CN110366773A - 用于使两个光学子***对准的方法和装置 - Google Patents

用于使两个光学子***对准的方法和装置 Download PDF

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Abstract

提出了一种用于使两个透镜对准的方法和装置。

Description

用于使两个光学子***对准的方法和装置
背景技术
在半导体工业中，使用对准设备（英文：aligner）来使衬底、尤其是晶圆相对于彼此对准，以便这些衬底在接下来的过程步骤中彼此连接。连接过程被称为键合。衬底相对于彼此的对准通过位于衬底的表面上的对准标记来实现。在对置的衬底的对置的侧面上的对准标记尤其是彼此互补。
其中对准标记位于待键合的衬底表面上的对准过程被称为面对面（face-to-face）对准。只要衬底对于待测量的电磁辐射来说不透明，就必须研发在衬底彼此靠近之前对标记进行测量的方法。
实际应用了很长时间的方法在于：将相机***到衬底之间，该相机在所述靠近之前被移除。这带来了多个缺点。首先，相机导致在至少下方的衬底上的微粒污染，而且其次，衬底之间的距离必须选择得相对大，以便将相机放置在两个衬底之间。大的距离具有以下缺点：在移除了相机之后，在两个衬底的靠近的情况下的行进距离非常大，而且衬底在相互靠近时横向移动并且因此偏离了它们先前的、相对于彼此的最优选对准。
公开文献US6214692B1的对准设备是对面对面对准的改良。在所公开的对准设备中，完全免去了使用要***到衬底之间的相机。替代地，使用两个透镜组，这两个透镜组各具有两个彼此对置的透镜，以便提供具有两个参考点的***，衬底相对于该***相互定位。参考点是两个彼此对置的透镜的光轴的交点。已在公开文献WO2014202106A1的图2c和图2e中或公开文献WO2015082020A1的图5a和图5b中广泛地公开和描述了用于校准这种透镜的相对应的过程。
现有技术、尤其是根据公开文献WO2014202106A1的图2c和图2e或者根据公开文献WO2015082020A1的图5a和图5b的校准方法的问题在于：需要校准衬底，相对于该校准衬底来执行对透镜的光轴的校准。将上方的透镜和下方的透镜校准到在尤其是透明的衬底中的对准标记上。借此，将左光轴调整到左焦点，而将右光轴调整到右焦点。因此，本发明的任务是：说明一种方法和一种***，该方法和该***没有现有技术的缺点，而且利用该方法和该***可以经简化地使两个透镜彼此对准或校准。
发明内容
该任务利用独立权利要求的特征来解决。本发明的有利的扩展方案在从属权利要求中说明。由在说明书、权利要求书和/或附图中说明的特征中的至少两个特征构成的全部组合也落入到本发明的保护范围内。在所说明的值域的情况下，在所提到的极限之内的值也应明显被看作是极限值并且应该能以任意的组合来要求保护。
本发明尤其描述了两个彼此对置的透镜的两个投影面和/或这两个透镜的光轴可以如何彼此对准。
有利地，可免去使用根据公开文献WO2014202106A1的校准衬底。
根据本发明，规定了一种用于使光学***的两个对置地、尤其是相叠地布置的光学子***对准的方法，该方法具有如下步骤：
- 将对准标记投影到第一、尤其是下方的光学子***的投影面中，
- 将所述对准标记从第一投影面投影到第二、尤其是上方的光学子***的敏感表面上，
- 使所述光学子***相对于彼此对准，使得所述对准标记的投影在该敏感表面的景深范围内成像于理想的位置。
所有光学元件、尤其是所述透镜的焦深范围和/或景深范围都介于1 nm与10 mm之间，优选地介于10 nm与1 mm之间，还更优选地介于50 nm与500 μm之间，最优选地介于500nm与250 μm之间，完全最优选地介于1 μm与100 μm之间。
在一个优选的实施方式中规定：用于对这些对准标记进行照明的光经由至少一个光源（尤其是灯、优选地卤素灯、还更优选地LED、最优选地激光光源）和至少一个镜被耦合输入到第一和/或第二光学子***中。有利地，利用这种外部光源可以实现对这些对准标记的特别亮的照明。
根据另一优选的实施方式规定：用于对这些对准标记进行照明的周围环境光在这些光学子***的至少一个位置上、尤其是在第一相机上和/或在镜上被耦合输入，其中优选地未安装对这些光学子***的屏蔽。有利地，由此可能的是：在没有额外的外部光源的情况下对这些对准标记进行照明。
根据另一特别优选的实施方式规定：这些对准标记由对准标记投影***投影到第一相机的第一相机芯片的第一敏感表面上，其中这些对准标记尤其包括LED场和/或构造为掩模。有利地，由此并不需要必须将这些对准标记引入到相机芯片中。
根据另一优选的实施方式规定：这些光学子***包括两个对置地布置的透镜，这两个透镜的投影面和/或光轴相对于彼此对准。
有利地，由此可能的是这些光学子***或这些透镜特别高效的对准。
根据另一优选的实施方式规定：至少这些透镜是用于使衬底、尤其是晶圆对准的设备的部分。有利地，经此可能的是对用于使衬底对准的设备的显著改良。
根据另一优选的实施方式，根据本发明的方法具有如下流程：
- 将对准标记布置在第一相机的第一相机芯片的第一敏感表面附近和/或布置在第一相机的第一相机芯片的第一敏感表面上，和/或将对准标记投影到第一相机的第一相机芯片的第一敏感表面上，
- 经由第一光学子***将这些对准标记从第一相机芯片投影到第一投影面中，其中该第一光学子***具有第一透镜，其中该第一投影面布置在这些透镜之间，
- 经由第二光学子***将这些对准标记从该第一投影面投影到第二相机的第二相机芯片的第二敏感表面上，其中该第二光学子***具有第二透镜，
