特許 7582928 接合装置および接合方法

(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】2024-11-05

(45)【発行日】2024-11-13

(54)【発明の名称】接合装置および接合方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/02 20060101AFI20241106BHJP

   G01B 11/00 20060101ALI20241106BHJP

【ＦＩ】

H01L21/02 B

G01B11/00 A

【請求項の数】 30

(21)【出願番号】P 2021191437

(22)【出願日】2021-11-25

(65)【公開番号】P2023077928

(43)【公開日】2023-06-06

【審査請求日】2024-04-19

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000110859

【氏名又は名称】キヤノンマシナリー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003281

【氏名又は名称】弁理士法人大塚国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】森 堅一郎

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 亮

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 隆行

【審査官】平野 崇

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００９／０２２４５７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／１３５２５７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２１－１５０３１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０４４２９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０７１２２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１２２５３７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／０２

Ｇ０１Ｂ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１物体に複数の第２物体を接合する接合装置であって、
前記第１物体を保持する第１保持部と、
前記第２物体を保持する第２保持部と、
前記第１物体を撮像する第１カメラと、
前記第２物体を撮像する第２カメラと、
前記第２保持部および前記第１カメラを支持する支持部と、
前記第１保持部および前記第２カメラを支持し、第１方向と第２方向に移動可能なステージと、
前記ステージを駆動する駆動機構と、
干渉計又はエンコーダーを含み、前記ステージの位置を計測する計測器と、
前記駆動機構を制御する制御部と、を備え、
前記ステージは、プレートに形成されたマークを複数有し、
前記制御部は、
前記第１カメラにより複数の前記マークを撮像した画像と、前記計測器の計測結果とに基づいて前記ステージの位置のキャリブレーションを行い、
前記キャリブレーションの後に、前記第１カメラの出力と、前記第２カメラの出力と、前記計測器の計測結果とに基づいて、前記第１物体に前記第２物体を接合するように前記駆動機構を制御する、
ことを特徴とする接合装置。

【請求項2】

前記制御部は前記第１カメラの出力と前記第２カメラの出力とに基づいて、前記ステージの目標位置を決定し、前記計測器の計測結果に基づいて前記ステージが前記目標位置に移動するよう前記駆動機構を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の接合装置。

【請求項3】

複数の前記マークは３以上のマークを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の接合装置。

【請求項4】

複数の前記マークは、第１マークと、前記第１マークと前記第１方向における位置が異なり、前記第２方向における位置が同じである第２マークと、前記第１マークと前記第２方向における位置が異なり、前記第１方向における位置が同じである第３マークとを含み、
前記制御部は、
前記第１カメラの視野内に前記第１マークが位置するように前記駆動機構を制御し、前記第１カメラが前記第１マークを撮像した画像と前記計測器の計測結果とに基づいて前記ステージの原点を決定し、
前記第１カメラの視野内に前記第２マークが位置するように前記駆動機構を制御し、前記第１カメラが前記第２マークを撮像した画像と、前記第１カメラが前記第１マークを撮像した画像と、前記計測器の計測結果とに基づいて前記ステージの前記第１方向における基準を決定し、
前記第１カメラの視野内に前記第３マークが位置するように前記駆動機構を制御し、前記第１カメラが前記第３マークを撮像した画像と、前記第１カメラが前記第１マークを撮像した画像と、前記計測器の計測結果とに基づいて前記ステージの前記第２方向における基準を決定する、
ことを特徴とする請求項３に記載の接合装置。

【請求項5】

前記ステージから離れた位置に配置されたピックアップ部を備え、
前記第２保持部は前記ピックアップ部でピックアップされた前記第２物体を保持する、
ことを特徴とする請求項１に記載の接合装置。

【請求項6】

前記第２カメラは、前記第１保持部に保持された前記第１物体と前記第２保持部に保持された前記第２物体とを対向させるように前記ステージが移動する際に、前記第２物体を撮像する、
ことを特徴とする請求項１に記載の接合装置。

【請求項7】

前記ステージは、前記第２保持部が前記第２物体を取得する位置側にある第１端面と、前記第１端面の反対側の第２端面とを有し、前記第２カメラは、前記ステージの中心を通り前記第１端面に平行な面と前記第１端面との間に配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の接合装置。

【請求項8】

前記支持部は、前記第２保持部が前記第２物体を取得する位置側の第３端面と、前記第３端面の反対側の第４端面とを有し、前記第１カメラは、前記支持部の中心を通り前記第３端面に平行な面と前記第３端面との間に配置されている、
ことを特徴とする請求項７に記載の接合装置。

【請求項9】

前記制御部は、前記計測器の計測結果に基づいて前記ステージをフィードバック制御するように前記駆動機構を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の接合装置。

【請求項10】

前記計測器は、前記支持部に支持されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の接合装置。

【請求項11】

前記ピックアップ部は、ダイシングテープから前記第２物体を剥離するリリースヘッドと、前記リリースヘッドにより剥離された前記第２物体を保持するピックアップヘッドとを含む、
ことを特徴とする請求項５に記載の接合装置。

【請求項12】

前記ピックアップヘッドは、前記第２保持部に前記第２物体を受け渡す、
ことを特徴とする請求項１１に記載の接合装置。

【請求項13】

前記ピックアップヘッドは、前記第２物体をピックアップした後に前記第２物体が前記第２保持部側へ向くように回転し、前記第２保持部に前記第２物体を受け渡す、
ことを特徴とする請求項１２に記載の接合装置。

【請求項14】

前記第１方向と前記第２方向は、前記ステージの前記第２保持部と対向する面に沿った方向である、
ことを特徴とする請求項１に記載の接合装置。

【請求項15】

前記計測器は、前記ステージの前記第１方向および前記第２方向における位置を計測する、
ことを特徴とする請求項１４に記載の接合装置。

【請求項16】

前記ステージは前記駆動機構により前記第１方向と前記第２方向に直交する第３方向に平行な軸まわりに回転する、
ことを特徴とする請求項１４に記載の接合装置。

【請求項17】

前記計測器は、前記ステージの前記第３方向に平行な軸まわりにおける回転角度を計測する、
ことを特徴とする請求項１６に記載の接合装置。

【請求項18】

前記ステージは前記計測器と前記ピックアップ部との間に配置されている、
ことを特徴とする請求項５に記載の接合装置。

【請求項19】

前記第１カメラが撮像する前記第１物体の複数の計測対象箇所の個数は、前記第１物体に接合する前記複数の第２物体の個数より少ない、
ことを特徴とする請求項１に記載の接合装置。

【請求項20】

前記複数の第２物体はそれぞれ同一種類の第２物体である、
ことを特徴とする請求項１に記載の接合装置。

【請求項21】

前記複数の第２物体は複数種類の第２物体を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の接合装置。

【請求項22】

前記ピックアップ部でピックアップされる前記第２物体は、前記第２物体の品質の情報に基づいて決定される、
ことを特徴とする請求項５に記載の接合装置。

【請求項23】

前記ステージは、第１範囲で移動可能な粗動ステージと、前記第１範囲よりも小さい範囲で移動可能な微動ステージとを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の接合装置。

【請求項24】

前記制御部は、前記第１カメラによって前記マークを撮像した画像に基づいて前記駆動機構の制御に用いるオフセット量を決定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の接合装置。

【請求項25】

前記ステージの位置のキャリブレーションは、前記ステージの原点位置と、倍率と、回転と、直交度とのうち少なくとも１つを調整する、
ことを特徴とする請求項１に記載の接合装置。

【請求項26】

前記制御部は、前記複数の第２物体それぞれの表面位置の計測結果に基づいて、前記第１物体と前記第２物体との距離を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の接合装置。

【請求項27】

前記制御部は、前記複数の第２物体それぞれに対して、互いに異なる複数の位置について表面位置の計測を行い、該表面位置の計測の結果に基づいて、前記第１物体と前記第２物体とのうち少なくとも一方の傾きを制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の接合装置。

【請求項28】

複数の前記マークは、前記第１方向において互いに位置が異なるマークと、前記第２方向において互いに位置が異なるマークとを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の接合装置。

【請求項29】

第１方向と第２方向に移動可能でありプレートに形成されたマークを複数有するステージを用いて、第１物体に複数の第２物体を接合する接合方法であって、
前記ステージに支持されている第１保持部によって前記第１物体を保持する第１保持工程と、
第２保持部によって前記第２物体を保持する第２保持工程と、
複数の前記マークを撮像した画像と、干渉計又はエンコーダーを含む計測器の計測結果とに基づいて前記ステージの位置のキャリブレーションを行うキャリブレーション工程と、
前記キャリブレーション工程の後に、前記第１保持部によって保持された前記第１物体を第１カメラにより撮像する第１撮像工程と、
前記キャリブレーション工程の後に、前記第２保持部によって保持された前記第２物体を、前記ステージに支持されている第２カメラにより撮像する第２撮像工程と、
前記計測器により前記ステージの位置を計測する計測工程と、
前記第１撮像工程で撮像された画像と、前記第２撮像工程で撮像された画像と、前記計測工程における計測結果とに基づいて前記ステージを移動し、前記第１物体に前記第２物体を接合する接合工程と、を含む、
ことを特徴とする接合方法。

【請求項30】

第１物体を準備する工程と、
第２物体を準備する工程と、
請求項２９に記載の接合方法により前記第１物体に前記第２物体を接合させた接合物を形成する工程と、
前記接合物を処理して物品を得る工程と、
を含むことを特徴とする物品製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、接合装置および接合方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、第１物体を第２物体に対して位置決めする装置が記載されている。該装置は、該第２物体に対して直線移動する移動体を備え、該移動体には、該第１物体を保持する保持部と、該第２物体の位置を特定する位置特定手段とが、該移動体の移動方向に沿って所定の間隔を開けて取り付けられている。該装置は、更に、該移動体の該移動方向に沿って配置されたスケールを備えている。該移動体には、更に、該スケールの目盛に基づいて該保持部の位置を検出する第１位置検出部と、該第２物体の位置に対応する該スケールの目盛位置を検出する第２位置検出部とが、該移動体の該移動方向に沿って該所定の間隔を開けて取り付けられている。該装置は、更に、該第１位置検出部が該目盛位置を検出する位置に該移動体を移動させて該第１物体を該第２物体に対して位置決めする制御部を備えている。該装置によれば、該スケールが熱膨張したとしても、該第２物体に対して該第１物体を高い精度で位置決めすることができる。しかし、該装置では、該移動体の移動方向が１つの方向である。したがって、該装置は、該１つの方向に関してのみ、該第１物体を該第２物体に対して高い精度で位置決めすることができるに過ぎない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第６７８７６１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、第１物体の所定箇所に第２物体を接合させる際の位置決めを第１方向および第２方向に関して高い精度で実現するために有利な技術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】

本発明の１つの側面は、第１物体に複数の第２物体を接合する接合装置に係り、前記接合装置は、前記第１物体を保持する第１保持部と、前記第２物体を保持する第２保持部と、前記第１物体を撮像する第１カメラと、前記第２物体を撮像する第２カメラと、前記第２保持部および前記第１カメラを支持する支持部と、前記第１保持部および前記第２カメラを支持し、第１方向と第２方向に移動可能なステージと、前記ステージを駆動する駆動機構と、干渉計又はエンコーダーを含み、前記ステージの位置を計測する計測器と、前記駆動機構を制御する制御部と、を備え、前記ステージは、プレートに形成されたマークを複数有し、前記制御部は、前記第１カメラにより複数の前記マークを撮像した画像と、前記計測器の計測結果とに基づいて前記ステージの位置のキャリブレーションを行い、前記キャリブレーションの後に、前記第１カメラの出力と、前記第２カメラの出力と、前記計測器の計測結果とに基づいて、前記第１物体に前記第２物体を接合するように前記駆動機構を制御する。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、第１物体の所定箇所に第２物体を接合する際の位置決めを第１方向および第２方向に関して高い精度で実現するために有利な技術が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１実施形態の接合装置の構成を模式的に示す図。

