(57)【要約】【課題】基板の位置合わせ精度を迅速に評価する。【解決手段】位置合わせして接合された一対の基板の位置合わせ精度を評価する接合評価ゲージであって、少なくとも一方が検査光に対して透過性を有する一対の基板と、繰り返しパターンの一部をなして、一対の基板の一方に形成された第１部分パターンと、繰り返しパターンから第１部分パターンを除いたパターンを有し、一対の基板の他方に形成された第２部分パターンとを備え、一対の基板が位置合わせされて接合された場合に、第１部分パターンおよび第２部分パターンにより形成された繰り返しパターンに照射した検査光が回折光を生じる。【選択図】図５
2010087377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置合わせして接合された一対の基板の位置合わせ精度を評価する接合評価ゲージであって、
少なくとも一方が検査光に対して透過性を有する一対の基板と、
繰り返しパターンの一部をなして、前記一対の基板の一方に形成された第１部分パターンと、
前記繰り返しパターンから前記第１部分パターンを除いたパターンを有し、前記一対の基板の他方に形成された第２部分パターンと
を備え、
前記一対の基板が位置合わせされて接合された場合に、前記第１部分パターンおよび前記第２部分パターンにより形成された前記繰り返しパターンに照射した前記検査光が回折光を生じる接合評価ゲージ。
【請求項２】
前記繰り返しパターンは、一定の間隔で繰り返される互いに平行な線型パターンを含み、
前記第１部分パターンおよび前記第２部分パターンの各々は、前記繰り返しパターンから１本おきに抽出された前記線型パターンを含む請求項１に記載の接合評価ゲージ。
【請求項３】
前記一対の基板の各々は、前記第１部分パターンまたは前記第２部分パターンに対して既知の相対位置を有する位置合わせ指標をそれぞれ更に有し、
前記位置合わせ指標を参照しつつ前記一対の基板を接合した場合に、前記第１部分パターンおよび前記第２部分パターンにより前記繰り返しパターンが形成される請求項１に記載の接合評価ゲージ。
【請求項４】
前記繰り返しパターンは、金属膜、誘電体膜、および、レジスト材料のいずれかを含む樹脂膜により形成される請求項１に記載の接合評価ゲージ。
【請求項５】
前記繰り返しパターンは、繰り返し方向が互いに交差する複数の繰り返しパターンを含む請求項１に記載の接合評価ゲージ。
【請求項６】
前記一対の基板の一方が、ガラス基板を含む請求項１に記載の接合評価ゲージ。
【請求項７】
前記一対の基板のいずれかは、前記繰り返しパターンと異なる周期で形成された他の繰り返しパターンを含む参照パターンを更に有する請求項１に記載の接合評価ゲージ。
【請求項８】
少なくとも一方が検査光に対して透過性を有し、互いに位置合わせして接合される一対の基板を含む積層型半導体装置であって、
繰り返しパターンの一部をなして、前記一対の基板の一方のスクライブライン上に形成された第１部分パターンと、
前記繰り返しパターンから前記部分パターンを除いたパターンを有し、前記一対の基板の他方のスクライブライン上に形成された第２部分パターンと
を備え、前記一対の基板を接合させた場合に、前記第１部分パターンおよび前記第２部分パターンにより形成された前記繰り返しパターンに照射した前記検査光が回折光を生じる積層型半導体装置。
【請求項９】
位置合わせして接合された一対の基板の位置合わせ精度を評価する接合評価方法であって、
前記一対の基板の一方に、繰り返しパターンの一部をなす第１部分パターンを形成する第１部分パターン形成段階と、
前記一対の基板の他方に、前記繰り返しパターンから前記部分パターンを除いた第２部分パターンを形成する第２部分パターン形成段階と
前記一対の基板を位置合わせして接合させる接合段階と、
接合により形成された前記繰り返しパターンに、前記一対の基板の一方を透過する検査光を照射する検査光照射段階と、
前記繰り返しパターンにより前記検査光に生じた回折光を計測する計測段階と
を含む接合評価方法。
【請求項１０】
計測する回折光の有無に基づいて、前記一対の基板の位置ずれの有無を検出する段階を更に含む請求項９に記載の接合評価方法。
【請求項１１】
予め求めた回折光強度および位置ずれ量の関係を参照して、計測した回折光の強度に基づいて、前記一対の基板の位置ずれ量を検出する段階を更に含む請求項９に記載の接合評価方法。
【請求項１２】
前記検査光は、前記繰り返しパターンにより回折光を生じる条件で照射される請求項９に記載の接合評価方法。
【請求項１３】
前記計測する段階は、前記繰り返しパターンにより生じた、前記繰り返しパターンのピッチの２倍のピッチに対する１次回折光強度の増加を計測する請求項１２に記載の接合評価方法。
【請求項１４】
前記計測する段階は、前記繰り返しパターンにより生じた、前記繰り返しパターンのピッチの２倍のピッチに対する２次回折光強度の減少を計測する請求項１２に記載の接合評価方法。
【請求項１５】
