JP6258479B2 - 複数の基板を位置合わせする装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１記載の、第１の基板を第２の基板に位置合わせして接触させる方法、並びに、請求項４記載の、相応の装置に関する。

半導体産業では、数年前から、複数の基板を相互に接続することが知られている。このとき、たいてい、本来の接続過程であるボンディングの前に、各基板を相互に位置合わせする必要がある。基板相互の位置合わせは位置合わせ装置によって行われる。位置合わせ装置は、各基板の複数の位置合わせマークを検出し、対応する位置合わせマークどうしが補い合うように基板を相互に位置合わせする装置である。なお、位置合わせマークは多くの場合に相補性を有する。

２つの基板を相互に正確に位置合わせするには、それぞれの基板に２つずつ、少なくとも４つの位置合わせマークが必要である。各位置合わせマークは、位置合わせ精度を高めるために、好ましくは、できるだけ基板縁近くに設けられる。

位置合わせプロセスでは、１つの基板の境界層の表面とその反対側の表面とがつねに区別される。境界層の表面とは、後にボンディング界面の一部となる基板表面である。境界層の一方の面に設けられた位置合わせマークはフェイスサイドマークと称され、対応する反対側の面に設けられた位置合わせマークはバックサイドマークと称される。したがって、基本的には、「バック‐ツー‐バック」「フェイス‐ツー‐フェイス」「フェイス‐ツー‐バック」「バック‐ツー‐フェイス」の４つの位置合わせ形態が存在する。

「バック‐ツー‐バック」の位置合わせでは、重大な問題は発生しない。なぜなら、全ての光学装置に対して、各位置合わせマークがつねに外側へ向いた面に存在しており、いわばアクセス可能に露出されているからである。

位置合わせ技術における特別な問題は、「フェイス‐ツー‐フェイス」の位置合わせ形態で生じる。この形態では、位置合わせマークはつねに、ボンディング界面すなわち２つの基板の間の平面を向いている。透過方式の検出及び測定及び位置合わせの手段も存在するが、これらは、基板自体を含めた基板上の全ての層がそのつど使用される電磁スペクトルの電磁波に対して透過性を有する場合にしか使用できない。ただし、特に赤外放射及び可視光についてはこの限りでない。

別の第３のアプローチが、墺国特許第４０５７７５号明細書の位置合わせ装置から得られる。この特許文献には、相互に位置合わせされる２つの基板の“フロント面”どうしをほとんど接触する程度まで近づけうることが示されている。上側及び下側の基板が対応するプローブホルダによって上側及び下側のキャリッジに固定され、それぞれ交互に位置合わせステーションから測定ステーションへ並進移動される。こうして、それぞれの上側及び下側の基板の左方及び右方の位置合わせマークの各Ｘ位置及び各Ｙ位置を正確に測定できる。当該特許文献すなわち墺国特許第４０５７７５号明細書の利点は、特に、位置合わせプロセス前もしくは位置合わせプロセス中、基板どうしがＺ方向にきわめて小さい距離しか有さないため、２つの基板が相互に接近し、これらを相互に接触させるためのＺ方向の移動距離がきわめて小さくて済むということである。こうした距離がきわめて小さい場合、Ｘ方向又はＹ方向における所望の位置合わせ精度からの偏差をほとんど考慮しなくてよい。

最大の技術的問題の１つは、基板の運動によって生じる位置決め誤差である。この問題は特には排気可能な環境において発生する。こうした条件のもとでは、各キャリッジの摩擦なしでの本来のスライド運動を保証するための空気軸受を使用できない。

したがって、本発明の課題は、複数の基板を位置合わせして接触させる装置及び方法を提供し、正確かつ効率的な基板の位置合わせ及び接触を可能にすることである。

この課題は、請求項１及び請求項４に記載された各特徴によって解決される。本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。明細書及び／又は特許請求の範囲及び／又は図面に示されている種々の特徴のうち少なくとも２つの特徴の組み合わせも全て本発明の範囲に該当する。なお、値領域の提示については、提示されている範囲内にある値も限界値とされ、任意の組み合わせでクレームアップ可能である。

本発明は、特に整合位置よりも外側に複数の検出位置を設けることにより、基板の移動距離を最小としたうえで２つの基板の相対位置の検出を実現するというアイデアを基礎としている。好ましくは検出中に基板間の距離Ａが変化せず、検出後に基板を相互にＺ方向すなわち上下方向に運動させるだけで接触させることができる。この場合、基板間の距離Ａは最小限であり、基板上の指標（好ましくは位置合わせマーク）を検出位置で検出する際に検出手段が基板間に入らない。つまり、検出過程及び位置合わせ過程でのＸ方向及びＹ方向の移動距離と、位置合わせ後の接触過程までのＺ方向の移動距離との双方が最小化される。

本発明によれば、特に、基板の位置合わせ及び接触を真空中で高精度に行える、新規性及び進歩性を有する装置が提供される。

この場合、本発明によれば、各基板をＸ‐Ｙ平面のそれぞれ異なる方向の少なくとも２つの検出位置へ移動させることにより、好ましくは、各基板を平行に反対向きにずらすことにより、検出が行われる。

本発明の有利な実施形態によれば、第１の位置合わせマークと第４の位置合わせマークとがＺ方向で対向配置され、及び／又は、第２の位置合わせマークと第３の位置合わせマークとがＺ方向で対向配置される。特に、本発明によれば、それぞれの位置合わせマークが向かい合わない面（好ましくは基板の各接触面の各裏面）に配置され、及び／又は、検出装置の検出器対としての各検出器がそれぞれ接触面の反対側の検出面を検出するように構成される。このように、特には、各検出器は、位置合わせ装置の対応する調整ユニットの側方に並んで、相互に平行に、好ましくは向かい合う対として配置される。

第１の位置合わせマークと第２の位置合わせマークとの検出、及び／又は、第３の位置合わせマークと第４の位置合わせマークとの検出が、まとまったプロセスステップで、特には同時に、特に第１の位置合わせマーク及び／又は第２の位置合わせマークを検出する第１の検出装置と、第３の位置合わせマーク及び／又は第４の位置合わせマークを検出する第２の検出装置とによって行われる場合、２つの検出位置しか有さないきわめて短い移動距離を実現することができる。

