KR101019767B1

KR101019767B1 - 노광장치 및 디바이스 제조방법

Info

Publication number: KR101019767B1
Application number: KR1020080034431A
Authority: KR
Inventors: 미와코 안도; 요시노리 오사키
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2007-04-18
Filing date: 2008-04-15
Publication date: 2011-03-04
Anticipated expiration: 2028-04-15
Also published as: JP4912205B2; US20080259349A1; TW200905411A; KR20080093886A; JP2008270428A; US7602504B2

Abstract

본 발명은, 원판의 패턴을 기판에 투영하는 투영 광학계를 구비한 노광장치로서, 투영 광학계를 통과한 광의 제1방향의 파면과 제2방향의 파면을 측정하는 간섭계와; 투영 광학계의 제1 및 제2방향의 초점위치를 검출하는 초점 검출 수단과; 간섭계의 측정결과와 초점 검출 수단의 검출결과에 의거해서 투영 광학계의 파면수차를 산출하는 산출수단을 구비한 노광장치를 제공하는 것이다.

Description

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

본 발명은 노광장치 및 디바이스 제조방법에 관한 것이다.

반도체 디바이스나 액정 디바이스 등의 디바이스를 포토리소그래피에 의해 제조할 때에는, 레티클에 형성된 패턴을 웨이퍼에 노광에 의해 전사하는 투영 노광장치가 사용되고 있다. 일반적으로 투영 노광장치에는, 레티클의 패턴을 소정의 배율로 정확하게 웨이퍼 상에 투영하는 것이 요구된다. 따라서, 투영 노광장치의 투영 광학계로서는 결상 성능이 좋고, 수차가 적은 투영 광학계를 필요로 한다. 근년 , 반도체 디바이스에의 미세화의 요구에 의해, 그 필요성이 증가하고 있다. 이 때문에, 노광장치 본체 상에 투영 광학계가 설치되어 있는 상태에서, 고정밀도로 투영 광학계의 파면 수차를 측정할 수 있는 능력에 대한 수요가 존재한다.

이 수요를 충족시키기 위하여, 투영 광학계의 파면 수차를 측정하기 위해 사용되는 간섭계를 구비한 노광장치가 제안되고 있다. 이러한 노광장치는, 예를 들면 일본 공개 특허 공보 제2000-277412호, 동 제2004-273748호 동 제2006-086344호에 개시되어 있다. 그리고, 그 간섭계로서, 선회절 간섭계(이하 "LDI"로 칭함)와 시어링 간섭계(shearing interferometer)를 사용할 수 있다.

도 9를 참조해서 LDI에 대해 이하 설명한다. 도 9는 노광장치에 구비된 LDI의 개략도이다. 투영 광학계(5)의 물체면측에 배치된 레티클(1) 또는 레티클 스테이지상에 설치된 레티클측 기준판(4)에는, 도 10A에 나타낸 바와 같이, 2개의 평행한 슬릿 패턴(슬릿(A) 및 슬릿(B))을 서로 근접해서 배치한다. 상기 슬릿 중 적어도 1개, 즉, 여기에서는 슬릿(A)의 폭을 투영 광학계(5)의 물체면측의 해상력 이하로 설정한다. 즉, 투영 광학계(5)의 물체면측의 개구수를 na로 하고, 노광광의 파장을 λ로 했을 때, 슬릿(A)의 폭 w를, 조건: w ≤ 0.5 × λ / na를 만족하도록 설정한다. 슬릿(A) 및 (B)를 조명장치(6)가 노광광으로 조명하면, 슬릿(A)로부터 사출되는 광은, 슬릿(A)의 횡 방향에 대해서 무수차인 파면을 가지게 된다. 한편, 슬릿(B)는, 슬릿(A)와 같은 선폭의 슬릿으로 해도 되고, 슬릿(A)보다 넓은 선폭의 슬릿으로 해도 된다. 슬릿(B)의 선폭을 해상력보다 넓은 선폭으로 설정했을 경우에는, 조명장치(6)의 조명 광학계의 수차의 영향을 받는 파면을 가지는 광이 슬릿(B)로부터 사출된다. 여기서, 슬릿의 길이는 투영 광학계(5)의 수차가 둘 사이에서 동일한 것으로 간주할 수 있는 길이, 즉, 아이소프라나틱 영역(isoplanatic area)보다 좁아지는 길이로 설정한다. 또, 2개의 슬릿은 아이소프라나틱 영역보다 좁은 간격만큼 서로로부터 떨어져 있다.

슬릿(A) 및 B로부터 사출된 광은 투영 광학계(5)를 통과하기 때문에, 그 파면은 투영 광학계(5)의 수차의 영향을 받는다. 슬릿(A) 및 B의 상은 투영 광학계 (5)의 상면상에 배치된 웨이퍼측 기준판(10)에 형성된다. 웨이퍼측 기준판(10)에 는 슬릿(C) 및 슬릿(D)가 설치되어 있다. 슬릿(A)의 상에 해당하는 위치에는 슬릿 (C)가 배치되고, 슬릿(B)의 상에 해당하는 위치에는 슬릿(D)를 배치한다. 여기서, 슬릿(D)의 폭은 투영 광학계(5)의 상면측의 해상력 이하로 설정한다. 즉, 투영 광학계(5)의 상면측의 개구수를 NA로 하고, 파장을 λ로 했을 때, 슬릿(D)의 폭(W)를, 조건:W≤0.5×λ/NA를 만족하도록 설정한다. 슬릿(D)상에 결상하는 광의 파면 은, 투영 광학계(5)의 수차와 슬릿(B)의 선폭에 따르는 조명장치(6)의 수차의 영향을 받고 있다.그러나, 슬릿(D) 상에 결상하는 광은 슬릿(D)를 통과하기 때문에, 상기 광은 슬릿(D)의 횡방향에 대해서 무수차인 파면을 가지도록 정형된다. 한편, 슬릿(C)의 선폭은 투영 광학계의 해상력보다 크고, 바람직하게는, 노광광의 파장의 10배 이상 100배 이하로 한다. 슬릿(C) 상에 결상하는 광의 파면은, 슬릿(C)의 횡방향에 대해서, 투영 광학계(5)의 수차만큼만 영향을 받는다. 슬릿(C)의 선폭은 충분히 넓기 때문에, 슬릿(C)으로부터는, 투영 광학계(5)의 수차의 영향만을 받은 파면을 가지는 광이 사출된다.

