特開 2024-132449 半導体製造装置および半導体装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024132449

(43)【公開日】2024-10-01

(54)【発明の名称】半導体製造装置および半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/02 20060101AFI20240920BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20240920BHJP

【ＦＩ】

H01L21/02 B

H01L21/68 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023043213

(22)【出願日】2023-03-17

(71)【出願人】

【識別番号】318010018

【氏名又は名称】キオクシア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100118843

【弁理士】

【氏名又は名称】赤岡 明

(74)【代理人】

【識別番号】100124372

【弁理士】

【氏名又は名称】山ノ井 傑

(72)【発明者】

【氏名】水田 吉郎

【テーマコード（参考）】

5F131

【Ｆターム（参考）】

5F131AA02

5F131BA52

5F131BA53

5F131BB03

5F131CA07

5F131DA32

5F131DA33

5F131DA36

5F131EB01

5F131EB56

5F131EC42

5F131EC63

5F131GA03

5F131KB02

5F131KB56

(57)【要約】

【課題】基板同士を好適に貼り合わせることが可能な半導体製造装置および半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】一の実施形態によれば、半導体製造装置は、第１基板または第２基板の反り量の値を計測する反り量計測部を備える。前記装置はさらに、前記反り量の値に基づいて、前記第１基板と前記第２基板との間のギャップの値を決定するギャップ決定部を備える。前記装置はさらに、前記第１基板と前記第２基板とを貼り合わせる前に、前記ギャップを前記決定された値に制御する貼合制御部を備える。
【選択図】図１８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１基板または第２基板の反り量の値を計測する反り量計測部と、
前記反り量の値に基づいて、前記第１基板と前記第２基板との間のギャップの値を決定するギャップ決定部と、
前記第１基板と前記第２基板とを貼り合わせる前に、前記ギャップを前記決定された値に制御する貼合制御部と、
を備える半導体製造装置。

【請求項2】

前記ギャップ決定部は、事前に定められた前記反り量と前記ギャップとの関係式を用いることで、前記反り量の値に基づいて、前記ギャップの値を決定する、請求項１に記載の半導体製造装置。

【請求項3】

前記ギャップ決定部は、前記反り量の増加に伴い前記ギャップが減少するように、前記ギャップの値を決定する、請求項１に記載の半導体製造装置。

【請求項4】

前記ギャップ決定部は、前記第１基板の中心部と前記第２基板の中心部との間の前記ギャップの値を決定する、請求項１に記載の半導体製造装置。

【請求項5】

前記ギャップの値に基づいて、前記第１基板または前記第２基板を押圧する押圧力の値を決定する押圧力決定部をさらに備え、
前記貼合制御部は、前記第１基板と前記第２基板とを貼り合わせる際に、前記押圧力を前記決定された値に制御する、請求項１に記載の半導体製造装置。

【請求項6】

前記押圧力決定部は、前記第１基板または前記第２基板の中心部を押圧する押圧力の値を決定する、請求項５に記載の半導体製造装置。

【請求項7】

前記押圧力決定部は、前記第１基板を押圧する前記押圧力の値を決定し、前記反り量計測部は、前記第１基板の前記反り量の値を計測する、請求項５に記載の半導体製造装置。

【請求項8】

前記貼合制御部により制御されて、前記第１基板と前記第２基板とを貼り合わせる貼合部をさらに備える、請求項１に記載の半導体製造装置。

【請求項9】

前記貼合部は、前記第１基板を吸引する吸引部と、前記第１基板を前記押圧力により押圧する押圧部とを備える、請求項８に記載の半導体製造装置。

【請求項10】

前記貼合部は、前記第１基板を保持するチャックを支持する第１支持部と、前記第２基板を保持するチャックを支持する第２支持部とを備え、
前記ギャップは、前記貼合制御部が前記第１支持部または前記第２支持部を制御することで、前記決定された値に制御される、請求項８に記載の半導体製造装置。

【請求項11】

第１基板または第２基板の反り量の値を計測し、
前記反り量の値に基づいて、前記第１基板と前記第２基板との間のギャップの値を決定し、
前記第１基板と前記第２基板とを貼り合わせる前に、前記ギャップを前記決定された値に制御する、
ことを含む半導体装置の製造方法。

【請求項12】

前記ギャップの値は、事前に定められた前記反り量と前記ギャップとの関係式を用いることで、前記反り量の値に基づいて決定される、請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項13】

前記ギャップの値は、前記反り量の増加に伴い前記ギャップが減少するように決定される、請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項14】

前記ギャップの値に基づいて、前記第１基板または前記第２基板を押圧する押圧力の値を決定することをさらに含み、
前記第１基板と前記第２基板とを貼り合わせる際に、前記押圧力は、前記決定された値に制御される、請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項15】

前記ギャップを前記決定された値に制御しつつ、前記第１基板と前記第２基板とを貼り合わせることをさらに含む、請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項16】

前記第１基板または前記第２基板を露光する前に、前記第１基板または前記第２基板の露光位置を補正することが可能な量である位置補正量の値を決定し、
前記第１基板または前記第２基板を露光する際に、前記位置補正量を前記決定された値に制御する、
ことをさらに含み、
前記第１基板または前記第２基板が露光された後に、前記第１基板と前記第２基板とが貼り合わされる、請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項17】

前記ギャップの値は、事前に定められた前記反り量と前記ギャップとの関係式を用いることで、前記反り量の値に基づいて決定され、
前記反り量と前記ギャップとの関係式は、前記反り量と前記位置補正量との関係式と、前記ギャップと前記位置補正量との関係式とに基づいて作成される、
請求項１６に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項18】

前記反り量と前記位置補正量との関係式と、前記ギャップと前記位置補正量との関係式は、実際に露光および貼合を行うことで作成される、請求項１７に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項19】

前記位置補正量は、多項式回帰の係数である、請求項１６に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項20】

前記位置補正量は、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式の係数である、請求項１６に記載の半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、半導体製造装置および半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

基板同士を貼り合わせる際、少なくともいずれかの基板に反りがあると、基板同士を好適に貼り合わせることができない場合がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際特許出願ＷＯ２０２０／０４５１４８号公報

【特許文献2】特許第６４０７８０３号公報

【特許文献3】特許第６６４０５４６号公報

【特許文献4】特表２０１６－５２６２９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

基板同士を好適に貼り合わせることが可能な半導体製造装置および半導体装置の製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

一の実施形態によれば、半導体製造装置は、第１基板または第２基板の反り量の値を計測する反り量計測部を備える。前記装置はさらに、前記反り量の値に基づいて、前記第１基板と前記第２基板との間のギャップの値を決定するギャップ決定部を備える。前記装置はさらに、前記第１基板と前記第２基板とを貼り合わせる前に、前記ギャップを前記決定された値に制御する貼合制御部を備える。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図である。

【図2】第１実施形態の貼合装置の構成を示す平面図である。

【図3】第１実施形態の処理ブロック２５の構成を示す断面図である。

【図4】第１実施形態の上チャック５１等の構成を示す断面図である。

【図5】第１実施形態の下チャック５２等の構成を示す断面図である。

【図6】第１実施形態の貼合装置の動作を示す断面図である。

【図7】第１実施形態の上ウェハ１の加工方法を示す断面図である。

【図8】第１実施形態の露光装置の構成を示す斜視図である。

【図9】第１実施形態の露光補正について説明するための平面図である。

【図10】第１実施形態の露光補正について説明するための断面図である。

【図11】第１実施形態の露光補正について説明するための平面図である。

【図12】比較例の露光および貼合の流れを示す模式図である。

【図13】比較例の貼合の詳細を説明するための断面図である。

【図14】比較例の露光および貼合の流れを示す模式図である。

【図15】第１実施形態の貼合の詳細を説明するための断面図である。

【図16】第１実施形態の貼合補正について説明するためのグラフである。

【図17】第１実施形態の貼合補正について説明するためのグラフである。

【図18】第１実施形態の露光および貼合の流れを示す模式図である。

【図19】第１実施形態の貼合補正について説明するための表である。

【図20】第１実施形態の半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。

【図21】第１実施形態の制御部３０の機能構成を示すブロック図である。

【図22】第１実施形態の変形例の半導体装置の製造方法を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１～図２２において、同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0008】