前記計測する段階は、前記繰り返しパターンにより生じた、前記繰り返しパターンのピッチに対する１次回折光の減少を計測する請求項１２に記載の接合評価方法。
【請求項１６】
前記検査光を照明する段階と前記回折光を計測する段階とは、テレセントリック光学系を用いることを特徴とする請求項９から請求項１５までのいずれかに記載の接合評価方法。
【請求項１７】
前記検査光照射段階および前記計測段階を、前記接合段階の後に実行する請求項９から請求項１６までのいずれかに記載の接合評価方法。
【請求項１８】
前記検査光照射段階および前記計測段階を、前記接合段階の後に加熱加圧された前記一対の基板に対して実行する請求項９から請求項１６までのいずれかに記載の接合評価方法。
【請求項１９】
繰り返しパターンの一部をなす第１部分パターンを有する一方の基板と、前記繰り返しパターンから前記第１部分パターンを除いた第２部分パターンを有する他方の基板との一対の基板を位置合わせして接合した接合基板を保持する保持部と、
前記保持部に保持された前記接合基板の前記繰り返しパターンに、前記一対の基板の一方を透過して前記繰り返しパターンにより回折光を生じる検査光を照射する光源と、
前記検査光が前記繰り返しパターンにより生じた回折光の強度を計測する計測部と
を備える接合評価装置。
【請求項２０】
前記計測部は、
前記繰り返しパターンにより生じた奇数次回折光を計測する奇数次回折光計測部と、
前記繰り返しパターンにより生じた偶数次回折光を計測する偶数次回折光計測部と
を含む請求項１９に記載の接合評価装置。
【請求項２１】
前記光源は、前記接合基板の法線に沿って前記検査光を照射し、
前記計測部は、互いに交差する異なる方向から前記回折光を計測する
請求項１９に記載の接合評価装置。
【請求項２２】
請求項１９から請求項２１までのいずれかに記載の接合評価装置と、
前記一対の基板の一方を他方に対して位置合わせして接合する位置合わせ装置と、
前記位置合わせ装置により前記一対の基板を接合した接合基板を加圧して、前記一対の基板を貼り合わせる加圧装置と、
を備える基板貼り合わせ装置。
【請求項２３】
前記位置合わせ装置は、前記接合評価装置により評価された前記接合基板の位置合わせ精度が所与の評価基準を満たすように調整されている請求項２２に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項２４】
前記加圧装置は、前記評価装置により評価された前記接合基板の位置合わせ精度が所与の評価基準を満たした場合に、当該接合基板を前記加圧装置により貼り合わせる請求項２２に記載の基板貼り合わせ装置。
【請求項２５】
前記評価装置は、前記加圧装置が貼り合わせた前記接合基板の位置合わせ精度を評価する請求項２２に記載の基板貼り合わせ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、評価ゲージに関し、特に、上記評価ゲージを用いる接合評価方法、積層型半導体装置、接合評価装置および基板貼り合わせ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、素子を形成されたウエハを積層して積層型半導体デバイスを製造することが記載されている。
【特許文献１】特開２００７−１０３２２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
積層型半導体デバイスの製造では、素子を形成されたウエハを高い精度で位置合わして接合する。このため、接合装置の位置合わせ精度を評価することが求められる。位置合わせ精度の有効な評価には、多数の位置合わせ指標の観察が伴う。従来の評価においては、例えばバーニアマークを用いて、上下ウエハ間のずれ量を計測する手法が用いられていた。この場合、たとえば300mmウエハ内では500以上のチップを全て観察するためには多大な時間を要し、生産ライン上で位置合わせ精度検査を評価することは難しかった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
そこで、上記課題を解決すべく、本発明の第１の態様として、位置合わせして接合された一対の基板の位置合わせ精度を評価する接合評価ゲージであって、少なくとも一方が検査光に対して透過性を有する一対の基板と、繰り返しパターンの一部をなして、一対の基板の一方に形成された第１部分パターンと、繰り返しパターンから第１部分パターンを除いたパターンを有し、一対の基板の他方に形成された第２部分パターンとを備え、一対の基板が位置合わせされて接合された場合に、第１部分パターンおよび第２部分パターンにより形成された繰り返しパターンに照射した検査光が回折光を生じる接合評価ゲージが提供される。
【０００５】
