JP5309464B2 - 形状・位置確認用センサおよび形状・位置確認方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウエハなどの基板に使用される、形状・位置確認用センサおよび形状・位置確認方法に関する。

半導体集積回路を使用するノートパソコンや携帯電話などは、近年、ますます高度の機能を備えるようになっている。この結果、半導体集積回路の高密度化、高機能化の要求が高まっている。

半導体集積回路の高密度化、高機能化のための一つの方法は、ウエハなどの基板を接合し、基板を積層させることである。

基板を接合させる場合には、たとえば、ウエハの電極同士を接合させる必要があるので、互いに位置合わせして接合させる必要がある。基板を位置合わせして接合させるには、一対の基板保持手段を備える基板接合装置を使用する。ここで、接合させる基板を第１および第２の基板とする。まず、第１および第２の基板を、それぞれ一対の基板保持手段に位置合わせして保持させる。つぎに、一対の基板保持手段を位置合わせした状態で、第１および第２の基板を接触させ、一対の基板保持手段に加圧装置によって加圧力を加えることによって第１および第２の基板に加圧力を加えて接合させる。

基板と基板保持手段との位置合わせは、たとえば、位置合わせ用の顕微鏡などを使用して行う。

上記のような基板接合装置は、たとえば、特許文献１に記載されている。

特開２００５−３０２８５８号公報

従来技術において、第１および第２の基板の位置合わせは、基板と基板保持手段との位置合わせおよび一対の基板保持手段の位置合わせを介して行われる。この場合に、基板接合装置において、たとえば、一対のウエハの電極同士が確実に接合されているかどうかなど基板の接合状態を確認するのは困難である。

したがって、たとえばウエハなどの基板を接合する際に問題となる、ウエハの面内におけるウエハのうねりや、ウエハのバンプの高さばらつき（バンプのコプラナリティ）や、バンプ内における形状の不均一による圧力ムラや、バンプの位置ずれなどを確認することのできる基板の形状・位置確認用センサおよび形状・位置確認方法に対するニーズがある。

本発明の第１の態様による形状・位置確認用センサは、圧力測定領域を備えたシート状圧電体を備え、前記圧力測定領域は、前記シート状圧電体の一方の面において所定の方向に配置された複数の第１の組の帯状電極と、前記シート状圧電体の他方の面において前記所定の方向に対して所定の角度の方向に配置された複数の第２の組の帯状電極と、を備える。本発明による形状・位置確認用センサにおいて、前記圧力測定領域は、シート状測定対象の形状に合わせて配置され、前記第１の組の帯状電極と前記第２の組の帯状電極との間の電圧を測定し、前記圧力測定領域における圧力分布を測定することによって、前記シート状測定対象の形状または位置が確認できるように構成され、前記シート状測定対象との位置合わせ用マークを備えたことを特徴とする。
本発明の第２の態様による形状・位置確認用センサは、圧力測定領域を備えたシート状圧電体を備え、前記圧力測定領域は、前記シート状圧電体の一方の面において所定の方向に配置された複数の第１の組の帯状電極と、前記シート状圧電体の他方の面において前記所定の方向に対して所定の角度の方向に配置された複数の第２の組の帯状電極と、を備える。本発明による形状・位置確認用センサにおいて、前記圧力測定領域は、シート状測定対象であるウエハのバンプに合わせて配置され、前記第１の組の帯状電極と前記第２の組の帯状電極との間の電圧を測定し、前記圧力測定領域における圧力分布を測定することによって、前記シート状測定対象の形状または位置が確認できるように構成されたことを特徴とする。

本発明による形状・位置確認用の圧力測定領域は、シート状測定対象の形状に合わせて配置されているので、形状・位置確認用センサとシート状測定対象とを位置合わせし、力を加えて、第１の組の帯状電極と第２の組の帯状電極との間の電圧を測定し、圧力測定領域における圧力分布を測定することによって、シート状測定対象の形状または位置が確認できる。

本発明の第３の態様によるによるウエハの形状・位置確認方法は、圧力測定領域を備えたシート状圧電体を備え、前記圧力測定領域は、前記シート状圧電体の一方の面において所定の方向に配置された複数の第１の組の帯状電極と、前記シート状圧電体の他方の面において前記所定の方向に対して所定の角度の方向に配置された複数の第２の組の帯状電極と、を備え、前記圧力測定領域は、シート状測定対象の形状に合わせて配置され、前記第１の組の帯状電極と前記第２の組の帯状電極との間の電圧が測定できるように構成された形状・位置確認用センサを使用してウエハの形状または位置を確認する方法である。ウエハの形状・位置確認方法は、ウエハおよび前記形状・位置確認用センサを位置合わせし、前記ウエハおよび前記形状・位置確認用センサの両面に力を加え、前記形状・位置確認用センサの前記圧力測定領域における圧力分布を測定することによって、前記ウエハの形状または位置を確認することを含む。

