KR100268177B1 - Method for aligning a wafer or raticle in a staper - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자용 노광장비에서 레티클 또는 웨이퍼의 정렬마크를 조사하는 정렬광에 대하여 정렬마크를 상대적으로 이동시켜 레티클 또는 웨이퍼를 원하는 위치에 정렬시키는 방법에 있어서, 정렬광이 상대적으로 이동하는 방향의 중심선을 기준으로 위쪽과 아래쪽으로 치우치면서 정렬광 이동 방향으로 일정한 거리를 두고 정렬마크를 배치하여, 정렬마크에 대하여 정렬광이 상대적으로 이동할 때 시간적으로 차이를 갖는 두 개 이상의 정렬신호를 얻고, 정렬신호들의 상대적인 강도와 정렬신호들 사이의 시간 간격을 이용하여 레티클 또는 웨이퍼의 상대적인 위치를 정렬해주는 정렬마크의 형태와 방법을 제안한다. 본 발명의 정렬마크 및 정렬방법을 이용하면 정렬광의 이동 방향의 위치 정렬 뿐만 아니라 정렬광 이동 방향에 수직인 방향의 위치 정렬 및 회전에 대한 위치 정렬도 가능하며 정렬을 위한 방향도 검출할 수 있다.The present invention relates to a method of aligning a reticle or a wafer at a desired position by moving the alignment mark relative to the alignment light irradiating the alignment mark of the reticle or wafer in an exposure apparatus for a semiconductor device, the direction in which the alignment light moves relatively. By arranging the alignment marks at a certain distance in the direction of the alignment light movement, while shifting upward and downward with respect to the center line of, to obtain two or more alignment signals having a time difference when the alignment light is relatively moved with respect to the alignment mark. The present invention proposes a form and method of an alignment mark that aligns a relative position of a reticle or a wafer using a relative intensity of alignment signals and a time interval between alignment signals. Using the alignment mark and the alignment method of the present invention, not only the alignment of the alignment light in the moving direction but also the alignment of the position and the rotation in the direction perpendicular to the alignment light moving direction can be detected and the direction for alignment can be detected.
Description
본 발명은 반도체 소자용 노광장비에서 웨이퍼 또는 레티클을 원하는 위치에 정렬시키는 방법에 관한 것으로서, 특히 정렬광과 웨이퍼 또는 레티클 상에 새겨진 정렬마크간의 상관관계를 이용하여 레티클 및 웨이퍼를 정렬시키는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of aligning a wafer or a reticle at a desired position in an exposure apparatus for a semiconductor device, and more particularly, to a method of aligning a reticle and a wafer using a correlation between alignment light and an alignment mark engraved on the wafer or the reticle. will be.
최근들어, 반도체 기억소자의 집적도가 증가함에 따라 회로의 선폭은 더욱 작아지게 되었고, 이를 만족시키기 위해서는 고 분해능의 리소그래피(lithography) 장비가 필요하게 되었다. 또한 반도체 기억소자의 급격한 발전추세에 대응하기 위해서는 가장 핵심적인 공정인 미세패턴 형성에 대한 기술발전이 이루어져야 한다.Recently, as the integration density of semiconductor memory devices increases, the line width of the circuit becomes smaller, and high resolution lithography equipment is required to satisfy this. In addition, in order to cope with the rapid development trend of semiconductor memory devices, technology development for micro pattern formation, which is the most important process, must be made.
이와 같이, 레티클에 기록된 전자 회로를 포토레지스트가 발라진 웨이퍼 표면으로 투영하는데 사용되는 반도체 소자용 노광장비는 반도체의 집적도가 증가함에 따라 최소선폭 해상도가 증가하여 g-line, i-line을 거쳐 현재 248㎚의 KrF 엑시머 레이저 광이 사용되기에 이르렀다. 또한, 앞으로 1GDRAM이상의 고기억밀도 집적회로에 사용될 파장 193㎚의 ArF 엑시머 레이저 스탭 및 스캔(step ＆ scan) 노광장비가 곧 실용화될 전망이다.As such, the exposure equipment for semiconductor devices used to project the electronic circuit recorded on the reticle onto the surface of the photoresist-coated wafer increases the minimum line width resolution as the degree of integration of semiconductors increases. KrF excimer laser light of 248 nm has been used. In addition, ArF excimer laser staff and step & scan exposure equipment with a wavelength of 193 nm to be used for high-density integrated circuits of 1GDRAM or more are expected to be put to practical use soon.
한편, 정렬을 위하여 종래의 노광 장비들 특히, g-line 이나 i-line 에서는 주기적인 격자 형태의 정렬마크를 이용하였으나 이것은 가로축의 위치 검출에만 유용하였다. 이러한 방법의 개선을 위하여 갈매기 모양의 정렬마크가 제안되어 가로 및 세로의 위치를 검출할 수 있었으나, 이러한 정렬마크에서는 회전의 측정 및 회전 방향의 동시적인 측정이 힘들었다.On the other hand, in order to align the conventional exposure equipment, in particular g-line or i-line used a periodic grating type alignment mark, but this was useful only for the position detection of the horizontal axis. In order to improve the method, a seagull alignment mark was proposed to detect horizontal and vertical positions, but it was difficult to simultaneously measure the rotation and the rotation direction in such an alignment mark.
