KR900001269B1

KR900001269B1 - 노출 마스크와 대상물을 얼라인먼트하는 노출장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR900001269B1
Application number: KR1019840008344A
Authority: KR
Inventors: 요시따다 오시다; 마사따까 시바; 도시히꼬 나까다; 미쯔요시 고이즈미; 나오또 나까지마
Original assignee: 가부시끼가이샤 히다찌세이사꾸쇼; 미다 가쓰시게
Priority date: 1983-12-26
Filing date: 1984-12-26
Publication date: 1990-03-05
Also published as: EP0148477A2; KR850005176A; US4668089A; EP0148477A3; DE3485022D1; EP0148477B1

Abstract

내용 없음.

Description

노출 마스크와 대상물을 얼라인먼트하는 노출장치 및 그 방법

제1도 내지 제3도, 제4a도, 제4b도는 종래의 기술에 의한 노출 장치와 얼라인먼트 방법을 도시한 도면.

제5a 내지 c도는 노출광과 얼라인먼트 광에 파장이 실질적으로 같은 본 발명의 제1실시예에 따른 노출 장치와 얼라인먼트 방법을 도시한 도면.

제6a, b도, 제7a, b도, 제8a 및 b도는 제5도의 장치에 사용되는 얼라인먼트/반사영역의 배열, 마스크 얼라인먼트 마크영상과 웨이퍼 얼라인먼트 마크영상을 나타내는 신호 파형을 도시한 도면.

제9도는 노출광의 파장과는 다른 파장을 갖는 얼라인먼트광, 노출광에 대하여 투영렌즈로 초점을 맞춘 상을 도시한 도면.

제10a, b도는 노출광과 얼라인먼트 광의 파장이 서로 다른 본 발명의 또 다른 실시예에 다른 노출장치와 얼라인먼트 방법을 도시한 도면.

제11a, b도는 제10a도의 장치에 사용되는 얼라인먼트/반사영역의 배열을 도시한 도면.

제12a 내지 c도, 제13도는 제10a도의 장치에서의 얼라인먼트를 도시한 도면.

제14a, b도, 제15a도, b도는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 노출장치와 얼라인먼트 방법을 도시한 도면.

제16도는 얼라인먼트 광이 노출광의 파장과는 다른 파장을 사용할 때 제5a도의

제17a 내지 c도, 제18도는 제16도의 얼라인먼트/반사영역이 사용될 때 제5a도의 장치의 동작을 도시한 도면.

제19a 내지 c도는 제16도의 얼라인먼트/반사영역의 개선을 도시한 도면.

제20a, b도, 제21도는 노출광과 얼라인먼트광의 파장이 서로 다른 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 노출 장치와 얼라인먼트 방법을 도시한 도면.

제22a 내지 c도, 제23a, b도는 웨이퍼 얼라인먼트 마크로의 얼라인먼트 광의 투사각, 웨이퍼 얼라인먼트 마크에서 투영렌즈로의 투사광을 도시한 도면.

제24도는 웨이퍼 얼라인먼트 마크로의 얼라인먼트 광의 투사각의 변화모드를 도시한 도면.

제25도, 제26a 내지 c도는 제20a도와 제20b도의 장치에서 얼라인먼트 마크영상의 검출을 도시한 도면.

제27a 내지 c도는 웨이퍼 얼라인먼트 마크로의 얼라인먼트 광의 투사각의 또 다른 변화 모드를 도시한 도면.

제28a, b도는 레지스트층, 얼라인먼트 표시 및 웨이퍼의 적층에 의하여 야기되는 얼라인먼트 광의 다중간섭을 도시한 도면.

제29도는 얼라인먼트 광의 투사각을 파라미터로 한 레지스트층의 두께와 다중 간섭의 관계를 도시한 도면.

제30a 내지 c도는 얼라인먼트 마크가 이상적으로 검출되었을 때의 신호 파형을 도시한 도면.

제31도는 제20a도의 장치에서 얼라인먼트 마크영상에 대한 검출신호의 파형을

제32도는 노출광과 얼라인먼트 광의 파장이 실질적으로 같은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 노출장치와 얼라인먼트 방법을 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 패턴(망선) 2 : 대상물(웨이퍼)

3 : 축소렌즈 4 : 노출광원

5 : 얼라인먼트 검출부 7 : 이동 가능한 스테이지

11 : 노출패턴 영역 21 : 칩

22, 22' : 얼라인먼트 마크 30, 30' : 얼라인먼트/반사영역

80 : 검출 및 처리수단

본 발명은 노출 마스크와 대상물을 얼라인먼트하는 노출 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

반도체 장치의 회로 패턴은 매년 축소되어 왔고, 패턴의 얼라인먼트(alignment)의 정밀도에 대한 요구가 점점 까다로와졌다. 얼라인먼트의 정밀도가 0.3㎛ 또는 그 이상일때, 웨이퍼 얼라인먼트 방법과 총체적인 얼라인먼트 방법이 사용되어 왔다. 이 방법에서, 웨이퍼 칩 주변위의 여러점에서의 위치는 얼라인먼트 광학 시스템과 레이저 거리측정 장치에 의하여 측정되며, 칩 노출 위치는 다른 칩들이 정확하게 얼라인되었다는 가정하에 계산되며, 웨이퍼는 단계적이고 반복적인 방법에 의하여 노출된다. 이 방법에서

제1도는 종래의 기술에 의한 칩마다의 얼라인먼트 방법을 도시한 것이다. 마스크의 회로 패턴 또는 망선(reticle)(1)을 웨이퍼등의 대상물(2) 위의 칩(또는 회로 패턴)위에 과대 노출시킬때, 만일 얼라인머트 타켓 마크(22A)과 (22A')가 웨이퍼위의 회로 패턴(21) 근처에 배열되어 있다면, 타게 표시를 검출하기 위한 얼라인먼트 검출 광학 시스템(500)과 (560')의 미러(560')는 노출광 플럭스(flux)(41)내에 있어야 한다. 이를 방지하기 위하여, 미러는 (560)으로 도시한 바와 같이 노출광 플럭스밖에 배열되어야 한다. 이러한 배열에서, 축소 렌즈(3)을 통한 웨이퍼 타겟 마크(22A)와 (22A')의 상은 얼라인먼트 검출 광학 시스템의 관측 영역에 들어오지 않으므로, 웨이퍼(2)가 순서대로 위치(21')와 (22＂)로 이동되어야 할 것이다. 이동 거리는 레이저 거리 측정장치에 의하여 측정되고, 타겟위치는 얼라인먼트 검출 광학 시스템에 의하여 측정되며, 망선의 얼라인먼트 위치와 웨이퍼 회로 패턴은 이러한 측정값에 따라서 계산되어, 웨이퍼가 그 위치로 이동되고, 그 위치에서 과대 노출된다. 이와 같은 여분의 웨이퍼 이동 스텝은 얼라인먼트 정밀도와 생산성을 감소시킨다. (12)(12')는 망선위의 얼라인먼트 타겟 표시를 나타낸다. 그와 같은 여분의 스텝을 방지하기 위하여, 웨이퍼 회로 패턴(21)과 타겟 마크(22) 및 (22')가 제2도에 도시한 바와 같이 제1도의 타겟 마크(12) 및 (12')와 망선의 회로 패턴(11)에 대응하는 위치에 배열되어 얼라인먼트가 노출 위치에서 이루어진다. 그러나 이 방법에

제3도에는 1982년 11월 2일에 출원한 미국 특허 No.4,357,100에 기술된 것과 유사한 또 다른 종래의 기술에 의한 노출위치 검출 측정을 나타낸 것이다. 보호 유리(120)은 마스크(망선)(1)의 패턴 표면(110)위에 탑재되어 있고, 웨이퍼(2)의 타겟 패턴(22)에 의하여 반사되어 축소 렌즈(3)을 통하여 투과된 광이 보호 유리(120)에 의하여 반사되어 광 스플리트층(16)을 거쳐서 투과되고, 그 후 제3도의 우측 부분에 있는 원을 확대하여 제3도의 좌측부분에 명확히 도시한 바와 같이 확대 초점 렌즈(3')를 통하여 소정의 초점이 맞추어지는 평면상에 얼라인먼트 타겟 패턴(12)의 광학영상과 함께 초점이 맞추어 진다. 이러한 종래의 기술에 의한 방법에서, 노출광과 얼라인먼트 광의 파장은 서로 다르며, 이와 같이 파장의 차이에 따른 축선상의 색수차(Chromatic Aberration)는 광 스플리트층과 보호 유리에 의한 광의 폴드-백(flod-back)에 의하여 보상된다. 이와 같은 배열에 의하여, 노출 위치에서의 얼라인먼트가 이루어진다.

