JP2014060429A - ウェハ貼り合わせ装置、ウェハ貼り合わせ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェハの位置決め精度を向上させたウェハ位置決め装置と、これを有するウェハ貼り合わせ装置を提供すること。
【解決手段】ウェハ１１を回転する回転駆動部１２に搭載された回転位置検出手段１４と、前記ウェハ上に形成されたマークの位置を計測するマーク位置検出手段６０と、前記ウェハを前記回転駆動部で回転した時の前記回転位置検出手段の回転角度変動を、前記マークの位置変動の近似周期関数として記憶する制御装置２１とを有し、前記制御装置は、ウェハライメント時に、前記回転位置検出手段の回転角度補正量を前記近似関数から算出し、前記補正量に基づき前記回転位置検出手段の回転角度を補正するウェハ位置決め装置５０と、これを有するウェハ貼り合わせ装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、ウェハ製造分野で用いられる、ウェハ位置決め装置と、これを有するウェハ貼り合わせ装置に関する。

半導体デバイスの動作速度向上、機能高度化、大容量化など達成するための有力な手段の一つとして、ウェハの３次元積層が挙げられる。これは半導体基板内部に貫通した導線を設けたウェハを積層して導線を接続・薄加工することにより、回路の脱線長を短く出来、デバイスの高速化と低発熱化を実現出来る。また、ウェハ積層の層数を増すことにより、回路の機能を高め、メモリも容量を増やすことが出来る。

ウェハの３次元積層を行なうには、回路形成が終わったウェハ表面に接合電極を形成し、２枚のウェハ、あるいは既に積層されたウェハと更に積層する次のウェハの電極同士が合うように位置決めして貼り合わせるウェハ貼り合わせ装置が提案され、この位置決めに際して、ウェハを回転する回転駆動部に回転角度を検出するロータリエンコーダが用いられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−３１７４１１号公報

従来のウェハ位置決め装置に用いられる回転モータは、モータ単独で基準となる絶対角度工具を用いて、エンコーダ変動を検出し、変動分を補正するための数値をモータドライバへ組み込んでいた。このため、ウェハ位置決め装置に当該モータを組み込んだのちに発生する、例えば、ストレスによるエンコーダ変動や、温度変化によるエンコーダ変動、あるは回転モータやドライバーの破損に伴う交換時に、エンコーダ変動を補正することが困難であった。

上記課題を解決するため、本発明は、ウェハを回転する回転駆動部に搭載された回転位置検出手段と、前記ウェハ上に形成されたマークの位置を計測するマーク位置検出手段と、前記ウェハを前記回転駆動部で回転した時の前記回転位置検出手段の回転角度変動を、前記マークの位置変動の近似周期関数として記憶する制御装置とを有し、前記制御装置は、ウェハライメント時に、前記回転位置検出手段の回転角度補正量を前記近似関数から算出し、前記補正量に基づき前記回転位置検出手段の回転角度を補正することを特徴とするウェハ位置決め装置を提供する。

また、本発明は、前記ウェハ位置決め装置を有することを特徴とするウェハ貼り合わせ装置を提供する。

本発明によれば、ウェハの位置決め精度を向上させたウェハ位置決め装置と、これを有するウェハ貼り合わせ装置を提供することができる。

実施の形態にかかるウェハ貼り合わせ装置の概略構成図である。 第１実施の形態にかかるウェハ位置決め装置の概略構成図である。 第１実施の形態にかかるウェハ外形検出装置の概略構成図である。 ロータリエンコーダのリニアリティー検出、近似関数生成に関するフローである。 ウェハ外検出結果の一例を示す。 ロータリエンコーダのリニアリティー変動をモデル的に示した図である。 ウェハ外形検出結果の一例を示す。 フーリエ近似関数導出のための説明表１ フーリエ近似関数導出のための説明表２ フーリエ近似関数導出のための説明表３ 第２実施の形態にかかるウェハ外形検出装置の概略構成図。 マーク角度を説明する図。

以下、本発明の実施の形態にかかるウェハ位置決め装置と、これを有するウェハ貼り合わせ装置ついて図面を参照しつつ説明する。

図１は、実施の形態にかかるウェハ位置決め装置を有するウェハ貼り合わせ装置の概略構成図である。

図１において、実施の形態にかかるウェハ貼り合わせ装置１は、後述するウェハ外形検出装置１０を内蔵するウェハ位置決め装置５０と、位置決めされた２体のウェハをウェハホルダを介して接合して積層ウェハを形成するウェハ貼り合わせ部９０とから構成されている。

前工程を終了してウェハ外形検出装置１０に投入されたウェハは、ウェハ外形検出装置１０で最上面の貼り合わせ面に対応するウェハの外形や、ウェハのノッチ位置、或いはオリフラ位置が検出される。

