TWI517290B - A substrate position alignment device, a substrate alignment method, and a manufacturing method of a multilayer semiconductor - Google Patents

A substrate position alignment device, a substrate alignment method, and a manufacturing method of a multilayer semiconductor Download PDF

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TWI517290B
TWI517290B TW098129256A TW98129256A TWI517290B TW I517290 B TWI517290 B TW I517290B TW 098129256 A TW098129256 A TW 098129256A TW 98129256 A TW98129256 A TW 98129256A TW I517290 B TWI517290 B TW I517290B
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Description

基板位置對準裝置、基板位置對準方法及層疊型半導體之製造方法
本發明有關基板位置對準裝置、基板位置對準方法及層疊型半導體之製造方法。本申請案與下述之日本申請案相關連，是主張來自下述日本申請案之優先權的申請案。對於承認以參照文件之方式來納入的指定國家，以參照方式將記載於下述申請案的內容納入本申請案，成為本申請案之一部分。
1.特願2008-221265申請日2008年8月29日
2.特願2008-256804申請日2008年10月1日
有一種層疊型半導體裝置，係將在各自形成有元件之基板加以層疊而成(參照專利文件一、二)。在層疊型半導體裝置之製造過程中有一個階段，係對於互相平行地保持的一對基板，藉由複數個顯微鏡分別進行觀察，同時進行位置對準並予以貼合(參照專利文件三)。此外，還有其他方法及裝置，係對於層疊之一對基板進行相互的位置對準(參照專利文件四)。
[先前技術文件] [專利文件]
專利文件一：特開平11-261000號公報
專利文件二：特開2007-103225號公報
專利文件三：特開2005-251972號公報
專利文件四：美國專利第6214692號說明書
層疊型半導體裝置之製造過程中之位置對準被要求具有和基板上元件之線寬同程度一樣高的精度。因此，對於用於位置對準之顯微鏡，不僅光學解像度，連顯微鏡本身之位置都被要求具有高精度。在此，專利文件二所記載之方法是使形成於基板各自之二個基準標記一致，藉此對於一對基板進行相互的位置對準。然而，在上面經熱處理等形成有電路的基板方面，基板上之電路之位置精度不一定均勻。因此，即便以基板上之特定之二點以高精度進行位置對準，有的情況基板之其他部分之位置對準精度仍會降低。
因此，在本發明之一方面，目的在於提供一種能解決上述課題之基板位置對準裝置、基板位置對準方法及層疊型半導體之製造方法。此目的藉由申請專利範圍中之獨立項所記載之特徵之組合來達成。此外，附屬項規定本發明更有利的具體例。
依據本發明之第一態樣，提供一種基板位置對準裝置，具備：第一載台，將互相面對之一對基板之一方加以保持同時往該基板之面方向移動；第二載台，將前述一對基板之另一方加以保持；第一顯微鏡，觀察保持於前述第二載台之基板之對準標記；第二顯微鏡，觀察保持於前述第一載台之基板之對準標記；校準標誌，從前述第一顯微鏡及前述第二顯微鏡共同觀察的校準標誌；及位置對準控制部，根據前述第一顯微鏡及前述第二顯微鏡之相對位置、第一位置資訊及 第二位置資訊來對前述一對基板進行位置對準，其中該相對位置係藉由前述第一顯微鏡及前述第二顯微鏡來觀察前述校準標誌而取得的，該第一位置資訊指出藉由前述第二顯微鏡觀察到的對準標記之位置，該第二位置資訊指出藉由前述第一顯微鏡觀察到的對準標記之位置。
在本發明之其他方面，提供一種基板位置對準裝置，具備：第一載台，將互相位置對準之二個基板之一方加以保持；第二載台，將前述二個基板之另一方加以保持；第一檢測部，觀察保持於前述第二載台之基板之對準標記；第二檢測部，觀察保持於前述第一載台之基板之對準標記；驅動部，使前述第一載台及前述第二載台分別移動；及控制部，係控制前述驅動部之驅動的控制部，為了對於前述二個基板進行位置對準，根據以前述第一檢測部及前述第二檢測部檢測出的前述二個基板之前述對準標記之前述位置來驅動前述驅動部，使得在前述二個基板之位置偏差就整體而言為最小；前述控制部為了使前述第一載台及前述第二載台移動而驅動前述驅動部，使得保持於前述一對載台之前述二個基板之三個以上之前述對準標記之位置被前述第一檢測部及前述第二檢測部所檢測。
在本發明之其他方面，提供一種層疊型半導體裝置之製造方法，該層疊型半導體裝置具備上述任一基板位置對準裝置、以及對於在基板位置對準裝置已位置對準的一對基板進行加壓而接合的接合裝置。
本發明之其他方面，提供一種基板位置對準方法，包含：第一保持階段，將互相面對之一對基板之一方保持於往該基板之面方向移動的第一載台；第二保持階段，將前述一對基板之另一方保持於第二載台；校準階段，藉由第一顯微鏡及第二顯微鏡進行觀察，對於前述第一顯微鏡及前述第二顯微鏡之相對位置進行檢測；第一檢測階段，藉由前述第二顯微鏡來觀察保持於前述第一載台之基板之對準標記，對於指出該對準標記之位置的第一位置資訊進行檢測；第二檢測階段，藉由前述第一顯微鏡來觀察保持於前述第二載台之基板之對準標記，對於指出該對準標記之位置的第二位置資訊進行檢測；以及位置對準階段，根據前述第一位置資訊及第二位置資訊之差分對於前述一對基板進行位置對準。
在本發明之其他方面，提供一種基板位置對準方法，具備：第一測量階段，使有一對基板各自被支撐的一對載台之一方移動，將保持於該載台之基板伸出到一對顯微鏡之間，以前述一對顯微鏡之一方觀察該基板，藉此測量形成於該基板之三個以上之對準標記的位置；第二測量階段，使前述一對載台之另一方移動，將保持於該載台之基板伸出到前述一對顯微鏡之間，以前述一對顯微鏡之另一方觀察該基板，藉此測量形成於該基板之三個以上之對準標記的位置；以及位置對準階段，根據前述對準標記相對於前述一對顯微鏡之前述位置來使前述一對載台移動，使得在前述 一對基板之位置偏差就整體而言為最小。
此外，上述發明之概要並非列舉了本發明所有之必要特徵，這些特徵群之次組合也能成為發明。
以下，將透過發明之實施形態說明本發明之(一)方面，但以下之實施形態不應限定申請專利範圍之發明，此外，實施形態中所說明的所有特徵組合不一定為發明之解決手段所必須的。
第一圖係繪示層疊基板製造系統100之整體構造的示意俯視圖。層疊基板製造系統100包含形成於共同的殼體(housing)101內部的常溫部102及高溫部202。
常溫部102面對著殼體101外部，並具有複數個基板匣盒111,112,113及控制盤120。控制盤120包含校準控制部122及位置對準控制部124。此外，也包含控制層疊基板製造系統100整體動作之控制部。再者，控制盤120在進行層疊基板製造系統100之電源投入、各種設定等之情況具有使用者從外部操作的操作部。
基板匣盒111,112,113容納將在層疊基板製造系統100接合的基板180、或容納已在層疊基板製造系統100接合的基板180。此外，基板匣盒111,112,113可拆卸自如地裝設於殼體101。藉此能將複數個基板180整批裝載於層疊基板製造系統100。此外，能將已在層疊基板製造系統100接合的基板180整批回收。
在常溫部102中，在殼體101之內側，具備預對準器130、對準部300、基板座架160及一對機械臂171,172。殼體101之內部受到溫度管理，維持和設置有層疊基板製造系統100之環境之室溫大致相同的特定溫度。
對準部300是高精度，所以調整範圍狹窄。因此，預對準器130使各基板180之位置暫時對準，使得基板180落入該狹窄的調整範圍。藉此能使對準部300之定位確實進行。
