KR20080066596A - 측정방법, 노광방법, 노광장치 및 디바이스 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 레티클을 지지하는 제 1 스테이지와, 기판을 지지하는 제 2 스테이지와, 상기 레티클의 패턴을 상기 기판에 투영하는 투영광학계를 구비하는 주사형의 노광장치에 있어서의 상기 제 1 스테이지와 상기 제 2 스테이지 사이의 동기오차를 측정하는 측정방법으로서, 상기 제 1 스테이지에 배치되고, 특정패턴을 가진 측정용 마스크와, 상기 제 2 스테이지에 배치된 측정부를 동기주사하면서, 상기 측정패턴이 형성하는 광강도분포를 상기 측정부를 이용해서 측정하는 측정스텝과, 상기 측정스텝에서 측정한 상기 광강도분포의 시간변화에 의거해서 상기 제 1 스테이지와 상기 제 2 스테이지 사이의 동기오차를 산출하는 스텝을 가지는 측정방법에 관한 것이다.

Description

측정방법, 노광방법, 노광장치 및 디바이스 제조방법{MEASUREMENT METHOD, EXPOSURE METHOD, EXPOSURE APPARATUS, AND DEVICE FABRICATION METHOD}

본 발명은, 측정방법, 노광방법, 노광장치 및 디바이스 제조방법에 관한 것이다.

포트리소그래피 기술을 이용해서 반도체 메모리나 논리회로 등의 미세한 반도체 디바이스를 제조하기 위해서, 투영노광장치가 종래부터 사용되고 있다. 투영노광장치는, 레티클(마스크)에 묘화된 회로패턴을 투영광학계에 의해 예를 들면 웨이퍼 상에 투영해서 전사한다. 최근의 반도체 디바이스의 패턴의 미세화에의 요구에 수반해서, 투영노광장치는 노광파장의 반 이하의 크기의 패턴을 노광에 의해 전사하고, 또한 해상도를 더욱 향상(즉, 고해상화)시키는 것이 요망되고 있다.

노광장치의 고해상화는, 일반적으로, 노광광의 단파장화, 및, 투영광학계의 개구수(NA)를 크게 하는 것(투영광학계의 고NA화)에 의해 실현된다. 그러나, 노광광의 단파장화, 및 투영광학계의 고NA화만으로는 노광장치의 고해상화를 달성하는 데 불충분하며, 노광장치 그 자체의 성능도 향상시킬 필요가 없다. 예를 들면, 근년의 투영광학계에 있어서는 수차가 현저하게 개선되고 있다. 또, 조명광학계에 있 어서는, 종래에는 무편광조명이었지만, 근년에는 편광조명을 실현하고 있다. 여기서, 편광조명이라는 것은, 레티클의 패턴에 따라서 조명광의 편광상태를 제어하는 조명방법을 의미한다.

노광장치는, 고성능화를 유지하기 위해서, 여러 가지 광학특성을 측정하는 측정수단과, 이러한 측정수단의 측정결과에 의거해서 광학특성을 보정하는 보정수단을 가진다. 예를 들면, 투영광학계의 수차의 측정 및 보정을 가능하게 하는 노광장치가 제안되고 있다. 투영광학계의 수차 외에, 측정 가능한 광학특성의 예로서는, 투영광학계의 NA, 조명광의 편광상태, 상면만곡, 노광량, 노광량의 균일성, 조명광의 분포, 투영광학계의 존즈(Jones) 행렬 등이 있다.

노광장치는, 스텝-앤드-리피트 방식의 노광장치(스테퍼)와 스텝-앤드-스캔 방식의 노광장치(스캐너)의 2종류로 대별된다. 스캐너는, 스테퍼 보다도 고NA화에 적합하기 때문에, 근년의 고해상화를 지원하는 노광장치이다.

스캐너는, 레티클과 웨이퍼를 주사함으로써, 레티클의 패턴을 웨이퍼 상에 전사한다. 따라서, 스캔중에 있어서 레티클(레티클 스테이지)의 이동과 웨이퍼(웨이퍼 스테이지)의 이동이 정확하게 동기되어 있지 않으면, 결상 위치가 소망의 위치로부터 어긋나기 때문에, 상이 흐려져서 공중상이 열화한다. 즉, 스캔중에 왜곡(스캔 왜곡(scan distortion))이 발생한다. 스캔 왜곡은, 스테퍼에는 발생하지 않는 공중상의 열화 요인이며, 공중상에 주는 영향도 작기 때문에, 지금까지는 문제가 되지 않았다. 그러나, 근년의 노광장치의 고성능화에 수반해서, 스캔 왜곡도 무시할 수 없게 되고 있다.

이러한 상황에 대처하기 위해서, 스캔 왜곡을 측정해서 보정하려고 하는 시도가 이루어지고 있다. 예를 들면, 레지스트를 노광해서 광강도분포의 위치 어긋남을 측정하는 것에 의해 왜곡을 측정할 수 있다. 미국 특허 제 6,803,554호 공보에는, CCD(Charge Coupled Device)와 같은 광강도센서에 미소한 핀홀을 격자모양으로 형성해서, 웨이퍼 면상의 광강도분포를 측정하는 기술이 제안되어 있다. 또, 일본 특개 2002-14005호 공보에는, 투영광학계의 상면에 미소한 슬릿과 광강도센서를 배치해서, 웨이퍼 면상의 광강도분포를 측정하는 기술이 제안되어 있다.

그러나, 종래 기술에서는, 스캔중에 발생하는 왜곡(스캔 왜곡)을 측정하는 것이 대단히 곤란하다. 예를 들면, 레지스트를 노광해서 측정한 왜곡은 적산된 스캔 왜곡이며, 따라서, 스캔중의 어느 시간에 발생한 왜곡의 정도를 측정할 수 없다. 미국 특허 제 6,803,554호 공보나 일본 특개 2002-14005호 공보에는 스캔중의 결상 위치의 어긋남을 측정하는 방법이 개시되어 있지 않다. 환언하면, 미국 특허 제 6,803,554호 공보 및 일본 특개 2002-14005호 공보는 단지, 스캔 노광의 종료 후 적산된 광강도분포, 또는 정지 노광후의 광강도분포를 측정하는 것이다.

본 발명은, 주사형의 노광장치에 있어서, 레티클을 지지하는 제 1 스테이지와 기판을 지지하는 제 2 스테이지 사이의 동기오차를 고정밀도로 측정할 수 있는 측정방법을 제공하는 것이다.

발명의 일측면에 따르면, 레티클을 지지하는 제 1 스테이지와, 기판을 지지하는 제 2 스테이지와, 상기 레티클의 패턴을 상기 기판에 투영하는 투영광학계를 구비한 주사형의 노광장치에 있어서의 상기 제 1 스테이지와 상기 제 2 스테이지 사이의 동기오차를 측정하는 측정방법으로서, 상기 제 1 스테이지에 배치되고, 측정패턴을 가지는 측정용 마스크와, 상기 제 2 스테이지에 배치된 측정부를 동기주사하면서, 상기 측정패턴이 형성하는 광강도분포를 상기 측정부를 이용해서 측정하는 스텝과; 상기 측정스텝에서 측정한 상기 광강도분포의 시간변화에 의거해서 상 기 제 1 스테이지와 상기 제 2 스테이지 사이의 동기오차를 산출하는 산출스텝을 가지는 측정방법이 제공된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 레티클을 지지하는 제 1 스테이지와, 기판을 지지하는 제 2 스테이지를 주사하면서, 상기 레티클의 패턴을 상기 기판상에 투영하는 노광방법에 있어서, 상기 측정방법을 이용해서 상기 동기오차를 측정하는 스텝과; 상기 측정된 동기오차를 보정하는 스텝과; 상기 동기오차가 보정된 상기 제 1 스테이지와 상기 제 2 스테이지를 주사하면서, 상기 레티클의 패턴을 상기 기판에 투영하는 스텝을 가지는 노광방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 노광방법을 이용하여 기판을 노광하는 스텝과, 상기 노광된 기판에 대하여 현상처리를 하는 스텝으로 이루어지는 디바이스 제조방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 레티클을 지지하는 제 1 스테이지와, 기판을 지지하는 제 2 스테이지와, 상기 레티클의 패턴을 상기 기판에 투영하는 투영광학계를 구비한 주사형의 노광장치로서, 상기 제 1 스테이지 상에 배치되고, 측정패턴을 가지는 측정용 마스크와; 상기 제 2 스테이지 상에 배치되고, 상기 측정용 패턴과 동기 주사되면서 상기 측정패턴이 형성하는 광강도분포를 측정하는 측정부와; 상기 측정부에 의해 측정된 상기 광강도분포의 시간변화에 의거해서, 상기 제 2 스테이지와 상기 제 2 스테이지 사이의 동기오차를 산출하는 제어부를 가지는 주사형의 노광장치가 제공된다.

본 발명의 다른 특징은 유첨된 도면을 참조한 다음의 예시적인 실시형태의 설명으로부터 명백해질 것이다.

본 발명에 따르면, 주사형의 노광장치에 있어서, 레티클을 지지하는 제 1 스테이지와 기판을 지지하는 제 2 스테이지 사이의 동기오차를 고정밀도로 측정할 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참조해서, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해서 설명한다. 각 도면에 있어서, 동일한 부재에 대해서는 동일한 참조 번호를 표시하고, 중복하는 설명은 생략한다.

