KR100391345B1 - 노광방법및스테퍼 - Google Patents

Abstract

[목적] 투영광학계의 결상특성을 조정하면 투영광학계의 결상면은 변동하며, AF 센서는, 상기 변동한 결상면에 맞춰지도록 기판의 표면을 이동하게 한다. 이로 인해, AF 센서 동작 후에, 오프 엑시스의 얼라인먼트 센서의 초점합치면에 기판표면이 맞춰지지 않게 되고, 얼라인먼트 센서의 검출정밀도가 저하된다. 본 발명은, 검출정밀도 저하의 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

[구성] 투영광학계의 결상특성을 조정한 후, 기판표면을 얼라인먼트계의 초점합치면에 위치시킨다. 다음에 노광위치에서 기판표면을 투영광하계의 결상면에 위치시킨다.

Description

노광방법 및 스테퍼

본 발명은 노광방법 및 반도체 웨이퍼나 액정표시 소자용 플레이트 등의 디바이스를 제조하는 공정에서 감광 기판을 얼라인먼트하기 위하여, 기판상에 형성된 얼라인먼트 마크의 위치를 오프 축(off axis)의 얼라인먼트계에 의해 검출하는 기능을 구비한 스테퍼의 개량에 관한 것이다.

반도체 소자, 액정 표시 소자 등의 디바이스를 제조하는 공정에서는 포토리소그래피 공정이 중요한 위치를 차지한다. 포토리소그래피 공정에서는, 포토 마스크 또는 레티클(본 명세서에서는 양자를 간단히 「레티클」이라 총칭하기로 한다)에 그려진 패턴을 감광 기판의 각 쇼트영역에 순차적으로 투영 노광한다. 감광 기판이란, 예를들어 웨이퍼, 유리 플레이트 등의 기판 위에 감광제가 도포된 것을 말한다. 이때 순차적 투영 노광장치(스테퍼)가 사용된다.

스테퍼는, 투영광학계를 가짐과 동시에, 각 쇼트영역에서, 투영광학계의 결상면에 감광 기판의 표면을 위치시키는 오토 포커스부를 가진다.

오토 포커스부는, 소정의 위치, 예컨대 결상면의 위치에 감광 기판을 위치시키는 장치이다. 감광 기판은 이동 스테이지(이하 간단히 「스테이지」라 약칭하기로 한다) 상에 놓여진다. 스테이지는 구동기구를 가지며, 이것을 통해 상하방향(Z축 방향 즉 광축방향) 및, XY방향(Z축에 수직인 평면방향)으로 이동할 수가 있다. 이렇게 함으로써 감광 기판을 자유롭게 이동시킬 수 있다. 감광 기판의 표면은 기판두께의 편차(기판간 및 쇼트영역간에서의 편차) 및 기판의 휨에 의해 고르지 못하다. 따라서, 스테이지의 위치를 아는 것만으로는 감광 기판의 표면이 결상면에 있는지 아닌지의 여부를 판단할 수 없다.

그리하여, 감광 기판에 인접하여 기준부재를 스테이지 위에 올려놓는다. 기준부재의 표면과 감광 기판의 표면은 거의 동일한 수평면내(상기한 바와같이, 편차가 존재하므로 정확히 동일하다고는 할 수 없다)에 있다. 특별한 장치를 사용하여, 기준부재의 표면을 투영광학계의 결상면 또는 얼라인먼트계의 초점합치면에 위치시킨다. 그런 다음, 그 위치에서 오토 포커스부의 포커스 신호가 제로 크로스점(예를들면 결상면의 위치에 상당함)에 오도록 교정해 둔다. 그렇게 하면, 오토 포커스부는, 감광 기판의 표면이 어느 위치에 있을 때, 포커스 신호가 제로 크로스점에 오는지를 검지할 수 있다. 포커스 신호를 피드백하여 신호가 제로 크로스점에 오도록 스테이지를 상하이동시킴으로써, 소정의 위치(예를들어 결상면의 위치에 상당함)에 감광 기판의 표면을 위치시킬 수 있게 된다는 뜻이다. 오토 포커스부는 고정되어 있으며 투영광학계의 바로 밑에서만 기능한다.

최근, 집적도가 보다 높은 디바이스를 제조하기 위하여, 노광광으로서 보다 짧은 파장의 광, 예를들어, KrF 엑시머 레이저 광(파장 λ= 248.5nm)을 사용할 것이 제안되었다. 그런데, 감광 기판의 얼라인먼트(레티클과 감광 기판과의 상대 위치맞춤)를 수행하는 방식으로 TTL(Through the lens)방식이 있는데, 이때 얼라인먼트 광으로서 노광광원으로부터의 광을 이용하는 것과, 그 노광광의 파장에 가까운 다른 파장광을 이용하는 것이 있다. 그러나, KrF 엑시머 레이저 광을 이용한 스테퍼의 경우, 적당한 얼라인먼트 광원이 존재하지 않는다. 그렇다고 하여 노광광과얼라인먼트광의 파장이 크게 다르게 되면, 색수차라는 점에 있어서, 투영광학계 및 TTL 방식의 얼라인먼트 광학계를 제조하는 것은 사실상 불가능하다.

노광광원으로부터의 광을 사용하여 얼라인먼트하는 것은, 쇼트영역의 감광제가 노광되어 버리는 결점이 있다. 가령 노광을 방지할 수 있더라도, 엑시머 레이저 광원은 펄스 광원으로서 펄스마다 출력의 편차가 크기 때문에, 얼라인먼트 정밀도가 낮다는 결점이 있다. 이상과 같은 이유로 인해, 원 자외선과 같은 짧은 파장의 광원을 이용한 스테퍼에서는, TTL 방식이 아닌 오프 축 방식의 얼라인먼트계가 제안되었다.

오프 축 방식의 얼라인먼트계는, 현미경과 같은 것으로서 투영광학계에 인접하여 설치된다.

오프 축 방식의 대표 예로서, 특개소 61-44429 호의 인헨스드 글로벌 얼라인먼트(enhanced global alignment; 이하, 「EGA」라 함) 방식을 사용한 노광 공정을 설명하기로 한다. 상기 공정은 다음과 같은 공정으로 이루어진다.

제 1공정 : 감광 기판을 XY스테이지에 올려놓고, 감광 기판의 중심이 투영광학계의 바로 밑에 오도록 XY스테이지를 이동시킨다. XY스테이지는 XY기본좌표계를 바탕으로 이동한다.

제 2공정 : 오토 포커스부를 사용하여, 감광 기판의 표면을 투영광학계의 결상면에 위치시킨다.

제 3공정 : XY스테이지를 광축과 수직인 면내에서 이동시키고, 감광 기판상의 얼라인먼트 마크가 얼라인먼트계의 바로 밑에 오도록 XY스테이지를 이동시킨다.

제 4공정 : 얼라인먼트계에 의해 얼라인먼트 마크의 위치(XY기본좌표상의 위치)를 검출한다.

제 5공정 : 다수의 얼라인먼트 마크에 대해 제 3, 제 4공정을 반복한다. 이렇게 함으로써, 감광 기판상의 상기 복수의 얼라인먼트 마크에 대응하는 쇼트영역의 위치를 구하고, 이들 위치에 근거하여 다른 쇼트영역 각각의, XY기본좌표계상의 위치를 계산하여 예측한다. 당연히, 마크와 각 쇼트 영역과의 위치관계(XY기본좌표계상의 위치)는, 패턴의 설계 데이터에 근거하여 미리 기억되어 있다.

제 6공정 : 예측에 따라 XY스테이지를 이동시킴으로써, 소정의 쇼트영역을 투영광학계의 바로 밑으로 오게 한다.

제 7공정 : 오토 포커스부를 사용하여, 감광 기판의 표면을 투영광학 계의 결상면에 위치시킨다. 이와같이 하는 이유는, 제 2공정에서는 감광 기판 중심의 표면을 결상면에 위치하게 한 것에 불과하고, 소정의 쇼트영역에 대해서는 아직 결상면에 위치하도록 한 것은 아니기 때문이다.

제 8공정 : 레티클 패턴을 감광 기판에 투영 노광한다.

이상의 공정 중에서, 마크 위치를 검색하고, 마크 위치에 근거하여 레티클이나 기판을 소정의 위치로 이동시키는 것을 얼라인먼트라고 한다.