본 발명의 목적은 정렬마크의 가로, 세로 및 회전 오차를 동시에 측정하여 노광장비에서 웨이퍼 또는 레티클을 정렬하는 방법을 제공하는 것이다. 이를 위하여 본 발명에서는 새로운 형태의 정렬마크가 제안된다.An object of the present invention is to provide a method of aligning a wafer or a reticle in an exposure apparatus by simultaneously measuring the horizontal, vertical and rotational errors of the alignment mark. To this end, a new type of alignment mark is proposed in the present invention.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자용 노광장비에서의 웨이퍼 또는 레티클의 정렬 방법은 반도체 소자용 노광장비에서 정렬광과 웨이퍼 또는 레티클에 새겨진 정렬마크의 위치를 상대적으로 이동시켜, 정렬광이 각각의 정렬마크를 조명할 때 반사 또는 투과하는 빛의 양을 검지하여 웨이퍼 또는 레티클을 원하는 위치에 정렬시키는 방법에 있어서, 두 개 이상의 정렬마크들을 웨이퍼에 마킹하는 단계; 정렬광이 이동하는 방향의 중심선을 기준으로 정렬시키고자 하는 웨이퍼 또는 레티클을 두 개의 공간으로 나누고, 그 각각의 공간에 존재하는 각각의 정렬마크의 부분들이 서로 다른 면적 또는 형태를 가지도록 하는 단계; 시간적으로 차이를 갖는 두 개 이상의 정렬신호를 얻기 위해, 정렬광의 상대적인 위치를 이동시키는 단계; 및 이 정렬신호들의 상대적인 강도의 세기와 정렬신호들 사이의 시간 간격을 이용하여 웨이퍼 또는 레티클의 상대적인 위치를 정렬해주는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In the semiconductor device exposure apparatus according to the present invention for achieving the above object, a method of aligning a wafer or a reticle is to move the alignment light and the position of the alignment mark engraved on the wafer or reticle in the exposure apparatus for the semiconductor device to align, A method of aligning a wafer or reticle to a desired position by detecting the amount of light that reflects or transmits when light illuminates each alignment mark, the method comprising: marking two or more alignment marks on a wafer; Dividing the wafer or the reticle to be aligned with respect to the center line in the direction in which the alignment light moves into two spaces, so that portions of each alignment mark present in each space have different areas or shapes; Moving a relative position of the alignment light to obtain two or more alignment signals having a difference in time; And aligning a relative position of the wafer or the reticle using the intensity of the relative intensity of the alignment signals and the time interval between the alignment signals.
도 1은 정렬광이 정렬마크로 이동하는 방향의 중심선에 대해 수직한 두 개의 정렬마크에 의한 이동 방향 및 수직 방향의 위치 검출을 위한 정렬마크 및 정렬신호 각각을 나타내는 도면.1 is a diagram illustrating an alignment mark and an alignment signal for detecting a movement direction and a position in a vertical direction by two alignment marks perpendicular to a center line in a direction in which alignment light moves to an alignment mark.
도 2는 도 1에서의 정렬마크와 1개의 기준 정렬마크에 의한 이동 방향 및 수직 방향의 위치 검출을 위한 정렬마크 및 정렬신호 각각을 나타내는 도면.FIG. 2 is a diagram illustrating an alignment mark and an alignment signal for detecting a position in a moving direction and a vertical direction by the alignment mark and one reference alignment mark in FIG. 1; FIG.
도 3은 도 1에서의 정렬마크를 임의의 각도로 기울인 형태의 정렬마크에 의한 이동 방향 및 수직 방향의 위치 검출을 위한 정렬마크 및 정렬신호 각각을 나타내는 도면.3 is a diagram illustrating an alignment mark and an alignment signal for detecting a position in a moving direction and a vertical direction by an alignment mark inclined at an arbitrary angle in FIG. 1;
도 4는 도 2에서의 정렬마크를 임의의 각도로 기울인 형태의 정렬마크에 의한 이동 방향 및 수직 방향의 위치 검출을 위한 정렬마크 및 정렬신호 각각을 나타내는 도면.4 is a diagram illustrating an alignment mark and an alignment signal for detecting a position in a moving direction and a vertical direction by an alignment mark inclined at an arbitrary angle in FIG. 2;
도 5는 가로, 세로 및 회전 오차의 측정이 가능한 정렬마크 및 정렬신호 각각을 나타내는 도면.5 is a view showing an alignment mark and an alignment signal respectively capable of measuring horizontal, vertical and rotational errors.
