B e s c h r e i b u n g

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausrichten einer ersten

Kontaktfläche eines ersten Substrats mit einer zweiten Kontaktfläche eines zweiten Substrats gemäß Anspruch 1 und ein entsprechendes Verfahren gemäß Anspruch 10.

Für die gegenüberliegende Anordnung und Ausrichtung von den

Kontaktflächen zweier Substrate, beispielsweise Wafer, insbesondere von nicht transparenten Wafern, sind verschiedene Vorgehensweisen bekannt.

Eine bekannte Vorgehensweise ist die Verwendung zweier Mikroskoppaare, die jeweils auf einen bestimmten Betrachtungspunkt kalibriert werden. Zur Ausrichtung wird zunächst der untere Wafer unter die oberen Mikroskope gefahren und die Mikroskope werden zu dem unteren Wafer ausgerichtet, die Position fixiert und die zwei Ausrichtungsschlüssel der Wafer

gespeichert. Anschließend wird der obere Wafer zu den gespeicherten Ausrichtungsschlüsseln unter Verwendung der unteren Mikroskope ausgerichtet. Anschli eßend wird der untere Wafer in seine ursprüngliche Position gefahren und die Wafer werden kontaktiert. Mit dem

vorbeschriebenen Verfahren kann zwar eine hohe Genauigkeit bei der Posi tionierung erreicht werden. Das System arbeitet aber nur au fgrund der erfassten Relativpositionen der beiden Ausrichtungsschlüssel auf beiden Wafern zueinander, sodass die Kal ibrierung der Mi kroskope zuei nander und die Bewegung der Wafer bei der Ausrichtung zu Fehlern beim Ausrichten führen können. Weiterhi n ist die Anzahl der Messpunkte auf dem Wafer begrenzt. Das vorbeschriebene Verfahren ist in der US 6,2 14,692

beschrieben.

Ein anderer Ansatz besteht darin, zwei Mikroskoppaare zwischen den zu kontaktieren Wafern anzuordnen, um di e zwei Ausrichtungsschlüssel gegenüberliegend auszurichten, die M i kroskope anschli eßend

herauszufahren und die Wafer ansch ließend genau auf einander zu zu bewegen. Auch hierbei können entsprechende Fehler durch di e

Relativbewegung der Wafer aufeinand er zu und die Rel ativerfassung der Ausri chtungsschlüssel auftreten .

D i e Ausrichtungsgenaui gkeit bekannter Ausrichtungstechnologien liegt im B erei ch von 0,5 μιτι, wobei die Vertei lung von auf den Wafern befind lichen, zueinander auszuri chtenden Strukturen, beispielsweise Chips und etwai ge Abweichungen der Chips von den vorgegebenen oder nom inel len Positi onen au f dem Wafer, bisher nicht berücksichti gt wird. Durch das zunehmende Interesse an der 3D-Integration sinken das Abstandmaß und di e Größe von Bohrlöchern, sodass ein großer Bedarf für eine genauere Ausrichtung vorhanden ist. Die Abweichung von der nominellen Position der

Ausrichtungsstrukturen wurde bisher vernachlässigt, da die bisher mögl iche Justiergenauigkeit weit mehr als das 1 0-fache dieser Abweichungen betrug. Die Abweichungen betragen regelmäßig weniger als 100 nm. Ein großes Problem der bestehenden Lösungen ist die mechanische Genauigkeit der Bewegungen der Komponenten zueinander.

Ein weiteres Problem besteht in der optischen Erkennungsgenauigkeit aufgrund des erforderlichen Arbeitsabstands der Optiken von den Wafern . Bei typischen Ausrichtungsvorrichtungen (beispielsweise US 6,2 14,692) muss der Arbeitsabstand groß genug sein, um die Haltevorrichtungen für die Substrate zwischen den Optiken verfahren zu können. Di e

Notwendigkei t für di esen Abstand begrenzt die maximal verwendbare Vergrößerung dieser Mi kroskope und dam it die max i mal erreichbare Erfassungsgenauigkeit für die Ausrichtungsschlüssel u nd in weiterer Fol ge d ie Ausri ch tu ngsgenaui gkeit.

Bei Anordnung der Optik zwischen den Wafern ist die orthogonale

Ausrichtung der Optiken zu den Kontaktflächen der Wafer ein wei terer Aspekt, der zu Fehlern i m Mi kro- beziehungsweise Nanometer- Bereich führt.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Vorri chtung beziehungsweise ein gattungsgemäßes Verfahren derart zu verbessern, dass eine höhere, i nsbesondere die gesamte Fläche des Wafers betreffende Ausrichtungsgenaui gkeit erreicht wi rd und Ausschussfaktoren bezügl ich der Ausrichtungsgenaui gkei t m ini miert werden. Daneben liegt der vorliegenden Erfindung d ie Aufgabe zugrunde, den Durchsatz bei der Ausrichtung von Wafern zu erhöhen.

Diese Aufgab e wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 10 gelöst. Vortei lhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen auch sämtliche

Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den

Ansprüchen und/oder den Figuren angegebenen Merkmalen. Bei angegebenen Wertebereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und in beliebiger Kombination beanspruchbar sein.

Der Erfindung l iegt der Gedanke zugrunde, eine Vorrichtung und ei n

Verfahren anzugeben, bei welchen die X-Y-Positionen von

Ausrichtungsschlüsseln zweier auszurichtender Substrate in mindestens einem, von einer Bewegung der Substrate unabhängigen

X-Y-Koordinatensystem erfassbar beziehungsweise messbar sind, sodass die Ausrichtungsschlüssel eines ersten Substrats durch Korrelation der zugehörigen Ausrich tungssch lüssel ei nes zweiten Substrats in

entsprechende Ausri chtungspos i tionen aus gerichtet werden können . Mit einer so lchen Vorrichtung beziehungswei se einem solchen Verfahren sind Ausri chtungsgenauigkeiten von < 0,25 μηι , insbesondere < 0, 1 5 μπι, vorzugswei se < 0 , 1 μηι realisierbar.

