TWI546884B - 判定旋轉軸位置的方法 - Google Patents

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Description

判定旋轉軸位置的方法
本發明係關於：根據技術方案1之一種用於判定在一X-Y座標系統中一基板固持構件之一旋轉軸之一X-Y位置之方法，該旋轉軸垂直於該X-Y座標系統，該基板固持構件可圍繞該旋轉軸旋轉用於固持一基板；以及根據技術方案2之一種用於判定該基板之一旋轉軸R在一基板平面中之一位置之方法，該旋轉軸垂直於該基板之該基板平面；及根據技術方案3之一種用於判定用於固持一基板之一基板固持構件之垂直於該基板固持構件之一基板固持構件平面之一旋轉軸之一位置之方法。根據本發明所討論之基板特定而言包括半導體、較佳地包括晶圓、玻璃、石英、陶瓷及金屬，且該方法之應用如在技術方案7中所提供特定而言係關於判定彼此定向及在一基板之兩個相對側上配置之大數目個接觸點之一定向錯誤。
由於越來越顯著之半導體組件之微型化，未來將越來越多地將半導體組件構建成堆疊形式，因而存在對生產此種堆疊式半導體產品之一最佳方法之需求。垂直地堆疊半導體組件之一方法在於，亦即在兩側用半導體元件(特定而言兩側上之晶粒及/或晶片)配備一晶圓。因此，在該晶圓之兩側上存在大數目個半導體組件，該等半導體組件在進一步製程步驟中經由接觸點連接至對應晶圓，在每一情形中皆在兩側用半導體組件配備晶圓。由於越來越小之組件(特定而言晶粒及/或晶片)，該等半導體組件之對應接觸點侭可能精確地彼此對準因而彼此垂直地定向係決定性的重要。在半導體組件尤其在晶圓之相對側上之半導體組件之接觸點之不準確地定向或移動之情形中，對應接觸點將不或不充分地彼此連接。出於此原因而進行在每一晶圓之頂部及底部上對接觸點之位置之一檢查。
由於欲檢查每一晶圓上之大數目個接觸點且特定而言每一接觸點與各別相對接觸點之定向係相關的，因而此檢查係耗時且因此係昂貴的。
為判定相對接觸點之定向錯誤，已證明偵測處於基板之一第一旋轉位置中及處於相對於該第一旋轉位置旋轉180度之一第二旋轉位置中之每一基板側上之每一接觸點之位置係有效的。所執行的旋轉180度在此情形中具有幾乎抵償光學位置偵測構件所引入之量測不準確性或將所引入之量測不準確性自量測結果濾除之效果。在此背景中，存在在基板之旋轉之後首先必須類似地接近用作一偵測構件之透鏡之新位置(所謂之預對準)之技術問題。
因此，該目的係開發一種藉以可解決以上所提及技術問題以使得可賦能在每一情形中較快且因此更經濟地判定彼此定向之接觸點之糾正錯誤之方法。
藉助技術方案1、2或3之特徵達成此目的。在附屬請求項中指示本發明之有利之進一步開發。在本說明、申請專利範圍及/或該等圖中指示之至少兩個特徵之所有組合亦歸屬於本發明之範疇內。在所指示之值之範圍之情形中，在以上所提及限制內之值亦將係作為邊界值來揭示且可以任一組合形式予以主張。
本發明係基於以下構思：選擇一新方法，藉此在判定基板之接觸點之定向錯誤之前，判定該基板之旋轉軸或用於固持該基板之一基板固持構件之旋轉軸，以能夠藉助於該基板或固持該基板之基板固持構件之旋轉軸之未改變之精確位置在每一情形中來推斷接觸點之相對位置用於在第二旋轉位置中之量測。
因此，根據本發明省去在每一接觸點處之耗時之預對準，藉此將在每一情形中判定彼此定向之接觸點之定向錯誤加速了很多倍。在此情形中，如下係特別有利的：若首先在基板/基板固持構件之一第一旋轉位置中偵測接觸點之X-Y位置，則僅必須進行一次每一基板之旋轉，且然後(亦即該基板藉由該基板固持構件之一次旋轉之後)，在一第二旋轉位置中偵測該等接觸點之對應X-Y位置。
