KR100414575B1 - 투영노광장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 투사노광장치는 사진감광기판의 각 노광영역위에 마스크 패턴을 투사하는 투사광학장치 및 사전결정된 거리정도 투사광학장치에서 떨어져 있는 측외형의 마크 검출장치를 포함한다. 본 발명에 따른 한 양상에 있어서, 투사노광장치는 투사광학장치의 영상위치에 대한 상쇄량 및, 투사광학장치와 마크검출 장치가 놓여 있는 환경조건의 변화량에 기초하여 축외형 마크검출장치의 최적 초점 위치에 대한 상쇄량을 계산하는 수단을 포함한다. 기판상의 위치마크의 검출이 상쇄량을 고려할때, 마크검출장치의 위치에 있는 기판표면이 최적 초점위치와 정열된 후에 수행된다. 본 발명의 또다른 양상에 있어서, 투시노광장치는 기판표면의 경사량을 결정하기 위한 경사량 측정수단을 포함한다. 기판상의 위치마크의 검출은 경사가 제거된 후 또는 마크검출장치의 위치에 있는 표면이 경사량 고려시 최적 초점위치로 정열된 후에 수행된다.

Description

투영 노광 장치

본 발명은 투영 노광 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 웨이퍼, 액정 디스플레이 소자 플레이트 등의 기판상에 형성된 정렬 마크가 마스크 이미지를 기판과 정렬시키기 위해 비축(off axis) 형태의 정렬 센서에 의하여 검출되는 투영 노광 장치에 관한 것이다.

포토리소그래피 공정에 의한 반도체 소자, 액정 소자등의 제조시, 투영 노광 장치가 사용되어 왔는데, 여기서 레티클 등과 같은 포토마스크의 패턴 이미지는 감광성 물질에 피복되어 있는 기판(예를 들면, 웨이퍼, 글라스 플레이트 등)상의 숏 영역(shot area)들을 노출시키기 위하여 투영 광학계에 의하여 투영된다.

통상의 투영 노광 장치는 검출된 위치가 투영 광학계의 결상 평면과 일치하도록 하기 위하여 노광 위치에서 투영 광학계의 광축을 따라 웨이퍼의 위치(높이)를 검출하기 위한 자동 포커스 메커니즘을 포함해야만 했다. 최근, 투영 광학계의 고해상도를 얻기 위한 노력의 결과로서 포커스의 깊이가 더욱 얕아졌기 때문에, 웨이퍼의 비평탄 및 경사가 존재할 때 웨이퍼의 노광 영역에서의 해상도 및 투광된 이미지의 라인 폭의 균일성이 저하된다는 문제점이 발생한다. 이것을 피하기 위하여, 통상의 투영 노광 장치는 또한 상술된 자동 포커스 메커니즘뿐만 아니라 각 노광 위치에서 웨이퍼의 수평 위치를 검출 및 제어하기 위한 메커니즘(자동 레벨링(leveling) 메커니즘)을 포함한다. 이 두 메커니즘을 결합시킨 실시예가 미합중국 특허 제,4,558,949호에 기술되어 있으며, 그것은 사선 입사 시준기 형태의레벨 검출 장치 및 사선 입사 형태의 포커스 검출 장치의 일체 결합을 나타낸다.

최근 몇년동안, 고집적도를 가지는 IC 들을 제조하기 위하여 노광광(exposure light)의 파장이 더 짧아지는 경향이 강하고, 그리하여 고해상도를 획득하게 된다. 이를 위해, 예를들면, KrF 엑시머 레이저 빔(파장 λ=248.5nm)이 노광광으로서 사용되는 것으로 제안되었다. KrF 엑시머 레이저 빔을 사용하는 투영 노광 장치의 경우, 레티클과 웨이퍼 사이의 정렬이 노광광과는 다른 파장을 가지는 정렬광이 노광 투영 렌즈를 통하여 기판상에 조사되는 TTL(through the lens) 장치에 의해 실행된다 하더라도, 그러한 장치는 노광광의 파장에 가까운 적당한 파장을 가지는 정렬광을 방사하기 위한 광원을 가지고 있지는 않다. 그러므로, 노광광의 파장은 정렬광의 파장과는 상당히 다르다. 상기 투영 렌즈는 노광광과의 특정 파장에 관련하여 색수차를 감소시키거나 또는 제거시키도록 고안되기 때문에 색수차가 적당히 조정된 정렬광학계를 구비하는 것은 어려운 일이다.

추가로, 상기 정렬이 엑시머 레이저 빔 자체를 사용함으로써 실행된다 하더라도, 해결해야 할 많은 문제가 있다. 예를들면, 웨이퍼상에 피복된 포토레지스트 등과 같은 감광성 물질이 노광되는 문제, 그리고 자체가 맥동광원인 엑시머 레이저로부터의 출력 펄스에서의 광역 분산에 관한 문제 등이 해결되어야 한다. 그렇기 때문에, 원자외선 복사원을 사용하는 투영 노광 장치에서, 비축 형태의 정렬 센서가 사용되는 경우, 그 정렬광의 파장 및 그것의 검출 방법에 관한 제한이 사실상 없기 때문에, 투영 광학계로부터 소정의 거리만큼 간격이 떨어져 있고, 웨이퍼상에서 정렬 마크만을 검출하도록 구성된, 비축 형태의 정렬 센서를 구비하는 것이 효과적이며, 그 결과 높은 재생성을 가지는 정렬이 기대된다.

그러나, 종래 비축 형태의 정렬 센서를 가지는 투영 노광 장치에서, 자동 포커싱 및 자동 레벨링(leveling)이 노광 위치(투영 광학계의 노광부)에서만 실행되게 된다. 이 경우, 투영 광학계의 결상 평면의 위치 편차가 대기압 등의 요동으로 인하여 발생하는 경우, 비축 형태의 정렬 센서의 최선의 포커스 위치는 대응하게 변화되지 않는다. 그렇기 때문에, 웨이퍼의 노광 평면이 자동 포커스 장치에 의하여 투영 광학계의 결상 평면과 정렬되는 경우에도, 포커스 부정합(out-of-focus)이 비축 형태의 정렬센서에서 발생하고, 그 결과 웨이퍼상의 정렬 마크를 검출하는데 대한 정확도가 저하되게 된다.

추가로, 노광이 오랜 시간 동안 계속될 때, 투영 광학 시스템의 결상 평면의 위치가 노광의 연속 조사로 인한 열 변형에 의하여 광축을 따라 변화되게 된다. 또한 이런 경우에, 비축 형태의 정렬 센서의 최선의 포커스 위치는 변화하지 않기 때문에, 웨이퍼의 노광 평면이 투영 광학계의 결상 평면과 정렬하게 될 때, 포커스 부정합이 비축 형태의 정렬 센서에서 발생할 것이다.

추가로, 웨이퍼 표면이 경사져 있다면, 웨이퍼의 표면이 투영 광학계의 노광 위치에서 그 투영 광학계의 결상 평면과 정렬되어 있다는 조건에서, 정렬 마크가 비축 형태의 정렬 센서에 의하여 검출되게 될 경우, 웨이퍼의 표면은 정렬 센서가 설치되는 검출 위치에서 정렬센서의 포커스로부터 이탈되게 되고, 그렇기 때문에 검출 정확도는 저하되게 될 것이다. 다시 말해서, 만약 정렬 마크가 투영 광학계의 노광 위치로 시프트되고, 그후 웨이퍼의 표면이 자동 포커싱 동작에 의하여 투영광학 시스템의 결상 평면과 정렬되고, 다음에 정렬 마크가 정렬 센서가 설치되는 검출 위치로 시프트되게 된다면, 그 정렬 마크는 최선의 포커스 위치로 가져오게 될 것이고, 그렇기 때문에 최적의 정밀도가 획득될 것이다. 그러나, 이 경우, 하나의 스테이지가 노광 위치로부터 정렬 마크위치(정렬 센서가 설치되는 위치에 대응한 위치)로 시프트 되어야 하기 때문에, 처리율이 저하하게 될 것이다.

