KR20060054894A - 오토 포커스 시스템, 오토 포커스 방법 및 이를 이용한노광장치 - Google Patents

오토 포커스 시스템, 오토 포커스 방법 및 이를 이용한노광장치 Download PDF

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KR20060054894A
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Abstract

본 발명은 오토 포커스 시스템, 오토 포커스 방법 및 이를 이용한 노광장치에 관한 것으로, 본 발명의 따른 오토 포커스 시스템은 기판이 안착되는 스테이지와, 이 기판에 두개의 포커스 빔을 서로 다른 각도로 조사하는 두개의 측정 광원과, 기판에서 반사된 두개의 포커스 빔들을 검출하는 두개의 감지센서와 이 감지센서에서 감지된 포커스 빔들의 측정값에 따라 기판의 변동 위치를 연산 처리하여 기판의 포커스를 제어하는 제어수단으로 구비하고, 이때의 연산은 포커스 빔의 굴절률의 변화요소를 제거하여 연산할 수 있도록 함으로써 포커스 빔이 진행하는 매질에서 굴절률 변화가 있더라도 정확한 포커스가 이루어지도록 한다.

Description

오토 포커스 시스템, 오토 포커스 방법 및 이를 이용한 노광장치{Auto focus system, auto focus method and exposure apparatus using the same}
도 1은 본 발명에 따른 오토 포커스 시스템이 적용된 이머젼 노광장치를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 오토 포커스 시스템이 적용된 이머젼 노광장치에서 포커스 빔의 조사상태를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 오토 포커스 시스템에서의 포커스 연산 방법을 도표화한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 오토 포커스 시스템의 포커스 방법을 도시한 블럭도이다.
도 5는 본 발명에 따른 오토 포커스 시스템이 적용된 드라이 노광장치를 도시한 구성도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10...광원
20...연산기
30...제 1측정 광원
31...제 2측정 광원
40...제 1감지센서
41...제 2감지센서
본 발명은 오토 포커스 시스템, 오토 포커스 방법 및 이를 이용한 노광장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 오토 포커스를 위하여 두 개의 포커스 빔을 기판에 다른 각도로 조사하도록 한 오토 포커스 시스템, 오토 포커스 방법 및 이를 이용한 노광장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 제조공정 중 포토리소그래피 공정은 레티클에 디자인된 패턴을 웨이퍼(이하 “기판”이라고 한다) 표면에 도포된 감광막에 전사시키는 공정이고, 이 포토리소그래피 공정에서 가장 중요한 공정이 바로 노광 공정이다. 그리고 노광 공정에서 노광 빔의 포커스 정밀도는 기판 상에 정교한 패턴, 특히 다층 패턴을 형성함에 있어서 매우 중요한 한 요소다.
종래의 오토 포커스 시스템은 기판 상으로 포커스 빔을 조사하고, 기판 상에서 반사된 포커스 빔을 감지하여 포커스 상태를 측정하도록 되어 있다. 좀더 구체적으로 설명하면 어느 한 방향에서 비스듬히 포커스 빔을 기판에 입사하면, 입사된 포커스 빔은 렌즈와 기판 사이의 매질을 통과하여 기판 면에서 반사된 후 반대 방향에 위치한 감지센서 쪽으로 진행하게 된다.
이때 포커스 빔이 감지센서의 위쪽 또는 아래쪽으로 치우치는 양을 측정함으 로써 기판이 포커스 면에 위치하고 있는지 여부를 파악하게 되고, 이때의 측정 데이터를 바탕으로 기판 스테이지를 적절히 구동시켜 기판이 최적 포커스 면에 위치하도록 제어한다.
한편, 반도체 소자의 고집적화에 따라 회로패턴이 미세화 되고, 이에 따라 노광장치에도 필연적으로 해상력의 향상이 필요하므로 노광파장의 단 파장화 및 개구수의 증가가 요구된다. 노광파장의 단 파장화를 위하여 최근에는 출력파장 248nm를 가지는 불화 클립톤 엑시머 레이저(KrF 엑시머 레이저)에서 다시 출력파장 193nm를 가지는 불화 아르곤 엑시머 레이저 (ArF 엑시머 레이저)가 광원으로 채택되고 있다. 최근에는 F2 엑시머 레이저를 광원으로 채택한 기술도 제시되었다.
보다 더 미세한 패턴의 형성에 필요한 더욱 짧은 파장의 광원을 개발하는 것에 대한 기술적 어려움을 극복하기 위하여, 개구수의 증가를 통해 해상력을 높이는 방법으로 제시된 것이 이머젼 노광기술이다. 이머젼 노광 기술은 광원을 기존의 KrF, ArF, 또는 F2 엑시머 레이저를 사용하며, 기판과 광학계 사이에 이머젼 매질을 침투시켜 개구수의 증가를 가능하게 한다. 이러한 이머젼 노광 기술에 대한 종래 기술로는 미국등록특허 6,781,670, 미국등록특허 6,809,794 등을 참조할 수 있다.