그런데, 디바이스 제조 공정에서는, 포토리소그래피를 위한 노광 공정이 몇번이나 등장한다. 대부분의 경우 그때마다 투영하는 패턴은 서로 다르다. 이때 투영된 패턴 이미지는, 기판상에서 이전의 패턴 이미지와 소정의 위치관계에 있지 않으면 안된다. 레티클과 기판을 소정의 위치관계에 있도록 하는 것을 「중첩」이라하며, 그 정도를 「중첩 정밀도」라 한다. 아무튼, 이후의 노광 공정에서 투영광학계의 투영배율(축소배율)이나 비틀림 등 결상특성의 조정을 행할 경우가 많다. 결상 특성을 조정하는 방법으로는, 소정의 결상특성으로 조정하는 방법과, 감광 기판의 쇼트영역의 형상에 맞춘 결상특성으로 조정하는, 두가지 방법이 있다. 전자는 일정한 시간마다 또는 소정 매수의 감광 기판을 처리할 때마다 결상특성을 조정하며, 후자는 감광 기판마다 쇼트영역의 형상을 계측하여 이 형상에 맞게 결상특성을 조정한다. 또한 후자의 방법은 감광 기판이 열처리나 이온주입 등의 처리 공정에서 종종 신축이나 왜곡을 일으킬 경우가 있다. 그렇게 되면 동일한 축소배율이나 비틀림으로는, 패턴 이미지 전역에서 패턴 이미지를 중첩시킬 수 없게 된다. 감광 기판의 처리 단위인 로트(lot)마다 쇼트영역의 형상이 변화할 경우에는 로트의 선두의 감광 기판에서만 결상특성을 조정해도 된다.

이와같이 결상특성을 조정하면, 투영광학계의 결상면은 광축방향(Z방향)으로 변위한다. 따라서, 결상특성의 조정량과 결상면의 변위량을 미리 구하여, 양자의 대응표(테이블)가 작성된다. 조정후 노광을 행할 경우에는 대응표에 따라 변위한 결상면의 위치를 예측하고 그곳에 감광 기판을 맞춘다. 그 이유는, 결상특성을 조정할 때마다 기준부재를 사용하여 결상면의 정확한 위치를 검출하면, 시간이 걸리는 데다가 투영노광장치의 생산성(throughput)이 저하하기 때문이다.

〈 발명이 해결하려는 과제 〉

디바이스가 다루는 정보량을 늘리기 위하여, 보다 미세한 패턴이 요구된다. 그러나, 종래의 스테퍼로 보다 미세한 패턴 이미지를 중첩시킨 경우에, 디바이스의양품률(yeild)이 낮다는 문제점이 발견되었다. 중첩 정밀도가 낮다는 것이 주 원인이라 추측된다.

〈 과제를 해결하기 위한 수단 〉

본 발명자는 이러한 문제점의 원인에 대해 예의 연구하였다. 투영광학계의 결상특성을 조정한 경우, 투영광학계의 결상면은 광축방향으로 이동하여, 얼라인먼트계의 초점합치면으로부터 어긋나게 된다. 따라서, 얼라인먼트계의 초점심도가 깊다고는 하지만, 이미 상당한 디포커스 상태가 되고 만다. 즉, 검출 정밀도가 저하된다. 디포커스 상태에서 마크를 검출하면, 검출신호의 출력이 저하된다. 특히, 신호를 출력하기 힘든 마크인 경우, 그 저하는 현저하다. 이것은 검출 정밀도의 저하를 가져온다(제 1원인). 또한, 디포커스 상태에서 마크를 검출하면, 얼라인먼트계의 텔레센트릭 오차(광축의 기울기)에 의해 검출 정밀도가 저하된다(제 2원인). 그래도 종래에는 엄밀히 말해 얼라이먼트는 부정확하고, 중첩 정밀도가 낮았음에도 불구하고, 그다지 패턴이 미세하지 않았기 때문에, 양품률은 높았다. 그렇지만 패턴이 보다 미세해지면, 낮은 중첩 정밀도는 제조된 디바이스를 불량품이 되게 하여 양품률을 저하시킨다. 오프 축 방식의 얼라이먼트계를 구비한 스테퍼에 관하여 더욱 연구를 진척시킨 결과, 마크의 검출 정밀도를 높이는 발명(본 발명)을 이룩하였다.

다시말해 본 발명은, 상기한 두개의 원인에 기인하는 문제점을 각각 해결하기 위하여 다음의 두가지 노광방법과 두개의 스테퍼를 제공하다. 제 1원인으로 인한 문제점을 해결하는 제 1노광방법(청구항 1)은, 다음의 제 1공정 내지 제 6공정으로 이루어진다.

제 1공정 : 레티클 패턴을 감광 기판에 투영하는 투영광학계의 결상특성이 소정의 결상특성이 되도록 투영광학계를 조정한다.

제 2공정 : 기판의 표면을 오프 축의 얼라인먼트계의 초점합치면에 위치시킨다.

제 3공정 : 기판을 올려놓은 이동 스테이지를 투영광학계의 광축에 수직인 면내에서 이동시킴으로써 얼라인먼트계의 마크 검출 위치에 기판상의 얼라이먼트 마크를 위치시키고, 그곳에서 마크 위치를 검출한다.

제 4공정 : 상기 검출값에 근거하여 이동 스테이지를 투영광학계의 광축과 수직인 면내에서 이동시킴으로써, 기판의 소정 쇼트영역을 투영광학계의 바로 밑으로 이동시킨다.

제 5공정 : 소정 쇼트영역의 표면을 투영광학계의 결상면에 위치시킨다.

제 6공정 : 패턴을 상기 기판상에 투영 노광한다.

제 1스테퍼(청구항 2)는, 제 1의 노광방법에 사용되는 것이다. 이것은, 레티클 패턴을 감광 기판에 투영하는 투영광학계와, 기판을 올려놓으며 상기 투영광학계의 광축에 수직인 면내에서 이동가능한 이동 스테이지와, 투영광학계에 인접하여 설치되며, 기판의 얼라인먼트 마크의 마크위치를 검출하는 오프 축의 얼라인먼트계를 가지며, 기판상에 형성된 위치맞춤용 마크의 위치를 얼라인먼트계에 의해 검출하고, 얼라인먼트계에서 검출한 마크의 위치에 근거하여 이동 스테이지를 이동하여 노광을 수행하는 스테퍼로서, 소정의 위치에 기판의 표면이 위치하도록 기판을 투영광학계의 광축방향으로 이동시키는 오토 포커스부와, 기판상에서의 패턴의 투영 이미지를 소정의 상태로 조정하는 결상특성 조정부와, 조정부의 조정량에 따라 투영광학계의 결상면과 얼라인먼트계의 초점합치면과의 차이분(△Z)을 출력하는 연산부와, 차이분(△Z)에 근거하여 초점합치면에 기판의 표면이 위치하도록 오토 포커스부를 조정하는 제어부를 구비한다.

제 2의 원인으로 인한 문제점을 해결하기 위하여 제 2의 노광방법(청구항 3)은 다음 제 1∼제 6공정으로 이루어진다.

제 1공정 : 레티클 패턴을 감광 기판에 투영하는 투영광학계의 결상 특성이 소정의 결상특성에 되도록 투영광학계를 조정한다.

제 2공정 : 기판의 표면을 투영광학계의 결상면에 위치시킨다.

제 3공정 : 기판을 올려놓은 이동 스테이지를 투영광학계의 광축과 수직인 면내에서 이동시킴으로써, 오프 축의 얼라인먼트계의 마크 검출 위치로 기판상의 마크를 위치시키고, 그곳에서 마크 위치를 검출한다.

제 4공정 : 투영광학계의 결상면과 얼라인먼트계의 초점합치면과의 광축방향의 위치의 차이분(△Z)에 근거하여, 검출된 마크 위치의 어긋남량(△X)을 계산한다.

제 5공정 : 상기 어긋남량(△X)을 제 3공정에서 검출한 검출값에 가산함으로써, 검출값을 보정하며, 보정한 검출값에 따라 이동 스테이지를 이동시킴으로써, 기판의 소정 쇼트영역을 투영광학계의 바로 밑으로 이동시킨다.

제 6공정 : 패턴을 기판상에 투영 노광한다.

제 2 스테퍼(청구항 5)는, 제 2의 노광방법에 사용되는 것이다.

이것은, 레티클 패턴을 감광 기판에 투영하는 투영광학계와, 기판을 올려놓으며 투영광학계의 광축에 수직인 면내에서 이동가능한 이동 스테이지와, 투영광학계에 인접하여 설치되며, 기판의 얼라인먼트 마크의 마크 위치를 검출하는 오프 축의 얼라인먼트계를 가지며, 기판상에 형성된 위치맞춤용 마크의 위치를 얼라인먼트계에 의해 검출하고, 얼라인먼트계에서 검출한 마크 위치에 근거하여 이동 스테이지를 이동시켜 노광을 행하는 스테퍼로서, 투영광학계의 결상면에 기판의 표면이 위치하도록, 기판을 투영광학계의 광축방향으로 이동시키는 오토 포커스부와, 기판에 투영되며 패턴의 이미지를 소정의 상태로 조정하는 결상특성 조정부와, 조정후의 결상면과 얼라인먼트 계의 초점합치면과의 위치의 차이분(△Z)을 출력하는 연산부와, 차이분(△Z)에 따라 마크 위치의 어긋남량(△X)을 계산하여, 이 어긋남량(△X)에 따라 마크 위치의 검출값을 보정하는 보정부를 구비한다.

