WO2010050500A1 - アライメント装置制御装置およびアライメント方法 - Google Patents

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WO2010050500A1
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luminance distribution
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alignment
integrated luminance
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PCT/JP2009/068486
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陽一郎 津村
貴則 稲葉
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三菱重工業株式会社
株式会社ファースト
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Definitions

  • the present invention relates to an alignment apparatus control apparatus and an alignment method, and more particularly to an alignment apparatus control apparatus and an alignment method used when aligning a substrate.
  • MEMS that integrates fine electrical parts and mechanical parts is known.
  • the MEMS include a micromachine, a pressure sensor, and a micro motor.
  • the MEMS is manufactured by laminating a plurality of patterns formed on a semiconductor substrate. The semiconductor substrate needs to be aligned in the horizontal direction when the pattern is pressed and bonded in the vertical direction.
  • Alignment devices that align the plurality of patterns during bonding are known. Since the alignment apparatus is disposed in a vacuum atmosphere that is bonded at room temperature, it is desired that the alignment apparatus be smaller and more easily manufactured.
  • Japanese Patent No. 3356406 discloses a misalignment detecting device that can detect the position of the alignment mark without accurately positioning the imaging optical system between the works so that the misalignment of the work can be accurately detected. Yes.
  • the positional deviation detection device detects positional deviations in the XY plane of a plurality of workpieces arranged with a predetermined clearance in the Z-axis direction based on the positions on the XY plane of alignment marks formed on the opposing surfaces.
  • a plurality of infrared imaging devices that detect the position of a workpiece coaxially from one direction via a common optical axis orthogonal to the XY plane are arranged according to the number of alignment marks.
  • each in-focus region of the infrared imaging device is set to a position where each alignment mark can be individually imaged.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-142534 discloses a recognition mark for a first object having an alignment reference as an alignment recognition mark on the upper surface side or an alignment recognition mark inside, There has been disclosed an alignment method that enables accurate alignment with a recognition mark of an object to be bonded, and can perform predetermined alignment with high accuracy even with the first object to be bonded in such a form.
  • the first object to be joined having the alignment recognition mark provided on the upper surface side or inside thereof is arranged below, and the second object having the recognition mark for alignment with the first object to be joined is provided below.
  • the first object to be bonded is recognized by electromagnetic waves or sound waves that can be transmitted.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2002-162206 discloses a case where alignment is performed to join objects to be joined, and when one of the objects to be joined has a covering material, the relative position between both the objects to be joined is indicated with an allowable accuracy.
  • An alignment method that can be reliably and easily adjusted is disclosed.
  • the alignment method when the relative position of the first object to be bonded and the second object to be bonded having the covering material is aligned, the position of the alignment mark of the first object to be bonded is recognized by the recognition unit.
  • a reference mark representing the position of the first object to be bonded is displayed on the screen at a position corresponding to the region outside the covering material of the second object to be bonded.
  • the position of the alignment mark of the second object to be bonded attached to the outside of the covering material of the object to be bonded is recognized by the recognition means, and the recognized position is displayed on the screen, and the second object is displayed. It is characterized in that the position of the second object to be bonded is corrected so that the position of the alignment mark for the bonded object falls within a predetermined allowable accuracy with respect to the position of the reference mark.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-218133 discloses an alignment method capable of positioning a workpiece with high accuracy in a short time.
  • the alignment method is an alignment method for aligning a first object to be bonded to a second object to be bonded, and at least two first recognition marks provided to be separated from at least one object to be bonded.
  • the recognition means reads the first alignment at least in the rotational direction ⁇ of the object to be joined, and then the position of the recognition means is fixed, and the second recognition mark provided on the at least one object to be joined is fixed.
  • the second alignment is performed with respect to the parallel movement directions X and Y of the object to be joined by reading with the recognition means.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-207436 discloses a method capable of performing pre-alignment of orientation flat and wafer bonding with high accuracy without causing positional deviation in a series of steps.
  • the wafer pre-alignment method includes a step of chucking opposite edges of a wafer chucked on a rotary table having a chuck mechanism and a rotation mechanism with a wafer guide, and the position of the orientation flat surface of the wafer is detected by an angle detection means.
  • the step of measuring and calculating the rotation angle of the wafer the step of rotating the orientation flat surface of the wafer to the predetermined angle calculated by the angle detection means by rotating the rotary table, adjusting the position by rotating to the reference position, And a step of adjusting the position by rotating to the alignment position.
  • the subject of this invention is providing the alignment apparatus control apparatus manufactured more easily. Another object of the present invention is to provide an alignment method that is performed using an alignment apparatus control apparatus having a smaller scale. Still another object of the present invention is to provide an alignment apparatus control apparatus and an alignment method for aligning a substrate faster. Still another object of the present invention is to provide an alignment apparatus control apparatus and an alignment method for more reliably aligning a substrate. Still another object of the present invention is to provide an alignment apparatus control apparatus and an alignment method for aligning a substrate more accurately.
  • An alignment apparatus control apparatus uses an imaging unit that captures a plurality of images on a substrate surface using a camera, and selects a detection area from the plurality of areas based on the plurality of images. And an alignment unit that aligns the substrate based on an alignment image that is captured by the camera and reflects a mark formed in the detection region.
  • an alignment device control device uses the camera to mark the camera on the camera even when the mark is not in the imaging area of the camera used to align the substrate.
  • the positional relationship between the camera and the substrate can be controlled so as to be in the field of view. For this reason, such an alignment apparatus control apparatus does not need to be provided with a separate mechanism for arranging a mark used for alignment in the field of view of the camera, and can be manufactured more easily.
  • the region detection unit includes a first region in which the first image in the plurality of regions is reflected when the first image in the plurality of images is different from the second image in the plurality of images. It is preferable to select the detection area from the second area in which the second image is projected.
  • the alignment apparatus control apparatus further includes an integrated luminance distribution calculation unit that calculates a plurality of integrated luminance distributions based on a plurality of images.
  • the integrated luminance distribution calculated based on one image of the plurality of integrated luminance distributions indicates a distribution of integrated luminance obtained by projecting one image in one projection direction.
  • the area detecting unit calculates a first integrated luminance distribution calculated based on a first image of the plurality of integrated luminance distributions and a second image calculated based on a second image of the plurality of integrated luminance distributions.
  • a detection area is selected from the first area and the second area. Such selection of the detection area can be executed more quickly with a smaller amount of calculation than comparing the first image and the second image as they are.
  • the alignment apparatus control apparatus further includes a ratio variation calculation unit that calculates a ratio variation based on the first integrated luminance distribution and the second integrated luminance distribution.
  • the value corresponding to each position of the ratio variation indicates a ratio obtained by dividing the integrated luminance at each position of the first integrated luminance distribution by the integrated luminance at each position of the second integrated luminance distribution.
  • the area detection unit selects a detection area from the first area and the second area when the ratio variation includes a value outside a predetermined range. Such selection of the detection region can prevent malfunction due to the luminance of the background of the image.
  • the integrated luminance distribution may further indicate another integrated luminance distribution obtained by projecting the one image in another projection direction different from the one projection direction. According to such selection of the detection area, it is possible to more reliably detect the detection area where the mark is formed as compared to using only one projection luminance projected in one projection direction.
  • the alignment apparatus control apparatus may further include a ratio fluctuation calculation unit that calculates the first ratio fluctuation and the second ratio fluctuation based on the first cumulative luminance distribution and the second cumulative luminance distribution. It can.
  • the first ratio fluctuation is obtained by changing the integrated luminance at each position of the integrated luminance distribution projected in the one projection direction of the first integrated luminance distribution in the one projection direction of the second integrated luminance distribution. The change of the ratio divided by the integrated luminance at each position in the projected integrated luminance distribution is shown.
  • the second ratio fluctuation is obtained by projecting the accumulated luminance at each position of the accumulated luminance distribution projected in the other projected direction of the first accumulated luminance distribution in the other projected direction of the second accumulated luminance distribution.
  • the change of the ratio divided by the integrated luminance at each position of the distribution of the integrated luminance is shown.
  • the detection area is selected from the first area and the second area when the first ratio fluctuation or the second ratio fluctuation includes a value outside a predetermined range. According to such selection of the detection area, it is possible to more reliably detect the detection area where the mark is formed as compared with the case where only the ratio variation regarding one projection direction is used.
  • the alignment apparatus control apparatus further includes a focusing unit that focuses the camera based on an image showing the detection area. At this time, it is preferable that the alignment image is picked up after being focused.
  • the region detection unit selects another detection region different from the detection region from the plurality of regions based on the plurality of images when the alignment mark image displayed on the alignment image is different from the predetermined image. At this time, the alignment unit aligns the substrate based on an image showing an alignment mark formed in another detection region. At this time, such an alignment apparatus control apparatus can detect the alignment mark more accurately, and can align the substrate more reliably.
  • the path that follows the plurality of areas in the order in which the plurality of areas are imaged forms a spiral.
  • the width in the direction of the region where two adjacent regions in one direction of the plurality of regions overlap is larger than half the width in the direction of the mark formed on the surface. At this time, more than half of the marks formed on the surface are more reliably imaged in the image, and the imaging region in which the mark is projected can be detected more reliably.
  • An alignment method includes a step of capturing a plurality of images each of a plurality of regions on a surface of a substrate using a camera, and a step of selecting a detection region from the plurality of regions based on the plurality of images. And a step of aligning the substrate based on an alignment image that is captured by the camera and reflects a mark formed in the detection region. That is, according to the alignment method of the present invention, even when a mark does not enter the imaging area of the camera used when aligning the substrate, the mark formed on the substrate is used for the camera. The positional relationship between the camera and the substrate can be controlled so as to be in the field of view. For this reason, the alignment method according to the present invention does not need to use a separate mechanism for arranging the mark used for alignment in the field of view of the camera.
  • the detection region includes a first region in which the first image of the plurality of regions is projected and the plurality of regions.
  • the second image is selected from the second region in which the second image is projected.
  • the alignment method according to the present invention further includes a step of calculating a plurality of integrated luminance distributions based on a plurality of images.
  • the integrated luminance distribution calculated based on one image of the plurality of integrated luminance distributions indicates a distribution of integrated luminance obtained by projecting one image in one projection direction.
  • the detection area includes a first integrated luminance distribution calculated based on a first image of the plurality of integrated luminance distributions and a second integrated luminance calculated based on a second image of the plurality of integrated luminance distributions. When the distribution is different, the first region and the second region are selected. Such selection of the detection region can be executed more quickly with a smaller amount of calculation compared to comparing the first image and the second image as they are.
  • the alignment method according to the present invention further includes a step of calculating a ratio variation based on the first integrated luminance distribution and the second integrated luminance distribution.
  • the ratio fluctuation indicates a change in the ratio obtained by dividing the integrated luminance at each position of the first integrated luminance distribution by the integrated luminance at each position of the second integrated luminance distribution.
  • the detection area is selected from the first area and the second area when the ratio variation includes a value outside a predetermined range. Such selection of the detection region can prevent malfunction due to the luminance of the background of the image.
  • the integrated luminance distribution may further indicate another integrated luminance distribution obtained by projecting the one image in another projection direction different from the one projection direction. According to such selection of the detection area, it is possible to more reliably detect the detection area where the mark is formed as compared to using only one projection luminance projected in one projection direction.
  • the alignment method according to the present invention may further include a step of calculating a first ratio variation and a second ratio variation based on the first integrated luminance distribution and the second integrated luminance distribution.
  • the first ratio fluctuation is obtained by changing the integrated luminance at each position of the integrated luminance distribution projected in the one projection direction of the first integrated luminance distribution in the one projection direction of the second integrated luminance distribution. The change of the ratio divided by the integrated luminance at each position in the projected integrated luminance distribution is shown.
  • the second ratio fluctuation is obtained by projecting the accumulated luminance at each position of the accumulated luminance distribution projected in the other projected direction of the first accumulated luminance distribution in the other projected direction of the second accumulated luminance distribution.
  • the change of the ratio divided by the integrated luminance at each position of the distribution of the integrated luminance is shown.
  • the detection area is selected from the first area and the second area when the first ratio fluctuation or the second ratio fluctuation includes a value outside a predetermined range. According to such selection of the detection area, it is possible to more reliably detect the detection area where the mark is formed as compared with the case where only the ratio variation regarding one projection direction is used.