ウェハ外形検出装置１０の検出結果に基づき、ウェハのノッチ位置或いはオリフラ位置が後述するウェハ位置決め装置５０で後述するウェハホルダの所定位置に位置決めされる。

ウェハ位置決め装置５０でウェハホルダに位置決めされたウェハとウェハホルダのセットは、搬送ロボット２でウェハ貼り合わせ部９０に搬送され、２体のウェハがウェハホルダを介してウェハ貼り合わせ部９０で接合されて貼り合わせウェハ１１（以後、単板ウェハ、積層ウェハとも単にウェハと記す）が形成される。

（第１実施の形態）
次に、第１実施の形態にかかるウェハ位置決め装置５０について説明する。

図２は、第１実施の形態にかかるウェハ位置決め装置の概略構成図である。図３は、第１実施の形態にかかるウェハ外形検出装置１０の概略構成図である。

図２、図３において、ティーチングウェハ１１（以後、単にウェハと記す）が、回転モータ１２の回転軸に固定されたターンテーブル１３に載置される。また、回転モータ１２には、回転モータ１２の回転位置（回転角度）を検出するためのロータリーエンコーダ１４が内蔵されている。以降の説明では、ターンテーブル１３上にティーチングウェハ１１を載置した場合について説明するが、本ウェハ外形検出装置１０は、製品ウェハの外形検出に用いられる装置である。

ティーチングウェハ１１とは、図１２に示すように、ウェハ１１の外周部近傍の少なくとも二箇所にマーク１１Ａ、１１Ｂを有する基準ウェハである。このウェハ１１の二箇所のマーク１１Ａ、１１Ｂの位置を計測することで二箇所のマーク１１Ａ、１１Ｂを結ぶ線分とＸ軸とのなす角度（マーク角度と呼ぶ）、すなわちウェハ１１の角度変動を計測し、ロータリエンコーダ１４の角度変動を検出し、ロータリエンコーダ１４の角度補正を可能にするものである。

図２、図３に示すように、ウェハ外形検出装置１０には、透過型ラインセンサー１１２が、回転するウェハ１１の外周部近傍に配置されている。

透過型ラインセンサー１１２は、一般的に用いられるウェハ外形検出センサーで発光部１１２ａからライン状の平行光を照射し、その透過光を受光部１１２ｂで感知し透過部と遮蔽部の境界の位置を出力するセンサである。

また、図３に示すように、回転モータ１２、透過型ラインセンサー１１２等を制御すると共に、各信号を処理するための後述する各種制御部からなる制御装置２０を有している。

回転モータ１２は、不図示の回転子と固定子を有し、固定子に対し回転子は電磁力等でトルクを発生し回転できる構造となっている。

ロータリエンコーダ１４は、回転モータ１２に内蔵され、回転モータ１２の回転角度に応じた回転角検出を行うものである。パルスカウントで角度を判定できるが、回転モータ１２の初期化の際に原点センサ（不図示）でカウントリセットを行う。カウント値からモータ回転角度への変換はデータ処理部（ＣＰＵ）２１で行う。なお、本実施の形態では、ロータリエンコーダ１４は内蔵としているが、外付けであっても構わない。

ターンテーブル１３は、回転モータ１２の回転子に取り付けられ、ウェハ１１を吸着する機能をもつ。吸着されたウェハ１１は回転モータ１２の回転とともに回る。なお、実施の形態では、真空吸着を用い、ターンテーブル１３までの真空導入はロータリユニオン（不図示）などを中継して行うものとする。なお、真空吸着に代えて静電吸着等を用いることもできる。

制御装置２０内の回転モータドライバ２３は、回転モータ１２を駆動するためのコントロールドライバであって、回転指令を送信すると指令回転数での回転が可能となり、目的回転角への位置指令を送信すると所定回転角へ位置決め可能となる。回転モータ１２の駆動条件などの様々なパラメータが設定可能で、パラメータに応じた回転モータ駆動を可能にしている。

計測データ読込み部２５は、透過型ラインセンサー１１２、ロータリーエンコーダ１４等の出力電圧を時間同期、あるいはエンコーダカウント同期に合わせてデータを読み込む機能を有する。読み取ったデータはデータ処理部２１に伝える。

データ処理部(ＣＰＵ)２１は、ウェハ外形検出装置１０の場合、計測データの演算処理や記憶を行ったり、各ドライバへの指令を行ったり、ドライバの状態を読み取る等の処理を行う。また、投入されたウェハの状態判別を行い状態に対応する処理指令等を行う。