〈 작 용 〉

청구항 1, 2의 발명에 있어서, 결상특성을 조정한 경우에(이로써 투영 광학계의 결상면은 변화한다), 그대로 마크 위치를 검출하는 게 아니라 얼라인먼트 센서의 초점합치면에 마크를 위치시킨 후 검출한다. 따라서 마크 위치를 정확히 검출하여 얼라인먼트 할 수 있다. 그런 다음, 기판의 표면을 투영광학계의 결상면에 이동시켜 노광을 행한다.

청구항 3, 5의 발명에 있어서는, 결상특성을 조정한 경우(이로써 투영 광학계의 결상면은 변화하지만 그 위치에 기판의 표면을 위치시킨다), 그대로 마크 위치를 검출하고, 그 후에 검출값을 보정한다. 따라서, 마크 위치를 정확하게 검출하여 얼라인먼트 할 수 있다. 그런다음, 기판을 노광위치로 이동시키고, 그 후에 노광을 행한다.

(실시예 1)

이하, 제 1스테퍼의 실시예에 대해 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

제 1도는 본 실시예의 스테퍼의 구성을 개략적으로 도시한다. 초고압의 수은 램프(1)로부터 발생된 노광광(IL1)은 타원경(2)으로 반사되어 그 제 2초점에서 한번 집광된 후, 조명광학계(3)로 입사된다. 조명광학계(3)는, 콜리메이트렌즈, 간섭필터, 광학 적분기(플라이 아이 렌즈) 및 개구조리개(σ조리개)등을 포함한다. 타원경(2)의 제 2초점 근방에는 모터(5)에 의해 노광광(IL1)의 광로를 폐쇄 및 개방하는 셔터(예를들어 날개가 4장인 로터리 셔터)(4)가 배치되어 있다. 또한, 노광광(IL1)으로서는, 수은 램프(1) 등 휘선(i 선 등) 외에, KrF 엑시머 레이저 혹은 ArF 엑시머 레이저 등의 레이저 광, 또는 금속증기 레이저나 YAG 레이저의 고주파 등을 사용해도 된다. 이러한 노광광(IL1)은 당연히 감광제를 감광시키는 파장을 갖는다.

조명광학계(3)로부터 출사된 노광광(IL1)은, 제 1 릴레이 렌즈(7), 가변 시야 조리개(레티클 블라인드)(8) 및 제 2릴레이 렌즈(9)를 통과하여 미러(10)에 이르고, 여기서 거의 수직으로 아래쪽으로 반사된 후, 메인 콘덴서 렌즈(11)를 통해 레티클(R)의 패턴 영역(PA)을 거의 균일한 조도로 조명한다. 레티클 블라인드(8)의 배열면은 레티클(R)의 패턴 형성면과 켤레관계(결상관계)에 있다.

레티클(R)은 모터(15)에 의해 투영광학계(16)의 광축방향(Z 방향)으로 이동가능하며, 동시에 광축에 수직인 면내에서 XY방향으로 이동 및 회전이 가능한 레티클 스테이지(12)에 놓여져 있다. 레티클 스테이지(12)의 단부에는 레이저 광 간섭 측장기(간섭계)(13)로부터의 레이저 빔을 반사하는 이동경(13m)이 고정되어 있다. 레티클 스테이지(12)의 XY 방향의 위치는 상기 간섭계(13)에 의해, 예를들어 0.01㎛ 정도의 분해능으로 항상 검출된다. 레티클(R) 위에는 레티클 얼라인먼트계(도시하지 않음)가 배치되며, 상기 레티클 얼라인먼크계는, 레티클(R)의 외주부근에 형성된 2조의 레티클 얼라인먼트 마크를 검출한다. 레티클 얼라인먼크계로부터의 검출 신호에 근거하여 레티클 스테이지(12)를 이동시킴으로써, 레티클(R)은 패턴 영역(PA)의 중심점이 광축(AX)과 일치하도록 위치가 결정된다.

레티클(R)의 패턴영역(PA)을 통과한 노광광(IL1)은 양측의 털레센트릭 투영광학계(16)로 입사한다. 투영광학계(16)는 레티클(R)의 회로 패턴을 1/5로 축소하여 투영한다. 투영 이미지(회로 패턴 이미지)는 당연히 투영광학계(16)의 결상면에 형성된다. 여기서, 결상면의 위치에 감광 기판(W) 표면의 소정 쇼트영역이 있으면, 그 감광 기판(W)(구체적으로 말하자면 감광제)에 회로패턴이 인쇄된다.

제 3도는 감광 기판(W)의 좌표계(X,Y)를 따라 배열된 쇼트영역(ES1∼EXN)을 도시한다. 각 쇼트영역(ESi)에 인접하는 스트리트 라인에는 각각 X방향용의 얼라인먼트 마크(Mxi) 및 Y 방향용의 얼라인먼트 마크(Myi)가 형성되어 있다. 얼라인먼트 마크(Mxi)는 X 방향으로 소정 피치로 배열된 복수개의 직사각형으로 이루어지며, 얼라인먼트 마크(Myi)는 Y 방향으로 소정 피치로 배열된 복수개의 직사각형으로 이루어진다. 본 실시예는, EGA 방식으로 얼라인먼트를 수행한다. EGA 방식에서는, 그러한 전체 쇼트영역(ESi)으로부터 미리 선택된 쇼트영역(이하,「샘플 쇼트」라 함)(SA1∼SA9)에 대해서만 오프 축의 얼라인먼트 센서(27)(얼라인먼트계의 일종)가 얼라인먼트 마크의 위치를 검출한다. 검출결과는,「감광 기판(W)을 올려놓는 XY 스테이지」를 이동시킬 때의 지표좌표인 XY 기본 좌표에 따른다. 마크와 각 쇼트 영역의 위치관계는 미리 기억되어 있으므로, 마크 위치의 검출 결과를 통계 처리함으로써 전 쇼트영역의 XY 기본 좌표상의 위치가 산출된다. 상기 산출 결과에 따라 각 쇼트영역의 위치결정을 행한다.

감광 기판(W)은, 미소회전가능한 웨이퍼 홀더(도시하지 않음)에 진공 흡착되며, 상기 홀더를 통하여 Z 스테이지(17)상에 올려지게 된다. Z 스테이지(17)는 XY 스테이지(18)상에 놓여져 있다. 스테퍼 전체의 동작을 제어하는 주 제어계(14)(연산부와 제어부)는, 모터(21)에 의해, XY 스테이지(18)를 스텝ㆍ앤드ㆍ리피트 방식으로 X방향으로 이동시킴과 동시에 Z 스테이지(17)를 광축방향(Z 방향)으로 이동시킬 수가 있다. Z 스테이지(17)내에는, 감광 기판(W)의 수평 맞춤(레벨링)을 행하는 레벨링 스테이지가 조합되어 있다. 한개의 쇼트영역으로의 노광이 종료하면, XY 스테이지에 의해 감광 기판(W)은 다음의 쇼트영역이 투영광학계(16)의 바로 밑(즉 노광위치)에 오도록 스테핑된다(이로써 얼라인인트는 완료된다). Z 스테이지(17)의 단부에는 간섭계(20)로부터의 레이저 빔을 반사하는 이동경(20m)이 고정되며, Z 스테이지(17)의 XY 방향의 위치는 간섭계(20)에 의해, 예를들어 0.01㎛ 정도의 분해능으로 항상 검출된다.

Z 스테이지(17)상에는「기준 마크가 형성된 유리기판으로 이루어지는 기준부재(19)」가, 그 표면의 높이가 감광 기판(W)표면의 높이와 거의 일치하도록 설치되어 있다. (주)「거의 일치」라함은, 실제로는 감광 기판간 및 쇼트영역간에 있어서 기판의 표면의 높이가 각각 다르기 때문이다. 본 실시예에서는, Z 스테이지(17)에 의해 Z 방향의 위치를 변화시킴으로써, 기준부재(19)상의 기준마크를 후술하는 오프 축의 얼라인먼트 센서(27)로 검출한다. 검출된 기준마크(이미지)의 콘트라스트가 가장 높아지는 위치가 최상의 초점합치면이며, 이것에 의해 얼라인먼트 센서(27)의 초점합치면(베스트 포커스 위치)을 결정한다. 기준 마크로서는, 얼라인먼트 마크와 동일한 것이 사용된다.

