KR20120135073A - 검출 장치, 노광 장치, 디바이스 제조 방법 및 필터 - Google Patents

검출 장치, 노광 장치, 디바이스 제조 방법 및 필터 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 피검체를 검출하는 검출 장치를 제공하며, 검출 장치는, 상기 피검체를, 제1 파장 대역 및 상기 제1 파장 대역과는 상이한 제2 파장 대역을 포함하는 광으로 조명하도록 구성된 조명계와, 상기 조명계에 의해 조명된 상기 피검체로부터의 광을 검출하도록 구성된 검출기와, 상기 제1 파장 대역의 광의 투과율과 상기 제2 파장 대역의 광의 투과율을 서로 상이하게 설정하여, 상기 제1 파장 대역을 갖고 상기 검출기에 의해 검출되는 광의 강도 값과, 상기 제2 파장 대역을 갖고 상기 검출기에 의해 검출되는 광의 강도 값 사이의 차이를 감소시키도록 구성된 광학 부재를 포함한다.

Description

검출 장치, 노광 장치, 디바이스 제조 방법 및 필터 {DETECTION APPARATUS, EXPOSURE APPARATUS, DEVICE FABRICATION METHOD AND FILTER}
본 발명은, 피검체의 위치를 검출하는 검출 장치, 노광 장치, 디바이스 제조 방법 및 필터에 관한 것이다.
포토리소그래피 기술을 이용해서 디바이스(예를 들면, 반도체 소자, 액정 표시 소자 또는 박막 자기 헤드)를 제조할 때에, 레티클(마스크)의 패턴을 투영 광학계에 의해 웨이퍼와 같은 기판에 투영해서 전사하는 노광 장치가 사용되고 있다.
최근에는, 메모리 또는 로직 소자와 같은 IC 칩뿐만 아니라, MEMS 또는 CMOS 이미지 센서(CIS)와 같은 특수한 소자[관통 비어 공정(through-hole via process)을 이용한 적층 디바이스]를 제조하는 것이 노광 장치에 요구되고 있다. 이러한 특수한 소자의 제조에서는, 종래의 IC 칩의 제조에 비해, 선폭 해상도(feature size resolution)나 오버레이 정밀도는 낮지만, 초점 심도는 높을 필요가 있다.
또한, 특수한 소자를 제조함에 있어서, 기판(예를 들면, Si 웨이퍼)의 이면측에 형성된 얼라인먼트 마크의 위치에 기초하여, 기판의 표면측을 노광하는 특수 공정이 행해진다. 이 공정은, 예를 들면, 기판의 표면측으로부터 관통 비어를 형성하여, 기판의 이면측의 회로와 기판의 표면측을 전기적으로 연결시킬 필요가 있다.
기판의 이면측의 얼라인먼트 마크를 검출하기 위해서, 기판의 이면측(기판 척측)에 얼라인먼트 검출계를 제공하는 기술이 일본 특허출원 공개 제2002-280299호 공보에 제안되어 있다. 그러나, 웨이퍼의 이면측에 얼라인먼트 검출계를 제공한 경우에는, 얼라인먼트 검출계의 검출 영역에 형성되는 얼라인먼트 마크만 검출할 수 있고, 기판 상의 임의의 위치에 형성되는 얼라인먼트 마크는 검출할 수 없다. 또한, 노광 장치의 얼라인먼트 검출계에는, 기판의 이면측의 얼라인먼트 마크를 검출할 뿐만 아니라, 기판의 표면측의 얼라인먼트 마크를 검출하는 것도 요구된다.
이러한 상황하에서, 기판에 대하여 투과성을 갖는 적외선(파장 1,000nm 이상의 광)을 이용하여, 기판의 표면측으로부터 기판의 이면측의 얼라인먼트 마크를 검출하는 기술도 생각되고 있다. 이 기술에서는, 기판의 이면측의 얼라인먼트 마크를 적외선으로 검출하고, 기판의 표면측의 얼라인먼트 마크를 적외선보다 짧은 파장의 광(가시광)을 이용하여 검출한다.
유감스럽게도, 기판의 이면측 및 표면측 양방의 얼라인먼트 마크가 검출되기 때문에, 가시광으로부터 적외선까지의 광대역 파장의 광을 이용하는 경우에는, 얼라인먼트 마크의 화상을 감지하는 이미지 센서의 감도의 파장 의존성과 관련된 요인들로 인한 문제가 제기된다. 특히 적외선의 파장 대역에서는, 이미지 센서의 감도의 파장 의존성이 크다. 따라서, 검출 신호의 간섭 무늬를 감소시키기 위해서 광대역 적외선을 이용하더라도, 이 적외선에 대한 이미지 센서의 감도 차이가 크기 때문에, 일부의 파장 대역의 적외선의 강도가 강해지고, 이에 따라 검출 신호의 간섭 무늬의 감소 효과가 낮아진다. 검출 신호의 간섭 무늬를 충분히 감소시킬 수 없을 경우에는, 검출 신호의 파형이 무너지고, 얼라인먼트 마크(그 위치)를 정밀하게 검출할 수 없게 된다.
또한, 본 발명자가 예의 검토한 결과, 광대역 적외선에 대한 이미지 센서의 분광 특성은, 이미지 센서의 감도의 파장 의존성뿐만 아니라, 얼라인먼트 마크가 형성되어 있는 기판의 프로세스에 의해서도 영향을 받는 것을 알았다. 예를 들면, 어떤 프로세스에 대하여는 광대역 적외선에 대한 이미지 센서의 감도가 균일하지만, 다른 프로세스에 대해서는 균일하지 않아, 검출 신호의 간섭 무늬를 충분히 감소시킬 수 없는 경우가 종종 있다.
본 발명은 피검체(예를 들면, 기판의 이면과 표면에 형성된 마크)의 위치를 정밀하게 검출할 수 있는 기술을 제공한다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 피검체를 검출하는 검출 장치로서, 상기 피검체를, 제1 파장 대역 및 상기 제1 파장 대역과는 상이한 제2 파장 대역을 포함하는 광으로 조명하도록 구성된 조명계와, 상기 조명계에 의해 조명된 상기 피검체로부터의 광을 검출하도록 구성된 검출기와, 상기 제1 파장 대역의 광의 투과율과 상기 제2 파장 대역의 광의 투과율을 서로 상이하게 설정하여, 상기 제1 파장 대역을 갖고 상기 검출기에 의해 검출되는 광의 강도 값과, 상기 제2 파장 대역을 갖고 상기 검출기에 의해 검출되는 광의 강도 값 사이의 차이를 감소시키도록 구성된 광학 부재를 포함하는 검출 장치가 제공된다.
본 발명의 추가적인 특징은 첨부 도면을 참조하여 이하의 예시적인 실시 형태들로부터 명백할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 태양에 따른 노광 장치의 구성을 도시한 개략도.
도 2는 웨이퍼 스테이지에 배치되는 스테이지 기준 플레이트의 구성을 나타내는 도면.
도 3은 기판 얼라인먼트 검출계의 구체적인 구성을 나타내는 개략 단면도.
도 4는 광원에서의 빔 직경과 개구 조리개 플레이트에서의 빔 직경 사이의 관계를 나타내는 도면.
도 5는 Si 기판에 입사하는 광의 파장의 함수로서의 투과율을 개략적으로 나타내는 그래프.
도 6은 기판 얼라인먼트 검출계에 의한 기판의 표면 및 이면에 형성된 얼라인먼트 마크의 검출을 설명하기 위한 도면.
도 7a 및 도 7b는 얼라인먼트 마크의 화상을 감지하여 취득되는 검출 신호의 일례를 나타내는 도표.
도 8은 얼라인먼트 마크를 검출하는데 이용되는 광의 파장 대역과 얼라인먼트 마크의 검출 오차 사이의 관계를 나타내는 그래프.
도 9는 적외선에 대한 이미지 센서의 감도를 나타내는 그래프.
도 10은 파장 필터 플레이트에 배치된 필터의 투과율을 나타내는 그래프.
도 11은 기판의 이면에 형성된 얼라인먼트 마크를 검출하는데 이용되는 필터의 투과율을 나타내는 그래프.
도 12a 및 도 12b는 기판 얼라인먼트 검출계에 의한 기판의 이면에 형성된 얼라인먼트 마크의 검출을 설명하기 위한 그래프.
도 13a 내지 도 13d는 각각, 기판의 이면에 형성된 얼라인먼트 마크를 검출하는데 이용되는 필터의 투과율을 나타내는 그래프.
도 14는 이미지 센서에 의해 감지된 얼라인먼트 마크의 화상을 형성하는 광의 강도와 필터의 투과율 사이의 관계를 나타내는 표.
도 15는 기판 얼라인먼트 검출계에 의한 검출 처리를 설명하기 위한 흐름도.
