KR100490685B1 - 표면높이계측장치및이를이용한노광장치 - Google Patents

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Abstract

기판의 표면 높이를 신속하고 정확하게 계측한다. 기판(16)의 표면에 대해 경사진 방향으로부터 광을 조사하는 조사수단(64)과, 계측용 광을 슬릿형 상으로 성형하는 광성형수단(66)과, 광성형수단(66)을 제어하여 슬릿광(SL)의 폭을 변경하는 변경수단(67)를 구비한다. 또한, 변경수단(67)에 의해 폭이 변경된 슬릿광(SL)을 기판표면에 조사하고, 진동제어수단(76, 86)에 의해 반사광을 슬릿의 폭 방향으로 진동시킨다. 진동제어수단에 의해 진동되는 슬릿광(SL)에 근거하여, 검출수단(82, 90)에 의한 기판(16)의 표면 높이가 검출된다.

Description

표면높이 계측장치 및 이를 이용한 노광장치
본 발명은 기판의 표면높이를 계측하는 기술, 특히 노광장치에 있어서 감광기판의 표면 높이를 계측하는 장치에 관한 것이다.
반도체 소자나 액정표시소자의 제조에 사용되는 노광장치에 있어서, 마스크 위에 형성된 패턴을 양호한 결상 상태로 감광기판위에 전사할 필요가 있다. 이를 위하여, 현재 사용되고 있는 노광장치에서는 오토포커스 기구를 이용하여 감광기판 표면의 높이, 즉 투영광학계의 광축방향의 위치를 계측하고 있다. 이에 따라, 감광기판을 적재한 스테이지를 소정의 구동계에 의하여 투영광학계의 광축방향으로 이동시켜, 상기 기판 표면을 투영광학계의 초점 위치에 맞춘다. 오토포커스기구는 슬릿 형상의 광(이하 "스릿광"이라 칭한다)을 감광기판에 대하여 경사진 방향으로부터 조사하고, 감광기관 표면에서 반사된 광을 검출하도록 되어있다. 즉, 감광기판의 표면 높이가 변하게되면 기판 표면에서 반사하는 슬릿광의 반사방향 역시 변화하는 것을 이용하여, 감광 기판의 표면높이를 계측하고 있다.
도 6은 액정표시소자의 제조에 사용되는 유리플레이트(100)와 오토포커스기구에 의한 검출 슬릿광의 반사 상태를 도시한 것이다. 유리플레이트(100)는 투명하기 때문에, 입사광은 유리플레이트(100)의 표면에서 반사되어 반사광(R1)으로 되는 부분과, 저면에서 반사되어 반사광(R2)으로 되는 부분이 존재한다. 유리플레이트(100) 표면의 위치를 계측하기 위해서는, 표면에서의 반사광(R1)을 저면에서의 반사광(R2)으로부터 분리시켜, 표면에서의 반사광(R1)만을 정확히 검출할 필요가 있다. 따라서, 검출용 슬릿광의 폭을 좁게 하여, 유리플레이트(100)의 표면에서의 반사광(R1)에, 저면에서의 반사광(R2)이 혼입(mix)되지 않도록 하고 있다.
그러나, 최근에는 노광장치에 사용되는 기판으로서 두께가 다른 것을 사용하고 있다. 기판의 두께가 얇으면, 도 6에서 파선으로 도시한 바와 같이, 저면에서의 반사광(R3)이 표면에서의 반사광(R1)에 접근하기 때문에, 검출용 슬릿광의 폭을 더 좁게 할 필요가 있다. 즉, 슬릿광의 폭을 더 좁혀서, 표면에서의 반사광(R1)을 저면에서의 반사광(R3)으로부터 완전히 분리시키는 것이 요구된다.
상기와 같이, 슬릿광의 폭을 좁게하면, 기판의 두께가 변화된 경우에도, 표면으로부터의 반사광(R1)과 저면으로부터의 반사광(R2, R3)을 확실히 분리할 수 있으나, 그 반면에, 예를 들면, 동기검파방식 등에 의하여 검출되는 검출신호(포커싱 신호)의 동적 범위(dynamic range)가 좁아진다. 즉, 기판의 표면높이를 검출할 수 있는 범위가 좁아진다. 그 결과, 기판의 높이가 이상적 위치(ideal position)로부터 비교적 크게 어긋나 있는 경우에는 기판의 표면높이를 검출할 수 없게 된다. 이러한 상황에서는 기판의 높이를 조정하면서 오토포커스계의 계측 범위에 기판 표면을 맞추는 바, 이를 위해서는 서치(search) 작업을 행하여야 한다. 이로 인하여, 기판의 표면 높이의 계측 속도가 현저히 저하된다. 또한, 노광장치에서의 노광작업 전체의 처리량(throughput)이 저하되게 된다.