對準部300包含互相面對之上載台部310及下載台部320、以及互相直交地配置的一對測量部330。在對準部300，上載台部310及下載台部320分別搬送基板180或保持著基板180之基板座(substrate holder)190。測量部330對於基板180之面方向測量移動之上載台部310或下載台部320之位置。
此外，包圍著對準部300設置隔熱壁142及遮擋板(shutter)144。被隔熱壁142及遮擋板144包圍的空間和空調機等連通而受到溫度管理，維持對準部300之位置對準精度。在對準部300，一對基板180進行相互的位置對準。有關對準部300之詳細的構造及動作，將參照第四圖以下於後敘述。
基板座架160容納複數個基板座190並使這些容器待機。基板座190以一次一片之方式保持基板180，使基板180之處理變得容易。以基板座190來保持基板180例如使用靜電吸附。此外，基板座架160包含 基板拆卸部。基板拆卸部從已從後述之加壓部240搬出的基板座190，取出被該基板座190夾著的基板180。
此外，用來裝載於層疊基板製造系統100之基板180除了單體之矽晶圓、化合物半導體晶圓、玻璃基板等之外，也可以為在這些基板上形成有元件、電路、端子等而成的基板。此外，也有的情況是已裝載之基板180為已將複數個晶圓層疊而形成的層疊基板。
一對機械臂171,172中，靠近基板匣盒111,112,113一側所配置的機械臂171在基板匣盒111,112,113、預對準器130及對準部300之間搬送基板180。此外，機械臂171也具有將要接合之基板180之一方翻轉的機能。藉此能使基板180上形成有電路、元件、端子等的面相向進行接合。
配置於距離基板匣盒111,112,113較遠的一側的機械臂172在對準部300、基板座架160及氣閘(air lock)220之間搬送基板180及基板座190。此外，機械臂172也將基板座190搬入及搬出基板座架160。
高溫部202具有隔熱壁210、氣閘220、機械臂230及複數個加壓部240。隔熱壁210包圍高溫部202，以維持高溫部202之高的內部溫度並且阻絕高溫部202往外部之熱輻射。藉此能抑制高溫部202之熱影響常溫部102。
機械臂230在加壓部240之任一者與氣閘220之間搬送基板180及基板座190。氣閘220在常溫部102側及高溫部202側具有交互開閉的遮擋板222,224。
基板180及基板座190從常溫部102搬入高溫部202時，首先，常溫部102側之遮擋板222打開，機械臂172將基板180及基板座190搬入氣閘220。其次，常溫部102側之遮擋板222關閉，高溫部202側之遮擋板224打開。
接著，機械臂230從氣閘220將基板180及基板座190搬出，裝入加壓部240之任一者。加壓部240在被基板座190夾著的狀態對於已搬入加壓部240的基板180在熱間進行加壓。基板180藉此永久地接合。
將基板180及基板座190從高溫部202搬出到常溫部102時，以逆向順序執行上述一連串的動作。能藉由這些一連串之動作在高溫部202之內部氣氛不漏到常溫部102側之前提下將基板180及基板座190搬入或搬出高溫部202。
如此，在層疊基板製造系統100內之許多區域，基板座190在保持著基板180之狀態搬送到機械臂172,230、上載台部310及下載台部320。在對於保持著基板180之基板座190進行搬送時，機械臂172,230藉由真空吸附、靜電吸附等吸附保持基板座190。
第二a圖、第二b圖、第二c圖、第二d圖及第二e圖係繪示層疊基板製造系統100之基板180之狀態之變化的示意圖。如第二a圖所示，層疊基板製造系統100剛開始運轉時，基板180各自個別容納於例如基板匣盒111,112之任一者。此外，基板座190也個別容納於基板座架160。
層疊基板製造系統100一開始運轉，基板180就被機械臂171一次一片地搬入，在預對準器130進行預對準後，裝載於基板座190。如此，基板180分別被基板座190保持。
其次，如第二b圖所示，準備各自保持著基板180之一對基板座190，如第二c圖所示，以基板180正對之方式裝載於對準部300。在對準部300已進行位置對準的基板180及基板座190如第二d圖所示，係藉由鑲嵌於基板座190之側面所形成之溝191的複數個扣件192而連結，保持定位的狀態。已連結的基板180及基板座190成為一體地搬送並裝入加壓部240。
在加壓部240加熱及加壓，基板180藉此互相永久地接合而成為層疊基板。然後，基板180及基板座190從加壓部240搬出，在基板座架160之基板拆卸部被分離。
已從基板座190取出的基板180藉由機械臂172,171以及上載台部310及下載台部320容納於例如基板匣盒113。被取出基板180之基板座190被放回基板座架160待機。
第三圖係繪示作為層疊基板材料之基板180之形態的示意俯視圖。如圖式所示，於基板180形成複數個元件區域186並且在元件區域186各自之附近配置對準標記184。此外，基板180具有形成於緣部特定處之缺口(notch)182。缺口182配置成與基板180之結晶配向性等相對應，整體來說，呈現略呈圓形之基板180 之物性及配置之異方性。
對準標記184是當在基板180形成元件區域186時作為指標來使用。因此，對準標記184之位置和因基板180之變形等而移位的元件區域186之位置等密切相關。因此，當層疊基板180時，使用對準標記184作為位置對準之指標，藉此能有效地補償各基板180所產生的應變。
此外，雖然圖中將元件區域186及對準標記184描繪得大大的，但是在300mm ψ等大型基板180形成之元件區域186之個數達到數百個以上。此外，與該元件區域186相應地，配置於基板180之對準標記184之個數也變多。再者，對準標記184也可以使用形成於基板180之配線、凸塊(bump)、劃線(scribe line)等來代替。
第四圖係繪示對準部300構造之示意剖面圖。對準部300包含配置於架體(frame body)301內側之上載台部310及下載台部320。此外，第四圖中，也看到一方之測量部330。測量部330包含高度互異的干涉計332,334。
架體301具備互相平行且水平的頂板302及底板306、以及將頂板302及底板306結合的複數個支柱304。頂板302、支柱304及底板306分別由高剛性材料所形成，即便在內部機構之動作的相關反力有作用的情況也不產生變形。
上載台部310包含依序懸掛於頂板302下面之驅 動部350、次載台314、間隔件311及主載台312。次載台314懸掛上反射鏡316及上顯微鏡318。主載台312將保持著基板180之基板座190吸附保持。
驅動部350包含使次載台314往圖中以箭號表示的X方向及Y方向分別移動的X驅動部351及Y驅動部352。此外，次載台314透過間隔件311而與主載台312成一體地結合。藉此，上反射鏡316及上顯微鏡318相對於保持於主載台312之基板180維持一定之相對位置，同時和基板180一起往X方向及Y方向移動。
下載台部320包含安裝於底板306上面之驅動部340、次載台324及主載台322。於次載台324安裝下反射鏡326及下顯微鏡328。主載台322將保持著基板180的基板座190吸附保持。
此外，在下載台部320，下顯微鏡328透過垂直致動器329安裝於次載台324。藉此方式，下顯微鏡328僅限於垂直方向相對於次載台324昇降。此外，於主載台322也安裝基準標誌321。
驅動部340包含使次載台324往以圖中之箭號所示之X方向、Y方向及Z方向分別移動的X驅動部341、Y驅動部342及Z驅動部348。此外，包含使次載台324在水平面內旋轉的θ驅動部344、以及使次載台324搖擺的ψ驅動部346。此外，Z驅動部348配置於次載台324及主載台322之間，兼具相當於上載台部310之間隔件311的機能。
次載台324藉由Z驅動部348和主載台322成一 體地結合。藉此方式，下反射鏡326及下顯微鏡328相對於保持於主載台322之基板180維持一定之相對位置，同時和基板180一起旋轉、搖擺，且往X方向、Y方向及Z方向移動。
