CN102113088B - 校准装置控制装置以及校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明的校准装置控制装置包括：拍摄单元，利用照相机拍摄分别摄有衬底的表面中的多个区域的多个图像；区域检测单元，基于多个图像，从多个区域中选择检测区域；以及位置对准单元，基于通过该照相机拍摄，且摄有在检测区域中形成的标记的校准用图像，对衬底进行位置对准。因此这样的校准装置控制装置无需为了在该照相机的视野中配置用于位置对准的标记而具有单独的机构，规模减小，能够更容易制造，能够更容易检测有校准标记的区域。

Description

校准装置控制装置以及校准方法

技术领域

本发明涉及校准(alignment)装置控制装置以及校准方法，尤其涉及在将衬底对准位置时利用的校准装置控制装置以及校准方法。

背景技术

已知集成了微小的电气部件和机械部件的MEMS。作为该MEMS，例示微机械(micro machine)、压力传感器、超小型电机等。该MEMS是将在半导体衬底上形成的多个图案层叠而制造。该半导体衬底在将该图案在铅直方向上压接而接合时需要在水平方向上对准位置。

已知在将该多个图案接合时对准位置的校准装置。该校准装置由于配置在常温接合的真空环境中，因此期望规模更小且更容易制造。

在特许3356406号公报中公开了以下的错位检测装置：无需使拍摄光学系统位于工件(work)之间就能够检测校准标记的位置，能够准确地检测工件的错位。该错位检测装置是基于在其相对面上形成校准标记在XY面上的位置而检测在Z轴方向上以规定的间隙而配置的多个工件的XY面内的错位的错位检测装置，其特征在于，根据所述校准标记的数量配置多台红外线拍摄装置，所述红外线拍摄装置经由与所述XY面正交的公共光轴从一个方向同轴拍摄各工件，且该红外线拍摄装置的各焦点对准区域被设定在能够分别拍摄各校准标记的位置。

在特开2003-142534号公报中公开了能够使第1被接合物的识别标记高精度地与下方的第2被接合物的识别标记位置对准，即使是这样方式的第1被接合物也能够高精度地进行规定的位置对准的校准方法，所述第1被接合物在上表面侧具有作为位置对准用的识别标记的校准基准，或在内部具有作为位置对准用的识别标记的校准基准。这样的校准方法是将在上表面侧或内部设置了位置对准用识别标记的第1被接合物，对配置在下方的附有与第1被接合物的位置对准用识别标记的第2被接合物，利用在两个被接合物之间插入的2个视野的识别部件，进行位置对准的校准方法，其特征在于，通过可透射第1被接合物的电磁波或声波来识别所述第1被接合物的上表面或内部的识别标记。

在特开2002-162206号公报中公开了在为了将被接合物之间接合而进行校准、且一个被接合物具有覆盖材料的情况下，能够在容许精度内可靠且容易地调整两个被接合物间的相对位置的校准方法。该校准方法的特征在于，在将第1被接合物和具有覆盖材料的第2被接合物的相对位置进行对准时，通过识别部件识别第1被接合物的位置对准用标记的位置，并以该识别位置为基准，在画面上，在与第2被接合物的覆盖材料的外侧的区域对应的位置显示用于代表第1被接合物的位置的基准标记，通过识别部件识别在第2被接合物的覆盖材料的外侧附有的第2被接合物的位置对准用标记的位置，并将该识别位置显示在所述画面上，并校正第2被接合物的位置，使得第2被接合物的位置对准用标记的位置相对于所述基准标记的位置而进入预先决定的容许精度内。

在特开2003-218133号公报中公开了可在短时间内有效地以高精度定位被接合物的校准方法。该校准方法是使第1被接合物相对于第2被接合物位置对准的校准方法，其特征在于，通过识别部件读取至少与一个被接合物相离而设置的至少2个第1识别标记，从而至少对被接合物的旋转方向θ进行第1校准，接着，固定识别部件的位置，并通过识别部件读取在所述至少一个被接合物上设置的第2识别标记，从而对被接合物的平行移动方向X、Y进行第2校准。

在特开2004-207436号公报中公开了在一连串的步骤中能够无错位地且高精度地进行定向平面(orientation flat)的预校准以及晶片的贴合的方法。该晶片的预校准方法的特征在于，包括：将在具有卡盘(chuck)机构和旋转机构的旋转台上夹住的晶片的相对的两个边缘通过晶片向导夹住的步骤；通过角度检测部件测定该晶片的定向平面的位置，并计算晶片的旋转角度的步骤；通过旋转台的旋转使得晶片的定向平面旋转至通过上述角度检测部件计算的规定角度；以及在旋转至基准位置而位置调整后，旋转至预校准位置而位置调整的步骤。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特许3356406号公报

专利文献2：特开2003-142534号公报

专利文献3：特开2002-162206号公报

专利文献4：特开2003-218133号公报

专利文献5：特开2004-207436号公报

发明内容

本发明的课题在于提供更容易制造的校准装置控制装置。

本发明的其他课题在于提供一种利用规模更小的校准装置控制装置执行的校准方法。

本发明的又一其他课题在于提供一种更快地对准衬底位置的校准装置控制装置以及校准方法。

本发明的又一其他课题在于提供一种更可靠地对准衬底位置的校准装置控制装置以及校准方法。

本发明的又一其他课题在于提供一种更加正确地对准衬底位置的校准装置控制装置以及校准方法。

本发明的校准装置控制装置包括：拍摄单元，利用照相机拍摄分别摄有衬底的表面中的多个区域的图像；区域检测单元，基于该多个图像，从该多个区域选择检测区域；以及位置对准单元，基于被该照相机拍摄，且摄有在该检测区域中形成的标记的校准用图像，对该衬底进行位置对准。即，这样的校准装置控制装置即使在标记没有进入在对该衬底进行位置对准时使用的照相机的拍摄区域中的情况下，也能够利用该照相机，控制该照相机和该衬底的位置关系，使得在该衬底形成的标记进入照相机的视野中。因此，这样的校准装置控制装置无需为了在该照相机的视野中配置用于位置对准的标记而具有单独的机构，能够更容易制造。