본 발명은 상기와 같은 상황을 감안하여 이루어진 것으로서, 기판의 표면 높이를 확실하게 고속으로 계측할 수 있는 표면높이 계측장치 및 이를 이용한 노광장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명 제 1실시예에 따른 표면높이 계측장치에는, 기판(16)의 표면에 대하여 경사진 방향으로부터 계측용 광을 조사하는 조사수단(64), 계측용 광을 슬릿형상으로 성형하는 광성형수단(66), 광성형수단(66)을 제어함으로써 슬릿광(SL)의 폭을 변경하는 변경수단(67), 변경수단(67)에 의하여 폭이 변경된 슬릿광(SL)을 기판 표면에 조사하고, 그 반사광을 슬릿폭 방향으로 진동시키는 진동제어수단(76, 80), 진동제어수단에 의하여 진동된 슬릿광(SL)에 근거하여, 기판(16) 표면의 높이를 검출하는 검출수단(82, 90)이 제공되어있다.
여기에서, 슬릿광(SL)의 폭을 변경하는 변경수단(67)은 기판(16)의 두께에 따라 슬릿광(SL)의 폭을 변경하도록 구성할 수 있다. 예를 들면, 기판(16)의 두께가 두꺼워지면, 상기 변경수단은 광축 방향을 따라 슬릿광(SL)의 폭이 그만큼 넓어지게 한다. 또한, 변경수단은 기판(16)의 높이를 대충 검출하는 때에는 슬릿광(SL)의 폭이 넓게 되도록, 그리고 기판(16)의 높이를 세밀하게 검출하는 때에는 슬릿광(SL)의 폭이 좁게 되도록 구성할 수 있다. 그외에도, 기판(16)의 재질에 따라 슬릿광(SL)의 폭을 변경할 수도 있다.
바람직하게는, 기판(16)의 표면에서 반사된 슬릿광(SL)의 결상위치에 배치된 슬릿판(78)과 변경수단(67)에 의하여 변경된 슬릿광(SL)의 폭에 따라, 슬릿광(SL)의 진폭을 제어하는 진폭제어수단(86, 92, 95)을 더 구비하고, 검출수단(82, 90)에서는 슬릿판(78)을 투과한 슬릿광(SL)에 근거하여 기판의 표면높이를 검출한다.
본 발명의 제 2실시예에 따르면, 소정패턴이 형성된 마스크(12)에 노광용 광(IL)을 조사하여, 상기 패턴의 상(image)을 투영과학계(14)를 거쳐 감광기판(16)의 표면에 전사하는 노광장치가 제공되며, 이 노광장치는 감광기판(16)의 표면에 대하여 경사진 방향으로부터 계측용 광을 조사하는 조사수단(64), 계측용 광을 슬릿형상으로 성형하는 광성형수단(66), 광성형수단(66)을 제어함으로써 슬릿광(SL)의 폭을 변경하는 변경수단(67), 변경수단(67)에 의하여 폭이 변경된 슬릿광(SL)을 기판표면에 조사하여, 그 반사광을 슬릿폭 방향으로 진동시키는 진동제어수단(78, 86), 진동제어수단에 의하여 진동된 슬릿광(SL)에 근거하여, 기판(16)의 표면높이를 검출하는 검출수단(82, 90), 검출수단(82, 90)의 검출결과에 근거하여, 노광용 광(IL)의 포커싱 위치에 감광기판(16)의 표면이 일치되도록, 감광기판(16)을 투영광학계(14)의 광축방향으로 구동하는 구동수단(20, 24)을 구비한다.
상기와 같은 구성의 노광 장치에 있어서도, 기판(16)의 두께에 따라 슬릿광(SL)의 폭을 변경하는 것이 바람직하다. 또한, 기판(16)의 높이를 대충 검출하는 때에는 슬릿광(SL)의 폭이 넓게 되고, 기판(16)의 높이를 세밀하게 검출하는 때에는 슬릿광(SL)의 폭이 좁게 되도록 구성할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 있어서는, 예를 들면, 감광기판(16)을 스테이지(20)상에 적재하고, AF센서(32, 34)의 교정(calibration)을 행한 후, 감광기판(16)의 두께나 재질에 관한 정보를 입력한다. 그 다음, 입력된 기판정보에 근거하여, 슬릿광(SL)의 적절한 폭을 산출한다. 즉, 기판(16) 표면에서의 반사광이 저면에서의 반사광으로부터 분리될 수 있도록 하는 슬릿광(SL)의 폭을 구한다. 예를 들면, 기판(16)의 두께가 얇은 경우에는, 슬릿광(SL)의 폭을 좁게한다. 한편 기판(16)의 두께가 비교적 두꺼운 경우에는, 슬릿광(SL)의 폭을 널게 한다. 슬릿광(SL)의 폭을 좁게 한 경우에는, 검출수단(90)의 동적범위가 좁게 되지만, 기판(16) 표면과 저면에서의 반사광을 확실히 분리시킬 수 있으며 계측의 정밀도가 향상된다. 슬릿광(SL)의 폭을 넓게 한 경우에는, 검출수단(90)의 동적범위가 넓게 되고, 계측 가능범위가 넘어진다.
