KR19980018477A - 노광 조건 측정 방법 - Google Patents

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가즈야 오타
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요시다 쇼이치로
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Abstract

레티클상의 평가용 패턴 실제 노광상을 L1A 방식등의 얼라이먼트 센서에 의해 측정하고, 베스트 포커스 위치의 검출 정밀도를 향상한다.
측정방향(X 방향)으로 기울어진 쐐기 모양의 미소마크(19)를 비계측 방향(Y 방향)으로 복수개 병렬로 형성한 기본 마크(20A~20N)를 계측방향으로 격자상으로 배치하여 구성한 평가용 마크(18XA)를 레티클상에 형성한다. 웨이퍼의 포커스 위치를 바꾸고, 또한 웨이퍼를 옆으로 어긋나게 하여 평가용 마크(18XA)쌍의 중심위치는 웨이퍼의 표면이 베스트 포커스 위치에 근접할수록, 미소마크(19)의 첨단방향(우측방향)으로 이동하기 때문에, 그 마크의 상의 중심이 가장 우측방향으로 이동했을 때의 포커스 위치를 베스트 포커스 위치로 한다.

Description

노광 조건 측정 방법
본 발명은 마스크 패턴의 상을 투영 광학계를 통해 감광기판상에 투영할 때의 노광 조건 측정 방법에 관한 것으로, 특히 마스크상의 평가용 패턴의 상을 웨치퍼 등의 기판상에 실제로 노광하고, 그 기판상에 형성된 패턴의 상으로부터 그 투영 광학계의 최적의 포커스 위치를 구하는 경우에 적용하기에 적합하 것이다.
종래, 반도체 소자, 액정 표시 소자, 촬상 소자(CCD 등), 또는 박막 자기 헤드 등을 제조하기 위한 포토리소그래피 공정에서는, 마스크로서의 레티클(또는 포토마스크 등)상의 패턴을 감광성 기판으로서의 웨이퍼(또는 글라스 플레이트 등)상의 각 쇼트 영역에 일괄 노광하는 스테퍼 등의 투영 노광 장치가 많이 사용된다. 또한, 레티클상의 패턴의 일부를 웨이퍼상에 투영한 상태에서 레티클과 웨이퍼를 동기 이동하여 레티클의 패턴을 웨이퍼상의 각 쇼트 영역에 전사하는 스텝·앤드·스캔 방식 등의 주사형의 투영 노광 장치도 사용되고 있다.
상기 투영 노광 장치에서는 레티클상의 패턴을 웨이퍼상에 높은 정밀도로 전사할 필요가 있기 때문에, 웨이퍼상의 노광대상이 되는 쇼트 영역 표면의 투영 광학계의 광축 방향의 위치를 투영 광학계의 결상면(베스트 포커스 위치)에 맞추어 넣을 필요가 있다. 그 때문에, 레티클상의 패턴을 웨이퍼상에 전사하기 전에, 그 투영 노광 장치에 탑재되어 있는 투영 광학계의 결상면의 위치(베스트 포커스 위치)가 구해진다. 이 베스트 포커스 위치를 구하는 방법으로서, 웨이퍼를 소정 간격으로 높이 방향으로 이동하면서, 그 이동마다 레티클상의 계측용의 패턴상을 웨이퍼상에 실제로 노광하고, 그 웨이퍼상에 형성된 패턴상을 적당한 계측기를 사용하여 계측함으로써 베스트 포커스 위치를 구하는 방법이 사용되고 있다.
그런데, 투영 노광 장치에는 레티클과 웨이퍼와의 위치어긋남량을 검출하기 위한 위치검출 장치로서의 얼라인먼트 센서가 구비되어 있다. 이러한 얼라인먼트 센서로서는, 웨이퍼상의 도트열상의 얼라인먼트 마크에 레이저광을 조사하고, 그 마크에 의해 회절 또는 산란된 광을 사용하여 그 마크에 위치를 검출하는 LSA (Laser Step Alignment)방식, 할로겐램프를 광원으로 하는 파장대역폭이 넓은 빛으로 웨이퍼상의 얼라인먼트 마크를 촬상하고, 그 얼라인멈트 마크의 화상 데이터를 화상처리하여 얼라인먼트 마크의 위치를 계측하는 FIA (Field Image Alignment)방식, 혹은 웨이퍼상의 회절 격자 모양의 얼라인먼트 마크에, 동일 주파수 또는 주파수를 약간 바꾼 레이저광을 2방향에서 조사하고, 발생한 2개의 회절광을 간섭시키며, 그 위상으로부터 얼라인먼트 마크의 위치를 계측하는 LIA (Laser Interfrome Lric Alignment) 방식 등의 얼라인먼트 센서가 있다.
그리고, 상술한 바와 같은 실제로 웨이퍼상에 노광된 패턴상에 근거하여 베스트 포커스 위치를 구하는 방법으로서는, LSA 방식의 얼라인먼트 센서가 사용되고 있었다. 이 경우, 예를 들면, 계측 방향으로 긴 마름모형의 패턴을 격자 모양으로 복수개 배열한 평가용 패턴이 형성된 레티클을 사용하여, 투영 광학계의 광축 방향에 관한 웨이퍼의 위치를 단계적으로 바꾸면서, 그 레티클의 패턴을 웨이퍼상에 노광하고, 웨이퍼상에 형성된 마름모형 패턴의 계측 방향의 길이를 LSA 방식의 얼라인먼트 센서로써 계측하고, 이 계측 결과로부터 베스트 포커스 위치가 검출된다.
도 9는 종래의 평가용 패턴의 웨이퍼상에 있어서의 노광상의 상태를 나타낸다. 이 도 9에서, 웨이퍼상에는 X 방향으로 긴 마름모형의 X 축용의 패턴상(51X1~51X3) 및 Y 방향으로 긴 마름모형의 Y 축용의 패턴상(51Y1~51Y3)이 형성되어 있다. 예를 들면, X 축용의 패턴상(51X1~51X3)은 웨이퍼의 표면이 베스트 포커스 위치에 가까울수록, 점선으로 나타낸 바와 같이 계측 방향(X 방향)으로 길어진다. 또, 웨이퍼의 위치가 베스트 포커스 위치로부터 떨어지는, 즉 디포커스함에 따라서 패턴상의 계측 방향의 길이가 짧아진다. 따라서, 이 패턴상의 계측 방향의 길이를 LSA 방식의 얼라인먼트 센서로써 계측하고, 그 결과에 근거하여 베스트 포커스 위치를 구할 수 있다.
종래의 LSA 방식 얼라인먼트 센서를 사용하여 투영 광학계의 투영상의 베스트 포커스 위치를 검출하는 방법은 웨이퍼상에 형성된 마름모형의 마크상의 계측 방향의 길이를 비교하는 방법이기 때문에, 측정 정밀도는 LSA 방식의 얼라인먼트센서의 측정 정밀도에 의존하다. 근년, 초LSI 등의 집적도가 높아짐에 따라서 레티클상의 회로 패턴을 웨이퍼상에 더욱 고정밀도록 전사하기 위해서, 베스트 포커스 위치를 더욱 높은 정밀도록 검출하는 것이 요구된다. 그러나, 이 LSA 방식의 얼라인먼트 센서로 사용한 종래의 방법에서는, 베스트 포커스 위치의 검출 정밀도를 더욱 향상시키는 것이 어렵다고 하는 부적합함이 있었다.
