(57)【要約】      （修正有）【課題】位置決め装置における位置決め動作のスループットを短縮する。【解決手段】アラインメントマークを有する基板を位置合わせする位置決め装置であって、基板を第１基準位置に位置合わせする第１位置合わせ部と、基板を保持する前に、基板保持部材を第２基準位置に位置合わせする第２位置合わせ部と、基板を基板保持部に保持した後に、基板のアラインメントマークの位置を検出する位置検出部とを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに向かい合った一対のステージを有する位置決め部に搬送する前に、第１の基板を基板保持部に位置合わせする位置合わせ工程と、
第１の基板を基板保持部材に保持する保持工程と、
前記第１の基板が保持された前記基板保持部材を前記位置決め部の前記一対のステージの一方に搬送する搬送工程と、
前記第１の基板と第２の基板とを前記位置決め部で互いに位置決めする位置決め工程と、
位置決めされた前記第１の基板と前記第２の基板とを互いに貼り合わせる貼り合わせ工程とを有し、前記位置決め工程の位置決め精度は、前記位置合わせ工程の位置合わせ精度よりも高い基板貼り合わせ方法。
【請求項２】
前記位置合わせ工程は、前記基板保持部材に前記第１の基板が保持されていない状態で、前記基板保持部材を第１基準位置に位置合わせする第１位置合わせ工程を有する請求項１に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項３】
前記位置合わせ工程は、前記第１の基板を第２基準位置に位置合わせする第２位置合わせ工程を有する請求項１または２に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項４】
前記第２位置合わせ工程は、前記第１の基板のアラインメントマークの位置を検出するアラインメントマーク検出工程を有する請求項３に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項５】
前記位置決め工程は、前記基板保持部に保持された前記第１の基板の前記アラインメントマークの位置を検出する位置検出工程を有し、
前記アラインメントマーク検出工程における位置の検出の精度よりも前記位置決め工程における位置の検出の精度が高い請求項４に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項６】
前記第２位置合わせ工程では、前記第２位置合わせ工程を行う第２位置合わせ部に設けられた位置合わせ部材を前記第１の基板に当接することにより当該第１の基板を前記第２基準位置に位置合わせする請求項３から５のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項７】
前記第２位置合わせ工程では、前記第２位置合わせ工程を行う第２位置合わせ部に前記第１の基板を搬入する搬送装置に、前記第２位置合わせ部に設けられた位置合わせ部材を当接することにより、前記搬送装置に搬送された前記第１の基板を前記第２基準位置に位置合わせする請求項３から５のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項８】
前記保持工程では、前記基板保持部材に前記第１の基板が保持されていない状態で前記基板保持部材を第１基準位置に位置合わせする第１位置合わせ工程を行う第１位置合わせ部に前記搬送装置を当接することにより、前記搬送装置に搬送された前記第１の基板を前記第１位置合わせ部に配置された前記基板保持部材に対して位置合わせして前記基板保持部材に搭載させる請求項７に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項９】
前記第２位置合わせ工程は、前記第１の基板の外形を検出する外形検出工程を有し、前記外形検出工程で検出した前記第１の基板の外形と前記第２基準位置との関係に基づいて当該第１の基板を位置合わせする請求項３から５のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項１０】
前記第１位置合わせ工程は、前記基板保持部材に設けられた基準マークの位置を検出する基準マーク検出工程を有し、
前記基準マーク検出工程における位置の検出の精度よりも前記位置決め工程における位置の検出の精度が高い請求項２に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項１１】
前記基準マークは、前記基板保持部材に保持された前記第１の基板の外側に配される請求項１０に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項１２】
前記第１位置合わせ工程では、前記第１位置合わせ工程を行う第１位置合わせ部に設けられた位置合わせ部材に前記基板保持部材を当接させることにより当該基板保持部材を前記第１基準位置に位置合わせする請求項２に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項１３】
前記第１位置合わせ工程は、前記第１位置合わせ工程を行う第１位置合わせ部に設けられた位置合わせ部材に、前記基板保持部材を搬入する搬送装置を当接することにより、当該搬送装置に搬送された前記基板保持部材を前記第１基準位置に位置合わせする請求項２に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項１４】
前記位置決め工程では、前記基板保持部材に設けられた基準マークを、顕微鏡により前記基板保持部材の表面および裏面から観察する請求項１から１３のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項１５】
前記位置決め工程では、基準マークを有する前記基板保持部材に搭載した前記第１の基板のアラインメントマークと、当該基板保持部材の前記基準マークとを検出して、当該アラインメントマークおよび当該基準マークの相対的な位置関係を検出する請求項１から１４のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項１６】
前記第２の基板を他の基板保持部材に保持する第二の保持工程を有し、
前記搬送工程では、前記第２の基板が保持された前記他の基板保持部材を前記位置決め部に搬送する請求項１から１５のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項１７】
前記貼り合わせ工程では、前記基板保持部材に保持された前記第１の基板と、前記第２の基板とを、加熱および加圧する請求項１から１６のいずれか一項に記載の基板貼り合わせ方法。
【請求項１８】
アラインメントマークを有する基板を位置決めする位置決め方法であって、
前記基板を保持する基板保持部材に前記基板が保持されていない状態で、前記基板保持部材を第１基準位置に位置合わせする第１位置合わせ段階と、
前記基板を第２基準位置に位置合わせする第２位置合わせ段階と、
前記基板保持部に保持された前記基板のアラインメントマークの位置を検出する位置検出段階とを有し、前記位置検出段階における位置検出精度は、前記第１位置合わせ段階および前記第２位置合わせ段階の位置合わせ精度よりも高い位置決め方法。
【請求項１９】
アラインメントマークを有する基板を位置決めする位置決め方法であって、
前記基板を保持可能であり且つテーブル上に搬送される基板保持部材に前記基板が保持されていない状態で、前記基板保持部材を基準位置に位置合わせする位置合わせ段階と、
前記テーブル上の前記基板保持部に保持された前記基板のアラインメントマークの位置を検出する位置検出段階とを備え、前記位置検出段階における位置検出精度は、前記位置合わせ段階の位置合わせ精度よりも高い位置決め方法。
【請求項２０】
前記基板保持部材をテーブル上に搬送する搬送段階を備え、
前記位置検出段階では、前記テーブル上の前記基板保持部に保持された前記基板のアラインメントマークの位置を検出する請求項１８または１９に記載の位置決め方法。
【請求項２１】
第１の基板を基板保持部に位置合わせする位置合わせ部と、
第１の基板を基板保持部材に保持させる保持部と、