도 6은 도 5 (c) 의 정렬마크에 의한 세로축 오차(a), 회전 오차(b) 및 세로와 회전 오차(c)에 대한 정렬신호 각각을 나타내는 도면.Fig. 6 is a diagram showing each of the alignment signals for the vertical axis error (a), the rotation error (b), and the vertical and rotation errors (c) by the alignment mark of Fig. 5 (c).
도 7은 본 발명에서의 정렬마크를 이용한 가로축 오차, 세로축 오차 및 회전 오차의 보정을 나타낸 순서도.Figure 7 is a flow chart showing the correction of the horizontal axis error, vertical axis error and rotation error using the alignment mark in the present invention.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호 설명〉<Description of Signs of Major Parts of Drawings>
101: 정렬광101: alignment light
102a, 103a, 102b, 103b, 102c, 103c: 정렬마크102a, 103a, 102b, 103b, 102c, 103c: alignment mark
104a: 정렬광의 상대적 진행 방향에 대한 수직 방향의 오차가 없을 때의 정렬신호104a: alignment signal when there is no error in the vertical direction with respect to the relative traveling direction of the alignment light
104b: 정렬광의 상대적 진행 방향에 대한 수직 상 방향의 오차가 있을 때의 정렬신호104b: alignment signal when there is an error in the vertical image direction with respect to the relative traveling direction of the alignment light
104c: 정렬광의 상대적 진행 방향에 대한 수직 하 방향의 오차가 있을 때의 정렬신호104c: alignment signal when there is an error in the vertical downward direction with respect to the relative traveling direction of the alignment light
105: 정렬광의 상대적 이동 방향의 중심선105: center line of the relative movement direction of the alignment light
201: 정렬광201: alignment light
202a, 204a, 202b, 204b, 202c, 204c: 위치 검출을 위한 정렬마크202a, 204a, 202b, 204b, 202c, 204c: alignment mark for position detection
203a, 203b, 203c: 기준 정렬마크203a, 203b, 203c: reference alignment mark
205a, 205b, 205c: 기준 정렬신호205a, 205b, and 205c: reference alignment signals
206a: 정렬광의 상대적 진행 방향에 대한 수직 방향의 오차가 없을 때의 정렬신호206a: alignment signal when there is no error in the vertical direction with respect to the relative traveling direction of the alignment light
206b: 정렬광의 상대적 진행 방향에 대한 수직 상 방향의 오차가 있을 때의 정렬신호206b: alignment signal when there is an error in the vertical image direction with respect to the relative traveling direction of the alignment light
206c: 정렬광의 상대적 진행 방향에 대한 수직 하 방향의 오차가 있을 때의 정렬신호206c: alignment signal when there is an error in the vertical downward direction with respect to the relative traveling direction of the alignment light
207: 정렬광의 상대적 이동 방향의 중심선207: center line of the relative movement direction of the alignment light
301a, 301b: 임의의 각도로 기울인 정렬광301a, 301b: alignment light tilted at any angle
302a, 303a, 302b, 303b: 임의의 각도로 기울인 정렬마크302a, 303a, 302b, 303b: alignment mark tilted at any angle
304a, 305a: 정렬광의 상대적 진행 방향에 대한 수직 방향의 오차가 없을 때의 정렬신호304a, 305a: Alignment signal when there is no error in the vertical direction with respect to the relative traveling direction of the alignment light
304b, 305b: 정렬광의 상대적 진행 방향에 대한 수직 방향의 오차가 있을 때의 정렬신호304b, 305b: Alignment signal when there is an error in the vertical direction with respect to the relative traveling direction of the alignment light
401a, 401b: 임의의 각도로 기울인 정렬광401a, 401b: alignment light tilted at any angle
402a, 404a, 402b, 404b: 측정을 위한 정렬마크402a, 404a, 402b, 404b: alignment mark for measurement
403a, 403b: 기준 정렬마크403a, 403b: base alignment mark
405a, 407a: 수직 방향의 오차가 없을 때의 정렬신호405a, 407a: alignment signal when there is no vertical error
405b, 407b: 수직 방향의 오차가 있을 때의 정렬신호405b, 407b: Alignment signal when there is error in vertical direction
406a, 406b: 기준 정렬신호406a, 406b: reference alignment signal
501a, 501b, 502b, 501c, 502c: 정렬광501a, 501b, 502b, 501c, 502c: alignment light
503a, 505a, 503b, 505b, 503c, 505c: 중심선에 대한 상 방향 정렬마크503a, 505a, 503b, 505b, 503c, and 505c: upward alignment marks for centerline
