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KR101741384B1 - 기질들을 정렬하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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KR101741384B1
KR101741384B1 KR1020167022033A KR20167022033A KR101741384B1 KR 101741384 B1 KR101741384 B1 KR 101741384B1 KR 1020167022033 A KR1020167022033 A KR 1020167022033A KR 20167022033 A KR20167022033 A KR 20167022033A KR 101741384 B1 KR101741384 B1 KR 101741384B1
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토마스 발겐라이트너
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에베 그룹 에. 탈너 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 제 1 기질을 제 2 기질과 정렬하고 접촉하기 위한 방법 및 적어도 네 개의 감지유닛을 가진 해당 장치에 관한 것이며,
a) 적어도 두 개의 제 1 감지유닛이 적어도 X 방향 및 Y 방향으로 이동할 수 있고,
b) 적어도 두 개의 제 2 감지유닛이 Z 방향으로만 이동할 수 있다.

Description

기질들을 정렬하기 위한 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR ALIGNING SUBSTRATES}
본 발명은, 제 1 항에 따라 제 1 기질을 제 2 기질과 정령하고 접촉시키기 위한 방법 및 제 8 항을 따르는 해당 장치에 관한 것이다.
예를 들어, 마이크로칩 또는 저장 구조 유닛들 및 마이크로기계 부품(micromechanical components) 및 마이크로유체 부품과 같은 전자회로의 소형화(miniaturization)가 수십 년 동안 지속적으로 발전해왔다. 이러한 기능 그룹(functional group)들이 밀도를 추가로 증가시키기 위해 수년 전부터 이들의 스택킹(stacking)이 시작되었다. 상기 목적을 위해 상기 기능 그룹들은 예를 들어, 웨이퍼와 같은 기질에서 생산된다. 다음에 상기 웨이퍼들은 서로 정렬되고 서로 결합되어 몇 가지 공정 단계들에서 대량 수율(yield)로 이어지고 주요한 기능 그룹들이 높은 밀도를 가지며 서로 스택킹된다.
또한 대부분의 경우에 서로 다른 웨이퍼들의 기능 그룹들은 서로 다른 기능성(functionalities)을 가진다. 따라서 제 1 웨이퍼의 기능 그룹들은 마이크로칩인 반면에, 제 2 웨이퍼의 기능 그룹들은 메모리 칩들일 수 있다. 실제로 연결공정이 수행되기 전에, 웨이퍼들은 서로 정렬된다. 웨이퍼상에 배열된 기능 그룹들이 작을 수록 요구되는 정밀도 및 이에 따른 낮은 스크랩핑(scrapping)을 형성하기 위해 두개의 웨이퍼들이 서로 정렬되는 공정은 더욱 정밀하게 수행되어야 한다.
서로 정렬되는 두 개의 웨이퍼들이 가질 수 있는 정밀도는, 정렬유닛(alignment unit)이 가지는 기계부품 및 광학부품과 용도에 전적으로 의존한다.
광학 부품에 있어서, 우선 기질상에서 정렬 마크(mark)를 가능한 정확하게 탐지할 정도로 확대, 특히 분해능(resolution)이 높다는 것이 보장되어야 한다. 또한, 이에 따라 확대 및 분해능이 높은 경우에 촛점 영역(focus area) 깊이는 가능한 커야 한다.
기계 부품들에 있어서, 우선 모터와 베어링들이 결정적으로 중요하다. 상기 모터는 중량의 부하를 가속하며 이동시키고 제동하지만, 이 경우 모터들은 또한 가능한 정밀하고 기본적으로 재현(reproducible)될 수 있는 위치 제어를 허용해야 한다. 이러한 기능을 보장하기 위해, 특수 형태의 베어링들이 필요하다. 상기 베어링은, 가능한 마찰 없이 전이(shift)되어야 하는 부하를 위한 스토리지(storage)ㄹ된를 제공한다. 현재까지, 두 개의 부품들이 서로에 대해 접촉없이 전이될 수 있는 공기 베어링들이 선호적으로 이용된다.
주로 진공 환경에서 남은 모터의 정밀도와 재현능력(reproducibility)을 증가시키기 위해 가능한 많은 모터 및 필요한 스토리지를 제거하는 것이 유리할 수 있다.
종래기술에 예를 들어, 문헌 제 AT405775B 호에 공개된 것과 같은 정렬 시스템들이 이미 존재한다. 그러나 상기 정렬시스템은 약간의 심각한 문제점을 가진다. 특허 명세서 제 AT405775B 호에 공개된 하부 및 상부 표본 홀더(speciment holder)들사이의 이동거리는 매우 길어서 실제로 결합공정이 수행될 때 두 개의 기질들은 서로에 대해 부정확하게 위치설정(positioning)될 수 있다.
또한 진공 환경에서 정렬공정이 수행되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 공기 베어링의 이용은 어렵고 문제를 가진다.
그러므로, 또 다른 정렬 시스템은 공개문헌 제 PCT/EP2013/062473 호에 공개되어 있다. 상기 공개문헌에서, 이동거리가 길어지는 문제점은, 서로 정렬되는 기질들이 두 개의 마킹들을 가진 연결축을 따라 횡 방향으로 이동함에 따라 해결된다. 상기 문헌 제 AT405775B 호에 공개된 실시예와 대조적으로 광학장치(optics)들은 기질의 전방에 배열되지 않고 다소 횡 방향으로 배열되어 이동거리가 극적으로 감소될 수 있다. 이동거리가 극적으로 감소되면, 문헌 제 PCT/EP2013/062473 호에 공개된 정렬유닛은 진공에 적합하고 완전히 다른 모터들과 베어링들을 이용할 수 있다.
그러므로 본 발명의 목적은, 기질들을 정렬하고 접촉시키기 위한 방법과 장치를 제공하여 특히 진공상태에서 기질들이 더욱 정밀하고 효과적으로 정렬되고 접촉할 수 있도록 하는 것이다.
상기 목적은 제 1 항 및 제 8 항의 특징들에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 다른 실시예들이 종속항들에 제공된다. 명세서, 청구범위 및/또는 도면에 도시된 적어도 두 개의 특징들로 구성된 모든 조합들은 본 발명에 속한다. 도시된 수치범위에 있어서, 상기 제한값들에 속하는 수치들도 또한 경계값으로서 공개되고 모든 조합에서 청구될 수 있다.
일반적으로 본 발명은, 장치, 방법, 두 개의 기질(substrates)들, 특히 진공상태에서 서로 최적상태로 정렬되고 정렬된 후에 접촉이 이루어지는 것이 선호되는 두 개의 웨이퍼(wafers)들을 포함한다.
이 경우 본 발명은, 특히 두 개의 기질들을 서로 정확하게 정렬하기 위하여 적어도 세 개의 자유도(degree of freedom)를 가진 단지 한 개의 특히 단일 표본 홀더(specimen holder)(제 1 기질을 고정하기 위한 제 1 홀더)가 필요하고, 제 2 표본 홀더(제 2 기질을 고정하기 위한 제 2 홀더)가 단지 한 개지만 이 경우 매우 정밀한 자유도를 가지는 사상을 기초로 한다. 매우 정밀한 자유도는, 해당 정밀도를 가지며 표본 홀더를 위치설정할 수 있는 표본 홀더를 제어하기 위한 모터로서 정의된다. 또한 본 발명을 따르는 실시예는, 특히 Z 방향으로 단지 단일 자유도를 가지는 적어도 두 개의 감지 유닛들을 제공한다.
X 방향, Y 방향 및 Z 방향은 각각 서로에 대해 횡 방향(특히 수직)으로 형성되어, 이 경우 특히 카테시안 좌표계가 형성된다.
따라서 본 발명을 따르는 실시예는, 두 개의 기질들을 서로 매우 정밀하게 정렬하기 위해 필요한 정렬을 위한 모든 요소들의 자유도 수를 감소시킨다.
본 발명에 의하면, 특히 두 개의 조정 기질들이 선호되는 조정 기질이 홀더에 의해 기질의 운동에 대한 감지유닛들의 조정작업을 수행하기 위해 이용된다.
본 발명을 따르는 실시예들은 주로, 진공상태에서 처음에 매우 정밀하게 기질들을 정렬하고 접촉시킬 수 있는 신규하고 진보한 장치를 보여준다.
본 발명은, 적어도 네 개의 감지 유닛들, 특히 광학장치, 각각의 경우(in each case) 표본 홀더를 가진 두 개의 정렬 유닛들(제 1 또는 상부 및 제 2 또는 하부 홀더), 상기 감지유닛의 광학장치와 표본 홀더를 이동시키기 위한 모터들을 가진 해당 X, Y 및 Z 병진운동 유닛들을 포함한다. 상기 정렬 챔버는 대기에 개방되거나 진공상태일 수 있는 공간에 배열되는 것이 선호된다.
감지유닛들이 정렬 챔버 외부에 배열되면, 정렬 챔버는 해당 윈도우를 가지고 상기 윈도우를 통해 감지작용이 수행된다. 상기 정렬 챔버내에 광학장치(일반적으로 감지 유닛들)를 위치설정하여, 상기 윈도우를 통해 빔(beam)이 투과하여 발생될 수 있는 윈도우의 광학적 오차(optical errors)들이 제거된다. 예를 들어, 윈도우의 거친 표면 때문에, 윈도우의 비평면 절단측부(non- plane cut window sides)들이 가지는 광 경로 편차(deviation), 강도 손실(intensity loss), 특정 파장의 흡수, 반사 효과 또는 상대적으로 큰 디퓨즈 홀더(diffuse holder)가 고려될 수 있다. 정렬 챔버 외부에 광학장치를 장착하는 것은 장점을 제공한다. 그러나 광학장치들은 용이하게 접근할 수 있지만 진공환경을 위해 설계되지 말아야 한다. 또한, 상기 광학장치를 이동시키는 모터들은 진공 작업을 위해 설계되지 말아야 한다.
매우 특수한 실시예에서, 상기 윈도우는 양쪽 측부들에서 평면구조를 가지지않고 윈도우 자체는 광학 요소로서 설계되어 상기 챔버내에서 구조체의 확대(magnification) 및/또는 분해능을 능동적으로 개선시킨다. 윈도우를 매우 정밀하게 제조하면, 윈도우의 반사 특성(refraction properties)이 능동적으로 이용될 수 있고 구체적으로 광 경로를 취약(weakening)하게 만들고 오류(falsifying)를 가지는 대신에 광 경로에 영향을 준다. 예를 들어, 윈도우 자체는 양면 볼록(biconvex), 양면 오목(biconcave), 볼록- 오목 또는 오목 볼록 렌즈로서 설계되는 것을 고려할 수 있다. 대부분의 윈도우는 양쪽 측부들에서 평면구조를 가지고 실제 렌즈요소는 윈도우의 내측 부분에서 변부로부터 분리되어 위치하는 것을 고려할 수 있다.
특히, 정렬 챔버의 동일한 측부에 배열되거나 선호적으로 하측 변부에 배열되는 것이 선호되는 적어도 두 개의 광학장치들은 단지 단일 병진운동 자유도를 가지고 다시 말해 Z 방향을 따라 운동하고 따라서 순수하게 선형 운동으로 한정된다.
기질들 선호적으로 웨이퍼들은 표본 홀더들에 고정된다. 상기 표본 홀더들은 홀더들에 장착된다. 일반적으로 상기 홀더들은 여러 개의 병진운동 유닛들 및/또는 회전운동 유닛들을 가져서, 상기 표본 홀더 따라서 기질 특히 웨이퍼의 병진운동 또는 회전운동을 가능하게 만든다. 정확하게 두 개의 홀더들 특히, 제 1 또는 상부 홀더 및 제 2 또는 하부 홀더가 구성되는 것이 선호된다.
상부 홀더는 여러 개의 자유도를 가지고, X 방향의 자유도, Y 방향의 자유도 및 특히 회전운동을 위한 자유도를 가지는 것이 선호된다. Z 방향에 대하여 두 개의 추가적인 회전운동 자유도 및/또는 한 개의 병진운동 자유도가 고려될 수 있다.
선호적으로 하부 홀더는 정확하게 Z 방향을 따라 한 개의 병진운동 자유도를 가진다. 다른 자유도를 제거하면, 하부 홀더는 웨이퍼를 Z 방향으로 매우 정밀하고 특히 매우 정밀하게 재현할 수 있는 위치제어기능을 수행할 수 있다.
다음에, 부품들 특히 홀더들은 항상 본 발명을 따르는 장치의 하부 또는 단지 한 개의 병진운동 자유도를 가진 정렬 챔버(alignment chamber)에 배열되며, 부품들 특히 최대 갯수의 자유도보다 큰 홀더들이 (선호되는 실시예의) 정렬 챔버의 상부에 위치한고 가정한다. 또한, 광학장치들의 경우, 좌측 및 우측 광학장치들 또는 마주보게 배열될 수 있는 감지유닛들은 구분된다. 그러나 단지 한 개의 자유도를 가진 부품을 상부에 장착하거나 부분적으로 상부와 하부에 장착하는 것을 고려할 수도 있다.
본 발명의 정렬 공정은, 제 1 조정 기질을 제 1 홀더 특히 상부 홀더의 표본 홀더(specimen holder)에 적재하는 것으로 시작한다. 상기 제 1 조정 기질은 서로 마주보게 배열된 조정 기질의 두 측부들에서 적어도 두 개의 마킹들을 가진다.
