KR101368910B1

KR101368910B1 - 처리 스테이지 결합 메커니즘으로 구현된 시료 검사 스테이지

Info

Publication number: KR101368910B1
Application number: KR1020097017317A
Authority: KR
Inventors: 마크 티. 코스모우스키; 로버트 퍼거슨; 제레미 윌리
Original assignee: 일렉트로 싸이언티픽 인더스트리이즈 인코포레이티드
Priority date: 2007-02-20
Filing date: 2008-02-15
Publication date: 2014-03-04
Also published as: JP5216784B2; US7889322B2; KR20090114405A; DE112008000431T5; WO2008103610A1; TW200849440A; US20080198373A1; JP2010519044A

Abstract

처리 스테이지 결합 메커니즘(429)으로 구현된 시료 검사 스테이지(400)는, 최대의 효율로 내장 처리 플랫폼(10)을 후-처리 시료 검사하는 능력을 제공한다. 무거운 검사 장비(408)가 처리 스테이지(22)와 분리되는 시료 검사 스테이지 위에 장착된다. 바람직한 일 실시예에서, 인가된 구동력에 응답하여 처리 스테이지가 움직이고 시료에 대한 레이저-기반의 처리 동작을 수행한다. 레이저 처리가 진행중일 때, 시료 검사 스테이지는 그것의 홈 위치에 존재하게 된다. 후-처리 검사를 할 시간일 때, 스테이지 결합 및 분리 메커니즘이 시료 검사 스테이지와 처리 스테이지를 함께 결합하여, 시료 검사 스테이지를 시료 위치로 또는 시료 위치로부터 운송한다.

Description

처리 스테이지 결합 메커니즘으로 구현된 시료 검사 스테이지{SPECIMEN INSPECTION STAGE IMPLEMENTED WITH PROCESSING STAGE COUPLING MECHANISM}

관련 출원들( Related Applications )

본 출원은 2007년 2월 20일 출원된 미국 특허 출원 11/676,937호의 부분 계속 출원(continuation-in-part)이고, 2007년 2월 20일 출원된 미국 가 특허 출원 60/890,807호의 이익을 주장한다.

저작권 공고( Copyright Notice )

2008 일렉트로 싸이언티픽 인더스트리이즈, 인코포레이티드사이다. 본 특허 문서의 개시물의 일부는 저작권 보호를 받는 자료를 포함한다. 본 저작권 소유자는 본 특허 문서 또는 본 특허 개시물이 특허청 특허 파일 또는 레코드에 보이는 그대로, 누군가 본 특허 문서 또는 본 특허 개시물을 팩스 재생하는 것(facsimile reproduction)에는 반대하지 않지만, 그 외의 다른 경우에는 모든 저작권을 보유한다. 37 CFR §1.71(d).

본 발명은 시료 처리 시스템들에 관한 것으로, 특히 시료 처리 및 검사를 수행하는데 있어서 동작 효율성을 달성시키는 것에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼-레벨 처리에서 사용하기 위해 구성된 웨이퍼 운송 시스템은, 통상적으로 처리를 위해 웨이퍼를 고정하는 척(chuck)을 가지는 스테이지를 포함한다. 때때로 이 스테이지는 정지하고 있고, 때때로 움직일 수 있다. 일부 애플리케이션들은 스테이지가 1차, 2차, 또는 3차의 카테시안(Cartesian) 좌표로, 회전이 있거나 회전이 없이 선형으로 움직일 것을 요구한다. 웨이퍼를 정렬하고 운송하는데 상당한 양의 총 처리 시간이 든다면, 스테이지 이동 속도가 전체 웨이퍼 처리 플랫폼의 처리량(throughput)을 가리킬 수 있다.

일부 시스템은 처리 및 검사 디바이스를 웨이퍼로 움직이는데 있어서 유연성을 가질 뿐만 아니라 웨이퍼를 디바이스로 움직이는데 있어서도 유연성을 가진다. 이는 웨이퍼 정렬 단계들을 제거하여 시간을 절약할 수 있다. 레이저 처리를 포함하는 애플리케이션들의 경우, 움직일 수 있는 광학 조립체가 웨이퍼 표면 위에 장착될 수 있어, 요구된 웨이퍼 운송 거리들을 최소화한다. 웨이퍼, 즉 처리될 시료를 홀딩하는 척은 스테이지 이동의 주(primary) 방향으로의 움직임에 관한 장축(major axis) 스테이지와, 스테이지 이동의 주 방향에 수직인 방향으로의 움직임에 관한 단축(minor axis) 스테이지, 또는 장축과 단축 아래의 정지(stationary) 위치에 장착될 수 있다. 장축 스테이지는 단축 스테이지를 지지할 수 있거나 장축 스테이지와 단축 스테이지가 서로 독립적일 수 있다.

