JP2006114836A - Projection aligner and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、投影露光装置および半導体装置の製造方法に関し、特にマスクとウェーハとを投影光学系に対して同期走査して露光を行うステップ アンド スキャン方式の走査露光型の投影露光装置および半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a projection exposure apparatus and a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a step-and-scan type scanning exposure type projection exposure apparatus and a semiconductor device that perform exposure by synchronously scanning a mask and a wafer with respect to a projection optical system. It relates to a manufacturing method.
従来、半導体装置をフォトリソグラフィ技術を用いて製造する際は、マスク上のパターンを投影光学系を介してフォトレジスト等が塗布されたウェーハに一括露光転写するステッパーが用いられていた。
近年、半導体技術の高集積化が進み、マスク上の大面積のパターンをウェーハ上の各ショット領域に転写することが求められるようになってきた。このため、これらの要求を満たすために、ステップ アンド スキャン方式の走査露光装置が種々提案されてきている。
Conventionally, when a semiconductor device is manufactured using a photolithography technique, a stepper is used that collectively exposes and transfers a pattern on a mask to a wafer coated with a photoresist or the like via a projection optical system.
In recent years, as semiconductor technology has been highly integrated, it has been required to transfer a large area pattern on a mask to each shot region on a wafer. For this reason, in order to satisfy these requirements, various step-and-scan type scanning exposure apparatuses have been proposed.
図6は、ステップ アンド スキャン方式の走査露光装置の概要を表した模式図である。図6には、露光の様子を説明するための必要な構成要素のみが表されており、他の部分は省略されている。
スリット状に加工された露光光601は、マスクMを透過して縮小レンズ602によって任意のサイズに調整されて、ウェーハW上の所定の位置に結像する。マスクMとウェーハWとは縮小レンズ602の縮小率に対応して、図中に矢印で示すスキャン方向に同期走査され、マスク上のパターンはウェーハW上の各ショット(ショットとは1度に露光可能なウェーハ上の領域を表す)領域に逐次露光されていく。
FIG. 6 is a schematic diagram showing an outline of a step-and-scan type scanning exposure apparatus. FIG. 6 shows only necessary components for explaining the state of exposure, and other portions are omitted.
The exposure light 601 processed into a slit shape passes through the mask M, is adjusted to an arbitrary size by the reduction lens 602, and forms an image at a predetermined position on the wafer W. The mask M and the wafer W are synchronously scanned in the scanning direction indicated by the arrow in the drawing in accordance with the reduction ratio of the reduction lens 602, and the pattern on the mask is exposed to each shot on the wafer W (one shot is exposed at a time). Areas that represent possible areas on the wafer) are successively exposed.
ステップ アンド スキャン方式の走査露光装置においては、微細なパターンを高い寸法精度で形成する要求が大きく、さらに、先の工程で形成されたパターンに重ね合わせて転写する際の位置合わせ精度も要求される。このため、パターンの合わせ精度を良くするために、ショット内のマスクパターン焼付け像の縮小率の調整も重要な課題となる。 In a step-and-scan type scanning exposure apparatus, there is a great demand for forming a fine pattern with high dimensional accuracy, and further, there is a requirement for alignment accuracy when superposed and transferred on the pattern formed in the previous step. . For this reason, in order to improve the pattern alignment accuracy, adjustment of the reduction ratio of the mask pattern printed image in the shot is also an important issue.
ステップ アンド スキャン方式の投影露光装置は、下地パターンの合わせ精度を良くするために、ショット内のマスクパターン焼付け像の縮小率を調整して下地パターンの大きさに合わせこむ機能を有している。 The step-and-scan projection exposure apparatus has a function of adjusting the reduction ratio of the mask pattern printing image in the shot to match the size of the base pattern in order to improve the base pattern alignment accuracy.
図7は、ショット内の露光の様子を表す模式図である。図7には、図6に表したマスクM上の1ショットに対応する領域と、これに対応するウェーハW上の領域が表されている。図示しないマスクスステージとウェーハステージは図中に矢印で示した方向に同期走査されるため、スリット状の露光光701は、ショット内を順次スキャンしていく。図6中では便宜上、マスク領域とウェーハ領域には座標格子が記してある。
図7は、実線で表したマスク上座標格子702の方が点線で表したウェーハ上座標格子703より大きい場合で、これを縮小率補正機能によって調整する。この縮小率補正機能は、スキャン方向704とそれに直交する方向705との2方向について独立して調整できるようになっている。
スキャン方向704の縮小率補正は、マスクのスキャン速度とウェーハのスキャン速度との比で調整する。例えば、マスクのスキャン速度がウェーハのスキャン速度に比べて遅い場合には、マスク上のパターンよりスキャン方向に縮小されたパターンがウェーハ上に露光される。逆に、マスクのスキャン速度がウェーハのスキャン速度に比べて速い場合には、マスク上のパターンよりスキャン方向に拡大されたパターンがウェーハ上に露光される。これをショット内スキャン縮小率調整と呼ぶ。
スキャン方向と直交する方向705の縮小率の補正は、図6に表した縮小レンズ602の縮小率で調整する。レンズ縮小率補正と呼ぶ。
このように、2方向の補正を行うことで、縮小率の微細な調整が可能となり、パターンの合わせ精度は向上する。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a state of exposure in a shot. 7 shows an area corresponding to one shot on the mask M shown in FIG. 6 and an area on the wafer W corresponding to this. Since the mask stage and wafer stage (not shown) are synchronously scanned in the direction indicated by the arrow in the figure, the slit-shaped exposure light 701 sequentially scans the inside of the shot. In FIG. 6, for the sake of convenience, coordinate grids are written in the mask area and the wafer area.
