JPWO2019208214A1 - 測定方法および測定装置 - Google Patents

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Abstract

本開示の一態様による測定方法は、変位（Ａ１）を測定する工程と、測定マーク（Ｍ１）を撮像可能な位置に撮像部（２０）を配置する工程と、測定マーク（Ｍ１）を撮像する工程とを含む。変位（Ａ１）を測定する工程は、２枚の基板が接合された重合基板の内部に設けられる位置ずれ測定用の測定マーク（Ｍ１）が配置された箇所における撮像部（２０）側の重合基板の表面の変位（Ａ１）を測定する。測定マーク（Ｍ１）を撮像する工程は、変位（Ａ１）に基づいてあらかじめ設定された焦点位置を基準に、焦点位置を前後させながら焦点が合うように撮像部（２０）で測定マーク（Ｍ１）を撮像する。

Description

本開示は、測定方法および測定装置に関する。
従来、半導体ウェハなどの基板同士を接合する手法として、基板の接合される表面を改質し、改質された基板の表面を親水化し、親水化された基板同士をファンデルワールス力および水素結合（分子間力）によって接合する手法が知られている。また、接合された基板同士の内部に位置ずれ測定用のマーク（以下、測定マークとも呼称する。）を設け、かかる測定マークを撮像することにより、基板同士の位置ずれ量を評価する手法が知られている（特許文献１参照）。
特開２０１３−１１５３８４号公報
本開示は、重合基板の内部に設けられる測定マークに効率よく焦点を合わせることができる技術を提供する。
本開示の一態様による測定方法は、変位を測定する工程と、測定マークを撮像可能な位置に撮像部を配置する工程と、前記測定マークを撮像する工程とを含む。変位を測定する工程は、２枚の基板が接合された重合基板の内部に設けられる位置ずれ測定用の測定マークが配置された箇所における撮像部側の前記重合基板の表面の変位を測定する。前記測定マークを撮像する工程は、前記変位に基づいてあらかじめ設定された焦点位置を基準に、焦点位置を前後させながら焦点が合うように前記撮像部で前記測定マークを撮像する。
本開示によれば、重合基板の内部に設けられる測定マークに効率よく焦点を合わせることができる。
図１は、実施形態に係る測定装置の概略構成を示す斜視図である。 図２は、実施形態に係る重合ウェハおよび測定マークの構成を示す模式図である。 図３Ａは、実施形態に係る重合ウェハ搬送処理を説明するための図（１）である。 図３Ｂは、実施形態に係る重合ウェハ搬送処理を説明するための図（２）である。 図３Ｃは、実施形態に係る重合ウェハ搬送処理を説明するための図（３）である。 図３Ｄは、実施形態に係る重合ウェハ搬送処理を説明するための図（４）である。 図３Ｅは、実施形態に係る重合ウェハ搬送処理を説明するための図（５）である。 図３Ｆは、実施形態に係る重合ウェハ搬送処理を説明するための図（６）である。 図４Ａは、実施形態に係る重合ウェハの搭載角度調整処理を説明するための図（１）である。 図４Ｂは、実施形態に係る重合ウェハの搭載角度調整処理を説明するための図（２）である。 図５は、実施形態に係る測定マーク位置設定処理を説明するための図である。 図６Ａは、実施形態に係る焦点合わせ処理を説明するための図（１）である。 図６Ｂは、実施形態に係る焦点合わせ処理を説明するための図（２）である。 図６Ｃは、実施形態に係る焦点合わせ処理を説明するための図（３）である。 図６Ｄは、実施形態に係る焦点合わせ処理を説明するための図（４）である。 図７Ａは、実施形態に係る位置ずれ評価処理を説明するための図（１）である。 図７Ｂは、実施形態に係る位置ずれ評価処理を説明するための図（２）である。 図７Ｃは、実施形態に係る位置ずれ評価処理を説明するための図（３）である。 図８Ａは、実施形態の変形例に係る焦点合わせ処理を説明するための図（１）である。 図８Ｂは、実施形態の変形例に係る焦点合わせ処理を説明するための図（２）である。 図９は、実施形態に係る測定装置が実行する処理の処理手順を示すフローチャートである。 図１０は、実施形態の変形例に係る測定装置が実行する処理の処理手順を示すフローチャートである。
以下、添付図面を参照して、本願の開示する測定方法および測定装置の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態により本開示が限定されるものではない。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。さらに、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
従来、半導体ウェハなどの基板同士を接合する手法として、基板の接合される表面を改質し、改質された基板の表面を親水化し、親水化された基板同士をファンデルワールス力および水素結合（分子間力）によって接合する手法が知られている。
また、接合された基板同士の内部に位置ずれ測定用のマーク（以下、測定マークとも呼称する。）を形成し、かかる測定マークを撮像することにより、基板同士の位置ずれ量を評価する手法が知られている。そして、測定マークを鮮明に撮像し位置ずれ量を正確に評価するため、かかる測定マークは焦点深度の浅い高倍率の撮像部で撮像される。
