JP5895332B2 - 位置検出装置、重ね合わせ装置、位置検出方法およびデバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、位置検出装置、重ね合わせ装置、位置検出方法およびデバイスの製造方法に関する。

複数のウェハを重ね合わせて接合した後に個片化することで立体構造を備える半導体チップを製造する重ね合わせ装置が近年注目を集めている。重ね合わせ装置は、複数のウェハを重ね合わせるときに、位置合わせ装置によって高精度に位置合わせをする（例えば、特許文献１を参照）。
[先行技術文献]
[特許文献]
[特許文献１] 特開２００５−２５１９７２号公報

位置合わせ装置は、対向する２枚のウェハの表面に形成されたアライメントマークを顕微鏡で観察しながら、少なくとも片方のウェハを移動させることで、アライメントマークの位置を基準として２枚のウェハの位置を合わせる。ここで、位置合わせ装置が備える顕微鏡は高倍率に設定されており観察視野が狭くなっているので、ウェハを位置合わせ装置に搬入するときに顕微鏡の観察視野内にアライメントマークが収まるように、ウェハの位置を予備的に調整しておくことが望ましい。

そこで位置合わせ装置にウェハを搬入する前に、ウェハのアライメントマークが位置合わせ装置の観察視野に入るように予備的に位置合わせをする予備位置合わせ装置が採用されている。この予備位置合わせ装置では、位置決めに各ウェハの外形を基準とする場合が多く、ウェハの外形を高いコントラストで認識するために、透過型の光学系を使用している。

しかしながら、検出対象のウェハがすでに積層された積層ウェハであり、特に上段のウェハが下段のウェハよりも外形が小さい場合に、透過型の光学系では、上段のウェハの外形を正確に検出することが困難である。上段のウェハと下段のウェハが位置ずれなく積層されていれば、下段のウェハの位置と上段のウェハの位置が一致するので問題ないが、実際にはウェハを積層する段階で位置ずれが生じている場合がある。

上段のウェハと下段のウェハの位置が合っていない場合、下段のウェハの位置を基準として位置合わせをしても、上段のウェハの位置はずれてしまうことになる。その結果、ウェハを本アライナに搬入したときに、上段のウェハに形成されたアライメントマークが、位置合わせ装置の顕微鏡の観察視野内に収まらない可能性がある。このように従来の予備位置合わせ装置では、条件によって、位置合わせ装置が観察する対象ウェハのアライメントマークが、顕微鏡の観察視野内に収まる位置に、位置合わせできない場合があった。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る位置検出装置は、ステージと、ステージ上に配置されたウェハの位置を検出する検出部と、予め定められた条件により、ウェハの位置を検出する異なる複数の検出制御を切り替えて検出部を制御する制御部とを備える。

また上記課題を解決するために、本発明の第２の態様に係る重ね合わせ装置は、ステージと、ステージ上に配置されたウェハの位置を検出する検出部と、予め定められた条件により、ウェハの位置を検出する異なる複数の検出制御を切り替えて検出部を制御する制御部と、制御部による制御によって、検出部が検出したウェハの位置に基づいて、ウェハを位置合わせする位置合わせ部と、位置合わせ部によって位置合わせされた２つのウェハを重ね合わせる重ね合わせ部とを備える。

また上記課題を解決するために、本発明の第３の態様に係る位置検出方法は、ステージおよびステージ上に配置されたウェハの位置を検出する検出部を備える位置検出装置を制御する位置検出方法であって、予め定められた条件により、ウェハの位置を検出する異なる複数の検出制御から１つの検出制御を選択する選択ステップと、選択ステップで選択された検出制御により、ウェハの位置を検出する検出ステップとを有する。

また上記課題を解決するために、本発明の第４の態様に係るデバイスの製造方法は、複数のウェハを重ね合わせて製造されるデバイスの製造方法であって、複数のウェハを重ね合わせる工程は、予め定められた条件により、複数のウェハの１つである第１ウェハの位置を検出する異なる複数の検出制御から、少なくとも１つの検出制御を選択して、その選択した検出制御によって、第１ウェハの位置を検出する第１検出ステップと、予め定められた条件により、複数のウェハの１つである第２ウェハの位置を検出する異なる複数の検出制御から、少なくとも１つの検出制御を選択して、その選択した検出制御によって、第２ウェハの位置を検出する第１検出ステップと、対向して配置されたステージに、第１ウェハと第２ウェハをそれぞれ載置して、第１検出ステップで検出した第１ウェハの位置と、第２検出ステップで検出した第２ウェハの位置に基づいて、第１ウェハと第２ウェハを位置合わせして重ね合わせる重ね合わせステップとを含む。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

重ね合わせ装置の全体構造を概略的に示す平面図である。 ウェハの構造を概略的に示す上面図である。 上ウェハホルダの構造を概略的に示す上面図である。 下ウェハホルダの構造を概略的に示す上面図である。 位置検出部の構造を概略的に示す斜視図である。 第１照明ユニットにより照明されたウェハのエッジを第１撮像ユニットにより撮像している位置検出部の構成を概略的に示す部分断面図である。 第１撮像ユニットが撮影した撮影画像を表わす概念図である。 ３つの第１撮像ユニットによって撮影される３つの撮影画像の例を示す概念図である。 第２照明ユニットにより照明されたウェハのエッジを第１撮像ユニットにより撮像している位置検出部の構成を概略的に示す部分断面図である。 第１撮像ユニットが撮影した撮影画像を表わす概念図である。 第３照明ユニットにより照明された積層ウェハのエッジを第２撮像ユニットにより撮影している位置検出部の構成を概略的に示す斜視図である。 第２撮像ユニットが取得した積層ウェハのエッジを含む撮影画像の概念図である。 ウェハの切欠の位置を特定する手法を説明する説明図である。 位置検出部によって実行される位置検出の制御の流れを示すフローチャートである。 積層ウェハを対象として透過光計測によって位置検出を実行する場合の例を示す図である。 位置検出部によって実行される位置検出の制御の流れを示すフローチャートである。 位置検出部によって実行される位置検出の制御の流れを示すフローチャートである。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係るデバイスの製造方法を実施する重ね合わせ装置１００の全体構造を概略的に示す平面図である。図では、平面方向をＸＹ軸方向、重力方向をＺ軸方向としている。重ね合わせ装置１００は、回路パターンが形成された複数のウェハを、接合すべき電極同士が接触するように重ね合わせて加熱加圧することにより接合する装置である。

重ね合わせ装置１００は、共通の筐体１０１の内部に形成された大気環境部１０２および真空環境部２０２を含む。大気環境部１０２は、筐体１０１の外部に面して、制御部１１０およびＥＦＥＭ（Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ Ｍｏｄｕｌｅ）１１２を有する。重ね合わせ装置１００に含まれる各装置の各要素は、重ね合わせ装置１００全体の制御および演算を司る制御部１１０、または要素ごとに設けられた制御演算部が、統合制御、協調制御をすることにより動作する。制御部１１０は、重ね合わせ装置１００を制御するための情報を記憶する記憶部１１１を有する。

ＥＦＥＭ１１２は、３つのロードポート１１３、１１４、１１５およびロボットアーム１１６を備える。各ロードポートには密閉型のウェハ格納用ポッドであるＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ）が装着される。ロードポート１１３、１１４に装着されたＦＯＵＰには複数のウェハ１２０が収容されており、ロボットアーム１１６によって大気環境部１０２に搬入される。大気環境部１０２および真空環境部２０２によって接合されたウェハ１２０は、ロードポート１１５に装着されたＦＯＵＰに格納される。

ここでいうウェハ１２０は、既に回路パターンが複数周期的に形成されているウェハが１枚からなる単層ウェハの場合と、複数のウェハが積層された積層ウェハの場合がある。ロボットアーム１１６によって大気環境部１０２に搬入されるウェハ１２０は、制御部１１０によって管理されており、搬入されたウェハ１２０が単層ウェハであるか積層ウェハであるかは制御部１１０によって把握されている。

大気環境部１０２は、筐体１０１の内側にそれぞれ配置された、予備アライナ１３０、本アライナ１４０、ホルダラック１５０および分離機構１６０を備える。筐体１０１の内部は、重ね合わせ装置１００が設置された環境の室温と略同じ温度が維持されるように温度管理される。

予備アライナ１３０は、ウェハ１２０が本アライナ１４０に搬入されたときに、本アライナ１４０が備える顕微鏡の観察視野内にウェハ１２０のアライメントマークが収まるように、ウェハ１２０の位置を予備的に合わせる装置である。予備アライナ１３０は、位置検出部３００および搭載部３６０を備えている。そして、ロボットアーム１１６によって、ＦＯＵＰに収容されているウェハ１２０が位置検出部３００に搬入される。ウェハ１２０の外周には切欠が設けられており、位置検出部３００は、ウェハ１２０の切欠とエッジを撮影することで、ウェハ１２０の位置を検出する。位置検出部３００の具体的な構成については後述する。

