特許 6801085 基板を位置合わせする方法および装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6801085

(24)【登録日】2020年11月27日

(45)【発行日】2020年12月16日

(54)【発明の名称】基板を位置合わせする方法および装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/02 20060101AFI20201207BHJP

   H01L 21/68 20060101ALI20201207BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/02 B

   H01L21/68 F

【請求項の数】13

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2019-506179(P2019-506179)

(86)(22)【出願日】2016年8月29日

(65)【公表番号】特表2019-530206(P2019-530206A)

(43)【公表日】2019年10月17日

(86)【国際出願番号】EP2016070289

(87)【国際公開番号】WO2018041326

(87)【国際公開日】20180308

【審査請求日】2019年4月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】508333169

【氏名又は名称】エーファウ・グループ・エー・タルナー・ゲーエムベーハー

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100135633

【弁理士】

【氏名又は名称】二宮 浩康

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】トーマス ヴァーゲンライトナー

(72)【発明者】

【氏名】ドミニク ツィナー

(72)【発明者】

【氏名】ユアゲン マークス ズュース

(72)【発明者】

【氏名】クリスティアン ズィン

(72)【発明者】

【氏名】ユアゲン マリンガー

【審査官】 平野 崇

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／０１４８８２６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１０／０２３９３５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００９／０２２４５７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−２５１９７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０５６４９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／０２

Ｈ０１Ｌ ２１／６８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の基板（１６）の第１のコンタクト面（１６ｉ）と、第２の基板（１７）の第２のコンタクト面（１７ｉ）と、を位置合わせして接触させる方法であって、以下のステップを、特に以下の順序で有する、すなわち、
−前記第１の基板（１６）の第１の載置面（１６ｏ）を第１の基板ホルダ（１０）に固定し、前記第２の基板（１７）の第２の載置面（１７ｏ）を、前記第１の基板ホルダ（１０）に対向して配置可能な第２の基板ホルダ（１３）に固定するステップと、
−特に第１の検出ユニット（３）の焦平面（１２）を基準にして、前記第１の基板（１６）の、特に周縁領域に配置される第１の位置合わせマーク（２０）の第１のＸ−Ｙ位置および／または第１の位置合わせ方向を検出するステップと、
−特に第２の検出ユニット（４）の焦平面（１２）を基準にして、前記第２の基板（１７）の、特に周縁領域に配置される第２の位置合わせマーク（２１）の第２のＸ−Ｙ位置および／または第２の位置合わせ方向を検出するステップと、
−前記第２の基板（１７）に対して前記第１の基板（１６）を位置合わせするステップと、
−前記第２の基板（１７）に対して位置合わせされた前記第１の基板（１６）と前記第２の基板（１７）とを接触させるステップと、を有する方法において、
前記第１の位置合わせマーク（２０）の検出と同時に、前記第１の基板ホルダ（１０）および／または前記第１の基板（１６）の第３の位置合わせマーク（２２）の第３のＸ−Ｙ位置および／または第３の位置合わせ方向を第３の検出ユニット（７）によって付加的に検出し、前記第３の検出ユニット（７）を用いて、前記位置合わせを開ループ制御し、前記第１の位置合わせマーク（２０）と、前記第３の位置合わせマーク（２２）と、が異なる側の面に、特に、前記第１の基板（１６）または前記第１の基板ホルダ（１０）の、Ｚ方向にみて互いに反対側に位置する面に配置されており、
前記第１の位置合わせマーク（２０）の前記第１のＸ−Ｙ位置および／または前記第１の位置合わせ方向は、前記第３の位置合わせマーク（２２）の前記第３のＸ−Ｙ位置および／または前記第３の位置合わせ方向に一意に対応付けられる、
ことを特徴とする方法。

【請求項2】

前記第１の位置合わせマーク（２０）および前記第３の位置合わせマーク（２２）の前記検出を、関連する処理ステップにおいて、前記第１の検出ユニット（３）と前記第３の検出ユニット（７）とを同期させることによって行う、
請求項１記載の方法。

【請求項3】

前記位置合わせ中、前記第２の基板ホルダ（１３）を、少なくともＸ−Ｙ方向に固定する、
請求項１または２項記載の方法。

【請求項4】

前記第１の検出ユニット（３）および前記第２の検出ユニット（４）は、共通のＸ−Ｙ位置決め装置に取り付けられており、かつ／または前記第１の検出ユニット（３）の光軸および前記第２の検出ユニット（４）の光軸は、互いに位置合わせされているかまたは対応付けられており、好適には共通の光軸を有する、
請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。

【請求項5】

前記第３の検出ユニット（７）を、少なくとも前記第１の検出ユニット（３）に対し、特に前記第１の検出ユニット（３）および前記第２の検出ユニット（４）から成る光学系（２）に対し、前記検出中、少なくとも位置合わせされるまで、Ｘ方向およびＹ方向に位置固定に配置し、好適には自由度を有しないようにする、
請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。

【請求項6】

前記位置合わせの前記開ループ制御を、前記第３のＸ−Ｙ位置および／または前記第３の位置合わせ方向の前記検出だけで行う、
請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。

【請求項7】

前記第１の基板および前記第２の基板を、前記検出中および前記位置合わせされるまで、Ｚ方向において前記第１のコンタクト面と前記第２のコンタクト面との間に特に一定の間隔Ａを設けて、前記第１の基板ホルダと前記第２の基板ホルダとの間に配置する、
請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。

【請求項8】

前記間隔Ａは、５００マイクロメートル以下、特に好ましくは１００マイクロメートル以下、最適なケースでは５０マイクロメートル以下、理想的なケースでは１０マイクロメートル以下である、
請求項７記載の方法。

【請求項9】

第１の基板（１６）の第１のコンタクト面（１６ｉ）と、第２の基板（１７）の第２のコンタクト面（１７ｉ）と、を位置合わせして接触させる装置であって、
−前記第１の基板（１６）の第１の載置面（１６ｏ）を固定する第１の基板ホルダ（１０）と、
−前記第２の基板（１７）の第２の載置面（１７ｏ）を固定する、前記第１の基板ホルダ（１０）に対向して配置可能な第２の基板ホルダ（１３）と、
−第１の位置合わせマーク（２０）の第１のＸ−Ｙ位置および／または第１の位置合わせ方向を検出する第１の検出ユニット（３）と、
−第２の位置合わせマーク（２１）の第２のＸ−Ｙ位置および／または第２の位置合わせ方向を検出する第２の検出ユニット（４）と、
−前記第２の基板（１７）に対して前記第１の基板（１６）を位置合わせする位置合わせ手段と、
−前記第２の基板（１７）に対して位置合わせされた前記第１の基板（１６）と前記第２の基板（１７）とを接触させる接触手段（１５）と、
を有する装置において、
前記装置は、前記第１の位置合わせマーク（２０）の検出と同時に前記第１の基板ホルダ（１０）および／または前記第１の基板（１６）の第３の位置合わせマーク（２２）の第３のＸ−Ｙ位置および／また第３の位置合わせ方向を検出する第３の検出ユニット（７）を有しており、前記第３の検出ユニット（７）を用いて、前記位置合わせを開ループ制御可能であり、前記第１の位置合わせマーク（２０）と、前記第３の位置合わせマーク（２２）と、が異なる側の面に、特に、前記第１の基板（１６）または前記第１の基板ホルダ（１０）の、Ｚ方向にみて互い反対側の面に配置されており、
前記第１の位置合わせマーク（２０）の前記第１のＸ−Ｙ位置および／または前記第１の位置合わせ方向は、前記第３の位置合わせマーク（２２）の前記第３のＸ−Ｙ位置および／または前記第３の位置合わせ方向に一意に対応付けられる、
ことを特徴とする装置。

【請求項10】

前記第１の検出ユニット（３）および前記第３の検出ユニット（７）は、同期可能であるかまたは同期されている、
請求項９記載の装置。

【請求項11】

前記位置合わせ中、前記第２の基板ホルダ（１３）が、少なくともＸ−Ｙ方向に固定可能に構成されている、
請求項９記載の装置。

【請求項12】

前記第１の検出ユニット（３）および前記第２の検出ユニット（４）は、共通のＸ−Ｙ位置決め装置に取り付けられており、かつ／または前記第１の検出ユニット（３）の光軸および前記第２の検出ユニット（４）の光軸は、互いに位置合わせされているか対応付けられおり、好適には共通の光軸を有する、
請求項９記載の装置。