슬릿(C)로부터의 광과 슬릿(D)으로부터의 광을 서로 간섭시키고, 이에 의해 간섭무늬를 형성한다. 이들 간섭 무늬를 CCD 센서 등의 촬상소자(31)로 포착하는 것에 의해, 슬릿의 길이 방향에 수직인 방향의 상대 관계가 올바른 투영 광학계(5)의 파면(wavefront)(즉, 제1의 방향의 파면)을 얻는다. 도 10(B)에 나타낸 슬릿(A) 내지 (D)의 길이 방향에 직교해서 뻗는 (A') 내지 (D')를 이용해서, 마찬가지로 제2의 방향의 파면을 얻을 수 있다. 이 제1 및 제2의 방향의 파면(1차 파면)을 이용함으로써 투영 광학계(5)의 파면(합성 파면)을 구할 수 있다.

다음에, 2개의 1차 파면으로부터 투영 광학계의 파면을 구하는 방법을 도 11A 내지 11C를 참조해서 설명한다. 도 11A는 Y축 방향의 상대 관계가 올바른 1차 파면(E)를 나타내고, 도 11B는 X축 방향의 상대 관계가 올바른 1차 파면(F)를 나타내며, 도 11C는 투영 광학계(5)의 파면(G)를 나타내고 있다. 파면(E)에 있어서의 Y축에 평행한 선의 위상의 상대 관계는 파면(G)에 있어서의 Y축에 평행한 선의 위상의 상대 관계와 동일하다. 또, 파면(F)에 있어서의 X축에 평행한 선의 위상의 상대 관계는 파면(G)에 있어서의 X축에 평행한 선의 위상의 상대 관계와 동일하다. 이들 관계에 의거해서, 파면(G)상의 임의의 점G(x, y)의 위상은, 도 11(c) 중의 2개의 화살표를 따른 위상 변화량으로서 구해지고,

G(x, y) = E(0, y) - E(0, 0) ＋ F(x, y) - F(0, y)

로 나타낼 수 있다. 결과적으로, 2개의 1차 파면(E) 및 (F)으로부터 투영 광학계의 파면(G)을 얻을 수 있다.

다음에 도 12를 참조해서 시어링 간섭계에 대해 설명한다. 도 12는 셰어 방향(shear direction)이 횡방향(광축에 수직 방향)인, 래터럴 시어링 간섭계(Late ral Shearing Interferometer)의 개략도이다. 이 간섭계는 회절격자(36a) 및 (36b)를 지지하는 회절격자 유지부재(37)를 포함한다. 이 시어링 간섭계에서는, 투영 광학계(5)의 물체면의 1점으로부터 나오는 구면파를 투영 광학계(5)에 입사시킨다. 구체적으로는, 레티클(1) 또는 레티클 스테이지상의 레티클측 기준판(4)에는, 제1마크로서 핀홀(35)를 형성하고, 조명장치(6)로 상기 핀홀(35)를 조명해서 상기 구면파를 발생시킨다. 핀홀(35)를 투과한 광은 계측 대상인 투영 광학계(5)를 투과하고, 투영 광학계(5)와 투영 광학계(5)의 상면과의 사이에 배치된 회절격자 (36a)에 의해서 복수의 회절광으로 분할된다. 이들 회절광의 파면의 형상은 모두 회절 격자(36a)에 의해 분할되기 전의 광의 파면의 형상과 같다. 복수의 회절광 중, 차수 선택창(38a)은 계측에 이용되는 2개의 회절광만을 투과시키고, 웨이퍼 기준면 (39)에 형성된, 차수 선택창(38a)을 통과한 2개의 회절광은, 촬상소자(40) 상에 회절격자(36a)의 격자가 배치된 방향과 같은 방향으로 배치된 간섭 무늬를 형성한다. 이들 간섭 무늬로부터 제1방향의 1차 파면을 산출한다. 이때, 이용되는 차수선택 (38a)은 +1차 및 -1차의 회절광을 투과시키고, 0차 회절광은 차광한다. 또, 촬상소자(40)의 촬상영역을 투영 광학계의 동공면과 공역인 위치에 배치하고 있다.

다음에, 회절격자(36a)와 차수선택창(38a)은, 회절격자(36a)의 격자가 배치되는 방향과 직교하는 방향으로 격자가 배치된 회절격자(36b)와, 차수 선택창(38b)으로 전환하고, 마찬가지로 제2방향의 1차 파면을 산출한다. 이들 2개의 1차 파면으로부터, 투영 광학계(5)의 파면을 산출한다.