搭載部３６０は、ホルダテーブル３６２および観察器３６４を備える。ホルダテーブル３６２にはウェハホルダ１９０が載置される。ウェハホルダ１９０はホルダラック１５０に収納されており、ロボットアーム１７５および第１搬送ユニット１７１または第２搬送ユニット１７２によってホルダテーブル３６２に搬送される。観察器３６４は予備アライナ１３０の天井フレームに設置されており、ホルダテーブル３６２に載置されたウェハホルダ１９０を観察する。ウェハホルダ１９０の外周には切欠が設けられており、搭載部３６０は、この切欠を観察器３６４によって観察しながら、ウェハホルダ１９０の位置を調整する。

ウェハホルダ１９０のウェハ保持面には複数の挿通孔が設けられており、ウェハホルダ１９０の表裏を貫通する。またホルダテーブル３６２には複数の貫通孔が設けられており、複数のリフトピンが、この貫通孔およびウェハホルダ１９０の挿通孔を突き抜けて、リフトピン上にウェハ１２０を載置できるよう構成されている。

そして、ウェハスライダによって位置検出部３００からホルダテーブル３６２に搬送されたウェハ１２０が、複数のリフトピン上に載置される。このとき搭載部３６０は、ウェハ１２０およびウェハホルダ１９０を観察器３６４によって観察しながら位置合わせしてウェハ１２０をリフトピン上に載置する。そしてリフトピンを降下することでウェハ１２０はウェハホルダ１９０上に載置される。

ホルダテーブル３６２には電力供給ピンが設けられており、ウェハホルダ１９０の裏面に設けられた電力供給端子と接続して、ウェハホルダ１９０に電力を供給する。電力供給端子から電力を供給されたウェハホルダ１９０は、その内部に設けられた静電チャックによりウェハ保持面に電位差を生じさせ、ウェハ１２０を静電吸着する。このようにして一体化されたウェハ１２０およびウェハホルダ１９０を、ワークと呼ぶ。予備アライナ１３０により形成されたワークは、ロボットアーム１７６によって本アライナ１４０に搬入される。

本アライナ１４０は、２つのワークを対向させて、各ワークのウェハ１２０に形成された複数のアライメントマークを高精度に位置合わせして重ね合わせる装置である。本アライナ１４０は、固定ステージ１４１、移動ステージ１４２、制御部１４３、顕微鏡１４４、１４５および干渉計１４６、１４７を備える。また、本アライナ１４０を包囲してシャッタ１４８および断熱壁１４９が設けられる。

固定ステージ１４１は、本アライナ１４０の天井部に設置されており、固定された状態でワークを下向きに保持する。固定ステージ１４１に保持されるワークを上ワークと呼び、上ワークを構成するウェハホルダ１９０を上ウェハホルダ１９１と呼ぶ。移動ステージ１４２は、ワークを上向きに保持する。そして、ＸＹ平面方向に移動可能に構成されており、ワークを保持して搬送する。移動ステージ１４２に載置されるワークを下ワークと呼び、下ワークを構成するウェハホルダ１９０を下ウェハホルダ１９２と呼ぶ。

制御部１４３は、固定ステージ１４１に隣接して設置された顕微鏡１４４および移動ステージ１４２に隣接して設置された顕微鏡１４５によって、上ワークのウェハ１２０のアライメントマークおよび下ワークのウェハ１２０のアライメントマークを観察する。そして、アライメントマークを基準として移動ステージ１４２を、干渉計１４６、１４７によりその位置を監視しつつ精密に移動させることで、上ワークのウェハ１２０と下ワークのウェハ１２０を位置合わせする。

このとき制御部１４３は、例えば、２枚のウェハそれぞれに形成された複数のアライメントマークが重ね合わされたときに相互の位置ずれ量が最も小さくなるように統計的に決定されるグローバルアライメント法等を用いて計算を実行する。位置合わせ終了後制御部１４３は、移動ステージ１４２により下ワークを上昇させて上ワークのウェハ１２０と下ワークのウェハ１２０の接合面を接触させて重ね合わせる。重ね合わされた２つのワークをまとめてワーク対と呼ぶ。

本アライナ１４０はこのように、２枚のウェハ１２０を高精度に位置合わせすることが要求されるので、顕微鏡１４４、１４５は高倍率に設定されており観察視野が狭くなっている。その結果、ウェハ１２０に位置ずれが生じた状態でワークが本アライナ１４０に搬入されると、位置合わせに時間がかかり全体のスループットの低下を招いてしまう。特に、位置ずれが大きく、ウェハ１２０のアライメントマークが顕微鏡１４４、１４５の観察視野から外れている場合は、アライメントマークを探索する時間が更に余分にかかってしまう。

また、本実施形態のように、干渉計１４６、１４７を用いて移動ステージ１４２の位置を監視する場合、回転方向の調整範囲が狭くなる。そのためウェハ１２０が移動ステージ１４２の回転方向の調整許容範囲を超える位置ずれを起こしている場合は、顕微鏡１４４、１４５の観察視野内にアライメントマークが入るように調整することができなくなり、位置合わせができなくなってしまう場合もある。そこで、ウェハ１２０のアライメントマークが本アライナ１４０の顕微鏡１４４、１４５の撮像視野内に入るように、予備アライナ１３０によって予めウェハ１２０の位置合わせを実行する。

本アライナ１４０により形成されたワーク対は、ロボットアーム１７６によって本アライナ１４０から搬出され、第１搬送ユニット１７１または第２搬送ユニット１７２によって、分離機構１６０の上部に設けられた受け渡しポート１７３に載置される。第１搬送ユニット１７１と第２搬送ユニット１７２は、上下方向に並行して設けられたレール上をそれぞれ独立して走行する。そして第１搬送ユニット１７１は第２搬送ユニット１７２よりも上側に位置して、ウェハホルダ１９０、ワークおよびワーク対を保持したままでもすれ違うことができる構造になっている。受け渡しポート１７３に載置されたワーク対は、ロボットアーム１７５によって後述するロードロックチャンバ２２０に搬入される。

真空環境部２０２は、断熱壁２１０、ロードロックチャンバ２２０、ロボットアーム２３０および複数の加熱加圧装置２４０を有する。断熱壁２１０は、真空環境部２０２を包囲して真空環境部２０２の内部温度を維持すると共に、真空環境部２０２の外部への熱輻射を遮断する。これにより、真空環境部２０２の熱が大気環境部１０２に及ぼす影響を抑制できる。ロボットアーム２３０は、ワーク対を搬送する搬送装置であり、保持したワーク対を、ロードロックチャンバ２２０と加熱加圧装置２４０の間で搬送する。

ロードロックチャンバ２２０は、大気環境部１０２側と真空環境部２０２側とに、交互に開閉するシャッタ２２２、２２４を有する。ワーク対が大気環境部１０２から真空環境部２０２に搬入される場合、まず、大気環境部１０２側のシャッタ２２２が開かれ、ロボットアーム１７６がワーク対をロードロックチャンバ２２０に搬入する。次に大気環境部１０２側のシャッタ２２２を閉じ、ロードロックチャンバ２２０内の空気を排出することで、真空状態にする。

ロードロックチャンバ２２０内が真空状態になった後、真空環境部２０２側のシャッタ２２４が開かれ、ロボットアーム２３０がワーク対を搬出する。このような真空環境部２０２への搬入動作により、大気環境部１０２の内部雰囲気を真空環境部２０２側に漏らすことなく、ワーク対を真空環境部２０２に搬入できる。

次にロボットアーム２３０は、搬出したワーク対を複数の加熱加圧装置２４０のいずれかに搬入する。そして加熱加圧装置２４０は、ワーク対を加熱加圧する。これによりウェハホルダ１９０に挟まれた状態で搬入されたウェハ１２０は恒久的に接合される。

加熱加圧装置２４０は、ワーク対を加熱する本体と、本体を配置する加熱加圧チャンバとを含む。またロボットアーム２３０は、ロボットアームチャンバに設置される。すなわち、真空環境部２０２を構成する複数の加熱加圧チャンバ、ロボットアームチャンバおよびロードロックチャンバ２２０は、それぞれ個別に仕切られ、別々に雰囲気を調整することができる。また、図に示すように、真空環境部２０２は、ロボットアームチャンバを中心として、複数の加熱加圧チャンバとロードロックチャンバ２２０が円周方向に並べて配置されている。

真空環境部２０２から大気環境部１０２にワーク対を搬出する場合は、まず真空環境部２０２側のシャッタ２２４が開かれ、ロボットアーム２３０がワーク対をロードロックチャンバ２２０に搬入する。次に、真空環境部２０２側のシャッタ２２４が閉じられ、大気環境部１０２側のシャッタ２２２が開かれる。そして、ロボットアーム１７５によって、ワーク対がロードロックチャンバ２２０から搬出される。

ロードロックチャンバ２２０から搬出されたワーク対は、分離機構１６０に搬入され、分離機構１６０によって、ウェハホルダ１９０に挟まれて接合された接合ウェハが取り出される。接合ウェハは、第１搬送ユニット１７１または第２搬送ユニット１７２によって、ロードポート１１５に装着されたＦＯＵＰに収容される。

図２はウェハ１２０の構造を概略的に示す上面図である。図では、平面方向をＸＹ軸方向、重力方向をＺ軸方向としている。また、ウェハ１２０が予備アライナ１３０によってウェハホルダ１９０に載置されたときの向きを示している。ウェハ１２０は、その周囲の一部にウェハ１２０の結晶方向性を示す切欠１２３を備える。ここでいう切欠１２３は、ノッチおよびオリフラを含むものとする。また、ウェハ１２０には例えば、数十ショット〜数百ショット程度に回路パターン１２４が形成されているが、図では、回路パターン１２４が２２個形成されている場合を例示している。

