KR20080057136A - 위치 계측 장치, 촬상 장치, 노광 장치 및 디바이스 제조방법 - Google Patents

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Abstract

노광장치는 레티클과 기판 간의 상대적인 위치 맞춤을 실시하고, 레티클에 형성된 패턴을 통해 기판을 노광한다. 상기 노광 장치는 상기 레티클과 상기 기판 중 하나를 운반하는 이동가능한 스테이지 및 상기 레티클과 상기 기판 중 적어도 하나의 위치를 계측하는 위치 계측 장치를 포함한다. 상기 위치 계측 장치는 상기 레티클 또는 상기 기판의 위치를 나타내는 마크를 향해 광을 방출하는 조명 유닛; 광 강도를 계측하는 광강도 계측 유닛; 마크의 상을 촬상하는 촬상 유닛; 상기 스테이지의 위치를 계측하는 스테이지 위치 계측 유닛; 및 촬상 유닛이 마크의 상을 촬상하는 시간 동안의 스테이지 위치의 변화 및 조명 광 강도의 변화에 의거해서 상기 촬상 유닛으로부터 출력된 신호 파형을 보정하는 신호파형 보정유닛을 포함한다.

Description

위치 계측 장치, 촬상 장치, 노광 장치 및 디바이스 제조 방법{POSITION MEASUREMENT APPARATUS, IMAGING APPARATUS, EXPOSURE APPARATUS, AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 반도체 칩(예를 들어 집적회로(IC) 또는 대규모 집적회로(LSI)), 액정 패널, 전하결합소자(CCD), 박막 자기 헤드, 마이크로 머신 등의 미세 패턴을 가지는 디바이스를 제조할 수 있는 위치 계측 장치, 촬상 장치 및 노광 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스를 제조가능한 종래의 축소 투영 노광 장치(스테퍼)에서는, 웨이퍼 혹은 레티클에 형성된 마크의 상(image)을 촬상하고, 이 촬상한 상으로부터 얻어지는 신호 파형에 의거해서 마크의 위치를 검출하는 데 고정밀도의 기술이 요구된다.
마크 촬상 방법의 종래예에 대해 이하 설명한다. 도 8은 반도체 디바이스의 제조에 이용가능한 종래의 노광 장치를 예시하고 있다. 도 8에 있어서, (R)은 레티클(즉, 노광용 원판), (W)는 웨이퍼(즉, 피노광 기판), (WM)은 웨이퍼 마크(즉, 피관찰 마크)를 나타낸다. 투영광학계(1)는 xyz 좌표계의 z축에 대해서 평행한 광 축을 가진다. 마크 촬상용 광학계(S)는 위치 맞춤용 조명 유닛(2), 빔 스플리터(3), 2개의 결상 광학계(4), (5) 및 촬상 유닛(6)이다. 또, 종래의 노광장치는 아날로그/디지털(A/D) 변환 수단, 적산 회로(8), 화상 처리 회로(9), 스테이지 구동 유닛(10), 3차원 이동을 초래하는 이동 가능한 스테이지(11) 및 스테이지 위치 계측 유닛(12)(예를 들어, 간섭계)을 포함한다.
종래의 노광장치는 이하의 절차에 따라 웨이퍼 마크(WM)의 상을 촬상한다. 우선, 스테이지 구동 유닛(10)은 스테이지 위치 계측 유닛(12)이 스테이지(11) 위의 마크(WM)를 관측할 수 있는 위치로 스테이지(11)를 이동시킨다. 그 다음에, 위치 맞춤용 조명 유닛(2)은 빔 스플리터(3), 레티클(R) 및 투영 광학계(1)를 통해 웨이퍼 마크(WM)에 도달하는 노광광(조명 광속)을 방사한다. 도 2A는 복수의 동일한 격자 패턴을 포함하는 예시적인 웨이퍼 마크(WM)를 나타낸다. 조명 광속은 마크(WM)에서 반사되어, 재차 투영 광학계(1) 및 레티클(R)을 통해 빔 스플리터(3)로 되돌아온다. 또한, 조명 광속은 빔 스플리터(3)에서 반사되어, 결상 광학계(5)를 통해서 촬상 유닛(6)의 촬상면에 마크(WM)의 상을 형성한다.
촬상 유닛(6)은 마크(WM)의 상을 광전 변환한다. 그 후, A/D 변환 회로(7)는 화상 신호를 2차원의 디지털 신호열로 변환한다. 적산 회로(8)는 A/D 변환 회로(7)로부터의 2차원 디지털 신호열을 수신하여, 도 2A의 Y방향으로 디지털 신호열의 적산 처리를 실시한다. 즉, 적산 회로(8)는 도 2B에 나타낸 바와 같이 2차원 디지털 신호를 1차원의 디지털 신호열 S0(x)로 변환한다. 화상 처리 회로(9)는 그 변환된 디지털 신호열에 의거해서 웨이퍼 마크(WM)의 중심 위치를 계측하거나, 또 는 콘트라스트치를 광학계의 초점 위치를 탐사하는 지표로서 계측한다.
상기 마크 촬상 방법은 장치가 정확한 마크 신호 파형을 필요로 할 경우 유효하다. 그러나, 스테이지(11)의 x축, y축 혹은 z축 위치는 도 3A에 나타낸 바와 같이 마크 촬상 동작 동안 변동한다. 이 위치는 초기에 설정된 위치(x축 위치(x0), y축 위치(y0) 또는 z축 위치(z0))로부터 진동하거나 멀리 이동할 수 있다.