측정 대상물인 기판(16) 표면에 금속이 장착되어 있어서, 입사광이 저면에 도달하지 못하는 경우에는, 표면과 저면에서의 반사광의 분리를 고려할 필요가 없기 때문에, 기판(16)의 두께에 관계없이 슬릿광(SL)의 폭을 넓게한다. 이에 의하여, 기판(16)의 표면높이의 계측가능범위를 불필요하게 좁게 할 필요가 없게 된다. 기판(16)의 두께나 재질 등을 고려하여, 표면높이를 대충 검출하는 때에는, 슬릿광(SL)의 폭을 넓게 하면 계측가능범위가 넓어지고, 로드(load)차가 비교적 큰 기판(16)을 계측하는 경우에, 기판(16)의 표면위치를 확실히 파악할 수 있다. 기판(16)의 높이를 세밀하게 검출하는 때에는 슬릿광(SL)의 폭을 좁게 하면 계측정밀도가 향상된다.
상기와 같이 산출된 슬릿광(SL)의 폭에 근거하여 상기 슬릿광(SL)의 적절한 진폭(이동량)을 구한다. 이에 의하여, 예를 들면, 슬릿광(SL)을 반사하는 미러(76)를 구동하고, 슬릿광(SL)의 진폭을 조정한다. 이때, 슬릿광(SL)의 진폭이 그 자체의 폭의 2배가 되도록 하는 것이 바람직하다.
[실시예]
본 발명의 실시 형태를 실시예에 의하여 설명하면 다음과 같다. 본 실시예는 액정표시소자 제조용 투영노광장치에 본 발명을 적용한 것이다.
먼저, 본 실시예에 관한 투영노광장치의 개략구성을 제1도에 의하여 설명한다. 본 실시예의 투영노광장치는 조명계(10)로부터 출사되는 조명광(IL)에 의하여, 레티클(reticle)(12)상에 형성된 소정의 패턴을 투영광학계(14)를 거쳐 유리플레이트(16)상에 전사 노광한다. 조명계(10)로부터 출사되는 조명광(IL)은 레티클(12)의 형상에 맞추어 정형되는 한편, 균일한 조도분포를 가지도록 조정되어있다. 유리플레이트(16)상에는 조명계(10)로부터 출력되는 조명광(IL)에 대하여 감광성을 가지는 포토레지스트(photoresist)가 도포되어 있다.
레티클(12)은 진공흡착에 의하여 레티클 스테이지(18)에 고정되어있다. 한편, 유리플레이트(16)는 Z레벨링 스테이지(20)를 거쳐 XY스테이지(22)상에 놓여있다. Z레벨링 스테이지(20)는 모터 등으로 이루어지는 Z스테이지 구동부(24)에 의하여, 유리플레이트(16)를 투영광학계(14)의 광축방향(Z축 방향) 및 레벨링 방향으로 구동시키고, 투영광학계(14)에 대한 유리플레이트(16)의 초점조정을 행하게 되어있다. XY스테이지(22)는 XY스테이지 구동부(26)에 의하여, Z레벨링 스테이지(20)를 거쳐 유리플레이트(16)를 투영광학계(14)의 광축과 수직인 면(XY평면)내에서 변위시킬 수 있게 되어있다. Z레벨링 스테이지(16)상에는 레이저간섭계(28)로부터 출사되는 레이저광을 반사하는 이동미러(30)가 고정되어 있고, 레이저간섭계(28)에 의하여 유리플레이트(16)(Z레벨링 스테이지20)의 XY평면내의 위치를 계측할 수 있게 되어있다. 도면에는 X축방향의 위치를 계측하는 간섭계(28) 및 이동미러(30)만이 도시되어 있으나, 실제에서는 Z레벨링 스테이지(20)의 Y축방향의 위치를 계측하는 간섭계 및 이동미러가 제공되어 있다.
투영광학계(14)의 하측부에는 유리플레이트(16) 표면의 높이(Z축방향의 위치)를 계측하는 AF센서(32, 34)가 제공되어있다. 이러한 AF센서는 슬릿광(SL)을 유리플레이트(16) 표면에 투사하는 송광계(32)와 유리플레이트(16) 표면에서 반사된 슬릿광(SL)을 수광하고, 광신호를 전기신호로 변환함으로써, 유리플레이트(16) 표면에서 반사된 슬릿광(SL)을 수광하고, 광신호를 전기신호로 변환함으로써, 유리플레이트(16) 표면의 높이를 검출하는 수광계(34)로 구성되어있다.