본 발명의 바람직한 실시 형태들이 첨부 도면을 참조하여 이하 설명된다. 도면 전체를 통해 동일한 도면부호는 동일한 부재를 가리키며, 그 각각의 설명은 생략한다는 점에 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 태양에 따른 노광 장치(1)의 구성을 도시한 개략도이다. 노광 장치(1)는, 레티클(101)을 보유 지지하는 레티클 스테이지(102)와, 기판(103)을 보유 지지하는 기판 스테이지(104)와, 레티클 스테이지(102)에 의해 보유 지지된 레티클(101)을 조명하는 조명 광학계(105)를 포함한다. 또한, 노광 장치(1)는 레티클(101)의 패턴(그 화상)을 기판 스테이지(104)에 의해 보유 지지된 기판(103)에 투영하는 투영 광학계(106)와, 노광 장치(1)의 전체 동작을 통괄적으로 제어하는 제어 유닛(117)을 포함한다.
노광 장치(1)는 본 실시 형태에서는, 레티클(101)과 기판(103)을 동기 주사하면서(즉, 스텝 앤드 스캔 방식), 레티클의 패턴을 기판에 전사하는 주사형 노광 장치(스캐너)이다. 그러나, 노광 장치(1)는, 레티클(101)을 고정한 상태(즉, 스텝 앤드 리피트 방식)에서, 레티클(101)의 패턴을 기판(103)에 전사하는 노광 장치(스테퍼)일 수도 있다.
이하의 설명에서는, 투영 광학계(106)의 광축과 일치하는 방향을 Z-방향으로 규정하고, Z-방향에 수직한 평면 내에서 레티클(101) 및 기판(103)의 주사 방향을 Y-방향으로 규정하며, Z- 및 Y-방향에 수직한 방향(비주사 방향)을 X-방향으로 규정한다. 또한, X-, Y- 및 Z-축을 중심으로 한 회전 방향을 각각, θX-, θY- 및 θZ-방향으로 규정한다.
레티클 스테이지(102)는, 투영 광학계(106)의 광축에 수직한 평면 내에서 이동, 즉 X-Y 평면 내에서 2차원 이동할 수 있고, θZ-방향으로 회전할 수 있다. 그러나, 레티클 스테이지(102)는, 리니어 모터와 같은 구동 장치에 의해 1축 또는 6축을 중심으로 구동된다.
레티클 스테이지(102)에는 미러(107)가 배치되고, 미러(107)의 반대 위치에는 레이저 간섭계(109)가 배치되어 있다. 레티클 스테이지(102)의 2차원 위치 및 회전 각도는 레이저 간섭계(109)에 의해 실시간으로 계측되고, 이 계측 결과는 제어 유닛(117)으로 출력된다. 제어 유닛(117)은, 레이저 간섭계(109)에 의해 취득된 계측 결과에 기초해서 구동 장치를 제어하여, 레티클 스테이지(102)에 의해 보유 지지된 레티클(101)을 위치 결정한다.
투영 광학계(106)는, 복수의 광학 소자를 포함하고, 레티클(101)의 패턴을 미리 정해진 투영 배율 β로 기판(103)에 투영한다. 투영 광학계(106)는, 본 실시 형태에서는, 투영 배율 β가, 예를 들면 1/4 또는 1/5인 축소 광학계이다.
기판 스테이지(104)는, 척을 통해서 기판(103)을 보유 지지하는 Z 스테이지와, Z 스테이지를 지지하는 X-Y 스테이지와, X-Y 스테이지를 지지하는 베이스를 포함한다. 기판 스테이지(104)는 리니어 모터와 같은 구동 장치에 의해 구동된다.
기판 스테이지(104)에는 미러(108)가 배치되고, 미러(108)의 반대편 위치에는 레이저 간섭계(110 및 112)가 배치되어 있다. 기판 스테이지(104)의 X-, Y- 및 θZ-방향의 위치는 레이저 간섭계(110)에 의해 실시간으로 계측되고, 계측 결과는 제어 유닛(117)으로 출력된다. 마찬가지로, 기판 스테이지(104)의 Z-방향의 위치, 기판 스테이지(104)의 θX- 및 θY-방향의 위치는 레이저 간섭계(112)에 의해 실시간으로 계측되고, 계측 결과는 제어 유닛(117)으로 출력된다. 제어 유닛(117)은, 레이저 간섭계(110 및 112)에 의해 취득된 계측 결과에 기초해서 구동 장치를 제어하여, 기판 스테이지(104)에 의해 보유 지지된 기판(103)을 위치 결정한다.
레티클 얼라인먼트 검출계(113)는 레티클 스테이지(102)의 근방에 배치된다. 레티클 얼라인먼트 검출계(113)는 레티클 스테이지(102)에 의해 보유 지지된 레티클(101) 상의 레티클 기준 마크와, 투영 광학계(106)를 통해서 기판 스테이지(104)에 배치된 스테이지 기준 플레이트(111) 상의 기준 마크 MK1을 검출한다.
레티클 얼라인먼트 검출계(113)는, 기판(103)을 실제로 노광하는데 이용되는 광원과 동일한 광원을 이용하여, 레티클(101) 상의 레티클 기준 마크와, 투영 광학계(106)를 통한 기준 마크 MK1을 조명한다. 또한, 레티클 얼라인먼트 검출계(113)는, 레티클 기준 마크 및 기준 마크 MK1에 의해 반사된 광속을 검출하는데 이미지 센서(예를 들면, CCD 카메라와 같은 광전 변환 소자)를 사용한다. 이러한 이미지 센서로부터의 검출 신호에 기초하여, 레티클(101)과 기판(103)이 정렬된다. 이때, 레티클(101) 상의 레티클 기준 마크와 스테이지 기준 플레이트(111) 상의 기준 마크 MK1의 위치 및 초점을 정합시켜, 레티클(101)과 기판(103) 사이의 상대적인 위치 관계(X, Y, Z)를 적절하게 설정한다.
레티클 얼라인먼트 검출계(114)는 기판 스테이지(104)에 배치된다. 레티클 얼라인먼트 검출계(114)는, 투과형 검출계이며, 기준 마크 MK1이 투과형 마크일 경우에 사용된다. 레티클 얼라인먼트 검출계(114)는, 기판(103)을 실제로 노광하는데 이용되는 광원과 동일한 광원을 이용하여, 레티클(101) 상의 레티클 기준 마크 및 기준 마크 MK1을 조명하고, 광량 센서를 사용하여 이들 마크를 통해 투과된 광속을 검출한다. 이때, 레티클 얼라인먼트 검출계(114)는, 기판 스테이지(104)를 X- (또는 Y-) 및 Z-방향으로 구동시키면서 투과광의 광량을 검출한다. 이에 의해, 레티클(101) 상의 레티클 기준 마크와 스테이지 기준 플레이트(111) 상의 기준 마크 MK1의 위치 및 초점을 정합시킬 수 있다.
이러한 방식으로, 레티클 얼라인먼트 검출계(113 및 114) 중 어느 쪽을 이용해도, 레티클(101)과 기판(103) 사이의 상대적인 위치 관계(X, Y, Z)를 적절하게 설정할 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 스테이지 기준 플레이트(111)는, 기판(103)의 표면과 거의 동일한 높이가 되도록, 기판 스테이지(104)의 코너 각각에 배치된다. 스테이지 기준 플레이트(111)는, 기판 스테이지(104)의 1개의 코너에 배치되거나, 기판 스테이지(104)의 복수의 코너 각각에 배치될 수도 있다.
스테이지 기준 플레이트(111)는, 레티클 얼라인먼트 검출계(113 또는 114)에 의해 검출되는 기준 마크 MK1과, 기판 얼라인먼트 검출계(116)에 의해 검출되는 기준 마크 MK2를 포함한다. 스테이지 기준 플레이트(111)는, 복수의 기준 마크 MK1 및 MK2를 포함할 수 있다. 또한, 기준 마크 MK1과 MK2 사이의 위치 관계(X- 및 Y-방향으로)는, 미리 정해진 위치 관계로 설정된다(즉, 이러한 위치 관계는 공지되어 있다). 기준 마크 MK1 및 MK2는 공통 마크일 수도 있다는 점에 주목해야 한다.
초점 검출계(115)는, 기판(103)의 표면에 광을 투사하는 투사계와, 기판(103)의 표면에 의해 반사된 광을 수광하는 수광계를 포함한다. 초점 검출계(115)는, 기판(103)의 초점[기판(103)의 Z-방향의 위치]을 검출하고, 검출 결과를 제어 유닛(117)으로 출력한다. 제어 유닛(117)은, 초점 검출계(115)에 의해 취득된 검출 결과에 기초해서 기판 스테이지(104)를 구동하는 구동 장치를 제어하여, 기판 스테이지(104)에 의해 보유 지지된 기판(103)의 Z-방향의 위치 및 경사각을 조정한다.
기판 얼라인먼트 검출계(116)는, 기판(103) 상의 얼라인먼트 마크 AM1 및 스테이지 기준 플레이트(111) 상의 기준 마크 MK2를 조명하는 조명계와, 이 마크로부터의 광속을 이용하여 마크의 화상을 형성하는 결상계를 포함한다. 기판 얼라인먼트 검출계(116)는, 얼라인먼트 마크 AM1 및 기준 마크 MK2의 위치를 검출하고, 검출 결과를 제어 유닛(117)으로 출력한다. 제어 유닛(117)은, 기판 얼라인먼트 검출계(116)에 의해 취득된 검출 결과에 기초해서, 기판 스테이지(104)를 구동하는 구동 장치를 제어하여, 기판 스테이지(104)에 의해 보유 지지된 기판(103)의 X- 및 Y-방향의 위치를 조정한다.
