(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-11-27
(45)【発行日】2023-12-05
(54)【発明の名称】半導体製造装置及び半導体装置の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/02 20060101AFI20231128BHJP
H01L 21/683 20060101ALI20231128BHJP
H01L 21/68 20060101ALI20231128BHJP
【FI】
H01L21/02 B
H01L21/68 N
H01L21/68 F
(21)【出願番号】P 2020046772
(22)【出願日】2020-03-17
【審査請求日】2022-09-12
(73)【特許権者】
【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】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】永井 聡
(72)【発明者】
【氏名】高桑 真歩
(72)【発明者】
【氏名】臼井 聡
【審査官】小池 英敏
(56)【参考文献】
【文献】特開2013-137295(JP,A)
【文献】特開2012-007898(JP,A)
【文献】特開2016-048744(JP,A)
【文献】特開2015-102389(JP,A)
【文献】特開2017-108055(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01L 21/02
H01L 21/683
H01L 21/68
H01L 21/66
G01B 11/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1の基板及び第2の基板が貼り合わせられ半導体装置の製造に用いられる貼合基板が載置され、回転可能である基板ステージと、
前記第1の基板のエッジ及び前記第2の基板のエッジを第1の方向から計測する第1の計測機構と、
前記第1の基板のエッジ及び前記第2の基板のエッジを前記第1の基板の法線に対する角度が前記第1の方向と異なる第2の方向から計測する第2の計測機構と、
前記第1の計測機構の計測結果と前記第2の計測機構の計測結果に応じて、前記基板ステージの回転中心に対する前記第1の基板の中心の第1の位置関係と前記基板ステージの回転中心に対する前記第2の基板の中心の第2の位置関係とを求め、前記第1の位置関係及び前記第2の位置関係に応じて前記第1の基板の中心位置及び前記第2の基板の中心位置を決定するコントローラと、
を備えた半導体製造装置。
【請求項2】
前記コントローラは、前記第1の計測機構の計測動作の制御と前記第2の計測機構の計測動作の制御とを並行して行い、前記第1の計測機構の計測結果と前記第2の計測機構の計測結果とを並行して取得する
請求項1に記載の半導体製造装置。
【請求項3】
前記コントローラは、前記第1の計測機構の計測動作の制御と前記第2の計測機構の計測動作の制御とを順次に行い、前記第1の計測機構の計測結果と前記第2の計測機構の計測結果とを順次に取得する
請求項1に記載の半導体製造装置。
【請求項4】
前記コントローラは、前記第1の基板の中心位置及び前記第2の基板の中心位置に応じて前記貼合基板の中心位置を決定する
請求項1に記載の半導体製造装置。
【請求項5】
前記コントローラは、前記第1の基板の中心位置又は前記第2の基板の中心位置を前記貼合基板の中心位置に決定する
請求項4に記載の半導体製造装置。
【請求項6】
前記コントローラは、前記第1の基板の中心位置と前記第2の基板の中心位置との中点を前記貼合基板の中心位置に決定する
請求項4に記載の半導体製造装置。
【請求項7】
前記第1の基板の外周及び前記第2の基板の外周の少なくとも一方を切削する切削機構をさらに備え、
前記コントローラは、前記第1の基板の中心位置及び前記第2の基板の中心位置に応じて前記貼合基板の中心位置を決定し、前記貼合基板の中心位置に応じて前記切削機構を制御する
請求項
1に記載の半導体製造装置。
【請求項8】
前記コントローラは、前記貼合基板の中心位置が前記基板ステージの回転中心に一致した状態で前記切削機構に前記貼合基板のエッジを切削させる
請求項7に記載の半導体製造装置。
【請求項9】
前記コントローラは、前記第1の基板の中心位置及び前記第2の基板の中心位置に応じて前記第1の基板の中心位置と前記第2の基板の中心位置との距離を求め、前記距離が許容範囲内か否かを判断する
請求項7に記載の半導体製造装置。
【請求項10】
第1の基板及び第2の基板が貼り合わせられ半導体装置の製造に用いられる貼合基板
が回転可能である基板ステージに載置され回転された状態で前記第1の基板のエッジ及び前記第2の基板のエッジを計測することと、
前記計測の結果に応じて、
前記基板ステージの回転中心に対する前記第1の基板の中心の第1の位置関係と前記基板ステージの回転中心に対する前記第2の基板の中心の第2の位置関係とを求めることと、
前記第1の位置関係及び前記第2の位置関係に応じて、前記第1の基板の中心位置及び前記第2の基板の中心位置を決定することと、
を備えた半導体装置の製造方法。
【請求項11】
前記計測は、
前記第1の基板のエッジ及び前記第2の基板のエッジを第1の方向から計測することと、
前記第1の方向からの計測の結果に応じて、前記第1の基板のエッジ及び前記第2の基板のエッジを前記第1の基板の法線に対する角度が前記第1の方向と異なる第2の方向から計測することと、
を含む
請求項
10に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項12】
前記第1の基板の中心位置及び前記第2の基板の中心位置に応じて前記貼合基板の中心位置を決定することをさらに備えた
請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項13】
