KR101642552B1

KR101642552B1 - 계측 방법, 노광 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101642552B1
Application number: KR1020130060083A
Authority: KR
Inventors: 히로노리 마에다; 신이치 에가시라
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2013-05-28
Publication date: 2016-07-25
Also published as: JP2013251342A; EP2669739B1; JP5743958B2; EP2669739A3; US20130321811A1; KR20130135095A; TWI605311B; TW201348894A; EP2669739A2

Abstract

기판에 형성된 마크를 조사하여 상기 마크의 화상을 검출하는 검출 광학계를 이용하여 제1 마크와 제2 마크 간의 상대 위치를 계측하는 계측 방법으로서, 상기 계측 방법은, 상기 검출 광학계를 이용하여 제1 표면 측으로부터 상기 제1 마크를 조사하여 상기 제1 마크의 화상을 검출하는 제1 공정을 실시하는 단계와, 상기 검출 광학계의 시야 밖에 상기 제1 마크가 있는 상태에서, 상기 검출 광학계를 이용하여 상기 기판을 투과하는 파장의 광으로 상기 제1 표면 측으로부터 상기 제2 마크를 조사하여 상기 제2 마크의 화상을 검출하는 제2 공정을 실시하는 단계와, 상기 제1 마크와 상기 제2 마크 간의 상대 위치를 산출하는 단계를 포함한다.

Description

계측 방법, 노광 방법 및 장치{MEASURING METHOD, AND EXPOSURE METHOD AND APPARATUS}

본 발명은 계측 방법, 노광 방법 및 장치에 관한 것이다.

포토리소그래피 기술을 이용하여, 반도체 디바이스, 액정 표시 디바이스 또는 박막 자기 헤드 등의 디바이스를 제조할 때, 포토마스크(레티클)의 패턴 화상을 투영 광학계를 사용하여 기판(웨이퍼 등) 상에 투영함으로써 패턴을 전사하는 노광 장치가 사용되고 있다. 노광 장치는 노광 장치 내의 마크 검출계를 이용하여 웨이퍼 상의 마크의 위치를 검출함으로써 웨이퍼의 위치결정을 실시한 후, 웨이퍼 상에 이미 형성되어 있는 패턴에 대해 정확하게 중첩(오버레이(overlay))하도록 마스크의 패턴 화상을 투영하여 웨이퍼를 노광한다.

최근에, 메모리 및 논리 소자와 같은 IC 칩 이외에, 미세전자기계 시스템(MEMS) 및 상보형 금속-산화물 반도체(CMOS) 이미지 센서(밀착형 이미지 센서(CIS)) 등과 같이 스루 실리콘 VIA 공정을 사용한 적층 디바이스가 노광 장치를 이용하여 제조되고 있다. 상기 적층 디바이스를 제조하기 위해, 웨이퍼의 배면에 형성된 정렬 마크의 위치를 검출하여 위치결정을 실시하고 웨이퍼의 전면에 패턴을 노광하는 공정이 있다. 그리고, 전면으로부터 스루 VIA를 형성하고, 배면의 패턴과 도통시킨다. 따라서, 전면의 패턴과 배면의 패턴의 중첩이 소정의 정밀도 요건을 만족시킬 필요가 있다.

일본 특허출원 공개번호 제2011-40549호는 웨이퍼의 전면 마크를 가시광으로 검출하고 웨이퍼의 배면 마크를 적외광으로 검출함으로써, 웨이퍼의 전면 마크와 웨이퍼의 배면 마크의 중첩 검사를 실시하는 것을 개시하고 있다. 보다 구체적으로, 가시광과 적외광을 웨이퍼에 조사하고, 가시광과 적외광을 분리하는 다이크로익 미러, 가시광을 검출하는 광전 변환 소자, 적외광을 검출하는 광전 변환 소자를 이용하여 전면 마크와 배면 마크를 모두 검출한다.

일본 특허출원 공개번호 제2011-40549호에서, 가시광과 적외광을 웨이퍼에 조사하면, 전면 마크도 적외광으로 조사되어, 전면 마크로부터 적외광의 회절광이나 산란광이 생성된다. 배면 마크에 광을 포커싱하면, 전면 마크가 디포커싱됨으로써, 전면 마크로부터 적외광의 회절광이나 산란광이 적외광을 검출하는 광전 변환 소자에 입사되어 배면 마크 화상의 콘트라스트를 저하시키게 된다. 따라서, 배면 마크의 검출 정밀도가 악화된다.

기판의 배면 마크를 고정밀도로 검출하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 기판에 형성된 마크를 조사하여 상기 마크의 화상을 검출하는 검출 광학계를 이용하여 상기 기판의 제1 표면에 형성된 제1 마크와 상기 기판의 제1 표면의 반대측인 제2 표면에 형성된 제2 마크 간의 상대 위치를 계측하는 계측 방법으로서, 상기 계측 방법은, 상기 검출 광학계의 시야 내에 상기 제1 마크가 있는 상태에서, 상기 검출 광학계를 이용하여 상기 기판의 제1 표면 측으로부터 상기 제1 마크를 조사하여 상기 제1 마크의 화상을 검출하는 제1 공정을 실시하는 단계와, 상기 검출 광학계의 시야 밖에 상기 제1 마크가 있고 상기 검출 광학계의 시야 내에 상기 제2 마크가 있는 상태에서, 상기 검출 광학계를 이용하여 상기 기판을 투과하는 파장의 광으로 상기 기판의 제1 표면 측으로부터 상기 제2 마크를 조사하여 상기 제2 마크의 화상을 검출하는 제2 공정을 실시하는 단계와, 상기 제1 공정 및 상기 제2 공정의 검출 결과를 이용하여 상기 제1 마크와 상기 제2 마크 간의 상대 위치를 산출하는 단계를 포함한다.

첨부 도면과 함께 예시적 실시예에 대한 하기된 설명을 참조함으로써, 본 발명의 다른 특징들이 명확해질 것이다.

도 1은 노광 장치의 개략도이다.
도 2는 웨이퍼 및 웨이퍼 스테이지의 평면도이다.
도 3은 웨이퍼 정렬 검출계의 개략도이다.
도 4a 내지 도 4c는 관련 기술의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 내지 도 5d는 예시적 실시예에 따른 웨이퍼의 마크 및 패턴을 도시한 도면이다.
도 6a 내지 도 6d는 예시적 실시예에 따른 웨이퍼 마크의 검출을 설명하기 위한 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 마크의 검출 순서를 나타낸 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 미러에 의한 계측 오차를 설명하기 위한 도면이다.
도 9a 내지 도 9g는 웨이퍼가 0°와 180°인 경우에서의 마크 검출을 설명하기 위한 도면이다.

도면을 참조하여 예시적 실시예에 따른 계측 방법과, 계측 디바이스를 가진 노광 장치에 대하여 상세하게 설명한다. 도 1은 노광 장치의 개략도이다.

도 1의 노광 장치는 레티클(마스크)(1)을 지지하는 레티클 스테이지(2)와 웨이퍼(3)를 지지하는 웨이퍼 스테이지(4)를 포함한다. 또한, 노광 장치는 레티클(1)을 노광 광으로 조명하는 조명 광학계(5), 노광 광으로 조명된 레티클(1)의 패턴 화상을 웨이퍼(3)에 투영하는 투영 광학계(6) 및 노광 장치의 전체 동작을 제어하는 제어 디바이스(미도시)를 포함한다.

노광 장치로서, 레티클(1)과 웨이퍼(3)가 주사 방향으로 서로 동기화하여 이동하면서 레티클(1)의 패턴을 웨이퍼(3)에 노광하는 주사형 노광 장치(스캐닝 스테퍼)를 사용하는 경우를 예로 하여 설명한다. 그러나, 레티클(1)과 웨이퍼(3)가 정지되어 있고 레티클 패턴을 웨이퍼(3)에 일괄적으로 노광하는 타입의 노광 장치 (스테퍼)도 적용될 수 있다.

이하의 설명에서, 투영 광학계(6)의 광축과 평행한 방향을 Z-축 방향이라 하고, Z-축 방향에 수직인 평면 내에서 레티클(1)과 웨이퍼(3)의 동기 이동 방향(주사 방향)을 Y-축이라 하며, Z-축 방향 및 Y-축 방향에 수직인 방향(비주사 방향)을 X-축 방향이라 한다. 또한, X-축, Y-축 및 Z-축 방향을 중심으로 한 회전 방향을 각각 θX, θY 및 θZ 방향이라 한다.

