JP2010098013A - Bonding evaluation gauge - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a bonding evaluation method for quickly evaluating the accuracy of substrate positioning. <P>SOLUTION: The bonding evaluation method for evaluating bonding accuracy when bonding a pair of substrates includes: a bonding stage of bonding the pair of substrates holding an evaluation pattern layer having repetitive patterns repeated in a fixed cycle therebetween; and a polarized light measuring stage of irradiating the evaluation pattern layer with polarized light transmitted through one of the pair of substrates and measuring the change of the polarization state of light emitted from the evaluation pattern layer. In the measuring stage, the polarized light is linearly polarized light for instance, and the polarization state can be measured by the intensity of a polarized light vertical component which is a polarization component orthogonal to the polarization plane of the linearly polarized light in the light emitted from the evaluation pattern layer. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、評価ゲージに関し、特に、当該評価ゲージを用いた接合評価方法、積層型半導体装置、接合評価装置および基板貼り合わせ装置に関する。   The present invention relates to an evaluation gauge, and more particularly to a bonding evaluation method, a stacked semiconductor device, a bonding evaluation apparatus, and a substrate bonding apparatus using the evaluation gauge.

特許文献1には、素子を形成されたウエハを積層して積層型半導体デバイスを製造することが記載されている。
特開2007−103225号公報
Patent Document 1 describes that a stacked semiconductor device is manufactured by stacking wafers on which elements are formed.
JP 2007-103225 A

そこで、上記課題を解決すべく、本発明の第1の態様として、一対の基板を接合する場合の接合精度を評価する接合評価方法であって、一定の周期で繰り返す繰り返しパターンを有する評価パターン層を挟んで一対の基板を接合する接合段階と、一対の基板の一方を透過する偏光を評価パターン層に照射して、評価パターン層から出射した光の偏光状態の変化を測定する偏光測定段階とを含む接合評価方法が提供される。   Then, in order to solve the above-mentioned problem, as a first aspect of the present invention, there is provided a bonding evaluation method for evaluating bonding accuracy when bonding a pair of substrates, and an evaluation pattern layer having a repeated pattern repeated at a constant cycle A step of bonding a pair of substrates across the substrate, and a polarization measuring step of irradiating the evaluation pattern layer with polarized light transmitted through one of the pair of substrates and measuring a change in the polarization state of the light emitted from the evaluation pattern layer; A bonding evaluation method is provided.

また、本発明の第2の態様として、一定の周期で繰り返す繰り返しパターンを有する評価パターン層と、評価パターン層を挟んで接合された一対の基板とを含む接合基板を保持する基板保持部と、保持部に保持された接合基板の評価パターン層に、一対の基板の一方を透過する偏光を照射する偏光照明部と、評価パターン層からの出射光における偏光状態の変化を測定する偏光測定部とを備える接合評価装置が提供される。   Further, as a second aspect of the present invention, a substrate holding unit that holds a bonded substrate including an evaluation pattern layer having a repeated pattern that repeats at a constant period, and a pair of substrates bonded with the evaluation pattern layer interposed therebetween, A polarization illumination unit that irradiates the evaluation pattern layer of the bonded substrate held by the holding unit with polarized light that passes through one of the pair of substrates, and a polarization measurement unit that measures a change in the polarization state of the light emitted from the evaluation pattern layer Is provided.

更に、本発明の第3の態様として、上記の接合評価装置と、一対の基板の一方を他方に対して位置合わせして接合する接合装置と、接合装置により接合された一対の基板を加熱および加圧して貼り合わせる加熱加圧装置と、を備える基板貼り合わせ装置が提供される。   Furthermore, as a third aspect of the present invention, the bonding evaluation apparatus, a bonding apparatus that aligns and bonds one of the pair of substrates to the other, and the pair of substrates bonded by the bonding apparatus are heated and heated. There is provided a substrate laminating apparatus comprising a heating and pressing apparatus for pressing and bonding.

また更に、本発明の第4の態様として、一対の基板の接合精度を評価する接合評価ゲージであって、一定の周期で繰り返す繰り返しパターンを有する評価パターン層と評価パターン層を挟んで接合された一対の基板と、を有して、一対の基板の一方を透過する偏光を評価パターン層に照射した場合に、評価パターン層から出射された出射光の偏光状態が変化する接合評価ゲージが提供される。   Furthermore, as a fourth aspect of the present invention, a bonding evaluation gauge for evaluating the bonding accuracy of a pair of substrates, which is bonded with an evaluation pattern layer sandwiched between an evaluation pattern layer having a repeated pattern repeated at a constant cycle. A bonding evaluation gauge is provided that has a pair of substrates and changes the polarization state of the emitted light emitted from the evaluation pattern layer when the evaluation pattern layer is irradiated with polarized light that passes through one of the pair of substrates. The

また更に、本発明の第5の態様として、一定の周期で繰り返す繰り返しパターンを有する評価パターン層と少なくとも一方が半導体基板であって、評価パターン層を挟んで接合された一対の基板と、を有して、一対の基板の一方を透過した偏光を評価パターン層に照射した場合に、評価パターンから出射される偏光の偏光状態が変化する積層型半導体装置が提供される。   Furthermore, as a fifth aspect of the present invention, there is provided an evaluation pattern layer having a repeated pattern repeated at a constant period and a pair of substrates at least one of which is a semiconductor substrate and sandwiched with the evaluation pattern layer interposed therebetween. Thus, there is provided a stacked semiconductor device in which the polarization state of polarized light emitted from the evaluation pattern changes when the evaluation pattern layer is irradiated with polarized light that has passed through one of the pair of substrates.

上記の発明の概要は、発明の全ての特徴を列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションも発明となり得る。   The above summary of the present invention is not an exhaustive list of all features of the invention. Further, a sub-combination of these feature groups can be an invention.

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明する。以下に記載する実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせ全てが発明の解決に必須であるとは限らない。   Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention. The embodiments described below do not limit the invention according to the claims. In addition, not all combinations of features described in the embodiments are essential for the solution of the invention.

図1は、接合装置100の全体構造を模式的に示す平面図である。接合装置100は、共通の筐体101の内部に形成された常温部102および高温部202を含む。   FIG. 1 is a plan view schematically showing the overall structure of the bonding apparatus 100. The bonding apparatus 100 includes a normal temperature part 102 and a high temperature part 202 formed inside a common casing 101.

常温部102は、筐体101の外部に面して、複数の基板カセット111、112、113と、制御盤120とを有する。制御盤120は、接合装置100全体の動作を制御する制御部を含む。また、制御盤120は、接合装置100の電源投入、各種設定等をする場合にユーザが外部から操作する操作部を有する。更に、制御盤120は、配備された他の機器と接合装置100とを接続する接続部を含む場合もある。   The normal temperature unit 102 has a plurality of substrate cassettes 111, 112, 113 and a control panel 120 facing the outside of the housing 101. The control panel 120 includes a control unit that controls the operation of the entire bonding apparatus 100. In addition, the control panel 120 has an operation unit that is operated by a user from the outside when the joining apparatus 100 is turned on, various settings, and the like. Further, the control panel 120 may include a connection unit that connects the other devices provided to the bonding apparatus 100.

基板カセット111、112、113は、接合装置100において接合される基板180、あるいは、接合装置100において貼り合わされた基板180を収容する。また、基板カセット111、112、113は、筐体101に対して脱着自在に装着される。これにより、複数の基板180を接合装置100に一括して装填できる。また、接合装置100において接合された基板180を一括して回収できる。   The substrate cassettes 111, 112, and 113 accommodate the substrates 180 bonded in the bonding apparatus 100 or the substrates 180 bonded in the bonding apparatus 100. The substrate cassettes 111, 112, and 113 are detachably attached to the housing 101. As a result, a plurality of substrates 180 can be loaded into the bonding apparatus 100 at once. Further, the substrates 180 bonded in the bonding apparatus 100 can be collected at a time.

なお、接合装置100に装填される基板180は、単体のシリコンウエハ、化合物半導体ウエハ、ガラス基板等の他、それらに素子、回路、端子等が形成されたものでもよい。また、装填された基板180が、既に複数のウエハを積層して形成された積層基板である場合もある。   The substrate 180 loaded in the bonding apparatus 100 may be a single silicon wafer, compound semiconductor wafer, glass substrate, or the like, in which elements, circuits, terminals, and the like are formed. In addition, the loaded substrate 180 may be a laminated substrate that is already formed by laminating a plurality of wafers.

常温部102は、筐体101の内側にそれぞれ配された、プリアライナ130、アライナ140、ホルダストッカ150および評価部160と、一対のロボットアーム171、172とを備える。プリアライナ130は、アライナ140に基板を装填する場合に、高精度であるが故に狭いアライナ140の調整範囲にそれぞれの基板180が装填されるように、個々の基板180の位置を仮合わせする。これにより、アライナ140における基板180の位置決めは迅速且つ確実に完了する。   The room temperature unit 102 includes a pre-aligner 130, an aligner 140, a holder stocker 150, an evaluation unit 160, and a pair of robot arms 171 and 172, which are arranged inside the housing 101. When the substrate is loaded on the aligner 140, the pre-aligner 130 provisionally aligns the positions of the individual substrates 180 so that each substrate 180 is loaded in a narrow adjustment range of the aligner 140 because of high accuracy. Thereby, the positioning of the substrate 180 in the aligner 140 is completed quickly and reliably.

アライナ140は、上ステージ141、下ステージ142および干渉計144を含む。上ステージ141および下ステージ142は、基板180単独または基板180を保持した基板ホルダ190を搬送する。   The aligner 140 includes an upper stage 141, a lower stage 142, and an interferometer 144. The upper stage 141 and the lower stage 142 carry the substrate 180 alone or the substrate holder 190 holding the substrate 180.

また、アライナ140の周囲には、断熱壁145およびシャッタ146が配される。断熱壁145およびシャッタ146に包囲された空間は空調機等に連通して精密に温度管理され、アライナ140における位置合わせ精度を維持する。ホルダストッカ150は、複数の基板ホルダ190を収容して待機させる。   In addition, a heat insulating wall 145 and a shutter 146 are disposed around the aligner 140. The space surrounded by the heat insulating wall 145 and the shutter 146 communicates with an air conditioner or the like and is precisely temperature-controlled, so that the alignment accuracy in the aligner 140 is maintained. The holder stocker 150 accommodates a plurality of substrate holders 190 and makes them stand by.

一対のロボットアーム171、172のうち、基板カセット111、112、113に近い側に配置されたロボットアーム171は、基板カセット111、112、113、プリアライナ130およびアライナ140の間で基板180を搬送する。基板カセット111、112、113から遠い側に配置されたロボットアーム172は、アライナ140、評価部160およびエアロック220の間で基板180および基板ホルダ190を搬送する。また、ロボットアーム172は、ホルダストッカ150に対する基板ホルダ190の搬入および搬出も担う。   Of the pair of robot arms 171 and 172, the robot arm 171 disposed on the side closer to the substrate cassettes 111, 112, and 113 transports the substrate 180 between the substrate cassettes 111, 112, 113, the pre-aligner 130, and the aligner 140. . The robot arm 172 disposed on the side far from the substrate cassettes 111, 112, 113 conveys the substrate 180 and the substrate holder 190 between the aligner 140, the evaluation unit 160 and the air lock 220. The robot arm 172 is also responsible for loading and unloading the substrate holder 190 with respect to the holder stocker 150.

更に、ロボットアーム172は、接合する基板180の一方を裏返す機能も有する。なお、ロボットアーム171、172、230は、真空吸着、静電吸着等により基板ホルダ190を吸着して保持する。また、基板ホルダ190は、例えば静電吸着により基板180を吸着して保持する。評価部160の構造と動作については別途後述する。   Further, the robot arm 172 has a function of turning over one of the substrates 180 to be joined. Note that the robot arms 171, 172, 230 adsorb and hold the substrate holder 190 by vacuum adsorption, electrostatic adsorption, or the like. Further, the substrate holder 190 attracts and holds the substrate 180 by, for example, electrostatic attraction. The structure and operation of the evaluation unit 160 will be described later separately.

