KR20090046781A

KR20090046781A - 면위치 검출 장치, 노광 장치 및 디바이스의 제조 방법

Info

Publication number: KR20090046781A
Application number: KR1020097000824A
Authority: KR
Inventors: 야스히로 히다카
Original assignee: 가부시키가이샤 니콘
Priority date: 2006-07-14
Filing date: 2007-07-13
Publication date: 2009-05-11
Also published as: US8599387B2; KR101679070B1; TW200811609A; TWI432910B; WO2008007765A1; US20090208875A1

Abstract

빛을 피검면(W)으로 유도하는 송광 광학계(SL)와, 이 빛을 수광면으로 유도하는 수광 광학계(RL)와, 이 수광면에 배치된 검출 수단(38)과, 이 피검면(W)으로 유도되는 빛을 측정광과 참조광으로 시야 분할하는 분할 수단(4)과, 이 피검면(W)을 통해 이 수광 광학계(RL)로 향하는 이 측정광과, 이 피검면(W)을 통하지 않고 수광 광학계(RL)로 향하는 참조광을 시야 합성하는 합성 수단(5)을 구비하고, 검출 수단(38)은 수광면에서 참조광과 측정광을 독립적으로 검출하는 것인 면위치 검출 장치를 개시한다.

Description

면위치 검출 장치, 노광 장치 및 디바이스의 제조 방법{SURFACE POSITION DETECTING APPARATUS, EXPOSURE APPARATUS AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}

본 발명은, 반도체 소자나 액정 표시 소자 등을 제조하기 위한 리소그래피 공정에서 사용되는 면위치 검출 장치, 그 면위치 검출 장치를 구비한 노광 장치 및 그 노광 장치를 사용한 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.

마스크 상에 형성된 패턴을 투영 광학계를 통해 기판 상에 투영 노광하는 투영 노광 장치에서는, 투영 광학계의 초점 심도가 비교적 얕고 또한 기판면이 평탄하지 않은 경우도 있기 때문에, 기판 상의 노광 영역에 대한 투영 광학계의 포커스 위치의 조정을 정확하게 해야 한다.

투영 광학계의 광축 방향에서의 기판 위치의 검출 장치로는, 예를 들어, 미국특허 제5,587,794호 공보에는, 피검면으로서의 기판에 대해 경사 방향으로부터 슬릿의 이미지를 투영하고, 이 슬릿의 이미지를 경사 방향으로부터 검출하는 사입사형 오토포커스 센서(면위치 검출 장치)가 개시되어 있다.

그런데, 상술한 사입사형 오토포커스 센서에서는, 공기의 온도 분포 등의 주변 환경에 의한 외란, 사입사형 오토포커스 센서를 구성하는 광학계 내의 광학 부재의 위치 변동 등을 요인으로 하는 계측 오차가 발생한 경우, 투영 광학계의 광축 방향에서의 기판 위치를 정확하게 계측할 수 없다. 여기서, 종래에는 다른 계측 시스템을 사용하여 이 계측 오차를 계측했기 때문에, 계측 오차를 계측하기 위한 시간이 필요하여, 투영 노광 장치의 스루풋이 저하되었다. 또, 계측 오차를 계측하기 위한 계측 시스템으로서, 사입사형 오토포커스 센서와 다른 광학계에 의해 구성된 것을 사용한 경우, 광학계가 다른 것에 의한 오차 요인도 많아, 계측 시스템에서 계측 오차를 정확하게 계측할 수 없다는 문제가 있었다.

본 발명의 과제는, 계측 오차를 신속하고 정확하게 파악할 수 있는 면위치 검출 장치, 그 면위치 검출 장치를 구비한 노광 장치 및 그 노광 장치를 사용한 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 형태에 따른 면위치 검출 장치는, 빛을 피검면으로 유도하는 송광 광학계와, 상기 빛을 수광면으로 유도하는 수광 광학계와, 상기 수광면에 배치된 검출 수단과, 상기 피검면으로 유도되는 상기 빛을 측정광과 참조광으로 시야 분할하는 분할 수단과, 상기 피검면을 통해 상기 수광 광학계로 향하는 상기 측정광과, 상기 피검면을 통하지 않고 상기 수광 광학계로 향하는 상기 참조광을 시야 합성하는 합성 수단을 구비하고, 상기 검출 수단은, 상기 수광면에서 상기 참조광과 상기 측정광을 독립적으로 검출하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 제2 형태에 따른 면위치 검출 장치는, 기준 물체로부터의 빛을 피검면으로 유도하는 송광 광학계와, 상기 빛을 수광면으로 유도하는 수광 광학계와, 상기 수광면에 배치된 검출 수단과, 상기 기준 물체의 제1 영역으로부터의 상기 빛을 측정광으로 하여 상기 피검면을 경유하는 측정 광로로 유도하고, 상기 기준 물체의 제2 영역으로부터의 상기 빛을 참조광으로 하여 참조 광로로 유도하기 위해, 상기 측정광과 상기 참조광 중 적어도 하나의 광로를 편향시키는 제1 광로 편향 수단과, 상기 측정광을 상기 수광 광학계를 통해 상기 수광면의 제1 영역으로 유도하고, 상기 참조광을 상기 수광 광학계를 통해 상기 수광면의 제2 영역으로 유도하기 위해, 상기 피검면을 통해 상기 측정 광로에 진행하는 상기 측정광과 상기 참조 광로에 진행하는 상기 참조광 중 적어도 하나의 광로를 편향시키는 제2 광로 편향 수단을 구비하고, 상기 검출 수단은, 상기 수광면의 상기 제1 영역에서 수광되는 상기 측정광과 상기 수광면의 상기 제2 영역에서 수광되는 상기 참조광을 독립적으로 검출하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 제3 형태에 따른 노광 장치는, 소정의 패턴을 감광성 기판 상에 전사하는 노광 장치에 있어서, 상기 감광성 기판의 면위치를 검출하기 위한 본 발명의 면위치 검출 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 제4 형태에 따른 디바이스의 제조 방법은, 본 발명의 노광 장치를 사용하여 소정의 패턴을 감광성 기판 상에 전사하는 전사 공정과, 상기 전사 공정에 의해 상기 소정의 패턴이 전사된 상기 감광성 기판을 현상하는 현상 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 면위치 검출 장치에 의하면, 피검면을 통한 측정광과 피검면을 통하지 않는 참조광을 독립적으로 검출하는 검출 수단을 구비하고 있기 때문에, 측정광의 검출 결과에 의해 피검면의 면위치를 검출하는 것과 동시에, 참조광의 검출 결과로부터 측정광의 검출 결과의 오차를 검출할 수 있다. 따라서, 참조광의 검출 결과를 사용하여 측정광의 검출 결과를 신속하게 보정할 수 있고, 또한 피검면의 면위치를 정밀하게 검출할 수 있다. 또, 다른 검출 시스템을 사용하여 측정광의 검출 오차를 검출할 필요가 없고, 측정광이 통과하는 광학 부재와 거의 동일한 광학 부재를 통하여, 검출 수단에 의해 검출되는 참조광의 검출 결과로부터, 측정광의 검출 결과의 오차를 정확하게 검출할 수 있어, 피검면의 면위치를 정밀하게 검출할 수 있다.

또, 본 발명의 노광 장치에 의하면, 본 발명의 면위치 검출 장치를 구비하고 있기 때문에, 검출 수단에 의한 측정광의 검출 결과를 신속하게 보정할 수 있어, 높은 스루풋으로 소정의 패턴을 기판 상에 정밀하게 노광할 수 있다.

또, 본 발명의 디바이스의 제조 방법에 의하면, 본 발명의 노광 장치를 사용하여 노광하기 때문에, 감광성 기판 상에 소정의 패턴을 정밀하게 노광할 수 있어, 양호한 디바이스를 얻을 수 있다.

도 1은 제1 실시형태에 따른 노광 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.

도 2는 송광 슬릿 프리즘의 사출면의 구성을 나타내는 도면이다.

도 3은 제1 실시형태에 따른 면위치 검출 장치의 웨이퍼면측의 구성을 나타내는 정면도이다.

도 4는 제1 실시형태에 따른 면위치 검출 장치의 웨이퍼면측의 구성을 나타내는 평면도이다.

도 5는 수광 센서의 수광면의 구성을 나타내는 도면이다.

도 6은 제2 실시형태에 따른 면위치 검출 장치의 웨이퍼면측의 구성을 나타내는 정면도이다.

도 7은 제2 실시형태에 따른 면위치 검출 장치의 웨이퍼면측의 구성을 나타내는 평면도이다.

도 8은 제3 실시형태에 따른 면위치 검출 장치의 웨이퍼면측의 구성을 나타내는 정면도이다.

도 9는 제3 실시형태에 따른 면위치 검출 장치의 웨이퍼면측의 구성을 나타내는 평면도이다.

도 10은 제4 실시형태에 따른 면위치 검출 장치의 웨이퍼면측의 구성을 나타내는 정면도이다.

도 11은 제4 실시형태에 따른 면위치 검출 장치의 웨이퍼면측의 구성을 나타내는 평면도이다.