그러나, 이 방법은 다음과 같은 문제점을 내포하고 있다.

(1) 축선상의 색수차 △1(△1=3∼10㎜)이 광학 시스템을 장치하기 용이할 만큼 충분히 크지 않으므로, 보호 유리와 광 스플리트층 사이의 공간은 대략 △1/2로서, 이는 검출 광학 시스템의 설치를 어렵게 한다.

(2) 이 방법에서는 웨이퍼 타겟 마크로 부터의 광이 망선의 낮은 표면에 탑재된 보호 유리에 의하여 반사된다.

그러나, 이와 같은 보호 유리는 먼지로 부터 보호되지 않으며,

한편, 제4a도에 도시된 장치는 상업적으로 유용하다. 그러나 이 장치에서는 검출 시스템의 한쪽끝이 제4b도에 도시한 바와 같이 회로 패턴 A로부터의 노출광을 막으므로, 만일 웨이퍼 타겟의 근처에 패턴의 상이 생기게 되어 있다면, 패턴의 상은 초점이 맞지 않게 된다. 따라서, 패턴의 상이 타겟 근처에 생길 수 없고, 단지 패턴 B의 내부면만이 회로 패턴으로서 노출될 수 있다.

본 발명의 목적은 고생산성의 노출 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 얼라인먼트 정밀도가 매우 높은 노출장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 노출 장치에서의 노출 마스크를 대상물과 고정 밀도로 얼라인먼트하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면 노출 장치는 노출 광원, 노출 패턴영역부와 이에 인접한 얼라인먼트/반사영역부를 갖는 마스크 플레이트 수단, 대상물 얼라인먼트 마크를 갖는 광 감지 대상물을 지지하는 이동 가능한 스테이지 수단, 마스크 플레이트수단과 이동 가능한 스테이지 수단 사이에 설치되어 노출 광원으로 부터의 마스크 플레이트 수단을 가로질러 설치된 투영렌즈 수단, 대상물이 있는 마스크 플레이트 수단을 얼라인먼트하기 위한 제어신호를 발생하기 위하여 마스크 플레이트 수단과 대상물 사이의 위치 관계를 검출

위와 같은 영상들 사이에서 검출된 위치 관계에 따라 대상물(대상물 얼라인먼트 마크)이 있는 마스크 플레이트 수단(마스크 얼라인먼트 마크부)을 얼라인먼트하는데 필요한 제어 신호를 발생한다.

본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 노출 마스크가 노출 마스크의 노출 패턴영역부에 있는 패턴의 영상을 투영렌즈수단을 통하여 이동 가능한 스테이지위에 있는 대상물위로 투사하도록 노출 광원에 의하여 조명을 받고, 대상물 얼라인먼트 마크를 갖는 노출 장치에서 노출 마스크를 대상물과 얼라인먼트하기 위한 방법에 있어서, 노출광원 수단을 향하지 않는 노출 마스크 플레이트의 표면위에 노출 패턴부와 인접하고, 반사부와 얼라인먼트 마크부를 포함하는 얼라인먼트/반사부를 배열하는 스텝, 대상물 얼라인먼트 마크로 부터 산란되거나 반사된 광이 투영렌즈 수단을 통해 통과하여 얼라인먼트/반사영역부의 반사부에서 반사되도록 얼라인먼트 광원 수단으로 대상물 얼라인먼트 마크를 조명하는 스텝, 얼라인먼트 마크부와 대상물 얼라인먼트 마크 사이의 위치관계를 검출하여 이 검출된 위치 관계에 따라 얼라인먼트 마크부와 대상물 얼라인먼트 마크사이의 불일치를 나타내는 제어 신호를 발생하는 스텝과 신호에 따라서 노출 마스크와 대상물

이하 본 발명의 구성에 대해서 실시예와 함께 설명한다.

또, 실시예를 설명하기 위한 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 것은 동일한 부호를 붙이고 그 반복적인 설명은 생략한다.

제5a도 내지 제5c도는 제1의 실시예를 나타낸 것으로, 얼라인먼트는 같은 파장의 노출광과 얼라인먼트 광을 사용하여 실행되고, 노출 장치는 노출 광원(4), 망선(마스크 플레이트 수단)(1), 투영렌즈, 즉 축소렌즈(3), 얼라인먼트 마크(웨이퍼 얼라인먼트 마크(22)와 (22')를 갖는 광감지 웨이퍼(대상물)(2)를 지지하기 위한 이동 가능한 스테이지(7), 이동 가능한 스테이지(7)을 구동하는 수단(도시하지 않음)을 포함한다. 망선(1)은 영역(11)을 포함하는 노출 패턴 영역부와 그곳에 인접하게 배열된 영역(30) 및 (30')를 포함하는 얼라인먼트/반사영역부를 포함한다. 노출 패턴영역(11)이 광원(4)에 의하여 조명되기 전과, 이의 영상이 축소 렌즈(3)을 통하여 웨이퍼(2)의 칩(21)위로 투사되기 전에 망선(1)과 웨이퍼(2)의 얼라인먼트가 실행된다.

얼라인먼트/반사영역(30)과 (30')는 광원(4)를 향하지 않는 망선(1)의 표면위에 배열되고, 얼라인먼트/반사영역(30)과 (30')는 각각 반사부와 마스크 얼라인먼트 마크부를 갖는다. 면적(30)과 (30')는 구성과 배열에 있어서 동일하므로, 단지 영역(30)에 대해서만 설명하기로 한다. 영역(30)의 반사부는 얼라인먼트 조명 광(501')가 반투명 미러(55), 확대/초점 렌즈(52) 및 리러(51)을 통하여 웨이퍼(2)의 칩(21)에 인접한 웨이퍼 얼라인먼트 마크(22)로 투사될 때 미러로 작용하며, 또한 축소 렌즈(3)을 통하여 웨이퍼 타겟 마크로부터 전달된 산란되었거나 반사된 광을 반사시켜 이를 노출 광 통로의 외부에 배치된 얼라인먼트 검출부(5)로 향하게 하는데 사용된다. 반사부는 격자를 가지며, 0₂ ₃

제6a도와 제6b도는 노출광의 얼라인먼트광이 실질적으로 같은 파장을 갖는 본 발명의 실시예에서 얼라인먼트/반사영역부의 또 다른 배열(30-1)을 나타낸 것이고, 이는 제5a도에 도시된 망선의 영역부(30)으로서 사용된다. 반사부(30-1a)는 격자를 갖는 망선 얼라인먼트 패턴부(30-1b)를 제외하고 Cr이나 Cr₂O₃로 대부분 코팅된다. 제5a도에서와 같은 검출부가 사용될 때, 검출소자부(50)은 제6b도에 도시된 것과 같은 신호를 발생한다. 이 경우에 망선 얼라인먼트 마크 신호는 단지 격자화된 타겟 영역에서만 높은 상태를 유지한다.

제7a도와 제7b도는 노출광과 얼라인먼트 광이 실질적으로 같은 파장을 갖는 본 발명의 실시예에서 얼라인먼트/반사영역부의 또 다른 배열(30-2)를 나타낸 것이다. 제7a도에서 망선의 반사부는 균일한 격자를 가지며, 이것의 왼쪽과 오른쪽 영역은 클리어이다. 또 제5a도와 같은 검출부를 사용할 수 있다. 본 실시예에서, 제7b도에 보인 것과 같은 망선 신호와 웨이퍼 신호가 발생된다.