본 발명의 목적은, 웨이퍼상의 정렬 마크의 위치가 투영 광학계의 투영 렌즈의 포커스의 요동에 관계없이 높은 정확도로 정렬 센서에 의해 검출될 수 있고, 레티클상의 패턴 이미지는 그 투영 광학계에 의해 고분해능으로 웨이퍼의 노광 평면상에 투영될 수 있는, 비축 형태의 정렬 센서를 가지는 투영 노광 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 웨이퍼의 표면이 경사져 있어도, 정렬 마크의 위치가 정렬 센서에 의해 더 저하된 처리율 없이 높은 정확도로 검출될 수 있는, 비축 형태의 정렬 센서를 가지는 투영 노광 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 전술한 장치에서 위치 지정 마크를 검출하기 위한 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은, 감광성 기판상에 각 노광 영역상으로 마스크 패턴을 투영하기 위한 투영 광학계와, 투영 광학계의 광축에 수직인 평면에서 기판의 이치를 지정하기 위한 기판 스테이지와, 투영 광학계로부터 소정의 거리만큼 간격이 떨어진 비축 형태의 마크 검출 장치와, 그 스테이지 수단에 의한 마크 검출 장치에 의해 검출된 기판상에 형성된 위치 지정 마크의 검출된 위치를 기초로 하여 기판상의 각 노광영역을 상기 마스크와 정렬시키기 위한 제어 시스템과, 투영 광학계의 광축에 평행한 방향으로 기판의 위치를 지정하기 위한 높이 조절 수단과, 그리고 투영 광학계의 광축 근처에서 투영 광학계의 광축에 평행한 방향을 따라 기판의 포커스 위치를 검출하기 위한 포커스 위치 검출 수단을 포함하는 투영 노광 장치에 적용될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 투영 노광 장치는 비축 형태의 투영 광학계 및 마크 검출 장치가 속해 있는 환경 조건을 측정하기 위한 환경 조건 측정 장치를 추가로 포함하며, 그리고 제어장치는 환경 조건의 변화량의 검출 결과에 기초하여 투영 광학계의 이미지 위치에 대한 오프 셋 양과 마크 검출 장치의 최적 포커스 위치에 대한 오프셋 양을 결정하는 오프 셋 계산 수단을 포함한다. 이런 실시예에서, 포커스 위치 검출 수단에 의해 검출될 수 있는 포커스 위치는 기판상의 위치 지정 마크의 위치가 마크 검출 시스템에 의해 검출될 때 오프셋 계산 수단에 의해 달성되는 오프셋 양에 기초하여 그리고 마스크 패턴이 투영 광학계를 통해 기판상의 노출 영역 상에 노출될 때 오프셋 계산 수단에 의해 달성되는 오프셋 양에 기초하여 독립적으로 변화하고, 그 결과 투영 광학계의 광축과 평행한 기판상의 위치가 높이 조절 수단에 의해 독립적으로 설정된다.

본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 투영 노광 장치는 투영 광학계의 광축에 수직인 평면에 관하여 기판 스테이지상에 안착되는 기판의 경사량을 측정하기 위한 경사량 측정 수단을 추가로 포함하고, 그 제어장치는 포커스 위치 검출 수단에 의해 결정된 기판상의 어떤 위치에서의 포커스 위치, 경사량 측정 수단에 의해 결정된 기판의 경사량, 및 마크가 마크 검출장치에 의해 검출될 수 있도록 스테이지가 배치될 때 기판상의 마크에 관한 배열 정보에 기초하여 소정값으로 마크와 마크 검출 장치 사이의 거리를 보정하는데 요구되는 높이 조절 수단의 시프팅 양을 계산하기 위한 계산 수단을 포함한다.

본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 본 투영 노광 장치는 투영 광학계의 광축에 수직인 평면에 관하여 기판 스테이지상에 안착된 기판의 경사량을 측정하기 위한 경사량 측정 수단과, 기판 스테이지상에 설치되고 기판을 경사지게 하는 기판 경사량 보정 수단을 추가로 포함하며, 제어 장치는 기판이 경사량 측정수단에 의해 결정된 경사량을 기초로 하여 투영 광학계의 광축에 수직하게 되도록 기판 경사량 보정 수단이 보정될 수 있도록 하며, 마크 및 마크 검출 장치 사이의 거리가 소정의 값을 가지도록 포커스 위치 검출 수단 및 높이 조절 수단이 기판을 상하로 시프트 시킬 수 있도록하며, 다음에 마크가 마크 검출 장치에 의해 검출될 수 있도록 스테이지가 배치될 경우 마크 검출 장치가 위치 지정 마크의 위치를 검출할 수 있도록 하는 역할을 한다.

본 발명의 추가의 실시예에 따르면, 투영 노광 장치는 투영 광학계의 광축에 수직인 평면에 관하여 기판 스테이지상에 안착된 기판의 경사량을 측정하기 위한 경사량 측정 수단과, 경사량 측정 수단에 의해 결정된 기판의 경사량을 이미 저장된 기판 경사량의 허여가능한 값과 비교하기 위한 비교 수단을 추가로 포함하며, 제어장치는 마크가 마크 검출 장치에 의해 검출될 수 있도록 스테이지가 배치될 때, 만약 경사량 측정 수단에 의해 결정된 기판의 경사량에 상기 허여가능한 값보다 더 크다고 판단되면, 그 마크 및 마크 검출 장치 사이의 거리가 소정의 값을 가지도록 포커스 위치 검출 수단 및 높이 조절 수단을 제어하는 역할을 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투영 노광 장치에 관하여 도면을 참조로 하여 설명하겠다.

이 실시예에서, 본 발명은, 투영 노광 장치에 적용되며, 여기서 레티클의 패턴 이미지가 포토레지스터(레지스트) 물질이 피복된 웨이퍼의 각 숏 영역상에 단계적 반복 공정에 의하여 연속적으로 투영되게 된다.

제 1도는 이 실시예에 따른 투영 노광 장치의 개략도를 도시한 것이다. 제 1도에서, 초고압 수은 램프(1)로부터 방출된 노광광(1L1)은 타원형거울(2)에 의해 반사되어, 그 타원형 거울의 제 2 포커스에 집속되고, 그후 시준 렌즈, 간섭 필터, 광학 집속기 (플라이 아이 렌즈), 구경 조리대(σ 조리개)등을 포함하는 조사 광학계(3)로 입사된다. 추가로, 타원형 거울(2)의 제 2 포커스 근처에서, 모터(5)에 의해 구동되는 셔터(예를들면, 4 베인 로터리 셔터)(4)가 구비되어 있어서 노광광의 광로를 닫거나 열게 된다. 다시 말하면, 노광광(1L1)은 수은 램프(1)로부터 방출된 밝은 선(i-라인 등)으로 한정되는 것이 아니라, KrF 엑시머 레이저 또는 ArF 엑시머 레이저로부터 방출된 레이저 빔이거나 금속 증기 레이저 또는 YAG 레이저로부터 방출된 고조파가 될 수 있다.

조사 광학계(3)로부터 나타나고 웨이퍼의 레지스트 층에 감광성을 주는 범위내의 파장을 가지는 노광광의 거의 대부분은 빔 스플리터(6)를 통과하고, 그후 제 1 릴레이 렌즈(7), 다양한 시야 조리개(레티클 블라인드)(8) 및 제 2 릴레이렌즈(9)를 통과하여, 거울(10)에 도달하게 된다. 다음에, 광은 메인 시준 렌즈(11)를 향하여 수직 방향 아래로 거울에 의해 반사된다. 다음에, 상기 광은 실질적으로 균일한 조도로 레티클(R)의 패턴 영역(PA)을 조사하도록 메인 시준 렌즈를 통과한다. 레티클 블라인드(8)가 배치된 평면은 레티클(R)의 패턴 형성 평면과 (관계된 이미지로) 결합된다.

