JP2011021916A - Position detector, method of detecting position, and substrate overlapping apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、位置検出装置、位置検出方法および基板重ね合わせ装置に関する。 The present invention relates to a position detection device, a position detection method, and a substrate overlaying device.
半導体装置の実効的な実装密度を向上させる技術のひとつとして、複数の半導体チップを積層させた立体構造がある。特に、半導体基板であるウェハの状態で複数枚を積層して、接合した後に個片化する手順により製造される半導体チップが、その生産性の高さから近年注目を集めている。2枚のウェハを重ね合わせる場合、互いのアライメントマークを顕微鏡で測定しながら位置合わせをする(例えば、特許文献1を参照)。 One technique for improving the effective mounting density of semiconductor devices is a three-dimensional structure in which a plurality of semiconductor chips are stacked. In particular, a semiconductor chip manufactured by a procedure of laminating a plurality of wafers in the state of a wafer as a semiconductor substrate and joining them into individual pieces has recently attracted attention because of its high productivity. When two wafers are overlapped, alignment is performed while measuring the alignment marks of each other with a microscope (see, for example, Patent Document 1).
互いのアライメントマークを位置合わせするには、それぞれのウェハを保持するステージの少なくとも一方を移動させる。このとき互いの位置合わせに求められる精度は、ウェハ表面に形成された回路の線幅に依存するが、この要求精度は実装密度の向上に伴い年々高くなる傾向にある。したがって、ステージの移動を検出するセンサの検出精度も高いものが要求されるが、この要求を満たすセンサの一つとしてレーザー光波干渉式の測長器である干渉計が挙げられる。しかしながら、例えばステージに対して固定位置に設置された干渉計から、ステージに固定された反射ミラーにレーザを投射し、その反射光を利用して距離を計測する構成である場合、ステージの回転に対する敏感度が非常に高くなる。すなわち、ステージが僅かに回転しただけでも、レーザの反射光を干渉計が捕捉できなくなり、距離の計測が不可能となる。したがって、互いのウェハを位置合わせして重ね合わせるときに、ステージの回転量が所定量を超えてしまうと、ステージの正確な位置を把握することが困難となる。ステージの回転量が所定量を超えないように制御するには、そもそも最初にステージに置かれるウェハの位置を厳密に管理する必要がある。 In order to align the alignment marks with each other, at least one of the stages holding the respective wafers is moved. The accuracy required for mutual alignment at this time depends on the line width of the circuit formed on the wafer surface, but this required accuracy tends to increase year by year as the mounting density increases. Therefore, a sensor that detects the movement of the stage is required to have high detection accuracy. One of the sensors that satisfy this requirement is an interferometer that is a laser light wave interference type length measuring device. However, for example, when the laser is projected from the interferometer installed at a fixed position with respect to the stage to the reflecting mirror fixed to the stage and the distance is measured using the reflected light, Sensitivity is very high. That is, even if the stage is slightly rotated, the interferometer cannot capture the reflected light of the laser, and the distance cannot be measured. Therefore, when the wafers are aligned and overlapped with each other, if the rotation amount of the stage exceeds a predetermined amount, it is difficult to grasp the exact position of the stage. In order to control the rotation amount of the stage so as not to exceed a predetermined amount, it is necessary to strictly manage the position of the wafer first placed on the stage.
上記課題を解決するために、本発明の第1の態様における位置検出装置は、第1基板に設けられた少なくとも2個の第1基板指標を一度の撮像動作により撮像する第1撮像ユニットと、第1撮像ユニットにより撮像された画像に基づいて第1基板指標の位置を計測することにより、第1基板の姿勢を測定する測定部とを備える。 In order to solve the above problem, a position detection device according to a first aspect of the present invention includes a first imaging unit that images at least two first substrate indices provided on a first substrate by a single imaging operation; And a measurement unit that measures the position of the first substrate by measuring the position of the first substrate index based on the image captured by the first imaging unit.
上記課題を解決するために、本発明の第2の態様における位置検出方法は、第1撮像ユニットにより第1の基板に設けられた少なくとも2個の第1基板指標を一度の撮像動作により撮像する第1撮像ステップと、第1撮像ステップにより撮像された画像に基づいて、測定部が第1基板指標の位置を計測することにより、第1基板の姿勢を測定する第1測定ステップとを有する。 In order to solve the above-described problem, the position detection method according to the second aspect of the present invention images at least two first substrate indices provided on the first substrate by the first imaging unit by one imaging operation. The first imaging step includes a first measurement step in which the measurement unit measures the position of the first substrate index based on the image captured in the first imaging step, thereby measuring the posture of the first substrate.
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 The above summary of the invention does not enumerate all necessary features of the present invention. In addition, a sub-combination of these feature groups can also 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が、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solving means of the invention.