제8a도와 제8b도는 노출광과 얼라인먼트 광이 실질적으로 같은 파장을 갖는 본 발명의 실시예에서 얼라인먼트/반사영역부의 또 다른 배열(30-3)을 나타낸 것이다. 망선의 반사부(30-3a)는 균일한 Cr이나 Cr₁O₃면이다. 제5a도에서와 같은 같이 망선 얼라인먼트 마크 검출 조명광(503)(그리고 미러(54))는 사용되지 않고, 웨이퍼 조명 광은 망선을 조명하는데 또한 사용된다. 반사부(30-3a)의 외형이나 윤곽(30-3b)는 망선 얼라인

상기의 실시예에서와 같이, 웨이퍼 얼라인먼트 마크 조명광은 축소 렌즈를 통하여 웨이퍼 얼라인먼트 마크로 향하게 된다. 또한 웨이퍼 얼라인먼트 마크로부터 산란된 광이 축소 렌즈를 통하여 검출된다면, 그 빛은 축소 렌즈를 통하여 통과하지 않고, 웨이퍼의 위로 부터 웨이퍼 얼라인먼트 마크로 비스듬하게 향하게 된다.

LSI회로 패턴이 더욱 더 소형화되고, 패턴 폭이 대략 1㎛로 축소되기 때문에, 패턴 폭의 변화를 ±10%내로 유지하기 어렵다. 알루미늄 패턴과 같은 반사 계수가 큰 바닥층위에 레지스트층이 코팅되고, 패턴이 그와 같은 레지스트층상에 노출될때, 고 대비(contrast)를 갖는 간섭 줄무늬(정재파)가 바닥층과 입사광으로 부터의 반사광에 의해서 레지스트층에 평행하게 만들어진다. 만약 이 상태에서 노출된 레지스트가 만들어지면, 레지스트층의 한 부분에서 미세한 주름이 만들어진다. 그러므로, 패턴 폭의 변화를 줄이는 것은 어렵다. 최근에는 정밀한 패턴을 알루미늄 바닥층위에 미세한 패턴으로 만들고자할 때, 광 흡수 레지스트가 알루미늄 표면으로 부터의 반사를 막기 위하여 사용된다. 이러한 광흡수 레지스트가 사용될 때, 노출광과 같은 파장을 갖고 있거나 거의 비슷한 파장을 갖고 있는 얼라인먼트 검출 광을 사용하여 노출 마크를 얼라이먼트하는 것은 웨이퍼 얼라인먼트 마크의 단계로부터 실제적인 반사광이 없기 때문에 불가능하다. 이런 경우, 그 파장이 노출광의 파장보다 길고, 광 흡수 레지스트로 빛을 전달하는 얼라인먼트 조명 광을 사용하는 것이 필요하다.

노출광의 파장과 다른 파장을 가진 얼라인먼트 광에 의하여 얼라인먼트가 이루

본 실시예에서, 마스크 위에 있는 노출 패턴부가 웨이퍼 위로 투사될 때, 초점 패턴을 포함하는 얼라인먼트/반사영역부는 후에 설명하는 바와 같이 노출 패턴부에 인접하게 배열된다. 그리고, 초점 패턴은 단색광에 의하여 조명된다. 사용된 단색광이 물질적으로 볼 때 순수한 단색광은 아니지만, 실제로 단색광처럼 여겨질 수 있는 광이면 본 목적에 충분하다. 단색광의 파장은 일반적인 노출광의 파장보다 길다. 단색광에 의해 조명된 초점 패턴으로부터 반사된 광은 회절되어 집광된 영상을 형성한다. 이 집광된 상은 마스크 얼라인먼트 마크 영상으로서 사용된다 : 반면에 웨이퍼 칩의 얼라인먼트 마크 상은 후에 설명하는 바와 같이, 노출광이나 투영렌즈에 의하여 마스크 얼라인먼트 마크의 근처에서 초점이 맞춰진다. 그리하여, 집광된 상과 칩의 얼라인먼트 상에 따라서 정확한 얼라인먼트가 얻어진다.

제9도는 얼라인머트 파장에서의 영상 형성과 반도체 노출 장치에 있는 초점 렌즈(3)의 노출 파장에서의 상형상 사이의 관계를 명확하게 나타낸 것이다. 웨이퍼가(2')에 위치에 있을 때, 망선(1)의 P점은 노출광(g선)이나 점선광에 의해서 웨이퍼상에 형성된다. 그러나, 얼라인먼트광(521)과 (522)(e선)이 웨이퍼를 얼라인먼트하기 위하여 웨이퍼 얼라인먼트쪽으로 비스듬하게 향할 때, 웨이퍼는(2')의 위치에 있고, 웨이퍼 얼라인먼트 마크상은 초점 렌즈(3)에 의해서 △Z만큼 P의 위치로 부터 떨어진 P'위치에 형성된다. 이 문제를 해결하기 위해서, 마스크의 A지점 가까이에 웨이퍼의 패턴을 형성하기 위해서는 △Z'만큼, 위치(2')에서 위치(2)로 웨이퍼의 높이를 낮춰야 한다. 거리 △Z와 △Z'는 렌즈의 배율이 N일 때 △Z는 N²△Z'로 된다. 그리고, △Z'는 대략 200(㎛)이며, △Z는

제10a도와 제10b도를 참조로 하여, 제10a도, 제14a도 및 제15a도에 나타낸 본 실시예의 공통 원칙에 대해 설명하기로 한다. 초점 패턴(60)과 (60')를 포함하는 얼라인먼트/반사영역부는 마스크(1)의 노출 패턴영역부(11)에 인접하여 노출 패턴부(11)주위의 획선 영역 또는 본딩 영역(60)과 (60')에 형성된다.

초점 패턴은 제11a도에 도시한 쌍곡선 또는 제11b도에 도시한 준쌍곡선을 포함한다. 이 패턴은 피치 P로 폭 W와 방향 X(방향은 쌍곡선의 두 초점을 연결하는 선쪽)를 갖는 쌍곡선이나 준쌍곡선을 이동시켜 그린 다수의 쌍곡선이나 준쌍곡선을 포함한다. 검거나 빗금친 부분은 Cr표면을 나타내고, 흰 부분은 Cr이 없는 유리 표면을 나타낸다. Cr표면은 반사부를 형성한다. 또, 제11b도에서 처럼, 폭 W와 빗금이 쳐져 있는 1₁, 1₂, 1₃,…가 결정되면, 전자빔 리도 그래피 장치로 그릴수 있는 이상적인 쌍곡선군에 근사시킬 수 있는 준쌍곡선군을 형성한다. 파장 λ의 단색광(502)가 90°에 가까운 투사각 θ₀에서 이 패턴에 투사될 때, 반사광과 회절광은 제12a도에서와 같이(1122)위치에서 슬릿형상으로 집광된다. 한편, 제10a도에서 볼 수 있듯이 칩에서의 본딩 영역이나 웨이퍼 상의 획선영역안에 있는 얼라이먼트 마크(22)(또는 (22'))는 e선(523)과 (524)에 의해서 비스듬하게 조명되고, 산란광(503)은 상 렌즈(3)을 통하여 투과되며, 이 상은 제9도에서 처럼 P'의 위치에서 초점이 맞춰지고, 제12a도의 광 통로(503)과 (5035)^-따라서 얼라인먼트/반사영역부(60)으로 향하여 정반사되어(회절없이) 위치(1122)에 초점이 맞추어진

상술한 원칙을 요약하면, 마스크상의 노출 패턴영역부가 대상물인 반도체 웨이퍼의 표면에 투사될 때, 초점 패턴을 가지고 있는 얼라인먼트/반사영역부는 노출 패턴영역부의 근처에서 노출광원을 향하지 않는 마스크의 표면에 배열되고, 단색광으로 초점 패턴을 조명하므로써 만들어진 반사된 회절광의 상은 망선 얼라인먼트 마크상으로써

다시 제10a도와 제10b도를 참조로 하여 제1의 실시예를 설명한다. 제10b도에 도시한 바와 같이 마스크(망선)(1)은 영역(11)을 포함하는 노출 패턴 영역부를 가지고 있고, 각각 초점 패턴을 이송하는 영역(60)과 (60')를 포함하는 얼라인먼트/반사영역부를 가지고 있다. 얼라인먼트 반사영역부는 구획선 영역에 해당하는 위치에서 노출 광원(4)를 향하지 않는 마스크(1)의 표면에 배치되어 있다.

