KR20010078246A

KR20010078246A - 위치검출방법 및 장치, 노광방법, 노광장치 및 그의제조방법, 기록매체, 그리고 디바이스 제조방법

Info

Publication number: KR20010078246A
Application number: KR1020010004832A
Authority: KR
Inventors: 요시다코지
Original assignee: 오노 시게오; 가부시키가이샤 니콘
Priority date: 2000-02-01
Filing date: 2001-02-01
Publication date: 2001-08-20
Also published as: EP1122612A2; EP1122612A3; JP2001217174A; TW497146B; US20010017939A1

Abstract

촬상장치 AS 가, 마크 MX, MY 를 복수의 디포커스상태를 포함하는 촬상조건에서 촬상한 후, 처리장치 (20) 가, 촬상된 마크의 이미지와 디포커스량과의 관계 즉, 디포커스량의 변화에 따른 촬상된 마크의 이미지의 변천의 양태를 구한다. 그리고, 구해진 촬상 마크 이미지와 디포커스량과의 관계로부터 마크의 위치 즉, 포커스상태에서의 마크의 이미지를 사용하여 얻어지는 마크위치정보를 검출한다. 그 결과, 포커스상태에 있어서 촬상된 마크의 이미지에서의 라인패턴과 스페이스패턴과의 단차가 작은 경우이더라도, 정밀하게 마크의 위치정보를 검출할 수 있다.

Description

위치검출방법 및 장치, 노광방법, 노광장치 및 그의 제조방법, 기록매체, 그리고 디바이스 제조방법{METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING POSITION, EXPOSURE METHOD, EXPOSURE APPARATUS AND METHOD OF MANUFACTURING THE EXPOSURE APPARATUS, RECORDING MEDIUM, AND METHOD OF MANUFACTURING DEVICE}

본 발명은, 위치검출방법 및 장치, 노광방법, 노광장치 및 그의 제조방법, 기록매체, 및 디바이스 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 물체상에 형성된 마크의 위치정보를 검출하는 위치검출방법 및 장치, 상기 위치검출방법을 사용하는 노광방법, 상기 위치검출장치를 구비하는 노광장치 및 그의 제조방법, 상기 위치검출방법의 실시를 제어하는 프로그램내용이 격납된 기록매체, 및 리소그래피공정에서 상기 노광방법을 이용하는 디바이스 제조방법에 관한 것이다.

종래부터, 반도체소자, 액정표시소자 등을 제조하기 위한 리소그래피공정에서는, 마스크 또는 레티클 (이하, 「레티클」로 총칭함) 에 형성된 패턴을 투영광학계를 통하여 레지스트 등이 도포된 웨이퍼 또는 글래스 플레이트 등의 기판 (이하, 적당히 「기판」또는「웨이퍼」라고 함) 상에 전사하는 노광장치가 사용되고 있다. 이러한 노광장치로서는, 소위 스테퍼 등의 정지노광형 투영노광장치나, 소위 스캐닝·스테퍼 등의 주사노광형 투영노광장치가 주로 사용되고 있다.

이와 같은 노광장치에 있어서는, 노광에 앞서 레티클과 웨이퍼의 위치맞춤 (얼라인먼트) 을 고정밀도로 행할 필요가 있다. 이 얼라인먼트를 행하기 위해, 웨이퍼상에는 이전의 리소그래피공정에서 형성 (노광전사) 된 위치검출용 (얼라인먼트 마크) 가, 각 쇼트영역에 부설되어 있고, 이 얼라인먼트 마크의 위치를 검출함으로써, 웨이퍼 (또는 웨이퍼상의 회로패턴) 의 위치를 검출할 수 있다. 그리고, 웨이퍼 (또는 웨이퍼상의 회로패턴) 의 위치의 검출결과에 기초하여, 얼라인먼트가 행하여진다.

현재, 웨이퍼상의 얼라인먼트 마크의 위치검출에는 약간의 방법이 실용화되어 있으나, 어느 방법에서도 위치검출용의 검출기에 의해 얻어진 얼라인먼트 마크의 검출결과신호의 파형을 해석하여, 웨이퍼상의 소정 형상의 얼라인먼트마크의 위치를 검출하고 있다. 예컨대, 최근의 주류로 되어 있는 화상검출에 의한 위치검출에서는, 얼라인먼트마크의 광학 이미지를 촬상장치에 의해 촬상하고, 그의 촬상신호 즉, 그의 이미지의 광강도분포를 해석하여 얼라인먼트마크 위치를 검출하고 있다. 이와 같은 얼라인먼트마크로서는, 예컨대, 소정 방향을 따라 라인패턴과스페이스패턴이 교대로 배열된 라인·앤드·스페이스마크 등이 사용되고 있다.

이와 같은 화상검출에 의한 위치검출에서는, 촬상된 마크 이미지에 있어서의 라인패턴과 스페이스패턴을 식별할 수 있는 것이 전제이다. 그러나, 최근의 반도체소자 등의 고집적도화나 미세화에 수반하는 화학적 기계적 연마 (CMP) 기술 등의 평탄화기술의 진전에 의해, 라인패턴과 스페이스패턴 사이의 저단차화가 진행되고 있고, 촬상결과에서의 라인패턴부분과 스페이스부분 사이의 콘트라스트가 작아짐으로써, 마크위치의 검출을 위해 중요한 요소인 라인패턴과 스페이스패턴의 경계 (이하,「에지」라고 함) 를 명료하게 식별할 수 없게 되는 사태가 발생하고 있다.

그러나, 포커스상태로부터 양 또는 음의 디포커스량을 서서히 증가시키면서 저단차 마크를 촬상하면, 촬상결과의 마크 이미지에 있어서, 흐려짐의 정도는 서서히 진행되어 가지만, 라인패턴부분과 스페이스패턴부분 사이의 콘트라스트는, 먼저 서서히 증가하고, 그 후에 감소하는 일이 있다. 즉, 라인패턴부분과 스페이스패턴부분 사이의 콘트라스트가, 포커스상태보다도 커지는 디포커스가스 상태가 존재하는 일이 있다. 그래서, 디포커스량을 변화시킴으로써 얻어지는 마크 이미지의 변천으로부터, 콘트라스트가 높은 디포커스위치를 찾고, 그 디포커스위치에서 얻어지는 신호파형을 이용하여, 마크의 위치검출을 행하는 기술이, 일본 공개특허공보 소62-278402 호에 제안되어 있다.

이러한 종래의 기술에 의해 검출되는 마크위치는, 라인패턴부분과 스페이스패턴부분 사이의 콘트라스트가 확보된 디포커스상태에서의 촬상결과의 신호파형에기초하여 검출되는 마크위치이다. 즉, 종래의 기술에 의해 검출되는 마크위치는, 어디까지나 디포커스상태에서의 신호파형을 사용하여 얻어진 마크위치이고, 포커스상태에서의 신호파형을 사용하여 얻어지는 마크위치와 반드시 동일하다고는 할 수 없다.

이것은, 디포커스상태를 발생시켜 마크 이미지를 촬상하는데 있어서,

(a) 웨이퍼와 촬상면을 디포커스방향으로 상대이동시킬 때에, 웨이퍼와 촬상면과의 상대이동을 정확하게 디포커스방향만의 이동으로 하는 것은 곤란한 것, (b) 웨이퍼와 촬상면과의 사이의 결상광학계의 경사를 엄밀하게 영으로 하는 것은 곤란한 것, (c) 디포커스상태에서의 수차의 발생이 반드시 등방적인 것이라고는 할 수 없는 것 등에 의한다. 즉, 이러한 요인에 의해, 디포커스상태에서의 마크 이미지가 촬상면내에서 이동하거나, 마크 이미지의 횡방향배율이 촬상면내에서 균일하지 않게 되거나 또는 디포커스량에 의해 변화하는 것에 의한다.

한편, 반도체소자 등의 고집적화나 미세화의 요청에 의해, 위치맞춤용 마크의 저단차화의 경향은 피할 수 없는 상황임과 동시에, 위치맞춤용 마크의 검출정밀도의 향상도 요구되고 있다. 즉, 현재, 저단차의 마크의 고정밀도 위치검출에 관한 새로운 기술이 기대되고 있는 것이다.

도 1 은 일 실시형태의 노광장치의 개략구성을 나타내는 도면이다.

도 2a ∼ 도 2c 는, 도 1 의 얼라인먼트 현미경의 내부구성을 나타내는 도면이다.

도 3a 및 도 3b 는, 얼라인먼트마크의 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 4 의 (a) ∼ (d) 는, 얼라인먼트마크에 관한 촬상결과를 설명하기 위한 도면이다.

도 5a ∼ 도 5e 는, 마크가 CMP 프로세스를 거쳐 형성되는 공정을 설명하기 위한 도면이다.

도 6 은, 도 1 의 주제어계의 개략구성을 나타낸 도면이다.

도 7 은, 마크의 위치검출동작을 설명하기 위한 플로우차트이다.

도 8 은 촬상시의 촬상면상에서의 디포커스상태의 발생상황을 설명하기 위한 도면이다.

도 9a 및 도 9b 는, 각 디포커스량에서의 신호파형을 구하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 10 은 포커스상태에서의 특징점의 위치 추정을 설명하기 위한 도면이다.

도 11 은 본 발명의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.

도 12 는 도 1 의 노광장치를 사용한 디바이스 제조방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.

도 13 은, 도 12 의 웨이퍼처리 스텝에서의 처리의 플로루차트이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 노광장치 10 : 조명계

R : 레티클 RST : 레티클 스테이지

PL : 투영광학계 W : 웨이퍼

WST : 웨이퍼 스테이지 AS : 얼라인먼트 현미경

본 발명은, 상술의 사정하에서 이루어진 것으로, 그의 제 1 목적은, 물체상에 형성된 마크의 위치정보를, 정밀하게 검출할 수 있는 위치검출방법 및 위치검출장치를 제공하는 것에 있다.

또, 본 발명의 제 2 목적은, 소정의 패턴을 기판에 높은 정밀도로 전사할 수 있는 노광방법 및 노광장치를 제공하는 것에 있다.

또, 본 발명의 제 3 목적은, 미세한 패턴을 갖는 고집적도의 디바이스를 생산할 수 있는 디바이스 제조방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명은, 제 1 의 관점에서 보면, 「물체에 형성된 마크의 위치정보를 검출하는 위치검출방법으로서, 상기 마크를, 복수의 디포커스상태를 포함하는 촬상조건에서 촬상하는 단계; 상기 촬상조건에서의 촬상결과로부터, 촬상된 상기 마크의 이미지와 디포커스량과의 관계를 구하는 단계; 및 상기 관계에 기초하여 상기 마크의 위치정보를 검출하는 단계를 구비하는 위치검출방법이다」이다.

이에 의하면, 마크를 복수의 디포커스 상태를 포함하는 촬상조건에서 촬상한 후, 촬상된 마크의 이미지와 디포커스량과의 관계 즉, 디포커스량의 변화에 따른 촬상된 마크 이미지의 변천의 양태를 구한다. 그리고, 구해진 촬상 마크 이미지와 디포커스량과의 관계로부터 마크의 위치정보 즉, 포커스 상태에서의 마크 이를 사용하여 얻어지는 마크위치정보를 검출한다. 따라서, 포커스상태에서 촬상된 마크 이미지에서의 라인패턴부와 스페이스패턴부와의 콘트라스트가 작은 경우이더라도, 정밀하게 마크의 위치정보를 검출할 수 있다.

본 발명의 위치검출방법에서는, 상기 마크의 이미지가 결상되는 결상면에 대하여 경사진 면을 촬상면으로 하여, 상기 마크를 촬상할 수 있다. 이와 같은 경우에는, 촬상면에서는, 결상면에 대한 경사방향을 따라 디포커스상태가 변화하고 있으므로, 복수의 디포커스상태를 포함하는 촬상조건에 의한 촬상을 1 회의 촬상에의해 행할 수 있다.