【請求項13】

前記第３の検出ユニット（７）は、少なくとも前記第１の検出ユニット（３）に対し、特に前記第１の検出ユニット（３）および前記第２の検出ユニット（４）から成る光学系（２）に対し、前記検出中、少なくとも位置合わせされるまで、Ｘ方向およびＹ方向に位置固定に配置され、好適には自由度を有しない、
請求項９記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１に記載された第１の基板と第２の基板とを位置合わせして接触させる方法および請求項１０に記載された対応する装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体産業では、複数の基板、特にウェハを互いに位置合わせし、これにより、これらの基板が後続のプロセスステップにおいて互いに接合されるようにするため、位置合わせ装置（英語：aligner）が使用される。この接合過程は、ボンディングと称される。

【0003】

ボンディングすべき基板表面に位置合わせマークを設ける位置合わせ過程は、フェース・ツー・フェース位置合わせと称される。

【0004】

ボンディングすべき基板表面とは反対側の、外側の基板表面から位置合わせマークの位置および方向を検出および／または特定できるようにするため、測定に使用される電磁ビームに対し、基板が非透過である場合、基板を互いに接近させる前に、基板の間で画像検出手段を用いて位置合わせマークが検出される。

【0005】

このことは、特にカメラによる粒子汚染や、検出のために２つの基板間にカメラを配置するため、基板間の間隔が大きくなるというようなさまざまな欠点を有していた。このことから、互いに接近させる際に位置合わせ誤りが発生する。

【0006】

フェース・ツー・フェース位置合わせの改善は、最も近い従来技術と見なすことができる刊行物米国特許第６２１４６９２号明細書（US6214692B1）の位置合わせ装置に示されている。この位置合わせ装置では、２つの基準点を備えたシステムを形成するため、互いに対向するそれぞれ２つの光学素子を備えた２つの光学素子群が使用されており、このシステムを基準にして基板が交互に位置決めされる。これらの基準点は、互いに対向する２つの光学素子の光軸の交点である。

【0007】

この従来技術に伴う問題は、開示された開ループ制御方式によっては、ますます高まる位置合わせ精度要求にもはや到達できないことである。

【0008】

刊行物米国特許第６２１４６９２号明細書（US6214692B1）は、位置合わせマークの２つの画像の比較および位置決め補正に基づいている。フェース・ツー・フェースに配置された２つの基板上の位置合わせマークの方向は、カメラシステムを用いて個別に検出される。位置合わせマークの計算した相対的な方向および相対的な位置から、位置決め台（基板ホルダおよびステージ）が駆動制御され、これにより、誤った位置が補正される。この位置決め台は、ガイドセンサおよび駆動部近くに配置されたインクリメント方式の変位センサを有する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

したがって本発明の課題は、より正確かつより効率的に基板を位置合わせして接触させることが可能な、基板を位置合わせして接触させる装置および方法を示すことである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

この課題は、請求項１および請求項１０の特徴的構成によって解決される。本発明の有利な発展形態は、従属請求項に示されている。本発明の枠内には、明細書、特許請求の範囲および／または図面に示した複数の特徴的構成のうちの少なくとも２つからなるすべての組み合わせも含まれる。値の範囲が指定される場合、言及した境界内にある値も、境界値として開示されており、任意の組み合わせで請求できるものとする。

【0011】

本発明の根底にある着想は、位置合わせの前に、位置合わせ対象の複数の基板のうちの１つかまたは基板ホルダかのいずれかに被着される付加的な（特に第３の）位置合わせマークを付加的に検出することである。特に、この付加的な位置合わせマークは、基板のコンタクト面に配置されない。好適には、この付加的な位置合わせマークは、コンタクト面とは反対側の、またはコンタクト面に対して平行に配置された、基板の面または基板ホルダの面に配置される。

【0012】

基板の相互の位置合わせは、特に、基板のコンタクト面に設けられている複数の位置合わせマークを用いて間接的に行われる。対向する基板の対向する面の位置合わせマークは、特に、互いに相補的である。位置合わせマークは、十字、円または正方形またはプロペラ状の形成物または格子構造、特に空間周波数領域に対する位相格子のような、任意の互いに位置合わせ可能な対象体であってよい。

【0013】

位置合わせマークは、好適には、所定の波長および／または波長範囲の電磁ビームを用いて検出される。これらに含まれるのは、現在の所、赤外線ビーム、可視光または紫外線ビームである。しかしながらＥＵＶまたはＸ線ビームのような、より短い波長のビームを使用することも同様に可能である。

【0014】

本発明の（特に独自の）１つの様相は、位置合わせが、特に、付加的な位置合わせマークの検出だけを用いて行われることである。「検出だけ」とは、別の（特に第１および第２の）位置合わせマークが、位置合わせ中に検出されないかまたは検出できないことを意味する。

【0015】

本発明の有利な１つの実施形態によれば、第１の基板および第２の基板は、Ｚ方向において第１のコンタクト面と第２のコンタクト面との間に間隔Ａを設けて、第１の基板ホルダと第２の基板ホルダとの間に配置される。間隔Ａは、特に、５００マイクロメートル以下、特に好ましくは１００マイクロメートル以下、最適なケースでは５０マイクロメートル以下、理想的なケースでは１０マイクロメートル以下である。

【0016】

本発明による方法は、特に、任意の電磁ビームによる、特にＵＶ光による、さらに好ましくは赤外光による、最も好ましくは可視光による、かつ／または第１の位置合わせマークおよび第２の位置合わせマークを観察するために光路を順次に開放することによる、少なくとも２つの基板をフェース・ツー・フェースで位置合わせする方法であり、ここでは、基板位置および基板ホルダ位置を正確に再現するために少なくとも１つの付加的な光路を補足することが規定されており、この光路は、基板を位置合わせする際に、基板の間には配置されていないかまたは延在しておらず、検出は外部から可能になる。

【0017】

本発明による方法は、特に、付加的に取り付けられた検出ユニットおよび／または測定システムおよび閉ループ制御システムによって検出されかつ位置合わせの開ループ制御に使用される付加的なＸ−Ｙ位置情報および／または方向情報を用いることにより、位置決め精度を向上させる。

【0018】

このために本発明による装置は、特にソフトウェアサポートされた制御ユニットを有しており、この制御ユニットを用いて、ここで説明しているステップおよび構成部分が制御される。本発明では、閉じた制御ループおよび閉ループ制御が、この制御ユニットに含まれると理解するものとする。

【0019】

Ｘ方向およびＹ方向およびＸ位置およびＹ位置とは、Ｘ−Ｙ座標系、もしくはＸ−Ｙ座標系の任意のＺ平面に延在する方向または配置された位置と理解される。Ｚ方向は、Ｘ−Ｙ方向に対して直交して配置されている。

【0020】

Ｘ方向およびＹ方向は、特に横方向に対応する。

【0021】

位置特徴は、基板の位置合わせマークの位置値および／または方向値から、かつ基板ホルダ上の位置合わせマークから導出／計算される。

【0022】

本発明では、特に、新しい付加的な光路を有する少なくとも１つの付加的な測定システムにより、少なくとも１つの付加的な位置特徴を検出する。少なくとも１つの付加的な位置合わせマークは、好適には、基板の位置合わせマークの近傍に設けられる。

【0023】

したがって本発明による方法および本発明による装置は、特に、少なくとも１つの付加的な測定システムおよび／または閉ループ制御システムを有しており、ここでは付加的な測定値により、また別の複数の検出ユニットの複数の測定値のうちの１つとの相関により、位置合わせ精度が向上する。コンタクト面間のボンディングインタフェースにおいて測定された複数の位置合わせマークのうちの少なくとも１つと、基板を位置合わせする際にも可視である位置合わせマークとを相関させることにより、位置合わせマークを直接、観察することができ、ひいては位置合わせ中のリアルタイムな測定と閉ループ制御が可能になる。これにより、基板の位置合わせ精度が向上する。

