WO2021115574A1 - Verfahren und vorrichtung zur ausrichtung von substraten - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur ausrichtung von substraten Download PDF

Info

Publication number
WO2021115574A1
WO2021115574A1 PCT/EP2019/084471 EP2019084471W WO2021115574A1 WO 2021115574 A1 WO2021115574 A1 WO 2021115574A1 EP 2019084471 W EP2019084471 W EP 2019084471W WO 2021115574 A1 WO2021115574 A1 WO 2021115574A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
alignment
substrates
substrate holder
substrate
alignment marks
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/084471
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
József Król
Original Assignee
Ev Group E. Thallner Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ev Group E. Thallner Gmbh filed Critical Ev Group E. Thallner Gmbh
Priority to CN201980102653.1A priority Critical patent/CN114730719A/zh
Priority to PCT/EP2019/084471 priority patent/WO2021115574A1/de
Priority to KR1020227015182A priority patent/KR20220113358A/ko
Priority to EP19818054.9A priority patent/EP4073835A1/de
Priority to US17/783,163 priority patent/US20230018538A1/en
Priority to JP2022532112A priority patent/JP2023517415A/ja
Priority to TW109142555A priority patent/TW202127568A/zh
Publication of WO2021115574A1 publication Critical patent/WO2021115574A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/68—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for positioning, orientation or alignment
    • H01L21/681—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for positioning, orientation or alignment using optical controlling means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G01B11/27—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes for testing the alignment of axes
    • G01B11/272—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes for testing the alignment of axes using photoelectric detection means
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7003—Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
    • G03F9/7007—Alignment other than original with workpiece
    • G03F9/7011—Pre-exposure scan; original with original holder alignment; Prealignment, i.e. workpiece with workpiece holder
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67092—Apparatus for mechanical treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67259—Position monitoring, e.g. misposition detection or presence detection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/544—Marks applied to semiconductor devices or parts, e.g. registration marks, alignment structures, wafer maps
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/185—Joining of semiconductor bodies for junction formation
    • H01L21/187—Joining of semiconductor bodies for junction formation by direct bonding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2223/00—Details relating to semiconductor or other solid state devices covered by the group H01L23/00
    • H01L2223/544—Marks applied to semiconductor devices or parts
    • H01L2223/54426—Marks applied to semiconductor devices or parts for alignment