该区域检测单元优选该多个图像中的第1图像和该多个图像中的第2图像不同时，从该多个区域中的摄有该第1图像的第1区域以及该多个区域中的摄有该第2图像的第2区域中，选择该检测区域。

办发明的校准装置控制装置还包括累积运算亮度分布计算单元，基于该多个图像，分别计算多个累积运算亮度分布。该多个累积运算亮度分布中的基于一个图像而计算的累积运算亮度分布表示将该一个图像向一个投影方向进行投影后的累积运算亮度的分布。该区域检测单元在该多个累积运算亮度分布中的基于该第1图像计算的第1累积运算亮度分布、以及该多个累积运算亮度分布中的基于该第2图像计算的第2累积运算亮度分布不同时，从该第1区域和该第2区域中选择该检测区域。这样的检测区域的选择与直接比较第1图像和第2图像的情况相比，计算量少，能够更快执行。

本发明的校准装置控制装置还包括比例变动计算单元，基于该第1累积运算亮度分布和该第2累积运算亮度分布，计算比例变动。该比例变动表示将该第1累积运算亮度分布的各位置的累积运算亮度除以该第2累积运算亮度分布的该各位置的累积运算亮度所得的比例的变化。该区域检测单元在该比例变动包括超过规定的范围的值时，从该第1区域和该第2区域中选择该检测区域。这样的检测区域的选择能够防止图像背景的亮度引起的错误动作。

该累积运算亮度分布还表示将该一个图像向与该一个投影方向不同的其他的投影方向进行了投影的其他的累积运算亮度的分布。根据这样的检测区域的选择，与只利用向一个投影方向进行了投影的一个投影亮度的情况相比，能够更可靠地检测形成标记的检测区域。

本发明的校准装置控制装置还包括比例变动计算单元，基于该第1累积运算亮度分布和该第2累积运算亮度分布，计算第1比例变动和第2比例变动。该第1比例变动表示将该第1累积运算亮度分布中的向该一个投影方向进行了投影的累积运算亮度的分布的各位置的累积运算亮度除以该第2累积运算分布中的向该一个投影方向进行了投影的累积运算亮度的分布的该各位置的累积运算亮度所得的比例的变化。该第2比例变动表示将该第1累积运算亮度分布中的向该其他投影方向进行了投影的累积运算亮度的分布的各位置的累积运算亮度除以该第2累积运算亮度分布中的向该其他投影方向进行了投影的累积运算亮度的分布的该各位置的累积运算亮度所得的比例的变化。此时，在该第1比例变动或该第2比例变动包含超过规定的范围的值时，从该第1区域和该第2区域中选择该检测区域。根据这样的检测区域的选择，与只使用有关一个投影方向的比例变动的情况相比，能够更可靠地检测形成标记的检测区域。

本发明的校准装置控制装置还包括焦点对准单元，基于摄有该检测区域的图像，使该照相机焦点对准。此时，该校准用图像优选焦点对准后被拍摄。

该区域检测单元在该校准用图像中摄出的该标记的像与规定的像不同时，基于该多个图像从该多个区域中选择与该检测区域不同的其他的检测区域。此时，该位置对准单元基于摄有在该其他的检测区域中形成的标记的图像，对该衬底进行位置对准。此时，这样的校准装置控制装置能够更正确地检测校准标记，能够更可靠地对该衬底进行位置对准。

按照该多个区域被拍摄的顺序走过该多个区域的路径优选形成螺旋形。

该多个区域中的在一个方向上相邻的两个区域重叠的区域的该方向上的宽度比在该表面形成的标记的该方向的宽度的一半大。此时，在表面形成的标记一半以上被更可靠地拍摄为图像，能够更可靠地检测摄有该标记的拍摄区域。

本发明的校准方法，包括：利用照相机拍摄分别摄有衬底的表面中的多个区域的多个图像的步骤；基于该多个图像，从该多个区域选择检测区域的步骤；以及基于被该照相机拍摄，且摄有在该检测区域中形成的标记的校准用图像，对该衬底进行位置对准的步骤。即，根据本发明的校准方法，即使在标记没有进入在对该衬底进行位置对准时使用的照相机的拍摄区域中的情况下，也能够利用该照相机，控制该照相机和该衬底的位置关系，使得在该衬底形成的标记进入照相机的视野中。因此，这样的校准方法无需为了在该照相机的视野中配置用于位置对准的标记而具有单独的机构。

在该多个图像中的第1图像和该多个图像中的第2图像不同时，从该多个区域中的摄有该第1图像的第1区域以及该多个区域中的摄有该第2图像的第2区域中，选择该检测区域。

本发明的校准方法还包括基于该多个图像，分别计算多个累积运算亮度分布的步骤。该多个累积运算亮度分布中的基于一个图像而计算的累积运算亮度分布表示将该一个图像向一个投影方向进行投影后的累积运算亮度的分布。在该多个累积运算亮度分布中的基于该第1图像计算的第1累积运算亮度分布、以及该多个累积运算亮度分布中的基于该第2图像计算的第2累积运算亮度分布不同时，从该第1区域和该第2区域中选择该检测区域。这样的检测区域的选择与直接比较第1图像和第2图像的情况相比，计算量少，能够更快执行。

本发明的校准方法，还包括基于该第1累积运算亮度分布和该第2累积运算亮度分布，计算比例变动的步骤。该比例变动表示将该第1累积运算亮度分布的各位置的累积运算亮度除以该第2累积运算亮度分布的该各位置的累积运算亮度所得的比例的变化。在该比例变动包括超过规定的范围的值时，从该第1区域和该第2区域中选择该检测区域。这样的检测区域的选择能够防止图像背景的亮度引起的错误动作。

该累积运算亮度分布还能够表示将该一个图像向与该一个投影方向不同的其他的投影方向进行了投影的其他的累积运算亮度的分布。根据这样的检测区域的选择，与只利用向一个投影方向进行了投影的一个投影亮度的情况相比，能够更可靠地检测形成标记的检测区域。