關於先前必需之預對準，首先在旋轉之後必須使欲量測之對應接觸點自一個側再次進入至該光學偵測構件之偵測區域中且在彼處居中，然後才可在該基板之相對側上判定該相對側之對應接觸點之位置。
根據本發明，由基於旋轉軸之已知位置計算在旋轉之後該接觸點之位置來代替該預對準。可提供在該基板上或在該基板固持構件上經特別提供用於此目的之一光學可偵測標記或可使用呈現於該基板上之一結構(特定而言一接觸點)作為用於判定旋轉軸之位置之參考標記。
根據本發明之一有利實施例，提供藉由一基板固持構件以一特定旋轉角度R執行該基板圍繞該旋轉軸之旋轉，藉此，該基板固持構件經設計以在其周邊上較佳地以一環之形式支撐該基板，以使得自下方穿過該環開口仍可夠得著在該基板底部上之接觸點。特別有利地且對於旋轉軸之位置之最精確可能判定，適合的情形是將參考標記配置在基板固持構件之環上或其中。此係特別有充分根據的，乃因在判定該旋轉軸之X-Y位置期間以及在判定大數目個相對接觸點之定向錯誤期間，該基板係固定至該基板固持構件。因此，每一新基板中之參考標記之X-Y位置係提前已知的，且僅欲判定該旋轉軸之X-Y位置，而不必搜索在該基板上之該參考標記之位置。
根據本發明之另一有利實施例，提供藉由光學位置偵測構件執行對該第一參考位置及該第二參考位置之判定，該光學位置偵測構件特定而言包含一透鏡、較佳地具有與該旋轉軸R平行之一光軸。特定而言，在光學位置偵測構件之一數位組態之情形中，可數位地執行該偵測，以使得藉由一對應資料處理系統以電子形式計算該旋轉軸R之位置。
若該基板固持構件可沿X-Y座標系統相對於該光學位置偵測構件移動，且可在橫跨至該X-Y座標系統中之X方向及Y方向上偵測到該相對移動，則大大簡化參考標記且對應於旋轉軸之位置(特定而言，當使用一笛卡爾座標系統時)之計算。
因此，在上文所闡述方法之進一步開發及使用中，可根據本發明實施用於判定彼此定向及在一基板之兩個相對側上配置之大數目個接觸點之一定向錯誤之一方法，乃因其可包含以下序列：
-　將該基板施加於可沿一X-Y座標系統移動且可使一基板固持構件圍繞垂直於該X-Y座標系統之一旋轉軸旋轉，
-　在將該基板施加至該基板固持構件之前或之後以上文所闡述之步驟判定該旋轉軸之位置，及
-　判定在每一情形中彼此定向之該等接觸點之該定向錯誤。
在此情形中，若藉由該光學偵測構件執行該定向錯誤之判定係特別有利的。因此，該光學位置偵測構件可同時用於數個任務。在判定該旋轉軸之位置時，一單個透鏡足以實施本發明，在判定定向錯誤中，至少(特定而言精確地)兩個透鏡係有利的，亦即一個在基板上方用於判定在該基板頂部上之接觸點之X-Y位置，且第二個在基板下方用於判定在該基板底部上之接觸點之X-Y位置。
藉由在該基板之一第一旋轉位置及相對於該第一旋轉位置圍繞該旋轉軸R旋轉一角度之一第二旋轉位置中執行對該定向錯誤之判定，使得可以一特別簡單且快速且因此有利之方式作出定向錯誤判定。
將由以下對較佳實施例之說明且基於該等圖式引起本發明之其他優點、特徵及細節。此處： 在圖1a及圖1b中，在每一情形中皆顯示作為一基板之一晶圓3之一剖視圖，晶圓3(如亦可在圖2a及圖2b中所見)在晶圓3之一頂部側2上具有大數目個半導體組件1且在晶圓3之一底部側7上具有大數目個半導體元件6。
每一半導體組件1、6(此處指示為晶粒1、6)具有數個接觸點4、5，且如在圖1a及圖2a中所展示，每一情形中之對應接觸點4與5應精確地對準。在圖1b及圖2b中，接觸點4與5及晶粒1與6未正確地定向，使得此一晶圓3係廢棄的或必須在至少一個側上予以再次配備。
在該等圖中，極大地放大展示該等晶粒及接觸點，且具有一300mm直徑之一晶圓具有數百個晶粒1、6(在每一情形中具有數個接觸點4、5)，出於清晰之原因，此處僅對其予以概略地展示。每一晶粒1、6具有若干功能性半導體組件，藉由十字、三角形及矩形概略地用符號表示其接觸點4、5。頂部2上之晶粒1之功能性總成不必匹配底部7上之晶粒6之功能性組件，但對應半導體組件1、6之接觸點4、5相同。
