KR100240371B1 - 면위치검출방법 및 이것을 이용한 주사노광방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에는, 레티클과 웨이퍼를 투영광학계에 대해서 동기하여 주사이동시킴과 동시에, 상기 투영광학계를 통해서 상기 레티클의 패턴을 상기 웨이퍼위로 투영할 때, 상기 웨이퍼위의 동일한 패턴구조를 지닌 노광영역내의 주사방향을 따라 배열된 복수의 검출점의 면위치를 순차 검출하여 상기 노광영역을 상기 투영광학계의 상면위치에 위치시키는 주사형 노광방법에 있어서, 면위치를 검출하는 동안 상기 각 검출점간의 패턴구조의 차이에 의해 생긴 각 검출점마다의 오차를 측정하는 단계와;

상기 각 검출점의 면위치를 순차 검출할 때, 상기 각 검출점에 대응하는 오차에 의거해서 해당 각 검출점에서의 검출결과를 보정하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 주사형 노광방법이 개시되어 있다.

Description

면위치검출방법 및 이것을 이용한 주사노광방법

본 발명은 면위치검출방법에 관한 것으로, 특히, 슬릿주사방식 또는 주사형노광방식의 노광장치에 있어서 투영광학계의 광축방향에 관한 웨이퍼표면의 위치 또는 경사를 연속적으로 검출하는 면위치검출방법에 관한 것이다. 다른 양상으로는, 본 발명은 그러한 면위치검출방법을 이용한 주사노광방법에 관한 것이다.

최근, 메모리칩의 크기는 노광장치의 해상선폭 및 셀사이즈의 축소의 요구에 대한 메모리용량의 확대의 요구에 의해 점차 증가하고 있다. 예를 들면, 256M의 제1세대에서는 14×25mm정도로 보고되어 있다.

이 칩사이즈에서는, 현재 크리티컬층용의 노광장치로서 사용되고 있는 축소 투영노광장치(스테퍼)의 직경 31mm의 노광영역에서는 1회노광마다 1칩만이 노광될 수 있으므로 스루풋(throughput)이 매우 낮다. 그러므로, 커다란 노광면적의 노광창치의 개발이 요구되고 있다. 대화면의 노광장치로서는, 종래, 고스루풋이 요구되는 러프층용의 반도체노광장치 또는 모니터 등의 대화면액정표시소자의 노광장치로서 반사투영노광장치가 널리 사용되고 있다. 이들 노광장치는 원호형의 슬릿형상 조명광으로 마스크를 직선주사하고 동심반사미러광학계를 이용하여 웨이퍼의 전체면을 일괄노광하는 마스크-웨이퍼상대주사에 의한 슬릿주사방식(주사형 노광방식)의 노광장치이다.

이들 장치에 있어서의 마스크상의 포커싱에 관해서는, 감광기판(포토레지스트등으로 도포된 웨이퍼 또는 유리판)의 표면을 투영광학계의 최상의 결상면에 순차 일치시키기 위해, 레벨계측과 오토포커싱 및 오토레벨링의 보정구동을 주사노광중에 연속적으로 행하고 있다.

그러한 장치에 있어서 레벨 및 면위치검출기구는, 웨이퍼표면에 광을 위쪽으로부터 비스듬히 투영하고, 감광기판으로부터 반사광을 센서상의 위치일탈로서 검지하는 경사투영광학계를 이용하는 방법 또는 에어마이크로센서 또는 정전용량센서등의 갭센서를 이용하는 방법을 사용한다. 주사중의 레벨의 측정치로부터, 측정위치가 노광슬릿영역을 통과할 때의 레벨(높이) 및 경사의 보정구동량을 산출하여 보정을 행한다.

현재 사용하고 있는 슬릿주사방식의 노광장치의 투영광학계를 256M이상을 만족하는 해상력이 되도록 변형하면, 이하의 문제가 발생한다.

즉, 회로패턴의 미세화를 만족하는 축소투영계의 증가하는 개구수(N.A.)에 의해, 패턴전사공정에 있어서의 포커스의 허용심도는 점점 더 감소된다. 현재 러프공정에 사용되고 있는 노광장치에서는 허용심도가 5㎛이상이다. 따라서, 주사노광중에 연속계측된 계측치에 포함된 계측오차, 또는 칩내표면단차의 영향은 무시할 수 있지만, 256M에 대한 응용을 고려하면, 허용심도는 1㎛이상일 것이다. 그러므로, 상기 계측오차 또는 칩내의 표면단차(칩내의 패턴구조)의 영향을 보정할 필요가 있다.

축소투영노광장치에 있어서는, 감광기판상에 동일패턴구조를 지닌 복수의 칩이 형성되어 있고, 그 표면형상은 노광위치에서 거의 재현된다. 따라서, 롯(lot)처리이전에 파일럿을 이용한 시험프린팅을 행하는 것에 의해, 상기 오프셋을 보정하는 것이 가능하다. 즉, 포커스검출계의 각 계측점의 캘리브레이션을 행하는 것이 가능하지만, 노광영역내의 복수의 점을 주사하면서 계측하는 상기 슬릿주사방식의 노광장치에서는, 그 포커스센서의 캘리브레이션을 측정점마다에 대해서 행하는 경우 프린팅에 의해서 칩내의 20개점의 보정을 행한다고 하면, 현미경을 통해서 상질을 확인하는 작업은 상기 축소투영노광장치의 경우의 20배나 긴 시간이 걸린다.

또, 레지스트표면을 확실하게 관찰하도록 센서를 구성하여도, 이하의 경우에, 그 표면을 따라서 보정을 행하면 디포커스(초점이탈)가 발생한다. 즉, 메모리 등의 노광영역내의 구조는 메모리셀부분과 주변회로부분으로 구성되어 있다.