本发明的校准方法，还能够包括基于该第1累积运算亮度分布和该第2累积运算亮度分布，计算第1比例变动和第2比例变动的步骤。该第1比例变动表示将该第1累积运算亮度分布中的向该一个投影方向进行了投影的累积运算亮度的分布的各位置的累积运算亮度除以该第2累积运算分布中的向该一个投影方向进行了投影的累积运算亮度的分布的该各位置的累积运算亮度所得的比例的变化。该第2比例变动表示将该第1累积运算亮度分布中的向该其他投影方向进行了投影的累积运算亮度的分布的各位置的累积运算亮度除以该第2累积运算亮度分布中的向该其他投影方向进行了投影的累积运算亮度的分布的该各位置的累积运算亮度所得的比例的变化。此时，在该第1比例变动或该第2比例变动包含超过规定的范围的值时，从该第1区域和该第2区域中选择该检测区域。根据这样的检测区域的选择，与只使用有关一个投影方向的比例变动的情况相比，能够更可靠地检测形成标记的检测区域。

本发明的校准方法，优选还包括基于摄有该检测区域的图像，使该照相机焦点对准后，拍摄该校准用图像的步骤。

本发明的校准方法，还包括：在该校准用图像中摄出的该标记的像与规定的像不同时，基于该多个图像从该多个区域中选择与该检测区域不同的其他的检测区域的步骤；以及基于摄有在该其他的检测区域中形成的标记的图像，对该衬底进行位置对准的步骤。此时，本发明的校准方法能够更可靠地检测校准标记，能够更可靠地对该衬底进行位置对准。

按照该多个区域被拍摄的顺序走过该多个区域的路径优选形成螺旋形。

该多个区域中的在一个方向上相邻的两个区域重叠的区域的该方向上的宽度比在该表面形成的标记的该方向的宽度的一半大。此时，在表面形成的标记一半以上被更可靠地拍摄为图像，能够更可靠地检测摄有该标记的拍摄区域。

本发明的校准装置控制装置以及校准方法即使在标记没有进入在对衬底进行位置对准时使用的照相机的拍摄区域中的情况下，也能够利用照相机，使得在衬底形成的标记进入该照相机的视野中。因此，对衬底进行位置对准的校准装置无需具备用于使用于位置对准的标记更可靠地配置在照相机的视野中的功能，能够更容易制造。

附图说明

图1是表示本发明的校准装置的实施方式的侧视图。

图2是表示常温接合装置的方框图。

图3是表示控制装置的方框图。

图4是表示半导体衬底的表面中的一部分的俯视图。

图5是表示在x轴方向相邻的2个拍摄区域的俯视图。

图6是表示在y轴方向相邻的2个拍摄区域的俯视图。

图7是表示图像和乘法运算亮度分布的图。

图8是表示比例变动的图表。

图9是表示常温接合方法的流程图。

图10是表示本发明的校准方法的实施方式的流程图。

具体实施方式

参照附图，记载本发明的校准装置的实施方式。如图1所示，该校准装置1应用于在对半导体衬底2常温接合半导体衬底3而生产制品时使用的常温接合装置。该常温接合装置包括上侧台面4、晶片移动用台面5、焦点调整用台面6、透镜7以及照相机8。上侧台面4和晶片移动用台面5配置在用于生成真空的腔内。焦点调整用台面6、透镜7以及照相机8经由对该腔设置的观察窗配置在大气侧。

上侧台面4可在铅直方向平行移动地被该腔支撑。上侧台面4在铅直下侧形成静电卡盘，通过静电力而支撑半导体衬底。晶片移动用台面5在水平方向可平行移动、且以与铅直方向平行的旋转轴为中心可旋转移动地被该腔支撑。晶片移动用台面5在铅直上侧形成静电卡盘，通过静电力支撑半导体衬底3。在晶片移动用台面5，形成透明部位9。透明部位9由对可视光以及照相机8具有感光度的波长频带透明的材料形成，配置在晶片移动用台面5中的配置有半导体衬底3的部位的一部分。

焦点调整用台面6被该腔支撑，在铅直方向上可平行移动地支撑透镜7。透镜7将在半导体衬底2或半导体衬底3上反射、且透过透明部位9的反射光透射到照相机8。此外，透镜7还具有能够照明半导体衬底2或半导体衬底3的功能。照相机8被固定在该腔上。照相机8基于透过透镜7的反射光而生成半导体衬底2的一部分或半导体衬底3的一部分的图像。

半导体衬底2、3的表面上形成有校准标记和图案。该校准标记用于在半导体衬底2、3被常温接合时，确保该常温接合的精度，用于将半导体衬底2、3的位置进行位置对准而被参照。例如，该常温接合的精度是几μm量级，该校准标记的尺寸是几十μm量级。该图案是在半导体衬底2、3常温接合时形成在半导体器件上的部分。

该常温接合装置还如图2所示那样具有控制装置11、拍摄区域移动用驱动装置12、焦点调整用驱动装置14以及接合用驱动装置15。控制装置11是计算机，包括未图示的CPU、存储装置、输入装置、显示装置、以及接口。该CPU执行在控制装置11中安装的计算机程序，从而控制该存储装置、输入装置、输出装置以及接口。该存储装置记录该计算机程序，并记录由该CPU生成的信息。该输入装置将通过用户操作而生成的信息输出到该CPU。作为该输入装置，例示键盘、鼠标。该显示装置显示由该CPU生成的画面。该接口将由连接到控制装置11的外部设备生成的信息输出到该CPU，并将由该CPU生成的信息输出到该外部设备。该外部设备包括照相机8、拍摄区域移动用驱动装置12、焦点调整用驱动装置14以及接合用驱动装置15。

拍摄区域移动用驱动装置12被控制装置11控制，驱动晶片移动用台面5，使得由晶片移动用台面5支撑的半导体衬底在水平方向平行移动、或者以平行于铅直方向的旋转轴为中心旋转移动。焦点调整用驱动装置14被控制装置11控制，驱动焦点调整用台面6，使得透镜7在铅直方向平行移动。接合用驱动装置15被控制装置11控制，驱动上侧台面4，使得被上侧台面4支撑的半导体衬底在铅直方向平行移动。

