(57)【要約】  本発明は、少なくとも３枚の基板（４ｏ，４ｕ，４，４’，４’’，４’’’，４ｏ’）を接合して、基板スタック（９，９’，９’’）を製造する方法であって、この基板スタック（９，９’，９’’）が、一番下側の基板（４ｕ，４）と、中間の基板（４ｏ，４’）と、上側の基板（４ｏ’，４’’）とを少なくとも有しており、−中間の基板（４ｏ，４’）を一番下側の基板（４ｕ，４）に対してアライメントして、中間の基板（４ｏ，４’）を一番下側の基板（４ｕ，４）に接合するステップと、−その後、上側の基板（４ｏ’，４’’）をアライメントして、この上側の基板（４ｏ’，４’’）を中間の基板（４ｏ，４）に接合するステップとを有する、方法において、上側の基板（４ｏ’，４’’）を一番下側の基板（４ｕ，４）に対してアライメントすることを特徴とする、方法に関する。
2020511784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも３枚の基板（４ｏ，４ｕ，４，４’，４’’，４’’’，４ｏ’）を接合して、基板スタック（９，９’，９’’）を製造するための方法であって、該基板スタック（９，９’，９’’）が、一番下側の基板（４ｕ，４）と、中間の基板（４ｏ，４’）と、上側の基板（４ｏ’，４’’）とを少なくとも有しており、
前記中間の基板（４ｏ，４’）を前記一番下側の基板（４ｕ，４）に対してアライメントして、前記中間の基板（４ｏ，４’）を前記一番下側の基板（４ｕ，４）に接合するステップと、
その後、前記上側の基板（４ｏ’，４’’）をアライメントして、該上側の基板（４ｏ’，４’’）を前記中間の基板（４ｏ，４）に接合するステップと
を有する、方法において、
前記上側の基板（４ｏ’，４’’）を前記一番下側の基板（４ｕ，４）に対してアライメントすることを特徴とする、方法。
【請求項２】
各基板（４ｏ，４ｕ，４，４’，４’’，４’’’，４ｏ’）が、複数の光学的なレンズ（１３，１３’，１３’’，１３’’’）を有している、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記上側の基板（４ｏ’，４’’）を前記一番下側の基板（４ｕ，４）のアライメントマーク（５ｕｌ，５ｕｒ，５ｕｌ’，５ｕｒ’）に対してアライメントする、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
後続の各基板（４’’’）を前記一番下側の基板（４ｕ，４）に対してアライメントする、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】
上下に重なり合って配置された前記レンズ（１３，１３’，１３’’，１３’’’）の光軸（１２，１２’，１２’’，１２’’’）が、整合してアライメントされている、請求項２記載の方法。
【請求項６】
少なくとも４枚の基板（４ｏ，４ｕ，４，４’，４’’，４’’’，４ｏ’）、好適には少なくとも５枚の基板（４ｏ，４ｕ，４，４’，４’’，４’’’，４ｏ’）、一層好適には少なくとも１０枚の基板（４ｏ，４ｕ，４，４’，４’’，４’’’，４ｏ’）、さらに一層好適には少なくとも１５枚の基板（４ｏ，４ｕ，４，４’，４’’，４’’’，４ｏ’）を互いに接合する、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】
前記一番下側の基板（４ｕ，４）を下側の基板ホルダ（１ｕ，１，１’）に配置して固定することと、
前記一番下側の基板（４ｕ，４）に設けられたアライメントマーク（５ｕｌ，５ｕｒ，５ｕｌ’，５ｕｒ’）を光学機器（７ｕｌ，７ｕｒ，７ｏｌ，７ｏｒ）の視野（６ｕｌ，６ｕｒ，６ｏｌ，６ｏｒ）内で検出することと、
前記中間の基板（４ｏ，４’）を上側の基板ホルダ（１ｏ，１，１’）に配置して固定することと、
前記一番下側の基板（４ｕ，４）に設けられたアライメントマーク（５ｕｌ，５ｕｒ，５ｕｌ’，５ｕｒ’）を前記光学機器（７ｕｌ，７ｕｒ，７ｏｌ，７ｏｒ）によって検出することと、
前記中間の基板（４ｏ，４’）を前記一番下側の基板（４ｕ，４）に対してアライメントすることと、
前記中間の基板（４ｏ，４’）を前記一番下側の基板（４ｕ，４）に接合して、接合された前記基板（４ｏ，４’，４ｕ，４）を前記下側の基板ホルダ（１ｕ，１，１’）に残しておくことと、
前記上側の基板（４ｏ’，４’’）を前記上側の基板ホルダ（１ｏ，１，１’）に配置して固定することと、
前記上側の基板に設けられたアライメントマークを前記光学機器（７ｕｌ，７ｕｒ，７ｏｌ，７ｏｒ）によって検出することと、
前記上側の基板（４ｏ’，４’’）を前記一番下側の基板（４ｕ，４）に対してアライメントすることと、
前記上側の基板（４ｏ’，４’’）を前記中間の基板（４ｏ，４’）に接合して、前記基板スタック（９’）を製造することと
を含む、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】
前記アライメントマーク（５ｕｌ，５ｕｒ，５ｕｌ’，５ｕｒ’）の前記検出を、前記一番下側の基板（４ｕ，４）の下方に配置された光学機器（７ｕｌ，７ｕｒ）によって、前記下側の基板ホルダ（１ｕ，１，１’）に設けられた切欠き（３，３’）を通じて行う、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記切欠き（３，３’）が、前記下側の基板ホルダ（１ｕ，１，１’）に設けられた貫通した孔として形成されている、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記切欠き（３，３’）が、前記下側の基板ホルダ（１ｕ，１，１’）に設けられた長孔として形成されている、請求項８記載の方法。
【請求項１１】
前記下側の基板ホルダ（１ｕ，１，１’）は、下側の前記光学機器（７ｕｌ，７ｕｒ）が前記切欠き（３，３’）の範囲内に配置されているように移動可能である、請求項７記載の方法。
【請求項１２】
前記下側の基板ホルダ（１ｕ，１，１’）を、Ｘ方向およびＹ方向における偏差が最小であるように、Ｚ位置決めユニットによってＺ方向に精密に移動させる、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
Ｚ方向への運動時のＸ方向および／またはＹ方向における前記下側の基板ホルダ（１ｕ，１，１’）の偏差を後位置調整ユニットによって補正する、請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
請求項１から１３までのいずれか１項記載の方法に用いられる基板ホルダ（１ｕ，１，１’）であって、光学機器（７ｕｌ，７ｕｒ）を収容するための切欠き（３，３’）と、基板（４ｕ，４）を固定するための固定要素（２，２’）、好ましくは真空開口とを有している基板ホルダ（１ｕ，１，１’）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
マイクロオプティクスでは、数年来、ミリメートル寸法またはマイクロメートル寸法の複数の光学素子を互いに積層することに大いに苦心している。種々異なる複数の光学素子の積層によって、ミリメートル寸法もしくはマイクロメートル寸法の極めて複雑な光学系を形成することが可能となる。これによって、この極めて複雑な光学系をスマートフォン、タブレットおよび別の電子機器に収納することができる。常時進展している小型化によって、光学系も相応に小型にされなければならない。益々急速に進展している小型化に即応するために、このような製品の大量生産が可能となる一方で、個々の光学素子が互いにアライメントされる精度をも改善するプロセスが提供されなければならない。
【０００２】
先行技術では、光学素子が基板、特にウェーハに製作される。１枚のウェーハには、数百ないし数千のこのような光学素子が位置している。これらの光学素子は、非常に高い精度で基板に製作されている。互いに積層された複数の、特に種々異なる光学素子から成る極めて複雑な光学系を得るためには、複数のこのような基板が、一般的に種々異なる光学素子に互いに結合される。この結合工程は接合と呼ばれる。結合に先だって、互いに結合すべき両基板を極めて高い精度で互いにアライメントしなければならないことは不可欠である。こうして得られた高いアライメント精度は、両基板相互の接近の間も維持されなければならない。
【０００３】
先行技術における最大の問題は、基板スタックが、ｎ＋１番目の基板が常にｎ番目の基板に対してアライメントされる、今日の方法によって形成される点にある。ｎ＋１番目の基板をｎ番目の基板に対して関連づけることによって、アライメントの誤差が基板スタックを越えて伝播してしまう。このことを以下の例において説明する：第２の基板が第１の基板に対して相対的に、たとえ少ないとしても、誤差を伴ってアライメントされ、接合されたとすると、第１の基板に対する第３の基板の誤差は、一般的にさらに大きくなってしまう。このような積層列の場合には、積層体における基板枚数が増加するにつれて、積層体における基板の枚数が過度に少ないという理由で誤差が統計的に相殺されることを当てにすることもできない。さらに、２枚の基板の間のアライメントにおける各誤差が、極めて複雑な光学系全体の光路に直接影響を与えてしまう。のちの使用において、光先（Lichtfront）が極めて複雑な光学系を通過する場合には、２つの光学素子の位置決めにおける相応の誤差が光先を取り返しがつかなくなるほどに妨害し、ひいては、全ての光学的な結像を損なわせてしまう。