図1は、基板である第1ウェハ10を保持した第1ウェハホルダ101を上方から見下ろした斜視図である。第1ウェハホルダ101は、ホルダ本体110および吸着子111を有して、全体としては第1ウェハ10よりも径がひとまわり大きな円板状をなす。ホルダ本体110は、セラミックス、金属等の高剛性材料により一体成形される。
FIG. 1 is a perspective view of a
ホルダ本体110は、第1ウェハ10を保持する領域をその表面に備える。この保持領域は研磨されて高い平坦性を有する。第1ウェハ10の保持は、静電力を利用した吸着により行われる。具体的には、ホルダ本体110に埋め込まれた電極に、ホルダ本体110の裏面に設けられた電圧印加端子を介して電圧を加えることにより、第1ウェハホルダ101と第1ウェハ10との間に電位差を生じさせて、第1ウェハ10を第1ウェハホルダ101に吸着させる。
The holder
吸着子111は、鉄のような磁性体により形成され、第1ウェハ10を保持する表面において、保持した第1ウェハ10よりも外側である外周領域に複数配される。また、吸着子111は、第1ウェハ10を保持する平面と略同じ平面内にその上面が位置するように、ホルダ本体110に形成された陥没領域に配される。図の場合、2個を一組として120度毎に合計6個の吸着子111が配されている。
The
第1ウェハ10には、複数の第1回路領域11が造り込まれている。図示するように、矩形で囲まれる複数の第1回路領域11は、第1ウェハ10の上面に二次元的に広く配列されている。また、それぞれの第1回路領域11の内部には、第1アライメントマーク12が設けられている。第1アライメントマーク12は、第1ウェハ10の位置制御に用いられる指標である。それぞれの第1アライメントマーク12は、例えば第1ウェハ10の中心を原点とする座標値として、その設計座標値が個別に管理されている。
A plurality of
ただし、第1アライメントマーク12は第1ウェハ10の位置制御に用いられる指標であるので、全ての第1回路領域11に設けられなくても良い。少なくとも第1ウェハ10の位置制御が行える個数があれば良い。また、第1アライメントマーク12は、第1回路領域11の内部に設けられているが、回路と無関係に別途設けられている必要はなく、回路の構成要素であって、指標として利用できるものを第1アライメントマーク12としても良い。例えば、積層型半導体素子においては、層間の接続にTSV(Through Si Via)がよく利用されるが、TSVの先端を第1アライメントマーク12として用いることができる。さらには、第1回路領域11の外部に、第1アライメントマーク12を設けるようにしても良い。
However, since the
第1ノッチ13は、第1ウェハ10に設けられた切欠きであり、第1ウェハ10の姿勢を外形基準で判断するときに用いられる指標である。第1ノッチ13は、例えば第1ウェハ10の中心を原点とする座標値として、その設計座標値が個別に管理されている。
The
図2は、基板である第2ウェハ20を保持した第2ウェハホルダ201を上方から見下ろした斜視図である。第2ウェハホルダ201は、ホルダ本体210およびマグネット211を有して、全体としては第2ウェハ20よりも径がひとまわり大きな円板状をなす。ホルダ本体210は、セラミックス、金属等の高剛性材料により一体成形される。
FIG. 2 is a perspective view of the
ホルダ本体210は、第2ウェハ20を保持する領域をその表面に備える。この保持領域は研磨されて高い平坦性を有する。第2ウェハ20の保持は、静電力を利用した吸着により行われる。具体的には、ホルダ本体210に埋め込まれた電極に、ホルダ本体210の裏面に設けられた電圧印加端子を介して電圧を加えることにより、第2ウェハホルダ201と第2ウェハ20との間に電位差を生じさせて、第2ウェハ20を第2ウェハホルダ201に吸着させる。
The holder
マグネット211は、第2ウェハ20を保持する表面において、保持した第2ウェハ20よりも外側である外周領域に複数配される。また、マグネット211は、第2ウェハ20を保持する平面と略同じ平面内にその上面が位置するように配される。図の場合、2個を一組として120度毎に合計6個のマグネット211が配されている。
A plurality of
第2ウェハホルダ201のマグネット211は、第1ウェハホルダ101の吸着子111とそれぞれ対応するように配置されている。そして、第1ウェハ10を保持した第1ウェハホルダ101と、第2ウェハ20を保持した第2ウェハホルダ201を、互いに向かい合わせてマグネット211と吸着子111を作用させると、第1ウェハ10と第2ウェハ20を重ね合わせた状態で挟持して固定することができる。
The
第2ウェハ20には、複数の第2回路領域21が造り込まれている。図示するように、矩形で囲まれる複数の第2回路領域21は、第2ウェハ20の上面に二次元的に広く配列されている。また、それぞれの第2回路領域21の内部には、第2アライメントマーク22が設けられている。第2アライメントマーク22は、第2ウェハ20の位置制御に用いられる指標である。それぞれの第2アライメントマーク22は、例えば第2ウェハ20の中心を原点とする座標値として、設計座標値が個別に管理されている。
A plurality of
ただし、第2アライメントマーク22は第2ウェハ20の位置制御に用いられる指標であるので、全ての第2回路領域21に設けられなくても良い。少なくとも第2ウェハ20の位置制御が行える個数があれば良い。また、第2アライメントマーク22は、第2回路領域21の内部に設けられているが、回路と無関係に別途設けられている必要はなく、回路の構成要素であって、指標として利用できるものを第2アライメントマーク22としても良い。さらには、第2回路領域21の外部に、第2アライメントマーク22を設けるようにしても良い。
However, since the
第2ノッチ23は、第2ウェハ20に設けられた切欠きであり、第2ウェハ20の姿勢を外形基準で判断するときに用いられる指標である。第2ノッチ23は、例えば第2ウェハ20の中心を原点とする座標値として、その設計座標値が個別に管理されている。
The
