adjustment (height adjustment) in the vertical direction (Z direction). In the present embodiment, the electrostatic chuck 7 is provided only for the upper wafer 2b. However, in some cases, the lower wafer 2a is also statically extended, for example, in an annular shape having a hole in the center. An electric chuck, preferably an electrostatic chuck made of a transparent body may be provided.
[0047]
In this embodiment, an infrared camera 20 as a recognition unit is provided below the movable table 16 and outside the bonding chamber 4. The infrared camera 20 uses the irradiation light from the light guide 10 via the prism device 21, and the alignment recognition mark attached to the upper wafer 2b or the electrostatic chuck 7 and the lower wafer 2a or Each recognition mark attached to the movable table 16 can be read. The positions of the infrared camera 20 and the prism device 21 can also be adjusted and controlled via the position adjusting means 22.
[0048]
The alignment apparatus 3 is configured as shown in FIG. In this embodiment, as shown in FIG. 12, the above-mentioned walking operation drive unit 41 is provided as a movable support means in three places in the circumferential direction of the disk-shaped movable table 16 in total. As this drive unit, the aforementioned walking operation drive unit 61 may be used. In this embodiment, three walking motion drive units 41 are provided. (61) By controlling this operation, the movable table 16 is accurately positioned at the target position in the X, Y, and θ directions. Further, fine adjustment is possible in the Z direction.
[0049]
As described above, in the alignment apparatus 3 according to the present invention, the position can be adjusted simultaneously in at least the X and Y axis directions and the θ direction, and the wafer 2a can be positioned at a target position all at once. At the time of positioning, the recognition mark is read by the infrared camera 20, and it can be confirmed whether or not the wafer 2a or the movable table 16 is positioned at the target position within the target accuracy range, and has reached the target accuracy range. If not, the positioning operation by the walking operation can be continued until it can be reached. Control of such a series of operations is performed by a control means, for example, a microcomputer, which receives at least position recognition information from the infrared camera 20 and controls the driving direction and driving amount of each movable support means 17 based on the input information. This is done by the control means used. Note that the recognition means for reading the recognition mark is not limited to the infrared camera 20, and a normal visible light camera or a recognition means using a laser can also be used.
[0050]
It is known that the driving of each movable support means 17 for positioning is based on the expansion / contraction operation of each piezo element, and the expansion / contraction operation amount of the piezo element can be controlled extremely finely. Therefore, the expansion / contraction operation of each piezo element is calibrated in advance, for example, the above-described

