KR20220088332A

KR20220088332A - 계측 장치, 노광 장치 및 물품 제조 방법

Info

Publication number: KR20220088332A
Application number: KR1020210179327A
Authority: KR
Inventors: 유키 사이토
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2020-12-18
Filing date: 2021-12-15
Publication date: 2022-06-27
Also published as: CN114647155A; TW202244461A; US20220197156A1; JP2022097164A; US11586116B2

Abstract

물체의 높이 위치를 계측하는 계측 장치가 제공된다. 장치는 물체에 계측광을 투영하는 투광부, 물체에 의해 반사된 계측광을 수광하는 수광부, 및 수광부에 의해 수광된 계측광의 상에 기초하여 물체의 높이 위치를 결정하는 처리부를 포함한다. 투광부는 조 검출 패턴과 주기 패턴을 갖는 정밀 검출 패턴을 물체에 투영하고, 처리부는 수광부에 의해 수광된 조 검출 패턴에 기초하여 물체의 높이 위치의 조 검출값을 결정하며, 조 검출값 및 수광부에 의해 수광되는 정밀 검출 패턴에 기초하여 물체의 높이 위치의 정밀 검출값을 결정한다.

Description

계측 장치, 노광 장치 및 물품 제조 방법{MEASUREMENT APPARATUS, EXPOSURE APPARATUS, AND ARTICLE MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 계측 장치, 노광 장치 및 물품 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 디바이스 및 액정 표시 디바이스 등의 마이크로 디바이스는 원판에 형성된 패턴을 기판에 전사하는 포토리소그래피의 방법에 의해 제조된다. 포토리소그래피 공정에 사용되는 노광 장치는 원판을 지지하는 원판 스테이지와 기판을 지지하는 기판 스테이지를 갖고, 원판 스테이지 및 기판 스테이지를 순차적으로 이동시키면서 원판의 패턴을 투영 광학 시스템을 통해 기판에 전사한다. 노광 장치에서는, 기판 상의 각각의 노광 대상 영역(샷 영역)이 기판 스테이지에 의해 투영 광학 시스템 아래의 노광 위치로 이동될 때마다, 투영 광학 시스템의 초점과 기판의 평면 위치(높이 위치) 사이의 어긋남이 계측 장치에 의해 검출되고, 기판의 평면 위치가 보정되어 초점이 맞춰진다.

일본 특허 제6491833호는, 길이, 간격, 및 폭을 단계적으로 변화시킨 계측 슬릿을 사용함으로써 대상 물체인 기판의 높이의 계측을 행하는 것을 개시한다. 일본 특허 공개 제2018-179665호는, 프린지 패턴과 고정 패턴을 동시에 투영함으로써 고정 패턴을 사용하여 프린지 패턴의 위상을 획득하는 것을 개시한다. 일본 특허 제5443303호는 장주기 패턴과 단주기 패턴 사이의 위상 관계를 미리 계측함으로써 적은 횟수의 고정밀 높이 계측을 행하는 것을 기재한다.

그러나, 일본 특허 제6491833호의 기술에 따르면 검출 대상의 영역 내의 패턴을 변화시키기 때문에, 계측 정밀도의 면에서 불리할 수 있다. 일본 특허 공개 제2018-179665호의 기술에 따르면, 프린지 패턴의 투영 위치와 고정 패턴의 투영 위치를 일치시킬 필요가 있기 때문에, 고정 패턴에 비례하여 계측점 밀도가 저하될 수 있다. 또한, 일본 특허 제5443303호의 기술에 따르면, 주기 패턴의 위상을 변경하면서 투영하는 단계는 적어도 4회 행해질 필요가 있기 때문에, 계측 시간, 즉 처리량의 면에서 불리할 수 있다.

본 발명은, 예를 들어 고정밀 계측과 고 처리량의 양립에 유리한 계측 장치를 제공한다.

본 발명은 그 일 양태에서 물체의 높이 위치를 계측하는 계측 장치를 제공하며, 상기 장치는 계측광을 상기 물체에 투영하도록 구성되는 투광부, 상기 물체에 의해 반사된 상기 계측광을 수광하도록 구성되는 수광부, 및 상기 수광부에 의해 수광된 상기 계측광의 상(image)에 기초하여 상기 물체의 높이 위치를 결정하도록 구성되는 처리부를 포함하고, 상기 투광부는 조 검출 패턴과 주기 패턴(periodic pattern)을 갖는 정밀 검출 패턴을 상기 물체에 투영하도록 구성되고, 상기 처리부는 상기 수광부에 의해 수광되는 상기 조 검출 패턴에 기초하여 상기 물체의 높이 위치의 조 검출값을 결정하며, 상기 조 검출값 및 상기 수광부에 의해 수광되는 상기 정밀 검출 패턴에 기초하여 상기 물체의 높이 위치의 정밀 검출값을 결정하도록 구성된다.

본 발명의 추가적인 특징은 (첨부된 도면을 참고한) 예시적인 실시형태에 대한 다음의 설명으로부터 명확해질 것이다.