제 1 조정 단계에서, 제 1 조정 기질은 제 1 조정 기질의 좌측 마킹이 좌측 상부와 하부 광학장치의 투시 영역에 위치할 때까지 좌측으로 이동한다. 상기 조정 단계에서, 좌측 하부 광학장치는 일반적으로 좌측 마킹을 명확하게 표시하기 위해 좌측 마킹으로부터 너무 멀리 떨어져 있지 않게 위치한다. 그러므로, 좌측 하부 광학장치가 좌측 하부 광학장치의 촛점 깊이 영역에 위치할 때까지 상기 좌측 하부 광학장치는 매우 정밀하고 기본적으로 재현될 수 있는 전이(shifting)에 의해 조정 기질의 좌측 마킹과 근접하게 이동한다. 상기 좌측 하부 광학장치는 Z 방향으로 한정된 운동 자유도 때문에 수평면내에서 전이될 수 없으므로, 상기 기질의 좌측 마킹은, X 및 Y 병진운동 유닛에 의해 조정 기질의 병진운동에 의해 좌측 하부 광학장치의 광학 축과 일치하게 된다.
병진운동 유닛들의 운동은 정확하게 감지 데이터로서 감지될 수 있고 감지 데이터는 장치의 구성부품들을 제어하는 제어시스템으로 이송된다.
제 2 조정단계에서, 좌측 상부 광학장치는 조정 기질의 좌측 마킹을 향하게 되어, 좌측 상부 광학장치의 광학 축은 좌측 마킹에 의해 가능한 정확하게 정렬된다. 상기 좌측 상부 광학장치는 상기 위치에 고정될 수 있다. 좌측 상부 광학장치를 나중에 동일한 위치로 되돌릴 수 있기 위하여 상기 좌측 하부 광학장치의 Z 위치는 저장된다.
선호되는 실시예에서, 두 개의 마주보는 광학 축들이 가지는 교차점이 결정되고 두 개의 광학 축들이 정렬되어, 광학 축들은 상기 마킹을 절단한다.
좌측 상부 및 우측 하부 광학장치들을 이용하여 좌측 마킹을 포커싱(focusing)하면, 좌측 마킹은 상기 광학장치들의 촛점 깊이 영역(실제로 정확한 촛점 깊이 영역)에 위치하는 것이 보장된다. 그러나 두 개의 촛점 깊이 영역들은, 유한한 크기(finite extent)를 가지며 광학 축들의 교차점이 위치하는 교차점 영역을 개방할 수 있다. 교차점의 위치는, 상응하는 작은 촛점 깊이 영역을 가진 광학장치에 의해 상당한 제한될 수 있다. 촛점 깊이 영역이 감소되기 때문에, 특히 마킹을 결정하는 데 유사한 긍정적 영향을 가진 광학장치의 분해능이 증가한다.
본 발명에 의하면, 특히 광학 축에 대해 마킹의 위치가 인식되고 감지되며 광학장치에 의해 저장되도록 광학장치가 제어된다. 따라서 원리적으로 상기 목적을 위하여, 상기 마킹이 가능한 중심에서 정지하고 그 결과 광학 축과 가능한 근접하게 정지하거나 적어도 광학 축 주위의 영역내에 정지하는 것이 보장되어야 한다. 광학 축을 마킹에 완전하게 정렬시키는 공정은 상당한 시간이 요구되어 대량 생산시 상당한 비용을 요구하는 공정이다. 따라서, 상기 마킹을 각 광학장치의 투시 영역내에서만 형성하고 다음에 광학 축에 대한 마킹의 X 및 Y 거리를 결정하고 저장하는 것이 선호된다.
또한, 본 발명에 의하면 특히 각 광학장치의 이미지를 감지하는 이미지 센서(image sensor)들 및 광학장치 자체는 광학 축으로부터 변부까지 증가하는 경미한 왜곡(distortion)을 가져서, 기록된 이미지들은 마킹 위치의 측정값들을 더욱 불량하게 만들어서 마킹은 광학축으로부터 더 멀리 떨어지게 된다.
그러므로, 본 발명을 따르는 마킹은, 마킹의 중심과 광학 축을 완전하게 일치시키지 않고도 상기 광학 축과 가능한 근접하게 특히 가능한 신속하게 안내된다. 마킹이 유지되는 것이 선호되는 영역은 F'로 언급된다. 본 발명에 의하면, 마킹은 적어도 상기 광학장치의 투시 영역(F) 또는 선호적으로 영역(F')내에 위치해야 한다.
광학 축들이 좌측 마킹들을 가능한 정밀하게 고정하지만 정확하게 고정하지 못하는 상기 과정에 의하면, 광학 축들이 정밀하게 좌측 마킹을 절단하지 못 하더라도, 기준이 될 수 있는 좌측 영점(zero point)이 결정된다.
매우 특별하지만 달성하기 어렵고 시간과 비용상의 이유로 바람직하지 못한 실시예에서, 양쪽 광학 축들은 좌측 마킹에 정확하게 센터링된다. 다음에 두 개의 광학 축들이 가지는 교차점은 적어도 두 개의 좌측 광학장치들의 촛점 깊이 영역내에 배열되고 선호적으로 상기 좌측 마킹의 중심에 더욱 정확하게 배열된다. 이러한 이상적인 경우에 있어서, 좌측 교차점은 정확하게 좌측 영점과 정확하게 일치한다.
따라서 두 개의 마주보는 감지시스템들은, 특히 쌍을 이루는 감지장치로 함께 작동한다. 상기 좌측 하부 광학장치는 시작 위치로 이동하고, 상기 시작 위치에서 좌측 하부 광학장치는 나중에 정렬 챔버속으로 이동하는 하부 기질의 적재작업을 방해하지 않는다.
제 3 조정 단계에서, 제 1 조정 기질의 우측 마킹이 우측 상부 광학장치와 우측 하부 광학장치의 투시 영역에 위치할때까지 상기 좌측 하부 광학장치는 우측으로 이동한다. 상기 조정 단계에서, 우측 하부 광학장치는 제 1 조정기질을 이동시키기 위해 우측 마킹으로부터 분리되어 위치하여, 우선 대략적인 위치설정이 수행되는 것이 선호된다. 다음에 우측 하부 광학장치가 우측 하부 광학장치의 촛점 깊이 영역에 위치할 때까지 우측 하부 광학장치는 매우 정밀하고 기본적으로 재현될 수 있는 전이에 의해 우측 마킹과 근접하게 된다. 상기 우측 하부 광학장치는 수평 평면 즉, X 및 Y 방향으로 전이될 수 없기 때문에, 우측 마킹은, 상부 병진운동 유닛상에서 조정 기질을 병진운동시켜서 우측 하부 광학장치의 광학 축과 근접하게 되고 반드시 요구되는 것이 아닌 이상적인 경우에서 시간 및/또는 비용상 이유로 일치되도록 형성된다.
제 4 조정 단계에서, 우측 상부 광학장치는 좌측 광학장치의 조정작업에서와 같이 조정 기질의 우측 마킹을 향하고, 좌측 상부 광학장치는 좌측 마킹을 향한다. 다음에, 우측 마킹은 우측 상부 광학장치의 투시 영역내에 배열되는 것이 기본적으로 중요하다. 홀더 센서 및/또는 광학장치의 비틀림 때문에 위치결정의 측정상 부정확성을 최소화하기 위해 우측 마킹은 다시 우측 상부 광학장치의 광학 축과 가능한 근접하게 위해야 한다. 실시예에 의하면, 우측 상부 광학장치의 광학 축과 우측 마킹을 완전히 일치시킨다.
상기 우측 상부 광학장치는 이 위치에 고정되고 정렬될 때까지 이상적인 환경에서 더 이상 이동하지 않는다. 상기 우측 상부 광학장치를 나중에 정확히 동일한 위치로 이동시키기 위하여 우측 상부 광학장치의 Z 위치는 (감지 데이터로서) 저장된다.
상기 광학 축들이 좌측 마킹을 정확하지는 않더라도 가능한 정밀하게 고정시키는 상기 선호되는 공정에서, 광학 축들이 좌측 마킹에 정밀하게 절단하지는 않더라도 기준이 형성되는 영점이 결정된다.
매우 특별하지만 달성하기 어렵거나 시간과 비용에 관한 이유때문에 필요하지 않은 실시예에서, 두 개의 광학축들은 정확하게 우측 마킹에 센터링된다. 다음에 두 개의 광학 축들이 가지는 교차점은, 두 개의 광학장치들이 가지는 적어도 촛점 깊이 영역내에 배열되거나 선호적으로 우측 마킹의 중심내에 심지어 정확하게 배열된다. 이러한 이상적인 경우에, 교차점은 정확하게 우측 영점(right zero point)과 일치하는 것이 선호된다.
따라서 마주보는 두개의 감지 시스템은 특히 감지 쌍(detection pair)로서 함께 작동한다. 상기 우측 상부 광학장치는 시작점에서 이동할 수 있고, 상기 시작점에서 우측 상부 광학장치는 나중에 정렬 챔버속으로 삽입되는 하부 기질의 적재를 방해하지 않는다.
제 3 조정단계에서 제 1 조정 기질은, 조정 기질의 우측 마킹이 우측 상부 광학장치와 우측 하부 광학장치의 투시 영역에 위치할 때까지 우측으로 이동한다.
상기 조정 단계에서 우측 하부 광학장치는 상기 조정 기질을 이동시키기 위해 우측 마킹으로부터 제거된 상태로 배열되어, 우선 대략적인 위치설정이 수행되는 것이 선호된다. 다음에, 우측 하부 광학장치의 촛점 깊이 영역에 위치할 때까지 매우 정밀하고 기본적으로 재현될 수 있는 전이에 의해 우측 하부 광학장치는 우측 마킹에 근접하게 이동한다. 우측 하부 광학장치는 수평 평면 즉 X 방향 및 Y 방향으로 전이될 수 없기 때문에, 상기 조정 기질이 상부 병진운동 유닛상에서 병진운동하여 우측 마킹이 우측 하부 광학장치의 광학 축과 근접하게 이동하고 다음에 반드시 요구되는 것이 아닌 이상적인 경우에서 시간 및/또는 비용상의 이유로 일치된다.
제 4 조정 단계에서 우측 하부 광학장치는 좌측 광학장치의 조정 작업에서와 같이 조정 기질의 우측 마킹을 향하게 하고, 좌측 광학장치는 좌측 마킹을 향하게 된다. 다음에, 우측 마킹은 우측 상부 광학장치의 투시 영역내에 위치하는 것이 기본적으로 중요하다. 홀더 센서 및/또는 광학장치의 왜곡에 따른 위치 결정의 측정오차를 최소화하기 위해 우측 마킹은 우측 상부 광학장치의 광학 축과 가능한 근접하게 배열되어야 한다. 본 발명의 실시예에 의하면, 우측 상부 광학장치의 광학 축과 우측 마킹을 완전히 일치시킨다.
우측 상부 광학장치가 정렬될 때까지 우측 상부 광학장치는 상기 위치에 고정되고 이상적인 환경에서 더 이상 이동하지 않는다. 우측 하부 광학장치를 나중에 다시 정확하게 동일한 위치로 이동시킬 수 있도록 우측 하부 광학장치의 Z 위치가 (감지 데이터로서) 저장된다.
정확하지는 않지만 가능한 정밀하게 광학 축들이 좌측 마킹을 고정하는 상기 선호되는 공정에 의하면, 광학 축들이 정밀하게 좌측 마킹을 절단하지는 못하더라도 기준이 될 수 있는 좌측 영점(left zero point)이 결정된다.
매우 특별하지만 시간과 비용상의 이유로 불필요하거나 달성하기 어려운 실시예에서, 두 개의 광학 축들은 정확하게 우측 마킹에 센터링(centered)된다. 다음에 두 개의 광학 축들이 가지는 교차점이 적어도 두 개의 우측 광학장치들의 촛점 깊이 영역내에 위치하고 더욱 정밀하게 우측 마킹의 중심에 배열되는 것이 선호된다. 상기 이상적인 경우에서, 우측 교차점은 정확하게 우측 영점과 일치하는 것이 선호된다.
따라서 마주보는 두 개의 감지 시스템은 감지 쌍(detection pair)으로서 함께 작동한다. 나중에 정렬 챔버속으로 삽입되는 하부 기질의 적재작업이 우측 하부 광학장치에 의해 방해되지 않는 시작 위치에서 우측 하부 광학장치는 다시 이동할 수 있다.
상기 네 개의 조정 단계들에 의해, 두 개의 감지 쌍들이 가지는 광학 축들의 조정작업이 완성되고, 마킹들의 촛점 깊이 영역이 (감지 데이터로서) 인식된다. 상기 마킹은, 특히 제 1 조정 기질과 유사한 치수를 가진 기질들로 이송/전달될 수 있다.
두 개의 광학 축들이 나중에 결합 평면에서 절단되도록 두 개의 광학 축들이 정렬되는 것이 선호된다. 앞서 설명한 것처럼, 교차점을 정확하게 결정하는 것은 오직 상당한 시간을 소비해서만 가능하기 때문에, 본 발명을 따르는 정렬작업은 적어도 이전의 조정 단계에 의해 결정된 위치에 광학장치들이 배열될 때 광학장치의 촛점 깊이 영역내에 추후 결합 평면이 배열되도록 수행된다.
(조정 단계와 관련하여 앞서 상세히 설명한 것처럼) 마킹이 두 개의 광학장치들내에 정확하게 센터링되도록 시험 기질의 마킹의 촛점에 위치한 광학장치들은 상부 및 하부 광학장치에 의해 촛점이 맞춰지는 것이 선호된다. 두 개의 광학장치들이 센터링된 것으로 보이면, 양쪽의 광학장치들은 마킹과 정확하게 정렬되어, 광학장치들의 교차점은 상기 마킹에 배열된다.
두 개의 광학장치들 중 한 개가 중심에서 마킹을 감지하지 못하는 한, 마킹과 광학 축사이의 오프셋이 소프트웨어, 펌웨어(firmware) 또는 하드웨어에 의해 저장되고 나중에 변환작업을 위해 이용된다. 해당 소프트웨어, 펌웨어 또는 하드웨어가 추후 결합 평면에서 광학 축들의 교차점 및 추후 결합 평면에서 광학 축들의 정확한 교차점 사이의 거리를 저장하고 두 개의 기질들을 서로 정확하게 정렬시키기 위해 오프셋이 이용된다.