【0024】

付加的な位置合わせマークは、特に、基板ホルダの背面に配置される。

【0025】

付加的に付け加えられる、基板ホルダ上の位置特徴と、基板上の位置特徴と、の間には、特に、好適には位置合わせされるまでかつ位置合わせ中に変更されない一意の相関が形成される。

【0026】

基板上の位置特徴と一意に相関される、基板ホルダに付加的に付け加えられる位置特徴により、基板上の位置特徴の直接の観察を、基板ホルダの位置特徴の直接の観察によって置き換えることができる。このことの利点は、実質的につねに、付加的な測定システムの視野もしくは測定領域内に、基板ホルダの観察可能な部分を配置できることである。

【0027】

位置決めおよび位置補正のためにデータを能動的にフィードバックすることにより、従来技術における開ループ制御された位置決めに比べて精度が向上する。というのは閉じた制御ループでは、位置の実際状態が制御できるからである。これにより、特に、所定数のインクリメントを有するあらかじめ設定した区間を走行するのではなく、すでに走行した区間が測定され、これにより、特に速度および／または加速度について、目標値と実際値との間の比較を行うことができる。本発明の目標は、特にボンディングインタフェースの外からリアルタイムに位置合わせを観察することができる方法を用いて２つの基板の位置合わせの精度を向上させることである。ここでは、基板は、特に互いに最小の間隔で配置されており、基板間には好適には装置対象物が存在しない。

【0028】

本発明の核心となる着想は、特に、少なくとも１つの付加的な測定システムおよび閉ループ制御システムを導入すること、および既存の測定値と、新たに検出した付加的な位置値および／または方向値とを結び付けることである。ボンディングインタフェースにおいて測定される位置合わせマークと、位置合わせ中に、特に直接検出可能であり、基板ホルダ上の、特にその背面の位置合わせマークおよび／または基板上の、特にその背面の位置合わせマークとを相関させることにより、付加的な位置合わせマークを直接観察でき、リアルタイムの測定およびリアルタイムの閉ループ制御が可能になる。このような手段により、位置合わせ精度が改善される。

【0029】

第１の位置合わせマークを検出中、第２の基板および第２の基板ホルダは、Ｘ−Ｙ方向に第１の検出ユニットの光軸から移動されて出され、これにより、検出が可能になる。

【0030】

第２の位置合わせマークの検出中、第１の基板および第１の基板ホルダは、Ｘ−Ｙ方向に第２の検出ユニットの光軸から移動されて出され、これにより、検出が可能になる。

【0031】

装置
少なくとも２つの基板を位置合わせする本発明の装置は、特に互いに位置合わせされた２つの光学素子または検出ユニットから成り、その光路が好適には共通の焦点において交わる少なくとも１つの光学系を有する。

【0032】

この光学系には、有利な実施形態によれば、ミラー、レンズ、プリズム、特にケーラー照明である光源のようなビーム形成素子および／または偏向素子と、カメラ（ＣＭＯＳセンサまたはＣＣＤ、またはフォトトランジスタのような面または行または点検出手段）のような画像検出手段と、集束のための移動手段と、光学系を閉ループ制御するための評価手段とが含まれる。

【0033】

この装置の本発明による１つの実施形態では、ターンオーバ位置調整の原理による、基板位置決めのための光学系および回転システムが使用される。これについては、Friedrich HansenのJustierung、VEB Verlag Technik、１９６４、第６．２．４節、Umschlagmethodeを参照されたい。ここでは、所定の位置における少なくとも１回の測定と、１８０°回転させ、逆向きに方向付けられた、ターンオーバされた位置における少なくとも１回の測定とが行われる。このようにした得られる測定結果には、特に偏心誤差がない。

【0034】

本発明による装置の１つの発展形態には、互いに位置合わせされかつ互いに相対的に固定可能な光学素子を備えた、特に同一の、同じ構造の２つの光学系が含まれている。

【0035】

この装置の本発明による１つの発展形態には、位置合わせされた光学素子を備えた、２つよりも多くの同じ光学系が含まれている。

【0036】

さらに本発明による装置には、位置合わせ対象の基板を収容するための基板ホルダが含まれている。

【0037】

本発明による装置の別の１つの実施形態では、所定の個所において、２つの基板面を特に同時に観察するため、少なくとも部分的に透過であり、好ましくは９５％以上透過である少なくとも１つの基板ホルダを使用する。

【0038】

本発明による装置の別の１つの実施形態では、所定の個所において、２つの基板面を特に同時に観察するため、複数の開口部および／または貫通孔および／または点検窓を有する少なくとも１つの基板ホルダを使用する。

【0039】

さらに、本発明による装置は、プレボンディングを形成するためのシステムを含んでいてよい。

【0040】

さらに本発明による装置には、好適には、光学系ならびに基板ホルダおよび／または基板を移動し、位置決めし、かつ互いに位置合わせするため、駆動システム、ガイドシステム、固定システムおよび測定システムを備えた複数の移動装置が含まれている。

【0041】

これらの移動装置は、個別移動の結果として任意の移動を形成することができ、これにより、これらの移動装置は、好ましくは、精度要求には対応しない高速の粗な位置決め装置と、精確に動作する精密な位置決め装置とを含むことができる。

【0042】

到達すべき位置の目標値は、理想値である。移動装置は、この理想値に接近する。理想値の周りの所定の範囲に到達することは、目標値に到達したことと理解することができる。

【0043】

粗な位置決め装置とは、全体的な走行路または回転可能な回転駆動部では３６０°が１回転である回転範囲を基準にして、到達精度および／または繰り返し精度が、目標値から０．１％以上、好ましくは０．０５％以上、特に好ましくは０．０１％以上偏差している場合の位置決め装置と理解される。

【0044】

したがって、例えば、６００ｍｍ以上の走行路を有する粗な位置決め装置では、６００ｍｍ×０．０１％の到達精度が、すなわち６０マイクロメートル以上が、結果的に、残余の不確かさ（Restunsicherheit）になる。

【0045】

粗な位置決めの別の実施形態では、到達精度または繰り返し精度の残余の不確定さは、１００マイクロメートル以下、好ましくは５０マイクロメートル以下、特に好ましくは１０マイクロメートル以下である。この際には、熱的な外乱量を、好適には一緒に考慮すべきである。

【0046】

粗な位置決め装置は、実際に到達する実際位置と、この位置の目標値と、の間で、対応する精密な位置決め装置の処理範囲のずれがある場合にのみ、十分な精度で位置決めの役割を果たす。

【0047】

択一的な粗な位置決め装置は、実際に到達する実際位置と、この位置の目標値と、の間で、対応する精密な位置決め装置の処理範囲の半分のずれがある場合にのみ、十分な精度で位置決めの役割を果たす。

【0048】

精密な位置決め装置とは、到達精度および／または繰り返し精度の残余の不確定さが、目標値から、全体的な走行路または回転範囲を基準にして、５００ｐｐｂ以下、好適には１００ｐｐｂ以下、理想的なケースでは１ｐｐｂを上回らない場合の位置決め装置と理解される。

【0049】

好適には、本発明による精密な位置決め装置は、５マイクロメートル以下の、好ましく１マイクロメートル以下の、特に好ましくは１００ｎｍ以下の、特に極めて好ましくは１０ｎｍ以下の、最適なケースでは５ｎｍ以下の、理想的なケースでは１ｎｍ以下の絶対的な位置決め誤差を有する。

【0050】

本発明の装置およびこれに対応する方法は、最大限の精度および再現性を備えた少なくとも２つの位置決め装置を有する。基板の位置合わせの品質に対し、相互の誤差補正のコンセプトを使用することが可能である。したがって基板およびこれに対応する位置決め装置の位置合わせ不良（ねじれおよび／またはずれ）が既知のとき、補正値もしくは補正ベクトルを用いて、別の位置決め装置および別の基板の位置を位置調整および補正することにより、位置決め精度を上げることができる。この際に開ループ制御もしくは閉ループ制御により、誤り補正のために、どのように粗な位置決めおよび精密な位置決めが使用され、または粗な位置決めだけもしくは精密な位置決めだけが使用されるかは、ねじれおよび／またはずれの大きさおよび種類の問題である。