도 2는 전술한 AF센서(32, 34)의 상세한 구성을 도시한 것이다. 송광계(32)에는 유리플레이트(16)의 표면에 도포된 포토레지스트를 감광시키지 않는 파장의 광(예 : 적외선)을 출사하는 광원(64), 광원(64)에 의하여 조명되는 슬릿판(66), 슬릿판(66)을 투과한 슬릿광(SL)이 입사하는 렌즈(68), 렌즈(68)를 투과한 슬릿광(SL)을 반사하는 미러(70), 이 미러(70)에서 반사된 슬릿광(SL)을 투영광학계(14)의 결상면(PO)에 결상시키는 렌즈(72)가 제공되어있다.
슬릿판(66)은 액정표시소자로 구성되고, 광이 그의 중앙에 있는 슬릿형 투과 부(66a)만을 통과하도록 되어 있다. 예를 들면, 액정 제어부(67)에 의하여, 슬릿형 투과부(66a)에 대응하는 액정셀의 전극에는 전압을 인가하지 않고, 그 이외의 부분에 대응하는 액정셀의 전극에만 전압을 인가한다. 이에 의하여, 슬릿형 투과부(66a)가 투명한 상태로 되고, 다른 부분이 착색되어 광을 차광하게 되어있다. 이와같이, 액정소자를 슬릿판(66)으로 사용함으로써, 검출용 광의 형상을 임의로 설정할 수 있다. 슬릿판(66)으로서는 상기와 같은 액정소자 이외에도, 슬릿폭이 가변인 경우에는 2개의 날개를 모터 등으로 구동시키는 기구를 채용할 수도 있다.
한편, 수광계(34)에는, 유리플레이트(16)의 표면으로부터의 반사 광속을 입사하는 렌즈(74)와, 렌즈(74)로부터의 광속을 반사하고 그 반사방향을 진동에 의해 변화시키는 진동미러(76), 렌즈(74)로부터의 광속의 결상위치에 제공되어 있는 슬릿판(78), 미러(76)와 슬릿판(78)사이에 배치되어 있는 평행 평판유리(80) 및 슬릇판(78)을 투과한 광을 수광하는 수광소자(82)가 제공되어 있다.
슬릿판(78)의 거의 중앙에는 슬릿광(SL)을 통과시키기 위한 슬릿형 투과부(78a)가 형성되어 있다. 이 슬릿형 투과부(78a)는 송광계의 슬릿판(66)과 마찬가지로 액정표시소자로 구성되어 있고, 액정제어부(79)에 의하여 슬릿형 투과부(78a)의 범위(투과영역)를 제어할 수 있게 되어있다.
평행 평판유리(80)는 입사 광속의 광축을 이동(shift)시키는 것으로서, 도면(지면)에 수직방향으로 회전축을 가지며, 평행 평판구동부(84)에 의하여 일정각도의 범위안에서 회전가능하게 되어있다. 이에 따라, 평행 평판유리(80)의 경사각(회전각)을 조정함으로써, 렌즈(74)에 의한 슬릿상의 결상위치가 결상면(PO)과 수직인 방향으로 변위된다. 도면에서는 유리플레이트(16)의 표면과 결상면(PO)이 일치된 상태로 도시되어있다.
진동미러(76)는 지면과 수직을 이루는 방향으로 회전축을 가지며, 발진기(OSC)(88)로부터의 구동신호에 의해 제어되는 구동부(86)에 의하여 일정 각 주파수 및 일정 진폭으로 단진동된다. 수광소자(82)의 출력신호가 입력되는 동기검파회로(PSD)(90)에는 발진기(88)로부터 구동부(86)에 공급되는 구동신호와 동일한 위상의 교류신호가 공급되고, 이러한 교류신호의 위상을 기준으로하여 동기정류가 행하여진다. PSD(90)의 검파출력신호(포커싱 신호)는 S커브신호라 하고, 수광용 슬릿판(78)의 슬릿중심과 유리플레이트(16)으로부터의 반사 슬릿상의 진동중심이 일치하는 때에 제로(0) 레벨을 나타내게 되어있다.
이상과 같은 구성의 AF센서(32, 34)에 있어서, 송광계(32)내의 슬릿판(66)(슬릿형 투과부 66a)을 통과한 슬릿광(SL)은 유리플레이트(16)의 표면에서 일단 결상된 후, 수광계(34)측 렌즈(74)에 의하여 다시 슬릿판(78)상에 결상된다. 그 다음에, 슬릿판(78)상에 결상된 슬릿상은 진동미러(76)에 의하여 일정진폭으로 왕복이동한다. 여기에서, 유리플레이트(16)의 표면이 투영광학계(14)의 결상면(PO)에서 어긋나면, 이에 따라 슬릿상의 진동중심도 슬릿판(78)의 슬릿에 대하여 도면에서 좌우방향으로 변위된다. 이로 인하여, 유리플레이트(16)가 결상면(PO)에 대하여 상측으로 변위되어 있는 때에는, PSD(90)의 검파출력신호는 양의 레벨이 되고, 하측으로 변위되어 있는 때에는, 음의 레벨이 된다.
