KR100449056B1 - 주사형투영노광장치 - Google Patents

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Abstract

마스크 및 기판 스테이지의 주사가 개시되면, 간섭계에서는 기판 스테이지(12) 의 위치를 계측하고, 간섭계 유닛에서는 간섭계의 출력을 미분하여 기판 스테이지의 속도신호로 하고, 이 속도신호를 출력한다. 주 제어장치에서는 이 속도신호에 따른 노광광의 광량의 목표값을 출력한다. 광량조정계에서는 주제어장치에서 산출된 목표값에 따라 노광광원으로부터의 노광광의 광량을 조정한다. 따라서 기판 스테이지의 주사방향의 구동개시로부터 정지까지의 모든 시간영역에 걸쳐 기판 스테이지의 속도에 따른 적정광량의 노광이 행해진다. 이 때문에, 스테이지의 정속부만으로 노광을 행하고 있었던 경우에 비해 노광시간을 단축할 수 있어 스루풋을 향상시킬 수 있다.

Description

주사형 투영노광장치{SCANNING EXPOSURE APPARATUS}
본 발명은 주사형 투영노광장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 마스크를 유지하는 마스크 스테이지와 감광기판을 유지하는 기판 스테이지를 소정의 주사방향으로 동기주사하면서, 투영광학계를 통해 마스크의 패턴을 감광기판에 전사하는 주사형 투영노광장치에 관한 것이다.
종래부터, 반도체 소자 또는 액정표시소자 등을 포토리소그래피 공정으로 제조할 때 사용되는 노광장치의 한 종류로서, 주사형 투영노광장치가 알려져 있다. 이 주사형 투영노광장치는, 간단하게 말하면, 마스크로서의 레티클을 유지하는 레티클 스테이지(마스크 스테이지)와 감광기판을 유지하는 기판스테이지를 소정의 주사방향으로 동기주사하면서, 투영광학계를 통해 레티클의 패턴을 감광기판에 전사하는 것이다.
종래의 주사형 투영노광장치에 있어서는, 레티클 스테이지와 기판 스테이지가 투영광학계의 투영배율에 의해 정해지는 속도비(예를 들면 4:1)로 동기주사되도록, 각 스테이지의 속도제어계에 각각의 목표값을 부여해서 각 스테이지를 제어하였다. 도 3 에는, 주사노광시의 기판 스테이지 속도의 시간변화의 모습의 일례가 도시되어 있다. 도 3 에 도시된 바와 같이, 기판스테이지는 가속되어, 목표속도(여기에서는, 0.08 m/s)에 도달한 후, 소정의 정정시간(整定時間)(기판 스테이지가 레티클 스테이지와 동기 정정상태가 되는데 필요한 시간)이 경과된 시점에서 소정 시간(스캔 노광시간) 노광광원을 온(ON)으로 하여 일정 광량의 노광광에 의해 레티클을 조명하여 노광을 행하고, 노광 종료 후 소정의 공주시간(空走時間)을 거쳐 목표속도로부터 정지상태까지 감속하고 있다. 여기에서, 스테이지의 목표속도는, 필요한 노광량이 얻어지도록 감광기판 표면에 도포된 레지스트의 감도에 의해 정해진다. 즉, 노광광원의 파워(일정값)와 스테이지의 속도(일정속도)의 곱에 의해 노광량이 정해졌다.
이러한 배경하에서, 노광시간을 단축하고, 스루풋을 향상시키기 위해, 스테이지의 속도를 고속화시키는 방향을 향해 개발이 진행되고 있는 것이 현상황이다.
스테이지의 속도를 고속화하는데에는, 보다 큰 추진력을 얻기 위해 파워 앰프를 크게 할 필요가 있는데, 이것은 필연적으로 비용상승으로 이어진다. 또한 스테이지의 위치를 계측하기 위해 레이저 간섭계가 통상 이용되는데, 스테이지의 고속화에 따라 간섭계의 측정 정밀도를 향상시킬 필요도 있다. 더욱이 스테이지의 이동 속도가 빨라짐에 따라 장치의 진동이 커지고, 결상 특성에도 악영향을 준다. 따라서, 스테이지의 속도를 고속화하는 것에 따른 스루풋의 향상은 용이하지 않다.
본 발명은, 이러한 사정하에 이루어진 것으로, 그 목적은 스테이지의 속도를 고속화하지 않고 노광시간을 단축할 수 있는 주사형 투영노광장치를 제공하는 것이다.
도 1 은 일 실시예에 관련되는 주사형 투영노광장치를 나타내는 구성도.
도 2A 는 웨이퍼 스테이지 속도의 스캔동작에 걸치는 시간변화의 일례를 나타내는 그래프.
도 2B 는 도 2A 에 대응하는 가속도의 시간변화를 나타내는 그래프.
