KR19980047266A - TTL alignment device of wafer stepper by holography method - Google Patents

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이각현
권진혁
우경철
김도훈
정해빈
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양승택
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Abstract

본 발명은 ArF 엑시머 레이저를 광원으로 하는 스텝 및 스캔(Step Scan)형 반도체 노광장비에 있어서 회로 패턴을 담고 있는 레티클과 웨이퍼를 TTL(Through The Lens)방식으로 직접 정렬하는 광학 시스템에 관한 내용으로서, 홀로그라피(holography) 방식에 의한 위상공액파(phase conjugate wave)를 발생시켜 노광 광원과 정렬광원의 색수차를 보정하는 방법을 제시하고, ArF 엑시머 레이저를 노광 광원으로 사용하는 웨이퍼 스텝퍼에서 레티클과 웨이퍼의 위치를 직접 정렬하는 TTL 정렬방법을 제시한다.The present invention relates to an optical system for directly aligning a reticle and a wafer containing a circuit pattern in a through the lens (TTL) method in a step and step type semiconductor exposure apparatus using an ArF excimer laser as a light source. A method of correcting chromatic aberration of an exposure light source and an alignment light source by generating a phase conjugate wave by holography method, and using a ArF excimer laser as an exposure light source, We present a TTL alignment method that directly aligns positions.

Description

홀로그라피 방식에 의한 웨이퍼 스텝퍼의 티티엘(TTL) 정렬 장치TTL alignment device of wafer stepper by holography method

본 발명은 홀로그라피 방식에 의한 웨이퍼 스텝퍼의 티티엘(TTL) 정렬 장치에 관한 것으로, 특히 ArF 역시머 레이저를 광원으로 하는 스텝 및 스캔(Step Scan)형 반도체 노광장비에서, 회로 패턴을 담고 있는 레티클과 웨이퍼를 TTL(Through The Lens)방식으로 직접 정렬하는 광학 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a TiTL (TTL) alignment device for wafer steppers by holography, particularly in a step scan type semiconductor exposure apparatus using ArF laser laser as a light source, and a reticle containing a circuit pattern. An optical system for directly aligning a wafer in a through the lens (TTL) manner.

기존의 방법으로는 노광광원인 ArF 엑시머 레이저(193㎚)와 정렬광인 Ar 레이저(488,514.5㎚)와의 파장 차이에 의한 색수차 때문에 외부적으로 색수차를 보정하여야만 TTL 정렬이 가능하나 본 발명에서는 홀로그라피(holography) 방식에 의한 위상공액파(phase conjugate wave)를 발생시켜 색수차를 보정하는 방법을 제시함으로써 ArF 엑시머 레이저를 노광 광원으로 사용하는 웨이퍼 스텝퍼에서 레티클과 웨이퍼의 위치를 직접 정렬하는 TTL 방법을 제시한다.Conventionally, TTL alignment is possible only by externally correcting chromatic aberration due to chromatic aberration caused by the wavelength difference between the ArF excimer laser (193 nm), which is an exposure light source, and the Ar laser (488,514.5 nm), which is an alignment light, but in the present invention, holography is performed. By presenting a method for correcting chromatic aberration by generating a phase conjugate wave by the method), a TTL method for directly aligning the position of the reticle and the wafer in a wafer stepper using an ArF excimer laser as an exposure light source is presented.

최근 들어 반도체 메모리 칩의 집적도가 증가함에 따라 회로의 선폭은 더욱 작아지게 되었으며 이를 만족시키기 위해서는 고 분해능의 리소그라피(lithography) 장비가 필요하다. 투영식 광 리소그라피에서의 분해능(R)과 촛점심도(DOF)는 다음 식과 같이 주어진다.Recently, as the degree of integration of semiconductor memory chips increases, the line width of the circuit becomes smaller, and high resolution lithography equipment is required to satisfy this. The resolution (R) and depth of focus (DOF) in projected optical lithography are given by

R = K1(λ/NA)R = K1 (λ / NA)

