JPH047104B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は２枚の半導体ウエーハを密着して単一
の半導体ウエーハを形成する（以後接合技術と記
載する）際に適用する半導体ウエーハの認識装置
に関する。

（従来の技術） 従来からダイオード、バイポーラトランジスタ
等のコレクタ接合や２重拡散MOSFETのドレイ
ン接合等はPN接合を逆バイアス状態として使用
しており、その際発生する直列抵抗を減らすのに
N⁺半導体基板を下地にしたN^-半導体基板との積
層構造を採用し、このN^-半導体基板に反対導電
型の不純物等を導入して半導体素子を設け、更に
N⁺半導体基板の厚さを充分に採つて耐圧向上な
らびに機械的強度の増大を図つている。しかもこ
の不純物導入によつて得られるPN接合底部とN⁺
半導体基板までの距離を充分確保してこのPN接
合動作時に発生する空乏層によつて発生する
“Rearch Through”による降伏現象を防止する
のが一般的である。この積層構造を達成するのに
はいわゆるエピタキシヤル成長法が広く利用され
ているが、含有不純物に濃度差があると下地の半
導体基板に含有する不純物の外方拡散（Auto
Diffusion）によつてその境界部分に止まらず厳
格な濃度制御が得られないのが実情である。

しかし、含有不純物に濃度差があり、導電型の
相違に拘らずこの半導体基板を一体にする接合技
術が開発されている。

即ち、多少湿り気のある半導体基板表面を密着
すると機械的強度が充分にあり、恰も一枚の半導
体基板として取扱うことが可能な複合半導体基板
を得る技術である。この密着面には元（bulk）
の結晶と多少異なるものが形成すると想定される
が、熱ならびに電気的な障壁とならず、しかも
こゝに設けるPN接合を利用する機能素子は必要
な電気的特性を充分に発揮でき、更には酸化珪素
層ならびに多結晶珪素層にも適用できる。

この半導体ウエーハの密着に当つてはその位置
合わせが必要がとなるので工業用TVカメラによ
り撮像しこれをモニタに写して目視可能な状態と
してから、作業者が一方の半導体ウエーハを基準
にして平行移動量ならびに傾き成分を測定する。
この結果を前記半導体ウエーハを載せたＸ−Ｙ−
θステージに供給して作業者の目視判断と手作業
即ちマニユアル（Manual）操作によつて位置合
わせを実施している。

この工業用TVカメラによつて撮像する場合半
導体ウエーハの上方に位置するリング照射装置も
しくは電球が利用されている。

（発明が解決しようとする問題点） このようなマニユアル操作による位置合せ方式
では必要な位置補正成分である平行移動量ならび
に傾き量を人手に頼つて判断した上、これに対応
する補正作業を行うために、単純な長時間作業を
強いられて作業者の眠精疲労をもたらすと同時
に、生産性の低下を招いている。これに加えて作
業者の熟練度が生産性に与える影響も大きく、一
定のインデツクス確保を目指す現場では問題とな
りひいては製品の品質を損う頻度が高くなる難点
は避けられない。

前述のように工業用TVカメラを利用する場合
には光源をミラー半導体ウエーハの上方より照明
する方式を採用していたので、この半導体ウエー
ハの鏡面に光源が映し出されてしまい肝心の半導
体ウエーハは一部しか照明できず画像処理には問
題となる。

本発明は上記難点を除去する新規な半導体ウエ
ーハ位置認識装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） この目的を達成するために本発明では照明手段
に改良を加えると共に接合用半導体ウエーハの位
置を自動的に認識するものである。

接合用半導体ウエーハを固定する支持部（チヤ
ツク）には平担面を設け、この支持部を可動とす
るステージ部を配置するほかにこの平担面に沿つ
て近接して散乱板を設置する。この散乱板を照射
する光源ならびにこの光源を撮像して半導体ウエ
ーハのシルエツトを入力可能にする光導電変換機
構を準備し、これに接続する制御機構と、この出
力を入力する画像メモリを内蔵する計測部を設け
る。この計測部にはバスを接続し、これを介して
前記計測部の信号を受授する情報蓄積部ならびに
演算部を設け、演算結果を伝達する動力部を前記
ステージに接続し、前記情報蓄積部とこの電力部
間にはコントローラを配置する。

（作用） 二枚の半導体ウエーハを密着するのにはこの各
半導体ウエーハを固定する支持部に被接合する半
導体ウエーハを配置し、接合する半導体ウエーハ
は180°廻転可能なアーム端に設ける支持部に設置
して、移動可能なステージ部に配置する半導体ウ
エーハの位置を補正後180°廻転する接合される半
導体ウエーハを接合する半導体ウエーハに密着し
て接合工程を実施する。