Mit anderen Worten : Die Vorrichtung stel l t Mittel zur Erfassu ng der Bewegung der Substrate, insbesondere ausschließl ich in einer X- und Y- Ri chtung, zur Verfügung, die auf mindestens einen festen, insbesondere ortsfesten, Bezugspunkt bezogen sind und damit zumindest in einer X- und Y-Richtung eine exakte Ausrichtung der korrespondierenden

Ausrichtungsschlüssel ermöglichen.

Di es wird insbesond ere dadurch ermögl icht, dass neben Erfassungsm itte ln für die Erfassung der X-Y-Positionen der Ausrichtungsschlüssel gesonderte Positionserfassungsmi ttel zur Erfassung der Position der Substrate, insbesondere der Position von die Substrate fixiert aufnehmenden

Plattformen, vorgesehen sind. Als Positionserfassungsmittel kommen Laserinterferometer und/oder Linearmotoren zur Bewegung der Plattformen in X- und Y-Richtung in Frage. Die X-Y-Positionen der Ausrichtungsschlüssel auf dem ersten Substrat werden durch erste Erfassungsmittel in das zugeordnete erste

X-Y-Koordinatensystem übertragen und, insbesondere gleichzeitig, werden die X-Y-Positionen der Ausrichtungsschlüssel auf dem zweiten Substrat durch zweite Erfassungsmittel i n das zugeordnete, insbesondere mit dem ersten X-Y-Koordinatensystem identische, zweite X-Y-Koordinatensystem übertragen. In dieser Erfassungsposition wird durch

Positionserfassungsmittel zur, insbesondere mi ttelbaren, Erfassung der Position des ersten Substrats die X-Y-Position des ersten Substrats und, insbesondere gleichzeitig, wird durch Positionserfassungsmittel zur, insbesondere mittelbaren, Erfassung der Position des zweiten Substrats die X-Y-Position des zweiten Substrats erfasst.

Soweit eine B ewegung eines der Substrate erforderlich ist, beispielswei se zur Ausri chtung oder Positioni erung, wird diese durch an sich bekannte, mindestens um einen Faktor 5 , insbesondere Faktor 1 0, vorzugsweise Faktor 50, genauere Antriebsmittel a ls die erreichbare

Ausrichtungsgenauigkeit bewirkt, beispielsweise durch Linearmotoren. Die Antriebsmittel können gleichzeiti g al s Positionserfassungsm ittel dienen . Damit sind di e X-Y-Positionen der Substrate bekannt. N och bevorzugter sind di e Posi tionen der di e Substrate j ewei ls fix iert aufnehmenden

Aufnahmeeinrichtungen und/oder Plattformen durch zumindest um ei nen Faktor 1 0, i nsbesondere Faktor 50, vorzugsweise Faktor 1 00 genauere Positionserfassungsmittel, beisp i elsweise Laserinterferometer, erfassbar, um Fehler bei der Positionierung weiter zu minimieren.

Di e Position der j eweiligen Erfassungsmittel in Relation zu oder auf der jewei ligen Aufnahmeeinrichtung oder Plattform i st fix oder zumindest genau messbar, insbesondere mit einer mindestens um einen Faktor 1 0, insbesondere Faktor 20, vorzugsweise Faktor 50 höheren Genaui gkei t als die Ausrichtungsgenauigkeit. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass mehr als zwei Ausrichtungsschlüssel au f j edem Substrat messbar sind, da der Fachmann auf Grund des bi sher erforderlichen Arbeitsabstands bei der Erfassung der Justiermarken die Verwendung von mehr als zwei Ausri chtungsmarken mangels ei ner

Verbesserung des Ausrichtungsergebnisses durch eine solche Maßnahme nicht in Erwägung zog. Die Messung von mindestens drei

Ausrichtungsschlüsseln für di e Ausrichtung von Wafern ist als

eigenständi ger Erfindungsgedanke zu betrachten, insbesondere in

Kombination bel iebi ger Merkmale der vorliegenden Erfindung.

Wei terhin ist es durch di e vorbeschri ebene Aus gestaltun g mögl i ch , als Ausrichtungsschlüssel au f dem Substrat befindliche Strukturen,

insbesondere Chips, zu verwenden, sodass auf gesondert aufgebrachte Justiermarken verzichtet werden kann, di e bisher zur Ausrichtung

erforderl ich waren. Die vorliegende Erfi ndung ermöglicht es aufgrund der hohen Erfassungsgenauigkeit und der Flexibilität der Wah l der

Ausrichtungsschlüssel auch, bereits existierende Marken zum Beispiel von der Lithographie, i nsbesondere Stepper Al ignment Marken, di e sich an den Ecken der Bel i chtu ngsfelder befinden, zu verwenden.

Darüber hinaus sind d ie erfindungsgemäße Vorrichtung und das

erfindungsgemäße Verfahren adapti v beziehu ngsweise selbst lernend ausgestaltbar, i ndem durch M essung des Ausrichtungsergebnisses und Vergleich mit dem berechneten oder nominel len Ergebnis eine Kalibrierung beziehungsweise Optimierung der Ausrichtung der nächsten

Substratpaarung vorgenommen werden kann. Auch dieses Merkmal ist als eigenständiger Erfindungsgedanke zu betrachten, insbesondere in

Kombination beliebiger Merkmale der vorliegenden Erfindung. Als Koordinatenursprung im Sinne der Erfindung kann j eder defi nierte Punkt des jeweiligen Koordinatensystems gewählt werden. Substrate im Sinne der vorliegenden Erfindung sind sehr dünne und im Verhältnis dazu großflächige Substrate, insbesondere Wafer.

