(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象のウエハが単一ウエハであるか積層された積層ウエハのうちの最上層を構成する最上層ウエハであるかを検出する検出部と、
前記検出部による検出結果を出力する出力部と、を備えることを特徴とするウエハ検出装置。
【請求項２】
前記検出部は、前記検出対象のウエハの段差を検出し、その検出結果に基づいて単一ウエハであるか最上層ウエハであるかを検出することを特徴とする請求項１に記載のウエハ検出装置。
【請求項３】
前記検出部は、積層ウエハの各層の厚み情報を取得し、前記厚み情報に基づいて積層数を算出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のウエハ検出装置。
【請求項４】
前記検出部で算出された前記積層数がウエハ投入時の積層情報と異なる時、エラー表示をすることを特徴とする請求項３に記載のウエハ検出装置。
【請求項５】
前記出力部は、前記検出部により単一ウエハが検出された場合に前記単一ウエハのエッジの検出結果を示す第一の検出信号を出力し、最上層ウエハが検出された場合に前記最上層ウエハのエッジの検出結果を示す第二の検出信号を出力することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のウエハ検出装置。
【請求項６】
前記検出部により単一ウエハが検出された場合に前記単一ウエハの前記エッジを検出する第一のエッジ検出装置と、最上層ウエハが検出された場合に前記最上層ウエハの前記エッジを検出する第二のエッジ検出装置とを有することを特徴とする請求項５に記載のウエハ検出装置。
【請求項７】
前記検出対象のウエハが単一ウエハであるか最上層ウエハであるかに応じて、前記第一のエッジ検出装置及び前記第二のエッジ検出装置のいずれかの検出結果を選択する選択部を備えることを特徴とする請求項６に記載のウエハ検出装置。
【請求項８】
前記選択部は、ウエハ投入時のウエハ積層情報に基づき、前記第一のエッジ検出装置及び前記第二のエッジ検出装置のいずれか一方を選択することを特徴とする請求項７に記載のウエハ検出装置。
【請求項９】
前記第二のエッジ検出装置は、前記最上層ウエハの厚み方向の変位を検出することを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか一項に記載のウエハ検出装置。
【請求項１０】
第一のウエハと第二のウエハとを互いに貼り合わせるウエハ貼り合わせ装置であって、
請求項６から請求項９のいずれか一項に記載のウエハ検出装置を有し、
前記ウエハ検出装置による前記第一のウエハの検出結果に基づき、前記第一のウエハが単一ウエハである場合には前記第一の検出信号に基づいて前記第一のウエハと前記第二のウエハとを互いに貼り合わせ、前記第一のウエハが積層ウエハである場合には前記第二の検出信号に基づいて前記第一のウエハと前記第二のウエハとを互いに貼り合わせる貼り合わせ部を備えることを特徴とするウエハ貼り合わせ装置。
【請求項１１】
前記エッジの検出時に前記第一のウエハが載置されるテーブルに前記第一のウエハを搬送する搬送手段を備え、
前記搬送手段は、前記第一のウエハが単一ウエハである場合と積層ウエハである場合との両方の場合で前記第一のウエハを搬送することを特徴とする請求項１０に記載のウエハ貼り合わせ装置。
【請求項１２】
前記ウエハ検出装置による前記第一のウエハの偏心量、ノッチ位置或いはオリフラ位置の検出結果に基づき、ウエハホルダの所定位置に対する前記第一のウエハの偏心量、前記ノッチ位置或いは前記オリフラ位置の補正を行い、前記ウエハホルダに前記第一のウエハを位置決めすることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載のウエハ貼り合わせ装置。
【請求項１３】
前記貼り合わせ部は、前記第一のエッジ検出装置又は前記第二のエッジ検出装置による前記第一のウエハの検出結果と、前記第一のエッジ検出装置又は前記第二のエッジ検出装置による前記第二のウエハの検出結果とに基づいて、前記第一のウエハと前記第二のウエハを互いに接合することを特徴とする請求項１０から請求項１２のいずれか一項に記載のウエハ貼り合わせ装置。
【請求項１４】
検出対象のウエハが単一ウエハであるか積層された積層ウエハのうちの最上層を構成する最上層ウエハであるかを検出する検出工程と、
前記検出工程による検出結果を出力する出力工程と、を含むことを特徴とするウエハ検出方法。
【請求項１５】
前記検出工程は、前記検出対象のウエハの段差を検出し、その検出結果に基づいて単一ウエハであるか最上層ウエハであるかを検出することを特徴とする請求項１４に記載のウエハ検出方法。
【請求項１６】
前記検出工程は、積層ウエハの各層の厚み情報を取得し、前記厚み情報に基づいて積層数を算出することを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載のウエハ検出方法。
【請求項１７】
前記検出工程で算出された前記積層数がウエハ投入時の積層情報と異なる時、エラー表示をすることを特徴とする請求項１６に記載のウエハ検出方法。
【請求項１８】
前記出力工程は、前記検出工程により単一ウエハが検出された場合に前記単一ウエハのエッジの検出結果を示す第一の検出信号を出力し、最上層ウエハが検出された場合に前記最上層ウエハのエッジの検出結果を示す第二の検出信号を出力することを特徴とする請求項１４から請求項１７のいずれか一項に記載のウエハ検出方法。
【請求項１９】
