JP5343847B2 - ウェハ貼り合せ装置、ウェハ貼り合せ方法 - Google Patents

ウェハ貼り合せ装置、ウェハ貼り合せ方法 Download PDF

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Description

本発明は、エレクトロニクスデバイス製造分野で使用される、ウェハ貼り合わせ装置、及びウェハ貼り合せ方法に関する。
エレクトロニクスデバイスの動作速度向上、機能高度化、大容量化など達成するための有力な手段の一つとして、エレクトロニクスデバイスを形成したウェハの3次元積層が挙げられる。これは半導体基板(ウェハ)内部に貫通した導線を設けたウェハを積層して導線を接続・薄加工することにより、回路の脱線長を短く出来、デバイスの高速化と低発熱化を実現出来る。また、ウェハ積層の層数を増すことにより、回路の機能を高め、メモリ容量を増やすことが出来る。
ウェハの3次元積層を行なうには、回路形成が終わったウェハ表面に接合電極を形成し、2枚のウェハ、あるいは既に積層されたウェハとさらに積層する次のウェハの電極同士が合うように位置決めして貼り合わせるウェハ貼り合わせ装置が提案されている(例えば、特許文献1を参照。
特開2005−302858号公報
従来のウェハ貼り合わせ装置では、ウェハの外形を検出するために、ウェハの上方から光を照射し、ウェハの下方に配置された光検出器でウェハの外形を検出するウェハ外形検出装置が使用されている。
しかしながら、従来のウェハ外形検出装置では、複数のウェハが積層された状態の積層ウェハ(以後、これもウェハと記す)の外形を検出する際、ウェハ全体の最大外形が検出され、貼り合わせ面に対応するウェハの外形を正しく検出することができないと言う問題がある。
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、ウェハ貼り合わせ装置及びウェハ貼り合せ方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は、第一のウエハと第二のウエハとを互いに貼り合わせるウエハ貼り合わせ装置であって、
前記第一のウエハが単一のウエハからなる場合に、前記第一のウエハのエッジの検出結果を示す第一の検出信号を出力し、前記第一のウエハが、積層された積層ウエハのうち最上層を構成する最上層ウエハである場合に、前記第一のウエハのエッジの検出結果を示す第二の検出信号を出力する検出部と、
前記第一のウエハが単一のウエハである場合には前記第一の検出信号に基づいて前記第一のウエハと前記第二のウエハとを互いに貼り合わせ、前記第一のウエハが前記最上層ウエハである場合には前記第二の検出信号に基づいて前記第一のウエハと前記第二のウエハとを互いに貼り合わせる貼り合わせ部を備えることを特徴とするウエハ貼り合わせ装置を提供する。
また、本発明は、第一のウエハと第二のウエハとを互いに貼り合わせるウエハ貼り合わせ方法であって、
前記第一のウエハが単一のウエハからなる場合に、前記第一のウエハのエッジの検出結果を示す第一の検出信号を出力し、前記第一のウエハが、積層された積層ウエハのうち最上層を構成する最上層ウエハである場合に、前記第一のウエハのエッジの検出結果を示す第二の検出信号を出力する検出工程と、
前記第一のウエハが単一のウエハである場合には前記第一の検出信号に基づいて前記第一のウエハと前記第二のウエハとを互いに貼り合わせ、前記第一のウエハが前記最上層ウエハである場合には前記第二の検出信号に基づいて前記第一のウエハと前記第二のウエハとを互いに貼り合わせる貼り合わせ工程とを備えるウエハ貼り合わせ方法を提供する。
本発明によれば、基板の最上面の貼り合わせ面に対応する外形を正しく計測したのちウェハを貼り合せるウェハ貼り合わせ装置及びウェハ貼り合せ方法を提供することができる。
また、ウェハの最上面の貼り合わせ面に対応する外形を正しく計測することができる、ウェハ外形検出装置、ウェハ位置決め装置、および、ウェハ外形検出装置およびウェハ外形検出装置を有するウェハ貼り合せ装置を提供することができる。
また、上記装置により貼り合せ時の基板或いはウェハずれ量を各層ごとに計測でき、貼り合せ条件の最適化を図ることが可能となる。
実施の形態にかかるウェハ貼り合わせ装置の概略構成図である。 第1実施の形態にかかるウェハ外形検出装置の概略構成図である。 ウェハ外形検出装置のウェハ外形検出シーケンス図である。 ウェハ11のエッジ部拡大図を示す。 ウェハ半径方向に亘るエッジ検出センサー15からの信号の一例を示す。 ウェハ11のエッジ部拡大図を示す。 ウェハ径方向に亘るエッジ検出センサー15からの信号の一例を示す。 図5Bの信号を基にエッジ範囲を規定する信号を形成した例を示す。 第1実施の形態にかかるウェハ外形検出装置のエッジ検出装置のエッジ追従制御ブロック線図を示す。 ウェハ表面の高さ変動検出結果の一例。 エッジに対するサーボ引き込み特性の一例。 エッジ検出センサーによるウェハ外形測定結果の一例。 ウェハ位置決め装置の概略構成図。 第2実施の形態にかかるウェハ外形検出装置の概略構成図。 第2実施の形態のウェハ外形検出装置のウェハ外形検出シーケンス図である。 第2実施の形態にかかるウェハ位置決め装置の概略構成図である。
以下、本発明の実施の形態にかかるウェハ貼り合わせ装置について詳細に説明する。
なお、以下の全実施の形態では、半導体ウェハを代表として説明するが、エレクトロニクスデバイス製造に用いられる半導体ウェハ以外の、例えばガラス基板、セラミック基板、フェライト基板等の各種基板も使用できることは言うまでもない。
また、エレクトロニクスデバイスが形成されたチップにも使用できることは言うまでもない。
図1は、実施の形態にかかるウェハ貼り合わせ装置の概略構成図である。
実施の形態にかかるウェハ貼り合わせ装置1は、後述するウェハ外形検出装置10を内蔵するウェハ位置決め装置50と、位置決めされた2体のウェハをウェハホルダを介して接合して積層ウェハを形成するウェハ貼り合わせ部90とから構成されている。