  • the alignment method according to the present invention preferably further includes a step of capturing an alignment image after focusing the camera on the basis of the image showing the detection area.
  • the alignment method according to the present invention includes a step of selecting another detection region different from the detection region from the plurality of regions based on the plurality of images when the image of the alignment mark displayed on the alignment image is different from the predetermined image; And a step of aligning the substrate based on an image showing an alignment mark formed in another detection region. At this time, the alignment method according to the present invention can detect the alignment mark more accurately and align the substrate more reliably.
  • the path that follows the plurality of areas in the order in which the plurality of areas are imaged forms a spiral.
  • the width in the direction of the region where two adjacent regions in one direction of the plurality of regions overlap is larger than half the width in the direction of the mark formed on the surface. At this time, more than half of the marks formed on the surface are more reliably imaged in the image, and the imaging region in which the mark is projected can be detected more reliably.
  • the alignment apparatus control apparatus and the alignment method according to the present invention use the camera to mark the formed on the substrate even if the mark does not enter the imaging area of the camera used when aligning the substrate. You can put it in the field of view. For this reason, the alignment apparatus for aligning the substrates does not need to include a mechanism for reliably arranging the marks used for alignment in the field of view of the camera, and can be manufactured more easily.
  • FIG. 1 is a side view showing an embodiment of an alignment apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a room temperature bonding apparatus.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the control device.
  • FIG. 4 is a plan view showing a part of the surface of the semiconductor substrate.
  • FIG. 5 is a plan view showing two imaging regions adjacent in the x-axis direction.
  • FIG. 6 is a plan view showing two imaging regions adjacent in the y-axis direction.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an image and an integrated luminance distribution.
  • FIG. 8 is a graph showing the ratio variation.
  • FIG. 9 is a flowchart showing the room temperature bonding method.
  • FIG. 10 is a flowchart showing an embodiment of the alignment method according to the present invention.
  • the alignment apparatus 1 is applied to a room temperature bonding apparatus used when a semiconductor substrate 3 is bonded to a semiconductor substrate 2 at room temperature to produce a product.
  • the room temperature bonding apparatus includes an upper stage 4, a wafer moving stage 5, a focus adjusting stage 6, a lens 7, and a camera 8.
  • the upper stage 4 and the wafer moving stage 5 are disposed in a chamber that generates a vacuum atmosphere.
  • the focus adjustment stage 6, the lens 7, and the camera 8 are arranged on the atmosphere side through an observation window provided in the chamber.
  • the upper stage 4 is supported by the chamber so as to be movable in the vertical direction.
  • the upper stage 4 is formed with an electrostatic chuck vertically below, and supports the semiconductor substrate by electrostatic force.
  • the wafer moving stage 5 is supported by the chamber so as to be movable in parallel in the horizontal direction and to be rotatable about a rotation axis parallel to the vertical direction.
  • the wafer moving stage 5 has an electrostatic chuck formed vertically upward, and supports the semiconductor substrate 3 by electrostatic force.
  • a transparent portion 9 is formed on the wafer moving stage 5.
  • the transparent portion 9 is formed of a material that is transparent with respect to the wavelength band of the visible light and the sensitivity of the camera 8 and is disposed at a part of the portion of the wafer moving stage 5 where the semiconductor substrate 3 is disposed. .
  • the focus adjustment stage 6 is supported by the chamber and supports the lens 7 so as to be movable in the vertical direction.
  • the lens 7 transmits the reflected light that reflects the semiconductor substrate 2 or the semiconductor substrate 3 and transmits the transparent portion 9 to the camera 8.
  • the lens 7 also has a function of illuminating the semiconductor substrate 2 or the semiconductor substrate 3.
  • the camera 8 is fixed to the chamber.
  • the camera 8 generates an image of a part of the semiconductor substrate 2 or a part of the semiconductor substrate 3 based on the reflected light transmitted through the lens 7.
  • the semiconductor substrates 2 and 3 have alignment marks and patterns formed on the surface.
  • the alignment mark is referred to in order to align the positions of the semiconductor substrates 2 and 3 in order to ensure the accuracy of the normal temperature bonding when the semiconductor substrates 2 and 3 are bonded at room temperature.
  • the accuracy of the room temperature bonding is on the order of several ⁇ m
  • the dimension of the alignment mark is on the order of several tens of ⁇ m.
  • the pattern is a portion formed in the semiconductor device when the semiconductor substrates 2 and 3 are bonded at room temperature.
  • the room temperature bonding apparatus further includes a control device 11, an imaging region moving drive device 12, a focus adjustment drive device 14, and a bonding drive device 15 as shown in FIG.
  • the control device 11 is a computer and includes a CPU, a storage device, an input device, a display device, and an interface (not shown).
  • the CPU executes a computer program installed in the control device 11 and controls the storage device, the input device, the output device, and the interface.
  • the storage device records the computer program and records information generated by the CPU.
  • the input device outputs information generated by being operated by the user to the CPU. Examples of the input device include a keyboard and a mouse.
  • the display device displays a screen generated by the CPU.
  • the interface outputs information generated by an external device connected to the control device 11 to the CPU, and outputs information generated by the CPU to the external device.
  • the external devices include a camera 8, an imaging region moving drive device 12, a focus adjustment drive device 14, and a joining drive device 15.
  • the imaging region moving drive device 12 is controlled by the control device 11 so that the semiconductor substrate supported by the wafer moving stage 5 is translated in the horizontal direction or rotated around a rotation axis parallel to the vertical direction.
  • the wafer moving stage 5 is driven so as to move.
  • the focus adjustment drive device 14 is controlled by the control device 11 to drive the focus adjustment stage 6 so that the lens 7 translates in the vertical direction.
  • the bonding drive device 15 is controlled by the control device 11 to drive the upper stage 4 so that the semiconductor substrate supported by the upper stage 4 is translated in the vertical direction.
  • the room temperature bonding apparatus further includes a load lock chamber and a transfer apparatus not shown.
  • the load lock chamber is a container that seals the inside from the environment, and is controlled by the control device 11 to generate a vacuum atmosphere therein or to generate an atmospheric pressure atmosphere therein.
  • the transfer device is controlled by the control device 11 when a vacuum atmosphere is generated inside the load lock chamber, and transfers the semiconductor substrate disposed in the load lock chamber to the wafer moving stage 5. Alternatively, the semiconductor substrate held on the wafer moving stage 5 is transferred to the load lock chamber. That is, such a load lock chamber and a transfer device are used for loading or unloading a semiconductor substrate into the chamber of the alignment apparatus 1.
  • the room temperature bonding apparatus further includes an ion gun (not shown).
  • the ion gun is disposed inside the chamber of the alignment apparatus 1 and is controlled by the control apparatus 11 to emit charged particles.
  • the semiconductor substrate is irradiated with charged particles, oxides formed on the surface of the semiconductor substrate are removed, impurities attached to the surface are removed, and the surface is cleaned.
  • the semiconductor substrates are bonded at room temperature by bringing the cleaned surfaces into contact with each other.
  • the computer program installed in the control device 11 is focused on the transport unit 41, the imaging unit 42, the integrated luminance distribution calculation unit 43, the ratio variation calculation unit 44, and the region detection unit 45.
  • a portion 46, an alignment portion 47, and a joint portion 48 are included.
  • the transport unit 41 uses the transport device to load-lock the semiconductor substrate so that the portion where the alignment mark is formed is disposed in the transparent portion 9 after the semiconductor substrate is disposed in the load lock chamber.
  • the wafer is transferred from the chamber to the wafer moving stage 5 and the wafer moving stage 5 holds the semiconductor substrate.
  • the transfer unit 41 uses the bonding drive device 15 to raise the upper stage 4 vertically upward, and the substrate bonded at room temperature using the transfer device is transferred from the wafer moving stage 5 to the load lock chamber. To be taken out.
  • the imaging unit 42 uses the imaging region moving drive device 12 so that a plurality of imaging regions on the surface of the semiconductor substrate held by the wafer moving stage 5 are arranged in the visual field of the camera 8 in a predetermined order.
  • the wafer moving stage 5 is driven.
  • the imaging unit 42 captures images of a plurality of imaging regions of the semiconductor substrate using the camera 8.
  • the integrated luminance distribution calculating unit 43 calculates the integrated luminance distribution based on the image captured by the imaging unit 42.
  • the ratio fluctuation calculation unit 44 calculates the ratio fluctuation based on the two integrated luminance distributions calculated by the integrated luminance distribution calculation unit 43.
  • the area detection unit 45 detects an image showing an alignment mark from a plurality of images captured by the imaging unit 42 based on the ratio variation calculated by the ratio variation calculation unit 44, and the image is detected from the plurality of imaging regions. Select the imaging area in which.
  • the focusing unit 46 drives the wafer moving stage 5 using the imaging region moving drive unit 12 so that the imaging region selected by the region detecting unit 45 is imaged by the camera 8. Further, the focusing unit 46 captures an image of the imaging region selected by the region detection unit 45 using the camera 8 and focuses the image of the imaging region captured by the camera 8 based on the image. The position of the lens 7 is calculated. The focusing unit 46 further drives the focus adjustment stage 6 using the focus adjustment drive device 14 so that the lens 7 is disposed at that position.
  • the positioning unit 47 After the position of the lens 7 is adjusted by the focusing unit 46, the positioning unit 47 images the imaging region selected by the region detection unit 45 using the camera 8. The alignment unit 47 drives the wafer moving stage 5 using the imaging region moving drive device 12 so that the alignment mark formed on the semiconductor substrate is projected at a predetermined position of the image.
  • the junction 48 irradiates the semiconductor substrate 3 with charged particles using an ion gun and irradiates the semiconductor substrate 2 with charged particles when the semiconductor substrate 2 and the semiconductor substrate 3 are spaced apart.
  • the bonding unit 48 lowers the upper stage 4 vertically downward using the bonding driving device 15, brings the upper stage 4 and the wafer moving stage 5 close to a predetermined distance, and moves the imaging region moving driving device 12.
  • the wafer positioning stage 5 is used for precise alignment. After performing the precise alignment, the bonding portion 48 lowers the upper stage 4 vertically downward using the bonding driving device 15 to bring the semiconductor substrate 2 and the semiconductor substrate 3 into contact with each other.
  • FIG. 4 shows a region of the surface of the semiconductor substrate 2 that is arranged to face the transparent portion 9, that is, a region of the surface of the semiconductor substrate 2 that is imaged by the camera 8.
  • the area 21 includes a plurality of imaging areas 22-1 to 22-9. Each of the plurality of imaging areas 22-1 to 22-9 is congruent to an area captured by the camera 8 at a time.
  • This figure shows an example in which a plurality of imaging regions 22-1 to 22-9 are arranged in a matrix in the x-axis direction and the y-axis direction so as not to overlap each other.
  • the imaging areas 22-1 to 22-9 are each assigned an order.
  • the order of the imaging areas 22-1 to 22-9 is assigned so that the path following the imaging area in the order forms a counterclockwise spiral. That is, No. 1 is assigned to the imaging area arranged in the center of the area 21 among the imaging areas 22-1 to 22-9. No. 2 is assigned to an imaging region adjacent to the first imaging region in the direction opposite to the x-axis direction. No. 3 is assigned to an imaging region adjacent to the second imaging region in the direction opposite to the y-axis direction.
  • the (k + 2) -th (k is a natural number) is an imaging region in which the (k + 1) -th imaging region is adjacent to the k-th imaging region in the x-axis direction and the (k + 1) -th imaging region is adjacent to the y-axis direction. Is assigned to an imaging region adjacent to the (k + 1) -th imaging region in the y-axis direction.
  • the (k + 2) -th order is assigned to the imaging areas adjacent to the (k + 1) -th imaging area in the x-axis direction of the k-th imaging area and adjacent to the (k + 1) -th imaging area in the y-axis direction.
  • the order is not assigned to the area, it is assigned to the imaging area adjacent to the (k + 1) -th imaging area in the direction opposite to the y-axis direction.
  • the areas are assigned to the imaging areas adjacent to the (k + 1) -th imaging area in the direction opposite to the x-axis direction.
