KR100254253B1 - 스테이지 초점 및 수평조정장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

공정 대상물인 웨이퍼등을 지지하는 스테이지 수평 및 초점 조정장치 및 방법이 개시되어 있다.

이 개시된 스테이지 수평 및 초점 조정은 스테이지를 구동하는 액츄에이터를 스테이지의 세부분에 독립적으로 구비하고, 스테이지의 상면에 광을 조사하여 반사된 광을 수광한후, 기준위치에 대한 오차 정도를 수평 조정단계와 초점 조정단계를 걸친후 상기 액츄에이터를 구동함으로 가능하다. 스테이지의 상면에서 반사된 광을 수광하는 수광소자로 선형 촬상소자를 구비하였다. 이 소자는 기준위치에 대한 입사광의 변위를 정확히 감지한다. 또한, 스테이지의 세부분을 지지하는 액츄에이터를 독립적으로 구동하기 위하여 광원과 선형 촬상소자를 세개씩 구비하였으며, 선형 활상소자 각각에 수광되는 신호의 편차를 비교하여 수평 및 초점 정도를 조정할 수 있다.

Description

스테이지 초점 및 수평 조정장치 및 방법

도1은 종래의 스테이지 수평 조정장치를 나타낸 개략도.

도2는 종래의 스테이지 초점 조정 장치를 나타낸 개략도.

도3은 종래의 스테이지 수평 및 초점 조정장치를 나타낸 개략적인 사시도.

도4는 본 발명에 따른 스테이지 수평 및 초점 조정장치를 나타낸 개략적인 사시도.

도5는 본 발명에 따른 스테이지 초점 조정방법을 나타낸 순서도.

도6는 본 발명에 따른 스테이지 수평 조정방법을 나타낸 순서도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

40 : 광원 41 : 대물렌즈

42 : 슬릿 45 : 선형 촬상소자

47 : 액츄에이터

본 발명은 선형 촬상소자(CCD; charge coupled device)를 채용한 스테이지 수평 및 초점 조정장치 및 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 스테이지의 수평 정도 및 기준점에 대한 초점 정도를 선형 촬상소자를 이용 측정하여 보정할 수 있는 스테이지 수평 및 초점 조정장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, LCD 제조 공정중 LCD 패널 및 반도체용 웨이퍼의 노광장치에 쓰이는 스테이지는 초정밀 제어가 요구된다. 이와 같이 스테이지의 초정밀 제어가 요구되는 경우 주로 위치검출소자(PSD; position sensing device)를 이용하여 스테이지의 수평도 및 이미지에 대한 초점정도를 조정하였다.

도1는 종래의 PSD를 이용한 수평조정수단을 나타낸 개략도이다.

광원(미도시)에서 출사되어 스테이지(1)의 상면 또는 그 상면에 놓인 웨이퍼에 입사하는 광(10)은 점선으로 도시된 바와 같이 상기 스테이지가 수평을 유지하는 경우, 반사되는 광의 경로가 점선으로 도시 된 경로(11)를 따르며, 대물렌즈(3)에 의하여 수렴되어 일 초점에 모이게 된다. 그러나, 상기 스테이지(1)가 각 Δθ만큼 기울어진 경우 실선으로 도시한 바와 같은 경로(12)를 따르며, 대물렌즈(3)에 의하여 수렴된 초점은 스테이지(1)가 수평을 유지하는 경우와 비교하여 볼때 ΔX의 위치차를 가진다. 이 위치차를 검출함으로써 기울어짐 Δθ를 알 수 있다. 이때 평면의 경사를 감지하여야 하므로, 상기 PSD는 이차원 PSD이어야 한다.

도2는 종래의 PSD를 이용한 초점 조정수단을 나타낸 개략도이다.

스테이지(1)의 법선(15)에 대하여 각 θ로 입사하는 광(10)에 대하여 스테이지(1)의 높이가 기준위치에 비하여 ΔZ만큼의 차이를 보이는 경우, 그 스테이지의 상면에서 반사된 광은 각각 점선으로 도시된 광경로(11)와, 실선으로 도시된 광경로(12)를 따름으로 반사되어 PSD(13)에서 검출되는 광은 ΔX'의 편차를 가진다. 이와 같은 편차를 이용하여 스테이지(1)의 초점을 조정할 수 있다.