또한, 도 9에 도시하는 바와 같은 마름모형의 계측용 마크를 사용한 경우에는 투영 노광 장치에 일반적으로 사용되는 LSA방식 이외의 FIA 방식, 혹은 LIA 방식 등의 얼라인먼트 센서를 사용하므로, 베스트 포커스 위치의 측정이 곤란하다고 하는 부적합함도 있다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여, 실제로 기판상에 형성된 상에 근거하여 투영 광하계의 결상면(베스트 포커스 위치)을 구할 때, 기판상에 형성된 노광상의 상태의 계측면 LIA 방식 등의 고정밀도의 얼라인먼트 센서를 사용함으로써 베스트 포커스 위치의 검출 정밀도를 향상할 수 있는 노광 조건 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태의 일례를 사용되는 투영 노광 장치를 나타내는 개략 구성도.
도 2는 본 발명의 실시의 형태에서 사용되는 레티클상의 평가용 마크의 배치를 나타내는 평면도.
도 3은 도 2의 평가용 마크를 포커스 위치를 바꾸고, 또한 옆으로 어긋나게 하여 웨치퍼상에 노광한 상을 나타내는 부분 확대 평면도.
도 4는 도 2의 평가용 마크의 일부의 확대 평면도.
도 5는 도 4의 평가용 마크를 웨이퍼상에 노광한 노광상을 나타내는 평면도.
도 6은 본 발명의 실시 형태에서 사용되는 평가용 마크의 제 1변형예를 나타내는 확대 평면도.
도 7은 그 평가용 마크의 제 2변형예를 나타내는 확대평면도.
도 8은 그 평가용 마크의 제 3변형예를 나타내는 확대평면도.
도 9은 종래의 베스트 포커스 위치를 구하는 방법을 설명하기 위한 설명도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
2 : 레티클
3 : 레티클 스테이지
5 : 투영 광학계
6 : 웨이퍼
7 : Z 틸트 스테이지
8 : XY 스테이지
9A ~ 9C : 액추에이터
10 : 레이저 간섭계(웨이퍼측)
11A : 송광 광학계 (촛점 위치 검출계)
11B : 수광 광학계 (촛점 위치 검출계)
12 : FIA방식의 얼라인먼트 센서
13 : L1A방식의 얼라인먼트 센서
15 : 주제어계
18XA~18XE : X축용의 평가용 마크
18YA~18YE : Y축용의 평가용 마크
19 : 미소 마크
20A~20I : 기본마크
22XA~24XA : 평가용 패턴상
27, 27A, 27B, 28, 29A~29C : 패턴
본 발명에 의한 노광 조건 측정 방법은 마스크 패턴의 상을 통하여 감광기판(6)상에 투영할 때의 노광 조건 측정 방법에 있어서, 계측 방향(X방향)으로 쐐기모양으로 형성된 미소 구성 요소(19)를 그 계측 방향과 직교하는 비계측 방향(Y방향)으로 복수개 나열하여 구성되는 중간 구성 요소(20I)를 그 계측 방향으로 격자 모양으로 복수조 배치한 제 1 평가용 마크(18X;27;27A;28B)를 준비하고, 이 평가용 마크를 그 마스크 패턴의 배열면상에서 그 투영 광학계(5)의 노광 필드내의 소정 계측점과 공역인 위치 부근에 배치하며, 그 평가용 마크의 상을 투영 광학계(5)를 통하여 평가용 감광기판(6)상의 다른 복수의 부분 영역 각각에, 이 감광기판의 그 투영 광학계(5)의 광축 방향(Z방향)의 위치를 변화시키면서 투영하고, 그 평가용 감광기판(6)상의 부분 영역의 각각에 투영된 평가용 마크의 상(22XA~24XA)의 계측 방향 중심 위치를 그 평가용 감광기판(6)의 그 광축방향의 위치에 대응시켜서 각각 계측하고, 이 계측 결과에 근거하여 그 소정의 계측점에서의 그 투영 광학계(5)의 최적 포커스 위치(결상면의 베스트 포커스 위치)를 구한 것이다.
이러한 본 발명의 노광 조건 측정 방법에 의하면, 제 1 평가용 마크(18XA;27;27A;27B)는 쐐기 모양의 미소 구성 요소(19)를 가진다. 이 쐐기 모양의 미소 구성 요소의 감광기판(6)위의 상은 그것이 전사되었을 때의 감광기판(6) 표면의 포커스 위치가 최적 포커스 위치에 가까울수록, 선단부의 길이가 넓게 된다. 즉, 그 쐐기 모양의 미소 구성 요소(19)의 상 중심 위치는, 감광기판(6)이 최적 포커스 위치에 가까울수록 그 미소 구성 요소(19)의 선단의 방향으로 이동한다. 따라서, 그 미소 구성 요소(19)를 비계측 방향으로 나열한 중간 구성 요소(20I)로 이루어지는 평가용 마크의 상 전체도 미소 구성 요소(19)의 선단방향으로 이동한다. 그 때문에, 평가용 마크의 상의 중심 위치를 계측하기만 해도, 최적 포커스 위치를 구할 수 있다.
또한, 그 평가용 마크는 쐐기 모양의 미소 구성 요소를 비계측 방향으로 복수개 모두 형성한 중간 구성 요소(201)를 계측 방향으로 격자 모양으로 배열하고 있기 때문에, 예를 들면, LIA 방식(2광속 간섭 방식) 등의 얼라인먼트 센서에 의해, 그 평가용 마크의 상의 계측 방향의 중심 위치를 계측할 수 있다. LIA 방식의 얼라인먼트 센서는 계측 정밀도가 우수하므로, 최적 포커스 위치의 계측 정밀도도 향상한다. 또, 이러한 평가용 마크의 상의 계측 방향의 중심 위치는 예를 들면 FIA 방식(촬상방식)의 얼라인먼트 센서에 의해서도 계측할 수 있다.
이 경우, 그 제 1 평가용 마크(27; 27A)의 그 중간 구성 요소(20I)와는 다른 패턴을 그 계측 방향으로 격자 모양으로 복수개 배치한 제 2 평가용 마크(28; 29A)를, 그 제 1 평가용 마크에 대하여 그 계측 방향에 나란히 배치하며, 그 제 1평가용 마크(27; 27A)의 상을 그 평가용의 감광기판(6)상의 부분 영역의 각각에 투영할 때 그 제 2 평가용 마크(28; 29A)의 상도 투영하고, 그 제 1 평가용 마크(27; 27A)의 상의 그 계측 방향의 중심 위치를 계측할 때 제 2 평가용 마크(28; 29A)의 상의 그 계측 방향의 중심 위치도 계측하고, 이 계측된 2개의 평가용 마크의 상의 중심 위치의 간격 변화에 근거하여 그 투영 광학계(5)의 최적 포커스 위치를 구하도록 해도 된다.
이것에 의해, 제 1 평가용 마크(27; 27A)의 상과, 제 2 평가용 마크(28; 29A)의 상과의 상대 위치 변화에 근거하고, 고정밀도로 투영 광학계(5)의 최적 포커스 위치를 검출할 수 있다.