504a, 506a, 504b, 506b, 504c, 506c: 중심선에 대한 하 방향 정렬마크504a, 506a, 504b, 506b, 504c, 506c: downward alignment mark for centerline
507a: 정렬마크 503a에 의한 정렬신호507a: alignment signal by alignment mark 503a
508a: 정렬마크 504a에 의한 정렬신호508a: alignment signal by alignment mark 504a
509a: 정렬마크 505a에 의한 정렬신호509a: alignment signal by alignment mark 505a
510a: 정렬마크 506a에 의한 정렬신호510a: alignment signal by alignment mark 506a
507b: 정렬마크 503b에 의한 정렬신호507b: alignment signal by alignment mark 503b
508b: 정렬마크 504b에 의한 정렬신호508b: alignment signal by alignment mark 504b
509b: 정렬마크 506b에 의한 정렬신호509b: alignment signal by alignment mark 506b
510b: 정렬마크 505b에 의한 정렬신호510b: alignment signal by alignment mark 505b
507c: 정렬마크 503c에 의한 정렬신호507c: alignment signal by alignment mark 503c
508c: 정렬마크 504c에 의한 정렬신호508c: alignment signal by alignment mark 504c
509c: 정렬마크 505c에 의한 정렬신호509c: alignment signal by alignment mark 505c
510c: 정렬마크 506c에 의한 정렬신호510c: alignment signal by alignment mark 506c
511a, 511b, 511c: 정렬광의 이동 방향의 중심선511a, 511b, and 511c: center lines in the direction of movement of the alignment light
601a, 601b, 601c: 정렬광 이동 방향의 중심선에 대해 시계 방향으로 기울인 정렬광601a, 601b, 601c: Alignment light inclined clockwise with respect to the center line in the alignment light movement direction
602a, 602b, 602c: 정렬광 이동 방향의 중심선에 대해 시계 반대 방향으로 기울인 정렬광602a, 602b, 602c: alignment light inclined counterclockwise with respect to the center line in the alignment light movement direction
603a, 604a, 603b, 604b, 603c, 604c: 정렬마크603a, 604a, 603b, 604b, 603c, 604c: alignment mark
605a: 정렬마크 603a에 의한 정렬신호605a: alignment signal by alignment mark 603a
606a: 정렬마크 604a에 의한 정렬신호606a: alignment signal by alignment mark 604a
605b: 정렬마크 403b에 의한 정렬신호605b: alignment signal by alignment mark 403b
606b: 정렬마크 404b에 의한 정렬신호606b: alignment signal by alignment mark 404b
605c: 정렬마크 403c에 의한 정렬신호605c: alignment signal by alignment mark 403c
606c: 정렬마크 404c에 의한 정렬신호606c: alignment signal by alignment mark 404c
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참고로하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명에서 제시하는 정렬마크들은 기본적으로 도 1의 정렬마크의 개념에 기초를 두고 있다.The alignment marks proposed in the present invention are basically based on the concept of the alignment mark of FIG. 1.
도 1은 정렬광(101)이 정렬마크로 이동하는 방향의 중심선(105)에 대해 수직한 두 개의 정렬마크가 정렬광(101)과 중첩할 때의 정렬신호들을 나타낸 것으로서, 수직 방향의 오차가 없을 때의 상,하 정렬마크(102a 및 103a)에 의한 정렬신호(104a)와 중심선(105)의 윗 방향으로 오차가 있을 때의 정렬신호(104b)와 중심선(105) 아랫 방향으로 오차가 있을 때의 정렬신호(104c)로 구성되어 있다.FIG. 1 shows alignment signals when two alignment marks perpendicular to the center line 105 in the direction in which the alignment light 101 moves to the alignment mark overlap the alignment light 101, and there is no error in the vertical direction. When there is an error in the alignment signal 104b and the center line 105 downward when there is an error in the alignment signal 104a and the center line 105 by the up and down alignment marks 102a and 103a Is composed of the alignment signal 104c.
중심선에 수직한 축을 세로축이라고 정의할 때, 세로축 오차가 없을 경우 정렬마크(101)가 상 정렬마크(102a) 및 하 정렬마크(103a)와 상관(correlate)할 때, 같은 면적을 상관하기 때문에 정렬신호(104a)는 동일한 높이의 강도분포를 나타낸다. 그러나, 세로축 오차가 있을 때는 상관하는 면적에 차이가 나므로 정렬신호(104b 및 104c)의 강도분포가 다르게 나타난다.When defining the axis perpendicular to the center line as the vertical axis, when there is no vertical axis error, when the alignment mark 101 correlates with the upper alignment mark 102a and the lower alignment mark 103a, the alignment is correlated. Signal 104a represents an intensity distribution of the same height. However, when there is a vertical axis error, there is a difference in the area to be correlated so that the intensity distributions of the alignment signals 104b and 104c appear differently.
