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JP3561556B2 - Manufacturing method of mask - Google Patents

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JP3561556B2
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  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体素子、超伝導体素子、磁性体素子、光集積回路素子、等の各種固体素子における微細パタン形成に用いられる露光用マスクの製造技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、大規模半導体集積回路等の固体素子における微細パタンの形成には、主に光リソグラフィ法の一つである縮小投影露光法が用いられてきた。本方法は、マスクあるいはレチクル(以下、マスクと総称する)上に形成されたマスクパタンを結像光学系を用いて基板上に縮小転写する方法である。
【0003】
上記縮小投影露光法を用いて転写される基板上最小パタン寸法は、例えば64メガビットダイナミックランダムアクセスメモリー(64[M bit]DRAM)では0.3〜0.4[μm]程度、256[M bit]DRAMでは0.3[μm]以下にまで微細化してきている。半導体等の固体素子を製造するには、複数のパタンを高精度に重ね合わせて形成することが必要である。このときの重ね合わせ誤差は、一般に最小加工寸法の3分の1から4分の1以下であることが必要とされている。従って、高集積化のためには最小加工寸法の微細化とともに重ね合わせ精度の高精度化も必要である。
【0004】
光リソグラフィ法において重ね合せ精度に影響を与える主要因としては、露光装置精度、マスク精度、ウエハプロセス(ウエハ歪み、位置合わせ露光用マーク形状劣化、レジスト塗布むら等)がある。
【0005】
これらのうちウエハプロセスに関しては、例えば熱処理時の歪みや熱膨張率の異なる材料の重ね合わせによるウエハ歪み等がある。
【0006】
また、露光装置精度に関しては、例えば最近では重ね合わせずれ量の平均+3σ(σは重ね合わせずれ値分布の標準偏差)で60[nm]以下の性能が得られるような露光装置も発表されている。
【0007】
しかし、上記値は各露光装置単体で重ね合せ露光した場合の性能であり、複数の投影露光装置間での重ね合せ露光精度は装置間差のためにこれよりも劣化してしまう。このときの重ね合わせ精度劣化の大きな原因として、製造誤差による結像光学系の誤差があげられる。
【0008】
重ね合せ精度に大きく影響を与える結像光学系の誤差として、ディストーション誤差(倍率誤差及び投影光学像の歪曲収差を含む結像特性)がある。これは、結像光学系を介して基板上に投影された投影光学像の位置が本来転写されるべきマスクパタンどおりの位置に対して変位した位置に転写されてしまう誤差としてあらわれる。
【0009】
各投影露光装置において、ディストーション誤差値が極力小さくなり、理想位置からのずれ量がこの装置を用いて転写する最小パタン寸法よりも十分に小さくなるように、例えばずれ量が50[nm]以下になるように結像光学系が調整されている。しかし、誤差をゼロにすることは不可能であるため、ディストーション誤差は各露光装置毎に異なった固有の値を有することになる。また、ウエハプロセスにより生じる歪みも、伸縮方向等にある一定の傾向を持つ。
【0010】
ここで、ある2つの投影露光装置間での重ね合わせ誤差を見積もると、各露光装置のディストーション誤差が50[nm]以下であったとしても、2つの露光装置間の重ね合わせ誤差としては誤差の2倍の100[nm]になる恐れがある。さらに、ウエハプロセスによるウエハ歪みもウエハサイズの拡大に伴い大きくなり、数10[nm]以上の重ね合わせ誤差が生じる恐れもある。従って、ディストーション誤差による重ね合わせ誤差が上述の重ね合わせ精度に対して非常に大きな値となることがわかる。
【0011】
このような投影露光装置間のディストーション誤差によるアライメントエラーを抑えるために、従来は各ロット毎にある特定の投影露光装置のみを使用するという方法が用いられてきた。また、別の方法として、ディストーション誤差による重ね合わせ誤差が許容範囲内に収まるような投影露光装置の組み合わせをあらかじめ求めておき、この組み合わせの中の投影露光装置のみを用いてあるロットの処理を行なうという方法もある。