【0051】

以降のテキストでは、位置決め装置（粗な位置決め装置または精密な位置決め装置または組み合わされた位置決め装置）と、位置合わせ手段とを同義と見なして使用する。

【0052】

複数の基板の相互の位置合わせは、本発明により、６つのすべての運動の自由度において行うことができる。すなわち、座標方向ｘ、ｙおよびｚにしたがった３つの並進運動と、座標軸方向の周りの３つの回転運動において行うことができる。本発明では、移動をどの方向および方角にも行うこともできる。基板の位置合わせには、好適には刊行物欧州特許第２６１２１０９号明細書（EP2612109B1）の開示内容による、特に受動的または能動的なウェッジエラー補償が含まれる。

【0053】

基板運搬のためのロボットは、移動装置に含まれる。固定部は、移動装置に構成部材として組み込まれるかまたは機能的に組み込まれていてよい。

【0054】

さらに、本発明による装置は、説明したステップ、特に移動のフローを実行するため、補正を行うため、本発明による装置の動作状態を分析して記憶するため、好適には、閉ループ制御システムおよび／または評価システムを、特に計算機を含んでいる。

【0055】

プロセスは、好適には手順書として作成され、機械読み取り可能な形態で実行される。手順書は、機能的またはプロセス技術的に関連するパラメータの最適な値の集合体である。手順書を利用することにより、製造フローの再現性を保証することができる。

【0056】

さらに、本発明による装置は、有利な１つの実施形態によれば、給電システムおよび補助システムおよび／または補足システム（圧縮空気、真空、電気エネルギ、液圧、冷媒、熱媒体のような液体、温度安定化のための手段および／または装置、電磁シールド）を含んでいる。

【0057】

さらに、本発明による装置は、フレーム、外装、振動を抑止するかまたは減衰または消滅させる能動的または受動的なサブシステムを含んでいる。

【0058】

測定
さらに、本発明による装置には、特に変位測定システムおよび／または角度測定システムとして実施することが可能な、それぞれの運動軸に対する測定ユニットを好ましくは備えた少なくとも１つの測定システムを含んでいる。

【0059】

触覚式すなわち探触方式の測定方法または非触覚式の測定方法を使用することも可能である。測定標準スケール、測定のユニットは、物理的・物質的な対象体、特に基準器であってよく、または使用されるビームの波長のように測定方法に暗黙的に備わっていてよい。

【0060】

位置合わせ精度に到達するため、少なくとも１つの測定システムを選択して使用することができる。測定システムにより、測定方法が実行される。ここでは、特に、
・誘導方式、および／または
・容量方式、および／または
・抵抗方式、および／または
・比較方式、特に光学式画像認識方式、および／または
・（特に基準器としてのガラス基準スケールまたは干渉計、特にレーザ干渉計または電磁式基準スケールを用いた）インクリメントまたは絶対値方式、および／または
・伝搬時間測定（ドップラー法、タイム・オブ・フライト方式）または別の時間検出方式、および／または
・三角法、特にレーザ三角法、
・自動焦点方式、および／または
・光ファイバ方式距離測定器のような強度測定方式を使用することができる。

【0061】

変化形態を有する付加的な測定システム、基板ホルダ
さらに、本発明による装置の特に好ましい１つの実施形態は、複数の基板のうちの１つおよび／または複数の基板ホルダのうちの１つのＸ−Ｙ位置および／または位置合わせ方向および／または角度位置を、所定の基準に対し、特にフレームに対して検出する、少なくとも１つの付加的な測定システムを含んでいる。フレームとして、特に、硬い天然鉱石またはミネラルキャストまたは球状黒鉛キャストまたは水硬性コンクリートから成る部分を設けることができ、このフレームは、特に、振動を減衰するようにおよび／または振動を絶縁するように、かつ／または振動を消滅するように構成される。

【0062】

本発明では、測定値を、特に互いに組み合わせ、かつ／または相互に参照し、かつ／または相関させることができ、これにより、１つの位置合わせマークを測定することにより、これに関連する別の位置合わせマークの位置を推定することができる。

【0063】

本発明による１つの実施形態では、基準に対し、特に第１の基板の第１の位置合わせマークおよび／または第２の基板の第２の位置合わせマークに対し、基板ホルダの位置が、１つの点（または個所または測定スポットまたは視野）において検出される。

【0064】

本発明による別の１つの実施形態では、基板ホルダの位置が、基準に対して丁度２つの点において検出される。

【0065】

本発明による別の１つの実施形態では、基板ホルダの位置が、基準に対して丁度３つの点において検出され、これにより基板ホルダの位置および方向が特定される。

【0066】

１つの点または２つの点または３つの点または任意個数の点における位置特定のため、本発明の第１の実施形態では、カメラシステムを用いた光学式のパターン認識および基板ホルダに被着されたパターンを使用することができる。パターンは、特に、位置合わせ中に連続して、リアルタイムシステムにおいて検出される。

【0067】

位置特定に対しては、引用した測定方法も同様に使用することができる。

【0068】

本発明では、特に、検出ユニットを基板ホルダに取り付け、位置合わせマークをフレームに取り付けることにより、逆も考えられる。

【0069】

任意の時点に、特に持続的に検出、評価および開ループ制御を行うことができるようにするため、有利な実施形態では、閉ループ制御ユニット（および／または開ループ制御ユニット）に、特に連続して測定値を供給することを目的として、検出ユニットの画像検出ユニットの視野よりも広い面積にパターンを分配する。

【0070】

装置の本発明による別の１つの実施形態では、複数の基板ホルダのうちの少なくとも１つは、基板の載置面から、位置合わせマークを検出するための貫通開口部を有する。

【0071】

本発明において有利であるのは、複数の基板のうちの少なくとも１つが、ボンディングすべき表面（コンタクト面）に少なくとも１つの位置合わせマークを有し、かつ反対側の表面（載置面）に少なくとも１つの位置合わせマークを有する場合である。

【0072】

これらの位置合わせマークは、好適には、複数の基板のうちの少なくとも１つの載置面において、特に一意に対応付けることが可能な、好適には均等に分配された複数の位置合わせマークである。載置面における位置合わせマークは、少なくともそのＸ−Ｙ位置および／または位置合わせ方向について、同じ基板の位置合わせマークのＸ−Ｙ位置および／または位置合わせ方向に相関させることが可能である。これにより、基板をロードして位置合わせする間、基板が接触するまで、連続して位置を特定することができる。

【0073】

本発明の１つの発展形態では、載置面の位置合わせマークは、基板の縁部ゾーン（エッジ除外ゾーン）を除いて、特に均等に分配される。

【0074】

複数の基板のうちの少なくとも１つの別の１つの実施形態では、載置面の複数の位置合わせマークは、同じ基板のコンタクト面およびこのコンタクト面に配置された位置合わせマークに対して一意に分配される。

【0075】

少なくとも１つの点におけるＸ−Ｙ位置の特定に対し、本発明による別の１つの実施形態では、基板ホルダのＸ−Ｙ位置を特定するため、かつ／または方向を特定するため、対応して、特にモノリシックに構成された反射器を備えた少なくとも１つの干渉計を使用することができる。干渉計の個数は、特に反射器の反射面の個数と同じである。

【0076】

特にモノリシックブロックから形成される基板ホルダは、好適には以下の複数の機能のうちの少なくとも２つを有する。すなわち、
・真空を用いた基板の固定（真空トラック、接合部）
・好ましくは特に欧州特許第２６５６３７８号明細書（EP2656378B1）、国際公開第２０１４／１９１０３３号（WO2014191033A1）に開示されている、機械式および／または液圧式および／または圧電式および／または焦電式および／または電熱式の操作素子を用いた基板を変形させるための形状補償
・（測定基準器、反射面および／またはプリズム、特に干渉計用の反射器、トンボおよび／またはトンボフィールド、２次元に形成された測定基準器、３次元基準器、特に段）位置の特定および／または方向の特定
・移動（ガイドトラック）
を有する。

【0077】

微調整には使用されない、本発明による移動装置は、好適にはインクリメント式の変位センサを有する、特にロボットシステムとして構成される。補助的な移動に対するこの移動装置の精度は、基板積層体の位置合わせの精度とは切り離されており、これにより、この補助的な移動は、１ｍｍ以下の、好ましくは５００マイクロメートル以下の、特に好ましくは１５０マイクロメートル以下の低い繰り返し精度で行われる。

