KR19980074072A - 위치 관리 방법 및 위치를 맞추는 방법 - Google Patents

Abstract

마스크의 위치를 높은 정밀도로 관리할 수 있는 관리 방법을 제공한다.

마스크 간섭계(14x, 14y₁, 14y₂)의 좌표계측치(X, Y_L, Y_R)와 마스크 스테이지의 위치·자세(Ox, Oy, θ)와의 관계식 및 마스크 스테이지의 위치·자세와 마스크 R의 위치·자세(Bx, By, ω)와의 관계식을 사용해서 간섭계의 계측치(X, Y_L, Y_R)에 의거해서 마스크 R의 위치를 관리한다. 이에 따르면 간섭계의 계측치(X, Y_L, Y_R)에 의거해서 마스크 R의 위치를 관리할 수가 있으므로 마스크 스테이지(11)를 크게 회전시켜도 이때의 간섭계의 계측치(X, Y_L, Y_R)에 의거해서 마스크 R의 위치를 높은 정밀도로 관리할 수가 있게 된다. 따라서 마스크 스테이지(11)의 회전량이 커도 얼라이먼트 정밀도는 저하하지 아니한다.

Description

위치 관리 방법 및 위치를 맞추는 방법

본 발명은 위치 관리 방법 및 위치 맞춤 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 마스크 간섭계에 의해 그것의 2차원면내의 위치, 자세가 관리된 마스크 스테이지를 구비하는 노광장치에 사용되는 마스크의 위치관리방법 및 마스크와 감광기판의 위치맞춤방법에 관한 것이다.

종래부터 반도체소자, 액정 표시 소자등의 제조 공정에 있어서, 로트리소그래피 공정에서는 마스크(또는 레티클: 이하「레티클」이라 총칭함)에 형성된 회로 패턴을 투영광학계를 거쳐서 감광기판위에 전사하는 노광장치가 사용되고 있고 그 가운데서도 차츰 이동형의 일광 노광방식을 채용하는 스텝·앤드·리피드 방식의 축소투영형 노광장치(즉, 스텝퍼)가 많이 사용되고 있다. 이같은 축소투영형 노광장치에서는 레티클 위에 형성된 회로패턴을 웨이퍼위에 투영노광할 때 웨이퍼와 레티클의 회전 방향의 얼라이먼트는 다음의 방법으로 행하고 있었다.

즉, 웨이퍼 홀더 위의 웨이퍼에 대해서 웨이퍼 써치 얼라이먼트 계측을 행하여 기준 위치로부터 웨이퍼의 회전량을 계측하고 그 결과를 기초로 웨이퍼 홀더의 회전 구동을 행하고 대략적인 위치맞춤을 하였다. 그 후에 웨이퍼 미소 얼라이먼트 계측을 행하고 이 계측 결과를 기초로 노광시에 레티클 스테이지를 움직이므로써 레티클과 웨이퍼의 회전 방향의 얼라이먼트를 높은 정밀도로 행하고 있다.

상술한 종래의 얼라이먼트 방법에서는 회전방법의 얼라이먼트는 웨이퍼홀더의 회전 구동을 행한 후 약간 잔류되어 있는 회전 방향의 웨이퍼와 레티클의 벗어남을 레티클을 스테이지를 더욱 미소 회전하므로써 제거하고 있었다. 스루풋트(throughput) 향상을 위해서는 종래의 2단계의 동작을 거치는 회전 방향의 얼라이먼트를 1 단계로 하는 것과, 특히 레티클 스테이지의 회전만의 1동작으로 하는 것이 유효한 것으로 생각된다. 이것은 웨이퍼 홀더가 탑재되어 있는 θ 스테이지는 진공척(vacuum chuck)에 의해 X 스테이지 위에 흡착되어 있기 때문에 웨이퍼 홀더를 회전시키는 경우에는 이 진공을 일단 OFF로 한 후 θ 스테이지를 회전시켜 다시 진공을 ON으로 할 필요가 있는데 대해 레티클 스테이지측을 회전시키는 경우에는 이와 같은 불합리함이 없기 때문이다.

회전반향의 얼라이먼트를 레티클 스테이지만을 움직여서 행하는 경우 레티클 스테이지의 회전량은 종래보다 커진다고 생각된다. 그러나 종래의 구성 및 얼라이먼트 시퀀스 그대로 레티클 스테이지를 크게 회전시키는 일은 다음과 같은 이유에 의해 정밀도의 저하로 이루어지므로 채용하는 것은 곤란했었다.

① 레티클의 위치를 계측하고 있는 레티클 간섭계는 레티클 스테이지 위치에 설치된 코어 밀러의 정점의 간섭계 레이저 광축 방향의 변위를 계측하고 있다. 레티클 간섭계의 레이저 광축 위에 코어 밀러의 정점이 존재하지 아니하는 경우에 레티클 스테이지의 회전 동작을 행하면 아베오차가 발생한다.