【図2】第１実施形態の接合装置におけるウェーハステージの構成例を示す図。

【図3】第１実施形態の接合装置における接合方法を示すフローチャート。

【図4】第１実施形態の接合装置におけるダイ接合位置のオフセットを算出する方法を示すフローチャート。

【図5】第２実施形態の接合装置の構成を模式的に示す図。

【図6】第２実施形態の接合装置におけるウェーハステージの構成例を示す図。

【図7】第３実施形態の接合装置の構成を模式的に示す図。

【図8】第３実施形態の接合装置におけるボンディングステージの構成例を示す図。

【図9】第４実施形態の接合装置の構成を模式的に示す図。

【図10】第４実施形態の接合装置におけるボンディングステージの構成例を示す図。

【図11】第５実施形態の接合装置の構成を模式的に示す図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

【0009】

以下の説明では、第１物体としては半導体デバイスが形成されたウェーハ、第２物体としては半導体デバイスを含む個片化されたダイとして説明するが、第１物体および第２物体は、これらに限定されず、発明の要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

【0010】

例えば、第１物体は、シリコンウェーハ、配線が形成されたシリコンウェーハ、ガラスウェーハ、配線が形成されたガラスパネル、配線が形成された有機パネル（ＰＣＢ）、金属パネルであってもよい。あるいは、第１物体は、半導体デバイスが形成されたウェーハに対して半導体デバイスが形成されたダイが接合された基板でありうる。

【0011】

例えば、第２物体は、いくつかの個片化されたダイを積み重ねたものや、材料の小片、光学素子、ＭＥＭＳ等の構造物であってもよい。

【0012】

接合方式についても、特定の接合方式に制限されない。例えば、接合方式は、接着剤による接合、仮接着剤による仮接合、ハイブリッドボンディングによる接合、原子拡散接合、真空貼り合わせ、バンプ接合などであってもよく、様々な仮接合、永久接合の方式が利用できる。

【0013】

ここで、産業上の適用例について説明する。第１の適用例としては、積層メモリーの製造を挙げることができる。積層メモリーの製造への適用時は、第１物体は、メモリーが形成されたウェーハであってよく、第２物体は、個片化されたダイとしてのメモリーであってよい。通常は、８層などの積層が行われるため、８層目の接合においては、第１物体は、ウェーハ上にすでに６層のメモリーが接合された基板でありうる。なお、最終層は、メモリーを駆動するドライバーであってもよい。

【0014】

第２の適用例としては、プロセッサーのヘテロジニアスインテグレーションを挙げることができる。これは、従来のプロセッサーが１つの半導体チップの中に、ロジック回路およびＳＲＡＭを組み込んだＳｏＣが主流であったのに対して、各素子に最適なプロセスを適用して別々のウェーハで作成し、それらを接合してプロセッサーを製造するものである。これにより、プロセッサーのコストダウンと歩留まり向上を実現することができる。ヘテロジニアスインテグレーションへの適用時は、第１物体は、半導体デバイスであるロジックデバイスが形成されたウェーハであってよく、第２物体は、プロービング後に個片化されたＳＲＡＭ、アンテナまたはドライバーのダイであってよい。通常は異なるダイが順次接合されるので、第１物体では、接合物が順次増えてゆき、例えば、ＳＲＡＭから接合を開始する場合には、ＳＲＡＭの次の素子を接合する際には、ロジックウェーハにＳＲＡＭが接合されているものが第１物体となる。なお、複数のダイを接合する場合には、接合の順番としては、ボンディングヘッドが接合済みのダイと干渉しないように、薄いダイから接合していくことが望ましい。

【0015】

第３の適用例としては、シリコンインターポーザを用いた２．５Ｄ接合を挙げることができる。シリコンインターポーザとは、シリコンウェーハ上に配線が形成されたものである。２．５Ｄ接合とは、シリコンインターポーザを用いて、個片化されたダイを接合して、ダイ間の電気的な接合を行うものである。シリコンインターポーザへのダイ接合への適用時は、第１物体は、配線が形成されたシリコンウェーハであってよく、第２物体は、個片化されたダイであってよい。通常は複数種類のダイがシリコンインターポーザに接合されるので、第１物体には、シリコンインターポーザにいくつかのダイが接合済みのものも含まれる。なお、複数のダイを接合する場合には、接合の順番としては、ボンディングヘッドが接合済みのダイと干渉しないように、薄いダイから接合していくことが望ましい。

【0016】

第４の適用例としては、有機インターポーザ、もしくはガラスインターポーザを用いた２．１Ｄ接合を挙げることができる。有機インターポーザとは、パッケージ基板として用いられる有機パネル（ＰＣＢ基板、ＣＣＬ基板）上に配線が形成されものであり、ガラスインターポーザとは、ガラスパネル上に配線が形成されたものである。２．１Ｄ接合とは、有機インターポーザもしくはガラスインターポーザに個片化されたダイを接合して、インターポーザ上の配線でダイ間の電気的な接合を行うものである。有機インターポーザへのダイ接合への適用時には、第１物体は配線が形成された有機パネルであり、ガラスインターポーザへのダイ接合への適用時は、第１物体は、配線が形成されたガラスパネルであってよく、第２物体は、個片化されたダイであってよい。通常は複数種類のダイが有機インターポーザやガラスインターポーザに接合されるので、第１物体には、有機インターポーザやガラスインターポーザにいくつかのダイが接合済みのものも含まれる。なお、複数のダイを接合する場合には、接合の順番としては、ボンディングヘッドが接合済みのダイと干渉しないように、薄いダイから接合していくことが望ましい。

【0017】

第５の適用例としては、ファンアウトパッケージ製造工程の仮接合を挙げることができる。個片化されたダイをモールド樹脂でウェーハ状に再構成してパッケージ化するファンアウトウェーハレベルパッケージが知られている。また、個片化されたダイをパネル状に再構成してパッケージ化するファンアウトパネルレベルパッケージが知られている。パッケージ化の際に、ダイからバンプへの再配線形成、もしくは異種ダイ間を接合する再配線がモールドされた再構成基板上に形成される。この際に、ダイの配列精度が低いと、ステップアンドリピート方式の露光装置を用いて再配線パターンを転写する際に、再配線パターンをダイに高精度に位置合わせできなくなってしまう。そのため、配列精度よくダイを並べることが求められている。ファンアウトパッケージ製造工程への適用時には、第１物体は、金属パネルなどの仮接合を行う基板であってよく、第２物体は、個片化されたダイであってよい。個片化されたダイは、仮接合剤によって金属パネルなどの基板へ仮接合されうる。その後、モールド装置により、ウェーハ、もしくはパネル形状にモールドされ、モールド後に、金属パネルなどの基板から剥離することにより、再構成ウェーハ、もしくは再構成パネルが製造される。この接合に適用する場合には、モールド工程による配列変形を補正するように、接合装置による接合位置を調整することが望ましい。

【0018】

第６の適用例としては、異種基板接合を挙げることができる。例えば、赤外画像センサーの分野において、ＩｎＧａＡｓが高感度材料として知られている。光を受光するセンサー部としてＩｎＧａＡｓを使用して、データを取り出すロジック回路には高速処理を実現しうるシリコンを使用して、高感度で高速な赤外画像センサーを製造することができる。しかし、ＩｎＧａＡｓの結晶は、４インチなどの小径のウェーハしか量産化されておらず、シリコンウェーハで主流となっている３００ｍｍよりも小型である。そのため、ロジック回路を形成した３００ｍｍシリコンウェーハの上に、個片化したＩｎＧａＡｓ基板を接合する方法が提案されている。このように異なる材料からなり、基板サイズが違うものを接合する異種基板接合にも、接合装置を適用できる。異種基板接合への適用時には、第１物体をシリコンウェーハなどの大口径の基板とし、第２の物体をＩｎＧａＡｓなどの材料の小片とすることができる。なお、材料の小片は、結晶をスライスしたものであるが、四角形に切り出しておくことが望ましい。
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の接合装置ＢＤの構成を模式的に示す図である。図１においては、ＸＹＺ座標系によって方向が示されている。典型的には、ＸＹ平面は水平面に対して平行な面であり、Ｚ軸は鉛直方向に平行な軸である。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、互直交あるいは交差する方向の例として示されている。他の図面においても同様である。

【0019】

接合装置ＢＤは、図１に示すように、マウント２によって制振されたベース１の上に配置されたピックアップ部３およびボンディング部４を備えうる。図１には、１つのベース１の上にピックアップ部３およびボンディング部４が搭載された例が示されているが、ピックアップ部３およびボンディング部４は、別々のベース上に個別に搭載されていてもよい。接合装置ＢＤは、第１物体としてのウェーハ６上の接合対象箇所に第２物体としてのダイ５１を位置決めし接合するように構成されうる。ダイ５１は、ダイシングフレーム５に貼られたダイシングテープによって保持された状態で提供されうる。接合装置ＢＤはまた、ピックアップ部３およびボンディング部４を制御する制御部ＣＮＴを備えうる。制御部ＣＮＴは、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙの略。）などのＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅの略。）、又は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔの略。）、又は、プログラムが組み込まれた汎用又は専用のコンピュータ、又は、これらの全部または一部の組み合わせによって構成されうる。

【0020】

ピックアップ部３は、ピックアップヘッド３１と、リリースヘッド３２とを含みうる。ピックアップ部３は、ウェーハ６に接合するべきダイ５１をリリースヘッド３２によってダイシングテープから剥離し、このダイ５１をピックアップヘッド３１で吸引によって保持しうる。ピックアップヘッド３１は、例えば、ダイ５１を１８０度回転させて、ボンディング部４のボンディングヘッド４２３に渡しうる。ピックアップヘッド３１は、ダイ５１の接合面に接触しうる。そこで、ハイブリッドボンディングなどのように表面を活性化させて接合を行う接合方法への適用例においては、接合面に接触する表面をダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）コートや、フッ素コートなどの安定性が高い表面にすることや、高密度なピン形状などの接触面積の小さい形状として接触面積を減らすことが望ましい。もしくは、ベルヌーイチャックのような非接触なハンドリング方法や、側面やエッジ部を保持することで接合面に接触しないことも考えられる。

【0021】

ボンディング部４は、ステージ定盤４１と、上部ベース４２とを備えうる。ステージ定盤４１の上には、第１保持部としてのウェーハステージ４３が搭載されうる。ウェーハステージ４３は、リニアモーターなどの駆動機構４３６により、Ｘ軸方向（第１方向）およびＹ軸方向（第２方向）に関して駆動されうる。駆動機構４３６は、更に、ウェーハステージ４３をＺ軸方向（第３方向）に平行な軸周りの回転に関して駆動するように構成されてもよい。駆動機構４３６がウェーハステージ４３をＺ軸方向に平行な軸周りの回転に関して駆動する代わりに、ボンディングヘッド４２３がダイ５１をＺ軸方向に平行な軸周りの回転に関して駆動してもよい。駆動機構４３６は、第１保持部としてのウェーハチャック４３３（あるいはウェーハ６）と第２保持部としてのボンディングヘッド４２３（あるいはダイ５１）との相対位置を変更する位置決め機構を構成しうる。

【0022】

ウェーハステージ４３には、第２カメラとしてのダイ観察カメラ４３１が搭載されうる。ダイ観察カメラ４３１は、ボンディングヘッド４２３によって保持された第２物体としてのダイ５１の特徴箇所の位置を検出するための第２検出器である。ウェーハステージ４３には、バーミラー４３２が設けられうる。バーミラー４３２は、干渉計４２２のターゲットとして使用されうる。ウェーハステージ４３には、第１保持部としてのウェーハチャック４３３が搭載されうる。ウェーハチャック４３３は、第１物体としてのウェーハ６を保持する。