또, 본 발명의 위치검출방법에서는, 상기 복수의 디포커스상태에서의 촬상결과로부터 포커스상태에서의 상기 마크의 특징점의 위치정보를 추정할 수 있다. 여기에서, 「특징점」이란, 촬상결과의 입력신호(후술하는 미분처리 등의 처리를 실시하지 않은 신호) 또는 그의 미분신호에서의 극대점 또는 극소점 (이하,「극점」이라 함) 또는 변곡점 등으로 되는 점을 말한다. 이와 같은「특징점」은, 통상, 마크형상에서의 특징점과 일치하고 있다. 예컨대, 상술한 에지부에 있어서, 마크의 촬상신호의 1계 미분신호의 극대점 또는 극소점으로 된다. 또한, 본 명세서에서「특징점」이라고 할 때는, 상기 의미에서의 마크의 특징점을 말하는 것으로 한다.

이와 같은 경우에는, 복수의 디포커스 상태에서의 촬상결과로부터 포커스상태에서의 마크의 특징점의 위치정보가 추정된다. 이 추정은, 각 디포커스 상태에서의 촬상신호의 파형으로부터 구해진, 각 디포커스상태에서의 특징의 위치의 디포커스량의 변화의 양태에 기초하여 실시된다.

여기에서, 상기 포커스상태에서의 상기 마크의 특징점의 위치의 추정을, 상기 복수의 디포커스상태에서의 촬상결과 각각에서의 콘트라스트를 고려하여 행할 수 있다. 이와 같은 경우에는, 각 디포커스상태의 촬상결과에서의 콘트라스트에 기초하여, 각 디포커스상태에서의 특징점 위치의 확실함이 고려된다. 즉, 콘트라스트가 큰 촬상결과를 사용하여 얻어져서, 확실함이 높은 특징점 위치정보를 높게 평가하고, 한편 콘트라스트가 작은 촬상결과를 사용하여 얻어져서, 확실함이낮은 특징점 위치정보를 낮게 평가하면서, 디포커스량의 변화에 의한 특징점 위치의 변천을 구한다. 그 결과, 특징점위치의 확실함이 합리적으로 평가되어 마크위치가 검출된다.

이상에서는, 디포커스상태에서의 촬상결과만을 사용하여 마크의 위치정보를 검출하였지만, 포커스상태에서의 촬상결과에서의 라인패턴부와 스페이스패턴부와의 콘트라스트가 충분하다고는 할 수 없는 것까지도 어느 정도 확보할 수 있었던 경우에는, 포커스상태에서의 촬상결과를 추가로 사용하는 것이 가능하다. 즉, 본 발명의 위치검출방법에서는, 「상기 촬상조건이 포커스상태를 추가로 포함하고, 상기 관계를 구하는 단계는, 상기 복수의 디포커스상태에서의 촬상결과로부터 포커스상태에서의 상기 마크의 특징점의 위치정보를 추정하고, 그리고 상기 포커스상태에서의 촬상결과로부터 상기 포커스 상태에서의 상기 마크의 특징점의 위치정보를 추정한다」를 할 수 있다.

여기에서, 상기 복수의 디포커스 상태에 관한 촬상결과 각각에서의 콘트라스트와, 상기 포커스상태에 관한 촬상결과에서의 콘트라스트를 고려하여, 상기 마크의 위치정보를 검출할 수 있다. 이와 같은 경우에는, 각 촬상결과에서의 콘트라스트에 의해 상이한 각 상태에서의 추정위치의 확실함이 고려된다. 즉, 포커스상태에 관한 촬상결과로부터 추정되는 특징점위치에 대해서도, 상술한 디포커스 상태의 경우와 마찬가지로, 콘트라스트의 크기에 의해 추정된 특징점 위치의 확실함이 달라지게 되므로, 복수의 디포커스상태 및 포커스상태 각각에서의 콘트라스트로부터 각 상태에서의 촬상결과로부터 구해진 특징점 위치의 확실함이 평가된다.

또한, 상기 복수의 디포커스상태가, 양의 디포커스 상태 및 음의 디포커스상태 중 어느 하나만을 포함하고, 상기 복수의 디포커스상태에서의 촬상결과 각각으로부터 구해진 상기 마크의 특징점의 위치로부터, 외삽에 의해, 상기 포커스상태에서의 상기 마크의 특징점의 위치정보를 추정하는 것도 가능하고, 또, 상기 복수의 디포커스상태가, 양의 디포커스상태와 음의 디포커스상태를 포함하고, 상기 복수의 디포커스상태에서의 촬상결과 각각으로부터 구해진 상기 마크의 특징점의 위치로부터, 내삽에 의해, 상기 포커스상태에서의 상기 마크의 특징점의 위치정보를 추정하는 것도 가능하다.

본 발명은, 제 2 관점에서 보면, 「물체에 형성된 마크의 위치정보를 검출하는 위치검출장치로서, 상기 마크의 이미지를 결상하는 결상광학계; 상기 결상광학계에 의해 결상된 상기 마크로 촬상하는 촬상장치; 및 상기 촬상장치에 의한 복수의 디포커스상태를 포함하는 촬상조건에서의 촬상결과로부터, 촬상된 상기 마크의 이미지와 디포커스량과의 관계를 구하고, 이 관계에 기초하여 상기 마크의 위치정보를 검출하는 처리장치를 구비하는 위치검출장치이다」이다.

이에 의하면, 결상광학계에 의해 결상된 마크를, 복수의 디포커스상태를 포함하는 촬상조건에서 촬상장치에 의해 촬상한다. 그리고, 처리장치가, 각 촬상조건에서의 촬상결과로부터, 촬상된 마크의 이미지와 디포커스량과의 관계를 구하고, 촬상된 마크 이미지와 디포커스량과의 관계로부터 마크의 위치정보 즉, 포커스상태에서의 마크 이미지를 사용하여 얻어지는 마크위치정보를 검출한다. 즉, 본 발명의 위치검출방법을 사용하여, 마크위치정보를 검출할 수 있으므로, 포커스상태에서 촬상된 마크상에 있어서의 라인패턴부와 스페이스패턴부와의 콘트라스트가 작은 경우이더라도 정밀하게 마크의 위치정보를 검출할 수 있다.

본 발명의 위치검출장치에서는, 상기 마크가 소정 방향을 따라 표면상태가 변화하고, 상기 촬상장치가, 상기 결상광학계에 의해 상기 마크의 이미지가 결상되는 결상면에 대하여, 상기 결상면에서의 상기 소정 방향에 따른 방향 둘레로 회전한 촬상면을 구비하는 구성으로 할 수 있다. 이와 같은 경우에는, 촬상면에서는, 결상면에 대한 경사방향을 따라 디포커스상태가 변화하고 있으므로, 복수의 디포커스상태를 포함하는 촬상조건에 의한 촬상을 1 회의 촬상에 의해 행할 수 있다.

여기에서, 상기 촬상면이 상기 결상면과 교차하는 구성으로 할 수 있다. 이와 같은 경우에는, 촬상면에서의 디포커스상태는, 양의 디포커스상태 및 음의 디포커스상태를 포함하므로, 복수의 디포커스상태에서의 촬상결과 각각으로부터 추출된 상기 마크의 특징점의 위치로부터, 내삽에 의해, 포커스상태에서의 마크의 특징점의 위치정보를 추정할 수 있다.

또, 본 발명의 위치검출장치에서는, 상기 마크가 소정방향을 따라 표면상태가 변화하고, 상기 결상광학계에 의해 상기 마크의 이미지가 결상되는 결상면에 대한 상기 촬상장치의 촬상면의 상기 결상면에서의 상기 소정 방향에 따른 방향 둘레의 회전량을 조정하는 경사조정기구를 추가로 구비하는 구성으로 할 수 있다. 이와 같은 경우에는, 마크에서의 라인패턴부와 스페이스패턴부와의 단차에 따라, 경사조정기구가 촬상면의 결상면에 대한 경사량을 조정함으로써, 정밀하게 마크위치정보를 검출하기 위해 필요한 복수의 디포커스상태를, 촬상면상에 동시에 발생시킬수 있다. 따라서, 마크에서의 라인패턴부와 스페이스패턴부와의 단차에 관계없이, 신속하고 정밀하게 마크의 위치정밀도를 검출할 수 있다.

또, 본 발명의 위치검출장치에서는, 상기 결상광학계에 의해 상기 마크의 이미지가 결상되는 결상면과 상기 촬상장치의 촬상면을, 상기 결상광학계의 광축방향을 따라 상대이동시키는 이동기구를 추가로 구비하는 구성으로 할 수 있다. 이와 같은 경우에는, 이동기구가 마크 이미지의 결상면과 촬상면을 결상광학계의 광축방향을 따라 상대이동시킴으로써, 정밀하게 마크위치정보를 검출하기 위해 필요한 복수의 디포커스상태를, 촬상면상에 순차적으로 발생할 수 있다. 따라서, 마크에서의 라인패턴부와 스페이스패턴부와의 단차에 관계없이, 정밀하게 마크의 위치정보를 검출할 수 있다.

본 발명은, 제 3 의 관점에서 보면, 「소정의 패턴을 기판상의 구확영역으로 전사하는 노광방법으로서, 상기 기판에 형성된 위치검출용 마크의 위치정보를 본 발명의 위치검출방법에 의해 검출하여, 상기 구획영역의 위치정보의 산출에 사용되는 소정 수의 파라미터를 구하고, 상기 기판상에서의 상기 구획영역의 배열정보를 산출하는 단계; 및 상기 구획영역의 배열정보에 기초하여, 상기 기판의 위치제어를 행하면서, 상기 구획영역에 상기 패턴을 전사하는 단계를 구비하는 노광방법이다」이다.

이것에 의하면, 본 발명의 위치검출방법을 사용하여, 기판에 형성된 위치검출용 마크의 위치정보를 고정밀도로 검출하고, 그 검출결과에 기초하여 기판상의 구획영역의 배열좌표를 산출한다. 그리고, 구획영역의 배열좌표의 산출결과에기초하여 기판의 위치맞춤을 행하면서, 구획영역에 패턴을 전사한다. 따라서, 소정의 패턴을 정밀하게 구획영역에 전사할 수 있다.

본 발명은, 제 4 관점에서 보면, 「소정의 패턴을 기판상의 구획영역으로 전사하는 노광장치는, 상기 기판을 이동면을 따라 이동시키는 스테이지장치; 및 상기 스테이지장치에 탑재된 상기 기판상의 마크의 위치정보를 검출하는 본 발명의 위치검출장치를 구비한다」이다. 이것에 의하면, 본 발명의 위치검출장치에 의해, 기판상의 마크의 위치정보 나아가서는 기판의 위치정보를 정밀하게 검출할 수 있다. 따라서, 스테이지장치가, 정밀하게 구해진 기판의 위치에 기초하여 기판을 이동시킬 수 있다. 그 결과, 정밀도를 향상시켜, 소정의 패턴을 기판상의 구획영역에 전사할 수 있다.