이머젼 노광 기술이 채용된 이머젼 노광 장치는 이미 언급한 바와 같이 기판과 광학계 사이에 액체 상태의 이머젼 매질을 채워넣도록 되어 있다. 따라서 효과적인 공정을 수행하기 위해서는 이들 이머젼 매질의 굴절률이 일정하게 유지되는 것이 매우 중요하다. 그런데 이 이머젼 매질은 조사된 빔에 의하여 내부의 버블링 (bubbling) 및 온도 변화와 같은 변수에 의하여 내부의 굴절률이 국부적으로 변하게 되는 문제점이 발생한다.
이러한 이머젼 매질의 국부적인 굴절률 변화는 오포 포커스를 수행하는데 있어서 매우 큰 문제점으로 작용한다. 즉 오토 포커스를 수행하기 위하여 이머젼 매질 상으로 포커스 빔을 조사할 때, 포커스 빔이 이머젼 매질 내부의 굴절률이 변한 부분을 통과하게 되면 변화된 굴절률에 따라 광의 경로가 예상치 못한 방향으로 꺾이게 된다. 이것은 결국 오토 포커스 시스템에서 포커스 오차로 작용하게 된다. 그리고 이러한 포커스 오차는 이머젼 매질 뿐만 아니라 공기 또는 기타 다른 투과형 물질에서도 발생할 수 있다. 다시 말해서 굴절률 변화에 의한 포커스 오차는 이머젼 노광장치 뿐만 아니라 다른 드라이 노광장치에서도 발생할 수 있다는 것이다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 포커스를 측정할 때 두 개의 포커스 빔을 서로 다른 각도로 조사하여 포커스 상태를 측정함으로써 매질의 굴절률 변화 요소를 제거할 수 있도록 한 오토 포커스 시스템을 제공하기 위한 것이다.
전술한 목적과 관련된 본 발명의 다른 목적은 포커스 빔을 포커스를 측정할 때 두 개의 포커스 빔을 서로 다른 각도로 조사한 후 기판에서 반사된 포커스 빔의 위치를 측정한 다음 이때 포커스 빔이 통과하는 매질에서의 굴절률 변화 요소를 제거하여 포커스 상태를 측정할 수 있도록 한 오토 포커스 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 목적과 관련된 본 발명의 또 다른 목적은 포커스 빔을 서로 다른 각도로 두 번 조사하여 포커스 상태를 측정함으로써 이머젼 매질의 굴절률 변화 요소를 제거할 수 있도록 한 이머젼 노광장치를 제공하기 위한 것이다.
전술한 목적과 관련된 본 발명의 또 다른 목적은 포커스 빔을 서로 다른 각도로 두 번 조사하여 포커스 상태를 측정함으로써 광원과 기판 사이의 매질에 의한 굴절률 변화 요소를 제거할 수 있도록 한 노광장치를 제공하기 위한 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 오토 포커스 시스템은 기판이 안착되는 스테이지와, 이 기판에 두개의 포커스 빔을 서로 다른 각도로 조사하는 두개의 측정 광원과, 기판에서 반사된 두개의 포커스 빔들을 검출하는 두개의 감지센서와 이 감지센서에서 감지된 포커스 빔들의 측정값에 따라 기판의 변동 위치를 연산 처리하여 기판의 포커스를 제어하는 제어수단으로 구비한다.
그리고 이때의 연산방법은 포커스 빔의 굴절률의 변화요소를 제거하여 연산할 수 있도록 함으로써 포커스 빔이 진행하는 매질에서 굴절률 변화가 있더라도 정확한 포커스가 이루어지도록 한다.
그리고 이때의 연산방법을 위한 연산식은 아래와 같이 주어진다.
Figure 112004053225926-PAT00001
또한 이 연산식에서 f는 기판의 변동값이고,
Figure 112004053225926-PAT00002
는 제 1광원의 위치이고,
Figure 112004053225926-PAT00003
는 제 2광원의 위치이고,
Figure 112004053225926-PAT00004
는 제 1포커스 빔의 입사각이고,
Figure 112004053225926-PAT00005
는 제 2포커스 빔의 입사각이고,
Figure 112004053225926-PAT00006
는 제 1감지센서의 측정값이고,
Figure 112004053225926-PAT00007
는 제 2감지센서의 측정값을 의미한다.
한편, 이때의 제 1포커스 빔과 상기 제 2포커스 빔은 동시에 조사되는 것이 바람직하다.
또한, 제어수단은 연산을 수행하는 연산기와, 연산기에서 연산된 포커스 변동값과 기판의 포커스 기준값을 비교하여 기판의 포커스 위치를 조절하는 스테이지 제어기와 스테이지 제어기에 의해 스테이지를 구동시키는 스테이지 구동부를 구비한다.