前記検出工程により単一ウエハが検出された場合に前記単一ウエハの前記エッジを検出する第一のエッジ検出工程と、最上層ウエハが検出された場合に前記最上層ウエハの前記エッジを検出する第二のエッジ検出工程とを有することを特徴とする請求項１８に記載のウエハ検出方法。
【請求項２０】
前記検出対象のウエハが単一ウエハであるか最上層ウエハであるかに応じて、前記第一のエッジ検出工程及び前記第二のエッジ検出工程のいずれかの検出結果を選択する選択工程を備えることを特徴とする請求項１９に記載のウエハ検出方法。
【請求項２１】
前記選択工程は、ウエハ投入時のウエハ積層情報に基づき、前記第一のエッジ検出工程及び前記第二のエッジ検出工程のいずれか一方を選択することを特徴とする請求項２０に記載のウエハ検出方法。
【請求項２２】
前記第二のエッジ検出工程は、前記最上層ウエハの厚み方向の変位を検出することを特徴とする請求項１９から請求項２１のいずれか一項に記載のウエハ検出方法。
【請求項２３】
第一のウエハと第二のウエハとを互いに貼り合わせるウエハ貼り合わせ方法であって、
請求項１９から請求項２２のいずれか一項に記載のウエハ検出方法を有し、
前記ウエハ検出方法による前記第一のウエハの検出結果に基づき、前記第一のウエハが単一ウエハである場合には前記第一の検出信号に基づいて前記第一のウエハと前記第二のウエハとを互いに貼り合わせ、前記第一のウエハが積層ウエハである場合には前記第二の検出信号に基づいて前記第一のウエハと前記第二のウエハとを互いに貼り合わせる貼り合わせ工程を備えることを特徴とするウエハ貼り合わせ方法。
【請求項２４】
前記エッジの検出時に前記第一のウエハが載置されるテーブルに前記第一のウエハを搬送する搬送工程を備え、
前記搬送工程は、前記第一のウエハが単一ウエハである場合と積層ウエハである場合との両方の場合で前記第一のウエハを搬送することを特徴とする請求項２３に記載のウエハ貼り合わせ方法。
【請求項２５】
前記ウエハ検出方法による前記第一のウエハの偏心量、ノッチ位置或いはオリフラ位置の検出結果に基づき、ウエハホルダの所定位置に対する前記第一のウエハの偏心量、前記ノッチ位置或いは前記オリフラ位置の補正を行い、前記ウエハホルダに前記第一のウエハを位置決めすることを特徴とする請求項２３又は請求項２４に記載のウエハ貼り合わせ方法。
【請求項２６】
前記貼り合わせ工程は、前記第一のエッジ検出工程又は前記第二のエッジ検出工程による前記第一のウエハの検出結果と、前記第一のエッジ検出工程又は前記第二のエッジ検出工程による前記第二のウエハの検出結果とに基づいて、前記第一のウエハと前記第二のウエハを互いに接合することを特徴とする請求項２３から請求項２５のいずれか一項に記載のウエハ貼り合わせ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロニクスデバイス製造分野で使用される、基板検出装置、基板位置決め装置、これらを有する基板貼り合わせ装置、ウェハ外形検出装置、ウェハ位置決め装置、および、ウェハ外形検出装置およびウェハ外形検出装置を有するウェハ貼り合わせ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロニクスデバイスの動作速度向上、機能高度化、大容量化など達成するための有力な手段の一つとして、エレクトロニクスデバイスを形成したウェハの３次元積層が挙げられる。これは半導体基板（ウェハ）内部に貫通した導線を設けたウェハを積層して導線を接続・薄加工することにより、回路の脱線長を短く出来、デバイスの高速化と低発熱化を実現出来る。また、ウェハ積層の層数を増すことにより、回路の機能を高め、メモリ容量を増やすことが出来る。
【０００３】
ウェハの３次元積層を行なうには、回路形成が終わったウェハ表面に接合電極を形成し、２枚のウェハ、あるいは既に積層されたウェハとさらに積層する次のウェハの電極同士が合うように位置決めして貼り合わせるウェハ貼り合わせ装置が提案されている（例えば、特開２００５−３０２８５８号公報）。
【０００４】
従来のウェハ貼り合わせ装置では、ウェハの外形を検出するために、ウェハの上方から光を照射し、ウェハの下方に配置された光検出器でウェハの外形を検出するウェハ外形検出装置が使用されている。
【０００５】
しかしながら、従来のウェハ外形検出装置では、複数のウェハが積層された状態の積層ウェハ（以後、これもウェハと記す）の外形を検出する際、ウェハ全体の最大外形が検出され、貼り合わせ面に対応するウェハの外形を正しく検出することができないと言う問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、基板検出装置、基板位置決め装置、これらを有する基板貼り合わせ装置、ウェハ外形検出装置、ウェハ位置決め装置、および、ウェハ外形検出装置およびウェハ外形検出装置を有するウェハ貼り合わせ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明は、
検出対象のウエハが単一ウエハであるか積層された積層ウエハのうちの最上層を構成する最上層ウエハであるかを検出する検出部と、
前記検出部による検出結果を出力する出力部と、を備えることを特徴とするウエハ検出装置を提供する。
また本発明は、
第一のウエハと第二のウエハとを互いに貼り合わせるウエハ貼り合わせ装置であって、
上記ウエハ検出装置を有し、
前記ウエハ検出装置による前記第一のウエハの検出結果に基づき、前記第一のウエハが単一ウエハである場合には前記第一の検出信号に基づいて前記第一のウエハと前記第二のウエハとを互いに貼り合わせ、前記第一のウエハが積層ウエハである場合には前記第二の検出信号に基づいて前記第一のウエハと前記第二のウエハとを互いに貼り合わせる貼り合わせ部を備えることを特徴とするウエハ貼り合わせ装置を提供する。
