JP5343326B2

JP5343326B2 - 基板接合装置および基板接合方法

Info

Publication number: JP5343326B2
Application number: JP2007141592A
Authority: JP
Inventors: 正博吉橋
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2007-05-29
Filing date: 2007-05-29
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2027-05-29
Also published as: JP2008300394A

Description

本発明は、ウエハなど複数の基板を接合させる基板接合装置および基板接合方法に関する。

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、一対の基板保持手段の少なくとも一方を移動させることによって第１および第２の基板を接合させる。

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

一対の基板保持手段の少なくとも一方を移動させることによって第１および第２の基板を接合させる際に、第１および第２の基板の間のギャップの値を測定し、該値にしたがって基板保持手段を移動させながら接合させるのが好ましい。

第１および第２の基板の間のギャップの値を測定するために、一対の基板保持手段に、距離測定用の静電容量センサや渦電流センサを設置して一対の基板保持手段間の距離を測定し、基板の厚さが既知として基板間のギャップを推定する方法がある。しかし、この方法では、基板の厚さを既知とするので、高精度で測定することはできず、また、基板面の傾きなどを測定することはできない。

また、液晶表示パネルなどの透明な基板の場合には、第１の基板の位置合わせマークと第２の基板の位置合わせマークを基板面の上部または下部から観察し、該位置合わせマークのフォーカス位置を測定することによって、基板間のギャップを推定する方法がある。しかし、ウエハは透明でないので、この方法はウエハには使用することができず、また、この方法によって基板面の傾きを測定するのは困難である。

そこで、ウエハを含む種々の基板を接合させる際に基板間のギャップを高精度で測定することのできる基板接合装置および基板接合方法に対するニーズがある。

本発明による基板接合装置は、第１の組のウエハおよび第２の組のウエハを接合させる基板接合装置であって、前記第１の組のウエハを保持する第１の基板保持手段と、前記第１の基板保持手段を支持する第１のステージと、前記第２の組のウエハを保持する第２の基板保持手段と、前記第２の基板保持手段を支持する第２のステージと、前記第１および第２の基板保持手段の内の少なくとも一方を他方に向けて移動させる移動手段と、前記第１および第２の組のウエハの側面に光を照射する照明手段と、前記第１および第２の組のウエハを隔てて、前記照明手段と対向する位置から、前記第１および第２の組のウエハの側面を撮影するカメラと、前記カメラの撮影した画像から、前記第１および第２の組のウエハの間のギャップの値を求める画像処理手段と、前記第１および第２の基板保持手段の内の少なくとも一方の動作を制御する駆動系制御装置と、を備える。前記画像処理手段が、前記カメラの撮影した画像から、前記第１の組のウエハおよび前記第２の組のウエハの傾きを求めるように構成され、前記照明手段および前記カメラの対が２対であり、一方の対の照明手段とカメラを結ぶ直線が他方の対の照明手段とカメラを結ぶ直線と直交するように配置され、前記駆動系制御装置から獲得した前記第１のステージと前記第２のステージとの少なくとも一方の位置情報に基づいて、前記第１及び第２のステージの間の距離が第１の所定の値以下となったときに前記カメラ及び前記照明装置の設定を開始し、第２の所定の値以下となったときに前記第１および第２の組のウエハの側面を撮影するように構成されたことを特徴とする。

本発明による基板接合方法は、本発明による基板接合装置によって、第１の組のウエハおよび第２の組のウエハを接合させる基板接合方法であって、前記第１及び第２のステージの間の距離が第１の所定の値以下となったときに前記カメラ及び前記照明装置の設定を行うステップと、前記第１及び第２のステージの間の距離が第２の所定の値以下となったときに前記第１および第２の組のウエハの側面を撮影するステップと、取得した画像を処理し、前記第１および第２の組のウエハ間のギャップの情報を求めるステップと、を含むことを特徴とする。

本発明においては、第１および第２の組の基板を隔てて、照明手段と対向する位置から、第１の組の基板および第２の組の基板の側面を撮影して画像を採取するので、照明光が、丸みを有する基板のエッジで反射されることはなく、基板のエッジの形状の、高精度の画像を得ることができる。したがって、第１および第２の組の基板の間のギャップの値を高い精度で求めることができる。