前工程を終了してウェハ位置決め装置50のウェハ外形検出装置10に投入されたウェハは、ウェハ外形検出装置10で最上面の貼り合わせ面に対応するウェハの外形や、ウェハのノッチ位置、或いはオリフラ位置が検出される。
なお、半導体ウェハ以外の基板では、ノッチ位置、或いはオリフラ位置に相当するものが形成されていれば良い。
ウェハ外形検出装置10の検出結果に基づき、ウェハのノッチ部分或いはオリフラ位置が後述するウェハ位置決め装置50で後述するウェハホルダの所定位置に位置決めされる。
ウェハ位置決め装置50でウェハホルダに位置決めされたウェハとウェハホルダのセットは、搬送ロボット2でウェハ貼り合わせ部90に搬送され、2体のウェハがウェハホルダを介してウェハ貼り合わせ部90で接合されて貼り合わせウェハ11(以後、単板ウェハ、積層ウェハとも単にウェハと記す)が形成される。
(第1実施の形態)
次に、第1実施の形態にかかるウェハ外形検出装置10について説明する。
図2は、第1実施の形態にかかるウェハ外形検出装置10の概略構成図である。図3は、ウェハ外形検出装置10のウェハ外形検出シーケンス図である。図4A、図4B、図5A、図5B、図5Cは、それぞれウェハのエッジ検出出力の例を示す。図6は、第1実施の形態にかかるウェハ外形検出装置におけるエッジ検出装置のエッジ追従制御ブロック線図を示す。
図2において、例えば2枚のウェハ11aと11bが貼り合わされたウェハ11が、回転モータ12の回転軸に固定されたターンテーブル13に後述するウェハ投入ロボット51(図10参照)を介して載置される。なお、ウェハ11a、11bは、単板ウェハの場合も積層ウェハの場合もある。
回転モータ12には、回転モータ12の回転位置(回転角度)を検出するためのロータリーエンコーダ14が内蔵されている。以降の説明では、ターンテーブル13上に(積層)ウェハ11が載置されている場合について説明するが、単板のウェハ11であっても良いことは言うまでも無い。
ウェハ11の上方には、ウェハ11の外形エッジ部分を検出するためのエッジ検出センサー15と、このエッジ検出センサー15を支持し、エッジ検出センサー15をウェハ11のエッジに追従させるサーボ機構16が配置されている。サーボ機構16は、リニアエンコーダ17を内蔵するリニアモータ18から構成され、エッジ検出センサー15をウェハ11の半径方向に移動させる。
また、回転モータ12、エッジ検出センサー15、リニアモータ18等を制御すると共に、各信号を処理するための後述する各種制御部からなる制御装置20を有している。
以下、ウェハ外形検出装置10の構成要素について説明する。
エッジ検出センサー15は、ウェハ11の厚み方向の変位を抽出することが可能であり、図4A、図4Bに示すように、ウェハ11のエッジ部分の段差検出ができるセンサー系となっている。また、エッジ検出センサー15は、併せてウェハ11の厚みも測定でき、ウェハ11が積層ウェハの場合は層毎のウェハ厚みが事前に分っていれば、積層数を検出することもできる。
図4Aは、ウェハ11のエッジ部拡大図を、図4Bは、ウェハ半径方向に亘るエッジ検出センサー15からの信号の一例を示す。
また、エッジ検出センサー15は、傾き検出機能を有し、ウェハ11のエッジの領域が傾斜している部分の検出が可能であり、図5Aから図5Cに示すように、ウェハ11のエッジの領域を判別することが可能である。
図5Aは、ウェハ11のエッジ部拡大図を、図5Bは、ウェハ径方向に亘るエッジ検出センサー15からの信号の一例を、図5Cは、図5Bの信号を基にエッジ範囲を規定する信号を形成した例をそれぞれ示す。
また、エッジ検出センサー15は、反射率の変化を検出可能であり、ウェハ11の各層のウェハ(例えば、11a、11b)のエッジ近傍で、反射率が異なっている場合に、特定の層のエッジ判別が可能となる。
また、エッジ検出センサー15は、色相の検出が可能であり、ウェハ11各層毎のエッジ近傍で、色相が異なっている場合に特定の層のエッジ判別が可能となる。
また、本実施の形態では、エッジ追従のためのリニアバンドが最も広い、厚み方向変位抽出が可能である非接触の光学式変位計を用いている。
リニアモータ18は、エッジ検出センサー15をウェハ11の半径方向に駆動可能にする機構であり、3相コイルと磁石を利用して電磁駆動力を発生する可動部と固定部とを有し、固定部に対し電磁駆動力によって可動部が駆動される構造を有する。エッジ検出センサー15は可動部に固定されている。また、リニアモータ18には案内機構も内蔵され、位置決め分解能も数μm程度の能力をもつ。
なお、ウェハ11のエッジ検出に必要な分解能は、サンプリングデータ数にもよるが、10μm程度が必要であるので数μmの位置決め能力のある駆動形態であれば単相VCM駆動や電磁駆動力以外の空圧駆動力をもった空圧アクチュエータなどを用いても良い。また、エッジに追従するのに案内などの摺動抵抗が小さい機構系のものが望ましい。
リニアエンコーダ17は、リニアモータ18に内蔵され、可動部の駆動方向(ウェハ半径方向)位置検出を行うものである。リニアエンコーダ17は、パルスカウントで位置を判定できるが、リニアモータ18初期化の際に原点センサー(不図示)でカウントリセットを行う。またカウント値からウェハ半径方向位置への変換は制御装置20のデータ処理部(CPU)21で行う。なお、本実施の形態では、リニアエンコーダ17を内蔵としているが、リニアエンコーダ17は外付けであっても構わない。
ウェハ11は、単層ウェハ、積層(貼り合わせ)ウェハなどを用いる。本実施の形態では、主に積層した200mmウェハを対象としているが、これに限られるものではない。
回転モータ12は、不図示の回転子と固定子を有し、固定子に対し回転子は電磁力等でトルクを発生し回転できる構造となっている。
