KR100499188B1 - 투영노광방법및투영노광장치 - Google Patents

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Abstract

노광 영역의 형상 변경에 좌우되는 일 없이, 항상 적절한 초점 위치 맞춤을 행하여 고정밀도의 노광을 행한다.
감광 기판(W)상의 노광 영역을 설정하는 가변시야 조리개(45A,45B)의 설정 정보에 근거하여, 노광 영역의 중심이 투영광학계(PL)의 초점과 일치하도록 초점 조정이 행해진다. 이 때문에, 가변시야 조리개(45A,45B)를 사용하여 투영 광학계(PL)의 노광 가능 영역내에서 노광 가능 영역이 있는 일부만을 노광 영역으로서 설정하고, 이 부분만 노광을 행하는 경우라도, 설정된 노광 영역에 대하여 정확하게 초점을 맞춘 상태에서 노광이 행하여지는 것에서, 해상력의 향상을 도모할 수 있고, 이것에 의해, 노광 영역의 형상 변경에 좌우되는 일없이, 항상 적절한 초점 위치 맞춤을 행하여 고정밀도인 노광을 행하는 것이 가능하게 된다.

Description

투영 노광 방법 및 투영 노광 장치{PROJECTION EXPOSURE METHOD AND PROJECTION EXPOSURE APPARATUS}
본 발명은 투영노광방법 및 투영노광장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 노광광에 의해 패턴이 형성된 마스크를 조명하고, 해당 마스크에 형성된 패턴의 상을 투영광학계를 통해 감광기판상에 노광하는 투영노광방법 및 이 노광방법이 적용되는 투영노광장치에 관한 것이다. 본 발명은 시야 조리개에 의해 규정되는 감광 기판상의 노광영역의 형상의 여하에 관계되지 않고, 그 노광영역의 중심에서 초점위치맞춤을 행하는 점에 특징을 가지는 것이다.
자외선 등의 노광광을 이용하여 마스터 패턴을 투영광학계를 통해 스테이지 상의 감광기판에 전사하는 투영노광장치는 반도체 집적회로의 제조를 비롯한 여러가지의 정밀 가공 분야에서 실용화되어 있다. 이들 투영노광장치에서는 투영광학계의 결상면의 초점심도의 폭내에 감광기판의 현재의 노광 쇼트 영역을 설정하는 기구인 초점맞춤기구, 즉 오토포커스 기구가 필요하다.
이와 같은 초점맞춤기구는 일반적으로는 ① 직접 방식과 ② 간접 방식으로 분류된다. ①의 직접 방식에서는 스테이지상에 설치한 기준면에서의 마스터 패턴의 이미지의 초점맞춤점이 노광광을 사용하여 직접 검출된다. 구체적으로는 예를 들면 일본특허공개평1-286418호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 마스터 패턴면에 형성된 특수한 마크의 이미지가 그 기준면상에 투영된다. 그리고, 그 기준면에 형성된 마크의 투영 이미지를 투영광학계 및 마크를 통해 관찰하고, 마크에 의해 좁혀진 투영 이미지의 광량의 피크를 검출함으로써 초점맞춤점이 판별된다.
한편, ②의 간접 방식에 있어서는, 투영광학계에 대한 스테이지의 높이를 계측하는 계측 수단을 별도로 설치하고, 상술한 직접 방식을 이용하여 미리 구한 초점맞춤점에 그 계측 수단의 원점을 맞추고, 그 계측 수단을 이용하여 감광기판의 노광면의 높이를 검출하여, 간접적으로 그 노광면을 초점맞춤점까지 유도하도록 하고 있다. 예를 들면 일본 특허공개평1-41962호 공보 또는 일본 특허공개소 60-168112호 공보에는, 그 스테이지의 높이의 계측수단의 예로서, 투영광학계의 외측에 고정된 경사입사광 방식의 광학계를 사용하여 그 투영광학계 바로 아래의 노광면의 높이를 계측하는 기구가 개시되어 있다.
또한, 초점맞춤기구의 특별한 예로서는 예를 들면 일본 특허공개소57-212406호 공보에 있어서, 마스터 패턴면에 형성한 특수한 마크를 직접 감광기판의 노광면에 투영하고, 이 투영 이미지를 투영광학계 및 마크를 통해 검출함으로써 직접적으로 초점맞춤점을 판별하는 방식이 개시되어 있다.
이러한 배경의 근원으로 최근에는 가공 정밀도가 특히 높은 반도체 메모리 디바이스의 경우, 파장 365 nm의 i선을 사용하여 초점심도 1㎛ 이하의 투영광학계가 사용되고 있다. 상기 경우에는 초점맞춤점의 위치결정 정밀도로서 통상에서도 0.1 ㎛ 이하의 정밀도가 요구되며, 예를 들면 특공소62-50811호 공보에 개시되어 있는 노광광의 간섭현상을 이용한 특수한 투영노광방식에서는 0.5 ㎛ 이하의 극히 높은 정밀도가 요구된다.
그런데, 최근에는 노광 에어리어 확대에 수반하여, 복수칩을 한번에 노광하는 1쇼트 4칩 취득, 1쇼트 6칩 취득 등의 형태의 노광처리가 이루어지고, 이러한 경우에 투영광학계의 노광가능영역내의 일부 영역만을 노광하고자 하는 경우가 있다. 또한, 웨이퍼상의 일부 영역에 검사를 위한 패턴(TEG 패턴)을 형성할 필요가 있는 경우도 있다. 이 외에, 동일한 투영노광장치에서 다른 칩 사이즈의 웨이퍼를 노광하고자 하는 경우라든지, 복수 종류의 패턴이 형성된 레티클을 사용하여 동일한 감광기판이 다른 쇼트 영역에 각각의 패턴을 노광하고자 하는 경우도 있다. 이러한 경우에는 마스킹 처리를 하여 노광영역을 변경할 필요가 있으며, 이 때문에, 조명광학계내에 가변시야조리개(가동 블라인더)를 설치하여, 노광영역의 형상을 변경하는 것이 이루어져 있다.
그러나, 종래의 투영노광장치에서는 초점맞춤기구(오토포커스기구)의 검출중심(검출점)은 노광가능영역내의 정해진 점(통상은 투영광학계의 노광 가능 범위의 중심 부분, 즉 투영광학계의 광축)외에는 만들어져 있지 않으므로, 상술한 바와 같은 여러가지 이유로 투영광학계의 노광가능영역내에서 노광가능영역내의 일부 영역만을 블라인더 형상을 변경하여 노광하는 경우라도, 초점위치맞춤은 투영광학계(투영렌즈)의 중심에서 행해지며, 이 때문에 블라인더로 설정한 노광영역에 대하여 정확하게 초점이 맞지 않는 상태에서 노광이 행해져, 해상력 저하를 초래하고 있었다.
본 발명은 이러한 사정하에 이루어진 것으로, 청구항 제 1 항 내지 제 6 항 및 청구항 제 10 항 내지 제 14 항에 기재된 발명의 목적은 노광영역의 형상 변경에 좌우되는 일 없이, 항상 적절한 초점위치맞춤을 행하여 고정밀도의 노광을 행할 수 있는 투영노광방법을 제공하는 것에 있다.
또한, 청구항 제 7 항 내지 제 9 항 및 청구항 제 15 항 내지 제 17 항에 기재된 발명의 목적은 노광영역의 형상 변경에 좌우되는 일 없이, 항상 적절한 초점위치맞춤을 행하여 고정밀도인 노광이 가능한 투영노광장치를 제공하는 것에 있다.
청구항 제 1 항에 기재된 발명은 노광광(EL)에 의해 패턴이 형성된 마스크(R)를 조명하여, 이 마스크(R)에 형성된 패턴의 이미지를 투영광학계(PL)를 통해 감광기판(W)상에 노광하는 투영노광방법으로서, 노광에 앞서 상기 감광기판(W)상의 노광영역(sa)을 설정하는 가변시야조리개(45A,45B)의 설정정보에 기초하여, 상기 노광영역(sa)의 중심이 상기 투영광학계(PL)의 초점과 일치하도록 초점조정을 행하는 것을 특징으로 한다.
이것에 의하면, 감광기판상의 노광영역을 설정하는 가변시야조리개의 설정정보에 기초하여, 노광영역의 중심이 투영광학계의 초점과 일치하도록 초점조정이 행해진다. 이 때문에, 가변시야조리개를 사용하여 투영광학계의 노광가능영역내에서 노광가능영역내의 일부 영역만을 노광영역으로서 설정하고, 이 부분만 노광을 행하는 경우라도, 설정된 노광영역에 대하여 정확하게 초점을 맞춘 상태에서 노광이 행해지는 점에서, 노광영역의 형상 변경에 좌우되는 일 없이, 항상 적절한 초점위치맞춤을 행하여 고정밀도의 노광을 행하는 것이 가능하다.
이 경우에 있어서, 청구항 제 10 항에 기재된 발명과 같이, 노광을 행할 때의 감광기판 (W) 의 위치와 상이한 위치에서 초점조정을 행해도 상관없다. 또한, 가변시야조리개로 설정된 노광영역에 대하여 정확하게 초점을 맞추는 방법은 여러가지의 방법을 취할 수 있지만, 예를 들면, 청구항 제 2 항에 기재된 발명과 같이, 상기 가변시야조리개(45A,45B)의 설정 정보에 기초하여, 노광위치와 다른 위치에서, 상기 노광영역(sa) 중심의 상기 감광기판(W) 표면을 상기 투영광학계(PL)의 초점면에 초점맞춤시킨 후, 상기 감광기판(W)의 광축(AX) 방향의 위치를 유지한 채, 상기 감광기판(W)을 소정의 노광 위치에 위치 결정하도록 해도 된다. 이 방법은 종래의 노광처리 시퀀스에 있어서, 감광기판을 소정의 노광 위치에 위치결정하기 전에, 가변시야조리개에서 설정된 노광영역 중심의 감광기판 표면을 투영광학계의 초점면에 초점맞춤시키는 동작을 가하기만 해도 되므로, 소프트웨어를 약간 변경하는 것만으로 실현할 수 있다.
상기 청구항 제 2 항에 기재된 발명의 경우, 가변시야조리개에 의해 설정된 노광영역 중심에서의 초점위치맞춤 동작은 투영광학계의 노광가능영역의 중심에서 행하고, 노광은 설정된 노광영역을 노광 위치에 위치결정하여 행해지게 되므로, 노광은 투영광학계의 끝부분을 사용하는 경우가 있다. 그런데, 투영광학계에는 적지 않게 상면만곡 성분이 존재하기 때문에, 상면만곡 성분의 영향에 의해, 초점 어긋남(포커스 어긋남)이 발생할 가능성이 있다. 따라서, 노광영역중심에 있어서 초점위치맞춤 동작시에 이 상면만곡 성분의 영향에 의한 초점어긋남을 보정하는 것이 바람직하다.
이러한 점을 감안하여, 청구항 제 3 항에 기재된 발명은 노광광(EL)에 의해 패턴이 형성된 마스크(R)를 조명하여, 이 마스크(R)에 형성된 패턴의 이미지를 투영광학계(PL)를 통해 감광기판(W)상에 노광하는 투영노광방법으로서, 상기 투영광학계(PL)의 상면만곡을 측정하는 제 1 공정과 ; 상기 제 1 공정에서 얻어진 상면만곡 데이터와 상기 감광기판(W) 위의 노광영역(sa)의 형상을 규정하는 가변시야조리개(45A, 45B)의 설정 정보에 기초하여, 상기 노광영역(sa)의 중심에서 초점위치맞춤을 행하는 제 2 공정을 포함한다.
