KR100283838B1 - 스캔노광장치및스캔노광방법 - Google Patents

스캔노광장치및스캔노광방법 Download PDF

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니시무로 타이죠
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Abstract

(과제) 스캔노광과 동시에 레티클(reticle)과 웨이퍼의 상대변위의 검출을 용이화하고, 스캔노광중에 있어서도 웨이퍼의 얼라인먼트(alignment)를 고정밀도로 행한다.
(해결수단) 스캔노광장치에 있어서, 레티클(2)상에서 묘화패턴 형성영역(15)의 스캔방향에 따른 양측에 연속적으로 배치된 1차원 회절격자(3)와, 웨이퍼(9)의 칩영역(10)의 스캔방향에 따른 양측에 연속적으로 배치된 2차원 회절격자(11)와, 1차원 회절격자에 얼라인먼트광(1a,1b)을 조사하고, 이것을 통과한 회절광을 투영렌즈(7)를 매개해서 2차원 회절격자에 집광시키며, 이것으로부터 반사한 회절광에 기초하여 2개의 회절격자의 스캔방향의 위치어긋남량을 검출하고, 위치어긋남량이 소정범위내에 들어가도록 레티클 및 웨이퍼의 적어도 한쪽의 위치를 미세조정하는 TTR 얼라인먼트장치를 구비한다.

Description

스캔노광장치 및 스캔노광방법
본 발명은 LSI(대규모 집적회로) 등의 반도체장치의 제조공정에서 사용되는 스캔노광장치 및 스캔노광방법에 관한 것으로, 특히 TTR 얼라인먼트장치 및 그것을 이용한 얼라인먼트방법에 관한 것이다.
근래, LSI(대규모 집적회로) 등의 회로패턴의 미세화에 따라 패턴전사수단으로서 고해상성능을 갖는 광학식 축소투영 노광장치가 널리 사용되어 왔다. 이 광학식 축소투영 노광장치에 의해 디바이스 패턴을 묘화하는 경우, 노광에 앞서 반도체 웨이퍼를 고정밀도로 위치정합(얼라인먼트)할 필요가 있다.
이 얼라인먼트(alignment)시에, 통상은 웨이퍼상에 형성된 마크위치를 검출해 두게 되는데, 이 웨이퍼 마크위치의 검출방법은 글로발(global)방식과 다이 바이 다이(die by die)방식으로 크게 분류할 수 있다.
전자의 글로발 얼라인먼트방식은, 웨이퍼에 형성된 수개의 얼라인먼트 마크를 얼라인먼트 광학계를 이용하여 검출하고, 검출된 마크위치로부터 칩의 배열을 보정하여 노광을 행하는 것으로, 생산성이 우수하다.
그에 반해, 후자의 다이 바이 다이 얼라인먼트방식은, 웨이퍼상의 칩영역마다 마크위치를 검출하여 얼라인먼트를 행하는 것으로, 고정밀도의 위치정합이 가능하다. 이 경우, 노광중에 레티클(reticle)과 웨이퍼를 동시에 계측할 수 있고, 높은 중첩정밀도가 얻어지는 TTR(through the reticle) 얼라인먼트장치를 채용할 수 있다.
도 7은 종래의 스텝 앤드 리피트(step and repeat)노광장치의 구성 및 TTR 얼라인먼트신호 처리계를 개략적으로 나타내고 있다.
도 7에 있어서, 도면부호 2는 레티클, 4는 색수차 보정기구, 7은 투영렌즈, 8은 웨이퍼 스테이지, 9는 반도체 웨이퍼, 10은 웨이퍼의 칩영역이다.
상기 웨이퍼(9)는 웨이퍼 스테이지(8)상에 탑재되어 있고, 웨이퍼 스테이지(8)는 웨이퍼 스테이지 구동기구(도시하지 않음)에 의해 스테이지면에 평행한 xy방향으로 이동가능하다.
전자빔 등으로 회로패턴이 묘화된 노광영역(15)을 갖춘 레티클(2)은, 레티클 스테이지(도시하지 않음)상에 탑재되어 있고, 이 레티클 스테이지는 레티클 스테이지 구동기구(도시하지 않음)에 의해 스테이지면에 평행한 xy방향으로 이동가능하다.
도면부호 1은 He·Ne레이저 등의 얼라인먼트광, 13은 레티클 노광영역(15)상에 배치된 레티클의 x방향에 평행한 무늬모양을 갖는 1차원 회절격자(레티클 얼라인먼트 마크), 11은 칩영역(10)상에 배치된 2차원 회절격자(웨이퍼 얼라인먼트 마크), 6은 얼라인먼트광 반사거울, 5는 얼라인먼트 수광소자, 16은 공간필터이다.
TTR 얼라인먼트장치는, 얼라인먼트 조사부(도시하지 않음)로부터 얼라인먼트광(1)을 레티클 노광영역(15)상의 1차원 회절격자(13)에 조사하고, 이 1차원 회절격자(13)를 통과한 레티클의 y방향 위치정보를 갖는 회절±1차광을 투영렌즈(7)를 매개해서 칩영역(10)상의 2차원 회절격자(11)에 집광시킨다. 그리고, 상기 2차원 회절격자(11)로부터 반사한 칩의 y방향 위치정보를 갖는 반사회절광을 상기 투영렌즈(7) 및 반사거울(6)을 매개해서 수광소자(5)에 입사시켜 전기신호로 변환하고, 얼라인먼트 신호처리회로(도시하지 않음)에 의해 위치정보(얼라인먼트 출력신호)로 변환하는 것이다.
한편, 상기 얼라인먼트광(1)이 웨이퍼상에 도포된 포토레지스트를 감광하지 않도록, 일반적으로 얼라인먼트광(1)으로서 노광광과는 다른 파장을 사용하므로, 레티클과 웨이퍼의 결상관계는 얼라인먼트광과 노광광에서 달라져서 색수차(色收差)가 생긴다. 이 색수차를 보정하기 위해 색수차 보정기구(4)가 사용되고 있다.
