KR20030031171A - 얼라인먼트 장치 - Google Patents

Abstract

가동 테이블과, 상기 가동 테이블을 이동 가능하게 지지하는 복수의 가동 지지 수단과, 인식 마크를 독취하는 수단과, 상기 인식 수단으로부터의 정보를 기초로 하여 가동 지지 수단의 구동을 제어하는 제어 수단을 갖는 얼라인먼트 장치에 있어서, 각 가동 지지 수단이 상기 가동 테이블을 접촉/분리 가능하게 설치한 지지 블록과, 상기 지지 블록에 연결되어 각 방향으로 연장하는 신축 작동 가능한 제1, 제2, 제3 피에조 소자를 구비한 피에조 구동체를 2개 한 쌍 갖고 또, 각 피에조 구동체의 작동에 의해 가동 테이블에 대하여 워킹 동작을 행하는 것이 가능한 수단으로 이루어진다. 나노미터 레벨의 얼라인먼트 정밀도까지 달성 가능해지고, 또 이 얼라인먼트 장치 자신, 더 나아가서는 이 얼라인먼트 장치를 조립 장치 전체의 대폭적인 박형화, 소형화를 도모할 수 있다.

Description

얼라인먼트 장치 {ALIGNMENT DEVICE}

예를 들어, 웨이퍼끼리를 접합하는 실장 장치나, 웨이퍼에 가공을 실시하거나 칩이나 그 이외의 부재를 실장하기 위해 웨이퍼를 소정 위치에 위치 결정하는 얼라이너, 혹은 웨이퍼 상에 소정의 노광을 실시하는 노광 장치 등에 있어서는 웨이퍼를 소정의 위치에 고정밀도로 위치 결정할 필요가 있다. 종래, 이와 같은 위치 결정 대상물의 위치 결정에 이용하는 얼라인먼트 장치로서는, 예를 들어 X, Y축 방향(수평 방향) 및 θ방향(회전 방향)으로 위치 조정 가능한 테이블을 쌓아 올려, 필요에 따라서 Z축 방향(상하 방향)으로 위치 조정 가능한 테이블이나 헤드를 조합시킨 것을 사용하고, 각 축 방향이나 회전 방향의 위치를 각각 조정, 제어함으로써 위치 결정 정밀도를 높이도록 하고 있었다.

그렇지만, 이와 같은 종래 얼라인먼트 장치에서는 각 방향(예를 들어 X, Y축 방향, θ방향)의 각각에 대하여 순차 조정하고 있었으므로, 일 방향에 관해서만은 비교적 고정밀도의 위치 결정이 가능했다고 하더라도 타 방향으로의 위치 결정할때에는 이미 조정한 방향의 위치 정밀도가 흐트러지는 일이 있으며, 결과적으로 최종적인 위치 결정 정밀도에 한계가 생기게 되어 있었다. 또, 위치 결정에는, 통상 기계적인 가이드를 사용하고 있으므로, 가이드의 정밀도에 한계가 있으며, 이런 점에서도 최종적인 위치 결정 정밀도에 한계가 생기게 되어 있었다. 구체적으로는 종래 얼라인먼트 장치에서는 서브 미크론 레벨의 정밀도에서의 위치 결정은 기대할 수 없는 정밀도 범위로 되어 있으며, 더구나 수십 나노미터 혹은 수 나노미터 레벨의 정밀도에서의 위치 결정은 불가능한 위치 결정 정밀도로 되고 있었다.

또한, 상기에서 설명한 바와 같이, 종래 얼라인먼트 장치는 X, Y축 방향이나 θ방향의 위치 조정 테이블을 쌓아 올려 구성되어 있었으므로, 최상부 축 이외의 축을 조정할 경우, 그 상부에 쌓아 올려져 있는 축도 구동할 필요가 생기고, 위치 결정을 위한 구동, 제어의 효율이 나쁘다는 문제가 있다. 또, X, Y축 방향이나 θ방향의 위치 조정 테이블을 쌓아 올려서 구성하면 얼라인먼트 장치 전체의 두께(상하 방향 치수)가 커지고, 이 얼라인먼트 장치를 조립한 장치, 예를 들어 실장 장치나 노광 장치도 필연적으로 대형이 된다는 문제가 있다. 또, 가이드로부터 최상부의 위치 결정 면까지의 거리가 커지므로 가이드의 오차가 증폭되어 버리고, 그 만큼 위치 결정 정밀도에 악영향을 주어 버린다는 문제도 있다.

또한, θ방향의 위치 결정은 소정의 중심축 주위에 위치 조정 테이블을 조정하도록 하고 있으므로 위치 결정 대상물, 예를 들어 웨이퍼의 사이즈가 커지면, 특히 θ방향의 얼라인먼트 정밀도는 웨이퍼의 반경에 비례하여 외주 위치에서 나빠진다는 문제를 안고 있다.

본 발명은 위치 결정 대상물을 목표 정밀도 범위 내에 고정밀도로 위치 결정 가능한 얼라인먼트 장치에 관한 것으로, 특히 웨이퍼 등 실장 장치나 노광 장치 등에 있어서의 얼라인먼트에 이용하는 데 적합한 장치에 관한 것이다.

도1은 본 발명의 일 실시 태양에 관한 얼라인먼트 장치를 조립한 실장 장치의 개략 구성도이다.

