KR19990024983A - 노광기의 기판 위치 정렬장치 - Google Patents

Abstract

노광기의 스테이지에 안착된 기판의 초점위치 및 수평위치를 정렬시키기 위한 기판 위치 정렬장치가 개시된다. 개시된 기판 위치 정렬장치는, 기판의 평면상에 상호 수직을 이루는 제1패턴 및 제2패턴이 각각 형성되고, 그 제1패턴의 초점위치 및 수평위치에 대한 오차를 검출하는 제1광학계 및, 제2패턴의 초점위치 및 수평위치에 대한 오차를 검출하는 제2광학계가 구비된 것을 특징으로 한다. 따라서, 이 제1,2광학계를 이용하여 스테이지에 안착된 기판의 초점위치 오차 및 수평위치 오차를 동시에 검출하여 조정하므로, 각 오차 조정간의 간섭을 방지하고, 위치 정렬의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

Description

노광기의 기판 위치 정렬장치

본 발명은 노광기의 기판 위치 정렬장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 스테이지에 안착된 기판의 초점위치 및 수평위치를 동시에 측정하여 정렬시킬 수 있도록 된 노광기의 기판 위치 정렬장치에 관한 것이다.

예컨대, 반도체 기판의 노광기에 있어서는, 그 반도체 기판과 같은 노광 대상물의 위치를 스테이지 상에 정확히 정렬시켜야만 원하는 노광패턴을 형성시킬 수 있다. 이와 같은 위치 정렬은 통상 초점위치 정렬과 수평위치 정렬로 분류되는데, 상기 초점위치 정렬은, 투영계(projecting system)의 광원에서 출사된 광이 노광 대상물 상에 정확히 맺힐 수 있도록 상기 스테이지와 투영계 간의 거리를 조절하는 것을 말하며, 상기 수평위치 정렬은 상기 스테이지를 수평으로 이동시키면서 상기 노광 대상물이 투영계의 정확한 노광위치에 오도록 정렬시키는 것을 말한다.

종래에는 이와 같은 위치 정렬을 위해 각각 별도의 구성을 갖는 초점위치 정렬수단 및 수평위치 정렬수단을 채용하였다. 따라서 기판의 위치 정렬을 위해서는, 먼저 상기 초점위치 정렬수단을 이용하여 스테이지에 안착된 기판과 투영계간의 거리를 측정하여 상기한 초점위치를 정렬시킨 후, 상기 수평위치 정렬수단을 이용하여 기판이 스테이지 상에서 수평방향으로 틀어진 정도를 측정하고 스테이지를 수평방향으로 이동시킴으로써 상기한 수평위치를 정렬시키게 된다.

그런데 이와 같은 종래 노광기의 기판 위치 정렬장치는, 상술한 바와 같이 초점위치 정렬을 위한 수단과, 수평위치 정렬을 위한 수단을 각각 별도로 구비하여서, 상기 초점위치 및 수평위치를 순차적으로 조절하기 때문에, 하나의 위치를 맞추는 동안 다른 위치가 다시 어긋나게 되는 문제가 발생될 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 초점위치 정렬 및 수평위치 정렬을 동시에 수행할 수 있도록 그 구조가 개선된 노광기의 기판 위치 정렬장치를 제공하는데 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 노광기의 기판 위치 정렬장치의 개략적인 구성을 보인 정면도,

도 2는 도 1에 도시된 기판의 A부를 보인 평면도,

도 3은 도 1에 도시된 기판의 B부를 보인 평면도,

도 4는 도 1에 도시된 제1광학계를 확대하여 나타낸 도면,

도 5는 본 발명에 따른 제1광검출기의 구성도,

도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 제1초점위치검출센서에 조사되는 광의 여러 형태를 보인 도면.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100...제1광학계 200...제2광학계

