JP2012007898A - 貼合わせ基板の位置ズレ検出装置およびそれを用いる半導体製造装置ならびに貼合わせ基板の位置ズレ検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】円板状の２組の基板を上下に積層して成る貼合わせ基板において、素子形成などにあたって、基板中心位置のズレ量を一括して求められるようにする。
【解決手段】輪郭測定手段３によって、貼合わせ基板２の厚み方向の投影像から２組の基板２１，２２を合わせた輪郭形状を検出する一方、エッジ形状測定手段４によって、周方向の複数点において、貼合わせ基板２の接線方向の投影像から２組の基板２１，２２それぞれのエッジ形状を検出する。そして、演算手段６が、輪郭測定手段３の検出結果から、いずれか一方の組の基板の形状データを検出し、直径および中心位置を求める一方、他方の組の基板については、その一方の組の基板の形状データを基準に、エッジ形状測定手段４で検出された２組の基板間の相対的な位置関係から、形状データを求め、直径および中心位置を求める。その後、２組の基板間の中心位置の距離から、前記ズレ量を求める。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェーハなどとして実現される２組の円板状の基板が、互いに貼合わせられて成る貼合わせ基板におけるその貼り合せの位置ズレ量を検出するための装置および方法ならびにそれを用いる半導体製造装置に関する。

近年、半導体では、複数の機能を実現するために複数の半導体素子を積層したり、薄肉化に伴い支持基板を積層したりすることが行われるようになっている。具体的には、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）、ＴＳＶ（Through-Silicon Via／Ｓｉ貫通電極）、ＢＳＩ（Back Side Illumination／裏面照射型撮像素子）などと称される半導体素子の製造工程において、前記半導体ウェーハの積層が行われている。

ところで、そのような貼合わせ基板においては、２組の基板がどのように貼合わせられているのかを正確に検出しないと、貫通電極や素子の形成を行うことができない。そこで、特許文献１では、半導体ウェーハの外周に形成されるノッチを検出し、２組の基板の回転角度を検出している。また、半導体ウェーハの直径を測定する技術としては、特許文献２が提案されている。

なお、本件明細書では、便宜上、２組の基板の積層方向は上下としているが、２組の基板を立てた状態を基準として、左右方向としてもよく、すなわち円板状の２組の基板を、その厚み方向に積層していればよい。また、２組の基板の一方または両方が、多層基板であってもよく、このため、２枚とせずに、２組としている。

特開２００９−３２８０２号公報 特開平７−２１８２２８号公報

前記特許文献１の従来技術では、２組の基板の回転角度を検出しているが、中心がどれだけズレているかは検出できず、また２組の基板を個別に検出しているものと思われる。

一方、特許文献２の従来技術は、直径や中心位置を求めているが、単独の基板を対象としており、貼合わせ基板における直径や中心位置のズレを検出することはできない。すなわち、貼合わせではない１枚もののウェーハの形状は、ほぼ円であるので、この特許文献２によれば、全周のフィッティング直径、平均直径、および中心の測定をすることが可能である。しかしながら、２組のウェーハを貼合わせた場合に、この特許文献２では、２組のウェーハを切り分けた測定を行うことができない。

図７は、本件発明者による貼合わせ基板の測定結果を示すグラフである。測定対象は、直径３００ｍｍのウェーハで、図７（ａ）は、横軸が、ノッチを基準とした回転角度位置を示し、縦軸は各回転角度位置における半径の測定結果を示している。この図７（ａ）の測定結果を円グラフで示すと、図７（ｂ）のようになる。この図７（ｂ）から、２枚の円板状のウェーハが、その中心がズレて貼合わせられていることが理解される。この図７（ｂ）の状態を模式的に示すと、図８（ａ）で示すようになる。この図８（ａ）の状態は、図７（ｂ）のグラフで２つの円がズレて重なっていることから推察できるが、図８（ｂ）で示すように、２つのウェーハの直径に差があり、一方が他方に包含されているような状況では、特許文献２の従来技術では、直径の大きいウェーハの輪郭しか測定することができない。

本発明の目的は、貼合わせ基板における相互間のズレ量を一括して検出するすることができる貼合わせ基板の位置ズレ検出装置およびそれを用いる半導体製造装置ならびに貼合わせ基板の位置ズレ検出方法を提供することである。

本発明の貼合わせ基板の位置ズレ検出装置は、円板状の２組の基板を上下に積層して成る貼合わせ基板において、前記２組の基板間のズレ量を検出する装置であって、前記２組の基板を合わせた全体としての輪郭位置を検出する最外縁部測定手段と、周方向の複数点において、前記２組の基板それぞれの先端位置を測定する先端位置測定手段と、前記最外縁部測定手段の検出結果から、いずれか一方の組の基板の輪郭位置データを検出し、他方の組の基板については、その一方の組の基板の輪郭位置データを基準に、前記先端位置測定手段で測定された２組の基板間の相対的な先端位置関係から輪郭位置データを求め、前記２組の基板間の輪郭位置データを比較して、該２組の基板間のズレ量を求める演算手段とを含むことを特徴とする。