그러므로, 강도 분포의 차이를 측정하여 세로축 오차를 알 수 있다. 세로축 양의 방향 오차가 있을 때, 정렬광(101)이 상 정렬마크(102b)와 상관하는 면적은 줄어들고 하 정렬마크(103b)와 상관하는 면적은 많아지므로, 정렬신호의 강도분포가 약-강의 순으로 나타난다. 세로축 음의 방향 오차가 있을 때, 정렬광(101)이 상 정렬마크(102c)와 상관하는 면적은 많아지고 하 정렬마크(103c)와 상관하는 면적은 줄어들므로, 정렬신호의 강도분포가 강-약의 순으로 나타난다. 정렬마크 102b에 의한 정렬신호의 강도를 P라 하고, 정렬마크 103b에 의한 정렬신호의 강도를 Q라 할 때, 그 차값을 다음과 같이 쓸 수 있다.Therefore, the vertical axis error can be known by measuring the difference in the intensity distribution. When there is a positive vertical axis error, the area where the alignment light 101 correlates with the upper alignment mark 102b decreases and the area that correlates with the lower alignment mark 103b increases, so that the intensity distribution of the alignment signal is weakly-learned. Appears in order. When there is a vertical direction negative direction error, the area where the alignment light 101 correlates with the upper alignment mark 102c increases and the area that correlates with the lower alignment mark 103c decreases, so that the intensity distribution of the alignment signal is strong. Appear in order of medicine. When the intensity of the alignment signal by the alignment mark 102b is P and the intensity of the alignment signal by the alignment mark 103b is Q, the difference value can be written as follows.
강도의 감산 = Q - PSubtraction of Strength = Q-P
즉, 강도의 감산의 상수배가 정렬마크의 세로축 변화에 대한 양을 나타낼 수 있으며, 강도의 감산의 부호는 정렬마크가 중심선(105)에 대해 어느쪽에 위치해 있는지를 알려준다.That is, a constant multiple of the intensity subtraction can represent the amount of change in the longitudinal axis of the alignment mark, and the sign of the subtraction of intensity indicates which side the alignment mark is located with respect to the center line 105.
도 2는 도 1의 정렬마크들(202a, 204a)의 사이에 기준이 될 수 있는 정렬마크(203a)를 삽입함으로써 측정을 용이하게 한 정렬마크를 나타낸다.FIG. 2 shows an alignment mark that facilitates measurement by inserting an alignment mark 203a, which may be a reference, between alignment marks 202a and 204a of FIG.
정렬마크는 기준 정렬마크(203a)와 측정을 위한 중심선(207) 윗쪽과 아래쪽 부분의 정렬마크(202a 및 204a)로 이루어져 있다. 정렬광(201)과 상, 기준, 하 정렬마크들(202a 내지 202c, 203a 내지 203c, 204a 내지 204c)이 서로 상관할 때 세 종류의 정렬신호를 발생할 수 있다. 중심선(207)에 수직한 축을 세로축이라 하고 위 아래 부분을 각각 양, 음의 방향이라고 할 때, 기준 정렬마크(203a 내지 203c)에 의한 정렬신호(205a 내지 205c)는 변화가 없다. 그러므로 이 정렬신호에서부터 상, 하 정렬마크(202a 내지 202c, 204a 내지 204c)의 정렬신호(206a 내지 206c)를 감산하면 정렬마크의 세로축 방향의 위치를 검출할 수 있다.The alignment mark consists of a reference alignment mark 203a and alignment marks 202a and 204a of the upper and lower portions of the center line 207 for measurement. When the alignment light 201 and the upper, reference, and lower alignment marks 202a to 202c, 203a to 203c, and 204a to 204c correlate with each other, three kinds of alignment signals may be generated. When the axis perpendicular to the center line 207 is called the vertical axis and the upper and lower parts are called in the positive and negative directions, respectively, the alignment signals 205a to 205c by the reference alignment marks 203a to 203c remain unchanged. Therefore, by subtracting the alignment signals 206a to 206c of the upper and lower alignment marks 202a to 202c and 204a to 204c from this alignment signal, the position of the alignment mark in the vertical axis direction can be detected.
도 3은 도 1의 검출 개념을 중심선(306)에 수직인 직선에 대해 임의의 각도로 기울인 상, 하 정렬마크(302a 및 302b, 303a 및 303b)에 대해 적용한 것으로서, 각각의 정렬마크들이 정렬광(301a 및 301b)과 상관할 때 정렬신호의 형태를 나타낸다.FIG. 3 applies the detection concept of FIG. 1 to the upper and lower alignment marks 302a and 302b, 303a and 303b, which are inclined at an angle with respect to a straight line perpendicular to the centerline 306, where the respective alignment marks are aligned light. When correlated with 301a and 301b, the shape of the alignment signal is shown.
정렬마크와 정렬광이 정확하게 정렬이 된 상태에서는 정렬광(301a)이 상 정렬마크(302a)와 하 정렬마크(303a)와 상관하는 면적이 동일하므로 정렬신호(304a 및 305a)는 동일한 강도를 가진다. 정렬마크(302b 및 303b)와 정렬광(301b)이 세로축으로 어긋맞게 상관할 때 정렬신호(304b 및 305b)의 강도는 다르게 나타난다. 그러므로 기울인 형태에서도 도 1에서와 동일한 효과를 얻을 수 있다.In the state where the alignment mark and the alignment light are correctly aligned, since the alignment light 301a has the same area as the upper alignment mark 302a and the lower alignment mark 303a, the alignment signals 304a and 305a have the same intensity. . The intensity of the alignment signals 304b and 305b appears different when the alignment marks 302b and 303b and the alignment light 301b are misaligned with each other on the vertical axis. Therefore, the same effect as in FIG. 1 can be obtained even in the inclined form.
