KR102386005B1 - 기질을 정렬하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

기질을 정렬하기 위한 방법 및 장치.
본 발명은 복수의 감지 유닛 및 대응하는 장치를 이용하여 제1 기질을 제2 기질과 정렬하고 접촉시키는 방법에 관한 것이다.

Description

기질을 정렬하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR ALIGNING SUBSTRATES}
본 발명은 제1항에 따라 제1 기질을 제2 기질과 정렬하고 접촉시키는 방법 및 제10항에 따른 해당 장치에 관한 것이다.
반도체 산업에서, 정렬 장비(얼라이너:aligners)는 기질들을 다른 공정단계에서 함께 결합시키기 위해 기질, 특히 웨이퍼를 서로 정렬하기 위해 이용된다. 결합 공정은 본딩(bond)이라고 한다.
결합되어야 하는 기질 표면상에 정렬 표시부가 존재하는 정렬 공정은 면 대 면 정렬이라고 한다.
결합되어야 하는 기질 표면으로부터 멀어지는 방향을 향하는 외부 기질 표면으로부터 정렬 표시부의 위치 및 방향의 감지 및/또는 결정을 가능하도록 기질을 측정하기 위해 이용되는 전자기 복사에 대해 기질이 투명하지 않기 때문에 기질들이 서로를 향해 이동하기 전에 기질들 사이에서 이미지 감지 수단에 의해 정렬 표시부들이 감지된다.
상기 기술이 가지는 문제점에 의하면, 특히 카메라에 의한 입자 오염 및 감지를 위해 두 기질들사이에서 카메라의 위치를 허용하는 기질들 사이의 큰 거리가 발생된다. 상호접근 과정 동안 정렬 오차가 상기 문제점으로부터 발생한다.
가장 가까운 종래 기술로 간주될 수 있는 공개 문헌 제US 6214692 B1호의 정렬 장비에 의해 면 대 면 정렬공정이 개선된다. 상기 종래기술에 있어서, 2개의 렌즈 그룹이 각각의 경우에 서로 마주보게 배열된 2개의 렌즈들과 이용되어, 기질이 상호 배열되는 2개의 기준점을 갖는 시스템을 형성한다. 기준점은 서로 마주 보게 배열된 두 개의 렌즈들이 가지는 광학축들의 교차점이다.
종래 기술의 문제점에 의하면, 공개된 제어 방법은 정렬 정밀도에 대한 증가하는 요구를 더이상 충족시킬 수 없다.
공개 문헌 제US 6214692 B1호는, 정렬 표시부에 관한 두 개의 이미지들의 비교 및 위치 수정을 기초로 한다. 면대면 구조로 배열된 2개의 기질들위에서 정렬 표시부의 위치가 카메라 시스템에 의해 개별적으로 감지된다. 위치 설정 테이블(기질 홀더 및 스테이지)이 정렬 표시부들의 계산된 상대 방향 및 상대 위치로부터 작동되어 부정확한 위치가 수정된다. 위치 설정 테이블은 드라이브에 가깝게 위치한 안내 트랜스듀서 및 증분 경로 트랜스듀서로 구성된다.
따라서, 본 발명의 과제는 기질의 보다 정확하고 보다 효율적인 정렬 및 접촉이 가능해지는 기질의 정렬 및 접촉을 위한 장치 및 방법과 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 1 및 10의 특징에 의해 해결된다. 본 발명의 유리한 실시예들이 종속 청구항에 주어진다. 상세한 설명, 청구 범위 및/또는 도면에 주어진 적어도 2개의 특징들의 모든 조합도 본 발명의 범위 내에 속한다. 설명된 수치 범위내에서 수치 범위에 속하는 수치들은 또한 한정값으로 공개되며 모든 조합으로 청구될 수 있다.
본 발명은 정렬 공정 이전에 추가의(특히 제3의) 정렬 표시부의 감지를 수행하는 사상에 기초하며, 상기 추가의 표시부는 정렬되어야 하는 기질들 중 하나 또는 기질 홀더 상에 제공된다. 특히, 추가의 정렬 표시부는 기질의 접촉면에 배열되지 않는다. 추가적인 정렬 표시부는 바람직하게 접촉면으로부터 멀어지는 방향을 향하거나 접촉면과 평행하게 배열된 기질 또는 기질 홀더의 측부에 배열된다.
특히 간접적으로 기질들의 접촉면들 상에 위치한 정렬 표시부(alignment marking)에 기초하여 기질들이 서로 정렬된다. 서로 마주보게 배열된 기질들의 서로 마주보는 측부에서 정렬 표시부는 특히 서로 보완적(complementary)이다. 정렬 표시부는 십자형, 원형 또는 사각형 또는 프로펠러와 같은 형상부 또는 격자 구조, 및 특히 공간 주파수 도메인(spatial frequency domain)의 위상 그리드(phase grid)와 같이 서로 정렬될 수 있는 모든 대상이 될 수 있다.
정렬 표시부는 바람직하게 특정 파장 및/또는 파장범위의 전자기 방사선에 의해 감지된다. 현재, 상기 전자기 방사선은 적외선, 가시광 또는 자외선을 포함한다. 그러나 EUV 또는 x- 선과 같은 더 짧은 파장의 방사선의 이용도 가능하다.
본 발명의 특히 독립적인 특징에 의하면, 추가적인 정렬 표시부의 감지에 의해 정렬 공정이 특히 독립적으로 수행된다. 상기 독립적인 수행은, 정렬 공정 동안 다른 하나(특히 제1 및 제2) 정렬 표시부가 감지되지 않거나 감지될 수 없다는 것을 의미한다.
본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 제1 기질과 제2 기질은 제1 기질 홀더와 제2 기질 홀더 사이에서 Z- 방향을 따라 제1 접촉면과 제2 접촉면 사이에 간격(A)를 가지며 배열된다. 간격(A)은 특히 50미크론 미만, 특히 바람직하게 100미크론 미만, 최적의 경우 50미크론 미만, 이상적인 경우 10미크론 미만의 크기로 존재한다.
본 발명에 따른 방법은 특히, 임의의 전자기 방사선, 특히 UV 광, 더욱 바람직하게 적외광, 가장 바람직하게 가시광선에 의해 적어도 2개의 기질의 면대면 정렬 및/또는 상기 제1 및 제2 정렬 표시부의 관찰을 위한 광학 경로의 순차적인 허용을 위한 방법을 포함하며, 상기 기질과 기질 홀더 위치의 정밀한 재생을 위한 적어도 하나의 추가적인 광학 경로의 보완이 제공되며, 상기 추가적인 광학 경로는 기질들이 정렬되는 동안 기질들 사이에 배열되지 않고 오히려 외부로부터 감지될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 추가적으로 제공된 감지 유닛들 및/또는 측정 및 제어 시스템들에 의해 감지되고 정렬공정을 제어하기 위해 이용되는 추가적인 X-Y 위치 및/또는 방향 정보에 의해 특히 정렬 정확도를 증가시킨다.
상기 목적을 위해, 본 발명에 따른 장치는 특히 본 명세서에 설명된 단계들 및 구성 요소들을 제어하는 소프트웨어 보조 제어 유닛을 포함한다. 본 발명에 따르면, 폐쇄 제어 회로 및 제어는 제어 유닛에 포함되는 것으로 이해된다.
X- 및 Y- 방향 또는 X- 및 Y- 위치는 X-Y 좌표 시스템 또는 X-Y 좌표 시스템의 임의의 Z- 평면에 각각 배열된 방향 또는 위치를 의미하는 것으로 이해된다. Z 방향은 X-Y 방향과 직교하도록 배열된다.
X- 및 Y- 방향은 특히 횡 방향에 대응한다.
위치 특징들이 기질의 정렬 표시부의 위치 및/또는 방향 값 및 기질 홀더상의 정렬 표시부로부터 유도/계산된다.
본 발명에 따르면, 적어도 하나의 추가적인 위치 특징이 특히 새로운 추가적인 광학 경로를 갖는 적어도 하나의 추가적인 측정 시스템에 의해 감지된다. 적어도 하나의 추가 정렬 표시부는 바람직하게 기질의 정렬 표시부들과 공간적으로 근접(spatial proximity)하게 위치한다.
따라서, 본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치는 특히 적어도 하나의 추가적인 측정 및/또는 제어 시스템을 포함하며, 정렬 정확도는 다른 감지 유닛들의 측정값들 중 적어도 하나를 이용하는 추가적인 측정값들 및 상관관계에 의해 증가된다. 기질들이 정렬될 때 또한 볼 수 있는 정렬 표시부 및 접촉면들 사이의 결합 경계면에서 측정된 정렬 표시부들 중 적어도 하나의 상관관계에 의해, 정렬 과정 동안 정렬 표시부의 직접 관찰 가능성 및 그에 따른 실시간 측정과 제어가 가능해 진다. 따라서, 기질의 정렬 정확도가 증가한다.