（第１実施形態）
（１）貼合
図１は、第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図である。

【0009】

本実施形態の半導体装置は、図１(ａ)に示す上ウェハ１と、図１(ｂ)に示す下ウェハ２とを貼り合わせることで製造される。上ウェハ１および下ウェハ２の一方は、第１基板の例であり、上ウェハ１および下ウェハ２の他方は、第２基板の例である。例えば、上ウェハ１が第１基板の例となっており、下ウェハ２が第２基板の例となっている。図１(ｃ)は、互いに貼り合わされた上ウェハ１および下ウェハ２を含む貼合済ウェハ３を示している。貼合済ウェハ３はその後、複数のチップ（半導体装置）へとダイシングされる。

【0010】

図１(ａ)～図１(ｃ)は、互いに垂直なＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向を示している。この明細書では、＋Ｚ方向を上方向として取り扱い、－Ｚ方向を下方向として取り扱う。－Ｚ方向は、重力方向と一致していてもよいし、重力方向とは一致していなくてもよい。

【0011】

上ウェハ１は、図１(ａ)に示すように、ウェハ１ａと、ウェハ１ａ上に形成された層間絶縁膜１ｂと、層間絶縁膜１ｂ内に形成された複数の金属パッド１ｃとを備えている。ウェハ１ａは例えば、Ｓｉ（シリコン）ウェハなどの半導体ウェハである。層間絶縁膜１ｂは例えば、ＳｉＯ_２膜（シリコン酸化膜）やＳｉＮ膜（シリコン窒化膜）などを含む積層絶縁膜である。層間絶縁膜１ｂは、メモリセルアレイやトランジスタなどの種々のデバイスを含んでいてもよいし、配線層やプラグ層などの種々の導電層を含んでいてもよい。金属パッド１ｃは例えば、Ｃｕ（銅）層などを含む金属層である。

【0012】

下ウェハ２は、図１(ｂ)に示すように、ウェハ２ａと、ウェハ２ａ上に形成された層間絶縁膜２ｂと、層間絶縁膜２ｂ内に形成された複数の金属パッド２ｃとを備えている。ウェハ２ａ、層間絶縁膜２ｂ、金属パッド２ｃの材料や構造はそれぞれ、ウェハ１ａ、層間絶縁膜１ｂ、金属パッド１ｃの材料や構造と同様である。例えば、上ウェハ１は、メモリセルアレイを備えており、下ウェハ２は、このメモリセルアレイを制御するトランジスタを備えている。

【0013】

貼合済ウェハ３は、図１(ｃ)に示すように、下ウェハ２と、下ウェハ２上に配置された上ウェハ１とを含んでいる。図１(ｃ)に示す上ウェハ１の向きは、図１(ａ)に示す上ウェハ１の向きとは逆になっている。図１(ｃ)では、層間絶縁膜１ｂの下面が、層間絶縁膜２ｂの上面に接着されており、各金属パッド１ｃの下面が、対応する金属パッド２ｃの上面に接合されている。

【0014】

本実施形態の半導体装置を製造する際、ウェハ１ａ上に形成されるパターンの倍率と、ウェハ２ａ上に形成されるパターンの倍率とが同じにならない場合がある。例えば、金属パッド１ｃの倍率と、金属パッド２ｃの倍率とが同じにならない場合がある。この場合、各金属パッド１ｃが、対応する金属パッド２ｃと適切に接合されないおそれがあり、接合箇所の高抵抗化や断線などの接合不良が生じるおそれがある。

【0015】

そこで、本実施形態の半導体装置を製造する際には、上ウェハ１と下ウェハ２との倍率差を補正するために、上ウェハ１または下ウェハ２を保持するチャックを変形させてもよい。この場合、このチャックを変形させた状態で、上ウェハ１と下ウェハ２とを貼り合わせる。これにより、各金属パッド１ｃを、対応する金属パッド２ｃと適切に接合することが可能となる。例えば、０～１０ｐｐｍ程度の合わせずれを補正することが可能となる。倍率差の補正のさらなる詳細については、後述する。

【0016】

図２は、第１実施形態の貼合装置の構成を示す平面図である。本実施形態では、この貼合装置が、上ウェハ１と下ウェハ２とを貼り合わせる。この貼合装置は、半導体製造装置の例である。

【0017】

本実施形態の貼合装置は、図２に示すように、ウェハ搬送部１０と、ウェハ処理部２０と、制御部３０とを備えている。ウェハ搬送部１０は、上ウェハ１や下ウェハ２を貼合装置の筐体の外部から内部に搬入したり、貼合済ウェハ３を貼合装置の筐体の内部から外部に搬出したりする。ウェハ処理部２０は、上ウェハ１、下ウェハ２、および貼合済ウェハ３を処理し、例えば、上ウェハ１と下ウェハ２とを貼り合わせる。制御部３０は、貼合装置の種々の動作を制御し、例えば、ウェハ搬送部１０による各ウェハの搬送や、ウェハ処理部２０による各ウェハの処理を制御する。

【0018】

ウェハ搬送部１０は、各ウェハが載置される載置部１１と、各ウェハを搬送する搬送部１２とを備えている。載置部１１は、複数の載置台１１ａを備えている。搬送部１２は、搬送路１２ａと、搬送ロボット１２ｂとを備えている。

【0019】

載置台１１ａは、上ウェハ１が収容されているカセット４や、下ウェハ２が収容されているカセット５や、貼合済ウェハ６を収容するためのカセット６を載置するために使用される。図２に示す２つのカセット６は、正常な貼合済ウェハ３を収容するためのカセット６と、異常な貼合済ウェハ３を収容するためのカセット６である。

【0020】

搬送路１２ａは、Ｘ方向に延びている。搬送ロボット１２ｂは、搬送路１２ａ上を±Ｘ方向に移動することや、搬送路１２ａ上でＺ方向の周りの±θ方向に回転することが可能である。搬送ロボット１２ｂは、－Ｙ方向に位置する載置台１１ａと、＋Ｙ方向に位置するウェハ処理部２０との間で、各ウェハを搬送することができる。これにより、各ウェハを筐体の内部に搬入したり、各ウェハを筐体の外部に搬出したりすることができる。

【0021】

ウェハ処理部２０は、各ウェハを搬送する搬送ブロック２１と、各ウェハを処理する処理ブロック２２、２３、２４、２５とを備えている。搬送ブロック２１は、搬送ロボット２１ａを備えている。

【0022】

搬送ブロック２１内の搬送ロボット２１ａは、ウェハ搬送部１０と処理ブロック２２～２５との間で、各ウェハを搬送することができる。処理ブロック２２は、上ウェハ１や下ウェハ２や貼合済ウェハ３を±Ｚ方向に移動させる。処理ブロック２３は、上ウェハ１や下ウェハ２の表面を改質する。処理ブロック２４は、上ウェハ１や下ウェハ２の表面を親水化する。処理ブロック２５は、上ウェハ１と下ウェハ２とを貼り合わせる。

【0023】

図３は、第１実施形態の処理ブロック２５の構成を示す断面図である。

【0024】

処理ブロック２５は、処理ブロック２５の内壁２５ａで隔てられた搬送領域４０と貼合領域５０とを備えている。搬送領域４０と貼合領域５０は、内壁２５ａに設けられた出入口２５ｂで連通されている。搬送領域４０は、処理ブロック２５の内部と外部との間で、各ウェハを搬送するための領域である。貼合領域５０は、上ウェハ１と下ウェハ２とを貼り合わせるための領域である。貼合領域５０は、貼合部の例である。

【0025】

搬送領域４０は、搬送モジュール４１と、位置調整モジュール４２と、反転モジュール４３とを備えている。位置調整モジュール４２は、基台４２ａと、検出部４２ｂとを備えている。反転モジュール４３は、保持アーム４３ａと、複数の保持部材４３ｂと、駆動部４３ｃと、支柱４３ｄとを備えている。

【0026】

搬送モジュール４１は、各ウェハをＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向などに搬送する。具体的には、搬送モジュール４１は、上ウェハ１や下ウェハ２を貼合領域５０の外部から内部に搬入したり、貼合済ウェハ３を貼合領域５０の内部から外部に搬出したりする。

【0027】

位置調整モジュール４２は、各ウェハのノッチの向きを調整する。具体的には、位置調整モジュール４２は、基台４２ａによりウェハを支持し、検出部４２ｂにより基台４２ａ上のウェハのノッチの位置を検出し、ノッチの検出位置に応じて基台４２ａによりウェハを回転させる。これにより、ノッチの向きが調整される。