② 또한 레티클은 레티클의 외형의 기준 단면이 레이클 스테이지에 대해서 거의 같은 위치에 오도록 레티클로더에 의해 반송되나 레티클의 외형에 대한 레치클 패턴의 패터닝 정밀도나 레티클로더의 반송 정밀도에 기인하는 오차로 레티클 패턴은 레티클 스테이지에 대해서 어긋나게 된다. 이 때문에 이것을 보정해서 레티클 패턴의 정규의 노광 위치에 오도록 레티클 스테이지를 구동하면 레티클 스테이지의 간섭계(레티클 간섭계)의 코어 밀러는 레티클 간섭계의 광축 위에서 벗어나지 아니할 수 없었다. 이 상태에서 레티클 스테이지의 회전량을 크게 하면 아베오차가 커지고 레티클 간섭계의 계측치에서 구하는 레티클의 위치와 실제의 레티클의 위치의 오차가 커져 얼라이먼트 정밀도의 저하로 이어진다.

본 발명은 이와 같은 사정 아래에 행해진 것으로 그 목적은 마스크 스테이지지의 회전량이 커도 마스크의 위치를 고정밀도로 관리할 수가 있는 관리 벙법을 제공하는데에 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 상기한 관리방법을 이용해서 마스크와 감광기판을 고 슬르풋트 또한 고정밀도로 위치 맞춤을 할 수 있는 위치 맞춤방법을 제공하는데에 있다.

청구항 제 1 항에 기재된 발명은 마스크 간섭계에 의해 그것의 2차원 면내의 위치·자세가 관리된 마스크 스테이지를 구비한 노광 장치에 사용되는 마스크 스테이지에 탑재되는 마스크의 위치 관리 방법으로서 마스크 간섭계의 좌표 계측치와 마스크 스테이지의 위치·자세와의 관계식 및 상기한 마스크 스테이지 위치·자세와 마스크의 위치·자세와의 관계식을 사용해서 마스크 간섭계의 계측치에 의거해서 마스크의 위치를 관리한다. 이에 따르면, 마스크 간섭계의 계측치에 의거해서 마스크의 위치를 관리할 수가 있으므로 마스크 스테이지를 크게 회전시켜도 이때의 마스크 간섭계의 계측치에 의거해서 마스크 위치를 고정밀도로 관리할 수가 있게 된다. 따라서 마스크 스테이지의 회전량이 커도 얼라이먼트의 정밀도는 저하하지 아니한다.

청구항 2에 기재된 발명은 마스크 간섭계에 의해 그것의 2차원면내의 위치, 자세가 관리된 마스크 스테이지를 구비한 노광 장치에 사용되는 기판 스테이지에 탑재되는 감광기판과 마스크 스테이지에 탑재되는 마스크와의 위치 맞춤 방법으로서 마스크 스테이지를 소정의 초기 위치에 설정함과 동시에 마스크 간섭계를 리셋트하는 제 1 공정과; 마스크 스테이지 위의 마스크를 교환하는 제 2 공정과; 마스크에 형성된 얼라이먼트 마크의 위치를 상기한 마스크를 소정량 소정 방향으로 이동시키면서 기판 스테이지의 좌표계인 기준 좌표계 위에서 계측하고 이 계측 결과를 이용해서 마스크 간섭계에 의해 그 위치가 계측되는 마스크 스테이지위의 각 이동거울의 마스크 스테이지의 초기 위치에서 기준 좌표계의 좌표 위치를 산출하는 제 3 공정과; 지표 마크를 갖춘 마크 검출 수단으로 마스크의 얼라이먼트 마크를 검출하므로써 마스크의 지표 마스크로부터의 어긋난량인 마스크의 위치·자세를 측정하고 이와 동시에 마스크 간섭계에 의해 마스크 스테이지의 좌표 위치를 계측함과 동시에 이 계측치와 제 3 공정에서 얻어진 좌표 위치를 사용해서 마스크 스테이지의 위치·자세를 구하는 제 4 공정과; 제 4 공정에서 얻어진 마스크의 위치·자세와 마스크 스테이지의 위치·자세에 의거해서 마스크 스테이지에 대한 마스크의 위치를 구하는 제 5 공정과; 그런후 기판을 교환함과 함께 해당기판과의 기준 좌표계에 대한 기판의 회전량의 계측을 실행하는 제 6 공정과; 제 6 공정에서 계측된 회전량과 제 4 공정에서 측정된 마스크의 회전량에 의거해서 마스크 스테이지를 회전시키므로써 마스크와 기판의 회전 위치맞춤을 하는 제 7 공정을 포함한다.