이러한 광학 시스템의 스테이지 디자인은 전기 회로 치수가 줄어듦에 따라 점점 더 중요해지고 있다. 한 가지 스테이지 디자인 고려 사항은 웨이퍼 척과 광학 조립체의 진동 및 열적 안정성으로부터 생기는 처리 품질의 영향력이다. 레이저 빔 위치가 계속해서 조정되는 경우, 레이저 조립체를 지지하는 종래 기술의 구조는 요구되는 정밀도 레벨을 유지하기에는 너무 유연하다. 더욱이, 회로 치수가 줄어들기 때문에, 입자 오염이 더 큰 관심사가 되고 있다.

반도체 웨이퍼 제작시, 많은 웨이퍼 처리 동작들에는, 웨이퍼를 다음 처리 단계로 움직이기 전에 동작이 성공적이었는지를 확실하게 하기 위한 검사가 수반된다. 이 검사는 보통 강력한 광학 현미경이나 전자 현미경인 독립된 장비를 사용하여 행해질 수 있다. 또는, 검사 장비는 처리 시스템 플랫폼 내에 직접 내장될 수 있어 웨이퍼들을 추가 스테이션으로 전달하는 것과 연관된 오버헤드(overhead)를 없앤다. 무거운 처리 또는 검사 디바이스를 불필요하게 운송하는 것 또한 바람직하지 않은데, 이는 움직이는 구조물의 정확도와 안정성이 그것의 질량의 낮을 때 최적화되기 때문이다. 또한, 모터 크기가 증가하고 따라서 페이로드 질량(payload mass)이 증가함에 따라 열적 소비가 증가한다.

본 개시물은 위치 결정 시스템이 하나 이상의 처리 동작들을 거치는 시료를 지지하기 위해 설계되는 레이저 처리 시스템에 관한 것이다. 일 실시예에서는, 예컨대 위치 결정 시스템이 반도체 웨이퍼들 위에 패터닝된 완성된 전자 디바이스들을 "스크라이빙 및 다이싱(scribing and dicing)"하는데 사용된다. 웨이퍼 스크라이빙은 실리콘 웨이퍼 위에 패터닝된 집적 회로 칩들 사이의 경계선을 횡단하고, 경계선들을 따라 상부 유전체 및 금속 층들을 제거하는 레이저 빔을 수반한다. 웨이퍼 다이싱은 실리콘 웨이퍼 위에 패터닝된 집적 회로 칩들 사이의 경계선을 횡단하고, 인접하는 칩들을 서로 분리하는 레이저 빔을 수반한다.

위치 결정 시스템의 바람직한 일 실시예의 특징은, 처리 장비와 시료 스테이지를 장착하는 진동이 없는 플랫폼을 제공하는 단단한 스톤 슬래브(stone slab) 기판이라는 점이다. 이 안정한 플랫폼은 또한 후-처리 검사 장비를 집적하기 위한 매력적인 토대를 제공한다.

바람직한 일 실시예에서는, 레이저 처리를 위해 레이저 빔이 입사하는 표면을 가지는 공작물과 레이저 광학 조립체를 지지하는 "분할된 축 스테이지(split axis stage)" 아키텍처가 구현된다. 다수 스테이지 위치 결정 시스템은 높은 속도 및 가속도로 진동 및 열적으로 안정한 물질을 운송할 수 있다. 분할된 축 디자인은 분리된 평행한 평면에 놓여 있는 2개의 수직인 축을 따라 구동된 스테이지 이동을 분리시킨다. 바람직한 일 실시예에서, 수평 평면에서의 이동은 서로에 대해 직교해서 움직이는 스캔 광학 조립체(단축 또는 상부)와 시료(장축 또는 하부) 스테이지 사이에서 분할된다.

치수가 안정적인 기판 또는 슬래브가 하부 스테이지와 상부 스테이지의 기초로서 사용된다. 부피가 크고 구조상 뻣뻣한 기판은 레이저 광학 조립체와 시료의 이동을 격리시키고 안정화시키며, 진동을 흡수하고, 지지하는 구조가 본질적으로 단단하기 때문에 더 매끄러운 가속 및 감속을 허용한다. 기판은 또한 열 싱크(heat sink)로서 작용함으로써 열적 안정성을 제공한다. 더욱이, 소형인 구성으로 디자인되기 때문에, 시스템은 더 적은 양의 재료로 구성되어, 가열될 때 팽창에 덜 영향을 받는다. 기판은 그것의 상부 스테이지 표면과 하부 스테이지 표면의 부분들이 편평하고 서로에 대해 평행하도록 정확하게 절단{"접혀지는(lapped)"}된다. 슬래브와 스테이지들은, 시스템이 간섭성(coherent) 방식으로 온도 변화에 유리하게 반응하도록 하기 위해 유사한 열팽창 계수들을 지닌 물질들로 바람직하게 제작된다.

