JP4867784B2 - POSITION DETECTION DEVICE, WAFER SUPPLY DEVICE, LAMINATED 3D SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURING METHOD, EXPOSURE DEVICE, AND DEVICE MANUFACTURING METHOD - Google Patents

POSITION DETECTION DEVICE, WAFER SUPPLY DEVICE, LAMINATED 3D SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURING METHOD, EXPOSURE DEVICE, AND DEVICE MANUFACTURING METHOD Download PDF

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Description

本発明は、ウエハ重ね合わせ装置や露光装置などに適用される精密な位置検出装置に関する。また、本発明は、位置検出装置を備えたウエハ重ね合わせ装置及び露光装置、積層3次元半導体装置の製造方法及びデバイスの製造方法に関する。   The present invention relates to a precise position detection apparatus applied to a wafer overlay apparatus, an exposure apparatus, and the like. The present invention also relates to a wafer overlay apparatus and exposure apparatus provided with a position detection apparatus, a method for manufacturing a stacked three-dimensional semiconductor device, and a method for manufacturing a device.

半導体素子や液晶表示素子などの製造に使用される露光装置には、基板マークの位置を高精度に検出するための位置検出装置が搭載されている。   An exposure apparatus used for manufacturing a semiconductor element, a liquid crystal display element or the like is equipped with a position detection apparatus for detecting the position of a substrate mark with high accuracy.

この種の位置検出装置は、例えば特許文献1に開示されているように、基板マークの像を拡大観察するため顕微鏡光学系を備えており、基板マークに対する焦点調節は、基板ステージの光軸方向(Z方向)への駆動によって行われる。よって、焦点調節の際に位置検出装置内の光学素子が移動することは無く、位置検出装置に偏芯や傾き誤差が生じる可能性は殆ど無い。このため、位置検出装置の検出精度は高い。   For example, as disclosed in Patent Document 1, this type of position detection apparatus includes a microscope optical system for magnifying and observing an image of a substrate mark. Focus adjustment on the substrate mark is performed in the direction of the optical axis of the substrate stage. This is done by driving in the (Z direction). Therefore, the optical element in the position detection device does not move during focus adjustment, and there is almost no possibility that an eccentricity or tilt error occurs in the position detection device. For this reason, the detection accuracy of the position detection device is high.

このような位置検出装置は露光装置以外の装置にも有効と考えられる。例えば、特許文献2に記載のウエハ重ね合わせ装置である。
特開平11−304422号公報 特開2005−251972号公報
Such a position detection apparatus is considered to be effective for apparatuses other than the exposure apparatus. For example, it is a wafer superposition apparatus described in Patent Document 2.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-304422 JP 2005-251972 A

しかしながら、ウエハ重ね合わせ装置に位置検出装置を搭載し、その焦点調節を行うには、重ね合わせるべき2枚のウエハを支持するステージの各々をZ方向へ駆動しなければならず、非効率である。   However, in order to mount the position detection device on the wafer superimposing apparatus and to adjust the focus thereof, each of the stages supporting the two wafers to be superposed must be driven in the Z direction, which is inefficient. .

そこで本発明は、焦点調節機能を有し、しかも検出精度の高い位置検出装置を提供することを目的とする。また、本発明は、高性能なウエハ重ね合わせ装置及び露光装置を提供することを目的とする。また、本発明は高性能な積層3次元半導体装置を製造することのできる積層3次元半導体装置の製造方法、及び高性能なデバイスを製造することのできるデバイスの製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a position detection device having a focus adjustment function and high detection accuracy. Another object of the present invention is to provide a high-performance wafer overlay apparatus and exposure apparatus. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a stacked three-dimensional semiconductor device capable of manufacturing a high-performance stacked three-dimensional semiconductor device, and a device manufacturing method capable of manufacturing a high-performance device. To do.

本発明の位置検出装置は、指標を基準として物体の位置を検出する位置検出装置であって、対物レンズが捉えた光束を基に前記物体の像を撮像面上に形成する結像レンズと、前記指標からの光束を前記結像レンズの物体側へ入射させ、その結像レンズを介して前記指標の像を前記撮像面上に投影する投影用レンズと、前記結像レンズを光軸方向に移動させる合焦機構とを備え、前記投影用レンズ及び前記結像レンズによって構成される投影光学系の焦点深度は、前記対物レンズ及び前記結像レンズによって構成される観察光学系の焦点深度よりも深いことを特徴とする。 Position detecting device of the present invention, there is provided a position detecting device for detecting a position of an object relative to the index, and an imaging lens for forming an image of the object based on the light beam objective lens is captured on the imaging surface, the light beam from the index to be incident to the object side of the imaging lens, and a projection lens for projecting an image of the index on the imaging surface through the imaging lens, the imaging lens in the optical axis direction A focusing mechanism for moving, and a depth of focus of a projection optical system constituted by the projection lens and the imaging lens is larger than a depth of focus of an observation optical system constituted by the objective lens and the imaging lens It is characterized by deepness .

なお、前記投影用レンズ及び前記結像レンズによって構成される投影光学系の像側の開口数は、前記対物レンズ及び前記結像レンズによって構成される観察光学系の像側の開口数よりも小さいことが望ましい。   The numerical aperture on the image side of the projection optical system constituted by the projection lens and the imaging lens is smaller than the numerical aperture on the image side of the observation optical system constituted by the objective lens and the imaging lens. It is desirable.

また、前記結像レンズの可動範囲は、前記投影光学系の焦点深度内に収められることが望ましい。  Further, it is desirable that the movable range of the imaging lens be within the focal depth of the projection optical system.

また、前記結像レンズから見た前記対物レンズの射出瞳と前記投影用レンズの射出瞳とは、互いに等価な位置に配置されることが望ましい。   Further, it is desirable that the exit pupil of the objective lens and the exit pupil of the projection lens viewed from the imaging lens are arranged at equivalent positions.

また、本発明の位置検出装置は、前記撮像面の画像を取得するカメラを更に備えてもよい。   The position detection device of the present invention may further include a camera that acquires an image of the imaging surface.

また、本発明の位置検出装置は、前記カメラが取得する画像に基づき、前記物体の像のコントラストが高くなるように前記合焦機構を駆動する制御手段を更に備えてもよい。   The position detection apparatus of the present invention may further include control means for driving the focusing mechanism so that the contrast of the image of the object is increased based on an image acquired by the camera.

また、本発明の位置検出装置は、前記カメラが取得する画像に基づき、前記物体の像と前記指標の像との位置関係を測定する測定手段を更に備えてもよい。   The position detection apparatus of the present invention may further include a measuring unit that measures a positional relationship between the image of the object and the image of the index based on an image acquired by the camera.

また、本発明のウエハ重ね合わせ装置は、本発明の何れかの位置検出装置を備えたことを特徴とする。   Further, a wafer overlaying apparatus according to the present invention includes any one of the position detection apparatuses according to the present invention.

また、本発明の積層3次元半導体装置の製造方法は、複数の半導体装置が形成されたウエハを所定の枚数だけ準備するウエハ準備工程と、前記準備されたウエハのうち互いに重ね合わせるべきウエハ間の位置関係を測定するアライメント工程と、前記位置関係の測定されたウエハを重ね合わせるウエハ重ね合わせ工程と、前記重ね合わされたウエハの接続電極どうしを接合してそれらウエハを積層させる電極接合工程と、前記積層された前記所定の枚数のウエハから複数の積層3次元半導体装置を切り出すダイシング工程とを含み、前記アライメント工程において請求項1〜請求項7の何れか一項に記載の位置検出装置を使用することを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a stacked three-dimensional semiconductor device comprising: a wafer preparation step for preparing a predetermined number of wafers on which a plurality of semiconductor devices are formed; An alignment step for measuring the positional relationship, a wafer superimposing step for superimposing the wafers measured for the positional relationship, an electrode bonding step for laminating the connection electrodes of the superimposed wafers, and laminating the wafers, And a dicing step of cutting out a plurality of stacked three-dimensional semiconductor devices from the predetermined number of stacked wafers, wherein the position detection device according to any one of claims 1 to 7 is used in the alignment step. It is characterized by that.

