KR100875008B1

KR100875008B1 - 노광장치 및 디바이스 제조방법

Info

Publication number: KR100875008B1
Application number: KR1020070032613A
Authority: KR
Inventors: 유지 코스기
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2006-04-04
Filing date: 2007-04-03
Publication date: 2008-12-19
Anticipated expiration: 2027-04-03
Also published as: JP4315455B2; JP2007281097A; KR20070099464A; US7423726B2; TWI397778B; US8107052B2; US20080316450A1; US20070229788A1; EP1843209A2; TW200807164A; EP1843209A3

Abstract

노광장치는 기판이 주사된 상태에서 상기 기판을 광으로 노광하도록 구성되어 있다. 상기 노광장치는 기판을 유지해서 이동시키도록 구성된 스테이지; 상기 스테이지에 의해 유지된 상기 기판의 표면의 위치를 계측하도록 구성된 계측장치; 및 직선을 따라 배열된 복수의 샷 영역의 각각에 관해서 계측점의 배치를 정의하고, 또 상기 직선을 따라 상기 기판을 주사하도록 상기 스테이지를 이동시키면서, 상기 복수의 샷 영역에 있어서의 상기 정의된 계측점에 관해서 순차 상기 계측장치에 상기 표면의 위치를 계측시키도록 구성된 제어기를 포함한다. 상기 제어기는 상기 복수의 샷 영역이 서로 공통으로 상기 배치를 갖게끔 상기 배치를 정의하도록 구성되어 있다.

Description

노광장치 및 디바이스 제조방법{EXPOSURE APPARATUS AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}

도 1은 본 발명의 일실시형태에 의한 노광장치의 전체 구성을 표시한 도면;

도 2는 제 1 면위치 검출유닛의 면위치 검출용 광속의 일례를 표시한 도면;

도 3은 기판의 피노광영역의 계측 순서의 일례를 표시한 도면;

도 4는 본 발명의 일실시형태에 의한 면위치 검출방법에 있어서의 계측점의 배치예를 표시한 도면;

도 5는 본 발명의 일실시형태에 의한 면위치 검출방법에 있어서의 계측점의 배치예를 표시한 도면;

도 6은 기판의 피노광영역의 표면상태를 평가하기 위한 샘플 샷을 선택하는 일례를 표시한 평면도;

도 7은 기판면의 포커스를 넓은 간격에서 계측하는 방법을 모식적으로 표시한 도면;

도 8은 본 발명의 일실시형태에 의한 노광장치의 동작을 나타낸 순서도;

도 9는 계측점의 배치예를 표시한 도면;

도 10은 계측점의 배치예를 표시한 도면;

도 11은 반도체 디바이스의 제조 프로세스의 전체적인 순서도;

도 12는 웨이퍼 프로세스의 상세한 순서도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 투영광학계 2: 레티클

3: 레티클 스테이지 기구 4: 기판

5: 기판 척 6: 노광 스테이지 기구

7: 정반 8: 조명광학계

9: 기준면 10: 광원

11: 콜리메이터 렌즈 12: 슬릿부재

13: 광학계 14, 15: 미러

16: 수광 광학계 17: 조리개

18: 보정광학계군 19: 광전센서

20: XY 바 미러 21: 간섭계

22: 계측스테이지 기구 23: 포커스용 마크

24: 반투명경 25: 집광렌즈

26: 검출기 50: 제 1 면위치 검출 유닛

100: 제 2 면위치 검출유닛 110: 주제어기

본 발명은 기판을 주사하면서 해당 기판을 노광하는 노광장치 및 이 노광장 치를 이용한 디바이스 제조방법에 관한 것이다.

반도체 디바이스, 액정 표시 디바이스 또는 박막 자기 헤드 등의 디바이스를 리소그라피 공정으로 제조할 때에, 레티클의 패턴을 투영광학계를 통해서 감광제가 도포된 기판 위에 전사하는 노광장치가 사용된다. 노광장치에는 디바이스의 소형화 및 고밀도화에 따라 더욱 높은 해상력이 요구되고 있다.

패턴의 투영 해상력은 투영광학계의 개구수(NA)와 노광파장에 의존하고, 투영광학계의 NA를 크게 하거나 혹은 노광파장을 짧게 함으로써 증대된다. 노광 파장의 단파장화는 예를 들어 g-선으로부터 i-선, 이어서 엑시머 레이저광의 순서로 진행되고 있다. 엑시머 레이저광은 248 ㎚, 193 ㎚, 나아가서는 157 ㎚로 단화장화가 진행되고 있다.

노광장치는 잘 알려진 바와 같이 스텝 앤드 리피트 방식 또는 스텝 앤드 스캔 방식을 이용할 수 있다. 스텝 앤드 스캔 방식을 이용하는 노광장치는 주사형 노광장치라고 칭한다. 특히, 주사 방식에서는 주사노광을 수행하면서 기판의 표면을 최적 상면 높이 위치에 합치시키는 것이 가능하므로, 기판의 평면도가 나쁜 것에 기인하는 노광 정밀도의 저하를 저감시키는 것이 가능하다.

주사노광장치에서는 기판의 피노광영역(샷 영역(shot region))이 슬릿 형상 노광광(이하, "슬릿광"이라 칭함)의 조사영역에 접근하기 전에 당해 피노광영역의 면위치가 계측되어 상면 위치로 보정될 수 있다. 또, 면 위치는 투영광학계의 광축방향의 위치이다.