また、本発明により、第１の調整ユニット及び／又は第２の調整ユニットを接触手段として設けると有利である。好ましくは、各調整ユニットは相互に反対向きに運動可能なように配置され、それぞれ基板を収容した収容部の位置合わせ及び運動、特に回転運動を含む運動のために用いられる。

本発明の別の有利な実施形態によれば、検出手段は、第１の位置合わせマーク及び／又は第２の位置合わせマークを検出する第１の検出装置と、第３の位置合わせマーク及び／又は第４の位置合わせマークを検出する第２の検出装置とを備える。この場合、第２の検出装置は、特には、収容部を基準として、第１の検出装置に向かい合う側に配置される。

この場合、特に有利には、第１の検出装置は、電磁的に動作する複数のユニット、特には対向配置された２つの第１の検出器、好ましくは複数の顕微鏡を含み、及び／又は、第２の検出装置は、電磁的に動作する複数のユニット、特には対向配置された２つの第２の検出器、好ましくは複数の顕微鏡を含む。

第１の検出装置が各第１の検出器を取り付けるための第１の光学系固定部を含み、及び／又は、第２の検出装置が各第２の検出器を取り付けるための第２の光学系固定部を含む場合、各検出装置乃至各検出器は特に先行の較正過程後、相互に相対的に位置固定されるので、本発明の較正は複数回の測定に対して１回だけ行えばよい。さらに有利には、各第１の検出器は第１の光学系固定部を収容した第１の固定並進ユニットによって共通に運動可能であり、及び／又は、各第２の検出器は第２の光学系固定部を収容した第２の固定並進ユニットによって共通に運動可能である。こうした構成により、較正された光学系固定部と検出器とは、較正後にも共通に運動可能である。

さらに、本発明の一実施形態によれば、各第１の検出器は、第１の光学系固定部の第１の光学系並進ユニットによってそれぞれ別個に運動可能であり、及び／又は、各第２の検出器は、第２の光学系固定部の第２の光学系並進ユニットによってそれぞれ別個に運動可能である。

本発明は、特に、２つの基板の周縁領域の、好ましくは相互にできるだけ離れた側縁に位置する位置合わせマークを、Ｘ方向及び／又はＹ方向（すなわち接触面に沿った方向）での比較的短い移動距離において測定する装置（位置合わせ装置）に関する。さらに、本発明は、２つの基板の、好ましくは相互にできるだけ離れた側縁に位置する位置合わせマークを、Ｘ方向及び／又はＹ方向での比較的短い移動距離で測定する方法に関する。「比較的短い」とは、本発明では特に、測定ステップもしくは検出ステップごとの基板直径の１／２よりも短いことを意味する。移動距離とは、ここでは、それぞれの各整合位置からＸ方向及び／又はＹ方向及び／又はＺ方向の検出位置までの距離として定義される。

基板とは、半導体産業で使用される製品もしくは支持体基板のことであると理解されたい。支持体基板は、種々の加工ステップでの機能性基板（製品基板）の補強部材、特に機能性基板のエッチバック時の補強部材として用いられる。基板として、特には、平坦部（フラット部）もしくは凹部（ノッチ部）を有するウェハが扱われる。

本発明の装置の複数の機能要素、例えば、キャリッジ、モータ、光学系、支承部などは、好ましくは、１つのケーシング内に組み込まれる。ケーシングは、特には、周囲に対して機密に閉鎖可能である。ケーシングは、好ましくは、各機能要素へのアクセスを可能にするカバーを有する。特に、ケーシングの少なくとも１つの側面にはロックドアが設けられる。ロックドアには相応のロックを前置及び／又は後置できる。ロックドアの前方及び／又は後方でロックを使用することにより、好ましくは、ケーシング内に、ケーシング周囲とは異なる雰囲気を調整することができる。当該雰囲気は、好ましくは負圧雰囲気である。

本発明の位置合わせ過程中、ケーシング内の圧力は１ｂａｒに等しく、好ましくは１０^−１ｍｂａｒ未満、さらに好ましくは１０^−３ｍｂａｒ未満、より好ましくは１０^−５ｍｂａｒ未満、特に好ましくは１０^−８ｍｂａｒ未満である。

本発明の位置合わせ過程中、ケーシング外の圧力は１ｂａｒに等しく、好ましくは１０^−１ｍｂａｒ未満、さらに好ましくは１０^−３ｍｂａｒ未満、より好ましくは１０^−５ｍｂａｒ未満、特に好ましくは１０^−８ｍｂａｒ未満である。

全ての基板はロックドアもしくはカバーを通して内室へ導入される。好ましくは、各基板はロックドアを通して内室へ搬入される。

特別の実施形態によれば、１つの基板、又は、相互に位置合わせされた複数の基板から成る基板積層体が、ロボットによってケーシングから搬出される。

位置合わせ装置は特に２つの調整ユニットを含み、各調整ユニット上でそれぞれの収容部がＸ方向及び／又はＹ方向及び／又はＺ方向及び／又はそれぞれ対応する回転方向に運動可能なように、特には調整可能に、配置されている。各収容部には基板を収容可能であり、位置合わせ装置は基板の位置合わせ及び接触のために用いられる。

本発明によれば、特に、対応する並進ユニット及び／又はゴニオメータ上に配置されたそれぞれ２つずつの検出器（好ましくは光学系）が、特にはＵ字状の光学系固定部を介して相互に機械的に結合され、特には相互に相対的に固定可能である。これらを以下では検出手段とも称する。

本発明によれば、個々の検出器全て、ひいては特にその光軸の全てが、光学系と並進ユニットとの間に配置された通常３軸のゴニオメータによって、空間内で配向される。検出器と光学系固定部との間の並進ユニット又はゴニオメータは、各検出器を他の検出器に対して個別かつ独立にずらす際に用いられる。

