KR19980042190A - 위치검출용 마크, 마크 검출방법 및 그 장치, 및 노광장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 위치검출용 마크, 마크 검출방법 및 그 장치 및 노광장치에 관한 것으로, 그 구성에 있어서 기판상에 형성되는 위치 검출용 마크는, 그 중심부 근방에 배치된 Y축 방향으로 주기성을 가진 제 1 패턴과, 제 1 패턴의 X축 방향의 양측 근방에 각각 배치된 X축 방향으로 주기성을 가진 제 2 패턴을 가진다. 제 1 패턴의 중심에 검출 광학 시스템의 검출 중심, 즉 검출 광학 시스템의 수차 최소 위치를 맞춰 검출함과 동시에, 제 2 패턴을 그 수차량 최소 위치에 대칭인 두 군데에서 위치를 검출하여 평균화한다. 위치 검출용 마크의 검출 장치는 상기 위치 검출용 마크가 정지한 상태에서 제 1 패턴과 제 2 패턴 모두를 화상 처리에 의해 검출한다.

Description

위치검출용 마크, 마크 검출방법 및 그 장치, 및 노광장치

본 발명은 위치검출용 마크, 마크 검출방법 및 그 장치 및 노광장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판 평면상에 형성되는 위치검출용 마크, 상기 마크의 검출방법 및 그 장치, 및 상기 마크 검출장치를 기판의 위치검출용으로서 구비하는 노광장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 위치검출용 마크는 예를 들어, 반도체 소자 등을 제조하는 포토 리소그래피 공정에서 사용되는 마스크 패턴으로 감광성 기판을 노광시키는 노광장치의 마스크 패턴과 감광성 기판의 위치정렬에 적합하게 사용된다.

예를 들어, 반도체 소자, 액정 표시 소자, 상 촬영 소자(CCD) 또는 박막 자기 헤드 등의 미세소자를 제조하기 위한 포토 리소그래피 공정에서는, 전사용 패턴이 형성된 포토마스크 또는 레티클(이하, 레티클로 총칭함)의 상을, 투영 광학 시스템을 통하여, 감광재(포토 레지스트)가 도포된 웨이퍼 또는 유리판 등의 기판(이하, 웨이퍼라고 칭함)상에 투영하는 투영 노광 장치가 사용되고 있다.

이러한 종류의 투영 노광 장치에 있어서는, 노광에 앞서 레티클과 웨이퍼의 위치 정렬(얼라인먼트)를 고 정밀도로 수행할 필요가 있다. 이러한 정렬를 수행하기 위해, 웨이퍼상에는 이전의 포토 리소그래피 공정에서 형성(노광 전사)된 위치 검출용 마크(정렬 마크)가 형성되고 있으며, 상기 정렬 마크의 위치를 검출함으로써, 웨이퍼(또는 웨이퍼상의 회로 패턴)의 정확한 위치를 검출할 수 있다.

이러한 웨이퍼상의 마크는, 완성후의 미세소자의 작동 특성에 있어서는, 전혀 불필요한 것이기 때문에, 가능한 한 작은 것이 바람직하다. 또한, 일반적으로 이러한 마크들은, 각종 프로세스의 완성후에 미세소자를 분리 절단하기 위한 잘릴 부분인 스트리트 라인이라 불리우는 미세소자간의 경계영역에 설정된다. 스트리트 라인은, 폭이 70∼90㎛ 정도의 띠 형상의 영역이므로, 마크의 크기는 그 짧은 변이 70㎛ 이하인 것이 바람직하다.

웨이퍼상의 마크 위치 검출에는 몇 가지의 방법이 실용화되어 있으나, 최근에는 광학적인 마크의 상을 검출하여 그 이미지 강도 분포에 근거하여 마크 위치를 검출하는 화상검출이 주류가 되어 있다.

또한, 상기 위치 정렬에는, 매우 높은 정밀도가 요구되기 때문에, 종래에는 마크 위치의 검출시에, 직교하는 두 방향(X방향, Y방향)에 대하여 각각 전용 마크(X마크, Y마크)를 사용하며, 그것들을 순차적으로 계측하는 방법이 주류였었다. 이러한 마크(1차원 계측용 마크)로서는, 일반적으로 계측방향으로 주기성을 갖는, 소위 라인 앤드 스페이스 패턴이 사용되고 있었다.

도 8(A), 도 8(B)에는, 종래의 1차원 계측용 마크의 일례가 도시되어 있다. 도 8(A)의 마크(MX)는, X방향의 검출에 사용하는 마크이고, 도 8(B)의 마크(MY)는, Y방향의 검출에 사용하는 마크이다. 이러한 마크(MX) ,(MY)가 쌍으로 사용되고(그들의 위치 관계에는 특별한 한정은 있음), 먼저 한쪽의 마크에 의해 한쪽 방향(X방향 또는 Y방향)에 대해 위치검출한 후, 다른 한쪽의 마크에 의해 나머지 한 방향(Y방향 또는 X방향)에 대하여 위치 검출을 실시하였다.

또한 이러한 마크는, 앞서 말한 바와 같이 그 짧은 변의 길이가 스트리트 라인의 폭(일반적으로 70㎛∼90㎛) 이하이어야 하므로, 각각의 마크의 비검출방향(MX의 Y방향, MY의 X방향)도, 이 제약으로부터 일반적으로 70㎛ 정도 이하의 폭으로 제한되어 있었다.

그리고, 상기 마크 위치를 검출하기 위한 마크 검출 광학 시스템은 매우 고도의 수차 보정을 요구한다. 이 수차 보정이란, 광학 시스템의 설계상의 수차 보정에 그치지 않고, 렌즈의 편심이나 면의 정밀도 등과 같은 가공상의 오차에 의한 수차도 포함한 것이다. 특히, 가공상의 오차에 대해서는, 이것을 완전히 제로로 하는 것은 곤란하며, 광학 시스템의 조립후에, 특정한 마크 검출 위치(검출 영역내의, 검출 광학 시스템의 광축 근방의 1점)에서의 잔존 수차를 최소로 하는 조정 등을 행함으로써, 검출시의 잔존 수차의 영향을 저감시키고 있다. 따라서, 마크를 검출하는 위치가 상기 수차 최소점으로부터 어긋나면, 수차에 따른 검출 오차가 생겨, 마크의 검출 정밀도는 악화되게 된다.

그러나, 상기 종래 기술에 있어서는, 위치 검출을 위한 마크 검출은 X방향과 Y방향에 대해 따로 따로 행해지고 있었기 때문에, 마크의 검출에 필요한 시간이 길고, 나아가서는 투영 노광 장치의 처리 능력(처리량(throughput))을 저하시킨다고 하는 문제점이 있었다.

이러한 점을 감안하여, 종래에서도 X, Y 2차원 방향에 대한 검출을 동시에 행할 수 있는 2차원 마크도 사용되고 있었다.

도 9에는, X Y 양방향의 검출용 2차원 마크의 일례가 도시되어 있다. 이러한 도 9에 도시된 마크(MG)는, 그 자체에 2차원 방향으로 주기성을 가진 마크이다. 단, 도 9로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 마크 면적에 대한 X ,Y 각 방향의 위치검출에 유용한 마크 엣지(흑백 경계)의 크기는, 그 2차원 방향의 주기성을 위해 1차원 마크(MX, MY)에 비해 거의 반감해 버린다. 그로 인해, 1차원 마크(MX) (MY)와 같은 정도의 검출 정밀도를 얻으려면, 마크 면적을 증대시킬 필요가 있는데, 그러한 경우에는 마크의 한 변(또는 짧은 변)의 길이가 상술한 스트리트 라인 폭보다 커지고(예를 들어, 도 9의 경우는 100㎛ 이상), 그 일부가 웨이퍼상의 회로 패턴에 걸려버리므로, 마크 형성 위치의 제약이 커져 버린다고 하는 문제점이 있었다.

한편, 도 10에 도시하는 바와 같은, X방향 1차원 검출용 마크부분(Ma)과 Y방향 1차원 검출용 마크부분(Mb)을 나란히 배치한 2차원 마크(Mt)를 사용하면, 마크의 짧은 변을 스트리트 라인의 폭 이하로 하는 것은 가능하다.