【0023】

図１の例では、ウェーハステージ４３は、第１保持部としてのウェーハチャック４３３、および、第２カメラとしてのダイ観察カメラ４３１を支持する支持構造として機能する。支持構造としてのウェーハステージ４３は、第２保持部としてのボンディングヘッド４２３に第２物体としてのダイ５１を搬送する経路の側の第１端面（図１では左側端面）と、該第１端面の反対側の第２端面（図１では右側端面）とを有しうる。第２カメラとしてのダイ観察カメラ４３１は、該支持構造の中心を通り該第１端面に平行な仮想面と該第１端面との間に配置されうる。あるいは、他の観点では、第２カメラとしてのダイ観察カメラ４３１は、第２保持部としてのボンディングヘッド４２３に第２物体としてのダイ５１を搬送する経路における所定位置と第１保持部としてのウェーハチャック４３３との間に配置されうる。このような構成は、ボンディングヘッド４２３によって保持されたダイ５１をダイ観察カメラ４３１で観察するためにウェーハステージ４３を駆動する量を小さくし、スループットを向上するために有利である。

【0024】

上部ベース４２には、第１カメラとしてのウェーハ観察カメラ４２１が搭載されうる。ウェーハ観察カメラ４２１は、ウェーハチャック４３３によって保持された第１物体としてのウェーハ６の特徴箇所の位置を検出するための第１検出器である。制御部ＣＮＴは、ウェーハ観察カメラ４２１を使って検出されたウェーハ６の特徴箇所の位置に基づいて、ウェーハ６上の複数の接合対象箇所の位置を特定あるいは計算するように構成されうる。上部ベース４２には、更に、バーミラー４３２を使ってウェーハステージ４３の位置を計測するための干渉計４２２が搭載されうる。上部ベース４２には、更に、ピックアップヘッド３１から渡される第２物体としてのダイ５１を受け取って保持し、ウェーハ６の接合対象箇所に接合するボンディングヘッド４２３が搭載されうる。ボンディングヘッド４２３は、第２物体としてのダイ５１を保持する第２保持部としての機能も有する。

【0025】

図１の例では、上部ベース４２は、支持部であり、該支持部は、第２保持部としてのボンディングヘッド４２３、および、第１カメラとしてのウェーハ観察カメラ４２１を支持するように構成される。支持部としての上部ベース４２は、第２保持部としてのボンディングヘッド４２３に第２物体としてのダイ５１を搬送する経路の側の第３端面（図１では左側端面）と、該第３端面の反対側の第４端面（図１では右側端面）とを有しうる。第１カメラとしてのウェーハ観察カメラ４２１は、該支持部の中心を通り該第３端面に平行な第２仮想面と該第３端面との間に配置されうる。このような構成は、ウェーハチャック４３３によって保持されたウェーハ６をウェーハ観察カメラ４２１で観察するためにウェーハステージ４３を駆動する量を小さくし、スループットを向上するために有利である。

【0026】

第１物体としてのウェーハ６の接合対象箇所に対して第２物体としてのダイ５１を接合する際には、ボンディングヘッド４２３がダイ５１をＺ軸の負方向（下方）に駆動してウェーハ６の接合対象箇所にダイ５１を接合させうる。あるいは、駆動機構４３６がウェーハステージ４３をＺ軸の正方向（上方）に駆動することによってダイ５１をウェーハ６の接合対象箇所に接合させうる。あるいは、不図示の駆動機構によってウェーハチャック４３３をＺ軸の正方向（上方）に駆動することによって、ダイ５１をウェーハ６の接合対象箇所に接合させうる。

【0027】

また、上記説明では、ピックアップヘッド３１がダイ５１を１８０度回転させてボンディングヘッド４２３に渡す。しかし、第１ダイ保持部および第２ダイ保持部を備えて、途中で第１ダイ保持部から第２ダイ保持部にダイ５１を渡し、第２ダイ保持部からボンディングヘッド４２３にダイ５１を渡してもよい。あるいは、ボンディングヘッド４２３を駆動する駆動機構を設けて、ボンディングヘッド４２３がダイ５１を受けるようにボンディングヘッド４２３を駆動してもよい。また、生産性を向上させるために、複数のピックアップ部、複数のピックアップヘッド、複数のリリースヘッド、複数のボンディングヘッドを備えてもよい。

【0028】

図２は、ウェーハステージ４３をＺ軸の正方向から見た図である。ウェーハ６は、ウェーハチャック４３３によって保持される。ウェーハ６あるいはウェーハステージ４３は、互いに直交あるいは交差するＸ軸方向（第１方向）およびＹ軸方向（第２方向）、および、それらに直交するＺ軸方向（第３方向）に平行な軸周りの回転に関して位置決めされうる。そのため、ウェーハステージ４３には、バーミラー４３２、より詳しくはバーミラー４３２ａ、４３２ｂが設けられうる。バーミラー４３２ａは、干渉計４２２ａ、４２２ｃのターゲットとして機能しうる。制御部ＣＮＴは、干渉計４２２ａの出力に基づいてウェーハステージ４３のＸ軸方向の位置を検出することができ、また、干渉計４２２ａ、４２２ｃの出力に基づいてウェーハステージ４３のＺ軸方向に平行な軸周りの回転を検出することができる。バーミラー４３２ｂは、干渉計４２２ｂのターゲットとして機能しうる。制御部ＣＮＴは、干渉計４２２ｂの出力に基づいてウェーハステージ４３のＹ軸方向の位置を検出することができる。制御部ＣＮＴは、干渉計４２２ａ、４２２ｂ、４２２ｃの出力に基づいて、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、および、それらに直交するＺ軸方向に平行な軸周りの回転に関して、ウェーハ６あるいはウェーハステージ４３をフィードバック制御するように構成されうる。干渉計４２２および制御部ＣＮＴは、前述の位置決め機構の構成要素として理解されてもよい。

【0029】

ウェーハステージ４３の上面には、基準プレート４３４が設けられうる。基準プレート４３４には、複数のマーク４３４ａ、４３４ｂ、４３４ｃが配置されうる。基準プレート４３４は、熱膨張率が低い材料で構成され、高い位置精度でマークが描画されうる。一例において、基準プレート４３４は、石英基板の上に、半導体リソグラフィー工程の描画方法を用いてマークが描画されて構成されうる。基準プレート４３４は、ウェーハ６の表面と略同一高さの表面を有し、ウェーハ観察カメラ４２１で観察されうるが、基準プレート４３４を観察するためのカメラが別に設けられてもよい。ウェーハステージ４３は、大きな範囲で駆動される粗動ステージと、小さな範囲で高精度に駆動される微動ステージとを組み合わせた構成を有しうる。このような構成において、ダイ観察カメラ４３１、バーミラー４３２ａ、４３２ｂ、ウェーハチャック４３３、基準プレート４３４は、高精度な位置決めを実現するために、微動ステージに設けられうる。

【0030】

ここで、基準プレート４３４を用いてウェーハステージ４３の原点位置、倍率、Ｘ軸およびＹ軸の方向（回転）と直交度を保証する方法を説明する。マーク４３４ａをウェーハ観察カメラ４２１で観察し、ウェーハ観察カメラ４２１の出力画像の中心にマーク４３４ａが位置する時の干渉計の出力値をウェーハステージ４３の原点とする。次に、マーク４３４ｂをウェーハ観察カメラ４２１で観察し、ウェーハ観察カメラ４２１の出力画像の中心にマーク４３４ｂが位置する時の干渉計の出力値に基づいて、ウェーハステージ４３のＹ軸の方向（回転）とＹ軸方向の倍率を決定する。次に、マーク４３４ｃをウェーハ観察カメラ４２１で観察し、ウェーハ観察カメラ４２１の出力画像の中心にマーク４３４ｃが位置する時の干渉計の出力値に基づいて、ウェーハステージ４３のＸ軸の方向（回転）とＸ軸方向の倍率を決定する。

【0031】

つまり、基準プレート４３４のマーク４３４ｂからマーク４３４ａの方向を接合装置ＢＤのＹ軸、マーク４３４ｃからマーク４３４ａの方向を接合装置ＢＤのＸ軸として、軸の方向と直交度とのキャリブレーションを行うことができる。また、マーク４３４ｂとマーク４３４ａとの間隔を接合装置ＢＤのＹ軸のスケール基準、マーク４３４ｃとマーク４３４ａとの間隔を接合装置ＢＤのＸ軸のスケール基準としてキャリブレーションを行うことができる。干渉計は、気圧変動や温度変動によってその光路の屈折率が変化し、これによって計測値が変動してしまうため、任意のタイミングでキャリブレーションを行い、ウェーハステージ４３の原点位置、倍率、回転、直交度を保証することが望ましい。干渉計の計測値の変動を低減するために、ウェーハステージ４３が配置された空間を温調チャンバーで覆い、温調チャンバー内の温度を制御することが望ましい。

【0032】

なお、本実施形態では、ウェーハステージ上の基準プレートをウェーハ観察カメラで観察する形態を説明したが、基準プレートを上部ベースに取り付けて、ダイ観察カメラで観察しても、ウェーハステージの原点位置、倍率、回転、直交度を保証することができる。

【0033】

以上の説明は、基準プレートを観察してキャリブレーションを行う例に関するものである。これに代えて、例えば、基準面への突き当て動作によるキャリブレーションを行ってもよいし、白色干渉計などのように絶対値が保証されている位置計測器を用いて、高精度な位置決めを行ってもよい。

【0034】

以下、図３のフローチャートを参照しながら第１実施形態における接合方法について説明する。この接合方法は、制御部ＣＮＴによって制御される。ステップ１００１では、第１物体としてのウェーハ６が接合装置ＢＤに搬入され、ウェーハチャック４３３によって保持される（第１保持工程）。異物が接合面に付着すると接合不良を引き起こすので、接合装置ＢＤ内は、例えばクラス１程度の清浄度が高い空間とされうる。ウェーハ６も、清浄度を高く保つために、ＦＯＵＰなどのように密閉度が高く清浄度が高く保たれた容器に収容され、その容器から接合装置ＢＤ内に搬入されうる。また、清浄度を高めるために、ウェーハ６の搬入後に、接合装置ＢＤ内でウェーハ６が洗浄されてもよい。また、接合のための前処理も実施されうる。例えば、接着剤による接合の場合には、ウェーハ６に接着剤が塗布され、ハイブリッドボンディングの場合には、ウェーハ６の表面を活性させる処理が実施されうる。ウェーハ６は、不図示のプリアライナーによって、ノッチまたはオリフラとウェーハ外形位置とに基づいて大まかに位置決めされて、ウェーハステージ４３上の第１保持部としてのウェーハチャック４３３に搬送され、ウェーハチャック４３３によって保持される。

【0035】

ステップ１００２では、ウェーハ観察カメラ４２１を用いてウェーハ６の特徴箇所（計測対象箇所）の位置が計測され、それに基づいて接合対象箇所の位置が決定される。ここで、ウェーハ６の特徴箇所（計測対象箇所）の位置と接合対象箇所との位置関係（相対位置）は既知である。ウェーハ観察カメラ４２１によってウェーハ６の特徴箇所を撮像するためのフォーカス調整は、ウェーハ観察カメラ４２１内にフォーカス調整機構を備えることによって提供されうる。あるいは、フォーカス調整は、ウェーハステージ４３にＺ軸駆動機構を備えて、Ｚ軸駆動機構によってウェーハ６をＺ軸に関して駆動することによって提供されてもよい。ウェーハ６には、アライメント用のアライメントマークが形成されている場合が多いが、アライメントマークが形成されていない場合には位置が特定できる特徴箇所が計測されうる。制御部ＣＮＴは、ウェーハ観察カメラ４２１にウェーハ６の特徴箇所を撮像させ（第１撮像工程）、ウェーハ観察カメラ４２１の出力画像の中心に対する特徴箇所の像の相対位置を特徴箇所（計測対象箇所）の位置として検出することができる。

【0036】

接合装置ＢＤの基準点に対するマークの相対位置を高精度に計測するためにオフセット量を事前に求めてもよい。これは、基準プレート４３４のマークがウェーハ観察カメラ４２１の視野に入るようにウェーハステージ４３を駆動し、ウェーハ観察カメラ４２１でそのマークの位置を計測する処理を含みうる。その時のウェーハステージ４３の駆動位置とウェーハ観察カメラ４２１を使って計測されたマークの位置とに基づいて、ウェーハ観察カメラ４２１を使って計測される位置に対するオフセット量を決定することができる。ここで、接合装置ＢＤの基準点は、一般的には、基準プレート４３４の特定のマーク位置とされることが多いが、基準となる位置であれば別の場所でもよい。

