Verfahren und Vorrichtung zur Ausrichtung zweier optischer Teilsysteme

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

In der Halbleiterindustrie werden Ausrichtungsanlagen (engl.: aligner) verwendet, um Substrate, insbesondere Wafer, zueinander auszurichten, damit sie in einem weiteren Prozessschritt miteinander verbunden werden. Den Verbindungsvorgang nennt man Bonden. Die Ausrichtung der Substrate zueinander erfolgt durch Ausrichtungsmarken, die sich an den Oberflächen der Substrate befinden. Die Ausrichtungsmarken an gegenüberliegenden Seiten der gegenüberliegenden Substrate sind insbesondere komplementär zueinander.

Ausrichtungsvorgänge bei denen sich die Ausrichtungsmarken an den zu

verbündenden Substratoberflächen befinden werden als face-to-face Ausrichtungen bezeichnet. Sofern die Substrate nicht für die zu vermessende elektromagnetische Strahlung transparent sind, müssen Verfahren entwickelt werden, um die Marken zu vermessen, bevor die Substrate aneinander angenähert werden.

Eine sehr lange praktizierte Methode bestand darin, eine Kamera zwischen die Substrate einzufügen, die vor der Annäherung entfernt wurde. Dies brachte mehrere Nachteile mit sich. Erstens hatte die Kamera eine Partikelkontamination an mindestens dem unteren Substrat zur Folge und zweitens musste der Abstand zwischen den Substraten relativ groß gewählt werden um die Kamera zwischen beiden Substraten zu platzieren. Der große Abstand hatte den Nachteil, dass der Verfahrweg bei der Annäherung der beiden Substrate, nachdem die Kamera entfernt wurde, sehr groß war und sich die Substrate bei der gegenseitigen Annäherung lateral verschoben und daher von ihrer vorherigen, optimalen

Ausrichtung zueinander abwichen.

Eine Verbesserung der face-to-face Ausrichtung stellt die Ausrichtungsanlage der Druckschrift US6214692B 1 dar. In der offenbarten Ausrichtungsanlage wurde auf die Verwendung einer, zwischen die Substrate einzuschiebenden, Kamera gänzlich verzichtet. Stattdessen wurden zwei Optikgruppen mit jeweils zwei zueinander gegenüberliegenden Optiken verwendet, um ein System mit zwei Referenzpunkten zu schaffen, in Bezug auf das die Substrate wechselseitig positioniert werden. Bei den Referenzpunkten handelte es sich um die Schnittpunkte der optischen Achsen zweier zueinander gegenüberliegender Optiken. Der entsprechende Prozess zur Kalibrierung derartiger Optiken wurde ausgiebig in den Figuren 2c und 2e der Druckschrift WO2014202106 AI oder den Figuren 5a und 5b der Druckschrift WO2015082020A1 offenbart und beschrieben.

Das Problem mit dem Stand der Technik, insbesondere dem Kalibrierverfahren gemäß den Figuren 2c und 2e der Druckschrift WO2014202106 AI oder gemäß den Figuren 5a und 5b der Druckschrift WO2015082020 AI besteht darin, dass ein Kalibriersubstrat benötigt wird, in Bezug auf das eine Kalibrierung der optischen Achsen der Optiken durchgeführt wird. Die obere und die unteren Optiken werden auf eine Ausrichtungsmarke im, insbesondere transparenten, Substrat kalibriert. Damit werden die linken optischen Achsen auf einen linken Fokuspunkt und die rechten optischen Achsen auf einen rechten Fokuspunkt eingestellt.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein System anzugeben, welche die Nachteile des Stands der Technik nicht aufweisen und insbesondere mit denen zwei Optiken vereinfacht zueinander ausgerichtet bzw. kalibriert werden können.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte 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.

Die Erfindung beschreibt insbesondere, wie die beiden Bildebenen der beiden zueinander gegenüberliegenden Optiken und/oder die optischen Achsen der beiden Optiken zueinander ausgerichtet werden können.

Auf die Verwendung eines Kalibriersubstrats gemäß der Druckschrift

WO2014202106A1 kann vorteilhaft verzichtet werden.

Erfindungs gemäß vorgesehen ist ein Verfahren zur Ausrichtung zweier

gegenüberliegend, insbesondere übereinander, angeordneter optischer

Teilsysteme eines optischen Systems, mit den folgenden Schritten:

Projektion von Ausrichtungsmarken in eine Bildebene des ersten, insbesondere unteren, optischen Teilsystems,

Projektion der Ausrichtungsmarken von der ersten Bildebene auf eine sensitive Oberfläche des zweiten, insbesondere oberen, optischen Teilsystems,

Ausrichtung der optischen Teilsysteme zueinander, so dass Projektionen der Ausrichtungsmarken in einem Schärfentiefebereich der sensitiven Oberfläche an idealen Positionen abgebildet werden. Die Tiefenschärfebereiche und/oder die Schärfentiefebereiche aller optischer Elemente, insbesondere der Optiken, liegen zwischen 1nm und 10mm,

vorzugsweise zwischen 10nm und 1mm, noch bevorzugter zwischen 50nm und 500μm, am bevorzugtesten zwischen 500nm und 250μπι, am allerbevorzugtesten zwischen 1μm und 10 0μm.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass Licht zur

Beleuchtung der Ausrichtungsmarken über mindestens eine Lichtquelle, insbesondere eine Lampe, bevorzugt eine Halogenlampe, noch bevorzugter eine LED, am bevorzugtestem eine Laserlichtquelle, und mindestens einen Spiegel in das erste und/oder zweite optische Teilsystem eingekoppelt wird. Mit einer solchen externen Lichtquelle kann vorteilhaft eine besonders helle Ausleuchtung der Ausrichtungsmarken erreicht werden.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass an mindestens einer Stelle der optischen Teilsysteme, insbesondere an einer ersten Kamera und/oder an einem Spiegel, Umgebungslicht zur Beleuchtung der

Ausrichtungsmarken eingekoppelt wird, wobei bevorzugt eine Abschirmung der optischen Teilsysteme nicht verbaut wird. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, ohne zusätzliche externe Lichtquellen die Ausrichtungsmarken zu beleuchten.

Gemäß einer anderen besonders bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Ausrichtungsmarken von einem Ausrichtungsmarkenprojektionssystem auf eine erste sensitive Oberfläche eines ersten Kamerachips einer ersten Kamera projiziert werden, wobei die Ausrichtungsmarken insbesondere ein LED Feld umfassen und/oder als Masken ausgebildet sind. Dadurch ist es vorteilhaft nicht erforderlich, dass die Ausrichtungsmarken in den Kamerachip eingebracht werden müssen.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die optischen Teilsysteme zwei sich gegenüberliegend angeordnete Optiken, umfassen, deren Bildebenen und/oder optische Achsen zueinander ausgerichtet werden. Dadurch ist vorteilhaft eine besonders effiziente Ausrichtung der optischen Teilsysteme beziehungsweise der Optiken möglich.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass zumindest die Optiken Teil einer Anlage zur Ausrichtung von Substraten, insbesondere Wafern, sind. Hierdurch ist vorteilhaft eine erhebliche Verbesserung einer Anlage zur Ausrichtung von Substraten möglich.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Verfahren, den folgenden Ablauf auf:

Anordnung von Ausrichtungsmarken in der Nähe und/oder auf einer ersten sensitiven Oberfläche eines ersten Kamerachips einer ersten Kamera und/oder Projektion von Ausrichtungsmarken auf eine erste sensitive Oberfläche eines ersten Kamerachips einer ersten Kamera, Projektion der Ausrichtungsmarken vom ersten Kamerachip über das erste optische Teilsystem in die erste Bildebene, wobei das erste optische Teilsystem die erste Optik aufweist, wobei die erste Bildebene zwischen den Optiken angeordnet ist,

