JP2011517094A - 半導体ウェーハアライメントのための装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
100 アライナシステム
100 ウェーハアライメント装置
101 左側フレーム脚部
101 左側垂直脚部
102 支持体
103 右側フレーム脚部
103 右側垂直脚部
104 逆U字形フレーム
105 ビーム
105 フレームビーム
105 フレームビーム
105a、105b 端部
106 テーブル
108a、108b、108c及び108d 防振脚部
111、112 垂直スロット
113 頂部
113及び114 脚部の各頂部
115 間隙
115a 距離
116 高さ
117 高さ
119 脚部の上面
120 支持棒
120a 左端
120b 右端
121、122、123 ブロック延長部
140a 左側顕微鏡較正基準ユニット
140a、140b 基準ユニット
140b 右側顕微鏡較正基準ユニット
141a、141b 固定上側プレート
141a、141b 上側プレート
142a、142b 下側プレート
142a、142b 固定下側プレート
150 下側ウェーハブロック
150 下側ウェーハ支持ブロック
150 下側ブロック
152 X−Y−T−Zウェーハステージ
152 コアースX−Y−Tテーブル
152 コアースX−Y−T空気ベアリングテーブル
152 コアースステージ
152 下側ウェーハステージ
154 空気ベアリングZステージ
155 Zステージの上に支持されるファインX−Y−Tステージ
155 ウェーハステージ
155 ファインステージ
156 下側ウェーハプレート
157 位置センサー
157 共面位置センサー
180 上側ウェーハブロック
180 上側ウェーハ支持ブロック
180 上側ブロック
182 上側ウェーハプレート
182、156 プレート
184 プレートレベリングシステム
201a、201 顕微鏡ステージ
201a、201b X−Y−Z顕微鏡ステージ
201a、201b 顕微鏡ステージ
201a、201b 個別の顕微鏡X−Y−Zステージセット
202a、202b 細長い管
204a、204b 逆U字形構造
210a 第1の顕微鏡セット
210a、210b 顕微鏡セット
210b 第2の顕微鏡セット
211a、211b 光源
212a、212b 高性能対物レンズ
213a、213b CCDカメラ
214a 光
214b 光
215 両面鏡
216a 光
216b 光
217a 軸
217a、217b 顕微鏡の軸
217a、217b 顕微鏡光軸
217a、217b 顕微鏡軸
217a、217b 光軸
217光軸
224a、224b及び225a、225b 顕微鏡
232a、232b、234a、234b プレート
233a、233b、233c キネマティックカップリング
235a、235b 鏡
236a、236b 鏡面
280 視野(FOV)
282 視野(FOV)
290a、290b 基準面
290b 基準面
294 距離
300 固定具
310 リング
310 外側リング
315 下側ウェーハキャリアチャック
315、316 ウェーハキャリアチャック
316 上側ウェーハキャリアチャック
320a、320b、320c クランプ/スペーサアセンブリ
321a、321b、321c スペーサ
322a、322b、322c クランプ
325 中心ピン
400 全体較正デバイス
415 下側プレート
416a、416b フィデューシャルマーク
416a、416b 下側プレートマーク
418 同心真空溝
419 真空溝
425 上側プレート
430 透明ウェーハ
432a、432b フィデューシャルマーク
432a、432b 透明ウェーハマーク
600 アライメントシーケンス
80 下側ウェーハ
80、90 ウェーハ
81 ウェーハ表面
81 下側ウェーハ表面
81 表面
90 上側ウェーハ
91 上側ウェーハ表面
91 表面
91、81 ウェーハ表面
A、B フィデューシャルマーク