一方で、測定マークは重合基板の内部に設けられているとともに、かかる測定マークまでの深さ（すなわち、上側の基板の厚み）は重合基板ごとに異なる。すなわち、かかる測定マークに焦点を合わせて撮像するためには、焦点深度を広い範囲で前後させながら何度も撮像する必要がある。したがって、重合基板の位置ずれ量を測定する手法において、焦点を合わせて測定マークを撮像する処理に多くの時間がかかっていた。
そこで、重合基板の内部に設けられる測定マークに効率よく焦点を合わせることが期待されている。
＜測定装置の概要＞
最初に、図１を参照しながら、実施形態に係る測定装置１の概略構成について説明する。図１は、実施形態に係る測定装置１の概略構成を示す斜視図である。以下では、位置関係を明確にするために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を規定し、Ｚ軸正方向を鉛直上向き方向とする。
図１に示すように、測定装置１は、基板保持部１０と、撮像部２０と、変位計３０と、光源４０と、制御装置５０とを備える。また、図１には図示していないが、測定装置１は、リフター６０（図３Ａ参照）と、供給アーム７０（図３Ｃ参照）とをさらに備える。なお、かかるリフター６０および供給アーム７０の詳細については後述する。
基板保持部１０は、本体部１１と、複数の保持アーム１２と、水平移動部１３と、載置台１４とを有する。本体部１１は、環状であり、中央部に円孔である開口部１１ａが形成される。図１に示すように、かかる開口部１１ａは、基板保持部１０に保持される重合ウェハＴより大きい。
複数の保持アーム１２は、本体部１１から開口部１１ａ内を内周側に延伸するように設けられる。また、かかる保持アーム１２の先端部には図示しない真空チャック機構が設けられることから、複数の保持アーム１２は、重合ウェハＴの周縁部（たとえば、重合ウェハＴの端部から内側に１２ｍｍの範囲）をそれぞれ保持可能に構成される。たとえば、複数（実施形態では６個）の保持アーム１２は、開口部１１ａの周方向に略均等に配置される。
かかる開口部１１ａおよび複数の保持アーム１２を有する本体部１１は、水平移動部１３上に設けられ、かかる水平移動部１３上で回転自在に構成される。また、水平移動部１３は、載置台１４上に設けられ、かかる載置台１４上で水平方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）に移動自在に構成される。
すなわち、基板保持部１０は、複数の保持アーム１２により重合ウェハＴを中空状態で保持するとともに、保持された重合ウェハＴを回転および水平移動させることができる。このように、実施形態の測定装置１では、重合ウェハＴを中空状態で保持できることから、赤外光を透過させる方式を採用しながら、重合ウェハＴの中央部を含めた広い範囲を撮像することができる。
撮像部２０は、基板保持部１０に保持される重合ウェハＴの一方側（たとえば、上側）に配置され、かかる重合ウェハＴ内に設けられる測定マークＭ（図２参照）を撮像することができる。たとえば、撮像部２０は、低倍率（たとえば、１０倍程度）で焦点深度の深いマクロカメラと、高倍率（たとえば、５０倍程度）で焦点深度の浅いマイクロカメラとを有する。
撮像部２０に設けられる２つのカメラのうち、マクロカメラは、重合ウェハＴの搭載角度の調整用などに設けられるマクロマークＭＭ１、ＭＭ２（図４Ａ参照）を撮像する。また、マイクロカメラは、重合ウェハＴの位置ずれ測定用に設けられる測定マークＭを撮像する。
変位計３０は、基板保持部１０に保持される重合ウェハＴに対して、撮像部２０と同じ側（たとえば、上側）に配置され、重合ウェハＴにおける撮像部２０側の表面の変位を測定することができる。かかる変位計３０は、撮像部２０に隣接して（たとえば、２０〜３０ｍｍ程度離間して）配置される。変位計３０は、たとえば、レーザ変位計である。
光源４０は、基板保持部１０に保持される重合ウェハＴに対して、撮像部２０とは反対側（たとえば、下側）に配置され、重合ウェハＴ内を透過する赤外光を重合ウェハＴに照射する。光源４０は、たとえば、ハロゲンランプである。
なお、重合ウェハＴがシリコンウェハで構成される場合、かかる重合ウェハＴで高い透過率を得るため、光源４０から照射される赤外光の波長は１１００ｎｍ〜１６００ｎｍ程度が好ましい。
制御装置５０は、たとえばコンピュータであり、制御部５１と記憶部５２とを備える。記憶部５２には、測定装置１において実行される各種の処理を制御するプログラムが格納される。制御部５１は、記憶部５２に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって測定装置１の動作を制御する。
なお、かかるプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御装置５０の記憶部５２にインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体としては、たとえばハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）、メモリカードなどがある。
＜重合ウェハおよび測定マークの構成＞
