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KR0139039B1 - 노광장치와 이것을 이용한 디바이스 제조방법 - Google Patents

노광장치와 이것을 이용한 디바이스 제조방법

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Publication number
KR0139039B1
KR0139039B1 KR1019940015097A KR19940015097A KR0139039B1 KR 0139039 B1 KR0139039 B1 KR 0139039B1 KR 1019940015097 A KR1019940015097 A KR 1019940015097A KR 19940015097 A KR19940015097 A KR 19940015097A KR 0139039 B1 KR0139039 B1 KR 0139039B1
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KR
South Korea
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stage
substrate
wafer
pattern
scanning
Prior art date
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KR1019940015097A
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Inventor
류이치 에비누마
Original Assignee
미타라이 하지메
캐논 가부시기가이샤
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Publication date
Priority claimed from JP16225393A external-priority patent/JP3244872B2/ja
Priority claimed from JP16196193A external-priority patent/JP3244871B2/ja
Application filed by 미타라이 하지메, 캐논 가부시기가이샤 filed Critical 미타라이 하지메
Publication of KR950001869A publication Critical patent/KR950001869A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR0139039B1 publication Critical patent/KR0139039B1/ko

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Abstract

본 발명은 양호한 전사정밀도를 얻을 수 있는 개량된 주사노광형 노광장치의 제공을 목적으로 하는 것으로서, 원판의 패턴의 일부를 기판상에 투영하고, 이 원판 및 기판을 동기주사시켜서, 원판의 패턴을 기판에 전사하는 노광장치에 있어서, 원판 및 웨이퍼를 각각 주사이동시키기 위한 원판용 스테이지 및 웨이퍼용 스테이지와, 상기 주사이동방향이외의 소정의 방향에 있어서의 상기 원판용 스테이지의 일탈을 계측하기 위한 계측계와, 상기 계측계에 의한 계측결과에 의거하여 상기 원판용 스테이지의 일탈의 영향을 경감시키기 위한 보정계를 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

노광장치와 이것을 이용한 디바이스제조방법
제 1도는 본 발명의 실시예의 노광장치의 개략도
제 2도는 본 발명의 실시예의 노광장치의 레티클스테이지의 개략도
제 3도는 본 발명의 실시예의 노광장치의 웨이퍼스테이지의 개략도
제 4도는 본 발명의 실시예의 노광장치의 스테이지제어계의 블록도
제 5도는 레티클스테이지의 주사이동의 지정값을 설명하는 그래프
제 6도는 레티클스테이지의 주사방향의 위치에 대한 계측값을 설명하는 그래프
제 7도는 레티클스테이지의 회전방향의 위치에 대한 계측값을 설명하는 그래프
제 8도는 레티클스테이지의 주사방향에 대해서 직각인 방향의 위치에 대한 계측값을 설명하는 그래프
제 9도는 각 ∝의 산출을 설명하는 그래프
제 10도는 계측용 거울의 반사면의 기울기를 계측하는 수단을 지닌, 본 발명의 실시예의 개략도
제 11도는 디바이스제조공정의 순서도
제 12도는 웨이퍼프로세스의 순서도
제 13도는 종래의 노광장치의 개략도
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
(2) ... 레티클스테이지(3) ... 프레임
(4) ... 투영광학계(11) ... 레티클
(12) ... 레티클척(21) ... 리니어모터
(31) ... 온도조정용 유로수단(51) ... 웨이퍼
(52) ... 웨이퍼척(72) ... X스테이지의 리니어모터
(73) ... Y 스테이지의 리니어모터(81) ... 레티클스테이지제어기
(82) ... 웨이퍼스테이지제어기(83) ... 스테이지제어기
(84) ... 전체제어기
(221) ... 레티클스테이지리니어모터의 드라이버
(222), (223) ... 레티클스테이지의 안내부재
(231), (232) ... 코너큐브프리즘(233) ... 거리계측용 평면경
(241), (242), (243) ... 레티클스테이지용 간섭계
(241), (245), (246) ... 리시버(247) ... 레티클스테이지용 변환기
(611) ,(612) ... 거리계측용 평면경
(621), (622), (623) ... 웨이퍼스테이지용 간섭계
(624), (625), (626) ... 리시버(627) ... 웨이퍼스테이지용 변환기
(631) ... 오토콜리메이터(711) ... e스테이지
(712) ... e스테이지액추에이터의 드라이버
(713) ... X스테이지의액추에어터(721), (722) ... X스테이지안내부
(723) ... X스테이지의 리니어모터의 드라이버
(731), (732) ... Y 스테이지의안내부
(733) ... Y 스테이지의 리니어모터의 드라이버
본 발명은 원판의 패턴을 기판상에 노광에 의해 전사하는 노광장치에 관한 것이다.
예를 들면 반도체집적회로 등의 마이크로디바이스를 제조하기 위한 노광장치의 예로서는, 레티클(원판)의 패턴의 일부를 웨이퍼상에 투영하는 한편, 레티클 및 웨이퍼를 동기시켜 주사함으로써, 전체패턴을 웨이퍼상에 전사하는 노광장치가 있다.