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for aligning substrates according to the independent claims.
  • microcontrollers for example, microcontrollers, memory modules, MEMS, all types of sensors or microfluidic components.
  • Permanent bonding is understood to mean all processes with the aid of which substrates can be connected to one another in such a way that their separation is only possible through the use of high energy and the associated destruction of the substrates.
  • permanent bonding There are different types of permanent bonding which are known to the person skilled in the art.
  • Fusion bonding is the process of permanently connecting two substrates through the formation of covalent bonds. Fusion bonds arise primarily on the surfaces of non-metallic-non-organic materials. Fusion bonds can take place in several process steps: the pretreated, cleaned substrates are connected to one another by means of so-called prebonds. In the prebond process, two substrates are bonded to one another solely by van der Waals forces. This bonding process takes place primarily between silicon substrates and / or silicon oxide substrates. The bonding process connects a first to be bonded Substrate surface of a first substrate with a second substrate surface to be bonded of a second substrate.
  • the binding energy of the weak link is sufficient to ensure that the substrates are immovably connected to one another.
  • the prebond enables a non-destructive, in particular damage-free, separation of the substrates that are joined to one another. Only after a heat treatment is the prebond converted into an inseparable bond between the substrates.
  • the substrates aligned with one another can, if necessary, be clamped first or purely mechanically after the prebond.
  • the substrates are preferably clamped to one another using a method described in patent specification PCT / EP2013 / 056620.
  • Magnetically acting fixing means are used for the quick and easy fixing of the two substrates that are aligned and brought into contact with one another.
  • the clamping can also be done in any other way.
  • the mutually aligned substrates can be clamped to a sample holder.
  • the prior art knows innumerable methods for measuring alignment marks for the correct positioning of the substrates on which the alignment marks are located, as well as for the subsequent bonding step.
  • substrates are aligned with one another with the aid of alignment systems, in particular in accordance with US6214692B1, WO2014202106A1 or WO2015082020A1.
  • the alignment system of the document US6214692B 1 can be regarded as the closest prior art.
  • two groups of optics, each with two optics facing each other are used to create a system with two reference points, the substrates being positioned alternately with respect to the system.
  • the reference points are the Points of intersection of the optical axes of two opposing optics.
  • an optical system and a rotation system are used for the substrate positioning according to the principle of reversal adjustment, see Hansen, Friedrich: Adjustment, VEB Verlagtechnik, 1964, Paragraph 6.2.4, Umschlagmaschine, in which at least one measurement in a defined position and at least one measurement is carried out in a 180 degree rotated, oppositely oriented, reversed position.
  • the measurement result obtained in this way is especially cleared of eccentricity errors.
  • a problem with the alignment of at least two substrates is that the movement sequences of the alignment are always faster but also more and more precise, that is to say with less
  • Residual position uncertainty should run so that the substrates are connected and connected to one another in the ideal position as far as possible. These movement demands are in opposition to each other.
  • Structural additional paths are trajectories of a first substrate to be bonded with a second substrate to be bonded, which are omitted by optimizing the device while maintaining the alignment functionality of the device and in particular by increasing the positioning accuracy.
  • the loading and unloading directions are usually identical to the main direction of movement Orientation of the substrates.
  • both substrates travel a length corresponding to the entire substrate diameter several times.
  • the design of alignment devices is based on the historically developed design of a manual
  • the loading and unloading direction is transverse to the main direction of movement for aligning the substrates. Short travels are possible to detect the alignment marks.
  • the positioning of the two double microscopes is essentially identical to the structure of conventional alignment devices.
  • the PCT7EP2016 / 070289 uses additional alignment features of the substrate holder that are combined with the substrate features and allow for more precise alignment.
  • the mechanical structure is designed essentially in accordance with the conventional alignment devices.
  • parasitic movements listed are known to those skilled in the field of mechanical engineering and mechatronics.
  • parasitic movements affect the alignment success if they represent a systematic error for the alignment.
  • the image acquisition elements of the devices of the prior art in particular double microscopes, which can acquire a focal plane in the opposite direction, are located at the end of open ones Consoles.
  • the image acquisition is thus attached to machine frames of a so-called open C design.
  • Open C designs tend to vibrate, which, especially in the low-frequency range between 0.1 Hz to 1 Hz or between 0.1 Hz to 10 Hz, can only be damped and not eliminated with considerable structural effort.
  • a method for aligning substrates whereby alignment marks are detected and the substrates are aligned with one another as a function of the detection of the alignment marks, with at least two alignment marks being arranged in alignment with a linear movement of the substrates.
  • the invention also provides a device for aligning substrates and for carrying out the method according to the invention, whereby alignment marks can be detected, and the substrates can be aligned with one another as a function of the detection of the alignment marks, with at least two alignment marks being arranged in alignment with a linear movement of the substrates .
  • At least three alignment marks are arranged in alignment with the linear movement of the substrates.
  • At least one alignment mark is arranged on and / or on a substrate holder.
  • At least two alignment marks are arranged on a substrate and at least one alignment mark is arranged on the substrate holder, the alignment marks being arranged in alignment with the linear movement of the substrates.
  • detection units for detecting the alignment marks are arranged in at least one ring-shaped measuring portal, preferably in at least one completely closed ring-shaped measuring portal.
  • detection units for detecting the alignment marks are arranged in two ring-shaped measuring portals, preferably in two completely closed ring-shaped measuring portals.
  • detection units for detecting the alignment marks are arranged in an annular measuring portal, preferably in a completely closed annular measuring portal, and in a C-shaped column. It is preferably provided that the alignment takes place along a single alignment axis, the alignment axis running parallel to the loading and unloading direction of the substrates.
  • At least two alignment marks are arranged in alignment with the linear movement of the substrates.
  • These exemplary configurations apply both to the first / upper substrate or the first / upper substrate holder and to the second / lower substrate or the second / lower substrate holder.
  • at least two alignment marks are arranged in alignment with the linear movement of the substrates. In this way, a high level of alignment accuracy can be achieved due to the reduction in transverse movements.
  • the invention is based, in particular, on the idea of increasing the alignment accuracy by increasing the rigidity of the device with a portal design and / or by detecting at least three alignment marks (hereinafter also referred to as alignment marks) that are aligned with the linear movement of the substrates.
  • At least one alignment mark is preferably attached to and / or on a substrate holder.
  • the position detection of the substrate holder supplies correction values for the position and the alignment state of the substrates to be aligned.
  • At least one substrate holder has a preferably flat receiving surface for a substrate.
  • at least one substrate holder can contain, in particular, prismatic bodies connected monolithically to the receiving surface, which, given a known geometry, can be used as reference surfaces for, in particular, optical position measurements.
  • These functional surfaces are designed as laser reflectors, so that the precise position of the body in space can be determined through the geometric shape and knowledge of the point of impact of the laser. The position of the functional surfaces can be measured interferometrically and corrected accordingly in a closed control loop.
  • a device for aligning at least two substrates has at least one optical system, having two optics or detection units, in particular aligned with one another, whose optical paths preferably meet at a common focal point.
  • the common focal point represents a point of an idealized bonding plane of a first and a second substrate. The substrates are bonded to one another in this plane. The exact description and calibration of the focal points is described in detail in the publication W02014202106.
  • the optical system or the acquisition units contain beam shaping and / or deflection elements such as mirrors, lenses, prisms, radiation sources, in particular for Koehler illumination, and image acquisition means such as cameras (CMOS sensors, or CCD, or area or line or point acquisition means such as a phototransistor) and movement means for focusing as well as evaluation means for regulating the optical system.
  • beam shaping and / or deflection elements such as mirrors, lenses, prisms, radiation sources, in particular for Koehler illumination
  • image acquisition means such as cameras (CMOS sensors, or CCD, or area or line or point acquisition means such as a phototransistor) and movement means for focusing as well as evaluation means for regulating the optical system.
  • the device according to the invention includes more than two identical optical systems with aligned optics. Furthermore, the device according to the invention contains substrate holders for holding the substrates to be aligned. One embodiment of the device according to the invention contains at least two displaceable substrate holders which can receive and fasten a first substrate to be aligned and a second substrate to be aligned. Movement and positioning systems of the substrate holders are subsumed as movable substrate holders.
  • the substrates can have any shape, but are preferably circular. Wafers are always understood as substrates.
  • the diameter of the substrates is, in particular, standardized industrially. For wafers, the industry-standard diameters, 1 ", 2", 3 “, 4", 5 “, 6", 8 “, 12", and 18 ", or the corresponding metric conversions apply.
  • the device according to the invention can, however, in principle handle any substrate, regardless of its diameter.
  • substrate stack consisting of at least two interconnected substrates instead of a substrate and to connect them to a substrate or to another substrate stack.
  • substrate stacks can be used and understood as subsumed under substrates.
  • Alignment markings can be any objects that can be aligned with one another, such as crosses, squares, or circles, as well as propeller-like structures or grating structures, in particular phase gratings for the spatial frequency range.
  • the alignment markings are preferably detected by means of electromagnetic radiation of a specific wavelength or wavelength ranges, in particular infrared radiation, visible light or ultraviolet radiation. However, it is also possible to use radiation of other wavelength ranges.
  • the device according to the invention can contain a system for producing pre-bonds.
  • the device according to the invention preferably contains movement devices with drive systems, guide systems, fixtures and measuring systems in order to move, position and align the optical systems and the substrate holders and / or substrates with one another.
  • the movement devices can carry out a regulated positioning of the substrate holders, which are guided by control and / or regulating units, in particular computers, and / or regulating algorithms.
  • the movement devices can generate any movement as a result of individual movements, so that the movement devices can preferably contain fast coarse positioning devices that do not meet the accuracy requirements as well as precisely working fine positioning devices.
  • a setpoint value for the position to be approached is an ideal value.
  • the movement device approaches the ideal value. Achieving a defined environment around the ideal value can be understood as reaching the target value.
  • a positioning device is understood as a coarse positioning device if the approach and / or repeat accuracy of the target value is less than 0.1%, preferably less than 0.05%, particularly preferably less than 0.01%, based on the entire travel path or range of rotation rotatable rotary drives one full turn of 360 degrees, deviates.
  • a pre-aligner with a travel distance of over 600 mm results in an approach accuracy of 600 mm * 0.01%, i.e. less than 60 micrometers as residual uncertainty.
  • the residual uncertainty of the approach or repeat accuracy is less than 200 micrometers, preferably less than 150 micrometers, particularly preferably less than 50 micrometers.
  • the thermal disturbance variables should also be taken into account.
  • a coarse positioning device only fulfills the positioning task with sufficient accuracy if the deviation between the actual position actually reached and the nominal value of the position lies in the travel range of an assigned fine positioning device.
  • An alternative coarse positioning device only fulfills the positioning task with sufficient accuracy if the deviation between the actual position actually reached and the nominal value of the position is in half the travel range of an assigned fine positioning device.
  • a fine positioning device is understood to be a positioning device if the residual uncertainty of the approach and / or repeat accuracy from the setpoint does not exceed less than 500 ppb, preferably less than 100 ppb, ideally 1 ppb based on the entire travel or rotation range.
  • a fine positioning device according to the invention will have an absolute positioning error of less than 5 micrometers, preferably less than 1 micrometer, particularly preferably less than 100 nm, very particularly preferably less than 10 nm, ideally less than 5 nm, ideally less than 1 nm.
  • the alignment and possible contacting (fusion bonding) takes place by means of fine drives such as piezo drives.
  • the device according to the invention and the associated method preferably have at least two positioning devices of the highest accuracy and reproducibility.
  • a mutual error correction concept can be used for the quality of the alignment of the substrates.
  • a known offset (rotation and / or displacement) of a substrate and the positioning device corresponding thereto can be compensated for with the adjustment and correction of the position of the other positioning device and the other substrate with correction values or correction vectors. It is a question of the size and type of rotation and / or displacement, how the control or regulation uses the coarse and fine positioning or only the coarse or only the fine positioning for error correction.
  • positioning devices coarse or fine or composite positioning devices
  • alignment means are used as synonyms.
  • the substrates can be aligned with one another in all six degrees of freedom of movement: three translations according to the Cartesian coordinate directions x, y and z and three rotations about these coordinate directions.
  • the x, y and z directions or x, y and z positions are understood to mean directions or arranged positions in the Cartesian xyz coordinate system.
  • the x and y directions correspond in particular to the lateral direction of the substrate.
  • Position features are obtained from the position and / or location values of the alignment markings of the substrates as well as from
  • the alignment of the substrates includes, in particular, passive or active wedge error compensation, preferably in accordance with the disclosure in document EP2612109B 1.
  • the method according to the invention increases the alignment accuracy in particular by means of additional X, Y position and / or location information, which is acquired with additionally attached acquisition units and / or measuring and regulating systems and used to control / regulate the alignment.
  • the additionally attached detection units and / or measuring and control systems can be further optics groups each with two optics facing each other.
  • an additional (in particular third) alignment marking is attached to the substrate holder.
  • This additional position feature is recorded with at least one additional measuring system with a new, additional optical path.
  • the alignment marks on the substrate holders are also aligned with the linear movement of the substrates.
  • the position detection of the substrate holder supplies correction values for the position and the alignment state of the substrates to be aligned. Due to the additional measured values and correlations with at least one of the measured values of the other acquisition units, the
  • Alignment accuracy increased. Correlation of at least one of the measured alignment markings in the bonding interface between the contact surfaces with an alignment mark on the substrate holder, which is also visible during the alignment of the substrates, becomes the direct Observability of an alignment mark and thus real-time measurement and control during alignment enables.
  • the additional measuring system is a laser interferometer.
  • a laser interferometer allows the linear movement of the substrate holder to be checked by measuring the change in position (measuring the displacement), the change in the tilt angle (measuring the angle), the flatness (measuring the displacement and angle), the orthogonality (measuring the angle) and, if required, the dynamics (measuring the speed ).
  • the measurement of the change in the tilt angle allows the tilting of the slide on a linear guide to be detected.
  • the measurement of the straightness allows the detection or the exact recording of horizontal or vertical deviations of the slide path on linear guides.
  • a real-time correction of the laser wavelength is necessary depending on the medium. For example, pressure, material temperature and / or gas temperature (if available) must be recorded.
  • a particularly preferred embodiment has at least one laser interferometer per substrate holder and / or substrate, preferably two laser interferometers per substrate holder and / or substrate, which the XY position and / or alignment position and / or angular position of both substrate holders and / or the substrates in relation to one defined reference, in particular to the frame, recorded.
  • the at least one interferometer is preferably fixed to the frame.
  • Robots for substrate handling are subsumed under movement devices.
  • the restraints can be part-integrated and / or function-integrated in the movement devices.
  • devices according to the invention preferably contain control systems and / or evaluation systems, in particular computers, to control the steps described, in particular movement sequences, to carry out corrections, to analyze and store operating states of the respective device according to the invention.
  • Processes are preferably created as recipes and executed in machine-readable form. Recipes are optimized collections of values of parameters that are functionally or process-related. The use of recipes makes it possible to guarantee the reproducibility of production processes.
  • the device according to the invention includes supply and auxiliary and / or supplementary systems such as compressed air, vacuum, electrical energy, liquids such as hydraulics, coolants, heating means, means and / or devices for temperature stabilization, electromagnetic shields.
  • auxiliary and / or supplementary systems such as compressed air, vacuum, electrical energy, liquids such as hydraulics, coolants, heating means, means and / or devices for temperature stabilization, electromagnetic shields.
  • the device according to the invention preferably includes frames, cladding, active or passive subsystems that suppress or dampen or eliminate vibration.
  • the detection units preferably together with their movement units, can be arranged in at least one ring-shaped measuring portal, particularly preferably in at least one completely closed, ring-shaped measuring portal, in particular fixed to the frame.
  • the preferred embodiment of the device with a single portal is referred to below as a monoportal version.
  • the monoportal enables the substrate to be passed through, including the substrate holder, so that at least the alignment marks can be detected the substrates is made possible.
  • the positions of the substrate holders can also be recorded.
  • a key concept of the invention is, in particular, the achievement of a reduction in the alignment to only a single alignment axis while increasing the alignment accuracy for aligning at least two substrates.
  • the design of the device in a closed design increases the rigidity of the device, reduces the ability to oscillate and enables detection of at least two, more preferably three alignment marks that are aligned with the linear movement of the substrates.
  • the alignment accuracy is additionally improved by the combination and correlation with directly detectable alignment markings on the substrate holder.
  • At least two detection units can be arranged in a main longitudinal axis of the device.
  • the at least two detection units can be arranged as an upper and a lower detection unit with preferably a common focal point.
  • the upper and lower detection units can be connected to independent movement units with a frame or with the portal in such a way that, in particular, focusing and calibration methods can be carried out, with which in particular a common focus point can be readjusted.
  • the movement units of the detection units can be moved in a global, in particular frame-fixed, coordinate system in the main coordinate directions x, y, z.
  • the travel paths of the movement units of the detection units in the plane of the substrates, that is to say in the x and y directions, are less than 20 mm, preferably less than 10 mm, particularly preferably less than 5 mm.
  • the movement units of the detection units can be moved more than 5 mm, preferably more than 10 mm, especially preferably more than 20 mm, in particular in the z-direction, so that focusing of non-standardized substrate stacks can also be made possible.
  • the height of the substrates can be compensated for by positioning the substrate holder in such a way that focusing paths of less than 1 mm, preferably less than 0.5 mm, are used.
  • the movement units of the detection units can in particular be designed as backlash-free solid body joints or guides.
  • further detection means of all kinds in particular fixed to the frame, can be attached in the portal.
  • the device according to the invention contains at least one measuring system, preferably with measuring units for each movement axis, which can in particular be implemented as distance measuring systems and / or as angle measuring systems. Both tactile, i.e. tactile, or non-tactile measuring methods can be used.
  • the measurement standard, the unit of measurement can be present as a physical-physical object, in particular as a scale, or it can be present implicitly in the measuring method, such as the wavelength of the radiation used.
  • At least one measuring system can be selected and used to achieve alignment accuracy.
  • Measurement systems implement measurement methods.
  • inductive processes and / or capacitive processes and / or resistive processes and / or comparison processes in particular optical image recognition processes and / or incremental or absolute processes (with in particular glass standards as a scale, or interferometers, in particular laser interferometers, or with magnetic standards) and / or time of flight measurements (Doppler method, time of flight method) or other time recording methods and / or triangulation methods, in particular laser triangulation, and / or autofocus methods and / or intensity measurement methods such as fiber optic range finders are used.
  • inductive processes and / or capacitive processes and / or resistive processes and / or comparison processes in particular optical image recognition processes and / or incremental or absolute processes (with in particular glass standards as a scale, or interferometers, in particular laser interferometers, or with magnetic standards) and / or time of flight measurements (Doppler method, time of flight method) or other time recording methods and
  • a preferred embodiment includes at least one additional measuring system which detects the XY position and / or alignment position and / or angular position of at least one of the substrates and / or one of the substrate holders in relation to a defined reference, in particular to the frame, preferably in accordance with PCT / EP2016 / 070289.
  • a particularly preferred embodiment includes additional measuring systems for all substrate holders which detect the XY position and / or alignment position and / or angular position of both substrate holders and / or the substrates in relation to a defined reference, in particular to the frame.
  • a frame can be understood to be a part consisting in particular of natural hard stone or mineral cast or nodular cast iron or hydraulically bound concrete, which is particularly actively or passively vibration-damped and / or vibration-isolated and / or set up with vibration damping.
  • the frame can contain further holding and / or guiding functionalities.
  • lines for compressed air can be received in the interior of the frame in the frame volume.
  • electrical lines and connections can be accommodated in the frame volume.
  • fastening elements and / or anchorage points for structures in the frame can be connected, in particular in a form-locking and / or material-locking manner.
  • the frame can be produced in a primary molding process, in particular pouring a negative mold.
  • the frame can contain cores during pouring.
  • the frame can contain a flatness standard.
  • a flatness normal can be molded so that the flatness normal can be replicated several times.
  • measured values can in particular be combined with one another and / or referenced and / or correlated with one another, so that a measurement of an alignment mark can be used to target the Position of the related other alignment mark can be closed.
  • measured values can in particular be correlated with one another, so that the relative positions of the alignment marks to one another are present as values that allow a reference to the frame.
