KR100281208B1 - 주사형 노광 장치, 및 그 장치를 이용한 소자 제조 방법 - Google Patents

주사형 노광 장치, 및 그 장치를 이용한 소자 제조 방법 Download PDF

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Abstract

마스크에 형성된 패턴을 감광기판에 노광하는 장치는 상기 마스크에 조명광을 조사하는 조명 광학계이며 상기 마스크의 패턴과 공역인 면, 또는 그 근처면에 배치되는 상기 마스크상의 조명 영역을 국소적인 영역에 제한하는 조리개 부재를 포함하는 조명 광학계의 상기 조명 광학계에 대해서 상기 마스크와 상기 감광 기판을 소정 방향에 동기해서 조작하는 장치이며 그것으로 상기 마스크의 패턴이 상기 감광 기판에 노광되는 장치와 상기 마스크의 근처에 배치되고 상기 마스크와 상기 감광 기판과의 주사중에 상기 마스크상의 패턴 영역을 외측을 지나서 상기 감광 기판으로 향하는 광을 차광하는 차광 부재로 이룬다.

Description

주사형 노광 장치, 및 그 장치를 이용한 소자 제조 방법
제1도는 본 발명의 1실시예의 투영 노광장치를 도시하는 구성도.
제2도는 제1도의 레티클(R) 및 차광판(8A,8B)의 구동 기구를 도시하는 구성도.
제3(a)도는 제1도의 레티클(R)상의 패턴을 도시하는 평면도.
제3(b)도는 회로 패턴 영역을(20A)의 패턴을 노광하는 경우의 차광판(8A,8B)의 배치를 도시하는 평면도.
제3(c)도는 회로 패턴 영역(20B)의 패턴을 노광하는 경우의 차광판(8A,8B)의 배치를 도시하는 평면도.
제4(a)도는 차광판이 4개인 경우를 도시하는 평면도.
제4(b)도는 차광판이 고정식인 경우를 도시하는 평면도.
제5(a)도 및 제5(b)도는 슬릿형상의 조명 영역의 주사 방향의 형상 정밀도가 주사후의 조도 균일성에 영향을 주는 경우의 일예를 도시하는 설명도.
제6(a)도 및 제6(b)도는 슬릿형상의 조명 영역의 주사방향의 형상 정밀도가 주사후의 조도 균일성에 영향을 주하는 경우의 다른 예를 도시하는 설명도.
제7도는 레티클 상에 배치된 복수의 회로 패턴 영역과 슬릿형상의 조명 영역과의 관계를 도시하는 도면.
제8도는 본 발명의 다른 실시예의 투영 노광 장치를 도시하는 구성도.
제9도는 슬릿형상의 노광영역(126P)의 주사방향의 폭을 측정하는 경우의 설명에 제공되는 평면도.
제10(a)도는 슬릿형상의 노광영역의 폭을 측정한 경우에 얻어지는 광전 변환 신호의 계측결과의 일예를 도시하는 파형도.
제10(b)도는 슬릿형상의 노광영역의 폭을 측정한 경우에 얻어지는 광전 변환 신호의 설계치의 일예를 도시하는 파형도.
제11(a)도 내지 제11(d)도는 슬릿형상의 조명 영역의 감광 기판상의 공액 이미지(슬릿형상의 노광영역)의 여러가지의 예를 도시하는 평면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
6 : 시야 조리개 7 : 레티클
8A,8B : 차광판 9 : 레티클 스테이지
10 : 레티클 스테이지 구동부 11 : 차광판 구동부
12 : 주제어계 13 : 투영광학계
14 : 웨이퍼 16 : 입력부
본 발명은 직사각형 또는 원호형상 등의 조명 영역에 대해서 마스크 및 감광 기판을 동기해서 주사하므로써 마스크상의 패턴을 감광 기판상에 노광하는 주사식 노광 장치에 적용하기에 적정한 노광방법, 및 이 노광방법을 실시할 수 있는 노광장치에 관한 것이다.
종래부터 반도체 소자, 액정 표시 소자 또는 박막 자기 헤드 등을 포토리소 그래피 기술을 이용하여 제조할 때, 포토마스크 또는 레티클(이하, 레티클로 총칭한다)의 패턴을 투영 광학계를 통해 포토레지스트 등이 도포된 웨이퍼 또는 유리 플레이트 등의 감광 기판상에 노광하는 투영 노광 자치가 사용되고 있다. 최근에는 반도체 소자의 1개의 칩 패턴 등이 대형화하는 경향이 있으며 투영 노광 장치에서는 레티클상의 보다 큰 면적의 패턴을 감광 기판상에 노광하는 대면적화가 요구되고 있다.
이같은 대면적화에 대응하기 위해서, 예컨대, 직사각형, 원호형상 또는 6각형 등의 조명 영역(이것을 슬릿형상의 조명 영역이라 한다)에 대해서 레티클 및 감광 기판을 동기해서 주사하므로써 레티클상의 패턴을 감광 기판상에 노광하는 주사식 투영 노광 장치가 개발되어 있다(미국 특허 제4,747,678호, 특허 제4,924,257호). 종래는, 예컨대 미국 특허 제5,194,893호에 개시되어 있는 바와 같이, 레티클상에 그 슬릿형상의 조명 영역을 설정하기 위해 레티클과 공액인 위치 또는 레티클의 근처에 그 슬릿형상의 조명 영역을 결정하는 가동 차광 수단(시야 조리개)이 배치되어 있었다. 그리고, 그 레티클상의 슬릿형상의 조명 영역의 형상 및 이 슬릿형상의 조명 영역의 감광 기판상에서의 형상은 설계치 또는 장치 정수로서 관리되었었다.
상기와 같은 종래의 기술에서는 하기와 같은 2가지의 불합리한 점이 있었다.
일반적으로, 투영 노광 장치의 조명 광학계는 레티클을 균일한 조도의 조명광(노광광)으로 조명하도록 설계되어 있다. 그 때문에 주사식의 투영 노광 장치에서는 슬릿형상의 조명 영역에 대해서 레티클 및 감광 기판을 주사하여 노광이 종료된 시점에서, 감광 기판상에서 양호한 조도 균일성을 얻기 위해서 주사방향의 슬릿형상의 조명 영역의 폭이 충분히 고르게 되어야 한다.
그 슬릿형상의 조명 영역에 대한 주사방향을 X방향, 이 주사방향에 수직인 비주사 방향을 Y방향이라하면, 그 슬릿형상의 조명 영역의 주사방향의 폭이 고르지 않을 경우에는, 제5(a)도에 도시한 바와 같이 슬릿형상의 조명 영역(30)의 주사방향의 평행도가 나쁜 경우와 제6(a)도에 도시한 바와 같이 슬릿형상의 조명 영역(31)의 주사방향의 에지부에 요철이 있는 경우가 있다. 제5(a)도의 경우에 감광 기판상에서 얻어지는 비주사방향(Y방향)의 노광량(E)의 분포는 제5(b)도에 도시한 바와 같이 Y방향으로 점차 증가 또는 감소하는 것으로 된다. 한편, 제6(a)도의 경우에 감광 기판상에서 얻어지는 비주사 방향(Y방향)의 노광량(E)의 분포는 제6(b)도에 도시한 바와 같이 Y방향으로 불규칙적으로 변동하는 것으로 된다.
이것에 관해서 현재의 투영 노광 장치는 디자인 룰이 0.5㎛ 미만이라는 서브·하프미크론 영역에서도 사용되고 있다. 이 같은 영역에서 선폭 제어에 필요한 노광량의 균일성은 ±1％에도 도달한다고 보고되고 있다. 따라서 주사식의 투영 노광 장치에서 충분한 조고 균일성을 얻기 위해서 슬릿형상의 조명 영역을 결정하기 위한 시야 조리개에 대해서 주사 방향의 에지부의 요철이 적은 것이 요구되는 동시에, 예컨대, 일본 특개평4-196513호 공보에 개시되어 있는 바와 같이 시야 조리개의 주사 방향의 폭을 변화시킬 때 주사방향의 에지부를 충분히 평행하게 유지한채 가동 제어할 것이 요구된다. 이 때문에 슬릿형상의 조명 영역을 결정하기 위한 시야 조리개를 후술의 이유로 주사에 동기해서 가변 제어하는 것에서는 요구되는 정밀도를 유지하고 그 조명 영역 설정 수단의 동작을 제어하는 것이 곤란하다는 제1의 불합리한점이 있었다.