초점 패턴은 제11a도나 제11b도에 도시한 바와 같이 쌍곡선이나 준 쌍곡선을 포함한다. 제12b도에 도시한 바와 같이 쌍곡선은 회로 패턴을 향하여 투사할 수 있는 방향으로 된다. 영역(60)과 (61')는 한 면이 0.5∼1(㎜)인 직사각형이며, 미러(54)를 통하여 He-Ne 레이저 빔 원(51)의 평행한 빔에 의해서 조명된다(영역 (60')의 조명과 검출 시스템이 영역(60)의 것과 동일하므로 나타내지 않았다). 초점 패턴에 의해 회절된 He-Ne레이저 빔은 제10b도에서와 같이 위치(1122)에서 슬릿형으로 집광된다. 한편, 노출될 칩(21)은 이동 가능한 웨이퍼 스테이지(7)위에 있는 웨이퍼 위와 렌즈 아래, 그리고 웨이퍼 위치에서 약간 벗어난 위치에 있다. 칩은 구획선안에 형성된 얼라인먼트 마크를 이미 가지고 있고, 만약 이 마크가 마스크의 얼라인먼트/반사영역부(60)의 초점 패턴과 얼라인먼트되면, 마스크 패턴은 칩위에서 정확하게 과대 노출될 수 있다. 따라서, 웨이퍼(2)의 구획선 영역상의 얼라인먼트 마크는 사방에서의 He-Ne 레이저 빔(521)∼(524)에 의한 얼라인먼트 마크를 비스듬하게 조명하고, 초점렌즈(3)을 통하여 얼라인먼트 마크의 모서리에 의해 산란된 광을 투과시켜, 영역(60)의 반사영역부, 즉 초점패턴의 Cr표면에

제14a도와 제14b도는 본 발명의 또다른 실시예를 도시한 것이다. 제10a도와 제10b도에 도시한 바와 같은 요소들은 같은 번호로 나타내었다. 제14a도와 제14b도에서, 마스크(1)의 영역(11)을 포함하는 노출 패턴 영역부에 인접한 얼라인먼트/반사영역부의 영역(60)과 (60')내에 있는 초점 패턴들은 노출 패턴 영역에서의 본딩영역에 자유롭게 배열된다. 수은 램프의 e선 조명 광원(51＂)로 부터의 광은 반투명 미러(56)을 통하여 광 통로(501)을 따라서 전달되어, 제11a도와 제11b도에 도시한 것과 같은 초점 패턴을 포함하는 얼라인먼트/반사영역(60)의 반사부에 의하여 정반사되어, 칩(21)의 본딩 영역 내에 있는 얼라인먼트 패턴(22)와 (22')를 조명하도록 초점렌즈(3)을 통하여 투과된다. 산란된(반사)광은 다시 광통로(503)으로 되돌아와서, 다시 영역(60)의 반사부에 의하여 정반사되어(1122)에 초점이 맞추어 진다(제14b도).

마스크 위치는 He-Ne레이저 빔원과 Ar레이저 빕원 또는 e선 광원(51')로부터 방사된 단색광(502)를 미러(54)를 통하여 얼라인먼트/반사영역(60)으로 향하게 하여,

제15a도와 제15b도는 본 발명의 또다른 실시예를 나타낸 것이다. 제10a도와 제10b도에 도시한 것과 같은 요소들은 같은 번호로 나타내었다. 반도체 레이저(51＂)로부터 방사된 광은 마스크(1)위의 얼라인먼트/반사영역(60)을 비스듬히 조명한다. 광의 파장이 길으므로, 처음의 회절각은 크고, 처음의 회절된 광은 투사방향으로 되돌아와서(1122)의 위치에서 슬릿형으로 초점이 맞추어진다. 반면에, 제11a도와 제11b도에 도시한 바와 같은 패턴을 포함하는 영역(60)의 반사부에 의하여 정반사된 광은 광 통로(503')를 따라서 전달되어, 웨이퍼의 구획선면의 얼라인먼트 마크를 조명하는데 사용된다. 웨이퍼의 얼라인먼트 마크는 사방에서 레이저 빔(521)∼(524)에 의하여 비스듬히 조명을 받을 수 있어 웨이퍼의 얼라인먼트 마크의 공정에 의하여 만들어진 산란 광이나 조명에 의하여 만들어진 반사광이 영역(60)의 반사부에 의하여 정반사되어, 이전의 실시예에서 실행된 것과 같이(1122)에 초점이 맞추어진다. 다음에는 웨이퍼와 마스크의 얼라인먼트 마크영상의 신호 검출과 얼라인먼트 제어에 관하여 설명하기로 한다.

제10a도, 제14a도, 제15a도에 도시한 실시예에서, 구획선 영역이나 칩의 본딩 영역에서 얼라인먼트 마크에 대응하는 위치는 노출 단계 동안에는 조명되지 않는 것이 바람직하다. 따라서, 실시예의 도면에는 나타나 있지 않지만, 마스크위의 노출 영역을 제한하기 위한 블레이드(blade)를 배열하는 것이 바람직하다.

제16도는 마스크위에 형성된 얼라인먼트/반사영역부의 또다른 배열을 도시한 것이다. 다른 도면에서 도시한 노출장치를 사용하여도 되지만, 제5a도에 도시된 노출

제17a도에 도시한 바와 같이, 얼라인먼트/반사영역부(61)은 패턴의 중앙에서 반사부(61-la)와 그 측면 주변에서 초점 패턴을 포함하는 얼라인먼트(61-lb)를 갖는다. 초점 패턴은 일정한 피치에서 y방향으로 쌍곡선의 부분을 이동시켜 그린 곡선군, 즉 쌍곡선군의 패턴을 포함한다. 마스크위에 그와 같은 패턴을 형성하기 위하여, 전자빔리도 그래피 장치가 일반적으로 사용된다. 패턴이 정밀할 때는 곡선 패턴을 부드럽게 그리기가 어렵다. 따라서, x방향과 y방향으로 측면을 갖는 작은 직사각형들이 쌍곡선을 유사화하기 위하여 배열될 수 있다.

제16도에 도시한 얼라인먼트/반사영역부(61)은 제5a도에 도시한 얼라인먼트/반사영역(60)과 같은 방법으로 배열되어 웨이퍼를 마스크와 얼라인먼트 한다. 그러나, 제5a도의 실시예와는 달리 얼라인먼트 광은 노출의 파장과는 다른 파장을 갖는다.

제5a도를 다시 참고하면, 웨이퍼 얼라인먼트 마크는 갈바노미러(53), 빔 스플리터(55), 초점 렌즈(52)와 미러 또는 빔 스플리터(51)을 통하여 레이저 조명 광(501')를 망선(1)위에 얼라인먼트/반사영역(61)의 중앙에서 반사부(61-la)를 향하게 조명하여 반사광이 축소 렌즈(3)을 통하여 투과되고, 웨이퍼 얼라인먼트 마크(22)를 조명하여 이 곳으로 부터의 반사광이 독같은 광 통로를 통과하고, 제16도의 도시한 바와 같은 웨이퍼 얼라인먼트 마크 영상(1012)를 형성하기 위해 영역(61)에 의하여 반사된다. 형성된 상의 위치는 얼라인먼트하는데 사용되는 레이저 빔(501')의 파장과 축소렌즈(3)의 색수차에 의하여 결정된다. 마스크(망선)과 웨이퍼의 표면은 축소 렌즈에 의해 노출에 대한 초점 관계가 있으나, 웨이퍼(2)의 얼라인먼트 마크의 영상은 얼라인먼트 검출 광에 의하여 마스크(망선)(1)의 하부 표면상의 영역위에 형성되지 않고, 영역(61)에 의하여 반사되어 마

웨이퍼 얼라인먼트 마크(망선의 하부 표면으로부터 h만큼 떨어져 있다)의 초점 위치에서 선형 영상을 형성하기 위한 선형 영상(x방향에서의 변화)의 강도 분포와 쌍곡선의 형태를 제17a도∼제17c도를 참고로 하여 설명하기로 한다.

제17a도는 망선(1)위에 얼라인먼트/반사영역(61)을 나타낸 것이며, 축(x, y)가 이 평면위에 존재한다.

초점 패턴, 즉 쌍곡선 패턴(쌍곡선 격자)을 포함하는 마스크 얼라인먼트 마크(61-lb)는 반사부(61-la)의 반대 측면위에 배열된다. 반사부(61-la)에 도시한 점선은 단지 왼쪽과 오른쪽의 쌍곡선의 연결을 보여주는 것으로 실제 존재하는 패턴은 아니다. 제17b도와 제17c도는 제17a도를 측면에서 본 것으로, x-y축과 y-z축이 각 평면상에 있다. 투사 레이저 빔은 y-z평면에서 평행하게 된 빔으로서, z축과는 θ₀의 각을 갖고, 망선의 하부 표면에서부터 h만큼 떨어진 위치에서 선형 패턴(1122)를 형성하도록 피치 P에 배열된 쌍곡선 패턴에 의하여 반사되고 회절된다. 회절 광의 광축은 z축과 θ₁의 각을 가진다. 쌍곡선의 패턴은 다음의 공식으로 표현된다.