이것에 의하면, 제 2 공정과, 제 1 공정에서 얻어진 상면만곡 데이터와 감광기판상의 노광영역을 설정하는 가변시야조리개의 설정 정보에 기초하여, 노광영역의 중심에서 초점위치맞춤이 행해지므로, 상면만곡 성분의 영향에 의한 초점 어긋남을 보정한 최적의 초점위치맞춤이 가능하게 된다.
여기에서, 예를 들면 제 1 공정의 측정 동작을 미리 행하고, 이 측정 결과를 이용하여 노광시에, 제 2 공정의 동작을 해도 되지만, 청구항 제 4 항에 기재된 발명과 같이, 상기 제 1, 제 2 공정의 동작을 노광시에, 노광개시에 앞서 행해도 된다.
또한, 청구항 제 11 항에 기재된 발명과 같이, 상기 초점위치맞춤을 행하는 상기 감광기판의 위치와 상이한 노광위치에서 상기 감광기판의 노광을 행하는 제 3 공정을 더 포함해도 된다.
또한, 제 1 공정에서의 측정은 청구항 제 5 항에 기재된 발명과 같이, 감광기판상의 적어도 3점에 대하여 행하는 것이 바람직하다. 이 상면만곡의 측정점이 적은 경우에는 예를 들면, 청구항 제 6 항에 기재된 발명과 같이, 상기 제 2 공정에 앞서, 상기 제 1 공정에서 얻어진 데이터를 2차 내지 6차 함수를 사용하여 보간하고, 상기 제 2 공정에서 이 보간후의 상면만곡 데이터와 상기 가변시야조리개의 설정정보에 기초하여, 상기 노광영역의 중심에서 초점위치맞춤을 행하도록 해도 된다. 이렇게 하면, 제 1 공정에서의 측정에 시간이 그다지 걸리지 않고, 어느 정도 정확한 투영광학계의 상면만곡 데이터를 구하는 것이 가능하게 되기 때문에, 투영광학계의 어떤 부분을 사용하여 노광을 행하는 경우라도 상면만곡의 영향에 의한 초점어긋남을 고려한 초점위치맞춤이 가능하게 된다.
청구항 제 7 항에 기재된 발명은 노광광(EL)에 의해 패턴이 형성된 마스크(R)를 조명하여, 이 마스크(R)에 형성된 패턴의 이미지를 투영광학계(PL)를 통해 감광기판(W)상에 노광하는 투영노광장치로서, 상기 감광기판(W)을 유지하고 상기 투영광학계(PL)의 광축(AX) 방향 및 이것과 직교하는 면내의 직교 이축 방향을 포함하는 적어도 3축 방향으로 이동가능한 시료대(18)와; 상기 시료대(18)의 적어도 상기 3축 방향의 위치를 제어하는 위치제어계(21,12,16,27,31,44)와; 상기 투영광학계(PL)의 광축 근방에서 상기 감광기판의 상기 광축방향의 위치를 검출하는 초점검출계(40,42)와; 상기 패턴 이미지가 투영되는 상기 감광기판(W)상의 노광영역(sa)을 설정하는 가변시야조리개(45A,45B)와; 상기 가변시야조리개(45A,45B)의 설정 정보에 기초하여 상기 감광기판(W)상의 노광영역(sa)을 인식하며, 상기 위치 제어계와 상기 초점검출계를 이용하여, 상기 노광영역(sa)의 거의 중심을 상기 투영광학계의 초점에 초점맞춤시킨 후, 상기 감광기판(W)상의 노광영역(sa)을 소정의 노광 위치로 이동시키는 제어수단(44)을 구비한다.
이것에 의하면, 시료대가 감광기판을 유지하여 투영광학계의 광축방향 및 이것과 직교하는 면내의 직교 이축 방향을 포함하는 적어도 3축 방향으로 이동가능하게 되고, 이 시료대의 적어도 상기 3축 방향의 위치가 위치제어계에 의해 제어된다. 또한, 초점검출계에서는 투영광학계의 광축 근방에서 감광기판의 광축방향의 위치를 검출하도록 되어 있다.
이 경우, 마스크에 형성된 패턴 이미지가 투영되는 감광기판상의 노광영역이 가변시야조리개에 의해 설정되면, 제어수단으로서는 가변시야조리개의 설정 정보에 기초하여 감광기판상의 노광영역을 인식하고, 위치 제어계와 초점검출계를 사용하여, 노광영역의 거의 중심을 투영광학계의 초점에 초점맞춤시킨 후, 감광기판상의 노광영역을 소정의 노광 위치로 이동시킨다. 이 때문에, 가변시야조리개를 사용하여 투영광학계의 노광가능영역내에서 노광가능영역내의 일부 영역만을 노광영역으로서 설정하고, 이 부분만 노광을 행하는 경우라도, 설정된 노광영역에 대하여 정확하게 초점을 맞춘 상태에서 노광이 행해지는 것에서, 해상력의 향상을 도모할 수 있다. 따라서, 노광영역의 형상 변경에 좌우되는 일 없이, 항상 적절한 초점위치 맞춤을 행하여 고정밀도의 노광을 행하는 것이 가능하다.
청구항 제 8 항에 기재된 발명은 노광광(EL)에 의해 패턴이 형성된 마스크(R)를 조명하여, 이 마스크(R)에 형성된 패턴의 이미지를 투영광학계(PL)를 통해 감광기판(W)상에 노광하는 투영노광장치로서, 상기 감광기판(W)을 유지하여 상기 투영광학계(PL)의 광축(AX) 방향 및 이것에 직교하는 면내의 직교 이축 방향을 포함하는 적어도 3축 방향으로 이동가능한 시료대(18)와; 상기 시료대(18)의 적어도 상기 3축 방향의 위치를 제어하는 위치제어계(21,12,16,27,31,44)와; 상기 투영광학계(PL)의 광축 근방에서 상기 감광기판의 상기 광축방향의 위치를 검출하는 초점검출계(42,44)와; 상기 패턴 이미지가 투영되는 상기 감광기판(W) 위의 노광영역(sa)을 설정하는 가변시야조리개(45A,45B)와; 상기 감광기판(W) 위의 적어도 3점에 대하여 계측된 상기 투영광학계의 상면만곡 데이터가 기억되어 있는 메모리(96)와; 상기 상면만곡 데이터에 근거하여, 상기 투영광학계의 상기 노광영역내의 초점맞춤위치와, 상기 투영광학계의 광축 근방의 초점맞춤위치와의 차이를 연산하는 연산수단(44)과; 상기 가변시야조리개의 설정 정보에 기초하여, 상기 위치제어계를 통해 상기 노광영역의 거의 중심 영역이 상기 초점검출계의 검출중심에 일치하도록 상기 감광기판(W)을 위치결정하고, 상기 차이를 이용하여 상기 노광영역의 초점조정을 하는 제어수단(44)을 구비한다.
이것에 의하면, 메모리내에는 감광기판상의 적어도 3점에 대하여 계측된 투영광학계의 상면만곡 데이터가 기억되어 있다.
이 경우, 마스크에 형성된 패턴의 이미지가 투영되는 감광기판상의 노광영역이 가변시야조리개에 의해 설정되면, 연산수단으로서는 메모리내의 상면만곡 데이터에 기초하여, 투영광학계의 노광영역내의 초점맞춤위치와, 투영광학계의 광축 근방의 초점맞춤위치와의 차이를 연산한다. 그리고, 제어수단으로서는 상기 가변시야조리개의 설정정보에 기초하여, 위치제어계를 통해 노광영역의 거의 중심의 영역이 초점검출계의 검출중심에 일치하도록 감광기판을 위치결정하고, 상기 차분을 사용하여 초점검출계에 의해 노광영역의 초점조정을 한다.
이 때문에, 가변시야조리개를 사용하여 투영광학계의 노광가능영역내에서 노광가능영역내의 일부 영역만을 노광영역으로서 설정하고, 이 부분만 노광을 행하는 경우라도, 설정된 노광영역에 대하여 정확하게 초점을 맞춘 상태에서 노광이 행해질 뿐만 아니라, 제어수단에 의해, 상면만곡 데이터와 감광기판상의 노광영역을 설정하는 가변시야조리개의 설정정보에 기초하여, 노광영역의 중심에서 초점위치맞춤이 행해지므로, 상면만곡 성분의 영향에 의한 초점어긋남을 보정한 최적의 초점위치맞춤이 가능하게 된다. 따라서, 노광영역의 형상 변경에 좌우되는 일없이, 항상 청구항 제 7 항에 기재된 발명인 경우와 비교하더라도 보다 정밀도가 높은 초점위치맞춤을 행하는 것이 가능하며, 한층 더 고정밀도의 노광을 행할 수 있다.
이와 같이 미리 계측되어 메모리내에 기억되어 있는 상면만곡 데이터를 사용하여, 초점위치맞춤시에 상면만곡의 영향에 의한 초점어긋남을 보정해도 되지만, 노광시에, 투영광학계의 상면만곡을 계측해도 된다.
이러한 점을 감안하여, 청구항 제 9 항에 기재된 발명은 노광광(EL)에 의해 패턴이 형성된 마스크(R)를 조명하여, 이 마스크(R)에 형성된 패턴의 이미지를 투영광학계(PL)을 통해 감광기판(W)상에 노광하는 투영노광장치로서, 기준평면내를 2차원 이동가능한 기판스테이지(12)와; 상기 기판 스테이지(12)상에 탑재되며, 상기 감광기판(W)을 유지하고 투영광학계(PL)의 광축(AX) 방향으로 미동가능한 시료대(18)와; 상기 기판 스테이지(12)와 상기 시료대(18)를 각각의 이동방향으로 구동하는 구동계(21)와; 상기 시료대(18)의 상기 기준평면내의 위치를 계측하는 위치계측수단(31)과; 상기 위치계측수단(31)의 출력을 모니터하면서 상기 구동계(21)를 통해 상기 시료대(18)의 상기 기준평면내의 위치를 제어하는 스테이지 제어계(44)와; 상기 투영광학계(PL)의 광축(AX) 근방에서 상기 감광기판(W)의 상기 광축방향의 위치를 검출하는 초점검출계(42,44)와; 상기 패턴 이미지가 투영되는 상기 감광기판(W) 위의 노광영역(sa)을 설정하는 가변시야조리개(45A,45B)와; 상기 투영광학계(PL)의 최량결상면을 검출하는 제 2 초점검출계(30)와; 상기 가변시야조리개의 설정정보에 기초하여, 상기 가변시야조리개에서 설정된 상기 노광영역(sa)내 복수점의 상기 투영광학계(PL)의 상면만곡 데이터를 상기 제 2 초점검출계(30)를 이용하여 계측하는 상면만곡 계측수단(44)과; 상기 상면만곡 데이터에 기초하여 상기 노광영역내의 초점맞춤위치와 상기 초점검출계의 검출 중심 근방에서의 상기 투영광학계의 초점맞춤위치와의 차이를 연산하는 연산수단(44)과; 상기 가변시야조리개의 설정정보에 기초하여, 상기 스테이지 제어계(44)를 통해 상기 가변시야조리개에서 설정된 상기 노광영역의 중심점이 상기 초점검출계의 검출중심과 일치하도록 상기 감광기판을 위치결정하고, 상기 차이를 이용하여 상기 초점검출계(42,44)를 조정하여 초점위치맞춤을 행하는 제어수단(44)을 구비한다.