LDI를 이용하는 파면 계측에서는, 상대 관계가 올바른 투영 광학계의 1차 파면을 2개의 방향에 대해서 구하고, 이들을 합성해서 투영 광학계의 파면을 산출한 다. 제1방향의 1차 파면의 측정시와 제2방향의 1차 파면의 측정시에 슬릿 패턴의 투영 광학계의 광축 방향의 위치(Z위치)가 서로 차이가 날 경우, 큰 오차로 된다.

제1방향과 제2방향이 서로 직교하는 2개의 1차 파면을 이용하는 경우에는, 제1방향으로 산 (또는 골)을 갖고, 제2방향으로 골(또는 산)를 가지는 2θ성분의 오차로 된다. 이 때, 2θ성분의 오차량 E₂ _θ는

E₂ _θ = dz × (1-sqrt(1-NA²)/2×λ)

로 나타내진다. 여기서 dz는 제1방향에서의 1차 파면의 측정시와 제2방향에서의 1차 파면의 측정시의 슬릿 패턴의 Z축 위치차이, λ는 노광광의 파장, NA는 투영 광학계의 개구수를 각각 나타낸다. E₂ _θ는, λ= 193nm, NA = 0.9의 노광장치에서는 dz = 1nm 일때, 1.5mλ로 된다. 즉, Z축 방향의 오차가 1nm이라도 1.5mλ의 오차가 여전히 발생하는 것으로 생각되고, 이것은 LDI 계측에 있어서의 큰 오차 요소가 되고 있다. NA가 더 큰 투영 광학계의 경우에는, 한층 더 그 오차량이 커진다.

또, 이 문제는 LDI를 이용하는 파면 계측 방법에 한정하지 않고, 2개 이상의 방향의 1차 파면으로부터 합성 파면을 산출하는 파면 계측 방법(예를 들면, 상술의 시어링 간섭계를 이용하는 파면 계측 방법 등)에 있어서도 나타난다.

따라서, 원판의 패턴을 기판에 투영하는 투영 광학계를 구비한 노광장치와, 상술한 단점이 없는 장치의 동작방법을 제공하는 것이 유리하다.

본 발명의 1측면에 따른 노광장치는 원판의 패턴을 기판에 투영하는 투영 광학계를 구비한다. 상기 노광장치는, 투영 광학계를 통과한 광의 제1방향의 파면과 제2방향의 파면을 측정하는 간섭계와; 상기 투영 광학계를 통과한 광을 검출함으로써, 상기 투영 광학계의 제1방향 및 제2방향의 초점위치를 검출하는 초점 검출 수단과; 간섭계의 계측결과와 초점 검출 수단의 검출결과에 의거해서 투영 광학계의 파면수차를 산출하는 산출수단을 구비하고 있다.

본 발명의 더 한층의 특징 및 측면은 첨부도면을 참조한 다음의 예시적인 실시형태의 설명으로부터 명백해질 것이다.

본 발명에 의하면, 간섭계를 탑재한 노광장치에 있어서, 투영광학계의 파면수차를 고정밀도로 계측하는 것이 가능하다.

본 발명의 다수의 예시적인 실시예, 특징 및 측면을 도면을 참조해서 이하 설명한다.

실시형태의 일반적인 측면

도 1은 투영 노광장치(100)의 일예의 개략도이다.

투영 노광장치(100)는, 원판으로서의 레티클(1)의 패턴을 기판으로서의 웨이퍼(8)에 노광에 의해 전사한다. 투영 노광장치(100)은, 조명장치(6), 투영 광학계 (5), 레티클 스테이지(2) 및 웨이퍼 스테이지(9)를 구비한다. 투영 노광장치(100)는 또한 웨이퍼(8)의 표면의 위치를 검출하는 면위치 검출계(13), 및 웨이퍼(8) 상의 얼라인먼트 마크를 검출하는 오프 액시스 얼라인먼트 스코프(15)도 구비한다.

본 실시형태에 따른 투영 노광장치(100)는, 투영 광학계(5)와 웨이퍼(8)와의 사이에 액체를 개재하지 않고 노광처리를 실시하는 노광장치이다. 또는, 투영 광학계(5)와 웨이퍼(8)와의 사이에 액체를 채워서 노광처리를 실시하는 액침노광장치(immersion exposure apparatus)에 대해서 본 발명을 적용하는 것도 가능하다.또, 투영 노광장치(100)은, 스텝 앤드 스캔 방식에 의해 레티클(1)의 패턴의 상을 웨이퍼(8)에 노광에 의해 전사하는 주사형 노광장치이다.

이하의 설명에 있어서는, 도 1중에 나타낸 XYZ 직교좌표계를 참조하면서, 각 부재사이의 위치 관계에 대해 설명한다. 이 XYZ 직교좌표계에 있어서, X축 방향 및 Y축 방향이 투영 광학계(5)의 광축에 대해서 수직이 되도록 설정되고, Z축 방향이 투영 광학계(5)의 광축에 대해서 평행한 방향으로 설정되어 있다. 이 경우 Y축 방향이 주사 방향이다.

조명장치(6)은 노광광을 공급하기 위한 노광 광원으로서 193nm의 파장의 노광광을 공급하는 ArF 엑시머 레이저를 구비하고 있다. 여기에서는, 일례로서 ArF 엑시머 레이저 노광 광원을 구비한 노광장치에 대해 설명하지만, 노광 광원으로서 수은 램프, KrF 엑시머 레이저(248nm), 또는 EUV 광원을 적용하는 것도 가능하다. 노광 광원으로부터 사출된 광은, 조명장치(6)에서, 소망한 형상, 간섭성 및 편광 상태로 정형된 후, 레티클(1)을 조사한다. 다음에 레티클면에 형성된 미세한 회로 패턴에 의해 회절된 광은, 투영 광학계(5)에 의해 웨이퍼 스테이지(9) 상에 배치된 웨이퍼(8) 상에 투영된다.