equations

1 and 2 are obtained, and the wafer 2a is positioned based on the expansion / contraction operation of each piezo element, thereby achieving extremely high accuracy. Positioning will be performed. As a result, the lower wafer 2a and the upper wafer 2b are aligned with high accuracy, and the bonding accuracy between them is greatly improved. The positioning in the Z direction can be finely adjusted using at least the expansion / contraction operation of the piezo element itself. Further, by controlling the operation of the piezo drive body of each movable support means 17 after the walking operation is completed, in addition to positioning in the Z direction, fine adjustment in the rotation direction around the X and Y axes can be performed, respectively. It is possible to finely adjust the parallelism of the lower wafer 2a with respect to the wafer 2b with high accuracy.
[0051]
Further, in the alignment apparatus 3 according to the present invention, since the wafer 2a can be positioned in the X, Y, and θ directions on the same plane as described above, the position adjustment tables for the respective axial directions are stacked as in the prior art. There is no need to configure the alignment apparatus, and the alignment apparatus 3 itself can be configured to be thin. As a result, the entire apparatus incorporating this alignment apparatus 3 can be reduced in size. In addition, since positioning is performed simultaneously in each direction within the same plane, driving efficiency for positioning is also good. Further, since each movable support means 17 is disposed at the peripheral edge of the movable table 16, the positioning accuracy in the θ direction is particularly lowered with respect to the relatively large movable table 16 and the wafer 2a held thereon. It is possible to cope without making it.
[0052]
In the alignment apparatus 3 according to the present invention, it is possible to further improve the positioning accuracy. For example, as described above, a piezo element generally has a feature that is susceptible to the history that the next drive amount and locus are determined corresponding to the previous drive stroke. In order to eliminate adverse effects, it is preferable to prevent the influence of the history of previous operations. Therefore, it is preferable to reset so as to erase the history of the previous motion before the precise positioning within one walking motion. That is, it is preferable that the history up to that point is reset before precise positioning for the expansion / contraction operation amount of each piezoelectric element.
[0053]
In order to further improve the positioning accuracy in the alignment apparatus 3 according to the present invention, coarse positioning is performed to a certain level of accuracy by positioning by the above-described walking operation, and basically the above-described walking operation is performed in that state. It is possible to precisely position the wafer 2a with higher accuracy by using the expansion / contraction operation of each piezo element itself in a state in which the walking operation is stopped. Since this precise positioning is performed in a state in which the walking operation is stopped, it is basically necessary to perform it within a position adjustment range within one step of the walking operation. In addition, the swing position of each piezo element that is expanded or contracted is reset to the center position within the range of one step of the walking operation immediately before the precise positioning so that fine adjustment for precise positioning is effective in any direction. It is preferable. The reset to the center position can be performed simultaneously with the above-described history reset.
[0054]
Such a series of controls for precise positioning is performed according to a flow as shown in FIG. 13, for example. In the control shown in FIG. 13, the walking operation for rough positioning as described above is executed in step S1, and whether or not the error δ from the target position measured by the recognition means has entered one step of the walking operation. It is determined (step S2), and if not within one step, the process returns to step S1 and the walking operation is continued. When it is determined that one step has been entered, the position of the piezo element is reset to the center position within the range of one step of the walking operation (step S3), and due to the expansion / contraction operation of each piezo element within the one step. High precision alignment is achieved by precise positioning (step S4). Then, it is confirmed whether or not the error δ with respect to the target position measured by the recognition means is within the target high accuracy range (step S5). If not, the process returns to step S3 to perform the precise positioning operation. repeat. When the target high accuracy range is entered, this control flow is terminated. Such precise positioning enables high-precision alignment at the nanometer level, which was previously impossible.
[0055]
In the above embodiment, the wafer-to-wafer mounting apparatus has been described. However, the alignment apparatus according to the present invention can also be applied to a wafer-chip mounting apparatus, a chip-to-chip mounting apparatus, or a simple aligner. Further, it can be applied to an exposure apparatus that exposes an object to be exposed, for example, a wafer.
[0056]
【The invention's effect】
As described above, according to the walking operation drive unit of the present invention, it is easy to control, can ensure excellent precision positioning, can be easily manufactured and assembled in a short time, and has high rigidity and stability. Thus, it is possible to provide a drive unit that can perform a desired walking operation and precise positioning after the walking operation.
[0057]
In addition, according to the alignment apparatus of the present invention, a plurality of movable support means including a plurality of piezo driving bodies are arranged instead of a system in which position adjustment tables in each axial direction and rotation direction are stacked as in the conventional apparatus. By controlling the driving of each movable support means, the position of the movable table holding the positioning object can be adjusted at the same time in the same plane in at least the X axis, Y axis, and θ directions. The object can be efficiently positioned at the target position with high accuracy, and it is possible to achieve nanometer level alignment accuracy that could not be achieved in the past. Further, since it is not necessary to stack the position adjustment tables, the alignment apparatus itself, and thus the entire apparatus incorporating the alignment apparatus, can be significantly reduced in thickness and size.
[Brief description of the drawings]
[Figure 1] Reference example It is a perspective view of the piezo drive body in the walking operation drive unit concerning.
2 is a plan view of the piezo driver of FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram for explaining the operation of the piezo driver of FIG. 1;
4 is an operation characteristic diagram in each phase of the operation of the piezo driver of FIG. 3;
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a walking operation drive unit using the piezo drive body of FIG. 1;
6 is a schematic configuration diagram for explaining the operation of the walking motion drive unit of FIG. 5;
7 is an operation characteristic diagram in each phase of operation of each drive unit of the walking operation drive unit in FIG. 5;
[Fig. 8] of the present invention one FIG. 6 is a perspective view and a partial cross-sectional view of a piezo drive body in a walking operation drive unit according to an embodiment.
FIG. 9 is a schematic configuration diagram for explaining the operation of the piezo driver of FIG. 8;
FIG. 10 is a characteristic diagram showing an example of a hysteresis phenomenon in the relationship between the voltage applied to the piezoelectric element, the element displacement, and the movement distance of other members.
FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a mounting apparatus incorporating an alignment apparatus according to an embodiment of the present invention.
12 is an enlarged perspective view of an alignment device section in the apparatus of FIG. 11. FIG.
13 is a flowchart showing a control example of the alignment apparatus of FIG. 12. FIG.
[Explanation of symbols]
1 Mounting equipment
2a Wafer as positioning object
2b Wafer as an object to be joined
3 Alignment device
4 Bonding chamber
5 Gate
6 Transfer robot
7 Electrostatic chuck
8 heads
9 Prop
10 Light guide
11 Lifting mechanism
12 Pressure cylinder
13 Pressurizing means
14 Pressurization port
15 Balance port
16 Movable table
17 Movable support means
18 Support stand
20 Infrared camera as recognition means
21 Prism device
22 Position adjustment means
31 Piezo driver
32 Center axis (fixing screw)
33 Piezo elements
34 base
35 Movable block
36 Contact area
37 Movable column
41 Walking motion drive unit
42 Movable table
51 Piezo actuator
52 prop
53 base
54 Piezo element for feeding
55 Intermediate block
56 Fixing screw
57 Piezo element for support
58 Contact area
59 Fixing screw
60 fixed pieces
61 Walking motion drive unit

