KR900001655B1 - 광 노출 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

광 노출 장치

제1도는 본 발명의 실시예에 의한 광 노출 장치에서 마스크와 웨이퍼 사이의 간격을 정하기 위한 장치의 구조를 도시한 투시도.

제2a도는 웨이퍼 척(wafer chuck)를 움직이기 위한 장치의 정면도.

제2b도는 화살표로 나타낸 선 IIb-IIb를 따라 바라본 평면도.

제3도는 마스크와 웨이퍼의 위치를 감지하는 방법을 설명하기 위한 도면.

제4a도와 제6a도는 대물렌즈의 촛점과 마스크나 웨이퍼의 위치가 서로 어긋나는 경우 CCD위의 표적 패턴의 콘트라스트를 표시한 도면.

제4b도와 제6b도는 제4a도와 제6a도에 각각 표시된 패턴 콘트라스트에 대한 CCD에 의해 발생되는 출력신호의 파형도.

제5a도는 대물렌즈의 촛점과 마스크나 웨이퍼의 위치가 일치할 경우 CCD위의 표적 패턴의 콘트라스트를 표시한 도면.

제5b도는 제5a도에 표시된 패턴 콘트라스트에 대한 CCD의 출력신호를 보여주는 파형도.

제7도는 마스크와 웨이퍼 사이의 간격을 산술적으로 결정하는 절차를 설명하기 위한 흐름도.

제8도 a부터 c까지는 대물렌즈의 촛점과 마스크나 웨이퍼 사이의 위치관계를 설명하기 위한 도면으로서, 그 가운데

제8a도는 대물렌즈의 초기 위치를 나타내고,

제8b도는 대물렌즈의 촛점과 마스크가 일치하는 위치를 나타내며,

제8c도는 대물렌즈의 촛점과 웨이퍼가 일치하는 위치를 나타낸 도면.

제9도는 제8b도에 표시된 대물렌즈의 위치에서 CCD의 출력 파형과 마스크 표적점의 콘트라스트를 표시한 도면.

제10도는 제8c도에 표시한 대물렌즈의 위치에서 CCD의 출력 파형과 웨이퍼의 콘트라스트를 나타낸 도면.

제11a도와 제12a도는 본 발명의 또다른 실시예에 의한 간격 설정 장치의 주요부분을 나타내는 도면.

제11b도와 제12b도는 제11a도와 제12a도에 각각 표시한 위치에서 CCD위에 생기는 줄 패턴 상의 콘트라스트를 표시한 도면.

제11c도와 제12c도는 각각 제11b도와 제12b도에 표시한 줄 패턴 상에 해당하는 CCD의 출력 파형을 설명하는 도면.

제13a도는 반사면의 배치를 표시한 투시도.

제13b도는 줄 패턴의 투영을 설명하기 위한 투시도.

제14도는 방사 장치에 채용하고자하는 본 발명의 또다른 실시예에 의한 간격 설정 장치의 구조를 나타내는 도면.

제15도는 제14도에 나타낸 장치에서 간격을 감지하는 원리를 설명하기 위한 도면.

제16도는 웨이퍼 상의 거울 부분의 배치를 표시한 도면.

제17도는 본 발명의 또다른 실시예를 응용하고자 하는 X-선 노출 장치의 구조를 표시한 도면.

제18a도부터 제18c도까지는 촛점이 잘 맞는 상태를 감지하는 방법을 설명하기 위한 도면.

본 발명은 2개의 박형판(薄形板) 사이의 간격을 무접촉 방법으로 매우 정확하게 설정할 수 있는 광 노출 장치에 관한 것이다.