前記貼合基板の中心位置を決定することは、前記第1の基板の中心位置と前記第2の基板の中心位置との中点を前記貼合基板の中心位置に決定することを含む
請求項12に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項14】
前記貼合基板の中心位置に応じて前記貼合基板のエッジを切削することをさらに備えた
請求項12に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項15】
前記第1の基板の中心位置及び前記第2の基板の中心位置に応じて、前記第1の基板及び前記第2の基板の間の貼合ずれを求めることと、
前記貼合ずれが許容範囲に収まっていることに応じて、前記貼合基板の処理が可能であると判定し、前記貼合ずれが前記許容範囲から外れていることに応じて、前記貼合基板の処理が不可であると判定することと、
をさらに備えた
請求項
10に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項16】
前記第1の基板の中心位置及び前記第2の基板の中心位置に応じて、前記第1の基板及び前記第2の基板の間の貼合ずれを求めることと、
前記貼合ずれに応じて処理条件を補正し、補正された処理条件で前記貼合基板を処理することと、
をさらに備えた
請求項
10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】
本実施形態は、半導体製造装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体装置を製造するために、複数の基板が貼り合わせられて、貼合基板が構成されることがある。このとき、貼合基板における各基板の位置を正確に把握することが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
一つの実施形態は、貼合基板における各基板の位置を正確に把握できる半導体製造装置及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
一つの実施形態によれば、基板ステージと第1の計測機構と第2の計測機構とを有する半導体製造装置が提供される。基板ステージは、貼合基板が載置される。貼合基板は、第1の基板及び第2の基板が貼り合わせられた基板である。貼合基板は、半導体装置の製造に用いられる。基板ステージは、回転可能である。第1の計測機構は、第1の基板のエッジ及び第2の基板のエッジを第1の方向から計測する。第2の計測機構は、第1の基板のエッジ及び第2の基板のエッジを第2の方向から計測する。第2の方向は、第1の基板の法線に対する角度が第1の方向と異なる。コントローラは、第1の計測機構の計測結果と第2の計測機構の計測結果に応じて、基板ステージの回転中心に対する第1の基板の中心の第1の位置関係と基板ステージの回転中心に対する第2の基板の中心の第2の位置関係とを求める。コントローラは、第1の位置関係及び第2の位置関係に応じて第1の基板の中心位置及び第2の基板の中心位置を決定する。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【
図1】
図1は、実施形態における貼合基板の構成を示す図である。
【
図2】
図2は、実施形態にかかる半導体製造装置の構成を示す図である。
【
図3】
図3は、実施形態にかかる半導体製造装置における基板ステージ及び貼合基板の方位を示す図である。
【
図4】
図4は、実施形態における下の基板のエッジ位置の計測結果を示す図である。
【
図5】
図5は、実施形態における下の基板のエッジ位置の計測結果を示す図である。
【
図6】
図6は、実施形態における下の基板の中心位置を示す図である。
【
図7】
図7は、実施形態における上の基板のエッジ位置の計測結果を示す図である。
【
図8】
図8は、実施形態における上の基板のエッジ位置の計測結果を示す図である。
【
図9】
図9は、実施形態における上の基板の中心位置を示す図である。
【
図10】
図10は、実施形態における回転中心位置、下の基板の中心位置、上の基板の中心位置を示す図である。
【
図11】
図11は、実施形態における半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
【
図12】
図12は、実施形態の第1の変形例にかかる半導体製造装置の構成を示す図である。
【
図13】
図13は、実施形態の第1の変形例における貼合基板の中心位置を示す図である。
【
図14】
図14は、実施形態の第1の変形例における他の貼合基板の中心位置を示す図である。
【
図15】
図15は、実施形態の第2の変形例における基板の方位と基板のエッジ位置との関係を示す図である。
【
図16】
図16は、実施形態の第3の変形例における半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる半導体製造装置を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。
【0008】
(実施形態)
実施形態にかかる半導体製造装置は、半導体デバイスの製造に用いられる装置であり、例えば、複数の基板が貼り合わせられた貼合基板を処理する際のアライメントに使用され得る。
【0009】
例えば、半導体デバイスの製造技術の一つとして、複数の基板が貼り合わせられた貼合基板をダイシング処理で複数の貼合デバイスに個片化する技術がある。この技術では、各基板が、薄い円板形状であり、その上に多数の半導体チップが形成される。その後、複数の基板同士を貼り合わせて、貼合基板を形成する。貼合基板をダイシング処理で複数の貼合デバイスに個片化する。各貼合デバイスは、最終的に製品となるデバイスであり、複数の半導体チップが貼り合わせられた構成を有する。この技術を用いることで、それぞれの基板を独立に並行して作ることができるようになることから、単一基板上にデバイスを形成する場合に比べてその製造期間を短縮できることなどのメリットがある。
【0010】
