用于對齊襯底的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1所述的用于使第一襯底與第二襯底對齊并且相接觸的方法以及如權(quán)利要求8所述的對應(yīng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電子電路、例如微芯片或存儲結(jié)構(gòu)單元以及微機械和微流體組件的小型化持續(xù)發(fā)展了數(shù)十載。為了進一步增加這些功能群的密度，數(shù)年前以其堆疊開始。為此，在襯底、例如晶圓上產(chǎn)生功能群。晶圓然后相互對齊并且相互接合，這在少量幾個過程步驟中引起大產(chǎn)率以及主要引起以高密度上下堆疊的功能群。
[0003]在大多數(shù)情況下，不同晶圓的功能群也具有不同功能性。因此，第一晶圓的功能群能夠是微芯片，而第二晶圓的功能群能夠是存儲器芯片。在實際連接過程之前，進行晶圓的相互對齊。晶圓上的功能群越小，則兩個晶圓的對齊過程必須越準確，以便取得必要的準確性和對應(yīng)的少量廢棄物。
[0004]兩個晶圓能夠相互對齊的準確性關(guān)鍵取決于對齊設(shè)備的光學(xué)和機械配件及其使用。
[0005]在光學(xué)配件的情況下，主要注意放大倍率、但特別是分辨率足夠高以便盡可能精準地探測襯底上的對齊標(biāo)記。另外，在放大倍率和分辨率對應(yīng)高的情況下盡可能大的景深區(qū)是合乎需要的。
[0006]在機械組件的情況下，主要是電機和軸承有決定性意義。電機必須對高負荷進行加速、移位和制動，但是在這種情況下，它們還必須允許盡可能準確并且主要是可再現(xiàn)的位置操控。為了保證這點，特殊類型的軸承是必要的。這些軸承負責(zé)盡可能無摩擦地支承待移位的負荷。一直到現(xiàn)在，優(yōu)選地使用空氣軸承，其允許兩個組件相互之間的非接觸移位。
[0007]主要在真空環(huán)境中，可以有利地棄用盡可能多的電機，并且因而還棄用所需的支承，以便提高其余電機的準確性和可再現(xiàn)性。
[0008]在現(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)存在對齊系統(tǒng)，例如AT405775B中所公開的那些對齊系統(tǒng)。但是，它們示出一些嚴重缺點。因此，專利文獻AT405775B中的下試樣支架和上試樣支架之間的行進距離很長，這在進行實際聚集過程時能夠?qū)е聝蓚€襯底相互之間對應(yīng)不準確的定位。
[0009]另外，值得期望的是，在真空環(huán)境中執(zhí)行對齊過程。因而，上述空氣軸承的使用是困難且有問題的。
[0010]因此，在文獻PCT/EP2013/062473中公開了另一個對齊系統(tǒng)。在這個文獻中，長行進距離的問題通過如下方式得到解決:相互對齊的襯底沿兩個標(biāo)記的連接軸側(cè)向移動。與AT405775B中的實施方式相反，光學(xué)器件沒有安置在襯底的前面、而是安置在其側(cè)向，使得行進距離能夠急劇減小。通過行進距離的徑向縮短，PCT/EP2013/062473中的對齊設(shè)備能夠使用主要適合于真空的完全不同的電機和軸承。
[0011]因此，本發(fā)明的目的是給出用于使襯底對齊并且相接觸的裝置和方法，用以使尤其是真空下的襯底的更準確并且更有效對齊和接觸是可能的。
[0012]這個目的利用如權(quán)利要求1和8所述的特征來實現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求中給出本發(fā)明的有利擴展方案。至少兩個說明書、權(quán)利要求書和/或附圖中所給出特征的所有組合也落入本發(fā)明的框架之內(nèi)。在所給出的值域的情況下，位于所提及邊界之內(nèi)的值也作為邊界值來公開，并且能夠按照任何組合來要求保護。
[0013]本發(fā)明涉及這種類型的裝置和方法、尤其是真空環(huán)境下使兩個襯底、優(yōu)選地兩個晶圓盡可能最佳地相互對齊以及在進行對齊之后使它們相接觸。
[0014]在這種情況下，本發(fā)明尤其基于如下思路:對于兩個襯底相互之間的正確對齊，僅要求具有至少三個自由度的、尤其是一個唯一的試樣支架(用于固定第一襯底的第一容納件)，而第二試樣支架(用于固定第二襯底的第二容納件)優(yōu)選地僅具有一個唯一的、但是為此精確度高的自由度。將精確度高的自由度理解為:用于控制試樣支架的電機能夠?qū)?yīng)精確地定位試樣支架。另外，按照本發(fā)明的實施方式提供至少兩個檢測單元，其僅具有一個唯一的自由度，尤其是沿Z方向。