도2는 도1의 장치에 있어서의 얼라인먼트 장치부의 확대 투시 사시도이다.

도3은 도2의 장치에 있어서의 피에조 구동체부의 확대 사시도이다.

도4a 내지 도4c는 도2의 장치의 각 작동예를 도시하는 평면도이다.

도5는 도2의 얼라인먼트 장치의 제어예를 도시하는 플로우도이다.

그래서, 본 발명의 목적은, 종래 장치와 같이 각 축 방향이나 회전 방향의 위치 조정 테이블을 쌓아 올려서 구성하는 것이 아니라, 위치 결정 대상물을 보유 지지하는 하나의 가동 테이블을 적어도 X, Y 축 방향 및 θ방향으로 일 평면 내에서 동시에 위치 조정 가능하게 하고, 특정한 한 종류의 위치 조정 수단만에 의해 위치 결정 대상물을 한꺼번에 목표 위치에 위치 결정 가능하게 한, 각 방향으로의 도달 위치 결정 대상물의 외주부까지 고정밀도 위치 결정이 가능하고 또 위치 결정 동작의 효율이 좋고, 게다가 장치 전체를 콤팩트하게 구성할 수 있는 얼라인먼트 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 얼라인먼트 장치는, 위치 결정 대상물을 보유 지지하는 가동 테이블과, 상기 가동 테이블을 이동 가능하게 복수 부위에서 각각 지지하는 복수의 가동 지지 수단과, 상기 위치 결정 대상물 또는 가동 테이블에 부착한 인식 마크를 독취하는 인식 수단과, 상기 인식 수단으로부터의 정보를 기초로 하여 상기 가동 지지 수단의 구동을 제어하는 제어 수단을 갖고, 상기 제어 수단에 의한 제어에 의해 상기 위치 결정 대상물을 목표 정밀도 범위 내에 위치 결정하는 얼라인먼트 장치이며, 각 가동 지지 수단이 상기 가동 테이블에 접촉/분리 가능하게 설치된 지지 블록과, 상기 지지 블록에 연결되어 실질적으로 수평 방향으로 서로 교차하여 연장하는 신축 작동 가능한 제1, 제2 피에조 소자 및 실질적으로 상하 방향으로 연장하는 신축 작동 가능한 제3 피에조 소자를 구비한 피에조 구동체를 2개 한 쌍 갖고, 또 상기 2개 한 쌍의 피에조 구동체가 그들에 대응하는 2개 한 쌍의 지지 블록을 상기 가동 테이블에 교대로 접촉/분리시킴으로써 상기 가동 테이블에 대하여 워킹 동작을 행하는 것이 가능한 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것으로 이루어진다.

즉, 상기 얼라이먼트 장치에서는 각 가동 지지 수단에 있어서의 각 피에조 구동체에 있어서, 제3 피에조 소자의 신축 작동에 의해 지지 블록이 가동 테이블에 대하여 접촉되거나 분리되거나 하고, 또 제1, 제2 피에조 소자의 신축 작동에 의해 지지 블록이 수평 방향의 2차원 방향으로 이동되고, 이에 수반하여 제3 피에조 소자가 요동된다. 제3 피에조 소자가 지지 블록을 거쳐서 가동 테이블에 대하여 접촉, 분리를 반복하고, 이에 수반하여 요동을 반복하고, 또 이 동작이 2개 한 쌍의 피에조 구동체의 각 피에조 구동체에 대하여 교대로 행해짐으로써 2개의 제3 피에조 소자는 마치 가동 테이블에 대하여 상대적으로 보행 운동하는 상태가 되고, 이것이 상기 워킹 동작이 되어 나타난다. 이 워킹 동작은 가동 테이블에 대한 상대적인 동작이며, 실제로는 복수의 가동 지지 수단의 구동에 의해 가동 테이블측이 이동된다. 복수의 가동 지지 수단의 구동을 제어함으로써 가동 테이블은 적어도 X, Y축 방향(수평 방향) 및 θ방향(회전 방향)으로 일 평면 내에 있어서 동시에 위치 조정 가능해지고, 게다가 그 회전 중심의 위치도 임의로 제어할 수 있게 되며, 피에조 구동체를 이용한 특정한 가동 지지 수단에 의해 위치 결정 대상물을 한꺼번에 정밀도 좋게 목표 위치로 이동할 수 있게 된다.