우선, 본 실시형태에 따른 측정방법의 원리를 설명한다. 이러한 측정방법은, 스텝-앤드-스캔 방식(주사형)의 노광장치에 있어서의 레티클 스테이지(제 1 스테이지)와 웨이퍼 스테이지(제 2 스테이지)사이의 동기오차를 측정한다. 환언 하면, 이러한 측정장치는, 레티클 스테이지가 지지하는 레티클과 웨이퍼 스테이지가 지지하는 웨이퍼의 스캔중에 발생하는 스캔 왜곡을 측정한다.

도 1은, 본 실시형태에 따른 측정방법을 설명하기 위한 도면이며, 이러한 측정방법을 실시하기 위한 측정장치(1)의 구성을 나타내는 개략도이다. 측정장치(1)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 측정용 마스크(l0)와 측정부(20)를 가진다. 여기서, 노광장치의 노광광의 파장을 λ로 하고, 투영광학계의 상측의 개구수를 NA로 한다. 또, 조명광학계로부터 레티클에 입사하는 광속이 이루는 개구수와 투영광학계의 물체측의 개구수 간의 비를 σ로 한다. σ는, 조명광학계를 구성하는 여러가지 부재 를 선택하는 것에 의해 그 값을 바꿀 수 있다. 단, 일반적인 노광장치에 있어서는, 최대 σ값이 1 보다 작다. 또, 노광장치에 있어서는, 투영광학계의 상측의 개구수NA와 노광광의 파장λ는 여러 가지 값을 취할 수 있기 때문에, 측정용 마스크(10)나 측정부(20)의 패턴 사이즈(예를 들면, 주기 등)를 (λ / NA)로 규격화하면 편리하다. 예를 들면, 노광파장λ가 248nm이고, 투영광학계의 상측의 개구수NA가 0.73일 경우, 100nm를 (λ / NA)로 규격화한 값은 0.29가 된다.

측정용 마스크(10)는, 스캔 왜곡을 측정하기 위해서 사용되며, 노광장치의 레티클 스테이지에 배치된다. 측정용 마스크(10)는, 투영광학계(POS) 측에 측정패턴(12)을 가진다. 측정패턴(12)은, 스캔 왜곡 측정용의 특수패턴이며, 다음에 상세하게 설명한다.

측정부(20)는, 노광장치의 웨이퍼 스테이지에 배치되며, 측정패턴(12)에 의해 회절되어 투영광학계 POS를 통해서 상면(웨이퍼면)에 집광(결상)하는 광속을 측정한다. 보다 구체적으로는, 측정부(20)는, 측정용 마스크(10)의 측정패턴(12)이 형성하는 광강도분포를 측정한다. 측정부(20)의 구성에 대해서는, 다음에 상세하게 설명한다.

본 실시형태에 따른 측정방법은, 우선, 레티클 스테이지에 배치된 측정패턴(12)을 가지는 측정용 마스크(10)와 웨이퍼 스테이지에 배치된 측정부(20)를 동기 주사하면서, 측정패턴(12)이 형성하는 광강도분포를 측정부(20)로 측정한다. 다음에, 측정부(20)가 측정한 광강도분포를 해석함으로써 스캔 왜곡을 측정한다. 보다 구체적으로는, 광강도분포의 시간 변화(일시적인 변화)에 근거해서, 레티클 스 테이지와 웨이퍼 스테이지 간의 동기오차를 산출한다.

측정용 마스크(10)와 측정부(20)에 대해 상세하게 설명한다. 측정용 마스크(10)의 측정패턴(12)은, 예를 들면, 라인 앤드 스페이스(L&S) 패턴이며, 도 2에 나타낸 바와 같이, 광강도분포(공중상)를 형성한다. 그러나, 측정패턴(12)은, 특히 L&S패턴으로 한정되는 것은 아니고, 후술하는 바와 같이, 컨택트홀 패턴 등 여러 가지 패턴을 포함한다. 여기서, 도 2는, 측정용 마스크(10)의 측정패턴(12)이 형성하는 광강도분포의 일례를 나타내는 차트이다.

측정부(20)는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 개구부(22)가 형성된 차광판(SB)과 개구부(22)를 통과한 광성분을 수광하는 광강도센서(24)를 포함한다. 개구부(22)는, 측정용 마스크(10)의 측정패턴(12)의 형상과 대응해서, 예를 들면, 미소한 슬릿 또는 핀홀로서 형성된다. 측정부(20)는, 측정용 마스크(10)의 정지시에 측정패턴(12)에 의해 형성되는 광강도분포에 있어서 광강도가 0이 되는 해당위치의 근방에 각 개구부(22)가 위치하도록 배치된다. 또, 도 3에서는, 측정용 마스크(10)의 정지시에 측정패턴(12)에 의해 형성되는 광강도분포에 있어서 광강도가 최대치로 되는 해당 위치에 대해서 좌측에만 각 개구부(22)를 배치한다. 광강도센서(24)는, 예를 들면, 광검출기 등의 광전 변환 소자를 가진다. 여기서, 광검출기라는 것은, 광자를 전자로 변환하는 광전 효과(예를 들면, 광기전력효과, 광전도효과, 광전자 방사효과 등)를 이용해서 광 에너지를 검출하는 소자를 말하는 것이며, CCD에 비해 고속으로 반응한다. 도 3은 측정부(20)의 구성을 나타내는 개략 단면도이다. 또, 광검출기의 반응속도는 충분히 고속인 것이 바람직하고, 보다 구체적으로는, 상승 시간이 0.1㎲ 이하인 것이 바람직하다.

측정용 마스크(10)와 측정부(20)의 스캔중에 측정패턴(12)에 의해서 형성되는 광강도분포(공중상)가 어긋나지 않는 경우, 측정부(20)에 의해서 측정되는 광강도는 0이다. 그러나, 웨이퍼 스테이지와 레티클 스테이지 사이의 동기오차(스캔 왜곡)가 발생해서 광강도분포 전체가 왼쪽으로 어긋났을 경우, 측정부(20)에 의해서 측정되는 광강도는 어느 값으로 된다. 측정패턴(12)이 형성하는 광강도분포의 형상을 미리 알고 있으면, 광강도분포의 어긋남량(어긋남 거리)과 측정부(20)에 의해 측정되는 광강도를 관련시키는 것이 가능해져서, 스캔 왜곡을 측정할 수 있다. 광강도분포 전체가 오른쪽으로 어긋나는 경우에는, 측정용 마스크(10)의 정지시에 측정패턴(12)에 의해 형성되는 광강도분포의 광강도가 최대로 되는 해당 위치에 대해서 우측에 있고, 또한, 광강도가 0이 되는 해당 위치에 각 개구부(22)가 위치하도록 측정부(20)를 배치한다.

측정용 마스크(10)와 측정부(20)의 스캔을 개시하고 나서의 시간을 t로 하면, 측정부(20)로부터의 출력은 시간 t의 함수로 나타낼 수 있다. 여기에서는, 측정부(20)로부터의 출력을 I(t)로 한다. 측정부(20)로부터의 출력 I(t)을 해석함으로써, 스캔중의 어떤 시간에 있어서의 광강도분포의 위치 어긋남을 측정하는 것이 가능하다.

웨이퍼면의 위치를 (x, y)좌표로 나타내면, 종래 기술은, x좌표 또는 y좌표를 바꾸어서 광강도분포 I(x, y)를 측정하는 기술이다. 예를 들면, 측정용 마스크(10)를 정지시킨 상태에서 노광이 실행되는 것을 생각한다. 측정용 마스크(10)를 정지시킨 상태에서의 노광에 의해, 어느 광강도분포가 형성된다. 이러한 광강도분포를 관측하기 위해서, 종래 기술에서는, 측정용 마스크(10)를 정지시킨 상태에서, 측정부(20)를 웨이퍼면 내에서 움직여서 광강도분포 I(x, y)를 도출하여야 한다. 따라서, 종래 기술에서는, 측정용 마스크(10) 상의 어느 위치로부터 투영광학계 (POS)를 개재해서 측정부(20)를 보았을 때, 측정부(20)는 움직이고 있다. 환언하면, 측정용 마스크(10)에 대한 측정부(20)의 상대 위치가 움직이고 있다.

한편, 본 실시형태에 따른 측정장치(1) 및 측정방법에서는, 측정용 마스크(10)와 측정부(20)를 서로 동기시켜서 움직이고 있다. 따라서, 측정용 마스크 (10) 상의 어느 위치로부터 투영광학계(POS)를 개재해서 측정부(20)를 보았을 때, 측정부(20)는 거의 정지하여 있다. 환언하면, 측정용 마스크(10)에 대한 측정부(20)의 상대 위치가 움직이지 않는다. 즉, 측정용 마스크(10)와 측정부(20)의 스캔중에 있어서, 측정용 마스크(10)(측정패턴(12)) 상의 주어진 1점과 측정부(20) 상의 대응하는 1점은, 투영광학계(POS)를 개재해서, 광학적으로 거의 공역의 관계에 배치되고 있다. 그러나, 레티클 스테이지와 웨이퍼 스테이지 간의 동기는 완전하지 않고, 상당한 동기오차가 발생하기 때문에, 측정용 마스크(10) 상의 주어진 1점과 측정부(20) 상의 대응하는 1점은 완전한 공역 관계는 아니다. 환언하면, 측정용 마스크(10)에 대한 측정부(20)의 상대 위치는 완전하게 일정한 것은 아니다. 그러나, 레티클 스테이지와 웨이퍼 스테이지 사이의 동기오차와 광학계의 수차를 포함하는 스캔 왜곡을 측정하는 것이 본 실시형태의 목적이다. 따라서, 측정용 마스크(l0)와 측정부(20)의 스캔중에 있어서, 측정용 마스크(10) 상의 주어진 1점과 측 정부(20) 상의 대응하는 1점은, 노광장치가 달성할 수 있는 범위 내에서 광학적으로 공역의 관계에 배치하면 된다.