기판 얼라인먼트 검출계의 구성은, 일반적으로는, 오프-액시스(off-axis) 검출계와 TTL-AA(Through The Lens Auto Alignment) 검출계의 2개로 대별된다는 점에 주목해야 한다. 오프-액시스 검출계는, 투영 광학계를 사용하지 않고, 기판 상의 얼라인먼트 마크를 광학적으로 검출한다. TTL-AA 검출계는, 투영 광학계를 통해 노광광의 파장과는 상이한 파장을 갖는 광을 이용하여 기판 상의 얼라인먼트 마크를 검출한다. 기판 얼라인먼트 검출계(116)는, 본 실시 형태에서는, 오프-액시스 검출계이지만, TTL-AA 검출계일 수도 있다. 기판 얼라인먼트 검출계(116)가 TTL-AA 검출계인 경우에는, 투영 광학계(106)를 통해, 기판(103) 상의 얼라인먼트 마크 AM1을 검출하지만, 기본적인 구성은 오프-액시스 검출계와 마찬가지이다.
도 3을 참조하여, 기판 얼라인먼트 검출계(116)에 대해서 상세하게 후술한다. 도 3은 기판 얼라인먼트 검출계(116)의 구체적인 구성을 나타내는 개략 단면도이다. 기판 얼라인먼트 검출계(116)는, 전술한 바와 같이, 각각의 얼라인먼트 마크 AM1 또는 각각의 기준 마크 MK2와 같은 피검체(그 위치)를 검출하는 검출 장치로서 기능한다.
광원(20)은, 기판(103)을 투과하지 않는 가시광 및 기판(103)을 투과하는 적외선을 사출한다. 광원(20)에 의해 사출된 광은, 제1 릴레이 광학계(21), 파장 필터 플레이트(22) 및 제2 릴레이 광학계(23)를 통과하고, 기판 얼라인먼트 검출계(116)의 동공면(pupil plane)(물체면에 대한 광학적 푸리에 변환면)에 위치하는 개구 조리개 플레이트(24)에 도달한다. 개구 조리개 플레이트(24)에서의 빔 직경 LD24은 도 4에 도시한 바와 같이, 광원(20)에서의 빔 직경 LD20보다도 충분히 작다는 점에 주목해야 한다. 도 4는, 광원(20)에서의 빔 직경 LD20과 개구 조리개 플레이트(24)에서의 빔 직경 LD24 사이의 관계를 나타내는 도면이다.
파장 필터 플레이트(22)에는, 투과시키는 광의 파장 대역이 서로 상이한 복수의 필터가 배치된다. 제어 유닛(117)의 제어하에서, 복수의 필터 중 하나의 필터가 선택되어 기판 얼라인먼트 검출계(116)의 광로에 배치된다. 다시 말해, 파장 필터 플레이트(22)는, 기판 얼라인먼트 검출계(116)의 광로 내로 필터를 삽입하거나 광로로부터 필터를 회수하기 위해, 상이한 투과율을 갖는 복수의 필터를 교환 가능하게 보유 지지한다. 파장 필터 플레이트(22)는, 새로운 필터를 추가할 수 있는 구성을 갖는다. 도 5는, 기판(103)으로서의 Si 기판에 입사하는 광의 파장의 함수로서 투과율을 모식적으로 나타내는 그래프이다. Si 기판은, 도 5에 도시한 바와 같이, 약 1,000nm의 파장으로부터 증가하는 투과율을 갖는다. 따라서, Si 기판의 이면에 형성된 얼라인먼트 마크는 파장 1,000nm 이상의 광을 이용하여 검출할 수 있고, Si 기판의 표면에 형성된 얼라인먼트 마크는 파장 1,000nm 미만의 파장의 광을 이용하여 검출할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 가시광을 투과하는 가시광용 필터 및 적외선을 투과하는 적외선용 필터를 파장 필터 플레이트(22)에 배치하고, 이들 필터를 전환함으로써, 가시광 및 적외선 중 어느 한쪽의 광으로 얼라인먼트 마크를 조명한다. 대안적으로, 파장 필터 플레이트(22)에 배치된 필터를 전환하는 대신, 가시광을 사출하는 가시 광원과 적외선을 사출하는 적외선 광원이 제공될 수 있고, 이들 광원을 전환함으로써, 가시광 및 적외선 중 어느 한쪽의 광으로 얼라인먼트 마크를 조명할 수 있다.
개구 조리개 플레이트(24)에는, 상이한 조명 코히어런스 인수(illumination coherence factor) σ를 갖는 복수의 개구 조리개가 배치된다. 제어 유닛(117)의 제어하에서, 기판 얼라인먼트 검출계(116)의 광로에 배치되는 개구 조리개를 전환함으로써, 얼라인먼트 마크를 조명하는 광의 조명 코히어런스 인수 σ을 변경할 수 있다. 개구 조리개 플레이트(24)는, 새로운 개구 조리개를 추가하는 것이 가능한 구성을 갖는다는 점에 주목해야 한다.
개구 조리개 플레이트(24)에 도달한 광은, 제1 조명계(25) 및 제2 조명계(27)를 통해 편광 빔 스플리터(28)에 도광된다. 편광 빔 스플리터(28)에 도광 된 광 중에서, 도 3의 지면(paper surface)에 수직한 S-편광은, 편광 빔 스플리터(28)에 의해 반사되어, NA 조리개(26) 및 λ/4 플레이트(29)를 투과해서 원 편광으로 변환된다. λ/4 플레이트(29)를 투과한 광속은 대물 렌즈(30)를 통과하고, 기판(103)의 표면에 형성된 얼라인먼트 마크 AM1을 조명한다. NA 조리개(26)는, 제어 유닛(117)의 제어하에서, NA 조리개(26)의 F-수를 바꾸는 것으로 NA를 변경할 수 있다는 점에 주목해야 한다.
얼라인먼트 마크 AM1에 의해 반사, 회절 및 산란된 광은, 대물 렌즈(30)를 통과하고, λ/4 플레이트(29)를 투과해서 도 3의 지면에 평행한 P-편광으로 변환되어, NA 조리개(26)를 통해, 편광 빔 스플리터(28)를 투과한다. 편광 빔 스플리터(28)를 투과한 광은, 릴레이 렌즈(31), 제1 결상계(32), 코마 수차 조정용 광학 부재(35), 제2 결상 광학계(33) 및 파장 시프트 차 조정용 광학 부재(39)를 통해, 이미지 센서(34) 위에 얼라인먼트 마크 AM1의 화상을 형성한다. 이미지 센서(34)는, 얼라인먼트 마크 AM1로부터의 광을 검출하는 검출기이다. 이미지 센서(34)는 얼라인먼트 마크 AM1의 화상을 감지하여 검출 신호를 출력한다.
기판 얼라인먼트 검출계(116)가 기판(103) 상의 얼라인먼트 마크 AM1을 검출하는 경우, 얼라인먼트 마크 AM1 상에, 레지스트(투명층)가 도포(형성)되어 있기 때문에, 단색광 또는 좁은 파장 대역의 광의 사용 시, 간섭 무늬가 발생해버린다. 따라서, 이미지 센서(34)로부터의 검출 신호(얼라인먼트 신호)에 간섭 무늬에 의해 발생된 신호가 가산되어, 얼라인먼트 마크 AM1(그 위치)을 정밀하게 검출할 수 없게 된다. 따라서, 일반적으로는, 광대역 파장의 광을 사출하는 광원을 광원(20)으로서 이용하여, 간섭 무늬에 의해 발생된 신호가 이미지 센서(34)로부터의 검출 신호에 가산되는 것이 방지된다.
또한, 기판(103) 상의 얼라인먼트 마크 AM1을 정밀하게 검출하기 위해서는, 이미지 센서(34)에 의해 얼라인먼트 마크 AM1의 화상을 명확하게 검지해야 한다. 다시 말해, 기판 얼라인먼트 검출계(116)의 초점(포커스)이 얼라인먼트 마크 AM1에 정합되어야 한다. 따라서, 기판 얼라인먼트 검출계(116)는, 일반적으로는, AF 검출계(도시 생략)를 포함하여, AF 검출계에 의해 취득된 검출 결과에 기초하여, 얼라인먼트 마크 AM1을 최상 포커스 평면에 위치시킨 상태에서 얼라인먼트 마크 AM1을 검출한다.
기판 얼라인먼트 검출계(116)에 의한 기판(103)의 이면에 형성된 얼라인먼트 마크(피검체) AM2의 검출에 대해서 설명한다. 도 6은, 기판 얼라인먼트 검출계(116)가 기판(103)의 표면에 형성된 얼라인먼트 마크 AM1 및 기판(103)의 이면에 형성된 얼라인먼트 마크 AM2를 어떻게 검출하는지를 나타내는 도면이다. 전술한 바와 같이, 기판(103)의 표면에 형성된 얼라인먼트 마크 AM1을 검출하는 경우에는, 도 6의 좌측에 도시한 바와 같이, 가시광 VL로 조명한다. 한편, 기판(103)의 이면에 형성된 얼라인먼트 마크 AM2를 검출하는 경우에는, 도 6의 우측에 도시한 바와 같이, 적외선 IL로 조명한다. 기판(103)의 표면에는 레지스트 RS가 도포되어 있고, 예를 들어 도포 얼룩에 의해, 레지스트 RS의 표면은 평탄하지 않고, 요철이 형성되어 있다.