추가적인 정렬 표시부는 특히 기질 홀더의 후방 측에 배열된다.
명확한 상관관계는 특히 기질 홀더상의 추가적으로 부가된 위치 특징 및 기질상의 위치 특징 사이에서 발생되며, 상기 상관관계는 정렬될 때까지 그리고 정렬되는 동안 변화되지 않는 것이 바람직하다.
기질상의 위치 특징들과 명확한 상관관계를 가지는 기질 홀더상의 추가된 위치 특징들에 의해, 기질상의 위치 특징들의 직접적인 관찰은 기질홀더상의 위치 특징들의 직접적인 관찰에 의해 대체될 수 있다. 따라서, 실질적으로 기질 홀더의 관측 가능한 부분이 추가 측정 시스템의 측정 범위 또는 시야에 항상 배열될 수 있는 장점이 제공된다.
위치의 실제상태에 대한 제어 옵션이 폐쇄 제어 회로에 제공되기 때문에 위치 설정 및 위치 수정을 위한 데이터의 능동적인 피드백은 종래기술에 따라 제어되는 위치설정과 비교하여 정확성을 증가시킨다. 따라서, 특히, 주어진 갯수의 증분을 가진 미리 정의된 거리를 이동하지 않고 이미 이동 한 거리가 측정하므로 속도 및/또는 가속도와 관련하여 설정점과 실제위치가 비교될 수 있다. 본 발명의 목적은 특히 결합 경계면 외부로부터서 정렬상태가 실시간으로 관찰될 수 있는 방법을 이용하여 2개의 기질들이 가지는 정렬 정확성을 증가시키는 것이다. 상기 기질들은 특히 서로 최소 간격으로 배열되고, 바람직하게 상기 기질들 사이에 어떠한 장비도 배열되지 않는다.
본 발명의 핵심 개념은 특히 적어도 하나의 추가적인 측정 및 제어 시스템의 도입하고 현재 존재하는 측정값과 새로 감지된 위치 및/또는 방향의 추가 값을 연관시키는 것이다. 정렬되는 동안 선호적으로 직접 감지될 수 있는 특히 후방 측부에서 기질 홀더 및/또는 특히 후방 측부에서 기질의 정렬 표시부 및 결합 경계면에서 측정된 정렬 표시부의 상관관계에 의해, 추가 정렬 표시부의 직접 관측 가능성과 실시간 측정 및 제어가 가능하다. 상기 구성에 의해 정렬 정확도가 향상된다.
제1 정렬 표시부가 감지되는 동안에, 제2 기질 및 제2 기질 홀더는 감지를 가능하게 하기 위해 제1 감지 유닛의 광학 축으로부터 벗어나 X-Y 방향으로 이동한다.
제2 정렬 표시부가 감지되는 동안에, 제1 기질 및 제1 기질 홀더는 감지를 가능하게 하기 위해 제2 감지 유닛의 광학 축으로부터 벗어나 X-Y 방향으로 이동한다.
장치
적어도 2개의 기질의 정렬을 위한 본 발명의 장치는 특히 서로 정렬된 2개의 렌즈 또는 감지 유닛을 포함하는 적어도 한 개의 광학 시스템을 포함하고, 광학 시스템의 광학 경로는 바람직하게 공통 초점(common focal point)에서 만난다.
유리한 실시예에 따르면, 광학 시스템은 거울들, 렌즈들, 프리즘들, 특히 쾰러 조명을 위한 방사선 공급원 및 카메라들과 같은 이미지 감지 수단들(CMOS 센서들 또는 CCD, 또는 광트랜지스터와 같은 영역 또는 선 또는 점 감지수단) 및 포커싱을 위한 이동 수단 및 광학 시스템을 제어하기 위한 평가 수단을 포함한다.
본 발명에 따른 장치의 일 실시예에서, 광학 시스템 및 회전 시스템은 턴 오버 조정(turn over adjustment)의 원리에 따라 기질의 위치 설정을 위해 이용되고, 이와 관련하여 한센, 프리드리히, 유스티어룽, 파우에베 페어라그 테크니크(Hansen, Friedrich, Justierung, VEB Verlag Technik), 1964, 문단 6.2.4, 움샤라그메토데를 참고할 때, 적어도 하나의 측정이 규정된 위치에서 수행되고, 적어도 하나의 측정이 180° 회전된 반대 방향의 위치에서 수행된다. 이렇게 구해진 측정 결과는 특히 편심 오차를 가지지 않는다.
본 발명에 따른 장치의 개선은 서로 정렬되고 서로에 대해 고정 가능한 렌즈를 갖는 2개의, 특히 동일한, 구조적으로 동일한 광학 시스템을 포함한다.
본 발명에 따른 장치의 개선은 정렬된 렌즈를 갖는 2개 초과의 동일한 광학 시스템을 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 정렬되어야 하는 기질을 유지하기 위한 기질 홀더를 포함한다.
본 발명에 따른 장치의 또 다른 실시예에서, 특히 2개의 기질 측부들의 동시 관찰을 위해 한정된 지점에서 적어도 부분적으로, 바람직하게 95% 이상으로 투명 한 적어도 하나의 기질 홀더가 이용된다.
*본 발명에 따른 장치의 또 다른 실시예에서, 특히 2개의 기질 측부들의 동시 관찰을 위해 한정된 지점에서 개구 및/또는 구멍 및/또는 검사 창을 포함하는 적어도 하나의 기질 홀더가 이용된다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 예비 결합을 생성하기 위한 시스템을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 바람직하게 광학 시스템 및 기질 홀더 및/또는 기질을 이동시키고 위치시키며 정렬시키기 위해 구동 시스템, 가이드 시스템, 고정구 및 측정 시스템을 갖는 이동 장치를 포함한다.
이동 장치는 개별 이동의 결과로서 각각의 이동을 생성할 수 있어서, 이동 장치는 바람직하게 정밀도 위치 요건을 충족시키지 않고 정밀하게 미세 위치 설정 장치를 작동시키는 신속하고 개략적인(rough) 위치 설정 장치를 포함할 수 있다.
접근해야 하는 위치의 설정값은 이상적인 값이다. 이동 장치는 이상적인 값으로 가까이 이동한다. 이상적인 값을 주위의 정의된 영역에 도달하는 것은 설정 값에 도달한 것을 의미하는 것으로 이해할 수 있다.
개략적인 위치설정 장치는 접근 및/또는 반복 정확도가 전체 이동 경로 또는 360도의 완전한 회전과 관련된 회전 구동장치를 회전시키는 경우에 회전 범위와 관련하여 설정값으로부터 0.1 % 초과, 바람직하게 0.05 % 초과, 특히 바람직하게 0.01 % 초과로 벗어나는 위치 설정 장치를 의미하는 것으로 이해된다.
예를 들어, 개략적인 위치 설정 장치에 있어서, 600mm * 0.01 %의 접근 정확도는 600mm 이상, 즉 잔류 불확실성으로서 60미크론을 초과의 이동 경로를 발생시킨다.
개략적인 위치 설정의 다른 실시예에서, 접근 또는 반복 정확도의 잔류 불확실성은 100미크론 미만, 바람직하게 50미크론 미만, 특히 바람직하게 10미크론 미만이다. 열 간섭 변수도 고려하는 것이 바람직하다.
개략적인 위치 결정 장치는 실제로 도달한 실제위치 및 위치 설정 값의 차이가 지정된 미세 위치 설정 장치의 이동 범위 내에 있는 경우에만 충분한 정확도로 위치 설정 작업을 수행한다.
선택적인 개략적인 위치 설정 장치는 실제로 실제위치에 도달하고 위치의 설정 값이 할당된 미세 위치 설정 장치의 이동 범위의 절반 이내 인 경우에만 충분한 정확도로 위치 지정 작업을 수행한다.
미세 위치 설정 장치는 설정값으로부터 접근 및/또는 반복 정확도의 잔류 불확실성이 총 이동 경로 또는 회전 범위와 관련하여 500ppb 미만, 바람직하게 100ppb 미만, 이상적인 경우 1ppb미만인 위치 설정 장치로 이해된다.
본 발명에 따른 미세 위치 설정 장치는, 5미크론 미만, 바람직하게 1미크론 미만, 특히 바람직하게 100nm 미만, 매우 특히 바람직하게 10nm 미만, 최적의 경우에 5nm 미만, 이상적인 경우에는 1nm 미만의 절대 위치 오차를 갖는 것이 선호된다.