도 3 은 종래의 주사노광시 웨이퍼 스테이지 속도의 시간변화의 일례를 나타내는 그래프.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 주사형 투영노광장치 12 : 웨이퍼 스테이지
14 : 웨이퍼 리니어 모터 16 : 레티클 스테이지
18 : 레티클 리니어 모터 PL : 투영광학계
22 : 웨이퍼 · 레이저 간섭계용 이동경
24 : 웨이퍼 · 레이저 간섭계
26 : 레티클 · 레이저 간섭계용 이동경
30 : 레티클 · 레이저 간섭계
32 : 웨이퍼 스테이지 컨트롤러
34 : 레티클 스테이지 컨트롤러
38 : 웨이퍼·레이저 간섭계 유닛
40 : 레티클·레이저 간섭계 유닛
42 : 웨이퍼 스테이지 속도 지령부
44 : 레티클 스테이지 속도 지령부
46 : 조명 본체부 50 : A/D 컨버터
52 : 전압-노광 에너지 변환부 54 : 노광 컨트롤러
58 : 감산기 60 : 주제어장치
62 : 엑시머 레이저 광원 64 : 광원제어부
70 : 노광 에너지 제어계 EL : 노광용 조명광
BS : 빔 스플리터
본 발명에서는, 상기 목적을 달성하기 위해, 노광동작을 스테이지의 정속영역(定速領域)에서만 행하는 것뿐만 아니라 스테이지 목표속도에 도달할 때까지의 가속영역 및 목표속도로부터 정지상태에 이르는 감속영역에서 노광용 광량을 적정하게 컨트롤하면서 노광동작을 행하게 하였다.
본 발명의 제 1 실시예에 따르면,
마스크를 조명하기 위한 노광광을 발하는 노광광원;
상기 마스크 위의 조명영역에 대해 그 마스크를 주사하는 마스크 스테이지;
상기 마스크의 패턴상을 감광기판 위에 투영하는 투영광학계;
상기 조명영역과 상기 투영광학계에 관해 공액인 노광영역에 대해 그 감광기판을 주사하는 기판 스테이지;
상기 마스크 스테이지 및 상기 기판 스테이지 중 일방의 스테이지의 위치를계측하는 위치계측기;
상기 위치계측기의 출력에 의거하여 해당 일방의 스테이지의 속도에 따른 노광광의 광량의 목표값을 연산하는 연산부; 및
상기 연산부로부터의 목표값에 따라 상기 노광광원으로부터의 노광광의 광량을 조정하는 광량조정계를 포함하는 주사형 투영노광장치가 제공된다.
본 발명의 주사형 투영노광장치에 따르면, 스테이지의 주사가 개시되면, 연산부에서는, 마스크 스테이지 및 기판 스테이지 중 일방의 스테이지(예를 들면 기판 스테이지)의 위치를 계측하는 위치 계측기(레이저 간섭계 등)의 출력에 의거하여 해당 일방의 스테이지(예를 들면, 기판 스테이지)의 속도가 계산된다. 연산부에서는, 스테이지의 가속영역, 정속영역 및 감속영역 중 어느 기간에 걸쳐서도 동일한 광량으로 노광이 행해지도록 스테이지 속도에 따른 노광광량의 목표값이 연산된다. 광량조정계에서는 연산부로부터의 목표값에 따라 노광광원으로부터의 노광광의 광량을 조정한다. 따라서 기판 스테이지의 주사방향의 정속영역 뿐만 아니라, 구동개시로부터 정지까지의 기간에 걸쳐 노광이 실시되고, 감광기판 위의 노광이 행해지는 영역(쇼트영역)에 걸쳐 균일한 광량으로 노광이 행해진다. 따라서 스캔시간이 단축되어 반도체장치 제조의 스루풋이 향상된다.
본 발명의 주사형 투영노광장치에 있어서, 상기 광량조정계는 상기 노광광의 광량을 검출하는 광량검출기와, 이 광량검출기의 출력과 상기 노광광의 광량의 목표값의 차이인 광량 편차를 동작신호로 하여 동작하는 컨트롤러를 포함하는 폐(閉) 루프 제어계인 것이 바람직하다. 이것에 따르면 컨트롤러에 의해 광량검출기의 출력이 목표값에 일치하도록 추종제어가 행해지기 때문에, 광량조정계에 얼마간의 외란(外亂)이 작용한 경우라도 거의 영향을 받지 않고 기판 스테이지의 주사방향의 구동개시로부터 정지까지의 모든 시간영역에 걸쳐 기판 스테이지의 속도에 관계없이 적정광량의 노광이 행해진다.
본 발명에서 상기 노광광원은 펄스광을 발광하는 엑시머 레이저 광원으로 할수 있고, 노광광의 광량을 노광광의 광량의 목표값에 따라 레이저 펄스수를 변조함으로써 조정할 수 있다. 엑시머 레이저에 의해 노광광의 광량의 변조가 용이해진다.
본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 마스크의 패턴을 감광기판 위에 노광하는 노광방법은,
마스크를 노광광으로 조사하면서 그 마스크 위의 조명영역에 대해 그 마스크를 주사하고,
상기 조명영역과 광학적으로 공액인 감광기판 위의 노광영역에 대해 감광기판을 상기 마스크의 주사에 동기하여 주사하고,
상기 주사개시로부터 주사종료에 걸쳐 감광기판이 균일한 광량의 광으로 노광되도록 마스크 또는 감광기판의 이동속도에 따라 상기 노광광의 광량을 변조하는 것을 포함한다.