前記保持部とは別体であって互いに向かい合った一対のステージを有し、前記基板保持部材に保持された第１の基板と第２の基板とを前記一対のステージ上で互いに位置決めする位置決め部と、
前記第１の基板が保持された前記基板保持部材を前記位置決め部に搬送する搬送部と、
前記位置決め部で位置決めされた前記第１の基板および第２の基板を互いに貼り合わせせる貼り合わせ部とを備え、前記位置決め部での位置決め精度は、前記位置合わせ部の位置合わせ精度よりも高い積層基板製造装置。
【請求項２２】
前記基板保持部材に前記第１の基板が保持されていない状態で、前記基板保持部材を第１基準位置に位置合わせする第１位置合わせ部を備える請求項２１に記載の積層基板製造装置。
【請求項２３】
前記第１の基板を第２基準位置に位置合わせする第２位置合わせ部を備える請求項２１または２２に記載の積層基板製造装置。
【請求項２４】
前記第２位置合わせ部は、前記第１の基板のアラインメントマークの位置を検出するアラインメントマーク検出部を有する請求項２３に記載の積層基板製造装置。
【請求項２５】
前記位置決め部は、前記基板保持部に保持された前記第１の基板の前記アラインメントマークの位置を検出する位置検出部を備え、
前記アラインメントマーク検出部による位置の検出の精度よりも前記位置検出部による位置の検出の精度が高い請求項２４に記載の積層基板製造装置。
【請求項２６】
前記第２位置合わせ部は、前記第１の基板に当接することにより当該第１の基板を前記第２基準位置に位置合わせする位置合わせ部材を含む請求項２３から２５のいずれか一項に記載の積層基板製造装置。
【請求項２７】
前記第２位置合わせ部は、前記第２位置合わせ部に基板を搬入する搬送装置に当接することにより、前記搬送装置に搬送された前記基板を前記第２基準位置に位置合わせする位置合わせ部材を含む請求項２３から２５のいずれか一項に記載の積層基板製造装置。
【請求項２８】
前記第２位置合わせ部は、前記搬送装置に当接することにより、前記搬送装置に搬送された前記第１の基板を前記基板保持部材に対して位置合わせして前記基板保持部材に搭載させる請求項２７に記載の積層基板製造装置。
【請求項２９】
前記第２位置合わせ部は、前記第１の基板の外形を検出する外形検出部を有し、前記外形検出部が検出した前記第１の基板の外形と前記第２基準位置との関係に基づいて当該第１の基板を位置合わせする請求項２３から２５のいずれか一項に記載の積層基板製造装置。
【請求項３０】
前記第１位置合わせ部は、前記基板保持部材に設けられた基準マークの位置を検出する基準マーク検出部を有し、
前記基準マーク検出部による位置の検出の精度よりも前記位置決め部による位置の検出の精度が高い請求項２２に記載の積層基板製造装置。
【請求項３１】
前記基準マークは、前記基板保持部材に保持された前記第１の基板の外側に配される請求項３０に記載の積層基板製造装置。
【請求項３２】
前記第１位置合わせ部は、前記基板保持部材を当接させることにより当該基板保持部材を前記第１基準位置に位置合わせする位置合わせ部材を含む請求項２２に記載の積層基板製造装置。
【請求項３３】
前記第１位置合わせ部は、前記第１位置合わせ部に前記基板保持部材を搬入する搬送装置に当接することにより、当該搬送装置に搬送された前記基板保持部材を前記第１基準位置に位置合わせする位置合わせ部材を含む請求項２２に記載の積層基板製造装置。
【請求項３４】
前記第１の基板は、前記第１の基板を搭載した前記基板保持部材の基準マークの位置に基づいて位置決めされ、
前記第２の基板は、前記第２の基板のアラインメントマークの位置に基づいて位置決めされる請求項２１から３３のいずれか一項に記載の積層基板製造装置。
【請求項３５】
前記貼り合わせ部は、前記第１の基板および前記第２の基板を加圧して、前記第１の基板および前記第２の基板を恒久的に接合する加圧部を備える請求項２１から３４のいずれか一項に記載の積層基板製造装置。
【請求項３６】
前記保持部は、前記第２の基板を他の基板保持部材に保持させ、
前記搬送部は、前記第２の基板が保持された前記他の基板保持部材を前記位置決め部に搬送する請求項２１から３５のいずれか一項に記載の積層基板製造装置。
【請求項３７】
アラインメントマークを有する基板を位置決めする位置決め装置であって、
前記基板を保持する基板保持部材に前記基板が保持されていない状態で、前記基板保持部材を第１基準位置に位置合わせする第１位置合わせ部と、
前記基板を第２基準位置に位置合わせする第２位置合わせ部と、
前記基板保持部に保持された前記基板のアラインメントマークの位置を検出する位置検出部とを備え、前記位置検出部の位置検出精度は、前記第１位置合わせ部および前記第２位置合わせ部の位置合わせ精度よりも高い位置決め装置。
【請求項３８】
請求項３７に記載の位置決め装置を備え、
アラインメントマークを有するパターン形成基板およびアラインメントマークを有する被露光基板の少なくとも一方を前記位置決め装置により位置決めする露光装置。
【請求項３９】
第１テーブル上の第１の基板と第２テーブル上の第２の基板とを互いに位置決めして貼り合わせる積層基板製造装置であって、
前記第１の基板及び前記第２の基板をそれぞれの基準位置に対して位置合わせする第１位置合わせ部と、
前記第１の基板が保持される第１の基板保持部材と、前記第２の基板が保持される第２の基板保持部材とを、それぞれ第２基準位置に対して位置合わせする第２位置合わせ部と、
前記第１の基板を保持する前記第１の基板保持部材が載置される前記第１テーブルと、
前記第２の基板が前記第１の基板に対向可能に前記第２の基板保持部材が載置され、前記第１テーブルと相対的に移動可能な前記第２テーブルと、
前記第１テーブルと前記第２テーブルとを相対移動させる駆動部と、
前記第１テーブルと前記第２テーブルとの相対位置を測定する位置測定部とを備え、
前記第１位置合わせ部および前記第２位置合わせ部の少なくとも一方は、前記第１の基板と前記第１の基板保持部材との相対位置、及び、前記第２の基板と前記第２の基板保持部材との相対位置がそれぞれ所定の範囲に入るように位置合わせを行い、
前記所定の範囲とは、前記第１の基板と前記第２の基板とを互いに位置決めすることを目的として、前記第１テーブルと前記第２テーブルとが前記駆動部により相対移動したときに、前記第１テーブルと前記第２テーブルの相対的な移動量が、前記位置測定部による測定が可能な移動量となる範囲である積層基板製造装置。
【請求項４０】
前記第２位置合わせ部は、前記第１の基板保持部材を前記第１の基板の位置に対して位置合わせし、前記第２の基板保持部材を前記第２の基板の位置に対して位置合わせする請求項３９に記載の積層基板製造装置。
【請求項４１】
前記位置測定部は干渉計である請求項３９または４０に記載の積層基板製造装置。
【請求項４２】
前記第２位置合わせ部で位置合わせされた前記第１の基板保持部材を前記第１テーブル上に搬送し、前記第２位置合わせ部で位置合わせされた前記第２の基板保持部材を前記第２テーブル上に搬送する搬送部とを備える請求項３９から４１のいずれか１項に記載の積層基板製造装置。
【請求項４３】
第１テーブル上の第１の基板と第２テーブル上の第２の基板とを互いに位置決めして貼り合わせる積層基板製造装置であって、
前記第１の基板及び前記第２の基板をそれぞれの基準位置に対して位置合わせする第１位置合わせ部と、
前記第１の基板が保持される第１の基板保持部材と、前記第２の基板が保持される第２の基板保持部材とを、それぞれ第２基準位置に対して位置合わせする第２位置合わせ部と、
前記第１の基板を保持する前記第１の基板保持部材が載置される前記第１テーブルと、
前記第２の基板が前記第１の基板に対向可能に前記第２の基板保持部材が載置され、前記第１テーブルと相対的に移動可能な前記第２テーブルと、
前記位置合わせ部で位置合わせされた前記第１の基板のアラインメントマークおよび前記第２の基板のアラインメントマークをそれぞれ検出する検出部とを備え、
前記第１位置合わせ部および前記第２位置合わせ部の少なくとも一方は、前記第１の基板と前記第１の基板保持部材との相対位置、及び、前記第２の基板と前記第２の基板保持部材との相対位置がそれぞれ所定の範囲に入るように位置合わせを行い、
前記所定の範囲とは、前記第１の基板および第２の基板のアラインメントマークを前記検出部が検出可能な範囲である積層基板製造装置。
【請求項４４】