따라서, 적산 회로(8)는 도 2B에 나타낸 이상적인 디지털 신호열 S0(x)를 발생할 수 없어, 스테이지의 요동에 의해 도 2C에 나타낸 바와 같이 변형된 신호열 S1(x)을 생성한다. 이 변형된 신호열 S1(x)는 콘트라스트 계측 혹은 패턴 매칭 등의 화상 처리 공정에 있어서 계측 오차를 유발할 수도 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 일본 공개 특허 평6-36990호 공보 또는 일본 공개 특허 제2003-203839호 공보에 기재된 바와 같이, 화상 축적 동작 동안 연속적으로 모니터한 스테이지 위치에 의거해서 위치맞춤 계측치의 보정이나 디지털 신호열의 변형치의 보정을 실시하는 종래 방법이 있다.
그렇지만, 위치 맞춤용 조명 유닛(2)의 조명광 강도는 도 3B에 나타낸 바와 같이 화상 축적 동작 동안 변동될 수 있다. 이 경우, 상기 종래의 방법은 위치맞춤 계측치의 보정이나 디지털 신호열의 변형치를 정확하게 보정할 수 없다. 위치 맞춤용 조명 유닛(2)의 조명 강도가 일시적인 분포에서 피크치를 가지는 경우나, 또는 조명 유닛(2)이 펄스 광을 방출할 경우, 마찬가지의 문제가 생길 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시형태는 마크 위치 계측의 정밀도를 향상시킬 수 있는 장치 및 수법에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 노광장치는 레티클과 기판 간의 상대적인 위치 맞춤을 실시하고, 레티클에 형성된 패턴을 통해 기판을 노광하며, 이 노광 장치는 상기 레티클과 상기 기판 중 하나를 운반하는 이동가능한 스테이지 및 상기 레티클과 상기 기판 중 적어도 하나의 위치를 계측하는 위치 계측 장치를 포함하되, 상기 위치 계측 장치는 상기 레티클 또는 상기 기판의 위치를 나타내는 마크를 향해 광을 방출하는 조명 유닛; 광 강도를 계측하는 광강도 계측 유닛; 마크의 상을 촬상하는 촬상 유닛; 상기 스테이지의 위치를 계측하는 스테이지 위치 계측 유닛; 및 촬상 유닛이 마크의 상을 촬상하는 시간 동안의 스테이지 위치의 변화 및 조명 광 강도의 변화에 의거해서 상기 촬상 유닛으로부터 출력된 신호 파형을 보정하는 신호파형 보정유닛을 구비한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 노광장치는 레티클과 기판 간의 상대적인 위치 맞춤을 실시하고, 레티클에 형성된 패턴을 통해 기판을 노광하며, 이 노광장치는 상기 레티클과 상기 기판 중 하나를 운반하는 이동가능한 스테이지; 및 상기 레티클과 상기 기판 중 적어도 하나의 위치를 계측하는 위치 계측 장치를 포함하되, 상기 위치 계측 장치는 상기 레티클 또는 상기 기판의 위치를 나타내는 마크를 향 해 광을 방출하는 조명 유닛; 광 강도를 계측하는 광강도 계측 유닛; 마크의 상을 촬상하는 촬상 유닛; 상기 스테이지의 위치를 계측하는 스테이지 위치 계측 유닛; 및 촬상 유닛이 마크의 상을 촬상하는 시간 동안의 스테이지 위치의 변화 및 조명 광 강도의 변화에 의거해서 상기 촬상 동작 동안 스테이지의 평균 위치를 나타내는 평균 스테이지 위치를 결정하고, 상기 촬상 유닛으로부터 출력된 신호 파형에 의거해서 얻어진 마크의 위치를 상기 평균 스테이지 위치를 기준으로 하여 보정하는 마크 위치 보정유닛을 구비한다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 노광장치는 레티클과 기판 간의 상대적인 위치 맞춤을 실시하고, 레티클에 형성된 패턴을 통해 기판을 노광하며, 이 노광장치는 상기 레티클과 상기 기판 중 하나를 운반하는 이동가능한 스테이지; 및 상기 레티클과 상기 기판 중 적어도 하나의 위치를 계측하는 위치 계측 장치를 포함하되, 상기 위치 계측 장치는 상기 레티클 또는 상기 기판의 위치를 나타내는 마크를 향해 광을 방출하는 조명 유닛; 광 강도를 계측하는 광강도 계측 유닛; 마크의 상을 촬상하는 촬상 유닛; 상기 스테이지의 위치를 계측하는 스테이지 위치 계측 유닛; 및 상기 스테이지의 위치 변화 및 상기 조명광 강도의 변화가 허용 범위 내에 들어간 후 상기 촬상 유닛에 의해 상기 마크의 촬상 처리를 개시시키는 촬상 제어 유닛을 구비한다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 노광장치는 레티클과 기판 간의 상대적인 위치 맞춤을 실시하고, 레티클에 형성된 패턴을 통해 기판을 노광하며, 이 노광 장치는 상기 레티클과 상기 기판 중 하나를 운반하는 이동가능한 스테이지; 및 상기 레티클과 상기 기판 중 적어도 하나의 위치를 계측하는 위치 계측 장치를 포함하되, 상기 위치 계측 장치는 상기 레티클 또는 상기 기판의 위치를 나타내는 마크를 향해 광을 방출하는 조명 유닛; 광 강도를 계측하는 광강도 계측 유닛; 마크의 상을 촬상하는 촬상 유닛; 상기 스테이지의 위치를 계측하는 스테이지 위치 계측 유닛; 및 상기 스테이지의 위치 변화 및 상기 조명광 강도의 변화가 허용 범위를 벗어날 경우 상기 촬상 유닛에 의해 상기 마크의 촬상 처리를 개시시키는 촬상 제어 유닛을 구비한다.