또한, 그 제 1 평가용 마크(27B)의 그 중간 구성 요소(20I)와는 다른 패턴을 그 계측 방향에 격자 모양으로 복수개 배치한 제 2 평가용 마크(29B)를, 그 제 1 평가용 마크(27B)에 대하여 그 비계측 방향으로 나란히 배치하고, 그 제 1 평가용 마크(27B)의 상을 그 평가용의 감광기판(6)상의 부분 영역의 각각에 투영할 때 그 제 2 평가용 마크(29B)의 상도 투영하고, 그 제 1평가용 마크(27B)의 상의 그 계측 방향의 중심 위치를 계측할 때에 그 제 2 평가용 마크(29B)의 상의 그 계측 방향의 중심 위치도 계측하여, 이 계측된 2개의 평가용 마크(27B, 29B)의 상의 중심위치의 차의 벼화를 근거하여 그 투영 광학계(5)의 최적 포커스 위치를 구해도 된다.
이때, 계측장치에 대하여 예를 들면 2개의 평가용 마크(27B, 29B)의 상을 비계측 방향에 주사함으로써, 2개의 상의 중심 위치의 상대적인 차를 검출할 수 있으며, 그것에 근거하여 고정밀도로 투영 광학계(5)의 최적 포커스 위치를 검출할 수 있다.
또한, 그 제 2 평가용 마크의 일례는 그 계측 방향으로 배열된 라인·앤드·스페이스 패턴(28)이다. 이 패턴(28)의 상의 계측 방향의 위치는 디포커스하더라도 변화하지 않기 때문에, 측정기준으로 할 수 있다.
또한, 그 제 2 평가용 마크의 다른 예는, 그 계측방향에 대하여 그 제 1 평가용 마크(27A)를 반전시킨 패턴(29A, 29B)이다. 이것에 의해, 제 1 및 제 2 평가용 마크의 상의 사이의 중심 위치 변화는 포커스 위치의 변화에 대하여 2배가 되며, 최적 포커스 위치의 검출 감도가 2배가 된다.
또한, 그 제 1 평가용 마크(18XA; 27; 27A; 27B)의 상의 중심 위치를 계측할 때, 이 제 1평가용 마크에 대하여 다른 방향으로부터 가간섭인 2광속(LB)을 조사하고, 이 제 1 평가용 마크로부터 동일 방향에 발생하는 1쌍의 회절광으로 구성되는 간섭광(LBK)을 수광하고, 이 간섭광의 위상을 검출하는 것이 바람직하다. 이것은 LIA 방식의 얼라인먼트 센서에서 그 평가용 마크상을 검출하는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 실시 형태의 일례를 관하여 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한다. 본 예는 스테퍼 방식의 투영 노광 장치에서 투영 광학계의 결상면(베스트 포커스 위치)을 구하는 경우에 본 발명을 적용한 것이다.
도 1은 본 예의 투영 노광 장치의 개략 구성을 나타내고, 이 도 1에서, 노광시에는 광원, 플라이아이렌드, 시야 조리개, 및 콘덴서 렌즈 등을 포함하는 조명 광학계(1)로부터 사출된 파장(λ1)의 조명 광(IL)에 의해, 균일한 조도 분포로 레티클(2)의 패턴영역이 조명된다. 그 조명 광(IL)을 기초로, 레티클(2)의 패턴의 상이 투영 광학계(5)를 통해 웨이퍼(6)상의 각 쇼트 영역에 투영배율β(β는 예를 들면 1/4 또는 1/5)로 전사된다. 이 경우, 조명 광(IL)으로서는 수은 램프의 자외역의 휘선(g선, I선 등), KrF 엑시머레이저공이라든지 KrF 엑시머레이저광, 혹은 동중기 레이저라든지 YAG 레이저의 고조파 등의 사용된다. 이하, 투영 광학계(5)의 광축(AX)에 평행하게 Z축을 취하고, Z축에 수직인 2차원 평면내에서 도 1의 지면에 평행하게 X축, 도 1의 지면에 수직으로 Y축을 취하여 설명한다.
레티클(2)은 X 방향 및 Y 방향으로 미동할 수 있는 레티클 스테이지(3)상에 놓여 있다. 레티클 스테이지(3)는 회전방향으로도 미동가능하다. 레티클 스테이지(3)의 X 방향의 단부에는 외부의 레이저 간섭계(4)로부터의 레이저 빔을 반사하는 X 축용의 이동거울(4X)이 고정되어 있으며, X 축용의 레이저 간섭계(4) 및 이동거울(4X)에 의해 레티클 스테이지(3)이 X 방향의 위치가 검출된다. 또한, 레티클 스테이지(3)의 Y 방향의 단부에는 외부의 레이저 간섭계(도시하지 않음)로부터의 레이저 빔을 반사하는 Y 축용의 이동거울(4Y)이 고정되어 있고, 그 레이저 간섭계 및 이동거울(4Y)에 의해 레티클 스테이지(3)의 Y 방향의 위치가 검출된다. X 축용의 레이저 간섭계(4) 및 Y 축용의 레이저 간섭계의 측정치는 장치 전체를 통할 제어하는 주제어계(15)로 공급되어 있고, 주제어계(15)는 그 계측치에 근거하여 도시하지 않는 레티클 스테이지 구동계를 통해 레티클 스테이지(3)의 위치를 제어한다.
한편, 웨이퍼(6)는 도시하지 않은 웨이퍼 홀더를 통해 Z 틸트 스테이지(7)상에 보유되고, Z 틸트 스테이지(7)는 3개의 Z 방향으로 이동 가능한 액추에이터(9A~9C)를 통해 XY 스테이지(8)상에 놓여 있다. XY 스테이지(8)는 X 방향 및 Y 방향으로 이동 가능하게 구성되어 있고, 도시하지 않은 웨이퍼스테이지 구동계에 의해 X 방향 및 Y 방향으로 이동하고, 스텝·앤드·리피트 방식으로 웨이퍼(4)의 각 쇼트 영역에 레티클(2)의 패턴의 상이 전사된다. 또한, 3개의 액추에이터(9A~9C)를 병행 신축시키는 것에 의해, Z 틸트 스테이지(7)의 Z 방향의 위치(포커스 위치)의 조정이 행해지며, 3개의 액추에이터(9A~9C)의 신축량을 개별로 조정함에 의해, Z틸트 스테이지(7)의 X 축 및 Y 축 방향의 경사각 조정이 행해진다.