바람직한 일 실시예에서, 시료-홀딩 척(specimen-holding chuck)을 운반하는 하부 스테이지를 가이드하는 하부 가이드 트랙 조립체는 기판의 편평한 하부 표면에 결합된다. 레이저 빔 초점 구역 제어 서브시스템을 운반하는 상부 스테이지를 가이드하는 상부 가이드 트랙 조립체는 기판의 편평한 상부 표면에 결합된다. 웨이퍼를 운반하는 시료 스테이지와 광학 기기를 운반하는 처리 스테이지는 마찰이 적거나 마찰이 없는 가이드 레일(rail)들을 따라 미끄러져 이동한다. 가이드 트랙 조립체들의 인접하는 레일들을 따라 위치하고 있는 선형 모터들은, 하부 스테이지와 상부 스테이지의 움직임을 제어한다. 레이저 빔 초점 구역 제어 서브시스템은 하부 스테이지 위에서 지지되고, 지지 구조체에 의해 상부 스테이지에 장착된 단단한 공기 베어링 슬리브(sleeve) 내에 위치한 수직으로 조정 가능한 광학 조립체를 포함한다. 기판 중앙의 타원형의 슬롯 절단부는 아래의 시료를 레이저 빔에 노출시키고, 기판을 통한 레이저 광학 조립체의 수직 이동을 허용한다. 그렇지 않은 경우에는, 레이저 처리가 행해지는 국소 구역을 제외하고는, 시료가 오버헤드(overhead) 이동에 의해 발생된 입자들로부터 기판에 의해 차단된다.

시료의 레이저 처리가 완료되면, 통상적으로 카메라를 구비한 고성능의 현미경 아래에서 그 결과가 검사된다. 내장(on-board) 검사가 생성 및 처리 발전 활동 모두의 효율성을 최대화한다. 게다가, 더 가벼운 중량의 처리 장비를 지지하는 동일한 단단한 기판 위에서 무거운 줌(zoom) 렌즈들에 의해 부피가 커지는 검사 장비를 지지하는데 있어서 상당한 안정성이라는 장점이 존재한다. 광학 조립체와 함께 처리 스테이지 위에 무거운 검사 장비를 장착하는 대신, 검사 장비는 제 3의 분리된 동력 설비가 갖추어지지 않은 또는 수동(passive) 시료 검사 스테이지 위에 장착된다. 레이저 처리가 진행중인 동안, 시료 검사 스테이지는 가이드 레일의 한쪽 끝에 위치한 그것의 홈 위치(home position)에 놓인 채로 있다. 후-처리(post-procession) 검사를 할 시간일 때 스테이지 결합 및 분리 메커니즘을 구비한 처리 스테이지가 웨이퍼 위치로 또는 웨이퍼 위치로부터 시료 검사 스테이지를 운송하기 위해 사용된다.

첨부 도면을 참조하여 진행되는 바람직한 실시예의 후속하는 상세한 설명으로부터 추가 양상 및 장점이 명백해진다.

도 1은 분리된 다수 스테이지 위치 결정 시스템의 등각도(isometric view).

도 2는 시스템이 조립될 때 스톤 슬래브와 같은 치수가 안정적인 기판에 장착되는 상부 스테이지와 하부 스테이지를 도시하는 도 1의 위치 결정 시스템의 부분적으로 분해된 등각도.

도 3은 스캔 렌즈를 지지하는 상부 스테이지와 상부 스테이지 구동 성분들을 보여주는 도 1의 위치 결정 시스템의 등각도.

도 4는 시료 홀딩 척을 지지하는 하부 스테이지와 하부 스테이지 구동 성분들을 도시하는 도 1의 위치 결정 시스템의 등각도.

도 5는 기판 슬래브의 상부 표면 위의 홈 위치에 놓인 시료 검사 스테이지의 뒤쪽 단부(back end)의 부분 등각도.

도 6은 시료 검사 스테이지와 시료 처리 스테이지를 결합시키는 결합 메커니즘의 확대된 부분 등각도.

도 7은 도 5에 도시된 홈 위치에 존재하는 시료 검사 스테이지만의 위 표면의 부분 등각도.

도 8은 시료 처리 스테이지에 결합된 시료 검사 스테이지의 등각도.

도 9는 적소에 레이저 광학 조립체가 도시된 시료 처리 스테이지에 결합된, 적소에 배치된 현미경과 카메라 시스템과 함께 도시된, 시료 검사 스테이지의 위 표면의 등각도.