図3は、本実施形態に係る基板重ね合わせ装置30を含む基板重ね合わせシステムの概略構成図である。基板重ね合わせ装置30は、複数の基板を互いの実装面において位置合わせをして重ね合わせる装置であり、特に半導体基板であるウェハ同士を重ね合わせて3次元実装を行うシステムの一部の装置として好適である。したがって、基板重ね合わせ装置は、位置検出装置を包含する装置である。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a substrate overlaying system including the
基板重ね合わせシステムは、基板重ね合わせ装置30の他に、搬送ロボット40とプリアライナー50を備える。搬送ロボット40は、ウェハおよびウェハホルダを把持することができるハンド部401と、伸縮および回転することにより把持したウェハおよびウェハホルダを所定の位置に所定の姿勢で搬入させるアーム部402とを有する。なお、ハンド部401は、把持する第1ウェハホルダ101または第2ウェハホルダ201の電圧印加端子に電圧を印加する電圧供給端子が備える。これにより、ハンド部401が、第1ウェハ10を保持する第1ウェハホルダ101、または、第2ウェハ20を保持する第2ウェハホルダ201を把持する場合でも、それぞれのウェハの保持を持続することができる。
The substrate overlaying system includes a
プリアライナー50は、観察顕微鏡501と載置台502を備える。搬送ロボット40は、第1ウェハホルダ101および第1ウェハ10を、または、第2ウェハホルダ201および第2ウェハ20を、それぞれ順次または一体的に載置台502上に搬入する。観察顕微鏡501は、図示されない制御演算部に接続された撮像素子と、載置台502に載置されたウェハの全体像を撮像素子に結像させる光学系を有する。そして、制御演算部は、例えば載置台502に載置された第1ウェハ10の全体画像を取得して、画像中の第1ノッチ13の位置から、載置台502上における第1ウェハ10の姿勢を検知する。ここで検知する第1ウェハ10の姿勢は、少なくともXY平面内における第1ウェハ10の中心座標、回転量を含む。なお、載置台502に第2ウェハ20が載置されている場合も、同様に姿勢を検知することができる。
The pre-aligner 50 includes an
基板重ね合わせ装置30は、互いに対向して第1測定顕微鏡301と第2測定顕微鏡302を備える。第1測定顕微鏡301は筐体の天井フレームに固定され、第2測定顕微鏡302は第1ステージ303に設置される。第1ステージ303は、駆動装置307に設置され、制御演算部の制御によりXYZ方向およびθxθyθz方向の6軸方向に移動する。XY方向の移動距離およびZ軸周りの回転方向であるθz方向の回転量は、レーザー光波干渉式の測長器である干渉計306により、第1ステージ303の端部に設けられた反射ミラー305を用いて検出される。なお、干渉計306および反射ミラー305は、XY方向の移動量およびθz方向の回転量が検出できるように、適当な位置に複数設置されている。
The
第1ウェハホルダ101とこれに保持された第1ウェハ10は、プリアライナー50で姿勢の同定を受けた後に、搬送ロボット40により把持され、ゲート308を通過して第1ステージ303に搬送される。第1ステージ303は、第1ウェハ10を保持する第1ウェハホルダ101を真空吸着により固定する。なお、第1ステージ303は、第1ウェハホルダ101の電圧印加端子に電圧を印加する電圧供給端子を備える。これにより、第1ウェハ10は第1ウェハホルダ101に固定されたままであり、相対的な位置および姿勢は維持される。
The
同様に、第2ウェハホルダ201とこれに保持された第2ウェハ20は、プリアライナー50で姿勢の同定を受けた後に、搬送ロボット40により把持され、ゲート308を通過して第2ステージ304に搬送される。搬送ロボット40は、この間にハンド部401を180度回転させて、第2ウェハ20を下向きにする。第2ステージ304は、第1ステージ303に対向し筐体の天井フレームに固定されたステージであり、第2ウェハ20を保持する第2ウェハホルダ201を下向きに真空吸着により固定する。なお、第2ステージ304は、第2ウェハホルダ201の電圧印加端子に電圧を印加する電圧供給端子を備える。これにより、第2ウェハ20は第2ウェハホルダ201に固定されたままであり、相対的な位置および姿勢は維持される。
Similarly, the
第1測定顕微鏡301は、図示されない制御演算部に接続された撮像素子と、第1ステージ303に第1ウェハホルダ101を介して載置された第1ウェハ10の一部分の像を撮像素子に結像させる光学系とを備える第1撮像ユニットを構成する。同様に、第2測定顕微鏡302は、図示されない制御演算部に接続された撮像素子と、第2ステージ304に第2ウェハホルダ201を介して載置された第2ウェハ20の一部分の像を撮像素子に結像させる光学系とを備える第2撮像ユニットを構成する。
The
第1測定顕微鏡301により第1ウェハ10の所定の部分を観察するときには、制御演算部は、その観察部分が第1測定顕微鏡301の視野内に位置するように、駆動装置307を駆動して第1ステージ303を移動させる。第2測定顕微鏡302により第2ウェハ20の所定の部分を観察するときには、制御演算部は、その観察部分が第2測定顕微鏡302の視野内に位置するように、駆動装置307を駆動して第1ステージ303を移動させる。なお、第1測定顕微鏡301と第2測定顕微鏡302のそれぞれの光軸は、互いに対向したときに一致するよう予め調整されている。
When observing a predetermined portion of the
第1測定顕微鏡301は、第1ウェハ10の第1アライメントマーク12を少なくとも2個以上観察できるだけの画角を有する。また、これら第1アライメントマーク12の位置を同定できるだけの分解能を有する。具体的には、例えば、第1アライメントマーク12が5μmの線幅で直交するマークである場合、この直交点を識別できるだけの分解能を有し、1mm角程度の視野を確保できる分解能と画角である。第2測定顕微鏡302の分解能と画角も、第1測定顕微鏡301と同様である。