DOF = K2(λ(NA)2 DOF = K2 (λ (NA) 2

여기서, K1과 K2는 공정 상수이고, λ는 노광 광원의 파장, 그리고 NA는 렌즈의 개구수를 나타낸다. 위의 식이 나타내는 바와 같이 리소그라피 장비인 웨이퍼 스텝퍼의 분해능을 높이는 방법은 노광 광원의 단파장화, 개구수를 늘리는 것이다. 그러나 웨이퍼 스텝퍼의 고 분해능을 얻기 위해서 개구수를 늘리면 위의 식에서 보는 바와 같이 촛점심도가 개구수의 제곱에 반비례 하여 급격하게 감소하는 문제점이 있으며, 개구수가 큰 렌즈를 제작하는 데에도 상당한 기술적인 어려움이 뒤따르고 있으므로 웨이퍼 스텝퍼의 분해능을 높이기 위하여 노광 광원의 파장을 줄이는 방법을 택하고 있다. 현재 리소그라피 장비인 웨이퍼 스텝퍼의 노광 광원은 g-line, i-line 으로부터 파장이 248㎚인 ArF 엑시머 레이저를 거쳐 193㎚인 ArF 엑시머 레이저에 이르고 있다. 이와 같이 ArF 엑시머 레이저에서와 같이 노광 광원이 단파장화 됨에 따라 기존의 g-line, i-line의 웨이퍼 스텝퍼에서 문제시 되지 않았던 색수차가 문제가 되고 있다. ArF 엑시머 레이저의 파장인 193㎚의 DUV 광은 보통의 렌즈를 제작할 때 사용되는 유리에서는 강한 흡수가 일어나므로 DUV 영역의 광에 대해서도 투과가 잘 되는 용융석영(fused silica)으로 웨이퍼 스텝퍼의 투영렌즈를 만들어야 한다. 그런데 렌즈의 제작에 있어서 색수차를 제거하기 위해서는 굴절률이 서로 다른 재질을 사용해야 가능한데 ArF 엑시머 레이저를 노광 광원으로 사용하는 경우 투영렌즈를 제작할 수 있는 재질이 용융석영 뿐이므로 근본적으로 색수차를 제거할 수가 없다.Here, K1 and K2 are process constants, λ is the wavelength of the exposure light source, and NA is the numerical aperture of the lens. As shown in the above equation, the method of increasing the resolution of the wafer stepper, which is a lithography equipment, is to shorten the exposure light source and increase the numerical aperture. However, if the numerical aperture is increased to obtain the high resolution of the wafer stepper, the depth of focus decreases rapidly in inverse proportion to the square of the numerical aperture as shown in the above equation, and there are considerable technical difficulties in manufacturing a lens having a large numerical aperture. Following this, the method of reducing the wavelength of an exposure light source is taken in order to raise the resolution of a wafer stepper. The exposure light source of the wafer stepper, which is a lithography equipment, has now reached the ArF excimer laser having a wavelength of 248 nm from the g-line and i-line through an ArF excimer laser having a wavelength of 248 nm. As the exposure light source is shortened as in the ArF excimer laser, chromatic aberration, which is not a problem in the conventional g-line and i-line wafer steppers, becomes a problem. DUV light at 193 nm, which is the wavelength of ArF excimer laser, has strong absorption in the glass used to make a normal lens. Therefore, the projection lens of the wafer stepper is made of fused silica that transmits well to the light in the DUV region. You have to make it. However, in order to remove chromatic aberration, it is possible to use materials having different refractive indices. However, when the ArF excimer laser is used as an exposure light source, the material for manufacturing the projection lens is molten quartz, and thus chromatic aberration cannot be fundamentally removed.

상술한 바와 같이 ArF 엑시머 레이저를 광원으로 사용하는 노광 장비에 있어서, 색수차가 제거되지 않은 투영렌즈를 통해 레티클과 웨이퍼를 직접 정렬하는 TTL 정렬에서는 노광 광원인 ArF 엑시머 레이저(193㎚)와, 정렬광인 Ar 레이저(488,514.5㎚)와의 큰파장 차이로 인해 색수차가 더욱 커지게 된다. 그리하여 외부적으로 색수차를 보정하여야만 TTL정렬이 가능하다. 이러한 조건을 만족시켜 주기위해서 본 발명에서는 홀로그라피(holography) 방식에 의한 위상공액파(phase conjugate wave)를 발생시켜 색수차를 보정하는 방법을 고안하고 이 고안을 근거로 ArF 엑시머 레이저 광을 노광 광원으로 사용하는 웨이퍼 스텝퍼에서 레티클과 웨이퍼의 위치를 직접 정렬하는 것이 가능한 홀로그라피 방식에 의한 웨이퍼 스텝퍼의 티티엘(TTL) 정렬 위치를 제공하는데 그 목적이 있다.In the exposure apparatus using the ArF excimer laser as a light source as described above, in the TTL alignment in which the reticle and the wafer are directly aligned through the projection lens without chromatic aberration, the ArF excimer laser (193 nm), which is an exposure light source, and the alignment light The large wavelength difference with the Ar laser (488, 514.5 nm) results in greater chromatic aberration. Thus, TTL alignment is possible only by correcting chromatic aberration externally. In order to satisfy these conditions, the present invention devises a method for correcting chromatic aberration by generating a phase conjugate wave by holography, and based on this design, ArF excimer laser light is used as an exposure light source. It is an object of the present invention to provide a TTL alignment position of the wafer stepper by holography which enables the alignment of the position of the reticle and the wafer in the wafer stepper to be used.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 편광 선속 분할기(PBS)가 정렬광의 빛 나누개로 사용될 때 웨이퍼와 레티클로부터의 물체파와 기준파가 기록매질상에 간섭을 일으켜 홀로그램을 만들도록 하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is characterized in that when the polarized beam splitter (PBS) is used as the light splitting of the alignment light, the object wave and the reference wave from the wafer and the reticle cause interference on the recording medium to make a hologram. .

또한, 편광 선속 분할기(PBS)가 정렬광의 빛 나누개로 사용될 때 물체파의 정보가 기록되어진 홀로그램 상에 리딩 빔으로서 위상공액파를 이용해 물체파를 재생하여 웨이퍼와 레티클을 정렬하도록 하는 것을 특징으로 한다.In addition, when the polarized beam splitter PBS is used as a light split of the alignment light, the object wave is reproduced using a phase conjugate wave as a leading beam on the hologram in which the information of the object wave is recorded, so that the wafer and the reticle are aligned. .

또한, 비 편광 선속 분할기(Non-PBS)가 정렬광의 빛 나누개로 사용될 때 웨이퍼와 레티클로부터의 물체파와 기준파가 기록매질 상에 간섭을 일으켜 홀로그램을 만드는 것을 특징으로 한다.In addition, when the non-polarized beam splitter (Non-PBS) is used as the light splitting of the alignment light, the object wave and the reference wave from the wafer and the reticle interfere with the recording medium to make a hologram.