A’、B’ 画像
K、K’ 固定上側基準マーク
L、L’ 固定下側基準マーク
601 顕微鏡が外れており、Z軸が下にある
602 上側ウェーハチャック及び下側ウェーハチャックを有する固定具をアライナのX−Y−T−Zステージに装填する
603 X−Y−T−ZステージをZ方向において上方に動かし、上側チャックを上側ブロックに移送し、その後、下側ウェーハチャックを有するX−Y−T−Zステージを下方に動かす
604 アライナの中に上側ウェーハを装填し、該上側ウェーハを上側ウェーハチャックに移送する
605 下側ウェーハをアライナの中に装填し、該下側ウェーハを下側ウェーハチャック上に配置し、下側ウェーハ表面上にスペーサを挿入する
606 下側ウェーハのZ軸を上方に動かし、スペーサを上側ウェーハと接触させて、フォースフィードバック制御下で、上側ウェーハにおいてWECを実行する
607 WEC位置をロックし、下側ウェーハのZ軸を下方に動かし、スペーサを取り出す
608 顕微鏡を固定基準ユニットに挿入し、上側顕微鏡及び下側顕微鏡をそれぞれ固定上側マーク及び固定下側マーク上に合焦する
609 パターン認識ソフトウエアを用いて、固定マークの位置及び距離、並びに鏡角度位置を測定する
610 上側ウェーハと下側ウェーハとの間に顕微鏡を挿入し、上側顕微鏡を上側ウェーハマーク上に合焦し、顕微鏡ステージをロックする
611 下側ウェーハコアースステージをX−Y−T−Z方向において動かして、下側顕微鏡を下側ウェーハマーク上に合焦し、コアースX−Y−T−Zステージをロックする
612 パターン認識ソフトウエアを用いて、上側マーク及び下側マークの位置を測定し、それらのX−Y−Tオフセットを求め、鏡角度位置を測定する
613 下側ウェーハファインステージを求められたオフセットの量だけ、及び全体較正によって求められた量だけ動かす
614 顕微鏡をウェーハ間から取り出す
615 下側ウェーハステージをZ方向において上方に動かし、その間、位置センサーを用いて、ファインウェーハステージのX−Y−Tアライメントを保持する
616 下側ウェーハを上側ウェーハと接触させて、2つのウェーハの積重物をクランプする
617 位置合わせされたウェーハ対を有する固定具を取り外す
Claims (35)
- 半導体ウェーハを位置合わせするための装置であって、
第1の半導体ウェーハの第1の表面を第2の半導体ウェーハの第1の表面の真正面に位置決めするための機器と、
前記第1の半導体ウェーハ上にある第1の構造を前記第2の半導体ウェーハの前記第1の表面上にある第2の構造と位置合わせするための機器とを備え、該位置合わせする機器は、位置合わせ中に動かされると共に、前記第1の半導体ウェーハの前記第1の表面と前記第2の半導体ウェーハの前記第1の表面との間に挿入されるように構成される少なくとも1つの可動アライメントデバイスを含む、半導体ウェーハを位置合わせするための装置。 - 前記位置決めする機器は、前記アライメント機器から振動的及び機械的に分離される、請求項1に記載の装置。
- 逆U字形フレームと防振支持体とをさらに備え、前記逆U字形フレームは前記支持体の上面上に支持される、請求項2に記載の装置。
- 前記逆U字形フレームは、
左側垂直支柱及び右側垂直支柱と、
左端及び右端を含む水平ビームとを備え、
前記支柱の頂部はそれぞれ、前記支柱の上面から前記支柱の中心に向かって延在する2つの平行な垂直スロットを含み、前記2つの垂直スロットは中央ブロックによって分離され、前記中央ブロックは前記スロットの底部から前記支柱の頂部に向かって延在し、前記垂直スロットの高さよりも低い高さを有し、それにより、前記支柱の上面の近くにおいて前記2つの垂直スロット間に間隙を形成し、
前記水平ビームの前記左端及び前記右端はそれぞれ、前記左側垂直支柱及び前記右側垂直支柱の前記中央ブロック上に支持される、請求項3に記載の装置。 - 前記可動アライメントデバイスを支持するXYZステージをさらに備え、前記XYZステージは、前記水平ビームに沿ってスライドすると共に、前記水平ビームによって支持されるように構成される、請求項4に記載の装置。