Als Kontaktfläche sind die jewei ls zueinander korrespondierenden Flächen der auszurichtenden und zu kontaktierenden Substrate bezeichnet, wobei die Kontaktfl äche keine geschlossene Fläche bi lden muss, sondern auch von entsprechenden Strukturen, i nsbesondere Chips oder Topographien, geb i ldet sei n kann.

In einer allgemeinen Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung daher folgende Merkmal e auf: erste X-Y-Positionen von entlang der ersten Kontaktfläche

angeord neten ersten Ausri chtungsschlüsseln si nd durch erste

Erfassungsmittel in ei ner ersten X-Y-Ebene in ei nem ersten , von einer Bewegung des ersten Substrats unabhängi gen

X-Y-Koordinatensystem erfassbar,

zweite X-Y-Positionen von entlang der zweiten Kontaktfläche angeordneten, zu den ersten Ausrichtungsschlüsseln

korrespondierenden zweiten Ausrichtungsschlüsseln sind durch zweite Erfassungsmittel in einer zwei ten, zur ersten X-Y-Ebene para l le len X-Y-Ebene i n ei nem zweiten, von ei ner Bewegung des zweiten Substrats unabhängi gen X-Y-Koordinaten system erfassbar, d ie erste Kontaktfläche ist auf Grundl age der ersten X-Y-Positionen in einer ersten Ausrichtungsposition und die zweite Kontaktfl äche ist auf Grundlage der zweiten X-Y-Posi tionen i n einer zweiten

Ausrichtungsposition ausrichtbar. Ein erfindungsgemäßes Verfahren weist in einer allgemeinen Ausführungsform nachfolgende Schritte auf:

Anordnung der ersten Kontaktfläche in einer ersten X-Y-Ebene und der zweiten Kontaktfläche in einer zweiten, zur ersten X-Y-Ebene parallelen X-Y-Ebene,

Erfassung von X-Y-Positionen von entlang der ersten Kontaktfläche angeordneten ersten Ausrichtungsschlüsseln in einem ersten, von einer Bewegung des ersten Substrats unabhängigen X-Y-Koordinatensystem durch erste Erfassungsmittel und Erfassung von X-Y-Positionen von entlang der zweiten Kontaktfläche angeordneten zweiten, zu den ersten Ausrichtungsschlüsseln korrespondierenden Ausrichtungsschlüsseln in einem zweiten, von einer Bewegung des zweiten Substrats unabhängigen X-Y-Koordinatensystem durch zweite Erfassungsmittel,

Ausrichtung der ersten Kontaktfläche in einer auf Grundlage der ersten X-Y-Positionen ermittelten ersten Ausrichtungsposition und Ausrichtung der zweiten Kontaktfläche in einer gegenüberliegend zu der ersten Kontaktfläche liegenden, auf Grundlage der zweiten X-Y-Positionen ermittelten zweiten Ausrichtungsposition,

Die X-,Y- und Z-Ebene beziehungsweise X-, Y- und Z-Richtung sind mit Vorteil jeweils orthogonal zueinander ausgerichtet, um die Berechnung der X-Y-Positionen in den X-Y-Koordinatensystemen zu erleichtern. Es handelt sich mit Vorteil um gleichartige, insbesondere kartesische

Koordinatensysteme, vorzugsweise mit gleicher Skalierung.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass erste X-Y-Positionen von mehr als zwei ersten Ausrichtungsschlüsseln mit korrespondierenden zweiten Ausrichtungsschlüsseln erfassbar und

ausrichtbar sind. Mit einer Vielzahl von Ausrichtungsschlüsseln wird die Ausrichtungsgenauigkeit weiter erhöht, insbesondere wenn die X-Y-Positionen jedes der jeweiligen Ausrichtungsschlüssel im Einzelnen bekannt sind und aufgrund der bekannten X-Y-Positionen zueinander die Ausrichtung mit einer minimalen Gesamtabweichung der Summe der, insbesondere quadratischen, Abweichungen jedes

Ausrichtungsschlüsselpaares möglich ist beziehungsweise jeweils eine entsprechende Ausrichtungsposition für jedes Substrat berechenbar ist.

Indem die erste und zweite X-Y-Ebene bei der Erfassung der ersten und zweiten X-Y-Positionen identisch sind, insbesondere zusätzlich zumindest quasi-identisch, vorzugsweise identisch, mit einer Kontaktierungsebene der ersten und zweiten Kontaktfläche beim Kontaktieren, wird die

Fehleranfälligkeit bei der Kontaktierung in Z-Richtung minimiert

beziehungsweise ausgeschlossen. Mit identisch ist eine Abweichung von maximal 20 μηι, insbesondere 10 μιη, vorzugsweise 5 μιη gemeint, die auch für eine etwaige Abweichung der Parallelität der Kontaktflächen

zueinander und zu den jeweiligen Plattformen beziehungsweise den

Aufnahmeeinrichtungen gilt.

Soweit das erste und/oder das zweite X-Y-Koordinatensystem einer Basis der Vorrichtung zugeordnet sind, die mit Vorteil ortsfest und/oder starr und/oder massiv ausgebildet ist, ermöglicht dies einen zuverlässigen und von Umwelteinflüssen unabhängigen Prozess.

