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WO2019208214A1 - 測定方法および測定装置 - Google Patents

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WO2019208214A1
WO2019208214A1 PCT/JP2019/015547 JP2019015547W WO2019208214A1 WO 2019208214 A1 WO2019208214 A1 WO 2019208214A1 JP 2019015547 W JP2019015547 W JP 2019015547W WO 2019208214 A1 WO2019208214 A1 WO 2019208214A1
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WO
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displacement
measurement mark
substrate
imaging unit
measurement
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2019/015547
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English (en)
French (fr)
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勇之 三村
茂登 鶴田
英二 眞鍋
久則 日詰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
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Publication date
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Priority to US17/049,645 priority patent/US11791182B2/en
Priority to JP2020516197A priority patent/JP7065949B2/ja
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    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30204—Marker

Definitions

  • the present disclosure relates to a measurement method and a measurement apparatus.
  • the present disclosure provides a technique capable of efficiently focusing on a measurement mark provided inside a polymerization substrate.
  • the measurement method includes a step of measuring displacement, a step of arranging an imaging unit at a position where the measurement mark can be imaged, and a step of imaging the measurement mark.
  • the step of measuring the displacement measures the displacement of the surface of the superposed substrate on the imaging unit side at the position where the measurement mark for measuring the misalignment provided inside the superposed substrate to which the two substrates are joined.
  • the measurement mark is imaged by the imaging unit so as to be focused while moving the focal position back and forth with reference to a focal position set in advance based on the displacement.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a schematic configuration of a measuring apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of a superposed wafer and measurement marks according to the embodiment.
  • Drawing 3A is a figure (1) for explaining superposition wafer conveyance processing concerning an embodiment.
  • Drawing 3B is a figure (2) for explaining superposition wafer conveyance processing concerning an embodiment.
  • Drawing 3C is a figure (3) for explaining superposition wafer conveyance processing concerning an embodiment.
  • Drawing 3D is a figure (4) for explaining superposition wafer conveyance processing concerning an embodiment.
  • FIG. 3E is a diagram (5) for explaining the overlapped wafer conveyance process according to the embodiment.
  • FIG. 3F is a diagram (6) illustrating the overlapped wafer conveyance process according to the embodiment.
  • FIG. 4A is a diagram (1) for explaining the mounting angle adjustment processing of the overlapped wafer according to the embodiment.
  • FIG. 4B is a diagram (2) for explaining the mounting angle adjustment processing of the overlapped wafer according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining measurement mark position setting processing according to the embodiment.
  • FIG. 6A is a diagram (1) for explaining the focusing processing according to the embodiment.
  • FIG. 6B is a diagram (2) for explaining the focusing process according to the embodiment.
  • FIG. 6C is a diagram (3) for explaining the focusing processing according to the embodiment.
  • FIG. 6D is a diagram (4) for explaining the focusing processing according to the embodiment.
  • FIG. 7A is a diagram (1) for explaining the misalignment evaluation processing according to the embodiment.
  • FIG. 7A is a diagram (1) for explaining the misalignment evaluation processing according to the embodiment.
  • FIG. 7B is a diagram (2) for explaining the positional deviation evaluation processing according to the embodiment.
  • FIG. 7C is a diagram (3) for explaining the positional deviation evaluation processing according to the embodiment.
  • FIG. 8A is a diagram (1) for explaining the focusing process according to the modification of the embodiment.
  • FIG. 8B is a diagram (2) for explaining the focusing process according to the modified example of the embodiment.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a processing procedure of processing executed by the measurement apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a processing procedure of processing executed by the measurement apparatus according to the modification of the embodiment.
  • the surfaces to which the substrates are bonded are modified, the surfaces of the modified substrates are hydrophilized, and the hydrophilic substrates are Van der Waals force and hydrogen bonding
  • a technique of joining by (intermolecular force) is known.
  • a positional deviation measurement mark (hereinafter also referred to as a measurement mark) inside the bonded substrates and imaging the measurement mark.
  • a measurement mark a positional deviation measurement mark
  • the measurement mark is imaged by a high-magnification imaging unit with a shallow depth of focus.
  • the measurement mark is provided inside the superposed substrate, and the depth to the measurement mark (that is, the thickness of the upper substrate) varies depending on the superposed substrate.
  • the depth to the measurement mark that is, the thickness of the upper substrate
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a schematic configuration of a measuring apparatus 1 according to the embodiment.
  • the X axis, the Y axis, and the Z axis that are orthogonal to each other are defined, and the positive direction of the Z axis is the vertically upward direction.
  • the measuring apparatus 1 includes a substrate holding unit 10, an imaging unit 20, a displacement meter 30, a light source 40, and a control device 50. Although not shown in FIG. 1, the measuring apparatus 1 further includes a lifter 60 (see FIG. 3A) and a supply arm 70 (see FIG. 3C). The details of the lifter 60 and the supply arm 70 will be described later.
  • the substrate holding unit 10 includes a main body unit 11, a plurality of holding arms 12, a horizontal moving unit 13, and a mounting table 14.
  • the main body 11 has an annular shape, and an opening 11a that is a circular hole is formed at the center. As shown in FIG. 1, the opening 11 a is larger than the overlapped wafer T held by the substrate holder 10.
  • the plurality of holding arms 12 are provided so as to extend from the main body 11 to the inner peripheral side in the opening 11a. Further, since a vacuum chuck mechanism (not shown) is provided at the tip of the holding arm 12, the plurality of holding arms 12 have a peripheral portion of the overlapped wafer T (for example, a range of 12 mm inward from the end of the overlapped wafer T). ) Can be held.
  • the plurality (six in the embodiment) of holding arms 12 are arranged substantially evenly in the circumferential direction of the opening 11a.
  • the main body 11 having the opening 11 a and the plurality of holding arms 12 is provided on the horizontal moving unit 13 and is configured to be rotatable on the horizontal moving unit 13.
  • the horizontal moving unit 13 is provided on the mounting table 14 and is configured to be movable in the horizontal direction (X-axis direction and Y-axis direction) on the mounting table 14.
  • the substrate holding unit 10 can hold the overlapped wafer T in a hollow state by the plurality of holding arms 12 and can rotate and horizontally move the held overlapped wafer T.
  • the substrate holding unit 10 can hold the overlapped wafer T in a hollow state by the plurality of holding arms 12 and can rotate and horizontally move the held overlapped wafer T.
  • an image of a wide range including the central portion of the superposed wafer T can be captured while adopting a method of transmitting infrared light. Can do.
  • the imaging unit 20 is arranged on one side (for example, the upper side) of the overlapped wafer T held by the substrate holding unit 10 and can image a measurement mark M (see FIG. 2) provided in the overlapped wafer T.
  • the imaging unit 20 includes a macro camera with a low magnification (for example, about 10 times) and a deep focal depth, and a micro camera with a high magnification (for example, about 50 times) and a shallow depth of focus.
  • the macro camera images the macro marks MM1 and MM2 (see FIG. 4A) provided for adjusting the mounting angle of the overlapped wafer T. Further, the micro camera images a measurement mark M provided for measuring the misalignment of the overlapped wafer T.
  • the displacement meter 30 is disposed on the same side (for example, the upper side) as the imaging unit 20 with respect to the overlapped wafer T held by the substrate holding unit 10 and measures the displacement of the surface of the overlapped wafer T on the imaging unit 20 side. be able to.
  • the displacement meter 30 is arranged adjacent to the imaging unit 20 (for example, separated by about 20 to 30 mm).
  • the displacement meter 30 is, for example, a laser displacement meter.
  • the light source 40 is arranged on the opposite side (for example, the lower side) of the overlapped wafer T held by the substrate holding unit 10 and transmits infrared light transmitted through the overlapped wafer T to the overlapped wafer T. Irradiate.
  • the light source 40 is, for example, a halogen lamp.
  • the wavelength of infrared light irradiated from the light source 40 is preferably about 1100 nm to 1600 nm in order to obtain high transmittance with the superposed wafer T.
  • the control device 50 is, for example, a computer, and includes a control unit 51 and a storage unit 52.
  • the storage unit 52 stores a program for controlling various processes executed in the measurement apparatus 1.
  • the control unit 51 controls the operation of the measuring apparatus 1 by reading and executing the program stored in the storage unit 52.
  • Such a program may be recorded on a computer-readable storage medium and installed in the storage unit 52 of the control device 50 from the storage medium.
  • Examples of the computer-readable storage medium include a hard disk (HD), a flexible disk (FD), a compact disk (CD), a magnetic optical disk (MO), and a memory card.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the configuration of the overlapped wafer T and the measurement mark M according to the embodiment.
  • the overlapped wafer T is formed by bonding the first substrate W1 and the second substrate W2 through a bonding layer.
  • the first substrate W1 is a substrate in which a plurality of electronic circuits are formed on a semiconductor substrate such as a silicon wafer.
  • the second substrate W2 is, for example, a bare wafer on which no electronic circuit is formed.
  • the first substrate W1 and the second substrate W2 have substantially the same diameter.
  • An electronic circuit may be formed on the second substrate W2.