この貼合デバイスの製造フローにおいて、基板同士を貼り合せて貼合基板とした後、さらに後続の半導体デバイス構造を形成する工程が存在する。具体的には、貼合基板を構成する上下基板のパターンの重なり具合を計測する検査工程や、基板外周部を切削する工程や、貼合後にさらに半導体構造を作りこむために必要なパターニングを行うリソグラフィ工程などがある。基板外周部を切削する工程は、切削用の刃を基板外周にあてがい、基板の回転中心に沿って基板を回転させることで外周を削る工程である。これらの工程で使われる装置には、処理対象の基板及び/又は基板内の領域の位置決め又はアライメント処理等の動作において、貼合基板における各基板の中心位置及び/又は貼合基板の中心位置が用いられ得る。このため、貼合基板における各基板の中心位置及び/又は貼合基板の中心位置が所定の精度で決められることが望ましい。
【0011】
半導体製造装置では、貼合基板の処理を想定していない場合、その位置決めは、基板がほぼ理想的な円形であることを想定したものになり得る。典型的なフローの例としては、基板の切り欠き位置(いわゆる「ノッチ」)や、円形基板の外周位置を複数点検出して基板上のパターンの大まかな位置を算出するプリアライメント処理を行い、次に、基板上のパターンの位置を検出するアライメント処理を行って、より精度のよい光学系で高精度に位置決めするアライメント処理が行われる。
【0012】
一方、貼合基板BSは、
図1に示すように、通常、上下の基板サイズの公差や、上下の基板にパターニングされたパターン同士の合わせに有限の誤差がのっており、真上から見た場合は上下の基板がずれていて理想的な円形になっていない形状(以下、ずれ基板形状と呼ぶ)であることが多い。
図1は、貼合基板BSの構成を示す図である。以下では、貼合基板BSが基板ステージに載置された状態において、便宜的に、貼合基板BSにおける基板ステージと反対側に位置する基板を上の基板SB1と呼び、基板ステージの側に位置する基板を下の基板SB2と呼ぶことにする。
【0013】
図1(a)、
図1(b)では、上の基板SB1におけるノッチNTを通る中心線SL1とそれに垂直な中心線SL2とをそれぞれ実線で示し、上の基板SB1の中心位置SC1を中心線SL1と中心線SL2との交点として示す。下の基板SB2におけるノッチNTを通る中心線SL3とそれに垂直な中心線SL4とをそれぞれ点線で示し、下の基板SB2の中心位置SC2を中心線SL3と中心線SL4との交点として示す。基板ステージの回転中心WCの位置を×で示している。
【0014】
貼合基板BSにおいて、上下の基板SB1,SB2の方位が一致している場合には、
図1(a)に示すように、中心線SL1,SL3が互いに一致し、基板SB1,SB2の中心位置SC1,SC2を結ぶ線が中心線SL1,SL3にほぼ一致する。一方、貼合基板BS’において、上下の基板SB1,SB2の方位がずれている場合には、
図1(b)に示すように、中心線SL1,SL3が互いに角度θを成し、基板SB1,SB2の中心位置SC1,SC2を結ぶ線が例えば中心線SL3に対して角度θを成す。これ以降の議論は、
図1(a)の配置を元に進めるが、上下の基板SB1,SB2の方位がずれている場合については、上下の基板SB1,SB2の一方の各角度にθを加えることで
図1(b)の配置に対応させることができるため、一般性は失われない。
【0015】
図1(a)に示す貼合基板BSは、基板搬送系により移動し半導体製造装置1(
図2参照)の基板ステージに載せられる。半導体製造装置1は、基板ステージ上の基板の位置/方位を装置側で大まかに把握し、所定の位置に位置決めされるように装置内の座標系を補正するプリアライメント処理を行う。半導体製造装置1は、プリアライメント処理の結果を用いて、さらに高精度に位置合わせするアライメント処理を行う。
【0016】
例えば、半導体製造装置1は、
図2に示すように構成され得る。
図2は、半導体製造装置1の構成を示す図である。半導体製造装置1は、基板ステージ10、計測機構20、計測機構30、及びコントローラ40を有する。以下では、基板ステージ10の載置面10aに垂直な方向をZ方向とし、Z方向に垂直な平面内で互いに直交する2方向をX方向及びY方向とする。
図2以降では、簡略化のため、各基板におけるノッチNTの図示を省略する。
【0017】
コントローラ40は、半導体製造装置1の各部を統括的に制御する。コントローラ40は、中央演算部41、動作制御部42、演算部43、及び演算部44を有する。中央演算部41は、コントローラ40の各部を統括的に制御する。
【0018】
基板ステージ10は、載置面10aに貼合基板BSが載置される。基板ステージ10は、静電チャック又は真空チャックなどの所定の吸着機構を有してもよく、吸着機構を介して貼合基板BSを吸着し保持してもよい。基板ステージ10の径は、基板SB1,SB2の径より小さくてもよい。これにより、照射部21から受光部22へ向かう光に対して、基板ステージ10が干渉しないようにすることができる。基板ステージ10は、回転中心WCを通りZ方向に延びる軸を回転軸AXとして回転可能に構成されている。
【0019】
計測機構20は、プリアライメント処理において、貼合基板BSにおける各基板SB1,SB2の位置を計測する。計測機構20は、貼合基板BSの上(+Z方向)から各基板SB1,SB2のエッジを計測する。計測機構20は、基板のエッジが配されるべき位置に対して+Z側に配された照射部21と、基板のエッジが配されるべき位置に対して-Z側に配された受光部22とを有する。
【0020】
コントローラ40の中央演算部41は、照射部21を制御して、照射部21から計測光が出射されるようにする。受光部22は、2次元的に配列された複数の画素を有し得る。受光部22は、計測光を受光すると、複数の画素信号をコントローラ40の演算部43へ供給する。演算部43は、受けた複数の画素信号に応じて、計測光の受光強度の2次元分布を示す受光強度分布データを生成して中央演算部41へ供給する。中央演算部41は、受光強度分布データに応じて、貼合基板BSのエッジ位置を求めることができる。
