JP2018523850A - サブミクロンウェーハ位置合わせ - Google Patents
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Abstract
Description
[0041]本開示の実施形態は、ウェーハ光学系におけるサブミクロン位置合わせのためのシステム及び技法に関する。一体化されたレンズスタックを製造するためのウェーハ間の位置合わせの1つの開示される方法は、顕微鏡の対物レンズが下部ウェーハの位置合わせマークに焦点合わせされたときに、上部ウェーハの位置合わせマークを反射するビームスプリッタ(即ち、50%透過ミラー)を用いる。一体化されたレンズスタックを製造するためのウェーハ間の位置合わせの別の開示される方法は、ウェーハ間の適切な位置合わせを視覚的に決定するのを補助するために、位置ずれしたときにモアレ効果を生成することができる相補的パターンを実装する。幾つかの実施形態では、方法は、精度を高めるために組み合わされ得る。
例示的なウェーハスタックの概要
[0045]図1Aは、位置合わせのための上部ウェーハ101、スペーサウェーハ102及び下部ウェーハ103の例示的なスタック100Aを示す。
ビームスプリッタを使用する位置合わせの概要
[0051]図2Aに示されているように、スタック200Aのためのウェーハを位置合わせする1つの方法は、上部ウェーハ210上に設けられた上部ウェーハマーク205を反射し、それが実際にあるよりも大きい距離に現れるようにするビームスプリッタ層215(例えば、50%透過ミラー)を使用して実施され得る。少なくとも上部ウェーハ210及びスペーサウェーハ220は、透明材料で構成され得る。顕微鏡の対物レンズを下部位置合わせマークに焦点合わせし、従って、下部位置合わせマーク250及びビームスプリッタを介した下部ウェーハ225上に設けられた上部位置合わせマーク205の反射を見ることによって上部マーク及び下部マークは、同じ平面内に現れ、従って、ウェーハ間の正確な位置合わせのために同時に見られ得る。例えば、正確な位置合わせは、約2ミクロン又はそれよりもよい公差内の、最適には、幾つかの実施形態では、約1ミクロンの公差内の、レンズ230、240の中心235、245と一体化されたレンズスタック200Aの光軸255との位置合わせを指す場合がある。使用される顕微鏡の対物レンズに応じて、提案される方法を用いて1ミクロンよりもはるかに優れた精度が達成され得る。正確な位置合わせは、加えて、又は代替的に、一体化されたレンズスタック200Aの意図された目的、例えば、民生用撮像デバイス又は専用撮像デバイスのための十分な光学解像度を生成する、レンズ230、240の中心235、245と一体化されたレンズスタック200Aの光軸255との位置合わせを指す場合がある。レンズ230、240の中心235、245と同様に、レンズ中心(レンズの回転対称軸に沿った点を指す)が図中に星印で示されているが、これは、レンズ内に物理的に含まれる構造ではないことが理解されよう。上部ウェーハマーク205と下部ウェーハマーク250との位置合わせは、説明した正確な位置合わせを生成することができ、ここで、位置合わせは、トップダウンの観点からの(上部ウェーハ210の上面を介して一緒に見られたときの)上部ウェーハマーク205と対応する下部ウェーハマーク250との実質的な重なりを指す。
相補的パターンを使用する位置合わせの概要
[0061]図2Bは、上部ウェーハと下部ウェーハの両方におけるある種類の高解像度マークを利用して透明ウェーハのサブミクロン位置合わせを可能にすることができる位置合わせ特徴部を示す。上部ウェーハ及び下部ウェーハの各々は、上部ウェーハと下部ウェーハとの間の最適な位置合わせにおいて、上部ウェーハのマーク間の間隙が下部ウェーハのマークによって埋められるように、高解像度マークを設けられ得る。例えば、第1の数の同心円状の環が上部ウェーハの上面上に設けられ得、第2の数の同心円状の環が下部ウェーハの上面上に設けられ得る。第1の数の同心円状の環及び第2の数の同心円状の環は、最適な位置合わせにおいて、上から見られたとき、輪が全ての環におよぶ厚さを有する1つの固体の環を作成するように現れるように寸法が決められ、位置決めされ得る。上部ウェーハ及び下部ウェーハが位置ずれされているとき、相補的パターンは、上から見られたとき、モアレパターンを生成するように互いに重なり、従って、ウェーハ間の位置ずれの視覚的指標を提供する。