また本発明は、
検出対象のウエハが単一ウエハであるか積層された積層ウエハのうちの最上層を構成する最上層ウエハであるかを検出する検出工程と、
前記検出工程による検出結果を出力する出力工程と、を含むことを特徴とするウエハ検出方法を提供する。
また本発明は、
第一のウエハと第二のウエハとを互いに貼り合わせるウエハ貼り合わせ方法であって、
上記ウエハ検出方法を有し、
前記ウエハ検出方法による前記第一のウエハの検出結果に基づき、前記第一のウエハが単一ウエハである場合には前記第一の検出信号に基づいて前記第一のウエハと前記第二のウエハとを互いに貼り合わせ、前記第一のウエハが積層ウエハである場合には前記第二の検出信号に基づいて前記第一のウエハと前記第二のウエハとを互いに貼り合わせる貼り合わせ工程を備えることを特徴とするウエハ貼り合わせ方法を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、基板の最上面の貼り合わせ面に対応する外形を正しく計測することができる、基板検出装置、基板位置決め装置、これらを有する基板貼り合わせ装置を提供することができる。
【０００９】
また、ウェハの最上面の貼り合わせ面に対応する外形を正しく計測することができる、ウェハ外形検出装置、ウェハ位置決め装置、および、ウェハ外形検出装置およびウェハ外形検出装置を有するウェハ貼り合せ装置を提供することができる。
【００１０】
また、上記装置により貼り合せ時の基板或いはウェハずれ量を各層ごとに計測でき、貼り合せ条件の最適化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施の形態にかかるウェハ貼り合わせ装置の概略構成図である。
【図２】図２は、第１実施の形態にかかるウェハ外形検出装置の概略構成図である。
【図３】図３は、ウェハ外形検出装置のウェハ外形検出シーケンス図である。
【図４】図４Ａは、ウェハ１１のエッジ部拡大図を示す。図４Ｂは、ウェハ半径方向に亘るエッジ検出センサー１５からの信号の一例を示す。
【図５】図５Ａは、ウェハ１１のエッジ部拡大図を示す。図５Ｂは、ウェハ径方向に亘るエッジ検出センサー１５からの信号の一例を示す。図５Ｃは、図５Ｂの信号を基にエッジ範囲を規定する信号を形成した例を示す。
【図６】図６は、第１実施の形態にかかるウェハ外形検出装置のエッジ検出装置のエッジ追従制御ブロック線図を示す。
【図７】図７は、ウェハ表面の高さ変動検出結果の一例。
【図８】図８は、エッジに対するサーボ引き込み特性の一例。
【図９】図９は、エッジ検出センサーによるウェハ外形測定結果の一例。
【図１０】図１０は、ウェハ位置決め装置の概略構成図。
【図１１】図１１は、第２実施の形態にかかるウェハ外形検出装置の概略構成図。
【図１２】図１２は、第２実施の形態のウェハ外形検出装置のウェハ外形検出シーケンス図である。
【図１３】図１３は、第２実施の形態にかかるウェハ位置決め装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態にかかるウェハ貼り合わせ装置について詳細に説明する。
なお、以下の全実施の形態では、半導体ウェハを代表として説明するが、エレクトロニクスデバイス製造に用いられる半導体ウェハ以外の、例えばガラス基板、セラミック基板、フェライト基板等の各種基板も使用できることは言うまでもない。
【００１３】
また、エレクトロニクスデバイスが形成されたチップにも使用できることは言うまでもない。
【００１４】
図１は、実施の形態にかかるウェハ貼り合わせ装置の概略構成図である。
実施の形態にかかるウェハ貼り合わせ装置１は、後述するウェハ外形検出装置１０を内蔵するウェハ位置決め装置５０と、位置決めされた２体のウェハをウェハホルダを介して接合して積層ウェハを形成するウェハ貼り合わせ部９０とから構成されている。
【００１５】
前工程を終了してウェハ位置決め装置５０のウェハ外形検出装置１０に投入されたウェハは、ウェハ外形検出装置１０で最上面の貼り合わせ面に対応するウェハの外形や、ウェハのノッチ位置、或いはオリフラ位置が検出される。
【００１６】
なお、半導体ウェハ以外の基板では、ノッチ位置、或いはオリフラ位置に相当するものが形成されていれば良い。
【００１７】
ウェハ外形検出装置１０の検出結果に基づき、ウェハのノッチ部分或いはオリフラ位置が後述するウェハ位置決め装置５０で後述するウェハホルダの所定位置に位置決めされる。
【００１８】
ウェハ位置決め装置５０でウェハホルダに位置決めされたウェハとウェハホルダのセットは、搬送ロボット２でウェハ貼り合わせ部９０に搬送され、２体のウェハがウェハホルダを介してウェハ貼り合わせ部９０で接合されて貼り合わせウェハ１１（以後、単板ウェハ、積層ウェハとも単にウェハと記す）が形成される。
【００１９】
（第１実施の形態）
次に、第１実施の形態にかかるウェハ外形検出装置１０について説明する。
【００２０】
図２は、第１実施の形態にかかるウェハ外形検出装置１０の概略構成図である。図３は、ウェハ外形検出装置１０のウェハ外形検出シーケンス図である。図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃは、それぞれウェハのエッジ検出出力の例を示す。図６は、第１実施の形態にかかるウェハ外形検出装置におけるエッジ検出装置のエッジ追従制御ブロック線図を示す。
【００２１】
図２において、例えば２枚のウェハ１１ａと１１ｂが貼り合わされたウェハ１１が、回転モータ１２の回転軸に固定されたターンテーブル１３に後述するウェハ投入ロボット５１（図１０参照）を介して載置される。なお、ウェハ１１ａ、１１ｂは、単板ウェハの場合も積層ウェハの場合もある。