또한, 비 편광 선속 분할기(Non-PBS)가 정렬광의 빛 나누개로 사용될 때 물체파와 정보가 기록된 홀로그램 상에 리딩 빔으로서 위상공액파를 이용해 물체파를 재생하여 웨이퍼와 레티클을 정렬하는 것을 특징으로 한다.In addition, when a non-polarization beam splitter (Non-PBS) is used as a light splitting of alignment light, the wafer and the reticle are aligned by regenerating the object wave using a phase conjugate wave as a leading beam on the hologram on which the object wave and information are recorded. do.

도 1은 편광 선속 분할기(PBS; ploarizing beam splitter)가 정렬광의 빛 나누개로 사용될 때 웨이퍼에서 반사된 반사광 레디클상의 정렬마크에서 회절된 회절광이 물체파들로서 기록매질 상에 입사하여 기준파와 간섭을 일으켜 홀로그램(hologram)을 만드는 장치도.FIG. 1 shows diffracted light diffracted at an alignment mark on a reflected light card reflected from a wafer when a ploarizing beam splitter (PBS) is used as light splitting of the alignment light. Also a device that produces a hologram.

도 2는 PBS(ploarizing beam splitter)가 정렬광의 빛 나누개로 사용되며 물체파의 정보가 기록된 홀로그램 상에 reading beam 으로서 위상공액파를 이용하여 물체파를 재생하여 웨이퍼와 레티클을 정렬하는 장치도.2 is an apparatus for aligning a wafer and a reticle by reproducing an object wave using a phase-conjugated wave as a reading beam on a hologram in which a PBS (ploarizing beam splitter) is used as the light splitter of the alignment light and the information of the object wave is recorded.

도 3은 비 편광 선속 분할기(Non-PBS; non-ploarizing beam splitter)가 정렬광의 빛 나누개로 사용될 때 홀로그램을 만드는 장치도.3 shows a device for making holograms when a non-ploarizing beam splitter (Non-PBS) is used as the light split of the alignment light.

도 4는 Non-PBS(non-ploarizing beam splitter)가 정렬광의 빛 나누개로 사용될 때 위상공액파를 이용하여 물체파를 재생하여 웨이퍼와 레티클을 정렬하는 장치도.4 is a device diagram of aligning a wafer and a reticle by reproducing an object wave using a phase-conjugated wave when a non-plosizing beam splitter (Non-PBS) is used as light splitting of alignment light.

도 5는 모서리 산란 검출의 원리를 나타내는 도면.5 shows the principle of edge scattering detection.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

101 : 정렬광원 시스템102 : fiber1101: alignment light source system 102: fiber1

103 : fiber2104 : fiber3103: fiber2104: fiber3

105 : ploarizer1106 : quarter wave platel105: ploarizer1106: quarter wave platel

107 : reticle align mount108 : reticle107: reticle align mount108: reticle

109 : 렌즈1110 : 물체파로쓰일 S파109: lens 1110: object wave S wave

111 : 반사경112 : 렌즈2111: reflector 112: lens 2

113 : cube beam splitter114 : 투영렌즈113: cube beam splitter 114: projection lens

115 : 웨이퍼116 : catadioptric lens115: wafer 116: catadioptric lens

117 : quarter wave plate2118 : quarter wave plate3117: quarter wave plate

119 : ploarizing beam splitter120 : S파119: ploarizing beam splitter 120: S wave

121 : ploarizer2122 : 렌즈3121: ploarizer2122: lens 3

123 : ploarizer3124 : 렌즈4123: ploarizer3124: lens 4

125 : 기준파로 쓰일 P파126 : 웨이퍼와 레티클로부터의 물체파125: P wave to be used as reference wave 126: object wave from wafer and reticle

127 : 기록매질128 : ploarization control loop1127: recording medium 128: ploarization control loop 1

129 : ploarization control loop2130 : ploarization loop3129: ploarization control loop 2130: ploarization loop 3

131 : fiber-optic beam coupler131: fiber-optic beam coupler

(도 2)(Figure 2)

201 : 정렬광원 시스템202 : fiber201: alignment light source system 202: fiber

203 : ploarization control loop204 : ploarizer203: ploarization control loop 204: ploarizer

205 : 렌즈1206 : 위상공액파로 쓰일 P파205 lens 1206 P wave to be used as a phase conjugate wave

207 : 홀로그램(hologram)208 : ploarizing beam splitter207: hologram 208: ploarizing beam splitter

209 : 신호광으로 쓰일 웨이퍼상에서 회절된 회절광209: diffracted light diffracted on a wafer to be used as signal light

210 : spatial filter1211 : detector1210: spatial filter1211: detector1

212 : quarter wave plate1213 : cube beam splitter212: quarter wave plate

214 : quarter wave plate2215 : catadioptric lens214: quarter wave plate 2215: catadioptric lens

216 : 투영렌즈217 : 웨이퍼216: projection lens 217: wafer

218 : 렌즈2219 : 반사경1218: Lens 2219: Reflector 1

220 : 렌즈3221 : reticle220: lens 3221: reticle

222 : reticle align mount223 : 반사경2222: reticle align mount 223: reflector 2

224 : 신호광으로 쓰일 레티클에서 회절된 회절광224 diffracted light diffracted in a reticle to be used as signal light

225 : spatial filter2226 : detector2225: spatial filter2226: detector2

(도 3)(Figure 3)

