JP6805180B2 - ボンディング前に基板を位置合わせする方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１記載の、少なくとも２つの第１のアライメントマークを有する第１の基板を、少なくとも２つの第２のアライメントマークを有する第２の基板に位置合わせする方法、および、請求項７記載の対応する装置に関する。

特にはパターニングされた２つの基板を、相互に位置合わせして接合（ボンディング）するための多くの方法が存在している。その全方法の大半において、アライメントシステム（英語：aligner）とボンダとは、別個のモジュール／チャンバである。アライメントシステムは、アライメントマーク（英語：alignment mark）を用いて２つの基板を相互に配向する。位置合わせ後、特にクランプによって固定が行われる。このために２つの基板は相互に重ねられサンプルホルダにおいて固定される。また、基板相互の固定は、サンプルホルダを使用せずに行うこともできる。サンプルホルダなしのこうした固定は、国際公開第２０１４１５４２７２号（ＷＯ２０１４１５４２７２Ａ１）に開示されており、そこには、磁性体を用いて２つの基板を直接に固定できることが示されている。

その後、相互に固定された基板は、搬送装置によってボンディングシステムへ供給され、そこで２つの基板の接合が行われる。こうしたボンディングシステムの特別の形態が溶融ボンダである。溶融ボンダとは、ピンを用いた特に中央部での接触により２つの基板のボンディングを行う装置であると理解されたい。基板表面がきわめて純粋であることにより、これらの基板表面間の付着力による自己固定が生じる。この付着力は主としてファンデルワールス力によるものである。こうして行われたボンディングは、理論的に達成すべき完全な剛性、すなわち、さらなるプロセスステップで熱処理およびそこから生じる共有結合によって形成される剛性をまだ有していないので、プレボンディング（英語：prebond）と称される。

溶融ボンディングを行う場合、主として２つの大きな問題が生じる。

第１の問題は、大きな区間にわたって位置合わせ精度を維持すべきことである。現行のアライメントシステムは、２００ｎｍを下回る位置合わせ精度を達成するように構成されている。これは、２つの基板を、それぞれ対応するアライメントマークによって、１００ｎｍ〜２００ｎｍより正確に相互に位置合わせして相互に固定できることを意味する。ただし、この位置合わせ精度は、できるだけ長い時間および／またはできるだけ長い区間にわたって維持されなければならない。さらに、２つの基板相互の固定は、達成された位置合わせ精度が特には例えばロボットによる取り扱いプロセス中の基板相互の移動により失われることがない程度の強さで行われなければならない。

第２の問題は、従来公知の手法では、位置合わせ時ひいてはボンディング形成時のスループットが大抵の場合に小さいということである。きわめて多くのケースで、特にフェース‐ツー‐フェースアライメント、バック‐ツー‐フェースアライメントまたはバック‐ツー‐バックアライメントなどの種々異なる位置合わせ法を行うように構成された煩雑かつコストの嵩むアライメントシステムが使用される。

本発明で好ましいものとして使用されるボンディング形式は、熱圧着ボンダである。熱圧着ボンダを用いると、高圧および高温を形成できる。こうした高圧および高温は、好ましくは、金属拡散接合かつ／または共晶接合に用いられる。好ましくは金属表面から完全に酸化物が除去されるべきであるので、こうしたボンディングチャンバ内の雰囲気を所望に応じて調整および監視できることがきわめて重要である。本発明は、ボンディングのスループットを高めるのに簡単な手法を示すだけでなく、有利には、ボンディングチャンバ内に制御雰囲気を形成して連続的に維持できるようにする実施形態および方法を記述するものである。こうした雰囲気は、純粋な金属‐金属接合の形成にとって特に有利である。

本発明の課題は、２つの基板相互の位置合わせを改善して特に迅速化することのできる方法および装置を提示することである。

この課題は、請求項１，７の特徴により解決される。本発明の有利な実施形態は各従属請求項に記載されている。なお、明細書、特許請求の範囲および／または図面に開示されている少なくとも２つの特徴の組み合わせの全ても、本発明の範囲に該当する。また、数値範囲が示される場合、言及されている限界内に存在する値も限界値として開示されているものとし、任意の組み合わせで特許請求の対象となりうる。

本発明は、少なくとも２つの第１のアライメントマークを有する第１の基板を、少なくとも２つの第２のアライメントマークを有する第２の基板に位置合わせする方法を提供するというアイデアを基礎としている。この方法では、
・第１の対応づけにより、第１のアライメントマークが、Ｘ方向およびＹ方向で、第１の基板の少なくとも２つの第１の特徴的位置合わせ指標に対応づけられ、
・第２の対応づけにより、第２のアライメントマークが、Ｘ方向およびＹ方向で、第２の基板の少なくとも２つの第２の特徴的位置合わせ指標に対応づけられ、
・位置合わせにより、第１のアライメントマークおよび第２のアライメントマークが、第１の特徴的位置合わせ指標および第２の特徴的位置合わせ指標によって、相互にＸ方向およびＹ方向で位置合わせされる。

装置発明としては、本発明は特に、
・第１のアライメントマークを、Ｘ方向およびＹ方向で、第１の基板の少なくとも２つの第１の特徴的位置合わせ指標に対応づける、第１の対応づけモジュール、
・第２のアライメントマークを、Ｘ方向およびＹ方向で、第２の基板の少なくとも２つの第２の特徴的位置合わせ指標に対応づける、第２の対応づけモジュール、および、
・第１のアライメントマークおよび第２のアライメントマークを、第１の特徴的位置合わせ指標および第２の特徴的位置合わせ指標によって、相互にＸ方向およびＹ方向で位置合わせする、特にボンディングモジュールとして構成された、位置合わせモジュール、
という特徴を有する。

本発明の核心は、特に、基板の第１および第２のアライメントマークを、ボンディングシステムまたはボンディングモジュール、特に溶融ボンダ、さらに好ましくは熱圧着ボンダへの供給前に、特徴的基板指標、特に平坦な側辺（英語：flat）および／または溝（英語：notch）を基準として、測定／検出することにある。光学装置にとって識別可能かつ検出可能な他の特徴的基板指標を基準とした測定／検出も可能である。この場合、測定／検出は、最大可能な精度で行われる。測定は特に、１００μｍより正確に、好ましくは１０μｍより正確に、さらに好ましくは１μｍより正確に、最も好ましくは１００ｎｍより正確に、特に好ましくは５０ｎｍよりも正確に行われる。また、基板の回転（回転角度位置）相互の精度についての情報を形成することもできる。基板は特に、回転の相互の配向状態に関して、１°より正確に、好ましくは０．１°より正確に、さらに好ましくは０．０１°より正確に、最も好ましくは０．００１°より正確に、特に好ましくは０．０００１°より正確に、配向される。