이 위치 결정에 있어서는 기본적으로 기계적인 가이드 기구를 가지지 않아도 되므로 기계적인 가이드 기구에 기인하여 위치 결정 정밀도에 한계가 생기는 것은아니다. 또, 복수의 가동 지지 수단의 구동에 의해 X, Y, θ축 방향으로 가동 테이블을 일 평면 내에 있어서 동시에 구동할 수 있으므로 복수의 가동 지지 수단에 의한 구동면에서 가동 테이블 위 혹은 가동 테이블 상에 보유 지지 된 위치 결정 대상물의 위치 결정 대상면까지의 거리가 작아도 되고, 종래 장치와 같이 구동면에서 위치 결정 대상면까지의 거리가 비교적 커질 경우에 있어서의 이 거리에 기인하는 위치 결정 대상면에서의 구동면의 제어 오차의 증폭이 생기는 일도 없어진다. 따라서, 높은 위치 결정 정밀도가 확보된다. 즉, 복수의 가동 지지 수단에 의해, 기계적인 가이드 기구를 이용하는 일이 없고, 효율 좋고 또 정밀도 좋게 한꺼번에 위치 결정할 수 있으므로 위치 결정을 위한 구동에 기인하는 오차가 생기기 어렵고, 고정밀도의 위치 결정이 가능해진다. 또, X, Y, θ축 방향으로의 복수의 가동 지지 수단에 의한 구동면이 실질적으로 일 평면이 되므로, 위치 결정을 위한 구동 효율이 좋다. 또, 이들 복수의 가동 지지 수단은 실질적으로 일평면 상에 배치되는 일조의 위치 결정 수단을 구성하게 되기 때문에 종래 장치와 같이 각 축방향이나 회전 방향의 위치 조정 테이블을 쌓아 올려서 구성한 경우에 비해서 특히 얼라인먼트 장치의 상하 방향에 대하여 대폭적인 소형화가 가능해진다.

또한, 복수의 가동 지지 수단에 의한 가동 테이블의 이동 제어에는 고정밀도로 신축량을 제어할 수 있는 피에조 소자를 이용하고 있으므로 즉 분해능이 극히 높은 피에조 소자를 이용하고 있으므로(현상, 피에조 소자 자체의 분해능은 옹스트롬 레벨 이하이지만, 피에조 소자와 각종 기구를 포함하는 측정·제어계에서는 12 ㎚ 정도의 분해능으로 되어 있으며 제어 구성을 변경함으로써 다시 5 ㎚ 이하까지분해능을 높이는 것이 가능하다), 극히 고정밀도의 위치 결정이 가능해진다. 또, 위치 결정 대상물의 사이즈가 대형화하더라도 피에조 소자를 이용한 각 가동 지지 수단을 상기 위치 결정 대상물의 외주부에 대응하는 위치에 배치할 수 있으므로 특히 θ 방향에 있어서의 분해능을 높게 유지할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 얼라인먼트 장치는 기본적으로 미끄럼부를 가지지 않으므로 종래 미끄럼부를 갖는 경우에 설치가 어려웠던 진공 챔버 내 등에도 설치 가능해진다. 또, 상기에서 설명한 바와 같이, 얼라이먼트 장치는 상하 방향으로 박형인 것으로 구성할 수 있으므로 중앙부를 개구 구조로 하여 중앙 개구부나 그에 대응하는 위치에 얼라인먼트용 인식 수단(예를 들어, 얼라인먼트용 카메라)을 설치하거나, 가압 동작을 수반하는 경우의 백업용 부재를 설치하거나 하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명에 있어서는 가동 테이블을 생략하여 위치 결정 대상물을 직접 가동 지지 수단에 의해 지지하는 것도 가능하다. 즉, 본 발명에 관한 얼라인먼트 장치는 위치 결정 대상물을 이동 가능하게 복수 부위에서 각각 지지하는 복수의 가동 지지 수단과, 상기 위치 결정 대상물에 부착된 인식 마크를 독취하는 인식 수단과, 상기 인식 수단으로부터의 정보를 기초로 하여 상기 위치 결정 대상물의 구동을 제어하는 제어 수단을 갖고, 상기 제어 수단에 의한 제어에 의해 상기 위치 결정 대상물을 목표 정밀도 범위 내에 위치 결정하는 얼라인먼트 장치이며, 각 가동 지지 수단이 상기 위치 결정 대상물에 접촉/분리 가능하게 설치된 지지 블록과, 상기 지지 블록에 연결되어 실질적으로 수평 방향으로 서로 교차하여 연장되는 신축작동 가능한 제1, 제2 피에조 소자 및 실질적으로 상하 방향으로 연장되는 신축 작동 가능한 제3 피에조 소자를 구비한 피에조 구동체를 2개 한 쌍 갖고, 또 상기 2개 한 쌍의 피에조 구동체가 그들에 대응하는 2개 한 쌍의 지지 블록을 상기 위치 결정 대상물에 교대로 접촉/분리시킴으로써 상기 위치 결정 대상물에 대하여 워킹 동작을 행하는 것이 가능한 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것으로 구성할 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 관한 얼라인먼트 장치에 있어서는 상기 워킹 동작에 의해 위치 결정 대상물의 대략적 위치 결정을 행할 수 있고, 워킹 동작을 정지한 상태에서의 각 피에조 소자의 신축 작동에 의해 위치 결정 대상물의 정밀 위치 결정이 행해지도록 할 수도 있다. 각 피에조 소자의 신축 작동량 자신은 그다지 크게는 취할 수 없지만, 극히 고정밀도로 제어 가능하므로 워킹 동작에 의한 대략적 조정 후에, 이와 같은 고정밀도 조정을 행함으로써 종래 불가능하였던 서브 미크론 레벨의 정밀도로부터 다시 나노미터 레벨의 정밀도의 위치 결정까지가 가능해진다.

