KR100708770B1 - 위치검출장치, 표면형상 추정장치, 그리고, 노광장치 및 이것을 이용한 디바이스의 제조방법 - Google Patents

Abstract

소정의 패턴이 상부에 형성되어 있는 레티클 표면상의 상이한 지점에서, 레티클 표면에 대략 수직인 방향에 대해서, 위치를 검출하는 검출시스템을 구비한 위치검출장치에 있어서, 상기 검출시스템은, 광원으로부터의 광을 레티클 표면까지 향하게 하는 광투영부와, 상기 레티클 표면으로부터의 반사광을 수광하는 수광부를 포함하고, 상기 레티클 표면에 입사하는, 상기 광투영부로부터의 광의 입사각도가 45도이상인 것을 특징으로 한다.

Description

위치검출장치, 표면형상 추정장치, 그리고, 노광장치 및 이것을 이용한 디바이스의 제조방법{POSITION DETECTING APPARATUS, SURFACE SHAPE ESTIMATING APPARATUS, AND EXPOSURE APPARATUS AND DEVICE MANUFACTURING METHOD USING THE SAME}

본 발명은 일반적으로, 예를 들면, 반도체 소자 혹은 액정표시소자 제조용의 리소그라피 프로세스에서, 레티클 패턴에 대해서 웨이퍼 등의 기판을 노광하는 데 이용되는 투영노광방법 및 투영노광장치에 관한 것이다.

스텝-앤드-스캔방식의 노광장치 등의 최근의 주사방식의 투영노광장치(주사노광장치)는 스테퍼 등의 스텝-앤드-리피트방식의 노광장치에 부가해서, 반도체 소자 등의 제조에 이용되어 왔다. 이러한 투영노광장치에 사용되는 투영광학계는 그 한계에 가까운 해상력을 제공하도록 요구되고 있다. 이것을 감안해서, 해상력에 영향을 주는 인자(대기압, 주위온도 등)를 측정하고, 이러한 측정결과에 따라 결상특성을 보정하는 기구가 이용된다. 또한, 투영광학계의 개구수는, 고해상력을 달성하기 위해 커지게 되므로, 그 결과로서 초점심도는, 매우 낮아지게 된다. 이것을 고려해서, 사선입사형 초점위치 검출시스템이 표면 불균일성에 의해 가변되는 웨이퍼 표면의 초점위치(투영광학계의 광축방향의 위치)를 측정하는 데 이용된다. 또한, 자동초점기구가 초점위치측정에 따라, 웨이퍼 표면 위치를 조정해서 투영광학계의 상면과 일치시키는 데 이용된다.

또한, 최근, 레티클(마스크로서)의 변형에 기인한 결상오차는 무시할 수 없다. 구체적으로는, 예를 들어, 레티클의 패턴 표면이 투영광학계를 향해 균일하게 편향하거나 휠 경우, 결상위치는 레티클 패턴 표면의 변위와 동일한 방향으로 변위한다. 그 결과, 웨이퍼 위치가 동일하면, 초점이탈이 발생한다. 또, 레티클 패턴표면이 변형되면, 패턴 표면 내부의 패턴위치(투영광학계의 광축에 수직인 평면을 따른 방향의 위치)가 변할 수도 있다. 이러한 패턴의 횡방향 변위는, 왜곡오차를 일으키게 된다.

이러한 레티클 변형을 일으키는 인자는, (a) 중량변형, (b) 레티클 패턴표면의 평탄성 및 (c) 레티클이 레티클 홀더에 의해 흡인·유지될 때의 접촉면의 평탄성에 기인한 변형(이것은, 이물의 개입에 의해 초래된 변형을 포함함)으로서 분류될 수 있다. 이러한 인자에 의해 초래된 변형의 크기는 약 0.5미크론이나, 이러한 레티클이 결상위치에 투영배율 1:4를 지닌 투영광학계에 의해 투영되면, 레티클변형방향에 대해서 30m의 위치이탈을 일으키게 된다. 이것은 커서 무시할 수 없다. 이것을 고려해서, 레티클 패턴표면의 변형이 측정될 수 있고, 이 측정결과에 따라 결상성능이 보상될 수도 있다. 그러나, 레티클측정은 매우 정밀하게 행해져야만 한다. 또, 레티클 패턴표면의 변형량을 약 0.1미크론의 측정정밀도로 측정할 필요가 있다. 또한, 레티클 변형은 레티클마다 그리고 노광장치의 레티클 홀더마다 다르므로, 레티클 변형의 정확한 측정을 달성하기 위해서, 레티클이 투영광학장치의 레티클 홀터에 의해 실제로 흡인·유지되어 있는 상태에서 측정을 행할 필요가 있다.

상기 설명한 바와 같이, 투영노광장치에 있어서 높은 결상성능을 달성하기 위해, 웨이퍼측 뿐만 아니라 레티클측에서도 패턴표면형상의 측정을 행하는 것이 바람직하다. 이것을 위해, 레티클 표면(레티클면) 형상의 측정에 대해서는, 웨이퍼의 초점위치를 검출하는 사선입사형 자동초점센서와 유사한 위치센서를 레티클 스테이지측에 구비시켜도 된다.

이러한 경우, 레티클의 패턴표면은 그의 바닥면, 즉, 레티클의 투영광학계측에 형성되어 있으므로, 패턴표면 형상을 검출하는 검출광이 레티클의 바닥면쪽으로부터 사선으로(즉, 경사지게) 투영되어야만 한다. 그러나, 그 경우, 이 검출광은, 레티클의 패턴표면에 직접 도달하므로, 검출광이 패턴의 반사율의 차(즉, 크롬과 유리간의 반사율차)에 의해 영향받게 된다. 따라서, 표면형상의 정확한 검출을 달성하기가 곤란하다.