ビームスプリッタ及び相補的パターンを使用する位置合わせの概要
[0065]図2Cは、上部ウェーハと下部ウェーハの両方におけるある種類の高解像度マークを利用する透明ウェーハのサブミクロン位置合わせのための別の方法を示す。図2Bに関して説明したように、上部ウェーハ及び下部ウェーハの各々は、上部ウェーハと下部ウェーハとの間の最適な位置合わせにおいて、上部ウェーハのマーク間の間隙が下部ウェーハのマークによって埋められるように、高解像度マークを設けられ得る。更に、図2Aに関して上記で説明したようなビームスプリッタ層が、環と相補的な環との間の光路の中心に設けられる。従って、環及び相補的な環は、同じ平面上にあるかのように、高倍率顕微鏡の対物レンズを介して同時に見られ得る。
複数の位置合わせの概要
[0067]図3A及び図3Bは、3つのレンズプレート(上部ウェーハ305、中間ウェーハ320及び下部ウェーハ335)と2つのスペーサ層315、330とを有するウェーハスタックの一実施形態の一部を示す。幾つかの実施形態では、図2A〜図2Cに関して上記で説明した位置合わせ技法は、各レンズプレート上の位置合わせマーカ340、345、350と、複数のビームスプリッタ層310、325の一方又は両方を設けることによって、図3A及び図3Bに示すスタック300A、300Bなどのスタックに適用され得る。位置合わせマーカ340、345、350と、複数のビームスプリッタ層310、325のいずれか、又は両方は、本明細書で説明するように、レンズ中心(*)とスタック300A、300Bの光軸355とを位置合わせするために使用され得る。図示されているように、位置合わせマーカ340、345、350は、相補的な環のセットであり得る。他の実施形態では、他の位置合わせマーカが使用され得る。上記で説明したように、ビームスプリッタ層310、325は、対が顕微鏡の対物レンズを介して単一の焦点深度において一緒に見られ得るように、位置合わせマーカ340、345、350の対間の光路の中点に配置され得る。
相補的パターンを使用する位置合わせの追加の説明
[0071]図4Aは、位置合わせのために第1のウェーハ上、又は内部に配置され得る同心円状の環400の1つのセットの例を示す。例として、第1の環は、3mmの内径と5μmの厚さとを有する。第1の環と同心円状の第2の環(図示せず)は、3.01mmの内径と5μmの厚さとを有することができ、そのような間隔は、セット内の全ての環に対して継続し得る。環のセットの一実施形態は、10の環を含む。
追加の実施形態の概要
[0075]図5は、スタック500内の上部透明ウェーハ510と下部透明ウェーハ520とを位置合わせするために、ビームスプリッタ層515と位置合わせマーキング505、525とを使用する例を示す。ビームスプリッタ層515は、上部位置合わせマーキング505と下部位置合わせマーキング525との間の光路の中点に配置される。スペーサ層が示されていないが、他の実施形態は、上部透明ウェーハ510と下部透明ウェーハ520との間にスペーサ層を含んでもよく、ビームスプリッタ層515、上部位置合わせマーキング505、及び下部位置合わせマーキング525の位置決めは、様々な透明ウェーハ及びスペーサウェーハの寸法及び光学特性に従って適合され得る。
実装システム及び用語
[0085]本明細書で開示される実装形態は、サブミクロンウェーハ位置合わせのためのシステム、方法及び装置を提供する。当業者は、これらの実施形態が、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はそれらの任意の組合せにおいて実装され得ることを認識するであろう。
以下に本願の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[C1] 少なくとも第1のレンズを含む第1の透明ウェーハと、
少なくとも第2のレンズを含む第2の透明ウェーハと、
前記第1の透明ウェーハと前記第2の透明ウェーハとの間に配置され、第1の開口部の周囲に第1の周辺部を備える少なくとも第1のセルを含み、前記第1のレンズ及び前記第2のレンズが前記第1の開口部内に少なくとも部分的に突出する、第1のスペーサウェーハと、
