KR100306315B1 - 주사 노광 방법, 주사형 노광 장치 및 소자 제조 방법 - Google Patents

주사 노광 방법, 주사형 노광 장치 및 소자 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 기판에 전사할 패턴을 가지는 마스크를 조명하는 광학계와, 패턴의 이미지를 기판상에 투영하는 투영 광학계를 사용하여 투영 광학계에 대하여, 마스크 및 기판을 동기하여 주사하므로써 패턴을 투영 광학계를 통해 기판상에 전사하는 노광 방법에 있어서,
마스크상에 상대적인 주사 방향에 따라 설치되는 복수의 계측용 마크를 형성하고 스테이지상에 복수의 계측용 마크에 대응하는 복수의 기준 마크가 형성하는 단계와,
마스크와 기판을 상대적인 주사방향으로 동기하여 이동시켜 마스크상의 복수의 계측용 마크와 기준 마크의 위치 어긋남량을 차례로 계측하는 단계와,
위치 어긋남량에 기준하여 마스크상의 좌표계와 스테이지상의 좌표계의 대응관계를 구하는 단계를 포함하는 노광 방법에 관한 것이다.

Description

주사 노광 방법, 주사형 노광 장치 및 소자 제조 방법{A SCANNING EXPOSURE METHOD, A SCANNING TYPE EXPOSURE APPARATUS AND A METHOD OF MANUFACTURING A DEVICE}
본 발명은 노광 방법 및 장치에 관한 것으로, 예를 들면 슬릿 스캔 노광 방식의 노광 장치 및 그 장치에 적용함에 적합한 노광 방법에 관한 것이다.
종래, 반도체 소자, 액정 표시 소자 또는 박막 자기헤드 등을 포토리소그래피 공정으로 제조할 때에 포토마스크 또는 레티클(이하 레티클이라고 총칭함)의 패턴을 감광재가 도포된 기판(웨이퍼, 글라스 플레이트 등)상에 전사하는 투영 노광 장치가 사용되고 있다.
종래의 투영 노광 장치로서는 웨이퍼의 각 쇼트 영역을 차례로 투영 광학계의 노광 필드내로 이동시켜 각 쇼트 영역에 차례로 레티클의 패턴 이미지를 노광하는 스텝 앤드 리피트 방식의 축소 투영형 노광 장치(스텝퍼)가 많이 사용되고 있었다.
스텝퍼에 있어서는 통상 웨이퍼 좌표계와 레티클 좌표계의 대응 부착(레티클 얼라인먼트)을 행하고 있다.
또, 스텝퍼에 있어서는 웨이퍼상의 각 쇼트 영역에 대응하여 형성된 각 얼라인먼트 마크(웨이퍼 마크)의 위치를 검출하기 위하여 투영 광학계의 측면부에 오프 액시스 방식의 얼라인먼트 현미경이 설치되어 있는 경우가 있다. 이 경우 이 얼라인먼트 현미경으로 검출된 웨이퍼 마크의 위치에 의거하여 대응하는 웨이퍼상의 쇼트 영역이 투영 광학계의 노광 필드내에 설정된다. 따라서 투영 광학계의 노광 필드내의 기준점 (예를 들면 노광 중심) 과 오프 액시스 방식의 얼라인먼트 현미경의 관찰 영역의 기준점의 간격인 소위 베이스 라인량을 미리 구할 필요가 있다.
레티클 얼라인먼트나 베이스 라인 계측에 대하여는 일본 특개평 4-324923 호 공보(미국 특허 제 872750 호 (1992. 4. 21))등에 상세하게 기재되어 있다.
그리고 근년 반도체 소자 등에 있어서는 패턴이 미세화되어 투영 광학계의 해상력을 높이는 것이 요구되고 있다. 해상력을 높이기 위한 수법으로는 노광광의 파장의 단파장화, 또는 투영 광학계의 개구수의 증대 등의 수법이 있으나 어떤 수법을 사용하는 경우에도, 종래예와 같은 정도의 노광 필드를 확보하도록 하면, 노광 필드의 전면에서 결상 성능(일그러짐, 이미지면 만곡 등)을 소정의 정밀도로 유지하는 것이 곤란하게 된다. 여기에서는 현재 알려진 것은 소위 슬릿스캔 노광 방식의 투영 노광 장치이다.
이 슬릿 스캔 노광 방식의 투영 노광 장치에서는 직사각형 형상 또는 원호 형상 등의 조명 영역(이하, 슬릿형상의 조명 영역이라함)에 대하여 레티클 및 웨이퍼를 상대적으로 동기하여 주사하면서 그 레티클의 패턴이 웨이퍼상에 노광된다. 따라서 스텝퍼 방식과 동일한 면적의 패턴을 웨이퍼상에 노광하게 되면, 슬릿 스캔 노광 방식에서는 스텝퍼 방식에 비하여 투영 광학계의 노광 필드를 작게 할 수 있으며, 노광 필드내에서의 결상 성능의 정밀도가 향상될 수 있다. 또 종래의 레티클의 크기의 주류는 6 인치 사이즈이고 투영 광학계의 투영 배율의 주류는 1/5 배이지만, 반도체 소자 등의 회로 패턴의 대면적화에 의하여 배율이 1/5 배의 것에서의 레티클의 크기는 6 인치 사이즈에서는 충분하지 않게 된다. 이 때문에 투영 광학계의 투영 배율을 예를 들면 1/4 배로 변경한 투영 노광 장치를 설계할 필요가 있다. 그리고 이러한 피전사 패턴의 대면적화에 대응하기 위해서도 슬릿 스캔 노광 방식이 유리하다.
이러한 슬릿 스캔 노광 방식의 투영 노광 장치에 있어서 종래의 스텝퍼로 이용되는 레티클 좌표계와 웨이퍼 좌표계의 대응 부착 수법을 적용하면, 투영 배율이 1/4 배로 되므로, 레티클상의 회로 패턴의 묘화 오차에 의하여 얼라인먼트 정밀도가 열화하는 문제가 있다.
또한 전술한 미국 특허 제 872750 호 (1992. 4. 21)에서는 스텝퍼에 있어서 웨이퍼 스테이지를 이동시키지 않고 복수의 계측용 마크의 위치 어긋남량을 동시에계측함으로서 레티클의 회전각을 계측하는 기술이 제안되어 있다. 그러나 이 복수의 계측용 마크의 동시 계측에 의한 회전각의 계측이라는 개념은 슬릿 스캔 노광 방식의 투영 노광 장치의 주사 방향에서는 이용되지 않고, 레티클 좌표계와 웨이퍼 좌표계의 회전각 및 그들 좌표계의 좌표 직교도는 정밀도가 좋지 않은 계측이 된다는 불리함이 있다.
또한 투영 광학계의 노광 필드내의 기준 위치와 오프 액시스 방식의 얼라인먼트계의 기준 위치의 간격인 베이스 라인량의 계측 방법에 관하여, 종래의 스텝퍼에 있어서의 레티클상의 1 장소(2개)의 마크를 사용한 계측 방법을 그대로 슬릿 스캔 노광 방식의 투영 노광 장치에 적용하게 되면 레티클의 묘화 오차의 영향을 크게 받게 되는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 슬릿 스캔 노광 방식의 노광 장치에 있어서, 레티클(마스크)상의 패턴의 묘화 오차의 영향을 저감시켜 레티클 좌표계(마스크 좌표계)와 웨이퍼 좌표계(기판 좌표계)의 대응을 정확하게 행하는 노광 방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이에 관하여, 공정에 의해서는 그 대응의 정확도 보다도 신속성이 중시되는 경우가 있다. 여기에서 본 발명은 레티클 좌표계(마스크 좌표계)와 웨이퍼 좌표계(기판 좌표계)의 대응을 높은 스루풋으로 행하는 노광 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 슬릿 스캔 노광 방식의 노광 장치에 있어서 레티클(마스크)상의 패턴의 묘화 오차의 영향을 저감시켜 투영 광학계의 노광 필드의 기준점과 얼라인먼트계의 기준점과의 간격인 베이스 라인량의 계측을 고정밀도로 행하는 노광 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또 본 발명은 레티클 좌표계(마스크 좌표계)와 웨이퍼 좌표계(기판 좌표계)의 대응이나 베이스 라인량을 구하고, 그들의 값을 이용하여 노광을 행하는 노광 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또, 예를 들면, 베이스 라인 계측을 소정 매수의 웨이퍼를 교환할 때마다 행하는 경우에는 정확성보다도 신속성이 중시됨과 함께, 동시에 레티클 좌표계(마스크 좌표계)와 웨이퍼 좌표계(기판 좌표계)의 대응을 행하는 것이 바람직하다. 그리고 본 발명은 베이스 라인량의 계측을 소정의 웨이퍼 교환 회수마다 행할 때, 레티클 좌표계(마스크 좌표계)와 웨이퍼 좌표계(기판 좌표계)의 대응 및 그 베이스 라인 계측을 높은 스루풋으로 행하는 노광 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또 본 발명은 레티클(마스크)상의 패턴의 묘화 오차 등의 영향을 저감시키기 위하여 복수의 계측용 레티클 마크를 이용하는 노광 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 마스크와 웨이퍼의 상대 주사 방향에 관한 오차 성분을 고려하여 레티클 좌표계(마스크 좌표계)와 웨이퍼 좌표계(기판 좌표계)의 대응 및 얼라인먼트계의 기준점과의 간격인 베이스 라인량의 계측을 고정밀도로 행하는 노광 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 투영 노광 방법의 실시예가 적용되는 투영 노광 장치를 나타내는 구성도.
도 2a 및 도 2b는 제 1 실시예의 얼라인먼트 방법 및 베이스 라인량의 체크 방법을 나타내는 플로우챠트.
도 3은 레티클 로더(reticle loader)계를 나타내는 사시도.
도 4a는 레티클상의 얼라인먼트 마크의 배치도.
도 4b는 투영 광학계의 유효 시야와 공액인 영역에서의 얼라인먼트 마크 등을 나타내는 배치도.
도 4c는 파인 얼라인먼트 마크 (29A, 29B, 29C, 29D, 30A, 30B, 30C, 30D)를 나타내는 확대도.
도 5a는 레티클이 대략적 얼라인먼트를 수행하는 경우의 설명도.
도 5b는 도 5a를 축소한 상태를 나타내는 도면.
도 6a 내지 6F 도는 레티클이 대략적 얼라인먼트를 행할 때에 촬상 (image pick-up) 소자로부터 얻어지는 여러가지의 촬상 신호를 나타내는 파형도.
도 7a는 웨이퍼측의 스테이지의 평면도.
도 7b는 레티클측의 스테이지의 평면도.
도 8a는 레티클상의 마크 배치를 나타내는 투영도.
도 8b는 레티클상의 마크의 1 예를 나타낸 확대 투영도.
도 8c는 기준 마크판 (6)상의 기준 마크의 배치를 나타내는 평면도.
도 8d는 기준 마크 (35A) 등의 1 예를 나타내는 확대도.
도 8e는 기준 마크 (37A) 등의 1 예를 나타내는 평면도.
도 9는 레티클 얼라인먼트 및 베이스 라인량의 계측시의 기준 마크판, 레티클, 투영 광학계 및 얼라인먼트 장치의 관계를 나타내는 평면도.
도 10은 레티클 얼라인먼트 및 베이스 라인량의 계측에 의해 얻어지는 오차 벡터를 나타내는 도면.
도 11는 레티클 얼라인먼트 현미경 (19) 및 조명계의 구성을 나타내는 일부를 절단한 구성도.
도 12a는 도 11의 촬상 소자로 관찰한 화상을 나타내는 도면.
도 12b 및 도 12c는 도 12a의 화상에 대응하는 X 방향 및 Y 방향의 화상 신호를 나타내는 파형도.
도 13는 오프 액시스 방식(off-axis type)의 얼라인먼트 장치(34)를 나타내는 구성도.
도 14a는 도 13의 촬상 소자를 관찰한 화상을 나타내는 도면.
도 14b 내지 도 14e는 도 14a의 화상에 대응하는 X 방향 및 Y 방향의 화상 신호를 나타내는 파형도.
도 15a 및 도 15b는 제 2 실시예의 얼라인먼트 방법 및 베이스 라인량의 체크 방법의 일부 동작을 나타내는 플로우챠트.
도 16는 제 2 실시예의 얼라인먼트 방법 및 베이스 라인량의 체크 방법의 나머지 동작을 나타내는 플로우챠트.
도 17는 제 3 실시예의 노광 방법의 동작을 나타내는 플로우챠트.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
5 : 웨이퍼 6 : 기준 마크판
8 : 투영 광학계 19, 20 : 현미경
22A : 주제어계 34 : 얼라인먼트 장치
41, 56 : 신호 처리 장치 42, 52 : 얼라인먼트 광학계
본 발명의 제 1 의 노광 방법은, 기판에 전사할 패턴을 가지는 마스크를 조명하는 광학계와 패턴의 이미지를 기판상에 투영하는 투영 광학계를 사용하여 투영 광학계에 대하여 마스크 및 기판을 동기하여 주사함으로써 마스크상의 패턴을 투영 광학계를 통해 스테이지상의 기판상에 전사하는 노광 방법에 있어서,
마스크상에는 상대적인 주사 방향에 따라 설치된 복수의 계측용 마크가 형성되고, 스테이지상에는 복수의 계측용 마크에 대응하는 복수의 기판 마크가 형성되고,
마스크와 기판을 상대적인 주사 방향으로 동기하여 이동시켜 마스크상의 복수의 계측용 마크와 기준 마크의 위치 어긋남량을 차례로 계측하는 것과,
위치 어긋남량에 의거하여 마스크상의 좌표계와 스테이지상의 좌표계의 대응 관계를 구하는 것이다.