301 : 정렬광원 시스템302 : fiber1301: alignment light source system 302: fiber1

303 : fiber2304 : fiber3303: fiber2304: fiber3

305 : ploarizer1306 : S파305: ploarizer1306: S wave

307 : reticle align mount308 : reticle307: reticle align mount308: reticle

309 : 렌즈1310 : 반사경309 lens 1310 reflector

311 : 렌즈2312 : cube beam splitter1311: lens 2312: cube beam splitter1

313 : 투영렌즈314 : 웨이퍼313: projection lens 314: wafer

315 : quarter wave plate316 : catadioptric lens315: quarter wave plate 316: catadioptric lens

317 : cube beam splitter318 : S파317: cube beam splitter 318: S wave

319 : polarizer2320 : 렌즈3319: polarizer 2320: lens 3

321 : ploarizer3322 : 렌즈4321: ploarizer3322: lens 4

323 : 기준파로 쓰일 S파324 : 웨이퍼와 레티클로부터의 물체파323 S wave to be used as reference wave 324: Object wave from wafer and reticle

325 : 기록매질326 : polarization control loop1325: recording medium 326: polarization control loop 1

327 : polarization control loop2328 : polarization control loop3327 polarization control loop 2328 polarization control loop 3

329 : fiber-optic beam coupler329: fiber-optic beam coupler

(도 4)(Figure 4)

401 : 정렬광원 시스템402 : fiber401: alignment light source system 402: fiber

403 : polarization control loop404 : Polarizer403: polarization control loop 404: Polarizer

405 : 렌즈1406 : 위상공액파로 쓰일 S파405: Lens 1406: S wave to be used as phase conjugate wave

407 : 홀로그램(hologram)408 : cube beam splitter1407: hologram 408: cube beam splitter 1

409 : 신호광으로 쓰일 웨이퍼상에서 회절된 회절광409 diffracted light diffracted on the wafer to be used as signal light

410 : spatial filter1411 : detector1410: spatial filter 1411: detector1

412 : cube beam splitter2413 : quarter wave plate412: cube beam splitter

414 : catadioptric lens415 : 투영렌즈414: catadioptric lens 415: projection lens

416 : 웨이퍼417 : 렌즈2416: Wafer 417: Lens 2

418: 반사경 1419 : 렌즈3418: reflector 1419: lens 3

420 : reticle421 : reticle align mount420: reticle421: reticle align mount

422 : 반사경2422 reflector 2

423 : 신호광으로 쓰일 레티클에서 회절된 회절광423: diffracted light diffracted in a reticle to be used as signal light

424 : spatial filter2425 : detector2424: spatial filter2425: detector2

(도 5)(Figure 5)

501 : 정렬광502 : 모서리에서의 산란, 회절광501: alignment light 502: scattering at the edge, diffracted light

503 : 암시야의 오른쪽으로 산란, 회절광의 분포도503: scattering to the right of dark field, distribution of diffracted light

504 : 임사야의 왼쪽으로 산란, 회절광의 분포도504: scattering to the left of Imsaiah, distribution of diffracted light

505 : 암시야의 각 모서리, 방향으로의 총 산란, 회절광의 분포도505: total scattering in each corner and direction of the dark field, distribution of diffracted light

506 : 명시야의 반사광의 분포도507 : detector aperture506: distribution of reflected light in the bright field 507: detector aperture

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention;