또 제7도에 도시한 바와 같이 레티클(R)상에 2개의 회로패턴 영역(32A및32B)이 주사 방향으로 폭(L1)의 차광부를 사이에 두고 병렬로 형성되고 있는것으로서, 이 레티클(R)을 주사 방향의 폭이 L2인 슬릿형상의 조명 영역(33)에 대해서 주사하는 경우를 고려한다. 또, 슬릿형상의 조명 영역(33)의 폭(L2)은 회로 패턴 영역(32A,33B)을 사이에 두는 차광부의 폭(L1)보다 큰 것으로 한다. 이 경우, 예컨대 레티클(R)의 제1의 회로 패턴 영역(32A)의 패턴만을 주사 노광 방식으로 감광 기판상에 노광하려고 하면 제2의 회로 패턴 영역(32B)의 패턴의 일부도 감광 기판상에 전사되고 마는 제2의 불합리한 점이 있었다.
이것을 회피하기 위해서는, 레티클(R)상의 차광부의 폭(L1)을 충분히 크게 하면 되지만 그러면 전사용의 회로 패턴 영역의 면적이 작아진다. 또, 회로 패턴 영역(32A)의 노광종료 직전에 특개평4-196513호 공보와 같이 주사에 동기해서 슬릿형상의 조명 영역(33)의 폭(L2)을 가변 시야 조리개에 의해 작게해도 되지만 이것으로는 가변 시야 조리개측의 제어기구가 복잡하게 된다.
또한, 종래의 투영 노광 장치에서 조명 광학계는 레티클을 균일한 조도로 조명하도록 설계되어 있다. 지금, 감광 기판의 표면에서의 조도(이미지면조도)를 I(㎽/㎠), 소정의 노광량(감광 기판상의 감광재의 감도)를 S(mJ/㎠), 슬릿 형상의 조명 영역의 감광 기판의 표면에서의 주사 방향의 폭을D[㎜], 감광 기판의 주사 속도를 v[㎜/sec]로 두면 필요한 노광시간 t[sec]는 하기의 식으로 표현된다.
이 경우, 노광량(S)은 조작자에 의해서 입력되며 조도(I)는 통상 그때의 광원의 강도에 의해 미리 결정되어 있다. 따라서, 조작자에 의해 입력된 노광량(S)을 달성하기 위해서는 슬릿형상의 조명 영역의 주사방향의 폭(D)에 따라서 주사속도(v)를 결정할 필요가 있다. 또, 노광량(S)의 값이 매우 작고 주사속도(v)가 장치로서 가능한 최대 주사 속도(Vmax)를 넘어서는 경우에는 조명광학계내의 감광수단에 의해 조도(I)를 작게 하던가, 또는 슬릿형상의 조명 영역의 주사방향의 폭(D)을 작게 할 필요가 있다. 또한, 투영 광학계의 투영 배율을 M으로 하면 레티클의 주사 속도는 V/M[㎜/sec]로 된다.
제11(a)도 내지 제11(d)도는 감광 기판상에서의 슬릿형상의 조명 영역에 대응하는 영역의 여러 가지의 예를 도시한다.
제4(a)도는 주사방향의 폭(D)의 장방형상의 조명 영역에 대응하는 영역(130)을 도시하며 제4(b)도는 주사방향의 폭(D)의 원호형상의 조명 영역에 대응하는 영역(131)을 도시한다. 또, 제4(c)도는 특공소46-34057호 공보에 개시되어 있는 주사 방향의 폭(D)의 6각형상의 조명 영역에 대응하는 영역(132)을 도시하며, 주사방향 수직인 방향(비주사방향)의 영역(132)의 양단부(132a 및 132b)는 이웃하는 주사영역과 중복해서 주사되는 경우에 유리한 형상으로 되어 있다. 마찬가지로 제4(d)도는 특공소 53-25790호 공보에 개시되어 있는 주사 방향의 폭(D)의 마름모형상의 조명 영역에 대응하는 영역(133)을 도시하며 비주사 방향의 영역(133)의 양단부(133a 및 133b)도 이웃하는 주사영역과 중복해서 주사될 때 유리한 형상으로 되어 있다.
그러나, 종래는 그들 슬릿형상의 조명 영역의 주사방향의 폭(D)의 측정수단이 투영 노광 장치에 구비되어 있지 않았기 때문에 그 주사방향의 실제의 폭(D)이 설계치 또는 장치정수에서 벗어나고 있을 경우에, 감광 기판상에 적정 노광량으로 노광을 행하는 것이 곤란한 점이 있었다.
[발명의 개요]
본 발명의 목적은, 슬릿형상의 조명 영역에 대해서 레티클 및 감광 기판을 동기하여 주사하므로써 레티클상의 패턴을 감광 기판상에 노광하는 주사식의 노광 장치에서, 그 슬릿형상의 조명 영역을 결정하기 위한 차광수단(시야 조리개)을 레티클에서 떨어진 위치에 배치할 수 있음과 더불어 노광중에 그 슬릿형상의 조명 영역의 폭을 변화시키지 않고 레티클상의 복수의 패턴 영역중의 소망의 패턴 영역의 패턴만 감광 기판상에 전사할 수 있게 하는 노광 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 슬릿형상의 조명 영역에 대해서 레티클 및 감광 기판을 동기하여 주사하므로써 레티클상의 패턴을 그 감광 기판상에 노광할 때, 감광 기판상에 적정 노광량의 노광을 행할수 있는 노광 방법을 제공하는 것과 그같은 노광 방법을 실시할 수 있는 노광 장치를 제공하는데 있다.
본 발명에 의한 노광 장치는 전사용의 패턴이 형성된 마스크상의 슬릿현상의 조명 영역을 조명하는 조명 광학계와 그 슬릿형상의 조명 영역에 대해서 마스크와 이 마스크의 패턴이 노광되는 감광 기판을 동기해서 주사하는 상대 주사수단을 가지며, 그 슬릿형상의 조명 영역에 대해서 마스크와 감광 기판을 동기해 주사하므로써 마스크상의 패턴을 감광 기판상에 노광하는 노광 장치에 있어서, 마스크상에서 그 조명 광학계에 의해서 설정되는 그 슬릿형상의 조명 영역에 의한 조명을 피하려는 영역을 덮기 위한 차광 수단을 설치한 것이다.
이 경우, 마스크가 그 상대 주사 수단에 의하여 주사되는데 동기해서 차광수단을 주사하는 보조 주사 수단을 설치하는 것이 바람직하다.
또한, 상대 주사수단이 그 보조 주사 수단을 겸용하고 그 상대 주사수단이 마스크 및 차광수단을 일체적으로 주사하는 것이 바람직하다.
또, 그 차광수단은 마스크상의 소정의 고정된 영역을 덮는 것이어도 된다.
이같은 본 발명에 의하면 마스크상의 슬릿형상의 조명 영역은 마스크로부터 떨어진 위치, 예컨대, 조명 광학계중의 마스크와 공액인 면내에 배치된 조명 영역 설정수단(조리개 부재)에 의해 결정된다. 그 조명 영역 설정수단은 마스크에서 떨어진 위치에 있기 때문에 미리 그 조명 영역 설정수단을 정밀하게 제조 또는 조정할 수 있으며 주사후의 감광 기판상에서의 조도 균일성이 양호하게 유지된다.
또, 조명 영역 설정수단을 마스크에서 떨어진 위치에 설정하고 게다가 그 조명 영역 설정수단을 1회의 주사 노광중에는 움직이지 않는 것으로 하면, 마스크 중에서 주사 방향에 인접하는 복수의 회로 패턴 영역의 소망의 회로 패턴 영역의 패턴을 감광 기판상에 노광할 때, 다른 회로 패턴 영역내의 패턴도 감광 기판상에 노광될 우려가 있다. 그래서 예컨대, 마스크의 근처에 배치된 차광 수단으로 그 외의 패턴 영역을 덮어두므로써, 그 외의 회로 패턴 영역내의 패턴의 노광이 방지된다.
그리고, 마스크가 그 상대 주사 수단으로 주사되는데 동기해서 차광수단을 주사하는 보조 주사 수단을 설치한 경우에는 1회의 노광중에 그 차광 수단의 개구부의 형상을 변화시킬 필요가 없고 차광수단의 제어가 용이하다.
또한, 상대 주사 수단이 그 보조 주사 수단을 겸용하고 그 상대 주사수단이 마스크 및 차광수단을 일체적으로 주사하는 경우에는 새로이 차광수단용의 주사수단은 설치할 필요가 없고 기구는 단순화된다.
또, 그 차광 수단이 마스크상의 소정의 고정된 영역을 덮는 경우엔 그 차광수단 자체에는 개구부의 형상을 변화시키는 기구가 불필요해진다. 따라서, 그 차광수단의 구성이 단순하다.
