(57)【要約】      （修正有）【課題】基板ボンディングシステムのアライメント装置を提供する。【解決手段】第一基板６上の第一アラインメントマーク６ａ，６ｂからの放射を検出器へと誘導するように構成された第一光学アーム１２ａ、および第二基板８上の第二アラインメントマーク８ａ，８ｂからの放射を検出器２８ａへと誘導するように構成された第二光学アーム１２ｂが設けられる。第一アラインメントマークは、第一基板の反対側に設けられた機能的パターンに対して既知の位置を有し、第二アラインメントマークは、第二基板の反対側に設けられた機能的パターンに対して既知の位置を有する。基板ボンディングシステムはさらに、第一および第二基板を保持するように構成された第一および第二基板テーブル４を備えることができ、基板テーブルの少なくとも一方は、検出器からの信号出力に対して移動可能であり、第一および第二基板をボンディング用に相互に対して整列することができる。【選択図】図１
2007300099.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板ボンディングシステムのアラインメント装置であって、
第一基板上の第一アラインメントマークからの放射を検出器へと誘導するように構成された第一光学アームと、
第二基板上の第二アラインメントマークからの放射を前記検出器へと誘導するように構成された第二光学アームと、
を備え、
前記第一アラインメントマークが、前記第一基板の反対側に設けられた機能的パターンに対して既知の位置を有し、
前記第二アラインメントマークが、前記第二基板の反対側に設けられた機能的パターンに対して既知の位置を有し、
前記基板ボンディングシステムが、さらに、前記第一および第二基板が相互に面するように第一および第二基板を保持するよう構成された第一および第二基板テーブルを備え、前記基板テーブルの少なくとも一方が、前記検出器からの信号出力に対して移動可能であり、それによって前記第一および第二基板をボンディング用に相互に対して整列可能である、
装置。
【請求項２】
前記第一および第二光学アームが、前記第一および第二アラインメントマークの像を形成するように構成されたレンズを含む、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記検出器が結像検出器である、
請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第一および第二基板テーブルが両方とも移動可能である、
請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第一基板テーブルが直交するｘ方向およびｙ方向に移動可能であり、
前記第二基板テーブルが、前記ｘおよびｙ方向に対して垂直なｚ方向に移動可能であり、ｚ軸の周囲で回転可能である、
請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記システムが、さらに、前記基板テーブルの少なくとも１つを移動するように構成されたアクチュエータを備える、
請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記検出器がアクチュエータに装着され、前記検出器の使用時に、前記検出器を放射の方向に対して横方向に移動可能である、
請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記システムに拡大光学系が設けられる、
請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記拡大光学系が前記光学アーム内に設けられる、
請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記光学アームに、前記放射を前記検出器へと誘導する反射器が設けられ、
前記光学アームの一方が、前記他方の光学アームと比較して奇数の追加的反射器を含み、
前記反射器は、前記基板が一方向に移動すると、前記アラインメントマークの両方からの放射が前記検出器にわたって同じ方向に移動するように構成される、
請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記システムが、さらに、個々の第一および第二光学アームのそれと対応する特徴（フィーチャ）を有する第三および第四光学アームを備える、
請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記第一および第二光学アームが、個々の第一および第二アラインメントマークの像を形成するように構成されたレンズを含み、
前記検出器が、前記第一および第二アラインメントマークの像を見るように構成された結像検出器であり、
前記システムが、さらに、前記結像検出器からの信号出力に基づいて前記基板テーブルの少なくとも１つを移動するように構成された制御装置を備える、
請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第一および第二アラインメントマークの像の測定された重なりが、最大値に到達したと判断されるまで、前記制御装置が、前記基板テーブルの少なくとも１つを移動するように構成される、
請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記結像検出器の隣にマイクロレンズアレイが設けられる、
請求項３に記載の装置。