이것에 의하면, 기판스테이지는 기준 평면내를 2차원 이동가능하게 되고, 이 기판 스테이지상에, 감광기판을 유지하고 투영광학계의 광축방향으로 미동가능한 시료대가 탑재되어 있다. 따라서, 시료대는 기준 평면내를 2차원 이동가능하고 투영광학계의 광축방향으로 미동 가능하게 되어 있다. 구동계는 기판스테이지와 시료대를 각각의 이동방향으로 구동한다. 시료대의 기준평면내의 위치는 위치계측수단에 의해서 계측되며, 스테이지 제어계에서는 위치계측수단의 출력을 모니터하면서 구동계를 통해 기판스테이지의 위치를 제어하도록 되어 있다. 또한, 초점검출계에서는 투영광학계의 광축 근방에서 감광기판의 광축방향의 위치를 검출하도록 되어 있다. 투영광학계의 최량결상면을 검출하는 제 2 초점검출계도 설치되어 있다. 또한, 마스크의 패턴 이미지가 투영되는 감광기판상의 노광영역을 설정하는 가변시야조리개도 설치되어 있다.
이 경우, 상면만곡 계측수단에 의해, 가변시야조리개의 설정정보에 기초하여, 가변시야조리개에서 설정된 노광영역내의 복수점의 투영광학계의 상면만곡 데이터가 제 2 초점검출계를 이용하여 계측되면, 연산수단에서는 상면만곡 데이터에 기초하여 노광영역내의 초점맞춤위치와 초점검출계의 검출 중심 근방에서의 투영광학계의 초점맞춤위치와 차이를 산출한다. 그리고, 제어수단에서는 가변시야조리개의 설정정보에 기초하여, 스테이지 제어계를 통해 가변시야조리개에서 설정된 노광영역의 중심점이 초점검출계의 검출중심과 일치하도록 감광기판을 위치결정하며, 산출된 차이를 이용하여 초점검출계를 조정하여 초점위치맞춤을 행한다.
청구항 제12항에 기재된 발명은, 감광기판상의 노광영역을 가변으로 설정하는 가변시야조리개에 의해 설정된 노광영역내의 패턴 이미지를, 투영광학계 (PL)에 의해 상기 감광기판상으로 노광하는 투영노광방법에 있어서, 상기 가변시야조리개 (45A,45B) 에 의한 노광영역 (sa) 의 설정정보와 상기 투영광학계 (PL) 의 상면만곡에 관한 정보에 기초하여, 상기 노광영역의 중심이 상기 투영광학계 (PL) 의 결상위치에 합치되도록, 상기 투영광학계 (PL) 의 광축 (AX) 방향에서의 상기 감광기판 (W) 의 위치를 제어하는 것을 특징으로 한다.
이것에 의하면, 가변시야조리개에 의해 가변으로 설정된 감광기판상의 노광영역을 노광하는 경우에, 노광영역의 설정정보 및 상기 투영광학계의 상면만곡에 관한 정보에 기초하여, 투영광학계의 광축방향에서의 상기 감광기판의 위치를 제어함으로써, 노광영역의 중심을 투영광학계의 결상위치에 합치시킨 상태로 노광을 행할 수 있기 때문에, 상면만곡 성분의 영향에 의한 초점어긋남을 보정한 최적의 초점위치맞춤이 가능하게 된다. 따라서, 가변으로 설정된 감광기판상의 노광영역의 형상변경에 좌우되지 않고, 보다 정밀도 높은 초점위치맞춤을 행할 수 있게 되어, 한층 고정밀한 노광을 행할 수 있게 된다.
이 경우에 있어서, 투영광학계의 광축방향에서의 상기 감광기판의 위치를 제어함으로써, 노광영역의 중심을 투영광학계의 결상위치에 합치시키는 방법으로서, 청구항 제13항에 기재된 방법과 같이, 상기 노광영역 (sa) 의 중심 (P) 에서의 상기 투영광학계 (PL) 의 결상위치와 상기 투영광학계의 광축 (AX) 근방에서의 결상위치와의 차분을 산출하고, 상기 차분에 기초하여, 상기 감광기판의 위치를 제어함으로써, 상기 노광영역의 중심을 상기 투영광학계의 결상위치에 합치시켜도 된다.
또한, 투영광학계의 상면만곡에 관한 정보는, 청구항 제14항에 기재된 발명과 같이, 감광기판의 제어에 앞서, 계측해 두어도 된다.
청구항 제15항에 기재된 발명은, 투영광학계 (PL) 를 통해 패턴 이미지를 감광기판 (W) 상에 노광하는 투영노광장치에 있어서, 상기 감광기판 (W) 상의 노광영역 (sa) 을 설정하는 가변시야조리개 (45A,45B)와, 상기 가변시야조리개에 의해 설정되는 상기 노광영역의 설정정보와 상기 투영광학계의 상면만곡에 관한 정보에 기초하여, 상기 노광영역의 중심 (P) 이 상기 투영광학계의 결상위에 합치되도록, 상기 감광기판의 위치를 제어하는 제어수단 (21, 44) 을 구비한다.
이것에 의하면, 가변시야조리개에 의해 감광기판상의 노광영역이 설정되고, 상기 노광영역의 설정정보 및 상기 투영광학계의 상면만곡에 관한 정보에 기초하여, 상기 제어수단에 의해 상기 감광기판의 위치가 제어됨으로써, 상기 노광영역의 중심을 상기 투영광학계의 결상위치에 합치시킬 수 있기 때문에, 상면만곡 성분의 영향에 의한 초점어긋남을 보정한 최적의 초점위치맞춤이 가능하게 된다. 따라서, 설정된 감광기판상의 노광영역의 형상 변경에 좌우되지 않고, 항상 정밀도 높은 초점위치맞춤을 행할 수 있게 되어, 고정밀한 노광을 행할 수 있게 된다.
이 경우에 있어서, 감광기판의 위치를 제어함으로써, 노광영역의 중심을 투영광학계의 결상위치에 합치시키는 구체적인 방법으로서, 청구항 제16항에 기재된 발명과 같이, 초점검출계 (40, 42, 44) 에 의해 투영광학계의 광축방향에서의 상기 감광기판의 위치를 검출하고, 제어수단 (21, 44) 에 의해 상기 노광영역의 설정정보 및 상기 투영광학계의 상면만곡에 관한 정보에 기초하여, 상기 초점검출계의 검출결과에 오프셋을 부여하여 상기 감광기판의 위치를 제어해도 된다.
또한, 상기 초점검출계의 검출결과에 부여되는 오프셋는, 청구항 제17항에 기재된 발명과 같이, 초점검출계 (40, 42, 44) 에 의해 검출되는 검출신호에 부여되는 전기적인 오프셋일 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시형태를 도 1 내지 도 8에 기초하여 설명한다.
도 1에는 일실시형태와 관계되는 투영노광장치(10)의 개략 구성이 나타나 있다. 이 투영노광장치(10)는 이른바 스텝· 앤드· 리피트 방식의 축소투영형 노광장치이다.
이 투영노광장치(10)는 감광기판으로서의 웨이퍼(W)를 유지하여 기준평면(XY 평면)내를 XY 직교 이축 방향 및 기준평면에 직교하는 Z축 방향의 직교 3축 방향으로 이동가능한 시료대로서의 기판테이블(18)을 구비한 XY 스테이지 장치(14)와, 상기 기준평면에 직교하는 Z축 방향을 그 광축(AX) 방향으로서 XY 스테이지장치(14)의 상방에 배치된 투영광학계(PL)와, 이 투영광학계(PL)의 상방에서 그 광축(AX)에 직교하여 배치된 마스크로서의 레티클(R)을 유지하는 레티클 홀더(36)를 구비하고 있다.
이 중, XY 스테이지장치(14)는 베이스(11)와, 이 베이스(11)상을 도 1에서의 Y 방향(지면 좌우 방향)으로 왕복이동가능한 Y 스테이지(16)와, 이 Y 스테이지(16)상을 Y 방향과 직교하는 X 방향(지면 직교 방향)에 왕복이동가능한 기판스테이지로서의 X 스테이지(12)와, 이 X 스테이지(12)상에 설치된 기판테이블(18)을 가지고 있다. 또한, 기판테이블(18)상에, 웨이퍼홀더(25)가 설치되고, 이 웨이퍼홀더(25)에 의해서 웨이퍼(W)가 진공 흡착에 의해서 유지된다.
기판테이블(18)은 X스테이지(12)상에 XY 방향으로 위치결정되며 또한 Z축 방향의 이동 및 Z축 둘레의 회전(θ 회전)이 허용된 상태에서 설치되고, 이 기판테이블(18)상에는 이동거울(27)이 고정되며, 외부에 배치된 위치계측수단으로서의 간섭계(31)에 의해서 기판테이블(18)의 X방향, Y방향 및 θ 방향(Z축 둘레의 회전 방향)의 위치가 고정밀도(예를 들면, 0. 01μ m의 분해능으로)로 모니터되며, 간섭계(31)에 의해 얻어진 위치정보가 주제어장치(44)로 공급되어 있다. 주제어장치(44)는 구동계로서의 구동장치(21) 등을 통해 Y 스테이지(16), X 스테이지(12) 및 기판테이블(18)의 위치결정동작을 제어하는 동시에, 장치 전체의 동작을 통괄 제어한다. 또, 기판테이블(18)의 Z축 방향 구동 및 θ 회전은 구동장치(21)에 의해 도시하지 않는 Z· θ 구동기구를 통해 행해진다.
또한, 기판테이블(18)상의 일단부에는 도시하지 않는 오프액시스 방식의 얼라인먼트 검출계의 검출중심으로부터 투영광학계(PL)의 광축까지의 거리를 계측하는 베이스라인 계측 등을 위한 각종 기준마크가 형성된 기준마크판(FM)이 고정되어 있다. 이 기준마크판(FM)상의 마크에는 투영광학계(PL)의 최량결상면의 검출에 이용되는 기준패턴이 포함된다. 또, 이 투영광학계(PL)의 최량결상면을 검출하는 제 2 초점검출계의 구성 등에 관해서는 후술한다.
상기 레티클 홀더(36)는 그 상면의 4개의 코너부분에 진공 흡착부(34)를 가지고, 이 진공 흡착부(34)를 통해 레티클(R)이 레티클 홀더(36)상에 유지되어 있다. 이 레티클 홀더(36)는 레티클(R)상의 회로패턴이 형성된 영역인 패턴영역(PA)에 대응하는 개구(도시생략)를 가지며, 도시하지 않는 구동기구에 의해 X방향, Y방향, θ 방향(Z축 둘레의 회전 방향)으로 미동가능하게 되고, 이것에 의해서, 패턴영역(PA)의 중심(레티클 센터)이 투영광학계(PL)의 광축(AX)을 통하도록 레티클(R)의 위치결정이 가능한 구성으로 되어 있다.
이 투영노광장치(10)에서는 도시하지 않는 얼라인먼트 검출계의 검출신호에 기초하여 주제어장치(44)에 의해 레티클(R)과 웨이퍼(W)와의 위치맞춤(얼라인먼트)이 행해지며, 후술하는 초점검출계의 검출신호에 기초하여, 레티클(R)의 패턴면과 웨이퍼(W) 표면이 투영광학계(PL)에 관하여 공역으로 되도록, 또한 투영광학계(PL)의 초점면과 웨이퍼 W 표면이 일치하도록, 주제어장치(44)에 의해 구동장치(21)를 통해 기판테이블(18)이 Z축 방향으로 구동제어되어 면위치의 조정이 행해진다. 이렇게 하여 위치결정 및 초점맞춤이 이루어진 상태에서, 미러(97), 메인콘덴서 렌즈(99)를 포함하는 조명광학계로부터 사출된 노광광(EL)에 의해 레티클(R)의 패턴 영역(PA)이 거의 균일한 조도로 조명되면, 레티클(R)의 패턴 축소상이 투영광학계(PL)을 통해 표면에 포토레지스트가 도포된 웨이퍼(W)상에 결상된다.