また、本発明の第２の態様として、少なくとも一方が検査光に対して透過性を有し、互いに位置合わせして接合される一対の基板を含む積層型半導体装置であって、繰り返しパターンの一部をなして、一対の基板の一方のスクライブライン上に形成された第１部分パターンと、繰り返しパターンから部分パターンを除いたパターンを有し、一対の基板の他方のスクライブライン上に形成された第２部分パターンとを備え、一対の基板を接合させた場合に、第１部分パターンおよび第２部分パターンにより形成された繰り返しパターンに照射した検査光が回折光を生じる積層型半導体装置が提供される。
【０００６】
更に、本発明の第３の態様として、位置合わせして接合された一対の基板の位置合わせ精度を評価する接合評価方法であって、一対の基板の一方に、繰り返しパターンの一部をなす第１部分パターンを形成する第１部分パターン形成段階と、一対の基板の他方に、繰り返しパターンから部分パターンを除いた第２部分パターンを形成する第２部分パターン形成段階と一対の基板を位置合わせして接合させる接合段階と、接合により形成された繰り返しパターンに、一対の基板の一方を透過する検査光を照射する検査光照射段階と、繰り返しパターンにより検査光に生じた回折光を計測する計測段階とを含む接合評価方法が提供される。
【０００７】
また更に、本発明の第４の態様として、繰り返しパターンの一部をなす第１部分パターンを有する一方の基板と、繰り返しパターンから第１部分パターンを除いた第２部分パターンを有する他方の基板との一対の基板を位置合わせして接合した接合基板を保持する保持部と、保持部に保持された接合基板の繰り返しパターンに、一対の基板の一方を透過して繰り返しパターンにより回折光を生じる検査光を照射する光源と、検査光が繰り返しパターンにより生じた回折光の強度を計測する計測部とを備える接合評価装置が提供される。
【０００８】
また更に、本発明の第５の形態として、上記の接合評価装置と、一対の基板の一方を他方に対して位置合わせして接合する位置合わせ装置と、位置合わせ装置により一対の基板を接合した接合基板を加圧して、一対の基板を貼り合わせる加圧装置と、を備える基板貼り合わせ装置が提供される。
【０００９】
上記の発明の概要は、発明の全ての特徴を列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションも発明となり得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明する。以下に記載する実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせ全てが発明の解決に必須であるとは限らない。
【実施例１】
【００１１】
図１は、接合装置１００の全体構造を模式的に示す平面図である。接合装置１００は、共通の筐体１０１の内部に形成された常温部１０２および高温部２０２を含む。
【００１２】
常温部１０２は、筐体１０１の外部に面して、複数の基板カセット１１１、１１２、１１３と、制御盤１２０とを有する。制御盤１２０は、接合装置１００全体の動作を制御する制御部を含む。また、制御盤１２０は、接合装置１００の電源投入、各種設定等をする場合にユーザが外部から操作する操作部を有する。更に、制御盤１２０は、配備された他の機器と接合装置１００とを接続する接続部を含む場合もある。
【００１３】
基板カセット１１１、１１２、１１３は、接合装置１００において接合される基板１８０、あるいは、接合装置１００において貼り合わされた基板１８０を収容する。また、基板カセット１１１、１１２、１１３は、筐体１０１に対して脱着自在に装着される。これにより、複数の基板１８０を接合装置１００に一括して装填できる。また、接合装置１００において接合された基板１８０を一括して回収できる。
【００１４】
なお、接合装置１００に装填される基板１８０は、単体のシリコンウエハ、化合物半導体ウエハ、ガラス基板等の他、それらに素子、回路、端子等が形成されたものでもよい。また、装填された基板１８０が、既に複数のウエハを積層して形成された積層基板である場合もある。
【００１５】
常温部１０２は、筐体１０１の内側にそれぞれ配された、プリアライナ１３０、アライナ１４０、ホルダストッカ１５０および評価部１６０と、一対のロボットアーム１７１、１７２とを備える。プリアライナ１３０は、アライナ１４０に基板を装填する場合に、高精度であるが故に狭いアライナ１４０の調整範囲にそれぞれの基板１８０が装填されるように、個々の基板１８０の位置を仮合わせする。これにより、アライナ１４０における基板１８０の位置決めは迅速且つ確実に完了する。
【００１６】
アライナ１４０は、上ステージ１４１、下ステージ１４２および干渉計１４４を含む。上ステージ１４１および下ステージ１４２は、基板１８０単独または基板１８０を保持した基板ホルダ１９０を搬送する。
【００１７】
また、アライナ１４０の周囲には、断熱壁１４５およびシャッタ１４６が配される。断熱壁１４５およびシャッタ１４６に包囲された空間は空調機等に連通して精密に温度管理され、アライナ１４０における位置合わせ精度を維持する。ホルダストッカ１５０は、複数の基板ホルダ１９０を収容して待機させる。