【0012】
また、ウエハプロセスによるウエハ歪みの補正方法としては、ウエハプロセスにより生じるウエハ歪み、具体的にはチップ配列の伸縮とチップサイズの伸縮を予め測定するか、あるいは重ね合わせ露光時に露光装置を用いてこれら歪みを測定して、重ね合わせ露光時にこれら誤差を補正してパタン転写するという方法がある。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
重ね合わせ精度の高精度化のためには結像光学系のディストーション誤差とウエハプロセスによるウエハ歪みを極力小さくすることが望ましい。しかし、製造誤差等のためにこれらをゼロにすることは不可能である。通常、露光フィールド内全面でのディストーション誤差がある許容値範囲内に収まるように結像光学系は調整されている。このときの許容値範囲は、この結像光学系を用いて転写する最小パタン寸法や固体素子製造工程での許容重ね合わせ誤差よりも小さな値、例えば100[nm]以下、あるいは50[nm]以下といった微小な値であることが求められている。
【0014】
上述のディストーション誤差は各投影露光装置毎に固有の値を持っている。このため、複数の投影露光装置間の露光チップ内の重ね合わせ誤差は、各装置間のディストーション誤差の差の分だけ劣化してしまう恐れがある。
【0015】
例えば、露光チップ内のある位置でのディストーション誤差があるひとつの露光装置では露光チップ中心方向へ30[nm]、別の露光装置では露光チップ中心方向と反対の向きへ50[nm]あったとする。ふたつの露光装置間の重ね合わせ誤差は、露光チップ内の他の位置での重ね合わせ誤差が0[nm]であったとしても、この位置では誤差が80[nm]生じてしまう。このように、ディストーション誤差が重ね合わせ精度劣化の大きな要因となる恐れがあることがわかる。従って、重ね合わせ精度向上のためには、ディストーション誤差の装置間差を小さくすることが重要である。
【0016】
しかし、結像光学系のディストーション誤差のみを任意に調整することは一般に困難である。そこで、ある一つのロットの処理ではある特定の露光装置のみを用いる方法、あるいは、ディストーション誤差の差による重ね合わせ誤差がより小さくなるような露光装置の組み合わせを求め、ある一つのロットの処理では求めた組み合わせ内の露光装置のみを用いる方法がある。
【0017】
これらの方法を用いることにより、重ね合わせ誤差をより小さく抑えることが可能である。しかし、実際の装置使用状況を考慮すると組み合わせ内の露光装置数が不十分であったり、あるいは適当な組み合わせがないことも考えられる。このような場合、素子製造工程の遅延を生じたり、必要な重ね合わせ精度が得られなくなってしまうという問題があった。また、ロット毎に使用する投影露光装置が決められているために、露光装置のトラブルにより露光作業が停止したような場合や、製造工程によって複数のロットを同時に処理しなければならなくなってロット処理が遅延した場合等に、素子製造に要する時間が増加し、結果的に製造コストが上昇してしまうという問題もあった。また、例えば投影露光装置と電子線描画装置とを組み合わせて使用した場合に、投影露光装置のディストーション誤差のために重ね合わせ精度が劣化してしまうという問題もあった。
【0018】
さらに、ウエハ歪みについては、チップ配列の伸縮はウエハステージの移動量を制御することによりX、Y方向それぞれ異なった補正値を用いて補正することが可能であるが、チップサイズの伸縮の補正はチップ全体の倍率誤差しか補正できないので、例えば被重ね合わせパタンに依存して非線型なウエハ歪みが生じていた場合の補正ができないという問題もあった。
【0019】
本発明の目的は、ディストーション誤差による重ね合わせ精度劣化を抑え、高重ね合わせ精度でパタンを転写することが可能な技術を提供することにある。
【0020】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
【0021】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【0022】
