KR20160106733A - 노광 장치 및 노광 방법, 그리고 디바이스 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

조명광 (IL) 을 레티클 (R) 에 조사하여 레티클 (R) 의 패턴면에 형성된 패턴을 웨이퍼 (W) 에 전사하는 노광 장치 (100) 는, 레티클 (R) 을 유지하여 이동하는 레티클 스테이지 (RST) 와, 레티클 스테이지 (RST) 에 유지된 레티클 (R) 의 상기 패턴면에 대해 계측광을 조사하고, 패턴면으로부터의 스펙클을 검출하는 센서 (30) 를 구비하고 있다.

Description

노광 장치 및 노광 방법, 그리고 디바이스 제조 방법{EXPOSURE APPARATUS, EXPOSURE METHOD, AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은, 노광 장치 및 노광 방법, 그리고 디바이스 제조 방법에 관한 것으로, 특히 전자 디바이스를 제조하는 리소그래피 공정에서 사용되는 노광 장치 및 노광 방법, 그리고 상기 노광 장치 또는 노광 방법을 사용하는 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 반도체 소자 (집적 회로 등), 액정 표시 소자 등의 전자 디바이스 (마이크로 디바이스) 를 제조하는 리소그래피 공정에서는, 주로, 스텝·앤드·리피트 방식의 투영 노광 장치 (이른바 스테퍼), 혹은 스텝·앤드·스캔 방식의 투영 노광 장치 (이른바 스캐닝·스테퍼 (스캐너라고도 불린다)) 등의 축차 이동형의 투영 노광 장치가 사용되고 있다.
이 종류의 노광 장치에서는, 마스크 또는 레티클 (이하, 「레티클」이라고 총칭한다) 에 형성된 패턴이, 투영 광학계를 통하여 감응제 (레지스트) 가 도포된 웨이퍼 또는 유리 플레이트 등의 물체 (이하, 「웨이퍼」라고 총칭한다) 상의 복수의 쇼트 영역에 각각 전사된다.
이 종류의 투영 노광 장치는, 마이크로 디바이스의 제조에 사용되는 것임으로부터, 최종 제품인 디바이스에 원하는 성능을 발휘시키기 위해서는, 레티클 상에 형성된 패턴 (노광용 패턴으로 칭한다) 의 투영 광학계의 투영 배율에 따른 축소 이미지를 웨이퍼 상의 각 쇼트 영역에 실제로 형성되어 있는 패턴 (하지 패턴으로 칭한다) 에 정확하게 중첩하여 형성할 수 있는 것, 즉 중첩 정밀도가 중요하다.
그런데, 실제의 노광 시퀀스에 있어서는, 웨이퍼 상에 각 쇼트 영역과 소정의 위치 관계로 형성된 웨이퍼 얼라인먼트 마크, 및 레티클 상에 노광 패턴과 소정의 위치 관계로 형성된 레티클 얼라인먼트 마크를 매개로 하여, 이들 얼라인먼트 마크가 패턴의 위치를 대표하고 있는 것으로서 취급하고, 노광 동작을 실시한다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조). 이와 같이, 얼라인먼트 마크의 위치로부터 실 패턴의 위치를 간접적으로 추측하고 있다.
상기의 추측이 성립되고 있는 것은 이하와 같은 이유에 의한다. 예를 들어, 레티클측을 다루면, 레티클 얼라인먼트 마크와 노광용 패턴은 동일한 유리 기판 (레티클 블랭크스) 상에 동시에 전자선 노광 장치로 묘화되어 있으므로, 레티클 얼라인먼트 마크와 노광용 패턴의 위치 관계는, 전자선 노광 장치의 묘화 오차의 레벨로 보장되고 있다. 따라서, 레티클 얼라인먼트 마크의 위치를 검출 (계측) 하면, 그 레티클 얼라인먼트 마크와의 위치 관계가 이미 알려진 노광용 패턴의 위치는 양호하게 추정할 수 있다.
그러나, 상기의 추측은, 노광용 패턴 및 레티클 얼라인먼트 마크의 위치가 불변인 것을 전제로 하고 있으므로, 실제로는 성립되지 않는 경우가 있다. 가장 전형적인 예로는, 노광광의 조사에 의한 레티클의 열변형 (열팽창 등) 에 수반하여, 노광용 패턴에 변동 (변형) 이 발생하는 경우를 들 수 있다. 통상적으로 레티클 얼라인먼트 (레티클의 위치 맞춤 또는 그것을 위한 위치 계측) 는, 레티클의 주위 4 점에 존재하는 레티클 얼라인먼트 마크를 사용하여 실시되는데, 이 레티클 얼라인먼트에서는, 노광용 패턴의 면 내 (예를 들어 XY 평면 내) 의 위치 정보에 더하여, X 축 방향 및 Y 축 방향의 배율 변화, 그리고 직교도 및 회전 등의 선형 성분만이 구해진다. 즉, 레티클의 열의 흡수에 의한 비선형인 형상 변화 (예를 들어, 이른바 은행 마크와 같은 형상, 혹은 맥주통과 같은 형상으로의 변화) 등의 정보는 얻어지지 않는다.
레티클 블랭크스 상의 노광용 패턴의 주위의 보다 많은 지점에 레티클 얼라인먼트 마크를 묘화하고, 그것들을 레티클 얼라인먼트시에 계측하면 노광용 패턴의 외주 형상을 알 수 있기 때문에, 보다 정확한 근사가 가능해진다. 그러나, 이 경우, 계측에 시간을 필요로 하고, 스루풋이 대폭 저하되는 데다가, 노광용 패턴의 패턴 영역 외주의 변형법 (변형 상태) 과 패턴 영역 내부의 실 패턴의 변형법이 비례 관계가 아닌 경우, 추측에 오차가 발생한다. 예를 들어, 쇼트 사이즈가 풀필드가 아니고, 폭이나 전체 길이가 작은 쇼트인 경우나, 레티클 패턴 에어리어 내에서의 투과율 분포에 편향이 있는 경우 등에 특히 영향이 크다.
미국 특허 제5,646,413호 명세서
본 발명의 제 1 의 양태에 의하면, 에너지 빔을 마스크에 조사하고, 상기 마스크의 패턴면에 형성된 패턴을 물체에 전사하는 노광 장치로서, 상기 마스크를 유지하여 이동하는 마스크 스테이지와, 상기 마스크 스테이지에 유지된 상기 마스크의 소정면에 대해 계측광을 조사하고, 상기 소정면으로부터의 스펙클에 관한 정보를 얻는 센서를 구비하는 노광 장치가 제공된다.
이것에 의하면, 센서에 의해 얻어진 스펙클에 관한 정보에 기초하여, 마스크의 소정면의 정보가 구해진다.
본 발명의 제 2 양태에 의하면, 에너지 빔을 마스크에 조사하고, 상기 마스크의 패턴면에 형성된 패턴을 물체에 전사하는 노광 방법으로서, 제 1 시점에 있어서 상기 마스크의 소정면에 계측광을 조사하고, 상기 소정면의 제 1 영역의 제 1 정보를 검출하여 유지하는 것과, 상기 제 1 시점으로부터 소정 시간 경과한 후에, 상기 제 1 영역에 상기 계측광을 조사하고, 상기 제 1 영역의 제 2 정보를 검출하는 것과, 검출한 상기 제 1 영역의 상기 제 2 정보와, 유지한 상기 제 1 정보에 기초하여, 상기 마스크로의 상기 에너지 빔의 조사에서 기인되는 상기 제 1 영역의 변동 정보를 구하는 것을 포함하는 노광 방법이 제공된다.
이것에 의하면, 마스크로의 에너지 빔의 조사에서 기인되는 소정면의 제 1 영역의 변동 정보가 구해진다.
본 발명의 제 3 양태에 의하면, 제 2 양태의 노광 방법에 의해 감응 기판에 상기 패턴을 전사하는 것과, 상기 패턴이 전사된 감응 기판을 현상하는 것을 포함하는 디바이스 제조 방법이 제공된다.
도 1 은 일 실시형태에 관련된 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2(A) 는 도 1 의 레티클 스테이지를 상방 (＋Z 방향) 에서 본 도면이고, 도 2(B) 는 도 2(A) 의 B―B 선을 따라 단면한 레티클 스테이지 근방 부분의 단면도이다.
도 3 은 일 실시형태의 노광 장치의 제어계를 중심적으로 구성하는 주제어 장치의 입출력 관계를 나타내는 블록도이다.
도 4(A) 는 초기 계측 동작에 대해 설명하기 위한 도면이고, 도 4(B) 는 스펙클 센서 (30L1) 에서 얻어지는 스펙클의 정보를 나타내는 도면이다.
도 5(A) ∼ 도 5(D) 는 레티클 얼라인먼트시에 실시되는, 스펙클 센서 (30L1) 를 사용한 계측에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 6 은 센서 출력의 드리프트 성분의 제거에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 7(A) 는 5 개의 스펙클 센서 각각을 사용하여 얻어진 타깃의 각 부의 X 변위를 개념적으로 나타내는 도면, 도 7(B) 는 5 개의 스펙클 센서 각각을 사용하여 얻어진 타깃의 각 부의 Y 변위를 개념적으로 나타내는 도면, 도 7(C) 는 구해진 패턴 영역 (PA) 의 2 차원적인 변형 형상의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8 은 변형예에 관련된 노광 장치를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 일 실시형태에 대하여, 도 1 ∼ 도 7 에 기초하여 설명한다.
도 1 에는, 일 실시형태에 관련된 노광 장치 (100) 의 개략적인 구성이 나타나 있다. 이 노광 장치 (100) 는, 스텝·앤드·스캔 방식의 투영 노광 장치, 이른바 스캐너이다. 후술하는 바와 같이, 본 실시형태에서는 투영 광학계 (PL) 가 형성되어 있고, 이하에 있어서는, 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) 과 평행한 방향을 Z 축 방향, 이것에 직교하는 면 내에서 레티클과 웨이퍼가 상대 주사되는 주사 방향을 Y 축 방향, Z 축 및 Y 축에 직교하는 방향을 X 축 방향으로 하고, X 축, Y 축, 및 Z 축 둘레의 회전 (경사) 방향을 각각 θx, θy, 및 θz 방향으로 하여 설명을 실시한다.
노광 장치 (100) 는, 조명계 (IOP), 레티클 (R) 을 유지하는 레티클 스테이지 (RST), 레티클 (R) 에 형성된 패턴의 이미지를 감응제 (레지스트) 가 도포된 웨이퍼 (W) 상에 투영하는 투영 유닛 (PU), 웨이퍼 (W) 를 유지하여 XY 평면 내를 이동하는 웨이퍼 스테이지 (WST) 및 이들 제어계 등을 구비하고 있다.
조명계 (IOP) 는, 광원 및 광원에 송광 광학계를 통하여 접속된 조명 광학계를 포함하고, 레티클 블라인드 (마스킹 시스템) 로 설정 (제한) 된 레티클 (R) 상에서 X 축 방향 (도 1 에 있어서의 지면 직교 방향) 으로 가늘고 길게 연장되는 슬릿상의 조명 영역 (IAR) 을, 조명광 (노광광) (IL) 에 의해 거의 균일한 조도로 조명한다. 조명계 (IOP) 의 구성은, 예를 들어 미국 특허출원 공개 제2003/0025890호 명세서 등에 개시되어 있다. 여기서, 조명광 (IL) 으로서, 일례로서 ArF 엑시머 레이저광 (파장 193 ㎚) 이 사용된다.