この二枚の半導体ウエーハ位置を補正する方法
としては夫々の位置座標を正確に算出してITV
カメラの中心からのズレ量を求め、このズレ量を
相殺して差分を求める考え方があるが、符号変換
が必要となるので所要時間が増すと推定される。

これに対して本発明ではITVカメラ中心から
接合用半導体ウエーハのズレ量による補正に必要
な情報を算出後、接合する半導体ウエーハ（転送
される）の情報即ち座標値を接合される（位置補
正により位置を調整する）半導体ウエーハの座標
値に変換することによつて差分を求めて補正値を
算出する手法を採用して生産性向上を図るもので
ある。

具体的には接合する半導体ウエーハならびに接
合される半導体ウエーハを光導電変換手段を利用
するITVカメラで撮像し、この画像は制御部で
ビデオ信号に変換して画像メモリを内蔵した計測
部に送られる。この計測部はバスを介して演算部
ならびに情報蓄積部に接続しており、これはマシ
ンコントローラ、モータドライバー、動力源と連
結し、更にこの動力源は半導体ウエーハの支持部
を搭載するステージに接続する。又この装置では
平担な面をもつ支持部底面に沿つて散乱板を設け
これに付属する光源をITVカメラで撮像して被
接合用半導体ウエーハのシルエツトを画像として
取り込んで、反転２値化してその中心即ち半導体
ウエーハに対応する位置が黒くその周囲を白くな
つた画面が得られるので、種々の演算に必要なこ
の円周に選択的に設ける領域が明瞭なコントラス
トを持つ画面を利用することによつて誤差を少な
くできて極めて好都合になる。

このようなシステムの優先度は前記マシンコン
トローラにあり、その命令（コマンド）によつて
演算部は計測部に内蔵した画像メモリの画像処理
を行い、これは情報蓄積部に設置するパラレルイ
ンターフエイス（PIO）により設定する画像処理
条件に基づくもので、２値化信号をこの画像メモ
リならびに情報蓄積部に設けるメモリにも記憶さ
せる。一方、半導体ウエーハの直径の相違によつ
て生ずる分解能変化に対応するにはこのPIOによ
り設定条件を決め、システム内に設ける表示にも
とずいて作業者がTVカメラに設置するズームに
合せる。

更に演算部からの指令によつて計測部に内蔵す
る画像メモリを走査して半導体ウエーハの中心位
置座標、オリフラ部の位置座標更には傾きを求め
て情報蓄積部のメモリに記憶させる。次いで、２
枚の半導体ウエーハの算出値のうち一方の座標値
を他の座標値に変換して差分を求めて相対的位置
補正量を求めてから、マシンコントローラ等を経
て半導体ウエーハを載置するステージ部を移動す
る。このようにして位置補正を完了してから２枚
のウエーハを密着して接合を完了する。

（実施例） 第１図乃至第１４図により本発明に係る実施例
を詳述する。

前述のように接合工程を施す半導体ウエーハ表
面には鏡面を形成するが、その工程について説明
すると、接合面を構成する多結晶珪素層、酸化物
層ならびにシリコン半導体ウエーハ表面を研摩し
て粗さ500〓以下の鏡面を設け、その研摩工程後
の表面状態によつては油脂分等を酸類による前処
理工程によつて除去する。次に清浄な水で数分程
洗滌してから室温の許でスピンナー処理のような
脱水工程を施してこの鏡面に吸着していると想定
される水分はそのまゝ残し過剰な水分は除去する
が、この吸着水分が殆んど揮散する100℃以上の
加熱乾燥は避ける。

この処理を終えた半導体ウエーハは例えばクラ
ス１以下の清浄な大気雰囲気に設定して、前記鏡
面間に異物（ゴミ）が実実的に介在しない状態で
相互に密着接合して複合半導体基板を設ける。こ
の接合強度を増すのには200℃以上好ましくは
1000℃乃至1200℃に加熱処理することが可能であ
り、雰囲気としては接合工程ならびに前記加熱工
程ともに、大気のほかに酸素もしくは両者の混合
雰囲気も適用可能である。

ところで、この接合工程では前記鏡面に対する
水洗工程によつて極性基が得られ、これによる結
合によつて元（Bulk）の組成と異なる接合層を
生じて複合半導体基板が得られると想定される。

さて、本発明に係る半導体ウエーハの位置認識
装置では被接合する半導体ウエーハ２，２′を第
２図に示すような平担な底面３をもつ支持部４に
設置するが、この平担な底面３に沿つて散乱板５
を配置し、これらをステージ部８に係止し、この
状態を第１図のブロツク図に示す。半導体ウエー
ハ２，２′にはオリフラ部１，１′を設け更に表面
は前述の通り鏡面仕上げを施してあり、散乱板５
の周縁にはカバー６を取着けその遊端附近には白
熱電球等の光源７を設置する。又散乱板５は例え
ばアルミ板で構成しかつ銀梨地処理を施して光源
から照射した光が散乱するように配慮する。