  • the (k + 2) -th order is the order of the imaging areas adjacent to the (k + 1) -th imaging area in the y-axis direction of the k-th imaging area and adjacent to the (k + 1) -th imaging area in the opposite direction to the x-axis direction.
  • the (k + 2) -th order is the order of the imaging areas adjacent to the (k + 1) -th imaging area in the y-axis direction of the k-th imaging area and adjacent to the (k + 1) -th imaging area in the opposite direction to the x-axis direction. Is assigned to an imaging region adjacent to the (k + 1) -th imaging region in the y-axis direction.
  • the (k + 2) -th order is the imaging area adjacent to the (k + 1) -th imaging area in the x-axis direction and the (k + 1) -th imaging area adjacent to the k-th imaging area in the direction opposite to the y-axis direction. Is assigned to an imaging region adjacent to the (k + 1) -th imaging region in the x-axis direction.
  • the (k + 2) -th order is the imaging area adjacent to the (k + 1) -th imaging area in the x-axis direction and the (k + 1) -th imaging area adjacent to the k-th imaging area in the direction opposite to the y-axis direction. Is assigned to an imaging area adjacent to the (k + 1) -th imaging area in the direction opposite to the y-axis direction.
  • FIG. 5 shows two imaging regions adjacent in the x-axis direction.
  • the imaging region 22-i (i is a natural number) and the imaging region 22- (i + 1) have the same position in the y-axis direction.
  • the imaging region 22-i and the imaging region 22- (i + 1) have different positions in the x-axis direction and partly overlap.
  • the width of the overlapping portion in the x-axis direction (hereinafter referred to as “x-axis direction wrap amount”) is larger than half the width of the alignment mark formed on the semiconductor substrate.
  • FIG. 6 shows two imaging regions adjacent in the y-axis direction.
  • the imaging region 22-j (j is a natural number) and the imaging region 22- (j + 1) have the same position in the x-axis direction.
  • the imaging region 22-j and the imaging region 22- (j + 1) have different positions in the y-axis direction and partly overlap.
  • the width of the overlapping portion in the y-axis direction (hereinafter referred to as “y-direction wrap amount”) is larger than half the width of the alignment mark formed on the semiconductor substrate in the y-axis direction.
  • the wafer moving stage 5 sets the width WY in the y-axis direction and the y-direction wrap amount dY of the imaging area.
  • SY WY-dY Immediately after imaging the imaging region 22-j by the step movement amount SY expressed by
  • the control device 11 may not be able to detect the alignment mark displayed in the image.
  • the alignment mark can also be designed so that the dimensions are the same in the x-axis direction and the y-axis direction. At this time, the user can set the x-direction wrap amount and the y-direction wrap amount equally.
  • FIG. 7 shows an image captured by the imaging unit 42 using the camera 8.
  • a plurality of colors are associated with a plurality of pixels.
  • the plurality of pixels are unit elements that are arranged in a matrix in the x-axis direction and the y-axis direction to form the image 31, and are distinguished from each other by the position in the x-axis direction and the position in the y-axis direction.
  • the color indicates the color displayed in the corresponding pixel, and indicates the gradation indicating the degree of black and white shading. Each of the gradations shows a larger value as the color is darker.
  • FIG. 7 further shows the integrated luminance distribution calculated by the integrated luminance distribution calculating unit 43.
  • the integrated luminance distribution is formed by an x-axis direction integrated luminance distribution 32-x and a y-axis direction integrated luminance distribution 32-y.
  • the x-axis direction integrated luminance distribution 32-x indicates a distribution of integrated luminance obtained by projecting the image 31 in the y-axis direction. That is, the x-axis direction integrated luminance distribution 32-x indicates a distribution of the x-axis direction integrated luminance with respect to the position of the image 31 in the x-axis direction.
  • the x-axis direction integrated luminance corresponding to a certain position in the x-axis direction represents the sum total of the gradations indicated by the plurality of pixels corresponding to the position.
  • the y-axis direction integrated luminance distribution 32-y indicates a distribution of integrated luminance obtained by projecting the image 31 in the x-axis direction. That is, the y-axis direction integrated luminance distribution 32-y shows the distribution of the y-axis direction integrated luminance with respect to the y-axis direction position of the image 31.
  • the integrated luminance in the y-axis direction corresponding to a certain position in the y-axis direction represents the sum total of the gradations indicated by a plurality of pixels corresponding to the position.
  • FIG. 8 shows the ratio fluctuation calculated by the ratio fluctuation calculation unit 44.
  • the ratio variation 35 indicates a change in the ratio with respect to the position of the image 31 in the x-axis direction.
  • the ratio corresponding to a certain position in the x-axis direction is the image captured immediately before the integrated luminance corresponding to that position in the x-axis direction integrated luminance distribution 32-x calculated from the image captured this time.
  • the quotient is divided by the integrated luminance corresponding to that position.
  • the region detection unit 45 records a predetermined range input from the input device by the user in the storage device.
  • the range is calculated by experiment and shows a lower limit 37 and an upper limit 36.
  • the area detection unit 45 calculates two x-axis direction integrated luminance distributions used when calculating the ratio fluctuation 35 when the ratio fluctuation 35 indicates a value out of the range.
  • the region detection unit 45 calculates the x-axis direction integrated luminance distribution having the larger dent amount from the two x-axis direction integrated luminance distributions.
  • the amount of depression indicates the absolute value of the difference between the value of the portion that is a plateau in the x-axis direction accumulated luminance distribution and the minimum value of the section formed in the depression of the x-axis direction accumulated luminance distribution, or , The absolute value of the difference between the value of the portion that is a plateau in the x-axis direction integrated luminance distribution and the maximum value of the section formed on the convex in the x-axis direction integrated luminance distribution.
  • the area detection unit 45 calculates an image used when calculating the x-axis direction integrated luminance distribution, and calculates an imaging area displayed in the image.
  • the region detection unit 45 performs the same calculation in the y-axis direction to calculate one imaging region. That is, the ratio fluctuation calculation unit 44 further calculates a ratio fluctuation indicating a change in the ratio with respect to the position of the image 31 in the y-axis direction.
  • the ratio corresponding to a certain position in the y-axis direction is the image captured immediately before the integrated luminance corresponding to that position in the y-axis direction integrated luminance distribution 32-y calculated from the image captured this time.
  • the quotient divided by the integrated luminance corresponding to that position is shown.
  • the region detection unit 45 calculates two y-axis direction integrated luminance distributions used when calculating the ratio variation 35, and the two The y-axis direction integrated luminance distribution with the larger dent amount is calculated from the y-axis direction integrated luminance distribution, and the imaged area captured when calculating the y-axis direction integrated luminance distribution is calculated.
  • a color image can also be applied as an image captured by the camera 8.
  • the plurality of pixels constituting the image indicate a red gradation, a blue gradation, and a green gradation.
  • the gradation indicates that the larger the value, the darker the color.
  • the x-axis direction integrated luminance corresponding to a certain position in the x-axis direction is the sum of the sum of the red gradation, the blue gradation, and the green gradation indicated by the plurality of pixels corresponding to the position.
  • the y-axis direction integrated luminance corresponding to a certain position in the y-axis direction is the sum of the sum of the red gradation, blue gradation, and green gradation indicated by a plurality of pixels corresponding to the position. Is shown.
  • FIG. 9 shows an embodiment of a room temperature bonding method to which the alignment method according to the present invention is applied.
  • the room temperature bonding method is performed using such a room temperature bonding apparatus.
  • the producer first manufactures the semiconductor substrate 2 and the semiconductor substrate 3 and places the semiconductor substrate 2 and the semiconductor substrate 3 in the load lock chamber.
  • the control device 11 uses the transfer device to transfer the semiconductor substrate 2 from the load lock chamber to the wafer moving stage 5 so that the portion where the alignment mark of the semiconductor substrate 2 is formed is disposed in the transparent portion 9.
  • the semiconductor substrate 2 is held on the wafer moving stage 5 (step S1).
  • the control device 11 drives the wafer moving stage 5 using the imaging region moving drive device 12 based on the image taken by the camera 8, and places the semiconductor substrate 2 at a predetermined position (step S2).
  • the control device 11 uses the bonding drive device 15 to lower the upper stage 4 to hold the semiconductor substrate 2 held on the wafer moving stage 5 on the upper stage 4 and raise the upper stage 4 to raise the semiconductor.
  • the substrate 2 is retracted to a place away from the wafer moving stage 5 (step S3).
  • the control device 11 uses the transfer device to transfer the semiconductor substrate 3 from the load lock chamber to the wafer moving stage 5 so that the portion where the alignment mark of the semiconductor substrate 3 is formed is disposed in the transparent portion 9.
  • the semiconductor substrate 3 is held on the wafer moving stage 5 (step S4).
  • the control device 11 drives the wafer moving stage 5 using the imaging region moving drive device 12 based on the image taken by the camera 8, and places the semiconductor substrate 3 at a predetermined position (step S5).
  • the control device 11 irradiates the semiconductor substrate 3 with charged particles using an ion gun while the semiconductor substrate 2 and the semiconductor substrate 3 are separated from each other, and irradiates the semiconductor substrate 2 with charged particles.
  • the semiconductor substrate 3 and the semiconductor substrate 2 are irradiated with the charged particles, whereby oxides formed on the surfaces thereof are removed, and impurities attached to the surfaces are removed.
  • the control device 11 uses the bonding drive device 15 to lower the upper stage 4 vertically downward to bring the upper stage 4 and the wafer moving stage 5 close to a predetermined distance, and executes a more precise alignment. .
  • the control device 11 After executing the precise alignment, the control device 11 lowers the upper stage 4 vertically downward using the bonding drive device 15 to bring the semiconductor substrate 2 and the semiconductor substrate 3 into contact with each other (step S6). .
  • the semiconductor substrate 2 and the semiconductor substrate 3 are bonded at room temperature by being brought into contact in this way, and are firmly bonded to the same body.
  • the control device 11 raises the upper stage 4 in the vertical upward direction using the bonding drive device 15, and loads the substrate bonded at room temperature using the transfer device from the wafer moving stage 5 to the load lock chamber. (Step S7).
  • FIG. 10 shows the operations in steps S2 and S5 in detail.
  • the control device 11 takes an image of a part of the semiconductor substrate held on the wafer moving stage 5 using the camera 8 (step S10).
  • the control device 11 calculates the integrated luminance distribution based on the image (step S11).
  • the control device 11 drives the wafer moving stage 5 using the imaging region moving drive device 12 so that the path following the imaging region in the order of imaging forms a spiral (step S12).
  • the control device 11 again takes an image of a part of the semiconductor substrate held on the wafer moving stage 5 by using the camera 8 (step S13), and calculates an integrated luminance distribution based on the image (step S14). ).
  • the control device 11 calculates the ratio fluctuation based on the integrated luminance distribution calculated this time and the previously calculated integrated luminance distribution (step S15). Based on the change in the ratio, the control device 11 determines whether an alignment mark is formed in one of the two imaging regions (step S16). That is, when the ratio variation includes a value outside a predetermined range, the control device 11 determines that an alignment mark is formed in one of the two imaging regions, and the ratio variation is a predetermined value. When a value out of the range is not included, it is determined that no alignment mark is formed in any of the two imaging regions. The control device 11 repeats the operations of steps S12 to S16 until it is determined that the alignment mark is reflected.
  • step S16 When it is determined that the alignment mark is shown (step S16, YES), the control device 11 uses the imaging region moving drive device 12 so that the imaging region where the alignment mark is formed is imaged. Then, the wafer moving stage 5 is driven (step S17). After driving the wafer moving stage 5, the control device 11 takes an image of the semiconductor substrate using the camera 8 and focuses the image using the focus adjustment drive device 14 based on the result of image processing of the image. (Step S18). The control device 11 captures an in-focus image using the camera 8.
  • the control device 11 compares the alignment mark image displayed in the focused image with the initially input alignment mark image (step S19). The control device 11 repeatedly executes the operations of steps S12 to S19 until the alignment mark image displayed in the focused image matches the initially input alignment mark image.
  • the control device 11 determines that the alignment mark is a predetermined value of the image.
