KR102357577B1 - 투영 노광 장치, 투영 노광 방법, 투영 노광 장치용 포토마스크, 및 기판의 제조 방법 - Google Patents

투영 노광 장치, 투영 노광 방법, 투영 노광 장치용 포토마스크, 및 기판의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

[과제] 투영 노광 장치에서, 마스크 패턴을 기판의 샷 영역에 정밀도 좋게 맞추어 전사한다. [해결 수단] 레티클에 복수의 샷 영역 변형에 대응하는 마스크 패턴을 형성하고, 스텝&리피트 방식에 따라서, 복수의 샷 영역이 형성된 기판에 마스크 패턴을 전사한다. 글로벌 얼라인먼트 방식에 따라서 샘플용 얼라인먼트 마크의 위치 좌표를 계측하고, 글로벌 얼라인먼트 영역의 형상 오차로부터 샷 영역의 형상 오차를 검출한다. 그리고, 그 형상 오차에 대응하고, 즉 변형 상태가 같은 경향에 있는 필드 형상을 갖는 마스크 패턴을 선택한다.

Description

투영 노광 장치, 투영 노광 방법, 투영 노광 장치용 포토마스크, 및 기판의 제조 방법{PROJECTION EXPOSURE APPARATUS, PROJECTION EXPOSURE METHOD, PHOTOMASK FOR THE PROJECTION EXPOSURE APPARATUS, AND THE METHOD FOR MANUFACTURING SUBSTRATE}
본 발명은, 레티클 등의 포토마스크(photomask)에 형성된 패턴을 기판에 전사하는 투영 노광 장치에 관한 것으로, 특히, 변형된 기판에 대한 얼라인먼트(위치 맞춤)에 관한 것이다.
투영 노광 장치를 이용하여 제조되는 반도체 소자, 액정 표시 소자, 패키지 기판 등의 디바이스의 상당수는, 다층 구조가 되고, 패턴을 거듭하여 전사하는 것에 의해서 기판이 제조된다. 2층 이후의 패턴을 기판에 전사하는 경우, 기판 상에 미리 형성된 샷 영역과 마스크 상의 패턴상(pattern 像)과의 위치 맞춤, 즉 포토마스크와 기판과의 위치 맞춤을 정확하게 실시할 필요가 있다.
위치 맞춤 방식으로서는, 글로벌 얼라인먼트(GA) 방식이 알려져 있다. 그곳에서는, 기판 상의 그리드에 따라서 복수의 샷 영역이 규정되고, 그리드 상에는, 각 샷 영역을 정하도록 얼라인먼트 마크가 형성되어 있다. 그리고, 복수의 샷 영역을 포함하는 글로벌 얼라인먼트 영역을 규정, 그 영역을 규정하는 샘플용 얼라인먼트 마크의 위치 좌표를 검출한다.
2층 이후의 패턴을 전사할 때, 스테이지의 위치 맞춤 정밀도 오차, 기판 신축 등에 기인하여 샷 간의 배열 오차가 생기고 있다. 여기서, 계측된 샘플용 얼라인먼트 마크의 위치 좌표와 설계 상의 샘플용 얼라인먼트 마크의 위치 좌표와의 차이로부터, 샷 간의 배열 오차를 산출하고, 오프셋 보정, 스케일링 보정 등에 의해서 위치 맞춤을 실시한다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 한편, 기판 신축에 대응하는 스케일링 보정에서는, 투영 광학계의 변배 렌즈(變倍 lens)의 위치를 조정하는 것에 의해서, 마스크 패턴의 투영상을 확대/축소 보정할 수 있다(특허문헌 2 참조).
기판의 변형은, 좌표축에 따른 종횡의 선형 신축 뿐만이 아니라, 대각 방향 그 외의 방향으로의 신축 등 여러 가지이고, 마름모꼴, 사다리꼴 등으로 변형하는 경우도 있다. 이러한 변형은, 스케일링 보정으로 수정하는 것이 어렵다. 여기서, 마스크 기판과 워크 기판과의 광로 상에 워크 기판과 같이 변형시킨 플레이트를 설치하고, 변형에 대응하는 마스크 패턴상(pattern 像)을 전사하는 방법이 알려져 있다(특허문헌 3 참조).
일본 공개특허 특개2006-269562호 공보 일본 공개특허 특개2004-29546호 공보 일본 공개특허 특개2011-248260호 공보
기판의 변형 상태는 한결같지 않고, 여러 가지 일그러짐이 기판에 생기고 있다. 특히, 세라믹스 혹은 수지제의 기판의 경우, 기판은 복잡한 일그러짐을 수반하여 변형한다. 이러한 기판의 비뚤어짐, 혹은 장치 특성 등에 기인하여 샷 영역의 형상이 실제로는 설계 상 정한 형상과는 다른 경우, 좌표축 방향에 따른 신축을 전제로 한 스케일링 보정에서는 대처할 수 없다.