たとえば、前記演算手段は、前記最外縁部測定手段の検出結果から、いずれか一方の組の基板の輪郭形状データを検出し、直径および中心位置を求める第１の演算手段と、前記先端位置測定手段の測定結果から、前記周方向の各点における２組の基板間の相対的な先端位置関係を求める第２の演算手段と、前記第１の演算手段の演算結果に対して、前記第２の演算手段の演算結果を対照し、いずれか他方の組の基板の輪郭形状データを求める第３の演算手段と、前記第３の演算手段の演算結果から、前記いずれか他方の組の基板の直径および中心位置を求める第４の演算手段と、前記第１の演算手段の演算結果に対して、前記第４の演算手段の演算結果を対照し、前記２組の基板間の中心位置のズレ量を検出する第５の演算手段とを含むことを特徴とする。

また、本発明の貼合わせ基板の位置ズレ検出方法は、円板状の２組の基板を上下に積層して成る貼合わせ基板において、前記２組の基板間のズレ量を検出する方法であって、前記２組の基板を合わせた全体としての輪郭位置を検出する最外縁部測定ステップと、周方向の複数点において、前記２組の基板それぞれの先端位置を測定する先端位置測定ステップと、前記最外縁部測定ステップでの検出結果から、いずれか一方の組の基板の輪郭位置データを検出し、他方の組の基板については、その一方の組の基板の輪郭位置データを基準に、前記先端位置測定ステップで検出された２組の基板間の相対的な先端位置関係から輪郭位置データを求め、前記２組の基板間の輪郭位置データを比較して、該２組の基板間のズレ量を求める演算ステップとを含むことを特徴とする。

たとえば、前記演算ステップは、前記最外縁部測定ステップでの検出結果から、いずれか一方の組の基板の輪郭形状データを検出し、直径および中心位置を求める第１の演算ステップと、前記先端位置測定ステップでの測定結果から、前記周方向の各点における２組の基板間の相対的な先端位置関係を求める第２の演算ステップと、前記第１の演算ステップでの演算結果に対して、前記第２の演算ステップでの演算結果を対照し、いずれか他方の組の基板の輪郭形状データを求める第３の演算ステップと、前記第３の演算ステップでの演算結果から、前記いずれか他方の組の基板の直径および中心位置を求める第４の演算ステップと、前記第１の演算ステップでの演算結果に対して、前記第４の演算ステップでの演算結果を対照し、前記２組の基板間の中心位置のズレ量を検出する第５の演算ステップとを含むことを特徴とする。

上記の構成によれば、円板状の２組の基板を上下に積層して成る貼合わせ基板において、それらの基板のそれぞれ、或いは一方に素子形成を行うなどのために、それらの基板間のズレ量を検出するにあたって、以下のような手法を用いる。すなわち、先ず最外縁部測定手段によって、前記２組の基板を合わせた全体としての輪郭形状を検出する一方、先端位置測定手段によって、周方向の複数点において、前記貼合わせ基板の接線方向の投影像などから、前記２組の基板それぞれの先端位置を測定する。そして、演算手段が、前記最外縁部測定手段の検出結果から、いずれか一方の組の基板の輪郭位置データを検出し、直径および中心位置を求める一方、他方の組の基板については、その一方の組の基板の輪郭位置データを基準に、前記先端位置測定手段で検出された２組の基板間の相対的な先端位置関係から、輪郭位置データを求め、直径および中心位置を求める。その後、２組の基板間の中心位置の距離から、前記ズレ量を求める。

したがって、貼り合せられた２組の基板の直径および相互間の位置ズレ量を一括して求めることができる。

さらにまた、本発明の貼合わせ基板の位置ズレ検出装置では、前記先端位置測定手段は、前記貼合わせ基板を搭載し、相対的に回転させる回転手段と、前記貼合わせ基板の外周縁部付近に対し、前記貼合わせ基板の接線方向に光を照射し、前記回転手段の回転に伴い、前記周方向の各点の投影画像を撮像し、前記２組の基板の間の相対的な凹凸を検出する第１の光学系とを備えることを特徴とする。

上記の構成によれば、回転手段で貼合わせ基板を相対的に回転させることで、第１の光学系によって、接線方向から照射した照明光による投影像から、前記周方向の複数点における２組の基板それぞれのエッジ形状を容易に検出することができる。

また、本発明の貼合わせ基板の位置ズレ検出装置では、前記第１の光学系は、点光源と、前記点光源からの光を入射して平行光を作成するコリメータレンズと、前記外周縁部付近を通過した光を集光する集光光学系と、前記集光光学系を通過した光による影像が投影される画像センサとを備えて構成されることを特徴とする。