본 장치 및 관련 공정은 매우 높은 정밀도 및 재현성을 갖는 적어도 2개의 위치 설정 장치를 포함한다. 상호 오차 보정의 개념은 기질의 정렬 품질을 위해 이용될 수 있다. 따라서, 기질과 기질에 대응하는 위치 설정 장치의 공지된 오정렬(뒤틀림 및/또는 변위)에 의해, 다른 위치 설정 장치 및 다른 기질의 위치를 보정 값 또는 보정 벡터에 의해 정렬 및 보정하여 정렬 정확도가 증가될 수 있다. 여기서
오차 보정을 위해 제어 및 조정과정이 개략적이고 미세한 위치설정 또는 단지 개략적인 위치설정 또는 단지 미세한 위치설정을 이용하는 방법에 관하여 뒤틀림 및/또는 변위가 중요하다.
계속해서 위치 설정 장치(개략적이거나 미세하거나 조합된 위치 설정 장치) 및 정렬수단은 동의어로 간주되고 이용된다.
본 발명에 따르면, 기질들을 서로 정렬하는 과정은 총 6개의 운동 자유도를 가지며 발생될 수 있다: x, y 및 z 좌표 방향에 따른 3개의 병진운동 및 상기 좌표 방향 주위에서 3개의 회전운동. 본 발명에 따르면, 상기 운동은 임의의 방향 및 배향을 따라 수행될 수 있다. 특히, 기질의 정렬은 바람직하게 공개문헌 제EP 2612109 B1호의 공개내용에 따라 수동 또는 능동 쐐기 에러(wedge error) 보상을 포함한다.
기질 처리용 로봇이 이동 장치로서 포함된다. 고정 장치는 구성 부품으로서 통합되거나 이동 장치내에 기능장치로서 통합될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 바람직하게, 상기 단계들을 수행하고 특히 운동 시퀀스를 수행하며 교정을 수행하고 본 발명을 따르는 장치의 작동 상태를 분석 및 저장하기 위해, 제어 시스템 및/또는 평가 시스템, 특히 컴퓨터를 포함한다.
공정은 공식으로서 형성되고 기계 판독가능한 형태로 실행하는 것이 바람직하다. 공식은 기능적으로 또는 공정과 관련하여 관련된 매개 변수 값들의 최적화된 컴파일레이션(compilation)이다. 공식을 이용하면 생산 시퀀스의 재현성이 보장될 수 있다.
또한, 본 발명의 유리한 실시예를 따르는 장치가 공급원 및/또는 보조 및/또는 보완 시스템(압축 공기, 진공, 전기 에너지, 유체, 냉각제, 가열제와 같은 액체, 온도 안정화, 전자파 차폐를 위한 수단 및/또는 장치).
또한, 본 발명에 따른 장치는 프레임, 클래딩, 진동 억제또는 감쇠 또는 흡수를 위한 능동 또는 수동 서브 시스템을 포함한다.
측정
또한, 본 발명에 따른 장치는 바람직하게 변위 측정 시스템 및/또는 각도 측정 시스템으로 구성될 수 있는 적어도 하나의 측정 시스템, 바람직하게 각각의 이동 축에 대한 측정 유닛을 포함한다.
촉각, 즉 접촉 또는 비 촉감 측정 방법이 모두 이용될 수 있다. 측정값의 단위인 표준 측정은 물리적 물체로서, 특히 스케일로 표시되거나, 이용되는 방사선의 파장과 같이 측정 과정에서 암시적으로 제공될 수 있다.
적어도 하나의 측정 시스템이 선택되고 정렬 정확도를 달성하기 위해 이용될 수 있다. 측정 시스템은 측정 방법을 구현한다. 특히, 이용은 다음과 같이 구성될 수 있다.
● 유도식(inductive) 방법 및/또는
● 용량성 방법 및/또는
● 저항성 방법 및/또는
● 비교 방법, 특히 광학 이미지 인식 방법 및/또는
●(특히 스케일, 또는 간섭계, 특히 레이저 간섭계로서 유리 표준 측정 또는 자성 표준 측정을 이용한) 증분 또는 절대 방법 및/또는
● 이동거리 시간 측정(도플러 방법, 비행시간(time of flight) 방법) 또는 기타 시간 기록 방법 및/또는
● 삼각 측량 방법, 특히 레이저 삼각 측량,
● 자동 초점 방식 및/또는
● 광섬유 원격 측정기와 같은 강도 측정 방법.
변형을 가진 추가 측정 시스템 및 기질 홀더 또한, 본 발명에 따른 장치의 특히 바람직한 실시예는 정해진 기준 특히 프레임에 대하여 적어도 하나의 기질 및/또는 기질 중 하나의 기질 홀더의 XY 위치 및/또는 정렬 방향 및/또는 각도 위치를 감지하는 적어도 하나의 추가적인 측정 시스템을 포함한다. 특히 천연 경질석(hard stone) 또는 미네랄 주철 또는 구상 흑연 주철 또는 수력학적 결합의 콘크리트로 제조된 부품이 프레임으로서 제공될 수 있으며, 상기 부품은 특히 진동 감쇠 및/또는 진동 격리 및/또는 진동 흡수기능을 가진다.
본 발명에 따르면, 측정값들은 서로 조합 및/또는 서로 참고 및/또는 상관될 수 있어서, 하나의 정렬 표시부의 측정으로부터, 관련된 다른 정렬 표시부의 위치에 관한 결정이 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 실시예에서, 기질 홀더의 위치는 기준, 특히 제1 기질상의 제1 정렬 표시부 및/또는 제2 기질상의 제2 정렬 표시부에 대한 위치(또는 위치 또는 측정 위치(spot) 또는 시야)에서 감지된다.
본 발명에 따른 또 다른 실시예에서, 기질 홀더의 위치는 기준과 관련하여 정확하게 두 지점에서 감지된다.
본 발명에 따른 또 다른 실시예에서, 기질 홀더의 위치는 기준과 관련하여 정확히 3개의 지점에서 감지되고, 따라서 기질 홀더의 위치 및 방향이 결정된다.
본 발명에 따른 제1 실시예에서, 카메라 시스템을 이용한 광학 패턴 인식 및 기질 홀더 상에 적용된 패턴은 한 점 또는 두 점 또는 세 점 또는 임의 갯수의 점에서 위치 설정을 위해 이용될 수 있다. 패턴은 실시간 시스템에서, 특히 정렬 중에 연속적으로 감지된다. 나열된 측정 방법을 위치 결정에 이용할 수도 있다.
본 발명에 따르면, 특히 기질 홀더 상에 감지 유닛을 제공하고 프레임 상에 정렬 표시부를 제공하는 반대 구조가 고려될 수 있다.
감지, 평가 및 제어가 임의 시간에, 특히 연속적으로 발생할 수 있도록, 패턴은 유리한 실시예에 따라 감지 유닛의 이미지 감지 시스템의 시야보다 큰 영역에 걸쳐 분포되어, 제어 유닛(및/또는 조절 유닛)은 측정값을 특히 연속적으로 가진다.
본 발명을 따르는 장치의 또 다른 실시예에서, 적어도 하나의 기질 홀더는 기질의 지지 측부로부터 정렬 표시부를 감지하기 위한 관통 개구부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 적어도 하나의 기질이 결합되어야 하는 표면(접촉면)위에서 적어도 하나의 정렬 표시부 및 마주보는 표면(지지면)상의 적어도 하나의 정렬 표시부를 포함하는 것이 유리하다.
정렬 표시부는 바람직하게 적어도 하나의 기질의 지지면위에 분배되고, 바람직하게 균일하게, 특히 명확하게 할당될 수 있는 복수의 정렬 표시부이다. 지지면상의 정렬 표시부는 적어도 X-Y 위치 및/또는 정렬 방향과 관련하여 동일한 기질의 정렬 표시부의 X-Y 위치 및/또는 정렬 방향과 연관될 수 있다. 따라서, 기질의 로딩 및 정렬 과정 동안 기질들이 접촉할 때까지 연속적인 위치 설정이 가능해 진다.
본 발명의 개선예에서, 지지면 상의 정렬 표시부는 기질의 변부 영역(변부 제거 영역)까지 특히 균일하게 분포된다.
기질 중 적어도 하나의 다른 실시예에서, 지지면상의 정렬 표시부는 동일 기질의 접촉면 및 접촉면 상에 배열된 정렬 표시부에 대해 일대일로 분포된다.
본 발명에 따른 또 다른 실시예에서, 기질 홀더의 X-Y 위치 감지 및/또는 방향 결정을 위해 적절히 구성되고 특히 모노리식 구성을 가진 반사기를 포함한 적어도 하나의 간섭계가 적어도 하나의 위치에서 X-Y 위치 결정을 위해 이용된다. 간섭계의 수는 특히 반사기의 반사면의 갯수와 동일하다.