该常温接合装置还具有未图示的装载闸室(load lock chamber)以及搬运装置。该装载闸室是用于从环境封闭内部的容器，被控制装置11控制，在其内部生成真空环境，或在其内部生成大气压环境。该搬运装置在该装载闸室的内部生成真空环境时，被控制装置11控制，从而将配置在该装载闸室里的半导体衬底向晶片移动用台面5搬运，或将保持在晶片移动用台面5上的半导体衬底搬运到装载闸室。即，这样的装载闸室和搬运装置用于对校准装置1的腔的内部搬入或搬出半导体衬底。

该常温接合装置还具有未图示的离子枪(ion gun)。该离子枪配置在校准装置1的腔的内部，被控制装置11控制而辐射带电粒子。半导体衬底被照射带电粒子，从而在半导体衬底的表面形成的氧化物被去除，且在其表面附着的杂质被去除，从而表面被净化。半导体衬底使这样被净化的表面之间接触，从而常温接合。

如图3所示，安装在控制装置11中的计算机程序包括搬运单元41、拍摄单元42、累积运算亮度分布计算单元43、比例变动计算单元44、区域检测单元45、焦点对准单元46、位置对准单元47以及接合单元48。

搬运单元41在半导体衬底被配置在装载闸室后，利用搬运装置将该半导体衬底从装载闸室搬运到晶片移动用台面5并将该半导体保持在晶片移动用台面5上，使得该半导体衬底的形成了校准标记的部分配置在透明部位9。搬运单元41在常温接合后，利用接合用驱动装置15使上侧台面4向铅直上方向上升，从而利用搬运装置将常温接合的衬底从晶片移动用台面5搬运到装载闸室。

拍摄单元42利用拍摄区域移动用驱动装置12驱动晶片移动用台面5，使得在晶片移动用台面5上保持的半导体衬底的表面的多个拍摄区域按照规定的顺序配置在照相机8的视野中。拍摄单元42利用照相机8拍摄该半导体衬底的多个拍摄区域的图像。

累积运算亮度分布计算单元43基于由拍摄单元42拍摄的图像，计算累积运算亮度分布。比例变动计算单元44基于由累积运算亮度分布计算单元43计算的2个累积运算亮度分布来计算比例变动。区域检测单元45基于由比例变动计算单元44计算的比例变动而从由拍摄单元42拍摄的多个图像检测摄有校准标记的图像，并从多个拍摄区域选择摄有该图像的拍摄区域。

焦点对准单元46利用拍摄区域移动用驱动装置12驱动晶片移动用台面5，使得由区域检测单元45选择的拍摄区域被照相机8拍摄。焦点对准单元46还利用照相机8将由区域检测单元45选择的拍摄区域拍摄为图像，并基于该图像计算由照相机8拍摄的该拍摄区域的图像对焦时的透镜7的位置。焦点对准单元46还利用焦点调整用驱动装置14驱动焦点调整用台面6，使得透镜7配置在该位置。

在通过焦点对准单元46调整透镜7的位置后，位置对准单元47利用照相机8将由区域检测单元45选择的拍摄区域拍摄为图像。位置对准单元47利用拍摄区域移动用驱动装置12驱动晶片移动用台面5，使得该图像的规定的位置摄出在半导体衬底形成的校准标记。

接合单元48在半导体衬底2和半导体衬底3分离而配置时，利用离子枪向半导体衬底3照射带电粒子，并对半导体衬底2照射带电粒子。接合单元48利用接合用驱动装置15使上侧台面4向铅直下方向下降，从而使上侧台面4和晶片用台面5接近至规定的距离，并利用拍摄区域移动用驱动装置12执行晶片移动用台面5的精密的位置对准。接合单元48在执行了该精密的位置对准后，利用接合用驱动装置15使上侧台面4向铅直下方向下降，从而使半导体衬底2和半导体衬底3接触。

图4表示半导体衬底2的表面中的与透明部位9相对而配置的区域，即，表示半导体衬底2的表面中的被照相机8拍摄的区域。该区域21包括多个拍摄区域22-1～22-9。多个拍摄区域22-1～22-9是分别等于被照相机8拍摄1次的区域。在本图中，表示了多个拍摄区域22-1～22-9在x轴方向和y轴方向上配置成矩阵，且区域相互不重叠的的例子。拍摄区域22-1～22-9分别被分配顺序。

例如，拍摄区域22-1～22-9被分配顺序，使得拍摄区域按照该顺序行进的路径形成逆时针方向的螺旋形。即，第1被分配给拍摄区域22-1～11-9中的配置在区域21的中央的拍摄区域。第2被分配给在第1拍摄区域的x轴方向的反向相邻的拍摄区域。第3被分配给与第2拍摄区域在y轴方向的反向相邻的拍摄区域。在与第k(k是自然数)拍摄区域在x轴方向相邻第(k+1)的拍摄区域，且对与第(k+1)拍摄区域在y轴方向相邻的拍摄区域尚未分配顺序时，第(k+2)被分配给与第(k+1)拍摄区域在y轴方向相邻的拍摄区域。在与第k拍摄区域在x轴方向相邻第(k+1)拍摄区域，且对与第(k+1)拍摄区域在y轴方向相邻的拍摄区域已分配有顺序时，第(k+2)被分配给与第(k+1)拍摄区域在x轴方向相邻的拍摄区域。在与第k拍摄区域在x轴方向的反向相邻第(k+1)拍摄区域，且对与第(k+1)拍摄区域在y轴方向的反向相邻的拍摄区域尚未分配顺序时，第(k+2)拍摄区域被分配给与第(k+1)拍摄区域在y轴方向的反向相邻的拍摄区域。在与第k拍摄区域在x轴方向的反向相邻第(k+1)拍摄区域，且对与第(k+1)拍摄区域在y轴方向的反向相邻的拍摄区域已分配有顺序时，第(k+2)被分配给与第(k+1)拍摄区域在x轴方向的反向相邻的拍摄区域。在与第k拍摄区域在y轴方向相邻第(k+1)拍摄区域，且对与第(k+1)拍摄区域在x轴方向的反向相邻的拍摄区域尚未分配顺序时，第(k+2)被分配给与第(k+1)拍摄区域在x轴方向的反向相邻的拍摄区域。在与第k拍摄区域在y轴方向相邻第(k+1)拍摄区域，且对与第(k+1)拍摄区域在x轴方向的反向相邻的拍摄区域已分配有顺序时，第(k+2)被分配给与第(k+1)拍摄区域在y轴方向相邻的拍摄区域。在与第k拍摄区域在y轴方向的反向相邻第(k+1)拍摄区域，且对与第(k+1)拍摄区域在x轴方向相邻的拍摄区域尚未分配顺序时，第(k+2)被分配给与第(k+1)拍摄区域在x轴方向相邻的拍摄区域。在与第k拍摄区域在y轴方向的反向相邻第(k+1)拍摄区域，且对与第(k+1)拍摄区域在x轴方向相邻的拍摄区域已分配有顺序时，第(k+2)被分配给与第(k+1)拍摄区域的y轴方向的反向相邻的拍摄区域。