前記検出部は、前記第１テーブルに搬送された前記第１の基板保持部材に保持された前記第１の基板のアラインメントマーク、および、前記第２テーブルに搬送された前記第２の基板保持部材に保持された前記第２の基板のアラインメントマークを、それぞれ検出する請求項４３に記載の積層基板製造装置。
【請求項４５】
前記検出部は、前記検出部に対する前記第１の基板の相対関係、及び、前記検出部に対する前記第２の基板の相対関係をそれぞれ検出する請求項４３または４４に記載の積層基板製造装置。
【請求項４６】
前記検出部は、顕微鏡を有し、前記顕微鏡の視野内に設けられた指標と前記第１の基板及び前記第２の基板とのそれぞれの相対関係を検出する請求項４５に記載の積層基板製造装置。
【請求項４７】
前記検出部は顕微鏡を有し、前記範囲は前記顕微鏡の視野である請求項４３に記載の積層基板製造装置。
【請求項４８】
第１テーブル上の第１の基板と第２テーブル上の第２の基板とを互いに位置決めして貼り合わせる積層基板製造装置であって、
前記第１の基板及び前記第２の基板をそれぞれの基準位置に対して位置合わせする位置合わせ部と、
前記位置合わせ部で位置合わせされた前記第１の基板が載置される前記第１テーブルと、
前記位置合わせ部で位置合わせされた前記第２の基板が前記第１の基板に対向可能に載置され、前記第１テーブルと相対的に移動可能な前記第２テーブルと、
前記第１テーブルと前記第２テーブルとを相対移動させる駆動部と、
前記第１テーブルと前記第２テーブルとの相対位置を測定する位置測定部とを備え、
前記位置合わせ部は、前記第１の基板と前記第２の基板とのずれ量が所定の範囲に入るように、前記基準位置に対する前記第１の基板の位置及び前記基準位置に対する前記第２の基板の位置をそれぞれ位置合わせし、
前記所定の範囲とは、前記ずれ量を打ち消すことを目的として、前記第１テーブルと前記第２テーブルとが前記駆動部により相対移動したときに、前記第１テーブルと前記第２テーブルの相対的な移動量が、前記位置測定部による測定が可能な移動量となる範囲である積層基板製造装置。
【請求項４９】
第１テーブル上の第１の基板と第２テーブル上の第２の基板とを互いに位置決めして貼り合わせる積層基板製造装置であって、
前記第１の基板及び前記第２の基板をそれぞれの基準位置に対して位置合わせする位置合わせ部と、
前記位置合わせ部で位置合わせされた前記第１の基板が載置される前記第１テーブルと、
前記位置合わせ部で位置合わせされた前記第２の基板が前記第１の基板に対向可能に載置され、前記第１テーブルと相対的に移動可能な前記第２テーブルと、
前記位置合わせ部で位置合わせされた前記第１の基板のアラインメントマークおよび前記第２の基板のアラインメントマークをそれぞれ検出する検出部とを備え、
前記位置合わせ部は、前記第１の基板と前記第２の基板とのずれ量が所定の範囲に入るように、前記基準位置に対する前記第１の基板の位置及び前記基準位置に対する前記第２の基板の位置をそれぞれ位置合わせし、
前記所定の範囲とは、前記第１の基板および前記第２の基板のアラインメントマークを前記検出部が検出可能な範囲である積層基板製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置決め装置、貼り合わせ装置、積層基板製造装置、露光装置および位置決め方法に関する。なお、本出願は、下記の日本出願に関連する。文献の参照による組み込みが認められる指定国については、下記の出願に記載された内容を参照により本出願に組み込み、本出願の一部とする。
特願２００７−２１１６７２    出願日  ２００７年８月１５日
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、素子同士を重ね合わせて積層素子を製造することが記載されている。特許文献２には、複数のチップを形成されたウエハを積層することにより、積層型半導体デバイスの生産性を向上させることが記載される。積層型半導体デバイスを製造する場合、積層される素子は相互にサブミクロンオーダで位置決めした後に貼り合わされる。
【０００３】
基板等をサブミクロンオーダで位置決めする場合には、基板に形成されたアラインメントマークの位置をサブミクロンオーダの精度で検出する。更に、基板を移動させて、検出したアラインメントマークの位置を所与の目標位置に一致させるべく位置決めする。
【特許文献１】特開２００５−０２６２７８号公報
【特許文献２】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】
【０００４】
しかしながら、高精度な位置検出装置を用いると、アラインメントマークの当初の位置が目標位置から離れている場合に、位置決めに多大な時間がかかる。このため、積層型半導体デバイス製造のスループットも低下する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、上記課題を解決すべく、本発明の第１の形態として、アラインメントマークを有する基板を位置合わせする位置決め装置であって、基板を第１基準位置に位置合わせする第１位置合わせ部と、基板を保持する前に、基板保持部材を第２基準位置に位置合わせする第２位置合わせ部と、基板を基板保持部に保持した後に、基板のアラインメントマークの位置を検出する位置検出部とを備える位置決め装置が提供される。
【０００６】
また、本発明の第２の形態として、上記位置決め装置を備え、各々がアライメントマークを有する一対の基板を、位置決め装置により相互に同じ位置に位置決めした後に相互に貼り合わせる貼り合わせ装置が提供される。
【０００７】
更に、本発明の第３の形態として、上記位置決め装置と、各々がアライメントマークを有する一対の基板を、位置決め装置により相互に同じ位置に位置決めした後に相互に貼り合わせる貼り合わせ部と、当該貼り合わされた一対の基板を加圧して、一対の基板を恒久的に接合する加圧部とを備える積層基板製造装置が提供される。
【０００８】
また更に、本発明の第４の形態として、上記位置決め装置を備え、アライメントマークを有するパターン形成基板およびアライメントマークを有する被露光基板の少なくとも一方を位置決め装置により位置決めする露光装置が提供される。
【０００９】
また更に、本発明の第５の形態として、アラインメントマークを有する基板を位置合わせする位置合わせ方法であって、基板を第１基準位置に位置合わせする第１位置合わせ段階と、基板を保持する前に、基板保持部材を第２基準位置に位置合わせする第２位置合わせ段階と、基板を基板保持部に保持した後に、基板のアラインメントマークの位置を検出する位置検出段階とを備える位置合わせ方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】積層基板製造装置１００の全体斜視図である。
【図２】積層基板製造装置１００の上面概略図である。
【図３】ウエハ貼り合わせ方法の実行手順を示す流れ図である。
【図４ａ】ウエハプリアライメント装置２０の上面図である。
【図４ｂ】ウエハプリアライメント装置２０の側面図である。
【図５ａ】他のウエハプリアライメント装置２０の上面図である。
【図５ｂ】他のウエハプリアライメント装置２０の側面図である。
【図６ａ】また他のウエハプリアライメント装置２０の構造を示す上面図である。
【図６ｂ】また他のウエハプリアライメント装置２０の構造を示す側面図である。
【図６ｃ】また他のウエハプリアライメント装置２０の動作を説明する波形図である。
【図７ａ】ウエハホルダプリアライメント装置４０の上面図である。
【図７ｂ】ウエハホルダプリアライメント装置４０の側面図である。
【図８】他のウエハホルダプリアライメント装置４０の上面図である。
【図９】また他のウエハホルダプリアライメント装置４０の上面図である。
【図１０】半導体ウエハＷが載置されたウエハホルダＷＨを示す上面図である。
【図１１】アライナ５０の構造を示す模式図である。
【図１２】加圧装置７０の構造を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００１１】