도3는 종래의 PSD를 이용한 스테이지 수평 및 초점 조정장치를 나타낸 개략도이다. 그 구성을 살펴보면, 스테이지(1)와, 이 스테이지(1)의 수평을 조정하도록 된 회전축(21)과, 상기 스테이지(1)의 초점위치를 변화시키는 차동 마이크로미터(23)와, 레이저 광원(25)과, 이 광원(25)에서 출사된 광을 평행광으로 바꾸어 주는 콜리메이팅렌즈(27)와, 상기 콜리메이팅렌즈(27)를 통과한 후 상기 스테이지(1)에서 반사된 광을 집광하는 대물렌즈군(29)와, 이 집광된 광을 검출하는 PSD(31)로 이루어져 있다. 이 PSD(31)에서 수광된 신호는 구동회로부(33)를 통하여 두 부분으로 분리된다. 이 분리된 각 신호는 각각의 디지탈 전압계(34, 35)를 통하여 X축 신호 및 Y축 신호를 출력하게 된다.

이 X, Y축 신호 출력을 상기 회전축(21)과, 차동 마이크로미터(23)에 전달함으로서 스테이지(1)의 수평 및 초점조정을 수행한다.

이와 같이 이루어진 PSD를 이용한 스테이지 초점 조정을 위한 1차원 PSD와, 수평조정을 위한 2차원 PSD를 복합적으로 구비하여야 하고, 수평 및 초점조정을 위한 신호가 별도의 소자에서 검출되므로 초점조정 신호 및 자동 수평조정 신호를 동시에 검출한 경우에도 이 신호로 부터 위치 및 수평을 동시에 구동하는 것은 불가능하였다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 점을 극복하기 위하여 안출된 것으로써, 선형 촬상소자(CCD; charge coupled device)를 광원으로 채용하여 스테이지 전체의 수평도와 초점정도를 동시에 조정할 수 있는 스테이지 수평 및 초점 조정장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 광을 생성하여 스테이지로 조사하는 세개의 광원과, 이 각각의 광원에서 출사된 광중 특정편광의 광만이 스테이지로 향하도록 각각의 광축상에 위치한 슬릿과, 상기 슬릿을 통과한후 상기 스테이지의 적어도 세점에서 반사된 광을 수광하는 적어도 세개의 선형 촬상소자와, 이 각각의 촬상소자에서 수광된 신호로부터 초점 및 수평오차를 검출하는 오차검출수단과, 이 오차검출수단에 의해 검출된 신호로부터 스테이지를 구동하는 액츄에이터를 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 광을 생성하여 스테이지의 세개의 점에 조사하는 단계와, 상기 스테이지에서 반사되는 광들을 각각의 선형 촬상소자를 통하여 수광하는 수광단계와, 상기 선형 촬상소자에서 수광된 광으로 부터 수평 및 초점오차를 검출하는 오차검출단계와, 이 오차검출단계에 의해 검출된 신호로 부터 스테이지를 구동하는 구동단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.

도4는 본 발명에 따른 스테이지 수평 및 초점 조정장치를 나타낸 개략도이다.

적정 높이 유지 및 수평도 유지를 요구하는 스테이지의 수평 및 초점을 조정하기 위하여 스테이지 상면의 세부분에 광을 조사하고, 스테이지의 상면으로부터 반사된 광을 수광하여 스테이지의 수평 및 초점 조정을 수행한다. 상기 스테이지는 세개의 점에서 지지된다. 각 지점은 각각의 액츄에이터(47)를 가지고 있어서 독립적으로 위치조정이 가능하다. 기준 위치에 대한 벗어남 정도를 상기 선형 촬상소자(45)에서 검출된 신호를 이용하여 얻음으로써 액츄에이터의 높이를 미세 조정할 수 있다.

각 점의 기준위치에 대한 벗어남 정도를 측정하기 위하여 상기 스테이지의 상면에 광을 조사하고, 그 반사광을 이용한다. 이를 위하여 발산광을 생성하는 세개의 광원(40)과, 이 각각의 광원(40)에서 조사된 광을 집속광 또는 평행광이 되도록 하는 대물렌즈(41)와, 상기 광원(40)에서 출사된 광중 특정 편광의 광을 투과시키는 슬릿(42)을 입사측에 구비하였다. 상기 스테이지(1)에서 반사되는 반사광의 경로는 상기 스테이지(1)의 수평정도와 상기 광원(40)과 상기 스테이지(1) 사이의 거리에 따라 결정된다. 상기 스테이지(1)에서 반사된 광을 수광하는 수단으로 선형 촬상소자(45)를 구비하였다. 이 선형 촬상소자(45)는 상기 광원(40)에서 입사되어 상기 스테이지(1)의 적어도 세개의 점에서 반사된 광을 각각 수광하도록 적어도 세개 구비되어 있다. 각각의 선형 촬상소자의 수광면에 수광된 광의 위치는 상기 스테이지가 수평을 유지하며 초점위치에 존재할때 수광되는 광의 기준위치에 대한 위치와 비교되어 그 편차를 구한다.