예를 들어, 광 경사입사형 면위치 검출장치, 또는 에어 마이크로센서 혹은 정전 용량 센서 등의 갭 센서를 이용해서 면 위치를 계측하는 것이 가능하다. 또한, 높이 위치 외에도, 표면의 경사(tilt)를 계측하기 위해 복수의 계측점을 배치 혹은 정의하는 것도 가능하다.

도 9 및 도 10은 계측점의 배치예를 나타낸다. 도 9에 표시된 예에 있어서, 슬릿광(900)의 주사방향(Y 방향)에 있어서의 전방 및 후방 양쪽에 면위치 검출장치의 계측점이 3점씩 배치되어 있다. 도 10에 표시된 예에서는 슬릿광(900)의 주사방향(Y 방향)에 있어서의 전방 및 후방 양쪽에 면위치 검출장치의 계측점이 5점씩 배치되어 있다. 이와 같이 계측점이 스캔방향의 전방 및 후방 양쪽에 배치되므로, 노광을 위한 주사가 +Y 방향 및 -Y 방향의 양쪽에서 행해져서, 어느 방향에서도 노광 직후 기판의 면위치가 계측된다.

일본국 공개특허 평 09-045609호 공보에는 주사노광에 있어서의 포커스 및 경사를 계측하는 방법이 개시되어 있다.

또, 일본국 공개특허 제 2004-071851호 공보에는 노광장치와는 별도로 설치된 포커스 검출계에 의해서 얻어진 웨이퍼 면 정보를 이용해서 포커스 및 경사를 제어 및 구동하는 방법이 개시되어 있다.

미세화 경향은 극히 작게 되는 초점 심도를 수반하고, 따라서, 노광 대상 기판의 표면을 최적 결상면에 합치시키는 정밀도를 의미하는 소위 포커스 정밀도에 대한 요구가 점점 엄격해지고 있다.

특히, 표면 형상 정밀도가 나쁜 기판에서는 피노광영역의 포커스 검출 정밀도가 문제로 되는 것이 판명되어 있다. 수치예에 있어서, 노광장치의 초점 심도 에 대한 기판의 평면도의 요구되는 제어는 통상 초점심도의 1/10 내지 1/5이고, 초점심도가 0.4 ㎛인 경우에는 0.04 내지 0.08 ㎛이다. 도 7의 예에 표시된 바와 같이, 등간격으로 배치된 계측점(FP1), (FP2), (FP3)의 정보에 의거해서 기판의 면 위치를 보정할 경우, 계측점 사이에는 기판의 면 위치 정보가 존재하지 않는다. 따라서, (FP1), (FP2) 및 (FP3)의 면위치 정보로부터 얻어지는 면과 기판의 실제의 면위치 사이에는 디스포커스(defocusing)의 어긋남량 Δ가 발생한다. 이러한 디포커스 요인은 포커스 샘플링 오차라 칭한다.

포커스 샘플링 오차를 감소시키기 위해서, 포커스 샘플링 간격을 감소시켜야만 한다. 여기서, 예를 들어, 포커스 샘플링 간격은 계측 센서의 검출 영역과 샘플링 주기, 노광장치의 구조체의 잔류 진동 모드에 대응하는 샘플링 주기, 제어계의 제어 주파수 등에 의거해서 결정될 수 있다. 예를 들어, 주사방향으로 1 ㎜ 간격으로 계측점이 배치되고, 주사 방향과 직교하는 방향으로 1 ㎜ 간격으로 광 사선 입사형 계측점이 배치된 경우를 고려할 수 있다. 이 경우, 기판의 전체 범위에 걸친 표면 정보는 주사방향으로 1 ㎜ 간격 그리고 주사방향과 직교하는 방향으로 1 ㎜ 간격의 격자에 맵핑된(mapped) 정보로서 얻어진다.

그러나, 생산 현장에 있어서는, 칩의 다양화 및 소형화의 경향에 따른 컷-다운(cut-down) 기판, 축소된 기판 등의 투입에 의해 다양한 칩 크기의 제품이 생산된다. 따라서, 상기 설명한 바와 같은 장치의 성능 및 형태에 의존한 계측점의 배치에서는, 샷을 걸 때마다 샷과 계측점의 위치 관계가 변화하게 된다. 그 결과, 샷의 단부 근방의 부위에서, 특히 노광개시위치 및/또는 노광종료위치와 계측 점간의 거리가 커지는 경우 국소 디포커스가 발생한다. 샷 영역은 1 또는 복수의 칩 영역을 포함하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 기판을 주사하면서 당해 기판을 노광하는 노광장치가 제공된다. 상기 장치는 상기 기판을 유지해서 이동시키도록 구성된 스테이지; 상기 스테이지에 의해 유지된 상기 기판의 표면의 위치를 계측하도록 구성된 계측장치; 및 직선을 따라 배열된 복수의 샷 영역의 각각에 관해서 계측점의 배치를 정의하고, 또 제 1 시간 간격과 제 2 시간간격이 서로 상이하도록 상기 계측장치가 상기 표면의 위치를 계측하는 타이밍을 제어함으로써, 상기 스테이지를 이동시켜 상기 직선을 따라 기판을 주사하면서 상기 복수의 샷 영역에 있어서의 상기 정의된 계측점에 대해서 상기 계측장치에 상기 표면의 위치를 순차 계측시키도록 구성된 제어기를 포함하고, 상기 제 1 시간간격은 상기 계측장치가 제 1 샷 영역에서의 마지막 계측점에 대해서 표면의 위치를 계측하는 제 1시간과 상기 계측장치가 상기 제 1 샷 영역에서의 최후의 계측점에 인접한 제 2 계측점에 대해서 표면의 위치를 계측하는 제 2 시간 사이의 간격이며, 상기 제 2 시간간격은 상기 제 1 시간과 상기 계측장치가 상기 제 1 샷 영역 다음의 제 2 샷 영역에서의 제 1 계측점에 대해서 표면의 위치를 계측하는 제 3 시간 사이의 간격인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 더 한층의 특징은 첨부 도면과 관련한 예시적인 실시형태의 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다.