도 12는 제5 실시형태에 따른 면위치 검출 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 13은 제5 실시형태에 따른 면위치 검출 장치의 웨이퍼면측의 구성을 나타내는 정면도이다.

도 14는 제5 실시형태에 따른 면위치 검출 장치의 웨이퍼면측의 구성을 나타내는 평면도이다.

도 15는 동공 분할에 관해 설명하기 위한 도면이다.

도 16은 시야 분할에 관해 설명하기 위한 도면이다.

도 17은 다른 면위치 검출 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 18은 변형예에 따른 면위치 검출 장치에서의 송광 슬릿 프리즘의 사출면의 구성을 나타내는 도면이다.

도 19는 변형예에 따른 면위치 검출 장치의 웨이퍼면측의 구성을 나타내는 도면으로서, (a)는 평면도, (b)는 측면도이다.

도 20은 다른 변형예에 따른 면위치 검출 장치의 웨이퍼면측의 구성을 나타내는 도면으로서, (a)는 평면도, (b)는 B-B 화살 표시도, (c)는 C-C 화살 표시도이다.

도 21은 본 발명의 실시형태에 따른 마이크로 디바이스로서의 반도체 디바이스의 제조 방법을 나타내는 플로우차트이다.

도 22는 본 발명의 실시형태에 따른 마이크로 디바이스로서의 액정 표시 소자의 제조 방법을 나타내는 플로우차트이다.

(부호의 설명)

IL : 조명 광학계 PL : 투영 광학계

R : 레티클 W : 웨이퍼

RST : 레티클 스테이지 WST : 웨이퍼 스테이지

2 : 면위치 검출 장치 4 : 프리즘

5 : 편각 프리즘 SL : 송광 광학계

RL : 수광 광학계 12 : 송광 슬릿 프리즘

16, 33 : 전동 평행평면판 23, 26 : 제1 대물 렌즈

17, 31 : 제2 대물 렌즈 21 : 진동 미러

24, 25 : 낙사 프리즘 35 : 수광 슬릿 프리즘

38 : 수광 센서

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 제1 실시형태에 따른 노광 장치에 관해 설명한다. 도 1은, 제1 실시형태에 따른 노광 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 이하의 설명에서는, 도 1 중에 나타내는 XYZ 직교 좌표계를 설정하고, 이 XYZ 직교 좌표계를 참조하면서 각 부재의 위치 관계에 관해 설명한다. XYZ 직교 좌표계는, X축 및 Y축이 웨이퍼(W)에 대해 평행해지도록 설정되고, Z축이 웨이퍼(W)에 대해 직교하는 방향으로 설정되어 있다. 도면 중의 XYZ 좌표계는, 실제로는 XY 평면이 수평면에 평행한 면으로 설정되고, Z축이 수직 상방향으로 설정된다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 광원을 포함하는 조명 광학계(IL)로부터 사출된 노광광은, 레티클 스테이지(RST)에 적재되어 있는 레티클(R)을 조명한다. 레티클 스테이지(RST)의 위치는, 도시하지 않은 레티클 스테이지 간섭계에 의해 계측되고 또한 위치 제어되고 있다. 레티클(R)에 형성되어 있는 노광 패턴을 통과한 노광광은, 투영 광학계(PL)를 통해, 웨이퍼 스테이지(WST)에 적재되어 있는 웨이퍼(W) 상에 레티클(R)의 패턴 이미지를 투영한다. 이 웨이퍼(W)를 적재하고 있는 웨이퍼 스테이지(WST)는, 웨이퍼(W)를 투영 광학계(PL)의 광축(AX)에 수직인 평면(XY 평면)내에서 평행 이동, 미소 회전 가능하게 구성되어 있고, 또한 광축(AX)을 따른 포커 싱 방향(Z방향)으로 이동 가능하게 구성되어 있다. 또, 웨이퍼 스테이지(WST)의 위치는, 도시하지 않은 웨이퍼 스테이지 간섭계에 의해 계측되고 또한 위치 제어되고 있다. 노광시에는, 투영 광학계(PL)를 구성하는 웨이퍼(W)측의 광학 부재(도시하지 않음)와 웨이퍼(W) 사이에는 순수 등의 액체가 공급된다.

이 노광 장치는 면위치 검출 장치(2)를 구비하고 있다. 이 면위치 검출 장치(2)는, 투영 광학계(PL)에 의한 결상면에 대한 촛점 심도의 폭내에 웨이퍼(W)의 노광 영역을 포함시키기 때문에, 웨이퍼(W)의 소정의 검출 영역의 투영 광학계(PL)의 광축 방향(Z방향)에서의 위치를 검출한다.

면위치 검출 장치(2)를 구성하는 광원(3)으로부터 사출된 빛은 콘덴서 렌즈(11)를 통과하여 송광 슬릿 프리즘(12)에 입사한다. 도 2는 송광 슬릿 프리즘(12)의 사출면(기준 물체)(12a)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 사출면(12a)에는 복수의 송광 슬릿(S1∼S11)이 배열되어 있다. 사출면(12a)의 복수의 송광 슬릿(S1∼S10)(제1 영역)을 통과한 빛은 측정광으로서 웨이퍼(W)의 소정의 검출 영역의 Z방향에서의 위치를 검출하기 위해 사용된다. 한편, 사출면(12a)의 송광 슬릿(S11)(제2 영역)을 통과한 빛은 참조광으로서 면위치 검출 장치(2)의 검출 오차를 검출하기 위해 사용된다. 송광 슬릿 프리즘(12)을 통과한 측정광 및 참조광은 빛을 피검면으로서의 웨이퍼(W)면 상으로 유도하는 송광 광학계(SL)에 입사한다.

송광 광학계(SL)에 입사한 측정광 및 참조광은, 송광 광학계(SL)를 구성하는 전동 평행평면판(plane-parallel plate)(16)에 입사한다. 전동 평행평면판(16)은, 송광 광학계(SL)의 광축에 수직인 서로 직교하는 2방향으로 경사 가능하게 구성되어 있다. 전동 평행평면판(16)의 송광 광학계(SL)의 광축에 대한 경사 각도를 변경하여 빛의 굴절 각도를 변화시킴으로써, 전동 평행평면판(16)으로부터 사출되는 빛의 사출 위치를 조정할 수 있다. 이에 따라, 측정광이 웨이퍼(W) 상에 입사할 때의 입사 위치를 조정할 수 있다.

전동 평행평면판(16)을 통과한 측정광 및 참조광은 제2 대물 렌즈(17), 도면 중 화살표 방향으로 회전 운동 가능하게 구성되어 있는 진동 미러(21)에 의해 반사된다. 진동 미러(21)는 후술하는 제1 대물 렌즈(23)의 초점면에 위치하도록 배치되어 있다. 진동 미러(21)에 의해 반사된 측정광 및 참조광은 제1 대물 렌즈(23)를 통과하여 마름모꼴 단면을 갖는 사각기둥형의 낙사(落射) 프리즘(24)에 입사한다.

도 3 및 도 4은, 제1 대물 렌즈(23)∼제1 대물 렌즈(26)까지의 측정광 및 참조광의 광로를 설명하기 위한 정면도 및 평면도이다. 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 제1 대물 렌즈(23)를 통과하여 낙사 프리즘(24)의 입사면을 투과한 측정광 및 참조광은, 서로 평행한 한쌍의 반사면에서 순서대로 반사되어, 입사면에 평행한 사출면으로부터 사출된다.

사출면(12a)의 복수의 송광 슬릿(S1∼S10)으로부터의 측정광은, 낙사 프리즘(24)을 통과함으로써 송광 광학계(SL)로부터 사출되고, 도 3 및 도 4의 실선으로 나타내는 측정 광로에 진행하여, 웨이퍼(W) 상의 검출 영역(A)에 경사 방향으로 입사한다. 검출 영역(A)은 측정광의 진행 방향을 따른 길이 방향을 갖고 있다. 검출 영역(A) 상에는 소정의 피치로 복수의 검출점이 배열되어 있고, 측정광이 검출 영 역(A)을 조사함으로써 복수의 검출점의 각각에 송광 슬릿(S1∼S10)의 형상을 갖는 광조사 영역이 형성된다. 검출 영역(A)에 의해 반사된 측정광은 후술하는 수광 센서(38)로 빛을 유도하는 수광 광학계(RL)에 입사한다.

한편, 사출면(12a)의 슬릿(S11)으로부터의 참조광은, 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 낙사 프리즘(24)을 통과함으로써 송광 광학계(SL)로부터 사출되어, 프리즘(4)의 입사면(4a)에 입사하고, 반사면(4b)에 의해 반사된다. 참조광이 반사면(4b)에 의해 반사됨으로써, 후술하는 수광 센서(38)의 수광면 상에 형성되는 송광 슬릿(S11)의 이미지는 반전된다. 반사면(4b)에 의해 반사된 참조광은 프리즘(4)의 사출면(4c)으로부터 사출된다. 프리즘(4)은, 측정광 및 참조광을 시야 분할하기 위한 분할 수단으로서 기능하고, 구체적으로는 참조광을 도 3 및 도 4의 실선으로 나타내는 측정 광로와는 다른 도 3 및 도 4의 파선으로 나타내는 참조 광로로 유도하기 위해 참조광의 광로를 편향시킨다. 프리즘(4)은, 서로 분리된 측정 광로 및 참조 광로를 형성하기 위해 송광 광학계(SL)의 웨이퍼(W)면측의 공간에 배치된다.