【０００４】
本発明の課題は、先行技術の欠点を取り除くことができ、基板同士の接合時のアライメント誤差を最小限に抑えることができ、極めて複雑な光学系を少ない偏差で製造することができる方法および基板ホルダを提供することである。
【０００５】
この課題は、独立請求項の対象によって解決される。
【０００６】
本発明の有利な改良形態は従属請求項に記載してある。本発明の範囲には、明細書、特許請求の範囲および／または図面に記載した少なくとも２つの特徴の組合せも含まれる。記載した数値範囲では、記載した限界の範囲内にある数値も限界値として開示可能と見なし、任意に組み合わせて請求可能であるものとする。個々のまたは複数の方法ステップが、種々異なる機器またはモジュールにおいて実施可能である限り、このような方法ステップを固有の方法としてそれぞれ別個に開示する。
【０００７】
以下、方向Ｘおよび方向Ｙは、基板平面内で互いに直交する方向に該当する。Ｚ方向は、基板平面もしくは方向Ｘおよび方向Ｙに対して垂直に配置されており、これによって、直交座標系が得られる。
【０００８】
以下、本明細書では、本発明に係る方法を、光学素子、特にレンズを備えた基板のアライメントにおいて例示的に説明する。この分野における当業者には明らかであるように、本発明に係る方法は、光学素子を備えた基板のアライメントに限定されるものではなく、基板スタック内の任意の基板のアライメントに適しており、また、使用することができる。方法は、例えば、特にＴＳＶ（英語：though-silicon-vias）を備えた複数の基板のアライメントにさらに使用することができる。特に基板同士の間にＴＳＶ接続を備えた基板スタックは、電子的な構成部材の進展している３Ｄテクノロジに基づき益々重要になる。このようなＴＳＶ基板は、特にメモリを製造するために肝要である。
【０００９】
本発明によれば、光学的なレンズを備えた少なくとも３枚の基板を接合し、これによって、レンズを上下に重ね合わせて配置して、基板スタックを製造するための方法であって、この基板スタックが、一番下側の基板と、中間の基板と、上側の基板とを少なくとも有しており、
−  中間の基板を一番下側の基板に対してアライメントして、中間の基板を一番下側の基板に接合するステップと、
−  その後、上側の基板をアライメントして、この上側の基板を中間の基板に接合するステップと
を有する、方法において、
上側の基板を一番下側の基板に対してアライメントすることを特徴とする、方法が提案されている。
【００１０】
好適な実施の形態では、上下に重なり合って配置されたレンズの光軸が、ほぼ整合してアライメントされていることが提案されている。特に光軸同士の間の間隔は、１μｍ未満、好適には５００ｎｍ未満、より好適には５０ｎｍ未満、最も好適には１０ｎｍ未満、特に最も好適には５ｎｍ未満である。これによって、有利には、光学素子の最適な配置が可能となることを達成することができる。以下、「整合して」を「共線的」とも呼ぶ。共線性は、数学的に厳密に規定されている必要はない。現実的には、完全な共線性は決して達成されない。特に共線性とは、光軸同士の間の角度が、５°未満、好ましくは１．０°未満、より好適には０．５°未満、最も好適には０．１°未満、特に最も好適には０．０５°未満であることを意味している。
【００１１】
別の好適な実施の形態によれば、上側の基板を一番下側の基板のアライメントマークに対してアライメントすることが提案されている。アライメントマークは、一番下側の基板の上面および／または下面に配置することができる。
【００１２】
別の好適な実施の形態によれば、後続の各基板を一番下側の基板に対してアライメントすることが提案されている。これによって、有利には、後続の基板におけるアライメント誤差を十分に最小限に抑えることが可能となる。
【００１３】
別の好適な実施の形態によれば、各基板が、複数の光学的なレンズを有していることが提案されている。これによって、有利には、互いに積層された複数のレンズを形成することが可能となる。
【００１４】
別の好適な実施の形態によれば、各基板が、複数のＴＳＶを有していることが提案されている。これによって、有利には、ＴＳＶを介して互いに接続された機能的なユニットを有する互いに積層された複数の基板を形成することが可能となる。
【００１５】
別の好適な実施の形態によれば、少なくとも３枚の基板、好適には少なくとも５枚の基板、一層好適には少なくとも１０枚の基板、さらに一層好適には少なくとも１５枚の基板を互いに接合することが提案されている。これによって、有利には、複雑な光学系が製造可能となる。
【００１６】
別の好適な実施の形態によれば、本発明に係る方法が、
−  一番下側の基板を下側の基板ホルダに配置して固定ことと、
−  一番下側の基板に設けられたアライメントマークを光学機器の視野内で検出することと、
−  中間の基板を上側の基板ホルダに配置して固定することと、
−  中間の基板に設けられたアライメントマークを光学機器によって検出することと、
−  中間の基板を一番下側の基板に対してアライメントすることと、
−  中間の基板を一番下側の基板に接合して、接合された基板を下側の基板ホルダに残しておくことと、
−  上側の基板を上側の基板ホルダに配置して固定することと、
−  上側の基板に設けられたアライメントマークを光学機器によって検出することと、
−  上側の基板を一番下側の基板に対してアライメントすることと、
−  上側の基板を中間の基板に接合して、基板スタックを製造することと
を含んでいる。
【００１７】
別の好適な実施の形態によれば、アライメントマークの検出を、一番下側の基板の下方に配置された光学機器によって、下側の基板ホルダに設けられた切欠きを通じて行うことが提案されている。光学機器が切欠き内に位置決めされるように、基板ホルダを光学機器よりも上方に持ち上げることが必要となり得る。
【００１８】
別の好適な実施の形態によれば、切欠きが、下側の基板ホルダに設けられた貫通した孔として形成されていることが提案されている。この貫通した孔内には、光学機器を、有利には特に効率よく配置することができる。
【００１９】
別の好適な実施の形態によれば、切欠きが、下側の基板ホルダに設けられた長孔として形成されていることが提案されている。この長孔において、下側の基板ホルダを下側の光学機器にわたって、有利には特に効率よく運動させることができる。
【００２０】
別の好適な実施の形態によれば、下側の基板ホルダは、下側の光学機器が切欠きの範囲内に配置されているように移動可能であることが提案されている。
【００２１】
別の好適な実施の形態によれば、下側の基板ホルダを、Ｘ方向およびＹ方向における偏差が最小であるように、Ｚ位置決めユニットによってＺ方向に精密に移動させることが提案されている。これによって、接合のために、下側の基板ホルダを、有利には最も高い精度で移動させることができる。
【００２２】
別の好適な実施の形態によれば、Ｚ方向への運動時のＸ方向および／またはＹ方向における下側の基板ホルダの偏差を後位置調整ユニットによって補正することが提案されている。これによって、接合のために、下側の基板ホルダを、有利には最も高い精度で移動させることができる。
【００２３】
別の実施の形態によれば、下側の基板ホルダを完全にプロセス領域外に移動させ、これによって、のちのプロセスステップで再びその出発位置にもたらすことが提案されている。この事例では、光学機器よりも上方への基板ホルダの持上げが特に必要となり得る。その後、下側の試料ホルダが接合ステップに先だって再びその位置に移動させられる。このためには、ｘ方向、ｙ方向およびｚ方向での極めて正確な位置決めが必要となる。
【００２４】
本発明の別の対象は、光学機器を収容するための切欠きと、基板を固定するための固定要素、好ましくは真空開口とを有している基板ホルダに関する。
【００２５】
本発明の基本思想および要部は、新たに到来した基板を一番下側の基板のアライメントマークに対してアライメントすることにある。この場合、基板スタックが形成される基板ホルダのｚ方向への運動のためのモータが高精度で機能することが特に重要である。
【００２６】
本発明の利点は、基板スタックひいては極めて複雑な複数の光学系を最小限の誤差で互いにアライメントしかつ接合することができる点にある。これによって、不良品が減少させられ、極めて複雑な個々の光学系の画像形成特性が大幅に改善される。
【００２７】