図２に示す、ウェハ投入ロボット５１は、ウェハ１１を所定の保管場所から回転モータ１２のターンテーブル１３上へ積載するためのロボットである。アーム５１ａ先端でウェハ１１を吸着保持し搬送を行う。また、多関節構造でアーム５１ａの伸縮が可能である。

回転モータ昇降機構部５２は、回転モータ１２を垂直方向に上下動させる駆動部である。

ウェハ搬送機構部(Ｙ軸)５３は、ウェハ１１を回転モータ１２位置からウェハホルダステージ５４へ搬送するための機構部である。アーム５３ａ先端でウェハ１１を吸着保持し搬送を行う。

ウェハ搬送機構部(Ｚ軸)５５は、ウェハ１１を垂直方向に上下動させる駆動部である。ウェハ１１を吸着保持するための吸着ピンを有する。

ウェハホルダ５６は、ウェハ１１を保持する基材で、ウェハ１１を着脱可能に吸着する面を有する。

ウェハホルダステージ（θ軸）５４ａは、ウェハホルダ５６を回転させる駆動部でウェハ搬送機構部（Ｚ軸）５５を搭載し、ウェハホルダ５６を吸着保持する機構を有する。

ウェハホルダステージ（Ｘ軸）５４ｂは、ウェハホルダ５６をＸ軸方向に移動させる駆動部でウェハホルダステージ（θ軸）５４ａを搭載している。

ウェハホルダステージ（Ｙ軸）５４ｃは、ウェハホルダ５６をＹ軸方向に移動させる駆動部でウェハホルダステージ（Ｘ軸）５４ｂを搭載している。

ウェハホルダ投入ロボット５７は、ウェハホルダ５６をウェハホルダステージ５４上へ搬送するロボットである。なお、ウェハホルダ投入ロボット５７は、ウェハ投入ロボット５１と兼用でも構わない。

また、回転モータ昇降機構部５２、ウェハ搬送機構部（Ｙ軸）５３、ウェハ搬送機構部（Ｚ軸）５５の駆動機構それぞれのドライバコントローラと、ウェハホルダステージ（θ軸）５４ａ、（Ｘ軸）５４ｂ、（Ｙ軸）５４ｃの駆動機構それぞれのドライバコントローラ、および制御部（ＣＰＵ）等を含む不図示の駆動系コントローラを有している。そして、これらドライバコントローラと図２に示すデータ処理部２１とが通信し以下のウェハ位置決めシーケンス制御を行う。

ウェハホルダ５６に載置されたウェハ１１は、画像位置検出センサー６０で、マーク１１Ａの位置が検出される。画像位置検出センサー６０は、不図示の固定部に固定されている。ウェハホルダステージ５４でウェハ１１をＸＹ面内に移動し、画像位置センサー６０でマーク１１ＡのＸＹ座標を検出し、データ処理部２１に記憶する。

次に、ロータリエンコーダ１４のリニアリティー検出、および補正処理に関し図４に示すフローチャートを参照しつつ説明する。

図４は、ロータリエンコーダ１４のリニアリティー検出、近似関数生成に関するフローである。以下、ステップ毎に説明する。

ステップ（Ｓ１）：初期値設定
ターンテーブル１３上にウェハ１１を積載する際にウェハのノッチの位置を変えて計測しなければならない。ターンテーブル１３の１周分（３６０度）を積載する際のノッチ角度ピッチ（θｐｉｔｃｈ：以後、θｐと記す）で割った数をＭとする。この計測回数Ｍ回をウェハ１１の１回転分の計測動作とし、この計測動作の繰返し数をＮとする。この繰返し数Ｎ個分のノッチの位置決め角度（以下ノッチターゲット角度：θｔと呼ぶ）を初期設定する。

ノッチ角度ピッチθｐは、ターンテーブル１３の１周の間で変化させても良いが、ここでは説明を簡単にするために固定値とする。例えばノッチ角度ピッチθｐを４５度とするとノッチの搭載位置は、モータ原点０度、４５度、９０度、１３５度、１８０度、２２５度、２７０度、３１５度の８種類となり、この８点のノッチ位置からノッチターゲット角度θｔへ回転移動したウェハ１１上のマーク１１Ａ、１１Ｂの位置を画像位置検出センサー６０で計測する。

第１実施の形態では、Ｎ＝２とし、Ｎ＝１の場合のθｔ＝−９０度、Ｎ＝２の場合のθｔ＝＋９０度とする。実施の形態では、装置の原点をターンテーブル中心としモータ原点角度をＸ軸とする。ウェハ外形計測センサである透過型ラインセンサー１１２の検出位置はＸ軸上とする。ターンテーブル１３からウェハホルダステージ５４へのウェハ搬送方向をＹ軸とする。

