用于衬底对准的装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种如权利要求1所述的用于第一衬底与第二衬底对准及接触的方 法以及一种如权利要求4所述的对应装置。
【背景技术】
[0002] 在半导体工业中，将衬底彼此结合已历经多年。一般而言，需要在实际（接合）结 合过程之前将衬底彼此对准。通过对准设备将衬底进行彼此对准。对准设备能够检测衬底 上的对准标记且将衬底彼此对准，使得对准标记据此彼此补全。在大多数情形中，对准标记 是彼此补全的。
[0003] 为将两个衬底正确地彼此对准，需要至少四个对准标记（每衬底上两个）。对准标 记优选地尽可能靠近衬底的边缘，以便增加对准准确度。
[0004] 在对准过程中，总是区别衬底的边界层表面与该衬底的与该边界层表面相对的表 面。边界层表面是该衬底的稍后变成接合边界表面的部分的表面。布置在边界层表面上的 对准标记被称为面-侧对准标记，对应的相对侧上的对准标记被称为背-侧对准标记。因 此，存在四个基本对准变体，也就是，背对背对准、面对面对准、面对背对准及背对面对准。
[0005] 在背对背对准中，无严重问题出现，这是因为该对准标记实际上总是在指向外侧 的可自由地接达所有光学器件的表面上。
[0006] 对准技术中的一个特定挑战是面对面变体。在此对准变体中，对准标记总是对准 接合边界表面，因而对准两个衬底之间的平面。一个可能性是仅当衬底上的所有层（包含 衬底本身）对此时所使用的电磁波谱的电磁波是透明的时所使用的传输检测、传输测量及 传输对准。此对红外线辐射及可见光并非总是此情形。
[0007] 专利AT405775B中的对准设备遵照另一第三方法。此专利展示有可能致使将彼 此对准的两个衬底的前部表面彼此接近至几乎接触。上部衬底与下部衬底经由上下式托 架上的对应样本固持器而固定且可在对准站点外部的交替侧上平移移动至测量站点中，在 该测量站点中可正确地测量此时在各别上部衬底及下部衬底上的左侧或右侧的对准标记 的各别X位置及y位置。专利AT405775B中的优点主要是衬底在对准过程之前及期间在 z方向上具有极其小的间距，且因而当两个衬底彼此接近时，其也必须在z方向上更大程度 地横过极短路径以便彼此接触。在此极短路径上，与X及y方向上的所要对准准确度的偏 差几乎不再重要。
[0008] 最严重技术问题中之一是经由衬底移动而出现且可尤其在可被排空的环境中发 生的定位故障。在这种条件下，无法再使用空气轴承，实际上应通过此而确保托架的无摩擦 滑动。
【发明内容】
[0009] 因而，本发明的目标是设计用于衬底对准及接触的一种装置及一种方法，通过该 装置及该方法达成衬底的更准确且更有效对准及接触。
[0010] 此目的通过权利要求1及4的特征来达成。在附属权利要求中给出本发明的有利 改进方案。在说明书、权利要求书和/或图中给出的特征中的至少两者的所有组合也落在 本发明的范畴内。对于给定值范围，布置在所指示限制内的值应被视为揭示为边界值且能 够以任何组合予以主张保护。
[0011] 本发明基于以下理念：尤其经由在对准位置外侧提供多个检测位置来以衬底的最 小行进路径检测两个衬底相对于彼此的位置，其中优选地在检测期间不改变衬底之间的距 离A，在检测之后，接触仅经由衬底在z方向上（因而朝彼此）的移动而发生。在于检测位 置中检测衬底上的特征（优选地，对准标记）中不移动衬底之间的检测构件的情况下，衬底 之间的距离A是尽可能最小的。因此，可最小化检测及对准期间X及Y方向上的行进路径 以及对准之后直至接触在Z方向上的行进路径。
[0012] 根据本发明的实施例主要展示新颖并有创造性的设备，通过该设备，在真空中具 有高精确度的衬底对准及接触首次是可能的。
[0013] 根据本发明，本发明尤其提供检测经由衬底在X-Y平面中的不同方向上移动至至 少两个不同的检测位置中（优选地，经由衬底的相对平行位移）而发生。
[0014] 根据本发明的一有利实施例，本发明规定，第一对准标记与第四对准标记和/或 第二对准标记与第三对准标记在Z方向上相对地布置。尤其是，根据本发明，如对准标记各 布置在背对彼此的侧上，优选地在衬底的接触表面的背部上，和/或使检测单元的检测装 置构造成检测装置对以检测背对接触表面的检测侧，则其是有利的。这可被实施，尤其因为 检测装置平行于对准单元的对应调整设备且与该对应调整设备成横向，优选地以彼此相对 的对形式成横向。