본 발명은, 제 5 관점에서 보면, 「소정의 패턴을 기판상의 구획영역으로 전사하는 노광장치의 제조방법으로서, 상기 기판을 이동면을 따라 이동시키는 스테이지장치를 제공하는 단계; 및 상기 스테이지장치에 탑재된 상기 기판상의 마크의 위치정보를 검출하는 위치검출장치를 제공하는 단계를 구비하는 노광장치의 제조방법이며, 여기서, 상기 위치검출장치는, 상기 기판에 형성된 마크의 이미지를 결상하는 결상광학계; 상기 결상광학계에 의해 결상된 상기 마크를 촬상하는 촬상장치; 및 상기 촬상장치에 의한 복수의 디포커스상태를 포함하는 촬상조건에서의 촬상결과로부터, 촬상된 상기 마크의 이미지와 디포커스량과의 관계를 구하고, 이 관계에 기초하여 상기 마크의 위치정보를 검출하는 처리장치를 구비한다」이다. 이것에 의하면, 기판을 이동면을 따라 이동시키는 스테이지장치를 제공하고, 스테이지장치에 탑재된 상기 기판상의 마크의 위치정보를 검출하는 위치검출장치를 제공함과 동시에, 다른 여러가지 부품을 기계적, 광학적, 및 전기적으로 조합하여 조정함으로써 제조된다.

또한, 위치검출장치를 계산기 시스템으로서 구성했을 때에, 계산기시스템이, 본 발명의 위치검출방법의 실행을 제어하는 제어프로그램이 격납된 기록매체로부터 제어프로그램을 판독하여, 본 발명의 위치검출방법을 실행함으로써, 본 발명의 위치검출방법에 의해 위치검출을 행할 수 있다. 따라서, 본 발명은, 다른 관점에서 보면, 본 발명의 위치검출방법의 사용을 제어하는 제어프로그램이 격납된 기록매체라고 할 수 있다.

또한, 리소그래피공정에 있어서, 본 발명의 노광방법을 사용하여 노광을 행함으로써, 기판상에 복수 층의 미세한 패턴을 중첩시켜 정밀하게 형성할 수 있다. 이로써, 보다 고집적도의 마이크로디바이스를 우수한 수율로 제조할 수 있어, 그의 생산성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명은, 또 다른 관점에서 보면, 본 발명의 노광방법을 사용하는 디바이스 제조방법이라고도 할 수 있다.

(실시예)

이하, 본 발명의 일 실시형태를, 도 1 ∼ 도 10 을 참조하여 설명한다.

도 1 에는, 본 발명의 일 실시형태에 관련되는 노광장치 (100) 의 개략구성이 도시되어 있다. 이 노광장치 (100) 는, 스텝·앤드·스캔방식의 투영노광장치이다. 이 노광장치 (100) 는, 조명계 (10), 마스크로서의 레티클 (R) 을 지지하는 레티클스테이지 (RST), 투영광학계 (PL), 기판 (물체) 으로서의 웨이퍼 (W)가 탑재되는 웨이퍼 스테이지 (WST), 촬상장치로서의 얼라인먼트 현미경 (AS) 및 장치 전체를 통괄제어하는 주제어계 (20) 등을 구비하고 있다.

상기 조명계 (10) 는, 광원, 프라이아이렌즈 등으로 이루어지는 조도균일화 광학계, 릴레이렌즈, 가변ND필터, 레티클블라인드 및 다이클로익 미러 등 (모두 도시생략) 을 포함하여 구성되어 있다. 이러한 조명계의 구성은, 예컨대, 일본공개특허공보 평10-112433 호에 개시되어 있다. 이 조명계 (10) 에서는, 회로패턴 등이 그려진 레티클 (R) 상의 레티클 블라인드로 규정된 슬릿형상의 조명영역 부분을 조명광 (IL) 에 의해 대략 균일한 조도로 조명한다.

상기 레티클 스테이지 (RST) 상에는 레티클 (R) 이, 예컨대, 진공흡착에 의해 고정되어 있다. 레티클 스테이지 (RST) 는, 여기에서는, 자기부상형의 2 차원 리니어액추에이터로 이루어지는 도시생략한 레티클 스테이지 구동부에 의해, 레티클 (R) 의 위치결정을 위해, 조명계 (10) 의 광축 (후술하는 투영광학계 (PL) 의 광축 (AX) 에 일치) 에 수직인 XY 평면내에 미소구동가능함과 동시에, 소정의 주사방향 (여기에서는 Y 방향으로 한다) 으로 지정된 주사속도로 구동가능하게 되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는 상기 자기부상형의 2 차원 리니어 액추에이터는 X 구동용코일, Y 구동용 코일 외에 Z 구동용 코일을 포함하고 있기 때문에, Z 방향으로도 미소구동가능하게 되어 있다.

레티클 스테이지 (RST) 의 스테이지 이동면내의 위치는 레티클 레이저 간섭계 (이하, 「레티클간섭계」라 함 ; 16) 에 의해, 이동경 (15) 을 통하여, 예컨대 0.5 ∼ 1 ㎚ 정도의 분해능으로 항상 검출된다. 레티클 간섭계 (16) 로부터의레티클 스테이지 (RST) 위치정보 (또는 속도정보) RPV 는 스테이지 제어계 (19) 로 보내지고, 스테이지제어계 (19) 는 레티클스테이지 (RST) 의 위치정보에 기초하여 레티클 스테이지 구동부 (도시생략) 를 통하여 레티클 스테이지 (RST) 를 구동한다. 또한, 레티클 스테이지 (RST) 의 위치정보 RPV 는 스테이지 제어계 (19) 를 통하여 주제어계 (20) 에도 보내지고 있다.

상기 투영광학계 (PL) 는, 레티클 스테이지 (RST) 의 도 1 에서의 하방에 배치되고, 그 광축 (AX) 의 방향이 Z 방향으로 되어 있다. 투영광학계 (R) 로서는, 양측 텔레센트릭이고 소정의 축소배율 (예컨대 1/5, 또는 1/4) 을 갖는 굴절 광학계가 사용되고 있다. 따라서, 조명광학계로부터의 조명광 (IL) 에 의해 레티클 (R) 의 조명영역이 조명되면, 이 레티클 (R) 을 통과한 조명광 (IL) 에 의해, 투영광학계 (PL) 를 통하여 그 조명영역내의 레티클 (R) 의 회로패턴의 축소상 (부분도립상) 이 표면에 레지스트 (감광제) 가 도포된 웨이퍼 (W) 상에 형성된다.

상기 웨이퍼스테이지 (WST) 는, 투영광학계 (PL) 의 도 1 에서의 하방에서, 베이스 (BS) 상에 배치되고, 이 웨이퍼 스테이지 (WST) 상에는, 웨이퍼 홀더 (25) 가 탑재되어 있다. 이 웨이퍼 홀더 (25) 상에 웨이퍼 (W) 가 예컨대 진공흡착 등에 의해 고정되어 있다. 웨이퍼 홀더 (25) 는 도시생략한 구동부에 의해, 투영광학계 (PL) 의 광축직교면에 대하여, 임의의 방향으로 경사가능하고, 또한 투영광학계 (PL) 의 광축 AX 방향 (Z방향) 으로도 미동가능하게 구성되어 있다. 또, 이 웨이퍼홀더 (25) 는 광축 (AX) 주위의 미소회전동작도 가능하게 되어 있다.

웨이퍼 스테이지 (WST) 는 주사방향 (Y 방향) 의 이동 뿐만 아니라, 웨이퍼(W) 상의 복수의 쇼트영역을 상기 조명영역과 공액인 노광영역에 위치시킬 수 있도록, 주사방향에 수직인 방향 (X방향) 으로도 이동가능하게 구성되어 있고, 웨이퍼 (W) 상의 각 쇼트영역을 주사 (스캔) 노광하는 동작과, 다음 쇼트의 노광개시위치까지 이동하는 동작을 반복하는 스텝·앤드·스캔 동작을 행한다. 이 웨이퍼 스테이지 (WST) 는 모터 등을 포함하는 웨이퍼 스테이지 구동부 (24) 에 의해 XY 2 차원방향으로 구동된다.

웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면내에서의 위치는 웨이퍼레이저 간섭계 (18) 에 의해, 이동경 (17) 을 통하여, 예컨대, 0.5 ∼ 1 ㎚ 정도의 분해능으로 항상 검출되고 있다. 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치정보 (또는 속도정보 ; WPV) 는 스테이지 제어계 (19) 에 보내지고, 스테이지 제어계 (19) 는 이 위치정보 (WPV) 에 기초하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 제어한다. 또한, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치정보 (WPV) 는 스테이지 제어계 (19) 를 통하여 주제어계 (20) 로도 보내지고 있다.

상기 얼라인먼트 현미경 (AS) 은, 투영광학계 (PL) 의 측면에 배치된, 오프액세스 방식의 얼라인먼트 센서이다. 얼라인먼트 현미경 (AS) 은, 웨이퍼 (W) 상의 각 쇼트영역에 부설된 얼라인먼트 마크 (웨이퍼 마크) 의 촬상결과를 출력한다. 이와 같은 촬상결과는 촬상데이터 (IMD) 로서 주제어계 (20) 로 보내진다.

이 얼라인먼트 현미경 (AS) 은, 도 2a 에 나타낸 바와 같이, 광원 (51), 콜리메이터렌즈 (52), 빔스플리터 (53), 미러 (54), 대물렌즈 (55), 집광렌즈 (56), 지표판 (57), 제 1 릴레이렌즈 (58), 빔스플리터 (59), X 축용 제 2 릴레이렌즈(60X), 촬상면 (62X) 을 갖는 2 차원 CCD 로 이루어지는 X 축용 촬상소자 (61X), 경사조절기구 (63X), Y축용 제 2 릴레이렌즈 (60Y), 촬상면 (62Y) 을 갖는 2 차원 CCD 로 이루어지는 Y 축용 촬상소자 (61Y), 및 경사조절기구 (63Y) 등을 포함하여 구성되어 있다. 여기에서, 이 얼라인먼트 현미경 (AS) 의 구성의 각 부에 대하여 그 작용과 함께 설명한다.

광원 (51) 은, 웨이퍼상의 포토레지스트를 감광시키지 않는 비감광성 광으로, 어떤 대역폭 (예컨대 200 ㎚ 정도) 을 갖는 브로드한 파장분포의 광을 발한다. 특히, 광원 (51) 으로서, 할로겐램프를 적합하게 채용할 수 있다. 레지스트층에서의 박막간섭에 의한 마크검출정밀도의 저하를 방지하기 위해, 충분히 넓은 대역폭의 조명광을 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 얼라인먼트 현미경 (AS) 과 같이 화상처리방식의 계측현미경을 사용하는 경우에, 이것은 중요하다.

광원 (51) 으로부터의 조명광이 콜리메이터렌즈 (52), 빔스플리터 (53), 미러 (54), 및 대물렌즈 (55) 를 순차적으로 통하여 웨이퍼 (W) 상의 얼라인먼트마크 (MX 또는 MY ; 도 3 참조) 의 근방에 조사된다. 그리고, 얼라인먼트마크 (MX 또는 MY) 로부터의 반사광이, 대물렌즈 (55), 미러 (54), 빔스플리터 (53) 및 집광렌즈 (56) 를 순차적으로 통하여 지표판 (57) 상에 도달하고, 지표판 (57) 상에 얼라인먼트마크 (MX 또는 MY) 의 이미지가 결상된다.

지표판 (57) 을 투과한 광은, 제 1 릴레이렌즈 (58) 를 거쳐 빔스플리터 (59) 를 향한다. 그리고, 빔스플리터 (59) 를 투과한 광이, X 축용 제 2 릴레이렌즈 (60X) 에 의해 X 축용 촬상소자 (61X) 의 촬상면 (62X) 상에 집속된다. 한편, 빔스플리터 (59) 에서 반사된 광은, Y 축용 제 2 릴레이렌즈 (60Y) 에 의해 Y 축용 촬상소자 (61Y) 의 촬상면 (62Y) 상에 집속된다. 그 결과, 촬상소자 (61X, 61Y) 의 촬상면 (62X, 62Y) 상에는 각각 얼라인먼트 마크 (MX, MY) 의 이미지 및 지표판 (57) 상의 지표마크의 이미지가 겹쳐 투영된다. 또한, 대물렌즈 (55), 집광렌즈 (56), 제 1 릴레이렌즈 (58), X 축용 제 2 릴레이렌즈 (60X) 로 마크 MX 용의 결상광학계 (64X) 가 구성되어 있고, 또, 대물렌즈 (55), 집광렌즈 (56), 제 1 릴레이렌즈 (58), Y 축용 제 2 릴레이렌즈 (60Y) 로 마크 (MY) 용의 결상광학계 (64Y) 가 구성되어 있다.