또, 상기 1차원 회절격자(13)를 통과한 얼라인먼트 0차광은, 레티클의 y방향 위치정보를 갖지 않으므로 불필요하고, 공간필터(차광체; 16)에 의해 차광된다.
또, 도시하지 않았지만, 상기 웨이퍼 스테이지(8)의 위치를 계측하기 위한 레이저간섭계, 상기 레티클 스테이지의 위치를 계측하기 위한 레이저간섭계 등도 설치되어 있다.
또, 도시하지 않았지만, 상기 TTR 얼라인먼트장치로 얻어진 얼라인먼트 마크 위치정보와 상기 레이저간섭계(7)로 얻어진 웨이퍼 스테이지 위치정보와의 연산처리를 행하고, 처리결과에 기초하여 웨이퍼 스테이지(8)의 위치를 계측하기 위한 신호를 출력하는 연산장치도 설치되어 있다.
그런데, 근래, LSI 등의 제조에 사용되는 노광장치는, 레티클 패턴을 웨이퍼상에 일괄 노광하는 스텝 앤드 리피트 노광창치(스텝퍼) 외에, 레티클과 웨이퍼를 상대적으로 이동시키면서 노광하는 스텝 앤드 스캔(step and scan) 노광장치(스캐너)로 이행하고 있다. 이 스캔노광장치는 스캔방향으로 노광필드를 확대할 수 있으므로, 칩사이즈의 확대에 대응할 수 있다.
그러나, 스캔노광장치에서는, 노광이 스캔과 동시에 이루어지므로, 종래의 TTR 얼라인먼트장치를 채용하면, 노광중에 얼라인먼트를 할 수 없다.
한편, 일본 특개평 7-74079호 공보에는, 스캔노광과 동시에 레티클과 웨이퍼의 상대위치를 직접 측정할 수 있는 TTR 얼라인먼트장치를 사용하고, 스캔과 동시에 레티클과 웨이퍼의 위치결정을 행하는 스텝 앤드 리피트방식의 노광방법 및 노광장치가 개시되어 있다.
상기 노광방법 및 노광장치에서는, 레티클의 패턴 양측에 주사방식에 따라 제1회절격자마크를 형성하고, 웨이퍼의 쇼트영역 양측에 주사방향에 따라 제2회절격자마크를 형성해 두며, 레티클과 웨이퍼를 주사구동함과 더불어 상기 2조의 회절격자마크의 위치어긋남량을 연속적으로 검출하고, 이 검출된 위치어긋남량이 소정범위내에 들어가도록 상기 레티클과 웨이퍼의 적어도 한쪽의 주사위치 및 회전각을 미세조정하여 레티클의 패턴을 웨이퍼상에 축차(逐次)노광하는 것이다.
이 경우, 상기 제1회절격자마크 및 제2회절격자마크로서 동일 패턴이 사용되고 있다. 즉, 상기 2조의 회절격자마크로서, 각각 2차원의 체크무늬(市松) 격자모양의 패턴(X축에 대해 45˚로 교차하는 ε축 및 η축에 따라 각각 소정피치로 형성된 격자패턴)이 사용되고 있다.
그러나, 상기한 바와 같이 X축에 대해 45˚로 교차하는 ε축 및 η축에 따라 각각 소정피치로 형성된 격자패턴을 갖는 2조의 2차원의 체크무늬 격자모양의 패턴의 위치어긋남량을 연속적으로 검출하기 위한 처리는 복잡하다.
상기한 바와 같이 종래의 스캔노광장치는, 스캔노광과 동시에 레티클과 웨이퍼에 각각 형성된 2차원의 체크무늬 격자모양의 패턴의 위치어긋남량을 연속적으로 검출하기 위한 처리가 복잡하다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 스캔노광과 동시에 TTR 얼라인먼트방식에 의해 레티클과 웨이퍼의 상대변위를 직접 검출할 때의 처리를 용이하게 하고, 스캔노광중에 웨이퍼의 얼라인먼트를 고정밀도로 행하는 것이 가능한 스캔노광방법 및 스캔노광장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시형태에 따른 스캔노광장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 2는 도 1중의 2차원 회절격자(웨이퍼 얼라인먼트 마크)의 변형예를 나타낸 패턴도,
도 3은 스캔노광장치에 의한 스캔노광시에 발생할 우려가 있는 패턴중첩오차의 원인으로 되는 쇼트내의 스캔방향의 오차의 예를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 제2실시형태에 따른 스캔노광장치에서 사용되는 1차원 회절격자를 나타낸 패턴도,
도 5는 본 발명의 제3실시형태에 따른 스캔노광장치에서 사용되는 1차원 회절격자를 나타낸 패턴도,
도 6은 본 발명의 제4실시형태에 따른 스캔노광장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면,
도 7은 스텝 앤드 리피트(step and repeat)노광장치 및 TTR 얼라인먼트장치의 종래예를 나타낸 구성설명도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1a, 1b --- 얼라인먼트광, 2 --- 레티클,
3, 3a, 3b --- 1차원 회절격자(레티클 얼라인먼트 마크),
4 --- 색수차 보정기구, 5 --- 수광소자,
6 --- 반사거울, 7 --- 투영렌즈,
8 --- 웨이퍼 스테이지, 9 --- 반도체 웨이퍼,
10 --- 칩영역,
11a, 11b --- 2차원 회절격자(웨이퍼 얼라인먼트 마크),
12 --- 기준마크, 15 --- 노광영역(묘화패턴 형성영역),
16 --- 공간필터.