【0021】
計測機構30は、アライメント処理において、デバイスパターンの配置位置を決定するために、貼合基板BS上の基準位置を計測する。計測機構30は、基準位置として貼合基板BS上の基準マークを計測してもよい。計測機構30は、貼合基板BSの斜め上方(-X及び+Z方向)から貼合基板BS上の基準位置を計測する。計測機構30は、所定の基準位置に対して-X及び+Z側に配された照射部31と、所定の基準位置に対して+X及び+Z側に配された受光部32とを有する。
【0022】
コントローラ40の中央演算部41は、照射部31を制御して、照射部31から計測光が出射されるようにする。受光部32は、2次元的に配列された複数の画素を有し得る。受光部32は、計測光を受光すると、複数の画素信号をコントローラ40の演算部44へ供給する。演算部44は、受けた複数の画素信号に応じて、計測光の受光強度の2次元分布を示す受光強度分布データを生成して中央演算部41へ供給する。中央演算部41は、受光強度分布データに応じて、貼合基板BS上における基準位置(例えば、基準マークの位置)を求めることができる。
【0023】
コントローラ40の動作制御部42は、中央演算部41からの制御に従い、基板ステージ10が貼合基板BSを保持した状態で基板ステージ10を回転中心WC周り(回転軸AX周り)に回転させる。これにより、貼合基板BSの方位を変更することができる。
【0024】
例えば、
図3に示すように、基板ステージ10の回転中心WCを中心にした正規直交系としてxy軸を定義するものとする。
図3は、基板ステージ10及び基板BSの方位を示す図である。x軸は、基板ステージ10の回転中心WCに対してX方向に延びた軸である。y軸は、基板ステージ10の回転中心WCに対してY方向に延びた軸である。xy軸は、基板ステージ10が回転してもXYZ軸に対して固定された位置関係を維持する。
【0025】
図3(a)に示すように、プリアライメント処理を開始する時点において、貼合基板BSにおける各基板SB1,SB2のノッチNTの位置が未知であるため、基板ステージ10上に載置された貼合基板BSの外周のうちx軸と交差する位置を基準エッジ位置SPとする。この状態を基板ステージ10の回転角0°とし、貼合基板BSの方位を方位0°と呼ぶことにする。この状態から、基板ステージ10の回転中心WCに対して左周りに回転角βで回転すると、
図3(b)に示すように、基準エッジ部分SPが回転中心WCに関してx軸と角度βを成す状態になる。この状態の貼合基板BSの方位を方位βと呼ぶことにする。
【0026】
図2に示す計測機構20において、貼合基板BSのエッジとx軸との交点位置近傍に対して、照射部21が+Z側に配され、受光部22が-Z側に配され得る。計測機構20では、照射部21から出射された光が-Z方向に進み貼合基板BSのエッジで少なくとも一部が遮蔽されながらさらに-Z方向に進み受光部22で受光される。計測機構20は、照射部21から-Z方向に進み受光部22で受光される光の強度の分布に応じて、貼合基板BSのエッジのx位置を検出可能である。
【0027】
半導体製造装置1が基板SB1,SB2を基板ステージ10上の回転中心WC周りに回転させることで、エッジのX位置が変化し、受光部22で受光される光の強度の分布も変化する。これに応じて、半導体製造装置1は、基板SB1,SB2のエッジのX位置を取得可能であるようにも考えられる。
【0028】
ここで、もし、貼合基板BSを構成する上下の基板SB1,SB2がぴったり重なり合わさっている場合、もしくは上下の基板SB1,SB2の一方が他方よりも十分大きくZ方向から見ると真円(基板1枚の外形)に見える場合を考える。この場合、半導体製造装置1は、計測機構20が基板エッジのx位置を少なくとも3つの方位に対して検出することで、基板ステージ10の回転中心WCを前述の真円の中心に合わせ、ノッチNTを検出することでノッチNTの向きを所定の方向に合わせ、プリアライメントを完了することができる。
【0029】
しかし、上下の基板SB1,SB2の重ね合わさり方は、実際には、
図1(a)に示すように、有限の誤差dを伴っており、その外形はZ方向から見ると真円ではないずれ基板形状を有する。そのため、上述の少なくとも3つの方位に対してエッジ位置を検出する方法では、基板の回転中心を基板の外形(ずれ基板形状)に対して一意に定めることが難しく、プリアライメントを完了させることができない可能性がある。あるいは、プリアライメントを完了させたとしても再現性に乏しい非理想的な位置を基板の中心と認識し、その次に高精度な位置決めを行うアライメント処理において基板上のデバイスパターン配置のための基準位置を正確に計測できない可能性がある。
【0030】
すなわち、貼合基板BSの処理をする工程において、計測機構20による一方向の計測によりプリアライメントを行う場合、貼合基板BSにおける各基板SB1,SB2の位置を正確に把握できない可能性がある。これにより、貼合基板及び貼合デバイスの製造歩留りが低下したり、プリアライメント後の処理が適切に行われない場合に後述するような半導体製造設備の汚染が発生したりする可能性がある。
【0031】
そこで、本実施形態では、半導体製造装置1において、計測機構20と異なる方向から各基板SB1,SB2のエッジを検出する計測機構50を追加することで、貼合基板BSにおける各基板SB1,SB2の位置計測の高精度化を図る。
【0032】
具体的には、半導体製造装置1は、
図2に示すように、計測機構50をさらに有する。計測機構50は、プリアライメント処理において、貼合基板BSにおける各基板SB1,SB2の位置を計測する。計測機構50は、貼合基板BSの側方(-Y方向)から各基板SB1,SB2のエッジを検出する。計測機構50は、基板のエッジが配されるべき位置に対して-Y側に配された照射部51と、基板のエッジが配されるべき位置に対して+Y側に配された受光部52とを有する。
【0033】