ロータリーエンコーダ14は、回転モータ12に内蔵され(不図示)、回転モータ12の回転角度に応じた回転角検出を行うものであり、パルスカウントで角度を判定できる。ロータリーエンコーダ14は回転モータ12の初期化の際に原点センサー(不図示)でカウントリセットを行い、カウント値からモータ回転角度への変換はデータ処理部(CPU)21で行う。なお、本実施の形態では、ロータリーエンコーダ14は内蔵としているが、外付けであっても構わない。
ターンテーブル13は、回転モータ12の回転子に取り付けられ、ウェハ11を吸着する機能をもつ。吸着されたウェハ11は回転モータ12の回転とともに回るようになる。なお、本実施の形態では、真空吸着を用い、ターンテーブル13までの真空導入はロータリユニオン(不図示)などを中継して行うものとする。なお、真空吸着に代えて静電吸着等を用いることもできる。
制御装置20内のリニアモータドライバ22は、リニアモータ18を駆動するためのコントロールドライバであって、位置指令を送信してリニアモータ18を所定位置へと位置決めし、推力指令を送信すると所定推力で可動子を駆動することができ、リニアモータ18の駆動条件などの様々なパラメータが設定可能で、パラメータに応じたリニアモータ駆動を可能にしている。
回転モータドライバ23は、回転モータ12を駆動するためのコントロールドライバであって、回転指令を送信すると指令回転数での回転が可能となり、目的回転角への位置指令を送信すると所定回転角へ位置決め可能となり、回転モータ12の駆動条件などの様々なパラメータが設定可能で、パラメータに応じた回転モータ12の駆動を可能にしている。
サーボ制御部24は、エッジ検出センサー15をウェハ11のエッジに追従させるためのサーボ機能を有する電気回路であり、回路の機能構成を図6のブロック図を参照して説明する。
本回路の機能は、ブロック図の中のブロックB1、B2、それとEtとEsの比較器である。また、ブロックB3はリニアモータドライバ22の電流感度特性(A/V)を、ブロックB4はリニアモータ28の推力特性(N/A)を、ブロックB5(点線部)は可動子に搭載されたエッジ検出センサー15のウェハ半径方向に運動する状態を1個のブロックとして示したものである。
ブロックB5はリニアモータ可動子とエッジ検出センサー15で構成される可動部質量により、推力が加速度特性((m/s)/N)により加速度となり、加速度の時間積分が速度(m/s)に、速度の時間積分が位置(m)に変換される流れを積分要素で表している。
エッジ検出センサー15は、図2、図4A、図4B、図5Aから図5Cに示すように、ウェハ11bのエッジより内側(ウェハ内周側)だとウェハ表面を計測し、ウェハ11bのエッジより外側だと下層ウェハ11a表面もしくは測定表面が無い状態を計測する。
エッジ検出センサー15の厚み方向の変位抽出機能を用いるとウェハ11の半径に従って図4Bに示すような信号出力Esが得られる。その際に、閾値Etはウェハ11の最上面のウェハ11b表面高さに相当するEsの値に対し低めの値にセットする。図6のブロック図でのEsとEtの比較を考えると、ブロックB1は図4Aのウェハ11bのエッジに対しウェハ11bの外周側にエッジ検出センサー15があると Et−Es=ε>0 となり、逆にウェハ11bのエッジに対しウェハ11bの内周側にエッジ検出センサー15があると Et−Es=ε<0 となる。図6のブロック図のB1ではεの極性に対し、εが正であれば+E(V)の電圧を発生し、εが負であれば−E(V)の電圧を発生する。+E(V)はエッジ検出センサー15のウェハ半径上での動きが内周側へ動く推力極性に対応し、−E(V)は外周側へ動く推力極性に対応する。エッジ検出装置は、このフィードバック制御動作の安定化の為にブロックB2のフィルタを用いて位相補償を行う。これらの回路構成によりウェハ11bのエッジへの自動追従が可能となる。エッジ検出装置は、エッジへの追従状態を保つことで、エッジ検出センサー15の位置をリニアエンコーダ17情報から読み取り、エッジ位置の情報として扱うことが可能となる。
図2に示す、計測データ読込み部25は、エッジ検出センサー15、ロータリーエンコーダ14、或いはリニアエンコーダ17等の出力電圧を時間同期、あるいはエンコーダカウント同期に合わせてデータを読み込む機能を有する。読み取ったデータはデータ処理部21に伝える。
データ処理部(CPU)21は、ウェハ外形検出装置10の場合、計測データの演算処理や記憶を行ったり、サーボ制御部にエッジ追従サーボのオンオフ指令を出したり、各ドライバへの指令を行ったり、ドライバの状態を読み取る等の処理を行ったり、投入されたウェハの状態判別を行い状態に対応する処理指令等を行う。
次に、図3を参照して、ウェハ外形検出(計測)のシーケンスをステップ毎に説明する。
ウェハ11は、不図示のロボットによる自動搬送、あるいは人による手動搬送で回転モータ12のターンテーブル13上に積載される。
ステップ(S1):ウェハ表面計測
閾値Etの設定のためには、計測すべきウェハの最上層ウェハ11b(図2参照)の表面高さを求める必要がある。その最上層の表面高さを計測するためには、エッジ検出センサ−15をウェハ11bの内周側へ位置決めする必要がある。200mmウェハの場合を例にすると、ターンテーブル13の回転中心に対してR=100mm近傍がエッジとなる。しかし、エッジ検出センサー15は、ウェハ11のターンテーブル13への積載時のずれがあるためにそのずれ量を考慮した位置決め位置の設定が必要となる。なるべくエッジに近い位置でウェハ表面の高さデータを取ることが正確な閾値設定には必要なので、ターンテーブル13上でのウェハ11偏芯量は5mm以下が望ましい。よってエッジ検出センサー15は、ターンテーブル13中心から半径R=90〜94mm付近に位置決め設定することが望ましい。なお、この数値はターンテーブル13に載置するウェハ11のサイズによって変更される。
次に、ウェハ外形検出装置10は、ターンテーブル13を回転し、ウェハ回転角に対応したウェハ11bの面ブレを計測する。計測終了後は、ターンテーブル13の回転を停止する。エッジの段差が小さい場合は、ウェハ11の面ブレも考慮した閾値設定をすることで対象となるエッジに間違いなくエッジ検出センサー15を追従させることができるようになる。従って、ターゲット閾値Etは、最上層のウェハ11bの表面高さから一定量のオフセットをもった回転角に依存するパラメータとなる。図7は、ウェハ11b表面の高さ変動の一例である。