일반적으로, 크리티컬한 해상성능이 요구되는 노광영역은 메모리셀부분으로 집중한다. 256M칩은 예를 들면, 크리티컬한 선폭전사가 요구되는 메모리셀영역과 메모리셀부분을 분할하도록 종방향 및 횡방향으로 뻗은 루스룰의 주변회로부분으로 이루어져 있다. 셀부분과 주변회로부분은 CMP(화학적기계적연마)공정 또는 리세스어레이형성법 등에 의해 평탄화가 행해지지만, 1㎛정도의 표면단차가 여전히 남아 있다.

제4a도에 도시한 바와 같이, 이 영역을 주사하면서 Z방향의 보정을 계측치에 의해 정확히 행하는 경우, 즉, 슬릿의 노광상면을 레지스트표면에 연속적으로 트랙시키는 경우 및 슬릿의 주사방향의 폭(즉, 짧은 변의 크기)이 5mm인 반면 주변 회로부분이 폭 2mm이면, 표면단차를 지닌 주변회로부분의 양측에 있는 메모리셀의 각각 2mm의 영역(도 4a의 빗금부분)에서 1㎛정도의 디포커스가 발생하게 된다. 주변회로의 선폭관리는 메모리셀의 그것에 비해서 완만하므로 포커스심도도 그에 따라서 확대한다.

이 점을 고려하면, 실제 표면단차(패턴구조)에 노광상면을 추종시키는 것은 바람직하지 않다. 정밀도의 관점으로부터, 보정량으로서 표면단차데이터를 관리하는 것이 유리하다. 어쨌든, 오프렛관리 및 보정의 방법이 확립되어 있지 않다.

본 발명의 목적은 복수점에 대해서 포커스계측계의 캘리브레이션을 행함으로써, 웨이퍼의 표면의 위치를 고정밀도로 검출할 수 있는 면위치검출방법을 제공하는 것이다.

특히, 본 발명의 목적은 슬릿주사방식의 노광공정을 위한 고정밀도의 면위치검출방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일양상에 의하면, 레티클과 웨이퍼를 투영광학계에 대해서 동기하여 주사이동시킴과 동시에, 상기 투영광학계를 통해서 상기 레티클의 패턴을 상기 웨이퍼상으로 투영할 때, 상기 웨이퍼위의 동일한 패턴구조를 지닌 노광영역내의 주사방향을 따라 배열된 복수의 검출점의 면위치를 순차 검출하여 상기 노광영역을 상기 투영광학계의 상면위치에 위치시키는 주사형노광방법에 있어서, 면위치를 검출하는 동안 상기 각 검출점간의 패턴구조의 차이에 의해 생긴 각 검출점마다의 오차를 측정하는 단계와; 상기 검출점의 면위치를 순차 검출할 때, 상기 각 검출점에 대응하는 오차에 의거해서 해당 각 검출점에서의 검출결과를 보정하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 주사형 노광방법이 제공된다.

본 발명의 상기 양상의 바람직한 형태에 있어서, 상기 웨이퍼에는 상기 노광영역과 동일한 패턴조사를 지닌 복수의 영역이 있고, 상기 방법은, 상기 각 검출점에 대응하는 상기 복수의 영역내의 각 장소에서의 면위치를 순차 검출할 때, 상기 각 검출점에 대응하는 오차에 의거해서 해당 각 검출점에서의 검출결과를 보정하는 단계를 또 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 오차측정단계는 상기 각 영역내에 있어서 대응하는 장소에 관한 면위치 데이터에 의거해서 웨이퍼의 면형상을 검출하는 단계와, 상기 면형상에 의거해서 오차를 측정하는 단계를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기와 그외의 목적, 특징 및 이점은 첨부도면과 관련하여 취한 본 발명의 바람직한 실시예의 이하의 설명을 고려하면 보다 명백해질 것이다.

제1도는 본 발명의 면위치검출방법을 적용할 수 있는 슬릿주사방식 투영노광장치의 부분개략도.

제2도는 검출광학계에 의한 면위치검출시, 노광슬릿과 측정점과의 위치관계를 설명하는 개략도.

제3도는 전주사를 행하고자 하는 샘플쇼트의 선택 및 웨이퍼위에 배열된 노광영역의 일례를 설명하는 평면도.

제4a도 및 제4b도는 포커스제어된 슬릿노광의 상면위치와 주사동안의 IC표면지형을 나타내는 노광영역과의 관계를 설명하는 개략도.

제5도는 본 발명의 면위치검출방법에 의해서, 오프셋측정 및 쇼트노광중의 면위치보정시의 주요동작을 일례로서 설명하는 순서도.

제6도는 본 발명의 면위치검출방법을 사용한 롯처리를 일례로서 설명하는 순서도.

제7도는 오프셋측정 및 쇼트노광중의 표면위치보정동작을 일례로서 설명하는 순서도.

제8도는 고정밀포커스오프셋의 산출을 위한 보정동작의 필요성을 설명하는 개략도.

제9도는 오프셋산출의 상세를 설명하는 개략도.

제10a도 내지 제10d도는 슬릿주사노광동안의 슬릿과 면위치센서수단과의 위치관계를 설명하는 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 축소투영렌즈 2 : 레티클

3 : 레티클스테이지 4 : 웨이퍼

5 : 웨이퍼스테이지 6 : 노광조명관학계

10 : 광원 11 : 콜리메이터렌즈

12 : 프리즘형상의 슬릿부재 14, 15 : 미러

19 : 광전변환수단 21 : 레티클스테이지간섭계

22 : 레티클위치제어계 24 : 웨이퍼스테이지간섭계

25 : 웨이퍼위치제어계 26 : 면위치검출계

27 : 주제어유닛

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

제1도은 본 발명의 면위치검출방법을 적용할 수 있는 슬릿주사방식의 투영노광창치의 부분개략도이다.

