(57)【要約】【課題】位置合わせの精度が低下する。【解決手段】アライメント装置は、第１基板に形成された複数の第１アライメントマーク及び第２基板に形成された複数の第２アライメントマークの位置によって、前記第１基板及び前記第２基板を位置合わせするアライメント装置であって、前記複数の第１アライメントマーク及び前記複数の第２アライメントマークの実測された位置である実測位置を検出する検出部と、前記複数の第１アライメントマーク及び前記複数の第２アライメントマークのうち、前記実測位置が特異なマークを特異点として特定する特定部とを備える。【選択図】図８
2014112660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板に形成された複数の第１アライメントマーク及び第２基板に形成された複数の第２アライメントマークの位置によって、前記第１基板及び前記第２基板を位置合わせするアライメント装置であって、
前記複数の第１アライメントマーク及び前記複数の第２アライメントマークの実測された位置である実測位置を検出する検出部と、
前記複数の第１アライメントマーク及び前記複数の第２アライメントマークのうち、前記実測位置が特異なマークを特異点として特定する特定部と
を備えるアライメント装置。
【請求項２】
前記特定部は、特異点ありと判定した場合に限り、特異点を特定する請求項１に記載のアライメント装置。
【請求項３】
前記特定部は、前記複数の第１アライメントマークから、少なくとも一個のマークを除いて、残りの複数の前記第１アライメントマークについて位置合わせ後の位置を算出して、算出された位置合わせ後の第１アライメントマークの位置と設計位置との位置ずれの合計を算出し、次に、除いた前記第１アライメントマークとは別の第１アライメントマークを除いて、最初に除いた前記第１アライメントマークを含む複数の前記第１アライメントマークについて前記位置ずれの合計を算出することにより、前記複数の第１アライメントマークから少なくとも一個ずつ第１アライメントマークを順次除いたときのそれぞれの位置ずれの合計が予め定められた値以下となる組み合わせにおいて除かれているマークを少なくとも特異点と特定する
請求項１または２に記載のアライメント装置。
【請求項４】
前記特定部は、前記複数の第１アライメントマークから、少なくとも一個のマークを除いて、残りの複数の前記第１アライメントマークについて位置合わせ後の位置を算出して、算出された位置合わせ後の第１アライメントマークの位置と設計位置との位置ずれの合計を算出し、次に、除いた前記第１アライメントマークとは別の第１アライメントマークを除いて、最初に除いた前記第１アライメントマークを含む複数の前記第１アライメントマークについて前記位置ずれの合計を算出することにより、前記複数の第１アライメントマークから少なくとも一個ずつ第１アライメントマークを順次除いたときのそれぞれの位置ずれの合計が最も小さい組み合わせにおいて除かれているマークを少なくとも特異点と特定する
請求項１または２に記載のアライメント装置。
【請求項５】
前記特定部は、前記複数の第１アライメントマーク及び前記複数の第２アライメントマークを組み合わせた複数組のマーク組から、少なくとも一組のマーク組を除いて、位置合わせ後の位置を算出して、算出された位置合わせ後の第１アライメントマークの位置と第２アライメントマークの位置との位置ずれの合計を算出し、次に、除いた前記マーク組とは別の少なくとも一組のマーク組を除いて、最初に除いたマーク組を含む複数のマーク組について前記位置ずれの合計を算出することにより、前記複数のマーク組から少なくとも一つずつ前記マーク組を順次除いたときのそれぞれの位置ずれの合計が予め定められた値以下となる組み合わせにおいて除かれているマーク組を少なくとも特異点と特定する
請求項１または２に記載のアライメント装置。
【請求項６】
前記特定部は、前記複数の第１アライメントマーク及び前記複数の第２アライメントマークを組み合わせた複数組のマーク組から、少なくとも一組のマーク組を除いて、位置合わせ後の位置を算出して、算出された位置合わせ後の第１アライメントマークの位置と第２アライメントマークの位置との位置ずれの合計を算出し、次に、除いた前記マーク組とは別の少なくとも一組のマーク組を除いて、最初に除いたマーク組を含む複数のマーク組について前記位置ずれの合計を算出することにより、前記複数のマーク組から少なくとも一つずつ前記マーク組を順次除いたときのそれぞれの位置ずれの合計が最も小さい組み合わせにおいて除かれているマーク組を少なくとも特異点と特定する
請求項１または２に記載のアライメント装置。
【請求項７】
前記特定部は、位置合わせ後の前記複数の第１アライメントマーク及び前記複数の第２アライメントマークの位置を算出して、位置ずれが予め定められた値以上となる第１アライメントマーク及び第２アライメントマークの組を少なくとも特異点として特定する
請求項１または２に記載のアライメント装置。
【請求項８】
前記特定部は、位置合わせ後の前記複数の第１アライメントマーク及び前記複数の第２アライメントマークの位置を算出して、位置ずれの最も大きい第１アライメントマーク及び第２アライメントマークの組を少なくとも特異点として特定する
請求項１または２に記載のアライメント装置。
【請求項９】
前記特定部は、前記複数の第１アライメントマークのそれぞれの設計位置を取得して、前記複数の第１アライメントマークの実測位置から算出した位置合わせ後の移動位置と設計位置との位置ずれが予め定められた値以上となる第１アライメントマークを少なくとも特異点と特定する
請求項１または２に記載のアライメント装置。
【請求項１０】
前記特定部は、前記複数の第１アライメントマークのそれぞれの設計位置を取得して、前記複数の第１アライメントマークの実測位置から算出した位置合わせ後の移動位置と設計位置との位置ずれが最も大きい第１アライメントマークを少なくとも特異点と特定する
請求項１または２に記載のアライメント装置。
【請求項１１】
前記特定部は、前記複数の第１アライメントマーク及び前記複数の第２アライメントマークのそれぞれの設計位置を取得して、前記複数の第１アライメントマーク及び前記複数の第２アライメントマークの実測位置から算出した位置合わせ後の移動位置と設計位置との位置ずれが予め定められた値以上となる第１アライメントマークまたは第２アライメントマークを少なくとも特異点と特定する
請求項１または２に記載のアライメント装置。
【請求項１２】
前記特定部は、前記複数の第１アライメントマーク及び前記複数の第２アライメントマークのそれぞれの設計位置を取得して、前記複数の第１アライメントマーク及び前記複数の第２アライメントマークの実測位置から算出した位置合わせ後の移動位置と設計位置との位置ずれが最も大きい第１アライメントマークまたは第２アライメントマークを少なくとも特異点と特定する
請求項１または２に記載のアライメント装置。
【請求項１３】
前記実測位置は、前記第１基板の面の法線方向における前記第１アライメントマーク及び前記第２アライメントマークの少なくとも一方の実測された位置を含み、
前記特定部は、前記法線方向における前記実測位置が予め定められた値を超えている第１アライメントマークおよび第２アライメントマークの少なくとも一方を特異点とする
請求項１から１２のいずれか１項に記載のアライメント装置。
【請求項１４】
前記実測位置は、前記第１基板及び前記第２基板の少なくとも一方の傾斜を含み、
前記特定部は、前記傾斜が予め定められた値を超えている場合、全ての第１アライメントマークおよび全ての第２アライメントマークの少なくとも一方を特異点とする
請求項１から１３のいずれか１項に記載のアライメント装置。
【請求項１５】
前記特定部は、特異点か否かの判定対象である前記複数の第１アライメントマーク及び第２アライメントマークの個数が増加するにつれて、前記予め定められた値を大きく設定する
請求項３、５、７、及び、９のいずれか１項に記載のアライメント装置。
【請求項１６】
前記第１基板には、第１アライメントマークよりも大きい複数の第１サーチマークが形成され、
前記第２基板には、第２アライメントマークよりも大きい複数の第２サーチマークが形成され、
前記特定部は、前記複数の第１サーチマーク及び前記複数の第２サーチマークの実測位置が基準位置の範囲内と判定すると、前記複数の第１アライメントマーク及び前記複数の第２アライメントマークを前記検出部に検出させる
請求項１から１５のいずれか１項に記載のアライメント装置。
【請求項１７】
前記特定部は、前記検出部が前記第１アライメントマーク及び前記第２アライメントマークを検出した場合、前記特異点を特定する
請求項１６に記載のアライメント装置。
【請求項１８】
前記特定部は、前記特異点がある場合、位置合わせをしない
請求項１から１７のいずれか１項に記載のアライメント装置。
【請求項１９】
前記特定部は、前記特異点を特定した場合、前記特異点を除いた第１アライメントマーク及び第２アライメントマークによって位置合わせする
請求項１から１７のいずれか１項に記載のアライメント装置。
【請求項２０】
前記特定部は、前記特異点を特定した場合、前記検出部に新たな第１アライメントマーク及び第２アライメントマークの少なくとも一方の実測位置を検出させる
請求項１から１９のいずれか１項に記載のアライメント装置。
【請求項２１】
前記特定部は、前記特異点を特定した場合、前記特異点と特定した前記第１アライメントマークおよび前記第２アライメントマークの少なくとも一方の実測位置を前記検出部に再検出させる