ＡＡ  位置決めアーム部、ＡＭ  アライメントマーク、ＦＭ  フィディシャルマーク、ＣＡ１  アライメントカメラ、ＣＡ２  アライメントカメラ、ＣＡ３  高精度アライメントカメラ、ＦＯ  フォーク部、ＮＣ  ノッチ、ＮＴ  切り欠け部、ＲＡ、ＲＢ  案内レール、Ｗ  半導体ウエハ、ＷＨ  ウエハホルダ、ＷＬ  ウエハローダ、ＷＨＡ  ハンド、ＷＨＬ  ウエハホルダローダ、１０  ウエハストッカ、２０  ウエハプリアライメント装置、２１  ウエハプリアライメント制御装置、２２  第１干渉計、２３、４３  真空チャック、２５  第１ＸＹθステージ、２７  第１位置決めポール、２９  θステージ、３０  ウエハホルダストッカ、３２  切欠け用位置決めポール、３４  縁部用位置決めポール、４２  第２干渉計、４５  第２ＸＹθステージ、４７  第２位置決めポール、４０  ウエハホルダプリアライメント装置、４１  ウエハホルダプリアライメント制御装置、４６  ウエハ用リフトピン、４９  テーブル、５０  アライナ、５１  アライナ制御装置、５２  第３干渉計、５３  第２駆動装置、５４  第１テーブル、５５  第１駆動装置、５６  第２テーブル、７０  加圧装置、７２  プレス部材、７４  加熱部、８０  分離冷却ユニット、８５  積層基板用ストッカ、９０  主制御装置、１００  積層基板製造装置
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は積層基板製造装置１００の全体斜視図である。また、図２は積層基板製造装置１００の上面概略図である。
【００１３】
積層基板製造装置１００は、ウエハストッカ１０（１０−１、１０−２）、ウエハプリアライメント装置２０、ウエハホルダストッカ３０、ウエハホルダプリアライメント装置４０、アライナ５０、加圧装置７０、分離冷却ユニット８０、積層基板用ストッカ８５、主制御装置９０、ウエハローダＷＬおよびウエハホルダローダＷＨＬを備える。以下、各要素について個別に説明する。
【００１４】
ウエハストッカ１０は、積層基板製造装置１００の外部に面して着脱可能に装着される。ウエハストッカ１０は、貼り合わせの対象となる基板の一方となる第１の半導体ウエハＷを収容するウエハストッカ１０−１と、貼り合わせの対象となる基板の他方となる第２半導体ウエハＷを収容するウエハストッカ１０−２とを含む。ウエハストッカ１０−１、１０−２の各々には複数のウエハが装填され、積層基板製造装置１００は、積層基板の製造を連続的に実行できる。
【００１５】
ウエハプリアライメント装置２０は、ウエハストッカ１０の近傍に配される。ウエハプリアライメント装置２０は、個々のウエハＷの簡易な位置合わせを実行する。ウエハプリアライメント装置２０の詳細な構造と作用については、図４ａ、図４ｂ、図５ａ、図５ｂ、図６ａ、図６ｂおよび図６ｃを参照して後述する。
【００１６】
ウエハホルダストッカ３０は積層基板製造装置１００の内部に配され、複数のウエハホルダＷＨを収容する。ウエハホルダＷＨは、ウエハＷを吸着して支持する。また、ウエハホルダＷＨは、積層基板製造装置１００の内部で使い回される。
【００１７】
なお、この積層基板製造装置１００において、ウエハホルダＷＨは、第１の半導体ウエハＷに対しても、第２半導体ウエハＷに対しても共に使用することができる。従って、ウエハホルダストッカ３０に収容された複数のウエハホルダＷＨは全て同じ仕様を有する。しかしながら、複数種類のウエハホルダＷＨを使い分ける場合もある。
【００１８】
ウエハホルダプリアライメント装置４０は、ウエハホルダストッカ３０の近傍に配される。ウエハホルダプリアライメント装置４０は、ウエハホルダＷＨを位置合わせするプリアライメントを実行する。ウエハホルダプリアライメント装置４０の構造および作用については、図７ａ、図７ｂ、図８および図９を参照して後述する。
【００１９】
アライナ５０は、ウエハストッカ１０に対して、積層基板製造装置１００の奥側に配される。アライナ５０は、それぞれがウエハホルダＷＨに保持された第1の半導体ウエハおよび第２半導体ウエハを相互に高精度に位置決めした後、両者を貼り合わせる。ここでいう高精度とは、半導体ウエハＷに形成された素子の線幅に相当し、サブミクロンオーダになる場合もある。
【００２０】
また、ここでいう位置決めとは、一対の半導体ウエハＷを貼り合わせる場合に、一方の半導体ウエハＷに形成された素子の接続端子が、他方の半導体ウエハＷの接続端子に対して有効な電気的接続が得られるように、両者の位置を一致させることを意味する。アライナ５０の構造および作用については、図１０および図１１を参照して後述する。
【００２１】
加圧装置７０は、アライナ５０の近傍に配置される。加圧装置７０は、アライナ５０で貼り合わされた半導体ウエハＷを加圧して、貼り合わせを恒久的なものとする。このため、貼り合わされた半導体ウエハＷを、加熱しながら加圧する場合もある。加圧装置７０の構造および作用については、図１２を参照して後述する。
【００２２】
分離冷却ユニット８０は、加圧装置７０に隣接して配される。分離冷却ユニット８０は、張り合わされた半導体ウエハＷからウエハホルダＷＨを取り外すと共に、貼り合わされた半導体ウエハＷおよびウエハホルダＷＨを冷却する。冷却された半導体ウエハＷは、積層基板として積層基板用ストッカ８５に収容される。冷却されたウエハホルダＷＨは、ウエハホルダストッカ３０に戻される。
【００２３】
積層基板用ストッカ８５は、積層基板製造装置１００の外部に面して着脱可能に装着される。従って、積層基板用ストッカ８５を積層基板製造装置１００から取り外すことにより、蓄積された積層基板を一括して収納できる。
【００２４】
ウエハローダＷＬは、多関節ロボットであり六自由度方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θＸ，θＹ，θＺ）に変位するアームを有する。また、ウエハローダＷＬは、レールＲＡに沿って、図中に矢印Ｙにより示す方向に大きく移動する。
【００２５】
ウエハローダＷＨは、半導体ウエハＷまたは貼り合わされて積層基板となった半導体ウエハを搭載して移動させることができる。ただし、半導体ウエハＷまたは積層基板よりは大幅に大きな質量を有するウエハホルダＷＨを搬送することはできない。従って、ウエハローダＷＨは、主にウエハストッカ１０およびウエハプリアライメント装置２０の間で、半導体ウエハＷを搬送する。
【００２６】
ウエハホルダローダＷＨＬも、多関節ロボットであり六自由度方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θＸ，θＹ，θＺ）に変位するアームを有する。また、ウエハホルダローダＷＨＬは、レールＲＢに沿って、図中に矢印Ｘにより示す方向に大きく移動する。
【００２７】
ウエハホルダローダＷＨＬは、ウエハホルダＷＨの搬送負荷に耐え得ると共に、半導体ウエハＷを搬送することもできる。従って、ウエハホルダストッカ３０からウエハホルダプリアライメント装置４０までの間、または、分離冷却ユニット８０からウエハホルダストッカ３０までの間でウエハホルダＷＨを搬送する。また、ウエハホルダプリアライメント装置４０からアライナ５０までの間、アライナ５０から加圧装置７０までの間、または、加圧装置７０から分離冷却ユニット８０までの間において、ウエハホルダＷＨおよび半導体ウエハＷを併せて搬送する。更に、分離冷却ユニット８０から積層基板用ストッカ８５までの少なくとも一部区間については、積層ウエハを搬送する場合もある。
【００２８】
主制御装置９０は、上記のような積層基板製造装置１００全体の動作を制御する。即ち、主制御装置９０は、ウエハローダＷＬ、ウエハホルダローダＷＨＬ、ウエハプリアライメント装置２０、およびウエハホルダプリアライメント装置４０などの個別の制御装置と信号の受け渡しをして積層基板製造装置１００全体を包括的に制御する。また、電源の投入、遮断等の、外部からの操作も受け付ける。
【００２９】
図３は、上記積層基板製造装置１００を用いたウエハ貼り合わせ方法の実行手順を示す流れ図である。図示のように、まず、ウエハローダＷＬにより、ウエハストッカ１０から半導体ウエハＷを取り出す（ステップＳ１０１）。続いて、ウエハローダＷＬにより、半導体ウエハＷをウエハプリアライメント装置２０に装填して、半導体ウエハＷをプリアライメントする（ステップＳ１０２）。
【００３０】
また、ウエハホルダローダＷＨＬにより、ウエハホルダストッカ３０からウエハホルダＷＨを取り出す（ステップＳ１０３）。続いて、ウエハホルダローダＷＨＬにより、ウエハホルダＷＨをウエハホルダプリアライメント装置４０に装填して、ウエハホルダＷＨをプリアライメントする（ステップＳ１０４）。なお、ステップＳ１０１、１０２およびステップＳ１０３、１０４は、相互に並行に実行してもよいし、順次実行してもよい。
