JP5705326B2 - 回転軸の位置を決定する方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１に記載の基板を保持するための回転軸の周りで回転することができる基板保持手段のＸ−Ｙ座標系に垂直な、回転軸のＸ−Ｙ座標系におけるＸ−Ｙ位置を決定するための方法、および請求項２に記載の基板の基板面に垂直な基板面における基板の回転軸Ｒの位置を決定するための方法、および請求項３に記載の基板を保持するための基板保持手段の基板保持手段面に垂直な基板保持手段の回転軸の位置を決定するための方法に関する。本発明に関する基板は、特に半導体、好ましくはウエハ、ガラス、石英、セラミックおよび金属を含み、方法の用途は、請求項７に記載されているように、特に、互いに向けられ、基板の２つの反対面に配置された多数の接点の配向誤差の決定に関する。

半導体部品は非常に小型化されてきているため、半導体部品は今後ますます積層された形態で構成されるようになり、そのような積層された半導体製品の製造に最適化された方法が必要とされている。半導体部品を垂直に積層する方法は、とりわけ、ウエハの両面に、半導体要素、特にダイスおよび／またはチップを両面に取り付けることを含む。したがって、ウエハの両面には、後の工程ステップでそれぞれ両面に半導体部品が取り付けられた対応するウエハに接点を介して連結される、多数の半導体部品が存在する。特にダイスおよび／またはチップなど、さらに小型化される部品のため、半導体部品の対応する接点を可能な限り精密に互いに位置合わせし、したがって互いに対して垂直に向けることは、決定的に重要である。半導体部品、特にウエハの反対面の半導体部品の接点の向きが不正確または移動している場合、対応する接点は互いに連結されず、または十分に連結されない。このため、それぞれのウエハの上面および下面の接点の位置の検査が行われる。

それぞれのウエハの多数の接点を検査し、特に、各反対側の接点に対するそれぞれの接点の向きが関連するので、この検査は時間がかかり、したがって費用がかかる。

反対側の接点の配向誤差を決定するため、基板の第１の回転位置および第１の回転位置に対して１８０度回転された第２の回転位置で、それぞれの基板面のそれぞれの接点の位置を検出することが効果的であることが明らかになっている。この場合実施される１８０度回転は、光学的位置検出手段によって引き起こされる計測の不正確さがほぼ解消され、計測結果から取り除かれるという効果を有する。これに関して、基板の回転後、最初に、検出手段として使用されるレンズでの新しい位置を大体近付ける必要があるという技術的問題が存在する（いわゆるプレアラインメント）。

したがって、目的は、それぞれ互いに向けられる接点の配置誤差のより迅速な、したがってより経済的な決定を可能にすることができるように、上記の技術的問題を解決することができる方法を開発することである。

この目的は、請求項１、２または３の特徴で達成される。本発明の有利な他の改善点は、副請求項に記載されている。明細書、請求項および／または図に記載された少なくとも２つの特徴の組み合わせすべても、本発明の範囲内である。記載された値の範囲では、上記の制限内の値も境界値として開示され、任意の組み合わせで請求することができる。

本発明は新しい手法を選択するという考えに基づいており、それにより、基板の接点の配向誤差を決定する前に、基板または基板を保持するための基板保持手段の回転軸の正確な位置を変えないことによって、それぞれ第２の回転位置での計測のための接点の位置を推測することができるように、基板の回転軸または基板を保持するための基板保持手段の回転軸を決定する。

したがって、本発明では、それぞれの接点における時間のかかるプレアラインメントが排除され、それによりそれぞれ互いに向けられる接点の配向誤差の決定を何倍も加速することができる。この場合、基板／基板保持手段の第１の回転位置で接点のＸ−Ｙ位置が最初に検出され、次いで、すなわち基板保持手段による基板の一回の回転後、第２の回転位置で接点の対応するＸ−Ｙ位置が検出される場合、それぞれの基板の回転を一度のみ行う必要があるという点で特に有利である。

従来必要なプレアラインメントでは、計測される対応する接点を、一方の側から再度回転した後に光学的検出手段の検出領域にくるようにし、そこで反対側の対応する接点の位置を、基板の反対面で決定することができる前に中心合わせする必要があった。

本発明では、プレアラインメントが、回転軸の既知の位置に基づく回転後の接点の位置の計算に置き換えられる。回転軸の位置を決定するための基準ラベリングとして、この目的のために基板または基板保持手段に特に設けられた光学的に検出可能なラベリングを提供することができ、または基板上に存在する構造、特に接点を使用することができる。