【００２２】
回転モータ１２には、回転モータ１２の回転位置（回転角度）を検出するためのロータリーエンコーダ１４が内蔵されている。以降の説明では、ターンテーブル１３上に（積層）ウェハ１１が載置されている場合について説明するが、単板のウェハ１１であっても良いことは言うまでも無い。
【００２３】
ウェハ１１の上方には、ウェハ１１の外形エッジ部分を検出するためのエッジ検出センサー１５と、このエッジ検出センサー１５を支持し、エッジ検出センサー１５をウェハ１１のエッジに追従させるサーボ機構１６が配置されている。サーボ機構１６は、リニアエンコーダ１７を内蔵するリニアモータ１８から構成され、エッジ検出センサー１５をウェハ１１の半径方向に移動させる。
【００２４】
また、回転モータ１２、エッジ検出センサー１５、リニアモータ１８等を制御すると共に、各信号を処理するための後述する各種制御部からなる制御装置２０を有している。
【００２５】
以下、ウェハ外形検出装置１０の構成要素について説明する。
エッジ検出センサー１５は、ウェハ１１の厚み方向の変位を抽出することが可能であり、図４Ａ、図４Ｂに示すように、ウェハ１１のエッジ部分の段差検出ができるセンサー系となっている。また、エッジ検出センサー１５は、併せてウェハ１１の厚みも測定でき、ウェハ１１が積層ウェハの場合は層毎のウェハ厚みが事前に分っていれば、積層数を検出することもできる。
【００２６】
図４Ａは、ウェハ１１のエッジ部拡大図を、図４Ｂは、ウェハ半径方向に亘るエッジ検出センサー１５からの信号の一例を示す。
【００２７】
また、エッジ検出センサー１５は、傾き検出機能を有し、ウェハ１１のエッジの領域が傾斜している部分の検出が可能であり、図５Ａから図５Ｃに示すように、ウェハ１１のエッジの領域を判別することが可能である。
【００２８】
図５Ａは、ウェハ１１のエッジ部拡大図を、図５Ｂは、ウェハ径方向に亘るエッジ検出センサー１５からの信号の一例を、図５Ｃは、図５Ｂの信号を基にエッジ範囲を規定する信号を形成した例をそれぞれ示す。
【００２９】
また、エッジ検出センサー１５は、反射率の変化を検出可能であり、ウェハ１１の各層のウェハ（例えば、１１ａ、１１ｂ）のエッジ近傍で、反射率が異なっている場合に、特定の層のエッジ判別が可能となる。
【００３０】
また、エッジ検出センサー１５は、色相の検出が可能であり、ウェハ１１各層毎のエッジ近傍で、色相が異なっている場合に特定の層のエッジ判別が可能となる。
【００３１】
また、本実施の形態では、エッジ追従のためのリニアバンドが最も広い、厚み方向変位抽出が可能である非接触の光学式変位計を用いている。
【００３２】
リニアモータ１８は、エッジ検出センサー１５をウェハ１１の半径方向に駆動可能にする機構であり、３相コイルと磁石を利用して電磁駆動力を発生する可動部と固定部とを有し、固定部に対し電磁駆動力によって可動部が駆動される構造を有する。エッジ検出センサー１５は可動部に固定されている。また、リニアモータ１８には案内機構も内蔵され、位置決め分解能も数μｍ程度の能力をもつ。
【００３３】
なお、ウェハ１１のエッジ検出に必要な分解能は、サンプリングデータ数にもよるが、１0μｍ程度が必要であるので数μｍの位置決め能力のある駆動形態であれば単相ＶＣＭ駆動や電磁駆動力以外の空圧駆動力をもった空圧アクチュエータなどを用いても良い。また、エッジに追従するのに案内などの摺動抵抗が小さい機構系のものが望ましい。
【００３４】
リニアエンコーダ１７は、リニアモータ１８に内蔵され、可動部の駆動方向（ウェハ半径方向）位置検出を行うものである。リニアエンコーダ１７は、パルスカウントで位置を判定できるが、リニアモータ１８初期化の際に原点センサー（不図示）でカウントリセットを行う。またカウント値からウェハ半径方向位置への変換は制御装置２０のデータ処理部（ＣＰＵ）２１で行う。なお、本実施の形態では、リニアエンコーダ１７を内蔵としているが、リニアエンコーダ１７は外付けであっても構わない。
【００３５】
ウェハ１１は、単層ウェハ、積層（貼り合わせ）ウェハなどを用いる。本実施の形態では、主に積層した２００ｍｍウェハを対象としているが、これに限られるものではない。
【００３６】
回転モータ１２は、不図示の回転子と固定子を有し、固定子に対し回転子は電磁力等でトルクを発生し回転できる構造となっている。
【００３７】
ロータリーエンコーダ１４は、回転モータ１２に内蔵され（不図示）、回転モータ１２の回転角度に応じた回転角検出を行うものであり、パルスカウントで角度を判定できる。ロータリーエンコーダ１４は回転モータ１２の初期化の際に原点センサー（不図示）でカウントリセットを行い、カウント値からモータ回転角度への変換はデータ処理部（ＣＰＵ）２１で行う。なお、本実施の形態では、ロータリーエンコーダ１４は内蔵としているが、外付けであっても構わない。
【００３８】
ターンテーブル１３は、回転モータ１２の回転子に取り付けられ、ウェハ１１を吸着する機能をもつ。吸着されたウェハ１１は回転モータ１２の回転とともに回るようになる。なお、本実施の形態では、真空吸着を用い、ターンテーブル１３までの真空導入はロータリユニオン（不図示）などを中継して行うものとする。なお、真空吸着に代えて静電吸着等を用いることもできる。
【００３９】
制御装置２０内のリニアモータドライバ２２は、リニアモータ１８を駆動するためのコントロールドライバであって、位置指令を送信してリニアモータ１８を所定位置へと位置決めし、推力指令を送信すると所定推力で可動子を駆動することができ、リニアモータ１８の駆動条件などの様々なパラメータが設定可能で、パラメータに応じたリニアモータ駆動を可能にしている。
