KR20020077515A - 위치계측장치 및 노광장치 - Google Patents

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KR20020077515A
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Abstract

본 발명은 고정밀도로 물체 상에 형성된 마크의 위치정보를 계측할 수 있는 위치계측장치를 제공함과 동시에, 이 위치계측장치에 의해 계측된 고정밀도의 위치정보에 기초하여 위치맞춤을 고정밀도로 행하여 노광할 수 있고, 그 결과로서 미세한 가공을 실현할 수 있는 노광장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 촬상소자의 촬상면(F1)에 결상된 얼라인먼트 마크의 이미지(Im1)를 주사방향 SC1로 주사하면서 화상정보로 변환시키고, 얻어진 화상정보에 대해 연산처리하여 얼라인먼트 마크의 위치정보를 계측하는 위치정보 계측장치에 있어서, 얼라인먼트 마크의 이미지(Im1)의 계측방향 D11은 촬상소자의 주사방향 SC1에 대해 직교하도록 설정되어 있다.

Description

위치계측장치 및 노광장치{POSITION MEASURING APPARATUS AND ALIGNER}
기술분야
본 발명은 반도체소자 또는 액정표시소자 등의 제조공정에 있어서, 웨이퍼 또는 글래스 플레이트 또는 마스크 또는 레티클 등의 물체에 형성된 마크의 위치정보를 계측하는 위치계측장치, 및 당해 위치계측장치에 의해 얻어진 마크의 위치정보를 이용하여 물체를 위치맞춤(얼라인먼트)하고, 마스크 또는 레티클에 형성된 패턴을 웨이퍼 또는 글래스 플레이트 위에 노광하는 노광장치에 관한 것이다.
배경기술
반도체소자 또는 액정표시소자 등의 디바이스의 제조시에는 노광장치를 이용하여 포토마스크나 레티클(이하, 이들을 레티클이라고 총칭함)에 형성된 미세한 패턴의 이미지를 포토레지스트 등의 감광제가 도포된 반도체 웨이퍼나 글래스 플레이트 등의 기판 위에 투영노광하는 것이 반복하여 행해진다. 투영노광할 때에는 기판의 위치와 투영되는 레티클에 형성된 패턴 이미지의 위치를 정밀하게 맞출 필요가 있다. 이 위치맞춤을 행하기 위해 노광장치는 얼라인먼트 장치를 구비하고 있다. 얼라인먼트 장치는, 기판에 형성된 얼라인먼트 마크의 위치를 검출하는 얼라인먼트 센서와, 이 얼라인먼트 센서에 의해 검출된 얼라인먼트 마크의 위치에 기초하여 기판을 위치맞춤하는 제어계로 구성된다.
반도체소자나 액정표시소자 등의 제조과정에서 측정대상인 기판의 표면상태(거친 정도)가 변화되기 때문에, 단일 얼라인먼트 센서에 의해 기판위치를 정확히 검출하기는 어려우며, 일반적으로는 기판의 표면상태에 맞춰 다른 센서가 사용된다. 얼라인먼트 센서는 주로 LSA(Laser Step Alignment) 방식, FIA(Field Image Alignment) 방식, LIA(Laser Interferometric Alignment) 방식이 있다. 이하, 이들 얼라인먼트 센서의 개략에 대해 설명한다.
LSA 방식의 얼라인먼트 센서는, 레이저광을 기판에 형성된 얼라인먼트 마크에 조사하여, 회절·산란된 광을 이용하여 그 얼라인먼트 마크의 위치를 계측하는 얼라인먼트 센서로서, 종래부터 여러 제조공정의 반도체 웨이퍼에 폭넓게 사용되고 있다. FIA 방식의 얼라인먼트 센서는, 할로겐 램프 등의 파장대역폭이 넓은 광원을 이용하여 얼라인먼트 마크를 조명하고, 그 결과 얻어진 얼라인먼트 마크의 이미지를 화상처리하여 위치계측을 행하는 얼라인먼트 센서로서, 알루미늄층이나 기판표면에 형성된 비대칭인 마크의 계측에 효과적이다. LIA 방식의 얼라인먼트 센서는, 기판 표면에 형성된 회절격자 형상의 얼라인먼트 마크에, 아주 조금 파장이 다른 레이저광을 2방향으로부터 조사하고, 그 결과 생기는 2개의 회절광을 간섭시켜, 이 간섭광의 위상으로부터 얼라인먼트 마크의 위치정보를 검출하는 얼라인먼트 센서이다. 이 LIA 방식의 얼라인먼트 센서는 저단차의 얼라인먼트 마크나 기판 표면이 거친 기판에 사용하면 효과적이다.
또한, 상기 위치정보 검출장치에서는, 투영광학계를 통해 기판 위의 마크의 위치정보를 검출하는 TTL(스루 더 렌즈) 방식, 투영광학계를 통하지 않고 직접 기판 위의 마크의 위치정보를 검출하는 오프 액시스 방식 및 투영광학계를 통해 기판과 레티클을 동시에 관찰하여, 양자의 상대위치관계를 검출하는 TTR(스루 더 레티클) 방식 등이 있다. 이들 위치정보 검출장치를 사용하여 레티클과 기판을 위치맞춤하는 경우, 미리 위치정보 검출장치의 계측중심과 레티클 패턴의 투영 이미지의 중심(노광중심)과의 간격인 베이스라인량이 구해져 있다. 그리고, 위치정보 검출장치에 의해 마크의 계측중심으로부터의 어긋남량이 검출되고, 이 어긋남량을 베이스라인량으로 보정한 거리만큼 기판을 이동시킴으로써 기판 위에 설정된 구획영역(쇼트영역)의 중심이 노광중심에 정확히 위치맞춤된 후에, 노광광에 의해 쇼트영역이 노광된다. 노광장치를 유지하여 사용하는 과정에서 차츰 베이스라인량이 변동되는 경우가 있는데, 이 같은 베이스라인량의 변동인 소위 베이스라인 변동이 생기면 얼라인먼트 정밀도(중첩 정밀도)가 저하된다. 따라서, 예컨대 정기적으로 위치정보 검출장치의 계측중심과 노광중심의 간격을 정확히 계측하기 위한 베이스라인 체크를 할 필요가 있다.
이어서, 노광장치의 전체 동작의 일례를 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 기판이 노광위치에 반송되기 전에 레티클 위치정보 검출장치에 의해 레티클에 형성된 마크의 위치정보를 검출하고, 이 위치정보에 기초하여 레티클의 위치를 조정한다. 이어서, 기판을 노광위치에 반송하고, 기판 위치정보 검출장치에 의해 기판에 형성된 마크의 위치정보를 검출한다. 그리고, 기판에 형성된 마크의 위치정보에 기초하여, 노광광의 광축에 대해 수직인 면내에서 기판의 위치정보로 표시되는 어긋남량을 베이스라인량으로 보정한 거리만큼 기판을 이동시킴으로써, 기판에 형성된 쇼트영역과 레티클의 상대위치를 위치맞춤한 후에 노광광을레티클에 조사하여 레티클에 형성된 패턴의 이미지를 기판 위에 노광한다.
그런데, 상술한 기판에 형성된 마크는 예컨대 도 12에 나타낸 것이다. 도 12는 위치계측을 위해 기판 위에 형성된 마크의 일례를 나타내는 도면이다. 도 12에서, 마크(100)는 길이방향을 갖는 직사각형 형상의 마크요소(101,101,…)를 각 마크요소(101,101,…)의 길이방향을 대략 평행하게 하고, 길이방향에 대해 직교하는 방향으로 소정 간격, 예컨대 수 ㎛ 의 간격으로 배열한 것이다. 따라서, 도 12에 나타낸 마크(100)는 마크요소(101,101,…)의 길이방향에 대해 직교하는 방향, 요컨대 도면에서 부호 102 가 붙여진 방향에 대해 표면위치가 주기적으로 변화되는 구조이다.
얼라인먼트 센서는 표면위치의 주기적인 변화를 검출하여 마크(100)의 위치정보를 계측한다. 예컨대 FIA 방식의 얼라인먼트 센서는 표면위치의 주기적인 변화에 따라 신호강도(이미지의 명암)가 변화되는 화상정보에 대해 화상처리하여 마크요소(101,101,…)의 에지위치를 검출하고, 검출된 에지위치에 기초하여 마크(100)의 위치정보(예컨대 마크(100)의 중심위치를 나타내는 위치정보)를 계측한다. 또한, 화상처리를 하여 마크(100)의 위치정보를 계측하는 경우에, 충분한 강도의 화상정보가 얻어지지 않으면 높은 정밀도로 위치정보를 계측할 수 없기 때문에, AGC(Automatic Gain Control:자동이득제어) 회로 등에 의해 증폭이 행해져, 화상정보의 강도가 어느 범위의 강도가 되도록 설정된다.
이하, FIA 방식의 얼라인먼트 센서에 의한 위치정보의 계측처리에 대해 상세히 설명한다. 도 13은 FIA 방식의 얼라인먼트 센서에 의한 위치정보 계측처리를 설명하기 위한 도면이다. FIA 방식의 얼라인먼트 센서는 예컨대 복수의 화소(103,103,…)를 마크의 이미지 결상면, 즉 촬상면(104)에 배열하여 구성되는 촬상소자를 구비한다. 촬상소자로는 예컨대 CCD(Charge Coupled Device)가 이용된다. 도 13 에서는 이해를 쉽게 하기 위해, 도 12에 나타낸 마크요소(101,101,…) 중, 3개의 마크요소의 이미지(110,111,112)가 촬상면(104)에 결상되어 있는 모습을 도시하고 있다. 촬상면(104)에 배열된 화소는 입사한 광을 수광하여 전기신호로 변환하는 것이다. 촬상소자는 배열된 화소를 순차적으로 주사함으로써 촬상면에 입사하는 이미지를 화상정보로 변환한다.