레티클 스테이지 (RST) 는, 조명계 (IOP) 의 도 1 에 있어서의 하방에 배치되어 있다. 레티클 스테이지 (RST) 는, 예를 들어 리니어 모터 등을 포함하는 레티클 스테이지 구동계 (11) (도 1 에서는 도시 생략, 도 3 참조) 에 의해, 레티클 스테이지 정반 (23) 상을, 수평면 (XY 평면) 내에서 미소 구동 가능함과 함께, 주사 방향 (도 1 에 있어서의 지면 내 좌우 방향인 Y 축 방향) 으로 소정 스트로크 범위에서 구동 가능하게 되어 있다. 레티클 스테이지 정반 (23) 에는, 조명광 (IL) 의 통로가 되는 Z 축 방향으로 관통한 소정 형상의 개구 (23a) 가, 그 중앙부에 형성되어 있다 (도 2(B) 참조).
레티클 스테이지 (RST) 상에는, 레티클 (R) 이 재치되어 있다. 레티클 (R) 은, 도 2(A) 에 나타내는 바와 같이, 거의 정방형의 유리판으로 이루어지고, 그 ―Z 측의 면의 중앙에 Y 축 방향으로 긴 사각형의 패턴 영역 (PA) 이 형성되어 있다. 이하에서는, 패턴 영역 (PA) 이 형성된 레티클 (R) 의 ―Z 측의 면을 패턴면이라고 부른다. 패턴면에는, 패턴 영역 (PA) 의 Y 축 방향의 양측에 근접하여, 패턴 영역 (PA) 의 X 축 방향의 양단의 위치에 레티클 얼라인먼트 마크 (이하, 레티클 마크로 약기한다) (RA) 가 각 1 쌍 (합계 4 개) 형성되어 있다. 이 4 개의 레티클 마크 (RA) 는, 전자선 노광 장치에 의해 패턴 영역 (PA) 의 패턴 (노광용 패턴) 과 동시에 패턴면에 묘화된 것이다. 본 실시형태에서는, 4 개의 레티클 마크와 패턴 영역 (PA) 의 위치 관계는 설계치대로이다, 즉, 패턴 영역 (PA) 의 패턴 (노광용 패턴) 과 레티클 마크 (RA) 를 묘화하는 전자선 노광 장치의 묘화 오차는 영 (혹은 무시할 수 있을만큼 작은 것) 으로 한다.
레티클 스테이지 (RST) 는, 도 2(A) 및 도 2(B) 에 나타내는 바와 같이, Y 축 방향으로 긴 사각형의 판부재로 이루어지고, 그 상면에는, Y 축 방향의 치수가 레티클 (R) 의 Y 축 방향의 길이보다 크고, 또한 X 축 방향의 치수가 레티클 (R) 의 X 축 방향의 길이보다 약간 큰 사각형의 오목부 (10) 가 형성되고, 그 오목부 (10) 에는, 그 X 축 방향의 중앙부에, Z 축 방향으로 관통한 개구 (10a) 가 Y 축 방향의 전체에 걸쳐 형성되어 있다.
레티클 (R) 은, 패턴 영역 (PA) 이 개구 (10a) 내에 위치하는 상태에서, 오목부 (10) 내의 ―Y 측의 단부 근방에 배치되어 있다. 레티클 (R) 은, 개구 (10a) 의 X 축 방향 양측의 단부의 상면에 형성된 도시 생략의 흡착부에, 예를 들어 진공 흡착되어 있다.
오목부 (10) 내부의 ＋Y 측 단부 근방에는, 레티클 (R) 로부터 ＋Y 측에 소정의 간격을 두고, X 축 방향으로 연장되는 레티클 피두셜판 (이하, 피두셜판으로 약기한다) (RFM) 이, 개구 (10a) 의 X 축 방향 양측의 단부 상면 사이에 가설 (架設) 되어 있다. 피두셜판 (RFM) 은, 그 길이 방향의 양 단부가, 개구 (10a) 의 X 축 방향 양측의 단부 상면에 고정되어 있다. 피두셜판 (RFM) 은, 저열팽창률의 유리, 예를 들어 쇼트사의 제로듀아 (상품명) 등으로 이루어지고, 그 하면 (―Z 측의 면) 에는, 1 쌍의 얼라인먼트 마크 (FA) 가, X 축 방향에 관하여 레티클 (R) 상의 1 쌍의 레티클 마크 (RA) 와 동일한 간격으로 형성되어 있다. 얼라인먼트 마크 (FA) 는, 레티클 마크 (RA) 와 동일한 마크이지만, 여기서는 식별을 위하여, 상이한 부호를 사용하고 있다. 또, 도 3 과 같이, 레티클 (R) 이 레티클 스테이지 (RST) 상에 로드된 상태에서는, 1 쌍의 레티클 마크 (RA) 의 각각과 1 쌍의 얼라인먼트 마크 (FA) 는, 거의 동일한 X 위치에 위치하고 있다. 피두셜판 (RFM) 의 하면 (―Z 측의 면) 에는, 1 쌍의 얼라인먼트 마크 (FA) 에 길이 방향의 일단부와 타단부가 근접하는 상태에서, 여러 가지의 마크 (예를 들어, 공간 이미지 계측에 사용되는 각종 계측 마크를 각각 포함하는 복수의 AIS 마크 블록 등) 가 형성된 마크 영역 (MA) 이 형성되어 있다. 마크 영역 (MA) 과 패턴 영역 (PA) 은, 거의 동일 높이가 되도록 설정되어 있다.
도 1 로 돌아와, 레티클 스테이지 (RST) 의 XY 평면 내의 위치 정보 (θz 방향의 회전 정보를 포함한다) 는, 레티클 레이저 간섭계 (이하, 「레티클 간섭계」라고 한다) (14) 에 의해, 이동경 (12) (또는 레티클 스테이지 (RST) 의 단면에 형성된 반사면) 을 통하여, 예를 들어 0.25 ㎚ 정도의 분해능으로 상시 검출되고 있다. 레티클 간섭계 (14) 의 계측 정보는, 주제어 장치 (20) (도 1 에서는 도시 생략, 도 3 참조) 에 공급된다. 또한, 상기 서술한 레티클 스테이지 (RST) 의 XY 평면 내의 위치 정보는, 레티클 간섭계 (14) 대신에 인코더에 의해 계측을 실시해도 된다.
또한, 도 1, 도 2(A) 및 도 2(B) 에 나타내는 바와 같이, 레티클 스테이지 정반 (23) 의 내부에는, 레티클 (R) 의 패턴의 시간 경과적인 변동의 계측에 사용되는 패턴 계측 장치 (30) 가, 복수 (예를 들어 5 개), 일례로서 X 축 방향으로 소정 간격으로 형성되어 있다. 또한, 패턴 계측 장치 (30) 에 대해서는 후술한다.
투영 유닛 (PU) 은, 레티클 스테이지 (RST) 의 도 1 에 있어서의 하방에 배치되어 있다. 투영 유닛 (PU) 은, 경통 (40) 과, 경통 (40) 내에 유지된 투영 광학계 (PL) 를 포함한다. 투영 광학계 (PL) 는, 예를 들어 양측 텔레센트릭으로, 소정의 투영 배율 (예를 들어 1/4 배, 1/5 배 또는 1/8 배 등) 을 갖는다. 이 때문에, 조명계 (IOP) 로부터의 조명광 (IL) 에 의해 레티클 (R) 상의 조명 영역 (IAR) 이 조명되면, 투영 광학계 (PL) 의 제 1 면 (물체면) 과 패턴면이 거의 일치하여 배치되는 레티클 (R) 을 통과한 조명광 (IL) 에 의해, 투영 광학계 (PL) 를 통하여 그 조명 영역 (IAR) 내의 레티클 (R) 의 회로 패턴의 축소 이미지 (회로 패턴의 일부의 축소 이미지) 가, 투영 광학계 (PL) 의 제 2 면 (이미지면) 측에 배치되는, 표면에 레지스트 (감응제) 가 도포된 웨이퍼 (W) 상의 상기 조명 영역 (IAR) 에 공액인 영역 (이하, 노광 영역이라고도 부른다) (IA) 에 형성된다. 그리고, 레티클 스테이지 (RST) 와 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 동기 구동에 의해, 조명 영역 (IAR) (조명광 (IL)) 에 대해 레티클 (R) 을 주사 방향 (Y 축 방향) 으로 상대 이동시킴과 함께, 노광 영역 (IA) (조명광 (IL)) 에 대해 웨이퍼 (W) 를 주사 방향 (Y 축 방향) 으로 상대 이동시킴으로써, 웨이퍼 (W) 상의 하나의 쇼트 영역 (구획 영역) 의 주사 노광이 실시되고, 그 쇼트 영역에 레티클 (R) 의 패턴이 전사된다.
투영 광학계 (PL) 로는, 일례로서 Z 축 방향과 평행한 광축 (AX) 을 따라 배열되는 복수 장, 예를 들어 10 ∼ 20 장 정도의 굴절 광학 소자 (렌즈 소자) 만으로 이루어지는 굴절계가 사용되고 있다. 이 투영 광학계 (PL) 를 구성하는 복수 장의 렌즈 소자 중, 물체면측 (레티클 (R) 측) 의 복수 장의 렌즈 소자는, 도시 생략의 구동 소자, 예를 들어 피에조 소자 등에 의해, Z 축 방향 (투영 광학계 (PL) 의 광축 방향) 으로 시프트 구동, 및 XY 면에 대한 경사 방향 (즉 θx 방향 및 θy 방향) 으로 구동 가능한 가동 렌즈로 되어 있다. 그리고, 결상 특성 보정 컨트롤러 (48) (도 1 에서는 도시 생략, 도 3 참조) 가, 주제어 장치 (20) 로부터의 지시에 기초하여, 각 구동 소자에 대한 인가 전압을 독립적으로 조정함으로써, 각 가동 렌즈가 개별적으로 구동되어, 투영 광학계 (PL) 의 여러 가지의 결상 특성 (배율, 왜곡 수차, 비점 수차, 코마 수차, 이미지면 만곡 등) 이 조정되게 되어 있다. 또한, 가동 렌즈의 이동 대신에, 혹은 이것에 더하여, 경통 (40) 의 내부의 인접하는 특정 렌즈 소자 사이에 기밀실을 형성하고, 그 기밀실 내의 기체의 압력을 결상 특성 보정 컨트롤러 (48) 가 제어하는 구성으로 해도 되고, 조명광 (IL) 의 중심 파장을 결상 특성 보정 컨트롤러 (48) 를 시프트할 수 있는 구성을 채용해도 된다. 이들 구성에 따라서도, 투영 광학계 (PL) 의 결상 특성의 조정이 가능하다.