여기에서, 도시는 생략하였지만, 조명광학계는 예를 들면 수은램프 등의 광원과, 이 광원으로부터 사출된 노광광을 집광하는 타원거울과, 이 집광된 노광광을 거의 평행한 광속으로 변환하는 인풋렌즈와, 이 인풋렌즈로부터 출력된 광속이 입사하여 후측(레티클측) 초점면에 다수의 2차광원을 형성하는 플라이아이렌즈와, 이들 2차광원으로부터 사출된 노광광을 집광하여 레티클(R)을 균일한 조도로 조명하는 콘덴서 렌즈계 등을 포함하여 구성할 수 있다. 또, 본 실시형태에서는 조명광학계내에는 2매의 L자형의 가동 블레이드(45A,45B)를 갖는 가변시야조리개로서의 가동 블라인더(이하, 이 가동 블라인더를 적당히「가동 블라인더(45A,45B)」라고 부른다)가 설치되어 있고, 이 가동 블라인더(45A,45B)의 배치면은 레티클(R)의 패턴면과 공역으로 되어 있다. 또한, 이 가동 블라인더(45A,45B) 근방에, 개구형상이 고정된 고정블라인더(46)가 배치되어 있다. 고정블라인더(46)는 예를 들면 4개의 나이프에지에 의해 직사각형의 폭을 둘러싼 시야 조리개이고, 그 직사각형 개구에 의해 투영광학계에 의한 노광가능영역(SA) (도 7참조)이 규정되어 있다.
가동 블라인더(45A,45B)는 가동 블라인더 구동기구(43A, 43B)에 의해서 XZ평면내에서 X, Z 축 방향으로 구동되며, 이것에 의해서 고정 블라인더(46)에서 규정된 레티클(R)상의 조명 영역의 일부가 마스킹되며, 조명영역이 임의의 형상(크기를 포함한다)의 직사각형으로 설정되며, 결과적으로 레티클(R)상의 조명영역과 공역인 웨이퍼(W)상의 노광영역도 임의 형상(크기를 포함한다)의 직사각형 영역에 설정된다. 즉, 본 실시형태에서는 가동 블라인더(45A,45B)에 의해서 웨이퍼(W)상의 노광영역(sa, 도 7 참조)이 설정되도록 되어 있다. 구동기구(43A,43B)의 동작이 도시하지 않는 메인컴퓨터로부터의 블라인더 설정정보(마스킹 정보)에 따라서 주제어장치(44)에 의해서 제어된다.
또한, 본 실시형태에서는 투영광학계(PL)에 의한 패턴의 투영영역내에 웨이퍼(W)가 위치하였을 때, 웨이퍼(W) 표면의 Z방향(광축(AX) 방향)의 위치를 검출하기 위해, 경사입사광식의 초점검출계가 설치되어 있다. 이 초점검출계는 광파이버속(81), 집광렌즈(82), 슬릿판(83), 렌즈(84), 미러(85) 및 조사대물렌즈(86)로 이루어지는 조사광학계(40)와, 집광대물렌즈(87), 회전방향 진동판(88), 결상렌즈(89), 수광용 슬릿판(93) 및 실리콘포토다이오드 또는 포토트랜지스터 등의 포토센서(90)로 이루어지는 수광광학계(42)로서 구성되어 있다.
여기에서, 이 초점검출계의 구성 각 부의 작용을 설명하면, 노광광(EL)과는 다른 웨이퍼(W)상의 포토레지스트를 감광시키지 않는 파장의 조명광이, 도시하지 않는 조명광원으로부터 광파이버속(81)을 통해 안내된다. 광파이버속(81)으로부터 사출된 조명광은 집광렌즈(82)를 거쳐서 슬릿판(83)을 조명한다. 슬릿판(83)의 슬릿(개구)을 투과한 조명광은 렌즈(84), 미러(85) 및 조사대물렌즈(86)를 통해 웨이퍼(W)를 비스듬히 조사한다. 이 때, 웨이퍼(W)의 표면이 최량결상면에 있으면, 슬릿판(83)의 슬릿의 이미지가, 렌즈(84), 조사대물렌즈(86)에 의해서 웨이퍼(W)의 표면에 결상된다. 또한, 대물렌즈(86)의 광축과 웨이퍼 표면과의 각도는 5∼12도 정도로 설정되며, 슬릿판(83)의 슬릿 이미지의 중심은 투영광학계(PL)의 광축(AX)이 웨이퍼(W)와 교차하는 점에 위치한다.
그런데, 웨이퍼(W)에서 반사된 슬릿 이미지의 광속은 집광대물렌즈(87), 회전방향 진동판(88) 및 결상렌즈(89)를 거쳐서 포토센서(90)의 앞측에 배치된 수광용 슬릿판(93)상에 재결상된다. 회전방향 진동판(88)은 수광용 슬릿판(93)으로 가능한 슬릿 이미지를, 그 긴쪽 방향과 직교하는 방향으로 미소 진동시키는 것이다. 여기에서, 결상 렌즈(89)와 수광용 슬릿판(93)과의 사이에, 수광용 슬릿판(93)상의 슬릿과 웨이퍼(W)로부터의 반사 슬릿 이미지의 진동중심과의 상대관계를, 슬릿 길이방향과 직교하는 방향으로 시프트시키기 위한, 플레인 패럴렐을 배치해도 된다.
여기에서, 주제어장치(44)에는 발진기(OSC.)가 내장되어 있고, 이 발진기로부터의 구동신호로 드라이브되는 가진장치(92)에 의해 회전방향 진동판(88)이 진동된다.
이렇게 해서, 슬릿 이미지가 수광용 슬릿판(93)상에서 진동하면, 슬릿판(93)의 슬릿을 투과한 광속은 포토센서(90)에서 수광된다. 그리고, 포토센서(90)로부터의 검출신호(광전 변환 신호)가 신호처리장치(91)로 공급된다. 이 신호처리장치(91)에는 동기검파회로(PSD)가 내장되고 있고, 이 동기검파회로에는 발진기로부터의 구동신호와 같은 위상의 교류신호가 입력되어 있다. 그리고, 신호처리장치(91)에서는 상기 교류신호의 위상을 기준으로 동기정류를 행하고, 그 검파출력신호, 즉 초점위치검출신호(FS)는 주제어장치(44)에 출력된다. 초점위치검출신호(FS)는 이른바 S 커브신호라고 불리고, 수광용 슬릿판(93)의 슬릿 중심과 웨이퍼(W)로부터의 반사 슬릿 이미지의 진동중심이 일치하였을 때에 영레벨로 되며, 웨이퍼(W)가 그 상태로부터 상방으로 변위하고 있을 때는 양의 레벨, 웨이퍼(W)가 하방으로 변위하고 있을 때는 음의 레벨이 된다. 따라서, 초점위치 검출신호(FS)가 영레벨이 되는 웨이퍼(W)의 높이위치(광축 방향위치)가 초점맞춤점으로서 검출된다.
단, 이러한 경사입사광 방식에서는 초점맞춤점(신호(FS)가 영레벨)이 된 웨이퍼(W)의 높이위치가, 언제나 최량결상면과 반드시 일치하고 있다는 보증은 없다. 즉, 초점위치 검출신호(FS)는 기준마크판(FM) 또는 웨이퍼(W)의 투영광학계(PL)의 광축방향의 위치를 나타내는 신호이고, 간접 방식으로 초점위치를 나타내는 신호이다. 따라서, 그 초점위치 검출신호(FS)를 이용하여 초점맞춤점을 검출하기 위해서는 미리 직접 방식으로 기준마크판(FM) 또는 웨이퍼(W)의 투영광학계(PL)에 대한 초점맞춤상태를 조사해 두며, 참된 초점맞춤점 또는 후술과 같이 그 근방의 위치에서의 초점위치 검출신호(FS)의 레벨이 미리 정해진 레벨(이것을「의사적인 초점맞춤 레벨」이라고 한다)이 되도록 오프세트의 조정(초점검출계(40,42)의 캘리브레이션)을 행하며, 이후는 신호(FS)가 그 의사적인 초점맞춤레벨이 되도록 판 테이블(18)의 Z축방향의 움직임을 제어하면 된다. 그 의사적인 초점맞춤레벨로서는 예를 들면 0 이 사용된다.
이러한 경우, 초점맞춤점 등으로 그 초점위치 검출신호(FS)의 레벨에 소정의 오프세트를 설정하여 초점검출계(40,42)의 캘리브레이션을 행하기 위해서는 광학적 및 전기적인 수법이 있지만, 광학적으로 설정하기 위해서는 요는 기준마크판(FM) 등이 Z축 방향의 소정 위치에 있는 상태에서 포토센서(90)의 수광면에서의 광량의 분포를, 소정의 위치로 변화시켜 주면 된다. 예를 들면, 상술한 바와 같이, 포토센서(90)의 전면에 플레인 패럴렐을 배치하여 이 플레인 패럴렐의 각도를 바꾸면, 포토센서(90)의 수광면에서의 광량의 분포가 변화하기 때문에, 이것에 의하여 캘리브레이션을 행할 수 있다. 또한, 신호(FS)의 값이 그 초점맞춤레벨이 되도록 전기적으로 오프세트를 가하도록 해도 된다.
이와 같이, 초점위치 검출신호(FS)는 간접 방식으로 초점맞춤점을 나타내는 신호이기 때문에, 노광광 흡수 등으로 투영광학계(PL)의 결상면(초점)의 위치가 변화한 바와 같은 경우에는 신호(FS)가 의사적인 초점맞춤 레벨이 되는 초점맞춤점과 실제의 초점맞춤점과의 사이에 어긋남이 생길 우려가 있다. 그래서, 본 실시형태에서는 캘리브레이션 신호(KS)를 이용하여 그 초점위치 검출신호(FS)의 오프세트 설정(초점검출계(40,42)의 캘리브레이션)을 행한다. 이 때문에, 본 실시형태에서는 투영광학계(PL)의 최량결상면을 검출하여 캘리브레이션 신호(KS)를 주제어장치(44)에 출력하는 제 2 초점검출계가 설치되어 있다.
다음에, 이 투영광학계(PL)의 최량결상면을 검출하는 제 2 초점검출계(30)에 대하여, 도 2에 기초하여 설명한다.
도 2에는 본 실시형태와 관계되는 투영노광장치(10)를 구성하는 투영광학계(PL)의 베스트포커스면을 검출하는 TTL 방식의 제 2 초점검출계(30)의 구성이 나타나 있다.
이 제 2 초점검출계(30)는 기판테이블(18)상에 웨이퍼(W)의 표면과 거의 같은 높이 위치에서 고정된 기준마크판(FM) (더 정확하게는 이 위의 기준패턴)과, 기준마크판(FM)의 하방(기판테이블(18)의 내분)에 설치된 미러(M1), 조명용 대물렌즈(50) 및 광파이버(51)와, 이 광파이버(51)의 입사단측에 설치된 빔스플리터(52), 렌즈계(53,54) 및 광전센서(55)를 포함하여 구성되어 있다.
도 2에 있어서, 조리개면(동면, EP)을 끼워서 전군, 후군으로 나눠 모식적으로 나타낸 투영광학계(PL)의 광축(AX)은 레티클(R)의 중심, 즉 패턴 영역(PA)의 중심을, 레티클 패턴면에 대하여 수직으로 통과한다.