투영 노광 장치는, 고정밀도, 고해상도의 패턴 형성에 이용되는 노광 장치이며, 반도체 칩 등의 용도에 맞추어 기판의 상당수는 실리콘 웨이퍼를 사용한다. 실리콘 웨이퍼의 경우, 그 재질상 샷 영역의 변형은 현저하게 나타나지 않는다.
그렇지만, 세라믹스나 수지에 의해서 성형되는 기판(예를 들면 인터포저 기판(interposer substrate))에서도, 고해상도의 패턴을 형성하기 위해서 투영 노광 장치를 사용하는 것이 필요하게 된다. 이 경우, GA방식에 의해서 샷 영역의 배열 오차를 보정하도록 위치 맞춤을 실시해도, 샷 영역 자신의 복잡한 변형에 대처할 수 없다. 그 결과, 각 층간에서 스루홀의 위치 차이가 생길 우려가 있고, 패턴의 중첩 정밀도가 악화된다.
따라서, 여러 가지 샷 영역의 변형에 대해서도, 위치 맞춤을 정밀도 좋게 실시하는 것이 요구된다.
본 발명의 투영 노광 장치는, 스텝&리피트 방식에 따라서 마스크 패턴을 기판에 전사하는(축소, 등배 등의) 투영 노광 장치에 있어서, 2 차원 배열된 복수의 샷 영역과 복수의 샷 영역의 배열에 따라서 설치되는 복수의 얼라인먼트 마크를 형성한 기판을, 포토마스크에 형성된 마스크 패턴의 투영 에어리어에 대해 간헐적으로 상대 이동시키는 주사부와, 스텝&리피트 방식에 따라, 마스크 패턴을 복수의 샷 영역에 전사하는 노광 제어부를 구비한다.
또한, 투영 노광 장치는, 복수의 얼라인먼트 마크의 위치로부터, 설계 상의 샷 영역을 기준으로 했을 때의 소정의 샷 영역의 2 차원적인 형상 오차를 계측하는 형상 오차 계측부를 구비한다. 기판의 변형 등에 의해, 실제로 계측되는 샷 영역의 형상, 에어리어 위치는, 기준이 되는 설계 상의 샷 영역의 형상(예를 들면 사각형(矩形狀)), 에어리어 위치로부터 어긋나 있으며, 이것을 「형상 오차」로서 계측하여, 검출한다.
여기서, 「2차원적인 형상 오차」란, 기판 상에 규정되는 좌표축과는 다른 방향에 관해서 샷 영역이 변형, 변동하는 것에 기인하는 샷 영역의 변형을 나타내고, 예를 들면, 좌표축(1축 혹은 2축)에 따른 스케일링(확대, 축소) 이외의 형상 오차가 포함된다. 설계 상의 샷 영역이 사각형인 경우, 마름모꼴, 평행 사변형, 사다리꼴, 준형(樽型), 실패형(絲卷型), 부채꼴(扇形) 등 비사각형상으로 변형하는 때의 설계 상과의 상위, 혹은, 회전 차이 등 에어리어 전체의 위치와 설계 상의 에어리어 위치와의 상위 등도, 2 차원적 형상 오차에 포함되는 것으로 한다. 이러한 샷 영역의 2 차원적 형상 오차는, 기판의 좌표축과는 다른 방향에 따른 일그러짐, 장치의 특성 등에 기인한다.
본 발명에서는, 포토마스크에서, 설계 상 샷 영역에 대해서 각각 2 차원적인 형상 오차가 다른 복수의 샷 영역에 대응하는 복수의 마스크 패턴을 설치하고 있다. 여기서, 「형상 오차가 다르다」란, 예를 들면 평행 사변형, 사다리꼴 등, 샷 영역의 변형한 형상 타입이 다른 경우, 또, 직교도의 편차량, 즉 좌표축에 대한 각도의 크기의 차이 등, 변형량이 다른 경우, 또, 샷 영역의 위치 변동의 변동량의 상위도 포함된다.
그리고, 노광 제어부는, 복수의 마스크 패턴 중에서, 계측된 형상 오차에 대응하는 마스크 패턴을 선택하고, 그 마스크 패턴을 전사한다. 예를 들면, 변형한 샷 영역의 형상이 동일한 필드를 갖는 마스크 패턴, 직교도의 편차량 등 변형량이 일치하는 필드를 갖는 마스크 패턴, 샷 영역의 변동 위치가 동일한 필드를 갖는 마스크 패턴이 선택되는 등, 형상 오차에 관해, 에어리어 변형의 종류, 변형량, 에어리어 변동량이 같은 경향에 있는 마스크 패턴을 선택하는 것이 가능하다.