웨이퍼 스테이지 (WST) 는, 리니어 모터 또는 평면 모터 등을 포함하는 스테이지 구동계 (24) (도 1 에서는, 편의상 블록으로 나타내고 있다) 에 의해, 웨이퍼 스테이지 정반 (22) 상을 X 축 방향, Y 축 방향으로 소정 스트로크로 구동됨과 함께, Z 축 방향, θx 방향, θy 방향 및 θz 방향으로 미소 구동된다. 웨이퍼 스테이지 (WST) 상에, 웨이퍼 (W) 가, 웨이퍼 홀더 (도시 생략) 를 통하여 진공 흡착 등에 의해 유지되고 있다. 또한, 웨이퍼 스테이지 (WST) 대신에, X 축 방향, Y 축 방향 및 θz 방향으로 이동하는 제 1 스테이지와, 그 제 1 스테이지 상에서 Z 축 방향, θx 방향 및 θy 방향으로 미동 (微動) 하는 제 2 스테이지를 구비하는, 스테이지 장치를 사용할 수도 있다.
웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면 내의 위치 정보 (회전 정보 (요잉량 (θz 방향의 회전량 θz), 피칭량 (θx 방향의 회전량 θx), 롤링량 (θy 방향의 회전량 θy)) 을 포함한다) 는, 레이저 간섭계 시스템 (이하, 간섭계 시스템으로 약기한다) (18) 에 의해, 이동경 (16) (또는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 단면에 형성된 반사면) 을 통하여, 예를 들어 0.25 ㎚ 정도의 분해능으로 상시 검출된다. 또한, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면 내의 위치 정보는, 간섭계 시스템 (18) 대신에 인코더에 의해 계측을 실시해도 된다.
간섭계 시스템 (18) 의 계측 정보는, 주제어 장치 (20) 에 공급된다 (도 3 참조). 주제어 장치 (20) 는, 간섭계 시스템 (18) 의 계측 정보에 기초하여, 스테이지 구동계 (24) 를 통하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면 내의 위치 (θz 방향의 회전을 포함한다) 를 제어한다.
또, 도 1 에서는 도시가 생략되어 있지만, 웨이퍼 (W) 의 표면의 Z 축 방향의 위치 및 경사량은, 예를 들어 미국 특허 제5,448,332호 명세서 등에 개시되는 사입사 방식의 다점 초점 위치 검출계로 이루어지는 포커스 센서 (AFS) (도 3 참조) 에 의해 계측된다. 이 포커스 센서 (AFS) 의 계측 정보도 주제어 장치 (20) 에 공급된다 (도 3 참조).
또, 웨이퍼 스테이지 (WST) 상에는, 그 표면이 웨이퍼 (W) 의 표면과 동일한 높이인 기준판 (FP) 이 고정되어 있다. 이 기준판 (FP) 의 표면에는, 다음에 설명하는 얼라인먼트 검출계 (AS) 의 베이스 라인 계측 등에 사용되는 제 1 기준 마크, 및 후술하는 레티클 얼라인먼트 검출계로 검출되는 1 쌍의 제 2 기준 마크 등이 형성되어 있다.
투영 유닛 (PU) 의 경통 (40) 의 측면에는, 웨이퍼 (W) 에 형성된 얼라인먼트 마크 또는 제 1 기준 마크를 검출하는 얼라인먼트 검출계 (AS) 가 형성되어 있다. 얼라인먼트 검출계 (AS) 로서, 일례로서 할로겐 램프 등의 브로드밴드 (광대역) 광으로 마크를 조명하고, 이 마크의 화상을 화상 처리함으로써 마크 위치를 계측하는 화상 처리 방식의 결상식 얼라인먼트 센서의 일종인 FIA (Field Image Alignment) 계가 사용되고 있다.
노광 장치 (100) 에서는, 추가로 레티클 스테이지 (RST) 의 상방에, 레티클 스테이지 (RST) 에 재치된 레티클 (R) 상의 동일 Y 위치에 있는 1 쌍의 레티클 마크 (RA) 를 동시에 검출 가능한 1 쌍의 레티클 얼라인먼트 검출계 (13) (도 1 에서는 도시 생략, 도 3 참조) 가 X 축 방향으로 소정 거리를 두고 형성되어 있다. 각 레티클 얼라인먼트 검출계 (13) 는, CCD 카메라 등의 촬상 소자로 촬상한 얼라인먼트 마크의 화상 데이터를 화상 처리하여 마크 위치를 계측하는 VRA (Visual Reticle Alignment) 방식의 검출계이며, 각각, 조명광 (IL) 과 동일한 파장의 조명광을 얼라인먼트 마크에 조사하기 위한 낙사 (落射) 조명계와, 그 얼라인먼트 마크의 이미지를 촬상하기 위한 검출계 (모두 도시 생략) 를 포함하여 구성되어 있다. 검출계에 의한 촬상 결과 (즉 레티클 얼라인먼트 검출계 (13) 에 의한 마크의 검출 결과) 는, 주제어 장치 (20) 에 공급되고 있다. 각 레티클 얼라인먼트 검출계 (13) 는, 조명광 (IL) 의 광로 상에 자유롭게 삽입 탈착할 수 있는 미러를 갖고, 그 미러가 조명광 (IL) 의 광로 상에 삽입되면, 낙사 조명계 (도시 생략) 로부터 사출된 조명광을 레티클 (R) 상에 유도하고, 또한 그 조명에 의해 레티클 (R) → 투영 광학계 (PL) → 웨이퍼 스테이지 (WST) 상의 물체 (예를 들어 기준판 (FP)) → 투영 광학계 (PL) → 레티클 (R) 이라는 경로를 거친 검출광을 레티클 얼라인먼트 검출계 (13) 의 검출계로 유도한다. 또한, 상기 미러는, 노광 시퀀스가 개시되면, 레티클 (R) 상의 패턴 영역 (PA) 의 패턴 (노광용 패턴) 을 웨이퍼 (W) 상에 전사하기 위한 조명광 (IL) 의 조사 전에, 주제어 장치 (20) 로부터의 지령에 기초하여 도시 생략의 구동 장치에 의해 조명광 (IL) 의 광로 외로 퇴피된다.
다음으로, 5 개의 패턴 계측 장치 (30) 에 대해 설명한다. 5 개의 패턴 계측 장치 (30) 는, 도 2(A) 에 나타내는 바와 같이, X 축 방향으로 이간되어 배치되어 있다. 5 개의 패턴 계측 장치 (30) 의 Y 위치는, 도 2(B) 에 나타내는 바와 같이, 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) 으로부터 ＋Y 측으로 약간 오프셋한 위치에 배치되어 있다. 각 패턴 계측 장치 (30) 는, 후술하는 바와 같이, 타깃으로부터의 스펙클에 관한 정보를 취득하는 것이기 때문에, 이하에서는, 스펙클 센서 (30) 로 부르고, 각 센서의 식별을 위하여, ＋X 측으로부터 순서대로 스펙클 센서 (30R2), 스펙클 센서 (30R1), 스펙클 센서 (30C), 스펙클 센서 (30L1) 및 스펙클 센서 (30L2) 로 칭한다. 여기서, 「스펙클에 관한 정보」란, 계측광 (예를 들어 코히런트한 레이저광) 이 타깃 (물체로서의 레티클 등) 의 표면에서 산란된 반사광이 서로 간섭하여 생성된 명암의 반점 모양에 관한 정보이며, 구체예로는 스펙클, 스펙클 노이즈, 혹은 스펙클 패턴 등이 포함된다.
X 축 방향의 양 단부에 위치하는 스펙클 센서 (30R2) 및 스펙클 센서 (30L2) 는, 평면시에 있어서 레티클 (R) 상의 1 쌍의 레티클 마크 (RA) 와 중첩될 수 있는 위치에 형성되어 있다.
5 개의 스펙클 센서 (30) 는, 배치가 상이한 점을 제외하고 동일한 구성으로 이루어지므로, 이하에서는 스펙클 센서 (30R2) 를 대표적으로 채택하고, 그 구성 등에 대해 설명한다.
스펙클 센서 (30R2) 는, 인코더의 일종이며, 예를 들어 미국 특허출원 공개 제2004/0218181호 명세서에 개시되어 있는 스펙클 화상 베이스의 광학식 위치 트랜스듀서와 동일하게 구성되어 있다. 즉, 스펙클 센서 (30R2) 는, 레티클 스테이지 정반 (23) 의 내부에 형성되고, 케이싱 (31), 광원, 렌즈 (32), 핀홀을 갖는 핀홀판, 및 광 검출기, 그리고 신호 생성 처리 회로 등을 구비하고 있다 (도 2(B) 등에서는, 케이싱 (31), 렌즈 (32) 만 도시).
광원은, 케이싱 (31) 내부에 수납되고, 케이싱 (31) 에 형성된 광 투과부를 통하여 타깃이 되는 광학 확산 조면 (粗面) (도 2(B) 의 경우, 레티클 (R) 의 패턴면의 패턴 영역 (PA) 부분) 에 그 법선 방향 (Z 축 방향) 에 대해 경사진 방향으로부터 레이저 빔 (혹은 다른 코히런트한 광 빔) (LB) 을 조사한다. 코히런트한 광 빔의 광원으로는, 레이저 빔을 방사하는 광원이 일반적이다. 그러나, 레이저 빔 대신에, 코히런트한 광 빔을 방사할 가능성이 있는 어떠한 다른 이미 알려진 또는 향후 개발되는 코히런트 광원이라도 사용 가능하다. 또한, 코히런트한 광 빔의 광원을 사용하는 것은, 백색광 등에 비해 스펙클의 고정밀도의 계측이 가능하기 때문이다.
렌즈 (32) 는, 케이싱 (31) 의 상벽 (＋Z 측의 벽면) 에 형성된 개구 내에 배치되고, 그 광축이 Z 축 방향에 일치하는 상태로 케이싱 (31) 에 고정되어 있다. 렌즈 (32) 가 배치된 케이싱 (31) 의 상벽의 상면은, 레티클 스테이지 정반 (23) 의 상면과 거의 일치하고 있다.
핀홀판 (도시 생략) 은, 그 핀홀의 중심이, 렌즈 (32) 의 광축과 거의 일치하는 상태로, 렌즈 (32) 의 ―Z 측의 후측 초점면에 배치되어 있다. 핀홀판으로부터 ―Z 측으로 떨어져 광 검출기 (도시 생략) 가 배치되어 있다. 이 경우, 렌즈 (32) 및 핀홀판을 포함하는 광학계는 텔레센트릭한 광학계이다.
광 검출기로는, 예를 들어 차지·커플드·디바이스 (CCD), CMOS 광 감응 요소의 배열 등이 사용된다.
신호 생성 처리 회로는, 광원 및 광 검출기에 접속되고, 예를 들어 미국 특허출원 공개 제2004/0218181호 명세서에 개시되는 신호 생성 처리 회로와 동일하게 구성되어 있다.