한쌍의 박형판, 즉 마스크(mask)와 웨이퍼(wafer)를 평행하게 정렬된 상태로 노출시키고자 할 때 웨이퍼와 마스크의 위치 상의 정렬을 매우 정확하게 수행하는 것이 요구된다. 일본 특허 공개 공보 No.83380/1979에 발표된 바와 같은 지금까지 알려진 광 노출 장치에서 마스크와 웨이퍼 사이의 간격을 설정하는 방법에 의하면, 웨이퍼와 마스크 사이의 간격을 설정하기 위하여 마스크의 주위 부분을 맛물리는 꺾쇠 장치에 의해 마스크를 움직이지 않게 고정시키는 마스크 지지(支持) 프레임(frame)에 대해 수직으로 이동 가능하도록 웨이퍼 탑재 테이블을 배치한다. 이를 위하여 웨이퍼 테이블은 세로 방향으로 확장 가능한 여러 수직 샤프트(shaft)로 지지한다. 수직 샤프트 즉 포스트(post)들은 웨이퍼 테이블의 밑면과 접촉하게 되는 그것들의 위끝을 구형(球形)으로 만든다. 마스크와 웨이퍼는 서로 평행하게 위치시키기 위해 일단 평평하게 접촉시킨다. 그후에, 웨이퍼 테이블과 수직으로 연장 가능한 포스트 사이에 위치하는 구형 부분을 소개시켜 단단히 접촉된 상태로 웨이퍼와 마스크를 고정시킨다. 이러한 기지(旣知)의 방법은 웨이퍼와 직접 접촉하거나 외래 물질의 침전때문에 마스크가 긁히거나 달리 손상되어 결과적으로 생산성의 감소를 가져온다는 점에서 불리하다. 이 문제는 해결하기 위해, 마스크와 웨이퍼 사이의 위치 정렬이 잘되도록 하기 위하여 마스크 패턴(mask pattern)과의 간섭이 발생하지 않는 위치에서 웨이퍼와 마스크 사이에 스페이서(spacer)를 삽입하는 것이 알려져 있다. 그러나, 이 방법은 1/1000mm 정도로 매우 정확하게 마스크와 웨이퍼 사이의 간격을 둘수 없다는 결점이 있다. 일본 특허 공개 공보 No.98829/ 1981에 발표된 바와같이, 무접촉 방법으로 마스크와 웨이퍼의 위치를 결정하는 또다른 기지의 방법에 의하면, 평행하게 배치된 마스크와 웨이퍼 중의 하나를 진동시켜 진동의 진폭을 무접촉 방법으로 측정한다. 마스크와 웨이퍼 사이의 간격의 크기에 따라 진동의 진폭이 변화한다는 사실을 이용하여 간격을 설정한다. 그러나, 이 방법은 압축 공기를 이용하여 마스크를 진동시킬때, 기계적인 에러(error)나 주위 온도의 변화와 같은 환경적 요소는 해결해야 하는 문제점을 야기시킨다는 점에서 불리하다.

또한, 일본 특허 공개 공보 No.7931/1982는 노출 마스크와 웨이퍼 사이의 간격을 X-선으로 감지하는 방법을 제시하였으며, 이 방법은 패턴이 형성되는 영역을 감지함으로써 마스크의 위치를 결정하기 위해 무접촉센서(sensor)를 마스크 위에 배치하는 반면 패턴이 형성되지 않는 마스크 영역을 지나 웨이퍼의 위치를 감지한다는 것이다. 이 방법은 마스크와 웨이퍼 중의 하나를 다른 하나에 대해 수평으로 이동시켜 측정되는 그들 사이의 간격을 허용하며 따라서 실험실에서 사용되는 실험적 광 노출 장치에 유리하게 채용할 수 있다. 하지만, 이 방법의 단점은 측정후 센서를 광로(光路)로 부터 빼내야 하는데 그렇게 하지 않으면, X-선 흡수 센서가 X-선으로 웨이퍼를 조사(照射)하는 것과 간섭을 일으킬지도 모르기 때문이다. 센서를 빼내는데 걸리는 시간은 대량 생산할 때 그 장치의 생산량을 저하시키는 요인이 된다.

본 발명의 목적은 종래 기술에 의한 장치의 단점을 없애고 무접촉 방법으로 매우 정확하게 박형판 사이에 간격을 설정하여 아주 세밀한 패턴이 박형판들 중 하나(웨이퍼)의 위에 프린트시키는 광 노출 장치를 제시하는데 있다.

본 발명의 두번째 목적은 그 장치의 생산량을 심하게 감소시키지는 않지만, 매우 정확하게 마스크 패턴과 일치하도록 X-선으로 웨이퍼를 노출시키는 것이 보장되어 마스크와 웨이퍼 사이의 간격을 설정할 수 있는 X-선 노출 장치를 제공하는데 있다.