【００４０】
回転モータドライバ２３は、回転モータ１２を駆動するためのコントロールドライバであって、回転指令を送信すると指令回転数での回転が可能となり、目的回転角への位置指令を送信すると所定回転角へ位置決め可能となり、回転モータ１２の駆動条件などの様々なパラメータが設定可能で、パラメータに応じた回転モータ１２の駆動を可能にしている。
【００４１】
サーボ制御部２４は、エッジ検出センサー１５をウェハ１１のエッジに追従させるためのサーボ機能を有する電気回路であり、回路の機能構成を図６のブロック図を参照して説明する。
【００４２】
本回路の機能は、ブロック図の中のブロックＢ１、Ｂ２、それとＥｔとＥｓの比較器である。また、ブロックＢ３はリニアモータドライバ２２の電流感度特性(Ａ／Ｖ)を、ブロックＢ４はリニアモータ２８の推力特性(Ｎ／Ａ)を、ブロックＢ５（点線部）は可動子に搭載されたエッジ検出センサー１５のウェハ半径方向に運動する状態を１個のブロックとして示したものである。
【００４３】
ブロックＢ５はリニアモータ可動子とエッジ検出センサー１５で構成される可動部質量により、推力が加速度特性((ｍ／ｓ２)／Ｎ)により加速度となり、加速度の時間積分が速度(ｍ／ｓ)に、速度の時間積分が位置(ｍ)に変換される流れを積分要素で表している。
【００４４】
エッジ検出センサー１５は、図２、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａから図５Ｃに示すように、ウェハ１１ｂのエッジより内側（ウェハ内周側）だとウェハ表面を計測し、ウェハ１１ｂのエッジより外側だと下層ウェハ１１ａ表面もしくは測定表面が無い状態を計測する。
【００４５】
エッジ検出センサー１５の厚み方向の変位抽出機能を用いるとウェハ１１の半径に従って図４Ｂに示すような信号出力Ｅｓが得られる。その際に、閾値Ｅｔはウェハ１１の最上面のウェハ１１ｂ表面高さに相当するＥｓの値に対し低めの値にセットする。図６のブロック図でのＥｓとＥｔの比較を考えると、ブロックＢ１は図４Ａのウェハ１１ｂのエッジに対しウェハ１１ｂの外周側にエッジ検出センサー１５があると Ｅｔ−Ｅｓ＝ε＞０ となり、逆にウェハ１１ｂのエッジに対しウェハ１１ｂの内周側にエッジ検出センサー１５があると Ｅｔ−Ｅｓ＝ε＜０ となる。図６のブロック図のＢ１ではεの極性に対し、εが正であれば＋Ｅ(Ｖ)の電圧を発生し、εが負であれば−Ｅ(Ｖ)の電圧を発生する。＋Ｅ(Ｖ)はエッジ検出センサー１５のウェハ半径上での動きが内周側へ動く推力極性に対応し、−Ｅ(Ｖ)は外周側へ動く推力極性に対応する。エッジ検出装置は、このフィードバック制御動作の安定化の為にブロックＢ２のフィルタを用いて位相補償を行う。これらの回路構成によりウェハ１１ｂのエッジへの自動追従が可能となる。エッジ検出装置は、エッジへの追従状態を保つことで、エッジ検出センサー１５の位置をリニアエンコーダ１７情報から読み取り、エッジ位置の情報として扱うことが可能となる。
【００４６】
図２に示す、計測データ読込み部２５は、エッジ検出センサー１５、ロータリーエンコーダ１４、或いはリニアエンコーダ１７等の出力電圧を時間同期、あるいはエンコーダカウント同期に合わせてデータを読み込む機能を有する。読み取ったデータはデータ処理部２１に伝える。
【００４７】
データ処理部(ＣＰＵ)２１は、ウェハ外形検出装置１０の場合、計測データの演算処理や記憶を行ったり、サーボ制御部にエッジ追従サーボのオンオフ指令を出したり、各ドライバへの指令を行ったり、ドライバの状態を読み取る等の処理を行ったり、投入されたウェハの状態判別を行い状態に対応する処理指令等を行う。
【００４８】
次に、図３を参照して、ウェハ外形検出（計測）のシーケンスをステップ毎に説明する。
【００４９】
ウェハ１１は、不図示のロボットによる自動搬送、あるいは人による手動搬送で回転モータ１２のターンテーブル１３上に積載される。
【００５０】
ステップ（Ｓ１）：ウェハ表面計測
閾値Ｅｔの設定のためには、計測すべきウェハの最上層ウェハ１１ｂ（図２参照）の表面高さを求める必要がある。その最上層の表面高さを計測するためには、エッジ検出センサ−１５をウェハ１１ｂの内周側へ位置決めする必要がある。２００ｍｍウェハの場合を例にすると、ターンテーブル１３の回転中心に対してＲ＝１００ｍｍ近傍がエッジとなる。しかし、エッジ検出センサー１５は、ウェハ１１のターンテーブル１３への積載時のずれがあるためにそのずれ量を考慮した位置決め位置の設定が必要となる。なるべくエッジに近い位置でウェハ表面の高さデータを取ることが正確な閾値設定には必要なので、ターンテーブル１３上でのウェハ１１偏芯量は５ｍｍ以下が望ましい。よってエッジ検出センサー１５は、ターンテーブル１３中心から半径Ｒ＝９０〜９４ｍｍ付近に位置決め設定することが望ましい。なお、この数値はターンテーブル１３に載置するウェハ１１のサイズによって変更される。
【００５１】
次に、ウェハ外形検出装置１０は、ターンテーブル１３を回転し、ウェハ回転角に対応したウェハ１１ｂの面ブレを計測する。計測終了後は、ターンテーブル１３の回転を停止する。エッジの段差が小さい場合は、ウェハ１１の面ブレも考慮した閾値設定をすることで対象となるエッジに間違いなくエッジ検出センサー１５を追従させることができるようになる。従って、ターゲット閾値Ｅｔは、最上層のウェハ１１ｂの表面高さから一定量のオフセットをもった回転角に依存するパラメータとなる。図７は、ウェハ１１ｂ表面の高さ変動の一例である。
【００５２】
