KR20200001491A - 검출 방법, 리소그래피 방법, 물품 제조 방법, 광학 장치 및 노광 장치 - Google Patents

검출 방법, 리소그래피 방법, 물품 제조 방법, 광학 장치 및 노광 장치 Download PDF

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Abstract

촬상 소자의 촬상면에 촬상 대상의 상을 형성하는 광학계의 포커스 위치를 검출하는 검출 방법은, 상기 광학계의 광축 방향에 있어서의 복수의 위치의 각각에 상기 촬상 대상이 위치하는 상태에서 상기 촬상 소자로부터 출력되는 출력 신호에 기초하여 제1 조의 평가값 군 C1 및 제2 조의 평가값 군 C2를 포함하는 복수조의 평가값 군을 얻는 공정과, 상기 복수조의 평가값 군에 기초하여 제3 조의 평가값 군 C3을 얻는 공정과, 상기 제3 조의 평가값 군 C3에 기초하여 상기 포커스 위치를 검출하는 공정을 포함한다.

Description

검출 방법, 리소그래피 방법, 물품 제조 방법, 광학 장치 및 노광 장치 {DETECTING METHOD, LITHOGRAPHY METHOD, ARTICLE MANUFACTURING METHOD, OPTICAL APPARATUS, AND EXPOSURE APPARATUS}
본 발명은 검출 방법, 리소그래피 방법, 물품 제조 방법, 광학 장치 및 노광 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스 등의 물품을 제조하는 노광 장치에서는, 기판의 샷 영역에 마련된 얼라인먼트 마크의 위치를 검출함으로써 샷 영역과 원판의 위치 정렬이 이루어진다. 노광 장치는, 얼라인먼트 마크를 촬상함으로써 그 위치를 검출하는 얼라인먼트 검출계를 구비하고 있다. 고정밀도로 얼라인먼트 마크의 위치를 검출하기 위해서는, 베스트 포커스 상태에 있어서 얼라인먼트 마크를 촬상할 필요가 있다. 얼라인먼트 검출계의 물체면에 얼라인먼트 마크가 배치되어 있는 상태가 베스트 포커스 상태이며, 베스트 포커스 상태로부터 어긋나면 디포커스 상태로 된다. 얼라인먼트 검출계에 있어서의 얼라인먼트 마크의 포커스 상태는, 기판을 얼라인먼트 검출계의 광축 방향의 복수의 위치에 위치 결정하고, 각 위치에 있어서 얼라인먼트 검출계의 촬상 소자에 의해 얼라인먼트 마크를 촬상한 결과에 기초하여 검출될 수 있다. 보다 구체적으로는, 광축 방향의 복수의 위치의 각각에 있어서의 촬상 소자로부터의 출력 신호로부터 평가값(예를 들어, 콘트라스트)을 산출함으로써, 광축 방향에 있어서의 위치와 평가값의 관계를 나타내는 커브가 얻어진다. 그리고, 이 커브의 피크 위치가 베스트 포커스 위치로서 검출된다. 이러한 커브는, 평가값이 콘트라스트인 경우에는, 콘트라스트 커브라고 불린다(특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제2009-192271호 공보
그러나, 포커스 위치를 검출할 때, 얼라인먼트 마크가 형성된 기판의 표면 상태 또는 얼라인먼트 검출계에 의한 촬상 조건 등에 따라서는, 평가값의 커브가 1개의 피크가 아니라, 복수의 피크를 갖는 경우가 있다. 또한, 평가값의 커브가 평탄하여, 피크 위치가 불명확한 경우도 있다. 이러한 상황에서는, 검출되는 포커스 위치가 안정되지 않는다. 검출되는 포커스 위치가 안정되지 않으면, 얼라인먼트 마크의 위치의 검출 결과도 안정되지 않는다.
본 발명은 포커스 위치를 안정되게 검출하기 위해 유리한 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 하나의 측면은, 촬상 소자의 촬상면에 촬상 대상의 상을 형성하는 광학계의 포커스 위치를 검출하는 검출 방법에 관한 것이며, 상기 검출 방법은, 상기 광학계의 광축 방향에 있어서의 복수의 위치의 각각에 상기 촬상 대상이 위치하는 상태에서 상기 촬상 소자로부터 출력되는 출력 신호에 기초하여 제1 조의 평가값 군 및 제2 조의 평가값 군을 포함하는 복수조의 평가값 군을 얻는 공정과, 상기 복수조의 평가값 군에 기초하여 제3 조의 평가값 군을 얻는 공정과, 상기 제3 조의 평가값 군에 기초하여 상기 포커스 위치를 검출하는 공정을 포함한다.
본 발명에 따르면, 포커스 위치를 안정되게 검출하기 위해 유리한 기술이 제공된다.
도 1은, 실시 형태의 노광 장치의 구성을 도시하는 도면.
도 2는, 얼라인먼트 마크의 화상을 예시하는 도면.
도 3은, 콘트라스트 커브를 예시하는 도면.
도 4는, 포커스 커브 (a), ZP1에서 촬상을 행한 촬상 소자의 출력 신호 (b), ZP2에서 촬상을 행한 촬상 소자의 출력 신호 (c)를 예시하는 도면.
도 5는, 콘트라스트(제1 평가값), 상관도(제2 평가값) 및 조합 평가값(제3 평가값)의 각각의 커브를 예시하는 도면.
도 6은, 기판의 샷 영역의 배치를 예시하는 도면.
도 7은, 포커스 위치의 검출 범위와 평가값 군의 커브의 관계를 예시하는 도면.
도 8은, 노광 장치의 동작 시퀀스를 예시하는 도면.
도 9는, 포커스 위치 검출 시퀀스의 상세를 도시하는 도면.
도 10은, 다른 상관도를 설명하기 위한 도면.
도 11은, 복수조의 평가값 군으로부터 포커스 위치 검출을 위한 조합 평가군을 얻는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 12는, 콘트라스트 커브에 기초하여 포커스 위치를 추정하는 경우에 생길 수 있는 문제점 (a), 및 조합 평가값 군에 기초하여 포커스 위치를 추정하는 방법 (b)를 설명하는 도면.
도 13은, 다른 포커스 위치 검출 시퀀스의 상세를 도시하는 도면.
도 14는, 반도체 디바이스의 전체적인 제조 프로세스의 플로우의 일례를 도시하는 도면.
도 15는, 웨이퍼 프로세스의 상세한 플로우의 일례를 도시하는 도면.
이하, 본 발명에 관한 검출 방법, 노광 장치 및 광학 장치가 적용된 일 실시 형태의 노광 장치의 구성 및 동작의 설명을 통하여 본 발명에 관한 검출 방법, 노광 장치 및 광학 장치의 구성 및 동작을 예시적으로 설명한다. 본 발명에 관한 검출 방법은, 예를 들어 노광 장치에 내장된 얼라인먼트 검출계 등의 광학 장치에 있어서의 광학계의 포커스 위치를 검출하도록 적용될 수 있다. 본 발명에 관한 광학 장치는, 예를 들어 노광 장치로서 실시될 수 있는 것 외에, 예를 들어 촬상 대상을 확대하여 촬상하는 현미경 장치로서 실시될 수 있다. 이하의 설명에서는, 투영 광학계(PO)의 광축에 평행인 방향을 Z 방향으로 하는 XYZ 좌표계에 의해 방향을 나타낸다. XY 방향은, XY 평면에 평행인 방향을 의미한다.
도 1은, 제1 실시 형태의 노광 장치(100)의 구성을 도시하는 도면이다. 노광 장치(100)는, 얼라인먼트 검출계(OA)를 사용하여 원판(레티클)(R)과 기판(웨이퍼)(W)을 위치 정렬(얼라인먼트)한 후에 기판(W)을 노광한다. 기판(W)의 노광은, 조명계(IL)에 의해 원판(R)을 노광광으로 조명하고, 원판(R)의 패턴을 투영 광학계(PO)를 통하여 기판(W)에 투영함으로써 이루어진다. 기판(W)은, 표면에 감광재층을 갖고, 노광에 의해 해당 감광재층에 원판(R)의 패턴이 전사되어, 잠상이 형성된다. 이 잠상은, 현상 공정을 거침으로써 물리적인 패턴으로 변환된다. 기판(W)은, 기판 척(CH)에 의해 보유 지지된다. 기판 척(CH)은, 스테이지(STG)에 탑재되어 있고, 구동 기구(DM)에 의해, 예를 들어 X, Y, Z 방향으로 구동될 수 있다. 스테이지(STG)의 위치는, 간섭계(IF) 등의 계측기에 의해 계측될 수 있다.