본 발명의 제 2 의 노광 방법은, 기판에 전사할 패턴을 가지는 마스크를 조명하는 광학계와 마스크를 유지하는 마스크 스테이지와, 기판을 유지하는 기판 스테이지와 패턴의 이미지를 기판상에 투영하는 투영 광학계와, 투영 광학계의 광축으로부터 소정 거리만큼 떨어진 위치에 검출 중심을 가지는 얼라인먼트계를 가지는 노광 장치를 사용하여 투영 광학계에 대하여 마스크 및 기판을 동기하여 주사함으로써 패턴을 상기 투영 광학계를 통해 기판상에 전사하는 노광 방법에 있어서,
마스크상에는 상대적인 주사의 방향에 따라 복수의 계측용 마크가 형성되고,
스테이지상에는 복수의 계측용 마크의 일부에 대응하는 제 1 기준 마크와 이 제 1 기준 마크에 대응하는 제 2 기준 마크가 형성되고 이 제 2 기준 마크는 제 1기준 마크로부터 미리 인식된 일정 간격만큼 떨어져 있으며,
얼라인먼트계에서 상기 제 2 기준 마크를 관찰한 상태로 마스크를 상대적인 주사 방향으로 이동시켜 마스크상의 복수의 계측용 마크와 제 1 의 기준 마크의 위치 어긋남량을 차례로 계측하고,
복수의 계측용 마크와 제 1 의 기준 마크의 위치 어긋남량과 얼라인먼트계에서 관찰한 제 2 의 기준 마크의 위치 어긋남량과 미리 인식된 일정 간격에 의거하여 투영 광학계의 노광 필드내의 기준점과 검출 중심의 간격을 구한다.
본 발명의 제 3 의 노광 방법은, 기판에 전사할 패턴을 가지는 마스크를 조명하는 광학계와 마스크를 유지하는 마스크 스테이지와, 기판을 유지하는 기판 스테이지와, 패턴의 이미지를 기판상에 투영하는 투영 광학계와, 투영 광학계의 광축으로부터 소정 거리만큼 떨어진 위치에 검출 중심을 가지는 얼라인먼트계를 가지는 노광 장치를 사용하여 투광 광학계에 대하여 마스크 및 기판을 동기하여 주사함으로써 패턴을 상기 투영 광학계를 통해 기판상에 전사하는 노광 방법에 있어서,
마스크상에는 상대적인 주사 방향에 따라 복수의 계측용 마크가 형성되고,
스테이지 상에는 복수의 계측용 마크의 각각에 대응하는 제 1 기준 마크와 이 제 1 기준 마크에 대응하는 복수의 제 2 기준 마크가 형성되고, 이 제 2 기준 마크는 제 1 기준 마크로부터 미리 인식된 일정 간격만큼 떨어지고,
마스크 및 기판을 주사 방향으로 동기하여 이동시켜, 복수의 계측용 마크와 복수의 제 1 의 기준 마크의 위치 어긋남량을 차례로 계측하는 것과,
마스크 및 기판을 상기 주사 방향으로 상대적으로 이동시켜 복수의 제 2 의기준 마크의 위치 어긋남을 차례로 계측하는 것과,
복수의 계측용 마크와 복수의 제 1 의 기준 마크의 위치 어긋남량과, 복수의 제 2 의 기준 마크의 위치 어긋남량과 미리 인식된 일정 간격에 의거하여 투영 광학계의 노광 필드내의 기준점과 상기 검출 중심과의 간격을 구한다.
본 발명의 제 4 의 노광 방법은, 조명광으로 소정 형상의 조명 영역을 조명하고, 소정 형상의 조명 영역에 대하여 마스크 및 기판을 동기하여 주사함으로써 소정 형상의 조명 영역내의 마스크상의 패턴을 투영 광학계를 통해 스테이지상의 기판상에 전사하는 노광 방법에 있어서,
마스크상에는 상대적인 주사 방향에 따라 설치되는 복수의 계측용 마크가 형성되고, 스테이지상에는 복수의 계측용 마크에 대응하는 기준 마크가 형성되고,
복수의 계측용 마크의 일부와 이 일부의 계측용 마크에 대응하는 상기 기준 마크의 위치 어긋남량을 계측하는 제 1 공정과;
마스크 및 기판을 상대적인 주사 방향으로 동기하여 이동시켜 마스크상의 복수의 계측용 마크와 이 계측용 마크에 대응하는 기준 마크의 위치 어긋남량을 차례로 계측하는 제 2 공정; 및
제 1 공정과 제 2 공정의 어느 한쪽을 선택하고, 선택된 공정에서 구해지는 계측용 마크와 기준 마크의 위치 어긋남량에 의거하여 마스크상의 좌표계와 스테이지상의 좌표계의 대응 관계를 구하는 제 3 공정을 구비하는 것이다.
본 발명의 제 5 의 노광 방법은, 조명광으로 소정 형상의 조명 영역을 조명하는 광학계와, 노광할 패턴이 설치된 마스크를 유지하는 마스크 스테이지와, 기판을 유지하는 기판 스테이지와, 마스크상의 패턴을 기판상에 투영하는 투영 광학계와, 투영 광학계의 광축으로부터 소정 위치만큼 떨어진 위치에 검출 중심을 가지는 얼라인먼트계를 가지는 노광 장치를 사용하여, 소정 형상의 조명 영역에 대하여 마스크 및 기판을 동기하여 주사함으로써 소정 형상의 조명 영역내의 상기 마스크상의 패턴을 투영 광학계를 통해 기판상에 전사하는 노광 방법에 있어서,
마스크상에는 상대적인 주사 방향에 따라 복수의 계측용 마크가 형성되고, 스테이지상에는 복수의 계측용 마크에 대응하는 제 1 기준 마크와 이 제 1 기준 마크에 대응하는 복수의 제 2 기준 마크가 형성되고, 이 제 2 기준 마크는 제 1 기준 마크로부터 미리 인식된 일정 간격만큼 떨어져 있으며,
마스크상의 복수의 계측용 마크의 일부와 이 일부의 계측용 마크에 대응하는 제 1 기준 마크의 위치 어긋남량을 계측하고, 이 일부의 제 1 기준 마크에 대응하는 제 2 기준 마크의 위치 어긋남량을 계측하는 제 1 공정;
마스크 및 기판을 주사 방향으로 동기하여 이동시켜 마스크상의 복수의 계측용 마크와 이 계측용 마크에 대응하는 상기 제 1 기준 마크의 위치 어긋남량과 상기 복수의 제 2 의 기준 마크의 위치 어긋남을 순차로 계측하는 제 2 공정;
제 1 공정 및 제 2 공정의 어느 한쪽을 선택하는 제 3 공정;
제 3 공정에서 선택된 공정으로부터 얻어지는 정보와 미리 인식된 일정 간격에 의거하여 상기 마스크 스테이지상의 좌표계와 상기 기판 스테이지상의 좌표계의 대응 관계 및 상기 투영 광학계의 노광 필드내의 기준점과 상기 검출 중심의 간격을 구하는 제 4 공정을 구비하는 것이다.
본 발명의 제 6 의 노광 방법은, 조명광으로 소정 형상의 조명 영역을 조명하는 광학계와, 노광할 패턴이 설치된 마스크를 유지하는 마스크 스테이지와, 기판을 유지하는 기판 스테이지와, 마스크상의 패턴을 기판상에 투영하는 투영 광학계와, 투영 광학계의 광축으로부터 소정 위치만큼 떨어진 위치에 검출 중심을 가지는 얼라인먼트계를 가지는 투영 노광 장치를 사용하여, 소정 형상의 조명 영역에 대하여, 마스크 및 기판을 동기하여 주사함으로써 소정 형상의 조명 영역내의 마스크상의 패턴을 상기 투영 광학계를 통해 기판상에 전사하는 노광 방법에 있어서,
마스크상에는 상대적인 주사 방향에 따라 복수의 계측용 마크가 형성되고, 스테이지상에는 복수의 계측용 마크에 대응하는 제 1 기준 마크와 이 제 1 기준 마크에 대응하는 복수의 제 2 기준 마크가 형성되고, 이 제 2 기준 마크는 상기 제 1 기준 마크로부터 미리 인식된 일정 간격만큼 떨어져 있으며,
기판을 소정 매수 교환할 때마다,
마스크상의 복수의 계측용 마크의 일부와 이 일부의 계측 마크에 대응하는 제 1 의 기준 마크의 위치 어긋남량을 계측하고 이 일부의 제 1 기준 마크에 대응하는 제 2 기준 마크의 위치 어긋남량을 계측하는 것과;
1 개의 계측 마크와 1 개의 제 1 기준 마크의 위치 어긋남량과, 제 2 의 기준 마크의 위치 어긋남량과, 미리 인식된 일정 간격에 의거하여 마스크상의 좌표계와 스테이지상의 좌표계의 대응 관계 및 투영 광학계의 노광 필드내의 기준점과 상기 검출 중심과의 간격을 구하는 것이다.
본 발명의 제 1 의 노광 방법에 의하면, 최종적으로 예를 들면 마스크상의 복수의 계측용 마크의 각 위치에서 구한 위치 어긋남에 맞추어 최소 자승 근사 등에 의하여 마스크 좌표계와 기판 좌표계를 대응하는 파라미터(배율, 주사 방향의 스케일링, 회전, 주사 방향의 평행도, X 방향 및 Y 방향의 오프세트)를 구함으로써 마스크상의 계측용 마크의 묘화 오차의 영향을 작게 억제할 수가 있다.
또 제 2 의 노광 방법에 의하면, 마스크측의 복수의 계측용 마크에 관한 계측을 행함으로써 마스크의 계측용 마크의 묘화 오차를 작게 하여 투영 광학계의 기준점과 얼라인먼트계의 기준점의 간격인 베이스 라인량을 정확하게 계측한다.
또 제 3 의 노광 방법에 의하면, 기준 마크부재상에 마스크상의 복수의 계측용 마크에 대응시켜 그 제 1 의 기준 마크를 다수 형성함과 동시에 이들 복수의 제 1 기준 마크로부터 각각 투영 광학계의 노광 필드내의 기준점과 얼라인먼트계의 기준점의 간격에 대응하는 간격으로 그 제 2 의 기준 마크를 다수 형성하기 때문에, 기준 마크측에도 평균화가 행하여지므로, 보다 정확하게 베이스 라인량이 계측된다.
또, 본 발명의 제 4 의 노광 방법에 의하면 퀵 모드에 의한 간단한 계획 공정을 선택함으로써 필요에 대응하여 높은 스루풋으로 마스크상의 좌표계와 스테이지상의 좌표계의 대응관계를 구할 수 있다.
또 제 5 의 노광 방법에 의하면 퀵 모드에 의한 간단한 계측 공정을 선택함으로써 필요에 따른 높은 스루풋으로 마스크상의 좌표계와 스테이지상의 좌표계의 대응관계 및 베이스 라인량을 구할 수 있다.
또 제 6 노광 방법에 의하면, 소정 매수의 기판에 노광을 행할 때 마다에 퀵 모드에 의한 간단한 계측 공정을 실행하기 때문에 많은 기판에 연속적으로 스케일링 방식으로 노광을 행하는 경우에 높은 스루풋으로 마스크상의 좌표계와 스테이지상의 좌표계의 대응관계 및 베이스 라인량을 구할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 7 노광 방법은, 조명광으로 소정 형상의 조명 영역을 조명하여 소정 형상의 조명 영역에 대하여 마스크 및 기판을 동기하여 주사함으로써 소정 형상의 조명 영역내의 상기 마스크상의 패턴을 투영 광학계를 통해 스테이지상의 기판상에 전사하는 노광 방법에 있어서,
마스크상에는 상대적인 주사 방향에 따라 설치된 복수의 계측용 마크가 형성되고, 스테이지상에는 복수의 계측용 마크의 일부에 대응하는 기준 마크가 형성되고,
마스크를 상대적인 주사 방향으로 이동시켜 마스크상의 복수의 계측용 마크와 기준 마크의 위치 어긋남량을 차례로 계측하는 것과,
위치 어긋남량을 의거하여 마스크상의 좌표계와 스테이지상의 좌표계와의 대응관계를 구하는 것이다.
본 발명의 제 8 의 노광 방법은, 조명광으로 소정 형상의 조명 영역을 조명하는 광학계와, 노광할 패턴이 설치된 마스크를 유지하는 마스크 스테이지와, 기판을 유지하는 기판 스테이지와, 마스크상의 패턴을 기판상에 투영하는 투영 광학계와, 투영 광학계의 광축으로부터 소정 위치만큼 떨어진 위치에 검출 중심을 가지는 얼라인먼트계를 가지는 투영 노광 장치를 사용하여 소정 형상의 조명 영역에 대하여 마스크 및 기판을 동기하여 주사함으로써 소정 형상의 조명 영역내의 마스크상의 패턴을 상기 투영 광학계를 통해 기판상에 전사하는 노광 방법에 있어서,
기판 스테이지상에 얼라인먼트계로 검출 가능한 기준 마크를 형성하고, 얼라인먼트계로 기준 마크의 위치 어긋남량을 계측하는 것과, 마스크의 마크 오차를 입력하는 것과, 입력된 마크 오차 및 계측된 위치 어긋남량을 의거하여 마스크 스테이지상의 좌표계와 기판 스테이지상의 좌표계의 대응관계 및 투영 광학계의 노광 필드내의 기준점과 검출 중심과의 간격을 구하는 것이다.
본 발명의 제 1 노광 장치는, 전사할 패턴이 설치된 마스크를 유지하는 마스크 스테이지와, 기판을 유지하는 기판 스테이지와, 조명광으로 상기 마스크를 조명하는 광학계와, 상기 마스크상의 패턴의 이미지를 상기 기판상에 투영하는 투영 광학계와, 상기 투영 광학계의 노광 필드내에서 상기 마스크상의 정해진 위치에 형성된 마스크 마크를 검출하는 제 1 의 마크 검출계를 가지며, 상기 투영 광학계에 대하여 상기 마스크 및 상기 기판을 동기하여 주사하고 상기 마스크상의 패턴을 상기 투영 광학계를 통해 상기 기판상에 전사하는 노광 장치에 있어서,
기판 스테이지상에 설치된 기준판, 이 기준판은 투영 광학계를 통해 제 1 의 마크 검출계에 의하여 검출 가능한 복수의 제 1 의 기준 마크를 가지며;
마스크상에 설치된 복수의 계측용 마크, 이 복수의 계측용 마크는 상대적인 주사 방향에 따라 또한 제 1 의 기준 마크에 대응하여 설치되며,
제 1 의 마크 검출계에 의하여 복수의 제 1 기준 마크의 일부와 복수의 계측용 마크의 일부를 관찰하고, 마스크상의 복수의 계측용 마크와 기준 마크의 위치어긋남량을 차례로 계측하도록 상대적인 주사 방향으로 상기 마스크 스테이지 및 기판 스테이지를 동기하여 이동하는 구동 제어계;
계측된 위치 어긋남량에 의거하여 마스크 스테이지상의 좌표계와 기판 스테이지상의 좌표계와의 대응관계를 구하는 연산 수단을 구비한다.