여기서, 스펙클 센서 (30R2) 에 의한 스펙클의 검출 원리에 대하여, 간단하게 설명한다. 도 2(B) 에 나타내는 바와 같이, 스펙클 센서 (30R2) 내부의 광원으로부터 Z 축에 대해 비스듬하게 사출된 레이저 빔 (LB) 이 타깃이 되는 광학 확산 조면 (도 2(B) 의 경우, 레티클 (R) 의 패턴면의 패턴 영역 (PA)) 의 일부의 영역, 즉, 패턴의 일부를 포함하는 패턴면에 있어서의 영역에 조사되고, 그 영역으로부터 산란광, 회절광, 혹은 회절광끼리의 간섭광 등이 발생한다. 그리고, 이들 광이 렌즈 (32) 에 의해 집광되고, 핀홀판 상의 핀홀을 포함하는 영역에 투영된다. 그리고, 이 광은, 핀홀을 통과하여 렌즈 (32) 의 광축을 따라 광 검출기의 수광면 상에 투영된다. 이로써, 광 검출기의 검출 정보가, 신호 생성 처리 회로에 보내지고, 그 신호 생성 처리 회로에 의해, 예를 들어 미국 특허출원 공개 제2004/0218181호 명세서에 개시되어 있는 수법에 의해 스펙클이 검출된다.
또한, 광학 확산 조면으로는, 레티클 (R) 의 패턴면에 한정되지 않고 레티클 (R) 의 소정면이어도 된다. 레티클 (R) 의 소정면으로는, 레티클 (R) 의 패턴면 외에, 예를 들어 레티클 (R) 의 상면 (패턴면과 반대측의 면) 이나 레티클 (R) 의 측면 등을 소정면으로 해도 된다.
이 경우, 전술한 바와 같이, 텔레센트릭 광학계가 채용되어 있으므로, 스펙클 센서 (30R2) 는, 패턴면과 레티클 스테이지 정반 (23) 의 상면 사이의 갭의 변화에 민감하지 않다. 또한, 핀홀판이 사용되고 있으므로, 스펙클 (화상) 의 사이즈는 핀홀의 치수에만 의존하고, 특히 렌즈 (32) 의 어떠한 렌즈 파라미터에 대해서도 독립적이다.
그 밖의 스펙클 센서 (30R1, 30C, 30L1 및 30L2) 는, 상기 스펙클 센서 (30R2) 와 동일하게 구성되어 있다. 5 개의 스펙클 센서 (30R2, 30R1, 30C, 30L1 및 30L2) 의 신호 생성 처리 회로로부터의 스펙클의 정보는, 주제어 장치 (20) 에 공급되게 되어 있다 (도 3 참조). 5 개의 스펙클 센서 (30R2, 30R1, 30C, 30L1 및 30L2) 각각의 검출 영역은, 각각의 광원으로부터의 레이저 빔 (LB) 의 패턴면 상에 있어서의 조사 영역 (각각의 렌즈 (32) 의 ＋Z 측의 영역) 이며, 이들 조사 영역은, 스펙클 센서 (30R2, 30R1, 30C, 30L1 및 30L2) 의 배치에 따라 패턴면 상에서 X 축 방향으로 이간되어 배치되어 있다 (도 2(A) 중의 5 개의 렌즈 (32) 의 배치 참조).
도 3 에는, 노광 장치 (100) 의 제어계를 중심적으로 구성하는 주제어 장치 (20) 의 입출력 관계가 블록도로 나타나 있다. 주제어 장치 (20) 는, 마이크로 컴퓨터 (혹은 워크 스테이션) 등을 포함하고, 노광 장치 (100) 의 전체를 통괄 제어한다.
다음으로, 본 실시형태에 관련된 노광 장치 (100) 로 실시되는, 레티클 (R) 의 패턴 영역 (PA) 내의 패턴의 광축 (AX) 에 교차하는, 예를 들어 직교하는 XY 평면과 평행한 패턴면 내의 변동량 (변형량) 의 계측 방법에 대해 설명한다.
먼저, 계측의 원리에 대해 간단하게 설명한다.
최초, 그 노광용 패턴 (레티클 (R)) 이 처음으로 사용될 때에 한번만 레티클 스테이지 (RST) 를 통하여 레티클 (R) 을 소정 위치에 위치 결정하여 스펙클 센서 (30) 를 사용하여 레티클 (R) 의 패턴 영역 (PA) 의 적어도 일부의 영역, 즉 패턴의 일부를 포함하는 패턴면의 일부의 영역의 스펙클의 검출을 실시하고, 그 검출 결과를 기준 상태 (원점 상태) 에 있어서의 스펙클의 정보로서 기억해 둔다. 또한, 상기 서술한 스펙클의 검출은 패턴의 전부를 포함하는 패턴면 (예를 들어 패턴 영역 (PA) 의 전역) 에 대해 실시해도 된다.
상기의 기준 상태에 있어서의 스펙클의 검출이 실시된 시점으로부터 소정 시간이 경과한 후에는, 예를 들어 그 소정 시간 동안에 조명광 (IL) 의 조사가 실시되는 경우에는, 레티클의 열변형 (열팽창 등) 에 의해, 레티클 (R) 의 패턴 영역 (PA) (의 각 부) 이 패턴면 내에서 수 ㎚ 레벨 변동 (변위) 한다. 따라서, 이 때, 상기 서술한 레티클 (R) 의 패턴 영역 (PA) 의 일부의 영역을 검출하여 얻어지는 스펙클은, 그 검출시에 레티클 (R) 을 상기 소정 위치에 위치 결정하고 있었다고 하면, 상기의 수 ㎚ 레벨의 변동에 따라 변화하고 있다.
그래서, 상기 소정 위치에 레티클 (R) 을 위치 결정하고 스펙클 센서 (30) 를 사용하여 레티클 (R) 의 패턴 영역 (PA) 의 일부의 영역의 스펙클의 검출을 실시하고, 미리 검출하여 기억해 둔 기준 상태에 있어서의 스펙클의 정보와, 이후에 검출한 스펙클의 정보의 차분을 사용하여 소정의 연산을 실시하고, 그 차분을 패턴 영역 (PA) 의 변동량 (ΔX, ΔY) 으로 환산한다. 여기서는, 레티클 (R) 을 소정의 위치에 위치 결정하고, 2 개의 시점에서, 패턴면의 동일 영역에 대해 스펙클의 검출을 실시하는 경우에 대해 설명했지만, 레티클 (R) 을 이동하면서, 검출을 실시하는 경우에도, 상기와 마찬가지로, 이후의 검출시에 검출한 스펙클의 정보와, 기준 상태에서 미리 검출하여 기억해 둔 스펙클의 정보의 차분에 기초하여, 패턴 영역 (PA) 의 일부의 영역의 변동량 (ΔX, ΔY) 을 구할 수 있다. 레티클 (R) 의 위치 정보는, 레티클 간섭계 (14) 에 의해, 0.25 ㎚ 의 분해능으로 정확하게 계측할 수 있으므로, 이후의 스펙클의 검출시와 기준 상태에 있어서의 스펙클의 검출시에서, 레티클 스테이지 (RST) (레티클 (R)) 를 동일하게 움직이게 하는 한, 동일 좌표 위치에 있는 패턴으로부터의 스펙클끼리의 비교 (차분) 가 가능해진다.
다음으로, 5 개의 스펙클 센서를 사용하는, 레티클 (R) 의 패턴 영역 (PA) 의 패턴 (노광용 패턴) 의 변동량의 계측 방법의 구체예에 대해 설명한다.
먼저, 어느 특정 레티클 (R) 이 처음으로 레티클 스테이지 (RST) 상에 로드 되었을 때, 그 레티클 (R) 의 노광용 패턴이 만들어 내는 스펙클을 계측 (검출) 하는 동작 (후술하는 초기 계측 동작) 이 실시되고, 그 계측 결과가, 주제어 장치 (20) 가 구비하는 기억 장치 (도시 생략) 에 기억된다. 레티클 (R) (패턴) 이 상이하면, 그것에서 얻어지는 스펙클도 고유한 것이 되기 때문에, 초기 계측 동작은 레티클마다 반드시 1 회만 실시할 필요가 있다. 본 실시형태에서는, 사용될 가능성이 있는 레티클에 대해서는, 다음에 설명하는 초기 계측 동작이 실시되고, 그 계측 결과가, 주제어 장치 (20) 가 구비하는 기억 장치에 기억되어 있는 것으로 한다. 본 실시형태에서는, 사용될 가능성이 있는 어느 레티클에 있어서도, 4 개의 레티클 마크 (RA) 와 패턴 영역 (PA) 의 위치 관계는 설계치대로인 것으로 한다.
초기 계측 동작은, 이 계측 대상의 레티클 (R) 에 조명광 (IL) 이 아직 조사되어 있지 않은 기준 상태, 즉 레티클 (R) 이 가열되어 있지 않고, 신축도 하고 있지 않고, 향후의 노광 동작의 기준으로 할 수 있는 상태로 실시되는 것이 바람직하다.
구체적으로는, 주제어 장치 (20) 는, 도 4(A) 에 나타내는 바와 같이, 예를 들어 주사 노광시와 마찬가지로 레티클 스테이지 (RST) 를 동 도면 중에 흰색 화살표로 나타내는 주사 방향 (스캔 방향) 으로 등속 이동시킴으로써, 레티클 스테이지 (RST) 상에 고정된 피두셜판 (RFM) 과 계측 대상의 레티클 (R) 을, 주사 방향 (스캔 방향) 으로 주사하면서, 5 개의 스펙클 센서 (30R2, 30R1, 30C, 30L1 및 30L2) 의 신호 생성 처리 회로로부터의 스펙클의 검출 신호 (스펙클 신호) 를 연속적으로 취득한다.
상기의 스펙클 신호의 취득은, 레티클 간섭계 (14) 에 의한 계측 신호의 취입 타이밍에 동기하여 실시된다. 즉, 레티클 간섭계 (14) 의 계측치와 스펙클 신호가, 상호 대응된 정보가, 주제어 장치 (20) 에 의해 기억 장치 내에 축적된다. 이 시점에서 얻어지는 스펙클 신호는, 레티클 (R) 의 노광용 패턴 유래의 랜덤한 스펙클의 정보이며, 이용할 수 있는 위치 정보는 아무것도 얻어지지 않았다. 어디까지나 기준으로 해야 할 신호 파형이 얻어졌을 뿐인 상태이다.
도 4(B) 에는, 일례로서 이 때 스펙클 센서 (30L1) 로부터 얻어지는 스펙클의 정보가 개념도로서 나타나 있다. 도 4(B) 에 있어서, 가로축은, 스테이지 좌표계 상에 있어서의 레티클 스테이지 (RST) 의 Y 좌표를 나타내고, 세로축은, 스펙클 신호를 나타낸다. 또한, 도 4(B) 에서는, 도시의 편의상으로부터 개념도로서 스펙클 신호가 스칼라량으로서 나타나 있는데, 실제로는, 스칼라량이 아닌 다차원의 정보이다. 또, 부호 Sf0 로 나타내는 신호 파형은, 피두셜판 (RFM) 의 일부의 영역으로부터 얻어지는 스펙클 신호의 파형을 나타내고, 부호 Sp0 로 나타나는 신호 파형은, 레티클 (R) 의 패턴 영역 (PA) 의 일부의 영역으로부터 얻어지는 스펙클 신호의 파형을 나타낸다.