本発明によるウエハの形状・位置確認方法によれば、ウエハの面内におけるウエハのうねりや、ウエハのバンプの高さばらつき（バンプのコプラナリティ）や、バンプ内における形状の不均一による圧力ムラや、複数の基板を接合する際のバンプの位置ずれなどを確認することができる。

本発明によれば、たとえばウエハなどの基板を接合する際に問題となる、ウエハの面内におけるウエハのうねりや、ウエハのバンプの高さばらつき（バンプのコプラナリティ）や、バンプ内における形状の不均一による圧力ムラや、バンプの位置ずれなどを確認することのできる基板の形状・位置確認用センサおよび基板の形状・位置確認方法が得られる。

図１は本発明の一実施形態による形状・位置確認用センサ１５０の構成を示す図である。形状・位置確認用センサ１５０は、シート状圧電体１５１を備え、シート状圧電体１５１の面には圧力測定領域Ｘ１乃至Ｘ５およびＹ１乃至Ｙ４が備わる。さらに、シート状圧電体１５１の面には位置合わせマーク１５３が備わる。

図２は、圧力測定領域Ｘ１の構成を示す図である。圧力測定領域Ｘ１におけるシート状圧電体１５１の一方の面には、所定の方向に配置された複数の第１の組の帯状電極ＥＸ１１が備わり、圧力測定領域Ｘ１におけるシート状圧電体１５１の他方の面には、第１の組の帯状電極ＥＸ１１と直交する方向に配置された複数の第２の組の帯状電極ＥＸ１２が備わる。

シート状圧電体１５１は、均一な厚さのシート状の、高分子からなる圧電体である。シート状圧電体１５１の面に圧力を加えると、その面に圧力に応じた電圧が発生する。そこで、電極によって電圧を測定することによりその面の圧力分布を測定することができる。

ここで、一例として、帯状電極の線幅および線間スペース幅はともに２マイクロメータである。また、圧力測定領域の形状は、一例として、正方形であり、その一辺の長さは１００マイクロメータである。他方、一例として、ウエハのバンプは直径４０マイクロメータの円内に収まる。圧力測定領域は、シート状圧電体とウエハを位置合わせした場合に、ウエハのバンプに対応する位置に配置する。圧力測定領域のサイズをウエハのバンプのサイズよりも大きくすれば、シート状圧電体とウエハを高い精度で位置合わせする必要はない。

図１において、圧力測定領域Ｘ１の第１の組の帯状電極ＥＸ１１の各電極は、端子の組Ｘ１１の各端子に接続され、圧力測定領域Ｘ１の第２の組の帯状電極ＥＸ１２の各電極は、端子の組Ｘ１２の各端子に接続される。他の圧力測定領域の帯状電極も、同様に他の端子に接続される。

圧力測定領域Ｘ１に力が加わると、シート状圧電体１５１両面における第１の組の帯状電極ＥＸ１１および第２の組の帯状電極ＥＸ１２の間に電圧が発生する。そこで、圧力測定領域Ｘ１に力を加えた状態で、端子の組Ｘ１１の各端子および端子の組Ｘ１２の各端子の間の電圧を測定することによって、圧力測定領域Ｘ１における圧力分布を測定することができる。

したがって、ウエハを位置合わせして基板接合装置によって接合する際に、ウエハと形状・位置確認用センサ１５０のシート状圧電体１５１とを位置合わせして加圧力を加え、圧力測定領域の圧力分布を測定すれば、バンプの高さばらつきや、バンプ内の圧力ムラや、バンプの位置ずれなどウエハの形状または位置を確認することができる。

図１に示すように、各端子を画像表示手段１５５に接続し、端子間の電圧を求め、処理することによって、圧力測定領域Ｘ１乃至Ｘ５およびＹ１乃至Ｙ４における圧力分布を画像によって表示するように構成してもよい。画像表示手段１５５は、モニタを備えたパーソナルコンピュータなどであってもよい。