본 발명에 의한 노광방법은 전사용의 패턴이 형성된 마스크상의 슬릿형상의 조명 영역을 조명하고 이 슬릿형상의 조명 영역에 대해서 마스크 및 감광 기판을 동기해서 주사하므로써 마스크상의 패턴을 감광 기판상에 노광하는 방법에서, 슬릿형상의 조명 영역의 광을 통과시키는 개구부가 형성된 계측용의 마스크를 배치하고 감광 기판을 배치면에서 슬릿형상의 조명 영역에 대응하는 영역의 그 주사방향의 폭을 계측하고, 이 계측된 폭에 의거해서 마스크 및 감광 기판의 주사속도와 슬릿형상의 조명 영역에 대응하는 감광 기판상의 영역에서의 단위 시간당의 노광 에너지를 제어하는 것이다.
또, 본 발명에 의한 노광 장치는 전사용의 패턴이 형성된 마스크상의 슬릿형상의 조명 영역을 조명하는 조명 광학계와 스테이지상에 유지되어 마스크의 패턴이 노광되는 감광 기판 및 마스크를 슬릿형상의 조명 영역에 대해서 동기해서 주사하는 상대 주사 수단을 가지며, 슬릿형상의 조명 영역에 대해서 마스크 및 감광 기판을 동기해서 주사하므로써 마스크상의 패턴을 감광 기판상에 노광하는 노광 장치에 있어서, 스테이지상에 놓이고 슬릿형상의 조명 영역의 감광 기판상에서의 그 주사방향의 폭을 계측하는 계측수단과, 이와 같이 계측된 폭에 의거해서 감광 기판에 대한 노광 에너지를 제어하는 노광량 제어수단을 설치한 것이다.
이 경우 계측 수단이 그 조명 광학계로부터의 조명광의 스테이지상에서의 조도 균일성을 측정하기 위한 광전 검출 수단으로 겸용되어 있는 것이 바람직하다.
또, 계측 수단에 의해 계측된 슬릿형상의 조명 영역의 감광 기판상에서의 그 주사방향의 폭에 의거하여, 슬릿형상의 조명 영역의 그 주사방향의 폭을 보정하는 보정수단을 설치하는 것이 바람직하다.
이같은 본 발명의 노광 방법에 의하면 주사 노광 방식으로 마스크의 패턴을 감광 기판상에 노광하기 전에 감광 기판의 배치면에서 슬릿형상의 조명 영역에 대응하는 영역의 그 주사방향의 폭이 실제로 계측된다. 따라서, 이 계측된 폭에 의거해서 마스크 및 감광 기판의 슬릿형상의 조명 영역에 대한 주사속도 및 감광 기판에 대한 단위 시간당의 노광 에너지를 제어하므로써 감광 기판에 대한 노광량을 적정 노광량으로 정확하게 제어할 수 있다.
또, 본 발명의 노광 장치에 의하면 계측 수단으로 슬릿형상의 조명 영역에 대응하는 감광 기판상의 영역의 주사방향의 폭을 계측할 수 있으며 이결과에 의거해서 감광 기판에 대한 노광량을 적정 노광량으로 정확하게 제어할 수 있다.
또, 계측수단이 그 조명 광학계로부터의 조명광의 스테이지 상에서의 조도 균일성을 측정하기 위한 광전 검출 수단으로 겸용되고 있는 경우에는 새로이 계측 수단을 부가할 필요가 없다.
또한, 계측수단에 의해 계측된 슬릿형상의 조명 영역의 감광 기판상에서의 주사방향의 폭에 의거해서 슬릿형상의 조명 영역의 그 주사방향의 폭을 보정하는 보정 수단을 설치한 경우에는 그 폭을, 예컨대, 정확하게 설계치로 설정할 수 있다.
이하, 본 발명에 의한 노광 장치의 일 실시예에 대해 제1도 및 제3(a)도 내지 제3(c)도를 참조해서 설명한다. 본 실시예는 주사식의 투영 노광 장치에 본 발명을 적용한 것이다.
제1도는 본 실시예의 투영 노광 장치를 도시한다. 제1도에서 레티클(R)은 광원(1)내지 릴레이 렌즈(7)로 이루어지는 조명 광학계에 의해서 장방형(슬릿)형상의 조명 영역에서 균일한 조도로 조명되며, 슬릿형상의 조명 영역으로 조명된 레티클(R)의 회로 패턴이 투영 광학계(13)에 의해서 웨이퍼(W)상에 전사된다.
즉, 수은 램프등의 광원(1)으로부터의 조명광은 타원경(楕圓鏡)(2)에 의해 집광된 후, 콜리메이터 렌즈(3)에 의해 평행 광속으로 되어 플라이아이 렌즈(4)에 도달한다. 단, 광원이 엑시머 레이저 광원 등의 코히어런트 광원인 때에는 이 코히어런트 광원에서 사출된 조명광은 타원경(2) 및 콜리메이터 렌즈(3)대신에 실린드리컬 렌즈나 빔 익스팬더(beam expander)등의 빔 정형 광학계를 통과해서 플라이아이 렌즈(4)에 도달한다. 이 플라이아이 렌즈(4)의 사출면에는 다수의 2차 광원이 형성되며, 이 사출면으로 부터의 조명광은 콘덴서 렌즈(5)에 의해서 집광되어 시야 조리개(6)에 도달한다.
시야 조리개(6)에는 장방형(슬릿)형상의 개구부가 형성되고 이 시야 조리개(6)를 통과한 광속은 슬릿형상의 단면을 갖는 광속으로 되며 릴레이 렌즈계(7)에 입사된다. 릴레이 렌즈계(7)는 시야 조리개(6)와 레티클(R)의 회로 패턴 형성면을 공액으로 하는 렌즈계이며 시야 조리개(6)의 슬릿형상의 개구부와 공액인 레티클(R)상의 영역, 즉, 레티클(R)상의 슬릿형상의 조명 영역에 조명광이 조사된다. 릴레이 렌즈계(7)는 양측 텔레센트릭한 광학계이며 레티클(R)상의 장방형의 슬릿형상의 조명 영역은 텔레센트릭성이 유지되어 있다.
본 예의 레티클(R)상에는 레티클(R)에 근접해서 슬릿형상의 조명 영역에 대한 주사방향으로 떨어진 2개의 차광판(8A 및 8B)이 배치되며, 레티클(R) 및 차광판(8A,8B)이 레티클 스테이지(9)상에 놓여 있다. 차광판(8A,8B)에 의해 레티클 블라인드가 형성되어 있으며 그 슬릿형상의 조명 영역내와 차광판(8A,8B)에 끼워진 레티클(R)상의 회로 패턴의 이미지가 투영 광학계(13)를 통해 웨이퍼(W)상에 투영 노광 된다. 투영 광학계(13)의 광축에 수직인 2차원 평면내에서 슬릿형상의 조명 영역에 대한 레티클(R)의 주사방향을 X방향으로 하고 투영 광학계(13)의 광축에 평행인 방향을 Z방향으로 한다.
이 경우, 레티클(R) 및 차광판(8A,8B)은 주사방향인 X방향으로 일체적으로 레티클 스테이지 구동부(10)에 의해 구동되며 차광판(8A,8B)은 레티클 스테이지(9)상에서 각각 차광판 구동부(11)에 의해 X방향으로 독립적으로 이동할 수 있게 지지되어 있다. 레티클 스테이지 구동부(10) 및 차광판 구동부(11)의 동작을 제어하는 것이 장치 전체의 동작을 제어하는 주제어계(12)이다. 또, 웨어퍼(W)는 웨이퍼 스테이지(14)에 놓여지고 웨이퍼 스테이지(14)는 투영 광학계(13)의 광축에 수직인 면내에서 웨이퍼(W)의 위치 결정을 행하는 XY스테이지 및 Z방향으로 웨이퍼(W)의 위치 결정을 행하는 Z스테이지 등으로 구성되어 있다. 주제어계(12)는 웨이퍼 스테이지 구동부(15)를 통해 웨이퍼 스테이지(14)의 위치 결정 동작 및 주사 동작을 제어한다.
그리고 레티클(R)상의 패턴을 투영 광학계(13)를 통해 웨이퍼(W)상에 노광할 때는 시야 조리개(6)에 의해 설정되는 장방형(슬릿)형상의 조명 영역에 대해서 X방향으로 레티클 스테이지(9)를 거쳐서 레티클(R) 및 차광판(8A,8B)을 일체적으로 주사한다. 또, 이주사와 동기해서 그 장방형(슬릿)형상의 조명 영역의 투명 광학계(13)에 의한 이미지에 대해서­X방향으로 웨이퍼 스테이지(14)를 통해 웨이퍼(W)를 주사한다. 즉, 이 ­X방향이 웨이퍼(W)의 주사방향이다. 이같이 레티클(R) 및 웨이퍼(W)를 동기해서 주사하므로써 웨이퍼(W)상에는 레티클(R)의 회로 패턴이 차례로 전사된다.