110,210...제1,2광원 120,220...제1,2그레이팅

130,230...제1,2빔스프리터 140,240...제1,2반사미러

150,250...제1,2대물렌즈 160,260...제1,2비점수차렌즈

170,270...제1,2광검출기 171...제1초점위치검출센서

172...제1수평위치검출센서

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 노광기의 스테이지에 안착된 기판의 초점위치 및 수평위치를 검출하는 검출수단과, 상기 검출수단에 의해 검출된 신호에 따라 상기 스테이지의 변위를 조절하여 그 기판의 위치를 조절하는 액튜에이터를 포함하여 된 노광기의 기판 위치 정렬장치에 있어서, 상기 기판에는 그 기판의 평면상에서 상호 수직을 이루는 제1패턴 및 제2패턴이 각각 형성되고, 상기 검출수단은, 상기 제1패턴의 위치를 측정하여 그 제1패턴의 초점위치 및 수평위치에 대한 오차를 검출하는 제1광학계와, 상기 제1광학계와 인접하여 설치되며, 상기 제2패턴의 위치를 측정하여 그 제2패턴의 초점위치 및 수평위치에 대한 오차를 검출하는 제2광학계를 포함하여 된 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 노광기의 기판 위치 정렬장치를 개략적으로 보인 정면도이다. 여기서 상기 도 1은 X-Z축 좌표평면상에 도시된 것으로 가정하고, 이 X-Z평면에 대해 수직한 축을 Y축이라 가정한다.

도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 노광기의 기판 위치 정렬장치는, 기판(500)이 안착되는 스테이지(300)의 상부에 그 기판(500)의 위치를 검출하기 위한 제1광학계(100) 및 제2광학계(200)가 상호 대칭적으로 설치되어 있다. 이 제1,2광학계(100)(200)의 상세한 구성에 대해서는 후술하기로 한다. 그리고 도면부호 400은 기판의 노광을 위한 투영계(projecting system)를 나타내며, 상기 스테이지(300)는 통상적인 액튜에이터(미도시)에 의해 수평 및 수직방향 즉, X,Y,Z축방향으로 이동가능하게 설치된다.

한편 상기 기판(500)의 평면상에는, 상호 수직 교차되는 방향으로 제1,2패턴(510,520; 도 2, 도 3 참조)이 형성되어 있다. 즉, 상기 제1광학계(100)와 대응되는 기판(500)상의 A부위에는, 도 2에 도시된 바와 같이 X-Y축 좌표평면상에서 Y축과 나란한 제1패턴(510)이 형성되어 있고, 상기 제2광학계(200)와 대응되는 B부위에는 도 3에 도시된 바와 같이 X축과 나란한 제2패턴(520)이 형성되어 있다. 이는 후술하게 될 제1,2광학계(100)(200)를 이용하여 상기 기판(500)의 X,Y축방향에 대한 수평위치 오차 및 Z축에 대한 초점위치 오차를 검출하기 위해 형성된 패턴이다.

도 1 및 도 4를 참조하여 상기 제1광학계(100)의 구조를 설명한다.

도면에 도시된 바와 같이 제1광학계(100)는, 광을 생성하여 출사하는 제1광원(110)과, 이 제1광원(110)과 상기 스테이지(300) 사이의 광경로 상에 배치되어 상기 제1광원으로부터 입사되는 입사광을 회절투과시키는 제1그레이팅(120)과, 상기 제1그레이팅(120)과 상기 스테이지(300) 사이의 광경로상에 배치되어 입사광의 진행 경로를 변환하는 제1빔스프리터(130)와, 상기 제1빔스프리터(130)와 상기 스테이지(300) 사이의 광경로상에 배치되어 입사광을 집속시키는 제1대물렌즈(150)와, 상기 스테이지(300)에 안착된 기판(500)의 제1패턴(510; 도 2 참조)에서 반사되어 상기 제1빔스프리터(130)를 경유한 광을 수광하는 제1광검출기(170)와, 상기 제1빔스프리터(130)와 상기 제1광검출기(170) 사이에 배치되어 광의 비점수차를 발생시키는 제1비점수차렌즈(160)를 포함하여 구성된다. 그리고 도면부호 140은 입사광을 반사시키는 제1반사미러를 나타낸다.

또한 상기 제1광검출기(170)는 도 5에 도시된 바와 같이 6분할된 a∼f센서부로 구성된다. 여기서 도면부호 a,b,c,d부는 초점위치의 오차를 검출하기 위한 제1초점위치검출센서(171)를 구성하며, 도면부호 e,f부는 수평위치의 오차를 검출하기 위한 제1수평위치검출센서(172)를 구성한다.

상기의 구성에 따른 제1광학계(100)의 작동은 다음과 같이 이루어진다.

