CN109643674A - 用于对准衬底的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在使用多个检测单元的情况下将第一衬底(16)与第二衬底(17)对准和接触的方法以及一种对应设备。

Description

用于对准衬底的方法和设备
技术领域
本发明涉及根据权利要求1所述的用于将第一衬底与第二衬底对准和接触的方法以及根据权利要求10所述的一种对应设备。
背景技术
在半导体产业中，对准设施(英语：aligner（对准器）)用于将衬底、尤其是晶圆彼此对准，以便在进一步方法步骤中将其连接在一起。该连接过程称为接合。
如下对准过程称为面对面对准：其中，对准标记处于待接合的衬底表面上。
只要是衬底对于用于测量衬底的电磁辐射不是透明的以使得能够从背离待接合的衬底表面的外部衬底表面来检测和/或确定对准标记的位置和方位，就在衬底朝彼此接近之前用图像检测装置在衬底之间检测对准标记。
这具有各种缺点，尤其是由相机进行的颗粒污染（Partikelkontamination）及衬底之间的大间距，以便将用于检测的相机放置在两个衬底之间。由此得出在相互接近时的对准误差。
由出版物US6214692B1的对准设施示出面对面对准的改善方案，该出版物可被认为是最接近的现有技术。在该对准设施的情况下，使用两个光学装置组，其中所述两个光学装置组分别具有彼此相对置的光学装置，以便创建具有两个参考点的系统，所述衬底关于所述系统相互定位。参考点是彼此相对置的两个光学装置的光轴的交点。
现有技术的问题在于，增大的对准精确度要求不再能够通过所公开的开放式、经控制的方法来实现。
出版物US6214692B1基于对准标记的两个图像的比较和位置校正。借助相机系统单独检测对准标记在面对面布置的两个衬底上的方位。如此由对准标记的经计算的相对方位和相对位置来操控定位平台(衬底支架和载物台（Stage）)，使得错误位置被校正。定位平台具有接近引导装置地以及接近驱动器地定位的增量行程传感器。
发明内容
因此，本发明的任务是：说明一种用于衬底的对准和接触的设备及方法，利用该设备及方法实现衬底的更精确及更有效的对准和接触。
所述任务利用权利要求1和10的特征来解决。在从属权利要求中说明本发明的有利扩展方案。由说明书中、权利要求中和/或附图中所说明的特征其中至少两个特征组成的全部组合也落入本发明的范畴。在所说明的值域情况下，位于所提到的边界之内的值也作为边界值来被公开且能够在任何组合中要求保护。
本发明基于的思想是：在对准之前也附加地进行对附加(尤其是第三)对准标记的检测，所述附加对准标记要么在待对准的衬底之一上要么在衬底支架上被安置。尤其是，附加对准标记并不布置在衬底的接触面上。附加对准标记优选地被布置在衬底或衬底支架的背离接触面地布置的一侧上或与接触面平行地布置的一侧上。
衬底彼此的对准尤其是间接地根据位于衬底的接触面上的对准标记来进行。相对置的衬底的相对置的侧上的对准标记尤其彼此互补。对准标记可以是能彼此对准的任何对象，诸如十字、圆或方块或螺旋桨状形状或栅格结构，尤其是用于空间频域（Ortsfrequenzbereich）的相位栅格。
对准标记优选地借助确定波长和/或波长范围的电磁辐射来检测。其目前包括红外辐射、可见光或紫外线辐射。然而，同样可使用较短波长的辐射，如EUV或x射线辐射。
本发明的尤其独立的方面是：尤其仅仅借助检测附加对准标记来进行所述对准。“仅仅”意味着：在对准期间不检测或不能检测其他的(尤其是第一和第二)对准标记。
根据本发明的有利实施方式，该第一衬底和该第二衬底以在Z方向上该第一接触面与该第二接触面之间的间距A来布置在该第一衬底支架与该第二衬底支架之间，。间距A尤其为小于500微米、特别优选地小于100微米、在最佳情况下小于50微米、在理想情况下小于10微米。
根据本发明的方法尤其是一种用于利用任意电磁辐射、尤其是利用UV光、还更优选地利用红外光、最优选地利用可见光和/或顺序地释放用于观察第一和第二对准标记的光学路径来对至少两个衬底进行面对面对准的方法，其中为了精确重建（Wiederherstellung）衬底及衬底支架位置而设置以至少一个附加光学路径来进行的补充，在对准衬底的过程中，该附加光学路径并不布置在衬底之间或不在衬底之间延伸，而是实现从外部进行检测。
根据本发明的方法尤其借助附加的X-Y位置和/或方位信息来提高对准精确度，该X-Y位置和/或方位信息利用附加安置的检测单元和/或测量及调节系统来检测且用于控制所述对准。
为此，根据本发明的设备具有尤其软件支持的控制单元，借助该控制单元控制此处描述的步骤及组件。根据本发明，封闭调节电路及调节（Regelung）被理解为归入控制单元中。
X和Y方向或X和Y位置被理解为，在X-Y坐标系中或在X-Y坐标系的任意Z平面中所延伸的方向或所布置的位置。Z方向以与X-Y方向正交的方式布置。
X和Y方向尤其相应于横向方向。
由衬底的对准标记的位置和/或方位值以及由衬底支架上的对准标记来推导/计算位置特征。
根据本发明，尤其是至少一个附加位置特征利用具有新的、附加光学路径的至少一个附加测量系统来检测。至少一个附加对准标记优选地处于衬底的对准标记的位置上的附近。
因此，根据本发明的方法及根据本发明的设备尤其具有至少一个附加测量和/或调节系统，其中对准精确度通过附加测量值和与其他检测单元的测量值的至少之一的相关性而提高。通过接触面之间的接合界面中的经测量的对准标记至少之一与衬底对准时也可见的对准标记的相关性，实现对准标记的直接可观察性并因此实现在对准期间的实时测量及调节。因此，衬底的对准精确度提高。
