JP5433971B2

JP5433971B2 - 基板重ね合わせ装置、基板保持装置および半導体装置の製造方法

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Publication number: JP5433971B2
Application number: JP2008106716A
Authority: JP
Inventors: 栄裕前田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2008-04-16
Filing date: 2008-04-16
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2028-04-16
Also published as: JP2009260007A

Description

本発明は、基板重ね合わせ装置、基板保持装置および半導体装置の製造方法に関する。本発明は、特に、基板の位置合わせ用の指標を直接観察して基板の位置合わせが可能な基板重ね合わせ装置、当該基板重ね合わせ装置等に用いる基板保持装置および当該基板の重ね合わせ装置を用いた半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置の実効的な実装密度の向上、半導体装置内部のクリティカルパス条件の緩和、あるいは製造プロセスの異なる半導体装置を集積させる技術のひとつとして、複数のチップを積層させる技術がある。ここで複数のチップを積層させる場合、良品であることが確認されたチップ（ＷＮＤ：ウェルノウンダイ）を積層して集積チップモジュールが製造される場合が多い。

しかし、チップ単位で接合するよりも、ウエハ単位で接合した後にチップを切り分ける方が生産性を向上できる。ただし、各々のウエハ上には多数の接続端子（バンプ）が形成されており、ウエハ単位で接合する場合には、多数の接続端子を接合する。よって、チップ単位で接合する場合と比較してウェハ単位で接合する場合には精密な位置合わせが求められる。たとえば特許文献１に記載された３次元ＬＳＩ積層装置では、石英ガラス製の真空チャック（基板ホルダ）にウエハを固定して、ウエハに設けられた位置合わせ用のマークを赤外線顕微鏡により確認しながらウエハ同士を位置合わせしている。
特許第２９８４４４１号

しかしながら、石英ガラス製の基板ホルダを用いた３次元ＬＳＩ積層装置は、破損し易い石英ガラスを用いるので、製作、取り扱いが容易でないという問題があった。そこで、製作、取り扱いが容易で、精度よく基板の位置合わせが可能な基板重ね合わせ装置が求められている。

上記課題を解決するために、本発明の第１の形態においては、位置合わせ用の第１指標を表面に有する第１基板を第１基板保持面に保持する第１基板保持部であって、少なくとも第１指標が第１基板保持面の反対面側から観察可能な位置に透光部を有する第１基板保持部と、位置合わせ用の第２指標を表面に有する第２基板を第２基板保持面に保持する第２基板保持部と、透光部を透して、少なくとも第１指標を第１基板保持面の反対方向からの観察光により光学的に観察する指標観察部と、指標観察部で観察した第１指標の位置に応じて、第１基板および第２基板の相対位置を調整する位置調整部と、を備えた基板重ね合わせ装置が提供される。

また、本発明の第２の形態においては、位置合わせ用の指標を有する基板を保持する基板保持面と、基板保持面の少なくとも反対面側から前記指標を観察可能な透光部と、を備えた基板保持装置が提供される。

また、本発明の第３の形態においては、位置合わせ用の第１指標を表面に有する第１基板および位置合わせ用の第２指標を表面に有する第２基板を用意する段階と、第１基板を第１基板保持部の第１基板保持面に保持し、第２基板を第２基板保持部の第２基板保持面に保持する段階と、少なくとも第１指標が第１基板保持面の反対面側から観察可能な位置に形成された透光部を透して、少なくとも第１指標を第１基板保持面の反対方向からの観察光により光学的に観察する指標観察段階と、指標観察段階で観察した第１指標の位置に応じて、第１基板および第２基板の相対位置を調整する位置調整段階と、を備えた半導体装置の製造方法が提供される。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。また、以下、図面を参照して実施形態について説明するが、図面の記載において、同一または類似の部分には同一の参照番号を付して重複する説明を省く場合がある。なお、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なる場合がある。また、説明の都合上、図面相互間においても互いの寸法の関係又は比率が異なる部分が含まれる場合がある。

図１は、基板重ね合わせ装置１００の構造を模式的に示す断面図である。基板重ね合わせ装置１００は、それぞれ複数の機能素子が形成された第１基板１６０と第２基板１７０とを適切に位置合わせした後に加圧および加熱して貼り合わせることにより、三次元的に基板が積層された半導体装置を製造する。

第１基板１６０は、第１指標１６２、第１指標１６４および第１指標１６６（以下、第１指標１６２等と称する場合がある。）を備える。第２基板１７０は、第２指標１７２、第２指標１７４および第２指標１７６（以下、第２指標１７２等と称する場合がある。）を備える。第１指標１６２等および第２指標１７２等は、基板に設けられた位置合わせ用の指標であってよい。

基板重ね合わせ装置１００は、枠体１０２と、第１基板保持部１２０と、第２基板保持部１３０と、指標観察部１４０と、位置調整部１５０と、制御部１８０と、ドライバ１８２と、ドライバ１８４とを備える。枠体１０２は、天板１０４と、底板１０６と、ボディ部１０８とを有する。

天板１０４および底板１０６は、互いに略平行で水平に配される。ボディ部１０８は、天板１０４および底板１０６を結合する。天板１０４、底板１０６およびボディ部１０８は、それぞれ、高剛性な材料により形成されてよい。これにより、第１基板１６０および第２基板１７０への加圧の反力が作用した場合の変形を抑制することができる。天板１０４は、枠体１０２の内側を観察することを目的として、観察孔１１２、観察孔１１４および観察孔１１６（以下、観察孔１１２等と称する場合がある。）を含む。