ｚ位置決めユニットは、ｘ方向および／またはｙ方向に無視できる程度の遊びしか有していてはならず、またはｚ方向に運動させられる基板ホルダが後で位置調整されることを確保する補正システムが使用されなければならない。この補正システムは、特に、１つには、ＸモータとＹモータとの間の制御ループであってもよく、もう１つには、検出器であってもよい。この検出器は、ｚ位置決めの間、基板ホルダのＸ位置および／またはＹ位置を連続的に測定し、相応の変化量を、後で位置調整を行う調整要素、特にモータ、より好適には圧電素子に伝送する。特に検出器は、基板ホルダの下面に設けられたアライメントマークを測定する光学機器であり、または基板ホルダの側壁の相対的な位置変化量を測定するレーザ干渉計である。このような光学的な測定システムは当業者に最も信頼されている。
【００２８】
基板ホルダ
基板ホルダは複数の固定部を有している。これらの固定部は、基板を固持するために働く。固定部は、
１．機械的な固定部、特に
ａ．クランプ
２．真空固定部、特に
ａ．個々に制御可能な真空路を備えた真空固定部
ｂ．互いに接続された真空路を備えた真空固定部
３．電気的な固定部、特に
ａ．静電的な固定部
４．磁気的な固定部
５．付着性の固定部、特に
ａ．ゲルパック固定部
ｂ．付着性の、特に制御可能な表面を備えた固定部
であってもよい。
【００２９】
固定部は、特に電子的に制御可能である。真空固定部は好適な固定部形態である。真空固定部は、好ましくは、基板ホルダの表面に進出する複数の真空路から成っている。これらの真空路は、好ましくは個々に制御可能である。技術的にむしろ実現可能な使用事例では、幾つかの真空路が１つにまとめられて、個々に制御可能に排気することができ、またはフラッシングすることができる複数の真空路セグメントが形成されている。しかしながら、各真空セグメントは別の真空セグメントから独立している。これによって、個々に制御可能な真空セグメントの構造の可能性が得られる。真空セグメントは、好ましくは環状に構成されている。これによって、基板ホルダに対する基板の、的確で半径方向対称的な、特に内側から外側に向かって実施される固定および／または解放が可能となる。
【００３０】
基板ホルダの例示的な本発明による実施の形態では、切欠きが、周が完全に閉じられた孔である。
【００３１】
基板ホルダの別の本発明による実施の形態では、切欠きが、基板ホルダの縁部に向かって開放していて、特に簡単なフライス削り工程によって製作される。
【００３２】
基板ホルダは、固定手段のほかに、基板に機械的にアクティブに影響を与える、特に基板を伸長させる、より好適には基板を局所的に伸長させるための手段を有することもできる。このような手段によって、好ましくは、基板の水平なかつ／または鉛直な伸長に局所的に影響を与えることが可能となり、これによって、局所的な伸長量および／または応力を変化させることができ、特に最小限に抑えることができる。このような手段は、国際公開第２０１２０８３９７８号に詳細に記載されている。
【００３３】
基板ホルダとして、独占的ではないにせよ、一例として、国際公開第２０１２０８３９７８号、国際公開第２０１７１６２２７２号、国際公開第２０１３０２３７０８号、国際公開第２０１４１９１０３３号、国際公開第２０１５１１３６４１号、国際公開第２０１２０７９５９７号に基づく基板ホルダが使用されてもよい。
【００３４】
設備
本発明による実施の形態では、アライメント設備は、１つの下側の基板ホルダと、１つの上側の基板ホルダと、それぞれ２つの光学機器を備えた２つの検出ユニットと、好ましくは１つの位置誤差補正装置（英語：position error correction, PEC）とから成っている。この位置誤差補正装置が試料ホルダの位置検出を実施する精度は、１μｍよりも良く、好ましくは５００ｎｍよりも良く、より好適には１００ｎｍよりも良く、最も好適には５０ｎｍよりも良く、特に最も好適には１０ｎｍよりも良い。位置誤差補正装置は、両基板ホルダのうちの一方の基板ホルダ、特に下側の基板ホルダが、プロセス領域から完全に進出していて、後続のプロセスステップでプロセス領域内に再び移動させられなければならない場合に特に重要となる。位置誤差補正装置の使用は、アライメントマークを再度測定することなしに、基板ホルダの極めて正確な再度の位置決めを保証している。
【００３５】
下側の基板ホルダは、特に切欠きを有している。この切欠きを通じて、下側の光学機器を接合インタフェースに接近させることができるかもしくは一番下側の基板の下面に設けられた下側のアライメントマークに接近させることができる。下側の基板ホルダは、好ましくはｘ方向および／またはｙ方向および／またはｚ方向に移動させることができる。別の明細書、特に図面には、特に複数の実施の形態が記載されていると共に示されている。これらの実施の形態では、一方の基板ホルダ、特に下側の基板ホルダが、ｘ方向およびｙ方向での最初の位置決め後、ｚ方向にのみ移動させられる。しかしながら、基板ホルダをプロセス領域から完全に進出させ、これによって、その後の時点でプロセス領域内に再び移動させることも可能である。特にプロセス領域内への基板ホルダの再度の各進入時には、光学機器によって、基板ホルダ上の基板の再度の較正を行うことができる。しかしながら、好ましくは、基板ホルダが位置誤差補正装置によってその当初の位置にのみもたらされる。プロセス領域全体から進出させられなければならない基板ホルダでは、この基板ホルダを、その切欠き内に潜り込まされた光学機器よりも上方に持ち上げなければならないことが必要となり得る。
【００３６】
上側の基板ホルダは、特に切欠きを有している。この切欠きを通じて、上側の光学機器を接合インタフェースに接近させることができるかもしくは上側の基板の上面に設けられた上側のアライメントマークに接近させることができる。しかしながら、好ましくは、上側の基板ホルダは、切欠きを有していないように構成される。
【００３７】
上側の基板ホルダは、好ましくはｘ方向および／またはｙ方向および／またはｚ方向に移動させることができる。しかしながら、好ましくは、上側の基板ホルダは一方向にだけ移動させることができ、これによって、別の両方向に対するモータを省略することができる。これによって、特に一方向への上側の基板ホルダの極めて正確なガイドが可能となる。
【００３８】
このようなアライメント設備は、米国特許第６２１４６９２号明細書、国際公開第２０１４２０２１０６号および国際公開第２０１５０８２０２０号に詳細に記載されている。
【００３９】
プロセス
以下、本明細書では、光学機器の方向に向けられている全ての表面を外面と呼ぶ。以下、本明細書では、接合インタフェースの方向に向けられている全ての表面を内面と呼ぶ。
【００４０】
以下の全てのプロセスでは、複数の実施の形態を例示的に説明すると共に図示する。これらの実施の形態では、下側の基板ホルダが、ｘ方向および／またはｙ方向での初期の位置決め後、上側の基板ホルダに対して相対的にｚ方向のみへの相対運動を実施する。この好適な方法形態の代わりに、基板ホルダは、完全にプロセス領域外に移動させられ、プロセス領域内に高精度で再び戻されてもよい。接合すべき次の基板に対する基板スタックの正確な位置調整を保証するために、可能性として、特に基板ホルダ上の基板スタックの第１の基板の再度の較正が開示される。一般的には、下側の基板ホルダの運動による下側の基板もしくは基板スタックの各ｘ運動および／または各ｙ運動後、光軸に対する第１の基板のアライメントマークの再度の位置決めが実施されなければならない。これは、特に第１の基板のアライメントマークが下面に位置していて、したがって、光学機器に対して直接アクセス可能に位置している場合に極めて簡単に行われる。すでにスタックが形成されているという理由で第１の基板のアライメントマークが後続の基板によって覆われている場合には、第１の基板または第１の基板に積層された後続の基板が、検出器と光学機器とが機能する波長範囲内で透過性でなければならない。このような較正は、特に基板スタックが種々異なる空間間、機械間、会社間および国間ですら海上輸送されなければならない場合に必要となる。
【００４１】
本発明による全てのプロセスの基本思想は、互いに積層される複数の基板を第１の、好適には一番下側の基板のアライメントマークに対して較正することにある。したがって、ｎ＋１番目の基板が、ｎ番目の基板に対してではなく、常に第１の基板に対して較正される。
【００４２】
較正プロセス
本来のアライメント工程に先だって、本発明によれば、検出ユニットの較正が有利である。この較正の目的は、特にそれぞれ互いに対向する２つの検出機器の光軸の交点を較正基板のアライメントマーキングの中心に置くことにある。この較正は、検出ユニットの全ての光学機器に対して、好ましくは別個に行われる。較正によって、１つの検出ユニットの互いに対向する（上側および下側の）光学機器が、１つの共通の焦点領域、つまり、共通のまたは少なくとも大部分で重畳する被写界深度と、共通のまたは少なくとも大部分で重畳する視野とを有していることが確保される。したがって、以下、本明細書では、合焦とは、合焦すべき対象物、特にアライメントマークを可能な限り良好に結像するために、適正な被写界深度および／または視野が存在していることを常に意味している。