도 1은 편광 선속 분할기(PBS; ploarizing beam splitter)가 정렬광의 빛 나누개로 사용될 때 레티클과 웨이퍼로부터의 물체파(object wave)가 기준파(reference wave)와 기록매질에서 간섭을 일으켜 홀로그램(hologram)을 만드는 장치도이다. 정렬 광원으로 쓰이는 Ar 레이저는 fiver-optic beam coupler(31)에 의해서 레티클 조명(102), 웨이퍼 조명(103), 기준파(104)를 위한 광으로 각각 나뉘어진다. 레티클에 있는 정렬 마크의 정보를 가진 물체파로 작용할 파는 광섬유(102)를 통해 레티클을 조명하며 이때 레티클을 조명하는 광은 편광자(polarizer)(105)에 의해 선편광 되거나 아니면 편광보전 광섬유(ploarization-maintaining fiber) 혹은 편광조절기(ploarization control loop, 130)에 의해 S파가 된다. S파는 다시 quarterwave plate(106)에 의해 원편광(circular polarization)이 된다. 렌즈계(109, 112)와 반사경(111)을 거쳐 cube beam splitter(113)에 의해 반사된 원편광된 광은 또 다른 quarter wave plate(118)를 통과해 P파로 편광되며, 편광 선속 분할기(ploarizing beam splitter)(119) 통과해 기록매질(127)에 레티클 상의 정렬마크 정보를 가진 물체파로 입사한다. 웨이퍼로부터 물체파를 얻기 위해 광섬유(103)로 전송된 광이 웨이퍼의 조명광으로 사용된다. 평행광을 얻기 위해 광섬유(103)으로부터 나온 광은 렌즈(122)를 지나게 된다. 렌즈(122)를 지난 광은 편광자(polarizer)(121), PM fiber 혹은 PCL(129)에 의해 S파가 되며 polarizing beam splitter(119)에 의해 반사되어진 광은 quarter wave plate(118)을 통과 후 원편광된 광을 얻게 된다. Cube beam splitter(113)를 통과한 원편광 된 광은 투영광학계(114)를 지난 후 웨이퍼(115)상에 알루미늄 코팅된 삿갓마크(∧)를 조명하게 된다. 조명된 광은 반사후 다시 Cube beam splitter(113)을 통과하며 그 후 quarter wave plate(118)을 통과한 다음 원편광 된 광이 P파로 바꾸어 ploarizing beam splitter(119)를 통과하고 기록매질(127)에 웨이퍼상의 삿갓마크의 정보를 가진 물체파로 입사하게 된다. 이와 같이 레티클과 웨이퍼로부터의 물체파(126)는 광섬유(104)를 통해온 광이 polarizer(123), PM fiber 혹은 PCL(128)에 의해 P파로 편광된 기준파(125)와 기록매질(127)상에서 간섭을 일으켜 홀로그램(hologram)을 만든다.1 is a hologram in which an object wave from a reticle and a wafer causes interference in a reference wave and a recording medium when a ploarizing beam splitter (PBS) is used as light splitting of alignment light. Is a device to make it. The Ar laser used as the alignment light source is divided into light for the reticle illumination 102, the wafer illumination 103, and the reference wave 104 by the fiver-optic beam coupler 31. The wave, which will act as an object wave with the information of the alignment marks in the reticle, illuminates the reticle through the optical fiber 102, wherein the light illuminating the reticle is linearly polarized by a polarizer 105 or otherwise a polarization-maintaining fiber. Or S wave by means of a polarization control loop (130). The S wave is again circularly polarized by the quarterwave plate 106. The circularly polarized light reflected by the cube beam splitter 113 via the lens systems 109 and 112 and the reflector 111 is polarized into P waves through another quarter wave plate 118 and is a polarizing beam splitting beam. Through the splitter 119, the recording medium 127 enters the recording medium 127 as an object wave having alignment mark information on the reticle. The light transmitted to the optical fiber 103 to obtain the object wave from the wafer is used as the illumination light of the wafer. Light from the optical fiber 103 passes through the lens 122 to obtain parallel light. The light passing through the lens 122 becomes the S wave by the polarizer 121, the PM fiber or the PCL 129, and the light reflected by the polarizing beam splitter 119 passes through the quarter wave plate 118. You get circularly polarized light. The circularly polarized light passing through the cube beam splitter 113 illuminates an aluminum coated scavenger mark on the wafer 115 after passing through the projection optical system 114. The illuminated light passes through the cube beam splitter 113 after reflection and then through the quarter wave plate 118, and then the circularly polarized light is converted into a P wave, passing through the ploarizing beam splitter 119 and the recording medium 127. Is incident on the object wave with the information of the hat mark on the wafer. As described above, the object wave 126 from the reticle and the wafer includes the reference wave 125 and the recording medium 127 in which light from the optical fiber 104 is polarized into a P wave by the polarizer 123, PM fiber or PCL 128. Interfere on) to produce a hologram.

도 2는 ploarizing beam splitter가 정렬광의 빛 나누개로 사용될 때 레티클과 웨이퍼의 물체파가 기록되어진 홀로그램(hologram)상에 reading beam으로서 위상공액파를 이용하여 물체파를 재생하고 레티클과 웨이퍼를 직접 정렬하는 장치도이다. 위상공액파로 reading beam인 광은 광섬유(202)를 통해온 후 polarization control loop(203), polarization-maintaining fiber 혹은 polarizer(204)에 의해 P파로 편광되고 렌즈(205)를 통과한 다음 평행광(206)이 된다. Reading beam은 홀로그램(hologram)상에 입사하여 물체파를 재생하며 홀로그램(hologram)으로부터 재생되어진 광은 대상물(object) 각 점의 정보를 가지고 레티클과 웨이퍼상의 정렬트랙(track)에 있는 정렬 마크(mark)에 입사한다. 먼저 재생되어진 웨이퍼 정보를 가진 물체파는 P편광 된 파이기 때문에 PBS(208)를 통과하게 된다. Quarter wave plate(212)에 의해 원편광 된 삿갓형태인 광은 cube beam splitter(213)를 통과, 투영렌즈계(216)를 지나 웨이퍼상의 정렬마크에 입사한다. 정렬마크 정렬마크로부터의 회절된 광은 CBS(213)을 지난 후 quarter wave plate(212)를 지나면서 S파로 편광되며 PBS(208)에 의해 반사된 회절광은 spatial filter1(210)을 거친 후 detector1(211)에 의해 검출된다. Detector는 +45°, -45°방향으로 정렬마크 모서리 부분에서 일어나는 산란, 회절광을 검출하기 위해 PMT(photomultiplier tube)를 사용하며 중앙부분은 반사광을 검출하기 위해 포토다이오우드를 사용한다. 검출되어진 신호로부터 웨이퍼의 위치를 보정할 수 있다. 다음으로 위상공액파에 의해 재생되어진 레티클의 정보를 가진 물체파도 P편광된 파이기 때문에 PBS(208)를 통과하게 된다. 통과한 P파는 quarter wave plate(212)에 의해 원편광된 광이되며 CBS(213)에서 반사된 재생 물체파는 렌즈(218, 220)들과 반사경(219)을 지나 레티클상의 정렬마크에 입사한다. 정렬마크로부터 회절된 광은 반사경(223)을 지나 spatial filter2(225)를 거친 후 detector2(226)에 검출된다. 검출원리는 웨이퍼에서의 경우와 동일하다. 검출된 신호로부터 레티클의 위치를 정렬할 수 있다.FIG. 2 shows a method of regenerating an object wave using a phase conjugate wave as a reading beam on a hologram in which the object wave of the reticle and the wafer is recorded when the ploarizing beam splitter is used as a light split of the alignment light, and directly aligning the reticle and the wafer. It is an apparatus diagram. The light, which is the reading beam of the phase conjugate wave, comes through the optical fiber 202 and is then polarized into the P wave by the polarization control loop 203, the polarization-maintaining fiber or the polarizer 204, passes through the lens 205, and then parallel light 206 ) The reading beam is incident on the hologram to reproduce the object wave, and the light reproduced from the hologram has the information of each point of the object, and the alignment mark on the alignment track on the reticle and the wafer. ). The object wave with the wafer information reproduced first passes through the PBS 208 because it is a P-polarized pie. The circular shaped polarized light by the quarter wave plate 212 passes through the cube beam splitter 213 and passes through the projection lens system 216 to enter the alignment mark on the wafer. Alignment Mark The diffracted light from the alignment mark is polarized into the S wave after passing through the CBS 213 through the quarter wave plate 212 and the diffracted light reflected by the PBS 208 passes through the spatial filter 1 210 and then detector 1 Is detected by 211. The detector uses a photomultiplier tube (PMT) to detect scattering and diffracted light that occurs at the corners of the alignment mark in the + 45 ° and -45 ° directions, and the photodiode is used to detect the reflected light in the center part. The position of the wafer can be corrected from the detected signal. Next, the object wave with information of the reticle reproduced by the phase conjugate wave also passes through the PBS 208 because it is a P-polarized pie. The passing P wave becomes circularly polarized light by the quarter wave plate 212, and the reproduced object wave reflected by the CBS 213 passes through the lenses 218 and 220 and the reflector 219 and enters the alignment mark on the reticle. The light diffracted from the alignment mark passes through the reflector 223, passes through the spatial filter 2 225, and is detected by the detector 2 226. The detection principle is the same as that in the wafer. The position of the reticle can be aligned from the detected signal.

