KR20080065940A - 위치검출장치 및 노광장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 위치검출장치는 광축을 가지고, 상기 광축에 관해서 대칭인 2개의 광속을 기판에 입사시키는 투광광학계, 상기 투광광학계로부터 사출해서 상기 기판에 의해 반사된 상기 2개의 광속을 수광하는 수광광학계, 광축방향으로 시프트된 위치에 배치된 수광부, 상기 수광부에 입사한 상기 2개의 광속의 위치를 각각 검출하는 검출부, 및 상기 검출부에 의해 검출된 상기 2개의 광속의 위치에 의거해서 상기 기판의 법선방향의 면위치를 계산하는 계산부를 가지고 있다. 상기 투광광학계 및 상기 수광광학계의 적어도 한쪽은 상기 2개의 광축에 대해 공통화되어 있다.

Description

위치검출장치 및 노광장치{POSITION DETECTION APPARATUS AND EXPOSURE APPARATUS}

본 발명은 위치검출장치 및 노광장치에 관한 것이다.

위치검출장치 및 노광장치의 배경기술에 대해서, 면위치의 엄격한 계측정밀도가 요구되는 반도체용의 노광장치를 예로서 설명한다. 포토리소그래피(노광) 기술을 사용해서 반도체 메모리나 논리회로 등의 미세한 반도체소자 또는 액정표시 소자를 기판 위에 제조하는 일이 있다. 이 경우에, 마스크(예를 들면, 레티클)에 묘화된 회로패턴을 투영광학계에 의해 기판(예를 들면, 웨이퍼)에 투영해서 전사하기 위해서, 노광장치(예를 들면, 투영노광장치)가 사용되고 있다.

노광장치에서는, 반도체소자의 고집적화에 따라서, 보다 높은 해상력으로 노광에 의해 마스크의 회로패턴을 기판에 투영해서 전사하는 것이 요구되고 있다. 노광장치에 의해 전사할 수 있는 최소의 치수(해상도)는 노광광의 파장에 비례하고, 투영광학계의 개구수(NA)에 반비례한다.

즉, 파장을 짧게 할수록, 해상력은 좋아진다. 이 때문에, 근년의 광원으로는 초고압 수은램프(g선(파장 약 436nm) 및 i선(파장 약 365nm))보다 파장의 짧은 KrF 엑시머 레이져(파장 약 248nm)나 ArF 엑시머 레이져(파장 약 193nm)가 사용되고 있다.

개구수(NA)를 크게 할수록, 해상력은 좋아진다. 이 때문에, 액침노광의 실용화 검토도 진행되고 있다.

노광영역을 한층 더 확장하려는 또 다른 요구가 발생되고 있다. 이 요구에 대처하기 위해서, 노광영역을 직사각형의 슬릿형상(노광슬릿 영역)을 가진 노광영역을 형성하고, 마스크와 기판을 상대적으로 고속도로 주사하는 노광영역 확대기술이 있다. 이 기술을 사용한 스텝-앤드-스캔 방식의 노광장치("스캐너"라고도 부른다)는 대략 정방형 형상의 노광영역을 축소해서 일괄 노광하는 스텝-앤드-리피트 방식의 노광장치("스테퍼"라고도 부른다)에 비해서 넓은 영역을 고정밀도로 노광할 수 있다.

노광중에 있어서, 이 스캐너에서는 포커스검출계가 기판의 노광영역에 계측광을 조사해서 기판의 투영광학계의 광축방향에 있어서의 면 위치를 계측한다. 포커스검출계에 의해 얻어진 검출결과에 의거해서, 스캐너는 마스크의 패턴의 결상면과 기판의 상기 광축방향의 위치를 맞추면서 노광을 실시한다.

노광광의 단파장화및 투영광학계의 고NA화에 따라, 초점심도가 극히 감소되고 있다, 노광 타겟 기판의 면 위치를 마스크의 패턴의 결상면에 포커싱하는 정밀도, 즉 포커스 정밀도도 더욱더 엄격해지고 있다. 특히, 이것은 기판에 도포된 레지스트의 두께 불균일이나, 기판 상의 패턴의 영향에 의해, 포커스검출계의 계측 오차가 발생되기 쉽기 때문이다.

보다 구체적으로는, 주변 회로패턴이나 스크라이브 라인 근방에는 레지스트의 두께 불균일이 발생하기 쉬워, 레지스트의 표면의 단차가 커지게 된다. 이것이 발생하면, 예를 들면, 기판의 표면이 평탄해도, 레지스트 표면의 경사각도가 국소적으로 증가되어(로컬 틸트가 발생되어), 포커스검출계에 의해 검출되는 반사광의 기판에 대한 반사각이 국소적으로 크게 변동한다. 이 경우에, 포커스검출계가 기판의 면 위치를 정확하게 계측할 수 없는 경우도 있다.

기판의 표면에 있어서, 반사율이 높은 영역(예를 들면, 패턴이 조밀한 영역)과 반사율이 낮은 영역(예를 들면, 패턴이 엉성한 영역)이 공존할 수도 있다. 예를 들면, 기판의 표면이 평탄해도, 포커스검출계에 의해 검출되는 반사광의 기판에 대한 반사율이 국소적으로 크게 변동하는 경우도 있다. 이 경우에, 포커스검출계가 기판의 면 위치를 정확하게 계측할 수 없는 경우가 있다.

예를 들면, 도 20에 도시된 바와 같이, 기판(SB)상에 있어서, 고반사율영역(백색으로 표시된 영역)(HA)과 저반사율영역(사선으로 표시된 영역)(LA)이 존재하는 경우를 고려한다. 계측광의 조사에 의해 슬릿상이 투영되는 계측영역(MM)은 그 길 방향(β'방향)이 고반사율 영역(HA)과 저반사율 영역(LA)의 경계에 대해서 각도 A만큼 경사져 있다. 계측방향은 β'방향과 대략 수직인 방향이며, 즉, α'방향이 된다.

β'방향과 수직인 3개의 단면, 즉, AA'단면, BB'단면, CC'단면에 있어서의 반사광강도 분포를 도 21에 나타낸다. 도 20에 도시된 바와 같이, AA'단면 및 CC'단면은 각각 균일한 반사율을 가진다. 도 21에 도시된 바와 같이, AA'단면 및 CC' 단면에 있어서의 반사광의 강도 분포는 대칭성이 양호하다. 이에 비해서, 도 20에 도시된 바와 같이, BB'단면은 반사율이 다른 단면이다. 도 21에 도시된 바와 같이, BB'단면에 대한 반사광의 강도 분포는 대칭성이 나빠지고 있다. 이와 같이, 예를 들면, 기판의 표면이 평탄한 경우에도, 포커스검출계에 의해 검출된 반사광의 기판에 대한 반사율이 국소적으로 크게 변동하는 일이 있다. 즉, 국소적인 영역(고반사율 영역(HA)과 저반사율 영역(LA)과의 경계 근방)에 있어서, 반사광의 강도 분포의 대칭성이 나빠지는 경우가 있다. 이에 의해, 포커스검출계에 의해 얻어진 계측치, 즉 반사광의 강도분포의 중심에 대응하는 위치가 기판의 실제의 면 위치에 대해서 국소적으로 어긋나게 된다. 이 경우에, 포커스검출계가 기판의 면위치를 정확하게 계측할 수 없는 경우가 있다.

이 문제를 해결하기 위해서, 일본국 특개평 11-16827호 공보에는 2개의 면정보검출계(포커스검출계)의 투광광학계 및 수광광학계가, 각각 기판의 상부면의 법선에 대해서 대향하는 위치에 배치되는 기술이 개시되어 있다. 2개의 면정보 검출계의 투광계가 각각 기판의 상부면의 법선을 포함한 평면 상의 서로 다른 2 방향으로부터 광속이 기판에 입사하도록 광속을 안내한다. 광속이 기판에 의해 반사될 때에, 각각 기판의 상부면의 법선을 포함한 평면 상의 서로 다른 2 방향으로 안내되고, 2개의 면정보 검출계의 수광계에 의해 검출된다. 일본국 특개평 11-16827호 공보에 개시된 바와 같이. 2개의 면정보검출계는 수광계가 검출한 결과에 의거하여 기판의 면위치를 계측한다. 이 동작에 의해, 단차 등에 의한 포커스검출계의 계측치의 오 차를 어느 정도 저감한다.

그러나, 일본국 특개평 11-16827호 공보에 개시된 기술에는 2개의 면정보검출계(포커스검출계)의 투광광학계가 각각 별도로 설치되어 있고, 그들의 수광광학계도 별도로 설치되어 있다. 이 때문에, 상기 2개의 면정보검출계 간의 투광광학계 및 수광광학계의 특성을 대략 동일하게 하는 것이 곤란하다. 2개의 포커스검출계가 대략 동일한 형상의 슬릿상(像)을 기판 상의 대략 동일한 위치에 투영하도록 하는 것도 곤란하다. 서로 다른 2 방향으로부터 기판의 표면에 광속이 입사하도록 광속이 안내된 경우에도, 예를 들면, 단차에 기인한, 포커스검출계에 의해 얻어진 계측치의 오차를 충분하게 저감할 수 없다. 어떤 경우에는, 포커스검출계가 기판의 면위치를 정밀하게 계측할 수 없는 경우도 있다.

본 발명은 기판의 면위치를 보다 고정밀도로 계측할 수 있는 위치검출장치 및 노광장치를 제공한다.

본 발명의 제 1 측면에 의하면, 광축을 가지고, 상기 광축에 관해서 대칭인 2개의 광속을 기판에 입사시키는 투광광학계; 상기 투광광학계로부터 사출해서 상기 기판에 의해 반사된 상기 2개의 광속을 수광하는 수광광학계; 상기 수광광학계에 의해 설정된, 기판의 결상면으로부터 상기 수광광학계의 광축방향으로 시프트된, 위치에 배치된 수광부; 상기 수광부에 입사한 상기 2개의 광속의 위치를 검출하는 검출부; 및 상기 검출부에 의해 검출된 상기 2개의 광속의 위치에 의거하여 상기 기판의 법선방향의 면 위치를 계산하는 계산부를 가지고, 상기 투광광학계 및 상기 수광광학계 중의 적어도 한쪽은 상기 2개의 광속에 대해서 공통화되어 있는 것을 특징으로 하는 위치검출장치를 제공한다.

본 발명의 제 2 측면에 의하면, 마스크를 개재하여 기판을 노광하는 노광장치로서, 조명된 상기 마스크로부터의 광을 상기 기판에 투영하는 투영광학계; 상기 기판을 유지하는 기판스테이지; 및 상기 투영광학계의 광축의 방향에 있어서의, 상기 기판스테이지에 의해 유지된 상기 기판의 면 위치를 검출하는 상기 위치검출장치를 가지는 것을 특징으로 하는 노광장치를 제공한다.

본 발명의 제 3 측면에 의하면, 상기 노광장치를 사용하여 기판을 노광하는 노광공정; 및 상기 노광공정에 있어서 노광된 기판을 현상하는 현상공정을 가지는 것을 특징으로 하는 다바이스의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 예를 들면, 기판의 면 위치를 보다 고정밀도로 계측할 수 있다.

본 발명의 다른 특징은 첨부된 도면을 참조한 다음의 전형적인 실시형태의 설명으로부터 명백해질 것이다.

[실시형태의 설명]

실시형태에 의한 위치검출장치를 가진 노광장치는 마스크의 패턴을 피처리체 에 투영하여 전사하는 장치이다. 마스크의 예는 레티클이다. 피처리체의 예는 기판 이다. 기판의 예는 단결정 반도체 기판(웨이퍼), 액정 디스플레이(LCD) 용의 유리 기판이다. 상기 노광장치의 예는 스텝-앤드-스캔 방식의 노광장치이다. 이 방식의 노광장치는 서브 미크론이나 쿼터 미크론 이하의 리소그래피에 적합하다. 또, 본 실시형태에 의한 위치검출장치의 예는, 예를 들면, CD장치나 DVD장치에 있어서의 광픽업장치를 사용하여 기판의 면위치를 계측하는 장치이다.

우선, 도 1을 참조하면서 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 노광장치(200)를 설명한다. 도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 노광장치(200)의 구성도이다.

노광장치(200)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 조명광학계(801), 마스크(21)를 유지하는 마스크스테이지(RS), 투영광학계(22), 기판(9)을 유지하는 기판스테이지(WS), 위치검출장치(15), 및 제어장치(1100)를 구비한다.