観察孔１１２等は、天板１０４を貫通する貫通孔であってよく、観察光１０が透過する部材でシールまたは充填されていてもよい。本実施形態において、観察孔１１２等は、複数の貫通孔または観察光１０が透過する部材で形成されているが、単一の貫通孔または部材で形成されてもよい。また、天板１０４が観察光１０を透過させる部材で形成されている場合には、観察孔１１２等を設けなくてもよい。
なお、本明細書において、「透過する」とは、観察光１０の透過率が１００％の場合に限定するものではなく、第１指標１６２等および第２指標１７２等を観察できる程度の透過率であればよい。本明細書の以下の記載についても同様の意味で用いられる。

第１基板保持部１２０は、枠体１０２の内側において底板１０６に対向して配され、静電吸着、真空吸着等により下面に第１基板１６０を保持する。第１基板保持部１２０は、天板１０４およびボディ部１０８に支持されて略水平に配されてもよい。第１基板保持部１２０は、アルミナ、窒化アルミ、炭化珪素等のセラミック、ステンレス等の金属、または、ＰＥＥＫ等の樹脂等により形成されてもよい。これにより、加工に適した、適切な機械的強度を備え、破損等を気にせず取り扱うことができる基板保持部を形成できる。

第１基板保持部１２０は、第１基板１６０を保持する第１基板保持面２２２を有する。また、第１基板保持部１２０は、透光部１２２、透光部１２４および透光部１２６（以下、透光部１２２等と称する場合がある。）を有する。透光部１２２は、第１指標１６２および第２指標１７２が観察可能な位置に配されてよい。同様に、透光部１２４および透光部１２６は、それぞれ、第１指標１６４および第２指標１７４、ならびに、第１指標１６６および第２指標１７６が観察可能な位置に配されてよい。透光部１２２等は、第１基板保持部１２０を貫通する貫通孔であってもよく、後述する光源１４２の観察光１０が透過する部材でシールまたは充填されていてもよい。なお、第１基板保持部１２０は、位置合わせ用の第１指標１６２等を有する第１基板１６０を保持する第１基板保持面２２２と、第１基板保持面２２２の少なくとも反対面２２４の側から第１指標１６２等を観察可能な透光部１２２と、を備えた基板保持装置としても把握できる。

第２基板保持部１３０は、第２基板１７０を保持する第２基板保持面２３２を有する。また、第２基板保持部１３０は、枠体１０２の内側において、第１基板保持部１２０に対向して配され、静電吸着、真空吸着等により上面に第２基板１７０を保持する。第２基板保持部１３０は、第１基板保持部１２０と同様の材料で形成されてよい。これにより、前記した第１基板保持部１２０の場合と同様な効果を得ることができる。

指標観察部１４０は、少なくとも第１指標１６２等を光学的に観察する。指標観察部１４０としては、例えば、公知の光学顕微鏡を用いることができる。指標観察部１４０は、光源１４２と、光ファイバ１４４と、ハーフミラー１４６と、観察光学系１４８と、ＣＣＤカメラ１４９とを有する。光源１４２は、代表的には赤外光を観察光１０として発してよい。ただし、光源１４２は、可視光、紫外線、レーザ光線、Ｘ線等の観察光１０を発してもよい。光源１４２としては、上記観察光１０を発光する公知の機器を用いることができる。光源１４２は、第１基板保持部１２０から離間した位置に配置されてもよい。これにより、光源１４２の発する熱または振動が、基板重ね合わせ装置１００の位置合わせまたは重ね合わせの精度に悪影響を及ぼすことを抑制できる。

光ファイバ１４４は、光源１４２から発した観察光１０を観察対象にガイドする。光ファイバ１４４としては、公知の光ファイバを用いることができる。なお、光ファイバ１４４は、光源１４２から発した観察光１０を観察対象に導き照明する照明光学系の一例であり、照明光学系の他の例としては、公知の落射照明ユニット等を用いることができる。ハーフミラー１４６は、光ファイバ１４４から入射した観察光１０を反射して観察対象に導き照明する一方、観察対象の投影像を透過させる。ハーフミラー１４６としては、公知のハーフミラーを用いることができる。観察光学系１４８は、観察対象を光学系によって投影する。観察光学系１４８としては、光学顕微鏡における公知の観察光学系を用いることができる。ＣＣＤカメラ１４９は、ハーフミラー１４６を透過した上記投影像を撮像して、制御部１８０に出力する。

指標観察部１４０は、枠体１０２の外側に配されてもよい。観察孔１１２等および透光部１２２等は観察光１０を透過させるので、少なくとも第１指標１６２等を光学的に観察することができる。また、指標観察部１４０は、少なくとも第１基板１６０を透過する観察光１０により、第１指標１６２および第２指標１７２、第１指標１６４および第２指標１７４、ならびに、第１指標１６６および第２指標１７６を観察してもよい。例えば、第１基板１６０がシリコン基板である場合には、観察光１０として赤外光を用いて観察してもよい。これにより、例えば、第１指標１６２および第２指標１７２の重なり具合を直接観察できるので、精度よく位置合わせができる。なお、本実施形態においては、透光部１２２、透光部１２４および透光部１２６のそれぞれについて、指標観察部１４０を配置しているが、１台の指標観察部１４０を移動させる等により透光部１２２等を観察してもよい。