請求項２０に記載のアライメント装置。
【請求項２２】
前記特定部は、検出した全ての前記第１アライメントマーク及び前記第２アライメントマークの実測位置を前記検出部に再検出させる
請求項２０に記載のアライメント装置。
【請求項２３】
前記特定部は、前記実測位置に基づいて、全ての前記第１アライメントマークまたは全ての前記第２アライメントマークが特異点か否かを判定する
請求項１から２２のいずれか１項に記載のアライメント装置。
【請求項２４】
前記第１アライメントマークまたは前記第２アライメントマークを撮像する撮像部を更に備え、
前記特定部は、前記撮像部の視野から外れている第１アライメントマークまたは第２アライメントマークを特異点とする
請求項１から２３のいずれか１項に記載のアライメント装置。
【請求項２５】
請求項１から２４のいずれか１項に記載のアライメント装置を備える基板貼り合わせ装置。
【請求項２６】
第１基板に形成された複数の第１アライメントマーク及び第２基板に形成された複数の第２アライメントマークの位置によって、前記第１基板及び前記第２基板を位置合わせする位置合わせ方法であって、
前記複数の第１アライメントマーク及び前記複数の第２アライメントマークの実測された位置である実測位置を検出する検出段階と、
前記複数の第１アライメントマーク及び前記複数の第２アライメントマークのうち、前記実測位置が特異なマークを特異点として特定する特定段階と
を備える位置合わせ方法。
【請求項２７】
前記特定段階では、特異点ありと判定した場合に限り、特異点を特定する請求項２６に記載の位置合わせ方法。
【請求項２８】
前記特定段階では、前記複数の第１アライメントマークから、少なくとも一個ずつマークを除いて、位置合わせ後の位置を算出して、算出された位置合わせ後の第１アライメントマークの位置と設計位置との位置ずれの合計が予め定められた値以下となる組み合わせにおいて除かれているマークを少なくとも特異点と特定する
請求項２６または２７に記載の位置合わせ方法。
【請求項２９】
前記特定段階では、前記複数の第１アライメントマークから、少なくとも一個ずつマークを除いて、位置合わせ後の位置を算出して、算出された位置合わせ後の第１アライメントマークの位置と設計位置との位置ずれの合計が最も小さい組み合わせにおいて除かれているマークを少なくとも特異点と特定する
請求項２６または２７に記載の位置合わせ方法。
【請求項３０】
前記特定段階では、前記複数の第１アライメントマーク及び前記複数の第２アライメントマークを組み合わせた複数組のマーク組のうち、少なくとも一組ずつマーク組を除いて、位置合わせ後の位置を算出して、算出された位置合わせ後の第１アライメントマークの位置と第２アライメントマークの位置との位置ずれの合計が予め定められた値以下となる組み合わせにおいて除かれているマーク組を少なくとも特異点と特定する
請求項２６または２７に記載の位置合わせ方法。
【請求項３１】
前記特定段階では、前記複数の第１アライメントマーク及び前記複数の第２アライメントマークを組み合わせた複数組のマーク組のうち、少なくとも一組ずつマーク組を除いて、位置合わせ後の位置を算出して、算出された位置合わせ後の第１アライメントマークの位置と第２アライメントマークの位置との位置ずれの合計が最も小さい組み合わせにおいて除かれているマーク組を少なくとも特異点と特定する
請求項２６または２７に記載の位置合わせ方法。
【請求項３２】
前記特定段階では、位置合わせ後の前記複数の第１アライメントマーク及び前記複数の第２アライメントマークの位置を算出して、位置ずれが予め定められた値以上となる第１アライメントマーク及び第２アライメントマークの組を少なくとも特異点として特定する
請求項２６または２７に記載の位置合わせ方法。
【請求項３３】
前記特定段階では、位置合わせ後の前記複数の第１アライメントマーク及び前記複数の第２アライメントマークの位置を算出して、位置ずれの最も大きい第１アライメントマーク及び第２アライメントマークの組を少なくとも特異点として特定する
請求項２６または２７に記載の位置合わせ方法。
【請求項３４】
前記特定段階では、前記複数の第１アライメントマークのそれぞれの設計位置を取得して、前記複数の第１アライメントマークの実測位置から算出した位置合わせ後の移動位置と設計位置との位置ずれが予め定められた値以上となる第１アライメントマークを少なくとも特異点と特定する
請求項２６または２７に記載の位置合わせ方法。
【請求項３５】
前記特定段階では、前記複数の第１アライメントマークのそれぞれの設計位置を取得して、前記複数の第１アライメントマークの実測位置から算出した位置合わせ後の移動位置と設計位置との位置ずれが最も大きい第１アライメントマークを少なくとも特異点と特定する
請求項２６または２７に記載の位置合わせ方法。
【請求項３６】
前記特定段階では、前記複数の第１アライメントマーク及び前記複数の第２アライメントマークのそれぞれの設計位置を取得して、前記複数の第１アライメントマーク及び前記複数の第２アライメントマークの実測位置から算出した位置合わせ後の移動位置と設計位置との位置ずれが予め定められた値以上となる第１アライメントマークまたは第２アライメントマークを少なくとも特異点と特定する
請求項２６または２７に記載の位置合わせ方法。
【請求項３７】
前記特定段階では、前記複数の第１アライメントマーク及び前記複数の第２アライメントマークのそれぞれの設計位置を取得して、前記複数の第１アライメントマーク及び前記複数の第２アライメントマークの実測位置から算出した位置合わせ後の移動位置と設計位置との位置ずれが最も大きい第１アライメントマークまたは第２アライメントマークを少なくとも特異点と特定する
請求項２６または２７に記載の位置合わせ方法。
【請求項３８】
前記実測位置は、前記第１基板の面の法線方向における前記第１アライメントマーク及び前記第２アライメントマークの少なくとも一方の実測された位置を含み、
前記特定段階では、前記法線方向における前記実測位置が予め定められた値を超えている第１アライメントマークおよび第２アライメントマークの少なくとも一方を特異点とする
請求項２６から３７のいずれか１項に記載の位置合わせ方法。
【請求項３９】
前記実測位置は、前記第１基板及び前記第２基板の少なくとも一方の傾斜を含み、
前記特定段階では、前記傾斜が予め定められた値を超えている場合、全ての第１アライメントマークおよび全ての第２アライメントマークの少なくとも一方を特異点とする
請求項２６から３８のいずれか１項に記載の位置合わせ方法。
【請求項４０】
前記特定段階では、特異点か否かの判定対象である前記複数の第１アライメントマーク及び第２アライメントマークの個数が増加するにつれて、前記予め定められた値を大きく設定する
請求項２８、３０、３２、及び、３４のいずれか１項に記載の位置合わせ方法。
【請求項４１】
前記第１基板には、第１アライメントマークよりも大きい複数の第１サーチマークが形成され、
前記第２基板には、第２アライメントマークよりも大きい複数の第２サーチマークが形成され、
前記特定段階では、前記複数の第１サーチマーク及び前記複数の第２サーチマークの実測位置が基準位置の範囲内と判定すると、前記複数の第１アライメントマーク及び前記複数の第２アライメントマークを前記検出段階で検出させる
請求項２６から４０のいずれか１項に記載の位置合わせ方法。
【請求項４２】
前記特定段階では、前記検出段階で前記第１アライメントマーク及び前記第２アライメントマークを検出した場合、前記特異点を特定する
請求項４１に記載の位置合わせ方法。
【請求項４３】
前記特定段階では、前記特異点がある場合、位置合わせをしない
請求項２６から４２のいずれか１項に記載の位置合わせ方法。
【請求項４４】
前記特定段階では、前記特異点を特定した場合、前記特異点を除いた第１アライメントマーク及び第２アライメントマークによって位置合わせする
請求項２６から４２のいずれか１項に記載の位置合わせ方法。
【請求項４５】
前記特定段階では、前記特異点を特定した場合、前記検出段階で新たな第１アライメントマーク及び第２アライメントマークの少なくとも一方の実測位置を検出させる
請求項２６から４４のいずれか１項に記載の位置合わせ方法。
【請求項４６】
前記特定段階では、前記特異点を特定した場合、前記特異点と特定した前記第１アライメントマークおよび前記第２アライメントマークの少なくとも一方の実測位置を前記検出段階で再検出させる
請求項４５に記載の位置合わせ方法。
【請求項４７】
前記特定段階では、検出した全ての前記第１アライメントマーク及び前記第２アライメントマークの実測位置を前記検出段階で再検出させる
請求項４５に記載の位置合わせ方法。
【請求項４８】
前記特定段階では、前記実測位置に基づいて、全ての前記第１アライメントマークまたは全ての前記第２アライメントマークが特異点か否かを判定する
請求項２６から４７のいずれか１項に記載の位置合わせ方法。
【請求項４９】
前記第１アライメントマークまたは前記第２アライメントマークを撮像する撮像部による撮像段階を更に備え、
前記特定段階では、前記撮像部の視野から外れている第１アライメントマークまたは第２アライメントマークを特異点とする
請求項２６から４８のいずれか１項に記載の位置合わせ方法。
【請求項５０】