オフセット量の目安は、追従する段差の半分程度である。制御上はこのオフセット量をアナログ電圧換算あるいはデジタル値換算して制御する。以上によりウェハ回転角θに対応したターゲット閾値Ｅｔ（θ）（図７参照）が得られると共に、それを記憶する。また、制御装置２０は、予めウェハ積層数を制御装置２０内に登録しておき、計測したウェハ高さが、登録値と異なった場合はデータ処理部２１でエラー判定することも可能である。
【００５３】
ステップ（Ｓ２）：エッジサーボＯＮ〜ウエイト処理まで
データ処理部２１は、ウェハ１１が回転停止状態でサーボ制御部２４にエッジ追従状態（図６のブロック図の状態）になるようにサーボＯＮ指令を出す。
【００５４】
エッジが静止している場合は、エッジ検出センサー１５の振る舞いは図８のようになる。図８は、エッジに対するサーボ引き込み特性の一例を示す。エッジ検出センサー１５の動きはリニアエンコーダ１７の出力で表されるから、過渡的な引き込み完了の状態はリニアエンコーダ１７の出力を監視することで得ることが出来る。
【００５５】
サーボ制御部２４は、サーボ引き込みが完了した段階で回転モータ１２を起動し、所定の回転数でウェハ１１を回す。サーボ制御部２４は、回転開始によるエッジサーボの追従に誤差が乗る場合があるので、データ取得のタイミングを一定時間遅らせるウエイトシーケンス（ウエイト時間）が設定されている。この時間は、回転モータ１２の回転数とウェハ１１の取り付け偏芯量に依存し、回転数及び偏芯量が大きいとウエイト時間は長くなる。なお、偏芯量が５ｍｍ程度の時の図６のブロックＢ２のフィルタの回路定数は、リードラグフィルタ３０Ｈｚの設定で回転数が０．２ｒｐｓ以下であればウエイト時間は０でも構わない。
【００５６】
ステップ（Ｓ３）：ウェハ外形データ取得
ウェハ１１ｂの外形データは、回転モータ１２のロータリーエンコーダ１４の値と、これに対応するエッジ検出センサー１５の位置（リニアエンコーダ１７値）が一対データとして計測データ読み込み部２５に記憶される。図９は、エッジ検出センサー１５で検出されたウェハ外形検出結果の一例を示し、一周に亘るウェハエッジとノッチ位置とが検出されている。
【００５７】
サーボ制御部２４は、1回転分データを計測したら、データ処理部２１へ記憶データを転送する。制御装置２０は、ウェハ外形データから、ウェハ１１ｂの外周部に形成された後述するノッチ部分あるいは不図示のオリフラ部分の無いデータを抽出し、そのデータからウェハ１１ｂの直径、偏芯を算出する。
【００５８】
制御装置２０は、その算出値を用いて、ノッチ部分あるいはオリフラ部を除くウェハ外周データを再抽出し、正確な直径、偏芯座標、ノッチ部分を有するウェハ（ノッチウェハ）なのかオリフラ部分を有するウェハ（オリフラウェハ）なのかノッチ部分もオリフラ部分も無いウェハなのかを判定し、ノッチウェハであれば、ノッチ位置の角度を、オリフラウェハであればオリフラ位置の角度を算出する。その場合の角度基準は、回転モータ１２の原点を基準とする。例えば、図９の場合、ノッチ位置は約３．１４ｒａｄとなる。
【００５９】
また、予めウェハ１１の種類を制御装置２０内に登録しておき、計測したウェハ１１の結果が登録しているデータと異なった場合は、例えば、ノッチの無いウェハが投入された場合、あるいはノッチでなくオリフラウェハが投入された場合、データ処理部２１でエラー判定することも可能である。
【００６０】
ステップ（Ｓ４）：ウェハノッチ部精密計測
ノッチウェハの場合はノッチ位置の角度を正確に計算するために、ウェハ回転速度を落とした状態でノッチ位置近傍の再データ取得を行う。ノッチ位置のおおよその角度はステップＳ３で求められるので、そのノッチ位置の手前まで、回転モータ１２を駆動させ位置決めし、回転モータ１２が停止状態でデータ処理部２１はサーボ制御部２４にエッジ追従状態になるようにサーボＯＮ指令を出す。サーボ制御部２４は、サーボ引き込み完了の判断を行った後にウェハ回転を所定角度分だけ行う。制御装置２０は、ノッチ位置を含む局所的な外形を、回転モータ１２のロータリーエンコーダ１４値に対応するエッジ検出センサー１５位置（リニアエンコーダ１７値）として計測データ読み込み部２５に記憶する。
【００６１】
ステップ（Ｓ５）：ウェハ偏芯、ノッチ位置算出
ステップＳ３の結果とステップＳ４で取得した計測データを用いてデータ処理部２１は、回転モータ１２の原点を基準としてターンテーブル１３上のウェハ１１ｂの偏芯座標とノッチウェハであれば再測定したノッチ位置角度を算出し、オリフラウェハであれば偏芯補正したオリフラ位置角度を算出する。
【００６２】
以上で、ウェハ１１ｂの偏芯とノッチ位置検出を終了し、ここで求められたウェハ１１ｂの偏芯量とノッチ位置角度は、次工程で補正に用いられる。
【００６３】
次に、ウェハ外形検出装置１０を内蔵するウェハ位置決め装置５０の構成とウェハ位置決めシーケンスについて説明する。
【００６４】
以下、ハードウェア構成について説明する。図１０は、ウェハ位置決め装置５０の概略構成図であり、図１０中に示すようにＸＹＺ軸を決め説明する。
【００６５】
ウェハ投入ロボット５１は、ウェハ１１を所定の保管場所から回転モータ１２のターンテーブル１３上へ積載するためのロボットであり、アーム５１ａ先端でウェハ１１を吸着保持し搬送を行う。また、ウェハ投入ロボット５１は、多関節構造でアーム５１ａの伸縮が可能である。
【００６６】
回転モータ昇降機構部５２は、回転モータ１２を垂直方向に上下動させる駆動部である。
【００６７】
ウェハ搬送機構部(Ｙ軸)５３は、ウェハ１１を回転モータ１２位置からウェハホルダステージ５４へ搬送するための機構部であり、アーム５３ａ先端でウェハ１１を吸着保持し搬送を行う。
【００６８】