  • the position of the substrate holder is measured during the passage through the portal along the three coordinate axes, in particular continuously, so that the real guideway of the substrate is recorded.
  • the real guideway is taken into account as a correction factor when calculating the alignment position of the substrates with respect to one another.
  • the position of a substrate holder is detected at a point (or location or measurement spot or field of view) in relation to the reference, in particular the first alignment mark on the first substrate and / or the second alignment mark on the second substrate.
  • the position of a substrate holder is detected at precisely two points in relation to the reference.
  • the position of a substrate holder is detected at precisely three points in relation to the reference, and the position and location of the substrate holder are thus determined.
  • optical pattern recognition by means of camera systems and on the substrate holder can be preferred attached patterns can be used.
  • the patterns are recorded in a real-time system, in particular continuously during the alignment.
  • the position of the substrate holder can be determined by means of a laser interferometer.
  • Laser interferometry enables extremely precise, non-contact length measurement by means of interference.
  • a laser interferometer allows the linear movement of the substrate holder to be controlled by measuring the change in position (measuring the displacement), the change in the tilt angle (measuring the angle), the flatness (measuring the displacement and angle), the orthogonality (measuring the angle) and the dynamics (measuring the speed with more Beam interferometer).
  • the measurement of the change in the tilt angle allows the detection of a tilting of the slide on a linear guide.
  • the measurement of the straightness allows the detection or the exact recording of horizontal or vertical deviations of the slide path on linear guides.
  • the relative movements of the subsystems can thus be determined.
  • two-frequency laser methods can be used. Measurement resolutions of up to 5 nm can be achieved, even more preferably of up to 1 nm (through the use of multiple reflections) at a maximum travel speed of up to 1 m / s. Two-frequency lasers are also used to measure angles.
  • Another possibility is the use of several single-frequency laser interferometers installed in parallel. Here are the Displacements determined at several points of the substrate holder. Measurement resolutions of up to 0.1 nm can be achieved. The change in angle can be determined from the distance between the measuring beams and the differences in the displacements that occur.
  • interferometers with three measuring beams are used (three-beam interferometer)
  • the angular position of the substrate holder and its displacement are determined in two axes.
  • a three-beam interferometer is used.
  • An additional angle measurement for determining the position of the substrate holder can be carried out with an autocollimation telescope if required.
  • measured values of an absolute-incremental displacement encoder can be correlated with the measured values of at least one interferometer and used in addition to one another. This can increase the accuracy of an absolute positioning.
  • the measurement methods listed can also be used to determine the position.
  • a reversal is also conceivable according to the invention, in particular by attaching the detection units to the substrate holder and attaching alignment markings to the frame.
  • control unit and / or regulating unit are, in particular, continuous (and / or digitally time-discrete with a sufficiently high clock frequency), supplied with measured values.
  • an alignment mark on the substrate can be detected by means of optical image recognition and / or pattern recognition.
  • the position and / or the alignment state of the associated substrate holder and all relevant control parameters can be recorded and stored in a matrix and processed further.
  • the position of the substrate holder can be measured with at least one interferometer beam, preferably with at least two interferometer beams, in the optimal case with at least three interferometer beams.
  • position values of the substrate holder can be measured by the incremental encoder. These are referenced and, starting from a given position, measure the increase in the path. By combining the relative values of the interferometer and the readings of the incremental position encoder, position values up to the frame can be referenced as zero level and / or zero position.
  • At least one interferometer with a correspondingly designed, in particular monolithic, reflector for determining the x-y position and / or orientation of the substrate holder can be used in another embodiment according to the invention.
  • Three interferometer beams can be used for this.
  • the number of interferometer beams can in particular be equal to the number of reflective surfaces of the reflector. According to the invention, however, it is also conceivable that an extensive reflection surface, in particular a monolithic optical mirror of several interferometer beams is used as a reflector.
  • the substrate holder in particular formed from a monolithic block, preferably has at least two of the following functions: substrate fastening by means of vacuum (vacuum paths, connections), shape compensation for deforming the substrate by means of mechanical and / or hydraulic and / or piezoelectronic and / or pyroelectric and / or electrothermal actuating elements, preferably according to the embodiments of EP2656378B1, WO2014191033A1, and WO2019057286A1. Position and / or orientation determination (measuring standards,
  • Reflection surfaces and / or prisms in particular the reflectors for interferometry, register marks and / or register mark fields, planar measurement standards for planes, volume standards, in particular steps). Movement (guideways).
  • Movement devices according to the invention that are not used for fine adjustment are designed in particular as robot systems, preferably with incremental displacement sensors.
  • the accuracy of these movement devices for auxiliary movements is decoupled from the accuracy for aligning the substrate stack, so that the auxiliary movements are carried out with a low repetition accuracy of less than 1 mm, preferably less than 500 micrometers, particularly preferably less than 150 micrometers.
  • the control and / or regulation of movement devices according to the invention for (lateral) alignment is carried out in particular on the basis of xy positions and / or alignment positions detected with other measuring means.
  • the precision this movement device is preferably less than 200 nm, more preferably less than 100 nm, particularly preferably less than 50 nm, very particularly preferably less than 20 nm, more preferably less than 10 nm, ideally less than 1 nm.
  • the detection units in particular together with their movement units, are integrated in two, in particular rigidly, torsionally rigidly connected, fully closed portals.
  • the embodiment in particular uses a free optical path from the light source to the alignment mark for the detection of the alignment marks, analogous to WO2014202106A1.
  • the device has two portals which are rigidly connected to one another at a distance greater than a substrate diameter.
  • SVA SmartView Aligner
  • at least two opposing optical detection means with a common focal plane are adjustably arranged in the portal.
  • a first, closed portal with detection means is positioned at the end of the travel path, which successively detects alignment marks on the edge of the substrates.
  • the substrates are rotated by 90 degrees compared to the SVA and loaded onto the substrate holder so that the alignment marks are aligned with the linear movement, one behind the other.
  • the upper and lower substrate holders each move from the overlapping position of the substrates to reach the detection means and expose the edge with the alignment marks.
  • a second, closed portal enables the respective substrate holder to be traversed such as the loading or unloading movement.
  • the substrates are also moved here in the single alignment axis in order to bring the alignment marks into the optical path of the second portal.
  • the alignment of the substrates to one another takes place in particular indirectly on the basis of alignment markings which are located on contact surfaces of the substrates.
  • the alignment marks on opposite sides of the opposite substrates are in particular complementary to one another.
  • the alignment accuracy can be increased in that an additional, in particular third, alignment mark is additionally detected, which is attached either to one of the substrates to be aligned or to the substrate holder.
  • the additional alignment mark is preferably attached to the substrate holder.
  • the position detection of the substrate holder supplies correction values for the position and the alignment state of the substrates to be aligned.
  • the alignment accuracy is increased by the additional measured values and correlations with at least one of the measured values of the other registration units.
  • the additional measuring system is a laser interferometer, preferably a three-beam interferometer.
  • Another device has a monoportal, as described above, and a column (C construction), which are rigidly connected to one another, in particular at a distance greater than a substrate diameter.
  • the registration units are integrated here in the portal and in the column.
  • the embodiment uses, in particular, a free optical path from the light source to the alignment mark for the detection of the alignment marks, analogous to WO2014202106A1.
  • a column with detection means is preferably positioned at the end of the travel path, which successively detects alignment marks on the edge of the substrates.
  • the substrates are rotated by 90 degrees compared to the SVA and loaded onto the substrate holder so that the alignment marks are aligned with the linear movement, one behind the other.
  • the upper and lower substrate holders each move from the overlapping position of the substrates to reach the detection means and expose the edge with the alignment marks.
  • the monoportal, as described above, enables the respective substrate holder to be traversed such as the loading or unloading movement.
  • the substrates are also moved here in the single alignment axis in order to bring the alignment marks into the optical path of the monoportal and the column.
  • the alignment of the substrates to one another takes place in particular indirectly on the basis of alignment markings which are located on contact surfaces of the substrates.
  • the alignment marks on opposite sides of the opposite substrates are in particular complementary to one another.
  • the alignment accuracy can be increased in that an additional, in particular third, alignment mark is additionally detected, which is attached either to one of the substrates to be aligned or to the substrate holder.
  • the additional alignment mark is preferably attached to the substrate holder.
  • the position detection of the substrate holder supplies correction values for the position and the alignment state of the substrates to be aligned.
  • the alignment accuracy is increased by the additional measured values and correlations with at least one of the measured values of the other registration units. Correlating at least one of the measured alignment markings in the bonding interface between the contact surfaces with an alignment mark on the substrate holder that is also visible during the alignment of the substrates enables the direct observability of an alignment mark and thus real-time measurement and control during the alignment.
  • the additional measuring system is a laser interferometer, preferably a three-beam interferometer.
  • further detection means in particular fixed to the frame, are attached in the monoportal and in the column. What has been said about the device applies to the embodiment.
  • An image-to-image alignment is carried out on the basis of the alignment marks of the substrates.
  • the alignment accuracy is also checked in that the position of the substrate holder provides information about the position of the substrates through the additional alignment marks and the actual position of the substrate holder is taken into account by means of correction factors.
  • a repeated embodiment of the method according to the invention comprises the following, in particular at least partially sequential and / or simultaneous steps, in particular the following sequence:
  • the first / lower substrate is loaded onto the first / lower substrate holder with a supporting surface, with alignment marks on the opposite side (contact side) parallel to the straight line ie are arranged in alignment with the linear movement of the substrates.
  • the first / lower substrate is moved with the substrate holder into the field of view of a detection position of a first / upper detection unit of the optical system on the monoportal, in particular using movement devices for rough adjustment.
  • the first / lower substrate holder is measured during the entire travel path, in particular by means of a three-beam interferometer. Displacement and angle provide information about the position and tilting of the substrate holder on the linear guide, among other things.
  • the X-Y position and / or alignment position of the first substrate holder is acquired by an additional measuring system according to the invention (with a third acquisition unit). Displacement and angle provide information about the location (position) and angle (tilting ie pitch and yaw angle) of the substrate holder on the linear guide. ) Detection of the second alignment mark, in particular by means of pattern recognition. ) Simultaneously, in particular through synchronization with the first acquisition unit, an additional measuring system according to the invention, in particular a
  • Three-beam interferometer (with third detection unit) that detects the X-Y position as well as pitch and yaw angles and / or the orientation position of the first substrate holder.
  • the first / lower substrate holder is moved out of the field of view (beam path for detection) of the optical system.
  • the second / upper substrate is loaded onto the second / upper substrate holder. This method step can already be carried out before one of the previous method steps 0)
  • the second / upper substrate holder moves with the second / upper substrate to the monoportal into the field of vision of the optical system. 1) In particular, the second / upper substrate holder is measured by means of a three-beam interferometer during the entire travel path.
  • Displacement and angle provide information about the position and tilting of the substrate holder on the linear guide, among other things.
  • the second / lower detection unit of the optical system searches and detects the alignment mark on the second / upper substrate.
  • the optical system is not moved mechanically, but a correction of the focusing is conceivable. Preferably, however, no focusing movement is carried out.
  • an additional measuring system Simultaneously, in particular through synchronization with the second acquisition unit, an additional measuring system according to the invention, in particular a
  • Three-beam interferometer detects the X-Y position as well as pitch and yaw angles and / or alignment position of the second substrate holder.
  • Detection of the second alignment mark in particular by means of pattern recognition.
  • an additional measuring system according to the invention, in particular a
  • the control and evaluation computer determines the alignment errors, reference being made to the disclosures in documents US6214692B 1 (Smart View) and US9418882B2 (Enhanced Smart View).
  • an alignment error vector is created from the alignment error.
  • at least one correction vector is then calculated.
  • the correction vector can be a vector that is parallel to the alignment error vector and opposite to it, so that the sum of the alignment error vector and the correction vector results in zero. In special cases, further parameters can be taken into account in the calculation of the correction vector so that the result is different from zero.
  • Optional process step The substrates are bonded.
  • the bonding can also be a pre-bond or temporary bond.
  • Pre-bonding refers to bonding connections which, after the pre-bonding step has taken place, allow the substrates, in particular the wafers, to be separated without irreparable damage to the surfaces.
  • the loading sequence of the substrates can be arbitrary. Some process steps, such as loading the substrates, can be carried out simultaneously.
  • the additional measuring systems can detect the position and / or location of both the upper and the lower substrate holder and / or the upper and the lower substrate.
  • the device according to the invention can also be operated in a vacuum. This makes it possible to use the device in a vacuum cluster or high vacuum cluster.
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional illustration of a first
  • Fig. 2 is a schematic cross-sectional representation of a second
  • FIG. 3a shows a schematic, enlarged cross-sectional illustration of the first embodiment according to FIG. 1 in a first method step
  • FIG. 3b shows a schematic, enlarged cross-sectional illustration of the first embodiment according to FIG. 1 in a second method step
  • FIG. 4 shows a schematic, perspective view of an exemplary embodiment of the device according to the invention.
  • the same components or components with the same function are identified by the same reference symbols.
  • Figures 1 and 2 show schematic cross sections of two embodiments of the devices 1, 1 'according to the invention. These have:
  • the device 1, 1 'according to FIGS. 1 and 2 is able to interrelate the substrates 14 (first / lower substrate) and 20 (second / upper substrate) and / or substrate stacks (not shown in FIGS. 1 and 2) align and connect with each other.
  • This connection can also be a temporary connection (so-called pre-bond).
  • Possible movements / degrees of freedom of the functional components described below in FIGS. 1 to 4 are in some cases also represented symbolically as arrows.
  • at least one Y translation unit, one X translation unit, one Z translation unit and one phi rotation unit are possible.
  • a phi rotation unit allows the charged substrate 14, 20 to be rotated about its surface normal.
  • the resolution of the reproducible positioning capability of all rotation units used is in particular better than 1 °, preferably better than 0.1 °, more preferably better than 0.01 °, most preferably better than 0.001 °, most preferably better than 0.0001 °.
  • the resolution of the reproducible positioning ability of all translation units used is in particular better than 100 pm, preferably better than 10 pm, more preferably better than 1 pm, most preferably better than 100 nm, most preferably better than 1 nm.
  • the first and second detection units 2, 3 are not able to move in all three spatial directions X, Y and Z.
  • the registration units 2, 3 are statically installed in the measuring portal 21.
  • the first and second detection units 2 ', 3' are able to move in all three spatial directions.
  • rotation units can also be installed which allow rotation of the optical axis about three mutually orthogonal axes.
  • the first and second acquisition units 2, 2 ', 3, 3' according to FIGS. 1 and 2 can acquire a focal plane 10 in the opposite direction.
  • the common focal point 10p according to FIG. 4 represents a point of an idealized bonding plane of a first and a second substrate.
  • the device 1, 1 ‘according to Figures 1 and 2 provides means for additional detection of the movement of the substrates, in particular by length measurements, pitch angle measurements and
  • Yaw angle measurements and straightness measurements by an additional third measuring device 4 which are related to at least one fixed, in particular stationary, reference point or a reference and thus enable a correction factor to be determined.
  • the additional detection of the movement of the substrates 14, 20 is carried out with a three-beam interferometer or a calibration laser interferometer 4.
  • the measuring system 4 uses a new, additional optical path.
  • an additional (in particular third) alignment marking 12 is preferably applied to the substrate holder 5, 6.
  • a simultaneous length measurement and pitch and yaw angle detection 17 are carried out according to FIGS. 3a and 3b.
  • the additional third measuring device 4 in particular a laser interferometer, is stationary or fixed to the frame.
  • the position of the substrate holder and / or the substrate can be compared with at least one Frame-mounted laser interferometers, preferably with two frame-mounted laser interferometers, are measured.
  • the position detection of the substrate holder 5, 6 supplies correction values for the position and the alignment state of the substrates 14, 20 to be aligned.
  • the alignment accuracy is increased.
  • the direct observability of the alignment mark 12 and thus real-time measurement and control during alignment allows.
  • the first / lower substrate holder 6 or the first / lower movement device 8 moves along a straight guide 18b (according to Figure 4) for the first / lower movement device until the left or first alignment mark 15 of the first / lower substrate is located in the field of vision of the upper measuring device 2 or optics.
  • the movements of the translation units and rotation units can be recorded and the recording data are transmitted to the central control unit for further processing and control.
  • the first / lower substrate holder 6 or the first / lower movement device 8 moves further along the straight guide 18b (see FIG. 4) for the first / lower movement device 8 until the right or second alignment mark 16 is located of the first / lower substrate 14 is located in the field of vision of the upper measuring device 2 ie of the upper optics.
  • the second / upper substrate holder 5 or the second / upper movement device 7 moves along a straight guide 18a (according to FIG. 4) for the second / upper movement device 7 until the left or first alignment mark of the second / upper substrate 20 is located in the field of vision of the lower measuring device 3 ie the lower optics.
  • the second / upper substrate holder 5 or the second / upper movement device 7 moves further along the straight guide 18a (see FIG. 4) for the second / upper movement device 7 until the right or second alignment mark of the second / upper substrate 20 in the field of view of the lower measuring device 3 ie the lower optics.
  • the optics are controlled in particular in such a way that the position of the alignment mark in relation to the optical axis can be recognized, detected and stored by the optics.
  • the design of the device in a closed design increases the rigidity of the device 1, 1 'and reduces the ability to oscillate. It is sufficient to align a guide direction for the substrate holders 5, 6 with one another as precisely as possible.
  • a three-beam interferometer 4 allows the linear movement of the substrate holder 5, 6 to be checked by measuring the change in position (measurement of the displacement), the change in the tilt angle (angle measurement), the flatness (measurement of the displacement and angle), the orthogonality (angle measurement) and the dynamics ( Measurement of speed).
  • the measurement of the change in the tilt angle allows the detection of a tilting of the slide on a linear guide.
  • the measurement of the straightness allows the detection or the exact recording of horizontal or vertical deviations of the slide path on linear guides.
  • Position features are derived or calculated from the position and / or location values of the alignment marks 15, 16 of the substrates 14, 20 and of alignment marks 12 on the substrate holder 5, 6.
  • the correlation of at least one of the measured alignment markings 15, 16 according to FIGS. 3a and 3b in the bonding interface between the contact surfaces with an alignment mark 12 on the substrate holder 5, 6 that is also visible during the alignment of the substrates 14, 20 enables a continuous, direct correlation of the position data and thus the Real-time measurement and control during alignment.
  • the position correction increases the accuracy compared to conventional systems.
  • the control and / or regulation of the movement devices for (lateral) alignment is carried out in particular on the basis of X-Y positions and / or alignment positions recorded with other measuring means.
  • the accuracy of these movement devices is preferably less than 200 nm, preferably less than 100 nm, particularly preferably less than 50 nm, very particularly preferably less than 20 nm, more preferably less than 10 nm, ideally less than 1 nm.
  • the two substrates 14, 20 are aligned in a last step.
  • the alignment of the substrates 14, 20 to one another takes place in particular indirectly on the basis of alignment markings 15, 16 which are located on contact surfaces of the substrates 14, 20.
  • the substrate holders 5, 6 are moved in a position- and, in particular, position-regulated form until the alignment error, which is derived from the position value of the detection units (optics) and the current position and / or location of the substrate holder 5, 6 ( Three-beam interferometer) is calculated, minimized or, ideally, eliminated.
  • a termination criterion is defined.
  • the two substrates 14, 20 are finally contacted, preferably exclusively by a movement of the Z translation unit (s) of the substrate receptacles 5, 6.
  • the device 1, 1 ‘can be located in a special embodiment in a vacuum chamber or a housing.
  • FIG. 4 shows a schematic, perspective view of embodiment 4.
  • the first / upper detection unit 2 and, if necessary, further upper detection units and / or sensors and / or measuring units 2 w are integrated in a monoportal 21.
  • the second / lower registration unit 3 and, if required, further lower registration units and / or sensors and / or measuring units 3w are also integrated in the monoportal 21 or in the frame 11.
  • the embodiment according to FIG. 4 also has:
  • FIG. 4 shows the straight guide 18a for the second / upper movement device and the straight guide 18b for the first / lower movement device with fixed bearings 22 and guide elements 23.
  • the first alignment mark 15 and the second alignment mark 16 of the first / lower substrate 14 are aligned essentially parallel to the main loading direction of the substrates 14, 20. This direction is given by the straight guides 18a and 18b. Fine drives 19 for corrective movements about all three spatial axes are available for the substrates 14, 20.
  • SIGNED LIST 1 device, 2 ‘First / upper registration unit w Further upper registration units and / or
  • Detection unit 0 Theoretical focal plane 0p Theoretical focal point 1 Frame 2 Third alignment mark 4 First / lower substrate 5 First alignment mark of the first / lower substrate 6 Second alignment mark of the first / lower substrate 7 Simultaneous length measurement and pitch and yaw angle detection by three-beam interferometer 48a Straight guidance for the second / upper Movement device8b Straight guide for the first / lower movement device9 fine drives Second / upper substrate monoportal fixed bearing