요컨대 도 13에 나타내는 바와 같이, 행 r1에 배열된 화소를 도면 중 부호 105가 붙여진 주사방향으로 순차적으로 주사하고, 행 r1에 배열된 소자 모두에 대해 주사가 종료되면, 다음으로, 주사방향 105에 직교하는 방향으로서, 도 13 중 부호 106이 붙여진 방향의 행 r2 내에 배열된 화소를 도면 중의 주사방향 105로 순차적으로 주사하고, 이하 마찬가지로, 순차적으로 행 r3,r4,…에 배열된 소자를 주사한다. 이 같이 주사하여 얻어진 화상정보 중, 행 r1을 주사하여 얻어진 화상정보는 화상정보(C1)로서 출력되고, 행 r2를 주사하여 얻어진 화상정보는 화상정보(C2)로서 출력된다. 이하 다른 행에 대해서도 동일하게 출력정보가 출력된다. 또 도 13에서는 이해를 쉽게 하기 위해 촬상면에 배열된 화소의 수를 줄여 도시하고 있다.
일반적으로 마크(100)의 위치정보를 계측하는 경우에는, 마크(100)를 이루는 마크요소(101,101,…)의 길이방향과 촬상소자의 주사방향은 직교하도록 설정된다.그런데, 촬상소자에 의해 검출되는 화상정보의 강도가 마크 마다 변화된 경우라도, 전술한 AGC 회로를 구비함으로써 화상정보의 강도는 안정적으로 어느 범위의 값으로 설정된다. 그러나, 마크의 화상정보가 마크 마다 다른 증폭률로 증폭되는 결과, 계측되는 위치정보에는 위치어긋남 오차가 발생한다. 이어서, AGC 회로에 의한 증폭률의 상이로 인해 위치어긋남 오차가 발생되는 이유에 대해 설명한다.
도 14는 도 13에 나타낸 마크요소의 이미지(110,111,112)를 촬상소자로 변환하여 얻어진 화상정보를 다른 증폭률로 증폭시킨 결과의 예를 나타내는 도면이다. 도 14에서, 부호 d1,d2,d3이 붙여진 곡선은 각각 다른 증폭률로 증폭하여 얻어진 화상정보의 일부를 나타내고 있다. 설정된 증폭률은 곡선(d1,d2,d3)의 순으로 커지고 있다. 또 도 14에 나타낸 화상정보는 전술한 시간적으로 주사처리를 하는 촬상소자를 이용하여 얻어진 화상정보를 나타내고 있는데, 가로축에 시간, 세로축에 신호강도를 각각 설정하고 있다. 도 14 중에서는 3개의 가로축이 나타나 있지만, 세로축에 평행하게 설정된 직선과 각 가로축이 교차하는 시점은 동일한 시점이다.
도 14에서 알 수 있는 바와 같이, 다른 증폭률로 증폭시킨 결과 얻어지는 검출신호는 시간적으로 지연된다. 이는 AGC 회로를 포함하는 증폭회로의 주파수 특성이 고주파 성분에 대해 악화되는 것에 기인한다. 요컨대 도 14에 나타낸 검출신호에 대해 푸리에 변환을 실시하면 각 주파수 성분으로 분리할 수 있다. 증폭회로는 일반적으로 높은 주파수 성분에 대한 게인이 작기 때문에, 낮은 주파수 성분은 설정된 증폭률로 증폭되지만, 높은 주파수 성분은 낮은 주파수 성분에 대해설정된 증폭률로 증폭되지 않는다.
이와 같이, 다른 증폭률로 증폭된 주파수 성분을 합성하면 도 14의 곡선(d2,d3)과 같이 신호파형이 무디어진다. 이 경향은 통상 검출신호에 대해 설정된 증폭률이 높아질수록 현저해진다. 도 14에 나타낸 바와 같이, 검출신호가 시간축 위에 설정되어 있는 경우에는 검출신호의 시간축 위의 위치, 예컨대 극대부 및 극소부의 시간축 위의 위치에 기초하여 마크의 위치정보가 계측된다. 따라서, 도 14에 나타낸 바와 같이, 증폭률이 다르면 검출신호가 무디어지고, 그 결과, 검출신호의 시간축 위의 위치가 변화된다. 검출신호의 시간축 위의 위치변화량은 증폭률이 다르면 변한다.
도 13에 나타낸 바와 같이, 촬상소자는 배열된 소자의 주사를 행하여 화상정보를 얻고 있지만, 주사는 시계열에서 다른 위치에 배열된 화소의 화상정보를 구하는 처리이므로, 주사를 행하여 얻어지는 화상정보는 시간과 함께 변화되는 신호이다. 또한 도 12에 나타낸 마크(100)는 도 12 중 부호 102의 위치정보를 계측하는 것인데, 전술한 바와 같이 마크(100)의 위치정보를 계측하는 경우에는 마크(100)를 이루는 마크요소(101,101,…)의 길이방향과 촬상소자의 주사방향은 직교하도록 설정된다. 요컨대 증폭률이 변화하여 화상정보의 신호파형이 무디어지면, 마크(100)의 시간축 위의 위치는 시간적으로 지연된 위치가 되고, 그 결과 계측되는 위치정보는 본래의 마크(100)의 위치로부터 어긋난 것이 된다. 또한 증폭률이 변화되면 이 어긋남량도 변화된다.
마크의 위치어긋남의 양이 얼라인먼트시에 요구되는 분해능 이하라면 문제는없을 것으로 생각된다. 따라서, AGC 회로를 개선하여 위치어긋남이 거의 생기지 않거나, 또는 그 위치어긋남량이 얼라인먼트시에 요구되는 분해능 이하가 되도록 AGC 회로를 설계하는 것도 생각해 볼 수 있다. 그러나, 위치계측장치의 시야의 치수가 200 ㎛ ×160 ㎛ 정도로서, 촬상소자의 화소수가 640 ×480 화소인 경우, 1화소는 기판 위의 0.3 ㎛ 정도의 거리에 상당한다. 일반적으로 얼라인먼트시에 요구되는 분해능은 10 ㎚ 정도이고, 이 거리는 상기 화소 하나의 30 분의 1 정도의 거리이다. 10 ㎚의 거리를 화상정보의 시간간격으로 환산하면 약 3 ns 에 상당하는 것이고, 전기신호의 지연으로서는 매우 짧은 시간이다. 따라서, 주파수 특성을 개선함으로써 위치어긋남이 발생하지 않는 AGC 회로를 설계하는 것은 극히 어렵다.
최근, 집적회로의 고밀도화가 더 한층 요구되고 있다. 예컨대 퍼스널 컴퓨터에 사용되고 있는 CPU(중앙제어장치)에서는 배선폭이 0.18 ㎛ 인 것이 실용화되어 있는데, 멀지 않은 장래에는 배선폭을 0.1 ㎛ 로 하는 계획도 발표되어 있다. 따라서, 향후 보다 고밀도이며 미세한 가공기술이 요구될 것으로 생각된다. 이 같은 고밀도화의 요구에 부응하기 위해서는 위치정보의 계측오차를 최대한 작게 하고, 고정밀도로 계측된 위치정보에 기초하여 위치맞춤을 행하여 위치맞춤의 정밀도를 향상시키는 것이 매우 중요해진다.
발명의 개시
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 고정밀도로 물체 위에 형성된 마크의 위치정보를 계측할 수 있는 위치계측장치를 제공함과 동시에, 이 위치계측장치에 의해 계측된 고정밀도의 위치정보에 기초하여 위치맞춤을 고정밀도로 행하여 노광할 수 있고, 그 결과로서 미세한 가공을 실현할 수 있는 노광장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 위치계측장치는 물체(W) 위에 형성된 마크(AM,AM1)의 소정 방향 D1,D2,D3 에서의 위치정보를 계측하는 위치계측장치 (14,18)로서, 상기 마크(AM,AM1)에 대해 검지빔(IL2)을 조사하는 조사수단 (15,16,20,21,24,25,26,27,28)과, 상기 검지빔(IL2)의 조사에 의해 상기 마크(AM,AM1)에서 발생된 마크의 이미지(Im1,Im2)를 결상면(F1,F2,F3) 위에 결상시키는 결상광학계(28,27,26,25,29,30,31,50)와, 상기 결상면(F1,F2,F3) 위의 상기 마크의 이미지(Im1,Im2)를 주사선을 주사하면서 촬상하여 상기 마크의 이미지 (Im1,Im2)에 상당하는 화상정보를 생성하는 촬상수단(32,51)과, 상기 화상정보에 기초하여 상기 마크(AM,AM1)의 상기 소정 방향 D1,D2,D3 에서의 위치정보를 구하는 연산수단(41)을 갖고, 상기 주사선의 주사방향 SC1,SC2,SC3은 상기 소정 방향 D1,D2,D3 과 직교하고 있는 것을 특징으로 한다.
이러한 발명에 따르면, 마크의 소정 방향과 주사선의 주사방향이 직교하도록 설정되어 있기 때문에, 화상정보를 증폭시킨 경우일지라도 종래와 같이 계측방향의 시간지연이 발생하지 않아 시간지연에 기인하는 위치어긋남이 발생하지 않는다. 따라서, 고정밀도로 마크의 위치정보를 계측할 수 있다.