본 발명의 스캔노광장치는, 묘화패턴이 형성된 레티클과, 이 레티클이 탑재된 레티클 스테이지, 반도체 웨이퍼가 탑재된 웨이퍼 스테이지, 상기 레티클에 노광광을 조사하여 상기 묘화패턴을 투영렌즈를 매개해서 상기 반도체 웨이퍼상에 투영하는 투영광학계, 상기 레티클 스테이지와 웨이퍼 스테이지를 묘화스캔방향에 대해 상대적으로 이동시키면서 상기 투영광학계를 이용하여 상기 반도체 웨이퍼에 대한 축차노광을 행하는 스캔노광기구, 상기 레티클상에 묘화패턴 형성영역의 스캔방향에 따른 양측에 연속적으로 배치된 1차원 회절격자, 상기 반도체 웨이퍼의 칩영역의 스캔방향에 따른 양측에 연속적으로 배치된 2차원 회절격자, 상기 1차원 회절격자에 얼라인먼트광을 조사하고, 상기 1차원 회절격자를 통과한 회절광을 상기 투영광학계의 투영렌즈를 매개해서 상기 2차원 회절격자에 집광시키며, 상기 2차원 회절격자로부터 반사한 회절광에 기초하여 상기 1차원 회절격자 및 2차원 회절격자의 위치어긋남량을 검출하고, 이 검출된 위치어긋남량이 소정범위내에 들어가도록 상기 레티클 스테이지 및 웨이퍼 스테이지의 적어도 한쪽의 위치를 미세조정하는 TTR 얼라인먼트장치 및, 상기 레티클과 상기 투영렌즈 사이에 배치된 색수차 보정기구를 구비한 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 스캔노광방법은, 상기 스캔노광장치를 사용하여, 상기 스캔노광기구에 의한 스캔노광을 행함과 동시에, 상기 TTR 얼라인먼트장치에 의해 상기 레티클상의 1차원 회절격자 및 상기 칩영역의 2차원 회절격자의 스캔방향의 위치어긋남량을 연속적으로 검출하고, 이 검출된 위치어긋남량이 소정범위내에 들어가도록 상기 레티클과 웨이퍼의 적어도 한쪽의 위치를 미세조정하여 웨이퍼상의 칩영역마다 얼라인먼트를 행하는 것을 특징으로 한다.
(발명의 실시형태)
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시형태에 따른 스캔노광장치를 나타내고 있다.
도 1의 스캔노광장치에 있어서, 전자빔(EB) 등으로 패턴이 묘화된 노광영역(15)을 갖는 레티클(2)과, 이 레티클(2)이 탑재된 레티클 스테이지(도시하지 않음), 반도체 웨이퍼(9)가 탑재되고, 기준마크(12)가 붙여진 웨이퍼 스테이지(8), 상기 레티클에 노광광을 조사하여 묘화패턴을 투영렌즈(7)를 매개해서 반도체 웨이퍼상에 투영하는 투영광학계 및, 상기 레티클 스테이지와 웨이퍼 스테이지(8)를 묘화스캔방향(A)에 대해 상대적으로 이동시키면서 상기 투영광학계를 이용하여 상기 반도체 웨이퍼(9)에 대한 축차노광을 행하는 스캔노광기구가 설치되어 있다.
더욱이, 상기 레티클상에 묘화패턴 형성영역(노광영역; 15)의 스캔방향에 따른 양측에 배치된 1차원 회절격자(3)와, 상기 반도체 웨이퍼의 칩영역(10)의 스캔방향에 따른 양측에 배치된 2차원 회절격자(11), 상기 1차원 회절격자(3)에 얼라인먼트광(1a,1b)을 조사하고, 상기 1차원 회절격자(3)를 통과한 회절광을 상기 투영광학계의 투영렌즈를 매개해서 상기 2차원 회절격자(11)에 집광시키며, 상기 2차원 회절격자(11)로부터 반사한 회절광에 기초하여 상기 1차원 회절격자(3) 및 2차원 회절격자(11)의 위치어긋남량을 검출하고, 이 검출된 위치어긋남량이 소정범위내에 들어가도록 상기 레티클 스테이지 및 웨이퍼 스테이지(8)의 적어도 한쪽의 묘화스캔방향위치를 미세조정하는 TTR 얼라인먼트장치 및, 상기 레티클(2)과 상기 투영렌즈(7) 사이에 배치된 한쌍의 색수차 보정기구(4)가 설치되어 있다
여기서, 상기 TTR 얼라인먼트장치는, He·Ne레이저 등의 얼라인먼트광(1a, 1b), 한쌍의 얼라인먼트광 반사거울(6), 한쌍의 얼라인먼트 수광소자(5), 한쌍의 공간필터(차광체; 16)를 갖추고 있다.
또, 도 1중에는 상기 1차원 회절격자(레티클 얼라인먼트 마크; 3)의 일례를 확대하여 나타내고 있고, 묘화패턴 형성영역의 x방향 양측에서 스캔방향(y방향)과 평행하게 연속한 세로무늬격자패턴(3a)이 형성되어 있다.
또, 도 1중에는 상기 2차원 회절격자(웨이퍼 얼라인먼트 마크; 11)의 일례를 확대하여 나타내고 있고, 칩영역의 x방향 양측에서 스캔방향(y방향)과 평행한 막대모양의 영역내에 2차원 격자패턴(11a)이 연속적으로 형성되어 있다.
한편, 도 2는 상기 2차원 회절격자(웨이퍼 얼라인먼트 마크; 11)의 다른 예를 나타내고 있고, 칩영역의 x방향 양측에서 스캔방향(y방향)과 평행한 막대모양의 영역내에 체크무늬 격자모양의 패턴(11b)이 연속적으로 형성되어 있다.
다음에, 도 1의 스캔노광장치를 사용한 스캔노광방법의 일례를 설명한다.
상기 스캔노광기구에 의한 스캔노광을 행함과 동시에, 상기 TTR 얼라인먼트장치에 의해 상기 레티클상의 1차원 회절격자 및 상기 칩영역의 2차원 회절격자의 스캔방향의 위치어긋남량을 연속적으로 검출하고, 이 검출된 위치어긋남량이 소정범위내에 들어가도록 상기 레티클과 웨이퍼의 적어도 한쪽의 위치를 미세조정하여 웨이퍼상의 칩영역마다 얼라인먼트를 행한다.
여기서, 상기 TTR 얼라인먼트장치의 동작에 대해 설명한다.
얼라인먼트 조사부(도시하지 않음)로부터 얼라인먼트광(1a,1b)을 레티클상의 1차원 회절격자(3)에 조사하고, 이 1차원 회절격자(3)를 통과한 레티클의 x방향 위치정보를 갖는 회절±1차광을 투영렌즈(7)를 매개해서 칩영역(10)상의 2차원 회절격자(11)에 집광시킨다.