첫번째 언급한 목적에서 보면, 발명의 성격상 한쌍의 박형판을 서로 반대편에 평행하게 고정시키기 위한 베이스와 척(chuck), 척을 베이스쪽으로 또는 그 반대쪽으로 이동시키기 위한 척 이동 수단, 상이 맺어지는 위치 근처에 배치된 광 수신 소자를 포함하는 광학적 감지 수단의 촛점 부근에 베이스와 척을 배치하기 위하여 척 이동 수단의 반대편에 배치되는 광학적 감지 수단, 광 수신 수단의 출력신호를 산술(算術)(arithmetically)적으로 처리하기 위한 산술 수단, 그리고 산술 처리 수단의 출력에 따라 척 이동 수단을 구동시키기 위한 콘트롤 회로로 이루어지는 광 노출 장치가 제시된다. 박형판이 마스크와 웨이퍼 일때는 마스크와 웨이퍼 상의 표적 표시가 광학적 감지 수단의 영역내에 놓인다. 표적 표시의 콘트라스트를 나타내는 광수신 소자의 출력신호가 표적 표시를 수직으로 이동시키는 도중 최대값을 취할때, 마스크 표면과 웨이퍼 표면은 마스크와 웨이퍼 주위에 위치하는 적어도 3점에서 감지된다. 그러면, 3점에서의 마스크와 웨이퍼의 위치(또는 그들 사이의 간격)을 무접촉 방법으로 매우 정확하게 감지할 수 있다. 감지의 결과에 근거하여, 마스크와 웨이퍼 사이의 간격을 매우 정확하게 균일하게 하기 위해 척 이동 수단을 구동시킨다.

두번째 목적의 관점에서 보면, 본 발명의 또다른 성격상 마스크에 경사진 방향으로 패터닝 마스크(patterning mask)위에 배치되는 광학적 감지 수단을 포함하는 X-선 노출 장치가 제시되는데, 웨이퍼위에 만드어지는 패턴의 허상(虛像)과 마스크안에 형성되는 패턴의 실상을 광학적 감지 수단으로 감지하여 실상과 허상이 맺어지는 위치에 마스크와 웨이퍼 사이의 미리 정해지는 값의 간격을 설정하게 된다.

이제 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 구체적인 실시예와 함께 설명하고자 한다. 제1도는 본 발명의 실시예에 의한 광 노출 장치에서 마스크와 웨이퍼 사이의 간격을 설정하기 위한 장치의 주요부분의 구조를 표시한 투시도이고, 제2a도는 웨이퍼 척을 이동시키기 위한 장치의 정면도이고, 제2b도는 화살표로 나타낸 선IIb-IIb를 따라 바라본 평면도이고, 제3도는 마스크와 웨이퍼의 위치를 감지하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 제4a도와 제6a도는 대물렌즈의 촛점과 마스크 또는 웨이퍼의 위치가 서로 어긋나는 경우 선형영상 센서(이후로는 CCD라 칭함)위의 표적 패턴의 콘트라스트를 표시한 도면이고, 제4b도와 제6b도는 제4a도와 제6a도에 각각 표시된 패턴 콘트라스트에 대한 CCD에 의해 발생되는 출력신호의 파형도이고, 제5a도는 대물렌즈의 촛점과 마스크나 웨이퍼의 위치가 일치하는 경우 CCD위의 표적 패턴의 콘트라스트를 표시한 도면이고, 제5b도는 제5a도에 표시한 패턴 콘트라스트에 대해 CCD의 출력신호를 보여주는 파형도이고, 제7도는 마스크와 웨이퍼 사이의 간격을 산술적으로 결정하는 절차를 설명하기 위한 흐름도이고, 제8도 a부터 제8도 c까지는 대물렌즈의 촛점과 마스크나 웨이퍼 사이의 위치관계를 설명하기 위한 도면으로서 그 가운데 제8도 a는 대물렌즈의 초기 위치를 나타내고, 제8도 b는 대물렌즈의 촛점과 마스크가 일치하는 위치를 나타내고, 제8도 c는 대물렌즈의 촛점과 웨이퍼 상의 표적점이 일치하는 위치를 나타내고, 제9도는 제8도 b에 표시된 대물렌즈의 위치에서 CCD의 출력 파형과 마스크 표적점의 콘트라스트를 위치에서 CCD의 출력 파형과 마스크 표적점의 콘트라스트를 표시한 도면이고, 제10도는 제8도 c에 표시한 대물렌즈의 위치에서 CCD의 웨이퍼 표적 표시의 콘트라스트와 함께 CCD의 출력파형을 표시한 도면이다. 제1도에 나타낸 바와 같이, 3개의 압전소자(壓電素子) 8도 a, b와 c는 지금까지 사용되어온 구형부(球形部) 대신에 Z-스테이지 7위에 단단히 고정되며, 3개의 압전소자의 끝에 웨이퍼 척 4를 배치한다. 마스크 베이스(표시하지 않았음)에 단단히 고정되는 마스크 1을 웨이퍼 척 4위에 움직이지 않게 올려 놓은 웨이퍼 3의 윗면과는 반대편에 배치한다. 3개의 대물렌즈 9a, 9b와 9c는 마스크 1위에 배치하여 각각 3개의 압전소자 8a, 8b와 8c의 맞은편에 위치시킨다. 반(半) 거울 (half mirror) 11a는 대물렌즈 9a의 촛점 광로상에 배치한다. 광 가이드(guide) 12는 광원(표시하지 않음)에서 반거울 11a까지 광속을 가이드하는 역할을 하며, 거울 11adp 의해 반사되는 광속은 아래로 투사된다. 3개의 CCD 10a, 10b와 10c는 대물렌즈 9a, 9b와 9c의 상이 맺어지는 위치에 각각 배치된다. 반거울 11b와 11c는 각각 대물렌즈 9a와 9c의 상을 맺는 광로에 배치하여 대물렌즈에 의해 포착되는 상을 각각 CCD 10d와 10e로 투사시킨다. 상기의 소자들은 다같이 3개의 광 유니트(unit)를 구성한다. CCD 10a와 10d 그리고 CCD 10c와 10e는 마스크 1과 웨이퍼 3사이를 정렬시키기 위해 표적표시 13와 함께 이용되는 반면 CCD 10b는 마스크 1과 웨이퍼3의 표면을 감지하기 위해 이용된다. CCD 10a, 10b, 10c, 10d 그리고 10e의 출력신호는 CCD 구동회로 14와 인터페이스 회로 15를 지나 컴퓨터 16에 공급된다. 또한 인터페이스 회로 15는 3개의 압전소자 8a, 8b 그리고 8c를 구동시키기 위해 압전 콘트롤 회로 17a에 연결시켜 컴퓨터 16에 의해 수행되는 산술연산의 결과를 나타내는 신호를 압전소자 8a, 8b 그리고 8c에 피이드 빽시킨다. 끝으로 참조 숫자 17은 인터페이스 회로 15로부터 공급되는 명령에 응답(應答)하여 서로 수직한 2개의 방향으로의 Z-스테이지 7의 이동을 콘트롤하기 위한 Z-스테이지 콘트롤 회로를 가리킨다.