【００４３】
好適な実施の形態では、互いに対向する両光学機器の光軸が互いに共線的である（整合している）。このためには、光学機器が、好ましくはゴニオメータへの配置によって、特に回転自由度を有している。
【００４４】
光学機器の光軸のある１つの交点またはその交点は、本発明によれば、特にアライメントすべき基板同士の対応し合うアライメントマーキングが、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向での検出位置において、この交点に少なくとも合焦可能である、かつ／または配置可能であるかもしくは配置されているように配置される。一般的には、アライメントマーキングの位置は基板ペアごとに変えることができる。この手段によって、本発明によれば、移動距離がさらに最小限に抑えられる。一般性のため、以下の事実を述べる。２つの光軸が互いに共線的である、つまり、整合しているという技術的にほとんど実現することができない事例は、数限りない交点が存在しており、アライメントマークの測定が行われるｚ位置が光学機器の被写界深度内に位置している限り、ｚ位置を自由に選択することができることを意味している。
【００４５】
光軸の交点は、好適には、光学機器の焦点平面に位置している。分解能と被写界深度とは、互いに矛盾する２つのパラメータである。分解能が大きければ、被写界深度は小さくなり、逆に、分解能が小さければ、被写界深度は大きくなる。つまり、高い分解能を有する光学機器が使用される場合、この光学機器は、相応に少ない被写界深度を有している。これによって、上側の基板のアライメントマークと下側の基板のアライメントマークとを同時に極めて小さな被写界深度の範囲内にとどめなければならず、これによって、一層鮮明に結像することができる。本発明によれば、光軸の交点が、対応し合う光学機器の被写界深度内に配置される。光学機器の分解能は、１００μｍよりも良く、好ましくは１０μｍよりも良く、より好適には１μｍよりも良く、最も好適には５００ｎｍよりも良く、特に最も好適には２００ｎｍよりも良い。
【００４６】
本発明によれば、基板同士の接触面および／またはアライメントマーキングが、各検出ユニットの検出位置で被写界深度の範囲内に配置されているように、光学機器が較正されると有利である。これによって、本発明によれば、再合焦を省略することができる。
【００４７】
前述した較正プロセスは、国際公開第２０１４２０２１０６号から一層詳細に読み取ることができる。これに関連して、同号の開示内容は本発明の開示に取り込まれる。
【００４８】
以下の両方法では、光学機器に対するアライメントマークの心合せについて繰返し言及する。一般的には、アライメントマークは少なくとも光学機器の視野内および被写界深度内に位置していなければならないと考えられている。アライメントマークは、一般的には、光学機器を介したアライメントマークの検出を行う検出器の中心に位置している必要はない。別の意味では、前述した心合せは、特に互いに異なる基板の２つのアライメントマークを互いにアライメントするために常に用いられる。しかしながら、本明細書では、測定の可能な限り最適な状況を提供するために、特に第１の基板のアライメントマークが可能な限り良好に光学機器の中心に位置することになる状態を説明することにより、心合せという用語を例示的により狭義に使用する。
【００４９】
第１の方法
例示的な第１の本発明に係る方法では、一番下側の第１の基板の、外方に向けられたアライメントマークに対する複数の基板相互のアライメントが行われる。正確なプロセス順序は以下の通りである。
【００５０】
第１の本発明に係る方法の本発明による第１の方法ステップ１００では、アライメントマークを備えた一番下側の第１の基板が、下側の基板ホルダに固定される。第１の基板は、アライメントマークが下側の基板ホルダの切欠きを通じて可視となる、特に測定可能となるように、基板ホルダに固定される。アライメントマークは外側のアライメントマークである。アライメントマークは、特に下方に向けられている。下側の基板ホルダの特別な実施の形態は、光学機器よりも上方への基板ホルダの持上げを要求しており、これによって、下側の光学機器を切欠き内に潜り込ませることができる。持上げは、特に基板ホルダがプロセス領域から完全に進出していて、したがって、ｘ方向およびｙ方向での最初の位置決め後、もはやｚ方向のみにしか運動させられない場合にも必要となる。基板ホルダの特に好適な本発明による実施の形態では、光学機器に対するアクセス経路が設けられている。このアクセス経路に沿って、光学機器と下側の基板ホルダとの間の非接触式の相対運動を行うことができる。いま、下側の基板ホルダは、アライメントマークが下側の光学機器の左側もしくは右側の視野（英語：field-of-view）内に位置するまで粗位置決めされる。
【００５１】
第１の本発明に係る方法の本発明による第２のプロセスステップ１０１では、両アライメントマークが光学機器の被写界深度（英語：depth-of-field）内に位置するまで、下側の基板ホルダがｚ方向に移動させられる。この場合には、第１の基板の外面を光学機器の焦点平面に対して平行に位置決めするために、ウェッジエラー補償（Keilfehlerausgleich）を実施することも必要となり得る。両アライメントマークが被写界深度内に位置すると、アライメントマークが十分鮮明に結像され、これによって、測定される。
【００５２】
その後、第１の本発明によるプロセスの本発明による選択的な第３のプロセスステップ１０２では、左下の光学機器が左側のアライメントマークを心合せし、右下の光学機器が右下のアライメントマークを心合せするまで、左側の検出ユニットおよび／または右側の検出ユニットがｘ方向および／またはｙ方向に移動させられる。この心合せは、厳密に云うと選択的なステップであり、実施される必要はない。アライメントマークの位置は、プロセスステップ１０１の状態でも測定することができ、記憶することができる。これに相応して、第１の基板に積層すべき基板のアライメントマークが、光学機器の中心から離れて位置することにもなる。しかしながら、この分野における当業者は、互いにアライメントすべき２枚の基板のアライメントマークが光学機器の被写界深度内および視野内に位置している限り、アライメントマークをハードウェアとソフトウェアとによって常に適正に測定することができ、互いに関連させることができることを認識している。しかしながら、好ましくは、相応の心合せが実施される。
【００５３】
第１の本発明によるプロセスの本発明による第４のプロセスステップ１０３では、下側の基板ホルダが、好ましくは降下させられる。この下側の基板ホルダは、高い精度でｚ方向に運動可能でなければならない。極めて正確な運動を実現するための相応の方法は、本明細書の別の部分に述べてある。しかしながら、下側の基板ホルダをプロセス領域外に移動させ、のちのプロセスステップで再び戻すことも可能である。これは、使用されるアライメント設備に極めて大幅に関連している。この事例では、特に下側の基板ホルダのｘ位置決めおよび／またはｙ位置決めが極めて精密でなければならない。プロセス領域外への移動は、衝突を回避するために、特に光学機器よりも上方への基板ホルダの持上げによって行うことができる。
【００５４】
第１の本発明によるプロセスの本発明による第５のプロセスステップ１０４では、上側の基板ホルダがプロセス領域に移動させられる。上側の基板ホルダは、好適には、ｘ方向およびｙ方向にだけ運動することができるように構成されている。しかしながら、ｚ方向での、特に極めて正確な位置決めを可能にする付加的なモータユニットも可能である。上側の基板ホルダに上側の第２の基板が固定された後、上側の基板ホルダは、上側の外側のアライメントマークが上側の光学機器によって心合せされるまで移動させられる。別の意味では、この心合せによって、アライメントマークを介した下側の基板に対する上側の基板のアライメントも実現される。これは、上下の基板のアライメントマークに基づいた下側の基板に対する上側の基板のアライメントに相当している。検出ユニットはもはや運動させられてはならない。
【００５５】
第１の本発明によるプロセスの本発明による第６のプロセスステップ１０５では、第１の基板と第２の基板との間の接合工程が行われる。この場合、両基板相互の相対的な接近が行われる。この相対的な接近は、本発明によれば、好ましくは、上側の基板ホルダへの下側の基板ホルダの接近によって行われる。しかしながら、両基板のうちの一方の基板または両基板を別の装置（記載せず）によって、特に対称的に外向きに反らし、両基板もしくは両基板表面を、特に中心で接触させることも可能である。好ましくは、常に上側の基板が外向きに反らされる。なぜならば、上側の基板は常に単一の基板であるのに対して、プロセスが引き続き経過すると、下側の基板ホルダには基板スタックが形成されるからである。基板スタックを反り返らせることは、より複雑であり得る。反り返らせるための基板ホルダは、特に国際公開第２０１７１６２２７２号および国際公開第２０１４１９１０３３号に記載されていると共に開示されている。
