JP7333710B2 - 接合装置及び接合方法 - Google Patents

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Description

本開示は、接合装置及び接合方法に関する。
特許文献１には、露光装置における、回路パターンが形成されたレチクルとウェハ上に形成されたパターンとの位置合わせ方法が開示されている。特許文献１によれば、ウェハ上に付設されたアライメントマークの像と、ウェハと共役な面内に配置された指標板上の指標マークの像と、を対物レンズ等によって撮像して検出する。当該撮像にあたっては、例えば、所定の波長幅を有する照明光を、光ファイバを介してウェハ上に照射する。または、光ファイバを用いずにミラーで反射させた反射光や触接ランプでウェハを照らす場合もある。
国際公開２００６／０２５３８６号公報
本開示にかかる技術は、接合における基板同士の位置合わせを適切に行う。
本開示の一態様は、第１の基板と第２の基板を接合する接合装置であって、前記第１の基板を保持する第１の保持部と、前記第２の基板を保持する第２の保持部と、前記第１の保持部に設けられ、前記第２の保持部に保持された前記第２の基板を撮像する第１の撮像部と、前記第１の保持部に設けられ、前記第１の撮像部による撮像の際に前記第２の基板に光を照射する第１の光照射部と、前記第２の保持部に設けられ、前記第１の保持部に保持された前記第１の基板の撮像する第２の撮像部と、前記第２の保持部に設けられ、前記第２の撮像部による撮像の際に前記第１の基板に光を照射する第２の光照射部と、を備え、前記第１の光照射部および前記第２の光照射部には、白色光を照射する第１の光源が共通の光源として接続される。
本開示によれば、接合における基板同士の位置合わせを適切に行うことができる。
重合ウェハの構成の概略を模式的に示す側面図である。 光の干渉についての説明図である。 接合システムの構成の概略を模式的に示す平面図である。 接合システムの構成の概略を模式的に示す側面図である。 接合装置の構成の概略を模式的に示す平面図である。 接合装置の構成の概略を模式的に示す正面図である。 接合装置の構成の概略を模式的に示す側面図である。 接合処理の主な工程を示すフロー図である。 接合装置におけるアライメント処理の主な構成を示す説明図である。 アライメントマークの撮像結果を示す説明図である。 撮像結果の解析方法を示す説明図である。 照射される光の波長体を示す説明図である。 接合装置の他の構成の概略を模式的に示す側面図である。
近年、半導体デバイスの高集積化が進んでいる。高集積化した複数の半導体デバイスを水平面内で配置し、これら半導体デバイスを配線で接続して製品化する場合、配線長が増大し、それにより配線の抵抗が大きくなること、また配線遅延が大きくなることが懸念される。
そこで、半導体デバイスを３次元に積層する３次元集積技術を用いることが提案されている。この３次元集積技術においては、例えば２枚の半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）の接合し、重合ウェハを形成することが行われる。この重合ウェハの形成においては、接合するウェハの表面に対してプラズマ処理を行うことで当該表面を改質し、さらに改質された表面に純水を供給して当該表面を親水化する。そして、親水化されたウェハの表面同士をファンデルワールス力及び水素結合（分子間力）によって接合する。
図１は、上ウェハＷと下ウェハＳとを貼り合わせて形成された重合ウェハＴの構成の概略を示す側面図である。以下、上ウェハＷにおいて、下ウェハＳと接合される面を表面Ｗａといい、表面Ｗａとの反対側の面を裏面Ｗｂという。同様に、下ウェハＳにおいて、上ウェハＷと接合される面を表面Ｓａといい、表面Ｓａと反対側の面を裏面Ｓｂという。
第１の基板としての上ウェハＷは、例えばシリコンウェハなどの半導体ウェハであって、表面Ｗａに複数の電子回路等のデバイスを含むデバイス層（図示せず）が形成されている。また、デバイス層にはさらに酸化膜Ｆｗ、例えばＳｉＯ２膜（ＴＥＯＳ膜）等の透明膜が形成されている。
また酸化膜Ｆｗには、下ウェハＳとの接合に際して当該下ウェハＳとの水平方向の位置を調節するための複数のアライメントマークＡが形成されている。なお、アライメントマークＡの数や配置は図示の例には限定されず、任意に決定することができる。
第２の基板としての下ウェハＳは、例えばシリコンウェハなどの半導体ウェハであって、表面Ｓａには酸化膜Ｆｓ、例えばＳｉＯ２膜（ＴＥＯＳ膜）が形成されている。また、下ウェハＳは、上ウェハＷの表面Ｗａのデバイス層を保護する保護材として機能する。なお、下ウェハＳの表面Ｓａに複数のデバイスが形成されている場合には、上ウェハＷと同様に表面Ｓａにデバイス層（図示せず）が形成される。
また酸化膜Ｆｓには、上ウェハＷとの接合に際して当該上ウェハＷとの水平方向の位置を調節するための複数のアライメントマークＢが形成されている。なお、アライメントマークＢの数や配置は図示の例には限定されず、任意に決定することができる。
なお、当該上ウェハＷと下ウェハＳとを接合する際には、実際には前述の酸化膜Ｆｗの表面と酸化膜Ｆｓの表面とが接合されることになるが、説明の簡略化のため、以下の説明においては「上ウェハＷの表面Ｗａと下ウェハＳの表面Ｓａ」を接合するものとして説明を行う場合がある。