- 尤其是使这些透镜相对于彼此对准，使得这些对准标记的被投影的对准标记在该第二相机上清楚地成像，而且这些被投影的对准标记的位置与所希望的和/或理想的位置一致。
根据另一优选的实施方式规定：所述透镜为了对准而相对于彼此平移地和/或旋转地移动。有利地，由此可能的是特别精确的对准。
根据另一优选的实施方式规定：所述透镜为了对准而靠近，使得第一透镜的第一投影面位于第二透镜的第二对象平面的景深范围内。有利地，由此可能的是这些对准标记的特别清楚的成像。
根据另一优选的实施方式规定：这些对准标记尤其是借助于光刻法直接涂覆在第一相机的第一相机芯片的第一敏感表面上。有利地，由此可能的是这些对准标记的特别高效的产生。
根据另一优选的实施方式规定：这些对准标记直接涂覆在第一相机芯片的第一敏感表面上，其中这些对准标记具有非功能性像素的累积、尤其是十字形的累积。有利地，由此可能的是这些对准标记的特别简单的产生。
根据另一优选的实施方式规定：这些对准标记被涂覆到在第一相机的第一相机芯片中的单独的标记板上，其中这些对准标记与第一相机芯片的第一敏感表面之间的距离小于1 mm，优选地小于100 μm，还更优选地小于10 μm，最优选地小于1 μm，完全最优选地小于0.1 μm。有利地，由此并不需要对相机芯片进行加工来产生这些对准标记。
本发明的另一主题涉及一种***，该***用于尤其是利用根据上述专利权利要求之一所述的方法来使光学***的两个对置地、尤其是相叠地布置的光学子***对准，该***具有：
- 第一相机，该第一相机具有第一相机芯片，用于将对准标记投影到第一、尤其是下方的光学子***的投影面中；
- 如下装置，该装置用于将这些对准标记从第一投影面投影到第二、尤其是上方的光学子***的敏感表面上；
- 如下装置，该装置用于使这些光学子***相对于彼此对准，使得这些对准标记的投影能在该敏感表面的景深范围内成像于理想的位置。
关于该方法的实施方式也涉及按照本发明的***。
本发明的另一主题涉及一种相机芯片、尤其是用于根据上述专利权利要求之一所述的***和/或方法的相机芯片，该相机芯片具有在附近和/或在其敏感表面上的对准标记。关于该方法的实施方案也涉及根据本发明的相机芯片。
光学***
根据本发明的实施方式涉及一种光学***，该光学***由至少一个第一、下方的光学子***和至少一个第二、上方的光学子***组成。在该公开文献的进一步披露中，考虑优选的结构，所有实体只通过词语“上方”或“下方”来标明。下方的光学子***和上方的光学子***拥有至少一个光学元件，尤其是多个光学元件。这些光学元件尤其是：
镜，尤其是
o 平面镜
o 凸面镜
o 凹面镜
透镜
o 凸透镜
▪ 双凸
▪ 平面凸
▪ 凹凸
o 凹透镜
▪ 双凹
▪ 平面凹
▪ 凸凹
o 菲涅尔透镜（Fresnel lenses）
棱镜
衍射元件
o 衍射光栅
等等。
这些镜优选地是冷光镜（下文中也被称为冷镜），它们将红外光从耦合输入的光中滤出，以便防止对光学***的不必要且不符合期望的加热。尤其是，波长介于1000 μm与0.8μm之间、优选地介于750 μm与0.8 μm之间、还更优选地介于500 μm与0.8 μm之间、最优选地介于100 μm与0.8 μm之间、完全最优选地介于50 μm与0.8 μm之间的光被过滤。
根据本发明的实施方式示范性地被描述，使得待投影的对象、尤其是对准标记从下方的相机芯片、尤其是从该下方的相机芯片的敏感表面被投影到上方的相机芯片、尤其是该上方的相机芯片的敏感表面上。也可设想的是，这些对准标记从上方的相机芯片、尤其是其敏感表面被投影到下方的相机芯片、尤其是其敏感表面上。为了完整起见，也提及如下极端情况：对准标记位于两个相机芯片、尤其是它们的敏感表面上，而且分别相互被投影到分别对置的相机芯片或其敏感表面上。在说明书的进一步披露中所表明的是：只有投影方向重要，以便产生根据本发明的效果。
在该公开文献的进一步披露中，将只论述示范性的情况，其中下方的对准标记被投影到上方的相机芯片的敏感表面上。
根据本发明的实施方式以下方的相机芯片为前提，该下方的相机芯片拥有在其敏感表面附近、优选地直接在敏感表面上的对准标记。这些对准标记要么可真实存在要么只是被投影到该下方的相机芯片上的对准标记。在后者的情况下，通过对准标记投影***来将这些对准标记投影到下方的相机芯片的敏感表面上。该实施方式是所有实施方式中最优选的实施方式，因为不是依赖于拥有相对应的对准标记的相机芯片而且因为对准标记可投影到任何商用芯片上。
在根据本发明的第一实施方式中，对准标记直接制造在下方的相机芯片上。尤其是，这些对准标记位于下方的相机芯片的敏感表面上。在下方的相机芯片上制造对准标记优选地应由芯片制造商来执行而且几乎不能由购买这种芯片的客户执行。可设想的是对所获得的下方的相机芯片的拆解，使得下方的相机芯片的敏感表面曝露。然后，借助于熟知的光刻法，可能会涂覆相对应的下方的对准标记并且然后将所拆解的下方的相机芯片重新组装。然而，对用于敏感表面的保护玻璃的移除常常伴随有相机芯片的毁坏，尤其是伴随有该相机芯片的敏感表面的毁坏，而且因此大多不能无损地来执行。
在根据本发明的第二、优选的实施方式中，下方的对准标记不是直接制造在下方的相机芯片上，而是制造在载体（也称作标记板）上，该载体可通过固定装置安装在被封装的下方的相机芯片上方。在此应注意：下方的对准标记尽可能位于下方的相机芯片的敏感区域的表面附近，使得这些下方的对准标记无论如何都位于进行拍摄的、处在光路的对置的侧面上的、下方的相机的景深范围内。
这些对准标记与敏感表面之间的距离应小于1 mm，优选地小于100 μm，还更优选地小于10 μm，最优选地小于1 μm，完全最优选地小于0.1 μm。除了光敏区的最后的盖板之外，被封装的相机芯片大多可以相对容易地被拆解，使得能利用在光敏表面附近的对准标记来对按照本发明的载体进行定位。