그러나, 도 10에 도시된 Mt와 같은 마크에서는, 검출 정밀도에 문제가 있다. 즉, 상술한 바와 같이, 특정한 마크의 검출 위치(검출 영역내의, 검출 광학 시스템의 광축 근방의 1점)에서의 잔존 수차를 최소로 하는 조정이 행해지고 있기 때문에, 마크부분(Mt)을, X ,Y 두 방향에 대해 동시에 검출할 때에는, 한쪽 방향의 검출용 마크, 예를 들어 Y방향 검출용 마크부분(Mb)(또는 X방향 검출용 마크부분(Ma))을 광축 근방에 배치하면, 다른 쪽 방향의 마크부분(Ma)(또는 마크부분(Mb))은 광축으로부터 떨어진 위치가 되며, 위치검출값은 광학 시스템의 잔존 수차의 악영향을 받아(이에 대해서는, 후술하는 실시의 형태의 설명 중에서 본 발명과의 비교를 위해 다시 상술함), 검출오차가 증대한다고 하는 문제점이 있었다.

본 발명은, 상기한 바와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 하나의 목적은, 마크 검출 시간을 단축할 수 있고, 또한 검출 광학 시스템의 잔존 수차의 영향을 거의 받지 않고 고정밀도의 위치검출을 가능하게 하는 위치검출용 마크를 제공하는데 있다.

또, 본 발명의 다른 목적은, 마크 사이즈의 요구에 응할 수 있는 위치 정렬 마크를 제공하는데 있다.

또한 본 발명의 또다른 목적은, 마크 검출시간을 단축함과 동시에, 검출 광학 시스템의 잔존 수차의 영향을 받지 않고 고정밀도로 마크 위치 검출을 행할 수 있는 마크 검출 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 마크 검출시간을 단축함과 동시에, 검출 광학 시스템의 잔존 수차의 영향을 받지 않고 고정밀도로 마크 위치 검출을 행할 수 있는 마크 검출 장치를 제공하는데 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은, 처리량의 향상을 도모할 수 있음과 동시에, 고정밀도의 중합을 실현할 수 있는 노광장치를 제공하는데 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 투영 노광 장치의 개략적인 구성을 도시하는 도면,

도 2는 도 1의 얼라인먼트센서의 상세한 구성을 도시하는 도면,

도 3은 본 발명에 따른 위치검출용 마크의 일례를 도시하는 도면,

도 4는 일 실시예 따른 투영 노광 장치에 의해 도 3의 위치검출용 마크를 검출하는 방법에 대해 설명하기 위한 도면,

도 5는 일실시 형태의 투영 노광 장치에 의해 종래의 1차원 위치검출용 마크의 검출 경우를 설명하기 위한 도면,

도 6은 종래의 2차원 검출용 마크의 위치검출에 대해 설명하기 위한 도면,

도 7은 도 6에 있어서의 종래의 2차원 검출용 마크를 90°회전한 마크의 위치검출의 모습을 도시하는 도면,

도 8은 종래의 1차원 계측용 마크의 일례를 도시하는 도면으로, 도 8(A)은 X방향의 검출에 사용하는 마크를 도시하는 도면, 도 8(B)은 Y방향의 검출에 사용하는 마크를 도시하는 도면,

도 9는 종래의 X Y 양방향의 검출용 2차원 마크의 일례를 도시하는 도면,

도 10은 종래의 2차원 마크의 다른 예를 도시하는 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

12: 검출 광학 시스템 14: 상 촬영소자

16: 화상 처리 장치 18: 웨이퍼 테이블

20: X Y 스테이지 22: 구동 시스템

24: 이동 거울 26: 레이저 간섭계

28: 주 제어장치 MP: 위치검출용 마크

100: 투영 노광 장치

본 발명에 따르면 다음과 같은 위치 검출용 마크가 제공된다: 다시 말해, 기판상에 형성되고, 소정의 제 1 축방향(예를 들면 Y축 방향)과 이에 직교하는 제 2 축방향(예를 들면 X축 방향)의 기판의 위치를 검출하기 위한 위치검출용 마크로서, 그 중심부 근방에 배치된 제 1 축방향으로 주기성을 가진 제 1 패턴과, 제 1 패턴의 제 2 축방향의 양측 근방에 각각 배치된 제 2 축방향으로 주기성을 가진 제 2 패턴을 가진다.

전술한 바와같은 본 발명에 따르면, 제 1 패턴이 형성된 마크 영역의 소정의 기준점(예를 들어, 제 1 패턴의 중심)에 검출 광학 시스템의 검출 중심을 일치시키는 상태에서, 즉 제 1 패턴을 검출 광학 시스템의 수차 최소 위치에서 검출함과 동시에, 제 2 패턴을 그 수차 최소 위치에 대칭인 두 군데에서 위치 검출하여 평균화함으로써, 검출 광학 시스템의 잔존 수차의 영향을 거의 받지 않고, 고정밀도로 그 위치검출용 마크의 제 1 축방향과 제 2 축방향의 위치를 검출하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 마크 검출 시간을 단축할 수 있고, 또한 검출 광학 시스템의 잔존 수차의 영향을 거의 받지 않고 고정밀도의 위치 검출이 가능해진다.

이러한 경우에 있어서, 제 1 패턴과 제 2 패턴의 각각의 주기는, 6㎛∼16㎛ 정도로 하는 것이 바람직하다. 이것은, 위치검출용 마크는 통상적으로 포토 리소그래피 공정에 의해 단차 마크로서 기판상에 형성되므로, 주기가 6㎛ 이하이면, 마크 형성의 프로세스에 이해 마크가 묻히는 수가 있고, 또한 16㎛ 이상이면, 통상 마크 검출에 사용되는 상 촬영소자(CCD)의 화면상에서 수용가능한 마크의 수가 너무 적어져서 검출 정밀도가 떨어지게 되기 때문이다. 따라서, 패턴의 주기를 6㎛∼16㎛ 정도로 했을 경우에는, 상기와 같은 문제점이 없고, 한층 고정밀도로 마크 위치를 검출할 수 있게 된다.

또한, 이러한 경우에 있어서, 제 1 패턴과 그 양측의 제 2 패턴이 형성된 마크 영역의 짧은 변의 길이가 50㎛∼70㎛ 정도인 것이 바람직하다. 이것은, 통상 위치검출용 마크는, 전술한 바와 같이 폭 70∼90㎛ 정도의 미세소자간의 띠 형상 경계영역(스트리트 라인)에 설정되는데, 이 스트리트 라인을 절단하는 절단톱(dicing saw)의 폭은 최대 70㎛ 정도인 것을 고려하면, 마크 영역의 짧은 변의 길이를 70㎛ 이하로 하는 것이 바람직하며, 또한 이렇게 하면 스트리트 라인내에 위치 검출용 마크를 용이하게 형성할 수 있으므로, 그 마크 형성위치에 거의 제약을 받지 않기 때문이다. 한편, 마크 영역의 짧은 변의 길이가 50㎛보다 작아지면, 마크의 면적이 너무 작아져서 위치 검출 정밀도의 열화를 초래하므로, 마크 영역의 짧은 변의 길이는 50㎛이상인 편이 좋기 때문이다. 따라서, 마크영역의 짧은 변의 길이를 50㎛∼70㎛ 정도로 했을 경우에는, 마크 사이즈의 요구에도 충분히 대응할 수 있게 된다.

본 발명은 또한, 상술한 바와 같은 위치 검출용 마크의 소정의 제 1 폭방향(예를 들면 Y축 방향)과 이에 직교하는 제 2 폭방향(예를 들면 X축 방향)의 위치를 검출하는 마크 검출 방법을 제공한다. 이 방법은, 소정의 검출 중심 근방의 마크 영역으로부터 위치 검출용 마크의 제 1 폭방향의 위치를 검출함과 동시에, 검출 중심으로부터 제 2 폭방향의 양측에 소정 간격 떨어진 각각의 마크 영역으로부터 위치검출용 마크의 제 2 폭방향의 위치를 검출하는 것을 특징으로 한다.