여기서 n은 정수이다. 점근적인 쌍곡선은 다음의 공식으로 주어진다.

쌍곡선의 피치 P는 다음 식으로 주어진다.

이러한 쌍곡선 격자(쌍곡선 패턴)는 제17a도(점선)에 도시한 바와 같이 반사부(61-la)에는 존재하지 않지만, 반사부(61-la)의 반대 측면위에 있는 얼라인먼트 마크부(61-lb)에는 존재한다. 반사부(61-la)의 폭은 W_m으로 표시되고, 쌍곡선 패턴의 전체 폭(반사부(61-la)의 폭 포함)은 W_g로 표시된다. 폭 W_m은 적어도 웨이퍼 얼라인먼트 마크에 대한 조명 빔의 폭만큼은 되어야 한다. 만일 반사부(61-la)가 너무 좁은 조명 빔이 쌍곡선 패턴을 조명한다면, 이로부터 반사된 회절 광은 웨이퍼 얼라인먼트 마크영상에 2중으로 겹치게 되고, 웨이퍼 얼라인먼트 마크에 대한 검출 신호의 S/N비가 감소된다. 폭은 대략 웨이퍼 얼라인먼트 마크를 검출하는데 필요한 조명 영역의 직경과 축소 렌즈의 축소율의 역수를 곱한 것과 같다. 파장 λ를 갖는 평행하게 된 레이저 빔이 투사각 θ₀에서 폭 W_g와 중앙의 빈 공간부 W_m을 갖는 공식(1)에 의하여 표현되는 쌍곡선 패턴에 인가될 때, 반사된 회절 빔은 제17b도와 제17c도에 도시한 바와 같이 마스크 표면에서 h만큼 떨어진 위치에서 y축을 따라서 연장하고 있는 선형 영상을 형성한다. x방향에서 강도 분포I(X)(선형 영상의 좌표 축은 X이다)는 다음과 같이 주어진다.

여기서,

이고, C는 레이저 빔의 강도와 반사율에 비례_e ² ₀

이러한 문제에 대한 해결을 설명하고자 한다.

제17a도 내지 제17c도에 도시한 영역(61)의 반사부(61-la)의 폭 W_m은 웨이퍼 얼라인먼트 마크를 조명하는데 요구되는 최소값으로 선택하고, 폭 W_g는 다음의 값으로 선택한다.

여기서, NA는 검출 광학 시스템의 구경수이다. 이 방법에서, W_g-W_m을 크게 선택한다. 그 결과, 쌍곡선 격자 회절 상(제18도)의 강도의 피크는(W_g-W_m)²에 비례하며,

두번째 해결 방법으로서, 제16도의 망선 패턴이 종래의 Cr 마스크를 사용하지 않고 Cr₂C₃,마스크를 사용하는 것이다. 파장 λ=500㎚에 대한 Cr마스크의 반사율 r_cr은 약 60%인 반면에 Cr₂O₃마스크의 반사율 r_cr203의 반사율은 약 16%이다. 웨이퍼 얼라인먼트 마크영상의 강도 I_w는 광이 조명과 영상에서 두번 반사되므로, r²에 비례한다. 반면에, 망선 위치를 나타내는 쌍곡선 패턴 회절 영상의 강도 I_m은 회절영상이 마스크에 의하여 한번 반사되어 얻어지므로 r에 비례한다. 따라서, 마스크 얼라인먼트 마크회절 영상의 강도와 웨이퍼 얼라인먼트 마크영상(마스크 얼라인먼트 마크 회절 영상을 검출할 때의 잡음영상)의 강도의 비, 즉 S/N비는 다음과 같이 주어진다.

S/N I_m/I_w

αl/r

그러므로, 마스크 반사율이 작을수록 S/N비는 커진다.

Cr₂O₃마스크가 사용될 때의 S/N비는 Cr마스크가 사용될 때의 S/N비의 대략 4배이다. Cr₂O₃보다 작은 반사율을 갖는 다른 물질로 또한 동일한 효과를 얻기 위하여 사용될 수 있다.

Cr 마스크를 사용하였을 때의 S/N비보다 적어도 3배 이상 S/N비가 크면 그 효과는 만족할 만하다.

세번째 해결 방법을 제19a도∼제19c도에 도시하였다. 만일 레이저 빔이 얼라인

네번째 해결 방법을 설명하기로 한다. 웨이퍼 얼라인먼트 마크 영상의 초점 위치와 망선의 위치를 나타내는 쌍곡선 패턴의 회절 영상의 위치를 고의로 초점 평면위에서 서로 자리 이동시킨다. 자리 이동의 양은 웨이퍼 테이블의 단계적으로 반복적인 공정에서의 얼라인먼트 정밀도에 좌우되며, 웨이퍼 얼라인먼트 표시의 선폭보다 커야 한다. 망선의 위치를 나타내는 쌍곡선 패턴의 히절 영상과 웨이퍼 얼라인먼트 마크가 위의 자리 이동 양만큼 서로 상대적으로 자리이동되는 식으로 마크나 패턴이 형성된다. 번갈아서 쌍곡선 패턴에 대한 조명 광이 제17a도와 제17c도에 도시한 바와 같이 직각에서 X축과

상기의 실시예에서 노출 패턴이 웨이퍼로 투사될 때, 수온 램프나 He-Ne 레이저 빔의 스펙트럼선인 g선, e선 및 d선은 마스크 패턴과 웨이퍼를 정합하기 위하여 사용된다. 이와 같은 광은 노출 초점 렌즈를 통하여 투사된다. 노출 초점 렌즈는 일반적으로, g선과 같은 단색광에 대하여만 최고의 초점 특성(고해상력)을 나타내도록 설계되므로, 노출광을 제외한 조명 광의 스펙트럼 폭은 좁아야 한다.

그러나, 노출광을 제외한 광에서는 광축위의 초점 위치가 파장의 작은 변화에 대해서도 크게 변한다. 따라서 고해상도를 갖는 얼라인먼트 검출 패턴을 얻기 위하여는 가능한 스펙트럼 폭이 좁은 광을 사용하는 것이 유용하다. 그러나 레이저를 제외한 수온 램프와 같은 광원은 웨이퍼위의 얼라인먼트 마크를 검출하기에 충분한 강도와 충분히 좁은 스펙트럼 폭을 갖는 광을 만들 수 없다. 그러므로, 강도와 해상도면에서 레이저 빔을 얼라인먼트 광워으로 사용하는 것은 유리하다. 그러나 레이저 빔은 보통 응집성(공간적인 응집성)이 크므로, 만일 웨이퍼위의 얼라인먼트 마크가 Al이나 WSi와 같은 과립형상의 물질로 표시된다면, 작은 반점 패턴이라고 하는 잡음이 마크영상 검출 신호에 포함되어 검출신호의 S/N비가 떨어진다. 얼라인먼트될 웨이퍼위에 코팅된 레지스트층의 표면과 얼라인먼트 마크를 이송하는 바닥층이나 얼라인먼트 마크 사이에서 발생되는 다중 간섭에 의하여, 레지스트층 두께의 미세한 변화가 잡음으로 나타나서 검출 신호의 S/N비가 떨어진다.

다음에 제20a도, 제20b도를 참고하여, 작은 반점 패턴 잡음과 다중 간섭을 억제하는 본 발명의 실시예에 따른 노출 장치와 얼라인먼트 방법을 설명한다. 얼라인먼트 광의 파장은 노출광의 파장과 다르다.