高温部202は、断熱壁210、エアロック220、ロボットアーム230および複数の加熱加圧部240を有する。断熱壁210は、高温部202を包囲して、高温部202の高い内部温度を維持すると共に、高温部202から外部への熱輻射を遮断する。これにより、高温部202の熱が常温部102に及ぼす影響を抑制できる。   The high temperature unit 202 includes a heat insulating wall 210, an air lock 220, a robot arm 230, and a plurality of heating and pressing units 240. The heat insulating wall 210 surrounds the high temperature part 202 to maintain a high internal temperature of the high temperature part 202 and blocks heat radiation from the high temperature part 202 to the outside. Thereby, the influence which the heat of the high temperature part 202 has on the normal temperature part 102 can be suppressed.

ロボットアーム230は、加熱加圧部240のいずれかとエアロック220との間で基板180および基板ホルダ190を搬送する。エアロック220は、常温部102側と高温部202側とに、交互に開閉するシャッタ222、224を有する。   The robot arm 230 conveys the substrate 180 and the substrate holder 190 between any one of the heating and pressing units 240 and the air lock 220. The air lock 220 includes shutters 222 and 224 that open and close alternately on the normal temperature part 102 side and the high temperature part 202 side.

基板180および基板ホルダ190が常温部102から高温部202に搬入される場合、まず、常温部102側のシャッタ222が開かれ、ロボットアーム172が基板180および基板ホルダ190をエアロック220に搬入する。次に、常温部102側のシャッタ222が閉じられ、高温部202側のシャッタ224が開かれる。   When the substrate 180 and the substrate holder 190 are carried into the high temperature unit 202 from the normal temperature unit 102, first, the shutter 222 on the normal temperature unit 102 side is opened, and the robot arm 172 carries the substrate 180 and the substrate holder 190 into the air lock 220. . Next, the shutter 222 on the normal temperature part 102 side is closed, and the shutter 224 on the high temperature part 202 side is opened.

続いて、ロボットアーム230が、エアロック220から基板180および基板ホルダ190を搬出して、加熱加圧部240のいずれかに装入する。加熱加圧部240は、基板ホルダ190に挟まれた状態で加熱加圧部240に搬入された基板180を加熱した状態で加圧する。これにより基板180は恒久的に接合される。   Subsequently, the robot arm 230 unloads the substrate 180 and the substrate holder 190 from the air lock 220 and inserts them into one of the heating and pressing units 240. The heating / pressurizing unit 240 pressurizes the substrate 180 carried into the heating / pressurizing unit 240 while being sandwiched between the substrate holders 190. Thereby, the substrate 180 is permanently bonded.

高温部202から常温部102に基板180および基板ホルダ190を搬出する場合は、上記の一連の動作を逆順で実行する。これらの一連の動作により、高温部202の内部雰囲気を常温部102側に漏らすことなく、基板180および基板ホルダ190を高温部202に搬入または搬出できる。   When the substrate 180 and the substrate holder 190 are carried out from the high temperature unit 202 to the normal temperature unit 102, the above series of operations are executed in reverse order. Through a series of these operations, the substrate 180 and the substrate holder 190 can be carried into or out of the high temperature part 202 without leaking the internal atmosphere of the high temperature part 202 to the normal temperature part 102 side.

図2aから図2eまでは、2つの基板を接合する接合装置100における基板180および基板ホルダ190の状態の変遷を示す図である。以下、図2aから図2eまでを参照しつつ、接合装置100の動作を説明する。   FIG. 2A to FIG. 2E are diagrams showing the transition of the state of the substrate 180 and the substrate holder 190 in the bonding apparatus 100 for bonding two substrates. Hereinafter, the operation of the bonding apparatus 100 will be described with reference to FIGS. 2a to 2e.

図2aに示すように、接合装置100が稼動を開始する当初、貼り合わせの対象となる基板180の各々は個別に収容されている。基板ホルダ190も、例えばホルダストッカに各々個別に収容されている。接合装置100が稼動を開始すると、基板180は、図2bに示すように、一枚ずつ基板ホルダ190に保持される。   As shown in FIG. 2a, at the beginning of the operation of the bonding apparatus 100, each of the substrates 180 to be bonded is individually accommodated. The substrate holder 190 is also individually accommodated in, for example, a holder stocker. When the bonding apparatus 100 starts operation, the substrates 180 are held one by one in the substrate holder 190 as shown in FIG. 2b.

基板ホルダ190が2枚目である場合は、図2cに示すように、1枚目の基板180に対向するように、例えば干渉計により位置を監視しつつステージを移動させ、基板180に対して位置合わせする。位置合わせされた基板180は、仮接合される。   When the substrate holder 190 is the second one, as shown in FIG. 2 c, the stage is moved while monitoring the position with an interferometer, for example, so as to face the first substrate 180. Align. The aligned substrate 180 is temporarily bonded.

アライナにおいて位置決めされた基板180および基板ホルダ190は、図2dに示すように、例えば側面に形成された溝191に嵌められた複数の止め具192により連結されて、位置決めされた状態を維持する。連結された一対の基板180および基板ホルダ190は、一体に搬送されて要求に応じて加熱加圧部240に装入される。   As shown in FIG. 2D, the substrate 180 and the substrate holder 190 positioned in the aligner are connected by a plurality of stoppers 192 fitted in a groove 191 formed on the side surface, for example, to maintain the positioned state. The pair of connected substrates 180 and substrate holder 190 are conveyed together and inserted into the heating and pressing unit 240 as required.

なお、本実施例では、アライナ140における位置合わせ精度を、評価部において評価する。このような場合は、アライナ140において位置合わせして仮接合された基板180を、加熱加圧部240に搬入する前に基板ホルダ190から取り出して、評価部に搬入する。このとき、基板180および基板ホルダ190は、見かけ上、図2eに示す形態となる。   In this embodiment, the alignment accuracy in the aligner 140 is evaluated by the evaluation unit. In such a case, the substrate 180 that has been aligned and temporarily bonded in the aligner 140 is taken out of the substrate holder 190 before being carried into the heating and pressing unit 240 and carried into the evaluation unit. At this time, the substrate 180 and the substrate holder 190 are apparently in the form shown in FIG. 2e.

図3は、アライナおける位置合わせの精度を評価する場合に用いる評価ゲージ18の構造を模式的に示す断面図である。評価ゲージ18は、透明基板181、半導体基板183、評価パターン182、184およびアライメントパターン186、187を含む。   FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the evaluation gauge 18 used for evaluating the alignment accuracy in the aligner. The evaluation gauge 18 includes a transparent substrate 181, a semiconductor substrate 183, evaluation patterns 182 and 184, and alignment patterns 186 and 187.

半導体基板183は、接合装置100において接合する基板180と同等の部材が用いられる。具体的には、Siウエハ等を任意に選択できる。一方、透明基板181は、後述する検査光に対する透過率が高い材料で形成される。可視帯域の検査光を用いる場合は、例えば石英基板を用いることができる。また、赤外帯域の検査光を用いる場合は、Siウエハを透明基板181として用いることもできる。   For the semiconductor substrate 183, a member equivalent to the substrate 180 to be bonded in the bonding apparatus 100 is used. Specifically, a Si wafer or the like can be arbitrarily selected. On the other hand, the transparent substrate 181 is formed of a material having a high transmittance with respect to inspection light described later. When using inspection light in the visible band, for example, a quartz substrate can be used. In addition, when using inspection light in the infrared band, a Si wafer can be used as the transparent substrate 181.

なお、図3では、1組の評価パターン182、184およびアライメントパターン186、187を拡大して描いているが、透明基板181および半導体基板183の各々には、複数組の評価パターン182、184およびアライメントパターン186、187が形成される。   In FIG. 3, the set of evaluation patterns 182 and 184 and the alignment patterns 186 and 187 are enlarged, but a plurality of sets of evaluation patterns 182, 184 and Alignment patterns 186 and 187 are formed.

一組の評価パターン182、184は、例えば、積層型半導体装置の単一のダイと同程度の大きさとして、基板180上と同じように配置してもよい。また、基板180に形成される素子の中で使用されていない領域に小型の評価パターン182、184を形成してもよい。   For example, the set of evaluation patterns 182 and 184 may have the same size as a single die of the stacked semiconductor device and may be arranged in the same manner as on the substrate 180. In addition, small evaluation patterns 182 and 184 may be formed in regions not used in the elements formed on the substrate 180.

図4は、1組の評価パターン182、184およびアライメントパターン186、187を抜き出して示す平面図である。評価パターン182、184のそれぞれは、互いに同じ一定のピッチ2pで形成された複数の線形パターンを含む。線状パターンは、評価パターン182、184の繰り返し方向について見た場合の例えばデューティが25%となる線幅を有する。   FIG. 4 is a plan view showing one set of evaluation patterns 182 and 184 and alignment patterns 186 and 187 extracted. Each of the evaluation patterns 182 and 184 includes a plurality of linear patterns formed at the same constant pitch 2p. The linear pattern has a line width such that, for example, the duty is 25% when viewed in the repeating direction of the evaluation patterns 182 and 184.

アライメントパターン186、187は、互いに相補的な形状を有して、評価パターン182、184の近傍に配置される。一方のアライメントパターン186の評価パターン182に対する間隔Dは、他方のアライメントパターン187の評価パターン184に対する間隔Dに対して、評価パターン182、184のピッチ2pの半分に相当するpの差を有する。 The alignment patterns 186 and 187 have shapes complementary to each other and are arranged in the vicinity of the evaluation patterns 182 and 184. Distance D 1 for the evaluation pattern 182 of one of the alignment pattern 186, with respect to the spacing D 2 of the evaluation pattern 184 of the other alignment pattern 187 has a difference in p corresponding to half the pitch 2p evaluation pattern 182 .

図5は、透明基板181および半導体基板183を接合した場合の評価パターン182、184の断面図である。透明基板181および半導体基板183は、アライナ140において、アライメントパターン186、187が相互に一致するように位置合わせされ、更に、圧接して仮接合される。   FIG. 5 is a cross-sectional view of the evaluation patterns 182 and 184 when the transparent substrate 181 and the semiconductor substrate 183 are bonded. In the aligner 140, the transparent substrate 181 and the semiconductor substrate 183 are aligned so that the alignment patterns 186 and 187 coincide with each other, and are further pressed and temporarily joined.

透明基板181および半導体基板183が仮接合された場合、アライメントパターン186、187は互いに重なって一体となる。一方、評価パターン182、184は、アライメントパターン186、187に対する間隔D、Dが異なるので、線状パターンが交互に配列される。 When the transparent substrate 181 and the semiconductor substrate 183 are temporarily bonded, the alignment patterns 186 and 187 are integrated with each other. On the other hand, since the evaluation patterns 182 and 184 have different distances D 1 and D 2 with respect to the alignment patterns 186 and 187, linear patterns are alternately arranged.

図6は、合成された評価パターン182、184を、透明基板181側から見た様子を示す平面図である。図示のように、アライメントパターン186、187は一体化している。一方、評価パターン182、184は、互いに入れ子状態になり、線形パターンをピッチpで繰り返す複合パターン188を形成する。こうして形成された複合パターン188を含む透明基板181および半導体基板183を、アライナ140の位置合わせ精度を評価する評価ゲージ18として使用する。   FIG. 6 is a plan view showing a state in which the synthesized evaluation patterns 182 and 184 are viewed from the transparent substrate 181 side. As shown, the alignment patterns 186 and 187 are integrated. On the other hand, the evaluation patterns 182 and 184 are nested with each other to form a composite pattern 188 that repeats a linear pattern at a pitch p. The transparent substrate 181 and the semiconductor substrate 183 including the composite pattern 188 formed in this way are used as the evaluation gauge 18 for evaluating the alignment accuracy of the aligner 140.