이하, 첨부도면을 참조해서 본 발명의 실시형태를 설명한다. 본 실시형태는 샷 영역과 복수의 샷 영역 중의 계측점 간의 위치관계의 편차에 의해 초래되는 국소 디포커스 등의 단점을 저감시킨다.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시형태에 의한 노광장치의 전체적인 구성을 표시하고 있다. 주사형 노광장치에 적용한 예를 설명한다.

패턴을 지닌 레티클(2)은 레티클 스테이지 기구(3)에 의해 유지되어 주사구동된다. 레티클(2)은 슬릿 부재를 포함한 조명광학계(8)에 의해 형성된 슬릿광에 의해서 조명된다. 이것에 의해, 레티클(2)의 패턴의 상은 슬릿광에 의해서 투영광학계(1)의 상면에 형성된다. 상기 상면에는 감광제(포토레지스트)가 도포된 기판(웨이퍼)(4)이 위치결정된다. 이하에서는 감광제가 도포된 기판은 단지 "기판"이라 칭한다.

기판(4)에는 복수의 샷 영역이 배열되어 있다. 각 샷 영역은 1 또는 복수의 칩 영역을 포함해서 구성된다. 노광장치는 기판의 복수의 샷 영역을 투영광학계(1)를 통해서 차례로 노광하도록 구성된다. 기판(4)은 기판 척(substrate chuck)(5)에 의해서 유지된다.

기판 척(5)은 노광 스테이지 기구(6)에 탑재되어 있다. 상기 노광 스테이지 기구(6)는 기판(4)을 6축 방향으로 구동할 수 있는 장치로서 구성된다. 상기 노광 스테이지 기구(6)는 예를 들어 X 및 Y 축 방향으로 구동가능한 XY 스테이지, Z 축 방향으로 그리고 X 및 Y 축 둘레로 구동가능한 레벨링 스테이지(leveling stage) 및 Z 축 둘레로 구동가능한 회전 스테이지를 포함한다. 또, Z 축은 투영 광학계(1)의 광축(AX)과 일치한다. 상기 노광 스테이지 기구(6)는 정반(surface plate)(7) 위에 설치되어 있다.

제 1 면위치 검출 유닛(50)은 기판(4)의 면 위치(혹은 높이 위치 및 Z 축 방향 위치) 및 경사를 검출하고, 구성 요소(10) 내지 (19)를 포함한다. 광원(10)은 백색 램프 또는 상이한 복수의 피크 파장을 지닌 고휘도를 지니는 발광 다이오드를 포함해서 구성된다. 상기 광원(10)으로부터 발사된 광속(light beam)은 대략 동일한 단면강도 분포를 지니고, 콜리메이터 렌즈(11)의 사용에 의해서 평행하게 된다.

콜리메이터 렌즈(11)로부터 출사된 광속은 슬릿 부재(12), 광학계(13) 및 미러(14)를 거쳐서 기판(4)의 표면의 복수(여기서는 25개로서 설명함)의 계측점에 입사한다. 슬릿 부재(12)는 프리즘 형상을 가지며, 1쌍의 프리즘을 이들 프리즘의 경사면이 서로 대면하도록 접합시켜 구성되고, 그 접합면에 크롬 등으로 구성되는 차광막이 형성되어 있다. 이 차광막에는 계측점의 개수에 상당하는 개구(예를 들어, 핀홀)가 형성되어 있다.

광학계(13)는 더블 텔레센트릭 광학계(double telecentric optical system)이다. 슬릿 부재(12)에 형성된 25개의 핀 홀을 지닌 차광막의 면과 기판(4)의 면은 광학계(13)에 대해서 샤임플루그의 조건(Sheimpflug's condition)을 만족시킨다.

기판(4)의 표면에의 25개의 광속의 입사각 Φ(기판(4)의 표면에 수직인 선에 대한 각도)는 70˚ 이상이다.

기판(4)의 면 위에는 도 3에 예시된 바와 같이 동일 패턴 구조를 가지는 복수의 샷 영역이 배열 혹은 정의되어 있다. 광학계(13)를 통과한 후의 25개의 광속은 도 2에 예시된 바와 같이 패턴 영역의 서로 독립한 각 계측점에 입사해서 결상한다. 도 2에 있어서의 25개의 계측점은 X방향으로 기판 면상에 있어서의 슬릿광의 폭(주사 방향과 직교하는 방향의 길이)을 커버하도록 배치되어 있다. 예를 들어, 기판 위에서의 슬릿광의 폭의 2배인 영역을 커버하도록, 계측점을 배치함으로써 계측에 요하는 시간을 1/2로 단축할 수 있다.

25개의 계측점이 기판(4)의 면상에서 서로 독립적으로 관찰되도록, 계측용의 광속의 광축은 X방향으로부터 XY평면 내에서 θ˚(예를 들어 22.5˚) 회전시킨 방향으로 배치될 수 있다.