제1도에 있어서, (1)은 광축(AX)과 도시된 Z방향에 수직인 상면을 지닌 축소 투영렌즈이다. 레티클(2)은 레티클스테이지(3)에 의해 유지되어 있고, 레티클(2)의 패턴은 축소투영렌즈의 배율에 상당하는 1:4 또는 1:2의 축소크기로 해당 축소 투영렌즈에 의해 투영되어 상면위에 결상된다. (4)는 표면이 레지스트로 도포된 웨이퍼이다. 선행의 노광공정을 통해서, 동일한 패턴구조를 지닌 다수의 노광영역(쇼트)이 웨이퍼위에 형성된다. (5)는 웨이퍼가 탑재된 스테이지이다. 웨이퍼스테이지(5)는 해당 스테이지( 5)에 웨이퍼(4)를 흡착고정시키는 척과, X축방향 및 Y축방향을 따라서 수평이동가능한 XY스테이지와, Z축방향(투영렌즈(1)의 광축(AX)방향)으로 이동가능함과 동시에 X축 및 Y축주위로 회전가능한 레벨링스테이지와, Z축주위로 회전가능한 회전스테이지를 구비한다. 이와 같이 해서 웨이퍼스테이지(5)는 웨이퍼상의 노광영역과 레티클패턴상을 일치시키는 6축 보정계를 부여한다.

도 1중의 (10)~(19)는 웨이퍼(4)의 표면위치와 경사를 검출하는 검출광학계의 구성성분이다. 이들중에서, (10)은 백색광원, 또는 상이한 피크파장을 지닌 고휘도발광다이오드의 광을 투영하는 조명유닛으로 이루어진 광원, (11)은 광원(10)으로부터의 광을 단면의 강도분포가 거의 균일한 평행광으로 변환하는 콜리메이터렌즈, (12)는 그 경사면이 서로 대향하도록 접합된 한쌍의 프리즘으로 구성된 프리즘형상의 슬릿부재이다. 접합면에는 크롬막 등의 차광막을 이용하여 복수의 개구부(예를 들면 6개의 핀홀)가 형성되어 있다. (13)은 바이텔레센트릭(bi-telecentric)광학계로 이루어진 광학계로, 슬릿부재(12)의 핀홀로부터의 6개의 독립광속을 미러(14)에 의해 웨이퍼(4)면상의 6개의 계측점으로 향하게 한다. 도 1에는 2개의 광속만이 도시되어 있지만, 도면중의 각 광속은 도면의 지면에 대해서 수직인 방향으로 배치된 3개의 광속을 나타낸다. 여기서, 렌즈계(13)에 대해서는, 핀홀이 형성된 면과, 웨이퍼(4)의 표면을 포함하는 면이 Scheinmpflug의 조건을 만족하도록 배치되어 있다.

본 실시예에 있어서, 투광수단으로부터 웨이퍼(4)면위로의 각 광속의 입사각(즉, 웨이퍼면에 대한 법선, 즉, 광축에 대해서 정의된 각)는 70°이상이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(4)면에는 패턴구조가 동일한 복수의 노광영역(쇼트)이있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 렌즈계(13)를 투과한 6개의 광속은 패턴영역위의 개별의 계측점에 투영 및 결상된다. 또, 6개의 계측점을 웨이퍼(4)면의 평면내에서 서로 독립하여 관찰하기 위해서는, XY평면을 따라서 X방향[주사방향(5a)]으로부터 각도 θ(예를들면, 22.5도)만큼 회전된 방향으로 광을 투영한다.

상기 방식으로 일본국 특원평 3-157822호 공보에 개시된 바와 같이, 면위치 정보의 고정밀도 검출을 용이하게 하기 위해 각 구성성분의 공간배치를 적절하게 설정한다.

다음에, 웨이퍼(4)로부터의 반사광을 검출하는 측면의 구조, 즉, 소자(1 5)~(19)의 구조를 설명한다.

(16)은 바이텔레센트릭광학계로 이루어진 수광광학계이고, 미러(15)에 의해 웨이퍼(4)면으로부터 6개의 반사광속을 수광한다. 수광광학계(16)내에는 6개의 계측점에 공통으로 조리개부재(17)가 설치되어 있고, 웨이퍼(4)위에 형성된 회로패턴에 의해 발생된 고차회절광(노이즈광)을 간섭한다. 바이텔레센트릭수광광학계(16)를 투과한 광속은 서로 평행한 축을 지니고, 보정광학계유닛(18)의 6개의 개별 보정렌즈에 의해, 동일한 크기의 광스폿으로 광전변환수단유닛(19)의 검출면상에 재결상된다.

수광측(소자(16)-(18))에서는, 웨이퍼(4)면상의 계측점과 광전변환수단유닛 (19)의 검출면이 광학적으로 공액인 관계로 배치되도록 평판경사보정을 행한다.

그러므로, 어느 계측점에서의 어떠한 국부경사라도 검출면위의 핀홀상의 위치를 변화시키지 않는다. 따라서, 광축(AX)방향으로의 각 계측점의 레벨(높이)의 변화에 응해서, 검출면위의 핀홀상이 변화한다.

광전변환수단유닛(19)은 6개의 1차원 CCD라인센서로 구성되어 있다. 이것은 이하의 점에서 2차원센서를 사용한 구조에 비해 유리하다. 첫째, 보정광학계유닛(18)을 구성할 때, 광전변환수단유닛의 분리는 광학성분 또는 기계적 홀더의 배치에 대한 허용을 확대시킨다. 둘째, 검출해상도를 향상시키기 위해 미러(15)로부터 보정광학계유닛(18)까지의 부분의 광학배율을 크게 해야 할 필요가 있지만, 광로가 분리되고, 분리된 광이 분리된 센서로 입사하는 배치에 의해 구조의 소형화를 도모할 수 있다. 또, 슬릿주사형에 있어서, 계측시간의 단축이 매우 바람직하도록 노광공정중에 포커스연속계측을 행할 필요가 있다. 2차원의 CCD센서를 사용할 때는, 필요이상으로 데이터의 판독에 기여할 수 있지만, 1차원 CCD센서를 사용할 때보다 10배나 긴 판독시간이 걸린다.