FIG. 7 shows a case where the on-mask coordinate grid 702 represented by a solid line is larger than the on-wafer coordinate grid 703 represented by a dotted line, and this is adjusted by the reduction ratio correction function. This reduction ratio correction function can be adjusted independently in two directions, ie, a scanning direction 704 and a direction 705 orthogonal thereto.
The reduction ratio correction in the scan direction 704 is adjusted by the ratio between the scan speed of the mask and the scan speed of the wafer. For example, when the mask scanning speed is lower than the wafer scanning speed, a pattern reduced in the scanning direction from the pattern on the mask is exposed on the wafer. On the other hand, when the mask scanning speed is higher than the wafer scanning speed, a pattern enlarged in the scanning direction from the pattern on the mask is exposed on the wafer. This is called intra-shot scan reduction rate adjustment.
Correction of the reduction ratio in the direction 705 perpendicular to the scan direction is adjusted by the reduction ratio of the reduction lens 602 shown in FIG. This is called lens reduction rate correction.
Thus, by performing correction in two directions, the reduction ratio can be finely adjusted, and the pattern alignment accuracy is improved.
しかしながら、従来のステップ アンド スキャン方式の投影露光装置を用いて、縮小率の補正を行おうとすると、ショット内スキャン縮小率とスキャン方向のレンズ縮小率との差分が発生し、投影像のコントラストが低下してしまうという問題が発生することが分かった。 However, if a reduction ratio is corrected using a conventional step-and-scan projection exposure apparatus, a difference between the in-shot scan reduction ratio and the lens reduction ratio in the scan direction occurs, and the contrast of the projected image decreases. It turns out that the problem of doing it occurs.
図8は、従来の投影露光装置における縮小率の補正の工程を表すフローチャートである。
まず、ショット内スキャン縮小率補正を行う(S801)。
次に、ウェーハアライメントユニットを用いて、ウェーハ上に設けられたアライメントマークの計測を行う(S802)。
この計測結果より、レンズの縮小率の補正量を算出する(S803)。
この算出結果より、レンズの縮小率の補正を行う(S804)。
露光を開始する(S805)。
FIG. 8 is a flowchart showing the process of correcting the reduction ratio in the conventional projection exposure apparatus.
First, intra-shot scan reduction rate correction is performed (S801).
Next, the alignment mark provided on the wafer is measured using the wafer alignment unit (S802).
From this measurement result, the correction amount of the reduction ratio of the lens is calculated (S803).
Based on the calculation result, the reduction ratio of the lens is corrected (S804).
Exposure is started (S805).
図9は、図8に表す補正工程による縮小率の調整について説明した露光イメージ図である。図6に表したスリット状の露光光601の幅の部分だけを拡大して、便宜上、マスク領域とウェーハ領域には座標格子を記した。
図9(a)は、点線で表したウェーハ上座標格子901の方が実線で表したマスク上座標格子902より大きい場合で、これを縮小率補正機能によって図9(b)に表すように双方がぴったり重なるべく調整する。スキャン方向は図中に矢印で示してある。縮小率の補正は、スキャン方向とこれに直交する方向と2段階で行う。
まず、図9(c)に表すように、スキャン方向の補正を先に説明したショット内スキャン縮小率補正にて行う。スキャン方向と直交する方向(図面の横方向)はスキャン速度の比の影響を受けないため、縮小率は変わらない。
次に、図9(d)に表すように、スキャン方向と直交する方向の補正を先に説明したレンズ縮小率補正にて行う。レンズの縮小率を補正することにより、スキャン方向の縮小率も補正されるので、図9(c)で行ったショット内スキャン縮小率補正との差分が発生してしまう。このため、縮小率補正後の投影像は、図9(b)のような理想形とは異なる形状となってしまう。
FIG. 9 is an exposure image diagram illustrating the adjustment of the reduction ratio by the correction process shown in FIG. Only the width portion of the slit-shaped exposure light 601 shown in FIG. 6 is enlarged, and for convenience, a coordinate grid is shown in the mask area and the wafer area.
FIG. 9A shows a case in which the on-wafer coordinate grid 901 represented by a dotted line is larger than the on-mask coordinate grid 902 represented by a solid line, and this is shown in FIG. 9B by the reduction ratio correction function. Adjust as much as possible. The scanning direction is indicated by an arrow in the figure. The reduction ratio is corrected in two steps: a scan direction and a direction orthogonal to the scan direction.
First, as shown in FIG. 9C, the correction in the scan direction is performed by the intra-shot scan reduction rate correction described above. Since the direction perpendicular to the scanning direction (the horizontal direction in the drawing) is not affected by the ratio of the scanning speeds, the reduction ratio does not change.
Next, as shown in FIG. 9D, correction in the direction orthogonal to the scan direction is performed by the lens reduction rate correction described above. By correcting the reduction ratio of the lens, the reduction ratio in the scanning direction is also corrected, so that a difference from the in-shot scan reduction ratio correction performed in FIG. 9C occurs. For this reason, the projected image after the reduction ratio correction has a shape different from the ideal shape as shown in FIG.
図9は、縮小率の補正と投影像のコントラストの関係を表す図表である。ショット内スキャン縮小率とレンズ縮小率が合致した場合のコントラスト像を図9(a)とすると、これらがズレた場合のコントラスト像は図9(b)のようになり、露光スリット内でのパターン投影像がズレながら露光されてしまうことになる。 FIG. 9 is a chart showing the relationship between the reduction ratio correction and the contrast of the projected image. If the contrast image when the in-shot scan reduction rate matches the lens reduction rate is shown in FIG. 9 (a), the contrast image when these are shifted is as shown in FIG. 9 (b). The projected image is exposed while shifting.