在根据本发明的第三、不那么优选的实施方式中，下方的对准标记被投影到下方的相机芯片的光敏表面上。这具有如下优点：每个任意的下方的相机芯片都可配备下方的对准标记。为了被投影到下方的相机芯片上的下方的对准标记位于理想的位置，必须将通过对准标记投影***来投影的、下方的对准标记校准到下方的相机芯片上，然后这些被投影的、下方的对准标记可经由光学***的光路被投影到上方的相机芯片上，以便使两个相机芯片相对于彼此对准。
现在，根据本发明的重要方面是：将下方的相机芯片的下方的对准标记投影到与在光路中与下方的相机芯片对置的、上方的相机芯片的光敏表面上。为了实现下方的对准标记在上方的相机芯片上的准确的、清楚的投影，即获得清楚的被投影的、上方的对准标记，光学元件、尤其是下方的光学子***和上方的光学子***必须相对于彼此被校准。校准的结束通过如下方式来确定：被投影的、上方的对准标记位于上方的相机芯片上的理想的位置。
这两个光学子***中的每个光学子***都拥有相对于彼此共轭的对象平面和投影面。共轭的平面被理解为经由傅立叶变换的映射规则彼此有数学关联的平面。当两个平面垂直于光路的光轴并且将来自对象空间中的对象映射到影像空间中且反之亦然时，这两个平面相对于彼此共轭。
因为示范性地考虑将下方的相机芯片的下方的对准标记投影到上方的相机芯片上，所以下方的相机芯片的下方的光敏表面是第一对象平面。
对准标记投影***的在下方的相机芯片的下方的光敏表面上的真实的或被投影的对准标记优选地位于对象平面内。通常，真实的对准标记只须位于对象平面周围的景深范围内。
下方的光学子***现在将这些对准标记投影到该下方的光学子***的投影面中。该投影面是第一、下方的投影面。该下方的投影面无论如何都位于两个透镜之间，该两个透镜的光路彼此相对于彼此被校准。第二光学子***同样拥有在透镜之间的光学平面。然而，该光学平面现在充当对象平面而且具有如下任务：将下方的相机芯片的光敏表面的被投影到下方的投影面上的对准标记投影到上方的光学子***的第二、上方的投影面上。因此，上方的投影面与上方的相机芯片的敏感表面重合。为了这些对准标记的被投影到下方的投影面中的影像也尽可能无损地并且尤其是清楚地被在成像到上方的投影面上，下方的投影面与上方的对象平面必须尽可能全等。
基于下方的光学子***的下方的投影面和上方的光学子***的上方的对象平面通常并不全等或甚至都不位于相应另一光学平面的景深范围内的事实，光学子***、尤其是光学元件的改变是必需的。该改变尤其是以下方的光学子***和/或上方的光学子***的光学元件的平移和/或旋转适配、尤其是透镜的平移和/或旋转改变为条件。根据本发明的实施方式的目标是：不仅将下方的相机芯片的下方的对准标记清楚地投影到上方的相机芯片的光敏表面上，而且使光学***中的光学元件一直适配，直至被投影的对准标记的位置与理论上所希望的、理想的位置一致。优选地，在下方的光学子***和上方的光学子***中，使用相同的相机芯片。借此，理想地被投影的对准标记的位置是待投影于下方的相机芯片上的对准标记也具有的相同的探测坐标。因此，光学***被改变和适配为使得这些标记位于关于理想位置方面自由选择的公差范围之内。
过程
根据本发明的程序尤其可被用于校准在公开文献US6214692B1、WO2011042093A1、WO2014202106A1和WO2015082020A1的设备中的透镜。然而，该过程的普遍性由此并不受限制。通常，根据本发明的过程可被用于对两个任意的透镜的、尤其是全自动的校准。
在根据本发明的第一过程步骤中，两个光学平面相对于彼此靠近，使得下方的投影面位于上方的对象平面的景深范围内或上方的对象平面位于下方的投影面的景深范围内。在根据本发明的第一过程步骤中，被投影的左上方的对准标记或右上方的对准标记仍不一定清楚。尤其是，这两个上方的对准标记也仍不一定必须位于上方的相机的视场（英文：field of view）内。相机的视场介于10 μm与50 mm之间，优选地介于50 μm与25 mm之间，还更优选地介于100 μm与15 mm之间，最优选地介于250 μm与10 mm之间，完全最优选地介于300 μm与5 mm之间。
在根据本发明的第二过程步骤中，改变下方的光学子***和/或上方的光学子***，使得至少两个被投影的对准标记位于上方的相机的视场内。下方的光学子***和/或上方的光学子***的改变尤其是被理解为在下方的光学子***和/或上方的光学子***中的至少一个光学元件的平移和/或旋转和/或功能上的改变。尤其是，其被理解为下方的透镜和/或上方的透镜的平移和/或旋转移动。
在根据本发明的第三过程步骤中，在两个光学平面之间进行楔形误差补偿或减小在光轴之间的角度。楔形误差补偿被执行为使得在下方的光学子***和/或上方的光学子***中的至少一个光学元件被改变，从而导致在这两个光学子***的两个光轴之间的倾角减小。楔形误差尤其是通过这两个透镜中的至少一个透镜的旋转来减小。
在根据本发明的第四过程步骤中，在所有对准标记都位于上方的相机芯片的景深范围和视场内并且楔形误差已在很大程度上减小之后，在这些对准标记之间进行精调，其中使在上方的相机芯片处被投影的对准标记到达所述理想的位置中的位置。这尤其是通过下方的透镜和/或上方的透镜的平移移位和/或旋转来实现。
尤其是，根据本发明的过程步骤一至四可以按任意顺序和/或同时进行。对根据本发明的所有过程步骤的尤其是同时的实施通过相对应的固件和/或硬件和/或软件来保证，所述固件和/或硬件和/或软件可以使这两个光学子***相对比彼此校准，尤其是通过算法全自动地使这两个光学子***相对比彼此校准。该校准尤其可以通过控制回路自动地实现。