다음에, 슬릿주사방식의 노광계를 설명한다.

제1도에 도시한 바와 같이, 레티클(2)은 레티클스테이지(3)에 의해 흡착유지된다. 그 다음에, 투영렌즈(1)의 광축(AX)에 대해서 수직인 면을 따라서 화살표(3a)(X축방향)방향으로 일정속도로 주사된다. 또, 화살표(3a)에 수직인 방향(즉, 도면의 지면에 대해서 수직인 Y축방향)은, 그의 목표좌표위치를 일정하게 유지하면서 주사되도록 보정구동된다. X 및 Y방향에 대한 레티클스테이지의 위치정보는 레티클 XY간섭계(21)로부터 도 1의 레티클스테이지위에 고정탑재된 XY바미러(20)까지의 투영레이저빔에 의해 계속해서 측정된다.

노광조명광학계(6)는 예를 들면 펄스광을 발생하는 엑시머레이저 등의 광원으로 구성되고, 또, 예를 들면, 도면에는 모두 도시되어 있지 않은 빔정형광학계, 광학적분기, 콜리메이터 및 미러로 구성되어 있다. 노광조명광학계의 구성성분은 원자외선영역에 있는 펄스광을 효과적으로 투과 또는 반사하는 재료로 이루어져 있다. 빔정형광학계는 수광된 빔의 단면형상(크기포함)을 희망하는 형상으로 변형시키고, 광학적분기는 균일한 휘도로 레티클(2)을 조명하도록 광분포특성을 균일하게 한다. 노광조명계(6)내의 마스킹블레이드(도시생략)에 의해, 칩크기에 대응하는 직각형상의 조명영역이 정의된다. 상기 조명영역에 의해 부분 조명된 레티클(2)의 패턴이 투영렌즈(1)를 통해서 레지스트가 피복된 웨이퍼(4)위에 투영된다.

제1도의 주제어유닛(27)은 XY평면을 따르는 웨이퍼(4)의 소정의 노광영역에 대한 레티클(2)의 슬릿위의 위치(즉, X 및 Y위치 및 Z축주위의 회전θ)와, Z방향으로의 위치(즉, X 및 Y축 주위의 회전 α 및 β, Z축을 따른 높이 Z)를 조정하면서, 레티클과 웨이퍼를 투영광학계에 대해서 동기시켜서 주사시킴과 동시에, 또 레티클(2)의 패턴을 주사에 의해 웨이퍼위에 투영 및 전사되도록 전체계를 제어하고 있다. 즉, XY평면의 레티클패턴의 얼라인먼트에 관해서는, 레티클간섭계(21) 및 웨이퍼스테이지간섭계(2 4)에 의해 얻어진 위치데이터와, 얼라인먼트현미경(도시생략)에 의해 얻어진 위치데이터로부터 제어데이터를 산출하고, 이 제어데이터에 의해 레티클위치제어계(22) 및 웨이퍼위치제어계(25)를 제어한다.

레티클스테이지(3)를 제1도의 화살표(3a)방향으로 주사 또는 주사이동시킬 경우, 웨이퍼스테이지(5)는 화살표(5a)방향으로 투영렌즈의 축소배율에 상당하는 양으로 보정된 속도로 주사이동된다. 레티클스테이지(3)의 주사속도는, 보다 높은 스루풋의 확보를 위해, 노광조명광학계(5)의 마스킹블레이드(도시생략)의 주사방향의 폭과 웨이퍼(4)에 도포된 레지스트의 감도에 의거해서 결정된다.

레티클패턴의 Z축방향의 얼라인먼트, 즉, 상면에의 위치맞춤은, 웨이퍼(4)의 높이데이터를 검출하는 면위치검출계(26)의 산출결과에 의거해서, 웨이퍼위치제어계(2 5)를 통해서 웨이퍼스테이지의 레벨링스테이지를 제어한다. 즉, 주사방향에 대해서 정의된, 슬릿에 인접한 3개의 광스폿(웨이퍼레벨측정용)에 관련된 높이데이터로부터, 주사방향에 대해서 수직인 방향의 경사와 광축(AX)방향에 대한 높이를 산출한 후, 보정을 행하는 것에 의해서 노광위치의 최상의 상면위치와 일치하는 보정량을 결정한다.

이하, 본 발명의 면위치검출방법에 의해 웨이퍼(4)의 노광영역의 위치의 검출공정을 설명한다.

웨이퍼(4)위의 노광영역의 Z방향의 위치를 검출하기 위해서, 즉, 상면에 대한 위치(Z) 및 경사(α 및 β)의 일탈을 검출하기 위해서는, 웨이퍼(4)표면을 정확하게 측정하고, 조명영역의 형상과 노광영역의 패턴구조(실제표면단차)와의 관계를 고려할 필요가 있다. 전자(정확한 표면측정)에 광학검출계를 사용하면 이하와 같은 검출오차요인이 된다. 즉, 웨이퍼(4)의 레지스트면에 의해 반사된 광과 웨이퍼(4)의 기판면에 의해 반사된 광사이에 간섭의 영향이 있다. 그러한 영향은 넓은 의미로는 패턴구조인 기판면의 재료에 의해서 변환한다. 예를 들면 A1등의 고반사배선재료는 무시할 수 없는 양이다. 웨이퍼면위치검출센서로서 정전용량센서를 사용하면, 고속소자의 기판 또는 발광다이오드로서 이용되는 GaAs웨이퍼의 경우, 유전체이기 때문에, Si웨이퍼에 비해 계측오프셋이 크다. 계측오차의 다른 예로서 노광영역의 패턴구조(실제표면단차)의 관점에 대해서 언급했지만, 노광상면이 전술한 바와 같이 실제의 표면단차를 수반하는 것은 바람직하지 못하다. 정밀도의 관점으로부터, 도 4b에 도시한 바와 같이, 보정량으로서 표면단차데이터를 이용하는 것이 바람직하다.