또한, Z 틸트 스테이지(7)의 상단에 고정된 X 축용의 이동거울(10X) 및 외부의 레이저 간섭계(10)에 의해, 웨이퍼(6)의 X 좌표가 상시 모니터되고, Y 축용의 이동 거울(10Y) 및 외부의 도시하지 않는 레이저 간섭계에 의해, 웨이퍼(6)의 Y 좌표가 상시 모니터되고 있다. X 축용의 레이저 간섭계(10) 및 Y 축의 레이저 간섭계에 의해 검출된 X좌표, Y좌표가 주제어계(15)로 공급되고 있다. 주제어계(15)는 공급된 좌표에 근거하여 웨이퍼 스테이지 구동계를 통해 XY 스테이지(8)의 동작을 제어한다. 또한, 웨이퍼(6)상의 각 쇼트 영역에는 위치 맞춤용의 회절 격자 모양의 X 축의 웨이퍼마크(16X) 및 Y 축용의 웨이퍼마크가 형성되어 있다. 이 웨이퍼마크(16)와 후술하는 LIA 방식의 얼라인먼트 센서(13)에 의해 계측한다. 또, 투영 광학계(5)의 결상면(베스트 포커스 위치)을 계측할 때는, 테스트프린용의 웨이퍼가 웨이퍼(6)와 같이 Z 틸트 스테이지(7)상에 로드되며, 그 웨이퍼의 각 쇼트 영역에 형성된 평가용 마크의 상의 위치를 얼라인먼트 센서(13)에 의해 계측한다. 자세한 것은 후술한다.
또한, 도 1의 장치에는 웨이퍼(6)의 표면에 Z 방향의 위치를 검출하기 위한 송광 광학계(11A) 및 수광 광학계(11B)로 이루어지는 촛점 위치 검출계(이하, 「촛점 위치 검출계(11A, 11B)」라고 한다)가 마련되어 있다. 송광 광하계(11A)에서 웨이퍼(6)상이 투영 광학계(5)의 노광필드내 소정의 복수 측정점에 대하여 슬릿상이 투영되고, 그 슬릿상에 의한 웨이퍼(6)로부터의 반사광을 수광 광학계(11B)에서 수광하고, 재결상되는 슬릿상의 가로 어긋남량을 구하는 것에 의해 그 노광 필드내의 웨이퍼(6) 표면의 복수의 측정점이 Z 방향 위치가 검출된다. 상기 촛점 위치 검출계(11A, 11B)에 의한 웨이퍼(6)의 포커스 위치 정보는 주제어계(15)로 공급된다. 주제어계(15)는 그 포커스 위치 정보에 근거하여, 3개의 액추에이터(9A~9C)를 통해 Z 틸트 스테이지(7)상의 웨이퍼(6)의 Z 방향 위치 및 경사각을 투영 광학계(5)의 결상면에 맞추어 넣는다. 이 경우의 결상면의 목표 위치로서의 베스트 포커스 위치는 후술하는 바와 같이 테스트프린트에 의해서 구해진다.
또한, 본 예의 장치에는 TTL(스루·더·렌즈) 방식 또는 LIA 방식의 얼라인먼트 센서(13)가 설치되어 있다. 이 LIA 방식의 얼라인먼트 센서(13)에 대하여 간단히 설명한다.
얼라이먼트 센서(13)내에는, 주파수가 조금만 다른 파장(λ2)의 2개의 레이저 빔을 발생하는 2주파 레이저 발생계가 설치되어 있고, 이 2주파 레이저 발생계에서 소정의 교차각도로 그것들의 2개의 레이저 빔이 사출된다. 2개의 레이저 빔의 일부는 얼라인먼트 센서(13)내에 설치된 격자 모양의 참조마크로 회절되고, ±1차 회절광이 발생한다. 또한, 그 2개의 레이저 빔의 나머지의 부분(레이저 빔(LB)이라고 한다)이 얼라인먼트 센서(13)로부터 사출되고, 절곡 미러(14)에 의해 광로를 굽히고, 투영 광학계(5)의 상부에 입사한다. 레이저 빔(LB)은 투영 광학계(5)를 통해 웨이퍼(6)상의 웨이퍼마크(16X)에 X 방향으로 소정의 교차각으로 조사된다. 웨이퍼마크(16X)에서는 레이저 빔(LB)에 의한 ±1차 회절광이 발생한다. 이 ±1차 회절광으로 구성되는 헤테로다인 빔을 웨이퍼 마크 검출광(LBK) 으로 한다. 웨이퍼 마크 검출광(LBK)은 원래의 광로를 되돌아가, 얼라인먼트 센서(13)의 내부에 입사한다. 얼라인먼트 센서(13)의 내부에는 웨이퍼 마크 검출광(LBK) 및 참조 마크로부터의 ±1차 회절광을 각각 수광하는 포토다이오드 등의 광전 변환 소자가 설치되고, 그 광전 변환 소자로부터는 웨이퍼마크(6X)에 대응하는 웨이퍼 비트 신호 및 참조 비트 신호가 출력된다. 이 웨이퍼 비트 신호 및 참조 비트 신호는 주제어계(15)로 공급된다. 주제어계(15)는 그 비트 신호의 위상차, 및 XY 스테이지(8)의 레이저 간섭계(10)에 의한 위치정보에 근거하여, 웨이퍼마크(16X)의 스테이지좌표계(레이저 간섭계(10) 등의 계측치에 근거하여 정해지는 좌표계) 위에서의 X 좌표를 검출한다.
구체적으로는, 웨이퍼마크(16X)의 위치 검출을 행할 때에는, 주제어계(15)에서는 참조마크에 대응하는 광전 변환 소자로부터의 참조 마크 신호와, 웨이퍼마크(16X)에 대응하는 광전 변환 소자로부터의 웨이퍼 비트 신호와의 위상차를 구한다. 그리고, 주제어계(15)에서는 그 위상차가 예를 들면 0이 되도록 XY 스테이지(8)를 X 방향으로 이동하고, 그 위상차가 소정의 허용치를 기초로 0이 되었을 때에 레이저 간섭계(10)에서 계측되는 XY 스테이지(8)의 X 좌료를, 그 웨이퍼마크의 X 좌표로서 기억한다. 또, 본예의 장치에는 도시하지 않지만 Y 축용의 얼라인먼트 센세에 의해 웨이퍼(6)상의 Y 축용의 웨이퍼 마크의 좌표 위치를 검출한다.
또한, 본 예의 장치에는 오프·엑시스 방식 또는 FIA 방식의 얼라인먼트 센서(12)가 투영 광학계(5)의 -Y 방향의 측면에 설치되어 있다. 얼라인먼트 센서(12)로부터는 웨이퍼(6)상에 형성된 FIA 용의 얼라인먼트 마크(도시하지 않음)에 얼라인먼트광이 조사되고, 그 얼라인먼트 마크로부터의 검출광을 수광하여 그 마크의 상을 얼라인먼트 센서(12)내의 2차원 CCD 등의 촬상 소자상에 릴레이한다. 촬상 소자로부터는 지표마크의 상과 그 얼라인먼트 마크의 상에 대응하여 촬상 신호가 출력된다. 그 촬상 신호는 주제어계(15)로 공급되며, 주제어계(15)는 그 촬상 신호에 근거하여 그 얼라인먼트 마크의 좌표를 검출한다. 또, 본 예에서는 이 FIA 방식의 얼라인먼트 센서는 웨이퍼(6)를 대략적으로 위치 결정하기 위한 서치얼라인먼트에 주로 사용된다. 단, 이 FIA 방식의 얼라인먼트 센서(12)를 웨이퍼(6)의 정밀한 위치 결정을 위한 파인얼라인먼트에 사용하는 것도 가능하다. 그 경우에는, 웨이퍼(6)상의 웨이퍼마크(16X)를 얼라인먼트 센서(12)에 의해 검출한다.
