CN103329243B - 用于确定旋转轴位置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定可围绕旋转轴（12）旋转的衬底容纳装置（14）的、垂直于X-Y坐标系的旋转轴（12）在X-Y坐标系中的X-Y位置的方法，其中所述衬底容纳装置用于容纳衬底（3），所述方法包括以下步骤：确定设置在衬底容纳装置（14）或者衬底（3）处的参考标记（10）的第一X-Y参考位置RP，将衬底容纳装置（14）围绕旋转轴（12）旋转限定的旋转角R，尤其是旋转180度，确定参考标记（10）的通过该旋转改变的第二X-Y参考位置RP’，以及计算旋转轴（12）在衬底平面中的位置。

Description

用于确定旋转轴位置的方法

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1所述的用于确定可围绕旋转轴旋转的衬底容纳装置的、垂直于X-Y坐标系的旋转轴在X-Y坐标系中的X-Y位置的方法，其中所述衬底容纳装置用于容纳衬底，以及本发明涉及一种根据权利要求2所述的用于在衬底平面中确定衬底的旋转轴R的位置的方法，其中所述旋转轴R垂直于该衬底的衬底平面，以及本发明涉及一种根据权利要求3所述的用于确定衬底容纳装置的垂直于衬底容纳装置的衬底容纳装置平面的旋转轴的位置的方法，所述衬底容纳装置用于容纳衬底。在本发明的意义中，尤其是考虑半导体—优选晶片、玻璃、石英、陶瓷和金属作为衬底，并且所述方法的应用如在权利要求7中所述的那样尤其是涉及确定设置在衬底的对置两侧上彼此对准的多个接触部的对准误差。

背景技术

由于半导体器件越来越小型化，它们将来会越来越多地以堆叠形式来构建，使得需要优化的方法来制造这种堆叠的半导体产品。用于将半导体器件垂直堆叠的方法尤其是在于，将晶片双侧地装配半导体器件，尤其是小片（Dices）和/或芯片。在晶片的两侧上因此有多个半导体器件，这些半导体器件在进一步的工艺步骤中与相对应的、分别两侧装配有半导体器件的晶片通过接触部连接。由于越来越小的器件，尤其是小片和/或晶片，具有决定性意义的是，半导体器件的相对应的接触部尽可能精确地相互对齐，即垂直地彼此对准。在半导体器件、尤其是半导体器件在晶片的对置两侧上的接触部不精确的对准或者有推移的情况下，对应的接触不会相互连接或者不会充分地相互连接。出于该原因，要检查在每个晶片的上侧和下侧上的接触部的位置。

因为要检查每个晶片上的多个接触部，并且尤其是每个接触部的对准与分别对置的接触部相关，所以该检查费时并且相应地昂贵。

为了确定对置的接触部的对准误差，证明有效的是，在衬底的第一旋转位置和第二旋转位置中检测在每个衬底侧上的每个接触部的位置，其中第二旋转位置相对于第一旋转位置旋转了180度。在此进行的旋转180度使得通过光学位置检测装置引发的测量错误被从测量结果中滤除，也就是近似被删除。在此情况下存在的技术问题是，在衬底旋转之后首先必须借助用作检测装置的物镜粗略地移向新的位置（所谓的预对准）。

发明内容

因此任务是开发一种方法，借助其可以解决上述技术问题，使得能够更快速并且相应成本更为低廉地确定分别彼此对准的接触部的对准误差。

该任务借助权利要求1、2或3的特征来解决。本发明的有利的改进方案在从属权利要求中说明。在本发明的范围中也包括在说明书、权利要求书和/或附图中说明的特征的至少两个的全部组合。在所说明的数值范围情况下，在所述边界内的值也应当作为边界值公开并且可以用任意组合来要求保护。

本发明所基于的思想是，选择一种新的方式，其中在确定衬底接触部的对准误差之前一次性地确定衬底旋转轴或者用于容纳衬底的衬底容纳装置的旋转轴，以便可以借助衬底旋转轴或者容纳衬底的衬底容纳装置的旋转轴的不变的精确位置推断出接触部的分别对置的位置，以用于在第二旋转位置中的测量。