도 1은 노광 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 기판의 샷 레이아웃과 얼라인먼트 마크를 도시하는 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 계측 장치의 구성예 및 마스크의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 4a 내지 도 4d는 종래 기술의 피치 어긋남을 설명하는 도면이다.
도 5는 대상 물체 상의 투광 패턴의 예를 도시하는 도면이다.
도 6은 대상 물체 상의 투광 패턴의 예를 도시하는 도면이다.
도 7은 계측 장치에 의한 높이 위치의 산출 방법을 도시하는 도면이다.
도 8은 대상 물체 상의 투광 패턴의 예를 도시하는 도면이다.
도 9는 대상 물체 상의 투광 패턴의 예를 도시하는 도면이다.
도 10은 계측 장치에 의한 높이 위치의 산출 방법을 도시하는 도면이다.
도 11은 노광 방법을 설명하는 흐름도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 실시형태를 상세히 설명한다. 이하의 실시형태는 청구된 발명의 범위를 한정하도록 의도되지 않는다는 것에 유의한다. 실시형태에는 다수의 특징들이 설명되지만, 이러한 모든 특징을 필요로 하는 발명으로 한정되지 않으며, 이러한 다수의 특징은 적절히 조합될 수 있다. 또한, 첨부 도면에서는, 동일하거나 유사한 구성에는 동일한 참조 번호가 부여되며, 그에 대한 중복하는 설명은 생략된다.

<제1 실시형태>

도 1은 본 발명의 계측 장치가 적용되는 실시형태에 따른 노광 장치(100)의 구성을 도시하는 도면이다. 도 2는 기판(3)의 샷 레이아웃과 얼라인먼트 마크를 도시하는 도면이다. 본 명세서 및 도면에서는, 수평면을 XY 평면으로 하는 XYZ 좌표계에서 방향을 나타낸다. 일반적으로, 기판(3)은 그 표면이 수평면(XY 평면)과 평행하도록 기판 스테이지(4) 상에 배치된다. 따라서, 이하의 설명에서는, 기판(3)의 표면을 따르는 평면 내에서 서로 직교하는 방향을 X축 및 Y축으로 규정하고, X축 및 Y축에 수직인 방향을 Z축으로 규정한다. 이하의 설명에서는, XYZ 좌표계에서의 X축, Y축, 및 Z축에 평행한 방향을 X 방향, Y 방향, 및 Z 방향이라 칭하며, X축, Y축, 및 Z축 주위의 회전 방향을 각각 θx 방향, θy 방향, 및 θz 방향이라고 칭한다.

도 1에서, 노광 장치(100)는 원판(1)을 보유지지하는 원판 스테이지(2), 기판(3)을 보유지지하여 이동가능한 기판 스테이지(4), 및 원판 스테이지(2)에 보유지지되어 있는 원판(1)을 노광광으로 조명하는 조명 광학 시스템(5)을 포함한다. 노광 장치(100)는 노광광에 의해 조명된 원판(1)의 패턴을 기판 스테이지(4)에 의해 보유지지된 기판(3) 상으로 투영하여 패턴을 노광하는 투영 광학 시스템(6), 및 노광 장치 전체의 동작을 통괄하여 제어하는 제어부(20)를 더 포함한다. 제어부(20)는 예를 들어 CPU(21) 및 메모리(22)를 포함할 수 있다. 메모리(22)는 다양한 제어 데이터, CPU(21)에 의해 실행되는 노광 장치의 제어 프로그램 등을 저장한다.

노광 장치(100)는, 예를 들어 원판(1)과 기판(3)을 주사 방향(예를 들어, Y 방향)으로 서로 동기하여 이동시키면서 기판(3)을 노광하는 주사형 노광 장치(스캐너)일 수 있다. 대안적으로, 노광 장치(100)는, 원판(1)이 고정된 상태에서 기판(3)을 노광하고, 다음의 샷 영역을 노광하기 위해서 기판(3)을 단계적으로 이동시키는 타입의 노광 장치(스테퍼)일 수 있다.

원판(1)의 미리결정된 조명 영역이 조명 광학 시스템(5)에 의해 균일한 조도 분포를 갖는 노광광으로 조명된다. 조명 광학 시스템(5)의 광원은 수은 램프, KrF 엑시머 레이저, ArF 엑시머 레이저, F2 레이저 등일 수 있다. 대안적으로, 더 작은 반도체 소자 등을 제조하기 위해, 조명 광학 시스템(5)은 수 nm 내지 백 nm의 파장을 갖는 극 자외광(Extreme Ultra Violet: EUV 광)을 방출할 수 있다.

원판 스테이지(2)는 XY 평면 내에서 이동 가능하고, θz 방향으로 미세하게 회전될 수 있다. 원판 스테이지(2)는 리니어 모터 같은 원판 스테이지 구동 장치(도시되지 않음)에 의해 구동되고, 원판 스테이지 구동 장치는 제어부(20)에 의해 제어된다. 원판 스테이지(2)에는 미러(7)가 제공되어 있다. 또한, 미러(7)에 대향하는 위치에는 미러(7)의 위치를 계측하기 위한 XY 평면 레이저 간섭계(9)가 제공되어 있다. 레이저 간섭계(9)는 원판 스테이지(2) 상의 원판(1)의 2차원 위치 및 회전각을 실시간으로 계측하고, 계측 결과를 제어부(20)에 출력한다. 제어부(20)는, 레이저 간섭계(9)의 계측 결과에 기초하여 원판 스테이지 구동 장치를 제어하고, 원판 스테이지(2)(즉, 원판(1))의 위치결정을 행한다.

투영 광학 시스템(6)은, 원판(1)의 패턴을 미리결정된 투영 배율로 기판(3) 상에 투영하며, 복수의 광학 소자를 포함할 수 있다. 투영 광학 시스템(6)은 예를 들어 1/4 또는 1/5의 투영 배율을 갖는 축소 투영 시스템일 수 있다.