또, 이물입자의 부착에 대해서 레티클 패턴표면을 보호하기 위해, 먼지보호막(펠리클)이 금속프레임을 통해 레티클에 부착되는 경우도 있다. 이 경우, 금속프레임에 의해 사선으로 투영된 광이 차단될 수 있으므로, 이것을 방지하기 위해, 레티클 패턴표면에 대해서 검출광이 매우 얕은 각(큰 입사각)으로 투영되지 않을 필요가 있다. 또한, 금속프레임의 존재때문에, 사선입사형 위치센서의 검출광의 입사방향에 의존해서, 패턴표면의 위치검출 가능영역에 관해서 제한이 있다. 따라서, 패턴표면상의 샷(shot)영역 전체에 걸쳐서, 표면형상의 직접 측정을 행하는 것이 곤란하다.

[발명의 개시]

본 발명의 제 1양상에 의하면, 상기 과제중의 적어도 하나를 해결하기 위해, 소정의 패턴이 상부에 형성되어 있는 레티클 표면(즉, 레티클면)상의 상이한 지점에서, 해당 레티클 표면에 대략 수직인 방향에 대해서, 위치를 검출하는 검출수단을 구비한 위치검출시스템에 있어서; 상기 검출수단은, 광원으로부터의 광을 레티클 표면까지 향하게 하는 광투영부와, 상기 레티클 표면으로부터의 반사광을 수광하는 수광부를 포함하고; 상기 레티클 표면에 입사하는, 상기 광투영부로부터의 광의 입사각도가, 45도이상인 것을 특징으로 하는 위치검출시스템이 제공된다.

본 발명의 제 2양상에 의하면, 소정의 패턴이 상부에 형성되어 있는 레티클 표면상의 상이한 지점에서, 해당 레티클 표면에 대략 수직인 방향에 대해서, 위치를 검출하는 검출수단과; 상기 레티클 표면에 수직인 방향에 대해서 소정의 높이를 지닌 프레임과, 먼지부착 방지막을 지닌 먼지부착 방지수단을 구비한 위치검출시스템에 있어서; 상기 검출수단은, 광원으로부터의 광을 레티클 표면까지 향하게 하는 광투영부와, 상기 레티클 표면으로부터의 반사광을 수광하는 수광부를 포함하고; 상기 레티클 표면에 입사하는, 상기 광투영부로부터의 광의 입사각도가, 80도이하인 것을 특징으로 하는 위치검출시스템이 제공된다.

상기 제 2양상과 관련된 본 발명의 제 3양상에 있어서는, 상기 레티클 표면에 입사하는, 상기 광투영부로부터의 광의 입사각도는, 45도이상이다.

상기 제 1 내지 제 3양상중의 어느 하나와 관련된 본 발명의 제 4양상에 있 어서는, 상기 패턴이 주사노광시에 사용될 패턴으로 이루어지고, 상기 검출광은 주사방향에 대해서 사선으로 경사진 상태에서 상기 레티클 표면상에 입사한다.

상기 제 4양상과 관련된 본 발명의 제 5양상에 있어서는, 상기 레티클 표면에 대략 수직인 방향으로부터 볼 때, 상기 검출광은, 상기 주사방향에 대해서, 20도이상 70도이하의 각도를 이룬다.

본 발명의 제 6양상에 의하면, 대략 직사각형 형상 영역에 형성된 소정의 패턴을 지닌 레티클 표면상의 상이한 지점에서, 해당 레티클 표면에 대략 수직인 방향에 대해서, 위치를 검출하는 검출수단을 구비한 위치검출시스템에 있어서; 상기 검출수단은, 광원으로부터의 검출광을 레티클 표면까지 향하게 하는 광투영부를 포함하고; 상기 레티클 표면에 대략 수직인 방향으로부터 볼 때, 상기 레티클 표면상에 입사하는 검출광은, 상기 직사각형 형상의 변중의 어느 하나에 대해서, 20도이상 70도이하의 각도를 지니는 것을 특징으로 하는 위치검출시스템이 제공된다.

본 발명의 제 7양상에 의하면, 상기 제 1 내지 제 6양상중 어느 하나에 의한 위치검출시스템에 이용가능한 표면형상 추정시스템에 있어서, 상기 위치검출시스템에 의한 검출에 의거해서, 상기 상이한 지점이외의 레티클 표면의 영역의 표면형상을 추정하는 것을 특징으로 하는 표면형상 추정시스템이 제공된다.

본 발명의 제 8양상에 의하면, 패턴을 지닌 감광성 기판을, 투영노광을 통해 노광하는 노광장치에 있어서, 상기 제 1 내지 제 6양상중 어느 하나에 의한 위치검출시스템을 구비한 것을 특징으로 하는 노광장치가 제공된다.

본 발명의 제 9양상에 의하면, 노광장치는 상기 제 1 내지 제 6양상중 어느 하나에 의한 위치검출시스템에 의한 검출에 의거해서, 상기 레티클의 교체 및/또는 레티클의 재설정을 통지하는 경고수단을 또 구비해도 되고, 또는 상기 본 발명의 제 7양상에 의한 표면형상 추정시스템을 통해 추정을 행해도 된다.

본 발명의 제 10양상에 의하면, 상기 제 8 또는 제 9양상에 의한 노광장치를 이용해서 기판을 노광하는 공정과; 상기 노광된 기판을 현상하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조방법이 제공된다.

본 발명의 이들 및 기타 목적과, 특성 및 이점은, 첨부도면과 관련해서 취한 본 발명의 바람직한 실시형태의 이하의 설명을 고려하면 더욱 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시형태에 의한 투영노광장치의 주요구성의 개략도

도 2는 레티클 표면위치 검출시스템의 기능과 레티클변형을 설명하는 개략도

도 3A 내지 도 3C는 CCD센서상의 검출광의 파형신호를 예시한 도면으로서, 도 3A는 기준상태를 표시하고, 도 3B는 Z변위가 있으나, 신호가 레티클 패턴에 의해 영향받지 않는 상태를 표시하고, 도 3C는 Z변위가 있어, 신호가 레티클 패턴에 의해 영향을 받는 상태를 표시한 도면