Projektion der Ausrichtungsmarken von der ersten Bildebene über das zweite optische Teilsystem auf die zweite sensitive Oberfläche eines zweiten Kamerachips einer zweiten Kamera, wobei das zweite optische Teilsystem die zweite Optik aufweist,

insbesondere Ausrichtung der Optiken zueinander, so dass projizierte Ausrichtungsmarken der Ausrichtungsmarken scharf auf der zweiten Kamera abgebildet werden und Positionen der projizierten

Ausrichtungsmarken mit gewünschten und/oder idealen Positionen übereinstimmen.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Optiken zur Ausrichtung translatorisch und/oder rotatorisch zueinander bewegt werden. Dadurch ist vorteilhaft eine besonders genaue Ausrichtung möglich. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Optiken zur Ausrichtung derart angenähert werden, dass sich die erste Bildebene er ersten Optik in einem Schärfentiefebereich der zweiten Gegenstandsebene der zweiten Optik befindet. Dadurch ist vorteilhaft eine besonders scharfe Abbildung der Ausrichtungsmarken möglich.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Ausrichtungsmarken, insbesondere mittels lithographischer Verfahren, direkt auf einer ersten sensitiven Oberfläche eines ersten Kamerachips einer ersten Kamera aufgebracht sind. Dadurch ist vorteilhaft eine besonders effiziente Erzeugung der Ausrichtungsmarken möglich.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Ausrichtungsmarken direkt auf einer ersten sensitiven Oberfläche eines ersten Kamerachips aufgebracht sind, wobei die Ausrichtungsmarken eine, insbesondere eine Kreuzform aufweisende, Ansammlung nicht funktionsfähiger Pixel aufweisen. Dadurch ist vorteilhaft eine besonders einfache Erzeugung der

Ausrichtungsmarken möglich.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Ausrichtungsmarken auf eine separate Markierungsplatte in einem ersten Kamerachip einer ersten Kamera aufgebracht sind, wobei der Abstand zwischen den Ausrichtungsmarken und einer ersten sensitiven Oberfläche des ersten Kamerachips kleiner 1 mm ist, vorzugsweise kleiner als 100 μπι, noch bevorzugter kleiner als 10 μm, am bevorzugtesten kleiner als 1 μm, am allerbevorzugtesten kleiner als 0.1 μm. Dadurch ist vorteilhaft keine Bearbeitung des Kamerachips zur Erzeugung der Ausrichtungsmarken erforderlich.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft ein System, zur Ausrichtung zweier gegenüberliegend, insbesondere übereinander, angeordneter optischer Teilsysteme des optischen Systems, insbesondere mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, aufweisend:

Eine erste Kamera mit einem ersten Kamerachip zur Projektion von Ausrichtungsmarken in eine Bildebene des ersten, insbesondere unteren, optischen Teilsystems,

Mittel zur Projektion der Ausrichtungsmarken von der ersten Bildebene auf eine sensitive Oberfläche des zweiten, insbesondere oberen, optischen Teilsystems,

Mittel zur Ausrichtung der optischen Teilsysteme zueinander, so dass Projektionen der Ausrichtungsmarken in einem Schärfentiefebereich der sensitiven Oberfläche an idealen Positionen abbildbar sind.

Die Ausführungsformen in Bezug auf das Verfahren beziehen sich auch auf das erfindungsgemäße System.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft einen Kamerachip mit Ausrichtungsmarken in der Nähe und/oder auf seiner sensitiven Oberfläche, insbesondere für ein System und/oder Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche. Die Ausführungen zum Verfahren beziehen sich auch auf den erfindungsgemäßen Kamerachip.

Das optische System

Die erfindungsgemäße Ausführungsform betrifft ein optisches System, bestehend aus mindestens einem ersten, unteren optischen Teilsystem und einem zweiten, oberen optischen Teilsystem. Im weiteren Verlauf der Druckschrift werden, in Rücksichtnahme auf den bevorzugten Aufbau, alle Entitäten nur mehr durch die Wörter„oben" oder„unten" bezeichnet. Das untere optische Teilsystem und das obere optische Teilsystem verfügen über mindestens ein optisches Element, insbesondere mehrere optische Elemente. Bei den optischen Elementen handelt es sich insbesondere um Spiegel, insbesondere

o Planspiegel

o Konvexspiegel

o Konkavspiegel

Linsen

o Konvexlinsen

• Bikonvex

^■ Planarkonvex

^■ Konkavkonvex

o Konkavlinsen

^■ Bikonkav

^• Planarkonkav

^• Konvexkonkav

o Fresnellinsen

Prismen

Diffraktionselemente

o Diffraktionsgitter

etc.

Bei den Spiegeln handelt es sich mit Vorzug um Kaltlichtspiegel (im Folgenden auch Kaltspiegel genannt), die Infrarotlicht aus dem eingekoppelten Licht herausfiltern, um eine unnötige und unerwünschte Erwärmung des optischen Systems zu verhindern. Insbesondere wird Licht der Wellenlänge zwischen 100O μm und 0,8 μπι, vorzugsweise zwischen 750 μm und 0,8 μπι, noch bevorzugter zwischen 500 μm und 0,8μπι, am bevorzugtesten zwischen 100 μm und 0,8μηι am allerbevorzugtesten zwischen 50 μm und 0,8 μm gefiltert.

Die erfindungsgemäße Ausführungsform wird exemplarisch so beschrieben, dass die zu projizierenden Objekte, insbesondere Ausrichtungsmarken, von einem unteren Kamerachip, insbesondere von dessen sensitiver Oberfläche, auf einen oberen Kamerachip, insbesondere dessen sensitiver Oberfläche, projiziert werden. Denkbar ist auch, dass die Aasrichtungsmarken von einem oberen Kamerachip, insbesondere dessen sensitiver Oberfläche, auf den unteren Kamerachip, insbesondere dessen sensitiver Oberfläche, projiziert werden. Der Vollständigkeit halber wird auch der Extremfall erwähnt, dass sich Ausrichtungsmarken auf beiden Kamerachips, insbesondere deren sensitiven Oberflächen befinden, und jeweils wechselseitig auf den jeweils gegenüberliegenden Kamerachip bzw. dessen sensitive Oberfläche projiziert werden. Es wird im weiteren Verlauf der

Beschreibung gezeigt, dass nur eine Projektionsrichtung von Relevanz ist, um den erfindungsgemäßen Effekt zu erzeugen.

Im weiteren Verlauf der Druckschrift wird nur mehr der exemplarische Fall behandelt werden, bei dem untere Ausrichtungsmarken auf die sensitive

Oberfläche eines oberen Kamerachips projiziert werden.

Die erfindungsgemäße Ausführungsform setzt einen unteren Kamerachip voraus, der über Ausrichtungsmarken in der Nähe seiner sensitiven Oberfläche,

vorzugsweise direkt auf der sensitiven Oberfläche, verfügt. Die

Ausrichtungsmarken können entweder real existieren oder es handelt sich nur um, auf den unteren Kamerachip, projizierte Ausrichtungsmarken. In letzterem Fall werden diese durch ein Ausrichtungsmarkenprojektionssystem auf die sensitive Oberfläche des unteren Kamerachips projiziert. Diese Ausführungsform ist die bevorzugteste aller Ausführungsformen, da man nicht auf Kamerachips angewiesen ist, die über entsprechende Ausrichtungsmarken verfügen, sondern

Ausrichtungsmarken auf jeden handelsüblichen Chip projizieren kann.

In einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform werden die

Ausrichtungsmarken direkt auf dem unteren Kamerachip gefertigt. Insbesondere befinden sich die Ausrichtungsmarken auf der sensitiven Oberfläche des unteren Kamerachips. Die Herstellung der Ausrichtungsmarken auf dem unteren

Kamerachip sollte vorzugsweise vom Chiphersteller durchgeführt werden und ist für Kunden, die einen derartigen Chip kaufen, kaum durchführbar. Denkbar wäre eine Zerlegung des erworbenen unteren Kamerachips, sodass die sensitive Oberfläche des unteren Kamerachips vollkommen freigelegt wird. Danach könnte man mit Hilfe bestens bekannter lithographischer Verfahren entsprechende untere Ausrichtungsmarken aufbringen und den zerlegten unteren Kamerachip danach wieder zusammenbauen. Eine Entfernung des Schutzglases für die sensitive Oberfläche geht allerdings nicht selten mit einer Zerstörung des Kamerachips, insbesondere mit seiner sensitiven Oberfläche selbst, einher und ist daher meistens nicht zerstörungsfrei durchführbar.