根据本发明的过程步骤一至三尤其是粗略校准的过程步骤，所述粗略校准的过程步骤只是很少、尤其是在根据本发明的实施方式的维护、构造或位置改变之后必须完全被执行。在执行粗略校准之后，在较长的时间内，大多只还需要进行根据过程步骤四的精细校准。
然后，根据本发明来校准的光学***可被用于对表面进行测量。该***尤其适合于使两个衬底相对于彼此对准。在一个特别优选的实施方式中，该***被用于两个衬底相对于彼此的面对面对准。
使用根据本发明来校准的光学***的另一可能性在于：测量衬底或衬底堆的上侧和下侧。在该特定情况下，该光学***被用作测量***（英文：metrology tool）的部分。大多执行对衬底或衬底堆的上侧和下侧的同时测量，以便测量两个表面特征之间的水平距离。
相机芯片
相机芯片尤其构造为表面探测器。优选地，相机芯片是CCD探测器、CMOS探测器、模拟探测器、四象限探测器或所谓的位置感测装置（PSD）。相机芯片尤其具有介于1 Hz与1 MHz之间、优选地介于10 Hz与100000 Hz之间、还更优选地介于20 Hz与10000 Hz之间、最优选地介于30 Hz与1000 Hz之间、完全最优选地介于40 Hz与100 Hz之间的读取频率。在这种情况下，读取频率被理解为相机芯片每秒可读取的全干涉影像的数目。
相机芯片的水平像素分辨率尤其是超过10像素/cm，优选地超过100像素/cm，还更优选地超过1000像素/cm，最优选地超过10000像素/cm，完全最优选地超过100000像素/cm。
相机芯片的垂直像素分辨率尤其是超过10像素/cm，优选地超过100像素/cm，还更优选地超过1000像素/cm，最优选地超过10000像素/cm，完全最优选地超过100000像素/cm。
两个像素之间的距离介于0.1 μm与100 μm之间，优选地介于0.5 μm与50 μm之间，还更优选地介于1 μm与25 μm之间，最优选地介于2.5 μm与10 μm之间，完全最优选地为5 μm。
在根据本发明的一个特殊的实施方式中，光学***可具有两个相机，所述相机具有两个不同的相机芯片。这些相机芯片例如可在它们的大小方面有区别。在这种情况下，甚至可免去使用对准标记。那么，按如下地进行根据本发明的校准：一个相机芯片的轮廓被投影到分别另一相机芯片上。通过能够实现缩放的光学元件，待投影的相机芯片可以全等地被成像到另一相机芯片的表面上。因此，通常发生一个相机芯片到另一相机芯片上的仿射变换，其特征在于：相机芯片的面积全等。这种仿射变换总是能通过数学运算 移位、旋转和缩放来实现，这些数学运算在光学***中通过光学元件真实物理地来实现。两个不一样大的芯片优选地具有相同的像素大小和/或相同的像素分辨率，也就是说，具有像素之间的相同的距离。根据本发明的该实施方式是特别优选的，因为这里甚至无须将对准标记投影到芯片表面上，或相机芯片的轮廓就可被视为对准标记。芯片、尤其是其轮廓，自身就是对准标记，这导致在建构根据本发明的装置时的进一步成本节省，因为不需要对准标记投影***。此外，根据本发明的装置借此也变得完全独立于芯片制造商，因为该芯片制造商无须规定对准标记，但是芯片的轮廓是其构造的固有部分。如果芯片的轮廓被用作对准标记，则该芯片应通过光学***尽可能在中央被检测，也就是说，芯片的重心应尽可能靠近光轴。尤其是，光轴与芯片的重心之间的距离小于1 mm，优选地小于0.5 mm，还更优选地小于0.1 mm，最优选地小于0.01 mm，完全最优选地小于0.001 mm。
对于两个光学子***相对于彼此的校准的所有提到的根据本发明的实施方式来说，适用：实际上，完美的校准要么不可能，要么尤其是出于经济原因而不符合期望。极其精确的校准可能花费大量时间，而无法进行用该设备执行的其它过程。通常，一旦达到或超过了所规定的极限值，就可以中断校准过程。在根据本发明的进一步的扩展方案中，可设想的是：存储两个相对于彼此没有完美地被校准的对准标记相对于共同坐标系的坐标。该共同坐标系例如可以是下方的探测坐标系或上方的探测坐标系。也可设想的是：存储这两个相对于彼此没有完美地被校准的对准标记在任意其它坐标系中的坐标。因此，由于对准标记的重合没有实现和/或没有符合期望般完美，这些对准标记在校准过程之后通常还相对于彼此稍微移位和/或旋转。相对于彼此的该移位和/或旋转可以被测量、被存储并且在稍后的过程、尤其是两个衬底相对于彼此的对准过程（英文：alignment）中被使用，以便执行对这些对准标记在衬底上的所确定的坐标的校正。
附图说明
本发明的其它优点、特征和细节根据随后对优选的实施例的描述以及依据附图来得到。其中：
图1a示出了根据本发明的具有第一光耦合输入的第一光学***的示意性的、未按正确比例的草图，
图1b示出了根据本发明的具有第二光耦合输入的第二光学***的示意性的、未按正确比例的草图，
图1c示出了根据本发明的具有第三光耦合输入的第三光学***的示意性的、未按正确比例的草图，
图2a示出了根据本发明的第一过程步骤的示意性的、未按正确比例的简化的草图，
图2b示出了根据本发明的第二过程步骤的示意性的、未按正确比例的简化的草图，
图2c示出了根据本发明的第三过程步骤的示意性的、未按正确比例的简化的草图，
图2d示出了根据本发明的第四过程步骤的示意性的、未按正确比例的简化的草图，
图3a示出了下方的敏感表面的示意性的、未按正确比例的简化的、放大的草图，
图3b示出了根据本发明的第四过程步骤在初始状态下的示意性的、未按正确比例的简化的、放大的草图，
图3c示出了根据本发明的第四过程步骤在最终状态下的示意性的、未按正确比例的简化的、放大的草图，
图4a示出了根据本发明的第一相机芯片的示意性的、未按正确比例的简化的等角分解图，而
图4b示出了根据本发明的第二相机芯片的示意性的、未按正确比例的简化的等角分解图。