그런데, 근래에서는 레티클 교환에 요하는 시간을 단축하여 스루풋을 향상 시키기 위해서 레티클(R)상에 복수의 회로 패턴 영역을 설치하는 것이 행해지고 있다. 그리고, 그 레티클(R)상의 복수의 회로 패턴 영역중으로부터 전사 대상의 회로 패턴 영역을 선택하기 위해서 차광판(8A및8B)이 사용된다. 그리고, 본 실시예에 의한 투영 노광 장치에는 레티클(R)상의 회로 패턴 영역에 관한 정보를 입력하는 입력부(16)와 이 입력부(16)의 입력 정보를 기억하는 메모리부(17)가 설치되며, 주제어계(12)는 그 메모리부(17)의 입력 정보에 의거해서 차광판 구동부 (11)를 통해 차광판(8A 및 8B)이 형성하는 개구부를 소정의 형상으로 한다.
여기에서 차광판(8A 및 8B)의 구동 기구에 대해서 제2도를 참조해서 설명한다.
제2도는 제1도중의 레티클(R)의 주변의 상세한 구성을 도시하며, 이 제2도에서 레티클 스테이지 베이스(19)상에 레티클 스테이지(9)가 주사방향(X방향)으로 슬라이드 가능하게 지지되며 레티클 스테이지(9)의 내측에 레티클(R)이 진공척 등에 의해서 유지되어 있다. 레티클 스테이지(9)의 레티클(R)의 회로 패턴 형성 영역에 대응하는 부분은 개구부로 되며, 슬릿형상의 조명 영역의 최대 영역에 대응하는 레티클 스테이지 베이스(19)상의 영역도 개구부로 되어 있다. 또한, 레티클 스테이지(9)의 주사방향의 양단부에 각각 웜 기어 등의 이송부(18A 및 18B)를 통해 차광판(8A 및 8B)이 부착되어 있다. 제1도의 차광판 구동부(11)에 의해 그들 이송부(18A 및 18B)를 독립적으로 구동하므로써 각각의 차광판(8A 및 8B)을 주사방향으로 독립적으로 이동시킬 수 있다.
또, 제2도에서, 주사방향(X방향)과 직교하는 제2도의 지면에 수직인 방향(비주사 방향)의 차광판은 도시하지 않고 있으나, 이 비주사 방향의 차광판은 차광판(8A,8B)과 마찬가지로 레티클(R)의 근처에 배치해도 되며, 또는 제1도의 시야 조리개(6)와 마찬가지로 레티클(R)과 실질적으로 공액인 위치에 배치해도 무방하다.
그런데, 제2도에 도시한 바와 같이 본 실시예에서 레티클(R)을 유지하고 적어도 X방향(주사방향)으로 이동 가능한 레티클 스테이지(9)상에 이송부(18A,18B)를 사이에 두고 차광판(8A,8B)을 일체로 설치하고 있다. 따라서, 주사 노광시에는 레티클 스테이지(9)에 의한 레티클(R)의 주사에 동기해서 차광판(8A,8B)도 주사방향(X방향)으로 이동하게 된다. 이 때문에 본 실시예에서는 레티클(R)의 주사에 동기해서 차광판(8A,8B)을 주사(이동)하기 위한 보조적인 주사수단을 특별히 설치할 필요는 없다. 다시 말하면, 본 실시예에서는 레티클 스테이지(9) 및 구동부(10)가 차광판(8A,8B)의 보조적인 주사 수단에 상당한다.
여기에서, 본 실시예와 같이 레티클 스테이지(9)상에 차광판(8A,8B)을 설치하는 대신에, 제2도중의 레티클 스테이지 베이스(19)상에 차광판(8A,8B)을 배치해도 된다. 단, 이구성에서는 레티클 스테이지(9)에 의해서 레티클(R)이 주사방향(X방향)으로 이동되어도 차광판(8A,8B)은 레티클 스테이지 베이스(19)상에서 이동하지 않는다. 이 같은 경우에는 레티클(R)의 주사에 동기해서 차광판(8A,8B)을 주사방향(X방향)으로 이동하기 위한 보조적인 주사 수단을 설치할 필요가 있다. 이 보조적인 주사 수단으로선 레티클 스테이지 베이스(19)상에서 차광판(8A,8B)을 유지하고 적어도 X방향으로 이동가능한 가동 부재와, 이 가동 부재를 레티클(R)의 주사에 동기해서 구동 제어하는 제어부를 설치하면 된다. 구체적으로는 레티클 스테이지 베이스(19)상에 이송부(18A,18B)를 사이에 두고 차광판(8A,8B)을 설치하고 구동부(11)에 의해서 차광판(8A,8B)을 레티클(R)의 주사에 동기해서 이동하면 된다.
또, 본 실시예에서는 제1도와 같이 차광판(8A,8B)을 레티클(R)의 위쪽(광원(1)측)에 근접해서 배치하는 것으로 했지만, 이 차광판(8A,8B)을 레티클(R)의 아래쪽(투영 광학계(13)측)에 배치해도 좋다. 구체적으로는 제2도에서 차광판(8A,8B)을 이송부(18A,18B)를 사이에 두고 레티클 스테이지 베이스(19)에 설치하거나 또는 차광판(8A,8B)을 고정부재(또는 이송부(18A,18B))를 사이에 두고 레티클 스테이지(9)에 일체로 설치하면 된다. 단, 전자의 경우에는 이송부(18A,18B)에 의해서 차광판(8A,8B)을 레티클(R)의 주사에 동기해서 이동할 필요가 있다.
통상, 레티클(R)에는 1개, 또는 2개 이상의 회로 패턴이 형성되고 있으며 그 회로 패턴을 에워싸도록 소정폭의 차광대가 형성되어 있다(제3(a)도). 다시 말하면, 이 차광대로 에워싸인 소정형상(통상은 직사각형)의 영역내에 회로 패턴이 형성된다. 따라서, 상술한 바와 같이, 차광판(8A,8B)에 의해서 웨이퍼(W)에 전사해야 할 회로 패턴 이외의 것을 차광하는 경우에는, 이 전사해야할 회로 패턴을 에워싸는 차광대(제3(a)도중의 LSB)내에 차광판(8A,8B)의 에지가 설정되도록 이송부(18A,18B)에 의해서 차광판(8A,8B)을 위치 결정하게 된다. 이 때문에 이송부(18A,18B)에 의해서 차광판(8A,8B)의 설정 정밀도는 낮아도 된다. 또한 상술한 바와 같이 레티클 스테이지 베이스(19)상에 차광판(8A,8B)을 배치하는 경우에는 차광판(8A,8B)의 에지가 회로 패턴을 에워싸는 차광대에서 벗어나지 않도록 이송부(18A,18B)에 의해서 레티클(R)의 주사에 동기해서 차광판(8A,8B)을 이동하게 된다. 또, 이하에서는 설명을 간단하게 하기 위해서, 차광판(8A,8B)의 위치 결정에 있어서는 그 에지를 회로 패턴을 에워싸는 차광대내에 설치하는 것으로서 설명을 생략한다.
이하, 본 예에서 슬릿 스캔 노광 방식으로 노광을 행할 때의 동작에 대해서 제1도 및 제3(a)도 내지 제3(c)도를 참조해서 설명한다. 이때, 레티클(R)상에는 제3(a)도에 도시한 바와 같이 2개의 회로 패턴 영역(20A, 및 20B)이 형성되며 이들 회로 패턴 영역(20A,20B)의 경계부에는 주사방향의 폭이 L1 인 차광부(20C)가 형성되고 또한 회로 패턴 영역(20A,20B)을 에워싸도록 그 외측에는 소정폭의 차광대(LSB)가 형성되어 있는 것으로 한다. 또, 본 예의 레티클(R)상에 형성되는 장방형(슬릿)형상의 조명 영역은 제3(b)도에 도시한 바와 같이 주사방향의 폭이 L2인 슬릿형상의 조명 영역(21)이며 그 폭(L2)은 차광부(20C)의 폭(L1)보다 넓은 것으로 한다.
이때, 우선, 조작자는 제1도의 입력부(16)를 통해 메모리부(17)에 레티클(R)상의 회로 패턴 영역(20A,20B)에 관한 정보를 입력한다. 그리고, 제1의 회로 패턴 영역(20A)을 투영 광학계(13)를 통해 웨이퍼(W)상에 전사하는 경우에는 주제어계(12)는 메모리부(17)에 기억된 입력 정보중의 제1의 회로 패턴 영역(20A)에 관한 정보를 판독하고, 이 정보에 의거해서 차광판 제어계(11)를 통해 차광판(8A,8B)의 주사방향의 위치를 조정한다. 이것으로 제3(b)도에 도시한 바와 같이 레티클(R)상의 제2의 회로 패턴 영역(20B)을 차광판(8B)으로 덮고 제1의 회로 패턴 영역(20A)에만 슬릿형상의 조명 영역(21)의 조명광이 조사되도록 한다.
