KR100242983B1

KR100242983B1 - 2중 반사를 이용한 오토포커싱시스템

Info

Publication number: KR100242983B1
Application number: KR1019960049030A
Authority: KR
Inventors: 남병호; 정재근
Original assignee: 김영환; 현대반도체주식회사
Priority date: 1996-10-28
Filing date: 1996-10-28
Publication date: 2000-02-01
Also published as: JPH10148947A; US5825469A; JP2857754B2; KR19980029709A

Abstract

본 발명은 광원으로부터 방사된 빔을 2중으로 반사시켜 포커싱의 정밀도를 향상시킬 수 있는 오토포커싱시스템에 관한 것으로, 그 구성은 광원과, 상기 광원으로부터 방사된 빔의 일부는 통과시키고 일부는 반사시키는 빔분리수단과, 상기 빔분리수단을 통과한 빔을 반사시키는 반사미러와, 상기 반사미러에 의해 반사된 빔을 입사 및 반사시키고 그의 상면에 웨이퍼가 장착된 웨이퍼스테이지와, 상기 웨이퍼상면에서 반사된 빔의 진행방향을 역으로 변환시키는 전반사수단과, 상기 전반사수단에 의해 변환된 빔이 웨이퍼상면, 상기 반사미러, 빔분리수단을 거쳐 입사되는 빔을 검출한 후 전기적신호로 변환시키는 검출기와, 상기 검출기로부터 검출된 신호에 따라 상기 웨이퍼스테이지를 제어하는 콘트롤유닛으로 구성된다.

Description

2중 반사를 이용한 오토포커싱시스템

제1도는 종래 노광장치의 오토포커싱시스템을 나타낸 개략도.

제2도는 본 발명에 따른 오토포커싱시스템을 나타낸 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 광원(light source)(레이저다이오드)

12 : 빔스플리터(beam splitter)(빔분리수단)

13 : 반사미러(reflective mirror)

14 : 웨이퍼스테이지(wafer stage)

15 : 전반사프리즘(total reflection prism)(전반사수단)

17 : 검출기

본 발명은 오토포커싱시스템에 관한 것으로, 특히 광원으로부터 방사된 빔을 2중으로 반사시켜 포커싱의 정밀도를 향상시킬 수 있는 오토포커싱시스템에 관한 것이다.

제1도는 종래 노광장치의 오토포커싱시스템을 나타낸 개략도로서, 이에 도시한 바와 같이, 상하, 좌우 이동이 가능한 웨이퍼스테이지(wafer stage)(4)상에 웨이퍼(w)가 장착되어 있고, 상기 웨이퍼스테이지(4)의 상방에서 레이저빔을 방사하는 광원(light source)(1)이 있고, 상기 광원(1)으로부터의 광을 반사시키는 반사미러(reflective mirror)(2)가 있고, 상기 반사된 광을 집속시키는 집속렌즈(condensing lens)(3)가 있고, 상기 집속된 광이 웨이퍼(w)의 표면에서 반사될 때 다시 집속시키고 집속렌즈(5)가 있고, 상기 집속된 광을 반사시키는 반사미러(6)가 있고, 상기 반사된 광을 검출하는 씨씨디 디텍터(CCD Detector)(7)가 있고, 일단을 상기 씨씨디 디텍터(7)에 타단은 상기 웨이퍼스테이지(4)에 전기적으로 연결된 콘트롤유닛(9)이 있다.

미설명부호 8은, 상기 종래 노광장치의 오토포커싱시스템을 통해 상기 웨이퍼스테이지(4)상의 웨이퍼(w)를 포커싱(focusing)한 후, 상기 웨이퍼(w)상에 원하는 패턴(pattern)을 형성하도록 자외선(ultraviolet)등의 광을 일정한 배율로 축소하여 투사하는 축소투영렌즈(reduction projection lens)를 나타낸다.

상기한 종래 노광장치의 오토포커싱시스템(Auto Focusing System)의 작용을 설명한다.

광원(1)으로부터 헬륨-네온 레이저빔(He-Ne laser beam)이 방사되고(emit), 이 방사된 빔은 반사 미러(Mirror : 2)에 의해 반사된 후 집속렌즈(3)에 의해 집속되고, 이후 집속된 빔은 웨이퍼스테이지(4)에 설치된 웨이퍼(w) 표면에서 반사된다. 이후 반사된 빔은 집속렌즈(5)에 의해 집속되고, 집속된 빔은 반사미러(6)에서 반사된 후, 씨씨디 디텍터(7)에 입사된다. 상기 씨씨디 디텍터(7)로부터 검출된 빔은 전류로 변환되고, 전류는 전압으로 변환되는 전기적회로를 거친다(도시안됨). 전압으로 변환된 위치신호는 아날로그/디지탈 변환기(A/D converter)(도시안됨)를 통해 웨이퍼스테이지(4)의 위치를 좌표값으로 나타낼 수 있다.