여기에서, 도 2b 에 나타낸 바와 같이, 주제어계 (20) 로부터의 경사제어데이터 (RCX) 에 따라 경사조절기구 (63X) 가, 마크 (MX) 용 결상광학계에 관한 웨이퍼좌표계 (X, Y, Z) 의 공액좌표계 (X_X, Y_X, Z_X) 의 X_X축 둘레에 촬상소자 (61X) 를 회전(회전각 φ_X)시킴으로써, 마크 (MX) 용의 결상광학계 (64X) 의 마크 이미지의 결상면에 대한 촬상면 (62X) 의 경사량이 조정된다. 또, 도 2c 에 나타낸 바와 같이, 주제어계 (20) 로부터의 경사제어데이터 (RCY) 에 따라 경사조절기구 (63Y) 가, 마크 (MY) 용의 결상광학계 (64Y) 에 관한 웨이퍼좌표계 (X, Y, Z) 의 공액좌표계 (X_Y, Y_Y, Z_Y) 의 Y_Y축 둘레에 촬상소자 (61Y) 를 회전(회전각 φ_Y)시킴으로써, 마크 (MY) 용의 결상광학계 (64Y) 의 마크 이미지의 결상면에 대한 촬상면 (62Y) 의 경사량이 조정된다.

이렇게 하여 경사량이 조정된 촬상면 (62X, 62Y) 에서의 마크 이미지가 촬상소자 (61X 및 61Y) 에 의해 촬상되고, 그 촬상결과인 촬상데이터 (IMD) 가 주제어계 (20) 에 공급된다. 또한, 촬상대상이 마크 (MX) 인 경우에는, 촬상소자 (61X) 에 의해 얻어진 촬상결과만이 촬상데이터 (IMD) 로서 주제어계 (20) 에 공급된다. 한편, 촬상대상이 마크 (MY) 인 경우에는, 촬상소자 (61Y) 에 의해 얻어진 촬상결과만이 촬상데이터 (IMD) 로서 주제어계 (20) 에 공급된다.

얼라인먼트마크로서는, 에컨대, 도 3a 에 나타낸 바와 같은 웨이퍼 (W) 상의 쇼트영역 (SA) 주위의 스트리트 라인상에 형성된, 위치맞춤 마크로서의 X 방향 위치검출용의 마크 (MX) 와 Y 방향 위치검출용의 마크 (MY) 가 사용된다. 각 마크 (MX, MY) 로서는, 예컨대, 도 3b 에서 확대된 마크 (MX) 로 대표되어 나타낸 바와 같이, 검출위치방향에 대하여 주기(周期) 구조를 갖는 얼라인먼트 스페이스마크를 사용할 수 있다. 얼라인먼트 현미경 (AS) 은, 그 촬상결과인 촬상데이터 (IMD) 를 주제어계 (20) 를 향하여 출력한다 (도 1 참조). 또한, 도 3b 에서는, 라인이 5 개인 얼라인먼트 스페이스 마크가 도시되어 있지만, 마크 (MX ; 또는 마크 MY) 로서 채용되는 라인 앤드 스페이스 마크에서의 라인 본체는, 5 개로 한정되는 것이 아니라, 다른 개수이어도 된다. 또, 이하의 설명에서는, 마크 (MX) 및 마크 (MY) 의 개개를 나타내는 경우에는, 대응하는 쇼트영역 (SA) 의 배열위치에 따라 마크 (MX (i, j)) 및 마크 (MY (i, j)) 로 기록하는 것으로 한다.

웨이퍼 (W) 에서의 마크 (MX) 의 형성영역은, 도 4 의 (a) 의 Z 단면으로 나타낸 바와 같이, 기층 (71) 의 표면에 라인패턴 (73) 과 스페이스 패턴 (74) 이 X방향으로 교대로 형성되어 있고, 라인패턴 (73) 및 스페이스 패턴 (74) 을 레지스트층이 덮고 있다. 레지스트층의 재질은, 에컨대 포지형 레지스트재나 화학증폭형 레지스트이고, 높은 광투과성을 갖고 있다. 또, 기층 (71) 의 재질과 라인패턴 (73) 의 재질은 서로 상이하고, 일반적으로 반사율이나 투과율이 서로 상이하다. 본 실시형태에서는, 라인패턴 (73) 의 재질은 반사율이 높은 것이고, 또한, 기층 (71) 의 재질은 라인패턴 (73) 의 재질보다도 반사율이 낮은 것으로 되어 있다. 그리고, 기층 (71) 및 라인패턴 (73) 의 상면은 대략 평탄한 것으로 한다.

이 때, 상방으로부터 조명광을 조사하여, 마크 (MX) 의 형태영역에서의 반사광에 의한 이미지를 상방에서 관찰하면, 그 이미지에서의 광강도의 X 방향분포 I (X) 는, 도 4 의 (b) 에 나타낸 것으로 된다. 즉, 관찰 이미지에 있어서, 라인패턴 (73) 의 상면에 대응하는 위치에서 광강도가 가장 크고 또한 일정하고, 스페이스 패턴 (74) 의 상면에 대응하는 위치에서 광강도가 다음으로 크고 또한 일정하고, 그리고, 라인패턴 (73) 의 상면과 기층 (71) 상면과의 사이에서는, 광강도가 J 자 (또는 し 자) 형상으로 변화한다. 이러한 도 4 의 (b) 에 나타낸 신호파형 (생(生)파형; 미분처리되지 않은 파형) 에 대한 1계 미분파형 d(I(x))/dx (이하, 「J(x)」라 함) 및 2계 미분파형 d²(I(x))/dx²가, 도 4 의 (c) 및 (d) 에 도시되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 1계 미분파형 J(x) 을 해석하여, 마크 (MX) 의 위치를 검출하는 것으로 하고 있다. 또, 마크 (MY) 에 대해서도 X 의 위치를 검출하는 것으로 하고 있다.

또한, 마크 (MY) 도, 라인패턴과 스페이스패턴과의 배열방향이 Y 방향인 것을 제외하고, 마크 (MX) 와 마찬가지로 구성되어 있다. 또, 마크 (MY) 에 대해서도, 생파형의 1계 미분파형 (J(x)) 를 해석하여, Y 위치를 검출하는 것으로 되어 있다.

또한, 최근, 반도체회로의 미세화에 따라, 보다 정확하게 미세한 회로패턴을 형성하기 위해, 웨이퍼 (W) 상에 형성되는 각 층의 표면을 평탄화하는 프로세스 (평탄화프로세스) 가 채용되고 있다. 그 중에서 으뜸가는 것이 막형성된 막의 표면을 연마하여, 그 막표면을 거의 완전히 평탄화하는 CMP (Chemical & Mechanical Polishing : 화학적기계연마) 프로세스이다. 이와 같은 CMP 프로세스는, 반도체집적회로의 배선층 (금속) 간의 층간절연막 (이산화규소 등의 유전체) 에 적용되는 것이 많다.

또, 최근, 예컨대, 인접하는 미세소자끼리를 절연하기 위해 소정 폭의 얕은 홈을 형성하고, 이 홈에 유전체 등의 절연막을 매입하는 STI (Shallow Trench Isolation) 공정도 개발되어 있다. 이 STI 공정에서는, 절연물을 매입한 층의 표면을 CMP 프로세스로 평탄화한 후, 그 표면에 폴리실리콘을 막형성하는 것도 실시된다. 이와 같은 공정을 거쳐 형성되는 마크 (MX) 에 대하여, 동시에 다른 패턴도 형성되는 경우의 예를, 도 5a ∼ 도 5e 를 참조하면서 설명한다.

먼저, 도 5a 에 단면도로 나타낸 바와 같이, 실리콘웨이퍼 (기재 ; 81) 상에, 마크 (MX ; 라인부 (83) 에 대응하는 오목부 및 스페이스부 (84)) 와, 회로패턴 (89 ; 보다 정확하게는, 오목부 (89a)) 이 형성된다.

다음으로, 도 5b 에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 (81) 의 표면 (81a) 에 이산화규소 (SiO₂) 등의 유전체로 이루어지는 절연막 (90) 이 형성된다. 이어서, 절연막 (90) 의 표면에 CMP 프로세스가 실시됨으로서, 도 5c 에 나타낸 바와 같이 웨이퍼 (81) 의 표면 (81a) 이 나타날 때까지 절연막 (90) 이 제거되어 평탄화된다. 이 결과, 회로패턴영역에서는 그 오목부 (89a) 에 절연막 (90) 이 매입된 회로패턴 (89) 이 형성되고, 또한, 마크 (MX) 영역에서는 복수의 라인부 (83) 에 절연막 (90) 이 매입된 마크 (MX) 가 형성된다.

이어서, 도 5d 에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 (81) 의 표면 (81a) 의 상층에 폴리실리콘막 (93) 이 막형성되고, 이 폴리실리콘막 (93) 상에 포토레지스트 (PR) 가 도포된다.

도 5d 에 나타낸 웨이퍼 (81) 상의 마크 (MX) 를, 얼라인먼트 현미경 (AS) 을 사용하여 관찰하는 경우, 폴리실리콘층 (93) 의 표면에는 하층의 마크 (MX) 를 반영한 요철은 전혀 형성되지 않는다. 또, 폴리실리콘층 (93) 은 소정의 파장역 (550 ㎚ ∼ 780 ㎚ 의 가시광) 의 광속을 투과하지 않는다. 이 때문에, 얼라인먼트용의 검출광으로서 가시광을 이용하는 얼라인먼트방식에서는 마크 (MX) 를 검출할 수 없게 될 우려가 있다. 또, 얼라인먼트용의 검출광으로서 그 대부분을 가시광이 차지하는 얼라인먼트방식에서는 검출광량이 저하되고, 검출정밀도가 저하될 우려도 있다.

또, 도 5d 에 있어서, 폴리실리콘층 (93) 이 아니라, 금속막 (메탈층 ; 93) 을 막형성하는 경우도 있다. 이 경우, 메탈층 (93) 의 표면에는 하층의 얼라인먼트 마크를 반영한 요철은 전혀 형성되지 않는다. 또, 통상, 얼라인먼트용 검출광은 메탈층을 투과하지 않으므로, 마크 (MX) 를 검출할 수 없게 될 우려가 있다.

따라서, 상술과 같은 CMP 공정을 거쳐, 폴리실리콘층 (93) 이 막형성되어 있는 웨이퍼 (81 ; 도 5d 에 나타낸 웨이퍼) 를 얼라인먼트 현미경 (AS) 으로 관찰하는 경우에는, 얼라인먼트 검출광의 파장이 전환 (선택 또는 임의설정) 가능하면, 가시광 이외의 파장을 갖는 검출광 (예컨대, 파장이 약 800 ㎚ ∼ 약 1500 ㎚ 의 범위내의 적외광) 에 얼라인먼트 검출광의 파장을 설정한 후에, 마크 (MX) 를 관찰하도록 하면 된다.

또, 얼라인먼트 검출광의 파장을 선택할 수 없는 경우나, 또는 CMP 공정을 거친 웨이퍼 (81) 상에 메탈층 (93) 이 막형성되어 있는 경우에는, 도 5e 에 나타낸 바와 같이, 마크 (MX) 의 부분에 대응하는 영역의 메탈층 (93 ; 또는 폴리실리콘층 (93)) 을 포토리소로 떼어 놓고, 그 후에 얼라인먼트 현미경 (AS) 으로 관찰하면 된다.