图5表示在x轴方向相邻的两个拍摄区域。该拍摄区域22-i(i是自然数)和拍摄区域22-(i+1)的y轴方向的位置相同。拍摄区域22-i和拍摄区域22-(i+1)的x轴方向的位置不同，且一部分重叠。该重叠的部分的x轴方向的宽度(以下被记载为“x轴方向重叠量”)比在半导体衬底上形成的校准标记的宽度的一半大。此时，在拍摄了拍摄区域22-i之后马上拍摄拍摄区域22-(i+1)的情况下，晶片移动用台面5在拍摄了拍摄区域22-i之后马上向与x轴方向平行的方向移动步进移动量SX，所述步进移动量SX利用拍摄区域的x轴方向的宽度WX和x轴方向重叠量dX通过以下式来表示。

SX＝WX-dX

图6表示在y轴方向相邻的两个拍摄区域。该拍摄区域22-j(j为自然数)和拍摄区域22-(j+1)的x轴方向的位置相同。拍摄区域22-j(j为自然数)和拍摄区域22-(j+1)的y轴方向的位置不同，且一部分重叠。该重叠的部分的y轴方向的宽度(以下记为“y轴方向重叠量”)比在半导体衬底形成的校准标记的y轴方向的宽度的一半大。此时，在拍摄了拍摄区域22-j之后马上拍摄拍摄区域22-(j+1)的情况下，晶片移动用台面5在拍摄了拍摄区域22-j之后马上向与y轴方向平行的方向移动步进移动量SY，所述步进移动量SY利用拍摄区域的y轴方向的宽度WY和y轴方向重叠量dY通过以下式来表示。

SY＝WY-dY

在x方向重叠量或y方向重叠量为0时，有时校准标记的一半以上未拍摄在图像上。此时，存在控制装置11不能检测拍摄在该图像上的校准标记的顾虑。通过这样配置多个拍摄区域22-1～22-9，能够更可靠地拍摄校准标记的一半以上。因此，控制装置11能够更可靠地检测在该图像上拍摄出的校准标记。另外，校准标记还可以设计为x轴方向和y轴方向的尺寸相等。此时，用户能够将x轴方向重叠量和y轴方向重叠量设定为相等。

图7表示通过拍摄单元42利用照相机8拍摄的图像。该图像31对多个像素对应多个颜色。该多个像素是在x轴方向和y轴方向排列而配置成矩阵状从而构成图像31的单位要素，根据x轴方向的位置和y轴方向的位置而被互相识别。该颜色表示在对应的像素显示的颜色，表示用于表示黑白的浓淡的程度的色阶。该色阶颜色越浓分别表示越大的值。

图7还表示通过累积运算亮度分布计算单元45计算的累积运算亮度分布。该累积运算亮度分布由x轴方向累积运算亮度分布32-x和y轴方向累积运算亮度分布32-y形成。x轴方向累积运算亮度分布32-x表示将图像31向y轴方向投影的累积运算亮度的分布。即，x轴方向累积运算亮度分布32-x表示图像31的与x轴方向的位置对应的x轴方向累积运算亮度的分布。与x轴方向的某位置对应的x轴方向累积运算亮度表示将与该位置对应的多个像素所表示的色阶合计之和。y轴方向累积运算亮度分布32-y表示将图像31向x轴方向投影的累积运算亮度的分布。即，y轴方向累积运算亮度分布32-y表示图像31的与y轴方向的位置对应的y轴方向累积运算亮度的分布。与y轴方向的某位置对应的y轴方向累积运算亮度表示将与该位置对应的多个像素所表示的色阶合计之和。

图8表示通过比例变动计算单元44计算的比例变动。该比例变动35表示对于图像31的x轴方向的位置的比例的变化。即，与x轴方向的某位置对应的比例表示将根据本次拍摄的图像计算的x轴方向累积运算亮度分布32-x中的与该位置对应的累积运算亮度除以根据之前拍摄的图像计算的x轴方向累积运算亮度分布32-x中的与该位置对应的累积运算亮度的商。

此时，区域检测单元45对存储装置记录由用户通过输入装置输入的规定的范围。该范围通过实验而计算，表示下限值37和上限值36。区域检测单元45在比例变动35表示超过该范围的值时，计算在计算比例变动35时使用的两个x轴方向累积运算亮度分布。区域检测单元45从该两个x轴方向累积运算亮度分布中计算凹陷量大的x轴方向累积运算亮度分布。该凹陷量表示x轴方向累积运算恢复分布中的作为坪(plateau)的部分的值和x轴方向累积运算亮度分布中的形成为凹处的区间的最小值之差的绝对值，或者表示x轴方向乘以运算亮度分布中的作为坪的部分的值和x轴方向累积运算亮度分布中的形成为凸处的区间的最大值之差的绝对值。区域检测单元45计算在计算该x轴方向累积运算亮度分布时使用的图像，并计算摄有该图像的拍摄区域。