노광 장치(100)는, 제어부(HP)를 구비하고 있다. 제어부(HP)는, 간섭계(IF)에 의한 스테이지(STG)의 위치 계측 결과에 기초하여 구동 기구(DM)를 제어함으로써 스테이지(STG)를 위치 결정한다. 제어부(HP)는, 예를 들어 FPGA(Field Programmable Gate Array의 약칭) 등의 PLD(Programmable Logic Device의 약칭), 또는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit의 약칭), 또는 프로그램이 내장된 범용 또는 전용의 컴퓨터, 또는 이들 전부 또는 일부의 조합에 의해 구성될 수 있다. 기판(W) 상에는, 기판(W)과 원판(R)의 위치 정렬을 행하기 위해 복수의 마크(얼라인먼트 마크)(MA)가 마련되어 있다. 마크(MA)는, 예를 들어 도 2의 (a)에 예시되어 있는 바와 같이, X 방향 및 Y 방향의 위치 정보를 갖는다.
노광 장치(100)는, 얼라인먼트 검출계(OA)를 구비하고 있다. 얼라인먼트 검출계(OA)는, 기판(W)에 마련된 마크(MA)의 위치(XY 방향의 위치)를 검출하는 검출 장치이다. 얼라인먼트 검출계(OA)를 사용하여 마크(MA)의 위치를 검출할 때에는, 마크(MA)가 얼라인먼트 검출계(OA)의 검출 범위(AR) 내에 들어가도록, 스테이지(STG)가 위치 결정된다.
얼라인먼트 검출계(OA)는, 예를 들어 조명 광원(LI), 광학계(OL), 하프 미러(M) 및 촬상 소자(S)를 포함할 수 있다. 조명 광학계(LI)로부터 사출된 조명광은, 하프 미러(M)에서 반사되어, 광학계(OL)를 통하여 마크(MA)를 조명할 수 있다. 마크(MA)로부터의 반사광 또는 산란광은, 광학계(OL)를 통하여 촬상 소자(S)의 촬상면에 촬상 대상인 마크(MA)의 상을 형성한다. 촬상 소자(S)는, CCD 이미지 센서, CMOS 이미지 센서 등의 이미지 센서를 포함할 수 있다. 촬상 소자(S)는, 그 촬상면에 형성된 마크(MA)의 상에 대응하는 전기적인 화상 신호를 발생시켜, 제어부(HP)에 공급한다. 노광 장치(100)는, 촬상 소자(S)와, 촬상 소자(S)의 촬상면에 촬상 대상인 마크(MA)의 상을 형성하는 광학계(OL)를 갖는 광학 장치로서 이해되어도 된다.
제어부(HP)는, 얼라인먼트 계측에 있어서, 얼라인먼트 검출계(OA)로부터 출력되는 화상 신호를 처리함으로써 기판(W) 상의 마크(MA)의 위치(XY 방향의 위치)를 검출한다. 또한, 제어부(HP)는, 얼라인먼트 계측에 있어서, 마크(MA)의 위치 외에, 간섭계(IF)로부터의 정보에 기초하여, 기판(W)에 배치된 복수의 샷 영역의 배열 정보를 취득할 수 있다. 제어부(HP)는, 이 배열 정보에 기초하여, 기판(W)의 복수의 샷 영역에 순차적으로 원판(R)의 패턴이 전사되도록 구동 기구(DM)를 제어한다.
얼라인먼트 검출계(OA)(광학계(OL))의 포커스 위치의 검출에서는, 스테이지(STG)를 Z 방향(얼라인먼트 검출계(OA)의 광축 방향)에 있어서의 복수의 위치에 위치 결정하면서, 해당 복수의 위치의 각각에서 얼라인먼트 검출계(OA)에 의해 촬상이 행해진다. 이에 의해 얻어지는 복수의 화상을 평가함으로써, 얼라인먼트 검출계(OA)의 포커스 위치가 결정될 수 있다. 글로벌 얼라인먼트 계측에 있어서는, 얼라인먼트 검출계(OA)를 사용하여 기판(W)의 복수의 샷 영역의 마크(MA)의 위치가 검출된다. 개개의 얼라인먼트 마크(MA)의 위치의 검출 정밀도를 높이기 위해서는, 개개의 마크(MA)에 대하여 포커스 위치(마크(MA)를 얼라인먼트 검출계(OA)의 포커스 위치에 배치시키기 위한 스테이지(STG)의 Z 방향의 위치)가 결정되어야 한다.
얼라인먼트 검출계(OA)의 포커스 위치를 결정하기 위해 사용되는 평가값으로서는, 예를 들어 콘트라스트를 들 수 있다. 이것은, 콘트라스트가 높으면, 전기 노이즈로 대표되는 랜덤 노이즈 성분의 영향이 상대적으로 낮아져, 계측 재현성의 향상이 예상되기 때문이다. 도 2의 (a)에는 포커스가 맞는 상태(베스트 포커스 상태)에서 관찰되는 마크(MA)가 도시되고, 도 2의 (b)에는 포커스가 맞지 않는 상태(디포커스 상태)에서 관찰되는 마크(MA)가 도시되어 있다. 디포커스 상태에서는, 마크(MA)의 휘도의 최댓값과 최솟값의 차가 작아, 즉 콘트라스트가 낮다. 콘트라스트의 산출 방법으로서는, 예를 들어 (식 1) 또는 (식 2)가 대표적이다.
Figure pat00001
Figure pat00002
여기서, Lmax는, 얼라인먼트 검출계(OA)의 검출 범위(AR) 내의 휘도의 최댓값이고, Lmin은, 얼라인먼트 검출계(OA)의 검출 범위(AR) 내의 휘도의 최솟값이다.
포커스 위치의 검출에서는, 우선, 검출 대상의 마크(MA)가 얼라인먼트 검출계(OA)의 검출 범위(AR) 내에 들어가도록 구동 기구(DM)에 의해 스테이지(STG)가 구동된다. 그리고, 구동 기구(DM)에 의해 스테이지(STG)를 Z 방향에 있어서의 복수의 위치에 위치 결정하면서, 해당 복수의 위치의 각각에서 얼라인먼트 검출계(OA)의 촬상 소자(S)에 의한 마크(MA)의 촬상이 행해진다. 이에 의해, Z 방향에 있어서의 복수의 위치에 각각 대응하는, 마크(MA)의 복수의 화상이 얻어진다. 그리고, 마크(MA)의 복수의 화상의 각각으로부터 평가값으로서의 콘트라스트가 계산될 수 있다. 이에 의해, 스테이지(STG)(마크(MA))의 Z 방향에 있어서의 위치와 촬상된 화상의 콘트라스트의 상관 관계가 얻어진다.
도 3의 (a)는, 이와 같이 하여 얻어지는 상관 관계의 일례를 시각적으로 도시한 것이며, 도 3의 (a) 중의 커브는 콘트라스트 커브라고 불린다. 이상적으로는, 콘트라스트 커브는 볼록형 커브이다. 콘트라스트 커브의 피크(정점)에 있어서의 Z 방향의 위치는, 얼라인먼트 검출계(OA)(광학계(OL))의 포커스 위치(베스트 포커스 상태가 얻어지는 스테이지(STG)의 Z 방향의 위치)이다. 콘트라스트 커브의 정점에 있어서의 Z 방향의 위치는, 예를 들어 정점 부근의 몇 점을 사용하여 무게 중심 계산을 행하여 정밀하게 계산할 수 있다.
콘트라스트 커브가 갖는 피크의 개수가 1개인 경우에는, 프로세스 변동이 있어도, 피크의 위치(Z 방향의 위치)나 콘트라스트값이 미소하게 변화할 뿐이다. 따라서, 오버레이 정밀도에 대한 영향이 적은 안정된 포커스 위치 검출을 행할 수 있다. 그러나, 콘트라스트 커브가 복수의 피크를 갖는 경우에는, 프로세스 변동이 있으면, 검출되는 포커스 위치가 크게 변화할 수 있다. 예를 들어, 얼라인먼트 검출계(OA)의 조명 σ를 작게 한 경우의 콘트라스트 커브는, 도 3의 (b)와 같이 될 수 있다. 도 3의 (b)를 참조하면, 콘트라스트 커브가 2개의 피크를 갖는다. 이 경우, 프로세스 변동에 의해 샷 영역별 또는 기판별로 마크의 상태가 변화하고, 그에 의해, 최댓값을 나타내는 피크가 2개의 피크의 사이에서 교체될 수 있다. 그 때문에, 샷 영역별 또는 기판별로, 어느 피크의 위치가 포커스 위치로서 검출되는지가 바뀌어 버려, 마크 위치의 검출 시의 포커스 위치에 변동이 생길 수 있다.