請求項２６から４９のいずれか１項に記載の位置合わせ方法を含む積層半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アライメント装置、位置合わせ方法、及び、積層半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アライメントマークが形成された基板同士を、アライメントマークによって位置合わせするアライメント装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。位置合わせの精度を向上させるために複数のアライメントマークが用いられる。
［特許文献１］  特開２００５−２５１９７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、位置合わせに用いたアライメントマークのうち、理想的な設計位置から大きくずれているものがあると、かえって、位置合わせの精度が低下する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、第１基板に形成された複数の第１アライメントマーク及び第２基板に形成された複数の第２アライメントマークの位置によって、前記第１基板及び前記第２基板を位置合わせするアライメント装置であって、前記複数の第１アライメントマーク及び前記複数の第２アライメントマークの実測された位置である実測位置を検出する検出部と、前記複数の第１アライメントマーク及び前記複数の第２アライメントマークのうち、前記実測位置が特異なマークを特異点として特定する特定部とを備えるアライメント装置を提供する。
【０００５】
本発明の第２の態様においては、上述のアライメント装置を備える基板貼り合わせ装置を提供する。
【０００６】
本発明の第３の態様においては、第１基板に形成された複数の第１アライメントマーク及び第２基板に形成された複数の第２アライメントマークの位置によって、前記第１基板及び前記第２基板を位置合わせする位置合わせ方法であって、前記複数の第１アライメントマーク及び前記複数の第２アライメントマークの実測された位置である実測位置を検出する検出段階と、前記複数の第１アライメントマーク及び前記複数の第２アライメントマークのうち、前記実測位置が特異なマークを特異点として特定する特定段階とを備える位置合わせ方法を提供する。
【０００７】
本発明の第４の態様においては、上述の基板貼り合わせ装置によって製造された積層半導体装置を提供する。
【０００８】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全て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また、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】基板貼り合わせ装置１０の全体構成図である。
【図２】基板貼り合わせ装置１０による貼り合わせ基板９５の貼り合わせ工程を含む積層半導体装置９６の製造方法を説明する図である。
【図３】基板貼り合わせ装置１０による貼り合わせ基板９５の貼り合わせ工程を含む積層半導体装置９６の製造方法を説明する図である。
【図４】基板貼り合わせ装置１０による貼り合わせ基板９５の貼り合わせ工程を含む積層半導体装置９６の製造方法を説明する図である。
【図５】基板貼り合わせ装置１０による貼り合わせ基板９５の貼り合わせ工程を含む積層半導体装置９６の製造方法を説明する図である。
【図６】アライメント装置２８の側面図である。
【図７】アライメント装置２８の制御系を説明するブロック図である。
【図８】アライメント装置２８による位置合わせ処理を説明するフローチャートである。
【図９】アライメントマークＭに基づいて移動量を算出する方法を説明する図である。
【図１０】プリアライメントの成否を判定する場合の位置合わせ処理のフローチャートである。
【図１１】特異点を特定した後の処理が異なる位置合わせ処理のフローチャートである。
【図１２】法線方向における実測位置による特異点の特定を説明する図である。
【図１３】法線方向における実測位置による特異点の特定を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかか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の全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１１】
図１は、基板貼り合わせ装置１０の全体構成図である。基板貼り合わせ装置１０は、２枚の基板９０、９０を貼り合わせて、貼り合わせ基板９５を製造する。尚、基板貼り合わせ装置１０が、３枚以上の基板９０を貼り合わせて、貼り合わせ基板９５を製造してもよい。
【００１２】
図１に示すように、基板貼り合わせ装置１０は、大気環境部１４と、真空環境部１６と、制御部１８と、複数の基板カセット２０とを備える。制御部１８は、基板貼り合わせ装置１０の全体の動作を制御する。
【００１３】
基板カセット２０は、基板９０及び貼り合わせ基板９５を収容する。基板貼り合わせ装置１０によって貼り合わされる基板９０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、端子等が形成されていてもよい。
【００１４】
大気環境部１４は、環境チャンバ１２と、基板ホルダラック２２と、ロボットアーム２４、３０、３１と、プリアライナ２６と、アライメント装置２８と、レール３２と、分離ステージ３９とを備える。環境チャンバ１２は、大気環境部１４を囲むように形成されている。環境チャンバ１２に囲まれた領域は、空気調整機等に連通されて、温度管理される。
【００１５】
基板ホルダラック２２は、重ね合わされた基板９０及び貼り合わせ基板９５を上下方向から保持する複数対の基板ホルダ９４を収容する。基板ホルダ９４は、基板９０を静電吸着により保持する。尚、基板ホルダ９４は、基板９０を真空吸着により保持してもよい。
【００１６】
ロボットアーム２４は、基板カセット２０に装填されている基板９０と、基板ホルダラック２２に装填されている基板ホルダ９４をプリアライナ２６に搬送する。ロボットアーム２４は、プリアライナ２６の基板ホルダ９４に保持された基板９０をアライメント装置２８へと搬送する。尚、ロボットアーム２４は、連続して搬送される２組の基板ホルダ９４及び基板９０のうち、１組の基板ホルダ９４及び基板９０を裏返して搬送する。ロボットアーム２４は、貼り合わされた後、基板ホルダラック２２まで搬送された貼り合わせ基板９５を基板カセット２０の何れかに搬送する。
【００１７】
プリアライナ２６は、基板ホルダ９４に対して基板９０を位置決めして、当該基板ホルダ９４上に搭載する。高精度であるがゆえに狭いアライメント装置２８の調整範囲にそれぞれの基板９０が装填されるように、プリアライナ２６は、基板９０と基板ホルダ９４との相対位置を合わせる。これにより、アライメント装置２８は、迅速且つ正確に基板９０同士の位置決めをできる。
【００１８】
アライメント装置２８は、一方の基板９０に形成された複数のアライメントマークの位置と、他方の基板９０に形成された複数のアライメントマークの位置とによって、両基板９０を位置合わせする。アライメント装置２８は、ロボットアーム２４とロボットアーム３０との間に配置されている。アライメント装置２８は、枠体３４と、固定ステージ３６と、移動ステージ３８とを備える。
【００１９】
枠体３４は、固定ステージ３６及び移動ステージ３８を囲むように形成されている。枠体３４の基板カセット２０側の面と、真空環境部１６側の面には、開口が形成されている。これにより、一対の基板９０を両側から挟持した一対の基板ホルダ９４が重ね合わされた基板積層体９３が、開口を通して搬入及び搬出される。
【００２０】
固定ステージ３６は、移動ステージ３８の上方に対向して設けられている。固定ステージ３６の下面は、ロボットアーム２４によって裏返して搬送された基板９０を保持する基板ホルダ９４を吸着する。
【００２１】
移動ステージ３８の上面は、裏返されることなくロボットアーム２４によって搬送された基板９０を保持する基板ホルダ９４を吸着する。移動ステージ３８は、水平方向に移動して、固定ステージ３６の基板９０と、移動ステージ３８の基板９０とを位置合わせする。移動ステージ３８は上昇して、一対の基板９０を重ね合わせる。これにより、基板積層体９３が形成される。基板９０と基板９０は、接着剤によって仮接合してもよく、プラズマによって仮接合してもよく、単に重ね合わせただけでもよい。
【００２２】
ロボットアーム３０は、基板積層体９３を真空吸着して、真空環境部１６へと搬送する。ロボットアーム３０は、貼り合わせ基板９５を含む基板積層体９３を真空環境部１６から分離ステージ３９へと搬送する。分離ステージ３９は、貼り合わせ基板９５と基板ホルダ９４とを分離する。ロボットアーム３１は、分離ステージ３９にて分離された貼り合わせ基板９５と基板ホルダ９４を、レール３２に沿って基板ホルダラック２２へと搬送する。
【００２３】
真空環境部１６は、基板貼り合わせ装置１０の貼り合わせ工程において、真空状態に設定される。真空環境部１６は、ロードロック室４８と、アクセスドア５０と、ゲートバルブ５２と、ロボットチャンバ５３と、ロボットアーム５４と、３個の収容室５５と、３個の加熱加圧装置５６と、ロボットアーム５８と、冷却室６０とを備える。尚、加熱加圧装置５６の個数は、３個に限定されるものではなく、適宜変更してもよい。
【００２４】
ロードロック室４８は、大気環境部１４と真空環境部１６とを連結する。ロードロック室４８は、真空状態及び大気圧に設定できる。ロードロック室４８の大気環境部１４側及び真空環境部１６側には、貼り合わせる前の一対の基板９０を含む基板積層体９３と、貼り合わせ基板９５を含む基板積層体９３を搬入及び搬出可能に、開口が形成されている。