オフセット量の目安は、追従する段差の半分程度である。制御上はこのオフセット量をアナログ電圧換算あるいはデジタル値換算して制御する。以上によりウェハ回転角θに対応したターゲット閾値Et(θ)(図7参照)が得られると共に、それを記憶する。また、制御装置20は、予めウェハ積層数を制御装置20内に登録しておき、計測したウェハ高さが、登録値と異なった場合はデータ処理部21でエラー判定することも可能である。
ステップ(S2):エッジサーボON〜ウエイト処理まで
データ処理部21は、ウェハ11が回転停止状態でサーボ制御部24にエッジ追従状態(図6のブロック図の状態)になるようにサーボON指令を出す。
エッジが静止している場合は、エッジ検出センサー15の振る舞いは図8のようになる。図8は、エッジに対するサーボ引き込み特性の一例を示す。エッジ検出センサー15の動きはリニアエンコーダ17の出力で表されるから、過渡的な引き込み完了の状態はリニアエンコーダ17の出力を監視することで得ることが出来る。
サーボ制御部24は、サーボ引き込みが完了した段階で回転モータ12を起動し、所定の回転数でウェハ11を回す。サーボ制御部24は、回転開始によるエッジサーボの追従に誤差が乗る場合があるので、データ取得のタイミングを一定時間遅らせるウエイトシーケンス(ウエイト時間)が設定されている。この時間は、回転モータ12の回転数とウェハ11の取り付け偏芯量に依存し、回転数及び偏芯量が大きいとウエイト時間は長くなる。なお、偏芯量が5mm程度の時の図6のブロックB2のフィルタの回路定数は、リードラグフィルタ30Hzの設定で回転数が0.2rps以下であればウエイト時間は0でも構わない。
ステップ(S3):ウェハ外形データ取得
ウェハ11bの外形データは、回転モータ12のロータリーエンコーダ14の値と、これに対応するエッジ検出センサー15の位置(リニアエンコーダ17値)が一対データとして計測データ読み込み部25に記憶される。図9は、エッジ検出センサー15で検出されたウェハ外形検出結果の一例を示し、一周に亘るウェハエッジとノッチ位置とが検出されている。
サーボ制御部24は、1回転分データを計測したら、データ処理部21へ記憶データを転送する。制御装置20は、ウェハ外形データから、ウェハ11bの外周部に形成された後述するノッチ部分あるいは不図示のオリフラ部分の無いデータを抽出し、そのデータからウェハ11bの直径、偏芯を算出する。
制御装置20は、その算出値を用いて、ノッチ部分あるいはオリフラ部を除くウェハ外周データを再抽出し、正確な直径、偏芯座標、ノッチ部分を有するウェハ(ノッチウェハ)なのかオリフラ部分を有するウェハ(オリフラウェハ)なのかノッチ部分もオリフラ部分も無いウェハなのかを判定し、ノッチウェハであれば、ノッチ位置の角度を、オリフラウェハであればオリフラ位置の角度を算出する。その場合の角度基準は、回転モータ12の原点を基準とする。例えば、図9の場合、ノッチ位置は約3.14radとなる。
また、予めウェハ11の種類を制御装置20内に登録しておき、計測したウェハ11の結果が登録しているデータと異なった場合は、例えば、ノッチの無いウェハが投入された場合、あるいはノッチでなくオリフラウェハが投入された場合、データ処理部21でエラー判定することも可能である。
ステップ(S4):ウェハノッチ部精密計測
ノッチウェハの場合はノッチ位置の角度を正確に計算するために、ウェハ回転速度を落とした状態でノッチ位置近傍の再データ取得を行う。ノッチ位置のおおよその角度はステップS3で求められるので、そのノッチ位置の手前まで、回転モータ12を駆動させ位置決めし、回転モータ12が停止状態でデータ処理部21はサーボ制御部24にエッジ追従状態になるようにサーボON指令を出す。サーボ制御部24は、サーボ引き込み完了の判断を行った後にウェハ回転を所定角度分だけ行う。制御装置20は、ノッチ位置を含む局所的な外形を、回転モータ12のロータリーエンコーダ14値に対応するエッジ検出センサー15位置(リニアエンコーダ17値)として計測データ読み込み部25に記憶する。
ステップ(S5):ウェハ偏芯、ノッチ位置算出
ステップS3の結果とステップS4で取得した計測データを用いてデータ処理部21は、回転モータ12の原点を基準としてターンテーブル13上のウェハ11bの偏芯座標とノッチウェハであれば再測定したノッチ位置角度を算出し、オリフラウェハであれば偏芯補正したオリフラ位置角度を算出する。
以上で、ウェハ11bの偏芯とノッチ位置検出を終了し、ここで求められたウェハ11bの偏芯量とノッチ位置角度は、次工程で補正に用いられる。
次に、ウェハ外形検出装置10を内蔵するウェハ位置決め装置50の構成とウェハ位置決めシーケンスについて説明する。
以下、ハードウェア構成について説明する。図10は、ウェハ位置決め装置50の概略構成図であり、図10中に示すようにXYZ軸を決め説明する。
ウェハ投入ロボット51は、ウェハ11を所定の保管場所から回転モータ12のターンテーブル13上へ積載するためのロボットであり、アーム51a先端でウェハ11を吸着保持し搬送を行う。また、ウェハ投入ロボット51は、多関節構造でアーム51aの伸縮が可能である。
回転モータ昇降機構部52は、回転モータ12を垂直方向に上下動させる駆動部である。
ウェハ搬送機構部(Y軸)53は、ウェハ11を回転モータ12位置からウェハホルダステージ54へ搬送するための機構部であり、アーム53a先端でウェハ11を吸着保持し搬送を行う。
ウェハ搬送機構部(Z軸)55は、ウェハ11を垂直方向に上下動させる駆動部であり、ウェハ11を吸着保持するための吸着ピンを有する。
ウェハホルダ56は、着脱可能なウェハ11を保持する基材であり、ウェハ11を吸着する面を有する。