前記第1の透明ウェーハ上に設けられた第1の位置合わせマークと、
前記第2の透明ウェーハ上に設けられた第2の位置合わせマークと、
前記第1の位置合わせマークと前記第2の位置合わせマークとの間の光路の中点において前記第1のスペーサ層の表面上に配置された第1のビームスプリッタ層とを備える光学ウェーハスタック。
[C2] 前記ビームスプリッタ層が、前記第1の位置合わせマークと前記第2の位置合わせマークとの間の前記光路に直交して配置された、C1に記載の光学ウェーハスタック。
[C3] 前記第1のレンズ、前記第2のレンズ、及び前記第1の周辺部が、光軸を有するレンズスタックを形成する、C1に記載の光学ウェーハスタック。
[C4] 前記第1の位置合わせマークがトップダウンの観点から前記第2の位置合わせマークと位置合わせされているとき、前記第1のレンズの中心及び前記第2のレンズの中心が、2ミクロンの公差内で前記レンズスタックの前記光軸と位置合わせする、C3に記載の光学ウェーハスタック。
[C5] 前記第1の位置合わせマークがトップダウンの観点から前記第2の位置合わせマークと位置合わせされているとき、前記第1のレンズの中心及び前記第2のレンズの中心が、1ミクロンの公差内で前記レンズスタックの前記光軸と位置合わせする、C3に記載の光学ウェーハスタック。
[C6] 前記第1の位置合わせマークが、反復マークの第1のセットを備え、前記第2の位置合わせマークが、前記反復マークの第1のセットに相補的な反復マークの第2のセットを備える、C3に記載の光学ウェーハスタック。
[C7] 前記第1の位置合わせマークがトップダウンの観点から前記第2の位置合わせマークと位置合わせされているとき、前記第1のレンズの中心及び前記第2のレンズの中心が、250nmの公差内で前記レンズスタックの前記光軸と位置合わせする、C6に記載の光学ウェーハスタック。
[C8] 前記反復マークの第1のセット及び前記反復マークの第2のセットが、5μmの線幅を有する同心円状の環を備える、C6に記載の光学ウェーハスタック。
[C9] 少なくとも第3のレンズを含む第3の透明ウェーハと、
前記第2の透明ウェーハと前記第3の透明ウェーハとの間に配置され、少なくとも第2の開口部を含み、前記第2のレンズ及び前記第3のレンズが前記第2の開口部内に少なくとも部分的に突出する、第2のスペーサウェーハと、
前記第3の透明ウェーハ上に設けられた第3の位置合わせマークと、
前記第2の位置合わせマークと前記第3の位置合わせマークとの間の光路の中点において前記第2のスペーサ層の表面上に配置された第2のビームスプリッタとを更に備える、C1に記載の光学ウェーハスタック。
[C10] 少なくとも第3のレンズを含む第3の透明ウェーハと、
前記第2の透明ウェーハと前記第3の透明ウェーハとの間に配置され、少なくとも第2の開口部を含み、前記第2のレンズ及び前記第3のレンズが前記第2の開口部内に少なくとも部分的に突出する、第2のスペーサウェーハと、
前記第3の透明ウェーハ上に設けられた第3の位置合わせマークと、
前記第2の透明ウェーハ上に設けられた第4の位置合わせマークと、
前記第3の位置合わせマークと前記第4の位置合わせマークとの間の光路の中点において前記第2のスペーサ層の表面上に配置された第2のビームスプリッタとを更に備える、C1に記載の光学ウェーハスタック。
[C11] 透明ウェーハを位置合わせする方法であって、
第1の透明ウェーハ上に第1の位置合わせマークを配置することと、
第2の透明ウェーハ上に第2の位置合わせマークを配置することと、
前記第1の位置合わせマークと前記第2のマークとの間の光学的中点においてビームスプリッタ層を配置することと、
前記第2の位置合わせマークに顕微鏡の対物レンズを焦点合わせすることと、
前記ビームスプリッタ層を介した前記第1の位置合わせマークの反射だけでなく前記第2の位置合わせマークも見ることと、
前記顕微鏡の対物レンズを介して見られた前記第1の位置合わせマークと前記第2の位置合わせマークとの重なりを使用して前記第1の透明ウェーハを前記第2の透明ウェーハに位置合わせすることとを備える方法。