레티클(1) 상의 소정의 조명 영역이 조명 광학계(5)에 의해 균일한 조도 분포의 노광 광으로 조명된다. 조명 광학계(5)로부터 사출되는 노광 광의 광원으로서, 수은 램프, KrF 엑시머 레이저, ArF 엑시머 레이저, F2 레이저 또는 극단 자외광 광원을 사용할 수 있다.

레티클(1)을 지지하는 스테이지인 레티클 스테이지(2)는, 투영 광학계(6)의 광축에 수직인 평면, 즉 XY 평면 내에서 2차원적으로 이동가능하며, θZ 방향으로 약간 회전가능하다. 레티클 스테이지(2)는 적어도 1축 구동 또는 최대 6축 구동을 포함할 수 있다. 레티클 스테이지(2)는 리니어 모터 등과 같은 레티클 스테이지 구동 디바이스(미도시)에 의해 구동되며, 레티클 스테이지 구동 디바이스는 제어 디바이스에 의해 제어된다. 레티클 스테이지(2) 상에는 미러(7)가 설치된다. 또한, 미러(7)에 대향하는 위치에는 레이저 간섭계(9)가 설치되고, 미러(7)에 레이저 빔을 조사하여 미러(7)의 XY 방향의 위치를 계측한다. 레티클 스테이지(2) 상에서 레티클(1)의 2차원(XY) 방향의 위치 및 회전각이 레이저 간섭계(9)에 의해 실시간으로 계측되고, 계측 결과가 제어 디바이스로 출력된다. 제어 디바이스는 레이저 간섭계(9)의 계측 결과에 기초하여 레티클 스테이지 구동 디바이스를 구동하여 레티클 스테이지(2)(및 레티클(1))의 위치결정을 실행한다.

투영 광학계(6)는 레티클(1)의 패턴을 소정의 투영 배율(β)로 웨이퍼(3)에 투영하는 광학계이며, 복수의 광학 소자로 구성되어 있다. 예시적 실시예에서, 투영 광학계(6)는 투영 배율(β)이, 예를 들면, 1/4 또는 1/5인 축소 투영계이다.

웨이퍼 스테이지(4)는 웨이퍼(3)를 지지하는 스테이지이며, 웨이퍼(3)를 웨이퍼 척으로 유지하는 Z 스테이지(즉, Z 방향으로 이동가능한 스테이지), Z 스테이지를 지지하는 (XY 방향으로 이동가능한) XY 스테이지, XY 스테이지를 지지하는 베이스를 포함한다. 웨이퍼 스테이지(4)는 리니어 모터와 같은 웨이퍼 스테이지 구동계(18)에 의해 구동된다. 웨이퍼 스테이지 구동계(18)는 제어 유닛(17)에 의해 제어된다. 제어 유닛(17)은 웨이퍼 스테이지(4) 및/또는 후술하는 정렬 검출계를 제어하기 위한 프로그램이 설치된 컴퓨터를 포함한다.

또한, 웨이퍼 스테이지(4) 상에는 웨이퍼 스테이지(4)와 함께 이동하는 미러(8)가 설치되어 있다. 또한, 미러(8)에 대향하는 위치에는 레이저 간섭계(10, 12)가 설치되어 있다. 웨이퍼 스테이지(4)의 XY 방향의 위치 및 θZ는 레이저 간섭계(10)로 계측된다. 또한, 웨이퍼 스테이지(4)의 Z 방향의 위치 및 θX, θY는 레이저 간섭계(12)로 계측된다. 계측 결과는 제어 유닛(17)으로 출력된다. 레이저 간섭계(10, 12)의 계측 결과에 기초하여 웨이퍼 스테이지 구동계(18)를 통해 XYZ 스테이지를 구동함으로써, XYZ 방향의 웨이퍼(3)의 위치를 조정하고, 웨이퍼 스테이지(4)에 의해 지지된 웨이퍼(3)의 위치결정을 실행한다.

레티클 스테이지(2)의 근방에는, 투영 광학계(6)를 통해 웨이퍼 스테이지(4)의 스테이지 기준 플레이트(11) 상의 기준 마크(39)(도 2 참조)와 레티클(1) 상의 레티클 기준 마크(미도시)를 검출하는 검출계(13)가 설치되어 있다. 검출계(13)는 실제로 웨이퍼(3)를 노광하는 광원과 동일한 광원을 이용하여 투영 광학계(6)를 통해 레티클(1) 상의 레티클 기준 마크와 기준 마크(39)를 조사하여 그 반사광을 검출하는 광전 변환 소자를 탑재하고 있다. 광전 변환 소자로부터의 신호에 기초하여 레티클(1)과 웨이퍼(3)의 위치결정이 실행된다. 이 경우, 레티클 기준 마크와 웨이퍼 스테이지 기준 플레이트(11)의 기준 마크(39)의 위치 및 초점을 조절함으로써, 레티클과 웨이퍼 간의 상대 위치(X, Y, Z)를 조절할 수 있다.

또한, 웨이퍼 스테이지 기준 플레이트(11)의 기준 마크(39)는 반사형이거나 투과형일 수 있다. 투과형인 경우, 웨이퍼(3)를 노광하는 광원과 동일한 광원과 조명 광학계(5)를 이용하여, 투영 광학계(6)를 통해 레티클 기준 마크와 투과형 기준 마크(39)를 조사하고, 투과형 기준 마크(39)를 투과한 광을 광량 센서(14)를 이용하여 검출한다. 이 경우, 웨이퍼 스테이지(4)를 X 방향, Y 방향 및 Z 방향 중 적어도 한 방향으로 이동시키면서 투과한 광의 광량을 계측하여, 레티클 기준 마크와 웨이퍼의 기준 마크(39)의 위치 및 초점 중 적어도 하나를 조절할 수 있다.

도 2는 웨이퍼 스테이지(4)의 평면도이다. 웨이퍼 스테이지(4)의 (적어도) 한 코너에 있는 스테이지 기준 플레이트(11)는 검출계(13)에 의해 검출되는 기준 마크(39)와 웨이퍼 정렬 검출계(이하, '검출계'라 함)(16)에 의해 검출되는 기준 마크(40)를 포함하고 있으며, 웨이퍼(3)의 표면과 실질적으로 동일한 높이에 설치되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 스테이지 기준 플레이트(11)들이 웨이퍼 스테이지(4)의 다수의 코너에 배치되지만, 하나의 스테이지 기준 플레이트(11)를 마련하고 복수의 기준 마크 쌍(39, 40)을 포함하도록 할 수도 있다. 기준 마크(39)와 기준 마크(40) 간의 위치 관계(XY 방향)를 이미 알고 있는 것으로 상정한다. 또한, 기준 마크(40)와 기준 마크(39)는 1개의 공통 마크일 수도 있다. 정렬 마크(19)는 웨이퍼의 각 샷 영역(shot area)(사선부)의 근방, 즉 스크라이브 라인(scribe line)에 배치되어 있다. "샷 영역"은 완제품을 만들기 위해 노광하도록 조명되는 영역을 의미한다. 각 샷 영역 사이의 영역이 스크라이브 라인이며, 제품 영역을 분리할 때 스크라이브 라인을 따라 웨이퍼가 절단된다.

포커스 검출계(15)는 검출 광을 웨이퍼(3)의 표면에 투사하는 투사계와 웨이퍼(3)로부터 반사광을 수광하는 수광계를 포함하고 있으며, 웨이퍼(3) 표면의 Z-축 방향의 위치를 검출한다. 포커스 검출계(15)의 검출 결과는 제어 디바이스로 출력된다. 제어 디바이스는 포커스 검출계(15)의 검출 결과에 기초하여 Z 스테이지를 구동하고, Z 스테이지에 의해 유지되는 웨이퍼(3)의 Z-축 방향의 위치(포커스 위치) 및 경사각을 조정할 수 있다.

검출계(검출 광학계)(16)는 검출 광을 웨이퍼(3) 상의 정렬 마크(19) 또는 스테이지 기준 플레이트(11) 상의 기준 마크(40)에 투사하는 투사계와 상기 마크로부터 반사광을 수광하는 수광계를 포함하고 있으며, XY 방향의 마크의 위치를 검출한다. 검출계(16)의 검출 결과는 제어 유닛(17)으로 출력된다. 제어 유닛(17)은 검출계(16)의 검출 결과에 기초하여 웨이퍼 스테이지(4)를 XY 방향으로 구동함으로써, 웨이퍼 스테이지(4)에 의해 유지되는 웨이퍼(3)의 XY 방향의 위치결정을 실행한다.

