アライメント装置制御装置およびアライメント方法
【課題】基板を位置合わせするアライメント装置の規模を小さくすること。
【解決手段】カメラを用いて基板の表面のうちの複数の領域をそれぞれ映す複数の画像を撮像する撮像部４２と、複数の画像に基づいて複数の領域から検出領域を選択する領域検出部４５と、そのカメラにより撮像され、かつ、検出領域に形成されるマークを映すアライメント用画像に基づいて基板を位置合わせする位置合わせ部４７とを備えている。このため、アライメント装置制御装置１１は、カメラの視野に位置合わせに用いられるマークを配置するために別個の機構を備える必要がなく、規模をより小さく、かつ、製造をより容易にし、アライメントマークがある領域をより容易に検出することができる。
【解決手段】カメラを用いて基板の表面のうちの複数の領域をそれぞれ映す複数の画像を撮像する撮像部４２と、複数の画像に基づいて複数の領域から検出領域を選択する領域検出部４５と、そのカメラにより撮像され、かつ、検出領域に形成されるマークを映すアライメント用画像に基づいて基板を位置合わせする位置合わせ部４７とを備えている。このため、アライメント装置制御装置１１は、カメラの視野に位置合わせに用いられるマークを配置するために別個の機構を備える必要がなく、規模をより小さく、かつ、製造をより容易にし、アライメントマークがある領域をより容易に検出することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アライメント装置制御装置およびアライメント方法に関し、特に、基板を位置合わせするときに利用されるアライメント装置制御装置およびアライメント方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細な電気部品や機械部品を集積化したＭＥＭＳが知られている。そのＭＥＭＳとしては、マイクロマシン、圧力センサ、超小型モーターなどが例示される。そのＭＥＭＳは、半導体基板に形成された複数のパターンを積層して製造される。その半導体基板は、そのパターンを鉛直方向に圧接して接合するときに、水平方向に位置合わせすることが必要である。
【０００３】
その複数のパターンを接合時に位置合わせするアライメント装置が知られている。そのアライメント装置は、常温接合される真空雰囲気に配置されるために、規模がより小さく、より容易に製造されることが望まれている。
【０００４】
特許第３３５６４０６号公報には、撮像光学系をワークの間に位置させることなくアライメントマークの位置を検出できるようにして、ワークの位置ずれを正確に検出できるようにする位置ずれ検出装置が開示されている。その位置ずれ検出装置は、Ｚ軸方向に所定のクリアランスを持って配置される複数のワークのＸＹ面内の位置ずれを、その対向面に形成されたアライメントマークのＸＹ面上の位置に基づいて検出する位置ずれ検出装置であって、前記ＸＹ面に直交する共通光軸を介して各ワークを一方向から同軸的に撮像する赤外線撮像装置が、前記アライメントマークの数に応じて複数台配されると共に、該赤外線撮像装置の夫々の合焦領域が各アライメントマークを個別に撮像できる位置に設定されたことを特徴としている。
【０００５】
特開２００３−１４２５３４号公報には、上面側に位置合わせ用の認識マークあるいは内部に位置合わせ用の認識マークとしてのアライメント基準がある第１の被接合物の認識マークを、下方の第２の被接合物の認識マークに精度良く位置合わせできるようにし、このような形態の第１の被接合物であっても高精度で所定の位置合わせを行うことができるアライメント方法が開示されている。そのアライメント方法は、上面側又は内部に位置合わせ用認識マークが設けられた第１の被接合物を、下方に配され第１の被接合物との位置合わせ用認識マークが付された第２の被接合物に対し、両被接合物間に挿入される２視野の認識手段を用いて、位置合わせするアライメント方法であって、前記第１の被接合物の上面側又は内部の認識マークを、第１の被接合物を透過可能な電磁波又は音波にて認識することを特徴としている。
【０００６】
特開２００２−１６２２０６号公報には、被接合物同士を接合するためにアライメントする場合であって、一方の被接合物が被覆材を有する場合に、両被接合物間の相対位置を許容精度内に確実にかつ容易に調整することが可能なアライメント方法が開示されている。そのアライメント方法は、第１の被接合物と、被覆材を有する第２の被接合物との相対位置を合わせるに際し、第１の被接合物の位置合わせ用マークの位置を認識手段により認識するとともに、その認識位置を基準に、第２の被接合物の被覆材の外側の領域に対応する位置に、第１の被接合物の位置を代表する基準マークを画面上に表示し、第２の被接合物の被覆材の外側に付されている第２の被接合物の位置合わせ用マークの位置を認識手段により認識するとともに、その認識位置を前記画面上に表示し、第２の被接合物の位置合わせ用マークの位置が前記基準マークの位置に対して予め定められた許容精度内に入るように、第２の被接合物の位置を補正することを特徴としている。
【０００７】
特開２００３−２１８１３３号公報には、短時間のうちに効率よく被接合物を高精度で位置決め可能なアライメント方法が開示されている。そのアライメント方法は、第１の被接合物を第２の被接合物に対し位置合わせするアライメント方法であって、少なくとも一方の被接合物に離間させて設けられた少なくとも２つの第１の認識マークを認識手段で読み取ることにより、少なくとも被接合物の回転方向θについて第１アライメントを行い、次いで、認識手段の位置を固定し、前記少なくとも一方の被接合物に設けられた第２の認識マークを認識手段で読み取ることにより、被接合物の平行移動方向Ｘ、Ｙについて第２アライメントを行うことを特徴としている。
【０００８】
特開２００４−２０７４３６号公報には、オリフラのプリアライメントおよびウエハの貼り合わせを一連の工程において位置ずれを生ずることなく、かつ高精度で行うことができる方法が開示されている。そのウエハのプリアライメント方法は、チャック機構と回転機構とを有する回転テーブル上にチャックしたウエハの対向する両縁をウエハガイドでチャックする工程、このウエハのオリエンテーションフラット面の位置を角度検出手段にて測定し、ウエハの回転角度を算出する工程、回転テーブルの回転によってウエハのオリエンテーションフラット面を上記角度検出手段にて算出した所定角度まで回転させる工程、基準位置まで回転させて位置調整した後、プリアライメント位置まで回転させて位置調整する工程、とからなることを特徴としている。
【０００９】
【特許文献１】特許第３３５６４０６号公報
【特許文献２】特開２００３−１４２５３４号公報
【特許文献３】特開２００２−１６２２０６号公報
【特許文献４】特開２００３−２１８１３３号公報
【特許文献５】特開２００４−２０７４３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、より容易に製造されるアライメント装置制御装置を提供することにある。
本発明の他の課題は、規模がより小さいアライメント装置制御装置を用いて実行されるアライメント方法を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、基板をより速く位置合わせするアライメント装置制御装置およびアライメント方法を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、基板をより確実に位置合わせするアライメント装置制御装置およびアライメント方法を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、基板をより正確に位置合わせするアライメント装置制御装置およびアライメント方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以下に、発明を実施するための最良の形態・実施例で使用される符号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を記載する。この符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための最良の形態・実施例の記載との対応を明らかにするために付加されたものであり、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１２】
本発明によるアライメント装置制御装置（１１）は、カメラ（８）を用いて基板（２，３）の表面のうちの複数の領域（２２−１〜２２−９）をそれぞれ映す複数の画像を撮像する撮像部（４２）と、複数の画像に基づいて複数の領域（２２−１〜２２−９）から検出領域を選択する領域検出部（４５）と、カメラ（８）により撮像され、かつ、検出領域に形成されるマークを映すアライメント用画像に基づいて基板（２，３）を位置合わせする位置合わせ部（４７）とを備えている。すなわち、アライメント装置制御装置（１１）は、基板（２，３）を位置合わせするときに用いられるカメラ（８）の撮像エリアにマークが入らなかった場合でも、カメラ（８）を用いて、基板（２，３）に形成されるマークがそのカメラ（８）の視野に入るように、カメラ（８）と基板（２，３）との位置関係を制御することができる。このため、アライメント装置制御装置（１１）は、カメラ（８）の視野に位置合わせに用いられるマークを配置するために別個の機構を備える必要がなく、より容易に製造されることができる。
【００１３】
領域検出部（４５）は、複数の画像のうちの第１画像と複数の画像のうちの第２画像とが異なるときに、複数の領域（２２−１〜２２−９）のうちの第１画像が映す第１領域と複数の領域（２２−１〜２２−９）のうちの第２画像が映す第２領域とのうちから検出領域を選択することが好ましい。
【００１４】
本発明によるアライメント装置制御装置（１１）は、複数の画像に基づいて複数の積算輝度分布（３２−ｘ，３２−ｙ）をそれぞれ算出する積算輝度分布算出部（４３）をさらに備えている。複数の積算輝度分布（３２−ｘ，３２−ｙ）のうちの１つの画像に基づいて算出される積算輝度分布は、１つの画像を１つの射影方向に射影した積算輝度の分布を示している。領域検出部（４５）は、複数の積算輝度分布（３２−ｘ，３２−ｙ）のうちの第１画像に基づいて算出される第１積算輝度分布と複数の積算輝度分布（３２−ｘ，３２−ｙ）のうちの第２画像に基づいて算出される第２積算輝度分布とが異なるときに、第１領域と第２領域とのうちから検出領域を選択する。このような検出領域の選択は、第１画像と第２画像とをそのまま比較することと比べて、計算量が少なく、より速く実行されることができる。
【００１５】
本発明によるアライメント装置制御装置（１１）は、第１積算輝度分布と第２積算輝度分布とに基づいて比率変動（３５）を算出する比率変動算出部（４４）をさらに備えている。比率変動（３５）の各位置に対応する値は、第１積算輝度分布の各位置の積算輝度を第２積算輝度分布の各位置の積算輝度で除算した比率を示している。領域検出部（４５）は、比率変動（３５）が所定の範囲を外れている値を含んでいるときに、第１領域と第２領域とのうちから検出領域を選択する。このような検出領域の選択は、画像の背景の輝度による誤動作が防止できる。
【００１６】
その積算輝度分布は、その１つの画像をその１つの射影方向と異なる他の射影方向に射影した他の積算輝度の分布をさらに示すようにすることができる。このような検出領域の選択によれば、１つの射影方向に射影した１つの射影輝度だけを用いることに比較して、マークが形成される検出領域をより確実に検出することができる。
【００１７】
本発明によるアライメント装置制御装置（１１）は、その第１積算輝度分布と第２積算輝度分布とに基づいて第１比率変動と第２比率変動とを算出する比率変動算出部（４４）をさらに備えるようにすることができる。その第１比率変動は、その第１積算輝度分布のうちのその１つの射影方向に射影した積算輝度の分布（３２−ｘ）の各位置の積算輝度をその第２積算輝度分布のうちのその１つの射影方向に射影した積算輝度の分布のその各位置の積算輝度で除算した比率の変化を示している。その第２比率変動は、その第１積算輝度分布のうちのその他の射影方向に射影した積算輝度の分布（３２−ｙ）の各位置の積算輝度をその第２積算輝度分布のうちのその他の射影方向に射影した積算輝度の分布のその各位置の積算輝度で除算した比率の変化を示している。このとき、その検出領域は、その第１比率変動またはその第２比率変動が所定の範囲を外れている値を含むときに、その第１領域とその第２領域とのうちから選択される。このような検出領域の選択によれば、１つの射影方向に関する比率変動だけを用いることに比較して、マークが形成される検出領域をより確実に検出することができる。
【００１８】
本発明によるアライメント装置制御装置（１１）は、検出領域を映す画像に基づいてカメラ（８）を焦点合わせする焦点合わせ部（４６）をさらに備えている。このとき、そのアライメント用画像は、焦点合わせされた後に撮像されることが好ましい。
【００１９】
領域検出部（４５）は、そのアライメント用画像に映し出されるアライメントマークの像が所定の像と異なるときに、複数の画像に基づいて複数の領域（２２−１〜２２−９）から検出領域と異なる他の検出領域を選択する。このとき、位置合わせ部（４７）は、他の検出領域に形成されるアライメントマークを映す画像に基づいて基板（２，３）を位置合わせする。このとき、アライメント装置制御装置（１１）は、アライメントマークをより正確に検出することができ、基板（２，３）をより確実に位置合わせすることができる。
【００２０】
複数の領域（２２−１〜２２−９）が撮像される順番で複数の領域（２２−１〜２２−９）を辿る経路は、スパイラルを形成することが好ましい。
【００２１】
複数の領域（２２−１〜２２−９）のうちの１つの方向に隣接する２つの領域が重なる領域の方向の幅（ｄＸ，ｄＹ）は、表面に形成されるマークの方向の幅の半分より大きい。このとき、表面に形成されるマークは、半分以上がより確実に画像に撮像され、そのマークが映し出される撮像領域をより確実に検出することができる。
【００２２】
本発明によるアライメント方法は、カメラ（８）を用いて基板（２，３）の表面のうちの複数の領域（２２−１〜２２−９）をそれぞれ映す複数の画像を撮像するステップ（Ｓ１０、１３）と、複数の画像に基づいて複数の領域（２２−１〜２２−９）から検出領域を選択するステップ（Ｓ１６）と、カメラ（８）により撮像され、かつ、検出領域に形成されるマークを映すアライメント用画像に基づいて基板（２，３）を位置合わせするステップ（Ｓ２０）とを備えている。すなわち、本発明によるアライメント方法によれば、基板（２，３）を位置合わせするときに用いられるカメラ（８）の撮像エリアにマークが入らなかった場合でも、カメラ（８）を用いて、基板（２，３）に形成されるマークがそのカメラ（８）の視野に入るように、カメラ（８）と基板（２，３）との位置関係を制御することができる。このため、本発明によるアライメント方法は、カメラ（８）の視野に位置合わせに用いられるマークを配置するために別個の機構を用いる必要がない。
