JP6096733B2 - 基板加工およびアライメント - Google Patents

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Description

本発明は基板の加工に関し、特に、加工ユニットに対して基板を正確にかつ効率よくアライメントするための概念に関する。
半導体業界における絶え間ない進歩により、シリコンウェハなどの基板表面に加工されなければならない構造物はますます小型化されている。現在のところ、ウェハの表面に加工されるべき構造物は、フォトリソグラフィ法によって、すなわち、構造物をマスクを介してウェハ表面に投影することによってウェハに転写される。これは通常、その波長が短いために小さい構造物の形成を可能にし、それと同時に、材料、例えば、ウェハのフォトレジスト皮膜などを活性化するのに使用される紫外光を用いて行われる。このように、半導体構造物の寸法をさらに小さくしようとするならば、寸法が数百ナノメートルの構造物または、場合によっては、数十ナノメートルの構造物をもウェハ表面に投影するという課題に行き着く。所望の構造物をマスクからウェハ表面に転写するために絶えず開発が行われ、継続中の構造物寸法の縮小化は、過去において、マスクとウェハとの間に置かれた高屈折率の媒体を使用して構造物の寸法を小さくするなど、様々な物理作用を使用して行われた。それにもかかわらず、光学転写プロセスは、ほぼ限界に達したと思われる。
将来において構造物の寸法をさらに小さくするための異なる手法が幾つか議論されている。通常の押印に相当する印刷技術によってウェハ表面に構造物を加える、いわゆるナノ刻印が特に魅力的である。一方で、構造物を表面に機械的に刻印するために、硬性材料、通常はニッケルなどの金属からなるスタンプを押印することができる。他方で、チオールをウェハ表面に転写することができ、それにより、表面が化学エッチングを受けるのを防止できるＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）などの軟性材料からなるスタンプを使用することもできる。ナノ刻印技術を使用すると、構造物の寸法は簡単にナノスケールまで落とすことができる、すなわち、ゲート長が１０ｎｍ領域のトランジスタが実現可能になる。
通常、半導体素子の製造は、エッチングやフォトリソグラフィなどの異なるプロセスである複数の連続したステップを有し、機能する半導体素子を製造するために、各ステップは、前のステップと正確に位置が合っていなければならない。なお、微小機械要素を基板上に形成することも、商業的に関心が高い分野であり、連続する製造ステップにおける高いアライメント精度に関して同様の要求を共有する。例えば、ナノ刻印による次世代の構造物への移行により、アライメントプロセスに対する精度要求がさらに高まることは明白である。
製造時に半導体素子を加工している間、数回にわたり加工装置に対して半導体をアライメントすることが通常必要とされる。これは通常、ウェハ表面に刻印されたマークを使用して行われる。典型的なコンピュータ制御の加工装置は、活動領域が数百ｍｍ2だけであり、一方、ウェハは直径が３０ｃｍ程度の大きさの場合もある。すなわち、ウェハ寸法よりはるかに小さい部分だけが１回のフォトリソグラフィステップで加工され、そのため、ウェハ全体は、ウェハ表面全体にわたる一連の連続したフォトリソグラフィステップによって加工される。ウェハ表面全体が加工されると、次の製造ステップに進み、構造物をウェハ上にさらに転写する。すなわち、（１回のフォトリソグラフィステップでの寸法に対応した）各ウェハセグメントもしくは加工領域は、完全に機能する素子を保証するために、次の加工ステップで加工ユニットと位置合わせされなければならない。
これは通常、個々の加工領域を囲み、ウェハを加工する前に加工領域に対する加工ユニットの調整を可能にするマークを用いて行われる。通常、マークは、現在利用可能な光加工技術に十分な精度を付与する光学的方法によって検出、調整される。さらに進んだ技術、すなわち、構造物の寸法をナノメートル領域まで減じる技術に対しては、これらのアライメント方法の精度では不十分である。
マーク自体は、スパッタリングやエッチングなどの特定の加工ステップによって消去されるか、または変造されることがあるので、各１回の製造ステップの後でこれらのマークは転写されるか、または更新されなければならないことが、加工領域を囲むマークに関するさらなる１つの課題である。したがって、マーク自体は連続する製造ステップごとに転写されなければならず、そのことは、製造中に集積誤差を生み、ウェハ上に正確に製造された半導体素子の効率を低下させることがある。先行技術のこれら原理的問題とは別に、先行技術の光学的アライメントシステムに対して必要とされる空間などの技術的問題もある。製造にナノ刻印法を使用した場合、まさしく最初の製造ステップは、基本的にアライメントなしで行うことができる。しかし、その構造物の大きさがナノ領域であるナノ刻印技術を使用した場合に、連続した製造ステップになると、たとえ精度がより高いとしても、それでもアライメントが必要とされる。