다음에, 투영 노광장치(100)에 구비된 초점 검출 수단으로서의 광량검출TTR계 및 화상검출TTR계에 대해 설명한다.

광량검출TTR계는, 광량검출 방식을 적용하는 TTR(Through-The-Reticle) 검출계이며, 노광장치(100)에 구비되어 있다. 광량검출TTR계를 도 1을 참조해서 설명한다. 레티클(1) 상 또는 레티클(1)을 유지하는 레티클 스테이지(2)상에 배치된 레티클측 기준판(4)에는, 위치 맞춤마크(이하, "제1마크"로 칭함)가 형성되어 있다. 웨이퍼(8)을 유지하는 웨이퍼 스테이지(9) 상에 배치된 웨이퍼측 기준판(11)에도 위치 맞춤마크(이하, "제2마크"로 칭함)가 형성되어 있다. 제1마크 및 제2마크는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 차광부와 투과부의 반복 패턴으로 구성되고, 제1마크와 제2마크는 투영 광학계(5)의 배율에 해당하는 양만큼 크기가 다르다.조명장치(6)는 제1마크를 조명하고, 투영 광학계(5)를 개재해서, 제1마크의 상을 웨이퍼측 기준판(11)상에 형성한 제2마크상에 투영한다. 웨이퍼 스테이지(9) 또는 레티클 스테이지(2)를 구동시키면서, 웨이퍼측 기준판(11) 상의 제2마크를 투과한 광을 수광수단(32)으로 검출한다. 스테이지를 투영 광학계(5)의 광축 방향으로 구동시켰을 때에 발생하는 광량 변화에 의거해서 투영 광학계(5)의 초점위치를 검출한다. 한편, 스테이지를 투영 광학계(5)의 광축과 직교하는 방향으로 구동시켰을 때 발생하는 광량 변화에 의거해서, 광축에 수직인 면에 있어서의 레티클(1) 또는 레티클 스테이지(2)와, 웨이퍼 스테이지(9) 사이의 상대 위치를 검출하는 것이 가능하다.

또, 광량검출TTR계를 도 4에 나타낸 바와 같은 구성으로 할 수도 있다. 구체적으로는, 광량검출TTR계를 제2마크를 웨이퍼측 기준판(11')의 아래(즉, 투영 광학계(52)의 반대측으로부터)로부터 조명하고, 투영 광학계(5)를 개재해서 제1마크 상에 제2마크의 상을 결상시켜서, 레티클측 기준판(4')상의 위치 맞춤마크를 투과한 광을 검출하는 구성으로 할 수도 있다.

광량검출TTR계 대신에, 또는, 광량검출TTR계 이외에, 화상검출방식을 적용하는 TTR 계인 화상검출TTR계를 초점 검출 수단으로서 노광장치에 구비할 수도 있다. 화상검출TTR계(14)를 도 3을 참조해서 이하 설명한다. 화상검출TTR계(14)는, 대물렌즈 (21), 릴레이 렌즈(22), 조명계(23) 및 촬상소자(24)로 구성되어 있다. 대물렌즈 (21) 및 릴레이 렌즈(22)는 확대 광학계이며, 레티클(1) 또는 레티클측 기준판(4) 상에 형성된 위치 맞춤마크(이하, "제1마크"로 칭함)를 확대하고, 촬상소자(24)에 결상시키는 것이 가능하다. 또, 투영 광학계(5)와 확대 광학계를 개재해서, 웨이퍼 (8)상 또는 웨이퍼측 기준판(11) 상에 형성된 위치 맞춤마크(이하, "제2마크"로 칭함)의 화상을 촬상소자(24) 상에 결상시키는 것도 가능하다. 촬상소자(24) 상에 결상된 제1마크와 제2마크의 화상에 의거해서, 광축에 수직인 면에 있어서의 레티클(1) 또는 레티클 스테이지(2)와, 웨이퍼(8) 또는 웨이퍼 스테이지(9) 사이의 상대 위치를 검출하는 것이 가능하다. 또, 제1마크에 확대 광학계의 초점을 맞춘 상태에서, 웨이퍼 스테이지(9)를 투영 광학계(5)의 광축 방향으로 구동시켰을 때에 촬상되는 제2마크의 화상의 콘트라스트의 변화를 계측하는 것에 의해, 투영 광학계(5)의 초점위치를 검출하는 것도 가능하다.

또, 도 5에 나타낸 바와 같이, 화상검출TTR계를 구성하는 것도 가능하다.

다음에, 투영 광학계(5)의 파면 수차 계측의 실시형태에 대해서 설명한다.