특히 모노리식 블록으로 형성된 기질 홀더는 바람직하게 하기 기능들 중 적어도 2개를 포함한다 :
● 진공(진공 트랙, 연결)을 통한 기질 고정,
● 특히 바람직하게 문헌 제EP 2656378 B1호 및 제WO 02014191033 A1호의 실시예를 따르는 기계식 및/또는 유압식 및/또는 압전식 및/또는 열전식 및/또는 전열 작동식 요소에 의한 기질의 변형을 형상 보상(shape compensation)한다.
● 위치 및/또는 방향 결정(표준 측정, 반사면 및/또는 프리즘, 특히
간섭계를 위한 반사경, 기록 표시부 영역, 평면을 위해 2차원으로 구성된 표준 측정, 볼륨 표준 측정, 특히 단계)
● 이동(안내 트랙).
미세 조정을 위해 이용되지 않는 본 발명의 이동 장치는 특히 바람직하게 증분 변위 센서를 가진 로봇 시스템으로서 구성된다. 보조적인 이동을 위한 상기 이동 장치의 정확도는 기질 스택의 정렬을 위한 정확도와 무관하여, 1mm 미만, 바람직하게 500미크론 미만, 특히 바람직하게 150미크론 미만의 낮은 반복 정확도로 보조적인 이동이 수행된다.
(횡 방향) 정렬(미세 조정)을 위해 본 발명을 따르는 이동 장치의 제어 및/또는 조절은 특히 다른 측정 수단으로 감지되는 X-Y 위치 및/또는 정렬 방향에 기초하여 수행된다. 상기 이동 장치의 정확도는 특히 바람직하게 200nm 미만, 바람직하게 100nm 미만, 특히 바람직하게 50nm 미만, 특히 바람직하게 20nm 미만, 최적의 경우 10nm 미만, 이상적인 경우 1 미만이다.
방법
본 발명에 따른 정렬 방법의 제1 실시예는 특히 하기 단계, 특히 적어도 부분적으로 순차적 단계 및/또는 동시적 단계들, 특히 하기 시퀀스를 포함한다:
제1 공정단계: 제1/하부 기질은 제1/하부 기질 홀더 상에서 지지면으로 적재되고, 제1 정렬 표시부는 마주보는 측부(접촉면)에 제공된다.
제2 공정단계: 제1/하부 기질은 특히 개략적인 조정을 위한 이동 장치를 이용하여 제1/상부 감지 장치의 감지 위치의 시야속으로 기질 홀더와 함께 이동한다.
제3 공정단계: 광학 시스템이 제2 공정단계에 의해 이미 감지 위치까지 이동하지 않았다면, 광학 시스템은 감지 위치로 이동한다. 선택적으로, 광학 시스템의자동- 교정(self-calibration)은 이때 수행되거나 감지 위치의 이동이 개시되기 이전에 이미 발생할 수 있다.
제4 공정단계: 제1/상부 감지 장치는 감지되어야 하는 제1 정렬 표시부의 패턴 상에 포커싱되고, 상기 패턴은 결합되어야 하는 기질의 접촉면 상에 배열된다.
선택적으로, 광학 시스템은 제1/상부 감지 유닛의 초점 평면상에서 제2/하부 감지 유닛을 조정할 수 있다.
제5 공정단계: 특히 패턴 인식에 의해 제1 정렬 표시부의 감지. 동시에, 특히 제1 감지 유닛과 동기화에 의해, 바람직하게 접촉면 이외의 면에서 제1 기질 홀더 및/또는 제1 기질의 XY 위치 및/또는 정렬 방향이(제3 감지 유닛을 구비한) 본 발명의 측정 시스템에 의해 추가로 감지된다.
제6 공정단계: 특히 광학 시스템의 위치를 기계적 및/또는 전자적 및/또는 자기적으로 고정하여 모든 자유도를 영으로 감소시킨다.
제7 공정단계: 광학 시스템은 제1/상부 감지 유닛의 초점 평면상에 제2/하부 감지 유닛을 조정한다.
선택적으로 조정은 제4 공정단계 다음에 수행되었고 불필요하다.
제8 공정단계:(특히, 제어 유닛 내부의)제어 및 평가 컴퓨터는 정렬과정을 제어하기 위한 측정 결과를 얻기 위해 추상화(abstraction) 및/또는 계산을 수행한다. 제어 및 평가 컴퓨터는 특히 추가적인(제3) 측정 시스템 및 광학 시스템의 측정 결과들의 교정을 수행하고 제1/하부 기질 홀더 및 제1/하부 기질의 X- Y 위치 및/또는 정렬 방향의 설정값으로서 결과를 저장한다.
제9 공정단계: 제1/하부 기질 홀더가 광학 시스템의 시야(감지용 빔 경로) 밖으로 이동된다. 따라서, 제1 감지 유닛을 위한 광학 경로의 장애물이 제거된다. 광학 시스템은 바람직하게 고정된 상태로 유지된다.
제10공정단계: 제2/상부 기질이 제2/상부 기질 홀더 상에 로딩된다. 상기 공정단계는 이전 공정단계들 중 하나 이전에 이미 수행될 수 있다.
제11 공정단계: 제2/상부 기질 홀더는 제2/상부 기질과 함께 광학 시스템의 시야속으로 이동한다.
제12 공정단계: 광학 시스템의 제2/하부 감지 유닛은 제1/상부 감지 유닛과 유사하게 제2/상부 기질상의 정렬 표시부를 탐색하고 감지한다. 따라서, 포커싱의 보정이 고려될 수 있더라도, 광학 시스템은 기계적으로 움직이지 않는다. 그러나, 포커싱 이동은 수행되지 않는 것이 바람직하다.
제13 공정 단계: 제2/상부 기질 및 제2/상부 기질 홀더는 제1 상부 감지 유닛의 광학적 경로를 차단하여, 정렬된 위치에서 결합되어야 하는 제1/하부 기질의 접촉면의 직접 관찰/감지는 불가능하다.
제14 공정단계: 제어 및 평가 컴퓨터는 정렬 오차를 확인하며 이를 위해 공개문헌 제US 6214692 B1호 및 제WO 2014202106 A1호의 공개내용을 참고한다. 특히, 정렬 오차 벡터는 정렬 오차로부터 생성된다. 특히, 적어도 하나의 보정 벡터가 계산된다. 보정 벡터는 정렬 오차 벡터와 평행하고 반대인 벡터이므로 정렬 오차 벡터와 보정 벡터의 합은 영이다. 특수한 경우에, 보정 벡터 계산시 추가 매개 변수가 고려될 수 있어서 영이 아닌 결과를 가진다.
제15공정단계:(기질 홀더와 함께) 제2/상부 기질의 X-Y 위치 및 정렬 방향이 보정 벡터에 따라 조정되고 다음 클램핑되어, 계산된 정렬 오차가 적어도 최소화되고 바람직하게 제거된다.
제16공정단계: 제2/상부 기질의 클램핑/고정이 발생한 후에, 제2 상부 기질의 X-Y 위치가 제2/하부 감지 유닛에 의해 다시 감지/검사된다. 따라서, 클램핑에 의해 발생된 변위 및/또는 뒤틀림이 제12 내지 제15 공정단계의 반복에 의해 감지되고 최소화될 수 있고, 특히 제거될 수 있다.
선택적으로, 감지된 변위 및/또는 뒤틀림이 보정값 및/또는 보정 벡터를 생성하기 위해 고려되어 후속 공정단계에서 제거가 고려될 수 있다. 변위의 보정값은 바람직하게 5미크론 미만, 바람직하게 1미크론 미만, 특히 바람직하게 100 나노미터 미만, 특히 바람직하게 10 나노 미터 미만, 최적의 경우는 5 나노 미터 미만, 이상적인 경우에 1 나노 미터이다. 뒤틀림(warping)에 대한 보정값은 특히 50마이크로 - 라디안 미만, 바람직하게 10 마이크로 - 라디안 미만, 특히 바람직하게 5 마이크로 - 라디안 미만, 매우 특히 바람직하게 1 마이크로 - 라디안 미만, 최적의 경우 0.1 마이크로 - 라디안 미만, 이상적인 경우에 0.05 마이크로 - 라디안 미만이다.
제15 공정단계에서, 제12 공정단계와 유사하게, 상기 상부 기질의 고정된 후에 적어도 한 개의 위치 측정값 및 상부 기질이 고정되기 전에 적어도 한 개의 위치 측정값이 발생할 수 있다. 본 발명에 따라 오차의 반복적인 보정이 고려될 수 있어서, 다음 공정 단계는 정의된 정밀도 요건(임계값)을 충족시킨 후에만 수행된다.