区域检测单元45对y轴方向也进行同样的计算，并计算一个拍摄区域。即，比例变动计算单元44还计算用于表示对于图像31的y轴方向的位置的比例的变化的比例变动。即，与y轴方向的某位置对应的比例表示将根据本次拍摄的图像计算的y轴方向累积运算亮度分布32-y中的与该位置对应的累积运算亮度除以根据之前拍摄的图像计算的y轴方向累积运算亮度分布32-y中的与该位置对应的累积运算亮度的商。区域检测单元45在比例变动35表示超过该范围的值时，计算在计算比例变动35时使用的两个y轴方向累积运算亮度分布，并根据该两个y轴方向累积运算亮度分布计算凹陷量大的y轴方向累积运算亮度分布，并计算在计算该y轴方向累积运算亮度分布时拍摄的拍摄区域。

另外，作为通过照相机8拍摄的图像，还可以应用彩色的图像。此时，构成该图像的多个像素表示红色的色阶、蓝色的色阶、以及绿色的色阶。该色阶分别表示值越大颜色更浓。此时，与x轴方向的某位置对应的x轴方向累积运算亮度表示与该位置对应的多个像素所表示的红色的色阶、蓝色的色阶以及绿色的色阶的合计之和，与y轴方向的某位置对应的y轴方向累积运算亮度表示与该位置对应的多个像素所表示的红色的色阶、蓝色的色阶、以及绿色的色阶的合计之和。

图9表示应用本发明的校准方法的常温接合方法的实施方式。该常温接合方法利用这样的常温接合装置而执行。生产者首先制造半导体衬底2和半导体衬底3，并将半导体衬底2和半导体衬底3配置在装载闸室内。控制装置11利用搬运装置将半导体衬底2从装载闸室搬运到晶片移动用台面5后，使晶片移动用台面5保持半导体衬底2，使得形成了半导体衬底2的校准标记的部分配置在透明部位9(步骤S1)。控制装置11基于通过照相机8拍摄的图像利用拍摄区域移动用驱动装置12驱动晶片移动用台面5，从而将半导体衬底2配置在规定的位置(步骤S2)。

控制装置11利用接合用驱动装置15使上侧台面4下降，从而将保持在晶片移动用台面5的半导体衬底2保持在上侧台面4，并使上侧台面4上升而使半导体衬底2退避至从晶片移动用台面5分离的地方(步骤S3)。

控制装置11利用搬运装置将半导体衬底3从装载闸室搬运至晶片移动共用台面5后，使晶片移动用台面5保持半导体衬底3，使得半导体3的形成了校准标记的部分配置在透明部位9(步骤S4)。控制装置11基于通过照相机8拍摄的图像，利用拍摄区域移动用驱动装置12驱动晶片移动用台面5，从而将半导体衬底3配置在规定的位置(步骤S5)。

控制装置11在半导体衬底2和半导体衬底3分离的状态下，利用离子枪对半导体衬底3照射带电粒子，并对半导体衬底2照射带电粒子。半导体衬底3和半导体衬底2通过被照射该带电粒子，从而在其表面形成的氧化物被去除，且在其表面附着的杂质被去除。控制装置11利用接合用驱动装置15使上侧台面4向铅直下方向下降，从而使上侧台面4和晶片移动用台面5接近至规定的距离，而且执行精密的位置对准。控制装置11在执行了该精密的位置对准后，利用接合用驱动装置15使上侧台面4向铅直下方向下降，从而使半导体衬底2和半导体衬底3接触(步骤S6)。半导体衬底2和半导体衬底3通过这样接触而被常温接合，被坚固地接合为同体。控制装置11在常温接合后，利用接合用驱动装置15使上侧台面4向铅直上方向上升，从而利用搬运装置将常温接合的衬底从晶片移动用台面5搬运至装载闸室(步骤S7)。

图10表示步骤S2和步骤S5的动作的细节。控制装置11首先利用照相机8拍摄在晶片移动用台面5上保持的半导体衬底的一部分的图像(步骤S10)。控制装置11基于该图像计算累积运算亮度分布(步骤S11)。控制装置11利用拍摄区域移动用驱动装置12驱动晶片移动用台面5，使得按照拍摄的顺序走过拍摄区域的路径形成螺旋形(步骤S12)。控制装置11再次利用照相机8拍摄在晶片移动用台面5上保持的半导体衬底的一部分的图像(步骤S13)，并基于该图像计算累积运算亮度分布(步骤S14)。

控制装置11基于本次计算的累积运算亮度分布和上一次计算的累积运算亮度分布而计算比例变动(步骤S15)。控制装置11基于该比例变动，判别校准标记是否形成在该两个拍摄区域的中的哪一个中(步骤S16)。即，控制装置11在该比例变动包括超过该规定的范围的值时，判别为在该两个拍摄区域中的任一个中形成有校准标记，在该比例变动不包含超过规定的范围的值时，判别为该两个拍摄区域中的任一个中都没有形成校准标记。控制装置11重复执行步骤S12～S16的动作，直至判别为拍摄有校准标记。

控制装置11在判别为拍摄有校准标记时(步骤S16：是)，利用拍摄区域移动用驱动装置12驱动晶片移动用台面5，使得形成有该校准标记的拍摄区域被拍摄(步骤S17)。控制装置11在驱动了晶片移动用台面5后，利用照相机8将半导体衬底拍摄为图像，并基于对该图像进行了图像处理后的结果，利用焦点调整用驱动装置14对焦(步骤S18)。控制装置11利用照相机8拍摄对焦后的图像。

控制装置11对该对焦后的图像中摄出的校准标记的像和最初被输入的校准标记的像进行比较(步骤S19)。控制装置11重复执行步骤S12～S19的动作，直至在该对焦后的图像中摄出的校准标记的像和最初被输入的校准标记的像一致。

控制装置11在该对焦后的图像中摄出的校准标记的图像和最初被输入的校准标记的像一致时(步骤S19：是)，利用拍摄区域移动用驱动装置12驱动晶片移动用台面5，使得该校准标记拍摄在图像的规定的位置(步骤S20)。