回路パターン１２４の周辺には、フォトリソグラフィ工程にてアライメントマーク１２５が複数形成されている。ここでは、アライメントマーク１２５は十字形状で形成されている。ウェハ１２０は、本アライナ１４０の移動ステージ１４２に載置されたときに、切欠１２３が−Ｙ方向の端に位置するように、予備アライナ１３０によって向きが調整される。

図３は、ウェハ１２０を保持した上ウェハホルダ１９１を概略的に示す平面図である。上ウェハホルダ１９１は、ホルダ本体９１１およびマグネットユニット９１８を有している。ホルダ本体９１１は、セラミックス、金属等の高剛性材料により一体成形されており、ウェハ１２０を保持する領域をその表面に備える。この保持領域は研磨されて高い平坦性を有する。ウェハ１２０の保持は、静電力を利用した吸着により行われる。

具体的には、ホルダ本体９１１に埋め込まれた静電チャックに、ホルダ本体９１１の裏面に設けられた電圧印加端子を介して電圧を加えることにより、上ウェハホルダ１９１とウェハ１２０との間に電位差を生じさせて、ウェハ１２０を上ウェハホルダ１９１に吸着させる。なお、ウェハ１２０の吸着面は、回路パターン１２４が設けられた面とは反対の面である。

ホルダ本体９１１には、挿通孔９１２が設けられている。挿通孔９１２は、上ウェハホルダ１９１にウェハ１２０を載置した場合に、ウェハ１２０の外周に対応するラインに沿う位置に備えられる。そして、予備アライナ１３０が備えるリフトピンが挿通孔９１２を突き抜けることで、リフトピン上にウェハ１２０を載置できるように構成されている。リフトピン上に載置されたウェハ１２０は、リフトピンが降下することによって、ウェハホルダ１９０上に載置される。またホルダ本体９１１は、その外周の一部に切欠き９１６を有する。切欠き９１６は、予備アライナ１３０において、ウェハホルダ１９０にウェハ１２０を予備的に位置合わせするときの基準として用いられる。

マグネットユニット９１８は、ウェハ１２０を保持する表面において、保持したウェハ１２０よりも外側である外周領域に複数配置される。図の場合、２個を一組として１２０度毎に合計６個のマグネットユニット９１８が配されている。

図４は、ウェハ１２０を保持した下ウェハホルダ１９２を概略的に示す平面図である。上ウェハホルダ１９１と同様の構成要素については、上ウェハホルダ１９１と同じ符号を割り当ててその説明を省略する。下ウェハホルダ１９２は、マグネットユニット９１８の代わりに吸着ユニット９２２を有する点で上ウェハホルダ１９１と異なる。

吸着ユニット９２２は、ウェハ１２０を保持する表面において、保持したウェハ１２０よりも外側である外周領域に複数配置される。図の場合、２個を一組として１２０度毎に合計６個の吸着ユニット９２２が配されている。吸着ユニット９２２は、磁性体で構成されており、上ウェハホルダ１９１のマグネットユニット９１８とそれぞれ対応するように配置されている。そして、ウェハ１２０を保持した上ウェハホルダ１９１と、ウェハ１２０を保持した下ウェハホルダ１９２を、互いに向かい合わせてマグネットユニット９１８と吸着ユニット９２２を作用させると、２つのウェハ１２０を重ね合わせた状態で挟持して固定することができる。

図５は、位置検出部３００の構造を概略的に示す斜視図である。位置検出部３００は、台座部３０２、ステージ３０４、制御部３０６、第１照明部としての３つの第１照明ユニット３１１、３１２、３１３、第２照明部としての３つの第２照明ユニット３２１、３２２、３２３、第３照明部としての３つの第３照明ユニット３３１、３３２、３３３、３３４、第１撮像部としての３つの第１撮像ユニット３４１、３４２、３４３および第２撮像部としての４つの第２撮像ユニット３５１、３５２、３５３、３５４を備える。

台座部３０２上にステージ３０４が設置されており、ロボットアーム１１６によって搬入されたウェハ１２０がステージ３０４上に載置される。図では、ウェハ１２０の載置面に平行な方向をＸＹ軸方向、載置面に垂直方向な方向をＺ軸方向として説明する。ステージ３０４はＸＹ方向に対して平行移動する。また、ウェハ載置面の中心点を中心軸として、Ｚ軸に対して回転移動する。

第１照明ユニット３１１、３１２、３１３はステージ３０４に設置されており、ウェハの載置面に直交する方向に照明光を照射する。第１撮像ユニット３４１、３４２、３４３は、位置検出部３００の天井部に設置されており、それぞれが第１照明ユニット３１１、３１２、３１３と対向している。

ウェハ１２０は、ロボットアーム１１６によって、そのエッジが第１撮像ユニット３４１、３４２、３４３の撮影視野に入る位置に配置される。このとき第１照明ユニット３１１、３１２、３１３から照射された照明光は、一部がウェハ１２０に遮られて第１撮像ユニット３４１、３４２、３４３に到達することになる。

第１撮像ユニット３４１、３４２、３４３に到達した照明光は、制御部３０６により光電変換され、画像処理される。そしてその結果として制御部３０６は、ウェハ１２０のエッジの３箇所に対応する３つの撮影画像データを取得する。制御部３０６は、取得した３つの撮影画像データに基づいて、ウェハ１２０の位置を検出する。具体的な検出制御については後述する。

第２照明ユニット３２１、３２２、３２３は、それぞれが、第１撮像ユニット３４１、３４２、３４３と一体的に構成され鏡筒内に配置されたハーフミラーを介して、下方向に照明光を照射する。この下方向に向かって照射される照明光は、第１照明ユニット３１１、３１２、３１３から第１撮像ユニット３４１、３４２、３４３に向かう照明光とは反対向きで光路が共通になるよう調整されている。なお、ハーフミラーの代わりにハーフプリズムを用いてもかまわない。

第２照明ユニット３２１、３２２、３２３から発せられた照明光は、少なくともその一部がウェハ１２０のエッジに到達し、そのエッジ部分の散乱光が第１撮像ユニット３４１、３４２、３４３に到達する。第１撮像ユニット３４１、３４２、３４３に到達した散乱光は、制御部３０６により光電変換され、画像処理される。そしてその結果として制御部３０６は、ウェハ１２０のエッジの３箇所に対応する３つの撮影画像データを取得する。制御部３０６は、取得した３つの撮影画像データに基づいて、ウェハ１２０の位置を検出する。具体的な検出制御については後述する。

第３照明ユニット３３１、３３２、３３３、３３４は、ウェハ１２０の載置面方向に対して斜めから、ウェハ１２０を照明する照明光として、スリット像３３５、３３６、３３７、３３８を提供する。スリット像３３５、３３６、３３７、３３８は、円盤状のウェハ１２０の径方向に延伸する細長い形状を有しており、その照射範囲はウェハ１２０のエッジの一部分を含む。スリット像３３５、３３８の長手方向はＸ方向であり、スリット像３３６、３３７の長手方向はＹ方向である。第３照明ユニット３３１、３３２、３３３、３３４は、ウェハ１２０が目標位置に対して正しく配置された場合にエッジが来るべき位置を照明するように、その位置と照射方向が調整されている。

第２撮像ユニット３５１、３５２、３５３、３５４は、ウェハ１２０のエッジの一部分を含む領域を、ウェハ１２０の面方向に対して斜めから撮像する。第２撮像ユニット３５１、３５２、３５３、３５４は、第３照明ユニット３３１、３３２、３３３、３３４が照射した照明光をウェハ１２０が反射した反射光が到達する位置に設置されている。

第３照明ユニット３３１、３３２、３３３、３３４から照射された照明光は、少なくともその一部がウェハ１２０に反射され、その反射光が第２撮像ユニット３５１、３５２、３５３、３５４に到達する。第２撮像ユニット３５１、３５２、３５３、３５４に到達した反射光は、制御部３０６により光電変換され、画像処理される。そしてその結果として制御部３０６は、ウェハ１２０のエッジの４箇所に対応する４つの撮影画像データを取得する。制御部３０６は、取得した４つの撮影画像データに基づいて、ウェハ１２０の位置を検出する。具体的な検出制御については後述する。

図６は、第１照明ユニット３１１により照明されたウェハ１２０のエッジを、第１撮像ユニット３４１により撮影している位置検出部３００の構成を概略的に示す部分断面図である。断面の位置は図５のＡ−Ａに対応する。第１照明ユニット３１１により、ステージ３０４側から第１撮像ユニット３４１側に向かって発せられた照明光は、一部がウェハ１２０に遮られて、ハーフミラー３２６を透過して第１撮像ユニット３４１に到達する。なお、ハーフミラー３２６による反射光は図示を省略している。