기판 스테이지(4)는 기판(3)을 기판 척(도시되지 않음)을 통해 보유지지하는 θz 틸트 스테이지, θz 틸트 스테이지를 지지하는 XY 스테이지(도시되지 않음), 및 XY 스테이지를 지지하는 베이스(도시되지 않음)를 포함한다. 기판 스테이지(4)는 리니어 모터 등의 기판 스테이지 구동 장치(도시되지 않음)에 의해 구동된다. 기판 스테이지 구동 장치는 제어부(20)에 의해 제어된다. 또한, 기판 스테이지(4)에는 기판 스테이지(4)와 함께 이동하는 미러(8)가 제공되어 있다. 또한, 미러(8)에 대향하는 위치에는 X 및 Y축 계측을 위한 레이저 간섭계(10)와 Z 방향 계측을 위한 레이저 간섭계(12)가 제공되어 있다. 기판 스테이지(4)의 X 및 Y축 위치 및 θz는 레이저 간섭계(10)에 의해 실시간으로 계측되고, 계측 결과는 제어부(20)에 출력된다. 또한, 레이저 간섭계(12)는 기판 스테이지(4)의 Z축 위치, θx, 및 θy를 실시간으로 계측하며, 계측 결과를 제어부(20)에 출력한다. 제어부(20)는, 레이저 간섭계(10 및 12)의 계측 결과에 기초하여 기판 스테이지 구동 장치를 제어하고, 기판 스테이지(4)(즉, 기판(3))의 위치결정을 행한다.

원판 스테이지(2)의 근방에는 원판 얼라인먼트 검출 시스템(13)이 제공된다. 원판 얼라인먼트 검출 시스템(13)은, 원판(1)의 원판 기준 마크(도시되지 않음)와, 기판 스테이지(4) 상의 스테이지 기준 플레이트(11) 상의 기판측 기준 마크(17)(도 2 참조)를 검출한다. 또한, 원판 얼라인먼트 검출 시스템(13)은, 예를 들어 CCD 카메라 같은 광전 변환 소자가 탑재되어, 원판 기준 마크와 기판측 기준 마크(17)로부터의 반사광을 검출한다. 광전 변환 소자의 신호에 기초하여, 원판과 기판 사이의 얼라인먼트가 행해진다. 이때, 원판 기준 마크와 기판측 기준 마크(17)의 위치 및 포커스를 조정함으로써, 원판과 기판 사이의 상대 위치 관계(X, Y, Z)를 조정할 수 있다. 또한, 기판측 기준 마크(17)는 반사형 또는 투과형일 수 있다. 기판 스테이지(4)의 코너에 있는 스테이지 기준 플레이트(11)는 기판(3)의 표면과 대략 동일한 높이에 설치된다.

오프-액시스(OA) 검출 시스템(16)은, 계측광을 기판(3) 상의 기판 얼라인먼트 마크(19)(도 2 참조) 및 스테이지 기준 플레이트(11) 상의 OA 검출 시스템 기준 마크(18)(도 2 참조)에 조사하는 조사부를 포함한다. OA 검출 시스템(16)은 또한 이들 마크로부터의 반사광을 수광하는 수광부를 포함하고 기판 얼라인먼트 마크(19) 및 OA 검출 시스템 기준 마크(18)의 위치를 검출한다.

포커스/틸트 검출 시스템인 계측 장치(15)는, 대상 물체(물체)인 기판(3)의 표면에 계측광을 투영하고 기판(3)에 의해 반사된 계측광을 수광함으로써 기판(3)의 높이 방향(Z축)의 표면 위치(높이 위치)를 계측한다. 여기서, 계측 장치(15)는 제어부(20)에 의해 제어되도록 구성되지만, 계측 장치(15)에는 전용 제어부가 제공될 수 있다.

도 3a를 참조하여, 계측 장치(15)에 대해서 상세하게 설명한다. 계측 장치(15)는 계측광을 기판(3)에 투영하는 투광부(110) 및 기판(3)에 의해 반사된 계측광을 수광하는 수광부(120)를 포함할 수 있다. 수광부(120)에 의해 수광된 계측광의 상의 신호는 처리부인 제어부(20)에 전송되고, 제어부(20)는 수신한 신호에 기초하여 기판(3)의 높이 위치를 결정하는 처리를 행한다.