그리고, 상기 2차원 회절격자(11)로부터 반사한 칩의 x방향 위치정보를 갖는 반사회절광을 상기 투영렌즈(7) 및 반사거울(6)을 매개해서 수광소자(5)에 입사시켜 전기신호로 변환한다.
이때, 상기 얼라인먼트광(1a,1b)이 웨이퍼상에 도포된 포토레지스트를 감광하지 않도록, 일반적으로 얼라인먼트광(1)으로서 노광광과는 다른 파장을 사용하므로, 레티클과 웨이퍼의 결상관계는 얼라인먼트광과 노광광에서 달라져서 색수차가 생긴다. 이 색수차를 보정하기 위해, 예컨대 렌즈나 프리즘을 이용한 색수차 보정기구(4)가 사용되고 있다. 또, 상기 1차원 회절격자(3)를 통과한 얼라인먼트 0차광은, 레티클의 x방향 위치정보를 갖지 않으므로 불필요하고, 공간필터(16)에 의해 차광된다.
도 3a 내지 도 3d는 스캔노광장치에서 발생할 우려가 있는 패턴중첩오차의 원인으로 되는 쇼트내의 스캔방향의 오차의 예를 나타내고 있다. 여기서, 패턴중첩오차란, 예컨대 어떤 스캔노광에 의해 형성된 제1층째의 배선패턴과 다른 스캔노광에 의해 형성된 제2층째의 배선패턴의 중첩오차이다.
상기 쇼트내 오차의 원인은, 주로 1) EB 등에 의한 레티클묘화시 오차, 2) 웨이퍼 제조공정에 의한 변형, 3) 노광장치의 렌즈왜곡(lens distortion), 4) 스캔노광장치의 스캔오차로 대별(大別)된다.
그래서, 전기한 도 1의 스캔노광장치에 있어서, 도 3a 내지 도 3d에 나타낸 예와 같은 스캔방향의 오차를 상기 TTR 얼라인먼트장치에 의해 측정할 수 있으므로, 이 계측된 스캔방향 오차정보에 기초하여 쇼트 패턴내의 고차(n차)의 계통오차를 보정할 수 있는 쇼트내 오차보정기구[평행시프트오차(X,Y)의 보정기구, 회전오차(θ)의 보정기구, 배율오차(Mx,My)의 보정기구, 스큐(skew)오차(θ0)의 보정기구]를 더 구비하는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 쇼트내 오차보정기구중, 회전오차(θ)를 보정하기 위한 쇼트회전 조정기구로서는, 예컨대 상기 레티클 스테이지를 레티클면내의 회전방향으로 이동가능하게 구성하고, 이 레티클 스테이지의 회전위치를 조정하는 회전위치 조정기구(20)를 설치하면 좋다. 또, 배율오차(Mx,My)의 보정기구로서는, 투영렌즈의 공기기(空氣氣) 등을 조절하는 배율조절기구(21)를 설치하면 좋다.
상기와 같은 쇼트내 오차보정기구를 갖춘 스캔노광장치 및 스캔노광방법에 의하면, 스캔노광과 동시에 얼라인먼트검출을 연속적으로 행하고, 검출된 얼라인먼트오차가 소정범위내에 들어가도록 상기 레티클과 웨이퍼의 적어도 한쪽의 위치를 미세조정하여 웨이퍼상의 칩영역마다 얼라인먼트를 행할 때에, 상기 얼라인먼트 오차정보를 스캔노광장치의 쇼트내 보정기구로 피드백함으로써, 쇼트내의 선형오차뿐만 아니라 쇼트내의 비선형오차를 보정하는 것이 가능하게 된다. 즉, 1) EB 등에 의한 레티클묘화시 오차, 2) 웨이퍼 제조공정에 의한 변형, 3) 노광장치의 렌즈왜곡, 4) 스캔노광장치의 스캔오차가 원인으로 되는 쇼트내의 중첩오차를 저감하는 것이 가능하게 된다.
또한, 여기서, 상기 n차의 계통오차중 대표적으로 쇼트내 회전오차에 대해 보충설명한다.
웨이퍼면내의 칩영역의 쇼트내 회전오차는, 다음 식으로 나타낸 바와 같이, 웨이퍼면좌표(x,y)의 n차 함수 θ(x,y)로 근사된다.
θs(x,y) = θs + θ1x + θ2y + θ3x2+ θ4y2+ θ5x·y + …
여기서, 우변 제1항의 θs는 쇼트내 회전오차이고, 우변 제2항 이하의 (θ1,θ2, θ3, θ4, θ5, …)는 n차 함수로 근사시킨 각 차수에서의 계수이다.
한편, 상기의 실시형태에서는 레티클의 스캔방향과 평행한 방향에 대해 위치검출하는 얼라인먼트기구를 설치했지만, 본 발명은 얼라인먼트 위치검출의 검출방향을 한정하는 것이 아니라, 스캔방향과 직각방향에 대해 위치검출하는 얼라인먼트기구, 혹은 스캔방향과 평행 및 직각인 방향에 대해 동시에 위치결정하는 얼라인먼트기구를 설치하는 경우에도 적용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2실시형태에 따른 스캔노광장치에서 사용되는 1차원 회절격자를 나타내고 있다.
제2실시형태에 따른 스캔노광장치는, 도 1에 나타낸 제1실시형태에 따른 스캔노광장치와 비교하여, 1차원 회절격자(3b) 및 TTR 얼라인먼트장치가 다르고, 그 외는 동일하다.
도 4에 나타낸 1차원 회절격자(3b)는, 상기 레티클상에 묘화패턴 형성영역의 스캔방향에 따른 양측에서 스캔영역의 전범위에 배치된 가로무늬 격자패턴을 갖는다.
