KR20110004404A

KR20110004404A - 반도체 웨이퍼 정렬장치 및 방법

Info

Publication number: KR20110004404A
Application number: KR1020107024248A
Authority: KR
Inventors: 그레고리 조지
Original assignee: 써스 마이크로텍 인코포레이티드.
Priority date: 2008-04-02
Filing date: 2009-04-02
Publication date: 2011-01-13
Also published as: WO2009146091A1; KR101640612B1; EP2279521A1; EP2279521A4; JP5586580B2; EP2279521B1; US20090251699A1; US8139219B2; JP2011517094A

Abstract

반도체 웨이퍼 정렬장치는 제 1 반도체 웨이퍼의 제 1 표면을 제 2 반도체 웨이퍼의 제 1 표면 정반대에 위치시키기 위한 장비; 및 상기 제 1 반도체 웨이퍼 상의 제 1 구조체를 상기 제 2 반도체 웨이퍼의 상기 제 1 표면에 정렬시키기 위한 장비를 포함한다. 상기 정렬장비는, 정렬시 이동하고 상기 제 1 반도체 웨이퍼의 상기 제 1 표면과 상기 제 2 반도체 웨이퍼의 제 1 표면 사이에 삽입되도록 구성된 적어도 하나의 이동가능한 정렬장치를 포함한다. 상기 위치를 지정하기 위한 장비는 상기 정렬장치의 운동으로부터 진동에 대해 기계적으로 절연되어 있다.

Description

반도체 웨이퍼 정렬장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SEMICONDUCTOR WAFER ALIGNMENT}

본 발명은 반도체 정렬장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 나노미터급의 정렬 정확도를 제공하는 웨이퍼간 웨이퍼-투-웨이퍼 정렬에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼는 웨이퍼 가장자리의 노치, 핀, 전자빔 에칭, 또는 입체영상과 같이 다른 것을 간의 기계적 또는 광학적 기준 마크를 이용하여 정렬할 수 있다. 기계적인 정렬 마크는 밀리미터 수준의 정렬 정확도를 제공하는 반면, 광학적 마크는 미크론 내지 미크론 이하 수준의 정렬 정확도를 제공한다.

다른 것들 간의 3-D 통합, 본딩 및 마스크 정렬과 같은 여러 가지 반도체 공정에서는 미크론 이하 내지 나노미크론 수준의 정렬 정확도가 바람직하다.

본 발명에 따른 웨이퍼간(wafer-to-wafer) 정렬 장치 및 방법은 서로 평행하게 정렬되도록 두 개의 웨이퍼 사이에 삽입되는 현미경을 이용한다. “웨이퍼간(interwafer)”정렬 방법은 투명 또는 불투명을 포함한 어떠한 종류의 웨이퍼 재료에도 이용할 수 있고, 가시광선을 이용하며, 웨이퍼의 배면에 기준 마크를 둘 필요가 없다. 그 정렬 정확도는 수 백 나노미터 정도의 수준을 보인다.

일반적으로, 본 발명의 한 관점에 따르면, 반도체 웨이퍼 정렬장치는 제 1 반도체 웨이퍼의 제 1 표면을 제 2 반도체 웨이퍼의 제 1 표면 정반대에 위치시키기 위한 장비; 및 상기 제 1 반도체 웨이퍼 상의 제 1 구조체를 상기 제 2 반도체 웨이퍼의 상기 제 1 표면에 정렬시키기 위한 장비를 포함한다. 상기 정렬장비는, 정렬시 이동하고 상기 제 1 반도체 웨이퍼의 상기 제 1 표면과 상기 제 2 반도체 웨이퍼의 제 1 표면 사이에 삽입되도록 구성된 적어도 하나의 이동가능한 정렬장치를 포함한다.

본 발명의 이러한 특징을 구현하기 위해서는 다음 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 위치를 지정하기 위한 장비는 상기 정렬장비로부터 진동에 대해 기계적으로 절연되어 있다. 상기 장치는 역 U자형 프레임 및 진동절연 기대(base)를 더 포함할 수 있다. 상기 역 U자형 프레임은 상기 기대의 상부면 상에 지지된다. 상기 역 U자형 프레임은 좌측 및 우측 수직 기둥; 및 좌측 및 우측 단부를 포함하는 수평 빔을 포함한다. 상기 기둥 상부 각각은 상기 기둥 상부면에서 상기 기둥 중앙을 향해 연장되는 두 개의 평행한 수직 슬롯을 포함하고, 상기 두 개의 수직 슬롯은 중앙 블록에 의해 분리된다. 상기 중앙 블록은 상기 기둥 상부를 향해 상기 슬롯의 저부로부터 연장되고 상기 수직 슬롯의 높이보다 작은 높이를 가짐으로써 상기 기둥 상부면 근방의 상기 두 개의 수직 슬롯 사이에 간격을 형성한다. 상기 수평 빔의 상기 좌측 및 우측 단부는 상기 좌측 및 우측 수직 기둥의 중앙 블록 상에 지지된다. 상기 장치는 상기 이동가능 정렬장치를 지지하는 XYZ-스테이지를 더 포함하고, 상기 XYZ-스테이지는 상기 수평 빔을 따라 슬라이딩하며 상기 수평 빔에 의해 지지되도록 구성된다. 상기 이동가능 정렬장치는 연장튜브를 포함하는 광학 현미경 조립체 및 상기 연장튜브 내에서 동심을 갖도록 배치되는 제 1 및 제 2 광학 현미경을 포함한다. 상기 제 1 및 제 2 광학 현미경은 상기 제 1 및 제 2 구조체의 제 1 및 제 2 이미지를 각각 얻도록 구성된다. 상기 제 1 및 제 2 구조체의 상기 제 1 및 제 2 이미지는 고정된 상부 및 하부 참조 마크에 대한 상기 제 1 및 제 2 구조체의 상대좌표를 결정하고 서로 평행한 상기 제 1 및 제 2 반도체 웨이퍼의 상기 제 1 표면들을 정렬하기 위한 상기 위치지정 장비를 안내하는 데 이용된다. 상기 장치는 고정된 상부 및 하부 참조 마크를 포함하는 현미경 캘리브레이션 참조 유닛을 더 포함한다. 상기 캘리브레이션 참조 유닛은 상기 수직 기둥 중 하나에 부착될 수 있다. 상기 광학 현미경 조립체는 상기 제 1 축이 거울 평면에 평행하도록 정렬된 상기 거울 평면을 더 포함할 수 있다. 상기 장치는 상기 제 1 및 제 2 구조체의 상기 제 1 및 제 2 이미지를 각각 분석하여 상기 고정된 상부 및 하부 참조 마크에 대한 그 상대좌표를 결정하기 위한 패턴 인식 소프트웨어를 더 포함할 수 있다. 상기 위치지정 장치는 하부 지지 블록 및 상부 지지 블록을 포함한다. 상기 하부 지지 블록은 상기 제 1 반도체 웨이퍼를 지지하는 하부 웨이퍼 플레이트를 포함하고 상기 상부 지지 블록은 상기 제 2 반도체 웨이퍼를 지지하는 상부 웨이퍼 플레이트 및 상기 상부 웨이퍼 플레이트의 높이를 조절하는 플레이트 높이조절 시스템을 포함한다. 상기 플레이트 높이조절 시스템은 병진운동 없이 상기 제 2 반도체 웨이퍼의 중심에 대응되는 중심점 주위로 상기 상부 웨이퍼 플레이트를 회전 및/또는 경사지게 하는 구형 웨지 오차 보정 기구를 포함한다. 상기 하부 지지 블록은 조동 X-Y-T 스테이지, 상기 조동 X-Y-T 스테이지에 의해 이송되는 에어 베어링 Z-스테이지, 및 상기 Z-스테이지의 상부 상에서 이송되는 미동 X-Y-T 스테이지를 포함하고, 상기 X-Y-T 미동 스테이지는 상기 하부 웨이퍼 플레이트를 이송한다. 상기 X-Y-T 조동 스테이지는 상기 조동 X-Y-T 스테이지와 상기 미동 X-Y-T 스테이지 사이의 X-Y-T 거리를 측정하기 위한 하나 이상의 위치 센서를 더 포함한다. 상기 위치 센서는 커패시턴스 게이지일 수 있다. 상기 상부 및 하부 웨이퍼 플레이트는 반도체 웨이퍼 CTE와 일치하는 CTE를 갖는 재료를 포함한다. 상기 장치는 상기 제 1 및 제 2 반도체 웨이퍼를 이송하기 위한 고정구를 더 포함할 수 있다. 상기 고정구는 하부 웨이퍼 이송 척을 지지하는 외측 링 및 상기 외측 링 주위에 배치되는 세 개 이상의 클램프/스페이서 조립체를 포함한다. 상기 클램프/스페이서 조립체 각각은 클램프 및 스페이서를 포함한다. 상기 클램프 및 상기 스페이서는 서로에 대해 그리고 다른 조립체의 클램프 또는 스페이서의 운동에 대해 독립적으로 이동하도록 구성되며, 상기 운동은 상온 및 고온 모두에서 정확하게 반복가능하다. 상기 고정구는 상기 제 1 및 제 2 반도체 웨이퍼의 중심을 핀고정하는 중심 핀을 더 포함할 수 있다. 상기 제 1 반도체 웨이퍼는 상기 하부 웨이퍼 이송 척 상에 위치되고, 상기 스페이서는 상기 제 1 반도체 웨이퍼 표면의 가장자리의 장부에 삽입되며, 이후, 상기 제 2 반도체 웨이퍼는 상기 스페이서의 상부에 위치되고, 이후 상기 제 1 및 제 2 반도체 웨이퍼는 상기 클램프를 통해 클램핑된다. 일반적으로, 본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 반도체 웨이퍼 정렬장치는 제 1 반도체 웨이퍼의 제 1 표면을 제 2 반도체 웨이퍼의 제 1 표면 정반대에 위치시키기 위한 장비; 및 상기 제 1 반도체 웨이퍼 상의 제 1 구조체를 상기 제 2 반도체 웨이퍼의 상기 제 1 표면에 정렬시키기 위한 장비를 포함한다. 상기 정렬장비는 정렬시 이동되도록 구성되는 적어도 하나의 이동가능한 정렬장치를 포함한다. 상기 위치를 지정하기 위한 장비는 상기 정렬장치의 운동으로부터 진동에 대해 기계적으로 절연되어 있다.

