(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板（１４）を第２の基板（１４′）とアライメントして接触させる方法において、以下のステップを有する、即ち、
・第１の基板（１４）を第１のホルダ（４）に固定し、第２の基板（１４′）を、前記第１のホルダ（４）と向き合って配置された第２のホルダ（５）に固定し、前記第１の基板（１４）の第１の接触面と前記第２の基板（１４′）の第２の接触面との間に間隔Ａをもたせて、前記第１のホルダ（４）と前記第２のホルダ（５）との間に、前記第１の基板（１４）及び前記第２の基板（１４′）を配置するステップと、
・前記第１の基板（１４）の第１のマーキング（１７）と、前記第２の基板（１４′）の第２のマーキング（１７′）を、少なくとも４つの検出ユニット（３，３′，３″，３′″）によって検出するステップと、
ただし該少なくとも４つの検出ユニットのうち、
ａ）少なくとも２つの第１の検出ユニット（３，３″）は、少なくともＸ方向及びＹ方向に移動可能であり、
ｂ）少なくとも２つの第２の検出ユニット（３′，３′″）は検出に際して、Ｘ及びＹ方向と交差するＺ方向においてのみ移動され、
・Ｘ方向及び該Ｘ方向と交差するＹ方向で、前記第１のホルダ（４）及び前記第２のホルダ（５）により前記第１の基板（１４）及び前記第２の基板（１４′）を移動させることにより、前記第１の基板（１４）を前記第２の基板（１４′）に対しアライメントするステップと、
・アライメントされた前記第１の基板（１４）の前記第１の接触面と前記第２の基板（１４′）の前記第２の接触面とをＺ方向で接触させるステップと
を有することを特徴とする、
第１の基板（１４）を第２の基板（１４′）とアライメントして接触させる方法。
【請求項２】
前記アライメントするステップは、予め求められたＸ−Ｙ座標におけるポジションチャートを考慮して行われる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第２のホルダ（５）に固定された前記第２の基板（１４′）は、Ｚ方向のみに移動可能である、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記アライメントを、１ｂａｒよりも低い圧力の空間中で行う、請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記検出手段をアライメント前に較正する、請求項１から４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記検出手段を、少なくとも第１の較正基板（１３）を用いてアライメント前に較正する、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記検出手段を、前記第１の較正基板（１３）とは異なるように形成された第２の較正基板（１３′）も用いてアライメント前に較正する、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記第１の較正基板（１３）を、それぞれ向き合って配置可能な検出ユニットの光軸を較正するために用い、及び／又は、前記第１の較正基板（１３）に関して前記検出ユニットの焦点深度を較正するために用いる、請求項５から７のいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記第２の基板（１３′）を、前記第１のホルダ（４）における前記第１の基板（１４）のＸ方向及びＹ方向の動きに対し、前記第１の検出ユニット（３，３″）を較正するために用いる、請求項５から８のいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記第１のホルダ（４）及び前記第２のホルダ（５）による前記第１の基板（１４）及び前記第２の基板（１４′）の動きの制御及び検出と、前記検出ユニット（３，３′，３″，３′″）の動きの制御及び検出と、接触手段の動きの制御及び検出を、制御装置により制御する、請求項１から９のいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
第１の基板（１４）を第２の基板（１４′）とアライメントして接触させる装置において、
・第１の基板（１４）を固定し移動させる第１のホルダ（４）と、該第１のホルダ（４）と向き合って配置され、第２の基板（１４′）を固定し移動させる第２のホルダ（５）とが設けられており、前記第１の基板（１４）の第１の接触面と前記第２の基板（１４′）の第２の接触面との間に間隔Ａをもたせて、Ｘ方向及び該Ｘ方向と交差するＹ方向ならびに前記Ｘ及びＹ方向と交差するＺ方向において、前記第１のホルダ（４）と前記第２のホルダ（５）との間で、前記第１の基板（１４）及び第２の基板（１４′）をアライメント可能であり、
・少なくとも４つの検出ユニット（３，３′，３″，３′″）が設けられており、該少なくとも４つの検出ユニットのうち、
ａ）少なくとも２つの第１の検出ユニット（３，３″）は、少なくともＸ方向及びＹ方向に移動可能であり、
ｂ）少なくとも２つの第２の検出ユニット（３′，３′″）は、Ｚ方向のみに移動可能であり、
・前記第２の基板（１４′）に対しアライメントされた前記第１の基板（１４）を、Ｚ方向で前記第２の基板（１４′）と接触させる接触手段と、
・前記第１のホルダ（４）及び前記第２のホルダ（５）による前記第１の基板（１４）及び前記第２の基板（１４′）の動きの制御及び検出と、前記検出ユニット（３，３′，３″，３′″）の動きの制御及び検出と、前記接触手段の動きの制御及び検出のための制御装置と
が設けられていることを特徴とする、
第１の基板（１４）を第２の基板（１４′）とアライメントして接触させる装置。
【請求項１２】
前記第１のホルダ（４）は、Ｘ方向並進ユニットと、Ｙ方向並進ユニットと、Ｚ方向並進ユニットとを有する、請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記Ｘ方向並進ユニットは、直線的にのみ移動可能なＸ方向並進ユニットであり、前記Ｙ方向並進ユニットは、直線的にのみ移動可能なＹ方向並進ユニットであり、前記Ｚ方向並進ユニットは、直線的にのみ移動可能なＺ方向並進ユニットである、請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
前記第２のホルダ（５）は、Ｚ方向並進ユニットを有する、請求項１１から１３のいずれか１項記載の装置。
【請求項１５】
前記Ｚ方向並進ユニットは、直線的にのみ移動可能なＺ方向並進ユニットである、請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
前記少なくとも２つの第１の検出ユニット（３，３″）はそれぞれ、前記第１のホルダ（４）の側方に対向して配置されており、及び／又は、前記少なくとも２つの第２の検出ユニット（３′，３′″）はそれぞれ、前記第２のホルダ（５）の側方に対向して配置されている、請求項１１から１５のいずれか１項記載の装置。
【請求項１７】
前記少なくとも２つの第１の検出ユニット（３，３″）はそれぞれ、Ｘ方向並進ユニットと、Ｙ方向並進ユニットと、Ｚ方向並進ユニットとを有する、請求項１１から１６のいずれか１項記載の装置。
【請求項１８】
前記Ｘ方向並進ユニットは、直線的にのみ移動可能なＸ方向並進ユニットであり、前記Ｙ方向並進ユニットは、直線的にのみ移動可能なＹ方向並進ユニットであり、前記Ｚ方向並進ユニットは、直線的にのみ移動可能なＺ方向並進ユニットである、請求項１７記載の装置。
【請求項１９】
前記少なくとも２つの第２の検出ユニット（３′，３′″）はそれぞれ、Ｚ方向並進ユニットを有する、請求項１１から１８のいずれか１項記載の装置。
【請求項２０】
前記Ｚ方向並進ユニットは、直線的にのみ移動可能なＺ方向並進ユニットである、請求項１９記載の装置。
【請求項２１】
それぞれ１つの第１の検出ユニット（３，３″）と、それぞれ１つの第２の検出ユニット（３′，３′″）とを、互いに向き合うように配置可能である、請求項１１から２０のいずれか１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１の基板を第２の基板とアライメントして接触させる請求項１記載の方法、ならびにこの方法に対応する請求項８記載の装置に関する。
【０００２】
例えばマイクロチップやメモリコンポーネントなど電子回路の小型化、ならびにマイクロメカニカルコンポーネント及びマイクロ流体コンポーネントの小型化は、数十年来、絶え間なく進んでいる。これらの機能群の密度をさらに高める目的で、数年前からこれらの機能群の積層化が始められた。そのためこれらの機能群は、例えばウェハなどの基板上に製造される。その後、ウェハは互いにアライメントされて接合される。その結果、いくつかの僅かな処理ステップを経るだけで高い歩留まりが得られ、特に高密度で上下に積層された機能群が得られる。
【０００３】
それぞれ異なるウェハの機能群はたいてい、やはりそれぞれ異なる機能を有している。つまり第１のウェハの機能群がマイクロチップである一方、第２のウェハの機能群がメモリチップである可能性がある。本来の接合過程の前に、ウェハ相互間のアライメントが行われる。必要とされる精度及び相応に僅かな欠陥を達成するためには、ウェハ上の機能群が小さくなればなるほど、２つのウェハ相互間のアライメントプロセスをいっそう厳密に行わなければならない。
【０００４】
２つのウェハ相互間でアライメント可能な精度は、アライメント装置の光学コンポーネント及び機械コンポーネントならびにそれらの使用法に大きく左右される。
【０００５】
光学コンポーネントの場合に特に留意しなければならないのは、基板上のアライメントマスクをできる限り正確に検出するのに十分に高い倍率であるが、さらにとりわけ分解能である。しかもそれ相応に高い倍率と分解能であるならば、できる限り大きい焦点深度が望ましい。
【０００６】
機械コンポーネントの場合には特に、モータとベアリングが非常に重要になる。モータは大きい負荷を加速、変位及び制動しなければならないが、さらにその際に、できるかぎり精密な、とりわけ再現可能なポジショニング制御も可能でなければならない。これを確実に行えるようにするには、特殊な形式のベアリングが必要とされる。ベアリングは、変位させるべき負荷を十分に摩擦なく支承するように構成されている。有利には今日まで、エアベアリングが用いられてきた。エアベアリングは、２つの部材を互いに無接触で変位させることができる。
【０００７】
特に真空環境において有利となる可能性があるのは、できる限り多くのモータを省くことであり、つまりは必要とされるベアリングも省くことであり、その目的は、残りのモータの精度と再現性を高めることである。
【０００８】
従来技術において既にアライメントシステムが存在しており、例えばAT405775Bに開示されている。ただしこのシステムは、いくつかの重大な欠点を有している。特許公報AT405775Bによれば、下方のサンプルホルダと上方のサンプルホルダとの間の移動距離は非常に長く、その結果、本来の接合プロセスを行うときに、２つの基板相互のポジショニングがそれ相応に不正確になる可能性がある。
【０００９】
しかも、アライメントプロセスは真空環境で実施するのが望ましい。したがって既述のエアベアリングを利用するのは難しく、問題を孕んでいる。
【００１０】