The
詳細な位置合わせについては後述するが、第1測定顕微鏡301および第2測定顕微鏡302により第1ウェハ10と第2ウェハ20の精確な姿勢を把握し、これに基づいて第1ステージ303を移動することにより、向かい合う面同士を接触させる。そして、第1ウェハホルダ101の吸着子111と第2ウェハホルダ201のマグネット211を作用させることで、第1ウェハ10および第2ウェハ20を挟持した状態で、第1ウェハホルダ101と第2ウェハホルダ201を一体化して固定する。一体化されたウェハホルダ対は、搬送ロボット40のハンド部401に把持されて、基板重ね合わせ装置30から次工程を担う装置へ向けて搬出される。
Although detailed positioning will be described later, the precise postures of the
図4は、第1測定顕微鏡301の観察像の模式図である。図は、光学系に即して円で表しているが、矩形の撮像素子上に第1アライメントマーク12の像が少なくとも2個以上結像していれば良い。
FIG. 4 is a schematic diagram of an observation image of the
制御演算部は、このような観察像を撮像素子により、一度の撮像動作によって撮像する。撮像された画像データは、測定部としての機能を担う制御演算部に送られる。制御演算部は、画像データに存在する少なくとも2個のアライメントマーク像の座標から、それぞれ実際のアライメントマークの座標値を求める。具体的には、画像処理により画像中心を基準とした第1アライメントマーク12の基準画素値を決定し、第1測定顕微鏡301の光学系の倍率、撮像素子の画素ピッチ等による現実世界との倍率変換を施した後に、第1ステージ303の座標系に一致させる変換を行う。ここで、基準画素値とは、例えば十字で表されるアライメントマークである場合その交点を基準点とし、この基準点が画像データ上に存在する画素の座標値をいう。もちろん、基準画素値は整数値でなくても良く、十字線から交点として演算されるサブ画素オーダーの値であっても良い。
The control calculation unit captures such an observation image by an imaging operation with a single imaging operation. The captured image data is sent to a control calculation unit that functions as a measurement unit. The control calculation unit obtains the actual alignment mark coordinate values from the coordinates of at least two alignment mark images existing in the image data. Specifically, the reference pixel value of the
第1ウェハ10は、第1ウェハホルダ101を介して第1ステージ303に固定されており、かつ、第1ステージ303は第1測定顕微鏡301に対して相対的にXY平面方向に移動できる。したがって、本来、撮像素子の分解能を最大限に活用するには、視野いっぱいに一つの第1アライメントマーク12を捉えて位置を測定し、第1ステージ303を移動させつつ更に別の第1アライメントマーク12を捉えるほうが精確に姿勢を測定できるように思われる。しかしながら、このような測定方式によると第1ステージ303をその都度移動させる必要があるので、2つの第1アライメントマーク12の測定座標間にはステージの移動誤差を包含することになる。また、移動を伴う分、測定に時間を要するという問題もある。
The
そこで、本実施形態のように、一度の撮像動作によって2つ以上の第1アライメントマーク12が含まれるように、第1測定顕微鏡301の視野を定める。そして、それぞれの第1アライメントマーク12の位置座標を一度に測定する。具体的には、図示するように例えば、第1アライメントマーク14の座標P1(x1,y1)と第1アライメントマーク15の座標P2(x2,y2)を求める。
Therefore, as in this embodiment, the field of view of the
座標P1と座標P2から第1ウェハ10の姿勢を同定する演算の方法はいくつも想定される。一例としては、実際の座標値である座標P1と座標P2と、設計座標値とを比較する方法がある。第1アライメントマーク14の第1ウェハ10の中心に対する設計座標値、および第1アライメントマーク15の第1ウェハ10の中心に対する設計座標値は、予め図示しないメモリに格納されている。この場合、第1アライメントマーク14および第1アライメントマーク15が精確にマークされていると仮定すると、2つの座標P1、P2を測定しメモリに格納された設計座標値と比較することにより、第1ウェハ10の姿勢を同定することができる。例えば、第1ウェハ10を第1ステージ303に載置するときに、第1ウェハ10の直交座標系を第1ステージ303の直交座標系と一致させることを制御目標としたとする。この場合、制御目標通りに制御できていれば設計座標値と実際の座標値は一致する。逆に、一致していなければ、その誤差量が制御目標値に対するずれとなるので、第1ステージ303の座標系に対する第1ウェハ10の中心位置、および第1ウェハ10の回転量を定めることができる。
Any number of calculation methods for identifying the posture of the