  • the first substrate W1 is described as “upper wafer W1,” and the second substrate W2 is described as “lower wafer W2.” That is, the upper wafer W1 is an example of a first substrate, and the lower wafer W2 is an example of a second substrate.
  • a predetermined multilayer film composed of a TEOS film, a SiCN film, or the like is formed on the bonding surface (ie, the lower surface) of the upper wafer W1 and the bonding surface (ie, the upper surface) of the lower wafer W2.
  • the TEOS film is formed by a chemical vapor deposition method (CVD method) using tetraethoxysilane (TEOS) as a Si precursor.
  • An upper mark Ma made of Cu or the like is formed in the multilayer film formed on the bonding surface of the upper wafer W1, and Cu or the like is formed in the multilayer film formed on the bonding surface of the lower wafer W2.
  • the lower mark Mb to be configured is formed.
  • each of the upper mark Ma and the lower mark Mb has a substantially box shape in plan view.
  • the upper mark Ma and the lower mark Mb are substantially similar to each other, and the upper mark Ma is larger than the lower mark Mb.
  • the shapes of the upper mark Ma and the lower mark Mb are not limited to the example shown in FIG.
  • infrared light is irradiated from the light source 40 disposed on one side (for example, the lower side) of the superposed wafer T, and the infrared light is used to be disposed on the other side (for example, the upper side) of the superposed wafer T.
  • the imaging unit 20 captures the upper mark Ma and the lower mark Mb. Thereby, the imaging part 20 can image the measurement mark M in a state where the upper mark Ma and the lower mark Mb overlap.
  • the measuring apparatus 1 can evaluate the positional deviation amount between the upper wafer W1 and the lower wafer W2 by obtaining the positional deviation amount between the upper mark Ma and the lower mark Mb in the imaged measurement mark M.
  • FIGS. 3A to 3F are views (1) to (6) for explaining the overlapped wafer transfer process according to the embodiment.
  • FIG. 3A shows a state when the measurement of the positional deviation amount is completed on the overlapped wafer T held on the substrate holding unit 10.
  • a lifter 60 is provided below the superposed wafer T held by the substrate holding unit 10.
  • the lifter 60 is configured to be movable in the vertical direction and the horizontal direction. Further, since the upper end portion of the lifter 60 is provided with a vacuum chuck mechanism (not shown), the lifter 60 is configured to be able to hold the overlapped wafer T from below.
  • control unit 51 moves the lifter 60 upward to transport the superposed wafer T whose measurement has been completed above the substrate holding unit 10. Furthermore, as shown in FIG. 3C, the control unit 51 moves the lifter 60 in the horizontal direction to bring the superposed wafer T that has been measured closer to the supply arm 70.
  • the supply arm 70 is provided adjacent to the main body 11 of the substrate holding unit 10 and is configured to be able to carry in and out the overlapped wafer T conveyed by the lifter 60.
  • control unit 51 operates the supply arm 70 to carry out the overlapped wafer T that has been measured from the lifter 60, and subsequently transfer the measured overlapped wafer T to the lifter 60. Place.
  • control unit 51 moves the lifter 60 in the horizontal direction to move the overlapped wafer T to be subsequently measured above the central portion of the main body 11 of the substrate holding unit 10.
  • control unit 51 moves the lifter 60 downward to place the superposed wafer T to be measured on the holding arm 12 of the substrate holding unit 10. Finally, the control unit 51 operates the vacuum chuck mechanism of the holding arm 12 to hold the overlapped wafer T to be subsequently measured, and the transfer processing of the overlapped wafer T is completed.
  • FIGS. 4A and 4B are views (1) and (2) for explaining the mounting angle adjustment processing of the overlapped wafer T according to the embodiment.
  • a macro mark MM1 provided in a center shot in the central portion of the overlapped wafer T and a macro mark MM2 provided in a shot adjacent to the center shot are detected by the macro camera of the imaging unit 20. Imaged.
  • the macro camera of the imaging unit 20 has a deep focal depth, the macro marks MM1 and MM2 provided inside the overlapped wafer T can be focused without any particular problem.
  • control part 51 calculates
  • control part 51 rotates the superposition
  • the mounting angle of the overlapped wafer T held on the substrate holding unit 10 can be corrected to zero degrees.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining measurement mark position setting processing according to the embodiment.
  • the control unit 51 is based on the position of the center shot macro mark MM1 imaged by the macro camera of the imaging unit 20.
  • the position of the measurement mark M1 provided on the center shot is obtained.
  • the control unit 51 reads the positional relationship information, thereby measuring the measurement mark M1. Can be determined.
  • the control unit 51 obtains the position of another measurement mark M2 provided in another shot based on the position of the measurement mark M1 in the center shot. Specifically, based on the positional relationship between the center shot and such another shot (for example, another shot is arranged on the right for six shots), the control unit 51 distinguishes from the positional relationship and the size of one shot. The position of the measurement mark M2 can be obtained.
  • the control unit 51 sets the positions of the different measurement marks M2 provided in a plurality of shots designated in advance within the overlapped wafer T (for example, designated at four positions on the front, rear, right and left with reference to the center shot). Can be sought.
  • the measurement mark M1 and another measurement mark M2 may be collectively referred to as the measurement mark M.
  • FIGS. 6A to 6D are views (1) to (4) for explaining the focusing process according to the embodiment.
  • the control unit 51 controls the substrate holding unit 10 and arranges the displacement meter 30 immediately above the position where the measurement mark M1 provided on the center shot is arranged. Specifically, by moving the overlapped wafer T held on the substrate holding part 10 horizontally, the displacement meter 30 is arranged immediately above the place where the measurement mark M1 is arranged.
  • the center shot measurement mark M1 is first imaged, and then another measurement mark M2 in another shot is imaged, but the order in which the measurement mark M is imaged is an example. Not limited to.
  • the measurement mark M to be measured first may be regarded as the measurement mark M1
  • the measurement mark M to be subsequently measured may be regarded as another measurement mark M2.
  • the displacement meter 30 may be disposed directly above the location where the measurement mark M1 is disposed by horizontally moving the displacement meter 30 instead of the overlapped wafer T.
  • the control part 51 measures the displacement A1 of the superposition
  • the displacement A1 is a displacement of the surface on the imaging unit 20 side of the overlapped wafer T, for example, a displacement of the surface on the upper wafer W1 side.
  • control unit 51 controls the substrate holding unit 10 to directly above the position where the measurement mark M1 is arranged (that is, the position where the measurement mark M1 can be imaged). Place.
  • the imaging unit 20 is arranged immediately above the place where the measurement mark M1 is arranged by horizontally moving the overlapped wafer T held on the substrate holding unit 10. Note that the imaging unit 20 may be arranged directly above the place where the measurement mark M1 is arranged by horizontally moving the imaging unit 20 instead of the overlapped wafer T.
  • the control unit 51 operates the micro camera of the imaging unit 20 so that the focus is adjusted while moving the focus position back and forth with reference to the focus position set in advance based on the previously obtained displacement A1.
  • the measurement mark M1 is imaged.
  • the imaging unit 20 is stored in the storage unit 52 as the thickness of the upper wafer W1 from the displacement A1, and is measured while moving the focal position back and forth within a range of ⁇ 20 ⁇ m around a preset depth (for example, +775 ⁇ m).
  • the mark M1 is imaged.
  • the displacement meter 30 when measuring the displacement A1 of the surface, the displacement meter 30 is arranged immediately above the place where the measurement mark M1 is arranged, and when the measurement mark M1 is imaged, the measurement mark M1 is arranged.
  • the imaging unit 20 is disposed immediately above the location.
  • the overlapped wafer T is held in a hollow state in the substrate holding unit 10 and is thus held in a state of being bent so as to be recessed upward. That is, as shown in FIGS. 6A and 6B, since the surface of the overlapped wafer T is not necessarily flat, when both the displacement measurement and the imaging of the surface are performed without moving the overlapped wafer T, the reference of the focal position This is because the surface displacement may not be an accurate value.
  • the focus is efficiently focused on the measurement mark M1 provided inside the overlapped wafer T by measuring the displacement A1 and imaging the measurement mark M1 while individually moving the overlapped wafer T. be able to.
  • the control unit 51 sets the depth of focus in the imaging unit 20 when the focus is achieved. Based on this, the thickness D of the upper wafer W1 is evaluated. For example, the control unit 51 can evaluate the thickness D of the upper wafer W1 from the difference between the surface displacement A1 and the depth of focus based on the displacement A1.
  • the control unit 51 controls the substrate holding unit 10 and arranges the displacement meter 30 immediately above a place where another measurement mark M ⁇ b> 2 provided in another shot is arranged.
  • another measurement mark M2 is obtained by horizontally moving the overlapped wafer T held on the substrate holder 10 with respect to the position of another measurement mark M2 set in the above-described measurement mark position setting process.
  • Displacement meter 30 is arranged immediately above the place where the is placed.
  • control part 51 measures another displacement A2 of the superposition
  • the control unit 51 controls the substrate holding unit 10 to directly above a place where another measurement mark M2 is arranged (that is, a position where another measurement mark M2 can be imaged).
  • the imaging unit 20 is disposed in the area. Specifically, by moving the overlapped wafer T held on the substrate holding unit 10 horizontally, the imaging unit 20 is arranged immediately above the place where another measurement mark M2 is arranged.