이에 따르면 제 1 내지 제 3 공정에서 마스크 스테이지의 초기 설정, 마스크의 교환 및 마스크 간섭계의 교정이 행해진다. 제 4 공정에 있어서 마스크 스테이지의 위치·자세가 기준 좌표계 위에서 구해지고 제 5 공정에 있어서 마스크 스테이지에 대한 마스크의 위치가 구해진다. 그런후 제 6 공정에 있어서 기판이 교환되고 기판의 회전량 계측이 실행된다. 그래서 제 7 공정에서는 제 6 공정에 있어서 계측된 기판의 회전량과 제 4 공정에서 측정된 마스크의 회전량에 의거해서 마스크 스테이지를 회전시키므로써 마스크와 기판과의 회전 위치 맞춤이 고정밀도로 행해진다.

이 때문에 기판 스테이지의 회전을 하지 아니하고 마스크 스테이지의 회전만으로 마스크와 기판의 회전 위치 맞춤을 할 수가 있고 이에 따라 종래의 2단계 회전 위치 맞춤에 비해서 스루풋트의 형상을 도모할 수가 있다.

이 경우에 있어서 제 4 공정의 처리는 베이스 라인계측시에 동시에 행할 수가 있고 이와 같이 하면 스루풋트의 면에서도 유리하다.

도 1은 한 실시예에 관한 노광 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면.

도 2는 발광마크를 사용한 레티클 얼라이먼트 검출계의 구성을 설명하기 위한 도면.

도 3은 레티클을 도시하는 평면도.

도 4A는 레티클 스테이지의 평면도.

도 4B는 위치를 맞추는 방법의 설명에 필요한 각종의 기호의 의미를 도식적으로 도시하는 설명도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

14x, 14y₁, 14y₂: 레티클 간섭계(마스크 간섭계)

11 : 마스크 스테이지

19, 20 : 레티클 얼라이먼트 현미경(마크 검출 수단)

21x, 21y₁, 21y₂: 이동거울

100 : 노광장치

R : 레티클(마스크)

W : 웨이퍼(감광기판)

다음에 본 발명의 한 실시예를 도 1 내지 도 4에 의거해서 설명을 한다.

도 1에 본 발명에 관한 방법에 관한 관리방법 및 위치 맞춤방법을 실시하기 위한 스텝·앤드·리피트 방식의 축소투영형 노광장치(100)의 구성이 개략적으로 도시되어 있다.

이 축소투영형 노광장치(100)는 웨이퍼 지지대(1) 위에서 감광 기판으로서 웨이퍼(W)를 보존해서 2차원 방향(도 1에 있어서 지면에 평행한 X축 방향 및 지면에 직교하는 Y축 방향)으로 이동가능케된 기판 스테이지(4)와 이 기판 스테이지(4)의 위편에 설치되고, 그 광축 방향이 XY 평면에 직교하는 Z축 방향으로 된 투영광학계(PL)와 이 투영광학계(PL)의 더 위편에 설치되고 마스크로서의 레티클(R)을 보존해서 기판 스테이지(4)의 이동면과 평행한 면내에서 미소 이동하는 레티클 스테이지(11)를 구비하고 있다.

이것을 더욱 상술하면 레티클 스테이지(11)는 레티클 지지대(9)위에 얹어지고 레티클 스테이지(11)위에 레티클(R)이 진공 척(도시생략)등에 의해 보존되어 있다. 레티클 스테이지(11)는 투영 광학계(PL)의 광축에 수직인 면내에서 도 1의 지면에 평행한 X방향, Y방향 및 회전 방향(θ방향)으로 각각 미소량 만큼 이동이 가능하게 구성되어 있고 레티클(R)의 2차원내의 높은 정밀도의 위치 제어가 가능해져 있다. 레티클 스테이지(11)위에는 도 1에 이동거울(21)로 대표적으로 표시되는 이동거울(이것에 대해서는 후술함)이 설치되고 레티클 지지대(9)위에 설치된 간섭계(14)(이것에 대해서는 후술함)에 의해 상시 레티클 스테이지(11)의 X방향, Y방향 및 θ방향의 위치가 모니터되어 있다. 간섭계(14)에 의해 얻어진 위치 정보(S1)는 주제어계(22A)에 공급되어 있다.

웨이퍼 지지대(1)위에는 Y축 방향으로 이동이 자유로운 웨이퍼 Y축 스테이지(2)가 얹어지고 이 웨이퍼 Y축 스테이지(2)위에 X축 방향으로 이동이 자유로운 웨이퍼 X축 스테이지(3)가 얹어지고 그 위에 기판 스테이지(4)가 설치되고 이 기판 스테이지(4)위에 웨이퍼(W)가 진공 흡착에 의해 유지되어 있다.