이와 같이, 본 실시형태에 따른 측정장치(1) 및 측정방법에서는, 측정용 마스크(10)(측정패턴(12)) 상의 어느 위치에서의 광강도분포를 시간의 함수 I(t)로서 나타낼 수 있다. 즉, 종래 기술로 측정되는 광강도분포는, 계측부(20)의 위치에 의한 광강도분포인 반면, 본 실시형태로 측정되는 광강도분포는 어느 위치에 있어서의 광강도분포의 시간 변화를 측정한다. 환언하면, 측정용 마스크(10)에 대하여 측정부(20)의 상대 위치가 움직이는 지의 여부가 종래 기술과 본 실시형태와의 차이이다.

이하, 본 발명의 제 1 실시형태 및 제 2 실시형태를 설명한다.

[제 1 실시형태]

제 1 실시형태에서는, 측정용 마스크(10)의 측정패턴(12)으로서 L&S패턴(주기 패턴)을 이용한다. 측정용 마스크(10)의 측정패턴(12)는, 주기 p의 L&S패턴(반복 패턴)이며, 도 4A 및 도 4B에 나타낸 바와 같이, 주기 p의 광강도분포(공중상)(AI1)를 형성한다. 또, 측정패턴(12)가 형성하는 광강도분포(AI1)에 대해서 측정부(20)를 2개 배치하며, 상기 측정부(20)의 각각은 미소 슬릿으로 형성되는 주기 p의 개구부(22)를 가지는 차광판(SB)와, 개구부(22) 아래에 배치되고 광검출기를 가진 광강도센서(24)를 포함한다. 이하에서는, 상기 2개의 측정부(20)를 제 1 측정부(20A)와 제 2 측정부(20B)로 칭한다. 여기서, 도 4A는, 측정용 마스크(10)의 측정패턴(12)이 형성하는 광강도분포와 제 1 측정부(20A)의 개구부(22A)사이의 위치 관계를 나타내는 차트이다. 도 4B는, 측정용 마스크(10)의 측정패턴(12)이 형성하는 광강도분포와 제 2 측정부(20B)의 개구부(22B)사이의 위치관계를 나타내는 차트이다.

제 1 측정부(20A)는, 도 4A에 나타낸 바와 같이, 정지 노광시에 측정패턴(12)이 형성하는 광강도분포(AI1)에 있어서, 광강도가 최대치로 되는 위치로부터 오른쪽으로 p/4만큼 어긋난 위치에 개구부(22A)가 위치하도록 배치된다. 제 2 측정부(20B)는, 도 4B에 나타낸 바와 같이, 정지 노광시에 측정패턴(12)이 형성하는 광강도분포(AI1)에 있어서, 광강도가 최대치로 되는 위치로부터 왼쪽으로 p/4만큼 어긋난 위치에 개구부(22B)가 위치하도록 배치된다. 제 1 측정부(20A) 및 제 2 측정부(20B)의 개구부(22A) 및 (22B)의 폭은, p/4 이하인 것이 바람직하다. 또, 제 1 측정부(20A) 및 제 2 측정부(20B)에 있어서는, 개구부(22A) 및 (22B)는, 측정용 마스크(10)의 측정패턴(12)에 평행이며, 개구부(22A) 및 (22B)의 반복 방향과 측정패턴(12)의 반복 방향은 같다.

제1 실시형태에서는, p/2를 (λ / NA)로 규격화한 값은 0.5 미만이기 때문에, 2 광속 간섭에 의해 광강도분포를 근사할 수 있다. 2 광속 간섭의 상면(즉, 측정부(20)) 상에 있어서의 광강도분포(AI1)는 정현파로 근사할 수 있고, 광강도가 최대치로 되는 위치로부터 1/4주기 어긋난 위치에서 정현파의 기울기가 최대로 된다. 따라서, 제 1 측정부(20A) 및 제 2 측정부(20B)는, 위치 어긋남에 응한 광강도의 변화에 민감하다.

여기서, 광강도분포(AI1)의 어긋남량의 절대치가 p/4 이하인 경우를 생각한 다. 광강도분포(AI1)가 오른쪽으로 어긋났을 때, 제 1 측정부(20A)로 측정되는 광강도는 증가하고, 제 2 측정부(20B)로 측정되는 광강도는 저하한다. 또, 광강도분포(AI1)가 왼쪽으로 어긋나는 경우, 제 1 측정부(20A)로 측정되는 광강도는 저하하고, 제 2 측정부(20B)로 측정되는 광강도는 증가한다. 이러한 특성을 해석하는 것에 의해, 스캔중의 레티클 스테이지와 웨이퍼 스테이지 사이의 동기오차(동기 어긋남의 방향과 어긋남량)를 측정할 수 있다. 또, 제 1 측정부(20A) 및 제 2 측정부(20B)로 측정되는 광강도의 시간 변화의 해석은, 후술하는 2개의 측정용 마스크와 3개의 측정부(20)를 이용하는 경우와 같기 때문에, 여기에서의 상세한 설명은 생략한다.

스캔중의 레티클 스테이지와 웨이퍼 스테이지 사이의 동기오차(스캔 왜곡)를 정밀하게 측정하기 위해서는, 측정용 마스크(10)와 측정부(20) 사이에서의 위치 맞춤의 캘리브레이션(calibration)을 행할 필요가 있다. 측정용 마스크(10)와 측정부(20)은, 본래 충분한 정밀도로 제조되고 있기 때문에, 위치 맞춤의 정밀도 및 측정부(20)로 측정되는 광강도로부터 스캔 왜곡을 해석할 때의 정밀도를 향상시킬 필요가 있다. 이하, 제 1 측정부(20A) 및 제 2 측정부(20B)를 이용한 위치 맞춤의 캘리브레이션에 대해 설명한다. 위치 맞춤의 캘리브레이션에 대해서는, 측정용 마스크(10)를 정지시킨 상태에서 측정패턴(12)의 광강도분포(AI1)를 형성하고, 제 1 측정부(20A)로 측정되는 광강도와 제 2 측정부(20B)로 측정되는 광강도가 서로 동일해지도록 제 1 측정부(20A)와 제 2 측정부(20B)를 위치 맞춤한다. 광강도분포(AIl)의 어긋남량과 측정되는 광강도사이의 관계를 캘리브레이션 하기 위해서는, 정지 노광중에, 제 1 측정부(20A) 및 제 2 측정부(20B)를 적어도

내지 p/2의 범위에서 움직이는 것에 의해 위치와 광강도 사이의 관계를 취득한다.

또, 2개의 측정용 마스크(10)와 3개의 측정부(20)를 이용하는, 레티클 스테이지와 웨이퍼 스테이지 사이의 동기오차(스캔 왜곡)의 측정에 대해 설명한다. 이하의 설명에서는, 2개의 측정용 마스크(10)를 제 1 측정용 마스크(10A) 와 제 2 측정용 마스크(10B)로 칭하고, 3개의 측정부(20)을 제 1 측정부(20C), 제 2 측정부(20D) 및 제 3 측정부(20E)로 칭한다.

제 1 측정용 마스크(10A)의 측정패턴(12A)은, 주기 p의 L&S패턴(주기 패턴)이며, 도 5A에 나타낸 바와 같이, 주기 p의 정현파형을 가진 광강도분포(AI2)를 형성한다. 제 2 측정용 마스크(10B)의 측정패턴(12B)은, 주기 p의 L&S패턴이며, 도 5B 또는 도 5C에 나타낸 바와 같이, p/2의 영역에서 광강도가 거의 0이 되는 광강도분포(AI3)를 형성한다. 여기서, 도 5A는 제 1 측정용 마스크(10A)의 측정패턴(12A)이 형성하는 광강도분포(AI2)와 제 1 측정부(20C)의 개구부(22C)사이의 위치관계를 나타내는 차트이다. 도 5B는, 제 2 측정용 마스크(l0B)의 측정패턴(l2B)이 형성하는 광강도분포(AI3)와 제 2 측정부(20D)의 개구부(22D)사이의 위치관계를 나타내는 차트이다. 도 5C는, 제 2 측정용 마스크(10B)의 측정패턴(12B)이 형성하는 광강도분포(AI3)와 제 3 측정부(20E)의 개구부(22E)사이의 위치관계를 나타내는 차트이다.