또한, 본 발명의 위치계측장치는 상기 화상정보를 기억하는 기억수단(40,60)을 추가로 갖고, 상기 연산수단(41)은 상기 기억수단(40,60)에 기억된 상기 화상정보에 기초하여 상기 마크(AM,AM1)의 위치정보를 연산하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 위치계측장치는, 상기 촬상수단(31,51)이, 상기 주사선방향 SC1이 상기 소정 방향 D1에 대해 직교하도록, 상기 마크의 이미지(Im1)에 대해 회전가능한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 위치계측장치는, 상기 마크(AM1)가 제1 방향 D3에 주기성을 갖는 제1 마크(AMY)와, 상기 제1 방향 D3과 직교하는 제2 방향 D2에 주기성을 갖는 제2 마크(AMX)를 포함하고, 상기 촬상수단(32,51)은 상기 제1 방향 D3과 직교하는 방향으로 연장된 주사선으로 이루어지는 제1 촬상수단(32)과 상기 제2 방향 D2와 직교하는 방향으로 연장된 주사선으로 이루어지는 제2 촬상수단(51)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 위치계측장치는, 상기 연산수단(41)이, 상기 제1 촬상수단(32)으로부터 얻어진 화상정보에 기초하여, 상기 제1 마크(AMY)의 상기 제1 방향 D3에서의 위치정보를 구하고, 상기 제2 촬상수단(51)으로부터 얻어진 화상정보에 기초하여 상기 제2 마크(AMX)의 상기 제2 방향 D2에서의 위치정보를 구하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 위치계측장치는, 상기 마크의 이미지(Im2)를 상기 제1 마크의 이미지(ImY)와 상기 제2 마크의 이미지(ImX)로 분기시켜 상기 제1 마크의 이미지(ImY)를 상기 제1 촬상수단(32)으로 안내하고, 상기 제2 마크의 이미지(ImX)를 상기 제2 촬상수단(51)으로 안내하는 분기수단(50)과, 상기 제1 촬상수단(32)으로부터 얻어진 화상정보를 기억하는 제1 기억수단(40)과, 상기 제2 촬상수단(51)으로부터 얻어진 화상정보를 기억하는 제2 기억수단(60)을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 위치계측장치는, 물체(W) 위에 형성된 마크(AM,AM1)의 소정 방향(X축 방향)에서의 위치정보를 계측하는 위치계측장치로서, 상기 마크(AM,AM1)에 대해 검지빔(IL2)을 조사하는 조사수단(15,16,20,21,24,25,26,27,28)과, 상기 검지빔(IL2)의 조사에 의해 상기 마크(AM,AM1)에서 발생된 마크의 이미지를 결상면(104) 위에 결상시키는 결상광학계(28,27,26,25,29,30,31,50)와, 상기 결상면(104) 위의 상기 마크의 이미지를 주사선을 주사하면서 촬상하여 상기 마크의 이미지에 상당하는 화상정보를 생성하는 촬상수단(32,51)과, 상기 화상정보에 기초하여 상기 마크(AM,AM1)의 상기 소정 방향(X축 방향)에서의 위치정보를 구하는 연산수단(41)을 갖고, 상기 촬상수단(32,51)은, 상기 주사선을 상기 마크의 이미지에 대해 상기 소정 방향(X축 방향)으로 주사하면서 상기 마크의 이미지를 촬상하여 제1 화상정보를 생성함과 동시에, 이 마크의 이미지에 대해 이 소정 방향(X축 방향)과는 반대방향(－Y축 방향)으로 주사하면서 상기 마크의 이미지를 촬상하여 제2 화상정보를 생성하고, 상기 연산수단(41)은 상기 제1, 제2 화상정보에 기초하여 상기 위치정보를 구하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 위치계측장치는 상기 촬상수단(32,51)이 상기 마크의 이미지에 대해 회전가능한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 위치계측장치는 상기 촬상수단(32,51)이 복수의 주사선을포함하고, 제1 주사선은 상기 마크의 이미지에 대해 상기 소정 방향(X축 방향)으로 주사하면서 상기 마크의 이미지를 촬상하고, 상기 제1 주사선과는 다른 제2 주사선은 상기 마크의 이미지에 대해 상기 반대방향(－X축 방향)으로 주사하면서 상기 마크의 이미지를 촬상하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 노광장치는 상기 위치계측장치에 계측된 기판(W) 위의 마크(AM,AM1)의 위치정보에 기초하여, 상기 기판(W)을 위치맞춤하는 위치맞춤수단 (9,12)을 갖고, 상기 위치맞춤된 상기 기판(W) 위를 소정 패턴으로 노광하는 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명의 노광장치에 따르면, 고정밀도로 검출된 위치정보에 기초하여 기판의 위치맞춤이 행해지고, 따라서 기판 위에 이미 형성된 패턴에 대해 중첩 노광을 행하는 경우에는 고정밀도로 겹침을 행할 수 있고, 그 결과로서 미세한 가공을 실현할 수 있다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명의 일실시형태에 의한 노광장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 의한 위치계측장치가 구비하는 얼라인먼트 센서(14)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 (a)는 시야 분할 조리개(103)의 일례를 나타내는 단면도이고, (b)는 차광판(33)의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는 얼라인먼트 센서(14)의 웨이퍼(W) 위에서의 조명영역을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 얼라인먼트 마크(AM)의 이미지에 대한 촬상소자(32)의 촬상면(F1)의 배치관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 얼라인먼트 신호처리계(18)의 내부구성의 개략을 나타내는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시형태에 의한 위치계측장치가 구비하는 얼라인먼트 센서(14)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 실시형태에서 사용되는 얼라인먼트 마크(AM1)의 상면도이다.
도 9는 얼라인먼트 마크(AM1)의 이미지에 대한 촬상소자(32)의 촬상면(F2) 및 촬상소자(51)의 촬상면(3)의 배치관계를 나타내는 도면이다.
도 10은 얼라인먼트 센서(14)가 도 9에 나타낸 것인 경우의 얼라인먼트 신호처리계(18)의 내부구성을 나타내는 블록도이다.
도 11은 본 발명의 일실시형태에 의한 노광장치를 사용하여 디바이스를 생산할 때의 흐름도이다.
도 12는 위치계측을 위해 기판 위에 형성된 마크의 일례를 나타내는 도면이다.
도 13은 FIA 방식의 얼라인먼트 센서에 의한 위치정보 계측처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 도 13에 나타낸 마크요소의 이미지(110,111,112)를 촬상소자로 변환하여 얻어진 화상정보를 다른 증폭률로 증폭시킨 결과의 예를 나타내는 도면이다.
도 15는 위치정보 연산부(41)에서의 연산형태의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
발명을 실시하기 위한 형태
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시형태에 의한 위치계측장치 및 노광장치에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 의한 노광장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 본 실시형태에서는 본 발명을 오프 액시스 방식의 얼라인먼트 센서를 구비한 스텝 앤드 리피트 방식의 노광장치에 적용하고 있다. 또 이하의 설명에서는 도 1 중에 표시된 XYZ 직교좌표계를 설정하고, 이 XYZ 직교좌표계를 참조하면서 각 부재의 위치관계에 대해 설명한다. XYZ 직교좌표계는 X축 및 Z축이 지면에 대해 평행해지도록 설정되고, Y축이 지면에 대해 수직이 되는 방향에 설정되어 있다. 도면 중의 XYZ 좌표계는 실제로는 XY 평면이 수평면에 평행한 면에 설정되고, Z축이 연직 상방향으로 설정된다.
도 1에서 조명광학계(1)는 후술하는 주제어계(13)로부터 노광광 출사를 지시하는 제어신호가 출력된 경우에, 대략 균일한 조도를 갖는 노광광(EL)을 출사하여 레티클(R)을 조사한다. 노광광(EL)의 광축은 Z축 방향에 대해 평행하게 설정되어 있다. 상기 노광광(EL)으로는 예컨대 g선(436㎚), i선(365㎚), KrF 엑시머레이저(248㎚), ArF 엑시머레이저(193㎚), F2엑시머레이저(193㎚)가 사용된다.
레티클(R)은 포토레지스트가 도포된 웨이퍼(W;기판) 위에 전사하기 위한 미세한 패턴을 갖고, 레티클 스테이지(3) 위에 지지된다. 레티클 스테이지(3)는 베이스(4) 위의 XY 평면내에서 이동 및 미소회전을 할 수 있도록 지지되어 있다. 장치 전체의 동작을 제어하는 주제어계(13)가 베이스(4) 위의 구동장치(5)를 통해 레티클 스테이지(3)의 동작을 제어하여 레티클(R)의 위치를 설정한다.
노광광(EL)이 조명광학계(1)에서 출사된 경우에는, 레티클(R)의 패턴이미지가 투영광학계(PL)를 통해 웨이퍼(W) 위의 각 쇼트영역에 투영된다. 투영광학계(PL)는 복수의 렌즈계 등의 광학소자를 갖고, 그 광학소자의 초재로서는 노광광(EL)의 파장에 따라 석영, 형석 등의 광학재료로부터 선택된다. 웨이퍼(W)는 웨이퍼 스테이지(7)를 통해 Z 스테이지(8)에 올려놓아져 있다. Z 스테이지(8)는 웨이퍼(W)의 Z축 방향의 위치를 미세조정시키는 스테이지이다. 또한, Z 스테이지(8)는 XY 스테이지(9) 위에 올려놓아져 있다. XY 스테이지(9)는 XY 평면내에 웨이퍼(W)를 이동시키는 스테이지이다. 또 도시는 생략하였으나, 웨이퍼(W)를 XY 평면내에서 미소회전시키는 스테이지 및 Z축에 대한 각도를 변화시켜 XY 평면에 대한 웨이퍼(W)의 기울기를 조정하는 스테이지를 설치하는 것이 바람직하다.
웨이퍼 스테이지(7)의 상면의 일단에는 L자형의 이동경(10)이 부착되고, 이동경(10)의 경면에 대향한 위치에 레이저 간섭계(11)가 배치되어 있다. 도 1에서는 도시를 생략하였지만, 이동경(10)은 X축에 수직인 경면을 갖는 평면경 및 Y축에 수직인 경면을 갖는 평면경으로 구성되어 있다. 또한, 레이저 간섭계(11)는 X축을 따라 이동경(11)에 레이저빔을 조사하는 2개의 X축용 레이저 간섭계 및 Y축을 따라 이동경(11)에 레이저빔을 조사하는 Y축용 레이저 간섭계로 구성되고, X축용의 1개의 레이저 간섭계 및 Y축용의 1개의 레이저 간섭계에 의해, 웨이퍼 스테이지(7)의 X좌표 및 Y좌표가 계측된다.
또한, X축용의 2개의 레이저 간섭계의 계측값의 차이에 의해, 웨이퍼 스테이지(7)의 XY 평면내에서의 회전각이 계측된다. 레이저 간섭계(11)에 의해 계측된 X좌표, Y좌표 및 회전각의 정보는 스테이지 구동계(12)에 공급된다. 이들 정보는 위치정보로서 스테이지 구동계(12)에서 주제어계(13)로 출력된다. 주제어계(13)는 공급된 위치정보를 모니터하면서 스테이지 구동계(12)를 통해 웨이퍼 스테이지(7)의 위치결정동작을 제어한다. 또 도 1에는 나타내지 않았으나, 레티클 스테이지(3)에도 웨이퍼 스테이지(7)에 설치된 이동경 및 레이저 간섭계와 동일한 것이 설치되어 있어 레티클 스테이지(3)의 XYZ 위치 등의 정보가 주제어계(13)에 입력된다.