본 발명의 추가의 특징과 측면들은 첨부 도면을 참조한 이하의 예시적인 실시예의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 명세서에 편입되어 본 발명의 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 예시적인 실시예 및 특징을 예시하며, 이하의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리의 적어도 일부를 설명하는 역할을 한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 마크 촬상 동작 동안 스테이지 위치 변화나 조명광 강도 변화에 의해 초래된 촬상 신호 파형 변화를 보정할 수 있어, 보다 정확한 화상 처리를 실시하는 것이 가능해진다. 또, 본 발명에 의하면, 스테이지가 완전하게 정지하기 전에 마크 위치 계측을 수행할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 스테이지를 정지시키지 않은 채 혹은 연속적으로 이동시키면서 마크 위치 계측을 수행하는 것이 가능하므로, 높은 쓰루풋(throughput)의 노광장치를 실현할 수 있다.
특히, 본 발명의 노광 장치는, 상기 신호 파형 보정 방법을 이용할 경우, 위치맞춤용 조명 광원이 조명광 강도의 일시적인 큰 변화를 초래하는 펄스광 혹은 광원이더라도, 콘트라스트 계측 처리 혹은 패턴 매칭 처리를 정확하게 수행할 수 있다. 따라서, 본 발명은 초점 위치 계측 및 마크 위치 계측에 있어서 다양한 효과를 기대할 수 있다.
예시적인 실시예의 이하의 설명은 사실상 예시적인 것일 뿐, 결코 본 발명, 그 적용 혹은 용도를 제한하기 위해 의도된 것은 아니다. 단, 명세서를 통해서 유사한 참조 번호 및 참조 부호는 이하의 도면에 있어서 유사한 항목을 나타내므로, 일단 하나의 항목이 하나의 도면에서 설명되었다면 그 다음의 도면에 대해서는 설명을 생략할 것이다. 예시적인 실시예는 첨부 도면을 참조해서 이하에 상세히 설명한다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따른 노광장치는, 촬상장치가 스테이지 위의 마크의 상을 촬상하면서(즉, 화상 신호의 전하를 기억하면서), 스테이지의 순간 위치와 조명광 강도를 연속적으로 측정하도록 구성되어 있다. 그리고, 노광장치는 스테이지 위치 분포와 발광 강도 분포를 참조해서 화상 축적 동작 동안 도 2C에 나타낸 신호열 S1(x)를 보정한다. 이와 같이 해서, 노광장치는 도 2B에 나타낸 이상적인 디지털 신호열 S0(x)를 얻을 수 있다. 예시적인 실시예에서 사용된 마크는 예를 들어 스테이지 위에 놓인 웨이퍼(예컨대, 실리콘이나 유리의 평판)에 형성되거나 스테이지의 고정된 면에 형성된 마크이다.
[제 1 실시예]
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 디바이스를 제조가능한 노광 장치를 나타낸다. 도 1에 있어서, (R)은 레티클, (W)는 웨이퍼(예컨대, 피노광 기판), (WM)은 웨이퍼 마크를 나타낸다. 투영광학계(1)는 xyz 좌표계의 z축과 평행한 광축이다. 마크 촬상용 광학계(S)는 광원(2), 2개의 빔 스플리터(3), (17), 2개의 결상 광학계(4), (5), 촬상 유닛(6)(예컨대, CCD), 웨이퍼 마크(WM)를 향해 방사된 광의 강도를 계측하는 조명광 강도 계측 유닛(15) 및 조명광 강도 기억 회로(16)를 포함한다.
아날로그/디지털(A/D) 변환 회로(7)는 마크 촬상용 광학계(S)로부터의 아날로그 화상 신호를 수신하고, 해당 입력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 적산 회로(8)는 1차원 디지털 신호열을 생성한다. 화상 처리 회로(9)는 입력된 화상 신호에 대해 소정의 처리를 실시한다. 이동가능한 스테이지(11)는 xyz 좌표계의 3차원 이동을 초래할 수 있다. 즉, 스테이지(11)는 x, y, z축 방향으로 이동한다. 스테이지 구동 유닛(10)은 이동가능한 스테이지(11)를 구동한다. 레이저 간섭계 등의 스테이지 위치 계측 유닛(12)은 스테이지(11)의 상기 x축 방향 및 y축 방향으로 뻗는 광축과 직교하는 평면 위의 순간 위치를 계측한다. 스테이지 위치 기억 회로(13)는 스테이지 위치 계측 유닛(12)에 의해 얻어진 계측 결과(위치 데이터)를 기억한다. 파형 보정 회로(14)는 적산 회로(8)로부터 생성된 디지털 신호열을 보정한다.
다음에, 도 1에 나타낸 노광장치에 의해 수행되는 마크 촬상 처리 및 신호 파형 보정 처리의 예에 대해 설명한다. 우선, 스테이지 구동 유닛(10)은 위치 계측 유닛(12)이 스테이지(11) 위의 마크(WM)를 관측할 수 있는 위치로 스테이지(11)를 이동시킨다. 그 다음에, 광원(2)은 광속(즉, 웨이퍼(W)를 노광하는 데 사용되는 노광광과 유사한 파장을 가진 광)을 방사하여, 빔 스플리터(17), (3), 결상 광학계(4), 레티클(R) 및 투영 광학계(1)를 통해서 웨이퍼 마크(WM)에 도달한다.