位置調整部１５０は、枠体１０２の内側において底板１０６の上側に配され、第２基板保持部１３０を支持する。また、第２基板保持部１３０の第１基板保持部１２０に対する相対位置を調整することで、第１基板１６０および第２基板１７０の相対位置を調整する。位置調整部１５０は、粗調整部１５２と、微調整部１５４と、ロードセル１５６とを有する。

粗調整部１５２は、例えば、図示されていないサーボモータ等を利用して送りねじを駆動することで、第２基板保持部１３０の水平方向（図中、Ｙ方向）の位置、垂直方向（図中、Ｚ方向）の位置、および水平方向に対する傾きを任意に変えることができる。また、粗調整部１５２は、位置調整部１５０により相対位置が調整された第１基板１６０および第２基板１７０を圧接する圧接部を兼ねてもよい。即ち、粗調整部１５２が第２基板保持部１３０をＺ方向に押し上げることで、第１基板１６０と第２基板１７０とを押圧してもよい。当該押圧中、あるいは、押圧後に第１基板１６０および第２基板１７０を加熱等することで、第１基板１６０と第２基板１７０とを接合することができる。粗調整部１５２としては、公知の半導体製造装置用ステージを用いることができる。

微調整部１５４は、粗調整部１５２よりも精密に第１基板１６０および第２基板１７０の相対位置を調整する。例えば、図示されていない圧電素子、リニアモータ等を利用して、第２基板保持部１３０の水平方向、垂直方向の位置、および水平方向に対する傾きを、サブミクロン、ナノメートル単位で精密に調整する。微調整部１５４としては、公知の半導体製造装置用ステージを用いることができる。ロードセル１５６は、第２基板保持部１３０に加えられた圧力を検出して、制御部１８０に出力する。

制御部１８０は、基板重ね合わせ装置１００の動作を制御する。制御部１８０は、ＣＣＤカメラ１４９から入力される画像を解析して、第１基板１６０および第２基板１７０の相対位置を検出する。第１基板１６０と第２基板１７０とのズレ量が所定の範囲内に収まらない場合には、ドライバ１８２を制御して粗調整部１５２により第１基板１６０および第２基板１７０の相対位置を粗調整する。第１基板１６０および第２基板１７０の相対位置が所定の範囲内になると、ドライバ１８４を制御して微調整部１５４により第１基板１６０および第２基板１７０の相対位置を微調整する。

第１基板１６０と第２基板１７０とが十分な精度で重なると、制御部１８０は、ドライバ１８２を制御して粗調整部１５２をＺ方向に上昇させて、第１基板１６０および第２基板１７０を押圧する。制御部１８０は、ロードセル１５６から入力される圧力を解析して、第１基板１６０および第２基板１７０を押圧する力および時間を調整する。なお、制御部１８０には、たとえば、第１指標１６６および第２指標１７６の重なりに応じた反射率を計測する光センサの出力信号が入力されてもよい。

第１基板１６０および第２基板１７０の相対位置の調整量（第２基板保持部１３０の移動量）は、例えば、以下のように算出されてよい。透光部１２２等を透過した観察光１０により、第１基板１６０に設けられた位置合わせ用の第１指標１６２等と第２基板１７０に設けられた位置合わせ用の第２指標１７２等とを光学的に観察する場合には、指標観察部１４０で観察した第１指標１６２等と第２指標１７２等との重なりに応じて、上記調整量を算出してもよい。例えば、第１指標１６２および第２指標１７２のそれぞれにおける複数の部分間の距離から第１基板１６０および第２基板１７０の水平方向の傾きを算出してもよい。第１指標１６２の複数の部分と第２指標１７２における当該複数の部分に対応する箇所との距離および上記水平方向の傾きから、第１基板１６０および第２基板１７０の水平方向の相対位置を算出してもよい。第１指標１６４および第２指標１７４、第１指標１６６および第２指標１７６についても同様に解析することで精密に位置合わせできる。

また、透光部１２２等を透過して、観察光１０により、少なくとも第１指標１６２等を光学的に観察する場合には、指標観察部１４０で観察した第１指標１６２等の位置に応じて、上記調整量を算出してもよい。例えば、第２指標１７２等の位置を予め検出して当該位置情報を記憶しておき、ＣＣＤカメラ１４９から入力される画像から検出した第１指標１６２等の位置情報と上記記憶しておいた第２指標１７２等の位置情報とから、上記調整量を算出してもよい。

第２指標１７２等の位置は、例えば、以下のようにして予め検出されてよい。枠体１０２の内側に第２基板１７０を搬入する前に、第２基板保持部１３０に載置された第２基板１７０を観察することで、予め、第２指標１７２等と第２基板保持部１３０との相対位置を検出しておいてよい。枠体１０２の内側に第１基板１６０を搬入する前に、一度、第２基板１７０を基板重ね合わせ装置１００内に搬入して、指標観察部１４０により第２指標１７２等の位置を検出しておいてもよい。図示していない回路設計装置または投影露光装置などから、第２指標１７２等の位置情報を取得してもよい。また、上記調整量を算出する場合には、接合時の加熱等による第１基板１６０および第２基板１７０の熱変形を考慮してもよい。

図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図であり、第１指標１６２および第２指標１７２の近傍を模式的に示す拡大断面図である。同図においては、天板１０４を省略している。同図に示す通り、第１基板保持部１２０は、第１基板１６０を第１基板保持面２２２に保持する。また、第１基板保持部１２０は、少なくとも第１指標１６２が第１基板保持面２２２の反対面２２４側から観察可能な位置に透光部１２２を有する。第２基板保持部１３０は、第２基板１７０を第２基板保持面２３２に保持する。

