KR20120015936A - 노광 장치와 이를 이용한 정렬 오차 보정 방법 - Google Patents

노광 장치와 이를 이용한 정렬 오차 보정 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20120015936A
KR20120015936A KR1020100078481A KR20100078481A KR20120015936A KR 20120015936 A KR20120015936 A KR 20120015936A KR 1020100078481 A KR1020100078481 A KR 1020100078481A KR 20100078481 A KR20100078481 A KR 20100078481A KR 20120015936 A KR20120015936 A KR 20120015936A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
rotating body
amount
reference mark
substrate
rotation
Prior art date
Application number
KR1020100078481A
Other languages
English (en)
Inventor
안성민
장상돈
양승원
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020100078481A priority Critical patent/KR20120015936A/ko
Priority to US13/184,963 priority patent/US20120038899A1/en
Publication of KR20120015936A publication Critical patent/KR20120015936A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/03—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring coordinates of points
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G01B11/27—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes for testing the alignment of axes
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography

Abstract

노광 장치에서 마스크와 기판의 정렬을 위한 평면 회전 운동 시, 발생하는 미끄러짐 양을 추정하여 보상하는 방법을 제안한다.
마스크와 기판 간의 정렬을 위한 평면 회전(θ) 운동 시, 흔들림(radial runout) 등에 의해 미끄러짐이 발생할 경우 회전 중심과 미끄러짐 양을 추정하고, 회전 후 추정된 미끄러짐 양을 보상 값으로 스테이지의 이송 지령 값에 반영하여 기판이 올려진 이동 테이블을 이송시킴으로써 미끄러짐 양을 보상해 줌으로써 오버레이 성능을 개선할 수 있다.

Description

노광 장치와 이를 이용한 정렬 오차 보정 방법{EXPOSURE APPARATUS AND METHOD FOR COMPENSATION ALIGNMENT ERROR USING THE SAME}
노광 장치에서 마스크와 기판의 정렬을 위한 회전 운동 시 발생하는 미끄러짐 양을 추정하여 보상하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 액정 디스플레이(LCD; Liquid Crystal Display)나 플라즈마 디스플레이 패널(PDP; Plasma Display Panel), 평판 디스플레이 패널(FPD; Flat Panel Display)을 구성하는 기판(또는 반도체 웨이퍼)에 패턴을 형성하는 방법은 먼저 기판에 패턴 재료를 도포하고, 포토 마스크를 사용하여 패턴 재료에 선택적으로 노광을 하여 화학적 성질이 달라진 패턴 재료 부분 또는 그 외의 부분을 선택적으로 제거함으로서 패턴을 형성한다.
그러나, 기판이 점차 대형화되고 패턴이 정밀화되어 감에 따라 포토 마스크를 사용하지 않고 기판(또는 반도체 웨이퍼)에 원하는 패턴을 형성하는 마스크리스 노광 공정이 개발되고 있다. 마스크리스 노광은 무엇보다 마스크 제작/세정/보관 등과 같은 비용이 들지 않고 자유로운 패널 설계가 가능하며, 마스크 제작 기간이 소요되지 않기 때문에 리드 타임(lead time)이 단축되며, 마스크 결함(mask defect)이 없기 때문에 공정 유실이 없고 하이브리드 설계(hybrid layout) 적용으로 생산 유연성(flexibility)을 높이는 등 여러 장점이 있다.
기판에는 복수 개의 레이어(layer)가 적층되어 있는데, 이 레이어는 노광 공정을 통해 기판 위에 패턴을 형성시킨다. 패턴이 점차 미세화되어 감에 따라 패턴이 형성된 레이어의 개수도 증가하는 추세이다. 하나의 기판에 복수 개의 레이어를 적층할 경우, 노광 전에 마스크와 기판(또는 반도체 웨이퍼) 간 정렬이 필요하며, 마스크와 기판 간의 정렬은 평면에서 3자유도(X, Y, θ) 운동을 통해 수행할 수 있다.
마스크와 기판 간의 정렬을 위한 평면 회전(θ) 운동 시 흔들림(radial runout) 등에 의해 미끄러짐이 발생할 경우, 미끄러짐 양을 추정하여 보상하는 방법을 제안하고자 한다.
이를 위해 본 발명의 일 측면에 의한 정렬 오차 보정 방법은, 기판을 XY 방향으로 이송시키는 스테이지와, 기판을 회전 운동시키는 회전체를 구비하여, 마스크와 기판의 정렬을 수행하는 정렬 오차 보정 방법에 있어서, 마스크와 기판의 정렬을 위한 회전체의 회전 운동 시, 기준 마크의 위치를 계측하고; 계측된 기준 마크의 위치를 이용하여 회전체의 회전 중심 위치를 구하고; 회전체의 회전 중심 위치와 계측된 기준 마크 위치 사이의 상대 위치를 계산하여 회전체의 미끄러짐 양을 추정하고; 추정된 미끄러짐 양에 따라 스테이지의 XY 이송량을 보정하여 마스크와 기판의 정렬을 수행하는 것을 포함한다.
기준 마크는 회전체에 1개 이상 마련되거나 기판에 1개 이상 마련된다.
마스크(물리적으로 존재하는 마스크와 물리적으로 존재하지 않는 가상의 마스크를 포함)와 기판의 정렬은 평면에서 3자유도(X, Y, θ) 운동을 통해 수행된다.