本発明によれば、ウエハを含む種々の基板を接合させる際に基板間のギャップを高精度で測定することのできる基板接合装置および基板接合方法が得られる。

図１は、本発明の一実施形態による、基板接合装置の構成を示す図である。

本実施形態による基板接合装置は、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（基板保持手段）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。基板Ｗ１は、複数の基板を接合した基板の組であってもよい。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（基板保持手段）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。基板Ｗ２は、複数の基板を接合した基板の組であってもよい。

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、基板面の中心を通り基板面に垂直な軸をＺ軸とする。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、Ｘ軸およびＹ軸の周り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。第１のステージ１０５および第２のステージ２０５の動作は、駆動系制御装置４０９によって制御される。駆動系制御装置４０９は、たとえば、第２のステージ２０５のＺ軸方向の位置など、制御対象の位置情報を把握しているのが好ましい。

本実施形態においては、第１および第２のステージの両方が位置調整のためにＸ、Ｙ軸方向に移動可能に構成したが、一方のみが位置調整のためにＸ、Ｙ軸方向に移動可能に構成してもよい。また、本実施形態においては、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。また、本実施形態においては、第２のステージのみがＸ軸およびＹ軸の周りに面を傾けることができるように構成したが、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Ｘ軸およびＹ軸の周りに面を傾けることができるように構成してもよい。

図１に示すように、基板Ｗ１および基板Ｗ２の側面に光を照射するように照明装置４０３が設置される。図１に示すように、照明装置４０３は、下部フレーム３０３に固定してもよい。あるいは、上部フレーム３０１に固定してもよい。照明装置４０３として、たとえば、市販の青色発光ダイオード・バーを使用してもよい。

図１に示すように、基板Ｗ１および基板Ｗ２を隔てて、照明装置４０３と対向する位置に、基板Ｗ１および基板Ｗ２の側面を撮影するようにカメラ４０１が設置される。図１に示すように、カメラ４０１は、下部フレーム３０３に固定してもよい。あるいは、上部フレーム３０１に固定してもよい。

図２は、本発明の一実施形態による基板接合装置の、照明装置およびカメラの構成を示す図である。

図３は、本発明の一実施形態による基板接合装置の、照明装置およびカメラの側面を示す図である。

図２および３に示すように、照明装置４０３Ａおよびカメラ４０１Ａは、基板を隔てて対向する位置に配置される。また、照明装置４０３Ｂおよびカメラ４０１Ｂは、基板を隔てて対向する位置に配置される。このように配置することにより、照明装置４０３Ａまたは４０３Ｂに放射された照明光が、丸みを有する基板（ウエハ）の周縁部で反射されることはなく、カメラ４０１Ａまたは４０１Ｂによって、基板（ウエハ）の周縁部の形状の、高精度の画像を得ることができる。また、上記の配置において、照明装置４０３Ａおよびカメラ４０１Ａを結ぶ直線は、照明装置４０３Ｂおよびカメラ４０１Ｂを結ぶ直線と直交する。上記２本の直線を、先に説明したＸ軸およびＹ軸と一致させれば、後で説明するように、測定結果にしたがって、第２のステージ２０５をＸ軸およびＹ軸の周りに面を傾けて基板Ｗ２の面の傾きを調整することができるので都合がよい。

図１に示すように、基板接合装置は、カメラ４０１および照明装置４０３を制御する撮像系制御装置４０７およびカメラ４０１の撮影した画像を処理する画像処理装置４０５を備える。

撮像系制御装置４０７は、カメラ４０１、照明装置４０３、画像処理装置４０５および駆動系制御装置４０９に接続される。

画像処理装置４０５は、カメラ４０１および撮像系制御装置４０７に接続される。

図４は、カメラ４０１、照明装置４０３、画像処理装置４０５および撮像系制御装置４０７によってギャップの情報を求め、該ギャップの情報にしたがって駆動系制御装置４０９によってステージの位置を制御する、本発明の一実施形態による基板接合方法を示す流れ図である。