투광부(110)는 콘덴서 렌즈(111), 마스크(112), 렌즈(113), 및 미러(114)를 포함할 수 있다. 수광부(120)는 미러(124), 렌즈(122), 및 촬상 유닛(123)을 포함할 수 있다. 촬상 유닛(123)은 CCD 또는 CMOS 등의 촬상 소자(121)를 포함할 수 있다. 광원(115)으로부터 방출된 광은 콘덴서 렌즈(111)에 의해 집광되어 마스크(112)를 조명한다. 마스크(112)에는 패턴을 구성하는 복수의 슬릿이 형성되고, 계측광은 마스크(112)에 의해 광원(115)으로부터의 광으로 형성된다. 마스크(112)의 복수의 슬릿을 통과한 광은 렌즈(113) 및 미러(114)를 통해 기판(3) 상에 미리결정된 입사각으로 입사한다. 마스크(112) 및 기판(3)은 렌즈(113)에 대하여 결상 관계를 갖고, 마스크(112)의 복수의 슬릿의 공중 상(aerial image)이 기판(3) 상에 형성된다. 렌즈(113)를 이용하여 마스크(112)와 기판(3)을 샤인 프루프 광학 관계(shine-proof optical relationship)로 할 수 있다. 이에 따라, 마스크(112)의 전체 표면을 기판(3)에 포커싱함으로써 계측 정밀도를 향상시킬 수 있다. 기판(3)의 높이를 계측할 때, 기판(3)의 국소적인 기울기로 인해 계측값이 변화되는 것을 더 방지할 수 있다. 기판(3)에 의해 반사된 계측광은, 미러(124) 및 렌즈(122)를 통해, 촬상 유닛(123)의 촬상 소자(121) 상에 재결상되고, 마스크(112)의 복수의 슬릿에 대응하는 슬릿 상의 신호(125)가 획득된다. 렌즈(122)를 이용하여 기판(3)과 촬상 소자(121)를 샤인 프루프 광학 관계로 할 수 있다. 이에 따라, 기판(3)의 전체 표면을 촬상 소자(121)에 포커싱함으로써 계측 정밀도를 향상시킬 수 있다. 기판(3)의 높이를 계측할 때, 기판(3)의 국소적인 기울기로 인해 계측값이 변화되는 것을 더 방지할 수 있다. 신호(125)는 처리부인 제어부(20)에 전송된다. 제어부(20)는, 수신한 신호(125)의 촬상 소자(121) 상의 위치 어긋남을 검출함으로써, 기판(3)의 Z 방향의 위치(높이 위치)를 획득한다.

마스크(112)의 복수의 슬릿의 상이 투광부(110)에 의해 기판(3) 상에 투영된다. 이하에서는, 이를 "투광 패턴"이라 칭한다. 도 4a 내지 도 4d를 참조하여, 종래 기술의 기판(3) 상의 투광 패턴(140)을 설명한다. 계측 장치는, 촬상 소자의 시야(303) 내의 미리결정된 정밀 검출 영역(fine detection region)(301)에 투영된 투광 패턴에 기초하여, 높이 위치를 정밀하게 결정한다. 계측 장치에서, 기판(3)의 표면의 정밀 검출 영역(301)에서의 높이를 상세하게 계측하기 위해서는, 투광 패턴(140)의 패턴 간격(141)(도 4a)을 가능한 좁게 할 필요가 있다. 투광 패턴(140)이 수광부(120)에 의해 수광되면, 촬상 소자(121)의 촬상면에 패턴 상(pattern image)(151)이 나타난다(도 4b). 패턴 상(151)의 신호의 각각의 피크 위치를 이용하여 높이 계측을 행하는 경우에는, 촬상 소자의 시야(303) 내의 피크 위치(153)의 수의 증가에 비례하여 계측점의 수가 증가한다. 정밀 검출 영역(301)에서의 계측점의 수를 증가시키기 위해서는, 패턴 간격(141)을 좁게 할 필요가 있다.

그러나, 투광 패턴(140)의 패턴 간격을 좁히면, "피치 어긋남"의 문제가 현저해질 수 있다. 예를 들어, 도 4c에 도시되는 바와 같이, 기판(3)의 높이의 변동으로 인해, 정밀 검출 영역(301)에서 투광 패턴(140)이 도 4a의 패턴에 대해 1 주기만큼 어긋나는 경우가 있다. 도 4d는 이때 수광부(120)에 의해 수광된 패턴 상(151)을 나타내며, 이는 도 4b와 동일할 수 있다. 따라서, 기판(3)의 높이가 변동함에도 불구하고, 제어부(20)에 의해 산출되는 정밀 검출 영역(301)에서의 높이의 검출값은 불변일 수 있다. 이와 같이, 주기 구조를 갖는 투광 패턴의 투영 위치에 1 주기 이상의 오차가 발생하는 경우에는, 높이 계측을 정확하게 행할 수 없다.

이러한 피치 어긋남의 대책으로서, 본 실시형태에서는, 투광부(110)는 다른 종류의 투광 패턴을 기판(3)에 투영한다. 도 3b에는 마스크(112)의 평면도가 도시된다. 마스크(112)는 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)을 갖는다. 예를 들어, 제1 영역(R1)은 마스크(112)의 중앙의 영역이고, 제2 영역(R2)은 제1 영역(R1)에 인접한 영역 또는 제1 영역(R1)의 주변의 영역일 수 있다. 제1 영역(R1)에는, 복수의 슬릿(S1)이 간격(D1)으로 주기적으로 배치된다. 광원(115)으로부터의 광이 복수의 슬릿(S1)을 통과함으로써, 주기성을 갖는 정밀 검출 패턴이 기판(3)에 투영된다. 제2 영역(R2)에는, 하나 이상의 슬릿이 형성된다. 도 3b의 예에서, 제2 영역(R2)에는, 복수의 슬릿(S2)이 간격(D1)보다 큰 간격(D2)으로 주기적으로 배치된다. 광원(115)으로부터의 광이 복수의 슬릿(S2)을 통과함으로써, 조 검출 패턴이 기판(3)에 투영된다.

처리부인 제어부(20)는, 수광부(123)에 의해 수광된 조 검출 패턴 및 정밀 검출 패턴에 기초하여 기판(3)의 높이 위치를 결정한다. 예를 들면, 제어부(20)는, 수광부(123)에 의해 수광된 조 검출 패턴에 기초하여, 기판(3)의 높이 위치의 조 검출값(coarse detection value)을 획득한다. 제어부(20)는, 그 후, 획득된 조 검출값과 수광부(123)에 의해 수광된 정밀 검출 패턴에 기초하여, 기판(3)의 높이 위치의 정밀 검출값을 결정한다.