【請求項１５】
前記結像検出器が、前記マイクロレンズアレイのマイクロレンズの焦点深度にある、
請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記光学アームの較正中に、前記光学アームのフィールド平面に共役アラインメントマークが後退自在に設けられる、
請求項２に記載の装置。
【請求項１７】
前記システムが、さらに、放射源、および前記放射を前記第一および第二光学アーム内へ誘導するように構成されたビームスプリッタを備える、
請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
基板をボンディングするための整列方法であって、
第一基板テーブルで第一基板を保持し、
第二基板テーブルで第二基板を保持し、
前記第一基板上のアラインメントマークおよび前記第二基板上のアラインメントマークの位置を監視するために検出器を使用し、
相互にボンディングできるように、前記第一および第二アラインメントマークの位置を監視しながら、前記第一および第二基板を一緒にすること、
を含む方法。
【請求項１９】
さらに、前記第一および第二基板を一緒にしたままで、前記第一基板と第二基板との整列を維持するために、前記第一および第二基板テーブルの相対位置を調節することを含む、
請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
アラインメントシステムを較正する方法であって、
対向する面の対応する位置にアラインメントマークを有する較正基板を提供し、
前記アラインメントマークの像が相互に整列されるまで、少なくとも１つの光学アームの光学系を調節すること、
を含み、
前記少なくとも１つの光学アームが、第二光学アームとともに前記アラインメントシステムの一部として設けられ、前記少なくとも１つの光学アームおよび第二光学アームが、個々の前記第一および第二アラインメントマークの像を形成するよう構成されたレンズを含むものである、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]  本発明はボンディングのための基板のアラインメントに関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]  基板ボンディングは、電子回路を作製するために表面上に第一デバイスを担持する第一基板を、第二基板の表面上の第二デバイスと接触させる超小型電子技術作製に使用されるテクノロジである。通常、接触部は、第一基板上の少なくとも１つの第一デバイスから第二基板上の少なくとも１つの第二デバイスに、またはその逆に信号を転送できるような方法で配置される。第一デバイスと第二デバイスの間で転送される信号は、電子、光、流体、気体、磁気、または音響信号でよいか、任意の他の考えられるタイプの信号に関するものでよい。単一の存在としてデバイスを製造することに費用がかかりすぎる、現実的でない、または可能ではない場合に、基板ボンディングが使用される。
【０００３】
[0003]  費用を削減する上で基板ボンディングが有用である一例は、Ｓｉ系第一デバイスを、ＩＩＩ−ＶまたはＩＩ−ＶＩ半導体基板のような別の基板材料に基づく第二デバイスと組み合わせる必要がある場合である。単一の基板上に両タイプのデバイスを製造することは、成分材料の不適合性のため、ほぼ不可能である。
【０００４】
[0004]  別の例は、第一および第二基板から作成した電子回路であり、複雑さのせいで、（両方の基板が同様の基板タイプをベースにしていても）デバイスを別個の基板上で作製する必要がある。
【０００５】
[0005]  電子回路または「チップ」が、単一の基板上で製造していない２つ以上のデバイスを組み合わせる必要がある場合、基板ボンディングは、これらのデバイスを所望の（電子的）機能を有する単一のパッケージに組み合わせる方法を提供することができる。各デバイス上に、１つまたは複数のコンタクトパッドを設けるために区域を残しておく。コンタクトパッドは、デバイスの１つと、他のデバイス上の類似したコンタクトパッドとの間の接続を提供するためのものである。通常、デバイスの区域内にある各コンタクトパッドの位置は、デバイスまたはデバイスが一部となる電子回路の設計中に画定される。ボンディングすべきデバイス上のコンタクトパッドは、第一デバイスと第二デバイス間の機能的接触が達成される、つまりデバイスから形成される電子回路が実際に機能的であるのに十分なアラインメントおよび重なり（つまりデバイスの区域内で個々の横方向位置の一致）を有していなければならない。
【０００６】
[0006]  電気信号以外の信号を、第一デバイスと第二デバイスの間で交換する必要がある回路の場合、コンタクトパッドの代わりに（信号を案内するチャネル用の）コンタクト開口を設けることができる。その場合は、第一および第二デバイス上のコンタクト開口を相互に対して整列し、それによって第一デバイスと第二デバイス間の機能的接触を達成するように、ボンディング作業が実行される。
【０００７】
[0007]  従来通りの基板ボンディングマシーンは、通常は約１００マイクロメートルという限られた精度の基板ボンディング能力を提供することができる。この限られた精度を補償するために、（デバイスが相互にボンディングされた場合に、コンタクトが相互に接続することを保証するように）第一および第二デバイス上に大きいコンタクトパッドを設ける。コンタクトが、基板上で使用可能な区域の大きい部分を専有するので、これは不利なことがある。