[C12] 前記第1の位置合わせマークを含む前記第1の透明ウェーハの部分と前記第2の位置合わせマークを含む前記第2の透明ウェーハの第2の部分の両方を緑色光、青色光又は赤外光に露光することと、
前記顕微鏡の対物レンズを介して前記第1の位置合わせマーク及び前記第2の位置合わせマークから反射された前記緑色光、青色光又は赤外光を見ることとを更に備える、C11に記載の方法。
[C13] 前記焦点合わせすること、見ること、及び位置合わせすることは、1つ又は複数の物理的コンピュータデバイスによってプログラム的に実行される、C11に記載の方法。
[C14] 前記第1の位置合わせマークが、反復マークの第1のセットを備え、前記第2の位置合わせマークが、前記反復マークの第1のセットに相補的な反復マークの第2のセットを備え、
前記第1の透明ウェーハを第2の透明ウェーハに位置合わせすることが、前記反復マークの第1のセットと前記反復マークの第2のセットとの位置ずれによって生じるモアレ効果を排除することを備える、C11に記載の方法。
[C15] コンピュータ実行可能命令を用いて構成された非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記コンピュータ実行可能命令が、実行されると、
第2の透明ウェーハ上に配置された第2の位置合わせマークに焦点合わせするように、第1の透明ウェーハ上に配置された第1の位置合わせマークを超え、ビームスプリッタ層を超えて顕微鏡の対物レンズを焦点合わせさせることと、前記第1の透明ウェーハが、前記顕微鏡の対物レンズと、前記第1の位置合わせマークと前記第2の位置合わせマークとの間の光学的中点において配置された前記ビームスプリッタ層との間に配置される、
前記顕微鏡の対物レンズを介して取り込まれた画像データを受信することと、前記画像データが、前記ビームスプリッタ層を介した前記第1の位置合わせマークの反射だけでなく前記第2の位置合わせマークも表す、
前記画像データにおいて、前記第1の位置合わせマークと前記第2の位置合わせマークとの重なりによって形成されたパターンを識別することと、
前記重なりによって形成された前記パターンに少なくとも部分的に基づいて、位置合わせ命令又は適切な位置合わせの決定のうちの1つを出力することとをハードウェアプロセッサに行わせる非一時的コンピュータ可読媒体。
[C16] 実行されると、前記ハードウェアプロセッサに、前記重なりによって形成された前記パターンをデータレポジトリ内に記憶された複数のパターンと比較させる命令を更に記憶された、C15に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
[C17] 実行されると、前記ハードウェアプロセッサに、前記重なりによって形成された前記パターンと前記複数のパターンのうちの適切な位置合わせパターンとの間の一致を識別させ、それに応じて、前記適切な位置合わせの決定を出力させる命令を更に記憶された、C16に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
[C18] 実行されると、前記ハードウェアプロセッサに、前記重なりによって形成された前記パターンと前記複数のパターンのうちの位置ずれパターンとの間の一致を識別させる命令を更に記憶された、C16に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
[C19] 実行されると、前記ハードウェアプロセッサに、前記重なりによって形成された前記パターンと前記位置ずれパターンとの間の一致を識別することに応答して、前記位置合わせ命令を出力させる命令を更に記憶された、C18に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
[C20] 実行されると、前記ハードウェアプロセッサに、前記位置ずれパターンに関連付けられた再位置合わせベクトルを検索することによって前記位置合わせ命令を生成させる命令を更に記憶された、C19に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
Claims (20)
- 少なくとも第1のレンズを含む第1の透明ウェーハと、
少なくとも第2のレンズを含む第2の透明ウェーハと、