도 5는 본 실시형태에서 기판(3) 상에 투영되는 투광 패턴의 예를 도시한다. 도 5에서, 투광 패턴(212)은 정밀 검출 패턴(210)과 조 검출 패턴(220)으로 구성된다. 투광부(110)는 도 3b에 도시되는 바와 같은 구성을 갖는 마스크(112)를 이용하여 정밀 검출 패턴(210)과 조 검출 패턴(220) 양자 모두를 투영한다. 투광부(110)는, 정밀 검출 패턴(210)과 조 검출 패턴(220)을 동시에 투영할 수 있거나, 정밀 검출 패턴(210)이 투영되는 기간과 조 검출 패턴(220)이 투영되는 기간의 적어도 일부가 중복하도록 정밀 검출 패턴(210)과 조 검출 패턴(220)을 투영할 수 있다. 정밀 검출 패턴(210)은 정밀 검출 영역(301)에 투영되고, 조 검출 패턴(220)은 정밀 검출 영역(301)에 인접하는 조 검출 영역(302)에 투영된다. 촬상 소자(121)의 시야(303)에는, 정밀 검출 패턴(210)과 조 검출 패턴(220)의 양자 모두가 입사한다. 촬상 소자(121)의 시야(303)에는, 정밀 검출 패턴(210)과 조 검출 패턴(220)이 동시에 입사할 수 있고, 정밀 검출 패턴(210)이 입사하는 기간과 조 검출 패턴(220)이 입사하는 기간의 적어도 일부가 중복할 수 있다. 또한, 투광 패턴(212)은, 기판(3)의 높이에 따라, 투광부(110)로부터 기판(3) 상으로 패턴이 투영되는 방향(Z 방향의 위에서 본 평면도에서의 Y 방향)으로 변동하지만, 변동하는 투광 패턴(212) 전체가 촬상 소자(121)의 시야(303)에 맞춰질 필요는 없다. 제어부(20)가 정밀 검출 패턴(210)과 조 검출 패턴(220) 각각에서 높이 위치의 산출을 행할 수 있을 만큼의 범위의 패턴 광을 수광할 수 있으면 된다.

정밀 검출 패턴(210)과 조 검출 패턴(220)은 서로 다른 패턴으로 형성된다. 또한, 정밀 검출 영역(301)의 계측점의 수를 증가시키기 위해, 예를 들면 정밀 검출 패턴(210)의 간격(211)을 조 검출 패턴(220)의 간격(221)보다 작게 한다. 조 검출 패턴(220)의 간격(221)은, 계측 장치(100)의 계측 범위로서 미리결정되는, 기판(3)의 높이가 변동하는 범위 내에서 조 검출 패턴(221)이 1 주기에 걸쳐 변동하지 않는 길이로 된다. 따라서, 조 검출 패턴(220)은 피치 어긋남(주기 오차)을 야기하지 않기 때문에, 조 검출값은 고유하게 결정된다.

계측 장치(100)의 계측 범위 내에서의 기판(3)의 높이 변동으로 의한 투광 패턴(112)의 변동에 대하여, 제어부(20)에서 항상 높이 산출을 행할 수 있는 한, 조 검출 패턴(220)은 주기성 없는 단일 패턴일 수 있다. 일 예로서, 조 검출 패턴(220)은 도 6에 도시되는 바와 같은 도트 패턴일 수 있다. 기판(3)의 반사율의 변화와 기판(3)에서의 촬상 소자(121)의 시야(303)의 위치 그리고 내부 구조로 인한 비네팅(vignetting) 등을 고려하여, 도 6에 도시되는 바와 같이, 조 검출 패턴(220)으로서의 도트 패턴이 복수의 위치에 배치될 수 있다.

정밀 검출 패턴(210)과 조 검출 패턴(220)은 예를 들어 서로 인접하고 있다. 정밀 검출 패턴(210)과 조 검출 패턴(220)은 인접하기 때문에, 정밀 검출 패턴(210)을 이용한 기판(3)의 높이의 계측과 조 검출 패턴(220)을 이용한 기판(3)의 높이의 계측 사이의 계측 위치의 차이를 감소시킬 수 있다.

도 7을 참조하여, 제어부(20)에 의해 실행되는 높이 위치 산출 방법에 대해서 설명한다. 제어부(20)는, 조 검출 영역(302)에서의 조 검출 패턴(220)을 이용하여, 기판(3)의 높이 위치의 조 검출값(233)을 획득한다. 전술한 바와 같이, 조 검출 패턴(220)은 피치 어긋남(주기 오차)을 야기하지 않는 패턴이 되도록 하기 때문에, 조 검출값(233)은 고유하게 결정된다. 그 후, 제어부(20)는 조 검출값(233)과 정밀 검출 패턴(210)에 기초하여, 기판(3)의 높이 위치에 대한 정밀 검출값을 획득한다. 구체적으로는, 정밀 검출값은 다음과 같이 획득된다.

제어부(20)는, 정밀 검출 영역(301)에서의 정밀 검출 패턴(210)을 이용하여, 계측 범위 내에서 기판(3)의 복수의 높이 위치 후보(231)를 결정한다. 복수의 높이 위치 후보(231)는, 피치 어긋남 없이 검출되는 높이 위치와 1 주기 이상의 피치 어긋남을 수반하여 검출되는 높이 위치를 포함할 수 있다. 정밀 검출 패턴의 계측 위치(정밀 검출 영역(301))와 조 검출 패턴 계측 위치(조 검출 영역(302))가 인접하기 때문에, 조 검출값(233)은 정밀 검출 영역(301)에서의 기판(3)의 실제 높이 위치(230)에 가까운 값이 된다. 따라서, 제어부(20)는 복수의 높이 위치 후보(231) 중 조 검출값(233)과의 차이(234)가 가장 작은(조 검출값(233)에 가장 가까운) 정밀 검출값을 정밀 검출값으로서 획득한다.