図７は、第１撮像ユニット３４１で撮影した画像を、制御部３０６が画像処理して取得した撮影画像データ３１６を示す概念図である。制御部３０６は、第１撮像ユニット３４１が出力した８ｂｉｔのグレースケール画像に対して、予め定められた閾値により２値化する画像処理を施すことで、図７に示す２値画像を得る。撮影画像データ３１６の斜線部分がウェハ１２０に遮られた部分を表しており、この遮られた部分が黒い領域、遮られていない部分が白い領域となる。

上述したようにウェハ１２０の裏面側から垂直にエッジを照明して、その照明されたエッジをウェハ１２０の表面側から垂直方向に撮影した撮影画像を分析して、ウェハ１２０のエッジを計測する計測手法を透過光計測と呼ぶ。透過光によるグレースケール画像は明暗が急峻に分離されるので、２値化するときに実際のエッジを忠実に再現することができる。

図８は、第１撮像部で撮影した画像を、制御部３０６が画像処理して取得した３つの撮影画像データ３１６、３１７、３１８の例を示す概念図である。斜線で示した部分が、第１照明部による照明をウェハ１２０が遮った部分に対応する。破線で示したウェハ１２７は、目標位置に正しく配置された場合の位置を表しており、中心位置１２８はウェハ１２７の中心点を表している。なお、ウェハ１２０に形成された回路パターン１２４およびアライメントマーク１２５は図示を省略している。

ここで、制御部３０６が撮影画像データ３１６、３１７、３１８に基づいてウェハ１２０の位置を検出する手法について説明する。制御部３０６はウェハ１２０の位置として、並進方向の位置と回転方向の位置をともに検出する。ここで、ウェハ１２０の並進方向の位置とは、中心位置１２８に対するウェハ１２０の中心点１２６のＸ座標およびＹ座標である。また回転方向の位置とは、中心位置１２８からのウェハ１２７の切欠の方向と、ウェハ１２０の中心点１２６からの切欠１２３の方向とがなす角度θである。

制御部３０６は、３つの撮影画像データ３１６、３１７、３１８を分析して、ウェハ１２０のエッジ上に位置する３点の座標を検出する。まず、撮影画像データ３１６からウェハ１２０のエッジ上の１点の座標を算出する流れについて説明する。中心点８１１は、第１撮像ユニット３４１の撮影視野の中心を表している。中心点８１１の座標は、中心位置１２８との位置関係からあらかじめ把握されており、制御部３０６が備える記憶部に記憶されている。ウェハ１２０が目標位置に正しく配置された場合、ウェハ１２０のエッジが中心点８１１に位置することになる。

制御部３０６は、撮影画像データ３１６に対して、中心位置１２８と中心点８１１とを結んだ直線８１２とウェハ１２０のエッジとの交点８１３の座標を算出する。具体的には、直線８１２上の、黒い領域と白い領域の境界点を検出することで、交点８１３の位置を特定する。そして、中心点８１１の座標に対して、中心点８１１と交点８１３の相対座標を加えることで、交点８１３の座標を算出する。制御部３０６はこのようにして、ウェハ１２０のエッジ上の１点に対応する座標を取得する。

なおここでは、中心位置１２８と中心点８１１とを結んだ直線８１２とウェハ１２０のエッジとの交点８１３を検出したが、これに限らない。例えば中心点８１１からＹ軸に平行な直線に沿って黒い領域と白い領域の境界点を検出するなど、黒い領域と白い領域の境界点の座標を求められる手法であれば他の手法を用いてもかまわない。

撮影画像データ３１８についても撮影画像データ３１６と同様にして、中心位置１２８と中心点８３１とを結んだ直線８３２と、ウェハ１２０のエッジとの交点である交点８３３の座標を取得する。撮影画像データ３１７については、ウェハ１２０の切欠１２３を含んでおり、黒い領域と白い領域の境界点でありかつ切欠１２３上以外の点の座標を算出するので、撮影画像データ３１６とは異なる処理を適用する。

撮影画像データ３１７において、中心点８２１は、第１撮像ユニット３４２の撮影視野の中心を表している。制御部３０６は、中心点８２１から＋Ｘ方向に向かって、黒い領域と白い領域の境界点を連続的に検出していき、その境界点が切欠１２３上の点であるか否かを判断する。ここで、切欠１２３上の連続する境界点に比べて、切欠１２３以外のエッジ上の連続する境界点はＹ座標の差が小さいという特性の差が表れるので、制御部３０６はその特性の差を検出することで、切欠１２３上の点であるか否かを判断する。

制御部３０６は、中心点８２１から＋Ｘ方向に向かって検出した境界点と１つ前に検出した境界点とのＹ座標の差分を確認していき、差分が小さい特性を示す区間の境界点の座標を取得する。そして、取得した座標と中心点８２１の相対座標を、中心点８２１の座標に加えることで、ウェハ１２０のエッジ上の１点に対応する座標を取得する。

以上の処理によって、ウェハ１２０のエッジ上の３点に対応する３つ座標を取得する。制御部３０６は、取得した３点の座標に対して公知の計算手法を適用してこの３点を通る円の中心座標を算出することで、円形状であるウェハ１２０の中心点１２６の座標を取得する。

続いて、ウェハ１２０の回転方向の位置を検出する手法について説明する。ウェハ１２０の切欠１２３は、ウェハ１２０の中心線に対して対称な二等辺三角形の形状であり、ウェハ１２０が目標位置に正しく載置された場合に、その中心線がＹ軸と平行になる位置に設けられている。従って、位置検出部３００に搬入されたウェハ１２０の回転方向の位置は、切欠１２３の中心線のＹ軸に対する傾きに相当することになる。

制御部３０６は、撮影画像データ３１７に対して、まず切欠１２３に内接する内接円８２３を仮想的に形成する。次に、切欠１２３と内接円８２３との２つの法線について、その交点８２４の座標を算出する。そして、中心点８２１に対する交点８２４の相対座標を中心点８２１の座標に加えることで交点８２４の座標を取得する。この交点８２４の座標とウェハ１２０の中心点１２６を結ぶ直線８２５が、切欠１２３の中心線となる。制御部３０６は、中心位置１２８と中心点８２１とを結んだ直線８２２と直線８２５がなす角度θをウェハ１２０の回転方向の位置として算出する。

第１照明部および第１撮像部により透過光計測を実行して、ウェハ１２０の位置を検出する流れは以上のとおりである。ここで、検出対象が単層ウェハの場合は、透過光計測によってウェハ１２０の位置を検出することができる。しかしながら、検出対象が積層ウェハであり、特に上段のウェハが下段のウェハよりも外形が小さい場合、透過光計測では上段のウェハのエッジを観察することができない。本アライナ１４０は、検出対象が積層ウェハの場合、最上段のウェハに形成されたアライメントマーク１２５を基準として位置合わせすることになるが、透過光計測では、最上段のウェハの位置を正しく検出できないという課題がある。

それに対して、第２照明部と第１撮像部による検出制御によれば、最上段のウェハのエッジを直接観察することができ、最上段のウェハの位置を検出することができる。本実施形態では、第２照明部と第１撮像部による検出制御として、落射暗視野光学系を採用した例を挙げて説明する。図９は第２照明ユニット３２１により照明されたウェハ１２０のエッジを第１撮像ユニット３４１で撮像している位置検出部３００の構成を概略的に示す部分断面図である。

ここでは、検出対象ウェハとして、下部ウェハ１２２に上部ウェハ１２１が積層された積層ウェハ９０１が配置された場合を図示している。上部ウェハ１２１は、下部ウェハ１２２と積層された後に、接合面の反対面側が研磨されており、下部ウェハ１２２よりも薄くなっている。断面の位置は図６と同様に図５のＡ−Ａの位置に対応する。

第２照明ユニット３２１にはリング状の開口部を備えるリング状絞り３２５が設置されており、リング状絞り３２５を通過したリング状の照明光がハーフミラー３２６に到達する。そしてリング状の照明光はハーフミラー３２６によって反射され、ウェハ載置面に対して斜めに、上から下に向かって上部ウェハ１２１を照明する。照明光３２７は照明光の一部を例示している。そして上部ウェハ１２１によって正反射された正反射光３２８が、円形の開口部を備える開口絞り３４５によって妨げられ、上部ウェハ１２１のエッジ部の散乱光３２９が第１撮像ユニット３４１に到達する。

制御部３０６は、第１撮像ユニット３４１が出力したグレースケース画像を２値化することにより、上部ウェハ１２１および下部ウェハ１２２のエッジ部のみが白い領域、その他の領域が黒い領域を示す２値画像を取得する。散乱光によって上部ウェハ１２１および下部ウェハ１２２のエッジを認識するので、上部ウェハ１２１と下部ウェハ１２２の段差が小さい場合でも精度良くエッジを検出できる。図１０は、制御部３０６が取得した撮影画像データ３２４を表す概念図である。

撮影画像データ３２４に示すように、第２照明部と第１撮像部による検出制御によれば、上部ウェハ１２１と下部ウェハ１２２のエッジを認識することができる。このように、積層ウェハ９０１の表面側から積層ウェハ９０１の載置面を照明して、その散乱光を積層ウェハ９０１の表面側から受けることで、最上段のウェハのエッジを計測する計測手法を第１反射光計測と呼ぶ。