在这些附图中，相同的构件或者功能相同的构件用相同的附图标记来表征。
具体实施方式
在示出所示出的附图中，所有光路7、7'、8仅示意性地示出且不应被理解为严格遵循光学定律的路径。此外，光路7、7'、8和光学子***12u、12u'、12u"、12o、12o'、12o"被示出为使得未发生相机芯片2u、2o的相互的镜像投影。尤其是，由此使对探测坐标系的全等的理解变得容易。本领域技术人员明白，在一个实际的实施方式中，相机芯片2u、2o到彼此上的相互成像可以镜像地来实现而且优选地也镜像地来实现。
图1a示出了根据本发明的第一光学***11的示意性的、未按正确比例的草图，该第一光学***具有两个光学子***12u、12o，所述光学子***具有两个光路径7、8。光路径7是下方的相机1u的下方的相机芯片2u的照明路径。光路径8是对准标记9l、9r的成像路径。
光学***11具有多个镜3和光学元件4、4'，诸如平面镜、透镜、棱镜等等。光7由光源10耦合输入到光学***11中。光7经过具有镜3和光学元件4、4'的光学***11并且又从光学***11出来，其中该光射到下方的相机1u的下方的相机芯片2u的光敏表面14su上。
在根据本发明的该第一实施方式中，照明路径7的光经由光源10（尤其是灯、还更优选地卤素灯）和镜3耦合输入到光学***11中。照明路径7的光穿过两个透镜6o、6u并且经由其它光学元件（尤其是其它镜3）被投影到下方的相机1u的相机芯片2u上。
不言而喻，尤其是当对上方的相机1o的相机芯片2o进行强烈地照明时，也可设想的是由光学***11中的任何其它镜3来将光耦合输入到光学***11中。也可设想的是经由多个光源10和多个镜3将光耦合输入到光学***11中。
图1a也呈现出成像路径8，该成像路径将相机芯片2u的表面或其周围区域经由光学元件4、4'、3成像到相机芯片2o上。在该具体情况下，相机芯片2u是对象平面而相机芯片2o是整个光学***11的投影面。在截面图A-A中可见两个对准标记9l、9r。
在根据本发明的第一实施方式中，这两个对准标记例如是根据图4a的对准标记9l、9r，它们直接被涂覆到了下方的相机芯片2u的光敏表面14su上。那么，对准标记9l、9r优选地是非功能性像素的累积、尤其是以十字形来制造的累积。这些像素是非功能性的，因为它们已被涂层、尚未连接、已被损坏、不曾起作用等等。
也可设想的是，涉及根据图4b的对准标记9l、9r。在这种情况下，对准标记9l、9r未直接位于下方的相机芯片2u的光敏表面14su上，但至少位于该光敏表面附近。无论如何，对准标记9l、9r都是真实的物理实体。
现在，对准标记9l、9r经由成像路径8被投影到上方的相机芯片2o上并且这样得到在上方的相机芯片2o的光敏表面14so上被投影的对准标记9pl、9pr。在图1a中，相机1u、1o或在投影路径8中的光学元件已相对于彼此完美地被校准，使得被投影的对准标记9pl、9pr在截面B-B中清楚地显现在准确的、理想的位置。尤其看出：下方的光学子***12u的投影面5u和上方的光学子***12o的对象平面5o彼此间有距离d。为了清晰起见，距离d被选择得足够大，以便可以使投影面5u以及对象平面5o明显彼此区分开。为了产生更清楚地被投影的对准标记9pl、9pr，投影面5u以及对象平面5o必须分别位于相应另一平面的景深范围内。
图1b示出了根据本发明的第二光学***11'的示意性的、未按正确比例的草图，该第二光学***具有两个光学子***12u'、12o'，所述光学子***具有两个光路径7'、8。光路径7'是下方的相机1u的下方的相机芯片2u的照明路径。在根据本发明的该实施方式中，照明路径7'的光并未经由光源10耦合输入到光学***11'中，而是简单地从周围区域、尤其是直接被耦合输入到光学***11'中。因此涉及被允许进入光学***11'的散射光，其方式是尤其是在至少一个位置、还更优选地在相机1u上故意不建造光学***11'的相对应的屏蔽。也可设想的是从光学***11'中的任何其它位置、尤其是在镜3上的位置将光耦合输入到光学***11'中。也可设想的是在光学***11'的多个位置将光耦合输入。替选地，在相机的周围区域中可能会设置照明装置、优选地LED作为光源。
图1b也呈现出成像路径8，该成像路径将相机芯片2u的表面或其周围区域经由光学元件4、4'、3成像到相机芯片2o上。在该具体情况下，相机芯片2u是对象平面而相机芯片2o是投影面。如已在图1a中所描述的那样，截面A-A和B-B示出了最佳成像状况。
图1c示出了由两个光学子***12u"、12o"组成的光学***11"的示意性的、未按正确比例的草图，所述光学子***具有两个光路径7"、8。
在根据本发明的第一实施方式中，由在表面19上的对准标记9l、9r产生光路径7"，其中对准标记9l、9r同时也充当光源10（视图A-A）。例如可设想的是，对准标记9l、9r由LED场、尤其是十字形的LED场组成。
在根据本发明的另一、第二实施方式中，对准标记9l、9r位于其上的表面19发光而对准标记9l、9r不充当活跃光源10而是仅充当掩模。那么，对准标记9l、9r会作为阴影标记经由照明路径7"来投影。
根据本发明的实施方式将表面19的对准标记9l、9r投影到相机芯片2u上（视图B-B）。相机芯片2u的光敏表面14su又是相机1o的对象平面。因此，由对准标记投影***21投影的对准标记9l'、9r'经由光学***11"作为对准标记9pl、9pr被投影到上方的相机1o的上方的相机芯片2o的光敏表面14so上。
与根据图1a和图1b的实施方式的区别在于：两个相机芯片2u、2o本身皆无须拥有对准标记9l、9r，而是将这些对准标记经由根据本发明的对准标记投影***21作为被投影的对准标记9l'和9r'投影到下方的相机1u的光敏表面2u上，而且因此被引入到光学***11"中。