이 보정방법을 도 5의 순서도를 참조하여 설명한다.

스텝 101에서, 개시지령을 입력한다. 스텝 102에서, 웨이퍼를 스테이지로 반입하고 척으로 흡착유지한다. 다음에, 칩의 노광영역의 면형상(복수의 면위치)의 계측을 위해 스텝 103에서, 제3도에 도시한 바와 같이 빗금으로 표시한 복수의 샘플쇼트에 대해서 전주사(pre-scan)계측을 행한다(즉, 실제로 웨이퍼를 주사하면서, 각 노광영역내의 복수위치에서의 면위치를 계측한다). 즉, 웨이퍼의 복수점에서, 주사를 통해서 면상태(복수점에서의 포커스 계측데이터)를 계측한다. 그후, 면위치의 계측치(면위치데이터)를 이용하여, 스텝 104에서, 주사노광동안의 면위치검출치를 최상의 노광상면위치까지의 거리로 보정하는 보정량(패턴구조에 기인하는 오차)을 산출한다. 즉, 주사계측데이터로부터, 최상의 포커스위치와의 차의 견지에서 계측오차와 표면단차보정량을 산출한다.

이것을 종료하면, 스텝 105에서 주사노광동안에, 각 검출점의 패턴구조에 대응하는 보정량에 의해서 각 검출점(면위치검출이 행해진)에서의 면위치검출치를 보정한다. 이와 같이 보정된 면위치검출치에 의거해서, 노광영역을 노광상면과 일치시키고, 노광공정을 행한다. 즉, 보정량을 이용해서 포커스계측데이터를 보정하고, 상면위치에 대한 보정량을 산출한다. 이것에 의거해서, 노광영역을 상면과 일치시킨다.

이 전주사계측을 통해서 결정된 보정량은 패턴구조(노광영역내의 실제의 표면단차 또는 기판재료)에 의존한다. 따라서, 동일한 롯의 웨이퍼 또는 동일한 공정에 의해 처리된 웨이퍼에 대해서는 동일한 패턴구조를 지니는 것으로 간주되므로, 이들 웨이퍼중 첫 번째 것에 대해서 검출된 보정량을 나머지 웨이퍼에 대해서 이용해도 된다. 도 6의 순서도는 이것을 표시하고 있다.

제6도의 순서도에 있어서, 스텝 204에서는 전주사를 행한다. 즉, 웨이퍼위의 복수점에서, 주사에 의해 노광영역에서의 면상태(복수점에서의 포커스 계측데이터)를 계측한다. 스텝 205에서 면검출포커스데이터보정량을 산출한다. 즉, 주사계측데이터로부터, 최상의 포커스위치와의 차의 견지에서 계측오차와 표면단차 보정량을 상출한다. 스텝 206은 계측오차, 표면단차보정량 및 계측점의 위치정보를 주제어유닛(27)에 기억시키는 기억단계이다. 스텝 207에서, 주사노광을 행한다.

즉, 보정량을 이용하여 포커스계측데이터를 보정하고, 상면위치에 대한 보정량을 산출한다. 그 다음에, 노광영역을 상면으로 가져온다.

스텝 210에서, 스텝 203에서 기억시킨 데이터에 대해서 통계처리(예를 들면, "i"의 복수데이터의 평균화 등)를 행한다.

스텝 213에서 주사노광을 행한다. 즉, 스텝 210에서 얻어진 계측오차, 표면단차보정량 및 계측점의 위치정보를 이용하여 포커스계측데이터를 보정한다. 상면위치에 대한 보정량을 상출하고, 노광영역을 상면으로 가져온다.

제6도의 순서도에 표시한 시퀸스에 의해, 스루풋을 현저하게 향상시킬 수 있다.

이하, 패턴구조(기판의 재료 또는 노광영역에서의 실제 표면단차 등)에 의존하는 계측오차요인을 주사노광동안에 얻어진 면위치검출치로부터 보정하는 오프셋(보정량)의 계측공정에 대해서 설명한다.

제7도의 순서도를 참조하여, 면위치계측데이터에 의거해서, 면위치 및 웨이퍼면의 경사의 검출시 문제가 되는 패턴구조(기판재료 또는 노광영역의 실제의 표면단차)에 의존하는 오차를 보정하는 오프셋값의 결정방법을 설명한다.

먼저, 오프셋산출을 위해서 미리 샘플쇼트로서 주사측정하려는 노광영역을 복수개 결정해둔다. 이들 샘플쇼트에 관해서는, 도 3의 빗금으로 표시된 바와 같이 노광영역의 위치를 선택하는 것이 바람직하고, 이것은 예를 들면, 웨이퍼의 면정밀도에 영향을 덜 미치고, 어떠한 영역으로부터도 전체면에 관한 정보를 쉽게 얻을 수 있도록 웨이퍼의 중심에 대해서 서로 대칭히다. 이것은, CMP등의 연마처리 또는 그외의 처리를 고려한 경우, 원형상으로 이루어진 웨이퍼의 형상특성에 의해 중심에 대해서 대칭으로 변형이 발생할 것이기 때문이다.