つづいて、実施形態に係る重合ウェハＴの構成について、図２を参照しながら説明する。図２は、実施形態に係る重合ウェハＴおよび測定マークＭの構成を示す模式図である。
図２に示すように、重合ウェハＴは、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２とが接合層を介して接合されることによって形成される。第１基板Ｗ１は、たとえばシリコンウェハなどの半導体基板に複数の電子回路が形成された基板である。また、第２基板Ｗ２は、たとえば電子回路が形成されていないベアウェハである。第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２とは、略同径を有する。なお、第２基板Ｗ２に電子回路が形成されていてもよい。
以下では、第１基板Ｗ１を「上ウェハＷ１」と記載し、第２基板Ｗ２を「下ウェハＷ２」と記載する。すなわち、上ウェハＷ１は第１基板の一例であり、下ウェハＷ２は第２基板の一例である。
上ウェハＷ１の接合面（すなわち、下面）および下ウェハＷ２の接合面（すなわち、上面）には、ＴＥＯＳ膜やＳｉＣＮ膜などで構成される所定の多層膜が形成される。なお、ＴＥＯＳ膜とは、Ｓｉプリカーサとして、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を用いて化学蒸着法（ＣＶＤ法）により形成されたものである。
また、上ウェハＷ１の接合面に形成される多層膜内には、Ｃｕなどで構成される上マークＭａが形成され、下ウェハＷ２の接合面に形成される多層膜内には、Ｃｕなどで構成される下マークＭｂが形成される。たとえば、上マークＭａおよび下マークＭｂは、いずれも平面視で略ボックス形状を有する。また、上マークＭａおよび下マークＭｂはたがいに略相似形状であり、上マークＭａは下マークＭｂより大きい。なお、上マークＭａおよび下マークＭｂの形状は図２に示す例に限られない。
そして、重合ウェハＴの一方側（たとえば、下側）に配置された光源４０から赤外光を照射し、かかる赤外光を用いて重合ウェハＴの他方側（たとえば、上側）に配置される撮像部２０で上マークＭａおよび下マークＭｂを撮像する。これにより、撮像部２０は、上マークＭａおよび下マークＭｂが重なった状態の測定マークＭを撮像することができる。
そして、測定装置１は、撮像された測定マークＭにおける上マークＭａと下マークＭｂとの位置ずれ量を求めることにより、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との位置ずれ量を評価することができる。
＜重合ウェハの搬送処理＞
つづいて、測定装置１における重合ウェハＴの搬送処理の詳細について、図３Ａ〜図３Ｆを参照しながら説明する。図３Ａ〜図３Ｆは、実施形態に係る重合ウェハ搬送処理を説明するための図（１）〜（６）である。また、図３Ａは、基板保持部１０に保持される重合ウェハＴにおいて、位置ずれ量の測定が完了した際の様子を示している。
図３Ａに示すように、基板保持部１０に保持される重合ウェハＴの下方には、リフター６０が設けられる。かかるリフター６０は、鉛直方向および水平方向に移動自在に構成される。また、リフター６０の上端部には図示しない真空チャック機構が設けられることから、リフター６０は、重合ウェハＴを下側から保持可能に構成される。
そして、制御部５１は、図３Ｂに示すように、リフター６０を上方に移動させることにより、測定が完了した重合ウェハＴを基板保持部１０の上方に搬送する。さらに、制御部５１は、図３Ｃに示すように、リフター６０を水平方向に移動させることにより、測定が完了した重合ウェハＴを供給アーム７０に近づける。
なお、かかる供給アーム７０は、基板保持部１０の本体部１１に隣接して設けられ、リフター６０により搬送された重合ウェハＴを搬出入可能に構成される。
次に、制御部５１は、図３Ｄに示すように、供給アーム７０を動作させることにより、測定が完了した重合ウェハＴをリフター６０から搬出し、つづいて測定される重合ウェハＴをリフター６０に載置する。
次に、制御部５１は、図３Ｅに示すように、リフター６０を水平方向に移動させることにより、つづいて測定される重合ウェハＴを基板保持部１０の本体部１１における中央部の上方に移動させる。
次に、制御部５１は、図３Ｆに示すように、リフター６０を下方に移動させることにより、つづいて測定される重合ウェハＴを基板保持部１０の保持アーム１２に載置する。最後に、制御部５１は、保持アーム１２の真空チャック機構を動作させることにより、つづいて測定される重合ウェハＴを保持して、重合ウェハＴの搬送処理が完了する。
＜重合ウェハの搭載角度調整処理＞
つづいて、測定装置１における重合ウェハＴの搭載角度調整処理の詳細について、図４Ａおよび図４Ｂを参照しながら説明する。図４Ａおよび図４Ｂは、実施形態に係る重合ウェハＴの搭載角度調整処理を説明するための図（１）、（２）である。
図４Ａに示すように、まず、撮像部２０のマクロカメラによって、重合ウェハＴの中央部にあるセンターショットに設けられるマクロマークＭＭ１と、かかるセンターショットに隣接するショットに設けられるマクロマークＭＭ２とが撮像される。
なお、撮像部２０のマクロカメラは焦点深度が深いことから、重合ウェハＴの内部に設けられるマクロマークＭＭ１、ＭＭ２に対しても、特に問題無く焦点を合わせることができる。