도 3은 본 실시예의 오토포커스장치의 제어계의 구성을 도시한 것이다. 이 제어계에서, 각 장치의 통괄적 제어를 행하는 주제어부(92)의 입력측에는 AF센서(32, 34)의 PSD(90)로부터의 포커싱 신호와 입력부(93)로부터의 유리플레이트 정보가 입력된다. 유리플레이트 정보로서는 유리플레이트(16)의 두께 및 재질 등이 포함된다. 이러한 정보에 대하여는, 노광장치 자체가 기억하고 있는 데이터를 판독하여도 되고, 유리플레이트(16)의 전(前)단계에서의 처리 데이터로부터 판독하여도 된다. 주제어부(92)의 출력측에는 Z레벨링 스테이지(20)를 구동시키는 Z스테이지 구동부(24), AF센서의 수광계(34)내에서 평행 평판유리(80)를 구동시키는 평행평판 구동부(84), 미러(76)를 구동시키는 미러구동부(86), 슬릿판(66 78)의 슬릿형 투과영역(66a, 78a)을 각각 제어하는 액정제어부(67, 79)등이 접속되어있다. 주제어부(92)에는 그외에도, 기억부(94) 및 소정의 연산을 행하는 연산부(95)가 접속되어있다.
주제어부(92)는 PSD(90)로부터의 포커싱 신호(동기검파출력신호)에 근거하여, Z스테이지 구동부(24)를 제어함으로써, 유리플레이트(16)의 Z방향위치를 조정한다. 또한, 평행평판 구동부(84)를 제어하고, 평행 평판유리(78)의 경사각을 조정함으로써, AF센서(32, 34)의 교정을 행하게 되어있다. 주제어부(92)는 그외에도, 입력부(93)로부터의 정보(유리플레이트 16의 두께 및 재질)에 근거하여, 액정제어부(67, 79)를 제어함으로써, 슬릿판(66, 78)의 슬릿형 투과부(66a, 78a)의 폭을 조정하는 동시에, 미러구동부(84)를 제어함으로써, 미러(76)의 구동량, 즉 슬릿광(SL)의 진폭을 조정하게 되어있다.
상기와 같은 구성의 본 실시예의 전체 동작을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 노광되어야할 유리플레이트(16)를 Z레벨링 스테이지(20)상에 적재하고, AF센서(32, 34)가 교정을 행한다. 즉, 제어부(92)에 의하여 Z스테이지 구동부(24)를 제어하고, 유리플레이트(16)상의 다음에 노광할 영역의 계측점을 투영광학계(14)의 결상면(PO)에 합치시킨다. 다음에, AF센서(32, 34)을 작동시켜서, 유리플레이트(16)로부터의 반사광이 수광 슬릿판(78)의 슬릿형 투과부(78a)의 진동중심으로 입사하고, PDS(90)로부터 출력되는 포커싱 신호가 제로(0)가 되도록, 구동부(84)를 거쳐 평행 평판유리(80)의 경사각도를 조정한다. 이에 의하여, 유리플레이트(16)가 투영광학계(14)의 광축상의 결상면(PO)에 위치하는 때에, PSD(90)으로부터 0의 출력신호가 제어부(92)에 공급되게 된다.
다음으로, 유리플레이트(16)의 두께 및 재질에 관한 유리플레이트 정보가 입력부(93)로부터 주제어부(92)에 공급되면, 이 정보는 일단 기억부(94)에 보존된후, 연산부(95)에 공급된다. 연산부(95)에서는 유리플레이트(16)의 두께 및 재질에 근거하여, 슬릿광(SL)의 최적폭을 산출한다. 즉, 슬릿광(SL)의 유리플레이트(16)표면에서의 반사광과 저면에서의 반산광이 중첩되지 않도록 하는 슬릿판(66, 78)의 슬릿형 투과부(66a, 78a)의 폭을 산출한다.
예를 들면, 유리플레이트(16)의 두께가 비교적 얇은 경우에는 슬릿판(66, 78)의 슬릿형 투과부(66a, 78a)의 폭을 좁게하여, 슬릿광(SL)의 폭을 좁힌다. 한편, 유리플레이트(16)의 두께가 두꺼운 경우에는, 슬릿판(66, 78)의 슬릿형 투과부(66a, 78a)의 폭을 넓게하여, 슬릿광(SL)의 폭을 넓힌다.