測量部330包含一對干涉計332,334。一方之干涉計332配置於和上載台部310之反射鏡316相同高度之處。藉此，干涉計332使用反射鏡316正確測量次載台314之X方向之位置。此外，此圖中未出現之測量部330也具有同樣的構造，以測量次載台314之Y方向之位置。
此外，另一方之干涉計334配置於和下載台部320之反射鏡326相同高度之處。藉此，干涉計334使用反射鏡326正確測量次載台324之X方向之位置。本圖中未出現的測量部330也具有同樣的構造，測量次載台324之Y方向之位置。
第五圖繪示使上載台部310及下載台部移動到可以從上顯微鏡318觀察基準標誌321之位置後的狀態，是放大基準標誌321附近而畫出的圖。如圖式所示，可以使上載台部310及下載台部320適切地移動，藉此使基準標誌321進入上顯微鏡318之視野。
此外，基準標誌321配置於下顯微鏡328之正上方、且為形成於主載台322之貫通孔323上之處。藉此，基準標誌321也進入下顯微鏡328之視野。
再者，基準標誌321之高度調整成，和裝載於下載台部320之主載台322的基板180之表面相同高度。 此外，在第五圖所示之狀態，下顯微鏡328已藉由垂直致動器329下降，將焦點對準基準標誌321。上顯微鏡318如後所述觀察裝載於下載台部320之基板180。因此，在上述狀態，上顯微鏡318及下顯微鏡328一起成為焦點對準相同基準標誌321的狀態。
第六圖係繪示上述基準標誌321構造的剖面圖。基準標誌321包含支撐框421、透明基板422及不透明薄膜423。
更具體來說，可以使用玻璃基板等來形成作為透明基板422。不透明薄膜423可以例如為金屬膜等。使不透明薄膜423變薄，藉此即使在從上顯微鏡318觀察的情況、或從下顯微鏡328觀察的情況，觀察之位置都不會偏移。此外，可以做成透過支撐框421將透明基板422安裝於主載台322的構造，藉此細微地調節基準標誌321之有效高度。
此外，基準標誌321具有透明基板422露出的透明區域。藉此，可以穿透基準標誌321觀察位於其對面之對準標記184等，但是有關於此，將參照第十圖後述。
第七圖係繪示基準標誌321其他構造的剖面圖。此基準標誌321藉由具有刀刃形部分(knife edge)427的不透明基板425來形成。刀刃形部分427藉由和上顯微鏡318及下顯微鏡328之連結線交叉之一對面來形成。
這樣的不透明基板425可以例如使用乾式蝕刻來 加工矽晶圓而製成。刀刃形部分427之末端非常薄，所以即使在從上顯微鏡318觀察之情況，或在從下顯微鏡328觀察之情況，觀察之位置都不會偏移。此外，刀刃形部分427之內側貫通著，所以下顯微鏡328也能觀察基準標誌321之對面側。
第八圖係流程圖，顯示使用上述之對準部300來使基板180對準時之程序。首先，如第四圖所示，使上載台部310及下載台部320錯開到不同的位置，使得上載台部310之主載台312之下方、與下載台部320之主載台322之上方分別是敞開的，在主載台312,322各自裝載已保持於基板座190之基板180(步驟S101)。
其次，藉由未繪示之顯微鏡等觀察基板180，同時使下載台部320之ψ驅動部346做動作，使一對基板180平行(步驟S102)。以下，基板180僅在X方向及Y方向上位置對準。
接著，如第四圖及第五圖所示，藉由下顯微鏡328及上顯微鏡318同時觀察基準標誌321，藉此找出下顯微鏡328及上顯微鏡318之相對位置(步驟S103)。在此狀態，校準控制部122測量上載台部310及下載台部320之位置，將測量值當作初始值將干涉計332,334初始化(步驟S104)。
接著，使上載台部310及下載台部320做動作，藉由上顯微鏡318對於保持於下載台部320之基板180之三個以上之對準標記184進行檢測，藉由下顯微鏡328對於保持於下載台部320之基板180之三個以上之 對準標記184進行檢測(步驟S105)
第九圖係對照第四圖繪示執行步驟S105之對準部300之狀態。如圖式所示，可以使上載台部310之驅動部350及下載台部320之驅動部340分別做動作，藉此使保持於下載台部320之基板180之表面進入上顯微鏡318之視野，並使保持於上載台部310之基板180之表面進入下顯微鏡328之視野。
第十圖係繪示第九圖所示之狀態下之下顯微鏡328附近的放大圖。如圖式所示，已使垂直致動器329做動作，藉此使下顯微鏡328之焦點移動到保持於上載台部310之基板180之表面。藉此，下顯微鏡328能經由基準標誌321對於保持於上載台部310之基板180之表面進行精密的觀察。
此外，對準部300除了上顯微鏡318及下顯微鏡328之外還具備對於基板180表面之寬廣範圍進行觀察的低倍率顯微鏡，不過，該低倍率顯微鏡已省略繪示。低倍率顯微鏡之解像度未達到基板180之位置對準精度，但是能夠辨認基板180上之對準標記184及元件區域186之大致位置。由於和這樣的低倍率顯微鏡一起使用，所以上顯微鏡318及下顯微鏡328能效率佳地檢測對準標記184。
再度返回第八圖所示之程序，在上顯微鏡318及下顯微鏡328檢測所面對之基板180之對準標記184後的情況，以干涉計332,334測量那時之主載台312,322之位置，藉此了解對準標記184相對於前述初始值之 相對位置。經檢測的對準標記184之相對位置存放在位置對準控制部124(步驟S106)。
如此，位置對準控制部124當獲得一對基板180各自之三個以上之對準標記184之位置資訊時，能夠根據該位置資訊來算出在對於基板180進行位置對準之情況所需要的驅動部340,350的動作量(步驟S107)。
亦即，供貼合之基板180經過許多的處理、加工而形成有元件等。因此，基板180產生了各種變形。此外，一個基板180上變形之分布不平均。因此，在對於基板180進行位置對準時，即便使一對基板180上對應之特定對準標記184之位置一致，仍會有基板180之其他部分之位置偏移程度大的情況發生。
然而，對於在一對基板180相互之間對應的三個以上之對準標記184各自之相對位置資訊執行以下所示般的處理，藉此能使在基板180整體產生之對準標記184之位置偏移程度限制於最小程度。
以下說明其對準方式。在一對晶圓方面，以下述之方式算出一方相對於另一方應平行移動之平行移動量(Tx,Ty)以及應旋轉之旋轉量θ。相對於基準座標系測量出的對準標記之位置座標(Axi,Ayi)與變換後之位置座標(Mxi,Myi)之間有以下關係。此外，「i」表示對準標記之號碼。
其次，將一方之基板180相對於基準座標系之位置座標當作(Dxi,Dyi)，以下述之函數F成為最小之方式決定另一方之基板180之移動量(Tx,Ty)及旋轉量θ。
[數二]F(θ,T x ,T y )=Σ{(D xi -M xi )2+(D yi -M yi )2}
第11圖繪示對準部300以下的動作。如圖所示，位置對準控制部124以基於上顯微鏡318及下顯微鏡328之相對位置的初始值作為基準，依據算出的移動量(Tx,Ty)及旋轉量θ使驅動部340,350做動作，藉此能對於一對基板180進行位置對準(步驟S108)。
此外，為了進一步提高位置對準精度，也可以設置複數個基準標誌321，多次執行對於上顯微鏡318,328之相對位置進行校準的階段(步驟S104)。尤其，在上載台部310或下載台部320做大動作時，在將動作方向切換到X方向或Y方向之情況下，也可以反覆進行從載台104開始之步驟。
第十二圖繪示對準部300其次的動作。如圖所示，可以使Z驅動部348做動作，使得在X方向及Y方向上位置對準且相向之基板180相互接合。亦即，使下載台部320之主載台322上昇，使一對基板180進行 抵接，再者，增加Z驅動部348之驅動力，藉此能暫時接合基板180(步驟S109)。
在如此進行了位置對準的情況下接合的一對基板180如已經說明的，從對準部300搬出(步驟S110)，搬送到加壓部240。在從對準部300搬送到加壓部240之期間如參照第二b圖所說明的，保持藉由基板座190及扣件192而位置對準後的狀態。
此外，上述例子中，構造是上載台部310及下載台部320均具有驅動部350,340，以使主載台312,322移動。在此情況，以下也較佳：分配驅動部350,340之動作量，使得上載台部310及下載台部320雙方之移動量相等。藉此，能使部件之消耗均等，因而延長機器之壽命。