図３は、本発明の形状・位置確認用センサが使用される、基板接合装置の構成の一例を示す図である。

基板接合装置は、上部フレーム３０１と下部フレーム３０３とを含む。また、基板接合装置は、上部フレーム３０１に設置された第１のステージ１０５と、第１のステージ１０５に設置された第１の中間プレート１０３と、第１の中間プレート１０３に設置された第１の基板ホルダ１０１と、を含む。第１の基板ホルダ１０１は、第１の基板Ｗ１を保持する。さらに、基板接合装置は、下部フレーム３０３に設置された第２のステージ２０５と、第２のステージ２０５に、ロードセル２０７を介して設置された第２の中間プレート２０３と、第２の中間プレート２０３に設置された第２の基板ホルダ２０１と、を含む。第２の基板ホルダ２０１は、第２の基板Ｗ２を保持する。

第１の基板ホルダ１０１および第２の基板ホルダ２０１は、静電チャックまたは真空チャックによって基板を保持するように構成してもよい。

ここで、基板面をＸＹ面とし、基板面に垂直な方向をＺ軸方向とする。なお、原点は基板の中心位置とする。第１のステージ１０５は、位置調整のために、Ｘ、Ｙ軸方向に移動可能でありＺ軸の周りに回転可能なように構成される。また、第２のステージ２０５は、位置調整のために、Ｘ、Ｙ軸方向に移動可能であり、Ｚ軸の周りに回転可能であり、さらに面を傾けることができるように構成される。第２のステージ２０５は、さらに、Ｚ軸方向に移動可能に構成される。

上記においては、第１および第２のステージの両方が位置調整のために移動可能に構成したが、一方のみが位置調整のために移動可能に構成してもよい。また、上記においては、第２のステージのみがＺ軸方向に移動可能に構成したが、第１のステージのみ、または第１および第２のステージの両方がＺ軸方向に移動可能に構成してもよい。

下部フレーム３０３上には、位置合わせ用の顕微鏡３０７Ａを支持する支柱３０５Ａおよび位置合わせ用の顕微鏡３０７Ｂを支持する支柱３０５Ｂが設置される。

図４は、上記の基板接合装置を使用して複数のウエハの位置合わせを確認する位置合わせ確認方法を示す流れ図である。

図４のステップＳ４０１０において、第１の基板（ウエハ）Ｗ１および第２の基板（ウエハ）Ｗ２を、第１の基板ホルダ１０１（第１の基板保持手段）および第２の基板ホルダ２０１（第２の基板保持手段）に保持させる。ここで、第１の基板Ｗ１および第２の基板Ｗ２の各々は、既に接合された複数の基板の組であってもよい。図３に示すように、第１の基板ホルダ１０１および第２の基板ホルダ２０１には、位置合わせのためのホルダ・フィデューシャルマークＦＭが設置されている。このホルダ・フィデューシャルマークＦＭと基板に付した基板フィデューシャルマーク（不図示）とを使用して、基板ホルダと基板とを予め位置合わせしておいてもよい。

図４のステップＳ４０２０において、第２の基板Ｗ２上に形状・位置確認用センサ１５０のシート状圧電体１５１を位置合わせして配置する。シート状圧電体１５１の位置合わせマーク１５３と基板に付した基板フィデューシャルマークとを使用して、シート状圧電体１５１と第２の基板Ｗ２とを位置合わせしてもよい。第１の基板Ｗ１に形状・位置確認用センサ１５０のシート状圧電体１５１を位置合わせして配置してもよい。その場合に、樹脂などにより、第１の基板Ｗ１と形状・位置確認用センサ１５０のシート状圧電体１５１とを接合してもよい。

なお、第１の基板Ｗ１または第２の基板Ｗ２とシート状圧電体１５１との位置合わせは、第１の基板Ｗ１、形状・位置確認用センサ１５０のシート状圧電体１５１および第２の基板Ｗ２に力を加える前のどの段階で行ってもよい。

図４のステップＳ４０３０において、第１および第２の基板を位置合わせするように、第１の基板ホルダ１０１および第２の基板ホルダ２０１を位置合わせする。基板ホルダと基板とが予め位置合わせされている場合には、位置合わせ用顕微鏡３０７Ａおよび３０７Ｂによってホルダ・フィデューシャルマークＦＭを観察することによって、第１の基板ホルダ１０１および第２の基板ホルダ２０１の位置合わせを行ってもよい。基板ホルダと基板とが予め位置合わせされていない場合には、位置合わせ用顕微鏡３０７Ａおよび３０７Ｂによって、第１の基板ホルダ１０１および第２の基板ホルダ２０１のホルダ・フィデューシャルマークＦＭならびに第１および第２の基板のフィデューシャルマークを観察することによって、第１および第２の基板を位置合わせするように、第１の基板ホルダ１０１および第２の基板ホルダ２０１の位置合わせを行ってもよい。