또한, 연산부(95)는 산출된 슬릿형 투과부(66a, 78a)의 폭에 근거하여, 슬릿광(SL)의 최적 진폭(이동량)을 구한다. 즉 슬릿광(SL)의 진폭이 슬릿광(SL) 자체폭의 2배가 되도록 진폭을 구한다. 주제어부(92)는 연산부(95)에 의하여 산출된 진폭에 근거하여, 구동부(86)내의 진동자(미도시)의 구동 증폭기의 이득(gain)을 제어하고, 슬릿광(SL)의 진폭을 조정한다. 도 4a 및 도 제4도b는 각각 슬릿광의 폭을 좁게한 경우와 넓게한 경우의 진폭(W)을 도시한 것이다. 도 5a 및 도 5b는 각각 슬릿광(SL)의 폭을 좁게한 경우와 넓게한 경우에, PSD(90)로부터 출력되는 포커싱 신호의 파형을 도시한 것이다. 도면에 의하여 알 수 있는 바와 같이, 슬릿광(SL)의 폭을 좁게한 경우(도 5a의 경우)에는, 유리플레이트(16)의 표면에서 반사되는 광과 저면에서 반사되는 광을 확실히 분리시킬 수 있는 반면에, 동적범위(D)가 좁게 되고, 유리플레이트(16)의 표면높이를 검출할 수 있는 범위가 좁아진다. 또한, 슬릿광(SL)의 폭을 넓게한 경우(도 5b의 경우)에는, 동적 범위(D)가 넓게 되어, 유리플레이트(16)의 표면높이를 검출할 수 있는 범위가 넓어진다. 레벨링 스테이지(20)에 적재되어 있는 유리플레이트(16)의 표면에 금속이 장착되어, 입사광이 저면에 도달하지 못하는 경우에는 유리플레이트(16)의 표면과 저면에서의 반사광의 분리를 고려할 필요가 없기 때문에, 유리플레이트(16)의 두께에 관계없이, 슬릿광의 폭을 넓게 한다. 즉, 유리플레이트(16) 표면에서의 반사광을 확실히 검출할 수 있는 범위안에서, 가능한 한 슬릿광(SL)와 폭을 넓게 함으로써, 유리플레이트(16)의 표면높이를 확실히 파악할 수 있다.
슬릿광(SL)의 폭과 진폭의 조정이 끝난 후에는, 제어부(92)에 의하여 XY스테이지구동부(26)를 거쳐 XY스테이지(22)를 구동시켜서, 유리플레이트(16)의 피노광 영역을 투영 광학계(14)의 결상위치까지 이동시킨다. 이와 동시에, Z스테이지구동부(24)를 거쳐 Z레벨링 스테이지(20)를 구동시켜서, 유리플레이트(16)의 Z축방향의 위치를 조정한다. 제어부(92)는 노광 개시 트리거(trigger)를 ON시켜 노광을 개시한다. 그후, 유리플레이트(16)상의 다른 쇼트영역에 대하여 순차노광을 행하는 때에도, 상기와 같은 포커싱 제어에 의하여 유리플레이트(16)의 Z축방향의 위치정렬을 행한다.
상기 실시예에서는 유리플레이트(16)의 두께나 재질에 근거하여 슬릿광(SL)의 폭을 결정하고 있으나, 본 발명은 이러한 형태로만 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 복수매(예 : 25매)로 구성되는 1로트(lot)의 유리플레이트을 노광하는 경우를 도 7에 의하여 설명하면 다음과 같다. Z레벨링 스테이지(20)에 유리플레이트(16)가 놓여있는가를 주제어부(92)에서 판단한다. 최초의 1매째인 때에, 오토포커스 동작은 슬릿판(66, 78)의 폭을 넓게하여 슬릿광(SL)의 폭을 비교적 넓게하며, 유리플레이트(16)의 표면높이의 검출가능범위를 넓힌다. 이에 의하여, 유리플레이트(16)의 표면위치를 확실하게 파악할 수 있다. 그러나, 처음부터 검출범위가 좁으면, 유리플레이트(16)의 Z방향위치가 검출범위외에 있는 경우가 있을 수 있다. 그러므로, 유리플레이트(16)의 표면높이를 계측한 후, Z레벨링 스테이지(20)를 투영광학계(14)의 광축방향으로 이동시켜서 대충 오토포커스를 행한다.
그 다음, 슬릿판(66, 78)의 폭을 좁혀서 슬릿광(SL)의 폭을 좁히고, PDS(90)의 계측정밀도를 높인 상태에서, 다시 유리플레이트(16)의 표면높이를 계측하고, Z레벨링 스테이지(20)를 투영광학계(14)의 광축방향으로 이동시켜서 정밀한 오토포커스를 행한다. 그 다음에, 마스크패턴을 유리플레이트(16)에 노광한다. 이때, Z레벨링 스테이지(20)의 높이를 기억한다. 이는 유리플레이트(16)의 다음의 위치를 결정하는 시간을 단축하기 위한 것이다.