由此，根据本发明省去了在每个接触部处的费时的预对准，由此将分别彼此对准的接触部的对准误差的确定加速了多倍。在此特别有利的是，当首先在衬底/衬底容纳装置的第一旋转位置中检测接触部的X-Y位置并且接着、即在通过衬底容纳装置将衬底旋转一次之后，在第二旋转位置中检测接触部的对应的X-Y位置时，每个衬底的旋转仅仅需要进行一次。

在迄今所需的预对准情况下，在旋转之后必须首先将一侧的相应要测量的接触部又置于光学检测装置的检测区域中并且在那里置于中心，这发生在可以在衬底的对置侧处确定对置侧的相对应的接触部位置之前。

根据本发明，预对准通过基于旋转轴的已知位置计算旋转之后接触部的位置来代替。作为用于确定旋转轴的位置的参考标记，可以使用特别为此设置在衬底处或者衬底容纳装置处的、可通过光学方式检测的标记，或者使用在衬底上现有的结构，尤其是接触部。

根据本发明的一个有利的实施形式规定，通过衬底容纳装置来进行衬底围绕旋转轴旋转预先给定的旋转角R，其中衬底容纳装置被支持衬底地构建，尤其是在衬底的周边上支持衬底地构建，优选具有环的形式，使得在衬底下侧处的接触部保持穿过环开口地从下部可达。特别有利地并且适于尽可能最精确地确定旋转轴位置的是，在衬底容纳装置的环处或者环上设置参考标记。这尤其是因为在确定旋转轴的X-Y位置期间以及在确定多个对置接触部的对准误差期间，衬底容纳装置上的衬底是固定的。由此，在任何新的衬底情况下参考标记的X-Y位置已经是预先已知的，并且仅仅还需要确定旋转轴的X-Y位置，而不必在衬底上寻找参考标记的位置。

根据本发明的另一有利的实施形式规定，通过尤其是包括物镜的光学位置检测装置来确定第一和第二参考位置，该光学位置检测装置优选具有平行于旋转轴R的光轴。尤其是在光学位置检测装置的数字式构型情况下，可以通过数字方式进行检测，使得旋转轴R的位置以电子形式通过相应的数据处理设备来计算。

只要衬底容纳装置可以相对于光学位置检测装置沿着X-Y坐标系移动，其中可检测在伸展成X-Y坐标系的X方向和Y方向上的相对运动，就极大地简化了对参考标记的位置的计算以及相应地简化了旋转轴的位置的计算，尤其是在使用笛卡尔坐标系的情况下。

由此，在上述方法的改进方案和应用中，可以根据本发明实现一种用于确定设置在衬底的两个对置侧上的、彼此对准的多个接触部的对准误差的方法，因为该方法包括以下流程：

－将衬底施加到能够沿着X-Y坐标系移动并且能够围绕垂直于X-Y坐标系的旋转轴旋转的衬底容纳装置上；

－在将衬底施加到衬底容纳装置上之前或者之后，借助上述步骤确定旋转轴的位置；以及

－确定分别彼此对准的接触部的对准误差。

在此特别有利的是，通过光学检测装置来确定对准误差。由此，光学位置检测装置可以同时用于多个任务。在确定旋转轴的位置时唯一的物镜对于实现本发明是足够的，然而在确定对准误差时至少两个、尤其是恰好两个物镜是有利的，即一个在衬底上方用于确定在衬底上侧上的接触部的X-Y位置，并且第二个在衬底下方用于确定在衬底下侧上的接触部的X-Y位置。

通过在衬底的第一旋转位置中以及在相对于第一旋转位置围绕旋转轴R旋转了旋转角的第二旋转位置中确定对准误差，能够以特别简单和快速并且由此成本低廉的方式和方法实现对准误差的确定。

