JPH05160340A - 三次元ｌｓｉ積層装置 - Google Patents
三次元ｌｓｉ積層装置Info
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- JPH05160340A JPH05160340A JP32289991A JP32289991A JPH05160340A JP H05160340 A JPH05160340 A JP H05160340A JP 32289991 A JP32289991 A JP 32289991A JP 32289991 A JP32289991 A JP 32289991A JP H05160340 A JPH05160340 A JP H05160340A
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- wafer
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 二次元ＬＳＩを超精密に位置決めし、高精度
に貼り合わせることががきる三次元ＬＳＩ積層装置を提
供することにある。 【構成】 ４軸以上の制御軸を有する粗動ステージ４６
と、６軸の制御軸を有する微動ステージ５０とにより二
枚のウェーハを位置決めし、その間隔を測定するセンサ
６６及び貼り合わせ時の荷重を検出するロードセル４５
を設け、更に、二枚のウェーハの偏差を赤外線顕微鏡３
４により検出することにより、精密位置決めして貼り合
わせ、紫外線硬化型接着剤１４により固定するようにし
たものである。
に貼り合わせることががきる三次元ＬＳＩ積層装置を提
供することにある。 【構成】 ４軸以上の制御軸を有する粗動ステージ４６
と、６軸の制御軸を有する微動ステージ５０とにより二
枚のウェーハを位置決めし、その間隔を測定するセンサ
６６及び貼り合わせ時の荷重を検出するロードセル４５
を設け、更に、二枚のウェーハの偏差を赤外線顕微鏡３
４により検出することにより、精密位置決めして貼り合
わせ、紫外線硬化型接着剤１４により固定するようにし
たものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体製品であるウェ
ーハの積層を超高精度に行う三次元ＬＳＩ積層装置に関
する。
ーハの積層を超高精度に行う三次元ＬＳＩ積層装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来のＬＳＩ（Large Scale Integrated
circuit：大規模集積回路）は、回路機能ブロックが平
面的、二次元的に集積された二次元ＬＳＩであり、回路
パターンの微細化により高集積化、大容量化が進められ
てきているが、その微細化技術が飽和し、限界がみえは
じめている。そこで、ＬＳＩをさらに高集積化、大容量
化するために、二次元ＬＳＩを積み重ねて三次元的に集
積化した三次元ＬＳＩが考えられている。
circuit：大規模集積回路）は、回路機能ブロックが平
面的、二次元的に集積された二次元ＬＳＩであり、回路
パターンの微細化により高集積化、大容量化が進められ
てきているが、その微細化技術が飽和し、限界がみえは
じめている。そこで、ＬＳＩをさらに高集積化、大容量
化するために、二次元ＬＳＩを積み重ねて三次元的に集
積化した三次元ＬＳＩが考えられている。
【０００３】しかし、回路素子を単に三次元的に積層す
るだけでは、その層間の配線の増加、素子間の結合用配
線による信号伝送時間の遅延という問題が生じる。この
解決策の１つとして層間を光配線とする光結合三次元Ｌ
ＳＩが考えられている（特開昭６１−３４５０号公
報）。例えば、図６に示すように、三次元ＬＳＩの１つ
である三次元光結合共有メモリは、第１層ウェーハ１の
発光素子１５から、例えば“０”又は“１”の信号より
なる情報を光信号１７で、第２層ウェーハ２の受光素子
２６に伝送する。
るだけでは、その層間の配線の増加、素子間の結合用配
線による信号伝送時間の遅延という問題が生じる。この
解決策の１つとして層間を光配線とする光結合三次元Ｌ
ＳＩが考えられている（特開昭６１−３４５０号公
報）。例えば、図６に示すように、三次元ＬＳＩの１つ
である三次元光結合共有メモリは、第１層ウェーハ１の
発光素子１５から、例えば“０”又は“１”の信号より
なる情報を光信号１７で、第２層ウェーハ２の受光素子
２６に伝送する。
【０００４】その情報信号は、配線により同層の発光素
子２５に伝達され、同様に発光素子２５から光信号２７
で、第３層ウェーハの受光素子３６に伝送される。以下
同様の手順で、第ｎ層ウェーハ４まで瞬時に伝送され、
同じデータをｎ個の各層が共有することになる。これを
各層ごとに設けたＣＰＵ（演算処理装置）５の制御のも
とに各層毎のメモリ内容のデータを用いて、並列的に情
報処理を行うことができ、制御用ＣＰＵ６により総括し
て、系統的に処理される。
子２５に伝達され、同様に発光素子２５から光信号２７
で、第３層ウェーハの受光素子３６に伝送される。以下
同様の手順で、第ｎ層ウェーハ４まで瞬時に伝送され、
同じデータをｎ個の各層が共有することになる。これを
各層ごとに設けたＣＰＵ（演算処理装置）５の制御のも
とに各層毎のメモリ内容のデータを用いて、並列的に情
報処理を行うことができ、制御用ＣＰＵ６により総括し