예를 들면, 일본국 특개소 61-251025호 공보에 개시된 액정표시패널제조용의 노광장치에서는, 포토마스크의 패턴을 미러(거울) 투영광학계에 의해서 유리기판상에 투영하면서, 포토마스크를 탑재한 마스크스테이지와 기판을 탑재한 기판스테이지를 동기시켜 이동시킴으로써, 주사노광을 행하는 예가 개시되어 있다.
제 13도는 이런 유형의 노광장치를 도시한 것이다. 동도에 있어서, (90)은 광원으로 부터의 광으로 마스크(91)를 조명하는 조명광학계이고, (96)은 마스크(91)의 패턴상을 기판(97)상에 등배율로 투영하는 미러광학계이다. (92), (99)는 각각 마스크스테이지와 기판스테이지, (93), (98)은 각각의 스테이지(92),(99)를 구동하는 모터, (94), (95)는 각각의 스테이지(92),(99)의 위치를 모니터하기 위한, 예를 들면 레이저간섭계 등의 거리측정장치이다. 각각의 스테이지(92),(99)는, 주사방향과 직교하는 방향이, 안내의 정밀도에 의해서 위치어긋남이 일어나지 않도록 되어 있다. 이러한 안내수단으로서는, 예를 들면, 직선도가 양호한 에어베어링수단을 사용할 수 있다.
통상, 반도체디바이스는동일한 웨이퍼상에 상이한 복수의 패턴을 중첩인쇄함으로써 제조된다. 주사노광방식에서는 제 2층이후의 노광공정에 있어서는 그 앞층의 공정에서 형성된 위치정합마스크에 의거해서 패턴내에 국소적으로 위치정합하는 것이 가능하지만, 제 1층째의 노광공정에서는 주사정밀도가 전사된 상의 위치에 크게 영향을 끼쳐, 상왜곡의 원인으로 된다.
이러한 상왜곡의 요인의 하나로서는, 주사이동의 직선성의 영향이 있다. 주사노광방식에서는, 상전사시에 주사하기 위한 스테이지가 정확히 직선적으로 이동하지 않으면 전사된 상이 왜곡된다. 또, 전사해야 할 패턴의 선폭의 매우 작고 노광공정에서의 단지 미소한 상왜곡이 문제로 될 경우에는, 전술한 바와같은 에어베어링수단의 직선도에 의해서도 완전히 피할 수 없는 주사방향이외의 어떠한 방향에 있어서의 미소한 변위가 무시할 수 없는 영향을 제공하게 된다. 예를 들면, 에어베어링수단의 직선도가 0.2㎛인 경우, 전사해야 할 패턴의 선폭이 0.4㎛라면, 이 선폭의 1/2정도의 위치벗어남(일탈)을 일으킬 가능성이 있어, 양호한 상전사성능을 얻을 수 없다.
또, 상왜곡의 다른 요인으로서, 양 스테이지의 주사방향에 있어서의 상대적 벗어남의 영향이 있다. 레티클스테이지가 주사이동함에 따라, 웨이퍼상에 투영된 레티클의 패턴상도 웨이퍼표면을 따라 이동하나, 이 투영상의 이동방향과 웨이퍼스테이지의 주사이동 방향이 일치하지 않으면, 패턴의 전사상이 전체로서 비스듬히 왜곡되게 되어, 패턴을 중첩시켜도 양호한 위치정합성능을 얻을 수 없다. 이와 같은 전사상의 왜곡은, 전사해야 할 패턴의 크기를 축소시키기 때문에 무시할 수 없다.
따라서, 본 발명의 목적은 양호한 전사정밀도를 얻을 수 있는 개량된 주사노광형의 노광장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기와 같은 노광장치에 의거한 개량된 디바이스제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일양상에 의하면, 원판의 패턴의 일부를 기판상에 투영하고, 이 원판 및 기판을 동기주사시켜서, 원판의 패턴을 기판에 전사하는 노광장치에 있어서, 한쪽이 원판을, 다른쪽이 기판을 주사이동시키기 위한 제 1 및 제 2스테이지와, 상기 주사이동의 방향이외의 소정의 방향에 있어서의 상기 제 1스테이지의 일탈을 계측하기 위한 계측수단과, 상기 계측수단에 의한 계측결과에 의거하여 상기 제 1스테이지의 일탈의 영향을 경감시키기 위한 보정수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 양상에 의하면, 원판의 패턴의 일부를 기판상에 투영하고, 이 원판 및 기판을 동기주사시켜서, 원판의 패턴을 기판에 전사하는 노광장치에 있어서, 원판 및 기판중 한쪽을 주사이동시키기 위한 스테이지와, 상기 스테이지에 설치되어 상기 스테이지의 위치계측에 사용되는 기준부재와, 상기 기준부재와 협동해서 상기 스테이지의 주사이동방향을 검출하는 검출수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 및 기타 목적과, 특성 및 장점 등은 첨부도면을 참보한 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 이하의 설명으로부터 더욱 명백해 질 것이다.
이하, 도면을 참보하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 본 실시예에서, 본 발명은 스탭 앤드 스캔방식(step-and-scan type)의 노광장치에 적용되는데, 이 노광장치는 레티클(원판)의 패턴의 일부를 웨이퍼상에 축소투영하는 한편, 레티클과 웨이퍼를 투영면을 따라 동기에 주사이동시킴으로써, 하나의 영역으로의 패턴의 전사가 완결된 후에 웨이퍼를 스텝이동시켜서 다른 영역으로의 패턴의 전사를 반복하고, 이 반복으로 인해 웨이퍼의 전체면에 복수의 패턴을 나란히 인쇄하는 것이다.