  • the wafer moving stage 5 is driven using the imaging region moving drive device 12 so as to be projected at the position (step S20).
  • an alignment mark formed on the surface needs to be arranged in the field of view of the camera 8.
  • a technique for arranging the alignment mark in the field of view of the camera 8 for example, a technique using a low-magnification lens, a technique using a zoom lens, and a technique using a high-accuracy conveyance device are known.
  • the technique using the low-magnification lens it is necessary to provide a high-magnification optical system used for alignment and a separate low-magnification optical system, and the optical axes of the two optical systems need to coincide with each other.
  • the alignment mark of the semiconductor substrate can be arranged in the field of view of the camera 8 using one optical system.
  • the alignment apparatus 1 does not need to be provided with a low-power lens separately or to have a zoom lens in order to place the alignment mark in the field of view of the camera 8. Therefore, the scale can be made smaller and more easily manufactured.
  • the alignment apparatus 1 does not need to be provided with a highly accurate transfer apparatus, and can be manufactured to a smaller scale by applying a transfer apparatus with lower accuracy.
  • the comparison between the two images is performed using the integrated luminance distribution, and is performed using the ratio variation. For this reason, the comparison requires less computation and can be performed faster.
  • the alignment apparatus 1 can detect the region where the alignment mark is present more quickly, and can improve the productivity and the performance of the bonding process.
  • the alignment apparatus 1 can further align the semiconductor substrate faster, reduce contamination on the bonding surface of the semiconductor substrate, and improve the accuracy of room temperature bonding.
  • the alignment method according to the present invention compares two imaging regions using both the x-axis direction integrated luminance distribution 32-x and the y-axis direction integrated luminance distribution 32-y.
  • two imaging regions are compared using only one of the x-axis direction integrated luminance distribution 32-x and the y-axis direction integrated luminance distribution 32-y, an alignment mark is added to both of the two imaging regions.
  • the portion is projected, it may be determined that the alignment mark is not reflected in the two imaging regions.
  • the alignment method according to the present invention has two imaging regions in which an alignment mark may be projected, as compared to comparing two imaging regions using an integrated luminance distribution projected in one direction. Can be detected more reliably.
  • the alignment method according to the present invention can detect the integrated luminance distribution corresponding to the region where the alignment mark is formed by comparing two integrated luminance distributions without using the ratio variation. As the comparison, a method using a difference between two integrated luminance distributions is exemplified. At this time, the alignment method according to the present invention can make the size of the alignment apparatus 1 smaller, manufacture more easily, and detect the region with the alignment mark more easily, as in the case of using the ratio variation. it can.
  • the alignment method according to the present invention can also detect an image corresponding to a region where an alignment mark is formed by comparing two images without using the integrated luminance distribution. As the comparison, a method using a difference between two integrated luminance distributions is exemplified. At this time, the alignment method according to the present invention makes the scale of the alignment apparatus 1 smaller, makes it easier to manufacture, and more easily detects the region where the alignment mark is present, as in the case of using the integrated luminance distribution. Can do.
  • the order in which the plurality of imaging areas are imaged can be assigned such that the path following the imaging area in that order forms a shape different from the spiral.
  • the order is not limited as long as each of the plurality of imaging regions is imaged at least once. Examples thereof include those forming a clockwise spiral and those arranged in a line.
  • the alignment method according to the present invention makes the scale of the alignment apparatus 1 smaller, more easily manufactured, and more easily the region where the alignment mark is located, as in the case where the order of forming the spiral is applied. Can be detected.
  • SYMBOLS 1 Alignment apparatus 2: Semiconductor substrate 3: Semiconductor substrate 4: Upper stage 5: Stage for wafer movement 6: Stage for focus adjustment 7: Lens 8: Camera 9: Transparent part 11: Control apparatus 12: Drive apparatus for imaging area movement 14: Focus adjustment drive device 15: Joining drive device 21: Region 22-1 to 22-9: Imaging region 31: Image 32-x: x-axis direction integrated luminance distribution 32-y: y-axis direction integrated luminance distribution 35 : Ratio variation 41: Conveying unit 42: Imaging unit 43: Integrated luminance distribution calculating unit 44: Ratio variation calculating unit 45: Area detecting unit 46: Focusing unit 47: Positioning unit 48: Joint unit

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Abstract

本発明によるアライメント装置制御装置は、カメラを用いて基板の表面のうちの複数の領域をそれぞれ映す複数の画像を撮像する撮像部と、複数の画像に基づいて複数の領域から検出領域を選択する領域検出部と、そのカメラにより撮像され、かつ、検出領域に形成されるマークを映すアライメント用画像に基づいて基板を位置合わせする位置合わせ部とを備えている。このため、このようなアライメント装置制御装置は、そのカメラの視野に位置合わせに用いられるマークを配置するために別個の機構を備える必要がなく、規模をより小さく、かつ、製造をより容易にし、アライメントマークがある領域をより容易に検出することができる。

Description

アライメント装置制御装置およびアライメント方法
　本発明は、アライメント装置制御装置およびアライメント方法に関し、特に、基板を位置合わせするときに利用されるアライメント装置制御装置およびアライメント方法に関する。