다음에, 본 예에 있어서의 베스트 포커스 위치를 구하는 방법에 대하여 설명한다. 본 예에서는 소정의 평가용 패턴이 형성된 테스트용의 레티클(레티클(2)로 한다)을 사용하여, 테스트용 웨이퍼(웨이퍼(6)로 한다)를 소정의 폭으로 높이방향(Z 방향)으로 단계적으로 이동하여, 그 Z 방향으로의 이동마다 레티클(2)상의 평가용 패턴의 상을 그 웨이퍼(6)상에 노광하고, 현상한 후에 웨이퍼(6)상에 형성된 평가용 패턴의 상을 LIA 방식의 얼라인먼트(13)에 의해 계측한다. 이하, 구체적으로 설명한다. 도 2는 레티클(2)상의 평가용 패턴을 설명하기 위한 평면도를 나타낸다. 이 도 2에서, 레티클(2)상의 패턴 영역(17)의 4 모서리 부근 및 중앙부에 배스트 포커스 위치를 검출하기 위한 Y 방향으로 신장한 복수의 마크로 이루어지는 X 축용의 동일 평가용 마크(18XA~18XE) 및 X 방향으로 신장한 복수의 마크로 구성되는 Y 축용의 동일한 평가용 마크(18YA~18YE)로 이루어지는 평가용 패턴이 형성되어 있다. 평가용 패턴은 X 축용의 평가용 마크 및 Y 축용의 평가용 마크가 각각 한쌍의 형으로 형성되어 있다. 또한, 도시하지 않는 레티클(2)의 패턴 영역(17)에는, 웨이퍼상으로 전사된 후에 서치 얼라인먼트 마크로 구성되는 마크도 형성되어 있다.
도 4는 X 축용의 평가용 마크(18XA)의 확대 평면도를 나타내고, 이 도 4는 평가용 마크(28XA)를 웨이퍼상에 투영한 상태로 나타낸다. 이 도 4에 도시하는 바와 같이, 평가용 마크(18XA)는 Y 방향으로 신장한 복수의 톱니형상의 기본마크(20A, 20B, …, 20N)를 X 방향으로 일정한 피치(PR)로 형성한 것으로, 전체로서 회절 격자를 형성하고 있다. 또한, 예를 들면 기본마크(20I) 하부의 미소 마크(19)에 나타낸 바와 같이, 테이퍼를 가지고 각각 +X 방향으로 점차 폭이 좁게 되어 있는 복수의 쐐기 모양의 미소한 마크를 Y 방향에 상호 접촉하여 배열함으로써, 각각의 기본마크(20A~20N)를 구성하고 있다. 즉, 평가용 마크(18XA)는 거시적으로는 X방향으로 피치(PR)의 회절격자이고, 미시적으로는 그 회적격의 1개마다 마크가 톱니 형상으로 쐐기를 Y 방향으로 나열하는 것과 같은 구성으로 되어 있다. 또한, Y 축용의 평가용 마크(18YA)는 그 평가용 마크(18XA)를 90°회전한 구조이다.
베스트 포커스 위치를 검출하는 것에 앞서서, 이상과 같은 평가용 패턴이 형성된 레티클(2)를 도 1의 레티클 스테이지(3)상에 로드한다. 그리고, 주제어계(15)에 의해 3개의 액추에이터(9A~9C)를 구동하고, Z 틸트 스테이지(7)를 Z 방향으로 미소한 간격으로 이동하면서, 이동할 때마다 조명 광(IL)을 조사하고, 레티클(2)상의 평가용 패턴을 웨이퍼(6)상의 1개의 쇼트 영역에 전사 노광한다. 이 경우, Z 방향으로의 이동마다 노광상이 겹치지 않도록, XY 스테이지(8)를 미동시켜서 웨이퍼(6)를 2차원평면내에서 미소량씩 스텝시키면서 노광을 행한다. 이 경우의 웨이퍼(6)의 Z 방향으로의 이동 간격은 최초는 예를 들면 1㎛~수㎛로 한다. 그리고, 후술하는 바와 같이 베스트 포커스 위치가 거의 특정되었을 때에는 그 주변에서 이동 간격을 예를 들면 0.01㎛~0.05㎛로 가늘게 하여 다시 노광해도 된다. 그리고, 1개의 쇼트 영역으로의 노광이 끝난 후, 평균화 효과를 얻기 위해서 XY 스테이지(8)를 구동하여 스텝·앤드·리피트 방식에 의해 웨이퍼(6)상의 다른 복수의 쇼트 영역에 대해서도 같은 방법에 의해 레티클(2)상의 평화용 패턴을 Z 방향의 위치를 바꾸면서 노광한다. 노광 종료류, 웨이퍼(6)를 Z 틸트 스테이지(7)상에서 언로드하고, 현상 공정에서 현상한다. 웨이퍼(6)상의 평가용 패턴이 노광된 각 쇼트 여역에는 도 2의 레티클(2)상의 평가용 패턴의 상이 소정량씩 어긋난 상태에서 각각 형성된다.
다음에, 현상된 웨이퍼(6)를 다시 Z 틸트 스테이지(7)상에 로드한다. 그리고, 웨이퍼(6)상에 형성된 도시하지 않는 서치얼라인먼트 마크를 FIA 방식의 얼라인먼트 센서(12)에 의해 검출하고, 웨이퍼(6)상의 각 쇼트 영역의 스테이지 좌표계에서의 대략적인 배열 좌료를 구하는 서치얼라인먼트를 행한다. 그 후, 웨이퍼(6)상의 1개의 계측대상의 쇼트 영역의 평가용 패턴상의 위칠를 LIA 방식의 얼라인먼트 센서(13)에서 측정한다. 그 쇼트의 대략적인 좌표 위치는 앞의 서치얼라인먼트에 의해 구해지고, 그 쇼트 영역내의 평가용 마크상을 순차 LIA 방식의 얼라인먼트 센서(13)의 측정점으로 이동하고, 각 평가용 패턴상의 위치를 검출한다. 그 개측 대상의 쇼트 영역에서는, 도 2의 레티클(2)의 평가용 패턴에 대응하는 위치에 평가용 패턴상이 조금식 어긋나서 형성되어 있다.
도 3은 웨이퍼상의 계측 대상인 쇼트 영역(21)에 형성된 평가용 패턴상의 확대도를 나타내고, 이 도 3에 있어서, 도 2의 레티클(2)사의 X 축용의 평가용 마크(18XA)의 3개의 포커스 위치에서의 평가용 패턴상(22XA, 23XA, 24XA)이 각각 소정의 폭만 어긋나서 형성되어 있다. 실제로는 더 많은 평가용 패턴상이 옆으로 어긋나서 형성되어 있다. 이 평가용 패턴상(22XA~24XA)의 위치의 서치얼라인먼트에 의해서 구해지는 목표 위치에서의 편차량을 LIA 방식의 얼라인먼트 센서(13)에 의해 계측한다. 또, 이 평가용 패턴상(22XA~24XA)의 X 방향의 간격의 목표치는 노광시에 레이저 간섭계(10)에 의해 정밀하게 계측되어 있다.