더욱이, 본 발명은 기판상에 형성된 상술한 바와 같은 위치 검출용 마크의 소정의 제 1 폭방향(예를 들어 Y축 방향)과 이에 직교하는 제 2 폭방향(예를 들어 X축 방향)의 위치를 검출하는 마크 검출 장치를 제공한다. 이 장치는, 상술한 바와 같은 위치 검출용 마크가 형성된 기판을 탑재하여 기준 평면내를 이동할 수 있는 기판 스테이지와; 위치 검출용 마크를 광전 검출하는 화상 처리 방식의 마크 검출 시스템과; 마크 검출 시스템에 의해 검출된 검출 신호를 처리함으로써, 위치 검출용 마크의 제 1 폭방향 및 제 2 폭방향의 위치를 구하는 화상 처리 장치를 구비한다.

이에 따르면, 기판 스테이지 상에 상술한 바와 같은 위치 검출용 마치가 형성된 기판이 탑재되어 있으므로, 마크 검출 시스템에 의해 기판 스테이지의 정지상태에서, 위치 검출용 마크를 광전 검출할 수 있게 된다. 또한, 이와 같이 해서 마크 검출 시스템에 의해 위치검출용 마크가 광전 검출되면, 화상 처리 장치에서는 이 검출신호를 처리함으로써, 위치 검출용 마크의 제 1 폭방향 및 제 2 폭방향의 위치를 구한다. 이로 인해, 위치 검출용 마크의 2차원 방향의 위치를 기판 스테이지를 멈춘 상태에서, 바꿔 말하면 1회의 검출에 의해 구할 수 있게 된다. 또한 마크 검출 시스템에 의한 마크의 검출시, 위치검출용 마크를 구성하는 제 1 패턴의 중심에 그 검출 시스템을 구성하는 검출 광학 시스템의 검출 중심을 일치시켜 제 1 패턴을 검출 광학 시스템의 수차 최소 위치에서 검출함과 동시에, 제 2 패턴을 그 수차 최소 위치에 대칭인 두 군데에서 위치 검출하여 평균화함으로써, 검출 광학 시스템의 잔존 수차를 거의 받지 않고, 고정밀도로 그 위치검출용 마크의 제 1 폭방향과 제 2 폭방향의 위치를 검출할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 마스크에 형성된 패턴의 상을 투영 광학 시스템을 통해 감광재가 도포된 기판상에 투영 노광하는 노광장치를 제공한다. 이 장치는 앞서 설명한 바와 같이 마크 검출 장치를 상기 기판의 위치 검출용으로서 구비하는 것을 특징으로 한다.

이에 따르면, 종래의 1차원 마크를 이용하는 경우에 비해, 기판상의 위치검출용 마크의 검출시간을 단축할 수 있게 됨과 동시에, 마크 검출 시스템을 구성하는 검출 광학 시스템의 잔존 수차의 영향을 거의 받지 않고, 고정밀도로 그 위치 검출용 마크의 제 1 폭방향과 제 2 폭방향의 위치를 검출할 수 있게 됨으로써, 결과적으로 처리량의 향상, 정렬 정밀도의 향상에 의한 중합 정밀도의 향상을 도모할 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 일실시 형태를 도 1 내지 도 7에 근거하여 설명하고자 한다.

도 1에는, 본 발명에 따른 위치검출장치를, 오프 액시스 방식의 정렬 센서로서 구비한 일 실시예에 따른 투영 노광 장치(100)가 도시되어 있다. 이 투영 노광 장치(100)는, 스텝 앤드 리피트 방식의 축소 투영 노광 장치(소위, 스테퍼)이다.

이 투영 노광장치(100)는, 조명 시스템(IOP)과, 마스크로서의 레티클(R)을 지지하는 레티클 스테이지(RST)와, 레티클(R)에 형성된 패턴의 상을 감광재(포토 레지스트)가 도포된 기판으로서의 웨이퍼(W)상에 투영하는 투영 광학 시스템(PL)과, 웨이퍼(W)를 지지하여 2차원 평면(X Y 평면 내)을 이동하는 기판 스테이지로서의 X Y 스테이지(20)와, X Y 스테이지(20)를 구동하는 구동 시스템(22)과, CPU, ROM, RAM, I/O 인터페이스 등으로 포함하여 구성되는 미니 컴퓨터(또는 마이크로 컴퓨터)로 이루어져 장치 전체를 통괄 제어하는 주 제어 장치(28)를 구비하고 있다.

상기 조명 시스템(IOP)은, 광원(수은 램프 또는 엑시머 레이저 등)과, 플라이 아이 렌즈, 릴레이 렌즈, 콘덴서 렌즈 등으로 이루어진 조명 광학 시스템으로 구성되어 있다. 이 조명 시스템(IOP)은, 광원으로부터의 노광용 조명광(IL)에 의해 레티클(R)의 하부면(패턴 형성면)의 패턴을 균일한 조도 분포로 조명한다. 여기에서, 노광용 조명광(IL)으로서는 수은 램프의 i선 등의 휘선, 또는 KrF, ArF 등의 엑시머 레이저 광 등이 사용된다.

레티클 스테이지(RST)상에는 도시하지 않은 고정 수단을 통해 레티클(R)이 고정되어 있으며, 이 레티클 스테이지(RST)는, 도시하지 않은 구동 시스템에 의해 X축 방향(도 1에 있어서의 지면 직교 방향), Y축 방향(도 1에 있어서의 지면 좌우방향) 및 θ방향(X Y 면내의 회전방향)으로 미세 구동이 가능하게 되어 있다. 이에 따라, 이 레티클 스테이지(RST)는, 레티클(R)의 패턴의 중심(레티클 센터)이 투영 광학 시스템(PL)의 광축(AXp)과 거의 일치한 상태에서 레티클(R)을 위치 결정(레티클 정렬)할 수 있도록 되어 있다. 도 1에서는, 이 레티클 정렬가 행해진 상태가 도시되어 있다.

투영 광학 시스템(PL)은, 그 광축(AXp)이 레티클 스테이지(RST)의 이동면에 직교하는 Z축 방향이 되고, 여기에서는 양측 텔레센트릭에서, 소정의 축소 배율(β;β는 예를 들면 1/5)을 가진 것이 사용되고 있다. 이로 인해, 레티클(R)의 패턴과 웨이퍼(W)상의 쇼트 영역과의 위치 정렬(정렬)이 행해진 상태에서, 조명광(IL)에 의해 레티클(R)이 균일한 조도로 조명되면, 패턴 형성면의 패턴이 투영 광학 시스템(PL)에 의해 축소 배율(β)로 축소되어, 포토 레지스트가 도포된 웨이퍼(W)상에 투영되고, 웨이퍼(W)상의 각 쇼트 영역에 패턴의 축소상이 형성된다.

상기 X Y 스테이지(20)는, 실제로는 도시를 생략한 베이스상을 Y축 방향으로 이동하는 Y 스테이지와, 이 Y 스테이지상을 X축 방향으로 이동하는 X스테이지로 구성되어 있는데, 도 1에서는 이들이 대표적으로 X Y 스테이지(20)로서 도시되어 있다. 이 X Y 스테이지(20)상에 웨이퍼 테이블(18)이 탑재되고, 이 웨이퍼 테이블(18)상에 도시되지 않은 웨이퍼 홀더를 통하여 진공 흡착 등에 의해 웨이퍼(W)가 지지되어 있다.

상기 웨이퍼 테이블(18)은, 웨이퍼(W)를 지지하는 웨이퍼 홀더를 Z축 방향으로 미세 구동시키는 것으로, Z 스테이지라고도 불리운다. 이러한 웨이퍼 테이블(18)의 일단부 상부면에는, 이동 거울(24)이 설치되어 있고, 이 이동 거울(24)에 레이저 빔을 투사하여, 그 반사광을 수광함으로써, 웨이퍼 테이블(18)의 X Y 면내의 위치를 계측하는 레이저 간섭계(26)가 이동 거울(24)의 반사면에 대향하여 설치되어 있다. 또한, 실제로는 이동 거울은 X축에 직교하는 반사면을 가진 X 이동 거울과, Y축에 직교하는 반사면을 가진 Y 이동 거울이 설치되고, 이에 대응하여 레이저 간섭계도 X방향 위치 계측용의 X레이저 간섭계와 Y방향 위치 계측용의 Y레이저 간섭계가 설치되어 있는데, 도 1에서는 이들이 대표하여 이동 거울(24), 레이저 간섭계(26)로서 도시되어 있다. 따라서, 이하의 설명에서는 레이저 간섭계(26)에 의해, 웨이퍼 테이블(18)의 X Y좌표가 계측되는 것으로 한다.