제 1 측정부(20C) 내지 제 3 측정부(20E)는, 미소 슬릿으로 형성되는 주기 p 의 개구부(22C)내지 (22E)를 가지는 차광판(SB)과, 개구부(22C) 내지 (22E) 아래에 배치되고, 광검출기로 구성되는 광강도센서(24)를 포함한다. 개구부(22C) 내지 (22E)의 폭은, p/4 이하인 것이 바람직하다. 또, 제 1 측정부(20C)에 있어서, 개구부(22C)는, 제 1 측정용 마스크(l0A)의 측정패턴(12A)에 평행이며, 개구부(22C)의 반복 방향과 측정패턴(12A)의 반복 방향은 같다. 마찬가지로, 제 2 측정부(20D) 및 (20E)에 있어서, 개구부(22D) 및 (22E)는, 제 2 측정용 마스크(l0B)의 측정패턴(12B)에 평행이며, 개구부(22D) 및 (22E)의 반복 방향과 측정패턴(12B)의 반복 방향은 같다.

제 1 측정부(20C)는, 도 5A에 나타낸 바와 같이, 정지 노광시에 측정패턴(12A)이 형성하는 광강도분포(AI2)에 있어서, 광강도가 최대치로 되는 위치에 개구부(22C)가 위치하도록 배치된다. 제 2 측정부(20D)는, 도 5 B에 나타낸 바와 같이, 정지 노광시에 측정패턴(12B)이 형성하는 광강도분포(AI3)에 있어서, 광강도가 최대치로 되는 위치에 대해서 좌측에 있고, 또한, 광강도가 거의 0이 되는 위치에 개구부(22D)가 위치하도록 배치된다. 제 3 측정부(20E)는, 도 5C에 나타낸 바와 같이, 정지 노광시에 측정패턴(12B)이 형성하는 광강도분포(AI3)에 있어서, 광강도가 최대치로 되는 위치에 대해서 우측에 있고, 또한 광강도가 거의 0이 되는 위치에 개구부(22E)가 위치하도록 배치된다.

여기서, 제 1 측정부(20C) 내지 제 3 측정부(20E)로부터 얻어지는 출력 결과를 설명한다. 제 1 측정부(20C)로 측정되는 광강도를 I1(t)로 하고, 마찬가지로 제 2 측정부(20D) 및 제 3 측정부(20E)로 측정되는 광강도를 I2(t) 및 I3(t)로 한다.

예를 들면, 광강도분포(AI2) 및 (AI3)가 일정한 속도로 0으로부터 p까지 오른쪽으로 어긋나 가는 경우를 가정한다. 광강도분포(AI2) 및 (AI3)가 0으로부터 p까지 어긋나 갈 때까지의 시간을 T로 한다. 횡축은 시간 t를 나타내고, 종축은 측정되는 광강도 I(t)를 나타낸다. 제 1 측정부(20C) 내지 제 3 측정부(20E)는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 광강도 I1(t) 내지 I3(t)를 측정한다. 도 6은, 제 1 측정부 (20C) 내지 제 3 측정부(20E)로 측정되는 광강도 I1(t) 내지 I3(t)의 일례를 나타내는 그래프이다.

우선, 제 1 측정부(20C)로 측정되는 광강도 I1(t)를 설명한다. 시간 t가 0 일때, 광강도 I1(t)는 최대치로 되고, 시간 t가 진행되는 것에 따라 광강도 I1(t)는 감소해 가며, 시간 t가 T / 2로 되면, 광강도 I1(t)는 0이 되고, 그 후, 시간 t가 더욱 진행되는 것에 따라 광강도 I1(t)는 증가해 간다. 그리고, 시간 t가 T로 될 때, 광강도 I1(t)는 최대치로 된다.

다음에, 제 2 측정부(20D)로 측정되는 광강도 I2(t)를 설명한다. 시간 t가 T/2 이하일 때, 광강도 I2(t)는 0이다. 시간 t가 T/2 이상이 되면 광강도 I2(t)는 증가하고, 시간 t가 T ×(3 / 4)이 될때에, 광강도 I2(t)는 최대치로 된다. 시간 t가 T ×(3 / 4) 이상이 되면, 광강도 I2(t)는 감소해 가고, 시간 t가 T로 될 때에 광강도 I2(t)는 0이 된다.

마지막으로, 제 3 측정부(20E)로 측정되는 광강도 I3(t)를 설명한다. 시간 t가 T / 4 이하일 때, 광강도 I3(t)는 증가하고, 시간 t가 T / 4로 될 때에, 광강도 I3(t)는 최대치로 된다. 또, 시간 t가 T / 4 이상이 되면, 광강도 I3(t)는 감소하 고, 시간t가 T / 2 이상이 될 때, 광강도 I3(t)는 0이 된다.

또, 광강도분포(AI2) 및 (AI3)가 일정한 속도로 0으로부터 p까지 왼쪽으로 어긋나 가는 경우에는, 제 1 측정부(20C) 내지 제 3 측정부(20E)에 의해, 도 7에 나타낸 바와 같이, 광강도 I1(t) 내지 I3(t)가 측정된다. 도 7은, 제 1 측정부(20C) 내지 제 3 측정부(20E)로 측정되는 광강도 I1(t) 내지 I3(t)의 일례를 나타내는 그래프이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 광강도 I1(t)를 시간에 대하여 미분해서 얻어진 값 dI1(t) / dt가 부(負)의 부호를 가지는 경우, 광강도 I2(t)의 변화는 광강도분포가 왼쪽으로 어긋나 있는 것을 의미한다. 마찬가지로, 광강도 I1(t)를 시간에 대해서 미분하여 얻어진 값 dI1(t) / dt가 정(正)의 부호를 가지는 경우, 광강도 I3 (t)의 변화는 광강도분포가 왼쪽으로 어긋나 있는 것을 의미한다. 광강도 I1(t)를 시간에 대해서 미분하여 얻어진 값 dI1(t) / dt가 부의 부호를 가지는 경우, 광강도 I3(t)의 변화는 광강도분포가 오른쪽으로 어긋나 있는 것을 의미하고, 마찬가지로, dI1(t) / dt의 값이 정의 부호를 가지는 경우, 광강도 I2(t)의 변화는 광강도분포가 오른쪽으로 어긋나 있는 것을 의미한다.

이와 같이, 제 1 측정부(20C) 내지 제 3 측정부(20E)로부터의 출력과 이들의 시간 변화를 해석하는 것에 의해, 스캔 왜곡을 측정할 수 있다. 환언하면, 광강도분포(AI2)를 나타내는 함수를 시간에 대해서 미분하는 것에 의해, 레티클 스테이지와 웨이퍼 스테이지 사이의 동기 어긋남의 방향 및 동기 어긋남량을 산출할 수 있다.

제 1 측정부(20C) 내지 제 3 측정부(20E)를 이용한 위치 맞춤의 캘리브레이션에 대해 설명한다. 위치 맞춤의 캘리브레이션에 대해서는, 제 1 측정용 마스크(10A)를 정지시킨 상태에서 측정패턴(12A)의 광강도분포(AI2)를 형성하고, 제l의 측정부(20C)로 이에 의해 측정되는 광강도가 최대치로 되도록 위치 맞춤을 한다. 또, 제 2 측정용 마스크(10B)를 정지시킨 상태에서 측정패턴(12B)의 광강도분포(AI3)를 형성하고, 제 2 측정부(20D)로 측정되는 광강도와 제3 측정부(20E)로 측정되는 광강도의 합, 또는 2승의 합이 최소치가 되도록 제 2 측정부(20D)와 제 3 측정부(20E)를 위치 맞춤한다.

노광장치에 있어서는, 각 화각에서 수차가 다르기 때문에, 각 화각에서 스캔 왜곡이 다르다. 따라서, 각 화각에 대응해서 측정용 마스크(10)와 측정부(20)를 준비할 필요가 있다. 주사형의 노광장치에 있어서는, 레티클을 조명하는 조명영역 (SR)은, 도 8에 나타낸 바와 같이, 직사각형 형상을 가진다. 조명영역(SR)의 길이방향을 y방향으로 정의하고, 그 폭 방향을 x방향으로 정의한다. 여기서, 도 8은, 주사형의 노광장치에 있어서, 레티클을 조명하는 조명영역(SR)의 일례를 나타내는 도면이다.

주사형의 노광장치는, x방향으로 레티클과 웨이퍼를 연속적으로 주사해서 레티클의 패턴을 노광에 의해 웨이퍼에 전사한다. 현재 상태에서는, 조명영역(SR)의 x방향의 치수는 2mm이하로 짧기 때문에, 화각에 의존하는 수차의 변화는 거의 없다. 그렇지만, 조명영역(SR)의 y방향의 치수는 26mm로 길기 때문에, 화각에 의존하는 수차의 변화가 있다.

이러한 상황에 대처하기 위해서, 조명영역(SR)은 그 y방향의 치수가 감소하도록 몇 개의 영역(예를 들면, 11개의 영역)으로 분할하고, 각 영역에 측정용 마스크(10)와 측정부(20)를 배치하며, 이에 의해 각 화각의 스캔 왜곡을 일괄해서 측정하는 것이 가능해진다.