기판 스테이지(4)는 투영광학계(PL)의 광축 방향인 Z축 방향의 미소 이동과 이 Z축 주위의 미소 각도 범위내의 회전이 가능하게 되어 있다. 이 기판 스테이지(4)위에는 이동거울(7)(실제로는 X축 방향으로 연장 설치된 Y축용 이동거울과 Y축 방향으로 연장 설치된 X축용 이동거울이 존재하나 도 1에서는 이들의 이동거울을 이동거울(7)로서 대표적으로 도시함)이 고정되고 외부에 설치된 간섭계(13)(이 간섭계도 실제로는 X축 방향 위치 계측용의 간섭계와 2개의 Y축방향 위치 계측용의 간섭계와 합계 3개가 존재하나 도 1에서는 이들의 간섭계를 간섭계(13)로서 대표적으로 도시하고 있음)에 의해 기판 스테이지(4)의 X방향, Y방향 및 θ방향의 위치가 모니터되고 간섭계(13)에 의해 얻어진 위치 정보가 주제어계(22A)에 공급되어 있다. 주제어계(22A)는 웨이퍼 구동장치(22B)등을 거쳐서 웨이퍼 Y축 스테이지(2), 웨이퍼 X축 스테이지(3), 기판 스테이지(4)의 위치 결정 동작을 제어함과 함께 장치 전체의 동작을 제어한다.

또한, 후술이나 웨이퍼측에 간섭계(13)에 의해 계측되는 좌표에 의해 규정되는 웨이퍼 좌표계와 레티클 측의 간섭계(14)에 의해 계측되는 좌표에 의해 규정되는 레티클 좌표계의 대응을 취하기 위해 기판 스테이지(4)위의 웨이퍼(W)의 근처에 기준 마크판(6)이 고정되어 있다. 이 기준 마크판(6)에는 후술하는 바와 같이 각종 기준 마크가 형성되어 있다. 이들의 기준 마크중에는 기판 스테이지쪽으로 유도된 조명과에 의해 뒷쪽에서 조명되어 있는 기준마크 즉 발광성의 기준 마크가 있다.

투영광학계(PL) 로서는 말하자면 양측 텔레센트릭에서 소정의 축소배율 예를 들자면 1/5의 것이 사용되고 있다. 또한 이 투영광학계(PL)에 관해서 웨이퍼(W) 표면과 레티클(R)의 패턴면은 거의 공역인 위치로 되도록 설정되어 있고 도시하지 않은 초점 검출계로부터의 신호에 의거해서 기판 스테이지(4)가 미소량(Z)구동되므로써 합초 동작이 가능하게 되어 있다.

또한 레티클(R)의 위편에는 도 3에 도시된 바와 같은 레티클(R) 위의 얼라이먼트마크 (이하「레티클 마크」라함) M1, M2와 이들의 마크에 대응하는 기준 마크판(6)위의 발광 마스크로 형성되는 기준마크(도시생략)를 동시에 관찰하기 위한 마크 검출 수단으로서의 1쌍의 레티클 얼라이먼트 현미경(19, 20)이 장치되어 있다. 이들의 레티클 얼라이먼트 현미경(19, 20)은 상술한 기술 마크판(6)의 내부에 유도된 조명광(EL)(이것에 대해서는 후술함)에 의해 뒷쪽에서 조명된 발광 마크(또는 마크와 존재하지 아니하는 영역의 기준 마스크판)을 광원으로 하고 이에 의해 조명된 레티클 마크(M1, M2)를 각각 검출하는 예를 들자면 CCD 카메라 등의 화상 처리 방식의 수광 수단에 의해 구성되어 있다. 또한 이들의 레티클 얼라이먼트 현미경(19, 20)은 도시하지 아니한 십자마크로 형성되는 지표 마크도 갖추고 있고 이 지표 마크의 중심이 검출 중심으로 되어 있다. 이들의 레티클 얼라이먼트 현미경(19, 20)의 출력 신호도 주제어계(22A)에 공급되도록 되어 있다.

다시 본 실시예에서는 기준판(6)위의 발광 마크를 사용해서 레티클(R) 위의 레티클 마크(M1, M2)의 X, Y 2차원 방향의 위치를 웨이퍼 자표계 위에서 검출하지 위한 레티클 얼라이먼트 검출계를 구비하고 있다. 도 2에는 이 레티클 얼라이먼트 검출계의 구성이 도시되어 있고 도 2에 있어서 기판 스테이지(4)의 외부로부터 광파이버(44)를 거쳐서 노광광과 같은 파장의 조명광(EL)이 기판 스테이지(4)의 내부에 유도되어 있다. 광파이버(44) 대신에 렌즈계에서 노광광을 릴레이시켜도 좋다. 그와 같이 유도된 조명광이 렌즈(45D), 렌즈(45E), 밀러(45F) 및 렌즈(45G)를 거쳐 마크판(6) 위에 기준 마크(35)를 조명하고 있다. 또한 실제로는 기준판(6)위에는 X축방향, Y축방향으로 각각 가늘고 긴 슬릿 형상의 발광 마크(35a, 35b)가 설치되어 있으나 도 2에서는 이들의 발광 마크(35a, 35b)를 대표족으로 발광 마크(35)로서 도시하고 있다.