한편, 각 로트의 웨이퍼의 노광 개시 직전, 즉 로트 선두에 실시되는, 레티클 얼라인먼트시에는, 주제어 장치 (20) 는, 통상적인 스캐너와 마찬가지로 1 쌍의 레티클 얼라인먼트 검출계 (13) 및 웨이퍼 스테이지 (WST) 상의 기준판 (FP) 의 1 쌍의 제 2 기준 마크, 그리고 4 개의 레티클 마크 (RA) 를 사용하여 레티클 얼라인먼트 동작을 실시한다. 이것에 더하여, 주제어 장치 (20) 는, 전술한 초기 계측 동작시와 마찬가지로 하고, 레티클 스테이지 (RST) 를 주사 방향 (스캔 방향) 으로 등속 이동시켜, 레티클 스테이지 (RST) 상에 고정된 피두셜판 (RFM) 과 레티클 (R) 을, 주사 방향 (스캔 방향) 으로 주사시키면서, 5 개의 스펙클 센서 (30R2, 30R1, 30C, 30L1 및 30L2) 의 신호 생성 처리 회로로부터의 스펙클 신호를, 레티클 간섭계 (14) 에 의한 계측 신호의 취입 타이밍에 동기하여 연속적으로 취득하고, 기억 장치 내에 축적한다.
이어서, 주제어 장치 (20) 는, 이 레티클 얼라인먼트시의 계측에 의해 얻어진 스펙클과, 미리 취득이 완료된 그 레티클 (R) 의 기준 상태에 있어서의 스펙클을 비교함으로써, 계측시에 레티클 (R) 의 패턴 영역 (PA) 의 각 부가 기준 상태에 대해 얼마나 변위되어 있는지를 연산에 의해 구한다.
일례로서 스펙클 센서 (30L1) 를 사용한 계측에 대해 설명하면, 예를 들어, 도 5(B) 에 개념도로서 나타내는 계측시에 얻어진 스펙클의 정보 (신호 파형 Sf, Sp 참조) 와, 도 5(A) 에 개념도로서 나타내는 기준 상태에 있어서의 스펙클의 정보 (신호 파형 Sf0, Sp0 참조) 의 차분으로부터, 도 5(C) 및 도 5(D) 에 각각 개념도로서 나타내는, 기준 상태에 대한 타깃의 각 부의 변동량 (X 변위 (ΔX) 및 Y 변위 (ΔY)) 이 구해진다. 타깃으로는, 패턴 영역 (PA) 의 일부 이외에, 피두셜판 (RFM) 의 일부 (및 레티클 (R) 상의 레티클 마크 (RA)) 가 포함된다.
상기와 동일한 기준 상태에 대한 타깃의 각 부의 변동량 (X 변위 (ΔX) 및 Y 변위 (ΔY)) 이, 나머지 4 개의 스펙클 센서 (30L2, 30C, 30R2, 30R1) 의 각각을 사용한 계측 결과로서 구해진다.
그런데, 각 스펙클 센서 (30) 의 케이싱 (31) 의 장착 위치 혹은 장착 상태는, 장시간 동안에는 변동한다고 생각되고, 이로써 각 스펙클 센서 (30) 의 출력에 드리프트가 발생하고, 이 드리프트에서 기인하여 전술한 변동량에 계측 오차가 발생한다. 본 실시형태에서는, 이 스펙클 센서의 출력의 시간 경과적인 드리프트에서 기인되는 전술한 변동량의 계측 오차를 제거하기 위해, 피두셜판 (RFM) 이 사용된다. 즉, 피두셜판 (RFM) 은, 레티클 (R) 과는 달리, 노광 개시 후 장시간 경과해도, 열변형 등이 발생할 우려가 없으므로, 피두셜판 (RFM) 으로부터 얻어지는 스펙클은, 계측시에 있어서도 기준 상태로부터 변화하지 않을 것이다. 따라서, 예를 들어 도 5(C) 및 도 5(D) 등에서 피두셜판 (RFM) 에 대하여, 얻어지고 있는 X 변위 (ΔX) 및 Y 변위 (ΔY) 는, 대응하는 스펙클 센서 (이 경우, 스펙클 센서 (30L1)) 의 출력의 시간 경과적인 드리프트에 의한 변동 성분 (드리프트 성분이라고도 칭한다) 이라고 생각할 수 있다. 그래서, 주제어 장치 (20) 는, 계측시에 동일한 스펙클 센서의 계측 결과로부터 얻어진, 레티클 패턴 영역 (PA) 부분의 X 변위 (ΔX) 및 Y 변위 (ΔY) 로부터, 피두셜판 (RFM) 부분의 X 변위 (ΔX), Y 변위 (ΔY) 를 뺌으로써, 상기의 스펙클 센서의 출력의 시간 경과적인 드리프트에서 기인되는 전술한 변동량의 계측 오차를 제거한다.
예를 들어, 도 6(A) 에 점선으로 나타내는 바와 같은 스펙클의 Y 변위 (ΔY) 가, 피두셜판 (RFM) 부분 및 레티클 패턴 영역 (PA) 부분으로부터 얻어진 경우, 동 (同) 도면 중에 실선으로 나타내는 위치까지, 그것들을 Y 축 방향으로 시프트함으로써, 스펙클 센서의 출력의 시간 경과적인 드리프트에서 기인되는 계측 오차 (드리프트 성분) 를 제거한 패턴 영역 (PA) 부분의 Y 변위 (ΔY) 를 얻을 수 있다. X 변위 (ΔX) 에 대해서도 동일하다.
그래서, 주제어 장치 (20) 는, 도 7(A) 및 도 7(B) 에 일례가 나타나는, 5 개의 스펙클 센서 (30L2, 30L1, 30C, 30R2, 30R1) 각각에서 얻어진 타깃 각 부의 X 변위 (ΔX) 및 Y 변위 (ΔY) 를 전술한 바와 같이 하여 구한 (각 스펙클 신호를 변위 정보로 변환한 후), 도 7(A) 및 도 7(B) 중의 좌측에 나타내는 각 스펙클 센서의 출력의 드리프트 성분을, 우측에 나타내는 대응하는 패턴 영역 (PA) 부분의 X 변위 (ΔX) 및 Y 변위 (ΔY) 로부터 제거한다.
그러한 후, 주제어 장치 (20) 는, 드리프트 성분이 제거된 5 개의 스펙클 센서 (30L2, 30L1, 30C, 30R2, 30R1) 각각에서 얻어진 패턴 영역 (PA) 의 변동 정보 (ΔX 및 ΔY) 와, 레티클 (R) 의 패턴 영역 (PA) 의 각 부의 위치 정보 (4 개의 레티클 마크 (RA) 의 위치를 기준으로 하는 위치 정보) 에 기초하여, 패턴 영역 (PA) 의 2 차원적인 변형 형상 (즉 레티클 패턴 영역 (PA) 내 각 부의 XY 평면 내의 변동 정보 (변위 정보)) 을 레티클 마크 (RA) 의 위치를 기준으로 하여 구할 수 있다 (도 7(C) 참조). 여기서, 패턴 영역 (PA) 의 변형 형상을 레티클 마크 (RA) 의 위치를 기준으로 하여 구할 수 있는 것은, 도 7(A) 및 도 7(B) 등에는 도시되어 있지 않지만, 실제로는, 스펙클 센서 (30L2, 30R2) 에 의해, 각 2 개의 레티클 마크 (RA) 로부터의 스펙클이 계측되고, 결과적으로 이들 레티클 마크 (RA) 의 위치 정보가 스펙클의 계측 결과에 포함되어 있기 때문이다. 또, 지금까지는 특별히 설명하지 않았지만, 본 실시형태에서는, 레티클 얼라인먼트 후에는, 레티클 (R) 의 위치 정보는, 레티클 스테이지 (RST) 의 위치 정보를 계측하는 레티클 간섭계 (14) 로 계측되고, 또, 각 스펙클 센서 (30) 의 설치 위치, 나아가서는 그 검출 영역 (레이저 빔 (LB) 의 패턴면 상에서의 조사 영역) 의 스테이지 좌표계 상에서의 위치 좌표는, 이미 알려져 있다. 따라서, 주제어 장치 (20) 는, 레티클 간섭계 (14) 로 계측한 위치 정보, 예를 들어 레티클 스테이지 (RST) 의 Y 좌표치 (Y) 를 알면, 레티클 (R) 의 Y 위치 및 대응하는 레티클 (R) 상에서의 레이저 빔 (LB) 의 조사 위치를 산출할 수 있다. 따라서, 스펙클 센서 (30L2, 30R2) 로 계측된 스펙클의 정보 중, 어느 부분이 레티클 마크 (RA) 에서 발생한 스펙클의 정보인지를 용이하게 판별할 수 있다.
본 실시형태에 관련된 노광 장치 (100) 에서는, 예를 들어 로트 선두의 웨이퍼의 처리시에는, 최초로, 레티클 (R) 이 레티클 스테이지 (RST) 상에 로드되고, 주제어 장치 (20) 에 의해 1 쌍의 레티클 얼라인먼트 검출계 (13), 얼라인먼트 검출계 (AS), 그리고 기준판 (FP) (1 쌍의 제 2 기준 마크 및 제 1 기준 마크) 을 사용하여, 예를 들어 미국 특허 제5,646,413호 명세서 등에 개시되는 순서에 따라 레티클 얼라인먼트 및 얼라인먼트 검출계 (AS) 의 베이스 라인 계측이 실시된다. 또, 레티클 얼라인먼트시에, 위에서 상세히 서술한 순서에 따라, 주제어 장치 (20) 에 의해, 패턴 영역 (PA) 의 2 차원적인 변형 형상이 레티클 마크 (RA) 의 위치를 기준으로 하여 구해진다.
이어서, 웨이퍼 (W) 의 웨이퍼 스테이지 (WST) 상으로의 로드 (또는 웨이퍼 교환) 가 실시된 후, 주제어 장치 (20) 에 의해, 얼라인먼트 검출계 (AS) 를 사용하여, 웨이퍼 (W) 상의 복수의 얼라인먼트 마크를 검출하는 얼라인먼트 계측 (예를 들어 EGA) 이 실행된다. 이로써, 웨이퍼 (W) 상의 복수의 쇼트 영역의 배열 좌표가 구해진다. 또한, 얼라인먼트 계측 (EGA) 의 자세한 것은, 예를 들어, 미국 특허 제4,780,617호 명세서 등에 개시되어 있다.
이어서, 주제어 장치 (20) 에 의해, 얼라인먼트 계측의 결과에 기초하여, 웨이퍼 (W) 상의 복수의 쇼트 영역의 노광을 위한 가속 개시 위치에 웨이퍼 (W) 를 이동하는 쇼트간 스테핑 동작과, 전술한 주사 노광 동작을 반복하는 스텝·앤드·스캔 방식의 노광 동작이 실시되고, 웨이퍼 (W) 상의 전쇼트 영역에, 순차 레티클 (R) 의 패턴이 전사된다.
그 노광시에, 주제어 장치 (20) 는, 레티클 얼라인먼트시에 구한, 레티클 (R) 의 패턴 영역 (PA) 의 2 차원적인 변형의 정보에 기초하여, 레티클 스테이지 구동계 (11), 스테이지 구동계 (24) 및 결상 특성 보정 컨트롤러 (48) 중 적어도 하나를 제어함으로써, 레티클 (R) 의 패턴 영역 (PA) (노광용 패턴) 과 웨이퍼 (W) 상에 이미 형성되어 있는 복수의 쇼트 영역 (하지 패턴) 의 중첩을 보다 고정밀도로 실시한다. 이 점을 제외하고, 스텝·앤드·스캔 방식의 노광 동작은, 종래와 상이한 점은 없으므로, 상세 설명은 생략한다.