각 화각에 대응해서 측정부(20)(제 1 측정부(20C) 내지 제 3 측정부(20E))를 배치한 예를 도 9A에 나타낸다. 도 9A에 나타낸 바와 같이, 제 1 측정부(20C) 내지 제 3 측정부(20E)는 같은 화각을 가지는 것이 바람직하다. 도 9A에 나타내는 측정부(20)의 배치예는 단지 일례이며, x방향에 있어서의 제 1 측정부(20C) 내지 제 3 측정부(20E)의 배치는 무작위순서로 교환 가능하다. 예를 들면, 도 9B에 나타낸 바와 같이, 체커보드(checkerboard) 패턴으로 제 1 측정부(20C) 내지 제 3 측정부(20E)를 배치해도 된다. 또, 제 1 측정부(20C) 내지 제 3 측정부(20E)를 모아서 하나의 측정 유니트로서 구성해도 된다. 여기서, 도 9A 및 도 9B는, 각 화각에 대응해 측정부(20)을 배치한 예를 나타내는 도면이다.

이하, 측정용 마스크(10)에 대해 상세하게 설명한다. 웨이퍼면에 있어서 정현파형의 광강도분포를 형성하기 위해서는, p/2를 (λ / NA)로 규격화한 값이 0.5 미만이 되도록 측정용 마스크(10)의 측정패턴(l2)의 주기 p를 설정한다. 노광장치의 해상 한계를 고려하면, p/2를 (λ / NA)로 규격화한 값이 0.25 이상이 되도록 측정용 마스크(10)의 측정패턴(l2)의 주기 p를 설정해야 한다. 또, 광강도분포의 최대치와 최소치 사이의 비(콘트라스트)가 증가할수록 고정밀의 측정을 할 수 있기 때문에, 측정용 마스크(10)는 소위 위상 쉬프트 마스크인 것이 바람직하다.

위상 쉬프트 마스크란, 마스크 상의 인접하는 투광부가 180°의 위상차를 가지는 마스크를 의미한다. 인접하는 투광부에 위상차를 부여하기 위해서는, 위상차를 가져오는 부재(위상 시프터)를 설치한다. 도 10은 일반적인 위상 쉬프트 마스크의 구성을 나타내는 개략 단면도이다. 노광에 이용되는 위상 쉬프트 마스크는, 도 10에 나타낸 바와 같이, 예를 들면, 석영 등으로 이루어지고 노광광에 대해서 투명한 기판(SI)상에, 예를 들면, 크롬 등의 차광부(CR)를 가진다. 노광광은, 차광부 (CR)가 존재하지 않는 영역(투광부)(PR)을 통과한다. 기판(SI)상에 차광부(CR)와 투광부(PR)를 반복해서 형성하는 것에 의해서, L&S패턴이 형성된다. 위상 쉬프트 마스크상의 인접하는 투광부(PR)는, 상술한 바와 같이, 180°의 위상차를 가지지 않으면 안 된다. 기판(SI)가 굴절률(n)을 가지고 있는 경우, 인접하는 투광부(PR)가 (λ / 2) / (n - 1)의 단차를 가지도록 새겨진 부분(engraved portion)을 형성하면, 인접하는 투광부가 180°의 위상차를 가진다. 단, 위상 쉬프트 마스크 주변의 분위기의 굴절률을 1에 근사했다. 기판(SI)를 에칭해서 인접한 투광부(PR)에 위상차를 부여한 위상 쉬프트 마스크를 사용하는 경우, 투광부(PR)에 있어서의 에칭된 부분과 에칭되지 않은 부분은 광투과율이 다르다. 일반적으로는, 새겨진 부분의 광투과율은 새기지 않은 부분의 광투과율보다 낮기 때문에, 예를 들면 파낸 부분의 선폭을 크게 하거나 오버행 (overhang) 형상으로 기판을 새기는 것(즉, 차광부(CR)의 뒤쪽의 기판(SI)을 조금 파내는 것)이 필요하다.

측정용 마스크(10)으로서 위상 쉬프트 마스크를 이용하는 경우에는, 유효광원의 중심부가 비교적 밝은, 소위, 소σ조명을 이용해서 측정용 마스크(10)를 조명 하는 것이 바람직하다. 측정용 마스크(10)로서 바이너리(binary) 마스크(투광부와 차광부만을 가지는 마스크)를 이용하는 경우에는, 경사입사조명을 이용해서 측정용 마스크(10)를 조명하는 것이 바람직하다. 경사입사조명의 예로서는, 도 11A에 나타낸 바와 같은 다이 폴 조명, 도 11B에 나타낸 바와 같은 사중극조명, 도 11C에 나타낸 바와 같은 륜대조명 등을 들 수 있다. 그러나 경사입사조명은 이들에 한정되는 것은 아니다. 또, 측정용 마스크(10)로서는 감쇠 위상 쉬프트 마스크를 이용할 수도 있다. 감쇠 위상 시프트 마스크라는 것은, 바이너리(binary) 마스크의 차광부를, 광을 감쇠시킴과 동시에 투광부에 대해서 180°의 위상차를 주는 부재로 치환한 마스크를 의미한다. 측정용 마스크(10)로서 감쇠 위상 쉬프트 마스크를 이용하는 경우에도 경사입사조명이 효과적이다. 여기서, 도 11A 내지 도 11C는, 경사입사조명의 예를 나타내는 도면이다.

상술한 바와 같이, 스캔 왜곡은, 도 8에서 나타내는 조명영역(SR)의 x방향 및 y방향에 모두 발생한다. x방향으로 L&S패턴이 반복해서 형성되어 있는 측정용 마스크(10)와 x방향으로 개구부(22)가 반복해서 형성되어 있는 측정부(20)를 이용하는 것에 의해, x방향의 스캔 왜곡을 측정하는 것이 가능하다. 마찬가지로, y방향으로 L&S패턴이 반복해서 형성되어 있는 측정용 마스크(10)와 y방향으로 개구부(22)가 반복해서 형성되어 있는 측정부(20)를 이용하는 것에 의해, y방향의 스캔 왜곡을 측정하는 것이 가능하다. ±45°방향으로 L&S패턴이 반복해서 형성되어 있는 측정용 마스크(10)와 ±45°방향으로 개구부(22)가 반복해서 형성되어 있는 측정부(20)를 이용하는 것에 의해서 ±45°방향의 스캔 왜곡을 측정하는 것이 가능하 다.

x, y 및 ±45°방향의 스캔 왜곡을 일괄해서 측정하기 위해서는, x, y ±45°방향으로 반복적으로 형성된 L&S패턴을 측정용 마스크(10)에 혼재시키고, 그에 대응한 측정부(20)를 이용한다. 이 경우, 대칭성이 양호한 유효광원을 이용할 필요가 있다. 예를 들면, 측정용 마스크(10)으로서 위상 쉬프트 마스크를 이용하는 경우에는, 소σ조명을 이용하는 것이 바람직하다. 측정용 마스크(10)로서 바이너리 마스크 또는 감쇠 위상 쉬프트 마스크를 이용하는 경우에는, 륜대 조명 등을 이용하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 유효광원의 패턴 의존성을 저감시킬 수 있다.

측정용 마스크(10)로서 감쇠 위상 쉬프트 마스크를 이용하는 경우, 바람직하지 않은 위치에서 광강도가 관측되는 일이 있다(사이드로브 효과). 사이드로브 효과를 저감하기 위해서는, 미소한 투광부를 사이드로브가 나타나는 위치에 배치해서 사이드로브를 지운다.

바람직하게는, 측정용 마스크(10)를 조명하는 조명광은, 측정패턴(12)의 반복방향에 수직이고, 또한, 마스크면에 평행인 방향으로 편광된다(이 편광상태를 S편광이라고 부른다). 이것은, S편광이 다른 편광방법에 비해서 광강도분포의 콘트라스트를 높게 할 수 있기 때문이다. 측정패턴(12)이 한 방향으로 반복해서 형성된 L&S패턴만을 가지는 경우에는, 측정용 마스크(10)를 조명하는 조명광은 S편광이다. 또, x, y 및 ±45°방향으로 반복해서 형성된 L&S패턴이 측정패턴(12)에 혼재하는 경우에는, 무편광으로 측정용 마스크(10)를 조명하는 것이 바람직하다.

[제 2 실시형태]

제 2 실시형태에서는, 측정용 마스크(10)의 측정패턴(12)으로서 컨택트홀 패턴을 이용한다. 컨택트홀 패턴은, 측정용 마스크(10) 상에 2차원적으로 형성된다. 여기서, 마스크면에 평행한 축을 x축으로 하고, x축에 수직이며, 또한, 마스크면에 평행한 축을 y축으로 하며, 마스크면에 수직인 축을 z축으로 한다. 컨택트홀 패턴의 x방향의 주기와 y방향의 주기는 달라도 되며, 그 중심은, 반드시 직교하는 격자모양의 교점상에 배치되지 않아도 된다. 그러나, 제 2 실시형태에서는, 콘택트홀 패턴의 x방향의 주기와 y방향의 주기는 동일하고, 그 중심은, 직교하는 격자모양의 교점상에 배치되어 있는 것으로 한다.