Claims

支柱を立設した基台に、該支柱と平行に配設した２つの送り用ピエゾ素子の一端側を固定し、該２つの送り用ピエゾ素子の他端側を、前記支柱の先端に揺動自在に連結された中間ブロックに連結し、該中間ブロックの前記２つの送り用ピエゾ素子配設側とは反対側の面上に１つの支持用ピエゾ素子を立設し、該支持用ピエゾ素子の先端側に他部材への接触部を設け、該接触部の変位量が送り用ピエゾ素子の変位量を増幅したものとなるように送り用ピエゾ素子と支持用ピエゾ素子を前記中間ブロックに対して配置したピエゾ駆動体を、複数有し、該複数のピエゾ駆動体を、それぞれのピエゾ駆動体の前記支持用ピエゾ素子を順に揺動させるとともに前記接触部を他部材に順に接触／離反させることにより、前記他部材に対してウォーキング動作可能に構成したことを特徴とする、ウォーキング動作駆動ユニット。One end side of two feeding piezo elements arranged in parallel with the pillar is fixed to a base on which the pillar is erected, and the other end side of the two feeding piezo elements is swung to the tip of the pillar. It is connected to a freely connected intermediate block, and one supporting piezo element is erected on the surface of the intermediate block opposite to the two feeding piezo element disposition sides. A contact portion to another member is provided on the distal end side, and the feeding piezo element and the supporting piezo element are arranged with respect to the intermediate block so that the displacement amount of the contact portion is obtained by amplifying the displacement amount of the feeding piezo element. By having a plurality of arranged piezoelectric driving bodies, the plurality of piezoelectric driving bodies swing the supporting piezoelectric elements of the respective piezoelectric driving bodies in order, and contact / separate the contact portion with other members in order. , Walking movement with respect to the other members It can be characterized by being configured to, walking operation the drive unit.

前記各ピエゾ素子がねじ止めされている、請求項１のウォーキング動作駆動ユニット。Wherein each piezoelectric element is screwed, walking operation drive unit of claim 1.

位置決め対象物を保持する可動テーブルと、該可動テーブルを移動可能に複数箇所でそれぞれ支持する複数の可動支持手段と、前記位置決め対象物または可動テーブルに付された認識マークを読み取る認識手段と、該認識手段からの情報に基づいて前記可動支持手段の駆動を制御する制御手段とを有し、該制御手段による制御により前記位置決め対象物を目標精度範囲内に位置決めするアライメント装置であって、各可動支持手段が、請求項１または２に記載の他部材に対してウォーキング動作可能に構成されたウォーキング動作駆動ユニットからなり、該他部材が前記可動テーブルであることを特徴とするアライメント装置。A movable table for holding a positioning object, a plurality of movable support means for supporting the movable table at a plurality of locations so as to be movable, a recognition means for reading a recognition mark attached to the positioning object or the movable table, Control means for controlling the drive of the movable support means on the basis of information from the recognition means, and an alignment apparatus for positioning the positioning object within a target accuracy range by the control of the control means. 3. An alignment apparatus, wherein the support means comprises a walking operation drive unit configured to be capable of walking with respect to the other member according to claim 1, wherein the other member is the movable table.

前記ウォーキング動作により前記位置決め対象物の粗位置決めが行われ、ウォーキング動作を停止した状態での前記各ピエゾ素子の少なくとも一つの伸縮作動により前記位置決め対象物の精密位置決めが行われる、請求項３のアライメント装置。4. The alignment according to claim 3 , wherein the positioning object is roughly positioned by the walking operation, and the positioning object is precisely positioned by at least one expansion / contraction operation of each piezo element in a state where the walking operation is stopped. apparatus.

前記位置決め対象物の精密位置決めが、前記ウォーキング動作の１歩の範囲内で行われる、請求項４のアライメント装置。The alignment apparatus according to claim 4 , wherein the precise positioning of the positioning object is performed within a range of one step of the walking operation.

前記ウォーキング動作における揺動位置が、前記位置決め対象物の精密位置決め前に、前記ウォーキング動作の１歩の範囲内における中央位置にリセットされる、請求項４または５のアライメント装置。The alignment apparatus according to claim 4 or 5 , wherein the swing position in the walking operation is reset to a central position within a range of one step of the walking operation before the precise positioning of the positioning object.

前記位置決め対象物の精密位置決め前に、それまでの各ピエゾ素子の伸縮作動量の履歴がリセットされる、請求項４〜６のいずれかに記載のアライメント装置。The alignment apparatus according to any one of claims 4 to 6 , wherein a history of expansion and contraction operation amounts of each piezo element is reset before precise positioning of the positioning object.

前記各ピエゾ素子の伸縮作動特性が予めキャリブレーションされている、請求項３〜７のいずれかに記載のアライメント装置。The alignment apparatus according to claim 3 , wherein the expansion / contraction operation characteristics of each piezoelectric element are calibrated in advance.

実装装置における被接合物の位置決めに用いられる、請求項３〜８のいずれかに記載のアライメント装置。The alignment apparatus according to claim 3 , which is used for positioning an object to be bonded in the mounting apparatus.

露光装置における被露光物の位置決めに用いられる、請求項３〜８のいずれかに記載のアライメント装置。The alignment apparatus according to claim 3 , which is used for positioning an object to be exposed in an exposure apparatus.

被接合物または被露光物がウエハーからなる、請求項９または１０のアライメント装置。The alignment apparatus according to claim 9 or 10 , wherein the object to be bonded or the object to be exposed is a wafer.