제16공정단계: 제1/하부 기질 홀더는 이미 감지된 설정값의 위치 및 방향으로 이동한다(제8 공정단계 참조).(기질과 함께)하부 기질 홀더의 X-Y 위치 및 정렬 방향은 추가적인 측정 시스템에 의해 특히 실시간으로 점검된다. 클램핑된 상부 기질 홀더가 광학 경로를 차단하기 때문에, 제1 기질의 제1 정렬 표시부의 관측 가능성은 제공되지 않는다.
제17 공정단계: 제1/하부 기질 홀더의 실제X-Y 위치 및 정렬 방향은, 설정 값과의 차이가 영이 될 때까지 보정되고, 적어도 소정의 임계 값은 아래로 떨어지지 않는다.
선택적인 제18 공정단계: 기질들이 결합되며, 이와 관련하여 공개 문헌 제WO2014191033A1 호의 공개내용을 참고한다.
제19 공정단계: 기질 스택이 장치로부터 언로드된다.
본 발명에 따른 정렬 방법의 선택적인 제2 실시예는 제1 실시예와 비교하여 상부 및 하부 기질을 위한 로딩 시퀀스에 대한 하기 변경을 포함한다:
본 발명에 따른 제1 공정단계로서, 제1/하부 기질이 제1/하부 기질 홀더 상에 적재된다.
본 발명에 따른 제2 공정단계로서, 제2/상부 기질이 제2/상부 기질 홀더 상에 로딩된다.
다음에, 제1 실시예의 공정단계는 유사하게 적용된다.
본 발명에 따른 방법의 제3 실시예에서, 본 발명에 따른 장치 및 방법에서 위와 아래의 방향이 상호 교체되어 제1 및/또는 제2 방법이 변경된다. 특히, 상부 기질 홀더는 적어도 하나의 추가적인 측정 시스템에 의해 관찰된다.
본 발명에 따른 방법의 제4 실시예에서, 공정 결과가 동일하게 유지되며 기질의 로딩 순서가 교체된다는 점에서 열거된 공정들이 변경된다.
본 발명에 따른 방법의 제5 실시예에서, 공정 단계들을 병렬화하여 속도 증가가 달성되며, 특히 제2 기질의 로딩은 제1 기질위에서 패턴 인식 단계 동안 이미 수행된다.
본 발명에 따른 방법 및 관련 장치의 제6 실시예에서, 추가적인 측정 시스템은 상부 기질 홀더 및/또는 하부 기질 홀더 및/또는 상부 기질 및 하부 기질 모두의 위치 및/또는 방향을 감지할 수 있다.
본 발명에 따른 방법 및 관련 장치의 제7 실시예에서, 추가의 측정 시스템은 상부 기질 홀더 및/또는 상부 기질의 위치 및/또는 방향을 감지할 수 있다.
장치의 기능적 및/또는 재료 부분의 기술적으로 가능한 모든 조합 및/또는 치환, 복제및 적어도 하나의 공정단계 또는 공정에서 수반되는 변경이 공개된 것으로 간주된다.
장치의 특징들이 본 명세서 및/또는 도면에 관한 하기 설명에 공개되는 한, 상기 특징들은 또한 방법의 특징이 공개된 것으로 간주되고 그 반대도 마찬가지이다.
본 발명의 다른 장점, 특징 및 세부 사항은 선호되는 실시예에 관한 하기 설명 및 도면을 기초하여 제시된다.
도 1은 본 발명을 따르는 장치의 제1 실시예의 개략적인 단면도.
도 2a는 제1 공정단계에 있는 도 1a의 실시예에 관한 개략적인 확대 단면도.
도 2b는 제2 공정단계에 있는 도 1a의 실시예에 관한 개략적인 확대 단면도.
도 2c는 제3 공정단계에 있는 도 1a의 실시예에 관한 개략적인 확대 단면도.
본 발명의 특징부 및 장점이 도면에서 도면부호로 표시되고 각각의 특징부는 본 발명의 실시예를 따르며 동일하거나 동일하게 작동하는 기능들이 동일한 도면부호로 표시된다.
도 1의 개략도는, 정렬 장치(1)의 제1 실시예를 구성하는 주요 부품들을 기능적으로(실제스케일과 다르게) 표시한다. 정렬 장치(1)는(제1 및/또는 하부 기질로서 표시된) 기질(16) 및/또는(제2 및/또는 상부 기질로서 표시된) 기질(17) 및/또는 도 1에 도시되지 않은 서로 적층된 기질들을 정렬할 수 있고, 상기 기질들을 적어도 부분적으로 및/또는 임시로(provisionally)(소위 예비 결합(pre bond)된 상태로) 서로 연결시킬 수 있다. 하기 기능 부품들이 가지는 가능한 운동/자유도가 화살표에 의해 상징적으로 도시된다.
제1 기질(16)은 제1 기질 홀더(10)위에 적재되고 상기 제1 기질(16)은 제1 기질 홀더(10)에 대해 자유도를 가지지 않고 제1기질 홀더에 고정된다. 제2 기질(17)은 제2 기질 홀더(13)위에 적재되고 상기 제2 기질(17)은 제2 기질 홀더(13)에 대해 자유도를 가지지 않고 제2기질 홀더에 고정된다.
우선 특히 하부의 기질 홀더(10)가 제1 기질 홀더(10)를 고정하고 공급(feed) 및 조정 운동(정렬)을 수행하기 위한 제1 이동 장치(11)위에 배열된다.
다음에 특히 상부의 기질 홀더(13)가 제2 기질 홀더(13)를 고정하고 공급 및 조정 운동(정렬)을 수행하기 위한 제2 이동 장치(14)위에 배열된다. 모든 기능 부품들의 진동을 감소/최소화하기 위해 운동 장치(11,14)들은 특히 공통의 고형 테이블 또는 프레임(9)에 고정된다.
제1 정렬 표시부(20) 및 제2 정렬 표시부(21)의 관찰(탐지)를 위해 광학 시스템(2)은
- 제1 기질(16)위에서 제1 정렬 표시부(20)를 탐지하기 위한 제1 탐지 유닛(3), 특히 이미지 탐지 수단 및
- 제2 기질(17)위에서 제2 정렬 표시부(21)를 탐지하기 위한 제2 탐지 유닛(4), 특히 이미지 탐지 수단을 포함한다.
제1 및 제2 기질(16, 17)이 정렬을 위해 배열될 때 광학 시스템(2)은 제1 및 제2 기질(16, 17) 사이에 위치하는 공통의 초점 평면(12) 상에 초점을 맞출 수 있는 것이 유리하다. 광학 시스템(2)의 이동, 특히 X, Y 및 Z 방향의 이동은 광학 시스템(2)을 위치 설정하기 위한 위치 설정 장치(5)에 의해 수행된다. 위치 설정 장치(5)는 특히 고형 테이블 또는 프레임에 고정된다.
도시되지 않은 특히 바람직한 실시예에서,(위치 설정 수단(5), 감지 유닛(3) 및 감지 유닛(4) 등을 가진)전체 광학 시스템(2)은 이중 거울 대칭구조의 실시예내에서 이용된다.
추가적인 측정 시스템(6)의 적어도 하나의 제3 감지 유닛(7)을 갖는 적어도 하나의 추가적인, 특히 광학 측정 시스템(6)은 제3 정렬 표시부(22)의 감지에 의한 정렬 정밀도의 증가를 위해 이용된다. 추가적인 측정 시스템의 이동은 위치 설정 장치(8)에 의해 수행된다.
광학 측정 시스템(6)이 포함되는 한, 위치 설정 장치(8)는 제3 감지 유닛(7)을 Z 방향으로 이동시킴으로써 제3 정렬 표시부(22)에 대한 포커싱(focusing)을 수행할 수 있다. X-Y 방향의 위치 설정이 또한 고려될 수 있으며, 정렬되는 동안 특히 측정 시스템(6)이, 바람직하게 테이블/프레임에 고정된다. 선택적으로, 측정 시스템(8)의 정확한 X-Y 위치가 공지되어야 한다.
본 발명을 따르는 정렬 장치(1)의 실시예에서 하부 기질 홀더(10)의 X-Y 위치 및/또는 방향(특히 회전 방향)이 특히 추가적인 측정 시스템(6)에 의해 매우 높은 고정밀도로 감지된다.
본 발명을 따르고 도시되지 않은 정렬 장치(1)의 또 다른 실시예에서, 상부 기질 홀더의 위치 및/또는 방향은 특히 추가적인 측정 시스템에 의해 특히 고정밀도로 감지된다.
본 발명을 따르고 도시되지 않은 정렬 장치(1)의 또 다른 실시예에서, 상부 기질 홀더 및 하부 기질 홀더의 위치 및/또는 방향은 특히 추가적인 측정 시스템에 의해 특히 고정밀 도로 감지된다.
