JP5650328B2 - ウェッジエラーを減少させるための装置及び方法 - Google Patents

Description

この発明は、第1の基板の第1の表面と第2の基板の第2の表面との間に隙間を伴う第1の表面と第2の表面とを対向して位置合わせするための請求項1に係る装置、及び、請求項9に係る対応する方法に関する。

半導体産業においては、2つの表面の互いに対する較正が非常に重要である多数の装置及び方法が存在する。表面は、一般に、その構造が互いに位置合わせされなければならない構造化された表面である。これらの較正に取り組む全ての方法では、位置合わせのエラー、特にウェッジエラー、したがって、対向して位置合わせされるべき2つの表面の角度位置のずれが最小限に抑えられ、又は、ほぼ排除されることが望ましい。したがって、理想的には、基板の表面は、例えばマイクロレンズをエンボス加工する際、又は、リソグラフィ方法でマスクを形成する際に、ある最終位置で互いに平行に正確に位置合わせされなければならない。マイクロシステム工学の例では、特に、光学レンズとして、また、半導体産業における小型化の強い要求に起因して、より小さくならなければならないと同時にさらに正確にならなければならないマイクロレンズの製造の例では、前述したエラーが特に大きな影響を及ぼす。

また、マイクロレンズの光軸が特にウェッジエラーにより引き起こされる位置合わせエラーを何ら有さないことが特に重要である。マイクロレンズは、しばしば、互いに上下に積み重ねられ、そのため、それに対応してウェッジエラーが悪化され、したがって、画質が低下する。

さらに、マイクロレンズの大量生産における廃物を最小限に抑えることに努力が向けられている。

前述したウェッジエラーは、エンボス基板の互いに対する位置決めミス、又は、エンボス材料が硬化されかつエンボス加工されるべき部品、特にマイクロレンズの製造において決定的な最終位置でエンボス基板を受け入れる保持システムの互いに対する位置決めミスに起因して生じる。

これまで、ウェッジエラーは、基板が互いの方へ並進方向で移動される実際のエンボス加工プロセスの前に平行に位置合わせされる基板の表面間の隙間分だけ保持システムが近づく前に可能な限り正確に保持システムを平行に位置合わせすることによって減少されてきた。

この発明の目的は、2つの離間する基板の位置合わせにおける位置合わせエラーを最小限に抑えることができ、その結果、製造されるべき製品の品質が高まり、製造コストが大きく低減される装置及び方法を創出することである。

この目的は、請求項1及び請求項9の特徴によって達成される。本発明の有利なさらなる進展が従属請求項に示される。明細書、特許請求の範囲、及び/又は、図1に示される特徴のうちの少なくとも2つの組合せの全ても本発明の枠組みの範囲内に入る。示唆される値の範囲では、前述した限界内の値も、境界値として開示され、任意の組合せで特許請求の範囲に記載される。

本発明は、最終位置への基板の接近前ではなく、接近中及び最終位置に達するまでに、位置合わせエラー、特にウェッジエラー、すなわち、2つの基板間の位置合わせエラーの減少に取り組むという考えに基づいている。したがって、本発明によれば、位置合わせされるべき基板間の測定システムの導入を排除できる。基板の接近中における、第2の基板に対する第1の基板の隙間又は角度位置、あるいは、第1の保持システムと第2の保持システムとの隙間又は角度位置は、第1の表面と第2の表面との間に形成される作業空間の外側から本発明にしたがって測定され、それにより、装置により製造されることとなる製品、特にマイクロレンズ領域又はマスクの完成まで、基板の接近中の原位置測定を行うことができる。

第1及び第2の基板によってエンボス加工されることとなるエンボス材料は中間空間内へ導入されるため、本発明に係る位置合わせは、エンボス材料が中間空間内へ移動された後、又は、エンボス材料がキャリア基板として設計された第1又は第2の基板上へ移動された後に行われる。最終位置に達する直前又は最終位置に達した時点でウェッジエラーの減少が行われれば特に有益である。これは、第1及び/又は第2の基板のさらなる移動に起因するエラーを本質的に排除できるからである。

本発明の1つの有利な実施形態によれば、ウェッジエラーを減少させるための手段が、接近中に、特に最終位置に達するまで、連続的に、特に途切れなく使用され得ることが提供される。本発明のこのバージョンは、ナノインプリント法と併せると特に有益である。これは、第1の表面及び/又は第2の表面上に、第1の表面と第2の表面との間でエンボス材料をエンボス加工するためのエンボス構造体が存在するからである。