また、本発明の露光装置は、本発明の何れかの位置検出装置を備えたことを特徴とする。   An exposure apparatus according to the present invention includes any one of the position detection apparatuses according to the present invention.

また、本発明のデバイスの製造方法は、本発明の露光装置を用いて基板を露光する工程と、前記露光された基板を現像する工程とを含むことを特徴とする。   The device manufacturing method of the present invention includes a step of exposing a substrate using the exposure apparatus of the present invention, and a step of developing the exposed substrate.

本発明によれば、焦点調節機能を有し、しかも検出精度の高い位置検出装置が実現する。また、本発明によれば、高性能なウエハ重ね合わせ装置及び露光装置が実現する。   According to the present invention, a position detection device having a focus adjustment function and high detection accuracy is realized. Further, according to the present invention, a high-performance wafer overlaying apparatus and exposure apparatus are realized.

また、本発明によれば、高性能な積層3次元半導体装置を製造することのできる積層3次元半導体装置の製造方法、及び高性能なデバイスを製造することのできるデバイスの製造方法が実現する。   In addition, according to the present invention, a manufacturing method of a stacked three-dimensional semiconductor device capable of manufacturing a high-performance stacked three-dimensional semiconductor device and a manufacturing method of a device capable of manufacturing a high-performance device are realized.

[第1実施形態]
本実施形態は、位置検出装置の実施形態である。本実施形態の位置検出装置は、シリコンウエハ上に予め形成されたウエハマークの面方向(XY方向)の位置を検出するものである。以下、シリコンウエハを単に「ウエハ」という。
[First Embodiment]
This embodiment is an embodiment of a position detection device. The position detection apparatus according to the present embodiment detects the position in the surface direction (XY direction) of a wafer mark formed in advance on a silicon wafer. Hereinafter, the silicon wafer is simply referred to as “wafer”.

先ず、位置検出装置の構成を説明する。   First, the configuration of the position detection device will be described.

図1は、位置検出装置の構成図である。図1に示すとおり、位置検出装置は、照明光学系S1と、観察光学系S2と、投影光学系S3と、可視域〜赤外域に感度を有したカメラ10と、不図示の制御部とを備える。   FIG. 1 is a configuration diagram of a position detection device. As shown in FIG. 1, the position detection apparatus includes an illumination optical system S1, an observation optical system S2, a projection optical system S3, a camera 10 having sensitivity in the visible region to the infrared region, and a control unit (not shown). Prepare.

照明光学系S1は、照明用光源1、レンズ2、フィルタ3、レンズ4、ハーフミラー5、無限遠系の対物レンズ6からなる。観察光学系S2は、対物レンズ6、ハーフミラー5、ハーフミラー8、結像レンズ9からなり、ハーフミラー5及び対物レンズ6を照明光学系S1と共有している。投影光学系S3は、投影用光源11、レンズ12、光ファイバ13、レンズ14、指標15、投影用レンズ16、開口絞り17、ハーフミラー8、結像レンズ9からなり、ハーフミラー8及び結像レンズ9を観察光学系S2と共有している。   The illumination optical system S1 includes an illumination light source 1, a lens 2, a filter 3, a lens 4, a half mirror 5, and an infinite objective lens 6. The observation optical system S2 includes an objective lens 6, a half mirror 5, a half mirror 8, and an imaging lens 9. The half mirror 5 and the objective lens 6 are shared with the illumination optical system S1. The projection optical system S3 includes a projection light source 11, a lens 12, an optical fiber 13, a lens 14, an index 15, a projection lens 16, an aperture stop 17, a half mirror 8, and an imaging lens 9, and includes the half mirror 8 and the imaging lens. The lens 9 is shared with the observation optical system S2.

照明光学系S1の照明用光源1は、赤外光を発光するハロゲンランプである。その照明用光源1から射出した赤外光は、レンズ2によってコリメートされ、フィルタ3を通過し、レンズ4によって平行光束となり、ハーフミラー5を反射する。ハーフミラー5を反射した赤外光は、対物レンズ6によって集光され、ウエハ7上のウエハマークM1及びその周辺を照明する。ウエハマークM1は、二次元のパターン(例えば十字状のパターン)である。   The illumination light source 1 of the illumination optical system S1 is a halogen lamp that emits infrared light. The infrared light emitted from the illumination light source 1 is collimated by the lens 2, passes through the filter 3, becomes a parallel light beam by the lens 4, and reflects the half mirror 5. The infrared light reflected from the half mirror 5 is collected by the objective lens 6 and illuminates the wafer mark M1 on the wafer 7 and its periphery. Wafer mark M1 is a two-dimensional pattern (for example, a cross-shaped pattern).

ウエハマークM1で反射した赤外光は、対物レンズ6によって捉えられ、無限遠方に向けて集光される。集光された赤外光は、ハーフミラー5及びハーフミラー8を順に透過した後に結像レンズ9によって集光され、カメラ10の撮像面の近傍にウエハマークM1の赤外像(以下、「マーク像」という。)を形成する。   The infrared light reflected by the wafer mark M1 is captured by the objective lens 6 and condensed toward infinity. The condensed infrared light is sequentially transmitted through the half mirror 5 and the half mirror 8 and then condensed by the imaging lens 9, and an infrared image (hereinafter referred to as “mark”) of the wafer mark M 1 near the imaging surface of the camera 10. Image ").

投影光学系S3の投影用光源11は、可視光を発光するハロゲンランプである。その投影用光源11から射出した可視光は、レンズ12によって光ファイバ13の端面13aに集光された後、光ファイバ13を伝播して他方の端面13bから射出する。この端面13bに、投影用光源11の像(二次光源)が形成される。その二次光源から射出した可視光は、レンズ14により集光され、指標15を照明する。指標15は、図1中に示すとおり透過型の指標であり、二次元のパターン(例えば十字状のパターン)Pが形成されている。その指標15のパターンPを通過した可視光は、投影用レンズ16によって捉えられ、無限遠方に向けて集光される。集光された可視光は、開口絞り17を介してハーフミラー8へ向かい、そのハーフミラー8を反射する。ハーフミラー8を反射した可視光は、結像レンズ9によって集光され、カメラ10の撮像面に指標15の可視像(以下、「指標像」という。)を形成する。   The projection light source 11 of the projection optical system S3 is a halogen lamp that emits visible light. The visible light emitted from the projection light source 11 is condensed on the end surface 13a of the optical fiber 13 by the lens 12, and then propagates through the optical fiber 13 and exits from the other end surface 13b. An image (secondary light source) of the projection light source 11 is formed on the end face 13b. The visible light emitted from the secondary light source is collected by the lens 14 and illuminates the indicator 15. The index 15 is a transmission type index as shown in FIG. 1, and a two-dimensional pattern (for example, a cross-shaped pattern) P is formed. The visible light that has passed through the pattern P of the index 15 is captured by the projection lens 16 and condensed toward infinity. The condensed visible light travels toward the half mirror 8 through the aperture stop 17 and reflects off the half mirror 8. The visible light reflected from the half mirror 8 is collected by the imaging lens 9 and forms a visible image of the index 15 (hereinafter referred to as “index image”) on the imaging surface of the camera 10.

ここで、対物レンズ6は、物体側にテレセントリックである。照明光学系S1のレンズ2及びレンズ4は、この対物レンズ6の像側焦点面に照明用光源1の像を投影することにより、ウエハマークM1及びその周辺を赤外光でケーラー照明する。   Here, the objective lens 6 is telecentric on the object side. The lens 2 and the lens 4 of the illumination optical system S1 project the image of the illumination light source 1 on the image side focal plane of the objective lens 6, thereby performing Koehler illumination of the wafer mark M1 and its periphery with infrared light.

また、結像レンズ9の物体側焦点面は、対物レンズ6の像側焦点面と同じ位置に配置される。したがって、観察光学系S2は、両側テレセントリックとなる。   The object side focal plane of the imaging lens 9 is disposed at the same position as the image side focal plane of the objective lens 6. Therefore, the observation optical system S2 is double-sided telecentric.