또한, 마크 (MY) 에 대해서도, 상기 마크 (MX) 와 동일한 방법으로, CMP 프로세스를 개재시켜 형성할 수 있다.

상기 주제어계 (20) 는, 도 6 에 나타낸 바와 같이, 주제어계 (30) 와 기억장치 (40) 를 구비하고 있다. 주제어장치 (30) 는, 얼라인먼트 현미경 (AS) 에 경사제어데이터 (RCX, RCY) 를 공급함과 동시에, 스테이지제어계 (19) 에 스테이지 제어데이터 (SCD) 를 공급하는 등으로 하여 노광장치 (100)의 동작을 제어하는 제어장치 (39) 와, 얼라인먼트 현미경 (AS) 으로부터의 촬상데이터 (IMD) 를 수집하는 촬상데이터 수집장치 (31) 와, 이 촬상데이터 수집장치 (31) 에 의해 수집된 촬상데이터 (IMD) 를 해석하여 얼라인먼트 마크 (MX, MY) 의 위치를 구하는 위치연산장치 (32) 와, 이 위치연산장치 (32) 에 의해 구해진 얼라인먼트 마크 (MX, MY) 의 위치에 기초하여, 쇼트영역 (SA) 의 배열좌표를 규정하는 파라미터를 산출하는 파라미터 산출장치 (35) 를 포함하고 있다. 그리고, 위치연산장치 (32) 는, 각 디포커스상태에서의 촬상데이터 (IMD) 를 해석하여, 디포커스상태마다 특징점의 위치를 추출하는 특징점 위치추출장치 (33) 와, 디포커스상태마다 특징점의 위치에 기초하여, 얼라인먼트 마크 (MX, MY) 의 위치를 산출하는 위치산출장치 (34) 로 구성되어 있다.

또, 기억장치 (40) 는, 그 내부에, 촬상데이터 (IMD) 를 격납하는 촬상데이터 격납영역 (41), 디포커스상태마다의 특징점의 위치를 격납하는 특징점위치 격납영역 (42), 마크 위치격납영역 (43), 및 파라미터격납영역 (44) 을 갖고 있다.

또한, 도 6 에서는, 데이터의 흐름이 실선화살표로 표시되고, 제어의 흐름이 점선화살표로 표시되어 있다. 주제어계 (20) 의 각 장치의 작용은 후술한다.

이상과 같이, 본 실시형태에서는, 주제어장치 (30) 를 각종의 장치를 조합하여 구성하였지만, 주제어계 (20) 를 계산기 시스템으로 구성하고, 주제어장치 (30) 를 구성하는 상기 각 장치의 기능을 주제어계 (20) 에 내장된 프로그램에 의해 실현하는 것도 가능하다.

또, 주제어계 (20) 를 계산기 시스템으로 구성한 경우에는, 주제어장치 (30) 를 구성하는 상기 각 장치의 후술하는 기능을 실현하기 위한 프로그램 전부를 미리주제어계 (20) 에 내장하는 것은, 반드시 필수는 아니다. 예컨대, 도 1 에서 점선으로 나타낸 바와 같이, 당해 프로그램을 격납한 기록매체로서의 기억매체 (96) 를 준비함과 동시에, 기억매체 (96) 로부터 프로그램 내용을 판독가능하고, 또한, 기억매체 (96) 를 착탈가능한 판독장치 (97) 를 주제어계 (20) 에 접속하고, 주제어계 (20) 가, 판독장치 (97) 에 장전된 기억매체 (96) 로부터 기능실현을 위해 필요한 프로그램내용을 판독하여, 당해 프로그램을 실행하도록 구성할 수 있다.

또, 주제어계 (20) 가 판독장치 (97) 에 장전된 기억매체 (96) 로부터 프로그램 내용을 판독하여, 내부에 인스톨하는 구성으로 할 수 있다. 또한, 인터넷 등을 이용하여, 통신 네트워크를 통하여 기능실현을 위해 필요하게 되는 프로그램 내용을 주제어계 (20) 에 인스톨하는 구성으로 할 수도 있다.

또한, 기억매체 (96) 로서는, 자기적으로 기억하는 것 (자기디스크, 자기테이프 등), 전기적으로 기억하는 것 (PROM, 배터리·백업 부착 RAM, EEPROM 그 외의 반도체메모리 등), 광자기적으로 기억하는 것 (광자기 디스크 등), 전기자기적으로 기억하는 것 (디지털 오디오 테이프 (DAT) 등), 여러가지의 기억형태로 기억하는 것을 채용할 수 있다.

이상과 같이, 기능을 실현하기 위한 프로그램 내용을 기억한 기억매체를 사용하거나, 인스톨하는 것이 가능하도록 구성함으로써, 나중의 프로그램내용의 수정이나, 성능향상을 위한 버젼업 등을 용이하게 실시할 수 있게 된다.

도 1 로 되돌아가, 노광장치 (100) 에는, 투영광학계 (PL) 의 최량결상면을 향하여 복수의 슬릿형상을 형성하기 위한 결상광속을 광축 (AX) 방향에 대하여 경사진 방향으로부터 공급하는 조사광학계 (13) 와, 그 결상광속의 웨이퍼 (W) 의 표면에서의 각 반사광속을 각각 슬릿을 통하여 수광하는 수광광학계 (14) 로 이루어지는 경사입사방식의 다점 포커스검출계가, 투영광학계 (PL) 를 지지하는 지지부 (도시생략) 에 고정되어 있다. 이 다점 포커스 검출계 (13, 14) 로서는, 예컨대, 일본공개특허공보 평5-190423 호에 개시되는 것과 동일한 구성의 것이 사용되고, 스테이지 제어계 (19) 는 이 다점 포커스 검출계 (13, 14) 로부터의 웨이퍼 위치정보에 기초하여 웨이퍼 홀더 (25) 를 Z 방향 및 경사방향으로 구동한다.

이상과 같이 구성된 노광장치 (100) 에서는, 이하와 같이 하여 웨이퍼 (W) 상에서의 표트영역의 배열좌표를 검출한다. 또한, 쇼트영역의 배열좌표를 검출하는 전제로서, 마크 (MX (i,j), MY(i,j)) 는, 전층까지 프로세스 (예컨대, 제 1 층째의 프로세스) 에서 이미 웨이퍼 (W) 상에 형성되어 있는 것으로 한다. 또, 웨이퍼 (W) 가 웨이퍼 홀더 (25) 에 도시하지 않은 웨이퍼로더에 의해 로드되어 있고, 주제어계 (20) 에 의한 스테이지 제어계 (19) 를 통한 웨이퍼 (W) 의 이동에 의해, 얼라인먼트 현미경 (AS) 의 관찰시야내에 각 마크 (MX(i,j), MY(i,j)) 를 넣을 수 있도록, 거친 정밀도의 위치맞춤 (프리얼라인먼트) 이 이미 실시되어 있는 것으로 한다. 이러한, 프리얼라인먼트는, 웨이퍼 (W) 의 외형의 관찰이나, 넓은 시야에서의 마크 (MX(i,j), MY(i,j)) 의 관찰결과 및 웨이퍼간섭계 (18) 로부터의 위치정보 (또는 속도정보) 에 기초하여, 주제어계 (20 ; 보다 상세하게는, 제어장치 (39)) 에 의해 스테이지 제어계 (19) 를 통하여 실시된다.

또, 마크 (MX(i,j), MY(i,j)) 에서의 라인패턴 (73) 부분과 스페이스패턴(74) 부와의 단차 (라인패턴 (73) 의 두께에 대략 일치) 는 이미 알려진 것으로 한다. 그리고, 이와 같은 이미 알려진 단차의 경우에서, 디포커스량의 변화에 의한 라인패턴 (73) 부와 스페이스패턴 (74) 부와의 콘트라스트의 변천상황도 이미 알려져 있고, 마크 (MX(i,j), MY(i,j)) 의 위치검출을 위해 적당한 상술한 촬상면 (62X) 의 경사각 (φ_XO) 및 촬상면 (62Y) 의 경사각 (φ_YO) 도 이미 알려진 것으로 한다. 또한, 라인패턴 (73) 부분과 스페이스패턴 (74) 부와의 단차에 대해서는, 실측에 의해 구할 수도 있고, 설계치를 사용할 수도 있다. 또, 마크 (MX(i,j), MY(i,j)) 의 위치검출을 위해 적당한 경사각 (φ_XO) 및 경사각 (φ_YO) 에 대해서는, 경사각을 변화시키면서 촬상한 결과에 기초하여 구할 수도 있고, 단차 등의 마크형상정보 등에 근거한 산출에 의해 구할 수도 있다.

또, 쇼트영역의 배열좌표를 검출하기 위해 계측되는, 설계상 일직선상으로는 나열하지 않는 3 개 이상의 X 얼라인먼트마크 (MX(i_m,j_m) ; (m=1∼M;M≥3)), 및 설계상 일직선상으로는 나열하지 않는 3 개 이상의 Y 얼라인먼트 마크 (MY(i_n,j_n) ; (n=1∼N;N≥3)) 는 이미 선택되어 있는 것으로 한다. 단, 선택되는 마크의 총수 (=M＋N) 는 6 개 보다도 많은 개수이어야 한다.

이하, 웨이퍼 (W) 상에서의 쇼트영역 (SA) 의 배열좌표의 검출을, 도 7 에 나타낸 플로우차트에 근거하면서, 적당히 다른 도면을 참조하면서 설명한다.

먼저, 도 7 의 스텝 (201) 에 있어서, 선택된 마크 (MX(i_m,j_m), MY(i_n,j_n))중의 최초의 마크 (X 얼라인먼트마크 (MX(i₁,j₁)) 로 한다) 를 얼라인먼트 현미경 (AS) 에 의한 촬상위치로 되도록 웨이퍼 (W) 를 이동한다. 이와 같은 이동은, 주제어계 (20 ; 보다 상세하게는, 제어장치 (39)) 에 의해 스테이지제어계 (19) 를 통한 제어하에서 실시된다. 이러한 마크 (MX(i₁,j₁)) 의 촬상위치로의 이동과 병행하여, 얼라인먼트 현미경 (AS) 내의 마크 (MX) 용의 촬상면 (62X) 의 경사각 (φ_X) 을 상술한 위치검출에 적당한 경사각 (φ_X0) 으로 설정한다. 이와 같은 경사각 설정은, 주제어계 (20 ; 보다 상세하게는, 제어장치 (39)) 가 경사조절기구 (63X) 를 제어함으로써 실시된다. 또, 마크 (MY(i_n,j_n)) 의 촬상을 위해 촬상면 (62Y) 의 경사각 (φ_Y) 을 상술한 위치검출에 적당한 경사각 (φ_YO) 으로 하는 설정도, 당해 스텝 (201) 에서 실시된다. 이와 같은 경사각 설정은, 주제어계 (20 ; 상세하게는 제어장치 (39)) 가 경사조절기구 (63Y) 를 제어함으로써 실시된다.

이상과 같이 하여, 마크 (MX(i₁,j₁)) 가 얼라인먼트 현미경 (AS) 에 의한 촬상위치에 설정되면, 스텝 (202) 에서, 얼라인먼트 현미경 (AS) 이, 제어장치 (39) 의 제어하에서, 마크 (MX(i₁,j₁))를 촬상한다.

