KR100355878B1 - 레티클 스테이지의 자동 기울기 조정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 제조 공정 중 사진 공정에 사용되는 노광장치에서 레티클을 적재하는 레티클 스테이지를 자동으로 조정하기 위한 장치에 관한 것으로 본 발명의 레티클 스테이지의 자동 기울기 조정 장치는 레티클이 장착되는 프레임과, 프레임의 저면에 장착되어 프레임의 기울기를 조정하는 기울기 조정 장치와, 프레임에 장착된 레티클의 표면에 광을 입사시키고 입사된 광의 반사광을 수광하여 전류 신호로 변환시켜 출력하는 광학센서와, 광학센서로부터 출력되는 전류신호를 수신받아 미리 설정된 정보와 비교하여 레티클의 기울기를 검출하고 기울기가 비정상이면 기울기 조정 장치를 구동시켜 프레임의 기울기를 조정하는 제어부로 구성되어 레티클의 비정상적인 기울기로 인한 레티클 패턴의 빛 이미지 초점 오류를 방지시켜 반도체 소자의 생산성을 향상시키게 된다.

Description

레티클 스테이지의 자동 기울기 조정 장치{Apparatus for automatically calibrating tilt of reticle stage}

본 발명은 레티클 스테이지의 자동 기울기 조정 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 제조 공정 중 사진 공정에 사용되는 노광장치에서 레티클을 적재하는 레티클 스테이지를 자동으로 조정하기 위한 장치에 관한 것이다.

반도체 소자의 사진 공정은 웨이퍼에 도포된 감광막을 소정의 패턴으로 형성하기 위한 공정이다. 감광막을 패턴화하기 위해 먼저 웨이퍼에 감광막을 도포한 후 스텝퍼(stepper)라는 노광장치를 이용하여 감광막에 빛을 주사하여 형성한다. 이 후 빛과 반응된 감광막 패턴 영역을 제거하거나 남겨 둠으로써 감광막 패턴을 형성하게 된다. 감광막 패턴이 형성되면 이를 식각 마스크로 하여 후 공정이 식각 공정이 실시하게 된다.

식각 공정에서 감광막 패턴을 식각 마스크로 사용되는 경우에 정확한 감광막 패턴이 요구되며 이를 위해 노광장치에서 보다 정밀한 초점 조정이 요구되고 있다. 정밀한 초점 조정이 요구되는 노광장치의 개략적인 구성을 첨부된 도면을 이용하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 반도체 노광장치의 개략도이다. 도시된 바와 같이 크게 X-Y 스테이지(1), 투영렌즈부(2), 렌즈부(3), 조명원(4), 제어기(5) 및 컴퓨터(6)로 구성된다. 컴퓨터(6)는 사용자의 작업 설정 및 공정 조건을 설정하기 위한 정보를 입력하거나 작업 상태를 사용자에게 표시하기 위한 단말기로 사용된다. 컴퓨터(6)로입력된 정보는 제어기(5)로 전송되며 제어기(5)는 전송된 정보에 따라 노광장치를 전반적으로 제어하고 제어된 결과를 컴퓨터(6)로 전송하게 된다.

제어기(7)에 의해 활성화되는 조명원(4)은 소정의 파장을 갖는 빛을 발생한다. 빛 소스(source)로는 수은 램프(g-line:λ＝436nm, i-line:λ＝365nm)나 KrF 엑사이머 레이저(λ＝248nm)가 사용된다. 조명원(4)으로 사용되는 수은 램프나 KrF 엑사이머 레이저에서 발생된 빛은 렌즈(3)를 통해 레티클(reticle)(7)로 투과된다. 레티클(7)은 일정한 패턴을 형성되며 빛이 투과되는 경우 이 패턴에 따른 빛 이미지가 발생되며 빛 이미지는 축소 투영 렌즈(2)로 입사된다.

축소 투영 렌즈(2)로 입사된 빛 이미지는 5:1의 비율로 축소되며 축소된 빛 이미지는 웨이퍼(8)로 주사된다. 웨이퍼(8)로 입사되는 빛 이미지를 웨이퍼(8)에 전반적으로 주사시키기 위해 X-Y 스테이지(1)가 사용된다. X-Y 스테이지(1)는 제어기(5)에 의해 제어되어 웨이퍼(8)를 X 및 Y방향으로 한 스텝(step)씩 웨이퍼(8)를 이동시킨다. X-Y 스테이지(1)가 한 스텝 이동되면 반복적으로 빛 이미지를 웨이퍼(8)에 주사시키며 이러한 연속적인 과정을 통해 웨이퍼(8)에 전체적으로 빛 이미지를 주사시키게 된다.