また、結像レンズ9の光軸方向の位置は、不図示の駆動機構(モータなどを含む)によって可変であり、他の要素の位置は互いに固定されている。但し、投影光学系S3の投影用光源11,レンズ12,端面13aについては、互いの位置関係が固定されている限り変位してもよい。   Further, the position of the imaging lens 9 in the optical axis direction is variable by a drive mechanism (including a motor) (not shown), and the positions of other elements are fixed to each other. However, the projection light source 11, the lens 12, and the end surface 13a of the projection optical system S3 may be displaced as long as their positional relationships are fixed.

したがって、観察光学系S2の物体側焦点面がウエハ7の表面から外れていたとしても、結像レンズ9を駆動するだけで、観察光学系S2の物体側焦点面をウエハ7の表面に一致させることができる。これを利用し、位置検出装置は、ウエハマークM1に対する観察光学系S2の焦点調節(マーク像のピント調節)を行う。   Therefore, even if the object-side focal plane of the observation optical system S2 deviates from the surface of the wafer 7, the object-side focal plane of the observation optical system S2 is made to coincide with the surface of the wafer 7 only by driving the imaging lens 9. be able to. Using this, the position detection apparatus performs focus adjustment (mark image focus adjustment) of the observation optical system S2 with respect to the wafer mark M1.

前述したとおり、観察光学系S2は両側テレセントリックなので、観察光学系S2によるウエハマークM1の結像倍率は、焦点調節により変化しない。   As described above, since the observation optical system S2 is telecentric on both sides, the imaging magnification of the wafer mark M1 by the observation optical system S2 is not changed by the focus adjustment.

また、投影用レンズ16の射出瞳(開口絞り17)は、結像レンズ9から見て対物レンズ6の射出瞳と等価な位置に配置される。よって、投影光学系S3による指標15の投影倍率と、観察光学系S2によるウエハマークM1の結像倍率との関係は、焦点調節により変化しない。   Further, the exit pupil (aperture stop 17) of the projection lens 16 is disposed at a position equivalent to the exit pupil of the objective lens 6 when viewed from the imaging lens 9. Therefore, the relationship between the projection magnification of the index 15 by the projection optical system S3 and the imaging magnification of the wafer mark M1 by the observation optical system S2 is not changed by the focus adjustment.

したがって、ウエハマークM1の結像倍率と指標15の投影倍率との双方は、焦点調節により変化せず、撮像面上の指標像とマーク像との位置関係も、焦点調節により変化しない。   Therefore, both the imaging magnification of the wafer mark M1 and the projection magnification of the index 15 are not changed by the focus adjustment, and the positional relationship between the index image and the mark image on the imaging surface is not changed by the focus adjustment.

図2(A),(B),(C)は、焦点調節時における撮像面の様子を示す図である。 図2(A),(B),(C)に示すとおり、焦点調節時には光学系の光軸にブレ(偏芯や倒れ)の生じる可能性があるので、マーク像IM及び指標像IPはそれぞれ変位する可能性がある。しかし、焦点調節によるマーク像IM及び指標像IPの変位量は共通であり、両者の位置関係は変化しない。   2A, 2 </ b> B, and 2 </ b> C are diagrams illustrating the state of the imaging surface during focus adjustment. As shown in FIGS. 2A, 2B, and 2C, since there is a possibility that blurring (eccentricity or tilting) occurs on the optical axis of the optical system during focus adjustment, the mark image IM and the index image IP are respectively There is a possibility of displacement. However, the amount of displacement of the mark image IM and the index image IP due to focus adjustment is common, and the positional relationship between the two does not change.

そこで、本実施形態の位置検出装置は、位置検出の基準として、光軸ではなく指標像IPを使用する。つまり、撮像面上の指標像IPの位置を基準としたマーク像IMの位置により、ウエハマークM1のXY方向の位置を検出する。   Therefore, the position detection device of the present embodiment uses the index image IP instead of the optical axis as a reference for position detection. That is, the position of the wafer mark M1 in the X and Y directions is detected from the position of the mark image IM on the basis of the position of the index image IP on the imaging surface.

また、図1に戻り、投影光学系S3の像側の開口数は、観察光学系S2の像側の開口数よりも小さく制限されている。このため、開口絞り17の開口径は、予め適当なサイズに絞られている。   Returning to FIG. 1, the numerical aperture on the image side of the projection optical system S3 is limited to be smaller than the numerical aperture on the image side of the observation optical system S2. For this reason, the aperture diameter of the aperture stop 17 is previously reduced to an appropriate size.

例えば、観察光学系S2の像側の開口数が0.018であるとき、投影光学系S3の像側の開口数は0.004に設定される。赤外光の波長が1.1μm、可視光の波長が0.55μmであるならば、観察光学系S2の焦点深度が3.4mmであるのに対し、投影光学系S3の焦点深度は34mmと深くなる。そこで本実施形態では、前述した結像レンズ9の可動範囲を、投影光学系S3の焦点深度内(34mm)に収める。   For example, when the numerical aperture on the image side of the observation optical system S2 is 0.018, the numerical aperture on the image side of the projection optical system S3 is set to 0.004. If the wavelength of infrared light is 1.1 μm and the wavelength of visible light is 0.55 μm, the depth of focus of the observation optical system S2 is 3.4 mm, whereas the depth of focus of the projection optical system S3 is 34 mm. Deepen. Therefore, in the present embodiment, the movable range of the imaging lens 9 described above is set within the focal depth (34 mm) of the projection optical system S3.

したがって、図2(A),(B),(C)に示すとおり、焦点調節によりマーク像IMのボケ量は変化するが、位置検出の基準である指標像IPはボケることは無い。また、観察光学系S2の像側の開口数は大きいままなので、焦点調節さえ行えば、図2(B)のとおりマーク像IMの解像度を高くすることができる。   Therefore, as shown in FIGS. 2A, 2B, and 2C, the blur amount of the mark image IM is changed by the focus adjustment, but the index image IP that is a reference for position detection is not blurred. Further, since the numerical aperture on the image side of the observation optical system S2 remains large, the resolution of the mark image IM can be increased as shown in FIG.

なお、位置検出装置とウエハ7との間に障害物が存在する場合、マーク像IMはノイズの影響を受けるので、なるべく解像度が高いことが望ましく、指標像IPはノイズの影響を受けないので、多少解像度が低くても構わない。   If there is an obstacle between the position detection device and the wafer 7, the mark image IM is affected by noise. Therefore, it is desirable that the resolution is as high as possible, and the index image IP is not affected by noise. The resolution may be slightly lower.

また、図2はあくまでも説明図であって、マーク像IM及び指標像IPの実際の様子が図2のとおりになるとは限らない。   Further, FIG. 2 is an explanatory diagram to the last, and the actual state of the mark image IM and the index image IP is not always as shown in FIG.

また、上述の実施形態においては、投影光学系S3の像側の開口数が0.004である場合を例にして説明したが、投影光学系S3の像側の開口数を0.003〜0.005の範囲の何れかの値に設定し、それによって、投影光学系S3の焦点深度を20mm〜約60mmの範囲の何れかの値にしてもよい。   In the above-described embodiment, the case where the image side numerical aperture of the projection optical system S3 is 0.004 has been described as an example. However, the image side numerical aperture of the projection optical system S3 is set to 0.003 to 0. It may be set to any value in the range of .005, whereby the depth of focus of the projection optical system S3 may be set to any value in the range of 20 mm to about 60 mm.

なお、仮に投影光学系S3の像側の開口数を0.003よりも小さく設定し、投影光学系S3の焦点深度を60mm程度よりも深くした場合、指標像IPの解像度が低下して位置検出装置の検出精度が低くなる可能性がある。その反対に、投影光学系S3の像側の開口数を0.005よりも大きく設定し、投影光学系S3の焦点深度を20mm程度よりも浅くした場合、検出対象であるマークのZ方向の位置のばらつきに対処できず、正確な焦点調節を行うことができなくなる可能性がある。   If the numerical aperture on the image side of the projection optical system S3 is set to be smaller than 0.003 and the depth of focus of the projection optical system S3 is made deeper than about 60 mm, the resolution of the index image IP is lowered and position detection is performed. The detection accuracy of the device may be lowered. On the other hand, when the numerical aperture on the image side of the projection optical system S3 is set larger than 0.005 and the depth of focus of the projection optical system S3 is shallower than about 20 mm, the position of the mark to be detected in the Z direction It may not be possible to cope with the variation in the focus, and accurate focus adjustment may not be performed.