本発明の有利な実施形態では、基板保持手段によって、特定の回転角度Ｒで、回転軸の周りでの基板の回転が実施され、基板保持手段が、基板、特にその周縁を支持するように、好ましくは、基板の下面の接点がリングの開口を通して下方からアクセス可能であるように、リング形に設計される。特に有利には、回転軸の位置の最も正確な可能な決定のために、基準ラベリングが基板保持手段のリング上またはリング内に配置される場合に適切である。これは特に、回転軸のＸ−Ｙ位置の決定中、および多数の反対側の接点の配向誤差の決定中、基板が基板保持手段に固定されるためである。したがって、それぞれ新しい基板での基準ラベリングのＸ−Ｙ位置が既にあらかじめ分かっており、基板上の基準ラベリングの位置を探す必要なく、回転軸のＸ−Ｙ位置のみが決定されればよい。

本発明の別の有利な実施形態では、第１および第２の基準位置の決定が、特にレンズを含む、好ましくは回転軸Ｒに平行な光軸を有する光学的位置検出手段によって実施される。特に、光学的位置検出手段のデジタル構成の場合は、回転軸Ｒの位置を、対応するデータ処理システムによって電子的に計算することができるように、検出をデジタルで実施することができる。

基板保持手段をＸ−Ｙ座標系に沿って光学的位置検出手段に対して移動することができ、相対移動をＸ−Ｙ座標系内のＸ−方向およびＹ−方向で検出することができる場合、特にデカルト座標系を使用するとき、基準ラベリングの位置および、回転軸に対応する位置の計算が大幅に簡略化される。

したがって、上記の方法のさらなる発展形態および使用においては、以下の順序を含むことによって、本発明によって、互いに向けられ、基板の２つの反対面に配置された多数の接点の配向誤差を決定するための方法を実施することができる：
− Ｘ−Ｙ座標系に沿って移動することができ、Ｘ−Ｙ座標系に垂直な回転軸の周りで回転することができる基板保持手段に、基板を適用する
− 基板保持手段に基板を適用する前または後に、上記のステップで回転軸の位置を決定する
− それぞれ互いに向けられた接点の配向誤差を決定する。

この場合、配向誤差の決定が光学的検出手段によって実施される場合に特に有利である。したがって、光学的位置検出手段をいくつかのタスクで同時に使用することができる。回転軸の位置の決定では、本発明の実施には単一のレンズで十分であるが、少なくとも特に精密な配向誤差の決定では、２つのレンズが有利であり、すなわち１つは基板の上方で基板の上面の接点のＸ−Ｙ位置を決定するため、もう１つは基板の下方で基板の下面の接点のＸ−Ｙ位置を決定するためである。

基板の第１の回転位置および第１の回転位置に対して回転軸Ｒの周りで回転角度だけ回転された第２の回転位置で配向誤差を決定することによって、特に簡単で迅速な、したがって有利な方法で、配向誤差の決定が可能になる。

本発明の他の利点、特徴および詳細は、好ましい実施形態の以下の説明から、および図面に基づいて明らかになるであろう。

正しい向きの接点を備えた基板の断面図である。 正しくない向きの接点を備えた基板の断面図である。 図１ａの基板の上面図である。 図１ｂの基板の上面図である。 回転軸の位置を決定するための、本発明による方法を実施するためのデバイスの一部の断面図である。 図３ａの詳細の詳細図である。 回転軸の位置を決定するための本発明による方法をＹ方向から示す。 回転軸の位置を決定するための本発明による方法をＹ方向から示す。 回転軸の位置を決定するための本発明による方法をＹ方向から示す。 回転軸の位置を決定するための本発明による方法をＹ方向から示す。 回転軸の位置を決定するための本発明による方法をＹ方向から示す。 図４ａの本発明による方法をＸ−方向から示す。 図４ｂの本発明による方法をＸ−方向から示す。 図４ｃの本発明による方法をＸ−方向から示す。 図４ｄの本発明による方法をＸ−方向から示す。 図４ｅの本発明による方法をＸ−方向から示す。 上面図で配向誤差を決定するための本発明による方法を示す。 上面図で配向誤差を決定するための本発明による方法を示す。 上面図で配向誤差を決定するための本発明による方法を示す。 上面図で配向誤差を決定するための本発明による方法を示す。

図では、同様の部品および同様の機能を有する部品は、同じ参照番号で示す。

図１ａおよび１ｂにはそれぞれ、図２ａおよび２ｂにも見ることができるが、ウエハ３の上面２に多数の半導体部品１およびウエハ３の下面７に多数の半導体素子６を有する基板として、ウエハ３の断面が示されている。