上記の構成によれば、点光源からの光を前記貼合わせ基板の外周縁部越しに画像センサに向けて照射し、エッジの影像を画像センサに投影することで、前記２組の基板のエッジの相対的な凹凸の変化を検出することができる。そして、点光源、コリメータレンズ、好ましくはテレセントリックレンズを用いることで、前記２組の基板の奥行き長さが長い、すなわち大径であっても、画像センサにおけるエッジのボケが少なく、またエッジ近傍に発生する回折縞が少なく、良好なエッジの影像を得ることができる。

さらにまた、本発明の貼合わせ基板の位置ズレ検出装置では、前記先端位置測定手段は、前記貼合わせ基板を搭載し、相対的に回転させる回転手段と、前記貼合わせ基板の外周縁部付近に対し、前記回転手段の回転に伴い、前記貼合わせ基板の半径方向にスリット光を輝線照射して、１方向以上から前記輝線画像を撮像し、前記２組の基板間の相対的な凹凸を検出する光切断手段とを備えることを特徴とする。

上記の構成によれば、回転手段で貼合わせ基板を相対的に回転させることで、光切断手段によって、半径方向に輝線照射したスリット光の１方向以上からの撮像画像から、前記周方向の複数点における２組の基板それぞれのエッジ形状を容易に検出することができる。

また、本発明の貼合わせ基板の位置ズレ検出装置では、前記最外縁部測定手段は、前記貼合わせ基板を搭載し、相対的に回転させる回転手段と、前記貼合わせ基板の外周縁部付近に対し、前記貼合わせ基板の半径方向に一定の幅を有するスリット光を該貼合わせ基板の厚み方向に照射し、前記回転手段の回転に伴い、外周縁部付近に照射された光を対向する方向から受光し、前記貼合わせ基板の前記全体としての輪郭位置を検出する第２の光学系とを備えることを特徴とする。

上記の構成によれば、回転手段で貼合わせ基板を相対的に回転させることで、第２の光学系によって、前記貼合わせ基板の輪郭の微小な凹凸を、スリット光の幅の変化から検出することができる。そして、そのスリット光の基準位置からの幅の変化分に、前記回転手段の中心からスリット光の基準位置までの距離を加算することで、外径（輪郭）を求めることができる。

さらにまた、本発明の貼合わせ基板の位置ズレ検出装置では、前記最外縁部測定手段は、前記貼合わせ基板を搭載し、相対的に回転させる回転手段と、前記貼合わせ基板の外周縁部付近に対し、前記貼合わせ基板の接線方向に光を照射し、前記回転手段の回転に伴い、前記周方向の各点の投影画像を撮像し、前記貼合せ基板の前記全体としての輪郭位置を検出する第１の光学系とを備えることを特徴とする。

また、本発明の半導体製造装置は、前記の位置ズレ検出装置を用い、その位置ズレ検出結果に応答して、前記貼合わせ基板への素子形成位置を補正することを特徴とする。

上記の構成によれば、貼り合せられた上下の基板のそれぞれ、或いは一方に素子形成を行うにあたって、その貼り合せ位置のズレを考慮して、正確な位置に素子形成を行うことができる半導体製造装置を実現することができる。

本発明の貼合わせ基板の位置ズレ検出装置および方法は、以上のように、円板状の２組の基板を上下に積層して成る貼合わせ基板間のズレ量を検出するにあたって、前記２組の基板を合わせた全体としての輪郭形状を検出し、いずれか一方の組の基板の輪郭形状データから直径および中心位置を求める一方、周方向の複数点において前記２組の基板それぞれの先端位置を検出し、他方の組の基板については、前記の一方の組の基板の輪郭位置データを基準に、２組の基板間の相対的な位置関係から輪郭位置データを求め、さらに直径および中心位置を求め、２組の基板間の中心位置の距離から前記ズレ量を求める。

それゆえ、貼り合せられた２組の基板の直径および相互間の位置ズレ量を一括して求めることができる。

また、本発明の半導体製造装置は、以上のように、貼り合せられた上下の基板のそれぞれ、或いは一方に素子形成を行うにあたって、前記の位置ズレ検出装置を用い、その位置ズレ検出結果に応答して、前記貼合わせ基板への素子形成位置を補正する。

それゆえ、貼り合せ位置のズレを考慮して、正確な位置に素子形成を行うことができる。

本発明の実施の一形態に係る位置ズレ検出装置の全体構成を模式的に示す図である。 前記位置ズレ検出装置における最外縁部測定手段による貼合わせ基板の輪郭形状の測定原理を説明するための図である。 前記位置ズレ検出装置における先端位置部測定手段による貼合わせ基板のエッジ形状の測定原理を説明するための図である。 前記エッジ形状の画像センサでの撮像画像の一例、および画像処理手段によるその撮像画像から輪郭形状を抜出した結果を示す図である。 図４の撮像画像が得られる貼合わせ基板における２組の基板の貼合わせの態様を示す図である。 前記位置ズレ検出装置の処理動作を説明するためのフローチャートである。 貼合わせ基板の輪郭形状の測定例を示すグラフである。 前記貼合わせ基板の貼合わせ例を模式的に示す図である。

