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

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gegenüberliegenden Ausrichtung einer ersten Oberfläche eines ersten Substrats mit einer zweiten Oberfläche eines zweiten Substrats mit Abstand zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche gemäß Patentanspruch 1 sowie ein korrespondierendes Verfahren gemäß Patentanspruch 9.

In der Halbleiterindustrie gibt es eine Vielzahl von Vorrichtungen und Verfahren, bei welchen eine Kalibrierung zweier Oberflächen zueinander von großer Bedeutung ist. Bei den Oberflächen handelt es sich meist um

strukturierte Oberflächen, deren Strukturen zueinander ausgerichtet werden müssen. Bei allen Verfahren, die solche Kalibrierungen vornehmen, wäre es wünschenswert, dass Fehler bei der Ausrichtung, insbesondere Kei lfehler, also Abweichungen in der Winkellage der beiden gegenüberliegend

auszurichtenden Oberflächen minimiert beziehungsweise weitgehend ausgeschlossen werden . Idealerweise sollen die Oberflächen der Substrate in einer Endposition, also beispielsweise beim Prägen einer Mikrolinse oder beim Erzeugen einer Maske im Lithografieverfahren genau paral lel zueinander ausgerichtet sein. Am Beispiel der Mikrosystemtechnik,

insbesondere der Herstellung von Mikrolinsen, die als optische Li nsen und auf Grund des Miniaturisierungsdrucks in der Halbleiterindustrie gleichzeitig kleiner und immer genauer werden müssen, wirken sich die obengenannten Fehler besonders drastisch aus.

Mithin ist es besonders wichtig, dass die optische Achse der Mikrolinse keine Ausrichtungsfehler aufweist, die insbesondere durch Keilfehler verursacht werden. Mikrolinsen werden häufig übereinander gestapelt, so dass sich die Keilfehler entsprechend potenzieren und die Bildqualität entsprechend leidet.

Weiterhin gehen die Bemühungen dahin, den Ausschuss bei der

Massenproduktion von Mikrolinsen zu minimieren.

Der obengenannte Keilfehler entsteht durch eine Fehlstellung der

Prägesubstrate zueinander beziehungsweise der die Prägesubstrate

aufnehmenden Aufnahmeeinrichtungen zueinander i n der für die Herstellung der zu prägenden Bautei le, insbesondere Mikrolinsen, entscheidenden

Endposition, in der das Prägematerial ausgehärtet wird.

Eine Reduzierung des Keilfehlers erfolgt bisher durch möglichst genaue parallele Ausrichtung der Aufnahmeeinrichtungen vor einer Annäherung der Aufnahmeeinrichtungen, indem der Abstand zwischen den Oberflächen der Substrate vor dem eigentl ichen Prägevorgang, bei dem die Substrate in Translationsrichtung aufeinander zu bewegt werden, parallel ausgerichtet werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein

Verfahren anzugeben, mit welchem Ausrichtungsfehler bei der Ausrichtung zweier beabstandeter Substrate minimiert werden können, wodurch die Qualität der zu erzeugenden Produkte steigt und die Herstellungskosten drastisch reduziert werden. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 9 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 der Figur 1 angegebenen Merkmalen. Bei angegebenen

Wertebereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und in beliebiger Kombination beanspruchbar sein.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, Ausrichtungsfehler zwischen zwei Substraten nicht schon vor der Annäherung der Substrate in die

Endposition, sondern während der Annäherung und bis zum Erreichen der Endposition eine Verringerung von Ausrichtungsfehlern, insbesondere eines Keilfehlers, vorzunehmen. Auf die Einführung einer Messeinrichtung zwischen die auszurichtenden Substrate kann demnach erfindungsgemäß verzichtet werden. Die Abstände beziehungsweise die Winkellage des ersten zum zweiten Substrat beziehungsweise der ersten Aufnahmeeinrichtung und der zweiten Aufnahmeeinrichtung während der Annäherung der Substrate werden erfindungsgemäß von außerhalb des zwischen der ersten und zweiten Oberfläche gebildeten Arbeitsraumes gemessen, so dass eine in-situ-Messung während der Annäherung der Substrate ermöglicht wird, und zwar bis zur Fertigstellung des mit der Vorrichtung herzustellenden Produktes,

insbesondere eines Mikrolinsenfeldes oder einer Maske.