上述の重合ウェハＴを形成する際には、上ウェハＷと下ウェハＳとの水平方向の位置合わせ（アライメント）が重要となる。当該アライメントは、アライメントマークＡ、Ｂを撮像手段（例えばＣＣＤカメラ）により順次撮像し、撮像された画像に基づいて、アライメントマークＡとアライメントマークＢの水平方向の位置を合致させることにより行われる。
ところで、かかるアライメントにおいてアライメントマークＡ、Ｂを撮像する際には、上ウェハＷおよび下ウェハＳの表面Ｗａ、Ｓａに対して照明光が照射される。かかる照明光としては、一般的に例えば赤色光が使用される。
しかしながら、このように赤色光を表面Ｗａ、Ｓａに照射して撮像を行った場合、上ウェハＷおよび下ウェハＳの表面Ｗａ、Ｓａに形成された酸化膜Ｆｗ、Ｆｓ（透明膜）において光の干渉が発生する場合がある。そして、このように光の干渉が発生すると、撮像された画像の明るさやコントラストが大きく変化し、アライメントマークＡ、Ｂを適切に認識できない場合がある。
上ウェハＷ上に照射された照明光は、図２に示すように各層で反射、屈折を繰り返すが、例えば上ウェハＷ上に形成された酸化膜Ｆｗの膜厚が面内で均一でない場合、上ウェハＷの面内において照明光の反射率が一定とならない。かかる場合、酸化膜Ｆｗにおいて照明光の干渉が発生して撮像される画像の明るさやコントラストが変化し、上ウェハＷの面内においてアライメントマークＡ、Ｂの認識色に変化が生じる。そして、このようにアライメントマークＡ、Ｂの認識色が変化する場合、アライメントマークＡ、Ｂの位置認識精度が低下する。すなわち、従来の接合装置におけるアライメントには改善の余地があった。
そこで本発明者が鋭意検討を行ったところ、アライメントマークを撮像する際の照明光として、広い帯域の波長を持つ白色光を使用することで位置認識精度を向上できることを知見した。ここで特許文献１の記載によれば、露光装置における上ウェハＷの水平方向の位置合わせにおいて、照明光として白色光を照射することが開示されている。しかしながら、特許文献１においては白色光を使用することによる優位性についての記載はない。また従来、本発明者のように接合装置において白色光を採用することについては知見がなかった。
本開示に係る技術は、接合における基板同士の位置合わせを適切に行う。以下、本実施形態にかかる接合装置について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
先ず、本実施形態にかかる接合装置を備える接合システム１の構成について説明する。図３、図４は、それぞれ接合システム１の構成の概略を模式的に示す平面図および側面図である。なお、以下においては、位置関係を明確にするために、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向を規定し、Ｚ軸正方向を鉛直上向き方向とする。
図３に示すように接合システム１は、搬入出ステーション２と処理ステーション３を一体に接続した構成を有している。搬入出ステーション２には、例えば外部との間で複数の上ウェハＷ、複数の下ウェハＳ、複数の重合ウェハＴをそれぞれ収容可能なカセットＣｗ、Ｃｓ、Ｃｔがそれぞれ搬入出される。処理ステーション３は、上ウェハＷ、下ウェハＳに対して処理を施す各種処理装置を備えている。
搬入出ステーション２には、カセット載置台１０が設けられている。図示の例では、カセット載置台１０には、複数、例えば４つのカセットＣｗ、Ｃｓ、ＣｔをＸ軸方向に一列に載置自在になっている。なお、カセット載置台１０に載置されるカセットＣｗ、Ｃｓ、Ｃｔの個数は、本実施形態に限定されず、任意に決定することができる。
搬入出ステーション２には、カセット載置台１０に隣接してウェハ搬送領域２０が設けられている。ウェハ搬送領域２０には、Ｘ軸方向に延伸する搬送路２１上を移動自在なウェハ搬送装置２２が設けられている。ウェハ搬送装置２２は、上ウェハＷ、下ウェハＳ、重合ウェハＴを保持して搬送する搬送アーム２３を有している。搬送アーム２３は、水平方向、鉛直方向、水平軸回り及び鉛直軸周りに移動自在に構成されている。なお、搬送アーム２３の数や構成は本実施形態に限定されず、任意の構成を取り得る。そして、ウェハ搬送装置２２は、カセット載置台１０のカセットＣ、及び後述するトランジション装置６０、６１に対して、上ウェハＷ、下ウェハＳおよび重合ウェハＴを搬送可能に構成されている。
処理ステーション３には、各種装置を備えた複数、例えば３つの処理ブロックＧ１～Ｇ３が設けられている。例えば処理ステーション３の正面側（図３のＸ方向負方向側）には第１の処理ブロックＧ１が設けられ、処理ステーション３の背面側（図３のＸ方向正方向側）には第２の処理ブロックＧ２が設けられている。また、処理ステーション３の搬入出ステーション２側（図３のＹ方向負方向側）には、第３の処理ブロックＧ３が設けられている。
第１の処理ブロックＧ１には表面改質装置３０が配置されている。表面改質装置３０では、プラズマ処理により上ウェハＷおよび下ウェハＳを改質する。なお、表面改質装置３０の数や配置は図示の例に限定されない。例えば、表面改質装置３０はＹ軸方向に並べて複数配置されていてもよい。また例えば、表面改質装置３０は複数積層されていてもよい。