【0028】

反転モジュール４３は、上ウェハ１の向きを反転させる。具体的には、反転モジュール４３は、保持アーム４３ａ上の保持部材４３ｂにより上ウェハ１を保持し、保持アーム４３ａにより上ウェハ１の向きを反転させる。保持アーム４３ａは、駆動部４３ｃを介して支柱４３ｄにより支持されており、駆動部４３ｃにより駆動される。これにより、上ウェハ１の向きが反転される。例えば、反転前の上ウェハ１の金属パッド１ｃが＋Ｚ方向を向いている場合、反転後の上ウェハ１の金属パッド１ｃは－Ｚ方向を向くことになる。

【0029】

貼合領域５０は、上チャック５１と、下チャック５２と、上チャック支持部５３と、下チャック移動部５４と、Ｙ方向に延びる２本のレール５５と、下チャック移動部５６と、Ｘ方向に延びる２本のレール５７と、載置台５８とを備えている。上チャック支持部５３は、上部撮像部５３ａと、支持部材５３ｂと、複数の支柱５３ｃと、ストライカ５３ｄとを備えている。下チャック移動部５４は、下部撮像部５４ａを備えている。上チャック支持部５３は、第１支持部の例である。下チャック移動部５４、レール５５、下チャック移動部５６、レール５７、および載置台５８は、第２支持部の例である。ストライカ５３ｄは、押圧部の例である。

【0030】

上チャック５１は、上チャック支持部５３により支持されており、上ウェハ１を上側から保持する。上チャック支持部５３は、処理ブロック２５の容器の天井面に設けられており、上チャック５１を上側から支持している。具体的には、上チャック支持部５３は、上チャック５１を支持部材５３ｂにより支持しており、支持部材５３ｂを支柱５３ｃにより支持している。上部撮像部５３ａは、支持部材５３ｂに設けられており、下ウェハ２を撮像する。これにより、下ウェハ２の状態を検出することができる。ストライカ５３ｄは、支持部材５３ｂに設けられており、上ウェハ１を押圧する。これにより、上ウェハ１と下ウェハ２とを貼り合わせることができる。

【0031】

下チャック５２は、下チャック移動部５４、レール５５、下チャック移動部５６、レール５７、および載置台５８により支持されており、下ウェハ２を下側から保持する。下チャック移動部５４、レール５５、下チャック移動部５６、レール５７、および載置台５８は、処理ブロック２５の容器の床面に設けられており、下チャック５２を下側から支持している。下チャック移動部５４は、下チャック移動部５６に設けられたレール５５上を移動することで、下チャック５２を±Ｙ方向に移動させることができる。下チャック移動部５６は、載置台５８に設けられたレール５７上を移動することで、下チャック５２を±Ｘ方向に移動させることができる。さらに、下チャック移動部５４は、±Ｚ方向に移動することや、Ｚ方向に平行な軸の周りを回転することで、下チャック５２を昇降させたり回転させたりすることができる。これにより、上ウェハ１と下ウェハ２との間のギャップを増減させることができる。下部撮像部５４ａは、下チャック移動部５４に設けられており、上ウェハ１を撮像する。これにより、上ウェハ１の状態を検出することができる。

【0032】

図４は、第１実施形態の上チャック５１等の構成を示す断面図である。

【0033】

図４に示すように、本実施形態の貼合領域５０はさらに、貫通孔６１と、複数の吸引管６２と、複数の吸引管６３と、アクチュエータ６４と、シリンダ６５と、真空ポンプ６６と、真空ポンプ６７とを備えている。

【0034】

貫通孔６１は、上チャック５１および支持部材５３ｂを貫通している。アクチュエータ６４とシリンダ６５は、上ウェハ１を押圧するストライカ５３ｄを構成している。具体的には、シリンダ６５は、支持部材５３ｂ上に設けられている。アクチュエータ６４は、シリンダ６５内に設けられた上部と、貫通孔６１内に設けられた下部とを含んでいる。アクチュエータ６４の上部が、シリンダ６５内で上下移動すると、アクチュエータ６４の下部も、貫通孔６１内で上下移動する。その結果、アクチュエータ６４の下部が、上チャック５１により保持されている上ウェハ１を押圧する。本実施形態のストライカ５３ｄは、不図示のレギュレータから供給される空気により駆動される。

【0035】

吸引管６２、６３は、上チャック５１を貫通しており、上ウェハ１を吸引するために使用される。本実施形態の上チャック５１は、上ウェハ１を吸引管６２、６３から吸引することで、上ウェハ１を保持する。真空ポンプ６６、６７はそれぞれ、吸引管６２、６３に接続されており、上ウェハ１を吸引管６２、６３から真空引きする。上ウェハ１は、この真空引きの作用により保持される。本実施形態の貼合領域５０は、真空ポンプ６６と真空ポンプ６７とを、互いに独立に駆動することができる。吸引管６２、６３と真空ポンプ６６、６７は、吸引部の例である。

【0036】

本実施形態の貼合領域５０は、吸引管６２、６３から上ウェハ１へと上向きの力を作用させることができ、アクチュエータ６４（ストライカ５３ｄ）から上ウェハ１へと下向きの力を作用させることができる。これらの力のさらなる詳細については、後述する。

【0037】

図５は、第１実施形態の下チャック５２等の構成を示す断面図である。

【0038】

図５(ａ)および図５(ｂ)は、同じ下チャック５２が異なる状態となっている状況を示している。以下、図５(ａ)を参照して、下チャック５２の詳細について説明する。この説明の中で、図５(ｂ)も適宜参照する。

【0039】

本実施形態の下チャック５２は、図５(ａ)に示すように、基台７１と、載置部７２と、測定部７３と、複数の吸引管７４と、通気孔７５とを備えている。また、本実施形態の貼合領域５０はさらに、下チャック５２用の構成要素として、真空ポンプ７６と、変形部７７とを備えている。変形部７７は、切替バルブ７７ａと、レギュレータ７７ｂと、真空ポンプ７７ｃとを備えている。

【0040】

基台７１は、下ウェハ２が載置される載置部７２を下側から支持している。基板７１と載置部７２との間には、空間Ｓが存在する。載置部７２は、平面視において下ウェハ２の直径以上の直径を有している。図５(ａ)に示すように、載置部７２の厚さは、載置部７２の中心部に近づくほど厚くなっており、載置部７２の中心部から遠ざかるほど薄くなっている。載置部７２は例えば、セラミック材料で形成されている。

【0041】

載置部７２は、図５(ａ)および図５(ｂ)に示すように変形することができる。本実施形態の貼合領域５０は、載置部７２を変形させることで、載置部７２上に載置された下ウェハ２を変形させることができる。これにより、上ウェハ１と下ウェハ２との倍率差を補正することが可能となる。本実施形態の貼合領域５０は、載置部７２により下ウェハ２を変形させた状態で、上ウェハ１と下ウェハ２とを貼り合わせることで、金属パッド１ｃと金属パッド２ｃとの合わせずれを補正することができる。図５(ａ)に示す載置部７２は、平坦な上面を有しており、その結果、下ウェハ２の形状も平坦となっている。図５(ｂ)に示す載置部７２は、上に凸な形状に湾曲した上面を有しており、その結果、下ウェハ２の形状も、上に凸な形状に湾曲している。

【0042】

測定部７３は、基台７１の中心部に設けられており、載置部７２の変位量（変形量）を測定する。吸引管７４は、基台７１と載置部７２とを貫通しており、下ウェハ２を吸引するために使用される。本実施形態の下チャック５２は、下ウェハ２を吸引管７４から吸引することで、下ウェハ２を保持する。真空ポンプ７６は、吸引管７４に接続されており、下ウェハ２を吸引管７４から真空引きする。下ウェハ２は、この真空引きの作用により保持される。

【0043】

通気孔７５は、基台７１を貫通しており、空間Ｓへの給気や空間Ｓからの排気を行うために使用される。変形部７７は、空間Ｓへの給気や空間Ｓからの排気により、載置部７２を変形させる。具体的には、変形部７７は、レギュレータ７７ｂにより空間Ｓへの給気を行い、真空ポンプ７７ｃにより空間Ｓからの排気を行う。給気と排気との切替は、切替バルブ７７ａにより行う。

【0044】

図６は、第１実施形態の貼合装置の動作を示す断面図である。図６(ａ)～図６(ｄ)は、上チャック５１により保持されている上ウェハ１と、下チャック５２により保持されている下ウェハ２とを貼り合わせる様子を示している。