얼라인먼트 검출계(OA)에는, 광학계의 조립 및 조정의 오차에 기인하여, 기판(W)의 Z 방향의 위치에 따라, 검출되는 마크의 위치(XY 방향의 위치)가 시프트된다고 하는 문제가 존재할 수 있다. 그 때문에, 마크의 위치 검출 시에 포커스 위치가 변동되면, 그에 수반하여 마크 위치의 검출값도 변동을 일으켜, 기판(W)(샷 영역)과 원판(R)의 위치 정렬 정밀도에 큰 영향을 초래하게 된다. 이 변동을 고려하면, 콘트라스트 커브가 1개의 피크만 갖는 조명 조건 및 검출 조건에서 포커스 위치의 검출을 행하면 된다. 그러나, 촬상 소자(S)로부터의 출력 신호(화상 신호)의 콘트라스트는, 프로세스에 따라서는 낮은 경우가 있다. 이 경우, 조명 σ를 작게 하여, 콘트라스트를 높이는 방법을 채용하지 않으면, 높은 정밀도로 포커스 위치의 검출을 행할 수 없다. 그러나, 조명 σ를 작게 하면, 복수의 피크가 발생할 가능성이 있다.
그래서, 이후에는, 포커스 위치와 마크(MA)를 촬상하는 촬상 소자(S)의 출력 신호의 평가값(예를 들어, 콘트라스트)군의 관계를 나타내는 커브에 복수의 피크가 발생한 경우에도, 안정된 포커스 위치의 검출을 가능하게 하는 방법에 대하여 설명한다.
이하에서는, 노광 장치에 있어서 얼라인먼트 검출계(OA)(의 광학계(OL))의 포커스 위치를 검출하는 방법에 대하여 설명한다. 도 4의 (a)는, 복수의 피크를 갖는 콘트라스트 커브를 예시하고 있다. 도 4의 (a)에 있어서, 횡축이 스테이지(STG)의 Z 방향의 위치, 종축이 평가값으로서의 콘트라스트를 나타내고 있다. 또한, 스테이지(STG)의 Z 방향의 위치, 척(CH)의 Z 방향의 위치, 기판(W)(마크(MA))의 Z 방향의 위치는, 서로 일정한 차를 갖지만, 이 차를 제외하면 등가의 정보이다. 따라서, 스테이지(STG)의 Z 방향의 위치는, 척(CH)의 Z 방향의 위치 또는 기판(W)(마크(MA))의 Z 방향의 위치로 대체하여 읽혀져도 된다.
도 4의 (a)에 있어서, 제1 피크 위치(콘트라스트 커브가 제1 피크를 나타낼 때의 Z 방향의 위치)를 ZP1, 제2 피크 위치(콘트라스트 커브가 제2 피크를 나타낼 때의 Z 방향의 위치)를 ZP2라고 한다. 도 4의 (b)는, 제1 피크 위치 ZP1에서 촬상을 행한 촬상 소자(S)의 출력 신호 WZP1이며, 횡축이 Z 방향과 직교하는 방향, 즉 마크(MA)의 평면 방향(도 4의 (b)에서는 X 방향)을 나타내고 있다. 도 4의 (c)는, 제2 피크 위치 ZP2에서 촬상을 행한 촬상 소자(S)의 출력 신호 WZP2이며, 횡축이 Z 방향과 직교하는 방향, 즉 마크(MA)의 평면 방향(도 4의 (c)에서는 X 방향)을 나타내고 있다.
제1 피크 위치 ZP1에 있어서의 콘트라스트와 제2 피크 위치 ZP2에 있어서의 콘트라스트는 거의 동일하다. 따라서, 프로세스 변동이 존재하면, 제1 피크 위치 ZP1을 포커스 위치로서 판단하는 경우와, 제2 피크 위치 ZP2를 포커스 위치로서 판단하는 경우가 발생할 수 있다.
한편, 출력 신호 WZP1의 형상과 출력 신호 WZP2의 형상은 서로 다름을 알 수 있다. 따라서, 제1 피크 위치 ZP1과 제2 피크 위치 ZP2는, 촬상 소자(S)의 출력 신호로부터 평가값을 얻는 방법을 고안함으로써 구별 가능하다. 본 실시 형태에서는, 제어부(HP)는, 촬상 소자(S)의 출력 신호에 기초하여 제1 조의 평가값 군과, 제1 조의 평가값 군과는 상이한 평가 방법으로 평가된 제2 조의 평가값 군을 생성하고, 또한 제1 조의 평가값 군과 제2 조의 평가값 군에 기초하여 제3 조의 평가값 군을 생성한다. 그리고, 제어부(HP)는, 제3 조의 평가값 군에 기초하여 얼라인먼트 검출계(OA)(광학계(OL))의 포커스 위치를 검출한다.
여기서, 제1 조의 평가값 군은, 마크(MA)가 Z 방향의 복수의 위치의 각각에 위치하는 상태에서 촬상 소자(S)에 의해 촬상되어 촬상 소자(S)로부터 출력되는 복수의 출력 신호에 각각 대응하는 복수의 제1 평가값의 집합체이다. 이 예에서는, 제1 조의 평가값 군을 구성하는 복수의 제1 평가값의 각각은, 마크(MA)가 Z 방향의 하나의 위치에 위치할 때 촬상 소자(S)에 의해 촬상되어 촬상 소자(S)로부터 출력된 출력 신호로부터 얻어지는 콘트라스트이다. 제2 조의 평가값 군은, 마크(MA)가 Z 방향의 복수의 위치의 각각에 위치하는 상태에서 촬상 소자(S)에 의해 촬상되어 촬상 소자(S)로부터 출력되는 복수의 출력 신호에 각각 대응하는 복수의 제2 평가값의 집합체이다. 제3 조의 평가값 군은, 제1 조의 평가값 군과 제2 조의 평가값 군으로부터 생성되는 복수의 제3 평가값의 집합체이다.
본 실시 형태에서는, 제어부(HP)는, 제2 조의 평가값 군을 생성하기 위한 준비로서, 제1 피크 위치 ZP1을, 포커스 위치를 결정하기 위해 사용하는 기준 피크 위치로서 결정한다. 그리고, 제어부(HP)는, 기준 피크 위치에 있어서의 촬상 소자(S)로부터의 출력 신호(이하, 「기준 피크 출력 신호」라고도 함) WZP1에 기초하여, 제2 조의 평가값 군을 산출한다.
제2 조의 평가값 군은, 이 예에서는, 기준 피크 출력 신호 WZP1과, 마크(MA)가 Z 방향의 복수의 위치의 각각에 위치하는 상태에서 촬상 소자(S)에 의해 촬상되어 촬상 소자(S)로부터 출력되는 복수의 출력 신호의 각각의 상관도이다. 즉, 이 예에서는, 제2 조의 평가값 군을 구성하는 복수의 평가값의 각각은, 기준 피크 출력 신호 WZP1과, 마크(MA)가 Z 방향의 하나의 위치에 위치할 때 촬상 소자(S)에 의해 촬상되어 촬상 소자(S)로부터 출력된 출력 신호의 상관도이다. 이 예에서는, 제1 피크 위치 ZP1을 기준 피크 위치로 하였지만, 제2 피크 위치 ZP2를 기준 피크 위치로 해도 된다. 복수의 샷 영역 및 복수의 기판에 관하여, 제1 조의 평가값 군에 있어서의 복수의 피크 중 동일한 피크를 계측하기 위해, 공통의 기준 피크 출력 신호가 사용된다. 기준 피크 출력 신호는, 상관도를 산출하기 위한 기준 신호로서 이해될 수 있다.
상관도를 산출하는 방법으로서는, 기준 피크 출력 신호와 이것에 대한 상관도를 구할 대상의 출력 신호(촬상 소자(S)의 출력 신호)의 차의 절댓값 합을 산출하는 방법이 있으며, 이 방법은, 예를 들어 (식 3)으로 표시된다. 상관도를 산출하는 다른 방법으로서는, 정규화 상호 상관을 산출하는 방법이 있으며, 이 방법은, 예를 들어 (식 4)로 표시된다. 여기서, 촬상 소자(S)의 출력 신호의 평면 방향(예를 들어 X 방향)에 있어서의 출력값수(화소수)를 N이라고 한다. 또한, 기준 피크 출력 신호의 출력값을 WZP(n), Z 방향에 있어서의 n개째 위치에서의 출력 신호(화상 신호)의 출력값을 ZPA(n), 1≤n≤N, 출력값의 최댓값을 Omax, 상관도를 Corr이라고 한다.
Figure pat00003
Figure pat00004
상관도 Corr은, ZPA(n)과 WZP(n)이 0 이상인 경우에는, 0≤Corr≤1로 되며, 1에 가까울수록 상관도가 높다.
도 5에는, 제1 조의 평가값 군, 제2 조의 평가값 군 및 제3 조의 평가값 군이 예시되어 있다. 제1 조의 평가값 군은, 도 4의 (a)와 동일하다. 제1 조의 평가값 군은, Z 방향에 있어서의 마크(MA)의 위치에 따라 변화하는 콘트라스트의 커브 C1을 제공한다. 제2 조의 평가값 군은, Z 방향에 있어서의 마크(MA)의 위치에 따라 변화하는 상관도의 커브 C2를 제공한다. 커브 C1이 복수의 피크를 갖는 것에 비해, 커브 C2는, 제1 피크 위치 ZP1에만 피크를 갖는다.