【００２３】
検出領域は、複数の画像のうちの第１画像と複数の画像のうちの第２画像とが異なるときに、複数の領域（２２−１〜２２−９）のうちの第１画像が映す第１領域と複数の領域（２２−１〜２２−９）のうちの第２画像が映す第２領域とのうちから選択される。
【００２４】
本発明によるアライメント方法は、複数の画像に基づいて複数の積算輝度分布（３２−ｘ，３２−ｙ）をそれぞれ算出するステップ（Ｓ１１、１４）をさらに備えている。複数の積算輝度分布（３２−ｘ，３２−ｙ）のうちの１つの画像に基づいて算出される積算輝度分布は、１つの画像を１つの射影方向に射影した積算輝度の分布を示している。検出領域は、複数の積算輝度分布（３２−ｘ，３２−ｙ）のうちの第１画像に基づいて算出される第１積算輝度分布と複数の積算輝度分布（３２−ｘ，３２−ｙ）のうちの第２画像に基づいて算出される第２積算輝度分布とが異なるときに、第１領域と第２領域とのうちから選択される。このような検出領域の選択は、第１画像と第２画像とをそのまま比較することに比較して、計算量が少なく、より速く実行されることができる。
【００２５】
本発明によるアライメント方法は、第１積算輝度分布と第２積算輝度分布とに基づいて比率変動（３５）を算出するステップ（Ｓ１５）とをさらに備えている。比率変動（３５）は、第１積算輝度分布の各位置の積算輝度を第２積算輝度分布の各位置の積算輝度で除算した比率の変化を示している。検出領域は、比率変動（３５）が所定の範囲を外れている値を含んでいるときに、第１領域と第２領域とのうちから選択される。このような検出領域の選択は、画像の背景の輝度による誤動作が防止できる。
【００２６】
その積算輝度分布は、その１つの画像をその１つの射影方向と異なる他の射影方向に射影した他の積算輝度の分布をさらに示すようにすることができる。このような検出領域の選択によれば、１つの射影方向に射影した１つの射影輝度だけを用いることに比較して、マークが形成される検出領域をより確実に検出することができる。
【００２７】
本発明によるアライメント方法は、その第１積算輝度分布と第２積算輝度分布とに基づいて第１比率変動と第２比率変動とを算出するステップをさらに備えるようにすることができる。その第１比率変動は、その第１積算輝度分布のうちのその１つの射影方向に射影した積算輝度の分布（３２−ｘ）の各位置の積算輝度をその第２積算輝度分布のうちのその１つの射影方向に射影した積算輝度の分布のその各位置の積算輝度で除算した比率の変化を示している。その第２比率変動は、その第１積算輝度分布のうちのその他の射影方向に射影した積算輝度の分布（３２−ｙ）の各位置の積算輝度をその第２積算輝度分布のうちのその他の射影方向に射影した積算輝度の分布のその各位置の積算輝度で除算した比率の変化を示している。このとき、その検出領域は、その第１比率変動またはその第２比率変動が所定の範囲を外れている値を含むときに、その第１領域とその第２領域とのうちから選択される。このような検出領域の選択によれば、１つの射影方向に関する比率変動だけを用いることに比較して、マークが形成される検出領域をより確実に検出することができる。
【００２８】
本発明によるアライメント方法は、検出領域を映す画像に基づいてカメラ（８）を焦点合わせした後にアライメント用画像を撮像するステップ（Ｓ１８）をさらに備えていることが好ましい。
【００２９】
本発明によるアライメント方法は、アライメント用画像に映し出されるアライメントマークの像が所定の像と異なるときに、複数の画像に基づいて複数の領域（２２−１〜２２−９）から検出領域と異なる他の検出領域を選択するステップ（Ｓ１６）と、他の検出領域に形成されるアライメントマークを映す画像に基づいて基板（２，３）を位置合わせするステップ（Ｓ２０）とをさらに備えている。このとき、本発明によるアライメント方法は、アライメントマークをより正確に検出することができ、基板（２，３）をより確実に位置合わせすることができる。
【００３０】
複数の領域（２２−１〜２２−９）が撮像される順番で複数の領域（２２−１〜２２−９）を辿る経路は、スパイラルを形成することが好ましい。
【００３１】
複数の領域（２２−１〜２２−９）のうちの１つの方向に隣接する２つの領域が重なる領域の方向の幅（ｄＸ，ｄＹ）は、表面に形成されるマークの方向の幅の半分より大きい。このとき、表面に形成されるマークは、半分以上がより確実に画像に撮像され、そのマークが映し出される撮像領域をより確実に検出することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によるアライメント装置制御装置およびアライメント方法は、基板を位置合わせするときに用いられるカメラの撮像エリアにマークが入らなかった場合でも、そのカメラを用いて、基板に形成されるマークをそのカメラの視野に入れることができる。このため、基板を位置合わせするアライメント装置は、位置合わせに用いられるマークをカメラの視野により確実に配置するための機構を備える必要がなく、より容易に製造されることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
図面を参照して、本発明によるアライメント装置の実施の形態を記載する。そのアライメント装置１は、図１に示されているように、半導体基板２に半導体基板３を常温接合して製品を生産するときに利用される常温接合装置に適用されている。その常温接合装置は、上側ステージ４とウェハ移動用ステージ５と焦点調整用ステージ６とレンズ７とカメラ８とを備えている。上側ステージ４とウェハ移動用ステージ５とは、真空雰囲気を生成するチャンバ内に配置されている。焦点調整用ステージ６とレンズ７とカメラ８とは、そのチャンバに設けられる観察窓を介して大気側に配置されている。
【００３４】
上側ステージ４は、鉛直方向に平行移動可能にそのチャンバに支持されている。上側ステージ４は、鉛直下側に静電チャックが形成され、静電力によって半導体基板を支持する。ウェハ移動用ステージ５は、水平方向に平行移動可能に、かつ、鉛直方向に平行である回転軸を中心に回転移動可能に、そのチャンバに支持されている。ウェハ移動用ステージ５は、鉛直上側に静電チャックが形成され、静電力によって半導体基板３を支持する。ウェハ移動用ステージ５は、透明部位９が形成されている。透明部位９は、可視光およびカメラ８の感度の有する波長帯域に対して透明な材料で形成され、ウェハ移動用ステージ５のうちの半導体基板３が配置される部位の一部に配置されている。
【００３５】
焦点調整用ステージ６は、そのチャンバに支持され、鉛直方向に平行移動可能にレンズ７を支持している。レンズ７は、半導体基板２または半導体基板３を反射し、かつ、透明部位９を透過する反射光をカメラ８に透過する。また、レンズ７は、半導体基板２または半導体基板３を照明できる機能も有する。カメラ８は、そのチャンバに固定されている。カメラ８は、レンズ７を透過した反射光に基づいて半導体基板２の一部または半導体基板３の一部の画像を生成する。
【００３６】
半導体基板２、３は、表面にアライメントマークとパターンとが形成されている。そのアライメントマークは、半導体基板２、３が常温接合されるときに、その常温接合の精度を確保するために、半導体基板２、３の位置を位置合わせするために参照される。たとえば、その常温接合の精度は、数μｍオーダであり、そのアライメントマークの寸法は、数十μｍオーダである。そのパターンは、半導体基板２、３が常温接合されたときに半導体デバイスに形成される部分である。
【００３７】
その常温接合装置は、さらに、図２に示されているように、制御装置１１と撮像領域移動用駆動装置１２と焦点調整用駆動装置１４と接合用駆動装置１５とを備えている。制御装置１１は、コンピュータであり、図示されていないＣＰＵと記憶装置と入力装置と表示装置とインターフェースとを備えている。そのＣＰＵは、制御装置１１にインストールされるコンピュータプログラムを実行して、その記憶装置と入力装置と出力装置とインターフェースとを制御する。その記憶装置は、そのコンピュータプログラムを記録し、そのＣＰＵにより生成される情報を記録する。その入力装置は、ユーザに操作されることにより生成される情報をそのＣＰＵに出力する。その入力装置としては、キーボード、マウスが例示される。その表示装置は、そのＣＰＵにより生成された画面を表示する。そのインターフェースは、制御装置１１に接続される外部機器により生成される情報をそのＣＰＵに出力し、そのＣＰＵにより生成された情報をその外部機器に出力する。その外部機器は、カメラ８と撮像領域移動用駆動装置１２と焦点調整用駆動装置１４と接合用駆動装置１５とを含んでいる。
【００３８】
撮像領域移動用駆動装置１２は、制御装置１１により制御されて、ウェハ移動用ステージ５により支持される半導体基板が水平方向に平行移動し、または、鉛直方向に平行である回転軸を中心に回転移動するように、ウェハ移動用ステージ５を駆動する。焦点調整用駆動装置１４は、制御装置１１により制御されて、レンズ７が鉛直方向に平行移動するように、焦点調整用ステージ６を駆動する。接合用駆動装置１５は、制御装置１１により制御されて、上側ステージ４により支持される半導体基板が鉛直方向に平行移動するように、上側ステージ４を駆動する。
【００３９】
その常温接合装置は、さらに、図示されていないロードロックチャンバと搬送装置とを備えている。そのロードロックチャンバは、内部を環境から密閉する容器であり、制御装置１１により制御されて、その内部に真空雰囲気を生成し、または、その内部に大気圧雰囲気を生成する。その搬送装置は、そのロードロックチャンバの内部に真空雰囲気が生成されているときに、制御装置１１により制御されて、そのロードロックチャンバに配置された半導体基板をウェハ移動用ステージ５に搬送し、または、ウェハ移動用ステージ５に保持されている半導体基板をロードロックチャンバに搬送する。すなわち、このようなロードロックチャンバと搬送装置とは、アライメント装置１のチャンバの内部に半導体基板を搬入または搬出するために用いられる。
【００４０】
その常温接合装置は、さらに、図示されていないイオンガンを備えている。そのイオンガンは、アライメント装置１のチャンバの内部に配置され、制御装置１１により制御されて荷電粒子を放射する。半導体基板は、荷電粒子が照射されることにより、半導体基板の表面に形成される酸化物が除去され、その表面に付着している不純物が除去されて、表面が清浄化される。半導体基板は、このように清浄化された表面同士が接触させられることにより、常温接合される。
【００４１】
制御装置１１にインストールされているコンピュータプログラムは、図３に示されているように、搬送部４１と撮像部４２と積算輝度分布算出部４３と比率変動算出部４４と領域検出部４５と焦点合わせ部４６と位置合わせ部４７と接合部４８とを含んでいる。
【００４２】
搬送部４１は、ロードロックチャンバに半導体基板が配置された後に、その半導体基板のアライメントマークが形成された部分が透明部位９に配置されるように、搬送装置を用いてその半導体基板をロードロックチャンバからウェハ移動用ステージ５に搬送して、ウェハ移動用ステージ５にその半導体基板を保持させる。搬送部４１は、常温接合した後に、接合用駆動装置１５を用いて上側ステージ４を鉛直上方向に上昇させて、搬送装置を用いて常温接合された基板をウェハ移動用ステージ５からロードロックチャンバに搬出する。
【００４３】
撮像部４２は、ウェハ移動用ステージ５に保持されている半導体基板の表面の複数の撮像領域が所定の順番でカメラ８の視野に配置されるように、撮像領域移動用駆動装置１２を用いてウェハ移動用ステージ５を駆動する。撮像部４２は、カメラ８を用いてその半導体基板の複数の撮像領域の画像を撮像する。
【００４４】
積算輝度分布算出部４３は、撮像部４２により撮像された画像に基づいて積算輝度分布を算出する。比率変動算出部４４は、積算輝度分布算出部４３により算出された２つの積算輝度分布に基づいて比率変動を算出する。領域検出部４５は、比率変動算出部４４により算出された比率変動に基づいて撮像部４２により撮像された複数の画像からアライメントマークを映している画像を検出し、その複数の撮像領域からその画像が映す撮像領域を選択する。
【００４５】
焦点合わせ部４６は、領域検出部４５により選択された撮像領域がカメラ８により撮像されるように、撮像領域移動用駆動装置１２を用いてウェハ移動用ステージ５を駆動する。焦点合わせ部４６は、さらに、カメラ８を用いて領域検出部４５により選択された撮像領域を画像に撮像し、その画像に基づいてカメラ８により撮像されるその撮像領域の画像のピントが合うときのレンズ７の位置を算出する。焦点合わせ部４６は、さらに、レンズ７がその位置に配置されるように、焦点調整用駆動装置１４を用いて焦点調整用ステージ６を駆動する。
【００４６】
位置合わせ部４７は、焦点合わせ部４６によりレンズ７の位置が調整された後に、カメラ８を用いて領域検出部４５により選択された撮像領域を画像に撮像する。位置合わせ部４７は、その画像の所定の位置に半導体基板に形成されたアライメントマークが映し出されるように、撮像領域移動用駆動装置１２を用いてウェハ移動用ステージ５を駆動する。
【００４７】
接合部４８は、半導体基板２と半導体基板３とが離れて配置されているときに、イオンガンを用いて半導体基板３に荷電粒子を照射し、半導体基板２に荷電粒子を照射する。接合部４８は、接合用駆動装置１５を用いて上側ステージ４を鉛直下方向に下降させて、上側ステージ４とウェハ移動用ステージ５とを所定の距離まで近づけ、撮像領域移動用駆動装置１２を用いてウェハ移動用ステージ５の精密な位置合わせを実行する。接合部４８は、その精密な位置合わせを実行した後に、接合用駆動装置１５を用いて上側ステージ４を鉛直下方向に下降させて、半導体基板２と半導体基板３とを接触させる。
【００４８】
図４は、半導体基板２の表面のうちの透明部位９に対向して配置される領域を示し、すなわち、半導体基板２の表面のうちのカメラ８により撮像される領域を示している。その領域２１は、複数の撮像領域２２−１〜２２−９を含んでいる。複数の撮像領域２２−１〜２２−９は、それぞれ、カメラ８により１回で撮像される領域に合同である。本図においては、複数の撮像領域２２−１〜２２−９がｘ軸方向とｙ軸方向とにマトリクス状に相互に領域の重複がないように配置されている例を示している。撮像領域２２−１〜２２−９は、それぞれ、順番が割り当てられている。
【００４９】