【００３１】
次に、ウエハローダＷＨにより、プリアライメントされた半導体ウエハＷを、プリアライメントされたウエハホルダＷＨに搭載する（ステップＳ１０５）。これにより、ウエハホルダＷＨに搭載された半導体ウエハＷは、各プリアライメントの精度の範囲で位置合わせされた状態でウエハホルダＷＨに保持される。これら一連のステップＳ１０１〜ステップＳ１０５は、第１の半導体ウエハＷおよび第２半導体ウエハＷについてそれぞれ実行される。
【００３２】
続いて、ウエハホルダＷＨに保持された第１の半導体ウエハＷおよび第２半導体ウエハは、ウエハホルダローダＷＨＬにより、アライナ５０に順次装填される（ステップＳ１０６）。アライナ５０においては、例えば第１半導体ウエハＷのアラインメントマークに対して、第２半導体ウエハＷのアラインメントマークが直接的または間接的に精密に一致するように、いずれかの半導体ウエハＷが位置決めされる（ステップＳ１０７）。ここで、「間接的に」とは、例えば、第１半導体ウエハＷのフィディシャルマークと第２半導体ウエハＷのアラインメントマークとを監視しながら両者を位置決めすることを意味するが、このような作業については、図１１を参照して後述する。こうして、相互に位置決めされた第１半導体ウエハＷおよび第２半導体ウエハＷは、アライナ５０において互いに密着して貼り合わされる（ステップＳ１０８）。
【００３３】
貼り合わされた半導体ウエハＷは、ウエハホルダＷＨにより挟まれた状態のまま、ウエハホルダローダＷＨＬにより加圧装置７０に搬入される（ステップＳ１０９）。こうして、半導体ウエハＷが恒久的に接合されると、半導体ウエハＷおよびウエハホルダＷＨはウエハホルダローダＷＨＬにより搬出され、分離冷却ユニット８０に搬送される。分離冷却ユニット８０においては、接合されて積層基板となった半導体ウエハＷが、ウエハホルダＷＨから取り出される（ステップＳ１１０）。
【００３４】
ウエハホルダＷＨから取り出された積層基板は、ウエハローダＷＬにより、積層基板用ストッカ８５に回収される（ステップＳ１１１）。また、積層基板から分離されたウエハホルダＷＨは、ウエハホルダローダＷＨＬにより、ウエハホルダストッカ３０に戻される（ステップＳ１１２）。
【００３５】
このように、半導体ウエハＷのウエハホルダＷＨへの搭載に先立って、半導体ウエハＷおよびウエハホルダＷＨをそれぞれ個別にプリアライメントすることにより、ウエハホルダＷＨに搭載された半導体ウエハＷの位置ずれを一定の範囲に抑制できる。これにより、高精度な本アラインメントの作業時間を短縮して、積層基板製造等のスループットを向上させることができる。
【００３６】
図４ａは、ウエハプリアライメント装置２０の上面図である。また、図４ｂは、ウエハプリアライメント装置２０の側面図である。
【００３７】
ウエハプリアライメント装置２０は第１ＸＹθステージ２５、真空チャック２３、第１レーザ光波干渉式測長器（以下、第１干渉計と記載する）２２、ウエハ用アライメントカメラＣＡ１およびウエハプリアライメント制御装置２１を有する。図中の矢印ＡＲＲにより示すように、第１ＸＹθステージ２５はサーボ制御されて、Ｘ方向、Ｙ方向およびθ方向に移動および回転する。
【００３８】
真空チャック２３は、図示していない真空ポンプにより半導体ウエハＷを吸着し、あるいは、離脱させる。なお、第１ＸＹθステージ２５は、図示していないリフトピンを有して、ウエハローダＷＬと受け渡しする場合に半導体ウエハＷを持ち上げる機能を有する。真空チャック２３が半導体ウエハＷを吸着した場合、半導体ウエハＷは、第１ＸＹθステージ２５と共に移動または回転する。
【００３９】
ウエハプリアライメント装置２０に装填される半導体ウエハＷには、数十ショット〜数百ショット程度に半導体チップ領域ＣＨが形成されている。また、その周囲の一部に、半導体ウエハＷの結晶方向性を示すノッチＮＣを有する。更に、半導体ウエハＷは、フォトリソグラフィ工程で用いられた複数のアライメントマークＡＭを有する。アライメントマークＡＭは、十字形状あるいは円形状に形成される。
【００４０】
ウエハ用アライメントカメラＣＡ１は倍率が約等倍から１０倍程度であり、必要に応じてオートフォカス機構を備えてもよい。第１ＸＹθステージ２５は、ウエハ用アライメントカメラＣＡ１がアライメントマークＡＭを観察できるように、すなわちウエハ用アライメントカメラＣＡ１は固定されており、その直下にアライメントマークＡＭが来るようにＸおよびＹ方向に移動する。これにより、ウエハ用アライメントカメラＣＡ１自体の位置を基準として、半導体ウエハＷが位置わ合わせされる。なお、本実施形態では、フォトリソグラフィ工程で使用されたアライメントマークＡＭを使用して半導体ウエハＷのプリアライメントを行うが、別のマークを使用してもよい。
【００４１】
第１干渉計２２は、第１ＸＹθステージ２５の位置を常時監視する。第１干渉計２２により検出された第１ＸＹθステージ２５の位置は、ウエハプリアライメント制御装置２１に送られる。ウエハ用アライメントカメラＣＡ１が観察したアライメントマークＡＭの位置信号もまた、ウエハプリアライメント制御装置２１に送られる。
【００４２】
これら、第１ＸＹθステージ２５の位置およびアライメントマークＡＭの位置に基づいて、ウエハプリアライメント制御装置２１は、半導体ウエハＷが所定位置からＸ方向、Ｙ方向およびθ方向にどれだけの量ずれているかを計算し、そのずれを打ち消すように第１ＸＹθステージ２５を移動および回転させる。これによりプリアライメントされた半導体ウエハＷは、設計基準値から一定の範囲、例えば３０μｍ程度以下の範囲に位置合わせされる。
【００４３】
位置合わせされた半導体ウエハＷは、真空チャック２３による真空吸着が解除されリフトピンにより上昇させられる。ウエハローダＷＬは、この位置合わせされた半導体ウエハＷを保持して、ウエハホルダＷＨに搭載すべく搬送する。
【００４４】
なお、ウエハプリアライメント制御装置２１は、ウエハ用アライメントカメラＣＡ１に２以上、例えば１０個程度のアライメントマークＡＭを観察させてもよい。これにより、設計上のアライメントマークＡＭとウエハ用アライメントカメラＣＡ１によって観察された半導体ウエハＷ上の実際のアライメントマークＡＭとの関係において、その重ね合わせ誤差がどの半導体チップ領域ＣＨに関しても平均的に小さくなるように、最小二乗法を用いて設計上の半導体チップ領域ＣＨ配列を補正して、実際の半導体チップ領域ＣＨの位置を求めることができる。このような方法の詳細は、特開昭６２−４４４２９号公報に開示されている。
【００４５】
ここで、ウエハプリアライメント装置２０は、予め決められた位置に固定された第１位置決めポール２７を更に有する。以下、図５ａおよび図５ｂを参照して、ウエハローダＷＬがウエハプリアライメント装置２０から半導体ウエハＷを搬出する場合の動作について説明する。
【００４６】
図５ａは、第１位置決めポール２７およびウエハローダＷＬの作用を示す上面図である。また、図５ｂは、第１位置決めポール２７およびウエハローダＷＬの作用を示す側面図である。
【００４７】
ウエハローダＷＬは、フォーク部ＦＯおよびハンドＷＨＡを有する。更に、ハンドＷＨＡには、フォーク部ＦＯおよびハンドＷＨＡを位置決めする位置決めアーム部ＡＡを有する。位置決めアーム部ＡＡは、第１位置決めポール２７の直径に合致する凹み部ＡＡ１を有し、フォーク部ＦＯに載置された半導体ウエハＷと干渉しないように配される。また、位置決めアーム部ＡＡは、凹み部ＡＡ１に向かって第１位置決めポール２７を誘導するテーパ部ＡＡ２を有する。
【００４８】
プリアライメントされた半導体ウエハＷを受け取るべくウエハプリアライメント装置２０にハンドＷＨＡが接近した場合、位置決めアーム部ＡＡを第１位置決めポール２７に当接させることにより、ハンドＷＨＡを一定の位置に停止させることができる。ハンドＷＨＡは、半導体ウエハＷの位置ずれを補償した第１ＸＹθステージ２５から半導体ウエハＷを受け取るので、位置合わせされた半導体ウエハＷの状態を保持したまま、半導体ウエハＷを受け取り、搬送する。第１位置決めポール２７がハンドＷＨＡに入るときに、ハンドＷＨＡがＸＹ方向に移動するが、その移動量は小さいので多関節ロボットの関節部分でその移動量は吸収される。
【００４９】