図10は、ショット内スキャン縮小率とスキャン方向のレンズ縮小率の差分と投影像のコントラストの関係を表す図表である。具体的には、この差分がゼロの場合のコントラストを100として、差分を変化させた場合のコントラストの変化をプロットしたものである。ショット内スキャン縮小率とスキャン方向のレンズ縮小率の差分が大きくなるにつれて投影像のコントラストは低下する。このことが、パターンの寸法変動を招き、パターン形状および寸法精度の劣化の原因となる。 FIG. 10 is a chart showing the relationship between the difference between the in-shot scan reduction ratio, the lens reduction ratio in the scanning direction, and the contrast of the projected image. Specifically, the contrast when the difference is zero is plotted as 100, and the change in contrast when the difference is changed is plotted. As the difference between the in-shot scan reduction rate and the lens reduction rate in the scan direction increases, the contrast of the projected image decreases. This causes a variation in the dimension of the pattern and causes a deterioration of the pattern shape and dimensional accuracy.
従来より、投影露光装置の投影光学系におけるレンズの倍率補正に関する技術は提案されてきた。例えば、特開平11−3856においては、ステップ アンド リピート方式またはステップ アンド スキャン方式の投影露光装置におけるレンズ倍率とスキュー成分の補正について開示されている。しかし、マスクとウェーハのスキャン相対速度のズレを原因とする倍率差に関しての記載はなく、これらの技術を採用しても本願発明において問題視している上記問題点を十分に解消できるものではない。 Conventionally, techniques relating to lens magnification correction in a projection optical system of a projection exposure apparatus have been proposed. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 11-3856 discloses correction of lens magnification and skew components in a step-and-repeat type or step-and-scan type projection exposure apparatus. However, there is no description about the magnification difference caused by the deviation of the relative scanning speed between the mask and the wafer, and even if these techniques are adopted, the above-mentioned problems that are regarded as a problem in the present invention cannot be sufficiently solved. .
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、ショット内スキャン縮小率とレンズ縮小率を合わせることにより、ウェーハ上の投影パターンのコントラストを良好に保ち、パターン形状および寸法精度を安定させる投影露光装置および半導体装置の製造方法を提供することにある。
本発明の第1の態様によれば、スリット状の露光光により照明したマスク上のパターンを投影光学系によりウェーハ上に投影する投影露光装置であって、
前記マスクが搭載され、所定のスキャン方向に走査するマスクステージと、
前記ウェーハが搭載され、前記マスクステージと同期して前記スキャン方向に走査するウェーハステージと、
前記投影光学系を構成するレンズの前記スキャン方向レンズ縮小率を補正するスキャン方向レンズ縮小率補正手段と、
前記投影光学系を構成するレンズの前記スキャン方向と直交する方向のレンズ縮小率を補正する直交方向レンズ縮小率補正手段とを備え、
前記スキャン方向レンズ縮小率補正手段は、前記マスクステージとウェーハステージの走査速度比によって生じる縮小率成分を加味して、レンズの縮小率の補正を行う投影露光装置を提供する。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a projection exposure apparatus that projects a pattern on a mask illuminated by slit-shaped exposure light onto a wafer by a projection optical system,
A mask stage mounted with the mask and scanning in a predetermined scanning direction;
A wafer stage on which the wafer is mounted and which scans in the scan direction in synchronization with the mask stage;
A scan direction lens reduction ratio correction unit that corrects the scan direction lens reduction ratio of the lens constituting the projection optical system;
An orthogonal direction lens reduction ratio correction unit that corrects a lens reduction ratio in a direction orthogonal to the scan direction of the lens constituting the projection optical system;
The scanning direction lens reduction ratio correction means provides a projection exposure apparatus that corrects the reduction ratio of the lens in consideration of a reduction ratio component generated by a scanning speed ratio between the mask stage and the wafer stage.
また、スリット状の露光光により照明したマスク上のパターンを投影光学系によりウェーハ上に投影する投影露光装置であって、
前記マスクが搭載され、所定のスキャン方向に走査するマスクステージと、
前記ウェーハが搭載され、前記マスクステージと同期して前記スキャン方向に走査するウェーハステージと、
前記ウェーハ上に形成されるアライメントマークを計測するウェーハアライメント手段と、
前記ウェーハアライメント手段の計測値に基いて、前記投影光学系を構成するレンズの前記スキャン方向レンズ縮小率を補正するスキャン方向レンズ縮小率補正手段と、
前記ウェーハアライメント手段の計測値に基いて、前記投影光学系を構成するレンズの前記スキャン方向と直交する方向のレンズ縮小率を補正する直交方向レンズ縮小率補正手段と、
前記マスクステージと前記ウェーハステージが1度に露光可能な領域(1ショット)を走査する際の速度比により生じるショット内スキャン縮小率を補正するショット内スキャン縮小率補正手段と、
前記ショット内スキャン縮小率補正手段により決定されたショット内スキャン縮小率と前記スキャン方向レンズ縮小率の差分を計測するスキャン方向縮小率差検知手段とを備える投影露光装置を提供する。
Further, a projection exposure apparatus that projects a pattern on a mask illuminated by slit-shaped exposure light onto a wafer by a projection optical system,
A mask stage mounted with the mask and scanning in a predetermined scanning direction;
A wafer stage on which the wafer is mounted and which scans in the scan direction in synchronization with the mask stage;
Wafer alignment means for measuring alignment marks formed on the wafer;
A scanning direction lens reduction ratio correction means for correcting the scanning direction lens reduction ratio of the lens constituting the projection optical system based on the measurement value of the wafer alignment means;
Based on the measurement value of the wafer alignment unit, an orthogonal direction lens reduction rate correction unit that corrects a lens reduction rate in a direction orthogonal to the scan direction of the lens constituting the projection optical system;
An in-shot scan reduction ratio correcting means for correcting an in-shot scan reduction ratio caused by a speed ratio when the mask stage and the wafer stage scan an area (one shot) that can be exposed at a time;
A projection exposure apparatus is provided that includes a scan direction reduction rate difference detection unit that measures a difference between an in-shot scan reduction rate determined by the in-shot scan reduction rate correction unit and the scan direction lens reduction rate.