【００５６】
第１の本発明によるプロセスの本発明による第７のプロセスステップ１０６では、２枚の基板から成る基板スタックが存在している。この基板スタックは、両基板の外面にアライメントマークを有している。特にこの状態では、両基板が、直接接合、特にプリボンディングもしくはフュージョン接合によってまたは仮接合によって互いに解離不能に、好ましくは解離しにくく結合されている。仮接合では、特に接着剤がすでに、好ましくは熱によって、より好適には照射によって、好ましくはＵＶ照射によって硬化させられている。続く計量ステップによって、万が一、両基板相互のアライメントが最適でなく、解離しにくい結合、特にプリボンディングが行われているにすぎないことが確認された場合には、両基板を再び互いに分離して、両基板を新たな処理に供給するために、好ましくは、国際公開第２０１３０９１７１４号に基づく方法が使用されてもよい。特に下側の基板の外側のアライメントマークは、基板スタックを通じて見ると、上側の基板の外側のアライメントマークに対して整合している。形成された基板スタックは、ｚ方向に再度降下させられる。この事例でも、形成された基板スタックを降下させず、やはりプロセス領域外に移動させ、これによって、のちのプロセスステップで再び戻すことが可能である。プロセス領域外への移動は、衝突を回避するために、特に光学機器よりも上方への基板ホルダの持上げによって行うことができる。別の実施の形態では、後続のプロセスステップを別の設備で実施するために、こうして形成された基板スタックを別の設備、会社または別の国にすら海上輸送することさえ必要となり得る。
【００５７】
この点から、第１の本発明によるプロセスを、上側の基板ホルダに固定される任意の後続の基板でもって継続することができ、プロセスステップ１０４以降のプロセスステップを繰り返すことができる。この場合に生じ得る最大の誤差は、一番下側の基板と、接合すべき一番上側の基板との間の、誤差を伴うアライメントに関係している。基板スタックにわたるアライメントの誤差の伝播は生じない。
【００５８】
第１の本発明によるプロセスの本発明による第９のプロセスステップ１０８では、下側の基板ホルダをプロセス領域から遠ざけることによって取り外すことができ、その後、アンローディングすることができる最終的な基板スタックが得られる。
【００５９】
第２の方法
例示的な第２の本発明に係る方法では、一番下側の第１の基板の、内方に向けられたアライメントマークに対する複数の基板相互のアライメントが行われる。プロセス順序は以下の通りである。
【００６０】
第２の本発明に係る方法の本発明による第１のプロセスステップ２００では、アライメントマークを備えた一番下側の第１の基板が、下側の基板ホルダに固定される。このプロセスステップ２００では、アライメントマークが上側の光学機器によって測定される。アライメントマークは、特に上方に向けられている。特別な実施の形態では、アライメントマークを、下側に設けられた光学機器によって測定することもできる。しかしながら、これは、基板が、下側の光学機器により検知することができる電磁放射線に対して透過性でなければならないことを前提としている。特にシリコン基板は赤外線透過性である。以下、本明細書では、第２の本発明によるプロセスが、測定すべきアライメントマークに直に向けられた上側の光学機器のみに基づき説明してある。いま、下側の基板ホルダは、アライメントマークが上側の光学機器の左側もしくは右側の視野（英語：field-of-view）内に位置するまで粗位置決めされる。
【００６１】
第２の本発明によるプロセスの本発明による第２のプロセスステップ２０１では、両アライメントマークが被写界深度（英語：depth-of-field）内に位置するまで、下側の基板ホルダがｚ方向に移動させられる。この場合には、下側の基板の外面を光学機器の焦点平面に対して平行に位置決めするために、ウェッジエラー補償を実施することも必要となり得る。両アライメントマークが被写界深度内に位置すると、アライメントマークが十分鮮明に結像され、これによって、測定される。
【００６２】
その後、第２の本発明によるプロセスの本発明による選択的な第３のプロセスステップ２０２では、左上の光学機器が左側のアライメントマークを合焦し、右上の光学機器が右下のアライメントマークを合焦するまで、左側の検出ユニットおよび／または右側の検出ユニットがｘ方向および／またはｙ方向に移動させられる。合焦に関する考えは、第１のプロセスのプロセスステップ１０２における記載と同一であり、ここでは、省略する。
【００６３】
第２の本発明によるプロセスの本発明による第４のプロセスステップ２０３では、下側の基板ホルダが降下させられる。この下側の基板ホルダは、高い精度でｚ方向に運動可能でなければならない。極めて正確な運動を実現するための相応の方法は、本明細書の別の部分に述べてある。しかしながら、下側の基板ホルダをプロセス領域外に移動させ、のちのプロセスステップで再び戻すことも可能である。これは、使用されるアライメント設備に極めて大幅に関連している。この事例では、特に下側の基板ホルダのｘ位置決めおよび／またはｙ位置決めが極めて精密でなければならない。プロセス領域外への移動は、衝突を回避するために、特に光学機器よりも上方への基板ホルダの持上げによって行うことができる。後続の全てのプロセスステップは、プロセスステップ１０４〜１０７と同一である。
【００６４】
第２の本発明によるプロセスの本発明による第５のプロセスステップ２０４では、上側の基板ホルダがプロセス領域に移動させられる。上側の基板ホルダは、好適には、ｘ方向およびｙ方向にだけ運動することができるように構成されている。しかしながら、ｚ方向での、特に極めて正確な位置決めを可能にする付加的なモータユニットも可能である。上側の基板ホルダに上側の基板が固定された後、上側の基板ホルダは、上側のアライメントマークが上側の光学機器によって心合せされるまで移動させられる。別の意味では、この心合せによって、アライメントマークを介した下側の基板に対する上側の基板のアライメントも実現される。これは、上下の基板のアライメントマークに基づいた下側の基板に対する上側の基板のアライメントに相当している。検出ユニットはもはや運動させられてはならない。
【００６５】
第２の本発明によるプロセスの本発明による第６のプロセスステップ２０５では、第１の基板と第２の基板との間の接合工程が行われる。この場合、両基板相互の相対的な接近が行われる。この相対的な接近は、本発明によれば、好ましくは、上側の基板ホルダへの下側の基板ホルダの接近によって行われる。しかしながら、両基板のうちの一方の基板または両基板を別の装置（記載せず）によって、特に対称的に外向きに反らし、両基板もしくは両基板表面を、特に中心で接触させることも可能である。好ましくは、常に上側の基板が外向きに反らされる。なぜならば、上側の基板は常に単一の基板であるのに対して、プロセスが引き続き経過すると、下側の基板ホルダには基板スタックが形成されるからである。基板スタックを反らせることは、より複雑であり得る。
【００６６】
第２の本発明によるプロセスの本発明による第７のプロセスステップ２０６では、２枚の基板から成る基板スタックが存在している。この基板スタックはその上側の基板にしかアライメントマークを有していない。形成された基板スタックは、ｚ方向に再度降下させられる。この事例でも、形成された基板スタックを降下させず、やはりプロセス領域外に移動させ、これによって、のちのプロセスステップで再び戻すことが可能である。プロセス領域外への移動は、衝突を回避するために、特に光学機器よりも上方への基板ホルダの持上げによって行うことができる。別の実施の形態では、後続のプロセスステップを別の設備で実施するために、こうして形成された基板スタックを別の設備、会社または別の国にすら海上輸送することさえ必要となり得る。
【００６７】
この点から、第２の本発明によるプロセスを、上側の基板ホルダに固定される任意の後続の基板でもって継続することができ、プロセスステップ２０４以降のプロセスステップを繰り返すことができる。この場合に生じ得る最大の誤差は、一番下側の基板と、接合すべき一番上側の基板との間の、誤差を伴うアライメントに関係している。基板スタックにわたるアライメントの誤差の伝播は生じない。
【００６８】
その後、第２の本発明によるプロセスの本発明による第９のプロセスステップ２０８では、下側の基板ホルダをプロセス領域から遠ざけることによって取り外すことができ、その後、アンローディングすることができる最終的な基板スタックが得られる。
【００６９】
本発明の更なる利点、特徴および詳細は、以下の好適な実施例の説明ならびに図面から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１ａ】２つの光学機器の光軸相互の位置の３種類の可能性を示す図である。