ステップＳ４０１０において、撮像系制御装置４０７は、駆動系制御装置４０９から第２のステージ２０５の位置の情報を獲得し、基板Ｗ１および基板Ｗ２の側面を撮影することができるようにカメラ４０１および照明装置４０３の設定を行う。たとえば、Ｚ軸方向に第１のステージ１０５に向けて移動中の第２のステージ２０５と、第１のステージ１０５との間の距離が第１の所定の値以下となったときにカメラ４０１および照明装置４０３の設定を開始するようにしてもよい。

ステップＳ４０２０において、カメラ４０１は、駆動系制御装置４０９から第２のステージ２０５の位置の情報を獲得した撮像系制御装置４０７からの指示にしたがって基板Ｗ１およびＷ２の側面の画像を取得する。たとえば、Ｚ軸方向に第１のステージ１０５に向けて移動中の第２のステージ２０５と、第１のステージ１０５との間の距離が、第１の所定の値より小さい第２の所定の値以下となったときに基板Ｗ１およびＷ２の側面の画像を取得するようにしてもよい。

ステップＳ４０３０において、画像処理装置４０５は、撮像系制御装置４０７からの指示にしたがってカメラ４０１の取得した画像を受け取り、該画像の処理を行い、接合される一対の基板間のギャップの情報を求める。

図５は、カメラ４０１Ａによって撮影された基板Ｗ１および基板Ｗ２の側面の画像を示す図である。ここで、照明装置４０３Ａとカメラ４０１Ａとを結ぶ直線は、Ｘ軸と一致しているとする。図５において、斜線を加えた部分は基板Ｗ１および基板Ｗ２を示し、符号Ｇを付した部分は、２枚の基板の間のギャップを示す。図５において、基板Ｗ１の面は水平であるが、基板Ｗ２の面は水平方向に対して所定の角度で傾いている。本方法によれば、基板間のギャップに加え、このような基板面の傾きを測定することができる。

カメラ４０１のレンズの画角は、一例として、
0.75mm X 1mm
であり、画素数は、たとえば、
1200 X 1600
である。この結果、１画素の１辺は０．６２５マイクロメータに対応する。したがって、１マイクロメータ以内の精度で、２枚の基板の間のギャップを測定することができる。

ステップＳ４０４０において、画像処理装置４０５は、求めた、一対の基板間のギャップの情報を、撮像系制御装置４０７を経由して駆動系制御装置４０９に送る。あるいは、画像処理装置４０５は、一対の基板間のギャップの情報を直接駆動系制御装置４０９に送ってもよい。駆動系制御装置４０９は、受け取った一対の基板間のギャップの情報にしたがって、第２のステージ２０５をＺ軸方向に移動させ、または、Ｘ軸またはＹ軸の周りに第２のステージ２０５の面を傾けて、基板Ｗ１および基板Ｗ２の面を互いに平行とする。

具体的に、図５に示したように、基板Ｗ２の面が水平方向に対して所定の角度で傾いている場合には、Ｘ軸の周りに第２のステージ２０５の面を傾けて、基板Ｗ２の面を水平方向とする。

ステップＳ４０４０における、駆動系制御装置４０９による第２のステージ２０５の調整は、画像処理装置４０５によって取得された一対の基板間のギャップの情報にしたがって、オペレータが行ってもよい。

本方法によれば、基板間のギャップおよび基板面の傾きを考慮して、基板面の接合状態が均一になるように基板を接合することができる。

本発明の一実施形態による基板接合装置においては、基板がウエハであることを特徴とする。

本実施形態による基板接合装置によれば、接合されるウエハの間のギャップの値を高い精度で求めることができる。

本発明の他の実施形態による基板接合装置は、前記第１および第２の基板保持手段の内の少なくとも一方が、保持する基板の面の傾きを調整する傾き調整手段をさらに備える。本実施形態による基板接合装置は、前記画像処理手段が、前記カメラの撮影した画像から、前記第１の組の基板および前記第２の組の基板の傾きを求めるように構成されたことを特徴とする。