예를 들면, 복수의 얼라인먼트 마크가, 소정수의 샷 영역으로부터 구성되는 글로벌 얼라인먼트 영역을 규정하는 샘플용 얼라인먼트 마크를 포함하는 경우, 노광 제어부는, 샘플용 얼라인먼트 마크의 위치에 근거하여 글로벌 얼라인먼트의 형상 오차를 계측하고, 그 형상 오차에 대응하는 마스크 패턴을 선택할 수 있다. 또, 기판에 규정된 복수의 글로벌 얼라인먼트 영역에 따라, 샘플용 얼라인먼트 마크가 설치되어 있는 경우, 노광 제어부는, 각 글로벌 얼라인먼트 영역에 대한 형상 오차를 계측할 수 있다. 더욱, 노광 제어부는, 샘플용 얼라인먼트 마크의 위치에 근거하여 글로벌 얼라인먼트 내의 샷 영역 배열 오차를 산출하는 한편, 글로벌 얼라인먼트 영역 내의 샷 영역을 규정하는 얼라인먼트 마크의 위치에 근거하고, 샷 영역의 형상 오차를 계측하는 것이 가능하다.
본 발명의 다른 태양에서의 투영 노광 방법은, 2 차원 배열된 복수의 샷 영역과 복수의 샷 영역의 배열에 따라서 설치되는 복수의 얼라인먼트 마크를 형성한 기판에 대해, 복수의 얼라인먼트 마크의 위치로부터, 설계 상의 샷 영역을 기준으로 했을 때의 변형 샷 영역의 형상 오차를 계측하고, 포토마스크에 형성된 마스크 패턴의 투영 에어리어에 대해 간헐적으로 상대 이동시켜, 스텝&리피트 방식에 따라, 마스크 패턴을 복수의 샷 영역에 전사하는 투영 노광 방법이며, 포토마스크가, 각각 형상 오차가 다른 복수의 변형 샷 영역에 대응하는 복수의 마스크 패턴을 갖고, 복수의 마스크 패턴 중에서, 계측된 형상 오차에 대응하는 마스크 패턴을 선택하고, 그 마스크 패턴을 전사하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 태양에서의 투영 노광 장치용 포토마스크는, 스텝&리피트 방식에 따라서 마스크 패턴을 기판에 전사하는(축소, 등배 등의) 투영 노광 장치에 사용되는 포토마스크며, 포토마스크를 이용하여 기판을 제조할 수 있다.
예를 들면, 투영 노광 장치에서는, 2 차원 배열된 복수의 샷 영역과 복수의 샷 영역의 배열에 따라서 설치되는 복수의 얼라인먼트 마크를 형성한 기판을, 포토마스크에 형성된 마스크 패턴의 투영 에어리어에 대해 간헐적으로 상대 이동시키는 주사부와, 스텝&리피트 방식에 따라, 마스크 패턴을 복수의 샷 영역에 전사하는 노광 제어부를 구비한다.
본 발명의 포토마스크에서는, 복수의 마스크 패턴을 구비하고, 복수의 마스크 패턴은, 설계 상의 샷 영역을 기준으로 했을 때 각각 다른 2 차원적 형상 오차를 갖는 복수의 샷 영역에 대응하고 있다.
이러한 포토마스크를 투영용 노광 장치에 이용함으로써, 복수의 마스크 패턴 중에서, 계측한 샷 영역의 2 차원적으로 형상 오차에 대응하는 필드(에어리어)를 갖는 마스크 패턴을 선택하는 것으로, 마스크 패턴을 그 샷 영역에 어긋나지 않게 중첩시킬 수 있다. 예를 들면, 변형한 샷 영역의 형상이 동일한 필드를 갖는 마스크 패턴, 직교도의 편차량 등 변형량이 일치하는 필드를 갖는 마스크 패턴, 샷 영역의 변동 위치가 동일한 필드를 갖는 마스크 패턴이 선택되는 등, 형상 오차에 관해, 에어리어 변형의 종류, 변형량, 에어리어 변동량이 같은 경향에 있는 마스크 패턴을 선택하는 것이 가능하다.
예를 들면, 복수의 마스크 패턴은, 평행 사변형, 마름모꼴, 사다리꼴, 준형(樽型), 실패형(絲卷型)의 하나의 필드 형상을 갖는다. 샷 영역이 실질적으로 변형하지 않고 설계 상의 샷 영역과 형상이 같은 경우도 있는 것을 고려하면, 포토마스크에는, 설계 상의 샷 영역의 형상과 동일한 필드를 갖는 마스크 패턴을 설치하는 것이 좋다.
본 발명에 의하면, 투영 노광 장치에서, 마스크 패턴을 기판의 샷 영역에 정밀도 좋게 맞추어 정밀도 좋게 전사할 수 있다.
[도 1] 제1 실시 형태인 투영 노광 장치의 개략적 블럭도이다.
[도 2] 샷 영역이 배열된 기판을 나타낸 도면이다.
[도 3] 복수의 마스크 패턴이 형성된 레티클을 나타낸 도면이다.
[도 4] 기판의 변형에 기인하는 샷 영역의 형상 오차를 나타낸 도면이다.