【0078】

（横方向の）位置合わせ（微調整）のための本発明による移動装置の開ループ制御および／または閉ループ制御は、特に、別の測定手段によって検出したＸ−Ｙ位置および／または位置合わせ方向に基づいて行われる。この移動装置の精度は、好適には２００ｎｍ以下、好ましくは１００ｎｍ以下、特に好ましくは５０ｎｍ以下、特に極めて好ましくは２０ｎｍ以下、最適なケースでは１０ｎｍ以下、理想的なケースでは１ｎｍ以下である。

【0079】

方法
本発明による位置合わせ方法の第１の実施形態には、以下の、特に少なくとも一部分が順次になっているステップおよび／または同時のステップが、特に以下の順序で含まれている。

【0080】

第１の処理ステップ：第１の／下側の基板を、載置面を下にして第１の／下側の基板ホルダにロードする。対向する面（コンタクト面）に、第１の位置合わせマークが設けられる（存在している）。

【0081】

第２の処理ステップ：特に粗な調整のための移動装置を使用して、光学系の第１の／上側の検出ユニットの検出位置の視野に、第１の／下側の基板を、基板ホルダと共に移動する。

【0082】

第３の処理ステップ：光学系が第２の処理ステップによってすでに処理されていない場合、この光学系を検出位置に移動する。オプションではすでに現段階で、または検出位置への移動を開始する前に、光学系の自己較正を行うことができる。

【0083】

第４の処理ステップ：基板のボンディングすべきコンタクト面に配置されている、第１の位置合わせマークの識別すべきパターンに第１の／上側の検出ユニットを集束する。

【0084】

オプションでは、光学系により、第２の／下側の検出ユニットを、第１の／上側の検出ユニットの焦平面に位置調整することができる。

【0085】

第５の処理ステップ：特にパターン認識を用いて、第１の位置合わせマークを検出する。同時に、特に第１の検出ユニットと同期させることにより、本発明による（第３の検出ユニットを備えた）付加的な測定システムにより、好適にはコンタクト面とは別の面において、第１の基板ホルダおよび／または第１の基板のＸ−Ｙ位置および／または位置合わせ方向を検出する。

【0086】

第６の処理ステップ：特に機械式および／または電子式および／または磁気的に、特にすべての自由度をゼロにすることにより、光学系の位置をクランプする。

【0087】

第７の処理ステップ：光学系により、第１の／上側の検出ユニットの焦平面に第２の／下側の検出ユニットを位置調整する。

【0088】

オプションではこの位置調整は、第４の処理ステップに続いて実行されて省略される。

【0089】

第８の処理ステップ：位置合わせを開ループ制御するための測定結果を得るため、（特に開ループ制御ユニット内の）閉ループ制御計算機および評価計算機により、抽象化および／または計算を行う。すなわち、閉ループ制御計算機および評価計算機は、特に、光学系および（第３の）付加的な測定システムの測定結果の相関を形成し、特に、第１の／下側の基板ホルダおよび第１の／下側の基板のＸ−Ｙ位置および／または位置合わせ方向の目標値として、この結果を記憶する。

【0090】

第９の処理ステップ：第１の／下側の基板ホルダを光学系の視野（検出のためのビーム路）から移動する。これにより、第１の検出ユニットに対する光路が遮断されなくなる。光学系は、好適には引き続いて固定されたままである。

【0091】

第１０処理ステップ：第２の／上側の基板は、第２の／上側の基板ホルダにロードされる。この処理ステップは、先行する複数の処理ステップのうちの１つの前に前もって行うことが可能である。

【0092】

第１１処理ステップ：第２の／上側の基板と共に第２の／上側の基板ホルダを光学系の視野に移動する。

【0093】

第１２処理ステップ：光学系の第２の／下側の検出ユニットにより、第１の／下側の検出ユニットと同様に、第２の／上側の基板における位置合わせマークを探して検出する。この際に光学系は、機械的に移動しないが、集束の補正は考えられる。しかしながら好ましくは、集束運動も実行しない。

【0094】

第１３処理ステップ：第２の／上側の基板および第２の／上側の基板ホルダにより、第１の／上側の検出ユニットの光路を遮り、これにより、位置合わせされた位置において、第１の／下側の基板のボンディングすべきコンタクト面は、直接、観察／検出できないようになる。

【0095】

第１４処理ステップ：閉ループ制御計算機および評価計算機により、位置合わせ誤りを求める。刊行物米国特許第６２１４６９２号明細書（US6214692B1）、国際公開第２０１４／２０２１０６号（WO2014202106A1）の開示内容を参照されたい。位置合わせ誤りから、特に位置合わせ誤りベクトルを作成する。これに続いて、特に少なくとも１つの補正ベクトルを計算する。補正ベクトルは、位置合わせ誤りベクトルに平行でありかつこれとは逆向きのベクトルであってよく、これにより、位置合わせ誤りベクトルと補正ベクトルとの和はゼロになる。特別なケースでは、補正ベクトルの計算に別のパラメータを考慮することができ、これにより、結果はゼロとは異なるようになる。

【0096】

第１５処理ステップ：第２の／上側の基板（基板ホルダを含めた）のＸ−Ｙ位置および／または位置合わせ方向は、補正ベクトルにしたがって設定され、引き続いてクランプされ、これにより、計算した位置合わせ誤りは、少なくとも最小化され、好ましくは取り除かれる。

【0097】

第１６処理ステップ：第２の／上側の基板のクランプ／固定を行った後、第２の／下側の検出ユニットにより、上側の第２の基板のＸ−Ｙ位置を再度、検出／チェックする。これにより、クランプによって生じたずれおよび／またはねじれを識別し、第１２〜１５処理ステップを繰り返すことによって最小化し、特に取り除くことができる。

【0098】

択一的には、検出したずれおよび／またはねじれを補正値および／または補正ベクトルを作成するために考慮することができ、これにより、後続の処理ステップにおいてこれらを取り除くことを考慮することができる。ずれに対する補正値は、好適には５マイクロメートル以下、好ましくは１マイクロメートル以下、特に好ましくは１００ナノメートル以下、特に極めて好ましくは１０ナノメートル以下、最適なケースでは５ナノメートル以下、理想的なケースでは１ナノメートル以下である。ねじれに対する補正値は、特に５０マイクロラジアン以下、好ましくは１０マイクロラジアン以下、特に好ましくは５マイクロラジアン以下、特に極めて好ましくは１マイクロラジアン以下、最適なケースでは０．１マイクロラジアン以下、理想的なケースでは０．０５マイクロラジアン以下である。

【0099】

第１の５処理ステップでは、第１の２処理ステップと同様に、上側の基板の固定の前に位置の少なくとも１つの測定と、上側の基板の固定の後の位置の少なくとも１つの測定とを行うことできる。本発明にしたがい、誤りの繰り返しの補正を考えることができ、これにより、所定の精度要求（閾値）に達してはじめて、つぎの処理ステップを実行する。

【0100】

第１の６処理ステップ：目標値のすでに検出した位置および方向に第１の／下側の基板ホルダを、戻す（第８の処理ステップを参照されたい）。この際には、（基板と共に）下側の基板ホルダのＸ−Ｙ位置および位置合わせ方向が、付加的な測定システムにより、特にリアルタイムに制御される。クランプされた上側の基板ホルダによって光路が遮断されるため、第１の基板の第１の位置合わせマークは、観察できない。

【0101】

第１の７処理ステップ：第１の／下側の基板ホルダの実際のＸ−Ｙ位置および位置合わせ方向は、目標値との差分がゼロになるまで修正されるが、少なくとも所定の閾値を上回らないようになるまで修正される。

【0102】

オプションの第１の８処理ステップ：基板を接合する。刊行物国際公開第２０１４／１９１０３３号（WO2014191033A1）の開示内容を参照されたい。

【0103】

第１の９処理ステップ：基板積層体を装置からアンロードする。

【0104】

本発明による位置合わせ方法の択一的な第２の実施形態に含まれるのは、上側および下側の基板についてのロードの順序の、第１の実施形態に対する以下の変更である。

【0105】

本発明による第１の処理ステップとして、第１の／下側の基板を第１の／下側の基板ホルダにロードする。

【0106】

本発明による第２の処理ステップとして、第２の／上側の基板を第２の／上側の基板ホルダにロードする。

【0107】

引き続いて、第１の実施形態の処理ステップを同様に適用する。

【0108】

本発明による方法の第３の実施形態において、第１の方法および／または第２の方法を変更し、これにより、本発明による装置おいても方法においても共に上下の方向が交換されるようにする。したがって、特に上側の基板ホルダを、少なくとも１つの付加的な測定システムによって観察する。