【0037】

干渉計もしくはエンコーダーによる回転方向の計測範囲は狭いため、ウェーハステージ４３によって補正できる回転量は小さい。そのため、ウェーハ６の回転量が大きい場合には、回転を補正してウェーハ６を保持しなおすことが望ましい。保持しなおした場合には、再度ウェーハ６の搭載位置を計測する必要がある。また、この動作の間において、ウェーハ上のマーク計測時のオートフォーカス動作の中で、もしくは不図示の第１高さ計測器を用いて、ウェーハ６の接合面の表面位置を計測してもよい。ウェーハ６の厚さにはバラツキがあるので、接合動作の際にウェーハ６とダイ５１とのギャップを高精度に管理するためには、ウェーハ６の表面位置を計測することが有利である。

【0038】

ウェーハステージ４３は、基準プレート４３４を用いて原点位置、倍率、Ｘ軸とＹ軸の方向（回転）と直交度が保証されるので、ウェーハステージ４３の原点位置、および、Ｘ軸、Ｙ軸を基準として、ウェーハ６の特徴箇所（計測対象箇所）の位置が計測されうる。ウェーハ６は、接合対象箇所（あるいは、接合対象としての半導体デバイス）を一定の周期で有しうる。これらの接合対象箇所（半導体デバイス）は、複数の層が半導体製造装置で高精度に位置決めされて製造されているため、一般的にはナノレベルの精度を有する周期で接合対象箇所（半導体デバイス）が繰り返して配列している。そのため、ステップ１００２におけるウェーハアライメントでは、全ての接合対象箇所（半導体デバイス）のそれぞれに対応する特徴箇所の位置を計測する必要はない。そこで、制御部ＣＮＴは、接合対象箇所の個数よりも少ない個数の計測対象箇所の位置を計測し、計測結果を統計処理することで、複数の接合対象箇所の位置を決定する処理（第１計測工程）を実行するように構成されうる。このような制御は、特許文献１で開示されているダイの接合毎に接合個所の計測する方法と比較して、スループットの向上に有利である。ここで、複数の計測対象箇所は、半導体デバイスの配列情報に基づいて決定することができる。制御部ＣＮＴは、複数の接合目標対象箇所の位置を決定するために、複数の計測対象箇所の位置の計測結果に基づいて、複数の接合目標対象箇所の繰り返し配列の原点位置と、Ｘ軸およびＹ軸の方向の回転量および直交度と、繰返し周期の倍率誤差を算出しうる。

【0039】

また、ウェーハチャック４３３は、ウェーハ６の温度を調整する温調機能を有することが望ましい。これは、シリコンウェーハの熱膨張係数が３ｐｐｍ／℃であり、３００ｍｍ径のウェーハの場合、温度が１℃上昇すると、最外周で１５０ｍｍ×０．０００００３＝０．０００４５ｍｍ＝４５０ｎｍも位置が動いてしまうからである。ウェーハアライメント後に接合位置が移動してしまうと、高い位置精度で接合を行うことができないため、ウェーハの温度を０．１度以下の精度で安定させることが望ましい。

【0040】

第１物体が、配線が形成されたインターポーザの場合は、複数の接合対象箇所は、半導体デバイスの配列ではなく、繰り返し形成されている配線の配列に基づいて決定される。また、１物体が、パターンを有しないウェーハまたはパネルの場合には、ステップ１００２のウェーハアライメントは実施されない。

【0041】

以下、第１物体としてのウェーハの搬入およびウェーハアライメントと並行して、あるいは、その後に実施される第２物体としてのダイの動きを説明する。ステップ２００１では、ダイサーで個片化されたダイ５１がダイシングテープ上に配列されたダイシングフレーム５が接合装置ＢＤに搬入される。ここで、異物が接合面に付着すると接合不良を引き起こすため、ダイシングフレームは、密閉度が高く清浄度が高く保たれている容器を使って運搬されうる。また、清浄度を高めるために接合装置ＢＤ内でダイシングフレーム５上のダイ５１が洗浄されてもよい。ダイシングフレーム５は、不図示のプリアライナーによって、ダイシングフレームの外形基準で、回転方向とシフト位置が大まかに位置決めされうる。

【0042】

ステップ２００２では、第２物体としてのダイ５１がピックアップヘッド３１によってピックアップされる。具体的には、ピックアップするべきダイ５１の位置にピックアップヘッド３１とリリースヘッド３２が位置決めされうる。そして、ピックアップするべきダイ５１がピックアップヘッド３１によって吸引されながら、リリースヘッド３２によってダイ５１からダイシングテープが剥離され、ピックアップヘッド３１によってダイ５１が保持されうる。ピックアップするべきダイ５１は、例えば、接合装置ＢＤに対してオンラインで伝達される良品ダイ（ＫＧＤ：Ｋｎｏｗｎ Ｇｏｏｄ Ｄｉｅ）情報に基づいて決定されうる。通常は、良品ダイのみがピックアップされるが、ウェーハ６の不良デバイスの個所に不良ダイ（ＫＢＤ：Ｋｎｏｗｎ Ｂａｄ Ｄｉｅ）を接合する場合には不良ダイがピックアップされる。

【0043】

ステップ２００３では、ピックアップヘッド３１によってピックアップされた第２物体としてのダイ５１がボンディングヘッド４２３に搬送され、ボンディングヘッド４２３によって保持される（第２保持工程）。ピックアップヘッド３１によってダイ５１がピックアップされる際は、半導体デバイス面がピックアップヘッド３１に面している。一方、ボンディングヘッド４２３には、半導体デバイス面の反対側の面がボンディングヘッド４２３に面するようにダイ５１が搬送される。ボンディングヘッド４２３に対するダイ５１の搬送は、ピックアップヘッド３１がボンディングヘッド４２３に対して直接行ってもよいし、複数のダイ保持部を経由してなされてもよい。また、ダイ５１の搬送中に接合のための前処理が実施されてもよい。前処理は、例えば、ダイの洗浄処理、接着剤による接合の場合は接着剤の塗布、ハイブリッドボンディングの場合は表面を活性させる処理を含みうる。なお、ダイ５１をボンディングヘッド４２３に搬送する間に表面活性が非活性になる場合には、ボンディングヘッド４２３にダイ５１を搭載後に常圧プラズマ活性装置を使って、接合表面を活性化させる処理を行うことが望ましい。

【0044】

以上で、第１物体としてのウェーハ６と第２物体としてのダイ５１がそれぞれのための保持部によって保持された状態になる。続いて、接合フローを説明する。ステップ１００３では、ボンディングヘッド４２３によって保持された第２物体としてのダイ５１の位置が計測されうる（第２計測工程）。具体的には、ダイ観察カメラ４３１の視野にダイ５１の特徴箇所が入るように駆動機構４３６によってウェーハステージ４３が駆動されうる。フォーカス調整は、ダイ観察カメラ４３１内にフォーカス調整機構を備えることによって提供されてもよいし、ボンディングヘッド４２３にＺ軸駆動機構を備えて、Ｚ軸駆動機構によってダイ５１をＺ軸に関して駆動することによって提供されてもよい。フォーカス調整は、あるいは、ダイ観察カメラ４３１が搭載されているウェーハステージ４３にＺ軸駆動機構を備えて、これによってダイ観察カメラ４３１をＺ軸に関して駆動することによって提供されてもよい。

【0045】

半導体製造工程でアライメントに使用されるアライメントマークが形成されたスクライブラインは、ダイシングにより除去されうる。したがって、ダイ５１は、アライメント用のアライメントマークを有しない場合が多い。そのため、ダイ５１に配置されたパッドまたはバンプの配列の終端部や、非周期的な配列を有していて、位置が特定できる領域や、ダイの外形を特徴箇所として、その位置が計測されうる。制御部ＣＮＴは、ダイ観察カメラ４３１にダイ５１を撮像させ（第２撮像工程）、ダイ観察カメラ４３１の出力画像の中心に対する特徴箇所の像の相対位置に基づいて特徴箇所の位置を決定しうる。ダイ観察カメラ４３１を使って計測されたダイ５１の位置に基づいてダイ５１を接合箇所に位置決めする際のオフセット量を管理する必要があるが、その方法については後述する。

【0046】

ダイ５１の位置計測の際には、ダイ５１内の複数の特徴箇所の位置を計測して、ダイ５１の回転量も計測することが望ましい。複数の特徴箇所の位置を計測するために、各特徴箇所の位置の計測の度にウェーハステージ４３を駆動してもよいし、複数の特徴箇所を一度に観察できるようにダイ観察カメラ４３１の視野が設計されてもよい。ダイ５１の回転は、接合時にウェーハステージ４３を回転させることによってなされうるが、干渉計は回転方向の計測範囲が狭いため、ダイ５１の回転量が大きい場合には、回転を補正してダイ５１を保持しなおすことが望ましい。ダイ５１を保持しなおした場合には、再度ダイ５１の位置を計測する必要がある。また、この動作の間において、ダイの位置計測時のオートフォーカス動作の中で、もしくは不図示の第２高さ計測器を用いて、第２物体としてのダイ５１の接合面の表面位置を計測してもよい。ダイ５１の厚さにはバラツキがあるので、接合動作の際にウェーハ６とダイ５１とのギャップを高精度に管理するためには、ダイ５１の表面位置を計測することが有利である。また、ダイ５１における複数の位置の高さを計測して、接合時にダイ５１またはウェーハ６の姿勢を不図示のチルト機構によって調整してもよい。そのようなチルト機構は、ウェーハステージ４３、ウェーハチャック４３３またはボンディングヘッド４２３に組み込まれうる。

【0047】

ステップ１００４では、第１物体としてのウェーハ６の複数の接合対象箇所から選択された接合対象箇所に第２物体としてのダイ５１が位置決めされるように駆動機構４３６によってウェーハステージ４３が駆動される。この際に、制御部ＣＮＴは、干渉計４２２による計測結果に基づいてウェーハステージ４３の位置がフィードバック制御されるように駆動機構４３６を制御しうる。また、この際に、制御部ＣＮＴは、ステップ１００２とステップ１００３で計測したウェーハ６の位置、回転量とダイ５１の位置、回転量、更にはオフセット量に基づいて、ウェーハステージ４３の目標位置を決定しうる。また、後述のように接合動作によってシフトが発生する場合には、制御部ＣＮＴは、その分もオフセット量として考慮する。

【0048】

ステップ１００５では、第１物体としてのウェーハ６の選択された接合対象箇所に第２物体としてのダイ５１が接合される（接合工程）。接合のための動作としては、ボンディングヘッド４２３が昇降してもよいし、ウェーハステージ４３もしくはウェーハチャック４３３が昇降してもよい。昇降の際に位置決め精度が低下しないように、再現性が高い昇降駆動系を採用するか、フィードバック制御を継続しながら昇降がなされうる。フィードバック制御を継続しながら昇降を行うためには、ウェーハステージ４３を昇降させる場合には、昇降時もバーミラーが干渉計の光路から外れないようにＺ軸方向におけるバーミラーの幅を設計すればよい。一方、ボンディングヘッド４２３又はウェーハチャック４３３を昇降させる場合には、エンコーダーまたはギャップセンサーでボンディングヘッド４２３又はウェーハチャック４３３のＸ軸、Ｙ軸方向の位置ずれをモニターしながらフィードバック制御すればよい。また、第１物体と第２物体とのギャップを高精度に制御するために、昇降駆動機構のＺ軸方向位置を計測するためにリニアエンコーダーが設けられてもよい。また、第１物体と第２物体とが接触すると、干渉計を使ってフィードバック制御されているウェーハステージが拘束されてしまうため、フィードバック制御を停止するなど、接触の前後において制御方法を異ならせてもよい。ここまでは、ウェーハ６の接合対象箇所にダイ５１を接触させるところまでを述べたが、バンプ接合の場合は、所定の圧着圧でウェーハ６にダイ５１を押し付けるなどのような接合に必要なステップ、および、接合後に接合状態の観察するステップが追加されうる。