【０００８】
[0008]  さらに、従来通りの基板ボンディングマシーンは、基板上のデバイスの位置を考慮せずに、機械的方法で第一基板と第二基板のアラインメントを提供する。基板間の機械的アラインメントは、基板上のデバイスのアラインメントと一致すると仮定される。小さめのコンタクトを使用する場合は、この方法が許容不可能なほど不正確になることがある。
【０００９】
[0009]  アラインメントを達成するために現在使用されている代替方法は、内向きのアラインメントマークを見ることができるように、基板を通して赤外線光を誘導することである。この方法の欠点は、基板が赤外線光に対して透明でなければならないことである。
【００１０】
[0010]  アラインメントのために現在使用されているさらなる代替方法は、第一検出器を使用して第一基板を整列し、その位置を監視しながら基板を脇にどかし、次に第一基板の既に測定した位置に第二基板を整列することである。次に、第一および第二基板が相互に対して整列されるように、第一基板を元の整列した位置に戻す。この方法は時間がかかり、高価な位置監視機器を必要とする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
[0011]  上記の欠点のうち少なくとも１つを克服または緩和する方法で、基板ボンディングのためのアラインメントを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
[0012]  本発明の第一の態様によれば、第一基板上の第一アラインメントマークからの放射を検出器へと誘導するように構成された第一光学アーム、および第二基板上の第二アラインメントマークからの放射を検出器へと誘導するように構成された第二光学アームを備える基板ボンディングシステム用のアラインメント装置が提供され、第一アラインメントマークは、第一基板の反対側に設けられた機能的パターンに対して既知の位置を有し、第二アラインメントマークは、第二基板の反対側に設けられた機能的パターンに対して既知の位置を有する。基板ボンディングシステムはさらに、相互に面するように第一および第二基板を保持するように構成された第一および第二基板テーブルを備えることができ、基板テーブルの少なくとも一方は、検出器からの信号出力に対して移動可能であり、それによって第一および第二基板をボンディング用に相互に対して整列することができる。
【００１３】
[0013]  本発明の第二の態様によれば、第一基板テーブルで第一基板を保持し、第二基板テーブルで第二基板を保持し、第一基板上のアラインメントマークおよび第二基板上のアラインメントマークの位置を監視するために検出器を使用し、相互にボンディングできるように、第一および第二アラインメントマークの位置を監視しながら、第一および第二基板を一緒にすることを含む、基板をボンディングするための整列方法が提供される。
【００１４】
[0014]  次に、本発明の実施形態を添付の略図を参照しながら、ほんの一例として説明する。図面では対応する参照記号は対応する部品を示している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
[0020]  以下の説明では、「基板ボンディング」という用語を包括的に使用する。この用語は、ウェーハ、さらに他の適切な基板のボンディングを含むことが理解される。
【００１６】
[0021]  図１は、本発明の実施形態による基板ボンディングシステムのアラインメント装置を概略的に示したものである。装置は、第一および第二基板６、８が取り付けられた第一および第二基板テーブル２、４を備える。各基板６、８は、その基板テーブル２、４の表面に形成された真空を介して、または静電界を介して、または他の適切な引力機構を介して個々の基板テーブル２、４に取り付けることができる。
【００１７】
[0022]  第一アラインメントシステム１０ａが、基板テーブル２、４の左側に設けられる。第一アラインメントシステム１０ａは２つの光学アーム１２ａ、１２ｂを備える（光学アームは破線で図示されている）。第一光学アーム１２ａは、基板テーブル４に対して４５°に傾斜した第一ミラー１４ａ、１対のレンズ１６ａ、１８ａ、および第二および第三ミラー２０ａ、２１ａを備える。第二および第三ミラー２０ａ、２１ａは、一緒になって光を９０°で反射するように作用するように構成される。光学アーム１２ａは、第二基板８上に設けられたアラインメントマーク８ａからの光が、第一ミラー１４ａによって反射し、第一および第二レンズ１６ａ、１８ａを通り、次に第二および第三ミラー２０ａ、２１ａによって反射するように構成される。第一および第二レンズ１６ａ、１８ａは、アラインメントマーク８ａの像を、第三ミラー２１ａの光学的に下流で検出器２８ａ（以下でさらに説明）に形成するように構成される。
【００１８】
[0023]  第二光学アーム１２ｂは、第一光学アーム１２ａの下に設けられる。第二光学アーム１２ｂは、ミラー１４ｂ、２０ｂおよびレンズ１６ｂ、１８ｂを備える。第二光学アーム１２ｂは、アラインメントマーク６ａの像を、第二ミラー２０ｂの光学的に下流で検出器２８ａに形成するように構成される。第二光学アーム１２ｂが第一光学アーム１２ａより１つ少ないミラーを含む理由は、以下でさらに説明される。
【００１９】