[도 5] 스텝&리피트 방식에 근거하는 노광 동작의 프로세스를 나타낸 도면이다.
[도 6] 글로벌 얼라인먼트 영역의 변형 형상의 일례를 나타낸 도면이다.
[도 7] 제2 실시 형태에서의 글로벌 얼라인먼트 영역의 형상 오차와 샷 영역의 형상 오차를 나타낸 도면이다.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.
도 1은, 제1 실시 형태인 투영 노광 장치의 개략적 블럭도이다. 이하에서는, 1층의 패턴이 기판에 형성되고, 2층 이후, 기판의 샷 영역에 마스크 패턴을 중첩하는 노광 프로세스를 전제로 해서 설명한다.
투영 노광 장치(10)는, 레티클(포토마스크)(R)에 형성된 마스크 패턴을, 스텝&리피트 방식에 따라서 기판(워크 기판)(W)에 전사하는 노광 장치이며, 방전 램프 등의 광원(20), 투영 광학계(34)를 구비한다. 레티클(R)는 석영재 등으로 구성되고, 차광 영역을 갖는 마스크 패턴이 형성되어 있다. 기판(W)은, 여기에서는 실리콘, 세라믹스, 유리 혹은 수지제의 기판(예를 들면, 인터포저 기판)이 적용된다.
광원(20)에서 방사된 조명광은, 미러(22)를 통해 인티그레이터(integrators)(24)에 입사 하고, 조명 광량이 균일하게 된다. 균일하게 된 조명광은, 미러(26)를 통해 콜리메이터 렌즈(collimator lens)(28)에 입사한다. 이것에 의해, 평행광이 레티클(R)에 입사 한다. 광원(20)은, 램프 구동부(21)에 의해서 구동 제어된다.
레티클(R)에는 마스크 패턴이 형성되고, 마스크 패턴이 투영 광학계(34)의 광원측 초점 위치에 있도록, 레티클(R)이 레티클용 스테이지(30)에 탑재되어 있다. 레티클(R)의 전방(광원측)에는 애퍼처(aperture)(도시하지 않음)가 설치되고, 일부의 마스크 패턴에만 조명광이 입사한다.
레티클(R)을 탑재한 스테이지(30), 기판(W)을 탑재한 스테이지(40)에는, 서로 직교 하는 X-Y―Z의 3축 좌표계가 규정되어 있다. 스테이지(30)는, 레티클(R)을 초점면을 따라서 이동시키도록 X-Y 방향으로 이동 가능하고, 스테이지 구동부(32)에 의해서 구동된다. 또 스테이지(30)는, X-Y좌표 평면에서 회전도 가능하다. 스테이지(30)의 위치 좌표는, 여기에서는 레이저 간섭계 혹은 리니어 엔코더(도시하지 않음)에 의해서 측정된다.
레티클(R)의 마스크 패턴의 필드(에어리어)를 투과한 광은, 투영 광학계(34)에 의해서 기판(W)에 패턴광으로서 투영된다. 기판(W)은, 그 노광면이 투영 광학계(34)의 상측 초점 위치와 일치하도록, 기판용 스테이지(40)에 탑재되어 있다.
스테이지(40)는, 기판(W)을 초점면을 따라서 이동시키도록 X-Y 방향으로 이동 가능하고, 스테이지 구동부(42)에 의해서 구동된다. 또, 스테이지(40)는, 초점면(X-Y 방향)에 수직인 Z축 방향(투영 광학계(34)의 광축 방향)으로 이동 가능하고, 또한, X-Y좌표 평면에서 회전도 가능하다. 스테이지(40)의 위치 좌표는, 도시하지 않은 레이저 간섭계 혹은 리니어 엔코더에 의해서 측정된다.
제어부(50)는, 스테이지 구동부(32, 42)를 제어하여 레티클(R), 기판(W)을 위치 결정 함과 동시에, 램프 구동부(21)를 제어한다. 그리고, 스텝&리피트 방식에 근거하는 노광 동작을 실행한다. 제어부(50)에 설치된 메모리(도시하지 않음)에는, 레티클(R)의 마스크 패턴 위치 좌표, 기판(W)에 형성된 샷 영역의 설계 상의 위치 좌표, 스텝 이동량 등이 기억되어 있다.
투영 광학계(34)의 옆에 배치되는 얼라인먼트 마크 촬상부(36)는, 기판(W)에 형성된 얼라인먼트 마크를 촬상하는 카메라(혹은 현미경)이며, 샷 노광 전에 얼라인먼트 마크를 촬상한다. 화상 처리부(38)는, 얼라인먼트 마크 촬상부(36)에서 전송되는 화상 신호에 근거하고, 얼라인먼트 마크의 위치 좌표를 검출한다. 또, TTL 방식에 의해서 얼라인먼트 마크를 검출할 수 있다.