상기 기준마크판(FM)의 상면에는 도 3에 도시한 바와 같이, 일정 피치의 라인/스페이스로 구성되는 진폭형의 회절격자마크(28A) 및 이 회절격자마크(28A)를 반시계 방향에 각각 45° , 90° 및 135° 회전시켜서 얻어지는 격자로 구성되는 회절격자마크(28B,28C 및28D)가 형성되어 있다. 이들 4종류의 회절격자마크(28A∼28D)에 의해 기준패턴(28)이 구성된다. 이와 같이 여러가지의 방향의 회절격자마크를 형성하는 것은 레티클(R) 상의 패턴의 영향을 제외하므로, 및 투영광학계(PL)의 이미지필드내의 임의의 점에서의 서지털(S) 방향 및 메리디오텔(M) 방향의 초점위치(비점수차)를 계측 가능하기 때문이다. 기준마크판(FM)의 회절격자마크 형성면과 웨이퍼(W)의 노광면과는 투영광학계(PL)의 광축 방향으로 같은 높이가 되도록 해둔다. 또, 기준마크판(FM)상에 형성하는 패턴은 위상형의 회절격자마크라도 된다.
그런데, 도 2에 있어서, 노광용 조명광(EL)이 렌즈계(53) 및 광파이버(51)의 입사단측에 배치된 빔스플리터(52)를 통해, 광파이버(51)에 도입된다. 이 조명광은 광파이버(51)의 사출단에서 사출되어 대물렌즈(50)에 의해서 집광되며, 미러(M1)를 통해 기준마크판(FM)의 회절격자마크(28A∼28D)를 동시에 뒷편에서 조사한다. 여기에서, 조명광(EL)은 레티클(R) 조명용의 광원(수은램프, 엑시머레이저등)으로 얻는 것이 바람직하지만, 별도로 전용의 광원을 준비해도 된다. 다만, 별도 광원으로 할 때는 노광용 조명광과 동일 파장, 또는 그것과 매우 근사한 파장의 조명광으로 할 필요가 있다.
또한, 대물렌즈(50)에 의한 기준마크판(FM)의 조명조건은 패턴투영시의 투영광학계(PL)에서의 조명조건과 극력 맞추는, 즉, 투영광학계(PL)의 상측의 조명광 개구수(N. A.)와 대물렌즈(50)로부터 기준마크판(FM)으로의 조명광의 개구수(N. A.)를 거의 일치시키는 것이 바람직하다.
조명광(EL)에 의해 조사된 기준마크판(FM)상의 회절격자마크(28A∼28D)에서는 투영광학계(PL)로 송진하는 상광속(像光束)이 발생한다. 도 2에 있어서, 기판테이블(18)은 투영광학계(PL)의 최량결상면(레티클 공역면, Fo)에서 약간 하방으로 기준마크판(FM)이 위치하도록 세트되어 있는 것으로 한다. 이 때 기준마크판(FM)상의 한 점으로부터 발생한 상광속(L1)은 투영광학계(PL)의 동면(EP)의 중심을 통과하며, 레티클(R)의 패턴면으로부터 약간 하방으로 어긋난 면(Fr)내에서 집광한 후에 발산하고, 레티클(R)의 패턴면에서 반사한 후 원래의 광로를 되돌아간다. 여기에서, 면(Fr)은 투영광학계(PL)에 관하여 기준마크판(FM)과 공역인 위치에 있다. 투영광학계(PL)가 양측 텔레센트릭계이면, 기준마크판(FM)상의 회절격자마크(발광마크, 28A∼28D)에서의 상광속은 레티클(R)의 하면(패턴면)에서 정규반사하여 다시 회절격자마크(발광마크, 28A∼28D)와 중첩하도록 되돌아온다. 단지, 도 2와 같이 기준마크판(FM)이 결상면(Fo)으로부터 어긋나 있으면, 기준마크판(FM)상에는 각 마크(28A∼ 28D)의 흐릿해진 반사상이 형성되고, 기준마크판(FM)이 결상면(Fo)과 일치하고 있을 때는 면(Fr)도 레티클(R)의 패턴면과 일치하게 되어, 기준마크판(FM)상에는 각 마크(28A∼28D)의 날카로운 반사상이 각각의 마크에 중첩하여 형성된다. 양측 텔레센트릭인 투영광학계(PL)에서는 레티클(R)의 패턴면에서의 반사상은 자신의 근원인 발광마크(28A∼28D)상에 투사된다. 그리고 기준마크판(FM)이 디포커스 되어 있으면, 반사상은 마크(28A∼28D)의 형상 크기보다도 크더라도, 또한 단위 면적당 조도도 저하한다.
그래서, 기준마크판(FM)상에 생기는 반사상중, 원래의 마크(28A∼28D)에서 차광되지 않은 상부분의 광속을 미러(M1), 대물렌즈(50)를 통해 광파이버(51)에서 수광하고, 빔스플리터(52), 렌즈계(54)를 통해 광전센서(55)로 수광하도록 한다. 광전센서(55)의 수광면은 투영광학계(PL)의 동면(푸리에 변환면, EP)과 거의 공역으로 배치된다.
도 2의 구성에 있어서는 기판테이블(18)을 상하 방향(Z 방향)으로 이동시키는 것만으로 컨트라스트 신호를 얻을 수 있다.
도 4에는 광전센서(55)의 출력신호, 즉 캐리브레이션 신호(KS)의 신호 레벨 특성이 나타나 있다. 이 도 4에 있어서, 횡축은 기판테이블(18)의 Z방향의 위치, 즉 기준마크판(FM)의 광축(AX) 방향의 높이 위치를 나타낸다. 여기에서, 도 4(A)는 발광마크(28A∼28D)가 레티클(R)의 패턴면내의 크롬부분에 역투영되었을 때의 신호 레벨을 나타내고, 도 4(B)는 패턴면내의 글라스부분(투명부분)에 역투영되었을 때의 신호 레벨을 나타낸다. 통상, 레티클의 크롬부분은 0.3 ∼ 0.5 ㎛ 정도의 두께로 글라스(석영)판에 증착되어 있고, 크롬부분의 반사율은 당연한 일이지만 글라스부분의 반사율보다는 현격히 크다. 그러나, 글라스부분에서의 반사율은 완전히 0 은 아니므로, 도 4(B)와 같이 레벨로서는 상당히 작지만, 검출은 가능하다. 또한, 일반적으로 실디바이스 제조용의 레티클은 패턴 밀도가 높기 때문에, 발광마크(28A∼28D)의 모든 역투영상이 레티클 패턴중의 글라스부분(투명부분)에 동시에 맺히는 확률은 극히 적다고 생각된다.
어떠한 경우라도, 기준마크판(FM)의 표면이 최량결상면(Fo)을 가로지르도록 광축 방향으로 이동되면, Z 방향의 위치(Zo)에서 신호 레벨이 극대치가 된다. 따라서, 기판테이블(18)의 Z 방향위치와 출력신호(KS)를 동시에 계측하고, 신호 레벨이 극대로 되었을 때의 Z 방향위치를 검출함으로써, 최량결상면(Fo)의 위치가 구해지며, 더우기 이 검출방식에서는 레티클(R) 내의 임의의 위치에서 결상면(Fo)의 검출이 가능하게 된다. 즉, 레티클(R)이 투영광학계(PL)의 물체측에 세트되어 있기만 하면, 언제나 투영시야(이미지필드)내의 임의의 위치에서 절대 포커스 위치(최량 결상면, Fo)를 계측할 수 있다. 또한 먼저 설명한 바와 같이 레티클(R)의 크롬층은 0.3 ∼ 0.5 ㎛ 두께이고, 이 두께에 의해서 생기는 최량 결상면(Fo)의 검출오차는 투영광학계(PL)의 투영배율을 예를 들면 1/5 축소로 하면, (0.3 ∼ 0.5)×(1/5) 2 = 0.012∼0.02 ㎛가 되고, 이것은 거의 무시할 수 있는 값이다.
다음에, 도 5 를 참조하여, 본 실시형태와 관계되는 투영노광장치(10)에서 초점위치 검출신호(FS)의 캘리브레이션을 행하는 경우의 전체 동작의 일례를 설명한다. 이 경우, 전번의 캘리브레이션 등에 의해, 기판테이블(18)의 Z축 좌표가 ZB의 위치가 초점맞춤점으로서 설정되어 있는 것으로 한다.
먼저, 도 5의 스텝(101)에 있어서, 주제어장치(44)는 구동장치(21)를 통해 X 스테이지(12), Y 스테이지(16)를 동작시키는 것에 의해, 기준마크판(FM)을 투영광학계(PL)의 이미지필드내의 원하는 계측점으로 이동시킨다. 다음의 스텝부(102)에 있어서, 주제어장치(44)는 구동장치(21)를 통해 기판테이블(18)의 Z 축 좌표를 현재의 초점맞춤점인 ZB 에서 ΔZ 만큼 하방으로 이동시킨다. 간격(ΔZ)은 투영광학계(PL)의 결상면의 Z 축 방향의 변동의 예상되는 최대의 절대값을 ZMAX 로 하면, ΔZ > ZMAX 이 되도록 선택된다.
그리고, 주제어장치(44)는 스텝(103)에 있어서, 구동장치(21) 및 도시하지 않는 Z· θ 구동기구를 통해 기판테이블(18)의 Z축 좌표를 (ZB-ΔZ)로부터 상방으로 거의 일정 속도로 주사시킨다. 이 주사가 개시되면, 스텝(104)에 있어서, 주제어장치(44)는 소정의 샘플링 펄스에 동기하여, 캘리브레이션 신호(KS) 및 초점위치 검출신호(FS)를 병행하여 넣어 각각 내부 메모리에 기록한다. 그리고, 스텝(105)에 있어서, 주제어장치(44)로서는 기판테이블(18)의 Z축 좌표가 (ZH+ΔZ)에 도달하였는지 아닌지를 조사하고, Z축 좌표가 (ZB+ΔZ)에 도달하지 않는 경우에는 스텝(103)으로 되돌아가고 Z축 방향으로의 주사를 계속한다. 또한, 스텝(105)에서 Z축 좌표가 (ZB + ΔZ)에 도달한 경우에는 스텝(106)으로 이행한다.
상기 스텝(102)∼스텝(105)에 있어서, 예를 들면, 주제어장치(44)의 내부 메모리내의 제 1 기억 영역내의 일련의 어드레스 영역에는 도 6(A) 중에 실선의 곡선(38)으로 나타낸 바와 같은 교정 신호(KS)가 기억되며, 내부 메모리내의 제 2 기억영역내의 일련의 어드레스 영역에는 도 6(B)에 나타낸 바와 같이 0 을 중심으로 하여 S자 형상으로 변화하는 초점위치 검출신호(FS)가 기억된다. 도 6(A) 및 (B)의 횡축은 어드레스이지만, 본 실시형태의 샘플링 펄스는 일정 시간 간격마다 하이 레벨 “1” 이 되는 펄스열이므로, 그 어드레스는 시간(t)이라고 간주할 수 있다. 또한, 기판테이블(18)은 거의 등속도로 상승하고 있기 때문에, 시간(t, 또는 어드레스의 값)에 1차 변환을 함으로써 기판테이블(18)의 Z축 좌표의 근사치를 구할 수 있다.
도 5로 되돌아가, 스텝(106)에 있어서, 주제어장치(44)로서는 교정 신호(KS)에서 구한 참된 초점맞춤점 또는 이 근방의 위치의 Z 축 좌표와 초점위치 검출신호(FS)에서 구해지는 의사적인 초점맞춤점의 Z 축 좌표와의 편차량(δ Z)을 산출한다.