図６ａは、他のウエハプリアライメント装置２０の構造を示す上面図である。また、図６ｂは、図６ａと同じウエハプリアライメント装置２０の構造を示す側面図である。
【００５０】
このウエハプリアライメント装置２０は、垂直な軸の周りに回転するθステージ２９と、θステージ２９の径方向に、θステージ２９の回転軸と直交して配されたラインセンサＳＳとを備える。ウエハローダＷＬがθステージ２９に半導体ウエハＷを載置すると、ラインセンサＳＳが半導体ウエハＷの周縁部まで移動して、半導体ウエハＷの周縁部をラインセンサＳＳで観察する。なお、θステージ２９も、ウエハ用リフトピンおよび真空チャック等を備えるが図示は省く。
【００５１】
図６ｃは、図６ａおよび図６ｂに示すウエハプリアライメント装置２０の動作を説明する波形図である。半導体ウエハＷを保持したθステージ２９が回転すると半導体ウエハＷの縁部の径方向の位置が連続的に変化するので、ラインセンサＳＳは図６ｃの上段に示す波形の信号を出力する。
【００５２】
これに対して、ウエハプリアライメント制御装置２１は、上記の信号の一階微分を行い、図６ｃの下段に示す信号を得る。ここで、一階微分信号が水平に直線状であれば、半導体ウエハＷの中心とθステージ２９の回転軸とが一致した状態であることが判明する。また、一階微分により、半導体ウエハＷのノッチＮＣの位置が検出されるので、ノッチＮＣが検出された位置からのθステージ２９の回転量により半導体ウエハＷの向きを判断する。
【００５３】
これらの処理により、θステージ２９の回転軸を基準として、半導体ウエハＷがどのような位置に保持されているかが判る。従って、例えば、半導体ウエハＷをウエハホルダＷＨに搭載する場合に、半導体ウエハＷの位置ずれを打ち消すようにウエハホルダＷＨを変位させることにより、半導体ウエハＷをウエハホルダＷＨに位置合わせした状態で搭載することができる。
【００５４】
図７ａは、ウエハホルダプリアライメント装置４０の上面図である。また、図７ｂは、図７ａと同じウエハホルダプリアライメント装置４０の側面図である。
【００５５】
ウエハホルダプリアライメント装置４０は、第２ＸＹθステージ４５、真空チャック４３、第２レーザ光波干渉式測長器（以下、第２干渉計と記載する）４２、ウエハホルダ用アライメントカメラＣＡ２およびウエハホルダプリアライメント制御装置４１を有する。図中の矢印ＡＲＲにより示すように、第２ＸＹθステージ４５はサーボ制御されて、Ｘ方向、Ｙ方向およびθ方向に移動および回転する。
【００５６】
真空チャック４３は、図示していない真空ポンプにより半導体ウエハＷを吸着し、あるいは、離脱させる。なお、第２ＸＹθステージ４５は、図示していないリフトピンを有して、ウエハホルダローダＷＨＬと受け渡しする場合にウエハホルダＷＨを持ち上げる機能を有する。更に、第２ＸＹθステージ４５は、ウエハホルダＷＨに形成された３つの孔部を介して半導体ウエハＷを受け渡しするためのウエハ用リフトピン４６を有している真空チャック４３がウエハホルダＷＨを吸着した場合、ウエハホルダＷＨは、第２ＸＹθステージ４５と共に移動または回転する。
【００５７】
ウエハホルダプリアライメント装置４０に装填されるウエハホルダＷＨは、例えば、絶縁体であるアルミナセラミックにより円盤状に形成され、表面は平滑に研磨される。また、周縁部の一部に切り欠け部ＮＴを有する。
【００５８】
また、ウエハホルダＷＨの内部には、半導体ウエハＷを静電吸着する場合に電圧を印加する印加電極ＥＬが埋設される。第２ＸＹθステージ４５は、印加電極ＥＬに印加する直流電圧を発生する直流電源ＤＣが設けられる。印加電極ＥＬに電圧が印加された場合、ウエハホルダＷＨは、半導体ウエハＷを静電吸着して保持する。
【００５９】
更に、ウエハホルダＷＨは、その周縁部近傍にフィディシャルマークＦＭを有する。フィディシャルマークＦＭは、ウエハホルダＷＨの中心に対して対称に一対設けられ、透明な石英ガラス上に十字形状または円形状のマークとして形成される。ウエハホルダＷＨのフィディシャルマークＦＭが設けられた領域は、ウエハホルダＷＨを貫通する開口部が形成され、ウエハホルダＷＨの表裏からフィディシャルマークＦＭを観察できる。
【００６０】
所与の位置に固定されたウエハホルダ用アライメントカメラＣＡ２は、倍率が約等倍から１０倍程度であり、必要に応じてオートフォカス機構を備えてもよい。第２ＸＹθステージ４５は、ウエハホルダ用アライメントカメラＣＡ２がフィディシャルマークＦＭを観察できるように、すなわちウエハホルダ用アライメントカメラＣＡ２の直下にフィディシャルマークＦＭが来るように、Ｘ方向およびＹ方向に移動する。これにより、ウエハホルダ用アライメントカメラＣＡ２の位置を基準として、ウエハホルダＷＨを位置合わせできる。
【００６１】
第２干渉計４２は、第２ＸＹθステージ４５の位置を常時監視する。第２干渉計４２により検出された第２ＸＹθステージ４５の位置は、ウエハホルダプリアライメント制御装置４１に送られる。ウエハホルダ用アライメントカメラＣＡ２が観察したフィディシャルマークＦＭの位置信号もまた、ウエハホルダプリアライメント制御装置４１に送られる。
【００６２】
これら、第２ＸＹθステージ４５の位置およびフィディシャルマークＦＭの位置に基づいて、ウエハホルダプリアライメント制御装置４１は、ウエハホルダＷＨが所定位置からＸ方向、Ｙ方向およびθ方向にどれだけの量ずれているかを計算し、そのずれを打ち消すように第２ＸＹθステージ４５を移動および回転させる。これによりプリアライメントされたウエハホルダＷＨは、設計基準値から一定の範囲、例えば３０μｍ程度以下の範囲に位置合わせされる。
【００６３】
所位置合わせされたウエハホルダＷＨは、その位置で半導体ウエハＷが搭載されるまで待機する。既に説明したように、半導体ウエハＷは、ウエハプリアライメント装置２０において位置合わせされた状態で搬送されるので、位置合わせされたウエハホルダＷＨに搭載された場合に半導体ウエハＷおよびウエハホルダＷＨの間に生じる位置ずれは一定の範囲、例えば１００μｍ程度以下の範囲に収まる。
【００６４】
ここで、ウエハホルダプリアライメント装置４０も、予め決められた位置に固定された第２位置決めポール４７を更に有する。図示は省略するが、半導体ウエハＷを搬送するウエハローダＷＬの位置決めアーム部ＡＡを第２位置決めポールに当接させることにより、ウエハローダＷＬは、所与の位置に停止して半導体ウエハＷをウエハホルダＷＨに搭載する。
【００６５】
図８は、他のウエハホルダプリアライメント装置４０の上面図である。このウエハホルダプリアライメント装置４０は、ウエハホルダＷＨを載置するテーブル４９と、テーブル４９に搭載されたウエハホルダＷＨに側面から当接する３本の当接ピンＡＰを有する。
【００６６】
当接ピンＡＰは、図中に白抜きの矢印で示すように、テーブル４９の径方向に個別に移動して、ウエハホルダＷＨを側端面から押す。これにより、テーブル４９の上で、ウエハホルダＷＨを任意の方向に移動させることができる。
【００６７】
また、テーブル４９は、図面の紙面に垂直な軸の周りに回転する。これにより、ウエハホルダＷＨの中心を合わせるだけでなく、１つの当接ピンＡＰをウエハホルダＷＨの切り欠け部ＮＴに入り込ませてもよい。このように少なくとも３本の当接ピンＡＰをウエハホルダＷＨに当接することでプリアライメントすることが可能となる。
【００６８】
また更に、上記のような当接ピンＡＰのうちの１本または２本を予め決められた位置に固定してもよい。これにより、当該固定された当接ピンＡＰにウエハホルダＷＨを押しつけることにより、当接ピンＡＰの位置を基準として、ウエハホルダＷＨを簡単にプリアライメントすることができる。なお、図示は省いたが、図８に示した当接ピンＡＰと同様の位置合わせ部材をウエハプリアライメント装置２０に設け、半導体ウエハＷを位置合わせ部材に当接させることにより、半導体ウエハＷのプリアライメントを行うことができる。
【００６９】
また、図示は省いたが、図６ａ〜図６ｃに示したウエハプリアライメント装置２０と同様に、テーブル４９をθステージとすると共にラインセンサＳＳを設けて、ウエハホルダＷＨの偏芯量と回転量に基づいて位置ずれを検出することもできる。
【００７０】
図９は、また他のウエハホルダプリアライメント装置の構造を模式的に示す図である。このウエハホルダプリアライメント装置は、ウエハホルダストッカ３０に設けられた切欠け用位置決めポール３２および縁部用位置決めポール３４を含む。切欠け用位置決めポール３２および縁部用位置決めポール３４は、ウエハホルダストッカ３０の内部において、予め決められた位置に固定されている。