또한, 검출계(16)에는 포커스 검출계(AF 검출계)(41)가 탑재되어 있으며, 포커스 검출계(15)와 마찬가지로, 검출 광을 웨이퍼(3)의 표면에 투사하는 투사계와 웨이퍼(3)로부터 반사광을 수광하는 수광계를 포함하고 있다. 포커스 검출계(15)는 투영 광학계(6)의 베스트 포커싱을 위해 사용되는 반면, AF 검출계(41)는 검출계(16)의 베스트 포커싱을 위해 사용된다.

웨이퍼 정렬 검출계의 형태는 2개의 방식으로 대별된다. 첫 번째 형태는 투영 광학계를 포함하지 않고 개별적으로 구성되어, 웨이퍼 상의 정렬 마크를 광학적으로 검출하는 오프-축 정렬(오프-축 AA) 검출계(OA 검출계)이다. 두 번째 형태는 투영 광학계를 통해 비노광 광의 파장을 이용하여 웨이퍼 상의 정렬 마크를 검출하는 방식이다. 이 정렬 검출 방식을 소위 TTL-AA(through the lens alignment) 검출계라 한다. 본 예시적 실시예에서는 OA 검출계를 이용하여 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 3은 검출계(16)를 상세하게 도시한 도면이다. 조명 광원(20)은 적외광(예컨대, 1000 내지 1500㎚)과 가시광(예컨대, 400 내지 800㎚)을 발생시키는 광원이다. 조명 광원(20)으로부터의 광이 광섬유에 의해 도광되어, 제1 릴레이 광학계(21), 파장 필터(22) 및 제2 릴레이 광학계(23)를 통과하여, 검출계(16)의 동공면(물체 표면에 대한 광학적 푸리에 변환면)에 상당하는 위치의 개구 조리개(24)에 도달한다. 개구 조리개(24)의 빔 직경은 조명 광원(20)의 빔 직경보다 작게 설정된다.

파장 필터(22)에는 투과 파장대가 다른 복수의 필터가 구비되어 있으며, 제어 디바이스로부터의 명령에 따라 필터를 전환한다. 또한, 개구 조리개(24)에는 개구 직경이 다른 복수의 조리개가 구비되어 있으며, 제어 디바이스로부터의 명령에 따라 개구 조리개를 전환함으로써 조명(σ)을 변경할 수 있다.

파장 필터(22)와 개구 조리개(24)에는 미리 복수의 필터와 조리개가 구비되어 있지만, 새로운 필터와 조리개가 추가될 수 있도록 구성되어 있다. 본 예시적 실시예에서는 파장 필터(22)가 가시광을 투과하는 가시광용 필터와 적외광을 투과하는 적외광용 필터를 포함할 수 있다. 따라서, 파장 필터(22)는 웨이퍼(3) 또는 기준 플레이트(11)와 같은 피검물에 도광하는 광의 파장을 선택할 수 있다.

개구 조리개(24)에 도달한 광은 광학계(25, 27)를 통해 편광 빔 스플리터(28)로 안내된다. 편광 빔 스플리터(28)에 의해 반사된 도 3의 지면에 수직인 S-편광은 NA(개구수) 조리개(26)와 λ/4 플레이트(29)를 투과하여 원 편광으로 변환되어, 대물 렌즈(30)를 통해 웨이퍼(3) 상에 형성된 정렬 마크(19)를 조명한다. 조명 광이 도 3에 실선으로 표시되어 있다. 조명 광의 NA는 NA 조리개(26)의 조리개 양(개구 직경)을 변경함으로써 변경할 수 있다. NA 조리개(26)의 조리개 양은 제어 디바이스로부터의 명령에 의해 변경될 수 있다.

정렬 마크(19)로부터 발생하는 반사광, 회절광 및 산란광(도 3의 일점쇄선)은 대물 렌즈(30)와 λ/4 플레이트(29)를 통해 지면에 평행한 편광으로 변환되어 NA 조리개(26)와 편광 빔 스플리터(28)를 투과한다. 그리고, 릴레이 렌즈(31), 제1 결상 광학계(32), 코마 수차 조정용 광학 부재(35), 제2 결상 광학계(33), 파장 시프트 편차 조정용 광학 부재(38)에 의해, 정렬 마크(19)의 화상이 광전 변환 소자(34)에 형성된다.

일반적으로, 전술한 검출계(16)로 웨이퍼(3) 상의 정렬 마크(19)를 관찰하여 위치를 검출할 경우, 마크 위에 도포되거나 형성된 투명층으로 인해 단색광 또는 좁은 파장 대역의 광에는 간섭 무늬가 발생하게 된다. 따라서, 마크의 신호에 간섭 무늬의 신호가 가산된 상태에서 위치가 검출될 수 있으므로, 고정밀도로 검출할 수 없게 된다. 따라서, 이러한 검출계(16)의 조명 광원(20)으로서, 광대역의 파장을 가진 조명 광원이 일반적으로 사용되고, 간섭 무늬가 적은 신호로 위치를 검출한다.

이하, 배면 정렬에 대해 설명한다. 먼저, 웨이퍼에 회로 패턴과 오버레이 편차량을 계측하기 위한 정렬 마크(제2 마크)를 노광하여 형성한다. 그 다음, 웨이퍼를 뒤집고, 검출계(16)로부터 보았을 때 전면측으로부터 검출계(16)를 사용하여 정렬 마크(제2 마크)의 위치를 검출한다. 그리고, 그 검출 결과를 이용하여, 제1 표면과는 반대인 제2 표면(검출계(16)로부터 보았을 때의 배면) 상의 제2 마크(배면 마크, 하면 마크) 또는 회로 패턴에 대하여 제1 표면의 위치 검출을 실시한다. 그리고, 웨이퍼의 제1 표면에 회로 패턴과 오버레이 편차를 계측하기 위한 제1 마크(전면 마크, 상면 마크)를 노광하여 형성한다. 마크를 형성한 후, 전면의 패턴과 배면의 패턴 간의 중첩이 소정의 정밀도를 만족시키는지의 여부를 검사하기 위해, 전면 마크와 배면 마크를 이용하여 웨이퍼의 전면과 배면의 중첩 검사를 실시한다.

관련 기술에 따른 웨이퍼의 전면과 배면의 중첩 검사에서의 문제점을 설명한다. 도 4a는 웨이퍼의 전면에 내부 마크(49)가 형성되고 웨이퍼 배면에 외부 마크(48)가 형성된 웨이퍼(3)의 개략 단면도이다. 도 4b는 외부 마크(48)를 검출하기 위해 웨이퍼에 적외광(43)을 조사하는 상태를 도시하고 있다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 검출계(16)가 외부 마크(48)에 포커싱할 때에, 검출계(16)는 웨이퍼의 전면에는 포커싱하지 않는다는 것을 알 수 있다. 도 4b의 상태에서 도 4a의 마크를 관찰하여 얻은 화상을 도 4c가 도시하고 있다. 검출계(16)가 웨이퍼의 배면에 포커싱하고 있기 때문에, 외부 마크(48)의 화상의 콘트라스트가 비교적 높지만, 웨이퍼의 전면에 있는 내부 마크(49)는 디포커싱되어 흐릿한 것을 알 수 있다. 또한, 내부 마크(49)의 디포커스의 영향으로 인해 외부 마크(48)의 화상의 콘트라스트도 저하된다. 그 이유는 내부 마크(49)에 광이 조사되어 내부 마크(49)로부터 회절광이나 산란광이 발생하기 때문이다.

전술한 바와 같이, 웨이퍼 배면의 외부 마크(48)를 계측하고자 할 때, 웨이퍼 전면의 내부 마크(49)의 디포커스 광의 영향으로 인해 웨이퍼 배면의 외부 마크(48)의 검출 정밀도가 저하된다. 따라서, 웨이퍼 배면의 외부 마크(48)와 웨이퍼 전면의 내부 마크(49)를 모두 검출계(16)의 시야(47)에 동시에 넣어 검출하는 것은 권장할만하지 않다는 것을 알 수 있다.