본 발명의 제 2 의 노광 장치는, 전사할 패턴이 설치된 마스크를 유지할 마스크 스테이지와, 기판을 유지하는 기판 스테이지와, 조명광으로 상기 마스크를 조명하는 광학계와, 상기 마스크상의 패턴 이미지를 상기 기판상에 투영하는 투영 광학계와, 상기 투영 광학계의 노광 필드내에서 상기 마스크상의 정해진 위치에 형성된 마스크 마크를 검출하는 제 1 의 마크 검출계를 가지며, 상기 투영 광학계에 대하여, 상기 마스크 및 상기 기판을 동기하여 주사하고 상기 마스크상의 패턴을 상기 투영 광학계를 통해 상기 기판상에 전사하는 노광 장치에 있어서,
기판 스테이지상에 설치된 기준판, 이 기준판은 투영 광학계를 통해 제 1 의 마크 검출계에 의하여 검출 가능한 복수의 제 1 기준 마크와 이 제 1 기준 마크로부터 미리 인식된 일정 간격만큼 떨어져 설치된 제 2 의 기준 마크를 가지며;
마스크상에 설치된 복수의 계측용 마크, 이 복수의 계측용 마크는 상대적인 주사 방향에 따라 또한 제 1 의 기준 마크에 대응하여 설치되며,
제 2 마크 검출계에 의하여 복수의 제 2 의 기준 마크내의 1 개를 관찰하는 상태에서 제 1 의 마크 검출계에 의하여 복수의 계측용 마크의 일부와 복수의 제 1 의 기준 마크의 일부를 관찰하여 얻도록 또한 마스크상의 복수의 계측용 마크와 기준 마크의 위치 어긋남량 및 상기 제 2 의 기준 마크의 위치 어긋남량을 차례로 계측하도록 상대적인 주사 방향의 마스크 스테이지 및 기판 스테이지를 이동하는 구동 제어계;
계측된 위치 어긋남량에 의거하여 마스크 스테이지상의 좌표계와 기판 스테이지상의 좌표계의 대응관계와, 투영 광학계의 노광 필드내의 기준점 및 검출 중심의 간격을 구하는 연산 수단을 구비한다.
이하 본 발명에 의한 투영 노광 방법의 제 1 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예는 슬릿 스캔 노광 방식의 투영 노광 장치로 레티클의 패턴을 웨이퍼상에 노광하는 경우에 본 발명을 적용하는 것이다.
도 1은 본 실시예의 투영 노광 장치를 나타내며, 이 도 1에 있어서 도시 생략된 조명 광학계로부터의 노광광(EL)에 의한 직사각형의 조명 영역(이하, 슬릿형상의 조명 영역이라함)에 의한 레티클(12)상의 패턴이 조명되고, 그 패턴의 이미지가 투영 광학계(8)를 통해 웨이퍼(5)상에 투영 노광된다. 이때에 노광광(EL)의 슬릿형상의 조명 영역에 대하여 레티클(12)이 도 1의 지면에 대하여 앞방향으로 일정 속도(V)로 주사되도록 동기하여, 웨이퍼(5)는 도 1의 지면에 대하여 뒷방향으로 일정 속도(V/M) (1/M 은 투영 광학계(8)의 축소 배율 )로 주사된다.
레티클(12) 및 웨이퍼(5)의 구동계에 대하여 설명한다. 레티클 지지대(9)상에 Y 축 방향(도 1의 지면에 수직인 방향) 으로 구동 가능한 레티클 Y 구동 스테이지(10)가 놓이고, 이 레티클 Y 구동 스테이지(10)상에 레티클 미소 구동 스테이지(11)가 놓이고, 레티클 미소 구동 스테이지(11)상에 레티클(12)이 진공척 등에 의해 유지되고 있다. 레티클 미소 구동 스테이지(11)는 투영 광학계(8)의 광축에 수직인면내에서 도 1의 지면에 평행한 X 방향, Y 방향 및 회전 방향(θ방향)에 각각 미소량 만큼씩 고정밀도로 레티클(12)의 위치 제어를 행한다. 레티클 미소 구동 스테이지(11)상에는 이동경(移動鏡)(21)이 배치되고, 레티클 지지대(9)상에 배치된 간섭계(14)에 의하여 항상 레티클 미소 구동 스테이지(11)의 X 방향, Y 방향 및 θ방향의 위치가 모니터된다. 간섭계(14)에 의해 얻어진 위치 정보(S1)가 주제어계(22A)에 공급되게 된다.
한편 웨이퍼 지지대(1)상에는 Y 축 방향으로 구동 가능한 웨이퍼 Y 축 구동 스테이지(2)가 놓이고, 그 위에 X 축 방향으로 구동 가능한 웨이퍼 X 축 구동 스테이지(3)가 놓이고, 그 위에 적어도 회전 방향으로 구동 가능한 Zθ축 구동 스테이지(4)가 설치되고 이 Zθ축 구동 스테이지(4)상에 웨이퍼(5)가 진공 흡착에 의하여 유지되고 있다. Zθ축 구동 스테이지(4)상에도 이동경(7)이 고정되고, 외부에 배치된 간섭계(13)에 의하여 Zθ축 구동 스테이지(4)의 X 방향, Y 방향 및 θ방향의 위치가 모니터되고 간섭계(13)에 의해 얻어진 위치 정보도 주제어계(22A)로 공급되고 있다. 주제어계(22A)는 웨이퍼 구동 장치(22B) 등을 통해 웨이퍼 Y 축 구동 스테이지(2), 웨이퍼 X 축 구동 스테이지(3), Zθ구동 스테이지(4)의 위치 결정 동작을 제어함과 동시에 장치 전체의 동작을 제어한다.
또 후술하지만 웨이퍼측의 간섭계(13)에 의해 계측된 좌표에 의해 규정되는 웨이퍼 좌표계와, 레티클측의 간섭계(14)에 의해 계측된 좌표에 의해 규정되는 레티클 좌표계의 대응을 취하기 위해, Zθ축 구동 스테이지(4)상의 웨이퍼(5)의 근방에 기준 마크판(6)이 고정되어 있다. 이 기준 마크판(6)상에는 후술한 것과 같이 각종 기준 마크가 형성되어 있다. 이들 기준 마크들중에는 Zθ축 구동 스테이지(4)측으로 도입되는 조명광에 의해 뒤쪽(Zθ축 구동 스테이지(4)측) 으로부터 조명되는 기준 마크(즉 발광성의 기준 마크)가 있다.
이 예의 레티클(12)의 위쪽에는 기준 마크판(6)상의 기준 마크와 레티클(12)상의 마크를 동시에 관찰하기 위한 레티클 얼라인먼트 현미경(19,20)이 장비되어 있다. 이 경우 레티클(12)로부터의 검출광을 각각 레티클 얼라인먼트 현미경(19,20)으로 도입하기 위한 편향 미러(15,16)가 이동 가능하게 배치되고, 노광 시퀀스가 개시되면, 주제어계(22A)로부터의 지령에 의해 미러 구동 장치(17, 18)에 의해 각각 편향 미러(15, 16)는 회피된다. 다시 투영 광학계(8)의 Y 방향의 측면부에 웨이퍼 (5) 상의 얼라인먼트 마크 (웨이퍼 마크)를 관찰하기 위한 오프 액시스 방식의 얼라인먼트 장치 (34) 가 배치되어 있다.
또 주제어계(22A)에는 오퍼레이터로부터의 명령을 입력하기 위한 키보드(22C)가 접속되어 있다. 본 실시예의 투영 노광 장치에는 고정밀도로 계측을 행하는 모드 이외에 다른 후술하는 것과 같은 간단하게 베이스 라인량 등의 계측을 행하기 위한 퀵 모드가 있고, 오퍼레이터는 키보드(22C)를 통해 주제어계(22A)에 이로부터 실행하는 모드가 고정밀도 모드인가 퀵 모드인가를 지시한다.
다음, 본예의 투영 노광 장치에 있어서 웨이퍼(5) 및 레티클(12)을 로드하여서 얼라인먼트를 종료하기 까지의 시퀀스에 대해 도 2a 및 도 2b의 플로우챠트를 참조하여 설명한다. 먼저 도 2a의 스텝(101)에 있어서 레티클 로더(후술)상에서외형 기준으로 레티클(12)의 프리얼라인먼트를 행한다.
도 3은 도 1의 레티클 미소 구동 스테이지(11)상에 레티클(12)을 보내기 위한 레티클 로더계를 나타내며, 이 도 3의 레티클 로더는 2 개의 레티클 암(23A,23B)과 이들 레티클 암(23A,23B)에 연결된 암회전축(25)과, 이 암회전축 (25)을 회전시키는 회전 기구 (26) 로 구성되어 있다. 레티클 암 (23A 및 23B) 의 레티클 장착면에는 각각 진공 흡착용의 홈 (24A, 24B) 이 형성되어 있고, 레티클 (23A 및 23B) 는 암 회전축(25)을 통해 각각 독립적으로 회전하도록 지지되어 있다.
레티클(12)의 모드시에는 위치 (A3) 에서 다른 레티클 반송 기구(비도면 표시)에 의해 레티클(12)이 레티클 암(23A)상으로 수수된다. 이 때에 다른 쪽의 레티클 암(23B)은 예를들면 앞공정에서 사용된 레티클의 반출에 사용된다. 다음에 위치 (A3) 의 근방에 설치된 레티클 외형 프리얼라인먼트 기구(도면에 없음)에 의해 레티클암(23A)상에서 레티클(12)이 외형 기준으로 일정한 정밀도로 얼라인먼트된 후 레티클(12)은 레티클암(23A)상에 진공 흡착된다. 다음에 도 2a의 스텝(102)에 있어서 회전 기구(26)가 암 회전축(25)을 통해 레티클 아암(23A)을 회전시켜 Y 방향(도 1의 레티클 구동 스테이지(10)의 대기 위치(수수 위치)의 위치 (B3) 까지 레티클(12)을 이동한다.
이때 진공 흡착용의 홈(24A)은 레티클 미소 구동 스테이지(11)상의 흡착 위치 (홈(24A)의 병렬 방향)와 직교하는 방향으로 연장하는 홈이며, 또한 레티클(12)의 패턴 영역 외의 위치에 있으므로, 레티클 미소 구동 스테이지(11)가 주사 방향인 y 방향의 최선단에 이동된 상태에서, 레티클암(23A)은 레티클 미소 구동 스테이지(11)상에 레티클(12)을 자유롭게 출입할 수 있도록 되어 있다. 레티클 미소 구동 스테이지(11)(도 1 참조)상에 레티클(12)이 도달하면, 암회전축(25)은 -Z 방향으로 내려오고, 레티클 미소 구동 스테이지(11)상의 진공 흡착면에 레티클(12)이 놓이고 레티클(12)의 수수가 완료된 후 레티클 암(23A)이 퇴피한다. 그후 레티클 미소 구동 스테이지(11)가 위치 (C3) 의 방향으로 레티클(12)을 반송해간다. 이때에 레티클 아암(23A 및 23B)는 독립으로 구동되고, 예를들면 각각 이 레티클 로드와 레티클 언로드를 동시에 행하는 것으로 레티클 교환 속도가 향상되게 된다.
다음에 도 2a 및 도 2b의 스텝 (103) 이하에서 레티클(12)의 얼라인먼트를 행하며, 이를 위한 기구 및 동작에 대해 설명한다.
도 4a는 레티클(12)상의 얼라인먼트 마크(레티클 마크)의 배치를 나타내며, 도 4b는 레티클상에서 투영 광학계의 유효 노광 필드와 공액인 영역(33R)내에서의 슬릿형상의 조명 영역(32)등을 나타낸다. 주사 방향을 y 방향으로 하고 y 방향에 수직인 방향을 x 방향으로 한다. 도 4a에 있어서, 레티클(12)상의 중앙부의 패턴 영역의 주위에는 차광부(31)가 형성되고, 이 차광부(31)의 외측에 형성되어 있는 레티클 마크는 러프 서어치용 얼라인먼트 마크(27, 28)와, 파인 얼라인먼트 마크 (29A, 29B, 29C, 29D 및 30A, 30B, 30C, 30D)로 나누어진다. 우변측의 러프 서어치용 얼라인먼트 마크(27)는 주사 방향인 y 방향을 따라 긴 직선형상 패턴과, 이 직선형상 패턴의 양단부에 형성된 + 자 패턴에 의해 형성되고, 좌변측의 러프 서어치용 얼라인먼트 마크(28)는 우변측의 러프 서어치용 얼라인먼트 마크(27)와 대칭적으로 구성되어 있다.
또 우변측의 차광부(31)와 러프 서어치용 얼라인먼트 마크(27)의 한쪽의 + 자 패턴과의 사이에 y 방향으로 근접하여 파인 얼라인먼트 마크(29A, 29B)가 형성되고, 우변측의 차광부(31)와 러프 서어치용 얼라인먼트 마크(27)의 다른 쪽의 +자 패턴과의 사이에 y 방향에 근접하여 파인 얼라인먼트 마크 (29C, 29D)가 형성된다. 이들 파인 얼라인먼트 마크 (29A, 29B, 29C, 29D)와 대칭적으로 좌변측에 파인 얼라인먼트 마크 (30A, 30B, 30C, 30D)가 형성되며, 이들 파인 얼라인먼트 마크(29A, 29B, 29C, 29D 및 30A, 30B, 30C, 30D)는 도 4a에서는 단순히 + 자형 마크로 되어 표시되나 실제로는 각각 도 4c에 표시되는 것과 같이 3 개의 직선형상 패턴을 x 방향으로 소정 간격으로 2 조 배열됨과 동시에 3 개의 직선형상 패턴을 y 방향으로 소정 간격으로 2 조 배열된 것이다. 우선 도 2a 및 도 2b의 스텝(103)에 있어서, 도 4a의 좌변측의 러프 서어치용 얼라인먼트 마크(28)를 도 1의 레티클 얼라인먼트 현미경(이하 RA 현미경이라함; 20)으로 검출한다. 도 4b는 이 경우의 RA 현미경(19, 20)의 레티클(12)상에서의 관찰 영역(19R 및 20R)을 나타내며, 러프 서어치를 행할 때에는 러프 서어치용 얼라인먼트 마크(27 및 28)는 각각 관찰 영역(19R 및 20R)보다도 외측에 있으며, 또한 유효 노광 필드와 공액인 영역(33R)보다도 외측에 있다. 이것은 러프 서어치를 위하여 러프 서어치용 얼라인먼트 마크(27, 28)는 커질 필요가 있으나, 그것에 맞추어 투영 광학계의 노광 필드를 크게 하면 투영 렌즈 지름을 크게 할 필요가 있으므로, 코스트가 증가하게 된다. 그래서 본 예에서는 러프 서어치를 행할 때의 순서에 대하여 도 5a, 도 5b를 참조하여 설명한다.