図7は、評価ゲージ18を用いてアライナ140の位置合わせ精度を評価する評価部160の構造を模式的に示す図である。評価ゲージ18を搭載する評価ステージ168と、評価ステージ168を移動または揺動させるX駆動部163、Y駆動部165およびθ駆動部167と、評価ゲージ18に照射する検査光を発生する光源162と、評価ゲージ18により検査光に生じた回折光を観察する撮像部164とを有する。   FIG. 7 is a diagram schematically showing the structure of the evaluation unit 160 that evaluates the alignment accuracy of the aligner 140 using the evaluation gauge 18. An evaluation stage 168 on which the evaluation gauge 18 is mounted, an X drive unit 163, a Y drive unit 165, and a θ drive unit 167 that move or swing the evaluation stage 168, and a light source 162 that generates inspection light to be applied to the evaluation gauge 18. And an imaging unit 164 for observing the diffracted light generated in the inspection light by the evaluation gauge 18.

撮像部164は、光源162が発生した検査光を平行光にして評価ゲージ18に入射させる曲面反射鏡169を含む。これにより、評価ゲージ18の各部に対して、検査光は同じ入射角度で入射する。従って、評価ゲージ18の全面において、同じ条件で回折光を生じる。なお、図中に点線で示すように、撮像部164は、観察する回折光の次数に応じて複数設けてもよい。   The imaging unit 164 includes a curved reflecting mirror 169 that causes the inspection light generated by the light source 162 to be parallel light and incident on the evaluation gauge 18. Thereby, the inspection light is incident on each part of the evaluation gauge 18 at the same incident angle. Therefore, diffracted light is generated on the entire surface of the evaluation gauge 18 under the same conditions. Note that, as indicated by a dotted line in the figure, a plurality of imaging units 164 may be provided according to the order of the diffracted light to be observed.

評価ゲージ18は、透明基板181側を上面にして、評価ステージ168に搭載される。評価ステージ168も、基板ホルダ190等と同様に、静電吸着、真空吸着等により、評価ゲージ18を吸着して固定する。光源162は、予め指定された特定帯域または特定波長の検査を出射する。   The evaluation gauge 18 is mounted on the evaluation stage 168 with the transparent substrate 181 side as an upper surface. The evaluation stage 168 also adsorbs and fixes the evaluation gauge 18 by electrostatic adsorption, vacuum adsorption or the like, similarly to the substrate holder 190 or the like. The light source 162 emits an inspection of a specific band or a specific wavelength designated in advance.

評価ステージ168は、互いに積層されたX駆動部163、Y駆動部165およびθ駆動部167に支持される。X駆動部163は、案内部161に沿って、図中に矢印Xで示す方向に評価ステージ168を移動させる。Y駆動部165は、X駆動部163上で、図中に矢印Yで示す方向に評価ステージ168を移動させる。   The evaluation stage 168 is supported by the X driving unit 163, the Y driving unit 165, and the θ driving unit 167 stacked on each other. The X drive unit 163 moves the evaluation stage 168 along the guide unit 161 in the direction indicated by the arrow X in the drawing. The Y drive unit 165 moves the evaluation stage 168 on the X drive unit 163 in the direction indicated by the arrow Y in the drawing.

更に、θ駆動部167は、Y駆動部165上で球面座に支持された評価ステージ168を揺動させる。これら、X駆動部163、Y駆動部165およびθ駆動部167の動作により、光源162から出射された検査光を、評価ステージ168上の評価ゲージ18に対して任意の入射角で照射できる。従って、検査光の照射角度などの光学条件を変化させて、評価ゲージ18において任意の回折光を発生させることができる。   Further, the θ drive unit 167 swings the evaluation stage 168 supported by the spherical seat on the Y drive unit 165. By the operations of the X driving unit 163, the Y driving unit 165, and the θ driving unit 167, the inspection light emitted from the light source 162 can be applied to the evaluation gauge 18 on the evaluation stage 168 at an arbitrary incident angle. Therefore, arbitrary diffracted light can be generated in the evaluation gauge 18 by changing optical conditions such as the irradiation angle of the inspection light.

なお、光源162、曲面反射鏡169および撮像部164は、テレセントリックな光学系を形成していてもよい。これにより、評価ゲージ18の全面において、検査光の評価ゲージ18および撮像部164に対する入射角度が同じになり、均一な条件で回折光を一度に観察できる。なお、テレセントリック光学系になっていない場合は、均一な条件で評価ゲージ18全体を一度に観察することはできないが、評価ゲージ18の領域毎に分割して観察することはできる。ただし、評価の作業効率は低下する。   The light source 162, the curved reflecting mirror 169, and the imaging unit 164 may form a telecentric optical system. Thereby, the incident angles of the inspection light with respect to the evaluation gauge 18 and the imaging unit 164 are the same over the entire surface of the evaluation gauge 18, and the diffracted light can be observed at a time under uniform conditions. If the telecentric optical system is not used, the entire evaluation gauge 18 cannot be observed at a time under uniform conditions, but can be observed separately for each area of the evaluation gauge 18. However, the work efficiency of evaluation is reduced.

図8は、検査光を照射された評価ゲージ18において生じる現象を示す部分拡大断面図である。図8は、図6において点線Aで囲った領域を拡大して描かれる。   FIG. 8 is a partial enlarged cross-sectional view showing a phenomenon that occurs in the evaluation gauge 18 irradiated with the inspection light. 8 is an enlarged view of the area surrounded by the dotted line A in FIG.

既に説明した通り、個々の評価パターン182、184および複合パターン188は、いずれも一定のピッチを有する繰り返しパターンをなす。ここで、評価パターン182、184はそれぞれピッチ2pを有する。また、評価ゲージ18の透明基板181および半導体基板183が理想的に位置合わせされた場合、評価パターン182、184を合成して形成された複合パターン188は、ピッチpでデューティが50%の繰り返しパターンを形成する。   As already described, each of the individual evaluation patterns 182, 184 and the composite pattern 188 forms a repetitive pattern having a constant pitch. Here, the evaluation patterns 182 and 184 each have a pitch 2p. When the transparent substrate 181 and the semiconductor substrate 183 of the evaluation gauge 18 are ideally aligned, the composite pattern 188 formed by synthesizing the evaluation patterns 182 and 184 is a repetitive pattern with a pitch p and a duty of 50%. Form.

ここで、波長λの検査光をピッチpの繰り返しパターンに入射した場合、下記の式1が満足される条件下で反射回折光が生じる。

Figure 2010098013
Here, when the inspection light having the wavelength λ is incident on the repetitive pattern having the pitch p, reflected diffracted light is generated under the condition that the following expression 1 is satisfied.
Figure 2010098013

同様の条件下で、ピッチ2pの繰り返しパターンが回折光を生じる条件は、下記の式2のように表すことができる。

Figure 2010098013
Under the same conditions, the condition that the repetitive pattern with the pitch 2p generates diffracted light can be expressed as the following Expression 2.
Figure 2010098013

一方、ピッチpの繰り返しパターンに入射した検査光の回折光が相殺し合って回折光が生じない条件は、下記の式3により表すことができる。

Figure 2010098013
On the other hand, the condition that the diffracted light of the inspection light incident on the repeating pattern with the pitch p cancels each other and does not generate diffracted light can be expressed by the following Equation 3.
Figure 2010098013

上記の式2および式3において、例えば次数nがn=2m+1となる場合、両者は同じ条件となるので、図9に示すように、ピッチ2pに対する0次回折光および偶数次回折光が発生し、奇数次回折光は生じない。   In the above formulas 2 and 3, for example, when the order n is n = 2m + 1, the two conditions are the same, and therefore, as shown in FIG. No order diffracted light is generated.

図10は、評価パターン182、184の変形を示す部分拡大断面図である。図示のように、何らかの理由により透明基板181および半導体基板183の位置にずれが生じた場合、各々がピッチ2pを有する評価パターン182、184を重ねて形成した複合パターン188のピッチは変化する。即ち、理想的なピッチpに対して位置ずれ量Δpが増減したピッチ(p±Δp)となる。   FIG. 10 is a partially enlarged cross-sectional view showing a modification of the evaluation patterns 182 and 184. As shown in FIG. As shown in the figure, when the positions of the transparent substrate 181 and the semiconductor substrate 183 are shifted for some reason, the pitch of the composite pattern 188 formed by overlapping the evaluation patterns 182 and 184 each having the pitch 2p changes. That is, the pitch (p ± Δp) is obtained by increasing or decreasing the positional deviation amount Δp with respect to the ideal pitch p.

図11は、評価パターン182、184により生じる、ピッチ2pに対する回折光強度を示す図である。上記のように、ピッチpの繰り返しパターンのピッチが乱れると、1次回折光を打ち消す条件は成立しなくなり、それまでにはなかった1次回折光が現れる。従って、1次回折光の強度の変化を観測することにより位置ずれの有無が判り、アライナ140における位置合わせ精度を評価できる。即ち、ピッチ2pに対する1次回折光強度が増加し、2次回折光が減少する。   FIG. 11 is a diagram showing the diffracted light intensity with respect to the pitch 2p generated by the evaluation patterns 182 and 184. As shown in FIG. As described above, when the pitch of the repetitive pattern of the pitch p is disturbed, the condition for canceling the first-order diffracted light is not satisfied, and the first-order diffracted light that has never existed appears. Therefore, by observing the change in the intensity of the first-order diffracted light, the presence or absence of misalignment can be determined and the alignment accuracy in the aligner 140 can be evaluated. That is, the first-order diffracted light intensity with respect to the pitch 2p increases and the second-order diffracted light decreases.

また、評価部160において、ピッチ2pに対する1次回折光を受光できる角度位置にθ駆動部167を設定して、局所的な位置ずれ量の分布をウエハ一括で把握できる。位置ずれが無い場合にはゼロであった1次回折光が現れるので、1次回折光の変化を観察すると変化を検出し易い。しかし、1次回折光が増えると同時に2次回折は減少するので、2次回折光を観察しても良い。更に、透明基板181および半導体基板183の位置にずれの増加に応じたピッチpに対する1次回折光の減少を計測してもよい(ピッチpに対する1次回折光は、光学条件が同じピッチ2pに対する2次回折光と区別できない)。   Further, in the evaluation unit 160, the θ driving unit 167 is set at an angular position where the first-order diffracted light with respect to the pitch 2p can be received, so that the distribution of the local misregistration amount can be grasped collectively in the wafer. When there is no position shift, zero-order first-order diffracted light appears, so that the change can be easily detected by observing the change in the first-order diffracted light. However, since the second-order diffraction decreases as the first-order diffracted light increases, the second-order diffracted light may be observed. Further, the decrease in the first-order diffracted light with respect to the pitch p corresponding to the increase in the displacement of the positions of the transparent substrate 181 and the semiconductor substrate 183 may be measured. Indistinguishable from Origami).

図12は、基板180のずれ量とピッチ2pに対する1次回折光強度の関係を、RCWA(Rigorous Coupled Wave Analysis)法により算出した結果を示すグラフである。なお、RCWA法では、電磁波としての入射光を波長毎に平面波に展開し、解析的に回折効率を求める。   FIG. 12 is a graph showing the results of calculating the relationship between the shift amount of the substrate 180 and the first-order diffracted light intensity with respect to the pitch 2p by the RCWA (Rigorous Coupled Wave Analysis) method. In the RCWA method, incident light as an electromagnetic wave is developed into a plane wave for each wavelength, and the diffraction efficiency is obtained analytically.

検査光としては単色光を用いることが好ましく、ここではE線(波長546nm(TE偏光))を用いることとした。また、透明基板181として石英ウエハ、半導体基板183としてSiウエハを用いるものとした。   Monochromatic light is preferably used as the inspection light, and E-ray (wavelength 546 nm (TE polarized light)) is used here. Further, a quartz wafer is used as the transparent substrate 181, and a Si wafer is used as the semiconductor substrate 183.

石英ウエハの屈性率は1.46、厚さは725μmとした。また、透明基板181および半導体基板183に形成した評価パターン182、184は、屈折率が1.52、厚さ200nmのレジストにより形成するものとした。更に、Siウエハは、屈折率4.09−0.03i、厚さ725μmとした。   The refractive index of the quartz wafer was 1.46 and the thickness was 725 μm. The evaluation patterns 182 and 184 formed on the transparent substrate 181 and the semiconductor substrate 183 are formed of a resist having a refractive index of 1.52 and a thickness of 200 nm. Further, the Si wafer had a refractive index of 4.09-0.03i and a thickness of 725 μm.