ナノメートルスケールになると、その場合に、ナノメートルスケールで調整できるシステムは、（構造化されなければならない素子の大きさに比べて）かなり大きなものとなることから、（加工ユニットに近接したアライメントシステムに必要とされる空間に関する）空間問題は大きくなる傾向にある。ナノ刻印の場合、加工ユニット（スタンプ）に組み込まれた、ナノメートルスケールで動作するアライメントシステムは、現在のところ実現不可である。原子間力顕微鏡は、寸法が基本的に１原子の直径（１０-10ｎｍ程度）ほどの先端部を有する機械探針によって材料の表面を調べる高精度の測定ツールである。先端部自体とこの先端部を有する針とは標準的にかなり小さいものではあるが、その読み出しは、結像装置上の反射レーザスポットの位置変化によってチップの移動を検出する光学レーザシステムを用いて行われる。数ナノメートルの移動を検出するために、読み出しシステムの寸法はかなり大きくしなければならず、そのため、ウェハ表面に押印する加工ユニットに読み出しユニットを組み込むことが不可能になる。
先行技術の方法のさらに大きな１つの欠点は、ウェハに対する加工ユニットのアライメント（調整）および加工そのものが順次の態様で行われる、すなわち、１つのアライメントステップが各加工ステップの前に行われることであり、このことは、先行技術のアライメントを使用した製造プロセスの全体的な効率に制限をかけている。
これは、加工または調整のいずれかがその他方よりも著しく時間がかかった場合に特に当てはまり、そのことは、単一のウェハに対する全体的な加工時間から見て、１つの特定の加工ステップの終了を待つのに多くの時間が浪費されることを意味する。
本発明の目的は、加工ユニットに基板をより効率よく、特に、加工からアライメントを切り離すことを可能にする方法で整列させる概念を提供することである。
この目的は、請求項１による方法と請求項２０による装置とによって達成される。
本発明は、基板に対して固定されたアライメントマークが設けられ、かつ基板が実際に加工される前に基板の加工領域の位置に関する位置情報がアライメントマークに関連させて取り出された場合に、アライメントと実際の加工とを切り離して基板を効率的に製造できるという発見に基づく。この場合、加工時にアライメントマークの位置を再測定し、保存された位置情報を使用することでアライメントを行うことができる。
本発明の１つの実施形態では、加工されるべき基板は、基板に対して固定された関連するアライメントマークとともに用意される。さらに、基板の加工領域の位置に関する位置情報が基板とともに用意され、その位置情報はアライメントマーク（例えば、基板表面の座標系を規定する２次元アライメントマーク）に関連させて付与される。言い換えると、基板は全体的に対応づけられている、すなわち、アライメントマークに対する基板の加工領域の位置情報が、その後の製造ステップに対して設けられている。基板上の１つまたはそれ以上のアライメントマークの位置は、実施する上での特定の必要条件に従うものとすることができる。１つの選択として、基板上に製造される素子が一般的に方形形状であり、ウェハ自体が円形形状であるために、通常、幾らかの未使用場所が残ったままのウェハの境界部に近接してマークを置くことができる。
したがって、実際の加工時に、１回の測定ステップが行われることになる。具体的には、基板が加工ユニットに挿入されたときに、アライメントマークの位置が再測定されなければならない。アライメントマークの位置が分かり、加工領域に関する保存された位置情報があると、単一の加工領域を加工ユニットと高い精度で整列させることができ、これは、例えば、最新の空気緩衝式加工テーブルを用いて行うことができる。
本発明による別の実施形態では、基板はアライメントマークを組み込んだ基板支持体に取り付けられる。損傷を与えることなく基板を基板支持体から取り外すことができ、それにより、所与の製造ステップ後に基板支持体から独立して基板を使用することができるように基板と基板支持体とを結合する。このような基板支持体を使用した場合、機械的な歪みに対抗して基板を固定することができるといった大きな利点がある。さらに、基板を基板支持体と整列させ、次いで基板支持体とともに保管することができ、その配置（アライメントマークに対する加工領域の位置情報）は時間的に不変である。したがって、基板および基板支持体は、配置情報を使用することなく、別の場所に保管したり、移動させたりすることさえできる。