하부 광학장치는 하부 광학장치의 저장된 Z 위치에 따라 이동할 수 있다. 이상적인 환경에서, 상기 조정은 단지 일회 수행되어야 한다. 그러나 예를 들어, 한 개이상의 광학장치들의 교체, 기계부품들의 교체 또는 심지어 정렬 챔버의 단순한 청소(purification)와 같은 시스템의 변경이 수행되면, 새로운 조정작업이 수행될 수 있다. 특히, 우측 또는 좌측에서 광학 축들이 가지는 교차점의 전이가 수행되거나 형성될 때, 상기 조정작업은 항상 수행된다.
다음 단계로서, 특히 제 1 홀더의 병진운동 유닛 및/또는 제 1 감지 유닛의 병진운동 유닛의 X- Y 운동을 감지하기 위해 여러 개의 마킹들( 다시 말해 마킹 매트릭스)을 가진 제 2 조정 기질 및 상부 광학장치사이에서 조정작업이 수행된다.
다음에, 한편으로 광학 축을 마킹에 대해 정확한 조절 및 다른 한편으로 다른 한편으로 광학 축과 마킹 사이의 접근은 앞서 설명한 것과 같이 구분될 수 없다. 본 발명에 의하면 마킹의 위치를 결정하기 위한 두 가지 방법들이 가능하다. 다음에 본 발명의 실시예에 관한 간단한 설명을 위해 마킹을 정확하게 탐지하는 것만을 설명한다. 상기 특징부들은 유사하게 하기 실시예에 적용된다. 제 1 조정 단계에서, 제 2 조정 기질은, 마킹들 중 한 개가 좌측 상부 광학장치의 광학 축에 대해 정확하게 중심을 맞출 때까지 좌측 상부 광학장치 아래에서 이동한다. 다음에, 상부 홀더가 다음 조정 단계동안 동일한 X-Y 위치에 유지되도록 제 2 조정 기질은 상부 홀더에 의해 고정된다.
제 2 조정 단계에서, 좌측 상부 광학장치는 감지 유닛의 X 및 Y 병진운동 유닛들에 의해 제 2 조정 기질의 좌측부에서 마킹 매트릭스의 마킹들을 하부로 향하게 하고 상기 좌측 상부 광학장치를 모든 마킹위에 배열하여, 현재 제어되는 마킹은 좌측 상부 광학장치의 광학 축과 중심에 맞춰져 배열된다.
상기 제 2 조정 기질의 마킹 매트릭스의 마킹들은 특히 증착 공정(deposition process)에 의해 형성되고 매우 정확하게 특히 등거리 및/또는 정밀한 거리를 두고 위치한다. 마킹 매트릭스의 마킹들사이의 거리는 100μm보다 작거나 선호적으로 10μm보다 작거나 더욱 선호적으로 1μm보다 작거나 100nm보다 작다. 마킹 매트릭스의 마킹들사이의 거리 오차 또는 편차는 특히, 좌측 상부 광학장치의 광학장치 모터가 가지는 분해능 한계 및/또는 정밀도보다 작다.
제어유닛들의 X- Y 위치들은 특히 중앙 제어 시스템에 의해 감지 데이터로서 저장된다. 중앙 제어 시스템은, 감지 데이터를 해당 마킹을 위한 통합 수치(integrated value)와 관련되도록 입력한다. 그 결과, 이상적인 X 및 Y 위치들을 가진 이상적인/미리 설정된 위치 차트(positional chart) 및 상기 차트에 관련될 수 있고 좌측 상부 광학장치의 실제 X 및 Y 좌표계( 또는 위치들)를 나타내는 실제 위치 차트로 제공되는 두 개의 위치 차트들이 구해진다. 상기 위치 차트들은 전단사 도형(bijective figure)에 의해 서로 관련되거나 관련될 수 있다. 보간법(interpolation)에 의해, 이상적인 X 및 Y 위치상에서 상기 좌측 상부 광학장치의 운동을 개시하는 실제 X 및 Y 위치들을 결정하기 위해 연속적인 위치차트가 형성될 수 있다.
제 3 조정 단계에서, 마킹들 중 한 개가 우측 상부 광학장치의 광학 축과 정확하게 중심을 맞춰 배열될 때까지 제 2 조정 기질은 우측 상부 광학장치아래로 이동한다. 다음에, 제 2 조정 기질이 다음 조정 단계들에서 동일한 X- Y 위치에 유지되도록 상기 제 2 조정 기질은 상부 홀더에 의해 고정된다.
우측 상부 광학장치를 위한 제 4 조정 단계는 제 2 조정 단계에 해당되고 우측으로 전달된다.
본 발명을 따르는 최종 조정 단계는 하부 홀더의 Z 병진운동 유닛에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 특히 하부 홀더는 Z 방향으로 오직 한 개의 병진운동 자유도를 가진다. 이와 관련하여, 하부 홀더는 매우 정밀하게 안내되는 것이 보장된다. 특히 Z 축에 대해 하부 홀더의 운동방향을 기울어지게 하거나 위치 오차를 통해 상기 하부 홀더가 Z 방향을 따라 운동할 때 X 방향 및/또는 Y 방향의 편차가 형성되는 한, 본 발명의 실시예에 따라 하부 홀더의 X- Y 평면내에서 한 개이상의 마킹들이 운동하는 것이 관찰된다. 특히, 한 개이상의 마킹들위에서, X 방향 및/또는 Y방향으로 하부 홀더가 전이되는 것이 Z 방향을 따르는 위치의 함수로서 결정된다. 특히 상기 함수는 선형 함수로서 보간처리된다. 이와 관련하여, 상기 함수는 제어 시스템 또는 소프트웨어, 펌웨어에서 인식되고, 상기 함수의 경로, X 및/또는 Y를 이용하여 경로 Z가 추종될 때 기질이 전이된다.
제 1 실시예에서 관찰된 마킹은 언제나 전체 경로 Z에 걸쳐서 광학장치의 투시 영역내에 유지하고 광학장치의 촛점 깊이 영역에 유지된다. 그러나 이것은, 촛점 깊이 영역이 상응하게 클 때에 Z 방향의 상당한 운동 거리에 대해 가능하다. 이것은, 작은 확대 및 분해 능력을 가진 광학장치에 의해서만 가능할 수 있다.
선호되는 제 2 실시예에서, 상부 광학장치는 Z 축을 따라 기질을 가진다. 특히 본 발명을 따르는 상부 광학장치는 Z 병진운동 유닛을 가지기 때문에 이것은 특히 유리하다. 상기 조정 단계는, 상기 다른 모든 조정 단계들 이전에 수행되어, 계속되는 조정단계들에서 광학장치는 Z 방향으로 이동할 필요가 없어서 유리하다.
또한, 본 발명에 의하면 양 및 음의 Z 방향을 따라 상부 광학장치와 기질이 여러 번 전이되고 상기 여러 번의 통과(pass)에 대한 평균을 구하여 최적 함수가 결정된다.
더욱 효율적이고 선호되는 제 3 실시예에서, 적어도 네 개 특히, 정확하게 네 개의 마킹을 가진 조정 기질이 이용되고, 두 개의 마킹들이 상부에서 이용되고 각각의 경우 좌측부에서 한 번 및 우측부에서 한 번 그리고, 두 개의 마킹들이 하측부에서 이용되고 각각의 경우 좌측부에서 한 번 및 우측부에서 한 번 이용된다.
조정 기질은 정확하게 측정되거나 공지된 두께를 가진다. 상기 두께는 적어도 상기 마킹 주변에서 가장 정확하게 측정된다. 이 경우, 적어도 마킹 주변에서 상기 조정 기질의 두께는 더욱 정확하게 100μm, 더욱 정확하게 10μm, 더욱 정확하게 1μm, 가장 정확하게 100nm, 가장 정확하게 10nm 가장 정확하게 1nm로 측정된다.
각각 마주보는 마킹들이 X 방향 및/또는 Y 방향으로 서로를 향해 전이되는 한, X 방향과 Y 방향으로 두 개의 마주보는 마킹들의 상대 거리가 측정된다. 이 경우 오차는 특히 100μm보다 작고 선호적으로 10μm보다 작으며, 더욱 선호적으로 1μm보다 작고, 가장 선호적으로 100nm보다 작고, 더욱 선호적으로 10nm보다 작고 가장 선호적으로 1nm보다 작다.
본 발명을 따르고 앞서 설명한 두 개의 실시예들과 대조적으로, Z 병진운동 유닛이 미리 설정된 경로를 따라 X 방향 및/또는 Y 방향의 편차(deviation)를 결정하기 위하여, 상부 광학장치는 특히 상부 마킹에 촛점을 형성한다. 다음에 부분 조정 단계라고 설명되는 운동에서 상기 Z 병진운동 유닛은, 조정 기질의 두께와 일치하는 거리에 걸쳐서 상부 광학장치를 향해 이동한다. 접근하는 동안, 상부 마킹을 전이(shifting)시키면 X 방향 및/또는 Y 방향의 Z 병진운동 유닛의 전이가 결정될 수 있다( 그리고 이 경우 공정동안 하부 마킹에 의해 하부 마킹은 촛점 깊이 영역내에 위치한다). 상부 광학장치가 하부 마킹에 촛점을 형성한 후에, 상부 마킹이 다시 촛점에 설정될 때까지 상기 광학장치는 운동한다. X 방향 및/또는 Y 방향으로 두 개의 마킹들사이의 상대 거리는 변하지 않기 때문에, 상부 광학장치는- Z 방향으로 전이된 후에- 상부 마킹에 대하여 상기 부분 조정 단계 이전에 인식되는 동일한 위치로 다시 설정될 수 있다. 각각의 새로운 부분 조정 단계 이전에 상기 광학장치가 다시 상부 마킹에 대해 위치설정되는 한, 상기 상부 광학장치의 Z 방향 운동에 의해 발생될 수 있는 X 전이 및/또는 Y 전이는 상기 병진운동 유닛의 X 전이 및/또는 y 전이의 결정과 무관하게 된다. 상기 부분 조정 단계는 모든 거리에 대해 반복될 수 있다.
다시 말해, 상부 광학장치와 조정 기질은 단계별로 이동하고 선택적으로 측정되어야 하는 경로를 따라 이동하며, 새로운 조정 단계 이전에 광학장치는 항상 상기 조정 기질의 마킹들을 향한다.
본 발명에 의하면, 반대 공정이 고려될 수 있고, 다시 말해 상기 상부 광학장치가 우선 하부 마킹에 대해 촛점이 형성되고, 다음에 조정 기질이 상부 광학장치로부터 떨어져 이동한다.
다음에 상기 조정 기질의 Z 전이가 광학 장치를 향해 이동한 후에 상부 광학장치가 이동한다.
상부 및 하부 마킹들이 항상 상기 조정 기질이 운동하는 동안 상기 상부 광학장치의 촛점 깊이 영역내에 배열될 때 상기 조정 단계는 특히 효과적이다. 본 발명을 따르는 상기 실시예에서, 조정기질은 투명하다. 또한 상기 조정 기질은 가능한 얇게 선택되지만 가능한 굽힘(bending)을 방지하기 위해 필요한 두께를 가진다. 조정 기질은 특히 2,000μm보다 작거나 선호적으로 1,000μm보다 작거나 더욱 선호적으로 500μm보다 작거나 가장 선호적으로 100μm보다 작은 두께를 가진다. 좌측 상부 광학장치가 좌측 광학 장치상에서 상기 측정작업을 수행하고 동시에 우측 상부 광학장치가 우측부에 측정 작업을 수행할 때 X 및 Y 방향으로 Z 병진운동 유닛의 편차 조정은 특히 효과적이다. 상기 조정 단계가 완료되면, 양 또는 음의 Z 방향으로 운동하는 경우에 X 방향 및/또는 Y 방향으로 기질이 얼마나 많이 전이되는 지를 정확하게 예측할 수 있다.
조정 기질을 가진 모든 조정 공정이 완료된 후에, 기질의 처리가 시작된다. 다음에 선호되는 페이스 투 페이스(face to face) 정렬과정이 앞서 정확하게 조정된 본 발명의 실시예에 도시된다. 페이스 투 페이스 정렬 과정에 있어서, 서로 결합되어야 하는 두 개의 기질들의 접촉 면들에 마킹들이 배열된다.페이스 투 페이스 정렬과정은 예로서 정렬과정으로 이용되어야 한다. 상기 실시예는, 가장 복잡한 정렬과정을 도시하기 때문에 적합한 예이다. 이것은 광학장치를 위한 기질들이 접근하는 동안 접근할 수 없는 마킹들에 기인한다 즉, 페이스 투 페이스 정렬 과정에서 상기 기질들은 거의 블라인드(blind) 상태로 모인다.
백 투 백(back to back) 과정을 수행할 때, 페이스 투 백 공정 및 백 투 페이스 공정도 고려될 수 있다. 백 투 백 공정에서 정렬 마킹은 항상 기질의 외측부들에 배열된다. 상기 정렬과정을 위해 본 발명의 실시예를 이용하는 것이 원리적으로 고려될 수 있지만, 특히 두 개의 기질들이 서로를 향해 접근하는 동안 마킹들이 완전히 언제든지 접근할 수 있기 때문에 어려운 작업은 아니다. 따라서, 일치되어 배열된 광학장치들에 의해 정렬과정 동안 마킹들의 제 위치(in situ) 측정이 고려될 수 있다. 제 2 마킹이 연속적으로 관찰될 수 있는 동안 계속되는 결합 인터페이스(bond interface)를 향해 위치하기 때문에, 상기 백 투 페이스 또는 페이스 투 백 정렬과정은 기질의 마킹이 덮이는 모든 정렬과정이다.