제 2 실시형태의 측정용 마스크(10)의 측정패턴(컨택트홀 패턴)(12)은, 광강도분포의 최대치를 통과하는 x-z단면에 있어서, 도 12A 및 도 12B에 나타낸 바와 같이, 주기 p의 광강도분포(공중상)((AI4))를 형성한다. 또, 측정패턴(12)이 형성하는 광강도분포(AI4)에 대해서 2개의 측정부(20')를 형성하며, 상기 2개의 측정부(20')는 각각 미소한 핀홀로 형성되는 주기 p의 개구부(22')를 가지는 차광판 (SB)과, 개구부(22')의 아래에 배치되며 광검출기로 구성되는 광강도센서(24)를 가진다. 개구부(22')는 x방향으로 형성된다. 이하에서는, 상기 2개의 측정부(20')를 제 1 측정부(20A') 및 제 2 측정부(20B')로 칭한다. 여기서, 도 12A는, 측정용 마스크(10)의 측정패턴(12)가 형성하는 광강도분포와 제 1 측정부(20A') 사이의 위치관계를 나타내는 차트이다. 도 12B는, 측정용 마스크(10)의 측정패턴(12)이 형성하는 광강도분포와 제 2 측정부(20B') 사이의 위치관계를 나타내는 차트이다.

제 1 측정부(20A')는, 도 12A에 나타낸 바와 같이, 정지 노광시에 측정패 턴(12)가 형성하는 광강도분포(AI4)에 있어서, 광강도가 최대치로 되는 위치로부터 오른쪽으로 p/4만큼 어긋난 위치에 개구부(22A')가 위치하도록 배치된다. 제 2 측정부(20B')는, 도 12B에 나타낸 바와 같이, 정지 노광시에 측정패턴(12)이 형성하는 광강도분포(AI4)에 있어서, 광강도가 최대치로 되는 위치로부터 왼쪽으로 p/4만큼 어긋난 위치에 개구부(22B')가 위치하도록 형성된다. 미소 핀홀로 형성되는 제 1 측정부(20A')의 개구부(22A') 및 제 2 측정부(20B')의 개구부(22B')의 직경은, p/4 이하인 것이 바람직하다.

제 2 실시형태에서는, p/2를 (λ / NA)로 규격화한 값은 0.5 미만이기 때문에, 광강도분포를 4 광속간섭으로서 근사할 수 있다. 4 광속간섭의 상면(즉, 측정부 (20')) 위에 있어서의 광강도분포(AI4)는 정현파로 근사할 수 있고, 광강도가 최대치로 되는 위치로부터 1/4주기 만큼 어긋난 위치에서 정현파의 기울기가 최대로 된다. 따라서, 제 1 측정부(20A') 및 제 2 측정부(20B')는 위치 어긋남에 응한 광강도의 변화에 민감하다.

여기서, 광강도분포(AI4)의 어긋남량의 절대치가 p/4 이하인 경우를 생각한다. 광강도분포(AI4)가 x축의 플러스 방향으로 어긋난 경우, 제 1 측정부(20A')로 측정되는 광강도는 증가하고, 제 2 측정부(20B')로 측정되는 광강도는 저하한다. 또, 광강도분포(AI4)가 x축의 마이너스 방향으로 어긋난 경우, 제 1 측정부(20A')로 측정되는 광강도는 저하하고, 제 2 측정부(20B')로 측정되는 광강도는 증가한다. 이러한 특성을 제 1 실시예와 같은 방법으로 해석함으로써, 스캔중의 레티클 스테이지와 웨이퍼 스테이지 사이의 동기오차(스캔 왜곡)를 측정할 수 있다.

제 1 측정부(20A') 및 제 2 측정부(20B')를 이용한 위치 맞춤의 캘리브레이션에 대해서 설명한다. 위치 맞춤의 캘리브레이션을 하기 위해서는, 우선, 측정용 마스크(10)를 정지시킨 상태에서 측정패턴(12)의 광강도분포(AI4)를 형성한다. 그리고, 제 1 측정부(20A')로 측정되는 광강도와 제 2 측정부(20B')로 측정되는 광강도가 서로 동일해지고, 또한 최대치로 되도록 제 1 측정부(20A')와 제 2 측정부(20B')의 위치를 위치 맞춤한다. 광강도분포(AI4)의 위치 어긋남량과 측정되는 광강도 사이의 관계를 캘리브레이션하기 위해서는, 정지 노광중에, 제 1 측정부(20A') 및 제 2 측정부(20B')를 x방향으로 적어도

로부터 p/2의 범위에서 움직여서 위치와 광강도 사이의 관계를 취득한다.

또, 컨택트홀 패턴으로서 형성된 측정패턴(12)을 각각 가지는 2개의 측정용 마스크(10)와 3개의 측정부(20')를 이용했을 경우의 레티클 스테이지와 웨이퍼 스테이지 사이의 동기오차(스캔 왜곡)의 측정에 대해서 설명한다. 이하의 설명에서는, 2개의 측정용 마스크(10)를 제 1 측정용 마스크(10A')와, 제 2 측정용 마스크(10B')로 칭하고, 3개의 측정부(20')를 제 1 측정부(20C'), 제 2 측정부(20D') 및 제 3 측정부(20E')로 칭한다.

제 1 측정용 마스크(10A')의 측정패턴(12A')은, 컨택트홀 패턴이며, 도 13A에 나타낸 바와 같이, 주기 p의 광강도분포(AI5)를 형성한다. 제 2 측정용 마스크(1OB')의 측정패턴(12B')은 컨택트홀 패턴이며, 도 13B 또는 도 13C에 나타낸 바와 같이, p/2의 영역에서 광강도가 거의 0이 되는 광강도분포(AI6)를 형성한다. 여기서, 도 13A는, 제 1 측정용 마스크(10A')의 측정패턴(12A')이 형성하는 광강도분 포(AI5)와 제 1 측정부(20C')의 개구부(22C') 사이의 위치관계를 나타내는 차트이다. 도 13B는, 제 2 측정용 마스크(10B')의 측정패턴(12B')이 형성하는 광강도분포(AI6)와 제 2 측정부(20D')의 개구부(22D') 사이의 위치관계를 나타내는 차트이다. 도 13C는, 제 2 측정용 마스크(10B')의 측정패턴(12B')이 형성하는 광강도분포(AI6)와 제 3 측정부(20E')의 개구부(22E') 사이의 위치관계를 나타내는 차트이다.

제 1 측정부(20C') 내지 제 3 측정부(20E')는, 미소한 핀홀로서 형성되는 주기p의 개구부(22C') 내지 (22E')를 직교하는 정방 형상의 격자의 교점 상에 가지는 차광판(SB)을 포함한다. 또, 제 1 측정부(20C') 내지 제 3 측정부(20E')는 개구부(22C') 내지 (22E')의 아래에 배치되고 광검출기로 구성되는 광강도센서(24)를 가진다. 개구부(22C') 내지 (22E')의 직경은 p/4 이하인 것이 바람직하다.

제 1 측정부(20C')는, 도 13A에 나타낸 바와 같이, 정지 노광시에 측정패턴(12A')이 형성하는 광강도분포(AI5)에 있어서, 광강도가 최대치로 되는 위치에 개구부(22C')가 위치하도록 배치된다. 제 2 측정부(20D')는, 도 13B에 나타낸 바와 같이, 정지 노광시에 측정패턴(12B')이 형성하는 광강도분포(AI6)에 있어서, 광강도가 최대치로 되는 위치에 대해서 좌측에 있고, 또한, 광강도가 거의 0이 되는 위치에 개구부(22D')가 위치하도록 형성된다. 제 3 측정부(20E')는, 도 13C에 나타낸 바와 같이, 정지 노광시에 측정패턴(12C')이 형성하는 광강도분포(AI6)에 있어서, 광강도가 최대치로 되는 위치에 대해서 우측에 있고, 또한, 광강도가 거의 0이 되는 위치에 위치한다.

여기서, 제 1 측정부(20C') 내지 제 3 측정부(20E')로부터 얻어지는 결과를 설명한다. 제 1 측정부(20C')로 측정되는 광강도를 I1(t)'로 하고, 마찬가지로 제 2 측정부(20D') 및 제 3 측정부(20E')로 측정되는 광강도를 I2(t)' 및 I3(t)'로 한다.

제 1 실시형태에서와 같이, 광강도분포의 위치어긋남과 제 1 측정부(20C') 내지 제 3 측정부(20E')로 측정되는 광강도 I1(t)' 내지 I3(t)'의 사이에는, 이하의 관계가 있다. 보다 구체적으로는, 제 1 측정부(20C')로 측정된 광강도 I1(t)'를 시간에 대해서 미분해서 얻은 값 dI1(t)' / dt가 부의 부호를 가지는 경우, 광강도 I2(t)'의 변화는 광강도분포가 왼쪽으로 어긋나 있는 것을 의미한다. 마찬가지로, 제 1 측정부(20C')로 측정된 광강도 I1(t)'를 시간에 대해서 미분해서 얻은 값 dI1(t)' / dt가 정의 부호를 가지는 경우, 광강도 I3(t)'의 변화는 광강도분포가 왼쪽으로 어긋나 있는 것을 의미한다. 제 1 측정부(20C')로 측정된 광강도 I1(t)'를 시간에 대해서 미분해서 얻은 값 dI1(t)' / dt가 부의 부호를 가지는 경우, 광강도 I3(t)'의 변화는 광강도분포가 오른쪽으로 어긋나 있는 것을 의미한다. 마찬가지로, 제 1 측정부(20C')로 측정된 광강도 I1(t)'를 시간에 대해서 미분하여 얻은 값 dI1(t)' / dt가 정의 부호를 가지는 경우, 광강도 I2(t)'의 변화는 광강도분포가 오른쪽으로 어긋나 있는 것을 의미한다.