【0049】

ウェーハ６に対する１つのダイ５１の接合が終了すると、ステップ１００６では、制御部ＣＮＴは、第１物体としてのウェーハ６の複数の接合対象箇所のすべてに対して第２物体としてのダイ５１が接合されたかをどうかを判断する。通常、１つのウェーハ６には数十から数百の半導体デバイスが配置されており、それぞれにダイ５１が接合されるため、ダイ５１の接合は複数回にわたって繰り返される。ウェーハ６の複数の接合対象箇所のすべてに対するダイ５１の接合が終了していない場合には、ステップ２００２のダイピックアップに戻る。なお、図３の例では、ステップ１００５における接合動作後に上記判断を行って、ステップ２００２においてダイ５１のピックアップを行う。しかし、ステップ２００２におけるダイピックアップは、ステップ１００３のダイアライメントからステップ１００５の接合動作までの間に並行して実施されてもよい。また、１つの半導体デバイスに複数種類のダイが接合される場合は、１つの種類のダイの接合が１つのウェーハ６内のすべての半導体デバイスに対して終了した後に、次の種類のダイの接合が開始されうる。この場合は、ステップ２００２におけるダイピックアップでは、次の種類のダイがピックアップされる。この際、次の種類のダイが搭載されているダイシングフレームの搬入動作など必要なステップが実施される。

【0050】

ウェーハ６の複数の接合対象箇所のすべてに対するダイ５１の接合が終了した場合には、ステップ１００７において、ウェーハ６が接合装置ＢＤから搬出される。ウェーハ６は、搬入されたＦＯＵＰに戻されてもよいし、別の容器に戻されてもよい。ただし、一般的には、接合によってウェーハの厚さが変わり、ウェーハ間の隙間を接合前のウェーハに比べて広げる必要があるため、別の容器に戻される。

【0051】

以上で、１枚の第１物体に対する複数の第２物体の接合フローを説明したが、必要な枚数の第１物体に対して本動作が繰り返される。なお、ダイシングフレーム上のダイの個数と、ダイが接合されるウェーハの半導体デバイスの個数とは一般的に異なるため、ウェーハの搬入とダイシングフレームの搬入は同期しない。１つのウェーハへのダイの接合中に、ダイシングフレーム上のダイがなくなれば次のダイシングフレームを搬入する。また、１つのウェーハのすべての半導体デバイスに対するダイの接合の終了後もダイシングフレーム上のダイが残っていれば、それらのダイは次のウェーハへの接合に使用される。

【0052】

次に、図４のフローチャートを参照しながら、ダイ観察カメラ４３１を使って計測されたダイ５１の位置に対して、ステップ１００４の接合位置駆動において反映されるオフセット量を管理する方法を説明する。図４のフローチャートに示される処理は、制御部ＣＮＴによって制御される。

【0053】

ステップ３００１では、第１物体としてのウェーハ６が接合装置ＳＢに搬入され、ウェーハチャック４３３によって保持される。ウェーハ６には、ウェーハ６のアライメントに使用されるアライメントマークと後述の接合ずれを計測するためのマークとが形成されている。また、ウェーハ６は、接合対象箇所に仮接着剤を配置するなどの方法により、ダイ５１の搭載後にダイ５１の位置ずれが生じないように準備されうる。ウェーハ６は、不図示のプリアライナーによって、ノッチまたはオリフラとウェーハ外形位置とに基づいて大まかに位置決めされて、ウェーハステージ４３上の第１保持部としてのウェーハチャック４３３に搬送され、ウェーハチャック４３３によって保持される。

【0054】

ステップ３００２では、ウェーハ観察カメラ４２１を用いて、ウェーハ６上のアライメントマークの位置が計測され、その結果に基づいてウェーハ６の搭載位置と回転量とが計算される。また、この動作の間において、不図示の第１高さ計測器を用いて、ウェーハ６の接合面の表面位置を計測してもよい。ウェーハ６の厚さにはバラツキがあるので、接合動作の際にウェーハ６とダイ５１とのギャップを高精度に管理するためには、ウェーハ６の表面位置を計測することが有利である。

【0055】

ステップ３００３では、アライメントマーク付きガラスダイがボンディングヘッド４２３によって保持される。ガラスダイが用いられる理由は、接合後にウェーハ観察カメラ４２１を使って接合ずれを確認するためである。したがって、ダイは、ウェーハ観察カメラ４２１が検出する波長の光を透過する材料で構成されればよい。例えば、赤外光を用いて観察する場合は、シリコンダイでもよい。ダイには、ダイの位置計測のためのアライメントマークと、接合ずれを計測するためのマークが形成されている。

【0056】

ステップ３００４では、ボンディングヘッド４２３によって保持されたアライメントマーク付きガラスダイの位置と回転量が計測される。また、この動作の間において、不図示の第２高さ計測器を用いて、アライメントマーク付きガラスダイの接合面の表面位置を計測してもよい。アライメントマーク付きガラスダイの厚さにはバラツキがあるので、接合動作の際にウェーハ６とダイ５１とのギャップを高精度に管理するためには、アライメントマーク付きガラスダイの表面位置を計測することが有利である。また、アライメントマーク付きガラスダイにおける複数の位置の高さを計測して、接合時にダイ５１またはウェーハ６の姿勢を不図示のチルト機構によって調整してもよい。そのようなチルト機構は、ウェーハステージ４３、ウェーハチャック４３３またはボンディングヘッド４２３に組み込まれうる。

【0057】

ステップ３００５では、ウェーハ６の複数の接合対象箇所から選択された接合対象箇所にアライメントマーク付きガラスダイが位置決めされるように駆動機構４３６によってウェーハステージ４３が駆動される。この際に、制御部ＣＮＴは、干渉計４２２による計測結果に基づいてウェーハステージ４３の位置がフィードバックされるように駆動機構４３６を制御しうる。また、この際に、制御部ＣＮＴは、ステップ３００２とステップ３００４で計測したウェーハ６の位置、回転量とアライメントマーク付きガラスダイの位置、回転量、更にはオフセット量に基づいて、ウェーハステージ４３の目標位置を決定しうる。

【0058】

ステップ３００６では、ステップ１００５と同様に、ウェーハ６の選択された接合対象箇所にアライメントマーク付きガラスダイが接合される。

【0059】

ステップ３００７では、接合位置が計測される。具体的には、接合ずれを計測するためのマークがウェーハ観察カメラ４２１の視野に入るように駆動機構４３６によってウェーハステージ４３が駆動され、ウェーハ観察カメラ４２１を使ってウェーハ６とガラスダイとの接合ずれ量が計測される。接合ずれを計測するためのマークの例としては、ウェーハ側の３０ｕｍ幅の四角枠と、ガラスダイ側の６０ｕｍ幅の四角枠とを挙げることができる。２つの枠が重なるように接合して、２つの枠のずれ量から接合ずれを計算することができる。接合ずれを計測するためのマークは、四角でなく円であってもよいし、ウェーハ側のマークがアウターマーク、ダイ側のマークがインナーマークであってもよいし、２つの異なるマークを計測し、その間隔からずれ量を検出してもよい。接合ずれの決定のために、ガラスダイ内の複数個所のマークについて、ずれ量が計測されてもよい。ガラスダイ内の複数個所のマークについて計測を行うことにより、接合の回転誤差も計測することができるとともに、統計処理により計測誤差を低減しで、高精度に接合ずれを計測することが可能となる。

【0060】

ステップ３００８では、制御部ＣＮＴは、ダイ観察カメラ４３１を使って計測された位置ずれに基づいて、オフセット量を算出する。算出されるオフセット量は、例えば、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のシフト量、および、Ｚ軸方向の軸周りの回転量を含みうる。ここで、ウェーハ６の複数の接合対象箇所の各々にガラスダイを接合して、複数の接合対象箇所の各々についてオフセット量を算出してもよい。あるいは、ウェーハ６の複数の接合対象箇所の各々にガラスダイを接合して、複数の接合対象箇所の各々について算出されるオフセット量を平均することによって最終的なオフセット量を算出してもよい。

【0061】

以下、ウェーハおよびダイの位置の計測結果、および、予め決定されたオフセット量を用いて、ウェーハにダイを接合する際の位置決めの例について説明する。なお、座標の方向との取り方によって符号は反転するが、以下の例では、図示されている座標系に従うものとする。ステップ１００２で計測されたウェーハ６の位置（接合装置ＢＤの基準点に対する位置）を（Ｗｘ、Ｗｙ）、回転量をＷθとする。また、ステップ１００３で撮像された画像の中心に対するダイ５１の位置を（Ｄｘ、Ｄｙ）、回転量をＤθとする。また、接合時に発生するシフト量を（Ｐｘ、Ｐｙ）、回転量をＰθとする。また、ステップ３００８で求められたオフセット量を（Ｘ０、Ｙ０）、θ０とする。

【0062】

ステップ３００８のオフセット量が正しく求められている場合、Ｗｘ＝Ｗｙ＝Ｗθ＝Ｄｘ＝Ｄｙ＝Ｄθ＝０である。ステップ３００８と同じプロセスを用いた場合には、ウェーハステージ４３を（Ｘ０，Ｙ０）、θ０に送り込んで接合を行うことで、高い精度で接合を行うことができる。

【0063】

ウェーハ６の位置がウェーハステージ４３の基準からずれている場合、例えば正方向にずれている場合は、その分だけ負方向にウェーハステージ４３を動かすことで補正できる。よって、接合の際には、（Ｘ０－Ｗｘ，Ｙ０－Ｗｙ）、θ０－Ｗθにウェーハステージ４３を駆動すればよい。

【0064】

一方、ダイ５１の位置がボンディングヘッド４２３の基準からずれている場合、例えば正方向にずれている場合は、その分だけ正方向にウェーハステージ４３を動かすことで補正できる。よって、接合位置を調整するため、接合の際には、（Ｘ０－Ｗｘ＋Ｄｘ，Ｙ０－Ｗｙ＋Ｄｙ）、θ０－Ｗθ＋Ｄθにウェーハステージ４３を駆動すればよい。

【0065】

更に、接合時に発生するシフト量は、その分ずらして接合位置とするために、正方向にずれる場合は、同じ量だけウェーハステージ４３を移動させて接合を行えばよい。よって、接合の際に、（Ｘ０－Ｗｘ＋Ｄｘ＋Ｐｘ，Ｙ０－Ｗｙ＋Ｄｙ＋Ｐｙ）、θ０－Ｗθ＋Ｄθ＋Ｐθにウェーハステージ４３を駆動すればよい。
＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態を説明するが、第２実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。図５は、第２実施形態の接合装置ＢＤの構成を模式的に示す図である。第２実施形態の接合装置ＢＤでは、エンコーダーを用いてウェーハステージ４３の位置が計測される。

【0066】

具体的には、第１実施形態の接合装置ＢＤにおける干渉計４２２とバーミラー４３２の代わりに、第２実施形態の接合装置ＢＤでは、エンコーダースケール４２４とエンコーダーヘッド４３５が採用されている。エンコーダーヘッド４３５は、ウェーハステージ４３に搭載れた２次元エンコーダーヘッドである。エンコーダースケール４２４は、上部ベース４２に搭載された２次元エンコーダースケールである。エンコーダースケール４２４は、ウェーハステージ４３の可動域においてウェーハステージ４３の位置を計測することができるように２次元のスケールを有する。エンコーダーヘッド４３５は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に関してウェーハステージ４３の位置を計測する。

【0067】

エンコーダースケール４２４は、熱膨張率が低い材料で構成され、高い位置精度でスケールが描画されうる。一例において、エンコーダースケール４２４は、石英基板の上に、半導体リソグラフィー工程の描画方法を用いてスケールが描画されて構成されうる。ウェーハステージ４３は、大きな範囲で駆動される粗動ステージの上に、小さな範囲で高精度に駆動される微動ステージが搭載された構成を有しうる。このような構成において、エンコーダーヘッド４３５は、高精度な位置決めをするために、微動ステージに設けられうる。制御部ＣＮＴは、エンコーダーヘッド４３５の出力に基づいて、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、および、それらに直交するＺ軸方向に平行な軸周りの回転に関して、ウェーハ６あるいはウェーハステージ４３をフィードバック制御するように構成されうる。駆動機構４３６は、第１保持部としてのウェーハステージ４３（あるいはウェーハ６）と第２保持部としてのボンディングヘッド４２３（あるいはダイ５１）との相対位置を変更する位置決め機構を構成しうる。また、エンコーダーヘッド４３５および制御部ＣＮＴは、該位置決め機構の構成要素として理解されてもよい。