제어장치(1100)는 CPU나 메모리를 가지고, 광원(800), 조명광학계(801), 마스크스테이지(RS), 기판스테이지(WS), 및 위치검출장치(15)와 전기적으로 접속되어 노광장치(200)의 동작을 제어한다. 예를 들면, 제어장치(1100)는 위치검출장치(15)를 제어하여 기판(9)의 면위치를 연산한다. 기판(9)의 면위치의 연산결과를 위치검출장치(15)로부터 수신한 후, 기판(9)의 면위치에 의거해서 기판스테이지(WS)를 구동제어한다.

조명광학계(801)는 광원(800)에 의해 사출된 광속에 의해 피조명면(마스크(21)의 상부면)을 조명한다. 조명광학계(801)는 광속을 노광에 적합한 소정의 형상의 노광슬릿으로 정형해서, 마스크(21)를 조명한다. 조명광학계(801)는 렌즈, 미러, 옵티컬인티그레이터, 및 조리개를 포함한다. 조명광학계(801)에서는, 예를 들 면, 콘덴서 렌즈, 파리의 눈렌즈, 개구조리개, 콘덴서 렌즈, 슬릿, 및 투광결상광학계의 순으로 내장되어 있다. 조명광학계(801)는 축상광과 축외광 양자 모두를 사용하여도 된다. 옵티컬 인티그레이터는 파리의 눈렌즈나 2조의 실린드리칼 렌즈 어레이(또는 렌티큘러 렌즈)를 적층함으로써 구성되는 인티그레이터를 포함해도 된다. 인티그레이터는 광학 로드(rod)나 회절소자로 치환되어도 된다.

여기서, 광원(800)에는, 예를 들면, 레이저를 사용한다. 레이저는 파장 약 193nm의 ArF 엑시머레이저, 파장 약 248nm의 KrF 엑시머레이저이다. 광원(800)에 사용되는 광원의 종류는 엑시머레이저로 한정되지 않는다. 예를 들면, 파장 약 157 nm의 F₂레이저나 파장 2Onm 이하의 EUV(Extreme UltraVIolet: 극자외선)광이어도 된다.

마스크(21)는, 예를 들면, 석영제로 이루어진다. 전사해야 할 회로패턴이, 예를 들면, Cr에 의해 마스크(21)에 형성된다. 마스크는 마스크스테이지(RS)에 의해 지지(유지)되어 있다. 마스크(21)의 회로패턴에 의해 회절된 회절광은 투영광학계(22)를 통해서 기판(9) 상에 투영된다. 마스크(21) 및 기판(9)은 광학적으로 공역의 관계로 배치된다. 마스크(21)와 기판(9)을 축소 배율비의 속도비로 주사함으로써, 마스크(21)의 패턴을 기판(9) 상에 전사한다.

마스크스테이지(RS)는 마스크척(도시하지 않음)을 개재하여 마스크(21)를 지지(유지)하고, 이동기구(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 이동기구는, 예를 들면, 리니어모터를 포함하고, X축방향. Y축방향, Z축방향 및 각 축 중심의 회전방향으로 마스크스테이지(RS)를 구동하여 마스크(21)를 이동시킬 수 있다. 예를 들면, 마스크(21)의 부근에는 광경사 입사계의 마스크 검출부(도시하지 않음)가 설치되어 있다. 마스크(21)는 마스크검출부(도시하지 않음)에 의해 위치가 검출된다. 제어장치(1100)는 그 검출결과에 의거해서 마스크(21)가 소정의 위치에 배치되도록 마스크스테이지(RS)를 구동제어한다.

투영광학계(22)는 물체면(마스크(21)의 상부면)에 의해 회절된 광속을 상면(像面)(초점면)에 결상하는 기능을 가진다. 투영광학계(22)는 마스크(21)의 회로패턴에 의해 회절된 광을 기판(9)으로 안내하고, 회로패턴에 대응한 상을 기판(9) 상에 결상한다. 투영광학계(22)는 복수의 렌즈소자만으로 구성되는 광학계를 포함해도 되거나, 또는 복수의 렌즈소자와 적어도 1매의 오목미러를 가지는 광학계(카타디옵트릭 광학계)를 포함해도 된다. 투영광학계(22)는 복수의 렌즈소자와 적어도 1매의 키노폼 등의 회절광학소자를 가지는 광학계를 포함해도 된다. 색수차의 보정이 필요한 경우, 투영광학계(22)는 서로 분산치(압베치)가 다른 유리재로 이루어지는 복수의 렌즈소자를 포함해도 되고, 또는 회절광학소자가 렌즈소자와 역방향으로 광을 분산하는 광학계를 포함해도 된다.

기판(9)의 상부면에는 포토레지스트가 도포되어 있다. 본 실시형태에서는, 기판(9)은 마스크(21)의 패턴이 전사되는 피처리체로서 기능한다. 동시에, 기판(9)은 위치검출장치(15)에 의해 그 법선 방향의 위치가 검출되는 피검출체로서도 기능을한다.

기판스테이지(WS)는 기판척(도시하지 않음)을 개재하여 기판(9)을 지지(유 지)하고, 이동기구(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 이동기구는, 예를 들면, 리니어모터를 포함하고, X축방향, Y축방향, Z축방향 및 각 축 중심의 회전방향으로 기판스테이지(WS)를 구동하여 기판(9)을 이동시킨다.

또, 마스크스테이지(RS)의 위치와 기판스테이지(WS)의 위치는, 예를 들면, 레이저 간섭계(도시하지 않음)에 의해 감시되어 일정한 속도 비율로 구동된다. 기판스테이지(WS)는, 예를 들면, 댐퍼를 개재하여 마루 등의 위에 지지를 받는 스테이지 정반 위에 설치된다. 마스크스테이지(RS) 및 투영광학계(22)는, 예를 들면, 마루 등에 탑재된 베이스 프레임 상에 댐퍼를 개재해서 지지를 받는 도시하지 않는 경통정반 상에 설치된다.

원 쇼트영역 내의 주사노광 중에, 위치검출장치(15)는 기판(9)에 의해 반사된 계측광의 수광소자(13)(도 2 참조)에 있어서의 수광위치를 검출한다. 상기 검출된 수광위치에 의거해서 기판(9)의 면위치를 연산한다. 위치검출장치(15)는 연산된 기판(9)의 면위치의 정보를 제어장치(1100)에 전송한다. 제어장치(1100)는 연산된 기판(9)의 면위치에 의거하여 노광 상면(마스크(21)의 패턴의 결상면)으로부터의 시프트량을 산출한다. 제어장치(1100)는 산출된 시프트량에 의거해서 기판(9)의 면위치 및 경사가 마스크의 패턴의 결상면에 맞도록, 기판스테이지(WS)를 구동 제어한다.

기판(9)의 면위치(포커스)가 계측되는 점에 대해서 설명한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 기판(9)의 전체면에 걸쳐서 스캔 방향(Y방향)으로 기판스테이지(WS)를 스캔하면서 위치검출장치(15)에 의해 기판(9)의 면위치를 계측한다. 스캔 방향과 수직인 방향(X방향)에는,기판스테이지(WS)를 ΔX만큼 스텝 한다. 제어장치(1100)에 의해 이들 동작을 반복해서 기판(9) 전체면의 프로파일 계측을 실시한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 기판(9) 상에는 입사과성분(-1차광성분) 및 입사광성분(+1차광성분)에 의해 각각 슬릿상(M1) 및 (M2)이 형성된다.

높은 스루풋을 얻기 위해서는, 복수의 위치검출장치(15)를 사용해서 기판(9)상의 서로 다른 포인트의 면위치를 동시에 계측하여도 된다. 예를 들면, 도 10에 도시된 바와 같이, 2개의 위치검출장치(제 1 위치검출장치 및 제 2 위치검출장치)가 X방향으로 ΔX의 간격으로 병렬로 배치되어 있는 경우를 생각한다. 이 경우, 제 1 위치검출장치에 의해 조사되는 슬릿상(MA)과 제 2 위치검출장치에 의해 조사되는 슬릿상(MB)은 기판(9) 상에 ΔX의 간격으로 동시에 결상된다. 기판(9)의 전체면에 걸쳐서 스캔방향(Y방향)으로 기판스테이지(WS)를 스캔하면서 제어장치(1100)에 의해 제 1 위치검출장치 및 제 2 위치검출장치를 제어하여 기판(9)의 면위치를 계측한다. 제어장치(1100)에 의해 스캔방향과 수직인 방향(X방향)으로 기판스테이지(WS)를 2ΔX만큼 스텝하고, 제 1 위치검출장치 및 제 2 위치검출장치를 제어하여 기판(9)의 면위치를 계측한다. 제어장치(1100)에 의해 이들 동작을 반복해서, 기판(9) 전체면의 프로파일 계측을 실시한다. 제 1 위치검출장치 및 제 2 위치검출장치에 의한 계측에 소요되는 시간은 단일의 위치검출장치(15)에 의한 계측에 소요되는 시간의 약 반이다.

위치검출장치(15)의 슬릿판(3)의 슬릿(3S)(도 2 참조)은 복수의 슬릿을 소정간격으로 배치한 회절격자형이어도 된다. 이 경우에, 위치검출장치(15)는 각 슬릿 에 의해 회절되어 기판(9)에 의해 반사된 광성분의, 수광소자(13)(도 2 참조)에 있어서의 수광위치를 개별적으로 검출하여, 각 슬릿의 조사영역에 있어서의 기판(9)의 면위치를 개별적으로 계측해도 된다.

기판(9)의 면위치를 계측한 후, 스캔 노광시의 포커스 및 경사의 계측을 사용하여 기판(9)의 면위치를 보정하는 방법에 대해서 설명한다. 위치검출장치(15)는 기판(9)의 상부면의 법선방향의 위치(기판(9)의 면위치)를 계측해서, 기판(9)의 면위치의 정보를 제어장치(1100)에 전송한다. 제어장치(1100)는 기판(9)의 면위치의 정보를 기억한다. 제어장치(1100)는 투영광학계(22)의 투영렌즈(도시하지 않음) 아래에 기판(9)의 노광대상의 쇼트영역이 위치하도록 기판스테이지(WS)를 구동 제어한다. 기억된 기판(9)의 면위치의 정보에 의거해서, 제어장치(1100)는 노광대상의 쇼트영역 근방의 영역에 대해서 기판(9)의 면위치의 삼차원 데이터(면형상 데이터)를 생성한다. 생성된 기판(9)의 면위치의 삼차원 데이터에 의거해서 제어장치(1100)는 노광대상의 쇼트영역 근방의 영역에 대해서 노광상면(마스크(21)의 패턴의 결상면)으로부터의 시프트량을 산출한다. 제어장치(1100)는 기판(9)의 면위치 및 경사가 마스크(21)의 패턴의 결상면에 맞도록, Z방향 및 경사방향으로 기판스테이지(WS)를 구동 제어한다. 이들 동작에 의해, 제어장치(1100)는 기판 상의 슬릿영역을 노광하고, 또한 기판스테이지(WS)를 Y방향으로 스캔 구동하도록 제어한다. 노광대상의 쇼트영역의 전사를 종료한 후. 제어장치(1100)는 다음의 노광대상의 쇼트영역에 대해서도 동일한 동작을 실시한다. 제어장치(1100)는 노광해야 할 쇼트영역이 잔류하는지의 여부를 판단해서, 모든 쇼트영역을 노광할 때까지, 상술의 동작을 반복한다. 제어장치(1100)는 모든 노광 쇼트영역의 전사가 종료했다고 판단하면, 기판(9)을 회수해서, 노광 프로세스를 종료한다.

제어장치(1100)는 기판(9)의 면위치의 정보인 Z좌표의 정보를 기억하고 있어도 되고. 기판스테이지의 XY구동 위치의 정보인 XY 좌표의 정보를 기억하고 있어도 된다. 최초의 노광 대상의 쇼트영역을 전사하기 전에, 제어장치(1100)는 기억되어 있는 기판(9)의 면위치의 정보에 의거하여 전체 쇼트영역에 대해서 기판(9)의 면위치의 삼차원 데이터(면형상 데이터)를 생성하여도 된다. 제어장치(1100)는 전체쇼트영역에 있어서의 기판(9)의 면위치의 삼차원데이터에 의거해서 전쇼트 영역에 대해서 노광상면(마스크(21)의 패턴의 결상면)으로부터의 시프트량을 산출해도 된다.

기판스테이지(WS)는 1개만 설치하여도 되고, 기판을 노광하기 위한 노광 스테이션과 기판의 얼라인먼트 계측이나 면위치 계측을 하기 위한 계측스테이션 사이를 왕복하는 복수의 기판스테이지(WS)를 설치하여도 된다. 위치검출장치는 계측스테이션 측에 배치된다.

위치검출장치의 구성 및 동작에 대해서 설명한다. 도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 위치검출장치의 개략 구성도이다.