본 발명의 노광방법에서는, 주사형 노광방법에 있어서, 마스크 또는 감광기판의 이동속도에 따라 노광광의 광량을 조정하는 것으로 했기 때문에, 통상 마스크 또는 감광기판을 이동시키기 위한 스테이지가 일정한 속도로 이동하고 있는 기간뿐만 아니라, 가속 또는 감속하고 있는 기간에도 주사형 노광을 시행할 수 있다. 이 때문에, 노광시간을 단축하여 반도체 장치 제조의 스루풋을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 노광방법에서는, 상기 마스크 또는 감광기판의 위치를 측정하고, 측정된 마스크 또는 감광기판의 위치에서의 마스크 또는 감광기판의 속도를 구하고, 구해진 속도에 따른 노광광의 광량의 목표값을 연산하고, 연산된 목표값이 되도록 광량으로 노광광을 변조하는 것이 바람직하다. 이 때, 측정된 각 스테이지 위치에서의 마스크 또는 감광기판의 속도를 비례정수로 하여 노광광량의 목표값을 연산할 수 있다. 노광광으로서, 엑시머 레이저와 같은 펄스레이저를 이용하고, 레이저의 펄스 주파수를 변조함으로써 광량을 변조해도 된다. 또한 노광광으로서 수은램프나 CW 레이저와 같은 연속광을 이용하고, 레이저의 파워 또는 그 커팅 주파수를 변조함으로써 광량을 변조할 수도 있다.
이하, 본 발명의 일실시예를 도 1 내지 도 2 에 의거하여 설명한다.
도 1 에는, 일실시예에 관련된 주사형 투영노광장치(10)가 스테이지 구동제어계와 광량조정계로서의 노광에너지 제어계(70)를 중심으로 하여 도시되어 있다. 이 주사형 투영노광장치(10)는 기판 스테이지로서의 웨이퍼 스테이지(12)와, 마스크 스테이지로서의 레티클 스테이지(16)를 구비하고 있다, 웨이퍼 스테이지(12)는 도시하지 않는 웨이퍼 지지대 위에 주사방향(도 1 에서의 좌우방향) 및 이것에 직교하는 방향(도 1 에서의 지면 직교방향)으로 이동 가능하게 설치되어 있다. 이 웨이퍼 스테이지(12)는 웨이퍼 리니어 모터(14)에 의해 주사방향으로 구동되고, 주사방향에 직교하는 방향으로는 도시하지 않는 이송나사기구에 의해 구동되도록 구성되어 있다. 주사방향에 직교하는 방향으로의 스테이지(12)의 이동은 본 발명과 관련이 적기 때문에, 이하, 이 방향에 대해서는 설명을 생략한다. 상기 웨이퍼 지지대는 실제로는 도시하지 않는 제진대 위에 형성되어 있다.
레티클 스테이지(16)는 도시하지 않은 레티클 지지대 위에 주사방향(도 1 에서의 좌우방향)으로 이동가능하게 설치되어 있다. 이 레티클 스테이지(16)는 레티클 리니어 모터(18)에 의해 주사방향으로 구동되도록 구성되어 있다. 또한 상기 레티클 지지대는 실제로는 제진대 위의 도시하지 않는 본체 칼럼 위에 올려 놓여져 있다. 레티클 스테이지(16) 위에 유지된 레티클(도시하지 않음)은 조명본체부(46)에 의해 균일하고 또한 슬릿형상의 단면을 갖는 광속(光束)에 의해 조명되어 레티클 위에 슬릿형상의 조명영역을 형성한다. 스캔노광시에는 이 조명영역에 대해 레티클 스테이지(16)가 이동함으로써 레티클이 주사된다.
웨이퍼 스테이지(12)의 상방에는, 투영광학계(PL)가 그 광축을 당해 웨이퍼 스테이지(12)의 이동면에 직교하는 방향을 향해 배치되고, 도시하지 않은 상기 본체 칼럼에 유지되어 있다. 웨이퍼 스테이지(12) 위에 감광기판으로서의 웨이퍼(도시생략)가 올려 놓여지고, 레티클 스테이지(16) 위에 마스크로서의 레티클(도시생략)이 올려 놓여진다. 레티클의 패턴면과 웨이퍼 표면은 투영광학계(PL)에 관해 공액으로 되도록 위치 부여되어 있다. 본 실시예에서는, 투영광학계(PL)는 투영배율이 1/4 배인 것을 사용했다. 웨이퍼는 투영광학계(PL)를 통과한 노광광에 의해 조명되고, 슬릿형상의 노광영역을 형성한다. 이 노광영역은 레티클 위에 형성된 상기 조명영역과 투영광학계(PL)에 관해 공액이다. 이 노광영역에 대해 기판 스테이지를레티클 스테이지(16)와 동기하여 주사방향으로 이동함으로써 감광기판이 주사된다.
웨이퍼 스테이지(12)의 주사방향의 일단(도 1 에서의 오른쪽끝)에는 웨이퍼·레이저 간섭계용 이동경(22)이 주사 직교방향으로 연장 설치되어 있고, 이것에 대향해서 웨이퍼·레이저 간섭계(24)가 설치되어 있다. 이 웨이퍼·레이저 간섭계(24)는 이동경(22)을 향해 레이저광을 조사하는 동시에 그 반사광을 수광하여 웨이퍼 스테이지(12)의 위치를 검출한다.