본 발명을 따르는 제 1 공정 단계에서, 정렬 챔버속의 제 1 기질은 제 1 홀더내에 적재되고 특히 제 1 홀더에 고정된다. 기질의 방향 설정은, 외부 예비 정렬기(preligner)속에 적재되거나 내부 정렬기에 의해 챔버내에 적재되기 전에, 수행된다. 이 경우, 상기 기질은 예를 들어, 평평한 측부 또는 노치(notch)와 같은 전형적인 특징부에 대해 위치설정되고 방향 설정된다.
다음에, 제 1 홀더의 병진운동 유닛은, 좌측 마킹이 좌측 하부 광학장치의 투시 영역내에 위치할 때까지 좌측을 향해 적재된 기질을 이동시킨다. 좌측 마킹의 선명한(sharp) 이미지를 형성할 수 있도록, 좌측 마킹은 좌측 광학장치의 촛점 깊이 영역내에 배열되어야 한다. 이전의 조정 공정에서 상기 좌측 광학장치는 특히, 유사하거나 선호적으로 동일한 치수의 조정 기질에 대해 대략 촛점 깊이 영역에서 조정된다. 좌측 하부 광학장치의 저장된 Z 위치는, 상기 좌측 하부 광학장치를 정확하게 동일한 Z 위치로 이동시키기 위해 이용될 수 있다. 상기 좌측 하부 광학장치의 접근은, 시간을 절약하고 공정을 최적화하기 위해 적재된 상부 기질의 운동과 동시에 수행될 수 있다.
좌측 하부 광학장치가 촛점 깊이 영역내에 유지된 후에 상부 기질의 좌측 마킹이 좌측 하부 광학장치의 광학 축에 정확하게 배열되지 않는 한, 양쪽의 광학 축들은 제 1 기질을 특히 상부 홀더에 의해 정밀하게 제어하여 서로 일치되도록 만든다. 다음에, 상부 홀더의 엔코더 위치(감지 데이터)의 저장은 모든 자유도에 대해 수행될 수 있다. 따라서 현재의 엔코더 위치가 좌측 상부 마킹에 대해 제공된다.
본 발명에 따라 엔코더의 위치는, 대상물 특히 기질의 위치 및/또는 방향에 대한 정보를 제공하는 모든 수치로서 정의된다. 예를 들어, 이러한 정보는 모터 전자장치로부터 직접 판독되는 모터의 위치, 간섭(interference) 방법에 의해 결정되는 대상물의 위치, 간섭계(interferometer)와 같은 광학 측정 시스템에 의해 결정되는 대상물의 위치 또는 길이 스케일에 의해 결정되는 위치를 포함한다. 예를 들어, 대상물의 위치는 간섭계에 의해 매우 정밀하게 측정되고 기질이 공간상에 고정되는 병진운동 유닛의 위치로서 정의된다.
본 발명을 따르는 제 2 공정 단계에서 제 1 공정 단계는 특히 정확히 반대인 우측부에서 제 1 기질의 우측 마킹을 위해 유사하게 수행된다. 제 2 공정 단계는 제 1 공정 단계 이전에 수행될 수 있다.
상기 공정단계 이후에, 상부 기질의 양쪽 마킹들을 위한 모든 엔코더 위치들이 인식된다. 기준점으로서, 좌측 영점, 우측 영점 또는 좌측 및 우측 영점으로부터 계산된 영점이 이용될 수 있다. 선호적으로, 좌측 또는 우측 광학장치가 가지는 광학 축들의 교차점에 의해 정의되는 물리적인 영점들 중 한 개가 이용된다.
본 발명을 따르는 제 3 공정단계에서, 또 다른 제 2 기질은, 제 2 홀더의 표본 홀더에서 정렬 챔버내에 적재되고 특히 정렬 챔버 중심에 고정된다. 다음에, 상부 홀더의 병진운동 유닛들 중 한 개는 제 1 기질을 충분히 우측으로 이동시켜서 좌측 상부 광학장치는 단지 적재된 제 2 (하부) 기질의 좌측 마킹을 명확하게 투시한다. 이 경우, 좌측 상부 광학장치는 투시 영역에서 하부 기질의 좌측 마킹을 가지도록 상기 좌측 상부 광학장치가 이미 위치설정되는 것이 선호된다. 좌측 마킹이 좌측 상부 광학장치의 촛점 깊이 영역내에 배열될 때까지 하부 기질은 하부 홀더에 의해 들어 올려진다. 다음에, 좌측 상부 광학장치들이 하부 기질의 좌측 마킹과 일치하도록 만들어서 좌측 상부 광학장치의 전이가 X 방향 및/또는 Y 방향으로 수행된다. 좌측 영점에 대한 좌측 상부 광학장치의 전이는 (감지데이터로서) 저장된다.
본 발명을 따르는 제 4 공정 단계에서, 제 3 공정이 우측 특히 반대쪽 측부에서 제 2 기질의 우측 마킹을 위해 유사하게 수행된다. 제 4 공정 단계는 또한 제 3 공정 단계 이전에 수행될 수도 있다.
본 발명을 따르는 제 5 공정 단계에서, 기질들의 좌측 및 우측 마킹들에 대해 두 개의 기질을 서로 정렬시키기 위해 제 1 및 제 2 홀더, 특히 상부 및 하부 홀더가 가지는 모든 자유도의 결정된 모든 위치들이 이용된다. 이 경우, 상기 정렬과정 자체는 특 감지 유닛들과 독립적으로 즉, 광학장치를 추가로 이용하지 않고도 수행된다. 일반적으로 두 개의 기질들을 서로 방향 설정하기 위해 상기 하부 및/또는 상부 홀더들의 모든 병진운동 유닛들 및/또는 회전운동 유닛들이 이용된다.
본 발명에 따라 고려될 수 있는 정렬시퀀스는 다음과 같다. 우선, 상부 기질이 적재된다. 좌측 하부 또는 우측 하부 광학장치들의 좌측 및 우측 마킹이 중심에 촛점을 형성할 때까지 기질이 이동한다. 엔코더 위치들이 상응하게 저장된다. 다음에, 상부 광학장치를 이용하여 하부 기질이 적재되고 좌측 또는 우측 마킹의 촛점이 형성된다. 하부 기질은 X 방향 및/또는 Y 방향으로 이동할 수 없기 때문에, 상기 마킹들은 적어도 상기 좌측 또는 우측 상부 광학장치의 투시 영역내에 배열되어야 한다. 광학 축들에서 마킹들의 거리가 결정되기 때문에, 상기 광학 축들에 대한 상부 기질의 엔코더 위치가 정확하게 결정되고, 상부 기질이 이동할 수 있으며, 상부 기질은 언제든지 필요한 X 위치 및/또는 Y 위치로 이동하여, 상부 기질의 마킹들은 하부 기질의 마킹들 상에 배열된다. 상기 공정동안 두 개의 기질들 사이의 Z 거리는 가능한 작다.
본 발명의 제 6 단계에서, 두 개의 기질들은 접촉한다. 특히 하부 홀더의 병진운동 유닛에 의해 하부 기질이 들어 올려져서 기질이 접촉하는 것이 유리하다. 하부 홀더가 매우 정밀한 단지 한 개의 병진운동 유닛을 가져서 하부 기질이 Z방향으로만 이동한다- 특히 이동할 수 있기 때문에, 접근하는 동안 적어도 단지 경미한 X 편차 및/또는 Y 편차는 발생하지 않는다. 이 경우, 상부 기질에 접근하는 동안 X 방향 또는 Y 방향으로 하부 기질의 편차는, 10μm보다 작거나 선호적으로 1μm보다 작거나 더욱 선호적으로 100nm보다 작거나 가장 선호적으로 10nm보다 작거나 1nm보다 작다.
본 발명을 따르는 제 7 공정 단계에서, 상부 기질이 하부 기질에 고정(특히 결합)된다. 두 개의 기질들을 기계적, 정전기적, 자기적 또는 전기적으로 고정하거나 서로 필름 또는 접착제 의해 고정하는 것을 고려할 수 있다. 두 개의 기질들사이에 규소(Si) -규소 또는 산화규소(SiO2)-산화규소의 직접 결합이 특히 선호된다. 기질들은, 서로 고정되거나 하부 표본 홀더에 대해 고정될 수 있다. 그러나 표본 홀더는 정렬 공정에서 기질들을 고정하기 위해서만 이용되고, 두 개의 기질들이 서로 고정되어, 표본 홀더는 기질 스택이 제거된 후에 상기 정렬 유닛내에 유지되어 다음 정렬공정을 위해 즉시 이용될 수 있는 것이 선호된다.
특히 기질들을 자기적으로 서로 고정하기 위해 특허 명세서 제 PCT/EP2013/056620 호에 공개된 방법이 이용된다. 상기 특수 고정 방법에 의하면, 중량의 고비용을 요구하며 다루기 어려운 표본 홀더를 제거할 수 있고 기질 스택으로부터 제거된 후에 표본 홀더를 즉시 이용할 수 있도록 표본 홀더를 정렬 유닛내에 남겨놓을 수 있는 것이 선호된다.
또 다른 특수한 실시예에서, 본 발명을 따르는 실시예에서 적어도 한 개의 기질이 표본 홀더에 적재되어 표본 홀더에 고정된 기질과 제 2 기질을 정렬하고 양쪽 기질들이 표본 홀더에 대해 고정되는 것이 선호된다. 상기 과정에 의하면, 두 개의 기질들은 서로 정렬되고 표본 홀더에 고정되고 직접(즉 표본 홀더에 고정) 다른 공정 챔버속으로 전달될 수 있다. 결합 챔버속으로 추가로 전달작업이 수행되고 이때 특히 두 개의 기질들을 가압하여 결합단계가 수행되는 것이 선호된다.
본 발명의 특히 중요한 특징에 의하면, 선택된 측부, 특히 하측부 또는 상측부의 모든 부품들은 극도로 높은 정밀도 및 기본적으로 재현성을 가지고 Z 위치설정될 수 있다. Z 위치의 제어는, 10μm보다 작거나 선호적으로 1μm보다 작거나 더욱 선호적으로 100nm보다 작거나 가장 선호적으로 10nm보다 작은 정밀도로 수행된다. 이것은 기본적으로, Z 위치설정의 정밀도와 재현성에 부정적인 영향을 줄 수 있고 제거되는 추가의 자유도에 기인한다.
기질들은 반도체 산업에서 이용되는 제품 기질(product substrates) 또는 캐리어 기질(carrier substrates)로서 정의된다. 캐리어 기질은 특히, 기능 기질(function substrate)의 백 씨닝(back- thinning)동안 서로 다른 단계들에서 기능 기질(제품 기질)의 상승(enhancement)으로서 이용된다. 적합한 기질들 특히 웨이퍼들은 스무딩(smoothing)( "평평한") 또는 그루빙(grooving)("노치(notch)")으로 구해진다.
슬라이드(slide), 모터 광학장치 및 홀더장치와 같은 본 발명의 기능 부품들은 하우징내에 구성되는 것이 유리하다. 상기 하우징은 특히 환경에 대해 밀봉상태로 밀폐된다. 상기 하우징은, 상기 기능 부품들에 접근할 수 있게 하는 커버(cover)를 가지는 것이 선호된다. 특히 플러드 게이트(flood gate)는 하우징의 적어도 한 측부에 제공된다. 해당 게이트(sluice)가 상기 플러드 게이트의 상류 및/또는 하류위치에 배열될 수 있다. 게이트가 상기 플러드 게이트 앞 및/또는 뒤에서 이용될 때, 다양한 환경이 하우징의 환경보다는 하우징내에 설정될 수 있는 것이 선호된다. 상기 환경은 아압(underpressure) 환경인 것이 선호된다.
본 발명을 따르는 정렬 공정에서, 정렬 챔버의 하우징 내부에 형성되는 압력은 특히 1 bar이거나 선호적으로 10-1 mbar보다 작거나 더욱 선호적으로 10- 3mbar보다 작거나 가장 선호적으로 10- 5mbar보다 작거나 가장 선호적으로 10- 8mbar보다 작다.
본 발명을 따르는 정렬공정에서, 하우징 외부의 압력은 1 bar이거나 선호적으로 10-1 mbar보다 작거나 더욱 선호적으로 10- 3mbar보다 작거나 가장 선호적으로 10-5mbar보다 작거나 가장 선호적으로 10- 8mbar보다 작거나 가장 선호적으로 10- 8mbar보다 작다.
모든 기질들은 플러드 게이트 또는 커버에 의해 내부로 삽입될 수 있다. 상기 기질들은 플러드 게이트에 의해 내부로 전달되는 것이 선호된다.
특수한 실시예에서, 하우징으로부터 기질 또는 서로 정렬되는 기질들로 구성된 기질 스택이 로봇에 의해 전달된다.
감지유닛들의 감지 장치가 개별적으로 이동할 수 있는 정밀도는 1mm보다 양호하거나 선호적으로 100μm보다 양호하거나 더욱 선호적으로 10μm보다 양호하거나 심지어 더욱 선호적으로 1μm보다 양호하거나 더욱 선호적으로 100nm보다 양호하거나 가장 선호적으로 10nm보다 양호하다.