본 실시 형태에서는, 제어부(HP)는, 제1 조의 평가값 군인 복수의 콘트라스트와 제2 조의 평가값 군인 복수의 상관도를 조합하여 제3 조의 평가값 군인 조합 평가값 군(복수의 조합 평가값)을 산출한다. 여기서, 복수조의 평가값 군을 조합하는 것은, 복수조의 평가값 군을 변수로 하는 함수의 값을 구함을 의미한다. 조합의 구체적인 방법으로서는, Z 방향의 각 위치에 있어서의 제1 조의 평가값(콘트라스트)과 제2 조의 평가값(상관도)을 승산함으로써 제3 조의 평가값 군을 얻는 방법을 들 수 있다. 커브 C3은, Z 방향의 각 위치에 있어서의 제1 조의 평가값(콘트라스트)과 제2 조의 평가값(상관도)을 승산함으로써 제3 조의 평가값 군에 의해 구성되는 커브이다. 본 실시 형태에 있어서의 포커스 위치 검출에서는, 제어부(HP)는, 제3 조의 평가값 군의 커브 C3에 기초하여 포커스 위치를 결정한다.
제3 조의 평가값 군(커브 C3)에 있어서의 최댓값과 최솟값의 차는, 제1 조의 평가값 군(커브 C1)에 있어서의 최댓값과 최솟값의 차, 및 제2 조의 평가값 군(커브 C2)에 있어서의 최댓값과 최솟값의 차 중 적어도 한쪽보다 큰 것이 바람직하다. 다른 관점에서는, ZP1과 ZP2의 사이의 구간에 있어서, 커브 C3에 있어서의 최댓값과 최솟값의 차는, 커브 C1에 있어서의 최댓값과 최솟값의 차, 및 커브 C2에 있어서의 최댓값과 최솟값의 차 중 적어도 한쪽보다 큰 것이 바람직하다. 또 다른 관점에 있어서는, ZP1, ZP2에 있어서의 커브 C3의 값의 차는, ZP1, ZP2에 있어서의 커브 C1의 값의 차, 및 ZP1, ZP2에 있어서의 커브 C2의 값의 차 중 적어도 한쪽보다 큰 것이 바람직하다.
포커스 위치의 검출의 안정화 관점에 있어서, 제3 조의 평가값 군에 있어서의 피크의 수는, 제1 조의 평가값 군에 있어서의 피크의 수보다 작은 것이 바람직하다. 이것에 추가하여, 제3 조의 평가값 군에 있어서의 피크의 수가 제2 조의 평가값 군에 있어서의 피크의 수보다 작은 것이 더욱 바람직하다. 혹은, 제3 조의 평가값 군에 있어서의 피크의 수는, 1개인 것이 가장 바람직하다. 제1 조의 평가값 군에 있어서의 피크란, Z 방향에 있어서의 마크(MA)의 위치와 제1 조의 평가값 군의 관계를 나타내는 제1 커브(보다 간결하게는, 제1 조의 평가값 군의 커브)에 있어서의 피크이다. 제2 조의 평가값 군에 있어서의 피크란, Z 방향에 있어서의 마크(MA)의 위치와 제2 조의 평가값 군의 관계를 나타내는 제2 커브(보다 간결하게는, 제2 조의 평가값 군의 커브)에 있어서의 피크이다. 제3 조의 평가값 군에 있어서의 피크란, Z 방향에 있어서의 마크(MA)의 위치와 제3 조의 평가값 군의 관계를 나타내는 제3 커브(보다 간결하게는, 제3 조의 평가값 군의 커브)에 있어서의 피크이다.
제3 조의 평가값 군(제3 커브)이 복수의 피크값을 갖고, 제1 조의 평가값 군(제1 커브)이 복수의 피크값을 갖는 경우도 있을 수 있다. 이러한 경우에는, 제3 조의 평가값 군(제3 커브)에 있어서의 복수의 피크값 중 가장 큰 피크값과 2번째로 큰 피크값의 차가, 제1 조의 평가값 군(제1 커브)에 있어서의 복수의 피크값 중 가장 큰 피크값과 2번째로 큰 피크값의 차보다 큰 것이 바람직하다. 이것에 추가하여, 제2 조의 평가값 군(제2 커브)도 복수의 피크값을 가질 수 있다. 이 경우, 제3 조의 평가값 군(제3 커브)에 있어서의 복수의 피크값 중 가장 큰 피크값과 2번째로 큰 피크값의 차가, 제2 조의 평가값 군(제2 커브)에 있어서의 복수의 피크값 중 가장 큰 피크값과 2번째로 큰 피크값의 차보다 큰 것이 바람직하다.
노광 장치(100)에 있어서의 얼라인먼트 계측에서는, 기판(W)의 복수의 샷 영역의 각각에 배치된 마크(MA)가 계측된다. 따라서, 포커스 위치 검출도 복수의 샷 영역의 각각에 배치된 마크(MA)에 대하여 실시된다. 도 6에는, 기판(W) 상에 설정된 얼라인먼트 계측용의 복수의 샷 영역(S1 내지 S4)이 예시되어 있다.
도 7을 참조하면서 샷 영역(S1) 및 샷 영역(S2)에 대하여 포커스 위치의 검출을 행하는 예를 설명한다. 우선, 제어부(HP)는, 샷 영역(S1)의 마크(MA)가 얼라인먼트 검출계(OA)의 검출 범위(AR) 내에 들어가도록, 구동 기구(DM)에 의해 스테이지(STG)를 구동시킨다. 그 후, 제어부(HP)는, 도 7의 (a)에 도시된 Z 방향의 구동 범위 W1 내의 복수의 위치에 스테이지(STG)가 위치 결정되도록 구동 기구(DM)를 제어한다. 또한, 제어부(HP)는, 구동 범위 W1 내의 복수의 위치의 각각에 있어서, 촬상 소자(S)에 마크(MA)를 촬상시켜, 촬상 소자(S)로부터의 출력 신호를 취득한다. 그 후, 제어부(HP)는, 구동 범위 W1 내의 각 위치에 대하여, 촬상 소자(S)의 출력 신호로부터 제1 평가값으로서 콘트라스트를 산출한다. 이에 의해, 구동 범위 W1 내의 복수의 위치의 각각에 대응하는 복수의 제1 평가값의 집합체인 제1 조의 평가값 군이 산출된다. 도 7의 (b)에는, 제1 조의 평가값 군으로서의 콘트라스트의 커브 C4가 예시되어 있다. 커브 C4에는 제1 피크 ZP3과 제2 피크 ZP4가 존재한다. 이 예에서는, 제어부(HP)는, 제1 피크 ZP3을 기준 피크 위치로 한다.
제어부(HP)는, 기준 피크 위치 ZP3에 있어서의 촬상 소자(S)의 출력 신호와 구동 범위 W1 내의 각 위치에 있어서의 촬상 소자(S)의 출력 신호의 상관도를 제2 평가값으로서 산출한다. 이에 의해, 구동 범위 W1 내의 복수의 위치의 각각에 대응하는 복수의 제2 평가값의 집합체인 제2 조의 평가값 군이 산출된다. 그 후, 제어부(HP)는, 제1 조의 평가값 군과 제2 조의 평가값 군을 조합하여, 제3 조의 평가값 군인 조합 평가값 군(복수의 조합 평가값)을 산출한다. 도 7의 (b)에는, 조합 평가값 군의 커브 C5가 예시되어 있다. 구동 범위 W1에 있어서의 조합 평가값 군의 커브 C5에 기초하여, 제어부(HP)는, 제1 피크 ZP3을 포커스 위치로서 결정한다.
이어서, 제어부(HP)는, 샷 영역(S2)의 마크(MA)가 얼라인먼트 검출계(OA)의 검출 범위(AR) 내에 들어가도록 구동 기구(DM)에 의해 스테이지(STG)를 구동시킨다. 기판(W)의 표면은, 요철을 갖고, 샷 영역(S1)의 Z 방향의 위치에 대하여 샷 영역(S2)의 Z 방향의 위치가 어긋나 있는 경우가 있다. 샷 영역(S1)의 Z 방향의 위치를 기준으로 하여 포커스 계측 시의 스테이지(STG)의 Z 방향의 구동 범위 W2를 결정한 경우, 샷 영역(S2)의 마크(MA)로부터 얻어지는 콘트라스트 커브는, 도 7의 (d)의 커브 C6과 같이 될 수 있다. 구동 범위 W2 내로 범위가 제한된 커브 C6은, 제2 피크 위치 ZP6에 1개의 피크를 가질 뿐이다. 이러한 경우, 커브 C6을 사용하여 포커스 위치를 검출하면, 제2 피크 위치 ZP6을 포커스 위치로서 결정해 버리기 때문에, 샷 영역(S1)과 샷 영역(S2)에서 포커스 위치의 결정 기준이 상이하게 된다.