本実施形態による基板接合装置によれば、画像処理手段によって、カメラの撮影した画像から、第１の組の基板および第２の組の基板の傾きを求め、求めた基板の傾きにしたがって、傾き調整手段によって、第１および第２の組の基板の傾きを調整することができる。したがって、基板面の接合状態が均一になるように基板を接合することができる。

本発明の他の実施形態による基板接合装置は、前記照明手段および前記カメラの対が２対であり、一方の対の照明手段とカメラを結ぶ直線が他方の対の照明手段とカメラを結ぶ直線と直交するように配置されたことを特徴とする。

本実施形態による基板接合装置によれば、互いに直交する二方向の基板面の傾きを調整することができる。

本発明の一実施形態による基板接合方法によれば、前記第１および第２の組の基板間のギャップの情報を求めるステップが、前記第１の組の基板および前記第２の組の基板の傾きを求めることを含むことを特徴とする。

本実施形態による基板接合方法によれば、画像処理手段によって、カメラの撮影した画像から、第１の組の基板および第２の組の基板の傾きを求めることができる。

本発明の一実施形態による、基板接合装置の構成を示す図である。本発明の一実施形態による基板接合装置の、照明装置およびカメラの構成を示す図である。本発明の一実施形態による基板接合装置の、照明装置およびカメラの側面を示す図である。本発明の一実施形態による基板接合方法を示す流れ図である。カメラによって撮影された、接合される基板の側面の画像を示す図である。

符号の説明

１０１…第１の基板ホルダ、１０５…第１のステージ、２０１…第２の基板ホルダ、２０５…第２のステージ、４０１…カメラ、４０３…照明装置、４０５…画像処理装置、４０７…撮像系制御装置、４０９…駆動系制御装置

Claims

第１の組のウエハおよび第２の組のウエハを接合させる基板接合装置であって、
前記第１の組のウエハを保持する第１の基板保持手段と、
前記第１の基板保持手段を支持する第１のステージと、
前記第２の組のウエハを保持する第２の基板保持手段と、
前記第２の基板保持手段を支持する第２のステージと、
前記第１および第２の基板保持手段の内の少なくとも一方を他方に向けて移動させる移動手段と、
前記第１および第２の組のウエハの側面に光を照射する照明手段と、
前記第１および第２の組のウエハを隔てて、前記照明手段と対向する位置から、前記第１および第２の組のウエハの側面を撮影するカメラと、
前記カメラの撮影した画像から、前記第１および第２の組のウエハの間のギャップの値を求める画像処理手段と、
前記第１および第２の基板保持手段の内の少なくとも一方の動作を制御する駆動系制御装置と、を備え、
前記画像処理手段が、前記カメラの撮影した画像から、前記第１の組のウエハおよび前記第２の組のウエハの傾きを求めるように構成され、
前記照明手段および前記カメラの対が２対であり、一方の対の照明手段とカメラを結ぶ直線が他方の対の照明手段とカメラを結ぶ直線と直交するように配置され、
前記駆動系制御装置から獲得した前記第１のステージと前記第２のステージとの少なくとも一方の位置情報に基づいて、前記第１及び第２のステージの間の距離が第１の所定の値以下となったときに前記カメラ及び前記照明装置の設定を開始し、第２の所定の値以下となったときに前記第１および第２の組のウエハの側面を撮影するように構成されたことを特徴とする基板接合装置。
請求項１に記載の基板接合装置によって、第１の組のウエハおよび第２の組のウエハを接合させる基板接合方法であって、
前記第１及び第２のステージの間の距離が第１の所定の値以下となったときに前記カメラ及び前記照明装置の設定を行うステップと、
前記第１及び第２のステージの間の距離が第２の所定の値以下となったときに前記第１および第２の組のウエハの側面を撮影するステップと、
取得した画像を処理し、前記第１および第２の組のウエハ間のギャップの情報を求めるステップと、を含む基板接合方法。
前記第１および第２の組のウエハ間のギャップの情報を求めるステップが、前記第１の組のウエハおよび前記第２の組のウエハの傾きを求めることを含むことを特徴とする請求項２に記載の基板接合方法。