JP2011066283A - ウェーハ貼り合わせ装置及び貼り合わせウェーハの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】廉価で処理効率の高い、貼り合わせ検査機能を有する自動ウェーハ貼り合わせ装置及び方法を提供する。
【解決手段】本発明にかかるウェーハ貼り合わせ装置は、2枚の貼り合わせ用のウェーハの位置合わせを行うアライナーと、該2枚のウェーハを貼り合わせる、貼り合わせ機構とを備えたウェーハ貼り合わせ装置において、
前記アライナーに、貼り合わせ後のウェーハ相互間の位置ずれを計測する機構を併設したことを特徴としてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、貼り合わせウェーハを製造するためのウェーハ貼り合わせ装置、及び貼り合わせウェーハの製造方法に関し、特に、貼り合わせたウェーハの検査を自動的に行うことのできるウェーハ貼り合わせ装置及び、貼り合わせ後の検査を可能とする貼り合わせウェーハの製造方法に関する。

2枚のウェーハを重ね合わせてウェーハを製造する場合には、該2枚のウェーハが、ウェーハの周方向に、互いにずれることによって、後のデバイス工程でエッチングやパターン形成にばらつきが生じ、デバイス特性が変わってしまうことのないようにする必要がある。
これに対して、例えば特許文献1では、貼り合わせ前に2枚のウェーハのアライメントを行う方法が開示されている。また、特許文献2では、上基板と下基板にアライメントマークを設けた後にそれを目印に位置合わせを行い、基板の貼り合わせを行う、貼り合わせ技術が開示されている。

特開2005−136285号公報 特開2008−70857号公報

しかしながら、これらの技術に従って可能な限り正確に行った位置合わせの通りにウェーハを貼り合わせるためには、ウェーハのエッジを把持するクランパによる十分な加重を与える必要があるが、実際にはウェーハの外側からのこのような加重はウェーハのひずみの要因となり、その結果として貼り合わせウェーハの欠陥となるおそれがある。
このため、ウェーハを貼り合わせる際には、一般にクランパの加重を緩めて行っている。
このように、ウェーハのひずみを防止するために不可避的にクランパの加重を緩めることで、直前の位置合わせ通りに貼り合わせることができず、ずれが生じるという、貼り合わせウェーハの製造に特有の問題があることを発明者は知見した。
また、押圧によって貼り合わせを開始させる場合に不可避的に生じる衝撃（インパクト）によって生じるウェーハずれなど、事前の位置合わせ通りに貼り合わせられない種々の要因があることを知見した。

特に、このような不可避的なウェーハずれのうち、貼り合わせウェーハの径方向のずれによって、後の工程におけるテラス形成でのセンタリングにおける誤検知が発生することになり、製品不良が多発することにつながる恐れがあるということを知見した。

このように、高精度で位置合わせを行った、貼り合わせウェーハにおいても、不可避的な要因により、一定の割合でウェーハずれに起因する不良品が発生することがあり、品質保証の観点からは、良品であるウェーハを正確に選別することが望まれる。

また、近年、生産効率性及び半導体製造装置のコスト削減に対する要求が高まっており、良品の選別を正確で効率よく、かつ可能な限り廉価で行う手法が望まれている。

それゆえ、本発明は、廉価で処理効率の高い、貼り合わせ検査機能を有する自動ウェーハ貼り合わせ装置及び貼り合わせ検査機能を有する貼り合わせウェーハの製造方法を提供することを目的とする。

発明者らは前記課題を解決すべく、鋭意究明を重ねたところ、従来一般に用いられている、２つのローダーとアンローダーとアライナーとウェーハ貼り合わせ機構を備えたウェーハ貼り合わせ装置において、アライナーを利用してウェーハずれの計測が可能であり、従前の装置において若干の変更を加えることによって、廉価で処理効率の高い、貼り合わせ検査機能を有する自動ウェーハ貼り合わせ装置を実現できることの新規知見を得た。

前記の課題を解決するための本発明の要旨構成は、以下の通りである。
(1) 2枚の貼り合わせ用のウェーハの位置合わせを行うアライナーと、該2枚のウェーハを貼り合わせる、貼り合わせ機構とを備えたウェーハ貼り合わせ装置において、
前記アライナーに、貼り合わせ後のウェーハ相互間の位置ずれを計測する機構を併設したことを特徴とする、ウェーハ貼り合わせ装置。