上記問題は、マスク上に形成されたマスクパタンを、結像光学系を介して基板上に投影露光することにより該マスクパタンを基板上に転写するマスクパタン転写方法において用いる結像光学系のディストーション誤差を測定する工程と、該測定により得たディストーション誤差を補正するようにマスクパタン位置を調整したマスクを製造する工程とを含むマスク製造方法により、さらに上記ディストーションを補正する方法としてディストーション誤差測定結果を補間して得た値を用いて、例えばスプライン関数を用いて補間して求めた値を用いてマスクパタン位置を補正するマスク製造方法により解決される。
【0023】
【作用】
前述のように、パタンを転写する基板の歪みやディストーション誤差が重ね合わせ精度劣化の大きな要因となりうる。そこで、精度向上のためにはこれら誤差の影響を小さくすることが重要である。ディストーション誤差による転写パタン位置のずれを抑えるには、転写パタン位置のずれが小さくなるようにあらかじめマスクパタン位置を補正してやればよい。また、パタンを重ね合わせ転写する基板の非線型歪み量をあらかじめ、もしくは重ね合わせ露光直前に測定しておくか、あるいは計算により基板の歪み量を予測し、これらの結果に基づいてマスクパタン位置をさらに補正してやればよい。これらにより、基板上の被転写パタン位置とマスクパタン投影光学像との位置ずれ量をより小さく抑えることが可能となるので、結果として重ね合わせ誤差をより小さく抑えることができる。
【0024】
マスクパタン位置を補正したマスクを製造する工程の一例を図1を用いて説明する。まず、対象とする露光装置の露光チップ内のディストーション誤差を測定する工程1を行なう。ディストーション誤差の測定方法としては公知の様々な方法を用いることができる。
【0025】
例えば、レーザ干渉計等の位置計測手段を有する精密な基板ステージ上に感光性樹脂を塗布した基板を乗せ、結像光学系の光軸に対応する露光フィールド中心に投影された計測用基準パタン像を、その基板ステージをステッピング駆動することで上記基板上の多数の計測位置に露光する。次に、その露光フィールド中の各計測位置の計測基準パタンに近接するように多数の計測用参照パタン像を一括露光し、現像処理後に露光フィールド内の各計測位置の計測用基準パタン位置に対する計測用参照パタンの相対位置を求め、この相対位置に差をディストーション誤差とする方法がある。あるいは、特開平6−176999号公報において述べられているような測定方法を用いることもできる。
【0026】
次に、上記測定により得られたディストーション誤差測定値を用いて、ディストーション誤差により生じた転写パタン位置の変位を補償するようにマスクパタン位置を補正したマスクを製造する工程2を行なう。ここで、ディストーション誤差を露光チップ内のすべての位置に対して測定することは不可能である。そこで、ディストーション誤差測定点以外の部分でのマスクパタン位置の補正には、周辺のディストーション誤差測定値から求めた値を用いればよい。
【0027】
例えば、ディストーション誤差測定点間の位置では測定値を補間して求めた値を補正するようにマスクパタン位置を補正すれば良い。補間方法としてはさまざまな方法があるが、例えば3次元空間でx、y軸を基板面上のx、y軸と一致させ、z軸をディストーションのx方向誤差あるいはy方向誤差と考えて、測定値である3次元空間の離散点を通過する曲面あるいは多面体面を求め、これを用いて任意のx、y値に対する誤差値zを求めれば良い。上記曲面あるいは多面体面を表す方法としては、例えば図2に示したような多面体面で表す方法がある。図において、21−1から21−9はディストーション誤差測定点、22−1から22−9は各測定点でのディストーション誤差測定値のx成分を3次元表示したものである。位置23に対する多面体面上の点24のz座標値をこの位置の誤差値として用い、この誤差を補正するようにマスクパタン位置を調整すればよい。
【0028】
ここで、位置補正の対象とするマスクパタンは、マスクパタンの中心位置あるいは重心位置に対する誤差値を用いる方法、図14に模式的に示したようにマスクパタン41をある決められた単位図形42以下の大きさの図形42および図形42−1〜42−5に分割し、各図形の中心位置43、43−1〜43−5、もしくは重心位置に対する誤差値を用いる方法、多面体面から求めた誤差値を用いて誤差値を等高線表示し、等高線で分けられた領域内では領域の境界となる誤差値の平均値をこの領域の誤差値として用いる方法等がある。
【0029】