基板の測定（位置合わせ）を加工自体から切り離して、全体的な加工能力を大幅に高めることができるのは大きな利点である。これは、特に、加工かまたは位置合わせのいずれかが対応するステップよりはるかに時間をとる場合に重要である。この場合に、先行技術を適用すると、順次実行式の先行技術の手法では、加工またはアライメント時に所望しない待ちの繰り返しに陥ってしまうことから時間を浪費してしまう。
本発明のさらなる実施形態では、アライメント情報は、整列した基板に付属のメモリに保存される。基板とともに保存された情報を移送することは、アライメントを加工から切り離した製造プロセスが可能にする。本発明のさらなる実施形態では、基板支持体は、特定の基板支持体に取り付けられた基板の校正情報を保持するメモリ素子を有する。
さらなる実施形態では、基板支持体は認識マークを有しており、この認識マークは、好ましくは機械で読み取ることができ（例えば、バーコード）、保存されたアライメントデータを特定の基板と後で結び付けることができるように、アライメント情報（例えば、データベース）とともに保存される。
本発明のさらなる実施形態では、アライメントマークは基板または基板支持体のいずれかのナノ構造化面により形成されるので、例えば原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって１０ナノメートルより良好な精度でアライメントマークの検出を行うことができる。このため、アライメントマークは、構造寸法が好ましくは１００ｎｍより小さい表面構造物を含むトポグラフィック情報を有する。さらに好ましい実施形態では、構造寸法は２０ｎｍより小さい。
本発明のさらなる実施形態では、本発明概念は、ナノ刻印技術を用いて基板を加工するのに使用され、高精度のナノ刻印を可能にするアライメント精度をもたらす加工ユニットに盛り込まれる。
本発明のさらなる実施形態では、位置情報はトポグラフィック情報として受け取られ、保存される、すなわち、基板表面の３次元表面画像が、アライメントマークの位置に関連付けられた座標系に形成される。個別のアライメントマークではなく、トポグラフィック情報を使用した場合、最初の製造ステップで位置合わせを誤っても、続く製造ステップに対する位置情報は前の（場合によっては調整不良の）製造ステップによって作成されたトポグラフィック情報から取り出すことができるため、不良素子を作り出すことはない。
本発明の好ましい実施形態が同封の図面を参照して以下に説明される。
図１は、基板表面に関する位置情報をもたらす本発明の装置の実施例を示す。 図２は、位置情報をもたらす本発明の装置のさらなる実施形態を示す。 図３は、本発明の基板支持構造体の実施例を示す。 図４は、基板を加工する本発明の装置の実施例を示す。 図５は、アライメントマークに関する位置情報をもたらす実施例を示す。 図６は、もたらされた位置情報を使用する実施例を示す。 図７は、素子を製造する本発明の方法の実施例を示す。 図８は、位置情報をもたらす本発明の方法の実施例を示す。
図１は、基板表面の加工領域の位置における位置情報をもたらす本発明の装置の実施例を示している。図１は、基板表面に対して垂直な方向におけるこの装置の２次元動作を示している。囲み体１は、正確な測定を可能にするために、温度的に安定化でき、環境から切り離すことができる閉じた加工空間を画定する。さらに、空気緩衝式テーブル２、基板支持体３、基板５、第１のアライメントマーク６ａ、第２のアライメントマーク６ｂ、校正ユニット７、および位置測定ユニット８が示されている。基板５は、可逆的な方法で、すなわち、基板５に損傷を与えることなく解除できる固定法を用いて、基板支持体３に取り付けられている。図１に示すように、これは、例えば、基板５の下にあって、部分的に減圧されて基板支持体３の表面に基板を引きつける構造体を使用して行うことができる。あるいは、基板を基板支持体に一時的に固定する、一時的結合とも呼ばれる他の方法も、もちろん、本発明概念を実施するのに適切である。これは、例えば、溶けたワックスを使用して部品同士を「貼り付ける」ことによって、または特別な粘着ホイルを使用して行うことができる。
さらに基板支持体３は、基板５に対して固定された位置において第１のアライメントマーク６ａおよび第２のアライメントマーク６ｂを有する。基板支持体３は、高い精度（ナノメートルスケール）で移動できる空気緩衝式テーブル２に取り付けられている。位置測定ユニットは、校正センサ９ａ、補助校正センサ９ｂ、位置センサ１０ａ、および補助位置センサ１０ｂを有する。