(2) 前記計測機構には、2次元レーザー変位計を用いる、前記(1)に記載のウェーハ貼り合わせ装置。

(3) 前記計測機構は、前記貼り合わせ後のウェーハ相互間の径方向の位置ずれと周方向の位置ずれの少なくともいずれか一方を計測する機能を有する、前記(1)又は(2)に記載のウェーハ貼り合わせ装置。

(4) アライナーを介して、2枚の貼り合わせ用のウェーハ相互の位置合わせを行う工程と、
前記位置合わせを行った2枚のウェーハを貼り合わせる工程と、を備えた、貼り合わせウェーハの製造方法において、
前記貼り合わせ後のウェーハを前記アライナーへ一旦戻し、該アライナーの回転機構を利用して、貼り合わせ後のウェーハ相互間の位置ずれを計測することを特徴とする、貼り合わせウェーハの製造方法。

(5) 前記計測は、2次元レーザー変位計を用いる、前記(4)に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。

(6) 前記計測をしたウェーハ相互間の位置ずれに基づいて合否判定を行う工程をさらに備えた、前記(4)又は(5)に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。

(7) 前記合否判定に従って、良品と不良品とを選別する工程をさらに備えた、前記(6)に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。

(8) 前記不良品である貼り合わせ後のウェーハを剥離し、剥離したウェーハを洗浄し、再貼り合わせを行う工程をさらに備えた、前記(7)に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。

本発明の方法によれば、廉価なウェーハ貼り合わせ装置によって、貼り合わせウェーハのずれを高い処理効率で計測することができ、良品の選別や不良品の再生などを行うことができる。

本発明の一実施形態による貼り合わせ装置の構成及び貼り合わせのフローを示す図である。 アライナー及び計測機構を示す図である。 2次元レーザー変位計でウェーハずれを計測する際の測定部分の断面図である。 貼り合わせウェーハの径方向のずれ(平行ずれ)の測定ポイントを示す図である。 貼り合わせウェーハの周方向のずれ(回転ずれ)の測定について示す図である。 従来の貼り合わせ装置の構成及び貼り合わせのフローを示す図である。

以下、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態による貼り合わせ装置の構成を示す、貼り合わせのフローを含む図である。
このウェーハ貼り合わせ装置は、貼り合わせ用のウェーハを収容する2つのローダー1a、1bと、貼り合わせ後のウェーハを収容するアンローダー2と、貼り合わせ用の2枚のウェーハの位置合わせを行うアライナー3と、該2枚のウェーハを貼り合わせるウェーハ貼り合わせ機構4を備え、アライナー3には、2次元レーザー変位計5が併設されているところに特徴を有する。ここでいう「併設されている」とは、アライナー3と2次元レーザー変位計5とが協動して使用されるような構成であることを意味する。
また、図1の装置は、貼り合わせ前後のウェーハをこれらの間で移載するための搬送ロボット6を備えている。

以下、この装置を用いた、貼り合わせ動作フローについて説明する。
最初に、貼り合わせ用のウェーハWf1、Wf2がローダー1a、1bにそれぞれ載置しておく。これら2枚のウェーハWf1、Wf2は、搬送ロボット6によって、アライナー3に移載される。

図2はアライナーの周辺概略図である。アライナー3においては、2枚のウェーハ相互間でのアライメントが行われる。アライメントは、ウェーハのオリエンテーションフラット又はノッチ等を検出してウェーハの中心の位置や、回転方向などを把握することによって行うことができる。アライメント手段としては、適宜の手段を用いることができ、例えば赤外センサーを用いた非接触測定方式によって上記ウェーハの位置、方向を特定することができる。つまり、ウェーハの最外周位置での、ON/OFF信号を検知して、この信号結果とオリエンテーションフラットの位置から、ずれの方向と角度を算出して、センタリングを繰り返し行うことができる。アライナー3には、ウェーハの水平方向移動機構及び回転機構が備えられており、上記信号結果に応じて水平方向移動及び回転移動する位置補正を行い、2枚のウェーハの位置が揃うようにアライメントできる。

次に、アライメントされた2枚のウェーハは、搬送ロボット6によって、貼り合わせ機構4に移載される。貼り合わせ機構4に移載された2枚のウェーハは、貼り合わせ機構4の押圧機構によって押圧され、又は自重によって貼り合わされる。それから、該貼り合わせ後のウェーハは搬送ロボット6によって、アンローダー２に移載される。
この一連の動作をローダーに入っているウェーハ全てに順次実施する。