제2a도와 제2b도를 참조하면, 웨이퍼 척이동 장치는 압전소자 8a, 8b 그리고 8c를 움직이지 않게 올려 높는 척 베이스 18을 포함한다. 전기 마이크로미터 20의 프로브 니들 팁(probe needle tip) 20a와 강철구(球) 수신 소자 19를 웨이퍼 척 4와 압전소자 8a, 8b 그리고 8c의 각각의 구형 끝 사이에 배치한다. 압전소자 8a, 8b 그리고 9c의 구형 끝부분 위에서 지탱하는 강철구 수신 장치 19의 그 부분들은 V자 홈으로 그리고 평평하게 원뿔(圓錐) 배열로 만들어 진다. 전기 마이크로미터 20은 각각의 강철구 수신 소자 19과 프로브 니들 20a에 의해 수직 방향으로의 압전소자 8a, 8b 그리고 8c의 변위(弁位)를 측정하는데 쓰인다. 또한 척 베이스18의 반대편에 배치되는 웨이퍼 3과 마스크 1(제1도) 사이에 간격의 크기를 조절하기 위해 3개의 접촉점을 지나 척 베이스 18을 수직 방향으로 위쪽이나 아래쪽으로 이동시키는데 전기 마이크로미터 20을 쓴다. 포스트(post) 21a는 척 베이스18위에 움직이지 않게 올려 놓여지며 수직으로 뻗어있다. 리프 스프링(leaf spring) 21b는 수직 포스트 21a의 끝과 웨이퍼 척 4의 밑면 사이에 배치시켜 수직 포스트 21a 위에서 베이스 척을 탄력성 있게 지지시킨다.

위에서 설명한 구조와 함께, 마스크 1과 웨이퍼 3의 위치를 감지하는 방법을 제3도를 참조하여 설명하고자 한다. 우선, 대물렌즈 9의 촛점 0가 마스크 1이나 웨이퍼 3위에 놓일때, 대물렌즈 9에 의해 맺어지는 상이 CCD 10위에 높이도록 CCD 10을 위치시킨다. 광속은 광원(표시되지 않음)으로부터 광 가이드 12을 지나 반거울 11쪽으로 향하며 대물렌즈 9를 지나 아래로 투사된다. 대물렌즈 9의 촛점을 마스크 1이나 웨이퍼 3위에 위치시킬 때, 제5a도에 표시된 바와 같이 CCD 10위에서의 표적 패턴의 콘트라스트는 높고, 제5b도에서 알 수 있듯이 CCD 10의 출력은 최대이다. 한편으로는, 대물렌즈 9의 촛점이 웨이퍼 3이나 마스크 1의 면으로부터 벗어날 때, 제4a도와 제6b도에

표시된 바와 같이 CCD 10위에서의 표적 패턴의 콘트라스트는 낮아지게 된다. 이상태에서는 제4b도와 제6b도에서 알수 있듯이 CCD 10의 출력이 약해진다.