Soweit ein durch das erste und zweite Substrat zu prägendes Prägematerial in den Zwischenraum eingebracht wird, erfolgt die Ausrichtung

erfindungsgemäß nach Einbringung des Prägematerials in den Zwischenraum beziehungsweise Einbringung des Prägematerials auf das als Trägersubstrat ausgebildete erste oder zweite Substrat. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Verringerung des Keilfehlers kurz vor oder bei Erreichen der Endposition erfolgt, da somit Fehler durch eine weitere Bewegung des ersten und/oder zweiten Substrats praktisch ausgeschlossen werden können. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Mittel zur Verringerung des Keilfehlers kontinuierlich, insbesondere ununterbrochen, während der Annäherung, insbesondere bis zum Erreichen der Endposition, einsetzbar sind. Besonders vorteilhaft ist die Ausführung der Erfindung in Verbindung mit Nanoimprintverfahren, soweit auf der ersten Oberfläche und/oder der zweiten Oberfläche Prägestrukturen zum Prägen eines Prägematerials zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche vorgesehen sind.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Mittel zur Verringerung des Keilfehlers, insbesondere spektroskopisch arbeitende, Messmittel zur Messung der Winkellage zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat während der

Annäherung der ersten Oberfläche zur zweiten Oberfläche umfassen. Durch Messung der Winkellage der ersten und zweiten Oberflächen zueinander während der Annäherung der ersten Oberfläche an die zweite Oberfläche oder umgekehrt bis zu der Endposition kann auf das erste Substrat und/oder das zweite Substrat beziehungsweise die erste Aufnahmeeinrichtung und/oder die zweite Aufnahmeeinrichtung durch die Mittel zur Verringerung des

Keilfehlers entsprechend eingewirkt werden, um die erste und zweite

Oberfläche parallel auszurichten, so dass im Idealfall kein Keilfehler mehr vorliegt, insbesondere bei Erreichen der Endposition.

Dabei ist es insbesondere von Vorteil, wenn die Messmittel mehrere, insbesondere mindestens drei, insbesondere in der ersten und/oder zweiten Aufnahmeeinrichtung jeweils unterhalb der ersten und/oder zweiten

Aufnahmefläche verbaute, Sensoren zur Messung der Abstände der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche zu dem jeweiligen Sensor in

Translationsrichtung, sowie insbesondere der Abstände einer der ersten Oberfläche abgewandten ersten Auflagefläche des ersten Substrats und einer der zweiten Oberfläche abgewandten zweiten Auflagefläche des zweiten Substrats, aufweisen. Durch Integration der Sensoren ist eine besonders platzsparende und sichere Erfassung der Winkellage der Aufnahmeflächen beziehungsweise der Oberflächen in-situ möglich.

Mit Vorteil ist in einer Ausführungsform der Erfindung weiterhin

vorgesehen, dass die Mittel zur Verringerung des Keilfehl Antriebsmittel zur Änderung der Winkellage des ersten Substrats zum zweiten Substrat, insbesondere der ersten Oberfläche zur zweiten Oberfläche, umfassen, wobei die Antriebsmittel an der ersten und/oder zweiten Aufnahmeeinrichtung angeordnet sind. Als Antriebsmittel kommen insbesondere Motoren für jede Aufnahmeeinrichtung in Frage, die für mindestens eine der

Aufnahmeeinrichtungen mindestens zwei, insbesondere drei

Rotationsfreiheitsgrade zur Verfügung stellen, deren Rotationsachsen normal zueinander stehen und welche die Aufnahmeeinrichtung beliebig zu der Translationsrichtung kippen können.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Mittel zur Verringerung des Keilfehlers eine aktive Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Verringerung des Keilfehlers, insbesondere zur Erfassung von Messwerten der Messmittel und zur

korrespondierenden Ansteuerung der Antriebsmittel, aufweisen. Die aktive Steuerungseinrichtung sorgt auf Basis der Messwerte der Messmittel, also der Abstände zwischen den Sensoren und der einzelnen, erfindungsgemäß relevanten Flächen (Oberflächen/Auflageflächen) für eine selbsttätige

Nachregelung der entsprechenden Antriebsmittel, damit zu jedem Zeitpunkt eine parallele Ausrichtung der ersten Oberfläche zur zweiten Oberfläche gewährleistet ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist gemäß einer Ausführungsform

gekennzeichnet durch folgende Schritte, insbesondere in der nachfolgend aufgeführten Reihenfolge: - Fixieren des ersten Substrats mit seiner Aufnahmefläche auf der ersten Aufnahmeeinrichtung und Fixieren des zweiten Substrats mit seiner Aufnahmefläche auf der zweiten Aufnahmeeinrichtung,

- Ausrichtung des ersten Substrats zum zweiten Substrat quer zur

Translationsrichtung,

- Aufbringen einer Prägestruktur auf die erste Oberfläche des ersten

Substrats und Aufbringen eines Trägematerials auf die zweite

Oberfläche des zweiten Substrats,

- Annäherung des ersten Substrats an das zweite Substrat durch

translatorische Bewegung der der ersten Aufnahmeeinrichtung in

Richtung der zweiten Aufnahmeeinrichtung und

- Messung der Abstände zwischen dem ersten und zweiten Substrat und jedem Sensor der zweiten Aufnahmeeinrichtung während der