  • control unit 51 operates the micro camera of the imaging unit 20, based on a position deeper by the thickness D of the upper wafer W ⁇ b> 1 previously evaluated from another displacement A ⁇ b> 2 obtained by the displacement meter 30.
  • Another measurement mark M2 is imaged so that the focus is adjusted while moving the focal position back and forth.
  • a more accurate focal position is set based on the thickness D of the upper wafer W1 evaluated when imaging the first measurement mark M1. can do. This is because the thickness D of the upper wafer W1 is different between the different overlapped wafers T, whereas the thickness D is almost equal in the same overlapped wafer T.
  • the width for moving the depth of focus back and forth can be made smaller than when imaging the first measurement mark M1 (for example, ⁇ 6 ⁇ m). ). Therefore, according to the embodiment, it is possible to focus more efficiently on the second and subsequent measurement marks M2.
  • FIGS. 7A to 7C are views (1) to (3) for explaining the positional deviation evaluation processing according to the embodiment.
  • the measurement mark M focused by the above-described focusing process may be displaced from the center C in the angle of view of the micro camera in the imaging unit 20.
  • control unit 51 controls the substrate holding unit 10 to move the overlapped wafer T so that the center of the measurement mark M and the center C of the angle of view in the micro camera coincide.
  • the measurement mark M can be imaged in a state where the center of the measurement mark M and the center C of the angle of view coincide.
  • the control unit 51 obtains the position of the center of gravity Ca of the upper mark Ma and the position of the center of gravity Cb of the lower mark Mb in the imaged measurement mark M, respectively. Then, based on the obtained position of the center of gravity Ca and the position of the center of gravity Cb, the amount of positional deviation between the upper mark Ma and the lower mark Mb in the measurement mark M is evaluated.
  • control unit 51 evaluates the positional deviation amount between the upper wafer W1 and the lower wafer W2 based on the positional deviation amount between the upper mark Ma and the lower mark Mb that are evaluated at the plurality of measurement marks M at different locations. can do.
  • the measuring apparatus 1 includes a substrate holding unit 10, an imaging unit 20, a displacement meter 30, and a light source 40.
  • the substrate holding part 10 extends from the main body part 11 to the inner peripheral side through the main body part 11 in which an opening part 11a larger than the superposed substrate (polymerized wafer T) to which two substrates are joined is formed. And a plurality of holding arms 12 for holding the peripheral edge of the superposed substrate.
  • the imaging unit 20 images a measurement mark M1 for measuring misalignment provided inside the superposed substrate (superposed wafer T) held by the substrate holding unit 10.
  • the displacement meter 30 is provided on the same side as the imaging unit 20 with respect to the overlapped substrate (overlapped wafer T) held by the substrate holding unit 10, and the displacement A1 of the surface of the overlapped substrate at the place where the measurement mark M1 is arranged taking measurement.
  • the light source 40 is provided on the opposite side of the imaging unit 20 with respect to the superposed substrate (superposed wafer T) held by the substrate holding unit 10 and irradiates the superposed substrate with infrared light. Thereby, the measuring apparatus 1 which can focus on the measurement mark M1 provided in the superposition
  • FIGS. 8A and 8B are views (1) and (2) for explaining the focusing process according to the modification of the embodiment.
  • the displacement A1 of the surface at the location where the measurement mark M1 is provided is evaluated by two displacement meters 31 and 32.
  • the two displacement meters 31 and 32 are arranged so that the imaging unit 20 is at the center.
  • control part 51 controls the board
  • the control unit 51 evaluates the displacement A1 of the surface immediately below the imaging unit 20 based on the two measured displacements A1a and A1b. For example, when the two displacement meters 31 and 32 are arranged so that the imaging unit 20 is centered, the distance La that is the difference between the displacement A1a and the displacement A1 and the distance that is the difference between the displacement A1b and the displacement A1. A value at which Lb becomes equal can be evaluated as the displacement A1.
  • control unit 51 operates the micro camera of the imaging unit 20 to move the focal position back and forth based on the focal position set in advance based on the obtained displacement A1.
  • the measurement mark M1 is imaged so that it is in focus.
  • the displacement A1 can be measured and the measurement mark M1 can be imaged without moving the overlapped wafer T individually. And can be performed respectively.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a processing procedure of processing executed by the measurement apparatus 1 according to the embodiment.
  • control unit 51 operates the lifter 60 and the supply arm 70 to carry the superposed wafer T into the substrate holding unit 10 and hold the superposed wafer T with the holding arm 12 of the substrate holding unit 10 (step S101).
  • control unit 51 operates the imaging unit 20 and the substrate holding unit 10 to adjust the mounting angle of the superposed wafer T to be held (step S102).
  • control unit 51 sets the positions of the measurement mark M1 and another measurement mark M2 by the above-described measurement mark position setting process (step S103). And the control part 51 operates the board
  • control unit 51 operates the displacement meter 30 to measure the displacement A1 on the surface of the overlapped wafer T at the place where the measurement mark M1 is disposed (step S105). And the control part 51 operates the board
  • control unit 51 operates the micro camera of the imaging unit 20 and images the measurement mark M1 so that the focus is adjusted while moving the focal position back and forth with reference to the focal position set in advance based on the displacement A1. (Step S107). Then, the control unit 51 evaluates the positional deviation amount between the upper mark Ma and the lower mark Mb in the measured measurement mark M1 (step S108).
  • control unit 51 evaluates the thickness D of the upper wafer W1 based on the depth of focus in the imaging unit 20 when such focus is achieved (step S109). And the control part 51 operates the board
  • control unit 51 operates the displacement meter 30 to measure another displacement A2 on the surface of the overlapped wafer T at a place where another measurement mark M2 is disposed (step S111). And the control part 51 operates the board
  • control unit 51 operates the micro camera of the imaging unit 20 to change the focal point while moving the focal point back and forth with reference to a position that is deeper by the thickness D of the upper wafer W1 from another displacement A2.
  • the measurement mark M2 is imaged (step S113).
  • the control unit 51 evaluates the positional deviation amount between the upper mark Ma and the lower mark Mb in another imaged measurement mark M2 (step S114).
  • control unit 51 determines whether or not all the measurement marks M necessary for evaluating the positional deviation amount among the measurement marks M provided on the overlapped wafer T have been imaged (step S115).
  • control unit 51 determines that the upper wafer W1 and the lower wafer are based on the positional deviation amount between the upper mark Ma and the lower mark Mb in all the measurement marks M. The amount of positional deviation from the wafer W2 is evaluated (step S116). Then, the control unit 51 completes the process.
  • step S115, No when all the measurement marks M are not imaged (step S115, No), the process returns to the above-described step S110.
  • the measurement method includes a step of measuring the displacement A1 (step S105), a step of arranging the imaging unit 20 at a position where the measurement mark M1 can be imaged (step S106), and a step of imaging the measurement mark M1 (step S106).
  • step S107 The step of measuring the displacement A1 is a superposition substrate on the imaging unit 20 side at the position where the measurement mark M1 for misalignment measurement provided in the superposition substrate (superposition wafer T) to which the two substrates are joined is arranged ( The displacement A1 of the surface of the superposed wafer T) is measured.
  • the imaging unit 20 images the measurement mark M1 so that the focus is adjusted while moving the focus position back and forth based on the focus position set in advance based on the displacement A1. Thereby, it is possible to efficiently focus on the measurement mark M1 provided inside the overlapped wafer T.
  • the step of measuring the displacement A1 measures the displacement A1 of the surface at the place where the mark (measurement mark M1) is arranged with one displacement meter 30. Further, the step of arranging the imaging unit 20 at a position where the measurement mark M1 can be imaged (step S106) is performed by moving the superposed substrate (superposed wafer T) or the imaging unit 20. Thereby, the displacement A1 which becomes the reference of the focal position can be obtained more accurately.
  • the step of evaluating the thickness D, the step of measuring another displacement A2, and the step of disposing the imaging unit 20 at a position where another measurement mark M2 can be imaged step S112). And a step of imaging another measurement mark M2.
  • the step of evaluating the thickness D step S109
  • the thickness D of W1 is evaluated.
  • another displacement A2 on the surface is measured at a position where another measurement mark M2 for measuring displacement provided inside the superposed substrate (overlapped wafer T) is arranged. To do.
  • step S113 In the step of imaging another measurement mark M2 (step S113), focusing is performed while moving the focal position back and forth with reference to a position deeper by the thickness D of the substrate (upper wafer W1) on the imaging unit 20 side from another displacement A2. In this manner, the imaging unit 20 images another measurement mark M2. Thereby, it is possible to focus more efficiently on the second and subsequent measurement marks M2.
  • the step of imaging another measurement mark M2 has a smaller width for moving the focal position back and forth than the step of imaging the measurement mark M1 (step S107). Thereby, it is possible to focus on the second and subsequent measurement marks M2 in a shorter time.
  • FIG. 10 is a flowchart showing a processing procedure of processing executed by the measuring apparatus 1 according to the modification of the embodiment.