이하, 본 예시적 실시예에 있어서, 오버레이 편차 계측에 대해 설명한다. 먼저, 전면과 배면의 마크와 회로 패턴에 대해 도 5a 내지 도 5e를 참조하여 개략적으로 설명한다. 도 5a는 웨이퍼(3)의 제2 표면(배면)(71)에 제2 회로 패턴(59, 60)과 편차량을 계측하기 위한 제2 마크(50)가 형성된 상태를 도시하고 있는 도면이다. 마크 또는 패턴이 노광 처리에 의해 형성된다. 이 상태에서의 웨이퍼 두께(61)는, 예컨대, 12 인치 웨이퍼에서 약 775㎛이다.

도 5b는 도 5a의 제2 표면(71)에 제2 회로 패턴(59, 60)과 제2 마크(50)가 형성된 웨이퍼를 뒤집어 박막화한 상태를 도시하고 있는 도면이다. 도 5b에서, 웨이퍼는 웨이퍼의 두께(62)가, 예를 들어, 100㎛가 되도록, 즉 도 5a의 두께보다 얇아지도록, 연마된다. 도 5b에 도시된 웨이퍼의 두께(62)는 100㎛에 한정되지 않으며, 제품에 따라 50㎛ 등과 같이 훨씬 더 얇거나 150㎛ 등과 같이 더 두꺼울 수도 있다.

도 5c는, 도 5b에서 박막화된 웨이퍼(3)에 대해, 검출계(16)로부터 본 전면인 제1 표면(72)에 정렬 마크인 제1 마크(이하, '전면 마크'라 함)(51)가 형성되어있는 상태를 도시한 도면이다. 전면 마크(51)는 검출계(16)의 시야(64)에 포함되는 크기이다. 도 5c의 제2 표면(배면)(71)의 제2 회로 패턴(59, 60)은 전면 마크(51)의 바로 아래에 위치하며, 전면 마크(51)를 검출계(16)가 시야(64) 내에서 검출할 때, Z 방향의 높이는 다르지만, 제2 회로 패턴(59, 60)이 시야(64)에 포함된다는 것을 알 수 있다. 전면으로부터 적외광을 이용하여 전면 마크(51)를 관찰하면, 적외광은 Si 웨이퍼를 투과하므로, 전면 마크(51)의 하면의 제2 회로 패턴(59, 60)으로부터의 반사광, 회절광 및 산란광과 같은 노이즈 성분으로서 적외광도 동시에 검출된다. 제2 회로 패턴(59, 60)으로부터 노이즈 성분의 광이 입사되면, 전면 마크(51)의 콘트라스트가 저하되므로 전면 마크(51)의 계측 정밀도가 저하된다. 이러한 이유 때문에, 본 예시적 실시예에서는 전면 마크(51)를 적외광이 아닌 가시광으로 검출한다. 도 5c의 제1 마크(51)를 가시광으로 계측하면, 가시광은 웨이퍼(3)를 투과하지 않기 때문에, 광이 전면 마크(51)의 바로 아래에 있는 제2 회로 패턴(59, 60)에 도달하지 않으므로 노이즈 성분의 광이 발생하지 않는다. 따라서, 전면 마크(51)를 높은 콘트라스트와 고정밀도로 검출할 수 있다.

도 5d는 제1 표면(전면)(72)에 전면 마크(51) 이외에 제1 회로 패턴(63)이 형성된 상태를 도시하고 있는 도면이다. 제1 표면에서는 전면 마크(51)와 제1 회로 패턴(63)이 (검출계(16)로부터 본 배면인) 제2 표면(71)에 있는 제2 마크(이하, '배면 마크'라 함)(50)와 대향하는 위치에 형성되지 않는다. 전면 마크(51)와 제1 회로 패턴(63)은, 배면 마크(50)를 검출계(16)로 전면(제1 표면)으로부터 검출할 때, 배면 마크(50)가 시야(65) 내에 있지 않도록, 배치되어 있다. 즉, 웨이퍼 전면에서, 배면 마크에 대향하는 위치를 포함하는 검출계(16)의 시야와 동일한 크기의 범위 내에 표면 마크와 패턴이 형성되지 않도록, 웨이퍼의 전면에 마크와 패턴이 형성되어 있다. 따라서, 배면 마크(50)를 검출계(16)로 검출할 때, 웨이퍼(3)의 전면에 회로 패턴과 전면 마크가 없기 때문에, 패턴 및 마크로부터의 반사광, 회절광 및 산란광과 같은 노이즈 성분이 발생하지 않는다. 따라서, 높은 콘트라스트와 고정밀도로 배면 마크(50)를 검출할 수 있다.

이하, 전면 마크와 배면 마크 간의 상대 위치를 계측(오버레이 편차 계측)하는 방법에 대해 개략도인 도 6a 내지 도 6d를 참조하여 설명한다. 이 방법은 제어 유닛(17)의 컴퓨터에 설치된 프로그램을 실행하여 컴퓨터가 스테이지나 검출계의 제어를 실행하도록 함으로써 실시된다.

도 6a는 설명의 편의를 위해 배면 마크(50)와 전면 마크(51)만 도시한 개략도이다. 배면 마크(50)와 전면 마크(51)의 X 방향의 위치(좌표)가 설계값에 기초한 차이(52)만큼 상이하도록, 배면 마크(50)와 전면 마크(51)가 형성된다. 도 6b 및 도 6c는 검출계(16)의 초점 상태를 도시한 도면이다. 도 6d는 배면 마크(50)와 전면 마크(51)를 포함한 웨이퍼의 평면도와 검출계(16)의 시야(65)를 도시한 도면이다.

먼저, 배면 마크(50)가 검출계(16)의 시야(65)에 들어가도록 제어 유닛(17)이 웨이퍼 스테이지(4)를 제어하여 웨이퍼(3)를 이동시키고, 도 6b에 도시된 바와 같이 웨이퍼의 배면에 (전면을 통해) 검출계(16)를 포커싱한다. 이 경우, 도 6d에 도시된 바와 같이, 배면 마크(50)를 검출계(16)로 검출할 때, 시야(65) 밖에 전면 마크(51)를 배치하여, 시야 내에 전면 마크(51)가 들어가지 않도록 한다. 그리고, 검출계(16)는 전면측으로부터 배면 마크(50)에 웨이퍼를 투과하는 적외광(43)을 조사하여 배면 마크(50)의 화상을 검출한다(제1 공정). 마크의 위치는 레이저 간섭계(10)를 이용하여 검출된다. 제어 유닛(17)은 검출계(16)와 레이저 간섭계(10)로부터 검출 결과를 얻어서 배면 마크의 위치를 구한다. 또한, 검출계(16)의 시야 내에 배면 마크(50)와 전면 마크(51)가 모두 들어가지 않도록, 배면 마크(50)와 전면 마크(51) 간의 X 방향의 차이(52)가 그 시야의 크기(직경)의 절반 이상인 것이 이상적이다.

그 다음, 차이(52)에 따른 거리만큼 웨이퍼 스테이지(4)를 X 방향으로 구동하고, 전면 마크(51)가 검출계(16)의 시야(65)에 들어가도록 제어한다. 그리고, 도 6c에 도시된 바와 같이, 웨이퍼의 전면에 검출계(16)를 포커싱한다. 검출계(16)의 광축 방향에서 웨이퍼의 위치를 웨이퍼 스테이지로 조정할 수도 있고, 검출계(16)의 초점 위치를 조정할 수도 있다. 검출계(16)는 웨이퍼를 투과하지 않는 광(가시광)(42)으로 전면 마크(51)를 조사하여 전면 마크(51)의 화상을 검출한다(제2 공정). 제어 유닛(17)은 검출계(16)와 레이저 간섭계(10)로부터 검출 결과를 얻어서 전면 마크(51)의 위치를 구한다. 전술한 바와 같이, 전면 마크(51)를 계측할 때와 비교하여 배면 마크(50)를 계측할 때에는, 검출계(16)의 광축 방향의 위치(웨이퍼 스테이지의 Z 방향의 위치) 또는 검출 파장을 변경한다.