도 2A는 동일한 격자 패턴을 복수개 포함하는 웨이퍼 마크(WM)의 예를 나타내고 있다. 조명 광속이 웨이퍼 마크(WM)를 포함하는 표면 영역(즉, 피관찰면)에서 반사하여, 재차 투영 광학계(1) 및 레티클(R)을 통해서 빔 스플리터(3)에 도달한다. 또한, 이 조명 광속은 빔 스플리터(3)에서 반사하여 결상 광학계(5)를 통해서 촬상 유닛(6)의 촬상면에 웨이퍼 마크(WM)의 상을 형성한다.
촬상 유닛(6)은 웨이퍼 마크(WM)의 상에 대해 광전 변환을 실시한다. 촬상 신호(즉, 전하의 축적을 나타내는 신호)를 스테이지 위치 기억 회로(13) 및 조명광 강도 기억 회로(16)에 출력한다. 촬상 신호가 온 상태인 경우, 위치 계측 유닛(12)은 스테이지(1)의 위치를 계속적으로 계측한다. 마찬가지로, 조명광 강도 계측 유닛(15)은 조명광의 강도를 계속적으로 계측한다. 스테이지 위치 기억 회로(13)는 계측된 스테이지 위치를 기억하고, 조명광 강도 기억 회로(16)는 계측된 조명광 강도를 기억한다.
A/D 변환 회로(7)는 촬상 유닛(6)으로부터의 광전 변환(전하 축적)이 실시된 마크 화상 신호를 수신하고, 그 수신된 화상 신호를 2차원의 디지털 신호열 S(x,y)로 변환한다.
적산 회로(8)는 A/D 변환 회로(7)로부터의 디지털 신호열 S(x,y)를 수신하여, 도 2C에 나타낸 바와 같이 디지털 신호열을 도 2A의 Y방향으로 적산한다. 즉, 적산 회로(8)는 2차원 디지털 신호열을 1차원 디지털 신호열 S1(x)로 변환한다.
도 3A는 촬상 동작(전하 축적 동작) 동안 스테이지 위치 기억 회로(13)에 기억된 스테이지 위치의 일시적인 변화를 나타낸다. 도 3B는 조명광 강도 기억 회로(16)에 기억된 조명광 강도의 일시적인 변화를 나타낸다.
마크 위치 보정 유닛으로서 기능하는 파형 보정 회로(14)는 도 3A에 나타낸 스테이지 위치 변화(데이터)와 도 3B에 나타낸 조명광 강도 변화(데이터)를 곱한다. 또한, 파형 보정 회로(14)는 도 3C에 나타낸 바와 같이 ＋x방향의 진동 성분과 -x방향의 진동 성분을 개별적으로 적분한다.
파형 보정 회로(14)는 상기 적분된 데이터에 의거해서 ＋x방향의 진동 성분 가중치 인자 Sp와 -x방향의 진동 성분 가중치 인자 Sm을 얻는다.
하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 파형 보정 회로(14)는 디지털 신호열 S1(x) 및 x(xs＜x＜xe)의 범위에서 얻어진 가중치 인자 Sm 및 Sp에 의거해서 (xe-xs＋1) 변수에 대한 이하의 1차 연립 방정식을 계산한다.
Figure 112007082377862-PAT00001
이 경우, 도 2C에 나타낸 바와 같이, xs 및 xe의 설정 위치는 신호열 S1(x)가 일정치를 갖고 스테이지 위치에서의 변동으로부터 어떠한 영향도 받지 않는 웨이퍼 마크(WM)의 외측 영역이다.
파형 보정 회로(14)는 상기 (xe-xs＋1) 변수에 대한 1차 연립 방정식을, 수치계산에 광범위하게 이용되고 있는 가우스(Gaussian) 소거법에 따라 푼다. 다음에, 마크 위치 보정 유닛으로서 기능하는 파형 보정 회로(14)는 스테이지 진동 성분을 조명광의 강도 변화도 고려해서 보정한 결과로서 도 2B에 나타낸 범위 xs＜x＜xe에 있어서의 신호열 S0(x)를 얻을 수 있다.
상기 화상 처리 회로(9)는 상기 보정된 디지털 신호열 S0(x)를 이용해서 웨이퍼 마크(WM)의 중심 위치를 계측하거나, 또는, 투영 광학계(1)의 초점 위치(최적 초점 위치)를 검출하기 위해서, 디지털 신호 신호열 S0(x)의 콘트라스트치(즉, 마크 화상의 콘트라스트치)를 계측한다.
본 실시예는 스테이지(11)의 위치의 변화가 일반적으로 촬상 유닛(6)의 화소 분해능보다 작다는 가정에 의거해서 상기 보정용의 인접 화소의 가중치 성분(Sm), (Sp)을 얻고, S1(xn)은 S0(xn-1), S0(xn), S0(xn＋1)의 3개의 데이터에 의거해서 결정될 수 있다.
스테이지(11)의 위치 변화가 2개의 선행하는 화소와 2개의 후속의 화소에 의존하면, 파형 보정 회로(14)는 도 4A에 나타낸 바와 같이 화소 분해능에 따라 진동 성분을 복수 개의 영역으로 분리할 수 있다. 다음에, 도 4C에 나타낸 바와 같이 파형 보정 회로(14)는 S0(xn-2), S0(xn-1), S0(xn), S0(xn＋1), S0(xn＋2)에 대응하는 가중치 인자 Sm2, Sm1, Ss, Sp1, Sp2를 얻을 수 있고, 이 얻어진 가중치 인자를 이용해서 파형 보정을 수행할 수 있다. 스테이지(11)의 위치 변화가 3개 이상의 선행 및 후속 화소에 의존할 경우, 파형 보정 회로(14)는 마찬가지 절차에 따라 파형 보정을 수행할 수 있다.