레티클 스테이지(2) 상의 레티클(1) 또는 레티클측 기준판(4)에는, 위치 맞춤마크로서의 제1마크 및 LDI용의 슬릿 패턴(이하, "LDI-R마크"로 칭함)이 배치되어 있다.또, 웨이퍼 스테이지(9) 상의 웨이퍼측 기준판(10)에는, LDI용의 슬릿 패턴(이하, "LDI－W마크"로 칭함)이 배치되어 있고, 웨이퍼측 기준판(11)에는 위치 맞춤마크로서의 제2마크가 배치되어 있다. LDI－R마크와 LDI－W마크의 위치 맞춤을 실시하기 위해서, 광량검출TTR계를 이용한다. 광량검출TTR계는, 우선 조명장치(6)로 레티클(1) 또는 레티클측 기준판(4)상의 투광부와 차광부의 반복 패턴으로 구성 되는 위치 맞춤마크(제1마크)를 조명한다. 이용되는 위치 맞춤마크는 X축 방향으로 연장하는 반복패턴과 Y축 방향으로 연장하는 반복패턴을 가진다. 위치 맞춤마크를 투과한 광은 투영 광학계(5)를 통과하여 웨이퍼 스테이지(9) 상의 웨이퍼 기준판(11)에 배치된 위치 맞춤마크(제2마크)에 결상한다. 그리고, 수광수단(32)은 투과한 광의 광량을 검출한다. 이 경우, 웨이퍼 스테이지(9)를 X축 및 Y축 방향으로 스캔해서 얻은 광량 분포에 의거해서, X축 및 Y축 방향의 위치 맞춤을 실시한다. 웨이퍼 스테이지(9)를 Z축 방향으로 스캔해서 얻은 광량 분포에 의거해서 투영 광학계(5)의 초점위치를 검출하고, 이에 의해 Z축 방향의 위치 맞춤을 실시한다.

미리 오프 액시스 얼라인먼트 스코프(15)와 면위치 검출계(13)로 계측한 웨 이퍼 스테이지(9) 상의 웨이퍼 기준판(10)과 (11)사이의 위치 관계에 따라서, 레티클 스테이지(2)와 웨이퍼 스테이지(9)를 구동시켜서 LDI-R마크와 LDI-W마크 사이의 위치 맞춤을 완료한다.

위치 맞춤을 완료한 후, 파면 계측을 실시한다. 본 실시형태에 따른 노광장치 (100)은, 조명장치(6), LDI-R마크, LDI-W마크 및 촬상소자로서의 CCD 카메라 (31)로 구성된 선회절 간섭계를 이용해서 투영 광학계(5)를 통과한 파면의 계측을 실시한다. 상기 장치는 또 투과한 광을 검출하는, 기준판(11)의 아래에 위치한 수광수단을 구비한다. 본 실시예에서는, 상술한 바와 같이, X축 및 Y축 방향의 각각에 대한 1차 파면의 계측을 실시하기 위해, X축 및 Y축 방향의 슬릿 패턴(LDI 마크)의 각각에서 파면을 계측한다.

이때, 우선 광량검출TTR계로 검출한 X축 및 Y축 방향의 투영 광학계(5)의 초점위치로부터 투영 광학계(5)의 비점수차를 산출하고, 그 후 산출한 비점수차를 LDI의 측정 결과로부터 산출한 파면 수차의 저차의 비점수차(예를 들면, 제르니케 다항식의 제5항)로 치환하는 것에 의해 보정을 실시한다.

또, 상기한 보정방법 외에, 광량검출TTR계로 검출한 X축 및 Y축 방향의 투영 광학계(5)의 초점위치에 의거해서 산출한 비점수차로부터 파면을 작성하고, 그 후, LDI의 CCD 카메라로 촬상한 화상을 보정하는 다른 보정방법을 적용해도 된다. 어느 경우에 있어서나, 이러한 보정은 노광장치가 가지는 컴퓨터(산출 수단)에 의해 실행된다.

상기한 계측을 투영 광학계(5)의 노광 영역 내의 복수의 위치에서 실시하는 것에 의해, 각 상고에서의 파면 수차를 얻을 수 있다. 동시에, 광량검출TTR계로 행한 노광 영역 내의 위치 계측에 의거해서 투영 광학계(5)의 배율 및 뒤틀림을 산출할 수 있고, 이에 의해 투영 광학계의 광학 성능을 단시간 내에 계측할 수 있다.

또, 본 실시형태는, 트윈 스테이지형의 노광장치에 대해서도 적용 가능하다.여기서, 트윈 스테이지형의 노광장치는, 웨이퍼를 유지할 수 있는 2개의 웨이퍼 스테이지를 가지는 노광장치이다. 트윈 스테이지형의 노광장치는, 웨이퍼의 면형상을 판별하고, 웨이퍼의 위치를 계측하기 위한 계측 스테이션과, 웨이퍼에 투영 광학계(5)로부터의 노광광으로 노광처리를 실시하기 위해 사용되는 노광 스테이션을 가진다. 여기에서는, 트윈 스테이지형의 노광장치의 구성물 중, 본 실시형태를 설명하기 위해서 필요한 구성물만 설명한다.

계측 스테이션은 면위치 검출계(13)와 오프 액시스 얼라인먼트 스코프(15)에 의해 구성되어 있고, 웨이퍼 기준판(10)과 (11)사이의 위치 관계를 계측하는 것이 가능하다.

상기의 계측이 종료하면, 웨이퍼 스테이지(9)는 노광 스테이션으로 이동한다. 노광 스테이션에서는, 투영 광학계(5)를 통해 광량검출TTR계에 의해 레티클측 마크와 웨이퍼측 마크의 위치 맞춤을 실시한다. 이어서, 스테이지를 구동시켜서 LDI 마크에 대한 위치 맞춤을 완료한다.

본 실시형태에서는 파면 수차의 계측 방식으로서 LDI를 이용하는 방법을 예로 하여 설명하고 있지만, 본 발명은 2개 이상의 방향의 1차 파면으로부터 합성 파면을 산출하기 위해 사용되는 다른 파면 수차의 계측 방식의 모두에 적용 가능하 다.

[제1실시예]

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 노광장치(100A)의 일예의 개략도이다. 이하에서는, 상술한 예시적인 실시형태와의 차이점을 주로 설명한다.

제1실시예는, 광량검출TTR계 대신에 화상검출TTR계를 이용해서 위치 계측을 실시하는 점에서 상술한 예시적인 실시형태와 다르다.