레이저 간섭계(26)의 계측값은 주 제어장치(28)에 공급되고, 주 제어장치(28)에서는 이 레이저 간섭계(26)의 계측값을 모니터하면서, 구동 시스템(22)을 통해 X Y 스테이지(20)를 구동함으로써, 웨이퍼 테이블(18)이 위치 결정된다. 그 밖에, 도시되지 않은 포커스 센서의 출력도 주 제어장치(28)에 공급되어 있으며, 주 제어장치(28)에서는, 포커스 센서의 출력에 근거하여 구동 시스템(22)을 통하여 웨이퍼 테이블(18)을 Z축 방향(포커스 방향)으로 구동한다. 즉, 이와 같이 해서 웨이퍼 테이블(18)을 통하여 웨이퍼(W)가 X, Y, Z의 3축 방향으로 위치 결정된다.

또한, 웨이퍼 테이블(18)상에는, 그 표면이 웨이퍼(W)의 표면과 같은 높이의기준판(FP)이 고정되어 있다. 이 기준판(FP)의 표면에는, 소위 베이스 라인 계측 등에 사용되는 기준 마크를 포함하는 각종 기준 마크가 형성되어 있다.

더욱이, 본 실시 형태에서는, 투영 광학 시스템(PL)의 측면에, 웨이퍼(W)에 형성된 위치 검출용 마크를 검출하는 마크 검출 시스템으로서의 오프 액시스방식의 정렬 센서(AS)가 설치되어 있다. 이 정렬 센서(AS)로서는, 화상처리방식의 결상식 정렬 센서가 사용되고 있다.

도 2에는, 이 정렬 센서(AS)의 구성이 상세히 도시되어 있다. 이 정렬 센서(AS)는, 도 2에 도시되는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 표면에 형성된 위치 검출용 마크(MP)(이것에 대해서는 상세히 후술함)나 정렬 센서(AS)의 검출 중심을 정하는 기준이 되는 후술하는 지표판(52)에 형성된 지표 마크에 대하여 각각 조명광을 조사하고, 위치검출용 마크(MP)와 지표 마크의 2차원 상을 형성하는 검출 광학 시스템(12)과, 그러한 2차원 상을 상 촬영하는 2차원 상 촬영소자로서의 CCD(14) 등을 포함하여 구성되어 있다.

상기 검출 광학 시스템(12)은, 광원(30), 콘덴서 렌즈(32), 파장 선택 소자(34), 조명 시야 조리개(36), 릴레이 렌즈(38), 조명 개구 조리개(40), 빔 스플릿터(42), 대물 렌즈(44), 결상 개구 조리개(46), 결상 렌즈(48), 빔 스플릿터(합성 프리즘; 50), 지표판(52), 릴레이 렌즈(54), 광원(56), 콘덴서 렌즈(58), 지표 조명 시야 조리개(60), 렌즈(62) 등을 포함하여 구성되어 있다. 여기서, 이러한 검출 광학 시스템(12)의 구성 각 부에 대해 그 작용과 함께 설명한다.

광원(30)은, 브로드 밴드 조명광(광대역 광)을 발하는 할로겐 램프 등에 의해 구성된다. 이것은, 화상 처리 방식의 정렬 센서의 경우, 단색광을 광원으로서 이용하면, 웨이퍼(W)의 표면에 도포된 포토 레지스트의 박막 간섭 등의 영향에 의해 마크 화상의 검출을 확실히 행할 수 없는 경우도 있을 수 있으므로, 비간섭성의 광을 발하는 광원을 이용하도록 한 것이다. 따라서, 레지스트의 박막 간섭 등의 영향이 거의 없는 경우에는, 광원으로서 레이저 광을 발하는 레이저 광원을 이용해도 된다.

광원(30)을 발한 브로드 밴드 조명광(광대역 광)은, 콘덴서 렌즈(32) 및 파장 선택 소자(샤프 컷 필터 또는 간섭 필터 등;34)를 거쳐 조명 시야 조리개(36)에 입사된다.

파장 선택 소자(34)는, 웨이퍼(W)상에 도포된 포토 레지스트(예를 들면, 365nm 또는 248nm의 광에 대하여 감광성을 가진 것)에 대하여 비감광 파장대역(예를 들면, 파장 550nm∼750nm)의 광속(光束)만을 투과시키는 것이다. 단, 본 실시 형태에 따른 정렬 센서(AS)를 포토 레지스트로 피복되어 있지 않은 기판의 위치검출용으로서 사용하는 경우는, 감광을 방지할 필요가 없기 때문에, 노광 파장에 가까운 단파장의 광속을 사용할 수도 있다. 예를 들면, 웨이퍼상에 형성된 회로 패턴과, 그 위에 마스크 패턴상을 전사하여 노광, 현상 처리한 후의 레지스패턴과의 중합 오차를 검출하는 장치로서 적용하는 경우 등이 있다.

조명 시야 조리개(36)의 투과부를 투과한 조명광(DL)은, 릴레이 렌즈(38)를 거쳐 조명 개구 조리개(40)에 입사되어, 빔 스플릿터(42)에서 연직 하방을 향해 반사된 후, 빔 스플릿터(42)의 웨이퍼(W)측에 배치된 대물 렌즈(44)를 통해 웨이퍼(W)상에 형성된 위치검출용 마크(MP)를 포함하는 조명영역을 조사한다.

위치검출용 마크(MP)는, 후술하는 도 3에 도시한 바와 같은 평면 형상의 마크이다. 단, 웨이퍼(W)상에서는 평면적인 마크가 아니라, 마크부와 그 이외가 단차를 형성하는 단차형상 마크로서 형성되어 있는 것이 많다.

조명 시야 조리개(36)는, 웨이퍼(W)의 표면(위치검출용 마크(MP))과 실질적으로 공역(conjugate)(결상 관계)이 되어 있기 때문에, 조명 시야 조리개(36)의 투과부의 형상, 크기에 따라 웨이퍼(W)상에서의 조명 영역을 제한할 수 있다.

웨이퍼(W)상의 위치 검출용 마크(MP)를 포함하는 조명 영역에서 반사된 광속은, 대물 렌즈(44)와 빔 스플릿터(42)를 투과하여 결상 개구 조리개(46)에 이른다. 그리고, 이 결상 개구 조리개(46)를 투과한 광속은, 결상 렌즈(48)에 의해 집속되고, 빔 스플릿터(50)를 투과하여 지표판(52)상에 위치 검출용 마크(MP)의 상이 형성된다.

지표판(52)의 소정 위치에는, X방향의 마크 위치 검출의 기준이 되는 지표 마크(52a)(52b)와, Y방향의 마크 위치 검출의 기준이 되는 지표 마크(52c)(52d)의 총 4개의 지표 마크가, 각각 결상 광학 시스템(12)의 광축(AXa)을 삽입하듯이 형성되어 있다(단, 도 2에서는 X방향의 지표 마크(52a)(52b)만을 도시함, 도 4 참조). 이것에 의해, 이 정렬 센서(AS)는, 위치검출용 마크의 X, Y축 방향의 동시 위치 검출에 적합하게 되어 있다.

상기 지표 마크(52a)(52b)(52c)(52d)는, 이하에 설명하는 지표판 조명 시스템(13)에 의해 조명되도록 되어 있다. 지표판 조명 시스템(13)은, 발광 다이오드(LED) 등의 광원(56), 콘덴서 렌즈(58), 지표 조명 시야 조리개(60), 렌즈(62) 등에 의해 구성되어 있다. 이 지표판 조명 시스템(13)으로부터의 조명광이, 빔 스플릿터(50)에서 반사된 후, 지표 마크(52a)(52b)(52c)(52d)를 포함하는 작은 영역만을 조명하도록, 지표 조명 시야 조리개(60)의 투과부의 형상이 형성되어 있다.

또한, 이와 반대로 상기 조명 시야 조리개(36)의 투과부의 형상은, 이러한 지표 마크(52a)(52b)(52c)(52d)를 포함하는 부분 영역을 조명하지 않도록(차광하도록) 설정되어 있다. 이로 인해, 위치 검출용 마크(MP)와 지표 마크(52a)(52b)(52c)(52d)의 2차원 상은, 각각 별개로 형성할 수 있기 때문에, 양 마크의 2차원 상이 중합하여 형성되지 않게 되어, 각각의 마크 위치를 확실하고 고정밀도로 검출할 수 있게 된다.