此外，可以省略上載台部310及下載台部320之任一者(例如上載台部310)之驅動部350，即使在主載台312固定著的狀態也能實施基板180之位置對準。此外，例如可以為一種構造，省略上載台部310之Y驅動部352，在上載台部310專門對於X方向進行位置對準，在下載台部320專門對於Y方向進行位置對準。
然而，可以使雙方之主載台312,322移動，藉此將所需移動量之移動時間減為一半。因此，可以於上載台部310及下載台部320雙方設置驅動部350,340，藉此提高對準部300之產量(throughput)。
此外，在上述例子中做成的構造是固定基準標誌 321，使下顯微鏡328昇降。然而，構造可以做各種改變，例如：固定下顯微鏡328且以光學方式改變焦點距離，或是使基準標誌進入或退出上顯微鏡318或下顯微鏡328之視野。再者，也可以做成如下構造：使用別的設備分別執行對於基板180各自之對準標記184進行測量的動作，以及對於一對基板180進行位置對準的動作。
第十三圖係繪示具有其他構造之對準部300的立體圖。該對準部300具有全都安裝於底板303之測定部360、一對顯微鏡組件370及接合部380。此外，在測定部360及接合部380之間配置機械臂390，為了避免圖式變得複雜，在第十三圖已省略繪示機械臂390(參照第十四圖)。
測定部360形成於矩形框架之內側，該矩形框架由從底板303直立之一對支柱361、以及將支柱361之上端及下端分別結合之一對水平的引導部363所形成。引導部363各自分別懸掛或支撐X驅動部362、Z驅動部364及主載台312,322。
測定部360中，X驅動部362使Z驅動部364及主載台312,322、以及裝載於主載台312,322之基板座190及基板180，沿著引導部363分別個別地移動。此外，Z驅動部364使主載台312,322、裝載於主載台312,322之基板座190及基板180垂直地昇降。
於主載台312,322分別裝載保持著基板180之基板座190。基板180各自具有一對對準標記184。
再者，於一方之主載台322還裝載基準標誌321。基準標誌321固定於和保持在基板座190之基板180表面同高之處。主載台322在基準標誌321下方具有在厚度方向貫穿的貫通孔，所以基準標誌321可以從主載台322之上方也可以從下方觀察。此外，基準標誌321可以採用第六圖、第七圖所示之任何構造。
一對顯微鏡組件370配置在測定部360之兩側。顯微鏡組件370各自具有Y驅動部372、支柱374及顯微鏡376,378。Y驅動部372使支柱374往和測定部360之引導部363之延伸方向交叉之方向移動。支柱374各自支撐一對顯微鏡376,378。
亦即，一對顯微鏡376,378固定於在支柱374中間所形成之缺口部之內側，且互相上下相向。顯微鏡376,378之焦點F位於顯微鏡376,378中間之共用的一點。
另一方面，接合部380具備全都互相在層疊方向配置於骨架383之內側的X驅動部381、Y驅動部382、θ驅動部384、Z驅動部388，以及一對平板389及一對主載台312,322。主載台312,322各自裝載保持著基板180之基板座190。
X驅動部381及Y驅動部382在圖中箭號所示之X方向或Y方向驅動主載台312,322。Z驅動部388除了能往Z軸方向移動主載台312之外，還能使其個別地做動作藉此使主載台322搖擺。
接合部380能使X驅動部381、Y驅動部382及θ 驅動部384做動作，藉此使裝載於主載台322之基板180往任意方向移動，以進行位置對準裝載於主載台312之基板180。此外，也可以使Z驅動部388做動作，藉此使互相位置對準的一對基板180互相抵接而接合。
第十四圖係第十三圖所示之對準部300之俯視圖。如圖所示，對準部300在測定部360及接合部380之間更具備機械臂390。
機械臂390具有叉部392及臂部394。叉部392將保持著基板180的基板座190吸附保持。臂部394使保持著基板座190之叉部392朝任意方向移動。藉此，機械臂390能將在測定部360完成後述測定之基板180及基板座190，從測定部360之主載台312,322搬送遷移到接合部380之主載台312,322。
此外，依據層疊基板製造系統100之布置(layout)，也可以使用機械臂172，以將基板180及基板座190搬入或搬出對準部300。在此情況，對準部300之機械臂390是可以省略的。
第十五a圖、第十五b圖，第十五c圖及第十五d圖用來說明具有上述般構造之對準部300之測定部360之動作。此外，如圖所示，對準部300更具備在第十三圖及第十四圖隱藏在支柱361之一對干涉計366,368、以及和干涉計366,368相向地裝設於主載台312,322側面的一對反射鏡367。這些干涉計366,368及反射鏡367之作用將於後述。
首先，如第十五a圖所示，使X驅動部362分別 做動作，主載台312,322被移動到接近互異之支柱361的位置。因此，主載台312之下面及主載台322之上面是敞開的。在此狀態，於主載台312,322各自裝載保持著基板180的基板座190。
其次，如第十五b圖所示，在校準控制部122之控制下，使下側之主載台322之Z驅動部364做動作以使主載台322上昇。因此，裝載於主載台322之基準標誌會和顯微鏡376,378之焦點F同高。
接著，使X驅動部362做動作，使主載台322移動到基準標誌321進入顯微鏡376,378視野之位置。在此狀態，能使用一對顯微鏡376,378來觀察共同的基準標誌321，藉此，校準控制部122精密地偵測一對顯微鏡376,378之位置。
此外，雖然顯微鏡376,378分別固定於支柱374，但是由於溫度等環境條件、Y驅動部372之公差(tolerance)引起的支柱374傾斜等，有的情況其位置會改變。然而，如上所述，可以在對準標記184之位置測定之前觀察共同的基準標誌321，藉此掌握顯微鏡376,378之位置關係。
其次，如第十五c圖所示，使X驅動部362進一步做動作，使主載台322移動，使基板180之對準標記184進入上側之顯微鏡376之視野。此外，基準標誌321與基板180之表面位於相同高度之處，所以基板180之表面通過上側之顯微鏡376之焦點面。
此外，在主載台322之移動期間，使用反射鏡367 及一方之干涉計368來正確測量主載台322之移動量。藉此，能以在基準標誌321構成的顯微鏡378之位置為基準測定基板180之對準標記184之位置。經測定的對準標記184之位置資訊存放於位置對準控制部124。
接著，如第十五d圖所示，使下側之主載台322返回最初的位置，同時使上側之主載台312移動。亦即，首先使Z驅動部364做動作，以使基板180之表面移動到和顯微鏡376,378之焦點F同高之處。接著，使X驅動部362做動作，使基板180在一對顯微鏡376,378之間移動。
此時，能使用設於上側之主載台312一側之反射鏡367及干涉計366來正確測定主載台312之移動量。因此，能使用下側之顯微鏡378來觀察，藉此偵測基板180之對準標記184之位置。經測定之對準標記184之位置資訊存放於位置對準控制部124。
如此，當位置對準控制部124獲得一對基板180各自之對準標記184之位置資訊時，保持著基板180之基板座190會被機械臂390分別移到接合部380之主載台312,322。另一方面，位置對準控制部124根據該位置資訊來計算在對於基板180進行位置對準之情況下所需的接合部380之動作量。
內部裝有保持著基板180之基板座190的接合部380首先使Z驅動部388個別做動作，使一對基板180平行。接著，根據來自位置對準控制部124之指示使X 驅動部381、Y驅動部382及θ驅動部384做動作，對於一對基板180進行位置對準，使對應的對準標記184之位置一致。再者，使Z驅動部388同時做動作，使一對基板180抵接，進一步施加高壓力，藉此將一對基板180接合。
此外，此態樣之對準部300分別具備測定部360及接合部380，分別個別執行對準標記184之位置測定及基板180之接合。藉由這樣的構造，在測定部360能將X驅動部362及Z驅動部364小型化，並且擴大顯微鏡376,378之移動範圍。此外，在接合部380，能使用強度高的大型部件執行正確的位置對準以及利用高壓力進行之基板180之接合。然而，若能確保部件之強度，則也可以在測定部360之構造增加Y驅動部382、θ驅動部384等，也能執行位置對準及接合。