　微細な電気部品や機械部品を集積化したＭＥＭＳが知られている。そのＭＥＭＳとしては、マイクロマシン、圧力センサ、超小型モーターなどが例示される。そのＭＥＭＳは、半導体基板に形成された複数のパターンを積層して製造される。その半導体基板は、そのパターンを鉛直方向に圧接して接合するときに、水平方向に位置合わせすることが必要である。
　その複数のパターンを接合時に位置合わせするアライメント装置が知られている。そのアライメント装置は、常温接合される真空雰囲気に配置されるために、規模がより小さく、より容易に製造されることが望まれている。
　特許３３５６４０６号公報には、撮像光学系をワークの間に位置させることなくアライメントマークの位置を検出できるようにして、ワークの位置ずれを正確に検出できるようにする位置ずれ検出装置が開示されている。その位置ずれ検出装置は、Ｚ軸方向に所定のクリアランスを持って配置される複数のワークのＸＹ面内の位置ずれを、その対向面に形成されたアライメントマークのＸＹ面上の位置に基づいて検出する位置ずれ検出装置であって、前記ＸＹ面に直交する共通光軸を介して各ワークを一方向から同軸的に撮像する赤外線撮像装置が、前記アライメントマークの数に応じて複数台配されると共に、該赤外線撮像装置の夫々の合焦領域が各アライメントマークを個別に撮像できる位置に設定されたことを特徴としている。
　特開２００３－１４２５３４号公報には、上面側に位置合わせ用の認識マークあるいは内部に位置合わせ用の認識マークとしてのアライメント基準がある第１の被接合物の認識マークを、下方の第２の被接合物の認識マークに精度良く位置合わせできるようにし、このような形態の第１の被接合物であっても高精度で所定の位置合わせを行うことができるアライメント方法が開示されている。そのアライメント方法は、上面側又は内部に位置合わせ用認識マークが設けられた第１の被接合物を、下方に配され第１の被接合物との位置合わせ用認識マークが付された第２の被接合物に対し、両被接合物間に挿入される２視野の認識手段を用いて、位置合わせするアライメント方法であって、前記第１の被接合物の上面側又は内部の認識マークを、第１の被接合物を透過可能な電磁波又は音波にて認識することを特徴としている。
　特開２００２－１６２２０６号公報には、被接合物同士を接合するためにアライメントする場合であって、一方の被接合物が被覆材を有する場合に、両被接合物間の相対位置を許容精度内に確実にかつ容易に調整することが可能なアライメント方法が開示されている。そのアライメント方法は、第１の被接合物と、被覆材を有する第２の被接合物との相対位置を合わせるに際し、第１の被接合物の位置合わせ用マークの位置を認識手段により認識するとともに、その認識位置を基準に、第２の被接合物の被覆材の外側の領域に対応する位置に、第１の被接合物の位置を代表する基準マークを画面上に表示し、第２の被接合物の被覆材の外側に付されている第２の被接合物の位置合わせ用マークの位置を認識手段により認識するとともに、その認識位置を前記画面上に表示し、第２の被接合物の位置合わせ用マークの位置が前記基準マークの位置に対して予め定められた許容精度内に入るように、第２の被接合物の位置を補正することを特徴としている。
　特開２００３－２１８１３３号公報には、短時間のうちに効率よく被接合物を高精度で位置決め可能なアライメント方法が開示されている。そのアライメント方法は、第１の被接合物を第２の被接合物に対し位置合わせするアライメント方法であって、少なくとも一方の被接合物に離間させて設けられた少なくとも２つの第１の認識マークを認識手段で読み取ることにより、少なくとも被接合物の回転方向θについて第１アライメントを行い、次いで、認識手段の位置を固定し、前記少なくとも一方の被接合物に設けられた第２の認識マークを認識手段で読み取ることにより、被接合物の平行移動方向Ｘ、Ｙについて第２アライメントを行うことを特徴としている。
　特開２００４－２０７４３６号公報には、オリフラのプリアライメントおよびウェハの貼り合わせを一連の工程において位置ずれを生ずることなく、かつ高精度で行うことができる方法が開示されている。そのウェハのプリアライメント方法は、チャック機構と回転機構とを有する回転テーブル上にチャックしたウェハの対向する両縁をウェハガイドでチャックする工程、このウェハのオリエンテーションフラット面の位置を角度検出手段にて測定し、ウェハの回転角度を算出する工程、回転テーブルの回転によってウェハのオリエンテーションフラット面を上記角度検出手段にて算出した所定角度まで回転させる工程、基準位置まで回転させて位置調整した後、プリアライメント位置まで回転させて位置調整する工程、とからなることを特徴としている。
特許３３５６４０６号公報 特開２００３－１４２５３４号公報 特開２００２－１６２２０６号公報 特開２００３－２１８１３３号公報 特開２００４－２０７４３６号公報
　本発明の課題は、より容易に製造されるアライメント装置制御装置を提供することにある。
　本発明の他の課題は、規模がより小さいアライメント装置制御装置を用いて実行されるアライメント方法を提供することにある。
　本発明のさらに他の課題は、基板をより速く位置合わせするアライメント装置制御装置およびアライメント方法を提供することにある。
　本発明のさらに他の課題は、基板をより確実に位置合わせするアライメント装置制御装置およびアライメント方法を提供することにある。
　本発明のさらに他の課題は、基板をより正確に位置合わせするアライメント装置制御装置およびアライメント方法を提供することにある。
　本発明によるアライメント装置制御装置は、カメラを用いて基板の表面のうちの複数の領域をそれぞれ映す複数の画像を撮像する撮像部と、複数の画像に基づいてその複数の領域から検出領域を選択する領域検出部と、そのカメラにより撮像され、かつ、検出領域に形成されるマークを映すアライメント用画像に基づいてその基板を位置合わせする位置合わせ部とを備えている。すなわち、このようなアライメント装置制御装置は、その基板を位置合わせするときに用いられるカメラの撮像エリアにマークが入らなかった場合でも、そのカメラを用いて、その基板に形成されるマークがそのカメラの視野に入るように、そのカメラとその基板との位置関係を制御することができる。このため、このようなアライメント装置制御装置は、そのカメラの視野に位置合わせに用いられるマークを配置するために別個の機構を備える必要がなく、より容易に製造されることができる。
　その領域検出部は、複数の画像のうちの第１画像と複数の画像のうちの第２画像とが異なるときに、その複数の領域のうちの第１画像が映す第１領域とその複数の領域のうちの第２画像が映す第２領域とのうちから検出領域を選択することが好ましい。
　本発明によるアライメント装置制御装置は、複数の画像に基づいて複数の積算輝度分布をそれぞれ算出する積算輝度分布算出部をさらに備えている。その複数の積算輝度分布のうちの１つの画像に基づいて算出される積算輝度分布は、１つの画像を１つの射影方向に射影した積算輝度の分布を示している。その領域検出部は、その複数の積算輝度分布のうちの第１画像に基づいて算出される第１積算輝度分布とその複数の積算輝度分布のうちの第２画像に基づいて算出される第２積算輝度分布とが異なるときに、第１領域と第２領域とのうちから検出領域を選択する。このような検出領域の選択は、第１画像と第２画像とをそのまま比較することと比べて、計算量が少なく、より速く実行されることができる。
　本発明によるアライメント装置制御装置は、第１積算輝度分布と第２積算輝度分布とに基づいて比率変動を算出する比率変動算出部をさらに備えている。その比率変動の各位置に対応する値は、第１積算輝度分布の各位置の積算輝度を第２積算輝度分布の各位置の積算輝度で除算した比率を示している。その領域検出部は、その比率変動が所定の範囲を外れている値を含んでいるときに、第１領域と第２領域とのうちから検出領域を選択する。このような検出領域の選択は、画像の背景の輝度による誤動作が防止できる。
　その積算輝度分布は、その１つの画像をその１つの射影方向と異なる他の射影方向に射影した他の積算輝度の分布をさらに示すようにすることができる。このような検出領域の選択によれば、１つの射影方向に射影した１つの射影輝度だけを用いることに比較して、マークが形成される検出領域をより確実に検出することができる。
　本発明によるアライメント装置制御装置は、その第１積算輝度分布と第２積算輝度分布とに基づいて第１比率変動と第２比率変動とを算出する比率変動算出部をさらに備えるようにすることができる。その第１比率変動は、その第１積算輝度分布のうちのその１つの射影方向に射影した積算輝度の分布の各位置の積算輝度をその第２積算輝度分布のうちのその１つの射影方向に射影した積算輝度の分布のその各位置の積算輝度で除算した比率の変化を示している。その第２比率変動は、その第１積算輝度分布のうちのその他の射影方向に射影した積算輝度の分布の各位置の積算輝度をその第２積算輝度分布のうちのその他の射影方向に射影した積算輝度の分布のその各位置の積算輝度で除算した比率の変化を示している。このとき、その検出領域は、その第１比率変動またはその第２比率変動が所定の範囲を外れている値を含むときに、その第１領域とその第２領域とのうちから選択される。このような検出領域の選択によれば、１つの射影方向に関する比率変動だけを用いることに比較して、マークが形成される検出領域をより確実に検出することができる。
　本発明によるアライメント装置制御装置は、検出領域を映す画像に基づいてそのカメラを焦点合わせする焦点合わせ部をさらに備えている。このとき、そのアライメント用画像は、焦点合わせされた後に撮像されることが好ましい。
　その領域検出部は、そのアライメント用画像に映し出されるアライメントマークの像が所定の像と異なるときに、複数の画像に基づいてその複数の領域から検出領域と異なる他の検出領域を選択する。このとき、その位置合わせ部は、他の検出領域に形成されるアライメントマークを映す画像に基づいてその基板を位置合わせする。このとき、このようなアライメント装置制御装置は、アライメントマークをより正確に検出することができ、その基板をより確実に位置合わせすることができる。
　その複数の領域が撮像される順番でその複数の領域を辿る経路は、スパイラルを形成することが好ましい。
　その複数の領域のうちの１つの方向に隣接する２つの領域が重なる領域の方向の幅は、表面に形成されるマークの方向の幅の半分より大きい。このとき、表面に形成されるマークは、半分以上がより確実に画像に撮像され、そのマークが映し出される撮像領域をより確実に検出することができる。
　本発明によるアライメント方法は、カメラを用いて基板の表面のうちの複数の領域をそれぞれ映す複数の画像を撮像するステップと、複数の画像に基づいてその複数の領域から検出領域を選択するステップと、そのカメラにより撮像され、かつ、検出領域に形成されるマークを映すアライメント用画像に基づいてその基板を位置合わせするステップとを備えている。すなわち、本発明によるアライメント方法によれば、その基板を位置合わせするときに用いられるカメラの撮像エリアにマークが入らなかった場合でも、そのカメラを用いて、その基板に形成されるマークがそのカメラの視野に入るように、そのカメラとその基板との位置関係を制御することができる。このため、本発明によるアライメント方法は、そのカメラの視野に位置合わせに用いられるマークを配置するために別個の機構を用いる必要がない。
　検出領域は、複数の画像のうちの第１画像と複数の画像のうちの第２画像とが異なるときに、その複数の領域のうちの第１画像が映す第１領域とその複数の領域のうちの第２画像が映す第２領域とのうちから選択される。
　本発明によるアライメント方法は、複数の画像に基づいて複数の積算輝度分布をそれぞれ算出するステップをさらに備えている。その複数の積算輝度分布のうちの１つの画像に基づいて算出される積算輝度分布は、１つの画像を１つの射影方向に射影した積算輝度の分布を示している。検出領域は、その複数の積算輝度分布のうちの第１画像に基づいて算出される第１積算輝度分布とその複数の積算輝度分布のうちの第２画像に基づいて算出される第２積算輝度分布とが異なるときに、第１領域と第２領域とのうちから選択される。このような検出領域の選択は、第１画像と第２画像とをそのまま比較することに比較して、計算量が少なく、より速く実行されることができる。
　本発明によるアライメント方法は、第１積算輝度分布と第２積算輝度分布とに基づいて比率変動を算出するステップとをさらに備えている。その比率変動は、第１積算輝度分布の各位置の積算輝度を第２積算輝度分布の各位置の積算輝度で除算した比率の変化を示している。検出領域は、その比率変動が所定の範囲を外れている値を含んでいるときに、第１領域と第２領域とのうちから選択される。このような検出領域の選択は、画像の背景の輝度による誤動作が防止できる。
　その積算輝度分布は、その１つの画像をその１つの射影方向と異なる他の射影方向に射影した他の積算輝度の分布をさらに示すようにすることができる。このような検出領域の選択によれば、１つの射影方向に射影した１つの射影輝度だけを用いることに比較して、マークが形成される検出領域をより確実に検出することができる。
　本発明によるアライメント方法は、その第１積算輝度分布と第２積算輝度分布とに基づいて第１比率変動と第２比率変動とを算出するステップをさらに備えるようにすることができる。その第１比率変動は、その第１積算輝度分布のうちのその１つの射影方向に射影した積算輝度の分布の各位置の積算輝度をその第２積算輝度分布のうちのその１つの射影方向に射影した積算輝度の分布のその各位置の積算輝度で除算した比率の変化を示している。その第２比率変動は、その第１積算輝度分布のうちのその他の射影方向に射影した積算輝度の分布の各位置の積算輝度をその第２積算輝度分布のうちのその他の射影方向に射影した積算輝度の分布のその各位置の積算輝度で除算した比率の変化を示している。このとき、その検出領域は、その第１比率変動またはその第２比率変動が所定の範囲を外れている値を含むときに、その第１領域とその第２領域とのうちから選択される。このような検出領域の選択によれば、１つの射影方向に関する比率変動だけを用いることに比較して、マークが形成される検出領域をより確実に検出することができる。