제 1 도는 노광장치의 측면도이고, 제 2도는 레티클스테이지의 평면도, 제 3도는 웨이퍼스테이지의 평면도, 제 4도는 스테이지제어계의 블록도이다.
제 1도, 제 2도 및 제 4도에 있어서, (4)는 웨이퍼상에 레티클의 패턴을 투영하는 투영광학계로써, 레티클패턴의 일부를 웨이퍼상에 0.25배로 축소하여 결상시킨다. 이 투영광학계(4)와 레티클을 조명하는 조명광학계(도시되어 있지 않음)와의 협동에 의해, 레티클패턴의 일부가 웨이퍼상에 축소결상된다.
(11)은 전사해야 할 패턴을 지니는 레티클(원판), (12)는 상기 레티클(11)이 탑재되어 있는 레티클척(chuck)이다. (2)는 레티클을 주사이동시키기 위한 레티클스테이지이고 이 레티클스테이지는 프레임(3)사에 탑재되어 있다. 레티클스테이지(2)는 레티클을 주사이동시키기 위한 구동수단 및 안내수단 뿐만 아니라, 레티클의 주사방향의 위치 Xr 및 주사면내의 자세를 계측하기 위한 계측수단 등으로 이루어져 있다. 레티클스테이지(2)의 구동수단은 리니어모터(21)로 구성되어 있다. (221)은 레티클스테이지의 리니어모터(21)를 구동시키기 위한 드라이버이다. 레티클스테이지(2)의 안내수단은, 스테이지의 가동부에 장착되어 있는 에어패드(도시되어 있지 않음)와, 이 에어패드를 지지하는 안내부재(222), (223)를 포함하는 에어베어링수다으로 구성되어 있다. 안내부재(222), (223)는 프레임(3)에 의해 유지되어 있다. 레티클의 주사이동의 방향은 이들 안내부재에 의해 정해진다.
(31)은 온도조정용의 액체매체가 흐르는, 프레임(3)내에 형성되어 있는 유로수단이다. 예를 들면, 이 유로수단을 통해 온도가 제어된 온도조정수를 흐르게 함으로써, 환경의 온조변화나 구동계의 열의 어떤 영향으로 인한 프레임(3)의 바람직하지 못한 변형을 피할수 있다. 레티클의 위치 및 자세를 계측하는 계측수단은 레이저간섭계로 구성되어 있다. (231),(232) 및 (233)은 레티클스테이지의 가동부에 장착되어 있는 거리계측용의 거울(반사경)이다. 거울(231)과 (232)은 각각 코너큐브프리즘이고, 거울(233)은 높은 평면도의 반사면을 지닌 평면경으로서 레티클스테이지의 스트로크에 대해 충분한 길이의 반사면을 가지며 안내수단에 의해 결정되는 레티클스테이지의 이동방향과 평행하게 고정되어 있다. (241), (242) 및 (243)은 프레임(3)에 장착되어 있는 간섭계이다. 도시되어 있지 않은 레이저광원수단에 의해 레이저광은 이들 거리계측용 간섭계와 거울로 공급된다. 코너큐브프리즘(231), 간섭계(241), 코너큐브프리즘(232) 및 간섭계(242)는 노광영역의 중심에 대해 대칭인 위치에 배치되어 있어, 각각의 위치에서 레티클의 주사방향의 위치 Xr1혹은 Xr2를 계측하고 또한, 평면경(233)에 의해서는, 주사방향에 대해서 직각인 방향의 위치 Yr을 계측할 수 있다. (224), (245) 및 (246)은 각각 해당간섭계의 출력을 전기신호로 변환시키는 리시버이고, 제 4도의 (247)은 상응하는 간섭계의 출력을 위치신호로 변환시키는 변환기이다. (81)은 레티클스테이지를 간섭계의 주사방향의 위치출력에 의거하여 제어하는 레티클스테이지제어기이다.
레티클중심의 주사방향의 위치 Xr은, 레티클스테이지의 주사방향의 위치를 각각 계측하는 2개의 간섭계(241), (242)의 위치출력신호에 의해 표현되는 위치 Xr1및 Xr2의 평균값으로부터, 이하의 식에 의해 결정될 수 있다.
Xr = (Xr1+ Xr2)/2... [1]
레티클스테이지제어기(81)는 상기 Xr에 사응하는 제어신호를 리니어모터(21)의 드라이버(221)에 공급한다.
이제, 웨이퍼스테이지 주변의 부분을 제 3도 및 제 4도를 참조하면서 설명한다.
웨이퍼를 투영면내에서 이동시키는 스테이지계는 투영면을 따라 회전방향(e방향), 주사방향(Xw방향) 및 이 주사향과 직각인 방향(Yw방향)으로 가동하는 X-Y-e스테이지로 이루어져 있다. (51)은 표면에 감광제가 도표되어 있는 웨이퍼이고, (52)는 웨이퍼를 지지하기 위한 웨이퍼척이다. 웨이퍼스테이지의 위치 및 자세는 레이저거리계측수단에 의해서 계측된다. (611), (612)는 웨이퍼척(52)에 장착되어 있는 거리계측용의 평면경으로서, 이들은 각각, 웨이퍼전체표면을 주사노광하기 위한 스트로크에 대해서 충분한 길이를 지니고 있다. (612), (622), (623)은 프레임(3)에 장착되어 있는 간섭계이다.