지표판(52)상에 형성된 위치검출용 마크(MP)의 상과 상기 지표판상의 지표 마크(52a)(52b)(52c)(52d)는, 각각 릴레이 렌즈(54)에 의해 CCD(14)에 집속되고, 2차원 상으로서 CCD(14)의 상 촬영면에 각각 결상된다.

전술한 바와 같이 정렬 센서(AS)가 형성되고, 이 정렬 센서(AS;구체적으로는 CCD(14))로부터의 상 촬영 신호(DS)는, 다음 단계의 화상 처리 장치(16)에 공급되어, 이 화상 처리 장치(16)는 CCD(14)로부터의 상 촬영신호에 근거하여 위치검출용 마크(MP)와 지표판(25)상의 지표 마크(52a)(52b)의 상의 간격(또는 위치검출용 마크(MP)와 지표 마크(52c)(52d)의 간격)에 근거하여 웨이퍼(W)상의 위치검출용 마크(MP)의 위치(지표 중심을 기준으로 하는 상대 위치)를 검출하고, 주 제어장치(28)에 전달한다.

다음으로, 웨이퍼(W)상에 형성된 본 발명에 따른 위치검출용 마크의 일례를 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3에 도시되는 마크(MP)는, 마크 형성 영역의 X축 방향(제 2 축방향)의 중앙부에 배치된 Y축 방향(제 1 축방향)으로 동기성을 가진 제 1 패턴으로서의 제 1 마크부분(M1)과, 이 제 1 마크부분(M1)의, Y축 방향으로 직교하는 X축 방향의 양측에 배치된 X축 방향으로 주기성을 가진 제 2 패턴으로서의 한 쌍의 제 2 마크부분(M2a)(M2b)으로 구성되어 있다. 제 1 마크부분(M1)은 Y축 방향의 위치계측에 이용되며, 제 2 마크부분(M2a)(M2b)은, X축 방향의 위치검출에 이용된다. 마크부분(M1)(M2a)(M2b)내의 마크 요소의 피치는, 예를 들면 12㎛(6㎛ 정렬 스페이스) 정도이다.

물론, 마크부분(M1)(M2a)(M2b)의 마크요소의 피치는 12㎛로 한정되지 않고, 보다 미세한 피치로 할 수도 있다. 단, 너무 미세한 피치에서는 미세소자의 제조 프로세스상의 평탄화 공정에 의해 평탄화되고, 마크 부분(M1)(M2a)(M2b)이 소실되어 버릴 가능성이 있다. 이렇기 때문에, 마크부분(M1)(M2a)(M2b)의 마크 요소의 피치는 6㎛ 이상인 것이 바람직하다.

또한, 마크 부분(M1)(M2a)(M2b)의 마크 요소의 피치를 보다 큰 값으로 할 수 있으나, 피치가 크면 스트리트 라인의 영역내에 배치할 수 있는 마크부분(M1)(M2a)(M2b)의 마크 요소의 수가 감소하여, 평균화 효과를 얻기 힘들게 된다. 이로 인해, 마크 부분(M1)(M2a)(M2b)의 마크 요소의 피치는 16㎛ 정도 이하인 것이 바람직하다.

위치검출용 마크에는, 앞서 설명한 바와 같이, 짧은 변의 길이가 스트리트 라인의 폭(일반적으로 70 내지 90㎛)이하일 것이 요구되는데, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 위치검출용 마크(MP)는, X Y 중 어느 한쪽의 마크 폭을 (도 3에서는 Y폭 방향의 마크 폭을), 70㎛ 정도 이하로 억제할 수 있다. 나머지 한 방향에 대한 길이는, 종래의 1차원 마크에 비해 다소 증대하지만, 상기 스트리트 라인에 관해서는, 길이방향의 제약은 없기 때문에 전혀 문제가 되지 않는다.

여기에서, 본 실시 형태에 따른 투영 노광 장치(100)에 의해, 상기 위치 검출용 마크(MP)를 검출하는 방법에 대해, 도 4를 참조하여 설명한다.

본 실시 형태에 있어서는, 상술한 지표판(52)상에는, 도 4에 도시된 바와 같이, X방향에 대해 지표 마크(52a)(52b), Y방향에 대해 지표마크(52c)(52d)의 총 4개의 지표 마크가, 각각 위치 검출 광학 시스템(12)의 광축(AXa)을 삽입하듯이 형성되어 있다.

위치검출시에는, 위치검출용 마크(MP)의 중심이 검출 광학 시스템(12)의 광축(AXa)과 거의 합치되도록 웨이퍼(W)가 러프하게 위치 정렬되어 세트된다. 그러한 러프한 위치 정렬의 정밀도는 도시않은 서치 정렬 기구의 정밀도에 따르는데, 현 상태의 서치 정렬 기구의 정밀도에 따르면 최악의 경우라도 ±1㎛ 정도로는 위치 정렬 가능하다.

이러한 러프한 위치 정렬의 결과, 상 촬영 소자(14)상에 형성되는 위치검출용 마크(MP)와 지표판(52)상의 지표(52a)(52b)(52c)(52d)의 상의 위치 관계는 도 4와 같이 되는데, 화상 처리 장치(16)는, 이러한 상들 중에서 파선의 장방형으로 둘러싸인 X방향 검출영역(DX)의 화상과, 마찬가지로 파선의 장방형으로 둘러싸인 Y방향 검출 영역(DY)의 화상을 화상 처리하고, 검출 영역(DX)의 화상으로부터는 지표 마크(52a)(52b)와 마크 부분(M2a)(M2b)의 위치관계를 검출하고, 검출영역(DY)의 화상으로부터는 지표마크(52c, 52d)와 마크 부분(M1)의 위치관계(상대 위치)를 검출한다. 지표마크(52a, 52b)와 마크부분(M2a, M2b)의 상대 위치가, 즉 위치검출용 마크(MP)의 X방향의 검출값으로서, 지표 마크(52c, 52d)와 마크 부분(M1)의 위치 관계(상대 위치)가, 위치 검출용 마크(MP)의 Y방향의 검출값이다.

지표 마크(52a)(52b)(52c)(52d)와 마크 부분(M1)(M2a)(M2b)의 각각의 위치검출에는, 종래로부터 일반적으로 사용되고 있는 검출 알고리즘, 예를 들면 슬라이스법이나 상관법을 이용하면 된다. 또한, X방향 검출 영역(DX) 중의 화상에는 X방향의 검출에는 관계없는 Y방향의 검출 마크부분(M1)의 상도 포함되어 있으나, 화상 처리 장치(16) 중의 검출 알고리즘의 설정에 의해, X방향의 위치검출시에는, 지표(52a)(52b)의 상과 마크 부분(M2a, M2b)의 상만을 처리하도록 하면 된다. 즉, X방향 검출영역(DX) 중의 화상에 있어서는, 마크 부분(M1)의 콘트라스트 변화는, X방향 검출용 마크부분(M2a)(M2b)의 콘트라스트 변화에 비해 작으며(거의 반 정도), 따라서 마크 부분(M1)의 신호 강도는 마크 부분(M2a)(M2b)의 신호 강도에 비해 그 레벨이 낮아지므로, 예를 들어 슬라이스 레벨을 이 레벨보다 높게 설정하는 등의 설정을 생각할 수 있다.

여기에서, 지표판(52)상의 지표 마크(52a)(52b)의 간격은, 마크(MP)를 삽입하기에 충분한 길이로 한다. 한편, 지표 마크(52c)(52d)의 간격은, 마크 부분(M1)을 삽입하는 것 만큼의 길이로 해도 된다. 단, 실제 문제로서는, 웨이퍼(W)상에 형성하는 반도체 소자의 설계에 의해 X방향으로 뻗은 스트리트 라인위가 아니라, Y방향으로 뻗은 스트리트 라인위에 마크(MP)를 형성할 필요가 있으며, 이 경우에는 도 3의 마크(MP)를 90°회전한 마크를 사용하게 되므로, 지표 마크(52c)(52d)의 간격도, 90°회전한 마크(MP)를 삽입하기에 충분한 길이로 해 두는 것이 바람직하다.