예를 들면, 기판(103)의 표면에 형성된 얼라인먼트 마크 AM1을 좁은 파장 대역의 가시광(예를 들면, 550nm 내지 580nm의 파장 대역의 30nm의 파장 폭을 갖는 가시광)을 이용해서 검출하면, 도 7a에 도시한 바와 같은 검출 신호가 취득된다. 도 7a를 참조하면, 레지스트 RS의 표면의 요철의 영향에 의해 간섭 무늬가 발생되어 있고, 이러한 검출 신호로부터는, 전술한 바와 같이, 얼라인먼트 마크 AM1(그 위치)을 정밀하게 검출할 수 없다.
한편, 기판(103)의 표면에 형성된 얼라인먼트 마크 AM1을 넓은 파장 대역의 가시광(예를 들면, 500nm 내지 700nm의 파장 대역의 200nm의 파장 폭을 갖는 가시광)을 이용해서 검출하면, 도 7b에 도시한 바와 같은 검출 신호가 취득된다. 도 7b에 도시된 검출 신호는, 도 7a에 도시된 검출 신호와 비교하여, 간섭 무늬의 영향이 적다.
도 8은, 얼라인먼트 마크 AM1을 검출하는데 이용한 광의 파장 대역과 얼라인먼트 마크 AM1의 검출 오차(계측 오차) 사이의 관계를 나타내는 도면이다. 도 8을 참조하여 보면, 좁은 파장 대역 WBa의 광을 이용한 경우에는, 검출 오차가 충분히 평균화되지 않아, 참값으로부터 마이너스 방향으로 검출 오차가 발생한다. 마찬가지로, 좁은 파장 대역 WBb의 광을 이용한 경우에도, 검출 오차가 충분히 평균화되지 않아, 참값으로부터 플러스 방향으로 검출 오차가 생긴다. 이와 달리, 넓은 파장 대역 WBc의 광을 이용한 경우에는, 검출 오차가 평균화되고 계측 오차가 감소되어, 검출 오차는 참값에 가깝게 된다. 따라서, 얼라인먼트 마크 검출 시, 넓은 파장 대역의 광을 이용하는 것으로 간섭 무늬의 영향을 감소시켜, 얼라인먼트 마크를 정밀하게 검출할 수 있다는 이점이 있다. 그러나, 파장 대역을 지나치게 넓히면, 평균화 효과에 의해 검출 신호의 콘트라스트가 악화된다. 따라서, 콘트라스트의 악화가 허용되는 범위 내에서, 파장 대역을 넓힐 필요가 있다.
적외선을 이용해서 기판(103)의 이면에 형성된 얼라인먼트 마크 AM2를 검출하는 경우에 대해서 생각한다. 기판(103)은, 파장의 함수로서 도 5에 도시된 투과율을 갖는 것으로 상정한다. 도 5를 참조하면, 파장 1,000nm 이상의 광이 기판(103)을 투과하므로, 얼라인먼트 마크 AM2를 검출하는데에는 파장 1,000nm 이상의 적외선을 이용한다. 일반적으로, 적외선(파장 대역 1,000nm 내지 1,200nm)에 대한 이미지 센서(34)의 감도는, 도 9에 도시한 바와 같이, 파장 1,000nm에서 가장 높고, 파장이 장파장측인 1,200nm에 근접함에 따라서 낮아진다.
기판(103)의 이면에 형성된 얼라인먼트 마크 AM2를, 예를 들어 1,000nm 내지 1,030nm의 파장 대역의 30nm의 파장 폭을 갖는 적외선(좁은 파장 대역의 적외선)을 이용해서 검출하면, 간섭 무늬가 발생하므로, 도 7a에 도시한 바와 같은 검출 신호가 취득된다. 그러나, 간섭 무늬의 영향을 감소시키기 위해서, 기판(103)의 이면에 형성된 얼라인먼트 마크 AM2를, 예를 들어 파장 1,000nm 내지 1,200nm의 파장 대역의 200nm의 파장 폭을 갖는 적외선(넓은 파장 대역의 적외선)을 이용해서 검출하는 경우에도, 도 7a에 도시한 바와 같은 검출 신호가 취득된다. 이때, 파장 필터 플레이트(22)에 배치된 복수의 필터로부터, 도 10에 도시한 바와 같이, 파장 대역 1,000nm 내지 1,200nm에서 거의 100%의 투과율을 갖는 필터가 선택되고, 이 필터가 기판 얼라인먼트 검출계(116)의 광로에 배치된다.
이와 같이, 넓은 파장 대역의 적외선을 이용해도, 기판(103)의 이면에 형성된 얼라인먼트 마크 AM2를 검출하는 경우에는, 도 7a에 도시한 바와 같은 검출 신호가 취득된다. 이는, 도 9에 도시한 바와 같이, 적외선(파장 대역 1,000nm 내지 1,200nm)에 대한 이미지 센서(34)의 감도가, 파장이 장파장측에 근접함에 따라 낮아지기 때문이다. 도 9를 참조하면, 1,100nm 내지 1,200nm의 파장 대역에서는, 1,000nm 내지 1,050nm의 파장 대역에 비해 이미지 센서(34)의 감도가 낮다. 따라서, 1,000nm 내지 1,200nm의 넓은 파장 대역의 적외선을 이용해도, 실질적으로는, 약 1,000nm 내지 1,050nm의 좁은 파장 대역의 적외선만이 검출 신호에 나타난다. 다시 말해, 넓은 파장 대역의 적외선을 이용해도, 적외선의 파장 대역에 대한 이미지 센서(34)의 감도가 균일하지 않기 때문에, 좁은 파장 대역의 적외선만이 검출 신호에 기여하므로, 간섭 무늬의 영향을 충분히 감소시킬 수 없다.
따라서, 본 실시 형태에서는, 후술하는 바와 같이, 적외선의 파장 대역에 있어서, 기판 얼라인먼트 검출계(116)의 광로에 있어서의 제1 파장 대역의 광에 대한 투과율과, 기판 얼라인먼트 검출계(116)의 광로에 있어서의 제1 파장 대역과는 상이한 제2 파장 대역의 광에 대한 투과율을 서로 다르게 설정한다. 이에 의해, 이미지 센서(34)에 의해 검지된 얼라인먼트 마크 AM2의 화상을 형성하는 제1 파장 대역의 광의 강도 값(검지된 값)과 이미지 센서(34)에 의해 검지된 얼라인먼트 마크 AM2의 화상을 형성하는 제2 파장 대역의 광의 강도 값 사이의 차이가 감소된다. 다시 말해, 본 실시 형태에서는, 적외선의 파장 대역에 있어서, 이미지 센서(34)에 의해 검지된 얼라인먼트 마크 AM2의 화상을 형성하는 광의 강도 값을 균일하게 한다.
구체적으로는, 적외선의 파장 대역 1,000nm 내지 1,200nm에 있어서, 각 파장 대역에 대하여 다른 투과율(투과 강도)을 갖는 필터(광학 부재)를 이용한다. 예를 들면, 도 11에 도시한 바와 같이, 이미지 센서(34)의 감도(도 9 참조)에 역비례하는 투과율을 갖는 필터를 이용한다. 도 11을 참조하면, 이 필터에서는, 파장 대역 1,000nm 내지 1,100nm (단파장측)에서의 투과율이 낮고, 파장 대역 1,100nm 내지 1,200nm (장파장측)에서의 투과율이 높다. 다시 말해, 이 필터는, 이미지 센서(34)에 의해 검지된 얼라인먼트 마크 AM2의 화상을 형성하는 단파장측의 광의 강도와, 이미지 센서(34)에 의해 검지된 얼라인먼트 마크 AM2의 화상을 형성하는 장파장측의 광의 강도 사이의 차이를 영으로 감소시키는 투과율을 갖는다. 이러한 필터를 파장 필터 플레이트(22)에 배열하고, 얼라인먼트 마크 AM2를 검출할 때에 기판 얼라인먼트 검출계(116)의 광로에 배치한다.
도 11에 도시된 바와 같은 투과율을 갖는 필터를 기판 얼라인먼트 검출계(116)의 광로에 배치하여, 기판(103)의 이면에 형성된 얼라인먼트 마크 AM2를 검출하는 경우에 대해서 설명한다. 도 11에 도시된 투과율을 갖는 필터는, 전술한 바와 같이, 파장 대역 1,000nm 내지 1,100nm에서의 투과율이 상대적으로 낮고, 파장 대역 1,100nm 내지 1,200nm에서의 투과율이 상대적으로 높다. 여기서, 도 9에 도시된 이미지 센서(34)의 감도의 파장 의존성을 포함해서 생각하면, 이미지 센서(34)에 의해 검지된 얼라인먼트 마크 AM2의 화상을 형성하는 광의 파장 대역 1,000nm 내지 1,200nm에 있어서의 강도가 균일해진다. 따라서, 도 11에 도시된 투과율을 갖는 필터를 통과한 파장 대역 1,000nm 내지 1,200nm의 적외선을 이용해서 얼라인먼트 마크 AM2를 검출하는 한, 도 7b에 도시한 바와 같은, 간섭 무늬가 충분히 감소된 검출 신호를 얻을 수 있다.