図１は、本発明の実施の一形態に係る位置ズレ検出装置１の全体構成を模式的に示す図である。この位置ズレ検出装置１は、円板状の２組の基板２１，２２を上下に積層して成る貼合わせ基板２において、それら２組の基板２１，２２の直径および中心位置のズレ量を検出する装置である。前記基板２１，２２は、共に素子形成前、或いは一方に素子形成された半導体ウェーハから成る。この位置ズレ検出装置１は、最外縁部測定手段である輪郭測定手段３と、先端位置測定手段４であるエッジ形状測定手段４と、画像処理手段５と、演算手段６と、出力手段７と、制御手段８とを備えて構成される。

前記輪郭測定手段３は、前記貼合わせ基板２の厚み方向の投影像から、前記２組の基板２１，２２を合わせた輪郭形状を検出するものである。このため、該輪郭測定手段３は、前記貼合わせ基板２を搭載し、回転するターンテーブル３１と、前記貼合わせ基板２の外周縁部付近に位置し、前記貼合わせ基板２の半径方向に一定の幅を有するスリット光を該貼合わせ基板２の厚み方向に照射し、前記ターンテーブル３１の回転に伴う受光光束の幅の変化から、前記貼合わせ基板２の外形形状を検出する光学系３２とを備えて構成される。前記光学系３２は、レーザスキャナから成る直径センサによって実現される。

図２は、前記輪郭測定手段３による貼合わせ基板２の輪郭形状の測定原理を説明するための図である。前記光学系３２は、貼合わせ基板２の半径方向Ｘに延びるスリット光３２２を発生するスリット光源３２１と、そのスリット光３２２の前記貼合わせ基板２のエッジ付近を通過した光を受光するラインセンサ３２３と、前記スリット光源３２１とラインセンサ３２３とを相互に対向させて、前記貼合わせ基板２のエッジ付近に保持する大略的にコの字型の保持部材３２４とを備えて構成される。前記スリット光源３２１は、レーザ光源であり、前記スリット光３２２として、相互に平行で、かつ前記のように貼合わせ基板２の半径方向Ｘに延びるスリット光を発生する。

したがって、ターンテーブル３１で貼合わせ基板２を回転することで、固定位置に設けた光学系３２によって、前記貼合わせ基板２の輪郭の微小な凹凸を、スリット光の幅の変化から検出することができる。具体的には、制御手段８がターンテーブル３１を回転させ、演算手段６において、下式のように、スリット光の基準位置（センサ基準位置）Ｐ１からの幅の変化分（影の部分の距離）Ｓに、前記ターンテーブル３１の中心Ｐ０から前記基準位置Ｐ１までの距離Ｌを加算することで、外径（輪郭）Ｒを求めることができる。

Ｒ＝Ｓ＋Ｌ
こうして測定した貼合わせ基板２の輪郭位置データは、前述の図７（ａ）から図７（ｂ）で示すようなものであり、このデータに基づき、演算手段６において円フィッティングを行うことで、フィッティング直径、平均直径、および中心位置を計算することができる。その場合、２組の基板２１，２２の内、１組の基板の形状データを抽出することになるが、全体の輪郭データに占める割合が大きい方が測定精度が良いので、通常は大きい方を選択する。しかしながら、図８（ｂ）のような包含関係にない場合は、小さい方を選択しても計算は可能である。

一方、前記エッジ形状測定手段４は、前記貼合わせ基板２を搭載し、回転するターンテーブル４１と、前記貼合わせ基板２の外周縁部付近に位置し、前記貼合わせ基板２の接線方向に平行光を照射し、前記ターンテーブル４１の回転に伴うエッジ投影画像から、前記２組の基板２１，２２のエッジの相対的な凹凸を検出する光学系４２とを備えて構成される。したがって、ターンテーブル４１で貼合わせ基板２を回転することで、固定位置に設けた光学系４２によって、接線方向から照射した照明光による投影像から、周方向θの複数点における２組の基板２１，２２それぞれのエッジ形状を容易に検出することができる。

前記ターンテーブル４１は、前述のターンテーブル３１と共用であってもよく、また光学系３２，４２の設置位置に応じて、それらの間を貼合わせ基板２を搭載したまま、移動する構成であってもよい。前記ターンテーブル３１，４１は、回転手段を構成するが、回転手段としては、固定された貼合わせ基板２の外周を前記光学系３２，４２を支持して周回させるような、光学系３２，４２に対して貼合わせ基板２を相対的に回転させる構成が用いられればよい。