測定／検出に基づいて、好ましくは、特徴的基板指標を基準としたアライメントマークの正確な位置マップが作成される（対応づけ）。こうした予測定により、ボンディングシステム内では特徴的基板指標を基準とした位置合わせを行うのみでよく、特に第１および／または第２のアライメントマークを基準とした位置合わせを行う必要がなくなる。これは特に、アライメントマークが、相互にボンディングすべき基板表面上に存在し、きわめて精密かつ時間のかかる位置合わせプロセスにより位置合わせしなければならない場合に有利である。こうしたフェース‐ツー‐フェース位置合わせを行うアライメントシステムは、例えば、刊行物である欧州特許出願公開第２０１３／０７５８３１号明細書（ＰＣＴ／ＥＰ２０１３／０７５８３１）、国際公開第２０１４２０２１０６号（ＷＯ２０１４２０２１０６Ａ１）または米国特許第６２１４６９２号明細書（ＵＳ６２１４６９２Ｂ１）に開示されている。上述した刊行物の他にも、基板間に光学装置を挿入してフェース‐ツー‐フェース位置合わせを行うさらに別のアライメントシステムが存在する。ここで、本発明によれば、測定のための基板間への光学測定機器の挿入または２つの基板相互の相対移動を省略できる。

本発明はさらに、特に、特に側縁から間隔を置いて配置されたアライメントマークの、特に側縁に配置された特徴的基板指標への対応づけを、特には各基板表面に対応するＸ‐Ｙ平面において、特にボンディングチャンバへの搬送前に行うというアイデアを基礎としている。この対応づけは、特に、定義されたベクトル空間において、好ましくは少なくともＸ‐Ｙ平面を基準として、相応にベクトルを定義することにより、行われる。

このように、本発明は特に、ボンディングシステムのスループットを高める装置および方法に関する。ボンディングシステムは、好ましくは、少なくとも１つのボンディングチャンバと、第１および第２の基板のそれぞれの測定を行う、特にエアロックとして構成された少なくとも２つの対応づけモジュールとから形成される。搬送手段、好ましくはロボットは、第１および第２の基板をそれぞれエアロックからボンディングシステムもしくはボンディングモジュールのボンディングチャンバ内へ搬送する。ボンディングチャンバ内では、特徴的指標に基づく２つの基板の位置合わせ、および／または、２つの基板の接触が行われる。さらに特に好ましい本発明の特徴として、対応づけモジュールからボンディングチャンバへの基板の搬送を行うロボットが、ボンディングチャンバ内でのさらなる位置合わせが不要となるように基板をボンディングチャンバ内に配置する手段を開示する。つまり、この実施形態では、ここでの配置が位置合わせを意味する。この場合、２つの基板は、ボンディングシステム内で、配置後に相互にボンディングされる。ボンディングシステム／ボンディングモジュールは、特に溶融ボンダ、より好ましくは熱圧着ボンダである。

言い換えれば、本発明は、特に、第１および第２の基板の搬送前に、測定／検出によって、それぞれ対応する第１および第２のアライメントマークを、対応する特徴的基板指標に対応づけることに基づいている。この対応づけは特に、それぞれ、Ｘ方向およびＹ方向によって定義されるＸ‐Ｙ平面において、第１および第２の基板表面に対して平行に行われる。

１つもしくは複数の上述した特徴による本発明の実施形態の大きな利点は、特に、第１および第２のアライメントマークの比較的正確な測定を、ボンディングモジュールからの取り出し時に、特にエアロックにおいて行えるということである。基板表面の測定と特徴的基板指標を基準としたアライメントマークの正確なマッピングとにより、特に、エアロックを排気する時間を活用することができる。したがって、特に、基板または基板表面の接触面の側縁から間隔を置いて配置された２つのアライメントマークを相互に位置合わせするという問題が、特徴的基板指標に基づく位置合わせを行うことによって、解決される。特徴的基板指標は特に、基板が接触面に接触した状態でも外部からアクセス可能であり、これにより、接触にいたるまで好ましくは連続的に位置合わせを行うことができる。こうした措置により、フェース‐ツー‐フェース位置合わせストラテジ、または、位置合わせ過程およびそれ以降の基板表面に対して平行な基板移動を省略できる。

アライメントマークは、特徴的基板指標から間隔を置いて配置される。ここでは、特徴的基板指標が、好ましくは、側縁にまたはＸ‐Ｙ平面によって定義される基板の外輪郭に配置され、アライメントマークは側縁から間隔を置いて配置される。

本発明の一実施形態によれば、第１および第２の対応づけの後、位置合わせの前に、ボンディングモジュールまたはボンディングチャンバへの基板の搬送が行われ、このボンディングモジュールまたはボンディングチャンバ内で特に、好ましくは１ｂａｒ未満、より好ましくは１０^−３ｍｂａｒ未満、さらに好ましくは１０^−５ｍｂａｒ未満、最も好ましくは１０^−８ｍｂａｒ未満のガス圧での位置合わせが行われる。

一実施形態による本発明の重要な態様は、ボンディングチャンバが好ましくは中断なく排気された状態にとどまり、システムの動作中、雰囲気に対して開放されない一方、対応づけが付加モジュールにおいて行われるということにある。排気後に、ボンディングチャンバに特には酸化を生じないガスまたはガス混合物を注入すれば、好ましくはこのガス雰囲気を維持できる。

本発明の別の実施形態では、第１の対応づけが、特にエアロックとして構成された第１の対応づけモジュールにおいて行われ、第２の対応づけが、特には第１の対応づけと並行して、特にエアロックとして構成された第２の対応づけモジュールにおいて行われる。これにより、対応づけが加速されるだけでなく、外面での対応づけ、および／または、基板に設けられている輪郭もしくは後から形成される輪郭での対応づけを行えるようになる。このようにすることで、ボンディングのために基板を接触させる前の基板の回転を省略することができる。