【図１ｂ】２つの光学機器の光軸相互の位置の別の３つの可能性を示す図である。
【図２ａ】第１の本発明に係る方法の第１のステップを示す図である。
【図２ｂ】第１の本発明に係る方法の第２のステップを示す図である。
【図２ｃ】第１の本発明に係る方法の選択的な第３のステップを示す図である。
【図２ｄ】第１の本発明に係る方法の第４のステップを示す図である。
【図２ｅ】第１の本発明に係る方法の第５のステップを示す図である。
【図２ｆ】第１の本発明に係る方法の第６のステップを示す図である。
【図２ｇ】第１の本発明に係る方法の第７のステップを示す図である。
【図２ｈ】第１の本発明に係る方法の第８のステップを示す図である。
【図２ｉ】第１の本発明に係る方法の第９のステップを示す図である。
【図３ａ】第２の本発明に係る方法の第１のステップを示す図である。
【図３ｂ】第２の本発明に係る方法の第２のステップを示す図である。
【図３ｃ】第２の本発明に係る方法の選択的な第３のステップを示す図である。
【図３ｄ】第２の本発明に係る方法の第４のステップを示す図である。
【図３ｅ】第２の本発明に係る方法の第５のステップを示す図である。
【図３ｆ】第２の本発明に係る方法の第６のステップを示す図である。
【図３ｇ】第２の本発明に係る方法の第７のステップを示す図である。
【図３ｈ】第２の本発明に係る方法の第８のステップを示す図である。
【図３ｉ】第２の本発明に係る方法の第９のステップを示す図である。
【図４ａ】第１の本発明に係る基板ホルダの、寸法通りではない概略的な上面図である。
【図４ｂ】第２の本発明に係る基板ホルダの、寸法通りではない概略的な上面図である。
【図５ａ】第１のフローチャートである。
【図５ｂ】第２のフローチャートである。
【図６ａ】先行技術に係る方法により製造された基板スタックを示す図である。
【図６ｂ】本発明に係る方法により製造された基板スタックを示す図である。
【００７１】
図中、同一の構成部材または同一の機能を備えた構成部材には、同一の符号が付してある。
【００７２】
米国特許第６２１４６９２号明細書には、以下の方法を実施するための例示的な装置が開示されている。したがって、同明細書の開示は本明細書に含まれる。
【００７３】
左側の検出ユニット８ｌは、左下の光学機器７ｕｌと左上の光学機器７ｏｌとを有している。右側の検出ユニット８ｒは、右下の光学機器７ｕｒと右上の光学機器７ｏｒとを有している。
【００７４】
図１ａには、左側の光学機器７ｕｌ，７ｏｌの光軸１０ｏｌ，１０ｕｌ相互の位置の３種類の可能性が示してある。第１の事例（左側）では、光軸１０ｕｌ，１０ｏｌの交点は存在していない。第２の事例（真ん中）では、光軸１０ｕｌ，１０ｏｌが、基板に設けられた左側のアライメントマーク５ｌ内で交差している。これは、最も頻繁に生じる事例である。第３の事例（右側）では、両光軸１０ｕｌ，１０ｏｌが共線的であり（整合しており）、左側のアライメントマーク５ｌを中心で突き抜けている。これは、最適な事例である。本発明に係る方法に先だって、少なくとも真ん中（第２）の事例が実現されるように、光学機器７ｏｌ，７ｕｌが較正される。可能であれば、右側（第３）の事例が実現されることが望ましい。
【００７５】
図１ｂには、右側の光学機器７ｕｒ，７ｏｒの光軸１０ｏｒ，１０ｕｒ相互の位置の３種類の可能性が示してある。第１の事例（左側）では、交点は存在していない。第２の事例（真ん中）では、光軸１０ｏｒ，１０ｕｒが右側のアライメントマーク５ｒ内で交差している。これは、最も頻繁に生じる事例である。第３の事例（右側）では、両光軸１０ｏｒ，１０ｕｒが共線的であり、右側のアライメントマーク５ｒを中心で突き抜けている。これは、最適な事例である。本発明に係る方法に先だって、少なくとも真ん中の事例が実現されるように、光学機器７ｏｒ，７ｕｒが較正される。可能であれば、右側の事例が実現されることが望ましい。
【００７６】
図２ａには、例示的な第１の本発明に係る方法の第１のプロセスステップ１００が示してある。
【００７７】
下側の基板４ｕは、左下のアライメントマーク５ｕｌと右下のアライメントマーク５ｕｒとを有していて、左下の光学機器７ｕｌおよび右下の光学機器７ｕｒがアライメントマーク５ｕｌ，５ｕｒを、下側の基板ホルダ１ｕに設けられた切欠き３を通じて認めることができると共に測定することができるように、下側の基板ホルダ１ｕに固定される（図２ａの上図参照）。一般的に、アライメントマーク５ｕｌ，５ｕｒは、この時点ではまだ光学機器７ｕｌ，７ｕｒの被写界深度ｔ内に位置していない。これによって、アライメントマーク５ｕｌ，５ｕｒが相応にぼやけて見える。しかしながら、アライメントマーク５ｕｌ，５ｕｒは、好ましくは少なくともすでに光学機器７ｕｌ，７ｕｒの視野６ｕｌ，６ｕｒ内には位置していることが望ましい（下図参照）。このことは、機械的な事前位置調整によって達成することができる（矢印により示した）。アライメントマーク５ｕｌ，５ｕｒがまだ視野６ｕｌ，６ｕｒ内に位置していない場合には、少なくともアライメントマーク５ｕｌ，５ｕｒが下側の光学機器７ｕｌ，７ｕｒに対して可視となるまで、検出ユニット８ｌ，８ｒがｘ方向および／またはｙ方向に移動させられなければならない。アライメントマーク５ｕｌ，５ｕｒに対する検出ユニット８ｌ，８ｒの正確なアライメントは、図２ｃで初めて行われる。光学機器７ｕｌ，７ｕｒは個別に運動させられてはならない。なぜならば、さもないと、先だって実施された較正が失われていってしまうからである。
【００７８】
図２ｂには、方法の第２のプロセスステップ１０１が示してある。下側の基板４ｕの両アライメントマーク５ｕｌ，５ｕｒが被写界深度ｔ内に位置するまで、下側の基板ホルダ１ｕがＺ方向に移動させられる（矢印により示した）。このプロセスステップでは、必要な場合、ウェッジエラー補償が実施されてもよい。ウェッジエラーは、両アライメントマーク５ｕｌ，５ｕｒのうちの一方のアライメントマークが、被写界深度ｔの範囲外に位置しているという理由でぼやけて結像されるのに対して、アライメントマーク５ｕｌ，５ｕｒのうちの第２のアライメントマークが、まだ被写界深度ｔの範囲内に位置しているという理由で鮮明に結像されることによって認識することができる。しかしながら、好ましくは、ウェッジエラーはより精密な測定装置、特に干渉計によって認識され、下側の基板ホルダ１ｕの傾動によって相応に補正される。
【００７９】
図２ｃには、選択的な第３のプロセスステップ１０２が示してある。この第３のプロセスステップ１０２では、アライメントマーク５ｕｌ，５ｕｒが下側の光学機器７ｕｌ，７ｕｒによって心合せされるかもしくはアライメントマーク５ｕｌ，５ｕｒが光学機器７ｕｌ，７ｕｒ内で心合せされた状態になるまで、検出ユニット８ｌ，８ｒがＸ方向および／またはＹ方向に移動させられる（矢印により示した）。この場合には、アライメントマーク５ｕｌ，５ｕｒが、光学機器７ｕｌ，７ｏｌ；７ｕｒ，７ｏｒの光軸の交点に可能な限り正確に、好ましくは厳密に合致している。引き続き、光学機器７ｕｌ，７ｕｒ，７ｏｌ，７ｏｒを備えた検出ユニット８ｌ，８ｒが固定され、本発明によるプロセスの間、もはや運動させられない。下側の基板ホルダ１ｕの並進位置および／または回転位置が記憶される。
【００８０】
図２ｄには、第４のプロセスステップ１０３が示してある。下側の基板１ｕが負のｚ方向に移動させられ（矢印により示した）、これによって、上側の基板ホルダ１ｏ（図示せず）のためのプロセス領域が開放される。この場合には、下側の基板ホルダ１ｕを可能な限り精密に移動させることが必要となる。「可能な限り精密に」とは、ｚ方向への運動に伴って、ｘ方向および／またはｙ方向における下側の基板ホルダ１ｕの偏差が最小でなければならないことを意味している。代替的な本発明による実施の形態では、基板ホルダ１ｕがプロセス領域外に移動させられてもよい。この場合には、基板ホルダ１ｕが、図２ｆに示したプロセスステップ１０５に先だって、プロセス領域内に再び移動させられなければならない。
【００８１】
図２ｅには、第５のプロセスステップ１０４が示してある。上側の基板ホルダ１ｏは、ローディングされて固定された上側の基板４ｏ（下図参照）の上面に設けられた上側のアライメントマーク５ｏｌ，５ｏｒが、上側の光学機器７ｏｌ，７ｏｒの視野６ｏｌ，６ｏｒ内に位置して、適正に心合せされる（上図参照）ように、上側の基板４ｏを位置決めする（矢印により示した）。上側の基板ホルダ１ｏは、好ましくは、ｘ方向およびｙ方向への運動しか可能でなく、ｚ方向への運動は不可能であるように構成されている。したがって、上側の基板ホルダ１ｏへの上側の基板４ｏのローディングによって、上側のアライメントマーク５ｏｌ，５ｏｒは、好ましくはすでに被写界深度ｔ内に位置している。しかしながら、小さな高さ誤差を補償するために、上側の基板ホルダ１ｏを極めて良好に、少なくとも短い距離にわたってｚ方向に移動させることができる装置も可能である。
【００８２】
図２ｄに示したプロセスステップ１０３と、図２ｅに示したプロセスステップ１０４とは、特に同時に行われる。