위치검출장치(15)는 기판(9)의 표면의 Z방향 위치(면위치)를 검출하는(포커스검출계의) 기능을 가진다. 위치검출장치(15)는 투광광학계, 수광광학계 및 연산처리장치(400)(도 1 참조)을 구비한다. 연산처리장치(400)는 수광위치검출부(도시하지 않음, 검출부), 산출부(도시하지 않음, 컴퓨터) 및 연산처리부(도시하지 않음, 컴퓨터)를 구비한다.

투광광학계는 투광조명광학계(2), 패턴판(3), 투광결상광학계, 필터(5), 편광빔스플리터(6) 및 λ/4파장판(7)을 구비한다. 투광결상광학계는 렌즈(4) 및 렌즈(8)를 포함한다. 광원(1), 투광조명광학계(2). 패턴판(3), 렌즈(4), 필터(5), 편광빔스플리터(6), λ/4파장판(7), 렌즈(8), 및 기판(9)은, 투광광학계의 광축(PA)과 그들의 중심이 일치하도록 배치되어 있다.

수광광학계는 수광결상광학계, λ/4파장판(7), 편광빔스플리터(6), 수광확대광학계 및 수광소자(13)를 구비한다. 수광결상광학계는 렌즈(8) 및 렌즈(10)를 포함한다. 수광확대광학계는 렌즈(11) 및 렌즈(12)를 포함한다. 렌즈(8), λ/4파장판(7), 편광빔스플리터(6), 렌즈(10), 렌즈(11), 렌즈(12), 및 수광소자(13)는 기판(9)과 함께, 수광광학계의 광축(PB)과 그들의 중심이 일치하도록 배치되어 있다. 광축(PB)은 기판(9)으로부터 편광빔스플리터(6)에 이르는 부분에 있어서 광축(PA)과 맞추어져 있고, 편광빔스플리터(6)로부터 수광소자(13)에 이르는 부분에 있어서 광축(PA)과 교차하는 방향으로 연장되어 있다.

광원(1)은 투광광학계의 광축(PA)의 상류에 설치되어, LED, LD, 또는 할로겐 램프를 사용해서 광(포커스 계측광)을 발생한다.

투광조명광학계(2)는 광축(PA)을 따라서 광원(1)의 하류에 설치되고, 광원(1)에 의해 사출된 광속을 광축(PA)의 하류측에 안내하여 패턴판(3)을 조명한다. 투광조명광학계(2)는 조명강도의 균일성 및 편광상태를 제어하는 기능을 가진다. 본 실시형태에서는, 투광조명광학계(2)가 광원(1)에 의해 사출된 광속의 성분을 동일 방향으로 편광해서 P편광성분(도면방향 내에서 진동하는 전기장)을 발생시켜서, 그 P편광성분에 의해 패턴판(3)을 조명한다.

광축(PA)을 따라서 투광조명광학계(2)의 하류측에 있어서, 패턴판(3)은 투광결상광학계(렌즈(4) 및 렌즈(8))의 상면과 공역이다. 패턴판(3)은, 예를 들면, 직사각형의 투과슬릿(3S)의 패턴(계측용의 패턴)이 형성되어 있는 광축(PA) 근방에 개구한다. 패턴판(3)은, 예를 들면, 유리판이며, 투과슬릿(3S)을 제외하고 Cr이 코팅되어 있다. 투과슬릿은 단일형 슬릿이어도 되고, 복수의 슬릿이 병렬된 회절격자 타입이어도 된다. 투과슬릿은 그 자체가 회절격자패턴으로 형성되어도 된다. 또는, 패턴판이 투과율이 높은 물질로 형성되고, 패턴판에 있어서 광축(PA) 근방에만 반사율이 높은 물질로 직사각형의 반사 슬릿의 패턴이 형성되어 있어도 된다.

렌즈(4)는 광축(PA)을 따라서 패턴판(3)의 하류에 설치되어, 패턴판(3)을 통과한 광속을 굴절시켜 필터(5)로 안내한다. 예를 들면, 렌즈(4)는 패턴판(3)의 투과슬릿(3S)에 의해 회절(산란)된 O차광(B0), -1차광성분(B1), 및 +1차광성분(B2)을 굴절시켜 필터(5)로 안내한다. 0차광성분(B0)은 투광광학계의 광축(PA) 근방을 진행한다. -1차광성분(B1) 및 +1차광성분(B21)에는 투광광학계의 광축(PA)을 따라서 광축(PA)으로부터 떨어진 장소를 진행한다. 렌즈(4)는 2차 이상의 차수의 회절광성분을 한층 더 굴절시켜도 된다.

필터(5)는 광축(PA)을 따라서 렌즈(4)의 하류에 설치된다. 필터(5)는 광축(PA) 근방 이외의 부분에 있어서 개구되어 있다. 이에 의해, 필터(5)는 렌즈(4)에 의해 굴절된 광속을 부분적으로 투과시킨다. 즉. 필터(5)는 0차광성분(B0)을 차단해서, ±n차(n:자연수)의 복수의 광속성분을 통과시킨다. 예를 들면, 필터(5)는 -1차광성분(B1) 및 +1차광성분(B2)을 통과시킨다.

편광빔스플리터(6)는 광축(PA)에 대한 필터(5)의 하류에 위치하고 있다. 광축(PB)에 대한 λ/4파장판(7)의 하류에 있어서, 편광빔스플리터(6)는 렌즈(4), 렌즈(8) 및 렌즈(10)의 사이에 배치된다. 이에 의해, 편광빔스플리터(6)는 광속을 분할한다. 즉, 편광빔스플리터(6)는 렌즈(4)로부터 필터(5)를 경유해서 입사되는 광성분(P편광성분)을 투과해서 렌즈(8)로 안내하고, 렌즈(8)로부터 λ/4파장판(7)을 경유해서 입사되는 광성분(S편광성분)을 반사해서 렌즈(10)로 안내한다.

λ/4파장판(7)은 광축(PA)을 따라서 편광빔스플리터(6)의 하류에 설치되고, 편광빔스플리터(6)를 통과한 광속을 광축(PA)의 하류측으로 안내해서 렌즈(8)에 입사시킨다. 또한, λ/4파장판(7)은 광축(PB)을 따라서 렌즈(8)의 하류에 설치되고, 렌즈(8)를 통과한 광속을 광축(PB)의 하류측에 안내해서 편광빔스플리터(6)에 입사시킨다. 이 때, λ/4파장판(7)은 직선편광성분과 원형편광성분으로 교대로 변환한다. 예를 들면, λ/4파장판(7)은 편광빔스플리터(6)로부터 광성분(P편광성분)을 원형편광성분으로 변환해서 렌즈(8)에 입사시키고, 렌즈(8)로부터 입사하는 광성분(원형편광성분)을 S편광성분으로 변환해서 편광빔스플리터(6)에 입사시킨다.

렌즈(8)는 광축(PA)을 따라서 λ/4파장판(7)의 하류에 설치되고, λ/4파장판(7)을 통과한 광속을 굴절시켜 기판(9)에 안내한다. 즉, 투광광학계의 투광결상광학계(렌즈(4)및 렌즈(8))는 패턴판(3)의 투과슬릿(3S)의 패턴에 의해 회절된 광속을 굴절시켜, 패턴판(3)의 패턴을 기판(9) 위에 결상시킨다. 즉, 투광광학계의 투광결상광학계는 2개의 광속성분을 안내해서 기판(9)의 표면의 법선에 대해서 대 칭인 각도로 기판(9)에 입사시킨다. 또한, 렌즈(8)는 기판(9)에 의해 반사된 광을 굴절시켜 λ/4파장판(7)으로 안내한다.

렌즈(10)는 광축(PB)을 따라서 편광빔스플리터(6)의 하류에 설치되고, 편광 빔스플리터(6)에 의해 반사된 광속을 결상면(M') 상에 결상시킨다. 즉, 수광결상 광학계(렌즈(8) 및 렌즈(10)는 기판(9)에 의해 반사되 광속을 굴절시켜, 패턴판(3)의 패턴을 결상면(M') 위에 결상시킨다. 렌즈(10)는 편광빔스플리터(6)에 의해 반사된 광속을 확대광학계(렌즈(11) 및 렌즈(12))로 안내한다.

확대광학계(렌즈(11) 및 렌즈(12))는 광축(PB)을 따라서 렌즈(10)의 하류에 설치되고, 렌즈(10)에 의해 굴절된 광속을 한층 더 굴절시켜 수광소자(13)로 안내한다. 보다 구체적으로는, 확대광학계(렌즈(11) 및 렌즈(12))는 수광결상광학계(렌즈(8) 및 렌즈(10))의 결상면(M')으로부터 광축(PB)의 하류 측으로 시프트된 면(이하, 결상시프트면이라고 부른다)(M")에 투영되는 패턴의 상을, 수광소자(13)에 확대 결상시킨다. 여기서, 결상시프트면(M")은 확대광학계에 관해서 수광소자(13)의 수광면과 공역인 위치에 있다.

수광소자(수광부)(13)는 광축(PB)을 따라서 확대광학계(렌즈(11) 및 렌즈(12))의 하류에 설치되고, 확대광학계로부터 사출된 광속을 검출한다. 수광소자(13)의 예는 CCD(에리어센서 또는 라인센서)나, 4분할센서이다.

연산처리장치(400)(도 1 참조)의 수광위치검출부(도시하지 않음)는 수광광학계의 수광소자(13) 및 산출부(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 수광위치검출부는 광전변환된 전하에 대응한 아날로그 신호를 각 화소마다 수광소자(13)로부터 수신 한다. 수광위치검출부는 수신된 아날로그 신호에 의거하여 수광광학계로부터 사출된 2개의 광속성분이 수광소자(13)에 입사하는 위치인 수광위치(S1) 및 (S2)를 검출한다. 수광위치(S1) 및 (S2)는 2개의 광속성분에 의해 수광소자(13)에 형성하는 상의 중심 위치이다. 수광위치검출부는 2개의 광속성분의 수광위치(S1) 및 (S2) 상의 정보를 산출부에 전송한다.

산출부는 수광위치검출부 및 연산처리장치(400)(도 1 참조)의 연산처리부(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 산출부는 2개의 광속성분의 수광위치(S1) 및 (S2) 상의 정보를 수광위치검출부로부터 수신한다. 산출부는 수신된 2개의 광속성분의 수광위치 상의 정보에 의거해서 2개의 광속성분의 수광위치 간의 간격을 산출한다. 산출부는 산출한 간격의 정보를 연산처리부에 전송한다.

연산처리부는 산출부 및 제어장치(1100)(도 1 참조)의 구동제어부(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 연산처리부는 산출된 간격의 정보를 산출부로부터 수신한다. 연산처리부는 산출된 간격의 정보에 의거해서 기판(9)의 면위치를 연산한다. 예를 들면, 연산처리부는 산출된 간격과 포커스 상태에 있어서의 간격을 비교해서, 디포커스량을 연산한다. 이와 같이, 연산처리부는 기판(9)의 면위치를 연산한다. 연산처리부는 기판(9)의 면위치의 정보를 제어장치(1100)의 구동제어부에 전송한다. 구동제어부는 기판(9)의 면위치와 목표로 하는 면위치(마스크(21)의 패턴의 결상면을 매칭시키는 위치) 간의 차이를 연산해서, 연산된 차이만큼 Z방향으로 기판스테이지(WS)를 구동한다.

포커스 상태에 있어서의 간격은 연산처리부에 미리 설정되어 있어도 되고, 연산처리부가 참조가능한 기억부(도시하지 않음)에 기억되어 있어도 된다. 또, 수광소자(13)가 수광한 각 반사광속의 위치를, 공지의 방법을 사용하여 수광위치검출부에 의해 검출하여도 된다. 예를 들면, 수광소자(13)로서 4분할센서나 2분할센서를 사용하는 경우, 분할된 각 소자에 의해 수광된 광성분의 강도의 비를 연산함으로써, 수광소자(13)가 수광한 각 반사광성분의 위치를 검출할 수 있다. 예를 들면, 수광소자(13)로서 CCD나 CMOS 센서 등의 어레이소자를 사용하는 경우, 수광영역의 크기에 대응하는 복수의 소자로부터의 광강도에 의거하여 수광영역의 중심위치를 계산함으로써, 수광소자(13)가 수광한 각 반사광성분의 위치를 검출할 수 있다.

이와 같이, 투광광학계 및 수광광학계는 상기의 2개의 광속성분에 대해 공통화되어 있다.

도 2에 도시된 슬릿(3S)에 의해 회절되는 O차광성분(BO), -1차광성분(B1), 및 +1차광성분(B2)의 광로를 상세하게 설명한다.