  • control unit 51 operates the lifter 60 and the supply arm 70 to carry the superposed wafer T into the substrate holding unit 10 and hold the superposed wafer T with the holding arm 12 of the substrate holding unit 10 (step S201).
  • control unit 51 operates the imaging unit 20 and the substrate holding unit 10 to adjust the mounting angle of the held superposed wafer T (step S202).
  • control unit 51 sets the positions of the measurement mark M1 and another measurement mark M2 by the above-described measurement mark position setting process (step S203). And the control part 51 operates the board
  • control unit 51 measures the displacements A1a and A1b on the surface of the overlapped wafer T around the place where the measurement mark M1 is arranged with the two displacement meters 31 and 32 (step S205). And the control part 51 evaluates the displacement A1 of the surface in the location where the measurement mark M1 is arrange
  • control unit 51 operates the micro camera of the imaging unit 20 and images the measurement mark M1 so that the focus is adjusted while moving the focal position back and forth with reference to the focal position set in advance based on the displacement A1. (Step S207). Then, the control unit 51 evaluates the amount of positional deviation between the upper mark Ma and the lower mark Mb in the measured measurement mark M1 (step S208).
  • control unit 51 evaluates the thickness D of the upper wafer W1 based on the depth of focus in the imaging unit 20 when the focus is achieved (step S209). And the control part 51 operates the board
  • control unit 51 uses the two displacement meters 31 and 32 to measure the displacement of the surface of the overlapped wafer T around the place where another measurement mark M2 is arranged (step S211). And the control part 51 evaluates another displacement A2 of the surface in the location where another measurement mark M2 is arrange
  • control unit 51 operates the micro camera of the imaging unit 20 to change the focal point while moving the focal point back and forth with reference to a position that is deeper by the thickness D of the upper wafer W1 from another displacement A2.
  • the measurement mark M2 is imaged (step S213).
  • the control unit 51 evaluates the positional deviation amount between the upper mark Ma and the lower mark Mb in another measured measurement mark M2 (step S214).
  • control unit 51 determines whether or not all the measurement marks M necessary for the evaluation of the positional deviation amount among the measurement marks M provided on the overlapped wafer T have been imaged (step S215).
  • control unit 51 determines the upper wafer W1 and the lower wafer based on the positional deviation amount between the upper mark Ma and the lower mark Mb in all the measurement marks M. The amount of positional deviation with respect to the wafer W2 is evaluated (step S216). Then, the control unit 51 completes the process.
  • step S215, No when all the measurement marks M have not been imaged (step S215, No), the process returns to the above-described step S210.
  • the steps of measuring the displacement A1 are the displacements A1a and A1b of the surface around the place where the measurement mark M1 is arranged by the two displacement meters 31 and 32. Measure each. Then, based on the two measured displacements A1a and A1b, the surface displacement A1 at the place where the measurement mark M1 is arranged is evaluated. Thereby, the measurement of the displacement A1 and the imaging of the measurement mark M1 can be performed without moving the overlapped wafer T individually.
  • the two displacement meters 31 and 32 are arranged so that the imaging unit 20 is at the center. Thereby, displacement A1 can be evaluated simply.
  • this indication is not limited to the above-mentioned embodiment, and various changes are possible unless it deviates from the meaning.
  • the case where the measurement mark M is imaged with respect to the overlapped wafer T held in the hollow state has been described, but the state in which the overlapped wafer T is held is not limited to the hollow state.

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Abstract

本開示の一態様による測定方法は、変位（Ａ１）を測定する工程と、測定マーク（Ｍ１）を撮像可能な位置に撮像部（２０）を配置する工程と、測定マーク（Ｍ１）を撮像する工程とを含む。変位（Ａ１）を測定する工程は、２枚の基板が接合された重合基板の内部に設けられる位置ずれ測定用の測定マーク（Ｍ１）が配置された箇所における撮像部（２０）側の重合基板の表面の変位（Ａ１）を測定する。測定マーク（Ｍ１）を撮像する工程は、変位（Ａ１）に基づいてあらかじめ設定された焦点位置を基準に、焦点位置を前後させながら焦点が合うように撮像部（２０）で測定マーク（Ｍ１）を撮像する。

Description

測定方法および測定装置