도 5는 도 3의 1개의 평가용 패턴상(22XA)의 확대도를 나타내고, 이 도 5에 도시하는 바와 같이, 평가용 패턴상(22XA)는, 도 4의 평가용 마크(18XA)와 같이, 기본패턴상(25A~25N)이 계측 방향(X 방향)으로 피치(PW)로 나란한 형으로 형성되어 있다. 이 도 5에서, 예를 들면 도 4의 미소마크(19)에 대응하는 미소패턴상(26)에 나타낸 바와 같이, 실선의 흐려진 상이 실제의 노광상을 나타내고, 점선의 상으로서 나타내는 미소 패턴상(26A)은 웨이퍼(6)의 표면에 베스트 포커스 위치에 가까운 위치에서의 노광상을 나타내고 있다. 이와 같이, 쐐기 모양의 패턴은 베스트 포커스 위치로부터 떨어짐에 따라서 계측 방향(X 방향)의 폭이 짧아진다. 도 5의 경우는 계측 방향으로 △X만큼 폭이 좁게 되어 있다. 쐐기 모양의 미소패턴상(26)의 중심 위치는 웨이퍼(6)가 베스트 포커스 위치로부터 떨어지는 정도 좌측 방향(-X 방향)으로 이동한다. 그것에 따라서, 얼라인먼트 센서(13)에 의한 평가용 패턴상(22XA)의 측정 위치도 목표 위치에 대하여 좌측방향(-X 방향)으로 어긋난다. 따라서, 얼라인먼트 센서(13)에 의해 도 3의 평가용 패턴상(22XA~24XA)의 위치를 계측 하였을 때, 목표 위치에 대하여 가장 추측 방향(+X 방향)에 X 좌표를 가지는 평가용 패턴상이 전사되었을 때의 포커스 위치가 도 2의 평가용 마크(18XA)에 대응하는 계측점에서의 X 방향의 베스트 포커스 위치가 된다. 이 경우의 X 방향의 베스트 포커스 위치가 된다. 이 경우의 X 방향의 베스트 포커스 위치란, 도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, Y 방향으로 수속하는 광속에 의한 베스트 포커스 위치의 의미이다.
이 경우, 평가용 패턴상(22XA~24XA)은 소정 간격으로 포커스 위치를 변화시키면서, 그 사이의 포커스 위치에서의 평가용 패턴상의 X 좌표(목표 위치에서의 편차량)는 적당한 보간법에 의해 계산할 수 있으며, 그 결과에 근거하여 베스트 포커스 위치를 구하는 것이 바람직하다. 또한, 각 포커스 위치와 평가용 패턴상의 X 좌표와의 관계를 선형 또는 곡선에 근사한 함수의 형으로 구하고, 그것에 근거하여 베스트 포커스 위치를 구하도록 해도 된다. 또, 본 예에서는 우측 방향(+X 바향)에 정점을 가지는 쐐기 모양의 미소패턴상(26)을 형성하였지만, 좌측 방향(-X 방향)에 정점을 가지는 쇄기 모양의 미소 패턴상이 되는 경우는, 미소패턴상의 중심위치는 좌측 방향(-X 방향)으로 이동하기 때문에, 목표 위치에 대하여 가장 좌측 방향(-X 방향)으로 어긋나 있는 평가용 패턴상이 형성되었을 때의 포커스 위치가 베스트 포커스 위치가 된다.
마찬가지로, 도 2의 레티클(2)상의 다른 4개의 평가용 마크(18XB~18XE)에 대응하는 계측점에서도, 쇼트 영역(21)상에 있어서의 평가용 패턴상의 가로 어긋남량에 근거하여 베스트 포커스 위치를 구한다. 이것에 의해서 도 1의 투영 광학계(5)의 노광 필드내의 5군데의 계측점에서의 X 방향의 베스트 포커스 위치가 구해진다.
그 후, 쇼트 영역(21)의 X 방향의 베스트 포커스 위치를 구한 같은 방법에 의해, 도 2의 레티클(2)상의 Y 축용의 평가용 마크(18YA~18YE)의 쇼트 영역(21)상에 있어서의 평가용 패턴상의 목표 위치에서의 Y 방향으로의 어긋남량을 Y 축영의 LIA 방식의 얼라인먼트 센서에 의해 계측되고, 노광 필드내의 5군데의 계측점에서의 Y 방향의 베스트 포커스 위치(실제로는X 방향으로 수속하는 광속에 의한 베스트 포커스 위치)를 구한다. 그 5군데의 계측점에서의 X 방향 및 Y 방향의 베스트 포커스 위치의 차분이, 각 계측점에서의 비점수차가 된다. 또한, 가령 X 방향 및 Y 방향의 베스트 포커스 위치의 평균값을 그 계측점에서의 베스트 포커스 위치로 하면, 5군데의 계측점에서의 베스트 포커스 위치로부터, 투영 광학계(5)의 결상면의 상면 만곡이라든지 상면 경사가 구해진다. 또한, 5개의 베스트 포커스 위치의 경균값을 그 결상면에 평균적인 베스트 포커스 위치라고 간주할 수 있다.
웨이퍼(6)상의 다른 계측 대상의 쇼트 영역에 대하여 같은 처리를 행하고, 각각 5군데의 계측점에서의 X 방향 및 Y 방향의 베스트 포커스 위치를 구한다. 다음에, 그 복수의 쇼트 영역에 대하여 구한 베스트 포커스 위치를 평균화하는 것으로, 보다 정확히 베스트 포커스 위치가 구해진다. 실제의 노광시에는, 웨이퍼를 그와 같이 하여 구한 결상면에 맞추어 넣도록, 3개의 액추에이터(9A~9C)를 구동한다.
또, 본 예에서는 레티클(20상에 X 축용 및 Y 축용으로 각각 5개의 평가용 마크를 형성하고, 그 웨이퍼(6)상에 노광된 평가용 패턴상에 근거하여 베스트 포커스 위치를 구하였지만, 평가용 패턴의 회수라든지 배치는 용도에 따라서 바꿀 수 있다.
이상, 본 예에 의하면 베스트 포커스 위치를 구하기 위한 평가용 마크로서 도 4의 평가용 마크(18XA)에 나타낸 바와 같이, 복수의 막대 형상의 미소 마크(19)를 Y 방향으로 나란하게 기본마크(20A~20N)를 구성하고, 그 복수의 톱니 형상의 기본마크(20A, 20B, …, 20N)를 X 방향으로 일정한 피치(PR)로 나열한 격자로 구성하는 패턴을 사용하고 있기 때문에, LIA 방식의 얼라인먼트 센서(13)를 사용하여, 웨이퍼(6)상이 각 쇼트 영역에 형성된 평가용 패턴상의 위치를 계측 할 수 있다. 또한, 이 LIA 방식의 얼라인먼트 센서는 광비트 신호의 위상에 근거하여 그 평가용 패턴상의 위치를 정확히 검출할 수 있기 때문에, 종래의 LSA 방식의 얼라인먼트 센서를 사용한 계측방법과 동등 이상 정밀도로 베스트 포커스 위치를 검출할 수 있다.
또, 본 에에서는 웨이퍼(6)상의 평가용 패턴상을 계측하기 위한 검출 장치로서, 웨이퍼상에 레티클의 패턴상을 형성하기 위한 투영 노광 장치를 사용하였지만, LIA 방식의 얼라인먼트 센서를 가지는 검출 장치를 별도로 오프라인으로 설치하고, 그 검출 장치에 의해 웨이퍼(6)상의 평가용 패턴상의 위치를 검출하도록 해도 된다.