第１基板１６０は、位置合わせ用の第１指標１６２を表面２６２に有する。第１指標１６２は、例えば、図面に垂直な方向（Ｘ方向）に延伸するアライメントマーク２６４と、Ｙ方向に延伸するアライメントマーク２６６とを含んでもよい。第２基板１７０は、位置合わせ用の第２指標１７２を表面２７２に有する。第２指標１７２は、例えば、Ｘ方向に延伸するアライメントマーク２７４と、Ｙ方向に延伸するアライメントマーク２７６とを含んでもよい。

本実施形態において、透光部１２２は、第１基板保持面２２２の反対面２２４から第１指標１６２および第２指標１７２が観察可能な位置に形成され、指標観察部１４０は、透光部１２２を透した観察光１０により第１指標１６２および第２指標１７２を光学的に観察する。これにより、第１指標１６２および第２指標１７２の重なり具合を直接観察できるので、精密な位置合わせができる。なお、指標観察部１４０は、透光部１２２を透して、少なくとも第１指標１６２を第１基板保持面２２２の反対方向からの観察光１０により光学的に観察してもよい。この場合、観察光１０は、第１基板１６０を透過する観察光１０でなくてもよいので、赤外光より波長の短い観察光１０を用いて精密な位置合わせができる。

本実施形態において、透光部１２２は、貫通孔２４２と、貫通孔２４２に嵌合された光透過部材２４４とを有する。貫通孔２４２は、第１基板保持部１２０を第１基板保持面２２２から反対面２２４まで貫通する。貫通孔２４２をＺ方向に切断した断面形状は、四角形と台形とが結合した形状であってもよく、当該断面形状のＹ方向の長さは、反対面２２４側の長さの方が、第１基板保持面２２２側の長さより長くてもよい。これにより、光透過部材２４４が抜け落ちることを防止できる。光透過部材２４４は、貫通孔２４２に充填される部材であってよく、観察光１０が透過する部材で形成されてよい。これにより、第１基板保持部１２０が図示しない真空チャック等に真空吸着される場合に貫通孔２４２から空気が抜けることを防止できる。

また、光透過部材２４４の第１基板１６０が配置される側の面２４６は、第１基板保持面２２２と略同一の平面上に形成されてよい。また、光透過部材２４４の第１基板１６０が配置される反対側の面２４８は、第１基板保持面２２２と反対側の第１基板保持部１２０の反対面２２４と略同一の平面上に形成されてよい。これにより、第１基板１６０と第２基板１７０とを押圧した場合に、第１基板１６０の貫通孔２４２に対向する部分にも、他の部分と同じように圧力を加えることができる。

図３は、反対面２２４側から見た第１基板保持部１２０の外観を模式的に示す斜視図である。同図に示す通り、第１基板保持部１２０は、透光部１２２、透光部１２４、透光部１２６、透光部３２２および透光部３２６を有する。透光部１２４は、第１基板保持部１２０の中心位置Ｃの近傍に形成されてよい。透光部１２４の反対面２２４における形状は、円形であってもよい。透光部１２２、透光部１２６、透光部３２２および透光部３２６は、中心位置Ｃを中心とする円周上に略同心円状に形成されてよい。透光部１２４の反対面２２４における形状は、卵形、楕円形、角丸四角形のような長穴形状であってよい。

透光部１２２等の形状は、第１基板保持部１２０の径方向Ｒに沿った透光部１２２の長さＬＲが、第１基板保持部１２０の周方向Ｔに沿った透光部１２２の長さＬＴより長くてもよい。第１指標１６２等が第１基板１６０に形成されるときには、設計位置からのズレは、周方向Ｔよりも径方向Ｒの方が大きくずれる傾向があるが、上記構成により、第１指標１６２等が設計位置からズレた場合であっても、透光部１２２等を透して第１指標１６２等を観察することができる。また、指標の位置が基板によって異なる場合であっても、対応することができる。

また、第１基板保持部１２０は、孔３４２、孔３４４および孔３４６と、溝３４８とを有する。溝３４８は、第１基板１６０にかかる圧力を調整する目的で設けられており、孔３４２、孔３４４および孔３４６は、第１基板１６０を第１基板保持部１２０から離脱させる場合に使用するプッシュアップピンを挿通する。

図４は、第１指標１６２のパターンの一例を模式的に示す平面図である。第１指標１６２は、例えば、Ｘ方向に延伸するアライメントマーク２６４と、Ｙ方向に延伸するアライメントマーク２６６とを含んでもよい。第１基板１６０は、例えば、アルミニウムで形成されてもよい。第１基板１６０は位置合わせ用の指標として用いられるものであればよく、例えば、スクライブエリアに設けられた格子状等のアライメントマークであってもよく、基板に形成された機能素子またはバンプ、基板を貫通して設けられる貫通ビア（貫通電極）等であってもよい。この場合、透光部１２２等の一部において、本来予定していた通りのアライメントマークが観察できない場合であっても、第１基板１６０に存在する貫通ビア等をアライメントマークとして用いることができる。これにより、そのような場合であっても精度よく位置合わせできる。また、透光部１２２等の全てにおいてアライメントマークが観察できるまで、第１基板１６０と第１基板保持部１２０とを位置合わせしなくてもよいので、スループットを向上できる。