도 4는 레티클 표면상에 형성되어 있는 패턴의 반사율의 차에 기인한 검출광파형의 중력중심의 변화를 설명하는 개략도

도 5는 검출광의 입사각, 패턴의 반사율비("크롬의 반사율" 대 "유리의 반사율") 및 패턴에 기인한 측정오차간의 관계를 설명하는 그래프

도 6은 금속프레임의 존재에 기인한 검출광의 입사각의 증가(θ₁₂< θ₁₁< θ₁₀)에 의해 검출영역이 어떻게 좁아지는지를 설명하기 위한, 검출단면과 검출평면을 표시한 도면

도 7은 검출광이 상이한 입사각 θ₁₂, θ₁₁ 및 θ₁₀(θ₁₂< θ₁₁< θ₁₀)에서 주사방향에 직교하는 방향으로부터 입사하는 검출영역에 관한 차이를 설명하는 개략도

도 8은 주사방향에 대해서 각도 φ를 지닌 방향으로부터 검출광이 사선으로 입사하는 경우의 검출영역에 대한 차를 설명하는 개략도

도 9는 주사방향에 대해서 각도 φ를 지닌 방향으로부터 검출광이 사선으로 입사할 경우, 금속프레임부재의 내부프레임으로부터 비주사방향에 대해서 큰 검출영역의 가장자리까지의 거리 "a"와, 금속프레임부재의 내부프레임으로부터 큰 검출영역의 가장자리까지의 거리 "b"를 설명하는 개략도

도 10A 내지 도 10C는 각각 3점(또는 5점)에 대해서 형성된 레티클 표면의 근사 측정에 의해 얻어질 수 있는, 추정된 이상적인 레티클 편향면(편향량 R_참값을 지님)과 근사된 레티클 편향면(편향량 R_측정을 지님)간의 관계를 설명하는 그래프로, 도 10A는 검출점(도면에서는 "측정점"이라 표기함)의 개수가 3개인 경우, 도 10B는 검출 스팬(span)이 확대된 경우, 도 10C는 측정점의 개수가 5개인 경우임.

도 11은 (i) 레티클 표면 형상이 근사에 의해 측정된 경우의 근사측정 표면과 실제 레티클 표면간의 편향영역차(R_측정 - R_참값)와, (ii) 검출가능영역( 대 샷영역)간의 관계를 설명하는 그래프

도 12는 레티클 표면의 측정을 행하기 위해 입사방향 φ를 따라 검출광이 사선으로 입사하는 검출과정을 설명하는 개략도

도 13은 주사방향에 대해서 입사각 θ₁₂, θ₁₁ 및 θ₁₀(θ₁₂< θ₁₁< θ₁₀), 그리고, 45도의 입사방향으로 검출광이 사선으로 입사할 경우의 검출영역에 관한 차를 설명하는 개략도

도 14는 레티클 패턴 근사 표면의 측정오차가 0.1미크론이하인 경우의 입사각영역과 입사방향영역을 설명하는 그래프

[발명을 수행하기 위한 최량의 형태]

이하, 본 발명의 실시형태에 대해 첨부도면을 참조해서 설명한다. 본 실시형태에서, 본 발명은 스텝-앤드-스캔(주사방식) 투영노광장치를 이용한 노광프로세스에 적용된다. 도 1은 투영노광장치의 주요부를 표시한 것이다. 동도면에 있어서, 레티클(R)은 그의 패턴담지면이 아래쪽을 향하도록 해서 진공흡인을 통해 레티클 홀더에 의해 유지되어 있다. 레티클 홀더는 도면의 시트에 수직인 방향으로 주사이동가능하다. 레티클 위쪽에는, 노광에 이용되는 광을 출력하는 광원(1)이 배치되고, 광원(1)과 레티클(R)사이에는 조명광학계(2)가 배치되어 있다. 조명광학계(2)로부터 떨어진 레티클(R)쪽에는, 투영광학계(PL)와 웨이퍼(W)가 있다. 웨이퍼(W)는 웨이퍼 전체표면노광, 주사노광 및 초점보정을 위해 경사조정가능한 동시에 X, Y, Z방향으로 이동가능한 웨이퍼 스테이지(WST)상에 탑재되어 있다. 도 1에 표시한 구성은 레티클(R), 투영광학계(PL), 웨이퍼(W), 레티클 스테이지(RST), 웨이퍼 스테이지(WST), 먼지부착 방지막(펠리클)(3), 금속프레임(4), 광원(5), 투영마크용 슬릿(6), 광투영렌즈(7), 수광렌즈(8), 검출기(9), 형상기억부(10), 연산부(11) 및 제어시스템(12)을 포함하고 있다.

본 실시형태의 투영노광동작은 통상의 투영노광장치의 것과 유사하다. 즉, 광원(1)으로부터 방출된 노광광은 레티클(R) 상으로 조명광학계(2)에 의해 투영된다. 다음에, 노광광에 의해서, 레티클 위에 형성된 패턴의 상은 투영광학계(PL)를 통해 웨이퍼(W) 위에 투영된다. 레티클(R)과 웨이퍼(W)는, 도면의 지면에 직교하는 방향으로 상대적으로 주사이동됨으로써, 1샷 노광을 행한다.

본 실시형태에서는, 도 1에 표시한 바와 같이, 레티클 표면위치 검출시스템은 레티클 홀더 밑에 위치되어 있다. 이 레티클 표면 위치검출시스템은 노광될 웨이퍼 표면을 투영광학계의 결상면과 일치시키기 위한 사선입사형 초점센서와 유사한 구조 및 기능을 지닌다. 구체적으로는, 이것은 광투영부와 광검출부로 이루어진다. 특히, 광투영부로부터의 검출광을 레티클의 패턴담지면상에 투영시키고, 또한, 그로부터의 반사광을 광검출부에 의해 검출함으로써, 레티클의 표면위치를 검출하는 기능을 한다. 광투영부는 주요 구성성분으로서 예를 들어 발광다이오드 등의 광원(5)과, 투영마크용 슬릿(6) 및 광투영렌즈(7)를 구비한다. 광검출부는, 주요 구성성분으로서, 수광렌즈(8)와 예를 들면, CCD센서 등의 검출기(9)를 구비한다. 여기서, 레티클 주사방향(도면의 지면에 수직인 방향) 및 레티클주사방향에 직교하는 방향(즉, 도면의 지면을 따른 횡방향)에 관해서, 복수의 검출시스템이 구비된다. 이 구성에 있어서 레티클을 주사함으로써, 표면위치가 레티클 표면상의 상이한 지점(검출점)에서 측정될 수 있다. 측정결과로부터, 레티클 표면의 표면형상이 측정될 수 있다.