すでに述べたように、基板５は第１のアライメントマーク６ａおよび第２のアライメントマーク６ｂに対して固定されている。基板５の表面を固定した座標系に再現可能に対応づけるために、座標系は第１のアライメントマーク６ａおよび第２のアライメントマーク６ｂによって規定されなければならない。したがって、基板５に対するアライメントマークの位置は、一義的に決まらなければならない。このために、アライメントマーク６ａは校正センサ９ａによって測定される。示した例では、アライメントマーク６ａは、原子間力顕微鏡（校正センサ９ａ）で探針されるナノ構造化面を有する。校正マーク６ａは、１次元の位置情報を提供するようになされる。相対位置測定は、空気緩衝式テーブル２が移動している間に原子間力顕微鏡（校正センサ９ａ）が通過する突起数をカウントすることで可能になる。次に絶対位置情報は、測定開始時点からの突起数をカウントすることで簡単に収集することができる。あるいは、絶対位置は個々の突起の形状を変えるか、または、例えば、移動方向に長さが異なる突起を有することによって、校正マーク６ａ内でコード化することができる。表面の特定のトポグラフィック構造物を探針することによるアライメントマークの位置検出は１回だけあり得る。絶対的なまたは相対的な位置または距離を測定する代替方法は、本発明概念を実施するのに同等に適している。
基板支持体３の表面に完全な座標系を規定するために、第２のアライメントマーク６ｂは基板支持体３上に置くことができ、この第２のアライメントマークは、さらなる原子間力顕微鏡かまたは、例えば、図１に示した、光学読み出し部を内蔵する校正ユニット７のいずれかによって検出することができる。補助校正センサ９ｂで示すように、第１のアライメントマーク６ａの位置もまた、代替方法として、光学読み出しシステムによって測定することができる。アライメントマークが検出され、したがって、基板支持体３の座標系が確立されると、基板５の表面は、走査技術を用いて、確立された座標系に関連させて測定することができる。高精度の空気緩衝式テーブル２を有しているため、走査は、例えば、テーブル２の移動を制御することによって行うことができる。ステップ状の移動中に、位置センサ１０ａは、ナノメートルの精度で規定された座標系で、基板５の位置情報を高い精度で測定することができ、したがって、基板の特性を後で正確に再現することができる。
本発明の装置で測定した位置情報は、例えば、刻印マークなどの、基板５の表面に前もって加えられたトポグラフィック情報の位置とすることができる。ウェハ支持体の座標系が分かり、位置情報が上記のように規定された座標系で記録されると、ウェハ表面またはウェハ表面にある個別の領域の加工を、ウェハの各表面領域を個別に位置合わせすることなく行うことができる点でその有益性は明らかである。それどころか、アライメントマーク６ａ、６ｂの位置を１回測定するだけで、基板５（ウェハ）の表面にあるすべての単一加工領域に対処するのに十分である。
高精度のアライメント（基板５の面基準の測定）を加工から切り離すことができるのは、本発明概念の１つの大きな利点である。アライメントまたは加工のいずれかに非常に多くの時間がかかるとすると、このように分離することで加工能力全体に大きく寄与することができる。例えば、多数の加工ユニットに対して基板を整列させるために、図１による位置情報をもたらす単一の装置を使用することができる。
図１の本発明の装置は、アライメント上の理由から基板表面に刻印された特別なマークの位置を測定するために使用することができるが、測定された位置情報が、基板表面に前もって加えられた構造物のトポグラフィック情報であることが本発明の好ましい実施形態である。
これは、前の加工ステップまたは基板表面に構造体を形成したまさしく最初の加工ステップさえもがその設計位置からずれている場合であっても、基板５のトポグラフィを測定したことにより、正確なアライメントが可能になるという大きな利点を有する。したがって、次に続く加工は、完全に機能する素子を製造できる位置で行うことができる。先行技術では、すべての加工ステップで基板表面の刻印したアライメントマークと合わされ、１回の製造ステップのわずかな整列不良のために素子が使用に不適となり、したがって、生産効率が全体的に落ちる。
本発明概念は、基板表面に特別なマークを導入する必要なく、構造物を整列させることができるようにする。これはさらに、ウェハ全体を絶縁層で被覆するなど、そのために、潜在的にアライメントマークを覆うことや、従来技術の光学アライメントシステムによってアライメントマークが発見され得る精密度を低下させることがある特定の加工によって、マークが使用できなくなる恐れのあるマーク自体についての問題を回避する。
基板支持体３上に脆弱な基板５があることは、移送中に基板５を破損する危険性がない状態で基板５が移送されることができるというさらなる明白な利点が得られる。さらに、トポグラフィックデータが基板５に付属したメモリ内に保存されるならば、基板支持体３は、基板５を使用する前に、取り付けた基板５とともに保管スペースに保管することができる。その場合に、基板５および基板支持体３からなるシステムを一義的に特定することが可能でなければならない。したがって、コンピュータで読めるマーク、例えば、バーコードや無線ＩＣタグトークンなどが追加で基板支持体３に付けられることもあり、それの読み込みデータはトポグラフィック情報または位置情報とともにデータベースに保存することができる。保存されると、次に位置情報は、プロセスステーションにより簡単に取り出すことができ、このプロセスステーションは、データ記憶装置からコンピュータで読めるトークンを読み込み、次いで適切な位置情報を読み込むことができる。