[0024]  第二および第三ミラー２０ａ、２０ｂおよび２１ａの配置構成を除き、第一および第二光学アーム１２ａ、１２ｂの光学系は同じである。両方の光学アーム１２ａ、１２ｂは、４Ｆ光学システムを有することが好ましい。４Ｆ光学システムは、像と対象の間に、第一レンズ１６ａ、１６ｂの焦点距離の２倍、および第二レンズ１８ａ、１８ｂの焦点距離の２倍の合計光路長を有する。４Ｆシステムの重要な特性は、容易に二重テレセントリック化できることである。第一および第二光学アーム１２ａ、１２ｂは両方とも、二重テレセントリックであることが好ましい。
【００２０】
[0025]  アラインメントシステム１０ａは、第一および第二偏光ビームスプリッタ２２、２４および追加のミラー２６も含む。アラインメントシステムはさらに、例えばＣＣＤカメラまたは他の結像検出器でよい検出器２８ａを備える。検出器２８ａは、アクチュエータ（図示せず）上に装着してよく、これは検出器をｚ方向およびｙ方向に移動可能にする。検出器２８ａは、結像されたアラインメントマーク（以下参照）が検出器２８ａ上にない場合に移動することができる。
【００２１】
[0026]  アラインメントシステムから離して配置することができる光源３０ａは、アラインメントシステム１０ａによって使用される放射ビーム３２を発生するように構成される。光源３０ａは、例えばレーザを備えてよく、例えば可視波長または赤外線波長の放射（例えばＨｅ−Ｎｅレーザ）を発生することができる。
【００２２】
[0027]  使用時には、放射ビーム３２を第一偏光ビームスプリッタ２２へと誘導し、これは放射ビームを第二偏光ビームスプリッタ２４へと誘導する。放射ビーム３２の一部が第二偏光ビームスプリッタ２４を通過し、ミラー２６および第一光学アーム１２ａを介して第二基板８上のアラインメントマーカ８ａへと進む。放射は、アラインメントマーク８ａで反射して、第一光学アーム１２ａを通り、追加のミラー２６を介して偏光ビームスプリッタ２２、２４を通って戻り、結像検出器２８ａ上にアラインメントマークの像を形成する。
【００２３】
[0028]  放射ビーム３２の一部は、第二偏光ビームスプリッタ２４から反射して、第二光学アーム１２ｂを通過し、第一基板６上に設けられたアラインメントマーク６ａへと進む。放射は、アラインメントマーク６ａで反射して、第二光学アーム１２ｂを通り、第一および第二偏光ビームスプリッタ２２、２４を介して戻り、結像検出器２８ａ上にアラインメントマーク６ａの像を形成する。
【００２４】
[0029]  放射が望ましくない路を進むせいで、偏光ビームスプリッタ２２、２４にて放射に多少の損失が生じることが当業者には認識される。例えば、放射ビーム３２の一部は、反射せずに第一偏光ビームスプリッタ２２を通過することがある。望ましくない方向に進むビームによる放射の損失を減少させるように、四分の一波長板および二分の一波長板を使用して、特定の位置で放射の偏光を回転し、偏光ビームスプリッタ２２、２４に適切な偏光の放射を与える。λ／４およびλ／２板と呼ばれることもあるこのような板の適切な位置は、当業者には明白である。場合によっては、それでも放射の多少の損失が生じる（図示を容易にするために、これは図１には図示されていない）。
【００２５】
[0030]  図１から見られるように、第二アラインメントシステム１０ｂを基板テーブル２、４の反対側に設けることができる。第二アラインメントシステム１０ｂは、第三および第四光学アーム１２ｃ、１２ｄを備える。第三および第四光学アーム１２ｃ、１２ｄは、第一および第二光学アーム１２ａ、１２ｂと同じ方法で作動し、したがってここでは説明しない。
【００２６】
[0031]  アラインメントシステム１０ａ、１０ｂは、相互に正確に接合できるように、第一基板６と第二基板８を整列するために使用される。基板６、８の外向きの表面に設けられたアラインメントマーク６ａ、６ｂ、８ａ、８ｂは、基板の内向きの表面に設けられた機能的パターンに対して既知の位置を有する。したがって、アラインメントシステム１０ａ、１０ｂの検出器２８ａ、２８ｂで検出された像を整列することにより、基板６、８を、相互に対して正確に整列することができる。これは、基板テーブル２、４の一方を他方の基板テーブルに対して移動することによって達成される。どちらか一方または両方の基板テーブル２、４に、ｚ軸の周囲の回転に加えてｘ方向、ｙ方向およびｚ方向での移動も可能にするように構成されたモータまたは他のアクチュエータを設けてよい。モータまたはアクチュエータは、基板テーブル２、４のどちらか一方または両方を傾斜できるように構成してもよい。
【００２７】
[0032]  使用してよい１つの構成は、基板テーブル２または４の一方をｘ方向およびｙ方向に移動可能にし、他方の基板テーブル２または４をｚ方向に移動可能にし、ｚ軸の周囲で回転可能にするための構成である。
【００２８】
[0033]  図１の左側にある外向きのアラインメントマーク６ａ、８ａを参照すると、左側のアラインメントシステム１０ａは、結像検出器２８ａ上にこれら２つのアラインメントマーク６ａ、８ａの像を形成する。検出器２８ａは、出力として像を生成する。像は、両方のアラインメントマーク６ａ、８ａを示し、それぞれが別個に識別可能である。下の方の基板テーブル２は、アラインメントマーク６ａ、８ａの像が相互の上に重なるまで、ｘ方向および／またはｙ方向に平行移動する。これを達成するために、以下でさらに説明するようにアラインメントマーク６ａ、８ａは多少の対称性を含まなければならない。
【００２９】