상기 위치 결정 대상물의 정밀 위치 결정은 워킹 동작의 1보의 범위 내에서 행해지도록 하는 것이 바람직하고, 이로써 상기 대략적 조정 후, 피에조 소자의 신축 작동 자신을 이용한 고정밀도 미세 조정을 확실히 행해지게 된다. 또, 상기 제3 피에조 소자의 상기 제1, 제2 피에조 소자의 신축 작동에 의한 요동 위치가 상기 위치 결정 대상물의 정밀 위치 결정 전에 워킹 동작의 1보의 범위 내에 있어서의 중앙 위치에 리셋되도록 하는 것이 바람직하고, 이로써 상기 대략적 조정 후, 피에조 소자의 신축 작동 자신을 이용한 고정밀도 미세 조정이 임의의 방향에 있어서 가능해진다.

또한, 피에조 소자는 전회의 구동 스트로크에 대응하여 다음의 구동량, 궤적이 결정된다는 이력의 영향을 받기 쉬운 특징을 가지고 있다. 따라서, 이 특징에 의한 위치 결정 정밀도에의 악영향을 제거하기 위해 이전 동작의 이력의 영향이 나오지 않게 정밀 위치 결정 전에 리셋하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 위치 결정 대상물의 정밀 위치 결정 전에 그때까지 각 피에조 소자의 신축 작동량의 이력이 리셋되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 각 피에조 소자의 신축 작동 특성은 미리 캘리브레이션되어 있는 것이 바람직하다. 이로써, 제어 수단에 의한 제어의 정밀도가 확보된다. 캘리브레이션의 타이밍은 적절히 설정하면 좋지만, 피에조 소자의 신축 작동 특성의 변동이 예상되는 경우에는 높은 빈도는 불필요하지만 정기적으로 실시되도록 하는 것이 바람직하고, 그 경우 캘리브레이션 값이 최신의 것으로 갱신되는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명에 관한 얼라인먼트 장치는 특히 고정밀도의 위치 결정이 요구되는 장치에 적합하다. 예를 들어 웨이퍼끼리나 웨이퍼와 칩, 혹은 칩끼리를 접합하는 실장 장치에 조립하고, 그 실장 장치에 있어서의 피접합물의 위치 결정에 이용할 수 있다. 또, 웨이퍼 등을 칩이나 그 이외의 부재를 실장하기 위해 위치 결정하는 얼라이너로서 이용할 수 있다. 또, 웨이퍼 등에 소정의 노광을 실시하기 위한 노광 장치에 있어서의 피노광물의 위치 결정에 이용할 수 있다.

이하에, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 도면을 참조하면서 설명한다.

도1은 본 발명의 일 실시 태양에 관한 얼라인먼트 장치를 조립한 웨이퍼끼리를 접합하는 실장 장치를 도시하고 있다. 실장 장치(1)는 피접합물로서의 웨이퍼(2a)와 웨이퍼(2b)를 접합하는 것으로, 본 실시 태양에서는 위치 결정 대상물로서의 웨이퍼(2a)의 위치 결정에 본 발명에 관한 얼라인먼트 장치(3)가 조립되어 있다.

웨이퍼(2a)와 웨이퍼(2b)의 접합은 본 실시 태양에서는 접합 챔버(4) 내에서 행해지도록 되어 있지만, 챔버(4)는 필요에 따라 설치하면 된다. 본 실시 태양에서는 접합 챔버(4)에 개폐 가능한 게이트(5)가 설치되어 있으며, 게이트(5) 개방 상태에서 반송 수단으로서의 로봇(6)에 의해 피접합물로서의 웨이퍼(2a)와 웨이퍼(2b)가 접합 챔버(4) 내에 도입된다.

피접합물끼리의 접합부에 있어서는 도1의 상측 웨이퍼(2b)를 직접적으로 보유 지지하는 수단은 본 실시 태양에서는 정전 척(7)으로 구성되어 있으며, 정전 척(7)은 승강 가능한 헤드(8)의 하단부에 부착되어 있다. 헤드(8)의 하부에는 복수의 신축 제어 가능한 지지 기둥(9)이 배치되어 있다. 각 지지 기둥(9)의 신축량을 제어함으로써 정전 척(7)의 평행도, 더 나아가서는 상부측 정전 척(7)에 보유 지지되어 있는 상측 웨이퍼(2b)의 하측 웨이퍼(2a)에 대한 평행도를 조정할 수 있도록 되어 있다. 각 지지 기둥(9)의 신축량의 제어에, 예를 들어 피에조 소자를 이용하는 것이 가능하다.

또한, 헤드(8)의 하부에는 후술하는 적외선 카메라의 방향을 향해 조사되는 광을 유도하는 라이트 가이드(10)가 설치되어 있다. 라이드 가이드(10)는 광원(도시 생략)으로부터 광 파이버 등을 거쳐서 도광되어 온 광을 수직 하방을 향해 조사하도록 되어 있다. 라이트 가이드(10)로부터 광이 투과되는 정전 척(7) 부위는 광투과가 가능한 투명체로부터 구성되어 있거나, 광 투과용 구멍이 개방되어 있다.