　本発明によるアライメント方法は、検出領域を映す画像に基づいてそのカメラを焦点合わせした後にアライメント用画像を撮像するステップをさらに備えていることが好ましい。
　本発明によるアライメント方法は、アライメント用画像に映し出されるアライメントマークの像が所定の像と異なるときに、複数の画像に基づいてその複数の領域から検出領域と異なる他の検出領域を選択するステップと、他の検出領域に形成されるアライメントマークを映す画像に基づいてその基板を位置合わせするステップとをさらに備えている。このとき、本発明によるアライメント方法は、アライメントマークをより正確に検出することができ、その基板をより確実に位置合わせすることができる。
　その複数の領域が撮像される順番でその複数の領域を辿る経路は、スパイラルを形成することが好ましい。
　その複数の領域のうちの１つの方向に隣接する２つの領域が重なる領域の方向の幅は、表面に形成されるマークの方向の幅の半分より大きい。このとき、表面に形成されるマークは、半分以上がより確実に画像に撮像され、そのマークが映し出される撮像領域をより確実に検出することができる。
　本発明によるアライメント装置制御装置およびアライメント方法は、基板を位置合わせするときに用いられるカメラの撮像エリアにマークが入らなかった場合でも、そのカメラを用いて、基板に形成されるマークをそのカメラの視野に入れることができる。このため、基板を位置合わせするアライメント装置は、位置合わせに用いられるマークをカメラの視野により確実に配置するための機構を備える必要がなく、より容易に製造されることができる。
図１は、本発明によるアライメント装置の実施の形態を示す側面図である。 図２は、常温接合装置を示すブロック図である。 図３は、制御装置を示すブロック図である。 図４は、半導体基板の表面のうちの一部を示す平面図である。 図５は、ｘ軸方向に隣接する２つの撮像領域を示す平面図である。 図６は、ｙ軸方向に隣接する２つの撮像領域を示す平面図である。 図７は、画像と積算輝度分布とを示す図である。 図８は、比率変動を示すグラフである。 図９は、常温接合方法を示すフローチャートである。 図１０は、本発明によるアライメント方法の実施の形態を示すフローチャートである。
　図面を参照して、本発明によるアライメント装置の実施の形態を記載する。そのアライメント装置１は、図１に示されているように、半導体基板２に半導体基板３を常温接合して製品を生産するときに利用される常温接合装置に適用されている。その常温接合装置は、上側ステージ４とウェハ移動用ステージ５と焦点調整用ステージ６とレンズ７とカメラ８とを備えている。上側ステージ４とウェハ移動用ステージ５とは、真空雰囲気を生成するチャンバ内に配置されている。焦点調整用ステージ６とレンズ７とカメラ８とは、そのチャンバに設けられる観察窓を介して大気側に配置されている。
　上側ステージ４は、鉛直方向に平行移動可能にそのチャンバに支持されている。上側ステージ４は、鉛直下側に静電チャックが形成され、静電力によって半導体基板を支持する。ウェハ移動用ステージ５は、水平方向に平行移動可能に、かつ、鉛直方向に平行である回転軸を中心に回転移動可能に、そのチャンバに支持されている。ウェハ移動用ステージ５は、鉛直上側に静電チャックが形成され、静電力によって半導体基板３を支持する。ウェハ移動用ステージ５は、透明部位９が形成されている。透明部位９は、可視光およびカメラ８の感度の有する波長帯域に対して透明な材料で形成され、ウェハ移動用ステージ５のうちの半導体基板３が配置される部位の一部に配置されている。
　焦点調整用ステージ６は、そのチャンバに支持され、鉛直方向に平行移動可能にレンズ７を支持している。レンズ７は、半導体基板２または半導体基板３を反射し、かつ、透明部位９を透過する反射光をカメラ８に透過する。また、レンズ７は、半導体基板２または半導体基板３を照明できる機能も有する。カメラ８は、そのチャンバに固定されている。カメラ８は、レンズ７を透過した反射光に基づいて半導体基板２の一部または半導体基板３の一部の画像を生成する。
　半導体基板２、３は、表面にアライメントマークとパターンとが形成されている。そのアライメントマークは、半導体基板２、３が常温接合されるときに、その常温接合の精度を確保するために、半導体基板２、３の位置を位置合わせするために参照される。たとえば、その常温接合の精度は、数μｍオーダであり、そのアライメントマークの寸法は、数十μｍオーダである。そのパターンは、半導体基板２、３が常温接合されたときに半導体デバイスに形成される部分である。
　その常温接合装置は、さらに、図２に示されているように、制御装置１１と撮像領域移動用駆動装置１２と焦点調整用駆動装置１４と接合用駆動装置１５とを備えている。制御装置１１は、コンピュータであり、図示されていないＣＰＵと記憶装置と入力装置と表示装置とインターフェースとを備えている。そのＣＰＵは、制御装置１１にインストールされるコンピュータプログラムを実行して、その記憶装置と入力装置と出力装置とインターフェースとを制御する。その記憶装置は、そのコンピュータプログラムを記録し、そのＣＰＵにより生成される情報を記録する。その入力装置は、ユーザに操作されることにより生成される情報をそのＣＰＵに出力する。その入力装置としては、キーボード、マウスが例示される。その表示装置は、そのＣＰＵにより生成された画面を表示する。そのインターフェースは、制御装置１１に接続される外部機器により生成される情報をそのＣＰＵに出力し、そのＣＰＵにより生成された情報をその外部機器に出力する。その外部機器は、カメラ８と撮像領域移動用駆動装置１２と焦点調整用駆動装置１４と接合用駆動装置１５とを含んでいる。
　撮像領域移動用駆動装置１２は、制御装置１１により制御されて、ウェハ移動用ステージ５により支持される半導体基板が水平方向に平行移動し、または、鉛直方向に平行である回転軸を中心に回転移動するように、ウェハ移動用ステージ５を駆動する。焦点調整用駆動装置１４は、制御装置１１により制御されて、レンズ７が鉛直方向に平行移動するように、焦点調整用ステージ６を駆動する。接合用駆動装置１５は、制御装置１１により制御されて、上側ステージ４により支持される半導体基板が鉛直方向に平行移動するように、上側ステージ４を駆動する。
　その常温接合装置は、さらに、図示されていないロードロックチャンバと搬送装置とを備えている。そのロードロックチャンバは、内部を環境から密閉する容器であり、制御装置１１により制御されて、その内部に真空雰囲気を生成し、または、その内部に大気圧雰囲気を生成する。その搬送装置は、そのロードロックチャンバの内部に真空雰囲気が生成されているときに、制御装置１１により制御されて、そのロードロックチャンバに配置された半導体基板をウェハ移動用ステージ５に搬送し、または、ウェハ移動用ステージ５に保持されている半導体基板をロードロックチャンバに搬送する。すなわち、このようなロードロックチャンバと搬送装置とは、アライメント装置１のチャンバの内部に半導体基板を搬入または搬出するために用いられる。
　その常温接合装置は、さらに、図示されていないイオンガンを備えている。そのイオンガンは、アライメント装置１のチャンバの内部に配置され、制御装置１１により制御されて荷電粒子を放射する。半導体基板は、荷電粒子が照射されることにより、半導体基板の表面に形成される酸化物が除去され、その表面に付着している不純物が除去されて、表面が清浄化される。半導体基板は、このように清浄化された表面同士が接触させられることにより、常温接合される。
　制御装置１１にインストールされているコンピュータプログラムは、図３に示されているように、搬送部４１と撮像部４２と積算輝度分布算出部４３と比率変動算出部４４と領域検出部４５と焦点合わせ部４６と位置合わせ部４７と接合部４８とを含んでいる。
　搬送部４１は、ロードロックチャンバに半導体基板が配置された後に、その半導体基板のアライメントマークが形成された部分が透明部位９に配置されるように、搬送装置を用いてその半導体基板をロードロックチャンバからウェハ移動用ステージ５に搬送して、ウェハ移動用ステージ５にその半導体基板を保持させる。搬送部４１は、常温接合した後に、接合用駆動装置１５を用いて上側ステージ４を鉛直上方向に上昇させて、搬送装置を用いて常温接合された基板をウェハ移動用ステージ５からロードロックチャンバに搬出する。
　撮像部４２は、ウェハ移動用ステージ５に保持されている半導体基板の表面の複数の撮像領域が所定の順番でカメラ８の視野に配置されるように、撮像領域移動用駆動装置１２を用いてウェハ移動用ステージ５を駆動する。撮像部４２は、カメラ８を用いてその半導体基板の複数の撮像領域の画像を撮像する。
　積算輝度分布算出部４３は、撮像部４２により撮像された画像に基づいて積算輝度分布を算出する。比率変動算出部４４は、積算輝度分布算出部４３により算出された２つの積算輝度分布に基づいて比率変動を算出する。領域検出部４５は、比率変動算出部４４により算出された比率変動に基づいて撮像部４２により撮像された複数の画像からアライメントマークを映している画像を検出し、その複数の撮像領域からその画像が映す撮像領域を選択する。
　焦点合わせ部４６は、領域検出部４５により選択された撮像領域がカメラ８により撮像されるように、撮像領域移動用駆動装置１２を用いてウェハ移動用ステージ５を駆動する。焦点合わせ部４６は、さらに、カメラ８を用いて領域検出部４５により選択された撮像領域を画像に撮像し、その画像に基づいてカメラ８により撮像されるその撮像領域の画像のピントが合うときのレンズ７の位置を算出する。焦点合わせ部４６は、さらに、レンズ７がその位置に配置されるように、焦点調整用駆動装置１４を用いて焦点調整用ステージ６を駆動する。
　位置合わせ部４７は、焦点合わせ部４６によりレンズ７の位置が調整された後に、カメラ８を用いて領域検出部４５により選択された撮像領域を画像に撮像する。位置合わせ部４７は、その画像の所定の位置に半導体基板に形成されたアライメントマークが映し出されるように、撮像領域移動用駆動装置１２を用いてウェハ移動用ステージ５を駆動する。
　接合部４８は、半導体基板２と半導体基板３とが離れて配置されているときに、イオンガンを用いて半導体基板３に荷電粒子を照射し、半導体基板２に荷電粒子を照射する。接合部４８は、接合用駆動装置１５を用いて上側ステージ４を鉛直下方向に下降させて、上側ステージ４とウェハ移動用ステージ５とを所定の距離まで近づけ、撮像領域移動用駆動装置１２を用いてウェハ移動用ステージ５の精密な位置合わせを実行する。接合部４８は、その精密な位置合わせを実行した後に、接合用駆動装置１５を用いて上側ステージ４を鉛直下方向に下降させて、半導体基板２と半導体基板３とを接触させる。
　図４は、半導体基板２の表面のうちの透明部位９に対向して配置される領域を示し、すなわち、半導体基板２の表面のうちのカメラ８により撮像される領域を示している。その領域２１は、複数の撮像領域２２－１～２２－９を含んでいる。複数の撮像領域２２－１～２２－９は、それぞれ、カメラ８により１回で撮像される領域に合同である。本図においては、複数の撮像領域２２－１～２２－９がｘ軸方向とｙ軸方向とにマトリクス状に相互に領域の重複がないように配置されている例を示している。撮像領域２２－１～２２－９は、それぞれ、順番が割り当てられている。
　たとえば、撮像領域２２－１～２２－９は、撮像領域をその順番通りに辿る経路が反時計回りのスパイラルを形成するように、順番が割り当てられている。すなわち、１番は、撮像領域２２－１～２２－９のうちの領域２１の中央に配置されている撮像領域に割り当てられる。２番は、１番の撮像領域のｘ軸方向の反対方向に隣接する撮像領域に割り当てられる。３番は、２番の撮像領域のｙ軸方向の反対方向に隣接する撮像領域に割り当てられる。（ｋ＋２）番（ｋは自然数）は、ｋ番の撮像領域のｘ軸方向に（ｋ＋１）番の撮像領域が隣接し、かつ、（ｋ＋１）番の撮像領域のｙ軸方向に隣接する撮像領域に順番が割り当てられていないときに、（ｋ＋１）番の撮像領域のｙ軸方向に隣接する撮像領域に割り当てられる。（ｋ＋２）番は、ｋ番の撮像領域のｘ軸方向に（ｋ＋１）番の撮像領域が隣接し、かつ、（ｋ＋１）番の撮像領域のｙ軸方向に隣接する撮像領域に順番が割り当てられているときに、（ｋ＋１）番の撮像領域のｘ軸方向に隣接する撮像領域に割り当てられる。（ｋ＋２）番は、ｋ番の撮像領域のｘ軸方向の反対方向に（ｋ＋１）番の撮像領域が隣接し、かつ、（ｋ＋１）番の撮像領域のｙ軸方向の反対方向に隣接する撮像領域に順番が割り当てられていないときに、（ｋ＋１）番の撮像領域のｙ軸方向の反対方向に隣接する撮像領域に割り当てられる。（ｋ＋２）番は、ｋ番の撮像領域のｘ軸方向の反対方向に（ｋ＋１）番の撮像領域が隣接し、かつ、（ｋ＋１）番の撮像領域のｙ軸方向の反対方向に隣接する撮像領域に順番が割り当てられているときに、（ｋ＋１）番の撮像領域のｘ軸方向の反対方向に隣接する撮像領域に割り当てられる。（ｋ＋２）番は、ｋ番の撮像領域のｙ軸方向に（ｋ＋１）番の撮像領域が隣接し、かつ、（ｋ＋１）番の撮像領域のｘ軸方向の反対方向に隣接する撮像領域に順番が割り当てられていないときに、（ｋ＋１）番の撮像領域のｘ軸方向の反対方向に隣接する撮像領域に割り当てられる。（ｋ＋２）番は、ｋ番の撮像領域のｙ軸方向に（ｋ＋１）番の撮像領域が隣接し、かつ、（ｋ＋１）番の撮像領域のｘ軸方向の反対方向に隣接する撮像領域に順番が割り当てられているときに、（ｋ＋１）番の撮像領域のｙ軸方向に隣接する撮像領域に割り当てられる。（ｋ＋２）番は、ｋ番の撮像領域のｙ軸方向の反対方向に（ｋ＋１）番の撮像領域が隣接し、かつ、（ｋ＋１）番の撮像領域のｘ軸方向に隣接する撮像領域に順番が割り当てられていないときに、（ｋ＋１）番の撮像領域のｘ軸方向に隣接する撮像領域に割り当てられる。（ｋ＋２）番は、ｋ番の撮像領域のｙ軸方向の反対方向に（ｋ＋１）番の撮像領域が隣接し、かつ、（ｋ＋１）番の撮像領域のｘ軸方向に隣接する撮像領域に順番が割り当てられているときに、（ｋ＋１）番の撮像領域のｙ軸方向の反対方向に隣接する撮像領域に割り当てられる。