コントローラ40は、演算部45をさらに有する。中央演算部41は、照射部51を制御して、計測機構50から計測光が出射されるようにする。受光部52は、2次元的に配列された複数の画素を有し得る。受光部52は、計測光を受光すると、複数の画素信号をコントローラ40の演算部45へ供給する。演算部45は、受けた複数の画素信号に応じて、計測光の受光強度の2次元分布を示す受光強度分布データを生成して中央演算部41へ供給する。中央演算部41は、受光強度分布データに応じて、貼合基板BSのエッジのx位置を求めることができる。
【0034】
半導体製造装置1では、貼合基板BSのずれ基板形状に対して、計測機構20及び計測機構50により貼合基板BSの表面の法線(Z方向)に対して異なる角度からも各基板SB1,SB2のエッジ位置を計測する。すなわち、計測機構20がZ方向に沿った計測光で基板のエッジ位置を検出し、計測機構50がY方向に沿った計測光で基板のエッジ位置を検出する。これにより、基板のエッジ位置に対する3次元的な情報を得ることができるので、半導体製造装置1は、基板ステージ10の回転中心WCを基準にして上下の基板SB1,SB2の中心位置を算出することができる。
【0035】
具体的には、半導体製造装置1は、
図4~
図10に示すように、上下の基板SB1,SB2の位置を計測してそれらの中心位置を算出する。
図4、
図5は、下の基板のエッジ位置の計測結果を示す図である。
図6は、下の基板の中心位置を示す図である。
図7、
図8は、上の基板のエッジ位置の計測結果を示す図である。
図9は、上の基板の中心位置を示す図である。
図10は、回転中心位置、下の基板の中心位置、上の基板の中心位置を示す図である。
【0036】
プリアライメント処理を開始する時点において、各基板SB1,SB2の中心線及び中心位置、中心線を決める基準エッジ位置SP(
図3参照)は未知であるが、
図4~
図9では、便宜的に、各基板SB1,SB2の中心線SL11,SL12,SL13,SL14を示している。上の基板SB1における基準エッジ位置SPを通る中心線SL11とそれに垂直な中心線SL12とをそれぞれ実線で示し、上の基板SB1の中心位置SC1を中心線SL11と中心線SL12との交点として示す。下の基板SB2における基準エッジ位置SPを通る中心線SL13とそれに垂直な中心線SL14とをそれぞれ点線で示し、下の基板SB2の中心位置SC2を中心線SL13と中心線SL14との交点として示す。基板ステージ10の回転中心WCの位置を×で示している。
【0037】
図4(a)、
図5(a)、
図6(a)、
図7(a)、
図8(a)、
図9(a)は、貼合基板BSのXY平面図を示し、計測機構20の計測結果に対応している。
図4(b)、
図5(b)、
図6(b)、
図7(b)、
図8(b)、
図9(b)は、貼合基板BSのXZ断面図を示し、計測機構50の計測結果に対応している。
【0038】
図4~
図6では、基板ステージ10の回転中心WCが貼合基板BSに対して
図1(a)のような状態にある場合において、回転中心WCに対する下の基板SB2の中心SC2を決める手順を示す。
図4~
図6では、複数のパラメータα
下,D
下max,D
下min,D
ist下を計測し、これらのパラメータを用いて下の基板SB2の中心SC2を決定する。
【0039】
図7~
図9では、基板ステージ10の回転中心WCが貼合基板BSに対して
図1(a)のような状態にある場合において、回転中心WCに対する上の基板SB1の中心SC1を決める手順を示す。
図7~
図9では、複数のパラメータα
上,D
上max,D
上min,D
ist上を計測し、これらのパラメータを用いて上の基板SB1の中心SC1を決定する。
【0040】
図4は、貼合基板BSを回転中心WC周りに回転させ、計測機構20及び計測機構50を用いることで、下の基板SB2が+x側に最も突出する時の状態として、方位α
下と、+x側のエッジの回転中心WCからの距離D
下maxとが計測されることを示す。この時、下の基板SB2の中心SC2は回転中心WCと共にx軸上に位置する。
図4では、方位α
下の角度として、約-10°が例示されている。
【0041】
図5は、貼合基板BSを回転中心WC周りに回転させ、計測機構20及び計測機構50を用いることで、下の基板SB2が-x側に最も突出する時の状態として、方位α
下+180°と、+x側のエッジの回転中心WCからの距離D
下minとが計測されることを示す。この時、下の基板SB2の中心SC2は回転中心WCと共にx軸上に位置する。
図5では、方位α
下+180°の角度として、約170°が例示されている。
【0042】
図4(a)の下の基板SB2と
図5(a)の下の基板SB2とを重ねて書くと
図6(a)となり、
図4(b)、
図5(b)を併せて示すと、
図6(b)、
図6(c)となる。
図6(a)~
図6(c)に対して、幾何学的考察から、回転中心WCと下の基板SC2の中心SC2との距離D
ist下は、次の数式1で示すように求められる。
D
ist下=(D
下max-D
下min)/2・・・数式1
【0043】
また、下の基板SB2の半径R下は、次の数式2で示すように求められる。
R下=(D下max+D下min)/2・・・数式2
【0044】
図7は、貼合基板BSを回転中心WC周りに回転させ、計測機構20及び計測機構50を用いることで、上の基板SB1が+x側に最も突出する時の状態として、方位α
上と、+x側のエッジの回転中心WCからの距離D
上maxとが計測されることを示す。この時、上の基板SB1の中心SC1は回転中心WCと共にx軸上に位置する。
図7では、方位α
上の角度として、約+200°が例示されている。
【0045】
図8は、貼合基板BSを回転中心WC周りに回転させ、計測機構20及び計測機構50を用いることで、上の基板SB1が-x側に最も突出する時の状態として、方位α
上-180°と、+x側のエッジの回転中心WCからの距離D
上minとが計測されることを示す。この時、上の基板SB1の中心SC1は回転中心WCと共にx軸上に位置する。
図8では、方位α
上-180°の角度として、約+20°が例示されている。
【0046】