ステップ（Ｓ２）：ウェハ搭載
ウェハ１１をロボット自動搬送５１あるいは人による手動搬送で回転モータ１２のターンテーブル１３上に積載する。ウェハ１１はノッチを有するウェハ上の２箇所にマーク１１Ａ、１１Ｂが形成されている。

ステップ（Ｓ３）：初回のウェハ外形計測とノッチ位置決め
ウェハ外形データは回転モータ１２に内蔵されているロータリエンコーダ１４の値に対応する透過型ラインセンサー１１２からの出力を一対のデータとして計測データ読み込み部２５で記憶される。図５は、ウェハ外検出結果の一例を示す。一周に亘るエッジとノッチ位置とが検出されている。ノッチ位置は、回転角約３．１４ｒａｄに検出されている。

１回転分データを計測したのち、データ処理部２１へデータを転送し、データを記録すると共にウェハ外形データ（図５参照）から、ノッチ角度及び偏芯を算出する。

ステップ（Ｓ４）：偏芯補正とノッチ初期位置合わせ
ウェハ１１の偏芯座標から、ウェハ偏芯をＹ方向に向けるように回転モータを制御する。その後、ウェハ搬送機構部(Ｙ軸)５３にウェハ１１を載せ替え、ウェハ搬送機構部（Ｙ軸）５３を移動し、Ｙ方向偏芯分を補正する。偏芯補正後、ターンテーブル１３上へウェハ１１を戻しノッチ位置を０度に位置決めする。再度ターンテーブル１３からウェハ搬送機構部(Ｙ軸)５３にウェハ１１を載せ替えた後、回転モータ１２の原点復帰を行い、ノッチ位置とエンコーダ原点を０度に合わせる。

なお、ステップＳ３、Ｓ４は、ロータリエンコーダ１４のリニアリティーを計測する上で計測誤差を少なくするための処理であるので、ロータリエンコーダ１４の回転角度変動の許容度が大きい場合は省略できる。

ステップ（Ｓ５）：繰返しのウェハ外形計測とノッチ位置決め
ウェハ外形データは回転モータ１２のロータリエンコーダ１４の値に対応する透過型ラインセンサー１１２の出力を一対のデータとして計測データ読み込み部２５に記憶される。その１回転分のデータを計測したら、データ処理部２１へ記憶データを転送し、ウェハ外形データから、ノッチ角度及び偏芯量を算出しノッチターゲット角度θｔへノッチ位置決め回転を行う。Ｎ＝１ではノッチターゲット角度θｔは−９０度に設定する。

ステップ（Ｓ６）：ウェハをウェハホルダステージへの搬送（図２参照）
ここで、ウェハホルダステージ５４はマーク１１Ａ、１１Ｂを観測可能なステージである。回転モータ昇降機構部５２で回転モータ１２を下降させ、ターンテーブル１３に吸着されているウェハ１１をウェハ搬送機構部（Ｙ軸）５３のアーム５３ａへ搬送する。ターンテーブル１３でのウェハ吸着はウェハ搬送機構部（Ｙ軸）５３のアーム５３ａへのウェハ１１吸着を確認した後に吸着オフしウェハ搬送機構部（Ｙ軸）５３のアーム５３ａへの搬送が完了する。回転モータ昇降機構部５２は下方退避位置へ移動しウェハ搬送機構部(Ｙ軸)５３のウェハホルダステージ５４側への駆動が可能となる。

ウェハ搬送機構部（Ｙ軸）５３はウェハホルダステージ５４との受け渡し位置までＹ方向に駆動される。ウェハ搬送機構部（Ｙ軸）５３停止後にウェハ搬送機構部（Ｚ軸）５５が上方向に駆動される。ウェハ搬送機構部（Ｚ軸）５５の吸着ピンを吸着オン状態にする。受け渡し位置まで上昇させたら吸着ピンの吸着状態を監視しながら、吸着力が発生するまで上方向へ微動させる。吸着ピン側の吸着力が所定の閾値を超えたらウェハ搬送機構部（Ｙ軸）５３側のアーム５３ａの吸着をオフする。吸着ピンはさらに上昇し、上方待機位置までウェハ１１を持ち上げる。その後ウェハ搬送機構部（Ｙ軸）５３を退避させる。

ウェハ搬送機構部（Ｚ軸）５５の吸着ピンをウェハ吸着状態で保持しつつ下降させる。ウェハホルダ５６を吸着オン状態にし、吸着ピンを受け渡し位置まで下降させる。ウェハホルダ５６の吸着力が所定の閾値を超えたら吸着ピン側の吸着をオフする。吸着ピンはさらに下降し、下方待機位置にて動作終了する。なお、吸着力の確認は真空圧の確認でも構わない。或いは、真空圧確認を無視した時間管理の搬送でも構わない。