本発明のさらなる実施形態では、ある種のメモリ素子が基板支持体３に組み込まれ、測定した位置情報は、基板５を移送し、保管するために使用される基板支持体に直接保存することができる。
図２は、別の位置測定ユニット８を組み込んだ本発明のさらなる実施形態を示しており、この位置測定ユニットは、本発明概念によって示したとおりに位置情報を取り出す一例とすることもできる。
図２に示す実施形態は図１を基本としており、したがって、同じ部品は同じ番号を付けており、これらの部品の説明は、２つの図についての説明において同様に置き換えできる。
図２は、位置測定ユニットが校正センサ９ａとして原子間力顕微鏡を有し、基板５の表面を測定する位置センサとして共焦点顕微鏡などの光学読み出しシステム１０ａを有する点で図１と異なる。図２に示す実施形態のほかに、異なるセンサのあらゆる組み合わせも基板面に関する位置情報を提供する本発明概念を実施するのに適している。
図３は、本発明の基板支持体３の実施例の正面図を示している。
基板支持体３は、複数のアライメントマーク１２ａ〜１２ｄと基板５をウェハ支持体３に固定するのに使用できる同心真空構造体１４とを有する。アライメントマーク１２ａ〜１２ｄは概略的にのみ示されている。アライメントマークは、例えば、光学パターンとしてまたはナノ構造化面として実装することができる。原子間力顕微鏡が基板支持体３の位置を校正するために使用される場合に、特定の校正マークを付ける必要なしに、基板支持体３の固有の表面特性を校正用に使用することも可能である。これは、原子間力顕微鏡が原子スケールで基板支持体３の表面を探針できることから可能になり、したがって、基板支持体３の特定の表面領域にある固有の「指紋（フィンガープリント）」は、基板支持体３の位置を校正する基準マークとして使用することもできる。
本発明の基板支持体３を使用することは、多数のよりすぐれた利点を有する。ウェハ、特に薄いウェハは、基板支持体３に取り付けた場合に、搬送、保管、あるいは加工による損傷から保護されるのは明らかである。基板支持体３は、ウェハ面のトポグラフィック情報または位置情報が記録、保存される座標系を規定するので、ウェハもしくは基板３は、後での使用に備えて保護された態様で有利に整列させ、保管することができる。すでに整列した基板５を保管し、後で使用するのを可能にするために、基板支持体３はまた、特定の基板支持体とそれに取り付けられたウェハもしくは基板５とを一義的に特定できるようにする認識タグ１６を有する。一例として、認識タグ１６はバーコードとして実装される。あるいは、素子を一意的に特定する他のあらゆる方法、例えば、無線ＩＣタグユニットや光学パターンなども実装可能である。本発明のさらなる好ましい実施形態では、基板支持体３はさらに、校正データ、すなわち、基板５の表面に関する位置情報を保存することができるメモリ領域を有する。これには、特定の基板を測定した情報に関連付けるデータベースを不要にし、前もって校正した基板５および基板支持体３の取り扱いを全体的に簡素化するという利点がある。
基板支持体３に基板５を固定するために、真空構造体１４で示す真空システムを使用する場合、構造体を追加して基板支持体３に組み込んで、移送中または保管中に真空を維持する。これは、例えば、蓄電池からエネルギを供給できる真空タンクまたは小型真空ポンプとすることができる。
基板支持体３の表面に置かれたアライメントマークの個数は可変であり、通常の選択では、図３に示すように、基板支持体の４つの角にアライメントマークを置くことができる。基本的には、一義的に特定できる２次元パターンを有する単一のアライメントマークだけで座標系を規定するのに十分であり、その座標系で基板３の表面のトポグラフィック情報または位置情報を測定することができる。
図４は基板を加工する本発明の装置の実施例を示している。加工する基板５は基板支持体３に取り付けられ、すでに校正（位置合わせ）されている、すなわち、基板５の表面に関する位置情報は加工中に利用できる。図４は、能動部品が置かれ、真空で加工するための真空チャンバとして使用できるハウジング２０を示している。
図４はさらに、加工ユニット２２、校正センサ２４ａおよび２４ｂ、空気緩衝式テーブル２６、およびＩＤリーダ２８を示している。ＩＤリーダ２８は、例えば、基板支持体３の表面の刻印バーコードによって基板支持体３を特定する光学読み出しシステムとすることができる。校正センサ２４ａおよび２４ｂは、加工ユニット２２に対して固定され、基板支持体３のアライメントマーク６ａおよび６ｂの位置を測定するのに使用される。アライメントマークが校正センサ２４ａおよび２４ｂによって検出されると、基板５の表面の位置情報またはトポグラフィック情報が利用できる座標系を規定する。そして、座標系はナノメートルの精度で識別され、空気緩衝式テーブル２６の移動も同じ精度とすることができるので、基板５はナノメートル領域の精度でユニット２２と整列することができる。