이 표면형상 측정시스템에 의해 측정된 바와 같은 표면형상은, 형상기억부(10)에 의해 기억되고, 이어서, 레티클 전체면에 관한 근사표면은, 연산부(11)에 의해 산출된다

여기서, 상기 절차에 따라 측정된 바와 같은 레티클 패턴표면의 편향이나 휨을 보정하는 방법에 대해서는 이하의 방법을 들 수 있다.

(1) 휨을 물리적으로 보정하는 방법:

압전소자 혹은 기타 다른 작동기를 이용해서, 휨을 보정하는 방향에서 레티클에 힘을 인가함으로써, 상기 휨을 물리적으로 보정해도 된다. 여기서, 작동기는 압전소자로 제한되는 것은 아니다. 볼트와 너트 등을 이용해서 레티클에 힘을 인가해도 된다. 또는, 레티클의 상부쪽 및/또는 하부쪽에 압력제어가능한 폐쇄공간을 마련해서, 이 공간내부의 압력을 제어함으로써, 레티클의 휨을 보정해도 된다.

(2) 휨을 광학적으로 보정하는 방법:

주사방향에서의 레티클 전체 표면의 어떠한 휨도, 투영광학계의 광축방향(Z방향)으로 웨이퍼 스테이지를 이동하면서 주사방향으로 이동시킴으로써 광학적으로 보정할 수 있다. 주사방향의 휨에 대해서는, 주사노광은, 웨이퍼 스테이지를 상하방향으로 이동함으로써 레티클 패턴표면과 웨이퍼 표면사이의 콘쥬게이트 관계를 충분히 유지하면서 행하면 된다. 주사방향에 직교하는 방향의 휨에 대해서는, 투영광학계 내부의 광학소자 또는 소자들을 이동해서 상면만곡을 일으켜, 편향되어 있는 레티클 패턴표면을 웨이퍼 표면상에 충분히 결상되도록 조정하면서 주사노광을 행하도록 해도 된다. 웨이퍼 스테이지의 조정과 투영광학계의 조정이 실시간으로 행해지면서 주사노광이 행해질 수 있다면 최상이다. 만약 이들 양쪽의 조정이 실시간에 행해지기 어렵다면, 레티클을 주사방향에 대해서 복수영역으로 분할하고, 각 영역에 대해서, 웨이퍼 스테이지를 광축방향(Z방향)으로 구동하면 된다. 이것에 의하면, 제어가 매우 간단하게 된다. 또한, 주사방향과 직교하는 방향에서의 레티클휨에 관해서는, 이하의 절차를 행하면 된다. 통상, 편향된 레티클이 투영광학계에 의해 투영되면, 상면이 만곡되게 된다. 이것을 고려해서, 투영광학계의 광학소자(렌즈 혹은 거울(미러)이어도 됨)가 광축방향을 따라 이동함으로써, 투영광학계의 상면만곡을 변화시켜, 투영광학계의 광학소자를 변위시킴으로써 변화된 상면만곡과 레티클의 휨에 기인한 상면만곡을 서로 상쇄시킬 수 있다. 이러한 설정에 의하면, 레티클의 휨은 광학적으로 보정될 수 있다.

또한, 투영광학계의 광학소자를 이동시킴으로써 레티클의 만곡의 영향을 충분히 감소시키는 것이 가능하다면, 주사방향에 직교하는 방향의 휨뿐만 아니라 주사방향의 휨도, 광학소자를 이동시킴으로써 광학적으로 보정할 수 있다.

(3) 레티클을 다른 것으로 교체하는 방법:

레티클의 휨에 기인한 상면의 만곡을 허용가능범위까지 감소시킬 수 없고, 그것에 의해 노광결상성능이 열화되게 되는 것이 레티클 표면 형상측정의 결과로부터 판별되면, 제어시스템(12)을 통해 레티클 스테이지(RST)에 신호를 전송해서 해당 레티클의 교환이나 재설정을 재촉하는 기능을 시스템에 구비시킨다.

다음에, 본 발명의 실시형태에 대해 보다 상세히 설명한다.

이하, 도 2 및 도 3을 참조해서 상기 레티클 표면 위치검출시스템의 동작에 대해 설명한다. 광원(5)으로부터 방출된 광은, 투영마크용 슬릿(6)을 통과해서, 레티클 패턴표면에 인접한 위치에서 투영렌즈(7)에 의해 집광된다. 레티클 패턴표면에 의해 반사된 광은 수광렌즈(8)에 의해 재차 검출기(9)상에 집광된다. 광이 집광되는 레티클 표면에 인접한 위치를 검출점으로서 취하고, 주사방향에 직교하는 방향을 따라 설정된 검출점은 복수개 있다. 이러한 상태에서 레티클을 주사이동시키고, 각 검출점에서의 표면위치 검출은, 소정의 피치로 행한다. 측정결과에 의거해서, 레티클 표면의 표면형상이 측정된다. 이하, 표면형상 측정방법에 대해 보다 상세히 설명한다. 표면형상 검출시스템에 있어서, 도 2에 표시한 바와 같이, 광원(5)으로부터의 검출광은 파선으로 표시된 레티클 표면상에 사선으로 투영되고, 이와 같이 해서 반사된 광은 검출기(9)에 입사한다. 이러한 검출광은 CCD 센서 등에 의해 수광되어, 도 3A에 표시한 바와 같은 파형이 검출된다. 위치정보로서 파형의 중력중심위치를 취하여, 대응하는 검출점에서의 레티클 표면의 위치를 검출할 수 있다. 예를 들면, 레티클 패턴표면이 도 2에 있어서의 실선으로 표시한 바와 같이 휘게 되면, 이러한 레티클 표면에 의해 반사되어 광검출시스템으로 입력되는 검출광은 도 2에 있어서 실선의 화살표로 표시한 방향으로 변위된다. 그 경우, 레티클표면위치 검출시스템(5) 및 (9)에 의해 검출되는 검출파형(중력중심위치)은 도 3B에 표시한 바와 같이, 패턴표면 형상에 따라 그의 원래의 파형위치로부터 변위, 즉, 어긋나게 된다. 각 파형의 중력중심의 어긋남량으로부터, Z방향(레티클 표면에 수직인 방향)에 대한 검출점의 위치를 검출할 수 있다.