스텝&리피트 방식에 따라, 제어부(50)는, 기판(W)에 형성된 각 샷 영역에 레티클(R)의 마스크 패턴을 차례차례 전사해 나간다. 즉, 제어부(50)는, 샷 영역 간격에 따라서 스테이지(40)를 간헐적으로 이동시키고, 마스크 패턴의 투영 위치에 노광 대상이 되는 샷 영역이 위치 결정 되면, 광원(20)을 구동하여 패턴광을 샷 영역에 투영 시킨다.
마스크 패턴의 전사에 앞서, 제어부(50)는, 글로벌 얼라인먼트 방식에 따라, 샷 영역의 배열 오차를 검출하고, 기판(W)의 샷 영역과 마스크 패턴의 투영 에어리어와의 위치 맞춤을 실시한다. 또한 본 실시 형태에서는, 기판의 변형 등에 기인하는 샷 영역의 형상 오차를 검출하고, 그 형상 오차에 적절한 마스크 패턴을 투영하는 것에 의해서, 샷 영역과 패턴 투영 에어리어의 위치 맞춤을 실시한다. 이 때, 글로벌 얼라인먼트 영역의 형상 오차를 검출하고, 그 오차를 샷 영역의 형상 오차로 간주한다.
도 2는, 샷 영역이 배열된 기판을 나타낸 도면이다. 도 3은, 복수의 마스크 패턴이 형성된 레티클을 나타낸 도면이다. 도 4는, 기판의 변형에 기인하는 샷 영역의 형상 오차를 나타낸 도면이다. 도 2~4를 이용하여, 샷 영역의 형상 오차에 대해 설명한다.
도 2에 나타내듯이, 기판(W)에는, X-Y좌표계에 따라, 매트릭스(matrices) 모양으로 일정 간격으로 배열시킨 샷 영역(SA)이 형성되어 있다. 그리고, 샷 영역(SA)의 배열에 따라서, 위치 맞춤용의 얼라인먼트 마크(AM)가 각 샷 영역의 네 귀퉁이에 형성되어 있다.
글로벌 얼라인먼트 방식으로는, 소정수(1 이상)의 샷 영역을 포함하는 글로벌 얼라인먼트 에어리어를 규정, 통계 연산에 의해서 샷 영역의 배열 오차 및 보정치를 산출한다. 여기에서는, 인접하는 4개의 샷 영역(SA) 마다 샘플용(계측용) 얼라인먼트 마크(SM)를 규정, 글로벌 얼라인먼트 영역(ARM)를 규정하고 있다. 기판(W)에는, 그 밖에도 글로벌 얼라인먼트 영역(여기에서는 도시하지 않음)이 정해져 있고, 일례로서 여기에서는 합계 4개의 글로벌 얼라인먼트 영역 각각이 같은 배열로 샷 영역이 형성되고 있다.
설계 상의 샘플용 얼라인먼트 마크(SM)의 위치 좌표와 실제로 계측한 샘플 얼라인먼트 마크(SM)의 위치 좌표와의 차이에 의해, 글로벌 얼라인먼트 영역(ARM) 내에서의 샷 영역의 직진도의 차이, 회전 오차, 기판(W)의 선형 신축에 기인하는 스케일링 오차가 검출된다. 제어부(50)는, 검출되는 통계 오차에 근거하고, 샷 영역마다의 오프셋치, 스케일링치, 회전량의 보정치를 산출하고, 스테이지(40)를 X-Y좌표축에 따라서 이동시키거나, 혹은 X-Y좌표 평면을 따라서 회전시킨다.
샷 영역의 배열 오차 중, 스케일링 오차는 기판 변형에 기인하는 오차이며, 스케일링 보정치에 의해서 보정할 수 있다. 그렇지만, X 방향, 혹은 Y 방향과는 다른 방향에 따른 샷 영역 자신의 변형에 대해서는, 보정치를 요구할 수 없다. 샷 영역의 배열 오차는, X축에 따른 변과 Y축에 따른 변의 직교도(90°)를 갖는 샷 영역(SA)의 사각형상이 유지되는 것을 전제로 하고 있다.
그렇지만, 수지제의 기판(W) 상에서는 열수축 등에 의해서 복잡한 변형이 생기고, 샷 영역의 사각형상은, 직교도가 유지되지 않는 형상(여기에서는, 비사각형상이라고 한다)으로 변형하고 있다. 직교도의 차이가 생겼을 경우, 사각형상은, 평행 사변형(마름모꼴), 사다리꼴 등으로 변화한다. 또, 직교도의 차이의 정밀도의 상위에 의해, 비사각형상도 바뀐다.
도 4에는, 샷 영역의 변형 상태를 나타내고 있다. 샷 영역(VP1)은, 기판 변형이 없는 상태로 사각형상이 유지되고, 기준이 되는 샷 영역 형상이다. 기판(W)에 선형 신축이 생겼을 경우, 기준의 샷 영역(VP1)은 사각형상을 유지하고, 치수만 변화한다. 샷 영역(VP2, VP3)은, 선형 변형의 형상을 나타내고 있다.