도 4는 도 2의 정렬마크에 의한 검출 개념을 중심선(408)에 수직인 직선에 대해 임의의 각도로 기울인 상, 하 정렬마크(402a 및 402b, 403a 및 403b)에 대해 적용한 것으로서, 각각의 정렬마크들이 정렬광(401a 및 401b)과 상관할 때 정렬신호의 형태를 나타낸다.FIG. 4 applies the detection concept of the alignment mark of FIG. 2 to the upper and lower alignment marks 402a and 402b, 403a and 403b, which are inclined at an angle with respect to a straight line perpendicular to the centerline 408, respectively. The marks indicate the shape of the alignment signal when correlated with the alignment lights 401a and 401b.
정렬마크들이 정렬광과 세로축으로 이동하여 상관할 때, 기준 정렬마크(403a 및 403b)에 의한 기준 정렬신호(406a 및 406b)의 강도는 변하지 않는다. 그러므로 이 정렬신호의 강도값을 기준으로 하여 기준 정렬마크 양쪽의 상, 하 정렬마크들(402a 및 402b, 404a 및 404b)에 의해 발생하는 정렬신호(405a 및 405b, 407a 및 407b)의 강도의 감산을 하면, 정렬마크들의 세로축 방향의 오차도 검출할 수 있다.When the alignment marks move and correlate with the alignment light in the vertical axis, the intensity of the reference alignment signals 406a and 406b by the reference alignment marks 403a and 403b does not change. Therefore, the intensity of the alignment signals 405a and 405b, 407a and 407b generated by the upper and lower alignment marks 402a and 402b, 404a and 404b on both sides of the reference alignment mark on the basis of the intensity value of the alignment signal. In this case, an error in the vertical axis direction of the alignment marks may also be detected.
도 5는 도 1 내지 도 4에서의 정렬개념을 바탕으로 정렬광의 상대적 진행 방향의 오차, 진행 방향의 수직한 축 오차 뿐만 아니라 회전 오차도 측정할 수 있는 정렬마크에 대한 개념도를 나타낸다.5 is a conceptual diagram illustrating an alignment mark capable of measuring not only an error of a relative traveling direction of alignment light and a vertical axis error of a traveling direction but also a rotational error based on the alignment concept of FIGS. 1 to 4.
도 5 (a)는 도 3에서의 상, 하 정렬마크(503a 및 504a)를 정렬광(501a)의 상대적 이동방향의 아래쪽 및 위쪽에 위치시키고, 이와 동일한 상, 하 정렬마크(505a 및 506a)를 정렬광의 상대적 이동방향으로 일정한 거리에 위치시킨 정렬마크들과 이에 의한 정렬신호(507a, 508a, 509a 및 510a)를 나타낸다.FIG. 5A shows the upper and lower alignment marks 503a and 504a in FIG. 3 below and above the relative movement direction of the alignment light 501a, and the same upper and lower alignment marks 505a and 506a. Denote alignment marks placed at a constant distance in the relative movement direction of the alignment light and thereby alignment signals 507a, 508a, 509a and 510a.
정렬광(501a)이 상, 하 정렬마크(503a 및 504a, 505a 및 506a)와 상관할 때, 네 개의 정렬신호를 얻을 수 있다. 만약, 정렬마크들의 중심이 중심선(511a)을 따라 이동한다면, t1, t2, t3및 t4시간에서의 정렬신호들의 강도는 동일하게 나타날 것이다. 그러므로, 강도들의 감산은 영이 된다. 만약, 정렬마크들의 중심이 중심선(511a)에서 세로축으로 어느 거리만큼 떨어져 있으며 중심선(511a)과 평행하게 이동한다면, t1과 t2시간에서의 정렬신호들의 강도는 차이가 생기며 이 차이값은 세로축의 떨어진 거리와 비례한다. 또한, t1및 t2시간에서의 정렬신호 강도의 차이값과 t3및 t4시간에서의 정렬신호 강도의 차이값은 동일하게 될 것이다. 만약, 정렬마크들이 정렬광(501a)과 임의의 각도로 회전되어 있다면, t1및 t2시간에서의 정렬신호의 강도의 차이값과 t3및 t4시간에서의 정렬신호의 강도의 차이값은 다르게 나타난다. 그러므로, 각각의 값을 감산한 값의 상수배가 정렬마크의 회전 정도를 나타내며, 그 값의 부호는 회전의 방향을 나타낸다.When the alignment light 501a correlates with the upper and lower alignment marks 503a and 504a, 505a and 506a, four alignment signals can be obtained. If, if the centers of the alignment marks moves along the center line (511a), t 1, t 2, t 3, and the strength of the alignment signal in the time t 4 will be the same. Therefore, the subtraction of the intensities is zero. If the centers of the alignment marks are separated from the center line 511a by a distance from the center line 511a and move in parallel with the center line 511a, the intensity of the alignment signals at t 1 and t 2 times may be different, and the difference may be a vertical axis. Is proportional to the distance away. Further, the difference value of the alignment signal strength at t 1 and t 2 time and the difference value of the alignment signal strength at t 3 and t 4 time will be the same. If the alignment marks are rotated at an angle with the alignment light 501a, the difference value of the intensity of the alignment signal at t 1 and t 2 time and the difference value of the intensity of the alignment signal at t 3 and t 4 time Appears differently. Therefore, a constant multiple of each value subtracted represents the degree of rotation of the alignment mark, and the sign of the value represents the direction of rotation.