이렇게, 본 실시 형태에서는, 적외선의 파장 대역 1,000nm 내지 1,200nm에 있어서, 도 9에 도시된 이미지 센서(34)의 감도의 파장 의존성에 역비례하는 투과율(투과율 분포)을 갖는 필터를 이용한다. 다시 말해, 파장 대역 1,000nm 내지 1,200nm에 있어서, 기판 얼라인먼트 검출계(116)의 파장 대역 1,000nm 내지 1,100nm의 광에 대한 투과율과, 기판 얼라인먼트 검출계(116)의 파장 대역 1,100nm 내지 1,200nm의 광에 대한 투과율이 서로 상이하게 설정된다. 이에 의해, 기판 얼라인먼트 검출계(116)에 있어서, 파장 대역 1,000nm 내지 1,200nm의 분광 특성이 균일해져, 간섭 무늬의 영향이 감소된 검출 신호를 얻을 수 있다. 이에, 얼라인먼트 마크 AM2(그 위치)를 정밀하게 검출할 수 있다.
한편, 관련 종래 기술에서는, 전술한 바와 같이, 도 10에 도시된 투과율을 갖는 필터를 통과한 파장 대역 1,000nm 내지 1,200nm의 적외선을 이용해서 얼라인먼트 마크 AM2를 검출하고 있다. 이 경우, 이미지 센서(34)의 감도의 파장 의존성과 관련된 인자로 인해, 도 7a에 도시한 바와 같은 검출 신호만을 취득할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 적외선의 파장 대역 1,000nm 내지 1,200nm에 있어서, 각 파장 대역에 대하여 다른 투과율을 갖는 광학 부재로서 필터를 이용했지만, 이러한 투과율을 갖는 것이라면, 필터 이외의 광학 부재를 이용할 수도 있다. 대안적으로, 광원측에 있어서 각 파장 대역의 광의 광량을 제어할 수도 있다. 예를 들면, 서로 다른 파장 대역의 광을 사출하는 복수의 광원(광학 유닛) 각각에 의해 사출된 광의 광량(즉, 상이한 파장 대역을 갖고 기판 얼라인먼트 검출계에 입사하는 광의 광량)을 조정하는 것으로, 각 파장 대역의 광의 광량을 제어할 수 있다. 또한, 할로겐 램프를 광원으로서 이용하는 경우에는, 할로겐 램프에 공급하는 전압(공급 전압)을 조정하는 것으로 각 파장 대역의 광의 광량을 제어하는 것도 가능하다. 할로겐 램프는, 공급 전압을 높게 하면, 장파장측에서보다 단파장측에서 높은 강도를 갖는 광을 사출한다. 따라서, 할로겐 램프가 장파장측에서보다 단파장측에서 높은 투과율을 갖는 광을 사출할 수 있도록 하기 위해서는, 단지 공급 전압을 높게 설정하면 된다. 한편, 할로겐 램프가 장파장측에서보다 단파장측에서 낮은 투과율을 갖는 광을 사출할 수 있도록 하기 위해, 단지 공급 전압을 낮게 설정하면 된다.
본 실시 형태에서는, 적외선의 파장 대역 1,000nm 내지 1,200nm를 예로서 설명했지만, 파장 대역을 한정하는 것은 아니고, 간섭 무늬가 충분히 감소될 수 있는 한, 파장 대역은 1,050nm 내지 1,200nm 또는 1,100nm 내지 1,250nm일 수도 있다. 또한, 본 실시 형태는, 적외선의 파장 대역 1,000nm 내지 1,200nm에 있어서의 이미지 센서의 감도의 파장 의존성을 예로서 설명했지만, 본 발명은 적외선의 파장 대역 이외에, 예를 들면, 가시광의 파장 영역에 있어서의 이미지 센서의 감도의 파장 의존성에도 적용 가능하다.
다음으로, 기판(103)의 프로세스가 검출 신호에 끼치는 영향에 대해서 설명한다. 도 12a에 도시한 바와 같이, 기판(103) 위에 레지스트 RSa가 도포되어 있는 경우, 및 도 12b에 도시한 바와 같이, 기판(103) 위에 층간막 LC 및 레지스트 RSb가 도포되어 있는 경우에 대해서 생각한다. 도 12a 및 도 12b를 참조하면, 기판(103)에 도포된 레지스트 RSa 및 RSb의 표면은 평탄하지 않고, 예를 들어 도포 얼룩에 의해, 요철이 형성되어 있기 때문에, 넓은 파장 대역의 광을 이용하여 간섭 무늬를 감소시켜야 한다. 도 12a 및 도 12b의 각각에 대해서, 도 10에 도시한 바와 같이, 파장 대역 1,000nm 내지 1,200nm에서 거의 100%의 투과율을 갖는 필터를 기판 얼라인먼트 검출계(116)의 광로에 배치한 경우를 생각한다. 이 경우, 파장 대역 1,000nm 내지 1,200nm의 적외선을 이용해서 얼라인먼트 마크 AM2를 검출하면, 도 7a에 도시한 바와 같은 검출 신호만을 취득할 수 있다.
따라서, 도 12a 및 도 12b의 각각에 대해서, 도 11에 도시된 바와 같은 투과율을 갖는 필터를 기판 얼라인먼트 검출계(116)의 광로에 배치하여, 기판(103)의 이면에 형성된 얼라인먼트 마크 AM2를 검출하는 경우에 대해서 생각한다. 이 경우, 전술한 바와 같이, 이론상으로는, 도 7b에 도시한 바와 같은, 간섭 무늬가 충분히 감소된 검출 신호가 취득되리라 기대되지만, 실제로는, 도 7a에 도시된 바와 같은 검출 신호가 취득된다. 도 6에서는, 기판(103)의 프로세스 자체의 파장에 대한 분광 특성이 거의 균일하기 때문에, 이미지 센서(34)의 감도의 파장 의존성을 역보정하는 필터(도 11 참조)를 이용하는 것으로, 기판 얼라인먼트 검출계(116)의 분광 특성을 균일하게 할 수 있다. 그러나, 도 12a 및 도 12b에서는, 기판(103)의 프로세스 자체의 파장에 대한 분광 특성이 균일하지 않기 때문에, 이미지 센서(34)의 감도의 파장 의존성을 역보정하는 필터를 이용하는 것만으로는, 기판 얼라인먼트 검출계(116)의 분광 특성을 균일하게 할 수 없다. 이와 같은 경우에는, 이미지 센서(34)의 감도의 파장 의존성뿐만 아니라, 기판(103)의 프로세스 자체의 파장에 대한 분광 특성도 고려하여, 기판 얼라인먼트 검출계(116)의 분광 특성을 균일하게 할 필요가 있다.
따라서, 이하에서는, 이미지 센서(34)의 감도의 파장 의존성뿐만 아니라, 기판(103)의 프로세스 자체의 파장에 대한 분광 특성도 고려하여, 기판 얼라인먼트 검출계(116)의 분광 특성을 균일하게 하는 것에 대해서 설명한다.
도 12a에 도시된 기판(103)의 프로세스에 대해서 생각한다. 우선, 도 13a에 도시한 바와 같은 투과율을 갖는 필터를 기판 얼라인먼트 검출계(116)의 광로에 배치하여, 도 12a에 도시된 기판(103)의 이면에 형성된 얼라인먼트 마크 AM2를 검출한다. 도 13a에 도시된 투과율을 갖는 필터는, 파장 대역 1,000nm 내지 1,100nm에서의 투과율이 거의 100%이고, 파장 대역 1,100nm 내지 1,200nm에서의 투과율이 0%가 되어 있다. 이 경우, 얼라인먼트 마크 AM2를 조명하는 적외선의 파장 대역은 1,000nm 내지 1,100nm가 되고, 충분히 넓은 파장 대역의 적외선이 아니기 때문에, 도 7a에 도시한 바와 같은 간섭 무늬가 감소되지 않은 검출 신호가 취득된다. 이때, 이미지 센서(34)에 의해 검지된 얼라인먼트 마크 AM2의 화상을 형성하는 광(검출 신호)의 강도는 80%로 상정된다.
다음으로, 도 13b에 도시한 바와 같은 투과율을 갖는 필터를 기판 얼라인먼트 검출계(116)의 광로에 배치하여, 도 12a에 도시된 기판(103)의 이면에 형성된 얼라인먼트 마크 AM2를 검출한다. 도 13b에 도시된 투과율을 갖는 필터는, 파장 대역 1,100nm 내지 1,200nm에서의 투과율이 거의 100%이고, 파장 대역 1,000nm 내지 1,100nm에서의 투과율이 0%이다. 이 경우에, 얼라인먼트 마크 AM2를 조명하는 적외선의 파장 대역은 1,100nm 내지 1,200nm이며, 이는 충분히 넓은 파장 대역의 적외선이 아니기 때문에, 도 7a에 도시한 바와 같은 간섭 무늬가 감소되지 않은 검출 신호가 취득된다. 이때, 이미지 센서(34)에 의해 검지된 얼라인먼트 마크 AM2의 화상을 형성하는 광의 강도가 4%인 것으로 상정한다. 필터 조건을 제외하고는, 검출 신호(특히, 강도)에 영향을 주는 조건[얼라인먼트 마크 AM2를 검출할 때의 조건, 예를 들면, 광원(20)의 전압, 이미지 센서(34)의 축적 시간]은 동일하게 유지된다는 점을 주목해야 한다.