第２の処理ブロックＧ２には、表面親水化装置４０および接合装置５０が配置されている。表面親水化装置４０では、上ウェハＷおよび下ウェハＳに純水を供給して親水化処理を行う。また接合装置５０では、表面改質処理および親水化処理が施された上ウェハＷと下ウェハＳａを接合する。
表面親水化装置４０および接合装置５０は、Ｙ軸方向に沿って処理ステーション３側からこの順に配置されている。なお、表面親水化装置４０、接合装置５０の数や配置は図示の例に限定されない。例えば、これら表面親水化装置４０と接合装置５０はそれぞれ、積層されていてもよい。なお、接合装置５０の構成については後述する。
第３の処理ブロックＧ３には、図４に示すようにトランジション装置６０、６１が配置されている。トランジション装置６０、６１は、下から順に積層して配置されている。
図３に示すように、第１の処理ブロックＧ１～第３の処理ブロックＧ３に囲まれた領域には、ウェハ搬送領域７０が形成されている。ウェハ搬送領域７０には、例えばウェハ搬送装置７１が配置されている。
ウェハ搬送装置７１は、上ウェハＷ、下ウェハＳ、重合ウェハＴを保持して搬送する搬送アーム７２を有している。搬送アーム７２は水平方向、鉛直方向、水平軸回り及び鉛直軸周りに移動自在に構成されている。なお、搬送アーム７２の数や構成は本実施形態に限定されず、任意の構成を取り得る。そして、ウェハ搬送装置７１は、周囲の第１の処理ブロックＧ１、第２の処理ブロックＧ２および第３の処理ブロックＧ３内の各種処理装置に対して、上ウェハＷ、下ウェハＳおよび重合ウェハＴを搬送可能に構成されている。
以上の接合システム１には、制御装置８０が設けられている。制御装置８０は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、接合システム１における各種処理を制御するプログラムが格納されている。また、プログラム格納部には、上述の各種処理装置や搬送装置などの駆動系の動作を制御して、接合システム１における後述の接合処理を実現させるためのプログラムも格納されている。なお、上記プログラムは、コンピュータに読み取り可能な記憶媒体Ｈに記録されていたものであって、当該記憶媒体Ｈから制御装置８０にインストールされたものであってもよい。
次に、上述した接合装置５０の構成について説明する。図５、図６は、それぞれ接合装置５０の構成の概略を模式的に示す平面図および側面図である。
接合装置５０は、図５に示すように、内部を密閉可能な処理容器１００を有している。処理容器１００のウェハ搬送領域７０側の側面には、上ウェハＷ、下ウェハＳ、重合ウェハＴの搬入出口１０１が形成され、当該搬入出口１０１には開閉シャッタ１０２が設けられている。
処理容器１００の内部は、内壁１０３によって搬送領域Ｒ１と処理領域Ｒ２に区画されている。上述した搬入出口１０１は、搬送領域Ｒ１における処理容器１００の側面に形成されている。また、内壁１０３にも上ウェハＷ、下ウェハＳ、重合ウェハＴの搬入出口１０４が形成されている。
搬送領域Ｒ１のＸ方向正方向側には、上ウェハＷ、下ウェハＳ、重合ウェハＴを一時的に載置するためのトランジション１１０が設けられている。トランジション１１０は例えば２段に形成され、上ウェハＷ、下ウェハＳ、重合ウェハＴのいずれか２つを同時に載置することができる。
搬送領域Ｒ１には、ウェハ搬送機構１１１が設けられている。ウェハ搬送機構１１１は、上ウェハＷ、下ウェハＳ、重合ウェハＴを保持して搬送する搬送アーム１１２を有している。搬送アーム１１２は水平方向、鉛直方向及び鉛直軸周りに移動自在に構成されている。そして、ウェハ搬送機構１１１は、搬送領域Ｒ１内、または搬送領域Ｒ１と処理領域Ｒ２との間で、上ウェハＷ、下ウェハＳおよび重合ウェハＴを搬送可能に構成されている。
搬送領域Ｒ１のＸ方向負方向側には、上ウェハＷ、下ウェハＳの水平方向の向きを調節する位置調節機構１２０が設けられている。位置調節機構１２０では、上ウェハＷ、下ウェハＳに形成されたノッチ部の位置を検出し、上ウェハＷ、下ウェハＳを回転させることで当該ノッチ部の位置を調節し、水平方向の向きを調節する。
また、搬送領域Ｒ１には上ウェハＷの表裏面を反転させるための反転機構１３０が設けられている。反転機構１３０には、上ウェハＷを保持して反転させる保持アーム１３１が設けられている。保持アーム１３１は水平方向、鉛直方向、水平軸回り及び鉛直軸周りに移動自在に構成されている。そして、反転機構１３０は、位置調節機構１２０と後述する上チャック１４０との間で上ウェハＷを搬送可能に構成されている。
処理領域Ｒ２には、図５及び図６に示すように上ウェハＷを下面で吸着保持する第１の保持部としての上チャック１４０と、下ウェハＳを上面で載置して吸着保持する第２の保持部としての下チャック１４１が設けられている。下チャック１４１は、上チャック１４０の下方に設けられ、上チャック１４０と対向配置可能に構成されている。すなわち、上チャック１４０に保持された上ウェハＷと下チャック１４１に保持された下ウェハＳを対向配置可能に構成されている。
図７は、処理領域Ｒ２の内部構成の概略を模式的に示す側面図である。