X-Y 스테이지(1)에 의해 이동되는 웨이퍼(8)로 입사된 빛 이미지는 웨이퍼(8)에 도포된 감광막을 중합 반응시키게 된다. 중합 반응된 감광막 영역은 감광액의 종류에 따라 제거하거나 남겨 둠으로써 감광막 패턴을 형성하게 된다. 감광막 패턴 형성시 레티클(7) 패턴에 따른 빛 이미지의 정확한 초점은 감광막 패턴 형성시 중요하다. 빛 이미지를 생성하는 패턴이 형성된 레티클(7)은 레티클 스테이지에 장착되며 레티클 스테이지에 관련된 종래 기술은 US4719705에 나타나 있다.

US4719705에 나타난 레티클 스테이지는 레티클이 장착된 레티클 스테이지를 설정된 소정의 위치로 이송시키기 위한 것이다. 레티클을 미리 설정된 소정의 위치로 이송시키기 위해 먼저 레티클을 레티클 스테이지에 장착한다. 레티클은 레티클 스테이지에 가로 및 세로 방향이 정확하게 정렬되도록 조정한 후 정밀하게 장착시킨다. 정렬이 완료되면 레티클은 어셔(wahser)등의 결합부재를 이용하여 레티클 스테이지에 장착되며 이 상태에서 레티클 스테이지는 소정의 위치로 이송된다. 이 후 레티클에 빛을 입사시켜 빛 이미지를 생성하게 된다.

이와 같이 종래의 레티클 스테이지는 레티클의 기울기를 조정할 수 없다. 레티클의 기울기 부정확하면 레티클 패턴에 의한 빛 이미지 의 초점에 오류가 발생된다. 빛 이미지의 초점 오류가 발생되면 웨이퍼에 형성되는 감광막 패턴의 불량이 발생되며 이로 인해 재작업을 수행함으로써 작업 지연이나 반도체 소자의 불량이 유발되는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 반도체 노광 장치에서 레티클이 장착되는 레티클 스테이지의 기울기를 자동으로 조정할 수 있는 레티클 스테이지의 기울기 조정 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 레티클 스테이지의 기울기를 자동으로 조정함으로써 레티클의 비정상적인 기울기로 인한 레티클 패턴의 빛 이미지 초점 오류를 방지시켜 반도체 소자의 생산성을 향상시키는 데 있다.

도 1은 반도체 노광장치의 개략도,

도 2는 본 발명에 의한 레티클 스테이지의 자동 기울기 조정 장치의 구성 의 개략도,

도 3은 도 2에 도시된 자동 기울기 조정 장치의 사시도,

도 4는 도 2에 도시된 기울기 조정 장치의 단면도이다.

＊도면의 주요 부분에 대한 부호 설명＊

10: 프레임 21: 발광부

22: 수광부 31: 모터

32: 캠유니트 33: 경사면부재

34: 샤프트 35: 변위센서

본 발명의 레티클 스테이지의 자동 기울기 조정 장치는 레티클이 장착되는 프레임과, 프레임의 저면에 장착되어 프레임의 기울기를 조정하는 기울기 조정 장치와, 프레임에 장착된 레티클의 표면에 광을 입사시키고 입사된 광의 반사광을 수광하여 전류 신호로 변환시켜 출력하는 광학센서와, 광학센서로부터 출력되는 전류신호를 수신받아 미리 설정된 정보와 비교하여 레티클의 기울기를 검출하고 기울기가 비정상이면 기울기 조정 장치를 구동시켜 프레임의 기울기를 조정하는 제어부로 구성됨을 특징으로 한다.

프레임의 기울기를 조정하는 기울기 조정 장치는 회전력을 발생하는 모터와, 모터의 회전 운동을 직선운동으로 변환시키는 캠유니트와, 캠유니트와 일측단에 연결되어 직선운동을 하는 경사면부재와, 경사면부재의 경사면과 접하게 설치되어 경사면부재의 직선운동에 의해 수직운동을 하는 샤프트(shaft)와, 경사면부재의 저면에 장착되어 경사면부재의 이동 변위를 검출하는 변위센서로 구성된다.