화상검출방식에 있어서는, 파이버(25)를 이용해서 광원으로부터의 레이저광을 화상검출TTR계(14)로 도광하고, 조명계(23), 하프미러(27), 미러(26) 및 대물렌즈(21)을 이용해서 레티클(1) 또는 레티클 기준판(4) 상의 위치 맞춤마크에 입사 시킨다. 위치 맞춤마크의 차광부에 의해 반사한 광은 화상검출TTR계(14)로 돌아오고, 릴레이 렌즈(22)를 통과해서 촬상소자(24)에 결상한다. 한편, 위치 맞춤마크의 투광부를 투과한 광은 투영 광학계(5)를 통과하고, 위치 맞춤마크를 가지는 웨이퍼 기준판(11)에서 반사되며, 반사된 광은 그 후 화상검출TTR계(14)로 돌아오고, 릴레이 렌즈(22)를 통과해서 촬상소자(24)에 결상한다. 이들 2개의 광을 촬상소자(24)에서 동시에 관측하고, 콘트라스트나 화상의 위치에 의거해서 X, Y, Z위치의 계측을 실시한다. 이 경우, 이용되는 위치 맞춤마크는 각각 X축 방향으로 패턴이 배열된 반복 패턴과 Y축 방향으로 패턴이 배열된 반복 패턴을 가지므로, X축 및 Y축 방향에서의 초점위치의 검출을 실시할 수 있다.

이와 같이 해서 구한 X, Y, Z계측치에 의거해서 LDI 마크를 서로 위치 맞춤하여, LDI를 이용해서 투영 광학계(5)를 통과한 광의 파면의 측정할 수 있다. 그리 고, 화상검출TTR계로 검출한 X축 방향 및 Y축 방향에서의 투영 광학계(5)의 초점위치에 의거해서 투영 광학계(5)의 비점수차를 산출하고, LDI의 측정 결과를 보정한다.

[제2실시예]

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 노광장치(100B)의 개략도이다. 여기에서는 상술한 예시적인 실시형태와의 차이점을 주로 설명한다.

제2실시예에 따른 광량검출TTR계에 있어서는, 웨이퍼 스테이지(9)는 웨이퍼 기준판(11') 상의 투광부와 차광부의 반복 패턴으로 구성되는 위치 맞춤마크를 조명하는 프로젝터계(33)를 포함한다. 위치 맞춤마크를 투과한 광은 투영 광학계(5)를 통과해서 레티클 스테이지(9) 상의 레티클측 기준판(4')에 배치된 위치 맞춤마크에 결상한다. 그 후, 투과한 광을 수광수단(32)으로 검출한다. 이때, 웨이퍼 스테이지(9)를 X축 및 Y축 방향으로 스캔해서 얻은 광량 분포에 의거해서, X축 및 Y축 방향의 위치 맞춤을 실시한다. 웨이퍼 스테이지(9)를 Z축 방향으로 스캔해서 얻은 광량 분포에 의거해서 Z축 방향의 위치 맞춤을 실시하고, X축 방향으로 패턴이 배열된 반복 패턴과 Y축 방향으로 패턴이 배열된 반복 패턴을 이용해서 얻은 초점위치의 검출결과에 의거해서, LDI의 측정 결과를 보정한다.

[제3실시예]

도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 노광장치(100C)의 일예의 개략도이다. 여기에서는 상술한 예시적인 실시형태와의 차이점을 주로 설명한다.

도 5를 참조하면, 제3실시예에서는, 화상검출TTR계(14)가 웨이퍼 측에 구성 되어 있다. 화상검출TTR계(14)를 이용해서 웨이퍼측 기준판(12)를 웨이퍼측으로부터 조명한다. 상기 광은 웨이퍼측 기준판(12) 상의 위치 맞춤마크의 투광부를 투과하고, 투영 광학계(5)를 통과해서, 레티클측 기준판(4) 상의 위치 맞춤마크에 의해 반사된다. 한편, 상기 광은 또한 웨이퍼측 기준판(12) 상의 위치 맞춤마크의 차광부에 의해서 반사된다. 반사된 이들 2개의 광을 촬상소자(24)에 의해 수광한다. 웨이퍼 스테이지(9)를 구동시키면서, 이들 2개의 광을 동시에 관측하고, 위치의 시프트나 콘트라스트에 의거해서 X, Y, Z계측을 실시한다. 이때, 사용되는 위치 맞춤마크는 각각 X축 방향과 Y축 방향으로 패턴이 배열된 반복 패턴을 가지므로, X축 방향 및 Y축 방향에서의 초점위치를 검출할 수 있다.

웨이퍼 기준판(10) 및 (12)은 제3실시예와 같이 별도의 부재라도 되고, 하나의 동일 부재라도 된다.

[제4실시예]

도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 노광장치(100D)의 개략도이다. 여기에서는 상술한 예시적인 실시형태와의 차이점을 주로 설명한다.

제4실시예에서는, 노광장치(100D)에 탑재된 간섭계로서 시어링 간섭계를 채용하고 있다.

레티클 스테이지(2) 상의 레티클(1) 또는 레티클 기준판(4)에 핀홀(35)를 배치한다. 웨이퍼 스테이지(9) 상의 웨이퍼측 기준판(10)에는 차수 선택창(38)을 배치한다. 웨이퍼 스테이지(9)에는 촬상소자(40)을 배치한다. 투영 광학계(5)와 웨이퍼측 기준판(10)과의 사이에는 회절격자(36a) 및 (36b)를 유지하는 회절격자유지부 재(37)을 배치한다. 이 핀홀(35)과 차수 선택창(38) 사이의 위치 맞춤에는, 상술한 광량검출TTR계 또는 화상검출TTR계를 이용하는 것이 가능하다. 도 6은, 광량검출TTR계를 이용한 예를 나타내고 있다.