第３図は第２図の上面図を有しており、光源７
はカバー６の対称的な位置に設け又第４図にはこ
の光源等の配置を変更した照明設備を示した。

この例は支持部４内に光源７を直接埋込んだも
ので、半導体ウエーハ自身がカバー６の代りを果
しており、何れの場合も半導体ウエーハを均一に
浮き出させるものである。半導体ウエーハ２′は
Ｘ、Ｙおよびθ方向に移動可能なステージ部８に
載置し、これらを撮像するのにはズーム機構を備
えた２台の工業用TVカメラ９，９′を配置し、
その信号を制御機構１０，１０′に送つてビデイ
オ信号に変換後計測部１１に入力する。

この計測部１１は走査線518×518をもつ画像メ
モ（図示せず）を内蔵しており、ローカルCPU
バス１２によつて演算部１３及び情報蓄積部４に
接続し、これら３部門間で信号の受授を行う。

情報蓄積部１４はメモリ１５、タイマユニツト
１６、シリアルインターフエイス１７及びパラレ
ルインターフエイス１８で構成し、夫々を８ビツ
トCPUバス１２に接続し、更にシリアルインタ
ーフエイス１２にはマシンコントローラRS−
232C（JIS標準製品型番）１９に接続する。この
計測部１１、演算部１３及び情報蓄積部１４で算
出する半導体ウエーハ２，２′の相対位置補正量
△ｘ、△ｙ及び△θはコントローラ１５から動力
部を構成するモータ駆動（ドライブ）２０…を経
てモータ２１…に伝達してステージ部８に付設す
る駆動機構（図示せず）を稼動して半導体ウエー
ハの位置を調整し、又計測部１１からはモニター
テレビ２２，２２に接続して作業者を援助する。

ところで、演算部１３は後述する手法によつて
相対位置補正量を算出し、その基礎資料を得るの
にITVカメラ９，９′から得る信号を制御部１
０，１０′に送つてビデイオ信号に変換して計測
部１１に入力する。こゝには前述のように画像メ
モリを内蔵しており、演算部１３からのコマンド
によつて２値化、反転２値化、画像表示、画面へ
の文字出力等の画像入力ならびに画像処理などを
行う。

情報蓄積部１４を構成するメモリ１５はROM
及びRAMで構成して画像メモリの２値化信号等
を記憶し、タイマユニツト１６は演算部１３に対
するマシンコントローラ１９からの命令によつて
一定時間後に別の処理を行わせる等の内部割込み
を行う。シリアルインターフエイス１７はパラレ
ル信号を時系列信号に変換する機能をもつてお
り、又演算部１３の演算結果をマシンコントロー
ラ１９に転送するが、パラレルインターフエイス
１８はプログラマブルROMで構成しているので
ソフト変更によつては演算部１３で得られる演算
結果をマシンコントローラに転送することも可能
である。

次に半導体ウエーハの位置認識手段について説
明すると、演算部１３は計測部１１に対して接着
用の半導体ウエーハ２に対応するITVカメラ９
を選択させて撮像後、画像を制御部１０に入力し
てビデイオ信号に変換して計測部７に入力して反
転２値化後画像メモリに取込むと共にメモリ１５
でも記憶する。この２値化された画像を第４図に
示しており、又反転２値化後の画像を第５図に示
した。次に演算部１３はこの計測部１１内の画像
メモリに得られる反転２値化画像２に第６図に示
すような領域２３〜２７を設定し、この領域内を
走査して第１１図に示すP₁〜P₅を検出する。

このP₁〜P₅の検出方法を示すと、第７図は第
６図における領域２３を拡大して示したもので、
図の左上から矢印方向に走査して半導体ウエーハ
２の左上端を見付けたらそこからのビツト数を数
え、図中斜線部分はビツト数が“０”であり、白
い部分がビツト数“１”を示している。計数した
ビツト数を２で割り、左上端のｘ座標値に加えた
ものがP₁の座標値であり、ｙ座標は走査したラ
イン数から求められる。P₂の検出は領域２４を
拡大して示す第８図の左上端から矢印方向に走査
して画像の白い部分（ビツトが“１”の部分）の
数をカウントして白い部分の最大値の座標を記憶
しこの最大ライン数をカウントする。