【0045】

図６(ａ)は、貼り合わせを開始する前の上ウェハ１および下ウェハ２を示している。図６(ａ)は、吸引管６２（図４）から上ウェハ１に作用する吸引力Ｆａと、吸引管６３（図４）から上ウェハ１に作用する吸引力Ｆｂとを示している。この時点では、ストライカ５３ｄは上ウェハ１に接しておらず、ストライカ５３ｄから上ウェハ１に押圧力は作用していない。

【0046】

図６(ａ)はさらに、貼り合わせを開始する前の上ウェハ１と下ウェハ２との間のギャップＧを示している。本実施形態のギャップＧは、上ウェハ１の下面と下ウェハ２の上面との間の距離に相当する。図６(ａ)に示すギャップＧは、上ウェハ１の中心部と下ウェハ２の中心部との間の距離となっている。上ウェハ１の中心部は、上ウェハ１の中心軸上の箇所であり、下ウェハ２の中心部は、下ウェハ２の中心軸上の箇所である。

【0047】

なお、図６(ａ)に示す下ウェハ２は、載置部７２により変形されていてもよい。下ウェハ２を変形させた状態で貼り合わせを行うことで、上ウェハ１と下ウェハ２との倍率差を補正することが可能となる。

【0048】

上ウェハ１と下ウェハ２とを貼り合わせる際には、真空ポンプ６６（図４）を停止して、吸引管６２からの真空引きを停止する。その後、吸引管６３により上ウェハ１を吸引しながら、ストライカ５３ｄにより上ウェハ１を押圧する（図６(ｂ)）。本実施形態では、ストライカ５３ｄが、上ウェハ１の中心部を下ウェハ２の中心部に対して押圧し、吸引管６３が、上ウェハ１の中心部以外の箇所を吸引する。そのため、上ウェハ１と下ウェハ２との貼り合わせは、上ウェハ１および下ウェハ２の中心部から外周部へと進展していく。すなわち、上ウェハ１と下ウェハ２との接触領域が、上ウェハ１および下ウェハ２の中心部から外周部へと拡がっていく。

【0049】

貼り合わせの進展は、その後に止まる。これを、ウェイト状態と呼ぶ。図６(ｂ)は、ウェイト状態の上ウェハ１および下ウェハ２を示している。

【0050】

本実施形態の貼合装置は、貼り合わせがウェイト状態に達すると、ストライカ５３ｄにより上ウェハ１を押圧した状態で、真空ポンプ６７（図４）を停止して、吸引管６３からの真空引きを停止する。その結果、上ウェハ１が下ウェハ２に落下することにより、上ウェハ１と下ウェハ２との貼り合わせがさらに進展していく（図６(ｃ)）。

【0051】

このようにして、上ウェハ１と下ウェハ２との貼り合わせが、上ウェハ１および下ウェハ２の端部まで進展し、貼り合わせが終了する（図６(ｄ)）。図６(ｄ)は、上ウェハ１と下ウェハ２とを貼り合わせることで得られた貼合済ウェハ３を示している。

【0052】

ここで、本実施形態の制御部３０（図２）の動作について説明する。

【0053】

制御部３０は、貼り合わせを開始する前に、上ウェハ１の反り量の値を計測する。そして、制御部３０は、反り量の値に基づいて、上ウェハ１と下ウェハ２との間のギャップＧの値を決定し、ギャップＧの値に基づいて、ストライカ５３ｄの押圧力の値を決定する。

【0054】

制御部３０は、貼り合わせを開始する前に、上ウェハ１と下ウェハ２との間のギャップＧを、上記決定された値に制御する。そして、制御部３０は、貼合領域５０の動作を制御することにより、図６(ａ)～図６(ｄ)に示すように、上ウェハ１と下ウェハ２とを貼り合わせる。この貼り合わせの間、制御部３０は、ストライカ５３ｄの押圧力を、上記決定された値に制御する。また、上ウェハ１と下ウェハ２との間のギャップＧは、貼り合わせが開始される時点（図６(ａ)に示す時点）で、上記決定された値に設定される。

【0055】

本実施形態によれば、ギャップＧおよび押圧力をこれらの値に制御することにより、上ウェハ１と下ウェハ２とを好適に貼り合わせることが可能となる。このような効果のさらなる詳細については、後述する。

【0056】

（２）露光および貼合（露光補正）
図７は、第１実施形態の上ウェハ１の加工方法を示す断面図である。

【0057】

まず、ウェハ１ａ上に層間絶縁膜１ｂを形成し、層間絶縁膜１ｂ上にレジスト層７を形成する（図７(ａ)）。次に、リソグラフィおよびエッチングにより、レジスト層７をパターニングする（図７(ｂ)）。その結果、レジスト層７内に複数の凹部Ｈ１が形成される。

【0058】

次に、レジスト層７をマスクとして用いたエッチングにより、レジスト層７のパターンを層間絶縁膜１ｂに転写する（図７(ｃ)）。その結果、レジスト層７内に複数の凹部Ｈ２が形成される。

【0059】

次に、レジスト層７を除去した後、これらの凹部Ｈ２内に複数の金属パッド１ｃを形成する（図７(ｄ)）。これらの金属パッド１ｃは例えば、これらの金属パッド１ｃの材料となる金属層を層間絶縁膜１ｂ上に形成し、金属層の表面をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）により平坦化することで形成される。

【0060】

このようにして、図１(ａ)に示す上ウェハ１が製造される。なお、図１(ｂ)に示す下ウェハ２も、図７(ａ)～図７(ｄ)に示す工程により製造可能である。

【0061】

図８は、第１実施形態の露光装置の構成を示す斜視図である。本実施形態では、上ウェハ１や下ウェハ２を加工する際の露光が、この露光装置により行われる。例えば、図７(ｂ)に示す工程のリソグラフィは、この露光装置により行われる。

【0062】

本実施形態の露光装置は、図８に示すように、照明光学系８１と、テーブル８２と、投影レンズ８３と、ステージ８４と、Ｘ軸干渉計８５と、Ｙ軸干渉計８６と、オフアクシス顕微鏡８７と、制御部８８とを備えている。図８はさらに、テーブル８２上に載置されたレチクル８と、ステージ８４上に載置された上ウェハ１とを示している。上ウェハ１の代わりに下ウェハ２が、ステージ８４上に載置されてもよい。

【0063】

照明光学系８１は、上ウェハ１を露光するための光を発生させる。テーブル８２上のレチクル８には、照明光学系８１からの光が照射される。テーブル８２は、レチクル８を移動させることで、レチクル８を光で走査することができる。レチクル８を透過した光は、投影レンズ８３を介して、ステージ８４上の上ウェハ２に入射する。このようにして、上ウェハ２が露光される。Ｘ軸干渉計８５、Ｙ軸干渉計８６、およびオフアクシス顕微鏡８７は、露光の様子を観測するために使用される。本実施形態の露光装置の動作は、制御部８８により制御される。

【0064】

図９は、第１実施形態の露光補正について説明するための平面図である。

【0065】

図９(ａ)は、上ウェハ１の複数のショット領域９を示している。上ウェハ１を露光する際には、個々のショット領域９ごとに露光が行われる。本実施形態の露光装置は、ショット領域９を露光する際に、図９(ｂ)～図９(ｄ)に示すように、ショット領域９をショット領域９’に変更する露光補正を行うことができる。図９(ｂ)に示す露光補正は、ショット領域９をショット領域９’へとシフトさせている。図９(ｃ)に示す露光補正は、ショット領域９をショット領域９’へと拡大（または縮小）させている。図９(ｄ)に示す露光補正は、ショット領域９をショット領域９’へと回転させている。本実施形態によれば、例えば、上ウェハ１と下ウェハ２とを貼り合わせる際の位置ずれを、このような露光補正により低減することが可能となる。

【0066】

図１０は、第１実施形態の露光補正について説明するための断面図である。

【0067】

図１０(ａ)は、互いに貼り合わされた上ウェハ１および下ウェハ２を示している。上ウェハ１は、ウェハ１ａと、層間絶縁膜１ｂと、金属パッド１ｃと、配線層１ｄとを含んでいる。金属パッド１ｃは、配線層１ｄの下面に形成されている。下ウェハ２は、ウェハ２ａと、層間絶縁膜２ｂと、金属パッド２ｃと、配線層２ｄとを含んでいる。金属パッド２ｃは、配線層２ｄの上面に形成されている。これは、図１０(ｂ)でも同様である。

【0068】

図１０(ａ)は、露光補正を行わなかった場合の上ウェハ１および下ウェハ２を示している。図１０(ａ)では、金属パッド１ｃが、金属パッド２ｃと接合されるはずなのに、金属パッド２ｃと接合されていない。すなわち、金属パッド１ｃと金属パッド２ｃとの位置ずれが生じている。