또, 보다 긴 처리 시간이 허용되지 않을 경우, 파형 보정 회로(14)는 파형 보정을 생략하여 처리시간을 저감시킬 수 있다. 이 경우, 파형 보정 회로(14)는 상기 스테이지 위치 변동과 조명광 강도 변화를 곱한 가중치 함수에 따라 얻을 수 있는 평균 스테이지 위치를 나타내는 보정치(마크 위치)를 이용할 수 있다.
또한, 스테이지 위치 변화 및 조명광 강도 변화의 불균형이 큰 것에 기인해서 가중치 인자 Sm 및 Sp가 미리 설정된 범위(허용 범위)를 넘는 경우, 촬상 제어기로서 기능하는 파형 보정 회로(14)는 촬상 유닛(6)으로 하여금 웨이퍼 마크(WM)를 촬상하는 처리를 재차 수행하도록 할 수 있다.
또, 촬상 동작 개시 전(또는 촬상 동작 준비 기간 동안)에 스테이지 위치나 조명광 강도의 연속적인 모니터링을 수행할 수 있다면, 촬상 제어기로서 기능하는 파형 보정 회로(14)는 촬상 유닛(6)으로 하여금 불균형 혹은 분산이 미리 설정된 범위 내에 들어갈 때까지 화상의 마크(WM)의 촬상 처리를 연기하도록 할 수 있다.
상기 실시예에서는 x축 방향의 위치를 계측할 수 있는 마크를 이용하고, x축 방향에 관한 위치 계측을 수행하였으나, 상기 마크가 90도 회전되면, 해당 마크는 y축 방향의 위치 계측을 위해 사용될 수 있다. 또, 상기 파형 보정 회로(14)는 y축 방향에 있어서의 위치 계측용의 파형 보정을 상기 x축 방향과 같은 순서에 따라 파형 보정을 실시할 수 있다.
[제 2 실시예 ]
제 1 실시예에 따르면, 우선 스테이지 구동 유닛(10)은 위치 계측 유닛(12)이 스테이지(11) 위의 웨이퍼 마크(WM)를 관측할 수 있는 위치로 스테이지(11)를 이동시키고 나서, 스테이지(11)를 정지시켜 마크의 위치 계측을 실시한다. 제 2 실시예에서는, 스테이지(11)를 정지시키는 일 없이, 스테이지(11)를 움직인 채로 마크 위치 계측을 실시한다.
제 2 실시예에 의한 노광 장치는 하드웨어 구성이 제 1 실시예와 같으므로 여기서의 설명은 생략한다. 우선, 스테이지 구동 유닛(10)은 스테이지(11)를 이동시킨다. 또, 위치 계측 유닛(12)은 스테이지(11) 위의 웨이퍼 마크(WM)가 촬상 유닛(6)의 관측 범위에 들어간 후 마크 위치 계측을 시작한다. 이 마크 위치 계측은, 광원(2)으로부터 조명 광속을 발사하고, 빔 스플리터(17), (3), 결상 광학계(4), 레티클(R) 및 투영 광학계(1)를 경유해서 웨이퍼 마크(WM)를 조명한다. 도 2A는 동일한 격자 패턴을 복수개 포함하는 웨이퍼 마크(WM)를 나타낸 것이다.
조명 광속은 웨이퍼 마크(WM)를 포함한 표면 영역에서 반사되어, 투영 광학계(1) 및 레티클(R)을 경유해서 빔 스플리터(3)에 도달한다. 또한, 이 조명 광속은 빔 스플리터(3)에서 반사되어 결상 광학계(5)를 경유해서 촬상 유닛(6)의 촬상면에 웨이퍼 마크(WM)의 상을 형성한다. 촬상 유닛(6)은 웨이퍼 마크(WM)의 상으로 광전 변환을 실시한다. 촬상 유닛(6)은 촬상 신호(즉, 전하의 축적을 나타내는 신호)를 스테이지 위치 기억 회로(13) 및 조명광 강도 기억 회로(16)로 출력한다.
촬상 신호가 온(ON) 상태인 동안, 조명광 강도 계측 유닛(15)이 계속적으로 조명광의 강도를 계측하는 동안 위치 계측 유닛(12)은 계속적으로 스테이지(11)의 위치를 계측한다. 스테이지 위치 기억 회로(13)는 상기 계측된 스테이지 위치를 기억하고, 조명광 강도 기억 회로(16)는 상기 계측된 조명광 강도를 기억된다. A/D 변환 회로(7)는 촬상 유닛(6)으로부터 광전 변환(전하 축적) 처리가 실시된 마크 화상 신호를 수신하고, 그 수신된 신호를 2차원의 디지털 신호열 S(x,y)로 변환한다. 적산 회로(8)는 A/D 변환회로(7)으로부터의 디지털 신호열 S(x,y)를 수신하고, 그 수신된 디지털 신호열 S(x,y)를 도 2A의 Y방향으로 적산 처리한다. 즉, 적산 회로(8)는 도 2C에 나타낸 바와 같이 상기 2차원의 디지털 신호열 S(x,y)를 1차원의 디지털 신호열 S1(x)로 변환한다.