そして、制御部５１は、かかるマクロマークＭＭ１およびマクロマークＭＭ２の位置を認識することにより、マクロマークＭＭ１およびマクロマークＭＭ２を結ぶ直線Ｌ１を求める。さらに、制御部５１は、求められた直線Ｌ１と、基準線である所定の直線Ｌ２との角度θを求める。
そして、制御部５１は、基板保持部１０を制御することにより、図４Ｂに示すように、求められた角度θだけ重合ウェハＴを回転させ、直線Ｌ１と直線Ｌ２とを一致させる。これにより、基板保持部１０に保持される重合ウェハＴの搭載角度をゼロ度に補正することができる。
＜測定マーク位置設定処理＞
つづいて、測定装置１において重合ウェハＴ内に設けられる複数の測定マークＭの位置を設定する処理の詳細について、図５を参照しながら説明する。図５は、実施形態に係る測定マーク位置設定処理を説明するための図である。
図５に示すように、搭載角度がゼロ度に補正された重合ウェハＴに対して、制御部５１は、撮像部２０のマクロカメラで撮像されたセンターショットのマクロマークＭＭ１の位置に基づいて、センターショットに設けられる測定マークＭ１の位置を求める。
具体的には、センターショットにおけるマクロマークＭＭ１と測定マークＭ１との位置関係情報が記憶部５２にあらかじめ記憶されていることから、制御部５１は、かかる位置関係情報を読み出すことにより、測定マークＭ１の位置を求めることができる。
つづいて、制御部５１は、センターショットにおける測定マークＭ１の位置に基づいて、別のショットに設けられる別の測定マークＭ２の位置を求める。具体的には、センターショットとかかる別のショットとの位置関係（たとえば、別のショットは６ショット分右側に配置）に基づいて、制御部５１は、かかる位置関係とショット一つの大きさとから別の測定マークＭ２の位置を求めることができる。
このようにして、制御部５１は、重合ウェハＴ内においてあらかじめ指定（たとえば、センターショットを基準に前後左右に４箇所指定）されている複数のショットに設けられる別の測定マークＭ２の位置をそれぞれ求めることができる。なお、以降においては、測定マークＭ１と別の測定マークＭ２とを総称して、測定マークＭと呼称する場合がある。
＜焦点合わせ処理＞
つづいて、測定装置１において測定マークＭに焦点を合わせる処理の詳細について、図６Ａ〜図６Ｄを参照しながら説明する。図６Ａ〜図６Ｄは、実施形態に係る焦点合わせ処理を説明するための図（１）〜（４）である。
まず、制御部５１は、図６Ａに示すように、基板保持部１０を制御して、センターショットに設けられる測定マークＭ１が配置された箇所の直上に変位計３０を配置する。具体的には、基板保持部１０に保持される重合ウェハＴを水平移動させることにより、測定マークＭ１が配置された箇所の直上に変位計３０を配置する。
なお、以下に示す例では、最初にセンターショットの測定マークＭ１を撮像し、つづいて別のショットにある別の測定マークＭ２を撮像する例について示すが、測定マークＭを撮像する順番はかかる例に限られない。この場合、最初に測定する測定マークＭを測定マークＭ１とみなし、つづいて測定する測定マークＭを別の測定マークＭ２とみなせばよい。
また、重合ウェハＴではなく、変位計３０を水平移動させることにより、測定マークＭ１が配置された箇所の直上に変位計３０を配置してもよい。
そして、制御部５１は、変位計３０を動作させることにより、測定マークＭ１が配置された箇所における重合ウェハＴ表面の変位Ａ１を測定する。なお、かかる変位Ａ１は、重合ウェハＴにおいて、撮像部２０側の表面の変位であり、たとえば、上ウェハＷ１側にある表面の変位である。
次に、制御部５１は、図６Ｂに示すように、基板保持部１０を制御して、測定マークＭ１が配置された箇所の直上（すなわち、測定マークＭ１が撮像可能な位置）に撮像部２０を配置する。
具体的には、基板保持部１０に保持される重合ウェハＴを水平移動させることにより、測定マークＭ１が配置された箇所の直上に撮像部２０を配置する。なお、重合ウェハＴではなく、撮像部２０を水平移動させることにより、測定マークＭ１が配置された箇所の直上に撮像部２０を配置してもよい。
そして、制御部５１は、撮像部２０のマイクロカメラを動作させることにより、先に求められた変位Ａ１に基づいてあらかじめ設定された焦点位置を基準に、焦点位置を前後させながら焦点が合うように測定マークＭ１を撮像する。たとえば、撮像部２０は、変位Ａ１から上ウェハＷ１の厚みとして記憶部５２に記憶され、あらかじめ設定された深さ（たとえば、＋７７５μｍ）を中心に、±２０μｍの範囲で焦点位置を前後させながら測定マークＭ１を撮像する。
ここで、実施形態では、表面の変位Ａ１を測定する際に、測定マークＭ１が配置された箇所の直上に変位計３０を配置するとともに、測定マークＭ１を撮像する際に、測定マークＭ１が配置された箇所の直上に撮像部２０を配置している。
なぜなら、上述のように、重合ウェハＴは基板保持部１０において中空状態で保持されていることから、上側に凹むように撓んだ状態で保持されている。すなわち、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、重合ウェハＴの表面は必ずしも平坦ではないことから、重合ウェハＴを動かすことなく表面の変位測定と撮像とを両方行った場合、焦点位置の基準となる表面の変位が正確な値にならない恐れがあるからである。