ここではダイス１、６として設計されているそれぞれの半導体部品１、６は、いくつかの接点４、５を有し、それぞれの対応する接点４および５は、図１ａおよび図２ａに示すように、互いに正確に位置合わせされている。図１ｂおよび２ｂでは、接点４および５ならびにダイス１および６は正しい向きではなく、ウエハ３は廃棄され、または少なくとも一方の側に取り付け直さなければならない。

図では、ダイスおよび接点は大きく拡大されて示されており、直径３００ｍｍのウエハはそれぞれ、ここでは明確性のため概略的にのみ示すが、いくつかの接点４、５を備える数百のダイス１、６を有する。それぞれのダイス１、６は機能的半導体部品を有し、その接点４、５は十字形、三角形および長方形で概略的に記号化されている。上面２のダイス１の機能的アセンブリは、下面７のダイス６の機能的部品と一致する必要はないが、対応する半導体部品１、６の接点４、５は同一である。

図１ｂおよび２ｂのような誤差が発見され、接点４、５のずれが大きいため十分に垂直接触ができない場合、ウエハ３が製造工程から除去され、システムにおけるエラーを決定した後、上面２または下面７を浄化し、再度リソグラフィで加工することができる。

図３ａおよび図３ｂの詳細図では、基板保持手段１４の表面９にウエハ３を保持するためのリング形の基板保持手段１４が示されており、ウエハ３を面縁部に支持することによって、ウエハ３を基板保持手段１４に適用すると、ウエハ３の上面２および下面７にもアクセスすることが可能になる。ウエハ３は基板保持手段１４に固定することができ、基板保持手段１４は、特にＸおよびＹ方向の移動を精密に制御するリニアモータによって駆動されて、図３ａに示すデカルトＸ−Ｙ座標系の矢印ＸおよびＹによって示すＸおよびＹ方向に並進的に移動することができる。同時に、基板保持手段１４は回転軸１２の周りを回転することができる。Ｘ−Ｙ座標系は、有利には、レンズ８に対して固定される。回転軸１２は、ＸおよびＹ方向に垂直、すなわちＺ方向である。したがって、基板保持手段１４は、ＸおよびＹ方向の並進ユニットを介して、すなわちＸ−Ｙ座標系と一致する基板面で、２自由度を有する。並進ユニットには、回転方向に１自由度を有する回転ユニットがある。基板保持手段１４は、並進ユニットおよび回転ユニットに固定された後、本発明による方法の実施中、基板保持手段１４の相対位置の変化による誤差が生じないように、並進ユニットに堅固に連結される。したがって、基板保持手段１４の回転軸１２のＸ−Ｙ位置は、基板保持手段１４および基板保持手段１４に固定されたウエハ３上に設けられた基準ラベリング１０と同様に、システムにおいて並進および回転ユニットに対して一定である。

光軸１１がＺ−方向、すなわち回転軸１２に平行である第１のレンズ８が、基板保持手段１４の上方に固定されている。レンズ８は、ウエハ３の上面２および／または上面２上と同様に基板保持手段１４の表面９に焦点を合わせることができ、レンズ８は、上面２および／または表面９上の構造を検出し、記録し、図示されていないデータ処理システムに、Ｘ−Ｙ値として、転送することができる。レンズ８、したがって光軸１１の位置は固定されているので、光学ラベリングの位置、特に基板保持手段１４の基準ラベリング１０の位置を、好ましくは表面９上で、レンズ８によって検出し、評価のためにデータ処理システムに転送することができる。

図３ａおよび３ｂに示す実施形態では、基準ラベリング１０が基板保持手段１４の表面９に適用され、ラベリングは基板保持手段１４上の位置が少なくとも大体分かっており、したがってレンズ８によって検出される並進ユニットによって迅速に近付けることができる。

レンズ８の反対側には、光学ラベリングまたは接点５を検出するための別のレンズ１５がレンズ８と同様にウエハ３の下面７に配置されており、レンズ１５の光軸がレンズ８の光軸１１と大体位置合わせされている。第２のレンズ１５は、データ処理システムによって、特にベクトル解析によって、接点５の、特に接点４に対する配向誤差を確定することができるように、Ｘ−Ｙ座標系またはそれに平行な下面７の面の、接点４に対応する接点５のＸ−Ｙ位置を検出するために、少なくとも主にまたは単独で使用される。