有利には、位置合わせ前に、特に第１および／または第２の対応づけモジュールにおいて、好ましくは対応づけ中に、ガス圧が、１ｂａｒ未満、好ましくは１０^−３ｍｂａｒ未満、さらに好ましくは１０^−５ｍｂａｒ未満、最も好ましくは１０^−８ｍｂａｒ未満まで低減される。これにより（特に対応づけモジュールがエアロックとして構成されている場合）、以降の排気またはそれ以上の排気が必要なくなるので、ボンディングチャンバでのボンディングを加速することができる。対応づけモジュールの排気は、特には、５分未満、好ましくは４分未満、さらに好ましくは３分未満、最も好ましくは２分未満、特に好ましくは１分未満、持続する。排気の実行が迅速となるにつれて、スループットも大きくなる。

本発明の別の実施形態では、本発明の基板の測定を、ボンディングチャンバとは別個に存在する対応づけモジュールにおいても行うことができる。この場合、各基板は、長い区間を経てボンディングチャンバへ搬送される。特に、本発明の測定と本来のボンディングチャンバにおけるボンディング過程との間、基板を別のプロセスステップによってさらに処理することができる。このように、対応づけモジュールにおける基板の測定は、それ自体が、本発明のステップである。

本発明の別の実施形態では、対応づけモジュールが周囲雰囲気に対して開放されている場合にも、対応づけモジュールにおいて測定を行うことができる。ここでは、対応づけモジュールを特徴的基板指標の測定のために専用に使用してもよく、ただしその際、排気中に測定を行う効果は必ずしも活用されない。したがって、本発明の別の態様として、対応づけモジュールを、排気からおよび／またはボンダとの結合から独立に、特徴的基板指標の測定のために専用に用いることも開示される。

モジュール
モジュール、特に、対応づけモジュール、位置合わせモジュールまたは測定モジュールをいう場合、これらは特に空間的に分離され、好ましくはエアロックを介して相互に接続可能なチャンバとして構成される。ここで、チャンバは、特にそれぞれ１ｂａｒ未満、好ましくは１０^−３ｍｂａｒ未満、さらに好ましくは１０^−５ｍｂａｒ未満、最も好ましくは１０^−８ｍｂａｒ未満のガス圧まで排気可能に構成される。好ましくは、チャンバ内のガス圧は、それぞれ別個に、かつ相互に独立に調整可能である。モジュールは、基板またはボンディングされた基板積層体の前処理および／または後処理にも用いられる。よって、基板を本発明の対応づけモジュール内へ導入する前に、これを検査、測定、回転（英語：flipped）、洗浄、エッチングかつ／またはコーティングすることができる。

制御装置
装置および上述した方法の特徴の制御は、好ましくは制御装置によって、特には中央制御装置によって、行われる。制御装置は、好ましくは、ソフトウェア制御されるか、または、特に装置および位置合わせ／対応づけに関するデータ／情報を記憶するメモリを含むファームウェアおよび／またはハードウェアおよび／またはソフトウェアを有する。

基板
基板は、任意の、好ましくは少なくとも主として円形のかつ／または平坦な形状を有することができる。基板は特に、好ましくは規格化された半導体基板、特にはウェハである。基板は特に、円形部分の直径によって記述される。ウェハに対して、好ましくは、この産業分野で通常の直径、すなわち、１インチ、２インチ、３インチ、４インチ、５インチ、６インチ、８インチ、１２インチ、１８インチが使用される。ただし、本発明の実施形態は、基板の直径から独立に、基本的には全ての基板に適用可能である。

好ましくは次の２つのウェハ形式が使用される。

第１のウェハ形式は、直線状の周部分／基板縁部分（英語：flat）によってウェハの他の円形状部分に対して生じる大きな偏差を有する。ここでの特徴的基板指標は、直線状の周部分／基板縁部分の割線として延在する直線の２つの交点のうち少なくとも１つの交点である。第２のウェハ形式は、溝（英語：notch）を除いて円形である。ここでの溝は、好ましくは位置合わせかつ／または粗アライメントに用いられ、つまり、特徴的基板指標となる。

特徴的基板指標
特徴的基板指標とは、本発明では特に、基板、特にその外輪郭の幾何学位置に一義的に対応づけ可能な箇所／位置であると理解されたい。特徴的基板指標、特にそのＸ方向位置、Ｙ方向位置および好ましくは付加的にＺ方向位置は、好ましくは光学的に検出可能である。これらの位置は、特徴的基板指標の寸法に基づいて、１００μｍより小さい精度、好ましくは１０μｍより小さい精度、さらに好ましくは１μｍより小さい精度、最も好ましくは１００ｎｍより小さい精度、特に好ましくは１０ｎｍより小さい精度で、検出可能である。

特徴的基板指標とは、特に、基板の直線状の周部分と基板の円形状周部分との交点であってよい。別の特徴的基板指標は、溝によって、または、基板縁に沿ったマイクロメートルオーダーもしくはナノメートルオーダーの特徴的な輪郭によって形成することもできる。特には、特徴的基板指標は、個々の基板ごとにそれぞれ異なる。本発明では、特徴的基板指標として、特に、
・基板の外面のアライメントマーク、および／または、
・円形の基板縁部分、および／または、
・直線状の基板縁部分、および／または、
・溝状に成形された基板縁部分、および／または、
・上述した各特徴の交点、および／または、
・上述した各特徴の接線の交点、
を扱う。

特徴的基板指標は、特に、一義的に識別可能／対応づけ可能であり、安定であってかつ／または再検出可能である。特徴的基板指標は、好ましくは測定機器によって、特に顕微鏡によって再検出可能な一義的な基準点を有する。

特徴的基板指標は、特に、基板縁もしくは基板の外輪郭または少なくとも縁に近い領域すなわち周囲に位置しているので、測定機器は、ボンディングシステムにおいて基板どうしを接近させて接触させるまでの間、これを検出できる。さらに、外部に位置する別の特徴的基板指標によって、位置合わせ精度を高めることもできる。

特徴的基板指標により、好ましくは、基板表面上、特に基板内面に存在するアライメントマークを基準とした一義的な定点を定義でき、特に計算できる。内側または内面とは、後にボンディングされる表面（接触面）である。外側または外面とは、内側とは反対側の表面である。