【００２５】
アクセスドア５０は、ロードロック室４８の大気環境部１４側の開口を開閉する。ゲートバルブ５２は、ロードロック室４８の真空環境部１６側の開口を開閉する。ロボットアーム５４は、ロボットチャンバ５３の中心に回動可能に配置されている。ロボットアーム５４は、ロボットアーム３０によりロードロック室４８に搬入された基板積層体９３をいずれかの加熱加圧装置５６へと搬入する。
【００２６】
収容室５５はゲートバルブ５７を有し、ゲートバルブ５７を介してロボットチャンバ５３と連結されている。収容室５５は、基板積層体９３を搬入及び搬出時に開閉されるゲートバルブ５７を有する。
【００２７】
３個の加熱加圧装置５６は、ロボットチャンバ５３を中心として放射状に配置されている。加熱加圧装置５６は、ゲートバルブ５７を介してロボットチャンバ５３と連結されている。加熱加圧装置５６は、基板積層体９３を挟みつつ加熱及び加圧して、一対の基板９０を貼り合わせる。
【００２８】
ロボットアーム５８は、ロボットチャンバ５３の中心に回動可能に配置されている。これにより、ロボットアーム５８は、基板積層体９３を加熱加圧装置５６から冷却室６０へと搬送する。また、ロボットアーム５８は、基板積層体９３を冷却室６０からロードロック室４８へと搬送する。
【００２９】
冷却室６０は、冷却機能を有する。これにより、冷却室６０は、搬送された基板積層体９３を冷却する。冷却室６０は、ゲートバルブ５７を介してロボットチャンバ５３と連結されている。
【００３０】
図２から図５は、基板貼り合わせ装置１０による貼り合わせ基板９５の貼り合わせ工程を含む積層半導体装置９６の製造方法を説明する図である。貼り合わせ工程において、ロボットアーム２４は、基板ホルダ９４を基板ホルダラック２２から取り出して、プリアライナ２６へ搬送する。次に、ロボットアーム２４は、基板９０を基板カセット２０の何れかから取り出して、プリアライナ２６へ搬送する。プリアライナ２６は、基板９０及び基板ホルダ９４の外形を観察して位置合わせを行い、図２に示すように、基板９０を基板ホルダ９４上に載置する。基板ホルダ９４は、載置された基板９０を吸着して保持する。
【００３１】
図３に示すように、ロボットアーム２４は、基板９０及び基板ホルダ９４を裏返して、固定ステージ３６の下面へ搬送する。固定ステージ３６は、基板９０とともに基板ホルダ９４を真空吸着により保持する。
【００３２】
ロボットアーム２４は、次の基板９０及び基板ホルダ９４をプリアライナ２６に搬送する。ロボットアーム２４は、プリアライナ２６で位置合わせされた基板９０及び基板ホルダ９４を裏返すことなく移動ステージ３８へ搬送する。移動ステージ３８は、基板９０及び基板ホルダ９４を保持する。移動ステージ３８は、固定ステージ３６の下方へと移動する。これにより、移動ステージ３８の基板９０と、固定ステージ３６の基板９０とが、アライメント装置２８によって位置合わせされる。
【００３３】
次に、図４に示すように、移動ステージ３８が上方へと移動して、移動ステージ３８の基板９０の上面と固定ステージ３６の基板９０の下面とが重ね合わされ、基板ホルダ９４同士が磁力で吸着する。これにより、基板積層体９３が形成される。固定ステージ３６が基板積層体９３の吸着を解除した後、ロボットアーム３０が、移動ステージ３８上の基板積層体９３をロードロック室４８へと搬送する。ロボットアーム５４は、基板積層体９３をロードロック室４８から加熱加圧装置５６へと搬入する。
【００３４】
加熱加圧装置５６は、基板積層体９３を結合温度まで加熱した後、結合温度を維持しつつ、基板積層体９３を上下方向から加圧する。これにより、基板積層体９３の一対の基板９０が、貼り合わされて貼り合わせ基板９５となる。この後、基板積層体９３が一定の温度まで降温すると、ロボットアーム５８が基板積層体９３を冷却室６０へと搬入する。冷却室６０は、基板積層体９３を更に冷却する。ロボットアーム５８は、冷却された基板積層体９３を、冷却室６０からロードロック室４８へと搬送する。
【００３５】
次に、ロボットアーム３０が、基板積層体９３をロードロック室４８から分離ステージ３９へと搬送する。分離ステージ３９は、基板積層体９３の貼り合わせ基板９５を基板ホルダ９４から分離する。ロボットアーム３１は、基板ホルダ９４、及び貼り合わせ基板９５を基板ホルダラック２２に搬送する。基板ホルダラック２２は、基板ホルダ９４を回収する。ロボットアーム２４は、基板カセット２０に貼り合わせ基板９５を搬出する。これにより、基板貼り合わせ装置１０による貼り合わせ工程が終了して、貼り合わせ基板９５が完成する。この後、図５に示す点線に沿って、貼り合わせ基板９５が個片化されて、積層半導体装置９６が完成する。
【００３６】
図６は、アライメント装置２８の側面図である。図６に矢印で示すＸＹＺをアライメント装置２８のＸＹＺ方向とする。アライメント装置２８は、上述した枠体３４、固定ステージ３６、及び、移動ステージ３８に加えて、上顕微鏡７０と、下顕微鏡７２とを有する。
【００３７】
枠体３４は、固定ステージ３６及び移動ステージ３８を囲むように形成されている。枠体３４は、天板７４と、底板７５と、側壁７６とを有する。天板７４及び底板７５は、互いが平行となるように水平に配置されている。側壁７６は、天板７４及び底板７５を結合する。側壁７６の基板カセット２０側の面と、側壁７６の真空環境部１６側の面は、基板９０及び貼り合わせ基板９５を搬入及び搬出可能に開口されている。
【００３８】
固定ステージ３６は、天板７４の下面に固定されている。固定ステージ３６は、移動ステージ３８よりも高い位置に設けられている。固定ステージ３６の下面は、基板９０を保持した状態でロボットアーム２４により裏返された基板ホルダ９４を真空吸着する。尚、固定ステージ３６の下面は基板ホルダ９４を静電吸着してもよい。
【００３９】
移動ステージ３８は、底板７５の上面に載置されている。移動ステージ３８は、ガイドレール７８と、Ｘステージ８０と、Ｙステージ８２と、昇降部８４と、微動ステージ８５とを有する。
【００４０】
ガイドレール７８は、底板７５に固定されている。ガイドレール７８は、Ｘ方向に延びる。Ｘステージ８０は、ガイドレール７８上に配置されている。Ｘステージ８０は、ガイドレール７８に案内されつつＸ方向に移動する。Ｙステージ８２は、Ｘステージ８０上に配置されている。Ｙステージ８２は、Ｘステージ８０上のガイドレールに沿ってＹ方向に移動する。昇降部８４は、Ｙステージ８２の上面に固定されている。昇降部８４は、微動ステージ８５を上下に昇降させる。
【００４１】
微動ステージ８５は、昇降部８４の上面に固定されている。微動ステージ８５の上面は、基板９０を保持した基板ホルダ９４を真空吸着する。尚、微動ステージ８５の上面は、基板ホルダ９４を静電吸着してもよい。微動ステージ８５に吸着された基板９０に配されたバンプＢａは、固定ステージ３６に吸着された基板９０に配されたバンプＢａと電気的に接合される。微動ステージ８５は、Ｘステージ８０、Ｙステージ８２及び昇降部８４によって、ＸＹＺ方向に移動される。微動ステージ８５は、吸着した基板ホルダ９４及び基板９０をＸＹ方向に移動させるとともに、基板ホルダ９４及び基板９０を鉛直軸の周りで回転させる。尚、微動ステージ８５のＸＹ方向の移動は、Ｘステージ８０及びＹステージ８２の移動に比べて、微小ピッチでありかつ可動範囲も小さい。これにより、移動ステージ３８は、吸着した基板９０を、固定ステージ３６の基板９０に対して位置合わせして、重ね合わせ合わせることができる。
【００４２】
上顕微鏡７０は、天板７４に固定されている。上顕微鏡７０は、固定ステージ３６と間隔をあけて配置されている。上顕微鏡７０は、移動ステージ３８の微動ステージ８５に吸着された基板９０に形成されたアライメントマークＭを観察して撮像する。微動ステージ８５に吸着された基板９０に配されたアライメントマークＭは、基板９０の位置を算出して、固定ステージ３６の基板９０と貼り合わせにおける位置合わせに用いられる。アライメントマークＭは、上顕微鏡７０によって観察できる基板９０の上面に形成されている。上顕微鏡７０は、撮像したアライメントマークＭの画像を出力する。
【００４３】
下顕微鏡７２は、移動ステージ３８のＹステージ８２上に固定されている。下顕微鏡７２は、昇降部８４と間隔をあけて配置されている。従って、下顕微鏡７２は、昇降部８４及び微動ステージ８５とともに、ＸＹ方向に移動する。下顕微鏡７２は、固定ステージ３６に吸着された基板９０に形成されたアライメントマークＭを観察して撮像する。アライメントマークＭは、下顕微鏡７２によって観察できる基板９０の下面に形成されている。下顕微鏡７２は、撮像したアライメントマークＭの画像を出力する。
【００４４】
図７は、アライメント装置２８の制御系を説明するブロック図である。図７に示すように、アライメント装置２８は、制御部１００と、格納部１０２とを備える。制御部１００の一例は、コンピュータである。制御部１００は、格納部１０２に格納された位置合わせプログラムを読み込むことによって、取得部１１０、検出部１１２、及び、特定部１１４の機能を有する。以降の説明において、移動ステージ３８に吸着されている基板を下側基板９０ｄとして、固定ステージ３６に吸着されている基板を上側基板９０ｕとする。また、下側基板９０ｄのアライメントマークを下側アライメントマークＭｄとして、上側基板９０ｕのアライメントマークを上側アライメントマークＭｕとする。