그리고 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 오토 포커스 방법은 포커스 측정 대상이 되는 기판 상에 두 개의 포커스 빔을 다른 각도로 조사하는 포커스 빔 조사단계와, 기판에서 반사된 포커스 빔들을 감지하는 감지단계와, 감지단계에서 감지된 기판 위치에 대한 측정값에 따라 기판의 포커스 위치를 제어하는 제어 단계로 수행된다.
그리고 제어 단계는 기판의 포커스 변동값을 연산하는 연산 단계와 기판의 포커스 위치를 조절하는 조절 단계를 포함하며, 연산식은 이미 언급한 연산식과 조건을 사용할 수 있다.
그리고 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이머젼 노광장치는 광원과, 광원으로부터 조사된 광이 투영되는 광학계와, 광학계로부터 투영된 광이 노광되는 기판가 안착되는 기판 스테이지와, 광학계와 기판 사이에 채워진 이머젼 매질과, 기판 상으로 복수개의 포커스 빔을 다른 각도로 조사하는 포커스 측정 광원과, 기판에서 반사된 상기 포커스 빔들을 검출하는 감지센서와, 감지센서에서 검출된 신호에 따라 상기 기판 스테이지의 포커스 변동값을 연산하는 연산기와, 연산기로부터 얻은 변동값에 따라 기판의 포커스 위치를 판단하여 조절하는 스테이지 조절기를 구비한다. 이때 연산기는 이미 언급한 연산식과 조건을 사용할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 실시예를 설명한다. 본 발명의 오토 포커스 시스템은 반도체 제조용 노광장치에서 기판의 포커스를 제어하기 위하여 사용된다. 본 발명은 이머젼 노광장치 뿐만 아니라 드라이 노광장치에도 적용될 수 있다. 이하의 실시예는 이머젼 노광장치에 본 발명의 오토 포커스 시스템이 채용된 경우를 실시예로 하여 설명한다.
본 발명에 따른 오토 포커스 시스템이 채용되는 이머젼 노광장치는 도 1에 도시된 바와 같이 광원(10), 레티클(11)이 안착되는 레티클 스테이지(12), 광학계(13), 그리고 광학계(13)의 아래에 위치하며 기판(14)이 안착되는 기판 스테이지(15)와 이 기판 스테이지(15)와 광학계(13) 사이에 채워지는 이머젼 매질(16) 및 기판 스테이지(15)를 정렬시키기 위한 스테이지 구동부(22)로 구성된다.
광원(10)은 엑시머 레이저를 사용한다. 엑시머 레이저는 KrF 엑시머 레이저 또는 ArF 엑시머 레이저가 채용될 수 있다. 본 실시예에서는 KrF보다 단파장을 제공하는 ArF 엑시머 레이저가 사용한다. 그러나 F2엑시머 레이저와 같이 보다 더 단파장을 가지는 다른 종류의 광이 채용될 수 있다.
레티클(11)은 광원(10)의 광 경로 하부에 위치한다. 이 레티클(11)은 기판(14) 상에 형성하고자 하는 회로 패턴이 디자인된 석영판으로 형성된다. 레티클 스테이지(12)는 이 레티클(11)이 안착되는 것이다. 이 레티클 스테이지(12)는 도면에 도시하지 않았지만 별도의 구동장치에 의하여 레티클(11)의 정렬이 이루어지도록 한다.
광학계(13)는 동일한 광축을 갖는 복수 장의 렌즈로 이루어져 있으며 축소 투영 배열을 발휘하도록 되어 있다. 즉 광원(10)으로부터 광이 조명되면 조명영역부분의 레티클(11)의 패턴이 이 광학계(13)를 거쳐 투영배율로 축소된 이미지로 기판(14) 표면의 감광층에 노광되도록 한다. 또한 광학계(13)는 광축방향으로 이동이 가능하도록 되어 축소 투영과 함께 렌즈 정렬이 가능하게 되어 있다.
기판 스테이지(15)는 광학계(13)를 거쳐 투영된 레티클(11)의 패턴이 결상되는 기판(14)이 안착되는 것이다. 그리고 광학계(13)와 기판(14) 사이로는 이머젼 매질 공급부(17)로부터 공급된 이머젼 매질(16)이 흐르도록 구성된다. 그리고 다르게 이머젼 매질이 채워진 컨테이너를 사용할 수 있다.
그리고 기판 스테이지(15)의 일측에는 오토 포커스 시스템이 마련된다. 본 발명의 오토 포커스 시스템은 non-TTL(through the lens) 방식을 채택한다.
본 발명의 오토 포커스 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이 제 1포커스 빔(B1)을 조사하는 제 1측정 광원(30)과 제 2포커스 빔(B2)을 조사하는 제 2측정 광원(31)을 구비한다.