먼저, 스텝 1에서, 웨이퍼스테이지(5)의 척상에 웨이퍼(4)를 탑재하고, 척에 흡착유지한 다음, 스텝 2에서 특정쇼트의 얼라이먼트마크를 오토얼라인먼트현미경(도시생략)아래위치로 이동하고, 오토얼라인먼트현미경의 포커스보정후, 얼라인먼트마크의 위치를 측정한다. 이 측정을 "g"개의 쇼트에 대해서 행한다. 측정결과 얻어진 얼라인먼트데이터로부터, 주사노광중에 각 노광영역을 레티클과 정확하게 하여 일치시킬 수 있도록 웨이퍼상의 모든 노광위치의 쇼트레이아웃데이터를 보정한다. 즉, 레티클패턴의 기준위치에 대해서 각 노광위치의 일탈을 보정하기 위한 보정량을 산출한다. 이것을 행하면, 동일레티클레 의해 각 노광위치의 패턴이 처리되므로, 각 노광위치에서의 스테이지좌표로 정의한 j번째 면위치계측 동작시의 패턴구조는 얼라인먼트정밀도범위내에서 완전하게 일치할 것이다. 실제로 계측시, 거의 동일한 계측데이터가 얻어진 것이 확인되었다. 이 스텝에서 얻어진 배열정보에 따라, 다음의 샘플쇼트이동 및 샘플쇼트의 주사를 행하므로, 다른 쇼트로의 주사계측 동안에, 얼라인먼트정밀도의 범위이내의 동일한 패턴구조의 동일한 장소로 계측을 행한다. 이 계측단계에서, 포커스검출계에 의해 웨이퍼면전체의 경사성분을 계측하고, 스텝 3이전에, 웨이퍼전체의 경사성분을 보정하도록 웨이퍼스테이지(5)내부의 레벨링스테이지를 구동시킨다.

스텝 2에서의 쇼트배열보정이 종료하면, 그 다음에 스텝 3에서 오프셋계측과 정의 시퀸스로 진행한다. 먼저, 웨이퍼레이저간섭계(24)의 출력신호에 의해, 웨이퍼를 소정의 샘플쇼트 Si(i=l~m)중의 j번째 계측점(검출점)의 위치로 이동시킨다(스텝 3 및 스텝 4). 거기서, 검출광학계(10)~(19)를 이용하여 노광영역의 j번째 계측점에서의 웨이퍼면의 면위치계측데이터, 즉, 광축(AX)방향으로의 웨이퍼면의 위치 Zik(k=l~p)를 검출하나, 실제노광공정동안에는 투영렌즈의 상면부근에서 계측하므로 이 오프셋계측시에도 상면부근에서 위치를 계측할 필요가 있다. 웨이퍼면형상이 변형되어 있지 않을 경우, 웨이퍼면전체의 면형상을 검출하기 위해서, 웨이퍼의 레벨을 유지고정해도 되고(고정된 레벨링스테이지의 높이를 유지함으로써), 웨이퍼스테이지를 서서히 X 및 Y방향으로 이동하면서 면계측을 반복해도 된다. 하지만, 웨이퍼처리의 반복에 의해, 웨이퍼면전체의 형상이 도 8에 도시한 바와 같이 오목형상 또는 볼록형상으로 변형될 것이다. 그와 같이 전체적으로 변형된 웨이퍼에 대해서 경사광투영방식 검출광학계를 이용하면, 도 8a에 도시한 바와 같이 웨이퍼레벨을 고정유지하면서 포커스계측을 행하는 것에 의해 검출용 광속의 입사위치는 웨이퍼형상 또는 웨이퍼의 표면레벨의 변화에 의해서 횡방향으로 시프트될 것이다. 이것은 노광상면의 근방에서 본래 관찰되는 패턴과는 다른 위치를 잘못 판독하게 된다. 이것을 고려하여 도 8b에 도시한 바와 같이, 각 계측위치에서, Z스테이지의 위치를 상면쪽으로 보정하여 시프트한다. 도 7을 다시 참조하여 이 동작에 대해서 설명한다.

먼저, 스텝 5에서, XY평면내에서 노광위치와 동일한 위치로 유지된 상태에서 레벨링스테이지위치검출계(도시생략)를 이용하여 레벨링스테이지의 위치를 검출한다. 웨이퍼스테이지(5)의 레벨링스테이지의 위치(ZO, αO, βO)를 기억(최초의 샘플쇼트의 제 1점에 대해서만 측정을 행한 후 나머지 각 점에서의 보정계산에 그결과데이터를 이용함)시킨 후, 웨이퍼표면에서 면위치계측데이터를 검출한다. 이 값을 이용해서 상면위치까지 웨이퍼표면을 이동하여 Z축 보정구동을 행한다. 이상면위치가지의 웨이퍼표면의 Z축보정구동을 행하는 것에 의해, 상기 검출광속의 횡방향시프트의 문제를 해결한다(도 8b). 레벨링스테이지(Zj, αO, βO)의 보정위치 및 이 위치에서의 면위치계측데이터, 즉, 웨이퍼표면의 광축(AX)방향의 위치 ZOjk(l=l~p)의 데이터로부터,

Zik(k=l~p)=ZOjk+Zj-ZO

을 계산한다. 상기한 것은 보정량(Zj-ZO)을 레벨링스테이지의 Z방향의 위치검출결과에 의거한 예이지만, 계측치(ZOjk)의 크기에 레벨링스테이지의 보정구동을 행하므로, 레벨링스테이지의 구동오차를 무시할 수 있으면, 보정구동전의 계측치 ZOjk 및 보정구동후의 값 ZOjk를 가산해도 된다. 이 위치 ZOjk(k=l~p)에 대응하는 신호가 "P"개의 CCD리니어센서로 구성된 검출수단(19)으로부터 포커스신호처리소자(링)로 입력된다. 상기 보정계산 후, j번째 계측점에서의 계측치로서 기억된다. 또, 스텝 6에서, 그 위치에서의 웨이퍼스테이지의 위치(X, Y)도 동시에 기억한다.

스텝 7에서는, 동일한 측정을 모든 계측점(j=l~n)에 대해서 행했는지에 대해서 판정하고, 행하지 않았으면, 다음의 계측점으로 웨이퍼를 이동하고(스텝 4)동일한 계측을 반복한다. 모든 계측점을 종료한 경우, 스텝 8에서 모든 샘플쇼트(i=l~m)에 대한 계측을 종료했는지 아닌지에 대해서 판정하고, 아니면, 스텝 3으로 이동한다.