【００４５】
取得部１１０は、上顕微鏡７０を操作して、複数の下側アライメントマークＭｄを撮像させるとともに、下顕微鏡７２を操作して、複数の上側アライメントマークＭｕを撮像させる。取得部１１０は、上顕微鏡７０及び下顕微鏡７２から複数の下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕの画像を取得する。ここで、取得部１１０は、下側基板９０ｄ及び上側基板９０ｕに形成された全ての第１アライメントマーク及び全ての上側アライメントマークＭｕを撮像させなくてもよい。取得部１１０は、予め定められた撮像個数の下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕを上顕微鏡７０及び下顕微鏡７２に撮像させる。撮像個数は、格納部１０２に格納されている。撮像個数が増加すると、基板９０同士の位置合わせの精度は向上する。しかしながら、撮像個数の増加に伴って、撮像に要する撮像時間が増加するが、位置合わせの精度の向上は小さくなる。従って、撮像個数は、位置合わせの精度と、撮像時間とを考慮して設定される。撮像個数の一例は、８個である。
【００４６】
検出部１１２は、上顕微鏡７０及び下顕微鏡７２が撮像した複数の下側アライメントマークＭｄ及び複数の上側アライメントマークＭｕの画像を取得部１１０から取得する。検出部１１２は、取得した複数の下側アライメントマークＭｄ及び複数の上側アライメントマークＭｕの画像から複数の下側アライメントマークＭｄ及び複数の上側アライメントマークＭｕの実測位置を検出する。実測位置は、実際に観測された複数の下側アライメントマークＭｄ及び複数の上側アライメントマークＭｕから検出される位置である。本実施形態では、実測位置は、固定ステージ３６及び移動ステージ３８の基準点からの、複数の下側アライメントマークＭｄ及び複数の上側アライメントマークＭｕの位置である。基準点の一例は、固定ステージ３６及び移動ステージ３８の中心である。検出部１１２は、基準点からの上顕微鏡７０及び下顕微鏡７２の位置と、上顕微鏡７０及び下顕微鏡７２の視野の中心に対する下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕの位置から実測位置を検出する。
【００４７】
特定部１１４は、検出部１１２が複数の下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕの実測位置を検出した場合、実測位置によって位置合わせする。ここで、特定部１１４は、複数の下側アライメントマークＭｄまたは複数の上側アライメントマークＭｕのうち、実測位置が特異な特異点があると判定した場合、実測位置が特異な第１アライメントマーク及び第２アライメントマークを特異点として特定する。特定部１１４は、特異点として特定した場合、当該特異点として特定された下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕを除いた下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕによって基板９０同士を位置合わせする。
【００４８】
図８は、アライメント装置２８による位置合わせ処理を説明するフローチャートである。図９は、アライメントマークＭに基づいて移動量を算出する方法を説明する図である。制御部１００は、格納部１０２に格納された位置合わせプログラムを読み込むことによって、位置合わせ処理を実行する。
【００４９】
図８に示すように、位置合わせ処理では、まず、取得部１１０が、複数の下側アライメントマークＭｄ及び複数の上側アライメントマークＭｕを上顕微鏡７０及び下顕微鏡７２に撮像させる。取得部１１０は、上顕微鏡７０及び下顕微鏡７２が撮像した下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕの画像を取得して、検出部１１２へと出力する（Ｓ１０）。
【００５０】
次に、検出部１１２は、取得部１１０から下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕの画像を取得すると、当該画像から下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕのそれぞれの実測位置を検出して、特定部１１４へと出力する（Ｓ１２）。
【００５１】
特定部１１４は、特異点の有無を判定する（Ｓ１４）。ここでは、３組の下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕについて、特異点となる下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕがあるか否かを判定する例について説明する。
【００５２】
本実施形態では、まず、特定部１１４は、実測位置を取得した下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕの設計位置を格納部１０２から取得する。設計位置は、設計上の理想的な下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕの位置である。実測位置は、製造工程上の要因などによって、設計位置と異なる。
【００５３】
次に、特定部１１４は、実測位置にある３組の下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕをそれぞれの設計位置に移動させる下側基板９０ｄ及び上側基板９０ｕの移動量を算出する。下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕの組数は適宜変更してよい。例えば、当該組数は、８組である。ここで、移動ステージ３８が、ＸＹ方向及び鉛直軸の周りに回転可能なことを考慮して、図９に示すように、３個の下側アライメントマークＭｄのＸＹ方向の並進の移動量、及び、鉛直軸の周りの回転の移動量を（Ｓｄｘ、Ｓｄｙ、θｄ）とする。下側アライメントマークＭｄの設計位置及び実測位置のＸＹ座標を（Ｘｄａｎ、Ｙｄａｎ）、（Ｘｄｂｎ、Ｙｄｂｎ）とする。ただし、ｎ＝１、２、３とする。算出した移動量だけ実測位置から移動させた後の下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕの位置である移動位置を（Ｘｄｃｎ、Ｙｄｃｎ）とする。
【００５４】
特定部１１４は、式（１）に実測位置を代入して、移動位置を移動量の関数として算出する。
【数１】
2014112660.tif 000003
【００５５】
特定部１１４は、式（１）で算出した移動位置を式（２）に代入する。尚、下側アライメントマークＭｄの個数によって、式（２）のｎの最終値は変化する。
【数２】
2014112660.tif 000004
【００５６】
特定部１１４は、式（２）の残差平方和が最小となる３個の下側アライメントマークＭｄの移動量を算出する。同様に、特定部１１４は、３個の下側アライメントマークＭｄに対応する３個の上側アライメントマークＭｕの移動量を算出する。下側アライメントマークＭｄに対応する上側アライメントマークＭｕとは、設計上、位置合わせ後の位置が下側アライメントマークＭｄと同じ位置となる上側アライメントマークＭｕのことである。
【００５７】
特定部１１４は、式（２）から算出される下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕの２個の最小の残差平方和の和を算出する。特定部１１４は、残差平方和の和が格納部１０２に格納されている残差平方和閾値以上か否かを判定する。残差平方和閾値は、特異点の有無を判定する閾値である。特定部１１４は、残差平方和の和が残差平方和閾値以下の場合、特異点なしと判定する（Ｓ１４：Ｎｏ）。
【００５８】
特定部１１４は、特異点なしと判定すると、上述した３個の下側アライメントマークＭｄの移動量及び３個の上側アライメントマークＭｕの移動量の合計の移動量だけ移動するように移動ステージ３８を制御する。ここでいう合計の移動量は、（Ｓｄｘ＋Ｓｕｘ、Ｓｄｙ＋Ｓｕｙ、θｄ＋θｕ）である。これにより、特定部１１４は、基板９０同士を位置合わせする（Ｓ１８）。
【００５９】