시어링 간섭계에서는 적어도 직교하는 2방향의 1차 파면을 계측하기 때문에, 2방향의 회절격자(36)와 차수 선택창(38)의 위치 맞춤을 실시하는 것에 의해, 투영 광학계(5)를 통과한 광의 파면을 계측한다. 이때, 상술한 방법에 의해 X축 방향 및 Y축 방향에서의 투영 광학계(5)의 초점위치를 검출하고, 그 검출 결과에 의거해서 투영 광학계(5)의 저차의 비점수차를 산출해서 시어링 간섭계의 측정치를 보정할 수 있다.

이때의 보정은, 시어링 간섭계의 측정치로부터 구한 투영 광학계(5)의 파면 수차의 저차의 비점수차의 값과의 치환에 의해서 실행해도 되고, 또는, 비점수차로부터 파면을 작성하고, 시어링 간섭계의 촬상소자(40)로 촬상한 화상을 보정하는 것에 의해 보정을 해도 된다.

이 계측을 투영 광학계(5)의 노광 영역 내의 복수의 위치에서 실시하는 것에 의해서, 각 상고에서의 파면 수차를 얻을 수 있다. 동시에, 광량검출TTR계로 행한 노광 영역 내의 위치 계측에 의거해서, 투영 광학계(5)의 배율 및 뒤틀림을 산출할 수 있고, 이에 의해 투영 광학계(5)의 광학 성능을 단시간에 계측할 수 있다.

상기의 실시예에서는, 투영 노광장치에 있어서, 투영 광학계의 파면 수차를 선회절 간섭계나 시어링 간섭계를 이용해서 측정할 때에, 그 간섭계 이외의 부분에서 비점수차를 계측하고, 그 계측 결과에 의거해서 선회절 간섭계나 시어링 간섭계의 측정 결과를 보정하고 있다. 이와 같이, 2개의 1차 파면의 계측시의 Z축 위치 차이로 부터 발생하는 오차를 보정할 수 있고, 이에 의해 투영 광학계의 동공면 전체의 파면 수차를 고정밀도로 계측하는 것이 가능하다.

디바이스 제조방법

다음에, 도 7 및 도 8을 참조해서, 상술의 노광장치를 이용한 디바이스 제조방법의 실시예를 설명한다. 도 7은 디바이스의 제조방법을 설명하기 위한 플로우차트이다. 여기에서는, 반도체 칩의 제조방법을 예로서 설명한다. 구체적으로는, 스텝 S1은 반도체 칩의 회로패턴을 설계하는 회로설계 스텝이다. 스텝 S2는 설계한 회로 패턴에 의거해서 레티클을 제작하는 스텝이다. 스텝 S3은 실리콘 등의 재료를 이용해서 웨이퍼를 제조하는 웨이퍼제조 스텝이다. 스텝 S4는 전 공정으로 불리우는 웨이퍼 프로세스 스텝이고, 이 스텝에서는, 레티클과 웨이퍼를 이용해서 리소그래피 기술에 의해서 웨이퍼 상에 실제의 회로를 형성한다. 스텝 S5(조립)는, 후 공정으로 불리우는 어셈블리 스텝이며, 이 스텝에서는, 스텝 S4에서 얻어진 웨이퍼를 이용해서 반도체 칩화하는 공정이며, 구체적으로, 이 스텝 S5는 어셈블리 공정(다이싱 및 본딩) 및 패키징 공정(칩 밀봉) 등의 공정을 포함한다. 스텝 S6는, 스텝 S5에서 얻어진 반도체 칩을 검사하는 검사 스텝, 예를 들면 동작 확인 테스트 및 내구성 테스트 등의 검사 스텝이다. 이러한 공정을 거쳐서 반도체 칩이 완성하고, 이어서 스텝 S7에서 이것이 출하된다.

도 8은 상기한 웨이퍼 프로세스 스텝 S4의 상세한 플로우차트이다. 구체적으로는, 스텝 S11은, 웨이퍼의 표면을 산화시키는 산화 스텝이다. 스텝 S12는, 웨이 퍼의 표면에 절연막을 형성하는 CVD 스텝이다. 스텝 S13은 웨이퍼 상에 전극을 증착 등에 의해서 형성하는 전극형성 스텝이다. 스텝 S14는 웨이퍼에 이온을 주입하는 이온주입 스텝이다. 스텝 S15는 웨이퍼에 감광제를 도포하는 레지스트 처리 스텝이다. 스텝 S16은 상술한 노광장치를 이용해서 레티클의 회로 패턴을 웨이퍼에 노광에 의해 프린트하는 노광 스텝이다. 스텝 S17은 노광한 웨이퍼를 현상하는 현상 스텝이다. 스텝 S18은 현상한 레지스트 상 이외의 부분을 에칭하는 에칭스텝이다. 스텝 S19는 에칭 스텝 후에 불필요해진 레지스트를 제거하는 레지스트 제거 스텝이다. 이러한 스텝을 반복해서 실시하는 것에 의해서, 웨이퍼 상에 다중으로 회로 패턴이 형성된다. 본 실시예의 디바이스 제조방법에 의하면, 종래보다 고품위의 디바이스(반도체 디바이스, 액정 디바이스 등)를 제조할 수 있다.