図５は、図１乃至図３に示す透光部１２２，１２４，１２６とは異なる透光部５２２の構造を模式的に示す断面図である。同図に示す通り、透光部５２２は、貫通孔５４２と、貫通孔５４２をシールする観察部側光透過部材５４３および基板側光透過部材５４４とを有する。透光部５２２は、貫通孔５４２の第１基板保持面２２２側の開口が基板側光透過部材５４４の形状に合うように形成されている点で透光部１２２と相違する。

観察部側光透過部材５４３は、貫通孔５４２の反対面２２４側の開口の形状に合うように形成されており、観察部側光透過部材５４３の第１基板１６０が配置される反対側の面５４８は、第１基板保持面２２２と反対側の第１基板保持部１２０の反対面２２４と略同一の平面上に形成されてよい。基板側光透過部材５４４は、貫通孔５４２の第１基板保持面２２２側の開口の形状に合うように形成されており、基板側光透過部材５４４の第１基板１６０が配置される側の面５４６は、第１基板保持面２２２と略同一の平面上に形成されてよい。観察部側光透過部材５４３および観察部側光透過部材５４３は、観察光１０が透過する部材で形成されてよい。

図６は、図１乃至図５に示す透光部１２２，１２４，１２６及び透光部５２２とは異なる透光部６２２の構造を模式的に示す断面図である。同図に示す通り、透光部６２２は、貫通孔５４２と、貫通孔５４２をシールする基板側光透過部材５４４とを有する。透光部６２２は、観察部側光透過部材５４３を有しない点で透光部５２２と相違する。また、基板側光透過部材５４４の面５４６と反対側の面反対側の面６４８は、第１基板保持面２２２と反対側の第１基板保持部１２０の反対面２２４と略同一の平面上に形成されていない点で透光部５２２と相違する。

図７は、図１乃至図６に示す透光部１２２，１２４，１２６、５２２及び透光部６２２とは異なる透光部７２２の構造を模式的に示す断面図である。同図に示す通り、透光部７２２は、貫通孔７４２と、貫通孔７４２を充填する光透過部材７４４とを有する。透光部７２２は、第１基板保持面２２２側から反対面２２４側に向けてテーパー状に拡大する貫通孔７４２を有する点で透光部１２２と相違する。光透過部材７４４の第１基板１６０が配置される側の面７４６は、第１基板保持面２２２と略同一の平面上に形成されてよい。また、光透過部材７４４の第１基板１６０が配置される反対側の面７４８は、第１基板保持面２２２と反対側の第１基板保持部１２０の反対面２２４と略同一の平面上に形成されてよい。

図８は、基板重ね合わせ装置１００を使用して半導体装置８００を製造する方法Ｓ８０の概要を表す。以下、図８を参照して、２次元ＬＳＩのような機能素子が複数形成された基板を複数貼り合わせて製造された三次元的な半導体装置８００の製造方法を説明する。

まず、位置合わせ用の第１指標１６２等を表面２６２に有する第１基板１６０と、位置合わせ用の第２指標１７２等を表面２７２に有する第２基板１７０とを用意する（Ｓ８０２）。第１基板１６０および第２基板１７０は、公知の半導体製造プロセスにより製作される。第１基板１６０および第２基板１７０は配線パターン、電極パターン等がパターンニングされており、電極まで形成されていてよい。第１基板１６０および第２基板１７０のは、ダミー電極等を除いて、同じ電極配列パターンを有してもよい。

次に、第１基板１６０を第１基板保持部１２０の第１基板保持面２２２に載置して保持する。また、第２基板１７０を第２基板保持部１３０の第２基板保持面２３２に載置して保持する（Ｓ８０４）。その後、第１基板保持部１２０および第２基板保持部１３０を基板重ね合わせ装置１００内の所定位置に配置する。

第１基板１６０を第１基板保持部１２０に載置する場合には、第１基板１６０の第１指標１６２等が第１基板保持部１２０の透光部１２２等を透して観察できる位置に配置されるように、ある程度の位置決めをして載置してもよい。第２基板１７０を第２基板保持部１３０に載置する場合にも、第２基板保持部１３０が基板重ね合わせ装置１００内の所定位置に配置された場合に、第２指標１７２等が第１基板保持部１２０の透光部１２２等を透して観察できる位置の近傍に配置されるように、ある程度の位置決めをして載置してもよい。例えば、第１基板保持部１２０および第２基板保持部１３０に設けられたフィデューシャルマークと、第１指標１６２等および第２指標１７２等とを観察しながら、第１基板１６０および第２基板１７０を第１基板保持部１２０および第２基板保持部１３０に載置することにより、位置決めされてもよい。

次に、第１指標１６２等および第２指標１７２等が第１基板保持面２２２の反対面２２４側から観察可能な位置に形成された透光部１２２等を透して、第１指標１６２等および第２指標１７２等を第１基板保持面２２２の反対方向からの観察光１０により光学的に観察する（Ｓ８０６）。透光部１２２等を透して第１指標１６２等および第２指標１７２等の位置が観察できたら、観察した第１指標１６２等および第２指標１７２等の位置に応じて、第１指標１６２と第２指標１７２とが互いに重なり合うように、第１基板および第２基板の相対位置を調整する（Ｓ８０８）。当該相対位置は、指標観察部１４０で第１基板１６０および第２基板１７０を観察しながら、位置調整部１５０を駆動させることにより調整される。