検出器が個々に移動される際の精度は、１ｍｍより良好であり、好ましくは１００μｍより良好であり、さらに好ましくは１０μｍより良好であり、より好ましくは１μｍより良好であり、きわめて好ましくは１００ｎｍより良好であり、特に好ましくは１０ｎｍより良好である。

光学系固定部は、特には、それぞれ対応する検出器を備えた光学系固定部の全体の並進を担当する、別の固定並進ユニット上に配置される。

本発明によれば、少なくとも１つの検出手段が一方の収容部の側に配置され、少なくとも１つの別の検出手段が他方の側、特には反対側に配置される。

光学系固定部が個々に移動される際の精度は、１ｍｍより良好であり、好ましくは１００μｍより良好であり、さらに好ましくは１０μｍより良好であり、より好ましくは１μｍより良好であり、きわめて好ましくは１００ｎｍより良好であり、特に好ましくは１０ｎｍより良好である。

３つの並進装置の各光学系固定部の移動距離は、１０μｍ以上、好ましくは１ｍｍ以上、さらに好ましくは１０ｍｍ以上、特に好ましくは１００ｍｍ以上であり、ただし第１の基板及び／又は第２の基板の接触面の直径の２／３未満、好ましくは１／２未満である。

固定用部材によって結合された全ての要素の集合体である光学系固定部とこの固定部用の並進ユニットとは、本発明では検出装置又は検出手段と称される。

位置合わせ装置には、特に、その上側及び下側に、２つの基板に対する１つずつの調整ユニットが存在する。各調整ユニットには収容部としてプローブホルダが存在する。各プローブホルダは、特には６つの自由度、すなわち、Ｘ方向及びＹ方向及びＺ方向に沿った並進の３自由度と、Ｘ軸及びＹ軸及びＺ軸を中心とした回転の３自由度（以下では角度α，角度β，角度γと称する）とを有する。並進の自由度は、プローブホルダひいては基板をＸ方向及びＹ方向に広がるＸ−Ｙ平面内でずらす移動と、２つの基板をＺ方向に沿って相互に近づける接近とに利用される。Ｘ軸及びＹ軸及びＺ軸を中心とした回転の自由度は、本発明によれば、楔誤差の補償及び／又は各基板の配向を実行する際に利用される。Ｘ軸及びＹ軸及びＺ軸を中心とした回転は、特には小さな回転角での回転であるので傾動とも称される。

本発明によれば、プローブホルダは基板の収容部として、特には、
・真空プローブホルダ、
・静電プローブホルダ、
・接着面を有するプローブホルダ、
・ベンチュリ効果及びベルヌーイ効果を基礎としたプローブホルダ、
・磁気プローブホルダ、
・機械固定部を有するプローブホルダ
など、固定機構をともなって使用される。

ただし、本発明の実施形態を真空環境において適用する場合、真空プローブホルダ及び／又はベンチュリ式プローブホルダ及び／又はベルヌーイ式プローブホルダの使用は制限され、極端なケースでは全く使用できない。本発明の一実施形態として、第１の真空ポンプの制御回路からの第２の真空ポンプで雰囲気を形成し、この雰囲気に対して内室から第１の真空ポンプで排気を行う場合には、真空プローブホルダを使用することも考えられる。

本発明によれば、本来の位置合わせ過程の前に検出手段の較正が行われると有利である。較正の目的は、特に、それぞれ対向する２つの検出器の各光軸の交点を較正用基板の位置合わせマークの中心に位置させることにある。こうした較正は、好ましくは、検出装置の全ての検出器に対して別々に行われる。較正により、検出装置の対向する各検出器（上側及び下側の検出器）が共通の焦点領域を有することが保証される。

好ましい実施形態では、対向する２つの検出器の各光軸が同一線となる。このために、各光学系は、好ましくはゴニオメータ上に配置されることにより、特に複数の回転自由度を有する。

複数の検出器の各光軸の１つもしくは複数の交点は、本発明によれば、特に、位置合わせすべき基板の対応する位置合わせマークがＸ方向及びＹ方向及びＺ方向の検出位置の一点で少なくともフォーカシング可能及び／又は配置可能となるか又は配置されるように調整される。一般に、位置合わせマークの位置は基板対ごとに変化する。こうした措置により、本発明によれば、移動距離はさらに低減される。

各光軸の交点は、好ましくは、光学系の焦点面に存在する。分解能と焦点深度とは相互に対立する２つのパラメータである。分解能が高くなればなるほど焦点深度は小さくなり、逆も真である。したがって、使用されるのは、高分解能を有し、相応に焦点深度の小さい光学系である。このため、鮮鋭な結像を得るには、上側及び下側の基板の位置合わせマークをきわめて小さい焦点深度内に同時に維持しなければならない。本発明によれば、各光軸の交点は対応する検出器の焦点深度の領域に配置される。

本発明によれば、接触面及び／又は基板の位置合わせマークが焦点深度の領域内のそれぞれの検出装置の検出位置に位置するよう、検出器を較正すると有利である。こうして、本発明によれば、後からのフォーカシングを省略することができる。

対向配置された２つの光学系の各光軸は、好ましくは位置合わせマークに対して位置合わせされるので、少なくとも各光軸の交点は位置合わせマークの領域ひいては焦点領域に位置する。各光軸がどのような理由であれ焦点領域内の一点で交差しない場合、少なくとも光軸間の距離が既知でなければならない。つまり、後の位置合わせプロセスで一方の光軸が一方の基板の位置合わせマークに対して位置合わせされる場合、２つの光軸間の距離が特定されるよう、当該基板に対向する基板をずらすことで、第１の基板に対向する基板をいっそう正確に配向できる。