【0069】

図１０(ｂ)は、露光補正を行った場合の上ウェハ１および下ウェハ２を示している。図１０(ｂ)の金属パッド１ｃは、図７(ｂ)に示す工程のリソグラフィの際に露光補正を行って形成されている。よって、図１０(ｂ)の金属パッド１ｃの位置は、図１０(ａ)の金属パッド１ｃの位置と異なっている。その結果、図１０(ｂ)では、金属パッド１ｃが、金属パッド２ｃと接合されている。このように、本実施形態によれば、金属パッド１ｃと金属パッド２ｃとの位置ずれを、露光補正により低減することができる。

【0070】

図１１は、第１実施形態の露光補正について説明するための平面図である。

【0071】

図１１は、図９(ａ)と同様に、上ウェハ１の複数のショット領域９を示している。図１１に示す矢印は、上ウェハ１の理想的なショット領域９と実際のショット領域９との位置ずれを示している。理想的なショット領域９とは、例えば、実際のショット領域９の下層に位置するショット領域に対応する。また、矢印の大小は、位置ずれ量の大小を表す。図１１は、露光ＯＬ（オーバーレイ）マップとも呼ばれる。一方、上ウェハ１と下ウェハ２とを貼り合わせる際の位置ずれに関するマップは、貼合ＯＬマップと呼ばれる。各々のＯＬマップにおいて、位置ずれ量が相対的に小さい状態を「良好」、位置ずれ量が相対的に大きい状態を「悪化」と呼ぶことができる。

【0072】

一般的な露光補正は、上ウェハ１の理想的なショット領域９と実際のショット領域９との位置ずれを低減するように行われる。すなわち、一般的な露光補正は、図１１に示す矢印が平均的に小さくなるように行われる。一方、本実施形態の露光補正は、上ウェハ１と下ウェハ２とを貼り合わせる際の位置ずれ量を低減するように行われる。よって、本実施形態の露光補正は、矢印が平均的に小さくなるように行われる必要はなく、むしろ矢印が平均的に大きくなるように行われてもよい。これにより、上ウェハ１の理想的なショット領域９と実際のショット領域９との位置ずれ量が拡大しても、上ウェハ１と下ウェハ２とを貼り合わせる際の位置ずれ量を低減することが可能となる。別言すると、露光ＯＬマップは悪化しても、貼合ＯＬマップは良好にすることが可能となる。上述の図１０は、上ウェハ１と下ウェハ２とを貼り合わせる際の位置ずれ量が低減した例を示している。

【0073】

（３）比較例
図１２は、比較例の露光および貼合の流れを示す模式図である。

【0074】

本比較例においては、１対の上ウェハ１および下ウェハ２から複数の半導体装置を製造する。以下、このような対を「ウェハ対」と呼ぶ。図１２は、先行ロットのウェハ対から複数の半導体装置を製造し、その後に、後行ロットのウェハ対から複数の半導体装置を製造するフローを示している。

【0075】

まず、先行ロットの上ウェハ１および下ウェハ２を製造する。この際、上ウェハ１および下ウェハ２の露光は、図８の露光装置を用いて行われる。例えば、上ウェハ１の金属パッド１ｃや、下ウェハ２の金属パッド２ｃを形成する際の露光は、この露光装置を用いて行われる。この露光は、上ウェハ１の露光ＯＬマップも、下ウェハ２の露光ＯＬマップも良好になるように行われる。

【0076】

次に、先行ロットの上ウェハ１と下ウェハ２とを貼り合わせる。この際、上ウェハ１と下ウェハ２との貼合は、図２の貼合装置を用いて行われる。先行ロットの露光は、上述のように、上ウェハ１の露光ＯＬマップも、下ウェハ２の露光ＯＬマップも良好になるように行われるが、これが、先行ロットの貼合ＯＬマップを悪化させる場合がある。例えば、図１０(ａ)に示すように、金属パッド１ｃと金属パッド２ｃとの位置ずれが生じる場合がある。

【0077】

そこで、後行ロットの上ウェハ１および下ウェハ２を製造する際には、先行ロットの貼合ＯＬマップに基づいて、後行ロットの露光補正を行う。例えば、後行ロットの貼合ＯＬマップが良好になるように、後行ロットの上ウェハ１の露光補正を行う。この場合、後行ロットの露光は、上ウェハ１の露光ＯＬマップが悪化し、下ウェハ２の露光ＯＬマップが良好になるように行われる。これにより、後行ロットの貼合ＯＬマップを良好にすることが可能となる。例えば、図１０(ｂ)に示すように、金属パッド１ｃと金属パッド２ｃとの位置ずれを低減することが可能となる。

【0078】

後行ロットの上ウェハ１および下ウェハ２を製造する際、上ウェハ１および下ウェハ２の露光は、図８の露光装置を用いて行われる。この際、上述のように、先行ロットの貼合ＯＬマップに基づいて、後行ロットの露光補正が行われる。また、後行ロットの上ウェハ１と下ウェハ２とを貼り合わせる際、上ウェハ１と下ウェハ２との貼合は、図２の貼合装置を用いて行われる。本比較例によれば、後行ロットの露光補正により、後行ロットの貼合ＯＬマップを良好にすることが可能となる。

【0079】

図１３は、比較例の貼合の詳細を説明するための断面図である。

【0080】

図１３(ａ)～図１３(ｅ)は、５対の上ウェハ１および下ウェハ２を示している。図１３(ａ)の上ウェハ１は、上に凸な形状となるように大きく反っている。図１３(ｂ)の上ウェハ１は、上に凸な形状となるように小さく反っている。図１３(ｃ)の上ウェハ１は、反っていない。図１３(ｄ)の上ウェハ１は、下に凸な形状となるように小さく反っている。図１３(ｅ)の上ウェハ１は、下に凸な形状となるように大きく反っている。なお、下ウェハ２は、図１３(ａ)～図１３(ｅ)のいずれにおいても反っていない。

【0081】

図１３(ａ)、図１３(ｂ)、図１３(ｄ)、および図１３(ｅ)の各々は、上ウェハ１の反り量Ｗを示している。ここでは、反り量Ｗの大きさは、上ウェハ１のエッジに対する上ウェハ１の最大突出量となっている。例えば、図１３(ａ)では、上ウェハ１の中心部が上ウェハ１のエッジに対し＋Ｚ方向に最も突出しており、反り量Ｗは、上ウェハ１の中心部のＺ座標と上ウェハ１のエッジのＺ座標との差となっている。これは、図１３(ｂ)、図１３(ｄ)、および図１３(ｅ)でも同様である。反り量Ｗの値は、図１３(ａ)および図１３(ｂ)では負となり、図１３(ｃ)ではゼロとなり、図１３(ｄ)および図１３(ｅ)では正となるように規定される。よって、図１３(ａ)～図１３(ｅ)においては、図１３(ａ)の反り量Ｗが最も小さく、図１３(ｅ)の反り量Ｗが最も大きい。また、反り量Ｗの大きさ（絶対値）は、図１３(ａ)および図１３(ｅ)で大きくなり、図１３(ｂ)および図１３(ｄ)で小さくなる。

【0082】

上ウェハ１および下ウェハ２の貼合ＯＬマップは、上ウェハ１の反り量Ｗに応じて変化する。理由は、図６(ｂ)に示す貼合工程において、上チャック５１から上ウェハ１に作用する応力が、上ウェハ１の反り量Ｗに応じて変化するからである。

【0083】

図１４は、比較例の露光および貼合の流れを示す模式図である。

【0084】

図１４は、図１２と同様に、先行ロットのウェハ対から複数の半導体装置を製造し、その後に、後行ロットのウェハ対から複数の半導体装置を製造するフローを示している。

【0085】

まず、先行ロットの上ウェハ１および下ウェハ２を製造する。この際、上ウェハ１および下ウェハ２の露光は、上ウェハ１の露光ＯＬマップも、下ウェハ２の露光ＯＬマップも良好になるように行われる。

【0086】

次に、先行ロットの上ウェハ１と下ウェハ２とを貼り合わせる。先行ロットの露光は、上述のように、上ウェハ１の露光ＯＬマップも、下ウェハ２の露光ＯＬマップも良好になるように行われるが、これが、先行ロットの貼合ＯＬマップを悪化させる場合がある。