図６、図７に示すように、上チャック１４０は上チャック支持部１５０に支持されている。上チャック支持部１５０は、処理容器１００の天井面に設けられている。すなわち上チャック１４０は、上チャック支持部１５０を介して処理容器１００の天井面に固定されて設けられている。
また、上チャック支持部１５０には、下チャック１４１に保持された下ウェハＳの表面Ｓａを撮像する第１の撮像部としての上部撮像部１５１、および、上部撮像部１５１による撮像の際に上ウェハＷに向けて照明光を照射する第１の光照射部としての上部照射部１５２が設けられている。上部撮像部１５１および上部照射部１５２は上チャック１４０に隣接して設けられている。なお、上部撮像部１５１、上部照射部１５２の数や配置はかかる例には限定されず、任意に決定することができる。
上部撮像部１５１には、例えばＣＣＤカメラが用いられる。
上部照射部１５２には、図７に示すように第１の光源としての上部光源１５３が接続されている。下ウェハＳの表面Ｓａに照射される光としては、白色光（例えば白色ＬＥＤ）が選択される。
図６、図７に示すように、下チャック１４１は下チャック支持部１６０に支持されている。下チャック支持部１６０は、移動機構１７０に接続され、下チャック１４１を水平方向、鉛直方向および鉛直軸回りに移動自在に構成されている。
また、下チャック支持部１６０には、上チャック１４０に保持された上ウェハＷの表面Ｗａを撮像する第２の撮像部としての下部撮像部１６１、および、下部撮像部１６１による撮像の際に下ウェハＳに向けて照明光を照射する第２の光照射部としての下部照射部１６２が設けられている。下部撮像部１６１および下部照射部１６２は下チャック１４１に隣接して設けられている。なお、下部撮像部１６１、下部照射部１６２の数や配置はかかる例には限定されず、任意に決定することができる。
下部撮像部１６１には、例えばＣＣＤカメラが用いられる。
下部照射部１６２には、図７に示すように第１の光源としての下部光源１６３が接続されている。上ウェハＷの表面Ｗａに照射される光としては、白色光（例えば白色ＬＥＤ）が選択される。
なお、上部照射部１５２および下部照射部１６２には、それぞれ図７に示すように、上部光源１５３および下部光源１６３が独立して設けられていてもよいし、共通の光源が上部照射部１５２および下部照射部１６２に接続されていてもよい。
移動機構１７０は下チャック支持部１６０の下面側に設けられ、Ｙ軸方向に延伸する一対のレール１７１、１７１に取り付けられている。そして下チャック支持部１６０はレール１７１に沿ってＹ軸方向に移動自在に構成されている。
また移動機構１７０は、Ｘ軸方向に延伸する一対のレール１７２を有している。そして下チャック支持部１６０はレール１７２に沿ってＸ軸方向に移動自在に構成されている。
また処理領域Ｒ２には、上部撮像部１５１と下部撮像部１６１の水平方向の位置合わせを行うためのターゲット１８０が設けられている。ターゲット１８０は、上部撮像部１５１と下部撮像部１６１の位置合わせを行う際に、当該上部撮像部１５１と下部撮像部１６１との間に配置される。
本実施の形態にかかる接合装置５０は以上のように構成されている。次に、かかる接合装置５０を備える接合システム１を用いて行われるウェハの接合処理について説明する。図８は接合処理の主な工程を示すフロー図である。
先ず、複数枚の上ウェハＷを収容したカセットＣｗ、複数枚の下ウェハＳを収容したカセットＣｓ、および空のカセットＣｔが、搬入出ステーション２の予め決められたカセット載置板１１に載置される。その後、ウェハ搬送装置２２によりカセットＣｗ内の上ウェハＷが取り出され、第３の処理ブロックＧ３のトランジション装置６０に搬送される。
次に上ウェハＷは、ウェハ搬送装置７１によって第１の処理ブロックＧ１の表面改質装置３０に搬送される。表面改質装置３０では、減圧雰囲気下において処理ガスである酸素ガスと窒素ガスが励起されてプラズマ化され、イオン化される。この酸素イオンと窒素イオンが上ウェハＷの表面Ｗａに照射されて、当該表面Ｗａがプラズマ処理される。そしてこれにより、上ウェハＷの表面Ｗａが改質される（図８のステップＰ１）。
表面Ｗａが改質された上ウェハＷは、ウェハ搬送装置７１によって第２の処理ブロックＧ２の表面親水化装置４０に搬送される。表面親水化装置４０では、スピンチャックに保持された上ウェハＷを回転させながら、当該上ウェハＷ上に純水を供給する。これにより、供給された純水が上ウェハＷの表面Ｗａ上を拡散し、表面改質装置３０において改質された表面Ｗａに水酸基（シラノール基）が付着し、当該表面Ｗａが親水化される。また、当該純水によって上ウェハＷが洗浄される（図８のステップＰ２）。
次に上ウェハＷは、ウェハ搬送装置７１によって第２の処理ブロックＧ２の接合装置５０に搬送される。接合装置５０に搬送された上ウェハＷは、トランジション１１０を介してウェハ搬送機構１１１により位置調節機構１２０に搬送される。そして位置調節機構１２０によって、上ウェハＷの水平方向の向きが調節される（図８のステップＰ３）。
水平方向の向きが調節された上ウェハＷは、次に反転機構１３０の保持アーム１３１に受け渡される。続いて搬送領域Ｒ１において保持アーム１３１を水平軸回りに反転させることにより、上ウェハＷの表裏面が反転される（図８のステップＰ４）。すなわち、上ウェハＷの表面Ｗａが下方に向けられる。