第１基板１６０および第２基板１７０の相対位置が所定の範囲内になれば、位置調整部１５０を駆動して第２基板保持部１３０を第１基板保持部１２０に向けて上昇させ、第１基板１６０および第２基板１７０を押圧する（Ｓ８１０）。これにより、第１基板１６０および第２基板１７０が圧接される。圧接された第１基板１６０および第２基板１７０は、図示していないクランプ等により第１基板保持部１２０および第２基板保持部１３０とともに固定されてもよい。当該固定された第１基板１６０および第２基板１７０を図示していない接合装置に搬送して、第１基板１６０および第２基板１７０を加熱等することで、第１基板１６０と第２基板１７０とが接合される（Ｓ８１２）。接合された第１基板１６０および第２基板１７０を、図示していないダイシング装置に搬送して、チップ単位に切断することで、半導体装置８００が切り出される（Ｓ８１４）。

図９は、図１に示した基板重ね合わせ装置１００とは異なる基板重ね合わせ装置９００の構造を模式的に示す断面図である。基板重ね合わせ装置９００も、基板重ね合わせ装置１００と同様、それぞれ複数の機能素子が形成された第１基板９６０と第２基板９７０とを加圧および加熱して貼り合わせることにより、三次元的な半導体装置を製造する。基板重ね合わせ装置９００は、第２基板保持部９３０が透光部９３２および透光部９３６（以下、透光部９３２等と称する場合がある。）を有する点で基板重ね合わせ装置１００と相違する。透光部９３２等は、第２透光部の一例である。第１基板９６０および第２基板９７０は、第１基板１６０および第２基板１７０と同様、第１指標９６２、第１指標９６４、第１指標９６６、第２指標９７２および第２指標９７６を備える（以下、第１指標９６２等と称する場合がある）。位置合わせ用の指標として用いられる第１指標９６２等は、第１基板９６０または第２基板９７０を貫通して配された貫通ビア等であってよい。この場合、透光部１２２等または透光部９３２等の一部において、本来予定していた通りのアライメントマークが観察できない場合であっても、第１基板９６０または第２基板９７０に存在する貫通ビア等をアライメントマークとして用いることができる。これにより、そのような場合であっても精度よく位置合わせできる。また、透光部１２２等および透光部９３２等の全てにおいてアライメントマークが観察できるまで、第１基板９６０と第１基板保持部１２０、または、第２基板９７０と第２基板保持部９３０との位置合わせしなくてもよいので、スループットを向上できる。

基板重ね合わせ装置９００は、枠体１０２と、第１基板保持部１２０と、第２基板保持部９３０と、指標観察部９４０と、位置調整部１５０と、制御部１８０と、ドライバ１８２と、ドライバ１８４とを備える。枠体１０２の底板９０６は、枠体１０２の内側を観察することを目的として、観察孔９１２および観察孔９１６を含む。観察孔９１２および観察孔９１６は、底板９０６を貫通する貫通孔であってもよく、観察光１０が透過する部材でシールまたは充填されていてもよい。

第２基板保持部９３０は、枠体１０２の内側において、第１基板保持部１２０に対向して配され、静電吸着、真空吸着等により上面に第２基板９７０を保持する。第２基板保持部９３０は、アルミナ、窒化アルミ、炭化珪素等のセラミック、ステンレス等の金属、または、ＰＥＥＫ等の樹脂等により形成されてもよい。これにより、加工に適した、適切な機械的強度を備え、破損等を気にせず取り扱うことができる基板保持部を形成できる。

第２基板保持部９３０は、透光部９３２および透光部９３６を有する。透光部９３２は第２指標９７２が観察可能な位置に配されてよい。同様に、透光部９３６は第２指標９７６が観察可能な位置に配されてよい。透光部９３２および透光部９３６は、透光部１２２等と同様、第２基板保持部９３０を貫通する貫通孔であってもよく、観察光１０が透過する部材でシールまたは充填されていてもよい。

指標観察部９４０は、指標観察部１４０と同様、第１指標９６２、第１指標９６４、第１指標９６６、第２指標９７２または第２指標９７６を光学的に観察する。指標観察部９４０は、観察光９０を発光させる光源９４２を有する。観察光９０は、例えば、第１基板１６０または第２基板１７０を透過しない光であってもよい。

基板重ね合わせ装置９００において、位置調整部１５０は、指標観察部９４０で観察した第１指標９６２等および第２指標９７２等の位置に応じて、第１指標９６２等および第２指標９７２等のズレが所定の範囲内に収まるように、第１基板９６０および第２基板９７０の相対位置を調整する。以上の構成により、第１基板９６０および第２基板９７０のそれぞれに設けられた位置合わせ用の指標をそれぞれ観察して、第１基板９６０および第２基板９７０を重ね合わせることができる。

図１０は、図９におけるＢ−Ｂ断面図であり、第１指標９６２および第２指標９７２の近傍を模式的に示す拡大断面図である。同図においては、天板１０４および底板９０６を省略して作図している。同図に示す通り、第１基板保持部１２０は、第１基板９６０を第１基板保持面２２２に保持する。第２基板保持部９３０は、第２基板９７０を第２基板保持面１０３２に保持する。第１指標９６２および第２指標９７２は、それぞれ、第１基板９６０および第２基板９７０を貫通して設けられた貫通ビアであり、位置合わせ用の指標として用いられる。これにより、観察光９０が第１基板１６０または第２基板１７０を透過しない光であっても、精密に位置合わせできる。