本発明の他の有利な実施形態によれば、ウェッジエラーを減少させるための手段が、第2の表面への第1の表面の接近中に第1の基板と第2の基板との間の角度位置を測定するための特に分光的に作用する測定手段を備えることが提供される。第2の表面への第1の表面の接近中あるいはその逆の場合に第1及び第2の表面の互いに対する角度位置を最終位置に至るまで測定することによって、それに応じて、ウェッジエラーを減少させるための手段により、第1及び第2の表面を平行に位置合わせするべく第1の基板及び/又は第2の基板又は第1の保持システム及び/又は第2の保持システムに作用することができ、それにより、理想的な場合には、特に最終位置に達するときに、ウェッジエラーがもはや存在しない。

ここで、測定手段が特に第1及び/又は第2の保持システムに設けられるいくつかの、特に少なくとも3つのセンサを有し、各センサが、それぞれのセンサに対する第1の表面及び第2の表面の並進方向での隙間、特に、第1の表面から離れて面する第1の基板の第1の支持面と第2の表面から離れて面する第2の基板の第2の支持面との隙間を測定するために第1及び/又は第2の保持面の表面下にあれば特に有益である。センサを組み込むことにより、特に、スペースの節約、及び、保持面又は表面の角度位置の確実な検出を原位置で行うことができる。

好適には、本発明の1つの実施形態では、ウェッジエラーを減少させるための手段が、第2の基板に対する第1の基板の角度位置、特に第2の表面に対する第1の表面の角度位置を変えるための駆動手段を備え、駆動手段が第1及び/又は第2の保持システムに位置されることがさらに提供される。駆動手段は、特に、各保持システムのためのモータであり、これらのモータは、保持システムのうちの少なくとも1つにおいて、少なくとも2つの、特に3つの回転自由度を利用できるようにするとともに、その回転軸が互いに垂直であり、また、保持システムを並進方向へ適宜に傾けることができる。

本発明の他の有利な実施形態によれば、ウェッジエラーを減少させるための手段が、ウェッジエラーの減少を制御するための、特に測定手段の測定値を検出してそれに対応して駆動手段を起動させるための能動制御手段を有することが提供される。測定手段の測定値に基づく、したがって、本発明にしたがって関連する個々の表面とセンサとの間(表面/支持面)の隙間に基づく能動制御システムは、対応する駆動手段の自動的な再調整を行い、それにより、第2の表面に対する第1の表面の平行な位置合わせが任意の瞬間に確保される。

本発明に係る方法-1つの実施形態による-は、特に以下に挙げられる順序の以下のステップ、すなわち、
- 第1の基板を第1の保持システム上にその保持面で固定するとともに、第2の基板を第2の保持システム上にその保持面で固定するステップと、
- 第1の基板を第2の基板に対して並進方向と横方向に位置合わせするステップと、
- 第1の基板の第1の表面にエンボス構造体を取り付けるとともに、第2の基板の第2の表面にキャリア材料を取り付けるステップと、
- 第2の保持システムの方向での第1の保持システムの並進移動によって第1の基板を第2の基板に近づけるステップと、
- 第2の基板への第1の基板の接近中に、第1の基板がセンサ検出領域にあると直ぐに、第1及び第2の基板と第2の保持システムの各センサとの間の隙間を測定するステップと、
- 第1の基板と第2の基板との間のウェッジエラーを減少させるために、制御システム及び駆動手段の制御により、それにしたがって駆動手段を起動させ、それにしたがって第1の基板又は第1の保持システムを基板又は第2の保持システムに対して回転させることにより、測定された値を評価して、第2の基板に対する第1の基板の角度位置を計算するステップと、
によって特徴付けられる。

本発明の他の利点、特徴、及び、詳細は、本発明の1つの好ましい実施形態の図の以下の説明から明らかになる。

ウェッジエラーを減少させるための本発明に係る装置の断面図を示している。

図1は、第1の表面2oと第2の表面5oとの間に隙間を伴う第1の基板2の第1の表面2oと第2の基板5の第2の表面5oとを対向して位置合わせするための装置の第1の保持システムを示しており、第2の基板5は第2の保持システム6の第2の保持面6a上に固定される。第1の保持システム1に対する第1の基板2の固定、及び、第2の保持システム6に対する第2の基板5の固定は、例えば、第1の保持システム1の1つの保持面1a又は第2の保持システム6の保持面6aに負圧を印加することによって行われる。

エンボス構造体3が、表面2o上に配置されて、表面5oに取り付けられたエンボス材料4をエンボス加工するために使用される。エンボス材料4は、例えば、エンボス加工中にエンボス構造体3の輪郭を呈する高分子である。すなわち、エンボス加工のある最終位置で、エンボス構造体3をエンボス材料4中に浸し、それにより、エンボス構造体3の輪郭にしたがって、複数の正確に寸法付けられた製品、ここではマイクロレンズが形成される。1つのマイクロレンズ領域がエンボス材料からエンボス加工されて図示の配列により硬化され、そのためその後、マイクロレンズ領域からいくつかのマイクロレンズを形成することができる。