일반적으로 본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 반도체 웨이퍼 정렬방법은 제 1 반도체 웨이퍼의 제 1 표면을 제 2 반도체 웨이퍼의 제 1 표면 정반대에 위치시키는 단계; 적어도 하나의 이동가능한 정렬장치를 포함하는 정렬장비를 제공하는 단계; 및 상기 제 1 반도체 웨이퍼의 상기 제 1 표면과 상기 제 2 반도체 웨이퍼의 상기 제 1 표면 사이에 상기 이동가능한 정렬장치를 삽입하여 상기 제 1 반도체 웨이퍼 상의 제 1 구조체를 상기 제 2 반도체 웨이퍼의 상기 제 1 표면 상의 제 2 구조체와 정렬시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 이러한 특징을 구현하기 위해서는 다음 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 위치지정 단계는 상기 제 1 반도체 웨이퍼의 상기 제 1 표면과 상기 제 2 반도체 웨이퍼의 상기 제 1 표면 사이로의 상기 이동가능한 정렬장치의 삽입과 진동 및 기계적으로 분리된다. 상기 이동가능 정렬장치는 연장튜브를 포함하는 광학 현미경 조립체 및 상기 연장튜브 내에서 동심을 갖도록 배치되는 제 1 및 제 2 광학 현미경을 포함한다. 상기 제 1 및 제 2 광학 현미경은 상기 제 1 및 제 2 구조체의 제 1 및 제 2 이미지를 각각 얻도록 구성된다. 상기 제 1 및 제 2 구조체의 상기 제 1 및 제 2 이미지는 고정된 상부 및 하부 참조 마크에 대한 상기 제 1 및 제 2 구조체의 상대좌표를 결정하고 서로 평행한 상기 제 1 및 제 2 반도체 웨이퍼의 상기 제 1 표면들을 정렬하기 위한 상기 위치지정 장비를 안내하는 데 이용된다. 상기 장치는 고정된 상부 및 하부 참조 마크를 포함하는 현미경 캘리브레이션 참조 유닛을 더 포함한다. 상기 캘리브레이션 참조 유닛은 상기 수직 기둥 중 하나에 부착될 수 있다. 상기 광학 현미경 조립체는 상기 제 1 축이 거울 평면에 평행하도록 정렬된 상기 거울 평면을 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 제 1 및 제 2 구조체의 상기 제 1 및 제 2 이미지를 각각 분석하여 상기 고정된 상부 및 하부 참조 마크에 대한 그 상대좌표를 결정하기 위한 패턴 인식 소프트웨어를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 위치지정 단계는 하부 웨이퍼 플레이트를 포함하는 하부 지지 블록을 제공하고 상기 하부 웨이퍼 플레이트 상에 상기 제 1 반도체 웨이퍼를 위치시키는 단계; 및 상기 제 2 반도체 웨이퍼를 지지하는 상부 웨이퍼 플레이트 및 상기 상부 웨이퍼 플레이트의 높이를 조절하는 플레이트 높이조절 시스템을 포함하는 상부 지지 블록을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 플레이트 높이조절 시스템은 병진운동 없이 상기 제 2 반도체 웨이퍼의 중심에 대응되는 중심점 주위로 상기 상부 웨이퍼 플레이트를 회전 및/또는 경사지게 하는 구형 웨지 오차 보정 기구를 포함할 수 있다. 상기 하부 지지 블록은 조동 X-Y-T 스테이지, 상기 조동 X-Y-T 스테이지에 의해 이송되는 에어 베어링 Z-스테이지, 및 상기 Z-스테이지의 상부 상에서 이송되는 미동 X-Y-T 스테이지를 포함하고, 상기 X-Y-T 미동 스테이지는 상기 하부 웨이퍼 플레이트를 이송한다. 상기 X-Y-T 조동 스테이지는 상기 조동 X-Y-T 스테이지와 상기 미동 X-Y-T 스테이지 사이의 X-Y-T 거리를 측정하기 위한 하나 이상의 위치 센서를 더 포함한다. 상기 장치는 상기 제 1 및 제 2 반도체 웨이퍼를 이송하기 위한 고정구를 더 포함할 수 있다. 상기 고정구는 하부 웨이퍼 이송 척을 지지하는 외측 링 및 상기 외측 링의 주변에 배치되는 세 개 이상의 클램프/스페이서 조립체를 포함한다. 상기 클램프/스페이서 조립체 각각은 클램프 및 스페이서를 포함한다. 상기 클램프 및 상기 스페이서는 서로에 대해 그리고 다른 조립체의 클램프 또는 스페이서의 운동에 대해 독립적으로 이동하도록 구성되며, 상기 운동은 상온 및 고온 모두에서 정확하게 반복가능하다. 상기 고정구는 상기 제 1 및 제 2 반도체 웨이퍼의 중심을 핀고정하는 중앙 핀을 더 포함할 수 있다. 상기 제 1 구조체와 제 2 구조체의 정렬 단계는 다음 단계를 포함한다. 우선, 제 1 표면이 위를 향한 상태로 상기 제 2 하부 지지 블록 상에 상기 제 1 반도체 웨이퍼를 위치시키는 단계. 다음, 제 1 표면의 아래를 향한 상태로 상기 상부 웨이퍼 플레이트에 의해 상기 제 2 반도체 웨이퍼를 지지하는 단계. 다음, 상기 광학 현미경 조립체를 상기 고정된 참조 유닛에 삽입하며, 상기 제 1 및 제 2 광학 현미경의 초점을 상기 고정된 하부 및 상부 참조 마크에 각각 맞추는 단계. 다음, 상기 고정된 상부 및 하부 참조 마크의 위치 및 거리와 상기 거울 평면의 각위치를 결정하기 위해 상기 패턴 인식 소프트웨어를 이용하는 단계. 다음, 상기 광학 현미경 조립체를 상기 제 1 및 제 2 반도체 웨이퍼의 상기 제 1 표면들 사이에 삽입하고 상기 제 2 광학 현미경의 초점을 상기 제 2 반도체 웨이퍼의 상기 제 2 구조체 상에 맞춘 후 상기 광학 현미경 조립체의 위치를 고정하는 단계 다음, 상기 제 1 현미경의 초점을 상기 제 1 반도체 웨이퍼의 상기 제 1 구조체 상에 맞추기 위해 조동 X-Y-T 스테이지 및 Z-스테이지를 이동시키고 상기 조동 X-Y-T 및 Z 스테이지를 고정하는 단계. 다음, 상기 제 1 및 제 2 구조체의 위치좌표를 결정하고 이들의 오프셋을 결정하기 위해 상기 패턴 인식 소프트웨어를 이용하는 단계. 마지막으로, 미동 X-Y-T 스테이지를 상기 결정된 오프셋 양 및 글로벌 캘리브레이션 방법에 의해 결정된 양만큼 이동시켜 상기 제 1 및 제 2 구조체를 정렬시키는 단계. 상기 제 1 및 제 2 구조체의 정렬단계는 다음 단계를 포함할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 반도체 웨이퍼의 상기 제 1 표면들 사이에서 상기 광학 현미경 조립체를 꺼낸 후 상기 Z-스테이지를 상향이동시킴과 동시에 상기 위치 센서로부터의 피드백과 상기 미동 X-Y-T 스테이지의 정렬을 유지하는 단계. 다음, 상기 제 1 반도체 웨이퍼의 상기 제 1 표면을 상기 제 2 반도체 웨이퍼의 상기 제 1 표면과 접촉시키는 단계; 상기 제 1 및 제 2 반도체 웨이퍼를 클램핑하는 단계; 및 상기 정렬된 제 1 및 제 2 반도체 웨이퍼를 장착해제 하는 단계. 상기 방법은 상기 상부 웨이퍼 플레이트에 의해 상기 제 2 반도체 웨이퍼를 지지한 후, 상기 제 1 반도체 웨이퍼 제 1 표면의 상부의 상기 스페이서가 상기 제 2 반도체 제 1 표면에 접촉하도록 Z-스테이지를 상향이동시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 다음, 힘 피드백 제어 하에 상기 제 2 반도체 웨이퍼의 웨지 오차 보정을 실시하고 상기 웨지 위치를 고정하는 단계; 및 상기 제 1 반도체 웨이퍼를 하향 이동시켜 상기 스페이서를 제거하는 단계.