　図５は、ｘ軸方向に隣接する２つの撮像領域を示している。その撮像領域２２－ｉ（ｉは自然数）と撮像領域２２－（ｉ＋１）とは、ｙ軸方向の位置が一致している。撮像領域２２－ｉと撮像領域２２－（ｉ＋１）とは、ｘ軸方向の位置が異なり、一部が重なっている。その重なっている部分のｘ軸方向の幅（以下、「ｘ軸方向ラップ量」と記載される。）は、半導体基板に形成されるアライメントマークの幅の半分より大きい。このとき、ウェハ移動用ステージ５は、撮像領域２２－ｉを撮像した直後に撮像領域２２－（ｉ＋１）を撮像する場合に、撮像領域のｘ軸方向の幅ＷＸとｘ軸方向ラップ量ｄＸとを用いて、次式：
　ＳＸ＝ＷＸ－ｄＸ
　により表現されるステップ移動量ＳＸだけ撮像領域２２－ｉを撮像した直後にｘ軸方向に平行な方向に移動する。
　図６は、ｙ軸方向に隣接する２つの撮像領域を示している。その撮像領域２２－ｊ（ｊは自然数）と撮像領域２２－（ｊ＋１）とは、ｘ軸方向の位置が一致している。撮像領域２２－ｊと撮像領域２２－（ｊ＋１）とは、ｙ軸方向の位置が異なり、一部が重なっている。その重なっている部分のｙ軸方向の幅（以下、「ｙ方向ラップ量」と記載される。）は、半導体基板に形成されるアライメントマークのｙ軸方向の幅の半分より大きい。このとき、ウェハ移動用ステージ５は、撮像領域２２－ｊを撮像した直後に撮像領域２２－（ｊ＋１）を撮像する場合に、撮像領域のｙ軸方向の幅ＷＹとｙ方向ラップ量ｄＹとを用いて、次式：
　ＳＹ＝ＷＹ－ｄＹ
　により表現されるステップ移動量ＳＹだけ撮像領域２２－ｊを撮像した直後にｙ軸方向に平行な方向に移動する。
　ｘ方向ラップ量またはｙ方向ラップ量が０であるときに、アライメントマークの半分以上が画像に映し出されないことがある。このとき、制御装置１１は、その画像に映し出されているアライメントマークを検出することができない恐れがある。複数の撮像領域２２－１～２２－９は、このように配置されることにより、アライメントマークの半分以上をより確実に撮像することができる。このため、制御装置１１は、その画像に映し出されているアライメントマークをより確実に検出することができる。なお、アライメントマークは、ｘ軸方向とｙ軸方向とで寸法が等しくなるように設計することもできる。このとき、ユーザは、ｘ方向ラップ量とｙ方向ラップ量とを等しく設定することができる。
　図７は、撮像部４２によりカメラ８を用いて撮像された画像を示している。その画像３１は、複数の画素に複数の色を対応付けている。その複数の画素は、ｘ軸方向とｙ軸方向とに並んでマトリクス状に配置されて画像３１を構成する単位要素であり、ｘ軸方向の位置とｙ軸方向の位置とにより互いに識別される。その色は、対応する画素に表示される色を示し、白黒の濃淡の程度を示す階調を示している。その階調は、それぞれ、色が濃いほど大きい値を示している。
　図７は、さらに、積算輝度分布算出部４３により算出された積算輝度分布を示している。その積算輝度分布は、ｘ軸方向積算輝度分布３２－ｘとｙ軸方向積算輝度分布３２－ｙとから形成されている。ｘ軸方向積算輝度分布３２－ｘは、画像３１をｙ軸方向に射影した積算輝度の分布を示している。すなわち、ｘ軸方向積算輝度分布３２－ｘは、画像３１のｘ軸方向の位置に対するｘ軸方向積算輝度の分布を示している。ｘ軸方向のある位置に対応するｘ軸方向積算輝度は、その位置に対応する複数の画素が示す階調を合計した和を示している。ｙ軸方向積算輝度分布３２－ｙは、画像３１をｘ軸方向に射影した積算輝度の分布を示している。すなわち、ｙ軸方向積算輝度分布３２－ｙは、画像３１のｙ軸方向の位置に対するｙ軸方向積算輝度の分布を示している。ｙ軸方向のある位置に対応するｙ軸方向積算輝度は、その位置に対応する複数の画素が示す階調を合計した和を示している。
　図８は、比率変動算出部４４により算出された比率変動を示している。その比率変動３５は、画像３１のｘ軸方向の位置に対する比率の変化を示している。すなわち、ｘ軸方向のある位置に対応する比率は、今回撮像された画像から算出されたｘ軸方向積算輝度分布３２－ｘのうちのその位置に対応する積算輝度を、直前に撮像された画像から算出されたｘ軸方向積算輝度分布３２－ｘのうちのその位置に対応する積算輝度で除算した商を示している。
　このとき、領域検出部４５は、ユーザにより入力装置から入力される所定の範囲を記憶装置に記録する。その範囲は、実験により算出され、下限値３７と上限値３６とを示している。領域検出部４５は、比率変動３５がその範囲を外れている値を示しているときに、比率変動３５を算出するときに用いられた２つのｘ軸方向積算輝度分布を算出する。領域検出部４５は、その２つのｘ軸方向積算輝度分布のうちから凹み量が大きいほうのｘ軸方向積算輝度分布を算出する。その凹み量は、ｘ軸方向積算輝度分布のうちのプラトーである部分の値とｘ軸方向積算輝度分布のうちの凹みに形成されている区間の最小値との差の絶対値を示し、または、ｘ軸方向積算輝度分布のうちのプラトーである部分の値とｘ軸方向積算輝度分布のうちの凸に形成されている区間の最大値との差の絶対値を示している。領域検出部４５は、そのｘ軸方向積算輝度分布を算出するときに用いられた画像を算出し、その画像に映し出される撮像領域を算出する。
　領域検出部４５は、ｙ軸方向に関しても同様の計算を行い、１つの撮像領域を算出する。すなわち、比率変動算出部４４は、さらに、画像３１のｙ軸方向の位置に対する比率の変化を示す比率変動も算出する。すなわち、ｙ軸方向のある位置に対応する比率は、今回撮像された画像から算出されたｙ軸方向積算輝度分布３２－ｙのうちのその位置に対応する積算輝度を、直前に撮像された画像から算出されたｙ軸方向積算輝度分布３２－ｙのうちのその位置に対応する積算輝度で除算した商を示している。領域検出部４５は、比率変動３５がその範囲を外れている値を示しているときに、比率変動３５を算出するときに用いられた２つのｙ軸方向積算輝度分布を算出し、その２つのｙ軸方向積算輝度分布のうちから凹み量が大きいほうのｙ軸方向積算輝度分布を算出し、そのｙ軸方向積算輝度分布を算出するときに撮像された撮像領域を算出する。
　なお、カメラ８により撮像される画像としては、カラーの画像も適用されることができる。このとき、その画像を構成する複数の画素は、赤色の階調と青色の階調と緑色の階調とを示している。その階調は、それぞれ、値が大きいほど色が濃いことを示している。このとき、ｘ軸方向のある位置に対応するｘ軸方向積算輝度は、その位置に対応する複数の画素が示す赤色の階調と青色の階調と緑色の階調との和を合計した和を示し、ｙ軸方向のある位置に対応するｙ軸方向積算輝度は、その位置に対応する複数の画素が示す赤色の階調と青色の階調と緑色の階調との和を合計した和を示している。
　図９は、本発明によるアライメント方法が適用される常温接合方法の実施の形態を示している。その常温接合方法は、このような常温接合装置を用いて実行される。生産者は、まず、半導体基板２と半導体基板３とを製造し、半導体基板２と半導体基板３とをロードロックチャンバ内に配置する。制御装置１１は、半導体基板２のアライメントマークが形成された部分が透明部位９に配置されるように、搬送装置を用いて半導体基板２をロードロックチャンバからウェハ移動用ステージ５に搬送して、ウェハ移動用ステージ５に半導体基板２を保持させる（ステップＳ１）。制御装置１１は、カメラ８により撮像された画像に基づいて撮像領域移動用駆動装置１２を用いてウェハ移動用ステージ５を駆動して、半導体基板２を所定の位置に配置する（ステップＳ２）。
　制御装置１１は、接合用駆動装置１５を用いて上側ステージ４を下降させて、ウェハ移動用ステージ５に保持されている半導体基板２を上側ステージ４に保持させ、上側ステージ４を上昇させて半導体基板２をウェハ移動用ステージ５から離れた場所に待避させる（ステップＳ３）。
　制御装置１１は、半導体基板３のアライメントマークが形成された部分が透明部位９に配置されるように、搬送装置を用いて半導体基板３をロードロックチャンバからウェハ移動用ステージ５に搬送して、ウェハ移動用ステージ５に半導体基板３を保持させる（ステップＳ４）。制御装置１１は、カメラ８により撮像された画像に基づいて撮像領域移動用駆動装置１２を用いてウェハ移動用ステージ５を駆動して、半導体基板３を所定の位置に配置する（ステップＳ５）。
　制御装置１１は、半導体基板２と半導体基板３とが離れた状態で、イオンガンを用いて半導体基板３に荷電粒子を照射し、半導体基板２に荷電粒子を照射する。半導体基板３と半導体基板２とは、その荷電粒子が照射されることにより、その表面に形成される酸化物が除去され、その表面に付着している不純物が除去される。制御装置１１は、接合用駆動装置１５を用いて上側ステージ４を鉛直下方向に下降させて、上側ステージ４とウェハ移動用ステージ５とを所定の距離まで近づけ、さらに精密な位置合わせを実行する。制御装置１１は、その精密な位置合わせを実行した後に、接合用駆動装置１５を用いて上側ステージ４を鉛直下方向に下降させて、半導体基板２と半導体基板３とを接触させる（ステップＳ６）。半導体基板２と半導体基板３とは、このように接触することにより常温接合され、強固に同体に接合される。制御装置１１は、常温接合した後に、接合用駆動装置１５を用いて上側ステージ４を鉛直上方向に上昇させて、搬送装置を用いて常温接合された基板をウェハ移動用ステージ５からロードロックチャンバに搬出する（ステップＳ７）。
　図１０は、ステップＳ２とステップＳ５との動作を詳細に示している。制御装置１１は、まず、カメラ８を用いてウェハ移動用ステージ５に保持される半導体基板の一部の画像を撮像する（ステップＳ１０）。制御装置１１は、その画像に基づいて積算輝度分布を算出する（ステップＳ１１）。制御装置１１は、撮影する順番通りに撮像領域を辿る経路がスパイラルを形成するように、撮像領域移動用駆動装置１２を用いてウェハ移動用ステージ５を駆動する（ステップＳ１２）。制御装置１１は、再度、カメラ８を用いてウェハ移動用ステージ５に保持される半導体基板の一部の画像を撮像し（ステップＳ１３）、その画像に基づいて積算輝度分布を算出する（ステップＳ１４）。
　制御装置１１は、今回算出された積算輝度分布と前回算出された積算輝度分布とに基づいて比率変動を算出する（ステップＳ１５）。制御装置１１は、その比率変動に基づいて、その２つの撮像領域のいずれかにアライメントマークが形成されているかどうかを判別する（ステップＳ１６）。すなわち、制御装置１１は、その比率変動が所定の範囲を外れている値を含むときに、その２つの撮像領域のいずれかにアライメントマークが形成されていると判別し、その比率変動が所定の範囲を外れている値を含まないときに、その２つの撮像領域のいずれにもアライメントマークが形成されていないと判別する。制御装置１１は、アライメントマークが映っていると判別されるまで、ステップＳ１２～Ｓ１６の動作を繰り返して実行する。
　制御装置１１は、アライメントマークが映っていると判別されたときに（ステップＳ１６、ＹＥＳ）、そのアライメントマークが形成されている撮像領域が撮像されるように、撮像領域移動用駆動装置１２を用いてウェハ移動用ステージ５を駆動する（ステップＳ１７）。制御装置１１は、ウェハ移動用ステージ５を駆動した後に、カメラ８を用いて半導体基板を画像に撮像し、その画像を画像処理した結果に基づいて、焦点調整用駆動装置１４を用いてピントを合わせる（ステップＳ１８）。制御装置１１は、カメラ８を用いてピントが合った画像を撮像する。
　制御装置１１は、そのピントが合った画像に映し出されるアライメントマークの像と初期的に入力されたアライメントマークの像とを比較する（ステップＳ１９）。制御装置１１は、そのピントが合った画像に映し出されるアライメントマークの像と初期的に入力されたアライメントマークの像とが一致するまで、ステップＳ１２～Ｓ１９の動作を繰り返して実行する。
　制御装置１１は、そのピントが合った画像に映し出されるアライメントマークの像と初期的に入力されたアライメントマークの像とが一致するときに（ステップＳ１９、ＹＥＳ）、そのアライメントマークが画像の所定の位置に映し出されるように、撮像領域移動用駆動装置１２を用いてウェハ移動用ステージ５を駆動する（ステップＳ２０）。
　半導体基板は、常温接合のために位置合わせされるときに、表面に形成されるアライメントマークがカメラ８の視野に配置される必要がある。そのアライメントマークをカメラ８の視野に配置する技術としては、たとえば、低倍率のレンズを用いる技術、ズームレンズを用いる技術、高精度の搬送装置を用いる技術が公知である。その低倍率のレンズを用いる技術では、位置合わせに用いられる高倍率の光学系と別個の低倍率の光学系を備える必要があり、その２つの光学系の光軸を一致させる必要がある。ズームレンズを用いる技術では、そのズームレンズを低倍率で使用されるときの光軸と高倍率で使用されるときの光軸を一致させる必要がある。高精度の搬送装置を用いる技術では、より精度の悪い搬送装置に比較して規模がより大きい搬送装置が必要である。