Da der Versatz jedes ersten Ausrichtungsschlüssels zum

korrespondierenden zweiten Ausrichtungsschlüssel in X-Y-Richtung ermittelbar ist, kann die individuelle Abweichung bei der Kontaktierung berücksichtigt werden. Hierdurch wird der Produktionsausschuss stark minimiert beziehungsweise die Ausbeute stark erhöht, wodurch die

Produktionskosten verringert und die Produktionsgeschwindigkeit erhöht werden. Ein weiterer Vorteil ergibt sich in einer Ausgestaltung der Erfindung daraus, dass die ersten und/oder die zweiten Erfassungsmittel während der Erfassung und/oder der Ausrichtung und/oder der Kontaktierung,

insbesondere mechanisch, fixierbar sind, vorzugsweise an der Basis. Denn durch Ausschluss einer Bewegung der Erfassungsmittel gegenüber dem zugeordneten X-Y-Koordinatensystem werden insofern weitere

Fehlerquellen ausgeschlossen.

Mit Vorteil ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass die Vorrichtung durch Prüfmittel zur Prüfung der Ausrichtung der kontaktierten Substrate kalibrierbar ist. Durch die Prüfmittel sind

Rückschlüsse auf die Ausrichtungsqualität und Unterschiede zu der berechneten Ausrichtung möglich. Die Vorrichtung kann daher adaptiv ausgestaltet werden und sich selbst kalibrieren. Die Prüfung kann auch in einer externen Messeinrichtung erfolgen, wobei durch Prüfmittel innerhalb der Vorrichtung der Vorteil besteht, dass etwaige Probleme frühzeitig erkannt werden und entsprechende Maßnahmen ergriffen werden können.

Für die Prüfung kommen speziell auf den Substraten vorgesehene, insbesondere IR-transparente, Prüfungsmarkierungen in Frage, die eine hochgenaue Ermittlung der Abweichung der Substrate ermöglichen.

Zu einer weiteren Fehlerminimierung trägt es bei, dass die ersten

Erfassungsmittel in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung durch einen einzigen ersten Ausrichtungsschlüsseldetektor und/oder die zweiten Erfassungsmittel durch einen einzigen zweiten

Ausrichtungsschlüsseldetektor gebildet sind.

Indem zur parallelen Ausrichtung der ersten und zweiten Kontaktflächen, insbesondere kontaktlos arbeitende, erste und zweite Abstandsmesseinrichtungen sowie Aktuatoren zur Bewegung der Substrate quer zu den X-Y-Ebenen vorgesehen sind, wird eine genaue parallele Ausrichtung der Kontaktflächen zueinander ermöglicht. Weiterhin ermöglicht das Vorsehen von Abstandsmesseinrichtungen die Erkennung von Wö lbungen der Substrate.

Die Ausrichtung der Substrate unter Verwendung der exakten

Positionsinformationen der Ausrichtungsschlüssel erlaubt eine Berechnung der individuellen Ausrichtung der Substrate mittels mathematischen

Modellen, die anwendungsspezifische Kriterien und/oder Parameter berücksichtigen . Eine Optimierung der Ausrichtung kann insbesondere zur Erreichung einer maximalen Ausbeute erfol gen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowi e anhand der Zeich nungen, diese zei gen in :

Fi g. l a Ei ne schematische Darstel lung einer Aufsicht auf die

erfi ndungsgemäße Vorrichtung nach dem Beladen und einer Grobausrichtung der Substrate,

Fi g. l b eine schemati sche Schni ttansicht gemäß Schnittlini e A-A aus

Figur l a,

Fi g. 2a eine schemati sche Aufsicht auf die Vorrichtung beim

Kei lfehlerausgleich ,

Fi g. 2b schematische Darstel lung einer Seitenansicht gemäß Schnittlinie

A-A aus Figur 2a am Beginn des Kei lfehlerausgleichschrittes, Fig.2c schematische Darstellung einer Seitenansicht gemäß Schnittlinie A-A aus Figur 2a am Ende des Keilfehlerausgleichschrittes,

Fig.2d Eine schematische Detaildarstellung zum

Keilfehlerausgleichschritt,

Fig.3a eine schematische Aufsicht auf die erfindungsgemäße

Vorrichtung bei einem Ausrichtungsschlüsselerkennungsschritt,

Fig.3b eine schematische Detailansicht zur

Ausrichtungsschlüsseier kennung,

Fig.4a eine schematische Aufsicht auf die erfindungsgemäße

Vorrichtung bei der Ausrichtung der Substrate,

Fig.4b schematische Schnittansicht gemäß Schnittlinie A-A aus Figur 4a,

Fig.4c eine schematische Aufsicht auf die erfindungsgemäße

Vorrichtung beim Ausrichten der Substrate,

Fig.4d eine schematische Aufsicht auf die erfindungsgemäße

Vorrichtung nach dem Ausrichten,

Fig.4e eine schematische Schnittansicht gemäß Schnittlinie A-A aus

Figur 4d,

Fig.5a eine schematische Aufsicht auf die erfindungsgemäße

Vorrichtung bei einem Schritt zur Ausrichtungsüberprüfung,

Fig.5b eine schematische Schnittansicht gemäß Schnittlinie A-A aus

Figur 5a, Fig.6a eine Aufsicht auf eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Beladen und

Grobausrichten der Substrate,

Fig.6b eine schematische Schnittansicht gemäß Schnittlinie A-A aus

Figur 6a,

Fig.7a eine schematische Aufsicht auf die alternative Ausführungsform bei einem Keilfehlerausgleichsschritt,

Fig.7b eine schematische Schnittansicht gemäß Schnittlinie A-A aus

Figur 7a,

Fig.7c eine schematische Aufsicht auf die erfindungsgemäße

Ausführungsform bei einem Keilfehlerausgleichsschritt,

Fig.7d eine schematische Schnittansicht gemäß Schnittlinie A-A aus

Figur 7c,

Fig.7e eine Detailansicht zum Schritt des Keilfehlerausgleichs,

Fig.8a und 8b eine schematische Aufsicht auf die alternative

Ausführungsform bei der Ausrichtungsschlüsselerfassung,

Fig.8c eine schematische Detailansicht der

Ausrichtungsschlüsselerfassung,

Fig.9a eine schematische Darstellung der alternativen Ausführungsform bei der Ausrichtung der Substrate, Fig. 9b eine schematische Schnittansicht gemäß Schnittlinie A-A aus Figur 9 a,

Fig. 9c eine schematische Schnittdarstellung der alternativen

Ausführungsform nach dem kontaktieren in einer Z-Richtung,

Fig. 10a eine schematische Aufsicht auf die alternative Ausführungsform bei einem Ausrichtungsprüfschritt und

Fig. 10b eine schematische Schnittansicht gemäß Schnittlinie A-A aus

Fi gur 10a.