以下に、２つの対向する光学系の各光軸が時間の経過につれてドリフトし、光軸と焦点面との交点がずれる幾つかの例を説明する。

光軸は、動作中しばしば、系全体の振動及び／又は熱膨張に基づいてずれる。よって、所定の時間が経過して、例えば光学系のメンテナンスもしくは拡張もしくは交換、又は、本発明の実施形態を実行したソフトウェアもしくはハードウェアのアップデートなどが行われる場合には、大きな変化がなくても、あらためて系を完全に較正しなければならない。ただし、多くの場合、熱ドリフトや小さな振動に起因する偏差はきわめて小さい。このため、単純に較正マスクを所定の位置へ移動させ、上側又は下側の光学系によって測定された位置合わせマークの差を記録すれば充分である。こうした“ずらし”は、後にウェハを位置合わせする際にももちろん考慮されなければならない。多くの場合、本発明の実施形態を動作させるための当該ずらし量はソフトウェアに示されている。ソフトウェアは、下側及び／又は上側のプローブホルダが相応にずらし量分だけ＋ｘ／−ｘもしくは＋ｙ／−ｙ方向に移動するように制御する。なお、当業者には、基礎となる問題点及びこれを解決するための技術が公知である。

少なくとも２つの検出装置が較正された後、２つのＸ‐Ｙ基準位置が検出され、これらを基準として基板の並進運動及び回転運動の制御が行われる。基板の運動制御及び／又は検出手段の制御は、特にソフトウェア支援を有する制御装置によって行われる。

完全を期すために言及するなら、各光軸の交点と較正用基板の位置合わせマークとを一致させるようにすれば確かに有利であるが、各光軸が焦点面に交わる点間の距離が既知となるかぎり、本発明では計算の実行を必ずしも要さない。当該焦点面に、後に、相互に配向される基板の位置合わせマークが位置することになるからである。

本発明によれば、特に系の較正後、第１の基板を第１の収容部（プローブホルダ）に固定し、第２の基板を第２の収容部に固定することができる。第１の収容部及び第２の収容部は、２つの固定の基板を、特には同時に及び／又は対称に、それぞれ異なる別個の検出位置へ移動させる。各検出位置は、特には位置合わせ装置の向かい合う側に配置される。

その後、位置合わせマークを各視野に有する検出装置がそれぞれ位置合わせマークのＸ‐Ｙ位置を検出／測定する。検出後、２つの基板のそれぞれの位置合わせマークの測定が行われ、第１の測定過程において測定を行わなかった検出装置が、第１の測定過程で検出されなかった位置合わせマークを検出する。本発明により、それぞれ２つの位置合わせマークを１つのステップで検出する検出ステップが、特には２回連続して設けられる。

このようにして求められた、それぞれＸ位置とＹ位置とで４つずつの位置合わせマークについての８つの測定値から、２つの基板のＸ‐Ｙ位置を求めることができる。続いて、上側及び下側の調整ユニットにより、２つの収容部ひいては基板がそれぞれ整合位置へ移動するよう、制御が行われる。その後、２つの基板を相互に接近させることにより、２つの基板が接触される。このことは、上側及び／又は下側のプローブホルダをＺ方向で相互に運動させることにより行われる。

本発明の有利な態様では、２つの収容部の一方は相対的な接近中には移動されないか又は位置合わせ装置に対して相対的に固定される。これにより、運動軸及び運動モータに対して生じうる並進誤差が制限される。

本発明は、位置合わせプロセスに必要な検出手段を位置決めし、特に、位置合わせ装置の両側に向かい合うように２つの検出器を配置することによって、各基板の位置合わせマークのＸ‐Ｙ位置が検出されるようにするというアイデアを基礎としている。これにより、本発明の方法では、２つの基板の移動距離が最小化される。

本発明の方法で２つの収容部が特にＸ軸に沿ってのみ移動される場合、各並進ユニットをきわめて高い精度及び再現性で使用できる。Ｙ方向のドリフトが生じても、本発明によれば、測定可能及び補償可能であるので有利である。

本発明によれば、基板どうしのＺ方向での間隔は、検出前、位置合わせまで、一定に調整され及び／又は最小化される。当該間隔は例えば１ｃｍ未満、好ましくは１ｍｍ未満、特に好ましくは１００μｍ未満である。

本発明の利点は、特に、装置が真空中でも動作可能であるということである。本発明によれば、上側及び／又は下側の収容部、ひいては第１の（下側の）及び／又は第２の（上側の）基板の移動距離が比較的短いため、真空環境に適した機械的要素を、キャリッジ／軸受／ステップモータに使用できる。こうして、新たに、ボンディングモジュール及び位置合わせモジュールを真空クラスタ、好ましくは高真空クラスタ内へ組み込み、排気可能な領域内で位置合わせモジュールからボンディングモジュールへの基板の搬送を行うことができる。その際、基板が再び雰囲気に曝露されることはない。

別の利点は、可視光の利用手段が得られることである。本発明によれば、透過技術の使用を省略できる。さらに、電磁スペクトルの広い領域に対して不透明な基板を含む全ての基板を測定できる。なぜなら、基板を透過照明しなくても、上面の位置合わせマークを探索できるからである。

全図において、調整ユニットはつねにケーシング内に示されている。もちろん、調整ユニットをケーシング外に設け、相応の真空導入部を通してプローブホルダがケーシング内へ導入されるように調整してもよい。同じことが検出手段にも当てはまる。最適ではあるが技術的に実現困難な実施形態として、相互に位置合わせすべき２つの基板のみを真空中に存在させることも考えられる。

本発明の実施形態は、好ましくは真空クラスタ、さらに好ましくは高真空クラスタ、特に好ましくは超高真空クラスタにおいて、他のモジュールとともに用いられる。他のモジュールとは、例えば、
・加熱モジュール、
・冷却モジュール、
・レジストモジュール、
・ボンディングモジュール、
・デボンディングモジュール、
・検査モジュール、
・ラミネートモジュール、
・表面処理モジュール、
・プラズマモジュール
のうちの少なくとも１つである。

特に有利な実施形態では、本発明の実施形態で相互に位置合わせされた基板が、特許文献である国際出願第２０１３／０５６６２０号明細書（ＰＣＴ／ＥＰ２０１３／０５６６２０）に記載されている方法によって相互に関連づけられ、クランプされる。当該クランプ法によれば、小さな磁性体を利用して、相互に位置合わせされ接触される２つの基板を、迅速かつ効率的かつ容易に固定できる。また、２つの基板を分子力によって前もって固定してもよい。クランプを純粋に機械的に行うこともできる。