Abstract

Es wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ausrichtung von Substraten vorgeschlagen.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Ausrichtung von Substraten
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausrichtung von Substraten gemäß den nebengeordneten Ansprüchen.
Die voranschreitende Miniaturisierung in beinahe allen Teilen der Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik sorgt für eine ständige Weiterentwicklung aller Technologien, mit deren Hilfe man die Dichte aller Arten von funktionalen Einheiten auf Substraten steigern kann. Zu diesen funktionalen Einheiten gehören beispielsweise Mikrocontroller, Speicherbausteine, MEMS, alle Arten von Sensoren oder Mikrofluidikbauteile.
In den letzten Jahren wurden die Techniken zur Erhöhung der lateralen Dichte dieser funktionalen Einheiten stark verbessert. In einigen Teilbereichen der Mikroelektronik oder Mikrosystemtechnik sogar so weit, dass eine weitere Steigerung der lateralen Dichte der funktionalen Einheiten nicht mehr möglich ist. In der Mikrochipherstellung wurde die maximal erreichbare Auflösungsgrenze für lithographisch herzustellende Strukturen bereits so gut wie erreicht. Physikalische oder technologische Beschränkungen erlauben also in wenigen Jahren gar keine Steigerung der lateralen Dichte funktionaler Einheiten mehr. Die Industrie begegnet diesem Problem bereits seit einigen Jahren durch die Entwicklung von 2.5D und 3D Technologien. Mit Hilfe dieser Technologien ist es möglich, gleiche, oder sogar unterschiedlich geartete, funktionale Einheiten zueinander auszurichten, übereinander zu stapeln, sie permanent miteinander zu verbinden und durch entsprechende Leiterbahnen miteinander zu vernetzen.
Eine der Schlüsseltechnologien für die Realisierung solcher Strukturen ist das Permanentbonden. Unter dem Permanentbonden versteht man alle Verfahren, mit deren Hilfe Substrate so miteinander verbunden werden können, dass deren Trennung nur durch hohen Energieaufwand und einer damit einhergehenden Zerstörung der Substrate möglich ist. Es existieren unterschiedliche Arten des Permanentbondens, welche dem Fachmann bekannt sind.
Eines der wichtigsten Permanentbondverfahren ist das Fusionsbonden, auch als Direktbonden oder molekulares Bonden bezeichnet. Unter Fusionsbonden versteht man den Vorgang des permanenten Verbindens zweier Substrate über die Ausbildung kovalenter Verbindungen. Fusionsbonds entstehen vor allem an den Oberflächen von nichtmetallisch-nichtorganischen Materialien. Fusionsbonds können in mehreren Verfahrensschritten ablaufen: die vorbehandelten, gereinigten Substrate werden mittels sogenannten Prebonds miteinander verbunden. Beim Prebondverfahren werden zwei Substrate alleine durch van-der- Waals Kräfte miteinander gebondet. Dieser Bondvorgang findet vor allem zwischen Silizium-Substraten und/oder Siliziumoxidsubstraten statt. Der Bondvorgang verbindet eine erste zu bondende Substratoberfläche eines ersten Substrats mit einer zweiten zu bondenden Substratoberfläche eines zweiten Substrats. Die Bindungsenergie der schwachen Verbindung reicht dazu aus, dass die Substrate miteinander unbeweglich verbunden werden. Das Prebond ermöglicht jedoch eine zerstörungsfreie, insbesondere beschädigungsfreie Trennung der miteinander gefügten Substrate. Erst mit einer Wärmebehandlung wird das Prebond in eine untrennbare Verbindung der Substrate überführt.
Die Klemmung der zueinander ausgerichteten Substrate kann bei Bedarf zuerst oder nach dem Prebond rein mechanisch erfolgen. In einer besonderen Ausführungsform werden die Substrate vorzugsweise mit einer in der Patentschrift PCT/EP2013/056620 beschriebenen Methode zueinander geklemmt. Dabei werden magnetisch wirkende Fixiermittel zur schnellen und leichten Fixierung der beiden zueinander ausgerichteten und in Kontakt gebrachten Substrate verwendet. Die Klemmung kann auch auf jede andere Art erfolgen. Insbesondere können die zueinander ausgerichteten Substrate an einen Probenhalter geklemmt werden.
Der Stand der Technik kennt unzählige Verfahren zur Vermessung von Ausrichtungsmarken zur korrekten Positionierung der Substrate, auf denen sich die Ausrichtungsmarken befinden, sowie zum darauf folgenden Bondschritt. Substrate werden gemäß dem Stand der Technik mit Hilfe von Ausrichtungsanlagen, insbesondere gemäß US6214692B1 , W02014202106A1 oder WO2015082020A1 zueinander ausgerichtet. Die Ausrichtungsanlage der Druckschrift US6214692B 1 kann als nächstliegender Stand der Technik betrachtet werden. Bei dieser werden zwei Optikgruppen mit jeweils zwei zueinander gegenüberliegenden Optiken verwendet, um ein System mit zwei Referenzpunkten zu schaffen, wobei die Substrate in Bezug auf das System wechselseitig positioniert werden. Bei den Referenzpunkten handelt es sich um die Schnittpunkte der optischen Achsen zweier zueinander gegenüberliegender Optiken.
In einer bekannten Vorrichtung werden ein optisches System und ein Rotationssystem für die Substratpositionierung nach dem Prinzip der Umschlagsjustierung verwendet, s. dazu Hansen, Friedrich: Justierung, VEB Verlag Technik, 1964, Abs. 6.2.4, Umschlagmethode, bei welcher mindestens eine Messung in einer definierten Position und mindestens eine Messung in 180 Grad gedrehter, entgegengesetzt orientierter, umgeschlagener Position durchgeführt wird. Das so erhaltene Messergebnis ist insbesondere von Exzentrizitätsfehlern bereinigt.
Ein Problem bei der Ausrichtung von mindestens zwei Substraten besteht darin, dass die Bewegungsabläufe der Ausrichtung immer schneller jedoch auch immer präziser, also mit geringerer
Positionsrestunsicherheit ablaufen sollen, sodass die Substrate möglichst in der Idealposition miteinander verbunden und verbündet werden. Diese Bewegungsforderungen stehen im Gegensatz zueinander.
Weiterhin sollen parasitäre Bewegungen sowie durch die Vorrichtung selbst strukturbedingte Zusatzwege weitestgehend eliminiert werden. Parasitäre Bewegungen entstehen insbesondere als Wirkung von Schwingungen, thermischen Einflüssen, Wanderlasten, und als Störwirkung von elektromagnetischen Feldern auf die Vorrichtung. Strukturbedingte Zusatzwege sind Trajektoriebahnen eines ersten zu bondenden Substrat mit einem zweiten zu bondenden Substrats, welche durch Optimierung der Vorrichtung bei Beibehaltung der Ausrichtungsfunktionalität der Vorrichtung und insbesondere durch Erhöhung der Positioniergenauigkeit entfallen.
Bei Ausrichtungsvorrichtungen im Stand der Technik sind meistens die Be- und Entladerichtung identisch zur Hauptbewegungsrichtung der Ausrichtung der Substrate. Zur Erfassung der Ausrichtungsmarken fahren beide Substrate eine Länge entsprechend dem gesamten Substratdurchmesser mehrmals durch.
Die Bauform von Ausrichtungsvorrichtungen richtet sich dabei nach der historisch entwickelten Bauform einer manuellen
Ausrichtungsvorrichtung mit jeweils zwei Doppelmikroskopen, wie sie in der Druckschrift US6214692B 1 offenbart wird. Bei dieser Bauform wurde eine ergonomische Arbeitsposition des Operators berücksichtigt und die beiden Beobachtungsmikroskope auf einer Normalen der Hauptbewegungsrichtung der Be- sowie Entladerichtung in gleichem Abstand zum Operator positioniert.
Bei der W02014202106A1 steht die Be- und Entladerichtung quer zur Hauptbewegungsrichtung der Ausrichtung der Substrate. Zur Erfassung der Ausrichtungsmarken sind kurze Verfahrwege möglich. Die Positionierung von den beiden Doppelmikroskopen ist jedoch mit dem Aufbau von herkömmlichen Ausrichtungsvorrichtungen im Wesentlichen identisch.
Die PCT7EP2016/070289 verwendet zusätzliche Ausrichtungsmerkmale des Substrathalters, die mit den Substratmerkmalen kombiniert werden und eine genauere Ausrichtung ermöglichen. Der mechanische Aufbau ist im Wesentlichen den herkömmlichen Ausrichtungsvorrichtungen entsprechend ausgeführt.
Die wesentlichen Probleme mit dem Stand der Technik resultieren aus der Bauform der aktuellen Ausrichtungsvorrichtung. Jegliche parasitäre Bewegung der auszurichtenden Substrate und/oder der Teile der Vorrichtung ist schädlich für die Ausrichtungsgenauigkeit. Insbesondere sind unerwünschte Bewegungen Verschiebungen der Relativlage der Substrate zueinander, Schwingungen der Gesamtvorrichtung sowie deren Teile, parasitäre Bewegungen, welche durch Wanderlasten verursacht werden (Bewegung von Massen auf Führungsbahnen verursachen Querverschiebungen), unerwünschtes Gieren, Nicken oder Rollen an verwendeten Geradführungen. Weiterhin sind Schwingungen der Bilderfassungselemente zu minimieren, damit der Bedarf an Nachfokussierung vermieden wird. Generell verursachen Schwingungen parasitäre Bewegungen, welche in einem Zeitrahmen von Mikrosekunden bis Sekunden Störungen verursachen.
Mechanische Störungen, welche eine thermomechanische Wandlung, und/oder thermisches Rauschen und/oder Wärmedehnung als Ursache besitzen, führen zu parasitären Bewegungen. Die Zeitintervalle in denen diese mechanischen Störungen entstehen, liegen im Sekunden bis Tagebereich. Dementsprechend sind Detektion sowie Kompensation der verursachten mechanischen Störungen kompliziert.
Alle aufgeführten parasitären Bewegungen sind dem Fachmann auf dem Gebiet des Maschinenbaus sowie der Mechatronik bekannt. Insbesondere beeinflussen parasitäre Bewegungen den Ausrichtungserfolg, wenn sie einen systematischen Fehler für die Ausrichtung darstellen.
Diese systematischen Fehler sind objektiv bedingt durch die Ausrichtungsvorrichtung und Messmethoden. Für Vorrichtungen im Stand der Technik können die Führungs- sowie Antriebsysteme der Substrate sowie die Bilderfassungselemente mitsamt deren Positionier- und Antriebssysteme Fehlerquellen sein.
Die Bilderfassungselemente der Vorrichtungen des Standes der Technik, insbesondere Doppelmikroskope, welche in entgegengesetzter Richtung eine Fokusebene erfassen können, befinden sich am Ende von offenen Konsolen. Somit erfolgt die Befestigung der Bilderfassung an Maschinengestellen einer sogenannten offenen C-Bauweise. Offene C- Bauweisen neigen verstärkt zu Schwingungen, welche vor allem im niederfrequenten Bereich zwischen 0,1 Hz bis 1Hz oder zwischen 0, 1 Hz bis 10 Hz nur mit erheblichem konstruktiven Aufwand gedämpft und nicht eliminiert werden können.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit dem bzw. mit der die Genauigkeit der Ausrichtung der Substrate zueinander verbessert werden und gleichzeitig die Geschwindigkeit der Ausrichtung zweier Substrate erhöht werden kann. Dadurch wird eine genauere und noch effizientere Ausrichtung und Kontaktierung der Substrate ermöglicht.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder Zeichnungen angegebenen Merkmale. Bei Wertebereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und in beliebiger Kombination beanspruchbar sein.
Erfindungsgemäß vorgesehen ist ein Verfahren zur Ausrichtung von Substraten, wobei eine Erfassung von Ausrichtungsmarken erfolgt und in Abhängigkeit der Erfassung der Ausrichtungsmarken die Substrate zueinander ausgerichtet werden, wobei mindestens zwei Ausrichtungsmarken fluchtend mit einer Linearbewegung der Substrate angeordnet sind. Weiterhin erfindungsgemäß vorgesehen ist eine Vorrichtung zur Ausrichtung von Substraten und zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei eine Erfassung von Ausrichtungsmarken durchführbar ist, und in Abhängigkeit der Erfassung der Ausrichtungsmarken die Substrate zueinander ausrichtbar sind, wobei mindestens zwei Ausrichtungsmarken fluchtend mit einer Linearbewegung der Substrate angeordnet sind.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass mindestens drei Ausrichtungsmarken fluchtend mit der Linearbewegung der Substrate angeordnet sind.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass mindestens eine Ausrichtungsmarke an und/oder auf einem Substrathalter angeordnet ist.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass mindestens zwei Ausrichtungsmarken an einem Substrat und mindestens eine Ausrichtungsmarke am Substrathalter angeordnet sind, wobei die Ausrichtungsmarken fluchtend mit der Linearbewegung der Substrate angeordnet sind.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass Erfassungseinheiten zur Erfassung der Ausrichtungsmarken in mindestens einem ringförmigen Messportal angeordnet sind, bevorzugt in mindestens einem vollumfänglich geschlossen ringförmigen Messportal.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass Erfassungseinheiten zur Erfassung der Ausrichtungsmarken in zwei ringförmigen Messportalen angeordnet sind, bevorzugt in zwei vollumfänglich geschlossen ringförmigen Messportalen.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass Erfassungseinheiten zur Erfassung der Ausrichtungsmarken in einem ringförmigen Messportal, bevorzugt in einem vollumfänglich geschlossen ringförmigen Messportal, und in einer C-förmigen Säule angeordnet sind. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Ausrichtung entlang einer einzigen Ausrichtungsachse erfolgt, wobei die Ausrichtungsachse parallel zur Be- und Entladerichtung der Substrate verläuft.
Es ist mit anderen Worten Kern der Erfindung, dass mindestens zwei Ausrichtungsmarken fluchtend mit der Linearbewegung der Substrate angeordnet sind. Dabei können sich beispielsweise zwei Ausrichtungsmarken auf dem Substrat befinden oder beispielsweise eine Ausrichtungsmarke auf dem Substrat und eine andere Ausrichtungsmarke auf dem Substrathalter befinden. Es können sich aber auch beispielsweise zwei oder mehr Ausrichtungsmarken auf dem Substrat und/oder auf dem Substrathalter befinden. Diese beispielhaften Konfigurationen gelten sowohl für das erste/obere Substrat bzw. den ersten/oberen Substrathalter als auch für das zweite/untere Substrat bzw. den zweiten/unteren Substrathalter. Erfindungsgemäß sind mindestens zwei Ausrichtungsmarken fluchtend mit der Linearbewegung der Substrate angeordnet. Hierdurch ist eine hohe Ausrichtungsgenauigkeit aufgrund der Reduktion von Querbewegungen erreichbar.
Der Erfindung liegt insbesondere der Gedanke zugrunde, die Ausrichtungsgenauigkeit durch eine erhöhte Steifigkeit der Vorrichtung mit einer Portalbauweise und/oder durch eine Erfassung von mindestens drei Ausrichtungsmarkierungen (im Folgenden auch Ausrichtungsmarken genannt), die mit der Linearbewegung der Substrate fluchtend angeordnet sind, zu erhöhen.
Mindestens eine Ausrichtungsmarkierung ist vorzugsweise an und/oder auf einem Substrathalter angebracht. Die Positionserfassung des Substrathalters liefert Korrektionswerte für die Lage und den Ausrichtungszustand der auszurichtenden Substrate.
In einer vorteilhaften Ausführungsform besitzt mindestens ein Substrathalter eine bevorzugt ebene Aufnahmefläche für ein Substrat. Weiterhin kann mindestens ein Substrathalter insbesondere monolithisch mit der Aufnahmefläche verbundene prismatische Körper beinhalten, welche bei bekannter Geometrie als Referenzflächen für insbesondere optische Positionsmessungen herangezogen werden können. Diese Funktionsflächen sind als Laserreflektoren ausgebildet, sodass durch die geometrische Form und Kenntnis über den Auftreffpunkte der Laser eine genaue Lage des Körpers im Raum zu bestimmen ist. Dabei kann interferometrisch die Lage der Funktionsflächen vermessen und entsprechend in einer geschlossenen Regelschleife korrigiert werden.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ausrichtung mindestens zweier Substrate weist mindestens ein optisches System auf, aufweisend zwei, insbesondere gegeneinander ausgerichteten, Optiken oder Erfassungseinheiten, deren optischen Pfade sich vorzugsweise in einem gemeinsamen Fokuspunkt treffen. Der gemeinsame Fokuspunkt stellt einen Punkt einer idealisierten Bondebene eines ersten und eines zweiten Substrats dar. In dieser Ebene werden die Substrate miteinander verbondet. Die genaue Beschreibung und Kalibrierung der Fokuspunkte wird ausführlich in der Druckschrift W02014202106 beschrieben.
Das optische System bzw. die Erfassungseinheiten beinhalten gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform Strahlformungs- und/oder Umlenkungselemente wie Spiegel, Linsen, Prismen, Strahlungsquellen insbesondere zur Köhlerschen Beleuchtung sowie Bilderfassungsmittel wie Kameras (CMOS-Sensoren, oder CCD, oder Flächen- oder Zeilen oder Punkterfassungsmittel wie ein Fototransistor) und Bewegungsmittel zur Fokussierung sowie Auswertemittel zur Regelung des optischen Systems.
Eine erfindungsgemäße Weiterbildung der Vorrichtung beinhaltet mehr als zwei identische optische Systeme mit ausgerichteten Optiken. Weiterhin beinhaltet die erfindungsgemäße Vorrichtung Substrathalter für die Aufnahme der auszurichtenden Substrate. Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung beinhaltet mindestens zwei verfahrbare Substrathalter, welche ein erstes auszurichtendes Substrat sowie ein zweites auszurichtendes Substrat aufnehmen und befestigen können. Bewegungs- und Positioniersysteme der Substrathalter werden als verfahrbare Substrathalter subsummiert.
Die Substrate können jede beliebige Form besitzen, sind aber bevorzugt kreisrund. Wafer werden immer als Substrate verstanden. Der Durchmesser der Substrate ist insbesondere industriell genormt. Für Wafer gelten die industrieüblichen Durchmesser, 1 Zoll, 2 Zoll, 3 Zoll, 4 Zoll, 5 Zoll, 6 Zoll, 8 Zoll, 12 Zoll und 18 Zoll bzw. die entsprechenden metrischen Umrechnungen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann aber grundsätzlich jedes Substrat, unabhängig von dessen Durchmesser handhaben.
Erfindungsgemäß ist es denkbar, statt eines Substrats einen Substratstapel bestehend aus mindestens zwei miteinander verbundenen Substraten zu verwenden und mit einem Substrat oder mit einem anderen Substratstapel zu verbinden. In der weiteren Offenbarung können Substratstapel unter Substrate subsummiert verwendet und verstanden werden.