In den Figuren l a und l b ist eine Basis 9 dargestel lt, auf der eine erste Plattform 1 0 und eine zweite P lattform 20, insbesondere durch

Lu ftlageru ng, beweglich aufgenommen sind. D ie B asis 9 ist mit Vorteil aus ei nem ortsfesten und/oder massiven und/oder starren Material ,

insbesondere Granit geb i ldet. Di e Bewegung der ersten und zwei ten

Plattform 10, 20, insbesondere ausschließlich, in einer X- und einer Y- Richtung kann durch Antriebsmittel, insbesondere Linearmotoren, erfolgen, die an der Außenkontur der Basis 9 angeordnet sind. Jeder der ersten und zwei ten Plattformen 10, 20 ist eine eigene Antriebseinheit zugeordnet.

Die Antriebseinheit ist i n stabiler, nicht flexibler Weise mit der i hr zugeordneten ersten oder zwei ten Plattform 1 0, 20 verbunden, u m die Antriebskräfte fehlerfrei und hochgenau auf die erste oder zweite Plattform 1 0 , 20 zu übertragen. Di e Antriebseinheiten weisen ei ne maximale

Abweichung von <25nm, insbesondere < 1 5nm, vorzugsweise <5nm, auf.

Auf der ersten Plattform 10 ist ein erstes Substrat 1 , insbesondere ein Wafer, aufgenommen und flächig, insbesondere durch Unterdruck, fixiert. Ein zweites Substrat 2, insbesondere ebenfalls ein Wafer, ist auf der zweiten Plattform 20 aufnehmbar und fixierbar.

Beide Substrate 1, 2 werden in einem Beladeschritt durch nicht gezeigte Belademittel, insbesondere Roborterarme, auf die beiden Plattformen 10, 20 geladen. Das erste Substrat 1 weist eine von der ersten Plattform 10 abgewandte erste Kontaktfläche lk zur Kontaktierung einer von der zweiten Plattform 20 abgewandten zweiten Kontaktfläche 2k des zweiten Substrats 2 auf.

Die Aufnahme der Substrate 1, 2 auf den Plattformen 10, 20 erfolgt jeweils durch geeignete Aufnahmemittel 12, 22, beispielsweise Chucks. Die temporäre Fixierung der Substrate 1, 2 erfolgt durch geeignete Fixiermittel, insbesondere durch Unterdruck. Die Substrate 1, 2 sind damit ortsfest in Bezug auf die Plattformen 10, 20.

Zur Bewegung der Aufnahmemittel 12, 22 in einer Z-Richtung,

insbesondere auch zum Ausgleich eines Keilfehlers, sind drei Aktuatoren 11 an der vom ersten Substrat 1 abgewandten Seite des Aufnahmemittels 12 über die Fläche des Aufnahmemittels 12 verteilt angeordnet. Analog gilt dies für Aktuatoren 21 zur Bewegung der Aufnahmemittel 22 in einer Z- Richtung, insbesondere für einen Keilfehlerausgleichschritt, der weiter unten beschrieben ist.

Beim Aufbringen der Substrate 1, 2 auf die Aufnahmemittel 12, 22 erfolgt eine grobe Ausrichtung durch erste und zweite Mikroskope 1001, 2001, sodass die Substrate 1, 2 auf den Aufnahmemitteln 12, 22 in X- und Y- Richtung beziehungsweise zusätzlich in Rotationsrichtung vorpositioniert aufgenommen werden. Die erste Kontaktfläche lk bildet eine erste X-Y-Ebene 5 und die zweite Kontaktfläche 2k bildet eine zweite X-Y-Ebene 6, die bei der vorliegenden Ausführungsform zumindest bei der Erfassung der Ausrichtungsschlüssel in etwa zusammenfallen. Die maximale Abweichung der Ebenen soll - auch im Hinblick auf deren Parallelität - kleiner 20μπι, insbesondere 10 μπι, vorzugsweise 5 μηι, betragen. Darüber hinaus sind die erste X-Y-Ebene 5 und die zweite X-Y-Ebene 6 - insbesondere mit den vorgenannten

maximalen Abweichungen - jeweils parallel zur Auflagefläche der Basis 9. Hierdurch werden Fehler bei der Bewegung der Substrate 1, 2 in Z- Richtung, beispielsweise beim Kontaktieren der Substrate minimiert beziehungsweise vermieden.

Der ersten Plattform 10 zugeordnete erste Erfassungsmittel 7 umfassen das Mikroskop 1001, einen Ausrichtungsschlüsseldetektor 1000,

Abstandsmessmittel 1002 und einen Prüfungsdetektor 1003. Der

Prüfungsdetektor 1003 dient zur Überprüfung und gegebenenfalls

Selbstkalibrierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach der

Kontaktierung der Substrate 1 und 2.

Der zweiten Plattform 20 sind zweite Erfassungsmittel 8 zugeordnet, die einen Ausrichtungsmitteldetektor 2000, optische Erfassungsmittel 2001 und Abstandsmessmittel 2002 für das zweite Substrat 2 umfassen.