한편, 샷 영역(S2)의 마크(MA)에 대한 조합 평가값 군의 커브는, 도 7의 (d)의 커브 C7과 같이 된다. 구동 범위 W2에 있어서, 커브 C7은, 단조 증가하고 있으며, 피크를 갖지 않는다. 따라서, 구동 범위 W2에 있어서의 커브 C7로부터 포커스 위치를 검출할 수는 없다. 그래서, 제어부(HP)는, 구동 범위를 변경하여 포커스 위치의 검출을 재실행한다. 재실행 결과, 제어부(HP)는, 새로운 구동 범위 W3에 대한 조합 평가값 군의 커브 C7로부터 제1 피크 위치 ZP5를 포커스 위치로서 검출할 수 있다.
이하, 도 8을 참조하면서 노광 장치의 동작 시퀀스를 설명한다. 이 동작 시퀀스는, 제어부(HP)에 의해 제어된다. 공정 S001에서는, 노광 장치에 기판(웨이퍼)(W)이 반입된다. 공정 S002에서는, 기판(W)의 프리얼라인먼트가 행해진다. 프리얼라인먼트는, 예를 들어 기판(W)의 2개의 마크를 도시하지 않은 저배율의 얼라인먼트 스코프의 위치에서 검출하고, 이 검출 결과에 기초하여 기판(W)의 시프트, 배율 및 로테이션을 결정하는 처리이다.
공정 S003에서는, 현재의 처리 대상의 기판(W)이 복수의 기판을 포함하는 로트 중 1매째 기판인지 여부가 판단되며, 1매째 기판(W)인 경우에는 공정 S004에 있어서 포커스 위치 검출이 실행된 후에 공정 S005가 실행된다. 한편, 현재의 처리 대상의 기판(W)이 로트 중 2매째 이후인 경우에는, 공정 S004가 실행되지 않고, 공정 S005가 실행된다. 공정 S005에서는, 글로벌 얼라인먼트가 실행된다. 글로벌 얼라인먼트는, 고배율의 얼라인먼트 검출계(OA)를 사용하여 기판(W)의 복수의 마크(MA)의 위치(XY 방향의 위치)를 검출하고, 이 검출 결과에 기초하여 기판(W) 상의 각 샷 영역의 위치를 결정하는 처리이다. 마크(MA)의 위치를 검출할 때, 마크(MA)가 얼라인먼트 검출계(OA)의 광학계(OL)의 물체면에 마크(MA)의 높이가 일치하도록, 제어부(HP)는, 공정 S004에서 검출된 포커스 위치에 따라 구동 기구(DM)에 의해 스테이지(STG)를 구동시킨다. 이러한 동작은, 포커스 동작이라고 불린다. 즉, 공정 S005에서는, 마크(MA)를 포커스 위치에 위치시키는 포커스 동작을 행한 후에, 얼라인먼트 검출계(OA)를 사용하여 마크(MA)의 위치(XY 방향의 위치)를 검출한다.
공정 S006에서는, 기판(W)의 복수의 샷 영역에 대하여 순차적으로 노광 처리가 행해지고, 공정 S007에서는, 기판(W)이 반출된다. 공정 S008에서는, 로트 내의 모든 기판(W)에 대한 노광 처리가 종료되었는지 여부가 판단되며, 로트 내의 모든 기판(W)에 대한 노광 처리가 종료된 경우에는, 일련의 동작 시퀀스가 종료된다. 한편, 미처리의 기판(W)이 남아 있는 경우에는, 그 기판(W)에 대하여 공정 S001 내지 S007이 실행된다.
도 9에는, 도 8의 공정 S004(포커스 위치 검출)의 상세한 시퀀스가 도시되어 있다. 이하, 도 9를 참조하면서 포커스 위치 검출에 대하여 설명한다. 공정 S101에서는, 제어부(HP)는, 포커스 위치의 검출 대상의 마크(MA)가 얼라인먼트 검출계(OA)의 검출 범위(AR) 내에 들어가도록, 구동 기구(DM)에 의해 스테이지(STG)를 구동시킨다. 공정 S102에서는, 제어부(HP)는, Z 방향의 구동 범위 내의 복수의 위치에 스테이지(STG)가 위치 결정되도록 구동 기구(DM)를 제어한다. 또한, 공정 S102에서는, 제어부(HP)는, Z 방향의 구동 범위 내의 복수의 위치의 각각에 있어서, 촬상 소자(S)에 마크(MA)를 촬상시켜, 촬상 소자(S)로부터의 출력 신호를 취득한다. 공정 S103에서는, 제어부(HP)는, Z 방향의 구동 범위 내의 각 위치에 대하여, 촬상 소자(S)의 출력 신호로부터 제1 평가값으로서 콘트라스트를 산출한다. 즉, 공정 S103에서는, 제어부(HP)는, Z 방향의 복수의 위치에 각각 대응하는 복수의 콘트라스트(제1 조의 평가값 군)를 산출한다. 이에 의해, 콘트라스트 커브가 얻어진다.
공정 S104에서는, 제어부(HP)는, 현재의 처리 대상의 기판(W)에 대하여 이미 기준 피크 출력 신호를 취득하였는지 여부를 판단하고, 취득 완료인 경우에는 공정 S107로 진행하고, 미취득인 경우에는 공정 S105로 진행한다. 기준 피크 출력 신호는, 기판의 프로세스 조건, 마크(MA)의 종류, 얼라인먼트 검출계(OA)의 조명 조건에 의존하기 때문에, 각각의 조건별로 취득하는 것이 바람직하다.
공정 S105에서는, 제어부(HP)는, 공정 S103에서 얻은 콘트라스트 커브에 기초하여 포커스 위치를 결정한다. 공정 S106에서는, 제어부(HP)는, 공정 S105에서 결정한 포커스 위치에 있어서의 촬상 소자(S)로부터의 출력 신호를 기준 피크 출력 신호로서 보존한다. 공정 S107에서는, 제어부(HP)는, Z 방향의 각 위치에 대하여, 기준 피크 출력 신호와 촬상 소자(S)로부터의 출력 신호의 상관도를, 제2 평가값으로서 산출한다. 즉, 공정 S107에서는, 제어부(HP)는, Z 방향의 복수의 위치에 각각 대응하는 복수의 상관도(제2 조의 평가값 군)를 산출한다. 공정 S108에서는, 제어부(HP)는, Z 방향의 각 위치에 대하여, 제1 조의 평가값 군인 복수의 콘트라스트와 제2 조의 평가값 군인 복수의 상관도를 조합한 조합 평가값 군(복수의 조합 평가값)을, 제3 조의 평가값 군으로서 산출한다. 공정 S109에서는, 제어부(HP)는, 제3 조의 평가값 군으로서의 조합 평가값 군에 기초하여 포커스 위치를 결정(검출)한다. 공정 S110에서는, 제어부(HP)는, 포커스 위치의 검출 대상의 모든 마크에 대하여 포커스 위치의 검출이 종료되었는지 여부를 판단하고, 미검출의 마크에 대하여 공정 S101 내지 S109를 실행한다. 한편, 포커스 위치의 검출 대상의 모든 마크에 대하여 포커스 위치의 검출이 종료되면 도 8의 공정 S005로 진행한다.
상기 실시 형태에서는, 포커스 위치를 검출하기 위해, 제1 평가값으로서 콘트라스트, 제2 평가값으로서 기준 피크 위치의 출력 신호와 Z 방향의 각 위치의 출력 신호의 상관도를 예로 들어 설명하였지만, 평가값으로서는 이들에 한정되지 않는다. 포커스 위치에서는 반사광이 보다 많게 촬상 소자(S)로 입사되기 때문에, 촬상 영역 내의 최대 광량, 혹은 적산 광량을 평가값으로서 사용할 수 있다. 또한, 마크의 대칭성, 마크의 요철 정도 등도 평가값으로 될 수 있다. 여기서 예시한 평가값의 각각에 대하여, 기준 피크 위치의 평가값과 Z 방향의 각 위치의 평가값의 상관도를 구하여, 이것을 상관도에 관한 평가값으로 할 수도 있다.
콘트라스트와 촬상 소자(S)의 출력 신호의 상관도 이외의, 상관도에 관한 평가값의 일례로서, 도 10을 사용하여, 마크의 요철 정도 Unevenness를 산출하는 방법을 설명한다. 마크를 촬상하였을 때의 촬상 소자(S)의 출력 신호 SIG에 대하여, 마크의 중심으로부터 좌측에 계측 윈도우 Wl, 우측에 계측 윈도우 Wr을 그것들이 서로 대칭으로 되도록 설정한다. 이때, 좌측 윈도우 Wl의 좌측단의 값을 L1, 우측단의 값을 L2, 우측 윈도우 Wr의 좌측단의 값을 L3, 우측단의 값을 L4라고 하면, Unevenness는, 다음의 (식 5)로 표시된다.