투영광학계(PL)의 측방에는 오프 액시스의 얼라인먼트 센서(14)가 설치되어 있다. 이 얼라인먼트 센서(14)는 본 발명의 일실시형태에 의한 노광장치가 구비하는 본 발명의 일실시형태에 의한 위치계측장치의 일부를 이루는 것이고, FIA (Field Image Alignment) 방식에 적용한 경우의 위치계측장치이다. 얼라인먼트 센서(14)에는 할로겐 램프(15)로부터 광파이버(16)를 통해 웨이퍼(W)를 조명하기 위한 조사광이 입사된다. 여기서, 조명광의 광원으로서 할로겐 램프(15)를 사용하는 이유는 할로겐 램프(15)의 출사광의 파장역은 500∼800 ㎚ 로, 웨이퍼(W) 상면에 도포된 포토레지스트를 감광하지 않는 파장역이기 때문이고, 또한, 파장대역이 넓어, 웨이퍼(W) 표면에서의 반사율의 파장특성의 영향을 경감시킬 수 있기때문이다.
얼라인먼트 센서(14)에서 출사된 조명광은 프리즘 미러(17)에 의해 반사된 후, 웨이퍼(W)의 상면을 조사한다. 얼라인먼트 센서(14)는 웨이퍼(W) 상면의 반사광을 프리즘 미러(17)를 통해 도입하고, 검출결과를 전기신호로 변환하여 화상정보로서 얼라인먼트 신호처리계(18)에 출력한다. 또한, 얼라인먼트 센서(14)에서 얼라인먼트 신호처리계(18)로는 얼라인먼트 센서(14)의 초점위치에 대한 웨이퍼(W)의 위치어긋남량(디포커스량)을 나타내는 디포커스 신호가 출력된다. 얼라인먼트 신호처리계(18)는 얼라인먼트(14)로부터의 화상정보 및 디포커스 신호에 기초하여 얼라인먼트 마크(AM)의 XY 평면내에서의 위치 및 얼라인먼트 센서(14)의 초점위치에 대한 웨이퍼(W)의 위치어긋남량(디포커스량)을 구하여 이들 웨이퍼 위치정보로서 주제어계(13)에 출력한다.
주제어계(13)는 스테이지 구동계(12)에서 출력되는 위치정보 및 얼라인먼트 신호처리계(18)에서 출력되는 웨이퍼 위치정보에 기초하여 노광장치의 전체동작을 제어한다. 구체적으로 설명하면, 주제어장치(13)는 얼라인먼트 신호처리계(18)에서 출력되는 웨이퍼 위치정보에 기초하여 스테이지 구동계(12)에 대해 구동제어신호를 출력한다. 스테이지 구동계(12)는 이 구동제어신호에 기초하여 XY 스테이지(9) 또는 Z 스테이지(8)를 스테핑 구동한다. 이 때, 주제어계(13)는 먼저 웨이퍼(W)에 형성된 기준마크(도시 생략)의 위치가 위치검출센서(도시 생략)에 의해 검출되도록 스테이지 구동계(12)에 대해 구동제어신호를 출력한다. 스테이지 구동계(12)가 XY 스테이지(9)를 구동하면 얼라인먼트 센서(14)로부터 화상정보및 디포커스 신호가 얼라인먼트 신호처리계(18)로 출력된다. 이 검출결과로부터, 예컨대 위치검출센서의 검출중심과 레티클(R)의 투영 이미지의 중심(투영광학계(PL)의 광축(AX))과의 어긋남량인 베이스라인량이 계측된다. 그리고, 위치검출센서로 계측된 얼라인먼트 마크(AM)의 위치에 상기 베이스라인량을 가산하여 얻은 값에 기초하여 웨이퍼(W)의 X좌표 및 Y좌표를 제어함으로써, 각 쇼트영역을 각각 정확히 노광위치에 맞추도록 되어 있다. 쇼트영역을 노광위치에 맞춘 후, 주제어계(13)는 조명광학계(1)에 대해 노광광(EL)을 출사시키는 제어신호를 출력한다.
이상, 본 발명의 일실시형태에 의한 노광장치의 구성 및 동작의 개략에 대해 설명하였는데, 이어서 본 발명의 일실시형태에 의한 위치계측장치가 구비하는 얼라인먼트 센서(14)에 대해 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 일실시형태에 의한 위치계측장치가 구비하는 얼라인먼트 센서(14)의 구성을 나타내는 도면이다. 또 도 2에서 도 1에 나타낸 부재와 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙인다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 얼라인먼트 센서(14)에는 광파이버(16)를 통해 도 1 중의 할로겐 램프(15)로부터 파장역이 500∼800 ㎚ 인 조명광(IL1)이 도입되고 있다.
이 조명광(IL1)은 콘덴서 렌즈(20)를 통해 시야분할 조리개(21)에 입사한다. 시야분할 조리개(21)는 웨이퍼(W)에 조사하는 조명광(IL1)의 이미지의 형상을 규정하는 것이다. 도 3(a)는 시야분할 조리개(103)의 일례를 나타내는 단면도이다. 도시된 바와 같이, 시야분할 조리개(21)에는 그 중앙에 폭이 넓은 직사각형상의 개구로 이루어지는 마크조명용 조리개(22)와, 마크조명용 조리개(22)를 사이에 두고배치된 한 쌍의 폭이 좁은 직사각형상의 개구로 이루어지는 초점검출용 슬릿(23a,23b)이 형성되어 있다.
조명광(IL1)은 시야분할 조리개(21)에 의해 웨이퍼(W) 위의 얼라인먼트 마크영역을 조명하는 마크조명용 제1 광속과, 얼라인먼트에 앞선 초점위치검출용 제2 광속으로 분할된다. 이 같이 시야분할된 조명광(IL2)은 렌즈계(24)를 투과하여 하프미러(25) 및 미러(26)에 의해 반사되고 대물렌즈(27)를 통해 프리즘 미러(28)에 의해 반사되어 도 4에 나타내는 바와 같이 웨이퍼(W) 위의 스트리트 라인(SL) 내에 형성된 얼라인먼트 마크(AM)를 포함하는 마크영역과 그 근방에 조사된다. 도 4는 얼라인먼트 센서(14)의 웨이퍼(W) 위에서의 조명영역을 설명하기 위한 도면이다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 얼라인먼트 마크(AM)는 디바이스 부분(DP)의 사이에 형성된 스트리트 라인(SL;스크라이브 라인) 위에 형성되어 있다. 또 본 실시형태에서는 얼라인먼트 마크로서 도 4에 나타낸 얼라인먼트 마크(AM)를 상정하고 있다. 요컨대 얼라인먼트 마크(AM)는 도면 중 X축 방향으로 길이방향을 갖는 직사각형 형상의 마크요소(am,am,…)를 도면 중 Y축 방향으로 배열한 것이다. 이 얼라인먼트 마크(AM)는 그 표면위치가 Y축 방향으로 주기적으로 변화되는 방향이며, Y축 방향의 위치정보를 계측하기 위한 것이다. 이하, 얼라인먼트 마크(AM)가 도 4에 나타낸 것이고, 도시한 바와 같이 배치되어 있는 경우, 도 4 중 부호 D1이 붙여진 방향, 요컨대 Y축과 평행한 방향을 계측방향이라고 칭한다.
또한, 조명광(IL2)은 도시한 바와 같이 얼라인먼트 마크(AM) 위에 조명된다.요컨대 시야분할 조리개(21)에 형성된 마크조명용 조리개(22)에 의해 정형되어 이루어지는 제1 광속은 조명광(IL3)으로서 얼라인먼트 마크(AM)를 조명하고, 초점검출용 슬릿(23a,23b) 각각에 의해 정형되어 이루어지는 조명광(IL4,IL5)은 각각 디바이스 부분(DP) 위를 조명한다.
조명광(IL2)을 조사하였을 때의 웨이퍼(W)의 노광면의 반사광은 프리즘 미러(28)에 의해 반사되고, 대물렌즈(27)를 통과하여 미러(26)에 의해 반사된 후, 하프미러(25)를 투과한다. 그 후, 렌즈계(29)를 통해 빔 스플리터(30)에 도달하고, 반사광은 2방향으로 분기된다. 빔 스플리터(30)를 투과한 제1 분기광은 지표판(31) 위에 얼라인먼트 마크(AM)의 이미지를 결상한다. 그리고, 이 이미지 및 지표판(31) 위의 지표마크로부터의 광이 2차원 CCD로 이루어지는 촬상소자(32)로 입사하고, 촬상소자(32)의 촬상면에 얼라인먼트 마크(AM) 및 지표마크의 이미지가 결상된다.
여기서, 얼라인먼트 마크(AM)의 이미지에 대한 촬상소자(32)의 촬상면의 배치관계에 대해 설명한다. 도 5는 얼라인먼트 마크(AM)의 이미지에 대한 촬상소자(32)의 촬상면(F1)의 배치관계를 나타내는 도면이다. 또, 촬상소자(32)의 촬상면(F1)에 결상되는 이미지 중, 도 5에서는 얼라인먼트 마크(AM)의 이미지만을 도시하고 있다. 도 5에서, Im1은 촬상소자(32)의 촬상면에 결상되는 얼라인먼트 마크(AM)의 이미지를 나타내고 있다. 또, 촬상소자(32)는 그 주사방향 SC1이 얼라인먼트 센서(AM)의 계측방향 D11에 대해 직교하도록 설정되어 있다. 또, 도 5에 나타낸 계측방향 D11은 도 4에 나타낸 계측방향 D1에 대응하는 방향이다.요컨대 계측방향 D11은 얼라인먼트 마크(AM)의 이미지의 강도가 주기적으로 변화하는 방향이다. 이 같이 촬상소자(32)를 배치함으로써, 촬상소자(32)의 주사방향과 얼라인먼트 마크(AM)를 이루는 마크요소(am,am,…)의 이미지의 길이방향은 대략 평행하게 설정된다.