노광이 종료되면, 노광이 완료된 웨이퍼 (W) 가, 웨이퍼 스테이지 (WST) 상으로부터 언로드된다. 그 후, 상기 서술한 웨이퍼 (W) 의 로드 이후의 동작이 반복 실시되어, 로트 내의 복수의 웨이퍼가 순차 처리된다. 로트의 처리의 종료 후, 동일한 처리 (레티클 얼라인먼트 및 이 레티클 얼라인먼트에 수반하는 전술한 패턴 영역 (PA) 의 2 차원적인 변형 형상의 계측을 포함한다) 가 다음의 로트의 웨이퍼에 대해 반복 실시된다. 또한, 다음의 로트의 처리시에는, 레티클 교환이 실시되고, 상이한 레티클이 사용되는 경우도 있지만, 본 실시형태에서는, 그 교환 후의 레티클에 대해서도, 전술한 바와 같이, 초기 계측 동작이 실시되고, 그 계측 결과, 즉 기준 상태에 있어서의 그 레티클의 패턴 영역 (PA) 의 스펙클의 정보가, 기억 장치에 기억되어 있으므로, 전술한 바와 마찬가지로, 레티클 얼라인먼트시에 패턴 영역 (PA) 의 2 차원적인 변형 형상의 계측이 실시된다.
이상 상세하게 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 노광 장치 (100) 에 의하면, 레티클 얼라인먼트가 실시될 때마다, 주제어 장치 (20) 에 의해 스펙클 센서 (30L1, 30L2, 30C, 30R1, 30R2) 를 사용한 전술한 계측이 실시되고, 레티클 간섭계 (14) 로 계측된 레티클 스테이지 (RST) 의 위치 정보와, 스펙클 센서 (30L1, 30L2, 30C, 30R1, 30R2) 로 검출된 스펙클의 정보에 기초하여, 레티클 (R) 의 패턴면에 형성된 패턴 영역 (PA) 의 XY 평면 내의 변동량 (패턴 영역 (PA) 의 2 차원적인 변형) 이 구해진다. 이 때문에, 조명광 (IL) 의 조사에 의한 레티클 (R) 의 열변형에 의해, 투영 광학계 (PL) 의 광축과 교차하는 방향 (예를 들어 패턴 영역 (PA) 에 XY 평면에 평행한 면 내) 에서의 변위가 발생하였어도, 그 변위를 검출하는 것이 가능해진다. 특히, 스펙클 검출을 이용하는 타깃의 변동량의 검출은, FIA 계와 동일한 화상 처리 방식의 결상식 센서에 의한 화상의 검출 결과를 이용하는 타깃의 변동량의 검출과 비교해도 양호한 정밀도의 검출이 가능하다. 따라서, 패턴 영역 (PA) 의 패턴면 내의 변동 (형상 변화) 이 비선형인 변동 (형상 변화) 이라도, 그 변동량을 양호한 정밀도로 검출할 수 있다.
또, 노광 장치 (100) 에 의하면, 웨이퍼 얼라인먼트 (EGA) 후에 실시되는, 스텝·앤드·스캔 방식의 노광 동작에 있어서의 주사 노광시에, 레티클 (R) 의 노광용 패턴과 웨이퍼 (W) 상의 하지 패턴의 중첩을 위하여, 상기 서술한 패턴 영역 (PA) 의 XY 평면 내의 변동량 (패턴 영역 (PA) 의 2 차원적인 변형) 의 정보에 기초하여, 주제어 장치 (20) 에 의해 레티클 스테이지 구동계 (11), 스테이지 구동계 (24) 및 결상 특성 보정 컨트롤러 (48) 중 적어도 하나가 제어된다. 따라서, 레티클 (R) 의 열변형 등에서 기인하는 패턴 영역 (PA) (노광용 패턴) 의 변형을 수반하는 경우라도, 레티클 (R) 의 노광용 패턴과 웨이퍼 (W) 상의 하지 패턴의 중첩 정밀도의 향상이 가능해진다.
또한, 상기 실시형태에서는, 스펙클 센서 (패턴 계측 장치) (30) 가 5 개 형성되고, 또한 조명 영역 (IAR) 의 ＋Y 측으로 소정량 어긋난 위치에, X 축 방향을 따라 소정 간격으로 배치된 경우에 대해 설명하였다. 그러나, 스펙클 센서는 1 개, 2 개, 3 개, 4 개 혹은 6 개 이상 형성되어 있어도 되고, 2 개 이상 형성되는 경우에는, 각각의 검출 영역이 패턴면 (혹은 이 근방의 면) 내에서 서로 상이한 위치에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 스펙클 센서는 2 개 이상 형성되는 경우, 각각의 검출 영역이 X 축 방향에 한정되지 않고, Y 축에 교차하는 방향으로 나란히 배치되어 있어도 된다. 단, 스펙클 센서 (패턴 계측 장치) (30) 는, 레티클 스테이지 (RST) 의 이동 범위 내에서, 레티클 (R) 의 패턴 영역, 및 피두셜판 (RFM) 으로부터의 스펙클을 검출 가능한 위치에 배치되어 있을 필요는 있다. 또, 스펙클 센서가 2 개 이상 형성되는 경우에는, X 축 방향을 따라 소정 간격으로 일렬로 배치되는 예에 한정되지 않고, 서로의 센서의 적어도 X 방향에 관하여 이간되어 있으면 일렬로 배열되어 있지 않아도 된다.
또, 상기 실시형태에서는, 로트 선두마다 실시되는 레티클 얼라인먼트에 부수하여, 스펙클의 계측을 수반하는 전술한 레티클 (R) 의 패턴 영역 (PA) 의 2 차원적인 변형의 계측을 실시하는 경우에 대해 설명하였다. 그러나, 이것에 한정되지 않고, 원리적으로는 상기 서술한 패턴 영역 (PA) 의 2 차원적인 변형의 계측은, 레티클 스테이지 (RST) 의 동작 중, 예를 들어 주사 노광 중 등에, 상시 리얼타임으로 실시하는 것도 생각할 수 있다. 스펙클의 검출에 의한 패턴의 변동량의 계측은, 공간 이미지 계측과 같은 광 강도의 계측과 달리, 레티클 스테이지 (RST) 가 고속으로 이동 중이라도 고정밀도의 계측이 가능하다.
단, 상기 실시형태와 같이, 복수의 스펙클 센서의 검출 영역 (계측점) 이, 광축에 대해 스캔 방향으로 오프셋하고 있는 경우에는, 리얼타임 계측을 실시하면, 그 일부의 계측 동작은 레티클 스테이지 (RST) 의 가감 속도 중에 실시되게 된다. 이 경우, 가감 속도에 수반하는 가속도에 의한 레티클의 변형의 영향을 없애기 위해서, 레티클이 가열되어 있지 않은 상태로 스캔 동작시에 얻어지는 신호를 레퍼런스로 하여, 그것으로부터의 변화분으로 동일한 처리를 실시하면 된다. 리얼타임 계측을 실시함으로써, 레티클 얼라인먼트 실시 간격 내에서의 패턴 영역 각 부의 위치의 변화도 파악하는 것이 가능해지므로, 중첩 정밀도의 추가적인 향상을 기대할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 레티클 스테이지 (RST) 의 주사 방향의 연속 이동 중에, 5 개의 스펙클 센서에 의한 계측 (검출) 을 실시하는 경우에 대해 설명했지만, 이러한 연속 계측에서는, 기억 장치 내에 축적되는 데이터의 양이 방대해지는 것이 생각된다. 그래서, 데이터량의 저감을 목적으로 하여, 레티클 스테이지 (RST) 를 주사 방향의 복수점 (예를 들어 5 점) 에서 스텝 이동하고, 각 스텝 위치에서 스펙클 센서에 의한 계측 (검출) 을 실시하는 이산·정지 계측을 채용해도 된다. 연속 계측으로 할지 이산·정지 계측으로 할지는, 예를 들어 필요한 계측 정밀도와의 균형으로 결정해도 된다.
또, 상기 실시형태에서는, 주제어 장치 (20) 는, 상기의 연속 계측시에, 레티클 간섭계 (14) 의 계측 정보와, 스펙클 센서의 계측 정보에 기초하여, 패턴 영역의 2 차원적인 변형 (패턴 영역의 각 부의 2 차원 평면 내의 변위) 을 계측하는 경우에 대해 설명하였다. 그러나, 이것에 한정되지 않고, 레티클 간섭계 (14) 의 계측 정보와, 스펙클 센서의 계측 정보에 기초하여, 패턴 영역의 2 차원적인 변형에 더하여 패턴 영역의 Z 축 방향의 변위도 계측하는 것으로 해도 된다. 전술한 스펙클 센서 (30) 로서, 예를 들어 일본 공개특허공보 2006―184091호 등에 개시되는 삼각측량의 원리로 측정 대상면의 높이 방향 위치를 검출하도록 한, 화상 상관 변위계를 채용함으로써, 패턴 영역 (PA) 의 적어도 일부의 영역의 2 차원적인 변형에 더하여, 그 적어도 일부의 영역의 Z 축 방향의 변위도 계측하는 것이 가능해진다.
또, 상기 실시형태에서는, 일례로서 복수 (5 개) 의 스펙클 센서의 검출 영역이, 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) 에 대해 스캔 방향으로 오프셋하여 배치된 구성에 대해 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 복수의 센서 중 적어도 하나의 검출 영역은, 조명광 (IL) 이 통과하는 조명 영역 (IAR) 의 일부의 영역에 설정되어 있어도 된다. 예를 들어 도 8 에 나타나는 변형예의 노광 장치와 같이, 사입사 광학계를 채용함으로써, 스캔 방향에 관하여 광축 (AX) 상에 복수의 스펙클 센서 (패턴 계측 장치) 의 검출 영역을 배치하는 구성으로 하는 것도 생각할 수 있다. 본 변형예의 노광 장치에서는, 복수 (5 개) 의 스펙클 센서 (30') 의 각각이, 조사 유닛 (30A) 과 수광 유닛 (30B) 에 의해 구성되어 있다. 조사 유닛 (30A) 은, 케이싱과 그 케이싱에 내장된 코히런트 광원을 포함하고, 수광 유닛 (30B) 은, 케이싱과 그 케이싱에 내장된 렌즈, 핀홀판 및 검출기를 포함한다.
본 변형예의 노광 장치에서는, 그 밖의 부분의 구성은 전술한 실시형태에 관련된 노광 장치와 동일하게 되어 있다.