마스크(망선)(1)위의 영역(30)과 (30')를 포함하는 얼라인먼트/반사영역부는 제10a도, 제10b도, 제11a도, 제11b도, 제12a도∼제12c도, 제13도에 도시한 초점 페턴들을 포함하며, 위의 도면에서 보인 방법으로 마스크(1)위에 배열되어 있다. (4)는 노출광의 광원을 나타낸다. 레이저 빔 원(90)으로부터 방사된 광은 빔 스플리터(91)에 의하여 분리된다. 분리된 빔들중의 하나가 쌍곡선 패턴을 포함하는 얼라인먼트/반사영역(30)을 조명한다. 조명 광은 회절되고, 처음의 회절 광은 광 통로(601)을 통과하여(600)에 선형 영상으로 초점이 맞추어진다. 선형 영상의 방향(x방향)은 망선(1)의 x방향을 나타낸다. 다른 스플리터 빔은 투사각 변화 수단인 갈바노미러(92)에 의하여 굴절된다. 굴절된 빔은 반투명 미러(83), 렌즈(84), 미러(85)를 통과하고, 마스크(망선)(1)의 노출 패턴영역(11)에 인접한 얼라인먼트/반사영역(30)으로 향하여, 그로부터 정반사된 광이 노출 초점 렌즈(3)의 입구 렌즈(205)로 향하게 된다. 입구 렌즈를 통하여 투과된 광(612)는 웨이퍼(2)위의 칩(21)의 주변에 배열된 웨이퍼 위에 얼라인먼트 마크(22) (22')를 조명한다. 웨이퍼(2)위의 칩(21)은 제21도에 도시한 바와 같이 x방향과 y방향으로 뻗은 가늘고 긴 얼라인먼트 마크(22)와 (22')를 포함한다.

제20a도, 제20b도에는 망선(1)위의 얼라인먼트 마크(30)을 웨이퍼(1)위의 얼라인먼트 마크(22)와 얼라인먼트하기 위한 광학 시스템을 포함하는 제어부만을 얼라인먼트 광학 시스템으로 나타낸 것이며, 마크(30')를 마크(22')와 얼라인먼트하기 위한 광학 시스템을 포함하는 또 다른 제어부는 동일하므로 생략되었다. 제20a도, 제20b도에서 웨이퍼(1)위의 얼라인먼트 마크(22)로 향하는 레이저 빔은 제22b도에 도시한 얼라인먼트 마크의 세로 방향에 수직인 xz평면(x방향)에서 투사각의 변화가 없으나, 제22c도에 도시한 웨이퍼(2)나 마스크(1)에 수직인 yz평면(y방향)에서는 투사각이 변한다. 제22b도는

웨이퍼(2)에 의하여 반사된 얼라인먼트 마크(22)의 위치정보를 포함하는 광은 보통 노출 초점렌즈(3)(마스크(1)이나 웨이퍼(2)와 평행한 xy평면)의 입구 렌즈(205)위에서, 제23a도의 (220), (221), (222)로 도시한 바와 같이, 웨이퍼(1)위의 얼라인먼트 마크의 세로 방향(y방향)에 수직인 방향(x방향)으로 펼쳐진 회절 패턴이다.

따라서, 제22c도에서 처럼 yz평면에서 투사각을 Y방향(x축에 수직)으로 굴절시키므로써, 회절 광 정보, 특히 검출될 패턴의 위치 정보(얼라인먼트 마크(22)에 대한 x좌표축과 마크(22')에 대한 y좌표축)를 손실없이 검출할 수 있다. 비교해 보면, 제23b도는 수직 방향(zx평면에서 x방향)으로 굴절된 광을 나타낸 것이다. 이 경우는, 검출된 방향에서 정보를 잃는다. 투사광은 제22a도∼제22c도, 제23a도에 보인 방향으로 굴절되고, 웨이퍼(2)에 의하여 반사되어, 다시 초점 렌즈(3)의 입구 렌즈(205)를 통과하고, 망선(1)위의 얼라인먼트/반사영역(30)의 반사부에 의하여 정반사되며, 망선으로부터의 회절광의 선형 영상의 초점이 맞추어질때(망선 얼라인먼트 표시상)(600)에서 웨이퍼의 얼라인먼트 마크의 영상의 초점이 맞추어진다. 망선 얼라인먼트 마크 영상과 웨이퍼 얼라인먼트 마크 영상은 미러(85), 렌즈(84), 빔 스플리터(83)을 통하여 전달되고, 초점 광학시스템(82)에 의하여 영상수단(81)의 영상 평면위에 다시 초점이 맞추어 진다.

다음은 웨이퍼 얼라인먼트 마크에 첨가된 잡음과 잡음의 억제에 관하여 설명하기로 한다. 영상수단(81)의 영상 평면위에 초점이 맞춰진 마스크 얼라인먼트 마크(영상(30)와 웨이퍼 얼라인먼트 마크영상(22)가 제25도에 도시되어 있으며,_t

의 식으로 되며, 그 신호들의 평균화되어 S/N비가 개선된다.

웨어퍼(2)의 얼라인먼트 마크가 알루미늄과 같은 과립형상의 물질로 표시될때, 검출신호의 S/N비는 제26a도, 제26b도에 도시한 바와 같이 평균 후에도 계속 낮으며, 여기서 조명 광의 투사각은 다른 각도로 고정된다. 제24도에 도시한 바와 같이, 투사각 θ는 상술한 평면에서 시간에 다라서 변화한다. 투사각이 변하는 동안에(t_O-t_N)영상 정보가 축적된다. 결과적으로, i방향에서의 검출신호 O_∑(i)는 다음의 식으로 표현된다.

정보의 축적은 보통 종래의 영상 수단으로 실행되므로 어떤 특별한 수단이 요구되지 않는다. 갈바노미러에 의하여 영상을 리드하는 주기 T₁(보통 16ms)과 굴절 주기 T₂는 T₁=n₀T₂의 관계를 갖는다(여기서 n₀는 정수이다). 그러므로, 제26a도, 제26b도 , …에서의 정보는 평균되어 제26c도에 도시한 바와 같이 고 S/N신호를 만들어낸다. 따라서 알루미늄 얼라인먼트 마크와 같이 검출하기 어려운 얼라인먼트 마크도 검출해낼 수 있다.

제27a도∼제27c도는 웨이퍼 얼라인먼트 마크로 투사각을 변화시킨 또 다른 모

제28a도, 제28b도는 다중 간섭 상황에서 얼라인먼트 마크의 조명을 도시한 것이다. 다중 간섭이 레지스트 표면(43)과 얼라인먼트 마크(22)나 바닥층(2) 사이에서 발생할 때, 간섭의 강도는 층의 광학 통로차 △l=2ndcosθ와 레지스트의 복소수 회절계수 및 얼라인먼트 마크나 바닥층에 의하여 결정된다. 일반적으로, 이는 제29도에 도시한 바와 같이 필름두께 d(λ=514nm)에 따라서 주기적으로 변한다. 레지스트층의 평균 두께 dm이 1.6㎛±0.14㎛일때, 간섭의 강도는 θ=0°에서 크게 변화(△0_θ=0°)한다. θ=13°일때, 간섭의 강도는 점선으로 도시한 바와 같이 d에 따라서 변화하며, 그 변화는 작다(△0_θ=13°). 웨이퍼 얼라인먼트 마크의 모서리에서 신호 강도는 제30a도, 제30b도, 제30c도에 도시한 바와 같이 변화한다(이는 레지스트층의 두께가 단지 바닥층의 형태에 따라서만 변화하고, 대칭이거나 패턴의 모서리에 따라서 변화할 때, x방향에서 검출된 강도를 나타낸 것이다). 신호△0은 제30a도∼제30c도의 신호 영상의 잡음으로 첨가되므로, △0가 클때는 모서리의 오검출이 발생할 수 있다. 투사각을 최적의 각으로 조정함으로써, S/N비가 큰 검출을 얻을 수 있다.