레티클(R)은 모터(15)에 의한 투영 광학계(16)의 광축 방향으로 약간 시프트될 수 있고, 2차원상으로 시프트될 수 있는 레티클 스테이지(12)상에 정지되고, 수평면에서 약간 회전된다. 시프트 가능한 거울(13m)은 레티클 스테이지(12)의 한끝에 고정되고, 그 거울은 레이저 광파 간섭 측정기(간섭계)(13)로부터 레이저 빔을 반사시킬 수 있고, 그리하여 레티클 스테이지(12)의 1차원 위치는 항상, 예를들면 0.01㎛ 정도의 분해능으로 간섭계(13)에 의하여 검출된다. 레티클(R)상에 배치된 레티클 정렬 장치(도시되지 않음)는 레티클(R)의 주변부상에 형성된 두 집합의 정렬 마크를 검출하는 역할을 한다. 레티클 정렬 장치로부터 검출 신호를 기초로 하여 레티클 스테이지(12)를 약간 시프트함으로써, 레티클(R)은 패턴 영역(PA)의 중심이 투영 광학계의 광축(AX)과 정렬되도록 배치된다.

레티클(R)의 패턴 영역(PA)을 통과하는 노광광(1L1)은 텔레센트릭 투영 광학계(16)에 입사하고, 그 결과 레티클(R)의 회로 패턴의 투영된 이미지가 원래 크기의 1/5로 축소되고, 그 축소된 이미지는 포토레지스트 층이 형성된 웨이퍼(W)상에 형성된 숏 영역중 하나 이상에 투영(집속)된다. 웨이퍼는 그것의 표면이 투영 광학계(16)의 결상 평면과 일치하도록 안착된다.

제 3도는 웨이퍼(W)의 좌표계(x,y)를 따라 웨이퍼(W) 상에 배치된 숏 영역(ES1∼ESN)을 도시한다. X 방향 정렬 웨이퍼 마크(Mxi) 및 Y 방향 정렬 웨이퍼 마크(Myi)는 각 숏 영역(ESi) 근처의 직선상에 형성된다. 웨이퍼 마크(Mxi)는 소정의 피치에서 X 방향을 따라 배치된 복수의 바를 포함하는 멀티바형의 마크이고, 웨이퍼 마크(Myi)는 소정의 피치에서 Y 방향을 따라 배열된 복수의 바를 포함하는 멀티바형의 마크이다. 추가로, 기술된 실시예에서, 예를들면, 그 정렬은 향상된 글로블 정렬 장치(이하에 "EGA 장치"로 언급됨)에 의해 실행된다. EGA 장치는, 숏 영역(SAi) 전체중에서 단지 미리 선택된 숏 영역(SA1∼SA9)에 관한 웨이퍼 마크의 위치가 비축 형태의 정렬 센서에 의해 검출되는 공지되어 있는 장치이다. 이런 영역들은 "샘플 숏 영역"으로 참조된다. 그 다음, 모든 숏 영역에 적용할 수 있는 설계 좌표가 만족스럽게 검출 결과를 처리함으로 계산되고, 다른 숏 영역에 관한 정렬이 계산된 설계 좌표를 기초로 실행된다. EGA 장치는 미합중국 특허 제 4,780,617호에 설명되어 있다.

제 1도를 참조하면, 웨이퍼(W)는 진공 작용에 의하여 미세하게 회전 가능한 웨이퍼 홀더에 고착되고, 웨이퍼 홀더를 경유하여 Z 스테이지(17)상에 고정되고, Z 스테이지(17)는 XY 스테이지(18)상에 고정된다. 전체 장치의 동작을 제어하기 위한 메인 제어장치(14)는 단계적 반복 방식으로 모터(21)에 의하여 XY 스테이지(18)를 구동하는 역할을 하고, 또한 Z 스테이지(17)를 동작시키고, 그럼으로써 웨이퍼를 2차원적으로 시프트시키고, Z 스테이지(17)를 경유하여 투영 광학계(16)의 광축과 평행한 Z 방향으로 웨이퍼(W)를 위치지정하게 된다. 웨이퍼(W)를 수평으로 레벨링하기 위한 레벨링 스테이지(17ℓ)는 Z 스테이지(17)에 통합된다. 웨이퍼(W)상의 한 숏 영역에 관한 레티클(R)의 이동 노광이 완료될 때, 웨이퍼(W)는 웨이퍼 스테이지 WS의 XY 스테이지(18)에 의해 다음 숏 위치로 단계적으로 시프트된다. 간섭계(20)로부터 레이저 빔을 반사시키기 위한 시프트 가능한 거울(20m)은 Z 스테이지(17)의 한 끝에 고정되고, 그리하여 Z 스테이지(17)의 2차원 위치는 항상 간섭계(20)에 의하여, 예를들면 0.01㎛ 차수의 분해능으로 검출된다.

추가로, 베이스라인 측정시 사용되는 기준 마크가 형성된 유리 기판을 포함하는 기준 부재(19)는 Z 스테이지(17)상에 설치되어서, 대략 기준 부재의 상부면이 웨이퍼(W)의 노광 표면과 정렬된다. 설명된 실시예에서, 그 기준 부재의 위치가 Z 스테이지(17)에 의해 Z 방향으로 변화되는 동안, 기준 마크는 비축 형태의 정렬 센서(27)(이하에 기술됨)에 의하여 관측되고, 그에 의하여 정렬 센서(27)의 최적의 포커스 위치는 결상된 기준 마크의 대비가 가장 높게 되는 위치로부터 결정된다. 기준 부재(19)상에 형성된 기준 마크는 웨이퍼 마크와 유사한 멀티바 형태의 마크일 수도 있다.

추가로, 정렬 센서(27)에 의하여 기준 부재(19)상에 기준 마크의 위치를 검출함으로써, 그리고 그후 투영 광학계를 통하여 TTL(though the lens) 형태의 마크의 관측 시스템에 의해 기준 마크의 위치를 검출함으로써, 베이스 라인 양, 즉 투영 광학계(16)의 광축 및 정렬 센서(27)의 광축 사이의 편향 양이 결정된다. 정렬 센서(27)에 의하여 웨이퍼상의 임의의 웨이퍼 마크의 위치를 검출함으로써 그리고 검출 결과에 베이스 라인 양을 더함으로써, 그러한 웨이퍼 마크가 투영 광학계(16)의 노광 영역에 속하는 숏 영역의 위치를 결정하는 것이 가능하다.

추가로, 제 1도에 도시된 바와 같이, 투영 광학계(16)의 결상 모양을 조절하기 위한 결상 모양 보정부(22)가 제공된다. 설명된 실시예에 따른 보정부(22)는, 압전 소자 등에 의하여 (그 광축과 평행한 방향으로 또는 그 광축에 관하여 그들을 경사지게) 그들을 이동시키기 위하여, 투영 광학계(16)를 구성하는 임의의 렌즈 소자(특히, 레티클(2)의 근처에 배열된 복수의 렌즈 소자)를 독립적으로 구동시킴으로써, 이미지 모양을 보정하는 역할을 한다(예를들면, 투영 확대 및/또는 왜곡).

이리하여, 투영 광학계(16)의 이미지 모양은 주변 압력 및 온도 및 투영 광학계(16)에 관한 노광광의 조사시간(특히, 그 노광광의 흡수에 관한 투영 광학계의 열집속량)에 따라 변화하게 되는 결상 평면의 위치(집속 위치)를 포함한다. 마찬가지로, 정렬 센서(27)의 최선의 포커스 위치는 대기압 및 온도에 의존하여 변화된다.

상기에서, 주변 센서(23)는 투영 광학계(16) 및 정렬 센서(27) 사이의 중간 위치에 설치되고, 그리하여, 대기압 및 온도는 항상 주변 센서(23)에 의해 측정되고, 메인 제어장치(14)에 측정 결과를 보낸다. 메인 제어장치(14)는 투영 광학계(16)의 이미지 모양의 변화 및 테스트를 통하여 알려진 방정식을 기초로 한 결상 평면 위치에서의 변화를 결정하는 역할을 하며 동시에 정렬 센서(27)의 최선의 포커스 위치의 변화량을 결정하는 역할을 한다. 결상 평면 위치와는 다른 투영 광학계(16)의 이미지 모양의 변화에 관하여, 그러한 변화는 이미지 모양 보정부(22)를 경유하여 메인 제어장치(14)에 의하여 보정된다. 추가로, 투영 광학계(16)의 결상 평면 위치변화 및 정렬 센서(27)의 최선의 포커스 위치 변화에 관하여, 메인 제어장치(14)는 노광 동작중에 그리고 이하에 기술될 정렬 동작중에 Z 스테이지(17)를 경유하여 웨이퍼(W)의 포커스 위치를 독립하여 설정함으로써 그러한 변화를 다룬다.