본 발명의 하나 이상의 상세한 설명을 첨부하는 도면을 참고로 하여 설명한다. 본 발명의 기타 특징, 목적, 및 이점은 하기의 바람직한 실시예, 첨부된 도면, 및 청구범위에 의해 더욱 명백해질 것이다.

도면을 참고함에 있어 동일한 도면 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 정렬기 시스템의 개략도.
도 2는 도 1의 영역(P)을 상세히 도시한 측면도.
도 3은 도 1의 정렬기 시스템의 개략적 측면도.
도 4는 도 1의 현미경 시스템의 개략도.
도 5는 본 발명에 따른 정렬기 장치의 사시도.
도 6은 도 3의 정렬기 장치의 측면 사시도.
도 7은 도 3의 정렬기 장치의 정단면도.
도 8는 도 3의 현미경 시스템의 평면 사시도.
도 9는 도 8의 현미경 시스템의 측면 사시도.
도 10는 도 8의 현미경 시스템의 단면도.
도 11은 도 8의 정렬기 내의 두 개의 현미경 시스템의 상세도.
도 12는 웨이퍼 고정도구의 평면도.
도 13은 상부 및 하부 플레이트가 장착된 웨이퍼 고정도구의 평면도.
도 14는 상부 및 하부 플레이트가 장착된 웨이퍼 고정도구 및 클램핑 위치의 웨이퍼에 대한 개략적 단면도.
도 15는 글로벌 캘리브레이션 장치의 하부 플레이트의 평면도.
도 16는 글로벌 캘리브레이션 장치의 상부 및 하부 플레이트의 측면도.
도 17는 글로벌 캘리브레이션 장치의 상부 및 하부 플레이트 및 투명 웨이퍼의 측면도.
도 18A 및 18B는 정렬공정의 순서도.
도 19A는 도 18B의 정렬공정 중 단계 610의 개략도.
도 19B는 도 18B의 정렬공정 중 단계 611의 개략도.
도 19C는 도 18B의 정렬공정 중 단계 613의 개략도.
도 20A는 도 18A 및 18B의 정렬공정 중 단계 608 및 611의 개략도.
도 20B는 도 18A 및 18B의 정렬공정 중 단계 608 및 612의 개략도.
도 20C는 도 18A 및 18B의 정렬공정 중 단계 608 및 613의 개략도.