도 1과 도 2는 바람직한 일 실시예에서, 대상 시료에 입사하기 위해 레이저 빔이 전파하는 레이저 처리 시스템의 성분들을 지지하는 분리된 다수 스테이지 위치 결정 시스템(10)을 보여준다. 위치 결정 시스템(10)은 바람직하게는 화강암으로 형성된 스톤 슬래브, 세라믹 물질의 슬래브, 주철, 또는 Anocast^TM과 같은 중합체 복합 물질로 만들어진 치수가 안정적인 기판(12)을 포함한다. 기판(12)은 제 1 또는 상부의 편평한 주 표면(14)과, 계단형 홈(stepped recess)(18)을 가지는 제 2 또는 하부의 편평한 주 표면(16)을 가진다. 주 표면(14,16)은 서로 평행하고 약 10미크론의 허용오차(tolerance) 내에서 편평함과 평행함을 보여주도록 조건이 설정되는 평면인 표면 부분들을 포함한다.

상부 주 표면(14)의 표면 부분과 제 1 가이드 트랙 조립체(20)는 제 1 축을 따라 레이저 광학 조립체 스테이지(22)의 움직임을 가이드하기 위해 결합되고, 하부 주 표면(16)의 표면 부분과 제 2 가이드 트랙 조립체(24)는 제 1 축을 가로지르는 제 2 축을 따라 시료 스테이지(26)의 움직임을 가이드하기 위해 결합된다. 광학 조립체 스테이지(22)은 레이저 빔 초점 구역 제어 서브시스템(28)을 지지하고, 이 레이저 빔 초점 구역 제어 서브시스템(28)은 기판(12)의 하부 주 표면(16) 밑에서 아래쪽으로 매달려 있는 스캔 렌즈(30)를 포함한다. 시료 스테이지(26)는 시료 홀딩 척(32)을 지지한다. 스테이지(22,26)의 가이드된 이동은 척(32)에 의해 홀딩된 시료(도시되지 않음)의 표면 위에 있는 레이저 빔 처리 위치들에 대해 스캔 렌즈(30)를 움직인다.

바람직한 일 구현예에서, 기판(12)은 주 표면(14,16)이 일정한 간격을 두고 떨어진 수평 평면들을 정의하고, 제 1 축과 제 2 축이 서로 수직이 되어 각각 Y축과 X축을 정의하도록 가이드 트랙 조립체(20,24)가 위치가 정해지도록 적소에 놓인다. 이러한 분할된 축 아키텍처는 X축과 Y축을 따라 일어나는 움직임을 분리하여, 자유도가 거의 허용되지 않은 채로 레이저 빔과 척(32)의 위치 결정 제어를 단순화 한다.

도 3은 광학 조립체 스테이지(22)를 상세히 보여주고, 이러한 광학 조립체 스테이지(22)는 도 2에 도시된 제 1 가이드 트랙 조립체(20)로 동작한다. 제 1 가이드 트랙 조립체(20)는 상부 주 표면(14)의 부분들을 지지하기 위해 확보된 2개의 간격을 두고 떨어진 가이드 레일(40)과, 광학 조립체 스테이지(22)의 바닥 표면(44) 위에서 지지된 2개의 U자형 가이드 블록(42)을 포함한다. 각각의 가이드 블록(42)은 인가된 구동력에 응답하여 레일(40) 중 대응하는 레일 위에 조립되어 그 레일을 따라 미끄러져 이동한다. 도 2에 도시된 제 1 가이드 트랙 조립체(20)의 각각의 레일 가이드(40)-가이드 블록(42) 쌍은 구르는 요소를 가지는 조립체이다. 광학 조립체 스테이지(22)에 관한 모터 드라이브는 상부 주 표면(14) 위에 그리고 각각의 가이드 레일(40)의 길이를 따라 장착되는 선형 모터(46)를 포함한다. 선형 모터(46)는 대응하는 가이드 레일(40)을 따라 일어나는 미끄러지는 움직임을 위해 대응하는 가이드 블록(42)을 추진하기 위한 구동력을 준다. 각각의 선형 모터(46)는 가이드 레일(40)의 길이를 따라 배치된 다수의 자석(50)의 간격을 두고 떨어진 선형 배열들을 홀딩하는 U자형 채널 자석 트랙(48)을 포함한다. 자석(50)들의 선형 배열들 사이에 위치해 있는 강제자 코일 조립체(52)는 광학 조립체 스테이지(22)의 바닥 표면(44)에 연결되고, 광학 조립체 스테이지(22)를 움직이는 선형 모터(46)의 움직일 수 있는 부재를 구성한다. 적합한 선형 모터(46)는 팬실베니아주 피츠버그 소재의 Aerotech사로부터 입수 가능한 모델 MTH480이다.