유리플레이트(16)를 노광한 후, 이 유리플레이트를 Z레벨링 스테이지(20)로부터 배출하고, 다시 다음의 유리플레이트를 Z레벨링 스테이지(20)에 놓는다. 이때, 도시되지 않은 로더/언로더(loader/unloader)가 유리플레이트(16)를 지지하기 쉽도록, Z레벨링 스테이지(20)가 소정위치로 이동한다. Z레벨링 스테이지(20)에 적재되어 있는 다음의 유리플레이트(16)은 표면높이의 검출없이, 먼저 기억된 Z레벨링 스테이지(20)의 Z방향의 높이위치로 이동된다. 이는 로트가 동일하면, 유리플레이트(16)의 두께 등의 오차가 미소하기 때문이다. 따라서, 폭을 좁게한 슬릿광(SL)으로 표면높이를 정밀하게 검출한다. 이러한 방법으로 표면높이를 계측하면, 계측시간이 단축되며, 처리량도 향상된다. 상기와 같은 본 발명의 형태에서는, 로트의 최초의 유리플레이트에 대하여서뿐 아니라, 도중의 유리플레이트에 대하여도 동일하게 적용할 수 있다. 또한, 이상에서는 유리플레이트에 대하여 설명하였으나, 반도체용의 불투명한 기판에 대하여도 적용할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예로만 한정되는 것이 아니라, 특허청구범위의 범위에 제시된 본 발명의 기술적 사상으로서의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지의 변경을 행할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 있어서는 기판(16)의 두께나 재질에 따라 검출용 슬릿광(SL)의 폭을 조정하기 때문에, 기판(16) 표면에서의 반사광을 확실하게 검출할 수 있는 동시에, 기판(16) 표면의 높이를 정확하게 파악할 수 있다. 즉, 사용하는 기판(16)에 있어서, 저면반사의 영향을 받지 않는 최대의 동적범위가 얻어지고, 기판(16) 표면높이의 계측시간을 단축할 수 있다.
제1도는 본 발명의 실시예에 관한 투영노광장치의 구성을 도시한 개념도(정면도)이다.
제2도는 제1도에 도시된 실시예의 투영노광장치의 AF센서의 구성을 도시한 구성도(일부블록도)이다.
제3도는 제1도에 도시된 실시예의 투영노광장치의 제어계의 주요부의 구성을 도시한 블록도이다.
제4도a 및 제4도b는 본 발명의 실시예의 동작을 도시한 설명도이다.
제5도a 및 제5도b는 도 4a 및 4b에 대응하는, 본 발명의 실시예의 동작을 도시한 파형도이다.
제6도는 본 발명의 배경기술을 보여주는 설명도이다.
제7도는 본 발명의 또 다른 실시예의 동작을 도시하는 순서도이다.
* 도명의 주요부분에 대한 부호의 설명*
12 : 레티클 14 : 투영광학계
16 : 유리플레이트 20 : Z 레벨링 스테이지
24 : Z 스테이지구동부 32 : 송광계(AF센서)
34 : 수광계(AF센서) 66,78 : 슬릿판
66a,78a : 슬릿형 투과부 76 : 미러
86 : 미러 구동부 90 : PSD(동기검파회로)
92 : 주제어부 93 : 입력부
94 : 기억부 95 : 연산부
SL : 슬릿광

Claims (19)

  1. 기판 표면의 높이를 계측하는 표면 높이 계측장치에 있어서,
    상기 기판의 표면에 대하여 경사 방향으로부터 슬릿형 광을 조사하는 조사수단과;
    상기 조사수단에 의하여 조사되는 상기 슬릿형 광의 폭을 변경하는 변경수단과;
    상기 슬릿형 광의 결상 위치에 배치되고, 상기 슬릿형 광의 상(image)의 변위에 근거하여, 상기 기판의 표면 높이를 검출하는 검출수단을 구비한 것을 특징으로 하는 표면 높이 계측 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 변경수단은 상기 기판의 두께에 따라 상기 슬릿형 광의 폭을 변경하는 것을 특징으로 하는 표면 높이 계측 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 변경수단은 상기 기판의 두께가 두꺼울수록 상기 슬릿형 광의 광축 방향의 광의 폭을 넓게 하는 것을 특징으로 하는 표면 높이 계측 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 변경수단은 상기 기판의 높이를 대략적으로 검출할 때에는 상기 슬릿형 광의 폭을 넓게 하고, 상기 기판의 높이를 정밀하게 검출할 때에 는 상기 슬릿형 광의 폭을 좁게 하는 것을 특징으로 하는 표면 높이 계측 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 변경수단은 상기 기판의 재질에 따라서 상기 슬릿형 광의 폭을 변경하는 것을 특징으로 하는 표면 높이 계측 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 기판의 표면에서 반사된 상기 슬릿형 광의 결상 위치에 배치된 슬릿판과;
    상기 슬릿판에 대하여 상기 슬릿형 광의 상을 왕복 이동시키는 진동 제어수단을 구비하며,
    상기 진폭 제어수단은 상기 변경수단에 의하여 변경된 상기 슬릿형 광의 폭에 따라, 상기 왕복 이동 진폭을 제어하고,
    상기 검출수단은 상기 슬릿판을 투과한 상기 슬릿형 광에 근거하여 상기 기판의 표면의 높이를 검출하는 것을 특징으로 하는 표면 높이 계측 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 진폭 제어수단은 상기 슬릿형 광을 진폭시키기 위하여 상기 기판의 표면과 상기 검출수단 사이에 설치된 미러 부재와, 상기 미러 부재를 진동시키는 구동부를 구비한 것을 특징으로 하는 표면 계측 장치.