特徴的基板指標は、アライメントマークと同じ基板表面に、または（好ましくは）アライメントマークの反対側の基板表面に、または（さらに好ましくは）基板縁に、あってよい。特徴的基板指標がアライメントマークと同じ基板表面にあり、アライメントマークが内縁、したがって本発明でボンディングされる表面にある場合、光学機器が好ましくは接近過程の全体にわたってボンディングチャンバ内で検出を行えるよう、特徴的基板指標は好ましくはできるかぎり基板の周囲近くに配置される。

特徴的基板指標は、好ましくは基板の部分であるが、本発明のプロセス前に指標として基板に設けられたのではない部分である。ただし、特徴的基板指標の形成を、特にレーザー、エッチングプロセスまたはリソグラフィ製造プロセスを用いて、基板の外面、基板の外輪郭または基板縁に特にパターンを形成することによって行うこともできる。これにより、位置合わせは、特に第３者によって設けられたアライメントマークには依存しない。また、基板の外周にきわめて精細なエッチング溝を形成することもできる。

システム
本発明の第１の実施形態では、システムは、ボンディングチャンバと、少なくとも１つの対応づけモジュール、特にエアロック、好ましくは特に並列接続されたかつ／または相前後して配置された２つのエアロックとから形成される。特別の実施形態では、スループットをさらに高めるために、３つ以上のエアロックを設けることもできる。エアロックの数は、特には３つ以上、好ましくは４つ以上、さらに好ましくは６つ以上である。以下では、典型例として、２つのみのエアロックを有するシステム（好ましい実施形態）を説明する。

エアロックは、周囲に対する分離のための第１のエアロックゲートと、ボンディングチャンバに対する分離のための第２のエアロックゲートとを有する。各エアロックゲートは特に、手動または半自動または全自動で駆動可能である。第１および第２のエアロックゲートは、特には相互に独立に駆動可能である。

ボンディングチャンバおよび／または１つもしくは複数の対応づけモジュールは、個々に排気可能である。ボンディングチャンバおよび／または対応づけモジュールは、特に、１ｂａｒ未満、好ましくは１０^−３ｍｂａｒ未満、さらに好ましくは１０^−５ｍｂａｒ未満、最も好ましくは１０^−８ｍｂａｒ未満の圧力まで、排気可能である。また、特に不活性ガスのポンプ注入および／または注入により、正圧を印加することもできる。続いて、ボンディングチャンバおよび／または対応づけモジュールに、１ｂａｒ超、好ましくは２ｂａｒ超、より好ましくは３ｂａｒ超の圧力で、ガスまたはガス混合物を注入でき、好ましくは噴霧できる。また、ボンディングチャンバおよび／または対応づけモジュールを１ｂａｒの周囲圧力で特に専用に使用することもできる。

特に熱圧着ボンダが使用される場合、新たな酸化物形成を防止し、少なくとも遅延または好ましくは後退させるための不活性ガスまたはガスが、ボンディングチャンバに噴霧される。さらに、任意のガス混合物の使用も可能である。好ましくは、
・アルゴン、および／または、
・ヘリウム、および／または、
・水素、および／または、
・二酸化炭素、および／または、
・フォーミングガス、および／または、
・蟻酸、および／または、
・ＳＦ６、
の各ガスから成るガスまたはガス混合物が使用される。

各対応づけモジュールは、特に、少なくとも１つの、好ましくは２つの、さらに好ましくは３つの、最も好ましくは４つ以上の測定機器を備えており、これにより、アライメントマークおよび／または特徴的基板指標を測定することができる。測定機器は、好ましくは光学測定機器、さらに好ましくは顕微鏡である。

本発明の特別の実施形態では、測定機器は、エッジ測定を行う機器である。こうしたエッジ測定を行う機器は、例えば、刊行物である国際公開第２０１３１８５８０３号（ＷＯ２０１３１８５８０３Ａ１）に言及されている。この測定機器は、特に（基板の側縁に対する）全周にわたってエッジ輪郭を取得するように構成されている。ここでのエッジ輪郭は、特に、少なくともマイクロメートル領域、好ましくは少なくともナノメートル領域の分解能を有する。各基板のエッジは、特には基板の好ましい処理に基づいて、かつ／またはインゴットからの基板製造に基づいて、一様である。この一様性により、全周にわたって特に円形の基板エッジの輪郭が得られる。ここでの輪郭は、回転角の関数としての基板直径をそれぞれ区別することによっても定義可能である。

測定機器の分解能は、特に、１ｍｍより大きく、好ましくは１００μｍより大きく、さらに好ましくは１μｍより大きく、最も好ましくは１００ｎｍより大きく、特に好ましくは１０ｎｍより大きい。

測定機器、特に顕微鏡の倍率は、特に１倍より良好、好ましくは１０倍より良好、より好ましくは１０００倍より良好、さらに好ましくは１０^５倍より良好、最も好ましくは１０^７倍より良好である。

測定機器は、特には、横移動するようにかつ／または回転するように調整可能であるので、対応づけモジュール内で自由に移動できかつ／または回転できる。これにより、基板寸法への測定機器の適合化、および／または、アライメントマークおよび／または特徴的基板指標を基準とした予めの位置決めが可能となる。

特に、同一形式の基板および／または同じプロセスにおいては、測定機器によるこうした予めの位置決めは１回しか行われず、これにより、基板をエアロック内へローディングした後、既に、基板の測定すべき部分は視野（英語：field-of-view, FOV）内に位置する。付加的に、最大の分解能でシャープな像を得るために、測定すべきアライメントマークおよび／または特徴的基板指標が、深度領域（英語：depth-of-focus, DOF）へ導入される。

基板の、対応づけモジュールからボンディングチャンバへの供給搬送および戻し搬送は、好ましくはロボットによって行われる。この場合、ロボットは、エアロック内またはボンディングチャンバ内のいずれにあってもよい。また、エアロックとボンディングチャンバとの間に、この区間内を移動するロボットモジュールを配置することもできる。複数のエアロックが設けられる場合、ロボットを各エアロックに配置してもよい。また特に好ましくは、唯一のロボットによって個々の各エアロックへのアクセスが可能となるよう、ボンディングチャンバ内にロボットが配置される。さらにロボットは、好ましくは、対応づけモジュールの、ボンディングチャンバの側とは反対側の端部へ到達するように構成され、これにより、基板が好ましくは対応づけモジュールからボンディングチャンバへローディングされるだけでなく、それぞれ対応づけモジュールの前方に設けられているウェハボックス、特にフープから、対応づけモジュールへのローディングを行うこともできる。