附图说明

本发明的其他优点、特征和细节从下面对优选实施例的描述以及借助附图而得到。其中：

图1a示出了带有正确对准的接触部的衬底的示意性横截面图；

图1b示出了带有不正确对准的接触部的衬底的示意性横截面图；

图2a示出了根据图1a的衬底的示意性俯视图；

图2b示出了根据图1b的衬底的示意性俯视图；

图3a示出了用于实施根据本发明的用于确定旋转轴位置的方法的装置部件的示意性横截面图；

图3b示出了根据图3a的细节的示意性细节图；

图4a-4e示出了本发明的用于从Y方向确定旋转轴的位置的方法的示意图；

图5a-5e示出了从X方向的根据图4a-4e的本发明方法的示意图；以及

图6a-6d在俯视图中示出了根据本发明的用于确定对准误差的方法的示意图。

在附图中，相同的部件和具有相同功能的部件用相同的附图标记表示。

具体实施方式

在图1a和1b中分别示出了作为衬底的晶片3的一部分，如也在图2a和2b中可以看出的那样，该部分具有在晶片3的上侧2处的多个半导体器件1以及在晶片3的下侧7处的多个半导体元件6。

这里构建为小片1、6的每个半导体器件1、6具有多个接触部4、5，并且分别相对应的接触部4和5应当如在图1a和图2a中所示的那样恰好彼此对齐地对准。在图1b和2b中，接触部4和5以及小片1和6并未正确地对准，使得这种晶片3是废品或者还要再次至少单侧被装配。

在附图中，小片和接触部被极为放大地示出，并且直径为300mm的晶片具有数百个小片1、6，这些小片分别具有多个接触部4、5，这些接触部在这里出于清楚的原因而仅仅被示意性示出。每个小片1、6都具有功能半导体器件，这些半导体器件的接触部4、5通过叉、三角形和矩形来示意性地表示。在上侧2上的小片1的功能组件不必与下侧7上的小片6的功能组件一致，然而对应的半导体器件1、6的接触部4、5是一致的。

如果发现根据图1b和2b的误差，并且接触部4、5的偏差过大以致于不能实现成功的垂直接触，则在系统中求得了误差之后，将晶片3从生产工艺中取出并且可以在上侧2或者下侧7上进行清洁，并且重新光刻处理。

在图3a和根据图3b的细节视图中示出了衬底容纳装置14，用于在衬底容纳装置14的表面9上容纳晶片3，只要晶片3被施加到衬底容纳装置14上并且通过使该衬底容纳装置在晶片3的侧边缘处支撑晶片3的方式，允许该衬底容纳装置以环的形式到达晶片3的上侧2和该晶片3的下侧7。晶片3可以固定在衬底容纳装置14上，并且衬底容纳装置14在图3a中所示的笛卡尔X-Y坐标系中可以在通过箭头X和Y预先给定的X方向和Y方向中平移，尤其是通过精确控制在X方向和Y方向中的移动的线性马达来驱动。同时，衬底容纳装置14可以围绕旋转轴12旋转。X-Y坐标系有利地相对于物镜8固定。旋转轴12垂直于X方向和Y方向，即在Z方向上。衬底容纳装置14由此在X方向和Y方向上、即在与X-Y坐标系重合的衬底平面中具有关于平移单元的两个自由度。在该平移单元上有旋转单元，该旋转单元带有在旋转方向上的一个自由度。衬底容纳装置14在固定于平移单元以及旋转单元上之后与它们牢固连接，使得避免了在实施本发明方法期间由于衬底容纳装置14的相对位置改变而导致的误差。衬底容纳装置14的旋转轴12的X-Y位置因此相对于平移单元和旋转单元是系统固有地恒定的，设置在衬底容纳装置14上的参考标记10和固定在衬底容纳装置14上的晶片3同样如此。

在衬底容纳装置14上方固定有第一物镜8，其光轴11在Z方向上延伸，即平行于旋转轴12。物镜8可以聚焦到晶片3的上侧2上和/或衬底容纳装置14的表面9上以及上侧2上，并且物镜8能够识别、检测在上侧2上和/或表面9上的结构，并且作为X-Y值转发给未示出的数据处理装置。因为物镜8的位置是固定的并且由此光轴11的位置是固定的，所以可以借助物镜8来检测光学标记的位置，尤其是检测衬底容纳装置14的参考标记10（优选在衬底容纳装置14的表面9处），并且转发给数据处理装置用于分析。