제31도에서, I_R은 망선 얼라인먼트 마크 영상, I_W는 웨이퍼 얼라인먼트 마크영상을 나타낸다. 이 신호 파형들의 중앙 사이에서의 편차는 검출 시스템(80)에 의해 검출되고, 이와 같은 편차를 보상하기 위하여 웨이퍼 테이블(7)이 x방향(또는 y방향)으로 이동된다. 제20b도에 도시한 바와 같이 (제20a도에는 도시하지 않음), 셔터(62)와 (63)이 개_R _W

다음에 본 발명에 다른 노출장치와 얼라인먼트 방법을 도시한 제32도를 참고하면, 여기서는 작은 반점 패턴 잡음과 다중 간섭이 억제되고, 제20도 a에 사용된 동일한 참고 번호가 동일한 요소나 구성체를 나타낸다. 회로 패턴을 투사하기 위한(노출 영역(11)위로) 노출광의 파장과 실질적으로 같은 파장을 갖는 레이저 광원(90)으로부터의 레이저 광은 갈바노미러(92)로 굴절시키기 위하여 적합하게 된다. 굴절되는 광은 반투명 미러(83)과 렌즈(84)를 통과하고, 마스크 얼라인먼트 마크로 작용하는 윈도우(70)을 통하여 통과하도록 미러(85)에 의하여 반사되어, 노출 렌즈(3)의 입구로 들어가는 광(201)(또는, 갈바노미러(92)에 의한 굴절에 따르는 광(202)을 형성한다. 렌즈의 입구를 통하여 투과된 광은 웨이퍼(2)의 칩(21) 근처에 마련된 웨이퍼 얼라인먼트 마크(22) (22')를 조명하는 광(211)(또는, 갈바노미러(92)에 의한 굴절에 따르는 광(212))을 형성한다.

웨이퍼 얼라인먼트 마크(22)와 (22')는 가늘고 긴 형태로서, 제21도에 도시한 바와 같은 방법으로 x방향과 y방향으로 연장된다. 제32도에 망선(1)위의 얼라인먼트 마크(70)을 웨이퍼(1)위의 얼라인먼트 마크(22)와 얼라인먼트 하기 위한 광학 시스템을 포함하는 제어부만을 얼라인먼트 광학시스템으로 도시하였고, 마크(70')를 마크(22')와 얼라인하기 위한 광학 시스템을 포함하는 또 다른 제어부는 위의 것과 동일하므로 생략되었다. 또한, 웨이퍼 얼라인먼트 마크위로 광 투사각을 변화시키기 위하여 웨이퍼 얼라인먼트 마크를 조명하는 레이저 광의 굴절, 웨이퍼 얼라인먼트 마크와 망선 얼라인먼

이전에 설명한 실시예에서 웨이퍼 얼라인먼트 마크와 망선 얼라인먼트 마크의 영상을 검출하기 위하여 고체상태 카메라와 같은 2차원 영상 수단이 사용되었다. 그러나, 이러한 영상들은 단지 일차원 정보만을 반송하므로, 이러한 영상들의 검출은 영상 수단으로 일차원 어레이의 영상소자(예를 들면, CCD)를 사용하고, 가늘고 긴 얼라인먼트 마크 영상의 세로의 정보를 압축하기 위해 영상수단 앞에 실린더형 렌즈를 마련함으로써 이러한 영상들은 고해상도이고 고속으로 검출할 수 있다. 실린더 형 렌즈와 일차원 어레이에 관해서는 일본 특허공보(No.29045/83 이나 53217/81)에 기술되어 있다.

상술한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 웨이퍼위의 얼라인먼트 마크는 좁은 스펙트럼 폭을 갖는 레이저 빔에 의해 조명되어, 노출 초점 렌즈의 색수차로 인해 초점이 잘 안맞추어지는 것이 최소로 되고, 검출신호의 레벨은 충분히 높은 상태로 유지된다. 또한, 레이저 빔의 투사각은 레지스트층의 물질 및 두께와 바닥층의 형태 및 그 물질과 같은 반도체 공정에 따라서 최적의 각도로 제어될 수 있으므로, 레이저 빔의 응집성에 기인한 잡음이 실질적으로 줄어든다. 따라서, 얼라인먼트 패턴 검출의 안정도가 매우 향상된다.