第十六圖係繪示其他層疊基板製造裝置600整體構造之示意俯視圖。層疊基板製造裝置600具備晶圓存放器(wafer stocker)610、晶圓預對準裝置622、晶圓座預對準裝置624、主控制裝置630、晶圓座存放器640、加壓裝置650、分離冷卻裝置660、晶圓裝載器(wafer loader)672、晶圓座裝載器676及位置對準裝置700。以下個別說明各裝置。
晶圓存放器610包含容納複數個作為貼合對象之基板180的晶圓存放器614,616、以及容納複數個經貼合之基板180的層疊基板用存放器612。層疊基板用存放器612及晶圓存放器614,616各自可拆裝地裝設成面 向層疊基板製造裝置600之外部。藉此，能在層疊基板製造裝置600裝填基板180，並且能回收經貼合之基板180。晶圓存放器614,616有的情況裝填相同種類之基板180，有的情況容納互異種類之基板180。
晶圓預對準裝置622對於已從晶圓存放器614,616取出的基板180執行精度較低但迅速的預對準。藉此，在後述之位置對準裝置700裝填有基板180之情況，能避免基板180之位置大幅偏移。此外，可以縮短位置對準裝置700之作業時間。
晶圓座存放器640配置於層疊基板製造裝置600之內部，以容納複數個基板座190。基板座190吸附支撐基板180。此外，基板座190在以一定周期實施之保養期間以外是在層疊基板製造裝置600之內部反覆使用。此外，有的情況下單一規格的基板座190使用於全部的基板180，也有的情況下按照基板180之種類區分使用不同規格的基板座190。
晶圓座預對準裝置624配置於晶圓座存放器640之附近。晶圓座預對準裝置624將基板座190擺放在設定之位置，藉此使基板180相對於基板座190之裝載位置概略一定。藉此，能縮短位置對準裝置700之作業時間。
位置對準裝置700對於各自保持於基板座190之一對基板180進行相互高精度的位置對準後，將兩者貼合。在此所說的高精度係指將在將形成於基板180之元件加以層疊的情況所必要的性能加以確保的精 度，有的情況下為次微米等級。
此外，在此所說的位置對準，意指在將一對基板180貼合之情況，使兩者之位置一致，且使得形成於一方之基板180的元件之連接端子相對於另一方之基板180之連接端子獲得有效的電性連接。有關位置對準裝置700之構造及動作將參照第十七圖以後的圖式於後敘述。
加壓裝置650配置於位置對準裝置700之附近，對於以位置對準裝置700進行位置對準且貼合後之基板180進行加壓，將基板180永久性地接合做成層疊基板。因此，也有的情況是對於經貼合的基板180邊加熱邊加壓。
分離冷卻裝置660配置成鄰接加壓裝置650。分離冷卻裝置660對於基板座190及經接合之基板180進行冷卻，並且從經接合之基板180卸下基板座190。經接合之基板180作為層疊基板容納於層疊基板用存放器612。經冷卻之基板座190送回晶圓座存放器640，使用於下一次基板180之位置對準及接合。
晶圓裝載器672是多關節機器人，也可以具有六自由度(X,Y,Z,θ X,θ Y,θ Z)之手臂。此外，晶圓裝載器672沿著軌條674在圖中箭號X所示之方向移動。
能使晶圓裝載器672裝載著基板180或貼合成為層疊基板之基板180移動。但是，無法搬送具有比基板180或比層疊基板大許多之質量的基板座190。因此，晶圓裝載器672主要在晶圓存放器610及晶圓預 對準裝置622之間搬送基板180。
晶圓座裝載器676也是多關節機器人，也可以具有六自由度方向(X,Y,Z,θ X,θ Y,θ Z)之手臂。此外，晶圓座裝載器676沿著軌條678在圖中箭號Y所示之方向大幅移動。
晶圓座裝載器676能承受基板座190之搬送負荷，並且也能單獨搬送基板180。因此，在從晶圓座存放器640到晶圓座預對準裝置624之間，或是在從分離冷卻裝置660到晶圓座存放器640之間搬送基板座190。此外，在從晶圓座預對準裝置624到位置對準裝置700之間、在從位置對準裝置700到加壓裝置650之間、或在從加壓裝置650到分離冷卻裝置660之間一併搬送基板座190及基板180。再者，也有的情況下是在從分離冷卻裝置660到層疊基板用存放器612之至少一部分之區間搬送層疊晶圓。
主控制裝置630控制上述般的層疊基板製造裝置600整體之動作。亦即，主控制裝置630和晶圓裝載器672、晶圓座裝載器676、晶圓預對準裝置622及晶圓座預對準裝置624等個別的控制裝置進行信號的接收交付，以對於層疊基板製造裝置600整體進行整合性的控制。此外，也會接受並處理電源之投入、斷開等來自外部之操作。再者，主控制裝置630也包含位置對準控制部，該位置對準控制部控制位置對準裝置700所要執行的位置對準動作。
第十七圖係繪示位置對準裝置700之構造的立體 圖。位置對準裝置700具備底座710、面內驅動部720,760、傾斜驅動部730、下載台740、上載台750及骨架(frame)770，以及一對顯微鏡組件810,820。
底座710水平地固定於層疊基板製造裝置600之內部。於底座710上依序層疊面內驅動部720、傾斜驅動部730及下載台740。
面內驅動部720包含互相層疊著的旋轉驅動部722、X方向驅動部724及Y方向驅動部726。藉此，面內驅動部720能在和底座710平行的水平面內使所裝設之傾斜驅動部730旋轉，在水平方向上以二維方式移動。
傾斜驅動部730包含一對平板732,736、以及夾在平板732,736間之三個垂直致動器734。藉此，在面內驅動部720上補償上側之平板736相對於水平面之傾斜。
下載台740具有未繪示之水平致動器及垂直致動器。藉此，使下載台740相對於傾斜驅動部730在垂直方向(Z方向)移位，並且也在水平方向(X方向)進退。此外，下載台740將保持於基板座190之基板180保持於上面。藉此，下載台740能將所裝載之基板180朝向後述之顯微鏡818,828之下方伸出。
骨架770具有和底座710分開的水平部。藉此，骨架770在水平部之下面依序懸掛面內驅動部760及上載台750。面內驅動部760包含互相依序懸掛的旋轉驅動部762、X方向驅動部764及Y方向驅動部766。 藉此，面內驅動部760在與底座710平行的水平面內使上載台750旋轉且水平移動。
上載台750具有未繪示之水平致動器及垂直致動器。上載台750相對於面內驅動部760往垂直方向(Z方向)及水平方向(X方向)進退。此外，上載台750將保持在基板座190之基板180保持在下面。藉此，上載台750能將所裝載之基板180往後述之顯微鏡816,826之上方伸出。
顯微鏡組件810具有直線驅動部812、支柱814及一對顯微鏡816,818。直線驅動部812在底座710上將支柱814往水平方向(Y方向)搬送進退。在此，下載台740及上載台750之進退方向、與支柱814之進退方向是交叉的。因此，支柱814相對於已伸出之下載台740及上載台750往其進退方向之側方進退。
支柱814在高度方向之中間具有缺口部811。缺口部811呈矩形，在其內側之上面及下面固定互相面對之一對顯微鏡816,818。藉此，在下載台740或上載台750已伸出之情況，能藉由一對顯微鏡816,818之任一者來觀察裝載於下載台740或上載台750之基板180。
此外，位置對準裝置700具備包含另一組顯微鏡826,828之顯微鏡組件820。顯微鏡組件820具有直線驅動部822、支柱824及一對顯微鏡826,828。直線驅動部822在底座710上將支柱824往水平方向(Y方向)搬送進退。
此顯微鏡組件810,820之進退方向和下載台740及 上載台750之進退方向交叉。藉此，一對顯微鏡816,818及顯微鏡826,828在觀察位置與躲避位置之間移動，其中在該觀察位置，藉由下載台740或上載台750已伸出之基板180之對準標記184會落入視野，在該躲避位置，藉由下載台740或上載台750已伸出之基板180之對準標記184會不在視野。