도 5(b)는 도 3의 상, 하 정렬마크(503b 및 504b)를 한 쪽에 설치하고, 이와 동일한 정렬마크를 중심선(511b)에 수직한 직선에 대해 선대칭의 모양으로 일정한 거리에 설치한 형태의 정렬마크들과 이에 의한 정렬신호를 나타내며, 도 5(c)는 도 3의 상, 하 정렬마크(503c 및 504c)를 한 쪽에 설치하고, 이와 동일한 정렬마크를 중심선(511c)을 기준으로 위쪽과 아랫쪽 공간에 대하여 각각의 상, 하 정렬마크(503c 및 504c)의 중심에서부터 일정한 거리에 존재하며 중심선(511c)에 수직한 직선에 대해 각각 선대칭적으로 위치시킨 형태의 정렬마크들을 나타내며, 이에 의한 정렬신호들(507c, 508c, 509c 및 510c)를 나타낸다.5 (b) shows the upper and lower alignment marks 503b and 504b of FIG. 3 installed on one side, and the same alignment marks are installed at a constant distance in a line symmetrical form with respect to a straight line perpendicular to the center line 511b. 5 (c) shows the alignment marks 503c and 504c on one side of the alignment marks of FIG. 3, and the same alignment mark is located on the center line 511c. The alignment marks exist in a predetermined distance from the center of each of the upper and lower alignment marks 503c and 504c with respect to the lower space and the lower space, and are arranged in line symmetry with respect to a straight line perpendicular to the center line 511c. Alignment signals 507c, 508c, 509c and 510c are shown.
도시된 도 5(a) 내지 도 5(c)의 정렬마크들에 의한 정렬신호들은 대동 소이하게 나타나며, 그 정렬신호들을 이용하여 도 5(a)에서와 같은 방법으로 레티클과 웨이퍼의 가로축 위치, 세로축 위치 및 회전을 검출할 수 있다. 세 가지 종류의 정렬마크를 이루는 쌍 및 신호 검출 방법은 도 3의 정렬마크 뿐만 아니라 도1, 도 2 및 도 4에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.The alignment signals by the alignment marks of FIGS. 5 (a) to 5 (c) are shown differently, using the alignment signals in the same manner as in FIG. 5 (a), the horizontal axis positions of the reticle and the wafer, The longitudinal axis position and rotation can be detected. The pair and signal detection method of forming three kinds of alignment marks may be equally applied to FIGS. 1, 2, and 4 as well as the alignment marks of FIG. 3.
도 6은 도 3의 정렬마크에 의해 세로축 및 회전 오차를 측정하는 원리에 대한 개념도로서, 도 6(a)는 세로축 오차에 의한 정렬신호, 도 6(b)는 회전 오차에 의한 정렬신호, 도 6(c)는 세로축 오차 및 회전 오차에 의한 정렬신호를 나타낸다.6 is a conceptual diagram illustrating a principle of measuring a vertical axis and a rotation error by the alignment mark of FIG. 3, FIG. 6 (a) shows an alignment signal due to a vertical axis error, and FIG. 6 (b) shows an alignment signal due to a rotation error, FIG. 6 (c) shows the alignment signal due to the vertical axis error and the rotation error.