도 1 내지 도 5를 참고하면, 웨이퍼 정렬장치(100)는 역 U자형 프레임(104)을 지지하는 기대(102), 제 1 및 제 2 현미경 세트(210a, 210b), 하부 웨이퍼(80)를 지지하는 하부 웨이퍼 지지블록(150), 및 상부 웨이퍼(90)를 유지하는 상부 웨이퍼 지지블록(180)을 포함한다. 기대(102)는 고체로 만들어져 네 개의 진동절연 다리(108a, 108b, 108c, 108d)를 통해 테이블(106) 상에 지지된다. 일 실시예에서, 기대(102)는 화강암 재료를 이용하여 직사각형 형태의 블록으로 형성된다. 다른 실시예에서, 기대(102)는 금속 또는 세라믹 재료로 만들어져 벌집구조를 가질 수 있다. 역 U자형 프레임(104)은 좌우 수직 다리(101,103) 및 상기 좌우 다리(101,103)의 상부(113,114) 상에 각각 지지되는 빔(105)을 포함한다. 각각의 다리 상부(113,114)는 도 2에 도시한 바와 같이 다리의 상부면(119)에서 다리의 중앙을 향해 연장하는 두 개의 수직 슬롯(111,112)을 포함한다. 수직 슬롯 (111, 112)은, 역시 도 2에 도시한 바와 같이, 각 다리(101, 103)의 상부를 세 개의 개별적 블록 연장부(121, 122, 123)로 나눈다. 빔(105)의 단부 (105a, 105b)는 각 다리(101, 103)의 두 개의 외측 블록 연장부 (121, 123)에 고정 부착된다. 수직 슬롯 (111, 112)은 길이 (115a) 만큼 이격되고, 도 2에 도시한 바와 같이 이들 사이에 간격 (115)이 형성된다. 간격 (115)은 상기 다리의 상부면 (119)에서 연장하고, 슬롯 (111, 112)의 높이 (117)보다 작은 높이 (116) 및 슬롯 (111, 112) 사이의 거리 (115a)와 동일한 폭을 갖는다. 간격 (115)의 크기는 도 7에 도시한 바와 같이 좌측 다리 (101)의 상부 (113)에서 우측 다리 (103)의 상부 (114)까지 연장되는 지지 바 (120)를 수용할 수 있을 정도로 결정된다. 지지 바 (120)이 좌측 및 우측 단부 (120a, 120b)는 각각 좌측 및 우측 다리 (101, 103)의 간격 (115) 내에 위치하고, 도 6 및 도 2에 도시한 바와 같이 내부 블록 (122)에 고정 부착된다. 이러한 형태로 배치되는 경우, 프레임 빔 (105)의 단부 (105a, 105b)와 지지 바 (120)의 단부 (120a, 120b) 사이에는 어떠한 접촉도 발생하지 않게 된다. 프레임 빔 (105) 두 개의 현미경 세트 (210a, 210b)의 운동을 각각 제어하는 개별적인 두 세트의 현미경 X-Y-Z 대 (stage) (201a, 201b)를 지지한다. 상부 웨이퍼 지지블록 (180)은 지지 바(120)에 고정 부착된다. 프레임 빔 (105)의 단부 (105a, 105b)와 지지 바 (120)의 단부 (120a, 120b) 사이에 접촉이 없기 때문에 프레임 비 (105)이 지지 바 (120)와 절연되고, 현미경 대의 운동으로 인한 진동이 상부 웨이퍼 지지블록 (180)으로 전달되어 상부 웨이퍼 (90)로 전달되는 것을 방지하게 된다.

도 3 및 4를 보면, 각각의 현미경 세트 (210a, 210b)는 연장 튜브 (202a, 202b) 내에 두 개의 동심 현미경(224a, 224b 및 225a, 225b)를 포함한다. 각각의 현미경 (224a, 224b)은 광원 (211a, 211b), 고성능 대물렌즈 (212a, 212b), 및 CCD 카메라 (213a, 213b)를 포함한다. 광축 (217)에 대해 45도 기울어진 양면 거울 (215) 또한 포함된다. 광원 (211a)에서 조사된 빛 (214a)은 대물렌즈 (212a)를 통해 모아져 거울 (215)을 통해 하부 웨이퍼 면 (81)을 향하게 된다. 하부 웨이퍼 면 (81)에서 반사된 빛 (216a)은 이후 거울 (215)에 의해 CCD 카메라 (213a)에 그 초점이 맞춰진다. 마찬가지로, 광원 (211b)에서 조사된 빛 (214b)은 대물렌즈 (212b)를 통해 모아져 거울 (215)을 통해 상부 웨이퍼 면 (91)을 향하게 된다. 상부 웨이퍼 면 (91)에서 반사된 빛 (216b)은 이후 거울 (215)에 의해 CCD 카메라 (213b)에 그 초점이 맞춰진다. CCD 카메라 (213a, 213b)에 의해 하부 및 상부 웨이퍼 면 (81, 91) 모인 표면 이미지는 웨이퍼 면 (81, 91)을 평행하게 정렬하는 데 이용된다. 일 실시예에서, 광원 (211a, 211b)은 황색 발광다이오드 (LED)이다. 다른 실시예에서는, 기타 가시광선 또는 적외선 광원을 이용한다.

연장 튜브 (202a, 202b)는 현미경 XYZ 대 (201a, 201b)에 의해 각각 프레임 빔 (105) 주변에서 이송되는 역 U자형 구조체(204a, 204b)에 연결된다. 현미경 대 (201a, 201b)는 현미경의 축 (217a, 217b)를 X, Y, 및 Z 방향으로 이동시킨다. 일부 실시예에서는, 상기 대 (201a, 201b)가 X-Y 및 Z-T 스테이지고 또한 각도 세타 (T) 만큼 현미경 축을 그에 수직한 축에 대해 회전시킨다. U자형 구조체 (204a, 204b)의 다리는 플레이트 (232a, 232b, 234a, 234b)에 고정 연결되고 플레이트 (232a, 232b, 234a, 234b)는 도 8에 도시한 바와 같은 세 개의 운동 커플링 (233a, 233b, 233c)를 통해 연장 튜브 (202a, 202b)의 단부에 연결된다. 거울 (235a, 235b) 또한 연장 튜브와는 분리되어 각각 플레이트 (232a, 232b)에 연결되고 연장 튜브 (202a, 202b)의 아래에 정렬되어, 현미경 축 (217a, 217b)이 도 11에 도시한 거울 평면 (236a, 236b)에 각각 평행하게 된다. 11. 또한, 상기 장치는 도 1 및 7에 도시한 좌측 및 우측 프레임 다리 (101, 103) 상에 장착된 좌측 및 우측 현미경 조정(calibration) 참조 유닛 (140a, 140b)를 포함한다. 1 and FIG. 7. 각각의 참조 유닛 (140a, 140b)은 고정된 상부 및 하부 플레이트 (141a, 141b, 142a, 142b)에 위치된 고정된 상부 및 하부 참조마크 (K, K’,. L, L’)을 포함한다. 도 11에 도시된 두 개의 현미경 광축 (217a, 217b)의 X-Y-Z 및 T 좌표 및 거울 평면 (236a, 236b)의 각(angular)위치는 세 개의 고정된 마크에 따라 결정되고, 아래에 설명하는 바와 같이 웨이퍼 정렬시 참고된다.

도 7을 보면, 상부 웨이퍼 (90)가 진공흡입에 의해 상부 웨이퍼 블록 (180) 상에 유지되어 있어서, 하부 웨이퍼 표면 (81)에 평행하게 정렬될 표면 (91)이 아래를 향하고 있다. 상부 웨이퍼 블록 (180)은 웨이퍼 (90)를 지지하는 상부 웨이퍼 플레이트 (182) 및 상부 웨이퍼 플레이트 (182)의 높이를 맞추는 플레이트 높이조절 시스템 (184)을 포함한다. 상기 플레이트 높이조절 시스템은 웨이퍼 (90)의 중심에 대응되는 중심점에 대해 병진운동 (translation) 없이 상부 웨이퍼 플레이트 (182)를 회전 및/또는 기울어지게 하는 웨지 오차 보상 (Wedge Error Compensating) 기구를 포함한다. 하부 웨이퍼 (80)가 진공흡입에 의해 하부 웨이퍼 블록 (150) 상에 유지되어 있어서, 상부 웨이퍼 표면 (91)에 평행하게 정렬될 표면 (81)이 위를 향하고 있다. 하부 웨이퍼 블록 (150)은 에어 베어링 Z-스테이지 (154)를 이송하는 조동 (coarse) X-Y-Z 에어 베어링 테이블 (152)을 포함하고, 미동 X-Y-Z 스테이지 (155)는 상기 Z 스테이지의 상부 상에서 이송된다. 미동 X-Y-T 스테이지 (155)는 웨이퍼 (80)를 이송하는 고정구 (300)가 위치되는 하부 웨이퍼 플레이트 (156)를 이송한다. 일 실시예에서, 조동 X-Y-T 테이블 (152)은 ± 3mm and ± 3도의 위치 범위를 갖는 반면, 미동 X-Y-T 스테이지는 ± 100 마이크로미터 및 ± 1 밀리도의 위치 범위를 가지면, 상기 Z축 범위는 60mm이다. 조동 스테이지 (152)와 미동 스테이지 (155) 사이의 X-Y-T 거리를 측정하고 하부 웨이퍼 표면 평면 (81)의 미동 X-Y-T 조작을 위한 피드백을 제공하는 세 개의 위치센서 (157)가 조동 X-Y-T 스테이지 (152)에 연결된다. 일 실시예에서, 위치 센서 (157)는 커패시턴스 게이지이고 선형 변위의 고정확도 비접촉 측정을 하게 된다. 상부 및 하부 웨이퍼 플레이트 (182, 156)는 웨이퍼의 CTE와 일치하는 CTE를 갖는 재료로 만들어진다. 일 실시예에서, 웨이퍼 (80, 90)는 실리콘으로 만들어지고 플레이트 (182, 156)는 실리콘 탄화물로 만들어진다. 다른 실시예에서, 서로 분리된 위치 센서들은 하부 웨이퍼 플레이트 및 상부 웨이퍼 플레이트 모두에 위치된다.