도 5A는 촬상 동작(촬상 유닛(6)의 화상 축적 동작) 중에 스테이지 위치 기억 회로(13)에 기억된 스테이지(11)의 일시적인 위치 변동을 나타낸다. 이 경우, 스테이지(11)는 -x방향으로 이동 중에 있다. 도 5B는 촬상 동작 중에 조명광 강도 기억 회로(16)에 기억된 조명광 강도의 일시적인 변화를 나타내고 있다.
파형 보정 회로(14)는 조명광 강도 변화를 나타낸 도 5B의 그래프에 의거해서 각 화소의 가중치 함수(W0, W1, W2, ...., WN)를 산출한다. 각 화소는 스테이지(11)의 이동속도에 대한 촬상 유닛(6)의 화소 분해능의 비에 상당하는 시간 폭을 가진다.
또, 파형 보정 회로(14)는 디지털 신호열 S1(x)에 의거해서 x(xs＜x＜xe)의 범위에서 (xe-xs＋1) 변수에 대해서 하기 표 2에 표시된 이하의 1차 연립 방정식을 산출한다:
Figure 112007082377862-PAT00002
이 경우, 도 2C에 나타낸 바와 같이, xs 및 xe의 설정 위치는 신호열 S1(x)가 일정치를 가지며 스테이지 위치 변동으로부터 하등의 영향을 받지 않는 웨이퍼 마크(WM)의 외측 영역이다.
파형 보정 회로(14)는 상기 (xe-xs＋1) 변수에 대한 1차 연립 방정식을, 수치계산에 광범위하게 이용되고 있는 가우스 소거법에 따라 풀은 후, 스테이지 진동 성분을 조명광의 강도 변화도 고려해서 보정한 결과로서 도 2B에 나타낸 범위 xs＜x＜xe에 있어서의 신호열 S0(x)를 얻을 수 있다.
상기 화상 처리 회로(9)는 상기 보정된 디지털 신호열 S0(x)를 이용해서 웨이퍼 마크(WM)의 중심 위치를 계측하거나, 또는, 투영 광학계(1)의 초점 위치(최적 초점 위치)를 검출하기 위해서, 디지털 신호 신호열 S0(x)의 콘트라스트치(즉, 마크 화상의 콘트라스트치)를 계측한다.
본 실시예에서는 x축 방향의 위치 계측을 위한 마크를 이용하였지만, y축 방향의 위치 계측에 대해서도 유사한 마크를 이용하여 마찬가지 방법으로 파형 보정을 실시할 수 있다. 또, 파형 보정 회로(14)는, 보다 긴 처리 시간이 허용되지 않을 경우, 파형 보정을 생략하여 처리시간을 저감시킬 수 있다. 이 경우, 파형 보정 회로(14)는 상기 스테이지 위치 변동과 조명광 강도를 곱한 가중치 함수에 따라 얻을 수 있는 평균 스테이지 위치를 나타내는 보정치(마크 위치)를 이용할 수 있다.
[제 3 실시예 ]
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 반도체 디바이스 제조용 노광 장치의 구성을 나타낸다. 도 6에 있어서, (R)은 레티클, (W)는 웨이퍼(예컨대, 피노광 기판), (WM)은 웨이퍼 마크를 나타낸다. 투영광학계(1)는 xyz 좌표계의 z축과 평행한 광축이다. 마크 촬상용 광학계(S)는 광원(2), 2개의 빔 스플리터(3), (17), 2개의 결상 광학계(4), (5), 촬상 유닛(6)(예컨대, CCD), 웨이퍼 마크(WM)를 향해 방사된 광의 강도를 계측하는 조명광 강도 계측 유닛(15) 및 조명광 강도 기억 회로(유닛)(16)를 포함한다.
아날로그/디지털(A/D) 변환 회로(7)는 마크 촬상용 광학계(S)로부터의 아날로그 화상 신호를 수신하고, 해당 입력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 적산 회로(8)는 1차원 디지털 신호열을 생성한다. 화상 처리 회로(9)는 입력된 화상 신호에 대해 소정의 처리를 실시한다. 이동가능한 스테이지(11)는 xyz 좌표계의 3차원 이동을 초래할 수 있다. 즉, 스테이지(11)는 x, y, z축 방향으로 이동한다. 스테이지 구동 유닛(10)은 이동가능한 스테이지(11)를 구동한다. 레이저 간섭계 등의 스테이지 위치 계측 유닛(12)은 스테이지(11)의 상기 x축 방향 및 y축 방향에서의 순간 위치를 계측한다. 스테이지 위치 기억 회로(13)는 스테이지 위치 계측 유닛(12)에 의해 얻어진 계측 결과(위치 데이터)를 기억한다. 파형 보정 회로(14)는 적산 회로(8)로부터 생성된 디지털 신호열을 보정한다.
상기 제 1 및 제 2 실시예에서는, 웨이퍼 마크(WM)를 레티클(R)을 통해서 촬상하도록 구성되어 있다. 그러나, 본 제 3 실시예는 레티클(R)을 이용하지 않고도 스테이지(11) 위의 웨이퍼 마크(WM)의 화상을 직접 촬상하는 것도 가능하다. 본 제 3 실시예에 따른 노광 장치는 상기 제 1 및 제 2 실시예에 기재된 것과 마찬가지인 마크 촬상 처리 및 신호 파형 보정 처리를 수행한다.