前記第1の透明ウェーハと前記第2の透明ウェーハとの間に配置され、第1の開口部の周囲に第1の周辺部を備える少なくとも第1のセルを含み、前記第1のレンズ及び前記第2のレンズが前記第1の開口部内に少なくとも部分的に突出する、第1のスペーサウェーハと、
前記第1の透明ウェーハ上に設けられた第1の位置合わせマークと、
前記第2の透明ウェーハ上に設けられた第2の位置合わせマークと、
前記第1の位置合わせマークと前記第2の位置合わせマークとの間の光路の中点において前記第1のスペーサ層の表面上に配置された第1のビームスプリッタ層と
を備える光学ウェーハスタック。 - 前記ビームスプリッタ層が、前記第1の位置合わせマークと前記第2の位置合わせマークとの間の前記光路に直交して配置された、請求項1に記載の光学ウェーハスタック。
- 前記第1のレンズ、前記第2のレンズ、及び前記第1の周辺部が、光軸を有するレンズスタックを形成する、請求項1に記載の光学ウェーハスタック。
- 前記第1の位置合わせマークがトップダウンの観点から前記第2の位置合わせマークと位置合わせされているとき、前記第1のレンズの中心及び前記第2のレンズの中心が、2ミクロンの公差内で前記レンズスタックの前記光軸と位置合わせする、請求項3に記載の光学ウェーハスタック。
- 前記第1の位置合わせマークがトップダウンの観点から前記第2の位置合わせマークと位置合わせされているとき、前記第1のレンズの中心及び前記第2のレンズの中心が、1ミクロンの公差内で前記レンズスタックの前記光軸と位置合わせする、請求項3に記載の光学ウェーハスタック。
- 前記第1の位置合わせマークが、反復マークの第1のセットを備え、前記第2の位置合わせマークが、前記反復マークの第1のセットに相補的な反復マークの第2のセットを備える、請求項3に記載の光学ウェーハスタック。
- 前記第1の位置合わせマークがトップダウンの観点から前記第2の位置合わせマークと位置合わせされているとき、前記第1のレンズの中心及び前記第2のレンズの中心が、250nmの公差内で前記レンズスタックの前記光軸と位置合わせする、請求項6に記載の光学ウェーハスタック。
- 前記反復マークの第1のセット及び前記反復マークの第2のセットが、5μmの線幅を有する同心円状の環を備える、請求項6に記載の光学ウェーハスタック。
- 少なくとも第3のレンズを含む第3の透明ウェーハと、
前記第2の透明ウェーハと前記第3の透明ウェーハとの間に配置され、少なくとも第2の開口部を含み、前記第2のレンズ及び前記第3のレンズが前記第2の開口部内に少なくとも部分的に突出する、第2のスペーサウェーハと、
前記第3の透明ウェーハ上に設けられた第3の位置合わせマークと、
前記第2の位置合わせマークと前記第3の位置合わせマークとの間の光路の中点において前記第2のスペーサ層の表面上に配置された第2のビームスプリッタと
を更に備える、請求項1に記載の光学ウェーハスタック。 - 少なくとも第3のレンズを含む第3の透明ウェーハと、
前記第2の透明ウェーハと前記第3の透明ウェーハとの間に配置され、少なくとも第2の開口部を含み、前記第2のレンズ及び前記第3のレンズが前記第2の開口部内に少なくとも部分的に突出する、第2のスペーサウェーハと、
前記第3の透明ウェーハ上に設けられた第3の位置合わせマークと、
前記第2の透明ウェーハ上に設けられた第4の位置合わせマークと、
前記第3の位置合わせマークと前記第4の位置合わせマークとの間の光路の中点において前記第2のスペーサ層の表面上に配置された第2のビームスプリッタと
を更に備える、請求項1に記載の光学ウェーハスタック。 - 透明ウェーハを位置合わせする方法であって、
第1の透明ウェーハ上に第1の位置合わせマークを配置することと、
第2の透明ウェーハ上に第2の位置合わせマークを配置することと、
前記第1の位置合わせマークと前記第2のマークとの間の光学的中点においてビームスプリッタ層を配置することと、
前記第2の位置合わせマークに顕微鏡の対物レンズを焦点合わせすることと、
前記ビームスプリッタ層を介した前記第1の位置合わせマークの反射だけでなく前記第2の位置合わせマークも見ることと、
前記顕微鏡の対物レンズを介して見られた前記第1の位置合わせマークと前記第2の位置合わせマークとの重なりを使用して前記第1の透明ウェーハを前記第2の透明ウェーハに位置合わせすることと