Am Umfang beziehungsweise im Bereich der Außenkontur der Basis 9 sind Positionserfassungsmittel 30, 31, 32, 33, 34, 35, insbesondere

Laserinterferometer, angeordnet und fixiert, die zur exakten Bestimmung der Position der ersten Plattform 10 und/oder der zweiten Plattform 20 vorgesehen sind.

Die Positionserfassungsmittel 30, 31, 32, 33, 34, 35 weisen eine

Erfassungsgenauigkeit von <25nm, insbesondere <5nm, vorzugsweise <lnm auf, so dass etwaige Fehler der Positionserfassung auf die

Ausrichtungsgenauigkeit quasi keine Auswirkung haben, zumal das System selbst kalibri erend ausgebi ldet sein kann.

In den Figuren 2a bis 2d ist der sich vorzugsweise an die Vorpositionierung der Substrate 1 , 2 anschließende Schritt des Keilfehlerausgleichs durch Keilfehlerausgleichmittel dargestellt. Zur Erfassung der vertikalen Position der ersten Kontaktfläche l k des ersten Substrats 1 wird die erste Plattform 10 gemäß Figur 2a unter den Abstandsdetektor 1002 bewegt und dort werden die Abstände mehrerer über die Fläche des ersten Substrats verteilter Messpunkte (siehe Figur 2d) gemessen, um einen eventuellen Keilfehler zu erkennen und auszugleichen. Ebenso wird mit dem zweiten Substrat 2 und dem entsprechenden Abstandsdetektor 2002 verfahren.

Anschließend wird der Kei l fehler durch entsprechende Bewegung der Aktuatoren 1 1 für das erste Substrat 1 gemäß Fi gur 2b und der Aktuatoren 2 1 für die parallele Ausrichtung des zweiten Substrats 2 gemäß Figur 2c ausgeglichen. D i e Kontaktflächen l k und 2k sind anschließend paral lel, ebenso die X-Y-Ebenen 5 und 6, die vorzugsweise ei ne einzige Ebene bi lden (siehe Fi gur 2c) . Die Parallel ität sol l die oben genannte Genau igkeit au fweisen.

Insbesondere im Anschluss an den Kei lfehlerausgleich werden eine

Vielzahl erster Ausrichtungsschlüssel 3. 1 bis 3.n gemäß Figur 3b durch j eweils der ersten und zweiten Plattform 10, 20 zugeordnete

Ausrichtungsschlüsseldetektoren 1000, 2000 detektiert, und zwar deren X- und Y-Koordinaten in einem ersten X-Y-Koordinatensystem der ersten Plattform 10 für die ersten Ausrichtungsschlüssel 3. 1 bis 3.n sowie einem zweiten X-Y-Koordinatensystem der zweiten Plattform 20 für zweite Ausrichtungsschlüssel 4. 1 bis 4.n. Das erste X-Y-Koordinatensystem ist der ersten Plattform 10 und damit dem hierauf fixierten ersten Substrat 1 zugeordnet und das zweite

X-Y-Koordinatensystem ist der zweiten Plattform 20 und damit dem hierauf fixierten zwei ten Substrat 2 zugeordnet, so dass die X-Y-Positionen der ersten und zweiten Ausrichtungsschlüssel 3. 1 bis 3.n, 4. 1 bis 4.n durch Bewegung der ersten und zweiten Substrate 1 , 2 im jeweiligen

X-Y-Koordinatensystem erfasst werden kann, da die

X-Y-Koordinatensysteme unabhängig von der Bewegung der Substrate 1 , 2 sind. Mit Vorteil handelt es sich bei beiden um ein kartesisches

Koordinatensystem mit identischer Skalierung.

Nach dem Schritt der Ausrichtungsschlüsselerfassung sind demnach die j eweils in Bezug auf die Basis 9 bezogene X-Y-Positionen der ersten und zweiten Ausrichtungsschlüssel 3. 1 bis 3 .n, 4. 1 bis 4.n als absolute Position innerhalb der Vorrichtung bekannt und diese ändern sich in Relation zu den P lattformen 1 0, 20 während des Verfahrens nicht mehr.

In den Figuren 4a bis 4e ist der sich an die Erfassung der

Ausrichtungsschlüssel 3. 1 bis 3.n und 4. 1 bis 4.n anschließende Schritt der exakten Ausrichtung und i n Fi gur 4e der Kontaktieru ng der beiden

Substrate 1 , 2 dargestel lt. Gemäß Figuren 4a b is 4d werden die erste und zwei te Plattform 1 0, 20 j ewei ls in di e au f Grundlage der vorher bestimmten X-Y-Positionen der ersten und zweiten Ausrichtungsschlüssel 3. 1 bis 3.n, 4. 1 bis 4.n berechnete j ewei l i ge erste und zweite Ausrichtungsposition gefahren, was auf Grundlage der bekannten X-Y-Positionen der ersten und zweiten Plattformen 1 0, 20 möglich ist.

Bei der Berechnung der Ausrichtungsposition kann durch mathematische Verteilungsberechnung der Ausrichtungsschlüssel 3. 1 bis 3.n und 4. 1 bis 4.n j eweils eine Ausrichtungsposition mit geringst möglichem Abstand der j ewei ls korrespondierenden ersten zu den jeweils korrespondierenden zweiten Ausrichtungsschlüsseln 3. 1 bis 3.n, 4. 1 bis 4.n berechnet werden. Beispielsweis e kann die Summe der Abstände beziehungsweise die Summe der quadratischen Abstände auf ein Minimum reduziert werden oder andere bekannte mathematische Modelle zur Anwendung kommen. Insbesondere kann die Ausri chtung so vorgenommen werden, dass eine möglichst hohe ausrichtungsgenauigkeitsabhängige Ausbeute möglich wi rd.