図３は、前記エッジ形状測定手段４による貼合わせ基板２のエッジ形状の測定原理を説明するための図である。前記光学系４２は、散乱光４２０を放射する点光源４２１と、前記散乱光４２０から平行光４２２を作成するコリメータレンズ４２３と、前記エッジ付近を通過した平行光４２２を集光する両側または物体側テレセントリック構造のテレセントリックレンズ４２４と、前記テレセントリックレンズ４２４で集光された投影画像を受光する画像センサ４２５とを備えて構成される。図３では、さらに前記画像センサ４２５に像側テレセントリック構造で光を入射するテレセントリックレンズ４２６および開口絞り４２７が設けられている。前記点光源４２１は、発光ダイオードなどから成る。

このように構成することで、前記平行光４２２を前記貼合わせ基板２のエッジ越しに画像センサ４２５に向けて照射し、該エッジの影像を画像センサ４２５に投影することで、前記２組の基板２１，２２のエッジの相対的な凹凸の変化を検出することができる。そして、点光源４２１、コリメータレンズ４２３およびテレセントリックレンズ４２４を用いることで、前記２組の基板２１，２２の奥行き長さが長い、すなわち大径であっても、画像センサ４２５におけるエッジのボケが少なく、またエッジ近傍に発生する回折縞が少なく、良好なエッジの影像を得ることができる。

エッジ形状の測定にあたっては、制御手段８が、前記輪郭測定手段３によって測定された貼合わせ基板２の輪郭形状からノッチ位置を判定し、ターンテーブル４１を回転させつつ、そのノッチ位置における回転角度位置を基準として、該ノッチ位置を除く（ノッチ部は切り欠きとなっているのでエッジ形状が測定できないため）周方向θに間隔を開けて、画像センサ４２５によって影像を読取らせる。前記制御手段８は、点光源４２１を、エッジ形状の測定中は連続点灯させていてもよく、或いは画像センサ４２５での読取り動作に連動して点滅させてもよい。

前記ノッチ位置を０°として、たとえば読取りが４５°おきの場合、４５°、９０°、１３５°、１８０°、２２５°、２７０°、３１５°の７点が測定点となり、或いは２２．５°、６７．５°、１１２．５°、１５７．５°、２０２．５°、２４７．５°、２９２．５°、３３７．５°の８点を測定点としてもよい。この測定点は、等間隔である必要はなく、３点以上ならば何点でも構わない。ただし、点数が多くなる程、測定精度は向上する。

図４には、前記画像センサ４２５での撮像画像の一例、および画像処理手段５によるその撮像画像から輪郭形状を抜出した結果を示す。この図４の例は、図５で模式的に示すように、２組の基板２１，２２が相互に等しい直径の真円で、ノッチ位置を基準として、１３５°（３１５°）の直径線方向にズレた状態を示している。したがって、４５°（２２５°）の位置では、図４（ａ）で示すように、２組の基板２１，２２のエッジは中心からほぼ等距離にある。これに対して、１３５°の位置では、図４（ｂ）で示すように、上側の基板２１のエッジが、下側の基板２２のエッジよりも飛び出している。反対に、３１５°の位置では、図４（ｃ）で示すように、下側の基板２２のエッジが、上側の基板２１のエッジよりも飛び出している。

これらの図４（ａ）〜（ｃ）の撮像画像から、画像処理手段５において輪郭形状を抜出した結果を、それぞれ図４（ｄ）〜（ｆ）に示す。図４（ｄ）で示すように、相互に等しい直径で真円の２組の基板２１，２２のズレ方向（１３５°（３１５°））とは直角方向の４５°（２２５°）の位置では、２組の基板２１，２２のエッジ端面Ａ１は揃っている。このとき、前記輪郭測定手段３で測定された半径をＲ１とすると、基板２１，２２の半径は、共にＲ１となる。

これに対して、図４（ｅ）で示すように、ズレが最大となる１３５°の位置では、上側の基板２１のエッジが、下側の基板２２のエッジよりもＡ２だけ飛び出している。このとき、前記輪郭測定手段３で測定された半径をＲ２とすると、上側の基板２１の半径はＲ２であり、下側の基板２２の半径はＲ２−Ａ２となる。同様に、図４（ｆ）で示すように、ズレが最大となる３１５°の位置では、下側の基板２２のエッジが、上側の基板２１のエッジよりもＡ３だけ飛び出している。このとき、前記輪郭測定手段３で測定された半径をＲ３とすると、下側の基板２２の半径はＲ３であり、上側の基板２１の半径はＲ３−Ａ３となる。そして、基板２１，２２の直径が相互に等しい場合は、Ａ２＝Ａ３である。こうして求めた複数の箇所の基板２１，２２の直径から、演算手段５は、後述するようにして、該基板２１，２２の直径および中心位置ならびに中心位置のズレ量を算出する。

なお、画像処理手段５は、上述のように画像センサ４２５の撮像画像から基板２１，２２の輪郭形状を抽出するものであるが、画像処理によって、画像センサ４２５の解像度を超えて、サブピクセル単位でズレを検出できるようになっていてもよい。或いは、前記の点光源４２１、コリメータレンズ４２３およびテレセントリックレンズ４２４の組合わせによって、画像センサ４２５におけるエッジのボケが少なく、またエッジ近傍に発生する回折縞が少なく、良好なエッジの影像を得ることができ、さらに画像センサ４２５が高解像な場合には、この画像処理手段５は特に設けられなくてもよい。