第１の基板ホルダ１０１および第２の基板ホルダ２０１の位置合わせは、第１のステージ１０５および第２のステージ２０５の一方または両方をＸ、Ｙ軸方向に移動し、またはＺ軸の周りに回転させることによって行う。

図４のステップＳ４０４０において、第１の基板ホルダ１０１および第２の基板ホルダ２０１を位置合わせした状態で、第１の基板ホルダ１０１および第２の基板ホルダ２０１を接近させる。具体的には、第２のステージ２０５をＺ軸の上方向に移動させる。

図４のステップＳ４０５０において、第１の基板ホルダ１０１および第２の基板ホルダ２０１によって、互いに位置合わせした第１の基板Ｗ１、形状・位置確認用センサ１５０のシート状圧電体１５１および第２の基板Ｗ２に力を加える。具体的には、第２のステージ２０５をＺ軸の上方向にさらに移動させる。

図４のステップＳ４０６０において、形状・位置確認用センサ１５０の各圧力測定領域の圧力分布を測定することによって、第１の基板Ｗ１および第２の基板Ｗ２の位置合わせの状態など基板の形状または位置を確認することができる。

図５は、第１の基板Ｗ１および第２の基板Ｗ２の位置合わせが正しい場合の、圧力測定領域の圧力分布を示す図である。領域Ｓの圧力値は、外側の領域の圧力値より高い。領域Ｓは、正しく位置合わせされた、第１の基板Ｗ１および第２の基板Ｗ２のバンプ位置の位置を示す。

図６は、第１の基板Ｗ１および第２の基板Ｗ２の位置合わせが正しくない場合の、圧力測定領域の圧力分布を示す図である。領域Ｓ１および領域Ｓ２の圧力値は、領域Ｓ１および領域Ｓ２の外側の領域の圧力値よりも高い。領域Ｓ３の圧力値は、領域Ｓ１および領域Ｓ２の領域Ｓ３以外の部分の圧力値よりもさらに高い。領域Ｓ１は第１の基板Ｗ１のバンプ領域を示し、領域Ｓ２は第２の基板Ｗ２のバンプ領域を示す。領域Ｓ３は、両方の基板のバンプが重なっている領域を示す。領域Ｓ１および領域Ｓ２の領域Ｓ３以外の部分は、両方の基板のバンプが重なっていない領域を示す。領域３のサイズは、領域１または領域２のサイズに比べて小さく、両方の基板のバンプの位置ずれが生じている。

ウエハの面内におけるウエハのうねりや、ウエハのバンプの高さばらつき（バンプのコプラナリティ）や、バンプ内における形状の不均一による圧力ムラなども同様に確認することができる。

このように、本発明の基板の形状・位置確認用センサおよび形状・位置確認方法によれば、たとえばウエハなどの基板を接合する際に問題となる、ウエハの面内におけるウエハのうねりや、ウエハのバンプの高さばらつき（バンプのコプラナリティ）や、バンプ内における形状の不均一による圧力ムラや、バンプの位置ずれなどを確認することができる。

本発明の一実施形態による形状・位置確認用センサは、第１の組の帯状電極と前記第２の組の帯状電極とが直交することを特徴とする。

本実施形態によれば、第１の組の帯状電極と前記第２の組の帯状電極とが直交しているので、第１の組の帯状電極と第２の組の帯状電極との間の電圧を測定し、圧力測定領域における圧力分布を求める際に都合がよい。

本発明の他の実施形態による形状・位置確認用センサは、シート状測定対象との位置合わせ用マークを備えたことを特徴とする。

本実施形態によれば、シート状測定対象との位置合わせ用マークを使用することによって、形状・位置確認用センサとシート状測定対象とを容易に位置合わせすることができる。

本発明の他の実施形態による形状・位置確認用センサは、シート状測定対象がウエハであり、圧力測定領域がウエハのバンプに合わせて配置されたことを特徴とする。

本実施形態によれば、圧力測定領域がウエハのバンプにあわせて配置されているので、ウエハのバンプの形状または位置を確認することができる。

本発明の他の実施形態による形状・位置確認用センサは、圧力測定領域における圧力分布を画像によって表示する画像表示手段をさらに備えたことを特徴とする。

本実施形態によれば、圧力測定領域における圧力分布が画像によって表示されるので、形状・位置確認用センサの使用者は、圧力分布を容易に把握することができる。

本発明の一実施形態によるウエハの形状・位置確認方法は、一対の基板保持手段と、それぞれ基板を保持した前記一対の基板保持手段に力を加える加圧装置とを備える基板接合装置を使用して複数のウエハの位置合わせを確認する方法である。本方法において、圧力測定領域はウエハのバンプに合わせて配置されている。本方法は、一方の基板保持手段に一方のウエハと前記形状・位置確認用センサとを保持させ、他方の基板保持手段に他方のウエハを保持させ、前記加圧装置によって前記一対の基板保持手段に力を加えながら、前記形状・位置確認用センサの前記圧力測定領域における圧力分布を測定することによって、前記複数のウエハの位置合わせを確認することを特徴とする。