그러나, 레티클 (패턴)표면의 측정을 위해서, 패턴이 형성되어 있는 부분(즉, 크롬으로 피복된 부분)과, 패턴이 형성되어 있지 않은 부분(즉, 크롬으로 피복되지 않고 레티클 기판의 유리재가 노출되어 있는 부분)과의 양쪽에 대해서 검출광이 투영되면, 해당 검출광에 의해 생성된 파형이 왜곡될 가능성이 있다. 이것이 일어나면, 검출점의 Z축 위치(패턴 표면)의 오류 측정으로 되게 된다. 특히, 도 4에 표시한 바와 같은 검출광조사영역(즉, 도 4의 하부에 있어서의 4변형 영역)상에 검출광이 도달한 경우에, 검출광이 레티클 표면에 사선으로 입사해서, 상부에 패턴이 형성된 부분과 패턴이 형성되어 있지 않은 부분의 양쪽에 도달하면, 이들의 반사율의 차(즉, 크롬과 유리간의 반사율차)에 기인해서, 레티클 표면에 의해 반사되어 수광계에 의해 수광된 검출광의 파형이 변형될 수도 있다. 이러한 파형 변형은 파형의 중력 중심(즉, 무게 중심)의 변화로 되어, 레티클 표면상의 검출점의 위치의 착오 계측을 초래한다. 구체적으로는, 도 4의 아래쪽 도면에 있어서 사각으로 둘러싸인 영역에 검출광이 닿은 경우, 유리 쪽이 크롬 쪽보다도 반사율이 낮아지므로, 도 4의 위쪽 도면과 같이 반사광의 파형이 붕괴되어 버려, 파형의 중력 중심이 (본래 중력 중심이 있어야할 위치보다도) 왼쪽으로 벗어나 버린다. 이와 같은 착오 계측을 방지하게 위해, 혹은 계측 오차를 작게 하기 위한 대응책이 필요하다.
그래서, 측정광의 입사각도와 계측오차, 또 그 원인으로 되는 패턴의 반사율비("크롬의 반사율"/"유리의 반사율")의 관계를 나타낸 것이 도 5이다. 도 5로부터, 입사각도가 커질수록, 크롬과 유리의 반사율비가 작아져, 계측오차도 작게 되는 것을 알 수 있다. 노광장치의 레티클 패턴면의 검출에 있어서, 각 검출점의 계측오차는 0.1 ㎛ 정도 이내로 억제할 필요가 있다. 도 5에 있어서, 검출광의 패턴면에의 입사각도를 45°이상으로 설정하면, 크롬과 유리의 반사율비를 적게 억제하는 것이 가능하며, 계측오차를 0.1 ㎛이내로 하는 상기의 성능을 만족시키는 것이 가능하다는 것을 알 수 있다.
여기서, 상기 실시예에 있어서 유리로 기재하였으나, 이 유리는 석영, 불소 도핑 석영, 형석 등이라도 된다. 또, 유리, 석영, 불소 도핑 석영, 형석에 반사방지막 등을 도포한 데다가 크롬으로 패턴을 형성한 것을 레티클로 해도 된다.
상기 결과로부터 입사각도를 크게 하면 계측 정밀도는 좋게 되지만, 실제의 노광장치에 이용하는 레티클에는 도 1에 표시한 바와 같이 금속 프레임(4)을 통해서 먼지부착방지막(펠리클)(3)이 설치되는 일이 있어, 검출광의 패턴면에의 입사각의 설정범위에는 제약이 있는 것이 현실정이다. 예를 들면, 도 6은 패턴면에 입사하는 검출광을 주사방향과 직교하는 방향과 평행하게 한 경우이다. 이 경우에, 패턴면에의 검출광의 입사각도를 θ₁₀, θ₁₁, θ₁₂의 3 종류로 상정하였다. 각각의 입사각도의 검출광이 각각 소정의 NA를 지니고 있는 것을 고려하면, 도 6과 같이 입사각도가 커질수록, 위치검출가능영역이 펠리클로부터 멀어지고 있는 것을 알 수 있다.
도 7에 위치 검출가능영역을 표시하였다. 도 7은 레티클의 패턴면을 패턴면에 수직인 방향으로부터 본 도면이고, 금속 프레임은 펠리클의 프레임인 것이 있고, 여기서는 금속으로 하였으나, 금속 이외의 것으로 프레임을 형성해도 된다. 또, 샷 영역이란 레티클상에서 촬영하는 패턴이 형성되어 있는 영역이다. 여기서, 검출광의 패턴면에의 입사각도가 가장 작은 θ₁₂인 경우, 도 7에 있어서의 검출영역 # 1, 2, 3 모두의 영역이 검출가능하다. 다음에 두번째로 입사각도가 θ₁₁인 경우, 검출영역 # 2, 3의 영역이 검출가능하다. 최후로 가장 입사각도가 작은 θ₁₀의 경우 검출영역 # 3의 영역만이 검출가능하다.
즉, 전술한 바와 같이, 검출광의 패턴면에의 입사각도는 45도 이상으로 하지 않으면 소망의 계측정밀도가 얻어지지 않지만, 입사각도가 지나치게 크면, 패턴면 내의 검출가능영역이 작게 되어 버려, 샷 영역 전역을 위치검출하는 것이 가능하지 않게 되는 것을 알 수 있다.
그래서, 샷 영역 전체의 위치 검출을 행하지 않고, 샷 영역 전역의 면 형상을 알기 위한 방법으로서, 검출영역 내의 복수의 측정점에 있어서의 계측결과에 의거해서, 샷 영역 내의 레티클면의 형상을 근사 계측하는 것을 생각할 수 있다.
여기서는, 상기 레티클 패턴 면의 근사계측에 대해서 중요한 검토요소로 되는 검출 스팬(측정점 간의 간격), 검출점 개수와, 레티클의 휜 면을 근사할 때의 정밀도와의 연관성에 대해서 설명한다.
먼저, 도 10A에 있는 바와 같이 2차원적인 레티클의 휜 면을 상정한다. 그리고, 여기서는 위치검출을 행하는 점을 세 점으로 하고, 그 세 점의 검출점(도면에서는 "측정점"으로 표시함, 이하 마찬가지임)에 있어서의 검출결과에 의거해서, 레티클 패턴면의 근사면을 그리고 있다. 이때, 실제의 레티클 휨의 영역을 R_참값, 근사한 휜 면의 영역을 R_측정이라 한다. (여기서는 샷 영역을 휨 평가영역으로 하고, 샷 영역 내에서의 면 위치를 최대치, 최소치의 범위를 R로 정의하고 있다). 또, 도 10B에는 세 점의 검출점의 검출 스팬을 도 10A보다도 크게 한 경우를, 도 10A와 마찬가지로 되도록 표시하고 있다. 이 결과로부터, 검출 스팬이 작을 때보다 검출 스팬이 클 경우에, 레티클 패턴면 근사면의 형상이 실제의 레티클 패턴 형상에 가까운 것을 알 수 있다. 즉, 검출점의 개수가 결정되어 있는 경우, 검출 스팬은 큰 쪽이 근사면의 정밀도가 향상하는 것을 알 수 있다.
또한, 도 10C는 도 10A와 거의 마찬가지 영역 내에 검출점을 배치하고 있으나, 그 검출점의 개수를 증가시킨 경우이다. 여기서는 도 10A와 도 10C를 비교하면, 검출점의 개수가 적은 때보다도, 검출점의 수가 많은 경우의 쪽이, 레티클 패턴면의 근사면의 형상이 실제의 레티클 패턴면의 형상에 근사한 것을 알 수 있다. 즉, 검출하는 영역(검출가능영역)이 동일한 경우, 검출점의 개수를 증가시킨 쪽이, 레티클 패턴면의 근사면의 형상이 실제의 패턴면의 형상에 가까운 것을 알 수 있다. 검출점의 개수 이상과 같이 실제의 레티클 휜 면을 정밀도 좋게 계측하기 위해서는 검출점의 개수를 증가시키거나, 혹은 검출 스팬을 크게 해서 레티클의 휜 면을 근사계측하는 것이 필요하다. 그래서, 각 검출점에서의 계측오차를 0.1㎛ 이내로 하고, 검출점(3점 이상), 검출 스팬(검출광의 패턴면에의 입사각도나 입사방향에 의해 제한이 있지만, 여기서는 샷 영역내로 설계하는 것이 가능한 최대 스팬으로 한다)을 설정해서 레티클면 형상을 근사계측하였다. 이때의 검출가능영역(대 샷 영역)과 상기 레티클 휨 영역차(= R_측정 - R_참값)관계를 도 11에 표시하였다. 이것에 의하면 레티클면 형상을 근사계측할 때에 검출영역이 샷 영역의 80%이상인 한, 그 영역차는 0.1미크론 이하로 될 수 있음을 알 수 있다.