図６は、上述のように構成される位置ズレ検出装置１の処理動作を説明するためのフローチャートである。ステップＳ１１〜Ｓ１３が輪郭測定動作を、ステップＳ２１〜Ｓ２３がエッジ形状測定動作を、ステップＳ３１〜Ｓ３３が他方の基板の直径および位置ズレ量の演算動作を主に示す。

ステップＳ１１では、前記輪郭測定手段３において、ターンテーブル３１で貼合わせ基板２を回転させつつ、光学系３２によって、該貼合わせ基板２の全周に亘る輪郭位置（半径）データが測定される。ステップＳ１２では、その測定データから、演算手段６において、一方の基板（Ａとする）の形状データが抽出される。ステップＳ１３では、その形状データから、演算手段６において円フィッティングを行うことで、基板Ａのフィッティング直径、平均直径、および中心位置が計算される。

一方、ステップＳ２１では、前記エッジ形状測定手段４において、ターンテーブル４１で貼合わせ基板２を回転させつつ、光学系４２によって、該貼合わせ基板２の複数の箇所でエッジ画像が撮影され、ステップＳ２２では、その撮像画像が画像処理手段５で画像処理されて、２組の基板Ａ，Ｂのエッジ部の輪郭形状が抽出される。ステップＳ２３では、その抽出された輪郭形状が演算手段６で対比され、上側基板２１と下側基板２２との半径の差（前記４におけるＡ２，Ａ３）が求められる。これらのステップＳ１１〜Ｓ１３の処理と、ステップＳ２１〜Ｓ２３の処理とは、いずれが先に行われてもよい。

続いてステップＳ３１では、前記ステップＳ１２で決定された一方の基板Ａに対して、ステップＳ１３で求められたフィッティング直径、平均直径、および中心位置に、ステップＳ２３で求められた他方の基板Ｂとの半径の差から、該他方の基板Ｂの輪郭データが求められる。このとき、前記ステップＳ１２で決定された一方の基板Ａが、上側の基板２１であるのか、下側の基板２２であるのかが、先ず判断される。

その判断方法としては、単純に、基板Ａの直径と基板Ｂの直径とを比較したときに、基板Ａの直径が小さく、上側基板２１の直径と下側基板２２の直径とを比較したときに、下側基板２２の直径が小さい場合は、基板Ａが下側基板２２であるとみなすという具合である。そのためには、前記ステップＳ１３において、輪郭測定結果に基づいて円フィッティングで直径計算を行う際に、一方の基板Ａだけではなく、他方の基板Ｂの直径も計算しておく必要がある。また、ステップＳ２２でのエッジ形状の抽出結果から、各点の先端位置を計算して、上側基板２１の直径と下側基板２２との直径を予め計算しておく必要がある。

これに対して、前記基板Ａ，Ｂのいずれが上側と下側とであるのかを判断する他の方法としては、或る特定位置のエッジ先端位置で判断する方法がある。具体的には、或る特定の点、たとえばノッチ位置において、輪郭が外側に位置する基板がどちらかを判断の基準にする。この場合、特定の点は１点でなくてもよく、複数点の方がよい。たとえば、ノッチ位置においては、基板Ａが基板Ｂよりも外側にあり、また、下側基板２２が上側基板２１よりも外側にある場合は、基板Ａが下側基板２２であるとみなすというものである。

こうして、基板Ａ，Ｂの上下が判定されると、他方の基板Ｂの輪郭位置が計算される。その計算は、前述のように、前記ステップＳ１３での輪郭測定で求めた一方の基板Ａの直径と、ステップＳ２３でのエッジ形状測定で求めた半径の差とから行われる。たとえば図４（ｄ）〜（ｆ）において、半径の差をそれぞれＡ１，Ａ２，Ａ３とし（ここでは、下側基板２２を基準とすることにして、Ａ１＝０、Ａ２＞０、Ａ３＜０、とする。）、一方の基板Ａの半径を、それぞれＲ１，Ｒ２，Ｒ３とすると、他方の基板Ｂの半径は、それぞれＲ１，Ｒ２＋Ａ２、Ｒ３−Ａ３から求めることができる。これら図４で示す４５°（２２５°）、１３５°、３１５°以外の角度位置における基板Ｂの半径も、同様に求めることができ、図５の例の場合は、基板Ｂの円周上の７点の座標が求められたことになる。ここで、基板Ａの半径Ｒ１〜Ｒ３として、円フィッティングした直径を基に、全て同じ値、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３とすることもできるし、輪郭形状に基づいて局所的な数値を半径とすることもできる。ただし、局所的な数値を用いる場合には、基板Ｂに隠れて測定できない角度は、推定値とする必要がある。