정렬 유닛내에서 두 개의 기질들 중 한 개를 위한 제 1 홀더는 특히 상부에만 배열된다. 제 1 홀더내에서, 특히 표본 홀더는 제 1 홀더의 부품으로서 배열된다. 상기 표본 홀더는 적어도 세 개 특히 여섯 개의 자유도를 가지고, 아래에서 알파, 베타 및 감마로서 언급되는 X 축, Y축 및 Z 축 주위에서 선택적으로 세 개의 회전운동 자유도를 가지고 X 방향, Y 방향 및 Z 방향을 따라 적어도 세 개의 병진운동 자유도를 가진다. X 방향 및 Y 방향에 의해 형성되는 X-Y 평면내에서 표본 홀더 따라서 기질의 전이 및 두 개의 기질들이 Z 방향을 따라 서로를 향해 접근하기 위해 상기 병진운동 자유도가 이용된다. 본 발명에 의하면, X 축, Y축 및 Z 축 주위에서 회전운동 하는 능력은 기질의 웨지 에러(wedge error) 조정 및/또는 방향설정을 위해 이용된다. 특히, X 축, Y축 및 Z 축 주위의 회전운동은 작은 회전각을 가진 회전운동이어서 틸팅(tilting)이 발생될 수도 있다.
본 발명에 의하면, 표본 홀더는 특히 서로 다른 하기 기구들을 가진 기질을 위한 홀더로서 이용될 수 있다.
진공 표본 홀더
정전식 표본 홀더
접착제 표면을 가진 표본 홀더
벤추리 및 베르누이 효과를 기초로 한 표본 홀더
자기식 표본 홀더
기계식 부착물 및/또는 클램핑 기구를 가진 표본 홀더.
진공 환경에서 본 발명을 따르는 실시예를 이용할 때, 진공 표본 홀더 및/또는 벤추리 및/또는 베르누이 표본 홀더는 단지 제한적으로 이용되고 극단적인 경우에 전혀 이용되지 않는다.
본 발명에 의하면, 실제 정렬공정 이전에 감지수단을 조정(calibration)하는 것이 유리하다. 앞서 설명한 것처럼, 적어도 각 측부마다 한 개의 마킹이 상부 및 하부 광학장치의 투시 영역내에 위치하거나 선호적으로 상기 상부 또는 하부 광학장치의 광학 축과 가능한 근접하게 배열된 영역내에 위치하는 한, 마주보는 두 개의 광학장치들은 조정된다.
선호되는 실시예에서, 상기 조정의 목적은 특히 각각 마주보는 두 개의 감지장치의 광학 축들의 교차점이 조정 기질의 마킹 중심에 배열하는 것이다. 상기 조정은, 감지유닛들의 모든 감지 장치들을 위해 개별적으로 수행되는 것이 선호된다.
상기 조정에 의해, 특히 감지유닛의 마주보는 (상부 및 하부) 감지장치들은 공통의 촛점 영역을 가지는 것이 보장된다.
더욱 선호되는 실시예에 의하면, 마주보는 감지장치들의 광학 축들은 공선(collinear)상에서 서로 정렬된다. 이와 관련하여, 감지 장치들 중 적어도 한 개는 특히 각각의 경우 측각기(goniometer)상에 배열되어 상측 회전운동 자유도를 가진다.
교차점 또는 감지 장치들의 광학 축들이 가지는 교차점이 본 발명에 의해 배열되어, X 방향, Y 방향 및 Z 방향의 감지 위치에 정렬되는 기질들의 해당 마킹들이 적어도 촛점을 형성 및/또는 배열되거나 교차점에 배열될 수 있다. 상기 수단에 의해 본 발명에 따른 운동거리는 추가로 최소화된다.
광학 축들의 교차점들은 적어도 광학장치들의 촛점 깊이 영역에 배열되거나 촛점 평면(focal plane)에 배열되는 것이 선호된다. 분해능 및 촛점 깊이 영역은 서로 병행(concurrent)되는 두 개의 매개변수들이다. 분해능이 클수록 촛점 깊이 영역이 더 작고 분해능이 작을 수록 촛점 깊이 영역은 더 크다. 높은 분해능을 가진 광학장치가 이용되면, 광학장치는 상응하는 작은 촛점 깊이 영역을 가진다. 그 결과, 상부 및 하부 기질들의 정렬 마크들은, 선명한 이미지를 형성하도록 매우 작은 촛점 깊이 영역내에 유지되어야 한다. 그러므로 본 발명에 의하면, 광학 축들이 가지는 교차점은 해당 감지 장치들의 촛점 깊이 영역내에 배열된다.
본 발명에 의하면, 기질들의 마킹들 및/또는 접촉 표면들이 촛점 깊이 영역내에서 각 감지 유닛의 감지위치들에 배열되도록 감지장치들이 조정되는 것이 유리하다. 그 결과, 본 발명에 따라 또 다른 촛점(focusing)형성 작업이 제거될 수 있다.
특히 소프트웨어가 지원되는 제어 시스템에 의해 기질들 및/또는 감지수단의 운동이 제어된다.
본 발명에 의하면 특히 시스템이 조정된 후에 제 1 홀더( 표본 홀더)에서 제 1 기질을 고정하고 제 2 홀더에 제 2 기질을 고정할 수 있다. 특히 제 1 홀더에 대해 공간적으로 주어진 X방향 및 Y 방향으로 이동할 수 있는 제 1 홀더 및 감지유닛들은 정렬유닛과 횡 방향으로 마주보게 배열된 서로 다른 별도의 감지 위치들로 상기 제 1 기질을 대칭적으로 이동시킨다.
본 발명은 기본적으로, 정렬 유닛의 마주보는 측부들에서 서로를 향하는 두 개의 감지 장치들이 각각의 경우에 기질들의 마킹들이 가지는 X-Y 위치들을 감지하고 각각의 경우 감지유닛들 중 한 개가 X 및 Y 방향으로 고정되거나 이동하지 못하도록 정렬공정을 위해 필요한 감지수단을 설계하는 사상에 기초한다. 특히, 기질들 중 한 개 특히 이동할 수 없는 감지 유닛들에 공간적으로 제공된(선호적으로 감지유닛들사이에 배열된) 기질은 X 및 Y 방향으로 고정되거나 이동할 수 없게 된다. 따라서, 본 발명을 따르는 방법에서, 두 개의 기질들이 가지는 운동거리는 전체적으로 최소화된다.
본 발명을 따르는 방법에서, 두 개의 홀더들 중 한 개 및/또는 각각의 경우 각 감지쌍의 감지 유닛이 특히 오직 Z축을 따라 이동하면, 병진운동 유닛들은 매우 높은 정밀도 및 재현성을 가지며 이용될 수 있다. X 방향 및/또는 Y 방향으로 드리프트(drift)가 존재하면, 드리프트는 본 발명에 따라 측정되고 보상될 수 있는 것이 유리하다.
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본 발명에 의하면, 감지작용 전부터 정렬작업까지 Z 방향으로 기질들사이의 거리가 일정하게 설정되거나 특히 1cm 보다 작거나 선호적으로 1mm보다 작거나 더욱 선호적으로 100μm보다 작게 최소화된다.
본 발명의 장점에 의하면, 장치는 또한 진공속에서 작동될 수 있다. 본 발명에 따라 상부 및/또는 하부 홀더 따라서 제 1( 하부) 및/또는 제 2 (상부) 기질들 사이에서 상대적으로 짧은 이동거리에 의해, 진공에 적합한 슬라이드/베어링/스텝퍼 모터들을 위한 기계적 부품들이 이용될 수 있다. 따라서 처음으로 진공 클러스터 선호적으로 고진공 클러스터내에 결합 모듈 및 정렬모듈을 설치하고 기질이 대기에 노출될 필요없이 진공상태로 될 수 있는 영역내에서 상기 정렬모듈로부터 결합모듈까지 기질을 전달할 수 있다.
본 발명의 또 다른 장점에 의하면, 두 개의 홀더들 중 한 개 특히 하부 홀더가 단지 한 개의 병진운동 유닛을 가지고 따라서 X 방향 및/또는 Y 방향의 오차가 제 2 기질로 접근하는 동안 대체로 억제되기 때문에 두 개의 기질들이 서로에 대해 위치설정되는 정밀도는 상대적으로 높다. 이 경우 X 방향 및/또는 Y 방향으로 병진운동 유닛이 가지는 기계적 유극이, 설계에 의해 대체로 무시될 수 있다.
또 다른 장점은 가시 광선(visible light)을 이용할 수 있다는 것이다. 다수의 경우에서, 결합 측부들에 적용되는 마킹들을 이용한 두 개의 기질들의 정렬작업은 적외선 광선을 이용하여 수행될 수 있었다. 적외선 광선 특히 근 적외선 범위에 있는 적외선은 순수한 실리콘을 전혀 흡수하지 못한다. 기본적으로, 순수한 실리콘에 의해 적어도 마킹 영역에서 둘러싸이는 기질들은 극소수의 경우에서만 존재한다는 것은 문제이다. 대부분의 모든 경우에서, 실리콘 기질들은 가장 많이 변화하는 금속 층들로 댐핑되어 왔다. 금속은 적외선 방사(infrared radiation)을 양호하게 흡수하지만, 적외선(infrared light)의 장벽(barrier)로서 작용한다. 기질상에 기능유닛들의 패킹 밀도(packing density)가 증가할 수 록, 더 많은 금속 층들이 증착되고 더욱 복잡한 해당 기질들이 처리되며 페이스 대 페이스(face to face) 정렬을 위해 적외선 광학장치를 이용할 가능성이 감소된다. 본 발명을 따르는 방법에 의해 가시 파장 범위의 광선이 이용될 수 있다. 특히 상당히 양호한 감지기 및 광학 요소들이 이용될 수 있는 것이 선호된다. 대부분의 경우에서 적외선 광학장치를 위한 광학 요소들은, 대기 습도와 같은 환경 변수에 대해 매우 민감하게 반응하고 매우 취약하며 상응한 콤팩트구조 구성되어야 한다.
따라서 상기 광학 요소들의 가격은 비싸다. 본 발명을 따르는 장치 및 본 발명을 따르는 공정의 주요 특징들 중 하나에 의하면, 표면을 직접 관찰할 수 있고 정렬공정에서 웨이퍼의 투명도에 의존할 수 없다.
그러므로, 본 발명에 의하면 전달기술을 이용하는 것이 제거될 수 있다. 또한, 표면상의 마킹들은 기질들을 X 레이를 조사하지 않고도 추적할 수 있기 때문에 모든 기질들 심지어 광범위한 전자기 스펙트럼에 대해서도 불투명한 기질들이 측정될 수 있다. 그러나, 마킹을 감지하기 위해 전자기 스펙트럼의 공지되고 적절한 모든 파장범위를 이용하는 것을 고려할 수 있다. 특히, 적외선 광선 특히 근 적외선의 이용이 부차적인 중요성을 가질 때 적외선 또는 근 적외선의 이용이 공개된다.
모든 도면들에서, 홀더들은 항상 하우징내에 배열된다. 당연히, 홀더들 따라서 병진운동 유닛들 및/또는 회전운동 유닛들이 하우징 외부에 배열되고 해당 진공 성능에 의해 하우징 내부에 배열된 표본 홀더들을 제어하는 것을 고려할 수 있다. 동일한 내용이 감지수단에도 적용된다. 가장 최적이지만 기술적으로 어려운 실시예들에서 서로 정렬되어야 하는 오직 두 개의 기질들이 진공속에 배열될 것이다.
본 발명을 따르는 실시예는 다른 모듈들과 함께 진공 클러스터, 고진공 클러스터, 가장 선호적으로 초고진공 클러스터내에서 이용되는 것이 선호된다. 예를 들어, 다른 모듈들은 한 개이상의 하기 모듈들이다.
가열 모듈,
냉각 모듈,
코팅 모듈,
결합 모듈,
분리(debonding) 모듈,
검사 모듈,
층상화(lamination) 모듈,
표면처리 모듈,
플라즈마 모듈.
특수한 실시예에서, 서로 정렬되는 기질들이 특허 명세서 제 PCT/EP2013/056620 호에 설명된 방법에 의해 서로 고정(clamping)되며, 이와 관련하여 상기 방법을 참고한다. 상기 고정 방법은, 서로 접촉하고 서로 정렬되는 두 개의 기질들을 신속하고 효과적이며 용이하게 고정하기 위한 소형 자기 몸체들을 이용한다. 두 개의 기질들은 분자력(molecular forces)으로 예비고정된다. 상기 고정은 또한 순수하게 기계적으로 수행될 수 있다.
장치의 특징들이 하기 도면에 관한 설명에 제공 및/또는 공개되는 한, 상기 설명은 방법 특징들로서 공개된 것으로 고려되어야 한다.
본 발명의 또 다른 특징들, 장점들 및 세부사항들이 도면들을 기초하고 선호되는 실시예에 관한 하기 설명에 제시된다.
도 1a는, 본 발명의 제 1 실시예를 따르는 장치를 개략적으로 도시한 단면도.
도 1b는, 본 발명의 제 2 실시예를 따르는 장치를 개략적으로 도시한 단면도.
도 1c는, 본 발명의 제 3 실시예를 따르는 장치를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2a는, 제 1 조정 기질을 이용하여 본 발명을 따르는 방법의 제 1 조정 단계를 개략적으로 도시한 도면.
도 2b는, 제 1 조정 기질을 이용하여 본 발명을 따르는 방법의 제 2 조정 단계를 개략적으로 도시한 도면.
도 2c는, 제 1 조정 기질을 이용하여 본 발명을 따르는 방법의 제 3 조정 단계를 개략적으로 도시한 도면.
도 2d는, 제 1 조정 기질을 이용하여 본 발명을 따르는 방법의 제 4 조정 단계를 개략적으로 도시한 도면.
도 2e는, 제 1 조정 기질을 이용하여 본 발명을 따르는 방법의 제 5 조정 단계를 개략적으로 도시한 도면.
도 2f는, 제 1 조정 기질을 이용하여 본 발명을 따르는 방법의 제 6 조정 단계를 개략적으로 도시한 도면.
도 3a는, 제 2 조정 기질을 이용하여 본 발명을 따르는 방법의 제 1 조정 단계를 개략적으로 도시한 도면.