예를 들면, 도 6의 예로서는 교정 신호(KS)가 최대가 될 때의 어드레스가 참된 초점맞춤점(Zc)에 대응하는 어드레스이고, 초점위치 검출신호(FS)가 S 커브 특성내에서 0 이 될 때의 어드레스가 전번의 캘리브레이션으로 설정한 초점맞춤점(ZB)에 대응하는 어드레스이다. 또, 기준마크판(FM)에 형성되어 있는 격자마크가 위상격자일 때에는 신호(KS)는 도 6(A) 중의 일점쇄선의 곡선(39)으로 나타낸 바와 같이 참된 초점맞춤점(Zc)에서 값이 최소가 된다. 따라서, 어떠한 경우라도 그 신호(KS)의 볼록 또는 오목 피크의 어드레스로부터 신호(FS)의 제로 크로스점의 어드레스를 빼서 얻어지는 편차 어드레스량에 소정의 1차연산을 함으로써 Z축 좌표상의 편차량(δ Z)이 구해진다.
이 경우, 도 5중의 스텝(107)에 나타낸 바와 같이, 스텝(102∼106)까지의 동작을 n회(n은 2이상 정수)반복함으로써 편차량의 계측 정밀도를 올릴 수 있다. 또한, 스텝(108)에 나타낸 바와 같이, 1개의 편차량을 산출할 때, 구동장치(21)를 통해 X 스테이지(12), Y 스테이지(16) 및 도시하지 않는 Z· θ 구동기구를 동작시키고, 기준마크판(FM)의 투영광학계(PL)의 광축에 수직인 면내에서의 위치를 미소량만 변위시킨다. 이것에 의해 기준마크판(FM)의 회절격자마크(28A∼28D)의 이미지가 투영되는 레티클(R)의 패턴 영역(PA)에서의 위치도 미소량만 변위하기 때문에, 그 패턴 영역(PA)의 패턴의 영향이 제거되어, 계측 정밀도의 저하가 방지된다.
또, 스텝(107)에서 계측이 n회 행해지고 있지 않다고 판단된 경우에 즉시 스텝(102)으로 되돌아가는 시퀀스로 해도 되는 것은 물론이다.
그 후, 스텝(109)에서, 주제어장치(44)로서는 참된 초점맞춤점 또는 이 근방의 위치의 Z 축 좌표와 초점위치 검출신호(FS)에서 구해지는 의사적인 초점맞춤점의 Z 축 좌표와의 편차량(δ Z)을 평균화하여 얻어진 편차량 <δ Z>를 내부 메모리에 격납한다. 이 이후, 주제어장치(44)는 전번의 캘리브레이션에 의해 설정된 Z 축 좌표의 값(ZB)에 <δ Z>를 가산하여 얻은 값(ZB + <δ Z> )를 초점맞춤점이라고 간주하고, 이 초점맞춤점에서의 초점위치 검출신호(FS)가 소정의 의사적인 초점맞춤 레벨이 되도록 오프세트의 조정을 행한다.
그런데, 본 실시형태와 관계되는 제 2 초점검출계(30)에 의하면, 레티클(R)이 투영광학계(PL)의 물체측에 세트되어 있기만 하면, 언제나 이미지필드내의 임의의 위치에서 절대 포커스위치(최량 결상면, Fo)를 계측할 수 있는 것은 상술한 바와 같고, 따라서 이 제 2 초점검출계(30)와 초점검출계(40,42)를 이용하여, 각 계측점마다 상기 스텝(102∼106)의 처리를 하는 것에 의해, 투영광학계(PL)의 상면 만곡을 계측할 수 있는 것은 특별히 설명을 요하지 않을 것이다.
그래서, 본 실시형태에서는 기판테이블(18)을 XY 차원면내에서 이동시키면서 초점검출계(40,42)와 제 2 초점검출계(30)를 이용하여 계측된 투영광학계(PL)의 상면 만곡 데이터가 기판테이블(18)의 XY 좌표위치와 대응되어 기억되어 있는 메모리(96)가, 주제어장치(44)에 병설되어 있다. 이 메모리(96)내에 기억되어 있는 데이터의 구체적 이용법에 관해서는 후술한다.
다음에, 상술한 바와 같이 하여 구성된 본 실시형태와 관계되는 투영노광장치(10)에 있어서의, 투영광학계(PL)에 의한 노광가능영역(SA)의 전역을 노광영역으로서 노광을 할 때의 동작에 대하여, 설명한다. 여기에서는 예를 들면 일본 특허공개소61-44429호 등에 개시되어 있는 바와 같은, 웨이퍼(W) 상의 얼라인먼트 마크 위치의 계측치와 쇼트 배열의 설계치에 기초하여, 최소제곱법을 이용한 통계 연산에 의해 웨이퍼상의 전쇼트 배열 좌표를 구하고, 이것에 기초하여 각 쇼트 영역을 노광 위치에 위치결정하는 이른바 인핸스드· 글로벌· 얼라인먼트(Enhanced Global Alignment 이하,「EGA」라고 한다) 방식에 의해, 스텝· 앤드· 리피트 방식의 노광이 행해지는 경우에 대하여 설명한다.
이 경우, 전제로서 도시하지 않는 레티클 현미경에 의한 레티클 얼라인먼트는 종료하고 있는 것으로 한다.
처음에, 주제어장치(44)에서는 기준마크판(FM)이 투영광학계(PL)의 밑에 위치하도록 구동장치(21)를 통해 Y 스테이지(16), X 스테이지(12)를 구동하고, 기판테이블(18)을 이동시키며, 이 때의 레이저 간섭계(31)의 출력을 도시하지 않는 내부 메모리에 기억한다. 다음에, 주제어장치(44)로서는 기준마크판(FM)이 도시하지 않는 얼라인먼트 센서의 밑에 위치하도록, 구동장치(21)를 통해 X 스테이지(12) 및 Y 스테이지(16)의 한쪽 또는 양방을 구동하여 기판테이블(18)을 이동하고, 이때의 얼라인먼트 센서의 출력과 레이저 간섭계(31)의 출력을 내부 메모리에 기억한다. 즉, 이렇게 하여 베이스라인 계측을 행한다. 또, 베이스라인 계측의 시퀀스는 본 실시형태에 있어서도 종래의 노광장치와 같기 때문에, 그 상세한 설명은 생략한다.
계속해서, 주제어장치(44)에서는 웨이퍼(W)상의 얼라인먼트용 마크가 도시하지 않는 얼라인먼트 센서의 밑에 위치하도록 구동장치(21)를 통해 기판테이블(18)을 이동시키며, 얼라인먼트센서의 출력과 레이저 간섭계(31)의 출력에 기초하여 얼라인먼트 마크위치를 검출한다. 이와 같이, 소정의 샘플쇼트에 부설된 얼라인먼트 마크의 위치 계측을 실행하고, 이 계측 결과를 이용하여 이른바 EGA 연산에 의해 웨이퍼(W) 상의 모든 쇼트배열 좌표를 구한다. 또, 이 EGA 연산에 대해서는 상기 일본특허공개소61-44429호 등에 상세히 개시되어 있기 때문에, 여기에서는 그 설명을 생략한다.
그 후, 주제어장치(44)에서는 상기 얼라인먼트용 마크위치의 검출결과와 상술한 베이스라인 계측 결과에 기초하여, 각 쇼트 영역(예를 들면, 1쇼트 1칩 얻기의 경우는 각 반도체칩에 상당)이 투영광학계(PL)의 밑에 순차 위치결정되도록 기판테이블(18)을 위치 제어하는 동시에 신호처리장치(91)로부터의 초점위치 검출신호(FS)에 기초하여 오토포커스 동작을 실행하면서, 조명계내의 도시하지 않는 셔터의 개폐를 제어하며, 기판테이블(18)의 스텝과 노광을 반복한다. 이렇게 하여, 스텝· 앤드· 리피트 방식으로 웨이퍼(W)상의 각 쇼트 영역으로 순차 겹쳐서 노광이 행해진다.
이 경우에 있어서, 도시하지 않는 메인컴퓨터로부터 블라인더 설정 정보(마스킹 정보)가 입력되면, 주제어장치(44)에서는 이 블라인더 설정 정보에 응답하여 블라인더 구동기구(43A, 43B)를 통해 가동 블라인더(45A,45B)를 구동하여 웨이퍼(W)상의 노광영역의 형상(크기를 포함한다)을 설정한다. 또한, 주제어장치(44)에서는 각 쇼트 영역을 투영광학계(PL)의 밑에 위치결정하는데 앞서서, 블라인더 설정 정보에 기초하여 가동 블라인더(45A,45B)에서 설정한 노광영역의 중심부분이 초점검출계(40,42)의 검출 중심과 일치하는 위치까지, 구동장치(21)를 통해 X 스테이지(12) 및 Y 스테이지(16)의 한쪽 또는 양방을 구동하여 기판테이블(18)을 이동시키며, 그 위치에서 신호처리장치(91)로부터의 초점위치 검출신호(FS)에 기초하여 구동장치(21)를 통해 기판테이블(18)의 Z 위치를 조정하여 초점위치맞춤을 행한다. 그리고, 그 때의 웨이퍼(W) 표면의 광축 방향 위치를 유지한 채로, 현재의 쇼트 영역이 노광 위치에 위치결정되도록, 구동장치(21)를 통해 X 스테이지(12) 및 Y 스테이지(16)의 한쪽 또는 양방을 구동하여 기판테이블(18)을 노광 위치까지 이동시켜서, 노광을 행한다.
이 때문에, 가동 블라인더(45A,45B)에서 설정한 노광영역에 대해서도, 초점이 맞는 상태에서 노광이 행해지며, 해상력의 향상, 즉 노광 정밀도의 향상을 도모하는 것이 가능하다.
여기에서, 예를 들면, 도 7에 실선으로 나타낸 노광가능영역(SA)의 우측상부의 1/4의 영역(사선부, sa)을 노광하는 경우에는 상기의 방법에 의하면, 실선으로 나타낸 위치에 있는 노광가능영역(SA)를 일단 이점 쇄선(가상선)으로 나타낸 위치까지 이동하고, 노광영역(sa)의 중심(P)을 노광필드(IF)의 중심(O)에 위치결정하며, 여기에서 초점위치맞춤을 행한 후, 웨이퍼(W)의 Z 위치를 유지한 채로 다시 영역(SA)을 실선으로 나타나는 위치로 이동시키고, 노광(인화)이 행해진다. 상기의 경우, 도 7로부터도 명백한 바와 같이, 가동 블라인더(45A,45B)에서 설정된 노광영역(sa) 중심(P)에서의 초점위치맞춤 동작은 투영광학계(PL)의 노광가능영역(SA)의 중심(O)부분에서 행하며, 노광은 가동 블라인더(45A,45B)에서 설정된 노광영역(sa)에 대하여 행해지게 되므로, 인화시에는 투영광학계(PL)의 끝 부분이 이용된다. 그런데, 투영광학계(PL)에는 많은 상면 만곡 성분이 존재하며, 초점검출계(40,42)는 그 검출점이 위치하고 있는 투영광학계(PL)의 베스트 포커스면에 맞도록 조정되어 있다. 따라서, 상면 만곡 성분의 영향에 의해, 포커스어긋남이 발생할 가능성이 있다. 따라서, 주제어장치(44)에서는 가동 블라인더(45A,45B)에 의해서 설정되는 웨이퍼(W)상의 노광영역(sa) 내의 상면 만곡 성분에 의한 포커스 어긋남도 보정하도록 하는 것이 바람직하다.