示した実施例では、加工ユニット２２は、真空空間３０、金属薄膜３２、およびスタンプユニット３４を有する。ナノ構造化されたスタンプユニット３４は、基板５の表面の特定の加工領域に構造物を印刷するようになされる。この印刷を行うために、真空チャンバ３０内で圧力が若干増加され、そのため、スタンプユニット３４が基板５の表面に向かって下方に移動する。
本発明概念を使用すると、有利にも、校正センサ２４ａおよび２４ｂを使用して１回のアライメントステップまたは校正ステップを行うだけで、それに続いて基板表面全部を加工することが可能である。さらに、加工ユニットは、スタンプユニット３４によって付与された実際の加工領域よりはるかに大きい基板５の領域を対象とするので、本発明概念を使用するだけで、基板５の表面領域を大量に無駄にすることなく、図示した加工ユニット２２を使用して製造することができる。これは、基板自体に刻印された特別なマークを利用する先行技術手法とは対照的に、アライメントに使用する構造物が実際の基板領域から外れて配置されることから、本発明によって可能になる。
図５および図６は、本発明概念によって位置情報をどのようにして求めることができ、そのあとで、測定された位置情報を加工中にどのようにして高効率の態様で使用することができるかを示している。
図５は、ウェハ４２が基板支持体４０に取り付けられているとする基板支持体４０の簡略図を示す。示した実施例では、基板支持体４０は、簡略化した態様で図示した３つのアライメントマーク４４ａ〜４４ｃを有する。ウェハ４２の表面は第１の加工領域４６ａおよび第２の加工領域４６ｂを有し、それらの位置は、あとの加工に備えて測定され、保存される。アライメントマークの位置が決まると、右手座標系４８が規定され、この座標系で第１の加工領域４６ａおよび第２の加工領域４６ｂの位置に関する位置情報が得られる。これは、例えば、ウェハ４２全体の表面のトポグラフィック画像を撮り、加工領域４６ａ、４６ｂ内に前もって設けた構造物を画像処理技術によって特定することで達成することができる。トポグラフィック情報は座標系４８で走査されるので、例えば、加工領域４６ａの２つのエッジを示すベクトル５０ａ、５０ｂを簡単に得ることができる。この実施例では、加工領域の位置に関する位置情報は、座標系４８の２次元ベクトルとして保存される。
図６は、基板支持体４０に取り付けた基板４２を使用して素子を製造する装置内の状態を示している。製造用に提供される位置情報は、基板支持体４０の座標系４８で第１の加工領域４６ａの位置を示す位置ベクトル５０ａおよび５０ｂである。基板支持体４０は、空気緩衝式テーブル２６の移動を計算するために使用できる加工座標系５４を有する加工空間５２に機械的に案内される。
したがって、アライメントに関する問題は、第１の加工領域４６ａの位置に関する位置情報を加工座標系５４で定めることにある。アライメントマーク４４ａ〜４４ｃの位置を決める場合に、基板支持体４０の座標系４８を加工座標系５４で再度定めることができる。加工座標系５４に対する座標系４８の相対的な配置は、１つの変換ベクトル５６および１つの回転角５８で表すことができる。変換ベクトル５６および回転角５８が求まる（アライメント）と、位置ベクトル５０ａおよび５０ｂを加工座標系５４に簡単に変換できる。第１の加工領域４６ａの位置を加工座標系５４で定めるには、アライメントマーク４４ａ〜４４ｃの測定と、位置ベクトル５０ａ、５０ｂの情報とが必要とされる。第１の加工領域４６ａをアライメントするためにアライメントマークの位置が測定されると、（第２の加工領域４６ｂなどの）さらなる加工領域に関する保存された位置情報だけが、アライメントマークをさらに領域に合わせるために必要とされる。
なお、図面をわかりやすくするために、２つの加工領域のみを図６ａおよび図６ｂに示されることに留意されたい。しかし、実際に実施する場合、ウェハ表面には、単一の素子をできるだけ安価に製造できるように、可能な限り高密度に加工領域が詰め込まれている。本発明概念は、当然、基板上にある任意の数量の加工領域に適用できる。
図７は、素子を製造する本発明の方法について流れ図を用いて説明している。
最初の準備ステップ７０では、基板、基板に対して固定された関連するアライメントマーク、および基板表面の第１および第２の加工領域の位置に関する位置情報が用意される。
座標測定ステップ７２では、アライメントマークの位置が測定される。
次いで、第１のアライメントステップ７４では、測定されたアライメントマークの位置と、第１の加工領域の位置に関する用意された位置情報とから得られた情報を使用して、第１の加工領域の位置が合わされる。