본 실시 형태에 따른 정렬 센서(AS)를 구성하는 검출 광학 시스템(12)은, 조립시의 조정으로, 광축(AXa)의 위치에서 잔존 수차가 최소가 되도록 조정된다. 따라서, 도 4 중의 Y방향 검출 마크부분(M1)은, 잔존 수차가 가장 적은 위치에서 위치 검출되기 때문에, 수차에 따른 위치 검출 오차를 거의 받지 않는다. 한편, X방향 검출 마크부분(M2a)(M2b)의 검출은, 광축(AXa)으로부터 떨어진 위치에서 행해지므로 그들의 검출위치에는 잔존 수차에 따른 검출 오차가 발생하게 된다. 그러나, 이들 2개의 마크 부분(M2a)(M2b)은, 광축(AXa)에 대하여 대칭으로 배치되어 있으므로, 수차에 따른 악영향도 거의 대칭이어서, 2개의 마크부분(M2a)(M2b)의 검출값을 평균화함으로써, 잔존 수차의 영향을 거의 삭제할 수 있다. 이로 인해, 본 실시 형태에 있어서는, 잔존 수차에 따른 검출 오차가 거의 발생하지 않는 위치검출 시스템을 실현할 수 있다. 이는, 도 3에 도시되는 마크(MP)를 90°회전한 마크를 사용하는 경우에도 마찬가지이다.

다음에, 본 실시 형태의 투영 노광 장치(100)에 의해, 종래의 1차원 위치검출용 마크의 위치를 검출하는 경우에 대하여 도 5를 이용하여 설명한다. 여기에서, 지표마크(25a)(25b)(25c)(25d)는 각각 지표마크(52a)(52b)(52c)(52d)에 대응한다.

이 경우에도, 우선 종래의 X방향 1차원 위치검출용 마크(MX)를, 그 중심이 검출 광학 시스템(12)의 광축(AXa)과 거의 합치되도록 웨이퍼(W)를 러프하게 위치 정렬시킨다. 그리고, X방향 검출영역(DX)의 화상에 근거하여, 위치검출용 마크(MX)의 X방향의 위치를 검출한다. Y방향의 위치검출용 마크(MY)(도 8)의 검출에 대해서도, 마찬가지로 위치검출용 마크(MY)를 Y방향 검출영역(DY)의 화상에 근거하여 위치검출하면 된다. 이러한 마크들을 검출하는 경우도 광축(AXa) 근방의 영역에서 행하기 때문에 잔존 수차의 영향을 받지 않는 고정밀도의 위치검출이 가능하다. 따라서, 상기 2차원 검출용 마크(MP)를 검출하는 위치검출 시스템(12)을 전혀 변경하지 않고, 종래의 1차원 마크의 위치를 고정밀도로 검출하는 것이 가능하다.

이어서, 상술한 마크(MP)의 위치검출과 비교하기 위해, 도 6을 참조하여 도 10에 도시되는 종래의 2차원 검출용 마크(Mt)의 위치검출에 대해 설명한다. 이 마크(Mt)를, X Y의 두 방향에 대해 동시에 검출하기 위해서는, 지표판(53;도시하지 않음, 지표판(52)에 대응)상에 4개의 지표 마크((지표마크(53a)(53b)(53c)(53d))를 도 6에 도시한 바와 같이 배치하면 되는데, 마크(Mt)의 검출시에는 Y방향 검출용 마크부분(Mb)을 광축(AXa) 근방에 배치시키면, X방향 검출용 마크부분(Ma)은 광축(AXa)으로부터 떨어진 위치가 되며, 위치 검출값은 광학 시스템의 잔존 수차의 악영향을 받는다.

또한, 스트리트 라인의 방향성의 형편에 따라, 도 10의 마크(Mt)를 90°회전한 마크(Mr)를 사용하는 경우에 대해서도, 도 7에 도시된 바와 같이, X방향 검출용 마크부분(Mc)을 광축(AXa) 근방에 배치하면, Y방향 검출용 마크부분(Md)은 광축(AXa)으로부터 떨어진 위치가 되며, 마찬가지로 잔존 수차의 악영향을 받게 된다. 또한, 도7에 있어서의 지표 마크(28a)(28b)(28c)(28d)는 각각 지표 마크(52a)(52b)(52c)(52d)에 대응한다.

이에 대하여, 본 발명에 따른 마크(MP)의 경우에는 상술한 바와 같이, 검출 광학 시스템(12)의 잔존수차의 악영향을 거의 받지 않고 고정밀도의 X Y 두 방향에 대한 동시 검출이 가능하다.

또한, 상기 설명에서는, 검출 광학 시스템(12)의 잔존 수차를 최소로 하는 위치는, 검출 광학 시스템의 광축 위치라고 했으나, 마크 검출의 중심 위치(지표 마크(52a)(52b)(52c)(52d)의 중심위치)가, 광축(AXa)으로부터 어긋나 있는 경우에는, 마크 검출의 중심 위치에 있어서 잔존 수차가 최소가 되도록 조정하는 것이 바람직하다.

다음에, 상술한 바와 같이 구성된 투영 노광 장치의 노광시의 동작의 흐름을 간단히 설명한다.

웨이퍼(W)가 미도시의 웨이퍼 로더에 의해 웨이퍼 테이블(18)상에 로드되면, 도시하지 않은 서치 정렬 기구에 의해 웨이퍼(W)의 대충 어림잡은 위치 검출(서치 정렬)이 행해진다. 이 서치 정렬는, 구체적으로는 예를 들어 웨이퍼(W)의 외형을 기준으로 하거나, 또는 웨이퍼(W)상의 서치 정렬 마크를 검출함으로써 행해지는데, 본 실시 형태에 있어서도 서치 정렬는 종래와 마찬가지로 해서 행해지므로, 그 상세한 설명은 생략한다.

다음에, 중합 노광에 앞서, 웨이퍼(W)상의 위치 검출용 마크를 검출하는 정렬 센서(AS)의 검출 중심(상술한 지표 마크의 중심)과 투영 광학 시스템(PL)의 중심(통상은, 레티클 패턴의 중심인 레티클 센터에 일치)과의 위치 관계를 계측하는 베이스 라인 계측이 행해진다. 구체적으로는 다음과 같다.

① 웨이퍼 테이블(18)상에 형성된 기준판(FP)을, 투영 광학 시스템(PL)을 통한 레티클 정렬 마크(도시 생략)의 투영 이미지 위치로 이동한다. 이 이동은, 주 제어장치(28)에 의해 구동 시스템(22)을 통해 X Y 스테이지(20)를 이동함으로써 행해진다. 전술한 바와 같이, 기준판(FP)의 표면은 웨이퍼(W)의 표면과 거의 같은 높이(광축 방향)로 되어 있으며, 그 표면에는 기준 마크(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 이 때, 예를 들면, 도시하지 않은 레티클 현미경에 의해 투영 광학 시스템(PL)을 통하여 레티클 정렬 마크와 기준 마크의 상대 위치가 검출된다.

또한, 이 때의 웨이퍼 테이블(18)의 위치는, 웨이퍼 테이블(18)상에 설치된 이동 거울(24)을 통해 레이저 간섭계(26)에 의해 계측되고, 이 계측 결과는 주 제어장치(28)로 보내진다. 주 제어장치(28)는 레이저 간섭계(26)의 계측 결과와 레티클 현미경으로부터 출력되는 상대 위치와의 합을, 레티클 위치로서 RAM에 기억시킨다.

② 다음에, 주 제어장치(28)는 구동 시스템(22)을 통해 X Y 스테이지(20)와 일체적으로 웨이퍼 테이블(18)을 구동하고, 기준판(FP)을 정렬 센서(AS)의 검출 기준위치 근방으로 이동시킨다. 그리고, 정렬 센서(AS)에 내장된 지표판(52)상의 지표의 중심(검출 중심)과 기준판(FP)상의 기준 마크와의 상대 위치 관계를 검출한다. 이러한 상대 위치 검출값과, 이 때의 레이저 간섭계(26)의 출력값(웨이퍼 테이블(18)의 위치)은, 주 제어장치(28)로 보내지고, 당해 주 제어장치(28)에서는 그 합을 정렬 센서의 위치로 하며, 또한 상기 레티클 위치와 정렬 센서 위치와의 차이를 베이스 라인 계측값으로서 RAM에 기억시킨다.