또한, 본 발명의 정렬 오차 보정 방법은, 마스크와 기판의 정렬을 위해 기판에 있는 정렬 마크의 위치를 취득하여 정렬 보상을 위한 X, Y, θ에 대한 이송량을 산출한 후, 산출된 정렬 보상 중 평면 회전(θ) 운동을 먼저 실시한 후, 평면 회전(θ) 운동 전,후의 정렬 마크의 위치 변화에 따라 회전체의 회전 중심과 미끄러짐 양을 추정하여 산출된 정렬 보상을 위한 X, Y에 대한 이송량에 추정된 미끄러짐 양을 보상하여 정렬을 수행한다.
회전체는 회전 중심과 미끄러짐 양을 추정하기 위한 평면 회전(θ) 운동을 수행한다.
기준 마크의 위치를 계측하는 것은, 평면 회전(θ) 운동을 수행한 회전체의 회전 전,후의 상기 기준 마크의 위치를 계측하는 것이다.
회전체의 회전 중심과 미끄러짐 양을 추정하는 것은, 회전체의 회전 전,후의 기준 마크의 위치 변화에 따라 회전체의 회전 중심과 미끄러짐 양을 동시에 추정하는 것이다.
회전체의 회전 중심 위치를 구하는 것은, 회전체의 회전 전,후의 기준 마크의 위치 변화에 따라 회전체의 회전 중심 위치를 구하는 것이다.
회전체의 미끄러짐 양을 추정하는 것은, 회전체의 회전 중심 위치를 기준으로 회전체의 회전 전,후의 기준 마크의 위치 변화에 따라 회전체의 미끄러짐 양을 추정하는 것이다.
그리고, 본 발명의 다른 측면은 마스크의 패턴을 기판에 형성시키는 노광 장치에 있어서, 기판을 XY 방향으로 이송시키는 스테이지(XY 스테이지); 스테이지의 상부에 적층되어 기판을 회전 운동시키는 회전체(θ 스테이지); 마스크와 기판의 정렬을 위한 회전체의 회전 운동 시, 기준 마크의 위치를 계측하는 정렬계; 계측된 기준 마크의 위치를 이용하여 회전체의 회전 중심과 미끄러짐 양을 구하고, 구한 미끄러짐 양에 따라 상기 스테이지의 XY 이송량을 보정하여 상기 마스크와 기판의 정렬을 수행하는 제어부를 포함한다.
정렬계는 회전체의 회전 전,후의 기준 마크의 위치 좌표를 계측하는 스코프이다.
제어부는 회전체의 회전 전,후의 기준 마크의 위치 좌표에 따라 회전체의 중심 위치를 구하고, 회전체의 중심 위치와 계측된 기준 마크의 위치 사이의 상대 위치를 계산하여 회전체의 미끄러짐 양을 추정한다.
제어부는 추정된 회전체의 미끄러짐 양을 스테이지의 XY 이송 지령 값에 보상 값으로 반영하여 미끄러짐 양을 보상한다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면은 평면 회전 운동을 하는 회전체의 회전 중심과 미끄러짐 양을 추정하는 방법에 있어서, 회전체의 평면 회전 운동 시, 회전체에 새겨진 기준 마크의 위치를 계측하고; 계측된 기준 마크의 위치를 이용하여 회전체의 회전 중심 위치를 구하고; 회전체의 회전 중심 위치와 계측된 기준 마크 위치 사이의 상대 위치를 계산하여 회전체의 미끄러짐 양을 추정하는 것을 포함한다.
제안된 노광 장치와 이를 이용한 정렬 오차 보정 방법에 의하면, 마스크(가상의 마스크를 포함)와 기판 간의 정렬을 위한 평면 회전(θ) 운동 시 흔들림(radial runout) 등에 의해 미끄러짐이 발생할 경우, 회전 중심과 미끄러짐 양을 추정하여 이를 보상해 줌으로써 오버레이 성능을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 노광 장치의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 노광 장치의 동작 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 노광 장치의 제어 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 노광 장치에서 정렬을 위한 평면 회전 운동 시 회전 중심을 추정하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 노광 장치에서 정렬을 위한 평면 회전 운동 시, 흔들림에 의한 회전 중심과 미끄러짐 양을 추정하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 노광 장치의 동작 개념도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 노광 장치의 전체 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 노광 장치의 동작 개념도이다.
도 1 및 도 2에서, 본 발명의 일 실시예에 의한 노광 장치(10)는 기판(반도체 웨이퍼, 글라스 등 소정의 패턴을 형성하고자 하는 모든 시료: W)이 올려지는 이동 테이블(100)과, 이동 테이블(100)의 상부에 설치되어 이동 테이블(100) 위에 올려진 기판(W)의 위치와 자세를 계측하기 위한 정렬계(140)를 포함한다. 정렬계(140)는 X방향, Y방향, Z방향으로 이동 가능하게 겐트리(170)에 설치된다.
겐트리(170)에는 X방향, Y방향 또는 Z방향으로 이동하는 가이드 바 형태의 이동 부재(171, 172, 173)가 설치되고, 이동 부재(171, 172, 173)에는 정렬계(140)가 결합되어 정렬계(140)를 X방향, Y방향 또는 Z방향으로 각각 이동 가능하게 한다. 정렬계(140)의 3자유도(X,Y,Z)는 가장 일반적이고 복잡한 경우이며, 몇 개의 자유도를 구속하는 특수한 경우를 포함한다. 예를 들어, X방향, Y방향 또는 Z방향 등의 여러 조합을 이룰 수 있다.