一方、特定部１１４は、２個の最小の残差平方和の和が残差平方和閾値以上と判定すると、特異点ありと判定する（Ｓ１４：Ｙｅｓ）。特定部１１４は、特異点ありと判定すると、特異点を特定する。本実施形態では、特定部１１４は、３個の下側アライメントマークＭｄ及び３個の上側アライメントマークＭｕを組み合わせた３組のマーク組から、一つのマーク組を除いて、残りの２つのマーク組について位置合わせ後の位置を算出して、算出された位置合わせ後の下側アライメントマークＭｄの位置と上側アライメントマークＭｕの位置との位置ずれの合計を算出する。次に、特定部１１４は、除いた一つのマーク組とは別のマーク組を除いて、最初に除いたマーク組を含む二つのマーク組について上記した位置ずれの合計を算出する。特定部１１４は、３組のマーク組から一つずつマーク組を順次除いたときのそれぞれの位置ずれの合計が最も小さい組み合わせにおいて除かれているマーク組を特異点として特定する。つまり、特定部１１４は、Ｎ組（Ｎは２以上の整数）のマーク組から１組のマーク組を除く（Ｎ−１）組における位置ずれの合計を順次算出する。具体的には、特定部１１４は、３組の下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕから１組を除いた、２組の下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕについて移動量を算出する。２組の下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕの移動量の算出は、３組の場合と同様である。尚、特定部１１４は、複数の下側アライメントマークＭｄ及び複数の上側アライメントマークＭｕを組み合わせた複数組のマーク組から、少なくとも一つのマーク組を順次除いて、それぞれにおいて位置合わせ後の位置を算出して、算出された位置合わせ後の下側アライメントマークＭｄの位置と上側アライメントマークＭｕの位置との位置ずれの合計が最も小さい組み合わせにおいて除かれているマーク組を特異点として特定してもよい。つまり、特定部１１４は、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のマークからｎ個（ｎは１以上の整数であり、Ｎ＞ｎ）のマークを除く（Ｎ−ｎ）個における位置ずれの合計を順次算出する。また、特定部１１４は、複数の下側アライメントマークＭｄ及び複数の上側アライメントマークＭｕを組み合わせた複数組のマーク組から、少なくとも一つのマーク組を順次除いて、それぞれにおいて位置合わせ後の位置を算出して、算出された位置合わせ後の下側アライメントマークＭｄの位置と上側アライメントマークＭｕの位置との位置ずれの合計が予め定められた値以下となる組み合わせにおいて除かれているマーク組を特異点として特定してもよい。つまり、特定部１１４は、Ｎ組（Ｎは２以上の整数）のマーク組からｎ組（ｎは１以上の整数であり、Ｎ＞ｎ）のマーク組を除く（Ｎ−ｎ）組における位置ずれの合計を順次算出する。
【００６０】
特定部１１４は、算出した移動量から下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕの移動位置を算出する。特定部１１４は、２組の下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕについて、下側アライメントマークＭｄの移動位置と上側アライメントマークＭｕの移動位置との距離である位置ずれをそれぞれ算出する。特定部１１４は、２組の下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕの位置ずれの和を算出する。特定部１１４は、別の１組を除いた異なる２組の下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕの位置ずれの和をそれぞれ算出する。これにより、特定部１１４は、３個の位置ずれの和を算出する。
【００６１】
特定部１１４は、３個の位置ずれの和のうち、最も小さい位置ずれの和を特定する。特定部１１４は、特定した最も小さい位置ずれの和を算出した２組の下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕから除外されている組み合わせの下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕを特異点と特定する（Ｓ１６）。
【００６２】
特定部１１４は、特異点を特定すると、特異点と特定された下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕの組み合わせが除かれた２組の下側アライメントマークＭｄの移動量及び上側アライメントマークＭｕの移動量の合計の移動量だけ移動するように移動ステージ３８を制御する。これにより、特定部１１４は、基板９０同士を位置合わせする（Ｓ１８）。
【００６３】
この結果、アライメント装置２８は、位置合わせ処理を終了する。
【００６４】
上述したように、アライメント装置２８では、特定部１１４が基板９０同士の位置合わせの精度を低下させる特異点を特定している。これにより、アライメント装置２８では、特定部１１４が、特異点を除外して、基板９０同士の位置合わせをすることができるので、基板９０同士の位置合わせの精度を向上させることができる。
【００６５】
アライメント装置２８では、特定部１１４が、特異点の有無を判定して、特異点がないと判定した場合、検出した全てのアライメントマークＭを用いて位置合わせすることができる。これにより、アライメント装置２８では、特定部１１４が、検出したアライメントマークＭを可能な限り有効に使用するので、位置合わせの精度を維持できる。
【００６６】
次に、特定部１１４による特異点の別の特定方法の例について説明する。
【００６７】
特定部１１４は、上述した算出方法と同様の方法で、実測した全ての下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕを用いて、複数の下側アライメントマークＭｄの移動量及び複数の上側アライメントマークＭｕの移動量を算出する。特定部１１４は、算出した移動量によって、下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕのそれぞれの移動位置を算出する。次に、特定部１１４は、下側アライメントマークＭｄの移動位置と、当該下側アライメントマークＭｄに対応する上側アライメントマークＭｕの移動位置との位置ずれを算出する。特定部１１４は、移動位置の位置ずれの最も大きい組み合わせの下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕを特異点と特定する。特定部１１４は、特異点として特定した下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕを除く、残りの下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕによって、再度、下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕの移動量を算出して、当該移動量によって、基板９０同士の位置合わせを実行する。
【００６８】
尚、本実施形態においても、特定部１１４は、下側アライメントマークＭｄの移動位置と上側アライメントマークＭｕの移動位置との位置ずれのうち、最も大きい位置ずれが位置ずれ閾値未満と判定すると、特異点なしと判定してもよい。この場合、最も大きい位置ずれが位置ずれ閾値以上と判定した場合のみ、特定部１１４は、最も大きい位置ずれの下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕを特異点として特定する。更に、特定部１１４は、１組または複数組の下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕの位置ずれが位置ずれ閾値以上と判定した場合、当該１組または複数組の下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕを特異点と特定してもよい。
【００６９】
更に、特定部１１４による別の特異点の特定方法の例について説明する。
【００７０】
特定部１１４は、複数の下側アライメントマークＭｄの実測位置から算出した位置合わせ後の移動位置と設計位置との位置ずれを算出する。特定部１１４は、位置ずれの最も大きい下側アライメントマークＭｄを特異点として特定する。尚、特定部１１４は、最も大きい位置ずれが位置ずれ閾値未満の場合、特異点なしと判定してもよい。この場合、特定部１１４は、最も大きい位置ずれが位置ずれ閾値以上の場合のみ、特異点を特定する。更に、特定部１１４は、１または複数の下側アライメントマークＭｄの位置ずれが位置ずれ閾値以上と判定した場合、当該１または複数の下側アライメントマークＭｄを特異点と特定してもよい。同様に、特定部１１４は、上側アライメントマークＭｕの特異点を特定する。上側アライメントマークＭｕにおいても、特定部１１４は、最も大きい位置ずれが位置ずれ閾値以上の場合、特異点を特定してもよい。この場合、特定部１１４は、下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕのいずれか一方のみについて、特異点を特定する場合がある。
【００７１】
次に、特定部１１４によるプリアライナ２６のプリアライメントの成否判定を実行する場合の位置合わせ処理について説明する。図１０は、プリアライメントの成否を判定する場合の位置合わせ処理のフローチャートである。
【００７２】
図１０に示すように、取得部１１０は、上顕微鏡７０及び下顕微鏡７２を制御して、移動ステージ３８の下側基板９０ｄに形成された複数の第１サーチマークＳＭｄ及び固定ステージ３６の上側基板９０ｕに形成された複数の第２サーチマークＳＭｕを撮像させる。取得部１１０は、複数の第１サーチマークＳＭｄ及び複数の第２サーチマークＳＭｕの画像を取得して、検出部１１２へと出力する（Ｓ２０）。第１サーチマークＳＭｄ及び第２サーチマークＳＭｕは、それぞれ下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕよりも大きい。また、第１サーチマークＳＭｄ及び第２サーチマークＳＭｕを撮像する上顕微鏡７０及び下顕微鏡７２の視野は、下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕを撮像する上顕微鏡７０及び下顕微鏡７２の視野よりも大きい。
【００７３】