て、系統的に処理される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、光信号により
情報伝送する場合において、例えば、第１層ウェーハ１
の発光素子１５と第２層ウェーハの受光素子２６の位置
偏差が大きいと、図６に示すように、第１層ウェーハ１
から第２層ウェーハ２に伝送されるとき、隣接する受光
素子２８に、迷光７による誤った情報が伝送されるとい
う問題がある。
情報伝送する場合において、例えば、第１層ウェーハ１
の発光素子１５と第２層ウェーハの受光素子２６の位置
偏差が大きいと、図６に示すように、第１層ウェーハ１
から第２層ウェーハ２に伝送されるとき、隣接する受光
素子２８に、迷光７による誤った情報が伝送されるとい
う問題がある。
【０００６】このような迷光７の影響をできるだけ少な
くするためには、水平方向間隙を大きくすればよいが、
水平方向間隙を大きくすればするほど集積度が下がると
いう問題が生じる。この為、受光素子間隙は、迷光７の
影響を受けないような最小間隙に設計するとともに、上
下層間の素子間の位置偏差、即ち、ウェーハの面内方向
であるＸＹ方向及びその垂直方向であるＺ方向の位置偏
差が小さくなるようにして積層する必要がある。
くするためには、水平方向間隙を大きくすればよいが、
水平方向間隙を大きくすればするほど集積度が下がると
いう問題が生じる。この為、受光素子間隙は、迷光７の
影響を受けないような最小間隙に設計するとともに、上
下層間の素子間の位置偏差、即ち、ウェーハの面内方向
であるＸＹ方向及びその垂直方向であるＺ方向の位置偏
差が小さくなるようにして積層する必要がある。
【０００７】本発明は、このような従来技術に鑑みてな
されたものであり、層間の素子の位置が精密に位置合わ
せできるとともに貼り合わせできるようにした三次元Ｌ
ＳＩ用積層装置を提供することを目的とするものであ
る。
されたものであり、層間の素子の位置が精密に位置合わ
せできるとともに貼り合わせできるようにした三次元Ｌ
ＳＩ用積層装置を提供することを目的とするものであ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】先ず、貼り合わせる二枚
のウェーハの一方を固定し、他の一方のウェーハを位置
決め移動可能とし（あるいは二枚のウェーハの両方を位
置決め移動可能とし）、この二枚のウェーハを顕微鏡で
同時に観察して、二枚のウェーハの位置偏差を読み取
る。次いで、この位置偏差を基に、片方のウェーハ（あ
るいは両方のウェーハ）を移動させて精密位置合わせを
行う。この精密位置合わせの方法としては、弾性変形体
と圧電素子又はサーボモータ等によるアクチュエータを
利用した微動ＸＹステージによりＸＹ方向の精密位置合
わせをサブミクロン、ナノメータ単位で行う。
のウェーハの一方を固定し、他の一方のウェーハを位置
決め移動可能とし（あるいは二枚のウェーハの両方を位
置決め移動可能とし）、この二枚のウェーハを顕微鏡で
同時に観察して、二枚のウェーハの位置偏差を読み取
る。次いで、この位置偏差を基に、片方のウェーハ（あ
るいは両方のウェーハ）を移動させて精密位置合わせを
行う。この精密位置合わせの方法としては、弾性変形体
と圧電素子又はサーボモータ等によるアクチュエータを
利用した微動ＸＹステージによりＸＹ方向の精密位置合
わせをサブミクロン、ナノメータ単位で行う。
【０００９】精密位置合わせの前の粗位置決めについて
は、微動ＸＹステージより大ストロークで低分解能の粗
動ＸＹステージ、例えば、アクチュエータとしてサーボ
モータ等を利用し、送りねじ等を駆動するものにより行
なう。なお、この時の位置合わせ状況は、前述の顕微鏡
で確認するとともに、移動テーブルの変位状況をセンサ
で検出する。ウェーハの位置合わせ後は、二枚のウェー
ハを押し当てて接着剤で接着する。この押し当てには、
サーボモータ等のアクチュエータを利用した送りねじ駆
動による粗動Ｚステージと、弾性変形体と圧電素子又は
サーボモータ等のアクチュエータを利用した微動Ｚステ
ージを用いて行う。押し当てに際しては、ステージの移
動量をギャップセンサで検出するとともに、ロードセル
により押し当て荷重を検出し所定の押し当て力になるよ
うにクローズドループ制御を行う。押し当て後は、接着
剤を硬化させて貼り合わせを完了する。
は、微動ＸＹステージより大ストロークで低分解能の粗
動ＸＹステージ、例えば、アクチュエータとしてサーボ
モータ等を利用し、送りねじ等を駆動するものにより行
なう。なお、この時の位置合わせ状況は、前述の顕微鏡
で確認するとともに、移動テーブルの変位状況をセンサ
で検出する。ウェーハの位置合わせ後は、二枚のウェー
ハを押し当てて接着剤で接着する。この押し当てには、
サーボモータ等のアクチュエータを利用した送りねじ駆
動による粗動Ｚステージと、弾性変形体と圧電素子又は
サーボモータ等のアクチュエータを利用した微動Ｚステ
ージを用いて行う。押し当てに際しては、ステージの移
動量をギャップセンサで検出するとともに、ロードセル
により押し当て荷重を検出し所定の押し当て力になるよ
うにクローズドループ制御を行う。押し当て後は、接着
剤を硬化させて貼り合わせを完了する。
【００１０】
【作用】三次元光ＬＳＩの積層方法を図７に従って説明
する。即ち、同図（ａ）に示す二次元ＬＳＩは、第１層
目になるウェーハ上に回路素子８を構成してなるもので