装置発明の特徴が上述の説明及び／又は以下の図の説明に開示されている場合、同じことが方法発明の特徴にも当てはまる。逆も同様である。

本発明のさらなる特徴及び利点及び具体例を好ましい実施形態及び図に即して詳細に説明する。

本発明の装置の実施形態を示す概略図であり、ａはその斜視図、ｂはその断面図である。 図１の実施形態の装置に較正用基板がロードされた、較正の第１ステップを示す概略的な断面図である。 図１の実施形態の装置に較正用基板がロードされた、較正の第２ステップを示す概略的な断面図である。 図２ｂのステップで生じうる３つの較正状況の拡大図である。 図１の実施形態の装置に較正用基板がロードされた、較正の第３ステップを示す概略的な断面図である。 図２ｄのステップで生じうる３つの較正状況の拡大図である。 図１の実施形態の装置に２つの基板がロードされた、本発明の方法の第１ステップを示す概略的な断面図である。 図１の実施形態の装置に２つの基板がロードされた、本発明の方法の第２ステップを示す概略的な断面図である。 図１の実施形態の装置に２つの基板がロードされた、本発明の方法の第３ステップを示す概略的な断面図である。 図１の実施形態の装置に２つの基板がロードされた、本発明の方法の第４ステップを示す概略的な断面図である。 ａは第１の検出装置の較正の第１ステップでの視野を示す概略図であり、ｂは第１の検出装置の較正の第２ステップでの視野を示す概略図であり、ｃは第１の検出装置の較正の第３ステップでの視野を示す概略図であり、ｄは第２の検出装置の較正の第１ステップでの視野を示す概略図であり、ｅは第２の検出装置の較正の第２ステップでの視野を示す概略図であり、ｆは第２の検出装置の較正の第３ステップでの視野を示す概略図である。

図では、本発明の複数の実施形態に即し、それぞれ識別のための記号乃至番号を付して、本発明の特徴及びその利点を示している。ここで、同一の要素もしくは特徴又は同様の機能を有する要素もしくは特徴には同様の参照番号を付してある。

図１には、本発明の装置の一実施形態が示されている。本発明の方法を実行するのに必要な各要素は、好ましくは、一方側がカバー２によって開放可能かつ真空密に閉鎖可能な真空密のケーシング１内に配置される。ここで、相互に位置合わせすべき第１の基板１５及び第２の基板１５’のローディング及びアンローディングは、好ましくはロックドア１０を介して行われる。ロックドア１０は、真空密であり、ケーシング１及びカバー２によって形成される内室１６を周囲大気から分離する。内室１６と周囲大気との間で支配的な圧力の比が種々に異なりうる場合、ロックドア１０には（図示されていない）ロックを前置及び／又は後置することができる。

カバー２は好ましくは内室１６へのアクセスを容易にするために用いられる。特別な実施形態として、ロックドア１０を省略し、その代わりにカバー２を介して基板１５，１５’をローディング及びアンローディングしてもよい。

ケーシング１の中央には、第１の調整ユニット４及び第２の調整ユニット４’を含む位置合わせ装置３が配置されている。第１の調整ユニット４には、この第１の調整ユニット４によって移動可能な第１の収容部９が取り付けられている。当該移動は制御装置によって制御される。第１の調整ユニット４はケーシング１の底部に固定されている。第２の調整ユニット４’には、この第２の調整ユニット４’によって移動可能な第２の収容部９’が取り付けられている。当該移動も同様に制御装置によって制御可能である。第２の調整ユニット４’はカバー２に固定されている。

第１の収容部９の第１の収容面すなわち接触面９ｏは、第２の収容部９’の第２の収容面すなわち接触面９ｏ’に向き合いかつこれに対して平行となるように、配置される。第１の収容部９は第１の基板１５を第１の接触面９ｏに収容及び固定するために用いられ、第２の収容部９’は第２の基板１５’を第２の接触面９ｏ’に収容及び固定するために用いられる。第１の接触面９ｏは第１の接触平面を規定し、第２の接触面９ｏ’は第２の接触平面を規定している。平行な位置合わせが行われる場合、接触面９ｏ，９ｏ’は、Ｘ方向及びＹ方向を有するＸ‐Ｙ平面とこれに直交して延在するＺ方向とを規定する。

位置合わせ装置３の向かい合う両側に、第１の検出装置１１と第２の検出装置１１’とが配置されている。各検出装置１１，１１’は、それぞれ上部に第１の光学系固定部６及び第２の光学系固定部６’が取り付けられた第１の固定並進ユニット５及び第２の固定並進ユニット５’から成っている。

光学系固定部６，６’はＵ字状に構成されており、それぞれの脚部６ｕ，６ｏ，６ｕ’，６ｏ’は、底部６ｂ，６ｂ’から位置合わせ装置３の方向へ延在するか又は延在可能であって、特にはＸ‐Ｙ平面に対して平行に配置されるか又は配置可能である。

光学系固定部６，６’には、それぞれ、向かい合った対として配置可能、かつ、光学系並進ユニット７，７’，７”，７'''によって運動可能な、検出器８，８’，８”，８'''が取り付けられている。各検出器８，８’，８”，８'''は好ましくは光学系として構成される。

固定並進ユニット５，５’は、それぞれ、上部に配置された光学系固定部６，６’をそのつど広範囲に運動させるために設けられる。固定並進ユニット５，５’の駆動により、既に相互較正の行われた２つずつの検出器８，８’；８”，８'''が相互の較正を失わずに並進移動される。

これに対して、光学系並進ユニット７，７’，７”，７'''は、特に検出器８，８’，８”，８'''の較正のために、特には共通の焦点面の一点へ検出器を移動させるために用いられる。焦点面は、検出器８，８’，８”，８'''のフォーカシングによって定義され、特には焦点面経路を有する。特には、「共通」とは、好ましくは全検出器８，８’，８”，８'''を含む検出装置１１，１１’ごとに別々の、２つずつの検出器８，８’；８”，８'''から成る各検出器対の１個の焦点面を意味する。好ましくは、焦点面は第１の接触面及び／又は第２の接触面及び／又はＸ‐Ｙ平面に対して平行に存在する。特には、焦点面は、第１の接触面と第２の接触面との間に位置する。