[0015] 尤其使用用于检测第一对准标记和/或第二对准标记的第一检测单元和用于检 测第三对准标记和/或第四对准标记的第二检测单元，在对第一对准标记与第二对准标记 的检测和/或对第三对准标记与第四对准标记的检测以相干方法步骤尤其同时发生的程 度上，可通过仅两个检测位置实施极短行进路径。
[0016] 此外，根据本发明，若根据一有利实施例，第一调整单元和/或第二调整单元提供 为接触构件，则其是有利的。优选地，调整单元彼此齐平地相对配置且其用于调整及移动 (尤其包含旋转移动）固持衬底的座架。
[0017] 根据本发明的另一有利实施例，本发明规定，检测构件具有用于检测第一对准标 记和/或第二对准标记的第一检测单元以及用于检测第三对准标记和/或第四对准标记的 布置在座架的与第一检测单元相对的侧上的第二检测单元。
[0018] 此处，若第一检测单元具有多个电磁单元（尤其相对地布置的两个第一检测装 置，优选地显微镜）和/或第二检测单元具有多个电磁单元（尤其相对地布置的两个第二 检测装置，优选地显微镜），则其尤其有利的。
[0019] 在第一检测单元具有用于附接第一检测装置的第一光学器件固定件和/或第二 检测单元具有用于附接第二检测装置的第二光学器件固定件的程度上，检测单元与检测装 置尤其在先前校准之后可相对于彼此固定，使得必须对于多个测量仅进行一次根据本发明 的校准。此外，若第一检测装置可经由固持第一光学器件固定件的第一固定件平移单元而 共同地移动和/或第二检测装置可经由固持第二光学器件固定件的第二固定件平移单元 而共同地移动，则其可是有利的。以该方式，经校准光学器件固定件与检测装置也可在校准 之后共同地移动。
[0020] 若根据一实施例，第一检测装置可各自经由第一光学器件固定件上的第一光学器 件平移单元而单独地移动和/或第二检测装置可各自经由光学器件固定件上的第二光学 器件平移单元而单独地移动，则可进一步改良本发明。
[0021] 本发明尤其涉及一种可经由X和/或Y方向上（因而沿着接触表面）的比较短的 行进路径来测量优选地尽可能远地布置在周边区域中的横向周边边缘上的两个衬底的对 准标记的装置（对准设备）。此外，本发明涉及一种可经由X和/或Y方向上的比较短的 行进路径来测量优选地尽可能远地布置在边缘上的两个衬底的对准标记的方法。根据本发 明，比较短尤其意指每测量步骤或检测步骤小于衬底的直径的一半。行进路径被界定为自 各别对准位置至检测位置的在X、Y和/或Z方向上的路径。
[0022] 衬底被定义为用于半导体工业中的产品或载体衬底。载体衬底用作对不同工作步 骤中（尤其在功能衬底的背部薄化期间）的功能衬底（产品衬底）的强化。衬底尤其是具 有平面或凹口的晶圆。
[0023] 根据本发明的装置的功能组件（诸如，托架、马达、光学器件及固持器）优选地安 装于壳体中。该壳体可尤其对周围是完全密封的。该壳体优选地具有能够接达功能组件的 盖。尤其是，在该壳体的至少一侧上存在闸门。对应闸可在上游或下游连接至闸门。当在 闸门的上游和/或下游使用闸时，优选地可在壳体中而非在壳体周围设定大气压。该大气 压优选地是负压大气压。
[0024] 在根据本发明的对准过程期间，壳体内的压力等于1巴，优选地小于10 1毫巴，更 优选地小于10 3毫巴，最优选地小于10 5毫巴，最最优选地小于10 8毫巴。
[0025] 在根据本发明的对准过程期间，壳体外侧的压力等于1巴，优选地小于10 1毫巴， 更优选地小于10 3毫巴，最优选地小于10 5毫巴，最最优选地小于10 8毫巴。
[0026] 所有衬底可经由闸门或盖放置于内部空间中。优选地经由该闸门将该衬底输送至 内部空间中。
[0027] 在一特定实施例中，通过于机器人自壳体中输送出已经彼此对准的衬底或由衬底 组成的衬底堆栈。
[0028] 对准单元尤其包括两个调整单元，该两个调整单元上的座架可在X、Y、Z方向上和 /或分别地在相关旋转方向上移动，尤其可调整地经布置。该衬底可固持于座架上且对准单 元用于衬底对准及接触。
[0029] 根据本发明，布置在对应平移单元和/或测角计上的每次尤其两个检测装置（优 选地，光学器件）彼此机械耦合，尤其可经由尤其U形光学器件固定件相对于彼此固定。其 在下文中被称为检测构件。
[0030] 根据本发明，可设想经由布置在光学器件与平移单元之间的大体三轴测角计来定 向每一个别检测装置且因此主要地空间中的光轴。检测装置与光学器件固定件之间的平移 单元或测角计用于每一检测装置相对于其它检测装置的个别及独