ここで、前記スキャン方向縮小率差検知手段によって計測されたショット内スキャン縮小率と前記スキャン方向レンズ縮小率の差分を前記スキャン方向レンズ縮小率補正手段により補正する投影露光装置を提供する。 Here, there is provided a projection exposure apparatus that corrects the difference between the in-shot scan reduction ratio measured by the scan direction reduction ratio difference detection means and the scan direction lens reduction ratio by the scan direction lens reduction ratio correction means.
さらに、前記スキャン方向縮小率差検知手段は、前記スキャン方向レンズ縮小率を可変させながら前記ショット内スキャン縮小率補正手段により決定されたスキャン速度でテストパターンのスキャンを繰り返し、前記テストパターンの投影像のコントラストが最大となる前記スキャン方向レンズ縮小率を算出する投影露光装置を提供する。 Further, the scan direction reduction rate difference detection unit repeatedly scans a test pattern at a scan speed determined by the in-shot scan reduction rate correction unit while varying the scan direction lens reduction rate, and a projected image of the test pattern A projection exposure apparatus that calculates the lens reduction ratio in the scan direction that maximizes the contrast of the image is provided.
より詳しくは、 前記スキャン方向縮小率差検知手段は、マスクステージに設置されるライン アンド スペースパターンのマスクと、前記ウェーハステージの結像位置に設けられ、前記マスク寸法に設計倍率を掛けた同様形状の遮蔽物と、前記遮蔽物を透過した露光光の光強度を測定するセンサーとを備え、前記ライン アンド スペースの長さ方向直交する方向にスキャンが行われる投影露光装置を提供する。 More specifically, the scanning direction reduction rate difference detecting means is provided in a line-and-space pattern mask installed on a mask stage, and in the same shape obtained by multiplying the mask dimension by a design magnification, provided at the imaging position of the wafer stage. And a sensor for measuring the light intensity of the exposure light transmitted through the shield, and a projection exposure apparatus that performs scanning in a direction orthogonal to the length direction of the line and space.
また、本発明の別の態様として スリット状の露光光により照明したマスク上のパターンを投影光学系によりウェーハ上に投影し、かつ前記マスクと前記ウェーハを同期走査させて露光を行う半導体装置の製造方法であって、
前記ウェーハ上に形成されるアライメントマークをもとに前記投影系を構成するレンズ系の前記スキャン方向のレンズ縮小率および前記スキャン方向と直交する方向のレンズ縮小率とを補正する工程と、
レンズ系の倍率の補正がなされた投影光学系における、前記マスクと前記ウェーハの走査速度比によって発生するスキャン縮小率を補正する工程と、
前記スキャン縮小率の補正がなされた走査条件における、前記スキャン縮小率と前記スキャン方向のレンズ縮小率の差分を検知する工程とを備え、
前記差分を前記スキャン方向のレンズ縮小率によって補正する半導体装置の製造方法を提供する。
According to another aspect of the present invention, a semiconductor device is manufactured by projecting a pattern on a mask illuminated by slit-shaped exposure light onto a wafer by a projection optical system, and performing exposure by synchronously scanning the mask and the wafer. A method,
Correcting the lens reduction rate in the scan direction and the lens reduction rate in the direction orthogonal to the scan direction of the lens system constituting the projection system based on an alignment mark formed on the wafer;
Correcting the scan reduction ratio generated by the scanning speed ratio of the mask and the wafer in the projection optical system in which the magnification of the lens system is corrected;
A step of detecting a difference between the scan reduction rate and the lens reduction rate in the scan direction under the scanning condition in which the scan reduction rate is corrected,
Provided is a method of manufacturing a semiconductor device in which the difference is corrected by a lens reduction ratio in the scan direction.
また、前記スキャン縮小率と前記スキャン方向のレンズ縮小率の差分を検知する工程において、前記スキャン方向のレンズ縮小率を可変させながら前記スキャン縮小率の補正がなされたスキャン速度でテストパターンのスキャンを繰り返し、前記テストパターンの投影像のコントラストが最大となるスキャン方向レンズ縮小率を算出し、
前記差分の補正において、再度前記スキャン方向のレンズ縮小率をこのコントラストが最大となるスキャン方向レンズ縮小率となるように補正する半導体装置の製造方法を提供する。
Further, in the step of detecting a difference between the scan reduction ratio and the lens reduction ratio in the scan direction, the test pattern is scanned at a scan speed in which the scan reduction ratio is corrected while varying the lens reduction ratio in the scan direction. Repeatedly, the lens reduction ratio in the scan direction that maximizes the contrast of the projected image of the test pattern is calculated,
In the correction of the difference, a method of manufacturing a semiconductor device is provided in which the lens reduction ratio in the scan direction is corrected again so that the lens reduction ratio in the scan direction has the maximum contrast.
