用于对准两个衬底的设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1所述的用于将第一衬底的第一接触面与第二衬底的第二接触面对准的设备和一种根据权利要求10所述的相应方法。
【背景技术】
[0002]对于相对地布置和对准两个衬底的接触面，已知不同的做法，其中所述衬底例如是晶片、尤其是不透明晶片。
[0003]已知的做法是使用两个显微镜对，所述显微镜对分别被校准到确定的观察点。为了对准，首先将下晶片移到上显微镜下并且使显微镜与下晶片对准，固定位置并且存储晶片的两个对准键。接着在使用下显微镜的情况下将上晶片与所存储的对准键对准。接着将下晶片移到其最初的位置并且使这些晶片接触。利用前述方法虽然可以在定位时达到高的精度。但是该系统仅基于两个晶片上的两个对准键彼此的所检测的相对位置工作，使得显微镜彼此的校准和晶片在对准时的移动可能在对准时导致误差。此外晶片上的测量点的数量是有限的。前述方法在US 6，214，692中描述。
[0004]另一方案在于，在要接触的晶片之间布置两个显微镜对，以便相对地对准两个对准键，接着移出显微镜并且接着将晶片准确地移动到彼此上。在这种情况下也可能由于晶片彼此的相对移动和对准键的相对检测而出现相应的误差。
[0005]已知对准技术的对准精度处于0.5 μπι的范围中，其中处于晶片上的彼此要对准的结构(例如芯片)的分布和芯片与晶片上的预先给定的或标称的位置的可能偏差迄今未被考虑。由于日益对3D集成感兴趣，钻孔的距离尺度和大小下降，使得存在对于更精确对准的大的需求。相对于对准结构的标称位置的偏差迄今被忽略，因为迄今可能的调整精度远是该偏差的10倍以上。偏差经常小于lOOnm。
[0006]现有解决方案的大问题是组件彼此移动的机械精度。
[0007]另一问题在于，基于光学系统与晶片的所要求工作距离的光学识别精度。在典型的对准设备(例如US 6，214，692)情况下，工作距离必须大得足以能够在光学系统之间移动衬底的支持设备。该距离的必要性限制所述显微镜的最大可使用的放大并且因此限制对准键的最大可达到的检测精度并且进一步导致限制对准精度。
[0008]在晶片之间布置光学系统时，光学系统与晶片的接触面的正交对准是导致微米或纳米范围中的误差的另一方面。
【发明内容】
[0009]因此本发明的任务是这样改善前序部分的设备或前序部分的方法，使得实现较高的、尤其与晶片的整个面有关的对准精度并且最小化关于对准精度的报废因素。此外，本发明所基于的任务是在对准晶片时提高生产量。
[0010]该任务利用权利要求1和10的特征来解决。本发明的有利的改进方案在从属权利要求中予以说明。至少两个在说明书、权利要求书和/或图中所说明的特征的所有组合也落在本发明的范围中。在所说明的值域情况下，处于所述极限内的值也应该作为极限值公开并且可以以任意的组合被要求。
[0011]本发明所基于的思想是，说明一种设备和一种方法，其中在至少一个与衬底的移动无关的X-Y坐标系中可以检测或测量两个要对准的衬底的对准键的X-Υ位置，使得可以通过第二衬底的所属对准键的相关来将第一衬底的对准键对准到相应的对准位置。利用这样的设备或这样的方法可以实现〈0.25 μm、尤其是〈0.15 μm、优选〈0.1 μπι的对准精度。
[0012]换句话说:该设备提供了用于检测衬底尤其是仅仅在X和Υ方向上的移动的装置，这些装置涉及至少一个固定的、尤其是位置固定的参考点并且因此至少在X和Υ方向上能够实现相对应的对准键的准确对准。
[0013]这尤其是能够通过以下方式来实现，即除了用于检测对准键的X-Υ位置的检测装置之外，设置用于检测衬底的位置、尤其是以固定的方式接纳衬底的平台的位置的分开的位置检测装置。作为位置检测装置考虑用于在X和Υ方向上移动平台的激光干涉仪和/或线性电机。