あり、先ず、この二次元ＬＳＩに同図（ｂ）に示すよう
にワックス１３を塗布して石英ガラス１２に接着する。
石英ガラス１２とするのは、可視光及び赤外光を透過さ
せるためである。
する。即ち、同図（ａ）に示す二次元ＬＳＩは、第１層
目になるウェーハ上に回路素子８を構成してなるもので
あり、先ず、この二次元ＬＳＩに同図（ｂ）に示すよう
にワックス１３を塗布して石英ガラス１２に接着する。
石英ガラス１２とするのは、可視光及び赤外光を透過さ
せるためである。
【００１１】次に、同図（ｃ）に示すように二次元ＬＳ
Ｉのウェーハ下地をラッピング、ポリシングにより削り
薄層化して薄層化ウェーハ１１とする。このように薄層
化ウェーハ１１をワックス１３を介して固定した石英ガ
ラス１２を積層装置に固定する。その後、同図（ｄ）に
示すように、回路素子９を構成した別の二次元ＬＳＩで
ある下地ウェーハ２１に紫外線硬化型接着剤（又は嫌気
硬化型接着剤）１４を塗布した、を移動位置決め可能な
らしめたステージに固定し、薄層化ウェーハ１１と下地
ウェーハ２１のＸＹ方向の位置合わせ及びＺ方向の二枚
のウェーハの平行調整を行う。
Ｉのウェーハ下地をラッピング、ポリシングにより削り
薄層化して薄層化ウェーハ１１とする。このように薄層
化ウェーハ１１をワックス１３を介して固定した石英ガ
ラス１２を積層装置に固定する。その後、同図（ｄ）に
示すように、回路素子９を構成した別の二次元ＬＳＩで
ある下地ウェーハ２１に紫外線硬化型接着剤（又は嫌気
硬化型接着剤）１４を塗布した、を移動位置決め可能な
らしめたステージに固定し、薄層化ウェーハ１１と下地
ウェーハ２１のＸＹ方向の位置合わせ及びＺ方向の二枚
のウェーハの平行調整を行う。
【００１２】引き続き、位置合わせが終わると、同図
（ｅ）に示すように、粗微動Ｚステージにより下地ウェ
ーハ２１を薄層化ウェーハ１１に押し当て、所定の押し
当て荷重になるように調整しながら接着剤１４を硬化さ
せる。硬化後、同図（ｆ）に示すように石英ガラス１２
からワックス１３を溶剤で溶かして積層した三次元ＬＳ
Ｉ２０を得る。同図（ａ）〜（ｅ）に示す行程を同様に
繰り返すことにより多層に積層することができる。
（ｅ）に示すように、粗微動Ｚステージにより下地ウェ
ーハ２１を薄層化ウェーハ１１に押し当て、所定の押し
当て荷重になるように調整しながら接着剤１４を硬化さ
せる。硬化後、同図（ｆ）に示すように石英ガラス１２
からワックス１３を溶剤で溶かして積層した三次元ＬＳ
Ｉ２０を得る。同図（ａ）〜（ｅ）に示す行程を同様に
繰り返すことにより多層に積層することができる。
【００１３】
【実施例】以下、図面に基づいて、本発明の実施例を詳
細に説明する。図１に、本発明の一実施例に係る三次元
ＬＳＩ積層装置を示す。図１に示すように微動ステージ
５０上には、粗動ステージ４６、３ヶ所のロードセル４
５、石英ガラス製の真空チャック４３が順に積み重ねら
れると共にそれらを取り囲むように積層ステージ４１が
配置されている。積層ステージ４１上には、石英ガラス
１２が載置されると共にカバー４２により固定され、石
英ガラス１２の下面にはワックスにより薄層化ウェーハ
１１が接着されている。
細に説明する。図１に、本発明の一実施例に係る三次元
ＬＳＩ積層装置を示す。図１に示すように微動ステージ
５０上には、粗動ステージ４６、３ヶ所のロードセル４
５、石英ガラス製の真空チャック４３が順に積み重ねら
れると共にそれらを取り囲むように積層ステージ４１が
配置されている。積層ステージ４１上には、石英ガラス
１２が載置されると共にカバー４２により固定され、石
英ガラス１２の下面にはワックスにより薄層化ウェーハ
１１が接着されている。
【００１４】更に、積層ステージ４１の両側には、走行
架台３１が立設され、その走行架台３１の上部にはＹ軸
方向にガイドレール３２が配設されている。このガイド
レール３２の間には、台車３３がそれぞれ走行自在に装
着され、Ｙ軸駆動モータ７３、Ｙ軸モータドライバ７４
により、Ｙ軸方向に移動可能である。台車３３の間に
は、カバー４２の上方において、Ｘ軸方向に沿ってＸ軸
ガイドバー７０、Ｘ軸ボールねじ７１が配設されてお
り、このＸ軸ガイドバー７０、Ｘ軸ボールねじ７１には
赤外線顕微鏡４０、カメラ３９及び紫外線照射装置４０
が装着されている。Ｘ軸ボールねじ７１は、Ｘ軸駆動モ
ータ６４、Ｘ軸モータドライバ６５により回転すること
により、赤外線顕微鏡４０、カメラ３９及び紫外線照射
装置４０をＸ軸方向に移動させることが可能となってい
る。Ｘ軸モータドライバ６５、Ｙ軸モータドライバ７４
は、制御回路６３により制御されるよう構成されてい
る。また、カメラ３９により撮影された信号は、モニタ
６１、画像処理部６２を介して、制御回路６３へ送られ
るよう構成されている。
架台３１が立設され、その走行架台３１の上部にはＹ軸
方向にガイドレール３２が配設されている。このガイド
レール３２の間には、台車３３がそれぞれ走行自在に装
着され、Ｙ軸駆動モータ７３、Ｙ軸モータドライバ７４
により、Ｙ軸方向に移動可能である。台車３３の間に
は、カバー４２の上方において、Ｘ軸方向に沿ってＸ軸
ガイドバー７０、Ｘ軸ボールねじ７１が配設されてお
り、このＸ軸ガイドバー７０、Ｘ軸ボールねじ７１には
赤外線顕微鏡４０、カメラ３９及び紫外線照射装置４０
が装着されている。Ｘ軸ボールねじ７１は、Ｘ軸駆動モ