图1a至图1c中的图示按如下地是理想的：光学元件3、3o、3u、4、4'、6u、6o、1u、1o已相对于彼此完美地校准。在其它的图2a-2d以及在图3a、图3b中阐述了必须被执行以便实现该理想状态并且将光学***11、11'、11"校准的各个过程步骤。尤其是，为了清晰起见，在很大程度上免去了对光路径（尤其是照明路径7、7'和成像路径8）和光学元件的呈现。图2a-图2d示范性地并且有代表性地是根据图1a的光学***11。图2a示出了在根据本发明的第一过程步骤101中的根据本发明的光学***11的示意性的、未按正确比例的、简化的草图，该光学***由根据图1a的两个光学子***12u、12o组成。该图示的表征性特征尤其是在下方的透镜6u的下方的投影面（也被称为光学平面） 5u与上方的透镜6o的上方的投影面5o之间的距离d。
对准标记9l、9r位于光敏表面14su上，沿X方向相对于彼此有距离dx而沿Y方向有距离dy。
光学平面5u与5o之间的距离d大得使得上方的光学平面5o不与下方的光学平面5u的下方的景深范围tu交叉或下方的光学平面5u不与上方的光学平面5o的上方的景深范围to交叉。光学平面5u是下方的光学子***12u的投影面。
但是，被投影到投影面5u中的对准标记9l、9r必须经由上方的光学子***12o来被投影到上方的相机芯片2o的光敏表面14so上。然而，为了能够将被投影到下方的光学***12u的投影面5u中的对准标记9l、9r清楚地成像到光敏表面14so上，光学平面5u必须位于上方的光学平面5o的景深范围to内，该上方的光学平面5o同时是上方的光学子***12o的对象平面。若情况并非如此，则如在图2a中示出的那样，被投影的对准标记9pl、9pr不清楚地被成像到光敏表面14so上（图示B-B）。因此，图2a的过程步骤在于使两个光学平面5u和5o彼此靠近。
图2b示出了在根据本发明的第二过程步骤102中的光学***11的示意性的、未按正确比例的、简化的草图，该光学***由两个光学子***12u、12o组成，其中尽可能使光学平面5u和5o彼此靠近，而透镜6u和6o的光轴13u和13o相对于彼此强烈地移位，使得它们在透镜6u、6o之间未交叉。
光轴13u、13o的该大的偏离导致：只有对准标记9pl位于上方的相机1u的景深范围内（图示B-B）。该对准标记9pl清楚地被成像，因为光学平面5u的将对准标记9l临时投影到其上的部分位于上方的光学平面5o的景深范围to内。
光轴13u和13o相对于彼此的移位导致在上方的相机芯片2o的上方的光敏表面14so上被投影的具有对准标记9pl和9pr的影像的移位。该移位可以强得使得对准标记9pl、9pr中的一个对准标记不可见，因为该对准标记未被投影到光敏表面14so上。在当前情况下，该对准标记是对准标记9pr。因此，图2b的过程步骤在于：使两个对准标记9pl、9pr到达上方的相机1o的景深范围内。
图2c示出了在根据本发明的第三过程步骤103中的光学***11的示意性的、未按正确比例的、简化的草图，该光学***由两个光学子***12u、12o组成，其中虽然两个被投影的对准标记9pl、9pr位于上方的相机1o的视场内，但是两个光学平面5u和5o仍始终相对于彼此强烈地倾斜。在此，下方的光学平面5u的一部分位于上方的光学平面5o的上方的景深范围to内，而其它部分位于其之外。
因此，在关于图2b的描述的类似观察中，接着对准标记9l清楚地被成像为对准标记9pl，而对准标记9r不清楚地被成像为对准标记9pr。通过下方的光学子***12u和/或上方的光学子***12o（尤其是透镜6u、6o）的相对应的移动，光学平面5u和5o可相对于彼此对准，使得被投影的对准标记9pl和9pr两者都清楚地被呈现。
根据所陈述的内容可以以数学方式推导出：可以如何计算最小楔形误差。该最小楔形误差恰好还能利用根据本发明的方法来测量并且借此来调整。为了简单起见，针对计算来假定：两个光学平面5u、5o仅绕着平行于x轴的倾斜轴20倾斜。to应为上方的光学平面5o的景深而dx应为对准标记9l、9r之间的距离。那么适用：
因此，可校正的最小楔形误差为
可见：对准标记9l、9r之间的距离dx越大且上方的光学平面5o的景深范围to越小，可校正的楔形误差就越小。因此，图2c的过程步骤在于：使两个光学平面5u、5o之间的楔形误差尽可能最小化。
图2d示出了在根据本发明的第四过程步骤104中的光学***11在最佳状态下的示意性的、未按正确比例的、简化的草图，该光学***由两个光学子***12u、12o组成，其中是被投影的对准标记9l和9r的投影面的光学平面5u位于上方的光学平面5o的景深范围to内，该上方的光学平面5o同时用作上方的光学子***12o和借此被投影的对准标记9pl和9pr的对象平面。优选地，两个平面5u和5o彼此平行。但是，实际上，这两个平面将始终具有相对于彼此非零的角度。在此，这两个平面5u与5o之间的角度小于5°，优选地小于1°，还更优选地小于0.1°，最优选地小于0.01°，完全最优选地小于0.001°。本领域技术人员知道：两个平面之间的角度与两条平面法线之间的角度相同。
因为下方的光学平面5u位于上方的光学平面的景深范围to内，所以对准标记9l和9r被成像为对准标记9pl和9pr（参见图示B-B）。
现在，在该过程步骤中，还使对准标记9pl、9pr关于所期望的、理想的位置9il、9ir进行精细校准（参见图3b）。因此，图2d的过程步骤在于：尤其是沿x和/或y方向执行对准标记9pl、9pr的精细校准。