다른 한편, 빔 스플리터(6)에 의해 반사된 노광광(1L1)은 집광 렌즈(24)를 경유하여 광전 검출기(25)로 입사되고, 광전 검출기(25)로부터 나온 광전 변환신호는 메인 제어장치(14)로 보내진다. 광전 검출기(25)의 광수신량 및 웨이퍼(W)의 노광 평면상의 노광 에너지 사이의 관계가 미리 결정되기 때문에, 메인 제어 시스템(14)은 광전 시스템(25)로부터의 광전 변환 신호를 집속함으로써, 웨이퍼(W)의 각 숏 영역에 관한 집속된 노광량을 모니터하고, 그리하여 노광 시간을 제어한다. 동시에, 투영 광학계(16)를 통과하는 노광광의 전체 집속된 광량이 집속된 노광량으로부터 결정될 수 있기 때문에, 메인 제어(4)는 투영 광학계(16)의 이미지 모양에서의 변화량 및 광전 검출기(25)로부터 나온 광전 변환 신호의 집속 결과를 기초로 하여 투영 광학계(16)의 결상 평면 위치의 변화에서 변화량을 결정할 수 있고, 상술된 방식으로 보정할 수 있다.

기술된 실시예에 따른 투영 노광 장치는 웨이퍼(W)의 노광 평면의 위치를 측정하기 위한 포커스 위치 검출 장치["AF 센서"로 언급함]을 추가로 포함한다. 자동 집속은 AF 센서, Z 스테이지 및 메인 제어(14)에 의하여 통상의 방식으로 실행된다. 제 1도에 도시된 바와 같이, AF 센서는 투영 광학계(16)의 양측에 배열된 광송신 장치(42a) 및 광수신장치(42b)에 의해 구성된다.

제 2도는 AF 센서의 확대도이다. 제 2도에서, AF 센서는 광송신장치(42a)와 (조사 장치(43)-광수신 대물렌즈(45)), 광수신장치)(42b)(광수신 대물렌즈(46)-광전 검출기(50))를 포함한다. 광송신장치(42a)에서, 하나의 슬릿을 가지는 구경 기판(도시 안됨)은 조사 장치(43)의 앞에 배치된다. 구경을 통과하는 검출광(예를들면, 웨이퍼(W) 상의 포토레지스트에 감광되지 않는 광)하여, 투영 광학계(16)의 광축(AX)에 관하여 경사지게 웨이퍼(W)의 노광 평면(또는 기준 부재(19)의 표면)에 입사되며, 그 결과, 슬릿상이 집속되고 노광평면에 투영된다. 노광 평면에 의해 반사된 검출광은 광수신 대물렌즈 (46), 경사각 조절 거울(47), 시준 렌즈(48) 및 진동슬릿 플레이트(43)를 통하여 광전 검출기(50)의 광수신 표면에 입사되고, 그리하여, 슬릿상은 광전 검출기의 광수신 표면에서 슬릿 구경에 재집속된다. 구경을 통과한 광은 광전기적으로 검출 신호로 변환되고, 진동 슬릿 기판(49)용의 구동 신호(기준 신호)에 대한 검출 신호의 동시관계는 메인 제어장치(14)에서 측정되고, 그리하여 포커스 신호를 획득하게 된다.

이 경우, 웨이퍼(W)의 노광 평면에서 투영된 슬릿상의 횡방향은 제 2도의 평면에 수직인 방향과 같다. 이리하여, 웨이퍼(W)의 노광 평면이 Z 방향으로 배치될 때, 광전검출기(50)의 광수신 표면상에 집속된 슬릿상은 X 방향으로 시프트된다. 따라서, 광전 검출기(50)로부터 방사된 포커스 신호는, 웨이퍼의 노광 평면이 소정의 범위내에서 포커스 위치로부터 이탈되는 이탈량에 비례하여 대략 선형으로 변화하기 때문에, 포커스 위치에서의 웨이퍼(W)의 노광 평면의 이탈량은 포커스 신호를 기초로 하여 검출될 수 있다. 추가로, 제 2도의 평면에 수직인 축 주위에 광수신장치(42b)의 거울(47)을 회전시킴으로써, 광전 검출기(50)의 광수신 표면상에 집속된 슬릿상은 X 방향으로 시프트될 수 있다. 거울(47)의 경사각은 구동부(51)를 경유하여 메인 제어장치(14)에 의하여 설정된다. 이하에 기술되는 바와 같이, Z 방향에서의 투영 광학계(16)의 최선의 결상 평면위치(결상 평면 위치)가 결정될 때, 그 슬릿상의 중심은, 예를들면 웨이퍼(W)의 노광 평면이 결상 평면 위치에서 설정되는 조건으로 거울을 경사지게 함으로써 광전 검출기(50)의 광수신 표면상에서 구경의 중심과 정렬된다. 이것은 포커스 신호가 제로 교차점에서 설정된다는 것을 의미한다. 이리하여, AF 센서의 구경을 측정하게 되다.

또한, 제 1도에 도시된 바와 같이, 프리즘 거울(26) 및 전술된 정렬센서(27)는 투영 광학 시스템(16)의 일측에 배치된다. 상기 정렬 센서(27)에서, 할로겐 램프(28)로부터 방출되는 조사광(IL2)은 시준 렌즈(29)를 통해서 광섬유(30)로 조사되며 광섬유(30)의 다른 단부로부터 나가는 조사광(IL2)은 렌즈 시스템(31), 하프 프리즘(32) 및 대물렌즈(33)를 통해 프리즘 미러(26)로 조사되며, 그 결과 프리즘 미러(26)에 의해 반사된 조사광이 대체로 수직으로 웨이퍼(W)상의 웨이퍼 마크를 조사 또는 비춘다.

웨이퍼(W)상의 웨이퍼 마크에 의해 반사된 광은 프리즘 미러(26) 및 대물렌즈(33)를 통해 하프 프리즘(32)에 도달하도록 역으로 진행된다. 상기 하프 프리즘(32)에 의해 반사된 광은 시준 렌즈(34)를 통해 인덱스 판(35)상의 웨이퍼 마크상을 접속한다. X 방향 인덱스 마크(35a,35b)(제 4도 참조)와 축방향 인덱스 마크는 인덱스 판(35)상에 형성된다. 제 4도에 도시된 바와 같이, 인덱스마크(35a,35b) 각각은 두 개의 바 패턴으로 구성되며 상기 패턴은 Y 방향에 대응하는 방향으로 연장되며 X 방향에 대응하는 방향으로 선정된 거리만큼 서로 분리된다.