本実施形態において、透光部１２２は、第１基板保持面２２２の反対面２２４から第１指標９６２が観察可能な位置に形成される。同様に、透光部９３２は、第２基板保持面１０３２の反対面１０３４から第２指標９７２が観察可能な位置に形成される。指標観察部９４０は、第１基板保持部１２０の透光部１２２を透して第１指標９６２を第１基板保持面２２２の反対方向から観察する。また、指標観察部９４０は、第２基板保持部９３０の透光部９３２を透して第２指標９７２を第２基板保持面１０３２の反対方向から観察する。これにより、第１指標９６２および第２指標９７２の位置をそれぞれ直接観察できるので、精密に位置合わせできる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

基板重ね合わせ装置１００の構造を模式的に示す断面図である。第１指標１６２および第２指標１７２の近傍を模式的に示す拡大断面図である。第１基板保持部１２０の外観を模式的に示す斜視図である。第１指標１６２のパターンを模式的に示す平面図である。透光部５２２の構造を模式的に示す断面図である。透光部６２２の構造を模式的に示す断面図である。透光部７２２の構造を模式的に示す断面図である。半導体装置８００の製造方法Ｓ８０を示すフローチャートである。基板重ね合わせ装置９００の構造を模式的に示す断面図である。第１指標９６２および第２指標９７２の近傍を模式的に示す拡大断面図である。

符号の説明

１０観察光
１００基板重ね合わせ装置
１０２枠体
１０４天板
１０６底板
１０８ボディ部
１１２観察孔
１１４観察孔
１１６観察孔
１２０第１基板保持部
１２２透光部
１２４透光部
１２６透光部
１３０第２基板保持部
１４０指標観察部
１４２光源
１４４光ファイバ
１４６ハーフミラー
１４８観察光学系
１４９ＣＣＤカメラ
１５０位置調整部
１５２粗調整部
１５４微調整部
１５６ロードセル
１６０第１基板
１６２第１指標
１６４第１指標
１６６第１指標
１７０第２基板
１７２第２指標
１７４第２指標
１７６第２指標
１８０制御部
１８２ドライバ
１８４ドライバ
２２２第１基板保持面
２２４反対面
２３２第２基板保持面
２４２貫通孔
２４４光透過部材
２４６面
２４８反対側の面
２６２表面
２６４アライメントマーク
２６６アライメントマーク
２７２表面
２７４アライメントマーク
２７６アライメントマーク
３２２透光部
３２６透光部
３４２孔
３４４孔
３４６孔
３４８溝
５２２透光部
５４２貫通孔
５４３観察部側光透過部材
５４４基板側光透過部材
５４６面
５４８反対側の面
６２２透光部
６４８反対側の面
７２２透光部
７４２貫通孔
７４４光透過部材
７４６面
７４８反対側の面
８００半導体装置
９０観察光
９００基板重ね合わせ装置
９０６底板
９１２観察孔
９１６観察孔
９３０第２基板保持部
９３２透光部
９３６透光部
９４０指標観察部
９４２光源
９６０第１基板
９６２第１指標
９６４第１指標
９６６第１指標
９７０第２基板
９７２第２指標
９７６第２指標
１０３２第２基板保持面
１０３４反対面