제어 유닛(17)의 컴퓨터(연산 유닛)는 이러한 방식으로 검출된 배면 마크(50)의 위치와 전면 마크(51)의 위치를 이용하여 이 위치들 간의 감산을 실시함으로써, 전면 마크(51)와 배면 마크(50) 간의 상대 위치를 산출한다. 또한, 산출된 상대 위치와 차이(52)를 구함으로써, 전면 마크(51)와 배면 마크(50)의 오버레이 편차량을 산출한다. 구체적으로, 오버레이 편차량 = {(배면 마크(50)의 검출 위치값) - (전면 마크(51)의 검출 위치값)} - 차이(52) 이다. 따라서, 배면 마크(50)의 위치를 고정밀도로 검출하여 고정밀도로 중첩 검사를 실현할 수 있다. 또한, 산출된 오버레이 편차량을 이후의 웨이퍼 정렬 제어에 반영시켜 웨이퍼를 정렬하고 웨이퍼를 노광함으로써, 노광된 웨이퍼에서 오버레이 편차를 줄일 수 있다.

또한, 검출계(16)의 시야를 고정함으로써 마크가 시야 내에 배치되도록 웨이퍼 스테이지(4)를 이동시켰으나, 시야에 마크가 들어갈 수 있도록 검출계(16)의 시야를 이동시킬 수도 있다. 또한, 검출계(16)의 시야의 크기나 형상을 시야 조리개를 이용하여 변경할 수 있다. 예를 들어, 배면 마크(50)를 검출계(16)로 검출할 때, 시야 조리개의 개구 직경을 작게 설정함으로써, 시야의 크기를 작게 설정하여 전면 마크(51)가 시야에 들어가지 않도록 할 수도 있다. 또한, 배면 마크(50)를 검출계(16)로 검출할 때, 전면 마크(51)로부터의 광이 광전 변환 소자(34)에 들어오지 않도록 검출계(16)의 임의의 위치에 차광판을 배치할 수 있다. 이에 따르면, 배면 마크(50)를 검출계(16)로 검출할 때, 전면 마크(51)로부터의 산란광 등의 노이즈 성분을 줄일 수 있다.

전면 마크(51)는 웨이퍼 비투과 광을 사용하고 배면 마크(50)는 웨이퍼 투과 광을 사용하기 때문에, 전면과 배면의 관찰 파장마다 오프셋이 발생한다. 따라서, 전면과 배면의 관찰 파장마다 발생하는 오프셋을 미리 구하고, 마크의 검출값을 각각의 오프셋으로 보정할 수 있다. 파장마다의 오프셋과 관련하여, 예를 들어, 도 4의 스테이지 기준 플레이트(11)에 배치된 기준 마크(40)를 웨이퍼 투과 광과 웨이퍼 비투과 광으로 계측하고, 파장차 오프셋을 산출한다. 따라서, 웨이퍼 투과 광과 웨이퍼 비투과 광에서 공통의 마크를 이용함으로써, 마크의 형상 등으로 인한 오차가 발생하지 않는다. 대안적으로, 웨이퍼를 투과하여 배면에 도달하도록 항상 동일한 방향으로부터 나오는 광선으로 웨이퍼 상의 마크를 조사하여 웨이퍼의 전면과 배면에서 계측할 수 있다. 전면과 배면에 동일한 마크가 있거나, 웨이퍼를 조사하여 전면과 배면 모두의 마크로 계측할 수 있도록 웨이퍼가 뒤집힐 수도 있다. 이들 모두를 위해 파장이 다른 광을 사용함으로써, 이 단일 또는 동일 마크를 이용하여 파장차 오프셋을 결정할 수 있다.

또한, 마크(50, 51)는 중첩을 검사하기 위한 전용의 마크가 아니라 웨이퍼(샷 영역)를 정렬하여 노광하기 위한 정렬 마크를 겸용하는 정렬 마크일 수 있다. 관련 기술에 따른 중첩 검사에서는, 도 4a 및 도 4c에 도시된 바와 같이, 박스-인-박스 타입의 중첩 검사 전용 마크를 사용하고 있었다. 본 예시적 실시예에서는 도 6d에 나타낸 마크(50, 51)와 같이 4개의 라인 타입 등의 일반적인 웨이퍼 정렬 마크를 사용한다. 따라서, 일반적인 웨이퍼 노광의 위치결정을 위해 사용되는 웨이퍼 정렬 마크와 중첩 검사 마크를 공통화하여, 마크 차이의 영향을 회피하고 고정밀도로 중첩 검사를 실현할 수 있다. 또한, 마크(50, 51)들이 서로 다른 형상일 수도 있고, 동일한 형상일 수도 있다. 또한, 마크(50, 51)가 X 방향으로 차이를 갖는 것으로 설명했으나, Y 방향으로 차이를 갖는 것으로 설명할 수도 있다.

또한, 오버레이 편차를 계측하기 위해, 웨이퍼 상에 있는 복수의 샷 영역에 대응하는 정렬 마크를 검출할 수 있다. 이 경우, 웨이퍼의 Z 방향 위치(정렬 검출계의 광축 방향의 위치)을 변경하지 않고 웨이퍼 배면의 마크를 복수의 샷 영역만큼 계측한다. 그 다음, 웨이퍼 스테이지를 Z 방향으로 구동하여 검출계(16)를 웨이퍼의 전면에 포커싱하고, 웨이퍼의 Z 방향 위치를 변경하지 않고 웨이퍼 전면의 마크를 복수의 샷 영역만큼 계측한다. 이에 따라, 웨이퍼 스테이지의 Z 방향의 구동 횟수가 1회이며, 1개의 샷 영역에 대한 배면 마크와 전면 마크의 계측마다 웨이퍼 스테이지를 Z 방향으로 구동하는 경우에 비해 단시간에 마크를 계측할 수 있어서 처리량이 증대된다.

예를 들어, 4개의 샷 영역에서의 중첩 계측 순서를 도 7a 및 도 7b를 참조하여 설명한다. 도 7a는 정렬 마크를 계측하는 샷 영역의 순서를 도시하고 있으며, 원안에 있는 정렬 마크의 4개소를 화살표(→)의 순서로 계측한다. 먼저, 웨이퍼의 배면 마크에 대하여 도 7a에 표시된 화살표 순서로 4개의 샷 영역의 계측을 실시한다. 4개의 샷 영역의 계측이 종료되면, 웨이퍼 스테이지를 Z 방향으로 구동하고, 웨이퍼의 전면 마크에 검출계(16)를 포커싱한다. 그리고, 웨이퍼의 전면 마크에 대하여 도 7a의 샷 영역의 순서로 계측을 실시한다. 이와 같이 웨이퍼의 배면 마크의 검출 순서와 웨이퍼의 전면 마크의 검출 순서가 동일하므로(공통되므로), 스테이지 방향 차이에 의한 오차를 줄일 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼의 배면 마크의 검출 순서가 도 7a에 도시된 바와 같고 웨이퍼의 전면 마크의 검출 순서가 도 7b에 도시된 바와 같으면, 스테이지 방향 차이에 의한 오차가 발생하며, 이는 웨이퍼의 배면 마크와 전면 마크의 중첩 계측의 오차가 된다. 또한, 4개의 샷 영역에서의 검출 순서로 마크를 표시하였으나, 중첩 검사는 모든 샷 계측을 실시할 수도 있다. 또한, 이상의 설명에서는 웨이퍼의 배면 마크를 먼저 계측하고 웨이퍼의 전면 마크를 나중에 검출하고 있지만, 웨이퍼의 전면 마크를 먼저 검출하고 웨이퍼의 배면 마크를 나중에 검출할 수도 있다.