제 1도에서 인덱스 판(35)은 대물렌즈(33) 및 접속 렌즈(34)를 포함하는 광학 시스템의 일부에서 웨이퍼(W)에 결합배치된다. 따라서, 웨이퍼(W) 상에 웨이퍼 마크상은 인덱스 판(35)상에서 접속 또는 형상화되며, 상기 인덱스판(35)으로부터의 광은 이미지 픽업 소자(카메라 소자)(40X,40Y)의 이미지 픽업 표면에 도달되며 상기 소자는 각각 연결 시스템(36), 미러(37), 연결 시스템(38) 및 하프 미러(39)를 통해서 2차원 CCD 카메라 등을 포함한다. 웨이퍼 마크상 및 인덱스 마크상은 이미지 픽업 소자(40X,40Y)의 이미지 픽업 표면상에서 접속된다. 그 결과, 신호처리 시스템(41)은 인덱스판(35)상의 인덱스 마크와 이미지 픽업 소자(40X,40Y)로부터의 이미지 픽업 신호에 기초한 웨이퍼 마크사이의 위치 편차를 검출하며 상기 위치 편차량은 메인 제어 시스템(14)에 입력된다. 이 경우에, 이미지 픽업 소자(40X)의 주사방향은 X방향에 대응하는 방향이며 이미지 픽업 소자(40Y)의 주사방향은 Y방향에 대응하는 방향이다. 제 3도의 X방향 웨이퍼 마크(Mxi)의 위치 검출은 이미지 픽업 소자(40X)로부터의 이미지 픽업 신호에 기초해서 이루어지며, Y 방향 웨이퍼 마크(Myi)의 위치 검출은 이미지 픽업 소자(40Y)로부터 이미지 픽업 신호에 기초해서 이루어진다. 이러한 방법으로 인덱스 마크를 이용하는 이유는, 이미지 픽업 소자(40X,40Y)에 의해 상 주사가 시작되는 주사 시작 위치가 이동되기 때문이다.

제 1도에 도시되지는 않았지만, 조사 시야 조리개가, 시야 조리개가 렌즈 시스템(31)내의 웨이퍼(W)와 대체로 결합되는 방식으로 제공된다. 상기 시야 조리개는 웨이퍼(W) 상의 조사 영역을 조절하도록 사용된다. 제 3도에 도시된 샘플 숏(shot) 영역(SA1)과 연관된 X 방향 웨이퍼 마크(Mxj)가 하프 프리즘(26) 바로 밑에 배치될 때, 제 1도의 이미지 픽업 소자(40X)에 의해 관측된 조사영역에 대응하는 부분의 상태가 제 4(a)도에 도시된다. 웨이퍼(W)상의 조사영역(55)은 웨이퍼 마크(Mxj)에 대응하는 영역(55c)과 웨이퍼 마크(Mxj)에 인접하여 인덱스 판(35)상의 인덱스 마크(35a,35b)에 대응하는 영역(55a,55b)을 포함한다. 조사영역(55)이 영역(55a,55b)을 포함하는 이유는 인덱스 판(35)상의 인덱스 마크(35a,35b)가 웨이퍼로부터 복귀된 광을 이용하여 투과가능하게 조사될 수 있기 때문이다.

따라서, 잡음 성분을 다른 마크로부터 방지하며 회로 패턴이 인덱스 마크(35a, 35b)를 조사하는 광과 혼합되지 않도록 하기 위해서, 영역(55a,55b)은 회로 패턴이나 마크를 갖지 않으며 보통으로 미러-가공(mirror-finished)된다. 이후, 영역(55a,55b)과 같이 회로 패턴이나 마크를 갖지 않는 영역은 "금지구역"으로 명명된다.

웨이퍼 마크(Mxj) 및 인덱스 마크(35a,35b)에 대응하는, 이미지 픽업 소자(40X)로부터의 이미지 픽업 신호(SX)는 제 4(b)도에 도시된다. 여기서 좌표는 신호의 강도를 나타내며 가로축은 X축에서 제 1도의 XY 스테이지(18)의 주사 위치를 표시한다. 제 4(b)도에 도시된 바와 같아, 이미지 픽업 소자(40X)로부터의 이미지 픽업 신호는 인덱스 마크(35a,35b) 및 웨이퍼 마크(Mxj)의 에지에 대응하는 위치의 "바닥(bottoms)"(가장 낮은 레벨)를 갖는 신호 파형을 갖는다. 더욱이, 웨이퍼 정렬 마크 및 인덱스 마크가 Y 방향에 대해서 제공되며, 상기 마크는 이미지 픽업 소자(40Y)에 의해 검출된다.

다음에, 본 실시예에서 노광 방법이 설명된다. 예를 들어, 대기압을 고려하여, 투영 광학계(16)의 결상 평면 위치가 주어진 기준 대기압에서 정렬 센서(27)의 최적의 포커스 위치와 정렬되도록 상기 장치가 미리 조절되며, AF 센서로부터 포커스 신호가 제로-교차점을 갖도록 미리 측정된다. 웨이퍼(W)상의 노광이 수행되기 전에, 제 1도의 메인 제어 시스템(14)은 주변센서(23)가 투영 광학 시스템(16) 및 정렬 센서(27)가 놓이게 되는 대기압을 측정하게 하며, 투영 광학계(16)의 상 평면의 위치의 변화량(△Z1) 및 정렬 센서(27)의 최적의 포커스 위치의 변화량(△Z2)은 측정된 대기압 및 기준 대기압 사이의 차에 기초해서 계산된다.

제 2도에 도시된 바와 같이, 측정되어 웨이퍼(W)의 노광 평면이 기준 평면(기준 상태의 투영 광학 시스템의 상 평면)(52)에 배치될 때 AF 센서로부터의 포커스 신호가 제로 교차 특성 곡선을 나타내면, 투영 광학계(16)의 결상 평면은 예를들면 대기압의 변화로 인해 평면(53)까지 상승되며, 정렬 센서(27)의 최적의 포커스 위치는 예를 들어 평면(54)까지 하강된다. 전술된 바와 같이, 기준 평면(52)으로부터 평면(53)까지의 변화량(△Z2)은 메인제어시스템(14)에 의해 계산된다.

이제, 웨이퍼(W)상의 샘플 숏 영역(제 4도의 샘플 숏 영역(SA1-5A9)의 웨이퍼 마크의 위치가 정렬 센서(27)를 이용하므로 검출될 때, 메인 제어 시스템(12)은 최적의 포커스 위치의 변화량(△Z2)에 대응하는 각으로 구동위치(51)가 겨울(47)을 경사지게 한다. 이 상태에서, 제 5A도에 도시된 바와 같이 자동 포커싱이 수행될때, AF 센서의 광 수신 시스템(42b)으로부터 최적의 포커스 위치에 대응하는 평면(54)과 정렬된다. 따라서, 자동 포커싱을 수행하므로, 상기 웨이퍼(W)의 표면이 평면(54)으로 이동된다. 이 상태에서, 정렬 센서(27)를 사용하므로 각 웨이퍼 마크의 위치를 검출하여, 상기 웨이퍼 마크의 위치는 높은 정밀도로 검출된다.

예시된 실시예에서, 전술된 바와 같이, 상기 웨이퍼 마크의 위치 검출을 숏 영역(SA1-SA9)에 대해서만 수행된다.

이러한 방법으로 결정된 숏 영역(SA1-SA9)의 위치에 기초해서, 다른 숏 영역을 포함하는 모든 숏 영역의 위치를 확인하는데 최소의 에러를 갖는 좌표 시스템은 EGA 시스템에 기초한 메인 제어 시스템(14)에 의해 계산 또는 결정된다. 그후, 상기 각 숏 영역은 설계 및 계산된 좌표 시스템 사이의 관계에 기초한 XY 스테이지(18)의 작용에 의해 노광 영역으로 계속해서 이동되며 노광은 매번 수행된다.

상기 메인 제어 시스템(14)은 포커스 위치의 전체 변화량(△Z1-△Z2)을 결정하기 위해 오프셋 계산을 한다.

노광이 웨이퍼상의 각 숏 영역에 대해 수행될 때, 제 2도의 메인 제어 시스템(14)을 구동부(51)가 포커스 위치의 변화량(△Z1-△Z2)에 대응하는 각에 의해 거울(47)을 경사지게 한다. 이 상태에서, 제 5B도에 도시된 바와 같이, 자동 포커싱이 수행될 때, AF 센서의 광수신 시스템(42b)으로부터 획득된 포커스 신호가 제로-2차 곡선을 도시하는 평면은 투영 광학계(16)의 상 평면에 대응하는 평면(53)과 정렬된다. 이 상태에서, 노광시킴으로써, 레티클의 패턴은 높은 해상력을 갖는 웨이퍼(W)의 각 숏 영역에서 투영될 수 있다.