슬릿(3S)에 의해 회절된 0차광성분(B0)은, 도 2에 2점쇄선으로 나타낸 바와 같이, 렌즈(4)를 통과한 후, 필터(5)에 의해 차단된다.

슬릿(3S)에 의해 회절된 ―1차광성분(B1)은, 도 2에 실선으로 나타낸 바와 같이, 렌즈(4) 및 (8)에 의해 기판(9)에, 도 2의 좌측으로부터 입사각도(θin)로 입사한다. 상기 입사광 성분은 반사각도(θin)로 기판(9) 상에서 반사된다. 상기 반사광 성분은 렌즈(8), λ/4파장판(7), 편광빔스플리터(6), 렌즈(10), 및 확대광학계(렌즈(11) 및 (12))를 경유해서 수광소자(13) 상의 수광위치(S1)에서 수광된다. 수광위치(S1)는 -1차광성분(B1)에 의해 수광소자(13) 상에 형성되는 상의 중 심위치이다.

도 2에 점선으로 나타낸 바와 같이, 슬릿(3S)에 의해 회절된 +1차광성분(B2)은 렌즈(4) 및 (8)에 의해 기판(9)에, 도 2의 우측으로부터 입사각도(θin)로 입사 한다. 상기 입사광성분은 반사각도(θin)로 기판(9) 상에서 반사된다. 상기 반사된 광성분은 렌즈(8), λ/4파장판(7), 편광빔스플리터(6), 렌즈(10), 및 확대광학계(렌즈(11) 및 (12))를 경유해서 수광소자(13) 상의 수광위치(S2)에서 수광된다. 수광위치(S2)는 +1차광성분(B2)에 의해 수광소자(13) 상에 형성되는 상의 중심 위치이다.

간격을 산출할 수 있도록 수광위치(S1)와 수광위치(S2)가 검출되는 한, -1차광성분(B1) 및 +1차광성분(B2)은 별도의 수광소자에 의해 수광되어도 된다.

기판(9)의 면위치가 변화했을 경우의 광로의 시프트를, 도 3 및 도 4를 참조하면서 설명한다. 도 3은 기판(9)의 면위치가 변화했을 경우의 ―1차광성분(B1)의 광로의 시프트를 나타내는 도면이다. 도 4는 기판(9)의 면위치가 변화했을 경우의+1차광성분(B2)의 광로의 시프트를 나타내는 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 기판(9)의 면위치(Z방향의 위치)가 (9A)로부터 (9B)까지 dZ만큼 변화한 경우, -1차광성분(B1)은 면위치(9A)에 대해서, X1 = 2tan(θin)·dZ만큼 도 3의 우측방향으로 시프트한다(도 3의 우측방향을 X방향의 정방향으로 한다). 도 4에 도시된 바와 같이, 기판(9)의 면위치가 (9A)로부터 (9B)까지 dZ만큼 변화한 경우, +1차광성분(B2)은 면위치(9A)에 대해서, X2 = -2tan(θin)·dZ만큼 도 4의 우측방향으로 시프트한다(음의 부호는 도 4의 좌측방향을 나타 낸다). 이와 같이, 기판(9)의 면위치의 변화에 대해서, -1차광성분(B1)과 +1차광성분(B2)이 역방향으로 시프트한다. 따라서, 수광소자(13) 상의 2개의 수광위치(S1) 및 (S2)의 간격(D)도 변화하게 된다. 즉, 수광위치검출부가 검출한 2개의 수광위치(S1)와 (S2) 간의 차이 (X1-X2)· M를 구함으로써, 산출부는 수광소자(13) 상의 간격(D)은

에 따라서 산출할 수 있다.

위치검출장치(15)의 결상배율(수광결상광학계의 배율과 수광확대광학계의 배율의 곱)을 M으로 놓고, ±1차광성분의 기판(9)에의 입사각도를 θin로 놓는다. 식 (1)에 의해 산출부가 산출한 간격(D)에 의거하여 연산처리부는 Z방향의 변위(dZ)를

D = 4·M·tan(θin)·dZ + DO ...(2)

에 따라서 연산한다. 이와 같이, 연산처리부는 기판(9)의 면위치를 연산한다.

식(1) 및 (2)에 있어서의 D0는 결상면(9')(도 1 참조)으로부터 디포커스된 면위치(Z방향의 위치)와 공역인 위치에서 2개의 수광위치의 간격을 계측하고 있기 때문에 발생하는 초기 오프셋(오프셋량)이다. 초기 오프셋(DO)은 이하의 방법에 의해 교정할 수 있다.

구동제어부는 기판(9)을 유지하고 있는 기판스테이지를 Z방향으로 구동한다. 차광기구(도시하지 않음)는 -1차광 성분(B1)과 +1차광성분(B2)을 교대로 차광한다. 수광위치검출부는 -1차광성분(B1)의 수광위치(S1)와 +1차광성분(B2)의 수광위치 (S2)를 개별적으로 검출한다. 산출부는 개별적으로 검출된 수광위치(S1) 및 (S2)의 정보에 의거해서 수광위치(S1)와 수광위치(S2) 간의 간격(D)을 산출한다. 연산처리부는 산출된 간격(D)에 의거하여, 간격(D)이 제로인지의 여부를 판단한다. 간격(D)이 제로가 아니라고 연산처리부가 판단하는 경우, 구동제어부는 기판스테이지를 Z방향으로 더 구동한다. 연산처리부가 간격(D)이 제로라고 판단하는 경우, 산출된 간격(D)을 기준이 되는 간격(D1)

으로 설정한다. 연산처리부는 기준이 되는 간격(D1)에 의거해서, 기판(9)의 면위치를 연산하고, 연산된 면위치를 기준이 되는 면위치(Z1)로 설정한다. 면위치(Z1)는 (결상면(M')과 결상시프트면(M") 간의 간격 MD) / (수광결상광학계의 배율)만큼 패턴판(3)의 패턴의 결상면으로부터 Z방향으로 시프트(디포커스)된 기판(9)의 면위치를 나타낸다. 즉,

(디포커스량) = (간격ΔMD) / (수광결상광학계의 배율) ...(3)

이다.

구동제어부는 (간격 ΔMD/(수광결상광학계의 배율) 만큼 기판스테이지를 Z방향으로 구동한다. 수광위치검출부는 -1차광성분(B1)의 수광위치(S1)와 +1차광성분(B2)의 수광위치(S2)를 검출한다. 산출부는 개별적으로 검출된 수광위치(S1) 및 (S2)의 정보에 의거해서, 수광위치(S1)와 수광위치(S2) 간의 간격(D)을 산출한다. 연산처리부는 산출된 간격(D)을 오프셋 상태의 간격, 즉 상술한 초기 오프셋(DO)로서 설정한다. 연산처리부는 초기 오프셋(DO)에 의거해서, 기판(9)의 면위치를 연산하고, 포커스 상태로부터의 기판(9)의 면위치의 시프트량(dZ)도 연산한다. 초기 오프셋(DO)은 포커스 상태에 있어서의 수광위치(S1)와 수광위치(S2) 간의 간격을 나타낸다.

수광소자(13)의 유효 수광 범위에 있어서 수광위치(S1) 및 (S2)를 연결하는 방향의 개략 반의 폭의 정보는 연산처리부에 미리 설정되어 있어도 되고, 또는 연산처리부가 참조가능한 기억부에 기억되고 있어도 된다.

이러한 방식으로, 연산처리부는 식(1)의 dZ를, 투광결상광학계(렌즈(4) 및 (8))의 초점면(패턴판(3)의 패턴상의 결상면)으로부터의 Z방향의 변위(시프트)로 설정한다.

통상의 동작시에, 구동제어부는 dZ가 제로가 되는 위치로 기판스테이지를 구동한다. 이 동작에 의해, 구동제어부는 기판(9)의 면위치를 초점면에 위치맞춤한다.

예를 들면, 렌즈(4) 및 (8)을 포함한 투광결상광학계의 개구수(NA)가 0.6이고, 입사각도(θin)가 30°(sin(θin) < NA)이고, 렌즈(11) 및 (12)를 포함한 확대광학계의 배율(M)이 10배인 경우를 고려한다. 기판(9)의 면위치의 변화 dz는 2 × 10·tan30°= 11.5배로 확대되게 된다. 예를 들면, 수광소자(13)는 5㎛(=5000nm)의 화소피치를 가진 라인센서를 사용했을 경우, 수광위치를, 예를 들면, 중심처리에 의해, 화소피치의 1/20 정도의 분해능으로 검출할 수 있다. 따라서, 이 경우의 면위치 계측분해능은, 5000nm / 20 / 11.5 = 22nm 이다.

즉, 면위치 계측분해능을 ZR, 수광소자(13)의 화소피치를 Pz로 하면,

ZR = Pz / 20 /(2M·tan(θin)) ...(4)

가 된다.

이와 같이, 식(4)에 의거하여, 요구되는 면위치 계측분해능(ZR)을 만족시키 도록, 수광소자(13)의 화소피치(Pz), 확대광학계의 배율(M), 및 ±1차광성분의 기판(9)에의 입사각도(θin)를 설정할 수 있다. sin(θin) < NA를 만족하도록, 투광광학계의 개구수(NA)를 설정할 수 있다. 또한, 연산처리부는 확대광학계의 배율M 및 ±1차광성분의 기판(9)에 대한 입사각도(θin)를 사용해서 식(1)에 의해 산출부가 산출한 간격(D)에 의거해서, 식(2)에 의해 Z방향의 변위(dZ)를 연산한다.

반사율 분포를 나타내는 기판(9) 상의 영역의 면위치를 계측했을 때의 캔슬 효과를, 도 5 및 도 8을 참조하면서 설명한다.

우선, 도 2에 도시된 바와 같이 기판(9) 상에 반사율분포가 존재하고, 저반사율영역(LA)과 고반사율영역(HA) 간의 경계 근방영역의 면위치를 계측하는 경우를 고려한다. 도 5은 기판(9)을 상부면에 수직인 방향으로부터 본 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 기판(9)의 표면에 있어서, 저반사율영역(해칭영역)(LA)과 고반사율 영역(백색영역)(HA)이 공존한다. 저반사율영역(LA)과 고반사율영역(HA) 간의 경계 근방영역에는, 좌측의 입사광성분(-1차광성분)(B1) 및 우측의 입사광성분(+1차광성분)(B2)에 의해 형성된 슬릿상(M1) 및 (M2)이 각각 대략 중첩된 상태로(대략 동일위치에) 결상된다.

상기 슬릿상(M1) 및 (M2)에 대응한 수광위치(S1) 및 (S2)를 도 8을 참조하면서 설명한다. 도 8은 수광소자(13) 상의 수광위치를 나타내는 그래프이다. 도 8을 참조하면, 실선은 기판(9)의 면위치가 9A인 경우의 수광한 광성분의 강도분포(프로파일)를 나타내고, 점선은 기판(9)의 면위치가(9B)인 경우의 수광한 광성분의 강도분포(프로파일)를 나타낸다.

우선, 기판(9)의 면위치가(9A)인 경우의 실선에 의해 나타낸 프로파일(PFlA)및 (PF2A)을 고려한다. 좌측의 입사광성분(-1차광성분)(B1)의 수광위치(S1) 근방영역에 있어서의 프로파일(PF1A)은 기판(9)의 반사율분포(도 2 참조)에 의해 좌우 비대칭인 파형을 나타낸다. 상기 프로파일(PF1A)의 중심위치는 반사율이 기판(9)에 균일하게 분포하는 경우에 비해 고반사율영역(HA)의 측으로 dP1만큼 시프트 한다. 마찬가지로, 우측의 입사광성분(+1차광성분)(B2)의 수광위치(S2)의 프로파일(PF2A)은 기판(9)의 반사율분포(도2참조)에 의해 좌우 비대칭인 파형을 나타낸다. 상기 프로파일(PF2A)의 중심위치는 반사율이 기판(9)에 균일하게 분포하는 경우에 비해 고반사율영역(HA)의 측으로 dP2만큼 시프트한다. 기판(9)에 대해서 좌우로부터 입사 한 광성분은 기판(9) 상에서 대체로 중첩되어 있기 때문에(도 5 참조) 이들의 시프트량은 대체로 동일하다(즉,

). 따라서, 기판(9)의 면위치가 (9A)인 경우, 수광위치(S1) 및 (S2)의 간격(DA)을 계측함으로써, 반사율분포의 불균일에 의한 2개의 수광위치(S1) 및 (S2)의 계측오차 (dP1) 및 (dP2)를 캔슬할 수 있다.