附加对准标记尤其布置在衬底支架的后侧上。
在衬底支架上的附加添加的位置特征与衬底上的位置特征之间尤其建立明确相关性，该相关性优选地直到对准时及在对准期间不被改变。
由于衬底支架上的附加添加的位置特征，可通过对衬底支架上的位置特征的直径观察来代替对衬底上的位置特征的直接观察，其中所述附加添加的位置特征与衬底上的位置特征明确相关。这具有以下优点：衬底支架的可观察部分实际上可始终布置在附加测量系统的视野中或测量范围中。
与现有技术中的受控定位相比，用于定位及位置校正的数据的主动回馈提高精确度，因为在闭合调节电路中给出位置的实际状态的控制可能性。尤其是，因此不行进具有给定数量的增量的预给定距离，而是测量已行进的距离，使得可以尤其是关于速度和/或加速度方面执行在额定值与实际值之间的比较。本发明的目的是利用如下方法来提高两个衬底的对准精确度，其中利用所述方法可尤其从接合界面外部实时观察所述对准。在此，衬底尤其以彼此间的最小间距来布置，且优选地没有任何设备对象位于衬底之间。
本发明的核心思想尤其是至少一个附加的测量和调节系统的引入，以及现有测量值与附加的、新检测到的位置和/或方位值的关联。通过接合界面中的经测量的对准标记与在对准期间在衬底支架上、尤其是衬底支架的后侧上和/或在衬底上、尤其是在衬底的后侧处的尤其是直接能够检测的对准标记的相关性，实现附加对准标记的直接可观察性和实时测量及调节。由此措施改善对准精确度。
在第一对准标记的检测期间，第二衬底及第二衬底支架在X-Y方向上被从第一检测单元的光轴移出以便实现检测。
在第二对准标记的检测期间，第一衬底及第一衬底支架在X-Y方向上被从第二检测单元的光轴移出以便实现检测。
设备
根据本发明的用于对准至少两个衬底的设备具有至少一个光学系统，其由尤其是彼此对准的两个光学装置或检测单元组成，所述光学装置或检测单元的光学路径优选地在共同的焦点处相遇。
根据有利实施方式，光学系统包括射束成形和/或偏转元件，例如镜、透镜、棱镜、特别用于Köhler照明的辐射源；以及图像检测装置，例如相机(CMOS传感器或CCD，或面检测装置或线检测装置或点检测装置，例如光电晶体管)；和用于聚焦的移动装置，以及用于调节光学系统的评估装置。
在设备的一种根据本发明的实施方式中，光学系统及旋转系统用于根据换向调节（Umschlagjustierung）原理的衬底定位，就此参见Hansen, Friedrich: Justierung, VEBVerlag Technik, 1964, 段落6.2.4, Umschlagmethode（换向方法），其中在限定位置中执行至少一次测量，且在旋转180度的、相反定向的、换向的位置中执行至少一次测量。因此获得的测量结果尤其排除了偏心误差。
根据本发明的设备的扩展方案包含两个、尤其相同的、结构相同的光学系统，其具有彼此对准且能够相对彼此固定的光学装置。
所述设备的根据本发明的扩展方案包含多于两个的相同的光学系统，其具有经对准的光学装置。
此外，根据本发明的设备包含用于容纳待对准的衬底的衬底支架。
在根据本发明的设备的另一实施方式中，使用至少一个衬底支架，所述衬底支架在限定的位置处为了尤其是两个衬底侧的同时观察而是至少部分地透明的、优选地超过95％透明的。
在根据本发明的设备的另一实施方式中，使用至少一个衬底支架，所述衬底支架在限定的位置处为了尤其是两个衬底侧的同时观察而具有开口和/或裂口和/或观察窗。
此外，根据本发明的设备可包含用于产生预接合的系统。
此外，根据本发明的设备优选地包含：具有驱动系统、引导系统、固定保持装置（Festhaltung）及测量系统的移动装置，以便将光学系统以及衬底支架和/或衬底移动、定位并彼此对准。
移动装置可由于个别移动而产生每次移动，使得移动装置可优选地包含快速的、不符合精确度要求的粗略定位设备以及精确工作的精细定位设备。
待接近的位置的额定值是理想值。移动装置接近理想值。到达理想值经限定的周围区域可被理解为达到额定值。
如果关于整个行进路径或旋转范围、在能够环绕的旋转驱动器情况下为360度的全回转，启动和/或重复精确度与额定值相差大于0.1％、优选地大于0.05％、特别优选地大于0.01％，则定位设备被理解为粗略定位设备。
因此，在粗略定位设备的情况下，例如，以超出600mm的行进路径而得出600mm*0.01％的启动精确度，也即多于60微米，作为剩余不确定性。在粗略定位的其他实施方式中，启动或重复精确度的剩余不确定度性小于100微米、优选地小于50微米、特别优选地小于10微米。热干扰参量在此应优选地考虑在内。
仅当在实际到达的实际位置与位置的额定值之间，偏差处于所分配的精细定位设备的行进范围内时，粗略定位设备才以足够精确度履行定位任务。
仅当在实际到达的实际位置与位置的额定值之间，偏差处于所分配的精细定位设备的一半行进范围内时，替代性的粗略定位设备才尤其以足够精确度履行定位任务。
如果关于总行进路径或旋转范围，启动和/或重复精确度的剩余不确定性与额定值相差不超过小于500ppb、优选地小于100ppb、在理想情况下为1ppb，则定位设备被理解为精细定位设备
根据本发明的精细定位设备将优选地具有小于5微米、优选地小于1微米、特别优选小于100nm、非常特别优选地小于10nm、在最佳情况下小于5nm、在理想情况下小于1nm的绝对定位误差。
本设备及相关联的方法具有最高精确度及可重现性的至少两个定位设备。为了衬底对准的品质，可以使用相互误差校正的方案。因此，由于衬底的和与其对应地定位设备的已知偏移(扭曲和/或位移)，可通过利用校正值或校正向量来调节和校正另一定位设备和另一衬底的位置来提高对准精确度。在此，扭曲和/或位移的大小和类型的问题是，所述控制或调节如何将粗略及精细定位或者仅仅将粗略定位或仅仅将精细定位用于误差校正。