【0109】

本発明による方法の第４の実施形態では、説明した処理を変更し、これにより、処理結果が同じままで、基板のロードの順序を変更する。

【0110】

本発明による方法の第５の実施形態では、処理ステップを並列化することにより、高速化し、特に第１の基板におけるパターン認識ステップ中、すでに第２の基板のロードを実行する。

【0111】

本発明による方法の第６の実施形態およびこれに対応する装置では、付加的な測定システムにより、上側の基板ホルダおよび下側の基板ホルダの両方の位置および／または方向、および／または上側の基板および下側の基板の両方の位置および／または方向を検出することができる。

【0112】

本発明による方法の第７の実施形態およびこれに対応する装置では、付加的な測定システムにより、上側の基板ホルダおよび／または上側の基板の位置および／または方向を検出することができる。

【0113】

技術的に考えられ得るすべての組み合わせおよび／または順列、および装置の機能的および／または材料的な部分の多重化ならびにこれに必然的に伴う変更は、複数の処理ステップまたは方法の少なくとも１つに開示されていると見なされる。

【0114】

ここにおいてかつ／またはこれに続く図の説明において、装置の特徴が開示される場合、この特徴は、方法の特徴としても開示されかつ有効であるものとし、またその逆も成り立つものとする。

【0115】

本発明の別の利点、特徴および詳細は、好ましい実施例の以下の説明から得られ、また図面によって得られる。

【図面の簡単な説明】

【0116】

【図1】本発明による装置の１つの実施形態の概略断面図である。

【図2a】図１に示した実施形態の、第１の処理ステップにおける概略拡大断面図である。

【図2b】図１に示した実施形態の、第２の処理ステップにおける概略拡大断面図である。

【図2c】図１に示した実施形態の、第３の処理ステップにおける概略拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0117】

図面では、本発明の実施形態にしたがい、本発明の利点および特徴が、これらをそれぞれ識別する参照符号で示されており、同じ機能もしくは同じ作用を有する機能の構成部材もしくは特徴は、同じ参照符号で示されている。

【0118】

図１には、位置合わせ装置１の第１の実施形態の主構成部材の概略的かつ縮尺通りでない機能図が描画されている。位置合わせ装置１は、図１に書き入れられていない基板１６（第１の基板および／または下側の基板と称される）、基板１７（第２の基板および／または上側の基板と称される）および／または基板積層体を互いに位置合わせし、互いに少なくとも部分的に接合することができる、かつ／または一時的に接合（いわゆるプレボンディング）することができる。以下で説明する機能的な構成部材の考えられ得る移動／自由度は、矢印でシンボリックに描画されている。

【0119】

第１の基板１６は、第１の基板ホルダ１０にロードされ、また第１の基板ホルダ１０に対する基板１６の自由度を残すことなく、第１の基板ホルダ１０に固定可能である。第２の基板１７は、第２の基板ホルダ１３にロードされ、第２の基板ホルダ１３に対する基板１６の自由度を残すことなく、第２の基板ホルダ１３に固定可能である。

【0120】

特に下側の第１の基板ホルダ１０は、第１の基板ホルダ１０を保持し、かつ供給運動および位置調整運動（位置合わせ）を実行するための第１の移動装置１１に配置されている。

【0121】

特に上側の第２の基板ホルダ１３は、第２の基板ホルダ１３を保持し、かつ供給運動および位置調整運動（位置合わせ）を実行するための第２の移動装置１４に配置されている。移動装置１１、１４は、すべての機能部材の振動を低減／最小化するため、特に共通の頑丈な台またはフレーム９に固定されている。

【0122】

第１の位置合わせマーク２０および第２の位置合わせマーク２１を観察する（検出する）ため、光学系２は、以下から構成される。すなわち、
−第１の基板１６の第１の位置合わせマーク２０を検出する、特に画像検出手段である第１の検出ユニット３と、
−第２の基板１７の第２の位置合わせマークを検出する、特に画像検出手段である第２の検出ユニット４と、から構成される。

【0123】

第１の基板１６および第２の基板１７が位置合わせのために配置されている場合、光学系２は、第１の基板１６と第２の基板１７との間に配置される、好適には共通な焦平面１２に集束可能である。光学系２の、特にＸ、ＹおよびＺ方向の移動は、光学系２を位置決めする位置決め装置５を用いて行われる。位置決め装置５は、特に頑丈な台またはフレームに固定されている。

【0124】

特に好ましい、図示しない１つの実施形態において、（位置決め手段５、検出ユニット３および４などを備えた）全体的な光学系２は、二重の鏡映対称の実施形態において使用される。

【0125】

少なくとも１つの第３の検出ユニット７を備えた、特に光学式の付加的な少なくとも１つの測定システム６は、第３の位置合わせマーク２２を検出することによって、本発明にしたがって位置合わせ精度を向上させるために使用される。付加的な測定システムの移動は、位置決め装置８によって実行される。

【0126】

測定装置が、光学式の測定システム６である場合、位置決め装置８は、第３の検出ユニット７をＺ方向に移動させることにより、第３の位置合わせマーク２２に対して集束を行うことできる。Ｘ−Ｙ方向における位置決めも同様に考えることができ、この際には位置決め中、特に、好適には台／フレームに測定システム６が固定される。択一的には、測定システム６の正確なＸ−Ｙ位置が既知でなければならない。

【0127】

位置合わせ装置１の図示した本発明による実施形態では、付加的な測定システム６により、下側の基板ホルダ１０の、特にＸ−Ｙ位置および／または方向が（特に回転方向も）、特に高い精度で検出される。

【0128】

位置合わせ装置１の図示しない本発明による別の実施形態では、付加的な測定システムにより、上側の基板ホルダの、特に位置および／または方向が、特に高い精度で検出される。

【0129】

位置合わせ装置１の図示しない本発明による別の実施形態では、付加的な測定システムにより、上側の基板ホルダおよび下側の基板ホルダの、特に位置および／または方向が、特に高い精度で検出される。

【0130】

位置合わせ装置の図示しない本発明による別の実施形態では、少なくとも１つの測定システムにより、特に、２つの基板のうちの少なくとも１つの基板の位置および／または方向が、特に高い精度で検出される。このために、コンタクト面の位置合わせマークと、コンタクト面とは反対側の面のマークとを検出する。

【0131】

図２ａには、少なくとも２つの検出ユニットの測定値を対応付ける本発明による処理ステップの概略図が示されており、特に、第１の基板１６および／または第１の基板ホルダ１０の異なる側の面に配置された位置合わせマーク２０、２２の少なくとも２つのＸ−Ｙ位置をそれぞれ検出する２つの検出ユニットの測定値を対応付ける本発明による処理ステップの概略図が示されている。

【0132】

第１の基板ホルダ１０の第１の固定面１０ａには、第１の／下側の基板１６が固定されている。固定の仕方としては、特に、メカクランプおよび／または静電クランプや、真空固定とも称される、標準大気の周囲環境と、第１の基板ホルダ１０における負圧と、の間の圧力差に起因して形成される押圧力が使用される。この固定は、特に、本発明による全体的な方法の間に第１の基板１６が、第１の基板ホルダ１０に対して相対的に寄生的な移動または不所望の移動をしないように行われ、ここでは、第１の基板ホルダ１０および第１の基板１６がそれぞれ、対応する熱膨張係数、好適には線形に対応して経過する熱膨張係数を有し、熱膨張係数の違いおよび／または熱膨張係数の線形の経過の違いが、好適には５％以下、好ましくは３％以下、特に好ましくは１％以下である場合に、特に熱膨張を阻止または低減させることができる。

【0133】

上記の装置は、好ましくは、位置合わせサイクル中の温度変動が、０．５ケルビン以下、好ましくは０．１ケルビン以下、特に好ましくは０．０５ケルビン以下、最適なケースでは０．０１ケルビン以下に維持可能な温度安定化された周囲環境において、特にクリーンルームで動作される。