다음에. 기판(9)의 면위치가 9B인 경우의 점선의 프로파일(PFlB) 및 (PF2B)을 고려한다. 상기 점선으로 나타낸 프로파일(PF1B) 및 (PF2B)은 실선의 프로파일(PF1A) 및 (PF2A)보다 수광위치(S1)와 (S2) 간의 간격이 넓어진다(간격(DB) > 간격(DA)). 이것은 수광위치(S1) 및 (S2)가 기판(9)의 면위치에 대해서 역방향으로 변화하는 것을 나타내고 있다(도 3 및 도 4 참조). 점선의 프로파일(PFlB) 및 (PF2B)의 중심위치는 실선의 프로파일(PF1A) 및 (PF2A)로부터 기판의 반사율분포에 따라 동일한 방향으로 시프트한다. 즉, 점선의 프로파일(PF1B) 및 (PF2B)의 중심위치는 기판(9)의 반사율이 균일하게 분포하는 경우에 비해 고반사율영역(HA)의 측ㅇ으로(동일한 방향으로) 각각 dP1 및 dP2만큼 시프트한다. 이들 시프트량은 대체로 서로 동일하다(

). 따라서, 기판(9)의 면위치가 9B인 경우에도, 수광위치(S1)와 (S2) 간의 간격(DB)을 계측함으로써, 반사율분포의 불균일에 의한 2개의 수광위치(S1) 및 (S2)의 계측오차 (dP1) 및 (dP2)를 캔슬할 수 있다.

레지스트 표면에 있어서 경사각도(로컬틸트)가 국소적으로 커지고 있는 영역의 면위치를 계측했을 때의 캔슬효과를, 도 6 내지 도 8을 참조하면서 설명한다. 도 6은 로컬틸트에 의한 기판(9)의 반사광성분의 광로를 나타내는 도면이다. 도 7은 로컬틸트에 의한 반사광성분의 결상시프트면(M")에 있어서의 위치의 시프트를 설명하는 도이다. 상기 설명에서는, 기판(9)에 대한 입사광성분과 반사광성분을 동일한 부호로 나타냈지만, 이하에서는 편의적으로 입사광성분과 반사광성분을 서로 다른 부호로 나타내기로 한다.

도 6에 도시된 바와 같이, -1차광성분(B1) 및 +1차광성분(B2)의 반사방향은 면계측 위치를 매칭시킨 표면이 로컬틸트가 없는 경우에 비해 로컬틸트(틸트각 T)가 있는 경우에 국소적으로 시프트한다. 즉, 좌측으로부터 기판에 입사된 ―1차광성분(B1)의 반사광성분(B1')의 반사방향은, 상기 표면이 로컬틸트가 없는 경우에 비해 각도 2T만큼 시프트한다. 마찬가지로, 우측으로부터 기판에 입사한 +1차광성분(B2)의 반사광성분(B2')의 반사방향은, 로컬틸트가 없는 경우에 비해 각도 2T만큼 시프트한다. 반사광성분(Bl') 및 (B2')는 동일한 회전방향으로 시프트한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 결상시프트면(M")에 있어서의 반사광성분(B1') 및( B2')의 위치는 상기 반사광성분(B1') 및( B2')의 반사방향의 시프트에 따라서 시프트한다.

즉, 결상면(M')에서는, -1차광성분(B1)'의 위치와 +1차광성분(B2')의 위치가 겹쳐진다. 또, 결상면(M')에서는, 로컬틸트가 있는 경우의 ―1차광성분(B1')(또는 +1차광성분(B2)')의 위치는 로컬틸트가 없는 경우의 ―1차광성분(B1')(또는 +1차광성분(B2)')(일점쇄선으로 나타냄)의 위치가 겹쳐진다.

도 7에 도시된 바와 같이, 결상시프트면(M") 상에서는 로컬틸트량(틸트각(T))에 대응한 양만큼 반사광성분(B1') 및 (B2')의 위치가 시프트한다. 즉, 결상시프트면(M")에 있어서, 좌측의 입사광성분(B1)의 반사광성분(B1')의 위치는, 기판이 로컬틸트량이 없는 경우에 비해, dm1만큼 도 7의 하부로 시프트한다. 또, 결상시프트면(M")에 있어서, 우측의 입사광성분(B2)의 반사광성분(B2')의 위치는, 기판이 로컬틸트량이 없는 경우에 비해, dm2만큼 도 7의 하부로 시프트한다. 상기와 같이 로컬틸트분에 의한 입사광성분(B1) 및 (B2)의 입사각도 변화는 대체로 동일하므로 (각도(2T)),

이다.

이와 같이, 결상시프트면(M")에 있어서, -1차광성분(Bl')의 위치의 시프트량(dm1)과 +1차광성분(B2)'의 위치의 시프트량(dm2)이 동일방향에서 대체로 동일한 양이다. 이 이유 때문에, 결상시프트면(M")과 공역인 수광소자(13)의 수광면에 있어서도, -1차광성분(B1')의 수광위치(S1)의 시프트량과 +1차광성분(B2')의 수광위치(S2)의 시프트량이 동일방향에서 대체로 동일한 양이 된다. 기판(9)의 로컬틸트 에 의한 ―1차광성분(B1') 및 +1차광성분(B2)'의 위치의 시프트가 동일방향에서 대체로 동일한 양이 되므로, 그 차이를 산출함으로써, 시프트량을 캔슬할 수 있다(도 8 참조). 즉, 수광위치(S1)와 수광위치(S2)는 기판(9)의 면위치의 변화에 대해서, 수광소자(13) 상에서 역방향으로 변화한다(도 8 참조). 한편, 수광위치(S1)와 수광위치(S2)는 기판(9)의 로컬틸트에 대해서 수광소자(13) 상에서 동방향으로 시프트 한다. 따라서, 수광위치(S1)와 수광위치(S2) 간의 간격(D)을 산출함으로써, 로컬틸트에 의한 각 수광위치(S1) 및 (S2)의 계측오차 M·dm1 및 M·dm2를 캔슬할 수 있다(M: 확대 배율).

또, 일본국 특개평 11-16827 호 공보에 개시된 기술과 달리, 동일한 슬릿상을, 동일한 투광결상광학계를 통해 기판(9) 상에 결상시킨다. 이에 의해, 기판(9) 상에서의 2개의 슬릿상을 중첩하는 것이 용이해지고, 동일한 기준위치를 설정한 상태에서 계측을 행하는 것이 가능하다. 그 때문에, 상술한 바와 같은 반사율 분포의불균일이나 로컬틸트에 기인한 계측오차에 대한 캔슬효과를 높일 수 있다.

또한, 기판(9)에 대해서 2 방향으로부터의 입사광성분(-1차광성분(B1) 및 +1차광성분(B2))을 사용해서 수광위치(S1)와 수광위치(S2) 간의 간격(D)을 산출한다. 이 때문에, 입사각도를 80도 이상의 큰 각도로 설정하지 않는 경우에도, 기판(9)의 면위치를 연산할 수 있다. 이에 의해. TTL(Through The Lens)의 구성을 사용한 경우에도, 위치검출장치(15)를 노광장치(200)에 컴팩트하게 실장하는 것이 가능해진다.

이상과 같이, 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 위치검출장치(15)는, 기판(9) 이 반사율 분포가 불균일하거나 로컬틸트가 있는 경우에도, 정밀하게 기판(9)의 면위치를 검출할 수 있다. 또한, 상기 위치검출장치(15)를 가진 노광장치(200)에 의하면, 작은 초점심도에 대해서도 높은 포커스 정밀도를 실현할 수 있어서 수율의 향상을 달성할 수 있다. 노광장치(200)의 얼라인먼트 정밀도를 향상시킬 수 있어서 반도체칩의 수율 및 성능향상을 달성할 수 있다.

기판(9) 상에는, 복잡한 회로패턴이나, 스크라이브라인 등이 존재한다. 반사율 분포의 불균일이나 로컬틸트 등이 발생할 확률이 높기 때문에, 본 발명에 의해 반사율분포 분균일이나 로컬틸트에 의한 계측오차를 저감할 수 있는 현저한 효과를 발생한다. 기판(9)의 면위치가 고정밀도로 계측할 수 있게 되면, 최적노광면 상의 기판표면의 포커싱의 정밀도가 향상하게 된다. 이것은 반도체소자의 성능향상이나, 제조수율의 향상에도 연결된다.

투광광학계 및 수광광학계 중의 한쪽이 상기의 2개의 광속성분에 대해서 공통화되어 있어도 되는 것에 유의한다. 이 경우에도, 그들이 별도로 배치되어 있는 경우에 비해, 고정밀도로 기판(9)의 면위치를 검출할 수 있다.

본 발명의 제 2 실시형태에 의한 노광장치(300)에 대해서 도 11을 참조하면서 설명한다. 도 11은 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 노광장치의 구성도이다. 이하에서는, 제 1 실시형태와 다른 부분을 중심으로 설명하고, 동일한 부분에 대해서는 설명을 생략한다.

노광장치(300)는, 기본적인 구성은 제 1 실시형태와 같지만, 위치검출장치(30)를 가진 점에서 제 1 실시형태와 다르다.

위치검출장치(30)는, 기판(9)의 표면의 Z방향 위치(면위치)를 검출하는(포커스검출계의) 기능에 부가해서, 기판(9)의 표면의 X 및 Y방향 위치(면방향 위치)를 검출하는 (얼라인먼트검출계 또는 얼라인먼트스코프의)기능을 가진다. 위치검출장치(30)는 기판(9) 상의 각 쇼트에 형성된 얼라인먼트마크(AM)(도 13 참조)를 검출해서, 얼라인먼트마크(AM)의 설계위치로부터의 위치의 시프트를 검출한다. 이에 의해, 기판(9)의 노광대상의 쇼트영역의 X-Y위치를 고정밀도로 얼라인이먼트(위치맞춤) 할 수 있다.

도 12에 도시된 바와 같이, 위치검출장치(30)는 얼라인먼트용 투광광학계, 얼라인먼트용 수광광학계 및 연산처리장치(401)를 구비한다. 연산처리장치(401)는 수광위치검출부(도시하지 않음; 검출부), 산출부(도시하지 않음, 컴퓨터) 및 연산처리부(도시하지 않음; 컴퓨터)를 구비한다.

얼라인먼트용 투광광학계는 얼라인먼트용 투광조명광학계(2A), 미러(3A), 얼라인먼트용 투광결상광학계, 편광빔스플리터(6), 및 λ/4파장판(7)을 구비한다. 얼라인먼트용 투광결상광학계는 렌즈(8)를 포함한다. 광원(1A), 얼라인먼트용 투광결상광학계(2A), 미러(3A), 편광빔스플리터(6), λ/4파장판(7), 렌즈(8), 및 기판(9)은, 얼라인먼트용 투광광학계의 광축(PC)이 그들의 중심과 겹쳐지도록 배치되어 있다. 광축(PC)은 광원(1A)으로부터 미러(3A)에 이르는 부분에 있어서 광축(PA)과 교차하는 방향으로 연장되고, 광축(PC)은 미러(3A)로부터 기판(9)에 이르는 부분에 있어서 광축(PA), (PB), 및 (PD)와 겹쳐져 있다.

얼라인먼트용 수광광학계는 얼라인먼트용 수광결상광학계, λ/4파장판(7), 편광빔스플리터(6), 빔스플리터(14), 필터(5'), 얼라인먼트용 수광확대광학계 및 수광소자(19)를 구비한다. 얼라인먼트용 수광결상광학계는 렌즈(8) 및 (16)을 포함한다. 얼라인먼트용 수광확대광학계는 렌즈(17) 및 렌즈(18)을 포함한다. 렌즈(8), λ/4파장판(7), 편광빔스플리터(6), 빔스플리터(14), 렌즈(16), (17), 및 (18), 수광소자(19), 및 기판(9)은 얼라인먼트용 수광광학계의 광축(PD)이 그들의 중심과 겹쳐지도록 배치되어 있다. 광축(PD)은 기판(9)으로부터 편광빔스플리터(6)에 이르는 부분에 있어서 광축(PA), (PB), 및 (PC)과 겹쳐져 있다. 광축(PD)은 편광빔스플리터(6)로부터 빔스플리터(14)에 이르는 부분에 있어서 광축(PB)과 겹쳐져 있고 광축(PA) 및 (PC)과 교차하는 방향으로 연장되어 있다. 광축(PD)은 편광빔스플리터 (14)로부터 수광소자(19)에 이르는 부분에 있어서, 광축(PB)과 교차하는 방향으로 연징되어 있다.

광원(1A)은 투광광학계의 광축(PC)의 하류에 설치되고, 예를 들면, LED나 LD, 또는 할로겐 램프 등을 사용해서 광속(얼라인먼트 계측광속)을 발생한다.