次に、制御部による位置検出動作を説明する。   Next, the position detection operation by the control unit will be described.

図3は、位置検出動作のフローチャートである。動作に先立ち、撮像面内にマーク像IMが位置するようウエハ7と位置検出装置とは予め適当な位置関係に設定されているものとする。   FIG. 3 is a flowchart of the position detection operation. Prior to the operation, it is assumed that the wafer 7 and the position detecting device are set in an appropriate positional relationship in advance so that the mark image IM is positioned in the imaging surface.

ステップS1:制御部は、照明用光源1をオンし、投影用光源11をオフする。この状態では、図4に示すとおり、カメラ10はマーク像IMを捉えている。制御部は、カメラ10及び結像レンズ9を連続的に駆動し、カメラ10から連続的に出力される画像のコントラスト値を参照し、そのコントラスト値が最大となるような結像レンズ9のポジションを見出し、そのポジションへ結像レンズ9を配置する。これによって、観察光学系S2の焦点調節が完了である。   Step S1: The control unit turns on the illumination light source 1 and turns off the projection light source 11. In this state, as shown in FIG. 4, the camera 10 captures the mark image IM. The control unit continuously drives the camera 10 and the imaging lens 9, refers to the contrast value of the image continuously output from the camera 10, and positions the imaging lens 9 so that the contrast value becomes maximum. And the imaging lens 9 is placed at that position. Thereby, the focus adjustment of the observation optical system S2 is completed.

ステップS2:制御部は、焦点調節が完了した状態でカメラ10を駆動し、カメラ10が出力する画像を記憶する。以下、この画像を「第1画像」という。   Step S2: The control unit drives the camera 10 with the focus adjustment completed, and stores an image output by the camera 10. Hereinafter, this image is referred to as a “first image”.

ステップS3:制御部は、照明用光源1をオフし、投影用光源11をオンする。この状態では、図5に示すとおり、カメラ10は指標像IPを捉えている。制御部は、この状態でカメラ10を駆動し、カメラ10が出力する画像を記憶する。以下、この画像を「第2画像」という。その後、投影用光源11をオフする。   Step S3: The control unit turns off the illumination light source 1 and turns on the projection light source 11. In this state, as shown in FIG. 5, the camera 10 captures the index image IP. In this state, the control unit drives the camera 10 and stores an image output from the camera 10. Hereinafter, this image is referred to as a “second image”. Thereafter, the projection light source 11 is turned off.

ステップS4:制御部は、第1画像からマーク像IMを見出し、第1画像におけるマーク像IMの中心座標値(X,Y)を算出する。また、制御部は、第2画像から指標像IPを見出し、第2画像における指標像IPの中心座標値(X,Y)を算出する。そして、制御部は、図6に示すとおり、指標像IPの座標値を基準としたマーク像IMの相対座標値(X−X,Y−Y)を算出し、その座標値(X−X,Y−Y)を、ウエハマークM1のXY方向の位置の検出結果として出力する。 Step S4: The control unit finds the mark image IM from the first image, and calculates the center coordinate value (X, Y) of the mark image IM in the first image. Further, the control unit finds the index image IP from the second image, and calculates the center coordinate value (X 0 , Y 0 ) of the index image IP in the second image. Then, as shown in FIG. 6, the control unit calculates the relative coordinate values (X−X 0 , Y−Y 0 ) of the mark image IM with reference to the coordinate values of the index image IP, and the coordinate values (X− X 0 , Y−Y 0 ) is output as the detection result of the position in the XY direction of the wafer mark M1.

以上、本実施形態の位置検出装置は、焦点調節を結像レンズ9の移動によって行うので、ウエハ7を面法線方向(Z方向)へ移動させる必要が無い。   As described above, since the position detection apparatus of the present embodiment performs the focus adjustment by moving the imaging lens 9, it is not necessary to move the wafer 7 in the surface normal direction (Z direction).

結像レンズ9を移動させると光軸にブレの生じる可能性があるが、本実施形態の位置検出装置は、結像レンズ2を介して指標像IPを撮像面上に投影し、その指標像IPを位置検出の基準として使用するので、光軸のブレは検出精度に影響しない。   When the imaging lens 9 is moved, the optical axis may be blurred. However, the position detection apparatus of the present embodiment projects the index image IP onto the imaging surface via the imaging lens 2 and the index image. Since IP is used as a reference for position detection, blurring of the optical axis does not affect detection accuracy.

したがって、本実施形態の位置検出装置は、焦点調節機能を有しているにも拘わらず、位置の検出精度が高い。   Therefore, the position detection apparatus of the present embodiment has high position detection accuracy despite having a focus adjustment function.

また、結像レンズ9の移動精度は検出精度に影響しないので、駆動機構(モータなどを含む)を高性能にする必要が無く、低コストである。   Further, since the movement accuracy of the imaging lens 9 does not affect the detection accuracy, it is not necessary to make the drive mechanism (including a motor or the like) high-performance, and the cost is low.

また、結像レンズ9は軽量なので、ウエハ7を支持するウエハステージ(不図示)をZ方向へ駆動する場合と比較して焦点調節の高速化が容易である。   Further, since the imaging lens 9 is lightweight, it is easy to increase the speed of focus adjustment as compared with the case where a wafer stage (not shown) that supports the wafer 7 is driven in the Z direction.

また、本実施形態の照明用光源1は赤外光源であるので、位置検出装置とウエハ7との間に障害物(可視光に対し不透明な部材)が配置されていたとしても、ウエハマークM1の位置を検出することができる。このため、本実施形態の位置検出装置は、ウエハ重ね合わせ装置に好適である。   Further, since the illumination light source 1 of the present embodiment is an infrared light source, even if an obstacle (a member opaque to visible light) is disposed between the position detection device and the wafer 7, the wafer mark M1. Can be detected. For this reason, the position detection apparatus of this embodiment is suitable for a wafer overlay apparatus.

なお、本実施形態の焦点調節の方式にはコントラスト方式が採用されたが、瞳分割方式が採用されてもよい。   Note that the contrast method is employed as the focus adjustment method of the present embodiment, but a pupil division method may also be employed.

また、本実施形態の開口絞り17の開口径は固定されていたが、可変としてもよい。開口絞り17の開口径が可変であるならば、位置検出装置の用途に応じて開口径を調節するとよい。   Further, although the aperture diameter of the aperture stop 17 of the present embodiment is fixed, it may be variable. If the aperture diameter of the aperture stop 17 is variable, the aperture diameter may be adjusted according to the use of the position detection device.

例えば、結像レンズ9の移動範囲を広く採る必要のある場合(検出対象であるマークのZ方向の位置のばらつきが大きい場合)は、開口径を小さく設定し、結像レンズ9の移動範囲が狭くても構わない場合(検出対象であるマークのZ方向の位置のばらつきが小さい場合)は、開口径を大きく設定すると良い。このような調節を行えば、投影光学系S3の像側の開口数の低下量、つまり指標像IPの解像度の低下量を、必要最小限に抑えることができる。   For example, when the moving range of the imaging lens 9 needs to be wide (when the variation in the position of the mark to be detected in the Z direction is large), the aperture diameter is set small, and the moving range of the imaging lens 9 is When it may be narrow (when the variation in the position of the mark to be detected in the Z direction is small), the aperture diameter may be set large. By performing such adjustment, it is possible to minimize the amount of decrease in the numerical aperture on the image side of the projection optical system S3, that is, the amount of decrease in the resolution of the index image IP.

一例として、結像レンズ9の焦点距離が200mmであり、投影光学系S3の像側の開口数が0.003であるとき、開口絞り17の開口径は1.2mmに設定される。また、結像レンズ9の焦点距離が200mmであり、投影光学系S3の像側の開口数が0.004であるとき、開口絞り17の開口径は1.6mmに設定される。また、結像レンズ9の焦点距離が200mmであり、投影光学系S3の像側の開口数が0.005であるとき、開口絞り17の開口径は2.0mmに設定される。   As an example, when the focal length of the imaging lens 9 is 200 mm and the numerical aperture on the image side of the projection optical system S3 is 0.003, the aperture diameter of the aperture stop 17 is set to 1.2 mm. When the focal length of the imaging lens 9 is 200 mm and the numerical aperture on the image side of the projection optical system S3 is 0.004, the aperture diameter of the aperture stop 17 is set to 1.6 mm. When the focal length of the imaging lens 9 is 200 mm and the numerical aperture on the image side of the projection optical system S3 is 0.005, the aperture diameter of the aperture stop 17 is set to 2.0 mm.