프리즘(4)에 의해 광로가 편향된 참조광은, 도 3 및 도 4의 파선으로 나타내는 참조 광로에 진행하여, 웨이퍼(W)면을 통하지 않고, 편각 프리즘(5)의 입사면(5a)에 입사하여 사출면(5b)으로부터 사출된다. 편각 프리즘(5)은, 측정광 및 참조광을 시야 합성하기 위한 합성 수단으로서 기능하고, 구체적으로는 도 3 및 도 4의 파선으로 나타내는 참조 광로에 진행하는 참조광을, 도 3 및 도 4의 실선으로 나타내는 측정 광로의 방향으로 유도하기 위해, 참조광의 광로를 편향시킨다. 편각 프리즘(5)은, 서로 분리된 측정 광로와 참조 광로를 수광 광학계(RL)를 통해 수광 센서(38)로 유도하기 위해 수광 광학계(RL)의 웨이퍼(W)면측의 공간에 배치된다. 편각 프리즘(5)으로부터 사출된 참조광은 수광 광학계(RL)에 입사한다.

수광 광학계(RL)에 입사한 측정광 및 참조광은 수광 광학계(RL)를 구성하는 낙사 프리즘(25)에 입사한다. 낙사 프리즘(25)은 낙사 프리즘(24)과 마찬가지로, 마름모꼴 단면을 갖는 사각기둥형의 프리즘이다. 따라서, 낙사 프리즘(25)의 입사면을 통과한 측정광 및 참조광은, 서로 평행한 한쌍의 반사면에서 순서대로 반사된 후, 입사면에 평행한 사출면을 통과하여 낙사 프리즘(25)으로부터 사출된다.

낙사 프리즘(25)으로부터 사출된 측정광 및 참조광은, 제1 대물 렌즈(26)를 통과하여 미러(27)에 의해 반사된다. 미러(27)에 의해 반사된 측정광 및 참조광은, 제2 대물 렌즈(31), 수광 광학계(RL)의 광축에 대해 경사 가능하게 구성되어 있는 전동 평행평면판(33)을 통과한다. 전동 평행평면판(33)도 전동 평행평면판(16)과 마찬가지로, 수광 광학계(RL)의 광축에 수직인 서로 직교하는 2방향으로 경사 가능하게 구성되어 있다. 전동 평행평면판(33)의 수광 광학계(RL)의 광축에 대한 경사 각도를 변경함으로써, 전동 평행평면판(33)으로부터 사출되는 측정광 및 참조광의 사출 위치를 조정할 수 있다. 이에 따라, 측정광 및 참조광이 후술하는 수광 슬릿 프리즘(35)에 입사할 때의 입사 위치를 조정할 수 있다.

전동 평행평면판(33)을 통과함으로써 수광 광학계(RL)를 통과한 측정광 및 참조광은, 수광 슬릿 프리즘(35)의 입사면(35a)에 입사한다. 수광 슬릿 프리즘(35)의 입사면(35a)에는, 도 2에 나타내는 송광 슬릿 프리즘(12)의 사출면(12a)에 형성되어 있는 11개의 송광 슬릿(S1∼S11)에 대응하는 11개의 슬릿 형상의 개구부(수광 슬릿)가 형성되어 있다. 측정광은 송광 슬릿(S1∼S10)에 대응하는 10개의 수광 슬릿을 통과하고, 참조광은 송광 슬릿(S11)에 대응하는 수광 슬릿을 통과한다.

수광 슬릿 프리즘(35)의 입사면(35a) 상에 형성되어 있는 수광 슬릿을 통과한 측정광 및 참조광은, 릴레이 렌즈(36)를 통과하여 수광 센서(검출 수단)(38)에 입사한다. 도 5는, 수광 센서(38)의 수광면의 구성을 나타내는 도면이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 수광 센서(38)의 수광면에는 입사면(35a) 상에 형성되어 있는 11개의 수광 슬릿의 각각에 대응하여 11개의 수광 소자(RS1∼RS11)가 배치되어 있고, 각 수광 소자는 입사면(35a) 상에 형성되어 있는 11개의 수광 슬릿을 통과한 빛을 수광한다. 즉, 10개의 수광 소자(RS1∼RS10)는 송광 슬릿(S1∼S10)에 대응하는 10개의 수광 슬릿을 통과한 측정광을 수광하고, 수광 소자(RS11)는 송광 슬릿(S11)에 대응하는 수광 슬릿을 통과한 참조광을 수광한다. 수광 소자(RS1∼RS11)로부터의 검출 신호 강도는 진동 미러(21)의 진동에 따라 변화하여, 도시하지 않은 제어부에 대해 출력된다.

제어부는, 수광 소자(RS1∼RS10)로부터의 검출 신호 강도의 검출 결과를 사용하여 웨이퍼 스테이지(WST)의 Z방향에서의 조정량을 산출하고, 산출 결과로부터 웨이퍼 스테이지(WST)를 베스트 포커스 위치가 되도록 이동시킨다.

여기서, 송광 광학계(SL) 및 수광 광학계(RL)의 부착 정밀도나 장치의 설치 환경의 변화 등의 여러 요인에 의해, 웨이퍼(W)면이 이상적인 상태(베스트 포커스 위치)에 있는 경우에도, 수광 슬릿 프리즘(35)의 입사면(35a) 상에 형성되는 슬릿 이미지의 위치가 기준이 되는 설계 위치로부터 어긋나, 슬릿 이미지가 형성되어야 하는 위치와 실제의 슬릿 이미지가 형성되는 위치가 어긋나는 검출 위치의 어긋남이 발생하는 경우가 있다. 따라서, 이 면위치 검출 장치(2)에서는, 검출 위치의 어긋남을 보정하기 위해, 송광 슬릿(S11)에 대응하는 수광 슬릿을 통과한 참조광을 수광하는 수광 소자(RS11)로부터의 검출 신호 강도의 검출 결과를 사용하여, 송광 슬릿(S1∼S10)에 대응하는 수광 슬릿을 통과한 측정광을 수광하는 수광 소자(RS1∼RS10)로부터 산출되는 웨이퍼 스테이지(WST)의 Z방향에서의 조정량을 보정한다. 즉, 웨이퍼(W)면을 통하지 않는 참조광을 검출하는 수광 소자(RS11)의 검출 결과로부터 면위치 검출 장치(2)에서의 검출 위치의 어긋남을 구하고, 구해진 검출 위치의 어긋남과 웨이퍼 스테이지(WST)의 Z방향에서의 보정전의 조정량으로부터 보정후의 조정량을 산출하고, 산출 결과로부터 웨이퍼 스테이지(WST)를 Z방향으로 이동시킴으로써, 웨이퍼 스테이지(WST)의 Z방향에서의 위치를 조정한다.

다음으로, 도면을 참조하여 본 발명의 제2 실시형태에 따른 노광 장치에 관해 설명한다. 제2 실시형태에 따른 노광 장치의 구성은, 제1 실시형태에 따른 노광 장치의 면위치 검출 장치(2)를 구성하는 프리즘(4)을 도 6에 나타내는 펜타 프리즘(40)으로, 편각 프리즘(5)을 편각 프리즘(50)으로 변경한 것이다. 따라서, 제2 실시형태의 설명에서는, 제1 실시형태에 따른 노광 장치의 구성과 동일한 구성의 상세한 설명은 생략한다. 제2 실시형태에 따른 노광 장치의 설명에서는, 제1 실시형태에 따른 노광 장치의 구성과 동일한 구성에는 제1 실시형태에서 사용한 것과 동일한 부호를 사용하여 설명한다.

도 6 및 도 7은 낙사 프리즘(24)∼낙사 프리즘(25)까지의 측정광 및 참조광 의 광로를 설명하기 위한 정면도 및 평면도이다. 낙사 프리즘(24)을 통과한 측정광은 도 6 및 도 7의 실선으로 나타내는 측정 광로에 진행하여, 웨이퍼(W) 상의 검출 영역(A)에 경사 방향으로 입사한다. 검출 영역(A)에 의해 반사된 측정광은 낙사 프리즘(25)에 입사한다. 한편, 낙사 프리즘(24)의 입사면을 통과한 참조광은, 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 낙사 프리즘(24)의 첫번째 반사면에 의해 반사되고, 낙사 프리즘(24)의 2번째 반사면을 통과하여 펜타 프리즘(40)의 입사면(40a)에 입사하고, 반사면(40b, 40c)에 의해 순서대로 반사된다. 참조광이 반사면(40c)에 의해 반사됨으로써, 수광 센서(38)의 수광면 상에 형성되는 송광 슬릿(S11)의 이미지는 반전된다. 반사면(40c)에 의해 반사된 참조광은, 펜타 프리즘(40)의 입사면(40a)을 통과하고, 낙사 프리즘(24)의 2번째 반사면을 통과하여 낙사 프리즘(24)의 사출면으로부터 사출된다. 펜타 프리즘(40)은, 측정광 및 참조광을 시야 분할하기 위한 분할 수단으로서 기능하고, 구체적으로는 참조광을 도 6 및 도 7의 실선으로 나타내는 측정 광로와는 다른 도 6 및 도 7의 파선으로 나타내는 참조 광로로 유도하기 위해 참조광의 광로를 편향시킨다. 펜타 프리즘(40)은, 서로 분리된 측정 광로 및 참조 광로를 형성하기 위해 송광 광학계(SL)의 웨이퍼(W)면측의 공간에 배치된다.