　本開示は、測定方法および測定装置に関する。
　従来、半導体ウェハなどの基板同士を接合する手法として、基板の接合される表面を改質し、改質された基板の表面を親水化し、親水化された基板同士をファンデルワールス力および水素結合（分子間力）によって接合する手法が知られている。また、接合された基板同士の内部に位置ずれ測定用のマーク（以下、測定マークとも呼称する。）を設け、かかる測定マークを撮像することにより、基板同士の位置ずれ量を評価する手法が知られている（特許文献１参照）。
特開２０１３－１１５３８４号公報
　本開示は、重合基板の内部に設けられる測定マークに効率よく焦点を合わせることができる技術を提供する。
　本開示の一態様による測定方法は、変位を測定する工程と、測定マークを撮像可能な位置に撮像部を配置する工程と、前記測定マークを撮像する工程とを含む。変位を測定する工程は、２枚の基板が接合された重合基板の内部に設けられる位置ずれ測定用の測定マークが配置された箇所における撮像部側の前記重合基板の表面の変位を測定する。前記測定マークを撮像する工程は、前記変位に基づいてあらかじめ設定された焦点位置を基準に、焦点位置を前後させながら焦点が合うように前記撮像部で前記測定マークを撮像する。
　本開示によれば、重合基板の内部に設けられる測定マークに効率よく焦点を合わせることができる。
図１は、実施形態に係る測定装置の概略構成を示す斜視図である。 図２は、実施形態に係る重合ウェハおよび測定マークの構成を示す模式図である。 図３Ａは、実施形態に係る重合ウェハ搬送処理を説明するための図（１）である。 図３Ｂは、実施形態に係る重合ウェハ搬送処理を説明するための図（２）である。 図３Ｃは、実施形態に係る重合ウェハ搬送処理を説明するための図（３）である。 図３Ｄは、実施形態に係る重合ウェハ搬送処理を説明するための図（４）である。 図３Ｅは、実施形態に係る重合ウェハ搬送処理を説明するための図（５）である。 図３Ｆは、実施形態に係る重合ウェハ搬送処理を説明するための図（６）である。 図４Ａは、実施形態に係る重合ウェハの搭載角度調整処理を説明するための図（１）である。 図４Ｂは、実施形態に係る重合ウェハの搭載角度調整処理を説明するための図（２）である。 図５は、実施形態に係る測定マーク位置設定処理を説明するための図である。 図６Ａは、実施形態に係る焦点合わせ処理を説明するための図（１）である。 図６Ｂは、実施形態に係る焦点合わせ処理を説明するための図（２）である。 図６Ｃは、実施形態に係る焦点合わせ処理を説明するための図（３）である。 図６Ｄは、実施形態に係る焦点合わせ処理を説明するための図（４）である。 図７Ａは、実施形態に係る位置ずれ評価処理を説明するための図（１）である。 図７Ｂは、実施形態に係る位置ずれ評価処理を説明するための図（２）である。 図７Ｃは、実施形態に係る位置ずれ評価処理を説明するための図（３）である。 図８Ａは、実施形態の変形例に係る焦点合わせ処理を説明するための図（１）である。 図８Ｂは、実施形態の変形例に係る焦点合わせ処理を説明するための図（２）である。 図９は、実施形態に係る測定装置が実行する処理の処理手順を示すフローチャートである。 図１０は、実施形態の変形例に係る測定装置が実行する処理の処理手順を示すフローチャートである。
　以下、添付図面を参照して、本願の開示する測定方法および測定装置の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態により本開示が限定されるものではない。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。さらに、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
　従来、半導体ウェハなどの基板同士を接合する手法として、基板の接合される表面を改質し、改質された基板の表面を親水化し、親水化された基板同士をファンデルワールス力および水素結合（分子間力）によって接合する手法が知られている。
　また、接合された基板同士の内部に位置ずれ測定用のマーク（以下、測定マークとも呼称する。）を形成し、かかる測定マークを撮像することにより、基板同士の位置ずれ量を評価する手法が知られている。そして、測定マークを鮮明に撮像し位置ずれ量を正確に評価するため、かかる測定マークは焦点深度の浅い高倍率の撮像部で撮像される。
　一方で、測定マークは重合基板の内部に設けられているとともに、かかる測定マークまでの深さ（すなわち、上側の基板の厚み）は重合基板ごとに異なる。すなわち、かかる測定マークに焦点を合わせて撮像するためには、焦点深度を広い範囲で前後させながら何度も撮像する必要がある。したがって、重合基板の位置ずれ量を測定する手法において、焦点を合わせて測定マークを撮像する処理に多くの時間がかかっていた。
　そこで、重合基板の内部に設けられる測定マークに効率よく焦点を合わせることが期待されている。
＜測定装置の概要＞
　最初に、図１を参照しながら、実施形態に係る測定装置１の概略構成について説明する。図１は、実施形態に係る測定装置１の概略構成を示す斜視図である。以下では、位置関係を明確にするために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を規定し、Ｚ軸正方向を鉛直上向き方向とする。
　図１に示すように、測定装置１は、基板保持部１０と、撮像部２０と、変位計３０と、光源４０と、制御装置５０とを備える。また、図１には図示していないが、測定装置１は、リフター６０（図３Ａ参照）と、供給アーム７０（図３Ｃ参照）とをさらに備える。なお、かかるリフター６０および供給アーム７０の詳細については後述する。
　基板保持部１０は、本体部１１と、複数の保持アーム１２と、水平移動部１３と、載置台１４とを有する。本体部１１は、環状であり、中央部に円孔である開口部１１ａが形成される。図１に示すように、かかる開口部１１ａは、基板保持部１０に保持される重合ウェハＴより大きい。
　複数の保持アーム１２は、本体部１１から開口部１１ａ内を内周側に延伸するように設けられる。また、かかる保持アーム１２の先端部には図示しない真空チャック機構が設けられることから、複数の保持アーム１２は、重合ウェハＴの周縁部（たとえば、重合ウェハＴの端部から内側に１２ｍｍの範囲）をそれぞれ保持可能に構成される。たとえば、複数（実施形態では６個）の保持アーム１２は、開口部１１ａの周方向に略均等に配置される。
　かかる開口部１１ａおよび複数の保持アーム１２を有する本体部１１は、水平移動部１３上に設けられ、かかる水平移動部１３上で回転自在に構成される。また、水平移動部１３は、載置台１４上に設けられ、かかる載置台１４上で水平方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）に移動自在に構成される。
　すなわち、基板保持部１０は、複数の保持アーム１２により重合ウェハＴを中空状態で保持するとともに、保持された重合ウェハＴを回転および水平移動させることができる。このように、実施形態の測定装置１では、重合ウェハＴを中空状態で保持できることから、赤外光を透過させる方式を採用しながら、重合ウェハＴの中央部を含めた広い範囲を撮像することができる。
　撮像部２０は、基板保持部１０に保持される重合ウェハＴの一方側（たとえば、上側）に配置され、かかる重合ウェハＴ内に設けられる測定マークＭ（図２参照）を撮像することができる。たとえば、撮像部２０は、低倍率（たとえば、１０倍程度）で焦点深度の深いマクロカメラと、高倍率（たとえば、５０倍程度）で焦点深度の浅いマイクロカメラとを有する。
　撮像部２０に設けられる２つのカメラのうち、マクロカメラは、重合ウェハＴの搭載角度の調整用などに設けられるマクロマークＭＭ１、ＭＭ２（図４Ａ参照）を撮像する。また、マイクロカメラは、重合ウェハＴの位置ずれ測定用に設けられる測定マークＭを撮像する。
　変位計３０は、基板保持部１０に保持される重合ウェハＴに対して、撮像部２０と同じ側（たとえば、上側）に配置され、重合ウェハＴにおける撮像部２０側の表面の変位を測定することができる。かかる変位計３０は、撮像部２０に隣接して（たとえば、２０～３０ｍｍ程度離間して）配置される。変位計３０は、たとえば、レーザ変位計である。
　光源４０は、基板保持部１０に保持される重合ウェハＴに対して、撮像部２０とは反対側（たとえば、下側）に配置され、重合ウェハＴ内を透過する赤外光を重合ウェハＴに照射する。光源４０は、たとえば、ハロゲンランプである。
　なお、重合ウェハＴがシリコンウェハで構成される場合、かかる重合ウェハＴで高い透過率を得るため、光源４０から照射される赤外光の波長は１１００ｎｍ～１６００ｎｍ程度が好ましい。
　制御装置５０は、たとえばコンピュータであり、制御部５１と記憶部５２とを備える。記憶部５２には、測定装置１において実行される各種の処理を制御するプログラムが格納される。制御部５１は、記憶部５２に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって測定装置１の動作を制御する。
　なお、かかるプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御装置５０の記憶部５２にインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体としては、たとえばハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）、メモリカードなどがある。
＜重合ウェハおよび測定マークの構成＞
　つづいて、実施形態に係る重合ウェハＴの構成について、図２を参照しながら説明する。図２は、実施形態に係る重合ウェハＴおよび測定マークＭの構成を示す模式図である。
　図２に示すように、重合ウェハＴは、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２とが接合層を介して接合されることによって形成される。第１基板Ｗ１は、たとえばシリコンウェハなどの半導体基板に複数の電子回路が形成された基板である。また、第２基板Ｗ２は、たとえば電子回路が形成されていないベアウェハである。第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２とは、略同径を有する。なお、第２基板Ｗ２に電子回路が形成されていてもよい。