本発明によれば、ステップ アンド スキャン方式の投影露光装置の投影光学系を構成するレンズにおけるスキャン方向とこれに直交する方向の倍率の補正をそれぞれ独立して制御できるようにする。そして、マスクとウェーハのスキャン相対速度のズレを原因とするショット内スキャン縮小率とスキャン方向のレンズ縮小率との差分を計測してこれを補正する手段を新たに設けることにより、ウェーハ上の投影パターンのコントラストの劣化を防ぐ。これにより、パターンの形状および寸法精度は向上する。 According to the present invention, it is possible to independently control the correction of the magnification in the scanning direction and the direction orthogonal to the scanning direction in the lens constituting the projection optical system of the step-and-scan type projection exposure apparatus. Then, by newly providing a means for measuring and correcting the difference between the in-shot scan reduction ratio and the lens reduction ratio in the scan direction due to the deviation of the scan relative speed between the mask and the wafer, the projection on the wafer is performed. Prevent deterioration of pattern contrast. Thereby, the shape and dimensional accuracy of the pattern are improved.
図1は、本発明の実施の形態にかかる投影露光装置の概要を表す模式図である。図中には本発明の説明に必要な構成のみを表している。
マスクMおよびウェーハWは、マスクステージ101およびウェーハステージ102に搭載されている。マスクステージ101とウェーハステージ102は、同期走査運動を行い、マスクM上に形成される回路パターンが任意の縮小率でウェーハW上に逐次露光されていく。
縮小率は、投影光学系103を構成する縮小レンズ104によって決定される。ウェーハアライメントユニット105は、ウェーハW上に設けられたアライメントマーク106を計測し、位置合わせおよび縮小レンズ104の縮小率補正量の計算を行う。レンズ縮小率補正手段107は、算出された縮小率補正量に基いて倍率補正レンズ108の倍率を調整する。倍率補正レンズ108は、スキャン方向とこれに直交する方向の倍率が独立して調整できるようになっている。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of a projection exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. In the figure, only the configuration necessary for explaining the present invention is shown.
Mask M and wafer W are mounted on mask stage 101 and wafer stage 102. The mask stage 101 and the wafer stage 102 perform a synchronous scanning motion, and the circuit pattern formed on the mask M is sequentially exposed on the wafer W at an arbitrary reduction ratio.
The reduction ratio is determined by the reduction lens 104 constituting the projection optical system 103. The wafer alignment unit 105 measures the alignment mark 106 provided on the wafer W, and calculates the position correction and the reduction rate correction amount of the reduction lens 104. The lens reduction ratio correction unit 107 adjusts the magnification of the magnification correction lens 108 based on the calculated reduction ratio correction amount. The magnification correction lens 108 can independently adjust the magnification in the scanning direction and the direction orthogonal thereto.
また、マスクステージ101とウェーハステージ102の同期走査運動は、スキャン制御機構109により制御される。マスクステージ101とウェーハステージ102のスキャン速度の速度比によって、ショット内スキャン縮小率が決定される。
スキャン方向縮小率差検知手段110は、ショット内スキャン縮小率と投影光学系で決定されるスキャン方向の縮小率との差分を計測する。ここで、算出されるスキャン方向の縮小率の差分はレンズ縮小率補正手段107に送られ、この差分を倍率補正レンズ108のスキャン方向レンズ縮小率によって補正する。
The synchronous scanning movement of the mask stage 101 and the wafer stage 102 is controlled by the scan control mechanism 109. The in-shot scan reduction rate is determined by the speed ratio of the scanning speed of the mask stage 101 and the wafer stage 102.
The scan direction reduction rate difference detection unit 110 measures the difference between the in-shot scan reduction rate and the reduction rate in the scan direction determined by the projection optical system. Here, the calculated difference in the reduction ratio in the scan direction is sent to the lens reduction ratio correction means 107, and this difference is corrected by the lens reduction ratio in the scan direction of the magnification correction lens 108.
次に、図1に表す投影露光装置を用いた縮小率補正工程について説明する。
図2は、本発明の実施の形態にかかる投影露光装置における縮小率の補正工程を表すフローチャートである。
まず、スキャン制御機構109を用いて、ショット内スキャン縮小率補正を行う(S201)。
次に、ウェーハアライメントユニット105を用いて、ウェーハW上に設けられたアライメントマーク106の計測を行う(S202)。
この計測結果より、縮小レンズ104の縮小率の補正量を算出する(S203)。
この算出結果より、倍率補正レンズ108の縮小率の補正を行う(S204)。
次に、スキャン方向縮小率差検知手段110を用いて、ショット内スキャン縮小率と前工程(S204)にて補正された投影光学系103のスキャン方向の縮小率との差分を計測する(S205)。
この計測結果より、縮小レンズ104のスキャン方向補正量を算出する(S206)。
この算出結果より、倍率補正レンズ108のスキャン方向の縮小率の補正を行う(S207)。このとき、倍率補正はスキャン方向のみ行い、スキャン方向と直交する方向については行わない。スキャン方向と直交する方向は、ショット内スキャン縮小率の影響を受けないからである。
露光を開始する(S208)。
Next, a reduction rate correction process using the projection exposure apparatus shown in FIG. 1 will be described.
FIG. 2 is a flowchart showing a reduction rate correction process in the projection exposure apparatus according to the embodiment of the present invention.
First, in-shot scan reduction rate correction is performed using the scan control mechanism 109 (S201).
Next, the alignment mark 106 provided on the wafer W is measured using the wafer alignment unit 105 (S202).
From this measurement result, the correction amount of the reduction ratio of the reduction lens 104 is calculated (S203).