또, 도 4의 1차원 회절격자(3b)와 함께 사용되는 TTR 얼라인먼트장치는, 상기 1차원 회절격자에 얼라인먼트광을 조사하고, 상기 1차원 회절격자를 통과한 회절광을 상기 투영광학계의 투영렌즈를 매개해서 상기 2차원 회절격자에 집광시키며, 상기 2차원 회절격자로부터 반사한 회절광에 기초하여 상기 1차원 회절격자 및 2차원 회절격자의 위치어긋남량을 검출하고, 이 검출된 위치어긋남량이 소정범위내에 들어가도록 상기 레티클 및 웨이퍼의 적어도 한쪽의 위치를 미세조정하는 것이다.
상기 제2실시형태에 따른 스캔노광장치를 사용하여 노광을 행할 때에는, 스캔노광기구에 의한 노광을 행함과 동시에, 상기 TTR 얼라인먼트장치에 의해 상기 레티클상의 1차원 회절격자 및 상기 칩영역의 2차원 회절격자의 스캔방향과 직각인 방향의 위치어긋남량을 연속적으로 검출하고, 이 검출된 위치어긋남량이 소정범위내에 들어가도록 상기 레티클 및 웨이퍼의 적어도 한쪽의 위치 및 회전각을 미세조정하여 웨이퍼상의 칩영역마다 얼라인먼트를 행하는 것이 가능하게 된다.
또, 제2실시형태에 따른 스캔노광장치에 있어서도, 쇼트내 오차보정기구를 더 구비함으로써, 쇼트내 선형오차뿐만 아니라 쇼트내 비선형오차도 보정하는 것이 가능하게 된다.
도 5는 본 발명의 제3실시형태에 따른 스캔노광장치에서 사용되는 1차원 회절격자를 나타내고 있다.
제3실시형태에 따른 스캔노광장치는, 제1실시형태 또는 제2실시형태의 스캔노광장치와 비교하여, 1차원 회절격자 및 TTR 얼라인먼트장치가 다르고, 그 외는 동일하다.
도 5에 나타낸 1차원 회절격자는, 제1실시형태에서 사용된 1차원 회절격자(제1의 1차원 회절격자; 3a) 및 제2실시형태에서 사용된 1차원 회절격자(제2의 1차원 회절격자; 3b)가 병설되어 있다.
또, 도 5의 1차원 회절격자(3a,3b)와 함께 사용되는 TTR 얼라인먼트장치는, 상기 제1, 제2의 1차원 회절격자에 얼라인먼트광을 조사하고, 상기 제1, 제2의 1차원 회절격자를 통과한 회절광을 상기 투영광학계의 투영렌즈를 매개해서 상기 2차원 회절격자에 집광시키며, 상기 2차원 회절격자로부터 반사한 회절광에 기초하여 상기 제1의 1차원 회절격자와 2차원 회절격자의 스캔방향의 위치어긋남량 및 제2의 1차원 회절격자와 2차원 회절격자의 스캔방향과 직각인 방향의 위치어긋남량을 검출하고, 이 검출된 위치어긋남량이 소정범위내에 들어가도록 상기 레티클 스테이지 및 웨이퍼 스테이지의 적어도 한쪽의 스캔방향의 위치 및 스캔방향과 직각인 방향의 위치를 미세조정하는 것이다.
상기 제3실시형태에 따른 스캔노광장치를 사용하여 노광을 행할 때에는, 스캔노광기구에 의한 노광을 행함과 동시에, 상기 TTR 얼라인먼트장치에 의해 상기 레티클상의 1차원 회절격자 및 상기 칩영역의 2차원 회절격자의 스캔방향의 위치어긋남량 및 스캔방향과 직각인 방향의 위치어긋남량을 연속적으로 검출하고, 이 검출된 위치어긋남량이 소정범위내에 들어가도록 상기 레티클과 웨이퍼의 적어도 한쪽의 위치를 미세조정하여 웨이퍼상의 칩영역마다 얼라인먼트를 행하는 것이 가능하게 된다.
또, 제3실시형태에 따른 스캔노광장치에 있어서도, 쇼트내 오차보정기구를 더 구비함으로써, 쇼트내 선형오차뿐만 아니라 쇼트내 비선형오차도 보정하는 것이 가능하게 된다.
그런데, LSI의 패턴의 미세화의 요구에 따라 노광광의 단파장화가 진행되고 있다. 이 노광광의 단파장화에 따라 얼라인먼트광과 노광광의 색수차가 점점 확대되고 있다. 예컨대, 노광광으로 KrF 엑시머 레이저(248㎚), 얼라인먼트광으로 He·Ne 레이저(633㎚)를 사용하면, 색수차는 1m이상으로도 되어 도 1에 나타낸 색수차 보정기구로는 색수차보정이 어렵다.
이 색수차보정의 문제를 해결할 수 있는 스캔노광장치를 다음에 설명한다.
도 6은 본 발명의 제4실시형태에 따른 스캔노광장치를 나타내고 있다.
제4실시형태에 따른 스캔노광장치는, 도 1에 나타낸 제1실시형태에 따른 스캔노광장치와 비교하여, 1차원 회절격자 및 TTR 얼라인먼트장치가 다르고, 그 외는 동일하다.
상기 1차원 회절격자로서, 상기 레티클상에 묘화패턴 형성영역의 스캔방향에 따른 양측에 서로 평행으로 연속적으로 배치된 각각 세로무늬 격자패턴을 갖는 2조의 1차원 회절격자(31,32)를 갖추고 있다.
상기 2조의 1차원 회절격자(31,32)와 함께 사용되는 TTR 얼라인먼트장치는, 상기 2조의 1차원 회절격자에 서로 다른 파장의 얼라인먼트광을 조사하고, 상기 2조의 1차원 회절격자를 각각 통과한 회절광을 상기 투영광학계의 투영렌즈를 매개해서 각각 상기 2차원 회절격자(11)에 집광시키며, 이 2차원 회절격자(11)로부터 반사한 회절광에 기초하여 2조의 1차원 회절격자 및 2차원 회절격자의 스캔방향의 위치어긋남량을 검출하고, 이 검출된 위치어긋남량이 소정범위내에 들어가도록 상기 레티클 스테이지 및 웨이퍼 스테이지의 적어도 한쪽의 위치를 미세조정하는 것이다.