以上の動作シーケンスでマーク１１Ａ、１１Ｂを観測できる状態にウェハ１１を位置決めできた。

ステップ（Ｓ７）：マーク角度算出
ウェハ１１上のマーク１１Ａ、１１Ｂはノッチに対する位置が事前に分っているので、マーク１１Ａが画像位置検出センサ６０で観測できる位置にウェハホルダステージ５４を用いて移動させる。画像位置検出センサ６０で２箇所のマーク１１Ａ、１１Ｂの位置を計測し、図１２に示すマーク角度を計算する。そしてこのマーク角度をウェハ１１の回転成分の変動を算出するデータとする。ここで、マーク角度とは、図１２に示すように、マーク１１Ａの中心とマーク１１Ｂの中心とを結ぶ線分が、前述したＸ軸となす角度を示している。すなわち、回転成分の変動がゼロの場合、マーク１１Ａの中心とマーク１１Ｂの中心とを結ぶ線はＹ軸に一致し、マーク角度は９０度となる。

ステップ（Ｓ８）：ウェハの逆搬送とターンテーブル回転
マーク１１Ａ、１１Ｂの位置の計測終了後、ウェハ１１をウェハ搬送機構部（Ｙ軸）５３を介して逆搬送しターンテーブル１３上へ戻す。その際、ターンテーブル１３をノッチ角度ピッチθｐ分回転させた状態でウェハ１１をターンテーブル１３へ受け渡す。その後、ステップ（Ｓ５）へ戻って外形計測ルーチンを実行する。更に、ステップ（Ｓ５〜Ｓ８）を所定回数（この場合は８回）繰り返しＮ＝１（ノッチターゲット角度θｔ＝−９０度）におけるマーク１１Ａの位置データ取得が終了する。

その後、Ｎ＝２としてステップ（Ｓ５〜Ｓ８）を同様に繰り返しノッチターゲット角度θｔ＝＋９０度におけるマーク１１Ａ、１１Ｂのデータ取得を行う。

以上で、ウェハ１１のノッチ位置を所定角度回転しながらマーク１１Ａ、１１Ｂの位置データの取得を終了する。このようにして取得されたデータから計算された結果の一例を図７のグラフで示す。図７の横軸はノッチ角度θｎ、縦軸は計測されたマーク１１Ａとマーク１１Ｂのなす角度を示している。

続いて、取得したデータに基づき、ロータリエンコーダ１４のリニアリティーを検討する。図６は、ロータリエンコーダ１４のリニアリティー変動をモデル的に示した図である。理想的な回転角θｉに対し実際の回転角θｍは１回転中に図示のような変動を示す。そのため、少なからず回転角度誤差が発生することになる。そのリニアリティー変動の近似関数を以下の３次のフーリエ級数展開で表す。
ｆ（θ）=（ａ０／２）＋ａ１×ｃｏｓθ＋ｂ１×ｓｉｎθ＋ａ２×ｃｏｓ２θ
＋ｂ２×ｓｉｎ２θ＋ａ３×ｃｏｓ３θ＋ｂ３×ｓｉｎ３θ -------（１）
フーリエ級数は一般的な周期関数に用いられる関数で、（１）式のそれぞれの係数ａ１〜ａ３、ｂ１〜ｂ３を求めれば近似関数が導出できる。

但し、この係数の中でａ０は補正値算出の際に計算上は相殺されるので、特に導出の必要はない。

上記係数を求めるにはノッチターゲット角度−９０度とノッチターゲット角度＋９０度で取得した１回転分のノッチ角度とそれに対応したマーク角度データが必要となる。図７は、ノッチ角度ピッチθｐ＝３０度で計測したデータをグラフにプロットして示したものである。

（ステップＳ１〜Ｓ８で取得したデータ）
次に、図７に示す、ノッチターゲット角度−９０度の計測データとノッチターゲット角度＋９０度の計測データの合成を行う。装置における画像位置検出センサー６０の位置の都合によりマーク１１Ａとマーク１１Ｂのなす角度は、Ｙ軸に沿った形になりマーク角度変動が９０度（π／２（ｒａｄ））中心に振れるが、ここではそのオフセットをゼロにする計算処理も入れて説明する。計算の流れを、図８の表１、図９の表２、および図１０の表３を例にして示す。

図８の表１の右端のＤ１〜Ｄ８のデータは、ノッチターゲット角度−９０度とノッチターゲット角度＋９０度の各ノッチ角度に対するマーク角度データである。図中の（２）はノッチターゲット角度−９０度のマーク角度データの平均値、（３）はノッチターゲット角度＋９０度のマーク角度データの平均値である。
（８）＝（６）＋（７） （合成波形の計算）
（６）の各データ＝ターゲット−９０計測データ−（２）値：オフセットの除去
（７）の各データ＝ターゲット＋９０計測データ−（３）値：オフセットの除去
（５）は、（４）の角度（度）から（ｒａｄ）への単位変換値、をそれぞれ示している。