이러한 구성에 있어서, 평면경(611)의 반사면상의 노광영역의 중심에 해당하는 위치에 레이저광을 투사하여, 간섭계(621)에 의해서 웨이퍼의 주사방향의 위치 Xw를 계측한다.
또, 평면경(611)의 반사면상의 2곳의 위치에 레이저광을 투사하고, 이 광의 간섭에 의거해서 웨이퍼의 투영면내에서의 회전위치 ew를 계측할 수 있다. 간섭계(623)는 웨이퍼의 주사방향에 대해서 직각인 방향의 위치 Yw를 계측하는 기능을 한다. (624), (625), (626)은 각각 해당 간섭계의 출력을 전기신호로 변환하는 리시버이고, (627)은 간섭계의 출력을 위치신호로 변환하는 변환기이다. (631)은 프레임(3)상에 장착된 오토콜리 메이터로서, 거리계측용 평면경(612)의 반사면의 기울기, 즉 경사를 계측하기 위한 것이다. (711)은 웨이퍼를 결상면을 따라 회전이동시키기 위한 e스테이지이며, 그의 상세는 도시하지 않았으나, 예를 들면 액추에이터는 압전소자로, 안내수단은 방사상으로 배치된 판스프링부재로 되어 있다.
(712)는 e스테이지를 구동하기 위한 드라이버이다. 회전스테이지는주사방향으로 이동시키기 위한 X스테이지상에 탑재되어 있다. (72)는 X스테이지의 리니어모터, (721), (722)는 X스테이지의 에어베어링수단의 안내부, (723)은 리니어모터(72)를 구동시키기 위한 드라이버이다. X스테이지는 Xw방향에 대해서 직각인 방향으로 가동하는 Y스테이지상에 탑재되어 있다. (73)은 Y스테이지의 리니어모터이고, (731), (732)는 Y스테이지의 에어베어링수단의 안내부로, 프레임(3)에 장착되어 있다. (733)은 리니어모터(73)를 구동시키기 위한 드라이버이다. 웨이퍼스테이지를 구성하는 각 축의 이들 구동수단은, 웨이퍼스테이지의 계측계로부터의 위치신호에 의거해서 제어된다.
따라서, 웨이퍼스테이지의 좌표계는 레이저간섭계에 의한 계측계의 좌표계를 기준으로 하고, 이 좌표계의 각 축의 방향은 거리계측용 평면경(611), (612)의 자세에 의존한다. (82)는 웨이퍼스테이지를 제어하기 위한 웨이퍼스테이지제어기, (83)은 레티클스테이지 및 웨이퍼스테이지의 동작을 통제하는 스테이지계제어기, (84)는 노광장치전체를 통제하는 전체 제어기이다.
이상의 구성을 지닌 노광장치에 있어서 웨이퍼의 제 1층을 노광하는 동작에 대해 이하 설명한다. 제 5도는 레티클스테이지의 주상방향의 지정위치 Xr과 시간과의 관계를 도시한 도면이다. 동 도에 있어서, 시각 t1은 레티클스테이지의 이동을 개시하는 시각이며, 이 이동개시와 함께, 소정속도에 이를 때까지 가속을 개시한다. 시각 t2는 가속동작이 종료한 시각이며, 이 시점으로부터, 레티클스테이지는 일정한 속도로 이동한다. 시각 t3은 노광이 개시되는 시각이며, 이 시점에서 레티클의 패턴은 노광영역내에 들어가고, 웨이퍼상에 패턴이 투영된다. 시각 t4는 노광동작이 종료하는 시각이고, 시각 t5는 웨이퍼스테이지의 감속을 개시하는 시각이며, 시각 t6은 이동이 종료하는 시각이다.
스테이지계제어기(83)는, 예를들면 제 5도에 도시한 바와 같은 미리 정해진 소정의 주행패턴에 따라 레티클스테이지가 이동하도록 레티클스테이지제어기(81)에 신호를 공급한다.
제 6도는 계측된 레티클의 주사방향의 위치 Xr과 시간과의 관계를 나타낸 도면으로, 제 5도에서 표시된 바와 같은 신호에 따라서 실제로 이동된 레티클스테이지의 주사방향의 이동동작의 결과를 나타낸 것이다. 제 5도와 제 6도에 도시된 것간에는 작은 차이가 있다.
제 7도는 간섭계(241)의 위치 출력 Xr1과 간섭계(242)의 위치출력 Xr2간의 차를 길이 L로 나누어서 얻어진 결과, 즉 레티클의 회전위치 er과 시간과의 관계를 나타낸 것으로, 이것은 다음 식으로 표현된다.
er = (Xr1- Xr2) / 2 ... [2]
제 8도는 간섭계(243)의 위치출력, 즉 레티클의 주사방향에 대해서 직각인 방향의 위치와 시간과의 관계를 나타낸 것이다. 제 7도 및 제 8도에서는, 레티클스테이지의 주사이동의 방향이외의 방향의 불필요한 이동성분이 포함되어 있다. 이러한 불필요한 이동성분의 주요인으로는, 레티클스테이지의 에어베어링수단의 안내부재(222), (223)의 비직선성과, 레티클스테이지의 악영향을 미치는 외부교란진동(외란진동)을 들 수 있다.