다음에, 이 상면 만곡 성분에 의한 포커스 어긋남의 보정도 고려한 초점위치 맞춤 동작에 대하여 설명한다. 여기에는 2개의 방법이 있다.
① 제 1 방법은 상술한 메모리(96)내에 기억되어 있는, 초점검출계(40, 42) 및 제 2 초점검출계(30)를 이용하여 미리 계측된 상면 만곡 데이터를 이용하는 방법이다.
이 경우, 도시하지 않는 메인컴퓨터로부터 블라인더 설정 정보가 입력되면, 주제어장치(44)에서는 이 블라인더설정 정보에 응답하여 블라인더 구동기구 (43A,43B) 를 통해 가동 블라인더(45A,45B)를 구동하여 웨이퍼(W) 상의 노광영역의 형상(크기를 포함한다)를 설정한다. 또한, 주제어장치(44)로서는 웨이퍼(W)상의 각 쇼트 영역을 투영광학계(PL)의 밑에 위치 결정하는 것에 앞서서, 블라인더 설정 정보에 기초하여 메모리(96)내에 기억되어 있는 노광영역(sa)내의 중심에 대응하는 상면 만곡 데이터에 기초하여, 투영광학계(PL)의 노광영역(sa)내의 초점맞춤위치와 투영광학계(PL)의 광축 근방의 초점맞춤위치(초점검출계(40,42)의 검출 중심에서의 초점맞춤위치)와의 차분을 연산하여 그 결과를 내부 메모리에 일시적으로 기억한다.
다음에, 주제어장치(44)에서는 블라인더 설정 정보에 기초하여 가동 블라인더(45A,45B)에서 설정한 노광영역(sa)의 중심 부분이 초점검출계(40,42)의 검출 중심과 일치하는 위치까지 구동장치(21)를 통해 X 스테이지(12) 및 Y 스테이지(16)의 한쪽 또는 양방을 구동하여 기판테이블(18)을 이동시키어, 그 위치에서 신호처리장치(91)로부터의 초점위치 검출신호(FS)에 기초하여 구동장치(21)를 통해 기판테이블(18)의 Z 위치를 조정하여 초점위치맞춤을 하지만, 이 때에, 주제어장치(44)에서는 먼저 연산한 차분을 이용하여 초점검출재의 검출신호(FS)에 전기적으로 오프세트를 설정하여 초점위치맞춤을 행한다.
그리고, 그 때의 웨이퍼(W) 표면의 광축 방향 위치를 유지한 채로, 노광영역(SA)이 노광 위치에 위치결정되도록, 구동장치(21)를 통해 X 스테이지(12) 및 Y 스테이지(16)의 한쪽 또는 양방을 구동하여 기판테이블(18)을 노광 위치까지 이동시키어, 노광을 행한다.
이 경우에 있어서, 메모리(96)내에 노광영역(sa)의 중심혹은 그 근방의 상면 만곡 데이터가 존재하지 않는 경우에는 메모리(96)내에 존재하는 그 점에 가까운 점의 상면 만곡 데이터를 2차 내지 6차 함수를 이용하여 보간하고, 이 보간후의 상면 만곡 데이터와 블라인더 설정 정보에 기초하여 노광영역(sa)의 중심에서 상기와 같이 초점위치맞춤을 행하도록 해도 된다.
이것에 의해, 투영광학계(PL)의 노광가능영역내의 어떤 부분에 있어서도 항상 양호한 인화를 하는 것이 가능하다.
② 제 2 방법은 메모리(96)가 없는 경우, 혹은 메모리(96)내에 적절한 상면 만곡 데이터가 존재하지 않는 경우를 고려한 것으로, 노광시에 리얼타임으로 투영광학계(PL)의 상면 만곡 데이터의 계측을 하는 것이다.
이하, 이 제 2 방법을 포함하는 노광시의 동작에 대하여, 도 8의 흐름도를 따라서 설명한다. 여기에서는 먼저 서술한 이른바 EGA 방식에 의해, 스텝· 앤드· 리피트 방식의 노광이 행해지는 경우에 대하여 설명한다.
도 8의 스텝(201)에 있어서, 주제어장치(44)에서는 도시하지 않는 레티클 현미경과 기준마크판(FM)상의 도시하지 않는 기준마크(통상 십자 모양 마크가 이용된다)와 레티클(R)에 도시하지 않는 레티클 마크(예를 들면, 이중십자 모양 마크)를 이용하여, 레티클 중심이 투영광학계(PL)의 광축과 거의 일치하도록 레티클(R)을 위치결정하며, 레티클 얼라인먼트를 행한다. 레티클 얼라인먼트의 시퀀스는 본 실시형태에 있어서도 종래의 노광장치와 같으므로, 그 상세한 설명은 생략한다.
다음 스텝(202)에 있어서, 주제어장치(44)에서는 도시하지 않는 메인컴퓨터로부터 블라인더 설정 정보(단, 이 경우 블라인더 설정 정보는 하나로는 한정하지 않는다)에 기초하여, 이 블라인더 설정 정보에 따라서 설정되는 노광영역내의 복수점(적어도 영역 중심을 포함하는 3점, 더욱 양호하게는 중심 및 4각의 상 높이가 같은 점의 5점, 더욱 양호하게는 중심 및 미리 정해진 일정 간격마다 상 높이가 증가하는 9 내지 13점)이고, 참된 초점맞춤점과 의사적인 초점맞춤점의 Z좌표의 편차를 구한다.
구체적으로는 상술한 도 5의 흐름도의 스텝(101)∼스텝(107)과 같은 동작을, 기판테이블(18)의 위치를 각 계측점 위치로 이동시키면서 행하고, 각 계측점에서의 캘리브레이션 신호(KS)에서 구한 참된 초점맞춤점 또는 이 근방의 위치의 Z축 좌표와 초점 위치 검출신호(FS)에서 구해지는 의사적인 초점맞춤점과의 Z 축 좌표와의 편차(베스트 포커스치와의 편차량)를 구한다. 이 각계측점에서의 편차량이 상면 만곡 데이터가 분명하다.
이 경우에 있어서, 도 7에 도시한 바와 같이, 노광 가능범위(SA)내에서, 측정점의 위치를 미리 정해 두고, 가동 블라인더(45A,45B)에서 설정된 영역(sa)내에 있는 측정점(A, 도 7중에 0로 표시)으로 상기의 참된 초점맞춤점과 의사적인 초점맞춤점과의 Z좌표의 편차를 구하도록 해도 된다.
다음 스텝(203)에서, 주제어장치(44)에서는 스텝(202)으로 계측한 편차량의 평균값을 산출하여 내부 메모리에 기억한다. 이 편차량의 평균값을 이용하여 초점검출계(40,42)의 검출신호(FS)에 전기적으로 오프세트를 설정하여 초점위치맞춤을 하면, 가동 블라인더(45A,45B)에서 설정된 노광영역(sa)내의 평균높이 위치를 초점맞춤면으로서 오토포커스가 실행된다.
다음 스텝(204)에서 주제어장치(44)는 노광처리로 등록되어 있는 블라인더 설정 정보의 전부에 대하여 상기 스텝(202-203)의 처리가 실행되었는지 아닌지를 판단하고, 이 판단이 부정된 경우에는 스텝(202∼203)의 처리를 반복한다. 한편, 스텝(204)에 있어서의 판단이 긍정된 경우에는 스텝(205)으로 진행하여, 간섭계(31)의 출력을 모니터하면서 레티클(R)과 웨이퍼(W)의 회전위치맞춤을 실행한 후, 스텝(206)으로 진행하여 베이스라인 계측 및 EGA 계측(샘플쇼트에 부착된 얼라인먼트마크의 위치 계측 및 그것을 이용한 통계연산)을 실행하고, 이 계측결과를 이용하여 웨이퍼(W) 상의 모든 쇼트배열 좌표를 구한다.
다음 스텝(207-208)에서는 웨이퍼(W)상의 각 쇼트 영역을 순차 가동 블라인더(45A,45B)에서 설정된 노광 위치에 위치결정하면서, 노광을 행하고, 모든 노광해야 할 쇼트 영역의 노광이 종료하면, 일련의 처리를 종료한다.
여기에서, 상기 스텝(207)에 있어서, 주제어장치(44)에서는 각 쇼트 영역에 대응하여 미리 정해진 블라인더 설정 정보가 변화할 때마다 블라인더 구동기구(43A,43B)를 통해 가동 블라인더(45A,45B)를 구동하여 웨이퍼(W)상의 노광영역의 형상(크기를 포함한다)을 설정하고, 스텝(206)에서 구해진 쇼트배열 좌표 및 블라인더 설정 정보에 기초하여 각 쇼트 영역을 노광 위치에 위치결정하면서, 노광을 행한다. 이 때, 각 쇼트 영역을 노광 위치에 위치 결정하는 것에 앞서서, 주제어장치(44)에서는 블라인더 설정 정보에 기초하여, 구동장치(21)를 통해 가동 블라인더(45A,45B)에서 설정된 노광영역(sa)의 중심점이 초점검출계(40,42)의 검출 중심에 일치하도록 웨이퍼(W)를 위치결정하고, 스텝(203)에서 산출한 편차분만 초점검출계(40,42)의 검출신호(FS)에, 예를 들면 전기적으로 오프세트를 설정하여 초점위치맞춤을 행한 후, 그 때의 웨이퍼(W) 표면의 광축 방향 위치를 유지한 채, 노광영역(sa)이 노광 위치에 위치결정되도록, 구동장치(21)를 통해 X 스테이지(12) 및 Y 스테이지(16)의 한쪽 또는 양방을 구동하여 기판테이블(18)을 노광 위치까지 이동시키며, 노광을 행한다.
이 경우도, 스텝(202)에 있어서의 처리를 노광영역(sa) 의 중심 혹은 그 근방에서 행하지 않은 경우에는 실제로 검출한 그 점에 가까운 점의 상면 만곡 데이터를 2차 내지 6차 함수를 이용하여 보간하고, 이 보간 후의 상면 만곡 데이터와 블라인더 설정 정보에 기초하여 노광영역(sa)의 중심에서 상기와 동일하게 하여 초점위치맞춤을 행하도록 하면 된다.
이것에 의해, 투영광학계(PL)의 노광가능영역(SA)내의 어떤 부분에 있어서도 항상 양호한 인화를 하는 것이 가능하게 된다. 또한, 이 제 2 방법에서는 노광처리로 등록되어 있는 블라인더 설정 정보의 전부에 대하여 스텝(202∼203)의 처리가 행해지므로, 레티클(R)에 복수 종류의 회로패턴이 형성되며, 복수 쇼트 영역마다, 각각의 패턴을 전사하는 경우 등에 특히 적절하다.
지금까지의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 실시형태로서는 구동장치(21), X 스테이지(12), Y 스테이지(16), 이동거울(27), 간섭계(31), 주제어장치(44)에 의해서 기판테이블(18)의 XYZ의 3축 방향의 위치를 제어하는 위치 제어계가 구성되어 있다. 또한, 주제어장치(44)의 기능에 의해서 스테이지 제어계, 상면 만곡 계측 수단, 연산수단, 제어수단이 실현되어 있다.
또, 상기 실시형태에서는 이른바 EGA 방식에 의해 스텝· 앤드· 리피트 방식의 노광을 행하는 경우에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 이른바 다이· 바이· 다이 방식에 의해 스텝· 앤드· 리피트 방식의 노광을 행하는 경우 등에도, 마찬가지로 적용할 수 있는 것은 물론이다.