たとえば、撮像領域２２−１〜２２−９は、撮像領域をその順番通りに辿る経路が反時計回りのスパイラルを形成するように、順番が割り当てられている。すなわち、１番は、撮像領域２２−１〜２２−９のうちの領域２１の中央に配置されている撮像領域に割り当てられる。２番は、１番の撮像領域のｘ軸方向の反対方向に隣接する撮像領域に割り当てられる。３番は、２番の撮像領域のｙ軸方向の反対方向に隣接する撮像領域に割り当てられる。（ｋ＋２）番（ｋは自然数）は、ｋ番の撮像領域のｘ軸方向に（ｋ＋１）番の撮像領域が隣接し、かつ、（ｋ＋１）番の撮像領域のｙ軸方向に隣接する撮像領域に順番が割り当てられていないときに、（ｋ＋１）番の撮像領域のｙ軸方向に隣接する撮像領域に割り当てられる。（ｋ＋２）番は、ｋ番の撮像領域のｘ軸方向に（ｋ＋１）番の撮像領域が隣接し、かつ、（ｋ＋１）番の撮像領域のｙ軸方向に隣接する撮像領域に順番が割り当てられているときに、（ｋ＋１）番の撮像領域のｘ軸方向に隣接する撮像領域に割り当てられる。（ｋ＋２）番は、ｋ番の撮像領域のｘ軸方向の反対方向に（ｋ＋１）番の撮像領域が隣接し、かつ、（ｋ＋１）番の撮像領域のｙ軸方向の反対方向に隣接する撮像領域に順番が割り当てられていないときに、（ｋ＋１）番の撮像領域のｙ軸方向の反対方向に隣接する撮像領域に割り当てられる。（ｋ＋２）番は、ｋ番の撮像領域のｘ軸方向の反対方向に（ｋ＋１）番の撮像領域が隣接し、かつ、（ｋ＋１）番の撮像領域のｙ軸方向の反対方向に隣接する撮像領域に順番が割り当てられているときに、（ｋ＋１）番の撮像領域のｘ軸方向の反対方向に隣接する撮像領域に割り当てられる。（ｋ＋２）番は、ｋ番の撮像領域のｙ軸方向に（ｋ＋１）番の撮像領域が隣接し、かつ、（ｋ＋１）番の撮像領域のｘ軸方向の反対方向に隣接する撮像領域に順番が割り当てられていないときに、（ｋ＋１）番の撮像領域のｘ軸方向の反対方向に隣接する撮像領域に割り当てられる。（ｋ＋２）番は、ｋ番の撮像領域のｙ軸方向に（ｋ＋１）番の撮像領域が隣接し、かつ、（ｋ＋１）番の撮像領域のｘ軸方向の反対方向に隣接する撮像領域に順番が割り当てられているときに、（ｋ＋１）番の撮像領域のｙ軸方向に隣接する撮像領域に割り当てられる。（ｋ＋２）番は、ｋ番の撮像領域のｙ軸方向の反対方向に（ｋ＋１）番の撮像領域が隣接し、かつ、（ｋ＋１）番の撮像領域のｘ軸方向に隣接する撮像領域に順番が割り当てられていないときに、（ｋ＋１）番の撮像領域のｘ軸方向に隣接する撮像領域に割り当てられる。（ｋ＋２）番は、ｋ番の撮像領域のｙ軸方向の反対方向に（ｋ＋１）番の撮像領域が隣接し、かつ、（ｋ＋１）番の撮像領域のｘ軸方向に隣接する撮像領域に順番が割り当てられているときに、（ｋ＋１）番の撮像領域のｙ軸方向の反対方向に隣接する撮像領域に割り当てられる。
【００５０】
図５は、ｘ軸方向に隣接する２つの撮像領域を示している。その撮像領域２２−ｉ（ｉは自然数）と撮像領域２２−（ｉ＋１）とは、ｙ軸方向の位置が一致している。撮像領域２２−ｉと撮像領域２２−（ｉ＋１）とは、ｘ軸方向の位置が異なり、一部が重なっている。その重なっている部分のｘ軸方向の幅（以下、「ｘ軸方向ラップ量」と記載される。）は、半導体基板に形成されるアライメントマークの幅の半分より大きい。このとき、ウェハ移動用ステージ５は、撮像領域２２−ｉを撮像した直後に撮像領域２２−（ｉ＋１）を撮像する場合に、撮像領域のｘ軸方向の幅ＷＸとｘ軸方向ラップ量ｄＸとを用いて、次式：
ＳＸ＝ＷＸ−ｄＸ
により表現されるステップ移動量ＳＸだけ撮像領域２２−ｉを撮像した直後にｘ軸方向に平行な方向に移動する。
【００５１】
図６は、ｙ軸方向に隣接する２つの撮像領域を示している。その撮像領域２２−ｊ（ｊは自然数）と撮像領域２２−（ｊ＋１）とは、ｘ軸方向の位置が一致している。撮像領域２２−ｊと撮像領域２２−（ｊ＋１）とは、ｙ軸方向の位置が異なり、一部が重なっている。その重なっている部分のｙ軸方向の幅（以下、「ｙ方向ラップ量」と記載される。）は、半導体基板に形成されるアライメントマークのｙ軸方向の幅の半分より大きい。このとき、ウェハ移動用ステージ５は、撮像領域２２−ｊを撮像した直後に撮像領域２２−（ｊ＋１）を撮像する場合に、撮像領域のｙ軸方向の幅ＷＹとｙ方向ラップ量ｄＹとを用いて、次式：
ＳＹ＝ＷＹ−ｄＹ
により表現されるステップ移動量ＳＹだけ撮像領域２２−ｊを撮像した直後にｙ軸方向に平行な方向に移動する。
【００５２】
ｘ方向ラップ量またはｙ方向ラップ量が０であるときに、アライメントマークの半分以上が画像に映し出されないことがある。このとき、制御装置１１は、その画像に映し出されているアライメントマークを検出することができない恐れがある。複数の撮像領域２２−１〜２２−９は、このように配置されることにより、アライメントマークの半分以上をより確実に撮像することができる。このため、制御装置１１は、その画像に映し出されているアライメントマークをより確実に検出することができる。なお、アライメントマークは、ｘ軸方向とｙ軸方向とで寸法が等しくなるように設計することもできる。このとき、ユーザは、ｘ方向ラップ量とｙ方向ラップ量とを等しく設定することができる。
【００５３】
図７は、撮像部４２によりカメラ８を用いて撮像された画像を示している。その画像３１は、複数の画素に複数の色を対応付けている。その複数の画素は、ｘ軸方向とｙ軸方向とに並んでマトリクス状に配置されて画像３１を構成する単位要素であり、ｘ軸方向の位置とｙ軸方向の位置とにより互いに識別される。その色は、対応する画素に表示される色を示し、白黒の濃淡の程度を示す階調を示している。その階調は、それぞれ、色が濃いほど大きい値を示している。
【００５４】
図７は、さらに、積算輝度分布算出部４３により算出された積算輝度分布を示している。その積算輝度分布は、ｘ軸方向積算輝度分布３２−ｘとｙ軸方向積算輝度分布３２−ｙとから形成されている。ｘ軸方向積算輝度分布３２−ｘは、画像３１をｙ軸方向に射影した積算輝度の分布を示している。すなわち、ｘ軸方向積算輝度分布３２−ｘは、画像３１のｘ軸方向の位置に対するｘ軸方向積算輝度の分布を示している。ｘ軸方向のある位置に対応するｘ軸方向積算輝度は、その位置に対応する複数の画素が示す階調を合計した和を示している。ｙ軸方向積算輝度分布３２−ｙは、画像３１をｘ軸方向に射影した積算輝度の分布を示している。すなわち、ｙ軸方向積算輝度分布３２−ｙは、画像３１のｙ軸方向の位置に対するｙ軸方向積算輝度の分布を示している。ｙ軸方向のある位置に対応するｙ軸方向積算輝度は、その位置に対応する複数の画素が示す階調を合計した和を示している。
【００５５】
図８は、比率変動算出部４４により算出された比率変動を示している。その比率変動３５は、画像３１のｘ軸方向の位置に対する比率の変化を示している。すなわち、ｘ軸方向のある位置に対応する比率は、今回撮像された画像から算出されたｘ軸方向積算輝度分布３２−ｘのうちのその位置に対応する積算輝度を、直前に撮像された画像から算出されたｘ軸方向積算輝度分布３２−ｘのうちのその位置に対応する積算輝度で除算した商を示している。
【００５６】
このとき、領域検出部４５は、ユーザにより入力装置から入力される所定の範囲を記憶装置に記録する。その範囲は、実験により算出され、下限値３７と上限値３６とを示している。領域検出部４５は、比率変動３５がその範囲を外れている値を示しているときに、比率変動３５を算出するときに用いられた２つのｘ軸方向積算輝度分布を算出する。領域検出部４５は、その２つのｘ軸方向積算輝度分布のうちから凹み量が大きいほうのｘ軸方向積算輝度分布を算出する。その凹み量は、ｘ軸方向積算輝度分布のうちのプラトーである部分の値とｘ軸方向積算輝度分布のうちの凹みに形成されている区間の最小値との差の絶対値を示し、または、ｘ軸方向積算輝度分布のうちのプラトーである部分の値とｘ軸方向積算輝度分布のうちの凸に形成されている区間の最大値との差の絶対値を示している。領域検出部４５は、そのｘ軸方向積算輝度分布を算出するときに用いられた画像を算出し、その画像に映し出される撮像領域を算出する。
【００５７】
領域検出部４５は、ｙ軸方向に関しても同様の計算を行い、１つの撮像領域を算出する。すなわち、比率変動算出部４４は、さらに、画像３１のｙ軸方向の位置に対する比率の変化を示す比率変動も算出する。すなわち、ｙ軸方向のある位置に対応する比率は、今回撮像された画像から算出されたｙ軸方向積算輝度分布３２−ｙのうちのその位置に対応する積算輝度を、直前に撮像された画像から算出されたｙ軸方向積算輝度分布３２−ｙのうちのその位置に対応する積算輝度で除算した商を示している。領域検出部４５は、比率変動３５がその範囲を外れている値を示しているときに、比率変動３５を算出するときに用いられた２つのｙ軸方向積算輝度分布を算出し、その２つのｙ軸方向積算輝度分布のうちから凹み量が大きいほうのｙ軸方向積算輝度分布を算出し、そのｙ軸方向積算輝度分布を算出するときに撮像された撮像領域を算出する。
【００５８】
なお、カメラ８により撮像される画像としては、カラーの画像も適用されることができる。このとき、その画像を構成する複数の画素は、赤色の階調と青色の階調と緑色の階調とを示している。その階調は、それぞれ、値が大きいほど色が濃いことを示している。このとき、ｘ軸方向のある位置に対応するｘ軸方向積算輝度は、その位置に対応する複数の画素が示す赤色の階調と青色の階調と緑色の階調との和を合計した和を示し、ｙ軸方向のある位置に対応するｙ軸方向積算輝度は、その位置に対応する複数の画素が示す赤色の階調と青色の階調と緑色の階調との和を合計した和を示している。
【００５９】
図９は、本発明によるアライメント方法が適用される常温接合方法の実施の形態を示している。その常温接合方法は、このような常温接合装置を用いて実行される。生産者は、まず、半導体基板２と半導体基板３とを製造し、半導体基板２と半導体基板３とをロードロックチャンバ内に配置する。制御装置１１は、半導体基板２のアライメントマークが形成された部分が透明部位９に配置されるように、搬送装置を用いて半導体基板２をロードロックチャンバからウェハ移動用ステージ５に搬送して、ウェハ移動用ステージ５に半導体基板２を保持させる（ステップＳ１）。制御装置１１は、カメラ８により撮像された画像に基づいて撮像領域移動用駆動装置１２を用いてウェハ移動用ステージ５を駆動して、半導体基板２を所定の位置に配置する（ステップＳ２）。
【００６０】
制御装置１１は、接合用駆動装置１５を用いて上側ステージ４を下降させて、ウェハ移動用ステージ５に保持されている半導体基板２を上側ステージ４に保持させ、上側ステージ４を上昇させて半導体基板２をウェハ移動用ステージ５から離れた場所に待避させる（ステップＳ３）。
【００６１】
制御装置１１は、半導体基板３のアライメントマークが形成された部分が透明部位９に配置されるように、搬送装置を用いて半導体基板３をロードロックチャンバからウェハ移動用ステージ５に搬送して、ウェハ移動用ステージ５に半導体基板３を保持させる（ステップＳ４）。制御装置１１は、カメラ８により撮像された画像に基づいて撮像領域移動用駆動装置１２を用いてウェハ移動用ステージ５を駆動して、半導体基板３を所定の位置に配置する（ステップＳ５）。
【００６２】
制御装置１１は、半導体基板２と半導体基板３とが離れた状態で、イオンガンを用いて半導体基板３に荷電粒子を照射し、半導体基板２に荷電粒子を照射する。半導体基板３と半導体基板２とは、その荷電粒子が照射されることにより、その表面に形成される酸化物が除去され、その表面に付着している不純物が除去される。制御装置１１は、接合用駆動装置１５を用いて上側ステージ４を鉛直下方向に下降させて、上側ステージ４とウェハ移動用ステージ５とを所定の距離まで近づけ、さらに精密な位置合わせを実行する。制御装置１１は、その精密な位置合わせを実行した後に、接合用駆動装置１５を用いて上側ステージ４を鉛直下方向に下降させて、半導体基板２と半導体基板３とを接触させる（ステップＳ６）。半導体基板２と半導体基板３とは、このように接触することにより常温接合され、強固に同体に接合される。制御装置１１は、常温接合した後に、接合用駆動装置１５を用いて上側ステージ４を鉛直上方向に上昇させて、搬送装置を用いて常温接合された基板をウェハ移動用ステージ５からロードロックチャンバに搬出する（ステップＳ７）。
【００６３】
図１０は、ステップＳ２とステップＳ５との動作を詳細に示している。制御装置１１は、まず、カメラ８を用いてウェハ移動用ステージ５に保持される半導体基板の一部の画像を撮像する（ステップＳ１０）。制御装置１１は、その画像に基づいて積算輝度分布を算出する（ステップＳ１１）。制御装置１１は、撮影する順番通りに撮像領域を辿る経路がスパイラルを形成するように、撮像領域移動用駆動装置１２を用いてウェハ移動用ステージ５を駆動する（ステップＳ１２）。制御装置１１は、再度、カメラ８を用いてウェハ移動用ステージ５に保持される半導体基板の一部の画像を撮像し（ステップＳ１３）、その画像に基づいて積算輝度分布を算出する（ステップＳ１４）。
【００６４】
制御装置１１は、今回算出された積算輝度分布と前回算出された積算輝度分布とに基づいて比率変動を算出する（ステップＳ１５）。制御装置１１は、その比率変動に基づいて、その２つの撮像領域のいずれかにアライメントマークが形成されているかどうかを判別する（ステップＳ１６）。すなわち、制御装置１１は、その比率変動が所定の範囲を外れている値を含むときに、その２つの撮像領域のいずれかにアライメントマークが形成されていると判別し、その比率変動が所定の範囲を外れている値を含まないときに、その２つの撮像領域のいずれにもアライメントマークが形成されていないと判別する。制御装置１１は、アライメントマークが映っていると判別されるまで、ステップＳ１２〜Ｓ１６の動作を繰り返して実行する。
【００６５】
制御装置１１は、アライメントマークが映っていると判別されたときに（ステップＳ１６、ＹＥＳ）、そのアライメントマークが形成されている撮像領域が撮像されるように、撮像領域移動用駆動装置１２を用いてウェハ移動用ステージ５を駆動する（ステップＳ１７）。制御装置１１は、ウェハ移動用ステージ５を駆動した後に、カメラ８を用いて半導体基板を画像に撮像し、その画像を画像処理した結果に基づいて、焦点調整用駆動装置１４を用いてピントを合わせる（ステップＳ１８）。制御装置１１は、カメラ８を用いてピントが合った画像を撮像する。
【００６６】
制御装置１１は、そのピントが合った画像に映し出されるアライメントマークの像と初期的に入力されたアライメントマークの像とを比較する（ステップＳ１９）。制御装置１１は、そのピントが合った画像に映し出されるアライメントマークの像と初期的に入力されたアライメントマークの像とが一致するまで、ステップＳ１２〜Ｓ１９の動作を繰り返して実行する。
【００６７】
制御装置１１は、そのピントが合った画像に映し出されるアライメントマークの像と初期的に入力されたアライメントマークの像とが一致するときに（ステップＳ１９、ＹＥＳ）、そのアライメントマークが画像の所定の位置に映し出されるように、撮像領域移動用駆動装置１２を用いてウェハ移動用ステージ５を駆動する（ステップＳ２０）。
【００６８】