Die Ausrichtung der Substrate zueinander erfolgt insbesondere an Hand von Ausrichtungsmarkierungen, die sich an Kontaktflächen der Substrate befinden. Die Ausrichtungsmarkierungen an gegenüberliegenden Seiten der gegenüberliegenden Substrate sind insbesondere komplementär zueinander. Ausrichtungsmarkierungen können jegliche, zueinander ausrichtbare Objekte wie Kreuze, Quadrate, oder Kreise sein, sowie propellerartige Gebilde oder Gitterstrukturen, insbesondere Phasengitter für den Ortsfrequenzbereich.
Die Ausrichtungsmarkierungen werden mit Vorzug mittels elektromagnetischer Strahlung einer bestimmten Wellenlänge bzw. Wellenlängenbereiche erfasst, insbesondere Infrarotstrahlung, sichtbares Licht oder ultraviolette Strahlung. Es ist jedoch die Verwendung von Strahlung anderer Wellenlängenbereiche ebenfalls möglich.
Weiterhin kann die erfindungsgemäße Vorrichtung ein System zur Herstellung von Pre-bonds beinhalten.
Weiterhin beinhaltet die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise Bewegungseinrichtungen mit Antriebssystemen, Führungssystemen, Festhaltungen sowie Messsystemen, um die optischen Systeme sowie die Substrathalter und/oder Substrate zu bewegen, zu positionieren und zueinander auszurichten. Die Bewegungseinrichtungen können eine geregelte Positionierung der Substrathalter ausführen, welche durch Steuerungs- und/oder Regelungseinheiten, insbesondere Rechner, und/oder Regelungsalgorithmen gelenkt werden.
Die Bewegungseinrichtungen können jede Bewegung als Resultat von Einzelbewegungen erzeugen, sodass die Bewegungseinrichtungen bevorzugt schnelle, den Genauigkeitsanforderungen nicht entsprechende Grobpositioniervorrichtungen sowie präzise arbeitende Feinpositioniervorrichtungen enthalten können. Ein Sollwert der anzufahrenden Position ist ein Idealwert. Die Bewegungseinrichtung nähert sich dem Idealwert an. Ein Erreichen einer definierten Umgebung um den Idealwert kann als Erreichen des Sollwertes verstanden werden. Als Grobpositioniervorrichtung wird eine Positioniervorrichtung verstanden, wenn die Anfahr- und/oder Wiederholgenauigkeit vom Sollwert weniger als 0,1%, bevorzugt weniger als 0,05%, besonders bevorzugt weniger als 0,01%, bezogen auf den gesamten Verfahrweg oder Rotationsbereich, bei umlauffähigen Rotationsantrieben eine volle Umdrehung von 360 Grad, abweicht. Beispielsweise resultiert somit bei einem Grobpositionierer (engl.: pre-aligner) mit einem Verfahrweg von über 600 mm (Doppeltes vom Substratdurchmesser) eine Anfahrgenauigkeit von 600 mm * 0,01%, also weniger als 60 Mikrometer als Restunsicherheit. In anderen Ausführungsformen der Grobpositionierung ist die Restunsicherheit der Anfahr- oder Wiederholgenauigkeit weniger als 200 Mikrometer, bevorzugt weniger als 150 Mikrometer, besonders bevorzugt weniger als 50 Mikrometer. Dabei sollen die thermischen Störgrößen ebenfalls mit berücksichtigt werden.
Eine Grobpositioniervorrichtung erfüllt die Positionieraufgabe nur dann mit hinreichender Genauigkeit, falls zwischen der tatsächlich erreichten Ist-Position und dem Sollwert der Position die Abweichung im Verfahrbereich einer zugeordneten Feinpositioniervorrichtung liegt.
Eine alternative Grobpositioniervorrichtung erfüllt die Positionieraufgabe nur dann mit hinreichender Genauigkeit, falls zwischen der tatsächlich erreichten Ist-Position und dem Sollwert der Position die Abweichung im halben Verfahrbereich einer zugeordneten Feinpositioniervorrichtung liegt.
Als Feinpositioniervorrichtung wird eine Positioniervorrichtung verstanden, wenn die Restunsicherheit der Anfahr- und/oder Wiederholgenauigkeit vom Sollwert weniger als 500 ppb, bevorzugt weniger als 100 ppb, im Idealfall 1 ppb bezogen auf den gesamten Verfahrweg oder Rotationsbereich nicht überschreitet. Vorzugsweise wird eine erfindungsgemäße Feinpositioniervorrichtung einen absoluten Positionierfehler kleiner 5 Mikrometer, bevorzugt kleiner 1 Mikrometer, besonders bevorzugt kleiner 100 nm, ganz besonders bevorzugt kleiner 10 nm, im Optimalfall kleiner 5 nm, im Idealfall kleiner 1 nm besitzen.
Die Ausrichtung und evtl. Kontaktierung (Fusionsbonden) erfolgt mittels Feinstantrieben wie Piezoantriebe.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie dazugehörende Verfahren weisen bevorzugt mindestens zwei Positioniervorrichtungen höchster Genauigkeit und Reproduzierbarkeit auf. Für die Qualität der Ausrichtung der Substrate kann ein Konzept der gegenseitigen Fehlerkorrekturen verwendet werden. So kann ein bekannter Versatz (Verdrehung und/oder Verschiebung) eines Substrats und dazu korrespondierend der Positioniervorrichtung mit der Justierung und Korrektur der Position der anderen Positioniervorrichtung und des anderen Substrats mit Korrekturwerten bzw. Korrekturvektoren ausgeglichen werden. Dabei ist es eine Frage der Größe und Art der Verdrehung und/oder Verschiebung, wie die Steuerung bzw. Regelung die Grob- und Feinpositionierung oder nur die Grob- oder nur die Feinpositionierung zur Fehlerkorrektur einsetzt. Im weiteren Text werden Positioniervorrichtungen (Grob- oder Fein- oder zusammengesetzte Positioniervorrichtungen) sowie Ausrichtungsmittel als Synonyme betrachtet verwendet.
Die Ausrichtung der Substrate zueinander kann erfindungsgemäß in allen sechs Bewegungsfreiheitsgraden erfolgen: drei Translationen gemäß den kartesischen Koordinatenrichtungen x, y und z sowie drei Rotationen um diese Koordinatenrichtungen. Mit x-, y- und z-Richtung bzw. x-, y- und z-Position werden im kartesischen x-y-z-Koordinatensystem verlaufende Richtungen oder angeordnete Positionen verstanden. Die x- und y- Richtung entspricht insbesondere der lateralen Richtung des Substrats. Positionsmerkmale werden aus den Positions- und/oder Lagewerten der Ausrichtungsmarkierungen der Substrate sowie von
Ausrichtungsmarkierungen auf dem Substrathalter abgeleitet/berechnet. Erfindungsgemäß können die Bewegungen in jeglicher Richtung und Orientierung durchgeführt werden. Die Ausrichtung der Substrate beinhaltet insbesondere einen passiven oder aktiven Keilfehlerausgleich, vorzugsweise gemäß der Offenbarung in der Druckschrift EP2612109B 1.
Das erfindungsgemäße Verfahren erhöht die Ausrichtungsgenauigkeit insbesondere mittels zusätzlichen X- Y-Positions- und/oder Lageinformationen, welche mit zusätzlich angebrachten Erfassungseinheiten und/oder Mess- und Regelsystemen erfasst und zur Steuerung/Regelung der Ausrichtung verwendet werden. Die zusätzlich angebrachten Erfassungseinheiten und/oder Mess- und Regelsysteme können weitere Optikgruppen mit jeweils zwei zueinander gegenüberliegenden Optiken sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine zusätzliche (insbesondere dritte) Ausrichtungsmarkierung am Substrathalter angebracht. Dieses zusätzliche Positionsmerkmal wird mit mindestens einem zusätzlichen Messsystem mit einem neuen, zusätzlichen optischen Pfad, erfasst. Die Ausrichtungsmarkierungen an den Substrathaltern sind ebenfalls mit der Linearbewegung der Substrate fluchtend angeordnet. Die Positionserfassung der Substrathalter liefert Korrektionswerte für die Lage und den Ausrichtungszustand der auszurichtenden Substrate. Durch die zusätzlichen Messwerte und Korrelationen mit mindestens einem der Messwerte der anderen Erfassungseinheiten wird die
Ausrichtungsgenauigkeit erhöht. Durch Korrelation mindestens einer der vermessenen Ausrichtungsmarkierungen im Bondinterface zwischen den Kontaktflächen mit einer auch bei der Ausrichtung der Substrate sichtbaren Ausrichtungsmarkierung am Substrathalter wird die direkte Beobachtbarkeit einer Ausrichtungsmarke und somit eine Echtzeitmessung und Regelung während der Ausrichtung ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das zusätzliche Messsystem ein Laserinterferometer. Ein Laserinterferometer erlaubt eine Kontrolle der Linearbewegung der Substrathalter durch die Messung der Positionsänderung (Messung der Verschiebung), der Kippwinkeländerung (Winkelmessung), der Ebenheit (Messung der Verschiebung und Winkel), der Orthogonalität (Winkelmessung) und bei Bedarf der Dynamik (Messung der Geschwindigkeit). Insbesondere erlaubt die Messung der Kippwinkeländerung die Detektion des Verkippens von Schlitten auf einer Linearführung. Die Messung der Geradheit erlaubt die Detektion bzw. die genaue Erfassung von waagerechten oder vertikalen Abweichungen der Schlittenbahn an Linearführungen. Für hochpräzise laserinterferometrische Messungen ist eine Echtzeit-Korrektur der Laserwellenlänge je nach Medium notwendig. Dabei müssen z.B. Druck, Materialtemperatur und/oder Gastemperatur (wenn vorhanden) erfasst werden.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform weist mindestens ein Laserinterferometer pro Substrathalter und/oder Substrat auf, bevorzugt zwei Laserinterferometer pro Substrathalter und/oder Substrat, welches die X-Y-Position und/oder Ausrichtungslage und/oder Winkellage beider Substrathalter und/oder der Substrate im Bezug zu einer definierten Referenz, insbesondere zum Gestell, erfasst. Bevorzugt ist das mindestens eine Interferometer gestellfest.
Roboter zum Substrathandling werden unter Bewegungseinrichtungen subsummiert. Die Festhaltungen können in den Bewegungseinrichtungen bauteilintegriert und/oder funktionsintegriert sein. Weiterhin beinhalten erfindungsgemäße Vorrichtungen vorzugsweise Regelungssysteme und/oder Auswertungssysteme, insbesondere Rechner, um die beschriebenen Schritte, insbesondere Bewegungsabläufe, auszuführen, Korrekturen durchzuführen, Betriebszustände der jeweiligen erfindungsgemäßen Vorrichtung zu analysieren und zu speichern. Verfahren werden vorzugsweise als Rezepte erstellt und in maschinenlesbarer Form ausgeführt. Rezepte sind optimierte Wertesammlungen von Parametern, die im funktionalen oder verfahrenstechnischen Zusammenhang stehen. Die Nutzung von Rezepten erlaubt es, eine Reproduzierbarkeit von Produktionsabläufen zu gewährleisten.
Weiterhin beinhaltet die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform Versorgungs- sowie Hilfs- und/oder Ergänzungssysteme wie z.B. Druckluft, Vakuum, elektrische Energie, Flüssigkeiten wie Hydraulik, Kühlmittel, Heizmittel, Mittel und/oder Vorrichtungen zur Temperaturstabilisierung, elektromagnetische Abschirmungen.
Weiterhin beinhaltet die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugweise Gestelle, Verkleidungen, schwingungsunterdrückende oder -dämpfende oder -tilgende aktive oder passive Subsysteme.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung können die Erfassungseinheiten, bevorzugt mitsamt deren Bewegungseinheiten, in mindestens einem ringförmigen Messportal angeordnet sein, besonders bevorzugt in mindestens einem vollumfänglich geschlossenen, ringförmigen Messportal, insbesondere gestellfest, angeordnet sein.
Die bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung mit einem einzigen Portal wird im weiteren Verlauf als Monoportal-Ausführung bezeichnet. Das Monoportal ermöglicht das Durchfahren der Substrate mitsamt Substrathalter, sodass eine Erfassung der Ausrichtungsmarken zumindest der Substrate ermöglicht wird. In einer Weiterführung können die Positionen der Substrathalter ebenfalls mit erfasst werden.
Ein Kerngedanke der Erfindung ist insbesondere das Erreichen einer Reduzierung der Ausrichtung auf nur eine einzige Ausrichtungsachse bei Erhöhung der Ausrichtungsgenauigkeit zur Ausrichtung von mindestens zwei Substraten. Die Auslegung der Vorrichtung in geschlossener Bauform erhöht die Steifigkeit der Vorrichtung, mindert die Schwingfähigkeit und ermöglicht eine Erfassung von mindestens zwei, noch bevorzugter drei Ausrichtungsmarken, die mit der Linearbewegung der Substrate fluchtend angeordnet sind.
Da die Ausrichtungsachse insbesondere mit der Be- und Entladerichtung übereinstimmt, entfallen zusätzliche Bewegungen quer zur Be- und Entladerichtung. Durch die Kombination und Korrelation mit direkt erfassbaren Ausrichtungsmarkierungen auf dem Substrathalter wird die Ausrichtungsgenauigkeit zusätzlich verbessert.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung können mindestens zwei Erfassungseinheiten in einer Hauptlängsachse der Vorrichtung angeordnet sein. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung können die mindestens zwei Erfassungseinheiten als eine obere und eine untere Erfassungseinheit mit bevorzugt gemeinsamem Fokuspunkt angeordnet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung können die oberen und unteren Erfassungseinheiten mit unabhängigen Bewegungseinheiten mit einem Gestell oder mit dem Portal so verbunden sein, dass insbesondere Fokussier- sowie Kalibrierverfahren ausgeführt werden können, mit welchen insbesondere ein gemeinsamer Fokuspunkt nachjustiert werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung können die Bewegungseinheiten der Erfassungseinheiten in einem globalen, insbesondere gestellfesten, Koordinatensystem in den Hauptkoordinatenrichtungen x, y, z verfahren werden. Die Verfahrwege der Bewegungseinheiten der Erfassungseinheiten betragen in der Ebene der Substrate, also in x- und y-Richtung weniger als 20 mm, bevorzugt weniger als 10 mm, besonders bevorzugt weniger als 5 mm.
In einer bevorzugten Ausführungsform können die Bewegungseinheiten der Erfassungseinheiten, insbesondere in der z-Richtung, mehr als 5 mm, bevorzugt mehr als 10 mm, besonders bevorzugt mehr als 20 mm verfahren werden, damit eine Fokussierung von nicht standardisierten Substratstapeln ebenfalls ermöglicht werden kann.
In einer alternativen Ausführungsform kann die Höhe der Substrate durch die Positionierung der Substrathalter so kompensiert werden, dass Fokussierwege von kleiner 1 mm, bevorzugt kleiner 0,5 mm verwendet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung können die Bewegungseinheiten der Erfassungseinheiten insbesondere als spielfreie Festkörpergelenke oder Führungen gestaltet werden.
In einer anderen Ausführungsform können im Portal weitere Erfassungsmittel aller Art, insbesondere gestellfest, angebracht werden.
Weiterhin beinhaltet die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens ein Messsystem, bevorzugt mit Messeinheiten für jede Bewegungsachse, welche insbesondere als Weg-Messsysteme und/oder als Winkel- Messsysteme ausgeführt werden können. Es können sowohl taktile, also tastende, oder nicht-taktile Messverfahren verwendet werden. Die Messnormale, die Einheit der Messung, kann als physikalisch-körperliches Objekt, insbesondere als ein Maßstab, vorliegen oder im Messverfahren implizit vorhanden sein, wie die Wellenlänge der verwendeten Strahlung.
Für das Erreichen der Ausrichtungsgenauigkeit kann mindestens ein Messsystem ausgewählt und verwendet werden. Messsysteme setzen Messverfahren um. Es können insbesondere Induktive Verfahren und/oder Kapazitive Verfahren und/oder Resistive Verfahren und/oder Vergleichsverfahren, insbesondere optische Bilderkennungsverfahren und/oder inkrementelle oder absolute Verfahren (mit insbesondere Glasnormale als Maßstab, oder Interferometer, insbesondere Laserinterferometer, oder mit magnetischer Normale) und/oder Laufzeitmessungen (Dopplerverfahren, time of flight- Verfahren) oder andere Zeiterfassungsverfahren und/oder Triangulationsverfahren, insbesondere Lasertriangulation, und/oder Autofokusverfahren und/oder Intensitätsmessverfahren wie faseroptische Entfernungsmesser verwendet werden.
Weiterhin beinhaltet eine bevorzugte Ausführungsform mindestens ein zusätzliches Messsystem, welches die X-Y-Position und/oder Ausrichtungslage und/oder Winkellage mindestens eines der Substrate und/oder eines der Substrathalter im Bezug zu einer definierten Referenz, insbesondere zum Gestell, erfasst, vorzugsweise gemäß PCT/EP2016/070289. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform beinhaltet für alle Substrathalter zusätzliche Messsysteme, welche die X-Y-Position und/oder Ausrichtungslage und/oder Winkellage beider Substrathalter und/oder der Substrate im Bezug zu einer definierten Referenz, insbesondere zum Gestell, erfassen.
Als Gestell kann ein, insbesondere aus Naturhartgestein oder Mineralguss oder Kugelgraphitguss oder hydraulisch gebundenem Beton bestehender, Teil, welcher insbesondere aktiv oder passiv schwingungsgedämpft und/oder schwingungsisoliert und/oder mit Schwingungstilgung aufgestellt ist, verstanden werden. Das Gestell kann weitere Halte- und/oder Führungsfunktionalitäten beinhalten. Insbesondere können Leitungen für Druckluft im Inneren des Gestells im Gestellvolumen aufgenommen werden. Weiterhin können elektrische Leitungen und Anschlüsse im Gestellvolumen aufgenommen werden. Weiterhin können Befestigungselemente und/oder Yerankerungspunkte für Aufbauten im Gestell, insbesondere formschlüssig und/oder materialschlüssig, verbunden werden.
Das Gestell kann in besonders bevorzugten Ausführungsformen in einem Urformverfahren, insbesondere Ausgiessen einer Negativform, hergestellt werden. Das Gestell kann in besonders bevorzugten Ausführungsformen beim Ausgiessen Kerne beinhalten.
Das Gestell kann in bevorzugten Ausführungsformen eine Ebenheitsnormale beinhalten. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Gestells kann eine Ebenheitsnormale abgeformt werden, sodass die Ebenheitsnormale mehrmals repliziert werden kann.
Erfindungsgemäß können Messwerte insbesondere miteinander kombiniert und/oder zueinander referenziert und/oder korreliert werden, sodass durch eine Messung einer Ausrichtungsmarkierung auf die Position der hierauf bezogenen anderen Ausrichtungsmarkierung geschlossen werden kann.
Erfindungsgemäß können Messwerte insbesondere miteinander korreliert werden, sodass jeweils die Relativpositionen der Ausrichtungsmarken zueinander als Werte vorliegen, welche eine Referenz zum Gestell erlauben.