【００７１】
従って、ウエハホルダＷＨをウエハホルダストッカ３０に収納する場合に、ウエハホルダＷＨの切り欠け部ＮＴに切欠け用位置決めポール３２が入り込み、ウエハホルダＷＨの縁部に縁部用位置決めポール３４が当接するようにウエハホルダＷＨを押し込むことにより、切欠け用位置決めポール３２および縁部用位置決めポール３４の位置を基準として、簡単な構造でウエハホルダＷＨを一定の精度で位置合わせすることができる。
【００７２】
なお、切欠け用位置決めポール３２および縁部用位置決めポール３４の配置は、ウエハホルダストッカ３０に限られない。例えば、後述するアライナ５０のステージ上に切欠け用位置決めポール３２および縁部用位置決めポール３４を設けてプリアライメントを実行することもできる。
【００７３】
上記のようなプリアライメントは、簡潔な操作により短時間で実行される。従って、プリアライメントを実行することにより、積層基板製造工程全体のスループットが低下することはない。
【００７４】
図１０は、半導体ウエハＷが載置されたウエハホルダＷＨを示す上面図である。図示のように、半導体ウエハＷにはアラインメントマークが形成されている。また、ウエハホルダＷＨは、フィディシャルマークＦＭを備える。
【００７５】
ウエハホルダＷＨのフィディシャルマークＦＭに対して半導体ウエハＷのアライメントマークＡＭを所定範囲内に位置決めすることができる。以上によりウエハホルダＷＨ上の半導体ウエハＷは、設計基準値からＷＬの誤差も含めて１００μｍ以下の範囲に位置決めされる。
【００７６】
図１１は、図３に示した一連の工程のステップＳ１０７に相当する段階を実行して、半導体ウエハを貼り合わせるアライナ５０の構造を示す模式図である。アライナ５０は、第３レーザ光波干渉式測長器（以下、第３干渉計と記載する）５２、第１テーブル５４、第２テーブル５６および高精度アライメントカメラＣＡ３を有する。
【００７７】
第１テーブル５４および第２テーブル５６は、互いに対向する水平な保持面を有する。第１テーブル５４には、第１半導体ウエハＷを保持した第１ウエハホルダＷＨが固定される。また、第２テーブル５６には、第２半導体ウエハＷを保持した第２ウエハホルダＷＨが固定される。
【００７８】
また、第１テーブル５４は、第１駆動装置５５により支持されて微動する。第２テーブル５６は、第２駆動装置５３に支持されて、少なくともＸ、Ｙ方向に移動する。第２テーブル５６の移動量は、第３干渉計５２により監視される。
【００７９】
高精度アライメントカメラＣＡ３は、第１テーブル５４に保持された第１ウエハホルダＷＨのフィディシャルマークＦＭが光学系の物面に位置するように調整でき、ウエハホルダＷＨの裏面から当該フィディシャルマークＦＭを観察する。また、高精度アライメントカメラＣＡ３は、第２テーブル５６に保持された第２ウエハホルダＷＨのフィディシャルマークＦＭまたは当該ウエハホルダＷＨに保持された半導体ウエハＷのアライメントマークＡＭを、それらの表面側から観察する。
【００８０】
なお、高精度アライメントカメラＣＡ３から第１ウエハホルダＷＨのフィディシャルマークＦＭまでの距離と第２ウエハホルダＷＨのフィディシャルマークまでの距離は相互に異なる。従って、両方のフィディシャルマークＦＭを観察する場合には、高精度アライメントカメラＣＡ３の位置を変位させるか、光学系の焦点位置を変化させる。
【００８１】
また、なお、高精度アライメントカメラＣＡ３は２０倍程度の倍率を有するが、高倍率に応じて視野は狭くなる。具体的には、例えば、４００μｍ×４００μｍ程度の視野を有する。しかしながら、ウエハプリアライメント装置２０およびウエハホルダプリアライメント装置４０により、半導体ウエハＷおよびウエハホルダＷＨはプリアライメントされているので、高精度アライメントカメラＣＡ３の視野内にフィディシャルマークＦＭまたはアライメントマークＡＭが確実に入る。
【００８２】
第３干渉計５２によって検出された第２テーブル５６の位置は、アライナ制御装置５１に送られる。また、高精度アライメントカメラＣＡ３が観察したアライメントマークＡＭおよびフィディシャルマークＦＭの位置信号もアライナ制御装置５１に送られる。アライナ制御装置５１はそれらの信号に基づいて、第１駆動装置５５または第２駆動装置５３に駆動信号を送る。
【００８３】
アライナ５０を用いた半導体ウエハＷの位置決め工程について以下に説明する。ウエハホルダローダＷＨＬによってアライナ５０に搬入された第１のウエハホルダＷＨは、当初、第２テーブル５６に固定される。アライナ５０は、高精度アライメントカメラＣＡ３および第３干渉計５２を用いて、第１ウエハホルダＷＨ上のフィディシャルマークＦＭとウエハホルダＷＨに保持された第１半導体ウエハＷの位置関係を求める。
【００８４】
こうして、フィディシャルマークＦＭおよびアラインメントマークＡＭの相対的な位置関係を計測された第１のウエハホルダＷＨおよび第１半導体ウエハＷは、ウエハホルダローダＷＨＬにより、第１テーブル５４に反転して移される。第１ウエハホルダＷＨのフィディシャルマークＦＭおよび第１半導体ウエハＷのアラインメントマークの位置関係は既に判っているので、フィディシャルマークＦＭの位置を第１ウエハホルダＷＨの裏面から高精度アライメントカメラＣＡ３により検出すれば、第１半導体ウエハＷのアラインメントマークの位置が判る。
【００８５】
続いて、ウエハホルダローダＷＨＬは、空いた第２テーブル５６に第２半導体ウエハＷを保持した第２ウエハホルダＷＨを搬入して固定する。アライナ制御装置５１は第２駆動装置５３を動作させて、第３干渉計５２により第２テーブル５６の位置を計測しながら、高精度アライメントカメラＣＡ３に第２ウエハホルダＷＨのフィディシャルマークＦＭを観察させる。そして、アライナ制御装置５１は第２半導体ウエハＷ上のアライメントマークＡＭを順次、高精度アライメントカメラＣＡ３の視野内に移動させ、第３干渉計５２により第２テーブル５６の位置を計測する。これによりフィディシャルマークＦＭまたは各アライメントマークＡＭの位置関係が決まる。
【００８６】
高精度アライメントカメラＣＡ３にはその光軸との位置関係が定まった指標が視野内に配置されている。より具体的には、顕微鏡の像面と共役な位置に配置された指標を備える。これにより、高精度アライメントカメラＣＡ３の視野内の像を観察すると、フィディシャルマークＦＭと高精度アライメントカメラＣＡ３の光軸の位置関係が求められる。
【００８７】
また、高精度アライメントカメラＣＡ３の指標に対するフィディシャルマークＦＭの位置よりフィディシャルマークＦＭの位置が定まる。半導体ウエハＷ上のアライメントマークＡＭとウエハホルダＷＨのフィディシャルマークＦＭとの位置関係はすでに測定されているので、フィディシャルマークＦＭを基準として、半導体ウエハＷ１のアライメントマークＡＭの位置を決めることができる。
【００８８】
アライナ５０は、フィディシャルマークＦＭを介して検知した第１の半導体ウエハＷ上のアライメントマークＡＭの位置と、第２半導体ウエハＷ上のアライメントマークＡＭとの位置が検出されると、この第１半導体ウエハＷおよび第２半導体ウエハＷの重ね合わせ位置を調整する。このとき、アライナ制御装置５１は第１半導体ウエハＷと第２半導体ウエハＷとのアライメントマークＡＭの位置誤差が最小になるように最小自乗法で計算を行う。この結果に基づいてアライナ制御装置５１は第２テーブル５６を移動させる。
【００８９】
なお、２枚のウエハＷ上のアライメントマークＡＭの位置関係から最適化処理を行ったが、半導体ウエハＷを重ね合わせる位置および半導体ウエハＷの姿勢を基準座標系にあらかじめ設定し各半導体ウエハＷの位置と姿勢を求めて良い。この場合には、アライメントマークＡＭの位置は２枚の半導体ウエハＷ間で異なっていても構わない。
【００９０】
更に、高精度アライメントカメラＣＡ３は、第２テーブル５６上に固定された半導体ウエハＷのアラインメントマークＡＭを直接に観察できるので、第２ウエハホルダＷＨに関しては、フィディシャルマークＦＭを観察することなく位置決めを実行することもできる。また、このような場合は、第２ウエハホルダとして、フィディシャルマークＦＭの無いウエハホルダＷＨを用いることもできる。また更に、第２テーブル５６の位置は、第３干渉計５２により精密に観測されているので、第２ウエハホルダＷＨのフィディシャルマークを観察するまでもなく、第２半導体ウエハＷの位置を知ることができる。