다음에, 평가용 마크의 다른 3개의 변형예에 대하여 도 6 내지 도 8을 참조하여 설명한다. 또, 이하의 모든 예는 계측 방향이 X 방향의 평가용 마크의 예이다.
도 6은 평가용 마크의 제 1 변형예를 나타내며, 이 도 6에 있어서, 본 예의 평가용 마크는 도 4의 평가용 마크(18XA)와 같은 미소마크의 정점이 +X 방향에 있는 피치(P1)의 톱니형상의 패턴(27)과, 계측방향(X 방향)에 일정한 피치(P1)로 나란한 라인·앤드·스페이스 패턴으로 이루어지는 패턴(28)으로 구성되어 있다. 2개의 패턴(27, 28)의 가로 방향 및 세로 방향의 폭은 거의 같아지도록 형성되며, 라인·앤드·스페이스 패턴으로 이루어지는 패턴(28)은 패턴(27)의 미소 마크의 정점이 있는 방향(이 경우는 +X 방향)으로, 패턴(27)으로부터 소저의 피치(P1)보다 넣은 간격(D1)만큼 떨어져 형성되어 있다.
본 예의 평가용 마크에 의한 각 포커스 위치에서의 웨이퍼(6)상의 평가용 패턴상의 위치를 LIA 방식의 얼라인먼트 센서(13)를 사용하여 계측하는 경우는, 각 포커스 위치에 있어서 패턴(27, 28)의 상의 위치를 동시에 계측하고, 패턴(27, 28)의 상끼리의 X 방향의 간격이 가장 좁게 될 때의 포커스 위치를 베스트 포커스 위치로 정의한다. 즉, 패턴(28)은 라인·앤드·스페이스 패턴으로 이루어지는 통상의 격자패턴이고, 포커스 위치가 변화하더라도 웨이퍼(6)상의 그 평가용 패턴상의 얼라인먼트 센서(13)에 의한 계측치가 변하는 것은 아니다. 그것에 대하여, 패턴(27)의 웨이퍼(6)상의 상은 베스트 포커스 위치에 가까운 정도 우측 방향(+X 방향)으로 이동하기 때문에, 베스트 포커스 위치에서는 패턴(27, 28)의 상끼리의 간격은 가장 좁아진다. 또, 패턴(27)의 미소 마크의 정점이 좌측 방향(-X 방향)에 있는 경우는, 2개의 평가용 패턴상의 간격이 가장 넓게 될 때의 포커스 위치를 베스트 포커스 위치로 한다. 본 예의 평가용 마크를 사용한 경우는, 2개의 패턴(27, 28)의 웨이퍼(6)상의 상끼리의 상대적인 간격에 근거하여 베스트 포커스 위치를 평가하기 때문에, 베스트 포커스 위치의 검출 정밀도가 향상된다.
도 7은 평가용 마크의 제 2변형예를 나타내고, 이 도 7에 나타낸 바와 같이, 본 예의 평가용 마크는, 도 6의 패턴(27)과 같은 피치(P2)의 톱니형상의 패턴(27A)과, 그 패턴(27A)의 좌우를 반전한 피치(P2)의 패턴(29A)을 소정 간격(D2)으로 형성항 것으로, 정확히 도 6에서의 라인·앤드·스페이스 패턴으로 이루어지는 패턴(28)을 패턴(29A)으로 바뀐 구성을 가진다. 패턴(27A)의 웨이퍼(6)상에 있어서의 상의 측정 위치는 베스트 포커스 위치에 가까울수록 우측으로 이동하며, 패턴(29A)의 웨이퍼(6)상의 상의 측정 위치는 베스트 포커스 위치에 가까울수록 좌측으로 이동한다. 따라서, 패턴(27A, 29A) 각각의 웨이퍼(6)상의 상끼리의 X 방향의 간격이 가장 좁게 될 때의 포커스 위치를 베스트 포커스 위치라고 정이한다. 본 예의 평가용 마크를 사용한 경우는, 도 4라든지 도 6의 평가용 마크를 사용하는 경우와 비교하여, 포커스 위치의 변화에 대하여 평가용 패턴상의 간격의 변화가 2배가 된다. 따라서, 베스트 포커스 위치의 검출감도도 2배가 된다.
도 8은 평가용 마크의 제 3변형예를 나타내며, 이 도 8에 있어서, 본 예의 평가용 마크는 도 4의 평가용 마크(18XA)와 같은 미소 마크의 정점이 +X 방향에 있는 피치(P3)의 톱니형상의 패턴(27B)과, 그 패턴(27B)을 계측 방향으로 반전한 피치(P3)의 패턴(29B)을 비계측 방향(Y 방향)으로 소정의 간격(D3)으로 배치한 구성을 가진다.
본 예의 평가용 마크에 의한 각 포커스 위치에서의 웨이퍼(6)상의 평가용 패턴상의 위치를 LIA 방식의 얼라인먼트 센서(13)를 사용하여 계측하는 경우는, 각 포커스 위치에서의 패턴(27B, 29B)의 상을, XY 스테이지(8)를 비계측 방향(Y 방향)으로 주사하면서 계측한다. 그리고, 패턴(27B, 29B)의 상으로부터의 각각의 헤테로 다인(heterodyne) 간섭광의 위상 변화가 가장 적을 때의 포커스 위치를 베스트 포커스 위치라고 정의한다.
또, 도 8의 2점 쇄선으로 나타낸 바와 같이, 패턴(27B)의 비계측 방향으로 패턴(29B)과 대칭인 위치에 패턴(29B)과 같은 패턴(29C)을 모두 구성한 평가용 마크를 사용해도 된다. 이러한 평가용 마크를 사용하면, 패턴(27B, 29B)이 기울어서 형성되기도 하고, 계측시의 주사 방향이 기울어 있는 경우라도, 패턴(29B, 29C)의 웨이퍼(6)상에 있어서의 상의 위치의 계측치보다 패턴(27B, 29B)의 상의 경사를 구하여 보정할 수 있다.
또한, 평가용 패턴상의 위치를 계측하는 얼라인먼트 센서로서, LIA 방식의 얼라인먼트 센서 대신에, FIA 방식의 얼라인먼트 센서(12)를 사용해도 된다.
이와 같이, 본 발명은 상술한 실시의 형태에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지의 구성을 취할 수 있다.
본 발명의 노광 조건 측정 방법에 의하면, 쐐기 모양의 미소 구성 요소를 비계측 방향으로 나열한 중간 구성 요소로 이루어지는 평가용 마크의 상 전체, 즉 중심 위치는 감광기판의 표면이 최적 포커스 위치에 가까울수록, 미소 구성 요소의 선단방향으로 이동한다. 따라서, 평가용 마크의 상의 중심 위치를 계측함으로써 최적 포커스 위치를 구할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 중간 구성 요소를 계측 방향에 격자 모양으로 배열하고 있기 때문에, 격자 모양의 마크를 사용하는 방식의, 예를 들면 LIA 방식(2광속 간섭방식)이라든지 FIA 방식(촬상방식) 등의 고정밀도의 얼라인먼트 센서를 사용하여 평가용 마크의 상의 중심 위치를 고정밀도로 검출할 수 있다. 따라서, 최적 포커스 위치의 검출 정밀도가 향상하는 이점이 있다.