다음에는, 제7도부터 제10도까지를 참조하여 CCD위에서의 표적 표시의 콘트라스트를 산술적으로 결정하는 방법에 대해 설명하고자 한다. 제8도 a에서 알수 있듯이 대물렌즈 9의 초기 위치에서는 대물렌즈 9의 촛점은 마스크 1위에 위치하는 점에 존재한다. 대물렌즈 9를 초기 위치로 부터 밑으로 내릴때는, 제9도에 도시한 바와 같이, 마스크 표적의 2선에 해당하는 CCD 10의 출력신호가 증가한다.

이 상태에서는, 각각의 극점에 해당하는 CCD 10의 출력 파형의 화소(畵素)가 결정되며, 뒤이어 콘트라스트의 크기를 결정해야하는 범위에서 결정되는 화소의 양측에서 CCD 10위에 범위를 설정한다. 마스크 표적 22의 콘트라스트 C_M의 크기는 다음식에 따라 산술적으로 결정된다.

여기서,

i=화소의 수

V(i)=화소의 수에 해당하는 CCD의 출력이며,

n=화소의 주어진 갯수.

다음에, 대물렌즈 9의 촛점이 마스크 표적 22의 위치에 도달하면, 제9도에 도시한 바와 같이, CCD 10의 출력은 최대가 된다. 따라서 마스크 표적 22의 콘트라스트 C_M최대로 된다. 이때 감지되는 대물렌즈 9의 수직 위치 P_M이 기억된다.

대물렌즈 9를 더 밑으로 내리면, 제10도에 도시한 바와 같이, 웨이퍼 표적 23에 해당하는 CCD 10의 출력신호가 증가한다. 이때, CCD 10의 출력 파형의 극점에 해당하는 화소를 결정하여 웨이퍼 표적 23의 콘트라스트 C_W가 다음의 식에 따라 산술적으로 결정되는 범위를 CCD 10위의 화소의 양쪽에 설정한다.

여기서,

그 후에, 대물렌즈 9의 촛점이 웨이퍼 표적 23의 위치에 도달하면 CCD 10의 출력은 최대값을 취하는데, 이것은 웨이퍼 표적 23의 콘트라스트 C_W가 최대가 된다는 것을 의미한다. 이때, 수직 방향으로의 대물렌즈 9의 위치 P_w가 결정된다. 그렇게 결정되는 위치 P_w와의 차이로 부터, 대물렌즈 9의 수직 변위(마스크 1과 웨이퍼 3사이 간격의 크기)를 결정할 수 있다. 지금까지 설명한 바와 같이, 지금의 실시예의 경우에는 3개의 광학적 감지 유니트를 설치하는데, 그 중 2개의 유니트는 제1도에 표시된 배치에 대하여 2개의 표적을 감지하는데 사용되는 반면, 나머지 하나의 유니트는 라인(표시하지 않았음)를 감지하는데 사용된다. 바꾸어 말하면, 이러한 3개의 광학적 감지 유니트로, 마스크 1과 웨이퍼 3사이 간격의 3값이 3점에서 결정된다. 이들 간격의 값을 나타내는 신호는 인터페이스 회로 15를 통해 압전 콘트롤 회로 17a에 공급되어 3개의 압전소자 8a, 8b 그리고 8c를 서로 독립적으로 구동시켜 3점에서의 마스크 1과 웨이퍼 3사이 간격의 값이 웨이퍼 척 4의 대응하는 위치조정을 통해 서로 같아지게 된다.