[0034]  図１の右側にある外向きのアラインメントマーク６ｂ、８ｂを参照すると、右側のアラインメントシステム１０ｂは、結像検出器２８ｂ上にこれら２つのアラインメントマーク６ｂ、８ｂの像を形成し、検出器は出力として像を生成する。像は、両方のアラインメントマークを示し、それぞれが別個に識別可能である。下の方の基板テーブル２は、アラインメントマーク６ｂ、８ｂの像が相互の上に重なるまで、ｘ方向および／またはｙ方向に平行移動する。
【００３０】
[0035]  第一光学アーム１２ａは、第二光学アーム１２ｂと比較すると余分なミラー２１ａを含み、したがって両方の基板６、８がｘ軸に沿って同じ方向に移動すると、結像されたアラインメントマーク６ａ、８ａが両方とも同じ方向に移動する。アラインメントシステム１０ａのこの特性は有用である。というのは、基板６、８がｘ方向に同じ距離だけ移動しても、アラインメントマーク６ａ、８ａが相互に対して移動していることを示唆するようなアラインメントマーク像の移動を、検出器２８ａが検出しないことを保証するからである。第三光学アーム１２ｃは、同じ理由から余分なミラー２１ｃを含む。概して、正確な相対運動のための要件を満足するのに必要なことは、アラインメントシステムの光学アーム１２ａまたは１２ｂ、または１２ｃまたは１２ｄの１つが、他の光学アームとは１つ、３つ、または任意の他の奇数だけ異なる数のミラーを有することだけである。
【００３１】
[0036]  下の方の基板テーブル２は、右側と左側の両方のアラインメントマーク対６ａ、８ａ、６ｂ、８ｂのアラインメントが達成されるまで、ｘ方向および／またはｙ方向に移動できることが理解される。完全なアラインメントを達成することが不可能な場合（例えば基板６または８の一方が、他方に対して拡張している場合）、下の方の基板テーブル２は、アラインメントマーク間のアラインメント不良が最小になる位置へと移動する。この移動は、結像検出器２８ａ、２８ｂからの信号出力に基づいて、制御装置によって自動的に実行される（移動は、例えばマイクロプロセッサによって制御することができる）。
【００３２】
[0037]  下の方の基板テーブル２を移動する代わりに、上の方の基板テーブル２を移動してよいことが認識される。あるいは、両方の基板テーブル２、４を移動してよい。
【００３３】
[0038]  基板６、８のボンディング中（つまり、基板６、８をｚ方向で一緒にする間）、アラインメントマーク６ａ、８ａ、６ｂ、８ｂの位置は、検出器２８ａ、２８ｂによって監視することができる。ｘ方向およびｙ方向での基板６、８の位置の調節は、例えばそのアラインメント不良が生じたことを検出した場合に、必要に応じて実行することができる。
【００３４】
[0039]  図１に図示された本発明の実施形態は、相互に対する基板６、８の位置の測定を介して、基板の正確なボンディングを達成可能にする。基板６、８の位置を、固定した基準点に対して測定する必要はない。つまり、（アラインメントマーク６ａ、６ｂ、８ａ、８ｂが光学システムの視野にあるものとして）アラインメント装置内の特定位置に、基板６、８を正確に配置する必要はない。代わりに、基板は任意の位置にあってよく、図１に図示した装置は、基板を相互に対して正確に配置するように作用することができる。
【００３５】
[0040]  アラインメントシステム１０ａ、１０ｂは、相互に正反対であるよう図示されているが、そうであることは必要不可欠でない。アラインメントシステム１０ａ、１０ｂは通常、（基板６、８の一方の周囲で測定して）９０°より大きく離れていなければならない。というのは、アラインメントシステム１０ａ、１０ｂが相互に近すぎる場合、基板６、８全体で十分に正確なアラインメントを提供できないからである。
【００３６】
[0041]  図１に関して説明した本発明の実施形態は、結像検出器にアラインメントマークの像を形成するが、他の適切な構成を使用してよいことが認識される。例えば、光学アーム１２ａ〜１２ｄは、アラインメントマークの像を形成せずに、検出器に光を誘導するように構成することができ、検出器は、基板にて直接アラインメントマークを見るように構成される。同様に、検出器が結像検出器であることは必要不可欠でない。例えば、検出器は、回折格子でマスキングされ、回折櫛を含むアラインメントマークから回折した光を検出するように構成された１つまたは複数の光ダイオードを備えてよい。
【００３７】
[0042]  上記で言及したミラー１４ａ、１４ｂ、２０ａ、２０ｂおよび２１ａ、２１ｂは、従来の金属ミラー、または任意の他の適切な反射器でよい。アラインメントシステム１０ａ、１０ｂの他のミラーにも同じことが当てはまる。
【００３８】
[0043]  図１に図示された本発明の実施形態は、アラインメントマーク６ａ、６ｂ、８ａ、８ｂの像を拡大するように改造することができる。このような拡大の例が、図２に図示されている。図２に示した装置の大部分は図１に示したものと対応するので、ここでは説明しない。代わりに、追加の形体のみを説明する。第一ビームスプリッタ２２の隣に検出器を設けるのではなく、放射ビーム３２を下方向に誘導するようにミラー４０を設ける。第一および第二レンズ４２、４４が、拡大するように配置される。例えばＣＣＤカメラでよい結像検出器４６は、結像検出器４６をｘ方向およびｙ方向に移動できるようにするアクチュエータ４８に装着される。
【００３９】