상기 제4실시형태에 따른 스캔노광장치를 사용하여 노광을 행할 때에는, 스캔노광기구에 의한 노광을 행함과 동시에, 상기 TTR 얼라인먼트장치에 의해 상기 레티클상의 1차원 회절격자 및 상기 칩영역의 2차원 회절격자의 스캔방향의 위치어긋남량을 연속적으로 검출하고, 이 검출된 위치어긋남량이 소정범위내에 들어가도록 상기 레티클과 웨이퍼의 적어도 한쪽의 위치를 미세조정하여 웨이퍼상의 칩영역마다 얼라인먼트를 행하는 것이 가능하게 된다.
또, 제4실시형태에 따른 스캔노광장치에 있어서도, 쇼트내 오차보정기구를 더 구비함으로써, 쇼트내 선형오차뿐만 아니라 쇼트내 비선형오차도 보정하는 것이 가능하게 된다.
상기한 바와 같은 1차원 회절격자 및 TTR 얼라인먼트장치를 사용하는 경우에는, 특수한 색수차 보정기구를 사용하지 않고 스캔노광중에 레티클과 웨이퍼의 위치결정을 행할 수 있다.
한편, 상기 각 실시형태에서는 광스캔노광장치에 대해 설명했지만, 본 발명의 스캔노광장치는 광스캔노광장치에 한정되지 않고 EB 또는 X선 또는 이온빔 등을 이용하는 스캔노광장치에 적용할 수 있고, 또 마스크 패턴을 형성하기 위한 스캔노광장치에도 적용할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 스캔노광장치 및 스캔노광방법에서는, 어떤 제조로트에서의 미리 지정된 특정의 웨이퍼에 대해 상기한 바와 같은 TTR 얼라인먼트방식에 의해 레티클과 웨이퍼의 상대변위를 검출한 데이터를 유지해 두고, 다른 웨이퍼의 노광중에 상기 유지데이터를 오프라인(off-line)으로 피드백하여 얼라인먼트를 행하도록 해도 좋다.
상술한 바와 같이 본 발명의 스캔노광장치 및 스캔노광방법에 의하면, 스캔동작중에 TTR 얼라인먼트방식에 의해 레티클과 웨이퍼의 상대변위를 용이하게 검출하여 얼라인먼트를 고정밀도로 행할 수 있다. 이때, 쇼트내 오차보정기구를 제어함으로써, 비선형의 쇼트내 오차를 보정할 수도 있다.

Claims (20)

  1. 묘화패턴이 형성된 레티클과,
    상기 레티클이 탑재된 레티클 스테이지,
    반도체 웨이퍼가 탑재된 웨이퍼 스테이지,
    상기 레티클에 노광광을 조사하여 상기 묘화패턴을 투영렌즈를 매개해서 상기 반도체 웨이퍼상에 투영하는 투영광학계,
    상기 레티클 스테이지와 웨이퍼 스테이지를 묘화스캔방향에 대해 상대적으로 이동시키면서 상기 투영광학계를 이용하여 상기 반도체 웨이퍼에 대한 축차노광을 행하는 스캔노광기구,
    상기 레티클상에 묘화패턴 형성영역의 스캔방향에 따른 양측에 연속적으로 배치된 세로무늬 격자패턴을 갖는 1차원 회절격자,
    상기 반도체 웨이퍼의 칩영역의 스캔방향에 따른 양측에 연속적으로 배치된 2차원 회절격자,
    상기 1차원 회절격자에 얼라인먼트광을 조사하고, 상기 1차원 회절격자를 통과한 회절광을 상기 투영광학계의 투영렌즈를 매개해서 상기 2차원 회절격자에 집광시키며, 상기 2차원 회절격자로부터 반사한 회절광에 기초하여 상기 1차원 회절격자 및 2차원 회절격자의 스캔방향의 위치어긋남량을 검출하고, 이 검출된 위치어긋남량이 소정범위내에 들어가도록 상기 레티클 스테이지 및 웨이퍼 스테이지의 적어도 한쪽의 위치를 미세조정하는 TTR 얼라인먼트장치 및,
    상기 레티클과 상기 투영렌즈 사이에 배치된 색수차 보정기구를 구비한 것을 특징으로 하는 스캔노광장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 TTR 얼라인먼트장치에 의해 얻어진 상기 레티클 및 반도체 웨이퍼의 상대위치정보에 기초하여 쇼트 패턴내의 고차의 계통오차를 보정하는 쇼트내 오차보정기구를 더 구비한 것을 특징으로 하는 스캔노광장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 기재된 스캔노광장치를 사용하여, 상기 스캔노광기구에 의한 노광을 행함과 동시에, 상기 TTR 얼라인먼트장치에 의해 상기 레티클상의 1차원 회절격자 및 상기 칩영역의 2차원 회절격자의 스캔방향의 위치어긋남량을 연속적으로 검출하고, 이 검출된 위치어긋남량이 소정범위내에 들어가도록 상기 레티클과 웨이퍼의 적어도 한쪽의 위치 또는 쇼트 패턴내의 고차의 계통오차를 보정하여 웨이퍼상의 칩영역마다 얼라인먼트를 행하는 것을 특징으로 하는 스캔노광방법.