若根據圖1b及圖2b發現一錯誤，且接觸點4、5之偏離太大以至於無法達成一足夠垂直之接觸點，則在已判定在該系統中之該錯誤之後，將晶圓3自生產製程移除且可在頂部2或底部7清除該晶圓且再次以微影方式處理該晶圓。
在圖3a及根據圖3b之詳圖中，展示用於在基板固持構件 14之一表面9上固持晶圓3之一基板固持構件14，形狀為一環之該基板固持構件使一將晶圓3施加至基板固持構件14且藉由其在其側邊緣上支撐晶圓3就能夠既通向晶圓3之頂部2又通向其底部7。可將晶圓3固定至基板固持構件14，且基板固持構件14可以一平移方式在由圖3a中所展示之笛卡爾X-Y座標系統中之箭頭X及Y所指定之X方向及Y方向上移動，特定而言由在X方向及Y方向上具有一精確移動控制之線性馬達來驅動。同時，基板固持構件14可圍繞一旋轉軸12旋轉。X-Y座標系統係有利地相對於透鏡8固定。旋轉軸12垂直於X方向及Y方向，亦即在Z方向上。基板固持構件14經由一平移單元具有在X方向及Y方向上(亦即在與X-Y座標系統一致的一基板平面中)之兩個自由度。在該平移單元上設立具有在旋轉方向上之一個自由度之一旋轉單元。基板固持構件14在固定至該平移單元及該旋轉單元之後穩固地連接至後者，使得在實施根據本發明之方法期間不會發生因改變基板固持構件14之相對位置所致的錯誤。因此，基板固持構件14之旋轉軸12之X-Y位置相對於該平移單元及該旋轉單元係不變的，係該系統所固有的，恰如在基板固持構件14及固定至基板固持構件14之一晶圓3上所提供之一參考標記10。
一第一透鏡8係固定於基板固持構件14上方，第一透鏡之光軸11在Z方向上亦即平行於旋轉軸12延續。透鏡8可係聚焦於晶圓3之頂部2及/或基板固持構件14之表面9以及頂部2上，且透鏡8能夠偵測、記錄頂部2及/或表面9上之結構，且按X-Y值將頂部2及/或表面9上之結構轉發至一資料處理系統(未展示)。由於透鏡8且因此光軸11之位置係固定的，因而可藉由透鏡8偵測光學標記(特定而言基板固持構件14之一參考標記10)之位置(較佳地在其表面9上)，且將該等位置轉發至一資料處理系統供評估。
在圖3a及圖3b所展示之實施例中，將一參考標記10施加至基板固持構件14之表面9，欲藉由透鏡8偵測一標記，該標記在基板固持構件14上之位置至少大約地係已知的且因此可藉由該平移單元迅速接近該位置。
與透鏡8相對地，類似於透鏡8，在晶圓3之底部7上配置用於偵測光學標記或接觸點5之另一透鏡15，藉此使透鏡15之光軸大約與透鏡8之光軸11對準。第二透鏡15至少主要地用於或專門用於偵測在X-Y座標系統中或在平行於其之底部7之平面中之對應於接觸點4之接觸點5之X-Y位置，以能夠藉由資料處理系統(特定而言藉由矢量分析)建立接觸點5(特定而言接觸點4)之定向錯誤。
為判定或建立旋轉軸12之X-Y位置，選擇基板保持構件14之第一個側(下方之表面9)，且根據圖4a及圖5a，藉由該平移單元在X方向及Y方向上移動該基板保持構件14直至來自一X-Y開始位置13之參考標記10在透鏡8之光軸11中。將處於此點之參考標記10之X-Y位置作為一第一X-Y參考點RP儲存於資料儲存系統中。然後，藉由該旋轉單元(亦即藉由旋轉軸12)將基板固持構件14旋轉180度之一旋轉角度使其進入至一第二旋轉位置中，以使得根據圖4C，參考標記10現在係配置於相對於先前第一X-Y參考位置RP處於一第二X-Y參考位置RP'處，精確地相對於旋轉軸12，亦即，相對於旋轉軸12處於一鏡像影像中。圖4d及圖5d然後展示在X方向或Y方向上之旋轉軸12至光軸11之距離係在X方向或Y方向上參考標記10之舊位置與新位置之間的距離之一半。