Claims

位置合わせ用の第１指標を表面に有する第１基板を第１基板保持面に保持する第１基板保持部であって、少なくとも前記第１指標が前記第１基板保持面の反対面側から観察可能な位置に、透光部を有する第１基板保持部と、
位置合わせ用の第２指標を表面に有する第２基板を第２基板保持面に保持する第２基板保持部と、
前記透光部を透して、少なくとも前記第１指標を前記第１基板保持面の反対方向からの観察光により光学的に観察する指標観察部と、
前記指標観察部で観察した前記第１指標の位置に応じて、前記第１基板および前記第２基板の相対位置を調整する位置調整部と、
を備え、
前記透光部は、前記第１基板保持面から反対面まで貫通する貫通孔と、前記貫通孔の開口の形状に合うように形成された光透過部材とを有し、前記光透過部材の前記第１基板が配置される側の面は、前記第１基板保持面と略同一の平面上に形成され、前記第１基板保持部の径方向に沿った長さが前記第１基板保持部の周方向に沿った長さより長い
基板重ね合わせ装置。
位置合わせ用の第１指標を表面に有する第１基板を第１基板保持面に保持する第１基板保持部であって、少なくとも前記第１指標が前記第１基板保持面の反対面側から観察可能な位置に、透光部を有する第１基板保持部と、
位置合わせ用の第２指標を表面に有する第２基板を第２基板保持面に保持する第２基板保持部と、
前記透光部を透して、少なくとも前記第１指標を前記第１基板保持面の反対方向からの観察光により光学的に観察する指標観察部と、
前記指標観察部で観察した前記第１指標の位置に応じて、前記第１基板および前記第２基板の相対位置を調整する位置調整部と、
を備え、
前記透光部は、前記第１基板保持面から反対面まで貫通する貫通孔と、前記貫通孔の開口の形状に合うように形成された光透過部材とを有し、前記光透過部材の前記第１基板が配置される側の面は、前記第１基板保持面と略同一の平面上に形成され、前記第１基板保持面の反対側の断面形状の長さが前記第１基板保持面側の断面形状の長さよりも長い
基板重ね合わせ装置。
前記位置調整部により相対位置が調整された前記第１基板および前記第２基板を圧接する圧接部をさらに備えた、
請求項１または２に記載の基板重ね合わせ装置。
前記透光部は、前記第１基板保持面の反対面から前記第１指標および前記第２指標が観察可能な位置に形成され、
前記指標観察部は、前記透光部を透過した前記観察光により前記第１指標および前記第２指標を光学的に観察し、
前記位置調整部は、前記指標観察部で観察した前記第１指標および前記第２指標の重なりに応じて前記第１基板および前記第２基板の相対位置を調整する、
請求項１から３の何れか一項に記載の基板重ね合わせ装置。
前記指標観察部は、少なくとも前記第１基板を透過する前記観察光により前記第１指標および前記第２指標を観察する、
請求項４に記載の基板重ね合わせ装置。
前記透光部は、貫通孔を有する請求項１から請求項５の何れか一項に記載の基板重ね合わせ装置。
前記透光部は、前記観察光が透過する部材でシールまたは充填されている、
請求項１から請求項５の何れか一項に記載の基板重ね合わせ装置。
前記透光部に充填される前記部材の前記第１基板が配置される側の面は、前記第１基板保持面と同一の平面上に形成される、
請求項７に記載の基板重ね合わせ装置。
前記透光部に充填される前記部材の前記第１基板が配置される反対側の面は、前記第１基板保持面と反対側の前記第１基板保持部の面と同一の平面上に形成される、
請求項８に記載の基板重ね合わせ装置。
前記第１基板保持部は、前記透光部を複数有し、
前記指標観察部は、前記複数の透光部ごとに配置される、
請求項１から請求項９の何れか一項に記載の基板重ね合わせ装置。
前記複数の透光部は、前記第１基板保持部の中心位置および前記中心位置を中心とする円周上に形成される、
請求項１０に記載の基板重ね合わせ装置。
前記第１基板保持部から離間した位置に配置された前記観察光を発光する光源と、
前記光源から発した前記観察光を前記透光部にガイドする光ファイバと、
をさらに備えた請求項１から請求項１１の何れか一項に記載の基板重ね合わせ装置。
前記第２基板保持部は、前記第２指標が前記第２基板保持面の反対面側から観察可能な位置に第２透光部を有し、
前記指標観察部は、前記第１基板保持部の前記透光部を透して前記第１指標を前記第１基板保持面の反対方向から観察し、前記第２基板保持部の前記第２透光部を透して前記第２指標を前記第２基板保持面の反対方向から観察し、
前記位置調整部は、前記指標観察部で観察した前記第１指標および前記第２指標の位置に応じて、前記第１基板および前記第２基板の相対位置を調整する、
請求項１または請求項２に記載の基板重ね合わせ装置。
位置合わせ用の指標を有する基板を保持する基板保持面と、
基板保持面から反対面まで貫通する貫通孔と、前記貫通孔の開口の形状に合うように形成された光透過部材とを有し、前記光透過部材の前記基板が配置される側の面は、前記基板保持面と略同一の平面上に形成され、前記基板保持面の少なくとも反対面側から前記指標を観察可能であって、前記基板保持面の径方向に沿った長さが前記基板保持面の周方向に沿った長さより長い透光部と、
を備えた基板保持装置。
位置合わせ用の指標を有する基板を保持する基板保持面と、
基板保持面から反対面まで貫通する貫通孔と、前記貫通孔の開口の形状に合うように形成された光透過部材とを有し、前記光透過部材の前記基板が配置される側の面は、前記基板保持面と略同一の平面上に形成され、前記基板保持面の少なくとも反対面側から前記指標を観察可能であって、前記基板保持面の反対側の断面形状の長さが前記基板保持面側の断面形状の長さよりも長い透光部と、
を備えた基板保持装置。
位置合わせ用の第１指標を表面に有する第１基板および位置合わせ用の第２指標を表面に有する第２基板を用意する段階と、
前記第１基板を第１基板保持部の第１基板保持面に保持し、前記第２基板を第２基板保持部の第２基板保持面に保持する段階と、
少なくとも前記第１指標が前記第１基板保持面の反対面側から観察可能な位置に形成され、前記第１基板保持面から反対面まで貫通する貫通孔と、前記貫通孔に嵌合された光透過部材とを有し、前記光透過部材の前記第１基板が配置される側の面は、前記第１基板保持面と略同一の平面上に形成される透光部であって、前記第１基板保持部の径方向に沿った長さが前記第１基板保持部の周方向に沿った長さより長い透光部を透して、少なくとも前記第１指標を前記第１基板保持面の反対方向からの観察光により光学的に観察する指標観察段階と、
前記指標観察段階で観察した前記第１指標の位置に応じて、前記第１基板および前記第２基板の相対位置を調整する位置調整段階と、
を備えた半導体装置の製造方法。
位置合わせ用の第１指標を表面に有する第１基板および位置合わせ用の第２指標を表面に有する第２基板を用意する段階と、
前記第１基板を第１基板保持部の第１基板保持面に保持し、前記第２基板を第２基板保持部の第２基板保持面に保持する段階と、
少なくとも前記第１指標が前記第１基板保持面の反対面側から観察可能な位置に形成され、前記第１基板保持面から反対面まで貫通する貫通孔と、前記貫通孔に嵌合された光透過部材とを有し、前記光透過部材の前記第１基板が配置される側の面は、前記第１基板保持面と略同一の平面上に形成される透光部であって、前記第１基板保持面の反対側の断面形状の長さが前記第１基板保持面側の断面形状の長さよりも長い透光部を透して、少なくとも前記第１指標を前記第１基板保持面の反対方向からの観察光により光学的に観察する指標観察段階と、
前記指標観察段階で観察した前記第１指標の位置に応じて、前記第１基板および前記第２基板の相対位置を調整する位置調整段階と、
を備えた半導体装置の製造方法。