ウェハホルダステージ(θ軸)54aは、ウェハホルダ56を回転させる駆動部でウェハ搬送機構部(Z軸)55を搭載し、ウェハホルダ56を吸着保持する機構を有する。
ウェハホルダステージ(X軸)54bは、ウェハホルダ56をX軸方向に移動させる駆動部でウェハホルダステージ(θ軸)54aを搭載している。
ウェハホルダステージ(Y軸)54cは、ウェハホルダ56をY軸方向に移動させる駆動部でウェハホルダステージ(X軸)54bを搭載している。
ウェハホルダ投入ロボット57は、ウェハホルダ56をウェハホルダステージ54上へ搬送するロボットである。なお、ウェハホルダ投入ロボット57は、ウェハ投入ロボット51と兼用でも構わない。
また、ウェハ位置決め装置50は、回転モータ昇降機構部52、ウェハ搬送機構部(Y軸)53、ウェハ搬送機構部(Z軸)55の駆動機構それぞれのドライバコントローラと、ウェハホルダステージ(θ軸)54a、(X軸)54b、(Y軸)54cの駆動機構それぞれのドライバコントローラ、および制御部(CPU)等を含む不図示の駆動系コントローラを有している。そして、これらドライバコントローラと図2に示すデータ処理部21とが通信し以下のウェハ位置決めシーケンス制御が行われる。
ウェハ位置決めシーケンスについてステップ毎に説明する
ステップS11:ウェハ投入シーケンス
ウェハ投入ロボット51は、ターンテーブル13上へウェハ11を搬送する。
ステップS12:ウェハホルダ投入シーケンス
ウェハホルダ投入ロボット57は、ウェハホルダステージ54上へウェハホルダ56を搬送する。
ステップS13:ウェハ外形計測シーケンス
制御装置20は、図3に示すステップS1〜ステップS5を実行する。
ステップS14:ウェハノッチ(オリフラ)位置決め
ウェハ外形検出装置10は、ステップS13で求められたノッチ(オリフラ)位置の角度に基づきノッチ(オリフラ)位置を所定の角度へ位置決めする。
ステップ15:ウェハホルダステージ受け渡し位置移動
ウェハ外形検出装置10は、ステップS13で求められたウェハ偏芯座標に基づき偏芯座標に応じた位置にウェハホルダステージ54を位置決めしウェハホルダステージ54の中心とウェハ11b中心を合わせる。
ステップS16:ウェハ11を回転モータ12からウェハ搬送機構部(Y軸)53へ搬送
ウェハ外形検出装置10は、回転モータ昇降機構部52で回転モータ12を下降させ、ターンテーブル13に吸着されているウェハ11をウェハ搬送機構部(Y軸)アーム53aへ搬送する。ターンテーブル13でのウェハ吸着はウェハ搬送機構部(Y軸)アーム53aへのウェハ11の吸着を確認した後に吸着オフしウェハ搬送機構部(Y軸)アーム53aへの搬送が完了する。回転モータ昇降機構部52は下方退避位置へ移動しウェハ搬送機構部(Y軸)53のウェハホルダステージ54側への駆動が可能となる。
ステップS17:ウェハ搬送機構部(Y軸)53からウェハ搬送機構部(Z軸)54aへウェハ11を搬送
ウェハ位置決め装置50は、ウェハ搬送機構部(Y軸)53をウェハホルダステージ54との受け渡し位置までY方向に移動し、ウェハ搬送機構部(Z軸)54aがウェハ搬送機構部(Y軸)53停止後に上方向に移動し、ウェハ搬送機構部(Z軸)54aの不図示の吸着ピンを吸着オン状態にし、受け渡し位置まで上昇させたら吸着ピンの吸着状態を監視しながら、吸着力が発生するまで上方向へ微動させ、吸着ピン側の吸着力が所定の閾値を超えたらウェハ搬送機構部(Y軸)53側のアーム53aの吸着をオフする。ウェハ位置決め装置50は、吸着ピンをさらに上昇し、上方待機位置までウェハ11を持ち上げ、その後ウェハ搬送機構部(Y軸)53を退避する。
ステップS18:ウェハ搬送機構部(Z軸)54aからウェハホルダ56へウェハ11を搬送
ウェハ位置決め装置50は、ウェハ搬送機構部(Z軸)54aの吸着ピンをウェハ吸着状態で保持しつつ下降させ、ウェハホルダ56を吸着オン状態にし、吸着ピンを受け渡し位置まで下降し、ウェハホルダの吸着力が所定の閾値を超えたら吸着ピン側の吸着をオフする。吸着ピンは、さらに下降して下方待機位置にて動作終了する。なお、吸着力の確認は真空圧の確認でも構わないし、真空圧確認を無視した時間管理の搬送でも構わない。
以上のシーケンスによって、ウェハ11の最上面ウェハ11bのノッチ位置が、ウェハホルダ56の所定の位置に位置決めされる。
このようにして、ウェハホルダ56に位置決めされたウェハ11とウェハホルダ56のセットは、別のウェハ11とウェハホルダ56のセットとウェハホルダ56に形成されたマーク58を基準にして位置決めされ、図1に示すウェハ貼り合わせ部90で、ウェハホルダ56を介して加圧・加熱されて2体のウェハ11、11の接合部である例えば電極が接合され貼り合わせ(積層)ウェハ11(図1参照)が完成する。
第1実施の形態にかかるウェハ貼り合わせ装置1によれば、ウェハ外形検出装置10を用いてウェハ11の最上面のウェハ11bのエッジ検出、およびノッチ位置を検出することで、貼り合わせ前のウェハ11が複数の基板を貼り合わせられたウェハ11であっても、ウェハ11の最上面の貼り合わせ面にあたるウェハ11bの外形、およびノッチ位置を正しく検出することが可能になる。また、ウェハ外形検出装置10のエッジ検出結果に基づき、ウェハ11(11b)の偏心量、ノッチ位置を補正し、ウェハ位置決め装置50によりウェハホルダ56の所定の位置にウェハ11(11b)を正確に位置付けすることが可能になる。その後、貼り合わせ部90で2体のウェハ11(11b)とウェハホルダ56のセットを、ウェハホルダ56を介して加圧・加熱して接合することで、接合位置ずれの無い貼り合わせウェハ11を製造することが可能になる。
(第2実施の形態)
次に、本発明の第2実施の形態にかかるウェハ張り合わせ装置について説明する。本実施の形態にかかるウェハ貼り合わせ装置の主な相違点は、第1実施の形態のウェハ外形検出装置に、透過型ラインセンサーを用いた固定式のウェハ外形検出センサーが追加された点であり、その他の同様の構成には同じ符号を付し説明を省略する。また、図1に示すウェハ貼り合わせ装置の構成、および作用も同様であり説明を省略する。