このため文献PCT/EP2013/062473には、別のアライメントシステムが開示されている。この文献によれば、長い移動距離の問題は、互いにアライメントすべき基板を、２つのマーキングを結んだ軸に沿って側方で移動させることによって解決している。この場合、AT405775Bの実施形態とは異なり、光学系は基板の前方ではなく基板の側方に取り付けられ、それによって移動距離を劇的に短くしている。移動距離を著しく短縮することにより、PCT/EP2013/062473によるアライメント装置は、まったく別のモータ及びベアリングを使用することができ、とりわけ真空に適したモータ及びベアリングを使用することができる。
【００１１】
したがって本発明の課題は、基板をアライメントして接触させるための装置及び方法において、特に真空において、基板をいっそう正確かつ効率的にアライメントし接触させることができるようにすることである。
【００１２】
この課題は、請求項１及び請求項８の特徴によって解決される。従属請求項には、本発明の有利な実施形態が示されている。本発明の範囲には、明細書、特許請求の範囲及び／又は図面に示された特徴のうち少なくとも２つの特徴から成るあらゆる組み合わせも含まれる。また、記載された数値範囲において、そこに挙げられた限界値内にある値も限界値として開示されているものとし、それらの値を任意に組み合わせて請求できるものとする。
【００１３】
冒頭で述べたように本発明は、２つの基板有利には２つのウェハを、できるかぎり最善には特に真空環境において、互いにアライメントし、アライメント成功後に接触させる装置及び方法に関する。
【００１４】
本発明の基礎となる着想は特に、２つの基板相互の適正なアライメントのために、少なくとも３つの自由度を備えたサンプルホルダ（第１の基板を固定するための第１のホルダ）はただ１つしか必要とされず、特に唯一それだけでよく、他方、第２のサンプルホルダ（第２の基板を固定するための第２のホルダ）は、有利には唯一の自由度だけしか有しておらず、ただしそのために高精度の自由度を有する、ということである。ここで高精度の自由度とは、サンプルホルダ制御用のモータがサンプルホルダをそれ相応に高精度にポジショニングできる、ということである。さらに本発明による実施形態によれば、ただ１つの自由度だけしかもたない少なくとも２つの検出ユニットが設けられており、これらの検出ユニットは、特にＺ方向における自由度のみを有している。
【００１５】
Ｘ方向、Ｙ方向ならびにＺ方向は、それぞれ互いに交差して（特に垂直に交差して）延在しているので、これによって例えばデカルト座標が形成される。
【００１６】
このようにして本発明による実施形態によれば、２つの基板どうしの高精度のアライメントに欠くことのできないアライメント関与部材が全体として必要とする自由度数が低減される。
【００１７】
本発明によれば、ホルダによる基板の動きに合わせて検出ユニットを調整する目的で、例えば１つの較正基板有利には２つの較正基板が用いられる。
【００１８】
本発明による実施形態によればとりわけ、基板のアライメント及び接触を初めて真空中で高精度に実現させる新規で発明性のある装置が提供される。
【００１９】
本発明は、以下のようなアライメント装置（施設）から成る。即ちこの装置には、少なくとも４つの検出ユニット例えば光学系と、それぞれ１つのサンプルホルダを有する２つのアライメントユニット（第１のもしくは上方のホルダ及び第２のもしくは下方のホルダ）と、これらに対応するＸ，Ｙ，Ｚ方向の並進ユニットが設けられており、これらの並進ユニットは、検出ユニットの光学系とサンプルホルダを動かすモータを備えている。アライメントチャンバを、大気に向けて開放しておいてもよいし、或いは有利には真空排気された空間内に配置してもよい。
【００２０】
検出ユニットがアライメントチャンバ外に設けられているならば、アライメントチャンバはそれ相応の窓を有しており、この窓を通して検出が行われる。光学系（或いはもっと一般的には検出ユニット）をアライメントチャンバ内に配置すれば、窓に起因する光学的なエラーが回避される。このようなエラーは、窓を通したビーム送出により発生する可能性がある。例えばここで考えられるのは、平坦に研磨されていない窓面を介したビーム経路の偏向、強度損失、特定の波長の吸収、屈折作用、或いは粗面化した窓に起因する像の散乱などである。とはいえ、アライメントチャンバの外に光学系を取り付けても、利点がもたらされる。つまり光学系に簡単に近づくことができ、それらを真空環境用に設計しなくてもよい。しかも、光学系を動かすモータも真空駆動用に設計する必要がない。
【００２１】
１つの特別な実施形態によれば、窓は両面がともに平坦というのではなく、それ自体が光学素子として構成されており、この素子は、チャンバ内部の構造の拡大率及び／又は分解能の向上に能動的に関与する。窓を相応に高精度に製造することによって、窓の屈折特性を能動的に利用することができ、ビーム経路を誤らせたり弱まらせたりする代わりに、ビーム経路を所期のように制御することができる。例えばここで考えられるのは、窓自体を両凸レンズ、両凹レンズ、凸凹レンズ或いは凹凸レンズとして構成することである。さらに考えられるのは、窓の大部分の両面を平坦に構成し、本来のレンズ素子を窓内部の周縁部から分離して配置することである。
【００２２】
例えば少なくとも２つの、有利にはアライメントチャンバの同じ側に配置された、好適には下側周縁部に配置された光学系は、ただ１つの並進自由度しか有しておらず、即ちＺ方向に沿った並進自由度しか有しておらず、したがって例えば単純な直線運動に制限されている。
【００２３】
基板有利にはウェハは、サンプルホルダに固定される。サンプルホルダはホルダの上に取り付けられる。ホルダは一般に複数の並進ユニット及び／又は回転ユニットを有しており、これらのユニットによって、サンプルホルダつまりは基板例えばウェハの並進運動もしくは回転が可能となる。ちょうど２つのホルダが設けられていると有利であり、例えば第１の又は上方のホルダと第２の又は下方のホルダが設けられていると有利である。
【００２４】
上方のホルダは複数の自由度を有しており、有利にはＸ方向及びＹ方向ならびに特に回転自由度を有している。さらに２つの別の回転自由度及び／又はＺ方向における並進自由度も考えられる。
【００２５】
下方のホルダは、有利にはただ１つのＺ方向に沿った並進自由度を有している。他の自由度をなくすことにより下方のホルダは、Ｚ方向において高精度かつとりわけ著しく正確に再現可能なウェハのポジション制御を行うことができる。
【００２６】
以下で前提とするのは、もっぱら１つの並進自由度だけしかもたないコンポーネント特にホルダは、本発明による装置もしくはアライメントチャンバの必ず下側に配置される一方、最大数以上の自由度をもつコンポーネント特にホルダは、アライメントチャンバの上側に配置されることである（有利な実施形態）。さらに光学系において、左側の光学系と右側の光学系とで区別がなされ、もしくは向かい合わせて配置可能な検出ユニットにおいて区別がなされる。ただし、１つの自由度しかないコンポーネントを上側に取り付けるか、又は部分的に上側と下側に取り付けることも考えられる。
【００２７】
本発明によるアライメントプロセスは、第１の較正基板を第１の例えば上方のホルダのサンプルホルダに装填することから始まる。第１の較正基板は、この較正基板の両側に少なくとも２つのマーキングを有している。
【００２８】
第１の較正ステップにおいて第１の較正基板が、その左側のマーキングが左上方及び左下方の光学系の視野内に位置するまで、左に向かって動かされる。この較正ステップにおいて左下方の光学系はたいてい、左側のマーキングをシャープに描画するにはそのマーキングからはまだ離れすぎている。したがって左下方の光学系は、高精度かつとりわけ再現可能な変位によって、較正基板の左側のマーキングが左下方の光学系の焦点深度囲内に位置するまで、そのマーキングに近づけられる。左下方の光学系は、運動自由度がＺ方向に制限されていることから、水平面内で変位させることができないので、基板左側のマーキングは、Ｘ方向及びＹ方向の並進ユニットにより較正基板を並進運動させることによって、左側下方の光学系の光軸と一致させる。
【００２９】
並進ユニットの運動は検出データとして正確に捕捉可能であり、それらは制御装置へ伝送されて、装置のコンポーネントを制御するために用いられる。
【００３０】
第２の較正ステップにおいて、左側上方の光学系が較正基板の左側のマーキングへ配向され、その光軸が左側のマーキング合わせてできる限り正確にアライメントされるようにする。左上方の光学系を、そのポジションに固定可能である。左下方の光学系のＺポジションは、その光学系を後で再び同じポジションに移動できるようにする目的で記憶される。
【００３１】
１つの有利な実施形態によれば、互いに向き合った光軸の交点が求められ、或いは両方の光軸がマーキングにおいて交差するよう、それらがアライメントされる。
【００３２】
有利には、左上方及び右下方の光学系により左側のマーキングをフォーカシングすることにより確実になされることは、左側のマーキングが両方の光学系の深度焦点領域（本来正しくは焦点深度範囲）内に位置することである。ただし、両方の焦点深度領域は有限の範囲を有しており、したがって両方の光軸の交点が位置する交点領域範囲はオープンな状態である。相応に小さい焦点深度範囲をもつ光学系によって、交点のポジションは著しく絞り込まれる。焦点深度範囲を低減すれば、特に光学系の分解能が高まり、これによってマーキングの検出にも好影響が及ぼされる。
【００３３】
本発明によれば光学系は例えば、マーキングのポジションを光学系による光軸と関連づけて識別可能、検出可能ならびに記憶可能であるよう、制御される。このため根本的に目指すに値するのは、マーキングをできるかぎり中央に位置させるようにすることであり、したがってできる限り光軸に接近させること、或いは少なくとも光軸を中心に広がる所定の範囲内に収まるようにすることである。マーキングに対し光軸を完璧にアライメントしようとするならば、そのために多くの時間を費やしてしまう可能性があり、ゆえに大量生産であると非常にコストのかかるプロセスにもなってしまう可能性がある。したがって有利であるのは、マーキングが個々の光学系の視野（field of view）内に収まるだけとし、その後、マーキングから光軸までのＸ方向及びＹ方向の間隔を求めて記憶することである。
【００３４】
さらに本発明によって特に考慮されるのは、個々の光学系の画像を検出するために用いられるイメージセンサ、ならびに光学系自体が、光軸から周縁部にかけて増加する僅かな歪みを有し、そのため記録された画像は、マーキングが光軸から隔たるにつれて、マーキングポジションの測定を劣化させてしまうことである。
【００３５】
そこで本発明によれば、マーキングの中心と光軸とを完璧に一致させずに、マーキングを殊にできる限り迅速にできる限り光軸に近づくよう案内する。有利にはマーキングが滞留すべき領域を、Ｆ′と称する。このため本発明によれば、マーキングを光学系の少なくとも視野Ｆ内に収めるようにすべきではあるが、いっそう有利であるのは、領域Ｆ′内に収めるようにすることである。
【００３６】
光軸が左側のマーキングをできるかぎり精密に、ただし正確にではなく確定するこのような有利なプロセスによって、左側のゼロ点が決定され、光軸が左側のマーキングときちんと交差していなくても、このゼロ点を基準とすることができる。
【００３７】
非常に格別なものであるが実現が難しく、もしくは時間及びコスト上の理由からは望まれるものではない１つの実施形態によれば、両方の光軸が左側のマーキングに合わせて正確にセンタリングされる。このようにした場合、両方の左側の光軸の交点は、両方の左側の光学系の少なくとも焦点深度範囲内に位置するようになり、有利には左側のマーキングの中心に正確に位置するようになる。このような理想的なケースでは、左側の交点は有利には左側のゼロ点に正確に対応する。
【００３８】