【００１８】
一対のロボットアーム１７１、１７２のうち、基板カセット１１１、１１２、１１３に近い側に配置されたロボットアーム１７１は、基板カセット１１１、１１２、１１３、プリアライナ１３０およびアライナ１４０の間で基板１８０を搬送する。基板カセット１１１、１１２、１１３から遠い側に配置されたロボットアーム１７２は、アライナ１４０、評価部１６０およびエアロック２２０の間で基板１８０および基板ホルダ１９０を搬送する。また、ロボットアーム１７２は、ホルダストッカ１５０に対する基板ホルダ１９０の搬入および搬出も担う。
【００１９】
更に、ロボットアーム１７２は、接合する基板１８０の一方を裏返す機能も有する。なお、ロボットアーム１７１、１７２、２３０は、真空吸着、静電吸着等により基板ホルダ１９０を吸着して保持する。また、基板ホルダ１９０は、例えば静電吸着により基板１８０を吸着して保持する。評価部１６０の構造と動作については別途後述する。
【００２０】
高温部２０２は、断熱壁２１０、エアロック２２０、ロボットアーム２３０および複数の加熱加圧部２４０を有する。断熱壁２１０は、高温部２０２を包囲して、高温部２０２の高い内部温度を維持すると共に、高温部２０２から外部への熱輻射を遮断する。これにより、高温部２０２の熱が常温部１０２に及ぼす影響を抑制できる。
【００２１】
ロボットアーム２３０は、加熱加圧部２４０のいずれかとエアロック２２０との間で基板１８０および基板ホルダ１９０を搬送する。エアロック２２０は、常温部１０２側と高温部２０２側とに、交互に開閉するシャッタ２２２、２２４を有する。
【００２２】
基板１８０および基板ホルダ１９０が常温部１０２から高温部２０２に搬入される場合、まず、常温部１０２側のシャッタ２２２が開かれ、ロボットアーム１７２が基板１８０および基板ホルダ１９０をエアロック２２０に搬入する。次に、常温部１０２側のシャッタ２２２が閉じられ、高温部２０２側のシャッタ２２４が開かれる。
【００２３】
続いて、ロボットアーム２３０が、エアロック２２０から基板１８０および基板ホルダ１９０を搬出して、加熱加圧部２４０のいずれかに装入する。加熱加圧部２４０は、基板ホルダ１９０に挟まれた状態で加熱加圧部２４０に搬入された基板１８０を加熱した状態で加圧する。これにより基板１８０は恒久的に接合される。
【００２４】
高温部２０２から常温部１０２に基板１８０および基板ホルダ１９０を搬出する場合は、上記の一連の動作を逆順で実行する。これらの一連の動作により、高温部２０２の内部雰囲気を常温部１０２側に漏らすことなく、基板１８０および基板ホルダ１９０を高温部２０２に搬入または搬出できる。
【００２５】
図２ａから図２ｅまでは、2つの基板を接合する接合装置１００における基板１８０および基板ホルダ１９０の状態の変遷を示す図である。以下、図２ａから図２ｅまでを参照しつつ、接合装置１００の動作を説明する。
【００２６】
図２ａに示すように、接合装置１００が稼動を開始する当初、貼り合わせの対象となる基板１８０の各々は個別に収容されている。基板ホルダ１９０も、例えばホルダストッカに各々個別に収容されている。
【００２７】
接合装置１００が稼動を開始すると、基板１８０は、図２ｂに示すように、一枚ずつ基板ホルダ１９０に保持される。
【００２８】
基板ホルダ１９０が２枚目である場合は、図２ｃに示すように、１枚目の基板１８０に対向するように、例えば干渉計により位置を監視しつつステージを移動させ、基板１８０に対して位置合わせする。位置合わせされた基板１８０は、仮接合される。
【００２９】
アライナにおいて位置決めされた基板１８０および基板ホルダ１９０は、図２ｄに示すように、例えば側面に形成された溝１９１に嵌められた複数の止め具１９２により連結されて、位置決めされた状態を維持する。連結された一対の基板１８０および基板ホルダ１９０は、一体に搬送されて要求に応じて加熱加圧部２４０に装入される。
【００３０】
なお、本実施例では、アライナ１４０における位置合わせ精度を、評価部において評価する。このような場合は、アライナ１４０において位置合わせして仮接合された基板１８０を、加熱加圧部２４０に搬入する前に基板ホルダ１９０から取り出して、評価部に搬入する。このとき、基板１８０および基板ホルダ１９０は、見かけ上、図２ｅに示す形態となる。
【００３１】
図３は、アライナおける位置合わせの精度を評価する場合に用いる評価ゲージ１８の構造を模式的に示す断面図である。評価ゲージ１８は、透明基板１８１、半導体基板１８３、評価パターン１８２、１８４およびアライメントパターン１８６、１８７を含む。
【００３２】
半導体基板１８３は、接合装置１００において接合する基板１８０と同等の部材が用いられる。具体的には、Ｓｉウエハ等を任意に選択できる。一方、透明基板１８１は、後述する検査光に対する透過率が高い材料で形成される。可視帯域の検査光を用いる場合は、例えば石英基板を用いることができる。また、赤外帯域の検査光を用いる場合は、Ｓｉウエハを透明基板１８１として用いることもできる。