제 1측정 광원(30)과 제 2측정 광원(31)은 제 1포커스 빔(B1)과 제 2포커스 빔(B2)을 서로 다른 각도로 기판(14)의 동일 위치를 향하여 조사한다. 그리고 이때 조사되는 포커스 빔(B1)(B2)들은 동일 시간에 조사되는 것이 바람직하다. 왜냐하면 시간 변동에 따른 포커스 빔(B1)(B2)이 투과하는 매질 즉, 이머젼 매질(16)의 굴절률이 온도 등의 외부 요건 등에 의하여 계속해서 변화할 수 있기 때문이다.
또한 오토 포커스 시스템은 제 1측정 광원(30)과 제 2측정 광원(31)의 반대방향, 즉 수광위치에 설치된 감지센서(40)(41)를 구비한다. 이 감지센서(40)(41)는 제 1포커스 빔(B1)을 수광하는 제 1감지센서(40)와 제 2포커스 빔(B2)을 수광하는 제 2감지센서(41)를 구비하고, 이 각각의 감지센서(40)(41)로 감지된 측정값에 따라 기판(14)의 변동값을 연산하는 연산기(20)를 구비한다. 그리고 오토 포커스 시스템은 연산기(20)에서 연산된 값에 따라 기판 스테이지(15)의 스테이지 구동부(22)를 제어하는 스테이지 제어기(21)가 마련된다.
한편, 연산기(20)는 제 1포커스 빔(B1)과 제 2포커스 빔(B2)을 사용하여 이머젼 매질(16)에서의 굴절률 변화에 따른 성분과, 기판(14)의 위치 변동에 따른 성분을 분리한 후 굴절률 변화 성분을 제거하여 이머젼 매질(16)에서 굴절률이 변동하더라도 정확한 오토 포커스가 수행되도록 한다.
굴절률 변화에 의한 오토 포커스의 문제점을 간략하게 다시 한번 살펴보면, 이머젼 매질(16)의 굴절률(n)이 일정하지 않을 경우 굴절률(n)의 변동에 따라 포커스 빔(B1)(B2)의 휨이 함께 변동하게 된다. 이에 따라 기판(14)으로부터 반사된 포커스 빔(B1)(B2)이 감지센서(40)(41)에 도달하는 위치 또한 변동하게 되며, 이는 실제적으로는 기판(14)의 위치가 변동되지 않았는데도 오토 포커스 시스템은 기판 (14)의 위치가 변동되었다고 잘못 인식하게 되는 원인이 된다.
이러한 문제를 해소하기 위하여 굴절률 변동 성분을 제거한 정확한 포커스 연산을 수행한다.
본 발명의 연산을 수행하기 위하여 먼저 광학적으로 빔을 경로를 아래와 같이 수학식 1을 도입하여 사용한다. 이 수학식 1은 “Born & Wolf”의 "Principles of Optics"(p.130)를 참조한다.
Figure 112004053225926-PAT00008
여기에서 r=(x, y)은 포커스 빔(B1)(B2)의 경로를 나타내는 벡터이고, s는 포커스 빔(B1)(B2)의 경로 위에서의 거리, n은 이미 언급한 바와 같이 굴절률을 나타낸다. 도 1에서 기판(14)에 평행한 방향을 x, 수직 방향을 y라고 할 때, x, y 각 성분 별로 나타내면 아래의 수학식 2와 같이 된다.
Figure 112004053225926-PAT00009
이 수학식 2에서 노광장치의 경우 광학계(13)와 기판(14) 사이의 거리는 수 mm로 매우 가깝다. 반면에 각각의 측정 광원(30)(31)과 감지센서(40)(41) 사이의 길이는 상대적으로 매우 길기 때문에 x에 비해 y 방향의 길이가 매우 짧게 되어 y 방향의 굴절률 변동을 무시할 수 있다. 따라서 n값은 x만의 함수가 된다. 즉, n=n(x)으로 표시될 수 있다.
한편, 포커스 빔의 조사 각도는 아래의 수학식 3과 같이 표시되고, 계속해서 수학식 4가 주어진다.
Figure 112004053225926-PAT00010
Figure 112004053225926-PAT00011
따라서 n=n(x)과 수학식 4를 수학식 2에 대입하면 아래의 수학식 5가 구해진다.
Figure 112004053225926-PAT00012
이 수학식 5에 따라 n(dy/dx)=const, 또는 수학식 3으로부터 nθ=const 라는 결과를 얻게 된다. 이 결과에 따라 본 발명에서와 같이 두 개의 포커스 빔을 이용한 포커스 변동값(f)을 산출하는 연산식을 이하에서 유도한다.