图3a示出了下方的相机芯片2u的光敏区14su的示意性的、未按正确比例的、简化的、放大的草图。可见相对应的对准标记9l、9r。对准标记9l、9r的位置可以相对于下方的探测坐标系（xdu, ydu）最好地被说明。下方的探测坐标系（xdu, ydu）的原点例如位于光敏表面14su的左上角。
图3b示出了在根据本发明的第四过程步骤104开始时上方的相机芯片2o的光敏区14so的示意性的、未按正确比例的、简化的、放大的草图。
可见：被投影的对准标记9pl、9pr没有与理想的位置9il、9ir全等。上方的光敏表面14so具有上方的探测坐标系（xdo, ydo）。上方的探测坐标系（xdo, ydo）的原点位于光敏表面14so的左上角。
优选地，只要光敏区14su、14so拥有相同的特性（如长度、宽度、沿x方向的分辨率、沿y方向的分辨率等等），或简而言之，使用相同相机芯片2u、2o，理想的位置9il、9ir在探测坐标系（xdo, ydo）中的坐标就对应于对准标记9l、9r在下方的探测坐标系（xdu, ydu）中的坐标。当然，另一条件是对探测坐标系（xdu, ydu）和（xdo, ydo）的原点的正确并且始终相同的选择。
通过对光学***11、11'、11"中的光学元件的进一步适配，可以相对于理想的位置9il、9ir来校准对准标记9pl、9pr。在此，可能发生对准标记9pl、9pr相对于探测坐标系（xdo, ydo）的平移移位和/或可能发生相对于探测坐标系（xdo, ydo）的旋转。
如果完美的校准不完全可能和/或由于会持续太长时间而经济上不符合期望，则对准标记9pl、9il或9pr、9ir彼此并不完全全等，而是相对于彼此平移和/或旋转移位。接着，对准过程会结束于该步骤。根据本发明，***存储对准标记9pl、9il、9pr、9ir相对于探测坐标系（xdo, ydo）的坐标。如果这样校准的光学***在接下来的过程中例如被用于：必须使第一衬底的第一衬底表面的第一对准标记与第二衬底的第二衬底表面的第二对准标记相对于彼此对准，则必须使用被测量并且被存储的平移和/或旋转移位来进行校正。
图3c示出了在根据本发明的第四过程步骤104结束时上方的相机芯片2o的光敏区14so的示意性的、未按正确比例的、简化的、放大的草图。对准标记9pl、9pr位于理想的位置9il、9ir。光学***11、11'、11"借此被校准。即使根据本发明的过程的所阐述的并且优选的目标是使被投影的对准标记9pl、9pr与理想的位置9il、9ir全等，也公开了如下可能性：没有使被投影的对准标记9pl、9pr与理想的位置9il、9ir全等而作为替代存储在被投影的对准标记9pl、9pr与理想的位置9il、9ir之间的旋转和/或平移移位。通过所述被存储的信息，能随时执行坐标和/或影像校正。对这种坐标和/或影像校正的执行与计算能力相关联。也可设想的是：尤其是由于光学***11、11'、11"的光学和/或机械构件中的公差，不能使对准标记9pl、9pr与理想的位置9il、9ir完全全等。在这种情况下，优选地同样存储旋转和/或平移移位。优选地，应一直执行坐标和/或影像校正，以便获得尽可能精确的结果。
图4a示出了根据本发明的第一实施方式的被拆解的相机芯片2u的示意性的、未按正确比例的等角分解图。相机芯片2u由具有光敏表面14su的芯片载体14组成。
芯片载体14大多利用保护板15、尤其是玻璃板来密封。在此，该密封只能在花费巨大的力的情况下破裂而且通常导致芯片载体14、尤其是光敏表面14su的毁坏。因此，对准标记9l、9r优选地必须由芯片制造商在用保护板15进行密封之前被制造。
其它玻璃板16、尤其是滤光器可以被安装和固定在保护板15上。所有构件14、15、16大多借助于框架17来固定。
图4b示出了根据本发明的另一实施方式的被拆解的相机芯片2u的示意性的、未按正确比例的等角分解图，其中根据本发明的具有对准标记9l、9r的单独的标记板18尤其是紧接在保护板15之后被固定，即尽可能靠近光敏表面14su地被固定。对准标记9l、9r优选地位于标记板18的朝向光敏表面14su的的一侧上，以便还进一步减小在对准标记9l、9r与光敏表面14su之间的距离。
在大多数相机芯片2u的情况下，能相对简单地执行对标记板18的***，因为在保护板15上方的所有构件都可轻易地、尤其是甚至有意地被移除。由此，这种相机芯片2u能扩展，尤其是通过滤光器来扩展，在特殊情况下通过标记板18来扩展。
附图标记列表
1o、1u 相机
2o、2u 相机芯片
3、3o、3u 镜
4、4' 透镜
5o、5u 光学平面，尤其是对象平面或投影面
6o、6u 透镜
7、7'、7" 照明路径
8 成像路径
9l、9r、9l'、9r' 对准标记
9pl、9pr 被投影的对准标记
9il、9ir 理想的对准标记
10 光源
11、11'、11" 光学***
12u、12u'、12u" 光学子***
12o、12o'、12o" 光学子***
13o、13u 光轴
14 芯片载体
14so、14su 光敏表面
15 保护板
16 玻璃板，尤其是滤光器
17 框架
18 标记板
19 表面
20 倾斜轴
21 对准标记投影***
α 光学平面之间的角度
A-A 截面图
B-B 截面图
d 距离
dx、dy 距离
tu、to 景深范围
xdu、ydu 坐标

Claims (15)

1.一种用于使光学***（11、11'、11"）的两个对置地、尤其是相叠地布置的光学子***（12u、12u'、12u"、12o、12o'、12o"）对准的方法，所述方法具有如下步骤：
- 将对准标记（9l、9r、9l'、9r'）投影到第一、尤其是下方的光学子***（12u、12u'、12u"）的投影面（5u）中，
- 将所述对准标记（9l、9r、9l'、9r'）从第一投影面（5u）投影到第二、尤其是上方的光学子***（12o、12o'、12o"）的敏感表面（14so）上，