ただし、特別の実施形態では、エアロックからボンディングチャンバへのローディングのみがこのロボットによって行われ、これに対して、外部からエアロックへのローディングは、特に別のロボット、特には外部のロボットにより行われる。

ロボットとは、基板を受容し、所定の区間にわたってこれを搬送し、再び供出するように構成されたあらゆるタイプの機械であると理解されたい。

ボンディングチャンバには、ボンディング装置、特に溶融ボンダ、さらに好ましくは熱圧着ボンダが設けられている。ボンディング装置は、下方の第１のサンプルホルダと上方の第２のサンプルホルダとから形成されている。同様に、ボンディングチャンバは、複数の測定装置、特に顕微鏡を備えている。ボンディングチャンバの測定装置は、特に、ローディングされた基板の周囲または周領域（側縁）にセットされ、これにより、特徴的基板指標の測定を行うことができる。測定を特徴的基板指標に限定することにより、ボンディング装置でのアライメントマークの測定を省略できる。ここから、
ａ）基板の接近中、接触にいたるまで測定を行うことができる；
ｂ）ボンディング装置の構造を小さくすることができ、これにより、ボンディングに対して定められている印加すべき雰囲気の体積量または定められている印加すべきガス圧を低減できる；
ｃ）ボンディングが加速される；
という複数の利点が得られる。

本発明にしたがって、１つもしくは複数の対応づけモジュールにおいて特徴的基板指標を基準としたアライメントマークの測定を行うことにより、基板の（Ｚ方向の）接近およびボンディングが、特徴的基板指標に基づく測定およびインサイチュの監視を同時に行いつつ可能となる。この場合、アライメントマークは（間接的な測定によって）位置合わせされる。つまり、Ｘ‐Ｙ平面におけるアライメントマークの位置は、特徴的基板指標のＸ‐Ｙ位置に基づいて計算される。

プロセス
全ての基板は、エアロックへのローディング前に、前処理にかけることができる。前処理とは、特に、
・洗浄プロセス、特に酸化物除去、および／または、
・表面の非晶化、および／または、
・エッチングプロセス、および／または、
・リソグラフィプロセス、特に、
‐フォトリソグラフィプロセス、
‐インプリントリソグラフィプロセス、
であってよい。酸化物除去および／または非晶化は、好ましくは、刊行物である欧州特許出願公開第２０１４／０６３３０３号明細書（ＰＣＴ／ＥＰ２０１４／０６３３０３）に言及されているようなシステムによって行われる。

本発明の第１のステップでは、第１のエアロック（より一般的には、対応づけモジュール）へのローディングが行われる。まず、エアロックとボンディングチャンバとを接続する第２のエアロックゲートが閉鎖される。これに続いて、環境とエアロックとを接続する第１のエアロックゲートが開放される。ここで、第１のエアロックへの第１の基板のローディングが行われる。第１の基板を第１のエアロックへローディングした後、第１のエアロックゲートは再び閉鎖される。

エアロックが閉鎖された後、排気過程が開始される。ここで、排気は、特には、相対的に小さく、できるかぎりコンパクトに構成されたエアロックに制限される。したがって、本発明によれば、好ましくは、排気過程中、ローディングされた基板の基板表面の測定が行われる。

複数の測定機器は、第１および第２（および場合により別）のアライメントマークのＸ位置およびＹ位置を、基板表面上、ならびに、少なくとも１つの、好ましくは少なくとも２つの、最も好ましくは少なくとも３つの特徴的基板指標に対して測定する。測定機器は、特徴的基板指標を基準としたアライメントマークの正確な位置および／または配向状態を求めることができるように相互にキャリブレーションされているかまたはキャリブレーションされる。これにより、アライメントマークの位置および場合により配向状態は、特徴的基板指標を基準として一義的に求められる（対応づけ）。

こうしたデータ／情報は、各基板に関して、ファームウェアおよび／またはハードウェアおよび／またはソフトウェア上に記憶される。

本発明によれば、測定はエアロックの排気よりも長くは続かないので、プロセスをスループットに関して最適化して実行できる。測定により、特に付加的なプロセス時間は要求されない。

本発明による第１のプロセスステップ中、特には同時に、特に別の第２のエアロック（より一般的には対応づけモジュール）内へ、別の特に第２の基板をローディングでき、このようにすることで第１のエアロックと同様に処理を行うことができる。

基板の搬送に唯一のロボットしか使用されない場合、基板の搬送を同時に行うことはできない。本発明によれば、好ましくは、つねに唯一のロボットが、ボンディングシステム、特に基板を受容するサンプルホルダにアクセスする。これにより第１の基板と第２の基板との間に、プロセスに起因する遅延が生じる。この場合、基板のローディング、エアロックの排気およびボンディングチャンバへの基板のアンローディングは、完全に同期してではなく、好ましくはおおよそ同期して行われる。このため、第２の基板のローディングは、第３のプロセスステップと称されることもある。

本発明の第２のプロセスステップでは、第１のエアロックの、ボンディングチャンバへ通じる第２のエアロックゲートが開放される。ボンディングチャンバは、この時点では特に、１ｂａｒ未満、好ましくは１０^−３ｍｂａｒ未満、さらに好ましくは１０^−５ｍｂａｒ未満、最も好ましくは１０^−８ｍｂａｒ未満の圧力を有する。好ましくは、ボンディングチャンバには、いったん排気された後は、複数回のボンディング過程にわたってガス注入は行われない。こうしたガス注入は、ボンディングが中断される場合、特にメンテナンス作業および／または修繕作業の際に必要となる。

ロボットは、既に測定され対応づけられた第１の基板を第１のエアロックから受容し、ボンディングシステムのボンディングチャンバ内の２つのサンプルホルダのうち一方へ配置する。このとき、ロボットは、好ましくは、予めの位置決め（英語：pre-alignment）を行う。基板がエアロックからアンローディングされた後、第２のエアロックゲートを再び閉鎖およびロックして、第１のエアロックに新たな基板をローディングするために、第１のエアロックゲートを開放することができる。したがって、新たなプロセスを、先行のプロセスが終了しないうちに開始することもできる。