エンボス加工する目的で、第1の基板2が最初に第2の基板5と平行に対向して同一平面上に位置合わせされる。この場合、第1の基板2及び第2の基板5の角度位置を表わす破線により示される-図1に誇張して示される-ウェッジエラーが広く一般に存在する。ウェッジエラーは、第1の保持システム1又は第2の保持システム6の互いに対する及び/又は並進方向Tとは反対方向の傾いた位置によって、ならびに、第1の基板2及び/又は第2の基板5の不均一な厚さによって、又は、前述した原因の組合せによって生じ得る。

第1の保持システム1は、第1の表面2oを第2の表面5oに近づけるための接近手段とも呼ばれる図示しない並進駆動部によって第2の保持システム6へ向けて並進方向Tに移動され得る。並進駆動部は、例えば、第1の保持システム1を把持する図示しないロボットアームであってもよい。第2の保持システム6は、装置でチャックのように固定され得る。本発明によれば、2つの保持システムの逆の動作が考えられる。

第2の基板5又はエンボス加工材料4への第1の基板2又はエンボス構造体3の接近中、ウェッジエラーを減少させるための手段は、特に、第2の保持システム6のセンサチャンバ7内に配設されるいくつかのセンサ8である。センサ8は、各センサ8が光ビームを放射するように分光センサとして設計され、光ビームの反射及び反射光の分光により、センサ8へと向かう光ビーム中に位置される第1の表面2oと第2の表面5oとの隙間を測定できる。第2の基板5の方向での第1の基板2の接近の任意の瞬間に-それぞれのセンサ8の検出領域内で-隙間の差を見つけることにより、隙間を異なる位置で測定することができ、それにより、駆動手段の対応する制御によって、第1の保持システム1、したがって、第1の基板2の対応する回転、又は、第1の保持システム1の傾きがもたらされるようになる。

センサ8は特に白色光分光で作用し、したがって、少なくともセンサチャンバ7の領域内の第2の基板5が光放射線及び/又はUV放射線を透過する。第1の基板2も光放射線及び/又はUV放射線を透過するため、センサ8から保持側1aの第1の基板の1つの支持面2aまでの隙間をセンサによって測定することができる。同様に、保持側6aの第2の基板5の1つの支持面5aからの隙間を測定することができ、それにより、センサ8のビーム経路が延びる領域内で基板2、5の厚さを測定することができる。

したがって、第1の表面2oが第2の表面5oに近づく間、第1の保持システム1の並進方向Tの動きのエラー及び不完全な初期位置合わせも、ならびに、第1の基板2もしくは第2の基板5の厚さのエラー又は保持面1a、6aの不均一性も、その両方を補償することができる。

分光測定をさらに最適化して、測定精度を高めるために、本発明の1つの有利な実施形態では、エンボス構造体3及びエンボス材料4がセンサ8のビーム経路外に位置されるようにする。したがって、分光の誤った評価が回避され、センサの分光による隙間の決定の精度が高められる。

したがって、本発明に係る構成は、いくつかの送信器-受信器モジュール、特にセンサ8から成る光路系を使用し、それにより、エンボス加工金型として設計される第1の基板2と支持ウエハとして設計される第2の基板5の表面5oとの間の隙間が積極的に測定されることにより、エンボス加工面間又は第1の基板2及び第2の基板5の表面間のウェッジエラーの結果としてのマイクロレンズ領域の不均一なエンボス加工の問題を解決すると同時に、傾きや回転によるエンボス構造体3の接近中に、理想的な場合にはウェッジエラーを伴うことなく、表面2oが表面5oと平行に位置合わせされるように第1の保持システム1が再調整される。

本発明の利点は、同じ状態のままのレンズ品質を支持ウエハ全体にわたって確保できることから、マイクロレンズ領域内のマイクロレンズのより高い歩留まりにある。その光軸のエラーを無視できるレンズの高い歩留まりは、明らかに、特にいくつかのマイクロレンズを互いに上下に結合させる場合に経済的利点及び技術的利点を与える。より高い歩留まりは、物品価格の低下という経済的利点に加えて、画質がさらに高くなるという技術的利点も与える。

1 第1の保持システム
1a 保持面
2 第1の基板
2a 支持面
2o 表面
3 エンボス構造体
4 エンボス材料
5 第2の基板
5a 支持面
5o 表面
6 第2の保持システム
6a 保持面
7 センサチャンバ
8 センサ
T 並進方向