【００９１】
第１、第２半導体ウエハＷの位置関係が決められると、アライナ制御装置５１は２つの半導体ウエハＷを第２駆動装置５３により互いに近接させる。このとき、アライナ制御装置５１は、移動する第２テーブル５６のＸＹ面内の変動を第３干渉計５２により測定し、所定のズレの範囲内に収まるように第２駆動装置５３にフィードバックをかけながら近接させる。
【００９２】
こうして、第１の半導体ウエハＷおよび第２半導体ウエハＷが相互に位置決めされた状態で貼り合わされる。ただし、この状態では、第１半導体ウエハＷおよび第２半導体ウエハＷは接着されているわけではないので、第１ウエハホルダＷＨと第２ウエハホルダＷＨとをクランプまたは接着させて、位置決めされた状態を保持する。互いにクランプされた第１ウエハホルダＷＨおよび第２ウエハホルダＷＨは、ウエハホルダローダＷＨＬによりアライナ５０から加圧装置７０に搬送される。
【００９３】
なお、ウエハプリアライメント装置２０およびウエハホルダプリアライメント装置４０における半導体ウエハＷおよびウエハホルダＷＨのプリアライメントの精度は、アライナ５０において最終的に求められる精度よりも低い。しかしながら、各プリアライメントにより、半導体ウエハＷおよびウエハホルダＷＨは、各プリアライメントの精度の範囲内で位置合わせされているので、高精度アライメントカメラＣＡ３の狭い視野内にフィディシャルマークＦＭまたはアラインメントマークＡＭが高い確率で現れる。
【００９４】
また、半導体ウエハＷおよびウエハホルダＷＨがそれぞれ個別にプリアライメントされた上で、半導体ウエハＷがウエハホルダＷＨに搭載されるので、第１テーブル５４におけるフィディシャルマークＦＭおよびアラインメントマークＡＭの検出に多大な時間がかかることが防止される。従って、積層基板製造のスループットを向上させることができる。
【００９５】
また、半導体ウエハＷおよびウエハホルダＷＨがそれぞれ個別にプリアライメントされた上で、半導体ウエハＷがウエハホルダＷＨに搭載されるので、前記したように、半導体ウエハＷのアライメントマークＡＭとウエハホルダＷＨのフィディシャルマークＦＭとの相対的な位置ずれの大きさを所定の範囲内に収めることができる。
【００９６】
半導体ウエハＷのアライメントマークＡＭとウエハホルダＷＨのフィディシャルマークＦＭとの位置ずれの大きさが例えばアライナ５０の第３干渉計５２の測定可能範囲を超えた場合、アライナ５０で両半導体ウエハＷを位置決めすべく第２テーブル５６を移動させたとき、第３干渉計５２で第２テーブル５６の移動量を測定することができなくなる。
【００９７】
また、各半導体ウエハＷＨのアライメントマークＡＭがそれぞれ対応する各フィディシャルマークＦＭに対して同一方向にほぼ同一の量でずれていると、両半導体ウエハＷＨを貼り合わせるべく対向させた状態ではアライメントマークＡＭ間のずれ量がほぼ２倍になるため、フィディシャルマークＦＭに対するアライメントマークＡＭのずれ量が上記したように大きい場合には、両半導体ウエハＷのアライメントマークＡＭを位置決めすべく第２テーブル５６を大きく移動させる必要がある。このため、アライナ５０での作業が煩雑になり、スループットの低下を招く。
【００９８】
これに対し、本発明によれば、前記したように、位置ずれの大きさを所定の範囲内に収めることができるので、前記所定の範囲を、第２テーブル５６の移動量が干渉計５２の測定可能範囲を超えないような範囲に設定することにより、干渉計５２での測定が不能になることを防止することができる。また、フィディシャルマークＦＭに対してアライメントマークＡＭが大きくずれることによるスループットの低下を防止することができる。
【００９９】
また、第１テーブル５４におけるフィディシャルマークＦＭおよびアラインメントマークＡＭの検出が不調に終わることが防止されるので、材料としての半導体ウエハＷに対する積層基板の歩留りも向上される。更に、高精度アライメントカメラＣＡ３として、視野の広い大型顕微鏡を用いることが避けられる。
【０１００】
図１２は、加圧装置７０の構造を模式的に示す図である。加圧装置７０は、一対のプレス部材７２と、プレス部材７２の各々に設けられた加熱部７４を有する。
【０１０１】
プレス部材７２は、互いに対向する押圧面を接近させることにより、間に挟んだ半導体ウエハＷおよびウエハホルダＷＨを加圧する。加熱部７４は、例えば電熱線により発生した熱を、ウエハホルダＷＨに接したプレス部材７２を介して伝えることにより半導体ウエハＷを加熱する。これにより、貼り合わされた一対の半導体ウエハＷを恒久的に接着させて、多層基板とすることができる。
【０１０２】
なお、加圧装置７０は、加熱なしに加圧シリンダにより所定の圧力を所定の時間加えることで、半導体ウエハＷ上の電極であるＣｕなどの金属バンプ同士を接合する場合もある。また、半導体ウエハＷの間に樹脂を注入して接着させる場合もある。例えば、特開２００２−６４２６６号公報は、プラズマ、イオンビーム、原子ビーム、ラジカルビーム、またはレーザを用いて半導体ウエハＷを加熱することなく金属バンプ同士を結合している。
【０１０３】
なお、上記の態様では、ウエハプリアライメント装置２０およびウエハホルダプリアライメント装置４０を個別に設けたが、例えば、アライナ５０の第２テーブル５６においてウエハホルダのプリアライメントを実行することもできる。また、同じく第２テーブル５６において、ウエハホルダＷＨに半導体ウエハＷを搭載してもよい。
【０１０４】
更に、図９を参照して既に説明したように、ウエハホルダストッカ３０においてウエハホルダＷＨのプリアライメントを実行することもできる。このような態様により、積層基板製造装置１００の設置面積を縮小することもできる。
【０１０５】
また、上記の態様では、アライナ５０が第２テーブル５６上に固定された半導体ウエハＷのアライメントマークＡＭを観察可能な高精度アライメントカメラＣＡ３を備える例を示したが、これに代えて、第１テーブル５４上の半導体ウエハＷを観察するためのアライメントカメラ及び第２テーブル５６上の半導体ウエハＷを観察するためのアライメントカメラをそれぞれ備えるアライナを本発明に適用することができる。この場合、前記各アライメントカメラにより各半導体ウエハＷのアライメントマークＡＭを直接観察することができるので、アライナ５０による位置決め時に、フィディシャルマークＦＭを基準とすることなくアライメントマークＡＭを基準にして両半導体ウエハＷの位置決めを行うことができる。従って、この場合、第１ウエハホルダＷＨ及び第２ウエハホルダＷＨのフィディシャルマークＦＭを不要とすることができる。第１ウエハホルダＷＨ及び第２ウエハホルダＷＨのフィディシャルマークＦＭを設けない場合、第１ウエハホルダＷＨ及び第２ウエハホルダＷＨのプリアライメントを例えば図９に示すウエハホルダプリアライメント装置を用いて行うことができる。
【０１０６】
また、上記の説明では、積層基板製造装置１００を例示したが、この発明の位置決め方法は、半導体装置の製造過程においてフォトリソグラフィに用いられる露光装置における被露光基板およびレチクル等のパターン形成基板の位置決めにも有効である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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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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【手続補正書】
【提出日】平成25年8月19日(2013.8.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アラインメントマークを有する基板を位置決めする位置決め装置であって、
基板を第１基準位置に位置合わせする第１位置合わせ部と、
前記基板を保持する前に、基板保持部材を第２基準位置に位置合わせする第２位置合わせ部と、
前記基板を前記基板保持部に保持した後に、前記基板のアラインメントマークの位置を検出する位置検出部と
を備える位置決め装置。