이에 의해, 피치 어긋남으로 인한 오검출을 방지할 수 있고, 고정밀 높이 위치 검출이 실현된다. 이 계측 기술은 또한 종래 기술과 같이 높이 위치를 결정하기 위해 다수의 투영을 행할 필요가 없기 때문에 처리량 면에서 유리하다.

<제2 실시형태>

도 8은 제2 실시형태의 대상 물체 상의 투광 패턴의 예를 도시한다. 대상 물체인 기판(3)의 높이가 변동하면, 투광 패턴(112)이 투영되는 기판(3) 상의 위치가 변동한다. 이때, 투광 패턴(112)이 정밀 검출 영역(301)으로부터 어긋나는 경우 계측을 행하는 것이 불가능하다. 따라서, 본 실시형태에서는, 물체의 높이가 변동하더라도 정밀 검출 영역(301)에서 정밀 검출 패턴(210)이 확실히 관찰될 수 있도록 정밀 검출 패턴(210)이 정밀 검출 영역(301)을 포함하는 정밀 검출 영역(301)보다 큰 기판(3)의 표면의 영역 상에 투영된다.

일 예에서, 정밀 검출 영역(301)을 상방으로부터 Z 방향에서 본 평면도에서의 투광부(110)와 수광부(120) 사이의 계측광의 광축 방향은 Y 방향에 평행하다. 이 경우, 정밀 검출 영역(301)의 높이가 변동하면, 정밀 검출 패턴(210)이 정밀 검출 영역(301) 상에 투영되는 위치는 Y 방향에서 변화한다. 따라서, 정밀 검출 패턴(210)을 항상 정밀 검출 영역(301)에 투영하기 위해, 정밀 검출 패턴(210)의 Y 방향의 투영 범위를 정밀 검출 영역(301)의 Y 방향의 범위보다 크게 한다.

이 경우, 예를 들어 도 8에 도시되는 바와 같이, 조 검출 패턴(220)은 정밀 검출 패턴(210)을 사이에 두고 X 방향(11)으로 이격된 위치에 배치된다. 조 검출 패턴(220)을 이용하여 물체의 높이를 계측하기 위해서는, 정밀 검출 영역(301)의 높이 변동에 관계없이 항상 조 검출 패턴(220)을 촬상 소자(121)에 의해 수광할 필요가 있다. 물체의 높이가 변동하면, 투광 패턴(112)은 평면도에서 계측광의 광축 방향인 Y 방향으로 변동한다. 따라서, 조 검출 패턴(220)을 물체의 높이의 변동으로 인해 패턴이 변동하는 방향인 Y 방향에 수직인 X 방향을 따라 배치함으로써, 촬상 소자(121)의 필요 사이즈를 감소시킬 수 있다. 일반적으로, 촬상 소자의 사이즈와 가격은 정비례하기 때문에, 촬상 소자의 사이즈는 더 작아지는 것이 바람직하다. 또한, 촬상 소자의 화소의 수가 증가하면 전송 속도 및 계산 처리 속도가 증가하고, 큰 촬상 소자는 계측 처리량의 면에서 불리하기 때문에, 촬상 소자는 작은 것이 바람직하다.

<제3 실시형태>

도 9는 정밀 검출 영역(301)에 투영되는 정밀 검출 패턴(91) 및 정밀 검출 영역(301)의 근방에 있는 조 검출 영역(302)에 투영되는 조 검출 패턴(92)의 예를 도시한다. 정밀 검출 패턴(91)은 제1 주기를 갖는 패턴이고, 조 검출 패턴(92)은 제1 주기보다 긴 제2 주기를 갖는 패턴이다. 도 5의 예와 비교하면, 도 9의 조 검출 패턴(92)의 주기는 도 5의 조 검출 패턴(220) 보다 짧다. 조 검출 패턴(92)의 주기 패턴이 짧을수록 계측점의 수를 증가시키는 것이 가능하기 때문에, 높이 계측을 더 높은 정밀도를 행할 수 있다. 조 검출 패턴(92)을 이용하여 결정되는 조 검출 영역(302)의 높이 계측의 정밀도를 증가시킴으로써, 정밀 검출 패턴(91)을 이용하여 선택되는 복수의 높이 위치 후보(231)로부터 더 정확하게 정밀 검출 영역(301)의 높이 위치를 결정할 수 있다.

그러나, 도 5의 예에서는 조 검출 패턴(220)의 주기가 피치 어긋남을 야기하지 않는 길이로 설정되어 있지만, 도 9의 조 검출 패턴(92)의 주기는 그보다 짧으며, 정밀 검출 패턴(91)과 같이 피치 어긋남의 가능성이 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 다음과 같이 높이 위치가 획득된다.