　以下では、第１基板Ｗ１を「上ウェハＷ１」と記載し、第２基板Ｗ２を「下ウェハＷ２」と記載する。すなわち、上ウェハＷ１は第１基板の一例であり、下ウェハＷ２は第２基板の一例である。
　上ウェハＷ１の接合面（すなわち、下面）および下ウェハＷ２の接合面（すなわち、上面）には、ＴＥＯＳ膜やＳｉＣＮ膜などで構成される所定の多層膜が形成される。なお、ＴＥＯＳ膜とは、Ｓｉプリカーサとして、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を用いて化学蒸着法（ＣＶＤ法）により形成されたものである。
　また、上ウェハＷ１の接合面に形成される多層膜内には、Ｃｕなどで構成される上マークＭａが形成され、下ウェハＷ２の接合面に形成される多層膜内には、Ｃｕなどで構成される下マークＭｂが形成される。たとえば、上マークＭａおよび下マークＭｂは、いずれも平面視で略ボックス形状を有する。また、上マークＭａおよび下マークＭｂはたがいに略相似形状であり、上マークＭａは下マークＭｂより大きい。なお、上マークＭａおよび下マークＭｂの形状は図２に示す例に限られない。
　そして、重合ウェハＴの一方側（たとえば、下側）に配置された光源４０から赤外光を照射し、かかる赤外光を用いて重合ウェハＴの他方側（たとえば、上側）に配置される撮像部２０で上マークＭａおよび下マークＭｂを撮像する。これにより、撮像部２０は、上マークＭａおよび下マークＭｂが重なった状態の測定マークＭを撮像することができる。
　そして、測定装置１は、撮像された測定マークＭにおける上マークＭａと下マークＭｂとの位置ずれ量を求めることにより、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との位置ずれ量を評価することができる。
＜重合ウェハの搬送処理＞
　つづいて、測定装置１における重合ウェハＴの搬送処理の詳細について、図３Ａ～図３Ｆを参照しながら説明する。図３Ａ～図３Ｆは、実施形態に係る重合ウェハ搬送処理を説明するための図（１）～（６）である。また、図３Ａは、基板保持部１０に保持される重合ウェハＴにおいて、位置ずれ量の測定が完了した際の様子を示している。
　図３Ａに示すように、基板保持部１０に保持される重合ウェハＴの下方には、リフター６０が設けられる。かかるリフター６０は、鉛直方向および水平方向に移動自在に構成される。また、リフター６０の上端部には図示しない真空チャック機構が設けられることから、リフター６０は、重合ウェハＴを下側から保持可能に構成される。
　そして、制御部５１は、図３Ｂに示すように、リフター６０を上方に移動させることにより、測定が完了した重合ウェハＴを基板保持部１０の上方に搬送する。さらに、制御部５１は、図３Ｃに示すように、リフター６０を水平方向に移動させることにより、測定が完了した重合ウェハＴを供給アーム７０に近づける。
　なお、かかる供給アーム７０は、基板保持部１０の本体部１１に隣接して設けられ、リフター６０により搬送された重合ウェハＴを搬出入可能に構成される。
　次に、制御部５１は、図３Ｄに示すように、供給アーム７０を動作させることにより、測定が完了した重合ウェハＴをリフター６０から搬出し、つづいて測定される重合ウェハＴをリフター６０に載置する。
　次に、制御部５１は、図３Ｅに示すように、リフター６０を水平方向に移動させることにより、つづいて測定される重合ウェハＴを基板保持部１０の本体部１１における中央部の上方に移動させる。
　次に、制御部５１は、図３Ｆに示すように、リフター６０を下方に移動させることにより、つづいて測定される重合ウェハＴを基板保持部１０の保持アーム１２に載置する。最後に、制御部５１は、保持アーム１２の真空チャック機構を動作させることにより、つづいて測定される重合ウェハＴを保持して、重合ウェハＴの搬送処理が完了する。
＜重合ウェハの搭載角度調整処理＞
　つづいて、測定装置１における重合ウェハＴの搭載角度調整処理の詳細について、図４Ａおよび図４Ｂを参照しながら説明する。図４Ａおよび図４Ｂは、実施形態に係る重合ウェハＴの搭載角度調整処理を説明するための図（１）、（２）である。
　図４Ａに示すように、まず、撮像部２０のマクロカメラによって、重合ウェハＴの中央部にあるセンターショットに設けられるマクロマークＭＭ１と、かかるセンターショットに隣接するショットに設けられるマクロマークＭＭ２とが撮像される。
　なお、撮像部２０のマクロカメラは焦点深度が深いことから、重合ウェハＴの内部に設けられるマクロマークＭＭ１、ＭＭ２に対しても、特に問題無く焦点を合わせることができる。
　そして、制御部５１は、かかるマクロマークＭＭ１およびマクロマークＭＭ２の位置を認識することにより、マクロマークＭＭ１およびマクロマークＭＭ２を結ぶ直線Ｌ１を求める。さらに、制御部５１は、求められた直線Ｌ１と、基準線である所定の直線Ｌ２との角度θを求める。
　そして、制御部５１は、基板保持部１０を制御することにより、図４Ｂに示すように、求められた角度θだけ重合ウェハＴを回転させ、直線Ｌ１と直線Ｌ２とを一致させる。これにより、基板保持部１０に保持される重合ウェハＴの搭載角度をゼロ度に補正することができる。
＜測定マーク位置設定処理＞
　つづいて、測定装置１において重合ウェハＴ内に設けられる複数の測定マークＭの位置を設定する処理の詳細について、図５を参照しながら説明する。図５は、実施形態に係る測定マーク位置設定処理を説明するための図である。
　図５に示すように、搭載角度がゼロ度に補正された重合ウェハＴに対して、制御部５１は、撮像部２０のマクロカメラで撮像されたセンターショットのマクロマークＭＭ１の位置に基づいて、センターショットに設けられる測定マークＭ１の位置を求める。
　具体的には、センターショットにおけるマクロマークＭＭ１と測定マークＭ１との位置関係情報が記憶部５２にあらかじめ記憶されていることから、制御部５１は、かかる位置関係情報を読み出すことにより、測定マークＭ１の位置を求めることができる。
　つづいて、制御部５１は、センターショットにおける測定マークＭ１の位置に基づいて、別のショットに設けられる別の測定マークＭ２の位置を求める。具体的には、センターショットとかかる別のショットとの位置関係（たとえば、別のショットは６ショット分右側に配置）に基づいて、制御部５１は、かかる位置関係とショット一つの大きさとから別の測定マークＭ２の位置を求めることができる。
　このようにして、制御部５１は、重合ウェハＴ内においてあらかじめ指定（たとえば、センターショットを基準に前後左右に４箇所指定）されている複数のショットに設けられる別の測定マークＭ２の位置をそれぞれ求めることができる。なお、以降においては、測定マークＭ１と別の測定マークＭ２とを総称して、測定マークＭと呼称する場合がある。
＜焦点合わせ処理＞
　つづいて、測定装置１において測定マークＭに焦点を合わせる処理の詳細について、図６Ａ～図６Ｄを参照しながら説明する。図６Ａ～図６Ｄは、実施形態に係る焦点合わせ処理を説明するための図（１）～（４）である。
　まず、制御部５１は、図６Ａに示すように、基板保持部１０を制御して、センターショットに設けられる測定マークＭ１が配置された箇所の直上に変位計３０を配置する。具体的には、基板保持部１０に保持される重合ウェハＴを水平移動させることにより、測定マークＭ１が配置された箇所の直上に変位計３０を配置する。
　なお、以下に示す例では、最初にセンターショットの測定マークＭ１を撮像し、つづいて別のショットにある別の測定マークＭ２を撮像する例について示すが、測定マークＭを撮像する順番はかかる例に限られない。この場合、最初に測定する測定マークＭを測定マークＭ１とみなし、つづいて測定する測定マークＭを別の測定マークＭ２とみなせばよい。
　また、重合ウェハＴではなく、変位計３０を水平移動させることにより、測定マークＭ１が配置された箇所の直上に変位計３０を配置してもよい。
　そして、制御部５１は、変位計３０を動作させることにより、測定マークＭ１が配置された箇所における重合ウェハＴ表面の変位Ａ１を測定する。なお、かかる変位Ａ１は、重合ウェハＴにおいて、撮像部２０側の表面の変位であり、たとえば、上ウェハＷ１側にある表面の変位である。
　次に、制御部５１は、図６Ｂに示すように、基板保持部１０を制御して、測定マークＭ１が配置された箇所の直上（すなわち、測定マークＭ１が撮像可能な位置）に撮像部２０を配置する。
　具体的には、基板保持部１０に保持される重合ウェハＴを水平移動させることにより、測定マークＭ１が配置された箇所の直上に撮像部２０を配置する。なお、重合ウェハＴではなく、撮像部２０を水平移動させることにより、測定マークＭ１が配置された箇所の直上に撮像部２０を配置してもよい。
　そして、制御部５１は、撮像部２０のマイクロカメラを動作させることにより、先に求められた変位Ａ１に基づいてあらかじめ設定された焦点位置を基準に、焦点位置を前後させながら焦点が合うように測定マークＭ１を撮像する。たとえば、撮像部２０は、変位Ａ１から上ウェハＷ１の厚みとして記憶部５２に記憶され、あらかじめ設定された深さ（たとえば、＋７７５μｍ）を中心に、±２０μｍの範囲で焦点位置を前後させながら測定マークＭ１を撮像する。
　ここで、実施形態では、表面の変位Ａ１を測定する際に、測定マークＭ１が配置された箇所の直上に変位計３０を配置するとともに、測定マークＭ１を撮像する際に、測定マークＭ１が配置された箇所の直上に撮像部２０を配置している。
　なぜなら、上述のように、重合ウェハＴは基板保持部１０において中空状態で保持されていることから、上側に凹むように撓んだ状態で保持されている。すなわち、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、重合ウェハＴの表面は必ずしも平坦ではないことから、重合ウェハＴを動かすことなく表面の変位測定と撮像とを両方行った場合、焦点位置の基準となる表面の変位が正確な値にならない恐れがあるからである。
　したがって、実施形態によれば、重合ウェハＴを個別に移動させながら変位Ａ１の測定と測定マークＭ１の撮像とを行うことにより、重合ウェハＴの内部に設けられる測定マークＭ１に効率よく焦点を合わせることができる。
