KR950011166B1 - 축소투영 노광장치용 이중구조 레티클(Reticle) 구동계 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

축소투영 노광장치용 이중구조 레티클(Reticle) 구동계

제1a도는 레티클 구동계의 위치설정이 제어되지 않아 발생되는 확대오차를 나타낸 도면, 제1b도는 사다리꼴 오차를 나타낸 도면, 제1c도는 회전오차를 나타낸 도면.

제2도는 본 발명의 레티클 구동계에 대한 구성을 나타낸 정면도.

제3도는 제2도의 본 발명에 대한 측면도.

제4도는 본 발명의 레티클 구동계 중 X,Y,Z,ψ미동부에 대한 상세도.

제5도는 제4도의 미동부에 대한 측면 상세도.

제6도는 본 발명의 레티클 구동계에 대한 제어 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 광축(optical axis) 2 : 노광 광원(exposure source)

3 : 레티클(reticle) 4 : 투영렌즈(projection lens)

5 : 웨이퍼(wafer) 6 : 회로패턴(pattern)

7 : 노광된 회로패턴 8 : X방향 조동부

9 : Y방향 조동부 10 : X,Y,Z,ψ : 방향 미동부

11 : 지지판 12 : X방향 공기베어링

13 : X방향 가이드(guide) 14 : X방향 가이드 레일(rail)

15 : Y방향 공기베어링 16 : Y방향 가이드(guide)

17 : Y방향 가이드 레일(reil)

18 : X방향 리니어 모터(linear motor)

19 : Y방향 리니어 모터(linear motor)

20 : X방향 리미트(limit) 21 : Y방향 리미트(limit)

22 : 노광광(exposure beam)

23 : 링형태의 압전소자(piezo-ringactuator)

24 : 엔코더(encoder) 25 : 탄성힌지 스프링(hinge spring)

26 : 레티클 받침대 27 : 진공 흡입홈

28 : 진공 흡입구멍 29 : 레티클 초기장착용 공기실린더

30 : 주제어기(main controller) 31 : 모터 구동회로

32 : 압전소자 구동회로 33 : 위치 감산기

34 : 신호처리 회로 35 : 인터페이스(interface)

본 발명은 노광광원에서 발생되는 특정한 파장의 광을 반도체 회로패턴(pattern)이 새겨진 레티클(Reticle)에 조사한 후, 투영렌즈에 의해 축소된 회로패턴의 상을 투영렌즈의 촛점위치에 놓여진 감광물질이 도포된 웨이퍼 위에 형성시키는 반도체 제조장치인 축소투영 노광장치의 이중구조 레티클 구동계에 관한 것이다.

종래의 축소투영 노광장치용 레티클 구동계를 살펴보면 다음과 같다.

X방향에는 한개, Y방향으로는 두개의 직선운동 서보모터(servo moter)와 백래시(Backlash)가 없어지지 않아 미리 예압(preload)이 가해진 개선된 리이드 스크류와 구름안내 방식의 가이드를 사용한 조동 레티클 구동계만 적용하여 0.1미크론(micron) 정도의 위치 정밀도를 실현하고 있는 실정이다.

종래의 이러한 구름안내 방식을 채용한 레티클 구동계는 근본적으로 동마찰계수가 크고, 정밀기계 가공의 어려움, 재료마모에 대한 수명단축, 먼지의 발생에 의한 오염으로 정밀한 위치달성에 한계가 있었다.

이와같이 레티클 구동계의 위치설정이 정확히 제어되지 않을 경우에는 제1도와 같이 여러가지의 오차가 발생되었다.

먼저, 제1a도에 도시된 바와같이 레티클(3)의 상하위치가 ±ΔZ만큼 잘못 설정되어 있는 경우로써, 레티클(3)상의 회로패턴이 웨이퍼(5)상에서 정확히 축소된 회로패턴(6)이 전사되지 않고 회로패턴(7)과 같이 축소되거나 확대되는 확대오차(Magnification error)가 발생되었다. 또한, 제1도(b)에 도시된 바와같이 레티클(3)이 X,Y 방향으로 α,β만큼 기울어져 있는 경우, 웨이퍼(5)상에서 회로패턴(6)이 사다리꼴 모양의 회로패턴(7)으로써 찌그러지는 사다리꼴 오차(Trapezoid error) 현상이 발생되었다.

그리고, 제1c도에 도시된 바와같이 레티클(3)의 X,Y방향의 위치가 X',Y'로 ψ만큼 회전되어 있는 경우도 역시 웨이퍼(5)상에서 회로패턴(6)이 회로패턴(7)과 같이 삐뚤어지는 회전오차(Rotation error)가 발생되었다.

따라서 이들 모든 오차는 레티클(3)의 위치가 정확히 제어되어야만 레티클(3)상에 있는 회로패턴이 웨이퍼(5)면에서 원하는 축소전사가 가능한 것이다.