In einer zweiten, bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform werden die unteren Ausrichtungsmarken nicht direkt auf dem unteren Kamerachip gefertigt, sondern auf einem Träger (auch Markierungsplatte genannt), der über Fixiermittel über dem verkapselten unteren Kamerachip montiert werden kann. Dabei ist darauf zu achten, dass sich die unteren Ausrichtungsmarken möglichst nahe an der Oberfläche des sensitiven Bereichs des unteren Kamerachips befinden, damit sie sich auf alle Fälle im Schärfentiefebereich der aufnehmenden, sich an der gegenüberliegenden Seite des optischen Pfads befindenden, unteren Kamera befinden.

Der Abstand zwischen den Ausrichtungsmarken und der sensitiven Oberfläche sollte kleiner als 1 mm, vorzugsweise kleiner als 100 μm, noch bevorzugter kleiner als 10 μπι, am bevorzugtesten kleiner als 1 μm, am allerbevorzugtesten kleiner als 0.1 μm sein. Verkapselte Kamerachips können meistens, bis auf die letzte

Deckplatte des photosensitiven Bereichs, relativ leicht zerlegt werden, sodass eine Positionierung eines erfindungsgemäßen Trägers mit Ausrichtungsmarken nahe der photosensitiven Oberfläche machbar ist.

In einer dritten, weniger bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform werden die unteren Ausrichtungsmarken auf die photosensitive Oberfläche eines unteren Kamerachips projiziert. Dies hat den Vorteil, dass jeder beliebige untere

Kamerachip mit unteren Ausrichtungsmarken versehen werden kann. Damit die auf den unteren Kamerachip projizierten unteren Ausrichtungsmarken sich an den idealen Positionen befinden, muss eine Kalibrierung der, durch das

Ausrichtungsmarkenprojektionssystem projizierten, unteren Ausrichtungsmarken auf den unteren Kamerachip erfolgen, bevor diese projizierten, unteren

Ausrichtungsmarken über den optischen Pfad des optischen Systems auf den oberen Kamerachip projiziert werden können, um die beiden Kamerachips zueinander auszurichten.

Es ist nun der wesentliche erfindungsgemäße Aspekt, die unteren

Ausrichtungsmarken des unteren Kamerachips auf die photosensitive Oberfläche des, dem unteren Kamerachip im optischen Pfad gegenüberliegenden, oberen Kamerachip zu projizieren. Um eine korrekte, scharfe Projektion der unteren Ausrichtungsmarken auf dem oberen Kamerachip zu erreichen, also scharfe projizierte, obere Ausrichtungsmarken zu erhalten, müssen die optischen

Elemente, insbesondere das untere optische Teilsystem und das obere optische Teilsystem zueinander kalibriert werden. Das Ende der Kalibrierung wird dadurch festgelegt, dass die projizierten, oberen Ausrichtungsmarken sich an den idealen Positionen am oberen Kamerachip befinden.

Jedes der beiden optischen Teilsysteme verfügt über eine Gegenstandsebene und eine Bildebene, die zueinander konjugiert sind. Unter konjugierten Ebenen versteht man Ebenen, die über die Abbildungsvorschrift der Fouriertransformation miteinander mathematisch verbunden sind. Zwei Ebenen sind konjugiert zueinander, wenn sie senkrecht zur optischen Achse eines optischen Strahlengangs stehen und Objekte aus dem Gegenstandsraum in den Bildraum abbilden und umgekehrt.

Da wir exemplarisch die Projektion von unteren Ausrichtungsmarken des unteren Kamerachips auf den oberen Kamerachip betrachten, ist die untere photosensitive Oberfläche des unteren Kamerachips die erste Gegenstandsebene.

Die realen oder projizierten Ausrichtungsmarken des

Ausrichtungsmarkenprojektionssystems auf der unteren photosensitiven Oberfläche des unteren Kamerachips liegen vorzugsweise in der Gegenstandsebene. Im Allgemeinen müssen sich die realen Ausrichtungsmarken nur im

Schärfentiefebereich um die Gegenstandsebene befinden.

Das untere optische Teilsystem projiziert diese Ausrichtungsmarken nun in seine Bildebene. Bei dieser Bildebene handelt es sich um eine erste, untere Bildebene. Diese untere Bildebene befindet sich auf alle Fälle zwischen den beiden Optiken, deren optische Pfade zueinander kalibriert werden müssen. Das zweite optische Teilsystem verfügt ebenfalls über eine optische Ebene zwischen den Optiken. Diese optische Ebene wirkt nun aber als Gegenstandsebene und hat die Aufgabe, die auf die untere Bildebene projizierten Ausrichtungsmarken der photosensitiven Oberfläche des unteren Kamerachips, auf die zweite, obere Bildebene des oberen optischen Teilsystems zu projizieren. Die obere Bildebene koinzidiert daher mit der sensitiven Oberfläche des oberen Kamerachips. Damit das, in die untere Bildebene projizierte Bild der Ausrichtungsmarken auch möglichst verlustfrei und vor allem scharf auf die obere Bildebene abgebildet wird, müssen untere Bildebene und obere Gegenstandsebene möglichst deckungsgleich sein.

Auf Grund der Tatsache, dass die untere Bildebene des unteren optischen

Teilsystems und die obere Gegenstandsebene des oberen optischen Teilsystems im Allgemeinen nicht deckungsgleich sind oder nicht einmal im Schärfentiefebereich der jeweils anderen optischen Ebene liegen, ist eine Änderung der optischen Teilsysteme, insbesondere der optischen Elemente, notwendig. Diese Änderung bedingt insbesondere eine translatorische und/oder rotatorische Anpassung der optischen Elemente des unteren und/oder oberen optischen Teilsystems,

insbesondere eine translatorische und/oder rotatorische Änderung der Optiken. Ziel der erfindungsgemäßen Ausführungsform ist es, die unteren

Ausrichtungsmarken des unteren Kamerachips nicht nur scharf auf die

photosensitive Oberfläche des oberen Kamerachips zu projizieren, sondern auch die optischen Elemente im optischen System solange anzupassen, bis die

Positionen der projizierten Ausrichtungsmarken mit den theoretisch gewünschten, idealen übereinstimmen. Vorzugsweise werden im unteren und oberen optischen Teilsystem dieselben Kamerachips verwendet. Damit handelt es sich bei den Positionen der ideal projizierten Ausrichtungsmarken um dieselben

Detektorkoordinaten, welche auch die zu projizierenden Ausrichtungsmarken auf dem unteren Kamerachip aufweisen. Die optischen Systeme werden also so verändert und angepasst, dass die Marken innerhalb eines frei gewählten

Toleranzbereichs hinsichtlich der Idealposition liegen.

Prozess

Der erfindungsgemäße Prozess kann insbesondere zur Kalibrierung der Optiken in den Anlagen der Druckschriften US6214692B1, WO2011042093 AI,

WO2014202106A1 und WO2015082020A1 verwendet werden. Dadurch wird die Allgemeinheit des Prozesses allerdings nicht beschränkt. Im Allgemeinen kann der erfindungs gemäße Prozess zur, insbesondere vollautomatischen, Kalibrierung zweier beliebiger Optiken verwendet werden.

In einem ersten erfindungsgemäßen Prozessschritt erfolgt eine Annäherung der beiden optischen Ebenen zueinander, sodass sich die untere Bildebene im

Schärfentiefebereich der oberen Gegenstandsebene bzw. die obere

Gegenstandsebene im Schärfentiefebereich der unteren Bildebene befindet. Im erfindungsgemäßen ersten Prozessschritt ist die projizierte linke, obere

Ausrichtungsmarke oder die rechte, obere Ausrichtungsmarke noch nicht notwendigerweise scharf. Insbesondere müssen sich auch noch nicht

notwendigerweise beide oberen Ausrichtungsmarken im Sichtbereich (engl.: field of view) der oberen Kamera befinden. Die Sichtbereiche der Kameras liegen zwischen 10 μm und 50mm, vorzugsweise zwischen 50μm und 25mm, noch bevorzugter zwische1n0 Ομm und 15mm, am bevorzugtesten zwischen 250μm und 10mm, am allerbevorzugtesten zwischen 300μηι und 5mm.