펜타 프리즘(40)에 의해 광로가 편향되고, 낙사 프리즘(24)으로부터 사출된 참조광은, 도 6 및 도 7의 파선으로 나타내는 참조 광로에 진행하여, 웨이퍼(W)면을 통하지 않고, 낙사 프리즘(25)의 입사면에 입사하고, 낙사 프리즘(25)의 첫번째 반사면을 통과하여 편각 프리즘(50)의 입사면(50a)에 입사한다. 입사면(50a)에 입 사한 참조광은, 편각 프리즘(50)의 반사면(50b)에 의해 반사되고, 편각 프리즘(50)의 입사면(50a)을 통과하여 낙사 프리즘(25)에 입사한다. 편각 프리즘(50)은, 측정광 및 참조광을 시야 합성하기 위한 합성 수단으로서 기능하고, 구체적으로는 도 6 및 도 7의 파선으로 나타내는 참조 광로에 진행하는 참조광을, 도 6 및 도 7의 실선으로 나타내는 측정 광로의 방향으로 유도하기 위해 참조광의 광로를 편향시킨다. 편각 프리즘(50)은, 서로 분리된 측정 광로 및 참조 광로를 수광 광학계(RL)를 통해 수광 센서(38)로 유도하기 위해 수광 광학계(RL)의 웨이퍼(W)면측의 공간에 배치된다. 편각 프리즘(50)에 의해 광로가 편향되어, 낙사 프리즘(25)에 입사한 참조광은, 낙사 프리즘(25)의 2번째 반사면에 의해 반사되어 낙사 프리즘(25)의 사출면으로부터 사출된다. 낙사 프리즘(25)으로부터 사출된 측정광 및 참조광은 제1 대물 렌즈(26)∼릴레이 렌즈(36)를 통과하여 수광 센서(38)에 입사한다.

다음으로, 도면을 참조하여 본 발명의 제3 실시형태에 따른 노광 장치에 관해 설명한다. 제3 실시형태에 따른 노광 장치의 구성은, 제1 실시형태에 따른 노광 장치의 면위치 검출 장치(2)를 구성하는 프리즘(4) 및 편각 프리즘(5)을, 도 8에 나타내는 편각 프리즘(42), 미러(60) 및 편각 프리즘(52)으로 변경한 것이다. 따라서, 제3 실시형태의 설명에서는, 제1 실시형태에 따른 노광 장치의 구성과 동일한 구성의 상세한 설명은 생략한다. 제3 실시형태에 따른 노광 장치의 설명에서는, 제1 실시형태에 따른 노광 장치의 구성과 동일한 구성에는 제1 실시형태에서 사용한 것과 동일한 부호를 사용하여 설명한다.

도 8 및 도 9는, 낙사 프리즘(24)∼낙사 프리즘(25)까지의 측정광 및 참조광 의 광로를 설명하기 위한 정면도 및 평면도이다. 낙사 프리즘(24)을 통과한 측정광은, 도 8 및 도 9의 실선으로 나타내는 측정 광로에 진행하여, 웨이퍼(W) 상의 검출 영역(A)에 경사 방향으로 입사한다. 검출 영역(A)에 의해 반사된 측정광은 낙사 프리즘(25)에 입사한다.

한편, 낙사 프리즘(24)의 입사면을 통과한 참조광은, 도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이, 낙사 프리즘(24)의 첫번째 반사면에 의해 반사되어, 낙사 프리즘(24)의 2번째 반사면을 통과하고, 편각 프리즘(42)의 입사면(42a)을 통과한다. 편각 프리즘(42)의 입사면(42a)을 통과한 참조광은, 반사면(42b)에 의해 반사되어, 입사면(42a)을 통과하고, 낙사 프리즘(24)의 사출면으로부터 사출된다. 편각 프리즘(42)은 측정광 및 참조광을 시야 분할하기 위한 분할 수단으로서 기능하고, 구체적으로는 참조광을 도 8 및 도 9의 실선으로 나타내는 측정 광로와는 다른 도 8 및 도 9의 파선으로 나타내는 참조 광로로 유도하기 위해, 참조광의 광로를 편향시킨다. 편각 프리즘(42)은, 서로 분리된 측정 광로 및 참조 광로를 형성하기 위해 송광 광학계(SL)의 웨이퍼(W)면측의 공간에 배치된다.

편각 프리즘(42)에 의해 광로가 편향되어, 낙사 프리즘(24)으로부터 사출된 참조광은, 도 8 및 도 9의 파선으로 나타내는 참조 광로에 진행하여, 미러(60)에 의해 반사된다. 참조광이 미러(60)에 의해 반사됨으로써, 수광 센서(38)의 수광면 상에 형성되는 송광 슬릿(S11)의 이미지는 반전된다. 미러(60)는, 노광 장치 본체에 고정되어 있고, 투영 광학계(PL)를 통한 노광광의 진행을 방해하지 않는 곳에 고정되어 있다. 미러(60)에 의해 반사된 참조광은, 웨이퍼(W)면을 통하지 않고, 낙 사 프리즘(25)의 입사면에 입사하고, 낙사 프리즘(25)의 첫번째 반사면을 통과하여 편각 프리즘(52)에 입사한다. 편각 프리즘(52)의 구성 및 기능은, 제2 실시형태에 따른 편각 프리즘(50)(도 6 및 도 7 참조)의 구성 및 기능과 동일하기 때문에 상세한 설명을 생략한다. 편각 프리즘(52)을 통과함으로써 광로가 편향되어, 낙사 프리즘(25)의 첫번째 반사면을 통과한 참조광은, 낙사 프리즘(25)의 2번째 반사면에 의해 반사되어 낙사 프리즘(25)의 사출면으로부터 사출된다. 낙사 프리즘(25)으로부터 사출된 측정광 및 참조광은, 제1 대물 렌즈(26)∼릴레이 렌즈(36)를 통과하여 수광 센서(38)에 입사한다.

다음으로, 도면을 참조하여 본 발명의 제4 실시형태에 따른 노광 장치에 관해 설명한다. 제4 실시형태에 따른 노광 장치의 구성은, 제1 실시형태에 따른 노광 장치의 면위치 검출 장치(2)를 구성하는 프리즘(4) 및 편각 프리즘(5)을, 도 10에 나타내는 편각 프리즘(44), 렌즈(예를 들어 원통형 렌즈)(62, 64) 및 편각 프리즘(54)으로 변경한 것이다. 따라서, 제4 실시형태의 설명에서는, 제1 실시형태에 따른 노광 장치의 구성과 동일한 구성의 상세한 설명은 생략한다. 제4 실시형태에 따른 노광 장치의 설명에서는, 제1 실시형태에 따른 노광 장치의 구성과 동일한 구성에는 제1 실시형태에서 사용한 것과 동일한 부호를 사용하여 설명한다.

도 10 및 도 11은 낙사 프리즘(24)∼낙사 프리즘(25)까지의 측정광 및 참조광의 광로를 설명하기 위한 정면도 및 평면도이다. 낙사 프리즘(24)을 통과한 측정광은, 도 10 및 도 11의 실선으로 나타내는 측정 광로에 진행하여, 웨이퍼(W) 상의 검출 영역(A)에 경사 방향으로 입사한다. 검출 영역(A)에 의해 반사된 측정광은 낙 사 프리즘(25)에 입사한다. 한편, 낙사 프리즘(24)의 입사면을 통과한 참조광은, 도 10 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 낙사 프리즘(24)의 첫번째 반사면에 의해 반사되고, 낙사 프리즘(24)의 2번째 반사면을 통과하여 편각 프리즘(44)에 입사한다. 편각 프리즘(44)의 구성 및 기능은, 제3 실시형태에 따른 편각 프리즘(42)(도 8 및 도 9 참조)의 구성 및 기능과 동일하므로 상세한 설명을 생략한다. 편각 프리즘(44)을 통과함으로써 광로가 편향되어, 낙사 프리즘(24)의 2번째 반사면에 입사한 참조광은 낙사 프리즘(24)의 사출면으로부터 사출된다.