다음의 설명에 대해서도 발광 마크(35a, 35b) 대신에「발광 마크(35)」란 표현을 사용한다.

도 2는 도시되는 바와 같이 기준 마크(35)를 토과한 광은 투영광학계(PL)를 거쳐서 레티클(R)위의 레티클 마크(M1) 또는(M2)위에 그 기준 마크(35)의 상을 결상한다. 그 기준 마크(535)의 상 및 레티클 마크로부터의 광이 비임 스플릿터(16)를 거쳐서 수광센서(23)의 수광면에 입사한다. 따라서 기판 스테이지(4)를 X축, Y축 방향으로 이동하면서 수광센서(23)의 출력 및 간섭계(13)을 출력을 모니터하므로써 레티클(R) 위의 레티클 마크(M1) 또는 (M2)의 XY 좌표 위치를 검출할 수가 있도록 되어 있다.

다시 도시는 생략하였으나 투영광학계(PL)의 측면에는 웨이퍼(W)위의 얼라이먼트 마크(웨이퍼 마크)를 관찰하지 위한 오프·액시스 방식의 얼라이먼트 장치가 설치되어 있다. 또한 주제어계(22A)에는 오퍼레이터로부터의 커맨드를 입력하기 위한 키보드(22C)가 접속되어 있다.

도 4A는 레티클 스위치(11)의 평면도이고 이 도면에 있어서 레티클 스테이지(11) 위에 레티클(R)이 보존되어 있다. 또한 레티클 스테이지(11)에는 X축용의 이동거울(21x) 및 Y축용의 2개의 이동거울(21y₁, 21y₂)이 고정되고 이동거울(21x)에는 X축용의 레티클 간섭계(14x)에서 X축으로 평행하게 레이저 비임(LRx)이 조사되고 이동거울(21y₁, 21y₂)에는 각각 Y축용의 레티클 간섭계(14y₁, 14y₂)에서 Y축으로 평행하게 레이저 비임(LRy₁, LRy₂)이 조사되어 있다. 여기에서 이동거울(21x, 21y₁, 21y₂)로서는 코너 큐브형의 반사요소(코너밀러)가 사용되고 있고 이동거울(21x, 21y₁, 21y₂)에서 반사된 레이저 비임(LRx, LRy, LRy₂)은 각각 반사 밀러(38a, 38b, 38c)에서 반사되어서 되돌려 지고 있다. 즉 레티클 간섭계(14x, 14y₁, 14y₂)는 각 이동거울의 정점 위치를 계측하는 더블패스 간섭계이고 이에 따라 레티클 스테이지(11)의 회전에 의해 헤이저 비임의 위치의 어긋남이 생기기 어려운 구성으로 되어 있다.

다음에 상기한 바와 같이 해서 구성된 노광 장치(100)의 노광 시퀀스에 대해서 설명한다.

① 레티클 스테이지(11)를 미리 정해진 리셋트 위치(Ox=Oy=θ=0, 즉 웨이퍼 스테이지 좌표계의 원점)으로 되돌려준다. 이때 모든 레티클 간섭계(14x, 14y₁, 14y₂)를 리셋트(계측치 X=Y_L=Y_R=0)한다.

② 다음에 도시하지 아니한 레티클 반송계 및 레티클 교환기구에 의해 레티클(R)의 교환을 한다. 이에 따라서 새로운 레티클(R)이 레티클 스테이지 위에 로드된다.

③ 이어서 레티클의 얼라이먼트를 행한다. 즉, 기준 마크판(6)위의 마크가 존재하지 아니하는 영역이 투영광학계(PL)의 노광 필드내의 위치하도록 기판 스테이지(4)를 이동시키고 레티클 얼라이먼트 현미경(19, 20)에 의해 레티클(R) 위의 마크(M1, M2)를 관찰하여 이들의 마크와 레티클 얼라이먼트 현미경(19, 20)내의 각 지표 마크와의 위치의 어긋남을 검출해서 이들의 위치의 어긋남이 보정되도록 레티클 스테이지(11)를 미소구동한다.

④ 다음에 레티클 간섭계를 교정한다. 여기에서 간섭계의 교정이란 레티클 스테이지(11) 원점(Ox=Oy=θ=0, X=Y_L=Y_R=0)의 상태에 있을 때의 레티클 스테이지(11) 위에 설치된 이동거울(21x, 21y₁, 21y₂)의 정점(PX, PYL, PYR)의 위치(P_10x, P_10Y)(P_20x, P_20Y)(P_30x, P_30Y)를 구비하는 동작이다.