마찬가지로, 레티클 스테이지(16)의 주사방향의 일단(도 1 에서의 오른쪽끝)에는 레티클·레이저 간섭계용 이동경(26)이 주사 직교방향으로 연장 설치되어 있고, 이것에 대향해서 레티클·레이저 간섭계(30)가 설치되어 있다. 이 레티클·레이저 간섭계(30)는 이동경(26)을 향해 레이저광을 조사하는 동시에 그 반사광을 수광하여 레티클 스테이지(16)의 위치를 검출한다.
스테이지 구동제어계는, 웨이퍼·레이저 간섭계(24)와, 레티클·레이저 간섭계(30)와, 웨이퍼 리니어 모터(14)를 통해 웨이퍼 스테이지(12)의 속도를 제어하는 웨이퍼 스테이지 컨트롤러(이하,「WSTG 컨트롤러」라 합)(32)와, 레티클 리니어 모터(18)를 통해 레티클 스테이지(16)의 속도를 제어하는 레티클 스테이지 컨트롤러(이하,「RSTG 컨트롤러」라 함)(34)와, 웨이퍼·레이저 간섭계 유닛(38)과, 레티클·레이저 간섭계 유닛(40)과, 웨이퍼 스테이지 속도지령부(이하,「W 속도 지령부」라 함)(42)와, 레티클 스테이지 속도지령부(이하,「R 속도 지령부」라 함)(44)를 구비하고 있다.
상기 웨이퍼·레이저 간섭계 유닛(38)은, 웨이퍼·레이저 간섭계(24)로부터의 웨이퍼 스테이지(12)의 위치 검출신호를 입력받아, 해당 위치검출신호를 투영광학계(PL)의 배율의 역수배(이 경우는 4배)한 위치 신호를 레티클·레이저 간섭계 유닛(40)에 출력하는 동시에, 위치검출신호를 미분하여 얻어지는 웨이퍼 스테이지의 속도신호를 WSTG 컨트롤러(32) 및 후술하는 주제어장치(60)로 송출하는 기능을 가진다.
상기 레티클·레이저 간섭계 유닛(40)은, 레티클·레이저 간섭계(30)로부터의 레티클 스테이지(16)의 위치검출신호와 상기의 웨이퍼 레이저 간섭계 유닛(38)으로부터의 위치신호를 입력받아, 양자의 차이를 연산하여 얻어지는 위치오차신호를 레티클 스테이지 속도지령부(이하,「R 속도지령부」라 함)(44)로 송출한다. 또한, 이 간섭계 유닛(40)은 레티클 스테이지(16)의 위치검출신호를 미분하여 얻어지는 레티클 스테이지(16)의 속도신호를 RSTG 컨트롤러(34)로 송출하는 기능을 가진다.
상기 W 속도지령부(42)는 WSTG 컨트롤러(32)에 웨이퍼 스테이지(12)의 속도의 목표값을 출력한다. 또 상기 R 속도지령부(44)는 레티클·레이저 간섭계 유닛(40)으로부터의 위치오차신호를 입력받아, 이 위치오차를 캔슬하는 레티클 스테이지(16)의 속도의 목표값을 출력한다.
WSTG 컨트롤러(32)는 W 속도지령부(42)로부터의 속도의 목표값과 웨이퍼·레이저 간섭계 유닛(38)으로부터의 웨이퍼 스테이지의 속도신호의 편차를 영으로 하도록 제어동작을 행하는 컨트롤러이다. 또한, RSTG 컨트롤러(34)는 R 속도지령부(44)로부터의 속도의 목표값과 레티클·레이저 간섭계 유닛(40)으로부터의 레티클 스테이지(16)의 속도신호의 편차를 영으로 하도록 제어동작을 행하는 컨트롤러이다. 이들 컨트롤러(32,34)로서는, 예를 들면 PI 컨트롤러가 사용된다. 스캔 노광시에는, 웨이퍼 스테이지(12)와 레티클 스테이지(16)가 투영광학계(PL)의 배율의 역수배의 속도비로 주사되도록 W 속도지령부(42)로부터의 속도의 목표값에 따라 WSTG 컨트롤러(32)에 의해 웨이퍼 스테이지(12)가 속도제어되고, R 속도지령부(44)로부터의 속도의 목표값에 따라 RSTG 컨트롤러(34)에 의해 레티클 스테이지(16)가 속도제어되는데, 이 때 양 스테이지(12,16) 사이에 위치 오차가 발생된 경우에는, 이 위치오차를 캔슬하는 속도의 목표값이 R 속도지령부(44)로부터 RSTG 컨트롤러(34)에 출력되고, 이것에 의해 양 스테이지가 동기주사된다.