したがって互いに向き合った両方の検出ユニットは特に、検出ペアとして共働する。その際に左下方の光学系を、再び出発ポジションに移動させることができ、そのポジションであれば、あとでアライメントチャンバに収容される下側の基板の装填が、光学系によっても妨げられない。
【００３９】
第３の較正ステップにおいて第１の較正基板が、その右側のマーキングが右上方及び右下方の光学系の視野内に位置するまで、右に向かって動かされる。この較正ステップにおいて右下の光学系は、基板を移動させるため有利には右側のマーキングから離れたところに位置しており、したがって最初のポジショニングは大雑把である。ついで右下方の光学系は、高精度かつとりわけ再現可能な変位によって、較正基板の右側のマーキングが右下方の光学系の焦点深度囲内に入るまで、そのマーキングに近づけられる。右下方の光学系は水平面内では変位不可能であり、つまりＸ及びＹ方向で変位させることはできないので、右側のマーキングは、上方の並進ユニットを介した較正基板の並進運動によって、右下方の光学系の光軸に近づけられ、理想的には、ただしやはり時間及びコスト上の理由から必須ではないが望ましいのは、両者を一致させることである。
【００４０】
第４の較正ステップにおいて右上方の光学系は、左側の光学系の較正時に左上方の光学系を左側のマーキングに向けて配向させたように、較正基板の右側のマーキングに向けて配向させる。ここでもまず第一に、右側のマーキングが右上方の光学系の視野内に収まることだけが重要である。有利にはやはり右側のマーキングを、右上方の光学系の光軸にできるかぎり近づくように配置させるべきであり、その目的は、画像センサ及び／又は光学系において生じる可能性のある歪みに起因して、ポジション検出の際に起こり得る測定の不正確さを、最低限に抑えることである。１つの実施形態によれば、右側のマーキングと右上方の光学系の光軸とを完全に一致させるように構成されている。
【００４１】
右上方の光学系はこのポジションで固定され、理想的な状況では、アライメントが行われるまでもはや動かされない。右下方の光学系のＺポジションは、その光学系を後で再び正確に同じポジションまで移動できるようにする目的で、記憶される（検出データ）。
【００４２】
光軸が左側のマーキングをできるかぎり精密に、ただし正確にではなく確定するこのような有利なプロセスによって、左側のゼロ点が決定され、光軸が左側のマーキングときちんと交差していなくても、このゼロ点を基準とすることができる。
【００４３】
非常に格別なものであるが実現が難しく、もしくは時間及びコスト上の理由からは望まれない１つの実施形態によれば、両方の光軸が右側のマーキングに合わせて正確にセンタリングされる。このようにした場合、両方の右側の光軸の交点は、両方の右側の光学系の少なくとも焦点深度範囲内に位置するようになり、有利には右側のマーキングの中心に正確に位置するようになる。このような理想的なケースでは、右側の交点は有利には右側のゼロ点に正確に対応する。したがって互いに向き合った両方の検出ユニットは特に、検出ペアとして共働する。その際、右下方の光学系を、再び出発ポジションに移動させることができ、そのポジションであれば、あとでアライメントチャンバに収容される下側の基板の装填が、光学系によっても妨げられない。
【００４４】
これら４つの較正ステップによって、両方の検出ペアの光軸の較正が終了し、マーキングの焦点深度範囲が既知のものとなる（検出データ）。それらのデータは、特に寸法に関して第１の較正基板と同様の基板に転用／換算される。
【００４５】
有利には両方の光軸は、後で接合面として用いられる面と交差するようにアライメントされる。既述のように、交点の正確な確定は、もっと時間を費やすことによってしか実現できないので、本発明によれば少なくとも、後で接合面として用いられる面が光学系の焦点深度範囲内にあるように、アライメントが行われる。ただしこれは、光学系が先行の較正プロセスによって規定されたポジションにある場合である。
【００４６】
有利には、光学系はテスト基板のマーキングをフォーカシングする際、上方及び下方の光学系によって、マーキングが（既にかなり前に詳しく説明したように較正ステップにおいて）両方の光学系に対し正確にセンタリングされるように、フォーカシングされる。両方の光学系がセンタリングされているように見えれば、両方の光学系はマーキングに対し正確にアライメントされており、したがって光学系の交点がマーキング内に当たるようになる。
【００４７】
両方の光学系がマーキングをセンタリングして検出しないのであれば、マーキングと光軸とのオフセットが、ソフトウェア、ファームウェア又はハードウェアによって記憶され、これをあとで換算のために使用することができる。したがって対応するソフトウェア、ファームウェア又はハードウェアが、後で接合面として用いられる面における光軸の各交点の間隔を記憶しておけば、後で接合面として用いられる面における光軸の正確な交点が不要となり、とはいえ上述のオフセットを用いることによって、両方の基板を互いに正確にアライメントすることができる。
【００４８】
下方の光学系を、記憶されているそれらのＺポジションに向けて相応に移動させることができる。理想的な状況では、これらの較正を１回だけ実施すればよい。ただしシステムに変更が加えられるような場合であれば、例えば１つ又は複数の光学系の交換、機械的な部材の交換、或いはアライメントチャンバの洗浄だけが行われるときでさえおそらくは、新たに較正しなおす必要があるかもしれない。例えば較正は、左側もしくは右側の各光軸の交点のシフトが行われたとき、もしくはそのことが検出されたときには、常に較正を行うべきである。
【００４９】
次に、例えば、第１のホルダにおける並進ユニット及び／又は第１の検出ユニットにおける並進ユニットのＸ−Ｙ方向の運動を検出し、それらを相応に較正する目的で、上方の光学系と、複数のマーキング（換言すればマーキングマトリックス）が設けられた第２の較正基板との間で、較正が行われる。
【００５０】
マーキングに合わせて１つの光軸を正確に調整することと、光軸をマーキングに近づけることとを、これまでの説明では区別してきたが、以降はもはや区別はしない。本発明によれば、マーキングのポジションを求めるために、これら両方の方法のいずれも可能である。ただし、本発明による実施形態をできるかぎり簡単にしておくために、以下では、マーキングの正確な検出についてしか言及しない。これまでに開示した特徴は、以下の実施形態についても同様にあてはまる。第１の較正ステップにおいて、第２の較正基板は、マーキングのうちの１つが左上方の光学系の光軸に厳密にセンタリングされる位置まで、左上方の光学系の下へ動かされる。その後、第２の較正基板が上方のホルダによって固定され、それによって第２の較正基板は次の較正ステップ中、同じＸ−Ｙポジションに留まり続ける。
【００５１】
第２の較正ステップにおいて、左上方の光学系は検出ユニットのＸ方向及びＹ方向の並進ユニットによって、第２の較正基板左側に設けられたマーキングマトリックスのマーキングまで動かされ、左上方の光学系はマーキング各々の上方にポジショニングされて、目下制御されているマーキングが、左上方の光学系の光軸に対しセンタリングされて配置されているようになる。
【００５２】
第２の較正基板のマーキングマトリックスのマーキングは、例えば堆積プロセスによって形成され、相互間で高精度の殊に等間隔の及び／又は正確に既知の間隔を有する。マーキングマトリックスにおける各マーキングの間隔は、１００μｍよりも小さく、有利には１０μｍよりも小さく、著しく有利には１μｍよりも小さく、最も有利には１００ｎｍよりも小さい。マーキングマトリックスにおけるマーキングの間隔の偏差もしくは誤差は、例えば分解能限界よりも小さく、及び／又は左上方の光学系の光学系モータの精度よりも小さい。
【００５３】
制御ユニットのＸ−Ｙポジションは、検出データとして記憶され、例えば中央制御装置によって記憶される。中央制御装置はそれらのデータを、対応するマーキングに関して格納された値と関連づける。これによって２つのポジションチャートが得られ、即ち、理想的なＸ−Ｙポジションを有する理想的な／予め設定されたポジションチャートと、これに対して相関可能な、左上方の光学系の実際のＸ−Ｙ座標（もしくはＸ−Ｙポジション）を表す実際のポジションチャートとが得られる。これら両方のポジションチャートは、全単射の写像を介して、互いに結合されており／互いに結合可能である。左上方の光学系を理想的なＸ−Ｙポジションの上へ動かすための、理想的なＸ―Ｙポジションを求めるために、補間によって連続的なポジションチャートを生成可能である。
【００５４】
第３の較正ステップにおいて、第２の較正基板は、マーキングのうちの１つが右上方の光学系の光軸に厳密にセンタリングされる位置になるまで、右上方の光学系の下へ動かされる。その後、第２の較正基板が上方のホルダによって固定され、それによって第２の較正基板は次の較正ステップ中、同じＸ−Ｙポジションに留まり続ける。
【００５５】
右上方の光学系のための第４の較正ステップは、右側に転用するというかたちで第２の較正ステップに対応する。
【００５６】
本発明による最後の較正ステップは、下方のホルダのＺ方向並進ユニットに係わるものである。本発明によれば下方のホルダには、ｚ方向における並進自由度しか設けられていない。これにより、下方のホルダの高精度な案内が保証される。下方のホルダをｚ方向に沿って移動させる際に、ｘ方向及び／又はｙ方向で偏差が発生する可能性があるならば、例えばｚ軸に対する下方のホルダの運動方向の傾きによって、或いはベアリングにおける誤差によって、偏差が発生する可能性があるならば、本発明の有利な実施形態によれば、１つ又は複数のマーキングが下方のホルダのｘ―ｙ平面内で観察される。特に、１つまたは複数のマーキングにおいてｘ方向及び／又はｙ方向での下方のホルダの変位が、ｚ方向に沿ったポジションの関数として求められる。例えばこの関数は、線形の関数として補間される。このようにして制御装置において、もしくはソフトウェア、ファームウェア又はハードウェアにおいて、基板が経路ｚだけ動かされたときに、どの程度経路ｘ及び／又は経路ｙで変位したかが既知となる。
【００５７】
第１の実施形態によれば、観察されるマーキングは、経路ｚにわたり常に光学系の視野内及びその焦点深度範囲内に留まる。ただしこのことは、ｚ方向の変位経路が大きければ、焦点深度範囲がそれ相応に広いときにのみ可能である。これはどちらかといえば、光学系の拡大率と分解能が低い場合にのみ、可能なことである。
【００５８】
第２の有利な実施形態によれば、上方の光学系が基板とともにｚ軸に沿っていっしょに動かされる。本発明によれば上方の光学系は、殊にｚ方向並進ユニットも有しているので、このことは有利である。この較正ステップは、上述の他のすべての較正ステップよりも前に実施するのが有利である。それにより後続の較正ステップにおいて、光学系をもはやｚ方向に動かす必要がない。
【００５９】
さらに本発明によれば、上方の光学系と基板とを、正及び負のｚ方向に沿って何度も動かし、最適な関数をこの種の走行の複数の平均をとることによって求めることが考えられる。
【００６０】
いっそう効率的かつ有利な第３の実施形態によれば、少なくとも４つのマーキングを有する較正基板が用いられ、例えばちょうど４つのマーキングを有する較正基板が用いられる。この場合、較正基板の上面に２つのマーキングが設けられ、これらは左側と右側にそれぞれ１つずつ配置される。さらに較正基板の下面に２つのマーキングが設けられ、これらも左側と右側にそれぞれ１つずつ配置される。
【００６１】