【0087】

そこで、後行ロットの上ウェハ１および下ウェハ２を製造する際には、先行ロットの貼合ＯＬマップに基づいて、後行ロットの上ウェハ１の露光補正を行う。この場合、後行ロットの露光は、上ウェハ１の露光ＯＬマップが悪化し、下ウェハ２の露光ＯＬマップが良好になるように行われる。これにより、後行ロットの貼合ＯＬマップを良好にすることが可能となる。

【0088】

この場合、先行ロットの上ウェハ１の反り量Ｗが問題となる。図１４は、先行ロットの上ウェハ１の例として、反り量Ｗが負、ゼロ、および正の上ウェハ１を示している。例えば、先行ロットの上ウェハ１の反り量Ｗがゼロの場合には、後行ロットの上ウェハ１の露光補正は、反り量Ｗがゼロの上ウェハ１に適したものとなる。よって、後行ロットの上ウェハ１の反り量Ｗがゼロの場合には、後行ロットの上ウェハ１の露光補正により、後行ロットの貼合ＯＬマップが良好になる。しかしながら、後行ロットの上ウェハ１の反り量Ｗがゼロでない場合には、後行ロットの上ウェハ１の露光補正により、後行ロットの貼合ＯＬマップが良好にならないおそれがある。

【0089】

そこで、本実施形態では、後行ウェハに対し露光補正だけでなく貼合補正を行う。これにより、上ウェハ１の反り量Ｗの問題に対処することが可能となる。本実施形態の貼合補正は、図６の説明箇所で説明したように、上ウェハ１と下ウェハ２との間のギャップＧの値を制御することで行われる。貼合補正のさらなる詳細については、後述する。

【0090】

（４）貼合補正
図１５は、第１実施形態の貼合の詳細を説明するための断面図である。

【0091】

図１５(ａ)～図１５(ｅ)は、図１３(ａ)～図１３(ｅ)と同様に、５対の上ウェハ１および下ウェハ２を示している。図１５(ａ)の上ウェハ１は、上に凸な形状となるように大きく反っている。図１５(ｂ)の上ウェハ１は、上に凸な形状となるように小さく反っている。図１５(ｃ)の上ウェハ１は、反っていない。図１５(ｄ)の上ウェハ１は、下に凸な形状となるように小さく反っている。図１５(ｅ)の上ウェハ１は、下に凸な形状となるように大きく反っている。なお、下ウェハ２は、図１５(ａ)～図１５(ｅ)のいずれにおいても反っていない。

【0092】

図１５(ａ)～図１５(ｅ)の各々はさらに、上ウェハ１と下ウェハ２との間のギャップＧを示している。本実施形態のギャップＧは、上ウェハ１の中心部と下ウェハ２の中心部との間の距離となっている。本実施形態の貼合補正は、このギャップＧの値を制御することで行われる。

【0093】

図１６は、第１実施形態の貼合補正について説明するためのグラフである。

【0094】

図１６(ａ)において、横軸は、上ウェハ１の反り量Ｗを示しており、縦軸は、上ウェハ１および下ウェハ２の貼合ＯＬマップの３σ値を示している。ここで、σは、貼合ＯＬマップにおける矢印のＸ成分（またはＹ成分）の標準偏差を表す。また、３σ値は、貼合ＯＬマップにおける矢印に関し、Ｘ成分（またはＹ成分）のバラツキを表す。本実施形態では、反り量Ｗが大きくなるほど、貼合ＯＬマップの３σ値が大きくなる。よって、反り量Ｗが大きくなると貼合ＯＬマップが悪化し、反り量Ｗが小さくなると貼合ＯＬマップが良好になる。

【0095】

図１６(ｂ)において、横軸は、貼合開始前の上ウェハ１と下ウェハ２との間のギャップＧを示しており（図６(ａ)参照）、縦軸は、上ウェハ１および下ウェハ２の貼合ＯＬマップの３σ値を示している。本実施形態では、ギャップＧが大きくなるほど、貼合ＯＬマップの３σ値が大きくなる。よって、ギャップＧが大きくなると貼合ＯＬマップが悪化し、ギャップＧが小さくなると貼合ＯＬマップが良好になる。

【0096】

図１７は、第１実施形態の貼合補正について説明するためのグラフである。

【0097】

図１７(ａ)において、横軸は、上ウェハ１の反り量Ｗを示しており、縦軸は、貼合開始前の上ウェハ１と下ウェハ２との間のギャップＧを示している。本実施形態の貼合補正は、図１７(ａ)に示すように行われる。すなわち、本実施形態の貼合補正は、反り量Ｗが大きくなるほど、ギャップＧが小さくなるように行われる。図１７(ａ)では、反り量Ｗの増加に伴いギャップＧが減少している。

【0098】

図１７(ｂ)は、図１７(ａ)に示す貼合補正を行った場合の反り量Ｗと３σ値との関係を示している。この場合、上ウェハ１の反り量Ｗが変動しても、上ウェハ１および下ウェハ２の貼合ＯＬマップの３σ値は一定となる。よって、本実施形態によれば、図１７(ａ)に示す貼合補正を行うことで、反り量Ｗが貼合ＯＬマップに影響を与えることを抑制することが可能となる。これにより、上ウェハ１が反っている場合にも、貼合ＯＬマップを良好にすることが可能となる。

【0099】

図１８は、第１実施形態の露光および貼合の流れを示す模式図である。

【0100】

図１８は、図１２および図１４と同様に、先行ロットのウェハ対から複数の半導体装置を製造し、その後に、後行ロットのウェハ対から複数の半導体装置を製造するフローを示している。

【0101】

まず、先行ロットの上ウェハ１および下ウェハ２を製造する。この際、上ウェハ１および下ウェハ２の露光は、図８の露光装置を用いて行われる。例えば、上ウェハ１の金属パッド１ｃや、下ウェハ２の金属パッド２ｃを形成する際の露光は、この露光装置を用いて行われる。この露光は、上ウェハ１の露光ＯＬマップも、下ウェハ２の露光ＯＬマップも良好になるように行われる。

【0102】

次に、先行ロットの上ウェハ１と下ウェハ２とを貼り合わせる。この際、上ウェハ１と下ウェハ２との貼合は、図２の貼合装置を用いて行われる。先行ロットの露光は、上述のように、上ウェハ１の露光ＯＬマップも、下ウェハ２の露光ＯＬマップも良好になるように行われるが、これが、先行ロットの貼合ＯＬマップを悪化させる場合がある。例えば、図１０(ａ)に示すように、金属パッド１ｃと金属パッド２ｃとの位置ずれが生じる場合がある。

【0103】

そこで、後行ロットの上ウェハ１および下ウェハ２を製造する際には、先行ロットの貼合ＯＬマップに基づいて、後行ロットの露光補正を行う。例えば、後行ロットの貼合ＯＬマップが良好になるように、後行ロットの上ウェハ１の露光補正を行う。この場合、後行ロットの露光は、上ウェハ１の露光ＯＬマップが悪化し、下ウェハ２の露光ＯＬマップが良好になるように行われる。これにより、後行ロットの貼合ＯＬマップを良好にすることが可能となる。例えば、図１０(ｂ)に示すように、金属パッド１ｃと金属パッド２ｃとの位置ずれを低減することが可能となる。

【0104】

この場合、先行ロットの上ウェハ１の反り量Ｗが問題となる。図１８は、先行ロットの上ウェハ１の例として、反り量Ｗが負、ゼロ、および正の上ウェハ１を示している。例えば、先行ロットの上ウェハ１の反り量Ｗがゼロの場合には、後行ロットの上ウェハ１の露光補正は、反り量Ｗがゼロの上ウェハ１に適したものとなる。よって、後行ロットの上ウェハ１の反り量Ｗがゼロの場合には、後行ロットの上ウェハ１の露光補正により、後行ロットの貼合ＯＬマップが良好になる。しかしながら、後行ロットの上ウェハ１の反り量Ｗがゼロでない場合には、後行ロットの上ウェハ１の露光補正により、後行ロットの貼合ＯＬマップが良好にならないおそれがある。

【0105】

そこで、後行ロットの上ウェハ１と下ウェハ２とを貼り合わせる際には、後行ロットの上ウェハ１の反り量Ｗに基づいて、後行ロットの貼合補正を行う。例えば、反り量Ｗが大きくなるほど上述のギャップＧが小さくなるように、後行ロットの貼合補正を行う。これにより、後行ロットの上ウェハ１が反っている場合にも、後行ロットの貼合ＯＬマップを良好にすることが可能となる。