먼저 상기 제1광원(110)에서 출사된 광은 상기 제1그레이팅(120)을 통과하면서 0차광 및 ±1차광으로 회절된다. 이와 같이 회절된 0차광 및 ±1차광은 상기 제1빔스프리터(130)와 제1반사미러(140) 및 제1대물렌즈(150)를 경유하여 상기 기판(500)에 형성된 제1패턴(510)에 조사된다. 그리고 이 0차광 및 ±1차광은 상기 제1패턴(510)으로부터 반사된 후, 다시 역방향으로 진행되어 상기 제1빔스프리터(130)와 제1비점수차렌즈(160)을 경유하여 상기 제1광검출기(170)에 조사된다. 이때 상기 0차광은 상기 제1초점위치검출센서(171)의 실질적 중심부에 조사되며, 상기 ±1차광은 상기 제1수평위치검출센서(172)의 e,f센서부에 각각 조사된다.

이와 같이 제1광검출기(170)에 조사된 광으로부터 상기 제1패턴(510)의 위치 오차를 검출할 수 있게 되는데, 먼저 초점위치 오차는 다음과 같이 검출된다. 즉, 상기 제1초점위치검출센서(171)에 조사되는 0차광은, 상기 제1패턴(510)의 초점위치에 따라 도 6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같이 서로 다른 형태를 나타내게 된다. 즉, 초점위치가 정확할 경우에는 도 6b에 도시된 바와 같이 조사되는 광이 원형을 나타내게 되고, 센서부 a,b,c,d에 조사되는 광량이 서로 동일하게 된다. 그러나 초점위치가 Z축방향으로 멀어지거나 또는 가까와지게 되면, 도 6a 또는 도 6c에 도시된 바와 같이 조사되는 광이 타원 형태를 나타내게 되며, 센서부 a와 c에 조사된 광량의 합과, 센서부 b와 d에 조사되는 광량의 합이 달라지게 된다. 따라서 이와 같은 광량의 차이를 검출하여 초점위치 오차를 산출하고 그 오차가 0이 되도록 상기 스테이지(300)의 위치를 조절하게 된다.

또한 수평위치 오차는 다음과 같이 검출된다.

즉, 상기 제1패턴(510)이 X-Y평면상에서 정위치에 놓이게 되면, 상기 제1수평위치검출센서(172)의 e,f센서부에 각각 조사된 ±1차광의 광량이 동일하게 된다. 그러나 제1패턴(510)이 정위치에서 소정 간격 틀어져 있으면, 상기 e,f센서부에 조사된 ±1차광의 광량에 차이가 발생된다. 따라서 이와 같은 광량의 차이를 검출하여서 수평위치 오차가 0이 되도록 상기 스테이지(300)의 위치를 X-Y평면상에서 조절하게 된다.

한편, 상기 제2광학계(200)는 상기 제2패턴(520)과 대응되도록 배치되며, 상기한 제1광학계(100)와 동일한 구조로 구성된다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 광을 생성하여 출사하는 제2광원(210)과, 이 제2광원(210)과 상기 스테이지(300) 사이의 광경로 상에 배치되어 상기 제2광원(210)으로부터 입사되는 입사광을 회절투과시키는 제2그레이팅(220)과, 상기 제2그레이팅(220)과 상기 스테이지(300) 사이의 광경로상에 배치되어 입사광의 진행 경로를 변환하는 제2빔스프리터(230)와, 상기 제2빔스프리터(230)와 상기 스테이지(300) 사이의 광경로상에 배치되어 입사광을 집속시키는 제2대물렌즈(250)와, 상기 스테이지(300)에 안착된 기판(500)의 제2패턴(520; 도 3 참조)에서 반사되고 상기 제2빔스프리터(230)를 경유한 광을 수광하는 제2광검출기(270)와, 상기 제2빔스프리터(230)와 상기 제2광검출기(270) 사이에 배치되어 광의 비점수차를 발생시키는 제2비점수차렌즈(260)를 포함하여 구성된다. 그리고 도면부호 240은 입사광을 반사시키는 제2반사미러를 나타낸다. 또한 도면에는 도시되지 않았으나, 상기 제2광검출기(270)도 상기 제1광검출기(170)와 같이 6분할된 센서부로 이루어진 구조를 갖는다.

이와 같은 제2광학계(200)의 위치 검출 과정은 상기한 제1광학계(100)의 위치 검출 과정과 동일하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이와 같이 본 발명에 따른 노광기의 기판 위치 정렬장치는, 회절 및 반사된 0차광 및 ±1차광을 각각 수광하여 초점위치 오차와 수평위치 오차를 동시에 검출하고 조정하도록 되어 있기 때문에, 각각의 위치 오차를 순차적으로 조정하는데 따른 상호 간섭 요인을 방지할 수 있는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 노광기의 기판 위치 정렬장치는, 스테이지에 안착된 기판의 초점위치 오차 및 수평위치 오차를 동시에 검출하여 조정하기 때문에, 각 오차 조정간의 간섭을 방지할 수 있고, 위치 정렬의 정밀도를 향상시킬 수 있는 이점을 가진다.