在后续文本中，定位设备(粗略或精细或组合式定位设备)及对准装置被视为且用作同义词。
根据本发明，衬底彼此的对准可在所有六个移动自由度中进行：根据坐标方向x、y及z的三个平移以及围绕坐标方向的三个旋转。根据本发明，移动可在任何方向及取向上执行。衬底的对准优选地根据出版物EP2612109B1中的公开内容尤其包含被动或主动楔形误差补偿。
用于衬底处置的机器人被归入为移动装置。固定保持装置可组件式集成或功能上集成在移动装置中。
此外，根据本发明的设备优选地包含调节系统和/或评估系统，尤其是计算机，以便实施所描述步骤，尤其是移动流程，执行校正，分析及存储根据本发明的设备的运行状态。
方法优选地被创建为公式（Rezept），并以机器可读形式实施。公式是如下参数的优化的值集合，所述参数以功能或方法技术的方式相互关联。对公式的利用容许：确保生产流程的可重现性。
此外，根据本发明的根据有利实施方式的设备包含供应以及辅助和/或补充系统(压缩空气、真空、电能、液体，例如液压液体、冷却剂、加热介质，用于温度稳定的装置和/或设备，电磁屏蔽装置)。
此外，根据本发明的设备包含框架、外罩、振动抑制或阻尼或吸收的主动或被动子系统。
测量
此外，根据本发明的设备包含至少一个测量系统，其优选地具有用于每个移动轴的测量单元，所述测量单元可尤其所述为路径测量系统和/或角度测量系统。
可使用触觉的、即触摸的或非触觉的测量方法。测量基准、测量单位可以作为物理上实体的对象，尤其是刻度来存在，或可隐含地存在于测量过程中，诸如所使用辐射的波长。
可选择及使用至少一个测量系统以用于对准精确度。测量系统实施测量方法。尤其是可以使用：
●电感性方法和/或
●电容性方法和/或
●电阻性方法和/或
●比较方法，尤其是光学图像识别方法和/或
●增量或绝对方法(尤其利用作为刻度的玻璃基准器，或干涉仪，尤其是激光干涉仪，或磁性基准器)和/或
●运行时测量(多普勒方法、飞行时间方法)或其他时间记录方法和/或
●三角测量方法，尤其是激光三角测量，
●自动聚焦方法和/或
●强度测量方法，诸如光纤遥测计。
具有变动的附加测量系统、衬底支架
此外，根据本发明的设备的特别优选实施方式包含至少一个附加测量系统，其检测衬底至少之一和/或衬底支架之一关于经限定的参考物、尤其是关于框架的X-Y位置和/或对准方位和/或角方位。可设置特别由天然硬石或矿物铸铁或球墨铸铁或液压混凝土制成的部件来作为框架，所述部件尤其是减振的和/或隔振的和/或装备有振动吸收装置。
根据本发明，测量值可尤其上彼此组合和/或彼此参照和/或彼此相关，使得通过对准标记的测量可得出与此相关的另一对准标记的位置的结论。
在根据本发明的一种实施方式中，衬底支架的位置关于参考物、尤其是第一衬底上的第一对准标记和/或第二衬底上的第二对准标记，在一点(或位置或测量点或视野)处被检测。
在根据本发明的另一实施方式中，衬底支架的位置在关于参考物在恰好两个点处被检测。
在根据本发明的另一实施方式中，衬底支架的位置在关于参考物在恰好三个点处被检测，且因此使衬底支架的位置和方位被确定。
在根据本发明的第一种实施方式中，借助相机系统来使用光学图案识别以及使用施加在衬底支架上的图案，用于在一点或两个点或三个点或任意数量的点处进行位置确定。在实时系统中，尤其是在对准期间连续地检测图案。所列出的测量方法同样可用于位置确定。
反向方案是：根据本发明能够设想尤其通过在衬底支架上安置检测单元及在框架上安置对准标记。
为了可在任意时间点，尤其是持续地进行检测、评估及控制，根据有利的实施方式的图案分布在比检测单元的图像检测系统的视野更大的区域上，以便尤其是连续地向控制单元(和/或调节单元)供应测量值。
在所述设备的另一根据本发明的实施方式中，衬底支架的至少之一具有用于从衬底的支撑侧来检测对准标记的通孔。
根据本发明，有利的是，衬底的至少之一具有在待接合的表面(接触面)上的至少一个对准标记及在相对置的表面(支撑面)上的至少一个对准标记。
对准标记优选地是在衬底的至少之一的支撑面上以尤其能够一对一地分配的方式、优选均匀地分布的多个对准标记。支撑面上的对准标记能够至少关于其X-Y位置和/或对准方位而言与相同衬底的对准标记的X-Y位置和/或对准方位相关。这实现：在装载及对准衬底直至衬底接触期间进行连续的位置确定。
在本发明的扩展方案中，支撑面的对准标记除了衬底的边缘区（edge exclusionzone （边缘排除区））以外尤其均匀地分布。
在衬底的至少之一的另一实施方式中，支撑面的对准标记相对于相同衬底的接触面以及布置在接触面上的对准标记一对一地分布。
在根据本发明的另一实施方式中，至少一个干涉仪与用于检测衬底支架的X-Y位置和/或方位确定的相应构造的、尤其是单片的反射器可被用于在至少一点处的X-Y位置确定。干涉仪的数量特别等于反射器的反射面的数量。
尤其是由单片的块构成的衬底支架优选地具有以下功能其中至少两种：
●借助真空(真空轨道、连接)进行衬底固定，
●优选地尤其是根据实施方式EP2656378B1、WO2014191033A1，借助机械和/或液压和/或压电和/或热电和/或电热的操纵元件来对衬底变形进行形状补偿，
●位置和/或方位确定(测量基准器、反射面和/或棱镜，尤其是用于干涉测量、配准标记和/或配准标记场的反射器、用于平面的平面地构造的测量基准器、体积基准器、尤其是分级)
●移动(导轨)。