支柱824在高度方向之中間具有缺口部821。缺口部821呈矩形，在其內側之上面及下面固定互相面對之一對顯微鏡826,828。藉此，在下載台740或上載台750已伸出之情況，能藉由一對顯微鏡816,818之任一者來觀察裝載於下載台740或上載台750之基板180。
此外，顯微鏡組件810,820各自之一對顯微鏡816,818,826,828之焦點位於互相共用的位置。因此，當藉由顯微鏡816,818來觀察基板180之表面時，使下載台740或上載台750往Z方向移位，並調節成基板180之表面位於共用的焦點位置。
此外，位置對準裝置700另外具備低倍率顯微鏡(已省略繪示)，該低倍率顯微鏡對於朝向顯微鏡組件810,820已伸出之基板180之整個表面進行觀察。低倍率顯微鏡之解像度未達基板180之位置對準精度，但是可以辨認基板180上之對準標記184及元件區域186之大概位置。和這樣的低倍率顯微鏡併用，就可以在待觀察之對準標記184不在顯微鏡816,818,826,828之視野時容易掌握基板180之位置修正。
此外，各顯微鏡組件810,820中，相向之一對顯微 鏡816,818(顯微鏡826,828)預先測量互相之相對位置之偏差並紀錄。因此，藉由下側之顯微鏡816,826觀察到的對象物之位置、與藉由上側之顯微鏡826,826觀察到的對象物之位置間之關係可以從顯微鏡816,818,826,828之位置關係正確得知。
第十八圖係繪示位置對準裝置700之動作之一的立體圖。如圖式所示，一對顯微鏡組件810,820被直線驅動部812,822所驅動，互相對稱地移動。藉此，可以改變支柱814,824之間隔，改變藉由顯微鏡816,818,826,828觀察之區域。
第十九圖係繪示位置對準裝置700另一動作的立體圖。如圖式所示，能將下載台740從面內驅動部720及傾斜驅動部730往X方向伸出，藉此將下載台740伸出到顯微鏡組件810之顯微鏡816,818之間以及顯微鏡組件820之顯微鏡826,828之間。藉此，能藉由各顯微鏡組件810,820中具有向下視野的顯微鏡818,828來對於透過基板座190保持在下載台740上面之基板180進行觀察。
此外，下載台740透過傾斜驅動部730被面內驅動部720所支撐。藉此，能藉由顯微鏡818,828觀察基板180，同時使下載台740旋轉或水平移動。
第二十圖係繪示位置對準裝置700之另一動作的立體圖。如圖式所示，下載台740已退到傾斜驅動部730之上方躲避，上載台750從面內驅動部760往X方向伸出。藉此，將上載台750伸出到顯微鏡組件810 之顯微鏡816,818之間以及顯微鏡組件820之顯微鏡826,828之間。因此，能藉由各顯微鏡組件810,820中具有向上視野之顯微鏡816,826來對於透過基板座190保持在上載台750下面的基板180。
此外，上載台750被從骨架770懸掛著的面內驅動部760所支撐。藉此，能藉由顯微鏡816,826觀察基板180，同時使上載台750旋轉或水平移動。
第二十一圖係顯示位置對準裝置700對基板180進行位置對準之程序的流程圖。在晶圓座預對準裝置624已保持於基板座190之基板180首先在位置對準裝置700裝填於上載台750(步驟S201)。此外，在晶圓座預對準裝置624接下來保持在基板座190之基板180在位置對準裝置700裝填於下載台740(步驟S202)。
基板座190對基板180進行的保持例如是藉由例如靜電吸附來進行。此外，上載台750及下載台740對基板座190進行之保持是藉由例如真空吸附來進行。然而，並非限定於這些方法，基板180及基板座190以及上載台750或下載台740可以互相成為一體，使用在以下之位置對準作業不發生位置偏移的任意方法來固定。
其次，使用傾斜驅動部730來使保持在上載台750之基板180與保持在下載台之基板180互相平行(步驟S203)。藉此，以下，一對基板180之位置對準可以限制於基於面內驅動部720,760之水平面內。
接著，固定顯微鏡組件810,820(步驟S204)。此時， 藉由直線驅動部812來調節支柱814,824之間隔，將顯微鏡組件810,820固定於可以對於基板180各自之三個以上之對準標記184進行觀察的位置。以後，在一對基板180之貼合完成之前，使顯微鏡組件810,820固定不移動。
其次，如第十九圖所示，將下載台740伸出到顯微鏡816,818之間及顯微鏡826,828之間，藉由向下之顯微鏡818,828來觀察裝載於下載台740之基板180之對準標記184(步驟S205)。此時，能參照由前述低倍率顯微鏡看到的基板180圖像，從形成於基板180之複數個對準標記184能輕易選擇待觀察之特定對準標記184。
從第二十二圖到第二十七圖係繪示藉由顯微鏡818,828來觀察對準標記184的樣子的示意圖。如第二十二圖所示，若顯微鏡組件810,820的位置適切時，在下載台740已往X方向伸出之情況，藉由顯微鏡818,828來觀察對準標記184。藉此，對準標記184相對於固定之顯微鏡818,828的位置會確定。因此，根據此時之面內驅動部720之驅動量來計算並記錄對準標記184相對於顯微鏡818,828之相對位置資訊(步驟S206)。
此外，面內驅動部720之驅動量是可以根據面內驅動部720本身之動作量來得知。此外，該驅動量也可以是參照為了控制面內驅動部720之動作而設置的線性編碼器等測量得到。再者，也可以藉由獨立於面 內驅動部720之外設置的干涉計等來測量下載台740之移動量。
其次，如第二十三圖所示，將下載台740移動到可以藉由顯微鏡818,828觀察基板180之其他對準標記184的位置，根據面內驅動部720之驅動量來記錄下一個對準標記184相對於顯微鏡818,828之相對位置資訊。
此外，如第二十四圖所示，有的情況下基板180在包含基板180之面內已旋轉了旋轉角度α。在這樣的情況下，如第二十五圖所示，為了能藉由顯微鏡818,828來觀察一組對準標記184，藉由面內驅動部720來使下載台740旋轉(-α)。在此情況同樣能根據面內驅動部720之驅動量來記錄基板180之旋轉角度α。
再者，如第二十六圖及第二十七圖所示，使用一方之顯微鏡818來觀察三個以上之對準標記184，藉此以該顯微鏡818之位置作為基準記錄下載台740所保持之基板180之相對位置資訊。
其次，使下載台740離開顯微鏡818,828之視野，退到傾斜驅動部730之上方躲避，如第二十圖所示，將上載台750伸出到顯微鏡816,818之間及顯微鏡826,828之間，藉由向上之顯微鏡816,826來觀察保持在上載台750下面之基板180之對準標記184(步驟S207)。接著，和保持在下載台740之基板180之情況同樣地記錄複數個對準標記184之相對位置資訊(步驟S208)
如此，以固定之顯微鏡818之位置作為基準記錄，裝載於下載台740之基板180之三個以上對準標記184之相對位置資訊、以及保持在上載台750之基板180之三個以上對準標記184之相對位置資訊。根據該相對位置資訊來計算位置對準資訊，該位置對準資訊意指在對於一對基板180進行位置對準之情況應補償的偏移(步驟S209)。
亦即，如已說明的內容，在供貼合之基板180經許多處理、加工而形成有元件等。因此，在基板180產生了各樣的應變。此外，一個基板180上之應變之分布並不均勻。因此，在對於基板180進行位置對準之情況，有時候即便使一對基板180之對應之特定對準標記184之位置一致，仍有基板180一部分之位置偏移變大的情況。
然而，對於一對基板180相互之間對應之三個以上對準標記184各自之相對位置資訊執行以下般的處理，便能藉此將基板180整體所產生之對準標記184之位置偏移限制於最小程度。
如此，在對於一對基板180進行位置對準之情況，以一個顯微鏡組件810之位置作為基準，對於三個以上對準標記184各自測量基板180面內之位置及該面內之旋轉的相關的相對位置資訊，根據那些相對位置資訊來計算基板180之間對應之對準標記184之位置偏移在整體變成最小的位置對準資訊。可以依據該位置對準資訊在下載台740及上載台750之間進行位置 對準，藉此對於一對基板180精度良好地進行位置對準。
可以根據如上所述計算出的位置對準資訊來將下載台740及上載台750之一方對準另一方，藉此進行位置對準，且使一對基板180互相對應之對準標記184之偏移在整體變成最小。因此，在基板180已位置對準的狀態，例如使下載台740朝向上載台750上昇，藉此貼合一對基板180(步驟S210)。