【００３３】
なお、図３では、１組の評価パターン１８２、１８４およびアライメントパターン１８６、１８７を拡大して描いているが、透明基板１８１および半導体基板１８３の各々には、複数組の評価パターン１８２、１８４およびアライメントパターン１８６、１８７が形成される。
【００３４】
一組の評価パターン１８２、１８４は、例えば、積層型半導体装置の単一のダイと同程度の大きさとして、基板１８０上と同じように配置してもよい。また、基板１８０に形成される素子の中で使用されていない領域に小型の評価パターン１８２、１８４を形成してもよい。
【００３５】
図４は、１組の評価パターン１８２、１８４およびアライメントパターン１８６、１８７を抜き出して示す平面図である。評価パターン１８２、１８４のそれぞれは、互いに同じ一定のピッチ２ｐで形成された複数の線型パターンを含む。線状パターンは、評価パターン１８２、１８４の繰り返し方向について見た場合の例えばデューティが２５％となる線幅を有する。
【００３６】
アライメントパターン１８６、１８７は、互いに相補的な形状を有して、評価パターン１８２、１８４の近傍に配置される。一方のアライメントパターン１８６の評価パターン１８２に対する間隔Ｄ１は、他方のアライメントパターン１８７の評価パターン１８４に対する間隔Ｄ２に対して、評価パターン１８２、１８４のピッチ２ｐの半分に相当するｐの差を有する。
【００３７】
図５は、透明基板１８１および半導体基板１８３を接合した場合の評価パターン１８２、１８４の断面図である。透明基板１８１および半導体基板１８３は、アライナ１４０において、アライメントパターン１８６、１８７が相互に一致するように位置合わせされ、更に、圧接して仮接合される。
【００３８】
透明基板１８１および半導体基板１８３が仮接合された場合、アライメントパターン１８６、１８７は互いに重なって一体となる。一方、評価パターン１８２、１８４は、アライメントパターン１８６、１８７に対する間隔Ｄ１、Ｄ２が異なるので、線状パターンが交互に配列される。
【００３９】
図６は、合成された評価パターン１８２、１８４を、透明基板１８１側から見た様子を示す平面図である。図示のように、アライメントパターン１８６、１８７は一体化している。一方、評価パターン１８２、１８４は、互いに入れ子状態になり、線型パターンをピッチｐで繰り返す複合パターン１８８を形成する。こうして形成された複合パターン１８８を含む透明基板１８１および半導体基板１８３を、アライナ１４０の位置合わせ精度を評価する評価ゲージ１８として使用する。
【００４０】
図７は、評価ゲージ１８を用いてアライナ１４０の位置合わせ精度を評価する評価部１６０の構造を模式的に示す図である。評価ゲージ１８を搭載する評価ステージ１６８と、評価ステージ１６８を移動または揺動させるＸ駆動部１６３、Ｙ駆動部１６５およびθ駆動部１６７と、評価ゲージ１８に照射する検査光を発生する光源１６２と、評価ゲージ１８により検査光に生じた回折光を観察する撮像部１６４とを有する。
【００４１】
撮像部１６４は、光源１６２が発生した検査光を平行光にして評価ゲージ１８に入射させる曲面反射鏡１６９を含む。これにより、評価ゲージ１８の各部に対して、検査光は同じ入射角度で入射する。従って、評価ゲージ１８の全面において、同じ条件で回折光を生じる。なお、図中に点線で示すように、撮像部１６４は、観察する回折光の次数に応じて複数設けてもよい。
【００４２】
評価ゲージ１８は、透明基板１８１側を上面にして、評価ステージ１６８に搭載される。評価ステージ１６８も、基板ホルダ１９０等と同様に、静電吸着、真空吸着等により、評価ゲージ１８を吸着して固定する。光源１６２は、予め指定された特定帯域または特定波長の検査を出射する。
【００４３】
評価ステージ１６８は、互いに積層されたＸ駆動部１６３、Ｙ駆動部１６５およびθ駆動部１６７に支持される。Ｘ駆動部１６３は、案内部１６１に沿って、図中に矢印Ｘで示す方向に評価ステージ１６８を移動させる。Ｙ駆動部１６５は、Ｘ駆動部１６３上で、図中に矢印Ｙで示す方向に評価ステージ１６８を移動させる。
【００４４】
更に、θ駆動部１６７は、Ｙ駆動部１６５上で球面座に支持された評価ステージ１６８を揺動させる。これら、Ｘ駆動部１６３、Ｙ駆動部１６５およびθ駆動部１６７の動作により、光源１６２から出射された検査光を、評価ステージ１６８上の評価ゲージ１８に対して任意の入射角で照射できる。従って、検査光の照射角度などの光学条件を変化させて、評価ゲージ１８において任意の回折光を発生させることができる。
【００４５】
なお、光源１６２、曲面反射鏡１６９および撮像部１６４は、テレセントリックな光学系を形成していてもよい。これにより、評価ゲージ１８の全面において、検査光の評価ゲージ１８および撮像部１６４に対する入射角度が同じになり、均一な条件で回折光を一度に観察できる。なお、テレセントリック光学系になっていない場合は、均一な条件で評価ゲージ１８全体を一度に観察することはできないが、評価ゲージ１８の領域毎に分割して観察することはできる。ただし、評価の作業効率は低下する。