較正の第１ステップでは、上面１２ｏに位置合わせマーク１３，１３’が設けられた較正用基板１２が、第１の収容部９に収容されて固定される。位置合わせマーク１３，１３’は、好ましくは、較正用基板１２の重心よりも側方の周囲輪郭１２ｋに少なくとも２倍程度、特には少なくとも４倍程度近い周縁領域に配置される。較正用基板１２は、好ましくは、第１の収容部の側方に配置された検出器８’，８'''が上面１２ｏとは反対側の下面１２ｕから位置合わせマーク１３，１３’を測定できるよう、透明に形成されている（図２ａ）。

整合位置では、第１の位置合わせマーク１３は、第１の検出装置１１の光軸１４，１４’からＸ方向で距離ｄの間隔を有しており、第２の位置合わせマーク１３’は第２の検出装置１１’の光軸１４”，１４'''からＸ方向で特には距離ｄに対応する距離ｄ’の間隔を有する。

図２ｂの較正の第２ステップでは、第１の収容部９が、第１の調整ユニット４により、Ｘ‐Ｙ平面に沿ったＸ方向で、距離ｄに対応する移動距離だけ第１の較正位置へ向かって移動される。第１の較正位置では、第１の位置合わせマーク１３が第１の検出装置１１の２つの検出器８，８’の視野１９，１９’（図４のａからｆを参照）内に存在している。

検出器８，８’の２つの光軸１４，１４’の交点が第１の位置合わせマーク１３内に位置しない場合、２つの検出器８，８’は、光学系並進ユニット７，７’によって、２つの光軸１４，１４’の交点が較正用基板１２の第１の位置合わせマーク１３と合一するまで移動される（図２ｃの中央を参照）。特に有利な実施形態では、２つの光軸１４，１４’は光学系並進ユニット７，７’によって同一線となるように位置合わせされる（図２ｃの右方を参照）。

較正の第３ステップでは、第１の収容部９が、第１の調整ユニット４によって、Ｘ‐Ｙ平面に沿ったＸ方向で、距離ｄ’に対応する移動距離だけ、第１の較正位置の反対側の第２の較正位置へ向かって移動される。これにより、第２の位置合わせマーク１３’が第２の検出装置１１’の２つの検出器８”，８'''の視野１９”，１９'''内に位置するようになる（図２ｄ）。

検出器８”，８'''の２つの光軸１４”，１４'''の交点が第２の位置合わせマーク１３’内に位置しない場合、２つの検出器８”，８'''は、光学系並進ユニット７”，７'''によって、２つの光軸１４”，１４'''の交点が較正用基板１２の第２の位置合わせマーク１３’と合一するまで移動される（図２ｅの中央を参照）。特に有利な実施形態では、２つの光軸１４”，１４'''は光学系並進ユニット７”，７'''によって同一線となるように位置合わせされる（図２ｅの右方を参照）。

較正プロセスは、検出器８，８’，８”，８'''から、それぞれの視野１９，１９’，１９”，１９'''によって観察される。図４のａ−ｆには、上述した較正の各ステップが示されている。較正の第１ステップでは、位置合わせマーク１３，１３’は視野１９，１９’，１９”，１９'''内に位置しないので、これらの視野は空いている（図４のａ，ｄを参照）。

較正の第２ステップでは、位置合わせマーク１３が２つの光学系８，８’の視野１９，１９’内へ移動してきている（図４のｂ）。視野１９，１９’内の位置合わせマーク１３の結像が不鮮明な場合及び／又はセンタリングされていない場合には、対応する光学系並進ユニット７，７’による各検出器８，８’の並進調整及び／又は回転調整によって、及び／又は、フォーカシングによって、鮮鋭度の調整及び／又はセンタリングが行われる（図４のｃを参照）。これらは制御装置によって制御される。

較正の第２ステップと同様に、第３ステップが、向かい合う側の検出装置１１’によって行われる（図４のｅ，ｆを参照）。

較正プロセスで求められたデータ、特に、焦点面のＸ位置及び／又はＹ位置及び／又はＺ位置、及び、光軸１４，１４’，１４”，１４'''の交点は、制御装置において、以下に説明する本発明の方法の計算／制御に用いられる。

本発明の位置合わせの第１ステップでは、第１の基板１５が第１の収容部９へロードされて固定され、第２の基板１５’が第２の収容部９’へロードされて固定される。第１の基板１５は、特にはその周縁に対向配置された２つの位置合わせマーク２０’，２０'''を有する。第２の基板１５’は、特にはその周縁に対向配置された２つの位置合わせマーク２０，２０”を有し、この位置合わせマーク２０，２０”は第１の基板の位置合わせマーク２０’，２０'''に対応する。位置合わせマーク２０，２０’，２０”，２０'''は、好ましくは、基板１５，１５’の重心よりも基板１５，１５’の側方の周囲輪郭１５ｋ，１５ｋ’に少なくとも２倍、特には少なくとも４倍近い周縁領域に配置される。第１の基板１５と、調整ユニット４，４’によって当該第１の基板１５に対して平行に位置合わせされる第２の基板１５’との間には、１ｍｍ未満の設定距離Ａが置かれている。

整合位置では、位置合わせマーク２０，２０’はＸ方向で第１の検出装置１１の光軸１４，１４’から距離Ｄの間隔を有しており、位置合わせマーク２０”，２０'''はＸ方向で第２の検出装置１１’の光軸１４”，１４'''から特には距離Ｄに対応する距離Ｄ’の間隔を有している。

なお、較正用基板１２の距離ｄ，ｄ’は、好ましくは、視野１９，１９’，１９”，１９'''の直径より小さい値だけ距離Ｄ，Ｄ’と異なる。

本発明の位置合わせの第２ステップでは、第１の収容部９が第１の検出装置１１へ向かって（図３ｂの左方）第１の検出位置へ移動され、第２の収容部９’が、特には同時に、第２の検出装置１１’へ向かって（図３ｂの右方）、第１の検出位置の反対側の第２の検出位置へ移動される。各検出位置で各検出器８’，８”が光軸１４’，１４”の各視野１９’，１９”内へ位置させることにより、第１の基板１５の位置合わせマーク２０’と第２の基板１５’の位置合わせマーク２０”とが検出器８’，８”によって検出される。