Claims

제1의 광원 수단(501')노출 패턴 영역(11)이 상기 제1의 광원 수단에 의해 조명되도록 배열되고, 반사부와 마스크 얼라인먼트 마크부를 포함하고, 상기 제1의 광원 수단을 향하지 않으며 마스크 플레이트 수단(1)의 표면위에 마련되어 노출 영역부(11)과 인접하고 있는 얼라인먼트/반사영역부(30, 30')와 상기 노출 영역부를 갖는 마스크 플레이트 수단(1), 대상물 얼라인먼트 마크(22), (22')를 갖는 대상물(2)를 그 위에 지지하는 이동 가능한 스테이지 수단(7), 상기 노출 패턴 영역부(11)이 조명을 받았을 때, 투영렌즈(3)을 통하여 상기 대상물로 투사하도록 상기 마스크 플레이트 수단(11)과 상기 이동 가능한 스테이지 수단(7)사이에 끼워 넣어지고 상기 제1의 광원 수단으로부터 상기 마스크 플레이트 수단을 가로질러 마련된 투영 렌즈 수단(3), 상기 마스크 플레이트 수단(11)에서 상기 얼라인먼트/반사영역부(30, 30')의 상기 마스크 얼라인먼트 마크부와 상기 이동 가능한 스테이지 수단위에 있는 상기 대상물의 상기 대상물 얼라인먼트 마크(22, 22')사이의 위치 관계를 검출하고, 상기 마스크 얼라인먼트 마크부와 상기 대상물 얼라인먼트 마크의 얼라인먼트를 이루기 위한 제어신호를 생성하는 얼라인먼트 수단(50), 상기 얼라인먼트 수단은(a)광이 상기 대상물 얼라인먼트 마크를 조명하도록 향하고 그후 상기 대상물 얼라인먼트 마크로부터 반사된 광이 상기 투영렌즈 수단을 투과하여 상기 얼라인먼트/반사영역부로 향하여 그 반사부에서 상기 대상물 얼라인먼트 마크의 반사 영상을 마련하도록 반사되는 식으로 상기 마스크 플레이트 수단에 대하여 배열된 제2의 광원 수단(503), (b) 상기 제어신호를 발생하도록 상기 얼라인먼트/반사영역의 마스크 얼라인먼트 마크부의 영상과 상기 대상물 얼라인먼트 마크의 상기 반사영상을 검출하는 검출 수단을 포함하며, 상기 제어 신호에 대해 대응하고, 상기 마스크 플레이트 수단과 상기 대상물 사이의 상대적인 위치를 조정하는 조정 수단을 포함하는 노출 장치.
특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 제2의 광원수단으로부터의 광의 파장은 상기 제1의 광원 수단으로부터의 광의 파장과 같고, 상기 얼라인먼트/반사영역부가 소정의 윤곽을 갖는 노출 장치.
특허청구의 범위 제2항에 있어서, 상기 얼라인먼트/반사영역부는 상기 마스크 얼라인먼트 마크부를 구성하는 격자를 포함하는 노출 장치.
특허청구의 범위 제2항에 있어서, 상기 얼라인먼트/반사영역부의 상기 윤곽은 상기 마스크 얼라인먼트 마크부를 구성하는 노출 장치.
특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 제2의 광원 수단으로부터의 광의 파장은 상기 제1의 광원 수단의 파장과는 다르고, 상기 얼라인먼트/반사영역부는 상기 마스크 얼라인먼트 마크부를 나타내는 회절 영상을 형성하기 위한 쌍곡선군을 포함하는 노출 장치.
특허청구의 범위 제5항에 있어서, 상기 쌍곡선군은 상기 마스크 플레이트 수단의 상기 노출 마스크 패턴부를 향하여 투사되도록 향하고 있는 노출 장치.
특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 제2의 광원 수단으로부터 광의 파장은 상기 제1의 광원 수단의 파장과는 서로 다르고, 조명시 상기 마스크 얼라인먼트 마크부를 나타내는 영상을 마련하기 위해 쌍곡선군의 일부를 반송하고 그 사이에 상기 반사부가 끼워진 제1 및 제2의 얼라인먼트 하위부로 상기 마스크 얼라인먼트 마크부가 구성되는 노출 장치.
특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 얼라인먼트 수단은 또, (C) 상기 대상물 얼라인먼트 마크의 세로 방향과 평행하고, 상기 대상물에 수직인 평면에서 상기 대상물 얼라인먼트 마크를 조명하는 광의 투사각을 변화시키기 위하여 상기 제2의 광원 수단과 광학적으로 결합된 수단과 상기 얼라인먼트/반사영역부의 상기 반사부를 통하여 받은 상기 대상물 얼라인먼트 마크로부터 반사된 광을 집광하는 수단을 갖는 상기 검출수단을 포함하는 노출 장치.
특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 제2의 광원수단으로부터의 광이 상기 투영렌즈 수단을 통과하지 않고 비스듬히 상기 대상물 얼라인먼트 마크를 조명할 수 있도록 상기 제2의 광원 수단이 위치 결정되는 노출 장치.
특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 제2의 광원수단으로부터의 광이 먼저 상기 얼라인먼트/반사영역의 반사부에서 반사되어 상기 얼라인먼트/반사영역부로 향하고 상기 대상물 얼라인먼트 마크를 조명하도록 상기 투영렌즈 수단을 통하여 상기 대상물
노출 마스크 플레이트가 투영 렌즈 수단을 통하여 노출 마스크 플레이트의 노출 패턴 영역부에 포함된 패턴의 영상을 이동 가능한 스테이지 수단위에 있는 대상물 위로 투사하도록 제1의 광원 수단에 의하여 조명되는 노출 장치에서 대상물 얼라인먼트 마크를 갖는 대상물과 노출 마스크 플레이트를 얼라인먼트하는 방법에 있어서, 상기 제1의 광원 수단을 향하지 않는 상기 노출 마스크 플레이트의 표면위의 상기 노출 패턴 영역부와 인접하고, 반사부와 얼라인먼트 마크부를 갖는 얼라인먼트/반사영역부를 배열하는 스펩, 상기 대상물 얼라인먼트 마크로부터 반사된 광이 상기 투영렌즈 수단을 통해 통과하여 상기 얼라인먼트/반사영역부의 상기 반사부에서 반사되도록 제2의 광원 수단으로 상기 대상물 얼라인먼트 마크를 조명하는 스텝, 상기 얼라인먼트 마크부와 상기 대상물 얼라인먼트 마크사이의 위치 관계를 검출하고, 이 검출된 위치 관계로부터 구동된 상기 대상물 얼라인먼트 마크와 상기 얼라인먼트 마크부 사이의 편차를 나타내는 제어 신호를 발생하는 스텝과 상기 노출 마스크 플레이트와 상기 제어 신호에 따른 상기 대상물 사이의 위치 관계를 조정하는 스텝을 포함하는 대상물과 노출 마스크 플레이트를 얼라인먼트하는 방법.
특허청구의 범위 제11항에 있어서, 상기 대상물 얼라인먼트 마크를 조명하는 스텝 동안, 상기 대상물 얼라인먼트 마크를 조명하는 광의 투사각은 상기 노출 마스크에 수직이고, 상기 대상물 얼라인먼트 마크의 세로 방향과 평행인 평면에서 변하는 대상물과 노출 마스크 플레이트를 얼라인먼트하는 방법.
특허청구의 범위 제11항에 있어서, 상기 대상물 얼라인먼트 마크를 조명하기 위한 광은 상기 투영 렌즈 수단을 통하여 통과하도록한 대상물과 노출 마스크 플레이트를 얼라인먼트하는 방법.
특허청구 범위 제11항에 있어서, 상기 대상물 얼라인먼트 마크를 조명하기 위한 광은 상기 투영 렌즈 수단을 통과하지 않고 상기 대상물 얼라인먼트 마크로 향하게 하는 대상물과 노출 마스크 플레이트를 얼라인먼트하는 방법.
마스크위의 회로 패턴을 투사광으로 대상물에 투사하기 위해 투영 렌즈를 통하여 마스크와 대상물 사이의 위치 관계를 얼라인먼트하는 방법에 있어서, 격자 패턴을 형성하는 얼라인먼트 마크부와 반사부를 포함하고 상기 투영 렌즈를 향하는 상기 마스크의 표면위의 회로패턴과 인접한 마스크 얼라인먼트 마크를 마련하는 스텝, 단색광을 상기 격자 패턴에 조명하여 얻어진 반사 영상과 굴절 영상을 형성하는 스텝, 대상물 위에 대상물 얼라인먼트 마크를 마련하는 스텝, 상기 대상물 얼라인먼트로부터 상기 투영 렌즈를 통해 반사된 광을 통과시키고, 마스크 얼라인먼트 마크의 상기 반사부에서 반사시켜 얻어지는 대상물 얼라인먼트 마크 영상을 형성하는 스텝, 상기 반사 및 굴절 영상과 대상물 얼라인먼트 마크 영상을 검출 수단에 의하여 영상 신호로 변환하는 스텝과 상기 영상 신호에 따라서 마스크와 대상물 사이의 위치관계를 얼라인먼트하는 스텝을 포함하는 마스크와 대상물 사이의 위치 관계를 얼라인먼트하는 방법.
특허청구의 범위 제15항에 있어서, 상기 단색광은 상기 투사광과는 다른 파장을 갖는 마스크와 대상물 사이의 위치 관계를 얼라인먼트하는 방법.
특허청구의 범위 제15항에 있어서, 상기 격자 패턴은 쌍곡선군에 의해 형성되는 마스크와 대상물 사이의 위치 관계를 얼라인먼트하는 방법.
특허청구의 범위 제15항에 있어서, 또 상기 대상물 얼라인먼트 마크를 변형하는 스텝을 포함하고, 투영 렌즈를 통하여 상기 대상물 얼라인먼트 마크를 조명하는 광의 투사각이 상기 마스크에 수직이고 상기 대상물 얼라인먼트 마크의 세로 방향과 평행인 평면에서 변하는 마스크와 대상물 사이의 위치 관계를 얼라인먼트하는 방법.
마스크위의 회로 패턴을 투영렌즈를 통하여 대상물로 투사하기 위한 투사 얼라인먼트 장치에 있어서, 대상물 얼라인먼트 마크를 조명하도록 광원 수단으로부터의 광이 상기 투영 렌즈를 향하고 있는 상기 마스크의 표면위의 회로 패턴과 인접하여 형성되고 반사부를 갖는 얼라인먼트/반사영역을 포함하는 상기 마스크를 향하며, 상기 대상물의 조명에 대해 상기 대상물 얼라인먼트 마크에서 반사하는 광이 상기 투영 렌즈를 통하여 상기 얼라인먼트/반사영역으로 향하고 상기 대상물 얼라인먼트 마크의 반사영상을 마련하도록 상기 반사부에서 반사되게 배열된 광소자, 얼라인먼트 신호를 발생하는 격자 패턴을 포함하는 상기 마스크 얼라인먼트/반사영역에 단색광을 조명하여 얻은 반사 및 굴절영상과 상기 대상물 얼라인먼트 마크의 상기 반사영상을 검출하는 검출 수단과 상기 얼라인먼트 신호에 따라서 상기 마스크와 대상물 사이의 상대적인 위치를 얼라인먼트하는 수단을 포함하는 투사 얼라인먼트 장치.
마스크위의 회로 패턴을 투영 렌즈를 통하여 대상물로 투사하기 위한 투사 얼라인먼트 장치에 있어서, 대상물 얼라인먼트 마크를 투영 렌즈를 통하여 조명하는 광의 투사각이 상기 대상물에 수직이고 상기 대상물 얼라인먼트 마크의 세로 방향에 평행인 평면에서 변하도록 레이저빔을 조정하는 조명수단, 투영 렌즈를 통하여 상기 대상물 얼라인먼트 마크로부터 반사된 영상의 화면 소자의 축적에 의해 이루어진 대상물 얼라인먼트 마크 영상 신호에 의하여 상기 대상물 얼라인먼트 마크를 검출하고, 마스크 얼라인먼트 마크 영상 신호를 발생하도록 마스크 얼라인먼트 마크로부터 반사된 영상을 검출하는 수단과 상기 영상 신호에 따라서 상기 마스크와 대상물을 얼라인먼트하는 수단을 포함하는 투사 얼라인먼트 장치.
특허청구의 범위 제20항에 있어서, 상기 축적은 다음식에 따라 처리되는 투사 얼라인먼트 장치.

여기서, O_∑(i) : 반사된 영상의 영상 평면위의 i번째 칼럼에 대한 대상물 얼라인먼트 마크영상 신호 to, tn : 조명광의 투사각 변화의 개시 및 종료시점.
특허청구의 범위 제20항에 있어서, 상기 반사된 영상 O(t, i)의 각각은 다음식에 따라 형성되는 투사 얼라인먼트 장치.

여기서, I_t(i, j) : 반사된 영상의 영상 평면위에 있는 I개 화면 소자의 어드레스(i, j)에 대한 시간 t에서 반사된 광 강도.

js, je : 영상 평면상에서 합산하기 위한 개시 및 종료 어드레스.