From this calculation result, the reduction ratio of the magnification correction lens 108 is corrected (S204).
Next, the difference between the in-shot scan reduction rate and the reduction rate in the scan direction of the projection optical system 103 corrected in the previous step (S204) is measured using the scan direction reduction rate difference detection unit 110 (S205). .
From this measurement result, the correction amount of the scanning direction of the reduction lens 104 is calculated (S206).
Based on the calculation result, the reduction ratio in the scanning direction of the magnification correction lens 108 is corrected (S207). At this time, the magnification correction is performed only in the scanning direction and not in the direction orthogonal to the scanning direction. This is because the direction orthogonal to the scan direction is not affected by the in-shot scan reduction rate.
Exposure is started (S208).
このように、本発明の実施の形態にかかる投影露光装置は、縮小レンズにスキャン方向とこれに直交する方向のレンズ縮小率を独立して補正できる機能とショット内スキャン縮小率とスキャン方向のレンズ縮小率の差分を検知する機能とを持たせたため、静止状態で投影光学系のレンズ縮小率を補正した後、再度、このショット内スキャン縮小率に合わせて投影光学系のスキャン方向のレンズ縮小率を補正を行うことが可能となる。
従来の投影露光装置では、図8(d)のようになっていたショット内スキャン縮小率とレンズ縮小率のズレを補正することが可能となり、図3(b)に表すような理想形の投影像を得ることができるようになる。
As described above, the projection exposure apparatus according to the embodiment of the present invention has a function capable of independently correcting the reduction lens in the scan direction and the lens reduction rate in the direction orthogonal thereto, the in-shot scan reduction rate, and the lens in the scan direction. Because it has a function to detect the difference in reduction ratio, after correcting the lens reduction ratio of the projection optical system in a stationary state, the lens reduction ratio in the scan direction of the projection optical system is again matched to this in-shot scan reduction ratio. Can be corrected.
With the conventional projection exposure apparatus, it is possible to correct the deviation between the in-shot scan reduction ratio and the lens reduction ratio as shown in FIG. 8D, and an ideal projection as shown in FIG. An image can be obtained.
次に、図1に表すスキャン方向縮小率差検知手段110の構成と縮小率差の算出方法について、説明する。
図3は、図1に表す投影露光装置における、スキャン方向縮小率検知の様子を表すイメージ図である。図1と同一の構成要素には、同一の符号が付してある。
スキャン方向縮小率差検知手段110は、マスクステージ上に設置されたテストパターン301と、ウェーハステージ上の結像位置に設置される遮光物302と、この遮光物302下に設置されたセンサー303とより構成される。
Next, the configuration of the scanning direction reduction rate difference detection unit 110 shown in FIG. 1 and the reduction rate difference calculation method will be described.
FIG. 3 is an image diagram showing how the scan direction reduction rate is detected in the projection exposure apparatus shown in FIG. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
The scan direction reduction rate difference detection means 110 includes a test pattern 301 installed on the mask stage, a light shielding object 302 installed at the imaging position on the wafer stage, and a sensor 303 installed under the light shielding object 302. Consists of.
図4は、テストパターン301の形状を表す模式図である。
ライン アンド スペース形状は、ライン401とスペース402幅が露光装置の限界解像寸法に露光倍率を掛けた形状である。マスクステージ101にテストパターン301を置き、これに露光光304を照射する。このパターンを透過した露光光が投影光学系103を介して結像するウェーハステージ102上に、テストパターン301と同様の形状をした遮光物302を設置する。遮光物302のサイズは、マスク寸法に投影光学系の縮小率を掛けた値である。遮光物302の下方にはセンサー303が設置され、遮光物を透過してくる露光光の光強度を測定する。
FIG. 4 is a schematic diagram showing the shape of the test pattern 301.
The line and space shape is a shape in which the width of the line 401 and the space 402 is obtained by multiplying the limit resolution size of the exposure apparatus by the exposure magnification. A test pattern 301 is placed on the mask stage 101 and irradiated with exposure light 304. A light shielding object 302 having the same shape as the test pattern 301 is placed on the wafer stage 102 on which the exposure light transmitted through this pattern forms an image via the projection optical system 103. The size of the light shield 302 is a value obtained by multiplying the mask dimension by the reduction ratio of the projection optical system. A sensor 303 is installed below the light shield 302 and measures the light intensity of the exposure light transmitted through the light shield.
スキャン方向縮小率差の検知は、以下の工程で行われる。
まず、スキャン動作を行わない静止状態でテストパターン301の投影像が遮光物302と1:1で重なるように調整する。ライン アンド スペースの長さ方向は、図4中に矢印で示す露光装置のスキャン方向と直交する方向に合わせる。
次に、設定されたスキャン方向縮小率でスキャン動作を繰り返し、センサー303によって遮光物302を透過する露光光の光強度を計測する。このとき、図1に表したレンズ縮小率補正手段107によって、倍率補正レンズ108のスキャン方向の縮小率を少しずつ変化させていく。
この計測結果より、光強度が最高になる倍率補正レンズ108のスキャン方向の縮小率の値を決定する。
The detection of the scan direction reduction rate difference is performed in the following steps.
First, adjustment is performed so that the projected image of the test pattern 301 overlaps the light shielding object 302 in a stationary state where no scanning operation is performed. The length direction of the line and space is set to a direction orthogonal to the scanning direction of the exposure apparatus indicated by an arrow in FIG.
Next, the scanning operation is repeated with the set scan direction reduction ratio, and the light intensity of the exposure light transmitted through the light shielding object 302 is measured by the sensor 303. At this time, the reduction ratio in the scanning direction of the magnification correction lens 108 is gradually changed by the lens reduction ratio correction means 107 shown in FIG.