단, 이들 계측값은 계측오차를 포함하고 있다. 제 8도의 계측값 Yr에서는, 계측평면경(233)의 평면도가 계측오차에 영향을 미치기 때문에, 이 계측값은 예를 들면 약 10nm의 오차를 포함하고 있다. 그 외에, 계측용 평면경(233)과 레티클스테이지의 주사이동방향과의 경사각 ∝(평행으로부터의 일탈)에 기인하는 오차성분도 포함할 수 있다.
제 6도, 제 7도 및 제 8도에 표시된 위치정보는 스테이지계 제어기(83)에 공급된다.
스테이지계제어기(83)에서는, 웨이퍼스테이지상의 위치로 변환하는 연산이 행해진 후, 웨이퍼스테이지를 구성하는 각 스테이지의 구동량으로 변환된다.
본 실시예에서의 레티클스테이지의 주사이동방향은 레티클스테이지의 안내부재(222), (223)를 기준으로 하여 정해진다. 한편, 웨이퍼스테이지의 좌표계는, 레이저간섭계에 의한 계측기를 기준으로 하여 정해져서, X축방향에 관해서는, 웨이퍼스테이지상의 계측용 평면경(621)이 기준 된다. 레티클스테이지의 주사이동에 따라, 웨이퍼상에 투영된 레티클의 패턴의 투영상이 이동한다. 투영상의 이동방향은 반드시 웨이퍼스테이지 좌표계의 X축방행과 일치시킬 필요는 없고, 웨이퍼스테이지의 X축과 Y축을 조화 또는 협동시켜서 이동시킴으로써, 웨이퍼의 주사이동방향과 투영상의 주사이동방향을 일치 시키는 것이 가능하다. 계측용 평면경(621)에 의해서 정해진 웨이퍼스테이지의 좌표계의 X축방향과 웨이퍼상의 투영상의 주사이동방향이 이루는 각 β는, 웨이퍼스테이지의 주사이동방향과 웨이퍼스테이지의 좌표계의 X축방향을 일치시켜서 소정패턴을 조광전사 하고, 이와 같이 전사된 패턴의 상왜곡을 측정 ·평가함으로써 어림잡을 수 있다.
또, 주사노광방법에 있어서는, 주사방향의 배율과 이 주사방향에 대해서 직각인 방향의 배율을 다르게 할 수도 있다. 주사방향의 노광배율은 웨이퍼스테이지의 주사속도와 레티클스테이지의 주사속도간의 속도비 Nst에 의해서 결정되고, 주사방향에 대해서 직각인 방향의 노광배율은 노광광학계의 배율 Nop에 의해서 결정된다.
이에 의해 sin∝=∝, sinβ = β로 간주되는 범위내에서는, 웨이퍼스테이지상의 위치로의 변환은 다음식으로 표현되는 양에 의해서 결정된다. 즉
Xw = NstXr... [3]
Yw = Nop(Yr+∝Xr)+ βNstXr ... [4]
ew = Nster/Nop... [5]
또, Nop=Nst일 경우에는 식[5]대신에
ew = er... [6]
을 이용해도 된다.
또, 레티클스테이지의 주사방향의 제어성이 양호한 경우에는, 식 [3] 및 [4]에 있어서, 레티클스테이지의 주사방향의 위치의 계측값 Xr 대신에 지정위치 Xr을 이용해도 된다.
여기에서 Xw, Yw 및 ew는 각각 웨이퍼스테이지의 X-Y-e좌표계에 대한 위치에 대응한다. 웨이퍼스테이지상의 레이저간섭계에 의해 실제로 결정된 좌표계로의 변환에 대해서는, 레이저간섭계에 의한 계측이 측정원리상, 절대위치의 계측은 행할 수 없으므로, Xr 및 Yr의 계측값을 포함하는 각 계측값이 대응하는 소정의 기준위치로부터의 이동량인 점을 고려해서 연산하면 된다. 단, 상기 식중의 각 부호는 해당 좌표계의 각 축의 방향을 취하는 방식에 의존하여 변할 수 있다.
웨이퍼스테이지제어기(82)는, 적어도 노광중(즉 시각 t3에서부터 t4까지)에는 상기 식으로 표현되는 위치와 웨이퍼의 위치가 서로 일치하도록, 웨이퍼스테이지를 구성하는 X스테이지, Y스테이지 및 e스테이지를 제어한다.
이 제어에 있어서는, 웨이퍼스테이지의 각 구동축이 서로 간섭하므로, 각 축의 구동량은 웨이퍼내의 노광영역의 위치에 따라서 결정된 적절한 양으로 제어된다. 즉 e스테이지를 동작시킬 경우에는, 웨이퍼의 노광영역은 X축방향 및 Y축방향의 양쪽으로 이동하므로, 이들 방향의 이동량을 고려해서 X축, Y축의 제어가 행해진다.