본 발명을 따르고 도시되지 않은 정렬 장치의 또 다른 실시예에서, 적어도 하나의 기질의 위치 및/또는 방향은 특히 적어도 하나의 측정 시스템에 의해 특히 높은 정밀도로 감지된다. 이를 위해 접촉면으로부터 멀어지는 방향을 향하는 측부에서 표시부 및 접촉면에서 정렬 표시부들이 감지된다.
도 2a는 적어도 2개의 감지 유닛, 특히 제1 기질(16) 및/또는 제1 기질 홀더(10)의 서로 다른 측부에 배열된 정렬 표시부(20, 22)의 적어도 2개의 XY 위치를 감지하기 위한 2개의 감지 유닛들의 측정값들을 서로에 대해 할당하기 위한 본 발명의 공정단계를 개략적으로 도시한다.
제1/하부 기질(16)은 제1 기질 홀더(10)의 제1 고정면(10)에 고정된다. 진공 고정이라고도 설명되는 고정이 특히 기계적 및/또는 정전기적 클램핑, 즉 정상적인 대기의 환경 및 제1 기질 홀더(10)에서 저압(underpressure)사이의 압력차에 기인한 가압력을 이용한다. 고정은 특히 제1 기질(16)이 본 발명에 따른 전체 방법에 걸쳐 제1 기질 홀더(10)에 대해 수반되거나 바람직하지 않은 운동을 가지지 않도록 발생된다. 특히, 제1 기질 홀더(10) 및 제1 기질(16) 각각이 해당 열 팽창 계수, 선호적으로 선형적으로 변화하는 해당 열 팽창 계수를 가지는 한, 열 팽창이 방지되거나 감소될 수 있고, 열팽창 계수의 차이 및/또는 열팽창 계수의 선형적 변화(course)는 바람직하게 5% 미만, 바람직하게 3% 미만, 특히 바람직하게 1% 미만이다.
선호적으로, 상기 장치는 온도 안정화된 환경, 특히 정렬 사이클 동안 0.5 켈빈 미만, 바람직하게 0.1 켈빈 미만, 특히 바람직하게 0.05 켈빈, 최적의 경우에서 0.01 켈빈 미만의 온도 변화가 유지될 수 있는 클린룸에서 작동되는 것이 바람직하다.
고정된 제1 기질(16) 및 제1 기질 홀더(10)는 서로에 대해 상대 운동을 허용하지 않는 제1 기질(16)의 운동을 수행하기 위해 준 모놀리식(quasi monolithic) 몸체일 수 있다.
이러한 기질 고정은 형상 끼워맞춤(form-fit) 및/또는 바람직하게 마찰 구속 방식으로 수행될 수 있다. 준 모놀리식 연결의 효과에 의하면, 기질 홀더와 기질 사이의 변위 및/또는 뒤틀림 및/또는 변형을 초래할 수 있는 영향이 적어도 감소되고, 바람직하게 적어도 크기가 감소되고, 특히 바람직하게 제거된다. 상기 영향은 열적 및/또는 기계적 및/또는 유동 관련 및/또는 재료 성질(입자)에 관한 것일 수 있다.
형상 끼워맞춤 또는 마찰 구속의 연결에 의해, 열 팽창의 차이가 특히 방지될 수 있도록 기질이 기질 홀더에 연결될 수 있다. 더욱이, 기질의 독립적인 변형은 기질 홀더에 의해 감소, 제거 및/또는 교정될 수 있고, 이와 관련하여 문헌 제EP 2656378 B1호의 공개내용을 참고한다.
제1 정렬 표시부(20)가 감지되는 동안 제1 기질 홀더(10)는 제1(상부) 감지 유닛(3)의 광학 경로 내에 위치한다. 제1 정렬 표시부(20)는 결합되어야 하는 제1 기질(16)의 접촉면(16i)위에서 제1(상부) 감지 유닛(3)의 시야, 특히 광학 경로에 배열된다. 제1 감지 유닛(3)은 특히 십자 형상의 정렬 표시부로서 개략적으로 도시된 디지털 이미지를 발생시킨다. 제1 정렬 표시부(20)은 또한 복수의 정렬 표시부를 포함할 수 있다. 측정값은, 특히 XY 위치 및/또는 정렬 방향(특히, Z- 방향 주위의 회전 방향), 즉 제1 기질(16)의 정렬 상태 특징을 나타내는 정렬 표시부의 이미지로부터 생성/계산된다.
제1 정렬 표시부(20)가 감지되는 동안에, 특히 제2 기질(17)이 제1 감지 유닛(3)의 광학 경로 외부에 배열되기 때문에, 제2/하부 감지 유닛(4)은 측정값을 제공하지 않는 것이 바람직하다.
제1/하부 기질 홀더(10) 및/또는 제1/하부 기질(16)은 제3 정렬 표시부(22)을 포함하고, 제3 정렬 표시부에 의해 XY 위치 및/또는 정렬 방향(특히, Z- 방향 주위의 회전 방향), 즉 기질 홀더(10) 및/또는 제1 기질(16)의 상태는 특히 다른 방향, 바람직하게 Z 방향을 따라 제1 감지와 직경 방향으로 반대인 방향으로부터 감지된다.
제3 감지 유닛(7)을 향해 제1 감지 유닛(3) 상대 운동이 바람직하게 측정될 수 있고, 제1 정렬 표시부(20) 및 제3 정렬 표시부(22)의 감지로부터 제1 및 제2 기질(16, 17)의 접촉까지 제1 감지 유닛(3) 및 제3 감지 유닛(7) 사이에서 상대 운동이 수행되지 않는 것이 선호된다.
추가 측정 시스템(6)의 제3(추가) 감지 유닛(7)은 제1/하부 기질 홀더(10)의 제3 정렬 표시부(22)의 측정으로부터 제1/하부 기질 홀더(10)의 XY 위치 및/또는 방향의 측정값을 전달한다. 측정값은 특히 바람직하게 십자형상의 심볼로서 표시되는 선호되는 디지털 이미지로부터 생성된다. 제3 정렬 표시부(22)는 또한 복수의 정렬 표시부를 포함할 수 있다.
2개의 측정값(제1 기질(16)의 제1 정렬 표시부(20)의 XY 위치 및/또는 정렬 방향 및/또는 제1 기질 홀더(10) 또는 제1 기질(16)의 제3 정렬 표시부(22)의 정렬 방향)은 서로에 대해 할당 및/또는 교정되어 특히 XY 위치 및/또는 정렬 방향의 감지에 의해 XY 위치 및/또는 정렬 방향에 기초하여 제1 정렬 표시부(20)의 XY 위치 및/또는 정렬 방향이 제3 정렬 표시에 항상 일대 일로 할당될 수 있다.
상기 공정단계에 의해, 제1 기질(16)을 제2 기질(17)과 정렬 및/또는 접촉시키는 동안 제1 정렬 표시부(20) 및/또는 제2 정렬 표시부(21)의 XY 위치 및/또는 정렬 방향을 직접 감지하지 않고도 정렬이 수행될 수 있다. 또한, 정렬 과정 동안 기질 들간의 간격은 최소화될 수 있다. 상기 간격은 바람직하게 제1 및 제2 정렬 표시부가 감지되는 동안 기질의 간격에 해당한다.
다시 말해, 기질들의 정렬이 제어 회로에서 이루어지거나 수행될 수 있고 기질 홀더(10)와 추가 측정 시스템(6) 사이의 장애물 없는 광학 경로가 특히 제공될 수 있다. 상기 공정단계에 의해, 제1 기질 홀더(10) 따라서 제1 기질 홀더(10) 상에 고정된 제1 기질의 X-Y 위치 및/또는 정렬 방향이 재현 가능하게 정확하게 결정되고 재설정될 수 있다.
특히 기질 홀더(10) 및 특히 상기 기질 홀더에 모노리식 형태로 연결된 기질의 X-Y 위치 및/또는 정렬 방향의 재설정은 특히 독립적인 코어 특성을 나타낸다. 이를 위한 공정단계는 이미 다른 데서 설명되었다.
특히, 1미크론 미만, 바람직하게 100nm 미만, 특히 바람직하게 30nm 미만, 특히 바람직하게 10nm 미만, 최적의 경우 5nm 미만, 이상적인 경우에 1nm미만의 역방향 유극(play)으로서 알려진 위치 설정의 반복 정확도(2개의 기질들사이의 상대적인 정렬 오차로서 측정됨)가 달성된다. 또한, 상기 역방향 유극은 이동 장치(11, 14 및/또는 5,8)에 의해 주어진 위치의 반복된 접근일 수 있다. 역방향 유극은 이동 장치의 이동에 기인하고, 감지 위치만 변화하므로 측정된 크기는 상대적인 정렬 오차로서 존재한다. 기질에 영향을 주지 않는 운동 장치의 위치 정확도는 무관한 역방향 유극으로 간주될 수 있다.