Bevor die Substrate l , 2 in di e in Figur 4d gezeigte Posi tion gefahren werden, ist ei ne möglichst geringfügige Bewegung zumindest eines der beiden Substrate 1 , 2 von dem anderem i n einer Z-Richtung weg

erforderlich, vorzugsweise des Substrats 2 durch Aktuatoren 2 1 ,

insbesondere durch gleichmäßige Bewegung der Aktuatoren 2 1 . Etwaige Fehler bei der Bewegung der Substrate in Z-Richtung werden kompensi ert, da die gleiche Bewegung in entgegengesetzte Richtung zur Kontaktierung gemäß Figur 4e ausgeführt wird. Di es wird ermöglicht, indem die

Erfassung der Ausrichtungsschlüssel 3. 1 bi s 3.n, 4. 1 bis 4. n gemäß Fi guren 3 a und 3 b und/oder durch den Schri tt des Keilfehlerausgleichs gemäß Figuren 2a bi s 2d derart erfolgt, dass die erste und zweite X-Y-Ebene 5 , 6 und damit die erste und zweite Kontaktfläche l k, 2k in ein und derselben Ebene angeordnet sind.

Nach Kontakti erung gemäß Figur 4e werden die Substrate 1 und 2 fixiert, beispielswei s e durch bekannte Klemmmechanismen oder durch Bonden .

Im Anschluss an die Kontaktierung und Fixierung der Substrate 1 , 2 erfolgt optional eine Überprüfung der Kontaktierungsqualität, das hei ßt der

Ausrichtung der Substrate 1 , 2 zuei nander durch Prüfungsdetektoren 1 003 , vorzugsweise in Form einer Infrarotmessung, die die relative Position von entsprechenden Prüfschlüsseln oder der Ausrichtungsschlüssel 3 . 1 bis 3.n, 4. 1 bis 4.n auf dem ersten Substrat 1 und dem zweiten Substrat 2 überprüft. Das Ergebnis ist mit der vorher berechneten Ausrichtung vergleichbar und auf Grundlage des Vergleichs kann das Substratpaar gegebenenfalls als Ausschuss qualifiziert werden und/oder basierend auf den ermittelten

Informationen einer geeigneten Nachbearbeitung zugeführt. Weiterhin ist es möglich, die Vorrichtung selbstlernend auszuführen, indem die Relation des ersten zum zweiten X-Y- oordinatensystem berichtigt oder kalibriert wird.

Anschließend kann das kontaktierte und fixierte Substratpaar aus erstem Substrat 1 und zweitem Substrat 2 von der Ausrichtungsvorrichtung entladen werden, insbesondere durch nicht dargestellte Belademittel.

Die Keilfehlerausgleichsmittel können in einer alternativen

Ausführungsform derart ausgebildet sein, dass eine Gleichförmigkeitskarte der Kontaktflächen 1 k, 2k der Substrate 1, 2 berechnet wird. Gleichzeitig oder alternativ hierzu kann durch eine Vielzahl von Aktuatoren 11, 21 auf die Gleichförmigkeit, insbesondere Ebenheit, der Kontaktflächen lk, 2k Einfluss genommen werden, indem eine flexible Oberfläche an den

Aufnahmemitteln 12, 22 vorgesehen ist.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass während der Verarbeitung eines Substratpaares bereits mit dem nächsten zu verarbeitenden Substratpaar begonnen werden kann, sodass eine parallele Bearbeitung ermöglicht wird. Hierdurch wird der Durchsatz deutlich erhöht.

Die Figuren 6a bis 10b betreffen eine alternative Ausführungsform, bei der im Unterschied zur vorbeschriebenen Ausführungsform nur eine der beiden Plattformen 10', 20', im konkret gezeigten Fall die Plattform 10' beweglich ausgebildet ist. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt in der

einfacheren Ausführung, der kleineren Standfläche und den geringeren Herstellungskosten. Denn für die Bewegung werden lediglich drei Antriebsmotoren statt fünf bei der vorbeschriebenen Ausführungsform, nämlich ein Antriebsmotor für die Bewegung in X-Richtung, einer für die Bewegung in Y-Richtung und einer für die Rotation benötigt. Bei der vorbeschriebenen Ausführungsform werden zusätzlich zwei

Antriebsmotoren, nämlich einer für die Bewegung der zweiten Plattform 20 in X-Richtung und einer für die Bewegung der zweiten Plattform 20 in Y- Richtung benötigt.

Entsprechend werden nur drei Positionserfassungsmittel 31', 33' und 35' statt sechs bei der vorbeschriebenen Ausführungsform benötigt.

Der Ablauf des Verfahrens ist ähnlich wie bei der vorbeschriebenen

Ausführungsform, wobei die Bewegungen der zweiten Plattform 20 bei der alternativen Ausführungsform mit starrer zweiter Plattform 20' durch die Bewegung der zweiten Erfassungsmittel 8', nämlich

Ausrichtungsschlüsseldetelctor 2000' und optische Erfassungsmittel 200 Γ mit der ersten Plattform 10' kompensiert wird beziehungsweise ersetzt werden.

Soweit die Funktion einzelner, in den Figuren 6a bis 10b beschriebener Bauteile nicht explizit beschrieben wird, ist diese entsprechend der vorbeschriebenen Ausführungsform gemäß Figuren la bis 5b und

umgekehrt.