したがって、実施形態によれば、重合ウェハＴを個別に移動させながら変位Ａ１の測定と測定マークＭ１の撮像とを行うことにより、重合ウェハＴの内部に設けられる測定マークＭ１に効率よく焦点を合わせることができる。
測定マークＭに対する焦点合わせ処理の説明にもどる。焦点が合った（すなわち、撮像される測定マークＭ１のエッジ強度が最大となった）測定マークＭ１が撮像されると、制御部５１は、かかる焦点が合った際の撮像部２０における焦点深度に基づいて、上ウェハＷ１の厚みＤを評価する。たとえば、制御部５１は、表面の変位Ａ１と、かかる変位Ａ１を基準にした焦点深度との差分から、上ウェハＷ１の厚みＤを評価することができる。
つづいて、制御部５１は、図６Ｃに示すように、基板保持部１０を制御して、別のショットに設けられる別の測定マークＭ２が配置された箇所の直上に変位計３０を配置する。具体的には、上述の測定マーク位置設定処理で設定された別の測定マークＭ２の位置に対して、基板保持部１０に保持される重合ウェハＴを水平移動させることにより、別の測定マークＭ２が配置された箇所の直上に変位計３０を配置する。
そして、制御部５１は、変位計３０を動作させることにより、別の測定マークＭ２が配置された箇所における重合ウェハＴ表面の別の変位Ａ２を測定する。
次に、制御部５１は、図６Ｄに示すように、基板保持部１０を制御して、別の測定マークＭ２が配置された箇所の直上（すなわち、別の測定マークＭ２が撮像可能な位置）に撮像部２０を配置する。具体的には、基板保持部１０に保持される重合ウェハＴを水平移動させることにより、別の測定マークＭ２が配置された箇所の直上に撮像部２０を配置する。
そして、制御部５１は、撮像部２０のマイクロカメラを動作させることにより、変位計３０で求められた別の変位Ａ２から、先に評価された上ウェハＷ１の厚みＤ分深い位置を基準に、焦点位置を前後させながら焦点が合うように別の測定マークＭ２を撮像する。
このように、２回目以降の別の測定マークＭ２を撮像する際には、初回の測定マークＭ１を撮像する際に評価された上ウェハＷ１の厚みＤに基づいて、より正確な焦点位置を設定することができる。なぜなら、異なる重合ウェハＴ同士では上ウェハＷ１の厚みＤはそれぞれ異なるのに対し、同じ重合ウェハＴ内では厚みＤはほぼ均等となるからである。
これにより、実施形態では、初回の測定マークＭ１を撮像する場合と比べて、別の測定マークＭ２を撮像する場合には、焦点深度を前後させる幅をより小さくすることができる（たとえば、±６μｍ）。したがって、実施形態によれば、２回目以降の別の測定マークＭ２に対して、より効率よく焦点を合わせることができる。
＜位置ずれ評価処理＞
つづいて、撮像された測定マークＭに基づいて、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との位置ずれ量を評価する処理の詳細について、図７Ａ〜図７Ｃを参照しながら説明する。図７Ａ〜図７Ｃは、実施形態に係る位置ずれ評価処理を説明するための図（１）〜（３）である。
図７Ａに示すように、上述の焦点合わせ処理により焦点の合った測定マークＭは、撮像部２０におけるマイクロカメラの画角において、中心Ｃからずれている場合がある。
そこで、制御部５１は、基板保持部１０を制御して、測定マークＭの中心とマイクロカメラにおける画角の中心Ｃとが一致するように、重合ウェハＴを移動させる。これにより、図７Ｂに示すように、測定マークＭの中心と画角の中心Ｃとが一致した状態で、測定マークＭを撮像することができる。
次に、制御部５１は、図７Ｃに示すように、撮像された測定マークＭにおいて、上マークＭａの重心Ｃａの位置と、下マークＭｂの重心Ｃｂの位置とをそれぞれ求める。そして、求められた重心Ｃａの位置と重心Ｃｂの位置とに基づいて、測定マークＭにおける上マークＭａと下マークＭｂとの位置ずれ量を評価する。
さらに、制御部５１は、場所が異なる複数の測定マークＭにおいてそれぞれ評価される上マークＭａと下マークＭｂとの位置ずれ量に基づいて、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との位置ずれ量を評価することができる。
実施形態に係る測定装置１は、基板保持部１０と、撮像部２０と、変位計３０と、光源４０とを備える。基板保持部１０は、２枚の基板が接合された重合基板（重合ウェハＴ）より大きい開口部１１ａが形成される本体部１１と、本体部１１から開口部１１ａ内を内周側に延伸し、重合基板の周縁部を保持する複数の保持アーム１２とを有する。撮像部２０は、基板保持部１０に保持される重合基板（重合ウェハＴ）の内部に設けられる位置ずれ測定用の測定マークＭ１を撮像する。変位計３０は、基板保持部１０に保持される重合基板（重合ウェハＴ）に対して撮像部２０と同じ側に設けられ、測定マークＭ１が配置された箇所における重合基板の表面の変位Ａ１を測定する。光源４０は、基板保持部１０に保持される重合基板（重合ウェハＴ）に対して撮像部２０とは反対側に設けられ、重合基板に赤外光を照射する。これにより、重合ウェハＴの内部に設けられる測定マークＭ１に効率よく焦点を合わせることができる測定装置１を提供することができる。
＜変形例＞