상기 결과에 의거한 효과적인 레티클 표면형상 측정시스템의 실시형태에 대해 이하 설명한다. 실제적인 레티클 표면형상검출에 있어서, 검출시스템의 조립체와 관련해서, 레티클 표면상의 비주사방향에 대해서 제한이 있을 수 있는 경우, 다수의 검출점이 설정될 수 없다. 이에 대해서, 측정피치를 감소시킴으로써, 주사방향을 따른 검출점을 증가시키는 것이 가능하다. 이 때문에, 도 12에 표시한 바와 같이, 레티클 표면의 검출영역의 비주사방향에 있어서의 검출 스팬이 확대되는 한편(검출점의 수가 제한되어 있으므로), 주사방향에 있어서 검출점의 수가 증가됨으로써, 레티클 패턴표면의 표면형상의 고정밀 근사를 확보할 수 있다. 그 경우, 각각의 검출방향(즉, 주사방향 및 주사방향에 직교하는 방향)에 있어서, 검출광에 대한 적절한 입사방향(φ)(즉, 레티클패턴표면에 수직인 방향에서 보아서, 패턴에 입사하는 검출광과 주사방향이 이루는 각도)을 설정함으로써, 직접 검출해야 할 영역을 확대시킬 수 있다. 이것에 의해, 패턴표면의 근사표면의 정밀도를 증대시킬 수 있다. 이것을 고려해서, 입사방향(φ)과 검출가능영역간의 관계는 다음과 같이 조사하였다.

도 8 및 도 9는 다음과 같은 파라미터를 설명하기 위한 도면이다. 도 8 및 도 9에 표시한 바와 같이, 검출광의 입사각을 θ, 입사방향을 φ, 개구수를 θ_NA, 금속프레임부재의 내부프레임과 외부프레임을 각각, P_xin×P_yin 및 P_xout×P_yout, 전체샷영역을 P_xshot×P_yshot, 금속프레임높이를 h, 레티클 패턴표면상의 최대검출영역을 X×Y라 하면, 금속프레임부재의 내부프레임으로부터 최대검출영역(검출가능영역)의 가장자리까지의 X방향에서의 거리 "a"와, 금속프레임부재의 내부프레임으로부터 최대검출영역(검출가능영역)의 가장자리까지의 Y방향에서의 거리 "b"는 다음과 같이 표현될 수 있다:

a = h/tan(90-θ-θ_NA)sinφ

b = h/tan(90-θ-θ_NA)cosφ.