第１反射光計測によれば、積層ウェハの最上段のエッジを計測することができる。積層ウェハの最上段のウェハのエッジは、研磨装置によって研磨される前はＲ形状であることが多く、研磨されることによって上部が平板となるＤ形状になる。上部が平板となるＤ形状になったエッジは、下の段のウェハとの間でコントラストが出やすい状態となるので、第１反射光計測を適用した場合に精度良くエッジが検出できる。

即ち、最上段のウェハが研磨されてエッジの形状が、上部が平板となるＤ形状となった積層ウェハに対して第１反射光計測を適用することは、単に最上段のウェハのエッジを計測することができるという効果にとどまらず、精度良く最上段のウェハのエッジを検出できるという効果を得られる場合がある。

第１反射光計測で取得する上部ウェハ１２１のエッジの３箇所に対応する３つの撮影画像データに基づいて、上部ウェハ１２１の位置を検出する手法については、透過光計測と同様の手法であるので、ここでは説明を省略する。なお、第１反射光計測では、対象が積層ウェハではなく単層ウェハの場合でも、ウェハ１２０の位置を検出することができる。しかしながら、検出対象のエッジが例えばＲ形状になっていると、エッジのコントラストの差が出にくく、第１反射光計測ではエッジを正確に把握するのが難しい場合がある。そこで、単層ウェハを検出対象とする場合は、第１反射光計測ではなく透過光計測を優先して適用することが望ましい。

上述したように第１反射光計測では、検出対象が積層ウェハの場合に、最上段のウェハの位置を検出することができる。しかしながら例えば、最上段のウェハ１２０が研磨装置によって研磨されて下の段のウェハとの段差が小さくなっていると、エッジの散乱光のみを取得しにくくなり最上段のウェハ１２０のエッジを正確に把握できない場合がある。そのように最上段のウェハ１２０と下の段のウェハとの段差が小さい場合には、第３照明部と第２撮像部による検出制御が有効である。

図１１は、第３照明部により照明された積層ウェハ１１０１のエッジを第２撮像部により撮影している位置検出部３００の構成を概略的に示す斜視図である。位置検出対象は、下部ウェハ１１０３の上に上部ウェハ１１０２が積層された積層ウェハ１１０１の、上部ウェハ１１０２の位置である。

第３照明ユニット３３１、３３２、３３３、３３４は、積層ウェハ１１０１の面方向に対して斜めから積層ウェハ１１０１を照明する照明光として、スリット像１１１０、１１２０、１１３０、１１４０を形成しており、これを第２撮像ユニット３５１、３５２、３５３、３５４が撮影する。そして制御部３０６が撮影画像に基づいて、上部ウェハ１１０２のエッジ上の４点に対応する４つの絶対座標と、上部ウェハ１１０２の切欠の回転方向の位置を検出することで、上部ウェハ１１０２の位置を検出する。なおここでも、上部ウェハ１１０２が目標位置に正しく載置された場合の上部ウェハ１１０２の中心位置を座標の基準点とする。

図１２は、第２撮像ユニット３５１が出力した上部ウェハ１１０２のエッジを含む撮影画像データ１２００の概念図である。撮影画像データ１２００における上部ウェハ反射像１２０２は、スリット像１１１０のうち上部ウェハ１１０２が反射した部分の画像である。一方、下部ウェハ反射像１２０３は、スリット像１１１０のうち下部ウェハ１１０３が反射した部分の画像である。実際は、上部ウェハ反射像１２０２の部分、下部ウェハ反射像１２０３の部分、他の領域の順に明度の低い画像データであるが、ここでは説明用として、明度が高い部分ほど暗い画像として図示している。

上部ウェハ１１０２と下部ウェハ１１０３には高低差があるので、上部ウェハ反射像１２０２と下部ウェハ反射像１２０３との間には段差部Ｅが存在することになる。この段差部Ｅの位置は上部ウェハ１１０２のエッジの位置に対応するので、制御部３０６は、段差部Ｅの位置を分析することで、上部ウェハ１１０２のエッジの位置を特定する。

具体的に制御部３０６はまず、選択ウィンドウ１２０４内の明度の差を認識することで、上部ウェハ反射像１２０２と他の領域の境界線を特定する。そして、選択ウィンドウ１２０４を左に移動させながら境界線の特定していき、境界線の縦の位置が下にずれた部分を、上部ウェハ反射像１２０２と下部ウェハ反射像１２０３との境界である段差部Ｅの位置として認識する。

制御部３０６は、照射するスリット光のサイズおよび第２撮像ユニット３５１の光学倍率等に基づいて撮影画像データ１２００内の座標と絶対座標を対応づけるデータを予め記憶しており、そのデータを用いて認識した段差部Ｅ上の１点の絶対座標を取得する。ここでは、上部ウェハ反射像１２０２の上側の境界線に対応するＹ座標と段差部Ｅに対応するＸ座標から、その交点１２０５の絶対座標を取得する。

制御部３０６は、同様の手法を第２撮像ユニット３５１、３５３、３５４が取得するスリット像１１１０、１１３０、１１４０について適用することで、上部ウェハ１１０２のエッジ上の４点に対応する４つの絶対座標を取得する。そして、取得した４点のうち３点の絶対座標に対して公知の計算手法を適用して、３点を通る円の中心座標を算出することで、円形状である上部ウェハ１１０２の中心点１２６の座標を取得する。この中心座標の算出処理を異なる３点に対して実行し、算出した複数の中心座標の平均値をとることで、制御部３０６は、上部ウェハ１１０２の中心点１２６の座標を取得する。

次に上部ウェハ１１０２の切欠の回転方向の位置を検出する手法について説明する。位置検出部３００は、ステージ３０４によって積層ウェハ１１０１を移動させながら、第２撮像ユニット３５２で切欠およびその周辺を観察することで、複数の境界点を検出する。図１３は、制御部３０６が検出した複数の境界点を示す概念図である。ここでは、点Ａから点Ｉまでの９点の境界点を検出した例を挙げている。

上部ウェハ１１０２の切欠の大きさは既知なので、制御部３０６が、切欠の大きさに対して、その形状を特定するのに十分な間隔で境界点を検出することで、上部ウェハ１１０２の切欠を特定することができる。例えば図に示すような間隔で境界点を検出することで、上部ウェハ１１０２の切欠を特定することができる。制御部３０６は、切欠に対して内接円を仮想的に形成して、その法線の交点と、中心点１２６を結ぶ直線のＹ軸に対する角度を算出することで、上部ウェハ１１０２の回転方向の位置を検出する。

このように、積層ウェハの載置面に対して斜めから上部ウェハのエッジの一部分を含むようにスリット光を照射して、その反射光を積層ウェハの表面側で受けることで上部ウェハのエッジを含む領域を撮影し、撮影画像に含まれる段差の位置を分析して上部ウェハのエッジを計測する計測手法を第２反射光計測と呼ぶ。位置検出部３００は、第２反射光計測により、積層ウェハの最上段のウェハの位置を検出することができる。

次に、本実施形態に係る位置検出部３００による位置検出処理の流れについて説明する。上述したように、本実施形態に係る位置検出部３００は、異なる複数の検出制御を実行できるように構成されている。そして、位置検出部３００は、予め定められた条件によって、検出制御を切り替えて、検出対象のウェハ１２０の位置を検出する。図１４は、位置検出部３００によって実行される位置検出の制御の流れを示すフローチャートである。

ステップＳ１４０１では、ロボットアーム１１６が、ウェハ１２０を位置検出部３００に搬入する。ロボットアーム１１６は、３つの第１撮像ユニット３４１、３４２、３４３の撮影視野内にウェハ１２０のエッジが入るようにウェハ１２０を配置する。ロボットアーム１１６は、ウェハ１２０のエッジが第１撮像ユニット３４１、３４２、３４３の撮影視野内に入るための移動量を予め記憶しておき、この移動量に従ってウェハ１２０を搬送することで、ウェハ１２０のエッジを撮影視野内に収めることができる。なお、制御部３０６とロボットアーム１１６を連携させ、第１撮像部により取得する撮影画像を確認しながら、ウェハ１２０のエッジが撮影視野内に入るようにウェハ１２０を移動させるように制御しても良い。

ステップＳ１４０２では、制御部３０６が、搬入されたウェハ１２０が単層ウェハであるか積層ウェハであるかを判断する。搬入されるウェハ１２０は、制御部１１０によって管理されており、制御部３０６は、制御部１１０が管理する情報を参照することで、搬入されたウェハが単層ウェハであるか積層ウェハであるかを判断することができる。なお、例えばウェハ１２０の厚みを計測する計測装置を別途備えておき、計測装置が計測したウェハ１２０の厚みから、単層ウェハであるか積層ウェハであるかを判断するように構成しても良い。

ステップＳ１４０２で、制御部３０６によって、搬入されたウェハ１２０が単層ウェハであると判断された場合はステップＳ１４０３に進み、単層ウェハではなく積層ウェハであると判断された場合は、ステップＳ１４０４に進む。ステップＳ１４０３では、制御部３０６が、上述した透過光計測によってウェハ１２０の位置を検出する。