한편, X 방향/Y 방향에 관해서 +/- 방향을 향해서 대향하는 변에 대해서 동일한 정밀도의 직교도의 차이가 생기면, 샷 영역은 평행사변형 모양으로 변화한다. 샷 영역(VP4)은, -X 방향을 향해서 직교도의 차이가 생긴 평행 사변형(마름모꼴) 형상이며, 샷 영역(VP6)은, -Y 방향을 향해서 직교도의 차이가 생기고 있다. 또, 샷 영역(VP5, VP7)은, 직교도의 차이가 보다 큰 비사각형상을 나타내고 있다. 또한, 직교도의 차이는, +X 방향, +Y 방향으로 생기는 경우도 있다.
또한, 기준 샷 영역(VP1)은, 샷 영역(VP')에 나타내 보이듯이, 대립되는 변이 가까워지도록 직교도의 차이가 생기고, 사다리꼴 형상의 샷 영역(VP')과 같이 변형하는 경우도 있다. 이와 같이, 기판(W)의 비뚤어짐에 기인하는 샷 영역의 사각형상으로부터 비사각형상으로의 변형은 여러 가지이다.
본 실시 형태에서는, 기판의 동일한 패턴 형성층(여기에서는 2층)에 대해 여러 가지 비사각형상으로 변형한 샷 영역에 맞추고, 복수의 마스크 패턴(변형 마스크 패턴)이 레티클(R)에 형성되어 있다. 도 3에 나타내듯이, 여기에서는 8개의 마스크 패턴이 레티클(R)에 형성되고, 각 마스크 패턴의 필드 형상(패턴 에어리어 형상)은, 샷 영역의 변형 형상에 대응하고 있다.
여기에서는, 마스크 패턴(P1)이 기준 샷 영역(VP1)에 대응하는 필드 형상을 갖는다. 그리고, 마스크 패턴(P2~P7)이, 샷 영역(VP2~VP7)에 대응하는 필드 형상을 갖는다. 이 경우, 마스크 패턴은, 그 필드 형상에 맞추어 패턴을 형성하고 있다. 예를 들면, 샷 영역(VP4)의 경우, 직선 모양의 배선 라인은, 직교도의 차이(θ)에 따라서 경사시키고 있다.
따라서, 변형된 샷 영역 형상을 계측하고, 그 변형된 비사각형상에 대응하는(즉, 변형의 정밀도, 변형의 특징이 같은 경향에 있는) 마스크 패턴을 선택하는 것으로, 마스크 패턴의 투영상을, 그 변형한 샷 영역에 정밀도 좋게 중첩할 수 있다. 또, 샷 영역은 사각형 이외로 정하는 것도 가능하고(예를 들면, 일부 절개 부분이 있는 사각형 등), 그러한 샷 영역에 대해서도, 형상 오차에 따라 마스크 패턴을 준비할 수 있다.
스케일링 오차만의 샷 영역(VP2, VP3)에 대해서는, 투영 광학계의 조정 등에 의해서 스케일링 보정하고, 스케일링 보정에서는 대응할 수 없는 형상 오차에 대응하는 마스크 패턴만을 레티클(R)에 형성할 수 있다. 또, 투영 광학계의 조정에 기인하는 패턴상(pattern 像)의 일그러짐에 응한 마스크 패턴을 선택하는 것도 가능하다.
도 5는, 스텝&리피트 방식에 근거하는 노광 동작의 프로세스를 나타낸 도면이다. 도 6은, 글로벌 얼라인먼트 영역의 변형 형상의 일례를 나타낸 도면이다.
상술한 것처럼, 기판(W)에는 4개의 글로벌 얼라인먼트 영역(ARO, ARP, ARN, ARM)이 규정되고, 글로벌 얼라인먼트 영역 각각에 대한 샷 영역의 배열 오차 및 형상 오차가 계측된다(S101). 샷 영역의 형상 오차는, 글로벌 얼라인먼트 영역의 형상 오차를 그대로 이용하기 때문에, 샘플용 얼라인먼트 마크(SM)의 위치 좌표를 측정하고, 글로벌 얼라인먼트 영역의 직교도의 차이, 스케일링 오차로부터, 샷 영역의 형상 오차를 산출한다.
도 6에는, 기판 변형에 의한 글로벌 얼라인먼트 영역(ARM)의 직교도의 차이를 나타내고 있다. 글로벌 얼라인먼트 영역(ARM)에 대해 통계 연산에 의해 마름모꼴, 평행 사변형 형상으로의 변형이 계측되면, 그 중의 샷 영역(SA)에 대해서도, 같은 사각형상이 있는 것으로 간주한다.