較正基板は、正確に既知の厚さ又は測定された厚さを有する。厚さは、少なくともマーキングの近くでは最も正確に既知となっている。この場合、較正基板の厚さは、少なくともマーキングの近くで、１００μｍよりも正確に既知であり、有利には１０μｍよりも正確に既知であり、さらに有利には１μｍよりも正確に既知であり、著しく有利には１００ｎｍよりも正確に既知であり、極めて有利には１０ｎｍよりも正確に既知であり、最も有利には１ｎｍよりも正確に既知である。
【００６２】
それぞれ互いに向き合ったマーキングがｘ方向及び／又はｙ方向でずれている場合には、互いに向き合った２つのマーキングのｘ方向及びｙ方向での相対間隔が測定される。この場合、誤差は例えば１００μｍよりも小さく、有利には１０μｍよりも小さく、さらに有利には１μｍよりも小さく、著しく有利には１００ｎｍよりも小さく、極めて有利には１０ｎｍよりも小さく、最も有利には１ｎｍよりも小さい。
【００６３】
予め設定された経路に沿って動かされたときの、ｚ並進ユニットのｘ方向及び／又はｙ方向に沿った偏差を求めるために、本発明による既述の２つの実施形態とは異なり、上方の光学系が例えば上方のマーキングに合わせてフォーカシングされる。その後、ｚ並進ユニットは、部分較正ステップと呼ばれる動きにおいて、較正基板の厚さに対応する距離だけ、上方の光学系に近づけられる。このように近づけられている間、ｘ方向及び／又はｙ方向のｚ並進ユニットの変位を、上方のマーキングの変位によって（プロセス中に下方のマーキングも焦点深度範囲内に入れば下方のマーキングの変位によっても）、測定することができる。上方の光学系が下方のマーキングをフォーカシングした後、上方のマーキングが再び焦点に入るまで、光学系が移動する。ｘ方向及び／又はｙ方向の両方のマーキングの相対的な間隔は決して変化しないので、上方の光学系はｚ方向に変位した後、この部分較正ステップ前に光学系が位置していた、上方のマーキングに対し相対的に同じポジションに再びセットされる。光学系が新たな部分較正ステップの前にそのつど新たに上方のマーキングに基づきポジショニングされるならば、上方の光学系のｚ方向の動きにより場合によっては発生するｘ方向及び／又はｙ方向の変位は、並進ユニットのｘ方向及び／又はｙ方向の変位を求めるためには重要ではない。この部分較正ステップを、任意の距離にわたって繰り返すことができる。
【００６４】
換言すれば、上方の光学系と較正基板は、測定すべき経路に沿ってステップごとに交互に移動し、その際、光学系は新たな較正ステップの前に常に再び較正基板のマーキングに向けてアライメントされる。
【００６５】
本発明によれば、これまで述べてきたプロセスとはまったく逆のプロセスも考えられ、つまりこのプロセスによれば、上方の光学系が最初に下方のマーキングに合わせてフォーカシングされ、その後、較正基板が上方の光学系から離れるように動かされる。その後、上方の光学系は、較正基板のｚ方向の変位が行われた後、その較正基板を追従する。
【００６６】
較正基板が動いてる間、上方及び下方のマーキングが常に上方の光学系の焦点深度範囲内にあると、較正ステップが格別効率的になる。本発明によるこの実施形態によれば、較正基板は透明である。しかも較正基板の厚さはできるだけ薄く選定されるが、撓みをできる限り回避するのに必要な厚さが選定される。較正基板の厚さは例えば２０００μｍよりも薄く、有利には１０００μｍよりも薄く、さらに有利には５００μｍよりも薄く、最も有利には１００μｍよりも薄い。左上方の光学系が左側において既述の測定を行い、右上方の光学系が殊に同じ時間に、右側において測定を行うと、ｚ並進ユニットのｘ及びｙ方向における偏差の較正が、格別効率的になる。
【００６７】
この較正ステップも終わらせれば、基板を正または負のｘ方向に動かしたときに、基板がｘ方向及びｙ方向にどの程度変位するのかを、正確に予測することができる。
【００６８】
較正基板を用いたすべての較正プロセスが完了した後、基板の処理を開始することができる。次に、事前に適正に較正された本発明による実施形態に基づく有利なフェース・トゥ・フェース（face-to-face）アライメントプロセスについて説明する。フェース・トゥ・フェース・アライメントプロセスの場合、両方の基板の互いに接合すべき接触面に、マーキングが設けられている。フェース・トゥ・フェース・アライメントプロセスは、ここではアライメントプロセスの一例として用いられるものであるが、適切な例でもあり、それというのもこのプロセスは、最も複雑なアライメントプロセスを成すからである。最も複雑なプロセスとなる理由は、フェース・トゥ・フェース・アライメントプロセスの場合、基板を近づけている間、光学系はマーキングを利用することができず、つまり基板はいわばブラインド状態で近づけられるからである。
【００６９】
さらにバック・トゥ・バック・プロセス、フェース・トゥ・バック・プロセスならびにバック・トゥ・フェース・プロセスの実施も考えられる。バック・トゥ・バック・プロセスの場合、アライメントマークは常に基板の外側に位置する。この種のアライメントプロセスのために本発明による実施形態を適用することは、原則的には考えられることではあるけれども、何ら挑戦的なことではない。その理由は、特に両方の基板を互いに近づけている間、いつでも完全にマーキングを利用できるからである。したがってこの場合には、適切にポジショニングされた光学系によって、アライメントプロセス中にその場でマーキングを測定することが考えられる。バック・トゥ・フェース・アライメントプロセスもしくはフェース・トゥ・バック・アライメントプロセスは、一方の基板のマーキングが覆われるアライメントプロセスである。なぜならばこのマーキングは、あとで接合界面となる面の方向に位置しているのに対し、第２のマーキングは連続的に観察可能だからである。
【００７０】
本発明による第１の処理ステップにおいて、第１の基板がアライメントチャンバの第１のホルダに装填され、殊にそこに固定される。基板の配向は、装填前に外部のプリアライナ（Prealigner）において行われるか、又はチャンバ内において内部のアライナによって行われる。この場合、基板は、その典型的なフィーチャに基づき、例えばフラットな面（flat）或いはノッチ（Notch）に基づきポジショニングされ配向される。
【００７１】
その後、第１のホルダの並進ユニットは、左側のマーキングが左下方の光学系の視野（field of view, FOV）に入るまで、装填された基板を左側に移動させる。左側のマーキングをシャープに結像できるようにするためには、このマーキングは左側の光学系の焦点深度範囲内に位置していなければならない。左側の光学系は先行の較正プロセスにおいて、殊に類似の仕様の有利には同一の仕様の較正基板に基づき、おおよそ焦点深度範囲に合わせて較正されている。左下方の光学系を正確に同じＺポジションに移動させる目的で、記憶されている左下方の光学系のＺポジションを適用することができる。時間を節約しプロセスを最適化する目的で、左下方の光学系を、装填された上方の基板の移動と殊に同時に接近させることができる。
【００７２】
上方の基板の左側のマーキングが左下方の光学系の焦点深度範囲内に留まり続けた後、左下方の光学系の光軸のところに正確に位置していなければ、両方の光軸を第１の基板の精密な制御によって、例えば上方のホルダを用いて、互いに一致させる。その後、上方のホルダのエンコーダポジション（検出データ）を、すべての自由度について記憶することができる。したがって最新のエンコーダポジションが、左上方のマーキングに一義的に対応づけられる。
【００７３】
本発明においてエンコーダポジションとは、対象物体例えば基板のポジション及び／又は配向に関する情報を提供する何らかの値のことである。それらの値として挙げられるのは例えば、モータ電子装置からダイレクトに読み出されるモータのモータポジション、干渉法により求められる対象物体のポジション、干渉計等の光学測定システムを用いて求められた対象物体のポジション、或いは長さ測定用のメジャーによって求められたポジションである。さらに対象物体のポジションとして考えられるのは例えば、基板が静的に固定された並進ユニットについて、干渉計を用いて高精度に測定されたポジションである。
【００７４】
本発明による第２の処理ステップにおいて、右側殊にちょうど反対の側に設けられた第１の基板右側のマーキングについて、第１のプロセスステップが同じようにして実施される。第２の処理ステップを、第１の処理ステップの前に実施することもできる。
【００７５】
これらの処理ステップ後は、上方の基板の両方のマーキングについてすべてのエンコーダポジションが既知である。基準点として、左側のゼロ点、右側のゼロ点、或いは左側及び右側のゼロ点から計算されたゼロ点を用いることができる。ただし有利であるのは、左側もしくは右側の各光学系の光学軸の交点により規定される物理的なゼロ点のうちの１つを用いることである。
【００７６】
本発明による第３の処理ステップにおいて、第２の別の基板がアライメントチャンバにおける第２のホルダのサンプルホルダに装填され、例えばそこに固定され、特にセンタリングされて固定される。その後、左上方の光学系が、装填されたばかりの第２の（下方の）基板の左側のマーキングを見通せるようになるまで、上方のホルダの並進ユニットのうちの１つが、第１の基板を右方向へ移動させる。その際に有利であるのは、左上の光学系の視野内に下方の基板の左側のマーキングがあるよう、左上の光学系を既にポジショニングしておくことである。左側のマーキングが左上方の光学系の焦点深度範囲内に位置するまで、下方のホルダの並進ユニットによって下方の基板がずらされる。その後、左上方の光学系の光学軸を、下方の基板の左側のマーキングと一致させるために、左上方の光学系がＸ方向及び／又はＹ方向にずらされる。左側のゼロ点を基準とする左上方の光学系の変位が記憶される（検出データ）。
【００７７】
本発明による第４の処理ステップにおいて、右側殊にちょうど反対の側に設けられた第２の基板右側のマーキングについて、第３のプロセスステップが同じようにして実施される。第４の処理ステップを、第３の処理ステップの前に実施することもできる。
【００７８】
本発明による第５の処理ステップにおいて、左側及び右側のマーキングに基づき両方の基板を相互にアライメントするために、第１及び第２のホルダ殊に上方及び下方のホルダのすべての自由度について求められたすべてのポジションが、検出データとして用いられる。この場合、アライメントプロセス自体は、特に検出ユニットとは無関係に行われ、つまり光学系をさらに使用することなく行われる。一般に、両方の基板を相互にアライメントするために、下方及び／又は上方のホルダにおけるすべての並進ユニット及び／又は回転ユニットが用いられる。
【００７９】
本発明によって考えられるアライメントの順序を挙げておく。最初に、上方の基板が装填される。左側及び右側のマーキングが、左下方もしくは右下方の光学系によってセンタリングされてフォーカシングされるまで、基板が動かされる。エンコーダポジションは相応に記憶される。その後、下方の基板の装填と、上方の光学系を用いた左側もしくは右側のマーキングのフォーカシングが行われる。下方の基板はＸ方向及び／又はＹ方向には移動できないので、マーキングは左上方もしくは右上方の光学系の少なくとも視野（field of view）内に位置していなければならない。マーキングと光軸との間隔は測定可能であり、光軸に対する上方の基板のエンコーダポジションは正確に求められており、上方の基板は移動可能であるので、必要とされるｘ方向ポジション及び／又はｙ方向ポジションへ上方の基板をいつでも移動させることができ、その結果、上方の基板のマーキングを、下方の基板のマーキングの上に正確にポジショニングすることができる。両方の基板のｚ間隔を既にこのプロセス中、できる限り僅かにするのが有利である。
【００８０】