다음에는, 제11도부터 제13도까지를 참조하여, 본 발명의 또다른 실시예에 의한 배치에 대해 표적 13을 사용하지 않고, 마스크 1과 웨이퍼 3사이의 간격을 설정하는 방법에 관하여 기술하고자 한다. 이 실시예의 경우에도 상기의 실시예(제3도)의 경우에서와 같은 방법으로 대물렌즈 9, CCD 10, 그러나 조명 시스템을 사용한다. 반투명 거울 11에 의해 반사되는 광속을 촛점에 모으는 렌즈 9의 촛점에 해당하는 위치에 스트립 패턴 24를 마련하며, 마스크 1의 패터닝 표면뿐만 아니라 쪽에 반사면 25를 배치한다는 점에 차이가 있다. 마스크 1의 반사면 25와 대물렌즈 9의 촛점이 일치하는 위치보다 위에 대물렌즈 9의 촛점이 위치하는 제11a도에 표시된 위치로 부터 대물렌즈 9를 내림에 따라 마스크 1위의 반사면 25에 해당하는 CCD 10의 출력은 그에 따라 증가한다. 이때, 수식(1)과 (2)에 따라 스트립(strip) 패턴 24의 콘트라스트를 산술적으로 결정하기 위하여 마스크 1과 웨이퍼 3의 감지 범위가 CCD 10위에 정해진다. 다음에, 제11a도에 나타낸 바와 같이 대물렌즈 9의 촛점이 반사면 25에 도달하며, 그 이후에는 대물렌즈 9의 촛점이 제12a도에 설명된 바와 같이 웨이퍼 3의 표면 13에 도달한다. 이 방법으로 제11b도와 제12b도에 표시한 콘트라스트의 스트립 패턴은 CCD 10위에 잇따라 투사되며 그 결과 제11c도와 제12c도에 각각 표시된 파형의 CCD출력이 얻어진다. 제11c도와 제12c도에 표시된 출력 파형이 얻어지는 대물렌즈 9의 수직 위치를 근거로 하여 마스크 1과 웨이퍼 3사이의 간격이 결정된다. 이 경우에, 반사면 25는 제13a도와 제13b도에 표시된 바와 같이 마스크 1위의 세 위치에 마련되는 반면, 스트립 패턴 24는 패턴 24의 실질적으로 반감된 상이 마스크 1의 반사면 25와 광 전송면에 각각 투사되도록 배치된다. 스트립 패턴 24가 투사되는 방법의 경우, 콘트라스트의 변화는 배치를 위한 표적점 13만이 사용되는 방법의 경우의 콘트라스트의 변화의 두배이다. 더구나, 스트립 패턴 24의 라인의 갯수를 감지할 수 있도록 배열함으로써 측정의 정확도를 더욱 높일 수 있다.

상기의 설명에서는, 웨이퍼 척 4가 3개의 압전소자 8a, 8b, 그리고 8c에 의해 구동된다는 것을 가정하였다. 그러나, 본 발명은 그와 같은 구조에 국한 되지는 않으며, 변형을 생각할 수 있다. 예로서, 웨이퍼 척 4는 3개의 포스트에 의해 지지되는데 그중 하나는 고정되어 있는 반면 나머지 2개의 포스트는 각각 압전소자들로 구성된다.

지금 살펴보고자 하는 바와 같이, 본 발명의 상기의 실시예에 의한 장치는 무접촉 방법으로 마스크와 웨이퍼의 위치를 매우 정확하게 감지하는 것을 가능케 한다. 웨이퍼를 고정시키기 위한 웨이퍼 척은 3점에서 지지되며, 지지기구의 높이를 독립적으로 보정할 수 있다는 특징에 의해, 마스크와 웨이퍼 사이의 간격을 매우 정확하게 측정하는 것이 가능하다. 따라서, 본 발명을 근접 접촉 방식의 마스크 어라이너(mask aligner)에 응용할 때는, 마스크와 웨이퍼 사이의 첫번째 접촉해서 노출을 이룰 수 있다. 다른 한편으로는 마스크와 웨이퍼를 서로 접촉하지 않도록 하여 근접 노출을 수행할 수 있다. 후자의 경우 마스크는 손상으로 부터 보호되며, 그에 의해 일드(yield)를 증가시킬 수 있다. 더구나, 마스크와 웨이퍼 사이의 평행 관계를 정확하게 이루게 할 수 있으므로 위치적 배열을 마스크와 웨이퍼의 근접 접촉 위에 위치적 어긋남이 없도록 하여 실현할 수 있다. 따라서 웨이퍼는 노출을 통해 매우 세밀한 패턴으로 프린트 할 수 있다.

다음에는, 광 노출 장치의 또다른 실시예를 제14도 이하를 참조하여 설명할 것이다.

제14도를 참조하면, 웨이퍼 흡입 척 103에 의해 고정되는 웨이퍼 102는 웨이퍼 척 103를 수직방향으로 아래 위로 이동시키기 위한 웨이퍼 척 구동 메카니즘 104에 의해 미리 정해지는 간격으로 마스크 101의 바로 밑에 위치한다. 숫자 115는 조사광(照射光)을 발생시키는 광 노출 소스(light-exposure source)를 가리킨다. 마스크 101과 웨이퍼 102사이의 간격은 조사광 105에 의해 조사되는 패턴을 감지하는데 응용되는 감지 시스템 106에 의해 측정된다. 감지 원리를 제15도를 참조하여 다음에 설명하고자 한다.