　測定マークＭに対する焦点合わせ処理の説明にもどる。焦点が合った（すなわち、撮像される測定マークＭ１のエッジ強度が最大となった）測定マークＭ１が撮像されると、制御部５１は、かかる焦点が合った際の撮像部２０における焦点深度に基づいて、上ウェハＷ１の厚みＤを評価する。たとえば、制御部５１は、表面の変位Ａ１と、かかる変位Ａ１を基準にした焦点深度との差分から、上ウェハＷ１の厚みＤを評価することができる。
　つづいて、制御部５１は、図６Ｃに示すように、基板保持部１０を制御して、別のショットに設けられる別の測定マークＭ２が配置された箇所の直上に変位計３０を配置する。具体的には、上述の測定マーク位置設定処理で設定された別の測定マークＭ２の位置に対して、基板保持部１０に保持される重合ウェハＴを水平移動させることにより、別の測定マークＭ２が配置された箇所の直上に変位計３０を配置する。
　そして、制御部５１は、変位計３０を動作させることにより、別の測定マークＭ２が配置された箇所における重合ウェハＴ表面の別の変位Ａ２を測定する。
　次に、制御部５１は、図６Ｄに示すように、基板保持部１０を制御して、別の測定マークＭ２が配置された箇所の直上（すなわち、別の測定マークＭ２が撮像可能な位置）に撮像部２０を配置する。具体的には、基板保持部１０に保持される重合ウェハＴを水平移動させることにより、別の測定マークＭ２が配置された箇所の直上に撮像部２０を配置する。
　そして、制御部５１は、撮像部２０のマイクロカメラを動作させることにより、変位計３０で求められた別の変位Ａ２から、先に評価された上ウェハＷ１の厚みＤ分深い位置を基準に、焦点位置を前後させながら焦点が合うように別の測定マークＭ２を撮像する。
　このように、２回目以降の別の測定マークＭ２を撮像する際には、初回の測定マークＭ１を撮像する際に評価された上ウェハＷ１の厚みＤに基づいて、より正確な焦点位置を設定することができる。なぜなら、異なる重合ウェハＴ同士では上ウェハＷ１の厚みＤはそれぞれ異なるのに対し、同じ重合ウェハＴ内では厚みＤはほぼ均等となるからである。
　これにより、実施形態では、初回の測定マークＭ１を撮像する場合と比べて、別の測定マークＭ２を撮像する場合には、焦点深度を前後させる幅をより小さくすることができる（たとえば、±６μｍ）。したがって、実施形態によれば、２回目以降の別の測定マークＭ２に対して、より効率よく焦点を合わせることができる。
＜位置ずれ評価処理＞
　つづいて、撮像された測定マークＭに基づいて、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との位置ずれ量を評価する処理の詳細について、図７Ａ～図７Ｃを参照しながら説明する。図７Ａ～図７Ｃは、実施形態に係る位置ずれ評価処理を説明するための図（１）～（３）である。
　図７Ａに示すように、上述の焦点合わせ処理により焦点の合った測定マークＭは、撮像部２０におけるマイクロカメラの画角において、中心Ｃからずれている場合がある。
　そこで、制御部５１は、基板保持部１０を制御して、測定マークＭの中心とマイクロカメラにおける画角の中心Ｃとが一致するように、重合ウェハＴを移動させる。これにより、図７Ｂに示すように、測定マークＭの中心と画角の中心Ｃとが一致した状態で、測定マークＭを撮像することができる。
　次に、制御部５１は、図７Ｃに示すように、撮像された測定マークＭにおいて、上マークＭａの重心Ｃａの位置と、下マークＭｂの重心Ｃｂの位置とをそれぞれ求める。そして、求められた重心Ｃａの位置と重心Ｃｂの位置とに基づいて、測定マークＭにおける上マークＭａと下マークＭｂとの位置ずれ量を評価する。
　さらに、制御部５１は、場所が異なる複数の測定マークＭにおいてそれぞれ評価される上マークＭａと下マークＭｂとの位置ずれ量に基づいて、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との位置ずれ量を評価することができる。
　実施形態に係る測定装置１は、基板保持部１０と、撮像部２０と、変位計３０と、光源４０とを備える。基板保持部１０は、２枚の基板が接合された重合基板（重合ウェハＴ）より大きい開口部１１ａが形成される本体部１１と、本体部１１から開口部１１ａ内を内周側に延伸し、重合基板の周縁部を保持する複数の保持アーム１２とを有する。撮像部２０は、基板保持部１０に保持される重合基板（重合ウェハＴ）の内部に設けられる位置ずれ測定用の測定マークＭ１を撮像する。変位計３０は、基板保持部１０に保持される重合基板（重合ウェハＴ）に対して撮像部２０と同じ側に設けられ、測定マークＭ１が配置された箇所における重合基板の表面の変位Ａ１を測定する。光源４０は、基板保持部１０に保持される重合基板（重合ウェハＴ）に対して撮像部２０とは反対側に設けられ、重合基板に赤外光を照射する。これにより、重合ウェハＴの内部に設けられる測定マークＭ１に効率よく焦点を合わせることができる測定装置１を提供することができる。
＜変形例＞
　つづいて、実施形態の変形例にかかる焦点合わせ処理の詳細について、図８Ａおよび図８Ｂを参照しながら説明する。図８Ａおよび図８Ｂは、実施形態の変形例に係る焦点合わせ処理を説明するための図（１）、（２）である。
　図８Ａに示すように、変形例では、測定マークＭ１が設けられる箇所における表面の変位Ａ１を、２つの変位計３１、３２で評価する。かかる２つの変位計３１、３２は、たとえば、撮像部２０が中心となるようにそれぞれ配置される。
　そして、制御部５１は、基板保持部１０を制御して、測定マークＭ１が配置された箇所の直上に撮像部２０を配置する。そして、制御部５１は、２つの変位計３１、３２を動作させることにより、測定マークＭ１が配置された箇所の周辺における表面の変位Ａ１ａ、Ａ１ｂをそれぞれ測定する。
　次に、制御部５１は、測定された２つの変位Ａ１ａ、Ａ１ｂに基づいて、撮像部２０の直下にある表面の変位Ａ１を評価する。たとえば、撮像部２０が中心となるように２つの変位計３１、３２が配置されている場合、変位Ａ１ａと変位Ａ１との差分である距離Ｌａと、変位Ａ１ｂと変位Ａ１との差分である距離Ｌｂとが等しくなる値を、変位Ａ１として評価することができる。
　次に、制御部５１は、図８Ｂに示すように、撮像部２０のマイクロカメラを動作させることにより、求められた変位Ａ１に基づいてあらかじめ設定された焦点位置を基準に、焦点位置を前後させながら焦点が合うように測定マークＭ１を撮像する。
　すなわち、かかる変形例では、重合ウェハＴの表面が傾いていたとしても、２つの変位計３１、３２を用いることにより、重合ウェハＴを個別に動かすことなく変位Ａ１の測定と測定マークＭ１の撮像とをそれぞれ行うことができる。
　なお、上述の変形例では、初回の測定マークＭ１に対する変位Ａ１を評価した場合について示したが、２回目以降の別の測定マークＭ２に対する別の変位Ａ２を評価する場合にも同様の手法を用いることができる。
＜測定処理の詳細＞
　つづいて、図９および図１０を参照しながら、実施形態および変形例に係る測定処理の詳細について説明する。図９は、実施形態に係る測定装置１が実行する処理の処理手順を示すフローチャートである。
　まず、制御部５１は、リフター６０および供給アーム７０を動作させて、重合ウェハＴを基板保持部１０に搬入し、基板保持部１０の保持アーム１２で重合ウェハＴを保持する（ステップＳ１０１）。次に、制御部５１は、撮像部２０および基板保持部１０を動作させて、保持される重合ウェハＴの搭載角度を調整する（ステップＳ１０２）。
　次に、制御部５１は、上述の測定マーク位置設定処理により、測定マークＭ１および別の測定マークＭ２の位置を設定する（ステップＳ１０３）。そして、制御部５１は、基板保持部１０を動作させて、測定マークＭ１が配置された箇所の直上に変位計３０を配置する（ステップＳ１０４）。
　次に、制御部５１は、変位計３０を動作させて、測定マークＭ１が配置された箇所における重合ウェハＴ表面の変位Ａ１を測定する（ステップＳ１０５）。そして、制御部５１は、基板保持部１０を動作させて、測定マークＭ１が撮像可能な位置（すなわち、測定マークＭ１が配置された箇所の直上）に撮像部２０を配置する（ステップＳ１０６）。
　次に、制御部５１は、撮像部２０のマイクロカメラを動作させて、変位Ａ１に基づいてあらかじめ設定された焦点位置を基準に、焦点位置を前後させながら焦点が合うように測定マークＭ１を撮像する（ステップＳ１０７）。そして、制御部５１は、撮像された測定マークＭ１における上マークＭａと下マークＭｂとの位置ずれ量を評価する（ステップＳ１０８）。
　次に、制御部５１は、かかる焦点が合った際の撮像部２０における焦点深度に基づいて、上ウェハＷ１の厚みＤを評価する（ステップＳ１０９）。そして、制御部５１は、基板保持部１０を動作させて、別の測定マークＭ２が配置された箇所の直上に変位計３０を配置する（ステップＳ１１０）。
　次に、制御部５１は、変位計３０を動作させて、別の測定マークＭ２が配置された箇所における重合ウェハＴ表面の別の変位Ａ２を測定する（ステップＳ１１１）。そして、制御部５１は、基板保持部１０を動作させて、別の測定マークＭ２が撮像可能な位置（すなわち、別の測定マークＭ２が配置された箇所の直上）に撮像部２０を配置する（ステップＳ１１２）。
　次に、制御部５１は、撮像部２０のマイクロカメラを動作させて、別の変位Ａ２から上ウェハＷ１の厚みＤ分深い位置を基準に、焦点位置を前後させながら焦点が合うように別の測定マークＭ２を撮像する（ステップＳ１１３）。そして、制御部５１は、撮像された別の測定マークＭ２における上マークＭａと下マークＭｂとの位置ずれ量を評価する（ステップＳ１１４）。
　次に、制御部５１は、重合ウェハＴに設けられる測定マークＭのうち、位置ずれ量の評価に必要となるすべての測定マークＭを撮像したか否かを判定する（ステップＳ１１５）。
　そして、すべての測定マークＭを撮像した場合（ステップＳ１１５，Ｙｅｓ）、制御部５１は、すべての測定マークＭにおける上マークＭａと下マークＭｂとの位置ずれ量に基づいて、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との位置ずれ量を評価する（ステップＳ１１６）。そして、制御部５１は処理を完了する。
　一方で、すべての測定マークＭを撮像していない場合（ステップＳ１１５，Ｎｏ）、上述したステップＳ１１０の処理に戻る。