이와 같이, 정렬계(140)는 이동 부재(171, 172, 173)의 동작에 따라 X방향, Y방향, Z방향으로 이동하는 3자유도(X, Y, Z)를 가지며, 기판(W)이 올려지는 이동 테이블(100)은 XY 스테이지(110;이하, 스테이지라 한다)의 동작에 따라 X방향과 Y방향으로 이동하는 2자유도(X, Y)를 가진다.
또한, 이동 테이블(100)의 상부에는 노광 전 마스크 또는 가상의 마스크(VM: virtual mask)와 기판(W) 간의 정렬을 위해 회전(θ) 운동을 하는 θ 스테이지(120; 이하, 회전체라 한다)가 적층되게 설치된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 노광 장치의 제어 구성도이다.
도 3에서, 본 발명의 일 실시예에 의한 노광 장치(10)는 스테이지(110), 회전체(120), 광원부(125), 투영부(130), 정렬계(140), 마크 촬상부(150) 및 제어부(160)를 포함한다.
스테이지(110; stage)는 노광하고자 기판(W)을 이동 테이블(100) 위에 올려 놓고 X방향과 Y방향으로 이송하는 장치로, 노광 전 가상의 마스크(VM)와 기판(W)의 정렬을 수행할 때 제어부(160)의 지시에 따라 이동 테이블(100)을 X방향과 Y방향으로 병진 운동시킨다.
회전체(120)는 XY 병진 운동을 하는 스테이지(110)의 이동 테이블(100) 위에 적층되어 노광 전 가상의 마스크(VM)와 기판(W)의 정렬을 수행할 때 제어부(160)의 지시에 따라 회전(θ) 운동을 하는 장치이다. 회전체(120)에는 최소 1개 이상의 기준 마크(FM; Fiducial Mark)가 존재한다.
광원부(125)는 노광을 위한 레이저 광을 출력하는 것으로, 반도체 레이저 또는 자외선 램프 등을 포함한다. 이 레이저 광은 투영부(130)을 통해 이동부(120)에 놓여진 기판(W)으로 출력된다.
투영부(130)는 스테이지(110)의 일측에 고정 설치되고, 가상의 마스크(VM)의 패턴을 형성시키기 위한 패턴 형성광을 복수의 스폿 빔으로 기판(W)에 투영한다.
이러한 투영부(130)는 광원부(125)에서 출력된 광을 가상의 마스크(VM)의 패턴을 갖는 광으로 변조시키는 광 변조소자(131)와, 광 변조소자(131)에서 변조된 광을 확대하는 제1프로젝션 렌즈(132)와, 복수의 렌즈들이 어레이 형태로 형성되어 있고 제1프로젝션 렌즈(132)에서 확대된 가상의 마스크(VM) 패턴을 갖는 광을 복수 개의 광으로 분리하여 집광시키는 멀티 렌즈 어레이(Multi Lens Array, MLA: 133)와, 멀티 렌즈 어레이(133)에서 집광된 광의 해상도를 조정하여 투과시키는 제2프로젝션 렌즈(134)를 포함한다.
광 변조소자(131)는 공간 광 변조기(Spatial Light Modulator, SLM)를 포함한다. 광 변조소자(131)는 예를 들어, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 타입의 디지털 마이크로 미러 디바이스(Digital Micro-mirror Device, DMD), 2차원 GLV(Grating Light Valve), 투광성 세라믹인 PLZT(lead zirconate titantate)를 이용한 전기광학소자, 강유전성 액정(Ferroelectric Liquid Crystal, FLC) 등이 이용될 수 있으며, 바람직하게는 DMD가 사용될 수 있다. 이하 설명의 편의를 위하여 DMD로 이루어진 광 변조소자(131)를 이용하여 본 발명을 설명한다.
DMD는 메모리 셀과, 메모리 셀 상에 L행ㅧM열의 매트릭스 타입으로 배열된 다수의 마이크로 미러(micro mirror)를 포함하여 이루어진 미러 디바이스이다. 화상 데이터에 따라 생성된 제어신호에 기초하여 각 마이크로 미러의 각도를 달리하여 원하는 광은 제1프로젝션 렌즈(132)로 반사시켜 보내고, 그 외의 광은 다른 각도로 보내어 차단시킨다.
DMD로 이루어진 광 변조소자(131)의 메모리 셀에 디지털 신호가 기록되면 마이크로 미러가 대각선을 중심으로 해서 일정각도(예를 들면, ㅁ12˚)의 범위에서 기울어진다. 각 마이크로 미러의 온/오프 제어는 후술하는 제어부(170)에 의해 각각 제어된다. 온 상태의 마이크로 미러에 의해 반사된 광은 기판(W) 위의 노광 대상물(보통 PR:Photoresist)을 노광시키고, 오프 상태의 마이크로 미러에 의해 반사된 광은 기판(W)에 노광 대상물을 노광시키지 않게 된다.
제1프로젝션 렌즈(132)는 양측 텔레센트릭(double telecentric) 광학계로 이루어져 있고, 광 변조소자(131)를 거친 상을 예를 들어, 약 4배로 확대하여 멀티 렌즈 어레이(133)의 개구면(aperture plane)에 결상한다.