상술한 바와 같이, 마스크 101은 패턴 107a와 107b로 형성된다. 이 패턴 영역을 제외하고는, 마스크는 광을 통과시킨다. 패턴을 디자인(design)하여 거울과 같이 연마된 웨이퍼 102의 표면부를 패턴 바로 아래에 배치한다. 마스크 101과 웨이퍼 102의 배치로 마스크 패턴의 허상 107a'와 107b'가 웨이퍼의 거울면 위에 맺어진다. 따라서, 감지광 106은 웨이퍼 102에 관해 각도 θ로 기울어진 방향으로 배치된다. 촛점면 116은 마스크 107a와 허상 107b'를 연결하는 선을 포함하는 평면에 의해 형성된다. 이 경우, 이미지면 117이 촛점면 116으로 부터 거리 l₀만큼 떨어지도록 촛점을 그와 같이 설정할때 촛점은 이미지(image)면 117로 부터 l₁만큼 떨어진 패턴 170b는 물론 이미지면 117에 대해 거리 l₂만큼 떨어진 허상 170a'와도 일치하지 않는다. 따라서, 웨이퍼 102를 수직 방향으로 이동시켜 감지광의 촛점이 잇따라 두점(107b와 107a')과 일치하도록 함으로써 원하는 간격이 웨이퍼와 마스크 사이에서 광의 분해능(分解能)과 수직 구동 메카니즘 104의 정밀도에 의해 결정되는 정확도로 즉시 정해질 수 있다.

제16도는 본 발명을 수행하는데 사용된 웨이퍼의 거울면 부분의 배치를 보여 준다. 좀더 상세히는, 거울면 부분 108은 회로 패턴 107주위의 3점에 배치된다. 이 3개의 거울면 부분의 도움으로 간격을 설정함으로써, 마스크 101과 웨이퍼 102사이에 평행성을 이룩할 수 있다.

마스크 101과 웨이퍼 102사이의 간격을 감지하기 위한 간격 감지 메카니즘을 광노출 소스 115에 의해 방출되는 조사광의 광로 외부에 배치하는 배열때문에, 감지 메카니즘을 광로로부터 거두어 들이는데 요구되는 시간을 0으로 만들수 있으며, 광학적 간격 감지가 매우 정밀하게 이루어질 수 있다.

다음에는, 본 발명을 응용한 장치의 실시예를 제17도와 제18a도부터 제18c도까지를 참조하여 설명하고자 한다.

우선, 전기 모터 110은 대물렌즈 118을 양쪽으로 이동시키도록 전기 에너지를 가하여 대물렌즈의 촛점이 마스크 101의 패턴 107a(제15도)와 일치하도록 한다. 그 다음에 압전 구동회로 113은 웨이퍼를 수직 방향으로 이동시키기 위해 웨이퍼 척 이동 메카니즘 104의 일부를 구성하는 압전소자를 구동시킨다. 웨이퍼의 수직 이동은 촛점이 마스크 패턴(제15도에 표시된)의 허상 107b'와 일치하지 않을때 정지된다. 이 방법으로 미리 정해지는 크기의 간격을 웨이퍼와 마스크 사이에 정할 수 있다. 간격의 수치는 마스크 패턴의 피치(pitch)와 감지광 106의 경사각에 의존하여 결정된다.

다음에는, 촛점을 보정하는 방법을 설명하고자 한다. 이것을 위하여, 제18a도, 제18b도 그리고 제18c도에 나타낸 바와 같이 촛점의 일치를 감지할 목적으로 감지된 파형의 피크(peak)치(値)나 경사각이 이용된다. 좀더 상세히 말하면, 제18a도는 촛점이 일치하지 않는 상태를 나타낸 것이고, 제18b도는 촛점이 일치하지 않는 상태를 나타낸 것이며, 제18c도는촛점이 일치하지 않는 상태를 나타낸 것이다.

상기한 일련의 동작을 자동적으로 수행하기 위하여, 감지 시스템 106으로 부터 도출(導出)되는 영상신호는 영상처리 회로 111을 통해 2진신호로 변환되는데 영상처리 회로 내부에서는 피크치나 경사각이 CPU 114에 저장된다. 그 후에는, 모터 110을 구동시키기 위한 모터 구동회로 112에 명령을 내려 대물렌즈 118을 이동시킨다. 다시 영상신호를 불러 피크치나 경사각을 저장된 것과 비교한다. 대물렌즈는 피크치나 경사각이 최대가 되는 위치에서 정지한다. 웨이퍼를 이동시킬 경우, 같은 방법으로 압전 구동회로 113에 명령을 내려 감지되는 신호 파형의 피크치나 경사각을 관찰함으로써 대물렌즈의 촛점이 웨이퍼의 거울면 부분위의 허상과 일치하도록 대물렌즈를 위치시킨다.