도 3b는, 제 2 조정 기질을 이용하여 본 발명을 따르는 방법의 제 2 조정 단계를 개략적으로 도시한 도면.
도 3c는, 제 2 조정 기질을 이용하여 본 발명을 따르는 방법의 제 3 조정 단계를 개략적으로 도시한 도면.
도 4a는, 제 1 조정 기질을 제 1 홀더에 고정하기 위해 본 발명을 따르는 방법의 제 1 단계를 개략적으로 도시한 도면.
도 4b는, 제 1 기질의 위치를 감지하기 위해 본 발명을 따르는 방법의 제 2 단계를 개략적으로 도시한 도면.
도 4c는, 제 1 기질의 위치를 감지하기 위해 본 발명을 따르는 방법의 제 3 단계를 개략적으로 도시한 도면.
도 4d는, 제 2 기질의 위치를 감지하기 위해 본 발명을 따르는 방법의 제 4 단계를 개략적으로 도시한 도면.
도 4e는, 제 2 기질의 위치를 감지하기 위해 본 발명을 따르는 방법의 제 5 단계를 개략적으로 도시한 도면.
도 4f는, 기질들을 정렬하기 위해 본 발명을 따르는 방법의 제 6 단계를 개략적으로 도시한 도면.
도 4g는, 기질들을 접촉시키기 위해 본 발명을 따르는 방법의 제 7 단계를 개략적으로 도시한 도면.
도 5a는, 두 개의 광학 장치들의 조정 상태를 개략적으로 도시하고 마킹에 대해 중심에 배열되지 않는 광학장치의 교차점을 도시한 도면.
도 5b는, 두 개의 광학 장치들의 조정 상태를 개략적으로 도시하고 마킹에 대해 중심에 배열되는 광학장치의 교차점을 도시한 도면.
도 6a는, 본 발명을 따르는 제 3 조정 방법의 제 1 부분 조정 단계를 개략적으로 도시한 도면.
도 6b는, 본 발명을 따르는 제 3 조정 방법의 제 2 부분 조정 단계를 개략적으로 도시한 도면.
도 6c는, 본 발명을 따르는 제 3 조정 방법의 제 3 부분 조정 단계를 개략적으로 도시한 도면.
도 7은, 본 발명을 따르는 장치의 실시예를 개략적으로 도시한 외측 사시도.
도 8은, 본 발명을 따르는 장치를 가진 클러스터 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도면들에서 본 발명의 장점들과 특징부들이 본 발명의 실시예들에서 확인되는 도면부호들에 의해 표시되고, 동일한 기능 또는 효과를 가지는 부품들 또는 특징부들이 동일한 도면 부호로 표시된다.
본 발명을 따르는 정렬유닛(1,1',1")의 실시예들을 개략적으로 도시한 단면도인 도 1a 내지 도 1c를 참고할 때, 정렬유닛은,
좌측 상부 광학장치로 구성되거나 좌측 상부 광학장치를 가진 제 1 감지 유닛(3),
좌측 하부 광학장치로 구성되거나 좌측 하부 광학장치를 가진 제 2 감지 유닛(3'),
우측 상부 광학장치로 구성되거나 우측 상부 광학장치를 가진 또 다른 제 1 감지 유닛(3") 및,
우측 하부 광학장치로 구성되거나 우측 하부 광학장치를 가진 또 다른 제 2 감지 유닛(3"'),
상부 홀더(holder)로 구성되거나 상부 홀더를 가진 제 1 홀더(4) 및,
하부 홀더(5)로 구성되거나 하부 홀더(5)를 가진 제 2 홀더(5)를 포함한다.
상기 제 1 감지유닛(3,3")은, X- 병진운동 유닛(8), Y- 병진운동 유닛(9) 및 Z- 병진운동 유닛(10)에 의해 공간내에서 모든 방향(X,Y,Z)으로 운동할 수 있다. 특수한 실시예들에서, 서로 직교하는 세 개의 축들 주위에서 광학 축(optical axis)의 회전운동을 허용하는 회전유닛들이 포함되는 것을 고려할 수 있다. 특수한 실시예에서, 실제 광학 장치들은 예를 들어, 측각기(goniometer)상에 장착될 수 있다. 단순한 표시를 위해 상기 회전유닛들은 도면에 도시되지 않는다.
특히 하부에 배열된 두 개의 제 2 감지유닛(3',3"')들은 오직 Z- 병진운동 유닛을 가져서 상기 제 2 감지유닛들은 오직 Z 방향을 따라 운동할 수 있다. 제 1 홀더(4)는 적어도 한 개의 Y- 병진운동 유닛(9), 파이 회전운동(phi rotational) 유닛(11) 및 X- 병진운동 유닛(8)을 가진다. 회전운동 유닛 및/또는 Z-병진운동 유닛들을 추가로 이용하는 것도 고려할 수 있다.
상기 X- 병진운동 유닛(8)은, Y- 방향의 최대 운동거리보다 2 배이거나 선호적으로 4배인 상대적으로 큰 최대 운동거리를 가진다. 상기 운동 거리는 특히 -0.1 내지 0.1mm 이거나 -1mm 내지 1mm 이거나 더욱 선호적으로 -5mm 내지 5mm이거나 가장 선호적으로 -50mm 내지 50mm이고 -150mm 내지 150mm인 것이 가장 선호된다.
본 발명을 따르는 방법을 위해, Y- 병진운동 유닛(9)은 훨씬 더 작은 운동거리를 가질 수 있지만 이와 관련하여 훨씬 더 높은 분해능(resolution)을 가진 운동거리를 가진다. 상기 운동 거리는 50mm보다 작거나 선호적으로 10mm보다 작거나 더욱 선호적으로 5mm보다 작거나 가장 선호적으로 1mm보다 작다.
이용되는 모든 병진운동 유닛들이 가지는 위치설정 능력(positioning capacity)의 분해능은 특히 100μm보다 양호하거나 선호적으로 10μm보다 양호하거나 더욱 선호적으로 1μm보다 양호하거나 가장 선호적으로 100nm보다 양호하고 10nm보다 양호하다.
파이 회전운동 유닛(11)에 의해 적재된 조정 기질(calibrating substrate)(13,13') 또는 기질(14,14')은 표면 법선(surface normal) 주위에서 회전할 수 있다. 회전능력은 주로, 여러 개의 각 위치 크기들에 의해 오류를 가지며 미리 조정된 기질(14,14') 또는 조정 기질(13,13')을 보상한다. 이용되는 모든 회전운동 유닛들이 가지는 위치설정 능력의 분해능은, 특히 1°보다 양호하거나 선호적으로 0.1°보다 양호하거나 더욱 선호적으로 0.01°보다 양호하거나 가장 선호적으로 0.001°보다 양호하거나 가장 선호적으로 0.0001°보다 양호하다. 상기 파이 회전운동 유닛(11)은 이미 이상적으로 적재되는 기질의 방향을 매우 작게 수정하기 위해서만 이용되기 때문에, 파이 회전운동 유닛(11)을 제어하기 위한 회전각은 상대적으로 작다. 그러므로 상기 파이 회전운동 유닛(11)의 회전각은 특히 10°보다 작거나 선호적으로 5°보다 작거나 더욱 선호적으로 1°보다 작다.
필요한 경우- 도면에서 최적상태인 것으로 도시된- Y- 병진운동 유닛(9), 파이 회전운동 유닛(11) 및 X- 병진운동 유닛(8)의 시퀀스는 임의로 변경될 수 있다. 특별히 선호되는 또 다른 실시예는, 파이 회전운동 유닛(11)을 X- 병진운동 유닛(8) 또는 Y- 병진운동 유닛(9)에 고정하거나 X- 병진운동 유닛(8) 또는 Y- 병진운동 유닛(9)을 파이 회전운동 유닛(11)에 고정시키는 것이다.
본 발명을 따르는 제 1 정렬유닛(1)을 도시한 도 1a을 참고할 때, 모든 감지유닛(3,3',3"') 및 모든 홀더(4,5)들은 대기(15)하에 놓인다. 상기 부품들은, 일반적으로 진공 밀봉된 상태는 아니지만 특수한 케이스(cases)내에 밀폐된 대기에 개방되는 프레임(2)에 의해 서로 연결된다.
본 발명을 따르는 제 2 정렬유닛(1')을 도시한 도 1b를 참고할 때, 제 1 홀더(4), 제 1 홀더(4), 제 2 홀더(5) 및 제 2 감지 유닛(3',3"')은 진공 챔버(6)( 또는 하우징)내에 배열되는 반면에, 제 1 감지 유닛(3,3")은 상기 진공 챔버(6) 외측에서 지지 프레임(2)상에 장착된다. 윈도우(7)들은, 상기 제 1 감지 유닛(3,3")의 광학장치들에 의해 진공 챔버(6)의 내부를 감지할 수 있게 한다.
본 발명을 따르는 제 3 정렬유닛(1")을 도시한 도 1c를 참고할 때, 본 발명과 관련된 청구범위의 모든 부품들이 진공챔버(6')내에 배열된다.
도 2a는, 제 1 및 제 2 감지유닛(3,3',3"')의 네 개의 모든 감지 장치들 또는 광학장치들이 가지는 광학 축(optical axes)의 교차점을 조정(calibration)하기 위한 본 발명의 제 1 조정 단계를 도시하고, 상기 조정 단계는 제 1 조정 기질(13)을 제 1 홀더(4)에 고정하는 것으로 시작한다. 상기 조정 기질(13)을 고정하기 위한 표본 홀더는 명확한 이해를 위해 표시되지 않았다.
조정 기질(13)은, 조정 기질(13)의 횡 방향 주변 윤곽부에서 외측 변부 영역의 마주보는 측부들에서 두 개의 마킹(marking)(17)들을 가진다. 상기 조정 기질(13)의 재료는, 상기 감지 장치(3,3',3",3"')들에 의해 이용되는 전자기 방사에 대해 투과(transparent)성을 가진다. 정렬 마크(alignment mark)를 감지하기 위해 이용될 수 있는 가시광선, 적외선 방사, UV 방사 또는 다른 전자기 방사가 이용될 수 있다. 그러나 가시광선을 이용하는 것이 선호된다. 상기 마킹(17)들은, 상기 조정 기질(13)의 두 표면(13i,13a)들 중 한 개에 배열되거나 (상기 조정 기질(13)의 축 방향에 대해) 중심에 배열된다.
도 2b에 도시된 본 발명의 제 2 조정 단계에서, 좌측의 마킹(17)이 상기 좌측 하부 광학장치의 투시 영역(field of vision)에 배열될 때까지 상기 제 1 홀더(4)는 제 1 홀더의 병진운동 유닛(8)에 의해 조정 기질(13)을 음의 X 방향으로 (즉 도 2b에서 좌측으로) 이동시킨다. 상기 마킹(17)이 일반적으로 좌측 하부 광학장치의 초점 깊이 (depth of focus)(DOF)내에 배열되지 않는 정도까지 하부 광학장치(3')는 그에 따라 Z- 병진운동 유닛(10)에 의해 이동한다.
좌측의 마킹(17)이 좌측 하부 광학장치의 투시 영역 및 초점깊이 영역에 배열되면, 상기 마킹(17)은 해당 제 2 감지 유닛(3') 여기서 좌측 하부 광학장치의 광학 축(OA)에서 제 1 홀더(4)의 X- 병진운동 유닛(8) 및/또는 Y- 병진운동 유닛(9) 및/또는 파이- 회전운동 유닛(11)에 의해 정확하게 위치설정될 수 있다.
본 발명을 따르는 좌측 하부 광학장치가 X 방향 및/또는 Y방향으로 이동할 수 없기 때문에, 상기 제 1 홀더(4)의 병진운동 유닛 및 회전운동 유닛에 의해 마킹(17)은 상기 좌측 하부 광학장치(3')의 광학 축(OA)에 대해 정렬된다. 상기 병진운동 유닛 및 회전운동 유닛의 운동이 감지될 수 있고, 감지된 데이터는 추가의 프로세싱 및 제어를 위해 중앙 제어유닛으로 전송된다.
도 2c에 도시된 제 1 조정 기질(13)을 가진 본 발명의 제 3 조정 단계에서, 조정 기질(13)에 형성된 좌측의 마킹(17)은 좌측에 배열된 제 1 감지유닛(3) 여기서 좌측 상부 광학 장치에 의해 감지된다. 좌측 하부 광학장치와 대조적으로, 제 1 감지유닛(3)은 적어도 세 개의 병진운동 자유도를 가진다.
그러므로 좌측 상부 광학장치(3)는 투시영역과 촛점 깊이 영역내에서 상기 좌측의 마킹(17)을 감지하기 위해 상기 광학장치(3)를 이동시키도록 광학장치의 X- 병진운동 유닛(8), Y- 병진운동 유닛(9) 및 Z- 병진운동 유닛(10)을 이용한다. 좌측의 광학장치(3)가 조정 기질(13)에 대해 매우 작은 높이에 배열되는 한, 상기 Z- 위치의 단지 경미한 변경 또는 변경은 필요 없다.
좌측 하부 광학장치와 좌측 상부 광학장치의 광학 축(OA)들이 좌측의 마킹(17)과 정렬된 후에 상기 제 1 홀더(4)의 모든 병진운동 유닛과 회전운동 유닛의 해당 엔코더(encoder) 위치들, 제 1 감지 유닛(3)의 병진운동 유닛들의 모든 엔코더 위치들 및 상기 제 2 감지유닛(3')의 Z 병진운동 유닛의 엔코더 위치들이 감지 데이터로서 저장될 수 있다. 상기 좌측 상부 광학장치(3)의 저장된 엔코더 위치 및 상기 좌측 하부 광학장치(3')의 Z- 병진운동 유닛의 엔코더 위치는 영점으로 설정되는 것이 선호된다. 감지 데이터는 제어 시스템에 의해 처리된다.