続いて、保持アーム１３１が鉛直軸回りに回動して処理領域Ｒ２の上チャック１４０の下方に移動する。そして、上チャック１４０により上ウェハＷの裏面Ｗｂが吸着保持される（図８のステップＰ５）。
上ウェハＷに対して上述のステップＰ１～Ｐ５が行われている間、当該上ウェハＷに続いて下ウェハＳの処理が行われる。
先ず、ウェハ搬送装置２２によりカセットＣｓ内の下ウェハＳが取り出され、処理ステーション３のトランジション装置６０に搬送される。
次に下ウェハＳは、ウェハ搬送装置７１によって表面改質装置３０に搬送され、表面Ｓａが改質される（図８のステップＰ６）。なお、ステップＰ６における下ウェハＳの表面Ｓａの改質は、上述したステップＰ１と同様の方法で行われる。
表面Ｓａが改質された下ウェハＳは、ウェハ搬送装置７１によって表面親水化装置４０に搬送され、表面Ｓａが親水化されると共に洗浄される（図８のステップＰ７）。なお、ステップＰ７における下ウェハＳの表面Ｓａの親水化および洗浄は、上述したステップＰ２と同様の方法で行われる。
次に下ウェハＳは、ウェハ搬送装置７１によって接合装置５０に搬送される。接合装置５０に搬送された下ウェハＳは、トランジション１１０を介してウェハ搬送機構１１１により位置調節機構１２０に搬送される。そして、位置調節機構１２０によって、下ウェハＳの水平方向の向きが調節される（図８のステップＰ８）。
水平方向の向きが調節された下ウェハＳは、次に、ウェハ搬送機構１１１によって処理領域Ｒ２の下チャック１４１の上方に移動する。そして、下チャック１４１により下ウェハＳの裏面Ｓｂが吸着保持される（図８のステップＰ９）。
上チャック１４０および下チャック１４１に、上ウェハＷおよび下ウェハＳがそれぞれ吸着保持されると、次に、上ウェハＷと下ウェハＳの水平方向のアライメントが行われる（図８のステップＰ１０）。
図９は、接合装置５０におけるアライメント処理の様子を模式的に示す説明図である。
接合装置５０におけるアライメント処理においては、先ず、図９（ａ）に示すように上部撮像部１５１と下部撮像部１６１の水平方向の位置の調節を行う。具体的には、下部撮像部１６１が上部撮像部１５１の下方に配置されるように下チャック支持部１６０を水平方向に移動させる。そして、上部撮像部１５１と下部撮像部１６１で共通のターゲット１８０を確認し、上部撮像部１５１と下部撮像部１６１の水平方向位置が一致するように下チャック支持部１６０を移動させる。このとき、上部撮像部１５１は処理容器１００に固定されているので、下部撮像部１６１のみを移動させればよく、上部撮像部１５１と下部撮像部１６１の水平方向位置を適切に調節できる。
続いて図９（ｂ）、図９（ｃ）に示すように、下チャック支持部１６０を水平方向に移動させ、上ウェハＷに形成された複数のアライメントマークＡを下部撮像部１６１で順次撮像する。またこれと同時に、下ウェハＳに形成された複数のアライメントマークＢを上部撮像部１５１で順次撮像する。
なお、かかる上部撮像部１５１および下部撮像部１６１を用いてアライメントマークＡ、Ｂを撮像する際には、当該アライメントマークＡ、Ｂに向けて、上部照射部１５２および下部照射部１６２から照明光が照射される。当該照明光としては、例えば白色光Ｌｗが使用される。
上部撮像部１５１および下部撮像部１６１により撮像された画像は、制御装置８０に出力される。制御装置８０は、上部撮像部１５１で撮像された画像と下部撮像部１６１で撮像された画像に基づいて、図９（ｄ）に示すように、上ウェハＷのアライメントマークＡと下ウェハＳのアライメントマークＢがそれぞれ合致する位置に、下チャック１４１を移動させる。
上ウェハＷと下ウェハＳのアライメントが完了すると、下チャック支持部１６０を鉛直方向に移動させて上チャック１４０と下チャック１４１の鉛直方向位置の調節を行う。これにより、上チャック１４０に保持された上ウェハＷと下チャック１４１に保持された下ウェハＳとの鉛直方向位置の調節を行う（図８のステップＰ１１）。このときの下ウェハＳの表面Ｓａと上ウェハＷの表面Ｗａとの間の間隔は、例えば５０μｍ～２００μｍとする。
次に、上ウェハＷと下ウェハＳの接合処理が行われる（図８のステップＰ１２）。接合処理においては、上ウェハＷおよび下ウェハＳがそれぞれ上チャック１４０および下チャック１４１に保持された状態で、上ウェハＷの中心部を下ウェハＳの中心部に当接させて押圧することにより開始される。具体的には、上ウェハＷの表面Ｗａおよび下ウェハＳの表面ＳａはステップＰ１およびステップＰ６において改質されているため、ファンデルワールス力が生じ、これにより上ウェハＷの表面Ｗａと下ウェハＳの表面Ｓａが接合される。さらに、上ウェハＷの表面Ｗａおよび下ウェハＳの表面ＳａはステップＰ２、ステップＰ７において親水化されているため、当該表面Ｗａ、Ｓａ間の親水基が水素結合し、これによりさらに強固に接合される。
上ウェハＷと下ウェハＳの中心部が当接して接合が開始されると、中心部から外周部に向けて順次ファンデルワールス力と水素結合による接合範囲が拡がっていく。そして、上ウェハＷの表面Ｗａと下ウェハＳの表面Ｓａが全面で当接すると、上ウェハＷと下ウェハＳの接合が完了し、重合ウェハＴが形成される。