이와 같이, 제 1 측정부(20C') 내지 제 3 측정부(20E')로부터의 출력과 이들의 시간 변화를 해석하는 것에 의해, 스캔 왜곡을 측정할 수 있다.

웨이퍼면에 정현파형의 광강도분포를 형성하기 위해서는, p/2를 (λ / NA)로 규격화한 값이 0.5 미만이 되도록 측정용 마스크(10)의 측정패턴(12)(컨택트홀 패턴)의 주기 p를 설정한다. 또, 노광장치의 해상 한계를 고려해서, p/2를 (λ / NA)로 규격화한 값이 0.25 이상이 되도록 측정용 마스크(10)의 측정패턴(12)의 주기 p를 설정해야 한다. 광강도분포의 최대치와 최소치 사이의 비(콘트라스트)가 높아질수록 고정밀의 측정을 할 수 있기 때문에, 측정용 마스크(10)는, 소위 위상 쉬프트 마스크인 것이 바람직하다. 콘트라스트를 더욱 높이기 위해서는, p/2를 (λ / NA)로 규격화한 값이 0.25 ×

이상이 되도록 주기 p를 설정하는 것이 바람직하다.

이하, 본 실시형태에 따른 측정방법을 실시하기 위한 측정장치를 적용한 노광장치에 대해 설명한다. 도 14는, 본 실시형태의 일측면에 따른 노광장치(300)의 구성을 나타내는 개략 단면도이다. 노광장치(300)는, 스텝-앤드-스캔 방식을 이용해서 레티클(320)의 패턴을 노광에 의해 웨이퍼(340)에 전사하는 주사형의 투영노광장치이다. 노광장치(300)는, 조명장치(310)와 레티클(320) 및 측정용 마스크(10)을 지지하는 레티클 스테이지(325)와, 투영광학계(330)와, 웨이퍼(340) 및 측정부(20)을 지지하는 웨이퍼 스테이지(345)와, 제어부(350)를 가진다. 노광장치(300)에 있어서는, 측정용 마스크(10), 측정부(20) 및 제어부(350)는, 본 실시형태에 따른 측정방법을 실시하기 위한 측정장치(1)를 구성한다.

조명장치(310)는, 전사용의 회로패턴이 형성된 레티클(320) 및 측정용 마스크(10)을 조명하고, 광원부(312) 및 조명광학계(314)를 가진다.

광원부(312)는, 예를 들면, 광원으로서 엑시머 레이저를 사용한다. 엑시머 레이저는, 예를 들면, 파장 약 248nm의 KrF 엑시머 레이저 및 파장 약 193nm의 ArF 엑시머 레이저 등을 이용한다. 그러나, 광원부(312)의 광원은 엑시머 레이저로 한정되지 않고, 예를 들면, 파장 약 365nm의 수은 램프의 i선을 사용해도 된다.

조명광학계(314)는, 레티클(320) 및 측정용 마스크(10)를 조명하며,예를 들면, 렌즈, 미러, 옵티컬 인티그레이터, 위상판, 회절광학소자 및 조리개 등을 포함한다. 조명광학계(314)는, 레티클(320) 및 측정용 마스크(10)를 소망의 형상을 가진 유효광원(즉, 도 11A 내지 도 11C에 나타낸 바와 같은 다이 폴 조명, 사중극 조명 또는 륜대 조명)으로 조명하는 기능을 가진다.

레티클(320)은, 회로패턴을 가지며, 레티클 스테이지(325)에 의해 지지 및 구동된다. 레티클(320)에 의해 발생된 회절광은, 투영광학계(330)을 통해서, 웨이퍼(340)에 투영된다. 노광장치(300)는 주사형의 노광장치이기 때문에, 레티클(320)과 웨이퍼(340)을 주사해서, 레티클(320)의 패턴을 웨이퍼(340)에 전사한다.

레티클 스테이지(325)는, 레티클(320) 및 측정용 마스크(10)를 지지하며, 이동 기구(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 이동 기구(도시하지 않음)는, 예를 들면, 리니어 모터로 구성되며 레티클 스테이지(325)를 구동해서 레티클(320) 및 측정용 마스크(10)를 이동시킨다.

투영광학계(330)는, 레티클(320)의 패턴을 웨이퍼(340)에 투영한다. 또, 투영광학계(330)는, 측정용 마스크(10)의 측정패턴(12)을 측정부(20)에 투영하는 기능도 가진다. 투영광학계(330)는, 굴절계, 반사 굴절계 또는 반사계의 광학계를 사용할 수 있다.

본 실시형태에서는, 기판으로서 웨이퍼(340)를 이용한다. 그러나, 웨이퍼 (340) 대신에 유리 플레이트 등, 그 외의 기판을 이용할 수도 있다. 웨이퍼(340)에는, 포토레지스트가 도포되어 있다.

웨이퍼 스테이지(345)는, 웨이퍼(340) 및 측정부(20)를 지지하고, 예를 들면, 리니어 모터를 이용해서 웨이퍼(340) 및 측정부(20)를 구동한다.

제어부(350)는, CPU와 메모리를 가지며, 노광장치(300)의 동작을 제어한다. 제어부(350)는, 본 실시형태에서는, 측정부(20)가 측정한 광강도분포의 시간 변화에 근거해서 레티클 스테이지(325)와 웨이퍼 스테이지(345) 사이의 동기오차를 산출한다. 또, 제어부(350)는, 상기 산출 결과에 근거해서, 조명광학계(314)의 배율을 보정한다. 이에 의해, 레티클 스테이지(325)와 웨이퍼 스테이지(345) 사이의 동기오차에 기인하는 스캔 왜곡을 저감할 수 있다. 또, 제어부(350)는, 산출한 동기오차에 근거해서, 레티클 스테이지(325)와 웨이퍼 스테이지(345) 사이의 동기를 조정할 수도 있다.

본 실시형태에 따른 측정방법을 실시하기 위한 측정장치(1)를 구성하는 측정용 마스크(10) 및 측정부(20)는, 상술한 바와 같이 어떠한 형태도 적용 가능하며, 여기서의 상세한 설명(구성 및 측정 동작)은 생략한다.

노광장치(300)는, 우선, 레티클 스테이지(325)와 웨이퍼 스테이지(345) 사이의 동기오차를 측정한다. 레티클 스테이지(325)와 웨이퍼 스테이지(345) 사이의 동기오차는, 상술한 바와 같이, 측정장치(1)을 구성하는 측정용 마스크(10) 및 측정부(20)를 이용해서 측정된다. 레티클 스테이지(325)와 웨이퍼 스테이지(345) 사이 의 동기오차가 측정되면, 이러한 측정결과에 근거해서, 레티클 스테이지(325)와 웨이퍼 스테이지(345) 사이의 동기가 조정된다. 이에 의해, 레티클(320)과 웨이퍼(340)의 스캔중에 발생하는 스캔 왜곡을 저감할 수 있다.

다음에, 레티클(320)의 패턴을 노광에 의해 웨이퍼(340)에 전사한다. 조명광학계(314)는 광원부(312)로부터 방출된 광속으로, 레티클(320)을 조명한다. 레티클 (320)의 패턴을 반영하는 광속은, 투영광학계(330)에 의해 웨이퍼(340)상에 결상한다. 이때, 레티클(320)과 웨이퍼(340)를 스캔시키지만, 상술한 바와 같이, 레티클 스테이지(325)와 웨이퍼 스테이지(345) 사이의 동기가 고정밀도로 조정되고 있기 때문에, 스캔중의 스캔 왜곡이 저감된다. 따라서, 노광장치(300)는, 뛰어난 노광 성능을 가져서, 높은 쓰루풋으로 경제성이 좋고 고품위인 디바이스(예를 들면, 반도체소자, LCD 소자, 촬상 소자(예를 들면, CCD 등) 및 박막 자기 헤드)를 제공할 수 있다.

도 15 및 도 16을 참조해서, 노광장치(300)를 이용한 디바이스 제조방법의 실시형태에 관하여 설명한다. 도 15는 디바이스(즉, IC나 LSI 등의 반도체칩, LCD, CCD 등)를 제조하는 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다. 여기서, 일례로서 반도체칩의 제조에 관하여 설명한다. 스텝 1(회로설계)에서는 반도체 디바이스 회로를 설계한다. 스텝 2(마스크 제작)에서는 설계된 회로패턴을 가진 마스크를 제작한다. 스텝 3(웨이퍼 제조)에서는 실리콘 등의 재료를 이용해서 웨이퍼를 제조한다. 스텝 4(웨이퍼 프로세스)는 전처리공정으로도 불리우며, 여기에서 마스크 및 웨이퍼를 이용해서 리소그래피에 의해 웨이퍼에 실제회로를 형성한다. 스텝 5(어셈블리 )는 후처리공정으로도 불리우며, 여기에서 스텝 4에서 형성한 웨이퍼를 반도체칩화하며, 어셈블리스텝(예를 들면, 다이싱, 본딩 등), 패키징스텝(칩 밀봉) 등을 포함한다. 스텝 6(검사)에서는 스텝 5에서 제조된 반도체 디바이스에 대하여 동작확인 테스트, 내구성 테스트 등의 각종 검사를 행한다. 이들 스텝을 거쳐서 반도체 디바이스가 완성되고 출하된다(스텝 7).