도 2d 내지 도 2e에서, 상기 조정 과정은 제 1 조정 기질의 우측 마킹(17)에 대해 해당 방식으로 수행된다. 네 개의 감지 유닛(3,3',3",3"')들과 상부 홀더(4)를 조정하거나 상부 홀더(4)에 대해 조정한 후에, 조정기질(17)은 도 2f에서 시작위치로 이동하고 본 발명에 따라 조정 유닛(1")으로부터 제거될 수 있다.
도 2f는, 본 발명에 따라 상기 조정 유닛(1")의 제 1 조정작업 후에 최종 상태를 도시한다.
유리한 실시예에서, 측부마다 정확하게 한 개의 마킹(17)을 가진 조정 기질(13)은, 하기 설명에서 상세히 설명되는 조정 기질(13')로 대체된다. 상기 조정 기질(13')은 측부마다 한 개의 마킹(17)을 가질 뿐만 아니라 여러 개의 마킹(17')들, 즉 마킹 매트릭스(marking matrix)를 가진 전체 마킹 영역(18)도 가진다. 마킹 영역은, 구체적으로 공지된 X 및 Y 위치들에서 X 및 Y 방향으로 배열된 여러 개의 마킹(17')들을 포함한다. 제 2 조정 기질(13')의 상기 마킹(17')은 특히 제 1 조정 기질(13)의 마킹(17)과 동일하거나 다를 수 있다.
조정 기질(13')을 가지고 도 2a 내지 도 2c에서 이미 설명한 제 1 조정 단계를 수행할 수 있다. 이렇게 하여, 조정 기질(13)을 고비용으로 생산하는 것이 불필요하다.
도 3a 내지 도 3f는, 두 개의 제 1 감지유닛(3,3')들을 결과적으로 좌측 상부 광학장치와 우측 상부 광학장치를 서로 조정하기 위한 본 발명의 공정 단계들을 도시한다.
도 3a에 도시된 본 발명의 제 1 조정 단계에서, 조정 기질(13')이 적재된다. 상기 마킹 영역(18)의 마킹(17)들은 예를 들어, 전자 표시 방법(electron writing method)과 같은 고 분해능 표시공정에 의해 조정 기질(13')속에 포함된다. 다음에 상기 마킹(17')들은 조정 기질(13')의 표면에 위치하거나 (조정 기질(13')의 법선 방향에 대해) 표면의 중심에 위치한다. 상기 마킹 영역(18)의 마킹(17')들은 포토리소그래픽(photolithographic), 전자 빔 리소그래픽 또는 이온 빔 리소그래픽 공정에 의해 형성되는 것이 선호된다.
마킹 영역(18)이 제공되면, 서로 다른 마킹(17')들이 서로 매우 정확하고 정밀하게 방향 설정되거나 위치설정되기 때문에 유리하다. 이상적인 X- 위치 및/또는 Y- 위치로부터 상기 마킹(17')의 이탈(deviation)은, 100μm보다 작거나 선호적으로 10μm보다 작거나 더욱 선호적으로 1μm보다 작거나 가장 선호적으로 100nm보다 작거나 더욱 선호적으로 10nm보다 작다. 상기 마킹 영역(18)은 이상적인 위치 차트(ideal positional chart)를 표시하고, 상기 차트에 대해 장치의 조정은 상대적으로 작은 위치 분해능을 가지고 수행될 수 있다. 마킹 영역(18)의 개별 마킹(17')들은 특히 500 x 500 μm보다 작고, 선호적으로 300 x 300 μm보다 작고, 더욱 선호적으로 100 x 100 μm보다 작으며, 가장 선호적으로 50 x 50 μm보다 작고 더욱 선호적으로 10 x 10 μm보다 작다.
도 3b에 도시된 제 2 조정 기질(13')을 가진 본 발명의 제 2 조정 단계에서, 마킹 영역(18)의 상당 부분들 선호적으로 마킹 영역(18)의 기하학적 중심위치가 좌측 상부 광학장치(3)의 투시 영역내에 배열될 때까지 상기 조정 기질은 음의 X 방향으로 이동한다.
상기 좌측 상부 광학장치(3)는 제 1 조정 기질(13)을 이용한 이전의 조정 과정에서 상기 제 1 조정 기질(13)의 마킹(17)에 대해 조정된다. 따라서 상기 제 1 감지 유닛(3)은 시작위치(선호적으로 영점 위치)에서 X 및 Y 위치들에 대해 배열된다. 좌측 하부 광학장치와 대조적으로 좌측 상부 광학장치는 X 및 Y 방향으로 운동 가능성을 가진다.
X- Y 위치들을 신속하고 정확하며 정밀하고 기본적으로 재현될 수 있게 제어하기 위하여, 상기 마킹 영역(18)의 모든 마킹(17')들은, 좌측 상부 광학장치의 광학 축(OA)에 의해 감지되는 마킹 영역(18)의 모든 마킹(17')의 중심에 대해 제 1 감지 유닛(3)( 좌측 상부 광학장치)에 의해 연속적으로 스캐닝된다. 도달된 X- Y 위치에 대해 제 1 감지유닛(3)이 감지하는 위치에 관한 모든 특징들 즉, X- 병진운동 유닛(8)의 X 위치, Y 병진운동 유닛(9)의 Y 위치 및 Z 병진운동 유닛(10)의 Z 위치가 지정된다. 따라서, 상기 제 1 감지유닛(3)의 위치는, 이상적이라고 고려되는 상기 마킹 영역(18)의 마킹(17')들의 고정밀 수치로 감지된다. 따라서 구해진 위치 값들은 위치 차트로서 저장될 수 있고 또한 좌측 상부 광학장치를 위한 인터폴레이션(interpolation)을 위해 이용된다.
도 3c에 도시된 제 2 조정 기질(13')을 가진 본 발명의 제 3 조정 단계에서, 동일한 과정이 조정 기질(13')의 우측부의 마킹 영역(18)에 대해 수행되고 따라서 제 1 감지유닛(3")( 우측 상부 광학장치)의 조정과정이 수행된다.
따라서, 네 개의 모든 광학장치(3,3',3",3"')들을 모든 조정 단계들이 완료된다.
조정과정이 각각의 방향 설정과정에서 요구되는 것은 아니며 단지 규칙적인 간격(interval)을 두거나 정렬과정 동안 이탈을 결정하는 경우에 요구된다. 상기 결정은 특히 계측 모듈(metrology module)에 의해 수행될 수 있다.
도 4a에 도시되고 본 발명을 따르는 정렬과정의 실시예에서 제 1 단계에 의하면, 정렬 유닛(1")내에서 좌측 및 우측 정렬 마크(17")가 제 1 기질(14)에 제공된다. 이 경우, 상기 제 1 기질(14)의 적재과정을 단순화하기 위해 제 1 및 제 2 감지 유닛(3,3',3", 3"')은 제 1 기질(14)과 가능한 멀리 Z 방향으로 분리된 상태로 배열하는 것이 선호된다.
도 4b에 도시되고 본 발명을 따르는 정렬과정의 제 2 단계에서, 제 1 기질(14)은 좌측으로 이동하여, 좌측의 마킹(17")은 제 2 감지유닛(3')(좌측 하부 광학장치)의 투시 영역내에 배열된다. 계속해서 좌측 하부 광학장치들은 저장된 영점 위치에 대해 Z 방향으로 동시에 또는 즉시 이동할 수 있고 따라서 촛점 깊이 영역에 마킹(17")을 가져야 한다. 상기 마킹(17")들이 촛점 깊이 영역내에 배열되지 못하면, 상기 마킹(17")의 샤프 이미지(sharp image)가 형성될 때까지 상기 감지유닛(3')의 z 위치는 해당 방식으로 변경된다. z 위치의 일부 수정작업은, z 방향을 따라 상기 좌측 하부 광학장치(3')에 의해 수행되어야 한다. 제 2 감지유닛(3')은 X 방향 및/또는 Y 방향을 따라 이동할 수 없기 때문에, 상기 기질(14)의 좌측 마킹(17")은 상기 제 1 (상부) 홀더(4)의 X 병진운동 유닛(8) 및/또는 Y 병진운동 유닛(9)에 의해 상기 좌측 하부 광학장치(3')의 광학 축(OA)과 일치하도록 형성되어야 한다. 감지작업 후에, 시스템은 특히 제어 시스템내에서 상기 제 1 홀더(4)의 병진운동 및 회전운동 유닛들의 해당 엔코더 위치들을 저장한다.
도 4c를 참고할 때, 다음 단계로서, 상부 홀더(4)의 병진운동 유닛들과 회전운동 유닛들의 엔코더 위치들을 결정하기 위한 유사한 단계가 제 1 기질(14)의 우측 마킹(17)과 추가의 제 2 감지유닛(3"')( 우측 하부 광학장치)에 대해 수행된다.
도 4d에 도시되고 본 발명을 따르는 정렬과정의 제 4 단계에서, 제 2 기질(14')은 제 2 (하부) 홀더(5)에 고정되고 Z방향으로 상기 제 1 기질(14)과 근접하게 이동한다. 표본 홀더는 명확한 이해를 위해 도면에 도시되지 않는다.
본 발명에 의하면, 제 2 홀더(5)가 특히 단지 한 개의 Z 병진운동 유닛(10)을 가져서, 기질(14')은 X 방향 또는 Y 방향으로 이동할 수 없다.
앞서 설명한 단계 때문에, 하부 기질(14')의 좌측 마킹(17')이 제 1 감지유닛(3)(좌측 상부 광학장치)에 의해 감지될 수 있는 한, 상기 제 1 기질(14)은 우측부에 배열된다. 상기 제 2 기질(14')의 좌측 마킹(17')이 광학 축과 일치하도록 하거나 X- Y 위치를 감지하기 위해 상기 제 1 감지 유닛은 X 방향 및/또는 Y 방향으로 이동한다. 도 3b를 따르는 조정 단계에서 상기 제 1 감지유닛(3)이 이상적인 위치 차트에서 측정(gauged)/ 조정되기 때문에, 상기 제 1 감지유닛(3)의 실제 X- Y 위치가 결정될 수 있고 이상적인 X- Y 위치에 대해 이미지화된다. 상기 X 병진운동 유닛(8)과 Y 병진운동 유닛(9)의 엔코더 위치는 저장되고 제 2 기질(14')의 좌측 마킹(17")에 대해 제공된다.
도 4e에 도시되고 본 발명을 따르는 정렬과정의 실시예에서 제 4 단계에 의하면, 제 2 기질(14')의 좌측 마킹(17")을 감지하거나 제 2 기질(14')의 좌측 마킹을 상기 우측 상부 광학장치의 광학 축과 일치시키기 위해 추가적인 제 1 감지 유닛(3")이 전이(shifting)된다. 이에 앞서서, 상기 우측 상부 광학장치가 제 2 기질(14')의 우측 마킹(17")을 자유롭게 투시하고 감지기능을 수행할 수 있도록 제 1 기질(14)은 좌측으로 전이된다.
선택적으로 비스듬한 방향에서 감지기능이 수행될 수 있어서, 상기 제 1 기질(14)이 전이될 필요는 없다.
필요한 모든 매개변수들이 결정된 후에, 제 1 및 제 2 감지 유닛(3,3',3", 3"')과 같은 광학장치들을 이용하지 않고도 두 개의 기질(14,14')들은 도 4f에 도시된 본 발명의 제 5 단계에 따라 정렬된다. 좌측 광학 장치와 우측 광학 장치사이의 연결 라인 또는 상기 제 1 및 제 2 감지 유닛(3,3',3", 3"')들의 쌍들이 가지는 광학 축에서 상기 제 1 기질(14')의 마킹(17")이 가지는 X 간격(interval)이 두 개의 제 1 감지유닛(3,3")의 X-Y 위치들에 의해 공지된다. 상기 연결 라인들 또는 광학 축들에서 상기 상부 기질(14)의 마킹(17")들이 가지는 X-Y 위치들이 공지된다. 상기 제 2 기질(14')이 X 및 Y 방향으로 고정되기 때문에, 상부 기질(14)의 위치를 계산하고 다음에 제어하여, 상기 제 1 기질(14)의 마킹(17")들은 상기 제 2 기질(14')의 해당 마킹(17") 위에 정확하게 배열된다.
도 4g에 도시되고 본 발명을 따르는 정렬과정의 제 7 단계에서, 이미 개시된 최적 X-Y 위치에서 상부 기질(14)이 오류를 가지며 접촉하는 것을 방지하기 위해, 제 2 홀더(5)의 Z 병진운동 유닛(10)이 운동하는 것에 의해서만 양쪽 기질(14,14')들이 마지막에 접촉하는 것이 선호된다.
도 5a 및 도 5b는 또한, 광학장치(3,3')들을 마킹(17)상에서 조정하는 기본적으로 가능한 두 가지 조정작업들을 개략적으로 시각화한다.
도 5a는, 두 개의 광학 축들을 조정하기 위한 최적의 과정, 이와 관련하여 더욱 신속하고 경제적인 과정을 도시한다. 두 개의 광학 축(3,3')들은 교차점을 가지지 않거나 교차점이 적어도 마킹(17)내에 배열되지 않는다. 광학 축들이 추후 결합되는(subsequent bonding) 평면(B)을 마킹(17) 중심의 좌측 또는 우측으로 절단한다. 따라서, 상기 마킹(17)은 상기 광학장치(3,3') 또는 해당 디지털화된 센서 데이터내에서 전이되는 것으로 보인다. 본 발명에 의하면, 마킹(17)을 위한 광학 축들의 오프셋(offset)을 결정하기 위해 상기 정렬 마킹(17)들을 가진 홀더들사이의 거리가 결정된다. 따라서, 한 점에서 광학 축들을 완전히 정밀하게 조정하는 것이 필요하지 않다. 나중에 두 개의 기질들을 조정하기 위한 정확한 위치들을 결정하기 위해 상기 오프셋이 이용될 수 있다.