本発明による第６の処理ステップにおいて、両方の基板の接触が行われる。有利にはこの接触は、殊にもっぱら、下方のホルダの並進ユニットによる下方の基板の上昇によって行われる。下方のホルダは、ただ１つの高精度の並進ユニットしか有しておらず、このため下方の基板はもっぱらＺ方向にしか動かされず、特にもっぱらＺ方向にしか動かすことができないので、接近動作中、Ｘ方向及び／又はＹ方向の偏差は発生せず、或いは少なくとも無視できる程度のＸ方向及び／又はＹ方向の偏差しか発生しない。この場合、上方の基板へのｘ方向での接近プロセス中に発生するｘ方向もしくはｙ方向の下方の基板の偏差は、１０μｍよりも小さく、有利には１μｍよりも小さく、さらに有利には１００ｎｍよりも小さく、著しく有利には１０ｎｍよりも小さく、最も有利には１ｎｍよりも小さい。
【００８１】
本発明による第７の処理ステップにおいて、上方の基板と下方の基板との固定（例えば接合）が行われる。ここで考えられるのは、両方の基板相互間の固定を、機械的に、静電的に、磁気的に、電気的に、或いはシート又は接着剤を用いて、実施することである。両方の基板でＳｉ−ＳｉもしくはＳｉＯ2−ＳｉＯ2の直接接合を行うのも、格別有利である。基板を相互に固定し合ってもよいし、下方のサンプルホルダに固定してもよい。ただし格別有利であるのは、アライメントプロセス中、基板を収容するためだけにサンプルホルダを使用し、両方の基板どうしを固定することである。このようにすることでサンプルホルダは基板積層体が取り外されてもアライメント装置内に残されることになり、したがって次のアライメントプロセスのためにただちに利用することができる。
【００８２】
基板を磁気的に相互に固定する目的で、特許文献PCT/EP2013/056620に示されている方法を用いると、格別有利である。有利なことにこの格別な固定方法によれば、重量があり高価で扱いづらいサンプルホルダを省くことができ、もしくはアライメント装置内に残したままにして、基板積層体が取り除かれた後にただちにサンプルホルダを再び利用できるようになる。
【００８３】
さらに別の特別な実施形態によれば、少なくとも１つの基板が本発明による実施形態のサンプルホルダに装填され、そのようにしてサンプルホルダに固定された基板に対し第２の基板のアライメントが行われ、格別有利には、両方の基板がサンプルホルダに固定される。このようにすることで、２つの基板を相互にアライメントしてサンプルホルダに固定し、ただちに（つまりサンプルホルダに固定したまま）、別の処理チャンバへ搬送することができる。例えば両方の基板に圧力を加えながら、接合ステップが行われる接合チャンバへさらに搬送するのが、格別有利である。
【００８４】
特に本質的な本発明の１つの観点によれば、選択された面例えば下側又は上側のすべてのコンポーネントのＺ方向ポジショニングを、極めて高精度に、しかも反復性を伴って、実施することができる。ｚ方向ポジションの制御は、１０μｍよりも小さい精度で行われ、有利には１μｍよりも小さい精度で、さらに有利には１００ｎｍよりも小さい精度で、最も有利には１０ｎｍよりも小さい精度で行われる。このような精度が得られる理由は、Ｚ方向ポジションの精度及び再現性に不都合な影響を及ぼしかねない他の自由度を省いているからである。
【００８５】
ここで基板とは、半導体産業で用いられる製品基板或いは支持基板のことである。支持基板は、例えば機能基板の背面薄化など様々な処理ステップの際に、機能基板（製品基板）の補強として用いられる。基板として例えば、平坦化された（"flat"）ウェハ又はノッチ（"notch"）を有するウェハが対象となる。
【００８６】
キャリッジ、モータ、光学系、ホルダなど本発明による装置の機能部材を、１つのハウジング内に組み込むと有利である。このハウジングは、特に周囲に対し気密に封止可能である。有利にはハウジングには、機能部材に接近して取り扱えるようにするカバーが設けられている。特に、ケーシングの少なくとも１つの面には、搬入出ゲートが設けられている。搬入出ゲートの前及び／又は後には、対応する仕切りを設けることができる。搬入出ゲートの前及び／又は後に仕切りを用いれば、有利にはハウジング内にハウジング周囲とは別の雰囲気を入れることができる。この雰囲気は、有利には負圧の雰囲気である。
【００８７】
本発明によるアライメントプロセス中、アライメントチャンバのハウジング内部の圧力は、例えば１ｂａｒと等しく、又は、１ｂａｒよりも低く、有利には１０-1ｍｂａｒよりも低く、さらに有利には１０-3ｍｂａｒよりも低く、著しく有利には１０-5ｍｂａｒよりも低く、さらに著しく有利には１０-7ｍｂａｒよりも低く、さらに著しく有利には１０-8ｍｂａｒよりも低く、最も有利には１０-9ｍｂａｒよりも低い。
【００８８】
本発明によるアライメントプロセス中、ハウジング外部の圧力は、例えば１ｂａｒと等しく、又は、１ｂａｒよりも低く、有利には１０-1ｍｂａｒよりも低く、さらに有利には１０-3ｍｂａｒよりも低く、著しく有利には１０-5ｍｂａｒよりも低く、さらに著しく有利には１０-7ｍｂａｒよりも低く、さらに著しく有利には１０-8ｍｂａｒよりも低く、最も有利には１０-9ｍｂａｒよりも低い。
【００８９】
すべての基板を、搬入出ゲート又はカバーを介して内部空間へ収容することができる。有利には、基板は仕切りゲートを介して内部空間へ搬送される。
【００９０】
１つの特別な実施形態によれば、基板もしくは互いにアライメントされた基板から成る基板積層体は、ロボットによってハウジングから搬送される。
【００９１】
検出ユニットの検出装置を個別に動かすことのできる精度は、１ｍｍよりもよく、有利には１００μｍよりもよく、さらに有利には１０μｍよりもよく、著しく有利には１μｍよりもよく、さらに著しく有利には１００ｎｍよりもよく、最も有利には１０ｎｍよりもよい。
【００９２】
アライメントユニット内には、特にもっぱら上側だけに、両方の基板のうち一方の基板のための第１のホルダが設けられている。第１のホルダには、例えば第１のホルダの構成部材としてサンプルホルダが設けられている。サンプルホルダは、少なくとも３つの自由度を有しており、例えば６つの自由度即ちＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に沿った少なくとも３つの並進自由度と、場合によってはＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を中心とした３つの回転自由度（以下では角度α、β、γと称する）とを有している。並進自由度はサンプルホルダをずらすために用いられ、つまりＸ方向とＹ方向とによって規定されるＸ−Ｙ平面内で基板を変位させるためと、Ｚ方向に沿って両方の基板を相互に接近させるために用いられる。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸を中心として回転可能な構成は、本発明によれば基板のくさび誤差補償（wedge error adjustment）及び／又は基板の配向のために用いられる。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸を中心とした回転は例えば、僅かな回転角の回転であって、このため傾斜と称してもよい。
【００９３】
本発明によればサンプルホルダを、例えば以下の様々な固定機構を備えた基板収容部材部材とすることができる。
・真空サンプルホルダ
・静電式サンプルホルダ
・粘着性表面を備えたサンプルホルダ
・ベンチュリ効果及びベルヌーイ効果に基づくサンプルホルダ
・磁気式サンプルホルダ
・機械式固定部材及び／又は挟持機構を備えたサンプルホルダ
【００９４】
本発明による実施形態を真空環境において適用するならば、真空サンプルホルダ及び／又はベンチュリ式及び／又はベルヌーイ式サンプルホルダが、制限された範囲でのみ用いられ、極端な場合には全く用いられない。
【００９５】
本来のアライメントプロセスの前に、本発明に従って検出手段の較正を行うのが有利である。既述の通り、互いに向き合った２つの光学系が、少なくとも以下のようにして較正される。即ち、それぞれの側ごとに１つのマーキングが上方及び下方の光学系の視野内に少なくとも入るようにし、有利には、上方もしくは下方の光学系の光軸にできる限り近い領域内に入るようにして、較正が行われる。
【００９６】
１つの有利な実施形態によれば、較正の目標は、それぞれ向き合った２つの検出装置における光軸の交点が、較正基板のマーキング中央に位置するようにすることである。この較正は有利には、検出ユニットにおけるすべての検出装置について別個に行われる。
【００９７】
この較正によって保証されるのは殊に、互いに向き合った（上方及び下方の）検出ユニットの検出装置が、共通のフォーカシング領域を有するようになる、ということである。
【００９８】
さらにいっそう格別な実施形態によれば、互いに向き合った検出装置の光軸は、互いに共線的にアライメントされる。この目的で、複数の検出装置のうち少なくとも１つの検出装置特に上方の検出装置は、回転自由度を有しており、有利にはゴニオメータの上に配置される。
【００９９】
検出装置の光軸の交点は、本発明によれば殊に以下のように配置される。即ち、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向の検出ポジションでアライメントすべき基板の対応するマーキングが、この点において少なくともフォーカシング可能であり、及び／又は配置可能であり、もしくは配置されている。本発明によればこの措置によって、移動距離がさらに最小限に抑えられる。
【０１００】
光軸の交点は、有利には光学系の焦点面にあり、もしくは光学系の少なくとも焦点深度範囲内にある。分解能及び焦点範囲は、互いに競合する２つのパラメータである。分解能が高くなるにつれて焦点深度範囲が狭まり、分解能が低くなるにつれて焦点深度範囲が拡がる。つまり高分解能の光学系を用いたならば、その光学系はそれ相応に狭い焦点深度範囲を有することになる。これによって、いっそうシャープに結像できるようにするためには、上方及び下方の基板のアライメントマークが、著しく狭い焦点深度範囲内に同時に留まるようにしなければならない。したがって本発明によれば、光軸の交点が対応する検出装置の焦点深度範囲内に配置される。
【０１０１】
本発明によれば、個々の検出ユニットの検出ポジションにおいて、基板の接触面及び／又はマーキングが焦点深度範囲内に配置されるように、検出装置を較正すると有利である。これによって本発明によれば、第二焦点を省くことができる。
【０１０２】
基板及び／又は検出手段の動きは、例えばソフトウェア支援された制御装置によって制御される。
【０１０３】
本発明によれば、特にシステムの較正後、第１の基板を第１のホルダ（サンプルホルダ）に固定し、第２の基板を第２のホルダに固定することができる。第１のホルダと、Ｘ方向及びＹ方向に可動な検出ユニット特に第１のホルダに空間的に対応づけられた検出ユニットとによって、第１の基板が例えば対称的に、そのつどそれぞれ異なる別個の検出ポジションに動かされ、特にアライメントユニットに対し側方に対向する位置の検出ポジションに動かされる。
【０１０４】
つまり本発明が基礎とする着想はとりわけ、アライメントプロセスに必要とされる検出手段を以下のように構成することである。即ち、互いに向き合うように配向されたそれぞれ２つの検出装置が、特にアライメントユニットのそれぞれ反対の側で、基板マーキングのＸ−Ｙポジションを検出し、その際、検出ユニットのそれぞれ一方は、Ｘ方向及びＹ方向で固定されている／不動状態にある。例えば基板の一方は、特に不動状態にある検出ユニットに空間的に対応づけられている（有利にはそれらの検出ユニットの間に配置されている）基板は、やはりＸ方向及びＹ方向に固定されている／不動状態にある。本発明による方法によればこのようにして、両方の基板の移動経路が全体として最小限に抑えられる。