다음에, 기판(4)으로부터 반사된 광속은 미러(15), 수광 광학계(16) 및 보정 광학계군(18)을 통해 광전 센서(19)의 검출면에 결상한다. 수광 광학계(16)는 더블 테레센트릭 광학계로서 구성되고, 그 수광 광학계(16)의 내부에는 조리개 (aperture)(17)가 배치되어 있다. 조리개(17)는 25개의 계측점에 대해서 공통으로 설치되어 있어, 기판(4)에 존재하는 회로 패턴에 의해 발생하는 고차의 회절광(노이즈광)을 차단한다.

수광 광학계(16)를 통과한 25개의 광속은 그들 광축이 서로 평행하게 되어 있어, 보정 광학계군(18)의 25개의 개별의 보정 렌즈에 의해 광전 센서(19)의 검출면에 재결상해서 25개의 스폿(spot)을 형성한다.

구성 요소(16) 내지 (18)는 기판(4) 면 위의 각 계측점과 광전 센서(19)의 검출면이 서로 공액으로 되도록 경사 보정을 행한다. 따라서, 각 계측점의 국소적인 경사에 의해 검출면에서의 핀홀상(pin hole image)의 위치가 변화하는 일 없이, 각 계측점의 광축 방향(AX)에서의 높이 변화에 응해서 검출면 위의 핀홀상의 위치가 변화한다.

여기서, 광전 센서(19)는 예를 들어 25개의 일차원 CCD 라인 센서에 의해 구성될 수 있으나, 2차원 위치 검출 소자를 복수 배치해서 광전 센서(19)를 구성한 경우에도 마찬가지 효과를 얻을 수 있다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 레티클(2)은 레티클 스테이지 기구(3)의 스테이지에 의해 유지된 후에, 투영 광학계(1)의 광축(AX)과 수직인 면 내에서 화살표(3a)(Y축 방향) 방향으로 일정 속도로 주사된다. 이때, 레티클(2)은 화살표(3 a)와 직교하는 방향(X축 방향)에 있어서의 목표 좌표 위치를 유지하도록 보정 구동된다.

레티클 스테이지 기구(3)의 스테이지의 X축 및 Y축의 위치 정보는 레티클 스테이지 기구(3)에 고정된 XY 바 미러(20)에 간섭계(21)로부터의 복수의 레이저 빔이 조사됨으로써 계측된다.

조명 광학계(8)는 예를 들어 엑시머 레이저 등의 펄스광을 발하는 광원, 빔 정형 광학계, 광학 적분기, 콜리메이터 및 미러 등으로 구성될 수 있다. 조명 광학계(8)는 원자외 영역의 펄스광을 효율적으로 투과 혹은 반사하는 재료로 형성될 수 있다.

빔 정형 광학계는 입사 빔의 단면 형상(치수를 포함함)을 정형한다. 광학 적분기는 광 분배특성을 균일하게 해서, 레티클(2)을 균일한 조도로 조명한다.

조명 광학계(8) 내의 도시하지 않은 마스킹 블레이드에 의해 슬릿 형상 조명 영역이 규정되므로, 패턴 정보를 포함하는 슬릿광이 형성된다. 조명 광학계(8), 투영 광학계(1), 정반(7) 등의 노광과 직접 관련되는 구성 요소에 의해 노광 스테이션이 구성되어 있다.

기판 척(5)의 일부는 기준면(9)을 포함한다. 정반(7) 또는 별도로 마련된 정반 위에는, 상기 정반 위의 노광 스테이지 기구(6)와 마찬가지로, 6축 방향으로 자유롭게 이동 가능한 별도의 계측 스테이지 기구(22)가 배치되어 있다.

처리 대상 기판(4)은 우선 계측 스테이지 기구(22) 위에 탑재되어 있는 기판 척(5) 위에 놓여져 진공 흡착 또는 정전 흡착 등의 수단에 의해 기판 척(5)에 의해 유지된다. 그리고, 기판(4)의 각 샷 영역의 면 위치는 제1면위치 검출 유닛(50)에 의해, 기판 척(5) 위의 기준면(9)을 기준으로 이용해서 계측된다. 계측 결과는 메모리(130)에 격납된다. 제1면위치 검출 유닛(50)에서는, 계측 스테이지 기구(22) 등의 요소에 의해 계측 스테이션이 구성되어 있다.

여기서, 기판 척(5) 위의 기준면(9)은, 계측 정밀도를 높이기 위해서, 기판(4)의 면과 대략 동일한 높이에 예를 들어 기판 척(5)의 표면에 금속 박막, 금속판 등을 설치함으로써 구성될 수 있다.

계측 스테이지 기구(22) 상에 있어서의 계측 처리가 종료되면, 기판(4)은 기판 척(5)에 보관 유지된 상태에서 계측 스테이지 기구(22)로부터 노광 스테이지 기구(6) 위에 보내진다. 또, 노광 장치는 2개의 기판 척(5)을 구비하여 이들을 노 광 스테이지 기구(6)와 계측 스테이지 기구(22) 사이에 교환하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 노광 장치는 노광 스테이션 및 계측 스테이션 사이에서 이동가능한 적어도 1개(예를 들어, 2개)의 기판 스테이지 기구를 구비하도록 구성될 수 있다.

노광 스테이지 기구(6) 상에서는 기판 척(5)에 의해 유지된 기판(4)의 표면이 투영 광학계(1)의 상면과 합치되도록 포커싱 처리(focusing process)가 이루어진다. 일반적으로 말하면, 포커싱 처리에서는 제2면위치 검출 유닛(100)에 의해 기준면(9)을 이용해서 기판(4)의 높이가 계측되면서 노광 스테이지 기구(6)에 의해 기판(4)의 면위치가 조정된다.