回転軸１２のＸ−Ｙ位置を決定または確定するために、以下では表面９とするが、基板保持手段１４の第１の一面が選択され、図４ａおよび図５ａに示すように、基板保持手段１４が、基準ラベリング１０がＸ−Ｙ開始位置１３からレンズ８の光軸１１にくるまでＸおよびＹ方向に並進ユニットによって移動される。この時点における基準ラベリング１０のＸ−Ｙ位置は、第１のＸ−Ｙ基準点ＲＰとしてデータ処理システムに記憶される。次いで基板保持手段１４は、第２の回転位置へと、１８０度の回転角度だけ回転ユニットによって、すなわち回転軸１２によって回転され、基準ラベリング１０はここで、図４ｃに示すように、回転軸１２の正確に反対側、すなわち回転軸１２に対する鏡像で、前の第１のＸ−Ｙ基準位置ＲＰに対して第２のＸ−Ｙ基準位置ＲＰ′に配置される。次いで、図４ｄおよび５ｄは、回転軸１２のＸまたはＹ方向の光軸１１までの距離が、ＸまたはＹ方向の基準ラベリング１０の旧位置と新位置との間の半分の距離であることを示す。次いで、図４ｅおよび５ｅに示すように、基準ラベリング１０が再びレンズ８の焦点になり、最終的に正確に光軸１１にくるように、基板保持手段１４をＸおよびＹ方向に並進ユニットによって移動することができる。このステップは、距離が４ｄおよび５ｄから既に分かっており、したがって「ゼロ点」をソフトウェアに既に設定することができるため、較正では必ずしも必要ではない。１８０度回転した回転位置におけるＸ−Ｙ位置を確定することによって、第１および第２のＸ−Ｙ基準位置ＲＰ、ＲＰ′の間にある回転軸１２のＸ−Ｙ位置を、データ処理システムによって、ベクトル解析を使用して、例えば基板保持手段１４の移動中、並進ユニットによってカバーされるＸおよびＹ方向の経路を計測することによって、決定することができる。次いで、このように計算された回転軸１２のＸ−Ｙ位置の値は、少なくとも基板保持手段１４に取り付けられた各ウエハ３の多数の接点４、５の配向誤差を決定する間、配向誤差を計算するための基準値として使用される。新しいウエハ３を基板保持手段１４に適用／固定するときだけ、または新しい基板保持手段１４を使用するときだけ、新しい基板保持手段１４のユニットの新しい較正に関して回転軸１２のＸ−Ｙ位置の決定を実施する必要がある。

図６ａから図６ｄに示す、接点５に対する接点４の配向誤差を決定または確定するために、以下では上面２とするが、ウエハ３の第１の一面が選択され、図４ａおよび図５ａに示すように、ウエハ３が接点４がレンズ８の光軸１１にくるまで基板保持手段１４によって移動される（図６ｂ）。同時にまたはただちに、反対面、したがって下面７の接点５の位置が、次いで下側レンズ１５で決定される。基板保持手段１４は、１８０度の回転角度だけ、すなわち回転軸１２によって回転され、基準ラベリング１０はここで、回転軸１２の正確に反対側、すなわち回転軸１２に対する鏡像で、前の回転位置に対して、図４ｄに示すように第１の回転位置に配置される（図６ｃ）。次いで、前に選択された接点４が再びレンズ８の焦点になるように、ウエハ３が基板保持手段１４によって移動される（図６ｄ）。１８０度回転した回転位置における反対側の接点５の位置の確定を更新することによって、２倍の配向誤差を、データ処理システムによって、接点４と５との間の対応する配向誤差を２で割った後、決定することができる。

これまで１８０度回転後の接点４の正確な配置は、基板の異なる構成および基板保持手段上での基板の設置により、いわゆるプレアラインメントによってのみ可能であったため、本発明による方法では、基板をレンズ８の焦点に１８０度回転後に接点４を戻す工程は大きく加速される。これは、回転後に、接点４を、対応する接点５の位置を上面７の反対面で計測できる前に、レンズ８の画像座標系で最初に中心合わせしなければならないことを意味する。

基板保持手段１４によるウエハ３の１８０度回転後、接点４の正確なＸ−Ｙ位置は既知であり、直接近付けることができるため、図３ａから図５ｅに示す、ここではレンズ８に対して、すなわちＸおよびＹ方向で固定された、基板面のＸ−Ｙ座標系における回転軸１２の位置の決定によって、プレアラインメントを排除することができる。

本発明の特別な実施形態では、第１の回転位置における対応する接点４、５の各位置は、分析ユニット内の記憶デバイスに記憶されるので、第１の回転位置で上面２および下面７に分布されたすべての接点４および５を最初に計測し、次いで、１８０度だけ一回転した後、第２の回転位置で接点４および５の位置を連続して計測することが、本発明では企図されている。これにより、本発明による方法の別の大幅な加速が可能になる。