根据本发明的不用于精细调节的移动装置尤其构造为机器人系统、优选地构造有增量的路径指示器。用于辅助移动的这种移动装置的精确度与用于衬底堆叠的对准的精确度解耦，使得辅助移动以小于1mm、优选地小于500微米、特别优选地小于150微米的较低重复精确度来实施。
根据本发明的用于(横向)对准(精细调节)的移动装置的控制和/或调节尤其基于利用其他测量装置所检测的X-Y位置和/或对准方位来执行。优选地所述移动装置的精确度小于200nm、优选地小于100nm、尤其优选小于50nm、非常特别优选地小于20nm、在最佳情况下小于10nm、在理想情况下小于1nm。
方法
根据本发明的对准方法的第一种实施方式包括以下尤其至少部分循序的和/或同时的步骤，尤其是以下流程：
第一方法步骤：在第一/下部衬底支架上对第一/下部衬底装载支撑面，其中在相对侧(接触面)上设置(存在)第一对准标记。
第二方法步骤：第一/下部衬底尤其是在使用用于粗略调节的移动装置的情况下与衬底支架一起被移动到光学系统的第一/上部检测单元的检测位置的视野中。
第三方法步骤：光学系统行进至检测位置，只要这不是已经通过第二方法步骤完成的话。可选地，光学系统的自校准可以已经在现在或者在开始移动至检测位置之前进行。
第四方法步骤：将第一/上部检测单元聚焦到第一对准标记的待识别的图案上，所述图案布置在衬底的待接合的接触面上。
可选地，光学系统可将第二/下部检测单元调节到第一/上部检测单元的聚焦平面上。
第五方法步骤：尤其借助图案识别检测第一对准标记。同时，尤其是通过与第一检测单元的同步，优选地在除接触面的外的一面处通过根据本发明的附加测量系统(具有第三检测单元)检测第一衬底支架和/或第一衬底的X-Y位置和/或对准方位。
第六方法步骤：尤其是通过将所有自由度减小至零来尤其机械地和/或电子地和/或磁性地夹紧光学系统的位置。
第七方法步骤：光学系统将第二/下部检测单元调节到第一/上部检测单元的聚焦平面上。
可选地，所述调节已经在第四方法步骤之后被执行且被取消。
第八方法步骤：调节及评估计算机(尤其是在控制单元中)执行提取（abstraktion）和/或计算，以便获得用于控制对准的测量结果：调节及评估计算机尤其建立光学系统及附加(第三)测量系统的测量结果的相关性，并存储结果，尤其是作为第一/下部衬底支架及第一/下部衬底的X-Y位置和/或对准方位的额定值进行储存。
第九方法步骤：第一/下部衬底支架被从光学系统的视野移出(用于检测的光路)。因此，消除对第一检测单元的光学路径的阻挡。光学系统优选地继续保持固定。
第十方法步骤：将第二/上部衬底被装载到第二/上部衬底支架上。此方法步骤可已经在前述方法步骤之一之前执行。
第十一方法步骤：第二/上部衬底支架与第二/上部衬底一起移动到光学系统的视野中。
第十二方法步骤：光学系统的第二/下部检测单元以类似于第一/上部检测单元的方式寻找并检测第二/上部衬底上的对准标记。光学系统在此不被机械地移动，但是能够设想聚焦的校正。然而，优选地也不执行聚焦移动。
第十三方法步骤：第二/上部衬底及第二/上部衬底支架阻挡第一/上部检测单元的光学路径，使得在经对准的位置中不可能直接观察/检测第一/下部衬底的待接合的接触面。
第十四方法步骤：调节及评估计算机确定对准误差，其中参考出版物US6214692B1、WO2014202106A1中的公开内容。尤其是，由对准误差创建对准误差向量。尤其是，接着计算至少一个校正向量。校正向量可以是平行于对准误差向量并与其相反的向量，使得对准误差向量及校正向量的总和得出零。在特殊情况下，将另外的参数考虑到校正向量的计算中，使得该结果与零不同。
第十五方法步骤：根据校正向量来进行调整，且接着夹紧第二/上部衬底(与衬底支架一起)的X-Y位置和/或对准方位，使得经计算的对准误差至少被最小化，优选地被消除。
第十六方法步骤：在进行第二/上部衬底的夹紧/固定之后，用第二/下部检测单元再次检测/检查第二上部衬底的X-Y位置。因此，已经由夹紧引起的位移和/或扭曲可被识别并且以第十二至第十五过程方法步骤的迭代来最小化、尤其是消除。
替代地，可考虑经探测的位移和/或扭曲，用于创建校正值和/或校正向量，使得在后续方法步骤中可考虑消除。优选地，位移的校正值小于5微米、优选地小于1微米、特别优选小于100纳米、非常特别优选地小于10纳米、在最佳情况下是小于5纳米、在理想情况下小于1纳米。扭曲的校正值尤其小于50微弧度、优选地小于10微弧度、特别优选小于5微弧度、非常特别优选地小于1微弧度、在最佳情况下小于0.1微弧度、在理想情况下小于0.05微弧度。
在第十五方法步骤中，类似于第十二方法步骤，在固定上部衬底之前可进行位置的至少一次测量，以及在固定上部衬底之后可进行至少一次测量。根据本发明能够设想：误差的反复校正，使得下一个方法步骤仅在实现所限定的精确度要求(阈值)之后才被执行。
第十六方法步骤：第一/下部衬底支架移回到额定值的已经检测到的位置和方位(参见第八方法步骤)。在此，利用附加测量系统、尤其实时地控制下部衬底支架(连同衬底一起)的X-Y位置及对准方位。不给出第一衬底的第一对准标记的可观察性，因为经夹紧的上部衬底支架阻挡光学路径。
第十七方法步骤：校正第一/下部衬底支架的实际X-Y位置及对准方位，直至与额定值的差为零，但至少使经限定的阈值不被超出。
第十八、可选方法步骤：连接所述衬底，其中参考出版物WO2014191033A1的公开内容。
第十九方法步骤：从所述设备卸载衬底堆叠。
相对于第一实施方式，根据本发明的对准方法的第二替代性实施方式包括对上部衬底和下部衬底的装载顺序的以下改变：
作为根据本发明的第一方法步骤，将第一/下部衬底装载在第一/下部衬底支架上。
作为根据本发明的第二方法步骤，将第二/上部衬底装载到第二/上部衬底支架上。