図示のように、2p周期が0.3μmの場合の、1次回折光に着目する。理想的に位置合わせされて位置ずれが全く無い場合は、1次回折光が全く生じない。   As shown in the figure, attention is focused on the first-order diffracted light when the 2p period is 0.3 μm. If it is ideally aligned and there is no displacement, no first-order diffracted light is generated.

しかしながら、位置ずれ量が20nmを越えた領域では、位置ずれにより複合パターン188のピッチがpからずれるので、1次回折光が明瞭に現れる。更に、位置ずれ量の増加につれて、1次回折光の強度が高くなる。これにより、2p周期が0.3μmの評価パターン182、184を用意して、評価部160において1次回折光の強度の増加を観察することにより、位置ずれ量を瞬時に把握できる。   However, in the region where the positional deviation amount exceeds 20 nm, the pitch of the composite pattern 188 is deviated from p due to the positional deviation, so that the first-order diffracted light appears clearly. Furthermore, the intensity of the first-order diffracted light increases as the amount of misalignment increases. Accordingly, by preparing the evaluation patterns 182 and 184 having a 2p period of 0.3 μm and observing the increase in the intensity of the first-order diffracted light in the evaluation unit 160, the amount of misalignment can be grasped instantaneously.

なお、上記のように、1次回折光強度は、位置ずれ量が大きくなった場合に高くなる。このため、理想的な位置合わせが行われた場合に、1次回折光が全く現れない。しかしながら、1次回折光を有効に検出するには、光源162の出射強度か、撮像部164の感度を適切に設定しなければならない。   As described above, the first-order diffracted light intensity increases when the amount of positional deviation increases. For this reason, when the ideal alignment is performed, the first-order diffracted light does not appear at all. However, in order to effectively detect the first-order diffracted light, the emission intensity of the light source 162 or the sensitivity of the imaging unit 164 must be set appropriately.

そこで、1次回折光の強度を参照して位置ずれを評価する場合は、光源162または撮像部164を較正する場合に使用できるように、意図的なピッチをずらした参照パターンを、評価パターン182、184と共に設けておくことが好ましい。このような参照パターンを設けることにより、何らかの理由で撮像部164の感度が無い場合と、位置合わせが理想的であった場合とを区別できる。   Therefore, when the positional deviation is evaluated with reference to the intensity of the first-order diffracted light, the reference pattern with the intentional pitch shifted is used as the evaluation pattern 182, so that it can be used when the light source 162 or the imaging unit 164 is calibrated. It is preferable to provide it together with 184. By providing such a reference pattern, it is possible to distinguish between a case where the imaging unit 164 is not sensitive for some reason and a case where the alignment is ideal.

図13は、基板180のずれ量と2次回折光強度の関係を、RCWA法により算出した結果を示すグラフである。なお、用いた透明基板181、半導体基板183および評価パターン182、184の材料と仕様は、図12に示した計算と共通である。   FIG. 13 is a graph showing the result of calculating the relationship between the shift amount of the substrate 180 and the intensity of the second-order diffracted light by the RCWA method. Note that the materials and specifications of the transparent substrate 181, the semiconductor substrate 183, and the evaluation patterns 182 and 184 used are the same as those in the calculation shown in FIG.

ここで、2p周期が0.7μmの場合の、2次回折光に着目する。理想的に位置合わせされて位置ずれが全く無い場合は、評価パターン182、184により形成された複合パターン188が、ピッチpの繰り返しパターンを形成する。この複合パターン188に対応して、グラフには強い2次回折光が生じている。   Here, attention is focused on the second-order diffracted light when the 2p period is 0.7 μm. In the case of ideal alignment and no displacement, the composite pattern 188 formed by the evaluation patterns 182 and 184 forms a repetitive pattern with a pitch p. Corresponding to the composite pattern 188, strong second-order diffracted light is generated in the graph.

しかしながら、位置ずれ量が80nmを越えた領域では、位置ずれにより複合パターン188のピッチがpからずれるので、2次回折光が明瞭に減少する。更に、位置ずれ量の増加につれて、2次回折光の強度は暫減する。   However, in the region where the amount of misalignment exceeds 80 nm, the pitch of the composite pattern 188 deviates from p due to misalignment, so the second-order diffracted light is clearly reduced. Furthermore, the intensity of the second-order diffracted light decreases for a while as the positional deviation amount increases.

従って、2p周期が0.7μmの評価パターン182、184を用意して、評価部160において2次回折光の強度の減少を観察することにより、位置ずれ量を瞬時に把握できる。なお、評価部160に、複数の撮像部164を設けて、1次回折光強度と、2次回折光強度とを同時に観察してもよい。   Therefore, by preparing evaluation patterns 182 and 184 having a 2p period of 0.7 μm and observing a decrease in the intensity of the second-order diffracted light in the evaluation unit 160, the amount of positional deviation can be grasped instantaneously. Note that the evaluation unit 160 may be provided with a plurality of imaging units 164 to observe the first-order diffracted light intensity and the second-order diffracted light intensity simultaneously.

図14は、接合精度の具体的な評価方法を模式的に示す図である。即ち、特定の回折光に着目した場合、位置ずれ量の有無または位置ずれ量の多寡は、明暗の差となって観測される。従って、図7に示したように、評価の対象となる基板180全体に検査光を照射して、撮像部164により基板180を一括して観察することにより、基板180全体の位置ずれ量の分布を瞬時に把握できる。   FIG. 14 is a diagram schematically showing a specific method for evaluating the joining accuracy. That is, when attention is paid to specific diffracted light, the presence or absence of the positional deviation amount or the amount of the positional deviation amount is observed as a difference in brightness. Accordingly, as shown in FIG. 7, the entire substrate 180 to be evaluated is irradiated with inspection light, and the substrate 180 is collectively observed by the imaging unit 164, whereby the displacement amount distribution of the entire substrate 180 is distributed. Can be grasped instantly.

ここに示した例では、明るく見える素子領域189において位置ずれ量が大きい。これにより、位置ずれの分布に一定の傾向があることが一目瞭然となる。   In the example shown here, the amount of displacement is large in the element region 189 that appears bright. This makes it clear at a glance that the distribution of misalignment has a certain tendency.

即ち、所期の条件に対して、回折強度と位置ずれ量との関係を、理論的、実験的に予め同定しておくことにより、評価対象の位置ずれ量を定量化できる。また、生産ライン検査に用いる場合は、予め把握した関係に基づいて、合否判断基準を提供できる。   That is, the positional deviation amount to be evaluated can be quantified by previously theoretically and experimentally identifying the relationship between the diffraction intensity and the positional deviation amount with respect to the intended condition. Moreover, when using for a production line test | inspection, the acceptance criteria can be provided based on the relationship grasped | ascertained beforehand.

図15は、評価パターン182、184の他の形態を示す平面図である。図示のように、この評価ゲージ18においては、複合パターン188の繰り返し方向が互いに直交する2種類の複合パターンが、ひとつの評価ゲージに混在する。これにより、アライナ140における位置合わせ精度の分布を二次元的に把握することができる。   FIG. 15 is a plan view showing another form of the evaluation patterns 182 and 184. As shown in the figure, in this evaluation gauge 18, two types of composite patterns in which the repeated directions of the composite patterns 188 are orthogonal to each other are mixed in one evaluation gauge. Thereby, the distribution of alignment accuracy in the aligner 140 can be grasped two-dimensionally.

なお、回折光は、複合パターン188の繰り返し方向に発生する。従って、繰り返し方向の異なる複合パターン188を同時に計測する場合は、評価部160に、複数の光源162と複数の撮像部164とを設けることが望ましい。   Note that the diffracted light is generated in the repeating direction of the composite pattern 188. Therefore, when simultaneously measuring the composite pattern 188 having different repeating directions, it is desirable to provide the evaluation unit 160 with a plurality of light sources 162 and a plurality of imaging units 164.

また、複合パターン188に対して、単一の光源162から検査光を垂直に照射することにより、繰り返し方向の異なる複合パターン188において、同時に回折光を発生させることもできる。この場合は、撮像部164を複数設ければ足りる。   Further, by irradiating the composite pattern 188 with inspection light vertically from a single light source 162, diffracted light can be simultaneously generated in the composite pattern 188 having different repeating directions. In this case, it is sufficient to provide a plurality of imaging units 164.

なお、繰り返し方向の種類は、互いに直交する2種類に限られるわけではない。従って、接合装置100あるいはアライナ140において基板180に生じる蓋然性が高いストレスに対応した繰り返し方向を有する多種の評価パターン182、184を形成してもよい。   Note that the types of repetition directions are not limited to two types orthogonal to each other. Therefore, a variety of evaluation patterns 182 and 184 having a repetitive direction corresponding to a stress having a high probability of occurring on the substrate 180 in the bonding apparatus 100 or the aligner 140 may be formed.

図16は、評価パターン182、184の他の形態を示す平面図である。この形態では、素子が形成される素子領域189の間に生じるスクライブライン上に、評価パターン182、184により形成された複合パターン188が配される。   FIG. 16 is a plan view showing another form of the evaluation patterns 182 and 184. In this embodiment, the composite pattern 188 formed by the evaluation patterns 182 and 184 is arranged on the scribe line generated between the element regions 189 where the elements are formed.

このような配置により、素子領域189に素子が形成されている積層半導体装置の製造工程において、複合パターン188を用いて位置合わせ精度を評価できる。また、素子領域189がダイシングにより切り分けられた場合にはスクライブラインは消滅するので、基板180の利用効率を低下させることなく評価できる。   With such an arrangement, the alignment accuracy can be evaluated using the composite pattern 188 in the manufacturing process of the stacked semiconductor device in which elements are formed in the element region 189. Further, since the scribe line disappears when the element region 189 is cut by dicing, the evaluation can be performed without reducing the utilization efficiency of the substrate 180.

なお、複合パターン188の配置はスクライブライン上に限られない。基板180縁部近傍の素子領域189の外側はもちろん、素子領域189の内側において使用されていない領域に複合パターンを配することもできる。更に、素子領域189に形成された素子に重ねて複合パターン188を形成することもできる。   The arrangement of the composite pattern 188 is not limited to the scribe line. The composite pattern can be arranged not only on the outside of the element region 189 in the vicinity of the edge of the substrate 180 but also on an unused area inside the element region 189. Furthermore, the composite pattern 188 can be formed over the elements formed in the element region 189.

このように、繰り返しパターンを含む評価ゲージ18を用いることにより、アライナ140における位置合わせ精度の分布を包括的且つ瞬時に把握できる。従って、アライナ140の保守、点検において、アライナの状態を容易且つ迅速に把握できる。   In this way, by using the evaluation gauge 18 including a repeated pattern, the alignment accuracy distribution in the aligner 140 can be comprehensively and instantaneously grasped. Therefore, in the maintenance and inspection of the aligner 140, the state of the aligner can be grasped easily and quickly.

また、評価パターン182、184を用いた評価方法は、評価作業に要する時間が短いので、評価部160を接合装置100に実装することにより、生産工程上でアライナ140の位置合わせ精度を評価できる。従って、顕著な位置ずれが生じた基板180は、次の工程に送らずに、再びアライナ140に装填する等の対策ができる。これにより、材料の歩留りを向上させて積層型半導体装置の生産性を向上させることができる。   Moreover, since the evaluation method using the evaluation patterns 182 and 184 requires a short time for the evaluation work, the alignment accuracy of the aligner 140 can be evaluated in the production process by mounting the evaluation unit 160 on the joining device 100. Therefore, it is possible to take measures such as loading the substrate 180 having undergone a remarkable positional shift into the aligner 140 again without sending it to the next step. Thereby, the yield of the material can be improved and the productivity of the stacked semiconductor device can be improved.