낙사 프리즘(24)으로부터 사출된 참조광은, 도 10 및 도 11의 파선으로 나타내는 참조 광로에 진행하여 렌즈(62, 64)를 통과한다. 참조광이 렌즈(62, 64)를 통과함으로써, 수광 센서(38)의 수광면 상에 형성되는 송광 슬릿(S11)의 이미지는 반전된다. 렌즈(62, 64)를 통과한 참조광은, 웨이퍼(W)면을 통하지 않고, 낙사 프리즘(25)의 입사면에 입사하고, 낙사 프리즘(25)의 첫번째 반사면을 통과하여 편각 프리즘(54)에 입사한다. 편각 프리즘(54)의 구성 및 기능은, 제2 실시형태에 따른 편각 프리즘(50)(도 6 및 도 7 참조)의 구성 및 기능과 동일하므로 상세한 설명을 생략한다. 편각 프리즘(54)을 통과함으로써 광로가 편향되어, 낙사 프리즘(25)에 입사한 참조광은, 낙사 프리즘(25)의 2번째 반사면에 의해 반사되어 낙사 프리즘(25)의 사출면으로부터 사출된다. 낙사 프리즘(25)으로부터 사출된 측정광 및 참조광은, 제1 대물 렌즈(26)∼릴레이 렌즈(36)를 통과하여 수광 센서(38)에 입사한다.

제4 실시형태에서, XZ 평면 내에서만 파워를 갖는 원통형 렌즈(62, 64)를 사 용하여, XZ 평면과 수광 센서의 수광면이 교차하는 방향에서 송광 슬릿(S11)의 이미지를 반전시키고 있지만, 원통형 렌즈(62, 64)에 의한 결상 횟수는 1회에만 한정되지 않고, 홀수회이면 된다.

다음으로, 도면을 참조하여 본 발명의 제5 실시형태에 따른 노광 장치에 관해 설명한다. 제5 실시형태에 따른 노광 장치에는, 도 12에 나타낸 바와 같이, 제1 실시형태에 따른 노광 장치의 면위치 검출 장치(2)를 구성하는 프리즘(4) 및 편각 프리즘(5) 대신, 송광 슬릿 프리즘(12)과 전동 평행평면판(16) 사이의 광로중에 릴레이 광학계(46), 시프트 프리즘(48)이, 전동 평행평면판(33)과 수광 슬릿 프리즘(35) 사이의 광로중에 시프트 프리즘(56), 릴레이 광학계(58)가, 그리고 낙사 프리즘(24)과 낙사 프리즘(25) 사이의 참조광의 광로중에 미러(66)가 배치되어 있다. 따라서, 제5 실시형태의 설명에서는, 제1 실시형태에 따른 노광 장치의 구성과 동일한 구성의 상세한 설명은 생략한다. 제5 실시형태에 따른 노광 장치의 설명에서는, 제1 실시형태에 따른 노광 장치의 구성과 동일한 구성에는 제1 실시형태에서 사용한 것과 동일한 부호를 사용하여 설명한다.

도 12는, 제5 실시형태에 따른 면위치 검출 장치(2)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 송광 슬릿 프리즘(12)을 통과한 측정광은, 릴레이 광학계(46)를 통과하여 전동 평행평면판(16)에 입사한다. 한편, 송광 슬릿 프리즘(12)을 통과한 참조광은, 릴레이 광학계(46)를 통과하여 시프트 프리즘(48)의 입사면에 입사한다. 시프트 프리즘(48)의 입사면을 투과한 참조광은, 서로 평행한 한쌍의 반사면에서 순서대로 반사되어, 입사면에 평행한 사출면으로부터 사출되고, 전동 평행평면판(16)에 입사한다.

시프트 프리즘(48)은, 측정광 및 참조광을 시야 분할하기 위한 분할 수단으로서 기능하고, 구체적으로는 참조광의 광로와 측정광의 광로를 분리하기 위해, 서로 평행한 한쌍의 반사면에서 순서대로 반사시킴으로써 참조광의 광로를 +X 방향으로 시프트한다. 시프트 프리즘(48)은, 릴레이 광학계(46)를 개재시킴으로써 도 12의 파선 a로 나타내는 위치에 형성된 웨이퍼(W)면과 광학적으로 공액인 면의 근방에 배치된다. 시프트 프리즘(48)은 웨이퍼(W)면과 광학적으로 공액인 면에 배치해도 되고, 웨이퍼(W)면과 광학적으로 공액인 면 또는 그 근방에 분할 수단으로서의 시프트 프리즘(48)을 배치함으로써 측정광과 참조광으로 시야 분할할 수 있다.

측정광 및 참조광은 전동 평행평면판(16)에서 낙사 프리즘(24)까지의 사이의 각각의 광로에 진행한다. 도 13 및 도 14는, 낙사 프리즘(24)∼낙사 프리즘(25)의 구성을 나타내는 정면도 및 평면도이다. 낙사 프리즘(24)을 통과한 측정광은, 도 13 및 도 14의 실선으로 나타내는 측정 광로에 진행하여, 웨이퍼(W) 상의 검출 영역(A)에 경사 방향으로 입사한다. 검출 영역(A)에 의해 반사된 측정광은 낙사 프리즘(25)에 입사한다.

한편, 낙사 프리즘(24)을 통과한 참조광은, 도 13 및 도 14의 파선으로 나타내는 참조 광로에 진행하여 미러(66)에 의해 반사된다. 미러(66)는, 노광 장치 본체에 고정되어 있고, 투영 광학계(PL)를 통한 노광광의 진행을 방해하지 않는 곳에 고정되어 있다. 참조광이 미러(66)에 의해 반사됨으로써, 수광 센서(38)의 수광면 상에 형성되는 송광 슬릿(S11)의 이미지는 반전된다. 미러(66)에 의해 반사된 참조 광은 웨이퍼(W)면을 통하지 않고, 낙사 프리즘(25)의 입사면에 입사한다.

낙사 프리즘(25)의 입사면에 입사한 측정광 및 참조광은, 도 12에 나타낸 바와 같이, 낙사 프리즘(25)에서 전동 평행평면판(33)까지의 사이의 각각의 광로에 진행한다. 전동 평행평면판(33)을 통과한 측정광은, 릴레이 광학계(58)를 통과하여 수광 슬릿 프리즘(35)에 입사한다. 한편, 전동 평행평면판(33)을 통과한 참조광은 시프트 프리즘(56)의 입사면에 입사한다. 시프트 프리즘(56)의 입사면을 투과한 참조광은, 서로 평행한 한쌍의 반사면에서 순서대로 반사되어, 입사면에 평행한 사출면으로부터 사출되고, 릴레이 광학계(58)에 입사한다.

시프트 프리즘(56)은, 측정광 및 참조광을 시야 합성하기 위한 합성 수단으로서 기능하고, 구체적으로는 참조광의 광로와 측정광의 광로를 시야 합성하기 위해, 서로 평행한 한쌍의 반사면에서 순서대로 반사시킴으로써 참조광의 광로를 +X 방향으로 시프트한다. 시프트 프리즘(56)은, 릴레이 광학계(58)를 개재시킴으로써 도 12의 파선 b로 나타내는 위치에 형성된 웨이퍼(W)면과 광학적으로 공액인 면의 근방에 배치된다. 시프트 프리즘(56)은 웨이퍼(W)면과 광학적으로 공액인 면에 배치해도 되고, 웨이퍼(W)면과 광학적으로 공액인 면 또는 그 근방에 합성 수단으로서의 시프트 프리즘(56)을 배치함으로써 측정광과 참조광을 시야 합성할 수 있다. 릴레이 광학계(58)를 통과한 참조광은 수광 슬릿 프리즘(35)에 입사한다. 수광 슬릿 프리즘(35)을 통과한 측정광 및 참조광은, 릴레이 렌즈(36)를 통과하여 수광 센서(38)에 입사한다.

상술한 각 실시형태에 따른 면위치 검출 장치에 의하면, 웨이퍼(W)면을 통하 는 측정광과 웨이퍼(W)면을 통하지 않는 참조광을 독립적으로 검출하는 수광 센서를 구비하고 있기 때문에, 측정광의 검출 결과에 의해 웨이퍼(W)의 면위치를 검출하는 것과 동시에, 참조광의 검출 결과로부터 측정광에 의한 검출 위치의 어긋남을 검출할 수 있다. 따라서, 참조광의 검출 결과를 사용하여 측정광의 검출 결과를 신속하게 보정할 수 있고, 또한 웨이퍼(W)면의 면위치를 정밀하게 검출할 수 있다. 또, 다른 검출 시스템을 사용하여 면위치 검출 장치(2)에서의 검출 위치의 어긋남을 검출할 필요가 없고, 측정광이 통과하는 광학 부재와 거의 동일한 광학 부재를 통하여 수광 센서에 의해 검출되는 참조광의 검출 결과로부터, 검출 위치의 어긋남을 정확하게 검출할 수 있기 때문에, 피검면의 면위치를 정밀하게 검출할 수 있다.

또, 상술한 각 실시형태에 따른 면위치 검출 장치에 의하면, 측정광과 참조광을 독립적으로 검출하고 있기 때문에, 측정광과 참조광을 간섭시켜 간섭 줄무늬를 검출하는 경우에 비해, 웨이퍼(W)면의 반사율이 변하는 것에 따른 검출 오차를 저감시킬 수 있다. 간섭 줄무늬 검출 방식에서는, 웨이퍼(W)의 반사율이 변하면, 측정광과 참조광의 강도비가 바뀌어 간섭 줄무늬의 콘트라스트가 낮아져 버린다. 이러한 낮은 콘트라스트의 간섭 줄무늬를 검출하고자 하면, 검출 정밀도의 대폭적인 저하를 초래해 버린다. 한편, 상술한 각 실시형태에 따른 면위치 검출 장치에서는, 측정광과 참조광의 강도비가 바뀌었다 하더라도, 검출 정밀도의 저하를 잘 초래하지 않는다는 이점이 있다.