別の例としては、特定の位置関係にあるアライメントマークを観察する方法がある。プリアライナー50では第1ウェハ10の全体像を取得するので、このときに、第1ウェハ10の直交座標系においていずれかの軸に並行に存在する第1アライメントマーク14と第1アライメントマーク15を見つけておく。第1ウェハ10を第1ステージ303に載置するときに、第1ウェハ10の直交座標系を第1ステージ303の直交座標系と一致させることを制御目標としたとすると、これらのアライメントマークを測定した2つの座標P1、P2を結ぶ直線の傾きが第1ステージ303の座標系に対する第1ウェハ10の回転量であると判定できる。また、同時に2つの座標P1、P2を結ぶ直線と、第1ステージ303の直交座標系との交点から、第1ステージ303の座標系に対する第1ウェハ10の中心位置を求めることができる。このような方法であれば、第1アライメントマーク14、15の設計座標値を予め格納しておかなくても良い。なお、制御目標として、第1ウェハ10の直交座標系を第1ステージ303の直交座標系に対して回転量を与える場合であっても、その回転量を加味することにより、第1ステージ303の座標系に対する第1ウェハ10の中心位置、および第1ウェハ10の回転量を定めることができる。
As another example, there is a method of observing alignment marks in a specific positional relationship. Since the pre-aligner 50 acquires the entire image of the
ただし、第1アライメントマーク14および第1アライメントマーク15が、実際には設計座標値とずれてマークされていることもあり得る。この場合、例えば測定する座標をさらに増やし、最小二乗法等を用いてより確からしい近似直線を求めて、第1ステージ303の座標系に対する第1ウェハ10の中心位置、および第1ウェハ10の回転量を定めるようにしても良い。
However, the
同様に、第2アライメントマーク22を測定することにより、第2ステージ304の座標系に対する第2ウェハ20の中心位置、および第2ウェハ20の回転量を定めることができる。ただし、第1ウェハ10の姿勢同定と、第2ウェハ20の姿勢同定は別個独立に行う場合には、以下の問題を生じる恐れがある。
Similarly, by measuring the
すなわち、互いに対応する第1アライメントマーク12と第2アライメントマーク22を位置合わせするには、第1ステージ303を移動させる。このとき互いの位置合わせに求められる精度は、第1回路領域11および第2回路領域21の線幅に依存する。この線幅の精度で第1ステージ303の移動を検出できるセンサとしてレーザー光波干渉式の干渉計306を用いるが、この干渉計306は第1ステージ303の回転に対する敏感度が非常に高い。具体的には、第1ステージ303が±0.5mrad以上回転すると、その回転量を検出できなくなる。したがって、せっかく第1ウェハ10および第2ウェハ20の精確な姿勢を同定できたとしても、位置合わせに必要な第1ステージ303の回転量が1mradを超えてしまうと、結果的に位置合わせが行えないことになる。
That is, in order to align the
このような問題を回避すべく、以下の工程により第1ウェハ10と第2ウェハ20の位置合わせを実行する。図5は、本実施形態に係る位置合わせ工程を示すフロー図である。なお、特に説明を加える場合を除き、各ステップの処理は、制御演算部が直接に実行するかまたは各要素の制御を実行する。
In order to avoid such a problem, the
基板重ね合わせシステムにより位置合わせ工程が開始されると、ステップS101ではまず、搬送ロボット40によりプリアライナー50に搬入された、第1ウェハホルダ101に保持された第1ウェハ10の姿勢を計測する。ここでの姿勢計測は、観察顕微鏡501を用いて取得した第1ウェハ10の全体画像から、画像中の第1ノッチ13の位置を基準に、XY平面内における第1ウェハ10の中心座標と回転量を求める。
When the alignment process is started by the substrate superposition system, first, in step S101, the posture of the
ステップS102では、ステップS101で計測した第1ウェハ10の中心座標と回転量に基づいて、第1ステージ303上の目標位置までの搬送パスを生成する。なお、目標位置は、第1ステージ303上での第1ウェハ10の回転量を含む。
In step S102, a transport path to the target position on the
搬送ロボット40は、生成された搬送パスに従って、第1ステージ303上の目標位置へ第1ウェハ10を保持した第1ウェハホルダ101を搬入する。そして、第1ステージ303は、第1ウェハホルダ101を、真空吸着により固定する。
The
ステップS102により第1ウェハ10が第1ステージ303上に搬入されて固定されると、ステップS103により第1ステージ303上での第1ウェハ10の姿勢を精確に計測する。
When the
プリアライナー50の観察顕微鏡501による第1ノッチ13基準の姿勢計測は、第1ウェハ10の全体を観察して実行されるので、第1アライメントマーク12基準の姿勢計測よりも精度が粗い。また、ステップS102で生成された搬送パスに沿った搬送ロボット40の搬送制御にも、目標位置に対する誤差が累積される。したがって、第1ウェハ10と第2ウェハ20の位置合わせに求められる精度に追い込むべく、第1ステージ303上で第1アライメントマーク12を基準として、再度第1ウェハ10の姿勢を精確に計測する。
The posture measurement based on the
具体的には、上述のように、第1測定顕微鏡301の視野内に2つ以上の第1アライメントマーク12が含まれるように第1ステージ303を移動する。そして、一度の撮像動作によって取得した画像データから第1アライメントマーク12の座標を求めた上で、第1ウェハ10の中心位置、および第1ウェハ10の回転量を計測する。
Specifically, as described above, the
ステップS104では、第1ウェハ10の実際の姿勢と目標姿勢を比較する。具体的には、予め定められた目標姿勢に対する回転許容誤差量R0よりも、実際の姿勢の目標姿勢に対する回転誤差量R1が小さいか否かを判断する。小さい場合にはステップS106へ進み、大きい場合にはステップS105へ進む。なお、回転許容誤差量R0は、例えば、干渉計306が第1ステージ303の位置計測をできなくなる回転量の半分の値に設定される。