얼라인먼트용 투광조명광학계(2A)는 광축(PC)을 따라서 광원(1A)의 하류에 설치되고, 광원(1A)에 의해 사출된 얼라인먼트 계측광속을 광축(PC)의 하류측으로 안내해서 미러(3A)를 계측광속에 의해 조명한다. 얼라인먼트용 투광조명광학계(2A)는 조명강도의 균일성 및 편광상태를 제어하는 기능을 가진다. 본 실시형태에서는, 얼라인먼트용 투광조명광학계(2A)가 광원(1A)에 의해 사출된 상기 광속의 성분을동일한 방향으로 편광하여 P편광성분(도면방향으로 진동하는 전계)을 발생시켜서, 그 P편광에 의해 미러(3A)를 조명하고 있다.

미러(3A)는 광축(PC)을 따라서 얼라인먼트용 투광조명광학계(2A)의 하류에 설치되고, 투광조명광학계(2A)로부터 사출된 얼라인먼트 계측광속을 반사해서 편광빔스플리터(6)로 안내한다. 미러(3A)는 면위치검출용의 ―1차광성분(B1), +1차광성분(B2)을 차폐하지 않도록, 필터(5)의 양측 개구부의 내측에 배치되어 있다.

편광빔스플리터(6)는 광축(PC)을 따라서 미러(3A)의 하류에 설치된다. 광축(PD)에 대한 λ/4파장판(7)의 하류 측에, 편광빔스플리터(6)가 렌즈(8) 및 (16)의 사이에 배치된다. 이 구성에 의해, 편광빔스플리터(6)는 상기 광속을 분기한다. 즉, 편광빔스플리터(6)는 미러(3A)로부터 입사되는 얼라인먼트 계측광속성분(P편광성분)을 투과해서 렌즈(8)로 안내한다. 상기 편광빔스플리터(6)는 렌즈(8)로부터 λ/4파장판(7)을 경유해서 입사되는 얼라인먼트 계측광속성분(S편광성분)을 반사해 서 렌즈(16)로 안내한다.

광축(PD)을 따른 편광빔스플리터(6)의 하류에. 빔스플리터(14)는 렌즈(16) 및 렌즈(10)의 사이에 배치된다. 이 구성에 의해, 빔스플리터(14)는 광속을 분기한다. 즉, 빔스플리터(14)는 편광빔스플리터(6)로부터 입사되는 면위치 검출용의 ―1차광성분(B1) 및 +1차광성분(B2)를 투과해서 렌즈(10)으로 안내한다. 상기 빔스플리터(14)는 편광빔스플리터(6)로부터 입사되는 얼라인먼트 계측광속을 반사해서 렌즈 (16)로 안내한다. 상기 빔스플리터(14)는 얼라인먼트 계측광속의 일부 성분을 투과하는 경우도 있다.

λ/4파장판(7)은 광축(PC)을 따라서 편광빔스플리터(6)의 하류에 설치되고, 편광빔스플리터(6)를 통과한 얼라인먼트 계측광속을 광축(PC)의 하류 측으로 안내 하여 렌즈(8)에 입사시킨다. λ/4파장판(7)은 광축(PD)을 따라서 렌즈(8)의 하류에 설치되고 렌즈(8)를 통과한 얼라인먼트 계측광속을 광축(PD)의 하류측에 안내하여 편광빔스플리터(6)로 입사시킨다. 이 때, λ/4파장판(7)은 직선편광성분과 원형편광성분을 교대로 변환한다. 예를 들면, λ/4파장판(7)은 편광빔스플리터(6)로부터 입사하는 광성분(P편광성분)을 원형편광성분으로 변환해서 렌즈(8)에 입사시킨다. 상기 λ/4파장판(7)은 렌즈(8)로부터 입사하는 광성분(원형편광성분)을 S편광성분으로 변환해서 편광빔스플리터(6)에 입사시킨다.

렌즈(8)은 광축(PC)을 따라서 λ/4파장판(7)의 하류에 설치되고, λ/4파장판(7)을 통과한 얼라인먼트 계측광속을 굴절시켜 기판(9) 상의 얼라인먼트마크(AM)로 안내한다. 즉, 얼라인먼트용 투광결상광학계(렌즈(8))는 얼라인먼트 계측광속을 굴절시켜, 기판(9) 상의 얼라인먼트마크(AM)에 입사시킨다. 렌즈(8)는 기판(9) 상의 얼라인먼트마크(AM)에 의해 반사 또는 산란된 얼라인먼트 계측광성분을 굴절시켜 λ/4파장판(7)으로 안내한다.

얼라인먼트마크(AM)는, 예를 들면, 도 13에 도시된 형상의 마크이다. 도 13을 참조하면, 상부 측은 얼라인먼트마크(AM)를 상부로부터 본 평면도를 도시하고, 하부 측은 상부측에 도시된 선(C-C)를 따라서 취한 단면도를 도시하고 있다. 또, 도 13을 참조하면, 마크부 (AM1) 내지 (AM4)는 계측방향인 X방향의 치수 4㎛ 및 비계측방향인 Y방향의 치수 20㎛를 각각 가지는 직사각형의 마크를 나타낸다. 상기 마크부(AM1) 내지 (AM4)는 X방향으로 20㎛의 피치로 병렬되어 있다. 얼라인먼트마크(AM)에 있어서의 각각의 마크부(AM1) 내지 (AM4)는,예를 들면, 에칭 등에 의해, 0.6㎛의 선폭의 직사각형부가 주위보다 오목한 형상을 하고 있다. 실제로는, 그 마크부 상에 레지스트가 도포되어 있지만, 도 13에는 도시하지 않는다.

렌즈(16)는 광축(PD)을 따라서 빔스플리터(14)의 하류에 설치되고, 빔스플리터(14)에 의해 반사된 얼라인먼트 계측광속을 얼라인먼트 결상면(AM') 상에 결상 시킨다. 즉, 얼라인먼트용 수광결상광학계(렌즈(8) 및 렌즈(16))는 기판(9)에 의해 반사된 얼라인먼트 계측광속을 굴절시켜, 얼라인먼트마크(AM)의 상(像)을 얼라인먼트 결상면(AM') 위에 결상시킨다. 렌즈(16)는 빔스플리터(14)에 의해 반사된 얼라인먼트 계측광속을 얼라인먼트용 확대광학계(렌즈(17) 및 렌즈(18))로 안내한다.

얼라인먼트용 확대광학계(렌즈(17) 및 렌즈(18))는 광축(PD)을 따라서 렌즈(16)의 하류에 설치되고, 렌즈(16)에 의해 굴절된 얼라인먼트 계측광속을 더 굴절시켜 수광소자(19)로 안내한다. 더 구체적으로는, 얼라인먼트용 확대광학계(렌즈(17) 및 렌즈(18))는 얼라인먼트용 수광결상광학계(렌즈(8) 및 렌즈(16))의 얼라인먼트 결상면(AM')에 투영되는 얼라인먼트마크(AM)의 상을 확대하여 수광소자(19)에 결상시킨다. 얼라인먼트 결상면(AM')은 얼라인먼트용 확대광학계에 관해서 수광소자(19)의 수광면과 공역이다.

수광소자(19)는 광축(PD)을 따라서 얼라인먼트용 확대광학계(렌즈(17) 및 렌즈(18))의 하류에 설치되고, 얼라인먼트용 확대광학계로부터 사출된 광속을 검출한다. 수광소자(19)의 예는 CCD(에리어센서 또는 라인센서)나 4분할센서이다.

필터(5')는 광축(PB)을 따라서 빔스플리터(14)의 하류에 설치된다. 필터(5')는, 필터(5)와 마찬가지로, 광축(PB) 근방 이외의 부분에 있어서 개구되어있다. 이 에 의해, 필터(5')는 빔스플리터(14)를 투과한 얼라인먼트 계측광속의 일부 성분을 차단한다. 필터(5')는 ±n차(n:자연수)의 복수의 광속성분도 통과시킨다. 예를 들면, 필터(5')는 -1차광성분(B1) 및 +1차광성분(B2)을 통과시킨다.

연산처리장치(401)(도 11 참조)의 수광위치검출부(도시하지 않음)는 얼라인먼트용 수광광학계의 수광소자(19) 및 연산처리장치(401)(도 11 참조)의 산출부(도시하지 않음)에도 접속되어 있다. 수광위치검출부는 광전변환된 전하에 대응한 아날로그 신호를 각 화소마다 수광소자(19)로부터 수신한다. 수신한 아날로그신호에 의거해서, 수광위치검출부는 얼라인먼트마크(AM)에 의해 반사된 얼라인먼트용 계측광속이 수광소자(19)에 입사하는 얼라인먼트 수광위치를 검출한다.

예를 들면, 수광위치검출부는 도 14에 도시된 바와 같이 수광소자(19)로부터 수광한 광속의 프로파일을 받는다. 예를 들면, 도 13에 나타내는 얼라인먼트마크(AM)의 마크부(AM1) 내지 (AM4)에 조사되었을 때에, 얼라인먼트 계측광속은 마크부(AM1) 내지 (AM4)의 에지에 있어서 렌즈(8)의 개구수(NA)에 들어가지 않는 큰 각도로 산란되는 경우가 있다. 얼라인먼트 계측광속의 일부 성분은 에지에서 산란된 후에 서로 간섭하는 경우가 있다. 따라서, 수광위치검출부는 수광한 얼라인먼트 계측광속의 강도가 국소적으로 작은 위치를, 얼라인먼트 수광위치(SAM11) 내지 (SAM42)로서 검출한다. 얼라인먼트 수광위치(SAMl1) 및 (SAM12)는 마크부(AM1)에 대응한다. 얼라인먼트 수광위치(SAM21) 및 (SAM22)는 마크부(AM2)에 대응한다. 얼라인먼트 수광위치(SAM31) 및 (SAM32)는 마크부(AM3)에 대응한다. 얼라인먼트 수광위치 (SAM41) 및 (SAM42)는 마크부(AM4)에 대응한다.

수광위치검출부는 얼라인먼트 수광위치를 이차원적으로 검출하기 위해서 템플릿 매칭법(template matching method)을 사용하고 있다. 템플릿 매칭법은 획득한 얼라인먼트 계측광속의 강도의 2차원적인 분포정보(화상정보)와 미리 설정된 템플릿 간의 상관을 연산해서, 가장 상관이 높은 위치를 2차원적인 얼라인먼트 수광위치로서 검출한다. 예를 들면, 수광위치검출부는 국소적으로 작은 강도를 나타내는 화소(도 14의 (SAM11) 내지 (SAM42) 참조)로부터 좌우방향으로 수 화소만큼 떨어져 있는 영역의 중심화소를 구함으로써 1/20 내지 1/50화소의 분해능을 달성할 수 있다.

산출부는 수광위치검출부 및 연산처리장치(401)(도 11 참조)의 연산처리부(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 산출부는 2차원적인 얼라인먼트 수광위치의 정보를 수광위치검출부로부터 수신한다. 산출부는 수신한 2차원적인 얼라인먼트 수광위치의 정보에 의거해서 마크상(像)(마크부의 상)의 평균위치를 산출한다. 산출부는 마크상의 평균위치의 정보를 연산처리부에 전송한다.

예를 들면, 산출부는 마크부(AM1) 내지 (AM4)에 대응하는 2차원적인 얼라인먼트 수광위치의 중심위치를 구함으로써, 마크상의 중심위치를 산출한다. 보다 구체적으로는, 산출부는 수광소자(19) 상에서의 얼라인먼트마크(AM)의 4개의 마크상의 중심위치(X1), (X2), (X3), 및 (X4)를 산출한다(단위: 화소). 산출부는 각 마크상의 중심위치(X1) 내지 (X4)를 평균해서 마크상의 평균위치

Xa = [X1 + X2 + X3 + X4] / 4 ...(5)

를 구한다.

연산처리부는 산출부 및 제어장치(1100)(도 11 참조)의 구동제어부(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 연산처리부는 산출부로부터 산출된 마크상의 평균위치의 정보를 수신한다. 연산처리부는 산출된 마크상의 평균위치의 정보에 의거하여 기판(9)의 면방향위치(X-Y위치)를 연산한다.

예를 들면, 연산처리부는 마크상의 평균위치에 의거해서 기판(9) 상의 얼라인먼트마크(AM)의 위치시프트를 연산한다. 위치검출장치(30)의 결상배율을 Ma(얼라인먼트용 수광결상광학계의 배율과 얼라인먼트용 수광확대광학계의 배율의 곱), 수광소자(19)의 얼라인먼트 계측방향의 화소피치를 Px로 한다. 다음에, 연산처리부는 기판(9) 상의 얼라인먼트마크(AM)의 위치시프트

Xw = Xa / (Px · Ma) ...(6)

를 구한다. 이와 같이, 연산처리부는 기판(9)의 면방향위치를 연산한다. 연산처리부는 기판(9)의 면방향위치의 정보를 제어장치(1100)의 구동제어부로 전송한다. 이 동작에 의해, 구동제어부는 기판(9)의 면방향위치와 목표로 하는 면방향위치(마스크(21)의 패턴의 결상면) 간의 차이(시프트)를 연산해서, 그 차이만큼 X 및 Y방향으로 기판스테이지(WS)를 구동한다.