[0015]X方向、Y方向和Z方向分別橫向于彼此(尤其是垂直于彼此)延伸，使得在此尤其形成笛卡爾坐標(biāo)系。
[0016]因此，按照本發(fā)明的實施方式減少參與對齊的組件的總體所需自由度的數(shù)量，其是在兩個襯底相互之間進行精確度高的對齊所需的。
[0017]按照本發(fā)明，尤其使用校準襯底、優(yōu)選地使用兩個校準襯底，以便針對襯底經(jīng)過容納件的移動對檢測單元實行調(diào)整。
[0018]按照本發(fā)明的實施方式主要示出新穎且具備創(chuàng)造性的設(shè)備，利用該設(shè)備，襯底的對齊和接觸首次在真空中可以具有高精確性。
[0019]本發(fā)明由具有至少四個檢測單元(尤其為光學(xué)器件)的對齊設(shè)備(裝置)、分別具有試樣支架的兩個對齊單元(第一容納件或上容納件以及第二容納件或下容納件)以及具有用于移動檢測單元的光學(xué)器件和試樣支架的電機的對應(yīng)X平移單元、Y平移單元和Z平移單元來組成。對齊室對大氣能夠是開放的，或者優(yōu)選地位于能夠抽空的空間中。
[0020]如果檢測單元位于對齊室外部，則對齊室具有對應(yīng)窗口，經(jīng)過其進行檢測。通過將光學(xué)器件(或者一般來說是檢測單元)定位在對齊室內(nèi)部，避免窗口所引起的光學(xué)誤差(其可能通過經(jīng)過窗口的射束的透射來形成)?？稍O(shè)想的例如是光路的由于非平坦切割窗口側(cè)而造成的偏差、因窗口的粗糙表面造成的散射的圖像、強度損失、特定波長的吸收或者折射效應(yīng)。但是，光學(xué)器件在對齊室外部的安裝也提供優(yōu)點。光學(xué)器件是更易于接近的，并且不必設(shè)計用于真空環(huán)境。另外，電機(借助于其來移動光學(xué)器件)也不必設(shè)計用于真空操作。
[0021]在一相當(dāng)特殊的實施方式中，窗口在兩側(cè)不是平坦的，而是其本身實施為光學(xué)元件，這主動促成在該室內(nèi)結(jié)構(gòu)的放大倍率和/或分辨率的改進。通過窗口的對應(yīng)精確度高的制造，窗口的折射性質(zhì)因而能夠被主動使用，并且適宜地影響光路，而不是使光路扭曲或削弱光路。例如，可設(shè)想的是，窗口本身實施為雙凸透鏡、雙凹透鏡、凸凹透鏡或凹凸透鏡。還可設(shè)想的是，窗口的大部分在兩側(cè)實施為平坦的，以及實際透鏡元件與邊緣分開位于窗口內(nèi)部部分中。
[0022]尤其是，至少兩個優(yōu)選地位于對齊室的同一側(cè)上、優(yōu)選地位于下邊緣處的光學(xué)器件僅限于一個唯一的平移自由度(即，沿Z方向)，并且因此尤其限于純線性移動。
[0023]襯底、優(yōu)選晶圓固定到試樣支架上。試樣支架安裝在容納件上。這些容納件一般而言具有多個平移單元和/或旋轉(zhuǎn)單元，它們允許試樣支架的平移和/或旋轉(zhuǎn)并且因而允許襯底、尤其是晶圓的平移和/或旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，存在恰恰兩個容納件，尤其是第一容納件或上容納件和第二容納件或下容納件。
[0024]上容納件具有多個自由度，優(yōu)選地一個用于X方向、一個用于Y方向，尤其是還有旋轉(zhuǎn)自由度。還可設(shè)想的是，兩個另外的旋轉(zhuǎn)自由度和/或沿z方向的一個平移自由度。
[0025]下容納件優(yōu)選地具有沿Z方向的恰恰一個平移自由度。通過棄用其他自由度，下容納件能夠產(chǎn)生晶圓沿Z方向的準確度高并且主要是可很準確再現(xiàn)的位置操控。
[0026]下文中，出發(fā)點是:組件、尤其是容納件始終僅以一個平移自由度位于按照本發(fā)明的裝置和/或?qū)R室的底側(cè)，而具有高于最大數(shù)量的自由度的組件、尤其是容納件位于對齊室的頂側(cè)(優(yōu)選的實施)。另外，在光學(xué)器件的情況下，區(qū)分左光學(xué)器件和右光學(xué)器件和/或能夠相對設(shè)置的檢測單元。但是，也可設(shè)想的是，僅以一個自由度將組件安裝在頂側(cè)處，或者部分地在頂側(cè)和底側(cè)處。