あるいは、例えば図13に模式的に示したようにx、y座標に対してz軸方向を誤差値とし、スプライン関数を用いたスプライン曲面を用いて誤差値を3次元的に表し、これを用いて誤差値を補正する方法もある。図13において、21−1から21−9はディストーション誤差測定点、22−1から22−9は各測定点でのディストーション誤差測定値のx成分を3次元表示したものである。位置23に対する曲面上の点25のz座標値をこの位置の誤差値として用い、この誤差を補正するようにマスクパタン位置を調整すればよい。
【0030】
一般的には、3次のスプライン関数を用いて測定データを補間することにより、露光フィールド面内の任意の位置におけるディストーション誤差測定結果を実用的に十分な精度で表すことができる。また、スプライン関数を用いることによりディストーション誤差の測定誤差を平滑化した曲面あるいは多面体面を得ることができるので、より滑らかに誤差を補正することも可能である。
【0031】
ここで、スプライン関数を用いた測定結果の補正方法の一例について簡単に説明する。以下ではディストーション誤差(Dx,Dy)のx成分:Dxの補正方法について説明するが、y成分:Dyについても同様である。ディストーション誤差のx成分Dx(i,j)は露光チップ内領域の格子点(xi,yi)(i=0,1,2,...,I;j=0,1,2,...,J)の上で与えられているとする。また、露光チップ領域はa=x0≦x≦xI=b,c=y0≦y≦yJ=dで定義されているとする。このとき、測定値を通る(m−1)次のスプライン関数S(x,y)を求める。実用的には3次のスプライン関数により測定値を十分に補間して表すことができるので、ここでは3次のスプライン関数を求めることにする。x方向の内部節点を、
【0032】
【数1】

Figure 0003561556
【0033】
y方向の内部節点を、
【0034】
【数2】
Figure 0003561556
【0035】
とする。このとき、x方向について、
【0036】
【数3】
Figure 0003561556
【0037】
y方向について、
【0038】
【数4】
Figure 0003561556
【0039】
が成り立つと仮定する。スプライン関数S(x,y)は一組の基底関数を用いて表すことができる。この基底関数は1次元の基底関数のテンソル積でつくることができる。必要な基底関数をつくるために、x方向に2m個の付加節点
【0040】
【数5】
Figure 0003561556
【0041】
を、y方向にも同様に2m個の付加節点
【0042】
【数6】
Figure 0003561556
【0043】
を、それぞれ導入する。これにより、スプライン関数S(x,y)は、
【0044】
【数7】
Figure 0003561556
【0045】
と表せる。ここで、Nmi(x)、Nmj(y)は、
【0046】
【数8】
Figure 0003561556
【0047】
を満たし、それぞれ正規化されたm階((m−1)次)のB−スプライン(あるいは、fundamental spline)である。B−スプラインの値は次の漸化式によって計算できる。
【0048】
【数9】
Figure 0003561556
【0049】
【数10】
Figure 0003561556
【0050】
(数7)式が与えられた測定値の補間関数となるためには、
【0051】
【数11】
Figure 0003561556
【0052】
となればよい。(数11)式はCijを未知数とする連立1次方程式であり、(数3)式、(数4)式、(数5)式の条件により一意的な解を有する。(数11)を解くことによりS(x,y)を求めることができる。
【0053】
ある位置(Xs,Ys)における補間値Dxsの計算は、以下のようにすればよい。まず、(Xs,Ys)が入る小領域R、
【0054】
【数12】
Figure 0003561556
【0055】
を見つける。すると、B−スプラインの局所性から、
【0056】
【数13】
Figure 0003561556
【0057】
により、補間値Dxs=S(Xs,Ys)が求まる。この値を用いてマスクパタン位置を補正すればよい。
【0058】