　本発明によるアライメント方法によれば、１つの光学系を用いて半導体基板のアライメントマークをカメラ８の視野に配置することができる。このため、本発明によるアライメント方法によれば、アライメント装置１は、アライメントマークをカメラ８の視野に配置するために、その低倍率のレンズを別個に備える必要がなく、または、ズームレンズを備える必要がなく、規模をより小さく、かつ、より容易に製造することができる。
　さらに、本発明によるアライメント方法によれば、アライメントマークがカメラ８の視野の外に配置されたときに、アライメントマークがカメラ８の視野の中に配置されるように、ウェハ移動用ステージ５を駆動することができる。このため、アライメント装置１は、高精度の搬送装置を備える必要がなく、より精度の低い搬送装置を適用して規模をより小さく製造することができる。
　常温接合されて半導体デバイスに形成される半導体基板は、位置合わせのために表面に形成されるアライメントマークの周辺に何も形成されていない。光学系は、一般に、半導体表面に何も形成されていないときに、その半導体基板に焦点を合わせることが困難である。本発明によるアライメント方法によれば、２つの画像を比較することにより、２つの撮像領域のいずれかにアライメントマークがあるかどうかを判別しているために、焦点を正確に合わせる必要がなく、アライメントマークがある領域をより容易に検出することができる。
　さらに、本発明によるアライメント方法によれば、その２つの画像の比較が、積算輝度分布を用いて実行され、比率変動を用いて実行されている。このため、その比較は、計算量が少なく、より速く実行されることができる。この結果、アライメント装置１は、アライメントマークがある領域をより速く検出することができ、生産性向上と接合プロセスの性能向上とを図ることができる。アライメント装置１は、さらに、半導体基板をより速く位置合わせすることができ、半導体基板の接合表面のコンタミネーションを低減し、常温接合の精度を向上させることができる。
　さらに、本発明によるアライメント方法は、ｘ軸方向積算輝度分布３２－ｘとｙ軸方向積算輝度分布３２－ｙとの両方を用いて、２つの撮像領域を比較している。ｘ軸方向積算輝度分布３２－ｘとｙ軸方向積算輝度分布３２－ｙとのうちの一方のみを用いて２つの撮像領域を比較する場合は、その２つの撮像領域の両方にアライメントマークの一部が映し出されているときに、２つの撮像領域にアライメントマークが映っていないと判別される場合がある。対して、本発明によるアライメント方法は、１つの方向に射影した積算輝度分布を用いて２つの撮像領域を比較することに比較して、アライメントマークが映し出されている可能性のある２つの撮像領域をより確実に検出することができる。
　なお、本発明によるアライメント方法は、比率変動を用いないで、２つの積算輝度分布を比較して、アライメントマークが形成される領域に対応する積算輝度分布を検出することもできる。その比較としては、２つの積算輝度分布の差分を用いる方法が例示される。このとき、本発明によるアライメント方法は、比率変動を用いる場合と同様にして、アライメント装置１の規模をより小さく、かつ、製造をより容易にし、アライメントマークがある領域をより容易に検出することができる。
　なお、本発明によるアライメント方法は、積算輝度分布を用いないで２つの画像を比較して、アライメントマークが形成される領域に対応する画像を検出することもできる。その比較としては、２つの積算輝度分布の差分を用いる方法が例示される。このとき、本発明によるアライメント方法は、積算輝度分布を用いる場合と同様にして、アライメント装置１の規模をより小さく、かつ、製造をより容易にし、アライメントマークがある領域をより容易に検出することができる。
　なお、複数の撮像領域が撮像される順番は、その順番に撮像領域を辿る経路がスパイラルと異なる形状を形成するように、割り当てられることもできる。その順番としては、複数の撮像領域の各々が少なくとも１回撮像されるものであればよく、たとえば、時計回りのスパイラルを形成するもの、一列ずつ並ぶものが例示される。このとき、本発明によるアライメント方法は、スパイラルを形成する順番が適用された場合と同様にして、アライメント装置１の規模をより小さく、かつ、製造をより容易にし、アライメントマークがある領域をより容易に検出することができる。
　１　：アライメント装置
　２　：半導体基板
　３　：半導体基板
　４　：上側ステージ
　５　：ウェハ移動用ステージ
　６　：焦点調整用ステージ
　７　：レンズ
　８　：カメラ
　９　：透明部位
　１１：制御装置
　１２：撮像領域移動用駆動装置
　１４：焦点調整用駆動装置
　１５：接合用駆動装置
　２１：領域
　２２－１～２２－９：撮像領域
　３１：画像
　３２－ｘ：ｘ軸方向積算輝度分布
　３２－ｙ：ｙ軸方向積算輝度分布
　３５：比率変動
　４１：搬送部
　４２：撮像部
　４３：積算輝度分布算出部
　４４：比率変動算出部
　４５：領域検出部
　４６：焦点合わせ部
　４７：位置合わせ部
　４８：接合部

Claims (20)

  1. 　カメラを用いて基板の表面のうちの複数の領域をそれぞれ映す複数の画像を撮像する撮像部と、
    　前記複数の画像に基づいて前記複数の領域から検出領域を選択する領域検出部と、
    　前記カメラにより撮像され、かつ、前記検出領域に形成されるマークを映すアライメント用画像に基づいて前記基板を位置合わせする位置合わせ部
    　とを具備するアライメント装置制御装置。
  2. 　請求の範囲１において、
    　前記領域検出部は、前記複数の画像のうちの第１画像と前記複数の画像のうちの第２画像とが異なるときに、前記複数の領域のうちの前記第１画像が映す第１領域と前記複数の領域のうちの前記第２画像が映す第２領域とのうちから前記検出領域を選択する
    　アライメント装置制御装置。
  3. 　請求の範囲２において、
    　前記複数の画像に基づいて複数の積算輝度分布をそれぞれ算出する積算輝度分布算出部を更に具備し、
    　前記複数の積算輝度分布のうちの１つの画像に基づいて算出される積算輝度分布は、前記１つの画像を１つの射影方向に射影した積算輝度の分布を示し、
    　前記領域検出部は、前記複数の積算輝度分布のうちの前記第１画像に基づいて算出される第１積算輝度分布と前記複数の積算輝度分布のうちの前記第２画像に基づいて算出される第２積算輝度分布とが異なるときに、前記第１領域と前記第２領域とのうちから前記検出領域を選択する
    　アライメント装置制御装置。
  4. 　請求の範囲３において、
    　前記第１積算輝度分布と前記第２積算輝度分布とに基づいて比率変動を算出する比率変動算出部を更に具備し、
    　前記比率変動は、前記第１積算輝度分布の各位置の積算輝度を前記第２積算輝度分布の前記各位置の積算輝度で除算した比率の変化を示し、
    　前記領域検出部は、前記比率変動が所定の範囲を外れている値を含むときに、前記第１領域と前記第２領域とのうちから前記検出領域を選択する
    　アライメント装置制御装置。
  5. 　請求の範囲３において、
    　前記積算輝度分布は、前記１つの画像を前記１つの射影方向と異なる他の射影方向に射影した他の積算輝度の分布を更に示す
    　アライメント装置制御装置。
  6. 　請求の範囲５において、
    　前記第１積算輝度分布と前記第２積算輝度分布とに基づいて第１比率変動と第２比率変動を算出する比率変動算出部を更に具備し、
    　前記第１比率変動は、前記第１積算輝度分布のうちの前記１つの射影方向に射影した積算輝度の分布の各位置の積算輝度を前記第２積算輝度分布のうちの前記１つの射影方向に射影した積算輝度の分布の前記各位置の積算輝度で除算した比率の変化を示し、
    　前記第２比率変動は、前記第１積算輝度分布のうちの前記他の射影方向に射影した積算輝度の分布の各位置の積算輝度を前記第２積算輝度分布のうちの前記他の射影方向に射影した積算輝度の分布の前記各位置の積算輝度で除算した比率の変化を示し、
    　前記領域検出部は、前記第１比率変動または前記第２比率変動が所定の範囲を外れている値を含むときに、前記第１領域と前記第２領域とのうちから前記検出領域を選択する
    　アライメント装置制御装置。
  7. 　請求の範囲１～請求の範囲６のいずれかにおいて、
    　前記検出領域を映す画像に基づいて前記カメラを焦点合わせする焦点合わせ部を更に具備し、
    　前記アライメント用画像は、焦点合わせされた後に撮像される
    　アライメント装置制御装置。
  8. 　請求の範囲７において、
    　前記領域検出部は、前記アライメント用画像に映し出される前記マークの像が所定の像と異なるときに、前記複数の画像に基づいて前記複数の領域から前記検出領域と異なる他の検出領域を選択し、
    　前記位置合わせ部は、前記他の検出領域に形成されるマークを映す画像に基づいて前記基板を位置合わせする
    　アライメント装置制御装置。
  9. 　請求の範囲１～請求の範囲８のいずれかにおいて、
    　前記複数の領域が撮像される順番で前記複数の領域を辿る経路は、スパイラルを形成する
    　アライメント装置制御装置。
  10. 　請求の範囲１～請求の範囲９のいずれかにおいて、
    　前記複数の領域のうちの１つの方向に隣接する２つの領域が重なる領域の前記方向の幅は、前記表面に形成されるマークの前記方向の幅の半分より大きい
    　アライメント装置制御装置。
  11. 　カメラを用いて基板の表面のうちの複数の領域をそれぞれ映す複数の画像を撮像するステップと、
    　前記複数の画像に基づいて前記複数の領域から検出領域を選択するステップと、
    　前記カメラにより撮像され、かつ、前記検出領域に形成されるマークを映すアライメント用画像に基づいて前記基板を位置合わせするステップ
    　とを具備するアライメント方法。
  12. 　請求の範囲１１において、
    　前記検出領域は、前記複数の画像のうちの第１画像と前記複数の画像のうちの第２画像とが異なるときに、前記複数の領域のうちの前記第１画像が映す第１領域と前記複数の領域のうちの前記第２画像が映す第２領域とのうちから選択される
    　アライメント方法。
  13. 　請求の範囲１２において、
    　前記複数の画像に基づいて複数の積算輝度分布をそれぞれ算出するステップを更に具備し、
    　前記複数の積算輝度分布のうちの１つの画像に基づいて算出される積算輝度分布は、前記１つの画像を１つの射影方向に射影した積算輝度の分布を示し、
    　前記検出領域は、前記複数の積算輝度分布のうちの前記第１画像に基づいて算出される第１積算輝度分布と前記複数の積算輝度分布のうちの前記第２画像に基づいて算出される第２積算輝度分布とが異なるときに、前記第１領域と前記第２領域とのうちから選択される
    　アライメント方法。
  14. 　請求の範囲１３において、
    　前記第１積算輝度分布と前記第２積算輝度分布とに基づいて比率変動を算出するステップを更に具備し、
    　前記比率変動は、前記第１積算輝度分布の各位置の積算輝度を前記第２積算輝度分布の前記各位置の積算輝度で除算した比率の変化を示し、
    　前記検出領域は、前記比率変動が所定の範囲を外れている値を含むときに、前記第１領域と前記第２領域とのうちから選択される
    　アライメント方法。
  15. 　請求の範囲１３において、
    　前記積算輝度分布は、前記１つの画像を前記１つの射影方向と異なる他の射影方向に射影した他の積算輝度の分布を更に示す
    　アライメント方法。
  16. 　請求の範囲１５において、
    　前記第１積算輝度分布と前記第２積算輝度分布とに基づいて第１比率変動と第２比率変動を算出するステップを更に具備し、
    　前記第１比率変動は、前記第１積算輝度分布のうちの前記１つの射影方向に射影した積算輝度の分布の各位置の積算輝度を前記第２積算輝度分布のうちの前記１つの射影方向に射影した積算輝度の分布の前記各位置の積算輝度で除算した比率の変化を示し、
    　前記第２比率変動は、前記第１積算輝度分布のうちの前記他の射影方向に射影した積算輝度の分布の各位置の積算輝度を前記第２積算輝度分布のうちの前記他の射影方向に射影した積算輝度の分布の前記各位置の積算輝度で除算した比率の変化を示し、
    　前記検出領域は、前記第１比率変動または前記第２比率変動が所定の範囲を外れている値を含むときに、前記第１領域と前記第２領域とのうちから選択される
    　アライメント方法。
  17. 　請求の範囲１１～請求の範囲１６のいずれかにおいて、
    　前記検出領域を映す画像に基づいて前記カメラを焦点合わせした後に前記アライメント用画像を撮像するステップ
    　を更に具備するアライメント方法。
  18. 　請求の範囲１７において、
    　前記アライメント用画像に映し出される前記マークの像が所定の像と異なるときに、前記複数の画像に基づいて前記複数の領域から前記検出領域と異なる他の検出領域を選択するステップと、
    　前記他の検出領域に形成されるマークを映す画像に基づいて前記基板を位置合わせするステップ
    　とを更に具備するアライメント方法。
  19. 　請求の範囲１１～請求の範囲１８のいずれかにおいて、
    　前記複数の領域が撮像される順番で前記複数の領域を辿る経路は、スパイラルを形成する
    　アライメント方法。
  20. 　請求の範囲１１～請求の範囲１９のいずれかにおいて、
    　前記複数の領域のうちの１つの方向に隣接する２つの領域が重なる領域の前記方向の幅は、前記表面に形成されるマークの前記方向の幅の半分より大きい
    　アライメント方法。
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