스텝 8에서 모든 샘플쇼트에 대한 계측의 종료를 확인하면, 그 다음에, 스텝 9에서 노광영역내 계측위치에서의 모든 계측점 및 모든 센서위치에서의 오프셋보정량 Cjk를 계산한다. 이 계산에 관해서는, 일본국 특공평 2-52707호 공보에 스테퍼에 대한 면위치검출방법에 있어서, 노광영역내 단일점에 대해서 계측을 행하는 예를 개시하고 있지만, 본 발명에서는, 주사노광장치에 대한 응용을 고려하여, 노광영역내의 복수점에서의 계측오프셋 보정으로서 사용할 수 있도록 다음의 개량을 행하고 있다. 즉, 본 오프셋계측시퀸스에서 얻을 수 있는 노광위치내의 계측점 j에서의 계측센서 k의 계측치 Zjk에 의거해서, "n×p"개의 웨이퍼면형상을 나타내는 면형상함구 Fnp(x,y)(각 면형상함수의 데이터점의 수는 샘플쇼트 Si(i=l~m)의 m점에 대응)가 결정된다. 이들 면형상함수 Fnp(x, y)의 곡면의 차수 또는 전개식은 소정의 다항식의 형으로 미리 결정된다. 각 면의 오프셋량을 결정하기 위해, 측정치 Zjk를 면위치데이터로서 이용하고, 최소제곱법을 이용하여, Fnp의 계수 즉, 오프셋보정량을 결정한다.

보다, 구체적으로는 이하의 식을 만족하는 상수항 Cjk를 결정한다;

∬(Fjk(x, y)-Zjk(x, y))2dxdy=0 (j=1~m, k=l~p)

상기 보정치산출의 시퀸스를, 샘플쇼트 m=3, 계측점 j=3, 계측센서 k=3의 예와 관련하여 도 9a를 참조해서 설명한다. 설명의 편의상, 웨이퍼의 평면도는 1차원적이고, 평면식 aX+bY+cZ=d에서 b=c=0으로 가정한다.

웨이퍼의 단면구조는 도 9a에 도시한 바와 같이, 계측점 j=1에서는 계측센서 k=1,2가 동일한 레벨을 계측하고, 센서 k=3만이 표면단차를 계측(예를 들면, 메모리셀영역중 하지 재료가 다른 부분 k=1,2에서는 간섭의 영향에 의해 계측치가 기판측으로 시프트함)하여, 기 구조가 j=3에서 반복된다. j=2의 계측점에서는, k=2에 의해서만, 큰 계측치가 얻어진다(예를 들면, 메모리셀에 비해서 주변회전영역).

이 노광영역에서의 패턴은, 샘플쇼트를 m=1~3에서 측정한 경우 얼라인먼트정밀도의 범위내에서 일치하므로, 그 면위치계측치 Zjk도 재현한다.

이런 식으로 얻어진 27개의 계측치 Zjk로부터, 다음과 같은 계산처리에 의해 오프셋 Cjk를 결정한다. 즉, 도 9a의 데이터 Z21을 기준(이 위치의 투영렌즈의 상면에 대한 오프셋 C21은 예를 들면, 선행웨이퍼를 이용한 실제노광에 의해 결정할 수 있음)으로 해서, 다른 Cjk를 검출한다. 이제, m=1~3의 계측데이터 Z21에 의해 형성된 면 F21을 기준, 즉, 상수항 0으로 한다. 주변회로영역에 상당하는 Z22의 오프셋 C22를 결정하기 위해서는 도 9B에 도시한 바와 같이, m=1~3의 Z22에서의 계측치에 의해 결정된 면형상함수 F22와 상기 F21과의 웨이퍼의 형상에 관한 차이분을 검출해도 된다.

여기서의 차이분은 평면의 식으로 불리는 d(절편)의 차이분에 상당하고, 그 값은 도면의 C22로서 산출가능하다. 마찬가지로, 간섭의 영향으로 시프트되고 있는 Z11은 C11에 관해서도, F21과 F11과의 절편의 차이분으로서 검출해도 된다. 동일한 계산을 다른 Cjk의 검출시에도 행하고, 그 결과를 메모리에 기억한다.

도 7 및 도 10을 참조하여, 각 노광위치에서의 포커스위치계측의 절차, Cjk에 의한 계측치보정 및 레벨링스테이지위치의 보정을 설명한다.

스텝 11 및 12에서 N번째 쇼트(N=1~w)의 제1계측점에 도달한 위치, 즉, 노광중에 포커스계측빔이 N번째 쇼트의 제1계측점에 도달하는 위치로 웨이퍼스테이지(5)를 이동한다. 이것에 대해서 상세히 설명한다. 스텝 12에서 N번째 쇼트의 제1계측점에서의 Zjk계측치, 보다 구체적으로, 도 10a의 CR1, CR2, CR3의 계측빔에 대한 광전변환수단(19)의 3개의 CCD리니어센서로부터의 검출신호를 포커스신호처리소자(26)에 의해 처리하여 높이데이터 Z11, Z12, Z13을 얻는다. 이들 높이 데이터는 표면단차에 의한 오프셋오차 또는 간섭에 의한 계측오차를 포함하므로, 이를 고려하여 스텝 9에서 얻어진 Cjk의 보정데이터를 이용하여 이하의 방식으로 차이분을 검출함으로써 웨이퍼본래의 면위치계측데이터 ZTjk를 결정한다.

ZTjk=Zjk-Cjk

여기서 산출된 값 ZTjk는 레지스트표면에 기인하는 계측오프셋이 보정된 노광면적내의 웨이퍼변형성분만을 포함하므로, 이 면위치데이터에 의거해서 최소제곱평면을 산출한다(스텝 14).