  4. 묘화패턴이 형성된 레티클과,
    상기 레티클이 탑재된 레티클 스테이지,
    반도체 웨이퍼가 탑재된 웨이퍼 스테이지,
    상기 레티클에 노광광을 조사하여 상기 묘화패턴을 투영렌즈를 매개해서 상기 반도체 웨이퍼상에 투영하는 투영광학계,
    상기 레티클 스테이지와 웨이퍼 스테이지를 묘화스캔방향에 대해 상대적으로 이동시키면서 상기 투영광학계를 이용하여 상기 반도체 웨이퍼에 대한 노광을 행하는 스캔노광기구,
    상기 레티클상에 묘화패턴 형성영역의 스캔방향에 따른 양측에 연속적으로 배치된 가로무늬 격자패턴을 갖는 1차원 회절격자,
    상기 반도체 웨이퍼의 칩영역의 스캔방향에 따른 양측에 연속적으로 배치된 2차원 회절격자,
    상기 1차원 회절격자에 얼라인먼트광을 조사하고, 상기 1차원 회절격자를 통과한 회절광을 상기 투영광학계의 투영렌즈를 매개해서 상기 2차원 회절격자에 집광시키며, 상기 2차원 회절격자로부터 반사한 회절광에 기초하여 상기 1차원 회절격자 및 2차원 회절격자의 스캔방향과 직각방향의 위치어긋남량을 검출하고, 이 검출된 위치어긋남량이 소정범위내에 들어가도록 상기 레티클 스테이지 및 웨이퍼 스테이지의 적어도 한쪽의 위치를 미세조정하는 TTR 얼라인먼트장치 및,
    상기 레티클과 상기 투영렌즈 사이에 배치된 색수차 보정기구를 구비한 것을 특징으로 하는 스캔노광장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 TTR 얼라인먼트장치에 의해 얻어진 상기 레티클 및 반도체 웨이퍼의 상대위치정보에 기초하여 쇼트 패턴내의 고차의 계통오차를 보정하는 쇼트내 오차보정기구를 더 구비한 것을 특징으로 하는 스캔노광장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 기재된 스캔노광장치를 사용하여, 상기 스캔노광기구에 의한 노광을 행함과 동시에, 상기 TTR 얼라인먼트장치에 의해 상기 레티클상의 1차원 회절격자 및 상기 칩영역의 2차원 회절격자의 스캔방향과 직각방향의 위치어긋남량을 연속적으로 검출하고, 이 검출된 위치어긋남량이 소정범위내에 들어가도록 상기 레티클과 웨이퍼의 적어도 한쪽의 위치 또는 쇼트 패턴내의 고차의 계통오차를 보정하여 웨이퍼상의 칩영역마다 얼라인먼트를 행하는 것을 특징으로 하는 스캔노광방법.
  7. 묘화패턴이 형성된 레티클과,
    상기 레티클이 탑재된 레티클 스테이지,
    반도체 웨이퍼가 탑재된 웨이퍼 스테이지,
    상기 레티클에 노광광을 조사하여 상기 묘화패턴을 투영렌즈를 매개해서 상기 반도체 웨이퍼상에 투영하는 투영광학계,
    상기 레티클 스테이지와 웨이퍼 스테이지를 묘화스캔방향에 대해 상대적으로 이동시키면서 상기 투영광학계를 이용하여 상기 반도체 웨이퍼에 대한 축차노광을 행하는 스캔노광기구,
    상기 레티클상에 묘화패턴 형성영역의 스캔방향에 따른 양측에 연속적으로 배치된 세로무늬 격자패턴을 갖는 제1의 1차원 회절격자,
    상기 레티클상에 묘화패턴 형성영역의 스캔방향에 따른 양측에서 묘화패턴 형성영역의 전범위에 배치된 가로무늬 격자패턴을 갖는 제2의 1차원 회절격자,
    상기 반도체 웨이퍼의 칩영역의 스캔방향에 따른 양측에 연속적으로 배치된 2차원 회절격자,
    상기 제1, 제2의 1차원 회절격자에 얼라인먼트광을 조사하고, 상기 제1, 제2의 1차원 회절격자를 통과한 회절광을 상기 투영광학계의 투영렌즈를 매개해서 상기 2차원 회절격자에 집광시키며, 상기 2차원 회절격자로부터 반사한 회절광에 기초하여 상기 제1, 제2의 1차원 회절격자 및 2차원 회절격자의 스캔방향의 위치어긋남량 및 스캔방향과 직각인 방향의 위치어긋남량을 검출하고, 이 검출된 위치어긋남량이 소정범위내에 들어가도록 상기 레티클 스테이지 및 웨이퍼 스테이지의 적어도 한쪽의 위치를 미세조정하는 TTR 얼라인먼트장치 및,
    상기 레티클과 상기 투영렌즈 사이에 배치된 색수차 보정기구를 구비한 것을 특징으로 하는 스캔노광장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 TTR 얼라인먼트장치에 의해 얻어진 상기 레티클 및 반도체 웨이퍼의 상대위치정보에 기초하여 쇼트 패턴내의 고차의 계통오차를 보정하는 쇼트내 오차보정기구를 더 구비한 것을 특징으로 하는 스캔노광장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 기재된 스캔노광장치를 사용하여, 상기 스캔노광기구에 의한 노광을 행함과 동시에, 상기 TTR 얼라인먼트장치에 의해 상기 레티클상의 1차원 회절격자 및 상기 칩영역의 2차원 회절격자의 스캔방향의 위치어긋남량 및 스캔방향과 직각인 방향의 위치어긋남량을 연속적으로 검출하고, 이 검출된 위치어긋남량이 소정범위내에 들어가도록 상기 레티클과 웨이퍼의 적어도 한쪽의 위치 또는 쇼트 패턴내의 고차의 계통오차를 보정하여 웨이퍼상의 칩영역마다 얼라인먼트를 행하는 것을 특징으로 하는 스캔노광방법.
  10. 묘화패턴이 형성된 레티클과,
    상기 레티클이 탑재된 레티클 스테이지,
    반도체 웨이퍼가 탑재된 웨이퍼 스테이지,
    상기 레티클에 노광광을 조사하여 상기 묘화패턴을 투영렌즈를 매개해서 상기 반도체 웨이퍼상에 투영하는 투영광학계,
    상기 레티클 스테이지와 웨이퍼 스테이지를 묘화스캔방향에 대해 상대적으로 이동시키면서 상기 투영광학계를 이용하여 상기 반도체 웨이퍼에 대한 노광을 행하는 스캔노광기구,
    상기 레티클상에 묘화패턴 형성영역의 스캔방향에 따른 양측에 연속적으로 배치된 각각 세로무늬 격자패턴을 갖는 2조의 1차원 회절격자,
    상기 반도체 웨이퍼의 칩영역의 스캔방향에 따른 양측에 연속적으로 배치된 2차원 회절격자 및,
    상기 2조의 1차원 회절격자에 서로 다른 파장의 얼라인먼트광을 조사하고, 상기 2조의 1차원 회절격자를 각각 통과한 회절광을 상기 투영광학계의 투영렌즈를 매개해서 상기 2차원 회절격자에 집광시키며, 상기 2차원 회절격자로부터 반사한 회절광에 기초하여 상기 2조의 1차원 회절격자 및 2차원 회절격자의 스캔방향의 위치어긋남량을 검출하고, 이 검출된 위치어긋남량이 소정범위내에 들어가도록 상기 레티클 스테이지 및 웨이퍼 스테이지의 적어도 한쪽의 위치를 미세조정하는 TTR 얼라인먼트장치를 구비한 것을 특징으로 하는 스캔노광장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 TTR 얼라인먼트장치에 의해 얻어진 상기 레티클 및 반도체 웨이퍼의 상대위치정보에 기초하여 쇼트 패턴내의 고차의 계통오차를 보정하는 쇼트내 오차보정기구를 더 구비한 것을 특징으로 하는 스캔노광장치.