ステップＳ１４０４では、制御部３０６が、積層ウェハの最上段のウェハの表面と、その一つ下のウェハの表面との間隔が、予め定められた閾値よりも大きいか小さいかを判断する。間隔が、第１反射光計測によってウェハのエッジを認識できない程小さい場合は、第１反射光計測ではなく、第２反射光計測で位置検出するのが望ましい。一方、間隔が、第１反射光計測によってウェハのエッジを認識できる大きさである場合は、第２反射光計測よりも短い時間で位置検出ができる第１反射光計測を実行する方が望ましい。

そこで、ステップＳ１４０４において、最上段のウェハの表面と、その一つ下のウェハの表面との間隔が、第１反射光計測によってウェハのエッジを認識できる大きさを越えているか否かを制御部３０６が判断する。最上段のウェハの表面と、その一つ下のウェハの表面との間隔については、制御部１１０が管理しており、制御部３０６が制御部１１０と通信することで、間隔の情報を取得する。制御部１１０は、たとえば積層ウェハの研磨を行う研磨装置から、積層ウェハの最上段のウェハの表面と、その一つ下のウェハの表面との間隔を示す情報を取得して管理することができる。

ステップＳ１４０４で制御部３０６により、最上段のウェハの表面と、その一つ下のウェハの表面との間隔が閾値以上と判断された場合はステップＳ１４０５に進み、閾値以下と判断された場合はステップＳ１４０６に進む。ステップＳ１４０５では、制御部３０６が、第１反射光計測によって、ウェハ１２０の位置を検出する。ステップＳ１４０６では、制御部３０６が、第２反射光計測によって、ウェハ１２０の位置検出する。

ステップＳ１４０７では、計測されたウェハ１２０の位置に基づいて、ウェハ１２０の位置が目標位置に一致するようにステージ３０４がウェハ１２０の位置を調整する。こうして位置が調整されたウェハ１２０は、予備アライナ１３０のウェハスライダによってホルダテーブル３６２上に搬送され、ウェハホルダ１９０上に載置される。

上記フローチャートでは、ステップＳ１４０４において、積層ウェハの最上段のウェハの表面と、その一つ下のウェハの表面との間隔が閾値以上であるか否かを判断していたが、別の判断をするように制御してもよい。例えば、積層ウェハの最上段のウェハとその下のウェハが形成する段差部分に樹脂などの充填剤が付着しているか否かを判断する。

ウェハ上にバンプを形成してウェハを積層する場合にウェハとウェハの間に樹脂を封入する場合がある。この樹脂が最上段のウェハの外周に付着していると、最上段のウェハのエッジとその下の段のウェハとの間に段差が生じず、樹脂とその下の段のウェハとの間に段差が生じることになる。その結果、第２反射光計測を実行した場合に、最上段のウェハのエッジが正しく検出できなくなってしまう。

それに対して第１反射光計測を実行した場合、最上段のウェハのエッジと、エッジに付着する樹脂の境界を認識することができるので、最上段のウェハのエッジに樹脂が付着している場合は、第２反射光計測ではなく、第１反射光計測を実行することが望ましい。そこで、最上段のウェハのエッジに樹脂が付着しているか否かを判断して、樹脂が付着していると判断した場合はステップＳ１４０５に進んで第１反射光計測を実行して、樹脂が付着していないと判断した場合はステップＳ１４０６に進んで第２反射光計測を実行するように制御することができる。

また上記フローチャートでは、ステップＳ１４０２において積層ウェハと判断された場合に、ステップＳ１４０４に進む場合を例に挙げて説明したが、これに限らない。ステップＳ１４０２によって積層ウェハと判断されたら、次に、積層ウェハであっても透過光計測を適用できるか否かを判断して、適用できる場合はステップＳ１４０３に進み、適用できない場合はステップＳ１４０４に進むように制御してもよい。

検出対象が積層ウェハであっても透過光計測を適用できるか否かについては、２つの条件に適合するか否かで判断することができる。１つ目の条件は、検出対象の積層ウェハの積層精度に関する履歴に対して、予め定められた許容ずれ量を超えている可能性があるか否かである。積層ウェハは、積層する機器の精度等によって、位置がずれた状態で積層される場合がある。その場合、積層されたウェハ同士で、位置が一致しないことになる。

その結果、最上段のウェハ以外のウェハの位置に基づいてウェハを位置合わせしても、最上段のウェハに形成されたアライメントマーク１２５の位置が合わなくなる可能性がある。しかしながらこの場合に、そのずれ量が、本アライナ１４０の顕微鏡の観察視野内に収まる程度に小さいずれ量の場合は、本アライナ１４０に搬入したときに顕微鏡の観察視野内にアライメントマーク１２５が収まることになる。そこで、制御部３０６により、検出対象の積層ウェハの積層精度に関する履歴に対して、予め定められた許容ずれを超えている可能性があるか否かを判断する。なお、ウェハ１２０の積層精度に関する履歴情報は、制御部１１０によって管理されており、制御部３０６は制御部１１０が管理する履歴情報を参照することで判断することができる。

２つ目の条件は、積層されたウェハのうちいずれかのウェハの位置を検出できるか否かである。上述したように１つ目の条件を満たしていれば、積層されたウェハのうちいずれかの位置を検出して位置合わせをすれば、本アライナ１４０に搬入したときに顕微鏡の観察視野内にアライメントマーク１２５を収めることができる。積層されたウェハのうちいずれかのウェハの位置が検出できるか否かについては、例えば、次に示すように判断することができる。

図１５は積層ウェハを対象として透過光計測によってウェハの位置検出を実行する場合の例を示す図である。２つの撮影画像データ１５１０、１５２０は、第１照明ユニット３１２によって照明された積層ウェハの切欠を含むエッジの一部を第１撮像ユニット３４２によって撮影した画像を、制御部３０６が２値化処理して取得した撮影画像データを表している。図では、説明のために上部ウェハ１５０１と下部ウェハ１５０２とを区別して図示しているが、実際は、斜線部分は全て黒い領域である。

切欠の形状および大きさは既知であり、制御部３０６は切欠の形状および大きさに対応する図形データを予め記憶部に記憶しておく。そして制御部３０６は、撮影画像データ１５１０、１５２０に対して、記憶部に記憶した切欠の図形データでパターンマッチングをすることで、撮影画像データ１５１０のように１つのウェハの切欠に対して内接する内接円１５１１を形成できるか否かを判断する。撮影画像データ１５１０の場合は、１つのウェハの切欠に対して内接する内接円を形成することができるので、積層ウェハに積層された少なくともいずれかのウェハの位置を正しく検出できると判断することができる。

一方、撮影画像データ１５２０の場合は、記憶部に記憶した切欠の図形データに対して、小さい切欠形状しか認識できないので、切欠の部分で２つのウェハが重なっていると判断することができる。この切欠に対して内接円１５２１を形成したとしても、２つのウェハの切欠に内接する内接円が形成されることになり、上部ウェハ１５０１および下部ウェハ１５０２のいずれの位置も正しく検出することができない。そこで制御部３０６は、撮影画像データ１５２０の場合には、積層されたウェハのうちいずれのウェハについても、位置を正しく検出することができないと判断する。

検出対象が積層ウェハの場合でも、上述した２つの条件を満たしている場合に、透過光計測を適用することができる。そこで、制御部３０６によって、ステップＳ１４０２で積層ウェハであると判断された後に、２つの条件によって透過光計測を適用できるか否かを判断して、適用できる場合はステップＳ１４０３に進み、適用できない場合はステップＳ１４０４に進むという制御を実現することができる。

図１６は、上述したフローチャートとは異なる、位置検出部３００によって実行される位置検出の制御の流れを示すフローチャートである。ステップＳ１６０１では、ロボットアーム１１６が、ウェハ１２０を位置検出部３００に搬入する。ロボットアーム１１６は、第１撮像ユニット３４１、３４２、３４３の撮影視野内に、ウェハ１２０のエッジが入る位置にウェハ１２０を配置する。ステップＳ１６０２では、透過光計測によってウェハ１２０の位置を検出する。

ステップＳ１６０３では、制御部３０６がウェハ１２０の位置検出結果がエラーであるか否かを判断する。制御部３０６は、ウェハ１２０の位置が検出できない場合、予め設定してある許容範囲を超える場合に、検出結果がエラーであると判断する。

ステップＳ１６０３で制御部３０６によって検出結果がエラーと判断された場合はステップＳ１６０４に、エラーと判断されなかった場合はステップＳ１６０９に進む。ステップＳ１６０４では、制御部３０６が、第１反射光計測によってウェハ１２０の位置を検出する。そしてステップＳ１６０５では、制御部３０６がウェハ１２０の位置検出結果がエラーであるか否かを判断する。

ステップＳ１６０５で制御部３０６によって検出結果がエラーと判断された場合にはステップＳ１６０６に、エラーと判断されなかった場合はステップＳ１６０９に進む。ステップＳ１６０６では、制御部３０６が、第２反射光計測によってウェハ１２０の位置を検出する。そしてステップＳ１６０７では、ウェハ１２０の位置検出結果がエラーであるか否かを判断する。

ステップＳ１６０７で制御部３０６によって検出結果がエラーと判断された場合には、ステップＳ１６０８に進み、エラーと判断されなかった場合にはステップＳ１６０９に進む。ステップＳ１６０８では、透過光計測、第１反射光計測および第２反射光計測全てでエラーが検出されたことになるので、制御部３０６の制御によって、ロボットアーム１１６がウェハ１２０を位置検出部３００から搬出する。搬出されたウェハ１２０は、ロボットアーム１１６によってＦＯＵＰに戻される。