本発明による第３のプロセスステップでは、第２の基板が第２のエアロックへローディングされる。第２のエアロックは、第１のエアロックと同様に構成可能である。特には、第２の測定機器が、第１のエアロックの測定機器の第１の測定方向とは反対の第２の測定方向を有するように構成することもできる。したがって、第１の基板を基準として、第２の基板の反対側の面、好ましくは下面を測定することもできる。この場合、ロボットは、第２の基板を、第１の基板とのボンディングのための正確な配向状態へ配置する。基板は特に、エアロックにローディングされる前に、いわゆるフリップモジュールにおいて回転させることができる。ここでは、これは、基板、特に大面積の基板を１８０°回転させることのできるモジュールである。この場合、回転は、基板平面内に存在する軸線を中心として行われる。

また、予めの位置決め過程（英語：pre-alignment）を行うための、基板表面に対する鉛直線としての軸線を中心とした付加的な回転も可能である。こうした予めの位置決め過程（英語：pre-alignment）は、フリップモジュールまたは固有のプレアライメントシステム（英語：pre-aligner）において行うことができる。なお、固定された基板を１８０°回転させることのできるロボットも使用可能である。第２の基板のローディング、測定およびアンローディングは、第２のプロセスステップと同時に行うこともできるし、または、これに対して遅延して行うこともできる。

本発明によれば、３つ以上の基板をボンディングする場合、または、次のボンディング過程のために別の基板を用意してスループットを増大する場合に、ボンディングチャンバに通じる別のエアロックに別の基板を供給することもできる。

本発明の第４のプロセスステップでは、基板の特徴的基板指標の測定がボンディングチャンバ内の測定機器によって行われる。特に、刊行物である欧州特許出願公開第２０１３／０７５８３１号明細書（ＰＣＴ／ＥＰ２０１３／０７５８３１）、国際公開第２０１４２０２１０６号（ＷＯ２０１４２０２１０６Ａ１）または米国特許第６２１４６９２号明細書（ＵＳ６２１４６９２Ｂ１）に言及されているようなアライメントシステムに対する本発明の重要な利点は、基板の位置合わせが専ら特徴的基板指標に基づいて行われ、そのためにきわめて短い移動距離しか必要ないということにある。にもかかわらず、アライメントマークと特徴的基板指標との関係は、対応づけモジュール、特にエアロックにおける本発明での測定により既知であるので、基板の各アライメントマークは位置合わせプロセスによって間接的にカバーされる。ボンディングすべき２つの基板は、好ましくは既にロボットによって予め位置決めされているので、特徴的基板指標は、基板の正確な位置合わせのための測定機器によって、容易に発見できる。この場合、ロボットは、技術的に設定される精度で、基板の特徴的基板指標を相互にできるだけ良好に接近させるよう試みる。この接近には、エアロックでの基板の測定からのデータを利用することもできる。

この場合、特徴的基板指標相互の微調整（精細な位置合わせ）は、Ｘ方向およびＹ方向で運動可能な、特に移動可能かつ回転可能なサンプルホルダを用いて行われる。この場合、特徴的基板指標の位置および／または配向状態は、基板相互の移動中に連続的に測定され、伝送されたデータからサンプルホルダひいては基板の新たな位置を計算するファームウェアおよび／またはハードウェアおよび／またはソフトウェアへ転送される。

本発明の態様は、特に、（特には全ての）特徴的基板指標が、基板の周囲、特に外縁（Ｘ‐Ｙ平面の側縁または外輪郭）に、さらに好ましくは外面に位置し、これにより容易にアクセス可能となることにある。本発明によれば、特には特徴的基板指標が検出されるが、対応づけモジュール内で行われる対応づけによって参照可能なアライメントマークが相互に位置合わせされる。

位置決めの対応づけおよび計算は、特に、中央制御装置におけるベクトル計算によって行うことができる。

方法の特徴を開示する場合、装置発明にも同様に開示されているものとし、逆もまた同様である。

本発明の別の利点、特徴および詳細は、図に即して行う好ましい実施形態の以下の説明から得られる。

本発明の装置を含むクラスタシステムの一実施形態を示す、概略的かつ縮尺通りでない平面図である。 図２のａはアライメントマークおよび特徴的基板指標を有する基板の一実施形態を示す概略的な平面図であり、図２のｂは本発明の対応づけステップにおける図２のａを示す概略的な平面図であり、図２のｃは本発明の位置合わせステップにおける図２のａを示す概略的な平面図である。 基板を測定する測定装置を示す概略的な平面図である。 本発明のプロセスフローを示す図である。

図中、同じ要素または同様の機能を有する要素には同じ参照番号を付してある。ここで、寸法比はわかりやすくするために用いるものであって、縮尺通りではない。

図１には、クラスタシステム１１が示されており、クラスタシステム１１は、
・基板７，７’を処理するための種々のかつ／または同形式のモジュール１２、
・第１のエアロックゲート４，４’と２つの対応づけモジュール３，３’と１つのボンディングチャンバ２とを備えた、ここではクラスタシステム１１のモジュールとして構成されている装置１、
・特には排気可能な搬送チャンバ１４、
・基板７，７’の移動（特にローディング）に使用されるロボット１０’、および、
・クラスタシステム１１の搬送チャンバ１４へ基板７，７’を供給するフープ１３、
の各装置を含む。

ただし、本発明の装置１は、クラスタシステム１１から独立しても駆動可能である。

モジュール１２は、特に、表面、特にはボンディングチャンバ２において接触およびボンディングすべき基板７，７’の基板表面７ｏ，７ｏ’を処理（層形成、非晶化、プラズマ活性化、洗浄、特に酸化物除去など）する装置であってよい。

ボンディングチャンバ２には、２つのエアロックとして構成された第１および第２の対応づけモジュール３，３’が前置されている。各エアロックは、それぞれ、第１のエアロックゲート４．１，４．１’を介して搬送チャンバ１４に（または装置１が単立している場合には環境に）に接続されており、第２のエアロックゲート４．２，４．２’を介してボンディングチャンバ２に接続されている。