다음으로, 노광시에는 제1도의 주제어계(12)는 레티클 스테이지 구동부(10)를 통해 레티클 스테이지(9)를 구동하고 레티클(R)상의 회로 패턴 영역(20A)의 우측의 위쪽에 슬릿형상의 조명 영역(21)을 위치시킨 다음, 레티클 스테이지(9)를 구동하고 레티클(R) 및 차광판(8A,8B)을 일체적으로 주사방향(X방향)으로 이동하여 조명 영역(210)의 아래쪽을 통과시킨다. 이것에 동기해서 주제어계(12)는 웨이퍼 스테이지 구동부(15)를 통해 웨이퍼 스테이지(14)를 구동하여 웨이퍼(W)를 주사방향(-X방향)으로 이동시킨다. 이 경우, 레티클(R)상의 제1의 회로 패턴 영역(20A)에만 조명광이 조사하므로, 웨이퍼(W)상에는 제1의 회로 패턴 영역(20A)의 패턴만이 전사된다.
그런데, 웨이퍼(W)상에 레티클(R)상의 제2의 회로 패턴 영역(20B)의 패턴을 전사하는 경우에는 주제어계(12)는 메모리부(17)에 기억된 입력 정보중의 제2의 회로 패턴 영역(20B)에 관한 정보를 판독하고, 이 정보에 의거해서 차광판 구동부(11)를 통해 차광판(8A,8B)의 주사방향의 위치를 조정한다. 이것에 의해서 제3(c)도에 도시한 바와 같이 레티클(R)상의 제1의 회로 패턴 영역(20A)을 차광판(8A)으로 덮고, 제2의 회로 패턴 영역(20B)에만 슬릿형상의 조명 영역(21)의 조명광이 조사되도록 한다.
다음에, 노광시에 있어서는, 제1도의 주제어계(12)는 레티클 스테이지 구동부(10)를 통해 레티클 스테이지(9)를 구동하고, 레티클(R)상의 제2의 회로 패턴 영역(20B)의 우측의 위쪽에 슬릿형상의 조명 영역(21)을 위치시킨 후, 레티클 스테이지(9)를 구동해서 레티클(R) 및 차광판(8A,8B)을 일체적으로 X방향으로 이동시키고 조명 영역(21)의 아래쪽을 통과시킨다. 이것에 동기해서 주제어계(12)는 웨이퍼 스테이지 구동부(15)를 통해 웨이퍼 스테이지(14)를 구동해서 웨이퍼(W)를 -X방향으로 이동시킨다. 이 경우, 레티클(R)상의 제2의 회로 패턴 영역(20B)에만 조명광이 조사되므로 웨이퍼(W)상에는 제2의 회로 패턴 영역(20B)의 패턴만이 전사된다.
이같이 본 실시예의 의하면 레티클 블라인드로서의 차광판(8A,8B)에 의해서 노광해야 할 회로 패턴 영역 이외의 영역을 차광하고 있으므로, 레티클(R)에 주사 방향으로 좁은 간격으로 복수의 회로 패턴 영역을 형성한 경우에도 그것들 중의 소망의 회로 패턴 영역의 패턴만을 웨이퍼(W)상에 노광할 수 있는 이점이 있다. 따라서, 레티클(R)상에 좁은 간격으로 복수의 회로 패턴 영역을 형성할 수 있다.
또한, 상술한 실시예에서는 차광판(8A,8B)은 레티클(R)과 일체적으로 구동되어 있지만, 차광판(8A,8B)을 주사방향으로 레티클(R)과 동기해서 구동하기 위한 구동수단을 따로 설치해도 좋다. 단, 주사 노광시에는 제1도의 레티클 스테이지(9)는 100㎜/sec 이상의 고속으로 움직일 가능성이 있으므로 차광판(8A,8B)의 구동 속도도 고속성이 요구된다. 그래서, 본 실시예의 제2도에 도시한 바와 같이 레티클 스테이지(9)상에 레이클(R) 및 차광판(8A,8B)을 놓고 레티클(R) 및 차광판(8A,8B)을 일체적으로 이동시키려고 한 경우에는 차광판(8A,8B)용의 독립 구동 수단은 불필요하게 되며, 게다가 레티클(R)과 차광판(8A,8B)과의 이동의 동기성이 우수하다.
또, 상술한 실시예에서, 레티클(R)에 2개의 회로 패턴 영역이 형성되어 있는 경우를 도시했는데, 본 실시예에 의한 투영 노광 장치에서는 레티클(R)에 주사 방향으로 3개 이상의 회로 패턴 영역이 설치되어 있는 경우에도 대응할 수 있다.
이것에 관해서 제4(a)도에 도시한 바와 같이 주사 방향의 차광판(8A,8B)외에 주사방향에 수직인 비주사 방향(Y방향)으로 가동인 2개의 차광판(8C,8D)을 설치한 경우에는 레티클(R)상에 비주사 방향으로 복수의 회로 패턴 영역이 형성되어 있어도 소망의 회로 패턴 영역만의 패턴을 웨이퍼(W)상에 노광할 수 있다. 즉, 레티클(R)상에 X방향 및 Y방향으로 분리된 형태로, 예컨대, 4개의 회로 패턴 영역(20C 내지 20F)이 형성되어 있는 경우, 4개의 차광판(8A 내지 8D)의 위치를 독립적으로 조정하는 것에 의해 4개의 회로 패턴 영역(20C 내지 20F)의 임의의 1개의 회로 패턴 영역에만 조명광이 조사되게 할 수 있다. 그리고, 레티클(R) 및 차광판(8A 내지 8D)을 일체적으로 슬릿형상의 조명 영역(21)에 대해서 X방향으로 주사하므로써 그 레티클(R)상의 선택된 회로 패턴 영역의 패턴이 웨이퍼(W)상에 노광된다.
또, 제4(b)도에 도시한 바와 같이 레티클(R)에 1개의 회로 패턴 영역(20G)만이 형성되어 있는 경우로 한정하면, 레티클(R)상의 조명 영역의 일부를 주사방향으로 차광하기 위한 레티클 블라인드로서의 차광판은 레티클 스테이지상에 고정된 차광판(22)으로도 무방하다. 이 구성에서는 차광판(22)에 의한 차광범위를 변경하기 위한 제어계는 불필요하다. 이같은 고정식의 차광판(22)이 설치되어 있으면 슬릿스캔 노광의 개시 또는 종료시에 레티클(R)의 둘레 가장자리부에서 밖으로 조명광이 새어 웨이퍼가 감광되는 것이 방지된다.
또, 상술한 실시예서는 차광판(8A,8B)이 레티클(R)의 구동에 따라서 이동하는 구성으로 되어 있으나, 요는 차광판(8A,8B) 의 개구부가 항상 레티클(R)상의 노광해야 할 회로 패턴 영역과 일치하도록 이동하는 구성이면 좋다. 예컨대, 레티클(R)과 웨이퍼(W)가 고정되어 있으며 레티클(R)에 대해서 슬릿형상의 조사 영역을 주사시키면서 노광하는 경우에는 노광중에 차광판(8A,8B)을 이동시킬 필요가 없다. 또, 슬릿형상의 조명 영역의 형상, 즉, 시야 조리개(6)의 개구의 형상은 장방형으로 한정되는 것은 아니며, 예컨대, 일본 특공소 46-34057호 공보 또는 미국 특허 제4,924,257호에 개시되어 있는 6각형의 조명 영역, 일본 특공소53-25790호 공보에 개시되어 있는 마름모형의 조명 영역, 또는 미국 특허 제4,747,678호에 개시되어 있는 원호형상의 조명 영역이어도 좋다.
또한, 상술한 실시예에서의 투영 광학계(13)는 굴절계, 반사계, 또는 반사굴절계이어도 좋다는 것은 말할 것도 없다. 또한, 본 발명은 투영 노광 장치에만 한정되지 않으며 콘택트 방식이나 프록시미티(proximity)방식의 노광 장치에도 적용될 수 있음은 물론이다. 이같은 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 구성을 취할 수 있다.
본 발명에 의하면 마스크상의 조명을 피하고 싶은 영역을 덮기 위한 차광 수단이 설치되어 있으므로 마스크상에 슬릿형상의 조명 영역을 설정하기 위한 조명 영역 설정 수단을 조명 광학계중의 마스크로부터 떨어진 위치에 배치할 수 있다. 따라서, 조명 영역 설정 수단의 주사방향의 폭의 제어를 고정밀도를 행할 수 있으며, 주사 노광후의 감광 기판상에서의 조도 균일성을 양호하게 유지할 수 있는 이점이 있다. 또한, 마스크상에 주사 방향으로 좁은 간격으로 복수의 패턴 영역이 형성되어 있는 경우에도 노광하고 싶지 않은 패턴영역을 그 차광 수단으로 덮으므로써 소망의 패턴 영역만의 패턴을 감광 기판상에 노광할 수 있다.