이렇게, 적외선의 파장 대역에 대하여 서로 다른 투과율을 갖는 2개의 필터를 이용해서 얼라인먼트 마크 AM2를 검출할 때, 이들 필터는 이미지 센서(34)에 의해 검지된 얼라인먼트 마크 AM2의 화상을 형성하는 광(검출 신호)의 강도에 있어 20배의 차이를 발생시킨다. 이것은, 파장 대역 1,000nm 내지 1,100nm와 파장 대역 1,100nm 내지 1,200nm 사이에서, 이미지 센서(34)의 감도의 파장 의존성과 기판(103)의 프로세스 자체의 파장에 대한 분광 특성을 고려했을 경우의 기판 얼라인먼트 검출계(116)의 분광 특성의 차이를 나타낸다.
따라서, 본 실시 형태에서는, 도 13c에 도시된 투과율을 갖는 필터를 이용하여, 파장 대역 1,000nm 내지 1,200nm에 있어서의 20배의 강도비를 보정한다. 도 13c에 도시된 투과율을 갖는 필터는, 파장 대역 1,100nm 내지 1,200nm에서의 투과율이 거의 100%이고, 파장 대역 1,000nm 내지 1,100nm에서의 투과율이 거의 5%이다. 이는, 파장 대역 1,000nm 내지 1,100nm에서의 투과율과 파장 대역 1,100nm 내지 1,200nm로의 투과율 사이의 비가 1:20임을 의미한다. 다시 말해, 도 13c에 도시된 필터의 투과율은, 파장 대역 1,000nm 내지 1,100nm에서의 강도(80%)와 파장 대역 1,100nm 내지 1,200nm에서의 강도(4%) 사이의 비와 역의 관계에 있다. 도 13c에 도시된 투과율을 갖는 필터를 통과한 파장 대역 1,000nm 내지 1,200nm의 적외선을 이용해서, 얼라인먼트 마크 AM2를 검출하면, 도 7b에 도시한 바와 같은, 간섭 무늬가 충분히 감소된 검출 신호를 취득할 수 있다.
도 12b에 도시된 기판(103)의 프로세스에 대해서 생각한다. 도 13c에 도시한 바와 같은 투과율을 갖는 필터를 기판 얼라인먼트 검출계(116)의 광로에 배치하여, 도 12b에 도시된 기판(103)의 이면에 형성된 얼라인먼트 마크 AM2를 검출한다. 이 경우, 도 7a에 도시한 바와 같은 간섭 무늬가 감소되지 않은 검출 신호가 취득된다. 이것은, 기판(103)의 프로세스의 파장에 대한 분광 특성이, 도 12a에 도시된 기판(103)의 프로세스와 달리, 도 12b에 도시된 기판(103)의 프로세스에서 상이하기 때문이다.
따라서, 우선, 도 13a에 도시한 바와 같은 투과율을 갖는 필터를 기판 얼라인먼트 검출계(116)의 광로에 배치하여, 도 12b에 도시된 기판(103)의 이면에 형성된 얼라인먼트 마크 AM2를 검출한다. 이 경우, 얼라인먼트 마크 AM2를 조명하는 적외선의 파장 대역은 1,000nm 내지 1,100nm이 되고, 이는 충분히 넓은 파장 대역의 적외선이 아니기 때문에, 도 7a에 도시한 바와 같은 간섭 무늬가 감소되지 않은 검출 신호가 취득된다. 이때, 이미지 센서(34)에 의해 검지된 얼라인먼트 마크 AM2의 화상을 형성하는 광(검출 신호)의 강도가 70%로 상정된다.
다음으로, 도 13b에 도시한 바와 같은 투과율을 갖는 필터를 기판 얼라인먼트 검출계(116)의 광로에 배치하여, 도 12b에 도시된 기판(103)의 이면에 형성된 얼라인먼트 마크 AM2를 검출한다. 이 경우, 얼라인먼트 마크 AM2를 조명하는 적외선의 파장 대역은 1,100nm 내지 1,200nm이 되고, 이는 충분히 넓은 파장 대역의 적외선이 아니기 때문에, 도 7a에 도시한 바와 같은 간섭 무늬가 감소되지 않은 검출 신호가 취득된다. 이때, 이미지 센서(34)에 의해 검지된 얼라인먼트 마크 AM2의 화상을 형성하는 광의 강도가 35%로 상정된다. 필터 조건을 제외하고, 검출 신호(특히, 강도)에 영향을 주는 조건[얼라인먼트 마크 AM2를 검출할 때의 조건, 예를 들면, 광원(20)의 전압, 이미지 센서(34)의 축적 시간]은 동일하게 유지된다는 점을 주목해야 한다.
이렇게, 적외선의 파장 대역에 있어서 서로 다른 투과율을 갖는 2개의 필터를 이용해서 얼라인먼트 마크 AM2를 검출할 때, 이들 필터는 이미지 센서(34)에 의해 검지된 얼라인먼트 마크 AM2의 화상을 형성하는 광(검출 신호)의 강도에 2배의 차이를 발생시킨다. 이것은, 파장 대역 1,000nm 내지 1,100nm와 파장 대역 1,100nm 내지 1,200nm에서, 이미지 센서(34)의 감도의 파장 의존성과 기판(103)의 프로세스 자체의 파장에 대한 분광 특성을 고려했을 경우의 기판 얼라인먼트 검출계(116)의 분광 특성의 차이를 나타낸다.
따라서, 본 실시 형태에서는, 도 13d에 도시된 투과율을 갖는 필터를 이용하여, 파장 대역 1,000nm 내지 1,200nm에 있어서의 2배의 강도비를 보정한다. 도 13d에 도시된 투과율을 갖는 필터는, 파장 대역 1,100nm 내지 1,200nm에서의 투과율이 거의 100%이고, 파장 대역 1,000nm 내지 1,100nm에서의 투과율이 거의 50%이다. 이는, 파장 대역 1,000nm 내지 1,100nm에서의 투과율과 파장 대역 1,100nm 내지 1,200nm에서의 투과율 사이의 비가 1:2임을 의미한다. 다시 말해, 도 13d에 도시된 필터의 투과율은, 파장 대역 1,000nm 내지 1,100nm에서의 강도(70%)와 파장 대역 1,100nm 내지 1,200nm에서의 강도(35%) 사이의 비와 역의 관계에 있다. 도 13d에 도시된 투과율을 갖는 필터를 통과한 파장 대역 1,000nm 내지 1,200nm의 적외선을 이용해서 얼라인먼트 마크 AM2를 검출하면, 도 7b에 도시한 바와 같은, 간섭 무늬가 충분히 감소된 검출 신호를 취득할 수 있다.
도 14는, 도 12a 및 도 12b의 각각에 도시된 기판(103)의 프로세스에 대해서, 이미지 센서(34)에 의해 검지된 얼라인먼트 마크 AM2의 화상을 형성하는 광(검출 신호)의 강도와 필터의 투과율 사이의 관계를 나타내는 표이다. 도 14에서 알 수 있는 바와 같이, 필터의 투과율비는, 파장 대역 1,000nm 내지 1,100nm와 파장 대역 1,100nm 내지 1,200nm에 있어서의 강도비와 역이 된다.
이렇게, 본 실시 형태에서는, 이미지 센서(34)의 감도의 파장 의존성뿐만 아니라, 기판(103)의 프로세스 자체의 파장에 대한 분광 특성도 고려하여, 기판 얼라인먼트 검출계(116)의 분광 특성을 균일하게 할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 도 13c에 도시된 투과율을 갖는 필터 및 도 13d에 도시된 투과율을 갖는 필터를 파장 필터 플레이트(22)에 배치하여, 기판(103)의 프로세스에 따라서 이들 필터를 일방에서 타방으로 전환하는 것으로 상정하고 있음을 주목해야 한다. 그러나, 파장 필터 플레이트(22)에는, 1:5 또는 1:10의 비로 파장 대역 1,000nm 내지 1,100nm의 광에 대한 투과율과 파장 대역 1,100nm 내지 1,200nm의 광에 대한 투과율을 갖는 필터를 배치될 수 있다.
또한, 예를 들면, 파장 대역 1,000nm 내지 1,100nm와 파장 대역 1,100nm 내지 1,200nm 사이에 있어서의 강도비에 대응하는 투과율비를 갖는 필터가 파장 필터 플레이트(22)에 배치되어 있지 않은 경우도 있다. 예를 들면, 파장 대역 1,000nm 내지 1,100nm와 파장 대역 1,100nm 내지 1,200nm 사이에 있어서의 강도비가 6:1인 경우를 생각한다. 그리고, 파장 대역 1,000nm 내지 1,100nm의 광에 대한 투과율과 파장 대역 1,100nm 내지 1,200nm의 광에 대한 투과율과의 비가 1:6이 되는 투과율을 갖는 필터가 파장 필터 플레이트(22)에 배치되어 있지 않은 것으로 상정한다. 이와 같은 경우에는, 파장 필터 플레이트(22)에 배치된 복수의 필터로부터, 1:6의 투과율비에 가장 가까운 투과율비, 예를 들면, 1:5의 투과율비를 갖는 필터를 선택하면 된다.