광학 조립체 스테이지(22)의 바닥 표면(44)에 고정되고 가이드 블록(42) 중 상이한 것들에 인접하게 위치한 한 쌍의 인코더 헤드(60)는, 광학 조립체 스테이지(22)의 움직이는 거리와 좌우운동 각(yaw angle)을 측정하는 위치 감지기들을 포함한다. 위치 감지기들을 가이드 레일(40)들, 가이드 블록(42)들, 및 각 스테이지(22,26)를 구동하는 선형 모터(46)들에 가깝게 배치하는 것은 공진 효과를 최소화하면서 효율적인 폐쇄 루프 피드백 제어를 보장한다. 한 쌍의 정지 부재(stop member)(62)는 기판(12)에 부착된 자석(도시되지 않음)에 의해 작동되는 인코더 헤드(60)들에 포함된 제한 스위치(limit switch)들에 응답하여 가이드 블록(42)들의 이동 거리를 제한한다. 가이드 레일(40)들을 벗어나는 초과이동 움직임을 방지하기 위해, 한 쌍의 대시포트(dashport)(64)가 광학 조립체 스테이지(22)의 이동을 완충시키고 정지시킨다.

가이드 레일(40)들의 길이 사이에서 및 가이드 레일(40)들의 길이를 따라서 기판(12)에 형성된 타원형의 슬롯(66)은, 광학 조립체 스테이지(22)가 가이드 레일(40)들을 따라 움직일 때 스캔 렌즈(30)가 이동할 수 있는 개구부(opening)를 제공한다. 기판(12)에서 계단형 홈(18) 구역에 형성된 한 쌍의 스루 홀(through hole)(68)은 그것들의 줄맞춤(alignment)을 유지하기 위해 상부 표면(14)으로부터 인코더 헤드(60)로의 조작자(operator) 서비스 액세스를 제공한다.

레이저 빔 제어 서브시스템(28)을 포함하는 도 3에서의 광학 조립체 스테이지(22)에 장착된 처리 장비는, 공기 베어링 조립체(202), 렌즈 강제자(forcer) 조립체(210), 및 요크 조립체(212)를 포함한다. 처리 장비에 관한 지지 구조물을 형성하고, 따라서 도 1, 도 2, 도 3, 도 8, 및 도 9에서 현저하게 분명한 요크 조립 체(212)의 요소들은, 음성 코일 브릿지(voice coil bridge)(236), 옆 부재(side member)(238), 직립부(upright)(240), 요크 옆 판(side plate)(300), 및 요크 마운트(mount)(310)를 포함한다. 그렇게 지지된 처리 장비의 볼 수 있는 성분들에는 인코더(328)와 빔 편향 디바이스(346)이 포함된다. 바람직한 광학 처리 장비의 상세한 설명은 공동 계류중인 미국 특허 출원 11/676,937호에 전개되고, 본 출원은 이 미국 특허 출원 11/676,937호의 부분 계속 출원이다.

도 4는 도 2의 제 2 가이드 트랙 조립체(24)와 관련하여 동작하는 시료 스테이지(26)를 상세히 보여준다. 제 2 가이드 트랙 조립체(24)는 가이드 레일들, U자형 가이드 블록들, 선형 모터들, U자형 채널 자석 트랙들, 자석들, 강제자 코일 조립체들, 및 제 1 가이드 트랙 조립체(20)와 관련하여 위에서 설명된 것과 동일한 참조 번호에 대응하고, 이들 참조 번호에 의해 식별되는 인코더 헤드들을 포함한다. 선형 모터(46)들과, 제 2 가이드 트랙 조립체(24)의 성분들과 제 2 가이드 트랙 조립체(24)에 의해 지지된 성분들은 시료 스테이지 베드(bed)(72)의 표면(70) 위에 장착된다.

스테이지(22,26)와 모터(46)의 기계적인 배치는, 감소된 피치(pitch) 및 스테이지(22,26)의 롤(roll)을 초래하고, 고속의 움직임의 정확도를 증가시킨다. 스테이지(22,26)의 반대 면들 위에 있는 모터(46)들의 대칭적인 배치는 좌우운동(yaw)의 제어를 향상시킨다. 스테이지(22,26)의 아래쪽과는 반대로 스테이지(22,26)의 측면들을 따라 모터(46)들을 배치하는 것은, 중요한 성분들과 위치 감지기들의 열적 교란을 최소화한다.

제 2 가이드 트랙 조립체(24)와 척(32)을 지지하는 시료 스테이지(26)는 계단형 홈(18)으로 맞추어 넣어져서 그 계단형 홈(18) 내에 고정된다. 시료 스테이지 베드(72)의 표면(70)은 계단형 홈(18)의 더 넓고, 더 낮은 부분에 인접한 더 낮은 주 표면(16)의 표면 부분(74)에 등을 맞대게 고정되고, 척(32)은 하부 주 표면(16)의 계단형 홈(18)의 가장 안쪽 부분 아래에 위치하여, 제 2 가이드 트랙 조립체(24)를 따라 시료 스테이지(26)를 움직이는 선형 모터(46)들에 의해 주어진 구동력에 응답하여 하부 주 표면(16) 밑에서 움직인다. 한 쌍의 정지 부재(76)가 기판(12)에 부착된 자석(도시되지 않음)에 의해 작동되는 인코더 헤드(60)들에 포함된 제한 스위치들에 응답하여 가이드 블록(42)들의 이동 거리를 제한한다. 가이드 레일(40)들을 벗어나는 초과이동 움직임을 방지하기 위해, 한 쌍의 대시포트(78)가 시료 스테이지(26)의 이동을 완충시키고 정지시킨다.