최적이지만 상대적으로 덜 바람직하고 이와 관련하여 상대적으로 많은 시간과 비용이 드는 조정작업이 도 5b에 도시되고, 두 개의 광학장치(3,3')들이 가지는 두 개의 광학 축들의 교차점은 정확하게 마킹(17)에 배열된다. 따라서, 상기 광학장치(3,3') 또는 행당 디지털화된 센서 데이터내에서 마킹(17)들은 디지털 이미지의 중심에 정확하게 배열되는 것이 분명하다.
도 6a 내지 도 6c를 참고할 때, Z 축을 따라 운동하는 동안 x- y 방향을 따라 z 병진운동 유닛(10)의 이탈을 조정하기 위한 본 발명의 제 3 방법의 사이클을 위해 세 개의 부분 조정 단계(partial calibration steps)들이 도시된다. 해당 방법이 조정 기질(13")의 좌측부에 기초하여 도시된다.
상부 마킹(17"o) 및 하부 마킹(17"u)을 가진 조정 기질(13")이 좌측 상부 광학장치(3)아래에 배열된다. 적어도 상부 마킹(17"o)에 촛점이 형성되도록 상기 좌측 상부 광학장치(3)가 배열된다( 상기 좌측 상부 광학 장치(3)가 충분히 크거나 조정 기질(13")이 충분히 얇으면 하부 마킹(17"u)에 촛점이 형성될 수 있다). 상기 위치에서, 광학장치들은 수직 위치 5(좌측 스케일) 및 수평 위치 2.6(하부 스케일)을 가진다. 상기 조정 기질(13")은 수직 위치 1 및 수평 위치 1에 배열된다.
상기 조정 기질(13")은 도 6b에서 수직 위치 1.8로 이동하고, 이 경우 1 부터 0까지 수평위치의 전이를 가진다. 단면도에서, 오직 x 축과 z 축을 따라서 전이가 형성되는 것이 분명하다. 따라서, 조정 기질(13")은 아직까지 y 축을 따라 전이될 수 있다. 상기 조정 기질(13")을 상기 상부 광학장치(3)에 대해 이와 같이 접근시키면, 하부 마킹(17u")에 촛점이 형성된다( 상부 마킹(17"o)는 촛점 깊이 영역으로부터 이동하고 따라서 더 이상 촛점이 형성되지 않는다).
상기 조정 기질(13")이 접근하는 동안 x 방향 및/또는 y 방향의 전이는 소프트웨어내에 저장된다. 상기 조정 기질(13")은 수직 위치 1.8 및 수평위치 0에 유지되는 반면에, 좌측 상부 광학장치(3)는 상부 마킹(17"o)에 촛점을 맞춘다. 이 경우, 상부 광학장치(3)들은 또한, 광학 축(OA)으로부터 동일 거리에 마킹(17"o)을 다시 배열하기 위해 도 6a에 도시된 제 1 부분 조정 단계에서와 같이 수평위치를 최초의 2.6로부터 1.4까지 조정한다. z 방향을 따라 해당 거리에 걸쳐 이동하고 x 방향 및/또는 y 방향을 따라 z 병진운동 유닛(10)의 각 전이를 결정하며 상기 전이를 함수적인 관계로 저장하기 위해 상기 부분 조정 단계는 필요한 만큼 많이 반복될 수 있다.
본 발명을 따르는 정렬 유닛(1')의 등각 투영도를 도시한 도 7을 참고할 때, 모든 요소들은 진공 챔버(6')속에 배열된다. 이 경우, 기질(13,13',14,14')들이 플러드 게이트(flood gate)(19)에 의해 적재되고 하역된다.
도 8은, 클러스터(23)이거나 선호적으로 진공 클러스터(vacuum cluster)이거나 더욱 선호적으로 고진공 클러스터(23)를 도시하고, 클러스터내에서 본 발명을 따르고 여러 개의 모듈들 중 한 개가 실시예(1")로 구성된다. 서로 정렬되는 두 개의 기질(14,14') 들 중 최종처리된 기질 스택(finished substrate stack)(21) 및 기질(13,13',14,14')들이 서로 다른 작업 단계들을 수행하기 위하여 로봇(22)에 의해 서로 다른 모듈들사이에서 이송된다.
1, 1',1"....정렬 유닛,
2.... 지지 프레임,
3,3" ....제 1 감지유닛,
3',3"'....제 2 감지유닛,
4....제 1 홀더,
5....제 2 홀더,
6,6',6"....진공 챔버,
7....윈도우,
8....X 병진운동 유닛,
9....Y 병진운동 유닛,
10....Z 병진운동 유닛,
11....파이 회전운동 유닛,
12....정렬 챔버,
13,13',13" ....조정 기질,
13i,13a....조정 기질 표면,
14....제 1 기질
14'....제 2 기질
15....대기영역,
16....진공 영역,
17,17',17"o, 17"u....마킹,
18....마킹 영역,
19....프러드 게이트(flood- gate),
20....커버,
21....기질 스택,
22....로봇,
23....진공 클러스터,
OA.... 광학 축,
DOF.... 촛점 깊이 영역,
A.... 거리,
F....투시 영역,
F'....마킹이 유지되는 것이 선호되는 영역.

Claims (12)

  1. - 제 1 기질 및 제 2 기질을 접촉하기 위해,
    - 하우징과, 상기 하우징 내에,
    - 제 1 기질이 고정되고 적어도 X 또는 Y 방향으로 움직이는 제 1 홀더,
    - 제 2 기질이 고정되고 상기 제 1 홀더와 마주보도록 배치되어 오직 Z 방향으로만 움직이는 제 2 홀더,
    - 상기 제 1 홀더와 연결되지 않고 상기 제 1 홀더와 횡방향으로 마주보게 배치되어, 적어도 X 또는 Y 방향으로 움직이는 적어도 2개의 제 1 감지유닛, 및
    - 상기 제 2 홀더와 연결되지 않고 상기 제 2 홀더와 횡방향으로 마주보게 배치되어, X 및 Y 방향으로 움직이지 않고 오직 Z 방향으로만 움직이는 적어도 2개의 제2 감지유닛을 포함하고,
    - 상기 제 1 및 제 2 기질은 제 1 기질의 제 1 접촉 표면과 제 2 기질의 제 2 접촉 표면사이의 거리 A로 상기 제 1 및 제 2 홀더사이에 배치되는 장치에 의해 제 1 기질을 제 2 기질과 정렬하고 접촉하기 위한 방법에 있어서,
    상기 방법이,
    - 네개의 감지 유닛중 적어도 하나에 의해 제 1 기질의 제 1 마킹과 제 2 기질의 제 2 마킹을 감지하고;
    - 상기 X 및 Y 방향은 상기 제1 및 제2 기질이 서로 접촉될 면과 평행한 평면 내에서 서로 횡방향을 갖고, 상기 Z방향은 상기 X 및 Y 방향과 수직으로 교차 배치되는 것이고,
    - 홀더를 통해 기질을 움직임으로써 비스듬하게 진행하는 X 방향 및 Y 방향에서 제 1 기질을 제 2 기질에 대해 정렬하고;
    - 상기 제1 홀더에 상기 제1 기질을 적재하고, 상기 적어도 2개의 제2 감지유닛 중 좌측 제2 감지유닛이 상기 제1 기질의 좌측 마킹을 감지하도록 상기 제1 홀더를 X 또는 Y 방향으로 움직이고;
    - 상기 적어도 2개의 제2 감지유닛 중 우측 제2 감지유닛이 상기 제1 기질의 우측 마킹을 감지하도록 상기 제1 홀더를 X 또는 Y 방향으로 움직이고;
    - 상기 제2 홀더에 상기 제2 기질을 적재하고, 상기 적어도 2개의 제1 감지유닛 중 좌측 제1 감지유닛이 상기 제2 기질의 좌측 마킹을 감지하도록 상기 좌측 제1 감지유닛을 X 또는 Y 방향으로 움직이고;
    - 상기 적어도 2개의 제1 감지유닛 중 우측 제1 감지유닛이 상기 제2 기질의 우측마킹을 감지하도록 상기 우측 제1 감지유닛을 X 또는 Y 방향으로 움직이고;
    - 상기 제 1 및 제 2 기질이 접촉하는 단계를 포함하여 구성되고
    상기 감지 유닛들이 홀더들과 연결되지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 제 1 기질을 제 2 기질에 대해 정렬하는 정렬작업은 하우징 내부 또는 외부의 압력이 1 바(bar)보다 작도록 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 정렬작업 이전에 하나이상의 제 1 조정 기질 또는 제 2 조정 기질에 의해 감지 유닛들이 조정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 조정 기질은 서로 마주보게 배열될 수 있는 감지유닛들의 광학 축들을 조정 또는 제 1 조정 기질에 대해 감지유닛들의 촛점 깊이를 조정하기 위해 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 제 2 조정 기질은, X 방향 및 Y 방향으로 제 1 홀더에 대한 제 1 기질의 운동에 대해 제 1 감지유닛을 조정하기 위해 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 홀더들에 의해 기질들의 운동을 제어하고 및 감지하는 것과, 접촉수단의 운동을 제어 및 감지하기 위해 감지유닛들의 운동을 제어 및 감지하는 것이 제어 시스템에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. - 제 1 기질 및 제 2 기질을 접촉하기 위해,
    - 하우징과, 상기 하우징 내에,
    - 제 1 기질이 고정되고 적어도 X 또는 Y 방향으로 움직이는 제 1 홀더,
    - 제 2 기질이 고정되고 상기 제 1 홀더와 마주보도록 배치되어 오직 Z 방향으로만 움직이는 제 2 홀더,
    - 상기 제 1 홀더와 연결되지 않고 상기 제 1 홀더와 횡방향으로 마주보게 배치되어, 적어도 X 또는 Y 방향으로 움직이는 적어도 2개의 제 1 감지유닛, 및
    - 상기 제 2 홀더와 연결되지 않고 상기 제 2 홀더와 횡방향으로 마주보게 배치되어, X 및 Y 방향으로 움직이지 않고 오직 Z 방향으로만 움직이는 적어도 2개의 제 2 감지유닛을 포함하고,
    - 상기 제 1 및 제 2 기질은 제 1 기질의 제 1 접촉 표면과 제 2 기질의 제 2 접촉 표면사이의 거리 A로 상기 제 1 및 제 2 홀더사이에 배치되는 제 1 기질을 제 2 기질과 정렬하고 접촉하기 위한 장치에 있어서,
    - 상기 제 2 기질에 대해 정렬된 제 1 기질을 Z 방향의 제 2 기질과 접촉시키기 위한 접촉 수단, 및
    - 상기 기질들이 상기 홀더들에 의해 이동하는 것을 제어하고 감지하며 감지유닛의 운동을 제어하고 감지하고 접촉수단의 운동을 제어하고 감지하기 위한 제어시스템을 포함하여 구성되고,
    - 네개의 감지 유닛중 적어도 하나에 의해 제 1 기질의 제 1 마킹과 제 2 기질의 제 2 마킹을 감지하고;
    - 상기 X 및 Y 방향은 상기 제1 및 제2 기질이 서로 접촉될 면과 평행한 평면 내에서 서로 횡방향을 갖고, 상기 Z방향은 상기 X 및 Y 방향과 수직으로 교차 배치되는 것이고,
    - 홀더를 통해 기질을 움직임으로써 비스듬하게 진행하는 X 방향 및 Y 방향에서 제 1 기질을 제 2 기질에 대해 정렬하고;
    - 상기 제1 홀더에 상기 제1 기질을 적재하고, 상기 적어도 2개의 제2 감지유닛 중 좌측 제2 감지유닛이 상기 제1 기질의 좌측 마킹을 감지하도록 상기 제1 홀더를 X 또는 Y 방향으로 움직이고;
    - 상기 적어도 2개의 제2 감지유닛 중 우측 제2 감지유닛이 상기 제1 기질의 우측 마킹을 감지하도록 상기 제1 홀더를 X 또는 Y 방향으로 움직이고;
    - 상기 제2 홀더에 상기 제2 기질을 적재하고, 상기 적어도 2개의 제1 감지유닛 중 좌측 제1 감지유닛이 상기 제2 기질의 좌측 마킹을 감지하도록 상기 좌측 제1 감지유닛을 X 또는 Y 방향으로 움직이고;
    - 상기 적어도 2개의 제1 감지유닛 중 우측 제1 감지유닛이 상기 제2 기질의 우측마킹을 감지하도록 상기 우측 제1 감지유닛을 X 또는 Y 방향으로 움직이고;
    - 상기 제 1 및 제 2 기질이 접촉하는 단계를 포함하여 구성되고
    상기 감지 유닛들이 홀더들과 연결되지 않는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 홀더는, 선형으로만 운동할 수 있는 X 병진운동 유닛, 선형으로만 운동할 수 있는 Y 병진운동 유닛 및 선형으로만 운동할 수 있는 Z 병진운동 유닛을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 감지유닛은 제 1 홀더와 횡 방향으로 마주보게(laterally opposite) 배열되거나 상기 제 2 감지유닛은 상기 제 2 홀더와 횡 방향으로 마주보게 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 감지유닛은 선형으로만 운동할 수 있는 X 병진운동 유닛, 선형으로만 운동할 수 있는 Y 병진운동 유닛, 및 선형으로만 운동할 수 있는 Z 병진운동 유닛을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 감지유닛은 선형으로만 운동할 수 있는 Z 병진운동 유닛을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 제 1 감지유닛 및 제 2 감지유닛은 서로 마주보게 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
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