도 5a는 러프 서어치용 얼라인먼트 마크(28)의 한쪽의 + 자 패턴 근방의 확대도, 도 5b는 도 5a를 축소한 도면이다. 도 5a 및 도 5b에 있어서 RA 현미경(20)의 정방형의 유효 시야(20Ref)의 폭을 W 로 하여, 레티클(12)의 외형에 대한 패턴의 묘화 오차와 설치 오차의 곱의 설계값을 ΔR 로 한다. 따라서 도 5b에서와 같이 폭(ΔR)의 정방형의 영역내에 러프 서어치용 얼라인먼트 마크(28)의 한쪽의 + 자 패턴(28a)이 반드시 포함되어 있다. 검출 대상은 그 + 자형 패턴 (28a)의 x 좌표 및 y 좌표이지만 본 예에서는 그 얼라인먼트 마크(28)의 2 축에 대하여 45°로 교차하는 방향으로, 즉, x 축 및 y 축으로 경사되어 그 폭 W 의 유효 시야(20Ref)를 주사한다. 따라서 그 경사 주사시에 얼라인먼트 마크(28)를 횡단한 때의 x 좌표 및 y 좌표로서 그의 + 자 패턴(28a)의 x 좌표 및 y 좌표를 구한다.
이를 위하여 정(正)의 실수 a 의 정수부를 INTA 로 표시한 것으로, 그 폭(ΔR)의 정방형의 영역을 그 폭 (W) 의 유효시야(20Ref)로 주사한 최저의 회수인 서어치 화면수는 {INT(ΔR/W)+1} 이 된다. 이 서어치 화면수는 미리 구해 둔다. 그리고 최초의 유효시야(B5)를 중심으로 한 그 폭 (ΔR) 의 정방형의 영역에, 경사로 각각 폭 (W) 의 {INT(ΔR/W)+1} 개의 유효 시야(A5, B5, C5,...)를 설정하고, 도 1의 레티클 미소 구동 스테이지(11)를 구동하여 각 유효 시야를 스텝핑하여 순차로 도 5a의 유효 시야(20Ref)내에 설정하면서 각 유효 시야내의 화상을 샘플링한다.
도 5b에서와 같이 적어도 폭 ΔR×ΔR 의 서어치 범위중에 서어치 대상의 얼라인먼트 마크(28)의 + 자 패턴(28a)은 존재하고 서어치 범위에 대하여 충분하게 얼라인먼트 마크(28)가 크다. 따라서 이 얼라인먼트 마크(28)에 대하여 경사 방향으로 유효 시야를 스텝 전송하면, 최소 화면수로 얼라인먼트 마크(28)의 + 자 패턴 (28a)의 좌표를 분명하게 검출할 수가 있다. 그때의 화상 처리는 촬상된 화면내의 전체 라인의 주사선을 가산하여 얻어지는 화상 신호에 대한 일차원 화상 처리로 된다.
도 6a 내지 도 6f는 그러한 전체 라인의 주사선을 가산하여 얻어지는 여러 가지 화상 신호를 표시하고, 도 6a 및 도 6d는 도 5b의 유효 시야(A5)에서 얻어지는 x 방향 및 y 방향에 따른 화상 신호, EH 6b 및 도 6e는 도 5b의 유효 시야(B5)에서 얻어지는 x 방향 y 방향에 따른 화상 신호, 도 6c 및 도 6f는 도 5b의 유효 시야(C5)에서 얻어지는 x 방향 및 y 방향에 따른 화상 신호이다. 도 6b의 화상 신호로부터 + 자 패턴 (28a)의 x 좌표가 구해지고 도 6f의 화상 신호로부터 + 자 패턴(28a)의 y 좌표가 구해진다.
이리하여 서어치용 레티클 마크(28)을 검출한 후에 도 2a 및 도 2b의 스텝 (104) 에 있어서, RA 현미경(19)의 관찰 영역에 러프 서어치용 얼라인먼트 마크(27)를 이동하여, 마찬가지로 그 얼라인먼트 마크(27)의 위치를 검출한다. 단, 이 경우 도 1의 기준 마크판(6)의 패턴이 없는 부분을 투영 광학계(8)의 노광 필드내로 이동하여 그 패턴이 없는 부분을 저부로부터 조명한다. 이렇게 기준 마크판(6)으로부터 사출되는 조명광에 의하여 그들 러프 서어치용 얼라인먼트마크(27, 28)를 이면측(Zθ 축 구동 스테이지 4 측)으로부터 조명한다.
이상의 시퀀스로 도 4b의 RA 현미경(19, 20)의 관찰 영역 (19R, 20R)에 대한 러프 서어치용 얼라인먼트 마크(27 및 28)의 위치 및 레티클 좌표계의 대응을 대략적으로 부여할 수가 있다. 또 RA 현미경의 관찰 영역(19R, 20R)과 웨이퍼 좌표계의 대략적 대응은 도 1의 기준 마크판(6)상의 기준 마크를 RA 현미경(19, 20)으로 계측함으로써 행할 수 있다. 그것에 의하여 파인 얼라인먼트 마크(29A, 29B, 29C, 29D 및 30A, 30B, 30C, 30D)와 기준 마크판 (6)상의 기준 마크(후술)가 겹치지 않을 정도의 대략적 얼라인먼트(러프 얼라인먼트)가 종료된다.
단, 본예에서는 투영 광학계(8)의 렌즈 지름을 작게 하기 위하여 레티클(12)상의 얼라인먼트 마크를 러프 서어치용 얼라인먼트 마크와 파인 얼라인먼트 마크로 나누고 있으나, 투영 광학계(8)의 렌즈 지름을 크게 하여도 좋은 경우는 그들 러프 서어치용 얼라인먼트 마크와 파인 얼라인먼트 마크를 공통 마크로 할 수 있다. 이 경우에도 도 5a, 도 5b에서와 같이 경사방향으로 스텝 전송하여 얼라인먼트 마크를 서어치하는 수법은 유용하고 RA 현미경(19, 20)으로 얼라인먼트 마크의 서어치를 동시에 행할 수 있다.
다음에 파인 얼라인먼트의 시퀀스를 설명하겠으나, 그전에 웨이퍼 스테이지 및 레티클 스테이지의 상세한 구성에 대해 설명한다.
도 7a는 웨이퍼 스테이지의 평면도이고, 그 도 7a에 있어서, Zθ 축 구동 스테이지(4)의 상에 웨이퍼(5) 및 기준 마크판(6)이 배치되어 있다. 또 Zθ축 구동 스테이지(4)상에는 X 축용 이동경(7X) 및 Y 축용 이동경(7Y)이 고정되고, 웨이퍼(5) 상에서 도 4b의 슬릿형상의 조명 영역(32)에 대응하는 슬릿형상의 조명 영역(32W)이 노광광으로 조명되고, 관찰 영역(19W 및 20W)이 각각 도 4b의 관찰 영역(19R, 20R)과 공액이다.
이동경(7X)에는 X 축에 평행이고 또 각각 투영 광학계의 광축 및 얼라인먼트 장치(34)의 기준점을 통하는 광로에 따라 간격(IL)의 레이저빔(LWX 및 LWof)이 조사되고, 이동경(7Y)에는 Y 축에 평행한 광로에 따라 간격 IL 의 2 개의 레이저 빔 (LWY1 및 LWY2)이 조사되고 있다. 노광시에는 Zθ 축 구동스테이지 (4)의 X 좌표로서 레이저 빔(LWX)을 사용하는 간섭계로 계측된 좌표값이 사용되고 Y 좌표로서 레이저 빔 (LWY1 및 LWY2)을 각각 사용하는 간섭계로 계측된 좌표값(Y1및 Y2)의 평균치 (Y1+Y2)/2 가 사용된다. 또 예를들면 좌표치 Y1과 Y2의 차로부터 Zθ 축 구동 스테이지(4)의 회전 방향(θ 방향)의 회전량을 계측한다. 그들의 좌표에 의거하여, Zθ 축 구동 스테이지(4)의 XY 평면의 위치 및 회전각이 제어된다.
특히 주사 방향인 Y 방향은 2 개의 간섭계의 계측 결과의 평균치를 사용하는 것으로 주사시의 공기 요동 등에 의한 오차를 평균화 효과에 의하여 완화하고 있다. 또 오프 액시스 방식의 얼라인먼트 장치(34)를 사용하는 경우의 X 축 방향의 위치는 소위 아베 오차(Abbe's error)가 생기기 않도록 레이저빔(LWof)를 사용하는 전용 간섭계의 계측치에 의거하여 제어하는 구성이다.
도 7b는 레티클 스테이지의 평면도이며, 이 도 7b에 있어서, 레티클 Y 구동 스테이지(10)상에 레티클 미소 구동 스테이지(11)가 놓이고 그위에 레티클(12)이 유지되게 된다. 또 레티클 미소 구동 스테이지(11)에는 X 축용 이동경(21x) 및 y 축용의 2개의 이동경(21y1, 21y2)이 고정되며 이동경(21x)에는 x 축에 평행하게 레이저 빔(LRx)이 조사되고, 이동경(21y1, 21y2)에는 각각 y 축에 평행하게 레이저 빔(LRy1, LRy2)이 조사된다.
웨이퍼 스테이지와 마찬가지로 레티클 미소 구동 스테이지(11)의 y 방향의 좌표는 레이저빔(LRy1 및 LRy2)을 사용하는 2 개의 간섭계로 계측되는 좌표값 y1및 y2의 평균치 (y1+y2)/2 가 사용된다. 또 x 방향의 좌표는 레이저 빔(LRx)을 사용하는 간섭계로 계측되는 좌표치가 사용된다. 또, 예를들면 좌표치(y1과 y2)와의 차로부터 레티클 미소 구동 스테이지(11)의 방향(θ 방향)의 회전량이 계측된다.
이 경우, 주사 방향인 y 방향의 이동경(21y1, 21y2)으로서는 코너큐브형의 반사 요소가 사용되며, 이동경(21y1, 21y2)에서 반사되는 레이저빔 (LRy, LRy2)은 각각 반사 미러(39, 38)에서 반사되어 되돌아온다. 즉, 이 레티클용의 간섭계는 더블 버스 간섭계이며, 이것에 의하여 레티클 미소 구동 스테이지(11)의 회전에 의하여 레이저 빔의 위치 어긋남이 생기지 않는 구성으로 되어 있다. 또 웨이퍼 스테이지상과 마찬가지로 레티클(12)상에 슬릿형상의 조명 영역(32) 및 RA 현미경(19, 20)의 관찰 영역(19R, 20R)이 배치되어 있다. 그리고 관찰 영역(19R, 20R)에서만 레티클(12)과 도 7a의 Zθ 축 구동 스테이지(4)를 관찰할 수 있도록 되어 있다. 이리하여 레티클(12)과 Zθ 축 구동 스테이지(4)와의 관계를 계측하여 노광시의 얼라인먼트 정밀도 및 레티클(12)과 웨이퍼(5)의 회전 정밀도를 향상시키는 것이나 이 방법에 대하여 도 8a, 도 8b, 도 8c, 도 8d, 도 8e, 제 8f 도 및 도 9를 참조하여 설명한다,
도 8a는 도 4a의 레티클(12)을 도 7a의 기준 마크판(6)상에 투영하여 얻은 레티클 이미지(12W)를 표시하고 이 도 8a에 이어서 도 4a의 파인 얼라인먼트 마크(29A, 29B, 29C, 29D)에 공액인 마크 이미지(29AW, 29BW, 29CW, 29DW)와 파인 얼라인먼트 마크(30A, 30B, 30C, 30D)에 공액인 마크 이미지(30AW, 30BW, 30CW, 30DW)로 표시되어 있다. 각 마크 이미지(29AW, 29BW, 29CW, 29DW 및 30AW, 30BW, 30CW, 30DW )은 각각 도 8b에 표시한 바와 같이 3 개의 직선형상의 패턴을 4 변에 배치시킨 형상이다.
도 8c는 기준 마크판(6)상의 기준 마크의 배치를 나타내고 이 도 8c의 기준 마크(6)상에는 도 8a의 마크 이미지 (29AW, 29BW, 29CW, 29DW 및 30AW, 30BW, 30CW, 30DW) 와 거의 동일한 배치로 각각 기준 마크(35A, 35B, 35C, 35D 및 36A, 36B, 36C, 36D)가 형성되어 있다. 이들 기준 마크는 기준 마크판(6)의 이면으로부터 노광광과 동일한 파장의 조명광으로 조명되어 있다. 또 기준 마크판(6)상에는 기준 마크(35A 및 36A)의 중점으로부터 주사 방향인 Y 방향으로 간격 (IL) 만큼 떨어진 위치에 기준 마크(37A)가 형성되어 있다. 간격 (IL) 은 도 1에 있어서 투영 광학계(8)의 기준점과 오프 액시스 방식의 얼라인먼트 장치(34)의 기준점과의 간격인 베이스 라인량과 대등하다. 마찬가지로 기준 마크 (35B, 36B) 의 중점, 기준 마크 (35C, 36C)의 중점 및 기준 마크(35D, 36D)의 중점으로부터 각각 Y 방향으로 간격 (IL) 만큼 떨어진 위치에 기준 마크 (37B, 37C 및 37D)가 형성되어 있다.
기준마크(35A, 35B, 35C, 35D, 36A, 36B, 36C, 36D)는 각각 도 8d에 나타낸 것과 같이 7행x7열의 직선형상 패턴으로부터 구성되며, 또 이들 기준 마크 (35A, 35B, 35C, 35D, 36A, 36B, 36C, 36D)는 도 8b의 마크 이미지(29AW, 29BW, 29CW, 29DW, 30AW, 30BW, 30CW, 30DW)의 내부에 수용되는 크기이다. 또 기준 마크(37A, 37B, 37C, 37D)는 도 8e에 나타낸 것처럼 X 방향 및 Y 방향으로 소정 피치로 형성된 격자 패턴내의 대응하는 격자점을 사용하는 것이다.