【００８３】
図２ｆには、第６のプロセスステップ１０５が示してある。このプロセスステップでは、両基板４ｕ，４ｏの固定工程および／または接合工程が行われる。一般的には、両基板４ｕ，４ｏが相対的に接近させられる。図示の特別な本発明による実施の形態では、下側の基板ホルダ１ｕが下側の基板４ｕをＺ方向で上側の基板４ｏに接触させる（矢印により示した）。極めて重要な態様は、下側の基板４ｕの上側の基板表面４ｕｓと上側の基板４ｏの下側の基板表面４ｏｓとの間の接触の時点で、ｘ方向および／またはｙ方向における下側の基板ホルダ１ｕの、理想的なｘ位置および／またはｙ位置に対する偏差が最小であるという点にある。別の本発明による実施の形態では、このプロセスステップにおいて、上側の基板ホルダ１ｏを下側の基板ホルダ１ｕに接近させることも可能である。この場合には、類似の考えが、ｚ方向での高精度の位置決めについても云える。全く特別な本発明による実施の形態では、両基板ホルダ１ｕ，１ｏが互いに接近させられてもよい。
【００８４】
図２ｇには、第７のプロセスステップ１０６が示してある。この第７のプロセスステップ１０６では、下側の基板ホルダ１ｕが、接合された両方の第１の基板４ｕ，４ｏから成る形成された基板スタック９と共に負のｚ方向に移動させられ（矢印により示した）、これによって、上側の基板ホルダ１ｏのためのプロセス領域が開放される。基板ホルダ１ｕがプロセス領域から進出し、次の接合工程よりも前の時点で戻されることも可能である。なお、プロセスステップ１０４〜１０６は複数回実施されてもよい。
【００８５】
図２ｈには、第８のプロセスステップ１０７が示してある。この第８のプロセスステップ１０７では、上面にアライメントマーク５ｏｌ’，５ｏｒ’を備えた第３の基板４ｏ’が、上側の基板ホルダによって固定され、基板スタック９の上方に配置される。図２ｅもしくはステップ１０４に類似して、上側の基板ホルダ１ｏは、ローディングされて固定された後続の上側の基板４ｏ（下図参照）の上面に設けられた上側のアライメントマーク５ｏｌ’，５ｏｒ’が、上側の光学機器７ｏｌ，７ｏｒの視野６ｏｌ，６ｏｒ内に位置して、適正に心合せされる（上図参照）ように、後続の上側の基板４ｏ’を位置決めする（矢印により示した）。上側の基板ホルダ１ｏは、好ましくは、ｘ方向およびｙ方向への運動しか可能でなく、ｚ方向への運動は不可能であるように構成されている。したがって、上側の基板ホルダ１ｏへの上側の基板４ｏ’のローディングによって、上側のアライメントマーク５ｏｌ’，５ｏｒ’は、好ましくはすでに被写界深度ｔ内に位置している。しかしながら、小さな高さ誤差を補償するために、上側の基板ホルダ１ｏを極めて良好に、少なくとも短い距離にわたってｚ方向に移動させることができる装置も可能である。
【００８６】
これには、図２ｆもしくはステップ１０５に類似の接合工程と、図２ｇもしくはステップ１０６に類似のプロセス領域の開放とが続く。
【００８７】
その後、後続の基板をステップ１０７，１０５，１０６に類似してアライメントし、接合することができる。本発明によれば、接合すべきｎ＋１番目の基板が、ｎ番目の基板に対してアライメントされるのではなく、第１の基板に対してアライメントされるので、アライメント誤差を最小限に抑えることができる。
【００８８】
図３ａには、例示的な第２の本発明に係る方法の第１の方法ステップ２００が示してある。左下のアライメントマーク５ｕｌ’と右下のアライメントマーク５ｕｒ’とが、下側の基板４ｕの上面に配置されている（下図参照）。一般的に、アライメントマーク５ｕｌ’，５ｕｒ’は、この時点ではまだ光学機器７ｏｌ，７ｏｒの被写界深度ｔ内に位置していない。これによって、アライメントマーク５ｕｌ’，５ｕｒ’が相応にぼやけて見える（上図参照）。しかしながら、アライメントマーク５ｕｌ’，５ｕｒ’は、好ましくは少なくともすでに視野６ｏｌ，６ｏｒ内には位置していることが望ましい。このことは、機械的な事前位置調整によって常に達成することができる。アライメントマーク５ｕｌ’，５ｕｒ’がまだ視野６ｏｌ，６ｏｒ内に位置していない場合には、アライメントマーク５ｕｌ’，５ｕｒ’が上側の光学機器７ｏｌ，７ｏｒに対して可視となるまで、検出ユニット８ｌ，８ｒがｘ方向および／またはｙ方向に移動させられなければならない。第１のプロセスと異なり、好ましくは上側の光学機器７ｏｌ，７ｏｒだけが使用される。それにもかかわらず、検出ユニット８ｌ，８ｒ全体が運動させられる。基板４ｕが搬送されている場合には、アライメントマーク５ｕｌ’，５ｕｒ’を検知するために、下側の光学機器７ｕｌ，７ｕｒが使用されてもよい。この事例では、上面の全てのアライメントマーク５ｕｌ’，５ｕｒ’，５ｏｌ，５ｏｒの観察と、下面のアライメントマーク５ｕｌ’，５ｕｒ’の観察とが可能となる。しかしながら、本発明によるプロセスでは、何も変更されなくてもよい。なぜならば、この事例でも、それぞれ第１の基板に対する各基板の較正が行われるからである。したがって、後続の図面には、確かに下側の光学機器７ｕｌ，７ｏｒがまだ示してはあるものの、詳細な説明は省略する。
【００８９】
図３ｂには、第２の本発明に係る方法の第２の方法ステップ２０１が示してある。下側の基板４ｕの両アライメントマーク５ｕｌ’，５ｕｒ’が被写界深度ｔ内に位置するまで、下側の基板ホルダ１ｕがＺ方向に移動させられる。このプロセスステップでは、必要な場合、ウェッジエラー補償が実施されてもよい。ウェッジエラーは、両アライメントマーク５ｕｌ’，５ｕｒ’のうちの一方のアライメントマークが、被写界深度ｔの範囲外に位置しているという理由でぼやけて結像されるのに対して、アライメントマーク５ｕｌ’，５ｕｒ’のうちの第２のアライメントマークが、まだ被写界深度ｔの範囲内に位置しているという理由で鮮明に結像されることによって認識することができる。しかしながら、好ましくは、ウェッジエラーはより精密な測定装置、特に干渉計によって認識され、下側の基板ホルダ１ｕの傾動によって相応に補正される。
【００９０】
図３ｃには、選択的な第３のプロセスステップ２０２が示してある。この第３のプロセスステップ２０２では、アライメントマーク５ｕｌ’，５ｕｒ’が上側の光学機器７ｏｌ，７ｏｒによって心合せされるまで、検出ユニット８ｌ，８ｒがＺ方向に移動させられる。引き続き、検出ユニット８ｌ，８ｒが固定され、本発明によるプロセスの間、もはや運動させられない。下側の基板ホルダ１ｕの並進位置および／または回転位置が記憶される。
【００９１】
図３ｄには、第４のプロセスステップ２０３が示してある。下側の基板１ｕが負のｚ方向に移動させられ、これによって、上側の基板ホルダ１ｏのためのプロセス領域が開放される。この場合には、下側の基板ホルダ１ｕを可能な限り精密に移動させることが必要となる。「可能な限り精密に」とは、ｚ方向への運動に伴って、ｘ方向および／またはｙ方向における下側の基板ホルダ１ｕの偏差が最小でなければならないことを意味している。代替的な本発明による実施の形態では、基板ホルダ１ｕがプロセス領域外に移動させられてもよい。この場合には、基板ホルダ１ｕが、図３ｆに示したプロセスステップ２０５に先だって、プロセス領域内に再び移動させられなければならない。
【００９２】
図３ｅには、第５のプロセスステップ２０４が示してある。上側の基板ホルダ１ｏは、上側のアライメントマーク５ｏｌ，５ｏｒが、上側の光学機器７ｏｌ，７ｏｒの視野６ｏｌ，６ｏｒ内に位置して、適正に心合せされるように、ローディングされて固定された上側の基板４ｏを位置決めする。上側の基板ホルダ１ｏは、好ましくは、ｘ方向およびｙ方向への運動しか可能でなく、ｚ方向への運動は不可能であるように構成されている。したがって、上側の基板ホルダ１ｏへの上側の基板４ｏのローディングによって、上側のアライメントマーク５ｏｌ，５ｏｒは、好ましくはすでに被写界深度ｔ内に位置している。しかしながら、小さな高さ誤差を補償するために、上側の基板ホルダ４ｏを極めて良好に、少なくとも短い距離にわたってｚ方向に移動させることができる装置も可能である。
【００９３】
図３ｄに示したプロセスステップ２０３と、図３ｆに示した続くプロセスステップ２０４とは、特に同時に行われる。
【００９４】
図３ｆには、第６のプロセスステップ２０５が示してある。このプロセスステップでは、両基板４ｕ，４ｏの固定工程または接合工程が行われる。一般的には、両基板４ｕ，４ｏが相対的に接近させられる。図示の特別な本発明による実施の形態では、下側の基板ホルダ１ｕが下側の基板４ｕを上側の基板４ｏに接触させる。極めて重要な本発明による態様は、基板表面４ｕｓと基板表面４ｏｓとの間の接触の時点で、ｘ方向および／またはｙ方向における下側の基板ホルダ１ｕの、理想的なｘ位置および／またはｙ位置に対する偏差が最小であるという点にある。別の本発明による実施の形態では、このプロセスステップにおいて、上側の基板ホルダ１ｏを下側の基板ホルダ１ｕに接近させることも可能である。この場合には、類似の考えが、ｚ方向での高精度の位置決めについても云える。全く特別な本発明による実施の形態では、両基板ホルダ１ｕ，１ｏが互いに接近させられてもよい。