回転軸１２の位置を確定する代替手段は、以下のように進行する：
− 図４ａでは、基準ラベリング１０の代わりに、ウエハ３、すなわちウエハ３の上面２に配置された接点４が、図４ａに示す位置、すなわち回転軸１２の外側およびＸ方向（図４ｂ参照）およびＹ方向（図５ｂ参照）の光軸１１の外側から基準ラベリングとして移動され、基準ラベリングとして使用される接点４が正確にレンズ８の光軸１１にくる。
− 接点４の位置が、Ｘ−Ｙ基準位置ＲＰとして、すなわちＸおよびＹ方向によって特定されるＸ−Ｙ座標系のＸ−Ｙ位置として記憶される。
− 基板保持手段１４、したがって基板保持手段１４に固定された基準ラベリングとして使用される接点４を備えたウエハ３の１８０度回転（図４ｃ参照）。回転は回転軸１２の周りで実施され、図４ｄおよび図５ｄに示す接点４が、第２のＸ−Ｙ基準位置ＲＰ′では回転軸１２について第１のＸ−Ｙ基準位置ＲＰの鏡像となる。回転軸１２の鏡像とは、回転軸１２とＸ−Ｙ座標系または基板面との交点に対して鏡像であることを意味する。
− 基板保持手段１４は、図４ｅおよび５ｅに示すように、基準ラベリング（接点４）が再び光軸１１にくるまで、並進ユニットまたはＸおよびＹ方向の並進駆動によって移動される。並進ユニットによる基板保持手段１４の移動は、正確に計測され／検出され、第１のＸ−Ｙ基準位置ＲＰおよび第２のＸ−Ｙ基準位置ＲＰ′から、回転軸１２の正確なＸ−Ｙ位置、すなわちそれぞれのＸおよびＹ方向の半分の距離が、例えばベクトル解析によって確定されるように、データ処理システムに送られる。このように確定されたＸ−Ｙ位置は、基板面またはＸ−Ｙ座標系との交点において回転軸１２のＸ−Ｙ位置に対応する。

１ 半導体部品
２ 上面
３ ウエハ
４ 接点
５ 接点
６ 半導体部品
７ 下面
８ レンズ
９ 表面
１０ 基準ラベリング
１１ 光軸
１２ 回転軸
１３ Ｘ−Ｙ開始位置
１４ 基板保持手段
１５ レンズ
Ｒ 回転角度

Claims (5)

1. 基板（３）を保持するための基板保持手段（１４）であり、回転軸（１２）の周りで回転することができる前記基板保持手段（１４）のＸ−Ｙ座標系に垂直な前記回転軸（１２）の前記Ｘ−Ｙ座標系におけるＸ−Ｙ位置を決定し、かつ、前記基板（３）の接点（４，５）の配向誤差を決定するための方法であって、
   前記基板保持手段（１４）上に設けられた基準ラベリング（１０）の第１のＸ−Ｙ基準位置（ＲＰ）を決定するステップと、
   前記回転軸（１２）の周りで所定の回転角度（Ｒ）で前記基板保持手段（１４）を回転させるステップと、
   回転によって変化した前記基準ラベリング（１０）の第２のＸ−Ｙ基準位置（ＲＰ′）を決定するステップと、
   前記基板面における前記回転軸（１２）の前記位置を計算するステップと、
   前記基板（３）の接点（４，５）の前記配向誤差を決定するステップと、
   を含む方法において、
   前記回転軸（１２）の前記位置の決定中、及び、前記接点（４，５）の前記配向誤差の決定中に、前記基板（３）を前記基板保持手段（１４）に固定する、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記回転軸（１２）の周りでの前記基板（３）又は前記基板保持手段（１４）の回転が前記基板保持手段（１４）の回転手段によって実施される、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の基準位置（ＲＰ）及び前記第２の基準位置（ＲＰ′）の決定は、少なくとも１つのレンズ（８、１５）を含む光学的位置検出手段によって、前記回転軸（１２）に平行な光軸（１１）で実施される、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記接点（４，５）の前記配向誤差の決定は、それぞれのレンズが前記基板（３）のそれぞれの面のためにある光学的位置検出手段によって実施される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記光学的位置検出手段に対して前記基板保持手段（１４）を、前記Ｘ−Ｙ座標系において移動することができ又は前記Ｘ−Ｙ座標系に平行に移動することができ、当該相対移動を前記Ｘ−Ｙ座標系のＸ方向及びＹ方向において検出することができる、請求項３又は４に記載の方法。