상기 콘트롤유닛(9)은 디텍터(7)로부터 얻어진 좌표값을 기준값(미리설정된 좌표값)과 비교하여 그에 따른 신호를 웨이퍼스테이지(4)에 궤환(feedback)시킨다. 이에 따라 웨이퍼스테이지(4)는 자동으로 상방향 또는 하방향으로 이동된다.

만약 웨이퍼스테이지(4)가 △Z만큼 하방으로 이동하면, 상기 웨이퍼(W)표면에서 반사되는 빔은 상기 웨이퍼스테이지(4)가 이동되기 전에 반사된 빔과 △X만큼의 경로차를 갖게 된다.

△X= △Z/cos θ -----(식 1)

여기서, θ는 웨이퍼에 대한 광의 입사각이다.

웨이퍼스테이지(4)의 이동에 따라 씨씨디 디텍터(7)에서 검출되는 광점의 위치도 변하고, 그에 따라 얻어진 좌표값을 기준값과 비교하여 그에 따른 신호를 웨이퍼스테이지(4)에 궤환시키면, 웨이퍼스테이지(4)는 자동으로 상방향 또는 하방향으로 이동된다.

상기에서 웨이퍼스테이지를 이동하여 웨이퍼스테이지상의 웨이퍼를 축소투영렌즈의 촛점에 놓이도록 하는 포커싱과정은 매우 높은 정밀도를 요구한다. 따라서, 웨이퍼스테이지의 미세한 이동에 따라 디텍터(7)에서 감지되는 신호의 변화량도 가능하면 커야할 것이다.

그러나, 상기한 종래 노광장치의 오토포커싱시스템은 웨이퍼 스테이지의 변위에 대해 씨씨디 디텍터에서 검출되는 신호의 변화량이 작기 때문에 오토포커싱을 위한 정밀도가 떨어지는 문제점이 있었다.

또한, 광원으로 헬륨-네온(He-Ne)레이저빔을 사용하기 때문에 시스템의 부피가 커지는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 노광장치의 오토포커싱시스템에 있어서의 문제점을 개선하기 위해 안출한 것으로, 레이저 다이오드를 광원으로 사용함으로써 소형화된 2중반사를 이용한 오토포커싱시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 웨이퍼스테이지의 이동에 따라 검출되는 신호의 변화량을 크게하여 포커싱 정밀도를 향상시킬 수 있는 2중 반사를 이용한 오토포커싱시스템을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 광원과, 상기 광원으로부터 방사된 빔의 일부는 통과시키고 일부는 반사시키는 빔분리수단과, 상기 빔분리수단을 통과한 빔을 반사시키는 반사미러와, 상기 반사미러에 의해 반사된 빔을 입사 및 반사시키고 그의 상면에 웨이퍼가 장착된 웨이퍼스테이지와, 상기 웨이퍼상면에서 반사된 빔의 진행방향을 역으로 변환시키는 전반사수단과, 상기 전반사수단에 의해 변환된 빔이 웨이퍼상면, 상기 반사미러, 빔분리수단을 거쳐 입사되는 빔을 검출한 후 전기적신호로 변환시키는 검출기와, 상기 검출기로부터 검출된 신호에 따라 상기 웨이퍼스테이지를 제어하는 콘트롤유닛으로 구성된 2중반사를 이용한 오토포커싱시스템이 제공된다.

이하 본 발명에 따른 2중반사를 이용한 오토포커싱시스템을 제2도를 참조하여 상세히 설명한다.

상하이동이 가능한 웨이퍼스테이지(wafer stage)(14)상에 웨이퍼(w)가 장착되어 있고, 상기 웨이퍼스테이지(14)의 상방 소정위치에는 레이저빔(파장 약 670nm)을 방사하는 광원(light source)(11)이 있고, 상기 광원(11)으로부터 방사된 빔을 P파는 반사시키고 S파는 통과시키는 빔스플리터(beam splitter)(12)가 있고, 상기 빔스플리터(12)를 통과한 S파를 반사시키는 반사미러(13)와, 상기 반사된 빔을 반사시켜 상기 웨이퍼(w)상에 재입사되도록 진행경로를 역으로 하는 전반사프리즘(total reflection prism)(15)과, 상기 웨이퍼(w)상에 재입사된 빔이 반사되어 반사미러(13)를 거치면서 2중으로 반사되고 빔스플리터(12)에서 반사되면서 입사되는 빔을 검출하는 검출기(16)가 있고, 상기 검출기(16)로부터 인가된 신호에 따라 제어신호를 출력하는 콘트롤유닛(17)이 있다. 상기 콘트롤유닛(17)은 웨이퍼스테이지(14)와 전기적으로 연결되어 있다.