本実施形態では、その後、さらに以下の検査工程が追加される。
貼り合わせウェーハWf3は、搬送ロボット6によって、アンローダー2から、アライナー3に一旦戻される。アライナー3には、貼り合わせウェーハWf3の位置ずれを計測する手段として、2次元レーザー変位計5が併設されており、これを用いて貼り合わせウェーハの水平方向の位置ずれ、及び/又は回転方向の位置ずれを計測することができる。
ここでいう水平方向のずれとは、ウェーハの径方向のずれを意味する。すなわち2枚のウェーハの中心の位置が相互にずれる場合である。一方、回転方向のずれとは、ウェーハの中心の位置はずれずに、ウェーハの周方向にのみずれる場合を意味する。

以下、図3〜5を参照して、2次元レーザー変位計5によって水平方向の位置ずれを計測する方法を説明する。図3に示すように、2次元レーザー変位計5によって、貼り合わせウェーハの外周から中心へ向かう方向、及び貼り合わせウェーハの厚さ方向へ拡散するレーザーを、貼り合わせウェーハへ照射する。そして、貼り合わせウェーハのうち上面ウェーハWf4及び下面ウェーハWf5の各々から拡散反射した光線の一部が、2次元レーザー変位計5の位置検出素子上に異なる位置の光スポットを形成する。この光スポットの位置の差異によって、貼り合わせウェーハの上面ウェーハWf4及び下面ウェーハWf5の正確な位置関係を把握でき、図3に示す、上面ウェーハWf4と下面ウェーハWf5との径方向の変位量を計測することができる。

ところで、水平方向の位置ずれ量は、ウェーハ外周部の計測する場所によって異なり、また、貼り合わせウェーハの外周部分のうち、水平方向の位置ずれ量が最大の箇所が、次工程での管理しきい値を越えることが問題となる。このため、ウェーハの位置ずれ量を正確に求めるには、複数のポイントで計測し、その最大変位を位置ずれ量とすることが好ましい。

ここで、アライナー3は、もともとウェーハの位置合わせに供する回転機構を有しているため、これを利用して貼り合わせウェーハWf3を回転させることによって、上記の計測を、図4にオリエンテーションフラットの場合を例として示すように、複数個所のポイントで計測することができ、その中の最大変位を位置ずれ量とすることができる。
なお、図4では、貼り合わせウェーハの外周を等分に8分割したポイントで計測し、オリエンテーションフラットの部分は、オフ部と円周との2箇所の境界を計測ポイントとして合計9ポイントで計測する例を示している。

なお、ウェーハの水平方向のずれを検出する方法としては、2次元レーザー変位計による方法の他、CCDカメラによる貼り合わせウェーハのエッジ断面の投影撮影、又は貼り合わせウェーハの上方からの透過撮影、オリエンテーションフラット検知用のセンサーを用いることができる。

図5は、貼り合わせウェーハの回転方向の位置ずれを計測する方法を示している。このように回転方向に位置ずれが生じると切欠部の弧の長さAが短くなるため、Aの長さを計測し、通常の切欠部の弧の長さと比較することによって回転方向のずれ量Bを求めることができる。
計測手段としては、特に限定はしないが、例えば、オリエンテーションフラット検知用のセンサーによって切欠部の弧の長さAを計測することができる。

このように、本発明によれば、水平方向の位置ずれ量、及び/又は回転方向の位置ずれ量を正確にかつ定量的に計測することができ、また、貼り合わせウェーハを新たな装置へ移すこともなく、同一の装置内における工程の追加のみで計測できるため、非常に処理効率が高い。
また、本発明によれば、既存のウェーハ貼り合わせ装置に(ハード的な)改造を必要とせず、新たな機構として、貼り合わせウェーハのずれを計測する機構を併設するだけであるので、非常に廉価なウェーハずれ検査機能つきのウェーハ貼り合わせ装置を提供できる。

さらに、計測したウェーハの位置ずれの状況を定量的に管理することもでき、例えば、その統計データから、様々な種類のウェーハに対してずれの位置および位置ずれ量の傾向を把握するなど、製造マネジメントにおいても有益である。

本実施形態においては、次に、上記の位置ずれ量の計測結果を良品の判定基準に照らし合わせて貼り合わせウェーハの合否判定を行う工程を含む。これにより、貼り合わせウェーハを良品と不良品とに選別することができる。

さらに、本実施形態においては、次にその合否判定に基づいて貼り合わせウェーハを仕分けする工程を含む。図1では、例として、良品である貼り合わせウェーハをローダー1aに、不良品をローダー1bに移載している。2つのローダーは、ずれの検査工程においてはすでに空であることから、このように仕分け用のバスケットとしても利用できるのである。