또, 상술한 각 실시형태에 따른 면위치 검출 장치에 의하면, 빛을 측정광과 참조광으로 시야 분할하고 있기 때문에, 빛을 동공 분할한 경우에 비하여, 보다 정 밀하게 검출 위치의 어긋남을 검출할 수 있다. 도 15는, 광학 부재(4')에 의해 동공 분할되어, 광로가 편향된 참조광이 진행하는 광로(파선으로 나타낸다)와, 송광 광학계(SL)를 통과하여 웨이퍼(W)면에 입사하는 측정광이 진행하는 광로(실선으로 나타낸다)를 나타내는 도면이다. 도 16은, 프리즘(4)에 의해 시야 분할되어, 광로가 편향된 참조광이 진행하는 광로(파선으로 나타낸다)와, 송광 광학계(SL)를 통과하여 웨이퍼(W)면에 입사하는 측정광이 진행하는 광로(실선으로 나타낸다)를 나타내는 도면이다. 동공 분할된 경우, 도 15에 나타낸 바와 같이, 측정광 및 참조광은 완전히 다른 곳에 진행하여, 광로가 서로 겹치는 곳이 없다. 따라서, 측정광과 다른 곳을 통과하여, 측정광과 다른 공기 요동 등의 영향을 받은 참조광의 검출 결과로부터, 측정광의 검출 결과의 어긋남을 구하고 있기 때문에, 검출 위치의 어긋남을 정확하게 검출하는 것이 어렵다. 이에 비해, 시야 분할된 경우, 도 16에 나타낸 바와 같이, 측정광 및 참조광은, 송광 광학계(SL)의 동공 위치 부근에서는 거의 동일한 곳을 통과하기 때문에 서로 겹친다. 따라서, 측정광과 거의 동일한 곳을 통과함으로써 측정광과 대략 동일한 공기 요동 등의 영향을 받은 참조광의 검출 결과로부터, 측정광의 검출 결과의 어긋남을 구하고 있기 때문에, 보다 정밀하게 검출 위치의 어긋남을 검출할 수 있다.

또, 상술한 각 실시형태에 따른 면위치 검출 장치에 의하면, 참조 광로에 기준 물체의 이미지를 반전시키는 광학 부재(4, 40, 60, 62, 64, 66)를 배치하고 있기 때문에, 측정 광로를 경유한 측정광에 의한 송광 슬릿의 이미지와 참조 광로를 경유한 참조광에 의한 송광 슬릿의 이미지의 방향이 동일한 방향이 되고, 웨이 퍼(W) 근방의 분위기에서 공기 요동 등의 영향에 의한 오차의 발생 방향이 측정광과 참조광에서 동일한 방향이 된다. 이 때문에, 보다 정밀하게 검출 위치의 어긋남을 검출할 수 있다.

상술한 제1 및 제2 실시형태에서는, 검출 영역(A)의 근방에서의 참조 광로에 광학 부재가 위치하지 않기 때문에, 면위치 검출 장치의 배치의 자유도가 높다는 이점이 있다. 제2 실시형태에서는, 분할 수단과 합성 수단의 일부를 기존의 광학 부재로 구성할 수 있기 때문에, 광학계를 보다 간소화할 수 있는 이점이 있다.

또, 제3 실시형태에서는, 반사면이 아니라 릴레이 광학계에서 기준 물체의 이미지를 반전시키고 있기 때문에, 진동 등이 있는 경우에 릴레이 광학계가 변위하더라도, 그 오차의 영향을 반사면의 경우보다 저감시킬 수 있는 이점이 있다.

제4 실시형태에서는, 측정 광로와 참조 광로를 거의 평행하게 하고 있기 때문에, 공기 요동 등의 오차의 영향 정도를 측정광과 참조광에서 거의 똑같이 할 수 있는 이점이 있다. 제1 내지 제3 실시형태에서는, 제4 실시형태와는 달리 측정 광로와 참조 광로가 서로 평행하지 않지만, 웨이퍼(W)면에 대한 입사각이 매우 큰 경우(전형적으로는 80도 이상)에는, 측정 광로와 참조 광로가 서로 비평행한 것에 따른 오차의 영향 정도의 차이는 실용상 무시할 수 있다.

또, 상술한 각 실시형태에 따른 노광 장치에 의하면, 본 발명에 따른 면위치 검출 장치(2)에 의해 웨이퍼(W)의 Z방향에서의 위치를 검출하고 있기 때문에, 측정광에 의한 검출 결과를 신속하게 보정할 수 있고, 높은 스루풋으로 레티클(R)의 패턴을 웨이퍼(W) 상에 정밀하게 노광할 수 있다.

상술한 각 실시형태에 따른 면위치 검출 장치에서는, 참조광이 전동 평행평면판(16, 33)을 통과하는 구성을 예를 들어 설명하고 있다. 이 경우에는, 전동 평행평면판(16, 33)의 부착 위치가 변동했을 때, 전동 평행평면판(16, 33)의 부착 위치의 변동에 따른 측정광의 검출 결과의 오차를 참조광의 검출 결과로부터 검출할 수 있다. 그러나, 전동 평행평면판(16, 33)의 경사가 커져, 참조광의 검출 범위를 초과하는 경우, 예를 들어 도 14에 나타내는 미러(66)에 입사할 수 없는 방향으로 참조광이 진행하는 경우가 있다. 이 경우, 참조광이 미러(66)에 의해 반사되지 않기 때문에 참조광을 검출할 수 없어, 측정광의 검출 결과의 오차를 검출할 수 없게 된다. 따라서, 참조광이 전동 평행평면판(16, 33)을 통과하지 않도록, 즉 참조광이 도 17의 파선으로 나타내는 광로에 진행하도록 해도 된다. 이 경우에는, 전동 평행평면판(16, 33)의 경사가 커졌을 때에도, 전동 평행평면판(16, 33)을 통과하지 않는 참조광은 영향을 받지 않기 때문에 참조광을 검출할 수 있다.

또, 예를 들어 참조광이 통과하기 위한 2개의 송광 슬릿을 형성하여, 첫번째 송광 슬릿을 통과한 참조광이 전동 평행평면판(16, 33)을 통과하도록 구성하고, 2번째 송광 슬릿을 통과한 참조광이 전동 평행평면판(16, 33)을 통과하지 않도록 구성해도 된다. 즉, 전동 평행평면판(16, 33)을 통과하는 참조광 및 통과하지 않는 참조광을 형성하도록 해도 된다.

또, 상술한 각 실시형태에 따른 면위치 검출 장치에서는, 프리즘 등의 편향 부재에 의해 참조광의 광로를 편향시키고 있지만, 프리즘 등의 편향 부재에 의해 측정광의 광로를 편향시켜도 된다. 또, 프리즘 등의 편향 부재에 의해 측정광의 광 로 및 참조광의 광로를 편향시켜도 된다.

또, 상술한 각 실시형태에 따른 면위치 검출 장치에서는, 참조광으로서 참조 광로로 유도하기 위한 1개의 송광 슬릿(S11)을 송광 슬릿 프리즘(12)의 사출면(12a) 상에 구비하고 있지만, 참조광으로서 참조 광로로 유도하기 위한 2개 이상의 송광 슬릿을 구비해도 된다.

도 18은, 참조광으로서 참조 광로로 유도하기 위한 3개의 송광 슬릿(S42∼S44)을 구비한 송광 슬릿 프리즘의 사출면(12a1)의 평면도이다. 도 18에 있어서, 사출면(12a1)의 복수의 송광 슬릿(S20∼S41)(제1 영역)을 통과한 빛은, 측정광으로서 웨이퍼(W)의 소정의 검출 영역의 Z방향에서의 위치를 검출하기 위해 사용된다. 한편, 사출면(12a1)의 송광 슬릿(S42∼44)(제2 영역)을 통과한 빛은, 참조광으로서 면위치 검출 장치(2)의 검출 오차를 검출하기 위해 사용된다.

도 19는, 복수의 송광 슬릿(S42∼S44)으로부터의 참조광의 참조 광로중에 배치되는 미러(66a∼66c)의 배치를 설명하는 도면으로서, (a)는 평면도, (b)는 측면도이다. 도 19에 있어서, 도 12∼도 14에 나타낸 제5 실시형태의 면위치 검출 장치와 동일한 기능을 갖는 부재에는 동일한 부호를 붙인다.

도 19에 있어서, 도 18에 나타낸 송광 슬릿(S42)으로부터의 참조광은 낙사 프리즘(24)을 거쳐 미러(66a)에서 반사된 후에 낙사 프리즘(25)에 입사한다. 또, 도 18의 송광 슬릿(S43)으로부터의 참조광은 낙사 프리즘(24)을 거쳐 미러(66b)에서 반사된 후에 낙사 프리즘(25)에 입사하고, 도 18의 송광 슬릿(S44)으로부터의 참조광은 낙사 프리즘(24)을 거쳐 미러(66c)에서 반사된 후에 낙사 프리즘(25)에 입사한다.