헤드(8)의 상방에는 승강 기구(11)가 설치되어 있으며, 그 상방에 에어 실린더 등의 가압 실린더(12)를 갖는 가압 수단(13)이 설치되어 있다. 가압 실린더(12)에는 하방을 향하는 가압력을 제어하기 위한 가압 포트(14)와 가압력을 제어하는 동시에 상방으로의 이동력을 발생시키는 밸런스 포트(15)가 설치되어 있다. 승강 기구(11)는 헤드(8), 정전 척(7)에 보유 지지되어 있는 상측 웨이퍼(2b)를 하방으로 이동시키는 동시에 이동 및 평행도 조정 후에, 하측의 웨이퍼(2a)에 상측의 웨이퍼(2b)를 접촉시켜 임시 접합할 수 있다. 또, 가압 수단(13)은 임시 접합 시에 승강 기구(11)를 거쳐서 압압력을 가할 수 있는 동시에, 임시 접합 후에 더욱 하강된 상측의 웨이퍼(2b)를 하측의 웨이퍼(2a)에 더욱 압압하여 가압에 의해 본 접합할 수 있도록 되어 있다.

본 실시 태양에서는 하측의 웨이퍼(2a)의 위치 결정을 위해, 본 발명에 관한 얼라인먼트 장치(3)가 설치되어 있다. 얼라인먼트 장치(3)는 위치 결정 대상물로서의 웨이퍼(2a)를 보유 지지하는 투명체로 이루어지는 가동 테이블(16)과, 상기 가동 테이블(16)을 이동 가능하게 복수 부위에서(본 실시 태양으로는 가동 테이블(16)의 주위 방향에 3 부위에서) 각각 지지하는 복수의 가동 지지 수단(17)을 갖고 있다. 각 가동 지지 수단(17)은 각 가동 지지 수단(17)에 대응하여 상하 방향으로 연장하는 지지대(18) 상에 설치되어 있으며, 각 가동 지지 수단(17) 상에 가동 테이블(16)이 이동 가능하게 지지되어 있다. 본 실시 태양에서는 후술한 바와 같이 하방에 인식 수단으로서의 적외선 카메라가 설치되어 있으므로 상기 라이트 가이드(10)로부터 나오는 광이 적외선 카메라로 도달할 수 있도록 가동 테이블(16)이 투명체(예를 들어, 유리판)로 구성되어 있지만, 중앙부 등에 투과용 구멍이 뚫린 구조로 하는 것도 가능하다. 상기 각 지지대(18)는 상하 방향(Z 방향)의 위치 조정(높이 조정)이 가능한 다이로 구성되어 있어도 좋다. 또, 본 실시 태양에서는 상측의 웨이퍼(2b)에 대해서만 정전 척(7)을 설치하고 있지만, 경우에 따라서는, 하측의 웨이퍼(2a)에 대해서도 예를 들어 중앙에 구멍이 개방된 환형으로 연장되는 정전 척, 바람직하게는 투명체로 이루어지는 정전 척을 설치하도록 해도 좋다.

본 실시 태양에서는 가동 테이블(16)의 하방이면서 접합 챔버(4) 밖의 위치에 인식 수단으로서의 적외선 카메라(20)가 설치되어 있다. 적외선 카메라(20)는 프리즘 장치(21)를 거쳐서 라이트 가이드(10)로부터의 조사광을 이용하여, 상측의웨이퍼(2b) 또는 정전 척(7)에 부착된 얼라인먼트용의 인식 마크 및 하측의 웨이퍼(2a) 또는 가동 테이블(16)에 부착된 인식 마크를 각각 독취할 수 있도록 되어 있다. 이 적외선 카메라(20) 및 프리즘 장치(21)의 위치도 위치 조정 수단(22)을 거쳐서 조정, 제어할 수 있도록 되어 있다.

얼라인먼트 장치(3)는 도2 및 도3에 도시한 바와 같이 구성되어 있다. 본 실시 태양에서는 도2에 도시한 바와 같이 가동 지지 수단(17)이 원판형의 가동 테이블(16)의 주위 방향으로 3 부위, 합계 3개 설치되어 있다. 각 가동 지지 수단(17)에는 2개 한 쌍의 형태로 피에조 구동체(23, 24)가 설치되어 있다. 피에조 구동체(23, 24)는 도3에 도시한 바와 같이, 가동 테이블(16)에 접촉/분리 가능하게 설치된 지지 블록(23d, 24d)과 상기 지지 블록(23d, 24d)에 연결되어 실질적으로 수평 방향으로 서로 교차하여 연장하는(X, Y 방향으로 연장함) 제1 피에조 소자(23a, 24a) 및 제2 피에조 소자(23b, 24b)와, 지지 블록(23d, 24d)에 연결되어 실질적으로 상하 방향으로 연장하는(Z 방향으로 연장함) 제3 피에조 소자(23c, 24c)를 구비하고 있다.