기울기 조정 장치에 의해 조정된 레티클을 검사하는 광학센서는 레티클의 표면에 광을 입사하는 발광부와, 발광부로부터 입사된 광이 레티클의 표면에서 반사된 광을 수광받는 수광부로 구성된다.

레티클의 기울기를 조정하는 기울기 조정 장치와 이를 검사하는 광학센서를 제어하는 제어부는 광학센서로부터 출력되는 전류를 신호를 수신받아 전압신호를 변환시켜 출력하는 I/V 변환기와, I/V 변환기로부터 출력되는 전압신호를 수신받아 디지털 신호로 변환시키는 A/D 변환기와, A/D 변환기로부터 출력되는 디지털 신호를 수신받아 미리 저장된 레티클의 정상 기울기 정보와 비교하고 비교 결과 레티클의 기울기가 정상이 아니면 모터 제어신호를 발생하는 제어기와, 제어기로부터 출력되는 모터 제어신호를 수신받아 아나로그신호로 변환시켜 출력하는 D/A 변환기와, D/A 변환기로부터 출력되는 아나로그신호를 수신받아 모터를 구동하기 위한 모터 구동신호를 출력하는 모터 드라이버와, 모터 드라이버로부터 출력되는 모터 구동신호를 수신받아 소정 레벨로 증폭하여 출력하는 전원 앰프로 구성된다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 이용하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 의한 레티클 스테이지의 자동 기울기 조정 장치의 구성의 개략도이다. 도시된 바와 같이, 레티클(7)이 장착되는 프레임(10)과, 프레임(10)의 저면에 장착되어 프레임(10)의 기울기를 조정하는 기울기 조정 장치(30)와, 프레임(10)에 장착된 레티클(7)의 표면에 광을 입사시키고 입사된 광의 반사광을 수광하여 전류 신호로 변환시켜 출력하는 광학센서(21,22)와, 광학센서(21,22)로부터 출력되는 전류신호를 수신받아 미리 설정된 정보와 비교하여 레티클(7)의 기울기를 검출하고 기울기가 비정상이면 기울기 조정 장치(30)를 구동시켜 프레임(10)의 기울기를 조정하는 제어부(41∼46)로 구성된다.

본 발명의 구성 및 작용을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

프레임(10)은 레티클(7)을 안치시키기 위한 가이드 부재(11)가 조립 설치되며, 내부 레티클(7)을 통과한 빛 이미지가 하측으로 투과되도록 내측에 레티클(7)과 동일한 크기의 홈(12)이 형성된다. 프레임(10)에 형성된 홈(12)에 일치되도록 레티클(7)이 장착되면 광학센서(21,22)가 현재 레티클(7)의 기울기 정도를 검사한다.

레티클(7)의 기울기를 검사하기 위해 광학센서(21,22)는 발광부(21)와 수광부(22)로 구성된다. 발광부(21)는 소정의 파장을 갖는 빛을 발광하며 발광된 광은 렌즈(21a)를 통해 레티클(7)의 표면으로 입사된다. 레티클(7)의 표면으로 입사된 광은 레티클(7)에 부착된 크롬면에 반사되어 렌즈(22a)로 집속되어 수광부(22)로 수광된다.

광을 발생하기 위해 발광부(21)는 발광다이오드(LED)가 사용되며 수광부(22)는 포토다이오드(photodiode)가 사용된다. 포토다이오드는 4개의 영역으로 분활된 포토다이오드가 사용되며, 각각의 영역은 절연된 상태에서 레티클(7)에서 반사된 광의 위상차를 검출하기 위해 발광부(21) 및 수광부(22)는 프레임(10)의 상측에 소정 거리로 이격된 상태에 고정 설치된다.

수광부(22)에서 검출된 위상차 신호는 4분활된 포토다이오드의 각각의 영역에서 전류신호로 출력된다. 출력되는 각각의 전류신호는 제어부(41∼46)에서 수신받는다. 제어부(41∼46)는 수신된 전류신호와 미리 정해진 정상적인 기울기의 정보와 비교하고, 비교 결과 기울기가 정상적이지 않으면 기울기 조정 장치(30)를 구동시키게 된다.

기울기 조정 장치(30)는 도 3에 도시된 바와 같이 프레임(10)의 하측 각면의 일측단 중앙에 각각 설치된다. 프레임(30)의 한 변에 각각 설치됨으로써 본 발명에서는 4개가 설치되며, 각각의 기울기 조정 장치(30)는 모터(31), 캠유니트(32), 경사면부재(33), 샤프트(34) 및 변위센서(35)로 구성된다.