Figure pat00005
Unevenness>0인 경우에는 볼록 형상, Unevenness<0인 경우에는 오목 형상, Unevenness=0인 경우에는 평탄한 형상임을 의미한다. 전술한 기준 피크 위치의 출력 신호와 Z 방향의 각 위치의 출력 신호의 상관도가 동일하도록, 기준 피크 위치의 Unevenness와 Z 방향의 각 위치의 Unevenness의 상관도를 구하고, 이것을 상관도에 관한 평가값으로 할 수 있다.
조합하는 평가값은 2개에 한하지 않고, 2개 이상의 평가값을 조합하여, 피크가 일의적으로 결정되는 평가값 커브가 얻어지는 조합 평가값을 채용 가능하다. 평가값의 조합 방법은, 평가값의 수의 증가에 따라 증가한다. 그래서, 이 이후에는, 평가값의 조합을 도출하는 방법에 대하여 설명한다. 여기서 설명하는 방법은, 제어부(HP)에 의해 실행될 수 있다.
도 11에는, N개의 평가값 D1 내지 DN이 예시되어 있다. 우선, 제1 조의 평가값 군으로서 평가값 군 D1(예를 들어, 콘트라스트)을 선택한다. 평가값 군 D1은, 제1 피크와 제2 피크를 갖고, 각각의 피크 위치(Z 방향의 위치)는, 제1 피크 위치 ZP7, 제2 피크 위치 ZP8이다. 예를 들어, 제1 피크 위치 ZP7을 기준 피크 위치로 할 수 있다.
제1 조의 평가값 군인 평가값 군 D1과 다른 (N-1)조의 평가값 군 D2 내지 DN 중 하나를 조합하여 (N-1)조의 조합 평가값 군이 생성될 수 있다. 그리고, 제1 피크 위치 ZP7과 제2 피크 위치 ZP8의 구간에 있어서의 (N-1)조의 조합 평가값 군의 각각의 변화량(최댓값과 최솟값의 차)이 산출될 수 있다. 이때, 제1 피크 위치 ZP7에서의 조합 평가값 쪽이 제2 피크 위치 ZP8에서의 조합 평가값보다 커지는 것으로 한다. (N-1)조의 조합 평가값 군에 대하여 변화량이 산출되고, 변화량이 가장 큰 조합 평가값 군(그 조합 평가값을 얻기 위한 2개의 평가값)이 선택될 수 있다. 또한, 3조 이상의 평가값 군을 조합하여 조합 평가값 군을 얻어도 된다. 이 경우에 있어서도, 제1 피크 위치 ZP7과 제2 피크 위치 ZP8의 사이의 구간에 있어서의 조합 평가값 군의 변화량이 가장 큰 조합 평가값 군(그 조합 평가값을 얻기 위한 3개 이상의 평가값)이 선택될 수 있다.
이상을 요약하면, 본 실시 형태의 검출 방법은, 촬상 소자(S)의 촬상면에 촬상 대상으로서의 마크(MA)의 상을 형성하는 광학계(OL)의 포커스 위치를 검출하는 검출 방법이며, 제1 공정과, 제2 공정과, 제3 공정을 포함한다. 해당 제1 공정에서는, 광학계(OL)의 광축 방향인 Z 방향에 있어서의 복수의 위치의 각각에 마크(MA)가 위치하는 상태에서 촬상 소자(S)로부터 출력되는 출력 신호에 기초하여 제1 조의 평가값 군 및 제2 조의 평가값 군을 포함하는 복수조의 평가값 군을 얻는다. 해당 제2 공정에서는, 해당 복수조의 평가값 군에 기초하여 제3 조의 평가값 군을 얻는다. 해당 제3 공정에서는, 해당 제3 조의 평가값 군에 기초하여 광학계(OL)의 포커스 위치(물체면 위치)를 검출한다.
상기 설명에서는, 제1 조의 평가값 군의 커브가 복수의 피크를 갖는다. 그러나, 1개의 피크만 갖지만, 커브의 피크와 그 밖의 영역의 차가 작아 평탄한 형상으로 되는 경우에 있어서도, 조합 평가값 군에 의한 평가가 유용하다. 이러한 경우에 있어서도, 조합 평가값 군을 이용함으로써, 피크와 그 밖의 영역의 차가 커져, 포커스 위치 검출을 안정되게 행할 수 있다. 조합 평가값 군의 선정 방법은, 제1 조의 평가값 군이 복수의 피크를 갖는 전술한 예에 따를 수 있다. 단, 제2 피크 위치 대신에, 예를 들어 제1 피크 위치로부터 일정량 떨어진 위치가 이용될 수 있다.
본 실시 형태에 따르면, 제1 조의 평가값 군의 커브가 복수의 피크를 갖는 경우나, 피크가 명확하지 않은 경우에 있어서도, 검출되는 포커스 위치의 변동을 억제할 수 있다.
이하, 제1 조의 평가값 군과 제2 조의 평가값 군의 조합에 의해 얻어지는 제3 조의 평가값 군에 기초하여 포커스 위치를 추정하는 방법을 설명한다. 우선, 도 12의 (a)를 참조하면서 콘트라스트 커브에 기초하여 포커스 위치를 추정하는 경우에 생길 수 있는 문제점을 설명한다. 도 12의 (a)에는, 제1 조의 평가값 군(복수의 콘트라스트)의 커브 C8이 예시되어 있다. 커브 C8은, 복수의 피크로서 제1 피크와 제2 피크를 갖는다. 제1 피크, 제2 피크의 각각의 Z 방향의 위치는, 제1 피크 위치 ZP9, 제2 피크 위치 ZP10이다. 이러한 경우에 있어서, 제1의 Z 위치(Z 방향의 위치) z1에 있어서의 콘트라스트 P1과 제2의 Z 위치 z2에 있어서의 콘트라스트 P2가, 제3의 Z 위치 z3에 있어서의 콘트라스트 P3과 제4의 Z 위치 z4에 있어서의 콘트라스트 P4와 동등한 값을 취할 수 있다. 그 때문에, 커브 C8로부터 회귀 곡선을 산출하여, 회귀 곡선에 기초하여 포커스 위치를 추측하려고 해도, 동등한 콘트라스트가 복수 개소에 존재하기 때문에, 2점의 콘트라스트로부터는 피크 위치를 일의적으로 추측할 수 없다. 이러한 경우에는, 적어도 3개의 Z 위치에 있어서의 평가값을 사용하여 피크 위치를 추측할 필요가 있다.
이어서, 도 12의 (b)를 참조하면서 조합 평가값 군에 기초하여 포커스 위치를 추정하는 방법을 설명한다. 도 12의 (b)에는, 제1 조의 평가값 군으로서의 복수의 콘트라스트와 제2 조의 평가값 군으로서의 복수의 상관도를 조합하여 얻어진 제3 조의 평가값 군으로서의 조합 평가값 군(복수의 조합 평가값)의 커브 C9가 예시되어 있다. 커브 C9는, 1개의 피크만을 갖도록 복수조의 평가값 군을 조합하여 얻어진 조합 평가값 군의 일례이다. 조합 평가값 군의 커브가 1개의 피크만을 갖는지 여부는, 예를 들어 조합 평가값 군의 커브가 갖는 극대값의 수에 기초하여 판단할 수 있다. 1개의 피크만을 조합 평가값 군의 커브가 갖도록 조합 평가값 군의 생성 방법을 결정함으로써, 2개의 Z 위치에 기초하여 피크 위치, 즉 포커스 위치를 추정(결정)할 수 있다.
도 12의 (b)의 예에서는, 조합 평가값 군 C9의 회귀 곡선 C9'를 산출하고, 회귀 곡선 C9'를 사용하여, 2개의 조합 평가값, 즉 제1의 Z 위치 z5의 조합 평가값 P5와 제2의 Z 위치 z6의 조합 평가값 P6으로부터 포커스 위치 ZP11을 추측할 수 있다. 조합 평가값 군 C9를 2차 근사한 회귀 곡선(근사식)은, 예를 들어 (식 6)으로 표시된다.
Figure pat00006
여기서, P는 조합 평가값, z는 Z 위치(Z 방향 중)이다. 계수 a1 내지 a3은, 미리 산출한 기지의 값으로 된다. 제1의 Z 위치 z5의 조합 평가값 P5와 제2의 Z 위치 z6의 조합 평가값 P6을 (식 6)에 적용하면,
Figure pat00007
Figure pat00008
으로 된다. 또한, 이 단계에서는, 제1의 Z 위치 z5와 제2의 Z 위치 z6은 회귀 곡선 상의 어느 위치에 있는지는 특정할 수 없기 때문에, (식 7)과 (식 8)로부터 각각의 위치를 특정한다. z6은 z5로부터 d만큼 이격된 위치인 것으로 한 경우,
Figure pat00009
로 표시할 수 있다. 이것을 (식 8)에 적용시키면,
Figure pat00010
으로 된다. 식 (7)과 식 (10)을 풀면,
Figure pat00011
로 되어, 회귀 곡선 상의 z5의 위치를 특정할 수 있다. 포커스 위치 ZP11은, (식 6)의 회귀 곡선의 극대값으로 되므로, (식 6)을 미분한 (식 12)의 P'가 0으로 되는 위치, 즉 (식 13)으로 부여된다.