【００４６】
図８は、検査光を照射された評価ゲージ１８において生じる現象を示す部分拡大断面図である。図８は、図６において点線Ａで囲った領域を拡大して描かれる。
【００４７】
既に説明した通り、個々の評価パターン１８２、１８４および複合パターン１８８は、いずれも一定のピッチを有する繰り返しパターンをなす。ここで、評価パターン１８２、１８４はそれぞれピッチ２ｐを有する。また、評価ゲージ１８の透明基板１８１および半導体基板１８３が理想的に位置合わせされた場合、評価パターン１８２、１８４を合成して形成された複合パターン１８８は、ピッチｐでデューティが５０％の繰り返しパターンを形成する。
【００４８】
ここで、波長λの検査光をピッチｐの繰り返しパターンに入射し、検査光の入射角度をθｉ、回折光角度を▲▼、回折次数をｎと表した場合、下記の式１が満足される条件下で反射回折光が生じる。
【数１】
2010087377.tif 000003
【００４９】
同様の条件下で、ピッチ２ｐの繰り返しパターンが回折光を生じる条件は、下記の式２のように表すことができる。
【数２】
2010087377.tif 000004
【００５０】
一方、ピッチｐの繰り返しパターンに入射した検査光の回折光が相殺し合って回折光が生じない条件は、下記の式３により表すことができる。
【数３】
2010087377.tif 000005
【００５１】
上記の式２および式３において、例えば次数ｎがｎ＝２ｍ＋１となる場合、両者は同じ条件となるので、図９に示すように、ピッチ２ｐに対する０次回折光および偶数次回折光が発生し、奇数次回折光は生じない。
【００５２】
図１０は、評価パターン１８２、１８４の変形を示す部分拡大断面図である。図示のように、何らかの理由により透明基板１８１および半導体基板１８３の位置にずれが生じた場合、各々がピッチ２ｐを有する評価パターン１８２、１８４を重ねて形成した複合パターン１８８のピッチは変化する。即ち、理想的なピッチｐに対して位置ずれ量Δｐが増減したピッチ（ｐ±Δｐ）となる。
【００５３】
図１１は、評価パターン１８２、１８４により生じる、ピッチ２ｐに対する回折光強度を示す図である。上記のように、ピッチｐの繰り返しパターンのピッチが乱れると、１次回折光を打ち消す条件は成立しなくなり、それまでにはなかった１次回折光が現れる。従って、１次回折光の強度の変化を観測することにより位置ずれの有無が判り、アライナ１４０における位置合わせ精度を評価できる。即ち、ピッチ２ｐに対する１次回折光強度が増加し、２次回折光が減少する。
【００５４】
また、評価部１６０において、ピッチ２ｐに対する１次回折光を受光できる角度位置にθ駆動部１６７を設定して、局所的な位置ずれ量の分布をウエハ一括で把握できる。位置ずれが無い場合にはゼロであった１次回折光が現れるので、１次回折光の変化を観察するのが最も効果的である。しかし、１次回折光が増えると同時に２次回折は減少するので、２次回折光を観察しても良い。更に、透明基板１８１および半導体基板１８３の位置にずれの増加に応じたピッチｐに対する１次回折光の減少を計測してもよい（ピッチｐに対する１次回折光は、光学条件が同じピッチ２ｐに対する２次回折光と区別できない）。
【００５５】
図１２は、基板１８０のずれ量とピッチ２ｐに対する１次回折光強度の関係を、ＲＣＷＡ（Ｒｉｇｏｒｏｕｓ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｗａｖｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）法により算出した結果を示すグラフである。なお、ＲＣＷＡ法では、電磁波としての入射光を波長毎に平面波に展開し、解析的に回折効率を求める。
【００５６】
検査光としては単色光を用いることが好ましく、ここではＥ線（波長５４６ｎｍ（ＴＥ偏光））を用いることとした。また、透明基板１８１として石英ウエハ、半導体基板１８３としてＳｉウエハを用いるものとした。
【００５７】
石英ウエハの屈性率は１．４６、厚さは７２５μｍとした。また、透明基板１８１および半導体基板１８３に形成した評価パターン１８２、１８４は、屈折率が１．５２、厚さ２００ｎｍのレジストにより形成するものとした。更に、Ｓｉウエハは、屈折率４．０９−０．０３ｉ、厚さ７２５μｍとした。
【００５８】
図示のように、２ｐ周期が０．３μｍの場合の、１次回折光に着目する。理想的に位置合わせされて位置ずれが全く無い場合は、１次回折光が全く生じない。
【００５９】
しかしながら、位置ずれ量が２０ｎｍを越えた領域では、位置ずれにより複合パターン１８８のピッチがｐからずれるので、１次回折光が明瞭に現れる。更に、位置ずれ量の増加につれて、１次回折光の強度が高くなる。これにより、２ｐ周期が０．３μｍの評価パターン１８２、１８４を用意して、評価部１６０において１次回折光の強度の増加を観察することにより、位置ずれ量を瞬時に把握できる。