이 도 18 및 도 19에 나타낸 예와 같이, 참조광으로서 참조 광로로 빛을 유도하기 위한 송광 슬릿의 수가 복수인 경우에는, 보다 정밀하게 측정광의 검출 결과의 오차를 검출할 수 있다는 이점이 있다.

상술한 예에서는, 참조광을 반사하여 기준 물체 이미지를 반전시키기 위한 미러(66a∼66c)를 각각의 슬릿마다 설치했지만, 이들 미러(66a∼66c)를 일체적으로 형성해도 된다.

또, 상술한 각 실시형태에서는, 측정 광로중에 배치되는 반사면의 수와, 참조 광로중에 배치되는 반사면의 수의 차이를 1면으로 하고 있지만, 이 차이는 홀수면이면 된다.

도 20은, 도 19에 나타낸 복수의 미러(66a∼66c)를 3면의 반사면에 치환한 변형예를 나타내는 도면으로서, (a)는 평면도, (b)는 B-B 화살 표시도, (c)는 C-C 화살 표시도이다.

도 18에 나타낸 송광 슬릿 프리즘의 제1 영역에 위치하는 송광 슬릿(S20∼S41)으로부터의 측정광은, 도 20의 (b)에 나타낸 바와 같이, 낙사 프리즘(24)을 거쳐 웨이퍼(W) 상의 검출 영역(A)에 경사 방향으로 입사하고, 이 검출 영역(A)에서 반사된 후에 낙사 프리즘(25)에 입사한다. 한편, 도 18에 나타낸 송광 슬릿 프리즘의 제2 영역에 위치하는 송광 슬릿(S42∼S44)으로부터의 참조광은 낙사 프리즘(24)을 거쳐 미러(67, 68, 69)에서 순서대로 반사된 후에 낙사 프리즘(25)에 입사한다.

여기서, 미러(67 및 69)는, Y방향으로 연장되는 능선을 갖도록 배치된 2개의 평면 반사면으로 구성되고, 미러(68)는 XY 평면 내에 위치하는 평면 반사면으로 구성된다. 이와 같이, 도 20의 예에서는, 측정 광로중에 배치되는 반사면의 수와 참조 광로중에 배치되는 반사면의 수의 차이를 홀수면으로 하여, 오차의 발생 방향을 측정광과 참조광에서 동일한 방향으로 하고 있다.

도 20의 예에서, 복수의 미러(67∼69)를 오목한 V자형의 프리즘 부재로 구성하는 것도 가능하고, 이 때에는, 오목한 V자형의 프리즘 부재의 내면 반사를 사용하게 된다. 이 경우, 복수의 반사면을 일체적으로 형성할 수 있기 때문에, 오차 발생 요인을 현상시킬 수 있다.

도 18∼도 20의 예에서도, 미러(66a∼66c, 67∼69)는, 노광 장치 본체나 투영 광학계, 또는 투영 광학계에 고정된 기준 프레임 등에 고정될 수 있다. 상술한 각 실시형태에 따른 노광 장치에서 검출 영역(A)의 위치는, 투영 광학계(PL)의 근방의 위치나 투영 영역 내, 또는 웨이퍼(W)의 적재 위치로부터 노광 위치에 이르는 반송로 중이어도 된다. 이러한 반송로 중에서 웨이퍼(W)의 면위치를 검출하는 기술은 미국특허 가출원 제60/780049호에 제안되어 있다.

또, 상술한 각 실시형태에 따른 노광 장치에서는, 투영 광학계(PL)를 구성하는 웨이퍼(W)측의 광학 부재와 웨이퍼(W) 사이에 액체가 공급되는 액침형의 노광 장치를 예를 들어 설명하고 있지만, 투영 광학계(PL)를 구성하는 웨이퍼(W)측의 광학 부재와 웨이퍼(W) 사이에 액체를 공급하지 않는 드라이형의 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.

또, 상술한 실시형태에 따른 노광 장치는, 본원 특허청구범위에 언급된 각 구성요소를 포함하는 각종 서브 시스템을, 소정의 기계적 정밀도, 전기적 정밀도, 광학적 정밀도를 유지하도록 조립함으로써 제조된다. 이들 각종 정밀도를 확보하기 위해, 이 조립 전후에는, 각종 광학계에 관해서는 광학적 정밀도를 달성하기 위한 조정, 각종 기계계에 관해서는 기계적 정밀도를 달성하기 위한 조정, 각종 전기계에 관해서는 전기적 정밀도를 달성하기 위한 조정이 행해진다. 각종 서브 시스템으로부터 노광 장치로의 조립 공정은, 각종 서브 시스템 상호의, 기계적 접속, 전기 회로의 배선 접속, 기압 회로의 배관 접속 등이 포함된다. 이 각종 서브 시스템으로부터 노광 장치로의 조립 공정전에, 각 서브 시스템 개개의 조립 공정이 있는 것은 물론이다. 각종 서브 시스템의 노광 장치로의 조립 공정이 종료하면, 종합 조정이 행해지고, 노광 장치 전체로서의 각종 정밀도가 확보된다. 노광 장치의 제조는 온도 및 청정도 등이 관리된 클린룸에서 이루어지는 것이 바람직하다.

상술한 실시형태에 따른 노광 장치에서는, 조명 광학계(IL)에 의해 마스크(M)를 조명하고(조명 공정), 투영 광학계(PL)를 사용하여 마스크(M)에 형성된 전사용 패턴을 감광성 기판(웨이퍼)(W)에 노광(노광 공정)함으로써, 마이크로 디바이스(반도체 소자, 촬상 소자, 액정 표시 소자, 박막 자기 헤드 등)를 제조할 수 있다. 이하, 상술한 실시형태에 따른 노광 장치를 사용하여 감광성 기판으로서도 웨이퍼 등에 소정의 회로 패턴을 형성함으로써, 마이크로 디바이스로서의 반도체 디바이스를 얻을 때의 수법의 일례에 관해 도 21의 플로우차트를 참조하여 설명한다.

우선, 도 21의 단계 S301에서 1 로트의 웨이퍼 상에 금속막이 증착된다. 다음 단계 S302에서 그 1 로트의 웨이퍼 상의 금속막 상에 포토레지스트가 도포된다. 그 후, 상술한 실시형태에 따른 노광 장치에 구비되어 있는 면위치 검출 장치에 의해 웨이퍼 표면의 면위치를 검출하고, 면위치의 조정이 행해진다. 다음으로, 단계 S303에서, 상술한 실시형태에 따른 노광 장치를 사용하여, 레티클(마스크) 상의 패턴의 이미지가 그 투영 광학계를 통해, 그 1 로트의 웨이퍼 상의 각 쇼트 영역에 순서대로 노광 전사된다. 그 후, 단계 S304에서 그 1 로트의 웨이퍼 상의 포토레지스트가 현상된 후, 단계 S305에서 그 1 로트의 웨이퍼 상에서 레지스트 패턴을 마스크로 하여 에칭함으로써, 마스크 상의 패턴에 대응하는 회로 패턴이 각 웨이퍼 상의 각 쇼트 영역에 형성된다.

그 후, 위에 있는 레이어의 회로 패턴의 형성 등을 행함으로써, 반도체 소자등의 디바이스가 제조된다. 상술한 반도체 디바이스 제조 방법에 의하면, 면위치 검출 장치에 의해 정확하게 웨이퍼 등의 면위치가 조정된 노광 장치를 사용하여 노광을 행하고 있기 때문에, 양호한 반도체 디바이스를 얻을 수 있다. 단계 S301∼단계 S305에서는, 웨이퍼 상에 금속을 증착하고, 그 금속막 상에 레지스트를 도포, 그리고 노광, 현상, 에칭의 각 공정을 행하고 있지만, 이들 공정에 앞서 웨이퍼 상에 실리콘의 산화막을 형성한 후, 그 실리콘의 산화막 상에 레지스트를 도포, 그리고 노광, 현상, 에칭 등의 각 공정을 행해도 되는 것은 물론이다.

또, 상술한 실시형태에 따른 노광 장치에서는, 플레이트(유리 기판) 상에 소정의 패턴(회로 패턴, 전극 패턴 등)을 형성함으로써, 마이크로 디바이스로서의 액정 표시 소자를 얻을 수도 있다. 이하, 도 22의 플로우차트를 참조하여 이 때의 수법의 일례에 관해 설명한다. 우선, 상술한 실시형태에 따른 노광 장치에 구비되어 있는 면위치 검출 장치에 의해 플레이트 표면의 면위치를 검출하여 조정한다. 다음으로, 도 22에서 패턴 형성 공정 S401에서는, 상술한 실시형태에 따른 노광 장치를 사용하여 마스크의 패턴을 감광성 기판(레지스트가 도포된 유리 기판 등)에 전사 노광하는, 소위 광리소그래피 공정이 실행된다. 이 광리소그래피 공정에 의해, 감광성 기판 상에는 다수의 전극 등을 포함하는 소정 패턴이 형성된다. 그 후, 노광된 기판은, 현상 공정, 에칭 공정, 레지스트 박리 공정 등의 각 공정을 거침으로써 기판 상에 소정의 패턴이 형성되고, 다음 컬러 필터 형성 공정 S402로 이행한다.