또한, 웨이퍼 스테이지의 Z 위치마다 다를 수 있는 스테이지 보정 데이터를 사용하여, 마크의 검출 위치 또는 웨이퍼 스테이지의 위치를 보정할 수 있다. 도 8a 및 도 8b는 웨이퍼(3)의 배면 마크(50)와 전면 마크(51)를 검출계(16)로 검출 할 때, 미러(8)에 레이저 간섭계(10)로부터의 레이저 빔이 도달하는 방법을 나타낸 도면이다. 간섭계(10)는 웨이퍼 스테이지(4)와 독립된 반면, 미러(8)는 웨이퍼 스테이지(4) 상에 있음으로써, 웨이퍼 스테이지(4)의 Z 방향 운동이 간섭계(10)에 대해 미러를 이동시킨다. 이로 인해, 간섭계(10)가 웨이퍼 스테이지와 그에 따른 웨이퍼(3)의 Z 방향의 높이를 계측할 수 있으며, 더 중요한 것은 웨이퍼 스테이지를 Z 방향으로 의도적으로 움직이는 동안 X 및 Y 방향으로 웨이퍼 스테이지의 의도하지 않은 움직임이 있는지의 여부를 간섭계(10)가 결정할 수 있게 한다는 것이다. 도 8a는 검출계(16)가 배면 마크(50)에 포커싱된 상태에서 배면 마크(50)를 적외광(43)으로 검출하는 경우를 도시한 도면이다. 이 경우에서, 레이저 간섭계(10)로부터의 레이저 빔(53)이 웨이퍼 스테이지(4) 상의 미러(8)의 중심(도 8a의 점선) 아래에 있는(즉, 중심보다 웨이퍼 스테이지(4)에 더 가까운) 부분에 도달한다. 도 8b는 검출계(16)가 전면 마크(51)에 포커싱된 상태에서 가시광(42)으로 전면 마크(51)를 계측하는 경우를 도시한 도면이다. 이 경우에서, 레이저 간섭계(10)로부터의 레이저 빔(54)이 미러(8)의 중심 위에 있는 부분에 입사된다. 즉, 배면 마크(50)를 계측할 때와 전면 마크(51)를 계측할 때에는 레이저 빔이 미러(8)에 입사되는 위치가 다르다.

미러(8)은 변형의 작은 재질로 제조되지만, 미러 반사면의 요철이나 평면도의 편차 등으로 인해, 미러(8)에 입사하는 레이저 빔의 위치 변화에 따라 검출 오차가 발생할 수 있다. 예를 들어, 도 8에서, 레이저 간섭계(10)로 인해 Y 방향 위치의 검출 오차가 발생한다. 따라서, 설정 프로세스에서, 웨이퍼 스테이지가 Z 방향으로 이동하여 레이저 간섭계(10)에 의한 계측을 실시할 수 있도록 하여, 웨이퍼 스테이지의 Z 방향 위치에 따라 Y 방향 위치의 검출값의 보정 데이터를 미리 생성한다. 그리고, 보정 데이터를 이용하여 레이저 간섭계(10)에 의한 검출 결과를 보정(교정)한다. 또한, 보정 데이터를 이용하여 웨이퍼 스테이지를 구동함으로써 웨이퍼(3)의 정렬을 조정할 수도 있다. 따라서, 마크의 위치를 고정밀도로 구할 수 있으며, 웨이퍼 스테이지를 고정밀도로 제어할 수 있다. 또한, 미러(8)에 도달하는 레이저 빔의 위치는 전술한 예에 한정되지 않으며, 예를 들어, 웨이퍼의 배면 계측 및 웨이퍼의 전면 계측에서 웨이퍼 스테이지의 미러(8)에 도달하는 레이저 빔의 위치들 모두가 미러의 중심으로부터 하반부에 있는 경우도 적용할 수 있다.

또한, 배면 마크(50)와 전면 마크(51)를 계측할 때, 웨이퍼가 0°와 180°인 2개의 상태에서 계측을 실시함으로써, 웨이퍼 스테이지의 Z 방향 구동에 의해 발생하는 X 방향 또는 Y 방향의 편차를 줄일 수도 있다.

도 9a 및 도 9b는, 차이(52)만큼 서로 이격된 배면 마크(50)와 전면 마크(51)가 있고, 검출계(16)가 각각의 마크에 포커싱되어 계측을 실시하고 있는 상태를 도시하고 있다. 이 상태에서 웨이퍼의 각도를 0°로 정의한다.

이 경우에서, 배면 마크(50)와 전면 마크(51)의 오버레이 편차량은, 도 9a의 배면 마크(50)의 계측값과 도 9b의 전면 마크(51)의 계측값 간의 차이를 산출하고 산출된 차이에서 차이(52)를 감산하여 구한 값이 된다. 도 9a 및 도 9b로부터 산출되는 오버레이 편차량을 OvD-0로 설정하면, 웨이퍼 0°에서 계측한 오버레이 편차량(OvD-0)은 {(배면 마크(50)의 검출 위치값) - (전면 마크(51)의 검출 위치값)} - 차이(52)가 된다. 여기서, 차이(52)는, 웨이퍼가 0°인 경우에서 배면 마크(50)의 위치 - 전면 마크(51)의 위치로서 산출된다.

이 오버레이 편차량은 웨이퍼 스테이지의 Z 방향의 구동으로 인해 발생하는 마크 위치의 검출 오차에 의해 영향을 받게 된다. 도 9c는 웨이퍼 스테이지 Z 구동으로 인해 발생하는 웨이퍼 스테이지(4)의 Y 방향의 편차량(55)을 설명하기 위한 도면이다. 예를 들어, 웨이퍼 스테이지를 기준이 되는 Z 위치(0㎛)로부터 +100㎛만큼 구동시키는 것을 상정한다. 이 경우에 있어서, 이상적으로는 배면 마크(50)가 상방으로만 이동하고 Y 방향으로 배면 마크(50)의 위치 편차가 발생하지 않는 것이 바람직하지만, 실제로는 스테이지 Z 구동으로 인해 발생하는 편차량(55)만큼 위치 편차가 발생한다. 이는 웨이퍼 스테이지를 Z 방향으로 구동시킬 때 약간의 경사(θ)가 있기 때문에 발생한다. 웨이퍼의 전면과 배면의 중첩을 검사할 때, 웨이퍼 스테이지의 Z 구동량이, 도 9c에 도시된 바와 같이, 100㎛ 등과 같이 크기 때문에, 경사(θ)가 적은 양이라도, 스테이지 Z 구동으로 인해 발생하는 편차량(55)은 커지게 된다. 예를 들어, 경사(θ)가 1 mrad와 같이 적은 양이라도, 1 mrad × 100㎛ = 100㎚와 같이 매우 큰 편차량이 발생하게 된다. 즉, 산출된 오버레이 편차량(OvD-0)은 "진정한" 오버레이 편차량과 스테이지 Z 구동으로 인해 발생하는 편차량(55)을 포함하고 있다. 이하의 식으로 나타내면, 웨이퍼 0°에서 계측된 오버레이 편차량(OvD-0) = 진정한 오버레이 편차량 + 스테이지 Z 구동으로 인해 발생하는 편차량(55)이 된다.

도 9d 및 도 9e는 도 9a 및 도 9b의 상태에 있는 웨이퍼를 웨이퍼 표면('기판면'이라고도 함)의 법선 방향의 축을 회전축으로 하여 이를 중심으로 180°회전시킨 경우의 웨이퍼 상태를 나타내는 도면이다. 이와 같이, 웨이퍼를 180°회전시킨 상태에서 배면 마크(50)와 전면 마크(51)를 각각의 초점 위치에서 검출함으로써, 오버레이 편차량(OvD-180)을 산출한다. 이하의 식으로 나타내면, 웨이퍼 180°에서 계측된 오버레이 편차량(OvD-180) = {(배면 마크(50)의 검출 위치값) - (전면 마크(51)의 검출 위치값)} - 차이(52)가 된다. 여기서, 차이(52)도, 웨이퍼가 180°인 경우에서 배면 마크(50)의 위치 - 전면 마크(51)의 위치로서 산출된다.

웨이퍼가 180°회전한 상태에서 웨이퍼를 계측하기 때문에, 오버레이 편차량은 웨이퍼가 0°인 경우에 비해 반전된 부호를 갖는다. 도 9f 및 도 9g는 웨이퍼가 0°와 180°인 상태에서 배면 마크(50)와 전면 마크(51)를 관찰했을 때 XY 좌표계에서 마크(50, 51)의 평면도를 나타낸 도면이다. 도 9f는 도 9a 및 도 9b에 나타낸 웨이퍼가 0°인 상태에서 마크 관찰을 XY 좌표계로 나타내고 있으며, 도 9g는 도 9d 및 도 9e에 나타낸 웨이퍼가 180°회전한 상태에서 마크 관찰을 XY 좌표계로 나타내고 있다. 웨이퍼가 0°인 때의 오버레이 편차량(OvD-0)의 계산에서는, 전면 마크(51)의 계측값이 크기 때문에, (배면 마크(50)의 계측 위치값) - (전면 마크(51)의 계측 위치값)이 마이너스가 되는 것을 도 9f로부터 알 수 있다. 웨이퍼가 180°인 때의 오버레이 편차량(OvD-180)의 계산에서는, 배면 마크(50)의 계측값이 크기 때문에, (배면 마크(50)의 계측 위치값) - (전면 마크(51)의 계측 위치값)이 플러스가 되는 것을 도 9g로부터 알 수 있다. 진정한 오버레이 편차량도 마찬가지이다.