이 경우, 먼저, 도 2a 및 도 2b의 스텝(105)에 있어서, 스텝(103 및 104)의 계측에 의하여 얻어진 결과로부터 레티클(12)과 RA 현미경 (19 및 20)의 상대적인 위치 관계 및 상대적인 회전각을 산출하고 도 4a의 파인 얼라인먼트 마크(29A 및 30A)를 각각 RA 현미경(19 및 20)의 관찰 영역(19R 및 20R)내에 이동시킨다. 그후 스텝(106)에 있어서 도 8c의 기준 마크판(6)상의 기준 마크 (35A 및 36A)를 각각 그 관찰 영역 (19R 및 20R)과 공액인 관찰 영역(19W 및 20W)(도 9 참조)으로 이동한다. 이에 따라 도 9의 220 의 부분에 나타낸 것과 같이 관찰 영역(19W)내에 마크 이미지(29AW)와 기준 마크(35A)가 동시에 관찰되고 관찰 영역(20W)내에서 마크 이미지(30AW)와 기준 마크(36A)가 동시에 관찰될 수 있다. 그후 도 2a 및 도 2b의 스텝(107)에 있어서 RA 현미경(19 및 20)에서 관찰되는 화상을 촬상 신호로 변환하여 샘플링함과 동시에 오프 액시스 방식의 얼라인먼트 장치(34)에서도 대응하는 기준 마크 이미지의 검출 신호를 샘플링한다.
도 9의 220 의 부분에 있어서는 기준 마크판(6)상에 레티클(12)의 투영 이미지인 레티클 이미지(12W)가 투영되고 있다. 또 도 9의 222 의 부분에 나타낸 것과 같이 관찰 영역(19W, 20W)은 각각 투영 광학계(8)의 노광 필드내의 광축을 횡단하는 위치에 있으며 오프 액시스 방식의 얼라인먼트 장치(34)의 관찰 영역내에 기준 마크(37A)가 수용된다. 그리고 슬릿 스캔 노광시와 마찬가지로, 도 7a의 Zθ 축 구동 스테이지(4)가 상측(Y방향)으로 이동하는 것과 동기되어 도 7b 의 레티클 미소 구동 스테이지(11)가 하측(-y 방향)으로 이동하면 도 9의 220 의 부분, 221 의 부분에 나타낸 바와 같이 기준 마크판(6)과 레티클 이미지(12W)가 함께 Y 방향으로 움직인다. 이때 RA 현미경(19, 20)의 관찰 영역(19W, 20W)과 오프 액시스 방식의 얼라인먼트 장치(34)는 고정되어 있으므로 관찰 영역(19W, 20W) 및 얼라인먼트 장치(34)의 아래를 부호 (A) 가 부여된 마크군 (마크 이미지 (29AW, 30AW), 기준 마크 (35A, 36A, 37A))으로부터 부호 (D) 가 부여된 마크군 (마크 이미지 (29DW, 30DW), 기준 마크 (35D, 36D, 37D))까지 이동되어진다.
먼저, 얼라인먼트 개시 후의 도 9의 220 의 부분에 표시된 제 1 의 정지 위치에서는, 관찰 영역(19W) 아래에 마크 이미지(29AW) 및 기준 마크(35A)가 있고 관찰 영역(20W)하에는 마크 이미지(30AW) 및 기준 마크 (36A) 가 있고 오프 액시스 방식의 얼라인먼트 장치(34)의 아래에는 기준 마크(37A)가 있고 이들 부호 (A) 가 부여된 마크는 동시에 모두 관찰된다. 제 1 의 정지 위치에서의 계측이 종료하면 스텝핑 동작에 의하여 제 2 의 정지 위치까지 레티클 이미지(12W)와 기준 마크판(6)을 동기하여 이동시킨다. 제 1 의 정지 위치에서 관찰 영역(19W, 20W) 및 얼라인먼트 장치(34)의 아래에 존재한 마크군은 부호 (A) 가 부여된 마크군이며, 제 2 의 정지 위치에서 관찰 영역(19W, 20W) 및 얼라인먼트 장치(34)의 아래에 존재하는 마크군은 부호 (B) 가 부여된 마크군(제 8 도의 마크 이미지 (29BW), 도 8b의 기준 마크 (35B, 37B) 등)이다.
이상과 같은 시퀀스를 제 3 의 정지 위치 및 제 4 의 정지 위치 (도 9의 221 부분에 나타낸 상태)로 반복하므로써 레티클 이미지(12W)의 마크 이미지 및 기준 마크판(6)상의 기준 마크는 부호 (A) 가 부여된 마크군, 부호 (B) 가 부여된 마크군, 부호 (C) 가 부여된 마크군, 부호 (D) 가 부여된 마크군의 순으로 각각 RA 현미경(19, 20) 및 오프 액시스 방식의 얼라인먼트 장치(34)에 의해 계측되게 된다. 이 동작이 도 2a 및 도 2b 스텝(105 ~ 110)의 동작이다. 이리하여 구해진 계측 결과를 알기 쉽게 표현하기 위하여 계측 결과를 도 10에 나타낸다.
도 10에서 RA 현미경(19)으로 얻은 측정 결과를 후술하는 것과 같이 보정하여 얻어진 기준 마크(35A)로부터 마크 이미지(29AW)까지의 얼라인먼트 오차의 벡터를 AL 로 한다. 마찬가지로 기준 마크 (35B, 35C, 35D)로부터 각각 마크 이미지(29BW, 29CW, 29DW)까지의 얼라인먼트 오차의 벡터를 BL, CL, DL 로 한다. 마찬가지로 기준 마크 (36A) 로부터 마크 이미지 (30AW) 까지의 얼라인먼트 오차의 벡터를 AR 로 하여 기준 마크(36B, 36C, 36D)로부터 각각 마크 이미지(30BW, 30CW, 30DW)까지의 얼라인먼트 오차의 벡터를 BR, CR, DR 로 한다. 또 오프 액시스 방식의 얼라인먼트 장치(34)에서 얻어지는 계측 결과를 후술한 것과 같이보정하여 구하며 기준 마크(37A, 37B, 37C, 37D)로부터 그 얼라인먼트 장치(34)의 기준점까지의 오차 벡터를 각각 AO, BO, CO, DO 로 한다.
그리고 오차 벡터(AL, AR, BL, BR, CL, CR, DL, DR)를 얻을 때의 도 1의 레티클측의 간섭계(14)로 계측된 x 방향의 좌표치, 즉 도 7b의 레이저 빔(LRx)을 사용하여 얻은 좌표치를 각각 ReAx, ReBx, ReCx, ReDx, 오차 벡터 (AL, AR, BL, BR, CL, CR, DL, DR) 을 얻을 때의 도 1의 레티클측의 간섭계 (14) 로 계측된 y 방향의 좌표치, 즉, 도 7b의 레이저 빔 LRy1, LRby2 를 사용하여 얻은 좌표치를 각각 ReAy1, ReBy1, ReCy1, ReDy1, ReAy2, ReBy2, ReCy2, ReDy2 로 한다. 또 오차 벡터 (AL, AR, BL, BR, CL, CR, DL, DR) 을 얻을 때의 도 1의 웨이퍼측의 간섭계(13)에서 계측된 X 방향의 좌표치, 즉 도 7a의 레이저 빔 LWX 를 사용하여 얻은 좌표치를 각각 WaAX, WaBX, WaCX, WaDX, 오차 벡터 (AL, AR, BL, BR, CL, CR, DL, DR) 을 얻을 때의 도 1의 웨이퍼측의 간섭계(13)에서 계측한 Y 방향의 좌표치, 즉 도 7a의 레이저 빔 LWY1, LWY2 를 사용하여 얻은 좌표치를 각각 WaAY1, WaBY1, WaCY1, WaDY1, WaAY2, WaBY2, WaCY2, WaDY2 로 한다.
또 오차벡터 AO, BO, CO, DO 를 얻을 때의 오프 액시스 방식의 얼라인먼트 장치 전용의 간섭계로 얻은 X 방향의 좌표치, 즉, 도 7a의 레이저빔 (LWOF) 를 사용하여 얻은 좌표치를 각각 WaAOX, WaBOX, WaCOX, WaDOX로 한다. 이 경우 도 7a에서와 같이, 웨이퍼측의 레이저 빔 (LWY1, LWY2) 의 X 방향의 간격은 IL 이며 레티클측의 레이저빔 LRy1, LRy2 의 웨이퍼측에서의 간격은 RL 이다.
다음에 도 10의 오차 벡터(AL)등을 구하는 방법을 설명하기 위하여 도 1의 RA 현미경(19)의 구성을 상세히 설명한다.
도 11는 RA 현미경(19) 및 그 조명계를 나타내며, 이 도 11에 있어서 Zθ 축 구동 스테이지(4)의 외부로부터 광 파이버(44)를 통해 노광광과 동일 파장의 조명광 (EL)이 Zθ 축 구동 스테이지(4)의 내부에 도입된다. 광 파이버(44)대신에 렌즈계로 노광광을 릴레이하여도 된다. 이렇게 도입된 조명광이 렌즈(45A), 빔 스플리터(45B) 및 렌즈(45C)를 경유하여 기준 마크판(6)상의 기준 마크(35A, 35B, 35C, 35D)를 조명하고, 빔 스플리터(45B)를 투과한 조명광이 렌즈(45D), 렌즈(45E), 미러(45F) 및 렌즈 (45G)를 경유하여 기준 마크판(6)상의 기준 마크(36A, 36B, 36C, 36D)를 조명하고 있다.
예를들면 기준 마크(35A)를 투과한 광은 투영 광학계(8)를 통해 레티클(12)상의 파인 얼라인먼트 마크(29)상에 그 기준 마크(35A)의 이미지를 결상한다. 그 기준 마크(35A)의 이미지 및 얼라인먼트 마크(29)로부터의 광이 편향 미러(15), 렌즈(40A), 렌즈(40B)를 경유하여 하프 미러(42)에 달하고 하프 미러(42)에서 2 분할된 광이 각각 2 차원 CCD 로 이루어진 X 축용의 촬상 소자(43X) 및 Y 축용의 촬상 소자(43Y)의 촬상면에 입사한다. 이들 촬상 소자(43X, 43Y)의 촬상면에는 각각 도 12a에 표시된 것과 같은 파인 얼라인먼트 마크(29A) 및 기준 마크(35)의 이미지(35AR)가 투영된다. 이 경우 X 축용의 촬상 소자(43X)의 촬상화면(43Xa)은 웨이퍼 스테이지상의 X 방향으로 평행한 영역이고 또 수평 주사선의 방향도 X 방향이지만 Y 축용의 촬상 소자(43Y)의 촬상 화면(43Ya)은 웨이퍼 스테이지상의 Y방향으로 평행한 영역이고 또 수평 주사선의 방향도 Y 방향이다.
따라서 촬상 소자(43X)의 촬상 신호(S4X)의 가산 평균으로부터 기준 마크(35A)와 얼라인먼트 마크(29A)의 X 방향의 위치 어긋남량이 구해지며, 촬상 소자(43Y)의 촬상 신호(S4Y)의 가산 평균으로부터 기준 마크(35A)와 얼라인먼트 마크(29A)의 Y 방향의 위치 어긋남량이 구해진다. 이들 촬상 신호(S4X 및 S4Y)가 신호 처리 장치(41)에 공급된다.
보다 상세히 부호 (A) 가 부여된 마크군을 얼라인먼트하고 있는 경우를 예로 들어 설명하면, RA 현미경(19)에서는 예를 들면 도 12a에서와 같이 얼라인먼트 마크(29A)와 기준 마크 이미지(35AR)를 동시에 관찰한다. 이 도 12a에서 파선으로 둘러싸인 촬상 화면(43Xa 및 43Ya) 내의 화상 신호(S4X 및 S4Y)가 신호 처리 장치(41)내에서 아날로그/디지탈 변환에 의하여 디지탈 신호로 되어 검출된다. 각각의 주사선상의 화상 데이터는 신호 처리 장치(41)내에서, X 축 및 Y 축에서 독립적으로 가산 평균되고, 가산 평균된 X 축용의 화상 신호(S4X) 및 Y 축용의 화산 신호(S4Y')는 각각 도 12b 및 c 에서와 같이 된다. 이들 화상 데이터는 각각 1 차원 화상 처리 신호로서 처리된다.
이리하여 얻어진 신호를 신호 처리 장치(41)에서 연산 처리하면, 도 10의 레티클(12)의 마크 이미지(29AW)와 기준 마크판(6)의 기준 마크(35A)와 X 방향 및 Y 방향의 상대적인 위치 어긋남(AL'X및 AL'Y)이 구해진다. 이리하여 도 1의 RA 현미경(20)에 의하여 마크 이미지(30AW)와 기준 마크(36A)의 X 방향 및 Y 방향의상대적인 위치 어긋남(AR'X및 AR'Y)이 구해진다. 마찬가지로 도 10의 마크 이미지(29BW, 29CW, 29DW)와 기준 마크(35B, 35C, 35D)의 상대적인 위치 어긋남 및 마크 이미지(30BW, 30CW, 30DW)와 기준 마크(36B, 36C. 36D)의 상대적인 위치 어긋남이 구해진다.
그러나 예를 들면 도 12b의 얼라인먼트 마크(29A)에 대응하는 화상 신호와 기준 마크 이미지(35AR)에 대응하는 화상 신호는 각각 레티클측의 간섭계와 웨이퍼측의 간섭계에 의해 위치를 제어하게 된다. 따라서 예를들면 부호 (A) 가 부여된 마크군(도 10의 29AW, 35A, 30AW, 36A)을 계측할 때의 레티클측의 간섭계의 계측 좌표(ReAx, ReAy1, ReAy2)와 웨이퍼측의 간섭계의 계측 좌표(WaAX, WaAY1, WaAY2)에 대하여 각 스테이지의 추종 오차에 기인하는 계측 오차(=실측치-설정치)인 ΔReAx, ΔReAy1, ΔReAy2 와 ΔWaAX, ΔWaAY1, ΔWaAY2 가 생긴다. 이 계측 오차가 이전의 연산으로부터 구해진 상대적인 위치 어긋남(AL'X, AL'Y)에 포함된다.
여기에서 다음식과 같이 계측에 의하여 얻어진 상대적인 위치 어긋남으로부터 그들의 오차를 뺀 결과가 도 10의 얼라인먼트 오차의 벡터(AL)의 X 성분(ALX) 및 Y 성분(ALY)으로 된다. 단, 다음식에 있어서 (1/M)은 투영 광학계(8)의 축소 배율이며 IL 및 RL 은 각각 도 7a에서 설명한 간격이다.