이와같은 오차가 발생하면 McMillen과 Ryden이 이론적으로 유도한 아래의 위치함수 방정식에 의해 실제 노광되는 회로패턴(7)의 크기가 X, Y로 달라짐을 예측할 수 있다.

여기서, X₀,Y₀는 반도체 소자 제조시 필요한 이상적인 회로패턴(6)의 크기이며, E는 투영렌즈(4)에 의해 발생되는 찌그러짐(Distortion)이다.

또한, 각종 안내방식을 살펴보면, 액체 또는 고체 윤활유를 사용하는 미끄럼 안내는 0.02~0.3미크론, 레일(rail) 또는 평판형식을 사용하는 구름안내는 0.001~0.006미크론, 공기베어링을 사용하는 정압안내는 0.001미크론 이하의 동마찰계수를 가진다.

구동시 동마찰계수가 커지면 구동력에 대해 역으로 미치는 마찰력이 커져 구동체에 모멘트(Monent)를 주어, 구동방향이 X방향이라고 하면 X축을 중심으로 회전하는 로올링(rolling) 오차, Y축을 중심으로 회전하는 피칭(pitchig)오차, Z축을 중심으로 회전하는 요잉(yawing) 오차들이 복합적으로 전체 위치 정밀도에 악영향을 끼치므로 실제 노광되는 회로패턴이 달라지는 문제점이 발생되었다.

따라서 본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위해 리니어 모터로 구동되는 조동부와 압전소자로 구동되는 미동부의 이중구조로 하여 정압 안내방식인 공기베어링을 도입하여 X,Y,Z,ψ 방향의 위치제어가 가능하여 각종 오차가 개선되도록 하는 축소 투영 노광장치용 이중구조의 레티클 구동계를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와같은 본 발명의 목적을 실현하기 위해, 2개의 리니어 모터로 구동되는 조동부와 링형태의 압전소자로 구동되는 미동부의 이중구조로 구성하되, 상기 조동부의 측면과 하부에 정압안내 방식인 공기베어링을 각각 2개의 가이드용과 4개의 지지용으로 하여 X,Y,Z,ψ방향의 위치 제어가 가능하도록 구성하여 사다리꼴 오차, 확대오차, 회전오차가 개선되도록 하는 것을 일특징으로 한다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 기술하고져 한다.

제2도에 있어서, 전체적으로 지지판(11)상에 X,Y방향 조동부(8),(9)와 미소 X,Y,Z,ψ방향 미동부(10)를 구성한다. 상기 X방향 조동부(8)은 4개의 하부 공기베어링(12a)에 의해 지지되어 모터 구동회로(31)의 신호명령을 받아 리니어 모터(18)가 X방향 가이드 레일(14)과 2개의 측면 공기베어링(12)이 가이드(13)을 따라 리미트(20)까지 이동한다. 또한, Y방향 조동부(9)는 X방향 조동부(8)의 내부 사각 공간에서 역시 동일한 방법으로 이루어진다.

X방향으로 광축(1)에서 최대로 멀어졌을때, 레티클(3)이 레티클 받침대(26)에 장착한다.

이때, 레티클(3)의 초기장착이 가능하도록 3개의 공기실린더(29,29a,29b)에 부착된 가이드판이 동시에 나와서 안내한 후, 스프링 복원력에 의해 다시 들어가면 진공흡입구멍(28)을 통해 공기를 빨아들여 진공흡입홈(27)의 압력을 감소시켜 레티클(3)을 고정한 다음 광축으로 이동한다.

회로패턴이 새겨진 레티클(3)이 X,Y방향 조동부(8,9)에 의해 레티클의 중심이 광축으로 수 미크론 이내로 이동되면, 이차적으로 X,Y,Z,ψ방향 미동부(10)가 압전소자 구동회로(32)의 구동신호 명령에 따라 X방향은 링형태의 압전소자(23), Y방향은 압전소자(23a,23b)에 의해 조정된다.

ψ방향은 압전소자(23b,23c)으로 표시된 링형태의 압전소자(23b)(23c)가 밀때는 시계방향으로, 당길때는 반시계 방향으로 레티클(3)이 놓여진 레티클 받침대(26)가 있는 판을 회전시킨다.

이때, 탄성힌지 스프링(25)은 미소 이동시 복원력에 따른 진동을 감소시켜 주며, 링형태의 압전소자(23)에 부착된 엔코더(24)는 미소 이동에 의한 위치변화량을 감지하여 위치감산기(33)를 통해 주제어기(30)에 보내준다.

상기 주제어기(30)는 인터페이스(35), 신호처리회로(34), 구동회로(32)를 통해 미소 이동 변위량을 정확히 제어되도록 한다.