먼저 측정 광원(30)(31)으로부터 포커스 빔이 나오는 각을 θ0, 측정 광원(30)(31)에서의 위치인 y값을 y0, 그리고 측정 광원(30)에서 n값을 n0라고 하면 n(dy/dx)=일정(const), 또는 수학식 3으로부터 nθ=일정(const) 라는 결과에 따라 아래의 수학식 6과 이 수학식 6을 적분한 수학식 7을 최종적으로 얻게 된다.
Figure 112004053225926-PAT00013
Figure 112004053225926-PAT00014
한편, 실제의 포커스 빔(B1)(B2)은 도 3에 도시된 바와 같이 실선의 경로를 따라 이머젼 매질(16)에 입사되어 소정 높이(f)에 있는 기판(14)의 표면에서 반사된다. 이 소정높이가 본 발명에서 얻고자 하는 변동값이 된다. 그리고 y=0의 면은 광학계(13)의 포커스 면으로써, 별도의 방법으로 계산된 주어진 기준값이다. 그리고 θ0 는 측정 광원(10)에서 나오는 포커스 빔(B1)(B2)의 각도이다.
포커스 빔(B1)(B2)의 반사로 인한 각도의 꺾임으로 인하여 계산이 복잡해지므로, 이를 보다 효과적으로 계산하기 위하여 변동값인 소정 높이(f)에서 반사된 포커스 빔(B1)(B2)의 대칭 이미지를 활용한다. 즉 포커스 빔(B1)(B2)은 이머젼 매 질(16)의 굴절률 변화로 인해 발생한 경로 변화를 겪으면서 도 3에 도시된 바와 같이 yL 에 도달한다, 이때 이 yL 의 대칭이미지는 iL 이 된다. 따라서 아래와 같이 수학식 8이 구해진다.
Figure 112004053225926-PAT00015
따라서 iL 의 위치는 수학식 7에 의하여 아래와 같이 수학식 9로 나타내어진다. 여기서 L은 측정 광원(30)(31)에서 감지센서(40)(41)까지의 x축 방향 거리를 나타내는 것이다.
Figure 112004053225926-PAT00016
그리고 수학식 9에서 적분요소를 수학식 10과 같이 "C"로 표시한다.
Figure 112004053225926-PAT00017
다음으로 도 2에서 제 1측정 광원(30)을 "(1)"로 표시하고, 제 2측정 광원(31)을 "(2)"로 표시하게 되면 수학식 8과 수학식 9는 수학식 11과 같이 표시된다.
Figure 112004053225926-PAT00018
이 연립방정식을 풀면 수학식 12를 얻게 되어 "C"가 결정되고, 따라서 기판(14)의 실제 변동을 나타내는 변동값인 소정높이(f)를 아래의 수학식 13과 같이 얻게 된다.
Figure 112004053225926-PAT00019
Figure 112004053225926-PAT00020
이 수학식 13에서
Figure 112004053225926-PAT00021
,
Figure 112004053225926-PAT00022
는 두 측정 광원(30)(31)의 위치이고,
Figure 112004053225926-PAT00023
,
Figure 112004053225926-PAT00024
는 두 포커스 빔(B1)(B2)의 각도로써 이는 미리 정해져 있는 값이다. 그리고
Figure 112004053225926-PAT00025
,
Figure 112004053225926-PAT00026
는 각각의 감지센서(40)(41)에서 감지한 측정된 값이므로 수학식 13의 우변은 결정된다. 따라서 수학식 13의 좌변에서 기판(14)의 변동값인 소정높이(f)가 정확 하게 구해지며, 굴절률의 변동으로 인한 성분이 제거된 포커스 측정이 이루어지게 된다.
이하에서는 전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 이머젼 노광장치의 오토 포커스 시스템의 포커스 측정 방법에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 오토 포커스 시스템의 포커스 측정 방법은 도 4에 도시된 바와 같이 크게 포커스 빔 조사단계(S100), 포커스 빔들을 감지하는 감지단계(S200) 그리고 포커스 위치를 제어하는 제어단계(S300)(S400)로 수행된다.
포커스 빔 조사단계(S100)는 제 1측정 광원(30)과 제 2측정 광원(31)을 서로 다른 각도로 서로 다른 위치에서 기판(14)의 동일부분을 향하여 동일 시간에 제 1포커스 빔(B1)과 제 2포커스 빔(B2)을 각각 조사하도록 하는 단계이다.
그리고 감지단계(S200)는 조사된 포커스 빔(B1)(B2)들이 기판(14)에서 반사되면 이들 제 1포커스 빔(B1)과 제 2포커스 빔(B2)을 각각의 제 1감지센서(40)와 제 2감지센서(41)에서 감지하는 단계이다.
그리고 제어단계는 제 1감지센서(40)와 제 2감지센서(41)에서 감지된 제 1포커스 빔(B1)과 제 2포커스 빔(B2)의 측정값을 입력하여 기판(14)의 포커스 변동값(f)을 연산하는 연산 단계(S300)와, 연산단계(S300)에서 연산된 변동값(f)에 따라 정확한 포커스 위치로 기판(14)을 조절하는 조절단계(S400)이다.