[0014]在第一衬底上的对准键的X-Υ位置通过第一检测装置被传递到所分配的第一 Χ-Υ坐标系中，并且尤其是同时地，在第二衬底上的对准键的X-Υ位置通过第二检测装置被传递到所分配的、尤其是与第一X-Υ坐标系相同的第二X-Υ坐标系中。在该检测位置中，通过用于尤其是间接地检测第一衬底的位置的位置检测装置来检测第一衬底的X-Υ位置，并且尤其是同时地，通过用于尤其是间接地检测第二衬底的位置的位置检测装置来检测第二衬底的χ-γ位置。
[0015]只要衬底之一的移动是需要的，例如用于对准或定位，则该移动通过本身已知的传动装置、例如通过线性电机引起，该传动装置的精度是可达的对准精度的至少5倍、尤其是10倍、优选50倍。该传动装置可以同时用作位置检测装置。因此，衬底的Χ-γ位置是已知的。仍更优选地，分别以固定的方式接纳衬底的接纳装置和/或平台的位置可以通过至少10倍、尤其是50倍、优选100倍精确的位置检测装置(例如激光干涉仪)来检测，以便进一步最小化在定位时的误差。
[0016]相应的检测装置相对于相应接纳装置或平台的位置或者在所述相应接纳装置或平台上的位置可以固定地或至少精确地被测量，尤其是以对准精度的至少10倍、尤其是20倍、优选50倍高的精度测量。
[0017]在此特别有利的是，在每个衬底上可以测量多于两个对准键，因为技术人员基于迄今需要的工作距离在检测调整标记时由于通过这样的措施缺乏对对准结果的改善而未曾考虑使用多于两个对准标记。测量至少三个对准键来对准晶片可以被看作是独立的发明思想，尤其是结合本发明的任意特征。
[0018]此外，通过前述扩展方案可能的是，作为对准键使用位于衬底上的结构、尤其是芯片，使得可以放弃单独施加的调整标记，所述调整标记迄今对于对准是需要的。本发明基于高检测精度和对准键的选择的灵活性也能够使用例如石版印刷术的已经存在的标记、尤其是位于曝光场的角处的步进对准标记(Stepper Alignment Marke)。
[0019]此外，根据本发明的设备和根据本发明的方法可以适应性地或自学习地被设计，其方式是，通过测量对准结果并且与所计算的或标称的结果比较可以对下一衬底组对的对准进行校准或优化。该特征也可以被看作独立的发明思想，尤其是结合本发明的任意的特征。
[0020]作为本发明意义上的坐标原点，可以选择相应的坐标系的每个定义的点。本发明意义上的衬底是非常薄的并且与之相比大面积的衬底、尤其是晶片。
[0021]要对准的和要接触的衬底的分别彼此相对应的面称为接触面，其中接触面不必构成封闭的面，而是也可以由相应的结构、尤其是芯片或表面轮廓(Topographie)构成。
[0022]在本发明的一般实施形式中，所述设备因此具有以下特征:
-可以通过第一检测装置在与第一衬底的移动无关的第一 X-Υ坐标系中的第一 X-Υ平面中检测沿着第一接触面布置的第一对准键的第一 X-Υ位置，
-可以通过第二检测装置在与第二衬底的移动无关的第二X-Υ坐标系中的与第一X-Y平面平行的第二 Χ-γ平面中检测沿着第二接触面布置的与第一对准键相对应的第二对准键的第二 χ-γ位置，
-可以基于第一 X-Υ位置在第一对准位置中对准第一接触面并且可以基于第二 X-Υ位置在第二对准位置中对准第二接触面。
[0023]根据本发明的方法在一般实施形式中具有下面的步骤:
-在第一 X-Υ平面中布置第一接触面并且在与第一 X-Υ平面平行的第二 X-Υ平面中布置第二接触面，
-通过第一检测装置在与第一衬底的移动无关的第一 X-Υ坐标系中检测沿着第一接触面布置的第一对准键的X-Υ位置，并且通过第二检测装置在与第二衬底的移动无关的第二 χ-γ坐标系中检测沿着第二接触面布置的与第一对准键相对应的第二对准键的Χ-γ位置，
-在基于第一