본 발명에 따르면, 정렬 정확도를 더욱 증가시키기 위해, 특히 십분의 일초 미만, 선호적으로 1밀리 초 미만, 특히 선호적으로 10 마이크로 초 미만, 특히 선호적으로 1 마이크로 초 미만, 최적의 경우 1ns 미만, 이상적인 경우 0.0ns의 측정값의 감지시간차를 가지며 제2 감지 유닛(7)과 시간 - 동기화되며 제1 감지 유닛(3)을 작동시키는 것이 바람직하다. 이것은, 기계적 진동과 같은 간섭 영향의 효과가 제거될 수 있기 때문에 특히 유리하다. 구조적으로 발생하는 소음을 가지는 기계 진동이 재료내에서 수천 m/s로 전파된다. 제어 장치 및 감지 수단이 구조적으로 발생되는 소음(noise)의 전파 속도보다 빠르게 작동하면 고장(disruption)이 감소되거나 제거된다.
고장이 제1 기질 홀더(10)위에서 제1 기질(16)의 방향을 변경시켜서 제1 감지 유닛(3)이 이미 측정값을 기록하고 감지 유닛(7)을 가진 추가적인 측정 시스템(6)이 아직 측정값을 기록하지 못하면, 특히 감지 수단(3,7)에 의해 측정값들이 기록되는 동안의 시간에, 나노 미터 또는 미크론의 크기를 가지고 진동을 발생시키며 빠른 기계적 위치 변화가 발생할 수 있기 때문에, 정렬 정확도가 감소된다. 측정값이(몇 초 또는 몇 분의) 시간 지연을 가지며 기록되면 열과 관련된 형상 변화 및 길이 변화와 같은 추가적인 간섭 영향이 정렬 정확도를 감소시킬 수 있다.
제1 감지 유닛(3) 및 제3 감지 유닛(7)이(특히, 카메라 시스템을 위해 감지작용의 동시적인 트리거링(triggering) 및 감지 시간 및/또는 동일한 통합 시간의 균등화에 의해) 서로 동기화되면, 간섭 영향이 감지 정밀도에 대해 가능한 최소 영향을 가질 때 감지작용이 발생하기 때문에, 간섭 영향들이 감소되고 최적의 경우 제거된다.
장치의 가능한 실시예에서, 감지는 공지되고 특히 진동 피크에서 동기화된 특히 주기적인 간섭 영향들을 가지며 발생할 수 있다. 이 목적을 위해, 진동 센서(가속 센서, 간섭계, 진동계)는 정확도와 관련하여 장치의 설치 지점에서 간섭 영향을 미리 픽업할 수 있고 간섭 영향을 제거하기 위해 특히 컴퓨팅 유닛, 컴퓨터에서 간섭 영향들을 처리할 수 있다. 다른 실시예에서, 진동 센서는 장치의 특징 지점에 고정되게 설치될 수 있다.
다른 가능한 실시예에서, 상기 장치는 특히 캐스케이드 방식으로 구성되는 능동 및/또는 수동 진동 감쇄, 능동 및/또는 수동 진동 흡수 및/또는 능동 및/또는 수동 진동 격리기능의 조합으로 이용될 수 있다. 또한, 간섭 영향으로서 진동은 강제진동과 중첩될 수 있어서, 정렬 표시부의 감지는 소위 록인 공정(lock-in process)에서 발생할 수 있다. 장치 특성 및 진동 상태의 확인을 위해 모드 분석(modal analyses) 및/또는 FEM을 이용할 수 있다. 이러한 장치의 설계 및 설계는 당업자에게 공지되어있다.
제1 및 제3 감지 유닛(3, 7)은 제1 및 제3 정렬 표시부(20, 22)가 감지되기 전에 또는 감지되는 동안에 또는 감지된 후에 클램핑되며, 적어도 X 및 Y 방향의 절대 및/또는 상대적인 자유도는 영으로 감소된다. 상대적이라는 것은 제3 감지 유닛(7)에 대한 제1 감지 유닛(3)의 이동을 의미하는 것으로 이해된다.
도 2b는, 제2/상부 기질(17)에 관한 측정값을 감지하기 위한 본 발명의 처리 단계를 도시한 개략도이다. 특히, 광학 시스템(2)은 이미 클램핑된 상태에 있고, 제1/하부 기질(16)이 가지는 적어도 하나의 정렬 표시부에 관한 이미지 및/또는 XY 위치가 저장된다(도시되지 않음). 클램핑 상태에서, 적어도 제2 감지 유닛의 절대 및/또는 상대 자유도는 제1 감지 유닛에 대해 X 및 Y 방향에 대해 영으로 감소된다.
클램핑된 상태에서, 제1, 제2 및 제3 정렬 표시부의 X-Y 위치 및/또는 정렬 방향은 동일한 X-Y 좌표 시스템과 관련될 수 있다. 선택적으로 또는 추가적으로, 제1, 제2 및 제3 감지 유닛은 동일한 X-Y 좌표계상에서 교정(calibration)된다.
제2/상부 기질 홀더(13)상에 고정된 제2/상부 기질(17)은 제2 기질 홀더(13)의 이동을 위한 제2 이동 장치(14)에 의해 감지 위치로 이동하거나 제2 기질(17)의 제2 정렬 표시부(21)에 관한 XY 위치 및/또는 정렬 방향은 제2/하부 감지 유닛(4)에 의해 감지된다.
제1/하부 기질(16)의 XY 위치 및/또는 방향에 대해 가능한 완벽하게 제2 기질(17)이 정렬되어야 한다. 제2 감지 유닛(4)에 의해 제2/상부 기질(17)의 제2 정렬 표시부(21)를 감시하는 동안 하부 기질(16)은 광학 경로에서 장애물을 형성할 수 있기 때문에, 제1/하부 기질(16)은 특히 Z 방향으로 이동없이 X 및/또는 Y 방향으로 이동에 의해 광학 경로로부터 벗어나 이동한다.
X-Y 위치 및 2개의 기질들의 상대적인 방향의 수정은 제3 정렬 표시부와 관련된 제1 및 제2 정렬 표시부의 X-Y 위치 및/또는 정렬 방향의 비교에 의해 수행된다.
특히 최소, 바람직하게 제거된 정렬 오차를 가지며 제2/상부 기질의 정렬 상태가 도달하면, 다른 기질 홀더는 상기 공정단계에서 클램핑되고 즉, 기질홀더의 자유도가 적어도 X 및 Y방향에서 제거된다.
도 2c는 특히 고정된 제2 기질(17)에 대한 기질(16)의 정렬을 위한 본 발명의 공정단계에 관한 개략도를 도시한다.
제1 감지 유닛(3)과 제2 감지 유닛(4) 사이에서 정렬되는 동안 제1 기질 홀더(10) 및 제2 기질 홀더(13)에 의해 광학 시스템(2)의 광학 경로가 차단되어 정렬과정 동안에 감지 유닛(3, 4)들이 이용될 수 없다.
특히 바람직한 실시예에서 현미경을 갖는 카메라 시스템인 제3 감지 유닛(7)을 갖는 추가적인 측정 시스템(6)은 XY 위치 및/또는 방향 제어를 위한 미가공 데이터로서 이용될 수 있는 이미지 데이터를 바람직하게 실시간으로 특히 연속적으로 생성한다.
결합되어야 하는 접촉면(16i,17i)의(특히, 예비 인장상태(pretensioning) 또는 처짐(sagging)을 고려하지 않은)(이론적인 또는 평균의) 간격은 특히 1mm 미만, 바람직하게 500미크론 미만, 특히 바람직하게 100미크론 미만, 최적의 경우 50미크론 미만, 이상적인 경우 10미크론 미만이다. 특히, 간격은 이동 장치(11 및/또는 14)에 의해 조절될 수 있다.
특히, 도 2a에 따라 확인/설정된 설정값(setpoint value)은 기질(16,17)들의 정렬을 위해 이용된다. 상기 설정값은 특히 제1 기질 홀더(10)의 제3 정렬 표시부(22)의 이미지 데이터 및/또는 제1 기질 홀더(10)의 이동 장치(11)에 관한 확인된 X-Y 위치 데이터 및/또는 X-Y 위치의 최적 접근을 위한 경로 곡선과 같은 제어 파라미터 및/또는 특히 구동장치를 위한 기계 판독 가능 값을 포함한다.
다른 실시예에서, 상부 및/또는 하부 기질의 위치 설정에서 제거되지 않는 잔류 오차는 다른(하부 또는 각각 상부의) 기질의 위치 설정을 위한 수정값으로서 고려될 수 있다.