本実施形態によれば、基板接合装置によってウエハと形状・位置確認用センサとを位置合わせして加圧力を加え、形状・位置確認用センサの圧力測定領域における圧力分布を測定することによって、ウエハバンプの位置合わせの状況を確実に確認することができる。

本発明の一実施形態による形状・位置確認用センサの構成を示す図である。 圧力測定領域の構成を示す図である。 本発明の形状・位置確認用センサが使用される、基板接合装置の構成の一例を示す図である。 基板接合装置を使用して複数のウエハの位置合わせを確認する位置合わせ確認方法を示す流れ図である。 第１の基板および第２の基板の位置合わせが正しい場合の、圧力測定領域の圧力分布を示す図である。 第１の基板および第２の基板の位置合わせが正しくない場合の、圧力測定領域の圧力分布を示す図である。

符号の説明

１０１…第１の基板ホルダ、２０１…第２の基板ホルダ、１５０…形状・位置確認用センサ、１５１…シート状圧電体、１５３…位置合わせマーク、１５５…画像表示手段

Claims (6)

1. 圧力測定領域を備えたシート状圧電体を備え、
   前記圧力測定領域は、前記シート状圧電体の一方の面において所定の方向に配置された複数の第１の組の帯状電極と、前記シート状圧電体の他方の面において前記所定の方向に対して所定の角度の方向に配置された複数の第２の組の帯状電極と、を備え、
   前記圧力測定領域は、シート状測定対象の形状に合わせて配置され、
   前記第１の組の帯状電極と前記第２の組の帯状電極との間の電圧が測定できるように構成され、
   前記シート状測定対象との位置合わせ用マークを備えたことを特徴とする形状・位置確認用センサ。
2. 圧力測定領域を備えたシート状圧電体を備え、
   前記圧力測定領域は、前記シート状圧電体の一方の面において所定の方向に配置された複数の第１の組の帯状電極と、前記シート状圧電体の他方の面において前記所定の方向に対して所定の角度の方向に配置された複数の第２の組の帯状電極と、を備え、
   前記圧力測定領域は、シート状測定対象であるウエハのバンプに合わせて配置され、
   前記第１の組の帯状電極と前記第２の組の帯状電極との間の電圧が測定できるように構成されたことを特徴とする形状・位置確認用センサ。
3. 前記第１の組の帯状電極と前記第２の組の帯状電極とが直交することを特徴とする請求項１または２に記載の形状・位置確認用センサ。
4. 前記圧力測定領域における圧力分布を画像によって表示する画像表示手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の形状・位置確認用センサ。
5. 圧力測定領域を備えたシート状圧電体を備え、
   前記圧力測定領域は、前記シート状圧電体の一方の面において所定の方向に配置された複数の第１の組の帯状電極と、前記シート状圧電体の他方の面において前記所定の方向に対して所定の角度の方向に配置された複数の第２の組の帯状電極と、を備え、
   前記圧力測定領域は、シート状測定対象の形状に合わせて配置され、
   前記第１の組の帯状電極と前記第２の組の帯状電極との間の電圧が測定できるように構成された形状・位置確認用センサを使用してウエハの形状または位置を確認するウエハの形状・位置確認方法であって、
   ウエハおよび前記形状・位置確認用センサを位置合わせし、
   前記ウエハおよび前記形状・位置確認用センサの両面に力を加え、
   前記形状・位置確認用センサの前記圧力測定領域における圧力分布を測定することによって、前記ウエハの形状または位置を確認することを含むウエハの形状・位置確認方法。
6. 一対の基板保持手段と、それぞれ基板を保持した前記一対の基板保持手段に力を加える加圧装置とを備える基板接合装置を使用して複数のウエハの位置合わせを確認する方法であって、前記圧力測定領域がウエハのバンプに合わせて配置されており、
   一方の基板保持手段に一方のウエハと前記形状・位置確認用センサとを保持させ、
   他方の基板保持手段に他方のウエハを保持させ、
   前記加圧装置によって前記一対の基板保持手段に力を加えながら、前記形状・位置確認用センサの前記圧力測定領域における圧力分布を測定することによって、前記複数のウエハの位置合わせを確認することを特徴とする請求項５に記載のウエハの形状・位置確認方法。

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