ータ６４、Ｘ軸モータドライバ６５により回転すること
により、赤外線顕微鏡４０、カメラ３９及び紫外線照射
装置４０をＸ軸方向に移動させることが可能となってい
る。Ｘ軸モータドライバ６５、Ｙ軸モータドライバ７４
は、制御回路６３により制御されるよう構成されてい
る。また、カメラ３９により撮影された信号は、モニタ
６１、画像処理部６２を介して、制御回路６３へ送られ
るよう構成されている。
【００１５】真空チャック４３には、薄層化ウェーハ１
１に接着する下地ウェーハ２１が吸着されており、下地
ウェーハ２１の上面には紫外線硬化型接着剤１４が塗布
されている。真空チャック４３は、赤外線を透過させる
ため石英ガラス製としている。また、石英ガラス１２と
するのは、可視光及び赤外光を透過させるためである。
紫外線硬化型接着剤１４に代えて嫌気硬化型接着剤を使
用しても良い。ここで、薄層化ウェーハ１１は、図７に
示すようにして作製される。即ち、同図（ａ）に示すよ
うに第１層目となるウェーハ上に回路素子８を構成して
二次元ＬＳＩを形成し、更に、同図（ｂ）に示すように
二次元ＬＳＩにワックス１３を塗布して石英ガラス１２
に接着する。その後、同図（ｃ）に示すように二次元Ｌ
ＳＩのウェーハ下地をラッピング、ポリシングにより削
り薄層化して薄層化ウェーハ１１とする。また、下地ウ
ェーハ２１は、同図（ｄ）に示すように、ウェーハに回
路素子９を構成した別の二次元ＬＳＩのことである。
１に接着する下地ウェーハ２１が吸着されており、下地
ウェーハ２１の上面には紫外線硬化型接着剤１４が塗布
されている。真空チャック４３は、赤外線を透過させる
ため石英ガラス製としている。また、石英ガラス１２と
するのは、可視光及び赤外光を透過させるためである。
紫外線硬化型接着剤１４に代えて嫌気硬化型接着剤を使
用しても良い。ここで、薄層化ウェーハ１１は、図７に
示すようにして作製される。即ち、同図（ａ）に示すよ
うに第１層目となるウェーハ上に回路素子８を構成して
二次元ＬＳＩを形成し、更に、同図（ｂ）に示すように
二次元ＬＳＩにワックス１３を塗布して石英ガラス１２
に接着する。その後、同図（ｃ）に示すように二次元Ｌ
ＳＩのウェーハ下地をラッピング、ポリシングにより削
り薄層化して薄層化ウェーハ１１とする。また、下地ウ
ェーハ２１は、同図（ｄ）に示すように、ウェーハに回
路素子９を構成した別の二次元ＬＳＩのことである。
【００１６】真空チャック４３には、図３に示すように
下地ウェーハ２１のオリエンテーションフラット部２１
−ａを位置決めするピン６９と、下地ウェーハ２１の外
周の一点を位置決めするピン６８とが取り付られてい
る。従って、ピン６８，６９により、真空チャック４３
上へ下地ウェーハ２１が位置決めがなされる。真空チャ
ック４３には、円周上少なくとも３点以上に、上部石英
ガラス１２とのギャップを検出するギャップセンサ６６
が設けられている。ギャップセンサ６６としては、静電
容量型変位センサ又はレーザ変位計等を用いて高精度に
検出される。なお静電容量型変位センサを用いる場合
は、石英ガラス１２のギャップセンサ６６と対向する面
に導電性のある金属等の材料を蒸着する必要がある。ギ
ャップセンサ６６の出力は、図１に示すアンプ６７を介
して積層装置の制御装置６３に伝送され処理される。
下地ウェーハ２１のオリエンテーションフラット部２１
−ａを位置決めするピン６９と、下地ウェーハ２１の外
周の一点を位置決めするピン６８とが取り付られてい
る。従って、ピン６８，６９により、真空チャック４３
上へ下地ウェーハ２１が位置決めがなされる。真空チャ
ック４３には、円周上少なくとも３点以上に、上部石英
ガラス１２とのギャップを検出するギャップセンサ６６
が設けられている。ギャップセンサ６６としては、静電
容量型変位センサ又はレーザ変位計等を用いて高精度に
検出される。なお静電容量型変位センサを用いる場合
は、石英ガラス１２のギャップセンサ６６と対向する面
に導電性のある金属等の材料を蒸着する必要がある。ギ
ャップセンサ６６の出力は、図１に示すアンプ６７を介
して積層装置の制御装置６３に伝送され処理される。
【００１７】真空チャック４３の下部には、ウェーハの
位置ずれを検出するための赤外光を発光する赤外線光源
ユニット４４が設けられている。ロードセル４５は、下
地ウェーハ２１を薄層化ウェーハ１１に押し当てて接着
する時の荷重を検出するために、図３に示すように、円
周上少なくとも３点以上に設置されている。粗動ステー
ジ４６は、ウェーハの大まかな位置決めを行うもので、
Ｚ，Ｘ，Ｙ及びＺ軸回りのθZ 軸の合計４軸の制御軸を
有し、サーボモータ４７等のアクチュエータにより送り
ねじ（図示省略）を駆動して移動位置決めする。尚、
Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の方向は、図中に示す通りである。
位置ずれを検出するための赤外光を発光する赤外線光源
ユニット４４が設けられている。ロードセル４５は、下
地ウェーハ２１を薄層化ウェーハ１１に押し当てて接着
する時の荷重を検出するために、図３に示すように、円
周上少なくとも３点以上に設置されている。粗動ステー
ジ４６は、ウェーハの大まかな位置決めを行うもので、
Ｚ，Ｘ，Ｙ及びＺ軸回りのθZ 軸の合計４軸の制御軸を
有し、サーボモータ４７等のアクチュエータにより送り
ねじ（図示省略）を駆動して移動位置決めする。尚、
Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の方向は、図中に示す通りである。
【００１８】微動ステージ５０は、サブミクロン、ナノ
メータ単位で精密な位置決めを行うもので、その一例と
して弾性変形体で移動テーブルを支持し、圧電素子、サ
ーボモータ等のアクチュエータにより駆動位置決めする
構造を図４に示す（特願平０２−１２１２２号）。図４
に示すように、枠体としてのフレーム５４及びベース６
０に、案内機構としての弾性変形体５５によって被駆動
体としてのテーブル５６がＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動自在に
支持されている。更に、フレーム５４及びベース６０と
テーブル５６との間にＸ軸アクチュエータ５１、Ｙ軸ア
クチュエータ５７−ａ，５７−ｂ及びＺ軸アクチュエー
タ５９が介装され、これらのアクチュエータ５１、５７
−ａ，５７−ｂ、５９によりによって、テーブル５６を
付勢することで、Ｘ軸Ｙ軸及びＺ軸方向に位置決めする
ことができる。
メータ単位で精密な位置決めを行うもので、その一例と
して弾性変形体で移動テーブルを支持し、圧電素子、サ
ーボモータ等のアクチュエータにより駆動位置決めする
構造を図４に示す（特願平０２−１２１２２号）。図４
に示すように、枠体としてのフレーム５４及びベース６
０に、案内機構としての弾性変形体５５によって被駆動
体としてのテーブル５６がＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動自在に
支持されている。更に、フレーム５４及びベース６０と
テーブル５６との間にＸ軸アクチュエータ５１、Ｙ軸ア
クチュエータ５７−ａ，５７−ｂ及びＺ軸アクチュエー
タ５９が介装され、これらのアクチュエータ５１、５７
−ａ，５７−ｂ、５９によりによって、テーブル５６を
付勢することで、Ｘ軸Ｙ軸及びＺ軸方向に位置決めする
ことができる。
【００１９】弾性変形体５５は、ヒンジはねあるいは板
はね等で、Ｘ軸アクチュエータ５１、Ｙ軸アクチュエー
タ５７−ａ，５７−ｂ及びＺ軸アクチュエータ５９は圧
電素子またはサーボモータ等で構成することができる。
本実施例では、各アクチュエータ５１、５７−ａ，５７
−ｂ、５９は、圧電素子で構成した。テーブル５６の近
傍には、このテーブルのＸ軸方向及びＹ軸方向の位置
（変位）を検出するＸ軸変位センサ５３−ａ，５３−ｂ
及びＹ軸変位センサ５８が配置されている。この変位セ
ンサには、静電容量型変位センサまたはレーザ変位計等
を用いて、テーブル５６の移動量を検出し、図１に示す
アンプ７２を介して、積層装置の制御装置６３に伝送さ
れ、処理される。
はね等で、Ｘ軸アクチュエータ５１、Ｙ軸アクチュエー
タ５７−ａ，５７−ｂ及びＺ軸アクチュエータ５９は圧
電素子またはサーボモータ等で構成することができる。
本実施例では、各アクチュエータ５１、５７−ａ，５７
−ｂ、５９は、圧電素子で構成した。テーブル５６の近
傍には、このテーブルのＸ軸方向及びＹ軸方向の位置
（変位）を検出するＸ軸変位センサ５３−ａ，５３−ｂ
及びＹ軸変位センサ５８が配置されている。この変位セ
ンサには、静電容量型変位センサまたはレーザ変位計等
を用いて、テーブル５６の移動量を検出し、図１に示す
アンプ７２を介して、積層装置の制御装置６３に伝送さ
れ、処理される。
【００２０】図５は、微動ステージ５０による二枚のウ
ェーハの位置合わせ要領を示したもので、薄層化ウェー
ハ１１の２点のマークの位置Ａ0点及びＢ0点に対して、
下地ウェーハ２１の２点のマークの位置Ａ及びＢの偏差
量は下式で示される。 Ａ0点に対するＡ点の偏差量 縦方向：ΔＹ1 ，横方
向：ΔＸ1 Ｂ0点に対するＢ点の偏差量 縦方向：ΔＹ2 ，横方
向：ΔＸ2 従って、次式で示されるように、下地ウェーハ２１の中
心ＯをＹ方向及びＸ方向に移動させると共にθ軸回りに
回転させ、薄層化ウェーハ１１の中心Ｏ0に一致させる
ことにより、位置合わせする必要がある。 Ｙ方向 Ｙ＝−（ΔＹ1 ＋ΔＹ2 ）／２ Ｘ方向 Ｘ＝−（ΔＸ1 ＋ΔＸ2 ）／２ 回転方向 θ＝ tan-1｛（ΔＸ1 −ΔＸ2 ）／ＬW｝ 尚、ＬWは、Ａ，Ｂ二点間の距離である。
ェーハの位置合わせ要領を示したもので、薄層化ウェー
ハ１１の２点のマークの位置Ａ0点及びＢ0点に対して、
下地ウェーハ２１の２点のマークの位置Ａ及びＢの偏差
量は下式で示される。 Ａ0点に対するＡ点の偏差量 縦方向：ΔＹ1 ，横方
向：ΔＸ1 Ｂ0点に対するＢ点の偏差量 縦方向：ΔＹ2 ，横方
向：ΔＸ2 従って、次式で示されるように、下地ウェーハ２１の中
心ＯをＹ方向及びＸ方向に移動させると共にθ軸回りに
回転させ、薄層化ウェーハ１１の中心Ｏ0に一致させる
ことにより、位置合わせする必要がある。 Ｙ方向 Ｙ＝−（ΔＹ1 ＋ΔＹ2 ）／２ Ｘ方向 Ｘ＝−（ΔＸ1 ＋ΔＸ2 ）／２ 回転方向 θ＝ tan-1｛（ΔＸ1 −ΔＸ2 ）／ＬW｝ 尚、ＬWは、Ａ，Ｂ二点間の距離である。
【００２１】この移動量に相当する制御信号を微動ステ
ージ５０のテーブル５６を駆動するＸ軸及びＹ軸のアク
チュエータ５１，５７−ａ，５７−ｂに伝送し、テーブ
ル５６に設けられた弾性変形体５５を介して移動させ、
位置合わせを行う。図５に示すような微動ステージの構