또, 최대 검출영역에서의 X 및 Y는 다음과 같이 표현된다:

X = P_xin - 2×a

Y = P_yin - 2×b.

상기 관계에 의거해서, 도 13은 패턴표면상의 검출광의 입사각에 따른 검출가능영역을 표시한 것이다. 여기서, 도 6과 마찬가지로, 입사각의 세 가지 예 θ₁₀, θ₁₁ 및 θ₁₂(θ₁₀ > θ_{11 >} θ₁₂)를 설정하고, 이들 입사각에 대해서 검출가능영역을 조사하였다. 도 13으로부터 알 수 있는 바와 같이, 입사각 θ₁₂(최소입사각)에 대해서, 검출영역 #1, #2 및 #3이 모두 검출가능영역이고, 입사각 θ₁₁에 대해서는, 검출영역 #2 및 #3(샷영역의 80%정도)이 검출가능영역이다. 또, 입사각 θ₁₀에 대해서는, 검출영역 #3(샷영역의 50%정도)만이 검출가능영역이다. 즉, 입사각 θ₁₀이 너무 커서, 샷영역의 약 50%의 영역에만 검출점이 규정될 수 있으므로, 소망의 근사표면정밀도(0.1미크론이하)가 얻어질 수 없다는 것을 알 수 있다.

요약하면, 레티클 패턴표면의 형상을 소망의 정확도로 추정(근사)하기 위해서는, 패턴표면에 대한 검출광의 입사각이 45도(°)이하일 필요가 있고(레티클기판이 유리이고, 해당 유리기판상에 크롬패턴이 형성되어 있는 경우), 또, 검출점이 레티클의 샷영역의 80%이상인 영역에 구비되어 있는 것이 확보되는 입사각 및 입사방향으로 레티클 패턴표면상에 검출광을 투영할 필요가 있다.

P_xin = 120㎜, P_yin = 146㎜, P_xout = 124㎜, P_yout = 150㎜, P_xshot = 108㎜, P_yshot = 134㎜, h = 6.3㎜이고, 샷영역내의 검출가능영역이 80%이상인 예에 대해서 시뮬레이션을 행하였다. 도 14는 그 시뮬레이션의 결과를 표시한 것이다. 도면중의 기호 I는 각 검출점에서의 검출오차가 0.1미크론이하로 되는 것을 보증하는 조건을 나타내고, 기호 II는 샷영역의 80%이상이 검출가능영역으로 되는 것을 보증하는 조건을 나타낸다. 단, 여기서, 이들 결과는 입사방향의 45°선에 대해서 선형 대칭이므로, 45°입사방향보다 큰 영역에 대한 데이터는 생략되어 있다. 도 14로부터 알 수 있는 바와 같이, 입사각이 45°이상 80°이하인 경우, 패턴표면의 근사표면은 소정의 정밀도로 추정할 수 있다. 입사각이 45°이상 80°이하인 영역은 패턴이 유리기판상에 크롬에 의해 형성된 경우, 또는 금속프레임 또는 짧은 영역이 상기와 같은 수치로 설정되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 각종 상황에 대해서도 적용가능하다. 일례로서, 레티클의 기판은 유리가 아니어도 되고, 패턴을 형성하기 위한 재료는 크롬이 아니어도 된다. 또, 금속프레임부재의 높이, 내부프레임의 크기 및 샷영역의 크기가 상기 수치와 다르더라도, 금속프레임(펠리클)을 지닌 레티클이 사용될 경우, 상기와 같은 입사각을 설정하는 것은 여전히 바람직하다. 이것은, 다음과 같이, 검출광의 입사방향 φ의 경우에도 적용가능하다.

측정정밀도에 관해서 전체 샷영역을 통해 직접 측정을 행할 수 없을 경우에는, 검출광의 입사방향 φ를 0°이상 90°이하로 설정해도 된다. 이것에 의하면, 주사방향에 있어서, 직접 측정이 얻어질 수 없는 영역이 보다 크더라도, 비주사방향에 대해서 전체 샷영역(검출영역 X = 108 내지 120㎜, Y = 107 내지 108㎜)을 통해 직접측정이 가능해진다. 이 검출영역에 대해서, 검출점의 수와 검출 스팬은, 레티클 표면형상의 근사측정 정밀도를 증대시키기 위해 적절하게 설정해도 된다.

또, 상기 입사방향 φ(0°이상 90°이하)가 설정된 경우, 패턴이 형성되어 있지 않은 펠리클 내부프레임 안쪽 영역뿐만 아니라 샷영역에도 검출점이 구비되어어 있어도 된다.

또한, 패턴표면에 대한 검출광의 입사방향은 패턴표면에 수직인 방향에서 보아서, 주사방향에 대해 20°이상 70°이하의 각도를 이루도록 설정해도 된다. 이렇게 함으로써, 샷영역내부의 검출가능영역의 비율이 커지므로, 근사표면의 정밀도를 보다 향상시킬 수 있다.

상기와 같은 특징을 지닌 검출시스템에 의해 검출된 바와 같은 표면위치정보는 형상기억부(10)에 기억된다. 다음에, 이와 같이 기억된 표면위치정보에 의거해서, 연산부(11)는 레티클 표면 전체의 표면형상을 근사에 의해 산출한다. 상기 산출동안, 노광결상성능의 저감을 초래하는 표면형상이 발견되면, 주사방향에 대한 휨정보가 웨이퍼 스테이지에 공급되어, 주사노광동안 적절한 초점구동량을 확보하 도록 보정을 행한다. 또는, 레티클 표면형상측정의 결과로부터 노광결상성능이 손상된 것으로 판별되면, 상기 시스템은, 제어시스템(12)으로부터 레티클 스테이지(RST)에 신호를 공급해서 작업자에게 레티클의 교환 혹은 재설정을 재촉하는 기능을 지닌다.