- 前記可動アライメントデバイスは光学顕微鏡アセンブリを備え、前記アセンブリは、
細長い管と、
第1の軸に沿って前記細長い管内に同軸に配置される第1の光学顕微鏡及び第2の光学顕微鏡とを備え、
前記第1の光学顕微鏡及び前記第2の光学顕微鏡はそれぞれ、前記第1の構造の第1の画像及び前記第2の構造の第2の画像を入手するように構成され、
前記第1の構造の前記第1の画像及び前記第2の構造の前記第2の画像を用いて、固定上側基準マーク及び固定下側基準マークに対する前記第1の構造及び前記第2の構造の座標を求めると共に、前記第1の半導体ウェーハの前記第1の表面及び前記第2の半導体ウェーハの前記第1の表面を互いに平行に位置合わせするために前記位置決めする機器を誘導する、請求項1に記載の装置。 - 顕微鏡較正基準ユニットをさらに備え、該較正基準ユニットは前記垂直支柱のうちの1つに取り付けられ、前記固定上側基準マーク及び前記固定下側基準マークを含む、請求項6に記載の装置。
- 前記光学顕微鏡アセンブリは鏡面をさらに備え、該鏡面は、前記第1の軸が該鏡面に対して平行になるように配置される、請求項7に記載の装置。
- 前記第1の構造の前記第1の画像及び前記第2の構造の前記第2の画像を解析すると共に、前記固定上側基準マーク及び前記固定下側基準マークに対する前記構造の座標を求めるために用いられるパターン認識ソフトウエアをさらに含む、請求項8に記載の装置。
- 前記位置決めする機器は、
前記第1の半導体ウェーハを支持する下側ウェーハプレートを備える下側支持ブロックと、
前記第2の半導体ウェーハを支持する上側ウェーハプレート、及び該上側ウェーハプレートを水平にするためのプレートレベリングシステムを備える上側支持ブロックとを備える、請求項9に記載の装置。 - 前記プレートレベリングシステムは、前記上側ウェーハプレートを、並進させることなく、前記第2の半導体ウェーハの中心に対応する中心点を中心にして回転及び/又は傾斜させる球形ウエッジエラー補償機構を含む、請求項10に記載の装置。
- 前記下側支持ブロックは、コアースX−Y−Tステージと、該コアースX−Y−Tステージによって支持される空気ベアリングZステージと、該Zステージの上に支持されるファインX−Y−Tステージとを備え、該ファインX−Y−Tステージは前記下側ウェーハプレートを支持する、請求項11に記載の装置。
- 前記コアースX−Y−Tステージは、前記コアースX−Y−Tステージと前記ファインX−Y−Tステージとの間のX−Y−T距離を測定するための1つ又は複数の位置センサーをさらに備える、請求項12に記載の装置。
- 前記位置センサーはキャパシタンスゲージを含む、請求項13に記載の装置。
- 前記上側ウェーハプレート及び前記下側ウェーハプレートは、前記半導体ウェーハのCTEと一致するCTEを有する材料を含む、請求項14に記載の装置。
- 前記第1の半導体ウェーハ及び前記第2の半導体ウェーハを移送するための固定具をさらに備え、該固定具は、下側ウェーハキャリアチャックを支持する外側リングと、該外側リングの周辺に配置される3つ以上のクランプ/スペーサアセンブリとを備える、請求項1に記載の装置。
- 前記クランプ/スペーサアセンブリはそれぞれクランプ及びスペーサを備え、前記クランプ及び前記スペーサは、互いから、及び他のアセンブリのクランプ又はスペーサの動きから独立して動かされるように構成され、前記動きは、室温及び高温の両方において正確であると共に再現可能である、請求項16に記載の装置。
- 前記固定具は、前記第1の半導体ウェーハ及び前記第2の半導体ウェーハの中心を一緒にピン止めするための中心ピンをさらに備える、請求項17に記載の装置。
- 前記第1の半導体ウェーハは前記下側ウェーハキャリアチャック上に配置され、前記スペーサは前記第1の半導体ウェーハのエッジの上に挿入され、その後、前記第2の半導体ウェーハが前記スペーサの上に配置され、その後、前記第1の半導体ウェーハ及び前記第2の半導体ウェーハが前記クランプによって一緒にクランプされる、請求項18に記載の装置。