成の場合、Ｙ方向の移動量は、テーブル５６をはさんで
Ｘ軸方向にＬPの距離をもって設置されたアクチュエー
タ５７−ａ，５７−ｂに対向設置されたＹ軸変位センサ
５８で検出され、Ｘ方向の移動量はテーブル５６をはさ
んで、アクチュエータ５１に対向設置されたＸ軸変位セ
ンサ５３−ａにより検出される。
ージ５０のテーブル５６を駆動するＸ軸及びＹ軸のアク
チュエータ５１，５７−ａ，５７−ｂに伝送し、テーブ
ル５６に設けられた弾性変形体５５を介して移動させ、
位置合わせを行う。図５に示すような微動ステージの構
成の場合、Ｙ方向の移動量は、テーブル５６をはさんで
Ｘ軸方向にＬPの距離をもって設置されたアクチュエー
タ５７−ａ，５７−ｂに対向設置されたＹ軸変位センサ
５８で検出され、Ｘ方向の移動量はテーブル５６をはさ
んで、アクチュエータ５１に対向設置されたＸ軸変位セ
ンサ５３−ａにより検出される。
【００２２】回転角は、Ｘ軸変位センサ５３−ａと、そ
れから距離ＬSだけ離れて設置されたＸ軸変位センサ５
３−ｂとによって検出される。なお、ズレ量が大きく、
微動ステージ５０だけで移動量がまかなえない場合は、
粗動ステージ駆動用アクチュエータ４７にドライバ４８
を介して信号を与え、粗動ステージ４６を駆動する。図
５に示す、ウェーハの位置偏差の確認は、ウェーハ上の
二点を図１に示すような双眼の赤外線顕微鏡３４により
捉え、カメラ３９により画像をモニタ６１に出力し、目
視確認を行うとともに、画像処理装置６２により、画像
処理を行い、偏差量を検出し、制御装置６３へ伝送する
ことにより行う。
れから距離ＬSだけ離れて設置されたＸ軸変位センサ５
３−ｂとによって検出される。なお、ズレ量が大きく、
微動ステージ５０だけで移動量がまかなえない場合は、
粗動ステージ駆動用アクチュエータ４７にドライバ４８
を介して信号を与え、粗動ステージ４６を駆動する。図
５に示す、ウェーハの位置偏差の確認は、ウェーハ上の
二点を図１に示すような双眼の赤外線顕微鏡３４により
捉え、カメラ３９により画像をモニタ６１に出力し、目
視確認を行うとともに、画像処理装置６２により、画像
処理を行い、偏差量を検出し、制御装置６３へ伝送する
ことにより行う。
【００２３】ウェーハには、例えば十字状の位置合わせ
用のマークが設けてあり、これを顕微鏡により確認しな
がら位置合わせを行う。制御装置６３では、偏差量に基
づいて、クローズドループ制御することにより、各軸の
移動量を演算処理し、サーボモータドライバ４８あるい
は圧電素子制御アンプ５２に信号を伝送し、粗動ステー
ジ４６および微動ステージ５０を動かせて二枚のウェー
ハの位置合わせを行う。なお、Ｘ，Ｙ軸方向の位置合わ
せの前には、偏差量の検出誤差を少なくするために、二
枚のウェーハのＺ軸方向の平行調整を行う必要がある
が、これは、前述した真空チャック４３の円周少なくと
も３点以上に設けたギャップセンサ６６により、石英ガ
ラス１２とのギャップを検出し、同じギャップ量となる
ように、制御装置６３が微動ステージ５０のＺ軸アクチ
ュエータ５９をクローズドループ制御することにより可
能である。
用のマークが設けてあり、これを顕微鏡により確認しな
がら位置合わせを行う。制御装置６３では、偏差量に基
づいて、クローズドループ制御することにより、各軸の
移動量を演算処理し、サーボモータドライバ４８あるい
は圧電素子制御アンプ５２に信号を伝送し、粗動ステー
ジ４６および微動ステージ５０を動かせて二枚のウェー
ハの位置合わせを行う。なお、Ｘ，Ｙ軸方向の位置合わ
せの前には、偏差量の検出誤差を少なくするために、二
枚のウェーハのＺ軸方向の平行調整を行う必要がある
が、これは、前述した真空チャック４３の円周少なくと
も３点以上に設けたギャップセンサ６６により、石英ガ
ラス１２とのギャップを検出し、同じギャップ量となる
ように、制御装置６３が微動ステージ５０のＺ軸アクチ
ュエータ５９をクローズドループ制御することにより可
能である。
【００２４】薄層化ウェーハ１１と下地ウェーハ２１の
位置合わせが終わると、図７（ｄ）に示すように、粗動
Ｚステージ４６−ａにより真空チャック４３に吸着固定
した下地ウェーハ２１を、石英ガラスに接着固定してい
る薄層化ウェーハ１１に押し当て、その時の押し当て荷
重をロードセル４５により検出し、所定の押し当て荷重
に近いところまで粗動Ｚステージ４６−ａにより押し当
て、その後、図７（ｅ）に示すように、所定の押し当て
荷重になるようにロードセル４５の検出値により微動ス
テージ５０のＺ軸アクチュエータ５９を駆動し続けるよ
うに制御回路６３はクローズドループ制御する。
位置合わせが終わると、図７（ｄ）に示すように、粗動
Ｚステージ４６−ａにより真空チャック４３に吸着固定
した下地ウェーハ２１を、石英ガラスに接着固定してい
る薄層化ウェーハ１１に押し当て、その時の押し当て荷
重をロードセル４５により検出し、所定の押し当て荷重
に近いところまで粗動Ｚステージ４６−ａにより押し当
て、その後、図７（ｅ）に示すように、所定の押し当て
荷重になるようにロードセル４５の検出値により微動ス
テージ５０のＺ軸アクチュエータ５９を駆動し続けるよ
うに制御回路６３はクローズドループ制御する。
【００２５】ロードセル４５による押し当て荷重を制御
する他に、真空チャック４３に設けたギャップセンサ６
６によるギャップ量での調整も可能である。所定の押し
当て荷重あるいはギャップ量が得られると、制御装置６