상기 반사미러(13)와 웨이퍼(w)사이에는 광을 집속시키는 집속렌즈(도시안됨)가 설치될 수 있다.

바람직하게는, 상기 광원(11)은 레이저다이오드가 사용될 수 있고, 상기 검출기(16)는 포토디텍터(photodetector) 또는 광신호를 전기적신호로 변환할 수 있는 다른 장치가 사용될 수 있다.

상기 본 발명에 따른 2중반사를 이용한 오토포커싱시스템(Auto Focusing System)의 작용을 설명하면 다음과 같다.

광원(11)으로부터 빔(beam)이 방사되고(emit), 이 방사된 빔은 빔스플리터(12)에서 P 편광빔과 S 편광빔으로 분리되면서, P 편광빔은 반사되고, S 편광빔은 투과된다. 이후, S 편광빔은 반사미러(13)에 의해 반사되고, 반사된 빔은 웨이퍼스테이지(14)에 설치된 웨이퍼(w) 표면에서 반사된다. 이후 그 반사된 빔은 전반사프리즘(15)에 입사된 후 반사되면서 그 경로가 역으로 바뀌어 다시 웨이퍼(w)의 표면에서 반사된다. 이후 그 반사된 빔은 다시 반사미러(13)에 의해 반사되고, 다시 빔스플리터(12)에 입사되어 반사된다. 반사된 빔은 검출기(16)에 입사되어 광신호가 전기적인 신호로 변환된다. 변환된 전기신호는 콘트롤유닛(17)에 인가되고, 그에 따른 소정의 제어신호가 웨이퍼스테이지(14)로 궤환(feedback)된다. 이로써 웨이퍼스테이지(14)가 상방향 또는 하방향으로 이동된다.

상기에서, S편광빔은 웨이퍼(w)상에서 1차로 반사되어 전반사프리즘(15)에서 그 방향이 역으로 되어 다시 2차로 웨이퍼(w)상에서 반사가 일어나는데, 이 과정에서 웨이퍼스테이지의 이동전후에 경로차에 큰 차이가 생긴다. 즉, S 편광빔이 웨이퍼(w)상에서 1차로 반사되는 경우에는 웨이퍼스테이지의 이동전후에 경로차가 △X이고, 상기 전반사프리즘(15)에 의해 그 진행방향이 역으로 변환되어 다시 2차로 웨이퍼(w)상에서 반사가 일어나는 경우에는 웨이퍼스테이지의 이동전후에 경로차가 2△X가 된다. 종래에 비해 2배의 경로차를 가지고 검출기(16)에 입사되므로 웨이퍼스테이지의 미세한 이동에 따라 큰 신호가 검출된다.

상기 실시예에서 S 편광빔은 웨이퍼내부로 통과되지 않고 웨이퍼의 표면에서 반사되기 때문에 정확한 웨이퍼의 위치를 검출할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 2중반사를 이용한 오토포커싱시스템에 따르면, 상기 웨이퍼스테이지(14)의 이동에 따른 신호를 종래보다 2배 크게 감지할 수 있으므로 오토포커싱시스템의 정밀도가 향상되는 효과가 있다.

또한, 광원으로 레이저다이오드를 사용하므로 오토포커싱시스템의 소형화가 가능해지는 효과가 있다.

또한, 웨이퍼표면에서 2중으로 반사되어 검출된 신호는 자동수평신호의 특성을 지니고 있기 때문에, 웨이퍼스테이지상에 설치된 웨이퍼표면의 수평정도를 파악할 수 있는 효과가 있다.

Claims

빔을 방사시키는 레이저 다이오드 광원과, 상기 레이저 다이오드 광원으로부터 방사된 빔의 일부는 통과시키고 일부는 반사시키는 빔분리수단과, 상기 빔분리수단을 통과한 빔을 반사시키는 반사미러와, 상기 반사미러에 의해 반사된 빔을 입사 및 반사시키고 그의 상면에 웨이퍼가 장착된 웨이퍼스테이지와, 상기 웨이퍼 상면에서 반사된 빔의 전반사시켜 빔의 진행방향을 역으로 변환시키는 전반사프리즘과, 상기 전반사프리즘에 의해 변환된 빔이 웨이퍼 상면, 상기 반사미러, 빔분리수단을 통해 반사되는 빔을 검출한 후 전기적신호로 변환시키는 검출기와, 상기 검출기로부터 검출된 신호에 따라 상기 웨이퍼스테이지를 제어하는 콘트롤유닛을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 2중반사를 이용한 오토포커싱시스템.
제1항에 있어서, 상기 검출기는 포토디텍터인 것을 특징으로 하는 2중반사를 이용한 오토포커싱시스템.
제1항에 있어서, 상기 웨이퍼상에 입사된 빔은 S 파인 것을 특징으로 하는 2중반사를 이용한 오토포커싱시스템.