[제 4 실시예 ]
도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 반도체 디바이스를 제조가능한 노광 장치를 나타낸다. 본 제 4 실시예에 따른 노광장치는 레티클(R) 및 투영 광학계(1)를 사용하지 않고도 스테이지(11) 위의 웨이퍼 마크(WM)를 직접 촬상하는 것도 가능하다. 또, 본 제 4 실시예에 따른 노광장치는 상기 제 1 및 제 2 실시예에 기재된 것과 마찬가지인 마크 촬상 처리 및 신호 파형 보정 처리를 수행한다.
이상 설명한 바와 같이, 전술한 실시예에 의하면, 마크 촬상 동작 동안 스테이지 위치 변화나 조명광 강도 변화에 의해 초래된 촬상 신호 파형 변화를 보정할 수 있어, 보다 정확한 화상 처리를 실시하는 것이 가능해진다. 또, 일 실시예에 의하면, 스테이지(11)가 완전하게 정지하기 전에 마크 위치 계측을 수행할 수 있다. 또한, 다른 실시예에 의하면, 스테이지(11)를 정지시키지 않은 채 혹은 연속적으로 이동시키면서 마크 위치 계측을 수행하는 것이 가능하므로, 높은 쓰루풋의 노광장치를 실현할 수 있다.
특히, 노광 장치는, 상기 신호 파형 보정 방법을 이용할 경우, 위치맞춤용 조명 광원이 조명광 강도의 일시적인 큰 변화를 초래하는 펄스광 혹은 광원이더라도, 콘트라스트 계측 처리 혹은 패턴 매칭 처리를 정확하게 수행할 수 있다. 따라서, 상기 실시예는 초점 위치 계측 및 마크 위치 계측에 있어서 다양한 효과를 기대할 수 있다.
[제 5 실시예 ]
다음에, 상기 노광 장치를 이용해서 미소 디바이스(반도체 칩(예컨대, IC나 LSI), 액정 패널, CCD, 박막 자기 헤드, 마이크로 머신 등)의 예시적인 제조 프로세스를 설명한다.
도 9는 반도체 디바이스의 예시적인 제조 공정을 예시한 순서도이다. 스텝 S1(즉, 회로설계공정)에서는 반도체 디바이스의 회로설계를 실시한다. 스텝 S2(즉, 마스크 제작공정)에서는 설계한 패턴을 형성한 마스크를 제작한다. 스텝 S3(즉, 웨이퍼 제조공정)에서는 실리콘 혹은 이에 상당하는 재료로부터 웨이퍼를 제조한다. 스텝 S4는 상기 준비한 마스크를 설치한 노광 장치를 이용해서 리소그라피 기술에 따라 웨이퍼 위에 실제의 회로를 형성하는 웨이퍼 프로세스("전 공정"이라 칭함)이다.
스텝 S5에서는 상기 스텝 S4에서 제작된 웨이퍼를 이용해서 반도체 칩을 형성하는 조립공정("후 공정"이라 칭함)이다. 상기 후 공정은 어셈블리 공정(다이싱, 본딩) 및 패키징 공정(칩 봉입)을 포함한다. 스텝 S6(즉, 검사 공정)에서는 스텝 S5에서 제작된 반도체 디바이스를 검사한다. 이 검사는 동작 확인 테스트 및 내구성 테스트를 포함한다. 스텝 S7(즉, 출하 공정)은 상기 공정들을 거쳐 완성된 반도체 디바이스를 출하한다.
상기 스텝 S4의 웨이퍼 프로세스는 웨이퍼의 표면을 산화시키는 산화 스텝, 웨이퍼 표면에 절연막을 형성하는 화학적 기상 증착(CVD) 스텝 및 웨이퍼 위에 전극을 증착에 의해서 형성하는 전극 형성 스텝을 포함한다.
또, 웨이퍼 프로세스는 웨이퍼에 이온을 주입하는 이온 주입 스텝, 웨이퍼에 감광제를 도포하는 레지스트 처리 스텝 및 상기 노광 장치를 이용해서 회로 패턴을 가진 마스크에 의해 레지스트 처리 스텝 후의 웨이퍼를 노광하는 노광 스텝을 포함한다.
또한, 스텝 S4의 웨이퍼 프로세스는 노광 스텝에서 노광한 웨이퍼를 현상하는 현상 스텝, 현상 스텝에서 현상된 레지스트 상 이외의 부분을 제거하는 에칭 스텝 및 상기 에칭 스텝이 수행된 후에 남아 있는 불필요해진 레지스트를 제거하는 레지스트 박리 스텝을 포함한다. 상기 스텝을 반복해서 실시하는 처리에 의해서, 웨이퍼 위에 다중 회로 패턴을 형성할 수 있다.