半導体基板は、常温接合のために位置合わせされるときに、表面に形成されるアライメントマークがカメラ８の視野に配置される必要がある。そのアライメントマークをカメラ８の視野に配置する技術としては、たとえば、低倍率のレンズを用いる技術、ズームレンズを用いる技術、高精度の搬送装置を用いる技術が公知である。その低倍率のレンズを用いる技術では、位置合わせに用いられる高倍率の光学系と別個の低倍率の光学系を備える必要があり、その２つの光学系の光軸を一致させる必要がある。ズームレンズを用いる技術では、そのズームレンズを低倍率で使用されるときの光軸と高倍率で使用されるときの光軸を一致させる必要がある。高精度の搬送装置を用いる技術では、より精度の悪い搬送装置に比較して規模がより大きい搬送装置が必要である。
【００６９】
本発明によるアライメント方法によれば、１つの光学系を用いて半導体基板のアライメントマークをカメラ８の視野に配置することができる。このため、本発明によるアライメント方法によれば、アライメント装置１は、アライメントマークをカメラ８の視野に配置するために、その低倍率のレンズを別個に備える必要がなく、または、ズームレンズを備える必要がなく、規模をより小さく、かつ、より容易に製造することができる。
【００７０】
さらに、本発明によるアライメント方法によれば、アライメントマークがカメラ８の視野の外に配置されたときに、アライメントマークがカメラ８の視野の中に配置されるように、ウェハ移動用ステージ５を駆動することができる。このため、アライメント装置１は、高精度の搬送装置を備える必要がなく、より精度の低い搬送装置を適用して規模をより小さく製造することができる。
【００７１】
常温接合されて半導体デバイスに形成される半導体基板は、位置合わせのために表面に形成されるアライメントマークの周辺に何も形成されていない。光学系は、一般に、半導体表面に何も形成されていないときに、その半導体基板に焦点を合わせることが困難である。本発明によるアライメント方法によれば、２つの画像を比較することにより、２つの撮像領域のいずれかにアライメントマークがあるかどうかを判別しているために、焦点を正確に合わせる必要がなく、アライメントマークがある領域をより容易に検出することができる。
【００７２】
さらに、本発明によるアライメント方法によれば、その２つの画像の比較が、積算輝度分布を用いて実行され、比率変動を用いて実行されている。このため、その比較は、計算量が少なく、より速く実行されることができる。この結果、アライメント装置１は、アライメントマークがある領域をより速く検出することができ、生産性向上と接合プロセスの性能向上とを図ることができる。アライメント装置１は、さらに、半導体基板をより速く位置合わせすることができ、半導体基板の接合表面のコンタミネーションを低減し、常温接合の精度を向上させることができる。
【００７３】
さらに、本発明によるアライメント方法は、ｘ軸方向積算輝度分布３２−ｘとｙ軸方向積算輝度分布３２−ｙとの両方を用いて、２つの撮像領域を比較している。ｘ軸方向積算輝度分布３２−ｘとｙ軸方向積算輝度分布３２−ｙとのうちの一方のみを用いて２つの撮像領域を比較する場合は、その２つの撮像領域の両方にアライメントマークの一部が映し出されているときに、２つの撮像領域にアライメントマークが映っていないと判別される場合がある。対して、本発明によるアライメント方法は、１つの方向に射影した積算輝度分布を用いて２つの撮像領域を比較することに比較して、アライメントマークが映し出されている可能性のある２つの撮像領域をより確実に検出することができる。
【００７４】
なお、本発明によるアライメント方法は、比率変動を用いないで、２つの積算輝度分布を比較して、アライメントマークが形成される領域に対応する積算輝度分布を検出することもできる。その比較としては、２つの積算輝度分布の差分を用いる方法が例示される。このとき、本発明によるアライメント方法は、比率変動を用いる場合と同様にして、アライメント装置１の規模をより小さく、かつ、製造をより容易にし、アライメントマークがある領域をより容易に検出することができる。
【００７５】
なお、本発明によるアライメント方法は、積算輝度分布を用いないで２つの画像を比較して、アライメントマークが形成される領域に対応する画像を検出することもできる。その比較としては、２つの積算輝度分布の差分を用いる方法が例示される。このとき、本発明によるアライメント方法は、積算輝度分布を用いる場合と同様にして、アライメント装置１の規模をより小さく、かつ、製造をより容易にし、アライメントマークがある領域をより容易に検出することができる。
【００７６】
なお、複数の撮像領域が撮像される順番は、その順番に撮像領域を辿る経路がスパイラルと異なる形状を形成するように、割り当てられることもできる。その順番としては、複数の撮像領域の各々が少なくとも１回撮像されるものであればよく、たとえば、時計回りのスパイラルを形成するもの、一列ずつ並ぶものが例示される。このとき、本発明によるアライメント方法は、スパイラルを形成する順番が適用された場合と同様にして、アライメント装置１の規模をより小さく、かつ、製造をより容易にし、アライメントマークがある領域をより容易に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】図１は、本発明によるアライメント装置の実施の形態を示す側面図である。
【図２】図２は、常温接合装置を示すブロック図である。
【図３】図３は、制御装置を示すブロック図である。
【図４】図４は、半導体基板の表面のうちの一部を示す平面図である。
【図５】図５は、ｘ軸方向に隣接する２つの撮像領域を示す平面図である。
【図６】図６は、ｙ軸方向に隣接する２つの撮像領域を示す平面図である。
【図７】図７は、画像と積算輝度分布とを示す図である。
【図８】図８は、比率変動を示すグラフである。
【図９】図９は、常温接合方法を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、本発明によるアライメント方法の実施の形態を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７８】
１ ：アライメント装置
２ ：半導体基板
３ ：半導体基板
４ ：上側ステージ
５ ：ウェハ移動用ステージ
６ ：焦点調整用ステージ
７ ：レンズ
８ ：カメラ
９ ：透明部位
１１：制御装置
１２：撮像領域移動用駆動装置
１４：焦点調整用駆動装置
１５：接合用駆動装置
２１：領域
２２−１〜２２−９：撮像領域
３１：画像
３２−ｘ：ｘ軸方向積算輝度分布
３２−ｙ：ｙ軸方向積算輝度分布
３５：比率変動
４１：搬送部
４２：撮像部
４３：積算輝度分布算出部
４４：比率変動算出部
４５：領域検出部
４６：焦点合わせ部
４７：位置合わせ部
４８：接合部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アライメント装置制御装置およびアライメント方法に関し、特に、基板を位置合わせするときに利用されるアライメント装置制御装置およびアライメント方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細な電気部品や機械部品を集積化したＭＥＭＳが知られている。そのＭＥＭＳとしては、マイクロマシン、圧力センサ、超小型モーターなどが例示される。そのＭＥＭＳは、半導体基板に形成された複数のパターンを積層して製造される。その半導体基板は、そのパターンを鉛直方向に圧接して接合するときに、水平方向に位置合わせすることが必要である。
【０００３】
その複数のパターンを接合時に位置合わせするアライメント装置が知られている。そのアライメント装置は、常温接合される真空雰囲気に配置されるために、規模がより小さく、より容易に製造されることが望まれている。
【０００４】
特許第３３５６４０６号公報には、撮像光学系をワークの間に位置させることなくアライメントマークの位置を検出できるようにして、ワークの位置ずれを正確に検出できるようにする位置ずれ検出装置が開示されている。その位置ずれ検出装置は、Ｚ軸方向に所定のクリアランスを持って配置される複数のワークのＸＹ面内の位置ずれを、その対向面に形成されたアライメントマークのＸＹ面上の位置に基づいて検出する位置ずれ検出装置であって、前記ＸＹ面に直交する共通光軸を介して各ワークを一方向から同軸的に撮像する赤外線撮像装置が、前記アライメントマークの数に応じて複数台配されると共に、該赤外線撮像装置の夫々の合焦領域が各アライメントマークを個別に撮像できる位置に設定されたことを特徴としている。
【０００５】
特開２００３−１４２５３４号公報には、上面側に位置合わせ用の認識マークあるいは内部に位置合わせ用の認識マークとしてのアライメント基準がある第１の被接合物の認識マークを、下方の第２の被接合物の認識マークに精度良く位置合わせできるようにし、このような形態の第１の被接合物であっても高精度で所定の位置合わせを行うことができるアライメント方法が開示されている。そのアライメント方法は、上面側又は内部に位置合わせ用認識マークが設けられた第１の被接合物を、下方に配され第１の被接合物との位置合わせ用認識マークが付された第２の被接合物に対し、両被接合物間に挿入される２視野の認識手段を用いて、位置合わせするアライメント方法であって、前記第１の被接合物の上面側又は内部の認識マークを、第１の被接合物を透過可能な電磁波又は音波にて認識することを特徴としている。
【０００６】
特開２００２−１６２２０６号公報には、被接合物同士を接合するためにアライメントする場合であって、一方の被接合物が被覆材を有する場合に、両被接合物間の相対位置を許容精度内に確実にかつ容易に調整することが可能なアライメント方法が開示されている。そのアライメント方法は、第１の被接合物と、被覆材を有する第２の被接合物との相対位置を合わせるに際し、第１の被接合物の位置合わせ用マークの位置を認識手段により認識するとともに、その認識位置を基準に、第２の被接合物の被覆材の外側の領域に対応する位置に、第１の被接合物の位置を代表する基準マークを画面上に表示し、第２の被接合物の被覆材の外側に付されている第２の被接合物の位置合わせ用マークの位置を認識手段により認識するとともに、その認識位置を前記画面上に表示し、第２の被接合物の位置合わせ用マークの位置が前記基準マークの位置に対して予め定められた許容精度内に入るように、第２の被接合物の位置を補正することを特徴としている。
【０００７】
特開２００３−２１８１３３号公報には、短時間のうちに効率よく被接合物を高精度で位置決め可能なアライメント方法が開示されている。そのアライメント方法は、第１の被接合物を第２の被接合物に対し位置合わせするアライメント方法であって、少なくとも一方の被接合物に離間させて設けられた少なくとも２つの第１の認識マークを認識手段で読み取ることにより、少なくとも被接合物の回転方向θについて第１アライメントを行い、次いで、認識手段の位置を固定し、前記少なくとも一方の被接合物に設けられた第２の認識マークを認識手段で読み取ることにより、被接合物の平行移動方向Ｘ、Ｙについて第２アライメントを行うことを特徴としている。
【０００８】
特開２００４−２０７４３６号公報には、オリフラのプリアライメントおよびウエハの貼り合わせを一連の工程において位置ずれを生ずることなく、かつ高精度で行うことができる方法が開示されている。そのウエハのプリアライメント方法は、チャック機構と回転機構とを有する回転テーブル上にチャックしたウエハの対向する両縁をウエハガイドでチャックする工程、このウエハのオリエンテーションフラット面の位置を角度検出手段にて測定し、ウエハの回転角度を算出する工程、回転テーブルの回転によってウエハのオリエンテーションフラット面を上記角度検出手段にて算出した所定角度まで回転させる工程、基準位置まで回転させて位置調整した後、プリアライメント位置まで回転させて位置調整する工程、とからなることを特徴としている。
【０００９】
【特許文献１】特許第３３５６４０６号公報
【特許文献２】特開２００３−１４２５３４号公報
【特許文献３】特開２００２−１６２２０６号公報
【特許文献４】特開２００３−２１８１３３号公報
【特許文献５】特開２００４−２０７４３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、より容易に製造されるアライメント装置制御装置を提供することにある。
本発明の他の課題は、規模がより小さいアライメント装置制御装置を用いて実行されるアライメント方法を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、基板をより速く位置合わせするアライメント装置制御装置およびアライメント方法を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、基板をより確実に位置合わせするアライメント装置制御装置およびアライメント方法を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、基板をより正確に位置合わせするアライメント装置制御装置およびアライメント方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以下に、発明を実施するための最良の形態・実施例で使用される符号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を記載する。この符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための最良の形態・実施例の記載との対応を明らかにするために付加されたものであり、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１２】
本発明によるアライメント装置制御装置（１１）は、カメラ（８）を用いて基板（２，３）の表面のうちの複数の領域（２２−１〜２２−９）をそれぞれ映す複数の画像を撮像する撮像部（４２）と、複数の画像に基づいて複数の領域（２２−１〜２２−９）から検出領域を選択する領域検出部（４５）と、カメラ（８）により撮像され、かつ、検出領域に形成されるマークを映すアライメント用画像に基づいて基板（２，３）を位置合わせする位置合わせ部（４７）とを備えている。すなわち、アライメント装置制御装置（１１）は、基板（２，３）を位置合わせするときに用いられるカメラ（８）の撮像エリアにマークが入らなかった場合でも、カメラ（８）を用いて、基板（２，３）に形成されるマークがそのカメラ（８）の視野に入るように、カメラ（８）と基板（２，３）との位置関係を制御することができる。このため、アライメント装置制御装置（１１）は、カメラ（８）の視野に位置合わせに用いられるマークを配置するために別個の機構を備える必要がなく、より容易に製造されることができる。
【００１３】
領域検出部（４５）は、複数の画像のうちの第１画像と複数の画像のうちの第２画像とが異なるときに、複数の領域（２２−１〜２２−９）のうちの第１画像が映す第１領域と複数の領域（２２−１〜２２−９）のうちの第２画像が映す第２領域とのうちから検出領域を選択することが好ましい。
【００１４】