본 변형예에 관련된 노광 장치에 의하면, 스텝·앤드·스캔 방식의 노광 동작 중에서도 레티클 (R) 의 패턴 영역 (PA) 의 스펙클의 전술한 연속 계측이 가능해진다. 이 때문에, 레티클 얼라인먼트시에, 스펙클의 계측 시퀀스를 추가할 필요가 없어져, 그 만큼 상기 실시형태에 비해 스루풋의 향상이 가능해진다. 또, 노광용 패턴 그 자체의 위치를 직접 계측하고 있기 때문에, 이 계측 결과에 기초하여, 노광용 패턴과 웨이퍼 상의 하지 패턴의 중첩을 위해서 레티클 스테이지 구동계 (11) 를 제어하는 것은, 레티클 스테이지 (RST) 의 위치 결정을 노광용 패턴 그 자체로 실시하고 있는 것에 상당한다. 따라서, 본 변형예의 노광 장치에 의하면, 처리가 간편해짐과 함께, 노광용 패턴과 웨이퍼 상의 하지 패턴의 중첩 정밀도도 향상된다. 이 경우, 레티클 스테이지의 위치 정보를, 격자부를 타깃으로 하는 헤드를 포함하는 인코더 시스템을 사용하여 계측하는 경우 등과 달리, 격자부의 변동 등에서 기인하는 스테이지 좌표계의 변동의 영향을 받지 않게 되기 때문에, 중첩 정밀도를 확보하는 데에 있어서 매우 유리하다. 단, 이 경우도, 스펙클 센서 (30') 의 출력의 드리프트는 발생할 수 있으므로, 상기 실시형태와 동일하게 하여 이 드리프트 성분은 제거할 필요가 있다. 또, 계측 정밀도를 보다 향상시키기 위해서, 상기 서술한 레티클 간섭계 (14) 혹은 인코더 시스템을 병용하여 레티클 스테이지 (RST) 의 XY 평면 내의 위치 정보를 계측해도 된다.
또한, 상기 실시형태 또는 변형예 (이하, 상기 실시형태 등으로 칭한다) 에서는, 패턴 영역의 변형 (각부의 변위) 을 검출하기 위한 센서로서, 스펙클 센서를 사용하는 경우에 대해 설명하였다. 그러나, 전술한 바와 같이, 노광 개시 전의 레티클 (마스크) 이 기준 상태에 있을 때, 레티클의 이동을 수반하는 소정 동작 중에, 레티클의 위치 정보와 패턴 계측 장치 (센서) 에 의한 패턴 영역의 패턴의 검출 정보에 기초하여, 패턴의 제 1 정보를 구하고 노광 개시 후 소정 시간 경과 후에, 상기 소정 동작 중에, 레티클의 위치 정보와 상기 패턴 계측 장치 (센서) 에 의한 패턴의 검출 정보에 기초하여, 상기 패턴의 제 2 정보를 구하고 레티클의 동일한 위치에 대응하는 상기 제 2 정보와 상기 제 1 정보의 차분에 기초하여, 상기 패턴의 XY 평면 내 (및 Z 축 방향) 의 변동 정보를 구하는 수법을 채용하는 경우에는, 센서는 스펙클 센서가 아니여도 된다. 이 경우의 센서로는, 예를 들어, 패턴 영역을 촬상하고 그 화상을 취득하는 전술한 FIA 계와 동일한 화상 처리 방식의 결상식의 화상 센서 등을 사용하는 것이 생각된다.
또, 상기 실시형태 등에서는, 레티클 (R) 에는 패턴 등의 묘화 오차가 없는 (또는 무시할 수 있을만큼 작은) 것으로 했지만, 전술한 스펙클 계측을 이용함으로써, 패턴의 묘화 오차, 예를 들어 변형 등을 검출하는 것도 가능해진다. 구체적으로는, 미리 전자선 노광 장치를 사용하여 묘화된 묘화 오차 (변형 등) 가 없는 패턴을 갖는 기준 레티클 A 를 준비하고, 이 기준 레티클에 대해 전술한 초기 계측 동작과 동일한 계측 동작을 실시하고, 계측된 스펙클의 정보를 기준 정보로서 기억 장치에 저장한다. 또, 패턴의 묘화 오차가 있는 다른 레티클 B 에 대하여, 전술한 초기 계측 동작과 동일한 계측 동작을 실시하고, 계측된 스펙클의 정보를, 그 레티클 B 의 기준 상태에 있어서의 스펙클의 정보로서 기억 장치에 저장한다. 그리고, 레티클 B 의 기준 상태에 있어서의 스펙클의 정보와 기준 정보를 비교하여, 이들 사이에 차이가 있으면, 레티클 B 에 패턴의 묘화 오차가 있다고 판정할 수 있고, 그 차이는, 묘화 오차에 대응하고 있다고 생각할 수 있다. 예를 들어, 라인·앤드·스페이스 패턴의 일부가 묘화 오차에 의해 변형되어 있었을 경우, 이 묘화 오차를 포함하는 라인·앤드·스페이스 패턴의 스펙클은, 기준 정보로서 유지한 스펙클과 상이한 것이 되므로, 상기 방법에 의해 그 라인·앤드·스페이스 패턴의 일부의 변형을 검출할 수 있다.
또한, 상기 실시형태 등에서는, 노광 장치가, 액체 (물) 를 통하지 않고 웨이퍼 (W) 의 노광을 실시하는 드라이 타입의 노광 장치인 경우에 대해 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어, 유럽 특허출원 공개 제1,420,298호 명세서, 국제 공개 제2004/055803호, 미국 특허 제6,952,253호 명세서 등에 개시되어 있는 바와 같이, 투영 광학계와 웨이퍼 사이에 조명광의 광로를 포함하는 액침 공간을 형성하고, 투영 광학계 및 액침 공간의 액체를 개재하여 조명광으로 웨이퍼를 노광하는 노광 장치에도 상기 실시형태 등을 적용할 수 있다.
또, 상기 실시형태 등에서는, 노광 장치가 스캐닝·스테퍼인 경우에 대해 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 스테퍼 등의 정지형 노광 장치에 상기 실시형태 등을 적용해도 된다. 또, 쇼트 영역과 쇼트 영역을 합성하는 스텝·앤드·스티치 방식의 축소 투영 노광 장치, 투영 광학계를 사용하지 않는 프록시미티 방식의 노광 장치, 또는 미러 프로젝션·얼라이너 등에도 상기 실시형태 등을 적용할 수 있다.
또, 상기 실시형태 등은, 트윈 스테이지형의 노광 장치에도 적용할 수 있다. 트윈 스테이지형의 노광 장치의 구조 및 노광 동작은, 예를 들어 미국 특허 제6,341,007호, 미국 특허 제6,400,441호, 미국 특허 제6,549,269호, 미국 특허 제6,590,634호, 미국 특허 제5,969,441호, 및 미국 특허 제6,208,407호 등에 개시되어 있다.
또, 상기 실시형태 등의 노광 장치에 있어서의 투영 광학계는 축소계뿐만 아니라 등배 및 확대계 중 어느 것이어도 되고, 투영 광학계 (PL) 는 굴절계뿐만 아니라 반사계 및 반사 굴절계 중 어느 것이어도 되고, 이 투영 이미지는 도립 (倒立) 상 및 정립상 중 어느 것이어도 된다. 또, 전술한 조명 영역 및 노광 영역의 형상은 사각형에 한정하지 않고, 예를 들어 원호, 사다리꼴, 혹은 평행사변형 등이어도 된다.
또, 조명광 (IL) 은, ArF 엑시머 레이저광 (파장 193 ㎚) 에 한정되지 않고, KrF 엑시머 레이저광 (파장 248 ㎚) 등의 자외광이나, F2 레이저광 (파장 157 ㎚) 등의 진공 자외광이어도 된다. 예를 들어 미국 특허 제7,023,610호 명세서에 개시되어 있는 바와 같이, 진공 자외광으로서 DFB 반도체 레이저 또는 파이버 레이저로부터 발진되는 적외역, 또는 가시역의 단일 파장 레이저광을, 예를 들어 에르븀 (또는 에르븀과 이테르븀의 양방) 이 도프된 파이버 앰프로 증폭하고, 비선형 광학 결정을 사용하여 자외광으로 파장 변환한 고조파를 사용해도 된다.
또, 상기 실시형태 등에서는, 노광 장치의 조명광 (IL) 으로는 파장 100 ㎚ 이상의 광에 한정하지 않고, 파장 100 ㎚ 미만의 광을 사용해도 되는 것은 말할 필요도 없다. 예를 들어, 연 X 선 영역 (예를 들어 5 ∼ 15 ㎚ 의 파장역) 의 EUV (Extreme Ultraviolet) 광을 사용하는 EUV 노광 장치에 본 발명을 적용할 수 있다. 그 외, 전자선 또는 이온 빔 등의 하전 입자선을 사용하는 노광 장치에도, 상기 실시형태 등은 적용할 수 있다.
또한, 예를 들어 미국 특허 제6,611,316호 명세서에 개시되어 있는 바와 같이, 2 개의 레티클 패턴을, 투영 광학계를 통하여 웨이퍼 상에서 합성하고, 1 회의 스캔 노광에 의해 웨이퍼 상의 하나의 쇼트 영역을 거의 동시에 이중 노광하는 노광 장치에도 상기 실시형태를 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시형태로 패턴을 형성해야 할 물체 (에너지 빔이 조사되는 노광 대상의 물체) 는 웨이퍼에 한정되는 것은 아니고, 유리 플레이트, 세라믹 기판, 필름 부재, 혹은 마스크 블랭크스 등 다른 물체여도 된다.
또, 레티클 스테이지, 웨이퍼 스테이지의 위치 정보의 계측에는, 레이저 간섭계 대신에 인코더를 사용하도록 해도 된다.
노광 장치의 용도로는 반도체 제조용의 노광 장치에 한정되지 않고, 예를 들어, 각형의 유리 플레이트에 액정 표시 소자 패턴을 전사하는 액정용 노광 장치나, 유기 EL, 박막 자기 헤드, 촬상 소자 (CCD 등), 마이크로 머신 및 DNA 칩 등을 제조하기 위한 노광 장치에도 널리 적용할 수 있다. 또, 반도체 소자 등의 마이크로 디바이스뿐만 아니라, 광 노광 장치, EUV 노광 장치, X 선 노광 장치, 및 전자선 노광 장치 등에서 사용되는 레티클 또는 마스크를 제조하기 위해서, 유리 기판 또는 실리콘 웨이퍼 등에 회로 패턴을 전사하는 노광 장치에도 상기 실시형태 등을 적용할 수 있다.
반도체 소자 등의 전자 디바이스는, 디바이스의 기능·성능 설계를 실시하는 스텝, 이 설계 스텝에 기초한 레티클을 제작하는 스텝, 실리콘 재료로부터 웨이퍼를 제작하는 스텝, 전술한 실시형태의 노광 장치 (패턴 형성 장치) 및 그 노광 방법에 의해 마스크 (레티클) 의 패턴을 웨이퍼에 전사하는 리소그래피 스텝, 노광된 웨이퍼를 현상하는 현상 스텝, 레지스트가 잔존하고 있는 부분 이외의 부분의 노출 부재를 에칭에 의해 제거하는 에칭 스텝, 에칭이 끝나 불필요해진 레지스트를 제거하는 레지스트 제거 스텝, 디바이스 조립 스텝 (다이싱 공정, 본딩 공정, 패키지 공정을 포함한다), 검사 스텝 등을 거쳐 제조된다. 이 경우, 리소그래피 스텝에서, 상기 실시형태 등의 노광 장치를 사용하여 전술한 노광 방법이 실행되고, 웨이퍼 상에 디바이스 패턴이 형성되므로, 고집적도의 디바이스를 양호한 생산성으로 제조할 수 있다.