ウェハ搬送機構部(Ｚ軸)５５は、ウェハ１１を垂直方向に上下動させる駆動部であり、ウェハ１１を吸着保持するための吸着ピンを有する。
【００６９】
ウェハホルダ５６は、着脱可能なウェハ１１を保持する基材であり、ウェハ１１を吸着する面を有する。
【００７０】
ウェハホルダステージ（θ軸）５４ａは、ウェハホルダ５６を回転させる駆動部でウェハ搬送機構部（Ｚ軸）５５を搭載し、ウェハホルダ５６を吸着保持する機構を有する。
【００７１】
ウェハホルダステージ（Ｘ軸）５４ｂは、ウェハホルダ５６をＸ軸方向に移動させる駆動部でウェハホルダステージ（θ軸）５４ａを搭載している。
【００７２】
ウェハホルダステージ（Ｙ軸）５４ｃは、ウェハホルダ５６をＹ軸方向に移動させる駆動部でウェハホルダステージ（Ｘ軸）５４ｂを搭載している。
【００７３】
ウェハホルダ投入ロボット５７は、ウェハホルダ５６をウェハホルダステージ５４上へ搬送するロボットである。なお、ウェハホルダ投入ロボット５７は、ウェハ投入ロボット５１と兼用でも構わない。
【００７４】
また、ウェハ位置決め装置５０は、回転モータ昇降機構部５２、ウェハ搬送機構部（Ｙ軸）５３、ウェハ搬送機構部（Ｚ軸）５５の駆動機構それぞれのドライバコントローラと、ウェハホルダステージ（θ軸）５４ａ、（Ｘ軸）５４ｂ、（Ｙ軸）５４ｃの駆動機構それぞれのドライバコントローラ、および制御部（ＣＰＵ）等を含む不図示の駆動系コントローラを有している。そして、これらドライバコントローラと図２に示すデータ処理部２１とが通信し以下のウェハ位置決めシーケンス制御が行われる。
【００７５】
ウェハ位置決めシーケンスについてステップ毎に説明する
ステップＳ１１：ウェハ投入シーケンス
ウェハ投入ロボット５１は、ターンテーブル１３上へウェハ１１を搬送する。
【００７６】
ステップＳ１２：ウェハホルダ投入シーケンス
ウェハホルダ投入ロボット５７は、ウェハホルダステージ５４上へウェハホルダ５６を搬送する。
【００７７】
ステップＳ１３：ウェハ外形計測シーケンス
制御装置２０は、図３に示すステップＳ１〜ステップＳ５を実行する。
【００７８】
ステップＳ１４：ウェハノッチ（オリフラ）位置決め
ウェハ外形検出装置１０は、ステップＳ１３で求められたノッチ（オリフラ）位置の角度に基づきノッチ（オリフラ）位置を所定の角度へ位置決めする。
【００７９】
ステップ１５：ウェハホルダステージ受け渡し位置移動
ウェハ外形検出装置１０は、ステップＳ１３で求められたウェハ偏芯座標に基づき偏芯座標に応じた位置にウェハホルダステージ５４を位置決めしウェハホルダステージ５４の中心とウェハ１１ｂ中心を合わせる。
【００８０】
ステップＳ１６：ウェハ１１を回転モータ１２からウェハ搬送機構部（Ｙ軸）５３へ搬送
ウェハ外形検出装置１０は、回転モータ昇降機構部５２で回転モータ１２を下降させ、ターンテーブル１３に吸着されているウェハ１１をウェハ搬送機構部（Ｙ軸）アーム５３ａへ搬送する。ターンテーブル１３でのウェハ吸着はウェハ搬送機構部（Ｙ軸）アーム５３ａへのウェハ１１の吸着を確認した後に吸着オフしウェハ搬送機構部（Ｙ軸）アーム５３ａへの搬送が完了する。回転モータ昇降機構部５２は下方退避位置へ移動しウェハ搬送機構部（Ｙ軸）５３のウェハホルダステージ５４側への駆動が可能となる。
【００８１】
ステップＳ１７：ウェハ搬送機構部（Ｙ軸）５３からウェハ搬送機構部（Ｚ軸）５４ａへウェハ１１を搬送
ウェハ位置決め装置５０は、ウェハ搬送機構部（Ｙ軸）５３をウェハホルダステージ５４との受け渡し位置までＹ方向に移動し、ウェハ搬送機構部（Ｚ軸）５４ａがウェハ搬送機構部（Ｙ軸）５３停止後に上方向に移動し、ウェハ搬送機構部（Ｚ軸）５４ａの不図示の吸着ピンを吸着オン状態にし、受け渡し位置まで上昇させたら吸着ピンの吸着状態を監視しながら、吸着力が発生するまで上方向へ微動させ、吸着ピン側の吸着力が所定の閾値を超えたらウェハ搬送機構部（Ｙ軸）５３側のアーム５３ａの吸着をオフする。ウェハ位置決め装置５０は、吸着ピンをさらに上昇し、上方待機位置までウェハ１１を持ち上げ、その後ウェハ搬送機構部（Ｙ軸）５３を退避する。
【００８２】
ステップＳ１８：ウェハ搬送機構部（Ｚ軸）５４ａからウェハホルダ５６へウェハ１１を搬送
ウェハ位置決め装置５０は、ウェハ搬送機構部（Ｚ軸）５４ａの吸着ピンをウェハ吸着状態で保持しつつ下降させ、ウェハホルダ５６を吸着オン状態にし、吸着ピンを受け渡し位置まで下降し、ウェハホルダの吸着力が所定の閾値を超えたら吸着ピン側の吸着をオフする。吸着ピンは、さらに下降して下方待機位置にて動作終了する。なお、吸着力の確認は真空圧の確認でも構わないし、真空圧確認を無視した時間管理の搬送でも構わない。
【００８３】
以上のシーケンスによって、ウェハ１１の最上面ウェハ１１ｂのノッチ位置が、ウェハホルダ５６の所定の位置に位置決めされる。
【００８４】
このようにして、ウェハホルダ５６に位置決めされたウェハ１１とウェハホルダ５６のセットは、別のウェハ１１とウェハホルダ５６のセットとウェハホルダ５６に形成されたマーク５８を基準にして位置決めされ、図１に示すウェハ貼り合わせ部９０で、ウェハホルダ５６を介して加圧・加熱されて２体のウェハ１１、１１の接合部である例えば電極が接合され貼り合わせ（積層）ウェハ１１（図１参照）が完成する。
【００８５】