なお、上述の実施形態の制御部は、照明用光源1と投影用光源11とを別のタイミングでオンしたが、照明用光源1と投影用光源11との双方をオンした状態でカメラ10を駆動し、そのときにカメラ10が出力する画像を記憶してもよい。この場合、カメラ10はマーク像IMと指標像IPを捉えている。この場合、制御部は、この画像からマーク像IMを見出し、マーク像IMの中心座標値(X,Y)を算出すると共に、同じ画像から指標像IPを見出し、指標像IPの中心座標値(X,Y)を算出すればよい。そして、制御部は、指標像IPの座標値を基準としたマーク像IMの相対座標値(X−X,Y−Y)を算出し、その座標値(X−X,Y−Y)を、ウエハマークM1のXY方向の位置の検出結果として出力する。 In addition, although the control part of the above-mentioned embodiment turned on the light source 1 for illumination and the light source 11 for projection at another timing, it turned on the camera 10 in the state which turned on both the light source 1 for illumination and the light source 11 for projection. The image output by the camera 10 at that time may be stored. In this case, the camera 10 captures the mark image IM and the index image IP. In this case, the control unit finds the mark image IM from this image, calculates the center coordinate value (X, Y) of the mark image IM, finds the index image IP from the same image, and finds the center coordinate value ( X 0 , Y 0 ) may be calculated. Then, the control unit calculates a relative coordinate value of the mark image IM relative to the coordinate values of the target image IP (X-X 0, Y -Y 0), coordinate values (X-X 0, Y- Y 0 ) is output as the detection result of the position of the wafer mark M1 in the XY direction.

[第2実施形態]
本実施形態は、ウエハ重ね合わせ装置の実施形態である。
[Second Embodiment]
This embodiment is an embodiment of a wafer superimposing apparatus.

図7は、ウエハ重ね合わせ装置の構成図である。図7に示すとおり、ウエハ重ね合わせ装置には、ウエハステージWST1、WST2、位置検出装置AS1、AS2、不図示の制御部などが備えられる。   FIG. 7 is a configuration diagram of the wafer superimposing apparatus. As shown in FIG. 7, the wafer superimposing apparatus includes wafer stages WST1 and WST2, position detection devices AS1 and AS2, a control unit (not shown), and the like.

ウエハ重ね合わせ装置において、2つのウエハステージWST1,WST2は、互いに対向した状態で取り付けられている。   In the wafer superposing apparatus, the two wafer stages WST1, WST2 are attached in a state of facing each other.

重ね合わせの対象である一方のウエハW1は、ウエハホルダWH1に対し真空吸着や静電吸着などにより固定され、その状態でウエハホルダWH1と共にウエハステージWST1に保持される。ウエハW1の表面にはウエハマーク(不図示)が形成され、ウエハホルダWH1の表面のウエハW1から外れた箇所には、基準マークM11,M12が形成されている。ここでは、ウエハW1のウエハマーク(不図示)と、ウエハホルダWH1の基準マークM11,M12との位置関係は、予め行われた測定により既知となっているものとする。   One wafer W1 to be superimposed is fixed to the wafer holder WH1 by vacuum chucking or electrostatic chucking, and is held on the wafer stage WST1 together with the wafer holder WH1 in this state. Wafer marks (not shown) are formed on the surface of the wafer W1, and reference marks M11 and M12 are formed at locations on the surface of the wafer holder WH1 that are separated from the wafer W1. Here, it is assumed that the positional relationship between the wafer mark (not shown) of the wafer W1 and the reference marks M11 and M12 of the wafer holder WH1 is known by measurements performed in advance.

重ね合わせの対象である他方のウエハW2は、ウエハホルダWH2に対し真空吸着や静電吸着などにより固定され、その状態でウエハホルダWH2と共にウエハステージWST2に保持される。ウエハW2の表面にはウエハマーク(不図示)が形成され、ウエハホルダWH2の表面のウエハW2から外れた箇所には、基準マークM21,M22が形成されている。ここでは、ウエハW2のウエハマーク(不図示)と、ウエハホルダWH2の基準マークM21,M22との位置関係は、予め行われた測定により既知となっているものとする。   The other wafer W2 to be superimposed is fixed to the wafer holder WH2 by vacuum chucking or electrostatic chucking, and is held on the wafer stage WST2 together with the wafer holder WH2 in this state. Wafer marks (not shown) are formed on the surface of the wafer W2, and reference marks M21 and M22 are formed at locations on the surface of the wafer holder WH2 that are separated from the wafer W2. Here, it is assumed that the positional relationship between the wafer mark (not shown) of the wafer W2 and the reference marks M21 and M22 of the wafer holder WH2 is already known by measurement performed in advance.

2つのウエハステージWST1,WST2を駆動すると、2つのウエハW1,W2の配置関係を変化させることが可能である。ここでは簡単のため、ウエハステージWS1は駆動せずに、ウエハステージWS2のみを駆動することとする。ウエハステージWS2の面方向(XY方向)正確な駆動量は、ウエハステージWS2に設けられた移動鏡MMと干渉計IFとからなる測定系によって高精度に検出される。   When the two wafer stages WST1 and WST2 are driven, the positional relationship between the two wafers W1 and W2 can be changed. Here, for simplicity, it is assumed that only wafer stage WS2 is driven without driving wafer stage WS1. An accurate driving amount of the wafer stage WS2 in the surface direction (XY direction) is detected with high accuracy by a measurement system including the movable mirror MM and the interferometer IF provided on the wafer stage WS2.

また、ウエハ重ね合わせ装置のウエハステージWST1と同じ側には、2つの位置検出装置AS1,AS2が取り付けられている。位置検出装置AS1,AS2の各々は、第1実施形態の位置検出装置と同じものである。   Further, two position detection devices AS1, AS2 are attached to the same side of the wafer superimposing device as wafer stage WST1. Each of the position detection devices AS1 and AS2 is the same as the position detection device of the first embodiment.

位置検出装置AS1,AS2は、ウエハホルダWH1に形成された基準マークM11,M12をウエハホルダWH1越しに捉え、基準マークM11,M12の各々のXY方向の位置を検出する。これによって、ウエハ重ね合わせ装置におけるウエハW2の配置状態が既知となる。   The position detection devices AS1 and AS2 catch the reference marks M11 and M12 formed on the wafer holder WH1 through the wafer holder WH1, and detect the positions of the reference marks M11 and M12 in the XY directions. Thereby, the arrangement state of the wafer W2 in the wafer superimposing apparatus becomes known.

また、位置検出装置AS1,AS2は、ウエハホルダWH2に形成された基準マークM21,M22をウエハホルダWH1越しに捉え、基準マークM21,M22の各々のXY方向の位置を検出する。これによって、ウエハ重ね合わせ装置におけるウエハW1の配置状態が既知となる。   Further, the position detection devices AS1, AS2 catch the reference marks M21, M22 formed on the wafer holder WH2 through the wafer holder WH1, and detect the positions of the reference marks M21, M22 in the XY directions. Thereby, the arrangement state of the wafer W1 in the wafer superimposing apparatus becomes known.

よって、不図示の制御部は、位置検出装置AS1,AS2の検出結果に応じてウエハステージWST2を駆動することにより、ウエハW1,W2をアライメントすることができる。   Therefore, the control unit (not shown) can align the wafers W1 and W2 by driving the wafer stage WST2 according to the detection results of the position detection devices AS1 and AS2.

