アライメントステーション

半導体の進化は、これまで「微細化」が中心でした。つまり、回路をどれだけ小さく作れるかが技術の焦点だったのです。しかし、微細化だけでは限界が見えてきたため、最近では「3D化」が注目されています。これは、半導体を立体的に積み重ねることで、性能を向上させる技術です。

半導体の3D化を実現する鍵はいくつかありますが、その一つとなるのが「ウェハボンディング」技術です。これは、それぞれ異なる機能を持つ回路パターンが露光された2枚のシリコンウェハを、まるで紙を貼り合わせるように接合する技術です。しかし、この技術には大きな課題があります。それはウェハを貼り合わせる際に発生する「歪み」の問題です。

2枚のウェハを貼り合わせる際、間に空気やパーティクルが入り込まないよう注意深く作業しますが、このウェハ接合の過程でウェハが物理的に大きく歪んでしまいます。

このウェハの「歪み」は、主に二つの問題に分けることができます。一つ目は、2枚のウェハの貼り合わせ精度を表す「Bonding Overlay」への影響、もう一つは、リソグラフィー工程で、重ね露光したLayerの重ね精度を表す「Post Bonding Overlay」への影響です。

これらはいずれも最先端のデバイスの性能を発揮するための大きな阻害要因となり解決が必要です。その解決策として接合技術の高精度化やリソグラフィー工程における高歪ウェハの補正が考えられます。
また、今後の最先端デバイスにおいて、この「Bonding Overlay」と「Post Bonding Overlay」の要求値は高くなり、接合技術の高精度化やリソグラフィー工程における高歪ウェハの補正の重要性がさらに高まることが予想されます。

この困難な課題を解決するために、ニコンは「Litho Booster」というスタンドアローン型のアライメント計測機を開発しました。この装置は、従来の常識を覆す大きな特長を持っています。

複雑な歪みを正確に把握するには、ウェハ上のたくさんの点を計測（多点計測）する必要があります。しかし、計測点を増やせば増やすほど、生産性が落ちてしまうのがこれまでの常識でした 。
Litho Boosterは、露光機から独立しているため、露光機の生産性を一切阻害することなく、必要なだけ多点計測を行うことができます。これにより、「高精度な補正」と「高い生産性」の両立を可能にしました。

ボンディングによる高歪ウェハを改善するため、Litho Boosterを使った３つの補正方法をご紹介します。マークの位置を直接計測できるため、重ねマークが形成される前の接合ウェハを計測することが可能です。

下層の歪みを事前に測定し、上層を露光する際に補正します。歪みに合わせて露光パターンを調整することで、正確な重ね合わせを実現します。「Post Bonding Overlay」の改善に効果があります。

貼り合わせの際に発生する歪みを予測し、貼り合わせ前のウェハを露光する段階で、あらかじめ逆方向の補正を加えておきます。貼り合わせ後に理想的な位置関係になるよう事前調整する手法です。「Bonding Overlay」の改善に効果があります。

計測データをウエハ貼り合わせ装置の制御にフィードバックすることで貼り合わせ工程での位置ずれの改善が期待されます。