또 촬상소자(32)는 그 촬상면(F1)내에서 회전운동이 가능하게 구성되고, 얼라인먼트 신호처리계(18)의 제어하에서, 도시하지 않은 액추에이터에 의해 회전운동 동작이 행해진다. 촬상소자(32)가 회전운동함으로써, 촬상소자(32)의 주사방향 SC1을 변경할 수 있다. 도 4에 나타낸 얼라인먼트 마크(AM)는 Y축 방향의 위치정보를 계측하기 위한 마크이고, X축 방향의 위치를 계측하기 위한 얼라인먼트 마크는 도 4에 나타낸 얼라인먼트 마크(AM)를 90도 회전시킨 것이 된다. 요컨대 X축 방향의 위치를 계측하기 위한 얼라인먼트 마크는 표면위치가 X축 방향으로 주기적으로 변화하게 된다. 이 얼라인먼트 마크를 계측하는 경우, 촬상소자(32)의 촬상면(F1)에 결상되는 이미지는 도 5에 나타낸 촬상면(F1) 내에서 이미지(Im1)를 90도 회전시킨 것이 된다. 이 경우, 촬상소자(32)의 주사방향 SC1과 계측방향이 일치하므로, 촬상소자(32)의 주사방향 SC1과 계측방향을 직교시키기 위해 촬상소자를 90도 회전시킨다.
한편, 빔 스플리터(30)에 의해 반사된 제2 분기광은 차광판(33)에 입사된다. 도 3(b)는 차광판(33)의 일례를 나타내는 도면이다. 도 3(b)에 나타낸 차광판(33)은, 부호 33a가 붙여진 직사각형 영역에 입사한 광은 차광하고, 직사각형 영역(33a) 이외의 영역(33b)에 입사한 광은 투과한다. 따라서, 차광판(33)은 전술한 제1 광속에 대응하는 분기광을 차광하고, 제2 광속에 대응하는 분기광을 투과한다. 차광판(33)을 투과한 분기광은 동공분할미러(34)에 의해 텔레센트릭성이 붕괴된 상태에서, 1차원 CCD로 이루어지는 라인센서(35)에 입사하고, 라인센서(35)의 수광면에 초점검출용 슬릿(23a,23b)의 이미지가 결상된다.
여기서, 웨이퍼(W)와 촬상소자(32) 사이는 텔레센트릭성이 확보되어 있기 때문에, 웨이퍼(W)가 조명광 및 반사광의 광축과 평행한 방향으로 변위하면 촬상소자(32)의 촬상면 위에 결상된 얼라인먼트 마크(AM)의 이미지는 촬상소자(32)의 촬상면 위에서의 위치가 변화하지 않고 디포커스된다. 이에 비해, 라인센서(35)에 입사하는 반사광은 상기 기술한 바와 같이 그 텔레센트릭성이 붕괴되어 있기 때문에, 웨이퍼(W)가 조명광 및 반사광의 광축과 평행한 방향으로 변위하면 라인센서(35)의 수광면 위에 결상된 초점검출용 슬릿(23a,23b)의 이미지는 분기광의 광축에 대해 교차하는 방향으로 위치가 어긋난다. 이 같은 성질을 이용하여 라인센서(35) 위에서의 이미지의 기준위치에 대한 어긋남량을 계측하면 웨이퍼(W)의 조명광 및 반사광의 광축방향의 위치(초점위치)가 검출된다.
이어서 전술한 얼라인먼트 신호처리계(18)의 내부 구성의 개략에 대해 설명한다. 도 6은 얼라인먼트 신호처리계(18)의 내부구성의 개략을 나타내는 블록도이다. 도 6에 나타낸 바와 같이 얼라인먼트 신호처리계(18)는 화상메모리 (40), 위치정보 연산부(41), 초점위치 검출부(42), 및 제어부(43)를 갖는다. 화상메모리(40)는 얼라인먼트 센서(14)에서 출력되는 화상정보를 일시적으로 기억한다. 도시는 생략하였으나, 화상메모리(40)의 전단에는 AGC 회로 및 아날로그 디지털 변환기(이하, A/D 변환기라고 함)를 구비한다. 얼라인먼트 센서(14)에서 출력된 화상정보는 AGC 회로에 의해 증폭된 후, 아날로그 디지털 변환기에 의해 디지털화된다. 따라서, 화상메모리(40)에는 디지털화된 화상정보가 기억된다.
위치정보 연산부(41)는 화상메모리(40)에 기억된 화상정보에 대해 연산처리하여 얼라인먼트 마크(AM)의 위치정보를 계측한다. 또한, 초점위치검출부(42)는 얼라인먼트 센서(14)에서 출력되는 디포커스 신호에 기초하여 얼라인먼트 센서(14)의 초점위치에 대한 웨이퍼(W)의 디포커스량을 검출한다. 제어부(43)는 위치정보 연산부(41) 및 초점위치 검출부(42)를 제어함과 동시에 위치정보 연산부(41)에 의해 구해진 얼라인먼트 센서(AM)의 위치정보와 초점위치 검출부(42)에 의해 검출된 디포커스량을 웨이퍼 위치정보로서 주제어부(13)에 출력한다.
이어서, 본 실시형태의 노광장치의 얼라인먼트 센서(14)를 사용한 위치검출의 동작에 대해 설명한다.
처리가 개시되면, 주제어계(13)는 스테이지 구동계(12)를 통해 웨이퍼(W) 위의 Y축 방향의 위치계측용 얼라인먼트 마크(AM)가 얼라인먼트 센서(14)의 시야영역내의 위치로 이동하도록 XY 스테이지(9)를 구동시킨다. 이 얼라인먼트 마크(AM)의 이동이 완료되면, 주제어계(13)는 얼라인먼트 신호처리계(18)에 대해 제어신호를 출력하고, 이 제어신호에 기초하여 얼라인먼트 신호처리계(18)는 촬상소자(32)를 회전운동시킨다. 요컨대 계측대상인 얼라인먼트 마크(AM)는 Y축 방향의 위치정보를 계측하기 위한 것이므로, 촬상소자(32)의 주사방향이 이 얼라인먼트 마크(AM)의 계측방향과 직교하도록 얼라인먼트 신호처리계(18)는 도시하지 않는액추에이터에 대해 구동신호를 출력한다.
이어서, 주제어계(13)는 할로겐 램프(15)에 대해 제어신호를 출력하여 조명광(IL1)을 출사시킨다. 조명광(IL1)이 출사되면 광파이버(16)를 통해 얼라인먼트 센서(14)내로 도입되고, 콘덴서 렌즈(20)를 통과하여 시야분할 조리개(21)에 의해 정형되어 조명광(IL2)이 된다. 조명광(IL2)은 대물렌즈계(24)를 투과하여 하프미러(25) 및 미러(26)에 의해 반사된 후, 대물렌즈(27)를 통과한 후 프리즘 미러(28)에 의해 반사되어 웨이퍼(W) 위를 낙사 조명한다.
조명광(IL2)에 의한 반사광은 프리즘 미러(28)를 통해 얼라인먼트 센서(14)내로 복귀하고, 대물렌즈(27)를 투과한 후, 미러(26)에 의해 반사되고, 하프미러(25)를 투과한 후, 렌즈계(29)를 통해 빔 스플리터(30)에 도달한다. 빔 스플리터(30)에 도달한 반사광 중, 빔 스플리터(30)를 투과한 반사광은 지표판(31)을 조명하고, 도 5에 나타낸 상태에서 지표판(31) 및 얼라인먼트 마크(AM)의 이미지가 결상된다. 한편, 빔 스플리터(30)에 의해 반사된 반사광은 차광판(33)을 투과한 후, 동공분할미러(34)에 의해 텔레센트릭성이 붕괴된 상태에서 라인센서(35)에 입사하고, 라인센서(35)의 수광면에 초점검출용 슬릿 (23a,23b) 의 이미지를 결상한다.
도 5를 참조하면, 촬상소자(32)는 촬상면(F1)에 결상된 이미지(Im1)를 주사방향 SC1로 주사하면서 화상정보로 변환시키고, 변환 후의 화상정보를 순차적으로 얼라인먼트 신호처리계(18)로 출력시킨다. 화상정보가 얼라인먼트 신호처리계(18)로 출력되면 전술한 바와 같이 도시하지 않은 AGC 회로에 의해 증폭되고, A/D 변환기에 의해 디지털화되어 화상 메모리(40)에 기억된다. 여기서, 화상정보의 위치어긋남, 특히 AGC 회로에 의해 증폭될 때의 시간지연이 문제가 되지만, 전술한 바와 같이 촬상방향 SC1과 이미지(Im1)의 계측방향은 직교하도록 설정되어 있으므로, 도 5에 나타낸 주사방향 SC1로의 시간지연, 요컨대 얼라인먼트 마크(AM)의 이미지(Im1)의 길이방향으로의 시간지연은 여전히 발생한다. 그러나, 주사방향 SC1에 대해 계측방향 D11은 직교하도록 배치되어 있으므로, 계측방향 D11의 시간지연은 발생하지 않는다.
따라서, 화상메모리(40)에 기억되는 화상정보에 기초하여, 위치정보 연산부(41)가 얼라인먼트 마크(AM)의 위치정보를 연산할 때에, 계측방향 D11의 시간지연에 기인하는 위치어긋남이 발생하지 않기 때문에, 고정밀도로 얼라인먼트 마크(AM)의 위치정보를 계측할 수 있다. 또 라인센서(35)로부터는 디포커스 신호가 출력되고, 이 신호에 기초하여 초점위치 검출부(42)는 얼라인먼트 센서(14)의 초점위치에 대한 웨이퍼(W)의 디포커스량을 산출한다. 얼라인먼트 신호처리부 (18)에 의해 얻어진 얼라인먼트 마크(AM)의 위치정보 및 초점위치 검출부(42)에서 검출된 디포커스량은 웨이퍼 위치정보로서 주제어계(13)로 출력된다.