이것은 레티클 간섭계(14x, 14y₁, 14y₂)의 계측치(X, Y_L, Y_R)와 레티클 스테이지(11)의 위치, 자세 (Ox, Oy, θ)에는 다음식[1a]~[1c]과 같은 관계가 있으므로 이동거울(21x, 21y₁, 21y₂)의 정점(PX, PYL, PYR)의 위치((P_10x, P_10Y)(P_20x, P_20Y)(P_30x, P_30Y))를 알면 식[1a]~[1c]을 역으로 푼식 [2a]~[2c]에 의거해서 레티클 간섭계(14)의 계측치에 의해 레티클 스테이지(11)의 위치를 관리할 수가 있기 때문이다.

[수학식 1]

[수학식 2]

여기에서,

식 [1a]~[1c]으로부터 이동거울의 정점(PX, PYL, PYR)의 위치를 추정하기 위해서는 X, Y_L, Y_R와 O_X, O_Y, θ를 알고 있지 않으면 않되나 O_X, O_Y, θ는 직접 계측할 수 없다. 이 O_X, O_Y, θ를 추정하기 위해서 다음과 같은 계측을 한다.

즉 레티클 간섭계(14x, 14y₁, 14y₂)의 출력치수가 X=0, Y_L=i×△Y', Y_R=-i×△Y', (△Y'의 값은 정수)로 되도록 레티클 스테이지(11)를 서보 제어한다. 이 레티클 스테이지(11)를 서보 제어한 때의 레티클 마크(M1, M2)의 위치(X_1i, Y_1i, X_2i, Y_2i)를 측정하여 도시하지 아니한 메모리 격납한다. 이 레티클 얼라이먼트 검출계에 의한 레티클 마크의 위치의 측정을 i의 값을 -N에서 N(N의 값은 정수)까지 변화시켜서 레티클 스테이지(11)를 서보 제어하면서 행하는 각각의 레티클 스테이지 위치에서 측정 결과를 차례로 메모리 격납한다.

그래서 이 계측치 X_1i, Y_1i, X_2i, Y_2i(i=-N~N)에 의거해서 레티클 스테이지(11)의 위치, 자세의 추정치는 다음식에서 주어진다.

[수학식 3]

여기에서 X₁₀, Y₁₀, X₂₀, Y₂₀은 원점(i=0)에서의 레티클 얼라이먼트 검출계에 의한 레티클 마크(M1, M2)의 계측치이고 X_1i, Y_1i, X_2i, Y_2i는 임의의 점에서 검출계에 의한 레티클 마크(M1, M2)의 계측치이다.

레티클 스테이지(11)의 임의의 상태에서의 위치, 자세(O_Xi, O_Yi, θi)와 그 것을 측정할 때의 레티클 간섭계(14)의 측정치(X_i, Y_Li, X_Ri)와의 관계에서 식[1a], [1b], [1c]에 있어서 정수((P_10X, P_10Y) (P_20X, P_20Y) (P_30X, P_30Y))의 값을 추정할 수가 있다. 여기에는 예를 들자면 최소 자승법을 사용하면 된다.

구체적으로는 [3a]~[3c]식에서 추정된 레티클 스테이지(11)의 위치, 자세를 사용해서 레티클 간섭계의 출력의 모델식(식 1)의 오차 eXi, eY_Li, eY_Ri는 다음과 같이 표현된다.

[수학식 4]

따라서 모델의 오차의 자승화 S는,

[수학식 5]

위의 S는 최소로 하는 P_10X, P_10Y, P_20X, P_20Y, P_30X, P_30Y이 식(1)의 정수((P_10X, P_10Y) (P_20X, P_20Y) (P_30X, P_30Y))의 값을 부여한다.

또한 여기에서 정수((P_10X, P_10Y) (P_20X, P_20Y) (P_30X, P_30Y))는 레티클 스테이지(11)가 원점(Ox=Oy=θ=0, X=Y_L=Y_R=0)의 상태에 있을 때의 레티클 스테이지(11)에 설치된 이동거울(21x, 21y₁, 21y₂)의 원점(P_X, P_YL, P_YR)의 위치이다.

또한 ((P_10X, P_10Y) (P_20X, P_20Y) (P_30X, P_30Y))의 값은 N의 값을 증가시키므로써 추정 정밀도를높일 수가 있다. 또한 레티클 스테이지(11) 위의 이동거울의 정점(PX, PYL, PYR)이 위치((P_10X, P_10Y) (P_20X, P_20Y) (P_30X, P_30Y))는 레티클 스테이지(11)의 리셋트 위치의 재현성이 의존해서 분산한다. 이 때문에 레티클 간섭계(14)를 리셋트한 때에는 ((P_10X, P_10Y) (P_20X, P_20Y) (P_30X, P_30Y))의 값을 개량시켜 추정하는 교정 동작을 행하도록 하는 것이 바람직하다.