【００６０】
なお、上記のように、１次回折光強度は、位置ずれ量が大きくなった場合に高くなる。このため、理想的な位置合わせが行われた場合に、１次回折光が全く現れない。しかしながら、１次回折光を有効に検出するには、光源１６２の出射強度か、撮像部１６４の感度を適切に設定しなければならない。
【００６１】
そこで、１次回折光の強度を参照して位置ずれを評価する場合は、光源１６２または撮像部１６４を較正する場合に使用できるように、意図的なピッチをずらした参照パターンを、評価パターン１８２、１８４と共に設けておくことが好ましい。このような参照パターンを設けることにより、何らかの理由で撮像部１６４の感度が無い場合と、位置合わせが理想的であった場合とを区別できる。
【００６２】
図１３は、基板１８０のずれ量と２次回折光強度の関係を、ＲＣＷＡ法により算出した結果を示すグラフである。なお、用いた透明基板１８１、半導体基板１８３および評価パターン１８２、１８４の材料と仕様は、図１２に示した計算と共通である。
【００６３】
ここで、２ｐ周期が０．７μｍの場合の、２次回折光に着目する。理想的に位置合わせされて位置ずれが全く無い場合は、評価パターン１８２、１８４により形成された複合パターン１８８が、ピッチｐの繰り返しパターンを形成する。この複合パターン１８８に対応して、グラフには強い２次回折光が生じている。
【００６４】
しかしながら、位置ずれ量が８０ｎｍを越えた領域では、位置ずれにより複合パターン１８８のピッチがｐからずれるので、２次回折光が明瞭に減少する。更に、位置ずれ量の増加につれて、２次回折光の強度は暫減する。
【００６５】
従って、２ｐ周期が０．７μｍの評価パターン１８２、１８４を用意して、評価部１６０において２次回折光の強度の減少を観察することにより、位置ずれ量を瞬時に把握できる。なお、評価部１６０に、複数の撮像部１６４を設けて、１次回折光強度と、２次回折光強度とを同時に観察してもよい。
【００６６】
図１４は、接合精度の具体的な評価方法を模式的に示す図である。即ち、特定の回折光に着目した場合、位置ずれ量の有無または位置ずれ量の多寡は、明暗の差となって観測される。従って、図７に示したように、評価の対象となる基板１８０全体に検査光を照射して、撮像部１６４により基板１８０を一括して観察することにより、基板１８０全体の位置ずれ量の分布を瞬時に把握できる。
【００６７】
ここに示した例では、明るく見える素子領域１８９において位置ずれ量が大きい。これにより、位置ずれの分布に一定の傾向があることが一目瞭然となる。
【００６８】
即ち、所期の条件に対して、回折強度と位置ずれ量との関係を、理論的、実験的に予め同定しておくことにより、評価対象の位置ずれ量を定量化できる。また、生産ライン検査に用いる場合は、予め把握した関係に基づいて、合否判断基準を提供できる。
【００６９】
図１５は、評価パターン１８２、１８４の他の形態を示す平面図である。図示のように、この評価ゲージ１８においては、複合パターン１８８の繰り返し方向が互いに直交する２種類の複合パターンが、ひとつの評価ゲージに混在する。これにより、アライナ１４０における位置合わせ精度の分布を二次元的に把握することができる。
【００７０】
なお、回折光は、複合パターン１８８の繰り返し方向に発生する。従って、繰り返し方向の異なる複合パターン１８８を同時に計測する場合は、評価部１６０に、複数の光源１６２と複数の撮像部１６４とを設けることが望ましい。
【００７１】
また、複合パターン１８８に対して、単一の光源１６２から検査光を垂直に照射することにより、繰り返し方向の異なる複合パターン１８８において、同時に回折光を発生させることもできる。この場合は、撮像部１６４を複数設ければ足りる。
【００７２】
なお、繰り返し方向の種類は、互いに直交する２種類に限られるわけではない。従って、接合装置１００あるいはアライナ１４０において基板１８０に生じる蓋然性が高いストレスに対応した繰り返し方向を有する多種の評価パターン１８２、１８４を形成してもよい。
【００７３】
図１６は、評価パターン１８２、１８４の他の形態を示す平面図である。この形態では、素子が形成される素子領域１８９の間に生じるスクライブライン上に、評価パターン１８２、１８４により形成された複合パターン１８８が配される。
【００７４】
このような配置により、素子領域１８９に素子が形成されている積層半導体装置の製造工程において、複合パターン１８８を用いて位置合わせ精度を評価できる。また、素子領域１８９がダイシングにより切り分けられた場合にはスクライブラインは消滅するので、基板１８０の利用効率を低下させることなく評価できる。
【００７５】
なお、複合パターン１８８の配置はスクライブライン上に限られない。基板１８０縁部近傍の素子領域１８９の外側はもちろん、素子領域１８９の内側において使用されていない領域に複合パターンを配することもできる。更に、素子領域１８９に形成された素子に重ねて複合パターン１８８を形成することもできる。