その後、ステップＳ３２において、前記ステップＳ３１で求められた基板Ｂの７点の座標を円フィッティングすることによって、該基板Ｂの直径および中心位置が求められ、ステップＳ３３では、基板Ａ，Ｂの中心の中心座標を比較することで、中心の位置ズレ量が求められる。求められた直径および中心の位置ズレ量は、出力手段７から表示出力される。

前記ステップＳ１２，Ｓ１３は第１の演算手段および第１の演算ステップを構成し、前記ステップＳ２３は第２の演算手段および第２の演算ステップを構成し、前記ステップＳ３１は第３の演算手段および第３の演算ステップを構成し、前記ステップＳ３２は第４の演算手段および第４の演算ステップを構成し、前記ステップＳ３３は第５の演算手段および第５の演算ステップを構成する。

このように構成することで、円板状の２組の基板２１，２２（Ａ，Ｂ）を上下に積層して成る貼合わせ基板２において、それらの基板２１，２２（Ａ，Ｂ）のそれぞれ、或いは一方に素子形成などを行うにあたって、それらの基板２１，２２（Ａ，Ｂ）の直径および中心位置のズレ量を、輪郭測定の結果とエッジ形状の測定結果とから、一括して求めることができる。

また、このような位置ズレ検出装置１を半導体製造装置に用い、その位置ズレ検出結果に応答して、前記貼合わせ基板２への素子形成位置を補正することで、貼り合せ位置のズレを考慮して、正確な位置に素子形成を行うことができるようになる。

上述の例では、先端位置測定手段として、ターンテーブル４１と光学系４２とを備えて構成されるエッジ形状測定手段４が用いられたけれども、前記ターンテーブル４１と、前記貼合わせ基板２の外周縁部付近に位置し、前記ターンテーブル４１の回転に伴い、前記貼合わせ基板２の半径方向にスリット光を輝線照射して、１方向以上から前記輝線画像を撮像し、前記２組の基板２１，２２のエッジの相対的な凹凸を検出する光切断手段とが用いられてもよい。

また、上述の例では、最外縁部測定手段として、ターンテーブル３１と光学系３２とを備えて構成される輪郭測定手段３が用いられたけれども、前記ターンテーブル３１と、前記貼合わせ基板２の外周縁部付近に位置し、前記ターンテーブル３１の回転に伴い、前記貼合わせ基板２の半径方向にスリット光を輝線照射して、異なる２方向から前記輝線画像を撮像し、前記２組の基板２１，２２の内のより先端側の位置を前記貼合わせ基板の前記全体としての輪郭位置とする光切断手段とが用いられてもよい。

１ 位置ズレ検出装置
２ 貼合わせ基板
２１ 上側基板
２２ 下側基板
３ 輪郭測定手段
３１ 回転手段
３２ 光学系
３２１ スリット光源
３２２ スリット光
３２３ ラインセンサ
３２４ 保持部材
４ エッジ形状測定手段
４１ 回転手段
４２ 光学系
４２０ 散乱光
４２１ 点光源
４２２ 平行光
４２３ コリメータレンズ
４２４ テレセントリックレンズ
４２５ 画像センサ
４２６ テレセントリックレンズ
４２７ 開口絞り
５ 画像処理手段
６ 演算手段
７ 出力手段
８ 制御手段

Claims (11)