形成された重合ウェハＴは、ウェハ搬送装置７１によってトランジション装置６１に搬送され、その後、搬入出ステーション２のウェハ搬送装置２２によってカセット載置板１１のカセットＣｔに搬送される。こうして、接合システム１における一連の接合処理が終了する。
上述の実施形態にかかる接合装置５０によれば、上ウェハＷと下ウェハＳのアライメントにおいてアライメントマークＡ、Ｂの撮像を行う際、当該上ウェハＷおよび下ウェハＳに向けて照明光として白色光Ｌｗが照射される。
ここで、図１に示したように上ウェハＷの表面Ｗａおよび下ウェハＳの表面Ｓａに透明膜、例えば酸化膜ＦｗとしてのＳｉＯ２膜（ＴＥＯＳ膜）が形成されている場合、図２に示したように光の干渉が発生し、適切にアライメントマークＡ、Ｂの位置を認識できない恐れがあった。
図１０は、アライメントマークＡを異なる波長幅を有する照明光を用いて撮像した場合に得られる撮像画像の一例である。なお「異なる波長幅を有する照明光」としては、図１２に示すような波長幅を有する（ａ）赤色光Ｌｒ、（ｂ）青色光Ｌｂ、（ｃ）白色光Ｌｗをそれぞれ用いてアライメントマークＡの撮像を行った。具体的には、赤色光Ｌｒは約６６０ｎｍの波長、青色光Ｌｂは約４６５ｎｍの波長、白色光Ｌｗは約４３０ｎｍ～７００ｎｍの波長幅をそれぞれ含んでいる。
図１０（ａ）に示すように、アライメントマークＡに赤色光Ｌｒを照射して撮像を行った場合、例えばＮｏ．１においてはアライメントマークＡが白、その外周部が黒で認識されているのに対し、Ｎｏ．７においてはコントラストが逆転し、アライメントマークＡが黒、外周部が白で認識されている。また、例えばＮｏ．７においてはアライメントマークＡと外周部とのコントラスト比が大きくアライメントマークＡの境界が明確であるのに対し、Ｎｏ．５においてはコントラスト比が小さく境界が判然としない。また、それぞれ認識されたアライメントマークＡにおいて、Ｎｏ．６に示すように周方向（四角形の４辺）においてコントラスト比が一様になっていない場合がある。
図１０（ｂ）に示すように、アライメントマークＡに青色光Ｌｂを照射して撮像を行った場合、赤色光Ｌｒによる撮像結果と同様に、例えばＮｏ．１においてはアライメントマークＡが白、その外周部が黒で認識されているのに対し、Ｎｏ．２においてはコントラストが逆転し、アライメントマークＡが黒、外周部が白で認識されている。また例えば、Ｎｏ．６においてはコントラスト比が大きくアライメントマークＡの境界が明確であるのに対し、Ｎ０．１０においてはコントラスト比が小さくアライメントマークＡの境界が判然としない。また、それぞれ認識されたアライメントマークＡにおいて、周方向においてコントラスト比が一様になっていない場合がある。
このように、アライメントにおける照明光として例えば赤色光Ｌｒや青色光Ｌｂを使用した場合、上部撮像部１５１および下部撮像部１６１による撮像結果が一様とならない。そして、このように撮像結果にばらつきが生じる場合、アライメントマークＡの位置認識精度が低下し、アライメント誤差が生じる原因となり得る。
図１１は、撮像された画像データに基づいてアライメントマークＡの位置を認識する際の処理方法の一例を示す説明図である。アライメントマークＡの位置認識は、撮像されたアライメントマークＡの境界を認識することにより行われる。かかる際、アライメントマークＡの境界は、図１１に示すように撮像された画像データのコントラストをグラフ化することにより行われる。
具体的には図１１のグラフに示すように、撮像された画像中における黒色度と白色度をそれぞれ数値化することで縦軸にとってグラフ化し、これを微分することで極大値を算出し、当該極大値を示す位置をアライメントマークＡの境界であると判定する。
ここで、図１０（ａ）、図１０（ｂ）に示したように、撮像されたアライメントマークＡのコントラストが逆転してしまった場合、算出される前記極大値の正負が逆転してしまうため、適切に境界を認識できないおそれがある。また、撮像されたアライメントマークＡの境界におけるコントラスト比が小さい場合、数値化される黒色度と白色度の差が小さくなり、適切に境界を認識できないおそれがある。
このように、アライメントマークＡの撮像結果にばらつきが生じた場合、当該アライメントマークＡの位置認識精度にばらつきが生じ、この結果、上ウェハＷと下ウェハＳのアライメントが適切に行うことができない。
一方、図１０（ｃ）に示すように、アライメントマークＡに白色光Ｌｗを照射して撮像を行った場合、それぞれ認識されたアライメントマークＡの明るさやコントラストが一様、すなわち安定していることがわかる。このように位置認識精度が一様となる場合、上ウェハＷと下ウェハＳの位置認識精度が全面において安定し、適切に上ウェハＷと下ウェハＳのアライメントが適切に行うことができる。
これは、図１２に示したように、白色光Ｌｗは広い波長帯域（複数の波長帯域）を有する光であることから、透明膜における光の干渉の影響を平均化することができることに起因するものと考えられる。具体的には、例えば白色光Ｌｗが有する赤色光Ｌｒ成分の波長帯域において光の干渉が発生した場合であっても、他の帯域（例えば青色光Ｌｂ成分の波長帯域）の光によって適切にアライメントマークＡの境界を認識することができ、一部の波長体における光の干渉の影響によらず、一様な撮像結果を得られるものと考えられる。
