DE60109937T2

DE60109937T2 - Positionieren mit leitfähigen Marken

Info

Publication number: DE60109937T2
Application number: DE60109937T
Authority: DE
Inventors: Libero Zucchelli; Luigi Gastaldi
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2001-10-22
Filing date: 2001-10-22
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2021-10-23
Also published as: JP2003163496A; US6647619B2; EP1304543B1; DE60109937D1; US20030077846A1; EP1304543A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die relative Positionierung von Komponenten, wobei der Begriff „Komponente" hierin allgemein verwendet wird, um jegliche Vorrichtung zu umfassen.
Die Erfindung wurde unter besonderer Berücksichtigung der möglichen Verwendung für eine genaue Positionierung von elektronischen, optischen und/oder elektrooptischen Vorrichtungen und Teilen derselben entwickelt.
In diesem Anwendungsbereich werden häufig optische Ausrichtungsanordnungen verwendet, die Standardmikroskoplinsenanordnungen umfassen. Die entsprechenden Prozesse sind im allgemeinen mühsam und aufwändig zu implementieren, und erfordern auch komplexe Softwaretools. Dies gilt insbesondere für Verfahren auf der Basis von Strukturerkennungstechniken.
Wenn optoelektronische Vorrichtungen, wie z. B. Laser oder Photodioden positioniert werden sollen, kann auf Verfahren zurückgegriffen werden, die das Lesen und Optimieren von Photoströmen umfassen, die durch optische Signale in eine oder mehrere der Komponenten, die positioniert werden, induziert werden. Dies erfordert, dass die optoelektronische(n) Vorrichtung(en) zusammen mit ihrer/ihren elektrischen Verbindungen verschoben wird, was im allgemeinen die Komplexität jedes entsprechenden Aufnahmewerkzeugs erhöht.
In der US-A-5 998 226 sind ein System und ein Verfahren offenbart, zum Bestimmen der Fehlausrichtung zwischen Öffnungen, die in der Kontaktschicht und der Verbindungsschicht einer Halbleiterkomponente angeordnet sind. Defekte Halbleiter können somit ohne weiteres identifiziert werden. Genauer gesagt, eine einzige Multifunktionsstruktur, die in der Kontaktschicht gebildet ist, wird verwendet, um die Ausrichtungsgenauigkeit der Kontaktschicht und der Verbindungsschicht zu bestimmen, durch visuelle Inline-Untersuchung und Bestimmung der elektrischen Leitungswiderstandseigenschaften des Halbleiterwafers am Ende des Bandes. Diese Lösung erfordert nach wie vor eine visuelle Untersuchung, mit den damit zusammenhängenden Nachteilen, die oben aufgeführt wurden.
In der US-A-5,337,398 werden Justiermarken verwendet: 2, Bezugszeichen 30, 32. Hinweise mit einem Druckprozess sind in der 1A der EP-A2-909117 angezeigt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung für die genaue relative Positionierung einer ersten Komponente und einer zweiten Komponente zu schaffen, wobei die intrinsischen Nachteile der herkömmlichen Lösungen, die oben betrachtet wurden, aufgehoben sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine solche Aufgabe durch eine Anordnung gelöst, die die Merkmale aufweist, die in den folgenden Ansprüchen beschrieben sind. Die Erfindung bezieht sich auch auf das Verfahren der Verwendung einer solchen Anordnung. Unabhängige Ansprüche 1 und 7.
Die Lösung der Erfindung nutzt elektrisch leitfähige Strukturen aus, die vorzugsweise zumindest teilweise in der Form von Metallspuren vorgesehen sind, die auf gegenüberliegenden Oberflächen der beiden Komponenten angeordnet sind, die ausgerichtet werden sollen.
Die relative Fehlausrichtung der beiden Komponenten kann somit durch Verwenden einfacher und unaufwändiger elektrischer Messwerkzeuge erfasst und bewertet werden. Eine genaue relative Positionierung der beiden fraglichen Komponenten kann durch ein automatisches System erreicht werden, das angepasst ist, um kleine relative Bewegungen („Mikrobewegungen") der beiden Komponenten zu erzeugen, während der Strom überwacht wird, der durch die leitfähigen Spuren fließt.