各エアロックには移動可能かつ／または回転可能な複数の測定機器５，５’が設けられており、これらの測定機器５，５’によって、第１および第２の基板７，７’の、第１および第２のアライメントマーク８，８’と第１および第２の特徴的基板指標９，９’とが測定される。

測定機器５，５’相互の位置調整により、それぞれ、特徴的基板指標９，９’に対するアライメントマーク８，８’の一義的なＸ‐Ｙ位置および配向状態を求めることができる。こうした対応づけは、中央制御装置でのベクトル計算によって計算され、それぞれ第１および第２の基板７，７’に関して記憶される。

ロボット１０は、測定された基板７，７’を、第２のエアロックゲート４．２，４．２’の開放後にそれぞれのエアロックからボンディングチャンバ２へ搬送し、これらそれぞれを、ボンディング装置６内の図示されていない第１および第２のサンプルホルダ上の予め位置合わせされた位置に配置する。

測定機器５’’により、特徴的基板指標９，９’のＸ‐Ｙ位置が求められる。予め行われた対応づけにより、特徴的基板指標９，９’の位置合わせが行われる。この場合、アライメントマーク８，８’は、サンプルホルダの相応の運動によって相互に最適に位置合わせされる。

図２のａには、概略的かつ縮尺通りでない平面図で、２つの基板７，７’（左方：第１の基板７；右方：第２の基板７’）が示されている。基板７，７’は、それぞれの基板表面７ｏ，７ｏ’に、それぞれ２つの第１および第２のアライメントマーク８，８’と、それぞれ２つの第１および第２の特徴的基板指標９，９’と、を有する。また、それぞれ３つ以上のアライメントマーク８，８’および／またはそれぞれ３つ以上の特徴的基板指標９，９’を設けることもできる。

特に、基板７，７’の平坦な側辺（フラット部）と基板７，７’の円周との交点または移行部は、（複数のウェハが存在する場合に設けられる）基板７，７’の一義的な特徴的基板指標９，９’である。こうした特徴的基板指標９，９’の利点は、各基板が正確に２つずつこうした特徴的基板指標９，９’を有するということである。

第２の基板７’の第２のアライメントマーク８’は、本発明の作用を良好に表現できるよう、理想的と仮定される位置からは意図的に大きくずれた位置に示されている。

図２のｂには、測定によって求められた、第１の特徴的基板指標９を基準とした第１の基板７の第１のアライメントマーク８のＸ位置およびＹ位置であるｘ１，ｙ１，ｘ２，ｙ２、および、第２の特徴的基板指標９’を基準とした第２の基板７’の第２のアライメントマーク８’のＸ位置およびＹ位置であるｘ１’，ｙ１’，ｘ２’，ｙ２’が示されている。これにより、少なくとも、基板表面７ｏ，７ｏ’によって定められるＸ‐Ｙ平面において、アライメントマーク８，８’に対する特徴的基板指標９，９’の対応づけを行うことができる。

図２のｃには、基板７，７’をボンディングチャンバ２へ搬送した後、本発明での、特徴的基板指標９，９’のＸ‐Ｙ位置を測定することによる２つの基板７，７’の位置合わせ過程後の、基板７，７’の配向状態が示されている。位置合わせおよび接触の後ならびにボンディング後、アライメントマーク８，８’は、合同に重なるようにまたはＺ方向で見て相互に反対向きとなるように、配置される。図２のｃでは、図示のために、基板７，７’を上下に配置したところでなく、Ｘ‐Ｙ平面における基板７，７’の配向状態のみを示している。

図３には、基板７，７’の、交点Ｓで交差する相互に偏差した直径Ｄ，Ｄ’が（強調表現で）きわめて概略的に示されている。種々の回転角度での基板または直径の非対称性は、実際には数マイクロメートルのみまたは数ナノメートルのみである。本発明の好ましい実施形態によれば、特に重心を中心として支持された、回転する基板７の輪郭が、測定機器１５によって測定される。

測定機器として、特に、レーザービーム１６によって基板７，７’のエッジに対する源の位置を測定する干渉計が使用される。こうした複数の干渉計１５を所期の通りに、特に等角度間隔で配置することにより、基板輪郭Ｐの連続記録が可能となる。こうした輪郭は特に、さらなる特徴的基板指標９’’として、ボンディングの際の基板の正確な位置合わせに使用される。

図４には、２つの基板７，７’のそれぞれに対する概略的なプロセスフローが示されている。まず（ステップ１０１）、本発明の装置１がクラスタシステム１１の一部である場合、相応の前処理ステップを、基板７，７’のそれぞれについて、クラスタシステム１１の特にモジュール１２において行うことができる。本発明の装置１がクラスタシステム１１の一部でない場合には、相互に別個のモジュールの任意の前処理ステップを行うことができる。

その後（ステップ１０２）、基板７，７’が、特にロボット１０’を用いて、２つのエアロック３，３’のそれぞれへローディングされる。

続いて（ステップ１０３）、排気と、本発明での、アライメントマーク８，８’を基準とした特徴的基板指標９，９’の特には同時の測定（対応づけ）が行われる。

その後（ステップ１０４）、特にロボット１０により、ボンディングチャンバ２への搬送が行われる。

ロボット１０は、特にはこれ以降２つの基板７，７’のｚ方向での接近すなわちボンディング過程のみ行われればよいように、基板７，７’をできるだけ高い正確性で配置するように試みる（ステップ１０５）。

ロボット１０による位置合わせ精度が充分でない場合（ステップ１０６）、先行して測定された特徴的基板指標９，９’に基づいて、より正確な位置合わせが行われる（ステップ１０７）。最後のステップでは（ステップ１０８）、２つの基板７，７’のボンディングが行われる。

このようにして形成された基板積層体は、その後、再びボンディングモジュールから取り出すことができる。好ましくは、２つのエアロック３，３’のそれぞれを介してアンローディングを行い、別のエアロック３，３’に新しい基板７，７’をローディングすることができる。