위치검출장치가 기판(9)의 면방향위치를 검출할(얼라인먼트 검출할) 때의 순서에 대해서 설명한다.

기판(9) 상의 각 쇼트영역에 배치된 얼라인먼트마크의 위치를 검출하기 위해서, 제어장치(1100)는 계측해야 할 쇼트의 얼라인먼트마크가 위치검출장치(30) 아래에 위치하도록 기판스테이지(WS)를 구동한다(스텝 A1). 상기 제어장치(1100)는 위치검출장치(30)에 기판(9)의 면위치를 계측(검출, 산출, 및 연산)시킨다(스텝 A2). 제어장치(11O0)는 기판(9)의 면위치에 의거해서 베스트 포커스위치(마스크(21)의 패턴의 Z방향 결상면)에 기판스테이지(WS)를 구동해서, 포커싱을 한다(스텝 A3). 상기 제어장치(1100)는 위치검출장치(30)에 얼라인먼트마크(AM)를 촬상시켜서, 식(5) 및 식(6)에 의거하여, 목표 쇼트영역에 있어서의 얼라인먼트마크(AM)의 위치시프트의 양을 위치검출장치(30)로 계측시킨다(스텝 A4). 그 후, 제어장치(1100)는 모든 쇼트영역을 계측할 때까지, 스텝 A1 내지 스텝 A4의 순서의 처리를 반복한다.

X방향의 얼라인먼트마크의 위치 계측만을 위에서 설명했지만, 도 13에 도시된 얼라인먼트마크를 90°회전하여 얻은 Y방향의 얼라인먼트마크도 계측한다. 동시에, 쇼트영역의 Y방향의 위치도 계측한다. Y방향의 얼라인먼트마크의 위치검출을 위해서 도 12에 도시된 빔스플리터(14)의 후속 스테이지에 또 하나의 빔스플리터를 삽입하여 Y-방향위치검출계를 설치한다. Y방향의 얼라인먼트마크의 위치계측을 실시하는 계는 도 12에 도시된 렌즈(16)로부터 수광소자(19)까지의 광학계를 광축을 중심으로 90°회전하여 형성된 것이다.

각 쇼트영역의 얼라인먼트마크의 계측을 종료한 후, 각 쇼트의 계측치를 사용해서 기판 전체의 위치시프트의 양을 산출한다. 이 때, X 방향과 Y방향의 기판의 시프트량, 배율, 및 회전의 양을 산출해서 합계 6개의 파라미터를 보정변수로 사용하는 소위 글로벌 얼라인먼트를 실시한다. 이들 파라미터에 의거하여 기판(9) 상의 각 쇼트영역의 위치맞춤을 실시한 후에, 각 쇼트영역에 마스크(21)의 회로패턴을 전사한다.

이상의 방법에 의해, 얼라인먼트마크(AM) 근방에 반사율 분포의 불균일성이나 로컬틸트가 발생하는 경우에도, 그 영향을 받지 않고 고정밀도로 마스크(21)의 패턴의 면내 방향의 결상면과 기판(9)의 표면을 위치맞춤할 수 있다. 이에 의해, 노광장치(300)의 얼라인먼트 정밀도를 향상시킬 수 있어서 반도체소자의 성능향상이나, 제조수율의 향상에도 연결된다.

다음에, 제 3 실시형태에 의한 노광장치(500)에 대해서 도 15를 참조하면서 설명한다. 도 15는 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 노광장치의 구성도이다. 이하에서는, 제 1 실시형태와 다른 부분을 중심으로 설명하고 동일한 부분에 대해서는 설명을 생략한다.

도 15에 도시된 바와 같이, 노광장치(500)는 조명광학계(60), 마스크(패턴판)(81), 투영광학계(70), 마스크 스테이지(패턴판스테이지)(80), 기판스테이지(85), 진공계 및 위치검출장치(100)를 구비한다.

위치검출장치(100)는 제 1 실시형태에 있어서의 위치검출장치(15)와 그 기본적인 구성은 같지만, 후술하는 점에서 다르다. 제 1 실시형태와 같이, 위치검출장치(100)는 투영광학계(PO)(70)에 의한 마스크(81)의 패턴의 결상면에 기판(86)의 상면을 고정밀도로 위치맞춤하기 위해 사용된다.

조명광학계(60)는 광축을 따라서 EUV 광원(50)의 하류에 설치되어 있다. 조명광학계(60)는, 예를 들면, 다층막 또는 경사입사형의 제 1 내지 제 3 미러(61) 내지 (63), 및 옵티컬 인티그레이터(64)를 포함한다. 제 1 스테이지의 제 1 집광미 러 (61)는 레이저발생장치(레이저플라스마)(53)에 의해 거의 등방적으로 방사되는 EUV광을 수렴하는 역할을 한다. 옵티컬 인티그레이터(64)는 마스크(81)를 균일하게 소정의 개구수로 조명하는 역할을 한다. 마스크(81)와 공역인 조명광학계(60)의 위치에는, 마스크면(81)에 조명되는 영역을 원호형상으로 한정하기 위한 어퍼쳐(65)가 설치된다.

EUV광원(5O)은, 예를 들면, 레이저플라스마 광원이다. EUV광원(50)에서는, 타겟공급장치(51)로부터 공급되고 진공용기(52) 중에 배치된 타겟재는 레이저발생 장치(53)에 의해 방출되고 집광렌즈(54)에 의해 집광된 고강도의 펄스레이저에 의해 조사된다. 다음에, 고온의 플라스마(55)가 EUV 광원(50)에서 발생되고, 이 플라스마(55)에 의해 방사되는, 예를 들면, 파장 13nm정도의 EUV광이 광원으로서 사용된다. 타겟재로서는, 예를 들면, 금속박막, 불활성가스, 액적이 있다. 타겟 공급 장치(51)는,예를 들면, 가스제트에 의해 타겟재를 진공용기(52) 내로 공급한다. 레이저발생장치(53)는 플라스마(55)에 의해 방사되는 EUV광의 평균강도를 증가시키기 위해서 상대적으로 높은 반복주파수에 의해 펄스레이저빔을 발생시킨다. 예를 들면, 레이저발생장치(53)는 수kHz의 반복주파수로 펄스레이저빔을 발생시킨다.

투영광학계(70)는 복수의 미러(반사광학소자)(71) 내지 (74)를 사용한다. 투영광학계(7O)는 미러(71) 내지 (74)의 매수가 적으면, EUV광의 사용효율을 높이는 것도 가능하지만, 수차보정이 어렵게 된다. 이 문제를 해결하기 위해서, 투영광학계(70)는 수차보정에 필요한 4 내지 6매 정도의 미러를 가지고 있다. 미러(71) 내지 (74)는 각각 볼록면 또는 오목면, 구면 또는 비구면의 반사면을 가진다. 투영 광학계(7O)의 개구수(NA)는 O.1 내지 O.3 정도이다. 마스크(81)의 상면의 법선에 대해서 소정의 예각으로 마스크(81)로부터 광이 투영광학계(70)에 입사한다. 상기 광은 투영광학계(70)로부터 사출하여 기판(86)의 상면의 법선에 대략 평행하게 기판(86)에 입사한다. 즉, 투영광학계(70)는 상측이 텔레센트릭인 광학계이다.

미러(71) 내지 (74)는 이하의 방법으로 형성된다. 즉, 저팽창율 유리나 실리콘카바이드 등의 고강성 및 고경도, 및 열팽창율이 작은 재료로 이루어진 기판을 연삭하고 연마하여 소정의 반사면 형상으로 만든다 .그 후, 반사면에, 예를 들면, 몰리브덴/실리콘의 다층막을 형성한다. 미러(71) 내지 (74)에 대한 EUV광의 입사각이 반사면 내의 위치에 따라 변화한다고 가정한다. 이 경우에, 브래그의 식으로부터 명백한 바와 같이, 반사면 내의 위치에 따라 반사율이 높아지는 EUV광의 파장이 시프트된다. 이 문제를 방지하기 위해서, 미러(71) 내지 (74)의 반사면에는 동일한 파장의 EUV광이 효율적으로 반사되도록 막주기분포를 가지게 하는 것이 필요하다.

마스크스테이지(80) 및 기판스테이지(85)는 축소배율에 비례한 속도비로 동기해서 주사된다. 마스크(81) 또는 기판(86)의 상부면에 평행한 평면 내에 있어서, 주사방향은 X방향이고, X방향과 수직인 방향은 Y방향인 것에 유의한다. 또, 마스크(81) 또는 기판(86)의 상부면과 수직인 방향이 Z방향인 것에 유의한다.

마스크(81)는 반사형의 마스크이다. 마스크스테이지(80)는 마스크척(82)을 개재하여 마스크(81)를 유지한다. 마스크스테이지(80)는 X방향으로 고속으로 이동하는 기구를 가진다. 또, 마스크스테이지(80)는 X방향, Y방향, Z방향, 및 각 축을 중심으로 하는 회전방향으로 미동하는 기구도 가져서 마스크(81)를 위치맞춤 한다. 마스크스테이지(80)의 위치와 자세가 레이저간섭계에 의해 계측된다. 이 계측결과에 의거하여, 제어장치(구동제어부)는 마스크스테이지(80)의 위치와 자세를 제어하고, 그것을 구동한다.

기판스테이지(85)는, 기판척(88)을 개재하여 기판(86)을 유지한다. 기판스테이지(85)는 마스크스테이지(80)와 마찬가지로, X방향으로 고속으로 이동하는 기구를 가진다. 또, 기판스테이지(85)는 X방향, Y방향, Z방향, 및 각 축을 중심으로 하는 회전방향으로 미동하는 기구를 가져서 기판(86)을 위치맞춤할 수 있다. 기판스테이지(85)의 위치와 자세가 레이저간섭계에 의해 계측된다. 이 계측결과에 의거하여, 제어장치(구동제어부)는 기판스테이지(85)의 위치와 자세를 제어하고 그것을 구동한다.

위치검출장치(100)의 상세한 구성 및 상세동작을 도 16을 참조하면서 설명한다.

위치검출장치(100)는 투광광학계, 수광광학계, 및 연산처리장치(400)(도 1 참조)를 구비한다.

투광광학계는 투광조명광학계(2), 패턴판(3), 투광결상광학계, 필터(5), 편광빔스플리터(6), 및 λ/4파장판(7)을 구비한다. 투광결상광학계는 렌즈(4) 및 (108)을 포함한다.

렌즈(108)는 광축(PA)을 따라서 λ/4파장판(7)의 하류에 설치되고, λ/4파장판(7)을 통과한 광속을 굴절시켜 마스크(81)로 안내한다. 즉, 투광결상광학계(렌즈 (4)및 108))는 패턴판(3)의 투과슬릿(3S)의 패턴에 의해 회절된 광속을 굴절시켜, 마스크(81)에 입사시킨다.

마스크(81) 위에는 회절격자패턴(101)(도 17 참조)이 형성되어 있다. 마스크 에 입사한 ―1차광성분(B1) 및 +1차광성분(B2)는 회절격자패턴(101)에 의해 회절작용을 받은 후에, 투영광학계(70)에 NA 이내의 각도로 입사한다. 투영광학계(70)는 반사형의 광학계(도 15 참조)이므로, 파장의 차이에 따른 색수차의 영향을 받지 않는다. 따라서, 회절격자패턴(101)에 의해 회절작용을 받은 ―1차광성분(B1) 및 +1차광성분(B2)은 투영광학계(70)를 개재하여 색수차의 영향을 받지 않고, 직사각형의 투과슬릿(3S)의 패턴을 기판(86)상에 결상한다.

기판(86)에 의해 반사된 광성분(-1차광성분(B1) 및 +1차광성분(B2))은 투영광학계(70)를 통하여 마스크(81)에 도달한다. -1차광성분(B1) 및 +1차광성분(B2) 은 마스크(81) 상의 회절격자패턴(101)(도 17 참조)에 의해 재차 회절작용을 받은 후에, 렌즈(108)를 통해 λ/4파장판(7)을 투과한 후에 S편광성분으로 변환된다. S편광성분은 편광빔스플리터(6)에 의해 반사된 후 렌즈(10)에 입사한다. 수광결상 광학계(렌즈(108) 및 렌즈(l0))에 의해 패턴판(3)의 투과슬릿(3S)의 패턴은 결상면(M')에 재차 결상된다.