또, 마스크가 상대 주사 수단으로 주사되는 것에 동기해서 차광수단을 주사하는 보조 주사 수단을 설치한 경우에는 1회의 주사중에 차광 수단의 개구부의 상태를 제어할 필요가 없게 되며 차광 수단의 개구부의 상태의 제어가 용이하다.
또, 상대 주사 수단이 그 보조 주사 수단을 겸용하고 그 상대 주사 수단이 마스크 및 차광 수단을 일체적으로 주사하는 경우에는 차광 수단을 주사하기 위한 구동 수단을 새로 설치할 필요가 없다.
또한, 차광 수단이 마스크상의 소정의 고정된 영역을 덮는 것인 경우에는 차광 수단의 개구부의 상태를 제어할 기구가 불필요해지며 구성이 단순하다.
다음에, 본 발명의 다른 실시예에 대해서 제8도 내지 제10(a)도 및 제10(b)도를 참조해서 설명한다. 본 실시예는 광원으로서 엑시머 레이저 광원 등의 펄스 발진형의 노광광원을 갖는 주사식의 투영 노광 장치에 본 발명을 적용한 것이다.
제8도는 본 실시예의 투영 노광 장치를 도시하며 이 제8도에서 펄스 발진형의 광원(101)으로부터 사출된 레이저 빔은 실린더 렌즈나 빔 익스팬더 등으로 구성되는 빔 정형 광학계(102)에 의해 플라이아이 렌즈(104)에 효율적으로 입사하도록 빔의 단면형상이 정형된다. 빔 정형 광학계(102)로부터 사출된 레이저 빔은 감광수단(103)에 입사한다. 감광 수단(103)은 투과율의 조조부(粗調部)와 미조부(微調部)를 갖는 것으로 한다. 감광수단(103)으로부터 사출된 레어저 빔은 플라이아이 렌즈(104)에 입사한다.
플라이아이 렌즈(104)는 시야 조리개(107) 및 레티클(R)을 균일한 조도로 조명하기 위한 것이다. 플라이아이 렌즈(104)로부터 사출되는 레이저 빔은 반사율이 작고 투과율이 큰 빔 스플리터(105)에 입사하며 빔 스플리터(105)를 통과한 레이저 빔은 제1릴레이 렌즈(106)에 의해서 시야 조리개(107)위를 균일한 조도로 조명한다. 본 실시예의 시야 조리개(107)의 개구부의 형상은 장방형이다.
시야 조리개(107)를 통과한 레이저 빔은 제2릴레이 렌즈(108), 굴곡 미러(109) 및 메인 콘덴서 렌즈(110)를 통해 레티클 스테이지(111) 상의 레티클(R)을 균일한 조도로 조명한다. 시야 조리개(107)와 레티클(R)의 패턴 형성면은 공액이며 시야 조리개(107)의 개구부와 공액인 레티클(R)상의 장방형(슬릿)형상의 조명 영역(126)에 레이저 빔이 조사된다. 또, 미국 특허5,194,893호와 마찬가지로 시야 조리개(107)의 개구부의 형상을 구동부(112)를 통해 변화시킴으로써 그 슬릿형상의 조명 영역(126)의 형상을 조정할 수 있다.
레티클(R)상의 슬릿 형상의 조명 영역(126)내의 패턴 이미지가 투영 광학계(116)를 통해 웨이퍼(W)상에 투영 노광된다. 투영 광학계(116)의 광축에 평행으로 Z축을 잡고, 그 광축에 수직인 평면내에서 슬릿형상의 조명 영역(126)에 대한 레티클(R)의 주사 방향을 X방향이라 하면, 레티클 스테이지(111)는 레티클 스테이지 구동부(113)에 의해 X방향으로 주사된다. 또한, 레티클 스테이지 구동부(113)는 장치 전체의 동작을 제어하는 주제어계(114)의 지시로 동작하는 연산부(115)에 의해서 제어되고 있다.
한편, 웨이퍼(W)는 웨이퍼 홀더(117)를 사이에 두고 적어도 X방향(제8도에선 좌우 방향)으로 주사가능한 XY스테이지(118)상에 놓여 있다. 도시 생략하지만 XY스테이지(118)와 웨이퍼 홀더(117)와의 사이에는 웨이퍼(W)를 Z방향에 위치 결정하는 Z스테이지 등이 끼워져 있다. 주사 노광시에는 레티클(R)이 XY방향으로 주사되는 것에 동기해서 XY스테이지(118)를 통해 웨이퍼(W)가 -X방향으로 주사되지만 XY스테이지(118)의 동작은 웨이퍼 스테이지 구동부(119)에 의해서 행해진다.
XY스테이지(118)상에는 광전 검출기(120)가 놓이며 본 실시예에선 이광전 검출기(120)를 이용하여 레티클(R)상의 슬릿형상의 조명 영역(126)과 공액인 슬릿형상의 노광영역(126P)의 형상을 측정한다. 또, 그 광전 검출기(120)는 본 출원인 미국 특허 제4,465,368호에서 개시한 바와 같이 XY스테이지(118)상에서의 노광광으로서의 레이저 빔의 조도 균일성을 측정할 때에도 사용되는 것이다. 광전 검출기(120)로서는, 예컨대, 웨이퍼(W)의 표면과 동일한 높이에 설치된 핀홀과 그 바로 아래에 배치된 포토다이오드나 PIN포도다이오드 또는 포토멀티플라이어 등을 일체화한 것이 사용된다. 단 슬릿형상의 노광 영역(126P)의 형상을 계측하기 위한 것이라면 광전 검출기(120)로서 1차원의 어레이 센서 또는 2차원의 어레이 센서등도 사용할 수 있다. 광전 검출기(120)로 부터의 광전 변환 신호는 증폭기(121)를 통해 연산부(115)로 보내진다.
또, 빔 스플리터(105)에서 반사된 레이저 빔은 광전 변환 소자로 이루어진 노광량 모니터(122)에서 수광되고 노광량 모니터(122)의 광전 변환 신호가 증폭기(123)를 통해 연산부(115)에 공급된다. 연산부(115)는 후술하는 바와 같이 광전 검출기(120)를 이용하여 슬릿형상의 노광영역(126P)의 형상을 구하고 이 계측 결과에 의거해서 구동부(112)를 통해 시야 조리개(107)의 개구부의 형상을 조정하던가 또는 레티클(R) 및 웨이퍼(W)의 슬릿형상의 조명 영역(126)에 대한 주사 속도를 조정한다. 또, 그 슬릿형상의 노광 영역(126P)의 형상의 계측 결과는 주제어계(114)에 공급되며 그 주제어계(114)는 필요에 따라서 광원(101)의 출력 파워를 조정하든가 또는 감광수단(103)에서의 투과율을 조정한다. 조작자는 입출력 수단(124)을 통해 주제어계(114)에 레티클(R)의 패턴 정보 등을 입력할 수 있으며 주제어계(114)에는 각종 정보를 출력할 수 있는 메모리(125)가 구비되어 있다.
다음에, 본 실시예에서 노광을 행할때의 동작에 대해서 설명한다. 노광을 행하기 전에 먼저, 레티클(R)로서 슬릿형상의 조명 영역(126)의 광을 통과시키기 위한 개구부를 갖는 레티클(조명 형상 측정용의 레티클)을 설정하고 그 레티클의 개구부가 슬릿형상의 조명 영역(126)의 한쪽의 에지의 아래에 위치하도록 레티클 스테이지(111)를 통해 그 레티클을 위치 결정한다. 그와 같은 조명 형상 측정용 레티클을 사용하는 대신에 일반 레티클에 측정용 개구부를 반드시 설치하도록해도 된다. 그 레티클의 개구부는 반드시 슬릿형상의 조명 영역(126)보다 클 필요는 없으며, XY스테이지(118)상의 광전 검출기(120)의 수광부의 크기(핀 홀이 있을때는 핀홀의 크기)를 레티클면에 환산한 정도의 크기보다 크면 된다.
또, 주사를 행하지 않는 정적인 상태에서의 웨이퍼(W)상의 조도균일성이 유지되어 있다고 하면, 그 레티클 상의 개구부가 슬릿형상의 조명 영역(126)의 한쪽의 에지부에 대해서 일치하도록 주사방향으로 레티클 스테이지(111)를 위치결정하면 된다. 그와 같은 개구부가 형성된 레티클을 넣을 필요가 있는 것은 그 레티클이 없으면 광로 길이가 변화하여 시야조리개(107)와 웨이퍼(W)의 표면과의 공액 관계가 어긋나기 때문이다. 그리고, 레티클상의 개구부가 비교적 큰 경우에는 레티클 스테이지(111)를 고정한 상태에서 XY스테이지(118)를 통해 그 레티클상의 개구부의 투영 이미지내의 슬릿형상의 노광영역(126P)을 광전 검출기(120)에 의해서 X방향으로 주사한다.