이상, 본 발명을 예시된 실시예를 참조해서 설명했지만, 본 발명은 이러한 개시된 실시예로 한정되지 않는 것임을 이해할 수 있을 것이다. 이하의 특허청구범위는 모든 변형, 등가의 구성 및 기능을 망라하도록 최광의로 해석할 필요가 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 디바이스를 제조가능한 노광 장치를 나타낸 도면;
도 2A 내지 도 2C는 도 1에 예시된 노광장치에 사용되는 예시적인 마크 및 마크 촬상신호를 나타낸 도면;
도 3A 내지 도 3C는 도 1에 예시된 노광장치의 광축과 수직인 방향에서의 스테이지 위치 변화와 조명광 강도 변화에 의거해서 가중치 함수를 산출하는 예시적인 방법을 나타낸 도면;
도 4A 내지 도 4C는 도 1에 예시된 노광장치에 의해 스테이지 위치 변화가 화소 분해능을 초과한 경우 가중치 함수를 산출하는 예시적인 방법을 나타낸 도면;
도 5A 및 도 5B는 도 1에 예시된 노광장치의 스테이지 위치와 관련된 조명광 강도와 가중치 함수를 나타낸 도면;
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 반도체 디바이스를 제조가능한 노광 장치를 나타낸 도면;
도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 반도체 디바이스를 제조가능한 노광 장치를 나타낸 도면;
도 8은 반도체 디바이스를 제조가능한 종래의 노광 장치를 나타낸 도면;
도 9는 반도체 디바이스의 예시적인 제조 프로세스를 나타낸 순서도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 투영광학계 2: 광원
3, 17: 빔 스플리터 4, 5: 결상 광학계
6: 촬상 유닛 7: A/D 변환 회로
8: 적산 회로 9: 화상 처리 회로
10: 스테이지 구동 유닛 11: 스테이지
12: 위치 계측 유닛 13: 스테이지 위치 기억 회로
14: 파형 보정 회로 15: 조명광 강도 계측 유닛
16: 조명광 강도 기억 회로 WM: 웨이퍼 마크
R: 레티클 W: 웨이퍼(피노광 기판)

Claims (5)

  1. 레티클과 기판 간의 상대적인 위치 맞춤을 실시하고, 레티클의 패턴을 기판에 노광하는 노광 장치에 있어서,
    상기 레티클과 상기 기판 중 하나를 운반하는 이동가능한 스테이지; 및
    상기 레티클과 상기 기판 중 적어도 하나의 위치를 계측하는 위치 계측 장치를 포함하되,
    상기 위치 계측 장치는
    상기 레티클 또는 상기 기판의 위치를 나타내는 마크를 향해 광을 방출하는 조명 유닛;
    광강도를 계측하는 광강도 계측 유닛;
    마크의 상을 촬상하는 촬상 유닛;
    상기 스테이지의 위치를 계측하는 스테이지 위치 계측 유닛; 및
    촬상 유닛이 마크의 상을 촬상하는 시간 동안의 스테이지 위치의 변화 및 조명광 강도의 변화에 의거해서 상기 촬상 유닛으로부터 출력된 신호 파형을 보정하는 신호파형 보정유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  2. 레티클과 기판 간의 상대적인 위치 맞춤을 실시하고, 레티클의 패턴을 기판에 노광하는 노광 장치에 있어서,
    상기 레티클과 상기 기판 중 하나를 운반하는 이동가능한 스테이지; 및
    상기 레티클과 상기 기판 중 적어도 하나의 위치를 계측하는 위치 계측 장치를 포함하되,
    상기 위치 계측 장치는
    상기 레티클 또는 상기 기판의 위치를 나타내는 마크를 향해 광을 방출하는 조명 유닛;
    광강도를 계측하는 광강도 계측 유닛;
    마크의 상을 촬상하는 촬상 유닛;
    상기 스테이지의 위치를 계측하는 스테이지 위치 계측 유닛; 및
    촬상 유닛이 마크의 상을 촬상하는 시간 동안의 스테이지 위치의 변화 및 조명광강도의 변화에 의거해서 상기 촬상 동작 동안 스테이지의 평균 위치를 나타내는 평균 스테이지 위치를 결정하고, 상기 촬상 유닛으로부터 출력된 신호 파형에 의거해서 얻어진 마크의 위치를 상기 평균 스테이지 위치를 기준으로 하여 보정하는 마크 위치 보정유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  3. 레티클과 기판 간의 상대적인 위치 맞춤을 실시하고, 레티클의 패턴을 기판에 노광하는 노광 장치에 있어서,
    상기 레티클과 상기 기판 중 하나를 운반하는 이동가능한 스테이지; 및
    상기 레티클과 상기 기판 중 적어도 하나의 위치를 계측하는 위치 계측 장치를 포함하되,
    상기 위치 계측 장치는
    상기 레티클 또는 상기 기판의 위치를 나타내는 마크를 향해 광을 방출하는 조명 유닛;
    광강도를 계측하는 광강도 계측 유닛;
    마크의 상을 촬상하는 촬상 유닛;
    상기 스테이지의 위치를 계측하는 스테이지 위치 계측 유닛; 및
    상기 스테이지의 위치 변화 및 상기 조명광 강도의 변화가 허용 범위 내에 들어간 후 상기 촬상 유닛에 의해 상기 마크의 촬상 처리를 개시시키는 촬상 제어 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  4. 레티클과 기판 간의 상대적인 위치 맞춤을 실시하고, 레티클의 패턴을 기판에 노광하는 노광 장치에 있어서,
    상기 레티클과 상기 기판 중 하나를 운반하는 이동가능한 스테이지; 및
    상기 레티클과 상기 기판 중 적어도 하나의 위치를 계측하는 위치 계측 장치를 포함하되,
    상기 위치 계측 장치는
    상기 레티클 또는 상기 기판의 위치를 나타내는 마크를 향해 광을 방출하는 조명 유닛;
    광강도를 계측하는 광강도 계측 유닛;
    마크의 상을 촬상하는 촬상 유닛;
    상기 스테이지의 위치를 계측하는 스테이지 위치 계측 유닛; 및
    상기 스테이지의 위치 변화 및 상기 조명광 강도의 변화가 허용 범위를 벗어날 경우 상기 촬상 유닛에 의해 상기 마크의 촬상 처리를 개시시키는 촬상 제어 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  5. 반도체 디바이스 또는 액정 디바이스를 제조하는 방법에 있어서,
    제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 규정된 노광장치를 이용해서 레티클 위에 형성된 패턴으로 기판을 노광하는 단계; 및
    상기 노광된 기판을 현상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조방법.
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