３からの指令をドライバ６５を介してサーボモータ６４
に伝えてボールねじ７１を駆動させることにより、ガイ
ドバー７０に支えられている赤外線顕微鏡３４及び紫外
線照射装置４０をＸ軸方向に移動させ、赤外線顕微鏡３
４を退避させるとともに、紫外線照射装置を貼り合わせ
た二枚のウェーハ上に移動させる。
する他に、真空チャック４３に設けたギャップセンサ６
６によるギャップ量での調整も可能である。所定の押し
当て荷重あるいはギャップ量が得られると、制御装置６
３からの指令をドライバ６５を介してサーボモータ６４
に伝えてボールねじ７１を駆動させることにより、ガイ
ドバー７０に支えられている赤外線顕微鏡３４及び紫外
線照射装置４０をＸ軸方向に移動させ、赤外線顕微鏡３
４を退避させるとともに、紫外線照射装置を貼り合わせ
た二枚のウェーハ上に移動させる。
【００２６】この時、必要であればＹ軸方向の駆動モー
タ７３により、ボールねじ（図示省略）を駆動させ、走
行架台３１上のガイドレール３２上を、台車３３を走行
させてＹ軸方向の位置決めを行う。その後、紫外線を一
定時間照射して硬化させることにより、図７（ｆ）に示
すように三次元的に積層したＬＳＩが得られる。この
後、真空チャック４３の吸引を停止し、粗動Ｚステージ
４６−ａ及び微動ステージ５０により真空チャック４３
を下降させることにより、積層されたウェーハは石英ガ
ラス１２側に残る。これを取り出して、次工程へ送る。
積層終了の場合、ワックスを取り除いて石英ガラス１２
より剥離する。さらに積層する場合は、得られた積層ウ
ェーハを薄層化し、以下同じ手順で積層する。
タ７３により、ボールねじ（図示省略）を駆動させ、走
行架台３１上のガイドレール３２上を、台車３３を走行
させてＹ軸方向の位置決めを行う。その後、紫外線を一
定時間照射して硬化させることにより、図７（ｆ）に示
すように三次元的に積層したＬＳＩが得られる。この
後、真空チャック４３の吸引を停止し、粗動Ｚステージ
４６−ａ及び微動ステージ５０により真空チャック４３
を下降させることにより、積層されたウェーハは石英ガ
ラス１２側に残る。これを取り出して、次工程へ送る。
積層終了の場合、ワックスを取り除いて石英ガラス１２
より剥離する。さらに積層する場合は、得られた積層ウ
ェーハを薄層化し、以下同じ手順で積層する。
【００２７】次に、図２を参照して、本発明の他の実施
例を説明する。基本的な構成は図１と同じである。但
し、粗動ステージ４６と微動ステージ５０とを上下逆に
入替え、ロードセル４５を石英ガラス１２の上側に設置
したこと、さらに、顕微鏡３４を反射型にし、赤外光源
ユニット４４からの光を顕微鏡３４を通過させて、光を
透過しない金属等の真空チャック４３で反射させて二枚
のウェーハの位置ズレを確認することにしたものであ
る。なお、顕微鏡３４の光源４４には、通常ハロゲンラ
ンプを用い、カメラ３９に、赤外線顕微鏡を用いるが光
源４４に赤外発光ＬＥＤ、カメラ３９に近赤外感応型Ｃ
ＣＤカメラを使用することにより、安価に構成すること
も可能である。
例を説明する。基本的な構成は図１と同じである。但
し、粗動ステージ４６と微動ステージ５０とを上下逆に
入替え、ロードセル４５を石英ガラス１２の上側に設置
したこと、さらに、顕微鏡３４を反射型にし、赤外光源
ユニット４４からの光を顕微鏡３４を通過させて、光を
透過しない金属等の真空チャック４３で反射させて二枚
のウェーハの位置ズレを確認することにしたものであ
る。なお、顕微鏡３４の光源４４には、通常ハロゲンラ
ンプを用い、カメラ３９に、赤外線顕微鏡を用いるが光
源４４に赤外発光ＬＥＤ、カメラ３９に近赤外感応型Ｃ
ＣＤカメラを使用することにより、安価に構成すること
も可能である。
【００２８】
【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明は、二次元ＬＳＩを超精密に位置合わ
せて高精度に貼り合わせることができるため、二次元Ｌ
ＳＩの三次元化、光伝送化により、さらに高集積化、高
速化を図った三次元光ＬＳＩの製作が容易に行える。
たように、本発明は、二次元ＬＳＩを超精密に位置合わ
せて高精度に貼り合わせることができるため、二次元Ｌ
ＳＩの三次元化、光伝送化により、さらに高集積化、高
速化を図った三次元光ＬＳＩの製作が容易に行える。
【図１】本発明の一実施例に係る三次元ＬＳＩ積層装置
の部分断面図である。
の部分断面図である。
【図２】本発明の他の実施例に係る三次元ＬＳＩ積層装
置の部分断面図である。
置の部分断面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ矢視図である。
【図４】本発明に適用する微動ステージの一例を示す斜
視図である。
視図である。
【図５】本発明におけるウェーハの位置合わせ要領を示
す説明図である。
す説明図である。
【図６】三次元光共有メモリの動作を示す概要図であ
る。
る。
【図７】三次元光ＬＳＩの積層の手順を示す工程図であ
る。
る。