- 半導体ウェーハを位置合わせするための装置であって、
第1の半導体ウェーハの第1の表面を第2の半導体ウェーハの第1の表面の真正面に位置決めするための機器と、
前記第1の半導体ウェーハ上にある第1の構造を前記第2の半導体ウェーハの前記第1の表面上にある第2の構造と位置合わせするための機器とを備え、該位置合わせするための機器は、位置合わせ中に動かされるように構成される少なくとも1つの可動アライメントデバイスを含み、
前記位置決めする機器は、前記アライメントデバイスの動きから振動的及び機械的に分離される、半導体ウェーハを位置合わせするための装置。 - 半導体ウェーハを位置合わせするための方法であって、
第1の半導体ウェーハの第1の表面を第2の半導体ウェーハの第1の表面の真正面に位置決めすること、
少なくとも1つの可動アセンブリデバイスを含むアライメント機器を設けること、及び
前記第1の半導体ウェーハの前記第1の表面と前記第2の半導体ウェーハの前記第1の表面との間に前記可動アライメントデバイスを挿入することによって、前記第1の半導体ウェーハ上にある第1の構造を、前記第2の半導体ウェーハの前記第1の表面上にある第2の構造と位置合わせすることを含む、半導体ウェーハを位置合わせするための方法。 - 前記位置決めするステップは、前記第1の半導体ウェーハの前記第1の表面と前記第2の半導体ウェーハの前記第1の表面との間に前記可動アライメントデバイスを前記挿入することから振動的及び機械的に分離される、請求項21に記載の方法。
- 前記可動アライメントデバイスは光学顕微鏡アセンブリを含み、該アセンブリは、
細長い管と、
第1の軸に沿って前記細長い管内に同軸に配置される第1の光学顕微鏡及び第2の光学顕微鏡とを備え、
前記第1の光学顕微鏡及び前記第2の光学顕微鏡はそれぞれ、前記第1の構造の第1の画像及び前記第2の構造の第2の画像を入手するように構成され、
前記第1の構造の前記第1の画像及び前記第2の構造の前記第2の画像を用いて、固定上側基準マーク及び固定下側基準マークに対する前記第1の構造及び前記第2の構造の座標を求めると共に、前記第1の半導体ウェーハの前記第1の表面及び前記第2の半導体ウェーハの前記第1の表面を互いに平行に位置合わせするために前記位置決めする機器を誘導する、請求項22に記載の方法。 - 顕微鏡較正基準ユニットをさらに備え、該較正基準ユニットは固定上側基準マーク及び下側基準マークを含む、請求項23に記載の方法。
- 前記光学顕微鏡アセンブリは鏡面をさらに含み、該鏡面は、前記第1の軸が前記鏡面に対して平行になるように配置される、請求項24に記載の方法。
- 前記第1の構造の前記第1の画像及び前記第2の構造の前記第2の画像を解析すると共に、前記固定上側基準マーク及び前記固定下側基準マークに対する前記構造の座標を求めるためのパターン認識ソフトウエアを設けることをさらに含む、請求項25に記載の方法。
- 前記位置決めするステップは、
下側ウェーハプレートを備える下側支持ブロックを設けると共に、該下側ウェーハプレート上に前記第1の半導体ウェーハを配置すること、並びに
前記第2の半導体ウェーハを支持するための上側ウェーハプレート、及び該上側ウェーハプレートを水平にするためのプレートレベリングシステムを備える上側支持ブロックを設けることを含む、請求項26に記載の方法。 - 前記プレートレベリングシステムは、前記上側ウェーハプレートを、並進させることなく、前記第2の半導体ウェーハの中心に対応する中心点を中心にして回転及び/又は傾斜させる球形ウエッジエラー補償機構を含む、請求項27に記載の方法。
- 前記下側支持ブロックは、コアースX−Y−Tステージと、該コアースX−Y−Tステージによって支持される空気ベアリングZステージと、該Zステージの上に支持されるファインX−Y−Tステージとを備え、該ファインX−Y−Tステージは前記下側ウェーハプレートを支持する、請求項28に記載の方法。