In einem zweiten erfindungsgemäßen Prozessschritt erfolgt eine Änderung des unteren und/oder oberen optischen Teilsystems, sodass zumindest beide

projizierten Ausrichtungsmarken sich im Sichtbereich der oberen Kamera befinden. Unter einer Änderung des unteren und/oder oberen optischen Teilsystems versteht man insbesondere die translatorische und/oder rotatorische und/oder funktionale Änderung mindestens eines optischen Elements im unteren und/oder oberen optischen Teilsystem. Insbesondere versteht man dabei eine translatorische und/oder rotatorische Bewegung der unteren und/oder oberen Optik.

In einem dritten erfindungsgemäßen Prozessschritt erfolgt ein Keilfehlerausgleich zwischen den beiden optischen Ebenen, bzw. eine Verminderung des Winkels zwischen den optischen Achsen. Der Keilfehlerausgleich wird so durchgeführt, dass mindestens ein optisches Element im unteren und/oder oberen optischen Teilsystem so verändert wird, dass es zu einer Verminderung der Inklination zwischen den beiden optischen Achsen der beiden optischen Teilsysteme kommt. Insbesondere wird der Keilfehler durch die Rotation mindestens einer der beiden Optiken reduziert.

In einem vierten erfindungsgemäßen Prozessschritt, nachdem sich alle

Ausrichtungsmarken im Schärfentiefebereich und im Sichtbereich des oberen Kamerachips befinden und der Keilfehler weitestgehend reduziert wurde, erfolgt eine Feinjustierung zwischen den Ausrichtungsmarken, indem die projizierten Ausrichtungsmarken am oberen Kamerachip in die Position der idealen Positionen gebracht werden. Dies erfolgt insbesondere durch translatorische Verschiebung und/oder Drehung der unteren und/oder oberen Optik.

Insbesondere können die erfindungsgemäßen Prozessschritte eins bis vier in beliebiger Reihenfolge und/oder gleichzeitig erfolgen. Eine insbesondere gleichzeitige Ausführung aller erfindungsgemäßen Prozessschritte wird durch eine entsprechende Firm- und/oder Hard- und/oder Software sichergestellt, die die beiden optischen Teilsysteme, insbesondere vollautomatisch durch einen

Algorithmus, zueinander kalibrieren kann. Insbesondere kann die Kalibrierung durch eine Regelschleife automatisch erfolgen. Die erfindungsgemäßen Prozess schritte eins bis drei sind insbesondere Prozessschritte einer Grobkalibrierung, die nur sehr selten, insbesondere nach einer Wartung, einem Aufbau oder einem Platzwechsel der erfindungsgemäßen Ausführungsform vollständig durchgeführt werden müssen. Nach einer durchgeführten Grobkalibrierung ist meistens für längere Zeit nur mehr eine Feinkalibrierung gemäß Prozess schritt vier notwendig.

Das erfindungsgemäß kalibrierte optische System kann danach zur Vermessung von Oberflächen verwendet werden. Insbesondere eignet sich das System zur Ausrichtung zweier Substrate zueinander. In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform wird das System zur face-to-face Ausrichtung zweier Substrate zueinander verwendet.

Eine weitere Möglichkeit zur Verwendung des erfindungsgemäß kalibrierten optischen Systems besteht in der Vermessung der Ober- und Unterseite eines Substrats- oder Substratstapels. Das optische System wird in diesem speziellen Fall als Teil eines Messsystems (engl.: metrology tool) verwendet. Die

gleichzeitige Vermessung der Ober- und Unterseite eines Substrats- oder

Substratstapels wird meistens durchgeführt um einen horizontalen Abstand zwischen zwei Oberflächenmerkmalen zu vermessen.

Kamerachip

Der Kamerachip ist insbesondere als Flächendetektor ausgebildet. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Kamerachip um einen CCD-Detektor, einen CMOS Detektor, einen Analogdetektor, einen Vierquadrantendetektor oder ein

sogenanntes Position Sensing Device (PSD). Der Kamerachip weist insbesondere eine Auslesefrequenz zwischen 1 Hz und 1 MHz, vorzugsweise zwischen 10 Hz und 100000 Hz, noch bevorzugter zwischen 20 Hz und 10.000 Hz, am

bevorzugtesten zwischen 30 Hz und 1000 Hz, am allerbevorzugtesten zwischen 40 und 100 Hz auf. Unter Auslesefrequenz versteht man hierbei die Anzahl der vollen Interferenzbilder, die der Kamerachip pro Sekunde auslesen kann. Die horizontale Pixelauflösung des Kamerachips beträgt insbesondere mehr als 10 Pixel/cm, vorzugsweise mehr als 100 Pixel/cm, noch bevorzugter mehr als 1000 Pixel/cm, am bevorzugtesten mehr als 10000 Pixel/cm, am

all erbevorzugtesten mehr als 100000 Pixel/cm.

Die vertikale Pixelauflösung des Kamerachips beträgt insbesondere mehr als 10 Pixel/cm, vorzugsweise mehr als 100 Pixel/cm, noch bevorzugter mehr als 1000 Pixel/cm, am bevorzugtesten mehr als 10000 Pixel/cm, am

allerbevorzugtesten mehr als 100000 Pixel/cm.

Der Abstand zwischen zwei Pixeln liegt zwischen 0.1 μm und 100 μπι,

vorzugsweise zwischen 0.5 μm und 50 μπι, noch bevorzugter zwischen 1 μm und 25 μm, am bevorzugtesten zwischen 2.5 μm und 10 μm, am allerbevorzugtesten bei 5 μm.

In einer besonderen erfindungsmäßen Ausführungsform kann das optische System über zwei Kameras mit zwei unterschiedlichen Kamerachips verfügen. Die

Kamerachips könnten sich beispielsweise in ihrer Größe unterscheiden. In diesem Fall kann sogar auf die Verwendung von Ausrichtungsmarken verzichtet werden. Die erfindungsgemäße Kalibrierung erfolgt dann dahingehend, dass die Konturen eines Kamerachips auf den jeweils anderen Kamerachip projiziert werden. Durch optische Elemente, die eine Skalierung ermöglichen, kann der zu projizierende Kamerachips deckungsgleich auf die Oberfläche des anderen Kamerachips abgebildet werden. Im Allgemeinen findet also eine affine Transformation des einen Kamerachips auf den anderen Kamerachip statt, die sich dadurch

auszeichnet, dass die Flächen der Kamerachips deckungsgleich sind. Eine solche affine Transformation ist immer durch die mathematischen Operationen

Verschiebung, Drehung und Skalierung erreichbar, die im optischen System durch die optischen Elemente realphysikalisch umgesetzt wird. Die beiden

unterschiedlich großen Chips haben vorzugsweise die gleiche Pixelgröße und/oder gleiche Pixelauflösung, d.h. den gleichen Abstand zwischen den Pixeln. Diese erfindungsgemäße Ausführungsform ist besonders bevorzugt, da hier nicht einmal Ausrichtungsmarken auf die Chipoberflächen projiziert werden müssen, bzw. die Konturen der Kamerachips als Ausrichtungsmarken angesehen werden können. Der Chip, insbesondere seine Kontur, selbst ist die Ausrichtungsmarke, was zu einer weiteren Kostenersparnis beim Bau der erfindungsgemäßen Vorrichtung führt, da kein Ausrichtungsmarkenprojektionssystem benötigt wird. Des Weiteren wird die erfindungsgemäße Vorrichtung damit auch völlig unabhängig vom Chiphersteller, da dieser keine Ausrichtungsmarken vorsehen muss, die Kontur eines Chips aber ein immanenter Anteil seines Aufbaus ist. Wird die Kontur eines Chips als

Ausrichtungsmarke verwendet, ist der Chips durch die optischen Systeme möglichst zentriert zu erfassen, d.h. der Schwerpunkt des Chips sollte möglichst nahe an der optischen Achse liegen. Insbesondere ist der Abstand zwischen der optischen Achse und dem Schwerpunkt des Chips kleiner als 1mm, vorzugsweise kleiner als 0.5 mm, noch bevorzugter kleiner als 0.1 mm, am bevorzugtesten kleiner als 0.01 mm, am allerbevorzugtesten kleiner als 0.001 mm.