【0106】

後行ロットの上ウェハ１および下ウェハ２を製造する際、上ウェハ１および下ウェハ２の露光は、図８の露光装置を用いて行われる。この際、上述のように、先行ロットの貼合ＯＬマップに基づいて、後行ロットの露光補正が行われる。また、後行ロットの上ウェハ１と下ウェハ２とを貼り合わせる際、上ウェハ１と下ウェハ２との貼合は、図２の貼合装置を用いて行われる。この際、上述のように、後行ロットの上ウェハ１の反り量Ｗに基づいて、後行ロットの貼合補正が行われる。本実施形態によれば、後行ロットの露光補正および貼合補正により、後行ロットの上ウェハ１が反っている場合にも、後行ロットの貼合ＯＬマップを良好にすることが可能となる。

【0107】

なお、本実施形態の露光補正は、後行ロットのすべてのウェハ対に対し、共通の内容で行われる。理由は、露光補正に用いる先行ロットの貼合ＯＬマップが、後行ロットのすべてのウェハ対に共通だからである。一方、本実施形態の貼合補正は、後行ロットのこれらのウェハ対に対し、個別の内容で行われる。理由は、後行ロットの上ウェハ１の反り量Ｗが、後行ロットのウェハ対ごとに異なるからである。ただし、本実施形態の反り量ＷとギャップＧとの関係式は、後行ロットのすべてのウェハ対に共通である。この関係式は例えば、図１７(ａ)の形で与えられる。この関係式の詳細については、後述する。

【0108】

図１９は、第１実施形態の貼合補正について説明するための表である。

【0109】

図１９は、上ウェハ１と下ウェハ２とを貼り合わせる際に、上ウェハ１の反り量Ｗが所定の値となっており、上ウェハ１と下ウェハ２との間のギャップＧが所定の値に設定された場合の貼合ＯＬマップの３σ値を示している。例えば、反り量Ｗが－４０μｍとなっており、ギャップＧが６０μｍに設定された場合には、３σ値は７０ｎｍとなる。

【0110】

図１９に示す３σ値は、センター条件下で１００ｎｍとなっている。具体的には、図１９に示す３σ値は、反り量Ｗが－２０μｍとなっており、ギャップＧが１００μｍに設定された場合に、１００ｎｍとなっている。

【0111】

本実施形態の貼合補正は、３σ値が１００ｎｍとなるように行われる。例えば、反り量Ｗが－４０μｍである場合には、ギャップＧが１２０μｍに設定される。図１９では、３σ値が１００ｎｍとなる欄が、太線で示されている。これらの欄は、図１７(ａ)に示す直線と対応している。

【0112】

図２０は、第１実施形態の半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。

【0113】

図２０(ａ)は、先行ロットの露光および貼合に関するフローを示している。この露光および貼合は、図８の露光装置および図２の貼合装置を用いて行われる。

【0114】

まず、複数のウェハ１ａから複数の上ウェハ１を製造する。この際、各ウェハ１ａの上方に複数の金属パッド１ｃを形成する場合などに、露光装置を用いた露光が行われる（ステップＳ１１）。本実施形態では、これらの上ウェハ１が、互いに異なる反り量Ｗを有するように製造される。各上ウェハ１は、もともとのウェハ１ａの反りに起因して反っていてもよいし、金属パッド１ｃの影響で反ることになってもよい。これは、各下ウェハ２についても同様である。

【0115】

次に、複数のウェハ２ａから複数の下ウェハ２を製造する。この際、各ウェハ２ａの上方に複数の金属パッド２ｃを形成する場合などに、露光装置を用いた露光が行われる（ステップＳ１２）。本実施形態では、これらの下ウェハ２が、同じ反り量を有するように製造される。

【0116】

次に、これらの上ウェハ１および下ウェハ２をウェハ対ごとに貼合装置により貼り合わせて、複数の貼合済ウェハ３を製造する（ステップＳ１３）。この場合、貼合開始前の上ウェハ１と下ウェハ２との間のギャップＧは、すべてのウェハ対で同じ値に設定される。

【0117】

次に、これらの貼合済ウェハ３の貼合ＯＬを計測する（ステップＳ１４）。次に、これらの貼合済ウェハ３の貼合ＯＬの計測データから、多項式回帰の所定の係数の値（Ｋ値）を抽出する（ステップＳ１５）。例えば、多項式回帰の２つの係数Ｋ１７、Ｋ１８の値が抽出される。次に、これらの貼合済ウェハ３内の上ウェハ１の反り量Ｗと、これらの貼合済ウェハ３から抽出されたＫ値とを用いて、Ｋ値と反り量Ｗとの関係式を作成する（ステップＳ１６）。ステップＳ１４～Ｓ１６の処理は、センサやコンピュータなどの装置が自動的に行ってもよい。このように、本実施形態のＫ値と反り量Ｗとの関係式は、実際に露光および貼合を行うことで作成される。

【0118】

後述する後行ロットのフロー（図２０(ｄ)）では、上ウェハ１を露光する前に、上ウェハ１の露光位置を補正することが可能な量である位置補正量の値を決定する。位置補正量の例は、多項式回帰の係数（例えばＫ１７、Ｋ１８）である。本実施形態では、この上ウェハ１に関する多項式回帰の係数の値を補正することで、この上ウェハ１の露光位置を補正することが可能である。そして、上ウェハ１を露光する際に、位置補正量を上記決定された値に制御する。このようにして、上ウェハ１の露光補正が行われる。

【0119】

なお、位置補正量として使用する多項式回帰の係数の個数は、１つ以上のいくつでもよい。また、位置補正量は、多項式回帰の係数以外でもよく、例えば、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式の１つ以上の係数でもよい。なお、多項式回帰やＺｅｒｎｉｋｅ多項式の係数は、上ウェハ１の露光位置を補正するのに使用可能なだけでなく、上ウェハ１の下ウェハ２に対する貼合位置を補正するのにも使用可能である。

【0120】

図２０(ｂ)は、先行ロットの露光および貼合に関する別のフローを示している。この露光および貼合は、図８の露光装置および図２の貼合装置を用いて行われる。

【0121】

まず、複数の上ウェハ１および複数の下ウェハ２を製造し、これらの上ウェハ１および下ウェハ２をウェハ対ごとに貼合装置により貼り合わせて、複数の貼合済ウェハ３を製造する（ステップＳ２１）。この場合、貼合開始前の上ウェハ１と下ウェハ２との間のギャップＧは、ウェハ対ごとに異なる値に設定される。また、これらの上ウェハ１は、同じ反り量Ｗを有するように製造される。同様に、これらの下ウェハ２は、同じ反り量を有するように製造される。

【0122】

次に、これらの貼合済ウェハ３の貼合ＯＬを計測する（ステップＳ２１）。次に、これらの貼合済ウェハ３の貼合ＯＬの計測データから、多項式回帰の所定の係数の値（Ｋ値）を抽出する（ステップＳ２２）。例えば、多項式回帰の２つの係数Ｋ１７、Ｋ１８の値が抽出される。次に、これらの貼合済ウェハ３に関する上述のギャップＧと、これらの貼合済ウェハ３から抽出されたＫ値とを用いて、Ｋ値とギャップＧとの関係式を作成する（ステップＳ２３）。ステップＳ２２～Ｓ２４の処理は、センサやコンピュータなどの装置が自動的に行ってもよい。このように、本実施形態のＫ値とギャップＧとの関係式は、実際に露光および貼合を行うことで作成される。

【0123】

図２０(ｃ)は、先行ロットに基づいて、後行ロットのレシピを設定するフローを示している。

【0124】

まず、ステップＳ１６で作成されたＫ値と反り量Ｗとの関係式と、ステップＳ２４で作成されたＫ値とギャップＧとの関係式とを用いて、反り量ＷとギャップＧとの関係表を作成する（ステップＳ３１）。その結果、図１９に示すような表が作成される。

【0125】

次に、関係表のセンター条件をレシピに設定する（ステップＳ３２）。センター条件については、図１９を参照して説明した通りである。

【0126】

次に、関係表およびセンター条件に基づいて、反り量ＷとギャップＧとの関係式を作成する（ステップＳ３３）。この関係式は例えば、図１９にて太線で示すように、反り量ＷおよびギャップＧがこの関係式を満たすと、３σ値が１００ｎｍとなるように作成される。本実施形態によれば、事前に定められたこの関係式を用いることで、貼合補正を行うことが可能となる。ステップＳ３１～Ｓ３３の処理は、人間が手動で行ってもよいし、コンピュータなどの装置が自動的に行ってもよい。