그리고, 샷 영역의 배열 오차에 근거하여 스케일링치, 오프셋량, 회전량 등의 보정치가 산출됨과 동시에, 샷 영역의 형상에 대응하는 필드 형상을 갖는 마스크 패턴이 선택된다(S102). 그리고, 스테이지(30)의 이동에 의해서, 선택된 마스크 패턴을 조명광이 투과하도록 레티클(R)이 위치 결정됨과 동시에, 노광 대상의 샷 영역이 패턴 투영 에어리어와 일치하도록, 스텝&리피트 식에 의한 노광을 실시한다(S103). 1개의 글로벌 얼라인먼트 영역에 대한 노광이 종료되면, 다른 글로벌 얼라인먼트 영역에 대해서도 같은 노광 동작을 한다(S104). 이러한 노광 동작이 기판에 대해서 다층적으로 행해지는 것으로, 기판이 제조된다.
이와 같이 본 실시 형태에 의하면, 레티클(R)에 대해, 기판의 소정의 패턴 형성층에 형성되는 샷 영역의 변형에 대응하는 복수의 마스크 패턴을 형성하고, 스텝&리피트 방식에 따라서, 복수의 샷 영역이 형성된 기판에 마스크 패턴을 전사한다. 글로벌 얼라인먼트 방식에 따라서 샘플용 얼라인먼트 마크의 위치 좌표를 계측하고, 글로벌 얼라인먼트 영역의 형상 오차로부터 샷 영역의 형상 오차를 검출한다. 그리고, 그 형상 오차에 대응하는, 즉 변형 상태가 같은 경향에 있는 필드 형상을 갖는 마스크 패턴을 선택한다.
다음에, 도 7을 이용하여, 제2 실시 형태인 투영 노광 장치에 대해 설명한다. 제2 실시 형태에서는, 샷 영역의 형상 오차를 글로벌 얼라인먼트와는 독립하여 계측한다.
도 7은, 제2 실시 형태에서의 글로벌 얼라인먼트 영역의 형상 오차와 샷 영역의 형상 오차를 나타낸 도면이다.
제2 실시 형태에서는, 글로벌 얼라인먼트 영역(ARM)의 샘플용 얼라인먼트 마크(SM)에 근거하여 샷 영역의 배열 오차를 계측하고, 각 샷 영역(SA)의 네 귀퉁이에 규정된 얼라인먼트 마크(AM)를 얼라인먼트 마크 촬상부(36)에 의해서 촬상하고, 각 샷 영역의 위치 좌표의 평균치 등의 통계치를 산출함으로써, 샷 영역(SA)의 형상 오차를 산출한다.
여기에서는, 샷 영역(SA)이 사다리꼴 형상으로 변형함과 동시에, 회전 차이(X축 혹은 Y축에 대한 샷 영역 전체의 회전)가 생기고, 회전 편차량은, 샷 영역의 위치에 따라 다르다. 이것에 의해, 개개의 샷 영역에 대한 정확한 형상 오차를 계측하는 것이 가능해진다. 또, 제1 실시 형태의 글로벌 얼라인먼트 방식의 경우, 글로벌 얼라인먼트 영역의 회전 차이를 계측하고, 이것을 샷 영역의 회전 차이로 간주하여 계측할 수 있다.
또한, 형상 오차의 평균치를 요구하지 않고, 개개의 형상 오차를 산출할 수 있다. 혹은, 글로벌 얼라인먼트 영역 안의 특정의 위치에 있는 샷 영역의 형상 오차를 산출하고, 다른 샷 영역에 대해서도 같은 형상 오차라고 추정할 수 있다.
제1, 2 실시 형태에서는, X―Y좌표축과는 다른 방향에 따른 기판의 일그러짐에 따라 직교도의 차이를 고려한 마스크 패턴을 준비하고 있지만, 그 이외의 샷 영역의 변형에 대응하는 마스크 패턴을 준비하는 것도 가능하다. 예를 들면, 실패형(絲卷型), 준형(樽型), 부채꼴(扇形), 가마보꼬형(hog-backed型) 등의 마스크 패턴을 형성하는 것이 가능하다.
또한, 기판의 비뚤어짐 이외의 원인에 의한 샷 영역의 형상 오차(변형)에 맞추어 마스크 패턴을 준비할 수 있다. 예를 들면, 투영 광학계의 뒤틀림을 보정하기 위한 마스크 패턴을 형성하거나, 혹은, 기판의 요철에 기인하는 샷 영역의 형상 변형에 대응하는 마스크 패턴을 준비할 수 있다.
또한, 얼라인먼트 마크는, 구멍 등 지표가 되는 것이면 좋다. 포토마스크는 1매로 한정되지 않고, 복수의 레티클을 준비하고 각 레티클에 1개 또는 복수의 마스크 패턴을 형성할 수 있다. 이 경우, 복수의 레티클을 위치 결정 제어한다.