このように白色光Ｌｗを上ウェハＷおよび下ウェハＳに照射することにより、安定した撮像結果を得ることができ、すなわち、透明膜における光の干渉の影響によらず、適切にアライメントを行うことができる。そしてこれにより、適切に上ウェハＷと下ウェハＳの接合を行うことができる。
なお、上記実施形態によれば白色光Ｌｗは、第１の光源として白色ＬＥＤを用いることにより照射されたが、白色光Ｌｗの照射方法はこれに限られるものではない。例えば、複数色（例えば赤、緑、青）の光を同時発光することにより、図１２に示したような広帯域の波長照明を作り、白色光Ｌｗを合成してもよい。
なお、上述したように白色光Ｌｗは光の干渉の影響を平均化して一様な撮像結果を得ることができる反面、赤色光Ｌｒや青色光Ｌｂを用いて撮像を行う場合と比べて、撮像画像の解像度（アライメントマークＡの境界におけるコントラスト比）が低下する。すなわち、図１０に示したように、アライメントマークＡの境界が一様にぼやけて撮像される。
しかしながら、白色光Ｌｗを照射して撮像を行った場合、アライメントマークＡの全周（四角形の４辺）において均一に解像度が低下するため、アライメントマークＡの周方向においては位置認識精度にばらつきが生じない。すなわち、アライメント精度は悪化しない。
なお、上記実施の形態においては上部照射部１５２及び下部照射部１６２には白色光Ｌｗを照射するための上部光源１５３、下部光源１６３にそれぞれ接続されたが、上部照射部１５２及び下部照射部１６２に接続される光源の数はこれに限定されない。
例えば図１３に示すように上部光源１５３および下部光源１６３には、それぞれ白色以外の光（例えば赤色光Ｌｒ）を照射するための第２の光源としての上部光源１５４、第２の光源としての下部光源１６４がさらに接続されていてもよい。かかる場合、これら上部光源１５３、１５４、および、下部光源１６３、１６４は、光路切り替え部１５５、１６５によりそれぞれ照射する光を切り替え可能に構成されることが好ましい。
上述のように、赤色光Ｌｒや青色光Ｌｂを照射してアライメントマークＡの撮像を行う場合、撮像結果（例えば明るさやコントラスト比）が一様とならない一方、白色光Ｌｗを用いて撮像を行う場合と比べて、撮像画像の解像度が向上する場合がある。そして、このように高い解像度で撮像データを得ることができた場合、アライメントマークＡの境界をより適切に認識することができ、すなわち、アライメント精度を向上させることができる。
そこで、図１３に示したように上部光源１５３および下部光源１６３に複数の光源を接続することにより、上ウェハＷおよび下ウェハＳの表面状態（例えば透明膜の形成厚みやその面内均一性）に基づき、照射する光を変更することができる。
具体的には、例えば、通常時においては赤色光Ｌｒを照射してアライメントを行い、所望の位置認識精度を得られない場合に、白色光Ｌｗを照射するように構成してもよい。また例えば、通常時においては白色光Ｌｗを照射してアライメントを行い、より高いアライメント精度を必要とする場合に赤色光Ｌｒを照射するようにしてもよい。
また例えば、接合装置５０に搬入される上ウェハＷ、下ウェハＳに形成された透明膜の面内均一性を予め測定し、測定された面内均一性に基づいて赤色光Ｌｒと白色光Ｌｗの照射を切り替えるようにしてもよい。
また例えば、上ウェハＷまたは下ウェハＳに、光の干渉が生じる透明膜が形成されている場合には白色光Ｌｗを照射し、透明膜が形成されていない場合には赤色光Ｌｒを照射するようにしてもよい。
なお、上部照射部１５２および下部照射部１６２には、それぞれ図７に示すように、上部光源１５４および下部光源１６４が独立して設けられていてもよいし、共通の光源が上部照射部１５２および下部照射部１６２に接続されていてもよい。
なお、上部照射部１５２及び下部照射部１６２に接続される光源の数は上記説明の例には限定されず、更に多数の光源がそれぞれ接続されていてもよい。
なお、上述のように複数色の光の同時発光により白色光Ｌｗを合成する場合、白色光を照射する第１の光源としての上部光源１５３と、白色以外の光を照射する第２の光源としての上部光源１５４と、を併用してもよい。同様に、第１の光源としての下部光源１６３と、第２の光源としての下部光源１６４と、を併用してもよい。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
例えば、本開示にかかる技術内容は、上記実施の形態においては接合装置に適用されたが、アライメントを必要とする装置であれば、他の装置、例えば成形装置に適用されてもよい。
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）第１の基板と第２の基板を接合する接合装置であって、
前記第１の基板を保持する第１の保持部と、
前記第２の基板を保持する第２の保持部と、
前記第１の保持部に設けられ、前記第２の保持部に保持された前記第２の基板を撮像する第１の撮像部と、
前記第１の保持部に設けられ、前記第１の撮像部による撮像の際に前記第２の基板に光を照射する第１の光照射部と、
前記第２の保持部に設けられ、前記第１の保持部に保持された前記第１の基板の撮像する第２の撮像部と、