ステップＳ１６０９では、計測されたウェハ１２０の位置に基づいて、ウェハ１２０の位置が目標位置に一致するように、ステージ３０４によって位置を調整する。こうして位置が調整されたウェハ１２０は、予備アライナ１３０のウェハスライダによってホルダテーブル３６２上に搬送され、ウェハホルダ１９０上に載置される。

上記フローチャートでは、透過光計測、第１反射光計測、第２反射光計測の順番で位置検出を行う例を挙げて説明しているが、これに限らず、順番を入れ替えて実行してもかまわない。例えば、ステップＳ１６０２で第１反射光計測による位置検出を実行するように制御してもよい。

搬入されたウェハが単層ウェハである場合は、上述したように第１反射光計測よりも透過光計測の方が精度良くエッジを特定することができる。しかしながら、透過光計測よりも精度の低い第１反射光計測で単層ウェハの位置検出を実行した場合であっても、アライメントマークが本アライナ１４０の顕微鏡の観察視野内に収まる精度で位置検出できるのであれば、第１反射光計測による検出結果を採用することができる。そこでステップＳ１６０２で第１反射光計測による位置検出を実行して、ステップＳ１６０３で、検出結果が、アライメントマークが本アライナ１４０の顕微鏡の観察視野内にアライメントマークが収まる精度であるかを判断するように制御する。また上記フローチャートに対して更に、物理的な位置決めピンにウェハの切欠を接触させて、ウェハの位置を検出する計測手法を追加しても良い。

図１７は、上述したフローチャートとは異なる、位置検出部３００によって実行される位置検出の制御の流れを示すフローチャートである。ここでは、上部ウェハ１２１と下部ウェハ１２２を重ね合わせて１組とする処理を繰り返して、複数組形成するロット処理における位置検出部３００の処理の流れについて説明する。なおここでは、同じ処理を実行しようとする一群のウェハを同一ロットのウェハとする。

ステップＳ１７０１では、ロボットアーム１１６が、ウェハ１２０を位置検出部３００に搬入する。ステップＳ１７０２では、制御部１１０が、同一ロットの最初のウェハ１２０であるか否かを判断する。制御部１１０により同一ロットの最初のウェハ１２０と判断された場合はステップＳ１７０３に進み、同一ロットの最初のウェハ１２０でないと判断された場合はステップＳ１７０８に進む。

ステップＳ１７０３では、位置検出部３００が、透過光計測、第１反射光計測および第２反射光計測の３つの計測制御をそれぞれ実行して、ウェハ１２０の位置を検出する。３つの計測制御の実行順は他の順番としてもかまわない。位置検出部３００は、３つの計測制御を実行することにより３つの検出結果を取得する。３つの検出結果は記憶部１１１に記憶される。

ステップＳ１７０４では、位置検出部３００が、取得した３つの位置検出結果の少なくとも１つに従って、ウェハ１２０の位置を調整する。調整は、例えば３つの位置検出結果のうちの１つの位置検出結果に従って実行しても良いし、３つの位置検出結果の平均をとって実行しても良い。位置検出部３００は、位置の調整後、ウェハ１２０をウェハホルダ１９０に載置してワークを形成する。

ステップＳ１７０５では、ロボットアーム１７６が、位置検出部３００によって形成されたワークを本アライナ１４０に搬送する。本アライナ１４０は、顕微鏡１４４、１４５によってウェハ１２０のアライメントマークを観察して、ウェハ１２０の位置を精度良く検出して、ウェハ１２０の位置合わせを実行する。このとき制御部１１０は、高精度に検出したウェハ１２０の位置の検出結果を記憶部１１１に記憶する。

ステップＳ１７０６では、制御部１１０が、記憶部１１１に記憶された本アライナ１４０による検出結果と、位置検出部３００による３つの検出結果とをそれぞれ比較して、最も差が小さい検出結果を判断する。そして、最も差が小さい検出結果を計測した計測制御を、選択計測制御として判断する。その後、ステップＳ１７０９に進む。

続いて、ステップＳ１７０２で同一ロットの最初のウェハではないと判断された場合について説明する。ステップＳ１７０７では、位置検出部３００は、ステップＳ１７０６で選択された計測制御によって、ウェハ１２０の位置を検出する。同一ロットのウェハ１２０は、上述したように同じ処理を実行しようとする一群のウェハである。

ここで同じ処理とは、例えば、重ね合わせ対象ウェハの積層数が同じ場合の重ね合わせ処理とすることができる。即ち、上部ウェハを単層ウェハ、下部ウェハを３つのウェハを積層した積層ウェハとして重ね合わせる処理の場合、同一ロットの上部ウェハはすべて単層ウェハであり、下部ウェハはすべて３つのウェハを積層した積層ウェハである。このように同一ロットのウェハ１２０は条件が同一であるので、同一ロットの最初のウェハ１２０に対して最適な検出結果を出力した計測制御が、同一ロットの他のウェハ１２０に対しても最適であることが期待できる。

ステップＳ１７０８では、ステップＳ１７０７で取得した検出結果に従って、ウェハ１２０の位置を調整する。ステップＳ１７０９では、ロボットアーム１７６が、位置検出部３００によって形成されたワークを本アライナ１４０に搬送する。ステップＳ１７１０では、制御部１１０が、同一ロットの処理が終了したか否かを判断する。そして、同一ロットの処理が終了していないと判断した場合はステップＳ１７０１に戻り、同一ロットの処理が終了したと判断した場合は処理を終了する。同一ロット内のウェハ１２０は上述したように積層条件等が同一であるので、上述したフローに従って処理することで、複数の計測制御のうち最適な計測制御で、各ウェハ１２０の位置を検出することができる。

なお図１７に示すフローチャートでは、同一ロットのウェハ１２０として、積層数が同じものを例示したが、それに限らない。例えば、同じ加熱加圧装置２４０で加熱加圧されたウェハ、同じＦＯＵＰから搬出されたウェハおよび同じ露光装置で露光されたウェハ等を条件としてもよい。

上記実施形態では、第１反射光計測として、暗視野光学系を採用した場合を例に挙げて説明したが、明視野光学系を採用してもよい。明視野光学系を採用した場合制御部１１０は、上部ウェハ１２１のエッジ部の幾何学的影によってエッジ部が暗い画像データを取得することで、上部ウェハ１２１のエッジを検出する。明視野光学系を採用することによって、暗視野光学系を採用するのに比べて第２照明部および第２撮像部の構成を簡略化することができる。

また上記実施形態では、位置検出部３００が、第１照明部、第２照明部、第３照明部、第１撮像部および第２撮像部を備える一つの装置であり、透過光計測、第１反射光計測および第２反射光計測をすべて実行できるように構成されている例を挙げて説明したが、これに限らない。透過光計測、第１反射光計測、第２反射光計測をそれぞれ実行する専用の装置を別々に備えて、位置検出部３００が、使用する装置を切り替えるように構成しても良い。

また上記実施形態では、ウェハ１２０をウェハホルダ１９０に搭載して本アライナ１４０に搬入する例を挙げて説明したが、これに限らず、ウェハホルダ１９０を用いずに、ウェハ１２０を直接本アライナ１４０に搬入するように構成しても良い。その場合、位置検出部３００によって、位置が調整された後、ウェハ１２０はロボットアーム１７６によって、本アライナ１４０に搬入される。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１００ 重ね合わせ装置、１０１ 筐体、１０２ 大気環境部、１１０ 制御部、１１１ 記憶部、１１２ ＥＦＥＭ、１１３、１１４、１１５ ロードポート、１１６ ロボットアーム、１２０ ウェハ、１２１ 上部ウェハ、１２２ 下部ウェハ、１２３ 切欠、１２４ 回路パターン、１２５ アライメントマーク、１２６ 中心点、１２７ ウェハ、１２８ 中心位置、１３０ 予備アライナ、１４０ 本アライナ、１４１ 固定ステージ、１４２ 移動ステージ、１４３ 制御部、１４４、１４５ 顕微鏡、１４６、１４７ 干渉計、１４８ シャッタ、１４９ 断熱壁、１５０ ホルダラック、１６０ 分離機構、１７１ 第１搬送ユニット、１７２ 第２搬送ユニット、１７３ 受け渡しポート、１７５、１７６ ロボットアーム、１９０ ウェハホルダ、１９１ 上ウェハホルダ、１９２ 下ウェハホルダ、２０２ 真空環境部、２１０ 断熱壁、２２０ ロードロックチャンバ、２２２、２２４ シャッタ、２３０ ロボットアーム、２４０ 加熱加圧装置、３００ 位置検出部、３０２ 台座部、３０４ ステージ、３０６ 制御部、３１１、３１２、３１３ 第１照明ユニット、３１６、３１７、３１８ 撮影画像データ、３２１、３２２、３２３ 第２照明ユニット、３２４ 撮影画像データ、３２５ リング状絞り、３２６ ハーフミラー、３２７ 照明光、３２８ 正反射光、３２９ 散乱光、３３１、３３２、３３３、３３４ 第３照明ユニット、３３５、３３６、３３７、３３８ スリット像、３４１、３４２、３４３ 第１撮像ユニット、３４５ 開口絞り、３５１、３５２、３５３、３５４ 第２撮像ユニット、３６０ 搭載部、３６２ ホルダテーブル、３６４ 観察器、８１１ 中心点、８１２ 直線、８１３ 交点、８２１ 中心点、８２３ 内接円、８２４ 交点、８２５ 直線、８３１ 中心点、８３２ 直線、８３３ 交点、９０１ 積層ウェハ、９１１ ホルダ本体、９１２ 挿通孔、９１８ マグネットユニット、９２２ 吸着ユニット、１１０１ 積層ウェハ、１１０２ 上部ウェハ、１１０３ 下部ウェハ、１１１０、１１２０、１１３０、１１４０ スリット像、１２００ 撮影画像データ、１２０２ 上部ウェハ反射像、１２０３ 下部ウェハ反射像、１２０４ 選択ウィンドウ、１２０５ 交点、１５０１ 上部ウェハ、１５０２ 下部ウェハ、１５１０ 撮影画像データ、１５１１ 内接円、１５２０ 撮影画像データ、１５２１ 内接円