接着类似地适用第一实施方式的方法步骤。
在根据本发明的方法的第三实施方式中，第一和/或第二方法在以下方面被改变：不仅在根据本发明的设备中而且也在所述方法中，上和下方向被互换。尤其是，因此，用至少一个附加测量系统来观察上部衬底支架。
在根据本发明的方法的第四实施方式中，所列出过程在以下方面被改变：衬底的装载顺序在保持相同的方法结果的情况下被互换。
在根据本发明的方法的第五实施方式中，通过方法步骤的并行来实现加速，尤其是在第一衬底上的图案识别步骤期间已经执行第二衬底的装载。
在根据本发明的方法及相关联设备的第六实施方式中，附加测量系统可检测上部衬底支架及下部衬底支架的位置和/或方位和/或上部衬底及下部衬底的位置和/或方位。
在根据本发明的方法及相关联设备的第七实施方式中，附加测量系统可检测上部衬底支架和/或上部衬底的位置和/或方位。
所述设备的功能上的和/或材料上的部分的所有技术上可能的组合和/或排列及倍增以及由此在所述方法步骤或方法其中至少之一中带来的改变视为被公开。
只要在当前和/或后续附图描述中公开设备特征，所述设备特征就也作为方法特征公开地适用，并且反之亦然。
附图说明
从以下对优选实施例的描述中以及根据附图来得出本发明的其他优点、特征和细节。其中：
图1示出根据本发明的设备的一种实施方式的示意性的横截面图，
图2a示出在第一方法步骤中根据图1a的实施方式的示意性的放大横截面图，
图2b示出在第二方法步骤中根据图1a的实施方式的示意性的放大横截面图，
图2c示出在第三方法步骤中根据图1a的实施方式的示意性的放大横截面图。
具体实施方式
在图中，本发明的优点和特征利用根据本发明的实施方式的分别标识性的附图标记来标出，其中具有相同的或相同作用的功能的组件或特征用相同附图标记来标出。
图1描绘对准设施1的第一实施方式的主要部件的示意性的不符合比例的功能图。对准设施1能够将衬底16(表示为第一和/或下部衬底)、17(表示为第二和/或上部衬底)和/或衬底堆叠彼此对准，和至少部分地相互连接和/或临时连接 (所谓的预接合)，其中所述衬底未在图1中绘出。下文描述的功能组件的可能移动/自由度作为箭头来用符号表示。
第一衬底16被装载到第一衬底支架10上，且能够在没有衬底16的相对于第一衬底支架10的剩余自由度情况下在第一衬底支架上固定。第二衬底17被装载到第二衬底支架13上，且能够在没有衬底16的相对于第二衬底支架13的剩余自由度情况下在第二衬底支架上固定。
第一、尤其是下部衬底支架10布置在第一移动装置11上用于保持及实施第一衬底支架10的输送以及调节移动(对准)。
第二、尤其是上部衬底支架13布置在第二移动装置14上用于保持及实施第二衬底支架13的输送以及调节移动(对准)。移动装置11、14尤其固定在共同的实心平台（MassiverTisch）或框架（Gestell）9上，以便减少/最小化所有功能组件的振动。
光学系统2用于观察(检测) 第一对准标记20和第二对准标记21，其中所述光学系统由如下组成：
第一检测单元3，尤其是图像检测装置，其用于检测第一衬底16上的第一对准标记20，和
第二检测单元4，尤其是图像检测装置，其用于检测第二衬底17上的第二对准标记。
光学系统2能够被聚焦到优选共同的聚焦平面12上，当第一衬底和第二衬底被布置用于对准时，所述聚焦平面12位于第一衬底16与第二衬底17之间。光学系统2尤其在X、Y及Z方向上的移动借助用于定位光学系统2的定位设备5来实行。定位设备5尤其固定在实心平台或框架上。在未示出的特别优选实施方式中，整个光学系统2(具有定位装置5、检测单元3及4等)以（in）双重镜像对称实施方案来使用。
至少一个附加的、尤其光学测量系统6连同附加测量系统6的至少一个第三检测单元7用于，通过检测第三对准标记22根据本发明来提高所述对准精确度。附加测量系统的移动利用定位设备8来实施。
只要涉及光学测量系统6，定位设备8就可通过在Z方向上移动第三检测单元7来进行关于第三对准标记22的聚焦。同样能够设想：在X-Y方向上的定位，其中在对准期间、尤其测量系统6的固定优选地在平台/框架上进行。替代地，测量系统8的准确X-Y位置必须是已知的。
在对准设施1的所示出的根据本发明的实施方式中，利用附加测量系统6尤其以特别高精确度来检测下部衬底支架10的X-Y位置和/或方位(尤其也是旋转方位)。
在对准设施1的未示出的另一根据本发明的实施方式中，利用附加测量系统尤其以特别高精确度来检测上部衬底支架的位置和/或方位。
在对准设施1的未示出的另一根据本发明的实施方式中，利用附加测量系统尤其以特别高精确度来检测上部衬底支架和下部衬底支架的位置和/或方位。
在对准设施的未示出的另一根据本发明的实施方式中，借助至少一个测量系统尤其以特别高精确度来检测衬底至少之一的位置和/或方位。出于此目的，检测接触面上的对准标记及在背离接触面的一侧上的标记。
图2a示出根据本发明的用于将至少两个检测单元的测量值分配给彼此的方法步骤的示意性的图，所述两个检测单元尤其是用于检测布置在第一衬底16的和/或第一衬底支架10的不同侧上的对准标记20、22的至少两个X-Y位置的两个检测单元。
第一/下部衬底16固定在第一衬底支架10的第一固定面10a上。作为固定，尤其使用机械和/或静电夹紧、压紧力，其中所述压紧力由于正常大气中的周围环境与第一衬底支架10的负压之间的压力差而产生，也称为真空固定。尤其如此进行固定，使得第一基底16在根据本发明的整个方法期间不经历相对于第一基底保持器10的任何寄生的或不期望的移动；尤其是，只要是第一衬底支架10和第一衬底16分别具有对应的、优选线性对应地延伸的热膨胀系数，其中热膨胀系数和/或热膨胀系数的线性变化过程的差优选为小于5％、优选地小于3％、特别优选地小于1％，就能够抑制或减少热膨胀。