제9도는 슬릿형상의 노광영역(126P)에 대한 광전 검출기(120)의 주사방법을 도시하며 이 제9도에서 X방향으로의 궤적(127A)을 따라서 슬릿형상의 노광영역(126P)에 대하여 광전 검출기(120)의 수광부(120a)를 주사하므로써 그 노광영역(126P)의 주사 방향의 에지부의 위치를 계측한다. 예컨대, X방향에 수직인 Y방향으로 소정 간격으로 설정된 궤적(127A,127C,...)를 따라서 각각 슬릿형상의 노광영역(126P)의 폭(W)을 계측함으로서 슬릿형상의 노광영역(126P)이 원호형상이어도 그형상을 계측할 수 있다.
또, 본 예의 광원(101)으로서 엑시머 레이저 광원이 사용되고 있는 경우, 엑시머 레이저 광원은 펄스 발진형이며, 주제어계(114)로부터 보내지는 발광 트리거에 의해서 발광한다. 그 발광 트리거에 동기해서 XY스테이지(118)의 위치를 모니터하는 도시하지 않는 길이 측정 장치(예컨대 레이저 간섭계)의 위치 정보 출력과 광전 검출기(120)의 증폭기(121)를 통과한 출력 신호를 연산부(115)에 넣는다. 엑시머 레이저 광원의 펄스 발광 에너지 변동이 클때는 노광량 모니터(122)의 출력 신호로 광전 검출기(120)의 출력 신호를 나눗셈하면 에너지의 변동은 보정된다.
그런데, 슬릿형상의 노광 영역(126P)을 X방향으로 광전 검출기(120)에서 주사했을 때 광전 검출기(120)로부터 얻어지는 광전 변환 신호(I)는, 설계상은 제10(b)도에 도시한 바와 같이 직사각형 형상으로 하고 있다. 그러나, 실제로는 시야 조리개(107)의 설치 오차나 조명 광학계의 수차 등으로 제10(a)도에 도시하는 파형으로 하고 있다. 그래서, 예컨대 광전 변환 신호(I)의 최대치(Io)의 1/2의 레벨로 광전 변환 신호(I)를 슬라이드했을 때의 X방향의 위치(X₁)를 그 슬릿형상의 노광영역(126P)의 한쪽의 에지부로 간주한다.
다음으로, 광전 검출기(120)를 슬릿형상의 노광영역(126P)의 다른쪽의 에지부 근처로 이동해서 마찬가지의 측정을 행한다. 레티클의 차광 패턴으로 슬릿형상의 조명 영역(126)내의 레이저 빔이 차광되어 버리는 경우에는 레티클 스테이지(111)를 통해 그 레티클상의 개구부를 슬릿형상의 조명 영역(126)의 다른쪽의 에지부의 아래로 이동시킨다. 그리고, 그 레티클을 정지한 후에 광전 검출기(120)를 주사하고 슬릿형상의 노광영역(126P)의 다른쪽의 에지부의 위치를 측정한다. 이 측정 결과로부터 다른쪽의 에지부의 위치(X2)가 구해진다. 위치(X1)와 위치(X2)의 차로부터 슬릿형상의 노광영역(126P)의 주사 방향의 폭(D)이 산출된다.
또한, 제10(a)도에 도시한 슬릿형상 노광 영역(126P)의 에지부 영역보다 레티클상의 개구부가 작은 경우에는 위치(X1)과 위치(X2)의 계측시에 웨이퍼 스테이지(118)뿐만 아니라 레티클 스테이지(111)도 동기해서 주사해야 한다.
또, 시야 조리개(107)의 개구부가 구동부(112)에 의해서 가동인 경우엔 그 폭(D)의 비주사방향(Y방향)의 일양성(一樣性)을 검사할 필요가 있다. 그 이유는 비주사방향으로 폭(D)이 일양이 아니면 주사 노광 방식으로 노광한 후의 웨이퍼(W)상의 조도 균일성이 손실되기 때문이다. 그래서, 광전 검출기(120)에 의한 폭(D)의 측정은 제9도에 도시한 바와 같이 비주사방향(Y방향)의 2개소 이상, 예컨대, 노광영역(126P)의 중앙 및 양단부의 3개소에서 측정할 필요가 있다. 그 결과 시야 조리개(107)의 개구부의 주사방향의 폭이 일양성이 충분하지 않을 때는 구동부(112)를 통해 시야 조리개(107)의 평행의 미세한 조정을 행한다.
또한, 광전 검출기(120)가 핀홀식이 아니고 Y방향으로 배열된 1차원의 에레이센서인 경우에는, 1회의 주사 및 측정으로 비주사 방향으로의 측정도 행할수 있으나 레티클 상에도 그 에레이 센서의 수광부와 공액인 Y방향으로 큰 개구부를 형성할 필요가 있다. 또, 광전 검출기(120)가 2차원의 어레이센서이며, 또한 그 면적이 슬릿형상의 노광 영역(126P)보다 크면, 1회의 정지상태의 측정으로 슬릿형상의 노광영역(126P)의 주사 방향 및 비주사 방향의 형상을 측정할 수 있으나 레티클 상에도 또한 큰 개구부를 형성할 필요가 있다.
그런데, 시야 조리개(107)가 미리 충분하게 조정된 고정식인 것이면 슬릿형상의 노광 영역(126P)의 폭(D)의 측정은 때때로 경시 변화를 체크하는 정도로 행하고 그 측정 결과로 메모리(125)내의 장치 정수를 변경하면 된다. 또, 슬릿형상의 노광영역(126P)의 양측의 에지의 평행도가 보증되고 있는 경우에는 비주사 방향의 1개소의 폭(D)의 계측을 행하는 것만으로 충분하다.
제8도에서 상술한 바와 같이 계측된 슬릿형상의 노광 영역(126P)의 주사 방향의 폭(D)이 메모리(125)에 격납된 후에 노광용의 레티클(R)을 레티클 스테이지(111)상에 설치하고 노광용의 웨이퍼(W)를 웨이퍼 홀더(117)상에 놓고 실제의 노광 동작이 시작된다. 우선, 조작자가 입출력 수단(124)으로부터 주제어계(114)에 대해서 웨이퍼(W)에 대한 적정 노광량을 입력하고 이 적정 노광량이 주제어계(114)로부터 연산부(115)로 보내어진다. 다음에 웨이퍼(W)의 노광면상의 조도 측정에 들어간다. 웨이퍼(W)의 노광면상의 조도 측정은 미리 웨이퍼(W)의 노광면에서의 펄스 에너지 P[mJ/㎠·pulse]와 대응관계가 취해져 있는 노광량 모니터(122)에 의해서도 좋으며 또는 XY스테이지(118)상의 광전 검출기(120)의 출력 신호를 이용해도 좋다.
그런데, 광원(101)으로 부터의 펄스 레이저 광의 펄스 에너지(P)의 측정이 종료되면, 이하와 같이 노광량 제어용의 파라미터가 결정된다. 이하 간단히 하기 위해서 펄스 에너지(P)의 변동은 충분히 작고, 펄스 에너지(P)를 일정값으로 간주할 수 있는 경우에 대해서 말한다. 이 경우, 광원(101)의 발진 주파수를 f[㎐]로 하면, 웨이퍼 노광면상에서의 조도 I[㎽/㎠]은 다음과 같이 된다.
다음에 노광에 필요한 펄스수(N)는 노광시간을 t[sec]로 하면 다음과 같이 된다.
따라서, 웨이퍼상에서의 적정 노광량을 S[mJ/㎠], 레티클 및 웨이퍼의 웨이퍼 노광면상에 환산한 주사속도를 v[㎜/sec]로 하면 식 (1), (2), (3)에서 다음식을 얻는다.
이 식⑷에서 S/P 및 Df/v를 정수화하는 제어가 필요해진다. S/P 및 Df/v가 정수에서 벗어나면 벗어날수록 주사 노광에 의한 노광 종료후의 웨이퍼상의 조도 균일성 및 노광량 제어 정밀도가 열화된다. 그래서, 우선 S/P를 정수화하기 위해서 펄스 에너지(P)의 미세조정을 행한다. 이것은 제8도의 감광 수단(103)의 투과율을 미세조정함으로서 행한다.