再者，為了保持基板180已位置對準的狀態，如第二d圖所示，藉由扣件192結合基板座190(步驟S211)。如此位置對準的狀態被確保的基板座190及基板180可以在保持著該狀態下輕易搬送，所以可從位置對準裝置700搬出，搬送到加壓裝置(步驟S212)。如上所述能提高層疊之基板180之實際的位置對準精度。
此外，在一對基板180相向接近的情況，有時候無法觀察在基板180表面形成的對準標記184。因此，可以針對和基板180成一體地移動的基板座190、下載台740或上載台750等，於即便在基板180相向的狀態也容易觀察的區域設置基準標記，觀察該基準標記同時操作下載台740或上載台750，藉此維持和邊觀察邊操作對準標記184同等的精度。在此情況，要求事先測定對準標記184及基準標記之相對位置。
在第十六圖到第二十七圖之實施形態中，下載台740及上載台750往XY之二方向移動，但是移動方法 不限於此。以其他的例子來說，在對準標記184沿著基板180之徑向方向配置於直線上之情況，也可以沿著該對準標記184使下載台740及上載台750直線移動。尤其，可以將基板180配置於下載台740及上載台750，且對準標記184之排列方向成為和朝向顯微鏡之下載台740及上載台750之移動方向相同，藉此，在朝向顯微鏡之下載台740及上載台750之移動的同時檢測對準標記184。
此外，上述說明中，雖然是以層疊基板製造裝置600為例進行說明，但是本發明之位置對準裝置700及方法也可以利用於在半導體裝置之製造過程用於微影之曝光裝置中被曝光基板及標線片(reticle)等圖案形成基板之定位。
在第一圖到第二十七圖所示之實施形態中，是將保持在上載台部310等之基板180進行觀察的顯微鏡配置於對面的下載台部320等，並將保持於下載台部320等之基板180進行觀察的顯微鏡配置於對面的上載台部310等。然而，顯微鏡之配置不限於此。也可以是將保持於上載台部310等之基板180進行觀察的顯微鏡配置於相同的上載台部310等，並將保持在下載台部320等之基板180進行觀察的顯微鏡配置於相同的下載台部320等。在此情況，配置於上載台部310之顯微鏡之透鏡是配置成朝向上方，配置於下載台部320之顯微鏡之透鏡是配置成朝向下方。
以上，雖然已使用實施形態說明本發明，但是本 發明之技術範圍不限定於上述實施形態所記載之範圍。對於本領域具有通常知識者來說顯然可以對上述實施形態施以多樣的變更或改良。施以那樣變更或改良後的形態也得包含於本發明之技術範圍，這件事從申請專利範圍之記載來看是清楚的。
申請專利範圍、說明書及圖式中出現了裝置、系統、程式、及方法之動作、程序、步驟、以及階段等各處理之執行順序沒有特別明示「更前面」、「之前」等，此外，應注意只要不是用後處理來使用前處理之輸出，都能以任意的順序實現。有關申請專利範圍、說明書、及圖式中之動作流程，縱使為了方便而使用了「首先」、「其次」等來說明，但未必以此順序來實施。
100‧‧‧層疊基板製造系統
186‧‧‧元件區域
101‧‧‧殼體
190‧‧‧基板座
102‧‧‧常溫部
191‧‧‧溝
111,112,113‧‧‧基板匣盒
192‧‧‧扣件
120‧‧‧控制盤
202‧‧‧高溫部
122‧‧‧校準控制部
220‧‧‧氣閘
124‧‧‧位置對準控制部
240‧‧‧加壓部
130‧‧‧預對準器
300‧‧‧對準部
142,210‧‧‧隔熱壁
301‧‧‧架體
144,222,224‧‧‧遮擋板
302‧‧‧頂板
160‧‧‧基板座架
303‧‧‧底板
171,172,230,390‧‧‧機械臂
304,374‧‧‧支柱
180‧‧‧基板
306‧‧‧底板
182‧‧‧缺口
310‧‧‧上載台部
184‧‧‧對準標記
311‧‧‧間隔件
312,322‧‧‧主載台
392‧‧‧叉部
314,324‧‧‧次載台
394‧‧‧臂部
316,326,367‧‧‧反射鏡
421‧‧‧支撐框
318,328,376,378‧‧‧顯微鏡
422‧‧‧透明基板
320‧‧‧下載台部
423‧‧‧不透明薄膜
321‧‧‧基準標誌
425‧‧‧不透明基板
323‧‧‧貫通孔
427‧‧‧刀刃形部分
329‧‧‧垂直致動器
600‧‧‧層疊基板製造裝置
330‧‧‧測量部
610‧‧‧晶圓存放器
332,334,366,368‧‧‧干涉計
614‧‧‧晶圓存放器
340,350‧‧‧驅動部
616‧‧‧晶圓存放器
341,351‧‧‧X驅動部
612‧‧‧層疊基板用存放器
362,381‧‧‧X驅動部
622‧‧‧晶圓預對準裝置
342,352‧‧‧Y驅動部
624‧‧‧晶圓座預對準裝置
372,382‧‧‧Y驅動部
630‧‧‧主控制裝置
344,384‧‧‧θ驅動部
640‧‧‧晶圓座存放器
346‧‧‧ψ驅動部
650‧‧‧加壓裝置
348,364,388Z‧‧‧驅動部
660‧‧‧分離冷卻裝置
360‧‧‧測定部
672‧‧‧晶圓裝載器
361‧‧‧支柱
674‧‧‧軌條
363‧‧‧引導部
678‧‧‧軌條
370‧‧‧顯微鏡組件
676‧‧‧晶圓座裝載器
380‧‧‧接合部
700‧‧‧位置對準裝置
383‧‧‧骨架
710‧‧‧底座
389‧‧‧平板
720‧‧‧面內驅動部
760‧‧‧面內驅動部
810‧‧‧顯微鏡組件
722‧‧‧旋轉驅動部
820‧‧‧顯微鏡組件
762‧‧‧旋轉驅動部
811‧‧‧缺口部
724‧‧‧X方向驅動部
821‧‧‧缺口部
764‧‧‧X方向驅動部
812‧‧‧直線驅動部
726‧‧‧Y方向驅動部
822‧‧‧直線驅動部
766‧‧‧Y方向驅動部
814‧‧‧支柱
730‧‧‧傾斜驅動部
824‧‧‧支柱
732,736‧‧‧平板
816‧‧‧顯微鏡
734‧‧‧垂直致動器
818‧‧‧顯微鏡
740‧‧‧下載台
826‧‧‧顯微鏡
750‧‧‧上載台
828‧‧‧顯微鏡
770‧‧‧骨架
第一圖係繪示層疊基板製造系統100構造之示意俯視圖。
第二a圖概略繪示基板180之狀態變化。
第二b圖概略繪示基板180之狀態變化。
第二c圖概略繪示基板180之狀態變化。
第二d圖概略繪示基板180之狀態變化。
第二e圖概略繪示基板180之狀態變化。
第三圖概略繪示對準標記184之形態。
第四圖係概略繪示對準部300之構造的剖面圖。
第五圖係第四圖所示之對準部300之局部放大圖。
第六圖係繪示基準標誌321之構造的剖面圖。
第七圖係繪示基準標誌321之其他構造的剖面圖。
第八圖係對準部300之對準程序的流程圖。
第九圖對照第四圖繪示對準部300之動作。
第十圖係第九圖所示狀態之對準部300之局部放大圖。
第十一圖繪示對準部300之下一個動作。
第十二圖繪示對準部300之再下一個動作。
第十三圖係繪示其他對準部300之構造的立體圖。
第十四圖係對準部300之俯視圖。
第十五a圖係繪示對準部300之動作的側視圖。
第十五b圖係繪示對準部300之其他動作的側視圖。
第十五c圖係繪示對準部300之其他動作的側視圖。
第十五d圖係繪示對準部300其他動作的側視圖。
第十六圖係概略繪示其他層疊基板製造裝置600整體構造的俯視圖。
第十七圖係繪示位置對準裝置700之構造的立體圖。
第十八圖係繪示位置對準裝置700之動作之一的立體圖。
第十九圖係繪示位置對準裝置700其他動作的立體圖。
第二十圖係繪示位置對準裝置700其他動作的立 體圖。
第二十一圖係基板180之位置對準程序的流程圖。
第二十二圖概略繪示對準標記184之觀察。
第二十三圖概略繪示對準標記184之觀察。
第二十四圖概略繪示對準標記184之觀察。
第二十五圖概略繪示對準標記184之觀察。
第二十六圖概略繪示對準標記184之觀察。
第二十七圖概略繪示對準標記184之觀察。
180‧‧‧基板
190‧‧‧基板座
310‧‧‧上載台部
311‧‧‧間隔件
312,322‧‧‧主載台
314,324‧‧‧次載台
318,328‧‧‧顯微鏡
320‧‧‧下載台部
321‧‧‧基準標誌
323‧‧‧貫通孔
326‧‧‧反射鏡
329‧‧‧垂直致動器
348‧‧‧Z驅動部
352‧‧‧Y驅動部

Claims (25)