In Figur 6a ist das erste Substrat 1 auf der ersten Plattform 10' und das zweite Substrat 2 auf der zweiten Plattform 20' aufgenommen, nämlich auf Aufnahmemitteln 12, 22. Die Positionen der ersten und zweiten

Ausrichtungsschlüssel 3.1 bis 3.n beziehungsweise 4.1 bis 4.n wurden dabei durch niedrig auflösende optische Erfassungsmittel 100 , 200Γ entsprechend grob vorausgerichtet. Während die zweiten Erfassungsmittel 8', bestehend aus dem Ausrichtungsmitteldetektor 2000', dem optischen Erfassungsmittel 200Γ und einem Abstandsmessmittel 2002', auf der ersten Plattform 10' in einer definierten Position fixiert angeordnet sind, befinden sich die ersten

Erfassungsmittel 7', bestehend aus dem Ausrichtungsschlüsseldetektor 1000', dem optischen Erfassungsmittel 1001', einem Abstandsmessmittel 1002' und Prüfungsdetektoren 1003' auf der zweiten Plattform 20', sodass die Erfassungsmittel 7', 8' jeweils gegenüberliegend zu dem jeweils zu messenden Substrat 1, 2 anordenbar sind.

Bei der in Figuren 7a bis 7e dargestellten Keilfehlerkorrektur wird die erste Kontaktfläche lk an verschiedenen Positionen gemäß Figur 7e durch

Bewegung der ersten Plattform 10' zu dem auf der zweiten Plattform 20' fixiert angeordneten Abstandsmessmittel 1002' bewegt und bemessen.

Anschließend erfolgt die Messung des Abstands von Messpunkten auf der zweiten Kontaktfläche 2k durch Bewegung des auf der ersten Plattform 10' angeordneten Abstandsmessmittels 2002'.

Aufgrund der gemessenen Verteilung können die erste Kontaktfläche lk und die zweite Kontaktfläche 2k durch entsprechende Bewegung der Aktuatoren 11 und 21 parallel zueinander ausgerichtet werden.

Dabei weisen die parallelen ersten und zweiten X-Y-Ebenen 5, 6 einen geringfügigen Abstand auf, sind aber bei dieser Ausführungsform nicht in der gleichen Ebene.

Anschließend werden erste Ausrichtungsschlüssel 3.1 bis 3.n des ersten Substrats 1 mittels des an der zweiten Plattform 20' angebrachten

Ausrichtungsschlüsseldetektors 1000' detektiert, und zwar deren absolute Positionen im ersten X-Y-Koordinatensystem. Aus den detektierten

Koordinaten werden ein lineares oder nicht lineares mathematisches Verteilungsmodell und/oder entsprechende Modellparameter berechnet, wie bei der Ausführungsform gemäß Figuren la bis 5b.

Anschließend werden die zweiten Ausrichtungsschlüssel 4.1 bis 4.n des zweiten Substrats 2 mittels des auf der ersten Plattform 10' fixierten

Ausrichtungsschlüsseldetektors 2000' detektiert und deren Koordinaten in dem zweiten X-Y-Koordinatensystem erfasst. Aus den erfassten

Koordinaten werden entsprechend ein lineares oder nicht-lineares

mathematisches Verteilungsmodell und/oder Modellparameter berechnet beziehungsweise angenähert.

Aus den Modellparametern beziehungsweise dem mathematischen

Verteilungsmodell der ersten und zweiten Ausrichtungsschlüssel 3.1 bis 3.n beziehungsweise 4.1 bis 4.n und den durch Positionserfassungsmittel 31', 33' und 35', insbesondere Laserinterferometer, bekannten Positionen sowie der Relation der ersten Plattform 10' zur zweiten Plattform 20' sowie der bekannten Positionen der Ausrichtungsschlüsseldetektoren 1000' und 2000' im jeweiligen X-Y-Koordinatensystem kann die Ausrichtungsposition der ersten Plattform 10' berechnet werden, um die Substrate 1 und 2

entsprechend auszurichten.

Nach Ausrichtung wird das Substrat 1 durch die Aktuatoren 11 in

Z-Richtung in Kontakt mit dem Substrat 2 gebracht.

Durch an der zweiten Plattform 20' angebrachte Prüfungsdetektoren 1003' wird die Qualität der Ausrichtung und Kontaktierung des Substratpaares gemäß Figur 10a und Figur 10b ermittelt.

Durch die vorbeschriebenen Ausführungsformen werden erheblich größere Ausrichtungsgenauigkeiten erreicht, insbesondere über die Kontaktflächen lk, 2k verteilt und im Hinblick auf die einzelnen Positionen der Ausrichtungsschlüssel, insbesondere Chips, sodass eine

Ausrichtungsgenauigkeit von < 250 nm, insbesondere < 150 nm, vorzugsweise < 70nm erreicht werden kann.

Vorrichtung zum Ausrichten zweier Substrate B e z u g s z e i c h e n l i s t e

1 erstes Substrat

lk erste Kontaktfläche

zweites Substrat

2k zweite Kontaktfläche

3.1 bis 3.n erste Ausrichtungsschlüssel

.1 bis 4.n zweite Ausrichtungsschlüssel

5 erste X-Y-Ebene

6 zweite X-Y-Ebene

7, 7' erste Erfassungsmittel

8, 8 ^' zweite Erfassungsmittel

9, 9 ^' Basis

10, 10 ^' erste Plattform

11 Aktuatoren

12 Aufnahmemittel

20, 20 ^' zweite Plattform

21 Aktuatoren

22 Aufnahmemittel

30 Positionserfassungsmittel

31, 31 ^' Pos itionserfassungsm ittel

32 Positionserfassungsmittel

33, 33 ^' Positionserfassungsmittel

34 Positionserfassungsmittel

35, 35 ^' Positionserfassungsmittel

1000, 1000' Ausrichtungsschlüsseidetektor

2000, 2000' Ausrichtungsschlüsseidetektor

1001, 100Γ optische Erfassungsmittel

2001, 200 Γ optische Erfassungsmittel

1002, 1002' Abstandsmessmittel

2002, 2002' Abstandsmessmittel

1003, 1003' Prüfungsdetektoren