이상과 같이 레티클 간섭계의 계측치(X, Y_L, Y_R)와 레티클 스테이지의 위치, 자세(Ox, Oy, θ)의 관계식이 식[2a], [2b], [2c]에 의해 정확하게 관리되어 진다.

⑤ 다음에 다시 레티클의 얼라이멘트를 행함과 동시에 베이스 라인 계측을 행한다. 즉 기판 스테이지(4)를 이동해서 레티클 얼라이멘트 현미경(19, 20)에 의해 레티클 마크(M1, M2)와 기준판(6)위의 대응하는 기준 마크를 동시에 관찰해서 레티클 마크(M1, M2)와 이것들에 대응하는 기준 마크의 공역상과의 위치의 어긋남을 계측한 후 예를들자면 베이스 라인량(투영광학계의 노광 필드내의 기준점 (예를 들자면 노광 중심)과 도시하지 아니한 오프액시스 방식의 얼라이멘트 장치의 관찰 영역의 기준점과의 간격)의 설계치와 같은량 만큼 기판 스테이지(4)를 이동시켜도 도시하지 아니한 오프 액시스 방식의 얼라이멘트 장치에 의해 기준판(6) 위의 대응하는 기준 마크와의 위치의 어긋난 량을 계축하여 그들의 위치의 어긋난량에서 베이스 라인량을 산출한다.

본 실시예에서는 레티클 얼라이멘트 현미경(19, 20)에 의해 레티클 마크(M1, M2)와 기준판(6)위의 대응하는 기준 마크를 동시에 관찰 할 때에 도 4A에 도시되는 레티클 스테이지(11)에 대한 레티클 R의 상대 위치, 자세(R_XO, R_YO, Ø_O)를 구해둔다.

이 계측은 레티클 얼라이멘트 현미경(19, 20)을 사용해서 각각의 지표 마크(레티클 얼라이멘트 지표 마크)로부터의 레티클의 어긋난량(B_XO, B_YO, ω_O)을 측정한다. 또한 동시에 레티클 간섭계(14)의 측정치와 식[2a], [2b], [2c]을 사용해서 레티클 스테이지(11)의 위치, 자세(O_XO, O_YO, θ_O)을 구한다. (R_XO, R_YO, Ø_O)와 (B_XO, B_YO, ω_O), (O_XO, O_YO, θ_O)와의 사이에는 다음과 같은 관계가 있다(도 4A, 도 4B 참조).

[수학식 6]

따라서, 레티클 스테이지(11)에 대한 레티클 R의 상대 위치, 자세(R_XO, R_YO, Ø_O)를 알 수가 있다.

또한 도 4B에 도시되는 레티클 스테이지(11)의 위치, 자세(O_X, O_Y, θ)와 레티클 R의 위치, 자세(B_X, B_Y, ω)에는 다음과 같은 관계가 있다.

[수학식 7]

이상에 의해 레티클 스테이지(11)위의 레티클 R의 정확한 위치를 레티클 간섭계(14)의 계측치에서 예측할 수 있게 된다.

⑦ 베이스 라인 척이 종료하면 웨이퍼 W를 모드에서 웨이퍼 W의 써치 얼라이멘트를 행한다. 그후 웨이퍼 W의 파인 얼라이멘트에 의해 웨이퍼 W의 회전량 ζ이 계측된다.

여기에서 파인 얼라이멘트로서는 예를 들자면 오프액시스 방식의 얼라이멘트 장치에 의한 소정의 수 숏트에 부설된 얼라이멘트 마크를 검출해서이 데이타와 숏트 배열의 설계 데이타를 사용해서 최소 자승법을 사용한 통계적 처리에 의해 웨이퍼위의 모든 숏트 배열을 연산하는 엔한스그로우발 얼라이멘트(EGA) 등이 행해진다.

여기에서 레티클의 회전량 ω이 미리 행하여둔 베이스 라인 척시에 계측되어 있으므로 여기에서는 웨이퍼는 회전시키지 아니하고 레티클 스테이지만을 (ζ-ω)만이 회전 구동하는 것으로 레티클 R의 방향을 웨이퍼 W의 회전에 일치시킬 수가 있다. 여기서 레이쿨 스테이지(11)의 구동은 실제로는 레티클 간섭계(14)의 계측치가 어떤 새로운 목표치로 되도록 서보 제어하므로서 실현되나 이 레티클 간섭계(14)의 목표치는 식 [2a]~[2f], 식 [6a]~[6c], 식 [7a]~[7c]를 풀이하므로서 정확하게 구해진다.