こゝで求めたライン数を２で割り白い部分の最
大値のｙ座標に加えてP₂の座標値とする。P₃に
関しては第９図に示す領域２５の拡大図に明らか
なように左上端から矢印方向に走査して以下P_1,2
と全く同様な方法で座標値を求める。P₄とP₅に
ついては第１０図の拡大図に示すように縦方向の
１ラインだけを走査してビツトが初めて“０”に
なる点を記憶し、この位置がオリフラ部に相当す
る。このような操作を演算部１３が行つてP₁〜
P₅検出して半導体ウエーハ２の中心位置座標を
求め、これを情報蓄積部１４のメモリ１５に記憶
する。次にこの半導体ウエーハ２の傾きを求める
が、第１２図に示すようにオリフラ部１とｘ軸の
平行線との成す角度に等しいので、P₄及びP₅の
xy方向距離のtan^-1θを求めることによつて傾き
θを算出できるのでその結果も前述のようにメモ
リ１５に記憶する。

次に支持部３に配置する半導体ウエーハ２′に
ついても演算部１３の指令によつてITVカメラ
９′を選択させその画像を制御部６′でビデイオ信
号に変換して計測部１１に入力してから前述のよ
うに２値化、反転２値化画像を画像メモリに取込
み更に半導体ウエーハ２と全く同様な操作手順に
よつて前記P₁〜P₅を求めてからその中心位置座
標ならびに傾き量を算出してその結果をメモリ１
５に記憶する。

更に、この２枚の半導体ウエーハ２，２′に関
する相対位置補正量の算出手段を述べる。この半
導体ウエーハを接合する設備については第１４図
に概略を示したようにアーム２８を回転して半導
体ウエーハ２即ち接合されるウエーハを接合する
半導体ウエーハ２′に密着して接合工程を施すの
で、接合される半導体ウエーハ２の座標値を基準
として接合する半導体ウエーハ２′の座標値に変
換する。

この場合ｙ座標はそのまゝとしてｘ座標だけを
ｘ軸を中心を反転させ、次にオリフラを相対的に
合致するためにθ補正値を計算する。θ補正量は
接合される半導体ウエーハ２の傾きと接合する半
導体ウエーハ２′の値から算出できるが、第１３
図に示すように接合する半導体ウエーハ２′はカ
メラ中心（この場合ステージ部内に設けるθステ
ージ２９の中心とITVカメラ９′の中心が一致し
ているものとする）を中心として回転すると、半
導体ウエーハ２′の中心は偏心する。この偏心後
の半導体ウエーハ２′の中心座標は下式で求めら
れる。

xi′ yi′＝Cosθ −sinθ sinθ cosθxi yi こゝで（xi、yi）は接合する半導体ウエーハの
中心位置座標、（xi、yi）はθ回転後の接合する
半導体ウエーハの中心座標である。この回転後の
接合する半導体ウエーハの中心位置座標と、接着
する半導体ウエーハの座標系に変換した接着され
る半導体ウエーハの中心位置座標との差を求める
ことによつてｘ、ｙの相対位置補正量が算出でき
る。このような手順が演算部１３が実行し、これ
をシリアルインターフエイス１７と前述のように
パラレルインターフエイス１８を介してマシンコ
ントローラ１９に送り、更にモータドライバ１６
…、モータ１７…を稼動してステージ部８の△
ｘ、△ｙ△θステージ２９，３０，３１を移動し
て接合する半導体ウエーハ２′の位置補正完了後
アーム３２の稼動によつて前述の接合工程を完了
する。

〔発明の効果〕

このように本発明では個々の半導体ウエーハの
ｘ、ｙ方向移動成分ならびにθ移動成分からなる
位置ずれ量を目動的に認識し、何れか一方のウエ
ーハを基準にして相互の半導体ウエーハが相対的
に合致するように位置補正するので、作業者を長
時間にわたる単純労働から解放できる。

このために作業者の眠精疲労による生産性低下
あるいは品質低下更には作業者の熟練度の相違か
ら起る品質のバラツキを著るしく改善できるので
量産上の効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る半導体ウエーハの位置認
識装置の概略を示すブロツク図第２図は、撮像時
に適用す照明装置の要部を示す断面図第３図はこ
の第２図の上面図第４図は撮像した２値化画像を
示す図第５図はこの画像を反転２値化した図第６
図乃至第１０図は半導体ウエーハ及びオリフラ部
の検出を説明する図第１１図乃至第１３図は補正
値の計算を説明する図第１４図は接合工程用設備
の要部を示す断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 接合用半導体ウエーハを固定する平担面をも
   つ支持部と、この支持部を可動にするステージ部
   と、この支持部平担面に沿つて近接して配置する
   散乱板と、この散乱板を照射する光源と、この光
   源を撮像して前記半導体ウエーハのシルエツトを
   入力可能にする光導電変換機構と、これに接続す
   る制御機構と、この制御機構出力を入力する画像
   メモリを内蔵する計測部と、これに接続するバス
   と、このバスを介して前記計測部の信号を受授す
   る情報蓄積部ならびに演算部と、前記ステージ部
   に連結する動力部と、前記情報蓄積部からの出力
   を前記動力部に伝達するコントローラとを具備す
   ることを特徴とする半導体ウエーハの位置認識装
   置。