【0134】

互いに相対的に移動できないように固定された第１の基板１６および第１の基板ホルダ１０は、第１の基板１６の移動を行うための擬似的なモノリシックボディと理解することができる。

【0135】

この基板の固定は、形状結合によって、かつ／または好ましくは力結合によって行うことが可能である。擬似的なモノリシックな接合により、基板ホルダと基板との間にずれおよび／またはねじれおよび／または変形を生じさせ得る複数の影響が、少なくとも低減され、好ましくは少なくとも１桁は低減され、特に好ましくは取り除かれる。

【0136】

上記の複数の影響は、熱的なもの、および／または機械的なもの、および／または流れに起因するもの、および／または材料的なもの（粒子）が考えられる。

【0137】

形状結合または力結合により、基板は基板ホルダに固定され、これにより、特に熱膨張の差分を抑圧することができる。さらに基板ホルダにより、基板のそれ自体の変形を低減し、取り除き、かつ／または補正することができる。これについては欧州特許第２６５６３７８号明細書（EP2656378B1）を参照されたい。

【0138】

第１の位置合わせマーク２０の検出中、第１の基板ホルダ１０は、（上側の）第１の検出ユニット３の光路内にある。第１の位置合わせマーク２０は、第１の基板１６のボンディングすべきコンタクト面１６ｉにおいて、（上側の）第１の検出ユニット３の視野に、特に光路に配置されている。第１の検出ユニット３は、ここでは十字の形の位置合わせマークとして略示されている、特にデジタルの画像を形成する。第１の位置合わせマーク２０は、複数の位置合わせマークから構成することも可能である。位置合わせマークの画像からは、特に、第１の基板１６のＸ−Ｙ位置および／または（特にＺ方向周りの回転方向における）位置合わせ方向、すなわち位置合わせ状態を特徴付ける測定値が形成／計算される。

【0139】

第１の位置合わせマーク２０の検出中、第２の／下側の検出ユニット４は、好適には測定値を供給しない。というのは、特に第２の基板１７は、第１の検出ユニット３の光路外に配置されている／配置されていたからである。

【0140】

第１の／下側の基板ホルダ１０および／または第１の／下側の基板１６は、第３の位置合わせマーク２２を有しており、第３の位置合わせマーク２２に基づいて、基板ホルダ１０および／または第１の基板（１６）のＸ−Ｙ位置および／または（特にＺ方向周りの回転方向における）位置合わせ方向、すなわち位置合わせ状態が、特に別の方向から検出され、好適には第１の検出とはＺ方向に反対方向から直径方向に検出される。

【0141】

好適には、第３の検出ユニット７に対する第１の検出ユニット３の相対的な移動は測定可能であるか、さらに好ましくは、第１の位置決めマーク２０および第３の位置決めマーク２２の検出から、第１の基板１６と第２の基板１７との接触まで、第１の検出ユニット３と第３の検出ユニット７との間には相対的な移動は行われない。

【0142】

付加的な測定システム６の（付加的な）第３の検出ユニット７は、第１の／下側の基板ホルダ１０の第３の位置合わせマーク２２の測定から、第１の／下側の基板ホルダ１０のＸ−Ｙ位置および／または方向の測定値を供給する。この測定値は、特に、十字としてシンボリックに描画した、好適にはデジタルの画像から形成される。第３の位置合わせマーク２２は、複数の位置合わせマークから構成することも可能である。

【0143】

２つの測定値（第１の基板１６のＸ−Ｙ位置および／または位置合わせ方向、ならびに第１の基板ホルダ１０または第１の基板１６の第３の位置合わせマーク２２のＸ−Ｙ位置および／または位置合わせ方向）は、互いに対応付けられ、かつ／または互いに相関され、これにより、第１の位置合わせマーク２０のＸ−Ｙ位置および／または位置合わせ方向は、つねに、このＸ−Ｙ位置および／または位置合わせ方向に基づいて、特にＸ−Ｙ位置および／または位置合わせ方向を検出することにより、第３の位置合わせマークに一意に対応付けることができる。

【0144】

この処理ステップにより、第１の基板１６と第２の基板１７とを位置合わせしかつ／または接触させる間に、第１の位置合わせマーク２０および／または第２の位置合わせマーク２１のＸ−Ｙ位置および／または位置合わせ方向を直接に検出することなく、位置合わせが実現される。さらに、位置合わせ中に基板間の間隔を最小化することができる。この間隔は、好適には、第１の位置合わせマークおよび第２の位置合わせマークの検出中にすでに基板の間隔に対応させることが可能である。

【0145】

言い換えると、特に、基板ホルダ１０と付加的な測定システム６との間に、妨げるもののない光路が得られ、この光路により、開制御ループにおいて、基板の位置合わせを実行することができるか、または基板の位置合わせが実行される。この処理ステップにより、第１の基板ホルダ１０のＸ−Ｙ位置および／または位置合わせ方向を、ひいては第１の基板ホルダ１０に固定された第１の基板のＸ−Ｙ位置および／または位置合わせ方向を正確に特定し、再現可能に復元することできる。

【0146】

特に基板ホルダ１０のＸ−Ｙ位置および／または位置合わせ方向の復元、および特にこれにモノリシックに接合される基板のＸ−Ｙ位置および／または位置合わせ方向の復元は、特に独自の核心的な１つの態様である。これについての処理ステップは、すでに別の個所で論じた。

【0147】

特に、反転時の遊びとしても知られている（２つの基板間の相対的な位置合わせ誤りとして測定される）位置決めの繰り返し精度は、１マイクロメートル以下、好ましくは１００ｎｍ以下、特に好ましくは３０ｎｍ以下、特に極めて好ましくは１０ｎｍ以下、最適なケースでは５ｎｍ以下、理想的なケースでは１ｎｍ以下に達する。この反転時の遊びは、移動装置１１、１４および／または５、８を用いた、所定の位置への繰り返しの到達であってもよい。この反転時の遊びは、検出位置だけを変化させた、移動装置の移動の結果生じ、これにより、測定量が、相対的な位置合わせ誤りになる。基板に影響を及ぼさない移動装置の位置決め精度は、関連しない反転時の遊びとみなすことができる。

【0148】

本発明にしたがい、位置決め精度をさらに向上させるために好ましいのは、第１の検出ユニット３と、第３の検出ユニット７とを時間的に同期させて動作させることであり、特に、１０分の１秒以下、好ましくは１ミリ秒以下、特に好ましくは１０マイクロ秒以下、特に極めて好ましくは１マイクロ秒以下、最適なケースでは１ｎｓ以下、理想的なケースでは０．０ｎｓの、測定値の検出の時間差で動作させることである。これは特に有利である。なぜならば、機械的な振動のような障害的な影響を取り除くことができるからである。機械的な振動は、特に数千ｍ／ｓの固体伝送音で材料内を伝搬する。閉ループ制御および検出手段が、固体伝送音の伝搬速度よりも高速に動作する場合、障害は低減されるかまたは取り除かれる。

【0149】

障害により、第１の基板ホルダ１０における第１の基板１６の方向が変化し、これにより、第１の検出ユニット３は、すでに測定値を記録しているが、検出ユニット７を備えた付加的な測定システム６が、まだ測定値を記録していない場合、この障害は、位置合わせの精度の低下の一部になり得る。というのは、検出手段３および７の測定値の記録の間の時間において、特に、振動に起因する、高速の位置変化がナノメートルまたはマイクロメートルのオーダで生じ得るからである。測定値の記録が、（秒または分のオーダで）時間的に遅延して行われる場合、温度に起因する形状変化または長さ変化のような別の障害的な影響も同様に位置合わせ精度を低下させ得る。

【0150】

（特に検出の同時のトリガ、および検出時間の調整、および／またはカメラシステムに対する同じ積分時間により）第１の検出ユニット３と、第３の検出ユニット７とが互いに同期される場合、いくつかの障害的な影響を低減することができ、最適なケースでは取り除くことができる。というのは、障害的な影響が、可能な限りに最小の影響を検出精度に及ぼす時点に検出を行うからである。