마찬가지로 하여 도 10의 얼라인먼트 오차의 벡터 (AR) 의 X 성분(ARX) 및 성분(ARY)도 다음식으로부터 구해진다.
다음에 오프 액시스 방식의 얼라인먼트 장치(34)에 의하여 얻어진 결과를 보정하여 얻은 도 10의 오차 벡터(AO, BO, CO, DO)에 대해 설명하나, 이를 위한 얼라인먼트 장치(34)의 구성에 대해 도 13를 참조하여 설명한다.
도 13는 그 얼라인먼트 장치(34)의 구성을 나타내며, 그 도 13에서 기준 마크판(6)상의 기준 마크로부터의 광은 편향 미러(46)에 의해 편향되어 하프 프리즘(47)에 입사되고 하프 프리즘(47)에서 반사된 광이 백색광을 사용한 화상 처리 방식의 얼라인먼트 광학계(이하 FIA 광학계라 한다; 48)로 향하고 하프 미러를 투과한 광은 헤테로다인 빔(heterodyne beam)에 의하여 격자 마크로부터의 회절광을 검출하기 위한 얼라인먼트 광학계(이하 LIA 광학계라 함; 52)에 입사한다.
먼저 FIA 광학계(48)측으로부터 설명하면, 조명 광원(49)으로부터의 조명광은 FIA 광학계(48)를 경유한 후, 하프 프리즘 (47) 및 편향 미러(46)에 의해 편향되어 기준 마크판(6)상의 기준 마크를 조명한다. 그 되돌림 광은 같은 광로를 따라 FIA 광학계(48)로 돌아오고 FIA 광학계(48)를 통과한 광이 하프 프리즘(50A)에 입사하고 하프 프리즘(50A)을 통과한 광속이 2 차원 CCD 로 이루어진 X 축용의 촬상 소자(51X)의 촬상면상에 기준 마크판(6)상의 기준 마크 이미지를 결상하고 하프 프리즘(50A)에서 반사된 광속이 2 차원 CCD 로 이루어진 Y 축용의 촬상 소자(51Y)의 촬상면상에 기준 마크판(6)상의 기준 마크 이미지를 결상한다.
각각의 촬상 소자(51X 및 51Y)의 촬상면상에는 도 14a와 같이 화상이 결상된다. 기준 마크판(6)상의 기준 마크는 격자형상의 패턴의 격자점이며 도 14a에는 격자형상의 패턴의 이미지(37P)가 투영되어 있다. 그 격자형상의 패턴의 이미지(37P)의 기준 마크판(6)상에서의 격자 피치를 P, 암선의 폭을 L 로 하면, 폭 L 은 격자 피치 (P) 보다 상당히 작게 설정되어 있다. 또 그 촬상면에는 기준 마크판(6)의 조명광과는 별도의 조명광으로 조명된 X 방향용의 참조 마크(지표 마크) 이미지 (48X1, 48X2) 및 Y 방향용의 지표 마크 이미지(48Y1, 48Y2)이 결상되어 있다. 그들 지표 마크 이미지의 위치를 기준으로 하여 기준 마크판(6)상의 기준 마크의 위치를 검출할 수가 있다.
구체적으로 도 14a중에서 X 방향과 공액인 방향의 촬상 영역(51Xa) 및 Y 방향과 공액인 방향의 촬상 영역(51Ya)이 각각 도 13의 촬상 소자(51X 및 51Y)로 촬상된다. 촬상 소자(51X, 51Y)의 수평 주사선의 방향은 각각의 X 방향 및 Y 방향과 공액인 방향이며 촬상 소자(51X 및 51Y)의 각각의 촬상 신호(S5X, S5Y)가 도 13의 신호 처리 장치(56)에 공급된다. 신호 처리 장치(56)에는 촬상 신호(S5X 및 S5Y)를 각각 가산 평균하여 도 14b의 화상 신호(S5X') 및 도 14c의 화상 신호(S5Y')를 얻고, 이들 화상 신호로부터 기준 마크판(6)상의 대상으로 하는 기준 마크와 위치 어긋남을 구한다. 다시 상세한 구성은 일본 특허 출원평 4-16589 호에 개시되어 있다.
검출 대상으로 하는 기준 마크가 도 10의 기준 마크(37A)인 경우에, 도 14a의 화상 처리에 의하여 얻어진다. 기준 마크(37A)의 참조 마크에 대한 X 방향 및 Y 방향의 상대적 위치 어긋남을 각각 AO'fX및 AO'fY로 한다. 이때의 기준 마크판(6)의 위치는 웨이퍼 좌표계로 관리되므로, 그 계측 결과로부터 도 7a의 Zθ 축 구동 스테이지(4)의 추종 오차 및 회전 오차를 뺀 값이 도 10의 오차 벡터(AO)의 X 성분(AOX) 및 Y 성분(AOY)으로 된다. 단, 도 13의 FIA 광학계(48)에 대응하는 X 성분(AOX) 및 Y 성분(AOY)을 각각 A 및 AOfY로 한다. 즉 다음식이 얻어진다.
한편 도 13의 LIA 광학계(52)를 포함하는 얼라인먼트계에서는 레이저광원(53)으로부터 레이저 광이 LIA 광학계(52), 하프 프리즘(47)을 투과한 후 편향 미러(45)로 편향되어 기준 마크판(6)상의 회전 격자형상의 기준 마크에 입사한다. 그 기준 마크로부터의 회절광은 같은 광로를 따라 LIA 광학계(52)로 되돌아오며 LIA 광학계(52)를 통과한 회절광은 하프 프리즘(50B)에서 2 분할되고 X 방향용의 수광 소자(55X) 및 Y 방향용의 수광 소자(55Y)에 입사한다.
이때에 LIA 광학계(52)내에서 레이저 광원(53)으로부터의 레이저 광은 2 분할되고, 내부의 주파수 시프터에 의해 그들 2 개의 레이저광의 주파수에는 Δf 의 주파수 차가 부여되게 된다. 그들 2 개의 레저광의 간섭광이 수광 소자(54)에서 수광되고 그 수광 소자로부터는 주파수 Δf 의 참조 신호(S6)가 출력된다. 또 그들 2 개의 주파수가 다른 레이저광(헤테로다인 빔)이 있는 적당한 입사각으로 기준 마크판(6)상의 회절 격자형상의 기준 마크에 조사되고 그 기준 마크에 의한 이들 2 개의 레이저광의 ±1 차 회절광이 평행으로 기준 마크판(6)에 대하여 수직으로 되돌아가게 되어 있다. 그 ±1차광의 간섭광은 주파수 Δf에서 광 강도가 변화하거나 위상이 기준 마크의 X 좌표 및 Y 좌표에 응하여 변화한다. 그리고 수광 소자(55X)로부터는 기준 마크의 X 좌표에 응하여 위상이 변화하는 주파수 Δf 의 비트 신호(S7X)가 출력되고 수광 소자(55Y)로부터는 기준 마크의 Y 좌표에 응하여 위상이 변화하는 주파수 Δf 의 비트 신호(S7Y)가 출력되고, 참조 신호(S6) 및 비트 신호(S7X, S7Y)는 신호 처리장치(56)에 공급되게 된다.
검출 대상의 기준 마크를 도 10의 기준 마크(37A)로 하면 도 13의 신호 처리 장치(56)는 도 14d에 나타낸 것과 같이 참조 신호(S6)와 비트 신호(S7X)의 위상차Δφx 로부터, 기준 마크(37A)의 X 방향의 위치 어긋남(AO'LX)을 구하고 도 14e에서 표시한 것과 같이 참조 신호(S6)와 비트 신호(S7X)의 위상차 ΔφY로부터, 기준 마크(37A)의 Y 방향의 위치 어긋남(AO'LX)을 구한다. 이 계측 결과로부터 도 7a의 Zθ 축 구동 스테이지(4)의 추종 오차 및 회전 오차를 뺀값이 도 10의 오차 벡터(AO)의 X 성분(AOX) 및 Y 성분(AOY)이 된다. 단 도 13의 LIA 광학계(52)에 대응하는 X 성분(AOX) 및 Y 성분(AOY)을 각각 AO 및 AOLY로 한다. 즉, 다음식이 얻어진다.
이상과 같이 하여, 도 10의 부호 (A) 가 부여된 마크군의 위치에서 얼라인먼트를 행하면, ALX, ALY, ARX, ARY, AOfX, AOfY, AOLX, AOLY의 8 개의 데이터가 계측된다. 이러한 시퀀스로 부호 (A) 가 부여된 마크군으로부터 부호 (D) 가 부여된 마크군까지의 계측을 행하므로써 32 개(=8×4)의 데이터가 구해진다. 이들 32 개의 데이터내에서 RA 현미경(19 및 20)으로부터 얻어진 데이터를 실측 데이터(Dxn, Dyn)로서 기억하고, 오프 액시스 방식의 얼라인먼트 장치(34)에 의해 얻어진 데이터를 실측 데이터(Axn, Ayn)로서 기억한다. 그후 동작은 도 2a 및 도 2b의 스텝(111)으로 이행한다. 도 2a 및 도 2b의 스텝(111)에 있어서 RA 현미경(19, 20)에 대응하는 실측 데이터(Dxn, Dyn)에 대하여 실제로 레티클 좌표계와 웨이퍼 좌표계를 선형 오차만으로 변환되도록 한 좌표로서, x 방향 및 y 방향의 좌표를 Fxn및 Fyn으로 하면 이들의 관계는 이하와 같이 된다.
또 x 방향 및 y 방향의 비선형 오차를 εxn및 εyn으로 하면 다음식이 성립된다.
이리하여 이들 비선형 오차(εxn, εyn)가 최소로 되도록 최소 자승근사를 사용하여 식 (9)의 6 개의 파라미터 (Rx, Ry, θ, ω, Ox, Oy)의 값을 산출한다. 여기에서 x 방향의 스케일링 파라미터(Rx)는 레티클(12)과 기준 마크판(6)의 x 방향의 배율 오차를 나타내고, 스케일링 파라미터(Ry) 는 레티클 좌표계와 웨이퍼 좌표계의 주사 방향(y 방향)의 스케일링 오차를 나타낸다. 또 각도 파라미터(θ)는 레티클(12)과 기준 마크판(6)과 회전 오차, 각도 파라미터(ω)는 레티클 좌표계와 웨이퍼 좌표계의 주사 방향의 평행도, 오프세트 파라미터(Ox 및 Oy)는 양자의 x 방향 및 y 방향의 오프세트치를 각각 나타낸다.
다음에 도 2a 및 도 2b의 스텝(112, 113)에 있어서 베이스 라인량을 구한다. 이 경우 오프 액시스 방식의 얼라인먼트 장치(34)에서 계측된 데이터(Axn및 Ayn)의 평균치를 각각 <Ax> 및 <Ay>라 하여, 베이스 라인량 계측시의 오프세트는 (<AX> - Ox, <Ay> - Oy)라 한다. 따라서 얼라인먼트시에는 도 7a의 레이저 빔(LWX)을 사용하여 간섭계(이하 노광용 간섭계(LWX)라고도 호칭함)로부터 레이저 빔(LWOF)을 사용하는 간섭계(이하 오프 액시스 전용 간섭계(LWOF)라고도 호칭함)에 제어를 전환하고, 도 13의 FIA 광학계(48)를 사용하는 경우에는 계측된 데이터 (Axn 및 Any)의 평균치를 각각 <Afx> 및 <Afy>로 한다. 그리고 오프세트 (<Afx> - Ox, <Afy> - Oy)의 오프세트를 도 7a의 레이저 빔 (LWY1, LWY2, LWOF)에 대응하는 간섭계의 계측에 주어 얼라인먼트 처리를 행하면 된다. 한편 도 13의 LIA 광학계(52)를 사용하는 경우에는 계측되는 데이터(Axn및 Ayn)의 평균치를 각각 <ALx> 및 <ALy>로 한다. 그리고 간섭계의 계측치에 (<ALX>-Ox, <ALY>-Oy)의 오프세트를 주면 된다.
이상에 의하면 구해지는 베이스 라인량은 (<Afx>-Ox, <Afy>-Oy)의 오프세트나 (<ALx>-Ox, <ALy>-Oy)의 오프세트로 베이스 라인량(간격 IL)을 보정한 것으로 한다.
또한 이상의 보정 방식은 스테이지 좌표계의 기준 좌표계를 기준 마크판(6)상의 기준 마크에 의거하여 설정한 것을 의미하고 있다. 이경우에는 환언하면 예를들면, 기준 마크판(6)상의 기준 마크(37A, 37B, 37C, 37D)를 통하는 축이 기준축이 되고, 이 기준축상에서 노광용 간섭계(LWX)의 판독 값은 0 으로 한 경우의 이 기준축상에서의 오프 액시스 전용 간섭계(LWOF)의 판독 값(요잉치(yawing value))이 구해진다. 그리고 노광시에는 노광용 간섭계(LWX)의 판독 값과 오프 액시스 전용 간섭계(LWOF)의 실제의 판독 값에 그 요잉치의 보정을 행한 결과를 각각 「수수용의 간섭계치」로 하여 이 수수용의 간섭계 값에 의거하여 웨이퍼(5)의 위치 맞춤을 행하는 것이다.
이것에 대하여 예를들면 도 7a에 있어서 스테이지 좌표계의 기준축을 X 축용의 이동경(7X)으로 하는 방법을 사용하여도 좋다. 이경우에는 우선 도 7a의 상태에서 노광용 간섭계(LWx)의 판독 값 및 오프 액시스 전용 간섭계(LWOF)의 판독 값을 동시에 리셋(0)하여, 이후의 노광시에는 수수용의 간섭계 값을 사용하지 않고 계측값의 것을 사용한다. 한편 얼라인먼트시에는 예를들면 기준 마크판(6)상의 기준 마크(37A, 37B, 37C, 37D)를 통하는 기준축의 이동경(7X)에 대하는 경사각 θXF를 구하고 레이저 빔(LWX 과 LWOF)과의 간격(IL)을 사용하여 오프 액시스 전용 간섭계(LWOF)의 판독 값에 IL·θXF의 보정을 하여 얻은 값을 사용한다. 이에따라 통상의 노광시에는 노광용 간섭계(LWX)의 판독 값 및 오프 액시스 전용 간섭계(LWOF)의 판독 값을 그대로 사용하도록 한다.