레이저 광학 조립체 스테이지(22)는 제어 서브시스템(28)을 수용하는 개구부(200)를 가지고, 이러한 제어 서브시스템(28)은 스캔 렌즈(30)를 포함하는 공기 베어링 조립체(202)를 포함한다. 제어 서브시스템(28)은, 레이저 빔이 일반적으로 스캔 렌즈(30)의 광 축인 빔 축(206)을 따라 전파할 때, 스캔 렌즈(30)에 의해 형성된 레이저 빔 초점 구역의 축 위치(axial position)를 제어하고, 이 스캔 렌즈(30)를 통해 레이저 빔이 시료 스테이지(26) 위에서 지지된 대상 시료의 작업 표면에 입사한다.

후속하는 설명은 도 5 내지 도 9에 도시된 시료 검사 스테이지와 시료-결합 장치에 관한 것이다. 검사 장비는 그것의 스테이지와 함께 전체 웨이퍼 처리 시스 템에 포함될 수 있지만 전체 웨이퍼 처리 시스템에 의해 요구되지는 않는 선택적인(optional) 하부-조립체(sub-assembly)이다. 도 5는 검사 장비와 3개의 결합 디바이스가 장착되는 바람직한 시료 검사 스테이지(400)의 뒤쪽 단부를 보여준다. 시료 검사 스테이지(400)는 기판(12)의 가장자리에서 가이드 레일(40)을 따라 시료 검사 스테이지(400)가 이동하는 단부에 위치한 홈 위치에 놓인 채로 있다. 시료 검사 스테이지(400)는 운송되는 검사 장비(408)를 안정화시키기 위한 지지 구조물을 형성하는 4개의 버팀벽(buttress)(406)을 가지는 모노리식(monolithic) 알루미늄 운반대(carriage)(404)를 포함한다. 검사 장비(408)는 현미경(410)과, 현미경 기둥(column)(414)의 상부 단부에 장착된 전문 카메라(412)를 포함한다. 이 실시예에서, 현미경(410)은 6.5배의 울트라 줌(ultra zoom) 렌즈(415)와, 동력 설비를 갖춘 줌 및 초점 조정 제어(도 6)를 구비한 2개의 대물 렌즈(416)를 포함한다. 적합한 울트라-줌 렌즈(415)와 적합한 대물 렌즈(416)는, 각각 뉴욕주 Rochester 소재의 Navitar사로부터 모두 입수 가능한 Part Nos. 1-62638과 1-60228이다. 적합한 디지털 현미경 카메라(412)는 British Columbia, Vancouver 소재의 Point Grey Research사로부터 입수 가능한 모델 번호 FLEA-HICOL-CS이다.

3개의 가이드된 원통형 블록이 시료 검사 스테이지(400)에 부착되고, 이들 원통형 블록은 시료 검사 스테이지(400)의 어느 한쪽에 위치한 2개의 가이드된 원통형 블록(418)과, 시료 검사 스테이지(400)의 뒷면에 위치한 가이드된 원통형 블록(420)을 포함한다. 뒷면에 위치한 가이드된 원통형 블록(420)은 기판(12)의 표면에 볼트로 죄어지는 V자 홈(V-groove) 마운트(422)를 통해 그것의 홈 위치로 시료 검사 스테이지(400)를 가두어 놓는다. 시료 검사 스테이지(400)의 옆면들에 위치한 가이드된 원통형 블록(418)은 시료 검사 스테이지(400)를 시료 처리 및 운송 스테이지에 부착하는데, 이러한 시료 처리 및 운송 스테이지는 이 실시예의 경우 광학 조립체 스테이지(22)(도 8)이다. 적합한 가이드된 원통형 블록(418,420)은 각각 미시간주(MI) Kalamazoo 소재의 Koganei사로부터 입수 가능한 Part No. SGDAQ-12X20 ZE 155A1이다. 가이드된 원통형 블록(418,420) 각각은 하나의 중앙 공기압 실린더(424)와 가이드 부싱(bushing) 조립체들에 맞추어진 2개의 가이드 로드(425)를 수용한다. 공기압 실린더(424)와 가이드 로드(425)들은 z축을 따라 하우징의 내외로 유닛(unit)으로서 늘어나고 수축한다. 공기압 실린더(424)는 하부 액추에이션 판(actuation plate)(426)에 부착되고, 이러한 하부 액추에이션 판(426)의 밑면은 어댑터(adaptor)(428)로 맞추어진다.