更に、製品となった積層型半導体装置の検品にも評価パターン182、184を用いた評価方法を適用することができる。即ち、接合装置100において加熱加圧部240で加熱加圧されて製品となった積層型半導体装置に対して、評価パターン182、184を用いた評価をすることにより、加熱加圧部240において発生した位置ずれも評価できる。換言すれば、評価ゲージ18を用いた評価部160および評価方法により、加熱加圧部240の動作精度も評価できる。   Furthermore, the evaluation method using the evaluation patterns 182 and 184 can also be applied to inspection of a stacked semiconductor device that has become a product. That is, it is generated in the heating and pressurizing unit 240 by evaluating the stacked semiconductor device that is heated and pressed by the heating and pressurizing unit 240 in the bonding apparatus 100 and using the evaluation patterns 182 and 184. Can also be evaluated. In other words, the operation accuracy of the heating and pressing unit 240 can also be evaluated by the evaluation unit 160 and the evaluation method using the evaluation gauge 18.

図17は、評価部160の他の構造を模式的に示す図である。なお、この評価部160において、図7に示した評価部160と共通の要素には同じ参照番号を付して、重複する説明を省く。評価部160は、評価ゲージ18に対して、互いに対称に形成された光路を含む照明光学系261および撮像光学系263を備える。   FIG. 17 is a diagram schematically illustrating another structure of the evaluation unit 160. In this evaluation unit 160, the same reference numerals are assigned to the same elements as those of the evaluation unit 160 shown in FIG. The evaluation unit 160 includes an illumination optical system 261 and an imaging optical system 263 that include optical paths formed symmetrically with respect to the evaluation gauge 18.

照明光学系261は、光源162、偏光フィルタ262および曲面反射鏡169を含む。光源162から出射された照明光は、偏光フィルタ262および曲面反射鏡169を経て、評価ゲージ18に透明基板181側から照射される。   The illumination optical system 261 includes a light source 162, a polarizing filter 262, and a curved reflecting mirror 169. The illumination light emitted from the light source 162 is irradiated to the evaluation gauge 18 from the transparent substrate 181 side through the polarizing filter 262 and the curved reflecting mirror 169.

偏光フィルタ262は、光源162から入射した照明光のうち、予め設定された特定の偏光面を有する直線偏光に限って透過させる。これにより、評価ゲージ18に入射する照明光を直線偏光とすることができる。ただし、偏光フィルタ262は、照明光の光路上からはずすこともできる。   The polarizing filter 262 transmits only the linearly polarized light having a preset specific polarization plane among the illumination light incident from the light source 162. Thereby, the illumination light incident on the evaluation gauge 18 can be linearly polarized light. However, the polarizing filter 262 can be removed from the optical path of the illumination light.

また、偏光フィルタ262は、照明光学系261の光路上に挿入されている場合に、当該偏光フィルタ262の面内で回転させることもできる。これにより、評価ゲージ18に照射される直線偏光の偏光面を任意に設定できる。   Further, when the polarizing filter 262 is inserted on the optical path of the illumination optical system 261, it can be rotated in the plane of the polarizing filter 262. Thereby, the polarization plane of linearly polarized light irradiated to the evaluation gauge 18 can be arbitrarily set.

曲面反射鏡169は、光源162および評価ゲージ18に対してテレセントリックな光学系を形成する。これにより、曲面反射鏡169に反射された照明光は、評価ゲージ18の各領域に対してテレセントリックな光として入射する。   The curved reflector 169 forms a telecentric optical system for the light source 162 and the evaluation gauge 18. As a result, the illumination light reflected by the curved reflecting mirror 169 is incident on each region of the evaluation gauge 18 as telecentric light.

光源162、偏光フィルタ262および曲面反射鏡169は個別に移動させることができる。これにより、後述する測定対象に応じて、照明光の照射角度を変更することもできる。   The light source 162, the polarizing filter 262, and the curved reflecting mirror 169 can be moved individually. Thereby, the irradiation angle of illumination light can also be changed according to the measuring object mentioned later.

撮像光学系263は、曲面反射鏡169、偏光フィルタ264および撮像部164を含む。評価ゲージ18に反射された照明光は、曲面反射鏡169および偏光フィルタ264を経て撮像部164に入射する。曲面反射鏡169は、評価ゲージ18および撮像部164に対してテレセントリックな光学系を形成する。   The imaging optical system 263 includes a curved reflecting mirror 169, a polarizing filter 264, and an imaging unit 164. The illumination light reflected by the evaluation gauge 18 enters the imaging unit 164 through the curved reflecting mirror 169 and the polarization filter 264. The curved reflecting mirror 169 forms a telecentric optical system for the evaluation gauge 18 and the imaging unit 164.

偏光フィルタ264は、評価ゲージ18により反射された照明光のうち、予め設定された特定の偏光面を有する直線偏光に限って透過させ、撮像部164に入射させる。ただし、偏光フィルタ264は、撮像光学系263の光路上からはずすこともできる。   The polarizing filter 264 transmits only the linearly polarized light having a preset specific polarization plane out of the illumination light reflected by the evaluation gauge 18 and makes it incident on the imaging unit 164. However, the polarizing filter 264 can be removed from the optical path of the imaging optical system 263.

また、偏光フィルタ264は、撮像光学系263の光路上に挿入されている場合に、当該偏光フィルタ264の面内で回転させることもできる。これにより、撮像部164に撮像される直線偏光の偏光面を任意に選択できる。   Further, when the polarizing filter 264 is inserted on the optical path of the imaging optical system 263, the polarizing filter 264 can be rotated in the plane of the polarizing filter 264. Thereby, the polarization plane of linearly polarized light imaged by the imaging unit 164 can be arbitrarily selected.

評価ゲージ18は、図15に示した評価ゲージ18と同様に、複数の素子領域189を有する。素子領域189の各々は、オリエンテーションフラットに対して繰り返し方向が平行または直交する繰り返しパターンを含む複合パターン188を有する。   The evaluation gauge 18 has a plurality of element regions 189 as in the evaluation gauge 18 shown in FIG. Each of the element regions 189 has a composite pattern 188 including a repetitive pattern whose repetitive direction is parallel or orthogonal to the orientation flat.

また、複合パターン188は、図3から図6までを参照して説明したように、ピッチ2pの評価パターン182、184およびアライメントパターン186、187を各々が有する透明基板181および半導体基板183を接合して形成される。従って、透明基板181および半導体基板183を接合した場合に位置ずれが生じていなければ、複合パターン188のピッチはpとなる。   Further, as described with reference to FIGS. 3 to 6, the composite pattern 188 is formed by bonding the transparent substrate 181 and the semiconductor substrate 183 each having the evaluation patterns 182 and 184 and the alignment patterns 186 and 187 having a pitch 2p. Formed. Therefore, when the transparent substrate 181 and the semiconductor substrate 183 are joined, if the positional deviation does not occur, the pitch of the composite pattern 188 is p.

偏光フィルタ262、264を照明光の光路から外した評価部160に、上記のような評価ゲージ18を装填して、透明基板181および半導体基板183の位置ずれを評価することができる。即ち、図8から図11を参照して説明したように、光源162から出射された検査光を評価ゲージ18に入射させ、評価ゲージ18において発生した特定次数の回折光強度を撮像部164により測定することにより、評価ゲージ18を形成する透明基板181および半導体基板183の位置ずれを検出することができる。   By mounting the evaluation gauge 18 as described above on the evaluation unit 160 in which the polarizing filters 262 and 264 are removed from the optical path of the illumination light, the positional deviation between the transparent substrate 181 and the semiconductor substrate 183 can be evaluated. That is, as described with reference to FIGS. 8 to 11, the inspection light emitted from the light source 162 is incident on the evaluation gauge 18, and the diffracted light intensity of a specific order generated in the evaluation gauge 18 is measured by the imaging unit 164. By doing so, it is possible to detect a displacement between the transparent substrate 181 and the semiconductor substrate 183 forming the evaluation gauge 18.

図18は、一対の偏光フィルタ262、264をいずれも有効にした状態の評価部160の光学的構造を模式的に示す図である。なお、図17と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。   FIG. 18 is a diagram schematically illustrating an optical structure of the evaluation unit 160 in a state where both of the pair of polarizing filters 262 and 264 are enabled. Note that the same reference numerals are assigned to elements common to those in FIG. 17 and redundant description is omitted.

図示のように、照明光学系261において、評価ゲージ18に対する照明光の入射角度が複合パターン188に対して45°の角度をなすように、光源162、偏光フィルタ262および曲面反射鏡169が配される。これにより、照明光の偏光面も、複合パターン188に45°の角度をなす。   As shown in the drawing, in the illumination optical system 261, a light source 162, a polarizing filter 262, and a curved reflecting mirror 169 are arranged so that the incident angle of the illumination light with respect to the evaluation gauge 18 forms an angle of 45 ° with respect to the composite pattern 188. The As a result, the polarization plane of the illumination light also forms an angle of 45 ° with the composite pattern 188.

また、撮像光学系263においては、複合パターン188における構造性複屈折(後述)により楕円偏光となった光が、曲面反射鏡169および偏光フィルタ264を介して撮像部164に入射するように、曲面反射鏡169、偏光フィルタ264および撮像部164が配される。具体的には、照明光学系261から入射した照明光の正反射による反射光を受光する位置に配される。   In the imaging optical system 263, the curved surface is formed so that light that has become elliptically polarized light due to structural birefringence (described later) in the composite pattern 188 enters the imaging unit 164 via the curved reflector 169 and the polarization filter 264. A reflecting mirror 169, a polarizing filter 264, and an imaging unit 164 are provided. Specifically, it is arranged at a position for receiving reflected light by regular reflection of illumination light incident from the illumination optical system 261.

ここで、偏光フィルタ262、264は、透過する直線偏光の偏光面が互いに直交するように配され、クロスニコルを形成する。   Here, the polarizing filters 262 and 264 are arranged so that the polarization planes of the linearly polarized light that is transmitted are orthogonal to each other, and form crossed Nicols.

直線偏光が微細な繰り返しパターンに傾斜した入射角で入射した場合、複合パターン188の繰り返しパターンに平行な成分と直交する成分とは、振幅と位相とが個別に変化する構造性複屈折(form birefringence)を生じる。このため、複合パターン188からの出射光は、楕円偏光となる。なお、楕円偏光の、振動面が入射した直線偏光に対して垂直な成分(以下、偏光垂直成分と呼ぶ)は、複合パターン188を形成する材料の光学的特性(屈折率)、複合パターン188の形状等に依存して変化する。なお、楕円偏光の、入射した直線偏光に対して平行な成分も複合パターン188を形成する材料の光学的特性(屈折率)、複合パターン188の形状等に依存して変化するが、元の信号強度に対する変化割合は偏光垂直成分の場合に比べて小さいので、観察するには、偏光垂直成分の方が好ましい。   When linearly polarized light is incident on a fine repetitive pattern at an inclined incident angle, the component parallel to the repetitive pattern of the composite pattern 188 is orthogonal to the component perpendicular to the component birefringence (form birefringence). ) Is generated. For this reason, the emitted light from the composite pattern 188 becomes elliptically polarized light. Note that a component perpendicular to the linearly polarized light on which the vibration plane is incident (hereinafter referred to as a polarized light vertical component) of the elliptically polarized light is an optical characteristic (refractive index) of the material forming the composite pattern 188, and It varies depending on the shape. The component of elliptically polarized light that is parallel to the incident linearly polarized light also changes depending on the optical characteristics (refractive index) of the material forming the composite pattern 188, the shape of the composite pattern 188, etc., but the original signal Since the change ratio with respect to the intensity is smaller than that of the polarized light vertical component, the polarized light vertical component is preferable for observation.

一方、撮像光学系263の偏光フィルタ264は、偏光垂直成分に限って透過する。複合パターン188における偏光垂直成分は、複合パターン188を形成するレジスト材料と、複合パターン188を形成する線形パターンの間隙(例えば空気により満たされる)との割合などに応じて変化する。   On the other hand, the polarization filter 264 of the imaging optical system 263 transmits only the polarization vertical component. The polarization perpendicular component in the composite pattern 188 varies depending on the ratio between the resist material forming the composite pattern 188 and the gap (for example, filled with air) of the linear pattern forming the composite pattern 188.