구체적으로는, 예를 들어 레티클(2)의 패턴 영역내 또는 그 경계 영역에 설치된 포커스용 마크(23)와 기준면(9)을 이용해서 포커싱 처리가 수행될 수 있다. 상기 마크(23)는 예를 들어 핀홀을 포함하고(이하, 포커스용 마크(23)는 "핀홀(23)"이라고도 칭함), 노광광과 동일한 파장을 가지는 조명 광학계(8)로부터의 광이 핀홀을 통과해서, 투영 광학계(1)에 의해 기판 척(5) 위의 기준면(9)의 근방에 결상한다. 그리고, 기준면(9)에 의해 반사된 광은 재차 투영 광학계(1)에 의해서 포커스용 마크(23) 근방에 재결상한다. 이때, 노광 스테이지기구(6)에 포함된 Z스테이지를 이동시키면서 포커싱 상태가 검출된다. 레티클(2)과 기준면(9)이 완전하게 포커싱된 상태가 되었을 때, 핀홀(23)을 통과하는 광의 양이 최대가 된다. 핀홀(23)을 통과하는 광은 반투명경(24) 및 집광렌즈(25)를 통해 검출기(26)에 입사한다. 따라서, 핀홀(23)을 통과하는 광의 양은 검출기(26)에 의해 검출된 다. 검출 결과는 주제어기(main controller)(110)에 제공된다. 주제어기(110)는 검출기(26)에 의해 검출되는 광량이 최대가 되는 위치에서 Z스테이지를 정지시키도록 드라이버(120a)를 개입시켜 노광 스테이지 기구(6)를 제어한다. 이것에 의해, 포커싱 처리가 종료된다.

포커싱 처리가 종료하면, 다음과 같은 노광 처리가 수행된다. 즉, 주제어기(110)는 드라이버(120a)를 개입시켜 노광 스테이지 기구(6)를 제어하여, 기판 척(5)을 XY면 내에서 이동시켜, 기판(4)의 복수의 샷 영역을 노광 위치로 차례로 이동시켜 노광이 수행된다. 이때, 이미 계측 스테이지 기구(22) 상에서 계측되고 메모리(130)에 격납된 기판(4)의 면위치 정보(기준면(9)을 기준으로 하는 위치 정보)에 근거해서 샷 영역의 면이 투영 광학계(1)의 상면과 일치하게 된다. 이것은 주제어기(110)가 노광 스테이지 기구(6)의 Z스테이지를 드라이버(120a)를 개입시켜 구동하는 것에 의해 수행된다.

다음에, 도 3 및 도 4를 참조하면서 계측 시스템에 있어서의 계측 처리에 대해 설명한다.

계측 시스템은 기판(4)의 전역에 걸쳐서 면위치를 계측한다. 예를 들어 도 3에 예시한 순서로, 계측 스테이지 기구(22)에 의해 기판(4)을 주사하면서, 그 주사와 동기해서 기판(4)의 면위치가 계측된다.

구체적으로는 샷 영역(300) 근방에서 기판을 가속시켜 규정 속도에 도달한 후에는 등속으로 샷 영역(300) 내의 계측점을 소정 순서로 순차 계측한다. 샷 영역(300) 내에서의 계측이 완료하면, 신속하게 감속하면서 X방향으로 기판을 이동시 켜 근처의 열로 이동시킨다. 이어서, 샷 영역(301) 근방에서 기판을 가속시켜 규정 속도에 도달한 후에는, 샷 영역(301), 샷 영역(302) 및 샷 영역(303)과 같이 Y 방향으로 줄지어 있는 복수 샷의 면 위치를 등속으로 계측한다. 그 후, 기판을 신속하게 감속하면서 X방향으로 이동시켜 인접한 열로 옮기고, 가속 개시점에 도달한 후에, 기판을 반대 방향으로 가속시켜, Y방향의 복수의 샷 영역의 표면위치를 순차 등속도로 계측한다. 이상과 같은 순서를 최종 샷 영역에 도달할 때까지 반복한다. 이러한 구성을 채용함으로써, 샷 영역마다 스테이지를 가속/감속할 필요가 없어지므로, 높은 쓰루풋(throughput)을 얻을 수 있다.

다음에, 도 4를 참조하면서 등속 주사 중의 계측점 배치에 대해 설명한다.

기판을 구동하는 방향의 계측점의 간격(P)은 예를 들어 제1면 위치 검출 유닛(50)의 검출 영역(평균화 영역)이나, 계측 주사 속도 등에 따라 설정될 수 있다. 여기서, 면 위치는 기판의 검출 영역 내의 면위치를 평균해서 얻어진 값으로서 검출될 수 있다. 따라서, 검출 영역은 평균화 영역으로서 이해할 수 있다.

샷 영역 내에서, 계측점은 샘플 피치(P)에 따라서 대략 등간격으로 배치 혹은 정의된다. 최초의 샷 영역(401) 내의 최초의 계측점은 제1 면위치 검출 유닛(50)에 의한 검출 영역 내의 면 위치를 평균한 결과를 고려해서 필요 충분한 마진(M)을 샷 단부로부터 확보해 배치된다. 후속의 샷 영역에 대해서도, 최초의 계측점은 샷 단부로부터 마진(M)을 확보한 위치에 배치된다.

다음에, 샷 영역(401) 내에서의 마지막 계측점과 샷 영역(402) 내에서의 최초의 계측점과의 간격(D)이 결정된다. 여기서, 1개의 샷 영역의 주사 방향의 길 이(주사길이)를 L, 샷 영역 간의 거리를 Ypitch라 한다.