다른 한편, 얼라인먼트 센서(27)가 기준마크의 위치를 검출한 후, TTL(through the lens)방식의 관찰계(도시하지 않음)가 투영광학계(16)를 통해 기준마크의 위치를 검출한다. 이렇게 함으로써, 투영광학계(16)의 광축과 얼라인먼트 센서(27)의 광축과의 어긋남량(베이스 라인 량)을 구한다. 얼라인먼트 센서(27)로 얼라인먼트 마크의 위치를 검출한 후, 검출결과에 베이스 라인량을 가산함으로써, 각 쇼트영역의 XY기본 좌표상의 위치를 계산하여, 예측할 수 있다. 예측한 위치는 주제어계에 기억시켜 둔다. 기본 좌표는 XY 스테이지(18)를 이동시킬 때의 지표좌표이므로, 그때마다 마크를 검출하지 않고 기억해 놓은 것에 근거하여 각 쇼트영역을 순차적으로 위치결정하고, 또한 노광할 수 있다.

기준부재(19)상에는, 발광마크(광원과 슬릿으로 이루어진다)가 설치된다. 상기 발광마크로부터의 광을 투영광학계(16)를 통해 레티클(R)에 조사하고, 반사광을다시 발광마크에 인접한 수광센서가 검출한다. Z 스테이지(17)를 Z 방향으로 이동하여, 수광센서의 검출량이 최대가 되는 위치가 투영 광학계(16)의 결상면이 된다. 또한, 발광마크로부터의 광을 레티클 얼라인먼트 마크에 조사하여, 상기 마크로부터의 반사광을 검출한다. 발광마크를 XY 방향으로 이동시키고, 레티클 얼라인먼트 마크를 주사함으로써 레티클 중심으로부터 레티클 얼라인먼트 마크까지의 거리(XY 기본 좌표 상의 거리)를 계측한다. 상기 계측값과 실제의 레티클 중심으로부터 레티클 얼라인먼트 마크까지의 거리를 비교함으로써 투영광학계(16)의 결상특성을 산출할 수 있다.

스테퍼 조립시에는, 얼라인먼트 센서(27)의 초점합치면과 투영광학계(16)의 결상면은 거의 동일 평면내에 있다. 그러나, 사용시에는, 대기압 변동 및 노광에 따른 열의 영향으로 초점합치면과 결상면의 위치관계는 더욱 어긋나게 된다.

상기 스테퍼에는, 투영광학계(16)의 결상특성을 조정하기 위한 조정부(결상특성 조정부)(22)가 설치되어 있다. 본 실시예의 조정부(22)는, 투영광학계(16)의 일부를 구성하는 렌즈 얼리먼트, 특히 레티클(12)에 가까운 복수의 렌즈 엘리먼트의 각각을 피에조 소자 등 압전소자를 이용하여 독립적으로 구동(광축 AX에 대해 평행이동 또는 경사)시킨다. 이렇게 함으로써, 투영광학계(16)의 결상특성(예를들어 투영배율이나 비틀림)을 조정할 수 있다. 조정폭은, 이미지 높이 15mm의 위치(쇼트 중심으로부터 15mm인 위치)에서 최대한 ±수㎛ 정도이다.

조정부(22)에 의해 결상특성을 조정하면, 이에 따라 투영광학계의 결상면의 위치도 변위한다. 따라서, 얼라인먼트 센서(27)의 베스트 포커스 위치와 차이가 발생하게 된다.

그러므로, 투영광학계(16)의 결상특성을 조정했을 때 발생하는 투영광학계(16)의 결상면의 변위량(△Z2)을 조정량과의 함수로서 미리 조사해 두고, 주제어계(14)에 기억시켜 둔다. 이와는 별도로 주제어계(14)는, 얼라인먼트 센서(27)의 베스트 포커스 위치와 투영광학계의 결상면과의 차이분(△Z1)도 기억하고 있다. 조정후의 결상면과 얼라인먼트 센서(27)의 베스트 포커스 위치와의 차이분(△Z)(△Z1+△Z2)을 계산하여 출력할 수 있다.

또한, 본 실시예의 스테퍼는, AF 센서를 구비하고 있다. AF 센서, Z 스테이지(17) 및 주제어계(14)의 일부가 본 발명의 오토 포커스부를 구성한다. AF 센서는 투영광학계(16)의 측면에 배치된 송광계(42a) 및 수광계(42b)로 구성된다. 본 실시예의 오토 포커스부는 Z 스테이지에 의해 감광기판(W) 표면을 투영광학계의 광축방향으로 이동시키고 있으나, Z 스테이지와는 별도의 구동장치를 구비하여도 상관없다.

제 2도는 제 1도의 AF 센서를 확대도시한 도면이다. 제 2도에 있어서, AF 센서는 송광계(42a)(조명계(43)∼집광대물렌즈(45)와 수광계(42b)(집광 대물렌즈(46)∼광전검출기(50))로 구성되어 있다. 송광계(42a)에 있어서, 조명계(43)의 앞면에는 슬릿 패턴으로 이루어진 개구 패턴이 형성되어 있다. 그 개구 패턴을 통과한 검출광(감광제를 감광시키지 않는 파장)(IL3)이, 미러(44) 및 집광대물렌즈(45)를 통해 투영광학계(16)의 광축(AX)에 비스듬하게 감광 기판(W)(또는 기준 부재((19))에 조사된다. 감광 기판(W) 상에 슬릿 패턴 이미지가 투영 결상된다. 감광 기판(W)에서 반사된 검출광은, 수광계(42b)의 수광대물렌즈(46), 경사각 가변 미러(47), 결상렌즈(48) 및 진동 슬릿(49)을 거쳐 광전검출기(50)의 수광면의 슬릿형상의 개구상에 슬릿 패턴 이미지를 재결상한다. 상기 개구를 통과한 광을 광전변환하여 얻은 검출신호가 주제어계(14)내에서 진동슬릿(49)의 구동신호로 동기정류되어, 포커스 신호가 얻어진다.

이 경우, 감광 기판(W) 위의 슬릿 패턴 이미지의 길이 방향은 제 2도의 지면에 수직인 방향이며, 감광 기판(W)이 Z 방향(광축방향)으로 변위하면, 광전검출기(50)의 수광면에서의 슬릿 패턴 이미지는 X 방향으로 변위한다. 따라서, 광전 검출기(50)로부터 출력되는 포커스 신호는, 소정의 범위내에 있어서 감광 기판(W)의 위치에 대하여 거의 비례하게 변화하는 신호가 된다. 그리하여, AF 센서는 포커스 신호로부터 감광 기판(W) 표면의 위치와 결상면의 위치와의 차를 검출할 수 있다. 또한, 수광계(42b)내의 미러(47)를 경사(제 2도의 지면에 수직인 축을 중심으로 회전) 시킴으로써, 광전 검출기(50)의 수광면에서의 슬릿 패턴 이미지의 위치가 X 방향으로 변위한다. 미러(47)의 경사는 주제어계(14)가 구동부(51)를 구동함으로써 실행된다. 투영광학계(16)의 결상면의 위치를 구한 후(감광 기판(W)표면이 결상면에 위치한 후), 미러(47)를 경사지게 하고, 광전검출기(50)의 수광면의 개구 중심에 슬릿 패턴 이미지의 중심을 합치시킨다. 이는, 이 위치에서 AF 센서의 포커스 신호가 제로 크로스점에 오는 것을 의미하며, 이를 AF 센서조정이라 부른다.

여기서, 조정이란 AF 센서 내부의 위치에 근거하여 기준위치를 변화시키는 것을 말하며, 교정이란 AF 센서 밖의 기준위치에 근거하여 AF 센서 내의 기준위치를 변화시키는 것을 말한다.

제 1도에 도시한 바와같이, 투영광학계(16)의 측면에는, 프리즘 미러(26)와 함께 오프 축 방식의 얼라이먼트 센서(27)가 배치되어 있다. 상기 얼라인먼트 센서(27)에 있어서, 할로겐 램프(28)로부터의 조명광(IL2)은 집광렌즈(29)를 통해 광파이버(30)에 입사한다. 광파이버(30)의 타단으로부터 사출된 조명광(IL2)은, 렌즈계(31), 하프 프리즘(32) 및 대물렌즈(33)를 통해 프리즘 미러(26)에 입사한다. 프리즘 미러(26)에서 반사된 조명광(IL2)이 감광 기판(W)상의 얼라이먼트 마크를 수직으로 조명한다.