前記第２の保持部に設けられ、前記第２の撮像部による撮像の際に前記第１の基板に光を照射する第２の光照射部と、を備え、
前記第１の光照射部および前記第２の光照射部のそれぞれには、白色光を照射する第１の光源が接続される接合装置。
前記（１）によれば、基板上に白色光を照射して撮像を行うことにより、基板上に形成されたアライメントマークの位置認識精度を向上させることができる。
（２）前記第１の光照射部および前記第２の光照射部には、白色以外の光を照射する第２の光源が接続され、
前記第１の光照射部および前記第２の光照射部は、前記第１の光源からの光の照射と前記第２の光源からの光の照射を切り替え可能である、前記（１）に記載の接合装置。
前記（２）によれば、基板上に形成された透明膜の状況に応じて照射する光を切り替えることができるため、アライメントマークの位置認識精度をさらに向上させることができる。
（３）基板同士を接合する接合方法であって、
第１の基板と第２の基板の位置合わせを行うことと、
前記第１の基板と前記第２の基板を接合することと、を含み、
前記位置合わせにおいては、
第１の光照射部により光が照射された前記第２の基板を撮像することと、
第２の光照射部により光が照射された前記第１の基板を撮像することと、を含み、
前記第１の光照射部および前記第２の光照射部のそれぞれから照射される光は、第１の光源から照射される白色光である、接合方法。
（４）前記第１の光照射部および前記第２の光照射部のそれぞれには、白色以外の光を照射する第２の光源が接続され、
前記第１の光照射部および前記第２の光照射部は、前記第１の光源からの光の照射と前記第２の光源からの光の照射を切り替え可能である、前記（３）に記載の接合方法。
（５）前記第１の光照射部は、
前記第２の基板に透明膜が形成されている場合には前記第１の光源から光を照射し、
前記第２の基板に透明膜が形成されていない場合には前記第１の光源から光を照射する、前記（４）に記載の接合方法。
（６）前記第２の光照射部は、
前記第１の基板に透明膜が形成されている場合には前記第１の光源から光を照射し、
前記第１の基板に透明膜が形成されていない場合には前記第１の光源からの光を照射する、前記（４）または前記（５）に記載の接合方法。
５０ 接合装置
１４０ 上チャック
１４１ 下チャック
１５１ 上部撮像部
１５２ 上部照射部
１５３ 上部光源
１６１ 下部撮像部
１６２ 下部照射部
１６３ 下部光源
Ｌｗ 白色光
Ｗ 上ウェハ
Ｓ 下ウェハ

Claims (6)

  1. 第１の基板と第２の基板を接合する接合装置であって、
    前記第１の基板を保持する第１の保持部と、
    前記第２の基板を保持する第２の保持部と、
    前記第１の保持部に設けられ、前記第２の保持部に保持された前記第２の基板を撮像する第１の撮像部と、
    前記第１の保持部に設けられ、前記第１の撮像部による撮像の際に前記第２の基板に光を照射する第１の光照射部と、
    前記第２の保持部に設けられ、前記第１の保持部に保持された前記第１の基板の撮像する第２の撮像部と、
    前記第２の保持部に設けられ、前記第２の撮像部による撮像の際に前記第１の基板に光を照射する第２の光照射部と、を備え、
    前記第１の光照射部および前記第２の光照射部には、白色光を照射する第１の光源が共通の光源として接続される、接合装置。
  2. 前記第１の光照射部および前記第２の光照射部には、白色以外の光を照射する第２の光源が接続され、
    前記第１の光照射部および前記第２の光照射部は、前記第１の光源からの光の照射と前記第２の光源からの光の照射を切り替え可能である、請求項１に記載の接合装置。
  3. 基板同士を接合する接合方法であって、
    第１の基板と第２の基板の位置合わせを行うことと、
    前記第１の基板と前記第２の基板を接合することと、を含み、
    前記位置合わせにおいては、
    第１の光照射部により光が照射された前記第２の基板を撮像することと、
    第２の光照射部により光が照射された前記第１の基板を撮像することと、を含み、
    前記第１の光照射部および前記第２の光照射部のそれぞれから照射される光は、前記第１の光照射部および前記第２の光照射部に共通の光源として接続される第１の光源から照射される白色光である、接合方法。
  4. 前記第１の光照射部および前記第２の光照射部のそれぞれには、白色以外の光を照射する第２の光源が接続され、
    前記第１の光照射部および前記第２の光照射部は、前記第１の光源からの光の照射と前記第２の光源からの光の照射を切り替え可能である、請求項３に記載の接合方法。
  5. 前記第１の光照射部は、
    前記第２の基板に透明膜が形成されている場合には前記第１の光源から光を照射し、
    前記第２の基板に透明膜が形成されていない場合には前記第２の光源から光を照射する、請求項４に記載の接合方法。
  6. 前記第２の光照射部は、
    前記第１の基板に透明膜が形成されている場合には前記第１の光源から光を照射し、
    前記第１の基板に透明膜が形成されていない場合には前記第２の光源から光を照射する、請求項４または５に記載の接合方法。
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