ここで、位置検出装置AS1,AS2の各々は、第1実施形態で説明したとおり、焦点調節機能を有する。したがって、ウエハW1,W2の間隔を予め狭めておきさえすれば、不図示の制御部は、位置検出装置AS1,AS2の焦点調節時に、ウエハステージWST1,WS2の各々を面法線方向(Z方向)へ駆動する必要が無い。しかも、位置検出装置AS1,AS2は、第1実施形態で説明したとおり高精度である。   Here, each of the position detection devices AS1 and AS2 has a focus adjustment function as described in the first embodiment. Therefore, as long as the distance between the wafers W1 and W2 is narrowed in advance, a control unit (not shown) moves each of the wafer stages WST1 and WS2 in the surface normal direction (Z direction) when adjusting the focus of the position detection devices AS1 and AS2. There is no need to drive to). Moreover, the position detection devices AS1 and AS2 are highly accurate as described in the first embodiment.

したがって、本実施形態のウエハ重ね合わせ装置は、簡単かつ高精度にウエハW1,W2をアライメントすることができる。   Therefore, the wafer superimposing apparatus of this embodiment can align the wafers W1 and W2 easily and with high accuracy.

また、位置検出装置AS1,AS2は、第1実施形態で説明したとおり、焦点調節を高速化することが可能なので、本実施形態のウエハ重ね合わせ装置によれば、ウエハの重ね合わせ工程を効率化することもできる。よって、ウエハの重ね合わせを連続して行う場合には、ウエハ重ね合わせ装置のスループットが向上する。   Further, as described in the first embodiment, since the position detection devices AS1 and AS2 can speed up the focus adjustment, the wafer superimposing process according to the present embodiment increases the efficiency of the wafer superimposing process. You can also Therefore, when the wafer superposition is continuously performed, the throughput of the wafer superposition apparatus is improved.

なお、以上の説明では、2つのウエハホルダWH1,WH2の基準マーク同士の位置関係を測定するために位置検出装置AS1,AS2を使用したが、1つのウエハホルダにおける基準マークとウエハマークとの位置関係を測定するために使用してもよい。因みにその測定は、ウエハホルダをステージWST2の側へ保持した状態で行われる。   In the above description, the position detectors AS1 and AS2 are used to measure the positional relationship between the reference marks of the two wafer holders WH1 and WH2, but the positional relationship between the reference mark and the wafer mark in one wafer holder is determined. It may be used to measure. Incidentally, the measurement is performed with the wafer holder held on the stage WST2 side.

[第3実施形態]
本実施形態は、積層型3次元半導体装置の製造方法の実施形態である。
[Third Embodiment]
The present embodiment is an embodiment of a method for manufacturing a stacked three-dimensional semiconductor device.

次に、積層型3次元半導体装置の製造方法の説明をする。   Next, a method for manufacturing a stacked three-dimensional semiconductor device will be described.

図8は、積層型3次元半導体装置の製造方法をフローチャートに示したものである。この製造方法はS11、S12、S13、S14、S15の工程からなる。以下、各工程を説明する。   FIG. 8 is a flowchart showing a method for manufacturing a stacked three-dimensional semiconductor device. This manufacturing method includes steps S11, S12, S13, S14, and S15. Hereinafter, each process will be described.

S11:複数の半導体装置が形成されたウエハを所定の枚数だけ準備するウエハ準備工程である。本工程では、図9(a)に示すとおり、通常の半導体露光装置を用いてマスク上の回路パターンをレジストが塗布されたウエハ上に縮小投影し、レジストを現像した後にエッチングや不純物の熱拡散処理を行って回路素子513が形成されたウエハ511を得る。   S11: A wafer preparation step of preparing a predetermined number of wafers on which a plurality of semiconductor devices are formed. In this step, as shown in FIG. 9A, the circuit pattern on the mask is reduced and projected onto the wafer coated with the resist using a normal semiconductor exposure apparatus, and the resist is developed, and then etching and thermal diffusion of impurities are performed. Processing is performed to obtain a wafer 511 on which circuit elements 513 are formed.

S12:互いに重ね合わせるべきウエハ間の位置関係を測定するアライメント工程である。本工程では、 前述した第2実施形態に従って、重ね合わせるべきウエハ間の位置関係を測定する。本工程の詳細は既に図7を用いて先に説明したので、省略する。尚、アライメントはウエハと既に積層されたウエハ(ウエハ積層体)との位置関係を求める場合もある。即ち、一方のウエハは、複数のウエハが重ね合わされて形成された、場合によっては研削等によって薄層化された、ウエハ積層形態であることもある。このことは以後の工程に関しても同様である。   S12: This is an alignment process for measuring the positional relationship between wafers to be superimposed on each other. In this step, the positional relationship between the wafers to be superimposed is measured according to the second embodiment described above. Details of this step have already been described with reference to FIG. Note that the alignment may determine the positional relationship between the wafer and the already laminated wafer (wafer laminate). That is, one wafer may be in the form of a wafer stack formed by superimposing a plurality of wafers, possibly thinned by grinding or the like. The same applies to the subsequent steps.

S13:位置関係の測定されたウエハを重ね合わせるウエハ重ね合わせ工程である。本工程では、図9(b)に示すとおりウエハがウエハホルダに保持され、近接された2つのウエハの位置合わせが完了すると、不図示のウエハ上下移動機構により2つのウエハは図9(c)に示すように重ね合わされる。接触後、重ね合わされた位置関係を維持するために、ホルダどうしは機械的に(例えばクランプ機構)仮固定、または接合力の弱い接着材により仮固定される。図9(d)に示すとおり、仮固定されたホルダ及びウエハ積層体321は、ロボットアーム415によりアライメント・重ね合わせ実施部411から電極接合実施部413に搬送される。   S13: This is a wafer superimposing step of superimposing wafers whose positional relationship has been measured. In this step, as shown in FIG. 9B, when the wafer is held by the wafer holder and the alignment of the two adjacent wafers is completed, the two wafers are moved to the position shown in FIG. Overlapped as shown. After the contact, in order to maintain the superimposed positional relationship, the holders are temporarily fixed mechanically (for example, a clamp mechanism) or temporarily fixed by an adhesive having a weak bonding force. As shown in FIG. 9 (d), the temporarily fixed holder and wafer stack 321 are transported from the alignment / overlay execution unit 411 to the electrode bonding execution unit 413 by the robot arm 415.

S14:互いに重ね合わされたウエハ上の接続電極どうしを接合する電極接合工程である。本工程では、位置合わせされ、かつ仮固定されたウエハ積層体が、図9(e)に示すとおり加圧・加熱装置装着される。上部加圧子551と下部加圧子553とウエハ積層体561との平行度調整が行われ、これが完了すると2つの加圧子551,553によりウエハ積層体561が加圧される。それと同時に、予め定められたシークエンスに従って、ホルダに内蔵されたヒータ541,543による加熱が行われる。所定の圧力を所定の時間加えることにより、ウエハ上の電極(金属バンプとパッド、金属バンプと金属バンプ)が接合される。この時、場合によってはウエハ間に樹脂が封入され、加熱される。これによって、互いに重ね合わされたウエハが積層され、ウエハ積層体となる。   S14: This is an electrode bonding step for bonding the connection electrodes on the wafers stacked on each other. In this step, the aligned and temporarily fixed wafer stack is mounted with a pressure / heating device as shown in FIG. The parallelism of the upper pressurizer 551, the lower pressurizer 553, and the wafer stack 561 is adjusted, and when this is completed, the wafer stack 561 is pressed by the two pressurizers 551 and 553. At the same time, heating by the heaters 541 and 543 incorporated in the holder is performed according to a predetermined sequence. By applying a predetermined pressure for a predetermined time, the electrodes (metal bump and pad, metal bump and metal bump) on the wafer are bonded. At this time, in some cases, resin is sealed between the wafers and heated. As a result, the stacked wafers are stacked to form a wafer stack.

以上のアライメント工程(S12)、ウエハ重ね合わせ工程(S13)、電極接合工程(S14)は、積層すべきウエハの数(前述した所定の枚数)と同じ回数だけ繰り返される。場合によっては、積層接合後に、ウエハ積層体を研削、研磨又はエッチングにより薄層化する工程や、ウエハ積層体のウエハ間に封止樹脂を封入する工程などが加えられる。これによって、所定の枚数のウエハを積層してなるウエハ積層体が得られる。   The above alignment step (S12), wafer overlay step (S13), and electrode bonding step (S14) are repeated as many times as the number of wafers to be laminated (predetermined number). In some cases, a step of thinning the wafer laminate by grinding, polishing, or etching, a step of encapsulating a sealing resin between the wafers of the wafer laminate, or the like is added after the lamination bonding. As a result, a wafer laminated body in which a predetermined number of wafers are laminated is obtained.