도 3은 non-PBS(non-polarizing beam splitter)를 정렬광원의 빛 나누개로 사용할 경우 레티클과 웨이퍼로부터의 물체파가 기준파와 기록매질상에 간섭을 일으켜 홀로그램(hologram)을 만드는 장치이다. 정렬광원(301)으로 쓰이는 ArF 엑시머 레이저는 fiber-optic beam coupler(329)에 의해 레티클 조명(302), 웨이퍼 조명(303) 그리고 기준파(304)를 위한 광으로 각각 나뉜다. 레티클 조명광은 광섬유(302)로부터 전송되고 polarizer(305)에 의해 선편광되거나 혹은 편광보존 광섬유(PM fiber), 편광조절기(328)에 의하여 S파가 된다. S편광된 광은 렌즈(309, 311)와 반사경(310)을 지나 CBS(312)에서 반사되며 또 다른 CBS(317)를 통과하면서 레티클의 물체파로서 기록매질(325)에 입사하게 된다. 웨이퍼 조명광은 다른 광섬유(303)로부터 전송되어 와서 렌즈(320)를 통과해 평행광이 되고 polarizer(319), 편광보존 광섬유 혹은 편광 조절기(327)에 의해 S파가 된다. CBS(317)에 의해 반사되어진 S파는 또 다른 CBS(312)를 통과해서 투영광학계(313)를 지나 웨이퍼(314)상에 알루미늄 코팅된 삿갓마크에 입사/반사되어 두 CBS(312, 317)를 통과 물체파로서 기록매질(325)상에 입사하게 된다. 그리고 기준파로 쓰일 파가 광섬유(304)로부터 전송되어 polarizer(321), 편광보존 광섬유 혹은 편광조절기(326)에 의해 S파가 되어진 후 렌즈(322)에 의해 평행광이 된다. 그리하여 레티클과 웨이퍼로부터의 물체파가 기준파와 간섭을 일으켜 기록매질상에 홀로그램(hologram)을 생성한다.3 is a device for generating a hologram when a non-polarizing beam splitter (PBS) is used as a light splitter for an alignment light source and an object wave from a reticle and a wafer interferes with a reference wave and a recording medium. The ArF excimer laser used as the alignment light source 301 is divided into light for the reticle illumination 302, the wafer illumination 303, and the reference wave 304 by the fiber-optic beam coupler 329. The reticle illumination light is transmitted from the optical fiber 302 and linearly polarized by the polarizer 305 or S-wave by the polarization preservation optical fiber (PM fiber), the polarization controller 328. The S-polarized light is reflected by the CBS 312 through the lenses 309 and 311 and the reflector 310 and passes through another CBS 317 to enter the recording medium 325 as an object wave of the reticle. Wafer illumination light is transmitted from another optical fiber 303 and passes through the lens 320 to be parallel light, and S-wave by the polarizer 319, the polarization preservation optical fiber or the polarization controller 327. The S-waves reflected by the CBS 317 pass through another CBS 312, pass through the projection optical system 313, and enter / reflect to an aluminum coated scavenger mark on the wafer 314 to pass the two CBSs 312 and 317. Incident on the recording medium 325 as a passing object wave. A wave to be used as a reference wave is transmitted from the optical fiber 304 to become an S wave by the polarizer 321, the polarization preservation optical fiber, or the polarization controller 326, and then becomes parallel light by the lens 322. Thus, the object wave from the reticle and the wafer interferes with the reference wave, producing a hologram on the recording medium.