図11は、第2実施の形態にかかるウェハ外形検出装置の概略構成図であり、図12はウェハ外形検出装置110のウェハ外形検出シーケンス図である。また、図13は、第2実施の形態にかかるウェハ位置決め装置の概略構成図である。
図11において、ウェハ外形検出装置110は、図2に示す各構成に加え、透過型ラインセンサー112が回転するウェハ11の外周部近傍に配置されている。第1実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し説明を省略し、追加された透過型ラインセンサー112についてのみ説明する。
透過型ラインセンサー112は、一般的に用いられるウェハ外形検出センサーで発光部112aからライン状の平行光を照射し、その透過光を受光部112bで感知し透過部と遮蔽部の境界の位置を出力するセンサーである。透過型ラインセンサー112は、第1の実施の形態中のエッジ検出センサー15と併設される。なお、透過型ラインセンサー112とエッジ検出センサー15の設置角度は、ウェハ回転方向に任意に設定可能である。
次に、第2実施の形態にかかるウェハ外形検出装置110を用いたウェハ外形計測シーケンスを図12を参照しつつステップ毎に説明する。
ステップS6:2種類のセンサーによる外形計測
エッジ検出センサー15は、図3に示すステップS1の計測を行う。同時に透過型ラインセンサー112は図3に示すステップS1のターンテーブル13回転時にウェハ11の外形計測を行う。
ステップS7:2種類のセンサーの選択
ノッチ位置の精密検出は、図3に示すステップS1終了時に、エッジ検出センサー15の高さ結果計測からウェハ11が単層ウェハであることが検出されたら、透過型ラインセンサー112の外形計測結果を用いる。
一方、ウェハ11が積層ウェハであることが検出された場合、エッジ検出センサー15を用いてウェハ11の外形とノッチ位置を計測する。ウェハ11が単層の場合は、透過型ラインセンサー112でも外形検出には問題無いので計測時間が短縮できる。
ステップS8:ウェハの積層状態の検出
ステップS6でウェハ11が積層ウェハであった場合には、エッジ検出センサー15で図3に示すステップS3〜S5を実行し、同時に透過型ラインセンサー112を用いて外形計測を行う。
ステップS9:偏芯座標計算等の処理
制御装置20は、エッジ検出センサー15の計測結果を用いて、ウェハ11の偏芯座標の算出、ノッチ位置の算出を行う。算出結果は、第1実施の形態で説明した、ウェハ位置決め装置50におけるウェハの位置決めに使用される。
なお、このステップにおいて、エッジ検出センサー15と透過型ラインセンサー112の両センサーの出力結果からウェハ11の重なり状態のずれを検出することができ、このずれ状態から前に行われたウェハ貼りあわせ工程の品質を管理することが可能である。
以上述べたように、第2実施の形態にかかるウェハ外形検出装置110では、エッジ検出センサー15と透過型ラインセンサー112を共用することで、単層ウェハと積層ウェハが混在する場合のウェハ外形検出時間を短縮することが可能になる。
なお、ウェハ外形検出装置110以外の構成は第1実施の形態と同様であり、ウェハ外形検出以降の後工程の説明は省略する。
また、エッジ検出センサー15を、ウェハの表側、裏側の両側に配置し、ウェハのID管理を行うことで、最下層のウェハの中心に対する上層のウェハの中心ずれを各層ごとに検出することができるため、各層の中心ずれの履歴を残すことが可能となる。
また、上述の実施の形態は例に過ぎず、上述の構成や形状に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜修正、変更が可能である。

Claims (48)

  1. 第一のウエハと第二のウエハとを互いに貼り合わせるウエハ貼り合わせ装置であって、
    前記第一のウエハが単一のウエハからなる場合に、前記第一のウエハのエッジの検出結果を示す第一の検出信号を出力し、前記第一のウエハが、積層された積層ウエハのうち最上層を構成する最上層ウエハである場合に、前記第一のウエハのエッジの検出結果を示す第二の検出信号を出力する検出部と、
    前記第一のウエハが単一のウエハである場合には前記第一の検出信号に基づいて前記第一のウエハと前記第二のウエハとを互いに貼り合わせ、前記第一のウエハが前記最上層ウエハである場合には前記第二の検出信号に基づいて前記第一のウエハと前記第二のウエハとを互いに貼り合わせる貼り合わせ部を備えることを特徴とするウエハ貼り合わせ装置。
  2. 前記検出部は、
    前記第一のウエハが単一のウエハである場合に前記第一のウエハのエッジを検出し、前記第一の検出信号を出力する第一のエッジ検出装置と、
    前記第一のウエハが前記最上層ウエハである場合に前記第一のウエハのエッジを検出し、前記第二の検出信号を出力する第二のエッジ検出装置と、
    を有することを特徴とする請求項1に記載のウエハ貼り合わせ装置。
  3. 前記エッジの検出時に前記第一のウエハが載置されるテーブルを備え、前記テーブルは、前記第一のエッジ検出装置による検出時および前記第二のエッジ検出装置による検出時のそれぞれで用いられることを特徴とする請求項2に記載のウエハ貼り合わせ装置。
  4. 前記第一のウエハを前記テーブルに搬送する第一の搬送手段を備え、前記第一の搬送手段は、前記第一のウエハが単一のウエハである場合と前記最上層ウエハの場合との両方の場合で前記第一のウエハを搬送することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のウエハ貼り合わせ装置。
  5. 前記第一のウエハを保持するウエハホルダを位置決めするウエハホルダステージと、
    前記ウエハホルダを前記ウエハホルダステージに搬送する第二の搬送手段とを備えることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のウエハ貼り合わせ装置。