이 연산단계(S300)는 제 1포커스 빔(B1)과 2포커스 빔(B2)의 위치(
Figure 112004053225926-PAT00027
,
Figure 112004053225926-PAT00028
)와 입사각도(
Figure 112004053225926-PAT00029
Figure 112004053225926-PAT00030
) 그리고 각각의 감지센서(40)(41)에서 측정한 측정값(
Figure 112004053225926-PAT00031
,
Figure 112004053225926-PAT00032
)을 입력받아 이미 언급한 연산식으로 연산하도록 하고, 이 연산에 의하여 포커스 변동값(f)이 얻어진다.
이와 같은 방법으로 오토 포커스일 수행하면 이미 언급한 바와 같이 포커스 빔(B1)(B2)이 통과하는 이머젼 매질(16)에서의 굴절률의 변화가 발생하더라도 이 굴절률 변화 요소는 효과적으로 제거된 상태에서 순수한 기판(14)의 변동값(f)이 계산될 수 있게 된다.
그리고 기판(14)을 조절하는 조절단계(S400)는 연산단계(S300)에서 얻어진 변동값(f)에 따라 기준값(y=0)을 스테이지 제어기(21)에서 비교하고, 이 비교결과에 따라 스테이지 제어기(21)는 스테이지 구동부(22)에 조절되어야 하는 위치를 제공하고, 스테이지 구동부(22)는 이에 따라 기판(14)의 포커스를 조절함으로써 오토 포커스가 수행된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 것으로 드라이 노광장치에 본 발명의 오토 포커스 시스템 및 오토 포커스 방법을 적용한 상태를 도시한 도면이다. 드라이 노광장치에서는 이머젼 매질이 사용되지 않는다. 그러나 드라이 노광장치에서도 기판(14)과 광학계(13) 사이에 소정크기의 간격(G)이 형성되어 있으므로 이 간격(G)에서 굴절률 변화가 발생할 수 있다. 따라서 이때에도 본 발명과 같은 오토 포커스 시스템 및 방법을 채용하면 보다 정확한 오토 포커스가 가능하다. 한편, 도 5에서 설명하지 않은 구성요소 중 도 1과 동일한 구성요소는 동일부호로 나타내었다. 따라서 이들 동일구성에 대한 설명과 이들의 작용은 이머젼 노광장치에 대한 실시예를 참조하여 이해할 수 있을 것이다.
전술한 바와 같은 본 발명의 실시예 외에 각각의 구성요소들을 일부 변형하여 다르게 실시할 수 있을 것이다.
즉 예를 든다면 측정 광원을 두 개 보다 많은 수를 사용하거나 또는 각각 한 쌍의 측정 광원을 기판의 다수의 위치에 조사하여 측정을 수행하는 방법 등이 채용될 수 있다. 물론 이때에는 연산식의 일부 변형이 이루어져야 하겠지만 이러한 연산식은 입력조건에 따라 수학적으로 표시가 가능하다.
따라서 기본적으로 두 개의 광원을 서로 다른 각도로 조사하여 포커스를 수행하는 오토 포커스 시스템 그리고 이러한 오토 포커스 시스템을 채용한 어떠한 종류의 노광장치도 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.
이상과 같은 본 발명에 따른 오토 포커스 시스템, 오토 포커스 방법 및 이를 이용한 노광장치는 두 개의 포커스 빔을 서로 다른 각도로 조사하여 기판의 포커스 상태를 측정함으로써 포커스 빔을 통과하는 매질, 예를 든다면 공기, 액체, 또는 투과형 고체 등에서의 굴절률 변화에 의한 요소를 제거한 상태로 오토 포커스를 수행하도록 함으로써 굴절률 변동에 의한 오토 포커스 오차가 발생하는 것을 방지하도록 하여 보다 정확한 오토 포커스가 이루어지도록 하는 효과가 있다. 이러한 오토 포커스 오차의 제거는 노광장치의 작업 정밀도를 보다 향상시킬 수 있기 때문에 반도체 소자의 제조효율을 더욱 향상시키게 되는 결과를 얻는다.