　実施形態に係る測定方法は、変位Ａ１を測定する工程（ステップＳ１０５）と、測定マークＭ１を撮像可能な位置に撮像部２０を配置する工程（ステップＳ１０６）と、測定マークＭ１を撮像する工程（ステップＳ１０７）とを含む。変位Ａ１を測定する工程は、２枚の基板が接合された重合基板（重合ウェハＴ）の内部に設けられる位置ずれ測定用の測定マークＭ１が配置された箇所における撮像部２０側の重合基板（重合ウェハＴ）の表面の変位Ａ１を測定する。測定マークＭ１を撮像する工程は、変位Ａ１に基づいてあらかじめ設定された焦点位置を基準に、焦点位置を前後させながら焦点が合うように撮像部２０で測定マークＭ１を撮像する。これにより、重合ウェハＴの内部に設けられる測定マークＭ１に効率よく焦点を合わせることができる。
　また、実施形態に係る測定方法において、変位Ａ１を測定する工程（ステップＳ１０５）は、１つの変位計３０でマーク（測定マークＭ１）が配置された箇所における表面の変位Ａ１を測定する。また、測定マークＭ１を撮像可能な位置に撮像部２０を配置する工程（ステップＳ１０６）は、重合基板（重合ウェハＴ）または撮像部２０を移動させて行う。これにより、焦点位置の基準となる変位Ａ１をより正確に求めることができる。
　また、実施形態に係る測定方法は、厚みＤを評価する工程と、別の変位Ａ２を測定する工程と、別の測定マークＭ２を撮像可能な位置に撮像部２０を配置する工程（ステップＳ１１２）と、別の測定マークＭ２を撮像する工程とをさらに含む。厚みＤを評価する工程（ステップＳ１０９）は、変位Ａ１と測定マークＭ１に対して焦点が合った焦点位置とに基づいて、重合基板（重合ウェハＴ）のうち撮像部２０側の基板（上ウェハＷ１）の厚みＤを評価する。別の変位Ａ２を測定する工程（ステップＳ１１１）は、重合基板（重合ウェハＴ）の内部に設けられる位置ずれ測定用の別の測定マークＭ２が配置された箇所における表面の別の変位Ａ２を測定する。別の測定マークＭ２を撮像する工程（ステップＳ１１３）は、別の変位Ａ２から撮像部２０側の基板（上ウェハＷ１）の厚みＤ分深い位置を基準に、焦点位置を前後させながら焦点が合うように撮像部２０で別の測定マークＭ２を撮像する。これにより、２回目以降の別の測定マークＭ２に対して、より効率よく焦点を合わせることができる。
　また、実施形態に係る測定方法において、別の測定マークＭ２を撮像する工程（ステップＳ１１３）は、測定マークＭ１を撮像する工程（ステップＳ１０７）より焦点位置を前後させる幅が小さい。これにより、２回目以降の別の測定マークＭ２に対して、より短時間で焦点を合わせることができる。
　図１０は、実施形態の変形例に係る測定装置１が実行する処理の処理手順を示すフローチャートである。
　まず、制御部５１は、リフター６０および供給アーム７０を動作させて、重合ウェハＴを基板保持部１０に搬入し、基板保持部１０の保持アーム１２で重合ウェハＴを保持する（ステップＳ２０１）。次に、制御部５１は、撮像部２０および基板保持部１０を動作させて、保持される重合ウェハＴの搭載角度を調整する（ステップＳ２０２）。
　次に、制御部５１は、上述の測定マーク位置設定処理により、測定マークＭ１および別の測定マークＭ２の位置を設定する（ステップＳ２０３）。そして、制御部５１は、基板保持部１０を動作させて、測定マークＭ１が撮像可能な位置（すなわち、測定マークＭ１が配置された箇所の直上）に撮像部２０を配置する（ステップＳ２０４）。
　次に、制御部５１は、２つの変位計３１、３２で、測定マークＭ１が配置された箇所の周辺における重合ウェハＴ表面の変位Ａ１ａ、Ａ１ｂをそれぞれ測定する（ステップＳ２０５）。そして、制御部５１は、測定された２つの変位Ａ１ａ、Ａ１ｂに基づいて、測定マークＭ１が配置された箇所における表面の変位Ａ１を評価する（ステップＳ２０６）。
　次に、制御部５１は、撮像部２０のマイクロカメラを動作させて、変位Ａ１に基づいてあらかじめ設定された焦点位置を基準に、焦点位置を前後させながら焦点が合うように測定マークＭ１を撮像する（ステップＳ２０７）。そして、制御部５１は、撮像された測定マークＭ１における上マークＭａと下マークＭｂとの位置ずれ量を評価する（ステップＳ２０８）。
　次に、制御部５１は、かかる焦点が合った際の撮像部２０における焦点深度に基づいて、上ウェハＷ１の厚みＤを評価する（ステップＳ２０９）。そして、制御部５１は、基板保持部１０を動作させて、別の測定マークＭ２が撮像可能な位置（すなわち、別の測定マークＭ２が配置された箇所の直上）に撮像部２０を配置する（ステップＳ２１０）。
　次に、制御部５１は、２つの変位計３１、３２で、別の測定マークＭ２が配置された箇所の周辺における重合ウェハＴ表面の変位をそれぞれ測定する（ステップＳ２１１）。そして、制御部５１は、測定された２つの変位に基づいて、別の測定マークＭ２が配置された箇所における表面の別の変位Ａ２を評価する（ステップＳ２１２）。
　次に、制御部５１は、撮像部２０のマイクロカメラを動作させて、別の変位Ａ２から上ウェハＷ１の厚みＤ分深い位置を基準に、焦点位置を前後させながら焦点が合うように別の測定マークＭ２を撮像する（ステップＳ２１３）。そして、制御部５１は、撮像された別の測定マークＭ２における上マークＭａと下マークＭｂとの位置ずれ量を評価する（ステップＳ２１４）。
　次に、制御部５１は、重合ウェハＴに設けられる測定マークＭのうち、位置ずれ量の評価に必要となるすべての測定マークＭを撮像したか否かを判定する（ステップＳ２１５）。
　そして、すべての測定マークＭを撮像した場合（ステップＳ２１５，Ｙｅｓ）、制御部５１は、すべての測定マークＭにおける上マークＭａと下マークＭｂとの位置ずれ量に基づいて、上ウェハＷ１と下ウェハＷ２との位置ずれ量を評価する（ステップＳ２１６）。そして、制御部５１は処理を完了する。
　一方で、すべての測定マークＭを撮像していない場合（ステップＳ２１５，Ｎｏ）、上述したステップＳ２１０の処理に戻る。
　実施形態の変形例に係る測定方法において、変位Ａ１を測定する工程（ステップＳ２０５、Ｓ２０６）は、２つの変位計３１、３２で測定マークＭ１が配置された箇所の周辺の表面の変位Ａ１ａ、Ａ１ｂをそれぞれ測定する。そして、測定された２つの変位Ａ１ａ、Ａ１ｂに基づいて、測定マークＭ１が配置された箇所における表面の変位Ａ１を評価する。これにより、重合ウェハＴを個別に動かすことなく変位Ａ１の測定と測定マークＭ１の撮像とをそれぞれ行うことができる。
　また、実施形態の変形例に係る測定方法において、２つの変位計３１、３２は、撮像部２０が中心となるように配置される。これにより、変位Ａ１を簡便に評価することができる。
　以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。たとえば、上述の実施形態では、中空状態に保持される重合ウェハＴに対して測定マークＭを撮像する場合について示したが、重合ウェハＴが保持される状態は中空状態に限られない。
　今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記した実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
　１　　　測定装置
　１０　　基板保持部
　１１　　本体部
　１１ａ　開口部
　１２　　保持アーム
　２０　　撮像部
　３０～３２　変位計
　４０　　光源
　５０　　制御装置
　５１　　制御部
　５２　　記憶部
　６０　　リフター
　７０　　供給アーム
　Ｔ　　　重合ウェハ（重合基板の一例）
　Ｗ１　　上ウェハ
　Ｗ２　　下ウェハ
　Ｍ、Ｍ１　測定マーク
　Ｍ２　　別の測定マーク
　Ａ１　　変位
　Ａ２　　別の変位
　Ｄ　　　厚み

Claims (7)

  1. 　２枚の基板が接合された重合基板の内部に設けられる位置ずれ測定用の測定マークが配置された箇所における撮像部側の前記重合基板の表面の変位を測定する工程と、
    　前記測定マークを撮像可能な位置に前記撮像部を配置する工程と、
    　前記変位に基づいてあらかじめ設定された焦点位置を基準に、焦点位置を前後させながら焦点が合うように前記撮像部で前記測定マークを撮像する工程と、
    　を含む測定方法。
  2. 　前記変位を測定する工程は、１つの変位計で前記測定マークが配置された箇所における前記表面の変位を測定し、
    　前記測定マークを撮像可能な位置に前記撮像部を配置する工程は、前記重合基板または前記撮像部を移動させて行う請求項１に記載の測定方法。
  3. 　前記変位を測定する工程は、２つの変位計で前記測定マークが配置された箇所の周辺の前記表面の変位をそれぞれ測定し、測定された２つの変位に基づいて前記測定マークが配置された箇所における前記表面の変位を評価する請求項１に記載の測定方法。
  4. 　前記２つの変位計は、前記撮像部が中心となるように配置される請求項３に記載の測定方法。
  5. 　前記変位と前記測定マークに対して焦点が合った焦点位置とに基づいて、前記重合基板のうち前記撮像部側の前記基板の厚みを評価する工程と、
    　前記重合基板の内部に設けられる位置ずれ測定用の別の測定マークが配置された箇所における前記表面の別の変位を測定する工程と、
    　前記別の測定マークを撮像可能な位置に前記撮像部を配置する工程と、
    　前記別の変位から前記撮像部側の前記基板の厚み分深い位置を基準に、焦点位置を前後させながら焦点が合うように前記撮像部で前記別の測定マークを撮像する工程と、
    　をさらに含む請求項１～４のいずれか一つに記載の測定方法。
  6. 　前記別の測定マークを撮像する工程は、前記測定マークを撮像する工程より焦点位置を前後させる幅が小さい請求項５に記載の測定方法。
  7. 　２枚の基板が接合された重合基板より大きい開口部が形成される本体部と、前記本体部から前記開口部内を内周側に延伸し、前記重合基板の周縁部を保持する複数の保持アームとを有する基板保持部と、
    　前記基板保持部に保持される前記重合基板の内部に設けられる位置ずれ測定用の測定マークを撮像する撮像部と、
    　前記基板保持部に保持される前記重合基板に対して前記撮像部と同じ側に設けられ、前記測定マークが配置された箇所における前記重合基板の表面の変位を測定する変位計と、
    　前記基板保持部に保持される前記重合基板に対して前記撮像部とは反対側に設けられ、前記重合基板に赤外光を照射する光源と、
    　を備える測定装置。
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