Figure pat00012
Figure pat00013
최종적으로, (식 11)과 (식 13)의 차분 Zm이 제1의 Z 위치 z5와 포커스 위치 ZP11까지의 거리로 된다(식 14).
Figure pat00014
도 13에는, 도 9에 도시된 포커스 위치 검출(도 8의 공정 S004(포커스 위치 검출))의 변형예가 도시되어 있다. 이하, 도 13을 참조하면서 변형예에 있어서의 포커스 위치 검출에 대하여 설명한다. 공정 S201에서는, 제어부(HP)는, 포커스 위치의 검출 대상의 마크(MA)가 얼라인먼트 검출계(OA)의 검출 범위(AR) 내에 들어가도록, 구동 기구(DM)에 의해 스테이지(STG)를 구동시킨다. 공정 S202에서는, 제어부(HP)는, 조합 평가값의 커브의 회귀 곡선이 산출 완료인지 여부를 판단하고, 미산출이면 공정 S203으로 진행하고, 산출 완료이면 공정 S213으로 진행한다.
공정 S203에서는, 제어부(HP)는, Z 방향의 구동 범위 내의 복수의 위치의 각각에 있어서, 촬상 소자(S)에 마크(MA)를 촬상시켜, 촬상 소자(S)로부터의 출력 신호를 취득한다. 공정 S204에서는, 제어부(HP)는, Z 방향의 구동 범위 내의 각 위치에 대하여, 촬상 소자(S)의 출력 신호로부터 제1 평가값으로서 콘트라스트를 산출한다. 즉, 공정 S204에서는, 제어부(HP)는, Z 방향의 복수의 위치에 각각 대응하는 복수의 콘트라스트(제1 조의 평가값 군)를 산출한다. 이에 의해, 콘트라스트 커브가 얻어진다.
공정 S205에서는, 제어부(HP)는, 공정 S204에서 얻은 콘트라스트 커브에 기초하여 포커스 위치를 결정한다. 공정 S206에서는, 제어부(HP)는, 공정 S205에서 결정된 포커스 위치에 있어서의 촬상 소자(S)로부터의 출력 신호를 기준 피크 출력 신호로서 보존한다. 공정 S207에서는, 제어부(HP)는, Z 방향의 각 위치에 대하여, 기준 피크 출력 신호와 촬상 소자(S)로부터의 출력 신호의 상관도를, 제2 평가값으로서 산출한다. 즉, 공정 S207에서는, 제어부(HP)는, Z 방향의 복수의 위치에 각각 대응하는 복수의 상관도(제2 조의 평가값 군)를 산출한다. 공정 S208에서는, 제어부(HP)는, Z 방향의 각 위치에 대하여, 제1 조의 평가값 군인 복수의 콘트라스트와 제2 조의 평가값 군인 복수의 상관도를 조합한 조합 평가값 군(복수의 조합 평가값)을, 제3 조의 평가값 군으로서 산출한다.
공정 S209에서는, 제어부(HP)는, 제3 조의 평가값 군으로서의 조합 평가값 군에 기초하여, 포커스 위치를 추측하기 위한 회귀 곡선(의 계수 a1 내지 a3)을 산출한다. 이 회귀 곡선은, Z 방향(광축 방향)에 있어서의 촬상 대상(마크(MA))의 위치와 제3 조의 평가값 군이 가져야 할 값의 관계를 나타내는 근사식이다.
공정 S202에 있어서, 제어부(HP)가 회귀 곡선을 산출 완료인 것으로 판단된 경우, 공정 S213 내지 S217이 실행된다. 공정 S213에서는, 제어부(HP)는, Z 방향의 2개의 위치의 각각에 있어서, 촬상 소자(S)에 마크(MA)를 촬상시켜, 촬상 소자(S)로부터의 출력 신호를 취득한다. Z 방향의 2개의 위치는, 예를 들어 전회 계측한 마크의 포커스 위치나 거기에서 일정한 거리만큼 이격된 위치를 설정할 수 있다. 공정 S201에서 포커스 위치의 검출 대상의 마크(MA)가 얼라인먼트 검출계(OA)의 검출 범위(AR) 내에 들어가도록, 구동 기구(DM)에 의해 스테이지(STG)를 구동시킬 때, 스테이지(STG)의 Z 방향의 위치를 해당 2개의 위치 중 1개로 위치 결정해도 된다.
공정 S214에서는, 제어부(HP)는, Z 방향의 2개의 위치의 각각에 대하여, 촬상 소자(S)의 출력 신호로부터 제1 조의 평가값 군으로서의 콘트라스트를 산출한다. 공정 S215에서는, 제어부(HP)는, 기준 피크 출력 신호와 Z 방향의 2개의 위치에 있어서의 촬상 소자(S)로부터의 출력 신호의 상관도를, 제2 조의 평가값 군으로서 산출한다. 공정 S216에서는, 제어부(HP)는, Z 방향의 2개의 위치에 대하여, 제1 조의 평가값 군인 2개의 콘트라스트와 제2 조의 평가값 군인 2개의 상관도를 조합한 2개의 조합 평가값(조합 평가값 군)을, 제3 조의 평가값 군으로서 산출한다. 공정 S217에서는, 제어부(HP)는, 공정 S216에서 산출한 2개의 제3 조의 평가값 군과, 공정 S209에서 산출한 회귀 곡선(의 계수 a1 내지 a3)에 기초하여, 포커스 위치를 산출한다.
공정 S210에서는, 제어부(HP)는, 포커스 위치의 검출 대상의 모든 마크에 대하여 포커스 위치의 검출이 종료되었는지 여부를 판단하고, 미검출의 마크에 대하여 포커스 위치를 검출하기 위해 공정 S201로 되돌아간다. 한편, 포커스 위치의 검출 대상의 모든 마크에 대하여 포커스 위치의 검출이 종료되면 도 8의 공정 S005로 진행한다.
회귀 곡선에 기초하여 산출된 포커스 위치는 오차를 포함하고 있는 경우가 있기 때문에, 공정 S217 후에, 산출된 포커스 위치의 부근에서 다시 포커스 위치 계측을 행해도 된다. 이와 같이 함으로써, 보다 정확한 포커스 위치를 산출할 수 있다.
이상과 같이, 피크가 1개로 되는 조합 평가값 군을 산출하여 회귀 곡선에 의한 포커스 위치의 추정을 행함으로써, 복수의 피크가 존재하는 제1 조의 평가값 군에 비하여, 보다 적은 평가값으로부터 포커스 위치를 추정할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 관한 리소그래피 방법은, 기판(W)에 마련된 마크(MA)의 위치에 기초하여 기판(S)과 원판(R)을 위치 정렬하는 위치 정렬 공정과, 해당 위치 정렬 공정 후에 기판(W)을 노광하는 노광 공정과, 해당 노광 공정 후에 기판(W)을 현상하는 공정을 포함할 수 있다. 해당 위치 정렬 공정에서는, 상기 검출 방법에 의해 얼라인먼트 검출계(OA)의 광학계(OL)의 포커스 위치를 검출하고, 촬상 대상으로서의 마크(MA)를 해당 포커스 위치에 위치시켜 마크(MA)의 위치를 검출한다.
본 발명의 일 실시 형태에 관한 물품 제조법은, 상기 리소그래피 방법에 의해 기판(W) 상에 패턴을 형성하는 공정과, 해당 패턴이 형성된 기판(W)을 가공(예를 들어, 에칭, 이온 주입)하는 공정을 포함한다.
이하, 상기 노광 장치를 이용한 디바이스 제조 방법을 설명한다. 도 14는, 물품 제조 방법 혹은 디바이스의 전체 제조 방법의 플로우를 도시하는 도면이다. 회로 설계(S301)에서는 반도체 디바이스의 회로 설계를 행한다. 레티클 제작(S302)에서는 설계한 회로 패턴에 기초하여 레티클(원판 또는 마스크라고도 함)을 제작한다. 한편, 웨이퍼 제조(S303)에서는 실리콘 등의 재료를 사용하여 웨이퍼(기판이라고도 함)를 제조한다. 웨이퍼 프로세스(S304)는 전공정이라고 불리며, 상기 레티클과 웨이퍼를 사용하여, 리소그래피 기술에 의해 웨이퍼 상에 실제의 회로를 형성한다. 다음의 조립(S305)은 후속 공정이라고 불리며, S304에 의해 제작된 웨이퍼를 사용하여 반도체 칩화하는 공정이며, 어셈블리 공정(다이싱, 본딩), 패키징 공정(칩 봉입) 등의 조립 공정을 포함한다. 검사(S306)에서는 S305에서 제작된 반도체 디바이스의 동작 확인 테스트, 내구성 테스트 등의 검사를 행한다. 이러한 공정을 거쳐 반도체 디바이스가 완성되며, 이것을 출하(S307)한다.