도 12를 보면, 고정구 (300)는 상부 및 하부 웨이퍼 (90, 80)를 상기 정렬장치에 이송 및 반출하고, 웨이퍼의 본딩 또는 기타 증착단계와 같은 이후의 공정을 위해 상기 두 개의 웨이퍼의 정렬을 유지하는 데 이용된다. 고정구 (300)는 하부 웨이퍼 이송 척 (315)을 지지하는 외측 링 (310) 및 링 (300) 주변에 배치되는 세 개의 클램프/스페이서 조립체 (320a, 320b, 320c)를 포함한다. 각각의 클램프/스페이서 조립체 (320a)는 스페이서 (321a) 및 클램프 (322a)를 포함한다. 클램프/스페이서 조립체의 운동은 상온 및 고온에서 매우 정확하고 반복이 가능하며, 이때 다른 웨이퍼 공정이 실시된다. 웨이퍼 (80)는 하부 웨이퍼 이송 척 (315)의 상부에 위치되고, 스페이서 (321a, 321b, 321c)는 웨이퍼 표면 (81)의 가장자리의 상부에 삽입되며, 이후 상부 웨이퍼 (90)는 스페이서 (321a, 321b, 321c)의 상부에 위치되고, 이후 상부 웨이퍼 이송 척 (316)은 상부 웨이퍼 (90)의 상부에 위치되며, 클램프 (322a, 322b, 322c)는 상기 두 개의 웨이퍼를 모두 상기 고정구에 클램핑하도록 위해 상부 웨이퍼 이송 척과 맞물리게 된다. 스페이서 (321a, 321b, 321c)는 웨이퍼 표면 (91, 81)을 접촉상태로 이동하거나 그들 사이에 갭을 형성하도록 클램핑 운동에서 서로 독립적으로 이동될 수 있다. 두 개의 클램핑된 웨이퍼는 도 14에 도시된 바와 같이 중앙핀(325)에 의해 핀고정될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 링 (310)은 티타늄으로 만들어지고 웨이퍼 이송 척 (315, 316)은 실리콘 탄화물로 만들어진다.

도 18A 내지 20C를 보면, 상기 정렬공정은 다음의 단계들을 포함한다. 우선, 현미경 세트 (210a, 210b)가 참조 유닛 (140a, 140b)에 위치되고 현미경 (224a, 224b, 225a, 225b)는 각각 상부 및 하부 플레이트 (141a, 141b, 142a, 142b) 상에 위치된 고정 상부 및 하부 참조 마크 (K, K’, L, L’) 상에 그 초점이 맞춰진다. 다음으로, 상기 참조 마크에 대한 거울 평면 (236a, 2136b) (현미경 축 (217a, 217b)의 위치를 반영)의 각(angular)위치 세타 (T)는 물론, 고정된 참조 마크 (K, K’, L, L’)의 X-Y 좌표 및 이들의 이격거리를 결정하기 위해 패턴 인식 소프트웨어를 이용한다. 참조 마크 (K, L) 및 축 (217a)은 현미경 (224a, 224b)에 대한 참조 평면 (290a)를 형성하고, 마크 (K’, L’) 및 축 (217b)는 현미경 (225a, 225b)에 대한 참조 평면 (290b)(미도시)을 형성한다. 이어서, 현미경 (210a, 210b)는 하부 웨이퍼 (80) 과 상부 웨이퍼 (90) 사이로 삽입되고, 상부 웨이퍼 표면 (91) 상의 기준 마크 (A, B)의 이미지 (A’, B’)이 위를 향하고 있는 현미경 (224b, 225b)의 시계 (FOV)에 들어와 도 19A에 도시한 바와 같이 현미경 (224b, 225b)의 초점이 이들에 맞춰지도록, X-Y-Z 현미경 스테이지 (201a, 201b)가 이동한다. 현미경 (201a, 201b)은 잠겨져 있고 이후 하부 웨이퍼 (80)는 하부 웨이퍼 기준 마크 (C, D)의 이미지 (C, D’)을 아래를 향하고 있는 현미경 (224a, 224b)의 시계로 이동시켜 도 19B에 도시한 바와 같이 이들에 현미경 (224a, 225a)의 초점이 맞춰지도록 X-Y-T- 및 Z 방향으로 이동된다. 다음으로, 기준 마크 (A, B, C, D)의 위치는 Cognex Co, Natick Mass에서 제공하는 패턴 인식 소프트웨어 Patmax® 으로 현미경 (224b, 225b, 224a, 225a)의 대응 시야 (280, 282) 내에서 그 이미지 (A’, B’, C', D’)를 분석하고 참조 평면 (290a, 290b)에 대한 현미경 (224b, 225b, 224a, 225a)의 위치를 고려하여 결정된다. 현미경의 위치는 물론, 거울의 각도 (및 이들에 반사된 광축 (217a, 217b)의 변화 또한 고려하고, 도 20B에 도시된 상부 기준 마크 (A, B)와 하부 기준 마크 (C, D) 사이의 X-Y-T 오프셋 (Δx, Δy, Δθ)을 결정한다. 이어서, 하부 웨이퍼 (80)의 기준 마크 (C, D)를 도 19C 및 20C에 도시한 상부 웨이퍼 (90)의 기준점 (A, B)에 정렬하기 위해 하부 웨이퍼 (80) (및 캐리어)를 X-Y-T 오프셋 (Δx, Δy, Δθ)의 정해진 양만큼 X-Y-T 방향으로 이동시킨다. 따라서 하부 웨이퍼 (80)가 상부 웨이퍼 (90)와 정렬되고 이들은 소정 거리 (294) 만큼 이격되게 된다. 다음으로, 하부 웨이퍼 (80)를 Z방향으로 상향이동시키고, 웨이퍼 스테이지 (155)의 X-Y-T 위치는, 그에 고정된 세 개의 동일면 위치 센서 (157)를 이용하여 조동 스테이지 9152)로부터의 거리를 측정하고 정렬된 하부 웨이퍼 (80)의 위치가 유지되도록 웨이퍼 스테이지 (155)의 위치를 조정함으로써 유지된다. 하부 웨이퍼 (80)는 표면 (81)이 상부 웨이퍼 (90)의 표면 (91)에 접촉할 때까지 Z방향으로 상향 이동된다. 이와 같이 정렬 적층된 웨이퍼 (80, 90)는 클램프 (322a, 322b, 322c)에 의해 고정구 (300)에 클램핑되고 두 웨이퍼의 본딩과 같은 다음 공정을 위해 정렬기에서 분리된다. 따른 실시예에서, 웨이퍼 (80)는 표면 (81)이 두 웨이퍼 사이에 삽입된 스페이서 (321a, 321b, 321c)에 접촉할 때까지 Z방향으로 상향 이동된다. 이와 같은 구성에서, 웨이퍼 (80,90)는 스페이서의 두께에 해당하는 거리만큼 이격되어 서로 클램핑된다.