얼라이먼트 마크로부터의 반사광은 같은 경로를 되돌아와 프리즘 미러(26), 대물렌즈(33)를 통해 하프 프리즘(32)에 도달하며, 하프 프리즘(32)으로 반사된 광이, 결상렌즈(34)를 거쳐 지표판(35) 위에 얼라이먼트 마크 이미지를 결상한다. 지표판(35)에는 X 방향용 지표 마크(35a, 35b)(제 4도 참조) 및, Y 방향용 지표 마크가 형성되어 있다. 지표마크(35a,35b)는 제 4도에 도시한 바와 같이, 각각 Y 방향에 대응하는 방향으로 뻗은 두개의 직선형상의 패턴으로 이루어지며, 상기 두개의 직선형상의 패턴은 X 방향으로 대응하는 방향으로 소정 간격으로 배열된다. 제 1도에 도시한 바와같이, 지표판(35)은 대물렌즈(33)와 결상렌즈(34)에 의해 감광 기판(W)과 켤레로 배치된다. 따라서, 얼라이먼트 마크의 이미지는 지표판(35)상에 결상되며, 지표판(35)으로부터의 광이 릴레이계(36), 미러(37), 릴레이계(38) 및 하프 프리즘(39)을 통해, 텔레비젼 카메라(예를 들어 2차원 CCD 카메라)(40X) 및 (40Y)의 촬상면에 도달한다. 상기 촬상면에는 각각 얼라이먼트 마크의 이미지와 지표마크의 이미지가 결상된다. 텔레비젼 카메라(40X) 및 (40Y)로부터의 촬상신호에 근거하여, 신호처리계(41)가 얼라이먼트 마크와 지표마크와의 위치가 어긋남량을 검출하고, 상기 위치 어긋남량을 주제어계(14)에 공급한다. 텔레비젼 카메라(40X)의 주사선의 방향은 X 방향에 대응하는 방향이며, 텔레비젼 카메라(40Y)의 주사선의 방향은 Y 방향에 대응하는 방향이다. 그러므로 제 3도의 X 방향용 얼라이먼트 마크(Mxi)의 위치 검출은 텔레비젼 카메라(40X)의 촬상신호에 근거하여 수행하며, Y 방향용 얼라이먼트 마크(Myi)의 위치 검출은 텔레비젼 카메라(40Y)의 촬상신호에 근거하여 수행된다. 이와 같이 지표마크를 사용하는 것은 텔레비젼 카메라(40X) 및 (40Y)에 의한 화상의 스캔 개시 위치가 드리프트하기 때문이다.

제 1도에는 도시되어 있지 않으나, 렌즈계(31)내의 감광 기판(W)과 거의 켤레인 위치에 조명 시야 조리개가 설치되어 있다. 조명 시야 조리개는 감광 기판(W) 위에서의 조명영역을 규정한다. 하프 프리즘(26)의 바로 밑에 제 3도의 샘플 쇼트(SA1)에 부설된 X 방향용 얼라이먼트 마크(Mxi)가 있을 경우, 제 1도의 텔레비젼 카메라(40X)로 관찰되는 그 조명영역에 상당하는 부분의 모습을 제 4(a)도에 도시한다. 조명영역(55)은, 얼라이먼트 마크(Mxi)에 상당하는 영역(55c)과 얼라이먼트 마크(Mxi) 근방에서 지표 마크(35a,35b)에 상당하는 영역(55a,55b)으로 구성되어 있다. 조명영역을 영역(55a,55b)까지 확장시키고 있는 것은, 영역(55a,55b)의 감광 기판(W)으로부터 되돌아온 광을 이용하여 지표마크(35a,35b)를 조명하고 있기 때문이다.

따라서, 지표마크(35a,35b)를 조명하는 광에 다른 마크나 회로패턴으로부터의 노이즈 성분이 혼입하지 않도록, 영역(55a,55b)은 회로 패턴도 마크도 형성되어 있지 않은 영역으로 되어 있으며, 통상적으로는 경면 형상으로 가공되어 있다. 이하 영역(55a,55b)와 같은「회로 패턴도 마크도 형성되어 있지 않은 영역」을「금지대」라 부르기로 한다.

얼라이먼트 마크(Mxi), 지표마크(35a,35b)에 상당하는 촬상신호(SX)를 제 4(b)도에 도시한다. 여기서 세로축은 신호의 강도를 표시하고, 가로축은 제 1도의 XY 스테이지(18)의 X방향의 주사위치를 표시한다. 제 4(b)도에 도시한 바와같이, 촬상신호는 지표마크(35a,35b) 위치나 얼라인먼트 마크(Mxj)의 엣지에 상당하는 위치(화소위치)에서 극소가 된다. Y 방향에도 얼라인먼트 마크, 지표마크가 설치되어 있으며, 텔레비젼 카메라(40Y)는 Y 방향의 마크를 검출한다.

여기서, 투영광학계(16)의 결상특성(특히 투영배율)의 계측방법에 대해 설명하기로 한다. 하나는, 테스트 노광을 행하여, 노광된 쇼트영역의 중심으로부터 그 주변부의 계측용 마크까지의 거리를 측정한다. 이를 바탕으로 결상특성이 계산으로 구해진다. 또 하나는, 상기한 바와같이, 기준부재(19)에 설치된 발광 마크로부터의 광을 사용하여, 레티클(R)의 레티클 얼라인먼트 마크를 주사한다. 결상특성의 계측결과에 따라, 조정부(22)에 의해 소정의 결상특성이 되도록 조정한다.

다른 한편, 상기한 EGA 방식에 의해 노광하는 감광 기판(W)의 스케일링값을 계측한다. 이렇게 함으로써, 전처리 공정에 있어서의 감광 기판(W) 위에 형성된 쇼트영역의 신축도를 알 수 있다. 상기 신축도에 맞추어 결상특성(특히 투영배율)을 조정하여 중첩노광하는 방법도 있다.

(실시예 2)

실시예 1의 스테퍼를 사용한 제 1 노광방법의 실시예에 대해 설명하기로 한다. 미리 투영광학계(16)의 결상면의 위치와 얼라인먼트 센서(27)의 초점합치면과의 차가 △Z1임이 계측되어 있다. 여기서, 투영광학계(16)의 결상면의 위치에서 AF 센서의 포커스 신호가 제로 크로스점에 오도록 교정한다.

결상특성의 조정을 조정부(22)에 의해 행했을때, 상기 조정량을 △M1이라 하면, 상기 조정량(△M1)에 따라 결정되는 결상면의 변위량(△Z2)이 주 제어계(14)에 의해 산출된다. 상기 변위량(△Z2)은, 아래 식으로 구해진다.

여기서, K는 비례계수이며, 미리 실험 또는 시뮬레이션으로 구해둔다. 조정전에, 제 2도에 도시한 바와 같이, 투영광학계(16)의 결상면이 어느 기준면(52)에 위치해 있으며, 감광 기판(W) 표면이 기준면(52)에 있을 때에 AF 센서에 포커스 신호가 제로 크로스점에 온 것으로 가정한다. 조정 후, 투영 광학계(16)의 결상면은 변위량(△Z2)만큼 상승하여 면(53)에 위치한 것으로 가정한다. 상기 면(53)에서, AF 센서의 포커스 신호가 제로 크로스점에 오도록, 주제어계(14)는 구동부(51)를 통해 변위량(△Z2)에 대응하는 각도만큼 미러(47)를 경사지게 한다. 한편, 얼라인먼트 센서(27)의 베스트 포커스 위치(초점합치면)는, 기준면(52)에 대하여 △Z1만큼 변위한 면(54)의 위치(즉, 면(53)으로부터 △Z1+△Z2=△Z만큼 저하된 위치)에 있다고 가정한다.

우선, 감광 기판(W)을 Z스테이지(17) 위에 올려놓는다. 그리고, 얼라인먼트센서(27)를 이용하여 감광 기판(W) 위의 샘플 쇼트(제 4도의 샘플 쇼트 SA1∼SA9)의 얼라인먼트 마크의 위치를 검출하는 동작을 행한다. 이때, 얼라인먼트 센서(27)의 초점합치면에서 AF 센서의 포커스 신호가 제로 크로스점에 오도록, 주제어계(14)는 구동부(51)를 통해 베스트 포커스 위치의 차이분(△Z1+△Z2)에 대응하는 각도만큼 미러(47)를 경사지게 해둔다. 그리고, 감광 기판(W)의 중심을 투영광학계(16)의 바로 밑으로 이동하여, 오토 포커스부를 작동시키면, 제 5(a)도에 도시하는 바와 같이, 얼라인먼트 센서의 초점합치면인 면(54)에 감광 기판(w) 표면이 이동한다. 이 상태에서, 얼라인먼트 센서(27)의 바로 밑에 얼라인먼트 마크를 이동하여, 얼라인먼트 센서(27)의 초점합치면에서 얼라인먼트 마크의 위치를 검출한다.

샘플 쇼트 전부에 대해 마크 검출을 행하며, 주제어계(14)는 검출한 마크 위치 좌표로부터 전 쇼트영역의 위치를 소정 연산식으로 산출한다.