한편, Z방향의 위치도 항상 일정하게 유지되지 않는다.

즉, 재료연마 가공기술의 한계로 웨이퍼(5) 자체의 칩(chip)당 표준요철이 ±0.5미크론(micron), 반도체 소자의 제조공정시 기인되는 소자표면의 요철로 웨이퍼(5) 위에 도포된 감광제 역시 ±0.3미크론 정도의 상하기복으로 거리가 변할 수 있다.

또한, 축소투영 노광장치가 설치된 청정실(clean room)의 대기환경의 기압, 온도, 습도, 공기굴절을 변화에 의한 레티클(3)과 웨이퍼(5)간의 미소 거리변화가 늘 존재하므로 투영렌즈(4)의 촛점위치가 달라진다.

물론, 투영렌즈(4)의 촛점심도(depth of focus)에 의해 약간은 보상이 가능하지만 근본적으로 렌즈 제작기술의 한계로 상호 보완이 필연적이다.

따라서, 이상적인 회로패턴(6)을 얻기 위해서 일차적으로 링형태의 압전소자(23d,23e,23f)로 레티클(3)과 웨이퍼(5)간의 Z방향 및 α,β 기울어진 위치를 필요에 따라 정확히 제어하여 확대오차와 사다리꼴 오차의 최소화가 가능하다.

그 다음 단계로 레티클(3) 자체의 위치를 축소투영 노광장치의 광축(1)의 수직면을 기준으로 X,Y방향 조동부(8,9)의 X,Y방향 리니어 모터(18,19)와 X,Y,Z,ψ 미동부(10)에 있는 링형태의 압전소자(23,23a,23b,23c)들을 사용하여 이중으로 X,Y,ψ방향으로 정밀한 위치제어가 수행됨으로서 회전오차의 최소화 뿐만아니라 이상적인 회로패턴(6)의 크기와의 차이를 줄일 수 있다.

이와같이 X,Y,Z,ψ미동부(10)에는 링형태의 압전소자(23)를 사용하므로서 크기 감소에 따른 중량감소 뿐만 아니라 1나노미터(nanometer) 전후의 위치정밀도를 달성할 수 있는 장점이 있다.

X,Y방향 조동부(8,9)에는 안내방법으로 X,Y방향 공기베어링(12,15)들이 도입되어 동마찰 계수를 적게하여 X,Y,Z,ψ미동부(10)의 정밀위치 제어에 훨씬 좋은 영향을 미친다.

따라서, 이러한 영향들이 최소화를 통하여 본 발명은 실제 노광되는 회로패턴(7)이 이상적인 회로패턴(6)과 거의 동일하게 되도록 성능이 향상되도록 한 것이다.

Claims (4)

1. X,Y방향 리니어 모터(18,19)로 구동되는 X,Y방향 조동부(8,9)와, 링형태의 압전소자(23)로 구동되는 X,Y,Z,ψ미동부(10)의 이중구조로 되어 있고, 정압 안내방식인 공기베어링을 X,Y방향 조동부(8,9)의 측면에 가이드용의 X,Y방향 공기베어링(12,15), 하부에 지지용의 공기베어링(12,15)를 도입하여 X,Y,Z,ψ방향의 위치제어가 가능하여 확대오차, 사다리꼴 오차, 회전오차가 개선되도록 구성한 것을 특징으로 하는 축소투영 노광장치용 이중구조 레티클 구동계.
2. 제1항에 있어서, Y방향 조동부(9) 위에 놓여진 X,Y,Z,ψ 미동부(10) 하부에 3개의 링형태의 압전소자(23d,23e,23f)와 그에 따른 각각의 엔코더들을 이등변 삼각형으로 배치하여 무게 균형과 Z 및 (α,β)방향으로 구동되도록 X,Y,Z,ψ 미동부(10)를 조합한 것을 특징으로 하는 축소투영 노광장치용 이중구조 레티클 구동계.
3. 제1항에 있어서, 링형태의 압전소자(23b,23c)을 대각선 방향으로 설치하여 레티클(3)이 놓여진 레티클 받침대(26)가 있는 핀(plate)을 탄성 힌지스프링(25)의 역할로 시계 및 반시계 방향으로 회전시킬 수 있고, 다른 압전소자(23a)로 보완하도록 하는 미동부를 구성한 것을 특징으로 하는 축소투영 노광장치용 이중구조 레티클 구동계.
4. 제1항에 있어서, X방향의 미세이동은 링형태의 압전소자(23a,23b), Y방향의 미세 이동은 링형태의 압전소자(23)로 탄성 힌지스프링(25)와 함께 X,Y방향으로 미소변위가 제거되도록 미동부(10)를 구성한 것을 특징으로 하는 축소투영 노광장치용 이중구조 레티클 구동계.