도 4는 non-PBS가 정렬광의 빛 나누개로 사용될 때 위상공액파를 이용하여 물체파를 재생하고 웨이퍼와 레티클을 정렬하는 장치도이다. Reading beam으로서 위상공액파는 광섬유(402)로부터 전송되어 편광조절기(403) 아니면 polarizer(404) 혹은 편광보존 광섬유에 의해 S파가 되어진 후 렌즈(405)를 통과하여 평행광이 된다. 그리하여 위상공액파는 레티클과 웨이퍼의 물체파에 관한 정보를 가지고 있는 홀로그램(407)상에 입사하게 된다. 홀로그램(407)으로부터 재생되어진 레티클과 웨이퍼의 물체파는 각 점의 object 정보를 가지고 정렬track상의 정렬마크에 입사한다. 먼저 재생된 웨이퍼의 물체파는 두개의 CBS(408, 412)를 통과한 후 투영광학계(415)를 지나 웨이퍼(416)상의 정렬마크에 입사되며 정렬마크에 의해 회절된 회절광은 온 경로를 다시 거치면서 CBS(408)에 의해 반사되고 spatial filter1(410)를 거친후 detector1(411)에 의해 검출된다. 검출원리는 도 2에서의 원리와 동일하다. 검출된 신호로부터 웨이퍼의 위치를 정렬할 수 있다. 다음으로 재생된 레티클의 물체파는 CBS(408)를 통과, CBS(412)에 의해 반사된다. 그리고 렌즈(417, 419)와 반사경(418)을 거 친 정렬광은 레티클상의 정렬마크에 입사하게 된다. 정렬마크로부터 회절된 광은 반사경(422)에 의해 반사된 후 spatial filter2(424)를 거쳐 detector2(425)에 의해 검출되다. 검출원리는 웨이퍼에서와 동일하다. 검출되어진 신호로부터 레티클의 위치를 정렬할 수 있다.4 is an apparatus diagram of reproducing an object wave and aligning a wafer and a reticle using a phase conjugate wave when non-PBS is used as light splitting of alignment light. As the reading beam, the phase conjugate wave is transmitted from the optical fiber 402 and becomes the S wave by the polarization controller 403 or the polarizer 404 or the polarization preserving optical fiber, and then passes through the lens 405 to become parallel light. Thus, the phase conjugate wave is incident on the hologram 407 having information about the object wave of the reticle and the wafer. The object wave of the reticle and the wafer reproduced from the hologram 407 enters the alignment mark on the alignment track with the object information of each point. The object wave of the first regenerated wafer passes through two CBSs 408 and 412 and then passes through the projection optical system 415 to the alignment mark on the wafer 416, and the diffracted light diffracted by the alignment mark passes through the on path again. While being reflected by CBS 408 and passed through spatial filter 1 410, it is detected by detector 1 411. The detection principle is the same as that in FIG. The position of the wafer can be aligned from the detected signal. Next, the reproduced object wave of the reticle passes through the CBS 408 and is reflected by the CBS 412. The alignment light passing through the lenses 417 and 419 and the reflector 418 is incident on the alignment mark on the reticle. Light diffracted from the alignment mark is reflected by the reflector 422 and then detected by detector2 425 via spatial filter2 424. The detection principle is the same as in the wafer. It is possible to align the position of the reticle from the detected signal.

도 5는 정렬광에 의한 정렬마크에서의 모서리 산란 및 회절의 원리를 나타내는 원리도이다. 정렬광(501)이 정렬마크(502) 위를 이동하면서 오른쪽과 왼쪽 모서리 부분에서 산란(503)이 일어난다. 이때 모서리의 깊은 쪽으로는 산란이 많이 일어나며 높은 쪽으로는 상대적으로 산란이 적게 일어난다. 각 모서리에서 오른쪽으로 산란되는 암시야의 광 분포도(504)를 보여주고 있다. 또한 각 모서리에서의 왼쪽으로 산란되는 암시야의 광분포도(505)를 보여주고 있다. 그리고 총 산란광 분포도(506)는 각 모서리에서의 산란되는 광의 합을 의미한다. 명시야의 분포도(507)는 반사광에 의한 것이다. 이와 같이 암시야의 명시야의 광 검출은 +45°, -45°방향으로 놓여진 PMT(508)와 중앙에 위치한 포토다이오우드(509)에 의하여 검출되어진다.Fig. 5 is a principle diagram showing the principle of edge scattering and diffraction in alignment marks by alignment light. As the alignment light 501 moves over the alignment mark 502, scattering 503 occurs at the right and left edge portions. In this case, scattering occurs more deeply at the edge and less scattering at the higher side. The light distribution plot 504 of the dark field scattered to the right at each corner is shown. Also shown is a light distribution 505 of dark field scattered to the left at each corner. The total scattered light distribution map 506 means the sum of scattered light at each corner. The bright field distribution diagram 507 is due to the reflected light. As described above, light detection of the bright field of the dark field is detected by the PMT 508 placed in the + 45 ° and -45 ° directions and the photodiode 509 located at the center.

상술한 바와 같은 실시 예에 따라 본 발명에서 고안한 홀로그라피(holography) 방식에 의한 위상공액파를 이용한 웨이퍼 스텝퍼의 TTL 정렬 장치를 사용하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.According to the embodiment as described above, using the TTL alignment device of the wafer stepper using a phase conjugate wave by the holography method according to the present invention can obtain the following effects.

첫째, 지금까지의 인식으로는 렌즈에 존재하는 색수차를 제거하기 위해서는 렌즈 설계시 이를 고려하여 설계하여야만 가능했으나 본 고안에서는 렌즈설계와는 독립적으로 홀로그라피(holography) 방식에 의해 렌즈에 존재하는 색수차를 제거하는 것이 가능하게 되었다.First, in order to remove the chromatic aberration existing in the lens, it is possible to design it in consideration of the lens design. However, in the present design, the chromatic aberration existing in the lens by the holography method is independent of the lens design. It became possible to remove.