다음에, 각 쇼트영역에 노광을 행한다. 이때, 제 2도의 주제어계(14)는 구동부(51)를 통해 베스트 포커스 위치의 차이분(△Z1+△Z2)에 대응하는 각도만큼 미러(47)를 원래로 되돌아오게 하는 방향으로 경사지게 한다. 이 상태에서 오토 포커스부를 작동시키면, 제 5(b)도에 도시하는 바와 같이, AF 센서의 수광계(42b)로부터 얻어지는 포커스 신호가 제로 크로스점에 오는 위치가, 투영광학계(16)의 결상면이 있는 면(53)이 된다. 이 상태에서, 노광을 행하는 쇼트영역을 투영광학계(16)의 바로 밑으로 이동시키고, 그 다음에 오토 포커스부를 작동시켜, 감광 기판(W) 표면을 투영광학계(16)의 결상면으로 이동시킨다. 그런 다음 노광을행하면, 중첩 정밀도가 높으며, 투영 이미지(회로 패턴 이미지)의 해상도도 높다. 순차적으로 감광 기판(W)의 각 쇼트 영역을 투영광학계(16)의 바로 밑으로 이동시켜 노광한다. 모든 쇼트영역의 노광이 종료하면, 감광 기판(W)을 교환하고 동일한 동작을 반복한다.

한편, 투영광학계(16)의 결상면의 위치와 얼라인먼트 센서(27)의 초점합치면의 위치와의 차이분(△Z1+△Z2)이 작을 경우, 포커스 신호의 선형부분을 사용하여 감광 기판(W)의 베스트 포커스 위치를 마크 위치 검출과 노광시에 「△Z1+△Z2」만큼 각각 서로 다른 위치에 설정해도 된다. 또한, 포커스신호의 제로 크로스점에 전기적으로 옵셋을 부여하기만 해도 된다.

투영광학계(16)의 결상면의 위치 검출은, 예를들어 테스트 프린트나 기준부재(19)에 설치한 발광마크등을 사용하여 수행할 수 있으며, 얼라인먼트 센서(27)의 초점합치면의 검출은 기준부재(19)의 기준 마크 관찰에 의하여 행할 수 있다. 검출한 결과, 베스트 포커스 위치에 다시 옵셋(이것을 △Z3이라 한다)을 추가하게 될 경우에, 상기 옵셋(△Z3)을 상기 변위량 △Z1과 △Z2에 추가하지 않으면 안된다. 그러나, 상기 옵셋(△Z3)의 원인이, 투영광학계(16)의 결상면과 얼라인먼트 센서(27)의 초점합치면의 변동 모두에 영향을 주는 것일 경우에는 주제어계(14)는 미리 AF 센서의 기준면을(△Z3) 만큼 조정해 두면 된다. 그렇게 하면, 옵셋(△Z3)은 얼라인먼트 센서(27)의 초점합치면을 구할 때 반드시 사용할 필요는 없게 된다.

만일, 감광 기판(W)이 경사를 갖고 있을 경우에는, AF 센서를 사용하여 수개의 쇼트영역에 대하여 각각 베스트 포커스 위치를 구하고, 대략적인 레벨링을 행하여 경사를 제거한 다음 얼라인먼트를 행하면 된다. 통상적인 얼라인먼트 시퀀스는, 세개의 쇼트영역(서치 쇼트)을 얼라인먼트하고, ±2㎛ 정도로 대충 추종하는 서치 얼라인먼트를 행한 후, ±0.1㎛ 정도 이하로 추종하는 미세(fine) 얼라인먼트를 행한다. 이 경우, 예를 들어 서치 쇼트에서 상기 레벨링을 수행해도 된다. 반대로, 레벨링을 행한 후에 서치 얼라인먼트를 수행해도 되며, 서치 얼라인먼트를 행하면서 AF 센서를 사용하여 베스트 포커스 위치를 구하고, 레벨링 후에 미세 얼라인먼트에 이행하여도 된다. 경사를 제거한 후에 오토 포커스부를 작동시킴으로써, 수평인 상태로 감광 기판(W) 표면을 얼라인먼트 센서(27)의 초점합치면에 맞출 수 있다.

더욱이, 미리 감광 기판(W)의 여러 쇼트영역에서 베스트 포커스 위치를 구하고, 감광 기판(W)의 경사를 최소 제곱 근사법 등으로 구해도 된다. 그리고, 서치 얼라인먼트 및 미세 얼라인먼트를 행할 때에는, 얼라인먼트 마크의 좌표와 경사로부터 그 경사에 맞춰 Z 스테이지를 상하 이동시키고 얼라인먼트 센서(27)의 베스트 포커스 위치에서 얼라인먼트를 행한다. 베스트 포커스 위치를 구하는 쇼트영역은, 서치 쇼트이든 미세 얼라인먼트용 샘플 쇼트이든 상관없으며, 그 밖의 것이어도 좋다. 또한, 미세 얼라인먼트시의 샘플 쇼트의 포커스 위치를 모두 계측하여 기억시켜두고, 얼라인먼트시에 그에 따라 Z 스테이지를 상하 이동시켜도 좋다.

(실시예 3)

제 2 스테퍼 및 그것을 사용하는 제 2 노광방법의 실시예에 대해 설명하기로 한다. 본 실시예에서는, 얼라인먼트 센서(27)의 초점합치면으로부터 어긋난 위치에서 검출을 행하여도 마크 위치 검출을 정확하게 행할 수 있는 실시예이다.

본 예는 실시예 1에, 주제어계(14)가 얼라인먼트 센서의 텔레센트릭 오차의 값을 기억하고 있는 점을 부가한 것이다.

감광 기판(W) 교환 후, 감광 기판(W)의 중심을 투영광학계(16)의 바로 밑으로 이동하고, 그 위치에서 감광 기판(W)의 표면을 투영광학계(16)의 결상면에 맞추도록 스테이지를 상하 이동시킨다. 다음에, X 방향의 얼라인먼트 마크(Mxi) 가운데 하나를 얼라인먼트 센서(27)의 바로 밑에 오도록 스테이지를 이동시켜, 위치를 검출한다. 이 경우, 얼라인먼트 센서(27)의 초점합치면과(△Z1+△Z2)만큼 Z 방향으로 변위한 위치에서 검출을 행하게 된다. 환언하면, 결상면과 초점합치면은「△Z1+△Z2」만큼 위치의 차이분(△Z)을 가진다. 이로 인해, 검출값은 텔레센트릭 오차에 의해 실제의 마크 위치에 대해 어긋나 있게 된다. 이 어긋남을 보정하기 위하여 주제어계(14)에서, 텔레센트릭 오차와 위치의 차이분(△Z)으로부터 검출값의 어긋남량(△X)을 계산한다. 어긋남량(△X)은, 다음과 같이 계산된다.

여기서, Tx는 X방향의 텔레센트릭 오차이다. 주제어계(14)는, 상기 어긋남량(△X)을 검출값에 부가함으로써 마크 위치를 보정한다. 그리고, Y 방향의 얼라인먼트 마크(Myi)도 마찬가지로 위치 검출을 행하고 보정을 행한다. 그런 다음, X,Y 방향 모두의 얼라인먼트 마크를 여러 쇼트 검출하면 쇼트배열을 구할 수있다. 이 후에, 스테이지는 쇼트영역을 투영광학계(16)의 바로 밑으로 이동한다. 그런 다음, 감광 기판(W)의 표면을 베스트 포커스의 위치에 맞추고 노광을 행한다. 모든 쇼트영역에 대해 노광이 종료하면, 감광 기판(W)을 교환하고 같은 동작을 반복한다.

본 실시예에서는, 차이분(△Z)과 텔레센트릭 오차로부터 어긋남량(△X)을 구하였다. 어긋남량(△X)을 산출하는 것은 이에 한정되지 않고, 차이분(△Z)으로부터 어긋남량을 산출하는 것이라면, 어떠한 방법이라도 상관없다. 예를들어 미리 실험 등에 의해 차이분(△Z)과 어긋남량(△X)과의 관계를 구해두고, 그 관계를 주제어계(14)가 기억해 두는 것도 가능하다.

또한, 본 발명은 상기한 3개의 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 구성을 취할 수 있음은 물론이다.

제 1도는 본 발명의 실시예에 따른 스테퍼의 구성도.

제 2도는 제 1도 중의 AF 센서를 도시한 구성도.

제 3도는 감광 기판의 각 쇼트영역을 도시한 평면도.

제 4(a)도는 텔레비젼 카메라로 관찰되는 얼라이먼트 마크 및 지표마크의 모식도, 제 4(b)도는 제 4(a)도에 대응하는 촬상신호를 도시한 파형도.

제 5(a)도는 얼라인먼트(정렬)시의 포커스 위치를 도시한 주요 부분의 측면도, 제 5(b)도는 노광시 포커스 위치를 도시한 주요 부분의 측면도이다.