ここで得られた合成波形データを用いて、図９に示す表２でフーリエ級数展開近似式の係数算出を説明する。

表２の（５）、（８）を用いて、各ノッチ角度に対応する係数計算を以下のように行う。
表２において、
（１１）列のノッチ角（５）に対応する各数値（Ｋ０１〜Ｋ０８）は、（８）と同じ。
（１２）列のノッチ角（５）に対応する各数値（ＫＣ１１〜ＫＣ１８）は、（８）×ｃｏｓ（（５））
（１３）列のノッチ角（５）に対応する各数値（ＫＣ２１〜ＫＣ２８）は、（８）×ｃｏｓ（２×（５））
（１４）列のノッチ角（５）に対応する各数値（ＫＣ３１〜ＫＣ３８）は、（８）×ｃｏｓ（３×（５））
（１５）列のノッチ角（５）に対応する各数値（ＫＳ１１〜ＫＳ１８）は、（８）×ｓｉｎ（（５））
（１６）列のノッチ角（５）に対応する各数値（ＫＳ２１〜ＫＳ２８）は、（８）×ｓｉｎ（２×（５））
（１７）列のノッチ角（５）に対応する各数値（ＫＳ３１〜ＫＳ３８）は、（８）×ｓｉｎ（３×（５））

（１１）平均〜（１７）平均と書かれた数値は、それぞれの各ノッチ角に対応する上記（１１）〜（１７）列の値の平均値を示す。それぞれの平均値を用いて最終的な（１）式の係数は図１１に示す表３の計算式で示される。この例ではノッチ角度ピッチθｐは４５度であるが、このピッチを小さくすると対応するノッチ角（５）に対応するデータ数は増え近似関数の精度は増す。図７の実線ｆ（θｎ）が、このようにして求められたフーリエ級数展開に基づく近似曲線である。

次に、ウェハ１１のノッチ位置決めシーケンスについて以下に説明する。まず、補正動作を説明する。本補正シーケンスはウェハ１１のノッチ位置決め動作に組み込まれる形となっている。

補正角度θｈは（１）式の近似関数ｆ（θ）を用いて次式で示される。
θｈ＝ｆ（θn＋θｒｓ）−ｆ（θn）
ここでθｎは、ノッチ位置を表す。θｒｓは透過型ラインセンサー１１２位置からターゲット角度（ティーチングウェハでなく一般のウェハが対象）までの相対角度を表す。ロータリエンコーダ１４の近似関数（１）式をロータリエンコーダ１４の座標で表現する。

ロータリエンコーダ１４の一周分のパルスカウントをＮｅｐとすると
θ＝２×π×（Ｎ／Ｎｅｐ）として
ｆ（Ｎ）＝（ａ０／２）＋ａ１×ｃｏｓ(２×π×（Ｎ／Ｎｅｐ）)
＋ｂ１×ｓｉｎ（２×π×（Ｎ／Ｎｅｐ））
＋ａ２×ｃｏｓ（４×π×（Ｎ／Ｎｅｐ））
＋ｂ２×ｓｉｎ（４×π×（Ｎ／Ｎｅｐ））
＋ａ３×ｃｏｓ（６×π×（Ｎ／Ｎｅｐ））
＋ｂ３×ｓｉｎ（６×π×（Ｎ／Ｎｅｐ）） （１８）

従って、ノッチ角度θｎに対応するロータリエンコーダ１４値Ｎｎ、相対角度θｒｓに対応するロータリエンコーダ値Ｎｒｓとすると
θｈ＝ｆ（Ｎｎ＋Ｎｒｓ）−ｆ（Ｎｎ）
と表せる。ここで計算されるθｈの単位は（ｒａｄ）となる。

ウェハの角度位置決めの際にターゲットへの回転角度に上記の補正値を加える。補正値込みのターゲットまでの移動角度分を回転モータ１２で駆動し、ノッチ位置（或いはオリフラ位置）の角度決めが終了する。

以上の計測、および処理を行うことにより、ロータリエンコーダ１４のリニアリティー補正を行うことができる。これにより、製品貼り合わせ時のウェハ１１の位置決めをより高精度に行うことが可能になる。

このように第１実施の形態では、回転モータ１２に内蔵されたロータリエンコーダ１４の回転角度変動を、ウェハ１１に形成されたマーク１１Ａ、１１Ｂのなすマーク角度の回転変動から、上述した近似関数を導出し、導出された近似関数に基づき、実際のウェハの位置決め精度を向上させることが可能となる。