図19は、評価ゲージ18におけるレジスト層185の断面形状を模式的に示す図である。図19(R)に示すように、透明基板181および半導体基板183に位置ずれがなく、複合パターン188を形成するレジスト層185の変形もない理想的な評価ゲージ18の場合、透明基板181および半導体基板183の間隙において、レジスト層185および空隙が同じ割合で交互に配される。   FIG. 19 is a diagram schematically showing a cross-sectional shape of the resist layer 185 in the evaluation gauge 18. As shown in FIG. 19R, in the case of an ideal evaluation gauge 18 in which the transparent substrate 181 and the semiconductor substrate 183 are not displaced and the resist layer 185 forming the composite pattern 188 is not deformed, the transparent substrate 181 and the semiconductor In the gap between the substrates 183, the resist layers 185 and the gaps are alternately arranged at the same ratio.

これに対して、図19(S1)に示す評価ゲージ18では、図11に示した場合と同様に、透明基板181および半導体基板183に位置ずれが生じている。以下の説明において、位置ずれ量はS1により示す。また、図19(S2)に示す評価ゲージ18では、透明基板181側に形成されていたレジスト層185において、レジスト層185を構成するパターンの一部が加圧によって潰れることにより、その潰れたパターンの線幅が大きくなる変形がレジスト層に生じている。以下の説明において、パターンの変形量は図示のS2により示す。   In contrast, in the evaluation gauge 18 shown in FIG. 19 (S1), the transparent substrate 181 and the semiconductor substrate 183 are misaligned as in the case shown in FIG. In the following description, the amount of displacement is indicated by S1. Further, in the evaluation gauge 18 shown in FIG. 19 (S2), in the resist layer 185 formed on the transparent substrate 181 side, a part of the pattern constituting the resist layer 185 is crushed by pressure, so that the crushed pattern The resist layer is deformed to increase the line width. In the following description, the amount of pattern deformation is indicated by S2 in the drawing.

更に、図19(S3)に示す評価ゲージ18では、透明基板181側に形成されていたレジスト層185の断面形状が変化する変形が生じている。また更に、図19(S4)に示す評価ゲージ18では、加圧によってレジスト層185全体が潰れることにより、レジスト層185を構成するパターンの線幅が変化する変形が生じている。また、図19(S5)に示す評価ゲージ18では、加圧によってレジスト層185全体が潰れることにより、レジスト層185を構成するパターン全体にその断面形状が変化する変形が生じている。なお、以下の説明において、それぞれの変形量をS3、S4およびS5により示す。   Further, in the evaluation gauge 18 shown in FIG. 19 (S3), a deformation occurs in which the cross-sectional shape of the resist layer 185 formed on the transparent substrate 181 side is changed. Furthermore, in the evaluation gauge 18 shown in FIG. 19 (S4), the entire resist layer 185 is crushed by the pressurization, so that the line width of the pattern constituting the resist layer 185 changes. Further, in the evaluation gauge 18 shown in FIG. 19 (S5), the entire resist layer 185 is crushed by pressurization, so that the entire pattern constituting the resist layer 185 is deformed so that its cross-sectional shape changes. In the following description, the respective deformation amounts are indicated by S3, S4, and S5.

図20は、図19(S1)に示す位置ずれを有する評価ゲージ18について撮像部164が計測した、偏光垂直成分の強度と位置ずれ量S1との関係を光学シミュレーションにより計算した結果を示すグラフである。図20に示されたグラフのx軸は・・・であり、y軸は・・・である。図示のように、位置ずれ量S1の変化に従って直線偏光強度が変化するが、その変化は小さいことが判る。   FIG. 20 is a graph showing the result of calculating the relationship between the intensity of the polarization vertical component and the positional deviation amount S1 measured by the imaging unit 164 for the evaluation gauge 18 having the positional deviation shown in FIG. 19 (S1) by optical simulation. is there. In the graph shown in FIG. 20, the x-axis is... And the y-axis is. As shown in the figure, the linearly polarized light intensity changes according to the change in the positional deviation amount S1, but it can be seen that the change is small.

図21は、レジスト層185が図19(S2)に示す変形を有する評価ゲージ18について撮像部164が計測した、偏光垂直成分の強度と変形量S2との関係を光学シミュレーションにより計算した結果を示すグラフである。図21に示されたグラフのx軸は・・・であり、y軸は・・・である。図示のように、変形量S2の変化に従って偏光垂直成分の強度が大きく変化していることがわかる。   FIG. 21 shows the result of calculating the relationship between the intensity of the polarization vertical component and the deformation amount S2 measured by the imaging unit 164 with respect to the evaluation gauge 18 having the deformation shown in FIG. 19 (S2) by the optical simulation. It is a graph. In the graph shown in FIG. 21, the x-axis is... And the y-axis is. As shown in the figure, it can be seen that the intensity of the polarization vertical component changes greatly according to the change of the deformation amount S2.

以下同様に、図22、図23および図24は、レジスト層185が図19(S3)、図19(S4)および図19(S5)に示す変形を有する評価ゲージ18について撮像部164が計測した、偏光垂直成分の強度と変形量S3、S4、S5との関係を光学シミュレーションにより計算した結果を示すグラフである。図22、図23および図24に示されたグラフのx軸はそれぞれ・・・であり、y軸はそれぞれ・・・である。図示のように、変形量S3、S4、S5の変化に従って、偏光垂直成分の強度が変化する。   Similarly, in FIG. 22, FIG. 23, and FIG. 24, the imaging unit 164 measured the evaluation gauge 18 in which the resist layer 185 has the deformation shown in FIG. 19 (S3), FIG. 19 (S4), and FIG. 5 is a graph showing the result of calculating the relationship between the intensity of the polarization vertical component and the deformation amounts S3, S4, and S5 by optical simulation. In the graphs shown in FIG. 22, FIG. 23 and FIG. 24, the x-axis is... And the y-axis is. As shown in the figure, the intensity of the polarization vertical component changes according to changes in the deformation amounts S3, S4, and S5.

透明基板181および半導体基板183に形成した評価ゲージパターンが、変形することなく正しく形成されていることを接合前に確認しておけば、図19のS2、S3,S5の変形は小さく、無視することができる。この場合は、変形は位置ずれ量S1および変形量S4となる。   If it is confirmed before bonding that the evaluation gauge patterns formed on the transparent substrate 181 and the semiconductor substrate 183 are correctly formed without deformation, the deformations of S2, S3, and S5 in FIG. 19 are small and ignored. be able to. In this case, the deformation is the displacement amount S1 and the deformation amount S4.

ピッチ2pの回折光強度は、位置ずれ量S1の変化に対して変化し、変形量S4の変化に対してはほとんど変化しない性質があるので、予め接合の合わせズレと回折光強度の関係を求めておけば、回折光強度から、合わせズレの大きさを求めることができる。   Since the diffracted light intensity at the pitch 2p changes with respect to the change in the positional deviation amount S1, and hardly changes with respect to the change in the deformation amount S4, the relationship between the joining misalignment and the diffracted light intensity is obtained in advance. In this case, the size of the misalignment can be obtained from the diffracted light intensity.

一方、偏光垂直成分の強度は、位置ずれ量S1の変化に対しては小さく変化し、変形量S4の変化に対して大きく変化する。高い精度を求めない場合は、位置ずれ量S1の変化に対する変化を無視して、あらかじめ変形量S4と偏光垂直成分の強度との関係を求めておけば、直線偏光と垂直な成分の強度から、変形量S4を求めることができる。   On the other hand, the intensity of the polarization perpendicular component changes small with respect to the change in the positional deviation amount S1, and changes greatly with respect to the change in the deformation amount S4. In the case where high accuracy is not required, ignoring the change with respect to the change in the positional deviation amount S1, and obtaining the relationship between the deformation amount S4 and the intensity of the polarization vertical component in advance, from the intensity of the component perpendicular to the linear polarization, The deformation amount S4 can be obtained.

高い精度が必要な場合は、位置ずれ量S1の変化に対する偏光垂直成分強度の変化と、変形量S4の変化に対する偏光垂直成分強度の変化を予め求めておき、まず回折光強度から位置ずれ量S1を求め、次にその位置ずれ量S1の変化に対する偏光垂直成分強度の変化量を求め、偏光垂直成分強度の変化量全体からその位置ずれ量S1の変化に対する偏光垂直成分の変化量を引くと変形量S4に対する偏光垂直成分の変化量が得られるので、それから変形量S4を高い精度で求めることができる。   When high accuracy is required, a change in the polarization vertical component intensity with respect to the change in the positional deviation amount S1 and a change in the polarization vertical component intensity with respect to the change in the deformation amount S4 are obtained in advance, and the positional deviation amount S1 is first determined from the diffracted light intensity. Next, the amount of change in the polarization vertical component intensity with respect to the change in the positional deviation amount S1 is obtained, and the deformation is obtained by subtracting the amount of change in the polarization vertical component with respect to the change in the positional deviation amount S1 from the entire amount of change in the polarization vertical component intensity. Since the change amount of the polarization vertical component with respect to the amount S4 is obtained, the deformation amount S4 can be obtained with high accuracy therefrom.

位置ずれ量S1および変形量S4と回折光強度および偏光垂直成分強度の関係は、予め実験的に求めてもよいし、光学シミュレーションで求めておいても良い。また、評価ゲージ18と同じ構造を有して、レジスト層185の位置ずれまた変形が既知である参照ゲージを用意することにより求めてもよい。   The relationship between the positional deviation amount S1 and the deformation amount S4, the diffracted light intensity, and the polarization perpendicular component intensity may be obtained experimentally in advance or may be obtained by optical simulation. Alternatively, it may be obtained by preparing a reference gauge having the same structure as the evaluation gauge 18 and having a known positional shift or deformation of the resist layer 185.

一方、S2、S3、S5が無視できない場合については、S2とS3は分離するのが難しく、同様にS4とS5も分離するのが難しいので、S1、S2/S3、S4/S5の3種類に分類して、これらの量を求めるのが現実的である。この場合、パラメータが3つなので、3種類の光学条件で測定を行えば、これらの量を求めることができる。例えば、ピッチ2pの1次回折光、3次回折光、偏光変化、の3種類の測定を行えばよい。   On the other hand, when S2, S3, and S5 cannot be ignored, it is difficult to separate S2 and S3. Similarly, it is difficult to separate S4 and S5, so there are three types of S1, S2 / S3, and S4 / S5. It is realistic to classify and find these quantities. In this case, since there are three parameters, these quantities can be obtained by performing measurement under three types of optical conditions. For example, three types of measurements may be performed: first-order diffracted light with a pitch of 2p, third-order diffracted light, and polarization change.

なお、上記の例では、透明基板181および半導体基板183の位置ずれを併せて評価する目的で、ピッチ2pの評価パターン182、184を形成した透明基板181および半導体基板183を接合する構造とした。しかしながら、評価の対象を、レジスト層185の線幅および断面形状の変形に限る場合は、他の構造としてもよい。   In the above example, the transparent substrate 181 and the semiconductor substrate 183 on which the evaluation patterns 182 and 184 having the pitch 2p are formed are bonded for the purpose of evaluating the positional deviation between the transparent substrate 181 and the semiconductor substrate 183 together. However, when the object of evaluation is limited to the deformation of the line width and cross-sectional shape of the resist layer 185, other structures may be used.

図25は、評価部160の別の構造を模式的に表す図である。なお、図7および図17と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。   FIG. 25 is a diagram schematically illustrating another structure of the evaluation unit 160. Note that the same reference numerals are assigned to the same elements as those in FIGS. 7 and 17, and redundant description is omitted.

図25に示す評価部160は、図7に示した評価部160に対して、回折光観察の光学系に抜き差し可能な変更フィルタ262および264を加え、θ駆動部167を動かして照明光の正反射光が撮像部164に入射するように構成したものである。このような構造により、変更フィルタ262、264の抜き差し、およびθ駆動部167の制御だけで、共通の光学系により回折光と偏光垂直成分とを観察することができ、評価部160を小型かつ安価に構成することができる。   The evaluation unit 160 shown in FIG. 25 adds changeable filters 262 and 264 to the optical system for diffracted light observation to the evaluation unit 160 shown in FIG. 7 and moves the θ driving unit 167 to correct the illumination light. The reflected light is configured to enter the imaging unit 164. With such a structure, it is possible to observe the diffracted light and the vertical polarization component with a common optical system only by inserting / removing the changing filters 262 and 264 and controlling the θ driving unit 167, and the evaluation unit 160 is small and inexpensive. Can be configured.