도 16은 스텝 4의 웨이퍼 공정에 대한 상세한 플로우 차트이다. 스텝 11(산화)에서는 웨이퍼의 표면을 산화한다. 스텝 12(CVD)에서는 웨이퍼의 표면에 절연층을 형성한다. 스텝 13(전극 형성)에서는 증착 등에 의해 웨이퍼에 전극을 형성한다 . 스텝 14(이온 주입)에서는 웨이퍼에 이온을 주입한다. 스텝 15(레지스트 처리)에서는 웨이퍼에 감광재를 도포한다. 스텝 16(노광)에서는 노광장치(300)를 이용해서 마스크로부터의 회로패턴을 웨이퍼에 노광한다. 스텝 17(현상)에서는 노광된 웨이퍼를 현상한다. 스텝 18(에칭)에서는 현상된 레지스트 상 이외의 부분을 에칭한다. 스텝 19(레지스트 박리)에서는 에칭 후의 사용되지 않은 레지스트를 제거한다. 이들 스텝을 반복해서 웨이퍼에 다층구조의 회로패턴을 형성한다. 본 실시형태의 디바이스 제조방법은 종래의 방법보다 고품위의 디바이스를 제조할 수 있다. 따라서, 노광장치(300)를 이용하는 디바이스 제조방법과 이에 의해 제조되는 디바이스는 본 발명의 일측면을 구성한다.

본 발명을 예시적인 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시예에 한정되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다음의 청구의 범위는 이러한 모든 변형과 등가의 구성 및 기능을 망라하도록 가장 넓게 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일측면에 따른 측정방법을 실행하는 측정장치의 개략도;

도 2는 도 1에 나타내는 측정용 마스크의 측정패턴에 의해서 형성된 광강도분포의 일례를 나타내는 차트;

도 3은 도 1에 나타내는 측정부의 개략 단면도;

도 4A 및 도 4B는 각각, 측정용 마스크의 측정패턴이 형성하는 광강도분포와 측정부의 개구부 사이의 관계를 나타내는 차트;

도 5A 내지 도 5C는 각각, 측정용 마스크의 측정패턴이 형성하는 광강도분포와 측정부의 개구부 사이의 관계를 나타내는 차트;

도 6은 도 5A 내지 도 5C에 나타내는 3개의 측정부에서 측정되는 광강도의 일례를 나타내는 그래프;

도 7은 도 5A 내지 도 5C에 나타내는 3개의 측정부에서 측정되는 광강도의 다른 예를 나타내는 그래프;

도 8은 주사형의 노광장치에 있어서, 레티클을 조명하는 조명영역의 일례를 나타내는 도면;

도 9A 및 도 9B는, 각 화각에 대응해서 측정부를 배치한 예를 나타내는 도면;

도 10은 일반적인 위상 쉬프트 마스크(위상을 이동시키는 마스크)의 개략 단면도;

도 11A 내지 도 11C는, 경사 입사 조명의 예를 나타내는 도면;

도 12A 및 도 12B는 각각, 측정용 마스크의 측정패턴이 형성하는 광강도분포와 측정부의 개구부 사이의 관계를 나타내는 차트;

도 13A 내지 도 13C는 각각, 측정용 마스크의 측정패턴이 형성하는 광강도분포와 측정부의 개구부 사이의 관계를 나타내는 차트;

도 14는 본 발명의 일측면에 따른 노광장치의 개략 단면도;

도 15는 디바이스를 제조하는 방법을 설명하기 위한 플로우차트;

도 16은 도 15의 스텝 4에 있어서의 웨이퍼 프로세스의 상세한 플로우차트.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 측정장치 10: 측정용마스크

12: 측정패턴

20, 20A, 20B, 20C, 20D, 20E, 20A', 20B', 20C', 20D', 20E': 측정부

22, 22A, 22B, 22C, 22D, 22E, 22A', 22B', 22C', 22D', 22E': 개구부

24: 광강도센서 300: 노광장치

310: 조명장치 312: 광원부

314: 조명광학계 320: 레티클

325: 레티클 스테이지 330: 투영광학계

340: 웨이퍼 345: 웨이퍼 스테이지

350: 제어부 SB: 차광판

AI1, AI2, AI3, AI4, AI5, AI6: 광강도분포 SR: 조명영역

CR: 차광부 PR:투광부

SI:기판 POS: 투영광학계

Claims (12)

1. 레티클을 지지하는 제 1 스테이지와, 기판을 지지하는 제 2 스테이지와, 상기 레티클의 패턴을 상기 기판에 투영하는 투영광학계를 구비하는 주사형의 노광장치에 있어서의 상기 제 1 스테이지와 상기 제 2 스테이지 사이의 동기오차를 측정하는 측정방법으로서,

   상기 제 1 스테이지에 배치되고 측정패턴을 가지는 측정용 마스크와, 상기 제 2 스테이지에 배치된 측정부를 동기주사하면서, 상기 측정패턴이 형성하는 광강도분포를 상기 측정부를 이용해서 측정하는 측정 스텝과;

   상기 측정 스텝에서 측정한 상기 광강도분포의 시간 변화에 근거해서, 상기 제 1 스테이지와 상기 제 2 스테이지 사이의 동기오차를 산출하는 산출 스텝을 가지는 것을 특징으로 하는 측정방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 측정용 마스크와 상기 측정부는, 상기 투영광학계를 개재해서 광학적으로 서로 공역의 관계로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 측정방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 산출 스텝에서는, 상기 광강도분포를 나타내는 함수를 시간에 대해서 미분해서 상기 제 1 스테이지와 상기 제 2 스테이지 사이의 동기 어긋남의 방향을 산출하는 것을 특징으로 하는 측정방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 산출 스텝에서는, 상기 광강도분포를 나타내는 함수를 시간에 대해서 미분해서 상기 제 1 스테이지와 상기 제 2 스테이지 사이의 동기의 어긋남량을 산출하는 것을 특징으로 하는 측정방법.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 측정부는, 개구부가 형성된 차광판과, 상기 개구부를 통과한 광을 수광하는 광전 변환 소자를 포함하고,

   상기 측정부는, 상기 측정용 마스크의 정지시에 상기 측정패턴이 형성하는 광강도분포에 있어서, 광강도가 최대치로 되는 위치에 상기 개구부가 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 측정방법.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 측정부는, 개구부가 형성된 차광판과, 상기 개구부를 통과한 광을 수광하는 광전 변환 소자를 포함하고,

   상기 측정부는, 상기 측정용 마스크의 정지시에 상기 측정패턴이 형성하는 광강도분포에 있어서, 광강도가 0이 되는 위치에 상기 개구부가 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 측정방법.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 측정패턴은, 주기 p의 주기 패턴을 가지고,

   상기 측정부는, 개구부가 형성된 차광판과, 상기 개구부를 통과한 광을 수광하는 광전 변환 소자를 포함하고,

   상기 측정부는, 상기 측정용 마스크의 정지시에 상기 측정패턴이 형성하는 광강도분포에 있어서, 광강도가 최대치로 되는 위치로부터 p/4만큼 어긋난 위치에 상기 개구부가 위치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 측정방법.
8. 제 5항에 있어서,

   상기 개구부는 슬릿 또는 핀홀인 것을 특징으로 하는 측정방법.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 측정패턴은 주기 p의 주기 패턴을 가지고,

   상기 노광장치의 노광광의 파장을 λ, 상기 투영광학계의 개구수를 NA로 하면, p/2를 (λ / NA)로 규격화한 값은 0.5 미만인 것을 특징으로 하는 측정방법.
10. 레티클을 지지하는 제 1 스테이지와, 기판을 지지하는 제 2 스테이지를 주사하면서, 상기 레티클의 패턴을 상기 기판상에 투영하는 노광방법에 있어서,

    제 1항에 기재된 측정방법을 이용해서 상기 동기오차를 측정하는 스텝과;

    상기 측정된 동기오차를 보정하는 스텝과;

    상기 동기오차가 보정된 상기 제 1 스테이지와 상기 제 2 스테이지를 주사하면서, 상기 레티클의 패턴을 상기 기판에 투영하는 스텝을 가지는 것을 특징으로 하는 노광방법.
11. 청구항 제 10항에 기재된 노광방법을 이용해서 기판을 노광하는 스텝과;

    상기 노광된 기판에 현상처리를 하는 스텝으로 이루어진 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법,
12. 레티클을 지지하는 제 1 스테이지와, 기판을 지지하는 제 2 스테이지와, 상기 레티클의 패턴을 상기 기판에 투영하는 투영광학계를 구비하는 주사형의 노광장치로서,

    상기 제 1 스테이지상에 배치되며, 측정패턴을 가지는 측정용 마스크와;

    상기 제 2 스테이지상에 배치되고, 상기 측정용 패턴과 동기 주사 되면서 상기 측정패턴이 형성하는 광강도분포를 측정하는 측정부와;

    상기 측정부에 의해 측정된 상기 광강도분포의 시간 변화에 근거해서 상기 제 1 스테이지와 상기 제 2 스테이지 사이의 동기오차를 산출하는 제어부를 가지는 것을 특징으로 하는 주사형의 노광장치.

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