도 10을 참조하여, 본 실시형태에서의 높이 위치의 산출 방법을 설명한다. 제어부(20)는, 조 검출 영역(302)에서의 조 검출 패턴(92)을 이용하여, 기판(3)의 높이 위치의 조 검출값을 획득한다. 그러나, 본 실시형태에서는, 조 검출 패턴(92)은 피치 어긋남을 야기할 수 있기 때문에, 높이 위치는 고유하게 결정되지 않는다. 따라서, 제어부(20)는, 조 검출 패턴(92)을 이용하여, 계측 범위 내에서 기판(3)의 높이 위치에 관한 복수의 조 검출값 후보(232)를 획득한다. 복수의 조 검출값 후보(232)는 피치 어긋남 없이 검출되는 조 검출값과 1 주기 이상의 피치 어긋남을 수반하여 검출되는 조 검출값을 포함할 수 있다. 다음에, 제어부(20)는, 정밀 검출 패턴(91)을 이용하여, 계측 범위 내에서 기판(3)의 높이 위치에 관한 복수의 정밀 검출값 후보(231)를 획득한다.

다음으로, 제어부(20)는, 복수의 조 검출값 후보(232) 중 하나와 복수의 정밀 검출값 후보 중 하나를 각각 포함하는 복수의 쌍 중 높이 위치의 차이(d)가 가장 작은, 차이(dmin)를 갖는 쌍의 정밀 검출값 후보(235)를 특정한다. 식별된 정밀 검출값 후보(235)는 실제 높이 위치(230)에 가장 가깝다. 따라서, 제어부(20)는 특정된 정밀 검출값 후보(235)를 정밀 검출값으로서 획득한다.

복수의 조 검출값 후보(232)와 복수의 정밀 검출값 후보(231)의 조합을 고려하면, 계측 범위는 기준 상태로부터 정밀 검출 패턴(91)의 주기와 조 검출 패턴(92)의 주기가 각각 정확히 정수배가 되기까지의 구간(236)이다. 따라서, 정밀 검출 패턴(91) 및 조 검출 패턴(92)의 각각의 계측 정밀도를 향상시키면서, 정밀 검출 패턴(91)에 의한 계측 범위를 더 확장시킬 수 있다.

또한, 정밀 검출 패턴(91)과 조 검출 패턴(92)의 양자 모두를 주기 패턴이 되게 함으로써, 정밀 검출 패턴(91)과 조 검출 패턴(92)의 각각에 대하여 동일한 높이 산출 방법을 사용할 수 있다. 이에 의해, 제어부(20)에서 복수의 처리부(도시되지 않음)를 가질 필요가 없기 때문에, 처리부를 간략화함으로써 비용을 저감시킬 수 있고, 단일 처리에 의해 처리 속도를 향상시킬 수 있다.

<제4 실시형태>

노광 장치(100)는 도 2에 도시되는 바와 같이 기판(3)의 복수의 샷 영역 각각에 원판(1)의 패턴을 전사한다. 도 11의 흐름도를 참조하여, 노광 장치(100)에 의한 기판의 노광 방법을 설명한다.

우선, 단계 S21에서 기판(3)은 노광 장치(100)에 반입되고, 단계 S22에서 OA 검출 시스템(16)에 의해 기판(3)의 얼라인먼트가 행해진다. 다음에, 단계 S10에서, 계측 장치(15)에 의해 상술한 방법에 따른 기판(3)의 표면 위치 계측이 행해지고, 계측 결과인 표면 형상 데이터가 예를 들어 메모리(22)에 저장된다. 다음에, 단계 S23에서, 기판(3)은 기판 스테이지(4)에 의해 노광 대상인 샷 영역의 주사를 개시하기 위한 위치에 위치결정된다. 그때, 기판 스테이지(4)는, 기판(3)의 표면 형상 데이터에 기초하여, 투영 광학 시스템(6)의 상 평면(image plane)으로부터의 기판(3)의 표면 위치의 어긋남량이 저감되도록 기판(3)의 Z 방향의 위치(포커스) 및 기울기(틸트)를 제어한다. 단계 S24에서는, 노광 대상인 샷 영역이 주사 및 노광된다. 이 주사 노광에서, 제어부(20)는, 상 평면으로부터의 어긋남량이 저감되도록 기판(3)의 Z축 위치(포커스) 및 기울기(틸트)를 기판 스테이지(4)가 제어하게 한다. 이에 의해, 각각의 샷 영역의 주사 노광에서, 기판(3)의 주사와 동기하여 기판(3)의 표면을 투영 광학 시스템(6)의 상 평면과 일치시킬 수 있다. 단계 S25에서, 제어부(20)는 노광되지 않은 샷 영역이 있는지 여부를 판단한다. 노광되지 않은 샷 영역이 있는 경우, 처리는 단계 S10으로 되돌아가서 다음 샷 영역에 대해 처리를 반복한다. 모든 샷 영역의 노광이 완료되면, 단계 S26에서 기판(3)은 노광 장치(100)로부터 반출된다.

노광 장치(100)는 전술한 노광 방법에 의해 원판(1)의 패턴을 도 2에 도시되는 바와 같이 기판(3)의 복수의 샷 영역 각각에 전사한다. 즉, 각각의 샷 영역에는 공통 패턴이 전사된다. 따라서, 조 검출 패턴을 이용한 계측은 기판(3)의 높이 위치를 최초로 계측하는 경우에만 행해질 수 있다. 또한, 기판(3)의 높이 변동이 미리 예상되는 경우에는, 조 검출 패턴을 이용한 계측이 행해지지 않는 구성을 취할 수 있다. 이 경우 계측점의 수가 감소되기 때문에, 촬상 소자로부터의 캡쳐 속도 및 제어부에서의 높이 산출 속도가 향상된다. 대안적으로, 계측점의 수가 감소된 양만큼 정밀 검출 패턴을 이용한 높이 계측의 계측점의 수를 증가시킬 수 있다. 이 경우, 높이 산출 속도의 변화 없이 고밀도 높이 계측이 행해질 수 있다.