이상 설명한 동작에 의해서, 레티클스테이지의 불필요한 이동성분은 웨이퍼스테이지의 구동계에 의해서 보정 또는 보상할 수 있다. 그 결과, 레티클스테이지의 주사이동의 직선도에 관계없이, 계측계의 정밀도에 의해 주사이동의 직선성이 얻어진다. 예츨 들면, 안내부재의 직선도에 대한 가공정밀도는 0.2 ㎛정도이지만, 계측용 평면경(233)은 0.02 ㎛정도의 정밀도로 가공할 수 있다. 대체로, 이들 정밀도간의 차에 노광배율을 곱한 값이 웨이퍼상에서의 직선성의 개선치에 상당한다. 따라서, 이 예에서는, 주사노광에 있어서의 상왜곡을 0.045㎛정도 저감할 수 있다.
계측용 평면경(621)에 의해서 결정된 웨이퍼스테이지의 좌표계의 X축방향과 웨이퍼상의 투영상의 주사이동방향이 이루는 각도 β가 변화한 경우에는, 상기 식에 따라서, 웨이퍼스테이지의 주사이동방향을 β의 변화에 대응해서 변경함으로써, 투영상이 비스듬히 왜곡되는 것을 방지할 수 있다.
본 실실시예의 노광장치에서는, 각도 β의 이러한 변화는, 예를 들면 웨이퍼스테이지에 가해진 가속력의 영향에 기인하는 계측용 평면경(621)의 자세가 변동하는 것에 의해서 생긴다. 또 이 각도β의 변화는, 전술한 바와 같이 웨이퍼스테이지의 주사이동방향을 웨이퍼스테이지의 좌표계의 X축방향에 일치시켜서 소정의 패턴을 노광에 의해 전사한 후, 이와 같은 전사패턴의 상왜곡을 재평가함으로써 구할 수 있다. 또, 프레임(3)에 대한 계측용 평면경(621)의 e축을 중심으로 한 경사 즉 기울기 w를, 오토콜리메이터(631)에 의해 계측함으로써, 보다 간단하게 구하는 것도 가능하다. 이 방법에서는 초기에 전사된 패턴의 상왜곡을 평가함으로써, 투영상의 주사이동방향과 웨이퍼스테이지의 X축방향과의 경사 βo를 구할 수 있고, 또, 이 패턴전사를 위한 노광동작시에 오토콜리메이터(631)에 이해서 계측되는, 프레임(3)에 대한, 계측용 평면경(621)의 계측용 반사면의 e축을 중심으로 한 경사 wo를 기억해 둘 수 있다. 또한, 오토콜리메이터에 의해서 계측되는 계측값 w가 기억값 wo를 대해서 변화한 경우에는 그 변화량(=w-wo)을 초기에 평가된 βo에 더한 값을 β로 한다. 즉,
β=βo+w-wo... [7]
이 보정량을 이용함으로써, 항상 투영상의 주사이동방향과 웨이퍼의 주사이동방향을 일치시기는 것이 가능하다. w의 계측시에는, 웨이퍼스테이지가 항상 동일한 위치에 있어, 계측용 평면경의 오토콜리메이터계측면이 항상 일정하게 되어 바람직하다. 이것을 위하여, 웨이퍼스테이지의 각 축은 기준위치를 가지고 있다. 또, 웨이퍼스테이지의 e축을 구동시켜 계측용 평면경(621)을 이 e축을 중심으로 회전시키고, 오토콜리메이터의 지정값이 wo이 되도록 e축의 기준을 보정하는 것에 의해서도, 투영상의 주사이동방향과 웨이퍼의 주사이동방향을 일치시킬 수 있다.
웨이퍼를 주사이동시킬 때는, 외란진동이나 에어베어링수단의 안내수단의 휨 등의 악영향을 피하기 위하여, 레이저간섭계의 계측수단에 의해 얻어지는 위치신호와 주사이동의 지정값을 비교해서, 각각의 차가 최소로 되도록 웨이퍼스테이지의 각 축의 약추에이터를 제어한다. 주사이동중의 제어신호를 얻기 위한 웨이퍼의 e방향의 위치(자세)의 계측에 관해서는, 웨이퍼스테이지상의 계측용 평면경(611), (612)의 자세를 각각 레이저간섭계를 이용해서 계측함으로써 계측하는 것이 가능하다. 그러나, 계측용 평면경(621)상의 레이저광의 반사지점은 주사이동에 의해 순차 이동하므로, 이 거울반사면의 자세를 계측함으로써 얻어지는 신호는 상기 반사면의 작은 파도형상굴곡에 기인하는 변동도 포함된다. 한편, 계측용 평면경(611)의 자세를 계측할 경우에는, 레이저광의 반사지점이 주사이동중에도 변하지 않으므로, 반사면의 굴곡성분은 계측오차로 되지 않는다. 따라서, 주사이동시의 웨이퍼의 e방향자세를 제어하기 위한 제어신호로서는, 계측용 평면경(611)의 자세를 계측함으로써 얻어질 수 있는 신호를 이용하는 것이 바람직하다.
또, 웨이퍼스테이지의 위치계측계에 의해서 정해지는 좌표계의 축방향의 변화도, 웨이퍼스테이지상의 계측용 평면경의 프레임에 대한 자세를 계측하므로써 검출할 수 있다. 그러나, 2개의 계측용 평면경(611), (612)이 서로 상대적으로 이동하지 않을 경우에는, 이들 평면경중 어느 것의 자세를 계측해도 되지만, 이들 평면경의 계측용 반사면이 이루는 각도가 변화할 경우에는, 주사이동방향과 평행한 계측용 반사면을 지닌 계측용평면경(612)의 자세를 계측하는 것이 바람직하다. 계측용 평면경(612)의 자세를 계측해서 주사이동 방향을 보정함으로써, 이들 2개의 평면경간의 직교도의 변화와는 무관하게, 웨이퍼의 주사이동방향과 레티클 패턴의 투영상의 주사이동방향이 어긋나는 것을 방지할 수 있다.