- 使所述光学子***（12u、12u'、12u"、12o、12o'、12o"）相对于彼此对准，使得所述对准标记（9l、9r、9l'、9r'）的投影（9pl、9pr）在所述敏感表面（14so）的景深范围内成像于理想的位置（9il、9ir）。
2.根据权利要求1所述的方法，其中用于对所述对准标记（9l、9r）进行照明的光（7）经由至少一个光源（10）、尤其是灯、优选地卤素灯和至少一个镜（3）被耦合输入到第一和/或第二光学子***（12u、12u'、12u"、12o、12o'、12o"）中。
3.根据上述权利要求之一所述的方法，其中用于对所述对准标记（9l、9r）进行照明的周围环境光（7'）在所述光学子***（12u、12u'、12u"、12o、12o'、12o"）的至少一个位置上、尤其是在第一相机（1u）上和/或在镜（3、3u、3o）上被耦合输入，其中优选地未安装对所述光学子***（12u、12u'、12u"、12o、12o'、12o"）的屏蔽。
4.根据上述权利要求之一所述的方法，其中所述对准标记（9l'、9r'）由对准标记投影***（21）投影到第一相机（1u）的第一相机芯片（2u）的第一敏感表面（14su）上，其中所述对准标记（9l'、9r'）尤其包括LED场和/或构造为掩模。
5.根据上述权利要求之一所述的方法，其中所述光学子***（12u、12u'、12u"、12o、12o'、12o"）包括两个对置地布置的透镜（6o、6u），所述透镜的投影面（5o、5u）和/或光轴（13o、13u）相对于彼此对准。
6.根据权利要求5所述的方法，其中至少所述透镜（6o、6u）是用于使衬底、尤其是晶圆对准的设备的部分。
7.根据权利要求5或6所述的方法，所述方法具有如下流程：
- 将对准标记（9l、9r）布置在第一相机（1u）的第一相机芯片（2u）的第一敏感表面（14su）附近和/或布置在第一相机（1u）的第一相机芯片（2u）的第一敏感表面（14su）上，和/或将对准标记（9l'、9r'）投影到第一相机（1u）的第一相机芯片（2u）的第一敏感表面（14su）上，
- 经由第一光学子***（12u、12u'、12u"）将所述对准标记（9l、9r、9l'、9r'）从所述第一相机芯片（2u）投影到所述第一投影面（5u）中，其中所述第一光学子***（12u、12u'、12u"）具有第一透镜（6u），其中所述第一投影面（5u）布置在所述透镜（6o、6u）之间，
- 经由第二光学子***（12o、12o'、12o"）将所述对准标记（9l、9r、9l'、9r'）从所述第一投影面（5u）投影到第二相机（1o）的第二相机芯片（2o）的第二敏感表面（14so）上，其中所述第二光学子***（12o、12o'、12o"）具有第二透镜（6o）。
8.根据权利要求5、6或7所述的方法，其中所述透镜（6o、6u）为了对准而相对于彼此平移地和/或旋转地移动。
9.根据权利要求5、6、7或8所述的方法，其中所述透镜（6o、6u）为了对准而靠近，使得第一透镜（6u）的第一投影面（5u）位于第二透镜（6o）的第二对象平面（5o）的景深范围内。
10.根据上述权利要求之一所述的方法，其中所述对准标记（9l、9r）直接涂覆在第一相机（1u）的第一相机芯片（2u）的第一敏感表面（14su）上。
11.根据上述权利要求之一所述的方法，其中所述对准标记（9l、9r）直接涂覆在第一相机芯片（2u）的第一敏感表面（14su）上，其中所述对准标记（9l、9r）具有非功能性像素的累积、尤其是十字形的累积。
12.根据上述权利要求之一所述的方法，其中所述对准标记（9l、9r）被涂覆到在第一相机（1u）的第一相机芯片（2u）中的单独的标记板（18）上，其中所述对准标记（9l、9r）与所述第一相机芯片（2u）的第一敏感表面（14su）之间的距离小于1 mm，优选地小于100 μm，还更优选地小于10 μm，最优选地小于1 μm，完全最优选地小于0.1 μm。
13.一种用于尤其是利用根据上述专利权利要求之一所述的方法来使光学***（11、11'、11"）的两个对置地、尤其是相叠地布置的光学子***（12u、12u'、12u"、12o、12o'、12o"）对准的***（11、11'、11"），所述***具有：
- 第一相机（1u），所述第一相机具有第一相机芯片（2u），用于将对准标记（9l、9r、9l'、9r'）投影到第一、尤其是下方的光学子***（12u、12u'、12u"）的投影面（5u）中；
- 如下装置，所述装置用于将所述对准标记（9l、9r、9l'、9r'）从第一投影面（5u）投影到第二、尤其是上方的光学子***（12o、12o'、12o"）的敏感表面（14so）上；
- 如下装置，所述装置用于使所述光学子***（12u、12u'、12u"、12o、12o'、12o"）相对于彼此对准，使得所述对准标记（9l、9r、9l'、9r'）的投影（9pl、9pr）能在所述敏感表面（14so）的景深范围内成像于理想的位置（9il、9ir）。
14.根据权利要求13所述的***（11、11'、11"），其中所述对准标记（9l'、9r'）由对准标记投影***（21）投影到第一相机（1u）的第一相机芯片（2u）的第一敏感表面（14su）上，其中所述对准标记（9l'、9r'）尤其包括LED场和/或构造为掩模。
15.一种相机芯片（2u）、尤其是用于根据上述专利权利要求之一所述的***（11、11'、11"）和/或方法的相机芯片（2u），所述相机芯片具有在附近和/或在其敏感表面（14su）上的对准标记（9l、9r）。
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