Für alle genannten erfindungsgemäßen Ausführungsformen der Kalibrierung zweier optischer Teilsysteme zueinander gilt, dass in der Praxis eine perfekte Kalibrierung entweder nicht möglich oder, insbesondere aus wirtschaftlichen Gründen, nicht erwünscht ist. Eine extrem genaue Kalibrierung kann eine beträchtliche Zeitspanne dauern, während der weitere Prozesse, die mit der Anlage durchgeführt werden, nicht stattfinden können. Im Allgemeinen kann ein

Kalibrierungsprozess abgebrochen werden, sobald ein festgelegter Grenzwert erreicht bzw. überschritten wurde. In einer weiteren erfindungs gemäßen

Erweiterung ist es denkbar, dass die Koordinaten der beiden nicht perfekt zueinander kalibrierten Ausrichtungsmarken in Bezug zu einem gemeinsamen Koordinatensystem gespeichert werden. Bei diesem gemeinsamen

Koordinatensystem kann es sich beispielsweise um das untere

Detektorkoordinatensystem oder das obere Detektorkoordinatensystem handeln. Denkbar ist auch, dass die Koordinaten der beiden nicht perfekt zueinander kalibrierten Ausrichtungsmarken in einem beliebigen anderen Koordinatensystem gespeichert werden. Durch die nicht zustande kommende und/oder nicht

erwünschte perfekte Überlagerung der Ausrichtungsmarken sind die Aasrichtungsmarken daher nach dem Kalibrierprozess im Allgemeinen noch ein wenig zueinander verschoben und/oder zueinander verdreht. Dieser Verschiebung und/oder Verdrehung zueinander kann vermessen, gespeichert und in einem späteren Prozess, insbesondere einem Ausrichtungsprozess zweier Substrate zueinander (engl: alignment), verwendet werden, um eine Korrektur der ermittelten Koordinaten von Ausrichtungsmarken auf den Substraten

durchzuführen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:

Figur 1a eine schematische, nicht maßstabsgetreue Skizze eines ersten

erfindungsgemäßen optischen Systems mit einer ersten Lichteinkopplung,

Figur 1b eine schematische, nicht maßstabsgetreue Skizze eines zweiten

erfindungsgemäßen optischen Systems mit einer zweiten Lichteinkopplung,

Figur 1c eine schematische, nicht maßstabsgetreue Skizze eines dritten

erfindungsgemäßen optischen Systems mit einer dritten Lichteinkopplung,

Figur 2a eine schematische, nicht maßstabsgetreue vereinfachte Skizze eines erfindungs gemäß ersten Prozessschrittes,

Figur 2b eine schematische, nicht maßstabsgetreue vereinfachte Skizze eines erfindungsgemäß zweiten Prozessschrittes,

Figur 2c eine schematische, nicht maßstabsgetreue vereinfachte Skizze eines erfindungsgemäß dritten Prozessschrittes, Figur 2d eine schematische, nicht maßstabsgetreue vereinfachte Skizze eines erfindungsgemäß vierten Prozessschrittes,

Figur 3a eine schematische, nicht maßstabsgetreue vereinfachte, vergrößerte

Skizze einer unteren sensitiven Oberfläche,

Figur 3b eine schematische, nicht maßstabsgetreue vereinfachte, vergrößerte

Skizze eines erfindungsgemäß vierten Prozessschrittes im Anfangszustand,

Figur 3c eine schematische, nicht maßstabsgetreue vereinfachte, vergrößerte

Skizze eines erfindungsgemäß vierten Prozessschrittes im Endzustand,

Figur 4a eine schematische, nicht maßstabsgetreue vereinfachte isometrische

Explosionsskizze eines erfindungsgemäßen ersten Kamerachips und

Figur 4b eine schematische, nicht maßstabsgetreue vereinfachte isometrische

Explosionsskizze eines erfindungsgemäßen zweiten Kamerachips.

In den Figuren sind gleiche Bauteile oder Bauteile mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

In den dargestellten Figuren sind alle optischen Pfade 7, 7', 8 lediglich

schematisch dargestellt und nicht als den Gesetzen der Optik streng entsprechende Pfade zu verstehen. Des Weiteren werden die optischen Pfade 7, 7', 8 und die optischen Teilsysteme 12u, 12u* ,12u" ,12ο ,12ο ' ,12o" so dargestellt, dass keine wechselseitige, spiegelbildliche Projektion Kamerachips 2u, 2o erfolgt. Dadurch wird insbesondere das Verständnis der Deckungsgleichen

Detektorkoordinatensysteme erleichtert. Dem Fachmann auf dem Gebiet ist klar, dass in einer realen Ausführungsform die wechselseitige Abbildung der Kamerachips 2u, 2o aufeinander spiegelbildlich erfolgen kann und bevorzugt auch spiegelbildlich erfolgt.

Die Figur la zeigt eine schematische, nicht maßstabsgetreue Skizze eines ersten erfindungsgemäßen optischen Systems 11 , aufweisend zwei optische Teilsysteme 12u, 12o mit zwei Lichtpfaden 7,8. Der Lichtpfad 7 stellt einen Beleuchtungspfad für einen unteren Kamerachip 2u einer unteren Kamera lu dar. Der Lichtpfad 8 ist der Abbildungspfad der Ausrichtungsmarken 91, 9r.

Das optische System 11 weist mehrere Spiegel 3 und optische Elemente 4,4' auf, wie z.B. Spiegel, Linsen, Prismen etc. Von einer Lichtquelle 10 wird Licht 7 in das optische System 11 eingekoppelt. Das Licht 7 durchläuft das optische System 11 mit den Spiegeln 3 und optischen Elementen 4,4' und tritt aus dem optischen System 11 wieder aus, wobei es auf eine photosensitive Oberfläche 14su des unteren Kamerachips 2u der unteren Kamera lu trifft.

In dieser ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird das Licht des

Beleuchtungspfads 7 über die Quelle 10, insbesondere eine Lampe, noch

bevorzugter eine Halogenlampe, und einen Spiegel 3 in das optische System 11 eingekoppelt. Das Licht des Beleuchtungspfads 7 durchdringt zwei Optiken 6o, 6u und wird über weitere optische Elemente, insbesondere weitere Spiegel 3, auf den Kamerachip 2u der unteren Kamera lu projiziert.

Die Einkoppelung des Lichts in das optische System 11 ist selbstverständlich auch von jedem anderen Spiegel 3 im optischen System 11 denkbar, insbesondere wenn es darum geht, einen Kamerachip 2o einer oberen Kamera lo intensiv zu

beleuchten. Denkbar ist auch die Einkoppelung von Licht über mehrere Quellen 10 und mehrere Spiegel 3 in das optische System 11.

Die Figur la stellt auch den Abbildungspfad 8 dar, welcher die Oberfläche des Kamerachips 2u bzw. dessen Umgebung über optische Elemente 4, 4', 3 auf den Kamerachip 2o abbildet. In diesem konkreten Fall stellt der Kamerachip 2u die Gegenstandsebene und der Kamerachip 2o die Bildebene des gesamten optischen Systems 11 dar. In der Schnittansicht A-A erkennt man zwei Ausrichtungsmarken 91, 9r.