이상의 처리를 반복하여 Y축 방향의 위치정보를 계측하기 위한 얼라인먼트 마크(AM)에 대한 계측처리를 한다. X축 방향의 위치정보를 계측하기 위한 얼라인먼트 마크에 대해 계측처리를 하는 경우에는, 먼저 주제어계(13)가 얼라인먼트 신호처리계(18)에 대해 제어신호를 출력하고, 이 제어신호에 기초하여 얼라인먼트 신호처리계(18)는 촬상소자(32)를 회전운동시킨다. 촬상소자(32)를 회전운동시킴으로써 Y축 방향의 위치정보를 계측하기 위한 얼라인먼트 마크(AM)의 계측처리를 하였을 때에 설정된 촬상면을 90도 회전시킨다. 이 같이 설정함으로써, X축 방향의 위치정보를 계측하기 위한 얼라인먼트 마크의 이미지가 촬상면에 결상하였을 때에 그 얼라인먼트 마크의 계측방향과 촬상소자(32)의 주사방향이 직교한다. 촬상소자(32)를 회전시킨 후의 동작은 Y축 방향의 위치정보를 계측하기 위한 얼라인먼트 마크(AM)를 계측하고 있을 때의 동작과 동일하다. 이와 같이 하여 계측된 얼라인먼트 마크의 위치정보는 시간지연이 발생되지 않은 것이므로 고정밀도로 얼라인먼트 마크의 위치정보를 계측할 수 있다.
여기서 위치정보 연산부(41)에서의 연산형태의 일례를 도 15를 참조하여 설명한다.
도 15(a)는 X방향으로 주기적으로 배열된 라인패턴(110,111,112;마크요소)을 포함하는 마크의 X축 방향의 위치를 촬상소자(32)를 이용하여 계측하는 경우의 마크와 촬상소자의 배치관계를 나타내는 도면이다. 촬상소자의 주사방향은 도 15(a) 중의 －Y축 방향이고, 마크의 계측방향은 X축 방향이고, 양자(주사방향과 계측방향)는 직교하고 있다.
화상메모리(40)는 촬상소자(32)의 화소 모두에 대해 각 행 rn(n은 자연수) 마다 주사하여 얻어진 화상정보(Cn)를 메모리하고 있다. 화상정보로는 도 15(b)에 나타낸 바와 같은 신호파형이 촬상소자(32)의 각 행 마다 기억되어 있다. 또 도 15(a)에서는 도시의 편의상, 행의 수를 줄여 도시하고 있고, 도 15(b)에서는 얻어지는 신호파형 중에서 대표적인 것만 도시하고 있다.
위치정보 연산부(41)는 화상메모리(40)에 기억되어 있는 화상정보(신호파형)에 기초하여 다음과 같은 처리를 한다. 먼저 도 15(a),(b)에 나타낸 바와 같은 소정 범위(a) 내에 존재하는 복수의 화소의 신호파형(신호강도)의 평균값을 각 행 마다 산출한다. 이어서, 신호강도를 세로축으로 하고, 촬상소자의 각 행 rn의 X 위치를 가로축으로 하여 산출된 평균값(각 행 마다의 신호강도의 평균값)을 플롯한다. 도 15(c)는 이 같이 플롯한 예를 나타낸다. 그리고 위치정보 연산부(41)는 이 플롯한 파형 데이터(도 15(c)의 파형)에 기초하여 예컨대 공지된 에지 검출법 등을 이용하여 마크의 X축 방향의 위치를 산출한다.
여기서, 화상정보(Cn)의 시간적인 지연으로 인한 위치어긋남(전기신호의 지연)은 도 15(a), (b)의 Y축 방향으로 발생하고, X축 방향으로는 발생하지 않는다. 따라서 상기 수법을 이용함으로써, 전기신호의 지연(시간지연)으로 인한 위치어긋남의 발생을 방지할 수 있다.
노광처리할 때에는 먼저 주제어계(13)는 얼라인먼트 신호처리계(18)로부터 출력되는 웨이퍼 위치정보에 포함되는 위치정보에 대해, 전술한 베이스라인량을 가산하여 보정한다. 그리고, 주제어계(13)는 스테이지 구동계(12)를 통해 베이스라인이 보정된 웨이퍼(W)의 X좌표 및 Y좌표에 기초하여 각 쇼트영역의 중심과 투영광학계(PL)의 광축(AX)이 일치하도록 XY 스테이지(9)를 구동시킨다. 그럼으로써, 웨이퍼(W)의 각 쇼트영역의 정확한 노광위치로의 맞춤, 즉 웨이퍼(W)의 정확한 위치맞춤이 행해진다.
이상 설명한 본 발명의 일실시형태에 따르면 얼라인먼트 마크의 계측방향과촬상소자(32)의 주사방향이 직교하도록 설정되어 있으므로, 예컨대 AGC 회로에 의해 화상정보를 증폭시킨 경우일지라도 종래와 같이 계측방향의 시간지연이 발생하지 않고, 시간지연에 기인하는 위치어긋남이 발생하지 않는다. 따라서, 고정밀도로 얼라인먼트 마크의 위치정보를 계측할 수 있다. 또한, 고정밀도로 검출된 위치정보에 기초하여 웨이퍼(W)의 쇼트영역과 노광위치의 위치맞춤을 하고 있다. 따라서, 웨이퍼(W) 위에 이미 형성된 패턴에 대해 겹쳐 노광하는 경우에는 고정밀도로 겹침을 행할 수 있고, 그 결과로서 미세한 가공을 실현할 수 있다.
이어서, 본 발명의 다른 실시형태에 의한 위치계측장치에 대해 설명한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시형태에 의한 위치계측장치가 구비하는 얼라인먼트 센서(14)의 구성을 나타내는 도면이다. 또 도 7에서는 도 2에 나타낸 얼라인먼트 센서(14)의 부재와 공통하는 부재에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다. 도 7에 나타낸 본 발명의 다른 실시형태에 의한 위치계측장치가 구비하는 얼라인먼트 센서(14)가 도 2에 나타낸 얼라인먼트 센서(14)와 다른 점은 지표판(31)을 투과한 얼라인먼트 마크(AM1)의 이미지 및 지표판(31)의 이미지를 2방향으로 분할하는 빔 스플리터(50)와, 빔 스플리터(50)에 의해 분할된 이미지를 수광하는 촬상소자(51)를 설치한 점이다.
여기서, 얼라인먼트 마크(AM1)에 대해 설명한다. 도 8은 본 실시형태에서 사용되는 얼라인먼트 마크(AM1)의 상면도이다. 도 8에 나타낸 바와 같이 본 실시형태에서 사용되는 얼라인먼트 마크(AM1)는 한번의 계측으로 X축 방향의 위치정보와 Y축 방향의 위치정보를 계측하기 위한 것이다. 이 얼라인먼트 마크는 X축 방향의 위치정보를 계측하는 마크요소(AMX,AMX)와 Y축 방향의 위치정보를 계측하는 마크요소(AMY)를 구비한다. 마크요소(AMX,AMX)의 계측방향은 도 8 중의 부호 D2가 붙여진 방향이고, 마크요소(AMY)의 계측방향은 도 8 중의 부호 D3이 붙여진 방향이다.
이어서, 촬상소자(32) 및 촬상소자(51)의 주사방향과 얼라인먼트 마크(AM1)의 이미지와의 위치관계에 대해 설명한다. 도 9는 얼라인먼트 마크(AM1)의 이미지에 대한 촬상소자(32)의 촬상면(F2) 및 촬상소자(51)의 촬상면(F3)의 배치관계를 나타내는 도면이다. 촬상소자(32)의 촬상면(F2) 및 촬상소자(51)의 촬상면(F3)에 결상되는 얼라인먼트 마크(AM1)의 이미지(Im2)는 촬상면(F2) 및 촬상면(F3)의 대략 중앙에 배치된다. 또한, 도 5에서는 마크요소(AMX,AMX)의 이미지에 대해 부호 ImX를 붙였고, 마크요소(AMY)의 이미지에 대해 부호 ImY를 붙였다. 마크요소(AMX,AMX)의 이미지의 계측방향은 부호 D12를 붙인 방향이고, 마크요소(AMY)의 이미지의 계측방향은 부호 D13을 붙인 방향이다. 또한, 도 9에서, 부호 SC2가 붙여진 방향은 촬상소자(32)의 주사방향이고, 부호 SC3이 붙여진 방향은 촬상소자(51)의 주사방향이다.
또한, 도 10은 얼라인먼트 센서(14)가 도 9에 나타낸 것인 경우의 얼라인먼트 신호처리계(18)의 내부구성을 나타내는 블록도이다. 도 10에 나타낸 얼라인먼트 신호처리계(18)가 도 6에 나타낸 얼라인먼트 신호처리계(18)와 다른 점은 화상메모리(60)를 추가로 설치한 점이다. 이는 얼라인먼트 센서(14) 내에 촬상소자(51)를 설치한 것에 의한 것이다. 요컨대 촬상소자(32)에서 출력되는 화상정보는 화상메모리(40)에 기억되고, 촬상소자(51)에서 출력되는 화상정보는 화상메모리(60)에 기억된다. 또한, 위치정보 연산부(41)는 화상메모리(40) 및 화상메모리(60)에 기억된 화상정보에 기초하여 전술한 수법과 동일한 수법을 이용하여 얼라인먼트 마크(AM1)의 X축 방향의 위치정보 및 Y축 방향의 위치정보를 연산에 의해 구한다. 또 도시는 생략하였지만, 화상메모리(60)의 전단에 AGC 회로 및 A/D 변환회로가 형성되어 있다.
이어서, 본 발명의 다른 실시형태에 의한 위치계측장치의 동작에 대해 설명한다.
처리가 개시되면, 주제어계(13)가 스테이지 구동계(12)를 통해 XY 스테이지(9)를 제어하고, 계측을 행하는 얼라인먼트 마크(AM1)를 얼라인먼트 센서(14)의 시야영역내에 이동시킨다. 이어서, 주제어계(13)는 할로겐 램프(15)에 대해 제어신호를 출력하여 조명광(IL1)을 출사시키고, 조명광(IL2)에 의해 얼라인먼트 마크(AM1)를 낙사(落射)조명하여, 촬상소자(32)의 촬상면(F2) 및 촬상소자(51)의 촬상면(F3) 위에 이미지(Im2)를 결상시킨다.