말하자면, 상 평면의 위치의 변화량(△Z1)과 최적의 포커스 위치의 변화량(△Z2)이 작으면, 양호한 포커싱이 포커스 신호의 선형 위치의 장점을 이용하여 제로 교차 상태로부터 포커스 신호가 유도되는 조건에서 얻어지며, 그러한 편차량은 마크 측정 작동 및 노광 작동에서 다양한 값으로서 설정될 수 있다고 판단된다. 그 대신에, 메인 제어 시스템(14)은, 상기 값(△Z1-△Z2)에 기초한 AF 센서의 출력에 전자 오프셋을 제공하도록 적응될 수 있다.

또한, 예를 들어, 투영 광학계(16)의 결상 평면의 위치에 관한 측정은 테스트 프린트 또는 웨이퍼를 지지하는 스테이지상에 형성된 발광 마크를 이용하므로 수행될 수 있으며, 상기 정렬 센서(27)의 최적의 포커스 위치에 대한 측정은 기준판(19)상의 기준 마크를 관찰함으로써 수행된다. 상기 측정의 결과로서, 오프셋 광(△Z3)이 포커스 위치에 가산되어야 하며, 상기 오프셋 양(△Z3)은 전술된 변화량(△Z1,△Z2)에 가산된다. 그러나, 오프셋 양(△Z3)에 의해 AF 센서의 기준 평면을 미리 조절하므로, 투영 광학계(16)의 결상 평면 위치 파동뿐 아니라 정렬 센서(27)의 최적의 포커스 위치의 파동에 영향을 주면, 그러한 오프셋 양(△Z3)은 정렬 센서(27)의 최적의 포커스 위치가 결정될 때 자동으로 계산된다.

전술된 바와 같이 포커스 위치를 교정하므로, 상기 정렬은, 투영 광학계(16)의 AF 센서를 이용하므로 수행될 수 있으며 따라서 웨이퍼(W)의 노광 평면은 비축 정렬 센서(27)의 최적의 포커스 위치에 설정된다. 단일 웨이퍼의 포커스 위치가 상기 정렬 프로세스에 앞서 일단 결정될 때, 웨이퍼의 포커스 위치의 결정이 더 이상은 요구되지 않는다. 이 경우에도, 상기 웨이퍼의 노광 평면의 불균일이 보통 정렬 센서(27)의 포커스 깊이내에 포함되므로, 처리량 감소가 방지될 수 있다.

제 6도는 본 발명의 제 2 실시예를 도시한다. 제 6도에서, 전술된 제 1 실시예와 동일 소자는 동일 참조 부호로 지정되며 그 설명은 생략된다. 이후, 제 1 실시예의 제 2 실시예 사이의 차이만 설명된다.

제 6도에 도시된 제 2 실시예에서, 메인 제어 시스템(114)은 제 1 실시예가 처리하는 기능은 물론 측정된 포커스 값과, 포커스의 측정이 수행되는 XY 좌표상의 위치와, 웨이퍼(W)의 경사가 교정되어야 하는 여부를 판단하는데 사용되는 경사량의 허용 값을 저장하기 위한 부가적인 기능을 갖는다.

웨이퍼의 표면이 경사지면, 상기 웨이퍼의 표면이 투영 광학계(16)의 포커스 측정 위치(62)에서 최적의 포커스 위치(65)와 정렬된다 할지라도, 상기 웨이퍼의 표면이 정렬 센서(27)의 마크 검출 위치(64)에서 최적의 포커스 위치(63)와 일치하지 않으므로 마크 검출시 에러가 발생된다. 제 2 실시예에서는 그러한 에러를 제거할 수 있다.

보통 정렬 순서에서, 세 개의 숏 영역의 마크 위치(검색(숏)를 검출하므로 ±2㎛ 정도의 낮은 정밀도로 상기 장치의 선정된 XY 좌표에 대해 웨이퍼의 위치 설정을 위한 검색 정렬이 수행된 후에, ±0.1㎛-1 높은 정밀도로 각 숏 영역의 위치를 검출하기 위한 미세 정렬이 수행된다. 이 경우에, 검색 정렬에 앞서 제 2 실시예에 따라, 웨이퍼(W) 상의 여러(셋 이상)점의 포커스 위치는 AF 센서에 의해 결정되며, Z-방향(투영 광학계(16)의 광축(AX)과 평행)으로 웨이퍼(W)의 경사량이, 결정된 포커스위치 및 XY 좌표상의 그러한 여러점(여기서 포커스 위치가 결정된다)의 위치에 기초하여 최소 제곱방법과 같은 방법을 사용하여 계산된다.

웨이퍼(W)의 경사량을 결정하기 위한 포커스 측정 위치는 웨이퍼(W) 상의 어떤 세 개의 점이 될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 여러 정렬에 사용되는 세 개의 숏 영역의 중심 또는 각각의 검색 숏의 마크 위치(Mxj 또는 Myj)에서 포커스의 접속이 수행될 수 있다.

검색 정렬 및 미세 정렬이 수행될 때, 검출되는 정렬 마크의 XY 좌표 위치, 경사량 및 경사량의 측정중에 결정된 포커스 위치에 기초해서, 메인 제어 시스템(14)은 Z 스테이지의 이동량을 계산하여 정렬 마크가 정렬 센서(27) 하부로 놓일 때 그러한 정렬 마크가 최적의 포커스 위치에 근접하여 배치되며, 상기 마크 위치는 이러한 계산에 기초하여 수직방향으로 Z 스테이지를 이동시킨 후에 검출된다.

그 대신에, 포커싱은 검색 정렬 동안에 마크 위치 검출을 수행하도록 정렬 마크 위치에서 이행되며, 한편 웨이퍼의 경사량은 측정된 포커스 위치에 기초해서 동시에 결정되며, 상기 마크 위치는 미세 정렬동안에 수직방향으로 결정된 경사량에 따라 Z 스테이지를 이동시킴으로써 검출될 수 있다.

또한, 포커싱이 마크 위치에서 미리 수행되는 숏 영역이 미세 정렬 숏 영역내에 포함될 때, 이런 숏 영역의 포커스 위치가 미리 저장되며, 숏 영역에 관한 마크 위치가 Z 스테이지를 저장된 포커스 위치로 시프팅시킴으로써 (웨이퍼의 경사량에 따라 Z 스테이지를 시프팅시키지 않고)검출된다.

다음에, 본 발명의 제 3 실시예가 설명된다. 이러한 제 3 실시예에서, 제 6도에 도시된 레벨링 스테이지 구동장치(115)가 사용된다. 웨이퍼(W)의 경사량을 측정하기 위한 방법에 있어서, 제 2 실시예와 유사하게, 검색 정렬에 앞서서, 웨이퍼(W) 상의 여러(셋 이상)점의 포커스 위치는 AF 센서에 의해 결정되며, Z 방향으로 (투영 광학 시스템(16)의 광학 축(AX)과 평행함) 웨이퍼(W)의 경사량은 상기 결정된 포커스 위치 및 XY 좌표상의 그러한 여러 점의 위치(여기서 포커스위치가 결정된다)에 기초해서 최소 제곱 방법과 같은 것을 사용하므로 계산된다. 상기 메인 제어 시스템(114)은 계산된 경사를 제거하기 위해 구동장치(115)를 작동시킨다. 웨이퍼(W) 상의 어떤 위치에서 포커스가, 마크 위치 검출이 수행되기 전에 정렬 센서(27)의 최적의 포커스 위치와 정렬되었을 때, 마크 위치 검출은 정렬 작동 동안에 모든 숏 영역의 마크를 검출하기 전에 포커싱을 하지 않고 수행될 수 있다. 상기 웨이퍼의 경사량은 상기 검색 정렬동안에 측정된 포커스 위치에 기초해서 계산될 수 있으며, 그러한 경사량은 미세 정렬전에 레벨링을 수행하므로 제거될 수 있다. 그 대신에, 상기 포커스 위치는 검색을 위해 사용되는 세 개의 숏 영역에서 먼저 측정될 수 있으며, 상기 웨이퍼의 경사량이 계산될 수 있으며, 다음에 레벨링이 수행된 후 검색 정렬이 수행될 수 있다.