Claims (18)

1. ウェハが載置されるステージと、
   前記ステージに載置された前記ウェハの位置を、それぞれが異なる検出手法で検出する複数の検出部と、
   前記ウェハが複数のウェハが積層された積層ウェハである場合に、前記積層ウェハの最上段のウェハの表面と前記最上段のウェハの下に配置されたウェハの表面との間隔に応じて、前記複数の検出部のうち使用すべき検出部を選択して制御する制御部と
   を備える位置検出装置。
2. ウェハが載置されるステージと、
   前記ステージに載置された前記ウェハの位置を、それぞれが異なる検出手法で検出する複数の検出部と、
   前記ウェハが複数のウェハが積層された積層ウェハである場合に、最上段のウェハとその下のウェハとで形成される段差部分に充填剤が付着しているときと付着していないときとで互いに異なる前記検出部を前記複数の検出部から選択して制御する制御部と
   を備える位置検出装置。
3. ウェハが載置されるステージと、
   前記ステージに載置された前記ウェハの位置を、それぞれが異なる検出手法で検出する複数の検出部と、
   前記ウェハが複数のウェハが積層された積層ウェハである場合に、前記複数のウェハのずれ量に応じて、前記複数の検出部のうち使用すべき検出部を選択して制御する制御部と
   を備える位置検出装置。
4. ウェハが載置されるステージと、
   前記ステージに載置された前記ウェハの位置を、それぞれが異なる検出手法で検出する複数の検出部と、
   一のウェハに対して前記複数の検出部で検出した複数の検出結果から一つの検出部を選択し、他のウェハに対して、選択した前記検出部を用いて検出を行う制御部と
   を備える位置検出装置。
5. 前記複数の検出部は、
   前記ステージに載置された前記ウェハの第２面とは反対の第１面の側から前記第１面に直交して照射され、前記第１面に遮られずに前記ウェハのエッジの外側を通過した照明光を、前記第２面の側から受けることにより前記ウェハの外形を検出する第１検出部と、
   前記ステージに載置された前記ウェハの前記第２面の側から前記第２面に照射され、前記エッジ近傍から反射した、前記第２面に直交する照明光を前記第２面の側から受けることにより前記外形を検出する第２検出部と、
   前記ステージに載置された前記ウェハの前記第２面の側から、前記ウェハの径方向に延伸するスリット像を前記ウェハのエッジを含む領域に照射し、前記領域から反射した前記スリット像の前記第２面の領域に対応する部分と他の領域に対応する部分との間に前記ウェハのエッジの段差に起因して生じる位置ずれを前記第２面の側から観察することにより前記ウェハの外形を検出する第３検出部と
   の少なくとも一つを含む請求項１から４のいずれか１項に記載の位置検出装置。
6. 前記制御部は、前記ウェハが１枚からなる単層ウェハであるときは前記第１検出部を選択して制御し、前記ウェハが複数のウェハが積層された積層ウェハであるときは前記第２検出部および前記第３検出部の少なくとも一方を選択して制御する請求項５に記載の位置検出装置。
7. 前記制御部は、前記ウェハが複数のウェハが積層された積層ウェハであって前記積層ウェハの最上段のウェハの表面と前記最上段のウェハの下に配置されたウェハの表面との間隔が閾値よりも大きいときは前記第２検出部を選択して制御し、前記間隔が前記閾値よりも小さいときは前記第３検出部を選択して制御する請求項５または６に記載の位置検出装置。
8. 前記制御部は、前記ウェハが複数のウェハが積層された積層ウェハであって、最上段のウェハとその下のウェハが形成する段差部分に充填剤が付着しているときは前記第２検出部を選択して制御し、前記段差部分に充填剤が付着していないときは前記第３検出部を選択して制御する請求項５から７のいずれか１項に記載の位置検出装置。
9. 前記制御部は、前記ウェハが複数のウェハが積層された積層ウェハであって、前記複数のウェハのずれ量が予め定められた許容ずれ量を超えていないときは前記第１検出部を選択して制御し、前記許容ずれ量を超えているときは前記第２検出部および前記第３検出部の少なくとも一方を選択して制御する請求項５から８のいずれか１項に記載の位置検出装置。
10. 前記制御部は、前記ウェハが単層ウェハである場合と、前記ウェハが積層された複数のウェハからなる積層ウェハである場合とに応じて、前記複数の検出部のうち使用すべき検出部を選択して制御する請求項１から４のいずれか１項に記載の位置検出装置。
11. 前記制御部は、前記複数の検出部のうち一の検出部による検出結果がエラーであるときに、再度前記ウェハの前記位置を検出すべく他の検出部を選択して制御する請求項１から１０のいずれか１項に記載の位置検出装置。
12. 請求項１から１１のいずれか１項に記載の位置検出装置と、
    前記制御部による制御によって前記検出部が検出した第１ウェハおよび第２ウェハのそれぞれの位置に基づいて、前記第１ウェハおよび前記第２ウェハを互いに位置合わせする位置合わせ部と、
    位置合わせされた前記第１ウェハおよび前記第２ウェハを互いに重ね合わせる重ね合わせ部と
    を備える重ね合わせ装置。
13. 複数のウェハが積層された積層ウェハの最上段のウェハの表面と前記最上段のウェハの下に配置されたウェハの表面との間隔に応じて、それぞれが異なる複数の検出手法のうち使用すべき検出手法を選択する選択ステップと、
    前記選択ステップで選択した検出手法により、前記積層ウェハの位置を検出する検出ステップと
    を含む位置検出方法。
14. 複数のウェハが積層された積層ウェハの最上段のウェハとその下のウェハとで形成される段差部分に充填剤が付着しているときと付着していないときとで互いに異なる検出手法を複数の異なる検出手法から選択する選択ステップと、
    前記選択ステップで選択した検出手法により、前記積層ウェハの位置を検出する検出ステップと、
    を含む位置検出方法。
15. 複数のウェハが積層された積層ウェハの前記複数のウェハのずれ量に応じて、それぞれが異なる複数の検出手法のうち使用すべき検出手法を選択する選択ステップと、
    前記選択ステップで選択した検出手法により、前記積層ウェハの位置を検出する検出ステップと
    を含む位置検出方法。
16. 一のウェハに対してそれぞれが異なる複数の検出手法で検出した複数の検出結果から一つの検出手法を選択し、他のウェハに対して、選択した前記検出手法を選択する選択ステップと、
    前記選択ステップで選択した検出手法により、前記他のウェハの位置を検出する検出ステップと
    を含む位置検出方法。
17. 前記複数の検出手法は、
    ステージに載置されたウェハの第２面とは反対の第１面の側から前記第１面に直交して照射され、前記第１面に遮られずに前記ウェハのエッジの外側を通過した照明光を、前記第２面の側から受けることにより前記ウェハの外形を検出する第１検出手法と、
    前記ステージに載置された前記ウェハの前記第２面の側から前記第２面に照射され、前記エッジ近傍から反射した、前記第２面に直交する照明光を前記第２面の側から受けることにより前記外形を検出する第２検出手法と、
    前記ステージに載置された前記ウェハの前記第２面の側から、前記ウェハの径方向に延伸するスリット像を前記ウェハのエッジを含む領域に照射し、前記領域から反射した前記スリット像の前記第２面の領域に対応する部分と他の領域に対応する部分との間に前記ウェハのエッジの段差に起因して生じる位置ずれを前記第２面の側から観察することにより前記ウェハの外形を検出する第３検出手法と
    の少なくとも一つを含む請求項１３から１６のいずれか１項に記載の位置検出方法。
18. 請求項１３から１７のいずれか１項に記載の位置検出方法の各ステップと、
    対向して配置されたステージに、第１ウェハと第２ウェハをそれぞれ載置して、前記検出ステップで検出した前記第１ウェハの前記位置と、前記検出ステップで検出した前記第２ウェハの前記位置に基づいて、前記第１ウェハと前記第２ウェハを位置合わせして重ね合わせる重ね合わせステップと
    を含むデバイスの製造方法。

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