In step S104, the actual posture of the
ステップS105では、第1ステージ303上に載置された第1ウェハホルダ101を、第1ウェハ10ごとプリアライナー50へ戻す。そして、ステップS101から再び第1ステージ303への搬入工程をやり直す。
In step S <b> 105, the
ステップS106からは、第2ウェハ20の姿勢同定を行う。ステップS106では、搬送ロボット40によりプリアライナー50に搬入された、第2ウェハホルダ201に保持された第2ウェハ20の姿勢を計測する。ここでの姿勢計測は、観察顕微鏡501を用いて取得した第2ウェハ20の全体画像から、画像中の第2ノッチ23の位置を基準に、XY平面内における第2ウェハ20の中心座標と回転量を求める。
From step S106, the posture of the
ステップS107では、ステップS106で計測した第2ウェハ20の中心座標と回転量、およびステップS103で計測した第1ウェハ10の中心座標と回転量に基づいて、第2ステージ304上の目標位置までの搬送パスを生成する。つまり、第1ウェハ10が第1ステージ303上において、目標姿勢に対して回転誤差量R1を有することが検出されていれば、これを相殺するように、第2ウェハ20の目標姿勢に加味して搬送パスを生成する。なお、この搬送パスは、第2ウェハ20を保持する第2ウェハホルダ201を180度回転させて、第2ウェハ20を下向きにする動作を含む。
In step S107, based on the center coordinates and rotation amount of the
搬送ロボット40は、生成された搬送パスに従って、第2ステージ304上の目標位置へ第2ウェハ20を保持した第2ウェハホルダ201を搬入する。そして、第2ステージ304は、第2ウェハホルダ201を、真空吸着により固定する。
The
ステップS107により第2ウェハ20が第2ステージ304上に搬入されて固定されると、ステップS108により第2ステージ304上での第2ウェハ20の姿勢を精確に計測する。具体的には、第2測定顕微鏡302の視野内に2つ以上の第2アライメントマーク22が含まれるように第1ステージ303を移動する。そして、一度の撮像動作によって取得した画像データから第2アライメントマーク22の座標を求めた上で、第2ウェハ20の中心位置、および第2ウェハ20の回転量を計測する。
When the
ステップS109では、第2ウェハ20の実際の姿勢と目標姿勢を比較する。具体的には、予め定められた目標姿勢に対する回転許容誤差量R0よりも、実際の姿勢の目標姿勢に対する回転誤差量R2が小さいか否かを判断する。小さい場合にはステップS111へ進み、大きい場合にはステップS110へ進む。
In step S109, the actual posture of the
ステップS110では、第2ステージ304上に載置された第2ウェハホルダ201を、第2ウェハ20ごとプリアライナー50へ戻す。そして、ステップS106から再び第2ステージ304への搬入工程をやり直す。
In step S <b> 110, the
ステップS109までの工程で、第1ステージ303上の第1ウェハ10の位置姿勢および第2ステージ304上の第2ウェハ20の位置姿勢が精確に把握できる。また、第1ウェハ10と第2ウェハ20の相対的なずれは、第1ステージ303の回転許容角以内であることが保障される。そこで、ステップS111では、第1ステージ303を移動させることにより、第2ウェハ20の第2アライメントマーク22のそれぞれを、第1ウェハ10の対応する第1アライメントマーク12に対向させる。
Through the steps up to step S109, the position and orientation of the
そして、ステップS112で、第1ステージ303をZ軸方向に移動させて、第1ウェハ10と第2ウェハ20を接触させ、仮接合を行う。仮接合が完了すると、ステップS113で、第1ウェハホルダ101の吸着子111と、第2ウェハホルダ201のマグネット211を作用させてクランプを行う。クランプが行われた第1ウェハホルダ101と第2ウェハホルダ201は、第1ウェハ10と第2ウェハ20を挟持して、一体的に固定される。
In step S112, the
一体化されたウェハホルダ対は、第2ステージ304の吸着を離れ、第1ステージ303の降下に伴って引き下げられ、ステップS114で、搬送ロボット40のハンド部401に把持されて、基板重ね合わせ装置30から次工程を担う装置へ向けて搬出される。以上により一連の処理を終了する。
The integrated wafer holder pair leaves the
なお、上述のように、第1アライメントマーク12とこれに対応する第2アライメントマーク22はそれぞれ複数設けられているが、これらは設計値通りの位置に設けられているとは限らない。そこで、互いの位置合わせにおいては、例えば互いに対応するアライメントマーク同士の距離が全体として最小値となるように位置合わせされる。 As described above, a plurality of first alignment marks 12 and a plurality of second alignment marks 22 corresponding to the first alignment marks 12 are provided. However, these are not necessarily provided at positions according to design values. Therefore, in the mutual alignment, for example, the alignment is performed so that the distance between the alignment marks corresponding to each other becomes the minimum value as a whole.