10 투영 노광 장치
36 얼라인먼트 마크 촬상부(형상 오차 계측부)
38 화상 처리부(형상 오차 계측부)
40 스테이지
42 스테이지 구동부(주사부)
50 제어부(조작부, 노광 제어부)
W기판
P2~P8 변형 마스크 패턴
SA 샷 영역
SM 샘플용 얼라인먼트 마크
AM 얼라인먼트 마크
ARM 글로벌 얼라인먼트 영역
R 레티클(포토마스크)

Claims (13)

  1. 2 차원 배열된 복수의 샷 영역(shot area)과 상기 복수의 샷 영역의 배열에 따라서 설치되는 복수의 얼라인먼트 마크를 형성한 기판을, 포토마스크에 형성된 마스크 패턴의 투영 에어리어에 대해 간헐적으로 상대 이동시키는 주사부와,
    스텝&리피트 방식에 따라, 마스크 패턴을 상기 복수의 샷 영역에 전사하는 노광 제어부와,
    상기 복수의 얼라인먼트 마크의 위치로부터, 설계 상의 샷 영역을 기준으로 했을 때의 소정의 샷 영역의 2 차원적인 형상 오차를 계측하는 형상 오차 계측부를 구비하고,
    상기 포토마스크가, 설계 상의 샷 영역에 대해서 각각 형상 오차가 다른 복수의 샷 영역에 대응하는 복수의 마스크 패턴을 갖고,
    상기 노광 제어부가, 상기 복수의 마스크 패턴 중에서, 계측된 형상 오차에 대응하는 마스크 패턴을 선택하고, 그 마스크 패턴을 전사하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 얼라인먼트 마크가, 소정수의 샷 영역으로 구성되는 글로벌 얼라인먼트 영역을 규정하는 샘플용 얼라인먼트 마크를 포함하고,
    상기 노광 제어부가, 샘플용 얼라인먼트 마크의 위치에 근거하여 글로벌 얼라인먼트의 형상 오차를 계측하고, 그 형상 오차에 대응하는 마스크 패턴을 선택하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기판에 규정된 복수의 글로벌 얼라인먼트 영역에 따라, 샘플용 얼라인먼트 마크가 설치되고,
    상기 노광 제어부가, 각 글로벌 얼라인먼트 영역에 대한 형상 오차를 계측하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  4. 제2항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노광 제어부가, 샘플용 얼라인먼트 마크의 위치에 근거하여 글로벌 얼라인먼트 내의 샷 영역 배열 오차를 산출하고, 글로벌 얼라인먼트 영역 내의 샷 영역을 규정하는 얼라인먼트 마크의 위치에 근거하고, 샷 영역의 형상 오차를 계측하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    샷 영역의 형상 오차가, 적어도 샷 영역의 직교도의 차이를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    샷 영역의 형상 오차가, 적어도 샷 영역의 회전 차이를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  7. 2 차원 배열된 복수의 샷 영역과 상기 복수의 샷 영역의 배열에 따라서 설치되는 복수의 얼라인먼트 마크를 형성한 기판에 대해, 상기 복수의 얼라인먼트 마크의 위치로부터, 설계 상의 샷 영역을 기준으로 했을 때의 변형 샷 영역의 형상 오차를 계측하고,
    포토마스크에 형성된 마스크 패턴의 투영 에어리어에 대해 간헐적으로 상대 이동시키고,
    스텝&리피트 방식에 따라, 마스크 패턴을 상기 복수의 샷 영역에 전사하는 투영 노광 방법에 있어서,
    상기 포토마스크가, 각각 형상 오차가 다른 복수의 변형 샷 영역에 대응하는 복수의 마스크 패턴을 갖고,
    상기 복수의 마스크 패턴 중에서, 계측된 형상 오차에 대응하는 마스크 패턴을 선택하고, 그 마스크 패턴을 전사하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 방법.
  8. 투영 노광 장치용 포토마스크에 있어서,
    상기 포토마스크가, 설계 상의 샷 영역을 기준으로 했을 때에 각각 다른 2 차원적 형상 오차를 갖는 복수의 샷 영역에 대응하는 복수의 마스크 패턴을 구비하고,
    상기 복수의 마스크 패턴 중 서로 인접한 마스크 패턴은, 제1 축 방향 또는 상기 제1 축 방향에 교차하는 제2 축 방향으로 서로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치용 포토마스크.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 변형 마스크 패턴이, 설계 상의 샷 영역에 대해서 직교도의 차이 혹은 회전 차이가 생기는 샷 영역에 대응하는 마스크 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치용 포토마스크.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 마스크 패턴이, 평행 사변형, 마름모꼴형, 사다리꼴, 준형(樽型), 실패형(絲卷型) 중 하나의 필드 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치용 포토마스크.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포토마스크가, 설계 상의 샷 영역의 형상과 동일한 필드를 갖는 마스크 패턴을 더 갖는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치용 포토마스크.
  12. 제8항 기재의 투영 노광 장치용 포토마스크를 구비하는 투영 노광 장치.
  13. 제8항 기재의 투영 노광용 포토마스크를 투영 노광 장치에 이용하여 기판을 제조하는 기판의 제조 방법.
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