半导体衬底在为了常温接合而进行位置对准时，在表面形成的校准标记需要被配置在照相机8的视野中。作为将该校准标记配置在照相机8的视野的技术，已知例如利用低倍率的透镜的技术、利用变焦透镜的技术、利用高精度的搬运装置的技术。在该利用低倍率的透镜的技术中，需要具有用于位置对准的高倍率的光学系统和单独的低倍率的光学系统，需要使两个光学系统的光轴一致。在利用变焦透镜的技术中，需要使变焦透镜在低倍率下使用时的光轴和在高倍率下使用时的光轴一致。在利用高精度的搬运装置的技术中，需要与精度更差的搬运装置相比规模更大的搬运装置。

根据本发明的校准方法，利用一个光学系统就能够将半导体衬底的校准标记配置在照相机8的视野中。因此，根据本发明的校准方法，校准装置1无需为了将校准标记配置在照相机8的视野中而单独具备该低倍率的透镜或者具备变焦透镜，能够规模更小，且更容易制造。

此外，根据本发明的校准方法，在校准标记被配置在照相机8的视野外时，能够驱动晶片移动用台面5，使得校准标记配置在照相机8的视野中。因此，校准装置1无需具有高精度的搬运装置，能够应用精度更低的搬运装置制造成规模更小。

被常温接合而形成在半导体器件中的半导体衬底在为了位置对准而在表面形成的校准标记的周围不形成任何图案。光学系统一般在半导体表面没有形成任何图案时，难以对该半导体衬底对准焦点。根据本发明的校准方法，通过比较两个图像，判别两个拍摄区域的任一个中是否有校准标记，因此无需准确地对准焦点，能够更容易检测有校准标记的区域。

此外，根据本发明的校准方法，该两个图像的比较利用累积运算亮度分布来执行，利用比例变动来执行。因此，该比较的计算量少，能够更快地执行。其结果，校准装置1能够更快检测有校准标记的区域，能够实现生产性提高和接合工艺的性能提高。校准装置1还能够更快地对半导体衬底进行位置对准，能够降低半导体衬底的接合表面的污染(contamination)，提高常温结合的精度。

此外，本发明的校准方法利用x轴方向累积运算亮度分布32-x和y轴方向累积运算亮度分布32-y两者，比较两个拍摄区域。在只利用x轴方向累积运算亮度分布32-x和y轴方向累积运算亮度分布32-y中的一个而比较两个拍摄区域的情况下，在该两个拍摄区域的两者中摄出了校准标记的一部分时，有时判别为两根拍摄区域中未摄有校准标记。相对于此，本发明的校准方法通过利用投影到一个方向的累积运算亮度分布而比较两个拍摄区域从而进行比较，能够更可靠地检测有摄有校准标记可能性的两个拍摄区域。

另外，本发明的校准方法还可以不利用比例变动，而是比较两个累积运算亮度分布，检测与形成了校准标记的区域对应的累积运算亮度分布。作为该比较，例示利用两个累积运算亮度分布之差的方法。此时，本发明的校准方法与利用比例变动的情况相同地，能够使校准装置1的规模更小，且制造更容易，能够容易检测有校准标记的区域。

另外，本发明的校准方法还可以不利用累积运算亮度分布而比较两个图像，检测与形成校准标记的区域对应的图像。作为该比较，例示利用两个累积运算亮度分布之差的方法。此时，本发明的校准方法与利用累积运算亮度分布的情况相同地，能够使校准装置1的规模更小，且制造更容易，能够容易检测有校准标记的区域。

另外，拍摄多个拍摄区域的顺序也可以分配为，按照该顺序行进拍摄区域的路径形成为与螺旋形不同的形状。作为该顺序，只要多个拍摄区域中各个拍摄区域至少被拍摄一次即可，例如例示形成顺时针的螺旋形、一列一列排列。此时，本发明的校准方法与应用形成螺旋形的顺序的情况相同地，能够使校准装置1的规模更小，且制造更容易，能够容易检测有校准标记的区域。

1：校准装置

2：半导体衬底

3：半导体衬底

4：上侧台面

5：晶片移动用台面

6：焦点调整用台面

7：透镜

8：照相机

9：透明部位

11：控制装置

12：拍摄区域移动用驱动装置

14：焦点调整用驱动装置

15：接合用驱动装置

21：区域

22-1～22-9：拍摄区域

31：图像

32-x：x轴方向累积运算亮度分布

32-y：y轴方向累积运算亮度分布

35：比例变动

41：搬运单元

42：拍摄单元

43：累积运算分布计算单元

44：比例变动计算单元

45：区域检测单元

46：焦点对准单元

47：位置对准单元

48：接合单元

Claims (16)

1.一种校准装置控制装置，包括：

拍摄单元，利用照相机拍摄分别摄有衬底的表面中的多个区域的图像；

区域检测单元，基于所述多个图像，从所述多个区域选择检测区域；

位置对准单元，基于被所述照相机拍摄、且摄有在所述检测区域中形成的标记的校准用图像，对所述衬底进行位置对准；以及

累积运算亮度分布计算单元，基于所述多个图像，分别计算多个累积运算亮度分布，

所述区域检测单元在所述多个图像中的第1图像和所述多个图像中的第2图像不同时，从所述多个区域中的摄有所述第1图像的第1区域以及所述多个区域中的摄有所述第2图像的第2区域中，选择所述检测区域，

所述多个累积运算亮度分布中的基于一个图像而计算的累积运算亮度分布表示将所述一个图像向一个投影方向进行投影后的累积运算亮度的分布，

所述区域检测单元在所述多个累积运算亮度分布中的基于所述第1图像计算的第1累积运算亮度分布、以及所述多个累积运算亮度分布中的基于所述第2图像计算的第2累积运算亮度分布不同时，从所述第1区域和所述第2区域中选择所述检测区域。