１ 第１層ウェーハ ２ 第２層ウェーハ ３ 第３層ウェーハ ４ 第ｎ層ウェーハ ５ ＣＰＵ ６ 制御用ＣＰＵ ７ 迷光 ８，９ 回路素子 １０ 紫外線 １１ 薄層化ウェーハ １２ 石英ガラス １３ ワックス １４ 紫外線硬化型接着剤 １５ 発光素子 １７ 光信号 ２０ 三次元ＬＳＩ ２１ 下地ウェーハ ２１−ａ オリエンテーションフラット部 ２５ 発光素子 ２６ 受光素子 ２７ 光信号 ２８ 受光素子 ３１ 走行架台 ３２ ガイドレール（Ｙ軸） ３３ 台車 ３４ 赤外線顕微鏡 ３５ 発光素子 ３６ 受光素子 ３９ カメラ ４０ 紫外線照射装置 ４１ 積層ステージ ４２ カバー ４３ 真空チャック ４４ 赤外線光源ユニット ４５ ロードセル ４６ 粗動ステージ ４６−ａ 粗動Ｚステージ ４７ サーボモータ ４８ ドライバ ４９ ロードセルアンプ ５０ 微動ステージ ５１ Ｘ軸アクチュエータ ５２ 圧電素子制御アンプ ５３ Ｘ軸変位センサ ５４ フレーム ５５ 弾性体 ５６ テーブル ５７ Ｙ軸アクチュエータ ５８ Ｙ軸変位センサ ５９ Ｚ軸アクチュエータ ６０ ベース ６１ モニタ ６２ 画像処理装置 ６３ 制御装置 ６４ Ｘ軸駆動モータ ６５ Ｘ軸モータドライバ ６６ ギャップセンサ ６７ ギャップセンサアンプ ６８，６９ 位置決めピン ７０ Ｘ軸ガイドバー ７１ Ｘ軸ボールねじ ７２ Ｘ，Ｙ軸変位センサアンプ ７３ Ｙ軸駆動モータ ７４ Ｙ軸モータドライバ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塚本 頴彦 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 猪谷 彦太郎 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 堀内 聖二 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 益本 雅典 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 後藤 崇之 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１ 三菱重工業株式会社基盤技術研究所内
Claims (1)
- 【請求項１】 Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸とこの各軸まわりの回
転θX ，θY ，θZ のうち少なくとも１軸合計４軸以上
の制御軸をもった大ストローク低分解能の粗動ステージ
と、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸とこの各軸まわりの回転θX ，θ
Y ，θZ の３軸合計６軸の制御軸をもった小ストローク
高分解能の微動ステージと、前記粗動ステージ及び微動
ステージによりＸＹ方向位置合わせ及びＺ方向の位置決
め押し当てが可能な二枚のウェーハと、二枚のウェーハ
の垂直方向であるＺ方向の間隔を検出するセンサと、ウ
ェーハ貼り合わせ時の荷重を検出するロードセルと、二
枚のウェーハの面内方向であるＸＹ方向の位置偏差を検
出する位置検出手段と、二枚のウェーハを接着剤により
硬化接着する硬化接着手段と、両手段を移動位置決めす
る移動機構を有した装置において、前記位置検出手段に
より検出された二枚のウェーハのＸＹ方向の位置偏差に
基づいて、前記粗動ステージ及び微動ステージをクロー
ズドループ制御することにより二枚のウェーハのＸＹ方
向位置合わせを行うと共に前記センサにより検出された
間隔及び前記ロードセルにより検出された荷重に基づ
き、前記粗動ステージ及び微動ステージをクローズドル
ープ制御することにより二枚のウェーハの平行度調整及
び二枚のウェーハの押し当てを行う制御装置を設けたこ
とを特徴とする三次元ＬＳＩ積層装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32289991A JP2984441B2 (ja) | 1991-12-06 | 1991-12-06 | 三次元ｌｓｉ積層装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32289991A JP2984441B2 (ja) | 1991-12-06 | 1991-12-06 | 三次元ｌｓｉ積層装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05160340A true JPH05160340A (ja) | 1993-06-25 |
| JP2984441B2 JP2984441B2 (ja) | 1999-11-29 |
Family
ID=18148863
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32289991A Expired - Lifetime JP2984441B2 (ja) | 1991-12-06 | 1991-12-06 | 三次元ｌｓｉ積層装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2984441B2 (ja) |
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1991
- 1991-12-06 JP JP32289991A patent/JP2984441B2/ja not_active Expired - Lifetime
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