【0151】

装置の考えられ得る１つの実施形態において、特に周期的な障害的な影響が既知であるとき、特に振動の極点に同期して検出を行うことが可能である。このために好適には、精度に関わる装置の個所の振動センサ（加速度センサ、干渉計、バイブロメータ）により、あらかじめ障害的な影響を記録し、これを取り除くため、特に計算ユニット、コンピュータにおいて処理することができる。別の実施形態では、装置の特徴的な個所に複数の振動センサを固定して組み込むことができる。

【0152】

考えられ得る別の実施形態において、装置は、特に、能動的かつ／または受動的な振動減衰器、能動的かつ／または受動的な振動消滅器、および／または能動的かつ／または受動的な振動絶縁器からなる組み合わせで実施して使用することができ、またこれらをカスケード接合して実施して使用することもできる。付加的には振動を障害的な影響として、強制振動と重ね合わせ、これにより、位置合わせマークの検出をいわゆるロックイン方式を行うことが可能である。装置を特徴付けるため、また振動状態をチェックするため、モード解析および／またはＦＥＭを使用することができる。このことならびにこのような装置の設計は、当業者には公知である。

【0153】

第１の位置合わせマーク２０および第３の位置合わせマーク２２の検出する前または検出する際または検出した後、第１の検出ユニット３および第３の検出ユニット７をクランプし、少なくとも、絶対的かつ／または相対的な、Ｘ方向およびＹ方向における自由度をゼロに低減する。相対的とは、第３の検出ユニット７に対する第１の検出ユニット３の移動のことである。

【0154】

図２ｂは、第２の／上側の基板１７を測定値を検出するための本発明による処理ステップの概略図である。光学系２は、特に、すでにクランプされた状態にあり、第１の／下側の基板１６の少なくとも１つの位置合わせマークの画像および／またはＸ−Ｙ位置が、記憶されている（図示せず）。クランプされた状態において、少なくとも、第１の検出ユニットに対する、第２の検出ユニットの少なくとも絶対的かつ／または相対的な、Ｘ方向およびＹ方向における自由度は、ゼロに低減されている。

【0155】

クランプされた状態において、第１、第２および第３の位置合わせマークのＸ−Ｙ位置および／または位置合わせ方向は、同じＸ−Ｙ座標系に関連付けることができる。択一的または付加的には、第１、第２および第３の検出ユニットは、同じＸ−Ｙ座標系において較正される。

【0156】

第２の／上側の基板ホルダ１３に固定された第２の／上側の基板１７は、第２の基板ホルダ１３を移動させる第２の移動装置１４によって検出位置に移動され、第２の／下側の検出ユニット４により、第２の基板１７の第２の位置合わせマーク２１のＸ−Ｙ位置および／または位置合わせ方向が、検出／捕捉される。

【0157】

目標は、第１の／下側の基板１６のＸ−Ｙ位置および／または方向に対する、第２の基板１７の可能な限りに完全な位置合わせである。下側の基板１６は、第２の検出ユニット４によって第２の／上側の基板１７の第２の位置合わせマーク２１を観察するための光路における妨害になり得るため、特にＸ方向および／またはＹ方向に移動させることにより、好適にはＺ方向に移動させることなく、この光路から第１の／下側の基板１６を外に移動させる。

【0158】

２つの基板のＸ−Ｙ位置および相対的な方向の補正は、第１の位置合わせマークおよび第２の位置合わせマークのＸ−Ｙ位置および／または位置合わせ方向の比較により、第３の位置合わせマークに対して相関させて行われる。

【0159】

第２の／上側の基板の位置合わせ状態が、特に最小の位置合わせ誤りで、好ましくは位置合わせ誤りが取り除かれて達成された後、この処理ステップにおいて上側の基板ホルダをクランプし、すなわち、少なくともＸ方向およびＹ方向にその自由度を奪う。

【0160】

図２ｃには、特にクランプされた第２の基板１７に対して第１の基板１６を位置合わせするための本発明による処理ステップが略示されている。

【0161】

光学系２の光路は、第１の検出ユニット３と第２の検出ユニット４との間で、第１の基板ホルダ１０および第２の基板ホルダ１３により、位置合わせ中に遮られており、これにより、検出ユニット３、４は、位置合わせ中、使用することができない。

【0162】

特に好ましい実施形態において、顕微鏡を備えたカメラシステムである、第３の検出ユニット７を備えた付加的な測定システム６は、好ましくはリアルタイムに、特に連続して、Ｘ−Ｙ位置閉ループ制御および／または方向閉ループ制御に対して生データとして使用可能な画像データを形成する。

【0163】

ボンディングすべきコンタクト面１６ｉ、１７ｉの（理論的または平均的な）間隔（特に場合によって生じ得るプレロードまたは撓みを考慮しない）は、特に１ｍｍ以下、好ましくは５００マイクロメートル以下、特に好ましくは１００マイクロメートル以下、最適なケースでは５０マイクロメートル以下、理想的なケースでは１０マイクロメートル以下である。特にこの間隔は、移動装置１１および／または移動装置１４によって設定可能である。

【0164】

基板１６および基板１７を位置合わせするため、特に、図２ａにしたがって求めた／確定した目標値を使用する。この目標値には、特に、第１の基板ホルダ１０の第３の位置合わせマーク２２の画像データ、および／または第１の基板ホルダ１０の移動装置１１に対する、求めたＸ−Ｙ位置データおよび／または位置合わせ方向データ、および／またはＸ−Ｙ位置に最適に到達するための軌跡のような閉ループ制御パラメータ、および／または特に駆動部に対する機械読み取り可能な値が含まれている。

【0165】

別の実施形態では、上側および／または下側の基板の位置決めの際に取り除かれなかった残りの誤差は、別の（下側もしくは上側の）基板の位置決めに対する補正値として考慮することが可能である。

【0166】

第１の基板ホルダ１０は、付加的な測定システムの目標値と、基板ホルダの実際位置および／または方向とから計算される位置合わせ誤差が最小化され、理想的なケースでは取り除かれるまで、もしくは中断の判定に到達するまで、第１の移動装置１１により、位置決めが閉ループ制御されかつ特に方向が閉ループ制御された形態で移動される。言い換えると、下側の基板ホルダ１０は、コントロールされ、閉ループ制御された仕方で、すでに既知である、測定したＸ−Ｙ位置合わせ位置に戻されるのである。

【0167】

別の実施形態では、上側の基板および／または下側の基板の位置決めの際に取り除かれなかった残りの誤差は、別の（下側もしくは上側の）基板の位置決めに対する補正値として同様に考慮することが可能である。

【0168】

別の補正ファクタは、特に、前に説明したように装置または装置部分の振動状態から得ることができ、ここでこれらの補正ファクタは、基板の位置決めに使用されて、位置決めの残余の不確定さを低減し、位置合わせ精度を向上させる。最終的な位置を検証するため、再度、既知になったすべての障害要因および影響を考慮して、対応して補正することができる。

【0169】

最後に、本発明によるこの処理ステップにおいて、すべての駆動部をクランプすることにより、基板ホルダ１０、１３のＸ−Ｙ方向における移動が阻止される。

【0170】

本発明による複数の方法のうちの１つにしたがって基板１６、１７を位置合わせした後、これらの基板をプレボンディングによって互いに接合するため、複数の基板のうちの少なくとも１つを、基板変形装置１５によって、別の基板の方向に変形させることができる。

【符号の説明】

【0171】

１ 位置合わせ装置
２ 光学系
３ 第１の／上側の検出ユニット
４ 第２の／下側の検出ユニット
５ 位置決め装置
６ 付加的な測定システム
７ 第３の／付加的な検出ユニット
８ 付加的な測定システムの位置決め装置
９ フレーム
１０ 第１の基板ホルダ
１０ａ 第１の固定面
１１ 第１の移動装置
１２ 光学系の共通の理論的な焦平面
１３ 第２の／上側の基板ホルダ
１３ａ 第２の固定面
１４ 第２の移動装置
１５ 基板変形装置
１６ 下側の基板
１６ｉ 第１のコンタクト面
１６ｏ 第１の載置面
１７ 上側の基板
１７ｉ 第２のコンタクト面
１７ｏ 第２の載置面
２０ 第１の位置合わせマーク
２１ 第２の位置合わせマーク
２２ 第３の位置合わせマーク

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図2c】