제2프로젝션 렌즈(134)도 양측 텔레센트릭(double telecentric) 광학계로 이루어져 있고, 멀티 렌즈 어레이(133)의 초점 면에 형성된 복수의 스폿 빔을 예를 들어 약 1배로 기판(S) 상에 결상한다. 본 발명의 일 실시예에서는 제1프로젝션 렌즈(132) 및 제2프로젝션 렌즈(134)의 배율을 각각 4배, 1배인 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 제1프로젝션 렌즈(132) 및 제2프로젝션 렌즈(134)의 배율은 원하는 스폿 빔의 크기, 노광할 패턴의 최소 형상 사이즈(minimum feature size)에 따라 최적의 배율 조합을 도출할 수 있다.
멀티 렌즈 어레이(133)는 광 변조소자(131)의 마이크로 미러에 대응하는 복수의 마이크로 렌즈가 2차원으로 배열되어서 이루어지는 것이다. 예를 들어, 광 변조 소자(131)가 1920개ㅧ400개의 마이크로 미러로 이루어져 있는 경우, 이에 대응하여 마이크로 렌즈도 1920개ㅧ400개가 배치된다. 또 마이크로 렌즈의 배열 피치는 광 변조소자(131)의 마이크로 미러의 배열 피치에 제1프로젝션 렌즈(132)의 배율을 곱한 값과 실질적으로 동일할 수 있다.
그리고, 투영부(130)는 제2프로젝션 렌즈(134)에서 투과된 복수의 스폿 빔에 의해 형성된 패턴을 갖는 가상의 마스크(VM)를 생성한다.
이렇게 구성된 노광 장치(10)는 광원부(125)에서 광을 출력하고, 광 변조소자(131)에서 광원부(125)의 출력 광을 가상의 마스크(VM)의 패턴을 갖는 광으로 변조시킨다. 그리고, 광 변조소자(131)에서 변조된 가상의 마스크(VM)의 패턴을 가진 광을 제1프로젝션 렌즈(132)에서 확대하고, 확대된 가상의 마스크(VM)의 패턴을 가진 광을 멀티 렌즈 어레이(133)에서 복수의 스폿 빔들로 분리하여 집광시키고, 제2프로젝션 렌즈(134)에서 멀티 렌즈 어레이(133)에서 집광된 광의 해상도를 조정하여 투과시킴으로써 노광을 수행한다.
정렬계(140)는 스테이지(110)의 상측에 마련되어 있고, 오버레이 정렬을 수행하기 위해 회전체(120)에 새겨진 기준 마크(FM)의 위치를 계측하는 스코프(ASU; Alignment Scope Unit)이다.
마크 촬상부(150)는 정렬계(140)의 상측에 마련되어, 회전체(120)에 새겨진 기준 마크(FM)를 촬상하고, 촬상된 영상을 제어부(160)로 전송한다. 이때, 제어부(160)의 지시에 따라 마크 촬상부(150)를 통해 기준 마크(FM)가 촬상될 때까지 회전체(120)의 이동이 제어된다.
제어부(160)는 정렬계(140)에서 계측된 기준 마크(FM)를 이용하여 회전체(120)의 회전 중심과 미끄러짐 양을 추정하고, 추정된 미끄러짐 양을 보상 값으로 스테이지(110)의 이송 지령 값에 반영하여 이동 테이블(100)을 이송시킴으로써 미끄러짐 양을 보상한다.
이와 같이, 제어부(160)는 노광 전 가상의 마스크(VM)와 기판(W)의 정렬을 수행할 때 기준 마크(FM)를 이용하여 기판(W)의 회전 중심과 미끄러짐 양을 추정하여 보상한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 의한 노광 장치(10)는 가상의 마스크(VM)를 이용한 마스크리스 노광기를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 마스크 노광기에서도 적용 가능하다.
이하에서는 노광 공정에서 오버레이(overlay)를 위하여 가상의 마스크(VM)와 기판(W)의 정렬을 수행할 때 기준 마크(FM)를 이용하여 회전 중심과 미끄러짐 양을 추정하는 방법을 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 노광 장치에서 정렬을 위한 평면 회전 운동 시, 회전 중심을 추정하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 4에서, 기준 마크(FM)는 회전체(120)에 최소 1개 이상 마련된 마크이나, 필요에 따라 기판(W)에 새겨진 1개 이상의 마크로 대신할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 회전체(120)에 마련된 2개 이상의 기준 마크(FM)를 사용하는 경우를 예로 들어 설명한다.
정렬계(140)의 화상 영상(F.O.V:Field Of View)에서 회전체(120)에 마련된 기준 마크(FM 또는 기판에 새겨진 정렬 마크, 편의상 이하 기준 마크로 통칭한다)를 계측하는데, 기준 마크(FM)를 계측하기 위하여 정의된 물리량은 아래와 같다.
아래의 물리량은 2차원 벡터량(위치 벡터)으로 간주될 수 있다.
엄밀하게는 3차원 벡터(X, Y, Z)이나, Z좌표 값은 모두 같도록 XY평면의 레벨링(Leveling)이 이루어져 Z=상수이므로 편의상 'Z = 0'으로 표기한다.
Σ O 은 가상의 마스크(VM)와 기판(W) 간의 정렬을 위한 오버레이에 대한 기준 좌표계이다.
Σ C 는 회전체(120)의 동체 고정 좌표계(이하, 회전 좌표계라 한다)이다.
O r C는 회전체(120)의 회전 중심의 위치이다.