그런데, 마크 (MX(i₁,j₁)) 가 얼라인먼트 현미경 (AS) 에 의한 촬상위치로 된 때에는, 도 8 에 나타낸 바와 같이, 촬상면 (62X) 은, 상술의 웨이퍼좌표계 (X, Y, Z) 의 공액좌표계 (X_X, Y_X, Z_X) 에서의 X_XY_X면 즉 마크 MX 용 결상광학계에 의한 마크 (MX(i₁,j₁)) 의 결상면에 대하여, X_X축 둘레로 각도 (φ_XO) 만큼 경사진 상태로 되어 있다. 여기에서, 촬상면 (62X) 상에서 정의되어 2차원 좌표계 (X_MX, Y_MX) (X_MX축은 X_X축과 일치) 에서의 좌표위치 (X_MX, Y_MX) 는, 공액좌표계 (X_X, Y_X, Z_X) 에 있어서는,

수학식 1 로 구해지는 좌표위치로 되어 있다. 즉, 촬상면 (62X) 에서의 마크 (MX(i₁,j₁)) 의 이미지에서는, 촬상면 (62X) 상에서 정의되어 2차원 좌표계 (X_MX, Y_MX) 에서의 위치에 있어서, Y_MX좌표값에 비례한 디포커스량 DF (Y_MX)(=Y_MX·sinφ_XO) 이 발생한 상태로 되어 있다. 또한, 촬상면 (623X) 에는 상술한 지표마크의 이미지도 겹쳐서 투영되어 있지만, 도 8 에서는, 지표마크의 이미지의 도시를 생략하고 있다.

이와 같은 촬상면 (62X) 에 투영된 이미지를 촬상함으로써, 마크 (MX(i₁,j₁)) 에서의 X 축방향의 공액방향인 X_MX축방향의 직교방향 (Y_MX축방향) 을 따라 양의 디포스상태로부터 음의 디포커스상태로 연속적으로 디포커스상태가 변화하고 있는 마크 (MX(i₁,j₁)) 의 이미지 (및 지표마크의 이미지) 가 촬상된다. 그리고, 얼라인먼트 현미경 (AS) 에 의한 촬상결과인 촬상데이터 (IMD) 를, 제어장치 (39) 로부터의 지시에 따라, 촬상데이터 수집장치 (31) 가 받아들여져, 촬상데이터 격납영역 (41) 에 격납함으로서, 촬상데이터 (IMD) 가 수집된다.

다음에, 스텝 (203) 에 있어서, 제어장치 (39) 의 지시에 따라, 특징점 위치 추출장치 (33) 가, 소정의 디포커스량 간격을 △DF 로 하여,

수학식 2 로 표시되는 디포커스량 DF_k(k=-K∼K) 마다의 특징점의 X 위치를 추출한다. 또한, 이하의 설명에서는, K=3 인 경우를 예를 들어 설명한다.

이와 같은 특징점 위치의 추출에서는, 먼저, 특징점위치 추출장치 (33) 는, 촬상면 (62X) 에 있어서, 상기 디포커스량 (DF_K) 가 발생하고 있는 Y 위치 (Y_k) 를,

수학식 3 에 의해 산출한다. 이어서, 특징점 위치 추출장치 (33) 는, 촬상데이터 격납영역 (41) 으로부터 촬상데이터 (IMD) 를 판독하여, 도 9a 에 나타낸 바와 같이, 촬상면 (62X) 의 Y_MX위치 Y_k각각에 대하여, 주사선 (SLX_k.p) 상의 신호강도분포 (광강도분포 ; I_k(X_MX)) 를 추출한다. 이와 같은 추출에 있어서는, 도 9b 에 있어서, Y_MX위치 Y₀에 대하여 대표적으로 나타낸 바와 같이, 촬상면 (62X)의 Y_MX위치 Y_k각각에 대하여, Y_MX방향에 대하여 Y_MX위치 Y_k를 중심으로 하는 X_MX방향의 P 체 (P 는 복수 (예컨대, 5개)) 의 주사선 SLX_k.p(p=1∼P) 상의 신호강도분포 (광강도분포) I_k.1(X_MX) ∼ I_k.p(X_MX) 를 추출한다. 그리고, 다음의 수학식 4 에 의해, Y_MX위치 Y_k각각에서의 X_MX방향에 관한 신호강도분포의 파형 I_k(X_MX) 를 구한다. 또한, 각 Y_MX위치 Y_k간에서의 X_MX위치맞춤은, Y_MX위치 Y_k에서의 상기의 지표마크의 X_MX위치를 동일하게 함으로써 실시된다.

이렇게 구해진 신호파형 I_k(X_MX) 은, 신호강도분포 I_k.1(X_MX) ∼ I_k.p(X_MX) 의 개개에 중첩하고 있는 화이트 노이즈나 고주파 노이즈가 저감된 것으로 되어 있다.

이어서, 특징점 위치추출장치 (33) 는, 신호파형 I_k(X_MX) 의 미분파형 J_k(X_MX)(=dI_k(X_MX)/dX_MX) 을 산출한다. 이렇게 하여 산출된 미분파형 J_k(X_MX) 이, 도 10 에 도시되어 있다. 이어서, 특징점 위치추출장치 (33) 는, 미분파형 J_k(X_MX) 각각에 대하여, 피크로 되는 특징점의 X_MX위치를 추출하여, 특징점위치 격납영역 (42) 에 격납한다.

다음에, 스텝 204 에 있어서, 위치산출장치 (34) 가, 디포커스량이 DF_k에따른 각 디포커스상태에서의 특징점 위치에 기초하여, 포커스상태 즉, 디포커스량이 영 (=DF₀) 에서의 특징점위치를 추정한다.

이와 같은 특징점의 추출에 있어서, 위치산출장치 (34) 는, 먼저, 특징점 위치 격납영역 (42) 으로부터, 각 디포커스상태에서의 특징점위치를 판독한다. 이어서, 위치산출장치 (34) 는, 각 디포커스상태간에서 대응하는 특징점의 X_MX위치에 기초하여, 디포커스량을 변수로 하여 각 디포커스량에서 구해지는 특징점의 X_MX위치가 어떠한 궤적을 그리는 지를 추정한다. 이 추정은, 예컨대, 선형보간법이나 스플라인보간법에 의한 보간을 실시함으로써 행하여진다. 또한, 본 실시형태에서는 스플라인 보간법을 사용하고 있다. 이렇게 하여 얻어진 특징점의 X_MX위치의 디포커스량의 변화에 의한 변천의 궤적의 예가, 도 10 에 2 점쇄선으로 도시되어 있다.

또, 상기 보간에 있어서는, 디포커스량에 의한 특징점의 X 위치의 궤적의 추정에 있어서, 각 디포커스량에서의 촬상결과의 파형에서의 콘트라스트를 고려하면서 궤적이 추정된다. 즉, 콘트라스트가 큰 촬상결과로 되어 있는 디포커스량에 있어서는, 촬상결과의 S/N 비가 높은 것으로 생각되므로, 그 파형으로부터 얻어지는 특징점의 위치는 그 확실함이 높은 것으로 평가된다. 한편, 콘트라스트가 작은 촬상결과로 되어 있는 디포커스량에 있어서는, 촬상결과의 S/N 비가 낮은 것으로 생각되므로, 그 파형으로부터 얻어지는 특징점의 위치는 그 확실함이 낮은 것으로 평가된다. 그리고, 특징점위치의 확실함의 평가가 높을수록 그 특징점위치로부터 떨어지지 않도록, 특징점 궤적이 추정된다.

그리고, 위치산출장치 (34) 는, 구해진 디포커스량을 변수로 하는 특징점 궤적에 있어서, 디포커스량을 영으로 했을 때의 특징점위치를, 포커스상태에서의 특징점위치로 추정한다.

이어서, 스텝 205 에 있어서, 위치산출장치 (34) 는, 추정한 포커스상태에서의 특징점위치에 기초하여 마크 MX(i₁,j₁) 의 위치를 산출한다. 즉, 추정된 포커스상태에서의 각 특징점은, 라인패턴 (73) 과 스페이스패턴 (74) 과의 경계인 각 에지에 대응하고 있으므로, 위치산출장치 (34) 는, 추정된 각 특징점의 X_MX위치 즉, X_X위치 및 웨이브 간섭계 (18) 로부터 공급된 웨이퍼 (W) 의 X 위치정보 (또는 속도정보 ; WPV) 에 기초하여 각 에지의 위치를 구하고, 이들 에지위치의 평균을 구함으로써, 마크 MX(i₁,j₁) 의 X 위치를 산출한다. 그리고, 위치산출장치 (34) 는, 구해진 마크 MX(i₁,j₁) 의 위치를 마크 위치격납영역 (43) 에 격납한다.

다음에, 스텝 206 에서 선택된 모든 마크에 대하여 마크위치의 산출을 완료했는지의 여부가 판정된다. 이상에서는, 1 개의 마크 MX(i₁,j₁) 만에 대하여 마크위치, 즉 마크 MX(i₁,j₁) 의 X 위치의 산출이 완료되었을 뿐이므로, 스텝 206 에 있어서의 판정은 부정적인 것으로 되고, 스텝 (2076) 으로 처리가 이행한다.

스텝 (207) 에서는, 제어장치 (39) 가, 다음의 마크가 얼라인먼트 현미경 (AS) 의 촬상시야에 들어가는 위치로 웨이퍼 (W) 를 이동시킨다. 이와 같은 웨이퍼 (W) 의 이동은, 제어장치 (39) 가, 스테이지제어계 (19) 를 통하여 웨이퍼 구동장치 (24) 를 제어하고, 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 이동시킴으로써 행해진다.

이후, 스텝 (206) 에 있어서, 선택된 모든 마크에 대하여 마크위치가 산출되었다고 판정될 때까지, 상술의 마크 MX(i₁,j₁) 의 경우와 동일한 방법으로, 마크 MX(i_m,j_m)(m=2∼M) 의 X위치 및 마크 MY(i_n,j_n)(n=1∼N) 의 Y위치가 산출된다. 이렇게 하여, 선택된 모든 마크의 마크위치가 산출되어, 마크 위치격납영역 (43) 에 격납되고, 스텝 (206) 에서 긍정적인 판정이 이루어지면, 마크 MX(i_m,j_m) 의 X 위치 및 마크 MY(i_n,j_n) 의 Y 위치의 검출이 종료되어, 처리가 스텝 (208) 로 이행된다.

스텝 (208) 에 있어서는, 파라미터 산출장치 (35) 가, 마크위치 격납영역 (43) 으로부터, 마크 MX(i_m,j_m)(m=1∼M) 의 X위치 및 마크 MY(i_n,j_n)(n=1∼N) 의 Y 위치를 판독하여, 쇼트영역 (SA) 의 배열좌표를 산출하기 위한 파라미터 (오차 파라미터) 치를 산출한다. 이와 같은 파라미터의 산출은, 예컨대 일본공개특허공보 소61-44429 호에 개시되어 있는 EGA (인핸스드·글로벌·얼라인먼트) 수법 등의 통계적인 수법을 이용하여 산출된다. 그리고, 파라미터 산출장치 (35) 는, 산출된 파라미터를 파라미터 격납영역 (44) 에 격납한다.

이렇게 하여 쇼트영역 (SA) 의 배열좌표를 산출하기 위한 파라미터의 산출이 종료된다.