つづいて、実施形態の変形例にかかる焦点合わせ処理の詳細について、図８Ａおよび図８Ｂを参照しながら説明する。図８Ａおよび図８Ｂは、実施形態の変形例に係る焦点合わせ処理を説明するための図（１）、（２）である。
図８Ａに示すように、変形例では、測定マークＭ１が設けられる箇所における表面の変位Ａ１を、２つの変位計３１、３２で評価する。かかる２つの変位計３１、３２は、たとえば、撮像部２０が中心となるようにそれぞれ配置される。
そして、制御部５１は、基板保持部１０を制御して、測定マークＭ１が配置された箇所の直上に撮像部２０を配置する。そして、制御部５１は、２つの変位計３１、３２を動作させることにより、測定マークＭ１が配置された箇所の周辺における表面の変位Ａ１ａ、Ａ１ｂをそれぞれ測定する。
次に、制御部５１は、測定された２つの変位Ａ１ａ、Ａ１ｂに基づいて、撮像部２０の直下にある表面の変位Ａ１を評価する。たとえば、撮像部２０が中心となるように２つの変位計３１、３２が配置されている場合、変位Ａ１ａと変位Ａ１との差分である距離Ｌａと、変位Ａ１ｂと変位Ａ１との差分である距離Ｌｂとが等しくなる値を、変位Ａ１として評価することができる。
次に、制御部５１は、図８Ｂに示すように、撮像部２０のマイクロカメラを動作させることにより、求められた変位Ａ１に基づいてあらかじめ設定された焦点位置を基準に、焦点位置を前後させながら焦点が合うように測定マークＭ１を撮像する。
すなわち、かかる変形例では、重合ウェハＴの表面が傾いていたとしても、２つの変位計３１、３２を用いることにより、重合ウェハＴを個別に動かすことなく変位Ａ１の測定と測定マークＭ１の撮像とをそれぞれ行うことができる。
なお、上述の変形例では、初回の測定マークＭ１に対する変位Ａ１を評価した場合について示したが、２回目以降の別の測定マークＭ２に対する別の変位Ａ２を評価する場合にも同様の手法を用いることができる。
＜測定処理の詳細＞
つづいて、図９および図１０を参照しながら、実施形態および変形例に係る測定処理の詳細について説明する。図９は、実施形態に係る測定装置１が実行する処理の処理手順を示すフローチャートである。
まず、制御部５１は、リフター６０および供給アーム７０を動作させて、重合ウェハＴを基板保持部１０に搬入し、基板保持部１０の保持アーム１２で重合ウェハＴを保持する（ステップＳ１０１）。次に、制御部５１は、撮像部２０および基板保持部１０を動作させて、保持される重合ウェハＴの搭載角度を調整する（ステップＳ１０２）。
次に、制御部５１は、上述の測定マーク位置設定処理により、測定マークＭ１および別の測定マークＭ２の位置を設定する（ステップＳ１０３）。そして、制御部５１は、基板保持部１０を動作させて、測定マークＭ１が配置された箇所の直上に変位計３０を配置する（ステップＳ１０４）。
次に、制御部５１は、変位計３０を動作させて、測定マークＭ１が配置された箇所における重合ウェハＴ表面の変位Ａ１を測定する（ステップＳ１０５）。そして、制御部５１は、基板保持部１０を動作させて、測定マークＭ１が撮像可能な位置（すなわち、測定マークＭ１が配置された箇所の直上）に撮像部２０を配置する（ステップＳ１０６）。
次に、制御部５１は、撮像部２０のマイクロカメラを動作させて、変位Ａ１に基づいてあらかじめ設定された焦点位置を基準に、焦点位置を前後させながら焦点が合うように測定マークＭ１を撮像する（ステップＳ１０７）。そして、制御部５１は、撮像された測定マークＭ１における上マークＭａと下マークＭｂとの位置ずれ量を評価する（ステップＳ１０８）。
次に、制御部５１は、かかる焦点が合った際の撮像部２０における焦点深度に基づいて、上ウェハＷ１の厚みＤを評価する（ステップＳ１０９）。そして、制御部５１は、基板保持部１０を動作させて、別の測定マークＭ２が配置された箇所の直上に変位計３０を配置する（ステップＳ１１０）。
次に、制御部５１は、変位計３０を動作させて、別の測定マークＭ２が配置された箇所における重合ウェハＴ表面の別の変位Ａ２を測定する（ステップＳ１１１）。そして、制御部５１は、基板保持部１０を動作させて、別の測定マークＭ２が撮像可能な位置（すなわち、別の測定マークＭ２が配置された箇所の直上）に撮像部２０を配置する（ステップＳ１１２）。
次に、制御部５１は、撮像部２０のマイクロカメラを動作させて、別の変位Ａ２から上ウェハＷ１の厚みＤ分深い位置を基準に、焦点位置を前後させながら焦点が合うように別の測定マークＭ２を撮像する（ステップＳ１１３）。そして、制御部５１は、撮像された別の測定マークＭ２における上マークＭａと下マークＭｂとの位置ずれ量を評価する（ステップＳ１１４）。
次に、制御部５１は、重合ウェハＴに設けられる測定マークＭのうち、位置ずれ量の評価に必要となるすべての測定マークＭを撮像したか否かを判定する（ステップＳ１１５）。
そして、すべての測定マークＭを撮像した場合（ステップＳ１１５，Ｙｅｓ）、制御部５１は、すべての測定マークＭにおける上マークＭａと下マークＭｂとの位置ずれ量に基づいて、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との位置ずれ量を評価する（ステップＳ１１６）。そして、制御部５１は処理を完了する。
一方で、すべての測定マークＭを撮像していない場合（ステップＳ１１５，Ｎｏ）、上述したステップＳ１１０の処理に戻る。