기판(W; 반도체 웨이퍼 또는 글라스)을 이동 테이블(100) 위에 올려 놓고 이 기판(W)에 복수 개의 레이어(L;L1, L2....)를 적층할 경우, 노광 전에 기판(W)과 가상의 마스크(VM) 간의 정렬을 위하여 회전체(120)에 마련된 1개 이상의 기준 마크(FM; O r ij, O r ij+1)의 위치를 정렬계(140)를 이용하여 아래의 [수학식 1]과 같이 계측한다(도 4 참조).
[수학식 1]
O r ij = Xij, Yij
O r ij+1 = Xij+1, Yij+1
[수학식 1]에서, O r ij은 기준 좌표계(Σ O )에 대한 i번째 기준 마크(FM)의 j번째(회전 전) 계측된 위치이고, O r ij+1은 기준 좌표계(Σ O )에 대한 i번째 기준 마크(FM)의 j+1번째(회전 후) 계측된 위치이다.
[수학식 1]과 같이, i번째 기준 마크(FM)에서 계측된 O r ij, O r ij+1의 좌표 값을 이용하여 회전 중심( O r C)의 위치를 아래의 [수학식 2]를 통해 구한다.
[수학식 2]
Figure pat00001
Figure pat00002
[수학식 2]에서, ？ O r ij - O r C？는 회전체(120)를 회전하기 전의 마크 위치( O r ij)와 회전 중심( O r C) 사이의 거리이고, ？ O r ij +1 - O r C？는 회전체(120)를 회전한 후의 마크 위치( O r ij +1)와 회전 중심( O r C) 사이의 거리이다.
[수학식 2]에서 보듯이, 회전 전후 마크 위치( O r ij, O r ij+1)와 회전 중심( O r C) 사이의 거리는 같으므로 회전 중심( O r C)의 위치를 구할 수 있게 된다.
따라서, [수학식 2]을 통해 아래의 [수학식 3]과 [수학식 4]를 정의할 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00003
[수학식 4]
Figure pat00004
[수학식 4]는 회전체(120)를 (n-1)회 회전하고 2개의 기준 마크( O r i=1,2)의 회전 전후의 마크 위치를 각각 계측한 예를 나타낸 것이다.
[수학식 4]를 다시 간략하게 표현하면, [수학식 5]와 같다.
[수학식 5]
Figure pat00005
이와 같이, 회전체(120)에 마련된 기준 마크(FM)의 회전 전,후의 위치를 계측하여 회전체(120)의 회전 중심( O r C)의 위치를 추정할 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 회전체(120)가 일정한 회전 중심( O r C)을 가지고 회전하는 것은 이상적인 경우이나, 일반적으로 회전체(120)는 주로 기구적 원인에 의해 흔들림(radial runout)이 발생하여 회전체(120)의 회전 중심이 일정하지 않으며 미끄러짐이 발생한다. 이를 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 노광 장치에서 정렬을 위한 평면 회전 운동 시, 흔들림에 의한 회전 중심과 미끄러짐 양을 추정하는 과정을 나타낸 도면으로, 기판(W)과 가상의 마스크(VM) 간의 정렬을 위해 회전체(120)를 소정 각도만큼 회전하였을 때 의도하지 않게 미끄러짐이 발생한 상황을 나타낸 것이다.
도 5에서, 회전체(120)를 편의상 직선으로 표시하였다.
아래의 [수학식 6]을 통해 회전체(120)의 회전 중심( O v C)과 미끄러짐 양(△v C)을 구한다.
[수학식 6]
△v C = v C ' - v C = [XS YS]
O r' i = ( O v C + △v C) + R(θ)ㆍ C r i
[수학식 6]에서,
Figure pat00006
이고,
O r i는 기준 좌표계(Σ O )에 대한 i번째 기준 마크(FM)의 회전 전에 계측된 위치이고, O r i '는 기준 좌표계(Σ O )에 대한 i번째 기준 마크(FM)의 회전 후에 계측된 위치이며, C r i는 회전 좌표계(Σ C )에 대한 i번째 기준 마크(FM)의 계측된 위치이다.
한편, [수학식 6]에서 △v C와 O v C는 구해야 할 값이다.
[수학식 6]의 O r i, O r i '의 좌표 값을 정렬계(140)를 이용하여 아래의 [수학식 7]과 같이 계측한다(도 5 참조).
[수학식 7]
Figure pat00007
이다.
[수학식 7]을 이용하여 회전 중심(XC, YC)과 미끄러짐 양(XS, YS)을 행렬 벡터로 나타내면 아래의 [수학식 8]과 같다.
[수학식 8]
O r' i = ( O v C+△v C)+R(θ)ㆍ C r i = ( O v C+△v C)+R(θ)ㆍ( O r i - O v C)
[수학식 8]에서, 회전 중심(XC, YC)과 미끄러짐 양(XS, YS)이 미지수이고 방정식 2개가 부정(indeterminate problem)이므로 유일해를 구할 수 없다.
따라서, 최소자승법(LSM; Least Square Method)을 도입하여 방정식의 해를 아래의 [수학식 9]와 같이 구한다.
[수학식 9]
Figure pat00009
[수학식 9]에서, 각 구성 요소는
Figure pat00010
이다.
[수학식 9]에서, 잔차(residual)의 제곱합을 최소로 하는 최적화 문제를 풀어 회전체(120)의 회전 중심( O v C= [XC, YC])과 미끄러짐 양(△v C= [XS, YS])을 구한다.