  6. 前記第一の搬送手段と前記第二の搬送手段とは、同一の搬送手段であることを特徴とする請求項4または5に記載のウエハ貼り合わせ装置。
  7. 前記第一のウエハが単一のウエハであるか前記最上層ウエハであるかに応じて、前記第一のエッジ検出装置および前記第二のエッジ検出装置のいずれかの検出結果を選択する選択部とを備えることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載のウエハ貼り合わせ装置。
  8. 前記第一のウエハが単一のウエハであるか前記最上層ウエハであるかを検出する検出部を備えることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載のウエハ貼り合わせ装置。
  9. 前記検出部は、前記ウエハの段差を検出し、その検出結果に基づいて前記第一のウエハが単一のウエハであるか前記最上層ウエハであるかを検出することを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載のウエハ貼り合わせ装置。
  10. 前記検出部は、前記積層ウエハの各層の厚み情報を取得し、厚み情報に基づいて積層数を算出することを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載のウエハ貼り合わせ装置。
  11. 検出された積層数が、ウエハ投入時の積層情報と異なる時、エラー表示をすることを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載のウエハ貼り合わせ装置。
  12. 前記検出部は、前記第二のエッジ検出装置であることを特徴とする請求項2から11のいずれか一項に記載のウエハ貼り合わせ装置。
  13. 前記選択部は、ウエハ投入時のウエハ積層情報に基づき、前記第一のエッジ検出装置および前記第二のエッジ検出装置のいずれか一方を選択することを特徴とする請求項7から12のいずれか一項に記載のウエハ貼り合わせ装置。
  14. 前記第二のエッジ検出装置は、前記最上層ウエハの厚み方向の変位を検出することを特徴とする請求項2から13のいずれか一項に記載のウエハ貼り合わせ装置。
  15. 前記第二のエッジ検出装置は、前記最上層ウエハの前記エッジの段差を検出することにより、前記最上層ウエハの厚み方向の変位を検出することを特徴とする請求項2から13のいずれか一項に記載のウエハ貼り合わせ装置。
  16. 前記第二のエッジ検出装置は、前記最上層ウエハの前記エッジの傾きを検出することを特徴とする請求項2から13のいずれか一項に記載のウエハ貼り合わせ装置。
  17. 前記第二のエッジ検出装置は、前記最上層ウエハの前記エッジの光学特性の変化を検出することを特徴とする請求項2から13のいずれか一項に記載のウエハ貼り合わせ装置。
  18. 前記光学特性は、前記最上層ウエハの色、反射率の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項17に記載のウエハ貼り合わせ装置。
  19. 前記第一のエッジ検出装置は、前記第一のウエハの一側に配置され、前記第一のウエハに光を照射する発光部と、前記第一のウエハの他側に配置され、前記第一のウエハを経た光を受ける受光部とを備え、前記第一のウエハを透過した透過部と前記第一のウエハにより遮蔽された遮蔽部との境界の位置を出力することを特徴とする請求項2から11のいずれか一項に記載のウエハ貼り合わせ装置。
  20. 積層された前記複数のウエハを回転する回転装置と、
    前記回転装置により回転する前記最上層ウエハの前記エッジの変位に前記第二のエッジ検出装置を追従させるサーボ装置と、
    前記第二のエッジ検出装置の位置を検出する位置検出装置とをさらに備えることを特徴とする請求項2から18のいずれか一項に記載のウエハ貼り合わせ装置。
  21. 前記第一のウエハが前記単一のウエハからなる場合に、前記第一のエッジ検出装置が前記ウエハの外周部に形成されたノッチ位置を検出し、前記第一のウエハが前記最上層ウエハである場合に、前記第二のエッジ検出装置が前記最上層ウエハの外周部に形成されたノッチ位置を検出することを特徴とする請求項1から20のいずれか一項に記載のウエハ貼り合わせ装置。
  22. 前記第一のウエハを前記ウエハホルダに移送する第三の搬送手段を有することを特徴とする請求項1から21のいずれか一項に記載のウエハ貼り合わせ装置。
  23. 前記第一のウエハの偏心量、ノッチ位置或いはオリフラ位置の検出結果に基づき、前記ウエハホルダの所定位置に対する、前記第一のウエハの偏心量、および前記ノッチ位置或いは前記オリフラ位置の補正を行い、前記ウエハホルダに前記第一のウエハを位置決めすることを特徴とする請求項22に記載のウエハ貼り合わせ装置。
  24. 前記貼り合わせ部は、前記第一のエッジ検出装置または前記第二のエッジ検出装置による前記第一のウエハの検出結果と、前記第一のエッジ検出装置または前記第二のエッジ検出装置による前記第二のウエハの検出結果とに基づいて、前記第一のウエハおよび前記第二のウエハを互いに接合することを特徴とする請求項1から23のいずれか一項に記載のウエハ貼り合わせ装置。
  25. 第一のウエハと第二のウエハとを互いに貼り合わせるウエハ貼り合わせ方法であって、
    前記第一のウエハが単一のウエハからなる場合に、前記第一のウエハのエッジの検出結果を示す第一の検出信号を出力し、前記第一のウエハが、積層された積層ウエハのうち最上層を構成する最上層ウエハである場合に、前記第一のウエハのエッジの検出結果を示す第二の検出信号を出力する検出工程と、
    前記第一のウエハが単一のウエハである場合には前記第一の検出信号に基づいて前記第一のウエハと前記第二のウエハとを互いに貼り合わせ、前記第一のウエハが前記最上層ウエハである場合には前記第二の検出信号に基づいて前記第一のウエハと前記第二のウエハとを互いに貼り合わせる貼り合わせ工程とを備えるウエハ貼り合わせ方法。