【０１０５】
本発明による方法は、２つのホルダのうちの一方が、及び／又は各検出ペアのそれぞれ１つの検出ユニットが、もっぱらＺ軸に沿って移動するだけであれば、著しく高い精度と再現性で並進ユニットを利用することができる。また、Ｘ方向及び／又はＹ方向においてドリフトが発生する場合、本発明によれば有利にはこのドリフトを測定可能であり、補償可能である。
【０１０６】
本発明によれば、検出前からアライメントまで、Ｚ方向における基板の間隔が一定にセットされ、及び／又は最小限に抑えられ、例えば１ｃｍよりも小さく、有利には１ｍｍよりも小さく、いっそう有利には１００μｍよりも小さくセットされる。
【０１０７】
本発明の利点はとりわけ、装置を真空中でも稼動させることができることである。本発明によれば、上方および／または下方のホルダの移動経路、ひいては第１の（下方の）及び／又は第２の（上方の）基板の移動経路が比較的短いことから、キャリッジ／ベアリング／ステッピングモータ用の機械的な真空対応部品を使用することができる。このようにすることで初めて、接合モジュールとアライメントモジュールを真空クラスタ内に設置できるようになり、有利には高真空クラスタ内に設置できるようになり、基板を大気に晒さなくても、アライメントモジュールから接合モジュールへの基板の搬送を、真空排気可能な領域内で実施することができるようになる。
【０１０８】
本発明の別の利点として挙げられるのはとりわけ、両方の基板相互のポジショニング精度がかなり高いことである。その理由は、両方のホルダのうち一方のホルダが、特に下方のホルダが、１つの並進ユニットしか有しておらず、それによって第２の基板へ接近させる間に生じるｘ方向及び／又はｙ方向の誤差が、十分に抑圧されるからである。その際、ｘ方向及び／又はｙ方向における並進ユニットの機械的なあそびは、既に構造設計ゆえに無視できるほど十分に小さいものである。
【０１０９】
さらに別の利点は、可視光を利用できることである。２つの基板の接合面に設けられたマーキングによるそれらの基板のアライメントは、多くの事例では赤外線を用いても行えるかもしれない。純粋なシリコンは、赤外線特に近赤外線領域の赤外線をほとんど吸収しない。これが問題となるのは、少なくともマーキングの領域で純粋なシリコンにより囲まれた基板は、ごく僅かなケースでしか存在しないからである。あらゆるケースのうち大多数では、シリコン基板に多種多様な金属層が蒸着されている。ただし金属は赤外線放射を非常に良好に吸収し、従って赤外線に対するバリアとして作用する。基板における機能ユニットの実装密度が高くなるにつれて、そして金属層の堆積が増えるにつれて、さらには対応する基板の処理が複雑になるにつれて、フェース・トゥ・フェース・アライメントのために赤外線光学系を使用する可能性が少なくなっていく。本発明による方法によれば、可視の波長範囲の光を用いることができる。このため格別有利には、実質的に改善された検出器と光学素子を用いることもできる。赤外線光学系のための光学素子はたいてい、空気湿度などの周囲パラメータに対し非常に敏感に反応するし、とても脆く、それらを相応にコンパクトに組み込む必要がある。それに応じて、これらの光学素子の価格も高い。したがって本発明による装置及び本発明によるプロセスの核となる着想の１つは、表面をダイレクトに観察できることであり、アライメントプロセスにおいてウェハが透過性である必要がないことである。
【０１１０】
したがって本発明によれば、透過技術を利用する必要がなくなる。しかも、あらゆる基板を測定することができ、電磁スペクトルの広い範囲にわたり非透光性の基板であっても、測定することができる。なぜならば基板を貫通当射する必要なく、表面上のマーキングを見つけ出すことができるからである。ただし、マーキング識別を行うために、すべての既知の目的に適った電磁スペクトルの波長範囲を利用することができる。特に赤外線の利用は、格別有利には近赤外線の利用は、その利用が副次的な意味をもつ場合であっても、開示されるものである。
【０１１１】
すべての図面において、ホルダは常にハウジング内に描かれている。ただし当然ながら、ホルダひいては並進ユニット及び／又は回転ユニットを、ハウジングの外側に配置させることも可能であり、相応の真空動作によりハウジング内に位置するサンプルホルダを制御することも可能である。同じことは、検出手段についてもあてはまる。一番最適ではあるけれども、当然ながら技術的には実現困難な実施形態を挙げるとすれば、互いにアライメントすべき両方の基板だけを、真空中におくことである。
【０１１２】
本発明による実施形態は、有利には真空クラスタ内で、さらに有利には高真空クラスタ内で、最も有利には超高真空クラスタ内で、他のモジュールとともに使用される。ここで他のモジュールを例えば、以下のモジュールのうちの１つ又は複数とすることができる。
・加熱モジュール
・冷却モジュール
・コーティングモジュール
・接合モジュール
・剥離モジュール
・検査モジュール
・積層モジュール
・表面処理モジュール
・プラズマモジュール
【０１１３】
１つの特別な実施形態によれば、互いにアライメントされる基板は、特許文献PCT/EP2013/056620において述べられている方法によって互いに挟持される。この点に関しては、上記特許文献を参照されたい。この挟持方法は、互いにアライメントされ接触状態におかれた両方の基板を高速に効果的にかつ簡単に固定するために、小さい磁石部材を利用する。両方の基板を、分子間力によって予め固定することもできる。ただし挟持を、単純に機械的に行うこともできる。
【０１１４】
これまでの説明中に、及び／又は以降の図面の説明において、装置の特徴が開示されているならば、それらの装置の特徴は、方法の特徴としても開示されているとみなされるものであり、また、その逆もあてはまる。
【０１１５】
以下の有利な実施例の説明ならびに図面には、本発明のさらに別の利点、特徴ならびに詳細な点が示されている。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１ａ】本発明による装置の第１の実施形態を示す断面図
【図１ｂ】本発明による装置の第２の実施形態を示す断面図
【図１ｃ】本発明による装置の第３の実施形態を示す断面図
【図２ａ】第１の較正基板を用いた本発明による方法の第１の較正ステップを示す図
【図２ｂ】第１の較正基板を用いた本発明による方法の第２の較正ステップを示す図
【図２ｃ】第１の較正基板を用いた本発明による方法の第３の較正ステップを示す図
【図２ｄ】第１の較正基板を用いた本発明による方法の第４の較正ステップを示す図
【図２ｅ】第１の較正基板を用いた本発明による方法の第５の較正ステップを示す図
【図２ｆ】第１の較正基板を用いた本発明による方法の第６の較正ステップを示す図
【図３ａ】第２の較正基板を用いた本発明による方法の第１の較正ステップを示す図
【図３ｂ】第２の較正基板を用いた本発明による方法の第２の較正ステップを示す図
【図３ｃ】第２の較正基板を用いた本発明による方法の第３の較正ステップを示す図
【図４ａ】本発明による方法において第１の基板を第１のホルダに固定する第１のステップを示す図
【図４ｂ】本発明による方法において第１の基板のポジションを検出する第２のステップを示す図
【図４ｃ】本発明による方法において第１の基板のポジションを検出する第３のステップを示す図
【図４ｄ】本発明による方法において第２の基板のポジションを検出する第４のステップを示す図
【図４ｅ】本発明による方法において第２の基板のポジションを検出する第５のステップを示す図
【図４ｆ】本発明による方法において基板をアライメントする第６のステップを示す図
【図４ｇ】本発明による方法において基板を接触させる第７のステップを示す図
【図５ａ】マーキングに対し交点がセンタリングされていない２つの光学系の較正状態を示す図
【図５ｂ】マーキングに対し交点がセンタリングされている２つの光学系の較正状態を示す図
【図６ａ】本発明による第３の較正方法の第１の部分較正ステップを示す図
【図６ｂ】本発明による第３の較正方法の第２の部分較正ステップを示す図
【図６ｃ】本発明による第３の較正方法の第３の部分較正ステップを示す図
【図７】本発明による装置の１つの実施形態を外部から見た斜視図
【図８】本発明による装置を用いたクラスタシステムを示す図
【０１１７】
これらの図面には、本発明の利点及び特徴が、本発明の各実施形態に従いそれらをそれぞれ識別する参照符号によって表されており、その際、同じ機能又は同じように動作する機能を備えた部品もしくは特徴には、同じ参照符号が付されている。
【０１１８】
図１ａ〜図１ｃには、本発明によるアライメント装置１、１′、１″の３つの実施例の断面図が示されている。この装置は、以下の要素から成る：
・左上方の光学系として構成された、又は左上方の光学系を備えた第１の検出ユニット３
・左下方の光学系として構成された、又は左下方の光学系を備えた第２の検出ユニット３′
・右上方の光学系として構成された、又は右上方の光学系を備えた、さらに別の第１の検出ユニット３
・右下方の光学系として構成された、又は右下方の光学系を備えた、さらに別の第２の検出ユニット３
・上方のホルダとして構成された、又は上方のホルダを備えた第１のホルダ４
・上方のホルダとして構成された、又は上方のホルダを備えた第２のホルダ５
【０１１９】
第１の検出ユニット３，３″は、Ｘ方向並進ユニット８、Ｙ方向並進ユニット９ならびにＺ方向並進ユニットによって、３つの空間方向Ｘ，Ｙ，Ｚすべてにおいて運動することができる。特別な実施形態としてさらに考えられるのは、回転ユニットを組み込み、それによって互いに直交する３本の軸を中心に光軸を回転させることができるようにすることである。このようにした場合、１つの特別な実施形態によれば、本来の光学系は例えばゴニオメータに取り付けられる。図面を見やすくするため、このような回転ユニットは図示されていない。
【０１２０】
例えば下方に配置されている２つの第２の検出ユニット３′，３′″は、もっぱらＺ方向並進ユニットのみを有しており、このユニットはもっぱらＺ方向に沿ってのみ移動可能である。第１のホルダ４は、少なくとも１つのＹ方向並進ユニット９と、φ回転ユニット１１と、Ｘ方向並進ユニット８を有している。これらに加え、回転ユニット及び／又はＺ方向並進ユニットを用いることも考えられる。
【０１２１】
Ｘ方向並進ユニット８は、比較的長い最大移動距離を有しており、この距離はＹ方向の最大移動距離の例えば２倍、有利には４倍である。移動距離は例えば−０．１ｍｍ〜０．１ｍｍであり、有利には−１ｍｍ〜１ｍｍ、さらに有利には−５ｍｍ〜５ｍｍ、著しく有利には−５０ｍｍ〜５０ｍｍ、最も有利には−１５０ｍｍ〜１５０ｍｍである。
【０１２２】
本発明による方法の場合、Ｙ方向並進ユニット９の移動距離は著しく短いが、その距離に関してかなり高い分解能を有している。この移動距離は５０ｍｍよりも短く、有利には１０ｍｍよりも短く、さらに有利には５ｍｍよりも短く、最も有利には１ｍｍよりも短い。
【０１２３】
使用されるすべての並進ユニットのポジショニング能力の分解能は、例えば１００μｍよりもよく、有利には１０μｍよりもよく、さらに有利には１μｍよりもよく、著しく有利には１００ｎｍよりもよく、最も有利には１０ｎｍよりもよい。
【０１２４】