所述设施优选地在温度稳定的环境中、尤其是在无尘室中被运行，其中在对准循环期间，能够遵循小于0.5开尔文(Kelvin)、优选地小于0.1开尔文、特别优选地0.05开尔文、在最佳情况下小于0.01开尔文的温度变动。经
经固定的第一衬底16和第一衬底支架10可被理解为用于实施第一衬底16的移动的准单片体，其不允许相对于彼此的相对移动。
所述衬底固定能够以形状配合和/或优选力配合的方式进行。准单片连接导致至少减小、优选地至少以数量级的程度减小、特别优选地消除如下影响，所述影响可能在衬底支架与衬底之间引起位移和/或扭曲和/或变形。所述影响可以是以热的方式和/或以机械的方式和/或以流动引起的方式和/或是材料的本性(颗粒)。
利用形状配合或力配合可以将衬底与衬底支架连接，使得尤其可抑制热膨胀的差。此外，可利用该衬底支架来减小、消除和/或校正该衬底的自主变形，其中参考EP2656378B1的公开内容。
在第一对准标记20的检测期间，第一衬底支架10位于第一(上部)检测单元3的光学路径中。第一对准标记20在第一衬底16的待接合的接触面16i上布置在第一(上部)检测单元3的视野中、尤其是光学路径中。第一检测单元3产生尤其是数字的图像，其在此以示意性方式表示为以十字形式的对准标记。第一对准标记20也可由多个对准标记组成。从对准标记的图像中产生/计算测量值，所述测量值尤其表征第一衬底16的X-Y位置和/或对准方位(尤其是在围绕Z方向的旋转方向上)、即对准状态。
在第一对准标记20的检测期间，第二/下部检测单元4优选地不提供测量值，尤其是因为第二衬底17被布置/已经被布置在第一检测单元3的光学路径之外。
第一/下部衬底支架10和/或第一/下部衬底16具有第三对准标记22，根据该第三对准标记，尤其是从另一方向、优选地从与Z方向上的第一检测正好相反对置的方向来检测衬底支架10和/或第一衬底16的X-Y位置和/或对准方位(尤其是在围绕Z方向的旋转方向上)、即对准状态。
优选地能够测量第一检测单元3相对于第三检测单元7的相对移动，更优选地，从第一对准标记20和第三对准标记22的检测直至第一衬底16与第二衬底17的接触不实施第一检测单元3和第三检测单元7之间的相对移动。
附加测量系统6的第三(附加)检测单元7由第一/下部衬底支架10的第三对准标记22的测量来提供第一/下部衬底支架10的X-Y位置和/或方位的测量值。测量值尤其是由优选数字的图像产生，其作为十字来用符号表示。第三对准标记22也可由多个对准标记组成。
将两个测量值(第一衬底16的第一对准标记20的X-Y位置和/或对准方位以及第一衬底支架10或第一衬底16的第三对准标记22的X-Y位置和/或对准方位)分配给彼此和/或彼此相关，使得第一对准标记20的X-Y位置和/或对准方位始能根据X-Y位置和/或对准方位、尤其是通过X-Y位置和/或对准方位的检测来被一对一地分配给第三对准标记。
通过所述方法步骤，在第一衬底16与第二衬底17的对准和/或接触期间，能够在没有直接检测到第一对准标记20和/或第二对准标记21的X-Y位置和/或对准方位的情况下实现对准。此外，可将对准期间所述衬底之间的间距最小化。在第一及第二对准标记的检测期间，所述间距可优选地已相应于衬底的间距。
换言之，尤其提供衬底支架10与附加测量系统6之间的无障碍光学路径，借助所述光学路径。衬底对准在调节电路中能够被进行或被进行。通过所述方法步骤，可以使第一衬底支架10的X-Y位置和/或对准方位并因此使固定在第一衬底支架10上的第一衬底的X-Y位置和/或对准方位被精确地确定和以可重现的方式来重建。
尤其是衬底支架10的和尤其是与其单片地连接的衬底的X-Y位置和/或对准方位的重建表示：尤其独立的核心方面。用于此的方法步骤已经在别处被讨论。
尤其是，实现小于1微米、优选地小于100nm、特别优选小于30nm、非常特别优选地小于10nm、在最佳情况下小于5nm、在理想情况下小于1nm的定位的重复精确度(测量为两个衬底之间的相对对准误差)，该重复精确度也作为逆转间隙（Umkehrspiel）而已知。该逆转间隙也可以是借助于移动装置11、14和/或5、8进行的给定位置的重复启动（Anfahren）。逆转间隙是由移动装置的移动引起的，仅检测位置改变使得测量大小作为一相对对准误差存在。对衬底没有任何影响的移动装置的定位精确度可被理解为不相关的逆转间隙。
根据本发明，为了进一步提高对准精确度，优选地第一检测单元3以与第二检测单元7时间同步的方式来运行，尤其是以测量值的检测的如下时间差来运行，所述时间差小于十分之一秒、优选地小于1毫秒、特别优选地小于10微秒、非常特别优选地小于1微秒，在最佳情况下小于1ns，在理想情况下0.0ns。这是特别有利的，因为可消除诸如机械振动的干扰影响的作用。机械振动此外在材料中以具有数千米/秒的固体声来传播。如果调节及检测装置比所述固体声的传播速度更快地工作，则减小或消除干扰。
如果干扰改变第一衬底16在第一衬底支架10上的方位，使得第一检测单元3已经记录测量值，且具有检测单元7的附加测量系统6还没有记录测量值，则所述干扰可引起
降低对准精确度的份额（Anteil），因为在检测装置3和7的测量值记录之间的时间内，尤其可进行振动引起的、以纳米或微米数量级的快速机械位置变化。如果测量值记录以(秒或分钟数量级的)时间延迟的方式进行，则其他干扰影响、如热引起的形状变化或长度变化同样降低对准精确度。