또한, 기판(103)의 프로세스에 대하여 최적의 필터를 선택한 경우에는, 기판(103)의 프로세스와 선택한 필터 사이의 대응 관계를 기억 유닛[예를 들면, 제어 유닛(117)의 메모리]에 기억시킬 수 있다. 여기에서, 최적의 필터란, 이미지 센서(34)에 의해 검지된 얼라인먼트 마크 AM2의 화상을 형성하는 단파장측의 광의 강도와 이미지 센서(34)에 의해 검지된 얼라인먼트 마크 AM2의 화상을 형성하는 장파장측의 광의 강도 사이의 차이를 영으로 감소시키는 투과율을 갖는 필터를 의미한다. 이러한 동작 시, 동일한 프로세스의 기판(103)의 이면에 형성된 얼라인먼트 마크 AM2를 검출하는 경우에는, 기억 유닛에 기억된 대응 관계에 기초하여, 기판 얼라인먼트 검출계(116)의 광로에 배치해야 할 필터를 선택할 수 있다. 본 발명은 기판 얼라인먼트 검출계(116)의 광로에 배치해야 할 필터를 선택한 경우에 한하지 않고, 기판(103)의 프로세스(즉, 적외선의 파장 대역에 있어서의 강도비)와 최적의 필터 사이의 대응 관계를 미리 기억 유닛에 기억시킬 수도 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 적외선의 파장 대역을 1,000nm 내지 1,100nm의 파장 대역 및 1,100nm 내지 1,200nm의 파장 대역의 2개의 파장 대역(2개의 분할 파장 대역)으로 분할했지만, 3개 이상의 파장 대역으로 분할할 수도 있다. 예를 들면, 적외선의 파장 대역 1,000nm 내지 1,200nm을, 파장 대역 1,000nm 내지 1,060nm, 파장 대역 1,060nm 내지 1,130nm, 파장 대역 1,130nm 내지 1,200nm의 3개의 분할 파장 대역으로 분할할 수도 있다. 각각의 분할 파장 대역에서의 투과율이 거의 100%가 되는 투과율을 갖는 필터를 기판 얼라인먼트 검출계(116)의 광로에 배치해서, 얼라인먼트 마크 AM2를 검출함으로써, 3개의 분할 파장 대역에 있어서의 강도비를 취득한다. 이렇게, 적외선 파장 대역을 분할함으로써 취득되는 파장 대역의 수(분할 파장 대역의 수)가 2개 이상인 한, 적외선 파장 대역은 3개 또는 4개로 분할될 수도 있다.
전술한 필터는, 이미지 센서(34)에 의해 검지된 얼라인먼트 마크 AM2의 화상을 형성하는 단파장측의 광의 강도와, 이미지 센서(34)에 의해 검지된 얼라인먼트 마크 AM2의 화상을 형성하는 장파장측의 광의 강도 사이의 차이를 영으로 감소시키는 투과율을 갖는 필터이다. 그러나, 전술한 필터는 이에 한정되지 않으며, 강도 차이가, 실제로 영이 되지 않더라도, 계측 정밀도에 영향을 주지 않는 미리 정해진 값 내에 있을 수도 있다. 예를 들어, 단파장측의 광의 강도와 장파장측의 광의 강도 사이의 강도 차이가 15% 내이면, 계측 정밀도에 영향을 미치지 않고서 브로드(광대역)의 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 미리 정해진 값 내에서, 단파장측의 광의 강도와 장파장측의 광의 강도 사이의 강도 차이를 설정하기 위한 투과율을 갖는 필터 역시 효과적인 기술이다.
도 15를 참조하여, 노광 장치(1)에 있어서의 기판 얼라인먼트 검출계(116)의 검출 처리에 대해서 설명한다. 이러한 검출 처리는, 제어 유닛(117)이 노광 장치(1)의 각 유닛, 특히, 기판 얼라인먼트 검출계(116)의 각 유닛을 통괄적으로 제어하는 것으로 행해진다. 처리될 기판(103)의 프로세스가 앞서 얼라인먼트 마크 AM2를 검출한 기판의 프로세스와 같을 경우에는, 제어 유닛(117)의 메모리와 같은 기억 유닛에 기판(103)의 프로세스와 필터 사이의 대응 관계가 기억되어 있음을 주목해야 한다. 또한, 기판 얼라인먼트 검출계(116)는, 동작 모드로서, 얼라인먼트 마크 AM2의 위치를 검출하는 검출 모드와, 얼라인먼트 마크 AM2의 위치를 검출하기 위한 준비를 행하는 준비 모드를 갖지만, 여기에서는, 준비 모드에 대해서 상세하게 설명한다. 검출 모드는 단계 S1502, 단계 S1503 및 단계 S1516을 포함하고, 준비 모드는 단계 S1504 내지 단계 S1514를 포함한다.
단계 S1502에서는, 처리될 기판(103)의 프로세스가 앞서 얼라인먼트 마크 AM2를 검출한 기판의 프로세스와 같은지의 여부를 판정한다. 기판(103)의 프로세스가 앞서 얼라인먼트 마크 AM2를 검출한 기판의 프로세스와 같을 경우에는, 프로세스는 단계 S1503으로 이행된다. 그러나, 기판(103)의 프로세스가 앞서 얼라인먼트 마크 AM2를 검출한 기판의 프로세스와 같지 않을 경우에는, 프로세스는 단계 S1504로 이행된다.
단계 S1503에서는, 기억 유닛에 기억되어 있는 기판(103)의 프로세스와 필터 사이의 대응 관계에 기초하여, 기판 얼라인먼트 검출계(116)의 광로에 배치될 필터를 선택한다.
단계 S1504에서는, 기판(103)의 이면에 형성된 얼라인먼트 마크 AM2를 검출하는데 이용하는 적외선의 파장 대역을 결정한다. 구체적으로는, 도 7b에 도시한 바와 같은, 간섭 무늬가 충분히 감소된 검출 신호를 취득할 수 있도록, 충분히 넓은 파장 대역(예를 들면, 파장 대역 1,000nm 내지 1,200nm)을 결정한다.
단계 S1506에서는, 단계 S1504에서 결정된 파장 대역을 복수의 분할 파장 대역으로 분할하여, 각 분할 파장 대역의 광을 이용하여 얼라인먼트 마크 AM2를 검출한다. 구체적으로는, 각 분할 파장 대역에서의 투과율이 거의 100%가 되는 투과율을 갖는 필터를 기판 얼라인먼트 검출계(116)의 광로에 배치해서 얼라인먼트 마크 AM2를 검출한다. 이러한 동작 시, 얼라인먼트 마크 AM2의 검출은, 분할 파장 대역의 수와 동일한 횟수로 반복된다.
단계 S1508에서는, 단계 S1506에서 취득된 검출 결과에 기초하여, 각 분할 파장 대역에 대해 이미지 센서(34)에 의해 검지된 얼라인먼트 마크 AM2의 화상을 형성하는 광의 강도를 산출한다. 예를 들면, 파장 대역 1,000nm 내지 1,200nm를, 파장 대역 1,000nm 내지 1,100nm와 파장 대역 1,100nm 내지 1,200nm로 분할했을 경우에는, 파장 대역 1,000nm 내지 1,100nm에서의 강도와 파장 대역 1,100nm 내지 1,200nm에서의 강도를 산출한다. 이는, 이미지 센서(34)에 의해 검지된 얼라인먼트 마크 AM2의 화상을 형성하는 광의 강도는 분할 파장 대역의 수와 동일한 횟수로 산출된다는 것을 의미한다.
단계 S1510에서는, 단계 S1508에서 취득된 산출 결과에 기초하여, 단계 S1504에서 결정한 파장 대역에 있어서의 강도비를 산출한다. 이 경우에, 파장 대역 1,000nm 내지 1,100nm에서의 강도와 파장 대역 1,100nm 내지 1,200nm에서의 강도 사이의 비(강도비)가 10:1인 것으로 상정된다.
단계 S1512에서는, 파장 필터 플레이트(22)에 배치된 복수의 필터로부터, 기판 얼라인먼트 검출계(116)의 광로에 배치될 필터를 선택한다. 구체적으로는, 단계 S1510에서 산출한 강도비에 기초하여, 이미지 센서(34)에 의해 검지된 얼라인먼트 마크 AM2의 화상을 형성하는 단파장측의 광의 강도와 이미지 센서(34)에 의해 검지된 얼라인먼트 마크 AM2의 화상을 형성하는 장파장측의 광의 강도 사이의 차이를 감소시키는 투과율을 갖는 필터를 선택한다. 이 경우에, 파장 대역 1,000nm 내지 1,100nm의 광에 대한 투과율과 파장 대역 1,100nm 내지 1,200nm의 광에 대한 투과율과의 비가 1:10이 되는 투과율을 갖는 필터를 선택한다. 그러나, 이러한 투과율을 갖는 필터가 파장 필터 플레이트(22)에 배치되어 있지 않은 경우에는, 파장 필터 플레이트(22)에 배치된 복수의 필터로부터, 투과율의 비가 1:10에 가장 가까운 투과율을 갖는 필터를 선택한다.