⑧ 이상의 동작을 행한 후 노광 동작이 개시된다.

이상으로 설명함 자와 같이 본 실시예에 의하면 레티클 간섭계(14)의 계측치에 의거해서 레티클 R의 위치, 자세를 고정밀도로 관리할 수 있게 되어 또한 노광 시퀀스에서 기판 스테이지(4)의 회전 구동 동작을 스킵해도 레티클 R과 웨이퍼 W를 고정밀도로 위치를 맞출 수 (얼라이멘트)가 있게 된다. 따라서 얼라이멘트 정밀도를 고정밀도로 유지하면서 스루우풋트의 향상을 도모할 수 있도록 한다.

또한 기판 스테이지(5)의 회전 구동 동작을 행할 필요가 없어지므로 기판측의 스테이지 구성을 간략화할 수도 있다.

또한 실시예에서는 기판 스테이지(4)를 2차원 방향으로 이동시켜가면서 레티클 마트 M1, M2의 위치를 검출하는 레티클 얼라이멘트 검출계를 사용하는 경우를 예시하였으나 이것에 대신해서 기판 스테이지(4)가 정지 상태에서 레티클 마크의 위치를 검출하는 정지형의 검출계를 사용해도 좋다.

이상으로 설명한 바와 같이 본 발명에 관한 위치 관리 방법에 의하면 마스크 스테이지의 회전량이 크더라도 마스크 간섭계의 계측치에 의거해서 마스크위 위치를 고정밀도로 관리할 수가 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 관한 위치 맞추는 방법에 의하면 마스크와 감광기판을 고스루우풋트 또한 고정밀도로 위치 맞춤할 수가 있는 종래에 볼 수 없는 뛰어난 효과가 있다.

Claims (3)

1. 마스크 간섭계에 의해 그것의 2차원면내의 위치, 자세가 관리된 마스크 스테이지를 구비한 노광 장치에 사용되는 마스크 스테이지에 탑재되는 마스크의 위치 관리 방법에 있어서,

   상기 마스크 간섭계의 좌표 계측치와 마스크 스테이지의 위치·자세와의 관계식 및 상기한 마스크 스테이지 위치·자세와 마스크의 위치·자세와의 관계식을 사용해서 마스크 간섭계의 계측치에 의거해서 마스크의 위치를 관리하는 것을 특징으로 하는 위치 관리 방법.
2. 마스크 간섭계에 의해 그것의 2차원면내의 위치, 자세가 관리된 마스크 스테이지를 구비한 노광 장치에 사용되는, 상기 기판 스테이지에 탑재되는 감광기판과 상기 마스크 스테이지에 탑재되는 마스크와의 위치를 맞추는 방법에 있어서,

   상기 마스크 스테이지를 소정의 초기 위치에 설정함과 동시에 마스크 간섭계를 리셋트하는 제 1 공정과;

   상기 마스크 스테이지 위의 마스크를 교환하는 제 2 공정과;

   상기 마스크에 형성된 얼라이멘트 마크의 위치를, 상기한 마스크를 소정량 소정의 방향으로 이동시키면서 기판 스테이지의 좌표계인 기준 좌표계 위에서 계측하고, 이 계측 결과를 사용해서 마스크 간섭계에 의해 그 위치가 계측되는 상기 마스크 스테이지위의 각 이동거울의 마스크 스테이지의 초기 위치에서 기준 좌표계 상의 좌표 위치를 산출하는 제 3 공정과;

   지표 마크를 갖춘 마크 검출 수단으로 마스크의 얼라이멘트 마크를 검출하므로써 상기 마스크의 지표 마스크로부터의 벗어난 량인 마스크의 위치, 자세를 측정하고, 이와 동시에 마스크 간섭계에 의해 마스크 스테이지의 좌표 위치를 계측함과 동시에 계측치와 제 3 공정에서 얻어진 좌표 위치를 사용해서 마스크 스테이지의 위치·자세를 구하는 제 4 공정과;

   상기 제 4 공정에서 얻어진 마스크의 위치·자세와 마스크 스테이지의 위치·자세에 의거해서 마스크 스테이지에 대한 마스크의 위치를 구비하는 제 5 공정과;

   그런후, 기판을 교환함과 아울러 해당 기판의 상기 기준 좌표계에 대한 기판의 회전량의 계측을 실행하는 제 6 공정과;

   상기 제 6 공정에서 계측된 회전량과 제 4 공정에서 측정된 마스크의 회전량에 의거해서 마스크 스테이지를 회전시키므로써 마스크와 기판과의 회전 위치 맞춤을 행하는 제 7 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 위치를 맞추는 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 제 4 공정의 처리를 베이스 라인 계측시에 행하는 것을 특징으로 하는 위치를 맞추는 방법.