상기 선형 촬상소자들(45a, 45b, 45c) 각각에 수광된 광의 위치편차 값이 모두 허용범위 이내인 경우 상기 스테이지(1)는 수평 및 초점위치가 정확하다고 인정된다. 만일, 상기 선형 촬상소자들(45a, 45b, 45c) 각각에 수광된 광의 위치편차 값이 모두 허용 범위를 벗어나는 경우 수평 또는 초점위치의 조정이 필요하다. 특히, 각 선형 촬상소자들에서 수광된 위치편차 값이 허용범위 내에서 동일한 경우 수평위치는 맞았다고 인정되며, 초점거리 조정만 필요하다.

상기 선형 촬상소자들에서 검출된 위치편차에 따른 검출신호를 스테이지의 기울기 및 높낮이를 조정하는 수단에 전달하여 상기 스테이지의 수평조정 및 초점조정을 행한다.

도5는 스테이지 초점조정 순서도를 나타낸 것이고, 도6는 스테이지 수평조정 순서도를 나타낸 것이다. 이 두 순서도는 서로 동시에 수행 가능하도록 독립적으로 수행된다.

도5에 나타낸 바와 같이 노광공정이 시작(51)되면, 스테이지는 노광위치로 이동(52)된다. 스테이지의 세개의 점에서 반사되는 선형촬상소자들에서 수광하는 광중 어느 하나의 수광된 광에서 높이를 나타내는 Z좌표값을 측정하는 단계(53)를 수행한다. Z좌표가 측정되는지의 여부를 판별하는 단계(54)를 통하여 이때 Z좌표 값이 측정되는 경우는 정상적으로 초점조정 단계를 수행하고, 선형 촬상소자에서 Z좌표가 측정되지 않는 경우는 더 이상의 초점조정의 수행이 불가능하므로 비정상을 분석하는 프로그램을 실행(55)한후 오류를 수정하여 처음부터 다시 초점조정 단계를 수행한다. 측정된 Z값을 기준위치와 비교하여 그 차이값 ΔZ를 계산하는 단계(56)를 수행한다. 이 계산된 ΔZ가 허용오차 범위 이내인지 여부를 판단하는 단계(57)를 수행하여 ΔZ가 허용오차 범위 이내인 경우 초점이 맞았다고 인정되어 이 초점조정 작업이 종료(60)된다. 그러나, 상기 계산된 ΔZ가 허용오차범위를 벗어나는 경우 스테이지의 세점을 지지하는 세개의 액츄에이터 각각의 높이를 나타내는, Z₁, Z₂, Z₃이 이동량을 계산(58)하고, 이 계산된 겨리로 상기 액츄에이터들을 이동(59)한다. 이동이 완료된 후에는 선형 촬상소자로 높이를 측정하는 단계부터 그 다음 단계들을 허용오차범위 이내로 ΔZ값을 가질때까지 반복적으로 수행한다.

도6를 통하여 스테이지의 수평조정 단계를 설명하면, 다음과 같다.

노광공정이 시작(61)되면, 노광위치로 스테이지를 이동(62)한다. 스테이지의 세부분에서 반사된 광을 수광하는 각 선형 촬상소자 S₁, S₂, S₃로 각 부분의 높이 Z₁, Z₂, Z₃의 좌표를 측정(63)한다. 이 세 좌표값이 모두 측정되는지를 판별(64)한다. 만일, 세 좌표값중 어느 한 좌표값이라도 측정되지 않는다면, 비정상적 상황을 분석하는 프로그램을 수행하여 오류를 수정한후 처음부터 새로이 수평조정 단계들을 수행한다. 좌표값 Z₁, Z₂, Z₃가 측정된 경우 각각의 기준위치에 대한 차이값 ΔZ₁, ΔZ₂, ΔZ₃를 계산(66)한다. 이 계산된 ΔZ₁, ΔZ₂, ΔZ₃값 각각이 허용오차범위 내에 포함되는지 벗어나는지 여부를 판단(67)한다. 만일, 모두 허용오차범위 내의 값을 가지면, 스테이지의 수평조정 작업을 종료(70)한다. 만일 계산값 중 어느 한 계산 값이라도 허용오차범위를 넘을 경우 이에 해당하는 액츄에이터의 Z방향 위치에 따른 이동량을 계산(68)하여, 이 계산된 거리로 액츄에이터를 구동하여 스테이지를 이동(69)한다. 이동이 완료된 후에는 선형 촬상소자로 각각의 높이를 측정하는 단계부터 그 다늠 단계들을 허용오차범위 이내로 ΔZ₁, ΔZ₂, ΔZ₃값을 가질때까지 반복적으로 수행한다.

이상과 같이 이루어진 스테이지 수평 및 초점 조정장치는 수평조정과 초점조정을 동시에 수행할 수 있어서, 스테이지 조정 시간을 단축시킬 수 있고, 수평조정과 초점조정이 독립적으로 수행되므로 오차신호의 누적에 의한 영향을 감소시키는 신호 처리가 용이한 매우 유용한 발명이다.