本実施形態においては、第1ウェハ10を第1ステージ303により移動させて第2ウェハ20に位置合わせするので、第2アライメントマーク22に対する第1アライメントマーク12の位置ずれを相対誤差とする。この相対誤差は、主要な誤差パラメータとして、第1ウェハ10の回転による回転量θとx方向及びy方向へのオフセットによるオフセット量(x0,y0)により、近似的に表現される。以下、これらを誤差パラメータとした例を説明する。
In the present embodiment, since the
第2ウェハ20上に測定対象とする3つの第2アライメントマーク26、27、28が設けられており、それぞれの座標値を、(x21,y21),(x22,y22),(x23,y23)とする。また、これらに対応する第1アライメントマーク16、17、18が、第1ウェハ10に設けられており、それぞれの座標値を、(x11,y11),(x12,y12),(x13,y13)とする。また、回転量θとオフセット量(x0,y0)を用いた座標変換式により第1アライメントマーク16、17、18の座標値を変換した座標値をそれぞれ(xc1,yc1),(xc2,yc2),(xc3,yc3)とする。このとき、座標変換式は(1)式で表される。
(1)
Three second alignment marks 26, 27, 28 to be measured are provided on the
(1)
誤差パラメータであるθと(x0,y0)は、第2アライメントマーク26、27、28の座標値を用いて、以下の式(2)で表される残差平方和が最小となるものとして求められる。
具体的には、最小二乗法などの公知の統計的手法により算出されるので、詳細については省略する。 Specifically, since it is calculated by a known statistical method such as a least square method, the details are omitted.
このようにして誤差パラメータであるθと(x0,y0)が定まると、(1)式の座標変換式が確定する。これにより、第1ウェハ10と第2ウェハ20の相対的な姿勢差に加え、この算出された誤差パラメータ分を加味して第1ステージ303を移動させることにより、互いのアライメントマークの一致度がより高い位置合わせを実現することができる。このような誤差パラメータを加味した位置合わせを行う場合は、ステップS111に上記の演算工程を加えて実行する。このとき、対象とする互いに対応する複数のアライメントマークは、第1ステージ303を移動させつつ、第1測定顕微鏡301および第2測定顕微鏡302を用いて、順次その位置を計測する作業を含む。
When θ and (x 0 , y 0 ), which are error parameters, are determined in this way, the coordinate conversion formula (1) is determined. Thereby, in addition to the relative attitude difference between the
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 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.
なお上述の各処理の実行順序は、特段明示し場合を除き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、および図面中の動作フローに関して、便宜上「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。 It should be noted that the execution order of the above-described processes can be realized in an arbitrary order unless otherwise specified. Even if the operation flow in the claims, the specification, and the drawings is described using “next” or the like for convenience, it does not mean that the operation is essential in this order.
10 第1ウェハ、11 第1回路領域、12 第1アライメントマーク、13 第1ノッチ、14、15、16、17、18 第1アライメントマーク、20 第2ウェハ、21 第2回路領域、22 第2アライメントマーク、23 第2ノッチ、26、27、28 第2アライメントマーク、30 基板重ね合わせ装置、40 搬送ロボット、50 プリアライナー、101 第1ウェハホルダ、110 ホルダ本体、111 吸着子、201 第2ウェハホルダ、210 ホルダ本体、211 マグネット、301 第1測定顕微鏡、302 第2測定顕微鏡、303 第1ステージ、304 第2ステージ、305 反射ミラー、306 干渉計、307 駆動装置、308 ゲート、401 ハンド部、402 アーム部、501 観察顕微鏡、502 載置台
10 1st wafer, 11 1st circuit area, 12 1st alignment mark, 13 1st notch, 14, 15, 16, 17, 18 1st alignment mark, 20 2nd wafer, 21 2nd circuit area, 22 2nd Alignment mark, 23 Second notch, 26, 27, 28 Second alignment mark, 30 Substrate overlay device, 40 Transfer robot, 50 Pre-aligner, 101 First wafer holder, 110 Holder body, 111 Adsorber, 201 Second wafer holder, 210 holder main body, 211 magnet, 301 first measurement microscope, 302 second measurement microscope, 303 first stage, 304 second stage, 305 reflection mirror, 306 interferometer, 307 driving device, 308 gate, 401 hand unit, 402
Claims (19)
前記第1撮像ユニットにより撮像された画像に基づいて前記第1基板指標の位置を計測することにより、前記第1基板の姿勢を測定する測定部と
を備える位置検出装置。 A first imaging unit that images at least two first substrate indices provided on the first substrate by one imaging operation;
A position detection apparatus comprising: a measurement unit that measures the position of the first substrate by measuring a position of the first substrate index based on an image captured by the first imaging unit.
前記演算部により演算された前記第1誤差を第2基板の目標姿勢に加味して、前記第1基板に対向して前記第2基板を搬入させる制御部と
を備える請求項1に記載の位置検出装置。 A calculation unit that calculates a first error between the posture of the first substrate measured by the measurement unit and the target posture of the first substrate;
2. The position according to claim 1, further comprising: a control unit that carries in the second substrate opposite to the first substrate, taking into account the first error calculated by the calculation unit with a target posture of the second substrate. Detection device.