Claims (27)

  1. 기판이 안착되는 스테이지;
    상기 기판에 복수개의 포커스 빔을 서로 다른 각도로 조사하는 측정 광원;
    상기 기판에서 반사된 상기 포커스 빔들을 감지하는 감지센서;
    상기 감지센서에서 감지된 상기 포커스 빔들의 측정값에 따라 상기 기판의 변동 위치를 판단하여 상기 기판을 제어하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 오토 포커스 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 측정 광원은 제 1포커스 빔을 조사하는 제 1측정 광원과, 상기 제 1포커스 빔이 조사되는 위치로 제 2포커스 빔을 조사하는 제 2측정 광원을 구비하는 것을 특징으로 하는 오토 포커스 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 감지센서는 상기 제 1포커스 빔을 감지하는 제 1감지센서와, 상기 제 2포커스 빔을 감지하는 제 2감지센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 오토 포커스 시스템.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제 1포커스 빔과 상기 제 2포커스 빔은 동시에 조사되는 것을 특징으로 하는 오토 포커스 시스템.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 제어수단은 상기 기판의 포커스 변동값을 연산하는 연산기와,
    상기 연산기에서 연산된 상기 변동값과 상기 기판의 포커스 기준값을 비교하여 상기 기판의 포커스 위치를 조절하는 스테이지 제어기와,
    상기 스테이지 제어기에 의해 상기 스테이지를 구동시키는 스테이지 구동부를 구비하는 것을 특징으로 하는 오토 포커스 시스템.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 연산기는 상기 제 1측정 광원과 상기 제 2측정 광원의 위치와, 상기 제 1포커스 빔과 상기 제 2포커스 빔의 입사 각도를 입력받아 소정 연산식으로 상기 변동값을 연산하는 것을 특징으로 하는 오토 포커스 시스템.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 소정 연산식은
    Figure 112004053225926-PAT00033
    으로 주어지고, 상기
    Figure 112004053225926-PAT00034
    는 상기 제 1측정 광원의 위치이고, 상기
    Figure 112004053225926-PAT00035
    는 상기 제 2측정 광원의 위치이고, 상기
    Figure 112004053225926-PAT00036
    는 상기 제 1포커스 빔의 입사각이고, 상기
    Figure 112004053225926-PAT00037
    는 상기 제 2포커스 빔의 입사각이고, 상기
    Figure 112004053225926-PAT00038
    는 제 1감지센서의 측정값이고,
    Figure 112004053225926-PAT00039
    는 제 2감지센서의 측정값인 것을 특징으로 하는 오토 포커스 시스 템.
  8. 포커스 측정 대상이 되는 기판 상에 복수개의 포커스 빔을 다른 각도로 조사하는 포커스 빔 조사단계;
    상기 기판에서 반사된 상기 포커스 빔들을 감지하는 감지단계;
    상기 감지단계에서 감지된 상기 기판 위치에 대한 측정값에 따라 상기 기판의 포커스 위치를 제어하는 제어단계로 된 것을 특징으로 하는 오토 포커스 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 포커스 빔은 제 1포커스 빔과, 상기 제 1포커스 빔으로 된 것을 특징으로 하는 오토 포커스 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 제 1포커스 빔과 상기 제 2포커스 빔은 상기 기판의 동일 위치로 조사되는 것을 특징으로 하는 오토 포커스 방법.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 제 1포커스 빔과 상기 제 2포커스 빔은 동시에 조사되는 것을 특징으로 하는 오토 포커스 방법.
  12. 제 9항에 있어서, 상기 제어단계는 상기 기판의 포커스 변동값을 연산하는 연산단계와 상기 기판의 포커스 위치를 조절하는 조절단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오토 포커스 방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 연산단계는 상기 제 1포커스 빔과 상기 제 2포커스 빔의 위치와 입사 각도를 입력받아 소정 연산식으로 연산하는 것을 특징으로 하는 오토 포커스 방법.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 소정 연산식은
    Figure 112004053225926-PAT00040
    으로 주어지고, 상기 f는 상기 기판의 변동값이고, 상기
    Figure 112004053225926-PAT00041
    는 상기 제 1측정 광원의 위치이고, 상기
    Figure 112004053225926-PAT00042
    는 상기 제 2측정 광원의 위치이고, 상기
    Figure 112004053225926-PAT00043
    는 상기 제 1포커스 빔의 입사각이고, 상기
    Figure 112004053225926-PAT00044
    는 상기 제 2포커스 빔의 입사각이고, 상기
    Figure 112004053225926-PAT00045
    는 제 1감지센서의 측정값이고,
    Figure 112004053225926-PAT00046
    는 제 2감지센서의 측정값인 것을 특징으로 하는 오토 포커스 방법.
  15. 광원;
    상기 광원으로부터 조사된 광이 투영되는 광학계;
    상기 광학계로부터 투영된 광이 노광되는 기판이 안착되는 기판 스테이지;
    상기 광학계와 상기 기판 사이에 채워진 이머젼 매질;
    상기 기판 상으로 복수개의 포커스 빔을 다른 각도로 조사하는 포커스 측정 광원;
    상기 기판에서 반사된 상기 포커스 빔들을 감지하는 감지센서;
    상기 감지센서에서 검출된 신호에 따라 상기 기판의 포커스 변동값을 연산하는 연산기;
    상기 연산기로부터 얻은 상기 변동값에 따라 상기 기판의 포커스 위치를 판단하여 조절하는 스테이지 조절기를 구비한 것을 특징으로 하는 이머젼 노광장치.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 기판 스테이지의 일측에는 상기 광학계와 상기 기판 사이로 상기 이머젼 매질이 흐르도록 하는 이머젼 매질 공급부가 마련된 것을 특징으로 하는 이머젼 노광장치.