둘째, 홀로그라피(holography) 방식에 의해 색수차를 제거하는 방식은 투영렌즈에 존재하는 색수차 뿐만 아니라 렌즈의 설계나 제작시 포함될 수 있는 그밖의 결함에 의한 상의 왜곡성도 위상공액파의 특성에 의해 보상할 수 있는 장점을 가지고 있다.Second, the method of eliminating chromatic aberration by holography method compensates not only the chromatic aberration present in the projection lens but also the image distortion caused by other defects that may be included in the design or manufacture of the lens. It has advantages.

이상과 같은 고안을 근거로 한 TTL 정렬의 실시예에 따라 웨이퍼의 정렬을 실시하면 다음과 같은 장점들이 있다.According to the embodiment of the TTL alignment based on the above design, the alignment of the wafer has the following advantages.

첫째, 노광 광원의 파장이 원 자외선 영역인 193㎚의 ArF 엑시머 레이저 웨이퍼 스텝퍼의 경우, 색수차의 문제점 때문에 g-, i-line의 웨이퍼 스텝퍼의 경우에 가능했던 TTL 정렬 방식으로는 정렬이 불가능하다. 그러나 본 고안에서 제시한 방법은 투영렌즈에 어떠한 변화를 주지않고 TTL 정렬을 수행하기 때문에 노광 광원의 파장에 무관하게 TTL 정렬을 수행할 수 있다는 장점을 가지고 있다.First, in the case of the 193 nm ArF excimer laser wafer stepper whose wavelength of the exposure light source is the far-ultraviolet region, the TTL alignment method, which was possible in the case of g- and i-line wafer steppers, is impossible due to chromatic aberration problem. However, the proposed method has the advantage that TTL alignment can be performed regardless of the wavelength of the exposure light source because TTL alignment is performed without any change in the projection lens.

둘째, 홀로그라피(holography) 방식에 의한 TTL 정렬의 경우 홀로그램(hologram)의 위치 변화에 의한 정렬신호의 변화가 거의 없다. 왜냐하면 홀로그램(hologram)을 이용해서 정렬광을 재생하는데 홀로그램(hologram)으로 상을 재생하면 렌즈에 의한 결상과는 달리 회절과 간섭에 의한 결상이기 때문에 홀로그램(hologram)의 위치변화에 따라 정렬광의 재생상에 영향을 미치지 않는다.Second, in the case of TTL alignment using a holography method, there is almost no change in the alignment signal due to the change in the position of the hologram. Because reproducing the alignment light using a hologram, when the image is reproduced by the hologram, unlike the image formed by the lens, the image is formed by diffraction and interference. Does not affect.

Claims (4)

편광 선속 분할기가 정렬광의 빛 나누개로 사용될 때 웨이퍼와 레티클로부터의 물체파와 기준파가 기록매질 상에 간섭을 일으켜 홀로그램을 만들도록 하는 것을 특징으로 하는 홀로그라피 방식에 의한 웨이퍼 스텝퍼의 티티엘(TTL) 정렬 장치.TTL alignment of the wafer stepper by holographic method characterized in that when the polarizing beam splitter is used as the light splitting of the alignment light, the object wave and the reference wave from the wafer and the reticle cause interference on the recording medium to produce a hologram. Device. 편광 선속 분할기가 정렬광의 빛 나누개로 사용될 때 물체파의 정보가 기록 되어진 홀로그램 상에 리딩 빔으로서 위상공액파를 이용해 물체파를 재생하여 웨이퍼와 레티클를 정렬하도록 하는 것을 특징으로 하는 홀로그라피 방식에 의한 웨이퍼 스텝퍼의 티티엘(TTL) 정렬 장치.Holographic type wafers, characterized in that when the polarization beam splitter is used as the light splitting of the alignment light, the object wave is reproduced using the phase conjugate wave as the leading beam on the hologram on which the information of the object wave is recorded so as to align the wafer and the reticle. TTL alignment device of stepper. 비 편광 선속 분할기가 정렬광의 빛 나누개로 사용될 때 웨이퍼와 레티클로부터의 물체파와 기준파가 기록매질 상에 간섭을 일으켜 홀로그램을 만드는 것을 특징으로 하는 홀로그라피 방식에 의한 웨이퍼 스텝퍼의 티티엘(TTL) 정렬 장치.TTL alignment device of the wafer stepper by holographic method characterized in that the object wave and the reference wave from the wafer and the reticle interfere with the recording medium when the non-polarized beam splitter is used as the light splitting of the alignment light to make the hologram . 비 편광 선속 분할기가 정렬광의 빛 나누개로 사용될 때 물체파의 정보가 기록된 홀로그램 상에 리딩 빔으로서 위상공액파를 이용해 물체파를 재생하여 웨이퍼와 레티클을 정렬하는 것을 특징으로 하는 홀로그라피 방식에 의한 웨이퍼 스텝퍼의 티티엘(TTL) 정렬 장치.When the non-polarization beam splitter is used as the light splitting of the alignment light, the holographic method according to the holographic method characterized by aligning the wafer and the reticle by reproducing the object wave using the phase conjugate wave as a leading beam on the hologram on which the information of the object wave is recorded. TTL alignment device for wafer stepper.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020025702A (en) * 2000-09-29 2002-04-04 니시무로 타이죠 Recording apparatus for a holographic recording medium

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