상기 완성 정렬 과정 (600)은 도 18A 및 18B에 도시되어 있고, 다음의 단계들을 포함한다. 우선, 현미경은 상부 및 하부 블록 (180, 150) 사이의 공간 밖에 위치하고 X-Y-T-Z 웨이퍼 스테이지 (152)의 Z방향은 아래를 향하고 있다 (601). 이후, 상부 및 하부 웨이퍼 척을 구비한 고정구(300)는 정렬기에 장착되어 X-Y-T-Z 웨이퍼 스테이지 (152) 상에 위치된다 (602). X-Y-T-Z 웨이퍼 스테이지 (152)는 이후 Z방향으로 상향 이동되고 상부 척은 상부 블록 (180)으로 인도된다. 이후, 하부 웨이퍼 척이 장착된 X-Y-T-Z 웨이퍼 스테이지는 아래로 이동된다 (603). 계속해서, 상부 웨이퍼 (90)는 정렬기에 장착되어 상부 웨이퍼 척으로 전달된다 (604). 하부 웨이퍼는 이후 정렬기에 장착되어 하부 웨이퍼 척으로 전달되고 스페이서는 하부 웨이퍼 표면의 상부에 위치된다 (605). 이후 하부 웨이퍼 스테이지 (152)의 Z축은 스페이서가 상부 웨이퍼 (90)에 접촉하고 힘 피드백 제어 하에 상부 웨이퍼 플레이트 상에서 웨지 오차 보정을 실시하도록 상향 이동된다(606). 상부 웨이퍼 플레이트 위치는 고정되어 있고 Z축은 아래로 이동하며 스페이서는 제거된다 (607). 계속 해서, 현미경은 고정된 참조 유닛에 삽입되고 상부 현미경의 초점은 고정된 상부 마크에 맞춰지며 하부 현미경의 초점은 고정된 하부 마크에 맞춰진다 (608). 상기 고정된 마크 이미지는 이미지 패턴 인식 소프트웨어에 의해 분석하여 그 위치, 서로간의 거리, 및 거울 각위치 (즉, 현미경의 축)이 결정한다. (609) 이러한 측정값은 다음 측정값들에 대한 참조 점 (즉, 좌표계의 중심)을 결정한다. 이후, 현미경을 상부 및 하부 웨이퍼 사이에 삽입하고, 상기 상부를 향한 현미경의 초점을 상부 웨이퍼 마크에 맞춘다. 이후 현미경의 위치를 고정한다 (610). 또한 하향 현미경의 초점을 하부 웨이퍼 마크에 맞추기 위해 하부 X-Y- T-Z 웨이퍼 스테이지 (152)를 이동시키고 상기 스테이지의 위치를 고정한다 (611). 상기 이미지 패턴 인식 소프트웨어를 이용하여 상부 및 하부 마크의 이미지를 분석하고, 고정된 마크의 위치에 대한 이들의 상대적 위치 및 이들 사이의 X-Y-T 오프셋을 결정하며, 거울 각위치 (즉, 현미경의 축)을 측정한다 (612). 아래에 설명하는 바와 같이 X-Y-T 오프셋 양 및 글로벌 캘리브레이션에 의해 결정된 양만큼 상기 하부 웨이퍼 미동 스테이지를 이동시킨다 (613). 다음, 상부 및 하부 웨이퍼 사이의 공간에서 현미경을 꺼내고 (614), 하부 웨이퍼 스테이지를 Z방향으로 상향 이동시키며, 동시에 위치센서를 이용하여 미동 웨이퍼 스테이지의 X-Y-T 정렬을 유지한다 (615). 하부 웨이퍼 (80)는 상부 웨이퍼 (90)와 접촉하게 되고 이 적층된 구조는 고정구 (300)로 클램핑한다 (616). 마지막으로, 이와 같이 정렬된 웨이퍼 세트 및 고정구를 정렬기에서 제거한 후, 본딩 또는 증착과 같은 추후의 공정을 위한 또 다른 공정실로 위치시킨다 (617).

정렬기 시스템 (100) 도 14 내지 17에 도시한 글로벌 캘리브레이션 장치 (400)를 통해 조정한다. 글로벌 캘리브레이션 장치 (400)는 하부 플레이트 (415), 상부 플레이트 (425), 및 이들 사이에 배치된 투명 웨이퍼 (430) (도 17에 도시)를 포함한다. 하부 플레이트 (415)는 동심 진공 홈 (418) 및 기준 마크 (416a, 416b)를 포함한다. 상부 플레이트 (425)는 진공 홈 (419)를 포함하고 투명 웨이퍼 (430)는 기준 마크 (432a, 432b)를 포함한다. 하부 플레이트 (415), 투명 웨이퍼 (430), 및 상부 플레이트 (425)는 고정구 (300) 에 위치되어 정렬기 장치 (100)에 위치된다. 상기한 바와 같은 정렬공정 (600)은 투명 웨이퍼 (430)의 기준 마크 (432a, 432b)를 하부 플레이트 (415)의 기준 마크 (416a, 416b)에 정렬시키기 위해 실시한다. 다음으로, 투명 웨이퍼 (430)를 하부 플레이트에 접촉시키고 하향으로 초점이 맞춰진 현미경 (225a, 224a)로 투명 웨이퍼 마크 (432a, 432b)와 하부 플레이트 마크 (416a, 416b)의 겹침을 관찰한다. 거울 각위치는 물론 이러한 마크 사이의 어떠한 X-Y-T 오프셋도 측정이 되며 이는 또한 상기 글로벌 캘리브레이션 보정에 이용된다.

일부 실시예에서, 정렬기 (100)는 도 1에 도시한 바와 같이 전체적으로 제어 분위기, 온도, 및 압력실 (70)에 의해 봉해진다. 현미경 스테이지 (210a, 201b)는 X-Y-Z-T 스테이지일 수 있다.

본 발명에 대한 여러 개의 실시예를 설명하였다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 기타 다른 실시예는 아래의 청구범위의 내용에 포함되는 것으로 해석해야 한다.