S15:所定の枚数のウエハを積層してなるウエハ積層体から、個々の半導体装置を分離しながら切り出すダイシング工程である。本工程では、ウエハレベルで積層接合されたウエハをダイシングラインに従って切断し、チップとして切り出す。例えば、図9(f)に示すとおり破線に従って切断する。切断は通常、ダイシングブレードを用いて切断するダイシングソー方式、レーザ光線によりウエハ表面を溶融させて割る方式、ダイヤモンドカッタにより切断ラインを引いて割る方法が採られている。その中でも特にダイシングソー方式は、ウエハ積層体をチップに分離する方式として好ましい。このようにして切り出された個々のチップが、積層型3次元半導体装置である。   S15: A dicing process in which individual semiconductor devices are cut out from a wafer stack formed by stacking a predetermined number of wafers. In this step, the wafer laminated and bonded at the wafer level is cut according to a dicing line and cut out as chips. For example, cutting is performed according to the broken line as shown in FIG. For the cutting, a dicing saw method in which cutting is performed using a dicing blade, a method in which a wafer surface is melted and split by a laser beam, and a method in which a cutting line is drawn by a diamond cutter are used. Among them, the dicing saw method is particularly preferable as a method for separating the wafer stack into chips. Each chip cut out in this way is a stacked three-dimensional semiconductor device.

[第4実施形態]
本実施形態は、露光装置の実施形態である。
[Fourth Embodiment]
This embodiment is an embodiment of an exposure apparatus.

図10は、露光装置の構成図である。露光装置は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置であり、マスク(レチクルR)を照明する照明系110、レチクルRを保持するレチクルステージRST、レチクルRの像を被露光物(ウエハW)上に形成する投影光学系PL、ウエハWを保持するウエハステージWST、オフアクシス方式のアライメント検出系(位置検出装置)AS、各部を制御する不図示の制御系などを備える。   FIG. 10 is a block diagram of the exposure apparatus. The exposure apparatus is a step-and-scan projection exposure apparatus, and includes an illumination system 110 that illuminates a mask (reticle R), a reticle stage RST that holds the reticle R, and an image of the reticle R to be exposed (wafer W). A projection optical system PL formed thereon, a wafer stage WST for holding the wafer W, an off-axis alignment detection system (position detection device) AS, a control system (not shown) for controlling each part, and the like are provided.

照明系110の光源には、例えば、KrFエキシマレーザ(波長248nm)、ArFエキシマレーザ(波長193nm)、F2レーザ(波長157nm)、EUV光源(波長13.5nm)、或いは、超高圧水銀ランプなどが使用される。この照明系110から射出する照明光ILは、レチクルR上の照明領域を略均一な照度で照明する。   Examples of the light source of the illumination system 110 include a KrF excimer laser (wavelength 248 nm), an ArF excimer laser (wavelength 193 nm), an F2 laser (wavelength 157 nm), an EUV light source (wavelength 13.5 nm), or an ultrahigh pressure mercury lamp. used. The illumination light IL emitted from the illumination system 110 illuminates the illumination area on the reticle R with a substantially uniform illuminance.

レチクルステージRSTの面方向(XY方向)の駆動量は、移動鏡115及び干渉計116からなる測定系により高精度に検出される。   The driving amount in the surface direction (XY direction) of reticle stage RST is detected with high accuracy by a measurement system including moving mirror 115 and interferometer 116.

投影光学系PLには、例えば、両側テレセントリックな屈折型の縮小投影光学系が使用される。この投影光学系PLは、レチクルRに形成された回路パターンPAの縮小像をウエハW上に形成する。   For the projection optical system PL, for example, a double-sided telecentric refraction type reduction projection optical system is used. The projection optical system PL forms a reduced image of the circuit pattern PA formed on the reticle R on the wafer W.

ウエハステージWST上には、ウエハホルダWHに固定されたウエハWが載置されている。ウエハステージWSTの面方向(XY方向)の駆動量は、移動鏡117及び干渉計118からなる測定系により高精度に検出される。   On wafer stage WST, wafer W fixed to wafer holder WH is placed. The driving amount in the surface direction (XY direction) of wafer stage WST is detected with high accuracy by a measurement system including moving mirror 117 and interferometer 118.

ウエハホルダWHの表面のウエハWから外れた箇所には、基準マークGMが形成されており、ウエハWの表面には、不図示のウエハマークが形成されている。   A reference mark GM is formed at a position off the wafer W on the surface of the wafer holder WH, and a wafer mark (not shown) is formed on the surface of the wafer W.

位置検出装置ASは、第1実施形態の位置検出装置であり、露光装置による露光動作に先立ち、ウエハホルダWH上の基準マークGMのXY方向の位置と、ウエハW上のウエハマークのXY方向の位置とをそれぞれ検出する。   The position detection apparatus AS is the position detection apparatus according to the first embodiment. Prior to the exposure operation by the exposure apparatus, the position of the reference mark GM on the wafer holder WH in the XY direction and the position of the wafer mark on the wafer W in the XY direction. And are detected respectively.

よって、不図示の制御部は、位置検出装置ASの検出結果に応じてウエハステージWSTを駆動することにより、ウエハWをアライメントすることができる。   Therefore, the control unit (not shown) can align the wafer W by driving the wafer stage WST according to the detection result of the position detection device AS.

ここで、位置検出装置ASは、第1実施形態で説明したとおり、焦点調節機能を有する。したがって、不図示の制御部は、位置検出装置ASの焦点調節時に、ウエハステージWSTを面法線方向(Z方向)へ駆動する必要が無い。しかも、位置検出装置ASは、第1実施形態で説明したとおり高精度である。   Here, the position detection device AS has a focus adjustment function as described in the first embodiment. Therefore, the control unit (not shown) does not need to drive wafer stage WST in the surface normal direction (Z direction) when adjusting the focus of position detection device AS. Moreover, the position detection device AS is highly accurate as described in the first embodiment.

したがって、本実施形態の露光装置は、簡単かつ高精度にウエハWをアライメントすることができる。   Therefore, the exposure apparatus of this embodiment can align the wafer W easily and with high accuracy.

また、位置検出装置ASは、第1実施形態で説明したとおり、焦点調節を高速化することが可能なので、本実施形態の露光装置は、ウエハWのアライメントを効率化することができる。よって、複数のウエハの露光を連続して行う場合には、露光装置のスループットが向上する。   Further, as described in the first embodiment, since the position detection apparatus AS can speed up the focus adjustment, the exposure apparatus of this embodiment can improve the alignment of the wafer W. Therefore, when the exposure of a plurality of wafers is performed continuously, the throughput of the exposure apparatus is improved.

なお、図10に示すとおり、位置検出装置ASの光路は、投影光学系PLの光路を妨げないように配置される。   As shown in FIG. 10, the optical path of the position detection device AS is arranged so as not to interfere with the optical path of the projection optical system PL.

また、露光装置においては位置検出装置ASと基準マークGM(又はウエハマーク)との間には障害物が無いので、位置検出装置AS内の照明用光源は赤外光源である必要は無く、可視光源であってもよい。また、照明用光源を可視光源とする場合は、位置検出装置AS内のカメラの感度帯域は、可視光域さえカバーしていれば十分である。   In the exposure apparatus, since there is no obstacle between the position detection device AS and the reference mark GM (or wafer mark), the illumination light source in the position detection device AS does not need to be an infrared light source, and is visible. It may be a light source. When the illumination light source is a visible light source, it is sufficient that the sensitivity band of the camera in the position detection device AS covers only the visible light region.

[第5実施形態]
本実施形態は、マイクロデバイスの製造方法の実施形態である。
[Fifth Embodiment]
The present embodiment is an embodiment of a microdevice manufacturing method.

図11は、マイクロデバイスの製造方法のフローチャートである。   FIG. 11 is a flowchart of a microdevice manufacturing method.