도 15는, 상기 웨이퍼 프로세스의 상세한 플로우를 도시하는 도면이다. 산화(S401)에서는 웨이퍼의 표면을 산화시킨다. CVD(S402)에서는 웨이퍼 표면에 절연막을 성막한다. 전극 형성(S403)에서는 웨이퍼 상에 전극을 증착에 의해 형성한다. 이온 주입(S404)에서는 웨이퍼에 이온을 주입한다. CMP(S405)에서는 CMP 공정에 의해 절연막을 평탄화한다. 레지스트 처리(S406)에서는 웨이퍼에 감광제를 도포한다. 노광(S407)에서는 상기 노광 장치를 사용하여, 회로 패턴이 형성된 마스크를 통하여 감광제가 도포된 웨이퍼를 노광하여 레지스트에 잠상 패턴을 형성한다. 현상(S408)에서는 웨이퍼 상의 레지스트에 형성된 잠상 패턴을 현상하여 레지스트 패턴을 형성한다. 에칭(S409)에서는 레지스트 패턴이 개구된 부분을 통하여 레지스트 패턴 밑에 있는 층 또는 웨이퍼를 에칭한다. 레지스트 박리(S410)에서는 에칭이 끝나 불필요하게 된 레지스트를 제거한다. 이들 스텝을 반복하여 행함으로써, 웨이퍼 상에 다중으로 회로 패턴을 형성한다.
이상이 본 발명의 대표적인 실시 형태의 일례이지만, 본 발명은 상기 및 도면에 나타내는 실시 형태에 한정되지 않고, 그 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 적절하게 변형하여 실시할 수 있는 것이다.
S: 촬상 소자
OL: 광학계
LI: 조명 광원
OA: 얼라인먼트 검출계
STG: XYZ 스테이지
W: 기판
MA: 마크
HP: 제어부
100: 노광 장치

Claims (17)

  1. 촬상 소자의 촬상면에 촬상 대상의 상을 형성하는 광학계의 포커스 위치를 검출하는 검출 방법이며,
    상기 광학계의 광축 방향에 있어서의 복수의 위치의 각각에 상기 촬상 대상이 위치하는 상태에서 상기 촬상 소자로부터 출력되는 출력 신호에 기초하여 제1 조의 평가값 군 및 제2 조의 평가값 군을 포함하는 복수조의 평가값 군을 얻는 공정과,
    상기 복수조의 평가값 군에 기초하여 제3 조의 평가값 군을 얻는 공정과,
    상기 제3 조의 평가값 군에 기초하여 상기 포커스 위치를 검출하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 검출 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3 조의 평가값 군에 있어서의 최댓값과 최솟값의 차가, 상기 제1 조의 평가값 군에 있어서의 최댓값과 최솟값의 차, 및 상기 제2 조의 평가값 군에 있어서의 최댓값과 최솟값의 차 중 적어도 한쪽보다 큰 것을 특징으로 하는 검출 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광축 방향에 있어서의 위치와 상기 제3 조의 평가값 군의 관계를 나타내는 커브에 있어서의 피크의 수가, 상기 제1 조의 평가값 군에 있어서의 피크의 수보다 작은 것을 특징으로 하는 검출 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 광축 방향에 있어서의 위치와 상기 제3 조의 평가값 군의 관계를 나타내는 커브에 있어서의 피크의 수가, 상기 제2 조의 평가값 군에 있어서의 피크의 수보다 작은 것을 특징으로 하는 검출 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광축 방향에 있어서의 위치와 상기 제3 조의 평가값 군의 관계를 나타내는 커브에 있어서의 피크의 수가 1개인 것을 특징으로 하는 검출 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광축 방향에 있어서의 위치와 상기 제3 조의 평가값 군의 관계를 나타내는 제3 커브가 복수의 피크값을 갖고,
    상기 광축 방향에 있어서의 위치와 상기 제1 조의 평가값 군의 관계를 나타내는 제1 커브가 복수의 피크값을 갖고,
    상기 제3 커브에 있어서의 상기 복수의 피크값 중 가장 큰 피크값과 2번째로 큰 피크값의 차가, 상기 제1 커브에 있어서의 상기 복수의 피크값 중 가장 큰 피크값과 2번째로 큰 피크값의 차보다 큰 것을 특징으로 하는 검출 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 광축 방향에 있어서의 위치와 상기 제2 조의 평가값 군의 관계를 나타내는 제2 커브가 복수의 피크값을 갖고,
    상기 제3 커브에 있어서의 상기 복수의 피크값 중 가장 큰 피크값과 2번째로 큰 피크값의 차가, 상기 제2 커브에 있어서의 상기 복수의 피크값 중 가장 큰 피크값과 2번째로 큰 피크값의 차보다 큰 것을 특징으로 하는 검출 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 조의 평가값 군은, 기준 신호와 상기 촬상 소자로부터의 출력 신호의 상관도를 나타내는 것을 특징으로 하는 검출 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기준 신호는, 상기 광학계의 광축 방향에 있어서의 상기 복수의 위치의 각각에 상기 촬상 대상이 위치하는 상태에서 상기 촬상 소자로부터 출력되는 출력 신호로부터 선택된 신호인 것을 특징으로 하는 검출 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 기준 신호를 취득하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 검출 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 조의 평가값 군은, 상기 촬상 소자로부터의 출력 신호의 콘트라스트를 나타내는 것을 특징으로 하는 검출 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 조의 평가값 군에 기초하여 상기 포커스 위치를 검출하는 상기 공정에서는, 상기 광축 방향에 있어서의 상기 촬상 대상의 위치와 상기 제3 조의 평가값 군이 가져야 할 값의 관계를 나타내는 근사식과, 적어도 2개의 상기 제3 조의 평가값 군에 기초하여, 상기 포커스 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 검출 방법.
  13. 기판에 마련된 마크의 위치에 기초하여 상기 기판과 원판을 위치 정렬하는 위치 정렬 공정과,
    상기 위치 정렬 공정 후에 상기 기판을 노광하는 노광 공정과,
    상기 노광 공정 후에 상기 기판을 현상하는 공정을 포함하고,
    상기 위치 정렬 공정에서는, 촬상 소자와, 상기 촬상 소자의 촬상면에 상기 마크의 상을 형성하는 광학계를 갖는 얼라인먼트 검출계가 사용되고,
    상기 위치 정렬 공정은,
    상기 광학계의 광축 방향에 있어서의 복수의 위치의 각각에 상기 마크가 위치하는 상태에서 상기 촬상 소자로부터 출력되는 출력 신호에 기초하여 제1 조의 평가값 및 제2 조의 평가값을 포함하는 복수조의 평가값을 얻는 공정과,
    상기 복수조의 평가값에 기초하여 제3 조의 평가값을 얻는 공정과,
    상기 제3 조의 평가값에 기초하여 상기 광학계의 포커스 위치를 검출하는 공정과,
    상기 마크를 상기 포커스 위치에 위치시켜 상기 마크의 위치를 검출하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 방법.
  14. 제13항에 기재된 리소그래피 방법에 의해 기판 상에 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 패턴이 형성된 기판을 가공하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 물품 제조 방법.
  15. 촬상 소자와, 상기 촬상 소자의 촬상면에 촬상 대상의 상을 형성하는 광학계를 갖는 광학 장치이며,
    상기 광학계의 광축 방향에 있어서의 복수의 위치의 각각에 상기 촬상 대상이 위치하는 상태에서 상기 촬상 소자로부터 출력되는 출력 신호에 기초하여 제1 조의 평가값 및 제2 조의 평가값을 포함하는 복수조의 평가값을 생성하고, 상기 복수조의 평가값에 기초하여 제3 조의 평가값을 생성하고, 상기 제3 조의 평가값에 기초하여 상기 광학계의 포커스 위치를 검출하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  16. 기판을 노광하는 노광 장치이며,
    기판에 마련된 마크의 위치를 검출하는 검출 장치와,
    원판의 패턴을 상기 기판에 투영하여 상기 기판을 노광하는 투영 광학계를 구비하고,
    상기 검출 장치는, 촬상 소자와, 상기 촬상 소자의 촬상면에 촬상 대상의 상을 형성하는 광학계와, 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 광학계의 광축 방향에 있어서의 복수의 위치의 각각에 상기 촬상 대상이 위치하는 상태에서 상기 촬상 소자로부터 출력되는 출력 신호에 기초하여 제1 조의 평가값 및 제2 조의 평가값을 포함하는 복수조의 평가값을 생성하고, 상기 복수조의 평가값에 기초하여 제3 조의 평가값을 생성하고, 상기 제3 조의 평가값에 기초하여 상기 광학계의 포커스 위치를 검출하고, 상기 포커스 위치에 상기 마크가 배치되도록 포커스 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  17. 제16항에 기재된 노광 장치를 사용하여 기판 상에 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 패턴이 형성된 기판을 가공하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 물품 제조 방법.
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