또한, 제 1평가용 마크의 중간 구성 요소와는 다른 패턴을 계측 방향으로 격자 모양으로 복수개 배치한 제 2평가용 마크를, 제 1평가용 마크에 대하여 계측 방향으로 나란히 배치하고, 제 1평가용 마크의 상을 평가용 감광 기판상의 부분 영역의 각각 투영할 때, 제 2 평가용 마크의 상도 투영하고, 제 1 평가용 마크의 상의 계측 방향의 중심 위치를 계측할 때에 제 2 평가용 마크의 상의 계측 방향의 중심 위치도 계측하며, 이 계측된 2개의 평가용 마크의 상의 중심 위치의 간격의 변화에 근거하여 투영 광하계의 최적 포커스 위치를 구하는 경우에는, 제 1평가용 마크의 상과, 제 2평가용 마크의 상과의 상대위치의 변화에 근거하여, 투영 광학계의 최적 포커스 위치를 고정밀도로 검출할 수 있는 이점이 있다.
또한, 제 1평가용 마크의 중간 구성 요소와는 다를 패턴을 계측 방향으로 격자 모양으로 복수개 배치한 제 2평가용 마크를, 제 2평가용 마크를, 제 1평가용 마크에 대하여 비계측 방향으로 모두 배치하고, 제 1평가용 마크의 상을 평가용의 감광 기판상의 부분 영역에 각각 투영할 때 제 2평가용 마크의 상도 투영하고, 제 1평가용 마크의 상의 계측방향의 중심 위치를 계측할 때에 제 2평가용 마크의 상의 계측 방향의 중심 위치도 계측하며, 이 계측된 2개의 평가용 마크의 상상의 중심 위치의 차의 변화에 근거하여 투영 광학계의 최적 포커스 위치를 구하는 경우에는, 예를 들면 2개의 평가용 마크의 상을 비계측 방향으로 주사함에 의해, 2개의 상의 중심 위치의 상대적인 차를 검출할 수 있고, 그것에 근거하여 투영 광학계의 최적 포커스 위치를 고정밀도로 검출할 수 있는 이점이 있다.
또한, 제 2평가용 마크가 계측 방향으로 배열된 라인·앤드·스페이스 패턴의 경우에는, 그 라인·앤드·스페이스 패턴의 상의 중심 위치는 변화하지 않으므로, 그 상의 위치를 기준으로, 제 1평가용 마크의 상의 위치의 변화를 검출하고, 그 결과에 근거하여 최적 포커스 위치를 검출할 수 있다.
또한, 제 2평가용 마크가 계측 방향에 대하여 제 1평가용 마크를 반전시킨 패턴인 경우에는 제 1 및 제 2평가용 마크의 상의 사이의 중심 위치의 변화는 포커스 위치의 변화에 대하여 2배가 되며, 최적 포커스 위치의 검출 감도가 배증하는 이점이 있다.
또한, 제 1평가용 마크의 상의 중심 위치를 계측할 때에, 이 제 1평가용 마크에 대하여 다른 방향에서 가간섭인 2광속을 조사하고, 이 제 1평가용 마크로 부터 동일 바향에 발생하는 1쌍의 회절광으로 구성되는 간섭광을 수광하며, 이 간섭광의 위상을 검출하는 경우는, 그 평가용 마크의 상의 위치를 LIA 방식의 얼라인먼트 센서에서 검출하는 것을 의미한다. LIA 방식의 얼라인먼트 센서의 이용에 의해서 투영 광학계의 최적 포커스 위치의 검출 정밀도가 향상하는 이점이 있다.

Claims (6)

  1. 마스크 패턴의 상을 투영 광학계를 통하여 기판상에 투영할 때의 노광 조건 측정 방법에 있어서,
    소정의 계측 방향에 쐐기모양으로 형성된 미소 구성 요소를 상기 계측 방향으로 직교하는 비계측 방향으로 복수개 배열되는 중간 구성 요소를, 상기 계측 방향에 격자 모양으로 복수조 배치한 제 1평가용 마크를 준비하고,
    상기 평가용 마크의 상을 상기 투영 광학계를 통해 평가용 기판상의 다른 복수의 부분 영역의 각각에, 투영 광학계의 광축방향에 대해서 상기 평가용의 기판의 위치를 바꾸면서 투영하고,
    상기 평가용의 기판상의 부분 영역의 각각에 투영된 평가용 마크의 상의 계측 방향의 중심 위치를, 평가용의 기판의 광축 방향의 위치에 대응시켜서 각각 계측하여,
    해당 계측 결과에 근거하여 투영 광하계의 최적의 포커스 위치를 구하는 것을 특징으로 하는 노광 조건 측정 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1평가용 마크의 중간 구성 요소와는 다른 패턴을 계측 방향에 격자 모양으로 복수개 배치한 제 2평가용 마크를, 상기 제 1평가용 마크에 대하여 계측 방향으로 나란히 배치하며,
    상기 제 1평가용 마크의 상을 평가용 기판상의 부분 영역의 각각에 투영할때 제 2평가용 마크의 상도 투영하고,
    상기 제 1평가용 마크의 상의 계측 방향의 중심 위치를 계측할 때 제 2평가용 마크의 상의 계측 방향의 중심 위치도 계측하며,
    해당 계측된 2개의 평가용 마크의 상의 중심 위치 간격의 변화에 근거하여 투영 광하계의 최적 포커스 위치를 구하는 것을 특징으로 하는 노광 조건 측정 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 1평가용 마크의 중간 구성 요소와는 다른 패턴을 계측 방향으로 격자 모양으로 복수개 배치한 제 2평가용 마크를 제 1평가용 마크에 대하여 비계측 방향에 나란히 배치하고,
    상기 제 1평가용 마크의 상을 평가용의 감광기판상의 부분 영역의 각각에 투영할 때 제 2평가용 마크의 상도 투영하고,
    상기 제 1평가용 마크의 상의 계측 방향의 중심 위치를 계측할 때 제 2평가용 마크의 상의 계측 방향의 중심 위치도 계측하며,
    해당 계측된 2개의 평가용 마크의 상의 중심 위치의 차이의 변화게 근거하여 투영 광학계의 최적 포커스 위치를 구하는 것을 특징으로 하는 노광 조건 측정 방법.
  4. 제 2항 도는 제 3항에 있어서, 상기 제 2평가용 마크는 계측 방향으로 배열된 라인·앤드·스페이스 패턴인 것을 특징으로 하는 노광 조건 측정 방법.
  5. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 제 2평가용 마크는 계측 방향에 대하여 제 1평가용 마크를 반전시긴 패턴인 것을 특징으로 하는 노광 조건 측정 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 제 1평가용 마크의 상의 중심 위치를 계측할 때, 해당 제 1평가용 마크에 대하여 다른 방향으로부터 가간섭인 2광속을 조사하고, 해당 제 1평가용 마크로부터 동일 방향으로 발생하는 1쌍의 회절광으로 구성되는 간섭광을 수광하고, 해당 간섭광의 위상을 검출하는 것을 특징으로 하는 노광 조건 측정 방법.
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