또한, 지금까지의 설명에서 인용한 노광 장치 등에 관한 모든 공보, 국제 공개, 유럽 특허출원 공개 명세서, 미국 특허출원 공개 명세서 및 미국 특허 명세서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재된 일부로 한다.
14 : 레티클 간섭계,
20 : 주제어 장치,
30L1, 30L2, 30C, 30R1, 30R2 : 스펙클 센서,
48 : 결상 특성 보정 컨트롤러,
100 : 노광 장치,
IL : 조명광,
PA : 패턴 영역,
PL : 투영 광학계,
R : 레티클,
RA : 레티클 얼라인먼트 마크,
RFM : 레티클 피두셜 마크판,
RST : 레티클 스테이지,
W : 웨이퍼,
WST : 웨이퍼 스테이지.

Claims (38)

  1. 에너지 빔을 마스크에 조사하고, 상기 마스크의 패턴면에 형성된 패턴을 물체에 전사하는 노광 장치로서,
    상기 마스크를 유지하여 이동하는 마스크 스테이지와,
    상기 마스크 스테이지에 유지된 상기 마스크의 소정면에 대해 계측광을 조사하고, 상기 소정면으로부터의 스펙클에 관한 정보를 얻는 센서를 구비하는, 노광 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 소정면은 상기 마스크의 상기 패턴면을 포함하고,
    상기 센서는 상기 패턴면으로부터의 상기 스펙클에 관한 정보를 얻는, 노광 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 스펙클에 관한 정보는, 상기 계측광을 상기 소정면에 조사하여 얻어지는 스펙클을 포함하는, 노광 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 스펙클에 기초하여, 적어도 상기 패턴의 일부를 포함하는 상기 패턴면에 있어서의 제 1 영역의 시간 경과적인 변동량을 구하는 제어 장치를 추가로 구비하는, 노광 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 스펙클에 기초하여, 상기 제 1 영역을 포함하는 상기 마스크의 시간 경과적인 변동량을 구하는, 노광 장치.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 제 1 시점에 있어서 계측된 상기 패턴면으로부터의 스펙클과, 상기 제 1 시점과는 시간적으로 상이한 제 2 시점에 있어서의 상기 패턴면으로부터의 스펙클에 기초하여, 상기 에너지 빔의 조사에서 기인되는 상기 시간 경과적인 변동량을 구하는, 노광 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 시점은, 상기 마스크에 에너지 빔이 아직 조사되어 있지 않은 기준 상태일 때를 포함하는, 노광 장치.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 시점은, 상기 마스크에 대해 상기 에너지 빔이 조사되고 소정 시간이 경과했을 때를 포함하는, 노광 장치.
  9. 제 4 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    투영 광학계를 통하여 상기 패턴이 상기 물체에 전사되고,
    상기 변동량은, 상기 패턴면의 적어도 상기 투영 광학계의 광축과 교차하는 방향에 있어서의 변동량을 포함하는, 노광 장치.
  10. 제 4 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    투영 광학계를 통하여 상기 패턴이 상기 물체에 전사되고,
    상기 센서는 상기 투영 광학계의 광축과 평행한 방향의 위치 정보도 검출 가능하고,
    상기 제어 장치는, 상기 센서의 검출 정보에 기초하여, 상기 패턴면의 상기 투영 광학계의 광축과 평행한 방향의 변동량을 구하는, 노광 장치.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 투영 광학계의 적어도 왜곡 수차를 포함하는 결상 특성을 조정하는 결상 특성 조정 장치와,
    상기 물체를 유지하여 이동하는 물체 스테이지를 추가로 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 구해진 상기 패턴의 변동량에 기초하여, 상기 마스크 스테이지, 상기 물체 스테이지, 및 상기 결상 특성 조정 장치의 적어도 하나를 제어하는, 노광 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 마스크 스테이지와 상기 물체 스테이지를 동기하여 상기 에너지 빔에 대해 상대 이동하는 주사 노광시에, 상기 패턴의 변동량에 기초하는 상기 제어가 실시되는, 노광 장치.
  13. 제 4 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마스크 스테이지에는, 기준 패턴이 형성된 기준 부재가 형성되고,
    상기 제어 장치는, 상기 센서에 의해 검출된 상기 기준 부재로부터의 스펙클에 기초하여, 상기 센서의 드리프트에서 기인되는 상기 변동량의 계측 오차를 산출하는, 노광 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    구해진 상기 계측 오차와 상기 패턴면으로부터의 스펙클에 기초하여, 상기 패턴면의 시간 경과적인 변동량이 구해지는, 노광 장치.
  15. 제 3 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마스크 스테이지의 위치 정보를 계측하는 위치 계측 장치를 추가로 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 위치 계측 장치로 계측한 계측 정보와 상기 센서의 검출 정보에 기초하여, 상기 마스크의 패턴면에 조사되는 상기 계측광의 조사 위치를 산출하는, 노광 장치.
  16. 제 3 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서는 복수 형성되고, 각각의 검출 영역이 상기 패턴면 내에서 서로 상이한 위치에 배치되어 있는, 노광 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 복수의 센서 중 적어도 하나는, 상기 마스크에 형성된 마스크 얼라인먼트 마크로부터의 스펙클을 검출 가능한 위치에 그 검출 영역이 배치되어 있는, 노광 장치.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 마스크와 상기 물체가 동기하여 상대 이동하면서 상기 물체에 상기 패턴이 전사되고,
    상기 복수의 센서는 각각의 검출 영역이, 상기 패턴면 내에서 상기 상대 이동하는 방향과 교차하는 방향으로 나란히 배치되어 있는, 노광 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 복수의 센서의 검출 영역은, 상기 패턴면 내에서, 투영 광학계의 광축을 통과하는 상기 상대 이동하는 방향으로 직교하는 방향의 축을 따라 나란히 배치되어 있는, 노광 장치.
  20. 제 16 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 센서 중 제 1 센서에 의해 상기 제 1 검출 영역에 있어서의 상기 시간 경과적인 변동량이 구해지고,
    상기 제 1 센서와 상이한 제 2 센서에 의해 상기 패턴면 내에서 상기 제 1 영역과 상이한 제 2 영역에 있어서의 시간 경과적인 변동량이 구해지는, 노광 장치.
  21. 제 16 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 센서의 적어도 하나의 검출 영역은, 상기 에너지 빔이 통과하는 영역을 포함하는, 노광 장치.
  22. 제 3 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 물체 상의 복수의 구획 영역에 상기 패턴을 순차 전사하는 것과 병행하여, 상기 센서에 의해 상기 패턴면으로부터의 상기 스펙클을 검출하는, 노광 장치.
  23. 에너지 빔을 마스크에 조사하고, 상기 마스크의 패턴면에 형성된 패턴을 물체에 전사하는 노광 방법으로서,
    제 1 시점에 있어서 상기 마스크의 소정면에 계측광을 조사하고, 상기 소정면의 제 1 영역의 제 1 정보를 검출하여 유지하는 것과,
    상기 제 1 시점으로부터 소정 시간 경과한 후에, 상기 제 1 영역에 상기 계측광을 조사하여 상기 제 1 영역의 제 2 정보를 검출하는 것과,
    검출한 상기 제 1 영역의 상기 제 2 정보와, 유지한 상기 제 1 정보에 기초하여, 상기 마스크로의 상기 에너지 빔의 조사에서 기인되는 상기 제 1 영역의 변동 정보를 구하는 것을 포함하는, 노광 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 1 정보 및 상기 제 2 정보는, 상기 계측광이 상기 소정면에 조사되어 발생하는 스펙클에 관한 정보를 포함하는, 노광 방법.
  25. 제 23 항 또는 제 24 항에 있어서,
    상기 소정면은, 상기 마스크의 상기 패턴면을 포함하는, 노광 방법.
  26. 제 23 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 시점은, 상기 물체로의 상기 패턴의 전사가 개시되기 전을 포함하는, 노광 방법.
  27. 제 23 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마스크와 상기 물체를 동기하여 상기 에너지 빔에 대해 상대 이동하면서 투영 광학계를 통하여 상기 물체를 노광하는 주사 노광시에, 상기 구해진 상기 제 1 영역의 변동 정보에 기초하여, 상기 마스크의 이동, 상기 물체의 이동, 및 상기 투영 광학계의 결상 특성 중 적어도 하나를 제어하는 것을 추가로 포함하는, 노광 방법.
  28. 제 23 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 영역에서 검출되는 정보는, 상기 마스크의 소정면에 상기 에너지 빔과는 상이한 코히런트한 빔을 조사하여 상기 소정면의 검출 영역으로부터의 스펙클에 관한 정보를 얻는 센서의 정보인, 노광 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 스펙클에 관한 정보는, 상기 계측광을 상기 소정면에 조사하여 얻어지는 스펙클을 포함하는, 노광 방법.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 센서는 복수 형성되고, 그 복수의 센서에 의해, 상기 소정면 상의 상이한 위치에 배치된 복수의 검출 영역의 각각에서 상기 소정면으로부터의 스펙클이 검출되는, 노광 방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 복수의 센서 중 적어도 하나는, 상기 마스크에 형성된 마스크 얼라인먼트 마크로부터의 상기 스펙클을 그 검출 영역에서 검출 가능한, 노광 방법.
  32. 제 30 항 또는 제 31 항에 있어서,
    상기 마스크와 상기 물체가 동기하여 상기 에너지 빔에 대해 상대 이동되면서 투영 광학계를 통하여 상기 물체가 노광되고,
    상기 복수의 센서는 상기 소정면 내에서 상기 상대 이동의 방향으로 교차하는 방향에 관하여 서로 이간되어 배치된 각각의 검출 영역 내에서, 상기 마스크의 소정면으로부터의 스펙클을 검출 가능한, 노광 방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 복수의 검출 영역은, 상기 소정면 내에서, 상기 투영 광학계의 광축을 통과하는 상기 상대 이동의 방향과 교차하는 방향의 축을 따라 나란히 배치되어 있는, 노광 방법.
  34. 제 25 항에 있어서,
    상기 제 1 영역의 변동 정보는, 상기 패턴면과 평행한 평면 방향에 있어서의 상기 제 1 영역의 변동을 포함하는, 노광 방법.
  35. 제 25 항에 있어서,
    상기 제 1 영역의 변동 정보는, 상기 패턴면과 교차하는 방향에 있어서의 상기 제 1 영역의 변동을 포함하는, 노광 방법.
  36. 제 28 항에 있어서,
    상기 마스크는, 기준 패턴이 형성된 기준 부재를 갖는 마스크 스테이지에 유지되고,
    상기 기준 부재로부터의 스펙클에 관한 정보에 기초하여, 상기 센서의 드리프트에서 기인되는 상기 변동 정보의 계측 오차를 산출하는, 노광 방법.
  37. 제 23 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 정보는, 상기 물체에 상기 에너지 빔이 조사되는 것과 병행하여 검출되는, 노광 방법.
  38. 제 23 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 기재된 노광 방법에 의해 감응 기판에 상기 패턴을 전사하는 것과,
    상기 패턴이 전사된 감응 기판을 현상하는 것을 포함하는, 디바이스 제조 방법.
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