다음에 계측 데이터(Dxn, Dyn)는 웨이퍼 좌표계와 레티클 좌표계의 상대 오차만을 표시하고 있으므로, 웨이퍼 좌표계 기준으로 최소 자승근사계산을 한 경우는 구해진 파라미터(Rx, Ry, θ, ω, Ox, Oy)는 모두 웨이퍼 좌표계를 기준으로 한 레티클 좌표계의 선형 오차로 표시된다. 여기서 레티클 좌표계의 x 좌표 및 y 좌표를 각각 rxn' 및 ryn' 로 하면, 웨이퍼 좌표계의 움직임에 응하여 다음식으로부터 구해진 신좌표(rxn, ryn)에 의거하여 레티클을 구동하면 좋다.
이 처리에서는 이미 오프세트(Ox, Oy)의 보정이 레티클 측에 되어 있으므로, 베이스 라인량으로서는 (<Ax>, <Ay>)의 오프세트를 보정하는 것만으로 된다. 또 레티클 좌표계를 기준으로 한 경우는 모두 역의 결과로 되어, 웨이퍼 좌표계로 보정하는 것도 가능하다. 또 이들 보정은 러프 얼라인먼트시는 웨이퍼 좌표계에서 보정하고 파인 얼라인먼트시는 레티클 좌표계로 행하도록 모습으로 나누어 제어하여도 상관없다.
이상과 같이 본 실시예에 의하면, 1 회의 레티클 얼라인먼트시에 복수의 마크를 이용하여 레티클 얼라인먼트 및 베이스 라인량의 체크를 행하므로, 레티클의 묘화 오차와, 레티클 및 웨이퍼의 위치 맞춤 오차를 평균화하는 것이 가능하며 얼라인먼트 정밀도가 향상된다. 또한 이러한 공정을 모두 동시에 행하므로써, 스루풋도 향상된다. 다시 비주사 방향(X 방향)에 있어서 복수의 기준 마크를 동시에 계측할 수 있는 기준 마크판(6)을 채용하고 있기 때문에, 간섭계의 광로의 공기 요동에 의한 오차가 생기지 않는다.
그러나 주사 방향에는 기준 마크판(6)이 스텝적으로 이동하므로 공기 요동에 의한 영향이 고려된다. 그 때문에 베이스 라인량의 체크시에 도 13의 LIA 광학계(52)를 사용하는 처리를 행할 때에 수광 소자(55X, 55Y)의 출력값을 사용하여 웨이퍼 스테이지(Zθ 축 구동 스테이지(4) 등)의 위치를 록하여, 레티클 얼라인먼트 및 베이스 라인량의 체크를 행하면, 공기 요동의 영향은 최소한으로 억제할 수 있다. 또 본 예의 레티클 마크는 레티클(12)의 4 모서리부의 합계 8 개소에 배치되어 있다. 이것은 레티클 좌표계와 웨이퍼 좌표계의 대응 관계를 조사하기 위하여 오프세트만이 아니라 파라미터(Rx, Ry, θ, ω)가 필요하며 4 모서리에 마크를 배치한 쪽이 파라미터(Ry, θ, ω)의 결정에는 유리한 것으로 된다. 다시 발광성의 기준 마크판(6)을 사용하는 경우는 발광부에 제한이 있어 기준 마크판(6)상의 전면을 발광시키는 것이 곤란하기 때문이다.
또 레티클(12)상의 레티클 마크수를 n 이라 하면, 오프세트 파라미터(Ox, Oy)는 1/n1/2로 평균화되고, 다른 파라미터의 오차도 작아지며, 따라서 레티클 마크수(n)를 증가하는 정도로 오차는 적어진다. 이하에 레티클 마크수(n)와 파라미터의 오차 및 베이스 라인량의 오차의 관계를 시뮬레이션한 결과를 나타낸다. 이하에서는 수 (11)의 신좌표계에서의 4 모서리의 분산을 표준 편차(σ)의 3 배로 하고 또한 [nm] 의 단위로 표시한다.
레티클마크수(n) RX, Ry, θ, ω의 오차 베이스 라인량의오차
좌표축 X Y X Y 나쁜쪽의 자승합계
481216 9.59 10.967.10 7.925.86 6.485.03 5.80 8.8 7.26.2 5.15.1 4.24.4 3.6 16.009.437.776.83
이상과 같이 레티클 마크수(n)를 8 개로 함으로써 레티클 묘화 오차를 50nm, 스테이지의 스텝핑 오차를 10nm 으로 하여도, 레티클 얼라인먼트 및 베이스 라인량의 체크의 정밀도를 10nm 이하로 할 수가 있다. 즉, 발광성의 기준 마크판(6)의 제한이내에서 처리 속도를 빠르게 하여 레티클 마크수(n)를 많게 하면 보다 정밀도를 향상시킬 수가 있다.
그때에 기준 마크판(6)상의 패터닝 오차 및 투영 광학계(8)의 일그러짐 오차가 신좌표계내에 오차가 남으나, 그들은 변동이 전혀 없으므로, 장치 조정시에 노광 결과를 참조 데이터와 비교하여, 얻어진 오차를 시스템 오프세트로 하여 제거하면 문제는 없다.
또 상기 실시예에서는 도 8c에서와 같이 기준 마크판(6)상에 기준 마크(35A, 35B, 35C, 35D)가 다수 설치되어, 기준 마크(37A, 37b, 37C, 37D)도 다수개 설치되어 있다. 이리하여 예를들면 1 개의 기준 마크(35A) 및 1 개의 기준 마크(37A)만을 사용하여 레티클(12)만을 주사하여 계측 결과를 평균화하고 최소 자승근사로 하므로서 레티클 좌표계와 웨이퍼 좌표계의 대응관계를 구하도록 하여도 좋다. 이 방법에 의해도 레티클(12)상의 패턴의 묘화 오차의 영향을 저감할 수 있다.
다음 본 발명의 제 2 실시예에 대해 도 15a 및 도 15b 및 도 16의 플로우챠트를 참조하여 설명한다. 이에 관하여 상기 제 1 실시예의 레티클 얼라인먼트 모드는 레티클상의 4 조의 파인 얼라인먼트 마크(29A, 29B, 29C, 29D, 30A, 30B, 30C, 30D)를 사용하여 파인의 레티클 얼라인먼트를 행하는 것이었다.
그러나 제 1 실시예의 방법에 의하여 1 번 파인의 레티클 얼라인먼트가 행해진 후는, 스캔 방향의 스케일링 오차 또는 스캔 방향의 레티클 좌표계와 웨이퍼 좌표계와의 평행도가 작을 경우 등에는 1 조의 파인 얼라인먼트 마크를 사용하여 레티클 얼라인먼트나 베이스 라인계측을 행하도록 하여도 좋다. 이러한 1 조의 파인 얼라인먼트 마크를 사용하여 비스캔 방향의 배율(Rx) 계측, 회전(θ)계측 및 베이스 라인 계측의 3 항목에 대한 계측을 실시하는 얼라인먼트 모드를 퀵 모드라고 부른다. 이 퀵 모드는 다시 레티클(12)상의 파인 얼라인먼트 마크(29A, 29B, 29C, 30D)의 묘화 오차가 작은 것이 미리 알려진 경우에도 적용할 수가 있다.
이 퀵 모드에서는 예를들면 레티클(12)상의 1 조의 파인 얼라인먼트 마크(29A, 30A)와 기준 마크판(6)상의 1 조의 기준 마크(35A, 36A)와 기준 마크판(6)상의 1 개의 기준 마크(37A)를 사용해 비스캔 방향의 배율(Rx) 계측, 회전(θ)계측, 및 베이스 라인 계측의 3 항목에 대한 계측을 실시한다. 단, 퀵 모드의 경우, 1 조의 파인 얼라인먼트 마크 (29A, 30A) 의 묘화 오차를 보정하기 위해서는 파인 얼라인먼트 시퀀스로 구한 마크(29A, 30A)의 묘화 오차를 기억할 필요가 있다.
이 제 2 실시예의 동작을 도 15a 및 도 15b 및 도 16를 참조하여 설명한다. 도 15a 및 도 15b 및 도 16의 동작은 도 2a 및 도 2b의 동작에 퀵 모드를 가한 동작이며, 파인 모드와 퀵 모드가 전환 가능하게 된다. 도 15a 및 도 15b의 스텝에 있어서 도 2a 및 도 2b의 스텝에 대응하는 스텝은 동일 부호를 부여하여 그 상세 설명을 생략한다.
도 15a에 있어서의 스텝(101 ~104)에 대하여 도 2a의 경우와 마찬가지로 레티클 홀더상에 레티클(12)을 놓고 러프 서어치용 얼라인먼트 마크(27 및 28)의 위치를 각각 RA 현미경(19 및 20)에서 검출한다. 다음에 스텝(115)에서 파인 모드와 퀵 모드와의 어느 1 쪽을 선택한다. 이 선택 결과는 미리 도 1의 키보드(22C)를 통해 오퍼레이터로부터 지시되어 있다. 단 도시하지 않은 바코드 리더에 의해 레티클(12)의 패턴 정보 등을 판독하고 그 결과를 의거하여 주제어계(22A)가 자동적으로 얼라인먼트 모드를 선택하도록 해도 좋다.
파인 모드가 선택되면 도 15a 및 도 15b의 스텝(105~113)이 실행되고, 상기와 같이 복수의 파인 얼라인먼트 마크와 복수의 기준 마크를 사용한 레티클 얼라인먼트 및 파인 얼라인먼트의 계측 결과를 사용한 베이스 라인 계측이 실행된다. 그리고 스텝(114)에서 레티클(12)상의 신좌표계상에 있어서 본래의 위치에 대한 실제의 파인 얼라인먼트 마크(29A 및 30A)의 위치의 묘화 오차(이하 마크 오차라 함)를 구하고 그 마크 오차를 주제어계(22A)내의 기억부에 기억한다. 마크 오차를 구할 때에는 스텝(113)에서 구한 관계(변환 파라미터)로부터 웨이퍼 좌표계를 기준으로 하여 레티클 좌표계를 구하고, 이 레티클 좌표상에서 파인 얼라인먼트 마크(29A, 29B, 29C, 29D, 30A, 30B, 30C, 30D)의 설계상의 좌표값에 대한 계측된 좌표치의 비선형 오차를 구한다. 이 비선형 오차가 마크 오차로 된다. 이리하여 파인 얼라인먼트시에 스텝(112, 113)의 결과로부터 레티클상의 신좌표계상에서의 마크 오차를 기억해 둔다. 또 레티클 묘화 오차를 미리 계측하고 있는 경우는 오퍼레이터가 묘화 오차를 직접 입력하여도 좋다. 묘화 오차에 선형 성분이 포함될 때는 특히 효과가 크다.
한편, 스텝(115)에서 퀵 모드가 선택되면, 동작은 도 16의 스텝(116)으로 이행한다. 그리고 스텝(116~118)에 있어서 도 15a의 스텝(105~107)과 같은 동작을 실행한다. 즉 퀵 모드에서 레티클(12)상의 1 쌍의 파인 얼라인먼트 마크(30A, 29A) 및 기준 마크판(6)상의 1 쌍의 기준 마크(36A, 35A)의 이미지를 RA 현미경에 의해 관찰하고 오프 액시스 방식의 얼라인먼트 장치(34)에 의해 1 개의 기준 마크(37A)를 검출한다. 또 스텝(119)의 후반에서 RA 현미경으로 관찰한 마크, 및 오프 액시스 방식의 얼라인먼트 장치(34)에서 검출된 마크의 위치를 구한다. 그후 스텝(119)에 있어서 레티클(12)상의 파인 얼라인먼트 마크(30A, 29A)의 검출된 위치에 대하여 도 15a 및 도 15b의 스텝(114)에서 구한 마크 오차의 보정을 행한다. 이것에 의하여 퀵 모드로 계측하는 마크의 개수는 적어도 레티클(12)상의 패턴 묘화 오차는 제 1 실시예의 파인 얼라인먼트 모드의 경우와 거의 같은 정도로 보정될 수 있다.
다음에, 스텝(120)에 있어서, 스텝(119)에서의 보정에 의해 얻어진 각 마크의 위치에 의거하여 식 (9)의 6 개의 변환 파라미터(Rx, Ry, θ, ω, Ox, Oy)내의 비스캔 방향의 배율 오차(Rx), 회전(θ), 및 오프세트(Ox, Oy)를 구한다. 구체적으로는, 도 8a 및 도 8c에서와 같이 실측된 기준 마크(35A, 36A)의 X 방향(비스캔 방향)의 마크 간격과, 마크 이미지(29AW, 30AW)의 X 방향의 간격과의 차로부터 비스캔 방향의 배율 오차(Rx)를 구한다. 다시 기준 마크(35A, 36A)의 Y 방향(스캔 방향)의 위치 어긋남과 마크 이미지(29AW, 30AW)의 Y 방향의 위치 어긋남의 차 및 마크 간격으로부터 회전(θ)를 구한다. 또 오프세트 (Ox, Oy)는 기준 마크와 레티클의 마크 이미지의 평균적인 위치 어긋남량으로부터 구해진다.
또, 이 퀵 모드에서는, 계측 대상이 되는 마크는 레티클측과 기준 마크판(6)측에서 2 개씩 있기 때문에, 식 (9)의 6 개의 변환 파라미터내의 4 개의 변환 파라미터만이 결정될 수는 없다. 여기에서 상기와 같이 4 개의 변환 파라미터의 값을 구한다. 또, 예를들면, 도 4a 내지 도 4c 의 Y 방향에 나란한 2 개의 파인 얼라인먼트 마크(29A, 29D) 및 도 8c의 2 개의 기준 마크(35A, 35D)를 계측 대상으로 선택함으로써 주사 방향의 스케일링 오차(Ry)를 구할 수가 있다.
그리고 스텝(120)에서 구해진 비스캔 방향의 배율 오차(Rx), 회전(θ), 및 오프세트(Ox, Oy)에 의거하여 레티클 얼라인먼트가 행해진다. 배율 오차(Rx)의 계측은 각 마크의 설계값에 대한 각 마크의 계측값의 어긋남분에 대응하는 배율 오차(Rx)를 미리 테이블로 준비하여 두고, 각 마크의 설계값에 대한 각 마크의 계측값의 어긋남분을 그 테이블에 적용시켜 배율 오차(Rx)를 구하도록 하여도 좋다.