In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die Position des Substrathalters während der Durchfahrt des Portals entlang der drei Koordinatenachsen, insbesondere kontinuierlich, vermessen, sodass die reale Führungsbahn des Substrates erfasst wird. Die reale Führungsbahn wird bei Berechnungen zur Ausrichtungsposition der Substrate zueinander als Korrekturfaktur berücksichtigt.
In einer anderen bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die Position eines Substrathalters an einem Punkt (oder Stelle oder Messfleck oder Blickfeld) im Bezug zur Referenz, insbesondere der ersten Ausrichtungsmarkierung am ersten Substrat und/oder der zweiten Ausrichtungsmarkierung am zweiten Substrat, erfasst.
In einer anderen bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die Position eines Substrathalters an genau zwei Punkten im Bezug zur Referenz erfasst.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die Position eines Substrathalters an genau drei Punkten im Bezug zur Referenz erfasst und damit die Position und Lage des Substrathalters bestimmt.
Für eine Positionsbestimmung an einem Punkt oder an zwei Punkten oder drei Punkten oder beliebig vielen Punkten können bevorzugt optische Mustererkennung mittels Kamerasystemen sowie am Substrathalter angebrachte Muster verwendet werden. Die Muster werden in einem Echtzeitsystem, insbesondere kontinuierlich während der Ausrichtung, erfasst.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann die Positionsbestimmung der Substrathalter mittels Laserinterferometer erfolgen. Laserinterferometrie ermöglicht eine äußerst exakte berührungslose Längenmessung mittels Interferenzen. Ein Laserinterferometer erlaubt die Kontrolle der Linearbewegung der Substrathalter durch die Messung der Positionsänderung (Messung der Verschiebung), der Kippwinkeländerung (Winkelmessung), der Ebenheit (Messung der Verschiebung und Winkel), der Orthogonalität (Winkelmessung) und der Dynamik (Messung der Geschwindigkeit bei Mehr Strahlinterferometer).
Insbesondere erlaubt die Messung der Kippwinkeländerung die Detektion eines Verkippens von Schlitten auf einer Linearführung. Die Messung der Geradheit erlaubt die Detektion bzw. die genaue Erfassung von waagrechten oder vertikalen Abweichungen der Schlittenbahn an Linearführungen.
Somit können die Relativbewegungen der Teilsysteme (Befestigung des jeweiligen Interferometers zum Gestell sowie Messobjekt, insbesondere Substrathalter) bestimmt werden. Für Verschiebungsmessungen können z.B. Zwei-Frequenz-Laser-Verfahren eingesetzt werden. Dabei können Messauflösungen von bis zu 5 nm erreicht werden, noch bevorzugter von bis zu 1 nm (durch die Anwendung von Mehrfachreflexion) bei einer maximalen Verfahrgeschwindigkeit von bis zu 1 m/s. Zur Winkelmessung werden ebenfalls Zwei-Frequenz-Laser eingesetzt.
Eine weitere Möglichkeit ergibt sich durch die Verwendung mehrerer parallel verbauter Ein-Frequenz-Laser-Interferometer. Hier werden die Verschiebungen an mehreren Stellen des Substrathalters bestimmt. Dabei können Messauflösungen von bis zu 0,1 nm erreicht werden. Die Winkeländerung kann aus dem Abstand der Messstrahlen zueinander und den Differenzen der auftretenden Verschiebungen bestimmt werden.
Wenn Interferometer mit drei Messstrahlen eingesetzt werden (Dreistrahlinterferometer), wird die Winkellage des Substrathalters in zwei Achsen und dessen Verschiebung bestimmt. In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ein Drei Strahlinterferometer eingesetzt.
Eine zusätzliche Winkelmessung für die Positionsbestimmung der Substrathalter kann bei Bedarf mit einem Autokollimationsfernrohr erfolgen.
Kommen kombinierte Messsysteme zum Einsatz können Messwerte eines absolut-inkrementellen Weggebers mit den Messwerten zumindest eines Interferometers korreliert und zueinander ergänzend verwendet werden. Damit kann die Genauigkeit einer absoluten Positionierung erhöht werden.
Für die Positionsbestimmung können die aufgeführten Messverfahren ebenfalls verwendet werden.
Eine Umkehrung ist, insbesondere durch Anbringung der Erfassungseinheiten auf dem Substrathalter und Anbringung von Ausrichtungsmarkierungen am Gestell, auch erfindungsgemäß denkbar.
Damit eine Erfassung, Auswertung und Steuerung (und/oder Regelung) zu einem beliebigen Zeitpunkt, insbesondere dauerhaft, erfolgen kann, werden Steuereinheit und/oder Regeleinheit, insbesondere kontinuierlich (und/oder digital zeitdiskret mit ausreichend hoher Taktfrequenz), mit Messwerten versorgt.
Beispielsweise kann eine Ausrichtungsmarke am Substrat mittels optischer Bilderkennung und/oder Mustererkennung erfasst werden. Insbesondere gleichzeitig kann die Lage und/oder der Ausrichtungszustand des dazugehörenden Substrathalters sowie allen relevanten Regelungsparameter erfasst und in einer Matrix gespeichert und weiterverarbeitet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung kann die Position des Substrathalters mit mindestens einem Interferometerstrahl, bevorzugt mit mindestens zwei Interferometerstrahlen, im optimalen Fall mit mindestens drei Interferometerstrahlen vermessen werden. Zeitgleich können Positionswerte des Substrathalters von Inkrementalgeber vermessen werden. Diese werden Referenziert und messen von einer gegebenen Position ausgehend den Zuwachs des Weges. Durch die Kombination der relativen Werte der Interferometer und der Ablesewerte des inkrementellen Weggebers können Positionswerte bis zum Gestell als Nullebene und/oder Nullposition referenziert werden.
Für eine x-y-Positionsbestimmung an mindestens einem Punkt kann in einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform mindestens ein Interferometer mit einem entsprechend ausgebildeten, insbesondere monolithischen, Reflektor für die Erfassung der x-y-Position- und/oder Lagebestimmung des Substrathalters verwendet werden. Dazu können drei Interferometerstrahlen verwendet werden.
Die Anzahl der Interferometerstrahlen kann insbesondere gleich der Anzahl der Reflexionsflächen des Reflektors sein. Erfindungsgemäß ist es jedoch auch denkbar, dass eine ausgedehnte Reflexionsfläche, insbesondere ein monolithischer optischer, Spiegel von mehreren Interferometerstrahlen als Reflektor verwendet wird.
Der, insbesondere aus einem monolithischen Block gebildete, Substrathalter weist vorzugsweise mindestens zwei der folgenden Funktionen auf: Substratbefestigung mittels Vakuum (Vakuumbahnen, Anschlüsse), Formkompensation zur Verformung des Substrats mittels mechanischer und/oder hydraulischer und/oder piezoelektronischer und/oder pyroelektrischer und/oder elektrothermischer Betätigungselemente, bevorzugt gemäß den Ausführungsformen der EP2656378B1 , der W02014191033A1 , und der WO2019057286A1. Positions- und/oder Lagebestimmung (Messnormalen,
Reflexionsflächen und/oder Prismen, insbesondere die Reflektoren für die Interferometrie, Passmarken und/oder Passmarkenfelder, flächenhaft ausgebildete Messnormalen für Ebenen, Volumennormalen, insbesondere Stufen). Bewegung (Führungsbahnen).
Erfindungsgemäße Bewegungseinrichtungen, die nicht zur Feinjustierung verwendet werden, sind insbesondere als Robotersysteme, vorzugsweise mit inkrementeilen Weggebern, ausgebildet. Die Genauigkeit dieser Bewegungseinrichtungen für Hilfsbewegungen wird von der Genauigkeit zur Ausrichtung des Substratstapels entkoppelt, sodass die Hilfsbewegungen mit niedriger Wiederholungsgenauigkeit von kleiner 1 mm, bevorzugt kleiner 500 Mikrometer, besonders bevorzugt kleiner 150 Mikrometer ausgeführt werden.
Die Steuerung und/oder Regelung von erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtungen zur (lateralen) Ausrichtung (Feinjustierung) wird insbesondere auf Basis von mit anderen Messmitteln erfassten x-y- Positionen und/oder Ausrichtungslagen durchgeführt. Die Genauigkeit dieser Bewegungseinrichtungen ist vorzugsweise kleiner 200 nm, weiter bevorzugt kleiner 100 nm, besonders bevorzugt kleiner 50 nm, ganz besonders bevorzugt kleiner 20 nm, weiter bevorzugt kleiner 10 nm, im Idealfall kleiner 1 nm.
Anlage mit zwei Messportalen
In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform sind die Erfassungseinheiten, insbesondere mitsamt deren Bewegungseinheiten, in zwei, insbesondere miteinander starr, verwindungssteif verbundenen, vollumfänglich geschlossenen Portalen integriert.
Auch hier verwendet die Ausführungsform insbesondere einen freien optischen Pfad von der Lichtquelle zur Ausrichtungsmarke für die Erfassung der Ausrichtungsmarken analog zur W02014202106A1.
Die Vorrichtung weist zwei Portale auf, welche voneinander im Abstand größer als ein Substratdurchmesser miteinander starr verbunden sind. Analog zur Ausführungsform der US6214692B 1 , die im weiteren als SmartView Aligner (SVA) bezeichnet wird, sind mindestens zwei einander gegenübergestellte optische Erfassungsmittel mit gemeinsamer Fokusebene im Portal justierbar angeordnet.
Ein erstes, geschlossenes Portal mit Erfassungsmitteln ist am Ende des Verfahrweges positioniert, welche nacheinander Ausrichtungsmarken am Rand der Substrate erfasst. Dazu werden die Substrate im Vergleich zum SVA um 90 Grad gedreht auf dem Substrathalter geladen, sodass die Ausrichtungsmarken mit der Linearbewegung fluchtend, hintereinander angeordnet sind. Die oberen sowie unteren Substrathalter fahren jeweils aus der Deckungsposition der Substrate zum Erreichen der Erfassungsmittel weiter und legen den Rand mit den Ausrichtungsmarken frei.
Ein zweites, geschlossenes Portal ermöglicht das Durchqueren des jeweiligen Substrathalters wie die Be- oder Entladebewegung.
Die Substrate werden hier ebenfalls in der einzigen Ausrichtungsachse verfahren, um die Ausrichtungsmarken in den optischen Pfad des zweiten Portals zu bringen.
Die Ausrichtung der Substrate zueinander erfolgt insbesondere mittelbar an Hand von Ausrichtungsmarkierungen, die sich an Kontaktflächen der Substrate befinden. Die Ausrichtungsmarkierungen an gegenüberliegenden Seiten der gegenüberliegenden Substrate sind insbesondere komplementär zueinander.
Auch in dieser Ausführungsform kann die Ausrichtungsgenauigkeit erhöht werden, indem zusätzlich eine Erfassung einer zusätzlichen, insbesondere dritten, Ausrichtungsmarkierung vorgenommen wird, die entweder an einem der auszurichtenden Substrate oder am Substrathalter angebracht ist.
Vorzugsweise ist die zusätzliche Ausrichtungsmarkierung am Substrathalter angebracht. Die Positionserfassung der Substrathalter liefert Korrektionswerte für die Lage und den Ausrichtungszustand der auszurichtenden Substrate. Durch die zusätzlichen Messwerte und Korrelationen mit mindestens einem der Messwerte der anderen Erfassungseinheiten wird die Ausrichtungsgenauigkeit erhöht. Durch Korrelation mindestens einer der vermessenen Ausrichtungsmarkierungen im Bondinterface zwischen den Kontaktflächen mit einer auch bei der Ausrichtung der Substrate sichtbaren Ausrichtungsmarkierung am Substrathalter wird die direkte Beobachtbarkeit einer Ausrichtungsmarke und somit eine Echtzeitmessung und Regelung während der Ausrichtung ermöglicht. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das zusätzliche Messsystem ein Laserinterferometer, bevorzugt ein Dreistrahlinterferometer.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden in den Portalen weitere Erfassungsmittel, insbesondere gestellfest, angebracht. Für die Ausführungsform gilt das obig zur Vorrichtung ausgeführte.
Anlage mit Monoportal und Säule
Eine andere erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein Monoportal, wie zuvor beschrieben, und eine Säule (C-Bauweise) auf, welche insbesondere im Abstand größer als ein Substratdurchmesser miteinander starr verbunden sind.
Die Erfassungseinheiten sind hier im Portal und in der Säule integriert. Auch hier verwendet die Ausführungsform insbesondere einen freien optischen Pfad von der Lichtquelle zur Ausrichtungsmarke für die Erfassung der Ausrichtungsmarken analog zur WO2014202106A1 .
Eine Säule mit Erfassungsmitteln ist bevorzugt am Ende des Verfahrweges positioniert, welche nacheinander Ausrichtungsmarken am Rand der Substrate erfasst. Dazu werden die Substrate im Vergleich zum SVA um 90 Grad gedreht auf dem Substrathalter geladen, sodass die Ausrichtungsmarken mit der Linearbewegung fluchtend, hintereinander angeordnet sind.
Die oberen sowie unteren Substrathalter fahren jeweils aus der Deckungsposition der Substrate zum Erreichen der Erfassungsmittel weiter und legen den Rand mit den Ausrichtungsmarken frei. Das Monoportal, wie zuvor beschrieben, ermöglicht das Durchqueren des jeweiligen Substrathalters wie die Be- oder Entladebewegung.
Die Substrate werden hier ebenfalls in der einzigen Ausrichtungsachse verfahren, um die Ausrichtungsmarken in den optischen Pfad des Monoportals und der Säule zu bringen.
Die Ausrichtung der Substrate zueinander erfolgt insbesondere mittelbar an Hand von Ausrichtungsmarkierungen, die sich an Kontaktflächen der Substrate befinden. Die Ausrichtungsmarkierungen an gegenüberliegenden Seiten der gegenüberliegenden Substrate sind insbesondere komplementär zueinander.
Auch in dieser Ausführungsform kann die Ausrichtungsgenauigkeit erhöht werden, indem zusätzlich eine Erfassung einer zusätzlichen, insbesondere dritten, Ausrichtungsmarkierung vorgenommen wird, die entweder an einem der auszurichtenden Substrate oder am Substrathalter angebracht ist.
Vorzugsweise ist die zusätzliche Ausrichtungsmarkierung am Substrathalter angebracht. Die Positionserfassung der Substrathalter liefert Korrektionswerte für die Lage und den Ausrichtungszustand der auszurichtenden Substrate. Durch die zusätzlichen Messwerte und Korrelationen mit mindestens einem der Messwerte der anderen Erfassungseinheiten wird die Ausrichtungsgenauigkeit erhöht. Durch Korrelation mindestens einer der vermessenen Ausrichtungsmarkierungen im Bondinterface zwischen den Kontaktflächen mit einer auch bei der Ausrichtung der Substrate sichtbaren Ausrichtungsmarkierung am Substrathalter wird die direkte Beobachtbarkeit einer Ausrichtungsmarke und somit eine Echtzeitmessung und Regelung während der Ausrichtung ermöglicht. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das zusätzliche Messsystem ein Laserinterferometer, bevorzugt ein Dreistrahlinterferometer.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden im Monoportal und in der Säule weitere Erfassungsmittel, insbesondere gestellfest, angebracht. Für die Ausführungsform gilt das obig zur Vorrichtung ausgeführte.
Verfahren
Eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mittels der monoportalen Ausführungsform der Vorrichtung erläutert. Dabei werden die Substrate nacheinander geladen und in einer Scanbewegung mit dem Substrathalter durch das Portal geschoben, sodass die Positionen der jeweiligen Ausrichtungsmarken sowie die Referenzen an den Substrathaltern korreliert erfasst werden.
Es wird eine Bild-zu-Bild Ausrichtung an Hand der Ausrichtungsmarken der Substrate durchgeführt. Die Ausrichtungsgenauigkeit wird zusätzlich überprüft, indem die Position der Substrathalter durch die zusätzlichen Ausrichtungsmarken über die Position der Substrate Aufschluss gibt und durch Korrekturfaktoren die tatsächliche Position der Substrathalter berücksichtigt wird.
Eine wiederholte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst folgende, insbesondere zumindest teilweise sequentielle und/oder gleichzeitige Schritte, insbesondere folgenden Ablauf:
1) Das erste/untere Substrat wird mit einer Auflagefläche auf den ersten/unteren Substrathalter geladen, wobei auf der gegenüberliegenden Seite (Kontaktseite) Ausrichtungsmarken parallel zur Geradführung i.e. mit der Linearbewegung der Substrate fluchtend angeordnet sind. ) Das erste/untere Substrat wird mit dem Substrathalter ins Blickfeld einer Erfassungsposition einer ersten/oberen Erfassungseinheit des optischen Systems am Monoportal gefahren, insbesondere unter Verwendung von Bewegungseinrichtungen zur Grobjustierung. ) Insbesondere wird der erste/untere Substrathalter während des gesamten Verfahrweges, insbesondere mittels Dreistrahlinterferometer, vermessen. Verschiebung und Winkel geben Auskunft u.a. über Position und Verkippen des Substrathalters auf der Linearführung. ) Erfassung der ersten Ausrichtungsmarkierung, insbesondere mittels Mustererkennung. ) Zeitgleich, insbesondere durch Synchronisierung mit der ersten Erfassungseinheit, wird durch ein erfindungsgemäßes zusätzliches Messsystem (mit dritter Erfassungseinheit) die X- Y-Position und/oder Ausrichtungslage des ersten Substrathalters erfasst. Verschiebung und Winkel geben Auskunft u.a. über Lage (Position) und Winkel (Verkippen i.e. Nick- und Gierwinkel) des Substrathalters auf der Linearführung. ) Erfassung der zweiten Ausrichtungsmarkierung, insbesondere mittels Mustererkennung. ) Zeitgleich, insbesondere durch Synchronisierung mit der ersten Erfassungseinheit, wird durch ein erfindungsgemäßes zusätzliches Messsystem, insbesondere ein
Dreistrahlinterferometer (mit dritter Erfassungseinheit), die X- Y-Position sowie Nick- und Gierwinkel und/oder Ausrichtungslage des ersten Substrathalters erfasst. ) Der erste/untere Substrathalter wird aus dem Blickfeld (Strahlengang zur Erfassung) des optischen Systems gefahren. ) Das zweite/obere Substrat wird auf den zweiten/oberen Substrathalter geladen. Dieser Verfahrensschritt kann bereits vor einem der vorherigen Verfahrensschritte durchgeführt werden 0) Der zweite/obere Substrathalter fährt mit dem zweiten/oberen Substrat zum Monoportal ins Blickfeld des optischen Systems. 1) Insbesondere wird der zweite/obere Substrathalter während des gesamten Verfahrweges mittels Dreistrahlinterferometer vermessen. Verschiebung und Winkel geben Auskunft u.a. über Position und Verkippen des Substrathalters auf der Linearführung. 2) Die zweite/untere Erfassungseinheit des optischen Systems sucht und erfasst die Ausrichtungsmarkierung am zweiten/oberen Substrat. Dabei wird das optische System mechanisch nicht bewegt, es ist jedoch eine Korrektur der Fokussierung denkbar. Bevorzugt wird jedoch keine Fokussierbewegung durchgeführt. 3) Zeitgleich, insbesondere durch Synchronisierung mit der zweiten Erfassungseinheit, wird durch ein erfindungsgemäßes zusätzliches Messsystem, insbesondere ein