이어서, 노즐에너지 제어계(70)에 대해 설명한다. 이 노광에너지 제어계(70)는, 조명부 본체(46)로부터의 노광용 조명광(EL)의 빔 스플리터(BS)를 투과한 투과광을 수광하여 그 광량을 검출하는 광량검출기로서의 파워 모니터(48)와, 이 파워 모니터(48)의 출력을 디지털 변환하는 A/D 컨버터(50)와, 이 A/D 컨버터(50)로부터의 전압을 노광에너지로 변환하는 전압-노광 에너지 변환부(52)와, 주제어장치(60)로부터의 노광에너지(노광광의 광량)의 목표값과 전압-노광 에너지 변환부(52)로부터 피드백된 노광에너지의 검출값의 차이인 에너지 편차(광량 편차)를 연산하는 감산기(58)와, 이 에너지 편차를 동작신호로서 동작하는 PI 또는 PID 제어기(조절기)로 구성되는 컨트롤러로서의 노광 컨트롤러(54)를 가진다. 또한, 빔 스플리터(BS)에서 반사된 조명광(EL)은, 레티클에 조사되고, 이 노광광(EL)에 의해 조사된 레티클 위의 패턴이 투영광학계(PL)를 통해 웨이퍼 위에 노광되도록 구성되어 있다.
상기 조명부 본체(46)는, 노광광원으로서의 엑시머 레이저 광원(62)과, 이 엑시머 레이저 광원(62)으로부터 출력되는 펄스광의 펄스수를 노광 컨트롤러(54)로부터의 지령(목표값)에 따라 제어하는 광원제어부(64)를 포함하여 구성되어 있다.
상기 주제어장치(60)는 소위 마이크로 컴퓨터 또는 미니 컴퓨터 등으로 구성되고, 웨이퍼·레이저 간섭계 유닛(38)으로부터의 웨이퍼 스테이지(12)의 속도신호를 입력하여 웨이퍼 스테이지(12)의 속도에 따른 노광 에너지를 후술하는 바와 같이 하여 산출하고, 이것을 목표값으로 하여 감산기(58)에 출력한다. 즉, 본 실시예에서는 이 주제어장치(60)에 의해 노광량 목표값의 연산부가 구성되어 있다.
이어서, 주제어장치(60)에 의한 웨이퍼 스테이지(12)의 속도에 따른 노광에너지의 산출방법에 대해 상술한다. 우선, 최초로 노광에너지의 산출의 원리에 대해 수학적으로 이해하기 쉽도록 시간함수를 이용하여 설명한다.
예를 들면, 도 2A 에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 스테이지(12)가 속도제어되는 경우, 가속도는 도 2B 에 도시된 바와 같이 변화한다.
도 2B 에 도시되는 가속도의 시간변화의 그래프에 있어서, 기울기 αmax/t1= a 라고 하면, 0 ≤t ≤t1의 범위에서 가속도 α(t), 속도 v(t), 위치 p(t)는 각각 다음과 같이 된다.
또한, αmax/(t1-t2) = - a 이고, t2= 2t1이기 때문에, t1≤t ≤t2의 범위에서 가속도 α(t), 속도 v(t), 위치 p(t)는 각각 다음과 같이 된다.
또한, t2≤t ≤t3의 정속부분에서는 가속도 α(t), 속도 v(t), 위치 p(t)는 각각 다음과 같이 된다.
여기에서, b 는 시각 (t2) 에서의 웨이퍼 스테이지의 속도, 즉 웨이퍼 스테이지의 목표속도이다.
또한, αmax 와 αmin의 절대값이 같고, t2= t5-t3= 2(t4-t3) 으로 하면, t3≤t ≤t4의 부분에서는, 가속도 α(t), 속도 v(t), 위치 p(t)는 각각 다음과 같이 된다.
또, t4≤t ≤t5의 부분에서는, 가속도 α(t), 속도 v(t), 위치 p(t)는 각각 다음과 같이 된다.
여기에서, v(t4)는 시각(t4)에서의 웨이퍼 스테이지의 속도(도 2A 의 예에서는 목표속도 (b)의 1/2)이다.
이어서, 노광 에너지의 계산방법에 대해 설명한다. 정속부(t2≤ t ≤ t3)의 위치변화는 식 (3c) 로 표현된다. 이 부분에서의 노광에너지의 계산방법은 식(3c) 로 나타내어지는 시간변화함수를 미분하고, 웨이퍼 스테이지(12)의 속도를 산출하고, 속도에 대응된 노광에너지의 노광광을 웨이퍼에 조사하는 것으로 단위면적당노광에너지를 제어할 수 있다. 즉, 노광에너지 E(t) 의 계산식은 다음과 같이 된다.
여기에서, L1 은 목표속도 b 로 웨이퍼 스테이지(12)가 주사되었을 때, 웨이퍼 위의 레지스트 감도에 따라 정해지는 적정광량을 얻을 수 있도록 미리 설정된 엑시머 레이저의 소정 펄스분의 노광량이고, 이 노광량 계산의 기준이 되는 것이다.
이어서, 가속부분에 대해 검토해보면, 0 ≤t ≤t1의 범위에서는 위치변화는 식 (1c) 로 표현된다. 이 부분에서의 노광에너지의 계산방법은 상기와 마찬가지로 하여, 식 (1c) 로 도시되는 시간변화함수를 미분하고, 웨이퍼 스테이지의 속도 함수를 산출하고, 이 속도함수에 상기 노광량 Ll 을 곱해 산출한다. 즉 노광에너지 E(t)의 계산식은 다음과 같이 된다.