前記測定部は、前記第2撮像ユニットにより撮像された画像に基づいて前記第2基板指標の位置を計測することにより、前記第2基板の姿勢を測定する請求項2から4のいずれか1項に記載の位置検出装置。 A second imaging unit that images at least two second substrate indices provided on the second substrate by one imaging operation;
The said measurement part measures the attitude | position of the said 2nd board | substrate by measuring the position of the said 2nd board | substrate parameter | index based on the image imaged by the said 2nd imaging unit, The any one of Claim 2 to 4 The position detection apparatus described in 1.
前記制御部は、前記演算部により演算された前記第2誤差に基づいて、前記第1基板を保持する第1ステージ及び前記第2基板を保持する第2ステージの少なくとも一方を移動して、前記第1基板と前記第2基板を対向させる請求項5に記載の位置検出装置。 The calculating unit calculates a second error between the posture of the second substrate measured by the measuring unit and a target posture of the second substrate;
The control unit moves at least one of a first stage holding the first substrate and a second stage holding the second substrate based on the second error calculated by the calculation unit, and The position detection device according to claim 5, wherein the first substrate and the second substrate are opposed to each other.
前記測定部により測定された複数の前記第1基板指標の実測座標値を所定の誤差パラメータによって規定される座標変換式により変換した変換座標値と、前記測定部により測定された複数の前記第2基板指標の実測座標値との差が最小となるように、前記誤差パラメータを算出し、
算出された前記誤差パラメータを加味して前記第1基板を保持する前記第1ステージ及び前記第2基板を保持する前記第2ステージの少なくとも一方を移動して、前記第1基板と前記第2基板を対向させる請求項6から8のいずれか1項に記載の位置検出装置。 The controller is
A transformed coordinate value obtained by converting measured coordinate values of the plurality of first substrate indices measured by the measuring unit using a coordinate transformation formula defined by a predetermined error parameter, and a plurality of the second measured by the measuring unit. The error parameter is calculated so that the difference from the measured coordinate value of the substrate index is minimized,
The first substrate and the second substrate are moved by moving at least one of the first stage holding the first substrate and the second stage holding the second substrate in consideration of the calculated error parameter. The position detection device according to any one of claims 6 to 8, wherein
前記第1撮像ステップにより撮像された画像に基づいて、測定部が前記第1基板指標の位置を計測することにより、前記第1基板の姿勢を測定する第1測定ステップと
を備える位置検出方法。 A first imaging step of imaging at least two first substrate indices provided on the first substrate by the first imaging unit by one imaging operation;
A position detection method comprising: a first measurement step of measuring a posture of the first substrate by measuring a position of the first substrate index based on an image captured in the first imaging step.
前記第1誤差演算ステップにより演算された前記第1誤差を第2基板の目標姿勢に加味して、前記第1基板に対向して前記第2基板を搬入させる搬入ステップと
を更に備える請求項11に記載の位置検出方法。 A first error calculating step for calculating a first error between the posture of the first substrate measured in the first measuring step and the target posture of the first substrate;
The loading step of loading the second substrate opposite to the first substrate by adding the first error calculated in the first error calculation step to the target posture of the second substrate. The position detection method as described in.
前記第2撮像ステップにより撮像された画像に基づいて、前記測定部が前記第2基板指標の位置を計測することにより、前記第2基板の姿勢を測定する第2測定ステップと
を更に備える請求項12から14のいずれか1項に記載の位置検出方法。 A second imaging step of imaging at least two second substrate indices provided on the second substrate by a second imaging unit by one imaging operation;
And a second measurement step of measuring the posture of the second substrate by the measurement unit measuring the position of the second substrate index based on the image captured in the second imaging step. The position detection method according to any one of 12 to 14.
前記第2誤差演算ステップにより演算された前記第2誤差に基づいて、前記第1基板を保持する第1ステージおよび前記第2基板を保持する第2ステージの少なくとも一方を移動して、前記第1基板と前記第2基板を対向させる移動ステップと
を更に備える請求項15に記載の位置検出方法。 A second error calculating step of calculating a second error between the posture of the second substrate measured in the second measuring step and the target posture of the second substrate;
Based on the second error calculated in the second error calculating step, at least one of the first stage holding the first substrate and the second stage holding the second substrate is moved to move the first stage. The position detection method according to claim 15, further comprising a moving step of causing the substrate and the second substrate to face each other.
前記算出ステップにより算出された前記誤差パラメータを加味して前記第1基板を保持する第1ステージ及び前記第2基板を保持する第2ステージの少なくとも一方を移動して、前記第1基板と前記第2基板を対向させる対向ステップと
を更に備える請求項16から18のいずれか1項に記載の位置検出方法。 A transformed coordinate value obtained by converting measured coordinate values of the plurality of first substrate indices measured by the measuring unit using a coordinate transformation formula defined by a predetermined error parameter, and a plurality of the second measured by the measuring unit. A calculation step for calculating the error parameter so that a difference from the measured coordinate value of the substrate index is minimized;
In consideration of the error parameter calculated in the calculating step, at least one of the first stage holding the first substrate and the second stage holding the second substrate is moved to move the first substrate and the first substrate. The position detection method according to any one of claims 16 to 18, further comprising an opposing step of opposing the two substrates.
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