이상, 본 발명의 예시적인 실시예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이러한 예시적인 실시예로 한정되지 않는 것으로 이해되어야 하며, 다음의 청구의 범위는 모든 변형과, 균등한 구성 및 기능을 포함하도록 가장 넓게 해석되어야 한다.

본 발명에 의하면, 간섭계를 탑재한 투영 노광장치에 있어서, 투영 광학계의 파면 수차를 고정밀도로 계측하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 노광장치의 일예의 개략도;

도 2는 위치 맞춤마크(제1마크, 제2마크)의 일예의 개략도;

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 노광장치의 일예의 개략도;

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 노광장치의 일예의 개략도;

도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 노광장치의 일예의 개략도;

도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 노광장치의 일예의 개략도;

도 7은 디바이스 제조방법의 일예를 설명하기 위한 플로우차트;

도 8은 웨이퍼 프로세스 스텝의 상세한 플로우차트;

도 9는 노광장치에 구비된 LDI의 개략도;

도 10은 도 9의 LDI 마크(슬릿 패턴)의 표면도;

도 11A 내지 도 11C는 1차 파면 및 합성 파면을 나타내는 도면;

도 12는 노광장치에 구비된 시어링 간섭계의 개략도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 레티클 2: 레티클 스테이지

4, 10: 기준판 5: 투영 광학계

6: 조명장치 8: 웨이퍼

9: 웨이퍼 스테이지 11, 11,′12: 웨이퍼측 기준판

13: 면위치 검출계 14: 화상검출TTR계

15: 얼라인먼트 스코프 23: 조명계

24: 촬상소자 31: CCD 카메라

32: 수광수단 36a, 36b: 회절격자

38a, 38b: 차수선택창 39: 웨이퍼 기준면

40: 촬상소자 100, 100A, 100B: 투영노광장치

Claims

원판의 패턴을 기판에 투영하는 투영 광학계를 구비한 노광장치로서,

상기 투영 광학계를 통과한 광의, 투영 광학계의 광축에 수직인 제1방향의 파면과 투영 광학계의 광축에 수직인 방향이며 상기 제1방향과 상이한 제2방향의 파면을 측정하는 간섭계;

상기 투영 광학계를 통과한 광을 검출함으로써, 상기 투영 광학계의 상기 제1 및 제2방향의 초점위치를 각각 검출하는 초점 검출 수단; 및

상기 간섭계의 측정 결과 및 상기 초점 검출 수단의 검출 결과에 의거해서 상기 투영 광학계의 파면 수차를 산출하는 산출 수단

을 구비한 것을 특징으로 하는 노광장치.
제1항에 있어서,

상기 산출 수단은, 상기 초점 검출 수단의 검출 결과에 의거해서 상기 투영 광학계의 비점수차를 산출하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제1항에 있어서,

상기 산출 수단은, 상기 간섭계의 측정 결과로부터 산출한 상기 투영 광학계의 파면 수차를, 상기 초점 검출 수단의 검출 결과에 의거해서 보정하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제1항에 있어서,

상기 산출 수단은, 상기 간섭계의 측정 결과를, 상기 초점 검출 수단의 검출 결과로부터 작성한 파면에 의거해서 보정하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제1항에 있어서,

상기 원판을 유지하는 원판 스테이지와, 상기 기판을 유지하는 기판 스테이지를 또 구비하고,

상기 초점 검출 수단은, 상기 원판 스테이지 또는 상기 원판에 배치된 제1마크 및 상기 기판 스테이지에 배치된 제2마크를 통과한 광의 광량을 검출하는 수광수단을 가지는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제1항에 있어서,

상기 원판을 유지하는 원판 스테이지와, 상기 기판을 유지하는 기판 스테이지를 또 구비하고,

상기 초점 검출 수단은, 상기 원판 스테이지 또는 상기 원판에 배치된 제1마크의 상 및 상기 기판 스테이지 또는 상기 기판에 배치된 제2마크의 상을 검출하는 촬상소자를 포함하고,

상기 제1마크 및 상기 제2마크 중 한쪽 마크의 상은 상기 투영 광학계를 통과해서 상기 촬상소자에 결상되고, 상기 제1마크 및 상기 제2마크 중 다른 한쪽의 마크의 상은 상기 투영 광학계를 통과하지 않고 상기 촬상소자에 결상되는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제1항에 있어서,

상기 산출 수단은, 상기 초점 검출 수단의 검출 결과에 의거해서 상기 투영 광학계의 배율과 뒤틀림 중 적어도 하나를 산출하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제1 항에 있어서,

상기 간섭계는, 선회절 간섭계 또는 시어링 간섭계(shearing interferometer)로 이루어진 것을 특징으로 하는 노광장치.
원판의 패턴을 기판에 투영하는 투영 광학계를 구비한 노광장치를 이용하는 디바이스 제조방법으로서,

상기 장치는,

투영 광학계를 통과한 광의, 투영 광학계의 광축에 수직인 제1방향의 파면과 투영 광학계의 광축에 수직인 방향이며 상기 제1방향과 상이한 제2방향의 파면을 측정하는 간섭계와; 상기 투영 광학계를 통과한 광을 검출함으로써, 상기 투영 광학계의 제1 및 제2방향의 초점위치를 검출하는 초점 검출 수단과; 상기 간섭계의 측정결과와 상기 초점 검출 수단의 검출결과에 의거해서 상기 투영 광학계의 파면 수차를 산출하는 산출수단을 포함하고,

상기 제조방법은,

상기 노광장치를 이용해서 기판을 노광하는 공정과; 상기 노광된 기판을 현상하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.