2.如权利要求1所述的校准装置控制装置，其中，

还包括比例变动计算单元，基于所述第1累积运算亮度分布和所述第2累积运算亮度分布，计算比例变动，

所述比例变动表示将所述第1累积运算亮度分布的各位置的累积运算亮度除以所述第2累积运算亮度分布的所述各位置的累积运算亮度所得的比例的变化，

所述区域检测单元在所述比例变动包括超过规定的范围的值时，从所述第1区域和所述第2区域中选择所述检测区域。

3.如权利要求1所述的校准装置控制装置，其中，

所述累积运算亮度分布还表示将所述一个图像向与所述一个投影方向不同的其他的投影方向进行了投影的其他的累积运算亮度的分布。

4.如权利要求3所述的校准装置控制装置，其中，

还包括比例变动计算单元，基于所述第1累积运算亮度分布和所述第2累积运算亮度分布，计算第1比例变动和第2比例变动，

所述第1比例变动表示将所述第1累积运算亮度分布中的向所述一个投影方向进行了投影的累积运算亮度的分布的各位置的累积运算亮度除以所述第2累积运算分布中的向所述一个投影方向进行了投影的累积运算亮度的分布的所述各位置的累积运算亮度所得的比例的变化，

所述第2比例变动表示将所述第1累积运算亮度分布中的向所述其他投影方向进行了投影的累积运算亮度的分布的各位置的累积运算亮度除以所述第2累积运算亮度分布中的向所述其他投影方向进行了投影的累积运算亮度的分布的所述各位置的累积运算亮度所得的比例的变化，

所述区域检测单元在所述第1比例变动或所述第2比例变动包含超过规定的范围的值时，从所述第1区域和所述第2区域中选择所述检测区域。

5.如权利要求1至4的任一项所述的校准装置控制装置，其中，

还包括焦点对准单元，基于摄有所述检测区域的图像，使所述照相机焦点对准，

所述校准用图像焦点对准后被拍摄。

6.如权利要求5所述的校准装置控制装置，其中，

所述区域检测单元在所述校准用图像中摄出的所述标记的像与规定的像不同时，基于所述多个图像从所述多个区域中选择与所述检测区域不同的其他的检测区域，

所述位置对准单元基于摄有在所述其他的检测区域中形成的标记的图像，对所述衬底进行位置对准。

7.如权利要求1至4的任一项所述的校准装置控制装置，其中，

按照所述多个区域被拍摄的顺序走过所述多个区域的路径形成螺旋形。

8.如权利要求1至4的任一项所述的校准装置控制装置，其中，

所述多个区域中的在一个方向上相邻的两个区域重叠的区域的所述方向上的宽度比在所述表面形成的标记的所述方向的宽度的一半大。

9.一种校准方法，包括：

利用照相机拍摄分别摄有衬底的表面中的多个区域的多个图像的步骤；

基于所述多个图像，从所述多个区域选择检测区域的步骤；

基于被所述照相机拍摄、且摄有在所述检测区域中形成的标记的校准用图像，对所述衬底进行位置对准的步骤；以及

基于所述多个图像，分别计算多个累积运算亮度分布的步骤，

在所述多个图像中的第1图像和所述多个图像中的第2图像不同时，从所述多个区域中的摄有所述第1图像的第1区域以及所述多个区域中的摄有所述第2图像的第2区域中，选择所述检测区域，

所述多个累积运算亮度分布中的基于一个图像而计算的累积运算亮度分布表示将所述一个图像向一个投影方向进行投影后的累积运算亮度的分布，

在所述多个累积运算亮度分布中的基于所述第1图像计算的第1累积运算亮度分布、以及所述多个累积运算亮度分布中的基于所述第2图像计算的第2累积运算亮度分布不同时，从所述第1区域和所述第2区域中选择所述检测区域。

10.如权利要求9所述的校准方法，其中，

还包括基于所述第1累积运算亮度分布和所述第2累积运算亮度分布，计算比例变动的步骤，

所述比例变动表示将所述第1累积运算亮度分布的各位置的累积运算亮度除以所述第2累积运算亮度分布的所述各位置的累积运算亮度所得的比例的变化，

在所述比例变动包括超过规定的范围的值时，从所述第1区域和所述第2区域中选择所述检测区域。

11.如权利要求9所述的校准方法，其中，

所述累积运算亮度分布还表示将所述一个图像向与所述一个投影方向不同的其他的投影方向进行了投影的其他的累积运算亮度的分布。

12.如权利要求11所述的校准方法，其中，

还包括基于所述第1累积运算亮度分布和所述第2累积运算亮度分布，计算第1比例变动和第2比例变动的步骤，

所述第1比例变动表示将所述第1累积运算亮度分布中的向所述一个投影方向进行了投影的累积运算亮度的分布的各位置的累积运算亮度除以所述第2累积运算分布中的向所述一个投影方向进行了投影的累积运算亮度的分布的所述各位置的累积运算亮度所得的比例的变化，

所述第2比例变动表示将所述第1累积运算亮度分布中的向所述其他投影方向进行了投影的累积运算亮度的分布的各位置的累积运算亮度除以所述第2累积运算亮度分布中的向所述其他投影方向进行了投影的累积运算亮度的分布的所述各位置的累积运算亮度所得的比例的变化，

在所述第1比例变动或所述第2比例变动包含超过规定的范围的值时，从所述第1区域和所述第2区域中选择所述检测区域。

13.如权利要求9至12的任一项所述的校准方法，其中，

还包括基于摄有所述检测区域的图像，使所述照相机焦点对准后，拍摄所述校准用图像的步骤。

14.如权利要求13所述的校准方法，还包括：

在所述校准用图像中摄出的所述标记的像与规定的像不同时，基于所述多个图像从所述多个区域中选择与所述检测区域不同的其他的检测区域的步骤；以及

基于摄有在所述其他的检测区域中形成的标记的图像，对所述衬底进行位置对准的步骤。

15.如权利要求9至12的任一项所述的校准方法，其中，

按照所述多个区域被拍摄的顺序走过所述多个区域的路径形成螺旋形。

16.如权利要求9至12的任一项所述的校准方法，其中，

所述多个区域中的在一个方向上相邻的两个区域重叠的区域的所述方向上的宽度比在所述表面形成的标记的所述方向的宽度的一半大。

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