[0027]按照本發(fā)明的對齊過程開始于在第一容納件、尤其是上容納件的試樣支架上加載第一校準襯底。第一校準襯底在該校準襯底的彼此相對的兩側(cè)上具有至少兩個標(biāo)記。
[0028]在第一校準步驟中，將第一校準襯底向左移位，直到其左標(biāo)記位于左上光學(xué)器件和左下光學(xué)器件的可見范圍中。在這個校準步驟中，左下光學(xué)器件的位置一般離左標(biāo)記還太遠，而不能清晰地將它示出。因此，通過精確度高且主要可再現(xiàn)的移位，使左下光學(xué)器件接近校準襯底的左標(biāo)記，直到左標(biāo)記位于左下光學(xué)器件的景深區(qū)中。由于左下光學(xué)器件因限于Z方向的移動自由度而不能在水平平面中移位，所以通過校準襯底的借助于X和Y平移單元的平移移動，使襯底的左標(biāo)記與左下光學(xué)器件的光軸重合。
[0029]能夠作為檢測數(shù)據(jù)來精準地檢測平移單元的移動，并且將其傳遞給控制裝置，所述控制裝置用來控制該裝置的組件。
[0030]在第二校準步驟中，左上光學(xué)器件朝著校準襯底的左標(biāo)記取向，使得其光軸與左標(biāo)記盡可能精準地對齊。左上光學(xué)器件能夠固定在這個位置中。存儲左下光學(xué)器件的Z位置，以便以后能夠?qū)⑵湓俅我苿拥酵晃恢谩?br>[0031 ] 在一優(yōu)選實施方式中，確定兩個相對光軸的相交點，或者兩個光軸的定向使得它們在標(biāo)記中相交。
[0032]優(yōu)選地，通過由左上光學(xué)器件和右下光學(xué)器件對左標(biāo)記的聚焦來確保:左標(biāo)記位于兩個光學(xué)器件的景深區(qū)(正確地實際上為深焦區(qū))中。但是，兩個景深區(qū)具有有限延伸范圍，并且因而能夠開啟光軸的相交點所在的相交點區(qū)。相交點的位置能夠由具有對應(yīng)小景深區(qū)的光學(xué)器件極大地限制。由于景深區(qū)的減小，尤其是光學(xué)器件的分辨率也增加，這對標(biāo)記的確定同樣具有積極影響。
[0033]按照本發(fā)明，光學(xué)器件尤其控制成使得標(biāo)記相對于光軸的位置能夠由光學(xué)器件來識別、檢測和存儲。因此，原則上值得追求的是負責(zé)標(biāo)記盡可能放置在中央，并且因此盡可能接近光軸，或者至少停在位于光軸周圍的區(qū)域內(nèi)。光軸與標(biāo)記的完美對齊可能是非常時間密集的并且因此在大規(guī)模生產(chǎn)中也是極昂貴的過程。因此優(yōu)選的是，僅在相應(yīng)光學(xué)器件的可見范圍(英語:field of view)中得到標(biāo)記，并且然后確定并且存儲標(biāo)記相對于光軸的X距離和y距離。
[0034]另外，按照本發(fā)明尤其考慮:所使用的屏幕傳感器(用以相應(yīng)光學(xué)器件的圖像)以及光學(xué)器件本身具有從光軸到邊緣增加的少許失真，并且因而，標(biāo)記越遠離光軸，所記錄圖像允許標(biāo)記位置的越差的測量。
[0035]因此，根據(jù)本發(fā)明，尤其是盡可能快地、盡可能接近光軸來引導(dǎo)標(biāo)記，而沒有使標(biāo)記的中心和光軸完美地重合。標(biāo)記優(yōu)選地要停留在其中的區(qū)域表示為F’。按照本發(fā)明，標(biāo)記因而應(yīng)當(dāng)至少位于光學(xué)器件的可見范圍F中，但是仍然更優(yōu)選地位于區(qū)域F’中。
[0036]通過這個優(yōu)選過程(其中光軸盡可能準確地但不精準地固定左標(biāo)記)，確定能夠參照的左零點，但是光軸沒有準確地切入左標(biāo)記中。
[0037]在相當(dāng)特殊但是難以實現(xiàn)或者由于時間和成本原因而不合乎需要的一實施方式中，兩個光軸均精準地以左標(biāo)記為中心。兩個左光軸的相交點則至少位于兩個左光學(xué)器件的景深區(qū)之內(nèi)并且優(yōu)選地甚至精準地位于左標(biāo)記的中心。在這種理想情況下，左相交點優(yōu)選地精準地對應(yīng)于左零點。
[0038]因此，兩個相對的檢測單元尤其作為檢測對來一起工作。左下光學(xué)器件這時能夠再次達到起始位置，其中它不阻止稍后引入對齊室的下襯底的加載。
[0039]在第三校準步驟，第一校準襯底向右行進，直到其右標(biāo)記位于右上光學(xué)器件和右下光學(xué)