오버레이 편차량(OvD-180)은 도 9c에 도시된 스테이지 Z 구동으로 인해 발생하는 위치 편차량(55)을 포함하고 있다. 이하의 식으로 나타내면, 웨이퍼 180°에서 계측된 오버레이 편차량(OvD-180) = 진정한 오버레이 편차량 + 스테이지 Z 구동으로 인해 발생하는 편차량(55)이 된다. 웨이퍼 스테이지(4)가 Z 방향으로 이동할 때 웨이퍼의 배향은 X-Y 평면에서 드리프트에 영향을 미치지 않기 때문에, 웨이퍼가 0°와 180°일 때의 진정한 오버레이 편차량은 부호가 서로 반전하고, 스테이지 Z 구동으로 인해 발생하는 편차량(55)은 동일한 부호를 갖는다. 따라서, 진정한 오버레이 편차량을, 웨이퍼 0°와 180°상태에서 산출된 OvD-180와 OvD-0 간의 차이를 반분하는 연산을 실시함으로써, 산출할 수 있다. 이하의 식으로 나타내면, 진정한 오버레이 편차량 = | (오버레이 편차량(OvD-0) - 오버레이 편차량(OvD-180)/2 |가 된다. 이에 따르면, OvD-0와 OvD-180에 포함된 스테이지 Z 구동으로 인해 발생하는 편차량(55)을 소거할 수 있으며, 스테이지 Z 구동으로 인해 발생하는 오차를 포함하지 않는 고정밀도의 중첩 검사를 실현할 수 있다.

또한, 기판이 실리콘 웨이퍼인 경우에 대해 설명했지만, 기판은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 실리콘 카바이드(SiC) 또는 도펀트(Si) 등으로 제조된 기판을 사용할 수 있다. 또한, 웨이퍼 정렬 검출계를 웨이퍼 위 또는 아래에 배치할 수도 있다.

다음으로, 본 예시적 실시예에 따른 노광 장치를 이용한 디바이스(액정 표시 디바이스 등)의 제조 방법을 설명한다. 액정 표시 디바이스는 투명 전극을 형성하는 공정에 의해 제조된다. 투명 전극을 형성하는 공정은 투명 도전막이 증착 된 유리 기판에 감광제를 도포하는 공정과, 상기 노광 장치를 사용하여 감광제가 도포된 유리 기판을 노광하는 공정과, 유리 기판을 현상하는 공정을 포함한다.

상기 노광 장치를 이용한 디바이스의 제조 방법은 액정 표시 디바이스 이외의 반도체 디바이스 등과 같은 디바이스의 제조에 적합하다. 상기 방법은 감광제가 도포된 기판을 상기 노광 장치를 이용하여 노광하는 공정과, 상기 노광된 기판을 현상하는 공정을 포함할 수 있다. 또한, 상기 디바이스의 제조 방법은 다른 공지의 공정(산화, 성막, 증착, 도핑, 평탄화, 에칭, 레지스트 박리, 다이싱, 본딩, 패키징 등)을 포함할 수 있다.

예시적 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 개시된 예시적 실시예에 한정되지 않음을 이해하여야 한다. 하기된 특허청구범위는 특허청구범위 내에서의 모든 변형, 등가의 구조 및 기능을 모두 포함하도록 최광의로 해석되어야 한다.