제1 피에조 소자(23a, 24a)와 제2 피에조 소자(23b, 24b)의 신축 작동량이 제어됨으로써, 이에 연결되어 있는 지지 블록(23d, 24d)은 도3에 화살표 방향으로 도시된 바와 같이, 가동 테이블(16)의 면 방향으로 즉, 실질적으로 수평 방향으로 모든 방향으로 임의로 이동할 수 있다. 따라서, 지지 블록(23d, 24d) 중 어느 것이 가동 테이블(16)의 하면에 접촉되어 있으며, 그 접촉하고 있는 지지 블록이 이동되면, 그에 수반하여 가동 테이블(16)을 지지 블록의 이동 방향으로 이동시킬 수있다. 이 때, 제3 피에조 소자(23c 혹은 24c)는 지지 블록의 이동에 수반하여 요동되고, 상기 지지 블록, 더 나아가서는 상기 지지 블록을 거쳐서 가동 테이블(16)을 하방에서 지지한다. 그리고, 지지 블록(23d, 24d)을 교대로 가동 테이블(16)에 대하여 접촉/분리시키고, 지지 블록(23d, 24d)의 이동 및 피에조 소자(23c, 24c)의 요동을 행하게 함으로써, 피에조 구동체(23, 24)의 제3 피에조 소자(23c, 24c) 및 지지 블록(23d, 24d)은 가동 테이블(16)에 대하여 상대적으로 보행 운동, 즉 워킹 동작을 행하게 된다. 각 가동 지지 수단(17)은 대응하는 각 지지대(18) 상에 설치되어 있으므로, 상기 워킹 동작에 의해 실제로는 그 워킹 동작 만큼, 가동 테이블(16)이 이동되게 된다.

가동 지지 수단(17)은 원판형의 가동 테이블(16)의 주위 방향으로 3 부위, 합계 3개 설치되어 있으므로, 각 가동 지지 수단(17)의 각 피에조 소자를 동기시키면서 구동함으로써, 도4a 내지 도4c에 도시한 바와 같이 가동 테이블(16)을 X, Y, θ 방향으로 임의로 이동시키는 것이 가능하다. 도4a는 가동 테이블(16)을 X 방향으로 이동시킬 경우의 각 가동 지지 수단(17)의 각 피에조 소자의 동작예를 도시하고 있으며, 도4b는 Y 방향으로의 동작예, 도4c는 θ방향으로의 동작예를 각각 도시하고 있다. 이들 동작을 조합시킴으로써, 가동 테이블(16)은 X, Y, θ방향으로 임의로 이동되고, 가동 테이블(16) 상에 보유 지지되어 있는 웨이퍼(2a)가 X, Y, θ방향의 임의의 방향에 있어서 위치 결정된다. 게다가, 이 때, θ방향의 회전 중심도 각 피에조 소자의 동작을 제어함으로써, 임의의 위치로 오게 할 수 있다.

이와 같이 본 발명에 관한 얼라인먼트 장치(3)에서는 적어도 X, Y축 방향 및θ방향으로 동시에 위치 조정 가능해지고, 웨이퍼(2a)를 한꺼번에 목표 위치로 위치 결정 가능해진다. 위치 결정에 있어서는 적외선 카메라(20)로 인식 마크를 독취함으로써 웨이퍼(2a) 혹은 가동 테이블(16)이 목표 위치에 목표로 하는 정밀도 범위 내에서 위치 결정되어 있는지를 확인할 수 있다. 목표 정밀도 범위 내에 도달하지 않은 경우에는 도달할 수 있을 때까지 상기 워킹 동작에 의한 위치 결정 동작을 속행시킬 수 있다. 이와 같은 일련의 동작의 제어가 적어도 적외선 카메라(20)로부터의 위치 인식 정보가 입력되고, 상기 입력 정보를 기초로 하여 각 가동 지지 수단(17)의 구동 방향, 구동량을 제어하는 제어 수단, 예를 들어 마이크로 컴퓨터를 이용한 제어 수단에 의해 행해진다. 또, 인식 마크를 독취하는 인식 수단으로서는 적외선 카메라(20)에 한정되는 것이 아니라 통상의 가시광 카메라나 레이저를 이용한 인식 수단의 사용도 가능하다.

상기 위치 결정을 위한 각 가동 지지 수단(17)의 구동은 각 피에조 소자의 신축 작동에 의한 것이며, 피에조 소자의 신축 작동량은 극히 미소하게 제어할 수 있음이 알려져 있다. 따라서, 각 피에조 소자의 신축 작동을 미리 캘리브레이션하여 두고, 각 피에조 소자의 신축 작동을 기초로 하여 웨이퍼(2a)의 위치 결정을 행함으로써, 극히 고정밀도인 위치 결정이 행해지게 된다. 그 결과, 하측의 웨이퍼(2a)와 상측의 웨이퍼(2b)가 고정밀도로 위치 맞춤되어 양자의 접합 정밀도가 대폭적으로 향상된다. 또, Z 방향에 관한 위치 결정에 대해서는 제3 피에조 소자(23c, 24c) 자신의 신축 동작을 이용하여, 미세 조정을 행하는 것도 가능하다. 또, 워킹 동작 종료 후에 각 가동 지지 수단(17)의 피에조 구동체(23, 24)의 작동을 제어함으로써, Z 방향에 관한 위치 결정에 더하여, X, Y축 주위 회전 방향의 미세 조정도 각각 행할 수 있으므로, 상측의 웨이퍼(2b)에 대한 하측의 웨이퍼(2a)의 평행도에 대해서도 고정밀도의 미세 조정이 가능해진다.