다음에, 스텝(121)에 있어서, 기준 마크(35A, 36A)의 중심 좌표의 계측치와 기준 마크(37A)의 계측치를 사용하여 베이스 라인 계측을 행한다.
이와 같이, 본 실시예에 의하면, 한번 파인 얼라인먼트 모드를 실행하여 레티클(12)의 패턴의 묘화 오차(마크 오차)를 구하여 두고, 퀵 모드로 얼라인먼트를 실행하는 경우에는, 그 마크 오차의 보정을 행하므로, 높은 스루풋으로 또 고정밀도로 슬릿 스캔 방식의 투영 노광 장치의 얼라인먼트를 행할 수 있다.
다음에 본 발명의 제 3 실시예에 대해 도 17의 플로우챠트를 참조하여 설명한다. 이 제 3 실시예는 웨이퍼를 소정 매수 교환할 때마다, 즉, 소정 매수의 웨이퍼에 노광을 행할 때마다 상기 퀵 모드로 레티클 얼라인먼트와 베이스 라인 계측을 행하는 것이다. 본 실시예에 있어서, 도 1의 투영 노광 장치로 레티클을 교환한 후, 예를들면 수 100 매의 웨이퍼에 레티클(12)의 패턴을 차례로 노광하는 경우의 동작의 1 예를 도 17를 참조하여 설명한다.
먼저 도 17의 스텝(211)에 있어서 종래의 레티클을 도 1의 레티클(12)과 교환하여 노광 동작을 개시시킨다. 이때에 도 15a 및 도 15b의 스텝(101~104 및 115), 병렬로 도 16의 스텝(116~121)에 나타내고, 퀵 모드의 레티클 얼라인먼트 및 베이스 라인 체크의 동작이 실행된다. 그후 스텝(211)에서 변수(N)에서 초기값으로 하여, 다음에 레티클 얼라인먼트 및 베이스 라인 체크를 행하기 까지 노광하는 웨이퍼의 매수를 설정하고 스텝(213)에서 웨이퍼를 웨이퍼 스테이지(4)상에 로드한다. 단, 스텝(213)에서 이미 노광된 웨이퍼가 있을 때는 그 노광완료된 웨이퍼의 언로드(반출)를 행한 후 새로운 웨이퍼의 로드를 행한다.
다음에 스텝(214)에서 변수(N)가 0 인가 아닌가, 즉, 레티클 얼라인먼트 및 베이스 라인 체크를 행하는 타이밍인가 아닌가를 조사하고, 변수(N)가 0 보다 큰 경우에는 스텝(215)에서 변수(N)로부터 1을 감산하여 스텝(216)으로 이행한다. 이 스텝(216)에서는 도 13의 오프 액시스 방식의 얼라인먼트 장치(34) 또는 TTL 방식의 웨이퍼 얼라인먼트계를 사용하여 웨이퍼의 얼라인먼트를 행한 후, 웨이퍼의 각 쇼트 영역에 레티클(12)의 패턴이 노광된다. 전부(지정 매수)의 웨이퍼로의 노광이 종료되면, 그 레티클(12)에 관한 노광 공정은 종료되나, 전부의 웨이퍼로의 노광이 종료되지는 않은 경우에는 스텝(213)으로 돌아가 노광 완료된 웨이퍼의 언로드 및 새로운 웨이퍼의 로드가 행해진다. 그후 동작은 스텝(214)으로 이행한다.
또 스텝(214)에서 N=0, 즉 레티클 얼라인먼트 및 베이스 라인 체크를 행하는 타이밍인 경우에는, 스텝(217)에 있어서, 레티클(12)의 회전 오차 및 배율 오차의 계측이 행해진다. 이것은 도 16의 스텝(120)과 마찬가지이다. 그후 스텝(218)으로 이행하고, 여기에서 오프 액시스 방식의 얼라인먼트 장치(34, FIA 광학계(48)를 포함한 얼라인먼트계 또는 LIA 광학계(52)를 포함하는 2 광속 간섭 얼라인먼트 방식의 웨이퍼 얼라인먼트계)의 X 방향 및 Y 방향의 베이스 라인 체크를 행한다. 그후 스텝(219)에서 변수(N)로 하여 다음에 베이스 라인 체크를 행하기 까지에 노광한 웨이퍼의 매수를 설정하고나서, 동작은 스텝(216)으로 돌아간다.
이와 같이, 본 실시예에 의하면, 레티클을 교환할 때마다 레티클 얼라인먼트 및 베이스 라인 계측을 행함과 동시에 소정 매수의 웨이퍼에 노광을 행할 때마다에 퀵 모드로 레티클 얼라인먼트 및 베이스 라인 계측을 행하기 때문에, 높은 스루풋으로 각 웨이퍼와 레티클의 패턴 이미지의 중첩의 정밀도를 높일 수 있다.
또 상기 실시예의 수법은 오프 액시스 방식의 얼라인먼트시의 베이스 라인 계측에 대하여 설명하고 있으나 투영 광학계의 필드내를 이용한 TTL(through the lens)방식에 있어서도 본 발명의 적용에 의한 마찬가지 효과가 기대된다.
이와 같이, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 여러 가지의 구성을 얻을 수 있다.

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  17. (신설) 소정패턴이 형성된 제 1 물체와 노광대상으로서의 제 2 물체를 동기하여 이동함으로써, 상기 제 2 물체를 주사노광하는 주사 노광 방법에 있어서,
    상기 제 1 물체와 상기 제 2 물체의 일측을 지지하는 제 1 가동체의 이동을 제어하기 위한 제 1 좌표계로 규정되는 주사방향과, 타측을 지지하는 제 2 가동체의 이동을 제어하기 위한 제 2 좌표계로 규정되는 주사방향과의 대응관계를 구하는 것을 특징으로 하는 주사 노광 방법.
  18. (신설) 제 17 항에 있어서, 상기 대응관계로서, 상기 제 1 좌표계로 규정되는 주사방향과 상기 제 2 좌표계로 규정되는 주사방향의 평행도를 구하는 것을 특징으로 하는 주사 노광 방법.
  19. (신설) 제 17 항에 있어서, 상기 대응관계를 구하기 위해 상기 제 1 가동체 상의 마크와 상기 제 2 가동체상의 마크를 검출하는 것을 특징으로 하는 주사 노광 방법.
  20. (신설) 제 19 항에 있어서, 상기 제 1 가동체상에는 상기 주사방향으로 떨어진 복수의 마크가 배치되는 것을 특징으로 하는 주사 노광 방법.
  21. (신설) 제 20 항에 있어서, 상기 제 2 가동체상에는 상기 주사방향으로 떨어진 복수의 마크가 배치되는 것을 특징으로 하는 주사 노광 방법.
  22. (신설) 제 19 항에 있어서, 상기 제 1 가동체상의 마크와 상기 제 2 가동체상의 마크를 검출하기 위해, 상기 제 1 가동체와 상기 제 2 가동체의 각각을 상기 주사방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 주사 노광 방법.
  23. (신설) 제 19 항에 있어서, 상기 제 1 가동체상의 마크와 상기 제 2 가동체상의 마크 중의 일측은 기준부재상에 형성된 기준마크인 것을 특징으로 하는 주사 노광 방법.
  24. (신설) 제 17 항에 기재된 방법을 이용하는 소자 제조 방법.
  25. (신설) 소정패턴이 형성된 제 1 물체와 노광대상으로서의 제 2 물체를 동기하여 이동함으로써, 상기 제 2 물체를 주사노광하는 주사 노광 방법에 있어서,
    상기 제 1 물체와 상기 제 2 물체와의 일측을 지지하는 제 1 가동체의 이동을 제어하기 위한 제 1 좌표계로 규정되는 주사방향의 스케일링과, 타측을 지지하는 제 2 가동체의 이동을 제어하기 위한 제 2 좌표계로 규정되는 주사방향의 스케일링과의 대응관계를 구하는 것을 특징으로 하는 주사 노광 방법.
  26. (신설) 제 25 항에 있어서, 상기 대응관계를 구하기 위해 상기 제 1 가동체상의 마크와 상기 제 2 가동체상의 마크를 검출하는 것을 특징으로 하는 주사 노광 방법.
  27. (신설) 제 26 항에 있어서, 상기 제 1 가동체상에는 상기 주사방향으로 떨어진 복수의 마크가 배치되는 것을 특징으로 하는 주사 노광 방법.
  28. (신설) 제 27 항에 있어서, 상기 제 2 가동체상에는 상기 주사방향으로 떨어진 복수의 마크가 배치되는 것을 특징으로 하는 주사 노광 방법.
  29. (신설) 제 26 항에 있어서, 상기 제 1 가동체상의 마크와 상기 제 2 가동체상의 마크를 검출하기 위해, 상기 제 1 가동체와 상기 제 2 가동체의 각각을 상기 주사방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 주사 노광 방법.
  30. (신설) 제 26 항에 있어서, 상기 제 1 가동체상의 마크와 상기 제 2 가동체상의 마크중의 일측은 기준부재상에 형성된 기준마크인 것을 특징으로 하는 주사 노광 방법.
  31. (신설) 제 25 항에 기재된 방법을 이용하는 소자 제조 방법.
  32. (신설) 소정패턴이 형성된 제 1 물체를 지지하는 제 1 가동체와 노광대상으로서의 제 2 물체를 지지하는 제 2 가동체의 각각을 소정의 주사방향으로 동기하여 이동함으로써, 상기 제 2 물체를 주사노광하는 주사 노광 방법에 있어서,
    상기 제 1 가동체상의 마크와 상기 제 2 가동체상의 마크를 검출함으로써, 상기 주사방향과 교차하는 방향의 배율오차에 관한 정보를구하는 것을 특징으로 하는 주사 노광 방법.
  33. (신설) 제 32 항에 있어서, 상기 제 1 가동체 및 상기 제 2 가동체상의 각각에는, 상기 주사방향과 교차하는 방향으로 떨어진 복수의 마크가 배치되는 것을 특징으로 하는 주사 노광 방법.
  34. (신설) 제 32 항에 기재된 방법을 이용하는 소자 제조 방법.
  35. (신설) 소정패턴이 형성된 제 1 물체와 노광대상으로서의 제 2 물체의 각각을 동기하여 이동함으로써, 상기 제 2 물체를 주사노광하는 주사노광장치에 있어서,
    상기 제 1 물체와 상기 제 2 물체의 일측을 지지하는 제 1 가동체와,
    상기 제 1 물체와 상기 제 2 물체의 타측을 지지하는 제 2 가동체와,
    상기 제 1 가동체의 주사방향과, 상기 제 2 가동체의 주사방향과의 대응관계를 구하기 위한 계측수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 주사형 노광 장치.
  36. (신설) 제 35 항에 있어서, 상기 계측수단은, 상기 제 1 가동체의 주사방향과 상기 제 2 가동체의 주사방향의 평행도를 구하는 것을 특징으로 하는 주사형 노광 장치.
  37. (신설) 제 35 항 또는 제 36 항에 있어서, 상기 계측수단은, 상기 대응관계를 구하기 위해 상기 제 1 가동체상의 마크와 상기 제 2 가동체상의 마크를 검출하는 것을 특징으로 하는 주사형 노광 장치.
  38. (신설) 제 37 항에 있어서, 상기 제 1 가동체상에는 상기 주사방향으로 떨어진 복수의 마크가 배치되는 것을 특징으로 하는 주사형 노광 장치.
  39. (신설) 제 38 항에 있어서, 상기 제 2 가동체 상에는 상기 주사방향으로 떨어진 복수의 마크가 배치되는 것을 특징으로 하는 주사형 노광 장치.
  40. (신설) 제 37 항에 있어서, 상기 계측수단에 의해 상기 제 1 가동체상의 마크와 상기 제 2 가동체상의 마크를 검출하기 위해, 상기 제 1 가동체와 상기 제 2 가동체의 각각을 상기 주사방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 주사형 노광 장치.
  41. (신설) 제 37 항에 있어서, 상기 제 1 가동체상의 마크와 상기 제 2 가동체상의 마크 중의 일측은 기준부재상에 형성된 기준마크인 것을 특징으로 하는 주사형 노광 장치.
  42. (신설) 제 35 항에 기재된 장치를 이용하는 소자 제조 방법.
  43. (신설) 소정패턴이 형성된 제 1 물체와 노광대상으로서의 제 2 물체의 각각을 동기하여 이동함으로써, 상기 제 2 물체를 주사노광하는 주사형 노광 장치에 있어서,
    상기 제 1 물체와 상기 제 2 물체의 일측을 지지하는 제 1 가동체와,
    상기 제 1 물체와 상기 제 2 물체의 타측을 지지하는 제 2 가동체와,
    상기 제 1 가동체의 이동을 제어하기 위한 제 1 좌표계로 규정되는 주사방향의 스케일링과, 상기 제 2 가동체의 이동을 제어하기 위한 제 2 좌표계로 규정되는 주사방향의 스케일링과의 대응관계를 구하기 위한 계측수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 주사형 노광 장치.
  44. (신설) 제 43 항에 있어서, 상기 제 1 가동체의 위치정보를 계측하는 제 1 계측시스템과,
    상기 제 2 가동체의 위치정보를 계측하는 제 2 계측 시스템을 추가로 구비하며,
    상기 제 1 좌표계는 상기 제 1 계측시스템으로 규정되고,
    상기 제 2 좌표계는 상기 제 2 계측시스템으로 규정되는 것을 특징으로 하는 주사형 노광 장치.
  45. (신설) 제 43 항에 기재된 장치를 이용하는 소자 제조 방법.
  46. (신설) 소정패턴이 형성된 제 1 물체와 노광대상으로서의 제 2 물체의 각각을 소정의 주사방향으로 동기하여 이동함으로써, 상기 제 2 물체를 주사노광하는 주사형 노광 장치에 있어서,
    상기 제 1 물체와 상기 제 2 물체의 일측을 지지하는 제 1 가동체와,
    상기 제 1 물체와 상기 제 2 물체의 타측을 지지하는 제 2 가동체와,
    상기 제 1 가동체상의 마크와 상기 제 2 가동체상의 마크를 검출하는 마크검출계를 갖고, 상기 마크검출계의 검출결과에 근거하여 상기 주사방향과 교차하는 방향의 배율오차에 관한 정보를 구하는 계측수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 주사형 노광 장치.
  47. (신설) 제 46 항에 기재된 장치를 이용하는 소자 제조 방법.
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