  8. 소정 패턴이 형성된 마스크에 노광용 '광을 조사하고, 상기 패턴의 상을 투영광학계를 거쳐 감광 기판의 표면에 전사하는 노광장치에 있어서,
    상기 기판의 표면에 대하여 경사방향으로부터 슬릿형 광을 조사하는 조사수단과;
    상기 조사수단으로부터 조사된 상기 슬릿형 광의 폭을 변경하는 변경수단과;
    상기 슬릿형 광의 결상위치에 배치되고, 상기 슬릿형 광의 상의 변위에 근거하여, 상기 기판의 표면 높이를 검출하는 검출수단과;
    상기 검출수단의 검출 결과에 근거하여, 상기 노광용 광의 포커싱 위치에 상기 감광기판의 표면을 합치시키도록, 상기 감광 기판을 상기 투명 광학계의 광축 방향으로 구동하는 구동수단을 구비한 것을 특징으로 하는 노광장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 변경수단은 상기 기판의 두께에 따라서 상기 슬릿형 광의 폭을 변경하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 변경수단은 상기 기판의 두께를 대략적으로 검출할 때에는 상기 슬릿형 광의 폭을 넓게 하고, 상기 기판의 높이를 정밀하게 검출할 때에는 상기 슬릿형 광의 폭을 좁게 하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 기판이 복수매로 구성된 1 로트의 기판을 노광처리하는 경우, 상기 변경수단은 상기 1 로트의 최초의 기판에 대하여는 상기 슬릿형 광의 폭을 넓게 하고, 상기 1 로트의 도중의 기판에 대하여는 상기 슬릿형 광의 폭을 좁게 하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  12. 제8항에 있어서, 상기 변경수단에 의하여 변경된 상기 슬릿형 광의 폭에 따라서, 상기 슬릿형 광의 진폭을 제어하는 진폭 제어수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 진폭 제어수단은 상기 슬릿형 광을 진폭시키기 위하여 상기 기판의 표면과 상기 검출수단 사이에 설치된 미러 부재와 상기 미러 부재를 진동시키는 구동부를 구비하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  14. 기판의 표면에 대하여 경사방향으로부터 계측용 광을 조사하여 상기 표면으로부터의 반사광에 근거하여 상기 표면의 높이를 계측하는 계측 방법에 있어서,
    상기 기판의 표면에 대하여 경사방향으로부터의 슬릿형 광을 조사하여, 상기 조사된 상기 슬릿형 광의 폭을 변경하고, 상기 슬릿형 광의 결상위치에서의 상기 슬릿형 광의 상의 변위에 근거하여, 상기 기판의 표면 높이를 검출하는 것을 특징으로 하는 표면 높이 계측 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 슬릿형 광의 폭을 변경할 때에는, 상기 기판의 표면으로부터의 반사광과 상기 기판의 저면으로부터의 반사광을 분리하는 것을 특징으로 하는 표면 높이 계측방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 기판의 표면 높이를 검출하기 전에 상기 기판으로부터의 반사광의 퍼짐에 따라 조사되는 상기 슬릿형 광의 폭을 변경하는 것을 특징으로 하는 표면 높이 계측방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 기판이 복수장으로 구성된 1 로트의 기판을 처리하는 경우, 상기 변경수단은 상기 1 로트의 최초의 기판에 대하여는 상기 슬릿형 광의 폭을 넓게 하고, 상기 1 로트의 도중의 기판에 대하여는 상기 슬릿형 광의 폭을 좁게 하는 것을 특징으로 하는 표면 높이 계측방법.
  18. 소정 패턴이 형성된 마스크에 노광용 광을 조사하고, 상기 패턴의 상을 투영광학계를 거쳐 감광기판의 표면에 전사하는 노광방법에 있어서,
    상기 기판의 표면에 대하여 경사방향으로부터의 슬릿형 광을 조사하고, 상기 조사된 상기 슬릿형 광의 폭을 변경하고, 상기 슬릿형 광의 결상위치에서의 상기 슬릿형 광의 상의 변위에 근거하여 상기 기판의 표면 높이를 검출하고, 상기 검출된 상기 기판의 표면 높이에 근거하여 상기 노광용 광의 포커싱 위치에 상기 감광기판의 표면을 합치시키도록, 상기 감광기판을 상기 투영 광학.계의 광폭 방향으로 구동하여 노광하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 기판이 복수장으로 구성된 1 로트의 기판을 노광처리하는 경우에 있어서, 상기 기판의 표면 높이를 검출하기 전에, 상기 1 로트의 최초의 기판에 대하여는 상기 슬릿형 광의 폭을 넓게 하고, 상기 1 로트의 도중의 기판에 대하여는 상기 슬릿형 광의 폭을 넓게 하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
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