- 前記コアースX−Y−Tステージは、前記コアースX−Y−Tステージと前記ファインX−Y−Tステージとの間のX−Y−T距離を測定するための1つ又は複数の位置センサーをさらに備える、請求項29に記載の方法。
- 前記第1の半導体ウェーハ及び前記第2の半導体ウェーハを移送するための固定具を設けることをさらに含み、該固定具は、下側ウェーハキャリアチャックを支持する外側リングと、該外側リングの周辺に配置される3つ以上のクランプ/スペーサアセンブリと、上側ウェーハキャリアチャックとを備える、請求項29に記載の方法。
- 前記クランプ/スペーサアセンブリはそれぞれクランプ及びスペーサを備え、前記クランプ及び前記スペーサは、互いから、及び他のアセンブリのクランプ又はスペーサの動きから独立して動かされるように構成され、前記動きは、室温及び高温の両方において正確であると共に再現可能である、請求項31に記載の装置。
- 前記第1の構造を前記第2の構造と前記位置合わせすることは、
前記第1の半導体ウェーハを、該第1の半導体ウェーハの第1の表面を上向きにして前記下側支持ブロック上に配置すること、
前記第2の半導体ウェーハを、該第2の半導体ウェーハの第1の表面を下向きにして前記上側ウェーハプレートによって支持すること、
前記光学顕微鏡アセンブリを前記固定基準ユニットに挿入すると共に、前記第1の光学顕微鏡及び前記第2の光学顕微鏡をそれぞれ前記固定下側基準マーク及び前記固定上側基準マーク上に合焦すること、
前記パターン認識ソフトウエアを用いることであって、前記固定上側基準マーク及び前記固定下側基準マークの位置及び距離、並びに前記鏡面角度位置を求める、用いること、
前記光学顕微鏡アセンブリを前記第1の半導体ウェーハの前記第1の表面と前記第2の半導体ウェーハの前記第1の表面との間に挿入すると共に、前記第2の光学顕微鏡を前記第2の半導体ウェーハの前記第2の構造上に合焦し、その後、前記光学顕微鏡アセンブリの位置をロックすること、
前記第1の顕微鏡を前記第1の半導体ウェーハの前記第1の構造上に合焦するように前記コアースX−Y−Tステージ及び前記Zステージを動かすと共に、前記コアースX−Y−Tステージ及び前記Zステージをロックすること、
前記パターン認識ソフトウエアを用いることであって、前記第1の構造及び前記第2の構造の位置座標を求めると共に前記構造のオフセットを求める、用いること、及び
前記ファインX−Y−Tステージを、前記求められたオフセットの量、及び全体較正法によって求められた量だけ動かすことであって、それにより、前記第1の構造及び前記第2の構造を互いに位置合わせする、動かすことを含む、請求項32に記載の方法。 - 前記第1の構造及び前記第2の構造を前記位置合わせした後に、
前記第1の半導体ウェーハの前記第1の表面と前記第2の半導体ウェーハの前記第1の表面との間から前記光学顕微鏡アセンブリを取り出すこと、
前記位置センサーからのフィードバックを用いて前記ファインX−Y−Tステージのアライメントを保持しながら前記Zステージを上方に動かすこと、
前記第1の半導体ウェーハの前記第1の表面を前記第2の半導体ウェーハの前記第1の表面と接触させること、
前記第1の半導体ウェーハ及び前記第2の半導体ウェーハを一緒にクランプすること、並びに
前記位置合わせされた前記第1の半導体ウェーハ及び前記第2の半導体ウェーハを取り外すことをさらに含む、請求項33に記載の方法。 - 前記上側ウェーハプレートによって前記第2の半導体ウェーハを支持した後に、
前記Zステージを上方に動かすことであって、前記第1の半導体ウェーハの第1の表面上にある前記スペーサを前記第2の半導体の第1の表面と接触させる、動かすこと、
フォースフィードバック制御下で前記第2の半導体ウェーハのウエッジエラー補償を実行すると共に、前記ウエッジ位置をロックすること、及び
前記第1の半導体ウェーハを下方に動かすと共に、前記スペーサを取り出すことをさらに含む、請求項33に記載の方法。
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