촬상소자(32)는 촬상면(F2)에 결상된 이미지(Im2)를 주사방향 SC2 로 주사하면서 전기신호로 변환시켜 화상정보로서 출력한다. 또한, 촬상소자(51)는 촬상면(F3)에 결상된 이미지(Im2)를 주사방향 SC3으로 주사하면서 전기신호로 변환시켜 화상정보로서 출력한다. 촬상소자(32) 및 촬상소자(51)에서 출력된 화상신호는도시하지 않은 AGC 회로에 의해 증폭되고, A/D 변환기에 의해 디지털화되어 화상메모리(40) 및 화상메모리(60)에 각각 기억된다.
여기서, 화상정보의 위치어긋남, 특히 AGC 회로에 의해 증폭될 때의 시간지연이 문제가 되는데, 촬상소자(32)의 촬상면(F2)에서는 전술한 바와 같이 주사방향 SC2와 마크요소(AMY)의 이미지(ImY)의 계측방향 D13은 직교하도록 설정되어 있으므로, 도 9에 나타낸 주사방향 SC2로의 시간지연, 요컨대 얼라인먼트 마크(AM)의 마크요소(AMY)의 이미지(ImY)의 길이방향으로의 시간지연은 여전히 발생한다. 그러나, 주사방향 SC2에 대해 계측방향 D13은 직교하도록 배치되어 있으므로, 계측방향 D13의 시간지연은 발생하지 않는다. 따라서, 얼라인먼트 마크(AM1)의 이미지(Im2)가 도 9에 나타낸 상태에서 촬상소자(32)의 촬상면(F2)에 결상되어 있는 경우에는 화상메모리(40)에 기억된 화상정보 중, 마크요소(AMY)의 이미지(ImY) 부분의 화상정보만을 이용하여 계측하면 계측방향 D13, 요컨대 얼라인먼트 마크(AM1)의 Y축 방향의 위치정보를 연산할 때에 계측방향 D13의 시간지연에 기인하는 위치어긋남이 발생하지 않으므로, 고정밀도로 얼라인먼트 마크(AM)의 Y축 방향의 위치정보를 계측할 수 있다.
또한, 촬상소자(51)의 촬상면(F3)에서는 전술한 바와 같이 주사방향 SC3과 마크요소(AMX,AMX)의 이미지(ImX,ImY)의 계측방향 D12는 직교하도록 설정되어 있으므로, 도 9에 나타낸 주사방향 SC3으로의 시간지연, 요컨대 얼라인먼트 마크(AM)의마크요소(AMX,AMX)의 이미지(ImX,ImY)의 길이방향으로의 시간지연은 여전히 발생한다. 그러나, 주사방향 SC3에 대해 계측방향 D12는 직교하도록 배치되어 있으므로, 계측방향 D12의 시간지연은 발생하지 않는다. 따라서, 얼라인먼트 마크(AM1)의 이미지(Im2)가 도 9에 나타낸 상태에서 촬상소자(51)의 촬상면(F3)에 결상되어 있는 경우에는 화상메모리(60)에 기억된 화상정보 중, 마크요소(AMX,AMX)의 이미지(ImX,ImY) 부분의 화상정보만을 이용하여 계측하면 계측방향 D12, 요컨대 얼라인먼트 마크(AM1)의 X축 방향의 위치정보를 연산할 때에 계측방향 D12의 시간지연에 기인하는 위치어긋남이 발생하지 않으므로, 고정밀도로 얼라인먼트 마크(AM)의 X축 방향의 위치정보를 계측할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는 얼라인먼트 마크(AM1)의 한번의 계측만으로 얼라인먼트 마크(AM1)의 X축 방향 및 Y축 방향의 위치정보를 계측할 수 있어 전술한 실시형태와 같이 촬상소자를 회전시킬 필요가 없어진다. 따라서, 스루풋, 즉 단위시간에 처리할 수 있는 웨이퍼의 매수의 향상을 도모하는 데에 바람직하다. 위치정보연산부(41)에서 연산된 X축 방향의 위치정보 및 Y축 방향의 위치정보 그리고 초점위치 검출부(42)에서 검출된 디포커스량은 웨이퍼 위치정보로서 주제어계 (13)로 출력된다.
노광처리를 할 때에는, 먼저 주제어계(13)는 얼라인먼트 신호처리계(18)에서 출력되는 웨이퍼 위치정보에 포함되는 X축 방향의 위치정보 및 Y축 방향의 위치정보에 대해 전술한 베이스라인량을 가산하여 보정한다. 그리고,주제어계(13)는스테이지 구동계(12)를 통해 베이스라인이 보정된 웨이퍼(W)의 X좌표 및 Y좌표에 기초하여 각 쇼트영역의 중심과 투영광학계(PL)의 광축(AX)이 일치하도록 XY 스테이지(9)를 구동시킨다. 그럼으로써, 웨이퍼(W)의 각 쇼트영역의 정확한 노광위치로의 겹침, 즉 웨이퍼(W)의 정확한 위치맞춤이 행해진다.
이상 설명한 다른 실시형태에 의한 위치계측장치에 따르면 위치정보를 계측하기 위한 얼라인먼트 마크(AM1)로서, 계측방향 D2,D3이 서로 직교하는 방향에 설정된 마크요소(AMX,AMX,AMY)를 갖는 것을 사용하고, 얼라인먼트 마크(AM1)의 이미지(Im2)를 주사방향 SC2,SC3이 서로 직교하는 관계로 배치된 촬상소자(32,51)로 촬상한다. 그리고, 촬상소자(32,51)에 의해 변환된 화상정보 중, 계측방향이 주사방향과 직교하는 부분의 화상신호만 사용하여 위치정보를 계측하고 있다. 따라서, 예컨대 AGC 회로에 의해 화상정보를 증폭시킨 경우일지라도, 종래와 같이 계측방향의 시간지연이 발생하지 않아 시간지연에 기인하는 위치어긋남이 발생하지 않는다. 따라서, 고정밀도로 얼라인먼트 마크의 위치정보를 계측할 수 있다. 또한, 고정밀도로 검출된 위치정보에 기초하여 웨이퍼(W)의 쇼트영역과 노광위치의 위치맞춤을 하고 있다. 따라서, 웨이퍼(W) 위에 이미 형성된 패턴에 대해 겹쳐 노광하는 경우에는 고정밀도로 겹침을 행할 수 있고, 그 결과로서 미세한 가공을 실현할 수 있다.
이상 설명한 실시형태에서는 촬상소자의 주사방향과 마크의 계측방향을 직교시킴으로써, 전기신호의 지연(시간지연)에 기인하는 위치어긋남의 발생을 방지하도록 하고 있다. 그러나 이외에도 전기신호의 시간지연에 기인하는 위치어긋남의 발생을 발지하는 다른 계측방법이 있다. 이하, 다른 계측방법에 대해 설명한다.
먼저, 도 13과 같이 촬상소자의 주사방향과 마크의 계측방법을 동일한 방향으로 설정한 상태(촬상소자가 마크에 대해 0도인 상태)에서 마크를 촬상하여 화상정보(통상 화상정보, 제1 화상정보)를 구하고, 그 화상정보에 기초하여 마크위치정보(제1 마크위치정보)를 구한다. 이어서, 촬상소자를 180도 회전시켜 마크를 촬상하고, 그 화상정보(반전 화상정보, 제2 화상정보)를 구하여 그 화상정보에 기초하여 마크위치정보(제2 마크위치정보)를 구한다. 그리고, 이들 제1, 제2 마크위치정보의 평균값을 구한다. 이와 같이 촬상소자의 주사방향이 마크의 계측방향에 대해 0도인 상태에서 얻은 마크위치정보와, 180도 반전시켜 얻은 마크위치정보의 평균을 취함으로써, 전기신호의 시간지연에 기인하는 마크신호의 위치어긋남을 상쇄할 수 있어 시간지연으로 인한 위치어긋남을 포함하지 않는 마크위치를 측정할 수 있게 된다.
또한, 다른 수법으로서 인터레이스 판독 가능한 촬상소자를 사용하는 수법을 생각할 수 있다. 도 13과 같이 촬상소자의 주사방향과 마크의 계측방향을 동일한 방향으로 설정한 상태(촬상소자가 마크에 대해 0도인 상태)로 촬상소자를 배치한다. 그리고, 예컨대 홀수라인의 화소를 주사할 때에는 통상의 주사방향(도 13으로 말하자면 주사방향 105)으로 주사하고, 짝수라인의 화소를 주사할 때에는 통상의 주사방향을 반전시킨 주사방향(도 13으로 말하자면 주사방향 105의 반대방향)으로 주사할 수 있도록 촬상소자 및 주사 알고리즘을 구성해 놓는다. 그럼으로써 상기 기술한 계측방법과 마찬가지로, 촬상소자의 주사방향이 마크의 계측방향에 대해 0도인 상태에서 얻은 마크위치정보와, 180도 반전시켜 얻은 마크위치정보의 평균을 취하면 전기신호의 시간지연에 기인하는 마크신호의 위치어긋남을 상쇄할 수 있어 시간지연으로 인한 위치어긋남을 포함하지 않는 마크위치를 측정할 수 있게 된다.
또 상술한 실시형태에서는 촬상소자(32)를 회전하는 것으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예컨대 촬상소자는 고정해 놓고, 마크로부터 촬상소자에 이르기까지의 광로 중에 배치된 회전가능한 광학부재를 회전(90도 또는 180도로 회전)시킴으로써, 촬상소자면에 결상되는 마크이미지를 회전시키도록 구성해도 된다.