【００９５】
図３ｇには、第７のプロセスステップ２０６が示してある。この第７のプロセスステップ２０６では、両方の第１の基板４ｕ，４ｏから接合により形成された基板スタック９’’が負のｚ方向に移動させられ、これによって、上側の基板ホルダ１ｏのためのプロセス領域が開放される。基板ホルダ１ｕがプロセス領域から進出し、次の接合工程よりも前の時点で戻されることも可能である。なお、プロセスステップ２０４〜２０６は複数回実施されてもよい。
【００９６】
図３ｈには、第８のプロセスステップ２０７が示してある。この第８のプロセスステップ２０７では、上面にアライメントマーク５ｏｌ’，５ｏｒ’を備えた第３の基板４ｏ’が、上側の基板ホルダによって固定され、基板スタック９’’の上方に配置される。図３ｅもしくはステップ２０４に類似して、上側の基板ホルダ１ｏは、ローディングされて固定された後続の上側の基板４ｏ’（下図参照）の上面に設けられた上側のアライメントマーク５ｏｌ’，５ｏｒ’が、上側の光学機器７ｏｌ，７ｏｒの視野６ｏｌ，６ｏｒ内に位置して、適正に心合せされる（上図参照）ように、上側の基板４ｏ’を位置決めする（矢印により示した）。上側の基板ホルダ１ｏは、好ましくは、ｘ方向およびｙ方向への運動しか可能でなく、ｚ方向への運動は不可能であるように構成されている。したがって、上側の基板ホルダ１ｏへの上側の基板４ｏ’のローディングによって、上側のアライメントマーク５ｏｌ’，５ｏｒ’は、好ましくはすでに被写界深度ｔ内に位置している。しかしながら、小さな高さ誤差を補償するために、上側の基板ホルダ１ｏを極めて良好に、少なくとも短い距離にわたってｚ方向に移動させることができる装置も可能である。
【００９７】
図３ｉには、第８のプロセスステップ２０７が示してある。この第８のプロセスステップ２０７では、完成した基板スタック９’’が下側の基板ホルダ１ｕからアンローディングされる。
【００９８】
その他の点では、第２のプロセスには、第１のプロセスに対して実施されたプロセスが適用される。
【００９９】
図４ａには、第１の本発明に係る基板ホルダ１の、寸法通りではない概略的な上面図が示してある。この基板ホルダ１は基板ホルダプレートから成っている。この基板ホルダプレートには、基板４（部分的にしか図示していない）を固定するための、特に複数の固定要素２が設けられている。これらの固定要素２は、好ましくは真空固定部、特に真空通路の一部としての真空開口である。基板ホルダプレートには、複数の、特に少なくとも２つの切欠き３が加工されている。これらの切欠き３は、好適には、基板ホルダ１の各縁部１ｓから等しい間隔を置いて配置されている。切欠き３は、好ましくは貫通した孔である。この孔は、この実施の形態では円形に形成されている。しかしながら、切欠き３は、任意のあらゆる形状、特に方形を有していてもよい。また、複雑にフライス削りされた幾何学形状を有する切欠き３も可能である。
【０１００】
図４ｂには、第２の本発明に係る基板ホルダ１’の概略的な上面図が示してある。この基板ホルダ１’は基板ホルダプレートを備えている。この基板ホルダプレートには、基板４（部分的にしか図示していない）を固定するための、特に複数の固定要素２’が設けられている。これらの固定要素２’は、好ましくは真空固定部、特に真空通路の一部としての真空開口である。基板ホルダプレートには、複数の、特に少なくとも２つの切欠き３’が加工されている。これらの切欠き３’は、好ましくは、基板ホルダ１’の縁部１ｓ’から形成されて内部に延びる、特にフライス削り工程により形成された細長い切欠き３’である。この切欠き３’の本発明による構成によって、有利には、下側の光学機器７ｕｌ，７ｕｒよりも上方への基板ホルダ１’の持上げが不要となる。
【０１０１】
前述した基板ホルダ１，１’は、本発明による設備の下側および／または上側で使用することができる。
【０１０２】
図５ａには、第１の本発明に係る方法のフローチャートが示してある。プロセスステップ１００〜１０３が１回しか実施されないのに対して、プロセスステップ１０４〜１０６は全部でｎ回実施されてもよい。プロセスステップ１０７は、明示のため、固有の図２ｈに示してあり、プロセスステップ１０４に等しいが、このプロセスステップ１０４では、第３の基板４ｏ’が、すでに形成された基板スタック９に接合されることは除く。
【０１０３】
図５ｂには、第２の本発明に係る方法のフローチャートが示してある。プロセスステップ２００〜２０３が１回しか実施されないのに対して、プロセスステップ２０４〜２０６は全部でｎ回実施されてもよい。プロセスステップ２０７は、明示のため、固有の図３ｈに示してあり、プロセスステップ２０４に等しいが、このプロセスステップ２０４では、第３の基板４ｏ’が、すでに形成された基板スタック９’’に接合されることは除く。
【０１０４】
図６ａには、先行技術が示してあり、しかも、アライメント誤差が増大しつつ互いに積層された４枚の基板４，４’，４’’，４’’’から成る基板スタック９’が一部抜粋して示してある。基板４，４’，４’’，４’’’は、一例としてモノリシックなレンズウェーハである。光学素子１３，１３’，１３’’，１３’’’、特にレンズの光軸１２，１２’，１２’’，１２’’’は共線的でない。連続する２つの光学素子１３，１３’，１３’’，１３’’’の２つの光軸の間の間隔が増大していることを特に認めることができる。
【０１０５】
図６ｂには、アライメント誤差が不変のまま互いに積層された４枚の基板４，４’，４’’，４’’’から成る、本発明に係る方法により製造された基板スタック９’が一部抜粋して示してある。基板４，４’，４’’，４’’’は、一例としてモノリシックなレンズウェーハである。光学素子１３，１３’，１３’’，１３’’’、特にレンズの光軸１２は共線的でない。しかしながら、ｎ番目の基板４’，４’’，４’’’の光軸と第１の基板４の光軸との間の間隔がほぼ等しいことを認めることができる。なぜならば、本発明により、ｎ番目の基板４’，４’’，４’’’が第１の基板４に対してアライメントされるからである。最適な状態は、全ての光学素子１３，１３’，１３’’，１３’’’の光軸１２，１２’，１２’’，１２’’’が共線的であるように基板４，４’，４’’，４’’’が積層されると共にアライメントされる状態である。
【符号の説明】
【０１０６】
１，１’，１ｕ，１ｏ  基板ホルダ
１ｓ，１ｓ’  縁部
２，２’  固定部
３，３’  切欠き
４ｏ，４ｏ’，４ｕ，４，４’，４’’，４’’’  基板
５ｕｌ，５ｕｒ，５ｏｌ，５ｏｒ，５ｕｌ’，５ｕｒ’  アライメントマーク
６ｕｌ，６ｕｒ，６ｏｌ，６ｏｒ  視野
７ｕｌ，７ｕｒ，７ｏｌ，７ｏｒ  光学機器
８ｌ，８ｒ  検出ユニット
９，９’，９’’，９’’’  基板スタック
１０ｕｌ，１０ｏｌ，１０ｕｒ，１０ｏｒ  光軸
１２，１２’，１２’’，１２’’’  光軸
１３，１３’，１３’’，１３’’’  光学素子
ｔ  被写界深度
【図１ａ】
2020511784.tif 000003
【図１ｂ】
2020511784.tif 000004
【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
2020511784.tif 000008
【図２ｅ】
2020511784.tif 000009
【図２ｆ】
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【図２ｇ】
2020511784.tif 000011
【図２ｈ】
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【図２ｉ】
2020511784.tif 000013
【図３ａ】
2020511784.tif 000014
【図３ｂ】
2020511784.tif 000015
【図３ｃ】
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【図３ｄ】
2020511784.tif 000017
【図３ｅ】
2020511784.tif 000018
【図３ｆ】
2020511784.tif 000019
【図３ｇ】
2020511784.tif 000020
【図３ｈ】
2020511784.tif 000021
【図３ｉ】
2020511784.tif 000022
【図４ａ】
2020511784.tif 000023
【図４ｂ】
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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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【国際調査報告】
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