기울기 조정 장치(30)를 조정하기 위해 제어부(41∼46)는 모터 구동신호를 출력한다. 제어부(41∼46)로부터 출력되는 모터 구동신호를 수신받은 모터(31)는 회전한다. 모터(31)가 회전되면 캠유니트(32)에 의해 회전 운동을 직선운동으로 변환시키게 된다. 캠유니트(32)에 직선운동으로 변화되면 일측단이 캠유니트(32)에 조립 설치된 경사면부재(33)가 직선운동을 하게 된다.

경사면부재(33)가 직선운동을 함으로써 경사면(33a)에 접촉된 샤프트(34)의 볼(ball)(34a)이 회전하게 되고, 이 회전과 동시에 경사면(33a)을 따라 샤프트(34)가 수직 방향으로 상승 및 하강하게 된다. 샤프트(34)의 상승 및 하강으로 프레임(10)은 기울기를 조정하게 되며 기울진 정도를 변위센서(35)에서 감지하게 된다. 변위센서(35)는 경사면부재(33)와 일측단에 고정 접촉되어 경사면부재(33)의 직선운동시 저항의 변화를 발생한다.

경사면부재(33)의 직선운동에 따라 저항이 변화되기 위해 변위센서(35)는 도 4에서와 같이 포텐셔미터(potentiometer)가 사용된다. 포텐셔미터는 가변저항(VR)으로 구성되며 경사면부재(33)의 직선운동에 따라 가변저항(VR)의 저항이 변하게 된다. 가변저항(VR)의 변화를 제어부(41∼46)에서 수신받아 경사면부재(33)의 이동 변위를 산출하여 프레임(10)의 기울기 변화량을 감지하게 된다.

기울기의 변화량이 감지되면 제어부(41∼46)는 경사면부재(33)가 모터 구동신호에 비례하여 정확한 거리를 이동하였는지를 판단하게 된다. 판단 결과, 모터 구동신호에 비례하여 정확하게 이동되지 않으면 모터(31)를 구동시켜 경사면부재(33)를 이동시켜 프레임(10)의 기울기를 조정하게 된다.

이와 같이 프레임(10)의 기울기를 조정하고 레티클(7)의 기울기가 정확한지를 검사하는 제어부(41∼46)는 I/V(전류/전압) 변환기(41), A/D(analog to digital) 변환기(42), 제어기(43), D/A(digital to analog) 변환기(44), 모터 드라이버(dirver)(45) 및 전원 앰프(46)로 구성된다.

I/V 변환기(41)는 광학센서(21,22)로부터 출력되는 전류를 신호를 수신받아전압신호를 변환시켜 출력하고, I/V 변환기(41)로부터 출력되는 전압신호를 A/D 변환기(42)에서 수신받는다. 전압신호를 수신받아 A/D 변환기(42)는 수신된 전압신호와 변위 센서(35)로부터 출력되는 저항의 변위 신호를 수신받아 디지털 신호로 변환시켜 출력한다.

A/D 변환기(42)로부터 출력되는 디지털 신호는 제어기(43)에서 수신받는다. 제어기(43)는 노광장치에 사용되는 컴퓨터로 구성될 수 있으며, 디지탈 신호를 수신받은 제어기(43)는 수광부(22)에서 출력되어 디지탈 신호로 변환된 신호를 수신받아 미리 저장된 레티클의 정상 기울기 정보와 비교한다. 비교 결과, 정상이면 프레임(10)의 기울기 조정을 생략하게 되고, 정상이 아니면 프레임(10)의 기울기를 조정하기 위한 모터 제어신호를 발생한다. 제어기(43)는 또한 저항의 변위 신호를 수신받아 현재 경사면부재(33)의 이동 변위가 정확한지를 판단하고, 판단결과 정확하지 않으면 모터(31)를 구동시켜 정확하게 경사면부재(33)를 이동시켜 프레임(10)의 기울기를 조정하게 된다.

제어기(43)에서 발생된 모터 제어신호는 D/A 변환기(44)에서 수신받는다. 모터 제어신호를 수신받은 D/A 변환기(44)는 수신된 모터 제어신호를 아나로그 신호로 변환시켜 출력한다. 출력되는 아나로그 신호를 모터 드라이버(45)에서 수신받는다. 모터 드라이버(45)는 수신된 아나로그 신호에 따라 모터(31)를 구동시키기 위한 모터 구동신호를 출력한다.