[0044]  使用時には、第一および第二アラインメントマーク６ａ、８ａの像がミラー４０に形成され、次にこれらの像がレンズ４２、４４によって検出器４６上に拡大される。アラインメントマーク６ａ、６ｂの像が結像検出器４６内に完全に入っていない場合は、アクチュエータ４８を使用して、それに応じて結像検出器４６を平行移動させる。アクチュエータ４８によって提供された移動によって、結像検出器４６は最適位置へと移動することが可能になる。場合によっては、これが重要であることが認識される。というのは、基板６、８がアラインメント装置内の特定の位置にある必要はなく、相互に対して整列することのみ必要だからである。つまり、アラインメントマーク６ａ、８ａの像が有意の区域に入り、そのサイズが、レンズ４２、４４の拡大によって増大する。アクチュエータ４８は、アラインメントマーク６ａ、８ａが適切に検出できることを保証するために、十分な運動範囲を有していなければならない。これは、図１に関して上述したアクチュエータ（図示せず）にも当てはまる。
【００４０】
[0045]  図２に示した構成の利点は、アラインメントマーク６ａ、８ａの像を拡大することによって、結像検出器４６によって提供される測定の精度を高めることである。
【００４１】
[0046]  対応するアラインメントシステムを基板６、８の右側にも設けることができ、これは図示を容易にするために削除されていることが認識される。
【００４２】
[0047]  本発明の実施形態で使用するのに適切なアラインメントマークが、図３ａに図示されている。アラインメントマーク６ａ、８ａはそれぞれ、２つの矩形反射性領域５０および２つの矩形非反射性領域５１を備え、これは非反射性境界５２で囲まれている。使用時には、アラインメントマーク６ａ、８ａの像が、結像検出器（図３ａには図示せず）に形成される。光学アーム１２のミラーの効果により、アラインメントマーク６ａ、８ａの像は一方が他方に対して反転する。この理由から、アラインメントマーク６ａ、８ａは相互の鏡像であり、その結果、検出器に形成されるその像は等しい構造を有する。つまり、各マークの像の形体の相対的配置構成は同じである。
【００４３】
[0048]  アラインメントマーク６ａ、８ａの像の重なりは、結像検出器２８に入射する「高強度」放射の量を測定することによって測定され、最適化される。「高強度」という用語は、第一および第二アラインメントマーク６ａ、８ａの両方から反射したアラインメントビーム放射が検出器に入射した場合に検出される強度を意味するものとする。
【００４４】
[0049]  図３ｂを参照すると、アラインメントマークの像５３、５４間に多少のアラインメント不良があることが分かる。像５３、５４は相互に組み合わせられて、高強度放射５５の領域、および中間の放射強度の境界領域５６を形成する。基板６、８の一方を移動することにより、高強度放射の区域のサイズを大きくすることができる。基板の移動は、高強度放射区域が最大サイズに到達するまで継続する。この移動は、適切なフィードバック（これは例えばマイクロプロセッサによって制御することができる）に基づいて制御装置によって自動的に制御することができる。
【００４５】
[0050]  代替構成では、各光学アーム１２ａ、１２ｂ（図１参照）の放射の強度は、逆位相で変調することができる。これは、例えば適切に同期したチョッパを各光学アームに配置することによって達成することができる。アラインメントマークの像の重なりは、結像検出器２８によって検出された様々な信号（つまり放射の変調）を測定することによって測定し、最適化することができる。図４ａに示したアラインメントマークの例では、アラインメントマーク６ａ、８ａを相互に適切に整列させると、検出器２８で見られる像に有意の変調は存在しない。多少のアラインメント不良が存在する場合は、１つのアラインメントマーク６ａ、８ａの明るい領域が別のアラインメントマークの暗い領域と重なり、その結果、検出器２８にて変調した放射が見られる。アラインメントマーク６ａ、８ａ間のアラインメント不良の例が、図４ｂに図示されており、ここで灰色の領域は、有意に変調されていない放射を示し、白い領域は、有意に変調された放射を示し、黒い領域は放射が存在しないことを示す。基板６、８の一方を移動することにより、変調放射の区域のサイズを小さくすることができる。基板６および／または８の移動は、変調放射の区域が最小サイズに到達する（または完全に消失する）まで継続する。この移動は、適切なフィードバック（これは例えばマイクロプロセッサによって制御することができる）に基づいて制御装置によって自動的に制御することができる。
【００４６】
[0051]  代替構成では、結像検出器にて等しい構造を形成するアラインメントマークを提供する代わりに、結像検出器にて反対の構造を形成するアラインメントマークを使用することによって、アラインメントを達成することができる。図４ａを参照すると、アラインメントマーク６ａ、８ａはそれぞれ、２つの矩形反射性領域６０、および２つの矩形非反射性領域６１を備え、これは非反射性境界６２に囲まれている。アラインメントマーク６ａ、８ａは同じ構造を有し、したがって結像検出器２８に形成されるアラインメントマーク６ａ、８ａの像は、反対の構造を有する。
【００４７】
[0052]  相互に対するアラインメントマーク６ａ、８ａのアラインメントは、高強度放射の区域を最小化するように基板６、８の一方または両方を移動することによって達成することができる。アラインメントマーク６ａ、８ａの像を正確に整列させると、アラインメントマークの像の矩形領域全体にわたって、中間強度の放射が観察されるはずである。高強度および低強度の区域を完全に削除することが不可能な場合は、区域のサイズを最小化しなければならない。この方法が図４ｂに図示されており、高強度区域６３および低強度区域６４のサイズが最小化される。基板の移動は、適切なフィードバック（これは例えばマイクロプロセッサによって制御することができる）に基づいて自動化することができる。