도 6은 가이드된 원통형 블록(418)들의 확대도를 나타내는 것으로 이러한 가이드된 원통형 블록(418) 각각은 검사 스테이지(400)를 광학 조립체 스테이지(22)에 해체 가능하게 결합시키는 결합 디바이스(429)의 성분으로서 기능을 한다. 각각의 결합 디바이스(429)는 반복 가능한 위치 결정을 보장하기 위해 운동학적 마운트(kinematic mount)를 이용한다. 어댑터(428)는 액추에이션 판(426)을 반구형 결합기(hemispherical coupler)(430)에 접합시키고, 이러한 반구형 결합기는 원통(424)이 낮아질 때 V자 홈(432)으로 꼭 맞게(snugly) 맞추어진다. 수직 원통 위치는, 도 6에서 좌표 시스템에 의해 정의된 것처럼, y축을 따라 늘어나는 플래그(flag)(436)가 x축을 따라 전파하는 광 빔(도시되지 않음)을 가로막을 때, 광검 출기(photodetector)(434)에 의해 감지된다. 광 빔은 광검출기(434)의 전면 내부에 장착된 광원(438)으로부터 광검출기(434)의 후면 내부에 장착된 감지기(440)까지 전파한다. 플래그(436)에 의한 광 빔의 차단은 시료 검사 스테이지(400)가 광학 조립체 스테이지(22)에 결합된다는 것을 나타낸다. V자 홈 부재(444)로부터 늘어나는 플랜지(flange)(442)는 볼트로 죄어져, 그것들이 결합될 때 광학 조립체 스테이지(22)의 움직임에 응답하여 시료 검사 스테이지(400)가 움직이게 한다. 결합이 완료될 때, 광학 조립체 스테이지(22)와 연관된 U자 모양의 가이드 블록(42)이 시료 검사 스테이지(400)와 연관된 U자 모양의 가이드 블록(42)에 인접하게 위치되어, 광학 조립체 스테이지(22)와 시료 검사 스테이지(400)가 모두 고정된 가이드 레일(40)을 따라 미끄러져 이동한다. 어댑터(428) 반대쪽의 스테이지(400)에 볼트로 죄어진 L자 모양의 브래킷(bracket)(446)은 가이드된 원통 블록(418)들에 관한 장착 표면으로서의 역할을 한다.

도 7은 검사 장비 조립체(408)에 관한 수직 이동을 제공하는 메커니즘을 보여준다. 현미경(410)은 카메라(412)의 사용을 가능하게 하는 내부 LED 동축 조명을 그 특징으로 한다. 에너지를 소비하기 위해, LED들은 큰 열 싱크(heat sink)(448)를 필요로 하고, 이러한 큰 열 싱크(448)는 현미경 기둥(414)의 전면에 장착되어 있는 것으로 도시되어 있다. 현미경 기둥(414)의 뒷면은 노(paddle) 모양의 브래킷(450)에 부착되고, 이 브래킷(450)은 오리건주(OR) Tangent 소재의 Primatics사로부터 입수 가능한 Part No. PRC43AL0025C D3 H2 L1E7과 같은 선형의 모터 구동 크로스-롤러(cross-roller) 스테이지(452)에 부착된다. 크로스-롤러 스테이지(452) 는 현미경(410)을 z축을 따라 올렸다 내렸다 한다. z축 이동은 슬롯(457)을 가지는 압축 스프링 하우징(456)에 포함되는 압축 스프링(454)(1개만 도시됨)에 의해 균형이 맞추어져 있고, 슬롯(457) 내부로는 U자형의 스프링 바(bar)(458)의 자유 단부들이 그것의 움직임을 구속하기 위해 삽입된다. 압축 스프링(454)들은 크로스-롤러 스테이지(452)에 부착되는 U자형 스프링 바(458)에 기대어 위로 밀어서 이동에 저항한다. 크로스-롤러 스테이지(452)의 질량의 균형을 맞추는 것은, 크로스-롤러 스테이지(452)에 관한 받침대 위치(rest position)의 위치를 결정하고 확립하는데 도움을 주어, 정전되는 경우 현미경(410)이 시료 검사 스테이지(400)와 부딪치는 것을 방지한다.

크로스-롤러 스테이지(452)의 위 단부 위에 장착된 장치 연결기(harness connector)(460)는 한쪽 단부에서 케이블 종료기(terminator)(462)를 받는다. 케이블 종료기(462)는 전원(power supply)과, 검사 장비(408)에 전력을 공급하는 데이터 송신 배선(wiring)이 장치 연결기(460)에 접속(plug into)되는 곳을 가리킨다.

도 8은 직사각형 절단부(cutout)(464)를 통해 검사 장비(408)를 수용하는 광학 조립체 스테이지(22)에 결합된 시료 검사 스테이지(400)를 보여준다. 도 9는 레이저 빔 초점 구역 제어 서브시스템(28)을 적소에 구비한 점을 제외하고는, 도 8의 도면과 유사한 도면을 보여준다.