（第２実施の形態）
図１１は、第２実施の形態にかかるウェハ位置決め装置のウェハ外形検出装置の概略構成図である。第１実施の形態では、ウェハ１１のマーク１１Ａ、１１Ｂの検出をウェハホルダステージ５４で行っていたが、第２実施の形態では、画像位置検出センサーとこれをウェハの半径方向に制御するサーボ機構をウェハ外形検出装置１０側に配置して、回転モータ１２のターンテーブル１３上でマーク１１Ａ、１１Ｂの検出を可能にしている。第１実施の形態と同様の構成、作用には同じ符号を付し説明を省略する。また、ウェハ貼り合わせ装置１の構成、作用も第１実施の形態と同様であり説明を省略する。

図１１において、ウェハ外形検出装置１０では、ウェハ１１が、回転モータ１２の回転軸に固定されたターンテーブル１３に載置される。ウェハ１１には、所定の位置にマーク１１Ａ、１１Ｂが形成されている。回転モータ１２には、回転モータ１２の回転位置（回転角度）を検出するためのロータリーエンコーダ１４が内蔵されている。

ウェハ１１の上方には、ウェハ１１のマーク１１Ａ、１１Ｂを検出するための画像位置検出センサー１５と、この画像位置検出センサー１５を支持し、画像位置検出センサー１５をウェハ１１の半径方向に移動させるサーボ機構１６が配置されている。サーボ機構１６は、リニアエンコーダ１７を内蔵するリニアモータ１８から構成され、画像位置検出センサー１５をウェハ１１の半径方向に移動させる。

また、回転モータ１２、画像位置検出センサー１５、リニアモータ１８等を制御すると共に、各信号を処理するための後述する各種制御部からなる制御装置２０を有している。

リニアモータ１８は、画像位置検出センサー１５をウェハ１１の半径方向に駆動可能にする機構であり、３相コイルと磁石を利用して電磁駆動力を発生する可動部と固定部を有し、固定部に対し電磁駆動力によって可動部が駆動される構造を有する。画像位置検出センサー１５は可動部に固定されている。また、案内機構も内蔵され、位置決め分解能も数μｍ程度の能力をもつ。

なお、ウェハ１１のマーク検出に必要な分解能は、サンプリングデータ数にもよるが、１０μｍ程度が必要であるので数μｍの位置決め能力のある駆動形態であれば単相ＶＣＭ駆動や電磁駆動力以外の空圧駆動力をもった空圧アクチュエータなどを用いても良い。

画像位置検出センサーコントローラ１７は、画像位置検出センサー１５の位置を検出し、検出結果を計測データ読み込み部２５に送信する。位置データは、計測データ読み込み部２５からデータ処理部２１に送られ、ロータリエンコーダ１４の回転角度変動の解析に使用される。

制御装置２０内のリニアモータドライバ２２は、リニアモータ１８を駆動するためのコントロールドライバであって、位置指令を送信すると所定位置へ位置決め可能となる。また推力指令を送信すると所定推力で可動子を駆動することが可能となる。リニアモータ１８の駆動条件などの様々なパラメータが設定可能で、パラメータに応じたリニアモータ駆動を可能にしている。

このような構成のウェハ外形検出装置１０において、図４に示すステップでロータリエンコーダ１４のリニアリティーデータ取得、近似関数生成、および近似関数を用いたロータリエンコーダ１４の角度補正を行う。なお、図４に示す各ステップは、ウェハをウェハホルダに搬送する処理を除いて第１実施の形態と同様であり説明を省略する。

本実施の形態では、第１実施の形態に比べ、ウェハの搬送がウェハ搬送機構部（Ｙ軸）５３のみで行われ、ウェハホルダステージ５４への搬送動作が不要となるため短時間でマーク１１Ａ、１１Ｂの位置データ取得から補正データを生成することができる。

以上、実施の形態にかかるウェハ位置決め装置によれば、回転モータを装置に組み込んだ状態及び、使用環境でロータリエンコーダのリニアリティ変動データを所得でき、その結果を基に補正を行うので、ウェハの回転位置決め精度が損なわれない。また、絶対基準の工具等も必要でなく容易に補正を実現できる。また、回転モータ破損時はモータ単独交換後に再度ロータリエンコーダのリニアリティ変動データを所得できるため、回転モータドライバの交換は必要なくなる。

この結果、ウェハ貼り合わせ装置における位置決め精度が格段に向上し、２体のウェハを張り合わせる際の位置決め不良による半導体製造工程の歩留まり低下を防止することが可能となる。