샷 영역 내의 계측점의 간격의 개수를 K[간격]로 하면

K = INT[(L-M) /P]

이고, 또한 INT[ ]는 소수점 이하를 버리는 연산 기호이다.

간격 D는

D = Y피치 - (K×P)이다.

주사 속도를 S라 하면, 샷 영역 내에 있어서, 1개의 계측점을 계측하는 타이밍과 다음의 계측점을 계측하는 타이밍과의 시간 간격(T1)(이하, "샷 영역 내 계측 타이밍 사이의 시간 간격"이라 칭함)은 P/S이다. 또, 샷 영역 내의 마지막 계측점을 계측하는 타이밍과 다음의 샷 영역 내의 계측점을 계측하는 타이밍과의 시간 간격(T2)(이하, "샷 영역 간 계측 타이밍 사이의 시간 간격"이라 칭함)은 D/S이다. 따라서, 영역 간 계측 타이밍 사이의 시간 간격(T2)과 샷 영역내 계측 타이밍 사이의 시간 간격(T1)과의 차이(ΔT)(이하, "타이밍 변화량"이라 칭함)는

ΔT = T2-T1 = (D-P)/S

로 된다.

즉, 샷 영역 내의 마지막 계측점의 계측으로부터 다음 샷 영역의 최초 계측점의 계측까지, 샷 영역내 계측 타이밍 사이의 시간 간격(T1)에 ΔT를 더해서 얻어진 시간을 대기하는 것으로 된다.

예를 들어 인접 샷 영역 간의 거리(Ypitch)를 33[mm], 주사길이(L)를 33[mm], 마진(M)을 0.3[mm], 샘플 피치(P)를 0.4[mm]로 가정한다. 이 경우에 있 어서, 샷 영역 내의 계측점의 개수는 K+1 = INT[(33-0.3)/O.4]+1 = 82[개]로 되고, 또, 노광 종료 위치에서도 0.3[mm]의 마진이 확보된다.

그렇지만, 기판 내의 모든 계측점의 주사 방향의 간격을 모두 공통의 간격으로 하는 방법에서는, 다음의 샷 영역에 있어서의 계측점의 위치가 그 전의 샷 영역에 있어서의 마지막 계측점의 위치에 의존한다. 따라서, 당해 다음의 샷 영역의 최초의 계측점에 대해서는 샷 영역 단부로부터의 충분한 마진을 얻을 수 없어, 계측 정밀도의 저하를 초래할 될 수 있다.

한편, 본 발명의 매우 적합한 실시 형태에서는 샷 영역 간에 있어서, 계측 타이밍 사이의 간격으로서, 샷 영역 사이에, 샷 영역 내 계측 타이밍 사이의 시간 간격(T1)에 ΔT를 가산한 시간(T2)을 마련한다. 이것은 모든 샷에 있어서 샷 영역의 단부으로부터 최초의 계측점까지의 마진(M)을 확보하는 것을 의미한다. 이것에 의해, 모든 샷 영역에 있어서 계측점의 배치가 동일하므로, 모든 샷 영역에 대해 동일한 조건으로 면 위치를 계측할 수 있다.

여기서, 각 샷에 대해서, 가속, 등속 및 감속을 수반하는 주사를 실시함으로써, 샷마다 노광 개시 위치 및 종료 위치 근방의 계측점을 설정하는 것이 용이해진다. 그렇지만, 이 경우에는 샷마다 가속 및 감속이 필요하게 되기 때문에 쓰루풋이 저하할 수 있다. 따라서, 1개의 열에 속하는 샷 영역에 대해서는 등속으로 기판을 주사하면서 면 위치를 계측하는 것이 바람직하다.

도 5에 예시된 바와 같이, 샷 영역에는 완전 샷 영역과 불완전 샷 영역(결여 샷 영역)이 존재할 수 있다. 불완전 샷 영역은 일부가 기판 내의 유효 영역으로 부터 돌출한 샷 영역을 의미한다. 이러한 샷 레이아웃에 있어서는, 완전 샷 영역(502)의 원하는 위치(예를 들어, 가장 자리)는 주사 방향으로 배열된 샷 영역의 중 최초로 계측 대상이 되는 완전 샷 영역(502)을 기준 위치로 이용할 수 있다. 그리고, 불완전 샷 영역(501)과 이후의 완전 샷 영역(503)의 계측점의 계측 타이밍은 기준 위치에 대한 위치 관계에 근거해서 설정하면 된다.

각 계측점의 표면 상태의 상위에 의한 포커스 계측치의 상위를 보정하기 위해서, 보정용의 오프셋(offset)값을 미리 측정에 의해 결정해 두는 것이 바람직하다. 각 샷 영역의 노광 처리를 행할 때는 이 오프셋값에 근거해서 각 계측점에 대한 계측치를 보정하는 것이 바람직하다.

기판(4)의 피노광 영역의 Z방향의 위치(Z) 및 경사(α,β)의 편차를 검출하기 위해, 조명 영역 형상과 피노광 영역의 패턴 구조(실제의 높이 차)와의 관계를 고려할 필요가 있다. 여기서, 예를 들어, 기판(4)의 레지스트 표면에 의해 반사된 광과 기판(4)의 기판 면에 의해서 반사된 광 간의 간섭의 영향에 의한 검출 오차의 요인을 생각할 수 있다. 그 영향은 넓은 의미에서의 패턴 구조인 기판 면의 재질에 의존하고, 그 영향은 알루미늄 등의 고반사의 배선 재료에서는 무시할 수 없을 정도로 상당한 양이 된다.