実施形態に係る測定方法は、変位Ａ１を測定する工程（ステップＳ１０５）と、測定マークＭ１を撮像可能な位置に撮像部２０を配置する工程（ステップＳ１０６）と、測定マークＭ１を撮像する工程（ステップＳ１０７）とを含む。変位Ａ１を測定する工程は、２枚の基板が接合された重合基板（重合ウェハＴ）の内部に設けられる位置ずれ測定用の測定マークＭ１が配置された箇所における撮像部２０側の重合基板（重合ウェハＴ）の表面の変位Ａ１を測定する。測定マークＭ１を撮像する工程は、変位Ａ１に基づいてあらかじめ設定された焦点位置を基準に、焦点位置を前後させながら焦点が合うように撮像部２０で測定マークＭ１を撮像する。これにより、重合ウェハＴの内部に設けられる測定マークＭ１に効率よく焦点を合わせることができる。
また、実施形態に係る測定方法において、変位Ａ１を測定する工程（ステップＳ１０５）は、１つの変位計３０でマーク（測定マークＭ１）が配置された箇所における表面の変位Ａ１を測定する。また、測定マークＭ１を撮像可能な位置に撮像部２０を配置する工程（ステップＳ１０６）は、重合基板（重合ウェハＴ）または撮像部２０を移動させて行う。これにより、焦点位置の基準となる変位Ａ１をより正確に求めることができる。
また、実施形態に係る測定方法は、厚みＤを評価する工程と、別の変位Ａ２を測定する工程と、別の測定マークＭ２を撮像可能な位置に撮像部２０を配置する工程（ステップＳ１１２）と、別の測定マークＭ２を撮像する工程とをさらに含む。厚みＤを評価する工程（ステップＳ１０９）は、変位Ａ１と測定マークＭ１に対して焦点が合った焦点位置とに基づいて、重合基板（重合ウェハＴ）のうち撮像部２０側の基板（上ウェハＷ１）の厚みＤを評価する。別の変位Ａ２を測定する工程（ステップＳ１１１）は、重合基板（重合ウェハＴ）の内部に設けられる位置ずれ測定用の別の測定マークＭ２が配置された箇所における表面の別の変位Ａ２を測定する。別の測定マークＭ２を撮像する工程（ステップＳ１１３）は、別の変位Ａ２から撮像部２０側の基板（上ウェハＷ１）の厚みＤ分深い位置を基準に、焦点位置を前後させながら焦点が合うように撮像部２０で別の測定マークＭ２を撮像する。これにより、２回目以降の別の測定マークＭ２に対して、より効率よく焦点を合わせることができる。
また、実施形態に係る測定方法において、別の測定マークＭ２を撮像する工程（ステップＳ１１３）は、測定マークＭ１を撮像する工程（ステップＳ１０７）より焦点位置を前後させる幅が小さい。これにより、２回目以降の別の測定マークＭ２に対して、より短時間で焦点を合わせることができる。
図１０は、実施形態の変形例に係る測定装置１が実行する処理の処理手順を示すフローチャートである。
まず、制御部５１は、リフター６０および供給アーム７０を動作させて、重合ウェハＴを基板保持部１０に搬入し、基板保持部１０の保持アーム１２で重合ウェハＴを保持する（ステップＳ２０１）。次に、制御部５１は、撮像部２０および基板保持部１０を動作させて、保持される重合ウェハＴの搭載角度を調整する（ステップＳ２０２）。
次に、制御部５１は、上述の測定マーク位置設定処理により、測定マークＭ１および別の測定マークＭ２の位置を設定する（ステップＳ２０３）。そして、制御部５１は、基板保持部１０を動作させて、測定マークＭ１が撮像可能な位置（すなわち、測定マークＭ１が配置された箇所の直上）に撮像部２０を配置する（ステップＳ２０４）。
次に、制御部５１は、２つの変位計３１、３２で、測定マークＭ１が配置された箇所の周辺における重合ウェハＴ表面の変位Ａ１ａ、Ａ１ｂをそれぞれ測定する（ステップＳ２０５）。そして、制御部５１は、測定された２つの変位Ａ１ａ、Ａ１ｂに基づいて、測定マークＭ１が配置された箇所における表面の変位Ａ１を評価する（ステップＳ２０６）。
次に、制御部５１は、撮像部２０のマイクロカメラを動作させて、変位Ａ１に基づいてあらかじめ設定された焦点位置を基準に、焦点位置を前後させながら焦点が合うように測定マークＭ１を撮像する（ステップＳ２０７）。そして、制御部５１は、撮像された測定マークＭ１における上マークＭａと下マークＭｂとの位置ずれ量を評価する（ステップＳ２０８）。
次に、制御部５１は、かかる焦点が合った際の撮像部２０における焦点深度に基づいて、上ウェハＷ１の厚みＤを評価する（ステップＳ２０９）。そして、制御部５１は、基板保持部１０を動作させて、別の測定マークＭ２が撮像可能な位置（すなわち、別の測定マークＭ２が配置された箇所の直上）に撮像部２０を配置する（ステップＳ２１０）。
次に、制御部５１は、２つの変位計３１、３２で、別の測定マークＭ２が配置された箇所の周辺における重合ウェハＴ表面の変位をそれぞれ測定する（ステップＳ２１１）。そして、制御部５１は、測定された２つの変位に基づいて、別の測定マークＭ２が配置された箇所における表面の別の変位Ａ２を評価する（ステップＳ２１２）。
次に、制御部５１は、撮像部２０のマイクロカメラを動作させて、別の変位Ａ２から上ウェハＷ１の厚みＤ分深い位置を基準に、焦点位置を前後させながら焦点が合うように別の測定マークＭ２を撮像する（ステップＳ２１３）。そして、制御部５１は、撮像された別の測定マークＭ２における上マークＭａと下マークＭｂとの位置ずれ量を評価する（ステップＳ２１４）。