在图3a和3b中所示的实施形式中，在衬底容纳装置14的表面9处设置有参考标记10，该参考标记10在衬底容纳装置14处的位置至少是近似已知的，并且可以相应快速地通过平移单元来移向该参考标记10，以便由物镜8检测。

与物镜8对置地设置有另外的物镜15，用于类似于物镜8来检测在晶片3的下侧7上的光学标记或者接触部5，其中物镜15的光轴大致与物镜8的光轴11对齐。第二物镜15至少主要地或者仅仅地用于在X-Y坐标系中或者在与其平行的下侧7的平面中检测与接触部4对应的接触部5的X-Y位置，以便可以通过数据处理装置、尤其是通过矢量运算来求得接触部5尤其是相对于接触部4的对准误差。

为了确定或者求得旋转轴12的X-Y位置，首先选择衬底容纳装置14的一侧，下面称为表面9，并且根据图4a和图5a通过平移单元将衬底容纳装置14在X方向和Y方向上移动，直到参考标记10从X-Y初始位置13位于物镜8的光轴11中。在该位置处的参考标记10的X-Y位置在数据处理装置中作为第一X-Y参考位置RP存储。接着通过旋转单元将衬底容纳装置14旋转180度的旋转角而到第二旋转位置中，而且是围绕旋转轴12旋转，使得参考标记10现在设置在相对于之前的根据图4c的第一X-Y参考位置RP恰好关于旋转轴12对置的、即关于旋转轴12镜像的第二X-Y参考位置RP’中。图4d和5d随后示出了，在X方向或Y方向上旋转轴12至光轴11的距离为参考标记10在X方向或Y方向上的老位置和新位置之间的距离的一半。接着，根据图4e和5e可以通过平移单元在X方向和Y方向上移动衬底容纳装置14，使得参考标记10又位于物镜8的焦点中，并且最后恰好位于光轴11中。在校正时不一定需要该步骤，因为该距离已经从4d和5d中已知，“零点”因此已经可以在软件中被设置。通过在旋转了180度的旋转位置中求得X-Y位置，位于第一X-Y参考位置RP和第二X-Y参考位置RP’之间的旋转轴12的X-Y位置可以通过数据处理装置借助矢量运算来求得，例如通过在移动衬底容纳装置14时测量平移单元在X方向和Y方向上所经过的路径来求得。由此计算的、旋转轴12的X-Y位置的值接着至少在确定在相应的、固定在衬底容纳装置14上的晶片3上的多个接触部4、5的对准误差的持续时间内用作计算对准误差的参考值。在衬底容纳装置14上施加/固定新的晶片3时或者在使用新的衬底容纳装置14时，才需要在针对新的衬底容纳装置14重新校正设备的意义中重新确定旋转轴12的X-Y位置。

为了如图6a至6d中所示的确定或者求得接触部4相对于接触部5的对准误差，首先选择晶片3的一侧，下面称为上侧2，并且根据图4a和图5a通过衬底容纳装置14移动晶片3，直到接触部4位于物镜8的光轴11中（图6b）。同时或者紧接着，借助下部的物镜15确定在对置侧、即下侧7处的接触部5的位置。衬底容纳装置14被旋转了180度的旋转角，而且是围绕旋转轴12旋转，使得接触部4、5现在在相对于之前的根据图4d的第一旋转位置恰好关于旋转轴12对置、即关于旋转轴12镜像地设置（图6c）。接着，通过衬底容纳装置14移动晶片3，使得之前选择的接触部4又位于物镜8的焦点中（图6d）。通过在旋转了180度的旋转位置处重新求得对置的接触部5的位置，可以通过数据处理装置求得双倍的对准误差，并且在除以2之后得到在接触部4和5之间的相应的对准误差。

通过本发明的方法，极大地加速了在将衬底旋转180度之后接触部4回到物镜8的焦点中的过程，因为由于衬底的不同构型以及衬底在衬底容纳装置上的存放，目前在旋转180o之后只可能通过所谓的预对准来实现接触部4的精确定位。这意味着，在旋转之后接触部4必须首先又在物镜8的图像坐标系中被置于中心，这发生可以在上侧的对置侧7处测量对应的接触部5的位置之前。