조립체의 관점으로부터 가능하다면, 비주사방향에 대한 검출점의 수가 3개로 제한되지 않고, 1개의 검출점 혹은 2개의 검출점도 이용가능하다. 또, 4개 이상의 검출점을 설정해도 된다. 또한, 본 실시형태에 있어서, 레티클 기판은 크롬으로 도포한 유리재로 해서 그 위에 패턴을 형성하였으나, 기타 다른 소재를 이용해도 된다.

또, 본 실시형태에 있어서는, 주사방식 노광장치에 본 발명을 적용하였으나, 본 발명은 기타 방식의 노광장치에도 적용가능하다. 주사방식 이외의 방식의 노광장치에 적용할 경우, 상기 실시형태에 있어서 주사방향으로서 정의되는 방향은, 패턴이 형성되어 있는 레티클의 실제적으로 직사각형모양의 샷영역의 변중의 어느 하나의 방향이어도 된다.

상기 설명한 바와 같이, 본 발명은 주사방식의 노광장치(스캐너) 및 스테퍼라 불리는 노광장치에 적용가능하다. 또, 본 발명은, 이러한 노광장치를 이용해서 웨이퍼를 노광하는 공정과, 공지의 기구를 이용하는 현상공정을 포함하는 디바이스의 제조방법에도 적용가능하다.

상기 표면위치 검출시스템에 있어서, 레티클 패턴표면의 측정오차를 줄이기 위해서 검출광으로서 편광광을 이용해도 된다. 이 경우, 상기 설명한 바와 같이, 검출광의 입사각과 입사방향은, 측정정밀도를 작게 하도록 결정하면 된다.

또, 상기 실시형태(또는 대응하는 노광장치)에 있어서, 복수의 검출점에서의 위치검출결과로부터 및/또는 복수의 검출점에서의 위치검출결과에 의거한 패턴표면형상(위치)의 추정결과로부터, 실제의 노광공정중에, 결상성능이 반드시 훼손되는 것이 명백하다면, 레티클 교체 또는 레티클 재설정을 재촉하거나 통지하는 경고기능을 구비해도 된다. 이것은, 그렇지 않았으면, 레티클 패턴표면의 휨 또는 그의 나쁜 평탄성에 기인한 노광성능의 열화에 의해 일어났을 수도 있는 수율의 저감을 방지하는데 매우 효과적이다.

이상 설명한 바와 같이, 상기 설명한 표면위치 검출방법의 실시형태에 의하면, 측정광의 입사각을 45°내지 80°로 설정함으로써, 레티클 표면상에 형성된 패턴에 기인한 각 검출점에서의 검출오차를 충분히(예를 들면, 0.1미크론이하까지) 줄일 수 있다. 또, 검출광이 사선방향(주사방향에 대해서)으로 동시에 투영되면, 레티클 표면형상의 근사측정에 필요한 검출점을 설정하기 위한 검출점설정영역을, 주사방향과 비주사방향의 양쪽에 대해서 (샷영역의 80%이상까지) 확대할 수 있다. 따라서, 레티클 표면 근사측정오차를 (0.1미크론이하까지) 억제할 수 있다. 그 결과, 노광될 샷영역 전체에 걸친 표면형상정보를 매우 정확하게 생성할 수 있다.

또한, 전술한 바와 같은 레티클 표면위치 검출방법에 의해 얻어진 결과는, 웨이퍼 스테이지 구동량제어로 피드백해도 되고, 그에 따라, 최상의 초점 및 양호한 왜곡(변형)을 얻을 수 있다. 이것에 의해 양호한 결상성능을 얻을 수 있다. 또, 노광결상성능이 열화되는 것으로 판정되면, 상기 검출시스템에는, 레티클 교체 혹은 레티클 재설정을 재촉하는 경고기능이 구비되어 있으므로, 어떠한 휨이나 평탄성 변화에 기인한 결함 노광도 효과적으로 방지할 수 있다.

이상, 여기에 기재된 구성을 참조해서 본 발명을 설명하였으나, 이 출원은, 상기 상세한 설명으로 한정되지 않고, 이하의 청구범위의 범주 혹은 개량의 목적내에 들어오는 그러한 변형이나 변경도 망라하고자 한다.

Claims (20)

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8. 직사각형 형상 영역에 형성된 패턴을 지닌 레티클 표면상의 상이한 지점에서, 해당 레티클 표면에 수직인 방향에 대해서, 위치를 검출하는 검출수단을 구비한 위치검출장치에 있어서,

   상기 검출수단은, 광원으로부터의 검출광을 레티클 표면까지 향하게 하는 광투영부를 포함하고,

   상기 레티클 표면에 수직인 방향으로부터 볼 때, 상기 레티클 표면상에 입사하는 검출광은, 상기 직사각형 형상의 변 중의 어느 하나에 대해서, 20도이상 70도 이하의 각도를 지니는 것을 특징으로 하는 위치검출장치.
9. 제 8항에 있어서, 상기 레티클 표면에 평행한 방향으로부터 볼 때, 상기 레티클 표면에 입사하는, 상기 광투영부로부터의 광의 입사각도가 45도 이상인 것을 특징으로 하는 위치검출장치.
10. 제 8항에 있어서, 상기 레티클 표면에 평행한 방향으로부터 볼 때, 상기 레티클 표면에 입사하는, 상기 광투영부로부터의 광의 입사각도가, 80도 이하인 것을 특징으로 하는 위치검출장치.
11. 제 8항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 의한 위치검출장치에 이용가능한 표면형상 추정장치에 있어서, 상기 위치검출장치에 의한 검출에 의거해서, 상기 상이한 지점 이외의 레티클 표면의 영역의 표면형상을 추정하는 것을 특징으로 하는 표면형상 추정장치.
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16. 패턴을 지닌 감광성 기판을, 투영노광을 통해 노광하는 노광장치에 있어서, 제 8항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 의한 위치검출장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
17. 제 16항에 있어서, 상기 위치검출장치에 의한 검출에 의거해서, 상기 레티클의 교체 및 레티클의 재설정중의 어느 하나 혹은 양쪽을 통지하는 경고수단을 또 구비한 것을 특징으로 하는 노광장치.
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