図11に示すように、半導体デバイス等のマイクロデバイスは、マイクロデバイスの機能・性能設計を行うステップ201、この設計ステップに基づいたマスク(レチクル)を製作するステップ202、デバイスの基材である基板を製造するステップ203、前述した第4実施形態に従ってマスクのパターンの像で基板に露光し、露光した基板を現像する基板処理(露光処理)を含む基板処理ステップ204、デバイス組み立てステップ(ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程などの加工プロセスを含む)205、検査ステップ206等を経て製造される。   As shown in FIG. 11, a microdevice such as a semiconductor device includes a step 201 for performing a function / performance design of the microdevice, a step 202 for manufacturing a mask (reticle) based on the design step, and a substrate as a substrate of the device. Manufacturing step 203, substrate processing step 204 including substrate processing (exposure processing) for exposing the substrate with an image of the mask pattern according to the above-described fourth embodiment, and developing the exposed substrate, device assembly step (dicing step, (Including processing processes such as a bonding process and a packaging process) 205, an inspection step 206, and the like.

位置検出装置の構成図である。It is a block diagram of a position detection apparatus. 焦点調節時における観察光学系Sの視野内の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode in the visual field of the observation optical system S at the time of focus adjustment. 位置検出動作のフローチャートである。It is a flowchart of a position detection operation. ステップS1において取得される画像を示す図である。It is a figure which shows the image acquired in step S1. ステップS3において取得される画像を示す図である。It is a figure which shows the image acquired in step S3. ステップS4を説明する図である。It is a figure explaining step S4. ウエハ重ね合わせ装置の構成図である。It is a block diagram of a wafer superposition apparatus. 積層型3次元半導体装置の製造方法の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the manufacturing method of a lamination type three-dimensional semiconductor device. 積層型3次元半導体装置の製造方法の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the manufacturing method of a lamination type three-dimensional semiconductor device. 露光装置の構成図である。It is a block diagram of exposure apparatus. マイクロデバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the manufacturing process of a microdevice.

符号の説明Explanation of symbols

S1…照明光学系,S2…観察光学系,S3…投影光学系,10…カメラ,1…照明用光源,5,8…ハーフミラー,6…対物レンズ,9…結像レンズ,11…投影用光源,13…光ファイバ,15…指標,16…投影用レンズ,17…開口絞り   DESCRIPTION OF SYMBOLS S1 ... Illumination optical system, S2 ... Observation optical system, S3 ... Projection optical system, 10 ... Camera, 1 ... Illumination light source, 5, 8 ... Half mirror, 6 ... Objective lens, 9 ... Imaging lens, 11 ... Projection Light source, 13 ... optical fiber, 15 ... index, 16 ... projection lens, 17 ... aperture stop

Claims (11)

指標を基準として物体の位置を検出する位置検出装置であって、
対物レンズが捉えた光束を基に前記物体の像を撮像面上に形成する結像レンズと、
前記指標からの光束を前記結像レンズの物体側へ入射させ、その結像レンズを介して前記指標の像を前記撮像面上に投影する投影用レンズと、
前記結像レンズを光軸方向に移動させる合焦機構とを備え
前記投影用レンズ及び前記結像レンズによって構成される投影光学系の焦点深度は、
前記対物レンズ及び前記結像レンズによって構成される観察光学系の焦点深度よりも深い
ことを特徴とする位置検出装置。
A position detection device that detects the position of an object based on an index,
An imaging lens for forming on an imaging surface an image of the object based on the light beam objective lens is captured,
The light beam from the index to be incident to the object side of the imaging lens, and a projection lens for projecting an image of the index on the imaging surface through the imaging lens,
A focusing mechanism for moving the imaging lens in the optical axis direction ;
The depth of focus of the projection optical system constituted by the projection lens and the imaging lens is
A position detection device characterized by being deeper than a focal depth of an observation optical system constituted by the objective lens and the imaging lens .
請求項1に記載の位置検出装置において、
前記投影用レンズ及び前記結像レンズによって構成される投影光学系の像側の開口数は、
前記対物レンズ及び前記結像レンズによって構成される観察光学系の像側の開口数よりも小さい
ことを特徴とする位置検出装置。
The position detection device according to claim 1,
The numerical aperture on the image side of the projection optical system constituted by the projection lens and the imaging lens is
A position detection device having a smaller numerical aperture on the image side of an observation optical system constituted by the objective lens and the imaging lens.
請求項1又は請求項2に記載の位置検出装置において、  In the position detection device according to claim 1 or 2,
前記結像レンズの可動範囲は、  The movable range of the imaging lens is
前記投影光学系の焦点深度内に収められる  Within the depth of focus of the projection optical system
ことを特徴とする位置検出装置。  A position detecting device characterized by that.
請求項1〜請求項3の何れか一項に記載の位置検出装置において、
前記結像レンズから見た前記対物レンズの射出瞳と前記投影用レンズの射出瞳とは、
互いに等価な位置に配置される
ことを特徴とする位置検出装置。
In the position detection device according to any one of claims 1 to 3,
The exit pupil of the objective lens and the exit pupil of the projection lens viewed from the imaging lens,
A position detection device, wherein the position detection devices are arranged at equivalent positions.
請求項1〜請求項4の何れか一項に記載の位置検出装置において、
前記撮像面の画像を取得するカメラを更に備えた
ことを特徴とする位置検出装置。
In the position detection device according to any one of claims 1 to 4,
A position detection apparatus further comprising a camera that acquires an image of the imaging surface.
請求項5に記載の位置検出装置において、
前記カメラが取得する画像に基づき、前記物体の像のコントラストが高くなるように前記合焦機構を駆動する制御手段を更に備えた
ことを特徴とする位置検出装置。
The position detection device according to claim 5,
A position detection apparatus, further comprising: a control unit that drives the focusing mechanism so that a contrast of an image of the object is increased based on an image acquired by the camera.
請求項5又は請求項6に記載の位置検出装置において、
前記カメラが取得する画像に基づき、前記物体の像と前記指標の像との位置関係を測定する測定手段を更に備えた
ことを特徴とする位置検出装置。
In the position detection device according to claim 5 or 6,
A position detection apparatus, further comprising: a measuring unit that measures a positional relationship between the image of the object and the image of the index based on an image acquired by the camera.
請求項1〜請求項7の何れか一項に記載の位置検出装置を備えた
ことを特徴とするウエハ重ね合わせ装置。
A wafer overlaying device comprising the position detection device according to claim 1.
複数の半導体装置が形成されたウエハを所定の枚数だけ準備するウエハ準備工程と、
前記準備されたウエハのうち互いに重ね合わせるべきウエハ間の位置関係を測定するアライメント工程と、
前記位置関係の測定されたウエハを重ね合わせるウエハ重ね合わせ工程と、
前記重ね合わされたウエハの接続電極どうしを接合してそれらウエハを積層させる電極接合工程と、
前記積層された前記所定の枚数のウエハから複数の積層3次元半導体装置を切り出すダイシング工程とを含み、
前記アライメント工程において請求項1〜請求項7の何れか一項に記載の位置検出装置を使用する
ことを特徴とする積層3次元半導体装置の製造方法。
A wafer preparation step of preparing a predetermined number of wafers on which a plurality of semiconductor devices are formed;
An alignment step of measuring a positional relationship between wafers to be superposed on each other among the prepared wafers;
A wafer superimposing step of superimposing the wafers measured in the positional relationship;
An electrode bonding step of bonding the connection electrodes of the stacked wafers and laminating the wafers;
A dicing step of cutting out a plurality of stacked three-dimensional semiconductor devices from the predetermined number of stacked wafers,
The position detecting device according to any one of claims 1 to 7 is used in the alignment step. A method for manufacturing a stacked three-dimensional semiconductor device.
請求項1〜請求項7の何れか一項に記載の位置検出装置を備えた
ことを特徴とする露光装置。
An exposure apparatus comprising the position detection device according to any one of claims 1 to 7.
請求項10に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
前記露光された基板を現像する工程とを含む
ことを特徴とするデバイスの製造方法。
Exposing the substrate using the exposure apparatus according to claim 10;
And developing the exposed substrate. A device manufacturing method comprising:
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