如果第一检测单元3和第三检测单元7彼此同步(尤其是通过同时触发检测以及均衡相机系统的检测时间和/或相同积分时间)，则可减少、在最佳情况中消除一些干扰影响，因为检测应该在如下时间点进行，在该时间点中，所述干扰影响对检测精确度具有尽可能最小的作用。
在设施的可能实施方式中，可以在已知的、尤其是周期性的干扰影响情况下进行检测，尤其是以在振荡的顶点处同步的方式。为此，在振动传感器(加速度传感器、干涉仪、振动计)的前端（Vorfeld）中在设施的对于精确度有关的点处接收（aufnehmen）干扰影响并且为了消除而尤其是在计算单元、计算机中进行处理。在另一实施方式中，振动传感器可固定地安装在所述设施的表征性的点处。
在另一可能实施方式中，所述设施尤其是以由主动和/或被动减振、主动和/或被动振动吸收和/或主动和/或被动隔振组成的组合来实施的方式、也以级联方式来使用。附加地，作为干扰影响的振动可与强制振动迭加，使得对准标记的检测可在所谓的锁定方法（Lock-in-Verfahren）中进行。为了表征所述设施及检查振动状态，可使用模态分析和/或FEM。这以及此这样的设施的设计是本领域技术人员已知的。
第一检测单元3和第三检测单元7在第一对准标记20和第三对准标记22的检测之前或期间或之后被夹紧，其中至少将X和Y方向上的绝对和/或相对自由度减小至零。“相对”意味着第一检测单元3相对于第三检测单元7的移动。
图2b是根据本发明的用于第二/上部衬底17的测量值检测的方法步骤的示意图。光学系统2尤其已经处于夹紧状态，且第一/下部衬底16的至少一个对准标记的图像和/或X-Y位置被储存(未示出)。在夹紧状态下，至少第二检测单元相对于第一检测单元的绝对和/或相对自由度在X和Y方向上减小至零。
在夹紧状态下，第一、第二和第三对准标记的X-Y位置和/或对准方位可参照相同X-Y坐标系。替代地或附加地，在相同X-Y坐标系上校准第一、第二和第三检测单元。
固定在第二/上部衬底支架13上的第二/上部衬底17借助用于移动第二衬底支架13的第二移动装置14移动到检测位置，且第二衬底17的第二对准标记21的X-Y位置和/或对准方位通过第二/下部检测单元4来探测/检测。
目的是：相对于第一/下部衬底16的X-Y位置和/或方位尽可能完全对准第二衬底17。因为下部衬底16可能是用于通过第二检测单元4观察第二/上部衬底17的第二对准标记21的光学路径中的障碍物，所以尤其是通过在X和/或Y方向上的移动、优选地在Z方向上没有任何移动的情况下，第一/下部衬底16被从光学路径移出。
通过第一和第二对准标记的X-Y位置和/或对准方位的比较，所述两个衬底的X-Y位置及相对方位的校正以与第三对准标记相关的方式来执行。
在以尤其最小的、优选地已消除的对准误差实现第二/上部衬底的对准状态之后，在此方法步骤中夹紧上部衬底支架，即，至少在X和Y方向上失去（berauben）其自由度。
图2c示出根据本发明的用于将第一衬底16相对于尤其是被夹紧的第二衬底17对准的方法步骤的示意图。
在对准期间，光学系统2的光学路径在第一检测单元3与第二检测单元4之间被第一衬底支架10以及第二衬底支架13阻挡，使得在对准期间不能使用检测单元3、4。
具有第三检测单元7的附加测量系统6优选地实时地、尤其是连续地产生图像数据，所述图像数据可作为原始数据用于X-Y位置和/或方位的调节，其中所述附加测量系统在特别优选实施方式中是具有显微镜的相机系统。
待接合的接触面16i、17i(尤其在不考虑任何预张紧或下垂在情况下)的(理论或平均)间距尤其为小于1mm、优选地小于500微米、特别优选地小于100微米、在最佳情况下小于50微米、在理想情况下小于10微米。尤其是，所述间距能够由移动装置11和/或14调整。
尤其是，根据图2a所确定/规定的额定值用于衬底16和17的对准。所述额定值尤其含有第一衬底支架10的第三对准标记22的图像数据和/或第一衬底支架10的移动装置11的经确定的X-Y位置数据和/或对准方位数据和/或诸如用于X-Y位置的最佳接近（anfahren）的轨道曲线这样的调节参数和/或尤其是用于驱动器的机器可读值。
在另一实施方式中，可考虑将如下剩余误差作为用于定位另一(下部或上部)衬底的校正值，其中所述剩余误差在上部和/或下部衬底的定位时未被消除。
借助第一移动装置11，第一衬底支架10以位置调节的形式且尤其以方位调节的形式移动，直至对准误差最小化、在理想情况下被消除或达到终止标准，其中所述对准误差由附加测量系统的额定值和衬底支架的当前位置和/或方位来计算。换言之，下部衬底支架10以受控的、经调节的方式被移回到已经已知的经测量的X-Y对准位置。
在另一实施方式中，同样可考虑将如下剩余误差作为用于定位另一(下部或上部)衬底的校正值，其中所述剩余误差在上部和/或下部衬底的定位时未被消除。
另外的校正因子尤其能够从如先前描述的设施或设施部分的振动状态来获取，所述另外的校正因子被用于衬底的定位、减小定位的剩余不确定性、提高对准精确度。对于最终位置的验证，可再次考虑并相应地校正所有已知的干扰因素和影响。
最后，在根据本发明的该方法步骤中，通过夹紧所有驱动器来防止衬底支架10、13在X-Y方向上的移动。
在衬底16、17按照根据本发明的方法之一来被对准之后，衬底至少之一可利用衬底变形设备15在另一衬底的方向上被变形，以便以预接合将衬底连接在一起。
附图标记
1对准设施
2光学系统
3第一/上部检测单元
4第二/下部检测单元
5定位设备
6附加测量系统
7第三/附加检测单元
8附加测量系统的定位设备
9框架
10第一衬底支架
10a第一固定面
11第一移动装置
12光学系统的共同的理论上的聚焦平面
13第二/上部衬底支架
13a第二固定面
14第二移动装置