図7(a)の上の基板SB1と
図8(a)の上の基板SB1とを重ねて書くと
図9(a)となり、
図7(b)、
図8(b)を併せて示すと、
図9(b)、
図9(c)となる。
図6(a)~
図6(c)に対して、幾何学的考察から、回転中心WCと上の基板SC1の中心SC1との距離D
ist上は、次の数式3で示すように求められる。
D
ist上=(D
上max-D
上min)/2・・・数式3
【0047】
また、上の基板SB1の半径R上は、次の数式4で示すように求められる。
R上=(D上max+D上min)/2・・・数式4
【0048】
図10は、基板ステージ10の回転中心WC、下の基板SB2の中心SC2、上の基板SB1の中心SC1の位置関係を示している。
図10では、回転中心WCに対する下の基板SB2の中心SC2の位置関係が、回転中心WCから見た下の基板SB2の中心SC2の方位Dir
下と、回転中心WCから中心SC2までの距離D
ist下とで表現されている。すなわち、下の基板SB2の中心SC2の位置は、回転中心WCを基準として、方位Dir
下を数式5に示すように求め、距離D
ist下を数式1に示すように求めることで、決定される。
Dir
下=-α
下・・・数式5
【0049】
また、
図10では、回転中心WCに対する上の基板SB1の中心SC1の位置関係が、回転中心WCから見た下の基板SB1の中心SC1の方位Dir
上と、回転中心WCから中心SC1までの距離D
ist上とで表現されている。すなわち、上の基板SB1の中心SC1の位置は、回転中心WCを基準として、方位Dir
上を数式6に示すように求め、距離D
ist上を数式3に示すように求めることで、決定される。
Dir
上=-α
上・・・数式6
【0050】
次に、プリアライメント処理を含む半導体装置の製造方法について
図11を用いて説明する。
図11は、半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
【0051】
上の基板SB1と下の基板SB2とに対して、それぞれ、パターニング処理が施される(S1)。上の基板SB1と下の基板SB2とにそれぞれ所定のデバイスパターンが形成される。基板搬送系は、上の基板SB1と下の基板SB2とをそれぞれ基板貼合装置(図示せず)へ搬送する。基板貼合装置は、貼合処理を行う(S2)。基板貼合装置は、上ステージで上の基板SB1を吸着し、下ステージで下の基板SB2を吸着し、上ステージと下ステージとを互いに近づけることなどにより、上の基板SB1と下の基板SB2とを貼り合わせ、貼合基板BSを形成する。基板搬送系は、貼合基板BSを基板貼合装置から搬出し、半導体製造装置1へ搬送する。貼合基板BSが基板ステージ10上に載置されると、半導体製造装置1は、貼合基板BSにおける各基板SB1,SB2の位置/方位を装置側で大まかに把握し、所定の位置にくるように装置内の座標系を補正するプリアライメント処理を行う(S3)。半導体製造装置1は、より高精度な位置決めのためのアライメント処理が必要か否か判断し(S4)、必要でないと判断すると(S4でNo)、アライメント処理(S5)をスキップし、必要であると判断すると(S4でYes)、アライメント処理(S5)を行う。半導体製造装置1は、プリアライメント処理及びアライメント処理の結果に応じて、貼合基板BSにおける各基板SB1,SB2の中心位置を決定し(S6)、各基板SB1,SB2の中心位置に応じて、所定の処理(S7)を行う。所定の処理として、各基板SB1,SB2における貼合面と反対側の面に所定のデバイスパターンを形成するパターニング処理が行われ得る。
【0052】
このとき、上の基板SB1を処理する際には、上の基板SB1の中心SC1を用いて位置決めを行って(例えば、中心SC1を基板ステージ10の回転中心WCと一致させて)処理をしてもよい。下の基板SB2を処理する際には、下の基板SB2の中心SC2を用いて位置決めを行って(例えば、中心SC2を基板ステージ10の回転中心WCと一致させて)処理をしてもよい。
【0053】
あるいは、上の基板SB1の中心SC1を貼合基板BSの中心と定義し直してもよい。上の基板SB1を処理する際には、貼合基板BSの中心SC1を用いて位置決めを行って(例えば、中心SC1を基板ステージ10の回転中心WCと一致させて)処理をしてもよい。また、下の基板SB2の中心SC2を貼合基板BSの中心と定義し直してもよい。下の基板SB2を処理する際には、貼合基板BSの中心SC2を用いて位置決めを行って(例えば、中心SC2を基板ステージ10の回転中心WCと一致させて)処理をしてもよい。
【0054】
あるいは、上の基板SB1の中心SC1と下の基板SB2の中心SC2との中点SC12(
図10参照)を貼合基板BSの中心と定義し直してもよい。上の基板SB1を処理する際には、貼合基板BSの中心SC12を用いて位置決めを行って(例えば、中心SC12を基板ステージ10の回転中心WCと一致させて)処理をしてもよい。下の基板SB2を処理する際にも、貼合基板BSの中心SC12を用いて位置決めを行って(例えば、中心SC12を基板ステージ10の回転中心WCと一致させて)処理をしてもよい。
【0055】
他の複数の基板についても処理を行うべきであれば(S8でYes)、処理をS1に戻し、他の複数の基板についてS1以降の処理を行う。他の複数の基板についても処理を行うべきでなければ(S8でNo)、処理を終了する。
【0056】
以上のように、本実施形態では、半導体製造装置1において、計測機構20に加えて、計測機構20と異なる方向から各基板SB1,SB2のエッジを検出する計測機構50を追加的に設ける。すなわち、貼合基板BSのずれ基板形状に対して、計測機構20及び計測機構50により貼合基板BSの表面の法線(Z方向)に対して異なる角度からも各基板SB1,SB2のエッジ位置を計測する。すなわち、計測機構20がZ方向に沿った計測光で基板のエッジ位置を検出し、計測機構50がY方向に沿った計測光で基板のエッジ位置を検出する。これにより、基板のエッジ位置に対する3次元的な情報を得ることができるので、貼合基板BSにおける各基板SB1,SB2の位置計測を高精度化できる。したがって、貼合基板及び貼合デバイスの製造歩留りを向上でき、製造される半導体装置の単価を容易に削減できる。また、プリアライメント後の処理を適切に行うことができ、半導体製造設備の汚染の発生を抑制できる。