이상의 베이스 라인 계측 시퀀스 후에, 웨이퍼(W)로의 중합 노광을 개시한다. 즉, 웨이퍼(W)상의 위치 검출용 마크(MP)를, 정렬 센서(AS)에 의해 상술한 바와 같이 해서 위치 검출하는데, 본 실시 형태에서는 상술한 바와 같이 위치 검출용 마크(MP)의 위치를 X Y의 두 방향에 대해 동시에 검출할 수 있기 때문에, 종래에 비해 이 위치 계측을 단시간에 행할 수 있다.

그리고, 주 제어장치(28)에서는 이 때의 위치검출용 마크와 상기 정렬 센서(AS)내의 지표 마크 중심과의 상대 위치 관계와, 웨이퍼 테이블(18)의 위치(레이저 간섭계(26)의 출력값)와의 합을, 마크 위치로서 인식한다.

계속해서, 주 제어장치(28)에서는, 이 마크 위치로부터 베이스 라인량과 위치검출용 마크(MP)의 설계 좌표의 합 만큼 웨이퍼(W)(즉, 웨이퍼 테이블(18))를, 레이저 간섭계(26)의 계측값에 근거하여 이동한다.

이로 인해, 레티클(R)상의 패턴의 투영 이미지와, 웨이퍼(W)상의 기존의 패턴과는 정확하게 위치 정렬되게 되므로, 이 상태에서 노광을 행하여 웨이퍼(W)에 레티클(R)상의 패턴을 투영 전사한다.

이와 같이 해서, 웨이퍼(W)상의 각 쇼트 영역을 순차적으로 레티클 패턴의 이미지의 투영 위치로 이동시키면서, 노광(투영 전사)을 반복하여 행함으로써, 스텝 앤드 리피트 방식의 노광이 행해진다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 위치검출용 마크(MP)를 이용하는 경우에는, 당해 위치검출용 마크(MP)의 검출을 X방향과 Y방향에 대해 동시에 행할 수 있게 되는 것 이외에, 마크의 짧은 변측의 길이를 일반적으로 스트리트 라인의 폭 이하로 할 수 있다. 이 때문에, 웨이퍼(W)상에 위치 검출용 마크 영역을 새롭게 형성하지 않고 두 방향 동시 검출용의 마크를 배치할 수 있게 된다. 그리고, 마크 위치 검출 시간의 단축을 도모할 수 있기 때문에, 투영 노광 장치(100)의 스플릿을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 마크(MP) 중의 X축 방향, Y축 방향용의 각각의 마크부분은, 한쪽이 정렬 센서(AS)의 수차 최소 위치에서 위치 검출되고, 다른 쪽이 그 수차 최소 위치에 대칭인 두 군데에서 위치 검출되어 평균화되므로, 검출 광학 시스템의 잔존 수차에 따른 악영향을 거의 받지 않고, 고정밀도의 위치 검출이 가능해진다. 따라서, 이 마크(MP)의 위치검출 결과를 이용하여 행해지는 상기 노광시의 레티클(R)상의 패턴의 투영 이미지와, 웨이퍼(W)상의 기존의 패턴과의 위치 정렬(중합)의 고도를 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 마크(MP)의 위치 검출에는, 지표판(52)상에 형성한 지표(52a)(52b)(52c)(52d)를 위치 기준으로서 사용하였는데, 이와 같은 지표 마크를 사용하지 않고, 상 촬영 소자(14)의 화소 위치 (예를 들면 CCD의 상 촬영 픽셀)자체를 검출 기준으로서 이용하는 것도 가능하다. 이러한 경우에는, 도 2에 도시한 위치 검출 시스템(12) 중의 지표 조명 시스템(56∼62)은 생략할 수 있다.

또한, 상기 스텝 앤드 리피트 방식의 노광 동작은, 노광에 앞서 복수의 쇼트내의 각 위치검출용 마크를 검출하고, 그들의 검출값을 통계 처리하여 노광 쇼트의 배열을 정하고, 그 배열에 근거하여 전체 쇼트의 노광을 행하는 소위, EGA(Enhanced global alignment)방식으로 행해도 되고, 또는 웨이퍼(W)상의 각 쇼트영역내의 위치검출용 마크를 순차적으로 검출해서 그 쇼트에 중합 노광을 행하는 소위, 다이 바이 다이 방식으로 행하도록 해도 된다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 본 발명에 따른 위치검출용 마크 및 마크검출장치가, 스텝 앤드 리피트 방식의 투영 노광 장치에 적용된 경우에 대해 설명했으나, 이에 한정되지 않고, 소위 스텝 앤드 스캔방식의 투영 노광 장치, 그 밖의 노광장치에도 본 발명에 따른 위치검출용 마크 및 마크검출장치는 적절히 적용할 수 있는 것이다.

더욱이, 본 발명이 적용되는, 스텝 앤드 리피트 방식, 스텝 앤드 스캔 방식 및 미러 프로젝션 방식 등의 노광 장치에서 사용하는 노광용 조명광은, 수은 램프로부터 발생하는 밝은 선(예를 들면, g선, i선 등), 엑시머 레이저(예를 들어, KrF 엑시머 레이저(파장 248nm), ArF 엑시머 레이저(파장 193nm) 및 F₂엑시머 레이저(파장 157nm), 혹은 YAG 레이저(또는 금속 증기 레이저)의 고주파 등이다. 또한, 파장 5∼15nm 정도의 EUV(Extreme Ultra Violet) 광을 사용해도 된다. 또한, 본 발명은 X선 노광 장치나 전자선 노광장치에도 적용할 수 있다.

또한, 미세소자, 예를 들면 반도체 소자를 제조하는 포토 리소그래피 공정에서는, 수십개의 레티클에 각각 그려진 패턴을 반도체 웨이퍼상에 중합시켜 전사한다. 이 때, 각 패턴은 반도체 웨이퍼상에 적층되는 복수의 레이어가 대응하는 1개에 형성된다. 예를 들어, 제 1 레티클에 그려진 제 1 패턴을 반도체 웨이퍼 상의 제 1 레이어에 형성한 후, 제 2 레티클에 그려진 제 2 패턴이 그 제 1 패턴에 대해 정확하게 중합되도록, 제 1 레이어상의 제 2 레이어에 제 2 패턴이 형성된다. 이 때, 제 1 패턴과 제 2 패턴을 정확하게 중합시키기 위해, 제 1 레이어에 제 1 패턴과 함께 형성된 정렬 마크의 위치에 검출하고, 이 검출된 위치에 근거하여 제 2 레티클과 반도체 웨이퍼를 상대 이동시킨다. 이것에 의해, 제 2 패턴이 제 1 패턴에 중합되어 제 2 레이어, 즉 그 위의 포토 레지스트에 전사된다. 따라서, 제 1 레티클에는 제 1 패턴과 함께, 반도체 웨이퍼와 제 2 레티클, 즉 제 1 레이어에 형성된 제 1 패턴과 제 2 패턴의 정렬에 이용되는 정렬 마크도 형성되어 있다. 이상의 설명으로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 정렬 마크(도 3)는, 미세소자(예를 들면, 반도체 디바이스, 액정 디스플레이, 상 촬영소자(CCD), 박막 자기 헤드)가 형성되는 반도체 웨이퍼나 유리판 등의 기판에 형성될 뿐만 아니라, 디바이스 패턴이 그려지는 레티클(마스크)에도 형성된다. 즉, 본 발명의 정렬 마크는, 포토 레지스트가 도포되는 기판, 및 그 기판에 전사되는 디바이스 패턴이 형성되는 레티클(마스크)의 양방에 적용할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 마크 검출 시간의 단축을 도모할 수 있고, 또한 검출 광학 시스템의 잔존 수차의 영향을 거의 받지 않고 고정밀도의 위치 검출이 가능해진다고 하는 종래에 없는 우수한 위치 검출용 마크를 제공할 수 있다.