In der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform handelt es sich dabei z.B. um Ausrichtungsmarken 91, 9r gemäß Figur 4a, die direkt auf der photosensitiven Oberfläche 14su des unteren Kamerachips 2u aufgebracht wurden. Bei den

Ausrichtungsmarken 91, 9r handelt es sich dann vorzugsweise um eine,

insbesondere in Kreuzform hergestellte, Ansammlung nicht funktionsfähiger Pixel. Diese Pixel sind nicht funktionsfähig, weil sie beschichtet wurden, nicht verbunden wurden, zerstört wurden, inaktiviert wurden etc.

Denkbar ist auch, dass es sich um Ausrichtungsmarken 91, 9r gemäß Figur 4b handelt. In diesem Fall befinden sich die Ausrichtungsmarken 91, 9r nicht direkt auf der photosensitiven Oberfläche 14su des unteren Kamerachips 2u, aber zumindest in dessen Nähe. Auf alle Fälle sind die Ausrichtungsmarken 91, 9r reale physikalische Entitäten.

Die Ausrichtungsmarken 91, 9r werden nun über den Abbildungspfad 8 auf den oberen Kamerachip 2o projiziert und ergeben so projizierte Ausrichtungsmarken 9pl, 9pr auf der photosensitiven Oberfläche 14so des oberen Kamerachips 2o. In der Figur la sind die Kameras lu, lo bzw. die optischen Elemente im

Projektionspfad 8 bereits perfekt zueinander kalibriert, sodass die projizierten Ausrichtungsmarken 9pl, 9pr im Schnitt B-B an den korrekten, idealen Positionen scharf erscheinen. Insbesondere erkennt man, dass die Bildebene Su des unteren optischen Teilsystems 12u und die Gegenstandsebene 5o des oberen optischen Teilsystems 12o in einem Abstand d zueinander stehen. Der Abstand d wurde der Übersichtlichkeit halber groß genug gewählt, um die Bildebene Su sowie die Gegenstandsebene 5o deutlich voneinander unterscheiden zu können. Zur

Erzeugung scharfer projizierter Ausrichtungsmarken 9pl, 9pr müssen die Bildebene Su sowie die Gegenstandsebene So jeweils im Schärfentiefebereich der jeweils anderen Eben liegen. Die Figur lb zeigt eine schematische, nicht maßstabsgetreue Skizze eines zweiten erfindungsgemäßen optischen Systems 11 ', aufweisend zwei optische Teilsysteme 12u', 12o' mit zwei Lichtpfaden 7 ', 8. Der Lichtpfad 7 ' stellt den

Beleuchtungspfad für den unteren Kamerachip 2u der unteren Kamera lu dar.

In dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform wird das Licht des

Beleuchtungspfad 7' nicht über eine Quelle 10 sondern einfach aus der Umgebung, insbesondere direkt, in das optische System 11 ' eingekoppelt. Es handelt sich also um Streulicht, dem Zugang zum optischen System 11 ' gewährt wird, indem, insbesondere an mindestens einer Stelle, noch bevorzugter an der Kamera lu, entsprechende Abschirmungen des optischen Systems 11 ' absichtlich nicht verbaut werden. Die Einkoppelung des Lichts in das optische System 11 ' ist auch von jeder anderen Stelle im optischen System 1 1 ', insbesondere an den Spiegeln 3, denkbar. Denkbar ist auch die Einkoppelung von Licht an mehreren Stellen des optischen Systems 1 1 '. Alternativ könnte in der Umgebung der Kamera eine Beleuchtung, mit Vorzug mit LEDs als Lichtquellen, vorgesehen sein.

Die Figur lb stellt auch den Abbildungspfad 8 dar, welcher die Oberfläche des Kamerachips 2u bzw. dessen Umgebung über optische Elemente 4, 4', 3 auf den Kamerachip 2o abbildet. In diesem konkreten Fall stellt der Kamerachip 2u die Gegenstandsebene und der Kamerachip 2o die Bildebene dar. Die Schnitte A-A und B-B zeigen, wie bereits in der Figur la beschrieben, eine optimale

Abbildungssituation.

Die Figur lc zeigt eine schematische, nicht maßstabsgetreue Skizze eines optischen Systems 11 ", bestehend aus zwei optischen Teilsystemen 12u", 12o" mit zwei Lichtpfaden 7", 8.

Der Lichtpfad 7" wird in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform von Ausrichtungsmarken 91, 9r auf einer Oberfläche 19 erzeugt, wobei die

Ausrichtungsmarken 91, 9r gleichzeitig auch als Lichtquellen 10 fungieren (Ansicht A-A). Denkbar wäre beispielsweise, dass die Ausrichtungsmarken 91, 9r aus einem, insbesondere kreuzförmigen, LED Feld bestehen.

In einer weiteren, zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform strahlt die Oberfläche 19, auf der sich die Ausrichtungsmarken 91, 9r befinden, Licht aus und die Ausrichtungsmarken 91, 9r fungieren nicht als aktive Lichtquellen 10 sondern nur als Masken. Dann würden die Ausrichtungsmarken 91, 9r als Schattenmarken über den Beleuchtungspfad 7" projiziert werden.

Die erfindungsgemäße Ausführungsform projiziert die Ausrichtungsmarken 91, 9r der Oberfläche 19 auf den Kamerachip 2u (Ansicht B-B). Die photosensitive Oberfläche 14su des Kamerachips 2u stellt wiederum die Gegenstandsebene für die Kamera lo dar. Die von einem Ausrichtungsmarkenprojektionssystem 21 projizierten Ausrichtungsmarken 91 ', 9r' werden also über das optische System 11 ", als Ausrichtungsmarken 9pl, 9pr, auf die photosensitive Oberfläche 14so des oberen Kamerachips 2o der oberen Kamera lo projiziert.

Der Unterschied zu den Ausführungsformen gemäß den Figuren la und lb besteht darin, dass keiner der beiden Kamerachips 2u, 2o selbst über Ausrichtungsmarken 91, 9r verfügen muss, sondern dass diese über das erfindungsgemäße

Ausrichtungsmarkenprojektionssystem 21 , als projizierte Ausrichtungsmarken 91 ' und 9r', auf die photosensitive Fläche 2u der unteren Kamera lu projiziert, und somit in das optische System 11 " eingebracht werden.

Die Darstellungen in den Figuren la-lc sind dahingehend ideal, dass die optischen Elemente 3, 3o, 3u, 4, 4 ', 6u, 6o, lu, lo bereits perfekt zueinander ausgerichtet worden sind. In den weiteren Figuren 2a-2d sowie in den Figuren 3a, 3b werden die einzelnen Prozessschritte erläutert, die durchgeführt werden müssen, um diesen idealen Zustand zu erreichen und das optische System 11, 11 ', 11 " zu kalibrieren. Insbesondere wird, aufgrund der Übersichtlichkeit, auf die Darstellung der

Lichtpfade, insbesondere des Beleuchtungspfades 7, 7' und des Abbildungspfades 8, und der optischen Elemente weitestgehend verzichtet. Die Figuren 2a-2d stellen exemplarisch und stellvertretend ein optisches System 11 gemäß Figur la dar. Die Figur 2a zeigt eine schematische, nicht maßstabsgetreue, vereinfachte Skizze des erfindungsgemäßen optischen Systems 11 in einem ersten erfindungs gemäßen Prozessschritt 101, bestehend aus den zwei optischen Teilsystemen 12u, 12o, gemäß Figur la. Das charakteristische Merkmal dieser Darstellung besteht vor allem in einem Abstand d zwischen der unteren Bildebene (auch optische Ebene genannt) Su der unteren Optik 6u und der oberen Bildebene 5o der oberen Optik 6o.

Die Ausrichtungsmarken 91, 9r befinden sich auf der photosensitiven Oberfläche 14su in einem Abstand dx in X-Richtung zueinander und in einem Abstand dy in Y-Richtung.

Der Abstand d zwischen den optischen Ebenen Su und So ist so groß, dass die obere optische Ebene So den unteren Schärfentiefebereich tu der unteren optischen Ebene Su nicht schneidet bzw. die untere optische Ebene Su den oberen

Schärfentiefebereich to der oberen optischen Ebene So nicht schneidet. Die optische Ebene Su ist die Bildebene des unteren optischen Teilsystems 12u.