또한, 본 발명에 관한 얼라인먼트 장치(3)에 있어서는 상기에서 설명한 바와 같이, 웨이퍼(2a)를 동일 평면에 있어서, X, Y, θ방향으로 위치 결정할 수 있으므로, 종래와 같이 각 축 방향용의 각 위치 조정 테이블을 쌓아 올려서 얼라인먼트 장치를 구성할 필요가 없게 되고, 얼라인먼트 장치(3) 자체를 박형인 것으로 구성할 수 있다. 그 결과, 이 얼라인먼트 장치(3)를 조립한 장치 전체의 소형화를 도모할 수 있다. 또, 동일 평면 내에서 각 방향 동시에 위치 결정할 수 있으므로, 위치 결정을 위한 구동 효율도 좋다. 또, 각 가동 지지 수단(17)이 가동 테이블(16)의 주연부에 배치되어 있으므로 비교적 대형의 가동 테이블(16)이나 그 위에 보유 지지되는 웨이퍼(2a)에 대해서도 특히 θ방향의 위치 결정 정밀도를 저하시키는 일이 없이 대응하는 것이 가능하다.

본 발명에 관한 얼라인먼트 장치(3)에 있어서는 또한 위치 결정 정밀도의 향상을 도모하는 것이 가능하다. 예를 들어 전술한 바와 같이 일반적으로 피에조 소자는 전회의 구동 스트로크에 대응하여 다음 구동량, 궤적이 결정되는, 이력의 영향을 받기 쉬운 특징을 가지고 있으므로, 이 특징에 의한 위치 결정 정밀도에의 악영향을 제거하기 위해, 이전 동작의 이력의 영향이 나오지 않도록 하는 것이 바람직하다. 그 때문에 워킹 동작 1보 내에서의 정밀도 위치 결정 전에 이전의 동작의 이력을 제거하도록 리셋하는 것이 바람직하다. 즉, 제3 피에조 소자(23c, 24c)에더하여 제1, 제2 피에조 소자(23a, 24a, 23b, 24b)의 신축 작동량에 대하여 지금까지 이력이 정밀 위치 결정 전에 리셋되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 관한 얼라인먼트 장치(3)에 있어서, 또한 위치 결정 정밀도의 향상을 도모하기 위해서는 상술한 워킹 동작에 의한 위치 결정에 의해 어떤 레벨의 정밀도 내까지 대략적 위치 결정을 행하고, 그 상태에서 기본적으로 상술한 워킹 동작을 정지하고, 워킹 동작을 정지한 상태에서 각 피에조 소자 자신의 신축 작동을 이용하여 워킹(2a)을 더욱 고정밀도로 정밀 위치 결정하는 것이 가능하다. 이 정밀 위치 결정은 워킹 동작을 정지한 상태에서 행하므로, 기본적으로 워킹 동작의 1보 이내의 위치 조정 범위 내에서 행할 필요가 있다. 또, 어느 방향으로도 정밀 위치 결정을 위한 미세 조정이 효과가 있도록 정밀 위치 결정 직전에 워킹 동작의 발, 즉 제3 피에조 소자(23c, 24c)의 제1 피에조 소자(23a, 24a) 및 제2 피에조 소자(23b, 24b)의 신축 작동에 의한 요동 위치를 워킹 동작의 1보의 범위 내에 있어서의 중앙 위치에 리셋하는 것이 바람직하다. 이 중앙 위치로의 리셋은 전술한 이력의 리셋과 동시에 행할 수 있다.

이와 같은 정밀도 위치 결정을 위한 일련의 제어는, 예를 들어 도5에 도시한 바와 같은 플로우에 따라서 행해진다. 도5에 도시하는 제어에서는 스텝 S1에서 전술한 바와 같이 대략적 위치 결정을 위한 워킹 동작이 실행되고, 인식 수단에 의해 측정된 목표 위치의 오차 δ가 워킹 동작의 1보 내에 들어있는지 판정되고(스텝 S2), 1보 내에 들어있지 않는 경우에는 스텝 S1로 복귀하여 워킹 동작이 속행된다. 1보 내에 들어있다고 판정된 경우에는 발의 위치, 즉 제3 피에조 소자(23c, 24c)의위치가 워킹 동작의 1보의 범위 내에 있어서의 중앙 위치에 리셋되고(스텝 S3), 그 1보 내에서 각 피에조 소자, 특히 제1 피에조 소자(23a, 24a) 및 제2 피에조 소자(23b, 24b)의 신축 작동에 의한 정밀 위치 결정에 의해 고정밀도의 얼라인먼트가 달성된다(스텝 S4). 그리고, 인식 수단에 의해 측정된 목표 위치의 오차 δ가 목표로 하는 고정밀도 범위 내로 들어갔는지 확인되고(스텝 S5), 들어가지 않은 경우에는 스텝 S3으로 복귀되어 정밀 위치 결정 동작을 반복한다. 목표 고정밀도 범위 내로 들어갔을 때, 이 제어 플로우를 종료한다. 이와 같은 정밀 위치 결정에 의해, 종래에는 불가능하게 되어 있던 나노미터 레벨에서의 고정밀도 얼라인먼트가 가능해진다.

또한, 상기 실시 태양은 웨이퍼끼리의 실장 장치에 대하여 설명했지만, 본 발명에 관한 얼라인먼트 장치는 웨이퍼와 칩의 실장 장치나 칩끼리의 실장 장치에도 적용할 수 있고, 또 단순한 얼라이너에도 적용할 수 있고, 또 피노광물, 예를 들어 웨이퍼에 노광을 실시하는 노광 장치에도 적용할 수 있다.