【0068】

図６は、ウェーハステージ４３をＺ軸の正方向から見た図である。図６を参照しながら基準プレート４３４を用いてウェーハステージ４３の原点位置、倍率、Ｘ軸およびＹ軸の方向（回転）と直交度を保証する方法を説明する。マーク４３４ａをウェーハ観察カメラ４２１で観察し、ウェーハ観察カメラ４２１の出力画像の中心にマーク４３４ａが位置する時のエンコーダーヘッド４３５の出力値をウェーハステージ４３の原点とする。次に、マーク４３４ｂをウェーハ観察カメラ４２１で観察し、ウェーハ観察カメラ４２１の出力画像の中心にマーク４３４ｂが位置するときのエンコーダーヘッド４３５の出力値に基づいて、ウェーハステージ４３のＹ軸の方向（回転）とＹ軸方向の倍率を決定する。次に、マーク４３４ｃをウェーハ観察カメラ４２１で観察し、ウェーハ観察カメラ４２１の出力画像の中心にマーク４３４ｃが位置する時のエンコーダーヘッド４３５の出力値に基づいて、ウェーハステージ４３のＸ軸の方向（回転）とＸ軸方向の倍率を決定する。つまり、基準プレート４３４のマーク４３４ｂからマーク４３４ａの方向を接合装置ＢＤのＹ軸、マーク４３４ｃからマーク４３４ａの方向を接合装置ＢＤのＸ軸として、軸の方向と直交度とのキャリブレーションを行うことができる。また、マーク４３４ｂとマーク４３４ａとの間隔を接合装置ＢＤのＹ軸のスケール基準、マーク４３４ｃとマーク４３４ａとの間隔を接合装置ＢＤのＸ軸のスケール基準としてキャリブレーションを行うことができる。エンコーダースケール４２４は、熱によって膨張し、これによってエンコーダーヘッド４３５による計測値が変動してしまうため、任意のタイミングでキャリブレーションを行い、ウェーハステージ４３の原点位置、倍率、回転、直交度を保証することが望ましい。なお、２次元のエンコーダーを採用する代わりに、Ｘ軸およびＹ軸の各々に関して、リニアエンコーダーを採用してもよい。

【0069】

上記の構成に代えて、複数のエンコーダーヘッドを配置し、例えば、接合対象箇所の位置に応じて複数のエンコーダーヘッドを切り替えて使用してもよく、このような構成は、フットプリントの削減に有利である。あるいは、接合対象箇所に対して対称になるように一対のエンコーダーヘッドを配置してもよく、このような構成は、位置計測精度の向上に有利である。

【0070】

以上の説明は、基準プレートを観察してのキャリブレーションを行う例に関するものである。これに代えて、例えば、基準面への突き当て動作によるキャリブレーションを行ってもよいし、エンコーダー内にキャリブレーション機構を設けて、絶対値保証されている位置計測器としてもよい。
＜第３実施形態＞
以下、第３実施形態を説明するが、第３実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。図７は、第３実施形態の接合装置ＢＤの構成を模式的に示す図である。第３実施形態の接合装置ＢＤでは、ボンディングヘッド４５３が位置決めされることによって第１物体としてのウェーハ６と第２物体としてのダイ５１との相対位置が変更あるいは調整される。

【0071】

ボンディング部４は、上部ベース４２と、下部ベース４４とを備えうる。上部ベース４２によってボンディングステージ４５が支持されうる。ボンディングステージ４５は、リニアモーターなどの駆動機構４３７により、Ｘ軸方向（第１方向）およびＹ軸方向（第２方向）に関して駆動されうる。駆動機構４３７は、ボンディングステージ４５を更にＺ軸方向（第３方向）に平行な軸周りの回転に関して駆動するように構成されてもよい。駆動機構４３７がボンディングステージ４５をＺ軸方向に平行な軸周りの回転に関して駆動する代わりに、ウェーハチャック４４３をＺ軸方向に平行な軸周りの回転に関して駆動してもよい。駆動機構４３７は、第１保持部としてのウェーハチャック４３３（あるいはウェーハ６）と第２保持部としてのボンディングヘッド４５３（あるいはダイ５１）との相対位置を変更する位置決め機構を構成しうる。

【0072】

ボンディングステージ４５には、第１カメラとしてのウェーハ観察カメラ４５１が搭載されうる。ウェーハ観察カメラ４５１は、ウェーハチャック４３３によって保持された第１物体としてのウェーハ６の特徴箇所の位置を検出するための第１検出器である。ボンディングステージ４５には、更に、ピックアップヘッド３１から渡される第２物体としてのダイ５１を受け取って保持しウェーハ６の接合対象箇所に接合する第２保持部としてのボンディングヘッド４５３が搭載されうる。図７の例では、ボンディングステージ４５は、第２保持部としてのボンディングヘッド４５３、および、第１カメラとしてのウェーハ観察カメラ４５１を支持する支持部を構成しうる。ボンディングステージ４５には、バーミラー４５２が設けられうる。バーミラー４５２は、干渉計４４２のターゲットとして使用されうる。

【0073】

下部ベース４４には、第２カメラとしてのダイ観察カメラ４４１が搭載されうる。ダイ観察カメラ４４１は、ボンディングヘッド４５３によって保持された第２物体としてのダイ５１の特徴箇所の位置を検出するための第２検出器である。下部ベース４４には、第１保持部としてのウェーハチャック４３３が搭載されうる。ウェーハチャック４３３は、第１物体としてのウェーハ６を保持する。下部ベース４４には、更に、バーミラー４５２を使ってボンディングステージ４５の位置を計測するための干渉計４４２が搭載されうる。図７の例では、下部ベース４４は、第１保持部としてのウェーハチャック４３３、および、第２カメラとしてのダイ観察カメラ４４１を支持する支持構造として機能する。

【0074】

第１物体としてのウェーハ６の接合対象箇所に対して第２物体としてのダイ５１を接合する際には、ボンディングヘッド４５３がダイ５１をＺ軸の負方向（下方）に駆動してウェーハ６の接合対象箇所にダイ５１を接合させうる。あるいは、駆動機構４３７がボンディングステージ４５をＺ軸の負方向（下方）に駆動することによってウェーハ６の接合対象箇所にダイ５１を接合させうる。あるいは、不図示の駆動機構によってウェーハチャック４３３をＺ軸の正方向（上方）に駆動することによって、ダイ５１をウェーハ６の接合対象箇所に接合させうる。

【0075】

図８は、ボンディングステージ４５をＺ軸の負方向から見た図である。ボンディングヘッド４５３は、ダイ５１を保持する。ダイ５１は、互いに直交あるいは交差するＸ軸方向（第１方向）およびＹ軸方向（第２方向）、および、それらに直交するＺ軸方向（第３方向）に平行な軸周りの回転に関して位置決めされうる。そのため、ボンディングステージ４５には、バーミラー４５２、より詳しくはバーミラー４５２ａ、４５２ｂが設けられうる。バーミラー４５２ａは、干渉計４２２ａ、４２２ｃのターゲットとして機能しうる。制御部ＣＮＴは、干渉計４２２ａの出力に基づいてボンディングステージ４５のＸ軸方向の位置を検出することができ、干渉計４２２ａ、４２２ｃの出力に基づいてボンディングステージ４５のＺ軸方向に平行な軸周りの回転を検出することができる。バーミラー４５２ｂは、干渉計４２２ｂのターゲットとして機能しうる。制御部ＣＮＴは、干渉計４２２ｂの出力に基づいてボンディングステージ４５のＹ軸方向の位置を検出することができる。制御部ＣＮＴは、干渉計４２２ａ、４２２ｂ、４２２ｃの出力に基づいて、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、および、それらに直交するＺ軸方向に平行な軸周りの回転に関して、ダイ５１あるいはボンディングステージ４５をフィードバック制御するように構成されうる。干渉計４２２および制御部ＣＮＴは、前述の位置決め機構の構成要素として理解されてもよい。

【0076】

ボンディングステージ４５の下面には、基準プレート４５４が設けられている。基準プレート４５４には、複数のマーク４５４ａ、４５４ｂ、４５４ｃが配置されている。基準プレート４５４は、熱膨張率が低い材料で構成され、高い位置精度でマークが描画されうる。一例において、基準プレート４５４は、石英基板の上に、半導体リソグラフィー工程の描画方法を用いてマークが描画されて構成されうる。基準プレート４５４は、ダイ５１の表面と略同一高さの表面を有し、ダイ観察カメラ４４１で観察されうるが、ダイ観察カメラ４４１を観察するためのカメラが別に設けられてもよい。ボンディングステージ４５は、大きな範囲で駆動される粗動ステージと、小さな範囲で高精度に駆動される微動ステージとを組み合わせた構成を有しうる。このような構成において、ウェーハ観察カメラ４５１、バーミラー４５２ａ、４５２ｂ、ボンディングヘッド４５３、基準プレート４５４は、高精度な位置決めを実現するために、微動ステージに設けられうる。

【0077】

ここで、基準プレート４５４を用いてボンディングステージ４５の原点位置、倍率、Ｘ軸およびＹ軸の方向（回転）と直交度を保証する方法を説明する。マーク４５４ａをダイ観察カメラ４４１で観察し、ダイ観察カメラ４４１の出力画像の中心にマーク４５４ａが位置する時の干渉計の出力値をボンディングステージ４５の原点とする。次に、マーク４５４ｂをダイ観察カメラ４４１で観察し、ダイ観察カメラ４４１の出力画像の中心にマーク４５４ｂが位置する時の干渉計の出力値に基づいて、ボンディングステージ４５のＹ軸の方向（回転）とＹ軸の倍率を決定する。次に、マーク４５４ｃをダイ観察カメラ４４１で観察し、ダイ観察カメラ４４１の出力画像の中心にマーク４５４ｃが位置する時の干渉計の出力値に基づいて、ボンディングステージ４５のＸ軸の方向（回転）とＸ軸方向の倍率を決定する。

【0078】

つまり、基準プレート４５４のマーク４５４ｂからマーク４５４ａの方向を接合装置ＢＤのＹ軸、マーク４５４ｃからマーク４５４ａの方向を接合装置ＢＤのＸ軸として、軸の方向と直交度とのキャリブレーションを行うことができる。また、マーク４５４ｂとマーク４５４ａの間隔を接合装置ＢＤのＹ軸のスケール基準、マーク４５４ｃとマーク４５４ａの間隔を接合装置ＢＤのＸ軸のスケール基準としてキャリブレーションを行うことができる。干渉計は、気圧変動や温度変動によってその光路の屈折率が変化し、これによって計測値が変動してしまうため、任意のタイミングでキャリブレーションを行い、ボンディングステージ４５の原点位置、倍率、回転、直交度を保証することが望ましい。干渉計の計測値の変動を低減するために、ボンディングステージ４５が配置された空間を温調チャンバーで覆い、温調チャンバー内の温度を制御することが望ましい。

【0079】

本実施形態では、ボンディングステージ上の基準プレートをダイ観察カメラで観察する形態を説明した。これに代えて、基準プレートを下部ベースに取り付けて、ウェーハ観察カメラで観察しても、ボンディングステージの原点位置、倍率、回転、直交度を保証することができる。

【0080】

以上の説明は、基準プレートを観察してキャリブレーションを行う例に関するものである。これに代えて、例えば、基準面への突き当て動作によるキャリブレーションを行ってもよいし、白色干渉計などのように絶対値が保証されている位置計測器を用いて、高精度な位置決めを行ってもよい。