【0057】
なお、
図11に示すプリアライメント処理(S3)において、計測機構20による基板のエッジ位置の計測と計測機構50による基板のエッジ位置の計測とは、並行して行われてもよいし、順次に行われてもよい。順次に行われる場合、計測機構20による基板のエッジ位置の計測を互いに略等間隔で並ぶ3以上のエッジ位置に行って回転範囲を限定し、計測機構50による基板のエッジ位置の計測をその限定された回転範囲で行ってもよい。これにより、プリアライメント処理のスループットを向上させることができる。
【0058】
あるいは、
図11に示す所定の処理(S7)では、貼合基板BSの外周を切削する処理を行ってもよい。貼合基板BSの外周を切削する際には、貼合基板BSにおける各基板SB1,SB2の外周に近い部分のデバイス構造を破壊することがないような貼合基板BSの中心を新たに定めて、その中心を回転中心WCに一致させて処理を行ってもよい。この場合、半導体製造装置101は、
図12に示すように、切削機構160をさらに有していてもよい。
図12は、実施形態の第1の変形例にかかる半導体製造装置101の構成を示す図である。
【0059】
切削機構160は、切削部材161を有する。切削部材161は、砥石又はダイシングブレードなどである。切削部材161は、各基板SB1,SB2のエッジに対する+X側に配され得る。切削部材161は、各基板SB1,SB2のエッジに対する+X側から-X方向に近づけて接触可能に構成されている。
【0060】
コントローラ140は、動作制御部146をさらに有する。動作制御部42は、中央演算部41からの制御に従い、基板ステージ10が貼合基板BSを保持した状態で基板ステージ10を回転中心WC周り(回転軸AX周り)に継続的に回転させる。動作制御部146は、中央演算部41からの制御に従い、切削部材161を各基板SB1,SB2のエッジに対する+X側から-X方向に近づけて接触させる。これにより、各基板SB1,SB2のエッジが切削部材161で切削され得る。
【0061】
このとき、基板ステージ10の回転中心WCと上下の基板の中心SC1,SC2の3つが一致しにくいため、上下いずれか、もしくは両方の基板にとっては偏心した状態で切削をしてしまう可能性がある。これにより、外周の切削範囲を上下それぞれの基板についてみると、いずれか、もしくは両方の基板は、想定しているよりも基板の内側まで切削すると、デバイス構造を破壊したり、デバイス構造内の金属が露出して半導体製造設備を汚染したりする可能性がある。あるいは、想定しているよりも外側までしか切削しないことになり、デバイス構造の存在しないチップを生産する可能性がある。
【0062】
それに対して、コントローラ140は、
図13又は
図14に示すように、基板SB1,SB2のエッジを切削する際に、基板SB1,SB2のエッジに近い部分のデバイス構造を破壊することがないような回転中心WCを新たに定める。
図13は、貼合基板の中心位置を示す図である。
図14は、他の貼合基板の中心位置を示す図である。
【0063】
図13は、貼合基板の中心位置を示す図である。
図13では、上の基板SB1の外周線SB1aとパターン形成領域の外周線SB1bとを実線で示している。外周線SB1bは、外周線SB1aの内側に位置している。下の基板SB2の外周線SB2aとパターン形成領域の外周線SB2bとを点線で示している。外周線SB1bは、外周線SB1aの内側に位置している。コントローラ140は、上の基板SB1の中心SC1と下の基板SB2の中心SC2を結ぶ線上に、これら中心間の距離D
SC1,SC2を2等分する位置に中心SC12を定める。そして、コントローラ140は、中心SC12を回転中心WCに一致させて切削処理が行われるように制御する。この切削処理により、一点鎖線で示す基板の外周線BSaとパターン形成領域の外周線BSbとを有する貼合基板BSを、パターン形成領域の面積が大きくなるように形成することができる。
【0064】
図14は、他の貼合基板の中心位置を示す図である。
図13に示す貼合基板BSでは、上の基板SB1の中心SC1と下の基板SB2の中心SC2と距離D
SC1,SC2が例えばd1であるが、
図14に示す貼合基板BSでは、上の基板SB1の中心SC1と下の基板SB2の中心SC2と距離D
SC1,SC2が例えばd2であり異なる。
【0065】
図14では、上の基板SB1の外周線SB1aとパターン形成領域の外周線SB1bとを実線で示している。外周線SB1bは、外周線SB1aの内側に位置している。下の基板SB2の外周線SB2aとパターン形成領域の外周線SB2bとを点線で示している。外周線SB1bは、外周線SB1aの内側に位置している。コントローラ140は、上の基板SB1の中心SC1と下の基板SB2の中心SC2との中点SC12を貼合基板BSの中心SC12と新たに定める。コントローラ140は、上の基板SB1の中心SC1と下の基板SB2の中心SC2と距離D
SC1,SC2を2等分する位置に中心SC12を定める。そして、コントローラ140は、中心SC12を回転中心WCに一致させて切削処理が行われるように制御する。この切削処理により、一点鎖線で示す基板の外周線BSaとパターン形成領域の外周線BSbとを有する貼合基板BSを、パターン形成領域の面積が大きくなるように形成することができる。
【0066】
図13、
図14に示されるように、上の基板SB1の中心SC1と下の基板SB2の中心SC2との中点SC12を貼合基板BSの中心SC12と定めることで、パターン形成領域の面積が大きくなるように切削処理後の貼合基板BSを形成することができる。
【0067】
あるいは、
図15に示すように、プリアライメント処理において、計測機構20による基板の方位を計測し、計測機構50により上下の基板SB1,SB2のエッジ位置の差Δxを計測してもよい。