또, t1≤t ≤t2의 범위에서는, 위치변화는 식 (2c) 로 표현된다. 이 부분에서의 노광에너지의 계산방법은, 상기와 마찬가지로 하여, 식 (2c) 로 도시되는 시간변화함수를 미분하여, 웨이퍼 스테이지(12)의 속도함수를 산출하고, 이 속도함수에 상기 노광량(L1)을 곱해 산출한다. 노광에너지 E(t) 의 계산식은 다음과 같이 된다.
또, 감속부분에 대해 고찰하면, 일정속도의 스캔이 종료되어 감속 개시점으로부터 (t4) 까지의 사이, 즉 t3≤t ≤t4의 범위에서는, 위치변화는 식(4c) 로 표현된다. 이 부분에서의 노광에너지의 계산방법은, 상기와 마찬가지로 하여, 식 (4c) 로 도시되는 시간변화함수를 미분하여, 웨이퍼 스테이지(12) 의 속도함수를 산출하고, 이 속도함수에 상기 노광량(L1)을 곱해 산출한다. 노광 에너지 E(t)의 계산식은 다음과 같이 된다.
또, t4≤t ≤t5의 범위에서는, 위치변화는 식 (5c)로 표현된다. 이 부분에서의 노광에너지의 계산방법은, 상기와 마찬가지로 하여, 식(5c)로 도시되는 시간 변화함수를 미분하여, 웨이퍼 스테이지(12)의 속도함수를 산출하고, 이 속도함수에상기 노광량(L1)을 곱해 산출한다. 노광에너지 E(t)의 계산식은 다음과 같이 된다.
이와 같이 노광에너지를 웨이퍼 스테이지(12)의 속도에 대응시켜 제어하면, 스테이지의 정속부분 뿐만 아니라 가감속 부분에서도 적정광량의 노광이 가능해져, 스테이지가 작동되는 전 영역을 낭비없이 노광에 이용할 수 있다.
이어서, 본 실시예의 장치에 의한 실제의 노광에너지의 제어에 대해 설명한다. 주제어장치(60)에는 웨이퍼·레이저 간섭계 유닛(38)으로부터 웨이퍼 스테이지(12)의 속도신호가 입력되어 있기 때문에, 상기와 같은 시간함수를 이용하여 스테이지의 속도를 계산할 필요가 없으며, 웨이퍼·레이저 간섭계 유닛(38)으로부터의 웨이퍼 스테이지(12)의 속도신호를 직접 이용하고, 그것에 기준이 되는 노광량(L1)을 곱해 가감속시의 노광에너지의 목표값을 산출한다.
이상 설명한 본 실시예의 주사형 투영노광장치(10)에 따르면, 스캔 노광을 위해 스테이지 구동제어계에 의해 웨이퍼 스테이지(12)와 레티클 스테이지(16)가 구동되면, 웨이퍼·레이저 간섭계 유닛(38)으로부터의 속도신호에 의거하여 주제어장치(60)에 의해 노광에너지의 목표값이 시시각각 연산되어 노광 에너지 제어계(70)에 부여되고, 노광에너지가 목표값에 일치하도록 노광 컨트롤러(56)에 의해 제어량이 결정되고, 이 제어량에 따라 광원 제어부(64)가 광원(46)의 레이저펄스수를 제어한다. 이 때문에 웨이퍼 스테이지(12)의 정속부만이 아니라, 가감 속부를 노광에 이용하는 것이 가능해지고, 이것에 의해 가감속과 공주(空走)로 발생되는 로스 타임(도 3 참조)을 모두 배제할 수 있으며, 노광시간의 단축에 의한 스루풋의 향상을 도모할 수 있다. 게다가 이 노광시간의 단축을 스테이지의 속도를 고속화하는 일없이 실현할 수 있으며, 이것에 의해 스테이지의 고속화에 필연적으로 따르는 파워 앰프의 증대에 의한 비용상승, 진동의 증대 등의 단점이 발생되는 것을 회피할 수 있다.
또한, 가감속부도 노광에 이용함으로써, 스테이지의 스트로크를 짧게 할 수 있고, 이것에 의해 스테이지 자체를 소형화할 수 있으며, 제작의 용이화, 재료비, 가공비용 등을 저감시킬 수 있게 된다. 이것에 덧붙여 웨이퍼 스테이지의 가동부도 소형·경량화에 의해 고유 진동주파수를 높게 할 수 있기 때문에, 가동부의 제어 특성의 개선을 용이하게 실시할 수 있고, 스테이지의 응답성능을 향상시키는 것으로 동기 정밀도의 향상을 도모하는 것도 가능해진다.
또한, 상기 실시예에서는, 웨이퍼 스테이지를, 종래와 같이 목표속도까지의 가속, 목표속도를 유지, 감속이라고 하는 것과 같이 속도제어하는 경우를 예시했는데, 상기한 바와 같이 본 발명에 따르면 가감속시에도 적정광량의 노광을 행하는 것이 가능해지기 때문에 정속부가 존재하지 않는 사인 커브와 같은 곡선을 속도제어의 목표값으로 하여 이용하는 것도 가능하다.