다음으로, 컬러 필터 형성 공정 S402에서는, R(Red), G(Green), B(Blue)에 대응한 3개의 도트의 조(組)가 매트릭스형으로 다수 배열되거나, 또는 R, G, B의 3개의 스트라이프의 필터의 조를 복수 수평 주사선 방향으로 배열된 컬러 필터를 형성한다. 그리고, 컬러 필터 형성 공정 S402 후에, 셀 조립 공정 S403이 실행된다. 셀 조립 공정 S403에서는, 패턴 형성 공정 S401에서 얻어진 소정 패턴을 갖는 기판, 및 컬러 필터 형성 공정 S402에서 얻어진 컬러 필터 등을 사용하여 액정 패널(액정 셀)을 조립한다. 셀 조립 공정 S403에서는, 예를 들어 패턴 형성 공정 S401에서 얻어진 소정 패턴을 갖는 기판과 컬러 필터 형성 공정 S402에서 얻어진 컬러 필터와의 사이에 액정을 주입하여 액정 패널(액정 셀)을 제조한다.

그 후, 모듈 조립 공정 S404에서, 조립된 액정 패널(액정 셀)을 표시 동작시키는 전기 회로, 백라이트 등의 각 부품을 부착하여 액정 표시 소자로서 완성시킨다. 상술한 액정 표시 소자의 제조 방법에 의하면, 면위치 검출 장치에 의해 정확하게 플레이트 등의 면위치가 조정된 노광 장치를 사용하여 노광하고 있기 때문에, 양호한 액정 표시 소자를 얻을 수 있다.

이상 설명한 실시형태는, 본 발명의 이해를 쉽게 하기 위해 기재된 것이며, 본 발명을 한정하기 위해 기재된 것이 아니다. 따라서, 실시형태에 개시된 각 요소는, 본 발명의 기술적 범위에 속하는 모든 설계 변경이나 균등물도 포함하는 취지이다. 또, 상기 실시형태의 각 구성 요소 등은 어떠한 조합도 가능하게 할 수 있다.

또, 본 개시는, 2006년 7월 14일에 제출된 일본 특허출원번호 제2006-193600호에 포함된 주제와 관련하여, 그 개시는 모두 여기에 참조 사항으로서 명백하게 삽입된다.

Claims

빛을 피검면으로 유도하는 송광 광학계와,

상기 빛을 수광면으로 유도하는 수광 광학계와,

상기 수광면에 배치된 검출 수단과,

상기 피검면으로 유도되는 상기 빛을 측정광과 참조광으로 시야 분할하는 분할 수단과,

상기 피검면을 통해 상기 수광 광학계로 향하는 상기 측정광과, 상기 피검면을 통하지 않고 상기 수광 광학계로 향하는 상기 참조광을 시야 합성하는 합성 수단

을 구비하고,

상기 검출 수단은, 상기 수광면에서 상기 참조광과 상기 측정광을 독립적으로 검출하는 것을 특징으로 하는 면위치 검출 장치.
제1항에 있어서, 상기 송광 광학계는, 기준 물체로부터의 빛을 상기 피검면으로 유도하고,

상기 수광면에 형성되는 기준 물체 이미지를 반전시키는 1개 이상의 광학 부재를 상기 참조광의 광로인 참조 광로에 배치하는 것을 특징으로 하는 면위치 검출 장치.
제2항에 있어서, 상기 측정광의 광로인 측정 광로중에 배치되는 반사면의 수와, 상기 참조 광로중에 배치되는 반사면의 수의 차는 홀수인 것을 특징으로 하는 면위치 검출 장치.
제2항에 있어서, 상기 기준 물체 이미지를 반전시키는 상기 1개 이상의 광학 부재는, 홀수의 결상 횟수의 릴레이 광학계를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 면위치 검출 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 분할 수단은, 서로 분리된 상기 참조광의 광로인 참조 광로와 상기 측정광의 광로인 측정 광로를 형성하기 위해, 상기 송광 광학계의 상기 피검면측의 공간에 배치되고,

상기 합성 수단은, 서로 분리된 상기 참조 광로와 상기 측정 광로를 상기 수광 광학계를 통해 상기 수광면으로 유도하기 위해, 상기 수광 광학계의 상기 피검면측의 공간에 배치되는 것을 특징으로 하는 면위치 검출 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 분할 수단은, 서로 분리된 상기 참조광의 광로인 참조 광로와 상기 측정광의 광로인 측정 광로를 형성하기 위해, 상기 송광 광학계에서의 상기 피검면과 광학적으로 공액인 면 또는 그 근방에 배치되고,

상기 합성 수단은, 서로 분리된 상기 참조 광로와 상기 측정 광로를 상기 수광면으로 유도하기 위해, 상기 수광 광학계에서의 상기 피검면과 광학적으로 공액인 면 또는 그 근방에 배치되는 것을 특징으로 하는 면위치 검출 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정광과 상기 참조광은, 공통의 상기 수광 광학계를 통해 상기 검출 수단의 상기 수광면으로 유도되는 것을 특징으로 하는 면위치 검출 장치.
기준 물체로부터의 빛을 피검면으로 유도하는 송광 광학계와,

상기 빛을 수광면으로 유도하는 수광 광학계와,

상기 수광면에 배치된 검출 수단과,

상기 기준 물체의 제1 영역으로부터의 상기 빛을 측정광으로 하여 상기 피검면을 경유하는 측정 광로로 유도하고, 상기 기준 물체의 제2 영역으로부터의 상기 빛을 참조광으로 하여 참조 광로로 유도하기 위해, 상기 측정광과 상기 참조광 중 적어도 하나의 광로를 편향시키는 제1 광로 편향 수단과,

상기 측정광을 상기 수광 광학계를 통해 상기 수광면의 제1 영역으로 유도하고, 상기 참조광을 상기 수광 광학계를 통해 상기 수광면의 제2 영역으로 유도하기 위해, 상기 피검면을 통해 상기 측정 광로에 진행하는 상기 측정광과 상기 참조 광로에 진행하는 상기 참조광 중 적어도 하나의 광로를 편향시키는 제2 광로 편향 수단

을 구비하고,

상기 검출 수단은, 상기 수광면의 상기 제1 영역에서 수광되는 상기 측정광과 상기 수광면의 상기 제2 영역에서 수광되는 상기 참조광을 독립적으로 검출하는 것을 특징으로 하는 면위치 검출 장치.
제8항에 있어서, 상기 수광면에 형성되는 상기 기준 물체의 이미지를 반전시키는 1개 이상의 광학 부재를 상기 참조 광로에 배치하는 것을 특징으로 하는 면위치 검출 장치.
제9항에 있어서, 상기 측정광의 광로인 측정 광로중에 배치되는 반사면의 수와, 상기 참조 광로중에 배치되는 반사면의 수의 차는 홀수인 것을 특징으로 하는 면위치 검출 장치.
제9항에 있어서, 상기 기준 물체의 이미지를 반전시키는 상기 1개 이상의 광학 부재는, 홀수의 결상 횟수의 릴레이 광학계를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 면위치 검출 장치.
제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 광로 편향 수단은 상기 송광 광학계의 상기 피검면측의 공간에 배치되고,

상기 제2 광로 편향 수단은 상기 수광 광학계의 상기 피검면측의 공간에 배치되는 것을 특징으로 하는 면위치 검출 장치.
제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 광로 편향 수단은 상기 송광 광학계에서의 상기 피검면과 광학적으로 공액인 면 또는 그 근방에 배치되고,

상기 제2 광로 편향 수단은 상기 수광 광학계에서의 상기 피검면과 광학적으로 공액인 면 또는 그 근방에 배치되는 것을 특징으로 하는 면위치 검출 장치.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 검출 수단은 상기 참조광의 검출 결과에 기초하여 상기 측정광의 검출 결과를 보정하고,

상기 검출 수단으로 보정된 검출 결과에 기초하여, 상기 피검면에 배치되는 피검물체의 위치를 조정하는 조정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 면위치 검출 장치.
소정의 패턴을 감광성 기판 상에 전사하는 노광 장치에 있어서,

상기 감광성 기판의 면위치를 검출하기 위한 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 면위치 검출 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
제15항에 있어서, 상기 소정의 패턴을 상기 감광성 기판 상에 투영하는 투영 광학계를 구비하고,

상기 소정의 패턴을 상기 감광성 기판 상에 전사할 때, 상기 투영 광학계를 구성하는 상기 감광성 기판측의 광학 부재와 상기 감광성 기판과의 사이에 액체가 공급되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
제15항 또는 제16항에 기재된 노광 장치를 사용하여 소정의 패턴을 감광성 기판 상에 전사하는 전사 공정과,

상기 전사 공정에 의해 상기 소정의 패턴이 전사된 상기 감광성 기판을 현상하는 현상 공정

을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조 방법.