本発明によるアライメント装置制御装置（１１）は、複数の画像に基づいて複数の積算輝度分布（３２−ｘ，３２−ｙ）をそれぞれ算出する積算輝度分布算出部（４３）をさらに備えている。複数の積算輝度分布（３２−ｘ，３２−ｙ）のうちの１つの画像に基づいて算出される積算輝度分布は、１つの画像を１つの射影方向に射影した積算輝度の分布を示している。領域検出部（４５）は、複数の積算輝度分布（３２−ｘ，３２−ｙ）のうちの第１画像に基づいて算出される第１積算輝度分布と複数の積算輝度分布（３２−ｘ，３２−ｙ）のうちの第２画像に基づいて算出される第２積算輝度分布とが異なるときに、第１領域と第２領域とのうちから検出領域を選択する。このような検出領域の選択は、第１画像と第２画像とをそのまま比較することと比べて、計算量が少なく、より速く実行されることができる。
【００１５】
本発明によるアライメント装置制御装置（１１）は、第１積算輝度分布と第２積算輝度分布とに基づいて比率変動（３５）を算出する比率変動算出部（４４）をさらに備えている。比率変動（３５）の各位置に対応する値は、第１積算輝度分布の各位置の積算輝度を第２積算輝度分布の各位置の積算輝度で除算した比率を示している。領域検出部（４５）は、比率変動（３５）が所定の範囲を外れている値を含んでいるときに、第１領域と第２領域とのうちから検出領域を選択する。このような検出領域の選択は、画像の背景の輝度による誤動作が防止できる。
【００１６】
その積算輝度分布は、その１つの画像をその１つの射影方向と異なる他の射影方向に射影した他の積算輝度の分布をさらに示すようにすることができる。このような検出領域の選択によれば、１つの射影方向に射影した１つの射影輝度だけを用いることに比較して、マークが形成される検出領域をより確実に検出することができる。
【００１７】
本発明によるアライメント装置制御装置（１１）は、その第１積算輝度分布と第２積算輝度分布とに基づいて第１比率変動と第２比率変動とを算出する比率変動算出部（４４）をさらに備えるようにすることができる。その第１比率変動は、その第１積算輝度分布のうちのその１つの射影方向に射影した積算輝度の分布（３２−ｘ）の各位置の積算輝度をその第２積算輝度分布のうちのその１つの射影方向に射影した積算輝度の分布のその各位置の積算輝度で除算した比率の変化を示している。その第２比率変動は、その第１積算輝度分布のうちのその他の射影方向に射影した積算輝度の分布（３２−ｙ）の各位置の積算輝度をその第２積算輝度分布のうちのその他の射影方向に射影した積算輝度の分布のその各位置の積算輝度で除算した比率の変化を示している。このとき、その検出領域は、その第１比率変動またはその第２比率変動が所定の範囲を外れている値を含むときに、その第１領域とその第２領域とのうちから選択される。このような検出領域の選択によれば、１つの射影方向に関する比率変動だけを用いることに比較して、マークが形成される検出領域をより確実に検出することができる。
【００１８】
本発明によるアライメント装置制御装置（１１）は、検出領域を映す画像に基づいてカメラ（８）を焦点合わせする焦点合わせ部（４６）をさらに備えている。このとき、そのアライメント用画像は、焦点合わせされた後に撮像されることが好ましい。
【００１９】
領域検出部（４５）は、そのアライメント用画像に映し出されるアライメントマークの像が所定の像と異なるときに、複数の画像に基づいて複数の領域（２２−１〜２２−９）から検出領域と異なる他の検出領域を選択する。このとき、位置合わせ部（４７）は、他の検出領域に形成されるアライメントマークを映す画像に基づいて基板（２，３）を位置合わせする。このとき、アライメント装置制御装置（１１）は、アライメントマークをより正確に検出することができ、基板（２，３）をより確実に位置合わせすることができる。
【００２０】
複数の領域（２２−１〜２２−９）が撮像される順番で複数の領域（２２−１〜２２−９）を辿る経路は、スパイラルを形成することが好ましい。
【００２１】
複数の領域（２２−１〜２２−９）のうちの１つの方向に隣接する２つの領域が重なる領域の方向の幅（ｄＸ，ｄＹ）は、表面に形成されるマークの方向の幅の半分より大きい。このとき、表面に形成されるマークは、半分以上がより確実に画像に撮像され、そのマークが映し出される撮像領域をより確実に検出することができる。
【００２２】
本発明によるアライメント方法は、カメラ（８）を用いて基板（２，３）の表面のうちの複数の領域（２２−１〜２２−９）をそれぞれ映す複数の画像を撮像するステップ（Ｓ１０、１３）と、複数の画像に基づいて複数の領域（２２−１〜２２−９）から検出領域を選択するステップ（Ｓ１６）と、カメラ（８）により撮像され、かつ、検出領域に形成されるマークを映すアライメント用画像に基づいて基板（２，３）を位置合わせするステップ（Ｓ２０）とを備えている。すなわち、本発明によるアライメント方法によれば、基板（２，３）を位置合わせするときに用いられるカメラ（８）の撮像エリアにマークが入らなかった場合でも、カメラ（８）を用いて、基板（２，３）に形成されるマークがそのカメラ（８）の視野に入るように、カメラ（８）と基板（２，３）との位置関係を制御することができる。このため、本発明によるアライメント方法は、カメラ（８）の視野に位置合わせに用いられるマークを配置するために別個の機構を用いる必要がない。
【００２３】
検出領域は、複数の画像のうちの第１画像と複数の画像のうちの第２画像とが異なるときに、複数の領域（２２−１〜２２−９）のうちの第１画像が映す第１領域と複数の領域（２２−１〜２２−９）のうちの第２画像が映す第２領域とのうちから選択される。
【００２４】
本発明によるアライメント方法は、複数の画像に基づいて複数の積算輝度分布（３２−ｘ，３２−ｙ）をそれぞれ算出するステップ（Ｓ１１、１４）をさらに備えている。複数の積算輝度分布（３２−ｘ，３２−ｙ）のうちの１つの画像に基づいて算出される積算輝度分布は、１つの画像を１つの射影方向に射影した積算輝度の分布を示している。検出領域は、複数の積算輝度分布（３２−ｘ，３２−ｙ）のうちの第１画像に基づいて算出される第１積算輝度分布と複数の積算輝度分布（３２−ｘ，３２−ｙ）のうちの第２画像に基づいて算出される第２積算輝度分布とが異なるときに、第１領域と第２領域とのうちから選択される。このような検出領域の選択は、第１画像と第２画像とをそのまま比較することに比較して、計算量が少なく、より速く実行されることができる。
【００２５】
本発明によるアライメント方法は、第１積算輝度分布と第２積算輝度分布とに基づいて比率変動（３５）を算出するステップ（Ｓ１５）とをさらに備えている。比率変動（３５）は、第１積算輝度分布の各位置の積算輝度を第２積算輝度分布の各位置の積算輝度で除算した比率の変化を示している。検出領域は、比率変動（３５）が所定の範囲を外れている値を含んでいるときに、第１領域と第２領域とのうちから選択される。このような検出領域の選択は、画像の背景の輝度による誤動作が防止できる。
【００２６】
その積算輝度分布は、その１つの画像をその１つの射影方向と異なる他の射影方向に射影した他の積算輝度の分布をさらに示すようにすることができる。このような検出領域の選択によれば、１つの射影方向に射影した１つの射影輝度だけを用いることに比較して、マークが形成される検出領域をより確実に検出することができる。
【００２７】
本発明によるアライメント方法は、その第１積算輝度分布と第２積算輝度分布とに基づいて第１比率変動と第２比率変動とを算出するステップをさらに備えるようにすることができる。その第１比率変動は、その第１積算輝度分布のうちのその１つの射影方向に射影した積算輝度の分布（３２−ｘ）の各位置の積算輝度をその第２積算輝度分布のうちのその１つの射影方向に射影した積算輝度の分布のその各位置の積算輝度で除算した比率の変化を示している。その第２比率変動は、その第１積算輝度分布のうちのその他の射影方向に射影した積算輝度の分布（３２−ｙ）の各位置の積算輝度をその第２積算輝度分布のうちのその他の射影方向に射影した積算輝度の分布のその各位置の積算輝度で除算した比率の変化を示している。このとき、その検出領域は、その第１比率変動またはその第２比率変動が所定の範囲を外れている値を含むときに、その第１領域とその第２領域とのうちから選択される。このような検出領域の選択によれば、１つの射影方向に関する比率変動だけを用いることに比較して、マークが形成される検出領域をより確実に検出することができる。
【００２８】
本発明によるアライメント方法は、検出領域を映す画像に基づいてカメラ（８）を焦点合わせした後にアライメント用画像を撮像するステップ（Ｓ１８）をさらに備えていることが好ましい。
【００２９】
本発明によるアライメント方法は、アライメント用画像に映し出されるアライメントマークの像が所定の像と異なるときに、複数の画像に基づいて複数の領域（２２−１〜２２−９）から検出領域と異なる他の検出領域を選択するステップ（Ｓ１６）と、他の検出領域に形成されるアライメントマークを映す画像に基づいて基板（２，３）を位置合わせするステップ（Ｓ２０）とをさらに備えている。このとき、本発明によるアライメント方法は、アライメントマークをより正確に検出することができ、基板（２，３）をより確実に位置合わせすることができる。
【００３０】
複数の領域（２２−１〜２２−９）が撮像される順番で複数の領域（２２−１〜２２−９）を辿る経路は、スパイラルを形成することが好ましい。
【００３１】
複数の領域（２２−１〜２２−９）のうちの１つの方向に隣接する２つの領域が重なる領域の方向の幅（ｄＸ，ｄＹ）は、表面に形成されるマークの方向の幅の半分より大きい。このとき、表面に形成されるマークは、半分以上がより確実に画像に撮像され、そのマークが映し出される撮像領域をより確実に検出することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によるアライメント装置制御装置およびアライメント方法は、基板を位置合わせするときに用いられるカメラの撮像エリアにマークが入らなかった場合でも、そのカメラを用いて、基板に形成されるマークをそのカメラの視野に入れることができる。このため、基板を位置合わせするアライメント装置は、位置合わせに用いられるマークをカメラの視野により確実に配置するための機構を備える必要がなく、より容易に製造されることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
図面を参照して、本発明によるアライメント装置の実施の形態を記載する。そのアライメント装置１は、図１に示されているように、半導体基板２に半導体基板３を常温接合して製品を生産するときに利用される常温接合装置に適用されている。その常温接合装置は、上側ステージ４とウェハ移動用ステージ５と焦点調整用ステージ６とレンズ７とカメラ８とを備えている。上側ステージ４とウェハ移動用ステージ５とは、真空雰囲気を生成するチャンバ内に配置されている。焦点調整用ステージ６とレンズ７とカメラ８とは、そのチャンバに設けられる観察窓を介して大気側に配置されている。
【００３４】
上側ステージ４は、鉛直方向に平行移動可能にそのチャンバに支持されている。上側ステージ４は、鉛直下側に静電チャックが形成され、静電力によって半導体基板を支持する。ウェハ移動用ステージ５は、水平方向に平行移動可能に、かつ、鉛直方向に平行である回転軸を中心に回転移動可能に、そのチャンバに支持されている。ウェハ移動用ステージ５は、鉛直上側に静電チャックが形成され、静電力によって半導体基板３を支持する。ウェハ移動用ステージ５は、透明部位９が形成されている。透明部位９は、可視光およびカメラ８の感度の有する波長帯域に対して透明な材料で形成され、ウェハ移動用ステージ５のうちの半導体基板３が配置される部位の一部に配置されている。
【００３５】
焦点調整用ステージ６は、そのチャンバに支持され、鉛直方向に平行移動可能にレンズ７を支持している。レンズ７は、半導体基板２または半導体基板３を反射し、かつ、透明部位９を透過する反射光をカメラ８に透過する。また、レンズ７は、半導体基板２または半導体基板３を照明できる機能も有する。カメラ８は、そのチャンバに固定されている。カメラ８は、レンズ７を透過した反射光に基づいて半導体基板２の一部または半導体基板３の一部の画像を生成する。
【００３６】
半導体基板２、３は、表面にアライメントマークとパターンとが形成されている。そのアライメントマークは、半導体基板２、３が常温接合されるときに、その常温接合の精度を確保するために、半導体基板２、３の位置を位置合わせするために参照される。たとえば、その常温接合の精度は、数μｍオーダであり、そのアライメントマークの寸法は、数十μｍオーダである。そのパターンは、半導体基板２、３が常温接合されたときに半導体デバイスに形成される部分である。
【００３７】
その常温接合装置は、さらに、図２に示されているように、制御装置１１と撮像領域移動用駆動装置１２と焦点調整用駆動装置１４と接合用駆動装置１５とを備えている。制御装置１１は、コンピュータであり、図示されていないＣＰＵと記憶装置と入力装置と表示装置とインターフェースとを備えている。そのＣＰＵは、制御装置１１にインストールされるコンピュータプログラムを実行して、その記憶装置と入力装置と出力装置とインターフェースとを制御する。その記憶装置は、そのコンピュータプログラムを記録し、そのＣＰＵにより生成される情報を記録する。その入力装置は、ユーザに操作されることにより生成される情報をそのＣＰＵに出力する。その入力装置としては、キーボード、マウスが例示される。その表示装置は、そのＣＰＵにより生成された画面を表示する。そのインターフェースは、制御装置１１に接続される外部機器により生成される情報をそのＣＰＵに出力し、そのＣＰＵにより生成された情報をその外部機器に出力する。その外部機器は、カメラ８と撮像領域移動用駆動装置１２と焦点調整用駆動装置１４と接合用駆動装置１５とを含んでいる。
【００３８】
撮像領域移動用駆動装置１２は、制御装置１１により制御されて、ウェハ移動用ステージ５により支持される半導体基板が水平方向に平行移動し、または、鉛直方向に平行である回転軸を中心に回転移動するように、ウェハ移動用ステージ５を駆動する。焦点調整用駆動装置１４は、制御装置１１により制御されて、レンズ７が鉛直方向に平行移動するように、焦点調整用ステージ６を駆動する。接合用駆動装置１５は、制御装置１１により制御されて、上側ステージ４により支持される半導体基板が鉛直方向に平行移動するように、上側ステージ４を駆動する。
【００３９】
その常温接合装置は、さらに、図示されていないロードロックチャンバと搬送装置とを備えている。そのロードロックチャンバは、内部を環境から密閉する容器であり、制御装置１１により制御されて、その内部に真空雰囲気を生成し、または、その内部に大気圧雰囲気を生成する。その搬送装置は、そのロードロックチャンバの内部に真空雰囲気が生成されているときに、制御装置１１により制御されて、そのロードロックチャンバに配置された半導体基板をウェハ移動用ステージ５に搬送し、または、ウェハ移動用ステージ５に保持されている半導体基板をロードロックチャンバに搬送する。すなわち、このようなロードロックチャンバと搬送装置とは、アライメント装置１のチャンバの内部に半導体基板を搬入または搬出するために用いられる。