【0127】

図２０(ｄ)は、後行ロットの露光および貼合に関するフローを示している。この露光および貼合は、図８の露光装置および図２の貼合装置を用いて行われる。

【0128】

まず、ウェハ１ａから上ウェハ１を製造する。この際、ウェハ１ａの上方に複数の金属パッド１ｃを形成する場合などに、露光装置を用いた露光が行われる（ステップＳ４１）。この露光時には、先行ロットの貼合ＯＬマップに基づいて、露光補正が行われる。この露光補正は例えば、図１８を参照して説明したような態様で行われる。また、この露光補正は例えば、露光装置内の制御部８８により制御される。

【0129】

次に、ウェハ２ａから下ウェハ２を製造する。この際、ウェハ２ａの上方に複数の金属パッド２ｃを形成する場合などに、露光装置を用いた露光が行われる（ステップＳ４２）。

【0130】

次に、上ウェハ１の反り量Ｗの値を計測する（ステップＳ４３）。反り量Ｗの値の計測は例えば、制御部３０による制御の下、貼合装置により行われる。

【0131】

次に、ステップＳ３３で作成された関係式に基づいて、ステップＳ４３で計測された反り量Ｗの値から、ギャップＧの値を算出する（ステップＳ４４）。ギャップＧの値の算出は例えば、制御部３０により行われる。この場合、上記の関係式は、貼合装置のストレージ内に事前に保存されていてもよいし、貼合装置が通信可能な装置のストレージ内に事前に保存されていてもよい。

【0132】

次に、上ウェハ１と下ウェハ２とを貼合装置により貼り合わせて、貼合済ウェハ３を製造する（ステップＳ４５）。この際、貼合開始前の上ウェハ１と下ウェハ２との間のギャップＧは、ステップＳ４４で算出された値に設定される。このようにして、上ウェハ１の反り量Ｗに基づいて、貼合補正が行われる。この貼合補正は例えば、制御部３０により制御される。

【0133】

図２１は、第１実施形態の制御部３０の機能構成を示すブロック図である。

【0134】

制御部３０は、図２１に示すように、関係式管理部９１と、反り量計測部９２と、ギャップ決定部９３と、押圧力決定部９４と、貼合制御部９５とを備えている。これらの機能ブロック（９１～９５）の各々は、ハードウェアにより実現されてもよいし、ソフトウェアにより実現されてもよい。

【0135】

関係式管理部９１は、反り量ＷとギャップＧとの関係式を管理する。関係式管理部９１は、ステップＳ４４が行われる前に、この関係式をストレージから取得する。このストレージは、貼合装置内に設けられていてもよいし、貼合装置が通信可能な装置内に設けられていてもよい。

【0136】

反り量計測部９２は、ステップＳ４３にて上ウェハ１の反り量Ｗの値を計測する。例えば、反り量計測部９２は、貼合装置内に設けられた計測装置を制御することで、上ウェハ１の反り量Ｗの値を計測する。

【0137】

ギャップ決定部９３は、ステップＳ４４にて、反り量Ｗの値に基づいて、ギャップＧの値を決定する。例えば、ギャップ決定部９３は、関係式管理部９１により管理されている関係式に基づいて、反り量計測部９２により計測された反り量Ｗの値から、ギャップＧの値を算出する。

【0138】

押圧力決定部９４は、ステップＳ４５が行われる前に、ギャップＧの値に基づいて、ストライカ５３ｄにより上ウェハ１を押圧する押圧力の値を決定する。例えば、ギャップＧの増加に伴い押圧力が増加するように、押圧力の値が決定される。この場合、ギャップ決定部９３により決定されたギャップＧの値が小さい場合には、押圧力の値を小さな値に決定する。一方、ギャップ決定部９３により決定されたギャップＧの値が大きい場合には、押圧力の値を大きな値に決定する。本実施形態によれば、このように押圧力の値を決定することで、上ウェハ１を好適な押圧力で押圧することが可能となる。

【0139】

貼合制御部９５は、ステップＳ４５にて貼合や貼合補正を制御する。例えば、貼合制御部９５は、貼合開始前に、上ウェハ１と下ウェハ２との間のギャップＧを、ギャップ決定部９３により決定された値に制御する。また、貼合制御部９５は、貼合時にストライカ５３ｄにより上ウェハ１を押圧する押圧力を、押圧力決定部９４により決定された値に制御する。これにより、貼合や貼合補正を好適に行うことが可能となる。

【0140】

これらの機能ブロックは例えば、制御部３０内のプロセッサにこれらの処理を実行させるコンピュータプログラムにより実現される。この場合、制御部３０は、このプログラムがインストールされたコンピュータ読取可能な記録媒体を備えている。このプログラムの全体または一部は、ネットワークから当該記録媒体にダウンロードされてもよい。

【0141】

図２２は、第１実施形態の変形例の半導体装置の製造方法を示す断面図である。

【0142】

図２２は、ギャップＧの例として、ギャップＧ１とギャップＧ２とを示している。ギャップＧ１は、上ウェハ１の中心部と下ウェハ２の中心部との間のギャップである。ギャップＧ２は、上ウェハ１の中心部以外の箇所と下ウェハ２の中心部以外の箇所との間のギャップである。このように、本実施形態のギャップＧは、上ウェハ１および下ウェハ２の中心部で規定してもよいし、上ウェハ１および下ウェハ２の中心部以外の箇所で規定してもよい。

【0143】

以上のように、本実施形態の制御部３０は、上ウェハ１の反り量Ｗの値に基づいて、上ウェハ１と下ウェハ２との間のギャップＧの値を決定し、上ウェハ１と下ウェハ２とを貼り合わせる前に、ギャップＧを上記決定された値に制御する。よって、本実施形態によれば、上ウェハ１に反りがある場合でも、上ウェハ１と下ウェハ２とを好適に貼り合わせることが可能となる。例えば、上ウェハ１の露光補正を行う場合に上ウェハ１に反りがある場合でも、上ウェハ１および下ウェハ２の貼合補正により好適な貼合を実現することが可能となる。

【0144】

以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。

【符号の説明】

【0145】

１：上ウェハ、１ａ：ウェハ、１ｂ：層間絶縁膜、１ｃ：金属パッド、１ｄ：配線層、
２：下ウェハ、２ａ：ウェハ、２ｂ：層間絶縁膜、２ｃ：金属パッド、２ｄ：配線層、
３：貼合済ウェハ、４：カセット、５：カセット、６：カセット、
７：レジスト層、８：レチクル、９：ショット領域、９’：ショット領域、
１０：ウェハ搬送部、１１：載置部、１１ａ：載置台、
１２：搬送部、１２ａ：搬送路、１２ｂ：搬送ロボット、
２０：ウェハ処理部、２１：搬送ブロック、２１ａ：搬送ロボット、
２２：処理ブロック、２３：処理ブロック、２４：処理ブロック、
２５：処理ブロック、２５ａ：内壁、２５ｂ：出入口、３０：制御部、
４０：搬送領域、４１：搬送モジュール、４２：位置調整モジュール、
４２ａ：基台、４２ｂ：検出部、４３：反転モジュール、
４３ａ：保持アーム、４３ｂ：保持部材、４３ｃ：駆動部、４３ｄ：支柱、
５０：貼合領域、５１：上チャック、５２：下チャック、５３：上チャック支持部、
５３ａ：上部撮像部、５３ｂ：支持部材、５３ｃ：支柱、５３ｄ：ストライカ、
５４：下チャック移動部、５４ａ：下部撮像部、５５：レール、
５６：下チャック移動部、５７：レール、５８：載置台、
６１：貫通孔、６２：吸引管、６３：吸引管、６４：アクチュエータ、
６５：シリンダ、６６：真空ポンプ、６７：真空ポンプ、
７１：基台、７２：載置部、７３：測定部、７４：吸引管、
７５：通気孔、７６：真空ポンプ、７７：変形部、
７７ａ：切替バルブ、７７ｂ：レギュレータ、７７ｃ：真空ポンプ、
８１：照明光学系、８２：テーブル、８３：投影レンズ、８４：ステージ、
８５：Ｘ軸干渉計、８６：Ｙ軸干渉計、８７：オフアクシス顕微鏡、８８：制御部、
９１：関係式管理部、９２：反り量計測部、９３：ギャップ決定部、
９４：押圧力決定部、９５：貼合制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】