한편, 식⑷의 Df/v를 정수화하기 위해서는 슬릿형상의 노광영역(126P)의 폭(W), 발진 주파수(f) 또는 주사속도(v)의 미세조정이 필요하다. 폭(D)을 조정하는 경우에는 구동부(112)를 통해 시야 조리개(107)를 미세 조정하는데, 이 때 미세조정 정밀도가 충분치 않으면 앞에서 말한 슬릿형상의 노광영역(126P)의 폭(D)의 계측이 재차 필요해진다. 또한, 발진 주파수(f) 또는 주사 속도(v)를 조정하는 경우에는 각각이 가변 범위중에 들어가도록 조정한다.
이상에서 엑시머 레이저 광원의 펄스에너지(P)의 변동은 충분히 작다고 설명해왔는데 실제로는 엑시머 레이저 광원은 5％(표준 편차σ의3배)정도의 펄스 에너지(P)의 변동을 갖는다. 펄스 에너지(P)의 평균치는 PB, 펄스 에너지(P)의 변동량은 ΔP로 하면, 펄스 에너지(P)의 변동은 ΔP/PB로 나타내어진다. 이때, 가령1％(3σ)이내의 노광량이 재현 정밀도(A)를 얻으려고 하면, 식(4)의 펄스수(N)의 값은 다음식 이상으로 할 필요가 있다.
이때는 적정 노광량(S)이 작은 노광량인 경우에는, 식(4)에서 펄스 에너지(P)를 작게할 필요가 생기며 주제어계(114)로부터의 지령에 의거해서 감광수단(103)내의 조조부에 의해서 투과율이 조정된다. 이같이 해서 식(4)로 나타내어지는 노광에 관계하는 파라미터가 결정된 후는 제8도에서 레티클(R) 및 웨이퍼(W)를 웨이퍼면상에 환산한 속도(V)로 동기해서 주사시키고 광원(101)을 주파수(f)로 발진시킴으로써 소망의 조도 균일성 및 소망의 노광량 제어 정밀도로 웨이퍼(W)의 노광량을 소망의 노광량으로 할 수 있다.
또한, 상술한 실시예에서는 엑시머 레이저 광원과 같은 펄스 발광원을 광원으로 하는 경우에 대해서 서술하였지만, 수은 램프등의 연속 광원으로부터 g선 또는 i선등의 광을 꺼내어서 노광광으로 하는 경우에는 제8도의 빔 정형 광학계(102)는 콜리메이터 렌즈나 간섭 필터로 구성된다. 또, 식(4)에 상당하는 노광관계의 파라미터 설정을 위한 조건식은 식(1)로 표현되며, 적정 노광량(S)에 따라서 웨이퍼의 노광면상에서의 조도(I), 슬릿형상의 노광 영역의 폭(D) 및 주사속도(v)를 조정하면 된다.
또, 노광광원이 연속 광원인 경우에는 일반적으로 제8도의 감광수단(103)은 반드시 필수는 아니고 주사속도(v)의 폭(D)만으로 조정하고 큰 노광량인 때는 주사속도(v)를 작게하고 작은 노광량인 때는 주사속도(v)를 크게 해도 된다. 또, 주사속도(v)가 장치로서 허용되는 최대치에 도달해 버릴때는 슬릿형상의 노광영역의 폭(D)을 작게 할 필요가 생긴다. 또한, 시야 조리개(107)는 조명 광학계중의 레티클의 패턴면과 공액인 면내에 배치되는 것으로 했지만, 예컨대, 레티클(R)에 근접해서 배치하게 해도 된다.
또한, 제8도에서의 투영 광학계(116)는 굴절식이어도 반사식이어도 반사굴절식이어도 좋다. 또, 본 발명은 투영 노광 장치 뿐만 아니라 콘택트 방식이나 프록시미티 방식의 노광 장치에서도 유효하다는 것은 물론이다. 이같이 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며 본 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지 구성을 취할 수 있다.
본 발명에 의하면 감광 기판의 배치면에서 슬릿형상의 조명 영역에 대응하는 영역의 주사방향의 폭을 계측할 수 있으므로 이 폭을 이용하여 감광 기판상에 적정 노광량의 노광을 행할 수 있는 이점이 있다. 또, 감광 기판상의 조도 균일성도 향상된다.
또, 본 발명의 노광 장치에 있어서, 계측 수단이 조명 광학계로부터의 조명광의 스테이지 상에서의 조도 균일성을 측정하기 위한 광전 검출 수단으로 겸용되어 있는 경우에는 장치 구성이 간략화된다.
그리고, 그 계측 수단에 의해 계측된 슬릿형상의 조명 영역의 감광 기판상에서의 주사 방향의 폭에 의거해서 그 슬릿형상의 조명 영역의 그 주사 방향의 폭을 보정하는 보정 수단을 설치한 경우에는 그 슬릿형상의 조명 영역의 폭을 소망의 값으로 정확하게 설정할 수 있는 이점이 있다.

Claims (18)

  1. 노광광에 대하여 제1물체를 이동함과 동시에 상기 제1물체의 이동에 동기하여 제2물체를 이동함으로써, 상기 제1물체의 패턴을 이용하여 상기 제2물체를 주사노광하는 주사형 노광 장치에 있어서, 상기 제1물체의 패턴과 공액인 면, 또는 그 근처면에 배치되고, 상기 마스크상의 조명 영역을 규정하는 제1광학부재와, 상기 제1물체를 이동하기 위한 제1구동수단과, 상기 제2물체를 이동하기 위한 제2구동수단과, 상기 제1물체 및 상기 제2물체의 동기 이동중에 상기 제2물체에 향하는 노광광을 제한하기 위하여 이동하는 제2광학부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 주사형 노광 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2광학부재는 상기 제1물체의 근처에 배치되는 것을 특징으로 하는 주사형 노광 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1구동수단은 상기 제1물체의 이동과 상기 제2광학부재의 이동에 겸용되는 것을 특징으로 하는 주사형 노광 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1물체를 지지하기 위한 가동체와, 그 가동체상에서 상기 제2광학부재를 유지하는 유지부재와, 상기 가동체에 대하여 상기 제2광학부재를 이동하는 제3구동수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 주사형 노광 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2광학부재는 상기 노광광의 광로중에 배치된 옵티컬 인테그레이터와 상기 제1물체와의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 주사형 노광 장치.
  6. 제1항 또는 제5항에 있어서, 상기 제1광학부재는 상기 노광광의 광로중에 배치된 옵티컬 인테그레이터와 상기 제1물체와의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 주사형 노광 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1광학부재는 상기 조명 영역을 슬릿형상의 직사각형으로 규정하는 것을 특징으로 하는 주사형 노광 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2물체의 주사 노광을 위하여 상기 제1물체와 상기 제2물체는 상호 상이한 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 주사형 노광 장치.
  9. 제1항에 기재된 장치를 이용한 소자 제조방법.
  10. 노광광에 대하여 제1물체를 소정의 주사방향으로 이동함과 동시에 상기 제1물체의 이동에 동기하여 제2물체를 소정의 주사방향으로 이동함으로써, 상기 제1물체의 패턴을 이용하여 상기 제2물체를 주사노광하는 주사형 노광 장치에 있어서, 상기 제1물체를 이동하기 위한 제1구동수단과, 상기 제2물체를 이동하기 위한 제2구동수단과, 상기 주사노광을 위해 상기 제1물체 및 상기 제2물체의 동기 이동중에 상기 주사방향으로 병렬로 형성된 상기 제1물체의 복수의 패턴영역중 상기 제2물체의 노광에 이용되지 않는 패턴영역에 상기 노광광이 조사하지 않도록 상기 노광광을 제한하는 제한부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 주사형 노광 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제한부재는 상기 제1물체의 근처에 배치되는 것을 특징으로 하는 주사형 노광 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 동기 이동중에 상기 제한부재를 이동하는 제3구동수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 주사형 노광 장치.
  13. 제10항에 있어서, 상기 제한부재는 상기 제1물체와 옵티컬 인테그레이터의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 주사형 노광 장치.
  14. 제10항, 제12항, 및 제13항중의 어느 한항에 있어서, 상기 제한부재와는 별도로 상기 노광광의 조사영역을 규정하는 규정부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 주사형 노광 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 규정부재는 상기 제1물체의 패턴과 공액인 면, 또는 그 근처면에 배치되는 것을 특징으로 하는 주사형 노광 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 규정부재는 상기 노광광의 조사영역을 슬릿형상의 직사각형으로 규정하는 것을 특징으로 하는 주사형 노광 장치.
  17. 제10항에 있어서, 상기 제1물체상의 패턴에 관한 정보를 입력하는 입력수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 주사형 노광 장치.
  18. 제10항에 기재된 장치를 이용하는 소자 제조방법.
KR1019940001799A 1993-02-01 1994-02-01 주사형 노광 장치, 및 그 장치를 이용한 소자 제조 방법 KR100281208B1 (ko)

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