상기 경사가 제거된 후에, Z 스테이지를 정렬 센서(27)의 최적의 포커스 위치로 수직으로 이동시키므로, 평평한 상태인 웨이퍼가 정렬 센서(27)의 최적의 포커스 위치와 정렬될 수 있으며, 따라서 마크 위치는 모든 정렬 마크에 대해 포커싱을 수행하지 않고도 검출될 수 있다.

상기 웨이퍼의 표면이 정렬 센서(27)의 최적의 포커스 위치와 정렬되어야 할 때, 정렬 센서(27)의 최적의 포커스 평면이 투영 광학계(16)의 최적의 포커스 평면과 다르면, AF 센서의 경사각 조정 미터(47)가 경사진 후 포커싱 작동이 수행될 수 있으며, 따라서 포커싱후에 웨이퍼(W)가 Z 방향으로 정렬 센서(27)의 최적의 포커스 평면으로 이동될 수 있다. 그 대신에 웨이퍼(W)의 표면은 투영 광학계(16)의 최적의 포커스 평면과 미리 정렬될 수 있으며 그후 Z 스테이지는 정렬 센서(27)의 미리 결정된 최적의 포커스 평면과 투영 광학계(16)의 최적의 포커스 평면 사이의 차에 대응하는 거리만큼 수직으로 이동될 수 있다. 어떤 경우에도, 웨이퍼(W)의 노광 평면이 AF 센서를 이용하여 정렬 센서(27)의 최적의 포커스 평면으로 이동되면 충분하다.

다음에, 본 발명의 제 4 실시예가 설명된다. 제 2 및 제 3 실시예와 유사하게, 상기 웨이퍼(W)의 경사량을 측정하기 위해서, 검색 정렬전에, 웨이퍼(W)의 여러(셋 이상)점의 포커스 위치는 AF 센서에 의해 결정되며, Z 방향으로(투영 광학계(16)의 광축(AX)과 평행함) 웨이퍼(W)의 경사량은 상기 결정된 포커스 위치와 XY 좌표상의 그러한 여러 점(여기서 포커스 위치가 결정됨)의 위치에 기초해서 최소 제곱 방법과 같은 것을 이용하여 계산된다.

상기 경사량이 메인 제어 시스템(114)에 이미 저장된 설정값 보다 크면, 상기 마크 위치 검출을 각각의 숏 영역 포커스 모드에서 수행되며 상기 모드에서 포커싱은 정렬을 위해 위치검출되는 모든 숏 영역에 대해 수행되며, 한편 상기 경사량이 설정값보다 작으면, 상기 마크위치 검출은 비-포커스 모드에서 수행되며 상기모드에서 개별 포커싱이 마크 위치 검출시 수행되지 않는다. 비-포커스 모드에서, 상기 포커스 위치가 웨이퍼(W)의 중심근처에 배치된 숏 영역에 대해 다시 검출될 수 있거나 Z 스테이지는 마지막으로 포커스가 잡히는 숏 영역의 포커스 위치로 이동되거나, Z 스테이지는 평균 포커스 위치로 이용될 수 있다. 각각의 숏 영역 포커스 모드에서, 포커싱이 미리 수행되는 숏 영역이 미세정렬 숏 영역내에 포함될 때, 그러한 숏 영역의 포커싱 데이터가 미리 저장될 수 있으며, 그러한 데이터 영역에 대한 마크 위치가 그러한 데이터를 이용하므로써 검출될 수 있다. 웨이퍼의 경사 대신에, Z 스테이지의 이동범위(Z 방향을 따라 웨이퍼의 표면에서 위치 파동)는 경사량을 판단하기 위해 획득될 수 있다. 경사를 판단하기 위한 기준으로서 설정값과 Z 스테이지의 이동 범위는 센서의 텔레센트리시티(telecentricity)와 요구된 정밀도에 비추어서 결정될 수 있다.

제 4 실시예의 특징은 전술된 제 2 실시예 및 제 3 실시예에 적용될 수 있다. 이 경우에, 제 2 실시예에 의해, 상기 경사량이 설정값보다 크면, Z 스테이지는 수직으로 이동되어 마크위치는 정렬 센서(27)의 최적의 포커스 위치와 정렬되며, 한편, 상기 경사량이 설정값보다 작으면, 마크 위치를 정렬센서(27)의 최적의 포커스 위치와 정렬하기 위한 작동이 수행되지 않는다. 한편, 제 4 실시예의 기능이 제 3 실시예에 적용될 때, 상기 경사량이 전에 저장된 설정값 보다 크면, 경사는 제거되며, 한편, 상기 경사량이 설정값보다 작으면, 상기 마크 위치 검출은, 경사를 제거하지 않고 또한 각 정렬 마크 위치에서 포커싱을 하지 않고 수행된다.

제 1도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투영 노광 장치의 개략도;

제 2도는 제 1도의 AF 센서의 확대도;

제 3도는 상술한 실시예에 따른, 노출된 웨이퍼상의 숏(shot) 영역의 배열을 도시한 평면도;

제 4도의 (a)는 촬상 소자에 의하여 관측된 웨이퍼 마크 및 색인 마크, (b)는 (a) 부분의 마크에 대응하는 결상 신호를 도시하는 파형그래프;

제 5A도는 정렬 동작시 포커스 위치를 도시하는 장치의 메인부의 측면도;

제 5B도는 노광 동작시 포커스 위치를 도시하는 장치의 메인부의 측면도;

제 6도는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 투영 노광 장치의 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 수은 램프 2 : 타원형 거울

3 : 조사 광학계 4 : 셔터

5 : 모터 6 : 빔 스플리터

7 : 릴레이 렌즈 8 : 시야 조리개

8 : 메인 집광 렌즈 16 : 투영 광학계

Claims (24)

1. 마스크상에 형성된 패턴을 기판상에 투영하는 투영 광학 시스템과,

   상기 기판상에 형성된 마크를, 상기 투영 광학 시스템을 통하지 않고 검출하는 마크 검출 시스템과,

   상기 마크 검출 시스템 주위의 환경 상태를 계측하는 환경 상태 검출 수단과,

   상기 환경 상태 검출 수단에 의한 검출 결과를 토대로 하여, 상기 마크 검출 시스템의 최적 포커스 위치의 변화량을 구하는 변화량 산출 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 기판의, 상기 투영 광학 시스템의 광축 방향에 평행한 높이 방향의 포커스 위치를 계측하는 포커스 위치 검출 수단과,

   상기 기판의 상기 높이 방향의 위치 결정을 수행하는 높이 조정 수단을 추가로 구비하며,

   상기 마크 검출 시스템에 의한 마크 검출시에, 상기 높이 조정 수단은, 상기 변화량 산출 수단에 의해 구해진 상기 변화량과, 상기 포커스 위치 검출 수단에 의한 계측 결과를 토대로 하여, 상기 높이 방향에 있어서의 상기 기판의 위치를 설정하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 환경 상태 검출 수단의 검출 결과를 토대로 하여, 상기 투영 광학 시스템의 결상 특성에 관한 변화량을 구하는 결상 특성 변화 검출 수단을 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 투영 광학 시스템을 통과하는 조명광의 적산 광량을 구하는 적산 광량 검출 수단을 추가로 가지며,

   상기 결상 특성 변화 검출 수단은, 상기 적산 광량 검출 수단에 의한 검출 결과를 근거로 하여, 상기 변화량을 구하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,

   상기 결상 특성에 관한 변화량은, 상기 투영 광학 시스템의 결상면의 위치 변화량을 포함하며,

   상기 기판의, 상기 투영 광학 시스템의 광축 방향에 평행한 높이 방향의 포커스 위치를 계측하는 포커스 위치 검출 수단과,

   상기 기판의 상기 높이 방향의 위치 결정을 수행하는 높이 조정 수단을 추가로 구비하며,

   상기 높이 조정 수단은, 상기 기판상의 각 노광 영역에 상기 투영 광학 시스템을 통하여 상기 패턴을 투영할 때, 상기 결상 특성 변화 검출 수단에 의해 구해진 상기 결상면의 위치 변화량과, 상기 포커스 위치 검출 수단에 의한 계측 결과를 토대로 하여, 상기 높이 방향에 있어서의 상기 기판의 위치를 설정하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
6. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,