ここまでの工程においても、本発明によるウェーハの位置ずれ検査機能つきのウェーハ貼り合わせ装置は、アライナー3に計測機構を併設するのみで、既存のウェーハ貼り合わせ装置を効果的に利用しているため廉価であり、また、全ての工程を同一の装置内で行えるため、処理効率は非常に高いものとなる。

不良品である貼り合わせウェーハに対しては、該貼り合わせウェーハを剥離し、剥離したウェーハを洗浄し、再貼り合わせを行う工程を追加することで良品である貼り合わせウェーハを製造することができる。
つまり、不良品である貼り合わせウェーハの外周部に樹脂などでできた爪を挿入して、空気を入れて剥離し、その後、剥離したウェーハ表面のパーティクルを化学洗浄し、再び貼り合わせを行うことができる。

次に、本発明にかかるウェーハの位置ずれ検査機能つきのウェーハ貼り合わせ装置を用いて実際に、貼り合わせウェーハに対し、水平方向のずれと回転方向のずれを計測した結果を以下の表1、表2に示す。計測手段には2次元レーザー変位計を用いた。
表1の測定位置の番号は、図4における番号と同様であり、平行ずれ量の符号は上面のウェーハが、下面のウェーハよりレーザー側にあるときを正、ウェーハ中心側にあるときを負としている。また、表2におけるアライナー長さと回転ずれ量の定義は、図５に示してあるのと同様である。水平方向の位置ずれは1枚の貼り合わせウェーハ、回転方向の位置ずれは2枚の貼り合わせウェーハに対して計測を行った。
ここで、ウェーハの口径は150mmであり、通常の切欠部の弧の長さは47.5mmである。

表1より、平行ずれの最大変位は測定位置(6)における、−169.19(μm)である。また、表2より、ウェーハ1の回転ずれは0.21(mm)、ウェーハ2の回転ずれは1.58(mm)であった。これらを判定基準と比較して、自動的に選別や不良品の再貼り合わせ等を行うことができる。

この発明によれば、廉価なウェーハ貼り合わせ装置によって、貼り合わせウェーハのずれを高い処理効率で計測することができる。

1a、1b ローダー
2 アンローダー
3 アライナー
4 貼り合わせ機構
5 2次元レーザー変位計
6 搬送ロボット
Wf1、Wf2 貼り合わせ用ウェーハ
Wf3 貼り合わせウェーハ
Wf4 上面ウェーハ
Wf5 下面ウェーハ
A 貼り合わせ後のウェーハの切欠部の弧の長さ
B 回転ずれ量

Claims (8)

1. 2枚の貼り合わせ用のウェーハの位置合わせを行うアライナーと、該2枚のウェーハを貼り合わせる、貼り合わせ機構とを備えたウェーハ貼り合わせ装置において、
   前記アライナーに、貼り合わせ後のウェーハ相互間の位置ずれを計測する機構を併設したことを特徴とする、ウェーハ貼り合わせ装置。
2. 前記計測機構には、2次元レーザー変位計を用いる、請求項1に記載のウェーハ貼り合わせ装置。
3. 前記計測機構は、前記貼り合わせ後のウェーハ相互間の径方向の位置ずれと周方向の位置ずれの少なくともいずれか一方を計測する機能を有する、請求項1又は2に記載のウェーハ貼り合わせ装置。
4. アライナーを介して、2枚の貼り合わせ用のウェーハ相互の位置合わせを行う工程と、
   前記位置合わせを行った2枚のウェーハを貼り合わせる工程と、を備えた、貼り合わせウェーハの製造方法において、
   前記貼り合わせ後のウェーハを前記アライナーへ一旦戻し、該アライナーの回転機構を利用して、貼り合わせ後のウェーハ相互間の位置ずれを計測することを特徴とする、貼り合わせウェーハの製造方法。
5. 前記計測は、2次元レーザー変位計を用いる、請求項4に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
6. 前記計測をしたウェーハ相互間の位置ずれに基づいて合否判定を行う工程をさらに備えた、請求項4又は5に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
7. 前記合否判定に従って、良品と不良品とを選別する工程をさらに備えた、請求項6に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
8. 前記不良品である貼り合わせ後のウェーハを剥離し、剥離したウェーハを洗浄し、再貼り合わせを行う工程をさらに備えた、請求項7に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。

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