【００４０】
その常温接合装置は、さらに、図示されていないイオンガンを備えている。そのイオンガンは、アライメント装置１のチャンバの内部に配置され、制御装置１１により制御されて荷電粒子を放射する。半導体基板は、荷電粒子が照射されることにより、半導体基板の表面に形成される酸化物が除去され、その表面に付着している不純物が除去されて、表面が清浄化される。半導体基板は、このように清浄化された表面同士が接触させられることにより、常温接合される。
【００４１】
制御装置１１にインストールされているコンピュータプログラムは、図３に示されているように、搬送部４１と撮像部４２と積算輝度分布算出部４３と比率変動算出部４４と領域検出部４５と焦点合わせ部４６と位置合わせ部４７と接合部４８とを含んでいる。
【００４２】
搬送部４１は、ロードロックチャンバに半導体基板が配置された後に、その半導体基板のアライメントマークが形成された部分が透明部位９に配置されるように、搬送装置を用いてその半導体基板をロードロックチャンバからウェハ移動用ステージ５に搬送して、ウェハ移動用ステージ５にその半導体基板を保持させる。搬送部４１は、常温接合した後に、接合用駆動装置１５を用いて上側ステージ４を鉛直上方向に上昇させて、搬送装置を用いて常温接合された基板をウェハ移動用ステージ５からロードロックチャンバに搬出する。
【００４３】
撮像部４２は、ウェハ移動用ステージ５に保持されている半導体基板の表面の複数の撮像領域が所定の順番でカメラ８の視野に配置されるように、撮像領域移動用駆動装置１２を用いてウェハ移動用ステージ５を駆動する。撮像部４２は、カメラ８を用いてその半導体基板の複数の撮像領域の画像を撮像する。
【００４４】
積算輝度分布算出部４３は、撮像部４２により撮像された画像に基づいて積算輝度分布を算出する。比率変動算出部４４は、積算輝度分布算出部４３により算出された２つの積算輝度分布に基づいて比率変動を算出する。領域検出部４５は、比率変動算出部４４により算出された比率変動に基づいて撮像部４２により撮像された複数の画像からアライメントマークを映している画像を検出し、その複数の撮像領域からその画像が映す撮像領域を選択する。
【００４５】
焦点合わせ部４６は、領域検出部４５により選択された撮像領域がカメラ８により撮像されるように、撮像領域移動用駆動装置１２を用いてウェハ移動用ステージ５を駆動する。焦点合わせ部４６は、さらに、カメラ８を用いて領域検出部４５により選択された撮像領域を画像に撮像し、その画像に基づいてカメラ８により撮像されるその撮像領域の画像のピントが合うときのレンズ７の位置を算出する。焦点合わせ部４６は、さらに、レンズ７がその位置に配置されるように、焦点調整用駆動装置１４を用いて焦点調整用ステージ６を駆動する。
【００４６】
位置合わせ部４７は、焦点合わせ部４６によりレンズ７の位置が調整された後に、カメラ８を用いて領域検出部４５により選択された撮像領域を画像に撮像する。位置合わせ部４７は、その画像の所定の位置に半導体基板に形成されたアライメントマークが映し出されるように、撮像領域移動用駆動装置１２を用いてウェハ移動用ステージ５を駆動する。
【００４７】
接合部４８は、半導体基板２と半導体基板３とが離れて配置されているときに、イオンガンを用いて半導体基板３に荷電粒子を照射し、半導体基板２に荷電粒子を照射する。接合部４８は、接合用駆動装置１５を用いて上側ステージ４を鉛直下方向に下降させて、上側ステージ４とウェハ移動用ステージ５とを所定の距離まで近づけ、撮像領域移動用駆動装置１２を用いてウェハ移動用ステージ５の精密な位置合わせを実行する。接合部４８は、その精密な位置合わせを実行した後に、接合用駆動装置１５を用いて上側ステージ４を鉛直下方向に下降させて、半導体基板２と半導体基板３とを接触させる。
【００４８】
図４は、半導体基板２の表面のうちの透明部位９に対向して配置される領域を示し、すなわち、半導体基板２の表面のうちのカメラ８により撮像される領域を示している。その領域２１は、複数の撮像領域２２−１〜２２−９を含んでいる。複数の撮像領域２２−１〜２２−９は、それぞれ、カメラ８により１回で撮像される領域に合同である。本図においては、複数の撮像領域２２−１〜２２−９がｘ軸方向とｙ軸方向とにマトリクス状に相互に領域の重複がないように配置されている例を示している。撮像領域２２−１〜２２−９は、それぞれ、順番が割り当てられている。
【００４９】
たとえば、撮像領域２２−１〜２２−９は、撮像領域をその順番通りに辿る経路が反時計回りのスパイラルを形成するように、順番が割り当てられている。すなわち、１番は、撮像領域２２−１〜２２−９のうちの領域２１の中央に配置されている撮像領域に割り当てられる。２番は、１番の撮像領域のｘ軸方向の反対方向に隣接する撮像領域に割り当てられる。３番は、２番の撮像領域のｙ軸方向の反対方向に隣接する撮像領域に割り当てられる。（ｋ＋２）番（ｋは自然数）は、ｋ番の撮像領域のｘ軸方向に（ｋ＋１）番の撮像領域が隣接し、かつ、（ｋ＋１）番の撮像領域のｙ軸方向に隣接する撮像領域に順番が割り当てられていないときに、（ｋ＋１）番の撮像領域のｙ軸方向に隣接する撮像領域に割り当てられる。（ｋ＋２）番は、ｋ番の撮像領域のｘ軸方向に（ｋ＋１）番の撮像領域が隣接し、かつ、（ｋ＋１）番の撮像領域のｙ軸方向に隣接する撮像領域に順番が割り当てられているときに、（ｋ＋１）番の撮像領域のｘ軸方向に隣接する撮像領域に割り当てられる。（ｋ＋２）番は、ｋ番の撮像領域のｘ軸方向の反対方向に（ｋ＋１）番の撮像領域が隣接し、かつ、（ｋ＋１）番の撮像領域のｙ軸方向の反対方向に隣接する撮像領域に順番が割り当てられていないときに、（ｋ＋１）番の撮像領域のｙ軸方向の反対方向に隣接する撮像領域に割り当てられる。（ｋ＋２）番は、ｋ番の撮像領域のｘ軸方向の反対方向に（ｋ＋１）番の撮像領域が隣接し、かつ、（ｋ＋１）番の撮像領域のｙ軸方向の反対方向に隣接する撮像領域に順番が割り当てられているときに、（ｋ＋１）番の撮像領域のｘ軸方向の反対方向に隣接する撮像領域に割り当てられる。（ｋ＋２）番は、ｋ番の撮像領域のｙ軸方向に（ｋ＋１）番の撮像領域が隣接し、かつ、（ｋ＋１）番の撮像領域のｘ軸方向の反対方向に隣接する撮像領域に順番が割り当てられていないときに、（ｋ＋１）番の撮像領域のｘ軸方向の反対方向に隣接する撮像領域に割り当てられる。（ｋ＋２）番は、ｋ番の撮像領域のｙ軸方向に（ｋ＋１）番の撮像領域が隣接し、かつ、（ｋ＋１）番の撮像領域のｘ軸方向の反対方向に隣接する撮像領域に順番が割り当てられているときに、（ｋ＋１）番の撮像領域のｙ軸方向に隣接する撮像領域に割り当てられる。（ｋ＋２）番は、ｋ番の撮像領域のｙ軸方向の反対方向に（ｋ＋１）番の撮像領域が隣接し、かつ、（ｋ＋１）番の撮像領域のｘ軸方向に隣接する撮像領域に順番が割り当てられていないときに、（ｋ＋１）番の撮像領域のｘ軸方向に隣接する撮像領域に割り当てられる。（ｋ＋２）番は、ｋ番の撮像領域のｙ軸方向の反対方向に（ｋ＋１）番の撮像領域が隣接し、かつ、（ｋ＋１）番の撮像領域のｘ軸方向に隣接する撮像領域に順番が割り当てられているときに、（ｋ＋１）番の撮像領域のｙ軸方向の反対方向に隣接する撮像領域に割り当てられる。
【００５０】
図５は、ｘ軸方向に隣接する２つの撮像領域を示している。その撮像領域２２−ｉ（ｉは自然数）と撮像領域２２−（ｉ＋１）とは、ｙ軸方向の位置が一致している。撮像領域２２−ｉと撮像領域２２−（ｉ＋１）とは、ｘ軸方向の位置が異なり、一部が重なっている。その重なっている部分のｘ軸方向の幅（以下、「ｘ軸方向ラップ量」と記載される。）は、半導体基板に形成されるアライメントマークの幅の半分より大きい。このとき、ウェハ移動用ステージ５は、撮像領域２２−ｉを撮像した直後に撮像領域２２−（ｉ＋１）を撮像する場合に、撮像領域のｘ軸方向の幅ＷＸとｘ軸方向ラップ量ｄＸとを用いて、次式：
ＳＸ＝ＷＸ−ｄＸ
により表現されるステップ移動量ＳＸだけ撮像領域２２−ｉを撮像した直後にｘ軸方向に平行な方向に移動する。
【００５１】
図６は、ｙ軸方向に隣接する２つの撮像領域を示している。その撮像領域２２−ｊ（ｊは自然数）と撮像領域２２−（ｊ＋１）とは、ｘ軸方向の位置が一致している。撮像領域２２−ｊと撮像領域２２−（ｊ＋１）とは、ｙ軸方向の位置が異なり、一部が重なっている。その重なっている部分のｙ軸方向の幅（以下、「ｙ方向ラップ量」と記載される。）は、半導体基板に形成されるアライメントマークのｙ軸方向の幅の半分より大きい。このとき、ウェハ移動用ステージ５は、撮像領域２２−ｊを撮像した直後に撮像領域２２−（ｊ＋１）を撮像する場合に、撮像領域のｙ軸方向の幅ＷＹとｙ方向ラップ量ｄＹとを用いて、次式：
ＳＹ＝ＷＹ−ｄＹ
により表現されるステップ移動量ＳＹだけ撮像領域２２−ｊを撮像した直後にｙ軸方向に平行な方向に移動する。
【００５２】
ｘ方向ラップ量またはｙ方向ラップ量が０であるときに、アライメントマークの半分以上が画像に映し出されないことがある。このとき、制御装置１１は、その画像に映し出されているアライメントマークを検出することができない恐れがある。複数の撮像領域２２−１〜２２−９は、このように配置されることにより、アライメントマークの半分以上をより確実に撮像することができる。このため、制御装置１１は、その画像に映し出されているアライメントマークをより確実に検出することができる。なお、アライメントマークは、ｘ軸方向とｙ軸方向とで寸法が等しくなるように設計することもできる。このとき、ユーザは、ｘ方向ラップ量とｙ方向ラップ量とを等しく設定することができる。
【００５３】
図７は、撮像部４２によりカメラ８を用いて撮像された画像を示している。その画像３１は、複数の画素に複数の色を対応付けている。その複数の画素は、ｘ軸方向とｙ軸方向とに並んでマトリクス状に配置されて画像３１を構成する単位要素であり、ｘ軸方向の位置とｙ軸方向の位置とにより互いに識別される。その色は、対応する画素に表示される色を示し、白黒の濃淡の程度を示す階調を示している。その階調は、それぞれ、色が濃いほど大きい値を示している。
【００５４】
図７は、さらに、積算輝度分布算出部４３により算出された積算輝度分布を示している。その積算輝度分布は、ｘ軸方向積算輝度分布３２−ｘとｙ軸方向積算輝度分布３２−ｙとから形成されている。ｘ軸方向積算輝度分布３２−ｘは、画像３１をｙ軸方向に射影した積算輝度の分布を示している。すなわち、ｘ軸方向積算輝度分布３２−ｘは、画像３１のｘ軸方向の位置に対するｘ軸方向積算輝度の分布を示している。ｘ軸方向のある位置に対応するｘ軸方向積算輝度は、その位置に対応する複数の画素が示す階調を合計した和を示している。ｙ軸方向積算輝度分布３２−ｙは、画像３１をｘ軸方向に射影した積算輝度の分布を示している。すなわち、ｙ軸方向積算輝度分布３２−ｙは、画像３１のｙ軸方向の位置に対するｙ軸方向積算輝度の分布を示している。ｙ軸方向のある位置に対応するｙ軸方向積算輝度は、その位置に対応する複数の画素が示す階調を合計した和を示している。
【００５５】
図８は、比率変動算出部４４により算出された比率変動を示している。その比率変動３５は、画像３１のｘ軸方向の位置に対する比率の変化を示している。すなわち、ｘ軸方向のある位置に対応する比率は、今回撮像された画像から算出されたｘ軸方向積算輝度分布３２−ｘのうちのその位置に対応する積算輝度を、直前に撮像された画像から算出されたｘ軸方向積算輝度分布３２−ｘのうちのその位置に対応する積算輝度で除算した商を示している。
【００５６】
このとき、領域検出部４５は、ユーザにより入力装置から入力される所定の範囲を記憶装置に記録する。その範囲は、実験により算出され、下限値３７と上限値３６とを示している。領域検出部４５は、比率変動３５がその範囲を外れている値を示しているときに、比率変動３５を算出するときに用いられた２つのｘ軸方向積算輝度分布を算出する。領域検出部４５は、その２つのｘ軸方向積算輝度分布のうちから凹み量が大きいほうのｘ軸方向積算輝度分布を算出する。その凹み量は、ｘ軸方向積算輝度分布のうちのプラトーである部分の値とｘ軸方向積算輝度分布のうちの凹みに形成されている区間の最小値との差の絶対値を示し、または、ｘ軸方向積算輝度分布のうちのプラトーである部分の値とｘ軸方向積算輝度分布のうちの凸に形成されている区間の最大値との差の絶対値を示している。領域検出部４５は、そのｘ軸方向積算輝度分布を算出するときに用いられた画像を算出し、その画像に映し出される撮像領域を算出する。
【００５７】
領域検出部４５は、ｙ軸方向に関しても同様の計算を行い、１つの撮像領域を算出する。すなわち、比率変動算出部４４は、さらに、画像３１のｙ軸方向の位置に対する比率の変化を示す比率変動も算出する。すなわち、ｙ軸方向のある位置に対応する比率は、今回撮像された画像から算出されたｙ軸方向積算輝度分布３２−ｙのうちのその位置に対応する積算輝度を、直前に撮像された画像から算出されたｙ軸方向積算輝度分布３２−ｙのうちのその位置に対応する積算輝度で除算した商を示している。領域検出部４５は、比率変動３５がその範囲を外れている値を示しているときに、比率変動３５を算出するときに用いられた２つのｙ軸方向積算輝度分布を算出し、その２つのｙ軸方向積算輝度分布のうちから凹み量が大きいほうのｙ軸方向積算輝度分布を算出し、そのｙ軸方向積算輝度分布を算出するときに撮像された撮像領域を算出する。
【００５８】
なお、カメラ８により撮像される画像としては、カラーの画像も適用されることができる。このとき、その画像を構成する複数の画素は、赤色の階調と青色の階調と緑色の階調とを示している。その階調は、それぞれ、値が大きいほど色が濃いことを示している。このとき、ｘ軸方向のある位置に対応するｘ軸方向積算輝度は、その位置に対応する複数の画素が示す赤色の階調と青色の階調と緑色の階調との和を合計した和を示し、ｙ軸方向のある位置に対応するｙ軸方向積算輝度は、その位置に対応する複数の画素が示す赤色の階調と青色の階調と緑色の階調との和を合計した和を示している。
【００５９】
図９は、本発明によるアライメント方法が適用される常温接合方法の実施の形態を示している。その常温接合方法は、このような常温接合装置を用いて実行される。生産者は、まず、半導体基板２と半導体基板３とを製造し、半導体基板２と半導体基板３とをロードロックチャンバ内に配置する。制御装置１１は、半導体基板２のアライメントマークが形成された部分が透明部位９に配置されるように、搬送装置を用いて半導体基板２をロードロックチャンバからウェハ移動用ステージ５に搬送して、ウェハ移動用ステージ５に半導体基板２を保持させる（ステップＳ１）。制御装置１１は、カメラ８により撮像された画像に基づいて撮像領域移動用駆動装置１２を用いてウェハ移動用ステージ５を駆動して、半導体基板２を所定の位置に配置する（ステップＳ２）。
【００６０】