From this measurement result, the value of the reduction ratio in the scanning direction of the magnification correction lens 108 that maximizes the light intensity is determined.
ここで説明したスキャン方向縮小差の検知工程においては、テストパターン301と遮光物302上のパターンが一致した状態でスキャンが行われると、センサー303の値が最高値となる。この状態が、ショット内スキャン縮小率と投影光学系のレンズ縮小率が一致したということである。静止状態で調整された倍率補正レンズの縮小率と、スキャン方向縮小率差検知の工程を経て調整された倍率補正レンズの縮小率との差が、ショット内スキャン縮小率とスキャン方向レンズ縮小率の差分となる。したがって、センサー303の値が最高値となるように倍率補正レンズのスキャン方向の縮小率を調整することで、ショット内スキャン縮小率とスキャン方向レンズ縮小率の差分を倍率補正レンズにより補正したことになる。 In the scanning direction reduction difference detection process described here, the value of the sensor 303 becomes the highest value when scanning is performed in a state where the test pattern 301 and the pattern on the light shielding object 302 match. This state means that the intra-shot scan reduction rate and the lens reduction rate of the projection optical system coincide. The difference between the reduction ratio of the magnification correction lens adjusted in the stationary state and the reduction ratio of the magnification correction lens adjusted through the scanning direction reduction ratio difference detection process is the difference between the in-shot scan reduction ratio and the scan direction lens reduction ratio. It becomes a difference. Therefore, the difference between the in-shot scan reduction ratio and the scan direction lens reduction ratio is corrected by the magnification correction lens by adjusting the reduction ratio in the scan direction of the magnification correction lens so that the value of the sensor 303 becomes the maximum value. Become.
図5は、スキャン方向縮小率差の検知手段によって計測される光強度と、スキャン方向のレンズ縮小率との関係を表す図表である。縦軸に光強度、横軸に倍率補正レンズのスキャン方向の縮小率が表される。
図5より、倍率補正レンズの縮小率がある値となった時に、光強度は最高値となっているのが分かる。このとき、投影像のコントラストは最高値となる。
図表中に示した各点(1)〜(3)での、実際のパターンの拡大図を見てみると、本発明の効果が確認できる。
FIG. 5 is a chart showing the relationship between the light intensity measured by the scanning direction reduction rate difference detecting means and the lens reduction rate in the scanning direction. The vertical axis represents the light intensity, and the horizontal axis represents the reduction ratio in the scanning direction of the magnification correction lens.
From FIG. 5, it can be seen that when the reduction ratio of the magnification correction lens reaches a certain value, the light intensity reaches the maximum value. At this time, the contrast of the projected image becomes the maximum value.
The effect of the present invention can be confirmed by looking at an enlarged view of an actual pattern at each of the points (1) to (3) shown in the chart.
このように、本発明の実施の形態によれば、縮小率の調整を行うことで、ウェーハ上の投影パターンのコントラストを良好に保つことができる。これによって、ウェーハ上のパターン形状および寸法を精度よく安定させることが可能となる。
また、実際に露光してレジストを観察する必要がなく、調整時間の短縮化およびコストの削減にもなる。
さらに、これら縮小率補正の一連の工程を自動で行うことで、スループットは格段に向上する。
Thus, according to the embodiment of the present invention, the contrast of the projection pattern on the wafer can be kept good by adjusting the reduction ratio. As a result, the pattern shape and dimensions on the wafer can be stabilized with high accuracy.
In addition, it is not necessary to actually expose and observe the resist, thereby shortening the adjustment time and reducing the cost.
Furthermore, the throughput is remarkably improved by automatically performing a series of steps for correcting the reduction ratio.
101 マスクステージ
102 ウェーハステージ
103 投影光学系
104、602 縮小レンズ
105 ウェーハアライメントユニット
106 アライメントマーク
107 レンズ縮小率補正手段
108 倍率補正レンズ
109 スキャン制御機構
110 スキャン方向縮小率差検知手段
301 テストパターン
302 遮光物
303 センサー
304、601、701 露光光
401 ライン
402 スペース
702、902 マスク上座標格子
703、901 ウェーハ上座標格子
704 スキャン方向
705 スキャン方向に直行する方向
M マスク
W ウェーハ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Mask stage 102 Wafer stage 103 Projection optical system 104,602 Reduction lens 105 Wafer alignment unit 106 Alignment mark 107 Lens reduction rate correction means 108 Magnification correction lens 109 Scan control mechanism 110 Scan direction reduction rate difference detection means 301 Test pattern 302 Light shielding object 303 Sensors 304, 601 and 701 Exposure light 401 Line 402 Spaces 702 and 902 On-mask coordinate grid 703 and 901 On-wafer coordinate grid 704 Scan direction 705 Direction perpendicular to the scan direction M Mask W Wafer
Claims (7)
前記マスクが搭載され、所定のスキャン方向に走査するマスクステージと、
前記ウェーハが搭載され、前記マスクステージと同期して前記スキャン方向に走査するウェーハステージと、
前記投影光学系を構成するレンズの前記スキャン方向レンズ縮小率を補正するスキャン方向レンズ縮小率補正手段と、
前記投影光学系を構成するレンズの前記スキャン方向と直交する方向のレンズ縮小率を補正する直交方向レンズ縮小率補正手段と、
を備え、
前記スキャン方向レンズ縮小率補正手段は、前記マスクステージとウェーハステージの走査速度比によって生じる縮小率成分を加味して、レンズの縮小率の補正を行うことを特徴とする投影露光装置。 A projection exposure apparatus that projects a pattern on a mask illuminated by slit-shaped exposure light onto a wafer by a projection optical system,
A mask stage mounted with the mask and scanning in a predetermined scanning direction;
A wafer stage on which the wafer is mounted and which scans in the scan direction in synchronization with the mask stage;
A scan direction lens reduction ratio correction unit that corrects the scan direction lens reduction ratio of the lens constituting the projection optical system;
Orthogonal direction lens reduction ratio correction means for correcting a lens reduction ratio in a direction orthogonal to the scanning direction of the lenses constituting the projection optical system;
With
The projection exposure apparatus characterized in that the scanning direction lens reduction rate correction means corrects a reduction rate of a lens in consideration of a reduction rate component generated by a scanning speed ratio of the mask stage and the wafer stage.