일련의 콘트롤 단계들에 관한 명령이나 처리는 CPU 114에 저장된 프로그램을 마련함으로써 즉시 실행할 수 있다.

X-선 노출 장치의 광원(光源)은 간단한 소스이므로 마스크와 웨이퍼 사이의 간격을 래디얼(radial)방향으로 균일하게 설정하는 것이 요구된다. 더구나, 조사광이 감쇠되는 것을 막기 위하여 마스크 101은 He-체임버(chanmber)의 바닥에 올려 놓는다. 광 조사 장치의 경우에 진동은 역효과를 내므로 감지 메카니즘을 움직이지 않게 단단히 고정시켜야 한다.

지금까지 광 노출 장치와 관련하여 설명했지만 위에서 밝힌 본 발명의 설명은 마스크나 웨이퍼가 그들 사이에 미리 정해지는 간격으로 서로 반대편에 배치되는 근접 노출 장치나 그 외의 장치에도 꼭같이 적용할 수 있다는 것을 인식해야 한다.

두번째 실시예의 상기의 설명으로 부터 알수 있듯이, 간격 감지 메카니즘은 광속의 광로 외부에 배치되며, 그에 의해 감지 메카니즘을 후퇴시키거나 굴절시키는데 요구되는 시간을 0으로 만든다. 이것은 그 장치의 생산력을 증대시킬 수 있음을 의미한다. 더구나 광 감지 메카니즘을 사용하기 때문에 간격 감지를 매우 정확하게 정할 수 있으며 생산성을 증가시킨다.

Claims (4)

1. 서로 평행하게 배열된 한쌍의 박형판(1,3)을 노출에 노출시키는 광 노출 장치에 있어서, 상기의 박형판이 서로 반대편에 평행하게 배치되도록 상기의 2개의 박형판을 각각 움직이지 않게 올려놓기 위한 베이스(base)(18)와 척(4), 적어도 3점에서 상기의 척을 지지지며 적어도 2점에서 상기의 베이스에 관해 상기의 척을 이동시키기 위해 상기의 척에 실제로 결합된 다수의 척 이동 수단(8a,8b,8c), 상이 맺어지는 위치 근처에 배치되는 광 수신 소자(10a,10b,10c,10d,10e)를 포함하는 광 감지 수단의 촛점에 상기한 2개의 박형판(1,3)을 위치시키기 위해 이동 가능한 상기의 베이스와 상기의 척에 관하여 상기의 척 이동 수단의 반대편에 배치되는 광 감지 수단(9a,9b,9c), 상기의 광 수신 소자의 출력신호를 산술적으로 처리하여, 상기의 2개의 박형판 사이에 무접촉 방법으로 간격이 정해지도록 상기한 다수의 척 이동 수단을 상기한 산술적 처리의 결과에 근거하여 구동시키는 산술 콘트롤 수단(15,16,17a)를 포함하는 광 노출 장치.
2. 청구 범위 제1항에 있어서, 상기의 광 감지 수단이 상기한 2개의 박형판(1,3) 위에 각각 배치되는 배열 표시를 감지하도록 배열되는 광 노출 장치.
3. 청구 범위 제1항에 있어서, 상기한 2개의 박형판 위에 배치되며, 상기의 광 감지 수단의 상기의 광 수신 소자 위에 촛점이 맺어지는 배열 표시의 콘트라스트를 산술적으로 결정할 수 있도록 (제7도) 상기의 산술 콘트롤 수단이 배치되는 광 노출 장치.
4. 마스크(101)에 경사진 방향을 따라 패터닝 마스크 위에 배치되는 광 감지 수단(106)을 포함하는 광 노출 장치에 있어서, 상기의 마스크 내에 형성되는 패턴의 실상(107a,107b)과 상기의 마스크 바로 아래에 배치되는 웨이퍼의 거울면 부분 위에 생기는 허상(107a',107b')이 상기의 광 검지 수단(106)에 의해 감지되어 상기의 실상과 상기의 허상이 각각 촛점이 일치하는 위치에서 상기의 마스크(101)와 상기의 웨이퍼(102) 사이의 미리 정해지는 크기의 간격을 설정할 수 있는 광 노출 장치.

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