  1. 一種基板位置對準裝置，具備：第一載台，將互相面對之一對基板之一方加以保持同時往該基板之面方向移動；第二載台，將前述一對基板之另一方加以保持；第一顯微鏡，對於保持於前述第二載台之基板之對準標記進行觀察；第二顯微鏡，對於保持於前述第一載台之基板之對準標記進行觀察；校準標誌，係從前述第一顯微鏡及前述第二顯微鏡共同觀察的校準標誌；及位置對準控制部，根據前述第一顯微鏡及前述第二顯微鏡之相對位置、第一位置資訊及第二位置資訊來對前述一對基板進行位置對準，其中該相對位置係藉由前述第一顯微鏡及前述第二顯微鏡來觀察前述校準標誌而取得的，該第一位置資訊指出藉由前述第二顯微鏡觀察到的對準標記之位置，該第二位置資訊指出藉由前述第一顯微鏡觀察到的對準標記之位置。
  2. 如申請專利範圍第1項之基板位置對準裝置，更具備校準控制部，該校準控制部藉由前述第一顯微鏡及前述第二顯微鏡來觀察前述校準標誌，藉此校準前述第一顯微鏡及前述第二顯微鏡之相對位置，前述基板位置對準裝置根據利用前述校準控制部得到之校正結果以及第一位置資訊與第二位置資訊之差分來對前述一對基板進行位置對準，其中該第一位置資訊係指 出藉由前述第二顯微鏡觀察到之對準標記之位置，該第二位置資訊指出藉由前述第一顯微鏡觀察到之對準標記之位置。
  3. 如申請專利範圍第2項之基板位置對準裝置，前述校準標誌和前述第一載台一起移動，前述校準控制部在前述第一載台停止之狀態藉由前述第一顯微鏡及前述第二顯微鏡來觀察前述校準標誌，藉此校準前述第一顯微鏡及前述第二顯微鏡之相對位置。
  4. 如申請專利範圍第3項之基板位置對準裝置，前述第一顯微鏡和前述第一載台一起移動。
  5. 如申請專利範圍第3或4項之基板位置對準裝置，前述位置對準控制部使保持著前述一對基板之一方的前述第一載台移動，對於該基板進行位置對準保持於前述第二載台之前述一對基板之另一方。
  6. 如申請專利範圍第2至4項中任一項之基板位置對準裝置，前述校準控制部在前述第一顯微鏡及前述第二顯微鏡之任一者移動後，校準前述相對位置。
  7. 如申請專利範圍第2至4項中任一項之基板位置對準裝置，前述校準控制部在前述第一顯微鏡及前述第二顯微鏡之任一者改變移動方向後，校準前述相對位置。
  8. 如申請專利範圍第2至4項中任一項之基板位置對準裝置，前述校準標誌包含透明基板、及附著於前述透明基板之不透明薄膜。
  9. 如申請專利範圍第2至4項中任一項之基板位置對準 裝置，前述校準標誌形成於一對面之交線，該一對面之交線與前述第一顯微鏡及前述第二顯微鏡之連結線分別交叉，具有互異之傾斜度。
  10. 如申請專利範圍第2至4項中任一項之基板位置對準裝置，更具備干涉計，該干涉計對前述第一載台及前述第二載台之位置分別進行檢測。
  11. 如申請專利範圍第2至4項中任一項之基板位置對準裝置，更具備垂直驅動部，該垂直驅動部使前述第一載台及前述第二載台之任一者，往保持於前述第一載台及前述第二載台之一對基板抵接或分開的方向移動。
  12. 如申請專利範圍第2至4項中任一項之基板位置對準裝置，前述第一顯微鏡及前述第二顯微鏡相互固定著。
  13. 如申請專利範圍第2至4項中任一項之基板位置對準裝置，前述位置對準控制部在將前述一對基板之一方從前述第一載台改放在第三載台，且將前述一對基板之另一方從前述第二載台改放在第四載台後，使前述第三載台及前述第四載台之任一者移動，對於前述一對基板進行位置對準。
  14. 如申請專利範圍第2至4項中任一項之基板位置對準裝置，前述第一顯微鏡及前述第二顯微鏡對於保持於前述第一載台及前述第二載台之一對基板各自之三個以上之對準標記進行觀察。
  15. 一種基板位置對準裝置，具備： 第一載台，將互相位置對準之二個基板之一方加以保持；第二載台，將前述二個基板之另一方加以保持；第一檢測部，觀察保持於前述第二載台之基板之對準標記；第二檢測部，觀察保持於前述第一載台之基板之對準標記；驅動部，使前述第一載台及前述第二載台分別移動；及控制部，係控制前述驅動部之驅動的控制部，為了對於前述二個基板進行位置對準，根據以前述第一檢測部及前述第二檢測部檢測出的前述二個基板之前述對準標記之前述位置來驅動前述驅動部，使得在前述二個基板之位置偏差就整體而言為最小；前述控制部為了使前述第一載台及前述第二載台移動而驅動前述驅動部，使得保持於前述一對載台之前述二個基板之三個以上之前述對準標記之位置被前述第一檢測部及前述第二檢測部所檢測。
  16. 如申請專利範圍第15項之基板位置對準裝置，前述檢測部具有在互相面對之狀態下相對位置會固定的一對顯微鏡，前述一對載台係個別保持互相面對之一對基板，將該基板伸出到前述一對顯微鏡之任一者之視野，同時往所保持的基板之面方向個別移動。
  17. 如申請專利範圍第16項之基板位置對準裝置，前述控制部係使前述一對載台之一方移動，以前述一對顯 微鏡之一方觀察位於前述一對顯微鏡之間的前述一對基板之一方，藉此，測量形成於該一方之基板的三個以上之對準標記相對於該一方之顯微鏡的相對位置，此外，使前述一對載台之另一方移動，以前述一對顯微鏡之另一方觀察位於前述一對顯微鏡之間的前述一對基板之另一方，藉此，測量形成於該另一方之基板的三個以上之對準標記相對於該另一方之顯微鏡的相對位置，再者，根據前述一對基板各自之對準標記相對於前述一對顯微鏡之相對位置，來將前述一對載台移動，使得在該一對基板之間對應的前述對準標記之位置偏差就整體而言成為最小。
  18. 如申請專利範圍第16或17項之基板位置對準裝置，具備二組以上之前述一對顯微鏡。
  19. 如申請專利範圍第16或17項之基板位置對準裝置，前述一對顯微鏡在觀察位置與躲避位置之間移動，其中在該觀察位置，從前述一對載台伸出之基板之前述對準標記會落入視野，在該躲避位置，從前述一對載台伸出之基板之前述對準標記會不在視野。
  20. 如申請專利範圍第16或17項之基板位置對準裝置，前述一對載台各自使保持於該載台之前述一對基板之任一者所形成之三個以上之對準標記移動，以使位置固定之前述一對顯微鏡之任一者進行觀察。
  21. 如申請專利範圍第16或17項之基板位置對準裝置，前述控制部對於和保持於前述一對載台之一對基板之任一者成為一體地移動的基準標記進行觀察，同 時使前述一對載台各自移動。
  22. 如申請專利範圍第16或17項之基板位置對準裝置，前述一對載台在包含保持於該載台之基板的面內分別旋轉。
  23. 一種層疊型半導體裝置之製造方法，係將在各自形成有元件之一對基板加以層疊而成之層疊型半導體裝置之製造方法，該層疊型半導體裝置之製造方法具備下列步驟：藉由申請專利範圍第1至22項中任一項之基板位置對準裝置來對於前述一對基板進行位置對準、以及對於在前述基板位置對準裝置位置已對準的前述一對基板進行加壓接合。
  24. 一種基板位置對準方法，包含：第一保持階段，將互相面對之一對基板之一方保持於往該基板之面方向移動的第一載台；第二保持階段，將前述一對基板之另一方保持於第二載台；校準階段，藉由第一顯微鏡及第二顯微鏡進行觀察，對於前述第一顯微鏡及前述第二顯微鏡之相對位置進行檢測；第一檢測階段，藉由前述第二顯微鏡來觀察保持於前述第一載台之基板之對準標記，對於指出該對準標記之位置的第一位置資訊進行檢測；第二檢測階段，藉由前述第一顯微鏡來觀察保持於前述第二載台之基板之對準標記，對於指出該對準標記之位置的第二位置資訊進行檢測；以及 位置對準階段，根據前述第一位置資訊及第二位置資訊之差分對於前述一對基板進行位置對準。
  25. 一種基板位置對準方法，具備：第一測量階段，使有一對基板各自被支撐的一對載台之一方移動，將保持於該載台之基板伸出到一對顯微鏡之間，以前述一對顯微鏡之一方觀察該基板，藉此測量形成於該基板之三個以上之對準標記的位置；第二測量階段，使前述一對載台之另一方移動，將保持於該載台之基板伸出到前述一對顯微鏡之間，以前述一對顯微鏡之另一方觀察該基板，藉此測量形成於該基板之三個以上之對準標記的位置；以及位置對準階段，根據前述對準標記相對於前述一對顯微鏡之前述位置來使前述一對載台移動，使得在前述一對基板之位置偏差就整體而言為最小。
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