또 전술한 본 발명의 일실시형태에 의한 노광장치(도 1)는 웨이퍼(W)를 고정밀도로 고속으로 위치제어할 수 있어 스루풋을 향상시키면서 높은 노광정밀도로 노광이 가능하도록 조명광학계(1), 레티클 스테이지(3), 베이스(4), 및 구동장치(5)를 포함하는 레티클 얼라인먼트계, 웨이퍼 스테이지(7), Z 스테이지(8), XY 스테이지(9), 이동경(10), 및 레이저 간섭계(11)를 포함하는 웨이퍼 얼라인먼트계, 투영광학계(PL) 등의 도 1에 나타낸 각 요소가 전기적, 기계적, 또는 광학적으로 연결되어 장착된 후, 종합조정(전기조정, 동작확인 등)함으로써 제조된다. 또 노광장치는 온도 및 청정도 등이 관리된 청정실에서 제조하는 것이 바람직하다.
이어서, 본 발명의 일실시형태의 노광장치 및 노광방법을 사용한 디바이스의 제조에 대해 설명한다.
도 11은 본 발명의 일실시형태에 의한 노광장치를 사용하여 디바이스(IC 또는 LSI 등의 반도체 칩, 액정패널, CCD, 박막자기헤드, 마이크로 머신 등)를 생산할 때의 흐름도이다. 도 11에 나타내는 바와 같이, 먼저 단계 S10(설계단계)에서 디바이스의 기능설계(예컨대 반도체 디바이스의 회로설계 등)를 행하고, 그 기능을 실현하기 위한 패턴설계를 행한다. 계속하여, 단계 S11(마스크 제작단계)에서, 설계한 회로패턴을 형성한 마스크를 제작한다. 한편 단계 S12(웨이퍼 제조단계)에서, 실리콘 등의 재료를 사용하여 웨이퍼를 제조한다.
이어서, 단계 S13(웨이퍼 프로세스 단계)에서, 단계 S10∼단계 S12에서 준비한 마스크와 웨이퍼를 사용하여 리소그래피 기술에 의해 웨이퍼 위에 실제 회로 등을 형성한다. 이어서, 단계 S14(조립단계)에서, 단계 S13에서 처리된 웨이퍼를 사용하여 칩화한다. 이 단계 S14에는 어셈블리 공정(다이싱, 본딩), 패키징 공정(칩 봉입) 등의 공정이 포함된다. 마지막으로, 단계 S15(검사단계)에서, 단계 S15에서 제작된 디바이스의 동작확인 테스트, 내구성 테스트 등의 검사를 한다. 이러한 공정을 거친 후에 디바이스가 완성되며 이것이 출하된다.
또 본 실시형태의 노광장치로서 마스크와 기판을 동기이동하여 마스크의 패턴을 노광하는 주사형 노광장치(USP5,473,410)에도 적용할 수 있다. 또한, 본 실시형태의 노광장치로서 투영광학계를 사용하지 않고 마스크와 기판을 밀착시켜 마스크의 패턴을 노광하는 프록시미티 노광장치에도 적용할 수 있다. 또한, 노광장치의 용도로는 반도체 제조용 노광장치에 한정되지 않고, 예컨대 각형의 글래스 플레이트에 액정표시소자 패턴을 노광하는 액정용 노광장치 또는 박막자기헤드를 제조하기 위한 노광장치에도 널리 적용할 수 있다. 본 실시형태의 노광장치의 광원은 g선(436㎚), i선(365㎚), KrF 엑시머레이저(248㎚), ArF 엑시머레이저 (193㎚), F2 레이저(157㎚) 뿐만아니라, X선이나 전자선 등의 하전입자선을 이용할 수 있다. 예컨대 전자선을 이용하는 경우에는 전자총으로서 열전자방사형 란탐헥사보라이트(LaB6), 탄탈(Ta)을 사용할 수 있다.
투영광학계의 배율은 축소계 뿐만 아니라 등배 및 확대계 중 어느 것이어도 된다. 투영광학계로는 엑시머 레이저 등의 원자외선을 이용하는 경우에는 초재로서 석영이나 형석 등의 원자외선을 투과하는 재료를 사용하고, F2레이저나 X선을 이용하는 경우에는 반사굴절계 또는 굴절계의 광학계로 하고(레티클도 반사형 타입의 것을 사용함), 또한 전자선을 이용하는 경우에는 광학계로서 전자렌즈 및 편향기로 이루어지는 전자광학계를 사용하면 된다. 또 전자선이 통과하는 광로는 진공상태로 하여야 함은 당연하다.
웨이퍼 스테이지나 레티클 스테이지에 리니어 모터(USP5,623,853 또는 USP5,528,118 참조)를 사용하는 경우에는 에어베어링을 사용한 에어 부상형 및 로렌츠 힘 또는 리액턴스력을 이용한 자기부상형 중 어느 것을 사용해도 된다. 또한, 스테이지는 가이드를 따라 이동하는 타입일 수도 있고, 가이드를 형성하지 않는 가이드리스 타입일 수도 있다. 스테이지의 구동장치로는 2차원으로 자석을 배치한 자석 유닛과, 2차원으로 코일을 배치한 전기자 유닛을 대향시켜 전자력에 의해 스테이지를 구동하는 평면모터를 사용해도 된다. 이 경우, 자석 유닛과 전기자 유닛 중 어느 하나를 스테이지에 접속하고, 전자 유닛과 전기자 유닛 중 다른 어느 하나를 스테이지의 이동면측에 설치하면 된다.
웨이퍼 스테이지의 이동에 의해 발생하는 반력은 일본 공개특허공보 평8-166475호(USP5,528,118)에 기재된 바와 같이, 프레임 부재를 이용하여 기계적으로 바닥(대지)으로 내보내도 된다. 레티클 스테이지의 이동에 의해 발생하는 반력은 일본 공개특허공보 평8-330224호(USS/N08/416,558)에 기재된 바와 같이, 프레임 부재를 이용하여 기계적으로 바닥(대지)으로 내보내도 된다.

Claims (10)

  1. 물체 상에 형성된 마크의 소정 방향에서의 위치정보를 계측하는 위치계측장치로서,
    상기 마크에 대해 검지빔을 조사하는 조사수단;
    상기 검지빔의 조사에 의해 상기 마크로부터 발생된 마크의 이미지를 결상면 상에 결상시키는 결상광학계;
    상기 결상면 상의 상기 마크의 이미지를 주사선을 주사하면서 촬상하여, 상기 마크의 이미지에 상당하는 화상정보를 생성하는 촬상수단; 및
    상기 화상정보에 기초하여, 상기 마크의 상기 소정 방향에서의 위치정보를 구하는 연산수단을 구비하고,
    상기 주사선의 주사방향은, 상기 소정 방향과 직교하고 있는 것을 특징으로 하는 위치계측장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 화상정보를 기억하는 기억수단을 더 구비하고,
    상기 연산수단은, 상기 기억수단에 기억된 상기 화상정보에 기초하여, 상기 마크의 위치정보를 연산하는 것을 특징으로 하는 위치계측장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 촬상수단은, 상기 주사선의 방향이 상기 소정 방향에 대해 직교하도록, 상기 마크의 이미지에 대해 회전가능한 것을 특징으로 하는 위치계측장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마크는, 제1 방향으로 주기성을 갖는 제1 마크와, 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 주기성을 갖는 제2 마크를 포함하고,
    상기 촬상수단은, 상기 제1 방향과 직교하는 방향으로 연장된 주사선으로 이루어지는 제1 촬상수단과 상기 제2 방향과 직교하는 방향으로 연장된 주사선으로 이루어지는 제2 촬상수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 위치계측장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 연산수단은, 상기 제1 촬상수단으로부터 얻어진 화상정보에 기초하여, 상기 제1 마크의 상기 제1 방향에서의 위치정보를 구하고, 상기 제2 촬상수단으로부터 얻어진 화상정보에 기초하여, 상기 제2 마크의 상기 제2 방향에서의 위치정보를 구하는 것을 특징으로 하는 위치계측장치.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 마크의 이미지를 상기 제1 마크의 이미지와 상기 제2 마크의 이미지로 분기시켜, 상기 제1 마크의 이미지를 상기 제1 촬상수단으로 유도하고, 상기 제2 마크의 이미지를 상기 제2 촬상수단으로 유도하는 분기수단;
    상기 제1 촬상수단으로부터 얻어진 화상정보를 기억하는 제1 기억수단; 및
    상기 제2 촬상수단으로부터 얻어진 화상정보를 기억하는 제2 기억수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 위치계측장치.
  7. 물체 상에 형성된 마크의 소정 방향에서의 위치정보를 계측하는 위치계측장치로서,
    상기 마크에 대해 검지빔을 조사하는 조사수단;
    상기 검지빔의 조사에 의해 상기 마크로부터 발생된 마크의 이미지를 결상면 상에 결상시키는 결상광학계;
    상기 결상면 상의 상기 마크의 이미지를 주사선을 주사하면서 촬상하여, 상기 마크의 이미지에 상당하는 화상정보를 생성하는 촬상수단; 및
    상기 화상정보에 기초하여, 상기 마크의 상기 소정 방향에서의 위치정보를 구하는 연산수단을 구비하고,
    상기 촬상수단은, 상기 주사선을 상기 마크의 이미지에 대해 상기 소정 방향으로 주사하면서 상기 마크의 이미지를 촬상하여 제1 화상정보를 생성함과 동시에, 상기 마크의 이미지에 대해 상기 주사방향과는 반대방향으로 주사하면서 상기 마크의 이미지를 촬상하여 제2 화상정보를 생성하고,
    상기 연산수단은, 상기 제1, 제2 화상정보에 기초하여, 상기 위치정보를 구하는 것을 특징으로 하는 위치계측장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 촬상수단은, 상기 마크의 이미지에 대해 회전가능한 것을 특징으로 하는 위치계측장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 촬상수단은 복수의 주사선을 포함하고, 제1 주사선은 상기 마크의 이미지에 대해 상기 소정 방향으로 주사하면서 상기 마크의 이미지를 촬상하고, 상기 제1 주사선과는 상이한 제2 주사선은 상기 마크의 이미지에 대해 상기 반대방향으로 주사하면서 상기 마크의 이미지를 촬상하는 것을 특징으로 하는 위치계측장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 위치계측장치에 계측된 기판 상의 마크의 위치정보에 기초하여, 상기 기판을 위치맞춤시키는 위치맞춤수단을 갖고,
    상기 위치맞춤된 상기 기판 상을 소정 패턴으로 노광하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
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