φ回転ユニット１１は、装填された較正基板１３，１３′もしくは基板１４，１４′を、それらの面法線を中心に回転させることができる。このように回転可能な構成はとりわけ、僅かな角度だけ誤って事前に調整された較正基板１３，１３′もしくは基板１４，１４′を補償調整するために用いられる。使用されるすべての回転ユニットのポジショニング能力の分解能は、例えば１°よりもよく、有利には０．１°よりもよく、さらに有利には０．０１°よりもよく、著しく有利には０．００１°よりもよく、最も有利には０．０００１°よりもよい。φ回転ユニット１１が制御可能でなければならない回転角度は、比較的僅かである。なぜならばφ回転ユニット１１は、有利にはすでに理想的に装填された基板の向きをごく僅かに補正するためだけに用いられるからである。したがってφ回転ユニット１１の回転角度は、例えば１０°よりも小さく、有利には５°よりも小さく、さらに有利には１°よりも小さい。
【０１２５】
図面では、Ｙ方向並進ユニット９、φ回転ユニット１１、Ｘ方向並進ユニット８という順序が最適であるとみなして描かれているが、必要であればこの順序を任意に変更してもよい。さらに別の格別有利な実施形態によれば、φ回転ユニット１１がＸ方向並進ユニット８もしくはＹ方向並進ユニット９の上に固定され、もしくはＸ方向並進ユニット８もしくはＹ方向並進ユニット９がφ回転ユニット１１の上に固定される。
【０１２６】
図１ａには本発明による第１のアライメント装置１が示されている。この装置によれば、すべての検出ユニット３，３′，３″，３′″ならびにすべてのホルダ４，５が大気１５中におかれている。上述の部材は１つのフレーム２だけを介して互いに接続されており、このフレームは一般的には大気に対して開放されており、特別なケースでは閉鎖されており、ただし真空密ではない。
【０１２７】
図１ｂには、本発明による第２の有利なアライメント装置１′が示されている。この装置によれば、第１のホルダ４、第２のホルダ５、ならびに第２の検出ユニット３′、３′″が真空チャンバ６（又はケーシング）内に設けられているのに対し、第１の検出ユニット３、３″は、真空チャンバ６外で支持フレーム２に取り付けられている。窓７が設けられていることによって、第１の検出ユニット３、３″の光学系は真空チャンバ６内部を検出することができる。
【０１２８】
図１ｃには、本発明による第３のアライメント装置１″が示されている。この装置によれば、本発明に関連する部材ないしは特許請求の範囲に記載されたすべての部材が、真空チャンバ６′内に設けられている。
【０１２９】
図２ａには、本発明による第１の較正ステップが示されている。この較正ステップは、第１及び第２の検出ユニット３，３′，３″，３′″における４つのすべての検出装置もしくは光学系の光軸の交点を較正するためのものであり、較正基板１３を第１のホルダ４に固定するところから始まる。見やすくするために、較正基板１３を固定するためのサンプルホルダは書き込まれていない。
【０１３０】
較正基板１３は２つのマーキング１７を有しており、これらのマーキングは例えば、較正基板１３の側方輪郭部において外側周縁領域のそれぞれ反対に位置する側に設けられている。較正基板１３の材料は、検出装置３，３′，３″，３′″により用いられる電磁放射に対し透過性である。ここで考えられるのは殊に、可視光、赤外線放射、紫外線放射、或いはアライメントマークの検出に利用可能なその他の電磁放射を適用することである。ただし有利であるのは可視光である。マーキング１７は、較正基板１３の両方の表面１３ｉ，１３ａに、或いは（較正基板１３の軸線方向に関して）その中央に配置されている。
【０１３１】
図２ｂに示されている本発明による第２の較正ステップにおいて、第１のホルダ４はＸ方向並進ユニット８によって、左側のマーキング１７が左下方の光学系の視野内に位置するまで、較正基板１３を負のＸ方向へ（つまり図２ｂでは左に向かって）動かす。マーキング１７は一般に左下方の光学系の焦点深度（depth of focus, DOF）の範囲内に位置しておらず、その場合には下方の光学系３′がＺ方向並進ユニット１０によって相応に動かされる。
【０１３２】
左側のマーキング１７が左下方の光学系の視野内及び焦点深度範囲内にあれば、第１のホルダ４におけるＸ方向並進ユニット８及び／又はＹ方向並進ユニット９及び／又はφ回転ユニット１１は、対応する第２の検出ユニット３′ここでは左下方の光学系の光軸ＯＡに対し、左側のマーキング１７の精密なポジショニングを行うことができる。
【０１３３】
左下方の光学系は、本発明によればＸ方向及び／又はＹ方向には移動できないので、左下方の光学系３′の光軸ＯＡに関して、マーキング１７をマーキングアライメントする役割は、第１のホルダ４の並進ユニット及び回転ユニットによって行われる。並進ユニット及び回転ユニットの運動は捕捉可能であり、捕捉データは中央制御ユニットへ伝送され、引き続き処理されて制御が行われる。
【０１３４】
図２ｃに示された第１の較正ユニット１３を用いた本発明による第３の較正ステップにおいて、左側に配置された検出ユニット３ここでは左上方の光学系が、較正基板１３の左側のマーキング１７を検出する。左下方の光学系とは異なり、第１の検出ユニット３は少なくとも３つの並進自由度を有する。
【０１３５】
このため左上方の光学系３は、左側のマーキング１７を視野内及び焦点深度範囲内で検出できるように光学系３を移動させるために、Ｘ方向並進ユニット８、Ｙ方向並進ユニット９、Ｚ方向並進ユニット１０を用いる。左上方の光学系３が較正基板１３までごく僅かな高さのところに位置しているのであれば、Ｚポジションの変更は必要なく、或いは僅かに変更するだけでよい。
【０１３６】
左下方の光学系と左上方の光学系の光軸ＯＡが、左側のマーキング１７に合わせてアライメントされた後、第１のホルダ４におけるすべての並進ユニット及び回転ユニットの対応するエンコーダポジションと、第２の検出ユニット３′のＺ方向並進ユニットのエンコーダポジションを、検出データとして記憶させることができる。左上方の光学系３の記憶されたエンコーダポジションと、左下方の光学系３′のＺ方向並進ユニットのエンコーダポジションが、有利にはゼロ点としてセットされる。検出データは制御装置によって処理される。
【０１３７】
図２ｄ〜図２ｅによれば、第１の較正基板における右側のマーキング１７に関して、上述の較正プロセスが同じようにして行われる。４つの検出ユニット３，３′，３″，３′″の較正ならびに上方のホルダ４もしくは上方のホルダ４に対する較正が終了した後、較正基板１７が図２ｆに示されているようにその出発ポジションに移動され、本発明によるアライメント装置１″から再び取り出すことができる。
【０１３８】
図２ｆには、本発明によるアライメント装置１″による第１の較正後の最終状態が示されている。
【０１３９】
１つの有利な実施形態によれば、一方の側ごとにマーキング１７が１つずつ設けられた較正基板１３が、以下で詳しく説明する較正基板１３′に置き換えられる。この較正基板１３′は、一方の側ごとにただ１つのマーキング１７だけでなく、複数のマーキング１７′を備えた１つのまとまったマーキングフィールド１８つまりマーキングマトリックスを有している。このマーキングマトリックスは、ｘ方向及びｙ方向に予め設定された複数の既知のＸポジション及びＹポジションに配置されたマーキング１７′によって構成されている。第２の較正基板１３′のマーキング１７′を、例えば第１の較正基板１３のマーキング１７と同一にしてもよいし、或いは異なるようにしてもよい。
【０１４０】
ここで言及しておくのが大切である点は、較正基板１３′を用いたとしても、既に説明した図２ａ〜図２ｃによる第１の較正ステップを実施できることである。このことによって、コストのかかる較正基板１３の製造が省かれる。
【０１４１】
図３ａ〜図３ｆには、２つの第１の検出ユニット３，３″双方を互いに較正し合うための、つまり左上方の光学系と右上方の光学系を互いに較正し合うための、本発明によるプロセスのステップが示されている。
【０１４２】
図３ａによる第１の本発明による較正ステップにおいて、較正基板１３′が装填される。較正フィールド１８のマーキング１７は、高分解能の書き込みプロセスによって、例えば電子書き込み法によって、較正基板１３′に組み込まれる。マーキング１７′はやはり、較正基板１３′の表面に、或いは（較正基板１３′の法線方向に関して）それらの中央に配置される。マーキングフィールド１８のマーキング１７′は、有利にはフォトリソグラフィプロセス、電子ビームリソグラフィプロセス、或いはイオンビームリソグラフィプロセスによって製造される。
【０１４３】
マーキングフィールド１８の利点は、種々のマーキング１７′相互を著しく精密かつ正確に配向もしくはポジショニングできることである。理想的なＸポジション及び／又はＹポジションからのマーキング１７′の偏差は、１００μｍよりも小さく、有利には１０μｍよりも小さく、さらに有利には１μｍよりも小さく、著しく有利には１００ｎｍよりも小さく、最も有利には１０ｎｍよりも小さい。このようにマーキングフィールド１８は理想的なポジションチャートを成しており、これに基づき比較的少ないポジション分解能で機器の較正を実施することができる。マーキングフィールド１８の個々のマーキング１７′は、例えば５００×５００μｍよりも小さく、有利には３００×３００μｍよりも小さく、さらに有利には１００×１００μｍよりも小さく、著しく有利には５０×５０μｍよりも小さく、最も有利には１０×１０μｍよりも小さい。
【０１４４】
図３ｂに示されている第２の較正基板１３′を用いた本発明による較正ステップによれば、マーキングフィールド１８の大部分が、有利にはマーキングフィールド１８のジオメトリの中心点が、左上方の光学系３の視野内に配置されるまで、較正基板１３′が負のＸ方向に動かされる。
【０１４５】
左上方の光学系３は、先行の較正プロセスにおいて第１の較正基板１３を用いて、第１の較正基板１３のマーキング１７に基づき較正されている。したがって第１の検出ユニット３は、Ｘポジション及びＹポジションに関して出発位置（有利にはゼロポイント）に位置している。左上方の光学系は左下方の光学系とは異なり、Ｘ方向及びＹ方向に移動することができる。
【０１４６】
Ｘ−Ｙポジションを適正に迅速かつ正確に、特に再現可能に制御できるようにする目的で、第１の検出ユニット３（左上方の光学系）によって、マーキングフィールド１８のすべてのマーキング１７′がスキャンされる。この場合、マーキングフィールド１８のマーキング１７′各々の中心が、左上方の光学系の光軸ＯＡによって捕捉される。このようにして得られたＸ−Ｙポジション各々に対し、第１の検出ユニット３におけるすべてのポジションフィーチャが割り当てられ、つまり少なくとも、Ｘ方向並進ユニット８のＸポジションと、Ｙ方向並進ユニット９のＹポジションが割り当てられ、有利にはＺ方向並進ユニット１０のＺポジションも割り当てられる。これにより第１の検出ユニット３のポジションが、マーキングフィールド１８のマーキング１７′の理想的であるとされた高精度の値に合わせて捕捉される。このようにして得られたポジションの値は、ポジションチャートとして記憶され、さらに左上方の光学系について補間のために利用される。
【０１４７】
図３ｃに示されている第２の較正基板１３′を用いた本発明による第３の較正ステップにおいて、較正基板１３′の右側のマーキングフィールド１８についても同じプロセスが行われ、つまり第１の検出ユニット３″（右上方の光学系）の較正が行われる。
【０１４８】
このようにして、４つの光学系３，３′，３″，３′″すべての較正ステップが全部完了する。
【０１４９】
この較正は、アライメントプロセス各々に必要とされるのではなく、規則的なインターバルでのみ、或いはアライメントプロセスにおいて偏差が検出されたときのみ、必要とされる。偏差の検出は、例えば何らかの計測モジュールによって行うことができる。
【０１５０】