Die elektrisch leitfähigen Spuren sind in der Form von leitfähigen Strukturen vorgesehen, die beispielsweise durch photolithographische Prozesse auf die gegenüberliegenden Oberflächen der Komponenten, die positioniert werden sollen „geschrieben" sind. Die Geometrie der Strukturen ist auf eine solche Weise ausgewählt, dass elektrische Kontakte geöffnet oder geschlossen werden, abhängig von der gegenseitigen Positionierung der beiden Komponenten.
Die Erfindung wird nun lediglich beispielhaft mit Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine schematische Ansicht eines Teils der Anordnung der Erfindung,
2 und 3 offenbaren die Merkmale der Anordnung der Erfindung näher, und
4 ist ein schematisches Funktionsblockdiagramm eines Positionierungssystems, das gemäß der Erfindung arbeitet.
In den Zeichnungen bezeichnen die Bezugszeichen 1 und 2 zwei Komponenten (z. B. zwei Vorrichtungen), die bezüglich zueinander mit einem hohen Genauigkeitsgrad zu positionieren sind.
Bei den angehängten Figuren sind die Komponenten 1 und 2 schematisch dargestellt in der Form von im Allgemeinen flachen rechteckigen Körpern. Beispiele solcher Körper sind z. B. eine photoelektronische Komponente, wie z. B. ein Photodetektor 1, der bezüglich eines Tragebauglieds genau zu positionieren ist, wie z. B. einer sogenannten optischen Siliziumbank (SiOB) 2.
Die Bezugnahme auf eine solche mögliche beabsichtigte Anwendung soll jedoch den Schutzbereich der Erfindung nicht beschränken.
In der Tat kann die Anordnung der Erfindung für eine genaue Positionierung jeder ersten Komponente 1 und zweiten Komponente 2 angepasst werden, die eine jeweilige erste und eine zweite Oberfläche aufweisen, wie z. B. Oberflächen 1a, 2a, die in den Zeichnungen gezeigt sind, die für eine relative Positionierung an einer bestimmten vordefinierten Position entlang einer gegebenen Achse angepasst sind.
Im Folgenden wird hauptsächlich auf das Positionieren entlang einer einzelnen Achse Bezug genommen, die in den Zeichnungen mit x bezeichnet ist.
Fachleute auf diesem Gebiet werden jedoch erkennen, dass die Anordnung der Erfindung auch vervielfacht werden kann, um eine genaue Positionierung entlang einer Mehrzahl von Achsen zu erhalten, wie z. B. der Achse y, die in 2 und 3 gezeigt ist.
Die Bezugszeichen 3 und 4 bezeichnen eine erste und eine zweite lithographische Struktur von elektrisch leitfähigen Hinweisen, die auf den Oberflächen 1a bzw. 2a vorgesehen sind. Die Strukturen 3 und 4 sind somit für eine relative Bewegung entlang der Achse x in einem gleitenden Kontakt zwischen denselben angepasst.
Wie es hierin verwendet wird, bedeutet „lithographisch" jede Technik, die angepasst ist, um solche Strukturen von elektrisch leitfähigen Hinweisen zu bilden, durch Verwenden einer Schreib-/Drucktechnik, die möglicherweise die Verwendung einer Strahlung umfasst, wie z. B. Elektronen-/Ionenstrahl- oder elektromagnetische Strahlung, wie z. B. optische Strahlung, wobei „optisch" offensichtlich z. B. auch Infrarot- (IR-) und Ultraviolett- (UV-) Strahlung umfasst.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Strukturen 3 und 4 durch Standardphotolithographieprozesse erhalten, die die folgenden Schritte umfassen:

– Bilden einer fortlaufenden Metallschicht über die jeweiligen Oberflächen 1a, 2a,
– Aufbringen eines Resists über die Metallschicht,
– selektives Aussetzen des Resists gegenüber einer Härtungs-/Polymerisierungs-Strahlung durch eine Maske, die die Struktur reproduziert, die geformt werden soll,
– Entfernen des nicht ausgesetzten Resists,
– selektives Ätzen (durch chemische/physikalische Ätzprozesse) der Metallschicht von den Bereichen, die nicht durch das Resist bedeckt sind, und
– Entfernen der Reste des Resists.