이외에도, 위의 [수학식 1]-[수학식 5]를 통해 구한 회전체(120)의 회전 중심( O r C= O v C = [XC, YC])의 위치를 도입하여 회전체(120)의 미끄러짐 양(△v C= [XS, YS])을 아래의 [수학식 10]과 같이 구할 수 있다.
[수학식 10]
Figure pat00011
위의 [수학식 9]와 [수학식 10]을 통해 추정된 회전체(120)의 회전 중심( O v C= [XC, YC])과 미끄러짐 양(△v C= [XS, YS])을 이용하여 미끄러짐 양을 보상할 수 있다.
예를 들어, 평면에서 3자유도(X, Y, θ) 운동을 할 수 있는 이동 테이블(100) 위에 가공/제조/검사 등을 수행하기 위해 기판(W)을 올려 놓고, X=Xcmd, Y=Ycmd, θ=θcmd와 같은 지령 값(cmd:command)을 제어부(160)에서 스테이지(110)에 전달했을 때, θ=θcmd 회전 전,후에 기준 마크(FM) 또는 기판(W)에 새겨진 정렬 마크를 계측하여 위에서 제시한 방법으로 미끄러짐 양을 추정한다. 그리고 추정된 미끄러짐 양을 XY 이송 지령 값에 아래의 [수학식 11]과 같이 보상 값으로 반영한다.
[수학식 11]
보상 전 지령 값: X=Xcmd, Y=Ycmd, θ=θcmd
보상 후 지령 값: X=Xcmd - XS, Y=Ycmd - YS, θ=θcmd
결론적으로, 가상의 마스크(VM)와 기판(W) 간의 정렬을 위해 평면에서 회전(θ) 운동 시 원하지 않는 흔들림이 발생하여 파생된 XY 병진운동을 [수학식 11]과 같이 미끄러짐 양의 보상을 통해 상쇄시킬 수 있게 된다.
이와 같이, 도 1 내지 도 3에서는 물리적으로 존재하는 마스크와 물리적으로 존재하지 않는 가상의 마스크(VM)를 이용한 노광 장치(10)를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 노광 장치(10)에 한정되지 않고 평면 회전 운동을 하는 회전체에 대해 모두 적용 가능하다. 이를 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 계측 시스템의 동작 개념도이다.
도 6에서, 본 발명의 다른 실시예에 의한 계측 시스템(200)은 기판(반도체 웨이퍼, 글라스 등 소정의 패턴을 형성하고자 하는 모든 시료: W)이 올려지는 회전체(210)와, 회전체(210)의 상부에 설치되어 회전체(210) 위에 올려진 기판(W)의 위치와 자세를 계측하기 위한 정렬계(220)를 포함한다. 정렬계(220)는 X방향, Y방향, Z방향으로 이동 가능하게 겐트리(230)에 설치된다.
겐트리(230)에는 X방향, Y방향 또는 Z방향으로 이동하는 가이드 바 형태의 이동 부재(231, 232, 233)가 설치되고, 이동 부재(231, 232, 233)에는 정렬계(220)가 결합되어 정렬계(220)를 X방향, Y방향 또는 Z방향으로 각각 이동 가능하게 한다. 정렬계(220)의 3자유도(X,Y,Z)는 가장 일반적이고 복잡한 경우이며, 몇 개의 자유도를 구속하는 특수한 경우를 포함한다. 예를 들어, X방향, Y방향 또는 Z방향 등의 여러 조합을 이룰 수 있다.
이와 같이, 정렬계(220)는 이동 부재(231, 232, 233)의 동작에 따라 X방향, Y방향, Z방향으로 이동하는 3자유도(X, Y, Z)를 가진다.
한편, 기판(W)이 올려지는 회전체(210)는 상판(211)과 하판(212)으로 구성되며, 상판(211)은 평면 회전(θ) 운동을 하는 부분(rotor)이고, 하판(212)는 고정된 부분(stator)이다.
이와 같이 구성된 계측 시스템(200)은 평면 회전(θ) 운동을 하는 장치(구체적으로, 회전체)가 평면 회전(θ) 운동 시, 정렬계(220)를 움직여서 회전체(210) 위에 새겨진 기준 마크(FM) 또는 회전체(210) 위에 올려진 기판(w)에 새겨진 정렬 마크(FM, 편의상 기준 마크라 한다)의 위치를 취득하여 회전체(210)의 회전 중심과 미끄러짐 양을 추정하는데, 이때 회전체(210)의 회전 중심과 미끄러짐 양을 추정하는 과정은 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같다.
10 : 노광 장치 100 : 이동 테이블
110 : 스테이지 120 : 회전체
140 : 정렬계 160 : 제어부
170 : 겐트리 171, 172, 173 : 이동 부재

Claims (19)

  1. 기판을 XY 방향으로 이송시키는 스테이지와, 상기 기판을 회전 운동시키는 회전체를 구비하여, 마스크와 상기 기판의 정렬을 수행하는 정렬 오차 보정 방법에 있어서,
    상기 마스크와 기판의 정렬을 위한 상기 회전체의 회전 운동 시, 기준 마크의 위치를 계측하고;
    상기 계측된 기준 마크의 위치를 이용하여 상기 회전체의 회전 중심 위치를 구하고;
    상기 회전체의 회전 중심 위치와 상기 계측된 상기 기준 마크 위치 사이의 상대 위치를 계산하여 상기 회전체의 미끄러짐 양을 추정하고;
    상기 추정된 미끄러짐 양에 따라 상기 스테이지의 XY 이송량을 보정하여 상기 마스크와 기판의 정렬을 수행하는 것을 포함하는 정렬 오차 보정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기준 마크는 상기 회전체에 1개 이상 마련되는 정렬 오차 보정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기준 마크는 상기 기판에 1개 이상 마련되는 정렬 오차 보정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 마스크와 기판의 정렬은 평면에서 3자유도(X, Y, θ) 운동을 통해 수행되는 정렬 오차 보정 방법.