次に、検出部１１２は、取得部１１０から取得した画像から第１サーチマークＳＭｄ及び第２サーチマークＳＭｕの実測位置を検出して、特定部１１４へと出力する（Ｓ２２）。尚、第１サーチマークＳＭｄ及び第２サーチマークＳＭｕが、取得した画像に写っていない場合、検出部１１２は、第１サーチマークＳＭｄ及び第２サーチマークＳＭｕを非検出として、非検出信号を出力する。
【００７４】
特定部１１４は、取得した第１サーチマークＳＭｄ及び第２サーチマークＳＭｕの実測位置が、格納部１０２に格納された基準位置の範囲内か否かを判定する。特定部１１４は、実測位置が基準位置の範囲内と判定すると、プリアライメントが成功したと判定する（Ｓ２４：Ｙｅｓ）。この場合、特定部１１４は、プリアライナ２６によるプリアライメントが成功した旨を取得部１１０に出力する。これにより、取得部１１０は、上述したステップＳ１０の処理を実行する。この後、検出部１１２及び特定部１１４が、上述したステップＳ１２からＳ１８を実行する。換言すれば、特定部１１４は、第１サーチマークＳＭｄ及び第２サーチマークＳＭｕの実測位置が、基準位置の範囲内と判定すると、検出部１１２に下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕの実測位置を検出させる。
【００７５】
一方、特定部１１４は、取得した第１サーチマークＳＭｄ及び第２サーチマークＳＭｕの実測位置が、基準範囲内にないと判定すると、プリアライメントが成功していないと判定して（Ｓ２４：Ｎｏ）、位置合わせ処理を終了する。尚、特定部１１４は、検出部１１２から非検出信号を取得した場合も、プリアライメントが成功していないと判定する。
【００７６】
次に、特定部１１４が、特異点を特定した場合、特定後の別の処理について説明する。図１１は、特異点を特定した後の処理が異なる位置合わせ処理のフローチャートである。本実施形態では、特定部１１４は、特異点を特定すると、検出部１１２に新たな下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕの実測位置を検出させる。
【００７７】
図１１に示すように、特定部１１４が、特異点ありと判定した場合（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、特異点を特定する（Ｓ１６）。特定部１１４は、特異点の下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕを位置合わせから除外するとともに（Ｓ２８）、特定信号を取得部１１０へと出力する（Ｓ３０）。取得部１１０は、特定信号を取得すると、移動ステージ３８を移動させる。取得部１１０は、上顕微鏡７０及び下顕微鏡７２に新たな下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕを撮像させて、画像を取得して、検出部１１２へと出力する（Ｓ３２）。
【００７８】
検出部１１２は、取得部１１０から画像を取得すると、新たな下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕの実測位置を検出して、特定部１１４へと出力する（Ｓ３４）。特定部１１４は、新たに取得した下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕが特異点か否かを判定する（Ｓ３６）。特定部１１４は、新たな下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕが特異点であると判定すると（Ｓ３６：Ｙｅｓ）、ステップＳ１６からＳ３６を繰り返す。一方、特定部１１４は、新たな下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕが特異点でないと判定すると（Ｓ３６：Ｎｏ）、移動ステージ３８を移動させて、基板９０同士を位置合わせする（Ｓ１８）。
【００７９】
尚、本実施形態においては、特定部１１４が、下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕのいずれか一方のみを特異点と特定した場合、特異点と特定された方の下側アライメントマークＭｄまたは上側アライメントマークＭｕの実測位置のみを新たに検出してもよい。
【００８０】
上述の実施形態では、特定部１１４は、一度特異点と特定した下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕを位置合わせの対象から除外しているが、再度同じ下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕの実測位置を再検出して、特異点か否を再判定してもよい。この場合、特定部１１４は、特異点と特定された下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕの実測位置のみを検出部１１２に再検出させてもよく、一度検出した全ての下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕの実測位置を検出部１１２に再検出させて、特異点か否かを再度判定してもよい。尚、特定部１１４は、同じ下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕが特異点と特定した場合、当該下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕを特異点と特定して、上述したいずれかの処理を実行すればよい。
【００８１】
上述の実施形態では、アライメントマークＭのそれぞれについて特異点を判定したが、基板９０の全てのアライメントマークＭが特異点か否かを判定してもよい。例えば、特定部１１４は、一方の基板９０のアライメントマークＭの実測位置から、基板９０が位置ずれ閾値以上膨張または収縮していると判定した場合、基板９０の倍率が大きいと判定して、当該基板９０の全てのアライメントマークを特異点と判定してもよい。この場合、特定部１１４は、当該基板９０を貼り合わせの対象から除外する。
【００８２】
上述の実施形態では、特定部１１４が、全ての状況において、下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕから特異点を特定する例を示したが、例えば、検出部１１２が下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕの実測位置を検出した場合のみ、特定部１１４が、特異点を特定するようにしてもよい。
【００８３】
上述の実施形態では、特定部１１４が特異点を特定しても、基板９０同士の位置合わせをする例を示したが、特定部１１４が特異点を特定した場合、基板９０同士の位置合わせを中止してもよい。
【００８４】
また、特定部１１４は、特異点を次の特定方法によって特定してもよい。
【００８５】
例えば、特定部１１４は、複数の下側アライメントマークＭｄから、少なくとも一個のマークを除いて、残りの複数の下側アライメントマークＭｄについて位置合わせ後の位置を算出して、算出された位置合わせ後の下側アライメントマークＭｄの位置と設計位置との位置ずれの合計を算出する。次に、特定部１１４は、除いた下側アライメントマークＭｄとは別の下側アライメントマークＭｄを除いて、最初に除いた下側アライメントマークＭｄを含む複数の下側アライメントマークＭｄについて上記した位置ずれの合計を算出する。特定部１１４は、複数の下側アライメントマークＭｄから少なくとも一個の下側アライメントマークＭｄを順次除いたときのそれぞれの位置ずれの合計が予め定められている値以下となる組み合わせにおいて除かれているマークを少なくとも特異点と特定してもよい。つまり、特定部１１４は、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のマークからｎ個（ｎは１以上の整数であり、Ｎ＞ｎ）のマークを除く（Ｎ−ｎ）個における位置ずれの合計を順次算出する。尚、特定部１１４は、複数の下側アライメントマークＭｄから、少なくとも一個ずつマークを除いて、位置合わせ後の位置を算出して、算出された位置合わせ後の下側アライメントマークＭｄの位置と設計位置との位置ずれの合計が最も小さい組み合わせにおいて除かれているマークを少なくとも特異点と特定してもよい。また、特定部１１４は、複数の上側アライメントマークＭｕから、少なくとも一個のマークを順次除いて、それぞれにおいて位置合わせ後の位置を算出して、算出された位置合わせ後の上側アライメントマークＭｕの位置と設計位置との位置ずれの合計が予め定められている値以下となる組み合わせにおいて除かれているマークを少なくとも特異点と特定してもよい。尚、特定部１１４は、複数の上側アライメントマークＭｕから、少なくとも一個ずつマークを除いて、位置合わせ後の位置を算出して、算出された位置合わせ後の上側アライメントマークＭｕの位置と設計位置との位置ずれの合計が最も小さい組み合わせにおいて除かれているマークを少なくとも特異点と特定してもよい。
【００８６】