상술한 바와 같이, 청구항 제 1 항 내지 제 6 항 및 청구항 제 10 항 내지 제 14 항에 기재된 발명에 의하면, 노광영역의 형상 변경에 좌우되는 일없이, 항상 적절한 초점위치맞춤을 행하여 고정밀도인 노광을 할 수 있는 투영노광방법이 제공된다.
또한, 청구항 제 7 항 내지 제 9 항 및 청구항 제 15 항 내지 제 17 항에 기재된 발명에 의하면, 노광영역의 형상 변경에 좌우되는 일 없이, 항상 적절한 초점위치맞춤을 행하여 고정밀도인 노광을 할 수 있다고 하는 종래에 없는 우수한 투영노광장치를 제공할 수 있다.
도 1은 일실시형태와 관계되는 투영노광장치의 개략 구성을 나타내는 도면.
도 2는 도 1의 투영노광장치를 구성하는 투영광학계의 베스트 포커스면을 검출하는 TTL 방식의 제 2 초점검출계의 구성을 나타내는 도면.
도 3은 도 1의 기준마크판(FM) 상면에 형성된 회절격자마크를 나타내는 도면.
도 4는 캘리브레이션 신호의 신호레벨특성을 나타내는 도면으로서, (A)는 발광마크가 레티클의 패턴면내의 크롬 부분에 역투영되었을 때의 신호레벨을 나타내는 도면, (B)는 패턴면내의 글라스부분(투명부분)에 역투영되었을 때의 신호레벨을 나타내는 도면.
도 5는 도 1의 투영노광장치에서 초점위치검출신호의 캘리브레이션을 행하는 경우의, 주제어장치의 제어알고리즘을 나타내는 흐름도.
도 6은 상기 캘리브레이션시에, 주제어장치의 내부 메모리내에 기억되는 신호를 나타내는 도면으로서, (A)는 캘리브레이션 신호를 나타내는 파형도, (B)는 초점위치검출신호를 나타내는 파형도.
도 7은 도 1의 가동 블라인더로 설정된 노광영역의 초점위치맞춤시의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 8은 노광시에 실시간으로 투영광학계(PL)의 상면만곡 데이터의 계측을 하는 방법을 포함하는, 노광시퀀스를 나타내는 흐름도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10: 투영노광장치 12X: 스테이지
18: 기판테이블 21: 구동장치
27: 이동거울 30: 제 2 초점검출계
31: 간섭계 40: 조명광학계
42: 수광광학계 44: 주제어장치
45A,45B: 가동블라인더 96: 메모리
EL: 노광광 R: 레티클
PL: 투영광학계 W: 웨이퍼

Claims (16)

  1. 노광광에 의해 패턴이 형성된 마스크를 조명하여, 이 마스크에 형성된 패턴의 이미지를 투영광학계를 통해 감광기판상에 노광하는 투영노광방법으로서,
    상기 투영광학계의 상면 만곡을 측정하는 제 1 공정; 및
    상기 제 1 공정에서 얻어진 상면 만곡 데이터와 상기 감광기판상의 노광영역의 형상을 규정하는 가변시야조리개의 설정 정보에 기초하여, 상기 노광영역의 중심에서 초점위치맞춤을 행하는 제 2 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 공정의 동작을 노광시에, 노광개시에 앞서 행하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 공정에서의 측정은 상기 감광기판상의 적어도 3점에 대하여 행하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 공정에 앞서, 상기 제 1 공정에서 얻어진 데이터를 2차 내지 6차 함수를 사용하여 보간하고,
    상기 제 2 공정에서의 이 보간후의 상면 만곡 데이터와 상기 가변시야조리개의 설정 정보에 기초하여, 상기 노광영역의 중심에서 초점위치맞춤을 행하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  5. 노광광에 의해 패턴이 형성된 마스크를 조명하여, 이 마스크에 형성된 패턴의 이미지를 투영광학계를 통해 감광기판상에 노광하는 투영노광장치로서,
    상기 감광기판을 유지하고 상기 투영광학계의 광축방향 및 이것에 직교하는 면내의 직교 이축 방향을 포함하는 적어도 3축 방향으로 이동가능한 시료대;
    상기 시료대의 적어도 상기 3축 방향의 위치를 제어하는 위치제어계;
    상기 투영광학계의 광축 근방에서 상기 감광기판의 상기 광축방향의 위치를 검출하는 초점검출계;
    상기 패턴 이미지가 투영되는 상기 감광기판상의 노광영역을 설정하는 가변시야조리개; 및
    상기 가변시야조리개의 설정 정보에 기초하여 상기 감광기판상의 노광영역을 인식하고, 상기 위치제어계와 상기 초점검출계를 사용하여, 상기 노광영역의 거의 중심을 상기 투영광학계의 초점에 초점맞춤시킨 후, 상기 감광기판상의 노광영역을 소정의 노광위치로 이동시키는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  6. 노광광에 의해 패턴이 형성된 마스크를 조명하여, 이 마스크에 형성된 패턴의 이미지를 투영광학계를 통해 감광기판상에 노광하는 투영노광장치로서,
    상기 감광기판을 유지하고 상기 투영광학계의 광축방향 및 이것과 직교하는 면내의 직교 이축 방향을 포함하는 적어도 3축 방향으로 이동가능한 시료대;
    상기 시료대의 적어도 상기 3축 방향의 위치를 제어하는 위치제어계;
    상기 투영광학계의 광축 근방에서 상기 감광기판의 상기 광축방향의 위치를 검출하는 초점검출계;
    상기 패턴 이미지가 투영되는 상기 감광기판상의 노광영역을 설정하는 가변시야조리개;
    상기 감광기판상의 적어도 3점에 대하여 계측된 상기 투영광학계의 상면만곡 데이터가 기억되어 있는 메모리;
    상기 상면만곡 데이터에 기초하여, 상기 투영광학계의 노광영역내의 초점맞춤위치와, 투영광학계의 광축 근방의 초점맞춤위치와의 차이를 연산하는 연산수단; 및
    상기 가변시야조리개의 설정정보에 기초하여, 상기 위치제어계를 통해 상기 노광영역의 거의 중심 영역이 상기 초점검출계의 검출 중심과 일치하도록 상기 감광기판을 위치결정하고, 상기 차이을 이용하여 노광영역의 초점조정을 하는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  7. 노광광에 의해 패턴이 형성된 마스크를 조명하여, 이 마스크에 형성된 패턴의 이미지를 투영광학계를 통해 감광기판상에 노광하는 투영노광장치로서,
    기준 평면내를 2차원 이동가능한 기판 스테이지;
    상기 기판 스테이지상에 탑재되고, 상기 감광기판을 유지하여 투영광학계의 광축 방향으로 미동가능한 시료대;
    상기 기판스테이지와 상기 시료대를 각각의 이동방향으로 구동하는 구동계;
    상기 시료대의 상기 기준 평면내의 위치를 계측하는 위치계측수단;
    상기 위치계측수단의 출력을 모니터하면서 상기 구동계를 통해 상기 기판 스테이지의 위치를 제어하는 스테이지 제어계;
    상기 투영광학계의 광축 근방에서 상기 감광기판의 상기 광축방향의 위치를 검출하는 초점검출계;
    상기 패턴 이미지가 투영되는 상기 감광기판상의 노광영역을 설정하는 가변시야조리개;
    상기 투영광학계의 최량결상면을 검출하는 제 2 초점검출계;
    상기 가변시야조리개의 설정정보에 기초하여, 상기 가변시야조리개로 설정된 상기 노광영역내의 복수점의 상기 투영광학계의 상면만곡 데이터를 상기 제 2 초점검출계를 사용하여 계측하는 상면만곡 계측수단;
    상기 상면만곡 데이터에 기초하여 상기 노광영역내의 초점맞춤위치와 상기 초점검출계의 검출중심 근방에서의 상기 투영광학계의 초점맞춤위치와의 차이를 연산하는 연산수단; 및
    상기 가변시야조리개의 설정정보에 기초하여, 상기 스테이지 제어계를 통해 상기 가변시야조리개로 설정된 상기 노광영역의 중심점이 상기 초점검출계의 검출중심에 일치하도록 상기 감광기판을 위치결정하고, 상기 차이를 이용하여 상기 초점검출계를 조정하여 초점위치맞춤을 행하는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  8. 노광광에 의해 패턴이 형성된 마스크를 조명하여, 이 마스크에 형성된 패턴의 이미지를 투영광학계를 통해 감광기판상에 노광하는 투영노광방법으로서,
    노광에 앞서, 상기 감광기판상의 노광영역을 설정하는 가변시야조리개의 설정 정보에 기초하여, 상기 노광영역의 중심이 상기 투영광학계의 결상 위치에 일치하도록 초점조정을 행한 후, 상기 초점조정을 행한 상기 감광기판의 위치와는 상이한 위치에서 상기 감광기판상의 상기 노광영역에 상기 패턴을 노광하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 초점위치맞춤을 행하는 상기 감광기판의 위치와 상이한 노광위치에서 상기 감광기판의 노광을 행하는 제 3 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  10. 감광기판상의 노광영역을 가변으로 설정하는 가변시야조리개에 의해 설정된 노광영역내의 패턴 이미지를, 투영광학계에 의해 상기 감광기판상에 노광하는 투영노광방법에 있어서,
    상기 가변시야조리개에 의한 노광영역의 설정정보와 상기 투영광학계의 상면만곡에 관한 정보에 기초하여, 상기 노광영역의 중심이 상기 투영광학계의 결상위치에 합치되도록, 상기 투영광학계의 광축방향에서의 상기 감광기판의 위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 가변시야조리개에 의한 노광영역의 설정정보와 상기 투영광학계의 상면만곡에 관한 정보에 기초하여, 상기 노광영역의 중심에서의 상기 투영광학계의 결상위치와 상기 투영광학계의 광축 근방에서의 결상위치와의 차이를 산출하는 단계; 및
    상기 차이에 기초하여, 상기 노광영역의 중심이 상기 투영광학계의 결상위치에 합치되도록 상기 기판의 위치를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 상면만곡에 관한 정보를 상기 감광기판 위치의 제어에 앞서 계측하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  13. 투영광학계를 통해 패턴 이미지를 감광기판상에 노광하는 투영노광장치에 있어서,
    상기 감광기판상의 노광영역을 설정하는 가변시야조리개; 및
    상기 가변시야조리에 의해 설정되는 상기 노광영역의 설정정보와 상기 투영광학계의 상면만곡에 관한 정보에 기초하여, 상기 노광영역의 중심이 상기 투영광학계의 결상위치에 합치되도록 상기 감광기판의 위치를 제어하는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 투영광학계의 광학방향에서의 상기 감광기판의 위치를 검출하는 초점검출계를 갖고,
    상기 제어수단은, 상기 노광영역의 설정정보와 상기 상면만곡에 관한 정보에 기초하여, 상기 초점검출계의 검출결과에 오프셋을 부여하여 상기 감광기판의 위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 검출결과에 부여되는 오프셋은, 상기 초점검출계의 검출신호에 부여되는 전기적인 오프셋인 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  16. 제 8 항에 있어서,
    상기 가변시야조리개의 설정 정보에 기초하여, 노광위치와 상이한 위치에서, 상기 노광영역의 중심의 상기 감광기판 표면을 상기 투영광학계의 초점면에 초점맞춤시킨 후, 상기 감광기판의 광축 방향의 위치를 유지한 채로, 상기 감광기판을 소정의 노광 위치에 위치 결정하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
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