制御装置１１は、接合用駆動装置１５を用いて上側ステージ４を下降させて、ウェハ移動用ステージ５に保持されている半導体基板２を上側ステージ４に保持させ、上側ステージ４を上昇させて半導体基板２をウェハ移動用ステージ５から離れた場所に待避させる（ステップＳ３）。
【００６１】
制御装置１１は、半導体基板３のアライメントマークが形成された部分が透明部位９に配置されるように、搬送装置を用いて半導体基板３をロードロックチャンバからウェハ移動用ステージ５に搬送して、ウェハ移動用ステージ５に半導体基板３を保持させる（ステップＳ４）。制御装置１１は、カメラ８により撮像された画像に基づいて撮像領域移動用駆動装置１２を用いてウェハ移動用ステージ５を駆動して、半導体基板３を所定の位置に配置する（ステップＳ５）。
【００６２】
制御装置１１は、半導体基板２と半導体基板３とが離れた状態で、イオンガンを用いて半導体基板３に荷電粒子を照射し、半導体基板２に荷電粒子を照射する。半導体基板３と半導体基板２とは、その荷電粒子が照射されることにより、その表面に形成される酸化物が除去され、その表面に付着している不純物が除去される。制御装置１１は、接合用駆動装置１５を用いて上側ステージ４を鉛直下方向に下降させて、上側ステージ４とウェハ移動用ステージ５とを所定の距離まで近づけ、さらに精密な位置合わせを実行する。制御装置１１は、その精密な位置合わせを実行した後に、接合用駆動装置１５を用いて上側ステージ４を鉛直下方向に下降させて、半導体基板２と半導体基板３とを接触させる（ステップＳ６）。半導体基板２と半導体基板３とは、このように接触することにより常温接合され、強固に同体に接合される。制御装置１１は、常温接合した後に、接合用駆動装置１５を用いて上側ステージ４を鉛直上方向に上昇させて、搬送装置を用いて常温接合された基板をウェハ移動用ステージ５からロードロックチャンバに搬出する（ステップＳ７）。
【００６３】
図１０は、ステップＳ２とステップＳ５との動作を詳細に示している。制御装置１１は、まず、カメラ８を用いてウェハ移動用ステージ５に保持される半導体基板の一部の画像を撮像する（ステップＳ１０）。制御装置１１は、その画像に基づいて積算輝度分布を算出する（ステップＳ１１）。制御装置１１は、撮影する順番通りに撮像領域を辿る経路がスパイラルを形成するように、撮像領域移動用駆動装置１２を用いてウェハ移動用ステージ５を駆動する（ステップＳ１２）。制御装置１１は、再度、カメラ８を用いてウェハ移動用ステージ５に保持される半導体基板の一部の画像を撮像し（ステップＳ１３）、その画像に基づいて積算輝度分布を算出する（ステップＳ１４）。
【００６４】
制御装置１１は、今回算出された積算輝度分布と前回算出された積算輝度分布とに基づいて比率変動を算出する（ステップＳ１５）。制御装置１１は、その比率変動に基づいて、その２つの撮像領域のいずれかにアライメントマークが形成されているかどうかを判別する（ステップＳ１６）。すなわち、制御装置１１は、その比率変動が所定の範囲を外れている値を含むときに、その２つの撮像領域のいずれかにアライメントマークが形成されていると判別し、その比率変動が所定の範囲を外れている値を含まないときに、その２つの撮像領域のいずれにもアライメントマークが形成されていないと判別する。制御装置１１は、アライメントマークが映っていると判別されるまで、ステップＳ１２〜Ｓ１６の動作を繰り返して実行する。
【００６５】
制御装置１１は、アライメントマークが映っていると判別されたときに（ステップＳ１６、ＹＥＳ）、そのアライメントマークが形成されている撮像領域が撮像されるように、撮像領域移動用駆動装置１２を用いてウェハ移動用ステージ５を駆動する（ステップＳ１７）。制御装置１１は、ウェハ移動用ステージ５を駆動した後に、カメラ８を用いて半導体基板を画像に撮像し、その画像を画像処理した結果に基づいて、焦点調整用駆動装置１４を用いてピントを合わせる（ステップＳ１８）。制御装置１１は、カメラ８を用いてピントが合った画像を撮像する。
【００６６】
制御装置１１は、そのピントが合った画像に映し出されるアライメントマークの像と初期的に入力されたアライメントマークの像とを比較する（ステップＳ１９）。制御装置１１は、そのピントが合った画像に映し出されるアライメントマークの像と初期的に入力されたアライメントマークの像とが一致するまで、ステップＳ１２〜Ｓ１９の動作を繰り返して実行する。
【００６７】
制御装置１１は、そのピントが合った画像に映し出されるアライメントマークの像と初期的に入力されたアライメントマークの像とが一致するときに（ステップＳ１９、ＹＥＳ）、そのアライメントマークが画像の所定の位置に映し出されるように、撮像領域移動用駆動装置１２を用いてウェハ移動用ステージ５を駆動する（ステップＳ２０）。
【００６８】
半導体基板は、常温接合のために位置合わせされるときに、表面に形成されるアライメントマークがカメラ８の視野に配置される必要がある。そのアライメントマークをカメラ８の視野に配置する技術としては、たとえば、低倍率のレンズを用いる技術、ズームレンズを用いる技術、高精度の搬送装置を用いる技術が公知である。その低倍率のレンズを用いる技術では、位置合わせに用いられる高倍率の光学系と別個の低倍率の光学系を備える必要があり、その２つの光学系の光軸を一致させる必要がある。ズームレンズを用いる技術では、そのズームレンズを低倍率で使用されるときの光軸と高倍率で使用されるときの光軸を一致させる必要がある。高精度の搬送装置を用いる技術では、より精度の悪い搬送装置に比較して規模がより大きい搬送装置が必要である。
【００６９】
本発明によるアライメント方法によれば、１つの光学系を用いて半導体基板のアライメントマークをカメラ８の視野に配置することができる。このため、本発明によるアライメント方法によれば、アライメント装置１は、アライメントマークをカメラ８の視野に配置するために、その低倍率のレンズを別個に備える必要がなく、または、ズームレンズを備える必要がなく、規模をより小さく、かつ、より容易に製造することができる。
【００７０】
さらに、本発明によるアライメント方法によれば、アライメントマークがカメラ８の視野の外に配置されたときに、アライメントマークがカメラ８の視野の中に配置されるように、ウェハ移動用ステージ５を駆動することができる。このため、アライメント装置１は、高精度の搬送装置を備える必要がなく、より精度の低い搬送装置を適用して規模をより小さく製造することができる。
【００７１】
常温接合されて半導体デバイスに形成される半導体基板は、位置合わせのために表面に形成されるアライメントマークの周辺に何も形成されていない。光学系は、一般に、半導体表面に何も形成されていないときに、その半導体基板に焦点を合わせることが困難である。本発明によるアライメント方法によれば、２つの画像を比較することにより、２つの撮像領域のいずれかにアライメントマークがあるかどうかを判別しているために、焦点を正確に合わせる必要がなく、アライメントマークがある領域をより容易に検出することができる。
【００７２】
さらに、本発明によるアライメント方法によれば、その２つの画像の比較が、積算輝度分布を用いて実行され、比率変動を用いて実行されている。このため、その比較は、計算量が少なく、より速く実行されることができる。この結果、アライメント装置１は、アライメントマークがある領域をより速く検出することができ、生産性向上と接合プロセスの性能向上とを図ることができる。アライメント装置１は、さらに、半導体基板をより速く位置合わせすることができ、半導体基板の接合表面のコンタミネーションを低減し、常温接合の精度を向上させることができる。
【００７３】
さらに、本発明によるアライメント方法は、ｘ軸方向積算輝度分布３２−ｘとｙ軸方向積算輝度分布３２−ｙとの両方を用いて、２つの撮像領域を比較している。ｘ軸方向積算輝度分布３２−ｘとｙ軸方向積算輝度分布３２−ｙとのうちの一方のみを用いて２つの撮像領域を比較する場合は、その２つの撮像領域の両方にアライメントマークの一部が映し出されているときに、２つの撮像領域にアライメントマークが映っていないと判別される場合がある。対して、本発明によるアライメント方法は、１つの方向に射影した積算輝度分布を用いて２つの撮像領域を比較することに比較して、アライメントマークが映し出されている可能性のある２つの撮像領域をより確実に検出することができる。
【００７４】
なお、本発明によるアライメント方法は、比率変動を用いないで、２つの積算輝度分布を比較して、アライメントマークが形成される領域に対応する積算輝度分布を検出することもできる。その比較としては、２つの積算輝度分布の差分を用いる方法が例示される。このとき、本発明によるアライメント方法は、比率変動を用いる場合と同様にして、アライメント装置１の規模をより小さく、かつ、製造をより容易にし、アライメントマークがある領域をより容易に検出することができる。
【００７５】
なお、本発明によるアライメント方法は、積算輝度分布を用いないで２つの画像を比較して、アライメントマークが形成される領域に対応する画像を検出することもできる。その比較としては、２つの積算輝度分布の差分を用いる方法が例示される。このとき、本発明によるアライメント方法は、積算輝度分布を用いる場合と同様にして、アライメント装置１の規模をより小さく、かつ、製造をより容易にし、アライメントマークがある領域をより容易に検出することができる。
【００７６】
なお、複数の撮像領域が撮像される順番は、その順番に撮像領域を辿る経路がスパイラルと異なる形状を形成するように、割り当てられることもできる。その順番としては、複数の撮像領域の各々が少なくとも１回撮像されるものであればよく、たとえば、時計回りのスパイラルを形成するもの、一列ずつ並ぶものが例示される。このとき、本発明によるアライメント方法は、スパイラルを形成する順番が適用された場合と同様にして、アライメント装置１の規模をより小さく、かつ、製造をより容易にし、アライメントマークがある領域をより容易に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】図１は、本発明によるアライメント装置の実施の形態を示す側面図である。
【図２】図２は、常温接合装置を示すブロック図である。
【図３】図３は、制御装置を示すブロック図である。
【図４】図４は、半導体基板の表面のうちの一部を示す平面図である。
【図５】図５は、ｘ軸方向に隣接する２つの撮像領域を示す平面図である。
【図６】図６は、ｙ軸方向に隣接する２つの撮像領域を示す平面図である。
【図７】図７は、画像と積算輝度分布とを示す図である。
【図８】図８は、比率変動を示すグラフである。
【図９】図９は、常温接合方法を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、本発明によるアライメント方法の実施の形態を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７８】
１ ：アライメント装置
２ ：半導体基板
３ ：半導体基板
４ ：上側ステージ
５ ：ウェハ移動用ステージ
６ ：焦点調整用ステージ
７ ：レンズ
８ ：カメラ
９ ：透明部位
１１：制御装置
１２：撮像領域移動用駆動装置
１４：焦点調整用駆動装置
１５：接合用駆動装置
２１：領域
２２−１〜２２−９：撮像領域
３１：画像
３２−ｘ：ｘ軸方向積算輝度分布
３２−ｙ：ｙ軸方向積算輝度分布
３５：比率変動
４１：搬送部
４２：撮像部
４３：積算輝度分布算出部
４４：比率変動算出部
４５：領域検出部
４６：焦点合わせ部
４７：位置合わせ部
４８：接合部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カメラを用いて基板の表面のうちの複数の領域をそれぞれ映す複数の画像を撮像する撮像部と、前記複数の画像に基づいて前記複数の領域から検出領域を選択する領域検出部と、
前記カメラにより撮像され、かつ、前記検出領域に形成されるマークを映すアライメント用画像に基づいて前記基板を位置合わせする位置合わせ部
とを具備するアライメント装置制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記領域検出部は、前記複数の画像のうちの第１画像と前記複数の画像のうちの第２画像とが異なるときに、前記複数の領域のうちの前記第１画像が映す第１領域と前記複数の領域のうちの前記第２画像が映す第２領域とのうちから前記検出領域を選択する
アライメント装置制御装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記複数の画像に基づいて複数の積算輝度分布をそれぞれ算出する積算輝度分布算出部を更に具備し、
前記複数の積算輝度分布のうちの１つの画像に基づいて算出される積算輝度分布は、前記１つの画像を１つの射影方向に射影した積算輝度の分布を示し、
前記領域検出部は、前記複数の積算輝度分布のうちの前記第１画像に基づいて算出される第１積算輝度分布と前記複数の積算輝度分布のうちの前記第２画像に基づいて算出される第２積算輝度分布とが異なるときに、前記第１領域と前記第２領域とのうちから前記検出領域を選択する
アライメント装置制御装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記第１積算輝度分布と前記第２積算輝度分布とに基づいて比率変動を算出する比率変動算出部を更に具備し、
前記比率変動は、前記第１積算輝度分布の各位置の積算輝度を前記第２積算輝度分布の前記各位置の積算輝度で除算した比率の変化を示し、
前記領域検出部は、前記比率変動が所定の範囲を外れている値を含むときに、前記第１領域と前記第２領域とのうちから前記検出領域を選択する
アライメント装置制御装置。
【請求項５】
請求項３において、
前記積算輝度分布は、前記１つの画像を前記１つの射影方向と異なる他の射影方向に射影した他の積算輝度の分布を更に示す
アライメント装置制御装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記第１積算輝度分布と前記第２積算輝度分布とに基づいて第１比率変動と第２比率変動を算出する比率変動算出部を更に具備し、
前記第１比率変動は、前記第１積算輝度分布のうちの前記１つの射影方向に射影した積算輝度の分布の各位置の積算輝度を前記第２積算輝度分布のうちの前記１つの射影方向に射影した積算輝度の分布の前記各位置の積算輝度で除算した比率の変化を示し、
前記第２比率変動は、前記第１積算輝度分布のうちの前記他の射影方向に射影した積算輝度の分布の各位置の積算輝度を前記第２積算輝度分布のうちの前記他の射影方向に射影した積算輝度の分布の前記各位置の積算輝度で除算した比率の変化を示し、
前記領域検出部は、前記第１比率変動または前記第２比率変動が所定の範囲を外れている値を含むときに、前記第１領域と前記第２領域とのうちから前記検出領域を選択する
アライメント装置制御装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれかにおいて、