^★도면의 주요부분에 대한 부호의 설명^★

1 : 광원 R : 레티클

W : 웨이퍼 14 : 주제어계

16 : 투영광학계 22 : 조정부(결상특성 조정부의 일부)

ES1-ESN : 쇼트영역

Mxi : X방향용 얼라인먼트 마크

Myi : Y방향용 얼라인먼트 마크

본 발명은, 조정부에 의해 결상특성을 조정한 경우, 얼라인먼트 센서의 초점합치면에서 얼라인먼트 마크를 검출하거나(청구항 1, 2), 혹은 투영광학계의 결상면의 위치와 얼라인먼트 센서의 초점합치면의 위치와의 차이분(△Z)에 근거하여, 마크 위치의 검출값을 보정한다(청구항 3, 5), 그러므로, 결상특성을 조정하여 중첩 정밀도가 향상된 경우에도 얼라인먼트 정밀도가 저하되는 것을 방지할 수 있고, 그 결과, 디바이스의 양품률이 향상된다.

Claims (35)

1. 레티클 패턴을 감광 기판에 투영하는 투영광학계의 결상특성이 소정의 결상특성이 되도록 상기 투영광학계를 조정하는 제 1공정;

   상기 기판의 표면을, 오프 축의 얼라인먼트계의 초점합치면에 위치시키는 제 2공정;

   상기 기판을 올려놓은 이동 스테이지를 상기 투영광학계의 광축에 수직인 면내에서 이동시킴으로써, 상기 얼라인먼트계의 마크 검출 위치에 상기 기판상의 얼라인먼트 마크를 위치시키고, 그곳에서 마크 위치를 검출하는 제 3공정;

   상기 검출값에 근거하여, 이동 스테이지를 상기 투영광학계의 광축과 수직인 면내에서 이동시킴으로써, 상기 기판의 소정 쇼트영역을 상기 투영광학계의 바로 밑으로 이동시키는 제 4공정;

   상기 소정 쇼트영역의 표면을 상기 투영광학계의 결상면에 위치시키는 제 5공정; 및

   상기 패턴을 상기 기판상에 투영 노광하는 제 6공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 노광방법.
2. 레티클 패턴을 감광 기판에 투영하는 투영광학계와, 상기 기판을 올려놓으며, 상기 투영광학계의 광축에 수직인 면내에서 이동 가능한 이동 스테이지와, 상기 투영광학계에 인접하여 설치되며, 상기 기판의 얼라인먼트 마크의 마크위치를검출하는 오프 축의 얼라인먼트계를 가지며, 상기 기판상에 형성된 위치맞춤용 마크의 위치를 상기 얼라인먼트계에 의해 검출하고, 상기 얼라인먼트계로 검출한 마크의 위치에 근거하여 상기 이동 스테이지를 이동시켜 노광을 수행하는 스테퍼에 있어서,

   소정 위치에 상기 기판의 표면이 위치하도록, 상기 기판을 투영광학계의 광축방향으로 이동시키는 오토 포커스부;

   상기 기판상에서의 상기 패턴의 투영 이미지를 소정의 상태로 조정하는 결상 특성 조정부;

   상기 조정부의 조정량에 따라 상기 투영광학계의 결상면과 상기 얼라인먼트계의 초점합치면과의 차이분(△Z)을 출력하는 연산부; 및

   상기 차이분(△Z)에 근거하여, 상기 초점합치면에 상기 기판의 표면이 위치하도록 오토 포커스부를 조정하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 스테퍼.
3. 레티클 패턴을 감광 기판에 투영하는 투영광학계의 결상특성이 소정의 결상특성이 되도록 상기 투영광학계를 조정하는 제 1공정;

   상기 기판의 표면을 상기 투영광학계의 결상면에 위치시키는 제 2공정;

   상기 기판을 올려놓은 이동 스테이지를 상기 투영광학계의 광축과 수직인 면내에서 이동시킴으로써, 오프 축의 얼라이먼트계의 마크 검출 위치에 상기 기판상의 마크를 위치시키고, 그곳에서 마크 위치를 검출하는 제 3공정;

   상기 투영광학계의 결상면과 상기 얼라인먼트계의 초점합치면과의 상기 광축방향의 위치의 차이분(△Z)에 근거하여, 검출한 상기 마크 위치의 어긋남량(△X)을 계산하는 제 4공정;

   상기 어긋남량(△X)을 제 3공정에서 검출한 검출값에 가산함으로써, 상기 검출값을 보정하고, 보정한 검출값에 따라 상기 이동 스테이지를 이동 시킴으로써, 상기 기판의 소정 쇼트영역을 상기 투영광학계의 바로 밑으로 이동시키는 제 5공정; 및

   상기 패턴을 상기 기판상에 투영 노광하는 제 6공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 노광방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 어긋남량(△X)은 상기 얼라인먼트계의 텔레센트릭 오차에 의한 것임을 특징으로 하는 노광방법.
5. 레티클 패턴을 감광 기판에 투영하는 투영광학계와, 상기 기판을 올려놓으며, 상기 투영광학계의 광축에 수직인 면내에서 이동가능한 이동 스테이지와, 상기 투영광학계에 인접하여 설치되며, 상기 기판의 얼라인먼트 마크의 마크위치를 검출하는 오프 축의 얼라인먼트계를 가지며, 상기 기판상에 형성된 위치맞춤용 마크의 위치를 상기 얼라인먼트계에 의해 검출하고, 상기 얼라인먼트계로 검출한 마크의 위치에 근거하여 상기 이동 스테이지를 이동시켜 노광을 수행하는 스테퍼에 있어서,

   상기 투영광학계의 결상면에 상기 기판의 표면이 위치하도록 상기 기판을 투영광학계의 광축방향으로 이동시키는 오토 포커스부;

   상기 기판에 투영되며 상기 패턴의 이미지를 소정 상태로 조정하는 결상특성 조정부;

   상기 조정후의 결상면과 상기 얼라인먼트계의 초점합치면과의 위치의 차이분(△Z)을 출력하는 연산부; 및

   상기 차이분(△Z)에 근거하여 마크 위치의 어긋남량(△X)을 계산하고, 상기 어긋남량(△X)에 근거하여 마크 위치의 검출값을 보정하는 보정부를 구비한 것을 특징으로 하는 스테퍼.
6. 제 5항에 있어서, 상기 어긋남량(△X)은 상기 얼라인먼트계의 텔레센트릭 오차에 의한 것임을 특징으로 하는 스테퍼.
7. 기판상에 형성되어 있는 마크를, 투영광학계를 통하지 않고 계측하는 마크계측방법으로서,

   상기 투영광학계의 결상특성을 조정하는 조정 공정; 및

   상기 결상특성의 조정량에 따라, 상기 기판의 표면과 상기 투영광학 계의 투영 시야로부터 떨어진 계측 시야를 갖는 마크계측계의 초점합치면과의 상기 마크계측계의 광축방향에서의 상대위치관계를 제어하는 제어 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 마크계측방법.
8. 제 7항에 있어서, 상기 제어 공정에서는, 상기 조정량에 따른 상기 투영광학계의 결상면의 변위량에 근거하여, 상기 상대위치관계를 제어하는 것을 특징으로 하는 마크계측방법.
9. 제 8항에 있어서, 상기 제어 공정에서는, 상기 결상특성의 조정 전에 있어서의 상기 투영광학계의 결상면과 상기 마크계측계의 초점합치면과의 상기 광축방향에서의 소정 차이에 근거하여, 상기 상대위치관계를 제어하는 것을 특징으로 하는 마크계측방법.
10. 제 7항에 있어서, 상기 광축방향에 대한 상기 기판의 경사를 제거하는 레벨링 공정을 더 포함하고,

    상기 제어 공정은, 상기 레벨링 공정 후에 이루어지는 것을 특징으로 하는 마크계측방법.
11. 제 10항에 있어서, 상기 레벨링 공정은,

    상기 기판상에 형성된 복수의 피처리영역 중에서 임의의 복수의 피처리 영역에 대한 상기 마크계측계의 각각의 초점합치위치를 구하는 레벨링 제 1공정; 및

    상기 레벨링 제 1공정에 의해 구해진 복수의 초점합치위치에 근거하여, 상기 기판의 경사를 제거하는 레벨링 제 2공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 마크계측방법.
12. 제 11항에 있어서, 상기 레벨링 제 2공정은, 상기 복수의 초점합치위치에 근거하여, 상기 기판의 경사를 최소 제곱 근사법으로 구하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 마크계측방법.
13. 제 7항에 있어서, 상기 마크계측계를 이용하여, 상기 기판상에 형성되어 있는 마크의 위치정보를 계측하는 계측 공정을 더 포함하고,

    상기 계측 공정은, 상기 제어 공정을 행한 후에 이루어지는 것을 특징으로 하는 마크계측방법.
14. 노광 방법으로서,

    제 13항에 기재된 마크계측방법을 이용하여 계측된 마크위치정보에 근거하여, 기판을 투영광학계의 투영 시야내의 소정 위치에 위치 결정하는 위치결정 공정;