【0081】

第３実施形態においては、接合を行う位置と干渉計が計測している箇所とが離れてしまうため、アッベ誤差を補正することが望ましい。また、ボンディングステージを挟んで両側で計測することで誤差を低減してもよい。

【0082】

以下、図３のフローチャートを参照しながら第３実施形態の接合フローについて説明する。この接合フローは、制御部ＣＮＴによって制御される。ステップ１００１では、第１物体としてのウェーハ６が接合装置ＢＤに搬入され、ウェーハチャック４３３によって保持される。ウェーハ６は、不図示のプリアライナーによって、ノッチまたはオリフラとウェーハ外形位置とに基づいて大まかに位置決めされて、下部ベース４４上の第１保持部としてのウェーハチャック４４３に搬送され、ウェーハチャック４３３によって保持される。

【0083】

ステップ１００２では、ウェーハ観察カメラ４５１を用いてウェーハ６の搭載位置が計測される。フォーカス調整は、ウェーハ観察カメラ４５１内にフォーカス調整機構を備えることによって提供されてもよいし、ウェーハチャック４４３にＺ軸駆動機構を備えて、Ｚ軸駆動機構によってウェーハ６をＺ軸に関して駆動することによって提供されてもよい。あるいは、フォーカス調整は、ボンディングステージ４５にＺ軸駆動機構を備えて、Ｚ軸駆動機構によってウェーハ観察カメラ４５１をＺ軸に関して駆動することによって提供されてもよい。ウェーハ６には、アライメント用のアライメントマークが形成されている場合が多いが、アライメントマークが形成されていない場合には位置が特定できる特徴箇所が計測されうる。制御部ＣＮＴは、ウェーハ観察カメラ４５１の出力画像の中心に対する特徴箇所の像の相対位置を特徴箇所の位置として検出することができる。

【0084】

接合装置ＢＤの基準点に対するマークの相対位置を高精度に計測するためにオフセット量を事前に求めてもよい。これは、基準プレート４５４のマークがウェーハ観察カメラ４５１の視野に入るようにボンディングステージ４５を駆動し、ウェーハ観察カメラ４５１でそのマークの位置を計測する処理を含みうる。その時のボンディングステージ４５の駆動位置とウェーハ観察カメラ４５１を使って計測される位置に対するオフセット量を決定することができる。ここで、接合装置ＢＤの基準点は、一般的には、基準プレート４５４の特定のマーク位置とされることが多いが、基準となる位置であれば別の場所でもよい。

【0085】

干渉計による回転方向の計測範囲が狭いため、ボンディングステージ４５によって補正できる回転量が小さい。そのため、ウェーハ６の回転量が大きい場合には、回転を補正してウェーハ６を保持しなおすことが望ましい。保持しなおした場合には、再度ウェーハ６の搭載位置を計測する必要がある。また、この動作の間において、不図示の第１高さ計測器を用いて、ウェーハ６の接合面の表面位置を計測してもよい。ウェーハ６の厚さにはバラツキがあるので、接合動作の際にウェーハ６とダイ５１とのギャップを高精度に管理するためには、ウェーハ６の表面位置を計測することが有利である。

【0086】

ボンディングステージ４５は、基準プレート４５４を用いて原点位置、倍率、Ｘ軸とＹ軸の方向（回転）と直交度が保証されているので、ボンディングステージ４５の原点位置、および、Ｘ軸、Ｙ軸を基準として、搭載されたウェーハ６の位置が計測される。

【0087】

以下、第１物体としてのウェーハの搬入およびウェーハアライメントと並行して、あるいは、その後に実施される第２物体としてのダイの動きを説明する。ステップ２００１では、ダイサーで個片化されたダイ５１がダイシングテープ上に配列されたダイシングフレーム５が接合装置ＢＤに搬入される。ステップ２００２では、第２物体としてのダイ５１がピックアップヘッド３１によってピックアップされる。

【0088】

ステップ２００３では、ピックアップヘッド３１によってピックアップされた第２物体としてのダイ５１がボンディングヘッド４５３に搬送される。ピックアップヘッド３１によってダイ５１がピックアップされる際は、半導体デバイス面がピックアップヘッド３１に面している。一方、ボンディングヘッド４５３には、半導体デバイス面の反対側の面がボンディングヘッド４５３に面するようにダイ５１が搬送される。ボンディングヘッド４５３に対するダイ５１の搬送は、ピックアップヘッド３１がボンディングヘッド４５３に対して直接行ってもよいし、複数のダイ保持部を経由してなされてもよい。また、ダイ５１の搬送中に接合のための前処理が実施されうる。前処理は、例えば、ダイの洗浄処理、接着剤による接合の場合は接着剤の塗布、ハイブリッドボンディングの場合は表面を活性させる処理を含みうる。なお、ダイ５１をボンディングヘッド４５３に搬送する間に表面活性が非活性になる場合には、ボンディングヘッド４５３にダイ５１を搭載後に常圧プラズマ活性装置を使って、接合表面を活性化させる処理を行うことが望ましい
以上で、第１物体としてのウェーハ６と第２物体としてのダイ５１がそれぞれのための保持部によって保持された状態になる。続いて接合フローを説明する。ステップ１００３では、ボンディングヘッド４５３によって保持された第２物体としてのダイ５１の位置が計測されうる。具体的には、ダイ観察カメラ４４１の視野にダイ５１の特徴箇所が入るように駆動機構４３７によってボンディングステージ４５が駆動されうる。フォーカス調整は、ダイ観察カメラ４４１内にフォーカス調整機構を備えることによって提供されてもよいし、ボンディングヘッド４５３にＺ軸駆動機構を備えて、Ｚ軸駆動機構によってダイ５１をＺ軸に関して駆動することによって提供されてもよい。

【0089】

半導体製造工程でアライメントに使用されるアライメントマークが形成されたスクライブラインは、ダイシングにより除去されうる。したがって、ダイ５１は、アライメント用のアライメントマークを有しない場合が多い。そのため、ダイ５１に配置されているパッドまたはバンプの配列の終端部や、非周期的な配列を有していて、位置が特定できる領域や、ダイの外形を特徴箇所として、その位置が計測されうる。制御部ＣＮＴは、ダイ観察カメラ４４１の出力画像の中心に対する特徴箇所の像の相対位置に基づいて特徴箇所の位置を決定しうる。ダイ観察カメラ４４１を使って計測されたダイ５１の位置に基づいてダイ５１を接合箇所に位置決めする際のオフセット量を管理する必要があるが、その方法については後述する。

【0090】

ダイ５１の位置計測の際には、ダイ５１内の複数の特徴箇所の位置を計測して、ダイ５１の回転量も計測することが望ましい。複数の特徴箇所の位置を計測するために、各特徴箇所の位置の計測の度にボンディングステージ４５を駆動してもよいし、複数の特徴箇所を一度に観察できるようにダイ観察カメラ４４１の視野が設計されてもよい。ダイ５１の回転は、接合時にボンディングステージ４５を回転させることによってなされうるが、干渉計は回転方向の計測範囲が狭いため、ダイ５１の回転量が大きい場合には、回転を補正してダイ５１を保持しなおすことが望ましい。ダイ５１を保持しなおした場合には、再度ダイ５１の位置を計測する必要がある。また、この動作の間において、不図示の第２高さ計測器を用いて、第２物体としてのダイ５１の接合面の表面位置を計測してもよい。ダイ５１の厚さにはバラツキがあるので、接合動作の際にウェーハ６とダイ５１とのギャップを高精度に管理するためには、ダイ５１の表面位置することが有利である。また、ダイ５１における複数の位置の高さを計測して、接合時にダイ５１またはウェーハ６の姿勢を不図示のチルト機構によって調整してもよい。そのようなチルト機構は、ウェーハチャック４３３またはボンディングヘッド４５３に組み込まれうる。

【0091】

ステップ１００４では、第１物体としてのウェーハ６の複数の接合対象箇所から選択された接合対象箇所に第２物体としてのダイ５１が位置決めされるように駆動機構４３７によってボンディングステージ４５が駆動される。この際に、制御部ＣＮＴは、干渉計４４２による計測結果に基づいてボンディングステージ４５がフィードバック制御されるように駆動機構４３７を制御しうる。また、この際に、制御部ＣＮＴは、ステップ１００２とステップ１００３で計測したウェーハ６の位置、回転量とダイ５１の位置、回転量、更にはオフセット量に基づいて、ボンディングステージ４５の目標位置を決定しうる。また、後述のように接合動作によってシフトが発生する場合には、制御部ＣＮＴは、その分もオフセット量として考慮する。

【0092】

ステップ１００５では、第１物体としてのウェーハ６の選択された接合対象箇所に第２物体としてのダイ５１が接合される。接合のための動作としては、ボンディングステージ４５もしくはボンディングヘッド４５３が昇降してもよいし、ウェーハチャック４４３が昇降してもよい。昇降の際に位置決め精度が低下しないように、再現性が高い昇降駆動系を採用するか、フィードバック制御を継続しながら昇降がなされうる。フィードバック制御を継続しながら昇降を行うためには、ボンディングステージ４５を昇降させる場合には、昇降時もバーミラーが干渉計の光路から外れないようにＺ軸方向におけるバーミラーの幅を設計すればよい。一方、ボンディングヘッド４５３又はウェーハチャック４４３を昇降させる場合には、エンコーダー又はギャップセンサーでボンディングヘッド４５３又はウェーハチャック４３３のＸ軸、Ｙ軸方向の位置ずれをモニターしながらフィードバック制御すればよい。また、第１物体と第２物体とのギャップを高精度に制御するために、昇降駆動機構のＺ軸方向位置を計測するためにリニアエンコーダーが設けられてもよい。また、第１物体と第２物体とが接触すると、干渉計を使ってフィードバック制御されているボンディングステージ４５が拘束されてしまうため、フィードバック制御を停止するなど、接触の前後において制御方法を異ならせてもよい。ここまでは、ウェーハ６の接合対象箇所にダイ５１を接触させるところまでを述べたが、バンプ接合の場合は、所定の圧着圧でウェーハ６にダイ５１を押し付けるなどのような接合に必要なステップ、および、接合後に接合状態の観察するステップが追加されうる。

【0093】

ステップ１００６以降については、第１実施形態と同じであるので、説明を省略する。

【0094】

次に、図４のフローチャートを参照しながら、ダイ観察カメラ４４１を使って計測されたダイ５１の位置に対して、ステップ１００４の接合位置駆動において反映されるオフセット量を管理する方法を説明する。図４のフローチャートに示される処理は、制御部ＣＮＴによって制御される。

【0095】

ステップ３００１では、第１物体としてのウェーハ６が接合装置ＳＢに搬入され、ウェーハチャック４３３によって保持される。ウェーハ６には、ウェーハ６のアライメントに使用されるマークと接合ずれを計測するためのマークとが形成されている。また、ウェーハ６は、接合対象箇所に仮接着剤を配置するなどの方法により、ダイ５１の搭載後にダイ５１の位置ずれが生じないように準備されうる。ウェーハ６は、不図示のプリアライナーによって、ノッチまたはオリフラとウェーハ外径位置とに基づいて大まかに位置決めされて、下部ベース４４上の第１保持部としてのウェーハチャック４４３に搬送され、ウェーハチャック４３３によって保持される。

【0096】

ステップ３００２では、ウェーハ観察カメラ４５１を用いて、ウェーハ６上のアライメントマークの位置が計測され、その結果に基づいてウェーハ６の搭載位置と回転量とが計算される。また、この動作において、不図示の第１高さ計測器を用いて、ウェーハ６の接合面の表面位置を計測してもよい。ウェーハ６の厚さにはバラツキがあるので、接合動作の際にウェーハ６とダイ５１とのギャップを高精度に管理するためには、ウェーハ６の表面位置を計測することが有利である。

【0097】

ステップ３００３では、アライメントマーク付きガラスダイがボンディングヘッド４５３によって保持される。ガラスダイが用いられる理由は、接合後にウェーハ観察カメラ４５１を使って接合ずれを確認するためである。したがって、ダイは、ウェーハ観察カメラ４５１が検出する波長の光を透過する材料で構成されればよい。例えば、赤外光を用いて観察する場合は、シリコンダイでもよい。ダイには、ダイの位置計測のためのアライメントマークと、接合ずれを計測するためのマークが形成されている。