図26は、評価ゲージ18の他の構造を示す断面図である。同図に示すように、この評価ゲージ18は、ピッチpの評価パターン182およびアライメントパターン186を有する透明基板181と、アライメントパターン187を有する半導体基板183とを貼り合わせて形成される。このような構造の評価ゲージ18を用いることにより、偏光垂直成分の測定結果において、透明基板181および半導体基板183の位置ずれに関係なく、レジスト層185の線幅および断面形状の変形を精度よく検知できる。   FIG. 26 is a cross-sectional view showing another structure of the evaluation gauge 18. As shown in the figure, the evaluation gauge 18 is formed by bonding a transparent substrate 181 having an evaluation pattern 182 and an alignment pattern 186 having a pitch p, and a semiconductor substrate 183 having an alignment pattern 187. By using the evaluation gauge 18 having such a structure, in the measurement result of the polarization perpendicular component, the line width and the cross-sectional shape deformation of the resist layer 185 are accurately detected regardless of the positional deviation of the transparent substrate 181 and the semiconductor substrate 183. it can.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加え得ることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。   As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示していない限り、また、前の処理の出力を後の処理で用いない限り、任意の順序で実現し得ることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。   The order of execution of each process such as operations, procedures, steps, and stages in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, the description, and the drawings is particularly “before” or “prior to”. It should be noted that it can be realized in any order unless it is explicitly indicated as “,” etc., and the output of the previous process is not used in the subsequent process. Regarding the operational flow of the claims, the description, and the drawings, even if it is described using “first”, “next”, etc. for the sake of convenience, it means that it is essential to carry out in this order. is not.

接合装置100全体の構造を模式的に示す平面図である。1 is a plan view schematically showing the entire structure of a bonding apparatus 100. FIG. 基板180の状態の変遷を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the transition of the state of the board | substrate 180. FIG. 基板180の状態の変遷を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the transition of the state of the board | substrate 180. FIG. 基板180の状態の変遷を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the transition of the state of the board | substrate 180. FIG. 基板180の状態の変遷を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the transition of the state of the board | substrate 180. FIG. 基板180の状態の変遷を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the transition of the state of the board | substrate 180. FIG. 評価パターン182、184の断面図である。It is sectional drawing of the evaluation patterns 182 and 184. 評価パターン182、184の平面図である。It is a top view of evaluation patterns 182 and 184. 合成された評価パターン182、184の断面図である。It is sectional drawing of the synthesis | combination evaluation patterns 182 and 184. FIG. 合成された評価パターン182、184の平面図である。It is a top view of synthesized evaluation patterns 182 and 184. 評価部160の構造を模式的に示す図である。It is a figure which shows the structure of the evaluation part 160 typically. 評価パターン182、184における現象を示す部分拡大断面図である。It is a partial expanded sectional view which shows the phenomenon in the evaluation patterns 182 and 184. 評価パターン182、184により生じる回折光強度を示す図である。It is a figure which shows the diffracted light intensity produced by the evaluation patterns 182 and 184. 評価パターン182、184の変形を示す部分拡大断面図である。It is a partial expanded sectional view showing modification of evaluation patterns 182 and 184. 評価パターン182、184により生じる回折光強度を示す図である。It is a figure which shows the diffracted light intensity produced by the evaluation patterns 182 and 184. 基板180のずれ量と1次回折光強度の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the deviation | shift amount of the board | substrate 180, and 1st-order diffracted light intensity. 基板180のずれ量と2次回折光強度の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the deviation | shift amount of the board | substrate 180, and a 2nd-order diffracted light intensity. 接合精度の評価方法を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the evaluation method of joining precision. 評価パターン182、184の他の形態を示す平面図である。It is a top view which shows the other form of the evaluation patterns 182 and 184. 評価パターン182、184の他の形態を示す平面図である。It is a top view which shows the other form of the evaluation patterns 182 and 184. 評価部160の他の構造を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the other structure of the evaluation part 160. FIG. 評価部160の光学的構造を模式的に示す図である。It is a figure which shows the optical structure of the evaluation part 160 typically. 評価用レジスト層185のモデルを模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the model of the resist layer 185 for evaluation typically. 撮像部164が検出する偏光強度の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the polarization intensity which the imaging part 164 detects. 撮像部164が検出する偏光強度の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the polarization intensity which the imaging part 164 detects. 撮像部164が検出する偏光強度の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the polarization intensity which the imaging part 164 detects. 撮像部164が検出する偏光強度の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the polarization intensity which the imaging part 164 detects. 撮像部164が検出する偏光強度の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the polarization intensity which the imaging part 164 detects. 評価部160の他の構造を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the other structure of the evaluation part 160. FIG. 評価ゲージ18の他の構造を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing another structure of the evaluation gauge 18. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

18 評価ゲージ、100 接合装置、101 筐体、102 常温部、111、112、113 基板カセット、120 制御盤、130 プリアライナ、140 アライナ、141 上ステージ、142 下ステージ、144 干渉計、145、210 断熱壁、146、222、224 シャッタ、150 ホルダストッカ、160 評価部、161 案内部、162 光源、163 X駆動部、164 撮像部、165 Y駆動部、167 θ駆動部、168 評価ステージ、169 曲面反射鏡、171、172、230 ロボットアーム、180 基板、181 透明基板、182、184 評価パターン、183 半導体基板、185 レジスト層、186、187 アライメントパターン、188 複合パターン、189 素子領域、190 基板ホルダ、191 溝、192 止め具、202 高温部、220 エアロック、240 加熱加圧部、261 照明光学系、262、264 偏光フィルタ、263 撮像光学系 18 Evaluation gauge, 100 Bonding device, 101 Case, 102 Room temperature part, 111, 112, 113 Substrate cassette, 120 Control panel, 130 Pre-aligner, 140 Aligner, 141 Upper stage, 142 Lower stage, 144 Interferometer, 145, 210 Thermal insulation Wall, 146, 222, 224 Shutter, 150 Holder Stocker, 160 Evaluation Unit, 161 Guide Unit, 162 Light Source, 163 X Drive Unit, 164 Imaging Unit, 165 Y Drive Unit, 167 θ Drive Unit, 168 Evaluation Stage, 169 Curved Reflection Mirror, 171, 172, 230 Robot arm, 180 substrate, 181 Transparent substrate, 182, 184 Evaluation pattern, 183 Semiconductor substrate, 185 Resist layer, 186, 187 Alignment pattern, 188 Composite pattern, 189 Device area, 190 substrate Folder, 191 groove, 192 stop, 202 high temperature section, 220 airlock 240 pressurizing and heating unit, 261 an illumination optical system, 262, 264 polarizing filter, 263 an imaging optical system

Claims (35)