なお、上述の実施の形態は例に過ぎず、上述の構成や形状に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜修正、変更が可能である。

１ ウェハ貼り合わせ装置
２ 搬送ロボット
１０ ウェハ外形検出装置
１１ ティーチングウェハ（ウェハ）
１２ 回転モータ
１３ ターンテーブル
１４ ロータリエンコーダ
１５ 画像位置検出センサー
１６ サーボ機構
１７ 画像位置検出センサーコントローラ
１８ リニアモータ
２０ 制御装置
２１ データ処理部（ＣＰＵ）
２２ リニアモータドライバ
２３ 回転モータドライバ
２５ 計測データ読み取り部
５０ ウェハ位置決め装置
５１ ウェハ投入ロボット
５２ 回転モータ昇降機構部
５３ ウェハ搬送機構部（Ｙ軸）
５４ ウェハホルダステージ
５５ ウェハ搬送機構部（Ｚ軸）
５６ ウェハホルダ
５７ ウェハホルダ投入ロボット
９０ ウェハ貼り合わせ部
１１２ 透過型ラインセンサー

本発明は、ウェハ製造分野で用いられる、ウェハ貼り合わせ装置と、ウェハ貼り合わせ方法に関する。

上記課題を解決するため、本発明は、積層された複数のウェハを有する積層ウェハと他のウェハとを貼り合わせるウェハ貼り合わせ装置であって、前記積層ウェハのうちの最上面ウェハの外形から前記最上面ウェハの所定位置を検出する外形検出手段と、前記外形検出手段の検出結果に基づいて、ウェハホルダに対して前記最上面ウェハを位置決めする位置決め装置と、前記ウェハホルダに保持された前記積層ウェハの前記最上面ウェハと前記他のウェハとを接合する接合装置と、前記積層ウェハが保持された前記ウェハホルダを前記位置決め装置から前記接合装置に搬送する搬送手段と、を備えたことを特徴とするウェハ貼り合わせ装置を提供する。

また、本発明は、積層された複数のウェハを有する積層ウェハと他のウェハとを貼り合わせるウェハ貼り合わせ方法であって、前記積層ウェハのうちの最上面ウェハの外形から前記最上面ウェハの所定位置を検出する外形検出段階と、前記外形検出段階の検出結果に基づいて、ウェハホルダに対して前記最上面ウェハを位置決めする位置決め段階と、前記ウェハホルダに保持された前記積層ウェハの前記最上面ウェハと前記他のウェハとを接合する接合段階と、前記積層ウェハが保持された前記ウェハホルダを前記位置決め段階がなされる位置決め装置から前記接合段階がなされる接合装置に搬送する搬送段階と、を含むことを特徴とするウェハ貼り合わせ方法を提供する。

本発明によれば、ウェハの位置決め精度を向上させたウェハ貼り合わせ装置と、ウェハ貼り合わせ方法を提供することができる。

Claims (8)

1. ウェハを回転する回転駆動部に搭載された回転位置検出手段と、
   前記ウェハ上に形成されたマークの位置を計測するマーク位置検出手段と、
   前記ウェハを前記回転駆動部で回転した時の前記回転位置検出手段の回転角度変動を、前記マークの位置変動の近似周期関数として記憶する制御装置とを有し、
   前記制御装置は、ウェハライメント時に、前記回転位置検出手段の回転角度補正量を前記近似関数から算出し、前記補正量に基づき前記回転位置検出手段の回転角度を補正することを特徴とするウェハ位置決め装置。
2. 前記回転位置検出手段は、ロータリエンコーダを含むことを特徴とする請求項１に記載のウェハ位置決め装置。
3. 前記ウェハの外周近傍に配置され、前記ウェハの外形を検出する外形検出手段を更に有し、
   前記ウェハの所定位置を初期角度位置から所定回転角度位置に前記回転駆動部により回転したのちに、前記マーク位置検出手段により前記マークの位置を検出し、
   前記所定回転角度位置は、前記外形検出手段の角度基準位置からの相対角度で制御されることを特徴とする請求項１又は２に記載のウェハ位置決め装置。
4. 前記所定位置は、前記ウェハに形成されたノッチ位置からなることを特徴とする請求項３に記載のウェハ位置決め装置。
5. 前記所定位置は、前記ウェハに形成されたオリフラ位置からなることを特徴とする請求項３に記載のウェハ位置決め装置。
6. 前記外形検出手段は、透過型ラインセンサーを含むことを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載のウェハ位置決め装置。
7. 前記基準角度位置からの相対角度は、略９０度、および略−９０度からなることを特徴とする請求項３から６の何れか１項に記載のウェハ位置決め装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載のウェハ位置決め装置を有することを特徴とするウェハ貼り合わせ装置。

Images