最後に、第２のアライメントステップ７６では、第２の加工領域の位置に関する用意された位置情報から得られた情報を使用して、第２の加工領域の位置が合わされる。
図８は、基板に対して固定されたアライメントマークを使用して、基板面の第１の加工領域の位置と第２の加工領域の位置とに関する位置情報を提供する本発明の方法を説明している。
最初の座標測定ステップ８０では、アライメントマークの位置が測定される。
続くアライメントステップ８２では、アライメントマークの位置を使用して第１の加工領域の位置と第２の加工領域の位置とに関する位置情報が求められる。
保存ステップ８４では、第１の加工領域の位置と第２の加工領域の位置とに関する位置情報が加工される基板に関連付けて保存される。
要約すると、本発明は、位置情報を提供する装置に導入される基板支持体を提案し、その基板支持体は、ｘおよびｙ座標内で調整でき、さらに角度φだけ回転できるテーブルに固定することができる。その固定は通常、真空で行われる。調整可能なテーブルの上には通常、ウェハ表面のトポグラフィック情報、特にさまざまな方法でこの表面に加えられた構造物のトポグラフィック情報を検出する測定ユニットが配置される。この情報を測定する方法の例には、共焦点顕微鏡法や、原子間力顕微鏡または原子間力針を使用したラスタ技術がある。テーブルの全領域にわたって測定されたトポグラフィック情報（高さ方向の座標）は、水平座標とともにコンピュータなどの保存場所に保存される。この情報は、その後、基板を加工する別の装置で読み出すことができる。構造物の測定と実際の加工とではかかる時間が異なることがあるので、それ故、適切な数量の測定ユニットと加工ユニットとを組み合わせることにより加工能力（時間）全体を最適化できることは有益である。位置情報の測定は通常、公知の適切な方法によって行うことができる。これは、例えば、細いファイバを使用した光学画像化システムで表面の高解像度画像を撮るなど、２次元情報からなる測定データであってもよい。
このように、測定と加工とを分離すると全体的な加工処理量が上がる。構造化ウェハを測定後に、ウェハはウェハ支持体とともに加工ユニットに委ねられる。
加工ユニットは、ｘ、ｙ、およびφで調整できるテーブルからなる。ウェハ支持体（ウェハ搬送具ＷＴＴ（Ｗａｆｅｒ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｔｏｏｌ））はそのテーブルに固定され、その固定は、ウェハ支持体とテーブルとの間の空間を真空にすることにより行うことができる。実際の加工ユニット（例えば、ナノスタンプ）はウェハ搬送具の上に置かれる。これは、例えば、前もって作られた校正済みウェハの構造物の上に微小な距離で置かれたナノスタンプとすることができる。このスタンプは、例えば空気による緩衝作用を受けることができる、すなわち、小型空気噴射装置によって発生させることができるエアクッション力によりウェハの上面に浮かんでいる。望ましくは、基板表面を押印するときに、加工を行う加工空間は、空気が基板表面を覆うのを回避するために真空にされる。
加工ユニット内でのテーブルの移動は、制御ユニットによって計算され、制御ユニットは、測定ユニットで作られた位置情報とウェハ搬送具上のアライメントマークを探針して測定した座標とを使用する。単一素子のトポグラフィック情報とウェハ搬送具の特定のパラメータ（アライメントマークの位置）とは、アライメントの間に処理されているので、ウェハ搬送具が、例えば、認識タグによって一意的に特定されると、加工ユニットは単一素子の個々の加工領域を正確に加工することができる。したがって、もはや実際の加工中に単一の素子を個別に調整する必要はない。さらに、ＩＤタグによってウェハ搬送工具を一意的に特定できるので、１つの測定ステーションが多数の加工ユニットを供給できる。さらに、測定と加工とを１つの真空化空間に統合することが可能である。他方で、加工ユニットによって最終的に加工される前に、ウェハ搬送具を適切なハウジングに保管することができるのは本発明概念の大きな利点である。
基板（ウェハ）の基板支持体への固定は、主に真空技術の使用によると前記で説明したが、基板を基板支持体に固定する他の任意の一時的接合技術を使用することも可能である。これは、例えばワックス（ろう）を使用して行うことができ、ワックスは基板と基板支持体とを互いに貼り付け、また、加熱して基板を取り外すことができる。公知の他の技術には、粘着力で基板と基板支持体とを結合するホイルを使用するものがある。
さらに、基板支持体の幾何形状は、上記実施例のような方形に決して限定されるものではない。本発明の基板支持体がその機能を限定することなしに他の任意の形状をとることができるのはいうまでもないことである。