이상과 같이 하여, 쇼트영역 (SA)의 배열좌표를 산출하기 위한 파라미터의값이 산출되면, 제어장치 (39) 는, 파라미터 격납영역 (44) 으로부터 파라미터치를 판독하고, 판독된 파라미터치를 사용하여 구해진 쇼트영역배열에 사용하면서, 레티클 (R) 에서의 슬릿형상의 조명영역 (중심의 광축(AX) 과 거의 일치) 을 조명광 (IL) 에 의해 조사한 상태로, 웨이퍼 (W) 와 레티클 (R) 을 주사방향 (Y 방향) 을 따라 서로 역방향으로, 투영배율에 따른 속도비로 동기이동시킨다. 이로써, 레티클 (R) 의 패턴영역의 패턴이 웨이퍼 (W) 상의 쇼트영역상에 축소전사된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 웨이퍼 (W) 상에 형성된 얼라인먼트마크 (MX, MY) 의 포커스상태에서의 라인패턴부와 스페이스패턴부와의 콘트라스트가 작은 경우이더라도, 라인패턴부와 스페이스패턴부와의 콘트라스트가 확보가능한 복수의 디포커스상태에서의 마크의 촬상결과를 사용하여 얼라인먼트마크 (MX, MY) 의 위치를 검출하므로, 얼라인먼트마크 (MX, MY) 의 위치를 정밀하게 검출할 수 있다. 그리고, 본 실시형태에서는, 정밀하게 구해진 얼라인먼트마크 (MX, MY) 의 위치에 기초하여 웨이퍼 (W) 상의 쇼트영역 (SA(i,j)) 의 배열좌표를 고정밀도로 산출하고, 이들의 산출결과에 기초하여, 웨이퍼 (W) 의 위치맞춤을 고정밀도로 실시할 수 있으므로, 각 쇼트영역 SA (i,j) 에 레티클 (R) 에 형성된 패턴을 정밀하게 전사할 수 있다.

또, 본 실시형태에서는, 얼라인먼트마크 (MX, MY) 의 이미지가 결상되는 결상면에 대하여, 라인패턴상과 스페이스패턴상이 교대로 배열되는 방향 (마크(MX) 에 대해서는 X_X축방향, 마크 (MY) 에 대해서는 Y_Y축방향) 둘레의 회전량을 조정할수 있으므로, 얼라인먼트마크 (MX, MY) 에서의 라인패턴부분과 스페이스패턴부분과의 단차에 따라, 촬상면의 결상면에 대한 경사량을 조정함으로서, 정밀하게 마크위치를 검출하기 위해 필요한 복수의 디포커스상태를, 촬상면상에 동시에 발생시킬 수 있다. 따라서, 얼라인먼트 마크 (MX, MY) 에서의 라인패턴부와 스페이스패턴부와의 단차에 관계없이, 신속하고 정밀하게 마크의 위치를 검출할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 얼라인먼트마크 (MX, MY) 에서의 라인패턴부분과 스페이스패턴부분과의 단차가 충분하고, 라인패턴부분과 스페이스패턴부분과의 사이의 콘트라스트가 충분한 경우에는, 촬상면의 결상면에 대한 경사량을 0으로 함으로써, 정밀하게 마크위치를 검출할 수 있다.

또, 본 실시형태에서는, 복수의 디포커스상태에서의 얼라인먼트마크 (MX, MY) 의 촬상결과에서의 신호파형의 특징점의 위치로부터, 디포커스량에 변화에 의한 특징점위치의 변천의 방법을 추정함으로써, 포커스상태에서의 얼라인먼트마크 (MX, MY) 의 특징점의 위치를 추정하고 있으므로, 정밀하고 신속하게 얼라인먼트마크 (MX, MY) 의 위치를 검출할 수 있다.

또, 본 실시형태에서는, 복수의 디포커스상태에 관한 촬상결과 각각에서의 콘트라스트와, 포커스상태에 관한 촬상결과에 있어서의 콘트라스트로부터, 각 상태에서의 특징점위치의 확실함을 합리적으로 평가하면서, 얼라인먼트마크 (MX, MY) 의 위치를 검출하므로, 정밀하게 얼라인먼트 마크 (MX, MY) 의 위치를 검출할 수 있다.

본 실시형태의 노광장치 (100) 는, 상술한 도 1 등에 나타낸 각 요소가 전기적, 기계적 또는 광학적으로 연결되어 형성된 후, 총합조정 (전기조정, 동작확인 등) 을 함으로써 제조된다. 또한, 노광장치 (100) 의 제조는 온도 및 클린도 등이 관리된 클린룸에서 실시하는 것이 바람직하다.

또한, 상기의 실시형태에서는, 결상면에 대하여 경사진 촬상면을 결상면과 교차시켜, 촬상면에서 양의 디포커스상태부터 음의 디포커스상태까지를 포함하는 구성으로 하고, 내삽에 의해, 포커스상태에서의 얼라인먼트마크 (MX, MY) 의 특징점의 위치를 추정하였지만, 촬상면에서 양의 디포커스상태 또는 음의 디포커스상태중 일방만을 발생시키는 구성으로 하고, 외삽에 의해, 포커스상태에서의 얼라인먼트마크 (MX, MY) 의 특징점의 위치를 추정하는 것도 가능하다.

또, 상기의 실시형태에서는, 촬상면을 회전시킴으로써, 촬상면에 복수의 디포커스상태를 발생시켰으나, 쐐기형의 광학유리를 광로중에 삽입함으로써, 촬상면에 복수의 디포커스상태를 발생시킬 수도 있다.

또, 상기 실시형태에서는, 주목한 신호파형의 피크점을 특징점으로 포커스상태에서의 특징점위치를 추정하였는데, 주목한 신호파형의 영점을 특징점으로서, 도 10 에서 점선으로 나타낸 바와 같은 보간을 행하여 포커스상태에서의 특징점위치를 추정하는 것도 가능하다.

또, 상기의 실시형태에서는, 결상광학계에 의한 얼라인먼트마크 (MX, MY) 의 결상면에 대하여 촬상면을 경사시켜 복수의 디포커스상태에서의 얼라인먼트마크 (MX, MY) 의 촬상을 동시에 행하였는데, 도 11 에서 촬상소자 (61X) 에 대하여 대표적으로 나타낸 바와 같이, 촬상면 (62X) 을 결상면과 평행으로 함과 동시에, 주제어계 (20) 로부터 공급되어, 상술의 경사제어데이터 (RCX) 에 대응하는 이동제어데이터 (DCX) 에 기초하여, 이동기구 (65) 가 촬상면 (62X) 을 결상광학계 (64X) 의 광축방향으로 이동시킴으로써, 결상면과 촬상면 (62X) 을 결상광학계 (64X) 의 광축방향을 따라 상대이동시키는 것도 가능하다. 이와 같은 경우에도, 정밀하게 마크위치를 검출하기 위해 적절한 복수의 디포커스상태를, 촬상면 (62X) 상에 순차적으로 발생시킬 수 있다. 또, 상기 상대이동에 있어서는, 웨이퍼 (W) 를 결상광학계 (64X) 의 광축방향을 따라 이동시키는 것으로 하여도 되고, 또, 결상광학계 (64X) 의 광학부품의 위치를 조정하는 것으로 하여도 된다.

또,결상광학계 (64X, 64Y) 를 각각 통한 광을 다시 2 분기하고, 분기된 일방의 광의 결상면과 일치하는 하나의 촬상면을 배치함과 동시에, 타방의 광의 결상면에 대하여 경사진 다른 촬상면을 배치하는 구성으로 할 수도 있다. 그리고, 마크 (MX, MY) 의 단차가 충분한 콘트라스트를 발생시키는 단차인 경우에는 하나의 촬상면을 사용하고, 저단차의 경우에는 다른 촬상면을 사용하는 것으로 해도 된다.

또, 상기 실시형태에서는, 얼라인먼트마크로서 1 차원 마크인 라인·앤드·스페이스마크를 사용하였지만, 다른 형상의 1 차원 마크나 박스·인·박스마크 등의 2 차원 마크를 사용하여도, 동일하게 정밀도가 좋은 위치의 검출을 할 수 있다.

또, 상기의 실시형태에서는, 주사형 노광장치의 경우를 설명하였는데, 본 발명은, 자외선을 광원으로 하는 축소투영노광장치, 파장 30 ㎚ 전후의 연X선을 광원으로 하는 축소투영노광장치, 파장 1 ㎚ 전후를 광원으로 하는 X선노광장치, EB(전자빔) 나 이온빔에 의한 노광장치 등 모든 웨이퍼 노광장치, 액정노광장치 등에 적응할 수 있다. 또, 스텝·앤드·리피트기, 스텝·앤드·스캔기, 스텝·앤드·스티칭기에도 상관없다.

또, 상기 실시형태에서는, 노광장치에서의 웨이퍼상의 위치맞춤마크의 위치검출 및 웨이퍼의 위치맞춤의 경우를 설명했지만, 본 발명을 적용한 위치검출, 및 위치맞춤은, 레티클상의 위치맞춤마크의 마크검출, 위치검출 및 레티클의 위치맞춤에도 사용할 수 있고, 또한, 노광장치 이외의 장치, 예컨대, 현미경 등을 사용한 물체의 관찰장치, 공장의 조립라인, 가공라인, 검사라인에서의 대상물의 위치결정장치 등에서의 물체의 위치검출이나 그 물체의 위치맞춤에도 이용가능하다.

(디바이스의 제조)

다음으로, 상기의 실시형태의 노광장치 및 노광방법을 사용한 디바이스의 제조에 대하여 설명한다.

도 12 는, 디바이스 (IC 나 LSI 등의 반도체칩, 액정패널, CCD, 박막자기헤드, 마이크로머신 등) 의 생산의 플로우차트가 나타나 있다. 도 12 에 나타낸 바와 같이, 먼저, 스텝 (301 ; 설계스텝) 에서, 디바이스의 기능설계 (예컨데, 반도체 디바이스의 회로설계 등) 를 행하고, 그 기능을 실현하기 위한 패턴설계를 실시한다. 이어서, 스텝 (302 ; 마스크제작 스텝) 에서, 설계한 회로패턴을 형성한 마스크를 제작한다. 또한, 스텝 (303 ; 웨이퍼제조 스텝) 에서, 실리콘 등의 재료를 사용하여 웨이퍼를 제조한다.

다음에, 스텝 (304; 웨이퍼처리스텝) 에 있어서, 스텝 (301)∼ 스텝(303) 에서 준비한 마스크와 웨이퍼를 사용하여, 후술하는 바와 같이, 리소그래피기술에 의해 웨이상에 실제의 회로 등을 형성한다. 이어서, 스텝 305 (디바이스 조립스텝) 에 있어서, 스텝 (304) 에서 처리된 웨이퍼를 사용하여 칩화한다. 스텝 (305) 에는, 어셈블리공정 (다이싱, 본딩) 패키지공정 (칩봉입) 등의 공정이 포함된다.

마지막으로, 스텝 (306 ; 검사스텝) 에 있어서, 스텝 (305) 에서 제작된 디바이스의 동작확인 테스트, 내구성 테스트 등의 검사를 실시한다. 이러한 공정을 거친 후에 다바이스가 완성되고, 이것이 출하된다.

도 13 에는, 반도체 디바이스의 경우에서의, 상기 스텝 (304) 의 상세한 플로우 예가 나타나 있다. 도 13 에서, 스텝 (311; 산화스텝) 에서는 웨이퍼의 표면을 산화시킨다. 스텝 (312; CVD스텝) 에서는 웨이퍼표면에 절연막을 형성한다. 스텝 (313; 전극형성스텝) 에서는 웨이퍼상에 전극을 증착에 의해 형성한다. 스텝 (314; 이온주입스텝) 에서는 웨이퍼에 이온을 주입한다. 이상의 스텝 (311) ∼ 스텝 (314) 각각은, 웨이퍼 프로세스의 각 단계의 전처리공정을 구성하고 있고, 각 단계에서 필요한 처리에 따라 선택되어 실행된다.

웨이퍼 프로세스의 각 단계에서, 전처리공정이 종료하면, 이하와 같이 하여 후처리공정이 실행된다. 이 후처리공정에서는, 먼저, 스텝 (315; 레지스트형성 스텝) 에서, 웨이퍼에 감광제를 도포하고, 이어서, 스텝 (316; 노광스텝) 에 있어서, 상기에서 설명한 실시형태의 노광장치 및 노광방법에 의해 마스크의 회로패턴을 웨이퍼에 베이킹노광한다. 다음에, 스텝 (317; 현상스텝) 에서는 노광된 웨이퍼를 현상하고, 이어서, 스텝 318 (에칭스텝) 에서는, 레지스트가 잔존하고 있는 부분 이외의 노출부재를 에칭에 의해 제거한다. 그리고, 스텝 319 (레지스트제거 스텝) 에서, 에칭이 완료되어 불필요해진 레지스트를 제거한다.