    상기 기판의 표면을 상기 투영광학계의 결상면에 위치시키는 공정; 및

    상기 기판상에 소정 패턴을 투영 노광하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
15. 디바이스 제조방법으로서,

    제 14항에 기재된 노광방법을 이용하여, 디바이스 패턴을 기판상에 전사하는공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
16. 기판상에 형성되어 있는 마크를, 투영광학계를 통하지 않고 계측하는 마크계측방법으로서,

    상기 투영광학계의 투영 시야로부터 떨어진 계측 시야를 갖는 마크계측계를 이용하여, 상기 기판상에 형성되어 있는 마크의 위치정보를 계측하는 계측 공정;

    상기 투영광학계의 결상면과 상기 마크계측계의 초점합치면과의 상기 투영광학계의 광축방향과 평행한 방향에서의 상대위치관계의 변화량을 검출하는 검출 공정; 및

    상기 상대위치관계의 변화량에 따라, 상기 마크계측계에 의한 계측 결과를 보정하는 보정 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 마크계측방법.
17. 제 16항에 있어서, 상기 투영광학계의 결상특성을 변화시키는 조정 공정을 더 포함하고,

    상기 검출 공정에서는, 상기 조정 공정에 의한 상기 투영광학계의 결상특성의 조정량에 따른 상기 상대위치관계의 변화량을 검출하는 것을 특징으로 하는 마크계측방법.
18. 제 17항에 있어서, 상기 보정 공정에서는, 상기 상대위치관계의 변화량에 따른 상기 광축방향에 수직인 방향의 어긋남량을 이용하여, 상기 마크계측계에 의한계측 결과를 보정하는 것을 특징으로 하는 마크계측방법.
19. 제 18항에 있어서, 상기 광축방향에 수직인 방향의 어긋남량은, 상기 상대위치관계의 변화량과, 상기 마크계측계의 텔레센트릭 오차에 따른 것임을 특징으로 하는 마크계측방법.
20. 노광방법으로서,

    제 16항 내지 제 19항의 어느 한 항에 기재된 마크계측방법을 이용하여 계측되어 있는 마크위치정보에 근거하여, 기판을 투영광학계의 투영 시야내의 소정 위치에 위치 결정하는 위치 결정 공정;

    상기 기판의 표면을 상기 투영광학계의 결상면에 위치시키는 공정; 및

    상기 기판상에 소정 패턴을 투영 노광하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
21. 디바이스 제조방법으로서,

    제 20항에 기재된 노광방법을 이용하여, 디바이스 패턴을 기판상에 전사하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
22. 투영광학계를 통해서, 소정 패턴을 마크가 형성되어 있는 기판 상에 노광하는 노광장치로서,

    상기 투영광학계의 결상특성을 조정하는 조정장치;

    상기 투영광학계의 투영 시야로부터 떨어진 계측 시야를 가지며, 상기 기판상에 형성되어 있는 마크의 위치정보를, 상기 투영광학계를 통하지 않고 계측하는 마크계측장치; 및

    상기 조정장치에 의한 상기 투영광학계의 결상특성의 조정량에 따라, 상기 기판의 표면과 상기 마크계측장치의 초점합치면과의 상기 마크계측장치의 광축방향에서의 상대위치관계를 제어하는 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
23. 제 22항에 있어서, 상기 제어장치는, 상기 조정장치에 의한 상기 투영광학계의 결상특성의 조정량에 따른 상기 투영광학계의 결상면의 변위 량에 근거하여, 상기 기판의 표면과 상기 마크계측장치의 초점합치면과의 상기 마크계측장치의 광축방향에서의 상대위치관계를 제어하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
24. 제 22항에 있어서, 상기 마크계측장치의 광축방향에 대한 상기 기판의 경사를 제거하는 레벨링장치를 더 포함하고,

    상기 제어장치는, 상기 레벨링장치에 의해, 상기 마크계측장치의 광축에 대한 상기 기판의 경사를 제거한 후에, 상기 기판의 표면과 상기 마크계측장치의 초점합치면과의 마크계측장치의 광축방향에서의 상대위치관계를 제어하고,

    상기 마크계측장치는, 상기 제어장치에 의해 상기 상대위치관계를 제어한 후에, 상기 마크위치정보를 계측하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
25. 소정 패턴을, 투영광학계를 통해서 마크가 형성되어 있는 기판 상에 노광하는 노광장치로서,

    상기 투영광학계의 투영 시야로부터 떨어진 계측 시야를 가지며, 상기 기판상에 형성되어 있는 마크의 위치정보를, 상기 투영광학계를 통하지 않고 계측하는 마크계측장치;

    상기 투영광학계의 결상면과 상기 마크계측장치의 초점합치면과의 상기 투영광학계의 광축방향과 평행한 방향에서의 상대위치관계의 변화량을 검출하는 검출장치; 및

    상기 검출장치에 의해 검출된 상기 상대위치관계의 변화량에 따라, 상기 마크계측장치의 계측 결과를 보정하는 보정장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
26. 제 25항에 있어서, 상기 투영광학계의 결상특성을 변화시키는 조정장치를 더 포함하고,

    상기 검출장치는, 상기 조정장치에 의한 상기 투영광학계의 결상특성의 조정량에 따른 상기 상대위치관계의 변화량을 검출하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
27. 제 26항에 있어서, 상기 보정장치는, 상기 상대위치관계의 변화량에 따른 상기 광축방향에 수직인 방향의 어긋남량과, 상기 마크계측장치의 텔레센트릭 오차에 근거하여, 상기 마크계측장치의 계측 결과를 보정하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
28. 기판 상에 형성된 마크를, 투영광학계를 통하지 않고 계측하는 마크계측방법으로서,

    상기 기판의 레벨링을 수행하는 레벨링 공정;

    상기 기판상의 마크를, 상기 마크계측계의 초점합치면에 위치시키는 오토포커스 공정을 포함하는데, 상기 오토포커스 공정은 상기 레벨링 공정 후에 수행되고; 및

    상기 투영광학계의 투영시야로부터 벗어난 계측시야를 갖는 마크계측계를 이용하여, 상기 기판상에 형성된 마크의 2차원 평면 내에서의 위치정보를, 상기 투영광학계를 통하지 않고 계측하는 계측 공정을 포함하고,

    상기 계측공정은 상기 오토포커스 공정 후에 이루어지는 것을 특징으로 하는 마크계측 방법.
29. 제 28항에 있어서, 상기 레벨링공정에서는 상기 기판 위에 형성된 복수의 영역 중 임의의 복수의 영역에 대한 각각의 베스트 포커스 위치정보에 근거하여 상기 기판의 레벨링을 수행하는 것을 특징으로 하는 마크계측 방법.
30. 제 29항에 있어서, 상기 레벨링 공정에서는 상기 각 베스트 포커스 위치정보를 최소 제곱 근사 연산에 의해 구한 레벨링 정보에 근거하여 상기 기판의 레벨링을 수행하는 것을 특징으로 하는 마크계측 방법.
31. 제 29항 또는 제 30항에 있어서, 상기 임의의 복수의 영역은, 상기 계측공정에서 계측될 마크가 설치된 영역인 것을 특징으로 하는 마크계측 방법.
32. 제 29항 또는 제 30항에 있어서, 상기 임의의 복수의 영역은, 상기 기판에 대한 서치 얼라인먼트를 수행하기 위해 계측되는 서치 숏트 영역인 것을 특징으로 하는 마크계측 방법.
33. 청구항 제 28항 내지 제 30항에 따른 마크계측방법을 이용해 계측된 상기 마크위치정보에 근거하여, 상기 기판을 상기 투영광학계의 투영시야내 소정 위치에 위치결정하는 위치결정공정과,

    상기 기판의 표면을 상기 투영광학계의 결상면에 위치시키는 공정과,

    상기 기판 위에 소정 패턴을 투영 노광하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
34. 청구항 제 33항에 따른 노광방법을 이용해 디바이스 패턴을 상기 기판 위에 전사하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
35. 소정 패턴을 투영광학계를 통해 마크가 형성된 기판 상에 노광하는 노광장치로서,

    상기 기판의 레벨링을 수행하는 레벨링 장치;

    상기 기판 위의 마크를 상기 마크 계측계의 초점합치면에 위치시키는 오터포커스 장치를 포함하는데, 상기 오토포커스 장치는 상기 레벨링 장치에 의한 상기 레벨링 동작 후에 동작하고; 및

    상기 투영광학계의 투영시야로부터 벗어난 계측시야를 갖는 마크계측 계를 이용하여, 상기 기판 위에 형성된 마크의 2차원 평면 내에서의 위치정보를 상기 투영광학계를 통하지 않고 계측하는 계측장치를 포함하고,

    상기 계측장치는 상기 오토포커스 장치에 의한 상기 오토포커스 동작 후에 동작하는 것을 특징으로 하는 노광장치.