물론, 본 발명은 스테이지의 초점 조정만을 요구하는 경우 광원과 선형촬상소자를 하나만 구비하여 상기 도5를 통하여 설명한 순서도에 따라 수행 할 수 있다.

Claims (9)

1. 광을 생성하여 스테이지로 조사하는 세개의 광원과, 이 각각의 광원에서 출사된 광중 특정편광의 광만이 스테이지로 향하도록 각각의 광축상에 위치한 슬릿과, 상기 슬릿을 통과한후 상기 스테이지의 적어도 세점에서 반사된 광을 수광하는 적어도 세개의 선형 촬상소자와, 이 각각의 촬상소자에서 수광된 신호로부터 초점 및 수평오차를 검출하는 오차검출수단과, 이 오차검출수단에 의해 검출된 신호로부터 스테이지를 구동하는 액츄에이터를 구비한 것을 특징으로 하는 스테이지 수평 및 초점 조정장지.
2. 제1항에 있어서, 상기 각각의 광원과 스테이지 사이의 광경로 상에 상기 광원에서 출사된 광을 평행광으로 바꾸어 주거나 집속광으로 바꾸어 주는 렌즈를 구비한 것을 특징으로 하는 스테이지의 수평 및 초점 조정장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 액츄에이터는 상기 각각의 선형 촬상소자에 의한 신호로 부터 독립적으로 구동되도록 상기 스테이지의 다른 부분에 적어도 세개 구비된 것을 특징으로 하는 스테이지 수평 및 초점 조정장치.
4. 광을 생성하여 스테이지의 세개의 점에 조사하는 단계와, 상기 스테이지에서 반사되는 광들을 각각의 선형 촬상소자를 통하여 수광하는 수광단계와, 상기 선형 촬상소자에서 수광된 광으로 부터 수평 및 초점오차를 검출하는 오차검출단계와, 이 오차검출단계에 의해 검출된 신호로 부터 스테이지를 구동하는 구동단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 스테이지 초점 및 수평 조정방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 초점오차 검출하는 단계는 상기 세개의 선형 촬상소자중 어느 하나의 선형 촬상소자에서 검출된 신호로부터 스테이지의 높이를 측정하는 제1단계와, 이 제1단계에서 측정된 높이와 기준위치를 비교하여 그 차를 계산하는 제2단계와, 상기 제2단계에서 계산된 값이 허용오차 범위내에 포함되는지를 판단하는 제3단계와, 상기 제3단계에서 허용오차 범위를 벗어나는 경우로 판단된 경우 상기 액츄에이터의 각 부분의 이동량을 계산하고 이동신호를 전달하는 제4단계로 이루어지고, 상기 제4단계를 완료후 제1단계로 피드백하여 상기 제2단계에서 계산된 신호가 상기 제3단계에서 허용오차 범위내에 포함되도록 반복하는 루프를 가지는 것을 특징으로 하는 스테이지 초점 및 수평 조정방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 선형 촬상소자에 상기 제1단계에서 신호가 검출되지 않는 경우 그 상황을 분석하는 프로그램으로 신호가 전달되도록 판별하는 단계를 상기 제1단계와 상기 제2단계 사이에 더 구비한 것을 특징으로 하는 스테이지 수평 및 초점 조정방법.
7. 제4항에 있어서, 상기 오차검출 단계는 상기 세개의 선형 촬상소자로 상기 스테이지의 세부분 각각의 높이를 측정하는 제1단계와, 제1단계에서 측정된 높이와 기준위치와의 위치차를 계산하는 제2단계와, 상기 제2단계에서 계산된 위치차가 허용오차범위 내인지의 여부를 판단하는 제3단계와, 상기 제3단계에서 허용오차 범위를 벗어나는 경우로 판단된 경우 상기 액츄에이터의 각 부분의 이동량을 계산하고 이동신호를 전달하는 제4단계로 이루어지고, 상기 제4단계를 완료후 제1단계로 피드백하여 상기 제2단계에서 계산된 신호가 상기 제3단계에서 허용오차 범위내에 포함되도록 반복하는 루프를 가지는 것을 특징으로 하는 수평 및 초점 조정방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 선형 촬상소자에 상기 제1단계에서 신호가 검출되지 않는 경우 그 상황을 분석하는 프로그램으로 신호가 전달되도록 판별하는 단계를 상기 제1단계와 상기 제2단계 사이에 더 구비한 것을 특징으로 하는 스테이지 수평 및 초점 조정방법.
9. 제4항에 있어서, 상기 수평 오차검출 단계와, 상기 초점 오차검출 단계가 독립적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 스테이지 수평 및 초점 조정방법.