Claims

제 1 반도체 웨이퍼의 제 1 표면을 제 2 반도체 웨이퍼의 제 1 표면 정반대에 위치시키기 위한 장비; 및 상기 제 1 반도체 웨이퍼 상의 제 1 구조체를 상기 제 2 반도체 웨이퍼의 상기 제 1 표면에 정렬시키기 위한 장비를 포함하고, 상기 정렬장비는, 정렬시 이동하고 상기 제 1 반도체 웨이퍼의 상기 제 1 표면과 상기 제 2 반도체 웨이퍼의 제 1 표면 사이에 삽입되도록 구성된 적어도 하나의 이동가능한 정렬장치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 웨이퍼 정렬장치.
제 1항에 있어서,
상기 위치를 지정하기 위한 장비는 상기 정렬장비로부터 진동에 대해 기계적으로 절연되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 정렬장치.
제 2항에 있어서,
역 U자형 프레임 및 진동절연 기대(base)를 더 포함하고, 상기 역 U자형 프레임은 상기 기대의 상부면 상에 지지되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 정렬장치.
제 3항에 있어서,
상기 역 U자형 프레임은 좌측 및 우측 수직 기둥; 및 좌측 및 우측 단부를 포함하는 수평 빔을 포함하고, 상기 기둥 상부 각각은 상기 기둥 상부면에서 상기 기둥 중앙을 향해 연장되는 두 개의 평행한 수직 슬롯을 포함하고, 상기 두 개의 수직 슬롯은 중앙 블록에 의해 분리되며, 상기 중앙 블록은 상기 기둥 상부를 향해 상기 슬롯의 저부로부터 연장되고 상기 수직 슬롯의 높이보다 작은 높이를 가짐으로써 상기 기둥 상부면 근방의 상기 두 개의 수직 슬롯 사이에 간격을 형성하며, 상기 수평 빔의 상기 좌측 및 우측 단부는 상기 좌측 및 우측 수직 기둥의 중앙 블록 상에 지지되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 정렬장치.
제 4항에 있어서,
상기 이동가능 정렬장치를 지지하는 XYZ-스테이지를 더 포함하고, 상기 XYZ-스테이지는 상기 수평 빔을 따라 슬라이딩하며 상기 수평 빔에 의해 지지되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 정렬장치.
제 1항에 있어서,
상기 이동가능 정렬장치는 연장튜브를 포함하는 광학 현미경 조립체 및 상기 연장튜브 내에서 동심을 갖도록 배치되는 제 1 및 제 2 광학 현미경을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 광학 현미경은 상기 제 1 및 제 2 구조체의 제 1 및 제 2 이미지를 각각 얻도록 구성되며, 상기 제 1 및 제 2 구조체의 상기 제 1 및 제 2 이미지는 고정된 상부 및 하부 참조 마크에 대한 상기 제 1 및 제 2 구조체의 상대좌표를 결정하고 서로 평행한 상기 제 1 및 제 2 반도체 웨이퍼의 상기 제 1 표면들을 정렬하기 위한 상기 위치지정 장비를 안내하는 데 이용되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 정렬장치.
제 6항에 있어서, 현미경 캘리브레이션 참조 유닛을 더 포함하고, 상기 캘리브레이션 참조 유닛은 상기 수직 기둥 중 하나에 부착되며 상기 고정된 상부 및 하부 참조마크를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 정렬장치.
제 7항에 있어서,
상기 광학 현미경 조립체는 상기 제 1 축이 거울 평면에 평행하도록 정렬된 상기 거울 평면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 정렬장치.
제 8항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 구조체의 상기 제 1 및 제 2 이미지를 각각 분석하여 상기 고정된 상부 및 하부 참조 마크에 대한 그 상대좌표를 결정하기 위한 패턴 인식 소프트웨어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 정렬장치.
제 9항에 있어서,
상기 위치지정 장치는 상기 제 1 반도체 웨이퍼를 지지하는 하부 웨이퍼 플레이트를 포함하는 하부 지지 블록; 및 상기 제 2 반도체 웨이퍼를 지지하는 상부 웨이퍼 플레이트 및 상기 상부 웨이퍼 플레이트의 높이를 조절하는 플레이트 높이조절 시스템을 포함하는 상부 지지블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 정렬장치.
제 10항에 있어서,
상기 플레이트 높이조절 시스템은 병진운동 없이 상기 제 2 반도체 웨이퍼의 중심에 대응되는 중심점 주위로 상기 상부 웨이퍼 플레이트를 회전 및/또는 경사지게 하는 구형 웨지 오차 보정 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 정렬장치.
제 11항에 있어서,
상기 하부 지지 블록은 조동 X-Y-T 스테이지, 상기 조동 X-Y-T 스테이지에 의해 이송되는 에어 베어링 Z-스테이지, 및 상기 Z-스테이지의 상부 상에서 이송되는 미동 X-Y-T 스테이지를 포함하고, 상기 X-Y-T 미동 스테이지는 상기 하부 웨이퍼 플레이트를 이송하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 정렬장치.
제 12항에 있어서, 상기 X-Y-T 조동 스테이지는 상기 조동 X-Y-T 스테이지와 상기 미동 X-Y-T 스테이지 사이의 X-Y-T 거리를 측정하기 위한 하나 이상의 위치 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 정렬장치.
제 13항에 있어서,
상기 위치 센서는 커패시턴스 게이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 정렬장치.
제 14항에 있어서,
상기 상부 및 하부 웨이퍼 플레이트는 반도체 웨이퍼 CTE와 일치하는 CTE를 갖는 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 정렬장치.
제 1항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 반도체 웨이퍼를 이송하기 위한 고정구를 더 포함하고, 상기 고정구는 하부 웨이퍼 이송 척을 지지하는 외측 링 및 상기 외측 링 주위에 배치되는 세 개 이상의 클램프/스페이서 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 정렬장치.
제 16항에 있어서,
상기 클램프/스페이서 조립체 각각은 클램프 및 스페이서를 포함하고, 상기 클램프 및 상기 스페이서는 서로에 대해 그리고 다른 조립체의 클램프 또는 스페이서의 운동에 대해 독립적으로 이동하도록 구성되며, 상기 운동은 상온 및 고온 모두에서 정확하게 반복가능한 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 정렬장치.
제 17항에 있어서,
상기 고정구는 상기 제 1 및 제 2 반도체 웨이퍼의 중심을 핀고정하는 중심 핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 정렬장치.
제 18항에 있어서,
상기 제 1 반도체 웨이퍼는 상기 하부 웨이퍼 이송 척 상에 위치되고, 상기 스페이서는 상기 제 1 반도체 웨이퍼 표면의 가장자리의 장부에 삽입되며, 이후, 상기 제 2 반도체 웨이퍼는 상기 스페이서의 상부에 위치되고, 이후 상기 제 1 및 제 2 반도체 웨이퍼는 상기 클램프를 통해 클램핑되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 정렬장치.
제 1 반도체 웨이퍼의 제 1 표면을 제 2 반도체 웨이퍼의 제 1 표면 정반대에 위치시키기 위한 장비; 및 상기 제 1 반도체 웨이퍼 상의 제 1 구조체를 상기 제 2 반도체 웨이퍼의 상기 제 1 표면에 정렬시키기 위한 장비를 포함하고, 상기 정렬장비는, 정렬시 이동하도록 구성된 적어도 하나의 이동가능한 정렬장치를 포함하고, 상기 위지지정 장비는 상기 정렬장치의 운동에 대해 진동 및 기계적으로 절연되는 것을 특징으로 하는, 반도체 웨이퍼 정렬장치.