또한, 상기 실시예에서는 노광광원으로서 펄스광을 발생하는 엑시머 레이저 광원을 이용하는 경우를 예시했는데, 이것은, 엑시머 레이저는 주파수 응답특성이우수하고 스테이지의 속도에 따른 고속 노광량 제어에 적합하기 때문에 채용한 것인데, 충분한 응답속도로 노광량의 연속적인 제어를 할 수 있으면 수은 램프나 연속발진 가능한 CW 레이저 등의 다른 광원을 이용해도 된다. 또한 상기 실시예에서는 레이저 펄스수를 변조함으로써 노광량을 제어했는데, 이것에 한정되지 않고 레이저 파워나 레이저 펄스 간격을 변조함으로써 노광량을 조정해도 된다.
또한, 상기 실시예에서는 웨이퍼·레이저 간섭계 유닛(38)으로부터 웨이퍼 스테이지(12)의 속도신호가 직접 주제어장치에 입력되는 경우를 예시했는데 이와 같이 되어 있지 않아도, 예를 들면 앞에 설명한 식(1a∼5c)과 같은 가속도, 속도, 위치의 시간함수 중 어느 것을 스테이지 구동의 전구간에 대해 메모리에 기억해 두면, 연산에 의해 스테이지의 속도를 구하고, 이것에 의거하여 식(6a∼10b)을 이용해서 노광에너지의 목표값을 결정함으로써 상기 실시예와 같은 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는 웨이퍼 스테이지의 속도에 따라 노광에너지의 목표값을 정하는 경우에 대해 설명했는데, 레티클 스테이지의 속도에 따라 노광에너지의 목표값을 정하도록 해도 된다는 것은 물론이며, 따라서 스테이지의 구동제어에서도 W 속도지령부측에서 양 스테이지의 위치오차를 캔슬하는 속도의 목표값을 출력하도록 구성해도 된다.
또한, 상기 실시예에서는 주제어장치(60)가 웨이퍼·레이저 간섭계 유닛(38)으로부터 웨이퍼 스테이지(12)의 속도신호를 얻는 경우를 예시했는데, 웨이퍼·레이저 간섭계(24)의 출력인 위치검출신호를 직접 주제어장치(60)에 입력하고, 주제어장치(60)의 내부에서 이것을 속도신호로 변환하고, 이것에 의거하여 속도에 따른 노광에너지의 목표값을 산출하도록 해도 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 기판 스테이지의 주사방향의 구동개시로부터 정지까지의 모든 시간영역에 걸쳐 기판 스테이지의 속도에 관계없이 적정광량의 노광이 행해지므로, 스테이지의 주사속도를 고속화하는 일없이 노광시간을 단축할 수 있고, 이것에 의해 스루풋의 향상을 도모할 수 있다. 특히 광량조정계를 광량검출기와 그 출력과 목표 노광량의 차이를 동작신호로 하여 동작하는 컨트롤러를 포함하는 폐 루프로서 구성했기 때문에, 광량조정계에 얼마간의 외란이 작용한 경우라도 거의 영향을 받지 않고, 기판 스테이지의 주사방향의 구동개시로부터 정지까지의 모든 시간영역에 걸쳐 기판 스테이지의 속도에 관계없이 적정광량의 노광이 행해지고, 그것에 의해 한층 고정밀도의 노광광의 광량제어가 가능해진다.

Claims (26)

  1. 마스크를 조명하기 위한 노광광을 발하는 노광광원;
    상기 마스크 위의 조명영역에 대해 상기 마스크를 주사하는 마스크 스테이지;
    상기 마스크의 패턴상을 감광기판 위에 투영하는 투영광학계;
    상기 조명영역과 상기 투영광학계에 관하여 공액인 노광영역에 대해 상기 감광기판을 주사하는 기판 스테이지;
    상기 마스크 스테이지와 상기 기판 스테이지 중의 일방의 스테이지의 위치를 계측하는 위치계측기;
    상기 위치계측기의 출력에 의거하여 당해 일방의 스테이지의 속도에 따른 노광광의 광량의 목표값을 연산하는 연산부; 및
    상기 연산부로부터의 목표값에 따라 상기 노광광원으로부터의 노광광의 광량을 조정하는 광량조정계를 구비하는 것을 특징으로 하는 주사형 투영노광장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광량조정계는,
    상기 노광광의 광량을 검출하는 광량검출기; 및
    장기 광량검출기의 출력과 상기 노광광의 광량의 목표값과의 차이인 광량편차를 동작신호로 하여 동작하는 컨트롤러를 포함하는 폐 루프 제어계인 것을 특징으로 하는 주사형 투영노광장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 폐 루프 제어계에 의해 상기 노광광원이 제어되는 것을 특징으로 하는 주사형 투영노광장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 위치계측기는 상기 기판 스테이지의 위치를 계측하는 위치계측기이고, 상기 연산부는 상기 위치계측기로부터 얻어진 상기 기판 스테이지의 속도정보에 따라 상기 노광광의 광량의 목표값을 연산하는 것을 특징으로 하는 주사형 투영노광장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 연산부는, 상기 위치계측기로부터 얻어진 스테이지의 위치정보를 속도 정보로 변환하고, 이 속도정보에 따라 상기 노광광의 광량의 목표값을 연산하는 것을 특징으로 하는 주사형 투영노광장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 노광광원은 펄스광을 발광하는 엑시머 레이저 광원인 것을 특징으로 하는 주사형 투영노광장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 노광광의 광량의 목표값에 따라 엑시머 레이저 광원의 레이저 펄스수를 변조하는 것을 특징으로 하는 주사형 투영노광장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스크 스테이지 및 상기 기판 스테이지의 속도가, 가속, 정속 및 감속의 주기로 변동하고, 가속시 및 감속시에도 노광동작이 행해지는 것을 특징으로 하는 주사형 투영노광장치.