Dreistrahlinterferometer (mit dritter Erfassungseinheit) die X- Y-Position sowie Nick- und Gierwinkel und/oder Ausrichtungslage des zweiten Substrathalters erfasst. ) Erfassung der zweiten Ausrichtungsmarkierung, insbesondere mittels Mustererkennung. 5) Zeitgleich, insbesondere durch Synchronisierung mit der zweiten Erfassungseinheit, wird durch ein erfindungsgemäßes zusätzliches Messsystem, insbesondere ein
Dreistrahlinterferometer (mit dritter Erfassungseinheit), die X- Y-Position sowie Nick- und Gierwinkel und/oder Ausrichtungslage des zweiten Substrathalters erfasst. 16) Der Regelungs- und Auswertungsrechner ermittelt die Ausrichtungsfehler, wobei auf die Offenbarungen in den Druckschriften US6214692B 1 (Smart View) und US9418882B2 (Enhanced Smart View) Bezug genommen wird. Aus dem Ausrichtungsfehler wird insbesondere ein Ausrichtungsfehlervektor erstellt. Darauffolgend wird insbesondere mindestens ein Korrekturvektor errechnet. Der Korrekturvektor kann ein dem Ausrichtungsfehlervektor paralleler, ihm entgegengesetzter Vektor sein, sodass die Summe des Ausrichtungsfehlervektors und des Korrekturvektors Null ergibt. In Sonderfällen können weitere Parameter in die Berechnung des Korrekturvektors berücksichtigt werden, sodass das Ergebnis von Null unterschiedlich ist.
17) Ausrichtung mittels Feinpositionierung
18) Korrekturen für Verschiebungen/Verdrehungen
19) Optionaler Verfahrensschritt: Die Substrate werden gebondet. Das Bonden kann auch ein Pre-Bond bzw. temporär Bond sein. Mit Pre-Bonding werden Bonding-Verbindungen bezeichnet, die nach dem erfolgten Pre-Bonding Schritt noch eine Trennung der Substrate, insbesondere der Wafer, ohne irreparable Beschädigung der Oberflächen zulassen.
20) Der Substratstapel wird aus der Vorrichtung entladen.
Die Ladereihenfolge der Substrate kann beliebig sein. Manche Verfahrensschritte wie die Beladung der Substrate können simultan durchgeführt werden. Die zusätzlichen Messsysteme können die Position und/oder Lage sowohl des oberen als auch des unteren Substrathalters und/oder des oberen als auch des unteren Substrats erfassen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch im Vakuum betrieben werden. Damit ist es möglich, die Vorrichtung in einem Vakuumcluster bzw. Hochvakuumcluster einzusetzen.
Es werden alle technisch möglichen Kombinationen und/oder Permutationen sowie Vervielfachungen der funktionellen und/oder materiellen Teile der Vorrichtung und die damit einhergehenden Veränderungen in mindestens einem der Verfahrensschritte oder Verfahren als offenbart betrachtet.
Soweit vorliegend und/oder in der anschließenden Figurenbeschreibung Vorrichtungsmerkmale offenbart sind, sollen diese auch als Verfahrensmerkmale offenbart gelten und umgekehrt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die zeigen in:
Fig. 1 eine schematische Querschnittsdarstellung einer ersten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 eine schematische Querschnittsdarstellung einer zweiten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 3a eine schematische, vergrößerte Querschnittsdarstellung der ersten Ausführungsform gemäß Figur 1 in einem ersten Verfahrensschritt,
Fig. 3b eine schematische, vergrößerte Querschnittsdarstellung der ersten Ausführungsform gemäß Figur 1 in einem zweiten Verfahrensschritt und
Fig. 4 eine schematische, perspektivische Ansicht einer bespielhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. In den Figuren sind gleiche Bauteile oder Bauteile mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In den Figuren 1 bis 4 sind die Verhältnisse der einzelnen Bauteile unverhältnismäßig. Die erfindungsgemäßen Merkmale in den Figuren 1 bis 4 sind nicht maßstabsgetreu dargestellt, um die Funktion der einzelnen Merkmale besser darstellen zu können.
Die Figuren 1 und 2 zeigen schematische Querschnitte von zwei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen 1 , 1 ‘ . Diese weisen auf:
- eine erste/obere Erfassungseinheit 2, 2‘ in Form einer ersten/oberen Optik,
- eine zweite/untere Erfassungseinheit 3, 3 ‘ in Form einer zweiten/unteren Optik,
- eine dritte Erfassungseinheit 4 in Form eines Dreistrahlinterferometers,
- eine erste/untere Aufnahme in Form eines Substrathalters 6 oder mit einem unteren Substrathalter 6,
- eine zweite/obere Aufnahme in Form eines Substrathalters 5 oder mit einem oberen Substrathalter 5,
- eine erste/untere Bewegungseinrichtung 8 für den ersten/unteren Substrathalter 6,
- eine zweite/obere Bewegungseinrichtung 7 für den zweiten/oberen Substrathalter 5, sowie
- eine dritte Bewegungseinrichtung 9 für die dritte Erfassungseinheit 4.
Die Vorrichtung 1 , 1 ‘ gemäß Figuren 1 und 2 ist in der Lage, die in den Figuren 1 und 2 nicht dargestellten Substrate 14 (erstes/unteres Substrat) und 20 (zweites/oberes Substrat) und/oder Substratstapel zueinander auszurichten und miteinander zu verbinden. Diese Verbindung kann auch eine temporäre Verbindung sein (sogenannter Pre-Bond).
Mögliche Bewegungen/Freiheitsgrade der nachfolgend beschriebenen funktionalen Bauteile in den Figuren 1 bis 4 werden teilweise auch als Pfeile symbolisch dargestellt. Für die erste/untere Aufnahme 6 sowie für die zweite/obere Aufnahme 5 gemäß Figuren 1 und 2 sind mindestens eine Y-Translationseinheit, eine X- Translationseinheit, eine Z- Translationseinheit sowie eine phi-Rotationseinheit möglich.
Eine phi-Rotationseinheit erlaubt eine Drehung des geladenen Substrats 14, 20 um deren Oberflächennormale. Die Auflösung des reproduzierbaren Positioniervermögens aller verwendeter Rotationseinheiten ist insbesondere besser als 1 °, mit Vorzug besser als 0.1 °, mit größerem Vorzug besser als 0.01 °, mit größtem Vorzug besser als 0.001 °, am bevorzugtesten besser als 0.0001 °.
Die Auflösung des reproduzierbaren Positioniervermögens aller verwendeten Translationseinheiten ist insbesondere besser als 100 pm, mit Vorzug besser als 10 pm, mit größerem Vorzug besser als 1 pm, mit größtem Vorzug besser als 100 nm, am bevorzugtesten besser als 1 nm.
In der Ausführungsform gemäß Figur 1 sind die ersten und zweiten Erfassungseinheiten 2, 3 nicht in der Lage, sich in alle drei Raumrichtungen X, Y und Z zu bewegen. Die Erfassungseinheiten 2, 3 sind im Messportal 21 statisch eingebaut.
In der Ausführungsform gemäß Figur 2 sind die ersten und zweiten Erfassungseinheiten 2‘, 3 ‘ in der Lage, sich in alle drei Raumrichtungen zu bewegen. In einer anderen Ausführungsform können auch Rotationseinheiten eingebaut werden, welche eine Rotation der optischen Achse um drei zueinander orthogonale Achsen erlaubt. Die ersten und zweiten Erfassungseinheiten 2, 2‘, 3, 3 ‘ gemäß Figuren 1 und 2 können in entgegengesetzter Richtung eine Fokusebene 10 erfassen. Der gemeinsame Fokuspunkt 10p gemäß Figur 4 stellt einen Punkt einer idealisierten Bondebene eines ersten und eines zweiten Substrats dar.
Die Vorrichtung 1 , 1 ‘ gemäß Figuren 1 und 2 stellt Mittel zur Verfügung zur zusätzlichen Erfassung der Bewegung der Substrate, insbesondere durch Längenmessungen, Nickwinkelmessungen und
Gierwinkelmessungen sowie Geradheitsmessungen durch eine zusätzliche dritte Messeinrichtung 4, die auf mindestens einen festen, insbesondere ortsfesten, Bezugspunkt bzw. einer Referenz bezogen sind und damit die Ermittlung eines Korrekturfaktors ermöglichen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die zusätzliche Erfassung der Bewegung der Substrate 14, 20 mit einem Dreistrahl-Interferometer oder einem Kalibrier-Laserinterferometer 4 durchgeführt. Das Messsystem 4 verwendet einen neuen, zusätzlichen optischen Pfad. Dafür wird in einer bevorzugten Ausführungsform eine zusätzliche (insbesondere dritte) Ausrichtungsmarkierung 12 vorzugsweise am Substrathalter 5, 6 angebracht. Mit dem Interferometer 4 wird eine simultane Längenmessung sowie Nick- und Gierwinkelerfassung 17 gemäß Figuren 3a und 3b durchgeführt.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die zusätzliche dritte Messeinrichtung 4, insbesondere ein Laserinterferometer, ortsfest bzw. gestellfest.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung kann die Position des Substrathalters und/oder des Substrats mit mindestens einem gestellfesten Laserinterferometer, bevorzugt mit zwei gestellfesten Laserinterferometern, vermessen werden.
Die Positionserfassung der Substrathalter 5, 6 liefert Korrektionswerte für die Lage und den Ausrichtungszustand der auszurichtenden Substrate 14, 20. Durch die zusätzlichen Messwerte und Korrelationen mit mindestens einem der Messwerte der anderen Erfassungseinheiten 2, 2‘,
3, 3 ‘ wird die Ausrichtungsgenauigkeit erhöht. Durch Korrelation mindestens einer der vermessenen Ausrichtungsmarkierungen 15, 16 gemäß Figuren 3a und 3b im Bondinterface zwischen den Kontaktflächen mit einer auch bei der Ausrichtung der Substrate sichtbaren Ausrichtungsmarkierung 12 am Substrathalter 5, 6 wird die direkte Beobachtbarkeit der Ausrichtungsmarke 12 und somit eine Echtzeitmessung und Regelung während der Ausrichtung ermöglicht.
In einem ersten erfindungsgemäßen Prozessschritt gemäß Figur 3a verfährt der erste/untere Substrathalter 6 bzw. die erste/untere Bewegungseinrichtung 8 entlang einer Geradführung 18b (gemäß Figur 4) für die erste/untere Bewegungseinrichtung, bis sich die linke bzw. erste Ausrichtungsmarkierung 15 des ersten/unteren Substrats im Sichtbereich der oberen Messeinrichtung 2 bzw. Optik befindet.
Die Bewegungen der Translationseinheiten und Rotationseinheiten sind erfassbar und die Erfassungsdaten werden an die zentrale Steuerungseinheit zur Weiterverarbeitung und Steuerung übertragen.
In einem zweiten erfindungsgemäßen Prozessschritt gemäß Figur 3b fährt der erster/unterer Substrathalter 6 bzw. die erste/untere Bewegungseinrichtung 8 weiter entlang der Geradführung 18b (siehe Figur 4) für die erste/untere Bewegungseinrichtung 8, bis sich die rechte bzw. zweite Ausrichtungsmarkierung 16 des ersten/unteren Substrats 14 im Sichtbereich der oberen Messeinrichtung 2 i.e. der oberen Optik befindet. In einem dritten erfindungsgemäßen, nicht dargestellten Prozessschritt fährt der zweite/obere Substrathalter 5 bzw. die zweite/obere Bewegungseinrichtung 7 entlang einer Geradführung 18a (gemäß Figur 4) für die zweite/obere Bewegungseinrichtung 7, bis sich die linke bzw. erste Ausrichtungsmarkierung des zweiten/oberen Substrats 20 im Sichtbereich der unteren Messeinrichtung 3 i.e. der unteren Optik befindet.
In einem vierten erfindungsgemäßen, nicht dargestellten Prozessschritt fährt der zweite/obere Substrathalter 5 bzw. die zweite/obere Bewegungseinrichtung 7 weiter entlang der Geradführung 18a (siehe Figur 4) für die zweite/obere Bewegungseinrichtung 7, bis sich die rechte bzw. zweite Ausrichtungsmarkierung des zweiten/oberen Substrats 20 im Sichtbereich der unteren Messeinrichtung 3 i.e. der unteren Optik befindet.
Erfindungsgemäß wird die Optik insbesondere so gesteuert, dass die Position der Ausrichtungsmarkierung in Bezug auf die optische Achse durch die Optik erkennbar, erfassbar und speicherbar ist.
Die Auslegung der Vorrichtung in geschlossener Bauform erhöht die Steifigkeit der Vorrichtung 1 , 1 ‘ und mindert die Schwingfähigkeit. Es ist ausreichend, eine Führungsrichtung für die Substrathalter 5, 6 zueinander möglichst genau auszurichten. Dabei erlaubt ein Dreistrahlinterferometer 4 die Kontrolle der Linearbewegung der Substrathalter 5, 6 durch die Messung der Positionsänderung (Messung der Verschiebung), der Kippwinkeländerung (Winkelmessung), der Ebenheit (Messung der Verschiebung und Winkel), der Orthogonalität (Winkelmessung) und der Dynamik (Messung der Geschwindigkeit). Insbesondere erlaubt die Messung der Kippwinkeländerung die Detektion eines Verkippens von Schlitten auf einer Linearführung. Die Messung der Geradheit erlaubt die Detektion bzw. die genaue Erfassung von waagrechten oder vertikalen Abweichungen der Schlittenbahn an Linearführungen. Positionsmerkmale werden aus den Positions- und/oder Lagewerten der Ausrichtungsmarkierungen 15, 16 der Substrate 14, 20 sowie von Ausrichtungsmarkierungen 12 auf dem Substrathalter 5, 6 abgeleitet bzw. berechnet.
Die Korrelation mindestens einer der vermessenen Ausrichtungsmarkierungen 15, 16 gemäß Figuren 3a und 3b im Bondinterface zwischen den Kontaktflächen mit einer auch bei der Ausrichtung der Substrate 14, 20 sichtbaren Ausrichtungsmarkierung 12 am Substrathalter 5, 6 ermöglicht eine kontinuierliche, direkte Korrelation der Positionsdaten und somit die Echtzeitmessung und Regelung während der Ausrichtung. Die Positionskorrektur erhöht die Genauigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Anlagen.
Die Steuerung und/oder Regelung der Bewegungseinrichtungen zur (lateralen) Ausrichtung (Feinjustierung) wird insbesondere auf Basis von mit anderen Messmitteln erfassten X-Y-Positionen und/oder Ausrichtungslagen durchgeführt. Die Genauigkeit dieser Bewegungseinrichtungen ist vorzugsweise kleiner 200 nm, bevorzugt kleiner 100 nm, besonders bevorzugt kleiner 50 nm, ganz besonders bevorzugt kleiner 20 nm, weiter bevorzugt kleiner 10 nm, im Idealfall kleiner 1 nm.
Nach der Ermittlung aller notwendigen Parameter erfolgt in einem letzten Schritt eine Ausrichtung der beiden Substrate 14, 20. Die Ausrichtung der Substrate 14, 20 zueinander erfolgt insbesondere mittelbar an Hand von Ausrichtungsmarkierungen 15, 16, die sich an Kontaktflächen der Substrate 14, 20 befinden.
Mittels der Bewegungseinrichtungen 7, 8 werden die Substrathalter 5, 6 in positions- und insbesondere lagegeregelter Form so lange bewegt, bis der Ausrichtungsfehler, welcher aus dem Positionswert der Erfassungseinheiten (Optiken) und der aktuellen Position und/oder Lage des Substrathalters 5, 6 (Dreistrahlinterferometer) berechnet wird, minimiert bzw. im Idealfall eliminiert ist. Alternativ wird ein Abbruchkriterium definiert.
Danach erfolgt schließlich die Kontaktierung beider Substrate 14, 20, vorzugsweise ausschließlich durch eine Bewegung der Z- Translationseinheit(en) der Substrataufnahmen 5, 6.
Die Vorrichtung 1 , 1 ‘ kann sich in einer besonderen Ausführungsform in einer Vakuumkammer oder einem Gehäuse befinden. Die Vorrichtung 1,
1 ‘ kann auch teil eines Clusters sein.
Figur 4 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht der Ausführungsform 4. Die erste/obere Erfassungseinheit 2 sowie bei Bedarf weitere obere Erfassungseinheiten und/oder Sensoren und/oder Messeinheiten 2w sind in einem Monoportal 21 integriert. Analog sind auch die zweite/untere Erfassungseinheit 3 sowie bei Bedarf weitere untere Erfassungseinheiten und/oder Sensoren und/oder Messeinheiten 3w im Monoportal 21 bzw. im Gestell 11 integriert.
Die Ausführungsform gemäß Figur 4 weist weiterhin auf:
- mehrere (gestellfeste) Erfassungseinheiten 4 in Form eines
Dreistrahlinterferometers jeweils für den unteren und den oberen Substrathalter 5, 6, - eine erste/untere Aufnahme in Form eines Substrathalters 6 oder mit einem untere Substrathalter 6 zur, insbesondere statisch fixierten, Aufnahme des ersten/unteren Substrats 14 an einer von der zu bondenden Seite abgewandten Aufnahmeseite,
- eine zweite/obere Aufnahme in Form eines Substrathalters 5 oder mit einem oberen Substrathalter 5 zur, insbesondere statisch fixierten, Aufnahme des zweiten/oberen Substrats 20 an einer von der zu bondenden Seite abgewandten Aufnahmeseite,
- eine erste/untere Bewegungseinrichtung 8 für den ersten/unteren Substrathalter 6,
- eine zweite/obere Bewegungseinrichtung 7 für den zweiten/oberen Substrathalter 5.
Figur 4 zeigt die Geradführung 18a für die zweite/obere Bewegungseinrichtung sowie die Geradführung 18b für die erste/untere Bewegungseinrichtung mit Festlager 22 und Führungselementen 23.
Die erste Ausrichtungsmarkierung 15 sowie die zweite Ausrichtungsmarkierung 16 des ersten/unteren Substrats 14 sind im Wesentlichen parallel zu der Hauptbeladerichtung der Substrate 14, 20 ausgerichtet. Diese Richtung wird durch die Geradführungen 18a und 18b gegeben. Für die Substrate 14, 20 stehen Feinantriebe 19 für Korrekturbewegungen um alle drei Raumachsen zur Verfügung.
B e z u g s z e i c h e n l i s t e , 1 Vorrichtung , 2‘ Erste/obere Erfassungseinheit w Weitere obere Erfassungseinheiten und/oder
Sensoren und/oder Messeinheiten , 3 ‘ Zweite/untere Erfassungseinheit w Weitere untere Erfassungseinheiten und/oder
Sensoren und/oder Messeinheiten
Dritte Erfassungseinheit
Zweiter/oberer Substrathalter
Erster/unterer Substrathalter
Zweite/obere Bewegungseinrichtung für
Substrathalter
Erste/untere Bewegungseinrichtung für Substrathalter
Dritte Bewegungseinrichtung für dritte
Erfassungseinheit 0 Theoretische Fokusebene 0p Theoretischer Fokuspunkt 1 Gestell 2 Dritte Ausrichtungsmarkierung 4 Erstes/unteres Substrat 5 Erste Ausrichtungsmarkierung des ersten/unteren Substrats 6 Zweite Ausrichtungsmarkierung des ersten/unteren Substrats 7 Simultane Längenmessung sowie Nick- und Gierwinkelerfassung durch Dreistrahlinterferometer 48a Geradführung für die zweite/obere Bewegungseinrichtung8b Geradführung für die erste/untere Bewegungseinrichtung9 Feinantriebe Zweites/oberes Substrat Monoportal Festlager
Führungselemente