본 발명은 상기에 설명되고 도면에 예시된 것에 의해 한정되는 것은 아니며, 다음에 기재되는 청구의 범위 내에서 더 많은 변형 및 변용예가 가능한 것임은 물론이다.

Claims (5)

1. 노광기의 스테이지에 안착된 기판의 초점위치 및 수평위치를 검출하는 검출수단과, 상기 검출수단에 의해 검출된 신호에 따라 상기 스테이지의 변위를 조절하여 그 기판의 위치를 조절하는 액튜에이터를 포함하여 된 노광기의 기판 위치 정렬장치에 있어서,

   상기 기판에는 그 기판의 평면상에서 상호 수직을 이루는 제1패턴 및 제2패턴이 각각 형성되고,

   상기 검출수단은,

   상기 제1패턴의 위치를 측정하여 그 제1패턴의 초점위치 및 수평위치에 대한 오차를 검출하는 제1광학계와,

   상기 제1광학계와 인접하여 설치되며, 상기 제2패턴의 위치를 측정하여 그 제2패턴의 초점위치 및 수평위치에 대한 오차를 검출하는 제2광학계를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 노광기의 기판 위치 정렬장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1광학계는;

   제1광원과;

   상기 제1광원과 상기 스테이지 사이의 광경로상에 배치되어, 상기 제1광원으로부터 입사되는 입사광을, 0차광 및 ±1차광을 포함한 적어도 3개의 광으로 회절투과시키는 제1그레이팅과;

   상기 제1그레이팅과 상기 스테이지 사이의 광경로상에 배치되어 입사광의 진행 경로를 변환하는 제1빔스프리터와;

   상기 제1빔스프리터와 상기 스테이지 사이의 광경로상에 배치되어 입사광을 집속시키는 제1대물렌즈와;

   상기 스테이지에 안착된 기판의 제1패턴에서 반사되고 상기 제1빔스프리터를 경유한 광을 수광하여 그 제1패턴의 수평위치오차 및 초점위치오차를 검출하는 제1광검출기와;

   상기 제1빔스프리터와 상기 제1광검출기 사이에 배치되어 비점수차를 발생시키는 제1비점수차렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광기의 기판 위치 정렬장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제1광검출기는;

   상호 대칭적으로 구획된 복수의 센서부를 가지며 상기 0차광을 수광하여 상기 제1패턴의 초점위치를 감지하는 제1초점위치검출센서와;

   상기 제1초점검출센서의 양측에 대해 대칭적으로 배치되어 상기 ±1차광을 수광하여서 상기 제1패턴의 수평위치를 감지하는 제1수평위치검출센서;를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 노광기의 기판 위치 정렬장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제2광학계는;

   제2광원과;

   상기 제2광원과 상기 스테이지 사이의 광경로상에 배치되어, 상기 제2광원으로부터 입사되는 입사광을, 0차광 및 ±1차광을 포함한 적어도 3개의 광으로 회절투과시키는 제2그레이팅과;

   상기 제2그레이팅과 상기 스테이지 사이의 광경로상에 배치되어 입사광의 진행 경로를 변환하는 제2빔스프리터와;

   상기 제2빔스프리터와 상기 스테이지 사이의 광경로상에 배치되어 입사광을 집속시키는 제2대물렌즈와;

   상기 스테이지에 안착된 기판의 제2패턴에서 반사되고 상기 제2빔스프리터를 경유한 광을 수광하여 그 제2패턴의 수평위치오차 및 초점위치오차를 검출하는 제2광검출기와;

   상기 제2빔스프리터와 상기 제2광검출기 사이에 배치되어 비점수차를 발생시키는 제2비점수차렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광기의 기판 위치 정렬장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 제2광검출기는;

   상호 대칭적으로 구획된 복수의 센서부를 가지며 상기 0차광을 수광하여 상기 제2패턴의 초점위치를 감지하는 제2초점위치검출센서와;

   상기 제2초점검출센서의 양측에 대해 대칭적으로 배치되어 상기 ±1차광을 수광하여서 상기 제2패턴의 수평위치를 감지하는 제2수평위치검출센서;를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 노광기의 기판 위치 정렬장치.