Diese Prozesse sind in der Technik bekannt und müssen hierin nicht näher beschrieben werden.
Für Fachleute auf diesem Gebiet ist klar, dass durch Zurückgreifen auf alternative Prozesse, die auf ähnliche Weise in der Technik bekannt sind, im Wesentlich ähnliche Ergebnisse erreicht werden können.
Bei der hierin gezeigten Anordnung ist die Struktur 3 in der Form einer einzigen rechteckigen Anschlussfläche; es können jedoch alternative Anordnungen verwendet werden, wie es für Fachleute auf diesem Gebiet beim Lesen dieser Beschreibung klar wird.
Die Struktur 4 ist in der Form eines regelmäßigen Arrays von n parallelen linearen leitfähigen Spuren, die sich in einer Richtung im allgemeinen kreuzweise (und vorzugsweise orthogonal) zu der Achse x erstrecken, d. h, der Achse, entlang der eine exakte Positionierung angestrebt wird. Bei der hierin gezeigten Anordnung haben die Spuren der Struktur 4 identische Breiten und sind durch einen bestimmten Abstand getrennt, der durch die Struktur konstant ist, wobei die Breiten und die Abstände in der Richtung der Achse x gemessen werden.
Strukturen, die Spuren unterschiedlicher Breite umfassen und/oder durch unterschiedliche Abstände getrennt sind (so dass z. B. eine noniusartige Anordnung entsteht) liegen innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung.
Die Struktur 4 hat vorzugsweise eine Gesamtlänge r in der Richtung der x-Achse.
Die schematische Ansicht von 2 stellt die exakte relative Positionierung der Komponenten 1 und 2 entlang der x-Achse dar, die durch die Anordnung der Erfindung erreicht werden soll.
Unter diesen Umständen, nämlich wenn Komponenten 1 und 2 in der korrekten relativen angestrebten Position sind, erstreckt sich die Anschlussfläche, die die erste Struktur 3 umfasst, über zwei Spuren von Strukturen 4, die mit t_p bzw. t_q bezeichnet sind. Die Anschlussfläche 3 bildet somit eine leitfähige Brücke, die solche Spuren verbindet.
Umgekehrt, in jeder anderen Position, die nicht der exakten relativen angestrebten Positionierung entspricht, wirkt die Anschlussfläche 3 als leitfähige Brücke, die zwei Spuren der Struktur 4 elektrisch verbindet, die sich allgemein von den Spuren t_p und t_q unterscheiden (oder nicht in der Lage sind, eine elektrische Verbindung zu liefern).
Die beiden Strukturen der elektrisch leitfähigen Hinweise, die mit 3 und 4 bezeichnet sind, definieren somit zumindest einen elektrisch leitfähigen Weg, der zumindest entweder eine geöffnete oder eine geschlossene Bedingung erreicht, abhängig davon, ob die erste und die zweite Oberfläche 1a, 2a eine bestimmte Position entlang der Achse x erreicht haben.
Eine solche Anordnung erlaubt somit eine genaue Positionierung der Komponenten 1 und 2 durch eine einfache elektrische Messung (im wesentlichen das Vorliegen einer geschlossenen oder offenen Schaltung), die angepasst ist, um beispielsweise durch ein Amperometer durchgeführt zu werden. Eine große Vielfalt von Anordnungen zum Durchführen einer solchen elektrischen Messung kann entwickelt werden.
Allgemein gesagt (durch Bezugnahme auf 3), falls die Komponente 1 mit einem Fehler d (d < r/2) über der Komponente 2 positioniert ist, wird ein Amperometer einen Kurzschluss zwischen zwei aufeinanderfolgenden Spuren der Struktur 4 aufdecken. Ein Ausrichtungssystem kann somit eine relative Bewegung der Komponenten 1 und 2 entlang der x-Achse erzeugen (dies kann z. B. erreicht werden durch Bewegen der Komponente 1 bezüglich der Komponente 2 oder umgekehrt), wodurch die Struktur 3 bezüglich der Struktur 4 in der ansteigenden oder absteigenden Richtung der Achse x verschoben wird, abhängig von der Anfangsposition. Die relative Bewegung wird fortgesetzt, bis eine Kurzschlussbedingung erfasst wird (gemessen wird), die dem entspricht, dass die Anschlussfläche 3 die Spuren t_p und t_q leitfähig überbrückt, d. h. die exakte angestrebte Positionierung.