당업자들에게는 본 발명의 기본 원리들을 벗어나지 않으면서, 전술한 실시예들의 세부 내용에 많은 변경이 이루어질 수 있다는 점이 분명해진다. 그러므로 본 발명의 범주는 후속하는 청구항들에 의해서만 결정되어야 한다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 시료 처리 시스템들, 특히 시료 처리 및 검사를 수행하는데 있어서 동작 효율성을 달성시키는 것이 필요한 시료 처리 시스템에 이용 가능하다.

Claims

시료를 처리하고 검사하기 위해 레이저-기반의(laser-based) 시스템을 사용하는 방법으로서,

처리 및 검사 도중에 상기 시료가 장착되는 기판 위에서의 움직임을 위한 시료 처리 스테이지를 제공하는 단계로서, 상기 시료 처리 스테이지는 인가된 구동력에 응답하여 상기 기판 위에서 움직일 수 있는 레이저 빔 전파 경로-방향지정 광학 성분들을 보유하는, 시료 처리 스테이지 제공 단계,

상기 기판 위의 움직임을 위해, 광학 검사 장비를 보유하고 쉬는 위치에 놓여있을 때 홈(home) 위치를 가지는 시료 검사 스테이지를 제공하는 단계,

상기 시료 검사 스테이지와 시료 처리 스테이지를 서로 해체할 수 있게 결합하기 위한 결합 디바이스를 제공하는 단계,

상기 시료를 처리하기 위해 상기 시료에 대한 레이저 빔의 위치를 정한 다음, 상기 시료 검사 스테이지와 상기 시료 처리 스테이지를 서로 결합하기 위해 결합 디바이스의 위치를 정하기 위해 상기 시료 처리 스테이지를 움직이는 단계,

시료를 검사하기 위해 시료에 대한 광학 검사 장비의 위치를 정한 다음 홈 위치에 상기 시료 검사 스테이지를 두기 위해 직렬로 결합된 시료 처리 및 검사 스테이지들을 움직이는 단계, 및

상기 시료 처리 및 검사 스테이지들의 결합을 푼 다음, 놓아둔 시료 검사 스테이지로부터 멀어지게 시료 처리 스테이지를 움직이는 단계를

포함하는, 시료를 처리하고 검사하기 위해 레이저-기반의 시스템을 사용하는 방법.
제 1항에 있어서,

상기 광학 검사 장비는 현미경과 카메라를 포함하는, 시료를 처리하고 검사하기 위해 레이저-기반의 시스템을 사용하는 방법.
제 1항에 있어서,

상기 결합 디바이스는 반복 가능한 위치 결정을 보장하기 위해 V자 홈(V-groove)에 맞추어진 볼(ball)을 포함하는 운동학적 마운트(kinematic mount)인, 시료를 처리하고 검사하기 위해 레이저-기반의 시스템을 사용하는 방법.
제 1항에 있어서,

상기 기판은 스톤 슬래브(stone slab)를 포함하는, 시료를 처리하고 검사하기 위해 레이저-기반의 시스템을 사용하는 방법.
제 4항에 있어서,

상기 스톤 슬래브는 화강암(granite)으로 형성되는, 시료를 처리하고 검사하기 위해 레이저-기반의 시스템을 사용하는 방법.
시료를 처리하고 검사하기 위한 장치로서,

처리 및 검사 도중 상기 시료가 장착되는 기판 위에서의 움직임을 위한 시료 처리 스테이지로서, 상기 시료 처리 스테이지는 인가된 구동력에 응답하여 상기 기판 위에서 움직일 수 있는 레이저 빔 전파 경로-방향지정 광학 성분들을 보유하는, 시료 처리 스테이지,

상기 기판 위의 움직임을 위해, 광학 검사 장비를 보유하는 시료 검사 스테이지, 및

상기 시료 검사 스테이지와 시료 처리 스테이지를 서로 해체할 수 있게 결합하기 위한 결합 디바이스를

포함하는, 시료를 처리하고 검사하기 위한 장치.
제 6항에 있어서,

상기 광학 검사 장비는 현미경과 카메라를 포함하는, 시료를 처리하고 검사하기 위한 장치.
제 6항에 있어서,

상기 결합 디바이스는 반복 가능한 위치 결정을 보장하기 위해 V자 홈에 맞추어진 볼을 포함하는 운동학적 마운트인, 시료를 처리하고 검사하기 위한 장치.
제 6항에 있어서,

상기 기판은 스톤 슬래브를 포함하는, 시료를 처리하고 검사하기 위한 장치.
제 9항에 있어서,

상기 스톤 슬래브는 화강암으로 형성되는, 시료를 처리하고 검사하기 위한 장치.