Claims (16)

1. 第１の基板（２）の第１の表面（２ｏ）と第２の基板（５）の第２の表面（５ｏ）との間に間隔を伴って前記第１の表面（２ｏ）と前記第２の表面（５ｏ）とを対向して位置合わせする装置であって、
   前記第１の基板（２）を第１の保持面（１ａ）上で保持する第１の保持システム（１）と、
   前記第２の基板（５）を第２の保持面（６ａ）上で保持する第２の保持システム（６）と、
   ある最終位置へと至るまで１つの並進方向（Ｔ）で前記第１の表面（２ｏ）を前記第２の表面（５ｏ）に接近させる接近手段と、
   を備え、
   前記基板（２，５）の接近中の原位置測定を用いて、前記第２の表面（５ｏ）への前記第１の表面（２ｏ）の前記接近中に前記第１の表面（２ｏ）と前記第２の表面（５ｏ）との間のウェッジエラーを減少させる手段が設けられており、
   前記第１の表面（２ｏ）上及び／又は前記第２の表面（５ｏ）上には、前記第１の表面（２ｏ）と前記第２の表面（５ｏ）との間でエンボス材料（４）をエンボス加工するエンボス構造体（３）が設けられている
   ことを特徴とする装置。
2. 前記ウェッジエラーを減少させる前記手段は、前記接近中に、連続的に使用され得る請求項１に記載の装置。
3. 前記ウェッジエラーを減少させる前記手段は、前記接近中に、途切れなく使用され得る請求項２に記載の装置。
4. 前記ウェッジエラーを減少させる前記手段は、前記接近中に、前記最終位置に達するまで、連続的に使用され得る請求項２または３に記載の装置。
5. 前記接近のための前記手段は、前記第１及び第２の保持システム（１，６）を前記保持面（１ａ，６ａ）に対して横方向の並進方向（Ｔ）で並進動作させるようになっている請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記ウェッジエラーを減少させる前記手段は、前記第２の表面（５ｏ）への前記第１の表面（２ｏ）の前記接近中に前記第１の基板及び前記第２の基板における角度位置を測定する測定手段を備える請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記ウェッジエラーを減少させる前記手段は、分光的に作用する前記測定手段を備える請求項６に記載の装置。
8. 前記測定手段は、複数のセンサ（８）を有し、前記各センサは、前記それぞれのセンサ（８）に対する前記第１の表面（２ｏ）及び前記第２の表面（５ｏ）の前記並進方向（Ｔ）での前記間隔を測定する請求項６または７に記載の装置。
9. 前記測定手段は、少なくとも３つのセンサ（８）を有する請求項８記載の装置。
10. 前記センサ（８）は、前記第１及び／又は第２の保持システム（１，６）において前記第１及び／又は第２の保持面（１ａ，６ａ）の下に設けられている請求項８または９記載の装置。
11. 前記センサ（８）は、前記第１の表面（２ｏ）から離れた側の前記第１の基板（２）の第１の支持面（２ａ）と前記第２の表面（５ｏ）から離れた側の前記第２の基板（５）の第２の支持面（５ａ）との前記間隔を測定する請求項８から１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 前記ウェッジエラーを減少させる前記手段は、前記第２の基板（５）に対する前記第１の基板（２）の前記角度位置を変える駆動手段を備え、前記駆動手段が前記第１及び／又は第２の保持システム（１，６）に配置されている請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 前記ウェッジエラーを減少させる前記手段は、前記第２の表面（５ｏ）に対する前記第１の表面（２ｏ）の前記角度位置を変える駆動手段を備える請求項１２に記載の装置。
14. 前記ウェッジエラーを減少させる前記手段は、前記ウェッジエラーの前記減少を制御する能動制御システムを備える請求項１から１３のいずれか一項に記載の装置。
15. 前記ウェッジエラーを減少させる前記手段は、前記測定手段の測定値を検出してそれに対応して前記駆動手段を起動させる能動制御システムを備える請求項１４に記載の装置。
16. 第１の基板の第１の表面と第２の基板の第２の表面との間に間隔を伴って前記第１の表面と前記第２の表面とを対向して位置合わせするための方法であって、
    前記基板（２，５）の接近中の原位置測定を用いて、前記第２の表面への前記第１の表面の前記接近中に前記第１及び前記第２の表面間のウェッジエラーが減少され、
    前記第１の表面（２ｏ）上及び／又は前記第２の表面（５ｏ）上には、前記第１の表面（２ｏ）と前記第２の表面（５ｏ）との間でエンボス材料（４）をエンボス加工するエンボス構造体（３）が設けられている
    ことを特徴とする方法。

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