Die in die Bildebene Su projizierten Ausrichtungsmarken 91, 9r müssen aber Uber das obere optische Teilsystem 12o auf die photosensitive Oberfläche 14so des oberen Kamerachips 2o projiziert werden. Um die in die Bildebene Su des unteren optischen Systems 12u projizierten Ausrichtungsmarken 91, 9r allerdings scharf auf die photosensitive Oberfläche 14so abbilden zu können, muss die optische Ebene Su im Schärfentiefebereich to der oberen optischen Ebene So liegen, die

gleichzeitig die Gegenstandsebene für das obere optische Teilsystem 12o darstellt. Ist das nicht der Fall, so wie in der Figur 2a gezeigt, werden die projizierten Ausrichtungsmarken 9pl, 9pr auf der photosensitiven Oberfläche 14so unscharf abgebildet (Darstellung B-B). Der Prozessschritt der Figur 2a besteht also darin, die beiden optischen Ebenen Su und So aneinander anzunähern. Die Figur 2b zeigt eine schematische, nicht maßstabsgetreue, vereinfachte Skizze des optischen Systems 11 in einem zweiten erfindungsgemäßen Prozessschritt 102, bestehend aus den zwei optischen Teilsystemen 12u, 12o, bei dem die optischen Ebenen 5u und So weitgehend aneinander angenähert wurden, während die optischen Achsen 13u und 13o der Optiken 6u und 6o so stark zueinander verschoben sind, dass sie sich nicht zwischen den Optiken 6u, 6o schneiden.

Diese große Abweichung der optischen Achsen 13u, 13o führt dazu, dass nur die Ausrichtungsmarke 9pl sich im Sichtbereich der oberen Kamera lu befindet (Darstellung B-B). Diese wird scharf abgebildet, da sich der Teil der optischen Ebene 5u, auf den die Ausrichtungsmarke 91 zwischenprojiziert wird, im

Schärfentiefebereich to der oberen optischen Ebene 5o befindet.

Die Verschiebung der optischen Achsen 13u und 13o zueinander resultiert in einer Verschiebung der projizierten Abbildung mit den Ausrichtungsmarken 9pl und 9pr auf der oberen photosensitiven Oberfläche 14so des oberen Kamerachips 2o. Diese Verschiebung kann so stark sein, dass eine der Ausrichtungsmarken 9pl, 9pr nicht sichtbar ist, da sie nicht auf die photosensitiven Oberfläche 14so projiziert wird. Im vorliegenden Fall handelt es sich dabei um die Ausrichtungsmarke 9pr. Der Prozessschritt der Figur 2b besteht also darin, die beiden Ausrichtungsmarken 9pl, 9pr in den Sichtbereich der oberen Kamera lo zu bringen.

Die Figur 2c zeigt eine schematische, nicht maßstabsgetreue, vereinfachte Skizze des optischen Systems 11 in einem dritten erfindungsgemäßen Prozessschritt 103, bestehend aus den zwei optischen Teilsystemen 12u, 12o, bei dem sich zwar die beiden projizierten Ausrichtungsmarken 9pl, 9pr im Sichtbereich der oberen

Kamera lo befinden, die beiden optischen Ebenen 5u und So allerdings noch immer stark zueinander geneigt sind. Ein Teil der unteren optischen Ebene 5u befindet sich dabei im oberen Schärfentiefebereich to der oberen optischen Ebene So, während der andere Teil sich außerhalb befindet. In Analogiebetrachtung zur Beschreibung der Figur 2b folgt daher, dass die Ausrichtungsmarke 91 scharf als Ausrichtungsmarke 9pl abgebildet wird, während die Ausrichtungsmarke 9r als Ausrichtungsmarke 9pr unscharf abgebildet wird. Durch eine entsprechende Bewegung des unteren optischen Teilsystems 12u und/oder des oberen optischen Teilsystems 12o, insbesondere der Optiken 6u, 6o, können die optischen Ebenen Su und So so zueinander ausgerichtet werden, dass die projizierten Ausrichtungsmarken 9pl und 9pr beide scharf dargestellt werden.

Aus dem Gesagten lässt sich mathematisch ableiten, wie man den minimalen Keilfehler, der gerade noch mit der erfindungsgemäßen Methode messbar und damit einstellbar ist, berechnen kann. Für die Berechnung wird der Einfachheit halber angenommen, dass die beiden optischen Ebenen 5u, 5o ausschließlich um eine Kippachse 20, die parallel zur x-Achse liegt, gekippt sind. Es sei to die Schärfentiefe der oberen optischen Ebene 5o und dx der Abstand zwischen den Ausrichtungsmarken 91, 9r. Dann gilt

Der minimale korrigierbare Keilfehler beträgt daher

Man erkennt, dass der korrigierbare Keilfehler umso kleiner ist, je größer der Abstand dx zwischen den Ausrichtungsmarken 91, 9r und desto kleiner der

Schärfentiefebereich to der oberen optischen Ebene So ist. Der Prozessschritt der Figur 2c besteht also darin, den Keilfehler zwischen den beiden optischen Ebene Su, So weitestgehend zu minimieren.

Die Figur 2d zeigt eine schematische, nicht maßstabsgetreue, vereinfachte Skizze des optischen Systems 11 in einem vierten erfindungsgemäßen Prozessschritt 104, bestehend aus den zwei optischen Teilsystemen 12u, 12o, in einem optimalen Zustand, bei dem sich die optische Ebene 5u, welche die Bildebene für die projizierten Ausrichtungsmarken 91 und 9r darstellt, im Schärfentiefebereich to der oberen optischen Ebene So befindet, die gleichzeitig als Gegenstandsebene für das obere optische Teilsystem 12o und damit die projizierten Ausrichtungsmarken 9pl und 9pr dient. Vorzugsweise sind die beiden Ebenen 5u und 5o parallel

zueinander. In der Realität werden die beiden Ebenen aber immer einen nicht verschwindenden Winkel zueinander aufweisen. Der Winkel zwischen den beiden Ebenen 5u und So ist dabei kleiner als 5°, vorzugsweise kleiner als 1°, noch bevorzugter kleiner als 0.1°, am bevorzugtesten kleiner als 0.01°, am

allerbevorzugtesten kleiner als 0.001°. Der Fachmann weiß, dass der Winkel zwischen zwei Ebenen identisch ist zum Winkel zwischen den beiden

Ebenennormalen.

Da sich die untere optische Ebene Su im Schärfentiefebereich to der oberen optischen Ebene befindet, werden die Ausrichtungsmarken 91 und 9r als scharfe Ausrichtungsmarken 9pl und 9pr abgebildet (siehe Darstellung B-B).

In diesem Prozessschritt erfolgt nun noch die Feinkalibrierung der

Ausrichtungsmarken 9pl, 9pr in Bezug zu gewünschten, idealen Positionen 9il, 9ir (siehe Fig. 3b). Der Prozessschritt der Figur 2d besteht also darin, die

Feinkalibrierung der Ausrichtungsmarken 9pl, 9pr, insbesondere in x- und/oder y- Richtung, durchzuführen.

Die Figur 3a zeigt eine schematische, nicht maßstabsgetreue, vereinfachte, vergrößerte Skizze des photosensitiven Bereichs 14su des unteren Kamerachips 2u. Man erkennt die entsprechenden Ausrichtungsmarken 91, 9r. Die Position der Ausrichtungsmarken 91, 9r lässt sich am besten in Bezug zu einem unteren

Detektorkoordinatensystem (xdu, ydu) angeben. Der Ursprung des unteren

Detektorkoordinatensystems (xdu, ydu) liegt beispielsweise in der linken oberen Ecke der photosensitiven Oberfläche 14su. Die Figur 3b zeigt eine schematische, nicht maßstabsgetreue, vereinfachte, vergrößerte Skizze des photosensitiven Bereichs 14so des oberen Kamerachips 2o am Beginn des vierten erfindungsgemäßen Prozessschritts 104.