を備える方法。 - 前記第1の位置合わせマークを含む前記第1の透明ウェーハの部分と前記第2の位置合わせマークを含む前記第2の透明ウェーハの第2の部分の両方を緑色光、青色光又は赤外光に露光することと、
前記顕微鏡の対物レンズを介して前記第1の位置合わせマーク及び前記第2の位置合わせマークから反射された前記緑色光、青色光又は赤外光を見ることと
を更に備える、請求項11に記載の方法。 - 前記焦点合わせすること、見ること、及び位置合わせすることは、1つ又は複数の物理的コンピュータデバイスによってプログラム的に実行される、請求項11に記載の方法。
- 前記第1の位置合わせマークが、反復マークの第1のセットを備え、前記第2の位置合わせマークが、前記反復マークの第1のセットに相補的な反復マークの第2のセットを備え、
前記第1の透明ウェーハを第2の透明ウェーハに位置合わせすることが、前記反復マークの第1のセットと前記反復マークの第2のセットとの位置ずれによって生じるモアレ効果を排除することを備える、請求項11に記載の方法。 - コンピュータ実行可能命令を用いて構成された非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記コンピュータ実行可能命令が、実行されると、
第2の透明ウェーハ上に配置された第2の位置合わせマークに焦点合わせするように、第1の透明ウェーハ上に配置された第1の位置合わせマークを超え、ビームスプリッタ層を超えて顕微鏡の対物レンズを焦点合わせさせることと、前記第1の透明ウェーハが、前記顕微鏡の対物レンズと、前記第1の位置合わせマークと前記第2の位置合わせマークとの間の光学的中点において配置された前記ビームスプリッタ層との間に配置される、
前記顕微鏡の対物レンズを介して取り込まれた画像データを受信することと、前記画像データが、前記ビームスプリッタ層を介した前記第1の位置合わせマークの反射だけでなく前記第2の位置合わせマークも表す、
前記画像データにおいて、前記第1の位置合わせマークと前記第2の位置合わせマークとの重なりによって形成されたパターンを識別することと、
前記重なりによって形成された前記パターンに少なくとも部分的に基づいて、位置合わせ命令又は適切な位置合わせの決定のうちの1つを出力することと
をハードウェアプロセッサに行わせる非一時的コンピュータ可読媒体。 - 実行されると、前記ハードウェアプロセッサに、前記重なりによって形成された前記パターンをデータレポジトリ内に記憶された複数のパターンと比較させる命令を更に記憶された、請求項15に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
- 実行されると、前記ハードウェアプロセッサに、前記重なりによって形成された前記パターンと前記複数のパターンのうちの適切な位置合わせパターンとの間の一致を識別させ、それに応じて、前記適切な位置合わせの決定を出力させる命令を更に記憶された、請求項16に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
- 実行されると、前記ハードウェアプロセッサに、前記重なりによって形成された前記パターンと前記複数のパターンのうちの位置ずれパターンとの間の一致を識別させる命令を更に記憶された、請求項16に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
- 実行されると、前記ハードウェアプロセッサに、前記重なりによって形成された前記パターンと前記位置ずれパターンとの間の一致を識別することに応答して、前記位置合わせ命令を出力させる命令を更に記憶された、請求項18に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
- 実行されると、前記ハードウェアプロセッサに、前記位置ずれパターンに関連付けられた再位置合わせベクトルを検索することによって前記位置合わせ命令を生成させる命令を更に記憶された、請求項19に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
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