레티클스테이지의 가속력 등의 요인에 의해 레티클스테이지상의 계측용 평면경(233)이 이동해서, 그 결과, 레티클스테이지의 주사이동방향과 상기 평면경(233)의 계측용 반사면의 방향이 이루는 경사각 ∝가 변화한 경우에는, 제 8도에 표시한 Yr의 값이 변화한다. 이 경우, 투영상의 주사이동방향은 변하지 않지만, 식[4]에 의하면, 웨이퍼스테이지의 주사이동방향이 Yr의 값의 변화에 따라 변하게 된다. 이것이 상기 평면경(233)의 이동의 영향에 의한 것이라면, 이 영향에 의한 Yr의 변화는 Xr에 비례하므로, 진동에 의한 것과는 구별할 수 있다. 이 영향을 없애기 위하여, 예를 들면 최소자승법에 의해서 ∝의 변화를 검출할 수 있다. 제 9도에 있어서, 실선은 레티클스테이지의 주사이동에 따라서 상기 평면경(233)의 계측용 반사면을 이용해서 얻어질 수 있는 Yr값을 나타낸 것이고, 가로축은 레티클스테이지의 주사이동방향의 위치의 계측값 Xr을 나타낸다. 또, 제 9도에 있어서 점선을, 실선에 가장 근사한 직선이며, Yr값으로 부터 예를 들면 최소자승법에 의해서 구할 수 있다. 평면경(233)이 어떠한 요인에 의해 이동해서 각도 ∝가 변화한 경우에는, 이 변화에 대응해서 제 9도의 점선과 가로축이 이루는 각도가 변화한다. 제 9도의 점선과 가로축이 이루는 각을 ∝로서 이용해서 식[4]를 적용하면, 평면경(233)의 계측용 반사면의 방향과 레티클스테이지의 주사이동 방향이 일치하지 않는 점 및/또는 이들 간의 관계가 변동하는 점에 기인하는 주사방향의 보정오차를 없앨 수 있다. 각도 ∝를 산출하는 타이밍에 관해서는, 식[4]에 의거한 보정으로 포함하는 노광동작전에 행해야만 하므로, 예츨 들면 레티클스테이지의 주사이동동작(웨이퍼와 레티클과의 위치일탈에 관한 정보를 얻기 위해 실제로 해당 노광동작전에 행해질 수 있는 동작)중에, 데이터 Yr 및 Xr을 미리 검출해 놓고, 이것에 의거해서 ∝를 산출하는 것이 바람직하다.
또 ∝를 산출할 때에는, 최소자승법에 의거하지 않고, 예를 들면, Xr의 대표적인 2위치를 정해 놓고, 이들 위치근방에서의 Yr의 평균치를 산출해서 이들 2개의 평균치간의 차를 상기 2위치간의 거리로 나누어서 얻어진 결과치를 ∝로서 취하는 방법을 이용해도 된다.
제 10도는 계측용 평면경의 경사각을 계측하는 다른 실시예를 설명하기 위한 개략도이다. 이 도면에 있어서 상기 제 3도와 동일한 부호는 동일한 부재이며 이에 대한 설명은 생략한다. (632), (633)은 프레임(3)상에 장착된 비접촉형의 거리계측센서이다.
이들 두 센서(632), (633)에 의해서, 프레임(3)과 계측용 평면경(612)과의 거리를 2곳에서 계측하고, 이 거리의 변동과 이들 센서(632), (633)간의 거리로부터 β를 산출할 수 있다.
이상 설명한 실시예에 있어서는, 레티클스테이지의 안내부재의 직선성에 의해서 얻어질 수 있는 레티클스테이지의 주사이동의 직선도보다도, 레티클스테이지의 계측용 평면경(233)의 평면도에 이해서 얻어질 수 있는 계측정밀도를 충분히 높게 함으로써, 주사이동에 의한 노광시의 상왜곡을 최소화할 수 있어, 패턴전사성능을 충분히 향상 시킬 수 있다. 또 레티클스테이지에 주사방향이외의 어떠한 방향에 대해서도 미세한 이동기구를 부가하는 일없이, 또는 스테이지의 안내수단의 직선정밀도를 높일 필요없이 주사이동의 직선성을 향상시킬 수 있으므로, 비용을 현저하게 저감시킬 수 있다.
또, 스테이지의 위치계측계의 기준에 되는 레이저간섭계의 계측용 평면경의 자세가 변화해서, 스테이지지의 주사이동방향이 변화해도, 이 변화를 계측하여 주사이동방향을 보정할 수 있으므로, 상왜곡이나 해상력에 대해서, 패턴전사성능을 현저하게 향상시킬 수 있다.
다음에, 전술한 바와 같은 노광장치에 의거한 디바이스제조방법의 일실시예를 설명한다.