  12. 제10항 또는 제11항에 기재된 스캔노광장치를 사용하여, 상기 스캔노광기구에 의한 노광을 행함과 동시에, 상기 TTR 얼라인먼트장치에 의해 상기 레티클상의 1차원 회절격자 및 상기 칩영역의 2차원 회절격자의 스캔방향의 위치어긋남량을 연속적으로 검출하고, 이 검출된 위치어긋남량이 소정범위내에 들어가도록 상기 레티클과 웨이퍼의 적어도 한쪽의 위치 또는 쇼트 패턴내의 고차의 계통오차를 보정하여 웨이퍼상의 칩영역마다 얼라인먼트를 행하는 것을 특징으로 하는 스캔노광방법.
  13. 제1항에 기재된 스캔노광장치를 사용하여, 어떤 제조로트에서의 미리 지정된 특정의 웨이퍼에 대해 상기 TTR 얼라인먼트장치에 의해 레티클과 웨이퍼의 상대변위를 검출한 데이터를 유지하는 단계와, 다른 웨이퍼의 노광중에 상기 유지데이터를 사용하여 상기 레티클과 웨이퍼의 적어도 한쪽의 위치 또는 쇼트 패턴내의 고차의 계통오차를 보정하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 스캔노광방법.
  14. 제2항에 기재된 스캔노광장치를 사용하여, 어떤 제조로트에서의 미리 지정된 특정의 웨이퍼에 대해 상기 TTR 얼라인먼트장치에 의해 레티클과 웨이퍼의 상대변위를 검출한 데이터를 유지하는 단계와, 다른 웨이퍼의 노광중에 상기 유지데이터를 사용하여 상기 레티클과 웨이퍼의 적어도 한쪽의 위치 또는 쇼트 패턴내의 고차의 계통오차를 보정하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 스캔노광방법.
  15. 제4항에 기재된 스캔노광장치를 사용하여, 어떤 제조로트에서의 미리 지정된 특정의 웨이퍼에 대해 상기 TTR 얼라인먼트장치에 의해 레티클과 웨이퍼의 상대변위를 검출한 데이터를 유지하는 단계와, 다른 웨이퍼의 노광중에 상기 유지데이터를 사용하여 상기 레티클과 웨이퍼의 적어도 한쪽의 위치 또는 쇼트 패턴내의 고차의 계통오차를 보정하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 스캔노광방법.
  16. 제5항에 기재된 스캔노광장치를 사용하여, 어떤 제조로트에서의 미리 지정된 특정의 웨이퍼에 대해 상기 TTR 얼라인먼트장치에 의해 레티클과 웨이퍼의 상대변위를 검출한 데이터를 유지하는 단계와, 다른 웨이퍼의 노광중에 상기 유지데이터를 사용하여 상기 레티클과 웨이퍼의 적어도 한쪽의 위치 또는 쇼트 패턴내의 고차의 계통오차를 보정하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 스캔노광방법.
  17. 제7항에 기재된 스캔노광장치를 사용하여, 어떤 제조로트에서의 미리 지정된 특정의 웨이퍼에 대해 상기 TTR 얼라인먼트장치에 의해 레티클과 웨이퍼의 상대변위를 검출한 데이터를 유지하는 단계와, 다른 웨이퍼의 노광중에 상기 유지데이터를 사용하여 상기 레티클과 웨이퍼의 적어도 한쪽의 위치 또는 쇼트 패턴내의 고차의 계통오차를 보정하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 스캔노광방법.
  18. 제8항에 기재된 스캔노광장치를 사용하여, 어떤 제조로트에서의 미리 지정된 특정의 웨이퍼에 대해 상기 TTR 얼라인먼트장치에 의해 레티클과 웨이퍼의 상대변위를 검출한 데이터를 유지하는 단계와, 다른 웨이퍼의 노광중에 상기 유지데이터를 사용하여 상기 레티클과 웨이퍼의 적어도 한쪽의 위치 또는 쇼트 패턴내의 고차의 계통오차를 보정하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 스캔노광방법.
  19. 제10항에 기재된 스캔노광장치를 사용하여, 어떤 제조로트에서의 미리 지정된 특정의 웨이퍼에 대해 상기 TTR 얼라인먼트장치에 의해 레티클과 웨이퍼의 상대변위를 검출한 데이터를 유지하는 단계와, 다른 웨이퍼의 노광중에 상기 유지데이터를 사용하여 상기 레티클과 웨이퍼의 적어도 한쪽의 위치 또는 쇼트 패턴내의 고차의 계통오차를 보정하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 스캔노광방법.
  20. 제11항에 기재된 스캔노광장치를 사용하여, 어떤 제조로트에서의 미리 지정된 특정의 웨이퍼에 대해 상기 TTR 얼라인먼트장치에 의해 레티클과 웨이퍼의 상대변위를 검출한 데이터를 유지하는 단계와, 다른 웨이퍼의 노광중에 상기 유지데이터를 사용하여 상기 레티클과 웨이퍼의 적어도 한쪽의 위치 또는 쇼트 패턴내의 고차의 계통오차를 보정하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 스캔노광방법.
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