모터 드라이버(45)로부터 출력되는 모터 구동신호는 전원 앰프(46)에서 수신받는다. 모터 구동신호를 수신받은 전원 앰프(46)는 수신된 모터 구동신호를 소정 레벨로 증폭시켜 출력한다. 전원 앰프(46)로부터 출력되는 모터 구동신호를 수신받은 모터(31)는 회전되어 경사면부재(33)를 직선운동시켜 프레임(10)의 기울기를 조정하게 된다.

이러한 연속적인 동작을 통해 광학센서(21,22)에서 레티클(7)의 기울기를 검사하고 검사된 결과에 따라 기울기 조정 장치(30)를 구동하여 프레임(10)을 조정함으로써 자동으로 레티클(7)의 기울기를 조정하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 반도체 노광 장치에서 레티클이 장착되는 레티클 스테이지의 기울기를 자동으로 조정함으로써 레티클의 비정상적인 기울기로 인한 레티클 패턴의 빛 이미지 초점 오류를 방지시켜 반도체 소자의 생산성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (7)

1. (정정)반도체 노광장치의 레티클 스테이지 조정 장치에 있어서,

   레티클이 장착되는 프레임;

   회전력을 발생하는 모터, 상기 모터의 회전 운동을 직선운동으로 변환시키는 캠유니트, 상기 캠유니트와 일측단에 연결되어 직선운동을 하는 경사면부재, 상기 프레임의 저면에 장착되고 상기 경사면부재의 경사면과 접하게 설치되어 경사면부재의 직선운동에 의해 수직운동을 하는 샤프트(shaft), 및 상기 경사면부재의 저면에 장착되어 경사면부재의 이동 변위를 검출하는 변위센서로 구성되는 기울기 조정 장치;

   상기 프레임에 장착된 레티클의 표면에 광을 입사시키고 입사된 광의 반사광을 수광하여 전류 신호로 변환시켜 출력하는 광학센서; 및

   상기광학센서로부터 출력되는 전류신호를 수신받아 미리 설정된 정보와 비교하여 레티클의 기울기를 검출하고 기울기가 비정상이면 상기 기울기 조정 장치를 구동시켜 상기 프레임의 기울기를 조정하는 제어부로 구성됨을 특징으로 하는 레티클 스테이지의 자동 기울기 조정 장치.
2. (삭제)
3. (정정)제 1 항에 있어서,상기 변위센서는 포텐셔미터(potentiometer)가 사용됨을 특징으로 하는 레티클 스테이지 자동 기울기 조정 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 광학센서는 레티클의 표면에 광을 입사하는 발광부;

   상기 발광부로부터 입사된 광이 레티클의 표면에서 반사된 광을 수광받는 수광부로 구성됨을 특징으로 하는 레티클 스테이지 자동 기울기 조정 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 발광부는 발광다이오드(Light emitting diode)가 사용됨을 특징으로 하는 레티클 스테이지 자동 기울기 조정 장치.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 수광부는 4분할 포토다이오가 사용됨을 특징으로 하는 레티클 스테이지 자동 기울기 조정 장치.
7. (정정)제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제어부는 상기 광학센서로부터 출력되는 전류를 신호를 수신받아 전압신호를 변환시켜 출력하는 I/V 변환기;

   상기 I/V 변환기로부터 출력되는 전압신호를 수신받아 디지털 신호로 변환시키는 A/D 변환기;

   상기 A/D 변환기로부터 출력되는 디지털 신호를 수신받아 미리 저장된 레티클의 정상 기울기 정보와 비교하고 비교 결과 레티클의 기울기가 정상이 아니면 모터 제어신호를 발생하는 제어기;

   상기 제어기로부터 출력되는 모터 제어신호를 수신받아 아나로그신호로 변환시켜 출력하는 D/A 변환기;

   상기 D/A 변환기로부터 출력되는 아나로그신호를 수신받아 모터를 구동하기 위한 모터 구동신호를 출력하는 모터 드라이버; 및

   상기 모터 드라이버로부터 출력되는 모터 구동신호를 수신받아 소정 레벨로 증폭하여 출력하는 전원 앰프로 구성됨을 특징으로 하는 레티클 스테이지 자동 기울기 조정 장치.