Die gleiche Prozedur kann selbstverständlich wiederholt werden, um die beiden Komponenten 1 und 2 in unterschiedlichen Richtungen (z. B. der Richtung der Achse y, die in 2 und 3 gezeigt ist) auszurichten, unter Verwendung einer anderen Struktur von Hinweisen, die grundsätzlich ähnlich ist wie die Struktur 4, die die Spuren in einer or thogonalen Richtung bezüglich der y-Achse angeordnet umfasst, d. h. orthogonal zu den Spuren der Struktur 4.
Es ist klar, dass die gleiche rechteckige Struktur, die aus der Anschlussfläche 3 besteht, auch zum Positionieren entlang der y-Achse verwendet werden kann.
3 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der die Spuren t_p und t_q der Struktur 4 mit zwei Enderweiterungen in der Form von rechteckigen Anschlussflächen 5 und 6 versehen sind, deren Abmessungen im allgemeinen größer sind als diejenigen der Spuren t_p und t_q.
In der Tat bezieht sich die Breite/der Abstand solcher Spuren – und der Spuren der Struktur 4 allgemein – auf die Auflösung (d. h. Genauigkeit) der angestrebten Positionierung. Je schmaler und enger die Spuren der Struktur 4, umso genauer ist die Positionierung.
Die leitfähigen Anschlussflächen 5 und 6 ermöglichen es, dass jeder Kurzschluss, der durch die Anschlussfläche 3 zwischen den Spuren t_p und t_q hergestellt wird, erfasst wird, (und somit aufdeckt wird, dass die korrekte Positionierung erreicht wurde), durch eine amperometrische Sonde 7, die Kontakte (oder „Nadeln") aufweist, die angepasst sind, um Erfassungsanschlussflächen 5 und 6 zu kontaktieren.
Solche Sonden sind in der Technik gut bekannt auch hinsichtlich der umfassenden Verwendung bei den sogenannten „Nadelbett"-Anordnungen, die derzeit bei den Endstufen der IC-Herstellung verwendet werden, um fehlerhafte Chips zu erfassen, die zu entsorgen sind, bevor die Waferscheibe Ritzen und Schneiden unterzogen wird.
Obwohl solche Sonden mit solch reduzierter Größe hergestellt werden können, um Kurzschlussbedingungen zwischen Paaren von sehr eng beabstandeten benachbarten Spuren er fassen zu können, die in einer Struktur enthalten sind, wie z. B. der Struktur 4, kann die Verfügbarkeit breiterer Kontaktflächen, wie z. B. der in 3 gezeigten Erfassungsanschlussflächen 5 und 6 die jeweiligen Erfassungsprozesse und Systeme weniger kritisch machen.
Die Sonde 7 kann einem System zugeordnet sein, das allgemein in 3 mit 8 bezeichnet ist, das angepasst ist, um selektiv eine relative Bewegung entlang der x-Achse der Komponente 1 und Komponente 2 zu erzeugen.
Das Ausgangssignal von der Erfassungssonde 7 wird einem Steuersystem (eines bekannten Typs) 9 zugeführt, das Betätigungsvorrichtungen 10 – jedes bekannten Typs (z. B. vom piezoelektrischen Typ) – steuert, das die relative Bewegung der Komponenten 1 und 2 bewirkt.
Die Betätigungsvorrichtungen) 10 sind im allgemeinen wirksam, um die Positionierung durch eine Scanbewegung entlang der Achse x zu erreichen, die die Struktur 3 zu der Scanstruktur 4 führt, beginnend von jedem Ende derselben (siehe beispielsweise 3).