Claims

P at e ntan s p rü che
1. Verfahren zur Ausrichtung von Substraten (14, 20), wobei
- eine Erfassung von Ausrichtungsmarken (12, 15, 16) erfolgt und
- in Abhängigkeit der Erfassung der Ausrichtungsmarken (12, 15, 16) die Substrate (14, 20) zueinander ausgerichtet werden, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Ausrichtungsmarken (12, 15, 16) fluchtend mit einer Linearbewegung (18a, 18b) der Substrate (14, 20) angeordnet sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei mindestens drei Ausrichtungsmarken fluchtend mit der Linearbewegung (18a, 18b) der Substrate (14, 20) angeordnet sind.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine Ausrichtungsmarke (12, 15, 16) an und/oder auf einem Substrathalter (5, 6) angeordnet, ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens zwei Ausrichtungsmarken (15, 16) an einem Substrat (14, 20) und mindestens eine Ausrichtungsmarke (12) an einem Substrathalter (5, 6) angeordnet sind, wobei die Ausrichtungsmarken (12, 15, 16) fluchtend mit der Linearbewegung (18a, 18b) der Substrate (14, 20) angeordnet sind.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Erfassungseinheiten (2, 2‘, 3, 3‘, 3w) zur Erfassung der Ausrichtungsmarken (12, 15, 16) in mindestens einem ringförmigen Messportal (21) angeordnet sind, bevorzugt in mindestens einem vollumfänglich geschlossen ringförmigen Messportal (21).
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Erfassungseinheiten (2, 2‘, 3, 3 ‘, 3w) zur Erfassung der Ausrichtungsmarken (12, 15, 16) in zwei ringförmigen Messportalen (21) angeordnet sind, bevorzugt in zwei vollumfänglich geschlossen ringförmigen Messportalen (21).
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Erfassungseinheiten (2, 2‘,3, 3 ‘, 3w) zur Erfassung der Ausrichtungsmarken (12, 15, 16) in einem ringförmigen Messportal (21), bevorzugt in einem vollumfänglich geschlossen ringförmigen Messportal (21), und in einer ei förmigen Säule angeordnet sind.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ausrichtung entlang einer einzigen Ausrichtungsachse erfolgt, wobei die Ausrichtungsachse parallel zur Be- und Entladerichtung der Substrate (14, 20) verläuft.
9. Vorrichtung (1 , 1 ‘) zur Ausrichtung von Substraten (14, 20) und zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Erfassung von Ausrichtungsmarken (12, 15, 16) durchführbar ist, und in Abhängigkeit der Erfassung der Ausrichtungsmarken (12, 15, 16) die Substrate (14, 20) zueinander ausrichtbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Ausrichtungsmarken (12, 15, 16) fluchtend mit einer Linearbewegung (18a, 18b) der Substrate (14, 20) angeordnet sind.
10. Vorrichtung (1 , 1 ‘) nach Anspruch 9, wobei mindestens drei Ausrichtungsmarken (12, 15, 16) fluchtend mit der Linearbewegung (18a, 18b) der Substrate (14, 20) angeordnet sind.
11. Vorrichtung (1 , 1 ‘) nach einem der vorherigen Ansprüchen, wobei mindestens eine Ausrichtungsmarke (12, 15, 16) an und/oder auf einem Substrathalter (5, 6) angeordnet ist.
12. Vorrichtung (1, 1 ‘) nach einem der vorherigen Ansprüchen, wobei mindestens zwei Ausrichtungsmarken (15, 16) an einem Substrat (14, 20) und mindestens eine Ausrichtungsmarke (12) an einem Substrathalter (5, 6) angeordnet sind, wobei die Ausrichtungsmarken (12, 15, 16) fluchtend mit der Linearbewegung (18a, 18b) der Substrate (14, 20) angeordnet sind.
13. Vorrichtung (1 , G) nach einem der vorherigen Ansprüchen, wobei Erfassungseinheiten (2, 2‘,3, 3 ‘, 3w) zur Erfassung der Ausrichtungsmarken (12, 15, 16) in mindestens einem ringförmigen Messportal (21) angeordnet sind, bevorzugt in mindestens einem vollumfänglich geschlossen ringförmigen Messportal (21).
14. Vorrichtung (1 , 1 ‘) nach einem der vorherigen Ansprüchen, wobei Erfassungseinheiten (2, 2‘,3, 3‘, 3w) zur Erfassung der Ausrichtungsmarken (12, 15, 16) in zwei ringförmigen Messportalen (21) angeordnet sind, bevorzugt in zwei vollumfänglich geschlossen ringförmigen Messportalen (21).
15. Vorrichtung (1 , 1 ‘) nach einem der vorherigen Ansprüchen, wobei Erfassungseinheiten (2, 2‘,3, 3 ‘, 3w) zur Erfassung der Ausrichtungsmarken (12, 15, 16) in einem ringförmigen Messportal (21), bevorzugt in einem vollumfänglich geschlossen ringförmigen Messportal (21), und in einer ei förmigen Säule angeordnet sind.
16. Vorrichtung (1 , 1 ‘) nach einem der vorherigen Ansprüchen, wobei die Ausrichtung entlang einer einzigen Ausrichtungsachse erfolgt, wobei die Ausrichtungsachse parallel zur Be- und Entladerichtung der Substrate (14, 20) verläuft.
PCT/EP2019/084471 2019-12-10 2019-12-10 Verfahren und vorrichtung zur ausrichtung von substraten WO2021115574A1 (de)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201980102653.1A CN114730719A (zh) 2019-12-10 2019-12-10 用于对准基板的方法和装置
PCT/EP2019/084471 WO2021115574A1 (de) 2019-12-10 2019-12-10 Verfahren und vorrichtung zur ausrichtung von substraten
KR1020227015182A KR20220113358A (ko) 2019-12-10 2019-12-10 기판 정렬 방법 및 장치
EP19818054.9A EP4073835A1 (de) 2019-12-10 2019-12-10 Verfahren und vorrichtung zur ausrichtung von substraten
US17/783,163 US20230018538A1 (en) 2019-12-10 2019-12-10 Method and device for aligning substrates
JP2022532112A JP2023517415A (ja) 2019-12-10 2019-12-10 複数の基板の位置合わせをする方法および装置
TW109142555A TW202127568A (zh) 2019-12-10 2020-12-03 對準基板之方法及裝置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2019/084471 WO2021115574A1 (de) 2019-12-10 2019-12-10 Verfahren und vorrichtung zur ausrichtung von substraten

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021115574A1 true WO2021115574A1 (de) 2021-06-17

Family

ID=68848292

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2019/084471 WO2021115574A1 (de) 2019-12-10 2019-12-10 Verfahren und vorrichtung zur ausrichtung von substraten

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20230018538A1 (de)
EP (1) EP4073835A1 (de)
JP (1) JP2023517415A (de)
KR (1) KR20220113358A (de)
CN (1) CN114730719A (de)
TW (1) TW202127568A (de)
WO (1) WO2021115574A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113990790B (zh) * 2021-12-24 2022-03-18 湖北三维半导体集成创新中心有限责任公司 键合系统和键合方法

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6214692B1 (en) 1998-01-13 2001-04-10 Erich Thallner Method and apparatus for the aligned joining of disk-shaped semiconductor substrates
WO2010023935A1 (ja) * 2008-08-29 2010-03-04 株式会社ニコン 基板位置合わせ装置、基板位置合わせ方法および積層型半導体の製造方法
US20100139836A1 (en) * 2007-08-10 2010-06-10 Takahiro Horikoshi Substrate Bonding Apparatus and Substrate Bonding Method
JP2011049450A (ja) * 2009-08-28 2011-03-10 Nikon Corp 位置合わせ装置、基板貼り合わせ装置および積層半導体装置の製造方法
JP2011222855A (ja) * 2010-04-13 2011-11-04 Nikon Corp 基板位置合せ装置、基板貼り合せ装置、積層半導体装置製造方法及び積層半導体装置
JP2012231063A (ja) * 2011-04-27 2012-11-22 Nikon Corp 基板貼り合わせ装置、基板貼り合わせ方法および重ね合わせ基板
EP2612109B1 (de) 2010-09-03 2014-06-04 Ev Group E. Thallner GmbH Vorrichtung und verfahren zur verringerung eines keilfehlers
JP2014168089A (ja) * 2014-04-23 2014-09-11 Nikon Corp 基板重ね合わせ装置、基板重ね合わせ方法、及びデバイスの製造方法
WO2014191033A1 (de) 2013-05-29 2014-12-04 Ev Group E. Thallner Gmbh Vorrichtung und verfahren zum bonden von substraten
WO2014202106A1 (de) 2013-06-17 2014-12-24 Ev Group E. Thallner Gmbh Vorrichtung und verfahren zum ausrichten von substraten
EP2656378B1 (de) 2010-12-20 2015-03-18 Ev Group E. Thallner GmbH Aufnahmeeinrichtung zur halterung von wafern
WO2015082020A1 (de) 2013-12-06 2015-06-11 Ev Group E. Thallner Gmbh Vorrichtung und verfahren zum ausrichten von substraten
EP2913841A1 (de) * 2012-10-26 2015-09-02 Nikon Corporation Substratklebevorrichtung, ausrichtungsvorrichtung, substratklebeverfahren, ausrichtungsverfahren und herstellungsverfahren für laminiertes halbleiterbauelement
WO2019057286A1 (de) 2017-09-21 2019-03-28 Ev Group E. Thallner Gmbh Vorrichtung und verfahren zum bonden von substraten

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3731258A1 (de) * 2009-09-22 2020-10-28 EV Group E. Thallner GmbH Vorrichtung zum ausrichten zweier substrate

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6214692B1 (en) 1998-01-13 2001-04-10 Erich Thallner Method and apparatus for the aligned joining of disk-shaped semiconductor substrates
US20100139836A1 (en) * 2007-08-10 2010-06-10 Takahiro Horikoshi Substrate Bonding Apparatus and Substrate Bonding Method
WO2010023935A1 (ja) * 2008-08-29 2010-03-04 株式会社ニコン 基板位置合わせ装置、基板位置合わせ方法および積層型半導体の製造方法
JP2011049450A (ja) * 2009-08-28 2011-03-10 Nikon Corp 位置合わせ装置、基板貼り合わせ装置および積層半導体装置の製造方法
JP2011222855A (ja) * 2010-04-13 2011-11-04 Nikon Corp 基板位置合せ装置、基板貼り合せ装置、積層半導体装置製造方法及び積層半導体装置
EP2612109B1 (de) 2010-09-03 2014-06-04 Ev Group E. Thallner GmbH Vorrichtung und verfahren zur verringerung eines keilfehlers
EP2656378B1 (de) 2010-12-20 2015-03-18 Ev Group E. Thallner GmbH Aufnahmeeinrichtung zur halterung von wafern
JP2012231063A (ja) * 2011-04-27 2012-11-22 Nikon Corp 基板貼り合わせ装置、基板貼り合わせ方法および重ね合わせ基板
EP2913841A1 (de) * 2012-10-26 2015-09-02 Nikon Corporation Substratklebevorrichtung, ausrichtungsvorrichtung, substratklebeverfahren, ausrichtungsverfahren und herstellungsverfahren für laminiertes halbleiterbauelement
WO2014191033A1 (de) 2013-05-29 2014-12-04 Ev Group E. Thallner Gmbh Vorrichtung und verfahren zum bonden von substraten
WO2014202106A1 (de) 2013-06-17 2014-12-24 Ev Group E. Thallner Gmbh Vorrichtung und verfahren zum ausrichten von substraten
US9418882B2 (en) 2013-06-17 2016-08-16 Ev Group E. Thallner Gmbh Device and method for aligning substrates
WO2015082020A1 (de) 2013-12-06 2015-06-11 Ev Group E. Thallner Gmbh Vorrichtung und verfahren zum ausrichten von substraten
JP2014168089A (ja) * 2014-04-23 2014-09-11 Nikon Corp 基板重ね合わせ装置、基板重ね合わせ方法、及びデバイスの製造方法
WO2019057286A1 (de) 2017-09-21 2019-03-28 Ev Group E. Thallner Gmbh Vorrichtung und verfahren zum bonden von substraten

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HANSEN, FRIEDRICH: "Justierung", 1964, VEB VERLAG TECHNIK

Also Published As

Publication number Publication date
CN114730719A (zh) 2022-07-08
EP4073835A1 (de) 2022-10-19
US20230018538A1 (en) 2023-01-19
JP2023517415A (ja) 2023-04-26
KR20220113358A (ko) 2022-08-12
TW202127568A (zh) 2021-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3504733B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum ausrichten von substraten
EP2893556B9 (de) Vorrichtung und verfahren zum ausrichten von substraten
DE10140174B4 (de) Koordinaten-Messtisch und Koordinaten-Messgerät
DE69820856T2 (de) Interferometersystem und lithographisches gerät mit einem solchen system
WO2017153408A1 (de) Achsenkalibrieren einer strahlbearbeitungsmaschine
EP2299472A1 (de) Vorrichtung zum Ausrichten zweier Substrate
EP1014030A1 (de) Verfahrbarer X/Y-Koordinaten-Messtisch
DE102021106878A1 (de) Verfahren zur direkten raumlage-rückkopplungssteuerung und direkte raumlage-rückkopplungsgesteuerte maschine
DE102014205523A1 (de) Positioniereinrichtung in Portalbauweise
Deng et al. A macro–micro compensation method for straightness motion error and positioning error of an improved linear stage
EP1019669A1 (de) Vorrichtung zur erfassung der position von zwei körpern
WO2021115574A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur ausrichtung von substraten
WO2023110113A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum ausrichten eines substrates
DD234070A1 (de) Interferometrische mehrkoordinatenmesseinrichtung
WO2020187549A1 (de) Projektionsbelichtungsanlage für die halbleiterlithographie mit einem optischen element mit sensorreferenz und verfahren zur ausrichtung der sensorreferenz
DE10157983C5 (de) Positionier- und/oder Laserbearbeitungsverfahren und Vorrichtung
DE102020208284A1 (de) Messanordnung und Messverfahren zur Ermittlung der Position und/oder der Orientierung eines optischen Elements sowie Projektionsbelichtungsanlage
EP3443303B1 (de) Positionsmessanordnung und verfahren zum betrieb einer positionsmessanordnung
WO2023110114A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur justierung eines erfassungsmittels
WO2003012548A2 (de) System zum vermessen eines optischen systems, insbesondere eines objektives
DE102021127226B3 (de) Vorrichtung mit einem beweglichen Tischsystem sowie Verfahren zu dessen Kalibrierung und Betrieb
WO2021083651A1 (de) Gemeinsame führung beweglicher optischer elemente
DE102021209270A1 (de) Laserbearbeitungsvorrichtung und verfahren zum korrigieren einer position eines gebündelten punkts
WO2003008900A1 (de) Verfahren zum scannenden messen einer oberflächenkontur
EP0847548A1 (de) Vorrichtung zum führungstoleranzausgleich bei mehrachsenpositionierern

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19818054

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022532112

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019818054

Country of ref document: EP

Effective date: 20220711