15衬底变形设备
16下部衬底
16i第一接触面
16o第一支撑面
17上部衬底
17i第二接触面
17o第二支撑面
20第一对准标记
21第二对准标记
22第三对准标记

Claims (14)

1.一种用于将第一衬底(16)的第一接触面(16i)与第二衬底(17)的第二接触面(17i)对准和接触的方法，所述方法具有以下步骤，尤其是以下流程：
- 将所述第一衬底(16)的第一支撑面(16o)固定在第一衬底支架(10)上，且将所述第二衬底(17)的第二支撑面(17o)固定在第二衬底支架(13)上，所述第二衬底支架能够与所述第一衬底支架（10）相对置地布置；
- 检测第一对准标记(20)的尤其关于第一检测单元(3)的聚焦平面(12)的、第一X-Y位置和/或第一对准方位，其中所述第一对准标记尤其是布置在所述第一衬底(16)的周围区域中；
- 检测第二对准标记(21)的尤其关于第二检测单元(4)的聚焦平面(12)的、第二X-Y位置和/或第二对准方位，其中所述第二对准标记尤其是布置在所述第二衬底(17)的周围区域中；
- 将所述第一衬底(16)相对于所述第二衬底(17)对准；和
- 将所述第一衬底(16)与所述第二衬底(17)接触，其中所述第一衬底(16)相对于所述第二衬底(17)对准，其特征在于，
在所述对准之前，附加地由第三检测单元(7)进行所述第一衬底支架(10)和/或所述第一衬底(16)的第三X-Y位置和/或第三对准方位的检测，借助所述第三检测单元(7)来控制所述对准。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一对准标记(20)和所述第三对准标记(22)被布置在所述第一衬底(16)或所述第一衬底支架(3)的不同的、尤其在Z方向上相对置的侧上。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述第一对准标记(20)和所述第三对准标记(22)的所述检测在连续的方法步骤中、尤其是同时地、优选通过所述第一检测单元(3)与所述第三检测单元(7)的同步来进行。
4.如上述权利要求其中任意一项所述的方法，其中所述第二衬底支架(13)在所述对准期间至少在X-Y方向上被固定。
5.如上述权利要求其中任意一项所述的方法，其中所述第一检测单元(3)和所述第二检测单元(4)被安置在共同的X-Y定位设备上，和/或所述第一检测单元(3)和所述第二检测单元(4)的光轴相对彼此来对准或分配，优选地具有共同的光轴。
6.如上述权利要求其中任意一项所述的方法，其中在所述检测至少直至所述对准期间，所述第三检测单元(7)至少相对于所述第一检测单元(3)、尤其是相对于光学系统(2)来在X和Y方向上位置固定地布置、优选地不具有自由度，其中所述光学系统由所述第一检测单元(3)和所述第二检测单元(4)组成。
7.如上述权利要求其中任意一项所述的方法，其中所述对准的所述控制仅仅借助所述第三X-Y位置和/或所述第三对准方位的所述检测来进行。
8.如上述权利要求其中任意一项所述的方法，其中所述第一衬底和所述第二衬底在所述检测和直至所述对准期间以在Z方向上所述第一接触面与所述第二接触面之间的间距A来布置在所述第一衬底支架与所述第二衬底支架之间，其中，所述间距尤其是恒定的。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述间距A为小于500微米、特别优选地小于100微米、在最佳情况下小于50微米，在理想情况下小于10微米。
10.一种用于将第一衬底(16)的第一接触面(16i)与第二衬底(17)的第二接触面(17i)对准和接触的设备，所述设备具有：
-第一衬底支架(10)，用于固定所述第一衬底(16)的第一支撑面(16o)，
-第二衬底支架(13)，用于固定所述第二衬底(17)的第二支撑面(17o)，其中所述第二衬底支架(13)能够与所述第一衬底支架(10)相对置地布置，
-第一检测单元(3)，用于检测第一对准标记(20)的第一X-Y位置和/或第一对准方位，
-第二检测单元(4)，用于检测第二对准标记(21)的第二X-Y位置和/或第二对准方位，
-对准装置，用于将所述第一衬底(15)相对于所述第二衬底(15')对准，和
-接触装置(15)，用于将所述第一衬底(16)与所述第二衬底(17)接触，其中所述第一衬底(16)相对于所述第二衬底(17)对准，
其特征在于，
所述设备具有第三检测单元(7)，用于检测所述第一衬底支架(10)和/或所述第一衬底(16)的第三X-Y位置和/或第三对准方位，能够借助所述第三检测单元(7)来控制所述对准。
11.如权利要求10所述的设备，其中所述第一检测单元(3)和所述第三检测单元(7)是能够被同步的或是被同步的。
12.如权利要求10所述的设备，其中所述第二衬底支架(13)被构造得，能够在所述对准期间至少在所述X-Y方向上被固定。
13.如权利要求10所述的设备，其中所述第一检测单元(3)和所述第二检测单元(4)被安置在共同的X-Y定位设备上，和/或所述第一检测单元(3)和所述第二检测单元(4)的光轴相对彼此来对准或分配，优选地具有共同的光轴。
14.如权利要求10所述的设备，其中在所述检测至少直至所述对准期间，所述第三检测单元(7)至少相对于所述第一检测单元(3)、尤其是相对于光学系统(2)来在X和Y方向上位置固定地布置、优选地不具有自由度，其中所述光学系统由所述第一检测单元(3)和所述第二检测单元(4)组成。
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