Annäherung des ersten Substrats an das zweite Substrat und sobald das erste Substrat im Erfassungsbereich der Sensoren ist;

- Auswertung der Messwerte und Berechnung der Winkellage des ersten Substrats zum zweiten Substrats durch die Steuereinrichtung und Steuerung von Antriebsmitteln zur Verringerung des Keilfehlers zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat, indem die Antriebsmittel entsprechend angesteuert werden und das erste Substrat beziehungsweise die erste Aufnahmeeinrichtung gegenüber dem zweiten Substrat beziehungsweise der zweiten Aufnahmeeinrichtung

entsprechend rotiert werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Figurenbeschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Figur 1 zeigt eine Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verringerung eines Keilfehlers.

In Figur 1 ist eine erste Aufnahmeeinrichtung einer Vorrichtung zur

gegenüberliegenden Ausrichtung einer ersten Oberfläche 2o eines ersten Substrats 2 mit einer zweiten Oberfläche 5o eines zweiten Substrats 5 mit Abstand zwischen der ersten Oberfläche 2o und der zweiten Oberfläche 5o dargestellt, wobei das zweite Substrat 5 auf einer zweiten Aufnahmefläche 6o einer zweiten Aufnahmeeinrichtung 6 fixiert ist. Die Fixierung des ersten Substrats 2 auf der ersten Aufnahmeeinrichtung 1 sowie die Fixierung des zweiten Substrats 5 auf der zweiten Aufnahmeeinrichtung 6 erfolgt

beispielsweise durch Anlegen eines Unterdrucks an einer Aufnahmefläche l a der ersten Aufnahmeeinrichtung 1 beziehungsweise Aufnahmefläche 6a der zweiten Aufnahmeeinrichtung 6.

An der Oberfläche 2o ist eine Prägestruktur 3 angebracht, di e zum Prägen eines auf der Oberfläche 5 o aufgebrachten Prägematerials 4 dient. Das

Prägematerial 4 ist beispielsweise ein Polymer, das beim Prägen die Kontur der Prägestruktur 3 annimmt, und zwar in einer Endposition, in der die Prägestruktur 3 in das Prägematerial 4 eintaucht, um entsprechend der Kontur der Prägestruktur 3 eine Vielzahl von exakt dimensionierten Produkten, hier Mikrolinsen herzustel len. Durch die gezeigte Anordnung wird ein Mikro- linsenfeld aus dem Prägematerial geprägt und ausgehärtet, so dass aus dem Mikrolinsenfeld später eine viele Mikrolinsen hergestellt werden können.

Zum Prägen wird das erste Substrat 2 zunächst gegenüberliegend zu dem zweiten Substrat 5 fluchtend und parallel ausgerichtet, wobei ein - in der Figur 1 übertrieben dargestellter - Keilfehler, dargestellt durch die

Winkellage des ersten Substrats 2 und des zweiten Substrats 5

repräsentierende Strichlinien, vorherrscht. Der Kei l fehler kann aus einer Schieflage der ersten Aufnahmeeinrichtung 1 oder der zweiten

Aufnahmeeinrichtung 6 relativ zueinander und/oder gegenüber einer Translationsrichtung T sowie uneinheitlicher Dicke des ersten Substrats 2 und/oder des zweiten Substrats 5 beziehungsweise einer Summe der

vorgenannten Ursachen resultieren.

Die erste Aufnahmeeinrichtung 1 ist durch einen nicht dargestellten

Translationsantrieb in Translationsrichtung T auf die zweite

Aufnahmeeinrichtung 6 hin bewegbar, auch als Annäherungsmittel zur

Annäherung der ersten Oberfläche 2o zur zweiten Oberfläche 5o bezeichnet. Der Translationsantrieb kann beispielsweise ein nicht dargestellter

Roboterarm sein, der die erste Aufnahmeeinrichtung 1 greift. Die zweite Aufnahmeeinrichtung 6 kann al s Chuck in der Vorrichtung fixiert ausgebildet sein. Eine Umkehrung der Bewegung beider Aufnahmeeinrichtungen ist erfindungsgemäß denkbar.