一対の基板を接合する場合の接合精度を評価する接合評価方法であって、
一定の周期で繰り返す繰り返しパターンを有する評価パターン層を挟んで一対の基板を接合する接合段階と、
前記一対の基板の一方を透過する偏光を前記評価パターン層に照射して、前記評価パターン層から出射した光の偏光状態の変化を測定する偏光測定段階と
を含む接合評価方法。
A bonding evaluation method for evaluating bonding accuracy when bonding a pair of substrates,
A bonding step of bonding a pair of substrates with an evaluation pattern layer having a repeated pattern repeated at a constant period;
A polarization measuring step comprising: irradiating the evaluation pattern layer with polarized light that passes through one of the pair of substrates, and measuring a change in a polarization state of light emitted from the evaluation pattern layer.
前記測定段階において、前記偏光は直線偏光であり、
前記偏光状態は、前記評価パターン層から出射した光における、前記直線偏光に垂直な偏光成分である偏光垂直成分の強度により測定する
請求項1または請求項2に記載の接合評価方法。
In the measuring step, the polarized light is linearly polarized light,
The bonding evaluation method according to claim 1, wherein the polarization state is measured by an intensity of a polarization vertical component that is a polarization component perpendicular to the linearly polarized light in light emitted from the evaluation pattern layer.
前記偏光測定段階において測定した前記偏光垂直成分の強度が、予め定めた基準強度との差が大きい場合に、前記評価パターンの変形が大きいと評価する評価段階を更に含む請求項2に記載の接合評価方法。   The bonding according to claim 2, further comprising an evaluation step of evaluating that the deformation of the evaluation pattern is large when the intensity of the polarization perpendicular component measured in the polarization measurement step is largely different from a predetermined reference intensity. Evaluation methods. 前記接合段階は、
前記繰り返しパターンの一部のパターンを含み、前記一対の基板の一方に形成された第1部分パターン層を形成する段階と、
前記繰り返しパターンから前記第1部分パターン層に含まれる前記一部のパターンを除いたパターンを含み、前記一対の基板の他方に形成された第2部分パターン層を形成する段階と
を更に含み、前記第1部分パターン層および前記第2部分パターン層を対向させて前記一対の基板を接合する請求項1から請求項3までのいずれかに記載の接合評価方法。
The joining step includes
Including a part of the repetitive pattern, and forming a first partial pattern layer formed on one of the pair of substrates;
Including a pattern obtained by removing the partial pattern included in the first partial pattern layer from the repetitive pattern, and further comprising forming a second partial pattern layer formed on the other of the pair of substrates, The joining evaluation method according to any one of claims 1 to 3, wherein the pair of substrates are joined with the first partial pattern layer and the second partial pattern layer facing each other.
前記偏光測定段階は、予め求めた接合精度および偏光状態の変化の関係を参照して、計測した偏光状態の変化に応じて接合精度を決定する決定段階を更に含む請求項1から請求項4までのいずれかに記載の接合評価方法。   The polarization measurement step further includes a determination step of determining the bonding accuracy according to the measured change in the polarization state with reference to the relationship between the previously obtained bonding accuracy and the change in the polarization state. The joint evaluation method according to any one of the above. 前記一対の基板の一方を透過する検査光を前記評価パターン層に照射して、前記評価パターン層において生じた回折光の強度を測定する回折光測定段階を更に含む請求項1から請求項5までのいずれかに記載の接合評価方法。   The diffracted light measurement step of irradiating the evaluation pattern layer with inspection light that passes through one of the pair of substrates and measuring the intensity of the diffracted light generated in the evaluation pattern layer. The joint evaluation method according to any one of the above. 偏光垂直成分の強度および回折光強度と接合精度との予め求めた関係と、
測定した偏光状態の変化および回折光の強度に応じて接合精度を決定する決定段階と
を更に含む請求項6に記載の接合評価方法。
The previously determined relationship between the intensity of the polarization perpendicular component and the intensity of the diffracted light and the bonding accuracy
The bonding evaluation method according to claim 6, further comprising: a determination step of determining bonding accuracy in accordance with the measured change in polarization state and intensity of diffracted light.
前記決定段階は、前記一対の基板相互の位置ずれと前記パターン層の変形とに分離して接合精度を決定する請求項7に記載の接合評価方法。   The bonding evaluation method according to claim 7, wherein in the determining step, bonding accuracy is determined by separating the positional deviation between the pair of substrates and the deformation of the pattern layer. 接合された一対の基板の位置ずれ量を前記回折光強度から求め、当該位置ずれ量に対応した偏光状態の変化量を、測定した偏光状態の変化量から減じることにより、評価パターンの変形に起因する偏光状態の変化量を抽出する段階を更に含む請求項7に記載の接合評価方法。   Due to the deformation of the evaluation pattern, the positional deviation amount of the pair of bonded substrates is obtained from the diffracted light intensity, and the change amount of the polarization state corresponding to the positional deviation amount is subtracted from the measured polarization state change amount. The bonding evaluation method according to claim 7, further comprising a step of extracting the amount of change in polarization state. 前記偏光測定段階は、前記接合段階の後に加熱加圧された前記一対の基板に対して実行される請求項1から請求項9までのいずれかに記載の接合評価方法。   The bonding evaluation method according to claim 1, wherein the polarization measurement step is performed on the pair of substrates heated and pressurized after the bonding step. 一定の周期で繰り返す繰り返しパターンを有する評価パターン層と、前記評価パターン層を挟んで接合された一対の基板とを含む接合基板を保持する基板保持部と、
前記保持部に保持された接合基板の前記評価パターン層に、前記一対の基板の一方を透過する偏光を照射する偏光照明部と、
前記評価パターン層からの出射光における偏光状態の変化を測定する偏光測定部と
を備える接合評価装置。
A substrate holding unit for holding a bonded substrate including an evaluation pattern layer having a repeated pattern repeated at a constant period, and a pair of substrates bonded with the evaluation pattern layer interposed therebetween;
A polarization illumination unit that irradiates the evaluation pattern layer of the bonded substrate held by the holding unit with polarized light that passes through one of the pair of substrates;
A bonding evaluation apparatus comprising: a polarization measuring unit that measures a change in a polarization state of light emitted from the evaluation pattern layer.
前記偏光照明部は、直線偏光を照射し、
前記偏光測定部は、前記評価パターン層から出射した光における、前記直線偏光に垂直な偏光成分である偏光垂直成分の強度を測定する
請求項11に記載の接合評価装置。
The polarized illumination unit irradiates linearly polarized light,
The bonding evaluation apparatus according to claim 11, wherein the polarization measuring unit measures the intensity of a polarization vertical component that is a polarization component perpendicular to the linearly polarized light in the light emitted from the evaluation pattern layer.
前記直線偏光照明部はテレセントリック光学系を含み、前記評価パターン層に対してテレセントリックな前記直線偏光を照射する請求項11または請求項12に記載の接合評価装置。   The bonding evaluation apparatus according to claim 11, wherein the linearly polarized illumination unit includes a telecentric optical system and irradiates the linearly polarized light that is telecentric to the evaluation pattern layer. 前記評価パターン層から出射された光を前記偏光測定部に入射させるテレセントリック光学系を更に備える請求項11から請求項13までのいずれかに記載の接合評価装置。   The bonding evaluation apparatus according to claim 11, further comprising a telecentric optical system that causes light emitted from the evaluation pattern layer to enter the polarization measuring unit. 前記偏光測定部は、予め求めた接合精度および偏光状態の変化の関係を格納した参照部と、前記参照部を参照して計測した偏光状態の変化に応じて接合精度を決定する決定部とを含む請求項11から請求項14までのいずれかに記載の接合評価装置。   The polarization measuring unit includes a reference unit that stores a relationship between a joining accuracy and a polarization state change obtained in advance, and a determination unit that determines the joining accuracy according to a change in polarization state measured with reference to the reference unit. The joint evaluation apparatus according to any one of claims 11 to 14, further comprising: 前記保持部に保持された接合基板の前記評価パターン層に、前記一対の基板の一方を透過する検査光を照射する検査光照明部と、
前記評価パターン層において生じた回折光の強度を測定する回折光測定部と
を更に備える請求項11から請求項15までのいずれかに記載の接合評価装置。
An inspection light illumination unit that irradiates the evaluation pattern layer of the bonded substrate held by the holding unit with inspection light that passes through one of the pair of substrates;
The bonding evaluation apparatus according to claim 11, further comprising: a diffracted light measuring unit that measures the intensity of diffracted light generated in the evaluation pattern layer.
前記決定部は、接合精度と偏光状態の変化および回折光強度との予め求めた関係と、測定した偏光状態の変化および回折光の強度と、に応じて接合精度を評価する評価部を更に含む請求項16に記載の接合評価装置。   The determination unit further includes an evaluation unit that evaluates the bonding accuracy in accordance with the relationship obtained in advance between the bonding accuracy, the change in polarization state and the intensity of diffracted light, and the measured change in polarization state and intensity of diffracted light. The joint evaluation apparatus according to claim 16. 前記決定部は、接合された前記一対の基板の位置ずれとパターン変形とに分離して接合精度を決定する請求項17に記載の接合評価装置。   The bonding evaluation apparatus according to claim 17, wherein the determination unit determines the bonding accuracy by separating the positional deviation and the pattern deformation of the pair of bonded substrates. 前記決定部は、接合された一対の基板の位置ずれ量を前記回折光強度から求め、当該位置ずれ量に対応した偏光状態の変化量を、測定した偏光状態の変化量から減じることにより、評価パターンの変形に起因する偏光状態の変化量を抽出する変形抽出部を更に含む請求項17に記載の接合評価装置。   The determining unit obtains the positional deviation amount of the pair of bonded substrates from the diffracted light intensity, and evaluates by subtracting the change amount of the polarization state corresponding to the positional deviation amount from the measured polarization state change amount. The bonding evaluation apparatus according to claim 17, further comprising a deformation extraction unit that extracts a change amount of a polarization state caused by deformation of the pattern. 請求項11から請求項19までのいずれかに記載の接合評価装置と、
前記一対の基板の一方を他方に対して位置合わせして接合する接合装置と、
前記接合装置により接合された前記一対の基板を加熱および加圧して貼り合わせる加熱加圧装置と、
を備える基板貼り合わせ装置。
A bonding evaluation apparatus according to any one of claims 11 to 19,
A bonding apparatus for aligning and bonding one of the pair of substrates to the other;
A heating and pressurizing apparatus that heats and pressurizes and bonds the pair of substrates bonded by the bonding apparatus;
A substrate bonding apparatus comprising:
前記接合装置は、当該接合装置により接合された前記一対の基板を前記接合評価装置により評価した場合に、前記一対の基板の接合精度が所与の評価基準を満たすように調整される請求項20に記載の基板貼り合わせ装置。   21. The bonding device is adjusted such that when the pair of substrates bonded by the bonding device is evaluated by the bonding evaluation device, the bonding accuracy of the pair of substrates satisfies a given evaluation standard. The board | substrate bonding apparatus of description. 前記加圧装置は、前記接合装置により接合された前記一対の基板を前記接合評価装置により評価した場合に、前記一対の基板の接合精度が所与の評価基準を満たした場合に当該一対の基板を貼り合わせる請求項20または請求項21に記載の基板貼り合わせ装置。   When the pair of substrates bonded by the bonding apparatus is evaluated by the bonding evaluation apparatus, the pressure device is a pair of the substrates when the bonding accuracy of the pair of substrates satisfies a given evaluation criterion. The board | substrate bonding apparatus of Claim 20 or Claim 21 which bonds together. 前記評価装置は、前記加圧装置が貼り合わせた前記一対の基板の接合精度を評価する請求項20から請求項22までのいずれかに記載の基板貼り合わせ装置。   23. The substrate bonding apparatus according to claim 20, wherein the evaluation device evaluates a bonding accuracy of the pair of substrates bonded by the pressure device. 一対の基板の接合精度を評価する接合評価ゲージであって、
一定の周期で繰り返す繰り返しパターンを有する評価パターン層と
前記評価パターン層を挟んで接合された一対の基板と、
を有して、前記一対の基板の一方を透過する偏光を前記評価パターン層に照射した場合に、前記評価パターン層から出射された出射光の偏光状態が変化する接合評価ゲージ。
A bonding evaluation gauge for evaluating the bonding accuracy of a pair of substrates,
An evaluation pattern layer having a repeated pattern repeated at a constant period, and a pair of substrates bonded with the evaluation pattern layer interposed therebetween,
A bonding evaluation gauge that changes the polarization state of the outgoing light emitted from the evaluation pattern layer when the evaluation pattern layer is irradiated with polarized light that passes through one of the pair of substrates.
前記評価パターン層は、
前記繰り返しパターンの一部のパターンを含み、前記一対の基板の一方に形成された第1部分パターン層と、
前記繰り返しパターンから前記第1部分パターン層に含まれる前記一部のパターンを除いたパターンを含み、前記一対の基板の他方に形成された第2部分パターン層と
を含む請求項24に記載の接合評価ゲージ。
The evaluation pattern layer is
A first partial pattern layer including a partial pattern of the repetitive pattern and formed on one of the pair of substrates;
The bonding according to claim 24, comprising: a pattern obtained by removing the partial pattern included in the first partial pattern layer from the repeated pattern; and a second partial pattern layer formed on the other of the pair of substrates. Evaluation gauge.
前記繰り返しパターンは、一定の間隔で配された複数の平行な線形パターンを含み、
前記第1部分パターン層および前記第2部分パターン層の各々は、前記繰り返しパターンから1本おきに抽出された前記線形パターンを含む請求項25に記載の接合評価ゲージ。
The repeating pattern includes a plurality of parallel linear patterns arranged at regular intervals,
26. The joint evaluation gauge according to claim 25, wherein each of the first partial pattern layer and the second partial pattern layer includes the linear pattern extracted every other line from the repetitive pattern.
前記一対の基板の各々は、前記第1部分パターン層または前記第2部分パターン層に対して既知の相対位置で配された位置合わせ指標をそれぞれ更に有し、
前記位置合わせ指標を参照しつつ前記一対の基板を接合した場合に、前記第1部分パターンおよび前記第2部分パターンにより前記繰り返しパターンが形成される請求項25または請求項26に記載の接合評価ゲージ。
Each of the pair of substrates further includes an alignment index arranged at a known relative position with respect to the first partial pattern layer or the second partial pattern layer,
27. The joint evaluation gauge according to claim 25 or claim 26, wherein the repetitive pattern is formed by the first partial pattern and the second partial pattern when the pair of substrates are joined with reference to the alignment index. .
前記評価パターン層は、前記一対の基板の一方に形成された前記繰り返しパターンを含む請求項24に記載の接合評価ゲージ。   The bonding evaluation gauge according to claim 24, wherein the evaluation pattern layer includes the repetitive pattern formed on one of the pair of substrates. 前記評価パターン層は、少なくとも一部がレジスト材料により形成されている請求項24から請求項28までのいずれかに記載の接合評価ゲージ。   The bonding evaluation gauge according to any one of claims 24 to 28, wherein at least a part of the evaluation pattern layer is formed of a resist material. 前記評価パターン層は、前記一対の基板の少なくとも一方に対して透過性を有する検査光を照射された場合に回折光を生じる請求項24から請求項29までのいずれかに記載の接合評価ゲージ。   30. The bonding evaluation gauge according to claim 24, wherein the evaluation pattern layer generates diffracted light when irradiated with inspection light having transparency to at least one of the pair of substrates. 前記一対の基板の一方は、ガラス基板を含む請求項24から請求項30までのいずれかに記載の接合評価ゲージ。   The joining evaluation gauge according to any one of claims 24 to 30, wherein one of the pair of substrates includes a glass substrate. 前記評価パターン層は、繰り返し方向が互いに交差する複数の繰り返しパターンを含む請求項24から請求項31までのいずれかに記載の接合評価ゲージ。   32. The joint evaluation gauge according to claim 24, wherein the evaluation pattern layer includes a plurality of repeating patterns whose repeating directions intersect with each other. 前記評価パターン層は、繰り返し周期が互いに異なる複数の繰り返しパターンを含む請求項24から請求項32までのいずれかに記載の接合評価ゲージ。   The joint evaluation gauge according to any one of claims 24 to 32, wherein the evaluation pattern layer includes a plurality of repeating patterns having different repeating periods. 一定の周期で繰り返す繰り返しパターンを有する評価パターン層と
少なくとも一方が半導体基板であって、前記評価パターン層を挟んで接合された一対の基板と、
を有して、前記一対の基板の一方を透過した偏光を前記評価パターン層に照射した場合に、前記評価パターンから出射される前記偏光の偏光状態が変化する積層型半導体装置。
An evaluation pattern layer having a repeated pattern repeated at a constant period and at least one is a semiconductor substrate, and a pair of substrates bonded with the evaluation pattern layer interposed therebetween;
And the polarization pattern of the polarized light emitted from the evaluation pattern changes when the evaluation pattern layer is irradiated with polarized light transmitted through one of the pair of substrates.
前記評価パターンは、前記一対の基板の一方を透過する検査光を照射した場合に、当該検査光に回折を生じさせる請求項34に記載の積層型半導体装置。   35. The stacked semiconductor device according to claim 34, wherein the evaluation pattern causes the inspection light to diffract when irradiated with inspection light that passes through one of the pair of substrates.
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