또한, 상기 실시 태양은 가동 테이블을 이용한 태양을 표시하였지만, 본 발명에 있어서는 위치 결정 대상물을 직접 가동 지지 수단에 의해 지지하는 것도 가능하다. 그 경우에는 전술한 가동 테이블(16)을 생략하여 복수의 가동 지지 수단(17)에 의해 직접 위치 결정 대상물을 지지하면 좋다. 그 이외의 기본 구성은 상기 실시 태양과 동일해도 좋다.

본 발명의 얼라인먼트 장치에서는 종래 달성할 수 있었던 나노미터 레벨의얼라인먼트 정밀도까지 달성 가능해진다. 또한 위치 조정 테이블을 쌓아 올리지 않아도 되므로, 얼라인먼트 장치 자신, 더 나아가서는 이 얼라인먼트 장치를 조립한 장치 전체가 대폭적인 박형화, 소형화를 도모할 수 있다. 이와 같은 본 발명에 관한 얼라인먼트 장치는, 위치 결정 대상물을 목표 정밀도 범위 내에서 고정밀도로 위치 결정하는 것이 요구되는 모든 얼라인먼트 장치에 적용 가능해지며, 특히 실장 장치나 노광 장치에 적합하다.

Claims (11)

1. 위치 결정 대상물을 보유 지지하는 가동 테이블과, 상기 가동 테이블을 이동 가능하게 복수 부위에서 각각 지지하는 복수의 가동 지지 수단과, 상기 위치 결정 대상물 또는 가동 테이블에 부착된 인식 마크를 독취하는 인식 수단과, 상기 인식 수단으로부터의 정보를 기초로 하여 상기 가동 지지 수단의 구동을 제어하는 제어 수단을 갖고, 상기 제어 수단에 의한 제어에 의해 상기 위치 결정 대상물을 목표 정밀도 범위 내로 위치 결정하는 얼라인먼트 장치이며, 각 가동 지지 수단이 상기 가동 테이블에 접촉/분리 가능하게 설치된 지지 블록과, 상기 지지 블록에 연결되어 실질적으로 수평 방향으로 서로 교차하여 연장하는 신축 작동 가능한 제1, 제2 피에조 소자 및 실질적으로 상하 방향으로 연장하는 신축 작동 가능한 제3 피에조 소자를 구비한 피에조 구동체를 2개 한 쌍 갖고, 또한 상기 2개 한 쌍의 피에조 구동체가 그들에 대응하는 2개 한 쌍의 지지 블록을 상기 가동 테이블에 교대로 접촉/분리시킴으로써 상기 가동 테이블에 대한 워킹 동작을 행하는 것이 가능한 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 장치.
2. 위치 결정 대상물을 이동 가능하게 복수 부위에서 각각 지지하는 복수의 가동 지지 수단과, 상기 위치 결정 대상물에 부착한 인식 마크를 독취하는 인식 수단과, 상기 인식 수단으로부터의 정보를 기초로 하여 상기 위치 결정 대상물의 구동을 제어하는 제어 수단을 갖고, 상기 제어 수단에 의한 제어에 의해 상기 위치 결정 대상물을 목표 정밀도 범위 내로 위치 결정하는 얼라인먼트 장치이며, 각 가동 지지 수단이 상기 위치 결정 대상물에 접촉/분리 가능하게 설치된 지지 블록과, 상기 지지 블록에 연결되어 실질적으로 수평 방향으로 서로 교차하여 연장하는 신축 작동 가능한 제1, 제2 피에조 소자 및 실질적으로 상하 방향으로 연장하는 신축 작동 가능한 제3 피에조 소자를 구비한 피에조 구동체를 2개 한 쌍 갖고, 또한 상기 2개 한 쌍의 피에조 구동체가 그들에 대응하는 2개 한 쌍의 지지 블록을 상기 위치 결정 대상물에 교대로 접촉/분리시킴으로써 상기 위치 결정 대상물에 대하여 워킹 동작을 행하는 것이 가능한 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 워킹 동작에 의해 상기 위치 결정 대상물의 대략적 위치 결정이 행해지고, 워킹 동작을 정지한 상태에서의 상기 각 피에조 소자의 신축 작동에 의해 상기 위치 결정 대상물의 정밀 위치 결정이 행해지는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 위치 결정 대상물의 정밀 위치 결정이 상기 워킹 동작의 1보의 범위 내에서 행해지는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 장치.
5. 제3항에 있어서, 상기 제3 피에조 소자의 상기 제1, 제2 피에조 소자의 신축 작동에 의한 요동 위치가 상기 위치 결정 대상물의 정밀 위치 결정 전에, 상기 워킹 동작의 1보의 범위 내에 있어서의 중앙 위치에 리셋되는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 장치.
6. 제3항에 있어서, 상기 위치 결정 대상물의 정밀 위치 결정 전에, 그때까지 각 피에조 소자의 신축 작동량의 이력이 리셋되는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 장치.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 각 피에조 소자의 신축 작동 특성이 미리 캘리브레이션되어 있는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 장치.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 실장 장치에 있어서의 피접합물의 위치 결정에 이용되는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 장치.
9. 제8항에 있어서, 피접합물이 웨이퍼로 이루어지는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 장치.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 노광 장치에 있어서의 피노광물의 위치 결정에 이용되는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 장치.
11. 제10항에 있어서, 피노광물이 웨이퍼로 이루어지는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 장치.