1. 円板状の２組の基板を上下に積層して成る貼合わせ基板において、前記２組の基板間のズレ量を検出する装置であって、
   前記２組の基板を合わせた全体としての輪郭位置を検出する最外縁部測定手段と、
   周方向の複数点において、前記２組の基板それぞれの先端位置を測定する先端位置測定手段と、
   前記最外縁部測定手段の検出結果から、いずれか一方の組の基板の輪郭位置データを検出し、他方の組の基板については、その一方の組の基板の輪郭位置データを基準に、前記先端位置測定手段で測定された２組の基板間の相対的な先端位置関係から輪郭位置データを求め、前記２組の基板間の輪郭位置データを比較して、該２組の基板間のズレ量を求める演算手段とを含むことを特徴とする貼合わせ基板の位置ズレ検出装置。
2. 前記演算手段は、
   前記最外縁部測定手段の検出結果から、いずれか一方の組の基板の輪郭形状データを検出し、直径および中心位置を求める第１の演算手段と、
   前記先端位置測定手段の測定結果から、前記周方向の各点における２組の基板間の相対的な先端位置関係を求める第２の演算手段と、
   前記第１の演算手段の演算結果に対して、前記第２の演算手段の演算結果を対照し、いずれか他方の組の基板の輪郭形状データを求める第３の演算手段と、
   前記第３の演算手段の演算結果から、前記いずれか他方の組の基板の直径および中心位置を求める第４の演算手段と、
   前記第１の演算手段の演算結果に対して、前記第４の演算手段の演算結果を対照し、前記２組の基板間の中心位置のズレ量を検出する第５の演算手段とを含むことを特徴とする請求項１記載の貼合わせ基板の位置ズレ検出装置。
3. 前記先端位置測定手段は、
   前記貼合わせ基板を搭載し、相対的に回転させる回転手段と、
   前記貼合わせ基板の外周縁部付近に対し、前記貼合わせ基板の接線方向に光を照射し、前記回転手段の回転に伴い、前記周方向の各点の投影画像を撮像し、前記２組の基板の間の相対的な凹凸を検出する第１の光学系とを備えることを特徴とする請求項１または２記載の貼合わせ基板の位置ズレ検出装置。
4. 前記第１の光学系は、
   点光源と、
   前記点光源からの光を入射して平行光を作成するコリメータレンズと、
   前記外周縁部付近を通過した光を集光する集光光学系と、
   前記集光光学系を通過した光による影像が投影される画像センサとを備えて構成されることを特徴とする請求項３記載の貼合わせ基板の位置ズレ検出装置。
5. 前記先端位置測定手段は、
   前記貼合わせ基板を搭載し、相対的に回転させる回転手段と、
   前記貼合わせ基板の外周縁部付近に対し、前記回転手段の回転に伴い、前記貼合わせ基板の半径方向にスリット光を輝線照射して、１方向以上から前記輝線画像を撮像し、前記２組の基板間の相対的な凹凸を検出する光切断手段とを備えることを特徴とする請求項１または２記載の貼合わせ基板の位置ズレ検出装置。
6. 前記最外縁部測定手段は、
   前記貼合わせ基板を搭載し、相対的に回転させる回転手段と、
   前記貼合わせ基板の外周縁部付近に対し、光を該貼合わせ基板の厚み方向に照射し、前記回転手段の回転に伴い、外周縁部付近に照射された光を対向する方向から受光し、前記貼合わせ基板の前記全体としての輪郭位置を検出する第２の光学系とを備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の貼合わせ基板の位置ズレ検出装置。
7. 前記最外縁部測定手段は、
   前記貼合わせ基板を搭載し、相対的に回転させる回転手段と、
   前記貼合わせ基板の外周縁部付近に対し、前記貼合わせ基板の接線方向に光を照射し、前記回転手段の回転に伴い、前記周方向の各点の投影画像を撮像し、前記貼合せ基板の前記全体としての輪郭位置を検出する第１の光学系とを備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の貼合わせ基板の位置ズレ検出装置。
8. 前記最外縁部測定手段は、
   前記貼合わせ基板を搭載し、相対的に回転させる回転手段と、
   前記貼合わせ基板の外周縁部付近に対し、前記回転手段の回転に伴い、前記貼合わせ基板の半径方向にスリット光を輝線照射して、１方向以上から前記輝線画像を撮像し、前記２組の基板の内のより先端側の位置を前記貼合わせ基板の前記全体としての輪郭位置とする光切断手段とを備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の貼合わせ基板の位置ズレ検出装置。
9. 前記請求項１〜８のいずれか１項に記載の位置ズレ検出装置を用い、その位置ズレ検出結果に応答して、前記貼合わせ基板への素子形成位置を補正することを特徴とする半導体製造装置。
10. 円板状の２組の基板を上下に積層して成る貼合わせ基板において、前記２組の基板間のズレ量を検出する方法であって、
    前記２組の基板を合わせた全体としての輪郭位置を検出する最外縁部測定ステップと、
    周方向の複数点において、前記２組の基板それぞれの先端位置を測定する先端位置測定ステップと、
    前記最外縁部測定ステップでの検出結果から、いずれか一方の組の基板の輪郭位置データを検出し、他方の組の基板については、その一方の組の基板の輪郭位置データを基準に、前記先端位置測定ステップで検出された２組の基板間の相対的な先端位置関係から輪郭位置データを求め、前記２組の基板間の輪郭位置データを比較して、該２組の基板間のズレ量を求める演算ステップとを含むことを特徴とする貼合わせ基板の位置ズレ検出方法。
11. 前記演算ステップは、
    前記最外縁部測定ステップでの検出結果から、いずれか一方の組の基板の輪郭形状データを検出し、直径および中心位置を求める第１の演算ステップと、
    前記先端位置測定ステップでの測定結果から、前記周方向の各点における２組の基板間の相対的な先端位置関係を求める第２の演算ステップと、
    前記第１の演算ステップでの演算結果に対して、前記第２の演算ステップでの演算結果を対照し、いずれか他方の組の基板の輪郭形状データを求める第３の演算ステップと、
    前記第３の演算ステップでの演算結果から、前記いずれか他方の組の基板の直径および中心位置を求める第４の演算ステップと、
    前記第１の演算ステップでの演算結果に対して、前記第４の演算ステップでの演算結果を対照し、前記２組の基板間の中心位置のズレ量を検出する第５の演算ステップとを含むことを特徴とする請求項１０記載の貼合わせ基板の位置ズレ検出方法。

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