【００４８】
[0053]  上述したように、光学アーム１２ａ〜１２ｄ内のミラーの効果により、結像検出器２８にて等しい構造を一致させたい場合、基板６、８上に設けられたアラインメントマークは鏡面対称を有することができる。鏡面対称の例が図５ａに図示されており、対称軸にＡのラベルが付けられている。図３ａから図３ｃに示したアラインメントマークは、この特性を有する。この特性を有する異なるアラインメントマークが、図５ｂに図示されている（このアラインメントマークをオムニマークと呼ぶことがある）。対称軸は図５ａのそれと同じである。代替構成では、アラインメントマークは、軸で反射した場合に相互に反対でよい。この例が図５ｃに図示されており、軸にＢのラベルが付けられている。図４ａに図示されたアラインメントマークは、この特性を有する。
【００４９】
[0054]  概して、任意の適切なアラインメントマークを使用してよいことが認識される。例えば、アラインメントマークは、回折パターン、または他のアラインメントシステムで使用可能な他のパターンを含んでよい。アラインメントパターンは、例えばいわゆる「前後側」アラインメントシステムによって、基板への機能的パターンの投影中に使用することができる（パターンは、アラインメントマークとは反対側の基板の側に投影される）。前後側アラインメントシステムの例が、米国特許第６，７６８，５３９号に記載されている。
【００５０】
[0055]  図６は、図１のアラインメント装置の較正に使用することができる較正システムの例を概略的に示す。一例では、較正基板８０を第一基板テーブル２で支持することができる。較正基板は、相互に接合した場合に第一および第二基板６、８の厚さと等しい厚さを有する。較正基板にはアラインメントマーク８０ａから８０ｄが設けられる。較正基板８０の左側に設けられたアラインメントマーク８０ａ、８０ｂは、ｘ方向およびｙ方向で同一の位置に設けられる（つまり第二アラインメントマーク８０ｂが第一アラインメントマーク８０ａの真下に配置される）。較正基板８０が所定の位置にある場合、第一アラインメントシステム１０ａのレンズおよびミラーは、結像検出器２８ａにて相互に厳密に重なる（またはアラインメントマークが反対の構造を有する場合は、相互に整列された）アラインメントマーク像を形成するはずである。そうでない場合は、それに応じてレンズおよび／またはミラーを調節する。
【００５１】
[0056]  較正基板８０の右手端にあるアラインメントマーク８０ｃ、８０ｄは、同じ方法で使用される。
【００５２】
[0057]  相互に接合した場合に２つの基板６、８の厚さと等しい厚さを有する較正基板を設けるのは、較正を求めたアラインメントマークのｚ方向での間隔が、接合中に相互に接触した場合の基板６、８の間隔に対応するという理由からである。つまり、第一および第二基板６、８のアラインメントは、基板が相互から離間している場合に不正確になることがあるが、相互に接触した場合に、基板が適切に整列していれば、これが重要でなくなる。適切な厚さを有する較正基板８０で較正を実行すると、そうなることが保証される。
【００５３】
[0058]  較正基板８０は異なる厚さを有してよい、または異なる厚さの基板のボンディングを実行してよいことが認識される。その場合、較正中に、放射ビーム３２が較正基板８０（および第一および第二基板）へ入射時に適切に垂直であることを保証することが望ましい。
【００５４】
[0059]  放射ビーム３２の方向をチェックできる１つの方法は、較正基板８０から放射ビーム３２を反射させ、光源３０ａに隣接する検出器８６を使用して、放射ビーム３２の位置を検出することである。あるいは、光源３０ａがレーザである場合は、検出器８６を使用する代わりに、自動反射の原理を使用してよい。これは、レーザビームのスポットサイズおよび／または安定性を監視することを含む。較正基板８０へ入射時に放射ビーム３２が垂直である場合、これはレーザへと反射し、これによってレーザのスポットサイズが増加する、かつ／またはレーザがわずかに不安定になる。
【００５５】
[0060]  放射ビーム３２の方向は、光学アーム１２ａから１２ｄ毎にチェックされる。この測定は、較正基板８０が平坦で、放射ビーム３２に対して垂直であることを仮定している。較正基板８０がなく、放射ビーム３２が１つの光学アーム１２ａを、次に第二光学アーム１２ｂを通過してから、検出器８６に入射する場合は、さらなる較正測定を実行してよい。
【００５６】
[0061]  較正を達成できる代替方法は、それぞれ光学アーム１２ａ、１２ｂのレンズ対１６ａ、１８ａの間、およびレンズ対１６ｂ、１８ｂの間に配置された共役マーク８４ａ、８４ｂを使用するものである。共役アラインメントマーク８４ａ、８４ｂは、（例えば図３または図４に概略的に示したタイプの）アラインメントマークのフーリエ変換であり、レンズ１６ａ、１８ａ、１６ｂ、１８ｂのフィールド平面に配置される。共役マークが所定の位置にある場合、共役マーク８４ａ、８４ｂの下流のレンズおよび／またはミラーは、結像検出器２８ａにて形成されるアラインメントマーク像が相互に整列するように調節される。これが終了したら、基板のボンディング中に結像検出器２８ａに結合されないように、共役アラインメントマーク８４ａ、８４ｂを後退させる。
【００５７】