通过图3a至5e中所示的在衬底平面中、即在X方向和Y方向中在这里相对于物镜8固定的X-Y坐标系中对旋转轴12的位置的确定，可以省去预对准，因为在通过衬底容纳装置14将晶片3旋转180o之后接触部4的精确的X-Y位置是已知的，并且可以直接移向所述精确的X-Y位置。

根据本发明的一个特别的实施形式，根据本发明可以考虑，首先在第一旋转位置中测量分布在上侧2和下侧7处的所有接触部4和5，并且接着在一次性旋转180度之后，在第二旋转位置中相继地测量接触部4和5的位置，因为在第一旋转位置中对应的接触部4、5的相应位置被存储在分析单元的存储器中。由此，进一步显著地加速根据本发明的方法是可能的。

可替换地，旋转轴12的位置求得如下进行：

－在图4a中，替代参考标记10，设置在晶片3上、即设置在晶片3的上侧2上的接触部4作为参考标记从图4a中所示的位置、即在旋转轴12之外并且在光轴11之外在X方向（参见图4b）和Y方向（参见图5b）上移动到使得用作参考标记的接触部4恰好位于物镜8的光轴11中那么远。

－接触部4的位置作为X-Y参考位置RP来储存，而且是作为在通过X方向和Y方向预先给定的X-Y坐标系中的X-Y位置来储存。

－将衬底容纳装置14旋转180度并且由此将固定在衬底容纳装置14上的晶片4连同其用作参考标记的接触部4一起旋转180度（参见图4c）。该旋转围绕旋转轴12进行，使得接触部4根据图4d和图5d关于旋转轴12相对于第一X-Y参考位置RP镜像地位于第二X-Y参考位置RP’中。关于旋转轴12镜像意思是，关于旋转轴12与X-Y坐标系或者衬底平面的交点镜像。

－衬底容纳装置14根据图4e和5e通过平移单元或者平移驱动装置在X和Y方向上被移动到参考标记（接触部4）又位于光轴11中那么远。通过平移单元对衬底容纳装置14的移动被精确测量/检测并且转发给数据处理装置，使得例如通过矢量运算从第一X-Y参考位置RP和第二X-Y参考位置RP’中求得旋转轴12的精确X-Y位置，即分别求得在X方向和Y方向上的一半路程。由此求得的X-Y位置对应于旋转轴12在与衬底平面或者X-Y坐标系的交点中的X-Y位置。

附图标记列表

1半导体器件

2上侧

3晶片

4接触部

5接触部

6半导体器件

7下侧

8物镜

9表面

10参考标记

11光轴

12旋转轴

13X-Y初始位置

14衬底容纳装置

15物镜

R旋转角

Claims (6)

1.一种用于确定可围绕旋转轴（12）旋转的衬底容纳装置（14）的、垂直于X-Y坐标系的旋转轴（12）在X-Y坐标系中的X-Y位置的方法，其中所述衬底容纳装置用于容纳衬底（3）以及确定所述衬底（3）的接触部的对准误差，所述方法包括以下步骤：

－确定设置在衬底容纳装置（14）处的参考标记（10）的第一X-Y参考位置RP，

－将衬底容纳装置（14）围绕旋转轴（12）旋转限定的旋转角R，

－确定参考标记（10）的通过所述旋转改变的第二X-Y参考位置RP’，

－计算旋转轴（12）在衬底平面中的位置，

－确定所述衬底（3）的接触部的对准误差，

其特征在于，在确定所述旋转轴的位置期间以及在确定接触部的对准误差期间所述衬底（3）都被固定在衬底容纳装置（14）上。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，衬底（3）或者衬底容纳装置（14）围绕旋转轴（12）的旋转通过衬底容纳装置（14）的旋转装置来进行。

3.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，第一参考位置RP和第二参考位置RP’的确定通过光学位置检测装置来进行。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述光学位置检测装置包括至少一个物镜（8，15）。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述光学位置检测装置带有平行于旋转轴（12）的光轴（11）。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，衬底容纳装置（14）能够相对于光学位置检测装置在X-Y坐标系中或者平行于X-Y坐标系移动，其中能够在X-Y坐标系中检测X方向和Y方向上的相对运动。