Claims

기판에 형성된 마크를 조사하여 상기 마크의 화상을 검출하는 검출 광학계를 이용하여 상기 기판의 제1 표면에 형성된 제1 마크와 상기 기판의 제1 표면의 반대측인 제2 표면에 형성된 제2 마크의 상대 위치를 계측하는 계측 방법으로서,
상기 검출 광학계의 시야 내에 상기 제1 마크가 있는 상태에서, 상기 검출 광학계를 이용하여 상기 기판의 제1 표면 측으로부터 상기 제1 마크를 조사하여 상기 제1 마크의 화상을 검출하는 제1 공정을 실시하는 단계와,
상기 제1 공정 후에 상기 제1 마크가 상기 검출 광학계의 시야 밖에 위치하고 상기 제2 마크가 상기 검출 광학계의 시야 내에 위치하도록, 상기 검출 광학계의 광축 방향에 수직인 방향으로 상기 검출 광학계와 상기 기판의 상대 위치를 상기 검출 광학계의 시야의 직경의 절반 이상 변경하는 단계와,
상기 변경하는 단계 후에, 상기 검출 광학계의 시야 밖에 상기 제1 마크가 있고 상기 검출 광학계의 시야 내에 상기 제2 마크가 있는 상태에서, 상기 검출 광학계를 이용하여 상기 기판을 투과하는 파장의 광으로 상기 기판의 제1 표면 측으로부터 상기 제2 마크를 조사하여 상기 제2 마크의 화상을 검출하는 제2 공정을 실시하는 단계와,
상기 제1 공정 및 상기 제2 공정의 검출 결과를 이용하여 상기 제1 마크와 상기 제2 마크의 상대 위치를 산출하는 단계를 포함하는, 계측 방법.
제1항에 있어서,
상기 제2 공정에서, 상기 제1 표면의 제품 패턴과 제1 마크가 상기 검출 광학계의 시야 밖에 있는, 계측 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 공정에서 상기 제1 마크에 상기 검출 광학계가 포커싱되고 상기 제2 공정에서 상기 제2 마크에 상기 검출 광학계가 포커싱되도록, 상기 검출 광학계의 광축 방향의 상기 기판의 위치가 상기 제1 공정과 상기 제2 공정 사이에서 변경되는, 계측 방법.
제1항에 있어서,
상기 기판의 회전각이 상기 기판 표면의 법선 방향의 축을 회전축으로 하여 0°및 180°인 경우에 상기 제1 공정 및 상기 제2 공정을 각각 실시하는, 계측 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 공정 및 상기 제2 공정에서, 상기 기판을 이동시키는 스테이지에 설치된 미러에 광이 입사될 수 있도록 하는 간섭계를 이용하여 각 마크의 위치를 검출하는 단계와,
상기 미러에 입사되는 광의 위치 변화로 인해 발생하는 마크들의 위치 검출 오차를 보정하기 위한 보정 데이터를 구하는 단계를 더 포함하는, 계측 방법.
제1항에 있어서,
상기 기판을 투과하지 않는 파장과 상기 기판을 투과하는 파장의 파장차로 인해 발생하는 마크 위치의 파장차 오프셋을 각각 구하는 단계와,
상기 파장차 오프셋에 기초하여 상기 마크 위치의 검출 오차를 보정하는 단계를 더 포함하고,
상기 제1 공정에서는, 상기 제1 마크가 상기 기판을 투과하지 않는 파장을 갖는 광으로 상기 기판의 제1 표면 측으로부터 조사되어, 상기 제1 마크의 화상이 검출되는, 계측 방법.
제6항에 있어서,
상기 기판의 제1 표면 측으로부터 상기 기판을 투과하지 않는 파장과 상기 기판을 투과하는 파장으로 하나의 마크 또는 2개의 동일한 마크를 조사하여 상기 파장차 오프셋을 구하는, 계측 방법.
제3항에 있어서,
상기 제1 공정에서는, 상기 검출 광학계의 광축 방향으로 상기 기판의 위치를 변경하지 않고서, 상기 기판의 제1 표면에 형성된 복수의 샷에 대응하는 복수의 제1 마크의 화상을 검출하고,
상기 제2 공정에서는, 상기 검출 광학계의 광축 방향으로 상기 기판의 위치를 변경하지 않고서, 상기 기판의 제2 표면에 형성된 복수의 샷에 대응하는 복수의 제2 마크의 화상을 검출하는, 계측 방법.
제8항에 있어서,
상기 복수의 샷에 대응하는 상기 복수의 제1 마크의 검출 순서는 검출된 상기 복수의 제1 마크에 대응하는 상기 복수의 제2 마크의 검출 순서와 동일한, 계측 방법.
제1항에 따른 계측 방법에서 사용하는 기판에 마크를 생성하는 노광 방법으로서,
상기 제2 마크에 대향하는 위치를 포함하는 상기 검출 광학계의 시야와 동일한 범위 내에 상기 제1 마크와 패턴이 형성되지 않도록, 상기 기판의 제1 표면 상에 상기 제1 마크와 상기 패턴을 노광하고 형성하는 단계와,
상기 노광하고 형성하는 단계 후에 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 계측 방법을 실행하는 단계를 포함하는, 노광 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 계측 방법을 이용하여 상기 제1 마크와 상기 제2 마크의 상대 위치를 산출하는 단계와,
산출된 상기 상대 위치 및 상기 제1 마크와 상기 제2 마크의 상대 위치의 설계값을 이용하여 상기 제1 마크와 상기 제2 마크의 오버레이 편차량을 산출하는 단계와,
산출된 상기 오버레이 편차량을 이용하여 상기 기판의 정렬을 실시하여 상기 기판을 노광하는 단계를 포함하는, 노광 방법.
기판의 제1 표면에 형성된 제1 마크와 상기 기판의 제1 표면의 반대측인 제2 표면에 형성된 제2 마크의 상대 위치를 계측하는 계측 장치로서,
상기 기판에 형성된 마크를 조사하여 상기 마크의 화상을 검출하도록 구성된 검출 광학계와,
상기 검출 광학계로부터의 검출 결과를 이용하여 연산을 수행하도록 구성된 연산 유닛을 포함하며,
상기 검출 광학계는, 상기 검출 광학계의 시야 내에 상기 제1 마크가 있는 상태에서 상기 기판의 제1 표면 측으로부터 상기 제1 마크를 조사하여 상기 제1 마크의 화상을 검출하도록 구성되고,
상기 계측 장치는, 상기 제1 마크의 화상 검출 후에 상기 제1 마크가 상기 검출 광학계의 시야 밖에 위치하고 상기 제2 마크가 상기 검출 광학계의 시야 내에 위치하도록, 상기 검출 광학계의 광축 방향에 수직인 방향으로 상기 검출 광학계와 상기 기판의 상대 위치를 상기 검출 광학계의 시야의 직경의 절반 이상 변경하고,
상기 검출 광학계는, 상기 변경이 행해진 후에, 상기 검출 광학계의 시야 밖에 상기 제1 마크가 있고 상기 검출 광학계의 시야 내에 상기 제2 마크가 있는 상태에서 상기 기판을 투과할 수 있는 파장의 광으로 상기 기판의 제1 표면 측으로부터 상기 제2 마크를 조사하여 상기 제2 마크의 화상을 검출하도록 구성되고,
상기 연산 유닛은, 상기 검출 광학계로부터의 검출 결과를 이용하여 상기 제1 마크와 상기 제2 마크의 상대 위치를 산출하도록 구성된, 계측 장치.
계측 장치를 포함하며, 기판을 노광하는 노광 장치로서,
상기 노광 장치는, 상기 계측 장치에 의해 산출된, 상기 기판의 제1 표면의 제1 마크와 상기 기판의 제1 표면의 반대측인 제2 표면의 제2 마크의 상대 위치를 이용하여, 상기 기판의 정렬을 실시하도록 구성되고,
상기 계측 장치는, 상기 기판의 마크를 조사하여 상기 마크의 화상을 검출하는 검출 광학계와, 상기 검출 광학계로부터의 검출 결과를 이용하여 연산을 수행하는 연산 유닛을 포함하며,
상기 검출 광학계는, 상기 검출 광학계의 시야 내에 상기 제1 마크가 있는 상태에서 상기 기판의 제1 표면 측으로부터 상기 제1 마크를 조사하여 상기 제1 마크의 화상을 검출하고,
상기 계측 장치는, 상기 제1 마크의 화상 검출 후에 상기 제1 마크가 상기 검출 광학계의 시야 밖에 위치하고 상기 제2 마크가 상기 검출 광학계의 시야 내에 위치하도록, 상기 검출 광학계의 광축 방향에 수직인 방향으로 상기 검출 광학계와 상기 기판의 상대 위치를 상기 검출 광학계의 시야의 직경의 절반 이상 변경하고,
상기 검출 광학계는, 상기 변경이 행해진 후에, 상기 검출 광학계의 시야 밖에 상기 제1 마크가 있고 상기 검출 광학계의 시야 내에 상기 제2 마크가 있는 상태에서 상기 기판을 투과할 수 있는 파장의 광으로 상기 기판의 제1 표면 측으로부터 상기 제2 마크를 조사하여 상기 제2 마크의 화상을 검출하고,
상기 연산 유닛은, 상기 검출 광학계로부터의 검출 결과를 이용하여 상기 제1 마크와 상기 제2 마크의 상대 위치를 산출하는, 노광 장치.
디바이스 제조 방법으로서,
노광 장치를 이용하여 기판을 노광하는 단계와,
노광된 기판을 현상하는 단계를 포함하며,
상기 노광 장치는 계측 장치를 포함하며, 상기 계측 장치에 의해 산출된, 상기 기판의 제1 표면의 제1 마크와 상기 기판의 제1 표면의 반대측인 제2 표면의 제2 마크의 상대 위치를 이용하여, 상기 기판의 정렬을 실시하여 상기 기판을 노광하고,
상기 계측 장치는, 상기 기판의 마크를 조사하여 상기 마크의 화상을 검출하는 검출 광학계와, 상기 검출 광학계로부터의 검출 결과를 이용하여 연산을 수행하는 연산 유닛을 포함하며,
상기 검출 광학계는, 상기 검출 광학계의 시야 내에 상기 제1 마크가 있는 상태에서 상기 기판의 제1 표면 측으로부터 상기 제1 마크를 조사하여 상기 제1 마크의 화상을 검출하고,
상기 계측 장치는, 상기 제1 마크의 화상 검출 후에 상기 제1 마크의 조사 후에 상기 제1 마크가 상기 검출 광학계의 시야 밖에 위치하고 상기 제2 마크가 상기 검출 광학계의 시야 내에 위치하도록, 상기 검출 광학계의 광축 방향에 수직인 방향으로 상기 검출 광학계와 상기 기판의 상대 위치를 상기 검출 광학계의 시야의 직경의 절반 이상 변경하고,
상기 검출 광학계는, 상기 변경이 행해진 후에, 상기 검출 광학계의 시야 밖에 상기 제1 마크가 있고 상기 검출 광학계의 시야 내에 상기 제2 마크가 있는 상태에서 상기 기판을 투과하는 파장의 광으로 상기 기판의 제1 표면 측으로부터 상기 제2 마크를 조사하여 상기 제2 마크의 화상을 검출하며,
상기 연산 유닛은, 상기 검출 광학계로부터의 검출 결과를 이용하여 상기 제1 마크와 상기 제2 마크의 상대 위치를 산출하는, 디바이스 제조 방법.
컴퓨터로 하여금 기판의 제1 표면에 형성된 제1 마크와 상기 기판의 제1 표면의 반대측인 제2 표면에 형성된 제2 마크의 상대 위치를 산출하게 하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능 기록매체로서,
상기 기판에 형성되어 있는 마크에 광을 조사하여 마크의 화상을 검출하기 위한 검출 광학계의 시야 내에 상기 제1 마크가 있는 상태에서 상기 기판의 제1 표면측으로부터 상기 제1 마크를 조사함으로써 상기 제1 마크의 화상을 검출하는 상기 검출 광학계를 제어하는 제1 공정을 수행하는 단계와,
상기 제1 공정 후에 상기 제1 마크가 상기 검출 광학계의 시야 밖에 위치하고 상기 제2 마크가 상기 검출 광학계의 시야 내에 위치하도록, 상기 검출 광학계의 광축 방향에 수직인 방향으로 상기 검출 광학계와 상기 기판의 상대 위치를 상기 검출 광학계의 시야의 직경의 절반 이상 변경하는 단계와,
상기 변경하는 단계 후에, 상기 검출 광학계의 시야 밖에 상기 제1 마크가 있고 상기 검출 광학계의 시야 내에 상기 제2 마크가 있는 상태에서, 상기 기판을 투과하는 파장의 광으로 상기 기판의 제1 표면측으로부터 상기 제2 마크를 조사함으로써 상기 제2 마크의 화상을 검출하는 상기 검출 광학계를 제어하는 제2 공정을 수행하는 단계와,
상기 검출 광학계에 의해 얻어진 상기 제1 공정과 상기 제2 공정의 검출 결과를 이용하여 상기 제1 마크와 상기 제2 마크의 상대 위치를 산출하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 판독가능 기록매체.