또, 정전 용량 센서를 면위치 검출 센서로서 사용했을 경우는, 고속 소자나 발광 다이오드용의 기판으로서 사용되는 GaAs 기판에서는 Si기판과 달리 큰 계측 오프셋이 있는 것으로 알려져 있다.

도 1에 예시하는 노광 장치에서는 계측점의 표면 상태의 상위에 의한 포커스 계측치의 오차, 즉, 패턴 구조에 기인하는 오차를 보정하기 위한 오프셋값(보정치)이 얻어진다. 구체적으로는, 복수의 샘플 샷 영역(601) 내지 (608)(도 6)에 대해 기판을 주사하면서 측정된 면위치 계측치를 이용해서 오프셋값이 산출될 수 있다. 메모리(130)에 격납된 각 계측점에 있어서의 계측 데이터는 각 계측점의 패턴 구조에 대응한 오프셋값(보정치)을 사용해서 보정된다.

도 6에 있어서의 샘플 샷 배치는 일례이며, 샘플 샷 영역의 수나 배치는 이 예로 한정되는 것은 아니다.

이하, 도 8을 참조하면서 본 발명의 예시적인 실시형태의 면위치 검출 방법 및 노광 방법을 설명한다. 덧붙여, 이하의 처리는 주제어기(110)에 의해 제어된다.

여기에서는, 도 1에 예시된 노광 장치에 있어서, 광원(10)으로서 발광 다이오드(LED)를 이용하고, 광전 센서(19)로서 선형 CCD 센서를 이용한다.

스텝 801에서, 주제어기(110)가 개시 지령을 수신함으로써 일련의 처리가 개시된다. 스텝 802에서, 기판이 계측 스테이지 기구(22) 상의 기판 척(5)에 놓이고, 그 기판 척(5)에 의해 유지된다.

스텝 803에서, 주제어기(110)는 기준으로 하는 주사 계측 영역의 크기(L을 포함함)와, 샷 배치 정보(Y피치를 포함함), 주사 속도(S) 및 CCD 축적 시간에 근거해서, 샷 영역 내 계측 타이밍 사이의 시간 간격(T1)과 타이밍 변화량(ΔT)을 구하고, 이들을 메모리(130)에 기억한다.

스텝 804에서, 주제어기(110)의 제어하에, 도 3에 예시된 순서로 각 열 마다 등속 주사를 실시하면서 기판 전체 면이 계측된다. 계측 결과로서 얻어진 면위치 정보(기준면(9)을 기준으로서 이용하는 위치 정보)는 메모리(130)에 기억된다.

스텝 805에서, 주제어기(110)는 패턴 구조(피노광 영역 내의 실제의 단차, 기판의 재질)에 의존하는 계측 오차 요인을 보정하기 위한 오프셋값(보정치)을 계산한다. 주제어기(110)는 예를 들어 도 6에 예시된 바와 같이 사선의 복수의 샘플 샷 영역(601) 내지 (608)에 대한 계산을 행한다. 주제어기(110)는 이 연산에 의해 패턴 구조에 의존하는 오차를 보정하기 위한 오프셋값(보정치)을 산출한다. 스텝 806에 있어서, 주제어기(110)는 계산한 오프셋값(보정치)을 메모리(130)에 격납한다.

스텝 807에 있어서, 기판은 기판 척(5)에 유지된 채로 노광 스테이지 기구(6) 위로 이송된다.

스텝 808에 있어서, 레티클 포커스용 마크(23) 및 기판 척 상의 기준면(9)을 사용하여 포커스를 위해서 노광 스테이지 기구(6)의 Z스테이지가 구동된다.

스텝 809에 있어서, 주제어기(110)는 기판 척(5)의 기준면을 기준으로서 사용하는 면위치 정보를 상기 보정치를 이용해서 보정하면서, 기판(4)의 표면을 최적 노광 상면 위치와 합치시키기 위한 보정 구동량을 산출한다. 그래서, 주제어기(110)는 그 보정 구동량에 따라 기판(4)의 면위치를 보정하면서 샷 영역의 주사 노광을 실시한다.

스텝 810에서는 기판상의 전체 샷에 대해서 노광이 종료되었는지의 여부를 판정한다. 종료되지 않았으면, 스텝 809로 돌아가고, 전체 샷의 노광이 종료되면 스텝 811로 진행한다. 스텝 811에서는 기판을 노광 스테이지 기구(6)로부터 반출해서, 스텝 812에서는 일련의 노광 수순을 종료한다.

또, 상기의 실시 형태에서는 계측 스테이지와 노광 스테이지가 독립적으로 존재하는 노광 장치의 예를 기재하였지만, 이것은 본 발명의 하나의 응용예에 불과하다. 본 발명의 노광 장치는 예를 들어 1개 또는 복수의 스테이지가 계측 스테이지로서 그리고 노광 스테이지로서 양쪽 모두에 사용되도록 구성되어도 된다. 혹은 본 발명의 노광 장치는 1개 또는 복수의 계측 스테이지와 복수의 노광 스테이지를 구비하도록 구성되어도 된다.

도 8에 나타낸 실시 형태에 있어서, 스텝 801 내지 스텝 811까지를 그 순서로 실행해도 되고, 또는 스텝 807 이후의 주사 노광과 병행해서, 다음의 기판을 계측 스테이지에 반입하고, 스텝 801 내지 스텝 806의 처리를 행해도 된다. 이 경우, 효율적으로 기판을 연속해서 처리할 수 있으므로, 고효율 노광 처리가 가능하다.