Während der Annäherung des ersten Substrats 2 beziehungsweise der

Prägestruktur 3 an das zweite Substrat 5 beziehungsweise das Prägematerial 4 sind als Mittel zur Verringerung des Keilfehlers unter anderem mehrere Sensoren 8 in Sensorkammern 7 der zweiten Aufnahmeeinrichtung 6 verteilt vorgesehen. Die Sensoren 8 sind als spektroskopische Sensoren derart ausgebildet, dass j eder Sensor 8 einen Lichtstrahl aussendet, über dessen Reflektionen und der Spektroskopie des reflektierten Lichts die Abstände der im Lichtstrahl angeordneten ersten Oberfläche 2o sowie zweiten Oberfläche 5o zu dem Sensor 8 messbar sind. Durch Differenzbildung der Abstände kann - im Erfassungsbereich des jeweil igen Sensors 8 - zu jedem Zeitpunkt der Annäherung des ersten Substrats 2 in Richtung des zweiten Substrats 5 der Abstand an verschiedenen Stel len gemessen werden, so dass durch

entsprechende Steuerung der Antriebsmittel eine entsprechende Rotation der ersten Aufnahmeeinrichtung 1 und damit des ersten Substrats 2

beziehungsweise ein Kippen der ersten Aufnahmeeinrichtung 1 bewirkt wird.

Die Sensoren 8 arbeiten insbesondere mit Weißlichtspektroskopie und entsprechend i st das zweite Substrat 5 zumindest im Bereich der Sensorkammern 7 transparent für Licht- und/oder UV-Strahlung. Soweit auch das erste Substrat 2 transparent für Licht- und/oder UV-Strahlung ist, kann durch die Sensoren auch der Abstand des Sensors 8 zu einer Auflagefläche 2a des ersten Substrats auf der Aufnahmeseite l a gemessen werden. Ebenso ist der Abstand einer Auflagefläche 5a des zweiten Substrats 5 auf der

Aufnahmeseite 6a messbar, so dass auch die Dicken der Substrate 2, 5 in den Bereichen messbar sind, in welchen die Strahlengänge der Sensoren 8 verlaufen.

Somit können sowohl ein Fehler in der Bewegung der ersten

Aufnahmeeinrichtung 1 in Translationsrichtung T als auch eine fehlerhafte anfängliche Ausrichtung sowie Fehler der Dicken des ersten Substrats 2 oder des zweiten Substrats 5 oder Unebenheiten der Aufnahmeflächen l a, 6a kompensiert werden, während die Annäherung der ersten Oberfläche 2o an die zweite Oberfläche 5o erfolgt.

Zur weiteren Optimierung der spektroskopischen Messung und Erhöhung der Genauigkeit der Messung ist in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Prägestruktur 3 und das Prägematerial 4 außerhalb des Strahlengangs der Sensoren 8 angeordnet sind. Somit werden Fehlbewertungen der Spektroskopie vermieden und die Genauigkeit der Ermittlung der Abstände durch die Spektroskopie der Sensoren erhöht.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird damit das Problem der inhomogenen Prägung eines Mikrolinsenfeldes auf Grund von Keilfehlern zwischen den Prägeflächen beziehungsweise Flächen des ersten Substrats 2 und des zweiten Substrats 5 durch die Verwendung eines optischen

Wegesystems bestehend aus mehreren Sender-Empfängermodulen, nämlich den Sensoren 8, gelöst, mit welchen der Abstand des als Prägestempel ausgebildeten ersten Substrats 2 zur Oberfläche 5o des als Trägerwafer ausgebildeten zweiten Substrats 5 aktiv gemessen und gleichzeitig während der Annäherung der Prägestruktur 3 durch Kippen oder rotieren der ersten Aufnahmeeinrichtung 1 so nachgestellt wird, dass die Oberfläche 2o zur Oberfläche 5o parallel ausgerichtet ist, und zwar im Idealfall ohne

Keilfehler.

Die Vorteile der Erfindung liegen in einer höheren Ausbeute an Mikrolinsen innerhalb des Mikrolinsenfeldes, da eine gleich bleibende Qualität der Linsen entlang des gesamten Trägerwafers gewährleistet werden kann. Durch die höhere Ausbeute an Linsen mit vernachlässigbarem Fehler in der optischen Achse der Linsen ergeben sich eindeutig wirtschaftliche und technische Vorteile, insbesondere bei Kopplung mehrerer Mikrolinsen übereinander. Neben den wirtschaftlichen Vorteilen des sinkenden Stückpreises durch höhere Ausbeute ergibt sich außerdem der technische Vorteil einer höheren Bildqualität.

Vorrichtung und Verfahren zur Verringerung eines Keilfehlers

B e zu g s z e i ch e n l i s t e

1 erste Aufnahmeeinrichtung

la Aufnahmefläche

2 erstes Substrat

2a Auflagefläche

2o Oberfläche

3 Prägestruktur

4 Prägematerial

5 zweites Substrat

5a Auflagefläche

5o Oberfläche

6 zweite Aufnahmeeinrichtung

6a Aufnahmefläche

7 Sensorkammer

8 Sensor

T Translationsrichtung