Erkennbar ist, dass die projizierten Ausrichtungsmarken 9pl, 9pr nicht

deckungsgleich zu den idealen Positionen 9il, 9ir sind. Die obere photosensitive Oberfläche 14so besitzt ein oberes Detektorkoordinatensystem (xdo, ydo). Der Ursprung des oberen Detektorkoordinatensystems (xdo, ydo) liegt in der linken oberen Ecke der photosensitiven Oberfläche 14so.

Die Koordinaten der idealen Positionen 9il, 9ir im Detektorkoordinatensystem (xdo, ydo) entsprechen vorzugsweise den Koordinaten der Ausrichtungsmarken 91, 9r im unteren Detektorkoordinatensystem (xdu, ydu), sofern die photosensitiven Bereich 14su, 14so über die gleichen Eigenschaften wie Länge, Breite, Auflösung in x-Richtung, Auflösung in y-Richtung etc. verfügen, oder kurz gesagt, die gleichen Kamerachips 2u, 2o verwendet werden. Eine weitere Bedingung ist natürlich die korrekte und immer gleiche Wahl des Ursprungs der

Detektorkoordinatensysteme (xdu, ydu) und (xdo, ydo).

Durch eine weitere Anpassung der optischen Elemente in den optischen Systemen 11, 11 ', 11 " können die Ausrichtungsmarken 9pl, 9pr in Bezug zu den idealen Positionen 9il, 9ir kalibriert werden. Dabei kann es zu translatorischen

Verschiebungen der Ausrichtungsmarken 9pl, 9pr und/oder zu einer Rotation in Bezug zum Detektorkoordinatensystem (xdo, ydo) kommen.

Ist eine perfekte Kalibrierung nicht vollständig möglich und/oder wirtschaftlich nicht erwünscht, da sie zu lange dauern würde, werden die Ausrichtungsmarken 9pl, 9il bzw. 9pr, 9ir nicht vollständig miteinander zur Deckung kommen sondern zueinander translatorisch und/oder rotatorisch verschoben sein. Der

Ausrichtungsprozess würde dann an diesem Schritt enden. Erfindungs gemäß speichert das System die Koordinaten der Ausrichtungsmarken 9pl, 9il, 9pr, 9ir in Bezug zum Detektorkoordinatensystem (xdo, ydo). Wird das so kalibrierte optische System in einem folgenden Prozess beispielsweise dazu verwendet, dass die ersten Ausrichtungsmarken einer ersten Substratoberfläche eines ersten Substrats mit den zweiten Ausrichtungsmarken einer zweiten Substratoberfläche eines zweiten Substrats zueinander ausgerichtet werden müssen, dann müssen die vermessenen und gespeicherten translatorisch und/oder rotatorisch Verschiebungen zur

Korrektur verwendet werden.

Die Figur 3c zeigt eine schematische, nicht maßstabsgetreue, vereinfachte, vergrößerte Skizze des photosensitiven Bereichs 14so des oberen Kamerachips 2o am Ende des vierten erfindungsgemäßen Prozessschritts 104. Die

Ausrichtungsmarken 9pl, 9pr befinden sich an den idealen Positionen 9il, 9ir. Das optische System 11, 11 ' ,11 " ist damit kalibriert. Obwohl es erklärtes und bevorzugtes Ziel des erfindungsgemäßen Prozesses ist, die projizierten

Ausrichtungsmarken 9pl, 9pr mit den idealen Positionen 9il, 9ir zur Deckung zu bringen, wird die Möglichkeit offenbart, die projizierten Ausrichtungsmarken 9pl, 9pr mit den idealen Positionen 9il, 9ir nicht zur Deckung zu bringen und stattdessen die rotatorische Drehung und/oder die translatorischen Verschiebung zwischen den projizierten Ausrichtungsmarken 9pl, 9pr und den idealen Positionen 9il, 9ir zu speichern. Durch diese gespeicherte Information ist eine Koordinaten- und/oder Bildkorrektur jederzeit durchführbar. Die Durchführung einer solchen Koordinaten- und/oder Bildkorrektur ist mit Rechenleistung verbunden. Denkbar ist auch, dass man die Ausrichtungsmarken 9pl, 9pr mit den idealen Positionen 9il, 9ir nicht vollständig zur Deckung bringen kann, insbesondere auf Grund von Toleranzen in den optischen und/oder mechanischen Bauteilen des optischen Systems 11, 11 ',11 ". In diesem Fall werden die rotatorische Drehung und/oder die translatorische Verschiebung vorzugsweise ebenfalls gespeichert. Eine

Koordinaten- und/oder Bildkorrektur sollte vorzugsweise immer durchgeführt werden um möglichst exakte Ergebnisse zu erhalten.

Figur 4a zeigt eine schematische, nicht maßstabsgetreue, isometrische

Explosions ansieht eines zerlegten Kamerachips 2u gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Der Kamerachip 2u besteht aus einem Chipträger 14, der eine photosensitive Oberfläche 14su besitzt.

Der Chipträger 14 wird meistens mit einer Schutzplatte 15, insbesondere einer Glasplatte, versiegelt. Die Versiegelung ist dabei nur unter enormem Kraftaufwand zu brechen und hat regelmäßig die Zerstörung des Chipträgers 14, insbesondere der photosensitiven Oberfläche 14su, zur Folge. Daher müssen die

Ausrichtungsmarken 91, 9r vorzugsweise vom Chiphersteller vor der Versiegelung mit der Schutzplatte 15, hergestellt werden.

Auf der Schutzplatte 15 können weitere Glasplatten 16, insbesondere optische Filter, montiert und befestigt werden. Meistens werden alle Bauteile 14,15,16 mittels eines Rahmens 17 fixiert.

Figur 4b zeigt eine schematische, nicht maßstabsgetreue, isometrische

Explosionsansicht eines zerlegten Kamerachips 2u gemäß einer anderen

erfindungsgemäßen Ausführungsform, bei dem eine separate erfindungsgemäße Markierungsplatte 18 mit Ausrichtungsmarken 91, 9r, insbesondere direkt nach der Schutzplatte 15, also möglichst nahe an der photosensitiven Oberfläche 14su fixiert wird. Die Ausrichtungsmarken 91, 9r befinden sich vorzugsweise an der Seite der Markierungsplatte 18, die der photosensitiven Oberfläche 14su, zugewandt ist, um die Distanz zwischen den Ausrichtungsmarken 91, 9r und der photosensitiven Oberfläche 14su noch weiter zu reduzieren.

Das Einfügen der Markierungsplatte 18 ist bei den meisten Kamerachips 2u relativ einfach durchzuführen, da sich alle Bauteile oberhalb der Schutzplatte 15, insbesondere sogar gewollt, leicht entfernen lassen. Dadurch sind derartige

Kamerachips 2u, insbesondere durch Filter, im speziellen Fall durch eine

Markierungsplatte 18, erweiterbar. B ezugszeichenliste

1o, 1u Kamera

2o, 2u Kamerachip

3,3o,3u Spiegel

4,4' Linsen

5o, 5u Optische Ebene, insbesondere Gegenstands- oder Bildebene

60, 6u Optik

7, 7', 7" Beleuchtungspfad

8 Abbildungspfad

91.9r,91'.9r' Ausrichtungsmarke

9pl,9pr Projizierte Ausrichtungsmarke

9il,9ir ideale Ausrichtungsmarken

10 Quelle

11, 11',11" Optisches System

12u,12uU2u" Optisches Teilsystem

12o,12o',12o" Optisches Teilsystem

13u, 13o Optische Achse

14 Chipträger

14so,14su Photosensitive Oberfläche

15 Schutzplatte

16 Glasplatte, insbesondere Filter

17 Rahmen

18 Markierungsplatte

19 Oberfläche

20 Kippachse

21 Ausrichtungsmarkenprojektionssystem

α Winkel zwischen optischen Ebenen

A-A Schnittdarstellung

B-B Schnittdarstellung

d Abstand

dx.dy Abstand

tu.to Schärfentiefebereich xdu.ydu Koordinaten