이들 전처리공정과 후처리공정을 반복하여 실시함으로써, 웨이퍼상에 다중으로 회로패턴이 형성된다.

이상과 같이 하여, 정밀하고 미세한 패턴이 형성된 디바이스가 제조된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 웨이퍼 (W) 상에 형성된 얼라인먼트마크 (MX, MY) 의 포커스상태에서의 라인패턴부와 스페이스패턴부와의 콘트라스트가 작은 경우이더라도, 라인패턴부와 스페이스패턴부와의 콘트라스트가 확보가능한 복수의 디포커스상태에서의 마크의 촬상결과를 사용하여 얼라인먼트마크 (MX, MY) 의 위치를 검출하므로, 얼라인먼트마크 (MX, MY) 의 위치를 정밀하게 검출할 수 있다. 또한, 정밀하게 구해진 얼라인먼트마크 (MX, MY) 의 위치에 기초하여 웨이퍼 (W) 상의 쇼트영역 (SA(i,j)) 의 배열좌표를 고정밀도로 산출하고, 이들의 산출결과에 기초하여, 웨이퍼 (W) 의 위치맞춤을 고정밀도로 실시할 수 있으므로, 각 쇼트영역 SA (i,j) 에 레티클 (R) 에 형성된 패턴을 정밀하게 전사할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 얼라인먼트마크 (MX, MY) 의 이미지가 결상되는 결상면에 대하여, 라인패턴상과 스페이스패턴상이 교대로 배열되는 방향 (마크(MX) 에 대해서는 X_X축방향, 마크 (MY) 에 대해서는 Y_Y축방향) 둘레의 회전량을 조정할 수 있으므로, 얼라인먼트마크 (MX, MY) 에서의 라인패턴부분과 스페이스패턴부분과의 단차에 따라, 촬상면의 결상면에 대한 경사량을 조정함으로서, 정밀하게 마크위치를 검출하기 위해 필요한 복수의 디포커스상태를, 촬상면상에 동시에 발생시킬 수 있다. 따라서, 얼라인먼트 마크 (MX, MY) 에서의 라인패턴부와 스페이스패턴부와의 단차에 관계없이, 신속하고 정밀하게 마크의 위치를 검출할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 얼라인먼트마크 (MX, MY) 에서의 라인패턴부분과 스페이스패턴부분과의 단차가 충분하고, 라인패턴부분과 스페이스패턴부분과의 사이의 콘트라스트가 충분한 경우에는, 촬상면의 결상면에 대한 경사량을 0으로 함으로써, 정밀하게 마크위치를 검출할 수 있다.

또, 본 발명에 의하면, 복수의 디포커스상태에서의 얼라인먼트마크 (MX, MY) 의 촬상결과에서의 신호파형의 특징점의 위치로부터, 디포커스량에 변화에 의한 특징점위치의 변천의 방법을 추정함으로써, 포커스상태에서의 얼라인먼트마크 (MX, MY) 의 특징점의 위치를 추정하고 있으므로, 정밀하고 신속하게 얼라인먼트마크 (MX, MY) 의 위치를 검출할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 복수의 디포커스상태에 관한 촬상결과 각각에서의 콘트라스트와, 포커스상태에 관한 촬상결과에 있어서의 콘트라스트로부터, 각 상태에서의 특징점위치의 확실함을 합리적으로 펴가하면서, 얼라인먼트마크 (MX, MY) 의 위치를 검출하므로, 정밀하게 얼라인먼트 마크 (MX, MY) 의 위치를 검출할 수 있다.

Claims

물체에 형성된 마크의 위치정보를 검출하는 위치검출방법으로서,

상기 마크를, 복수의 디포커스상태를 포함하는 촬상조건에서 촬상하는 단계;

상기 촬상조건에서의 촬상결과로부터, 촬상된 상기 마크의 이미지와 디포커스량과의 관계를 구하는 단계; 및

상기 관계에 기초하여 상기 마크의 위치정보를 검출하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 위치검출방법.
제 1 항에 있어서,

상기 촬상하는 단계에서는, 상기 마크의 이미지가 결상되는 결상면에 대하여 경사진 면을 촬상면으로 하여, 상기 마크를 촬상하는 것을 특징으로 하는 위치검출방법.
제 1 항에 있어서,

상기 관계를 구하는 단계에서는, 상기 복수의 디포커스상태에서의 촬상결과로부터 포커스상태에서의 상기 마크의 특징점의 위치정보를 추정하는 것을 특징으로 하는 위치검출방법.
제 3 항에 있어서,

상기 관계를 구하는 단계에서는, 상기 포커스상태에서의 상기 마크의 특징점의 위치정보의 추정이, 상기 복수의 디포커스상태에서의 촬상결과 각각에서의 콘트라스트를 고려하여 실행되는 것을 특징으로 하는 위치검출방법.
제 3 항에 있어서,

상기 복수의 디포커스상태는, 양의 디포커스상태 및 음의 디포커스상태 중 어느 하나만을 포함하고,

상기 복수의 디포커스상태에서의 촬상결과 각각으로부터 구해진 상기 마크의 특징점의 위치로부터, 외삽에 의해, 상기 포커스상태에서의 상기 마크의 특징점의 위치가 추정되는 것을 특징으로 하는 위치검출방법.
제 3 항에 있어서,

상기 복수의 디포커스상태는, 양의 디포커스상태 및 음의 디포커스상태를 포함하고,

상기 복수의 디포커스상태에서의 촬상결과 각각으로부터 구해진 상기 마크의 특징점의 위치로부터, 내삽에 의해, 상기 포커스상태에서의 상기 마크의 특징점의 위치가 추정되는 것을 특징으로 하는 위치검출방법.
제 1 항에 있어서,

상기 촬상조건은 포커스상태를 더 포함하고,

상기 관계를 구하는 단계는,

상기 복수의 디포커스상태에서의 촬상결과로부터 포커스상태에서의 상기 마크의 특징점의 위치정보를 추정하는 단계; 및

상기 포커스상태에서의 촬상결과로부터 상기 포커스상태에서의 상기 마크의 특징점의 위치정보를 추정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 위치검출방법.
제 7 항에 있어서,

상기 위치정보를 검출하는 단계에서는, 상기 복수의 디포커스상태에 관한 촬상결과 각각에서의 콘트라스트 및, 상기 포커스상태에 관한 촬상결과에 있어서의 콘트라스트를 고려하여, 상기 마크의 위치정보를 검출하는 것을 특징으로 하는 위치검출방법.
제 7 항에 있어서,

상기 복수의 디포커스상태는, 양의 디포커스상태 및 음의 디포커스상태 중 어느 하나만을 포함하고,

상기 복수의 디포커스상태에서의 촬상결과 각각으로부터 구해진 상기 마크의 특징점의 위치로부터, 외삽에 의해, 상기 포커스상태에서의 상기 마크의 특징점의 위치가 추정되는 것을 특징으로 하는 위치검출방법.
제 7 항에 있어서,

상기 복수의 디포커스상태는, 양의 디포커스상태 및 음의 디포커스상태를 포함하고,

상기 복수의 디포커스상태에서의 촬상결과 각각으로부터 구해진 상기 마크의 특징점의 위치로부터, 내삽에 의해, 상기 포커스상태에서의 상기 마크의 특징점의 위치가 추정되는 것을 특징으로 하는 위치검출방법.
물체에 형성된 마크의 위치정보를 검출하는 위치검출장치로서,

상기 마크의 이미지를 결상하는 결상광학계;

상기 결상광학계에 의해 결상된 상기 마크를 촬상하는 촬상장치; 및

상기 촬상장치에 의한 복수의 디포커스상태를 포함하는 촬상조건에서의 촬상결과로부터, 촬상된 상기 마크의 이미지와 디포커스량과의 관계를 구하고, 이 관계에 기초하여 상기 마크의 위치정보를 검출하는 처리장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 위치검출장치.
제 11 항에 있어서,

상기 마크는 소정방향을 따라 표면상태가 변화하고,

상기 촬상장치는, 상기 결상광학계에 의해 상기 마크의 이미지가 결상되는 결상면에 대하여, 상기 결상면에서의 상기 소정방향에 따른 방향 둘레로 회전된 촬상면을 구비하는 것을 것을 특징으로 하는 위치검출장치.
제 12 항에 있어서, 상기 촬상면은 상기 결상면과 교차하는 것을 특징으로 하는 위치검출장치.
제 11 항에 있어서,

상기 결상광학계에 의해, 소정방향을 따라 표면상태가 변화하는 상기 마크의 이미지가 결상되는 결상면에 대한 상기 촬상장치의 촬상면의 상기 결상면에서의 상기 소정방향을 따른 방향 둘레의 회전량을 조정하는 경사조정기구를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 위치검출장치.
제 11 항에 있어서,

상기 결상광학계에 의해 상기 마크의 이미지가 결상되는 결상면과 상기 촬상장치의 촬상면을, 상기 결상광학계의 광축방향을 따라 상대이동시키는 이동기구를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 위치검출장치.
소정의 패턴을 기판상의 구획영역으로 전사하는 노광방법으로서,

상기 기판에 형성된 위치검출용 마크의 위치정보를 제 1 항에 기재된 위치검출방법에 의해 검출하여, 상기 구획영역의 위치의 산출에 사용되는 소정수의 파라미터를 구하고, 상기 기판상에서의 상기 구획영역의 배열정보를 산출하는 단계; 및

상기 구획영역의 배열정보에 기초하여, 상기 기판의 위치제어를 실행하면서, 상기 구획영역으로 상기 패턴을 전사하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
소정의 패턴을 기판상의 구획영역으로 전사하는 노광장치로서,

상기 기판을 이동면을 따라 이동시키는 스테이지장치; 및

상기 스테이지장치에 탑재된 상기 기판상의 마크의 위치정보를 검출하는 제 11 항에 기재된 위치검출장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
소정의 패턴을 기판상의 구획영역으로 전사하는 노광장치의 제조방법으로서,

상기 기판을 이동면을 따라 이동시키는 스테이지장치를 제공하는 단계; 및

상기 스테이지장치에 탑재된 상기 기판상의 마크의 위치정보를 검출하는 위치검출장치를 제공하는 단계를 구비하며,

상기 위치검출장치는,

상기 기판에 형성된 마크의 이미지를 결상하는 결상광학계;

상기 결상광학계에 의해 결상된 상기 마크를 촬상하는 촬상장치; 및

상기 촬상장치에 의한 복수의 디포커스상태를 포함하는 촬상조건에서의 촬상결과로부터, 촬상된 상기 마크의 이미지와 디포커스량과의 관계를 구하고, 이 관계에 기초하여 상기 마크의 위치정보를 검출하는 처리장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 노광장치의 제조방법.
물체에 형성된 마크의 위치정보를 검출하는 위치검출장치에 의해 실행되는위치검출 제어프로그램이 기억된 기록매체로서,

상기 위치검출제어 프로그램은,

상기 마크를, 복수의 디포커스상태를 포함하는 촬상조건에서 촬상시키는 단계;

상기 촬상조건에서의 촬상결과로부터, 촬상된 상기 마크의 이미지와 디포커스량과의 관계를 구하게 하는 단계; 및

상기 관계에 기초하여 상기 마크의 위치정보를 검출시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 기록매체.
리소그래피공정을 포함하는 디바이스 제조방법으로서,

상기 리소그래피공정에서, 제 18 항에 기재된 노광방법을 이용하여 노광을 실행하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.