단계 S1514에서는, 기판(103)의 프로세스와 단계 S1512에서 선택한 필터 사이의 대응 관계를 제어 유닛(117)의 메모리와 같은 기억 유닛에 기억한다.
단계 S1516에서는, 단계 S1503 또는 단계 S1512에서 선택한 필터를 기판 얼라인먼트 검출계(116)의 광로에 배치하여, 기판(103)의 이면에 형성된 얼라인먼트 마크 AM2를 검출한다.
본 실시 형태에 따른 기판 얼라인먼트 검출계(116)에 의한 검출 처리 시, 간섭 무늬의 영향이 감소된 검출 신호를 얻을 수 있기 때문에, 기판(103)의 이면에 형성된 얼라인먼트 마크 AM2(그 위치)을 정밀하게 검출할 수 있다.
노광 장치(1)에 의한 노광 처리에 대해서 설명한다. 광원에 의해 사출된 광은, 조명 광학계(105)를 통해 레티클(101)을 조명한다. 레티클(101) 통과 시 레티클(101)의 패턴의 정보를 반영하는 광은, 투영 광학계(106)를 통해 기판(103)에 결상된다. 이때, 기판(103)은, 전술된 바와 같이, 기판 얼라인먼트 검출계(116)에 의해 취득된 검출 결과에 기초하여, 정밀하게 위치 결정된다. 따라서, 노광 장치(1)는, 높은 처리량과 우수한 경제성을 갖춘 고품질 디바이스(예를 들어, 반도체 집적 회로 소자 또는 액정 표시 소자)를 제공할 수 있다. 디바이스는, 노광 장치(1)를 이용해서 포토레지스트(감광제)가 도포된 기판(예를 들어, 웨이퍼 또는 유리 플레이트)을 노광하는 공정과, 노광된 기판을 현상하는 공정과, 공지된 후속 공정을 거쳐 제조된다는 점에 주목해야 한다.
본 실시 형태에서는, 적외선을 이용해서 기판의 이면에 형성된 얼라인먼트 마크를 검출하는 경우에 대해서 설명했지만, 본 발명은, 가시광을 이용해서 기판의 표면에 형성된 얼라인먼트 마크를 검출하는 경우에도 적용할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 기판 얼라인먼트 검출계에 대해서 설명했지만, 본 발명은, 레티클 얼라인먼트 검출계와 같은 다른 검출계에도 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은, 오프-액시스 검출계뿐만 아니라, TTL-AA 검출계에도 적용할 수 있다.
비록, 본 발명이 예시적인 실시 형태를 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시 형태로 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 이하의 청구범위의 범주는 이러한 모든 변형 및 동등한 구조와 기능을 포함하도록 최광의로 해석되어야 한다.

Claims (14)

  1. 피검체를 검출하는 검출 장치이며,
    상기 피검체를, 제1 파장 대역 및 상기 제1 파장 대역과는 상이한 제2 파장 대역을 포함하는 광으로 조명하도록 구성된 조명계와,
    상기 조명계에 의해 조명된 상기 피검체로부터의 광을 검출하도록 구성된 검출기와,
    상기 제1 파장 대역의 광의 투과율과 상기 제2 파장 대역의 광의 투과율을 서로 상이하게 설정하여, 상기 제1 파장 대역을 갖고 상기 검출기에 의해 검출되는 광의 강도 값과, 상기 제2 파장 대역을 갖고 상기 검출기에 의해 검출되는 광의 강도 값 사이의 차이를 감소시키도록 구성된 광학 부재
    를 포함하는 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광학 부재는 상기 차이를 영으로 감소시키는 투과율을 갖는 검출 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 검출 장치는, 동작 모드로서, 상기 검출 장치가 상기 피검체를 검출하는 검출 모드와, 상기 검출 장치가 상기 피검체를 검출하기 위한 준비를 행하는 준비 모드를 가지며,
    상기 준비 모드에 있어서,
    상기 조명계는, 상기 제1 파장 대역 및 상기 제2 파장 대역을 포함하는 파장 대역을 분할하여 취득된 복수의 분할 파장 대역 각각의 광으로 상기 피검체를 조명하고,
    상기 검출기는, 상기 복수의 분할 파장 대역 각각의 광에 대해서 상기 피검체로부터의 광을 검출하고,
    상기 광학 부재는, 상이한 투과율을 갖고 상기 광의 광로에 교환 가능하게 배치되는 복수의 광학 소자를 포함하고,
    상기 검출 장치는, 상기 검출기에 의해 검출된 상기 복수의 분할 파장 대역 각각의 광의 강도 값으로부터 상기 파장 대역에 있어서의 강도비를 취득하고, 상기 강도비에 기초하여, 상기 복수의 광학 소자로부터, 상기 차이를 감소시키는 광학 소자를 선택하고, 선택한 광학 소자를 상기 검출 모드에서 상기 광로에 배치하도록 구성된 제어 유닛을 더 포함하는 검출 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 상기 강도비에 기초하여, 상기 복수의 광학 소자로부터, 상기 차이를 영으로 감소시키는 투과율을 갖는 광학 소자를 선택하고, 선택한 광학 소자를 상기 검출 모드에서 상기 광로에 배치하는 검출 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 상기 강도비와, 상기 차이를 영으로 감소시키는 투과율을 갖는 광학 소자 사이의 대응 관계를 기억하도록 구성된 기억 유닛을 포함하고, 상기 기억 유닛에 기억된 상기 대응 관계에 기초하여, 상기 복수의 광학 소자로부터 광학 소자를 선택하고, 선택한 광학 소자를 상기 검출 모드에서 상기 광로에 배치하는 검출 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 파장 대역 및 상기 제2 파장 대역은, 적외선의 파장 대역을 포함하고, 상기 조명계는 기판을 통해 상기 피검체를 조명하는 검출 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광학 부재는 상기 조명계의 광로에 배치되는 검출 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 피검체로부터의 광을 이용하여 상기 피검체의 화상을 형성하도록 구성된 결상계를 더 포함하고,
    상기 결상계의 광로에 상기 광학 부재가 배치되는 검출 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광학 부재는, 상기 차이를 미리 정해진 값 이하의 값으로 감소시키는 투과율을 갖는 검출 장치.
  10. 피검체를 검출하는 검출 장치이며,
    상기 피검체를, 제1 파장 대역 및 상기 제1 파장 대역과는 상이한 제2 파장 대역을 포함하는 광으로 조명하도록 구성된 조명계와,
    상기 조명계에 의해 조명된 상기 피검체로부터의 광을 검출하도록 구성된 검출기와,
    상기 제1 파장 대역을 갖고 상기 조명계에 입사하는 광의 광량과, 상기 제2 파장 대역을 갖고 상기 조명계에 입사하는 광의 광량을 서로 상이하게 설정하여, 상기 제1 파장 대역을 갖고 상기 검출기에 의해 검출되는 광의 강도 값과, 상기 제2 파장 대역을 갖고 상기 검출기에 의해 검출되는 광의 강도 값 사이의 차이를 감소시키도록 구성된 광학 유닛
    을 포함하는 검출 장치.
  11. 노광 장치이며,
    레티클(reticle)의 패턴을 기판에 투영하도록 구성된 투영 광학계와,
    상기 기판을 보유 지지하도록 구성된 스테이지와,
    상기 기판에 형성된 마크를 검출하도록 구성된 검출 장치와,
    상기 검출 장치에 의해 취득된 검출 결과에 기초하여, 상기 스테이지의 위치를 제어하도록 구성된 제어 유닛
    을 포함하고,
    상기 검출 장치는, 상기 마크를 피검체로서 검출하도록 구성된 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 검출 장치를 포함하는 노광 장치.
  12. 디바이스 제조 방법이며,
    제11항에 기재된 노광 장치를 사용하여 기판을 노광하는 공정과,
    노광된 상기 기판에 대한 현상 처리를 행하는 공정
    을 포함하는 디바이스 제조 방법.
  13. 피검체를 적외선으로 조명하여 상기 피검체로부터의 광을 검출하는 검출 장치에 사용되는 필터이며,
    상기 적외선 중 제1 파장 대역의 광의 투과율과, 상기 적외선 중 상기 제1 파장 대역과는 상이한 제2 파장 대역의 광의 투과율을 서로 상이하게 설정하여, 상기 제1 파장 대역을 갖고 상기 검출 장치에 의해 검출되는 광의 강도 값과, 상기 제2 파장 대역을 갖고 상기 검출 장치에 의해 검출되는 광의 강도 값 사이의 차이를 감소시키는 필터.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 파장 대역의 파장은 상기 제2 파장 대역의 파장보다 짧고, 상기 제1 파장 대역의 광의 투과율은 상기 제2 파장 대역의 광의 투과율보다 낮은 필터.
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