  5. 제4항에 있어서
    상기 마스크와 기판의 정렬을 위해 상기 기판에 있는 정렬 마크의 위치를 취득하여 정렬 보상을 위한 X, Y, θ에 대한 이송량을 산출한 후, 상기 산출된 정렬 보상 중 상기 평면 회전(θ) 운동을 먼저 실시한 후, 상기 평면 회전(θ) 운동 전,후의 상기 정렬 마크의 위치 변화에 따라 상기 회전체의 회전 중심과 미끄러짐 양을 추정하여 상기 산출된 정렬 보상을 위한 X, Y에 대한 이송량에 상기 추정된 미끄러짐 양을 보상하여 정렬을 수행하는 정렬 오차 보정 방법.
  6. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 회전체는 상기 회전 중심과 미끄러짐 양을 추정하기 위한 상기 평면 회전(θ) 운동을 수행하는 정렬 오차 보정 방법
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기준 마크의 위치를 계측하는 것은,
    상기 평면 회전(θ) 운동을 수행한 상기 회전체의 회전 전,후의 상기 기준 마크의 위치를 계측하는 정렬 오차 보정 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 회전체의 회전 중심과 미끄러짐 양을 추정하는 것은,
    상기 회전체의 회전 전,후의 상기 기준 마크의 위치 변화에 따라 상기 회전체의 회전 중심과 미끄러짐 양을 동시에 추정하는 정렬 오차 보정 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 회전체의 회전 중심 위치를 구하는 것은,
    상기 회전체의 회전 전,후의 상기 기준 마크의 위치 변화에 따라 상기 회전체의 회전 중심 위치를 구하는 정렬 오차 보정 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 회전체의 미끄러짐 양을 추정하는 것은,
    상기 회전체의 회전 중심 위치를 기준으로 상기 회전체의 회전 전,후의 상기 기준 마크의 위치 변화에 따라 상기 회전체의 미끄러짐 양을 추정하는 정렬 오차 보정 방법.
  11. 마스크의 패턴을 기판에 형성시키는 노광 장치에 있어서,
    상기 기판을 XY 방향으로 이송시키는 스테이지;
    상기 스테이지의 상부에 적층되어 상기 기판을 회전 운동시키는 회전체;
    상기 마스크와 기판의 정렬을 위한 상기 회전체의 회전 운동 시, 기준 마크의 위치를 계측하는 정렬계;
    상기 계측된 기준 마크의 위치를 이용하여 상기 회전체의 회전 중심과 미끄러짐 양을 구하고, 상기 구한 미끄러짐 양에 따라 상기 스테이지의 XY 이송량을 보정하여 상기 마스크와 기판의 정렬을 수행하는 제어부를 포함하는 노광 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 마스크와 기판의 정렬은 평면에서 3자유도(X, Y, θ) 운동을 통해 수행되는 노광 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 회전체는 상기 회전체의 회전 중심과 미끄러짐 양을 추정하기 위해 상기 회전(θ) 운동을 수행하는 노광 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 정렬계는 상기 회전체의 회전 전,후의 상기 기준 마크의 위치 좌표를 계측하는 스코프인 노광 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 회전체의 회전 전,후의 상기 기준 마크의 위치 좌표에 따라 상기 회전체의 중심 위치를 구하고, 상기 회전체의 중심 위치와 상기 계측된 상기 기준 마크의 위치 사이의 상대 위치를 계산하여 상기 회전체의 미끄러짐 양을 추정하는 노광 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 추정된 회전체의 미끄러짐 양을 상기 스테이지의 XY 이송 지령 값에 보상 값으로 반영하여 상기 미끄러짐 양을 보상하는 노광 장치.
  17. 평면 회전 운동을 하는 회전체의 회전 중심과 미끄러짐 양을 추정하는 방법에 있어서,
    상기 회전체의 평면 회전 운동 시, 상기 회전체에 새겨진 기준 마크의 위치를 계측하고;
    상기 계측된 기준 마크의 위치를 이용하여 상기 회전체의 회전 중심 위치를 구하고;
    상기 회전체의 회전 중심 위치와 상기 계측된 상기 기준 마크 위치 사이의 상대 위치를 계산하여 상기 회전체의 미끄러짐 양을 추정하는 것을 포함하는 회전 중심과 미끄러짐 양을 추정하는 방법.
  18. 제17항에 있어서
    상기 기준 마크의 위치를 계측하는 것은,
    상기 평면 회전(θ) 운동을 수행한 상기 회전체의 회전 전,후의 상기 기준 마크의 위치를 계측하는 회전 중심과 미끄러짐 양을 추정하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 회전체의 회전 중심과 미끄러짐 양을 추정하는 것은,
    상기 회전체의 회전 전,후의 상기 기준 마크의 위치 변화에 따라 상기 회전체의 회전 중심과 미끄러짐 양을 동시에 추정하는 회전 중심과 미끄러짐 양을 추정하는 방법.