添付の図面に従って説明した実施形態では、基板支持体かまたは基板自体のいずれかに置かれたアライメントマークは、基板の表面の方を向いて基板または基板支持体に付けられる。原子間力顕微鏡などの高精度な読み出し装置で読み出しできる他の任意の位置に、アライメントマークを置くことができるのはもちろんである。特に、基板支持体の基板自体に対向した方の面にマークを置くことは、あとで本発明概念をより簡潔に実施できることから有益である。アライメントマークは、基板または基板支持体の裏面に置くこともできる。なお、まさしく最初の製造ステップで（例えばナノ刻印によって）基板表面にアライメントマークを付けることも可能であり、あとに続くすべての製造ステップでこれらアライメントマークと合わされる。
原子間力顕微鏡を使用することで極めて高い位置精度を達成できたが、原子間力顕微鏡の使用は本発明概念を実施するうえで必須ではない。代替方法として、他の任意の読み出し技術、例えば、顕微鏡スケールの静電結合がアライメントマークの位置を正確に測定するために使用することができる。
特定の実施形態に関連させて上記に詳細に示され、説明されたが、趣旨および範囲から逸脱することなく、基本形態および細部における他の様々な変更を行うことができると当業者には分かるであろう。本明細書に開示され、添付の特許請求の範囲に包含されたより広い概念から逸脱することなく、異なる実施形態に適合させて各種変更を行うことができるのは当然のことである。
１ 囲み体
２ 空気緩衝式テーブル
３ 基板支持体
５ 基板
６ａ 第１のアライメントマーク
６ｂ 第２のアライメントマーク
７ 校正ユニット
８ 位置測定ユニット
９ａ 校正センサ
９ｂ 補助校正センサ
１０ａ 位置センサ
１０ｂ 補助位置センサ
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ アライメントマーク
１４ 同心真空構造体
１６ 認識タグ
２０ ハウジング
２２ 加工ユニット
２４ａ，２４ｂ 校正センサ
２６ 空気緩衝式テーブル
２８ ＩＤリーダ
３０ 真空空間
３２ 金属薄膜
３４ スタンプユニット
４０ 基板支持体
４２ ウェハ
４４ａ，４４ｂ，４４ｃ アライメントマーク
４６ａ 第１の加工領域
４６ｂ 第２の加工領域
４８ 右手座標系
５０ａ，５０ｂ 位置ベクトル
５２ 加工空間
５４ 加工座標系
５６ 変換ベクトル
５８ 回転角
７０ 最初の準備ステップ
７２ 座標測定ステップ
７４ 第１のアライメントステップ
７６ 第２のアライメントステップ
８０ 最初の座標測定ステップ
８２ 続くアライメントステップ
８４ 保存ステップ

Claims (4)

  1. 基板（５；４２）の表面にある加工領域の位置に関する位置情報を求めるのを可能にするようになされた基板支持構造体であって、
    情報を有する表面構造物である前記表面構造物または光学パターンを含むアライメントマーク（６ａ、６ｂ；１２ａ…ｄ；４４ａ…ｃ）を有する基板支持体（３；４０）と、
    前記基板（５；４２）は、前記アライメントマーク（６ａ、６ｂ；１２ａ…ｄ；４４ａ…ｃ）に対して固定した向きとなるように、前記基板支持体に可逆的に固定された前記基板（５；４２）と、
    前記基板（５；４２）に関連した情報を保存するためのメモリ形式のコンピュータ可読の情報構造物（１６）とを有し、前記保存された情報は、前記アライメントマークに対する加工領域の位置に関する求められた位置情報を含み、そして、前記保存された位置情報は、前記基板とともに移送される、基板支持構造体。
  2. 前記アライメントマーク（６ａ、６ｂ；１２ａ…ｄ；４４ａ…ｃ）の絶対位置に関する情報が前記アライメントマーク（６ａ、６ｂ；１２ａ…ｄ；４４ａ…ｃ）の前記表面構造物のパターン内にコード化された請求項１に記載の基板支持構造体。
  3. 前記情報は、構造物の寸法が１００ｎｍ未満である請求項１または請求項２に記載の基板支持構造体。
  4. 基板（５；４２）の表面にある加工領域の位置に関する位置情報を求めるのを可能にするようになされた基板支持構造体であって、
    情報を有する表面構造物である前記表面構造物または光学パターンを含むアライメントマーク（６ａ、６ｂ；１２ａ…ｄ；４４ａ…ｃ）を有する基板支持体（３；４０）であって、基板（５；４２）が前記アライメントマーク（６ａ、６ｂ；１２ａ…ｄ；４４ａ…ｃ）に対して固定した向きとなるように、前記基板支持体（３；４０）は、それに基板（５：４２）を可逆的に固定されるように構成された、前記基板支持体（３；４０）と、
    前記基板（５；４２）に関連した情報を保存するためのメモリ形式のコンピュータ可読の情報構造物（１６）とを有し、前記保存された情報は、前記アライメントマークに対する加工領域の位置に関する求められた位置情報を含み、そして、前記保存された位置情報は、前記基板とともに移送される、基板支持構造体。
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