기질 홀더의 현재 위치 및/또는 방향과 추가적인 측정 시스템의 설정값으로부터 계산된 정렬 오차가 최소화되고, 이상적인 경우 제거되거나 중단 기준(abort criterion)이 도달할 때까지 제1 이동 장치(11)에 의해, 제1 기질 홀더(10)는 위치 및 특히 방향이 제어되어 이동한다. 다시 말해, 하부 기질 홀더(10)는 이미 알려진, 측정된 X-Y 정렬 위치까지 제어되고 조절되어 후방으로 이동한다.
다른 실시예에서, 상부 기질 및/또는 하부 기질의 위치에서 제거되지 않는 잔류 오차는 다른 기질(하부 또는 상부의) 기질의 위치 설정을 위한 수정값으로서 마찬가지로 고려될 수 있다.
특히, 추가적인 수정 요인들이 상기 장치 또는 장치의 부품으로부터 구해질 수 있고 기질의 위치 설정에 이용되며 위치 설정의 잔류 불확실성을 감소시키고 정렬 정확도를 증가시킨다. 최종 위치의 확인을 위해, 공지된 모든 간섭 요인 및 영향이 다시 고려될 수 있고 이에 따라 수정될 수 있다.
마지막으로, 본 발명에 따른 상기 공정단계에서, 모든 구동장치를 클램핑하여 X-Y 방향으로 기질 홀더(10, 13)의 이동이 방지된다.
기질(16, 17)이 본 발명에 따른 방법에 따라 정렬되면, 기질들 중 적어도 하나는 기질 변형 장치(15)에 의해 다른 기질을 향해 변형될 수 있어서, 기질들은 예비 결합(pre-bond)상태로 서로 결합된다.
1...... 정렬 장치,
2...... 광학 시스템,
3...... 제1/상부 감지 유닛,
4...... 제2/하부 감지 유닛,
5...... 위치 설정 장치,
6...... 추가 측정 시스템,
7...... 제3/추가 감지 장치,
8...... 추가 측정 시스템의 위치 설정 장치,
9...... 프레임,
10...... 제1 기질 홀더,
10a...... 제1 고정면,
11...... 제1 운동 장치,
12...... 광학 시스템의 공통 이론 초점 평면,
13...... 제2/상부 기질 홀더,
13a...... 제2 고정면,
14...... 제2 이동 장치,
15...... 기질 변형 장치,
16...... 하부 기질,
16i...... 제1 접촉면,
16o...... 제1 지지면,
17...... 상부 기질,
17i...... 제2 접촉면,
17o...... 제2 지지면,
21...... 제1 정렬 표시부,
22...... 제2 정렬 표시부,
23...... 제3 정렬 표시부.

Claims (13)

  1. 제1 기질(16)의 제1 접촉면(16i)을 제2 기질(17)의 제2 접촉면(17i)과 정렬시키고 접촉시키기 위한 방법으로서, 상기 방법은:
    - 제1 기질(16)의 제1 지지면(16o)을 제1 기질 홀더(10) 위에 고정하고 제2 기질(17)의 제2 지지면(17o)을 제1 기질 홀더(10)와 마주보게 배열될 수 있는 제2 기질 홀더(13) 위에 고정하는 단계,
    - 제1 감지 유닛(3)의 초점 평면(12)에 대한, 제1 기질(16)의 주변 영역에 배열된 제1 정렬 표시부(20)의 제1 X-Y 위치 및 제1 정렬 방향 중 하나 이상을 감지하는 단계,
    - 제2 감지 유닛(4)의 초점 평면(12)에 대한, 제2 기질(17)의 주변 영역에 배열된 제2 정렬 표시부(21)의 제2 X-Y 위치 및 제2 정렬 방향 중 하나 이상을 감지하는 단계,
    - 제1 기질(16)을 제2 기질(17)에 대해 정렬하는 단계, 및
    - 제1 기질(16)을 제2 기질(17)과 접촉시키는 단계를 포함하되, 제1 기질(16)은 제2 기질(17)에 대해 정렬되며,
    정렬 과정 전에, 제3 감지 유닛(7)에 의해, 제1 기질(16) 또는 제1 기질 홀더(10)의, 제3 정렬 방향 및 제3 X-Y 위치 중 하나 이상이 감지되고, 제3 감지 유닛(7)에 의해 정렬 과정이 제어되며,
    제1 및 제2 기질(16, 17)의 정렬을 위해,
    (a) 제1 X-Y 위치 또는 제1 정렬 방향, 및
    (b) 제2 X-Y 위치 또는 제2 정렬 방향 중 하나 이상과, 제3 X-Y 위치 또는 제3 정렬 방향의 상관관계(correlation)가 발생되며,
    정렬 과정 동안 실시간 측정 및 제어가 수행되고,
    제1 정렬 표시부(20) 및 제3 정렬 표시부(22)가 Z-방향에서 제1 기질(16) 또는 제1 기질 홀더(10)의 서로 다른 측부에 배열되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 제1 정렬 표시부(20) 및 제3 정렬 표시부(22)의 감지는 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 제2 기질 홀더(13)는 정렬 과정 동안 적어도 X-Y 방향으로 고정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 제1 감지 유닛(3) 및 제2 감지 유닛(4)은 공통의 X-Y 위치 설정 장치 상에 제공되거나 및/또는 제1 감지 유닛(3) 및 제2 감지 유닛(4)의 광학적 축들은 서로에 대해 정렬되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 제3 감지 유닛(7)은, 감지에서 정렬까지 동안, 적어도 제1 감지 유닛(3)에 대해 X 및 Y 방향으로 고정 배열되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 정렬 과정의 제어는 제3 X-Y 위치 및/또는 제3 정렬 방향의 감지에 의해 독립적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 감지에서 정렬까지 동안, 제1 기질(16)과 제2 기질(17)은 제1 기질 홀더(10)와 제2 기질 홀더(13) 사이에서 Z-방향을 따라 제1 접촉면과 제2 접촉면 사이에서 간격(A)을 가지며 배열되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 간격(A)은 500미크론 미만인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1 기질(16)의 제1 접촉면(16i)을 제2 기질(17)의 제2 접촉면(17i)과 정렬시키고 접촉시키기 위한 장치로서, 상기 장치는:
    - 제1 기질(16)의 제1 지지면(16o)을 고정하기 위한 제1 기질 홀더(10),
    - 제2 기질(17)의 제2 지지면(17o)을 고정하기 위한 제2 기질 홀더(13)를 포함하되, 제2 기질 홀더(13)는 제1 기질 홀더(10)와 마주보게 배열될 수 있고,
    - 제1 정렬 표시부(20)의 제1 정렬 방향 및 제1 X-Y 위치 중 하나 이상을 감지하기 위한 제1 감지 유닛(3),
    - 제2 정렬 표시부(21)의 제2 정렬 방향 및 제2 X-Y 위치 중 하나 이상을 감지하기 위한 제2 감지 유닛(4),
    - 제1 기질(16)을 제2 기질(17)에 대해 정렬시키기 위한 정렬 수단, 및
    - 제1 기질(16)을 제2 기질(17)과 접촉시키기 위한 접촉 수단(15)을 포함하되, 제1 기질(16)은 제2 기질(17)에 대해 정렬되며,
    상기 장치는 제1 기질(16) 또는 제1 기질 홀더(10)의, 제3 정렬 방향 및 제3 X-Y 위치 중 하나 이상을 감지하기 위한 제3 감지 유닛(7)을 포함하되, 제3 감지 유닛(7)에 의해 정렬 과정이 제어되며,
    제1 및 제2 기질(16, 17)의 정렬을 위해,
    (a) 제1 X-Y 위치 또는 제1 정렬 방향, 및
    (b) 제2 X-Y 위치 또는 제2 정렬 방향 중 하나 이상과, 제3 X-Y 위치 또는 제3 정렬 방향의 상관관계(correlation)가 발생되며,
    정렬 과정 동안 실시간 측정 및 제어가 수행되고,
    제1 정렬 표시부(20) 및 제3 정렬 표시부(22)가 Z-방향에서 제1 기질(16) 또는 제1 기질 홀더(10)의 서로 다른 측부에 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제9항에 있어서, 제1 감지 유닛(3) 및 제3 감지 유닛(7)은 동기화되거나 동기화될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제9항에 있어서, 제2 기질 홀더(13)는 정렬 과정 동안 적어도 X-Y 방향으로 고정될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제9항에 있어서, 제1 감지 유닛(3) 및 제2 감지 유닛(4)은 공통의 X-Y 위치 설정 장치 상에 제공되거나 및/또는 제1 감지 유닛(3) 및 제2 감지 유닛(4)의 광학적 축들은 서로에 대해 정렬되는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제9항에 있어서, 제3 감지 유닛(7)은, 감지에서 정렬까지 동안, 적어도 제1 감지 유닛(3)에 대하여 X 및 Y 방향으로 고정 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
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