도 6(a)는 세로축 오차가 있을 때의 정렬신호로서, 중심선을 기준으로 시계 방향으로 기울어진 정렬마크(603a)와 같은 방향으로 기울어진 정렬광(601a)이 상관할 때 발생하는 두 개의 정렬신호의 높이가 다르게 나타나며, 중심선을 기준으로 시계 반대 방향으로 기울어진 정렬마크(604a)와 같은 방향으로 기울어진 정렬광(602a)이 상관할 때 두 개의 정렬신호의 높이가 다르다. 그러나 같은 방향으로 기울어진 정렬신호의 쌍에 의해 발생하는 정렬신호는 같은 형태로 나타나며, 정렬신호의 강도차를 이용하여 세로축(중심선에 수직한 방향) 오차 y를 계산할 수 있다.FIG. 6A illustrates an alignment signal when there is a vertical axis error, and two alignments generated when the alignment light 601a inclined in the same direction as the alignment mark 603a inclined clockwise with respect to the center line is correlated. The heights of the signals appear different, and the heights of the two alignment signals are different when the alignment light 602a inclined in the same direction as the alignment mark 604a inclined counterclockwise with respect to the center line is correlated. However, the alignment signals generated by the pair of alignment signals inclined in the same direction are represented in the same form, and the error y of the vertical axis (direction perpendicular to the center line) can be calculated using the intensity difference of the alignment signals.
도 6(b)는 중심선을 기준으로 시계 방향으로 기울어진 정렬마크(603b)와 같은 방향으로 기울어진 정렬마크(604b) 사이의 중심을 축으로 △θ만큼 회전되었을 때 발생하는 정렬신호를 나타낸다. 정렬마크(603b)에 의한 정렬신호(605b)와 시계 반대 방향으로 기울어진 정렬마크(604b)에 의한 정렬신호(606b)는 세로축(중심선에 수직한 방향) 대칭으로 나타나며, 왼쪽 정렬신호(605b)의 높이차와 오른쪽 정렬신호(606b)의 높이차는 동일하다. 정렬신호 쌍의 높이차 값의 비교값의 부호와 크기는 각각 회전 오차의 방향과 크기에 대한 정보를 가지고 있다.6 (b) shows an alignment signal generated when the center of the alignment mark 603b inclined in the clockwise direction with respect to the center line is rotated by Δθ around the center. The alignment signal 605b by the alignment mark 603b and the alignment signal 606b by the alignment mark 604b inclined counterclockwise appear symmetrically in the vertical axis (direction perpendicular to the center line), and the left alignment signal 605b. The height difference of and the height difference of the right alignment signal 606b is the same. The sign and magnitude of the comparison value of the height difference values of the alignment signal pairs each have information on the direction and magnitude of the rotation error.
도 6(c)는 세로축 오차 및 회전 오차에 의한 정렬신호를 나타낸다. 정렬마크(603c)에 의한 정렬신호(605c)의 높이차와 정렬마크(604c)에 의한 정렬신호(606c)의 높이차는 다르다. 두 정렬신호 쌍의 높이차 값의 비교값은 회전방향의 방향과 크기 및 세로축 오차에 대한 정보를 가진다.6 (c) shows the alignment signal due to the vertical axis error and the rotation error. The height difference of the alignment signal 605c by the alignment mark 603c is different from the height difference of the alignment signal 606c by the alignment mark 604c. The comparison value of the height difference values of the two alignment signal pairs has information on the direction and magnitude of the rotation direction and the vertical axis error.
도 7은 본 발명에서 제안된 정렬마크를 이용하여 가로축 오차, 세로축 오차 및 회전 오차를 보정하는 순서도를 나타낸다.Figure 7 shows a flow chart for correcting the horizontal axis error, vertical axis error and rotation error using the alignment mark proposed in the present invention.
정렬마크에 의하여 정렬신호가 검출되면 먼저 4개의 정렬신호의 높이를 측정하여 회전 오차의 방향 및 크기를 측정한 후 보정한다(701, 702 및 703). 그후 정렬신호의 높이차가 동일하게 되도록 높이차에 의해 세로축 오차의 방향 및 크기를 측정한 후 보정한다(704 및 706). 마지막으로 가로축 오차는 정렬신호의 중점의 시간을 계산하여 위치를 검출하여 보정할 수 있다(705 및 706). 이 과정은 반드시 같은 순서대로 되지 않고 경우에 따라 동시 혹은 순차적으로 진행될 수 있다.When the alignment signal is detected by the alignment mark, first, the heights of the four alignment signals are measured, and then the directions and magnitudes of the rotation errors are measured and corrected (701, 702, and 703). Thereafter, the direction and magnitude of the vertical axis error are measured and corrected by the height difference so that the height difference of the alignment signal is the same (704 and 706). Finally, the horizontal axis error can be corrected by detecting the position by calculating the time of the midpoint of the alignment signal (705 and 706). This process is not necessarily in the same order but may be performed simultaneously or sequentially in some cases.
상술한 바와 같이, 본 발명에서 제안된 정렬마크를 이용하면 짧은 시간 내에 4개의 정렬신호로써 가로축 오차, 세로축 오차 및 회전 오차를 동시에 측정할 수 있으므로 반도체 미세 회로를 새기기 위한 노광 장비에서 레티클과 웨이퍼의 상대적인 위치를 정렬할 수 있다.As described above, by using the alignment mark proposed in the present invention, the horizontal axis error, the vertical axis error, and the rotation error can be simultaneously measured as four alignment signals within a short time. Relative positions can be aligned.
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