図15は、実施形態の第2の変形例における基板の方位と基板のエッジ位置との関係を示す図である。
【0068】
上下の基板SB1,SB2のエッジ位置の差Δxは、
図4(b)に示すように、計測機構50は、エッジ位置の差Δxを、基板SB1の+x側のエッジ位置と基板SB2の+x側のエッジ位置との差として計測可能である。コントローラ40は、計測機構50から複数の画素信号を受け、受けた複数の画素信号に応じて、計測光の受光強度の2次元分布を示す受光強度分布データを生成する。コントローラ40は、受光強度分布データに応じて、貼合基板BSにおける上下の基板SB1,SB2のエッジ位置の差Δxを求めることができる。
【0069】
また、コントローラ40は、計測機構20から複数の画素信号を受け、受けた複数の画素信号に応じて、計測光の受光強度の2次元分布を示す受光強度分布データを生成する。コントローラ40は、受光強度分布データに応じて、貼合基板BSの方位を求めることができる。
【0070】
そして、コントローラ40は、
図15に示すような貼合基板BSの方位に応じたエッジ位置の差Δxの変化を示す情報を生成する。コントローラ40は、この情報を数式7に示すような関数の形態で生成してもよい。
Δx=D
SC1,SC2×cos(γ-γ
0)+(R
下-R
上)・・・数式7
【0071】
数式7において、DSC1,SC2は、上の基板SB1の中心SC1と下の基板SB2の中心SC2との距離を示し、γは、貼合基板BSの方位を示し、γ0は、下の基板SB2が上の基板SB1に対して+方向に最も突出する時の方位を示す。コントローラ40は、実測値を数式7に当てはめることで、DSC1,SC2、γ0、R下、R上をそれぞれ求めてもよい。
【0072】
また、この方法では、上の基板SB1の中心SC1と下の基板SB2の中心SC2との距離DSC1,SC2が所定の値以上である場合は処理を中断することができる。
【0073】
このように、実施形態の第2の変形例の方法により、簡易にプリアライメント処理を行うことができる。
【0074】
あるいは、実施形態において、上下の基板の中心位置の間の距離、および半径が算出される。これにより、上下の基板がずれた形状は一義的に定まる。ここで、この基板をこの装置上で処理するか否かは、前述のように、この基板が偏心した状態で後続の処理をする際の許容範囲を超えているか否かに依存する。そこでこの装置の処理フローにおいて、例えば実施例1の「上下の基板の中心位置の間の距離」について、予め定めておいた許容範囲に対して実測値を比較し、実測値が範囲内であれば処理を行い、もし範囲外であれば処理を中止する、といった判定を行うステップを入れる。これにより、製造歩留りを上げることが可能になる。また、処理を中止した基板については、上下の基板を分離し、再度貼り合わせる、といったリワーク処理を行うことで無駄にならなくすることが可能になる。
【0075】
この場合、半導体装置の製造方法が、
図16に示すように、以下の点で実施形態と異なる。
【0076】
S1~S6が行われた後、S11では、S6の結果から、上下の基板SB1,SB2の中心SC1,SC2を合わせるために下の基板SB2に与えるべきオフセット量D
SC1,SC2と、下の基板SB2にオフセットを与える際の方位w1(ここでは
図10の定義において、180°を新たに基準の0°とする)を算出する。具体的には、実施形態で算出されたパラメータと余弦定理とを用いて、オフセット量D
SC1,SC2が次の数式8示すように算出され、方位w1が数式9に示すように算出される。
D
SC1,SC2=√(D
ist上
2+D
ist下
2-2×D
ist上×D
ist下×cos(Dir
上-Dir
下))・・・数式8
w1=-(-α
下)+δ・・・数式9
【0077】
数式9において、w1は、SC2からSC1をみる時の角度で、SC2からWCをみた時の角度を水平(0°)と考えた時はδである。δは余弦定理を用いて数式10で定まる値である。実際にはSC2からWCをみた時の角度は-(-α下)であることから、δに-(-α下)を加えた角度が、求めたい方位w1である。
δ=cos-1{(DSC1,SC2
2+Dist下
2-Dist上
2)/(2×DSC1,SC2×Dist下)}・・・数式10
【0078】
なお、
図15に示す実施形態の第2の変形例に従えば、D
SC1,SC2とγ
0がオフセットとその方位となっており、より直接的に求まる。
【0079】
S12では、S11で求めたオフセット量が許容範囲内にあるかが判定される。例として、上下基板の中心を±100μm程度の精度で合わせたい場合は、許容範囲として±100μmを採用し、その範囲に収まっている場合(S12でYes)は基板を処理し(S13)、超えている場合(S12でNo)は基板の処理をしないことにする。
【0080】
基板の処理をしない場合は、他に処理すべき基板がなければ(S14でNo)、処理を終了する。他の処理すべき基板があれば(S14でYes)、このオフセット量が生じないよう、S1におけるパターニング処理にフィードバックをかけるためのパラメータを求める(S15)。例えば、オフセット量が200μmの場合、上下基板のいずれかに200μmのオフセット量を与えるか、上下に等しく100μmのオフセット量を与えてパターニング処理を行えば、オフセット量を略ゼロにすることが期待できる。なお、上下基板を貼る際はいずれかを反転させるため、上側もしくは下側基板のいずれかに与えるオフセットの符号を反転させる必要はなく、共通の値を与えればよい。
【0081】
このように、実施形態の第3の変形例の方法によれば、上下基板の中心が大きくずれている場合は処理を中止することができる。これにより、貼合基板及び貼合デバイスの製造歩留まりをさらに向上できる。
【0082】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0083】
1,101 半導体製造装置、10 基板ステージ、20,30,50 計測機構、40,140 コントローラ、160 切削機構。