【００７６】
このように、繰り返しパターンを含む評価ゲージ１８を用いることにより、アライナ１４０における位置合わせ精度の分布を包括的且つ瞬時に把握できる。従って、アライナ１４０の保守、点検において、アライナの状態を容易且つ迅速に把握できる。
【００７７】
また、評価パターン１８２、１８４を用いた評価方法は、評価作業に要する時間が短いので、評価部１６０を接合装置１００に実装することにより、生産工程上でアライナ１４０の位置合わせ精度を評価できる。従って、顕著な位置ずれが生じた基板１８０は、次の工程に送らずに、再びアライナ１４０に装填する等の対策ができる。これにより、材料の歩留りを向上させて積層型半導体装置の生産性を向上させることができる。
【００７８】
更に、製品となった積層型半導体装置の検品にも評価パターン１８２、１８４を用いた評価方法を適用することができる。即ち、接合装置１００において加熱加圧部２４０で加熱加圧されて製品となった積層型半導体装置に対して、評価パターン１８２、１８４を用いた評価をすることにより、加熱加圧部２４０において発生した位置ずれも評価できる。換言すれば、評価ゲージ１８を用いた評価部１６０および評価方法により、加熱加圧部２４０の動作精度も評価できる。
【００７９】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加え得ることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００８０】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示していない限り、また、前の処理の出力を後の処理で用いない限り、任意の順序で実現し得ることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】接合装置１００全体の構造を模式的に示す平面図である。
【図２ａ】基板１８０の状態の変遷を模式的に示す図である。
【図２ｂ】基板１８０の状態の変遷を模式的に示す図である。
【図２ｃ】基板１８０の状態の変遷を模式的に示す図である。
【図２ｄ】基板１８０の状態の変遷を模式的に示す図である。
【図２ｅ】基板１８０の状態の変遷を模式的に示す図である。
【図３】評価パターン１８２、１８４の断面図である。
【図４】評価パターン１８２、１８４の平面図である。
【図５】合成された評価パターン１８２、１８４の断面図である。
【図６】合成された評価パターン１８２、１８４の平面図である。
【図７】評価部１６０の構造を模式的に示す図である。
【図８】評価パターン１８２、１８４における現象を示す部分拡大断面図である。
【図９】評価パターン１８２、１８４により生じる回折光強度を示す図である。
【図１０】評価パターン１８２、１８４の変形を示す部分拡大断面図である。
【図１１】評価パターン１８２、１８４により生じる回折光強度を示す図である。
【図１２】基板１８０のずれ量と１次回折光強度の関係を示すグラフである。
【図１３】基板１８０のずれ量と２次回折光強度の関係を示すグラフである。
【図１４】接合精度の評価方法を模式的に示す図である。
【図１５】評価パターン１８２、１８４の他の形態を示す平面図である。
【図１６】評価パターン１８２、１８４の他の形態を示す平面図である。
【符号の説明】
【００８２】
１８  評価ゲージ、１００  接合装置、１０１  筐体、１０２  常温部、１１１、１１２、１１３  基板カセット、１２０  制御盤、１３０  プリアライナ、１４０  アライナ、１４１  上ステージ、１４２  下ステージ、１４４  干渉計、１４５、２１０  断熱壁、１４６、２２２、２２４  シャッタ、１５０  ホルダストッカ、１６０  評価部、１６１  案内部、１６３  Ｘ駆動部、１６２  光源、１６４  撮像部、１６５  Ｙ駆動部、１６７  θ駆動部、１６８  評価ステージ、１６９  曲面反射鏡、１７１、１７２、２３０  ロボットアーム、１８０  基板、１８１  透明基板、１８２、１８４  評価パターン、１８３  半導体基板、１８６、１８７  アライメントパターン、１８８  複合パターン、１８９  素子領域、１９０  基板ホルダ、１９１  溝、１９２  止め具、２０２  高温部、２２０  エアロック、２４０  加熱加圧部
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
2010087377.tif 000008
【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【図２ｅ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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