然後，根據圖4e及圖5e，可藉由該平移單元在X方向及Y方向上移動基板固持構件14以使得參考標記10再次處於透鏡8之焦點中且最後精確地處於光軸11中。此步驟並非係該校準中所必需要求的，乃因該距離自4d及5d係已知的，因此可已在軟體中設定「零點」。藉由建立處於旋轉180度之旋轉位置中之X-Y位置，資料處理系統可藉由矢量分析判定在第一X-Y參考位置RP與第二X-Y參考位置RP'之間的旋轉軸12之X-Y位置，舉例而言，藉由量測在基板固持構件14之移動期間平移單元在X方向及Y方向上所通過之路徑。然後至少在用於判定附裝至基板固持構件14之各別晶圓3中之大數目個接觸點4、5之定向錯誤之週期期間將如此計算之旋轉軸12之X-Y位置之值用作計算定向錯誤之一參考值。僅當將一新晶圓3施加至/固定至基板固持構件14時或僅當使用一新基板固持構件14時，才必須根據該單元在新基板固持構件14上之一新校準再次執行旋轉軸12之X-Y位置之判定。
在圖6a至圖6d中展示，為判定或建立接觸點4對接觸點5之定向錯誤，選擇在頂部側2下方之晶圓3之第一個側，且根據圖4a及圖5a，藉由基板固持構件14移動晶圓3直至接觸點4處於透鏡8之光軸11中(圖6b)。同時或緊接地，然後藉助下部透鏡15判定在相對側(因此底部7)上之接觸點5之位置。將基板固持構件14旋轉180度之一角度，亦即藉由旋轉軸12，以使得接觸點4、5現在係精確地相對於旋轉軸12配置，亦即處於相對於旋轉軸12之一鏡像影像中，相對於先前旋轉位置處於根據圖4d之一第一旋轉位置中(圖6c)。然後，藉由基板固持構件14移動晶圓3，以使得先前所選擇之接觸點4再次處於透鏡8之焦點中(圖6d)。藉由相對接觸點5在旋轉180度之旋轉位置之位置之重新建立，且在將接觸點4與接觸點5之間的對應定向錯誤除以2之後，資料處理系統可判定雙定向錯誤。
藉由根據本發明之方法，大大加速了在基板旋轉180度之後將接觸點4移回至透鏡8之焦點中之過程，乃因先前由於基板及在基板固持構件上之基板之沈積物之不同組態，僅有藉由一所謂之預對準在180°之旋轉之後精確地定位接觸點4才係可能的。此意味著在旋轉之後，首先必須將接觸點4再次居中於透鏡8之影像座標系統中，然後可在頂部7之相對側上量測對應接觸點5之位置。
在圖3a至圖5e中展示，藉由判定旋轉軸12在基板平面(此處相對於透鏡8固定)中之X-Y座標系統中之位置，亦即，在X方向及Y方向上之位置，可省去預對準，乃因接觸點4在藉由基板固持構件14之將晶圓3旋轉180°之後之精確X-Y位置係已知的且可直接接近。
根據本發明之一特殊實施例，可根據本發明想像出首先量測在第一旋轉位置中分佈於頂部2及底部7上之所有接觸點4及接觸點5，且然後在藉由180度旋轉一次之後，連續量測在第二旋轉位置中之接觸點4及接觸點5之位置，此乃因對應接觸點4、5在第一旋轉位置中之各別位置係儲存於分析單元內之一儲存裝置中。此使得根據本發明之方法能夠達成另一顯著加速。
建立旋轉軸12之位置之一替代手段如下進行：
-　在圖4a中，代替參考標記10，自圖4a中所展示之位置移動配置於晶圓3上(亦即晶圓3之頂部2上)之一接觸點4作為一參考標記，亦即接觸點4遠在旋轉軸12之外且在X方向(參見圖4b)及Y方向(參見圖5b)之光軸11之外，以使得用作一參考標記之接觸點4精確地處於透鏡8之光軸11中。
-　將接觸點4之該位置儲存為X-Y參考位置RP，亦即為藉由X方向及Y方向指定之X-Y座標系統中之X-Y位置。