제 11도는 예를 들면, 반도체칩(예를 들면 IC 또는 LSI), 액정패널 또는 CCD등의 반도체디바이스의 제조순서를 표시한 순서도이다. 스텝 1은 반도체디바이스의 회로를 설계하는 설계공정이고, 스텝 2는 상기 설계한 회로패턴에 의거해서 마스크를 제작하느 공정이며, 스텝 3은 실리콘 등의 재료를 이동해서 웨이퍼를 제조하는 공정이다.
스텝 4는 상기 준비한 마스크와 웨이퍼를 이용해서, 리소그래피기술에 의해 웨이퍼상에 실제의 회로를 형성하는 소위 전(前) 공정이라 불리는 웨이퍼프로세스이고, 다음의 스텝 5는 스텝 4에서 처리된 웨이퍼를 반도체칩으로 형성하는 소위 후공정이라 불리는 조립공정이다. 이 공정은 어셈블링공정(다이싱 및 본딩공정)과 패키징공정(칩봉인)을 포함한다. 스텝 6은 스텝 5에서 작성된 반도체장치의 동작체크, 내구성체크 등을 수행하는 검사공정이다. 이들 공정에 의해, 반도체장치가 완성되어 출하된다(스텝 7).
제 12도는 웨이퍼스테이지의 상세를 표시한 순서도이다.
스텝 11은 웨이퍼의 표면을 산화시키는 산화공정이고, 스텝 12는 웨이퍼표면에 절연막을 형성하는 CVD공정이며, 스텝 13은 증착법에 의해 웨이퍼상에 전극을 형성하는 전극형성공정이다. 스텝 14는 웨이퍼에 이온을 주입시크는 이온주입공정이고, 스텝 15는 웨이퍼에 레지스트(감광제)를 도포하는 레지스트공정이며, 스텝 16은 전술한 노공장치에 의해서 웨이퍼상에 마스크의 회로패턴을 노광에 의해 프린트하는 노광공정이다. 스텝 17은 노광한 웨이퍼를 현상하는 현상공정이고, 스텝 18은 현상한 레지스트상이외의 부분을 제거하는 에칭공정이다. 스텝 19는 에칭공정후 웨이퍼상에 남아있는 레지스트를 박리하는 박리공정이다. 이들 공정을 반복함으로써, 웨이퍼상에 회로패턴이 중첩형성된다.
이상 본 발명은 여기에 개시된 구조를 참조해서 설명하였으나, 본 발명은 이로써 한정되지 않고, 개량목적이나 이하의 특허청구범위의 범위내에 들어가는 그러한 모든 변형이나 수정도 커버하는 것임은 물론이다.

Claims (11)

  1. 원판의 패턴의 일부를 기판상에 투영하고, 이 원판 및 기판을 동기주사시켜서, 원판의 패턴을 기판에 전사하는 노광장치에 있어서,
    한쪽이 원판을, 다른 쪽이 기판을 주사이동시키기 위한 제 1 및 제 2스테이지와, 상기 주사이동의 방향이외의 소정의 방향에 있어서의 상기 제 1스테이지의 일탈을 계측하기 위한 계측수단과,
    상기 계측수단에 의한 계측결과에 의거해서 상기 제 1 스테이지의 일탈의 영향을 경감시키기 위한 보정수단을 구비한 것을 특징으로 하는 노광장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보정수단은 상기 계측수단에 의한 계측결과에 의가헤사 상기 제 2스테이지의 이동을 조정하는 것임을 특징으로 하는 노광장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 계측수단은 레이저간섭계를 구비한 것을 특징으로 하는 노광장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 소정의 방향은 주사이동의 방향에 대해서 수직인 방향인 것을 특징으로 하는 노광장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 소정의 방향은 원판 또는 기판에 대해서 수직인 축을 중심으로 하는 회전방향인 것을 특징으로 하는 노광장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    원판의 패턴을 기판에 축소투영해서, 이들 축소된 패턴을 기판의 상이한 영역에 인쇄하는 수단을 또 구비한 것을 특징으로 하는 노광장치.
  7. 원판의 패턴의 일부를 기판상에 투영하고, 이 원판 및 기판을 동기주사시켜서, 원판의 패턴을 기판에 전사하는 노광장치에 있어서,
    원판 및 기판중 한쪽을 주사이동시키기 위한 스테이지와,
    상기 스테이지에 설치되어 상기 스테이지의 위치계측에 사용되는 기준부재와,
    상기 기준부재와 협동해서 상기 스테이지의 주사이동방향을 검출하는 검출수단을 구비한 것을 특징으로 하는 노광장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 검출 수단에 의한 검출결과에 의거해서 상기 주사이동방향을 보정하는 보정수단을 또 구비한 것을 특징으로 하는 노광장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 스테이지의 위치를 계측하기 위한 레이저간섭계를 또 구비하고,
    상기 기준부재는 상기 레이저간섭계에 이용되는 기준반사경으로 구성된 것을 특징으로 하는 노광장치
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 검출수단은 상기 스테이지와는 독립된 위치에 설치된 오토콜리메이터를 구비한 것을 특징으로 하는 노광장치.
  11. 제 7항에 있어서,
    원판의 패턴을 기판상에 축소투영해서, 이들 축소된 패턴을 기판의 상이한 영역에 인쇄하는 수단을 또 구비한 것을 특징으로 하는 노광장치.
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