Eine solche Scanbewegung schreitet fort, bis die Sonde 7 – durch Kontaktieren der Anschlussflächen 5 und 6 – erfasst, dass zwischen den Spuren t_p und t_q eine Kurzschlussbedingung hergestellt wurde, aufgrund dessen, dass die Anschlussfläche 3 die in 2 gezeigte Positionierung erreicht hat. An diesem Punkt wird die Bewegung unterbrochen, da die exakte angestrebte Positionierung erreicht wurde.

Claims

Eine Anordnung für die relative Positionierung einer ersten Komponente (1) und einer zweiten Komponente (2), wobei die erste (1) und die zweite (2) Komponente jeweils eine erste (1a) und eine zweite (2a) Oberfläche aufweisen, die zum Positionieren an einer gegebenen Position entlang einer gegebenen Achse (x) angepasst sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine erste (3) und eine zweite (4) Struktur von elektrisch leitfähigen Hinweisen umfasst, die auf der ersten (1a) und der zweiten (2a) Oberfläche vorgesehen sind, wobei die Strukturen (3, 4) für eine relative Bewegung entlang der Achse (x) in gleitendem Kontakt zwischen denselben angepasst sind, wobei die erste und die zweite Struktur von Hinweisen (3, 4) gemeinsam zumindest einen elektrisch leitfähigen Weg (3, t_p, t_q) definieren, der zumindest eine Bedingung erreicht, entweder offen oder geschlossen zu sein, abhängig davon, ob die erste (1a) und die zweite (2a) Oberfläche die bestimmte Position der Bewegung entlang der bestimmten Achse (2) erreicht haben.
Die Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest entweder die erste oder die zweite Struktur (3, 4) lithografische Strukturen sind, vorzugsweise fotolithografische Strukturen.
Die Anordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine (4) der ersten und zweiten Struktur (3, 4) eine Mehrzahl von parallelen leitfähigen Spuren umfasst, die sich kreuzweise von der gegebenen Achse (x) erstrecken, und die andere (3) der ersten und der zweiten Struktur (3, 4) zumindest eine elektrisch leitfähige Anschlussfläche umfasst, die angepasst ist, um zumindest ein Paar von benachbarten Spuren (t_p und t_q) der Mehrzahl von parallelen leitfähigen Spuren zu verbinden, wobei die zumindest eine Bedingung dem entspricht, dass die Anschlussfläche (3) die benachbarten Spuren (t_p und t_q) des zumindest einen Paars elektrisch verbindet.
Die Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine (4) der Strukturen Erfassungsbauglieder (5, 6) zum elektrischen Erfassen der zumindest einen Bedingung umfasst.
Die Anordnung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsbauglieder Erfassungsanschlussflächen (5, 6) umfassen, die auf zumindest entweder der ersten (1a) und der zweiten (2a) Oberfläche vorgesehen sind.
Die Anordnung gemäß Anspruch 3 und Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Erfassungsanschlussflächen (5, 6) in der Form ausgedehnter Erweiterungen der Spuren (t_p und t_q) des zumindest einen Paars sind.
Ein Verfahren für die relative Positionierung einer ersten Komponente (1) und einer zweiten Komponente (2), wobei die erste und die zweite Komponente (1, 2) eine erste (1a) und eine zweite (2a) Oberfläche aufweisen, die angepasst sind zum Positionieren bei einer bestimmten Position entlang einer gegebenen Achse (x), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: – Bereitstellen einer Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, – Erfassen der elektrischen Kontinuität des zumindest einen elektrisch leitfähigen Wegs (3, t_p, t_q), um zu erfassen, wenn der zumindest eine elektrisch leitfähige Weg die zumindest eine Bedingung erreicht, wodurch das Erreichen der zumindest einen Bedingung durch den einen elektrisch leitfähigen Weg anzeigt, dass die erste (1) und die zweite (2) Komponente die gegebene Position entlang der gegebenen Achse (x) erreicht haben.
Das Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen durch ein Amperometer (7) ausgeführt wird.
Das Verfahren entweder gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Schritte umfasst: – Bewirken einer relativen Bewegung der ersten (1) und der zweiten (2) Komponente entlang der gegebenen Achse (x), und – Unterbrechen der relativen Bewegung auf das Erfassen hin, dass die zumindest eine Bedingung durch den zumindest einen elektrischen leitfähigen Weg (t_p und t_q) erreicht wurde.