前記マスクが搭載され、所定のスキャン方向に走査するマスクステージと、
前記ウェーハが搭載され、前記マスクステージと同期して前記スキャン方向に走査するウェーハステージと、
前記ウェーハ上に形成されるアライメントマークを計測するウェーハアライメント手段と、
前記ウェーハアライメント手段の計測値に基いて、前記投影光学系を構成するレンズの前記スキャン方向レンズ縮小率を補正するスキャン方向レンズ縮小率補正手段と、
前記ウェーハアライメント手段の計測値に基いて、前記投影光学系を構成するレンズの前記スキャン方向と直交する方向のレンズ縮小率を補正する直交方向レンズ縮小率補正手段と、
前記マスクステージと前記ウェーハステージが1度に露光可能な領域を走査する際の速度比により生じるショット内スキャン縮小率を補正するショット内スキャン縮小率補正手段と、
前記ショット内スキャン縮小率補正手段により決定されたショット内スキャン縮小率と前記スキャン方向レンズ縮小率の差分を計測するスキャン方向縮小率差検知手段と、
を備えることを特徴とする投影露光装置。 A projection exposure apparatus that projects a pattern on a mask illuminated by slit-shaped exposure light onto a wafer by a projection optical system,
A mask stage mounted with the mask and scanning in a predetermined scanning direction;
A wafer stage on which the wafer is mounted and which scans in the scan direction in synchronization with the mask stage;
Wafer alignment means for measuring alignment marks formed on the wafer;
A scanning direction lens reduction ratio correction means for correcting the scanning direction lens reduction ratio of the lens constituting the projection optical system based on the measurement value of the wafer alignment means;
Based on the measurement value of the wafer alignment unit, an orthogonal direction lens reduction rate correction unit that corrects a lens reduction rate in a direction orthogonal to the scan direction of the lens constituting the projection optical system;
In-shot scan reduction rate correction means for correcting an in-shot scan reduction rate caused by a speed ratio when the mask stage and the wafer stage scan an area that can be exposed at a time;
A scan direction reduction rate difference detection unit that measures a difference between the in-shot scan reduction rate determined by the in-shot scan reduction rate correction unit and the scan direction lens reduction rate;
A projection exposure apparatus comprising:
前記ライン アンド スペースの長さ方向直交する方向にスキャンが行われることを特徴とする請求項4記載の投影露光装置。 The scanning direction reduction rate difference detection means includes a line-and-space pattern mask installed on a mask stage, a shielding object having a similar shape provided at an imaging position of the wafer stage, and the mask size multiplied by a design magnification. A sensor for measuring the light intensity of the exposure light transmitted through the shield,
5. The projection exposure apparatus according to claim 4, wherein scanning is performed in a direction orthogonal to the length direction of the line and space.
前記ウェーハ上に形成されるアライメントマークをもとに前記投影系を構成するレンズ系の前記スキャン方向のレンズ縮小率および前記スキャン方向と直交する方向のレンズ縮小率とを補正する工程と、
レンズ系の倍率の補正がなされた投影光学系における、前記マスクと前記ウェーハの走査速度比によって発生するスキャン縮小率を補正する工程と、
前記スキャン縮小率の補正がなされた走査条件における、前記スキャン縮小率と前記スキャン方向のレンズ縮小率の差分を検知する工程と、
を備え、
前記差分を前記スキャン方向のレンズ縮小率によって補正することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device in which a pattern on a mask illuminated by slit-shaped exposure light is projected onto a wafer by a projection optical system, and exposure is performed by synchronously scanning the mask and the wafer,
Correcting the lens reduction rate in the scan direction and the lens reduction rate in the direction orthogonal to the scan direction of the lens system constituting the projection system based on an alignment mark formed on the wafer;
Correcting the scan reduction ratio generated by the scanning speed ratio of the mask and the wafer in the projection optical system in which the magnification of the lens system is corrected;
Detecting a difference between the scan reduction ratio and the lens reduction ratio in the scan direction in the scanning condition in which the scan reduction ratio is corrected;
With
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the difference is corrected by a lens reduction ratio in the scan direction.
前記差分の補正において、再度前記スキャン方向のレンズ縮小率をこのコントラストが最大となるスキャン方向レンズ縮小率となるように補正することを特徴とする請求項6記載の半導体装置の製造方法。 In the step of detecting the difference between the scan reduction ratio and the lens reduction ratio in the scan direction, the test pattern scan is repeated at a scan speed in which the scan reduction ratio is corrected while varying the lens reduction ratio in the scan direction, Calculate the scan direction lens reduction ratio that maximizes the contrast of the projected image of the test pattern,
7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein in the correction of the difference, the lens reduction ratio in the scan direction is corrected again so as to be the scan direction lens reduction ratio at which the contrast is maximized.
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