本発明の位置合わせの第３ステップでは、第１の収容部９が第２の検出装置１１’へ向かって（図３ｃの右方）第２の検出位置へ移動され、第２の収容部９’が特には同時に第１の検出装置１１へ向かって（図３ｃの左方）第１の検出位置へ移動される。各検出位置において検出器８'''，８を光軸１４'''，１４の各視野１９'''，１９内へ位置させることにより、第１の基板１５の位置合わせマーク２０'''と第２の基板１５’の位置合わせマーク２０とが検出器８'''，８によって検出される。

位置合わせの第２ステップ及び第３ステップの基板１５，１５’のＸ位置及び／又はＹ位置及び／又はＺ位置は、検出装置１１，１１’に対して較正された調整ユニット４，４’によって記録される。また、これらのＸ位置及び／又はＹ位置及び／又はＺ位置から、基板１５，１５’の回転位置が求められる。さらに、これらのＸ位置及び／又はＹ位置及び／又はＺ位置から基板１５，１５’の整合位置が計算される。

本発明の位置合わせの第４ステップでは、基板１５，１５’が調整ユニット４，４’によって求められた整合位置へ移動される。その後、接触面１５ｏ，１５ｏ’をＺ方向で接近させることにより、接触が行われる（図３ｄを参照）。

このように、本発明のアイデアは、特には、検出位置から整合位置までの移動距離を相対的に小さくし、これによって位置誤差を最小化するという点にある。

１ ケーシング、 ２ カバー、 ３ 位置合わせ装置、 ４，４’ 第１の調整ユニット及び第２の調整ユニット、 ５，５’ 第１の固定並進ユニット及び第２の固定並進ユニット、 ６，６’ 第１の光学系固定部及び第２の光学系固定部、 ６ｕ，６ｕ’，６ｏ，６ｏ’ 脚部、 ７，７’，７”，７''' 光学系並進ユニット、 ８，８’，８”，８''' 検出器、 ９，９’ 第１の収容部及び第２の収容部、 １０ ロックドア、 １１，１１’ 第１の検出装置及び第２の検出装置、 １２ 較正用基板、 １２ｏ 上面、 １２ｕ 下面、 １２ｋ；１５ｋ，１５ｋ’ 周囲輪郭、 １４，１４’，１４”，１４''' 光軸、 １５，１５’ 第１の基板及び第２の基板、 １５ｏ，１５ｏ’ 第１の接触面及び第２の接触面、 １６ 内室、 １９，１９’，１９”，１９''' 視野、 ２０’，２０”，２０'''，２０ 位置合わせマーク、 Ａ；ｄ，ｄ’；Ｄ，Ｄ’ 距離

Claims (9)