다음에, 스텝 15에서, 투영렌즈(1)의 노광상면과 상기 최소제곱평면과의 차이분 및 레벨링스테이지의 Zjk계측시의 위치와 그 현재위치와의 차이분을 보정하기 위해서 웨이퍼스테이지(5)를 광축방향과 경사방향으로 구동함으로써, 웨이퍼의 노광면적을 투영렌즈의 상면과 일치시킨다. 이상과 같이 j번째 계측점의 보정구동이 종료하면 스텝 16에서 전체 계측점이 종료된 것인지를 확인하고, j=n을 만족할 때까지 계속 및 보정구동을 반복한다.

보다 구체적으로, 도 10b의 상태에서는, 데이터 j=1을 이용하여 보정을 행함과 동시에, j=2의 점에서 포커스계측 및 오프셋보정을 행한다. 이 보정데이터를 사용함으로써, 도 10c의 위치를 주사하려는 단계에서는 데이터 j=2를 이용하여 보정을 행함과 동시에 j=3의 점에서 포커스계측 및 오프셋보정을 행한다. 이 보정데이터를 사용함으로써 도 10d의 위치를 주사하려는 단계에서는, 데이터 j=3을 이용하여 보정을 행한다. j=n점까지 계측 및 보정이 완료하면, 스텝 17에서 웨이퍼의 전체쇼트를 종료하였는지의 여부를 확인하여, N=w를 만족할 때까지 쇼트의 주사노광을 반복한다.

웨이퍼의 면위치 또는 경사를 검출할 때에 문제로 되는 계측오차나 표면단차의 오프셋치를 계측데이터로부터 보정량으로서 결정하는 과정, 즉, 복수점 포커스 검출기구의 센서간의 캘리브레이션 과정은 형성된 패턴이 다른 각 공정에서 행해져야 한다. 하지만, 롯내의 1매의 웨이퍼만으로 측정하는 것만으로 충분하고, 그후의 동일롯 내의 나머지 웨이퍼에 대해서는, 제 1웨이퍼를 참조하여 얻어진 오프셋 Cij를 메모리에 기억해놓고 포커스계측 및 보정시에 사용해도 된다. 이것에 의해 스루풋을 저하시키지 않고 고정밀도의 레벨링보정 및 노광이 실시된다.

상기 실시예는, 웨이퍼의 패턴에 의존한 오프셋을 보정하는 예이지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 예를 들면, 복수점포커싱의 원점을 캘리브레이션할 때에도 종래에는 고정밀도의 평면을 준비하거나 또는 실제로 노광을 실시한다. 대조적으로, 패턴이 형성되어 있지 않은 웨이퍼에 대해서 상기 과정을 행함으로써 포커스센서탑재위치 오프셋을 간단하게 결정할 수 있다. 또, 본 발명은 "면"에 한정되지 않고, 1점의 레벨을 검출하는 검출센서에서 주사포커싱을 행하는 경우, 예를 들면 메모리셀의 표면을 상면위치에 고정하고자 하는 경우에도 마찬가지의 오프셋보정과정을 행해도 된다.

이상의 실시예에서는, 노광영역내에서 메모리셀의 1점과 같이 포커스심도가 가장 엄격한 1점을 선택하여 사전에 노광함으로써 최상의 포커스를 구하였으나, 본 발명은 "1점"에 한정되지 않고, 또, 렌즈의 환경에 의한 변화를 검출하기 위해 1점에서 계측을 행하고 예를 들면, 노광영역내에서 개별로 포커스보정위치를 변화하는 것이 바람직한 경우, 즉, 예를 들면, 면높이가, 장소에 따라 변화하는 로직디바이스의 경우에서는 그 설계치에 의거해서 면위치데이터오프셋의 데이터 Cij를 보정해도 된다. 구체적으로는, 조명영역슬릿의 폭을 고려하면서, Cij로 정의되는 2차원 맵으로부터 오프셋을 변경해야 하는 영역이 보다 넓어지면 표면단차분으로 Cij를 보정한다.

이상, 본 발명은 여기에 개시된 구조를 참조해서 설명하였으나, 본 발명은 이로써 한정되지 않고, 개량목적이나 이하의 특허청구범위의 범위내에 들어가는 그러한 모든 변형이나 수정도 포함하는 것임은 물론이다.

Claims (3)

1. 레티클과 웨이퍼를 투영광학계에 대해서 동기하여 주사이동시킴과 동시에, 상기 투영광학계를 통해서 상기 레티클의 패턴을 상기 웨이퍼위로 투영할 때, 상기 웨이퍼위의 동일한 패턴구조를 지닌 노광영역내의 주사방향을 따라 배열된 복수의 검출점의 면위치를 순차 검출하여 상기 노광영역을 상기 투영광학계의 상면위치에 위치시키는 주사형 노광방법에 있어서, 면위치를 검출하는 동안 상기 각 검출점간의 패턴구조의 차이에 의해 생긴 각 검출점마다의 오차를 측정하는 단계와;

   상기 각 검출점의 면위치를 순차 검출할 때, 상기 각 검출점에 대응하는 오차에 의거해서 해당 각 검출점에서의 검출결과를 보정하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 주사형 노광방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼에는 상기 노광영역과 동일한 패턴구조를 지닌 복수의 영역이 있고, 상기 방법은, 상기 각 검출점에 대응하는 상기 복수의 영역내의 각 장소에서의 면위치를 순차 검출할 때, 상기 각 검출점에 대응하는 오차에 의거해서 해당 각 검출점에서의 검출결과를 보정하는 단계를 또 구비한 것을 특징으로 하는 주사형 조광방법.
3. 제5항에 있어서, 상기 오차측정단계는 상기 각 영역내에 있어서 대응하는 장소에 관한 면위치데이터에 의거해서 웨이퍼의 면형상을 검출하는 단계와, 상기 면형상에 의거해서 오차를 측정하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 주사형 노광방법.