【0098】

ステップ３００４では、ボンディングヘッド４５３によって保持されたアライメントマーク付きガラスダイの位置と回転量が計測される。また、この動作の間において、不図示の第２高さ計測器を用いて、アライメントマーク付きガラスダイの接合面の表面位置を計測してもよい。アライメントマーク付きガラスダイの厚さにはバラツキがあるので、接合動作の際にウェーハ６とダイ５１とのギャップを高精度に管理するためには、アライメントマーク付きガラスダイの表面位置を計測することが有利である。また、アライメントマーク付きガラスダイにおける複数の位置の高さを計測して、接合時にダイ５１またはウェーハ６の姿勢を不図示のチルト機構によって調整してもよい。そのようなチルト機構は、ウェーハチャック４３３またはボンディングヘッド４５３に組み込まれうる。

【0099】

ステップ３００５では、ウェーハ６の複数の接合対象箇所から選択された接合対象箇所にアライメントマーク付きガラスダイが位置決めされるように駆動機構４３７によってボンディングステージ４５が駆動される。この際に、制御部ＣＮＴは、干渉計４４２による計測結果に基づいてボンディングステージ４５の位置がフィードバックされるように駆動機構４３７を制御しうる。また、この際に、制御部ＣＮＴは、ステップ３００２とステップ３００４で計測したウェーハ６の位置、回転量とアライメントマーク付きガラスダイの位置、回転量、更にはオフセット量に基づいて、ボンディングステージ４５の目標位置を決定しうる。

【0100】

ステップ３００６では、ステップ１００５と同様に、ウェーハ６の選択された接合対象箇所にアライメントマーク付きガラスダイが接合される。

【0101】

ステップ３００７では、接合位置が計測される。具体的には、接合ずれを計測するためのマークがウェーハ観察カメラ４５１の視野に入るように駆動機構４３７によってボンディングステージ４５が駆動され、ウェーハ観察カメラ４５１を使ってウェーハ６とガラスダイとの接合ずれ量が計測される
ステップ３００８では、制御部ＣＮＴは、ウェーハ観察カメラ４５１を使って計測された位置ずれに基づいて、オフセット量を算出する。算出されるオフセット量は、例えば、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のシフト量、および、Ｚ軸方向の軸周りの回転量を含みうる。ここで、ウェーハ６の複数の接合対象箇所の各々にガラスダイを接合して、複数の接合対象箇所の各々についてオフセット量を算出してもよい。あるいは、ウェーハ６の複数の接合対象箇所の各々にガラスダイを接合して、複数の接合対象箇所の各々について算出されるオフセット量を平均することによって最終的なオフセット量を算出してもよい。

【0102】

以下、ウェーハおよびダイの位置の計測結果、および、予め決定されたオフセット量を用いて、ウェーハにダイを接合する際の位置決めの例について説明する。なお、座標の方向との取り方によって符号は反転するが、以下の例では、図示されている座標系に従うものとする。ステップ１００２で計測したウェーハ６の位置（接合装置ＢＤの基準点に対する位置）を（Ｗｘ、Ｗｙ）、回転量をＷθとする。また、ステップ１００３で撮像された画像の中心に対するダイ５１の位置を（Ｄｘ、Ｄｙ）、回転量をＤθとする。また、接合時に発生するシフト量を（Ｐｘ、Ｐｙ）、回転量をＰθとする。また、ステップ３００８で求められたオフセット量を（Ｘ０、Ｙ０）、θ０とする。

【0103】

ステップ３００８のオフセット量が正しく求められている場合、Ｗｘ＝Ｗｙ＝Ｗθ＝Ｄｘ＝Ｄｙ＝Ｄθ＝０である。ステップ３００８と同じプロセスを用いた場合には、ボンディングステージ４５を（Ｘ０，Ｙ０）、θ０に送り込んで接合を行うことで、高い精度で接合を行うことができる。

【0104】

ウェーハ６の位置がウェーハステージ４３の基準からずれている場合、例えば正方向にずれている場合は、その分だけ負の方向にボンディングステージ４５を動かすことで補正できる。よって、接合の際には、（Ｘ０＋Ｗｘ，Ｙ０＋Ｗｙ）、θ０＋Ｗθにボンディングステージ４５を駆動すればよい。

【0105】

一方、ダイ５１の位置がボンディングヘッド４２３の基準からずれている場合、例えば正方向にずれている場合は、その分だけ負方向にボンディングステージ４５を動かすことで補正できる。よって、接合位置を調整するため、接合の際には、（Ｘ０＋Ｗｘ－Ｄｘ，Ｙ０＋Ｗｙ－Ｄｙ）、θ０＋Ｗθ－Ｄθにボンディングステージ４５を駆動すればよい。

【0106】

更に、接合時に発生するシフト量は、その分ずらして接合位置とするため、正方向にずれる場合は、同じ量だけ逆方向にボンディングステージ４５を移動させて接合を行えばよい。よって、接合の際に、（Ｘ０＋Ｗｘ－Ｄｘ－Ｐｘ，Ｙ０＋Ｗｙ－Ｄｙ－Ｐｙ）、θ０＋Ｗθ－Ｄθ－Ｐθにボンディングステージ４５を駆動すればよい。

【0107】

＜第４実施形態＞
以下、第４実施形態を説明するが、第４実施形態として言及しない事項は、第３実施形態、あるいは第３実施形態を介して第１実施形態に従いうる。図９は、第２実施形態の接合装置ＢＤの構成を模式的に示す図である。第４実施形態の接合装置ＢＤでは、エンコーダーを用いてボンディングステージ４５の位置が計測される。

【0108】

具体的には、第３実施形態の接合装置ＢＤにおける干渉計４４２とバーミラー４５２の代わりに、第４実施形態の接合装置ＢＤでは、エンコーダースケール４４４とエンコーダーヘッド４５５が採用されている。エンコーダーヘッド４５５は、ボンディングステージ４５に搭載された２次元エンコーダーヘッドである。エンコーダースケール４４４は、下部ベース４４に搭載された２次元エンコーダーである。エンコーダースケール４４４は、ボンディングステージ４５の可動域においてボンディングステージ４５の位置を計測することができるように２次元のスケールを有する。エンコーダーヘッド４５５は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に関してボンディングステージ４５の位置を計測する。

【0109】

エンコーダースケール４４４は、熱膨張率が低い材料で構成され、高い位置精度でスケールが描画されうる。一例において、エンコーダースケール４４４は、石英基板の上に、半導体リソグラフィー工程の描画方法を用いてスケールが描画されて構成されうる。ボンディングステージ４５は、大きな範囲で駆動される粗動ステージと、小さな範囲で高精度に駆動される微動ステージとを組み合わせた構成を有しうる。このような構成において、エンコーダーヘッド４５５は、高精度な位置決めをするために、微動ステージの上に固定されうる。駆動機構４３７は、第１保持部としてのウェーハチャック４４３（あるいはウェーハ６）と第２保持部としてのボンディングヘッド４５３（あるいはダイ５１）との相対位置を変更する位置決め機構を構成しうる。また、エンコーダーヘッド４５５および制御部ＣＮＴは、該位置決め機構の構成要素として理解されてもよい。

【0110】

図１０を参照しながら、基準プレート４５４を用いてボンディングステージ４５の原点位置、倍率、Ｘ軸およびＹ軸の方向（回転）と直交度を保証する方法を説明する。マーク４５４ａをダイ観察カメラ４４１の出力画像の中心にマーク４５４ａが位置する時の干渉計の出力値をボンディングステージ４５の原点とする。次に、マーク４５４ｂをダイ観察カメラ４４１で観察し、ダイ観察カメラ４４１の出力画像の中心にマーク４５４ｂが位置する時のエンコーダーヘッド４５５の出力値に基づいて、ボンディングステージ４５のＹ軸の方向（回転）とＹ軸の倍率を決定する。次に、マーク４５４ｃをダイ観察カメラ４４１で観察し、ダイ観察カメラ４４１の出力画像の中心にマーク４５４ｃが位置する時のエンコーダーヘッド４５５の出力値に基づいて、ボンディングステージ４５のＸ軸の方向（回転）とＸ軸方向の倍率を決定する。

【0111】

つまり、基準プレート４５４のマーク４５４ｂからマーク４５４ａの方向を接合装置ＢＤのＹ軸、マーク４５４ｃからマーク４５４ａの方向を接合装置ＢＤのＸ軸として、軸の方向と直交度とのキャリブレーションを行うことができる。また、マーク４５４ｂとマーク４５４ａの間隔を接合装置ＢＤのＹ軸のスケール基準、マーク４５４ｃとマーク４５４ａの間隔を接合装置ＢＤのＸ軸のスケール基準としてキャリブレーションを行うことができる。エンコーダーヘッド４５５は、熱によって膨張し、これによってエンコーダーヘッド４５５による計測値が変動してしまうため、任意のタイミングでキャリブレーションを行い、ボンディングステージ４５の原点位置、倍率、回転、直交度を保証することが望ましい。なお、２次元のエンコーダーを採用する代わりに、Ｘ軸およびＹ軸の各々に関して、リニアエンコーダーを採用してもよい。

【0112】

上記の構成に代えて、複数のエンコーダーヘッドを配置し、例えば、接合対象箇所の位置に応じて複数のエンコーダーヘッドを切り替えて使用してもよく、このような構成は、フットプリントの削減に有利である。あるいは、接合対象箇所に対して対称になるように一対のエンコーダーヘッドを配置してもよく、このような構成は、位置計測精度の向上に有利である。

【0113】

以上の説明は、基準プレートを観察してのキャリブレーションを行う例に関するものである。これに代えて、例えば、基準面への突き当て動作によるキャリブレーションを行ってもよいし、エンコーダー内にキャリブレーション機構を設けて、絶対値保証されている位置計測器としてもよい。
＜第５実施形態＞
以下、第５実施形態を説明するが、第５実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。図１１は、第４実施形態の接合装置ＢＤの構成を模式的に示す図である。第１実施形態の接合装置ＢＤでは、ダイ観察カメラ４３１がウェーハステージ４３に搭載されているが、第５実施形態の接合装置ＢＤでは、ダイ観察カメラ４１１がボンディングヘッド４２３の直下の位置に固定されている。ダイ観察カメラ４１１は、例えば、上部ベース４２に固定されてもよいし、ステージ定盤４１に固定されてもよい。つまり、第１保持部としてのウェーハチャック４３３と第２カメラとしてのダイ観察カメラ４１１とは、互いに異なる支持体によって支持されうる。

【0114】

ダイ観察カメラ４１１がボンディングヘッド４２３に対して変位しうる場合は、その変位量を計測して補正を行ってもよい。例えば、ボンディングヘッド４２３に所定のマークを配置し、それをダイ観察カメラ４１１で観察することにより、ボンディングヘッド４２３に対するダイ観察カメラ４１１の変位量を検出することができる。
＜第６実施形態＞
次に、前述の接合装置ＢＤを利用した物品（半導体ＩＣ素子、液晶表示素子、ＭＥＭＳ等）の製造方法を説明する。物品は、第１物体を準備する工程と、第２物体を準備する工程と、前述の接合装置を使用して第１物体と第２物体を接合して接合物を製造する工程と、接合された接合物を他の周知の工程で処理することにより製造される。他の周知の工程には、プロービング、ダイシング、ボンディング、パッケージング等が含まれる。本物品製造方法によれば、従来よりも高品位の物品を製造することができる。

【0115】

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

【符号の説明】

【0116】

６：ウェーハ（第１物体）、４２：上部ベース（支持部）、４３：ウェーハステージ、５１：ダイ（第２物体）、４２１：ウェーハ観察カメラ（第１カメラ）、４２３：ボンディングヘッド（第２保持部）、４３１：ダイ観察カメラ（第２カメラ）、４３３：ウェーハチャック（第１保持部）、４３６：駆動機構、ＣＮＴ：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】