-　將基板固持構件14且因此將固定於基板固持構件14上之具有其用作一參考標記之接觸點4之晶圓3旋轉180度(參見圖4c)。該旋轉係圍繞旋轉軸12執行，使得根據圖4d及圖5d之接觸點4係關於旋轉軸12處於相對於第一X-Y參考位置RP處於一第二X-Y參考位置RP'之一鏡像影像中。相對於旋轉軸12處於一鏡像影像中之意思係相對於旋轉軸12與X-Y座標系統或基板平面之交叉點處於一鏡像影像中。
-　根據圖4e及圖5e藉由平移單元或平移驅動器在X方向及Y方向上將基板固持構件14移動得很遠，直至該參考標記(接觸點4)再次處於光軸11中。精確地量測/偵測藉由該平移單元之基板固持構件14之移動，且發送至資料處理系統上，以使得(舉例而言)藉由向量分析根據第一X-Y參考位置RP及第二X-Y參考位置RP'來建立旋轉軸12之精確X-Y位置，亦即，在每一情形中在X方向及Y方向上之半距離。在此方面所建立之X-Y位置對應於在與基板平面或X-Y座標系統之交叉點處旋轉軸12之X-Y位置。
1．．．半導體組件
2．．．頂部
3．．．晶圓
4．．．接觸點
5．．．接觸點
6．．．半導體組件
7．．．底部
8．．．透鏡
9．．．表面
10．．．參考標記
11．．．光軸
12．．．旋轉軸
13．．．X-Y開始位置
14．．．基板固持構件
15．．．透鏡
R．．．旋轉角度
圖1a：展示具有正確定向之接觸點之一基板之一概略剖視圖，
圖1b：展示具有不正確定向之接觸點之一基板之一概略剖視圖，
圖2a：展示根據圖1a之一基板上之一概略俯視圖，
圖2b：展示根據圖1b之一基板上之一概略俯視圖，
圖3a：展示用於運用根據本發明用於判定一旋轉軸之位置之一方法之一裝置之部分之一概略剖視圖，
圖3b：展示根據圖3a之一細節之一概略詳圖，
圖4a至圖4e：展示根據本發明用於判定自一Y方向之一旋轉軸之位置之方法之一概略表示，
圖5a至圖5e：展示根據本發明根據圖4a至圖4e自一X方向之方法之一概略表示，及
圖6a至圖6d：在一俯視圖中展示根據本發明之用於判定定向錯誤之方法之一概略表示。
在該等圖中，以相同元件符號識別相同組件及具有相同功能之組件。
8．．．透鏡
9．．．表面
10．．．參考標記
11．．．光軸
12．．．旋轉軸
13．．．X-Y開始位置

Claims (4)

  1. 一種用於在一X-Y座標系統中判定一基板固持構件(14)之一旋轉軸(12)之一X-Y位置之方法，該旋轉軸垂直於該X-Y座標系統，該基板固持構件(14)可圍繞該旋轉軸(12)旋轉用於固持一基板(3)並用於判定該基板(3)之接觸點之一對準錯誤(alignment error)，該方法具有以下步驟：判定提供於該基板固持構件(14)上之一參考標記(10)之一第一X-Y參考位置RP，使該基板固持構件(14)圍繞該旋轉軸(12)旋轉一經界定旋轉角度R，判定藉由該旋轉而改變之該參考標記(10)之一第二X-Y參考位置RP'，計算該旋轉軸(12)在該基板平面中之該位置，及判定該基板(3)之接觸點之該對準錯誤，其中在該對準錯誤之該判定期間該基板係固定於該基板固持構件(14)上，其特徵在於在該旋轉軸之該位置之該判定期間該基板亦係固定的。
  2. 如請求項1之方法，其中藉由該基板固持構件(14)之旋轉構件來實行該基板(3)或該基板固持構件(14)圍繞該旋轉軸(12)之該旋轉。
  3. 如請求項1之方法，其中藉由光學位置偵測構件實現該第一參考位置RP及該第二參考位置RP'之該判定，該光 學位置偵測構件特定而言包含具有平行於該旋轉軸(12)之一光學軸(11)之至少一個透鏡(8、15)。
  4. 如請求項1之方法，其中可使該基板固持構件(14)在該X-Y座標系統中或平行於該X-Y座標系統相對於該光學位置偵測構件移動，藉此可在該X-Y座標系統中在X方向及Y方向上偵測該相對移動。
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