図４ａに示されている本発明によるアライメントプロセスの実施形態の第１のステップにおいて、左側と右側にアライメントマーキング１７″が設けられた第１の基板１４が、アライメント装置１″に装填される。この場合、第１及び第２の検出ユニット３，３′，３″，３′″は、第１の基板１４の装填を容易にする目的で、有利にはＺ方向において第１の基板１４からできるかぎり離れて位置している。
【０１５１】
図４ｂに示されている本発明によるアライメントプロセスの第２のステップにおいて、左側のマーキング１７″が第２の検出ユニット３′（左下方の光学系）の視野内に位置するよう、基板１４が左へ動かされる。左下方の光学系を、同時に又はすぐに続けて、Ｚ方向で記憶されたゼロポジションへ移動させることができ、したがって焦点深度の範囲内にマーキング１７″を有するようになる。マーキング１７″が焦点深度の範囲内にない場合には、マーキング１７″のシャープな画像が得られるまで、検出ユニット３′のｚポジションをこのゼロポイントを中心に相応に変化させる。場合によっては、左下方の光学系３′をｚ方向に沿って移動させることにより、Ｚポジションの補正を行うことができる。第２の検出ユニット３′はＸ方向及び／又はＹ方向に沿って移動できないので、基板１４の左側のマーク１７″を、第１の（上方の）ホルダ４におけるＸ方向並進ユニット８及び／又はＹ方向並進ユニット９により、左下方の光学系３′の光軸ＯＡと重なるようにする必要がある。検出成功後、システムは、第１のホルダ４の並進ユニット及び回転ユニットの対応するエンコーダポジションを、例えば制御装置に記憶する。
【０１５２】
次に図４ｃに示されているようにして、第１の基板１４の右側のマーキング１７とさらに別の検出ユニット３′″（右側下方の光学系）とに関して、上方のホルダ４の並進ユニット及び回転ユニットのエンコーダポジションを求めるために、同様のステップが行われる。
【０１５３】
図４ｄに示されている本発明によるアライメントプロセスの第４のステップにおいて、第２の基板１４′が第２の（下方の）ホルダ５に固定され、Ｚ方向で第１の基板１４に近づけられる。見やすくするために、サンプルホルダは書き込まれていない。
【０１５４】
本発明によれば、第２のホルダ５は例えばＺ方向並進ユニット１０のみを有しており、したがって基板１４′はＸ方向にもＹ方向にも移動できない。
【０１５５】
先行のステップに基づき、第１の基板１４は、下方の基板１４′の左側のマーキング１７″が第１の検出ユニット３（左上方の光学系）により捕捉できるように、右側に配置されている。第１の検出ユニット３は、第２の基板１４′の左側のマーキング１７″がその光軸と一致するように、もしくはＸ−Ｙポジションを捕捉できるように、Ｘ方向及び／又はＹ方向に動かされる。第１の検出ユニット３は図３ｂによる較正ステップにおいて、理想的なポジションチャートに合わせて較正されているので、第１の検出ユニット３の実際のＸ−Ｙポジションを求めることができ、理想的なＸ−Ｙポジションに合わせてイメージングすることができる。Ｘ方向並進ユニット８及びＹ方向並進ユニット９のエンコーダポジションが記憶され、第２の基板１４′の左側のマーキング１７″に対応づけられる。
【０１５６】
図４ｅに示されている本発明によるアライメントプロセスの実施形態における第４のステップにおいて、第２の基板１４′の右側のマーキング１７″を捕捉する目的で、もしくはこれを右上方の光学系の光軸と一致させる目的で、別の第１の検出ユニット３″のシフトが行われる。その際、第２の基板１４′の右側のマーキング１７″に向けて右上方の光学系の視野が空けられて、捕捉が行えるようにする目的で、第１の基板１４が事前に左方向にずらされる。
【０１５７】
別の選択肢として、斜め方向から捕捉を行うことも可能であり、そのようにすれば第１の基板１４をずらす必要がなくなる。
【０１５８】
必要とされるすべてのパラメータが求められた後、図４ｆに示された本発明による第５のステップにおいて、双方の基板１４，１４′のアライメントが行われ、殊にこれは検出ユニット３，３′，３″，３′″の補助なしで行われる。第１の検出ユニット３，３″双方のＸ−Ｙポジションによって、第２の基板１４′のマーキング１７″から、左側の光学系と右側の光学系とを結ぶ線までの、もしくは第１及び第２の検出ユニット３，３′，３″，３′″の検出ペアの光軸までの、Ｘ方向の間隔は既知である。第１のホルダ４のエンコーダポジションにより、左側の光学系と右側の光学系との間を結ぶ線又は光軸に対する上方の基板１４のマーキング１７″のＸ−Ｙポジションは既知である。第２の基板１４′はＸ方向及びＹ方向において固定されているので、第１の基板１４のマーキング１７″が第２の基板１４′の対応するマーキング１７″の上に正確に位置するように、計算が行われ、その後、上方の基板１４のポジション制御が行われる。
【０１５９】
最後に、図４ｇに示されている本発明によるアライメントプロセスの第６のステップにおいて、双方の基板１４，１４′の接触が行われ、これは有利には、既に動かされた上方の基板１４の最適なＸ−Ｙポジションの誤った接触を回避するために、もっぱら第２のホルダ５のＺ方向並進ユニット１０の動きによってのみ行われる。
【０１６０】
図５ａ及び図５ｂには、マーキング１７に対する光学系３，３′の基本的に可能な２つの較正が示されている。
【０１６１】
図５ａには、２つの光軸の調整に関して最適な、つまりいっそう高速で経済的にいっそう優れたプロセスが示されている。両方の光軸３，３′は交差しておらず、或いは少なくともマーキング１７内では交差していない。光軸は、マーキング１７中央の左側もしくは右側で、後に接合面となる面Ｂと交差している。したがってマーキング１７は、光学系３，３′において、もしくは相応にディジタル化されたセンサデータにおいて、ずれて現れる。本発明によれば、アライメントマーキング１７に対する光軸のオフセットを求めるために、アライメントマーキング１７の各画像間の距離が求められる。このため、光軸をある１点に合わせて絶対的に正確に較正する必要はない。このオフセットは、後で両方の基板を較正する際に正確なポジションを求めるために利用することができる。
【０１６２】
図５ｂには、最適ではあるがあまり望まれない、つまり時間とコストが比較的かかる較正が示されている。この場合、光学系３，３′の両方の光軸は、正確にマーキング１７内で交差している。したがって光学系３，３′において、もしくは相応にディジタル化されたセンサデータにおいて、マーキング１７がディジタル化画像の正確に中央に位置しているのがわかる。
【０１６３】
図６ａ〜図６ｃには、本発明による第３の較正プロセスの１つのサイクルにおける３つの部分較正ステップが示されている。この較正プロセスは、ｚ軸に沿って動いているときにｘ−ｙ方向に沿って生じるｚ方向並進ユニットの偏差に対して行われる。対応するプロセスは、較正基板１３″の左側に示されている。
【０１６４】
この場合、上方のマーキング１７″oと下方のマーキング１７″uとが設けられた較正基板１３″が、左上方の光学系３の下に位置している。左上方の光学系３は、少なくとも上方のマーキング１７″oがフォーカシングされるようにポジショニングされる（左上方の光学系３の焦点深度範囲が十分大きければ、もしくは較正基板１３″が十分に薄いのであれば、下方のマーキング１７″uもこのとき既にフォーカシング可能である）。このポジションにおいて光学系は、垂直方向ポジション５（左側のスケール）と、水平方向ポジション２．６（下方のスケール）をとっている。較正基板１３″は、垂直方向ポジション１、水平方向ポジション１のところに位置している。
【０１６５】
図６ｂに示されているように、較正基板１３″は垂直方向ポジション１．８まで動かされ、その際に１から０への水平方向ポジションのずれが生じる。断面図の場合には、ｘ軸とｚ軸に沿ったずれしか識別できないが、較正基板１３″は同様にｙ軸に沿ってもずれている可能性がある。較正基板１３″が上方の光学系３にこのように近づくと、下方のマーキング１７″uが焦点に入る（他方、上方のマーキング１７″oは焦点深度範囲から出て、もはやフォーカシングされなくなる）。
【０１６６】
較正基板１３″を近づけているときに発生するｘ方向及び／又はｙ方向におけるずれは、ソフトウェアによって記憶される。較正基板１３″は垂直方向ポジション１．８、垂直方向ポジション０のところに留まる一方、左上方の光学系３は、左上方の光学系３は再び上方のマーキング１７″oをフォーカシングする。その際に上方の光学系３は、自身の水平方向ポジションも２．６から１．４まで移動させ、マーキング１７″oが光軸ＯＡに対し、図６ａに示した第１の部分較正ステップと再び同じ間隔をとるようにする。ｚ方向に沿ってそれ相応に長い区間を移動させ、ｘ方向及び／又はｙ方向に沿って生じるｚ方向並進ユニット１０のそのつどのずれを求めて、関数関係として記憶させておく目的で、上述の部分較正ステップを任意の回数、繰り返すことができる。
【０１６７】
図７には、本発明によるアライメント装置１′の等角投影図が示されている。この場合、すべての部材は真空チャンバ６′内に配置されている。さらにこの場合、基板１３，１３′，１４，１４′は、搬入出ゲート１９を介して装填及び取り出される。
【０１６８】
図８にはクラスタ２３が示されており、これは有利には真空クラスタであり、さらに有利には高真空クラスタ２３であり、本発明による実施形態１″は、複数のモジュールのうちの１つである。基板１３，１３′，１４，１４′、及び互いにアライメントされた２つの基板１４，１４′から成る完成した基板積層体は、ロボット２２により種々のモジュール間を搬送されて、種々の処理ステップが実施される。
【符号の説明】
【０１６９】
１，１′，１″  アライメント装置
２  支持フレーム
３，３″  第１の検出ユニット
３′，３′″  第２の検出ユニット
４  第１のホルダ
５  第２のホルダ
６，６′，６″  真空チャンバ
７  窓
８  Ｘ方向並進ユニット
９  Ｙ方向並進ユニット
１０  Ｚ方向並進ユニット
１１  φ回転ユニット
１２  アライメントチャンバ
１３，１３′，１３″  較正基板
１３ｉ，１３ａ  較正基板表面
１４  第１の基板
１４′  第２の基板
１５  大気領域
１６  真空領域
１７，１７′，１７″o，１７″u  マーキング
１８  マーキングフィールド
１９  搬入出ゲート
２０  カバー
２１  基板積層体
２２  ロボット
２３  真空クラスタ
ＯＡ  光軸
ＤＯＦ  焦点深度範囲  depth of focus
Ａ  間隔
Ｆ  視野領域  field of view
Ｆ′  マーキングの有利な滞留領域
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
0006042564.tif 000004
【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
0006042564.tif 000008
【図２ｅ】
0006042564.tif 000009
【図２ｆ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図４ｅ】
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【図４ｆ】
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【図４ｇ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７】
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【図８】
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