  26. 前記検出工程は、
    前記第一のウエハが単一のウエハである場合に前記第一のウエハのエッジを検出し、前記第一の検出信号を出力する第一のエッジ検出工程と、
    前記第一のウエハが前記最上層ウエハである場合に前記第一のウエハのエッジを検出し、前記第二の検出信号を出力する第二のエッジ検出工程と、
    を有する請求項25に記載のウエハ貼り合わせ方法。
  27. 前記エッジの検出時に前記第一のウエハが載置されるテーブルを、前記第一のエッジ検出工程による検出時および前記第二のエッジ検出工程による検出時のそれぞれで用いる請求項26に記載のウエハ貼り合わせ方法。
  28. 第一の搬送手段を用いて、前記第一のウエハが単一のウエハである場合と前記最上層ウエハの場合との両方の場合で前記第一のウエハを前記テーブルに搬送する工程を有する請求項27に記載のウエハ貼り合わせ方法。
  29. 第二の搬送手段を用いて、前記第一のウエハを保持するウエハホルダを位置決めするウエハホルダステージに前記ウエハホルダを搬送する工程を有する請求項25から28のいずれか一項に記載のウエハ貼り合わせ方法。
  30. 前記第一の搬送手段と前記第二の搬送手段とは、同一の搬送手段である請求項28または29に記載のウエハ貼り合わせ方法。
  31. 前記第一のウエハが単一のウエハであるか前記最上層ウエハであるかに応じて、前記第一のエッジ検出工程および前記第二のエッジ検出工程のいずれかの検出結果を選択する選択工程とを備える請求項25から30のいずれか一項に記載のウエハ貼り合わせ方法。
  32. 前記第一のウエハが単一のウエハであるか前記最上層ウエハであるかを検出する検出工程を備える請求項25から31のいずれか一項に記載のウエハ貼り合わせ方法。
  33. 前記検出工程は、前記ウエハの段差を検出し、その検出結果に基づいて前記第一のウエハが単一のウエハであるか前記最上層ウエハであるかを検出する請求項25から32のいずれか一項に記載のウエハ貼り合わせ方法。
  34. 前記検出工程は、前記積層ウエハの各層の厚み情報を取得し、厚み情報に基づいて積層数を算出する請求項25から33のいずれか一項に記載のウエハ貼り合わせ方法。
  35. 検出された積層数が、ウエハ投入時の積層情報と異なる時、エラー表示をすることを特徴とする請求項25から34のいずれか一項に記載のウエハ貼り合わせ方法。
  36. 前記検出工程は、前記第二のエッジ検出工程である請求項26から35のいずれか一項に記載のウエハ貼り合わせ方法。
  37. 前記選択工程は、ウエハ投入時のウエハ積層情報に基づき、前記第一のエッジ検出工程および前記第二のエッジ検出工程のいずれか一方を選択することを特徴とする請求項31から36のいずれか一項に記載のウエハ貼り合わせ方法。
  38. 前記第二のエッジ検出工程は、前記最上層ウエハの厚み方向の変位を検出する請求項26から37のいずれか一項に記載のウエハ貼り合わせ方法。
  39. 前記第二のエッジ検出工程は、前記最上層ウエハの前記エッジの段差を検出することにより、前記最上層ウエハの厚み方向の変位を検出する請求項26から38のいずれか一項に記載のウエハ貼り合わせ方法。
  40. 前記第二のエッジ検出工程は、前記最上層ウエハの前記エッジの傾きを検出する請求項26から39のいずれか一項に記載のウエハ貼り合わせ方法。
  41. 前記第二のエッジ検出工程は、前記最上層ウエハの前記エッジの光学特性の変化を検出する請求項26から40のいずれか一項に記載のウエハ貼り合わせ方法。
  42. 前記光学特性は、前記最上層ウエハの色、反射率の少なくとも一方を含む請求項41に記載のウエハ貼り合わせ方法。
  43. 前記第一のエッジ検出工程では、前記第一のウエハの一側に配置された発光部から前記第一のウエハに光を照射し、前記第一のウエハの他側に配置された受光部で前記第一のウエハを経た光を受け、前記第一のウエハを透過した透過部と前記第一のウエハにより遮蔽された遮蔽部との境界の位置を出力する請求項26から42のいずれか一項に記載のウエハ貼り合わせ方法。
  44. 積層された前記複数のウエハを回転させる回転工程と、
    前記回転方法により回転する前記最上層ウエハの前記エッジの変位に前記第二のエッジ検出工程を行う検出部を追従させる追従工程と、
    前記検出部の位置を検出する位置検出工程とをさらに備える請求項26から43のいずれか一項に記載のウエハ貼り合わせ方法。
  45. 前記第一のウエハが前記単一のウエハからなる場合に、前記第一のエッジ検出工程で前記ウエハの外周工程に形成されたノッチ位置を検出し、前記第一のウエハが前記最上層ウエハである場合に、前記第二のエッジ検出工程で前記最上層ウエハの外周工程に形成されたノッチ位置を検出する請求項25から44のいずれか一項に記載のウエハ貼り合わせ方法。
  46. 前記第一のウエハを前記ウエハホルダに移送する第三の搬送工程を有することを特徴とする請求項24から45のいずれか一項に記載のウエハ貼り合わせ方法。
  47. 前記第一のウエハの偏心量、ノッチ位置或いはオリフラ位置の検出結果に基づき、前記ウエハホルダの所定位置に対する、前記第一のウエハの偏心量、および前記ノッチ位置或いは前記オリフラ位置の補正を行い、前記ウエハホルダに前記第一のウエハを位置決めすることを特徴とする請求項46に記載のウエハ貼り合わせ方法。
  48. 前記貼り合わせ工程は、前記第一のエッジ検出工程または前記第二のエッジ検出工程による前記第一のウエハの検出結果と、前記第一のエッジ検出工程または前記第二のエッジ検出工程による前記第二のウエハの検出結果とに基づいて、前記第一のウエハおよび前記第二のウエハを互いに接合する請求項25から47のいずれか一項に記載のウエハ貼り合わせ方法。
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