  9. 마스크의 패턴을 감광기판 위에 노광하는 노광방법에 있어서,
    상기 마스크를 노광광으로 조명하면서, 상기 마스크 위의 조명영역에 대해 상기 마스크를 주사하고,
    상기 조명영역과 광학적으로 공액인 상기 감광기판 위의 노광영역에 대해 상기 감광기판을 상기 마스크의 주사에 동기하여 주사하고,
    상기 주사개시로부터 주사종료에 걸쳐 상기 감광기판이 균일한 광량의 광으로 노광되도록 상기 마스크 또는 상기 감광기판의 이동속도에 따라 상기 노광광의 광량을 변조하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 마스크 또는 상기 감광기판의 위치를 측정하고, 측정된 상기 마스크 또는 상기 감광기판의 위치에서의 상기 마스크 또는 상기 감광기판의 속도를 구하는 것을 더 포함하고,
    구해진 속도에 따른 노광광의 광량의 목표값을 연산하고, 연산된 목표값으로 되도록 노광광의 광량을 변조하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    측정된 각 위치에서의 상기 마스크 또는 상기 감광기판의 속도를 비례정수로 하여 노광광량의 목표값을 연산하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 노광광의 광량을 검출하고, 검출된 광량과 상기 연산된 노광광량의 목표값과의 차이인 편차에 의거하여 노광광의 광량을 조정하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    노광광으로서 펄스 레이저를 이용하고, 레이저의 펄스주파수를 변조함으로써 광량을 변조하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 펄스 레이저가 엑시머 레이저인 것을 특징으로 하는 노광방법.
  15. 제 10 항에 있어서,
    노광광으로서 연속광을 이용하고, 레이저의 파워 또는 커팅 주파수를 변조함으로써 광량을 변조하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 마스크 및 상기 감광기판의 속도가, 가속, 정속 및 감속의 주기로 변동하고, 가속시 및 감속시에도 노광동작이 행해지는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  17. 마스크와 감광기판을 주사하여, 상기 마스크의 패턴을 상기 감광기판에 노광하는 주사형 노광장치에 있어서,
    펄스광을 사출하는 펄스광 광원;
    상기 마스크를 유지하여 이동하는 마스크 스테이지;
    상기 감광기판을 유지하여 이동하는 기판 스테이지; 및
    상기 마스크 스테이지와 상기 기판 스테이지 중 적어도 일방의 속도가 변화하고 있을 때에 상기 펄스광 광원을 제어하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 주사형 노광장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제어수단은, 상기 펄스광 광원으로부터의 펄스광의 수를 제어하는 것을 특징으로 하는 주사형 노광장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 제어수단은, 상기 마스크 스테이지와 상기 기판 스테이지 중 적어도 일방의 가속시에 상기 펄스광 광원을 제어하는 것을 특징으로 하는 주사형 노광장치.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 제어수단은, 상기 마스크 스테이지와 상기 기판 스테이지 중 적어도 일방의 감속시에 상기 펄스광 광원을 제어하는 것을 특징으로 하는 주사형 노광장치.
  21. 제 17 항에 있어서,
    상기 마스크 스테이지와 상기 기판 스테이지 중 적어도 일방의 위치를 검출하는 위치검출수단을 구비하고,
    상기 제어수단은, 상기 검출수단의 검출결과에 따라 상기 펄스광 광원을 제어하는 것을 특징으로 하는 주사형 노광장치.
  22. 마스크와 감광기판을 주사하여, 상기 마스크의 패턴을 상기 감광기판에 노광하는 주사노광방법에 있어서,
    상기 마스크를 유지하여 이동하는 마스크 스테이지와, 상기 감광기판을 유지하여 이동하는 기판 스테이지 중 적어도 일방의 속도가 변화하고 있을 때에, 펄스 광을 출사하는 펄스광 광원을 제어하는 것을 특징으로 하는 주사노광방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 펄스광 광원의 제어는, 상기 펄스광 광원의 펄스광의 수의 제어인 것을 특징으로 하는 주사노광방법.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 마스크 스테이지와 상기 기판 스테이지 중 적어도 일방의 가속시에 상기 펄스광 광원을 제어하는 것을 특징으로 하는 주사노광방법.
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 마스크 스테이지와 상기 기판 스테이지 중 적어도 일방의 감속시에 상기 펄스광 광원을 제어하는 것을 특징으로 하는 주사노광방법.
  26. 제 22 항에 있어서,
    상기 마스크 스테이지와 상기 기판 스테이지 중 적어도 일방의 위치의 검출 결과에 따라 상기 펄스광 광원을 제어하는 것을 특징으로 하는 주사노광방법.
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