第１実施の形態にかかるウェハ貼り合わせ装置１によれば、ウェハ外形検出装置１０を用いてウェハ１１の最上面のウェハ１１ｂのエッジ検出、およびノッチ位置を検出することで、貼り合わせ前のウェハ１１が複数の基板を貼り合わせられたウェハ１１であっても、ウェハ１１の最上面の貼り合わせ面にあたるウェハ１１ｂの外形、およびノッチ位置を正しく検出することが可能になる。また、ウェハ外形検出装置１０のエッジ検出結果に基づき、ウェハ１１（１１ｂ）の偏心量、ノッチ位置を補正し、ウェハ位置決め装置５０によりウェハホルダ５６の所定の位置にウェハ１１（１１ｂ）を正確に位置付けすることが可能になる。その後、貼り合わせ部９０で２体のウェハ１１（１１ｂ）とウェハホルダ５６のセットを、ウェハホルダ５６を介して加圧・加熱して接合することで、接合位置ずれの無い貼り合わせウェハ１１を製造することが可能になる。
【００８６】
（第２実施の形態）
次に、本発明の第２実施の形態にかかるウェハ張り合わせ装置について説明する。本実施の形態にかかるウェハ貼り合わせ装置の主な相違点は、第１実施の形態のウェハ外形検出装置に、透過型ラインセンサーを用いた固定式のウェハ外形検出センサーが追加された点であり、その他の同様の構成には同じ符号を付し説明を省略する。また、図１に示すウェハ貼り合わせ装置の構成、および作用も同様であり説明を省略する。
【００８７】
図１１は、第２実施の形態にかかるウェハ外形検出装置の概略構成図であり、図１２はウェハ外形検出装置１１０のウェハ外形検出シーケンス図である。また、図１３は、第２実施の形態にかかるウェハ位置決め装置の概略構成図である。
【００８８】
図１１において、ウェハ外形検出装置１１０は、図２に示す各構成に加え、透過型ラインセンサー１１２が回転するウェハ１１の外周部近傍に配置されている。第１実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し説明を省略し、追加された透過型ラインセンサー１１２についてのみ説明する。
【００８９】
透過型ラインセンサー１１２は、一般的に用いられるウェハ外形検出センサーで発光部１１２ａからライン状の平行光を照射し、その透過光を受光部１１２ｂで感知し透過部と遮蔽部の境界の位置を出力するセンサーである。透過型ラインセンサー１１２は、第１の実施の形態中のエッジ検出センサー１５と併設される。なお、透過型ラインセンサー１１２とエッジ検出センサー１５の設置角度は、ウェハ回転方向に任意に設定可能である。
【００９０】
次に、第２実施の形態にかかるウェハ外形検出装置１１０を用いたウェハ外形計測シーケンスを図１２を参照しつつステップ毎に説明する。
【００９１】
ステップＳ６：２種類のセンサーによる外形計測
エッジ検出センサー１５は、図３に示すステップＳ１の計測を行う。同時に透過型ラインセンサー１１２は図３に示すステップＳ１のターンテーブル１３回転時にウェハ１１の外形計測を行う。
【００９２】
ステップＳ７：２種類のセンサーの選択
ノッチ位置の精密検出は、図３に示すステップＳ１終了時に、エッジ検出センサー１５の高さ結果計測からウェハ１１が単層ウェハであることが検出されたら、透過型ラインセンサー１１２の外形計測結果を用いる。
【００９３】
一方、ウェハ１１が積層ウェハであることが検出された場合、エッジ検出センサー１５を用いてウェハ１１の外形とノッチ位置を計測する。ウェハ１１が単層の場合は、透過型ラインセンサー１１２でも外形検出には問題無いので計測時間が短縮できる。
【００９４】
ステップＳ８：ウェハの積層状態の検出
ステップＳ６でウェハ１１が積層ウェハであった場合には、エッジ検出センサー１５で図３に示すステップＳ３〜Ｓ５を実行し、同時に透過型ラインセンサー１１２を用いて外形計測を行う。
【００９５】
ステップＳ９：偏芯座標計算等の処理
制御装置２０は、エッジ検出センサー１５の計測結果を用いて、ウェハ１１の偏芯座標の算出、ノッチ位置の算出を行う。算出結果は、第１実施の形態で説明した、ウェハ位置決め装置５０におけるウェハの位置決めに使用される。
【００９６】
なお、このステップにおいて、エッジ検出センサー１５と透過型ラインセンサー１１２の両センサーの出力結果からウェハ１１の重なり状態のずれを検出することができ、このずれ状態から前に行われたウェハ貼りあわせ工程の品質を管理することが可能である。
【００９７】
以上述べたように、第２実施の形態にかかるウェハ外形検出装置１１０では、エッジ検出センサー１５と透過型ラインセンサー１１２を共用することで、単層ウェハと積層ウェハが混在する場合のウェハ外形検出時間を短縮することが可能になる。
【００９８】
なお、ウェハ外形検出装置１１０以外の構成は第１実施の形態と同様であり、ウェハ外形検出以降の後工程の説明は省略する。
【００９９】
また、エッジ検出センサー１５を、ウェハの表側、裏側の両側に配置し、ウェハのＩＤ管理を行うことで、最下層のウェハの中心に対する上層のウェハの中心ずれを各層ごとに検出することができるため、各層の中心ずれの履歴を残すことが可能となる。
【０１００】
また、上述の実施の形態は例に過ぎず、上述の構成や形状に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜修正、変更が可能である。
【図１】
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【図２】
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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】
0005561419.tif 000010
【図１０】
0005561419.tif 000011
【図１１】
0005561419.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
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