次に、制御部５１は、重合ウェハＴに設けられる測定マークＭのうち、位置ずれ量の評価に必要となるすべての測定マークＭを撮像したか否かを判定する（ステップＳ２１５）。
そして、すべての測定マークＭを撮像した場合（ステップＳ２１５，Ｙｅｓ）、制御部５１は、すべての測定マークＭにおける上マークＭａと下マークＭｂとの位置ずれ量に基づいて、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との位置ずれ量を評価する（ステップＳ２１６）。そして、制御部５１は処理を完了する。
一方で、すべての測定マークＭを撮像していない場合（ステップＳ２１５，Ｎｏ）、上述したステップＳ２１０の処理に戻る。
実施形態の変形例に係る測定方法において、変位Ａ１を測定する工程（ステップＳ２０５、Ｓ２０６）は、２つの変位計３１、３２で測定マークＭ１が配置された箇所の周辺の表面の変位Ａ１ａ、Ａ１ｂをそれぞれ測定する。そして、測定された２つの変位Ａ１ａ、Ａ１ｂに基づいて、測定マークＭ１が配置された箇所における表面の変位Ａ１を評価する。これにより、重合ウェハＴを個別に動かすことなく変位Ａ１の測定と測定マークＭ１の撮像とをそれぞれ行うことができる。
また、実施形態の変形例に係る測定方法において、２つの変位計３１、３２は、撮像部２０が中心となるように配置される。これにより、変位Ａ１を簡便に評価することができる。
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。たとえば、上述の実施形態では、中空状態に保持される重合ウェハＴに対して測定マークＭを撮像する場合について示したが、重合ウェハＴが保持される状態は中空状態に限られない。
今回開示された実施形態は全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。実に、上記した実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣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。
１ 測定装置
１０ 基板保持部
１１ 本体部
１１ａ 開口部
１２ 保持アーム
２０ 撮像部
３０〜３２ 変位計
４０ 光源
５０ 制御装置
５１ 制御部
５２ 記憶部
６０ リフター
７０ 供給アーム
Ｔ 重合ウェハ（重合基板の一例）
Ｗ１ 上ウェハ
Ｗ２ 下ウェハ
Ｍ、Ｍ１ 測定マーク
Ｍ２ 別の測定マーク
Ａ１ 変位
Ａ２ 別の変位
Ｄ 厚み

Claims (7)

  1. ２枚の基板が接合された重合基板の内部に設けられる位置ずれ測定用の測定マークが配置された箇所における撮像部側の前記重合基板の表面の変位を測定する工程と、
    前記測定マークを撮像可能な位置に前記撮像部を配置する工程と、
    前記変位に基づいてあらかじめ設定された焦点位置を基準に、焦点位置を前後させながら焦点が合うように前記撮像部で前記測定マークを撮像する工程と、
    を含む測定方法。
  2. 前記変位を測定する工程は、１つの変位計で前記測定マークが配置された箇所における前記表面の変位を測定し、
    前記測定マークを撮像可能な位置に前記撮像部を配置する工程は、前記重合基板または前記撮像部を移動させて行う請求項１に記載の測定方法。
  3. 前記変位を測定する工程は、２つの変位計で前記測定マークが配置された箇所の周辺の前記表面の変位をそれぞれ測定し、測定された２つの変位に基づいて前記測定マークが配置された箇所における前記表面の変位を評価する請求項１に記載の測定方法。
  4. 前記２つの変位計は、前記撮像部が中心となるように配置される請求項３に記載の測定方法。
  5. 前記変位と前記測定マークに対して焦点が合った焦点位置とに基づいて、前記重合基板のうち前記撮像部側の前記基板の厚みを評価する工程と、
    前記重合基板の内部に設けられる位置ずれ測定用の別の測定マークが配置された箇所における前記表面の別の変位を測定する工程と、
    前記別の測定マークを撮像可能な位置に前記撮像部を配置する工程と、
    前記別の変位から前記撮像部側の前記基板の厚み分深い位置を基準に、焦点位置を前後させながら焦点が合うように前記撮像部で前記別の測定マークを撮像する工程と、
    をさらに含む請求項１〜４のいずれか一つに記載の測定方法。
  6. 前記別の測定マークを撮像する工程は、前記測定マークを撮像する工程より焦点位置を前後させる幅が小さい請求項５に記載の測定方法。
  7. ２枚の基板が接合された重合基板より大きい開口部が形成される本体部と、前記本体部から前記開口部内を内周側に延伸し、前記重合基板の周縁部を保持する複数の保持アームとを有する基板保持部と、
    前記基板保持部に保持される前記重合基板の内部に設けられる位置ずれ測定用の測定マークを撮像する撮像部と、
    前記基板保持部に保持される前記重合基板に対して前記撮像部と同じ側に設けられ、前記測定マークが配置された箇所における前記重合基板の表面の変位を測定する変位計と、
    前記基板保持部に保持される前記重合基板に対して前記撮像部とは反対側に設けられ、前記重合基板に赤外光を照射する光源と、
    を備える測定装置。
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