<물품 제조 방법의 실시형태>

본 발명의 실시형태에 따른 물품 제조 방법은, 예를 들어, 반도체 디바이스 등의 마이크로 디바이스나 미세 구조를 갖는 소자 등의 물품을 제조하는 데 적합하다. 본 실시형태의 물품 제조 방법은 기판에 도포된 감광제에 전술한 노광 장치를 이용하여 잠상 패턴을 형성하는 단계(기판을 노광하는 제1 단계) 및 이러한 단계에 의해 잠상 패턴이 형성되는 기판을 현상하는 제2 단계를 포함한다. 또한, 이러한 제조 방법은 산화, 퇴적, 증발, 도핑, 평탄화, 에칭, 레지스트 박리, 다이싱, 본딩, 패키징 등과 같은 다른 공지된 공정을 포함한다. 본 실시형태의 물품 제조 방법은 종래의 방법에 비해 물품의 성능, 품질, 생산성 및 생산 비용 중 적어도 하나에서 유리하다.

본 발명을 예시적인 실시형태를 참고하여 설명하였지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시형태로 한정되지 않음을 이해해야 한다. 이하의 청구항의 범위는 이러한 모든 변형과 동등한 구조 및 기능을 포함하도록 최광의로 해석되어야 한다.

Claims

물체의 높이 위치를 계측하는 계측 장치이며, 상기 장치는
계측광을 상기 물체에 투영하도록 구성되는 투광부;
상기 물체에 의해 반사된 상기 계측광을 수광하도록 구성되는 수광부; 및
상기 수광부에 의해 수광된 상기 계측광의 상에 기초하여 상기 물체의 높이 위치를 결정하도록 구성되는 처리부를 포함하고,
상기 투광부는 조 검출 패턴과 주기 패턴을 갖는 정밀 검출 패턴을 상기 물체에 투영하도록 구성되고,
상기 처리부는
상기 수광부에 의해 수광되는 상기 조 검출 패턴에 기초하여 상기 물체의 높이 위치의 조 검출값을 결정하며;
상기 조 검출값 및 상기 수광부에 의해 수광되는 상기 정밀 검출 패턴에 기초하여 상기 물체의 높이 위치의 정밀 검출값을 결정하도록 구성되는 계측 장치.
제1항에 있어서, 상기 처리부는
상기 수광부에 의해 수광되는 상기 정밀 검출 패턴에 기초하여 복수의 높이 위치 후보를 결정하며;
상기 복수의 높이 위치 후보 중 상기 조 검출값에 가장 가까운 것을 상기 정밀 검출값으로서 결정하도록 구성되는 계측 장치.
제1항에 있어서, 상기 처리부는
상기 조 검출 패턴에 기초하여 복수의 조 검출값 후보를 결정하고;
상기 정밀 검출 패턴에 기초하여 복수의 정밀 검출값 후보를 결정하며;
상기 복수의 조 검출값 후보 중 하나와 상기 복수의 정밀 검출값 후보 중 하나를 각각 포함하는 복수의 쌍 중 높이 위치의 차이가 가장 작은 쌍의 정밀 검출값 후보를 상기 정밀 검출값으로서 결정하도록 구성되는 계측 장치.
제1항에 있어서,
상기 투광부는 상기 물체의 표면 중 상기 정밀 검출 패턴을 이용하여 상기 정밀 검출값을 결정하는 영역인 정밀 검출 영역에 상기 정밀 검출 패턴을 투영하고, 상기 정밀 검출 영역에 인접하는 조 검출 영역에 상기 조 검출 패턴을 투영하도록 구성되는 계측 장치.
제1항에 있어서,
상기 투광부는 상기 정밀 검출 패턴이 투영되는 시간 간격과 상기 조 검출 패턴이 투영되는 시간 간격의 적어도 일부가 중복되도록 상기 정밀 검출 패턴의 투영과 상기 조 검출 패턴의 투영을 행하도록 구성되는 계측 장치.
제4항에 있어서,
상기 정밀 검출 패턴은 상기 정밀 검출 영역보다 크고 상기 물체의 상기 표면의 상기 정밀 검출 영역을 포함하는 영역에 투영되는 계측 장치.
제1항에 있어서,
상기 조 검출 패턴은 비주기 패턴인 계측 장치.
제1항에 있어서, 상기 정밀 검출 패턴은 제1 주기를 갖는 주기 패턴이며, 상기 조 검출 패턴은 상기 제1 주기보다 긴 제2 주기를 갖는 주기 패턴인 계측 장치.
원판의 패턴을 투영 광학 시스템에 의해 기판에 투영하고 상기 기판을 노광하는 노광 장치이며, 상기 장치는
상기 기판의 높이 위치를 계측하도록 배치되는 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 상기 계측 장치; 및
상기 계측 장치에 의해 계측된 결과에 기초하여, 상기 투영 광학 시스템의 상 평면으로부터의 상기 높이 위치의 어긋남량이 저감되도록 상기 기판의 위치를 제어하도록 구성되는 제어부를 포함하는 노광 장치.
물품 제조 방법이며, 상기 방법은
제9항에 따른 상기 노광 장치를 이용하여 기판을 노광하는 단계; 및
상기 노광된 기판을 현상하는 단계를 포함하며,
상기 현상된 기판으로부터 상기 물품이 제조되는 물품 제조 방법.