[0062]  アラインメントマーク像を重ねるためにレンズおよび／またはミラーを調節する代わりに、結像検出器２８ａにて測定したアラインメントマーク像の間隔を記録し、その後の基板ボンディング中に較正したオフセットとして考慮できることが認識される。
【００５８】
[0063]  較正は、左手側のアラインメントシステム１０ａについて説明されているが、右手側のアラインメントシステム１０ｂでも対応する較正を実行できることが認識される。
【００５９】
[0064]  基板６、８がｚ方向に移動するので、結像検出器２８ａに形成されるアラインメントマーク像に焦点が合っていないこともある。アラインメントシステム１０ａは、基板６、８が相互に接触するとアラインメントマークに焦点が合うように設定することができる。アラインメントシステム１０ａの焦点深度は、その有効口径によって決定される。口径を小さくして焦点深度を大きくすると、結像検出器２８ａに入射する放射の強度が低下し、これは結像検出器２８ａを使用して実行される測定の精度を低下させることがある。この問題は、結合検出器の隣にマイクロレンズアレイを設けることによって対処することができる。このようなマイクロレンズアレイの効果について、図７ａおよび図７ｂに関して説明する。図７ａを参照すると、マイクロレンズアレイがない状態で、レンズ９０が結像検出器９４の９２にオブジェクトの像を形成する。図７ｂを参照すると、マイクロレンズアレイ９６をレンズ９０の焦点面に配置し、それによって結像検出器９４上に像のアレイを形成することができる。歪みは、放射がレンズ９０の開口を通過する仕方によって決定される。結像検出器９４の解像度は、マイクロレンズアレイ９６のそれより高くなるように選択され、これによって歪みをサンプリングすることができる。適切な数学的手法を使用して、歪みをオブジェクト９２に関する深さ情報に変換することができる。概して、この方法でマイクロレンズアレイ９６を使用すると、オブジェクト９２が結合検出器９４に集束しないせいで通常は失われるような情報が、確実に保持される。したがって、アラインメント光学系１０ａ、１０ｂの有用な焦点深度は、結像検出器２８ａ、２８ｂの隣にマイクロレンズアレイ（図１、図２または図６には図示せず）を設けることによって、大幅に増加する。マイクロレンズアレイ９６は、結像検出器２８ａ、２８ｂがマイクロレンズの焦点深度にあるように配置することができる。また、マイクロレンズアレイ９６のｆ値を、これが関連する光学アームのｆ値と一致させることができる（光学アームのｆ値とは、マイクロレンズアレイ９６に最も近いレンズ１８ａ、１８ｂの直径を、そのレンズとマイクロレンズアレイ９６間の距離で割った値である）。
【００６０】
[0065]  この技術は、プレノプティック（plenoptic）結像として知られている。プレノプティック結像の説明は、測定された歪みの補正に使用される適切な数学的手法を含め、下記で見ることができる。
【００６１】
http://graphics.stanford.edu/papers/lfcamera/lfcamera-600dpi.pdf
[0066]  （信号強度を失わずに）焦点深度を大きくすることに加えて、プレノプティック結像は、基板を相互に向かって移動した場合に焦点の違いに対する感度を低下させる。さらに、プレノプティック結像は、異なる厚さの較正基板で較正を実行する必要性をなくし、これによって較正を実行するために必要とされる時間を削減する（較正中に費やされる時間は失われた製造時間であり、したがって費用がかかる）。
【００６２】
[0067]  以上の説明は例示的なものであって、制限的ではない。したがって、請求の範囲から逸脱せずに、説明された通りの本発明を改造できることが当業者には明白である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】[0015]  本発明を実現する基板ボンディングシステムのアラインメント装置を概略的に示した図である。
【図２】[0016]  図１に示した装置の改造版を概略的に示した図である。
【図３ａ】[0017]  本発明の実施形態によって使用できるアラインメントマークの特性を示した図である。
【図３ｂ】[0017]  本発明の実施形態によって使用できるアラインメントマークの特性を示した図である。
【図４ａ】[0017]  本発明の実施形態によって使用できるアラインメントマークの特性を示した図である。
【図４ｂ】[0017]  本発明の実施形態によって使用できるアラインメントマークの特性を示した図である。
【図５ａ】[0017]  本発明の実施形態によって使用できるアラインメントマークの特性を示した図である。
【図５ｂ】[0017]  本発明の実施形態によって使用できるアラインメントマークの特性を示した図である。
【図５ｃ】[0017]  本発明の実施形態によって使用できるアラインメントマークの特性を示した図である。
【図６】[0018]  本発明の実施形態の較正を概略的に示した図である。
【図７ａ】[0019]  本発明の実施形態によって使用できるプレノプティック結像を示した図である。
【図７ｂ】[0019]  本発明の実施形態によって使用できるプレノプティック結像を示した図である。
【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図６】
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【外国語明細書】
2007300099000001.pdf