特定部１１４は、複数の下側アライメントマークＭｄのそれぞれの設計位置を取得して、複数の下側アライメントマークＭｄの実測位置から算出した位置合わせ後の移動位置と設計位置との位置ずれが最も大きい下側アライメントマークＭｄを少なくとも特異点と特定してもよい。尚、特定部１１４は、位置ずれを、複数の下側アライメントマークＭｄと顕微鏡の視野の中心との位置ずれから算出してもよい。この場合、特定部１１４は、いずれかの下側アライメントマークＭｄが顕微鏡の視野から外れている場合、当該下側アライメントマークＭｄを特異点としてもよい。また、特定部１１４は、複数の上側アライメントマークＭｕのそれぞれの設計位置を取得して、複数の上側アライメントマークＭｕの実測位置から算出した位置合わせ後の移動位置と設計位置との位置ずれが最も大きい上側アライメントマークＭｕを少なくとも特異点と特定してもよい。
【００８７】
上述の実施形態では、基板９０の面上の実測位置によって、特異点を特定したが、実測位置はこれに限られない。例えば、実測位置は、基板９０の面の法線方向における下側アライメントマークＭｄが実測された位置を含んでもよい。例えば、特定部１１４は、上顕微鏡７０によって基板９０を撮像したときのフォーカス位置によって、下側アライメントマークＭｄの法線方向における位置を実測してもよい。この場合、特定部１１４は、法線方向における実測位置が予め定められた値を超えている下側アライメントマークＭｄを特異点として特定してもよい。
【００８８】
図１２及び図１３は、法線方向における実測位置による特異点の特定を説明する図である。図１２において、上図は基板９０の表面の突部に下側アライメントマークＭｄが形成されている状態を説明する図である。図１２において、下図は上図の状態から加圧されて、基板９０が平坦になった状態を説明する図である。
【００８９】
図１２の上図に示すように、法線方向における下側アライメントマークＭｄの実測位置Ｚは、一例として、基板９０の表面からの距離である。基準とする基板９０の表面の位置は、算術平均粗さ等によって算出してもよい。ここでいう予め定められた値とは、経験的に設定してもよい。例えば、図１２の上図に示す実測位置Ｚから下図に示す実測位置に下側アライメントマークＭｄが移動した場合、下側アライメントマークＭｄの面内の位置は、突部の頂点から外側へと移動する。
【００９０】
一方、図１３の上図に示すように、下側アライメントマークＭｄが突部の頂点に存在する場合、下図に示すように基板９０が加圧によって平坦化されても、下側アライメントマークＭｄの面内の位置はほとんど移動しない。従って、特定部１１４は、平坦化による下側アライメントマークＭｄの面内の移動距離と、実測位置Ｚ及び突部内での下側アライメントマークＭｄの面内の位置との関係を算出して格納部１０２に格納する。特定部１１４は、当該関係から平坦化した状態での下側アライメントマークＭｄの位置を算出して、当該位置に基づいて下側アライメントマークＭｄが特異点か否かを判定すればよい。
【００９１】
更に、特定部１１４は、基板９０の平坦化により下側アライメントマークＭｄを適切に位置合わせできるか否かを判定してもよい。例えば、基板９０に凹凸が生じる原因として次のことが考えられる。
（１）基板９０が変形している場合であって、基板９０自体に問題がある場合。
（２）基板９０が変形している場合であって、基板９０と基板ホルダ９４との間にごみ等が入っている場合。
（３）基板ホルダ９４が変形している場合であって、基板ホルダ９４自体に問題がある場合。
（４）基板ホルダ９４と固定ステージ３６または移動ステージ３８との間にごみ等が入っている場合。
【００９２】
これらのうち、（１）以外は、基板９０を加圧によって平坦化することができるので、特定部１１４は、下側アライメントマークＭｄが特異点であっても、位置合わせができると判断する。特定部１１４は、予め測定した基板９０及び基板ホルダ９４との関係から、上記（２）から（４）の原因による凹凸か否かを判断すればよい。例えば、予め基板９０及び基板ホルダ９４の平坦度を計測して、格納部１０２に計測結果を格納して、特定部１１４は、上顕微鏡７０のフォーカス位置から検出した基板９０の凹凸と格納部１０２の計測結果とを比較して上記（１）から（４）の原因かを特定して、凹凸が解消可能な否かを判定すればよい。同様に、特定部１１４は、上側アライメントマークＭｕを特異点として特定してもよい。
【００９３】
特定部１１４は、実測位置に基板９０の傾斜に関する情報を含めてもよい。特定部１１４は、上顕微鏡７０による基板９０上の数カ所のフォーカス位置の情報から基板９０の傾斜を検出してもよい。また、特定部１１４は、撮像部によって撮像された基板９０の側面の画像から傾斜を検出してもよい。特定部１１４は、基板９０の傾斜が予め定められた値を超えている場合、当該基板９０に形成されている全ての下側アライメントマークＭｄまたは全ての上側アライメントマークＭｕを特異点と特定してもよい。また、特定部１１４は、一方の基板９０の傾斜と他方の基板９０の傾斜との関係から、貼り合わせるか否かを判定してもよい。例えば、特定部１１４は、略同じ方向に略同じ角度傾斜している一対の基板９０の場合、傾斜角度が大きくても位置合わせして貼り合わせが可能と判断する。また、特定部１１４は、上顕微鏡７０または下顕微鏡７２によって撮像する複数個所の中心点（例えば、移動ステージ３８の回転中心）を基準に位置合わせしてもよい。
【００９４】
また、特定部１１４は、基板９０に回路等を露光したときの複数のショットの傾きに関する情報を実測位置に含めてもよい。ここでいうショットは、例えばチップとなる回路領域を複数含む露光領域であり、この複数の回路領域が一括で基板９０に露光されたものである。特定部１１４は、上顕微鏡７０により検出された１つのショット内の数カ所の点の位置情報からその１つのショットの傾き検出してもよい。また、特定部１１４は、ショットの傾きが予め定められた値を超えている場合、当該ショットに形成されている全ての下側アライメントマークＭｄまたは全ての上側アライメントマークＭｕを特異点と特定してもよい。また、特定部１１４は、一方の基板９０の各ショットの傾きと他方の基板９０の各ショットの傾きとの関係から、貼り合わせるか否かを判定してもよい。例えば、特定部１１４は、一対の基板９０の間で対応するショットが互いに対向した状態で略同じ方向に略同じ角度傾いている場合、傾斜角度が大きくても位置合わせして貼り合わせが可能と判断する。また、特定部１１４は、上顕微鏡７０または下顕微鏡７２によって撮像するショットの中心点（例えば、各ショットの回転中心）を基準に、一対の基板９０の互いに対応するショットを位置合わせしてもよい。
【００９５】
特定部１１４は、特異点か否かの判定対象である下側アライメントマークＭｄ及び上側アライメントマークＭｕの個数が増加するにつれて、特異点を判定するために予め定められた値の例である各閾値を大きく設定してもよい。
【００９６】
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ることが可能であ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。
【００９７】
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」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中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。
【符号の説明】
【００９８】
１０  基板貼り合わせ装置、      １２  環境チャンバ、      １４  大気環境部、      １６  真空環境部、      １８  制御部、      ２０  基板カセット、      ２２  基板ホルダラック、      ２４  ロボットアーム、      ２６  プリアライナ、      ２８  アライメント装置、      ３０  ロボットアーム、      ３１  ロボットアーム、      ３２  レール、      ３４  枠体、      ３６  固定ステージ、      ３８  移動ステージ、      ３９  分離ステージ、      ４８  ロードロック室、      ５０  アクセスドア、      ５２  ゲートバルブ、      ５３  ロボットチャンバ、      ５４  ロボットアーム、      ５５  収容室、      ５６  加熱加圧装置、      ５７  ゲートバルブ、      ５８  ロボットアーム、      ６０  冷却室、      ７０  上顕微鏡、      ７２  下顕微鏡、      ７４  天板、      ７５  底板、      ７６  側壁、      ７８  ガイドレール、      ８０  Ｘステージ、      ８２  Ｙステージ、      ８４  昇降部、      ８５  微動ステージ、      ９０  基板、      ９３  基板積層体、      ９４  基板ホルダ、      ９５  貼り合わせ基板、      ９６  積層半導体装置、      １００  制御部、      １０２  格納部、      １１０  取得部、      １１２  検出部、      １１４  特定部
【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】
2014112660.tif 000013
【図１０】
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【図１１】
2014112660.tif 000015
【図１２】
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【図１３】
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