마스크(81) 상의 회절격자패턴(101)과 광선의 입사각 및 회절각 간의 관계를 도 17 및 도 18을 참조하면서 설명한다.

도 17에 도시된 바와 같이, 회절격자패턴(101)은 X방향으로 피치(P)로 배열된 1차원의 회절격자를 가진다. 도 18에 도시된 바와 같이, 투광결상광학계(렌즈(4) 및 렌즈(108))는 -1차광성분(B1) 및 +1차광성분(B2)을 각각 입사각도(θ1) 및 (θ2)로 마스크(81)의 회절격자패턴(101)에 입사시킨다. 회절격자패턴(101)에 의해 -1차광성분(B1) 및 +1차광성분(B2)을 각각 회절각도(θ3) 및 (θ4)로 회절한다.

투영광학계(PO)(70)의 광축과 Z축이 이루는 각도를 θp로 한다. 상기 각도(θp)는 노광광(의 중심)이 조명광학계로부터 마스크(81)에 입사할 때의 입사각도와 동일하다. 다음에, 회절격자의 회절방정식으로부터 -1차광성분(B1)과 그 회절광성분(B3)은,

P (sin(θ1) + sin(θ3)) = mλ ...(7)

의 식을 만족시킨다. 여기서, P는 회절격자패턴(101)의 피치를 나타내고(도 17 참조), m은 회절의 차수를 나타내며, λ는 광원(1)이 발생하는 광의 파장을 나타낸다. 마찬가지로, +1차광성분(B2)과 그 회절광성분(B4)은

P(sin(θ2) + sin(θ4)) = mλ ...(8)

의 식을 만족시킨다, 투영광학계(7O)의 광축에 대해서 -1차광성분(B1)및 +1차광성분(B2)을 기판(86)에 동일한 각도로 입사시키는 조건으로서

|θ3 - θp| = |θp - θ4| ...(9)

의 식이 성립해야 한다. 또한, 투영광학계의 개구수(NA) 내의 각도로 회절광성분(B3) 및 (B4)가 투영광학계에 입사하는 조건으로서,

|θ4 - θ3| < [sin^-1(NA ·β)] ...(10)

의 식이 성립해야 하고, 여기서, NA는 기판측(상측)의 개구수를 나타내고, β는 투 영광학계의 축소배율을 나타낸다.

이들 식 (7) 내지 식(10)에 대해서 전형적인 수치예를 들어 설명한다.

예를 들면, 투영광학계(70)의 NA가 O.3이며, 마스크(81)에 대한 EUV광의 입사각도(θp)가 7°이고, 위치검출장치(100)에 사용되는 광원의 중심 파장(λ)이 0.633㎛인 경우를 가정한다. 식(7) 내지 식(10)을 만족시키는 수치를 다음과 같이 설정한다. 즉, 회절격자패턴(101)의 피치 P=O.7636㎛이고, -1차광성분(B1)의 회절격자패턴(101)에 대한 입사각이 39.6°이며, +1차광성분(B2)의 회절격자패턴(101)에 대한 입사각이 51°이다. 이 경우에, 기판(86)의 면에 대한 회절광성분(B3) 및 (B4)의 입사각도는 ±16.3°가 된다. sin(16.3°) = 0.285이므로, 입사각도는 투영광학계의 NA 내에 들어갈 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 위치검출장치(100)에 의하면, 투영광학계(70)의 최적 상면위치(결상면)에 대한 기판(86)의 면위치의 시프트를, 기판의 반사율분포의 불균일성이나 로컬틸트의 어떤 영향도 받지 않고 고정밀도로 계측할 수 있다. 투영광학계(70)의 최적 상면을 기준면으로 하는 경우, 제 1 실시형태에서 설명한 바와 같이, 광학스폿간격의 초기 오프셋(DO)의 교정을 실시할 필요가 있다.

본 실시형태의 변형예에 의하면, 위치검출장치의 광축과 노광광의 조명광학계의 광축을 일치시켜도 된다. 이 경우에, 노광광의 조명광학계의 일부에 미러 등을 삽입해서 면위치를 계측한다. 노광시에는 이 미러를 노광광의 광로로부터 제거하여도 된다. 회절격자를 사용하는 대신에, 광을 투영광학계 안내하는 미러기능(반 사기능)을 가진 편광소자가 마스크 상에 배치된다.

다음에, 본 발명의 노광장치를 사용한 반도체 디바이스의 제조프로세스를 설명한다. 도 19는 반도체 디바이스의 전체적인 제조 프로세스의 순서를 나타내는 흐름도이다. 스텝 S91(회로설계)에서는 반도체 디바이스의 회로를 설계한다. 스텝 S92(마스크 제작)에서는 설계한 회로패턴에 의거해서 마스크(레티클이라고도 함)를 제작한다. 스텝 S93(기판제조)에서는 실리콘 등의 재료를 사용해서 기판을 제조한다. 스텝 S94(기판 프로세스)는 전공정으로 부르며, 상기의 마스크와 기판을 사용해서, 상술의 노광장치에 의해 리소그래피에 의해 기판 상에 실제의 회로를 형성한다. 스텝 S95(조립)은 후공정으로 부르며 스텝 S94에서 제작된 기판을 사용해서 반도체칩을 형성하는 공정이다. 이 공정은 어셈블리공정(다이싱, 본딩), 패키징공정(칩 밀봉)을 포함한다. 스텝 S96(검사)에서는 스텝 S95에서 제작된 반도체 디바이스의 동작확인 테스트, 내구성 테스트 등의 검사를 실시한다. 이들 공정 후에, 반도체 디바이스가 완성되고, 스텝 S97에서 이것을 출하한다.

상기 스텝 S94의 기판 프로세스는 이하의 스텝, 즉 기판의 표면을 산화시키는 산화 스텝; 기판 표면에 절연막을 형성하는 CVD 스텝; 기판 상에 전극을 증착에 의해 형성하는 전극형성 스텝; 기판에 이온을 주입하는 이온주입 스텝; 기판에 감광제를 도포하는 레지스트처리 스텝; 상기의 노광장치를 사용해서 레지스트처리 스텝이 행해진 기판을, 마스크의 패턴을 개재하여 노광해서 레지스트에 잠상 패턴을 형성하는 노광스텝; 노광 스텝에서 노광된 기판 상의 레지스트에 형성된 잠상패턴을 현상하는 현상스텝; 현상 스텝에서 현상된 잠상패턴 이외의 부분을 에칭하는 에 칭 스텝; 및 에칭 후에 잔류하는 불필요해진 레지스트를 제거하는 레지스트 박리 스텝을 가진다. 이들 스텝을 반복함으로써, 기판 상에 다중구조의 회로패턴을 형성한다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명했지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 정신과 범위내에서 여러 가지의 변형 및 변경이 가능하다. 예를 들면, 본 발명은, 광픽업의 면위치 검출계(포커스검출계)에도 적용 가능하다.

본 발명을 전형적인 실시형태에 관해서 설명하였지만, 본 발명은 상기 개시된 전형적인 실시형태에 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 한다. 이하의 특허청구의 범위는 모든 이러한 변형예와 동등한 구성 및 기능을 포함하도록 가장 넓게 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 노광장치의 구성도;

도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 위치검출장치의 개략구성도;

도 3은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 면위치 계측의 검출원리를 설명하는 도면;

도 4는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 면위치 계측의 다른 검출원리를 설명하는 도면;

도 5는 기판 상의 반사율 분포와 계측영역의 관계를 나타내는 도면;

도 6은 기판 상의 로컬 틸트에 의한 반사광성분의 광로를 나타내는 도면;

도 7은 기판 상의 로컬 틸트에 의한 반사된 광성분의 위치의 시프트를 설명하는 도면;

도 8은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 위치검출장치의 신호 프로파일을 설명하는 그래프;

도 9는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 제 1 면위치 계측방법을 나타내는 도면;

도 10은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 제 2 면위치 계측방법을 나타내는 도면;

도 11은 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 반도체노광장치를 나타내는 도면;

도 12는 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 얼라인먼트스코프를 나타내는 도면;

도 13은 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 얼라인먼트마크를 나타내는 도면;

도 14는 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 얼라인먼트마크의 파형신호를 나타내는 차트;

도 15는 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 EUV광을 사용한 노광광원을 포함하는 반도체노광장치를 나타내는 도면;

도 16은 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 면위치 계측방법을 설명하기 위한 도면;

도 17은 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 마스크 상의 회절격자의 예를 설명하기 위한 도면;

도 18은 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 마스크 상의 회절격자에 대한 입사광성분과 회절광성분의 관계를 설명하기 위한 도면;

도 19는 반도체 디바이스의 전체적인 제조프로세스의 순서를 나타내는 흐름도;

도 20은 종래의 위치검출장치의 과제를 설명하기 위한 도면;

도 21 종래의 위치검출장치에 의해 계측되는 신호 프로파일의 예를 나타내는 그래프.

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

1. 800: 광원 2, 2A: 투광조명광학계

3: 패턴판 4,8,10,11,12,14: 렌즈

5: 필터 6: 편광빔스플리터

7: λ/4파장판 9, 86: 기판

13: 수광소자 15, 100: 위치검출장치

21, 81: 마스크 22: 투영광학계

50: EUV광원 51: 타겟공급장치

52: 진공용기 53: 레이저발생장치

54: 집광렌즈 55: 플라즈마

60: 조명광학계 61, 62, 63: 미러

64:옵티컬인티그레이터 70: 투영광학계

80: 마스크스테이지 85, WS: 기판스테이지

200, 300, 500: 노광장치 801: 조명광학계

1100: 제어장치 RS: 마스크스테이지

PO: 투영광학계

Claims (10)

1. 광축을 가지고, 상기 광축에 관해서 대칭인 2개의 광속을 기판에 입사시키는 투광광학계;

   상기 투광광학계로부터 사출해서 상기 기판에 의해 반사된 상기 2개의 광속을 수광하는 수광광학계;

   상기 수광광학계에 의해 설정된, 기판의 결상면으로부터 상기 수광광학계의 광축방향으로 시프트된, 위치에 배치된 수광부;

   상기 수광부에 입사한 상기 2개의 광속의 위치를 각각 검출하는 검출부; 및

   상기 검출부에 의해 검출된 상기 2개의 광속의 위치에 의거하여 상기 기판의 법선방향의 면위치를 계산하는 계산부

   를 가지고,

   상기 투광광학계 및 상기 수광광학계 중의 적어도 한쪽은 상기 2개의 광속에 대해서 공통화되어 있는 것을 특징으로 하는 위치검출장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 계산부는 상기 2개의 광속 각각의 위치의 간격에 의거해서 상기 기판의 면위치를 계산하는 것을 특징으로 하는 위치검출장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 투광광학계는,

   계측용의 패턴이 형성된 패턴판; 및

   상기 패턴판을 투과하거나 또는 상기 패턴판에 의해 반사되는 2개의 광속을 통과시키는 필터

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치검출장치.
4. 마스크를 개재하여 기판을 노광하는 노광장치로서,

   조명된 상기 마스크로부터의 광을 기판에 투영하는 투영광학계;

   상기 기판을 유지하는 기판스테이지; 및

   상기 투영광학계의 광축의 방향에 있어서의, 상기 기판스테이지에 의해 유지된 상기 기판의 면위치를 검출하는 제 1 항에 기재된 위치검출장치

   를 가지는 것을 특징으로 하는 노광장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 위치검출장치는 상기 광축과 수직인 면 내에 있어서의, 상기 기판에 형성된 마크의 위치를 더 검출하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 위치검출장치에 의해 검출된 상기 기판의 면위치에 의거해서 상기 기판스테이지를 제어하는 제어부를 부가하여 가지는 것을 특징으로 하는 노광장치.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 위치검출장치에 의해 검출된 상기 마크의 위치에 의거해서 상기 기판스테이지의 위치를 제어하는 제어부를 부가하여 가진 것을 특징으로 하는 노광장치.
8. 제 4 항에 있어서,

   상기 투영광학계는 반사광학소자를 포함하고,

   상기 위치검출장치는 상기 투영광학계의 상기 반사광학소자를 개재하여 상기 기판의 면위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 투영광학계는 상기 마스크에 의해 반사된 극자외광을 상기 기판에 투영하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
10. 제 4 항에 기재된 노광장치를 사용하여 기판을 노광하는 노광공정; 및

    상기 노광공정에 있어서 노광된 기판을 현상하는 현상공정

    을 가지는 것을 특징으로 하는 다바이스의 제조방법.

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