  17. 제 15항에 있어서, 상기 측정 광원은 제 1포커스 빔을 조사하는 제 1측정 광원과, 상기 제 1포커스 빔이 조사되는 위치로 제 2포커스 빔을 조사하는 제 2측정 광원으로 구비된 것을 특징으로 하는 이머젼 노광장치.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 제 1포커스 빔과 상기 제 2포커스 빔은 동시에 조사되는 것을 특징으로 하는 이머젼 노광장치.
  19. 제 17항에 있어서, 상기 감지센서는 상기 제 1포커스 빔을 감지하는 제 1감 지센서와, 상기 제 2포커스 빔을 감지하는 제 2감지센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 이머젼 노광장치.
  20. 제 17항에 있어서, 상기 연산기는 상기 제 1측정광원과 상기 제 2측정광원의 위치와, 상기 제 포커싱 빔과 상기 제 2포커싱 빔의 입사각도와, 상기 제 1감지센서와 상기 제 2감지센서에서 감지하여 측정값을 입력받아 소정 연산식으로 상기 포커스 변동값을 연산하는 것을 특징으로 하는 이머젼 노광장치.
  21. 제 19항에 있어서, 상기 소정 연산식은
    Figure 112004053225926-PAT00047
    으로 주어지고, 상기 f는 상기 기판의 변동값이고, 상기
    Figure 112004053225926-PAT00048
    는 상기 제 1측정광원의 위치이고, 상기
    Figure 112004053225926-PAT00049
    는 상기 제 2측정광원의 위치이고, 상기
    Figure 112004053225926-PAT00050
    는 상기 제 1포커스 빔의 입사각이고, 상기
    Figure 112004053225926-PAT00051
    는 상기 제 2포커스 빔의 입사각이고, 상기
    Figure 112004053225926-PAT00052
    는 제 1감지센서의 측정값이고,
    Figure 112004053225926-PAT00053
    는 제 2감지센서의 측정값인 것을 특징으로 하는 이머젼 노광장치.
  22. 광원;
    상기 광원으로부터 조사된 광이 투영되는 광학계;
    상기 광학계로부터 투영된 광이 노광되는 기판이 안착되는 기판 스테이지;
    상기 기판 상으로 복수개의 포커스 빔을 다른 각도로 조사하는 포커스 측정 광원;
    상기 기판에서 반사된 상기 포커스 빔들을 감지하는 감지센서;
    상기 감지센서에서 검출된 신호에 따라 상기 기판의 포커스 변동값을 연산하는 연산기;
    상기 연산기로부터 얻은 상기 변동값에 따라 상기 기판의 포커스 위치를 판단하여 조절하는 스테이지 조절기를 구비한 것을 특징으로 하는 노광장치.
  23. 제 22항에 있어서, 상기 측정 광원은 제 1포커스 빔을 조사하는 제 1측정 광원과, 상기 제 1포커스 빔이 조사되는 위치로 제 2포커스 빔을 조사하는 제 2측정 광원으로 구비된 것을 특징으로 하는 노광장치.
  24. 제 23항에 있어서, 상기 제 1포커스 빔과 상기 제 2포커스 빔은 동시에 조사되는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  25. 제 23항에 있어서, 상기 감지센서는 상기 제 1포커스 빔을 감지하는 제 1감지센서와, 상기 제 2포커스 빔을 감지하는 제 2감지센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  26. 제 23항에 있어서, 상기 연산기는 상기 제 1측정광원과 상기 제 2측정광원의 위치와, 상기 제 포커싱 빔과 상기 제 2포커싱 빔의 입사각도와, 상기 제 1감지센서와 상기 제 2감지센서에서 감지하여 측정값을 입력받아 소정 연산식으로 상기 포커스 변동값을 연산하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  27. 제 26항에 있어서, 상기 소정 연산식은
    Figure 112004053225926-PAT00054
    으로 주어지고, 상기 f는 상기 기판의 변동값이고, 상기
    Figure 112004053225926-PAT00055
    는 상기 제 1측정광원의 위치이고, 상기
    Figure 112004053225926-PAT00056
    는 상기 제 2측정광원의 위치이고, 상기
    Figure 112004053225926-PAT00057
    는 상기 제 1포커스 빔의 입사각이고, 상기
    Figure 112004053225926-PAT00058
    는 상기 제 2포커스 빔의 입사각이고, 상기
    Figure 112004053225926-PAT00059
    는 제 1감지센서의 측정값이고,
    Figure 112004053225926-PAT00060
    는 제 2감지센서의 측정값인 것을 특징으로 하는 노광장치.
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