Claims (25)

1. 기판상에 형성되고, 소정의 제 1 축방향과 이에 직교하는 제 2 축방향으로의 상기 기판의 위치를 검출하기 위한 위치검출용 마크로서,

   그 중심부 근방에 배치된 상기 제 1 축방향으로 주기성을 가진 제 1 패턴, 및

   상기 제 1 패턴의 제 2 축방향의 양측 근방에 각각 배치된 제 2 축방향으로 주기성을 가진 제 2 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 위치검출용 마크.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 패턴 및 제 2 패턴의 주기가 각각 6㎛∼16㎛ 정도인 것을 특징으로 하는 위치검출용 마크.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 패턴 및 상기 제 1 패턴 양측에 제 2 패턴이 형성된 마크 영역의 짧은 변의 길이가 50㎛∼70㎛ 정도인 것을 특징으로 하는 위치검출용 마크.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 패턴은 상기 중심부에 대해 상호 대칭으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 위치검출용 마크.
5. 기판상에 형성된 위치검출용 마크의 소정의 제 1 축방향과 이에 직교하는 제 2 축방향의 위치를 검출하는 마크검출방법으로서,

   검출 중심을 가진 마크 검출 장치를 준비하는 단계와,

   상기 위치검출용 마크 중앙의 마크 영역을 상기 검출중심의 근방에 배치하는 단계, 및

   상기 중앙의 마크 영역을 이용하여 상기 위치검출용 마크의 상기 제 1 축방향의 위치를 검출함과 동시에, 상기 제 2 축방향에 대해 상기 중앙의 마크 영역의 양측에 인접한 각각의 마크영역을 이용하여 상기 위치검출용 마크의 상기 제 2 축방향의 위치를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마크 검출 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 중앙의 마크 영역을 상기 검출중심에 정합시키는 것을 특징으로 하는 마크 검출 방법.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 중앙의 마크 영역에 인접한 마크 영역을 상기 검출중심에 대해 대칭으로 위치결정하는 것을 특징으로 하는 마크 검출 방법.
8. 기판상에 형성된 위치검출용 마크의 소정의 제 1 축방향과 이에 직교하는 제 2 축방향의 위치를 검출하는 마크 검출 장치로서, 상기 위치검출용 마크가 그 중심부 근방에 배치된 상기 제 1 축방향으로 주기성을 가진 제 1 패턴 및 상기 제 1 패턴의 상기 제 2 축방향의 양측 근방에 각각 배치된 제 2 축방향으로 주기성을 갖는 제 2 패턴을 포함하는 마크 검출장치에 있어서,

   상기 기판을 탑재하여 기준 평면내부를 이동할 수 있는 기판 스테이지와,

   상기 기판 스테이지의 정지상태에서 상기 위치검출용 마크를 광전 검출하는 화상처리방식의 마크 검출 시스템, 및

   상기 마크 검출 시스템에 의해 검출된 검출신호를 처리함으로써, 상기 위치검출용 마크의 제 1 축방향 및 상기 제 2 축방향의 위치를 구하는 화상처리장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 마크 검출 장치.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 화상처리장치는 상기 제 2 패턴으로부터 얻어지는 데이터를 평균하여 상기 위치검출용 마크의 상기 제 2 축방향의 위치를 구하는 것을 특징으로 하는 마크 검출 장치.
10. 마스크에 형성된 패턴의 이미지를 투영 광학 시스템을 통해 감광재가 도포된 기판상에 투영 노광시키는 노광장치로서, 상기 기판상에 형성된 위치검출용 마크의 소정의 제 1 축방향과 이에 직교하는 제 2 축방향의 위치를 검출하는 마크 검출 장치를 가지며, 상기 위치검출용 마크는 그 중심부 근방에 배치된 상기 제 1 축방향으로 주기성을 가진 제 1 패턴 및 상기 제 1 패턴의 상기 제 2 축방향의 양측 근방에 각각 배치된 제 2 축방향으로 주기성을 가진 제 2 패턴을 갖는 노광장치에 있어서,

    상기 마크 검출 장치는,

    상기 기판을 탑재하여 기준 평면내를 이동할 수 있는 기판 스테이지와,

    상기 기판 스테이지의 정지상태에서 상기 위치검출용 마크를 광전 검출하는 화상 처리 방식의 마크 검출 시스템, 및

    상기 마크 검출 시스템에 의해 검출된 검출신호를 처리함으로써, 상기 위치검출용 마크의 제 1 축방향 및 제 2 축방향의 위치를 구하는 화상 처리 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
11. 제 1 방향으로 주기성을 가진 제 1 패턴, 및 제 1 패턴의 그 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향의 양단에 배치되는, 상기 제 2 방향으로 주기성을 갖는 2개의 제 2 패턴을 갖는 정렬 마크가 형성된 감광 기판을 준비하는 단계와,

    상기 감광 기판의 위치 정보를 얻기 위해 상기 정렬 마크에 광 빔을 조사하는 단계, 및

    마스크의 패턴을 상기 감광 기판에 전사하기 위해, 상기 위치정보에 근거하여 상기 기판을 이동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
12. 소정 방향을 따라 나열되는 3개의 주기 패턴을 갖는데, 그 중앙의 1개의 주기 패턴 및 그 양단의 2개의 주기 패턴은 그 주기방향이 거의 직교하는 정렬 마크를 갖는 감광 기판을 준비하는 단계, 및

    마스크의 패턴을 상기 감광 기판에 전사하기 이전에, 상기 정렬 마크에 광 빔을 조사하여 그 위치정보를 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 2개의 주기 패턴은 상기 소정 방향으로 주기성을 가지고, 상기 1개의 주기 패턴은 상기 소정방향과 직교하는 방향으로 주기성을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 소정 방향을 따라 나열되는 3개의 주기 패턴을 갖는데, 그 중앙의 1개의 주기 패턴 및 그 양단의 2개의 주기 패턴은 그 주기방향이 거의 직교하는 정렬 마크를 갖는 감광 기판을 지지하는 스테이지와,

    상기 정렬 마크에 광 빔을 조사하고, 상기 정렬 마크로부터 발생하는 광을 수광하는 광학 센서, 및

    상기 광학센서에 접속되고, 상기 정렬 마크의 위치를 검출하는 장치를 포함하는 것츨 특징으로 하는 노광장치.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 광학 센서는 상기 광 빔을 상기 정렬 마크에 조사하는 대물광학 시스템 및 상기 대물광학 시스템을 통하여 상기 정렬 마크로부터 발생하는 광을 수용하는 상 촬영소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 광학 센서는 상기 감광 기판의 감광 파장과 다른 파장 분포를 갖는 광대역 광을 발생하는 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
17. 제 14 항에 있어서, 상기 노광장치는 마스크 패턴의 적어도 일부의 이미지를 상기 감광 기판상에 투영하는 투영 광학 시스템을 더 포함하며, 상기 광학 센서는 상기 투영 광학 시스템과는 별로도 배치되는 대물 광학 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
18. 제 14 항에 있어서, 상기 2개의 주기 패턴은 상기 소정 방향으로 주기성을 가지며, 상기 1개의 주기 패턴은 상기 소정 방향과 직교하는 방향으로 주기성을 갖는 것을 특징으로 하는 노광장치.
19. 미세소자의 제조에 사용되는 기판으로서, 소정 방향을 따라 나열되는 3개의 주기 패턴, 즉 중앙의 1개의 주기 패턴 및 그 양단의 2개의 주기 패턴은 그 주기방향이 거의 직교하는 정렬 마크를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판.
20. 제 19 항에 있어서, 상기 2개의 주기 패턴은 상기 소정 방향으로 주기성을 가지며, 상기 1개의 주기 패턴은 상기 소정 방향과 직교하는 방향으로 주기성을 갖는 것을 특징으로 하는 기판.
21. 제 20 항에 있어서, 상기 기판은 그 표면에 포토레지스트층이 형성되고, 또한 그 포토레지스트층에 반도체 소자 패턴이 전사되는 것을 특징으로 하는 기판.
22. 제 21 항에 있어서, 상기 주기 패턴의 주기가 6∼16㎛ 정도인 것을 특징으로 하는 기판.
23. 제 21 항에 있어서, 상기 소정 방향과 직교하는 방향에 대한, 상기 기판상에서의 상기 정렬 마크의 형성 영역의 길이가 50∼70㎛ 정도인 것을 특징으로 하는 기판.
24. 제 20 항에 있어서, 상기 기판은 디바이스 패턴이 그려진 마스크인 것을 특징으로 하는 기판.
25. 제 24 항에 따른 마스크의 반도체 소자 패턴 및 정렬 마크를 감광 기판에 전사하는 것을 특징으로 하는 노광방법.