제 1 반도체 웨이퍼의 제 1 표면을 제 2 반도체 웨이퍼의 제 1 표면 정반대에 위치시키는 단계; 적어도 하나의 이동가능한 정렬장치를 포함하는 정렬장비를 제공하는 단계; 및 상기 제 1 반도체 웨이퍼의 상기 제 1 표면과 상기 제 2 반도체 웨이퍼의 상기 제 1 표면 사이에 상기 이동가능한 정렬장치를 삽입하여 상기 제 1 반도체 웨이퍼 상의 제 1 구조체를 상기 제 2 반도체 웨이퍼의 상기 제 1 표면 상의 제 2 구조체와 정렬시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 웨이퍼 정렬방법.
제 21항에 있어서,
상기 위치지정 단계는 상기 제 1 반도체 웨이퍼의 상기 제 1 표면과 상기 제 2 반도체 웨이퍼의 상기 제 1 표면 사이로의 상기 이동가능한 정렬장치의 삽입과 진동 및 기계적으로 분리되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 정렬방법.
제 22항에 있어서,
상기 이동가능 정렬장치는 연장튜브를 포함하는 광학 현미경 조립체 및 상기 연장튜브 내에서 동심을 갖도록 배치되는 제 1 및 제 2 광학 현미경을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 광학 현미경은 상기 제 1 및 제 2 구조체의 제 1 및 제 2 이미지를 각각 얻도록 구성되며, 상기 제 1 및 제 2 구조체의 상기 제 1 및 제 2 이미지는 고정된 상부 및 하부 참조 마크에 대한 상기 제 1 및 제 2 구조체의 상대좌표를 결정하고 서로 평행한 상기 제 1 및 제 2 반도체 웨이퍼의 상기 제 1 표면들을 정렬하기 위한 상기 위치지정 장비를 안내하는 데 이용되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 정렬방법.
제 23항에 있어서, 현미경 캘리브레이션 참조 유닛을 더 포함하고, 상기 캘리브레이션 참조 유닛은 고정된 상부 및 하부 참조 마크를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 정렬방법.
제 24항에 있어서,
상기 광학 현미경 조립체는 상기 제 1 축이 거울 평면에 평행하도록 정렬된 상기 거울 평면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 정렬방법.
제 25항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 구조체의 상기 제 1 및 제 2 이미지를 각각 분석하여 상기 고정된 상부 및 하부 참조 마크에 대한 그 상대좌표를 결정하기 위한 패턴 인식 소프트웨어를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 정렬방법.
제 26항에 있어서,
상기 위치지정 단계는 하부 웨이퍼 플레이트를 포함하는 하부 지지 블록을 제공하고 상기 하부 웨이퍼 플레이트 상에 상기 제 1 반도체 웨이퍼를 위치시키는 단계; 및 상기 제 2 반도체 웨이퍼를 지지하는 상부 웨이퍼 플레이트 및 상기 상부 웨이퍼 플레이트의 높이를 조절하는 플레이트 높이조절 시스템을 포함하는 상부 지지 블록을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 정렬방법.
제 27항에 있어서,
상기 플레이트 높이조절 시스템은 병진운동 없이 상기 제 2 반도체 웨이퍼의 중심에 대응되는 중심점 주위로 상기 상부 웨이퍼 플레이트를 회전 및/또는 경사지게 하는 구형 웨지 오차 보정 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 정렬방법.
제 28항에 있어서,
상기 하부 지지 블록은 조동 X-Y-T 스테이지, 상기 조동 X-Y-T 스테이지에 의해 이송되는 에어 베어링 Z-스테이지, 및 상기 Z-스테이지의 상부 상에서 이송되는 미동 X-Y-T 스테이지를 포함하고, 상기 X-Y-T 미동 스테이지는 상기 하부 웨이퍼 플레이트를 이송하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 정렬방법.
제 29항에 있어서,
상기 X-Y-T 조동 스테이지는 상기 조동 X-Y-T 스테이지와 상기 미동 X-Y-T 스테이지 사이의 X-Y-T 거리를 측정하기 위한 하나 이상의 위치 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 정렬장치.
제 29항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 반도체 웨이퍼를 이송하기 위한 고정구를 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 고정구는 하부 웨이퍼 이송 척을 지지하는 외측 링, 상기 외측 링 주위에 배치되는 세 개 이상의 클램프/스페이서 조립체, 및 상부 웨이퍼 이송 척을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 정렬방법.
제 31항에 있어서,
상기 클램프/스페이서 조립체 각각은 클램프 및 스페이서를 포함하고, 상기 클램프 및 상기 스페이서는 서로에 대해 그리고 다른 조립체의 클램프 또는 스페이서의 운동에 대해 독립적으로 이동하도록 구성되며, 상기 운동은 상온 및 고온 모두에서 정확하게 반복가능한 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 정렬방법.
제 32항에 있어서,
상기 제1 구조체와 상기 제 2 구조체를 정렬하는 단계는 제 1 표면이 위를 향한 상태로 상기 제 2 하부 지지 블록 상에 상기 제 1 반도체 웨이퍼를 위치시키는 단계; 제 1 표면의 아래를 향한 상태로 상기 상부 웨이퍼 플레이트에 의해 상기 제 2 반도체 웨이퍼를 지지하고, 상기 광학 현미경 조립체를 상기 고정된 참조 유닛에 삽입하며, 상기 제 1 및 제 2 광학 현미경의 초점을 상기 고정된 하부 및 상부 참조 마크에 각각 맞추는 단계; 상기 고정된 상부 및 하부 참조 마크의 위치 및 거리와 상기 거울 평면의 각위치를 결정하기 위해 상기 패턴 인식 소프트웨어를 이용하는 단계; 상기 광학 현미경 조립체를 상기 제 1 및 제 2 반도체 웨이퍼의 상기 제 1 표면들 사이에 삽입하고 상기 제 2 광학 현미경의 초점을 상기 제 2 반도체 웨이퍼의 상기 제 2 구조체 상에 맞춘 후 상기 광학 현미경 조립체의 위치를 고정하는 단계; 상기 제 1 현미경의 초점을 상기 제 1 반도체 웨이퍼의 상기 제 1 구조체 상에 맞추기 위해 조동 X-Y-T 스테이지 및 Z-스테이지를 이동시키고 상기 조동 X-Y-T 및 Z 스테이지를 고정하는 단계; 상기 제 1 및 제 2 구조체의 위치좌표를 결정하고 이들의 오프셋을 결정하기 위해 상기 패턴 인식 소프트웨어를 이용하는 단계; 및 미동 X-Y-T 스테이지를 상기 결정된 오프셋 양 및 글로벌 캘리브레이션 방법에 의해 결정된 양만큼 이동시켜 상기 제 1 및 제 2 구조체를 정렬시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 정렬방법.
제 33항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 구조체의 정렬 후에, 상기 제 1 및 제 2 반도체 웨이퍼의 상기 제 1 표면들 사이에서 상기 광학 현미경 조립체를 꺼내는 단계; 상기 Z-스테이지를 상향이동시킴과 동시에 상기 위치 센서로부터의 피드백과 상기 미동 X-Y-T 스테이지의 정렬을 유지하는 단계; 상기 제 1 반도체 웨이퍼의 상기 제 1 표면을 상기 제 2 반도체 웨이퍼의 상기 제 1 표면과 접촉시키는 단계; 상기 제 1 및 제 2 반도체 웨이퍼를 클램핑하는 단계; 및 상기 정렬된 제 1 및 제 2 반도체 웨이퍼를 장착해제 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 정렬방법.
제 33항에 있어서,
상기 상부 웨이퍼 플레이트에 의해 상기 제 2 반도체 웨이퍼를 지지한 후, 상기 제 1 반도체 웨이퍼 제 1 표면의 상부의 상기 스페이서가 상기 제 2 반도체 제 1 표면에 접촉하도록 Z-스테이지를 상향이동시키는 단계; 힘 피드백 제어 하에 상기 제 2 반도체 웨이퍼의 웨지 오차 보정을 실시하고 상기 웨지 위치를 고정하는 단계; 및 상기 제 1 반도체 웨이퍼를 하향 이동시켜 상기 스페이서를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 정렬방법.