KR1020100078481A 2010-08-13 2010-08-13 노광 장치와 이를 이용한 정렬 오차 보정 방법 KR20120015936A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100078481A KR20120015936A (ko) 2010-08-13 2010-08-13 노광 장치와 이를 이용한 정렬 오차 보정 방법
US13/184,963 US20120038899A1 (en) 2010-08-13 2011-07-18 Exposure apparatus and alignment error compensation method using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100078481A KR20120015936A (ko) 2010-08-13 2010-08-13 노광 장치와 이를 이용한 정렬 오차 보정 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20120015936A true KR20120015936A (ko) 2012-02-22

Family

ID=45564628

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100078481A KR20120015936A (ko) 2010-08-13 2010-08-13 노광 장치와 이를 이용한 정렬 오차 보정 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20120038899A1 (ko)
KR (1) KR20120015936A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102041881B1 (ko) * 2018-10-17 2019-11-27 한국표준과학연구원 3 자유도 평면 정렬 장치

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102809892A (zh) * 2012-07-20 2012-12-05 顾金昌 一种用于数码立体影像冲印的移动压紧遮光机构及其方法
CN105527796B (zh) 2014-09-28 2018-03-13 上海微电子装备（集团）股份有限公司 龙门式设备和控制方法
US9490154B2 (en) * 2015-01-15 2016-11-08 Applied Materials, Inc. Method of aligning substrate-scale mask with substrate
CN106772736B (zh) * 2017-01-11 2019-02-01 中国科学院上海光学精密机械研究所 大尺寸光栅的制造装置和制造方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5151749A (en) * 1989-06-08 1992-09-29 Nikon Corporation Method of and apparatus for measuring coordinate position and positioning an object
US5795687A (en) * 1995-02-24 1998-08-18 Nikon Corporation Projection exposure method and alignment
JPH1050604A (ja) * 1996-04-04 1998-02-20 Nikon Corp 位置管理方法及び位置合わせ方法
AU2300099A (en) * 1998-02-09 1999-08-23 Nikon Corporation Method of adjusting position detector
JP2002050560A (ja) * 2000-08-02 2002-02-15 Nikon Corp ステージ装置、計測装置及び計測方法、露光装置及び露光方法
TW594431B (en) * 2002-03-01 2004-06-21 Asml Netherlands Bv Calibration methods, calibration substrates, lithographic apparatus and device manufacturing methods
JP5253916B2 (ja) * 2008-03-10 2013-07-31 株式会社ジャパンディスプレイイースト マスクレス露光方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102041881B1 (ko) * 2018-10-17 2019-11-27 한국표준과학연구원 3 자유도 평면 정렬 장치

Also Published As

Publication number Publication date
US20120038899A1 (en) 2012-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101059811B1 (ko) 마스크리스 노광 장치와 마스크리스 노광에서 오버레이를 위한 정렬 방법
JP5630634B2 (ja) 露光方法及び装置、並びにデバイス製造方法
TWI537687B (zh) Mobile body driving method and moving body driving system, pattern forming method and apparatus, exposure method and apparatus, and component manufacturing method
JP4792285B2 (ja) モデル・パラメータを使用して自動プロセス補正を行うための方法及びシステム、並びにこのような方法及びシステムを使用したリソグラフィ機器
KR101678039B1 (ko) 마스크리스 노광 장치, 마스크리스 노광에서 노광 시작 위치와 자세를 결정하는 방법
KR101678050B1 (ko) 오프 액시스 정렬을 이용한 마스크리스 노광 장치 및 방법
KR20120015936A (ko) 노광 장치와 이를 이용한 정렬 오차 보정 방법
US8964173B2 (en) Maskless exposure apparatus and spot beam position measurement method using the same
US10444635B2 (en) Lithographic method and apparatus
JPH10223528A (ja) 投影露光装置及び位置合わせ方法
JP2023164945A (ja) 露光装置およびアライメント方法
JP2010087310A (ja) 露光装置およびデバイス製造方法
TW200533887A (en) Lithographic apparatus, method of calibration, calibration plate, device manufacturing method, and device manufactured thereby
JP2020140070A (ja) 露光装置および露光方法
JP2010192744A (ja) 露光装置、露光方法、及びデバイス製造方法
JP6855008B2 (ja) 露光装置、フラットパネルディスプレイの製造方法、デバイス製造方法、及び露光方法
JP2013026383A (ja) 位置合わせ装置、位置合わせ方法、および、描画装置
JP5699419B2 (ja) 露光方法及び露光装置並びにデバイス製造方法
JP4459683B2 (ja) マスクレス露光装置
KR20190043417A (ko) 노광 장치의 제어 방법 및 노광 장치의 제어 장치
JP2010114164A (ja) 露光方法及び露光装置、並びにリソグラフィシステム
JPH1152545A (ja) レチクルおよびそれによって転写されたパターンならびにレチクルと半導体ウエハとの位置合わせ方法
KR102333943B1 (ko) 노광장치, 스테이지 교정 시스템, 및 스테이지 교정방법
JP6825204B2 (ja) デバイス製造方法および露光方法
JP2005026615A (ja) ステージ装置及び露光装置、計測方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E601 Decision to refuse application