1. 第１の基板（１５）を第２の基板（１５’）に位置合わせして接触させる方法であって、
   ・前記第１の基板（１５）を第１の収容部（９）に固定し、前記第２の基板（１５’）を前記第１の収容部（９）に対向配置された第２の収容部（９’）に固定するステップであって、前記第１の基板及び前記第２の基板（１５，１５’）を、前記第１の収容部と第２の収容部（９，９’）との間のＺ方向に、前記第１の基板（１５）の第１の接触面（１５ｏ）から前記第２の基板（１５’）の第２の接触面（１５ｏ’）までの距離Ａを置いて配置するステップと、
   ・前記第１の収容部（９）を第１の検出装置（１１）へ向かって第１の検出位置まで移動させ、前記第２の収容部（９’）を第２の検出装置（１１’）へ向かって前記第１の検出位置の反対側の第２の検出位置まで移動させるステップと、
   ・前記第１の接触面（１５ｏ）に沿ってＸ方向及び／又はＹ方向に移動した前記第１の検出位置において、前記第１の基板（１５）の周縁領域かつ前記第１の接触面（１５ｏ）に設けられている第１の位置合わせマーク（２０’）の第１のＸ‐Ｙ位置を検出するステップと、
   ・前記第２の接触面（１５ｏ’）に沿ってＸ方向及び／又はＹ方向に移動した前記第２の検出位置において、前記第２の基板（１５’）の周縁領域かつ前記第２の接触面（１５ｏ’）に設けられている第２の位置合わせマーク（２０”）の第２のＸ‐Ｙ位置を検出するステップと、
   ・前記第１の収容部（９）を前記第２の検出装置（１１’）へ向かって前記第２の検出位置まで移動させ、前記第２の収容部（９’）を前記第１の検出装置（１１）へ向かって第１の検出位置まで移動させるステップと、
   ・前記第２の検出位置において、前記第１の基板（１５）の周縁領域かつ前記第１の接触面（１５ｏ）に設けられている第３の位置合わせマーク（２０'''）の第３のＸ‐Ｙ位置を検出するステップと、
   ・前記第１の検出位置において、前記第２の基板（１５’）の周縁領域かつ前記第２の接触面（１５ｏ’）に設けられている第４の位置合わせマーク（２０）の第４のＸ‐Ｙ位置を検出するステップと
   を含み、
   ・調整ユニット（４，４’）により、各検出するステップで検出された前記第１のＸ‐Ｙ位置及び前記第２のＸ‐Ｙ位置及び前記第３のＸ‐Ｙ位置及び前記第４のＸ‐Ｙ位置に基づいて、前記第１の基板（１５）を前記第２の基板（１５’）に対して位置合わせするステップと、
   ・前記第２の基板（１５’）に対して位置合わせされた前記第１の基板（１５）を前記第２の基板（１５’）に接触させるステップと、
   を含み、
   前記第１の検出装置（１１）は、対向配置された２つの第１の検出器（８，８’）を備え、
   前記第２の検出装置（１１’）は、対向配置された２つの第２の検出器（８”，８'''）を備える、ことを特徴とする方法。
2. 前記第１の位置合わせマーク及び前記第４の位置合わせマーク（２０’，２０）をＺ方向で対向配置し、及び／又は、前記第２の位置合わせマーク及び前記第３の位置合わせマーク（２０”，２０'''）をＺ方向で対向配置する、
   請求項１記載の方法。
3. 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（２０’，２０”）との検出、及び／又は、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（２０'''，２０）との検出を、まとまったプロセスステップで、特には同時に、特に、前記第１の位置合わせマーク（２０’）の第１の検出装置（１１）による検出と、前記第２の位置合わせマーク（２０”）の第２の検出装置（１１’）による検出と、を同時に行い、及び／又は、前記第４の位置合わせマーク（２０）の前記第１の検出装置（１１）による検出と、前記第３の位置合わせマーク（２０'''）の前記第２の検出装置（１１’）による検出と、を同時に行う、
   請求項１又は２記載の方法。
4. 第１の基板（１５）を第２の基板（１５’）に位置合わせして接触させる装置であって、
   前記第１の基板（１５）を固定するための第１の収容部（９）と、該第１の収容部（９）に対向配置された、前記第２の基板（１５’）を固定するための第２の収容部（９’）が設けられており、ただし、前記第１の基板及び前記第２の基板（１５，１５’）は、前記第１の収容部と前記第２の収容部（９，９’）との間のＺ方向に、前記第１の基板（１５）の第１の接触面（１５ｏ）から前記第２の基板（１５’）の第２の接触面（１５ｏ’）までの所定の距離を有するように配置可能であり、さらに、
   少なくとも、Ｚ方向に対する横方向に延在するＸ方向及び／又はＹ方向において、前記第１の収容部（９）を移動させる第１の調整ユニット（４）と、
   少なくとも前記Ｘ方向及び／又は前記Ｙ方向において、前記第２の収容部（９’）を移動させる第２の調整ユニット（４’）と、
   検出手段（８，８’，８”，８'''）、すなわち、
   ａ）前記第１の接触面（１５ｏ）に沿ってＸ方向及び／又はＹ方向に移動した第１の検出位置において、前記第１の基板（１５）の周縁領域かつ前記第１の接触面（１５ｏ）に設けられている第１の位置合わせマーク（２０’）の第１のＸ‐Ｙ位置を検出し、
   ｂ）前記第２の接触面（１５ｏ’）に沿ってＸ方向及び／又はＹ方向に移動した第２の検出位置において、前記第２の基板（１５’）の周縁領域かつ前記第２の接触面（１５ｏ’）に設けられている第２の位置合わせマーク（２０”）の第２のＸ‐Ｙ位置を検出し、
   ｃ）前記第２の検出位置において、前記第１の基板（１５）の周縁領域かつ前記第１の接触面（１５ｏ）に設けられている第３の位置合わせマーク（２０'''）の第３のＸ‐Ｙ位置を検出し、
   ｄ）前記第１の検出位置において、前記第２の基板（１５’）の周縁領域かつ前記第２の接触面（１５ｏ’）に設けられている第４の位置合わせマーク（２０）の第４のＸ‐Ｙ位置を検出する、
   ように構成された検出手段と、
   が設けられており、
   前記検出手段（８，８’，８”，８'''）は、対向配置された２つの第１の検出器（８，８’）及び対向配置された２つの第２の検出器（８”，８'''）を備え、
   前記検出手段（８，８’，８”，８'''）は、可視光を用いて各位置を検出するように構成されており、
   前記調整ユニット（４，４’）は、各検出によって検出された前記第１のＸ‐Ｙ位置及び前記第２のＸ‐Ｙ位置及び前記第３のＸ‐Ｙ位置及び前記第４のＸ‐Ｙ位置に基づいて、前記第１の基板（１５）を前記第２の基板（１５’）に対して位置合わせするように構成されており、
   前記第２の基板（１５’）に対して位置合わせされた前記第１の基板（１５）を、前記第２の基板（１５’）にＺ方向で接触させる接触手段が設けられている、
   ことを特徴とする装置。
5. 前記接触手段は、前記第１の調整ユニット及び／又は前記第２の調整ユニット（４，４’）を含む、
   請求項４記載の装置。
6. 前記検出手段は、前記第１の位置合わせマーク及び／又は前記第４の位置合わせマーク（２０’，２０）を検出する第１の検出装置（１１）と、
   特には前記収容部（９，９’）を基準として前記第１の検出装置（１１）に向かい合う側に配置された、前記第２の位置合わせマーク及び／又は前記第３の位置合わせマーク（２０”，２０'''）を検出する第２の検出装置（１１’）と、
   を含む、
   請求項４又は５記載の装置。
7. 前記第１の検出装置（１１）は、電磁的に動作する複数の第１の検出器（８，８’）、好ましくは複数の顕微鏡を備え、
   及び／又は、
   前記第２の検出装置（１１’）は、電磁的に動作する複数の第２の検出器（８”，８'''）、好ましくは複数の顕微鏡を備える、
   請求項６記載の装置。
8. 前記第１の検出装置（１１）が前記複数の第１の検出器（８，８’）を取り付けるための第１の光学系固定部（６）を含み、及び／又は、前記第２の検出装置（１１’）が前記複数の第２の検出器（８”，８'''）を取り付けるための第２の光学系固定部（６’）を含み、
   前記複数の第１の検出器（８，８’）は、前記第１の光学系固定部（６）を収容した第１の固定並進ユニット（５）によって共通に運動可能であり、及び／又は、前記複数の第２の検出器（８”，８'''）は、前記第２の光学系固定部（６’）を収容した第２の固定並進ユニット（５’）によって共通に運動可能である、
   請求項７記載の装置。
9. 前記複数の第１の検出器（８，８’）は、前記第１の光学系固定部（６）の第１の光学系並進ユニット（７，７’）によってそれぞれ別個に運動可能であり、及び／又は、前記複数の第２の検出器（８”，８'''）は、前記第２の光学系固定部（６’）の第２の光学系並進ユニット（７”，７'''）によってそれぞれ別個に運動可能である、
   請求項８記載の装置。

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