１ 装置
２ ボンディングチャンバ
３，３’ 対応づけモジュール、特にエアロック
４．１，４．１’ 第１のエアロックゲート
４．２，４．２’ 第２のエアロックゲート
５，５’，５’’ 測定機器、特に顕微鏡
６ ボンディング装置
７，７’ 基板
７ｏ，７ｏ’ 基板表面
８，８’ アライメントマーク
９，９’ 特徴的基板指標
１０ ロボット
１１ クラスタシステム
１２ モジュール
１３ フープ
１４ 搬送チャンバ
１５ 干渉計
１６ レーザービーム
Ｄ，Ｄ’ 直径
Ｓ 重心
Ｐ 基板輪郭

Claims (9)

1. 少なくとも２つの第１のアライメントマーク（８）を有する第１の基板（７）を、少なくとも２つの第２のアライメントマーク（８’）を有する第２の基板（７’）に位置合わせする方法であって、
   ・第１の対応づけにより、前記第１のアライメントマーク（８）を、Ｘ方向およびＹ方向で、前記第１の基板（７）の少なくとも２つの第１の特徴的位置合わせ指標（９）に対応づけし、この場合に、前記第１のアライメントマーク（８）の測定によって、前記第１の特徴的位置合わせ指標（９）を基準として、第１のＸ位置およびＹ位置（Ｘ１，Ｙ１，Ｘ２，Ｙ２）を求め、
   ・第２の対応づけにより、前記第２のアライメントマーク（８’）を、Ｘ方向およびＹ方向で、前記第２の基板（７’）の少なくとも２つの第２の特徴的位置合わせ指標（９’）に対応づけし、この場合に、前記第２のアライメントマーク（８’）の測定によって、前記第２の特徴的位置合わせ指標（９’）を基準として、第２のＸ位置およびＹ位置（Ｘ１’，Ｙ１’，Ｘ２’，Ｙ２’）を求め、
   ・位置合わせにより、前記第１のアライメントマーク（８）および前記第２のアライメントマーク（８’）を、前記第１の特徴的位置合わせ指標（９）および前記第２の特徴的位置合わせ指標（９’）のＸ‐Ｙ位置を測定することによって、相互にＸ方向およびＹ方向で位置合わせし、前記第１の対応づけおよび前記第２の対応づけの後、前記位置合わせの前に、ボンディングモジュールへの前記基板（７，７’）の搬送を行う、
   方法。
2. 前記ボンディングモジュールにおいて特に、好ましくは１ｂａｒ未満のガス圧のもとで前記位置合わせを行う、
   請求項１記載の方法。
3. 前記第１の対応づけを、特にエアロックとして構成された、第１の対応づけモジュール（３）において行い、前記第２の対応づけを、特に前記第１の対応づけに並行して、特にエアロックとして構成された、第２の対応づけモジュール（３’）において行う、
   請求項１または２記載の方法。
4. 前記位置合わせの前に、特に前記第１の対応づけモジュールおよび／または前記第２の対応づけモジュールにおいて、好ましくは前記対応づけ中に、好ましくは１ｂａｒ未満のガス圧まで、より好ましくは１０^−３ｍｂａｒ未満のガス圧まで、さらに好ましくは１０^−５ｍｂａｒ未満のガス圧まで、最も好ましくは１０^−８ｍｂａｒ未満のガス圧まで、ガス圧を低減する、
   請求項２または３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記第１の特徴的位置合わせ指標（９）および／または前記第２の特徴的位置合わせ指標（９’）は、それぞれ前記第１の基板（７）および前記第２の基板（７’）の基板縁に配置されている、
   請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
6. ・円形の基板縁部分、および／または、
   ・平坦な基板縁部分、および／または、
   ・溝状に成形された基板縁部分、および／または、
   ・上述した各特徴の交点、および／または、
   ・上述した各特徴の接線の交点、
   の特徴のうち１つもしくは複数を、前記第１の特徴的位置合わせ指標（９）および／または前記第２の特徴的位置合わせ指標（９’）として用いる、
   請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
7. 少なくとも２つの第１のアライメントマーク（８）を有する第１の基板（７）を、少なくとも２つの第２のアライメントマーク（８’）を有する第２の基板（７’）に位置合わせする装置であって、
   ・前記第１のアライメントマーク（８）を、Ｘ方向およびＹ方向で、前記第１の基板（７）の少なくとも２つの第１の特徴的位置合わせ指標（９）に対応づけ、この場合に、前記第１のアライメントマーク（８）の測定によって、前記第１の特徴的位置合わせ指標（９）を基準として、第１のＸ位置およびＹ位置（Ｘ１，Ｙ１，Ｘ２，Ｙ２）を求める、第１の対応づけモジュール（３）と、
   ・前記第２のアライメントマーク（８’）を、Ｘ方向およびＹ方向で、前記第２の基板（７’）の少なくとも２つの第２の特徴的位置合わせ指標（９’）に対応づけ、この場合に、前記第２のアライメントマーク（８’）の測定によって、前記第２の特徴的位置合わせ指標（９’）を基準として、第２のＸ位置およびＹ位置（Ｘ１’，Ｙ１’，Ｘ２’，Ｙ２’）を求める、第２の対応づけモジュール（３’）と、
   ・前記第１のアライメントマーク（８）および前記第２のアライメントマーク（８’）を前記第１の特徴的位置合わせ指標（９）および前記第２の特徴的位置合わせ指標（９’）のＸ‐Ｙ位置を測定することによって相互にＸ方向およびＹ方向で位置合わせする、ボンディングモジュールとして構成された、位置合わせモジュールと、
   を備える装置。
8. 前記対応づけモジュールは、前記位置合わせモジュールに対するエアロックとして構成されている、
   請求項７記載の装置。
9. ・特にそれぞれ前記対応づけモジュール（３，３’）内に配置された、前記第１のアライメントマーク（８）および前記第２のアライメントマーク（８’）のＸ座標およびＹ座標を検出する、第１の検出手段と、
   ・特にそれぞれ前記対応づけモジュール（３，３’）内に配置された、前記第１の特徴的位置合わせ指標（９）および前記第２の特徴的位置合わせ指標（９’）のＸ座標およびＹ座標を検出する、第２の検出手段と、
   ・特に前記位置合わせモジュール内に配置された、前記第１の特徴的位置合わせ指標（９）および前記第２の特徴的位置合わせ指標（９’）のＸ’座標およびＹ’座標を検出する、第３の検出手段（１５）と、
   を備える、
   請求項７または８記載の装置。

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