前記検出領域を映す画像に基づいて前記カメラを焦点合わせする焦点合わせ部を更に具備し、
前記アライメント用画像は、焦点合わせされた後に撮像される
アライメント装置制御装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記領域検出部は、前記アライメント用画像に映し出される前記マークの像が所定の像と異なるときに、前記複数の画像に基づいて前記複数の領域から前記検出領域と異なる他の検出領域を選択し、
前記位置合わせ部は、前記他の検出領域に形成されるマークを映す画像に基づいて前記基板を位置合わせする
アライメント装置制御装置。
【請求項９】
請求項１〜請求項８のいずれかにおいて、
前記複数の領域が撮像される順番で前記複数の領域を辿る経路は、スパイラルを形成する
アライメント装置制御装置。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９のいずれかにおいて、
前記複数の領域のうちの１つの方向に隣接する２つの領域が重なる領域の前記方向の幅は、前記表面に形成されるマークの前記方向の幅の半分より大きい
アライメント装置制御装置。
【請求項１１】
カメラを用いて基板の表面のうちの複数の領域をそれぞれ映す複数の画像を撮像するステップと、
前記複数の画像に基づいて前記複数の領域から検出領域を選択するステップと、
前記カメラにより撮像され、かつ、前記検出領域に形成されるマークを映すアライメント用画像に基づいて前記基板を位置合わせするステップ
とを具備するアライメント方法。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記検出領域は、前記複数の画像のうちの第１画像と前記複数の画像のうちの第２画像とが異なるときに、前記複数の領域のうちの前記第１画像が映す第１領域と前記複数の領域のうちの前記第２画像が映す第２領域とのうちから選択される
アライメント方法。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記複数の画像に基づいて複数の積算輝度分布をそれぞれ算出するステップを更に具備し、
前記複数の積算輝度分布のうちの１つの画像に基づいて算出される積算輝度分布は、前記１つの画像を１つの射影方向に射影した積算輝度の分布を示し、
前記検出領域は、前記複数の積算輝度分布のうちの前記第１画像に基づいて算出される第１積算輝度分布と前記複数の積算輝度分布のうちの前記第２画像に基づいて算出される第２積算輝度分布とが異なるときに、前記第１領域と前記第２領域とのうちから選択される
アライメント方法。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記第１積算輝度分布と前記第２積算輝度分布とに基づいて比率変動を算出するステップを更に具備し、
前記比率変動は、前記第１積算輝度分布の各位置の積算輝度を前記第２積算輝度分布の前記各位置の積算輝度で除算した比率の変化を示し、
前記検出領域は、前記比率変動が所定の範囲を外れている値を含むときに、前記第１領域と前記第２領域とのうちから選択される
アライメント方法。
【請求項１５】
請求項１３において、
前記積算輝度分布は、前記１つの画像を前記１つの射影方向と異なる他の射影方向に射影した他の積算輝度の分布を更に示す
アライメント方法。
【請求項１６】
請求項１５において、
前記第１積算輝度分布と前記第２積算輝度分布とに基づいて第１比率変動と第２比率変動を算出するステップを更に具備し、
前記第１比率変動は、前記第１積算輝度分布のうちの前記１つの射影方向に射影した積算輝度の分布の各位置の積算輝度を前記第２積算輝度分布のうちの前記１つの射影方向に射影した積算輝度の分布の前記各位置の積算輝度で除算した比率の変化を示し、
前記第２比率変動は、前記第１積算輝度分布のうちの前記他の射影方向に射影した積算輝度の分布の各位置の積算輝度を前記第２積算輝度分布のうちの前記他の射影方向に射影した積算輝度の分布の前記各位置の積算輝度で除算した比率の変化を示し、
前記検出領域は、前記第１比率変動または前記第２比率変動が所定の範囲を外れている値を含むときに、前記第１領域と前記第２領域とのうちから選択される
アライメント方法。
【請求項１７】
請求項１１〜請求項１６のいずれかにおいて、
前記検出領域を映す画像に基づいて前記カメラを焦点合わせした後に前記アライメント用画像を撮像するステップ
を更に具備するアライメント方法。
【請求項１８】
請求項１７において、
前記アライメント用画像に映し出される前記マークの像が所定の像と異なるときに、前記複数の画像に基づいて前記複数の領域から前記検出領域と異なる他の検出領域を選択するステップと、
前記他の検出領域に形成されるマークを映す画像に基づいて前記基板を位置合わせするステップ
とを更に具備するアライメント方法。
【請求項１９】
請求項１１〜請求項１８のいずれかにおいて、
前記複数の領域が撮像される順番で前記複数の領域を辿る経路は、スパイラルを形成する
アライメント方法。
【請求項２０】
請求項１１〜請求項１９のいずれかにおいて、
前記複数の領域のうちの１つの方向に隣接する２つの領域が重なる領域の前記方向の幅は、前記表面に形成されるマークの前記方向の幅の半分より大きい
アライメント方法。
【請求項１】
カメラを用いて基板の表面のうちの複数の領域をそれぞれ映す複数の画像を撮像する撮像部と、前記複数の画像に基づいて前記複数の領域から検出領域を選択する領域検出部と、
前記カメラにより撮像され、かつ、前記検出領域に形成されるマークを映すアライメント用画像に基づいて前記基板を位置合わせする位置合わせ部
とを具備するアライメント装置制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記領域検出部は、前記複数の画像のうちの第１画像と前記複数の画像のうちの第２画像とが異なるときに、前記複数の領域のうちの前記第１画像が映す第１領域と前記複数の領域のうちの前記第２画像が映す第２領域とのうちから前記検出領域を選択する
アライメント装置制御装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記複数の画像に基づいて複数の積算輝度分布をそれぞれ算出する積算輝度分布算出部を更に具備し、
前記複数の積算輝度分布のうちの１つの画像に基づいて算出される積算輝度分布は、前記１つの画像を１つの射影方向に射影した積算輝度の分布を示し、
前記領域検出部は、前記複数の積算輝度分布のうちの前記第１画像に基づいて算出される第１積算輝度分布と前記複数の積算輝度分布のうちの前記第２画像に基づいて算出される第２積算輝度分布とが異なるときに、前記第１領域と前記第２領域とのうちから前記検出領域を選択する
アライメント装置制御装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記第１積算輝度分布と前記第２積算輝度分布とに基づいて比率変動を算出する比率変動算出部を更に具備し、
前記比率変動は、前記第１積算輝度分布の各位置の積算輝度を前記第２積算輝度分布の前記各位置の積算輝度で除算した比率の変化を示し、
前記領域検出部は、前記比率変動が所定の範囲を外れている値を含むときに、前記第１領域と前記第２領域とのうちから前記検出領域を選択する
アライメント装置制御装置。
【請求項５】
請求項３において、
前記積算輝度分布は、前記１つの画像を前記１つの射影方向と異なる他の射影方向に射影した他の積算輝度の分布を更に示す
アライメント装置制御装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記第１積算輝度分布と前記第２積算輝度分布とに基づいて第１比率変動と第２比率変動を算出する比率変動算出部を更に具備し、
前記第１比率変動は、前記第１積算輝度分布のうちの前記１つの射影方向に射影した積算輝度の分布の各位置の積算輝度を前記第２積算輝度分布のうちの前記１つの射影方向に射影した積算輝度の分布の前記各位置の積算輝度で除算した比率の変化を示し、
前記第２比率変動は、前記第１積算輝度分布のうちの前記他の射影方向に射影した積算輝度の分布の各位置の積算輝度を前記第２積算輝度分布のうちの前記他の射影方向に射影した積算輝度の分布の前記各位置の積算輝度で除算した比率の変化を示し、
前記領域検出部は、前記第１比率変動または前記第２比率変動が所定の範囲を外れている値を含むときに、前記第１領域と前記第２領域とのうちから前記検出領域を選択する
アライメント装置制御装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれかにおいて、
前記検出領域を映す画像に基づいて前記カメラを焦点合わせする焦点合わせ部を更に具備し、
前記アライメント用画像は、焦点合わせされた後に撮像される
アライメント装置制御装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記領域検出部は、前記アライメント用画像に映し出される前記マークの像が所定の像と異なるときに、前記複数の画像に基づいて前記複数の領域から前記検出領域と異なる他の検出領域を選択し、
前記位置合わせ部は、前記他の検出領域に形成されるマークを映す画像に基づいて前記基板を位置合わせする
アライメント装置制御装置。
【請求項９】
請求項１〜請求項８のいずれかにおいて、
前記複数の領域が撮像される順番で前記複数の領域を辿る経路は、スパイラルを形成する
アライメント装置制御装置。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９のいずれかにおいて、
前記複数の領域のうちの１つの方向に隣接する２つの領域が重なる領域の前記方向の幅は、前記表面に形成されるマークの前記方向の幅の半分より大きい
アライメント装置制御装置。
【請求項１１】
カメラを用いて基板の表面のうちの複数の領域をそれぞれ映す複数の画像を撮像するステップと、
前記複数の画像に基づいて前記複数の領域から検出領域を選択するステップと、
前記カメラにより撮像され、かつ、前記検出領域に形成されるマークを映すアライメント用画像に基づいて前記基板を位置合わせするステップ
とを具備するアライメント方法。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記検出領域は、前記複数の画像のうちの第１画像と前記複数の画像のうちの第２画像とが異なるときに、前記複数の領域のうちの前記第１画像が映す第１領域と前記複数の領域のうちの前記第２画像が映す第２領域とのうちから選択される
アライメント方法。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記複数の画像に基づいて複数の積算輝度分布をそれぞれ算出するステップを更に具備し、
前記複数の積算輝度分布のうちの１つの画像に基づいて算出される積算輝度分布は、前記１つの画像を１つの射影方向に射影した積算輝度の分布を示し、
前記検出領域は、前記複数の積算輝度分布のうちの前記第１画像に基づいて算出される第１積算輝度分布と前記複数の積算輝度分布のうちの前記第２画像に基づいて算出される第２積算輝度分布とが異なるときに、前記第１領域と前記第２領域とのうちから選択される
アライメント方法。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記第１積算輝度分布と前記第２積算輝度分布とに基づいて比率変動を算出するステップを更に具備し、
前記比率変動は、前記第１積算輝度分布の各位置の積算輝度を前記第２積算輝度分布の前記各位置の積算輝度で除算した比率の変化を示し、
前記検出領域は、前記比率変動が所定の範囲を外れている値を含むときに、前記第１領域と前記第２領域とのうちから選択される
アライメント方法。
【請求項１５】
請求項１３において、
前記積算輝度分布は、前記１つの画像を前記１つの射影方向と異なる他の射影方向に射影した他の積算輝度の分布を更に示す
アライメント方法。
【請求項１６】
請求項１５において、
前記第１積算輝度分布と前記第２積算輝度分布とに基づいて第１比率変動と第２比率変動を算出するステップを更に具備し、
前記第１比率変動は、前記第１積算輝度分布のうちの前記１つの射影方向に射影した積算輝度の分布の各位置の積算輝度を前記第２積算輝度分布のうちの前記１つの射影方向に射影した積算輝度の分布の前記各位置の積算輝度で除算した比率の変化を示し、
前記第２比率変動は、前記第１積算輝度分布のうちの前記他の射影方向に射影した積算輝度の分布の各位置の積算輝度を前記第２積算輝度分布のうちの前記他の射影方向に射影した積算輝度の分布の前記各位置の積算輝度で除算した比率の変化を示し、
前記検出領域は、前記第１比率変動または前記第２比率変動が所定の範囲を外れている値を含むときに、前記第１領域と前記第２領域とのうちから選択される
アライメント方法。
【請求項１７】
請求項１１〜請求項１６のいずれかにおいて、
前記検出領域を映す画像に基づいて前記カメラを焦点合わせした後に前記アライメント用画像を撮像するステップ
を更に具備するアライメント方法。
【請求項１８】
請求項１７において、
前記アライメント用画像に映し出される前記マークの像が所定の像と異なるときに、前記複数の画像に基づいて前記複数の領域から前記検出領域と異なる他の検出領域を選択するステップと、
前記他の検出領域に形成されるマークを映す画像に基づいて前記基板を位置合わせするステップ
とを更に具備するアライメント方法。
【請求項１９】
請求項１１〜請求項１８のいずれかにおいて、
前記複数の領域が撮像される順番で前記複数の領域を辿る経路は、スパイラルを形成する
アライメント方法。
【請求項２０】
請求項１１〜請求項１９のいずれかにおいて、
前記複数の領域のうちの１つの方向に隣接する２つの領域が重なる領域の前記方向の幅は、前記表面に形成されるマークの前記方向の幅の半分より大きい
アライメント方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１０９１２４（Ｐ２０１０−１０９１２４Ａ）
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７９２６２（Ｐ２００８−２７９２６２）
【出願日】平成２０年１０月３０日（２００８．１０．３０）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【出願人】（５９９１７３９５２）株式会社ファースト (16)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月３０日（２００８．１０．３０）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【出願人】（５９９１７３９５２）株式会社ファースト (16)
【Ｆターム（参考）】
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