   상기 투영 광학 시스템의 일부의 광학 요소를, 상기 투영 광학 시스템의 상기 광축 방향에 평행한 방향에 대해 구동하는 구동 수단을 추가로 가지며,

   상기 구동 수단은, 상기 결상 특성에 관한 변화량에 기초하여 상기 광학 요소를 구동하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
7. 마스크상에 형성된 패턴을 기판상에 투영하는 투영 광학 시스템과,

   상기 기판상에 형성된 마크를, 상기 투영 광학 시스템을 통하지 않고 검출하는 마크 검출 시스템과,

   상기 투영 광학 시스템의 광축 방향에 평행한 높이 방향에 있어서의 상기 기판의 위치를 검출하는 높이 검출 시스템과,

   상기 투영 광학 시스템 및 상기 마크 검출 시스템 주위의 환경 상태를 검출하는 환경 상태 검출 수단과,

   상기 환경 상태 검출 수단에 의한 검출 결과에 기초하여, 상기 투영 광학 시스템의 광축에 평행한 높이 방향에 있어서의 상기 마크 검출 시스템의 최적 포커스위치의 소정 상태로부터의 변화량과, 상기 투영 광학 시스템의 광축 방향에 평행한 높이 방향에 있어서의 상기 투영 광학 시스템의 결상면의 상기 소정의 조정 상태로부터의 변화량을 출력하는 출력 수단과,

   상기 출력 수단으로부터 출력되는 상기 마크 검출 시스템의 최적 포커스 위치의 소정의 조정 상태로부터의 변화량에 따라, 상기 높이 검출 시스템을 조정함과 동시에, 상기 출력 수단으로부터 출력되는 상기 투영 광학 시스템의 광축 방향에 평행한 높이 방향에 있어서의 상기 투영 광학 시스템의 결상면의 상기 소정의 조정 상태로부터의 변화량에 따라, 상기 높이 검출 시스템을 조정하는 조정 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 출력 수단은, 상기 환경 상태에 따른 상기 마크 검출 시스템의 최적 포커스 위치의 변화량과, 상기 환경 상태에 따른 상기 투영 광학 시스템의 상기 결상면의 위치 변화량을 토대로 하여, 상기 상대 위치 관계를 구하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 투영 광학 시스템을 통과하는 조명광의 적산 광량을 구하는 적산 광량 검출 수단을 추가로 가지며,

   상기 출력 수단은, 상기 적산 광량 검출 수단에 의한 검출 결과에 기초하여,상기 투영 광학 시스템의 광축에 평행한 높이 방향에 있어서의 상기 마크 검출 시스템의 최적 포커스 위치의 소정 상태로부터의 변화량과, 상기 투영 광학 시스템의 광축 방향에 평행한 높이 방향에 있어서의 상기 투영 광학 시스템의 결상면의 상기 소정의 조정 상태로부터의 변화량을 구하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 기판의, 상기 투영 광학 시스템의 광축 방향에 평행한 높이 방향의 포커스 위치를 계측하는 포커스 위치 검출 수단과,

    상기 기판의 상기 높이 방향의 위치 결정을 수행하는 높이 조정 수단을 추가로 구비하며,

    상기 높이 조정 수단은, 상기 마크 검출 시스템에 의한 마크 검출 동작시, 및 상기 기판상의 각 노광 영역에 상기 투영 광학 시스템을 통하여 상기 패턴을 투영할 때, 상기 포커스 위치 검출 수단에 의한 계측 결과와, 상기 출력 수단으로부터 출력되는 상기 변화량을 토대로 하여, 상기 높이 방향에 있어서의 상기 기판의 위치를 각각 독립적으로 설정하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
11. 제 8항에 있어서,

    상기 기판의, 상기 투영 광학 시스템의 광축 방향에 평행한 높이 방향의 포커스 위치를 계측하는 포커스 위치 검출 수단과,

    상기 기판의 상기 높이 방향의 위치 결정을 수행하는 높이 조정 수단을 추가로 구비하며,

    상기 최적 포커스 위치의 변화량, 및 상기 결상면의 위치 변화량이 소정량 보다 작은 경우에는, 상기 포커스 위치 검출 수단에서 얻어지는 포커스 신호의 선형부분에 기초하여, 상기 기판의 위치를 각각 독립적으로 설정하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
12. 제 1~4, 7, 8, 11 항중 어느 한 항에 있어서,

    상기 마크 검출 시스템에 의해, 상기 기판을 올려놓는 기판 스테이지 상에 설치된 기준 부재상의 기준 마크를 검출한 결과에 기초하여, 상기 최적 포커스 위치를 구하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
13. 제 1∼4, 7, 8, 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 환경 상태 검출 수단은, 상기 투영 광학 시스템과 상기 마크 검출 시스템과의 중간 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
14. 제 1~4, 7, 8, 11 항중 어느 한 항에 있어서,

    상기 환경 상태 검출 수단은, 대기압 또는 온도를 검출하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
15. 제 2항 또는 제 11항에 있어서,

    상기 포커스 위치 검출 수단은, 상기 투영 광학 시스템의 아래에 배치된 상기 기판의 상기 포커스 위치를 계측하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
16. 제 1∼4항 중 어느 한 항에 기재된 투영 노광 장치를 이용하여, 상기 기판상의 복수의 노광 영역상에, 상기 마스크의 패턴을 상기 투영 광학 시스템을 통해 순차로 투영하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
17. 제 7∼11 항 중 어느 한 항에 기재된 투영 노광 장치를 이용하여, 상기 기판상의 복수의 노광 영역상에, 상기 마스크의 패턴을 상기 투영 광학 시스템을 통해 순차로 투영하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
18. 제 16 항에 기재된 노광 방법을 이용하여 디바이스 패턴을 상기 기판상에 전사하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.
19. 제 17 항에 기재된 노광 방법을 이용하여 디바이스 패턴을 상기 기판상에 전사하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.
20. 마스크상에 형성된 패턴을 기판상에 투영하는 투영 광학 시스템과,

    소정의 최적 포커스 위치를 가지며, 상기 최적의 포커스 위치에 따라 높이 위치가 조정된 상기 기판상의 마크를, 상기 투영 광학 시스템을 통하지 않고 검출하는 마크 검출 시스템과,

    상기 기판의 높이 위치가 상기 마크 검출 시스템의 최적의 포커스 위치에 있을 때에 소정의 출력을 발생시키는 신호 출력 수단을 구비하며, 상기 신호 출력 수단을 이용하여, 상기 기판을 상기 마크 검출 시스템의 최적의 포커스 위치에 따른 높이 위치로 조정하는 조정 수단을 구비하며,

    상기 조정 수단이, 상기 신호 출력 수단의 상기 소정 신호의 발생을 재촉하는 기판의 높이 위치를, 상기 마크 검출 시스템의 최적 포커스 위치의 변화를 검출하는 검출 수단으로부터의 출력에 기초하여 결정되는 상기 마크 검출 시스템의 최적 포커스 위치의 변화량에 따라 제어하는 제어 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
21. 제 20항에 있어서,

    상기 제어 수단에 의한, 상기 소정 신호의 발생을 재촉하는 기판의 높이 위치의 제어는, 상기 소정 신호에 전기적인 오프셋을 부여하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
22. 제 20항 또는 제 21 항에 있어서,

    상기 검출 수단은, 기준 마크의 관찰 결과에 기초하여, 상기 마크 검출 시스템의 최적 포커스 위치를 조정하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
23. 제 20 항에 기재된 투영 노광 장치를 이용하여, 상기 기판상의 복수의 노광 영역상에, 상기 마스크의 패턴을 상기 투영 광학 시스템을 통해 순차로 투영하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
24. 제 23 항에 기재된 노광 방법을 이용하여 디바이스 패턴을 기판상에 전사하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.