다음에, 상기 노광 장치를 이용한 디바이스의 제조 프로세스를 설명한다. 도 11은 반도체 디바이스의 전체적인 제조 프로세스의 순서를 나타낸 도면이다. 스텝 1(회로설계)에서는, 반도체 디바이스의 회로 설계를 행한다. 스텝 2(레티클 제작)에서는, 설계한 회로패턴에 의거해서 레티클을 제작한다. 한편, 스텝 3(웨이퍼 제조)에서는, 실리콘 등의 재료를 이용해서 웨이퍼("기판"이라고도 칭함)를 형성한다. 스텝 4(웨이퍼 프로세스)는 전(前)공정이라고 불리며, 상기 레티클과 웨이퍼를 이용해서 리소그라피 기술에 의해 웨이퍼 위에 회로를 실제로 형성한다. 이어서, 스텝 5(조립)는 후공정이라고 불리며, 스텝 4에서 제작된 웨이퍼를 이용해서 반도체칩화하고, 어셈블리 공정(예를 들면, 다이싱, 본딩)과 패키징 공정(칩밀봉)을 포함한다. 스텝 6 (검사)에서는, 스텝 5에서 작성된 반도체 디바이스에 대해 동작 시험 및 내구성 시험 등의 시험을 행한다. 이들 스텝을 거쳐서 반도체 디바이스가 완성되어 출하된다(스텝 7).

도 12는 웨이퍼 프로세스의 상세한 흐름을 나타내고 있다. 스텝 11(산화)에서는, 웨이퍼 표면을 산화하고, 스텝 12(CVD)에서는, 웨이퍼 표면에 절연막을 형성하고, 스텝 13(전극형성)에서는 증착법에 의해 웨이퍼 위에 전극을 형성한다. 스텝 14(이온주입)에서는 웨이퍼에 이온을 주입하고, 스텝 15(CMP)에서는 웨이퍼 표면을 CMP(Chemical-Mechanical Planarization)에 의해 평탄화하며, 스텝 16(레지스트 처리)에서는 웨이퍼에 감광제를 도포한다. 스텝 17(노광)에서는 상기 노광장치를 이용해서 웨이퍼 위에 회로패턴이 형성된 마스크를 통해서 감광제가 도포된 웨이퍼를 노광해서, 레지스트에 잠상 패턴을 형성한다. 스텝 18(현상)에서는 웨이퍼에 전사된 잠상 패턴을 현상해서 레지트스 패턴을 형성하고, 스텝 19(에칭)에서는 레지스트 패턴이 개구된 부분을 통해서 레지스트 패턴 밑에 있는 층 혹은 기판을 에칭하고, 스텝 20(레지스트 박리)에서는, 에칭이 종료된 후 불필요하게 된 레지스트를 제거한다. 이들 스텝을 반복함으로써, 웨이퍼 위에 다층의 회로패턴이 형성된다.

이상, 본 발명의 노광장치에 의하면, 샷 영역과 복수의 샷 영역 중의 계측점 간의 위치관계의 편차에 의해 초래되는 국소 디포커스 등의 단점을 저감시킬 수 있다.

상기 설명에서는 본 발명을 예시적인 실시형태를 참조해서 설명하였으나, 본 발명은 개시된 예시적인 실시형태로 제한되는 것이 아님을 이해할 필요가 있다. 이하의 청구범위의 범주는 모든 변형, 등가 구성 및 기능을 망라하도록 최광의의 해석에 따르는 것으로 간주된다.

Claims

감광제가 도포된 기판의 복수의 샷 영역을 투영광학계를 개재해서 순차적으로 노광하는 노광장치로서,

기판이 주사구동된 상태에서 연속하는 복수의 샷 영역 내로 정의된 계측점의 면위치를 계측하는 계측기, 및

상기 계측기에 의한 계측결과에 의거해서 기판의 피노광영역이 상기 투영광학계의 상면과 일치하도록 기판의 면위치를 제어하는 제어부를 구비하고,

샷 영역의 단부로부터 상기 샷 영역 내의 계측점까지의 거리가 복수의 샷 영역에 있어서 공통되고, 샷 영역 내의 인접하는 계측점의 간격이 공통의 제 1 거리가 되고, 샷 영역 내의 최후의 계측점과 다음의 샷 영역 내의 최초의 계측점과의 간격이 제 2 거리가 되도록 복수의 샷 영역의 각각에 대해서 복수의 계측점이 정의되고,

상기 계측기는 샷 영역마다 가속 및 감속이 되는 일 없이 기판이 등속도로 주사구동된 상태에서 주사구동방향을 따라서 연속해서 배열된 적어도 2개의 샷 영역 내의 계측점의 높이를 계측하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
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제 1항에 있어서,

기판을 유지하고, 또한 기판을 노광하기 위한 노광 스테이션과 상기 계측기에 의한 계측을 실시하기 위한 계측 스테이션 사이를 이동하는 기판 스테이지를 구비한 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 8항에 있어서, 상기 기판 스테이지를 복수개 포함하고, 상기 노광 스테이션에서의 노광과 상기 계측 스테이션에서의 기판의 계측이 병렬로 수행되는 것을 특징으로 하는 노광장치.
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제 1항, 제8항 및 제9항 중의 어느 한 항에 기재된 노광장치를 사용해서 기판을 노광하는 노광공정;

상기 노광된 기판을 현상하는 현상공정; 및

상기 현상된 기판을 처리하는 처리공정;

을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.