あるいは、ディストーション誤差測定結果を用いてある一定の誤差値変化毎に領域を分類し、各領域毎に補正量を定めても良い。例えば、図3に模式的に示したように、誤差値0[nm]を中心にディストーション誤差10[nm]毎にマスクパタン領域を分類し、例えば誤差が15[nm]から25[nm]となる領域内のマスクパタンに対してはマスクパタン位置を−10[nm]補正するようにすれば良い。図3では、一例として20[nm]角チップ内においてディストーション誤差−5[nm]以上+5[nm]未満の第1の領域61、誤差+5[nm]以上+15[nm]未満の第2の領域62、以下、第3の領域63は誤差+15[nm]以上+25[nm]未満、第4の領域64は誤差+25[nm]以上+35[nm]未満、第5の領域65は−15[nm]以上−5[nm]未満、第6の領域66は誤差−25[nm]以上−15[nm]、第7の領域67は誤差−35[nm]以上−25[nm]未満の領域を表している。各領域内の誤差値は、第1の領域61では0[nm]、第2の領域62、第3の領域63、第4の領域64、第5の領域65、第6の領域66、第7の領域67ではそれぞれ+10[nm]、+20[nm]、+30[nm]、−10[nm]、−20[nm]、−30[nm]を用いる。マスクパタン位置はこの値を用いて補正すればよい。この方法を誤差のx、y両成分に対して行なえばよい。
【0059】
また、より簡略な補正方法としては、図4に模式的に示したように測定点33の周辺にある第1の補正領域31を設定し、この領域内での補正値はこの測定点での測定値を用いてこれを補償するようにマスクパタン位置を補正してもよい。この場合、第1の補正領域31と第2の補正領域32との境界でマスクパタン位置補正値が不連続に変化する恐れがあるために、マスクパタン位置補正後のマスクにおいてマスクパタンが不連続になる恐れがある。しかし、通常上記ずれ量は数10[nm]以下でマスク製造時にマスクパタンを描画する電子線描画装置等のパタン描画装置の解像限界以下の微小量であるので、連続したマスクパタンを形成することが可能である。
【0060】
ところで、縮小投影露光法は基板上にマスクパタンを縮小して転写する方法である。このときのマスクパタン縮小比は現在は5:1が主流であるが、この他にも4:1あるいは2.5:1も用いられている。マスク上の寸法はマスクパタン縮小比の逆数倍になるので、例えば縮小比5:1の場合、基板上に0.4[μm]パタンを転写するためのマスクパタンの寸法は2.0[μm]となる。マスクパタン位置も同様に、ウエハ上の転写パタン位置を30[nm]移動させるにはマスク上でマスクパタン位置を150[nm]移動させればよい。すなわち、ウエハ上寸法の縮小比の逆数倍の精度でマスクパタン位置を補正することが可能である。
【0061】
さらに、マスクパタンを重ね合わせ転写する基板上にあらかじめ形成されたパタンが熱処理工程等のウエハ処理プロセスによりパタン位置歪みを生じている場合、歪み量を予め測定するか、あるいは計算により歪み量を予測する。得られた結果を用いて上記パタン位置歪みに応じてマスクパタン位置をさらに補正する工程3(図1)を行なう。
【0062】
以上で述べたようにしてマスクパタン位置を補正してマスクを製造する工程4(図1)を行なう。さらに、製造したマスクと前記露光装置とを組み合わせて用いてマスクパタンを転写する工程5(図1)を行なうことにより、露光装置に依存した転写パタン位置の変位やウエハ歪みによる被転写パタン位置のずれを補正したパタン転写が可能となる。この結果、重ね合わせ誤差を小さく抑えることができる。
【0063】
以上で述べた方法を用いて、各露光装置毎にマスクを製造してパタン転写に用いることが好ましい。しかし、同じパタンを転写するためのマスクを各露光装置毎に製造することは、コストの点からは好ましくない。そこで、ディストーション誤差の差が重ね合わせ許容誤差と比較して十分に小さい露光装置の組合せがある場合、一つのマスクをこれら露光装置間で共有することも可能である。このためには、図5に示したように、あらかじめディストーション誤差の差が許容範囲内におさまるような露光装置の組み合わせを求める工程51、上記工程51により求まった露光装置のディストーション誤差の平均値を求める工程52、工程52で求まったディストーション誤差平均値を用いてマスクパタン位置を補正したマスクを製造する工程53、を処理すれば良い。このようにして製造したマスクを上記露光装置の組み合わせ内で用いてパタンを転写する工程54を行なうことにより、重ね合わせ精度を許容値に抑えることが可能である。
【0064】
重ね合わせ精度をさらに向上するためには、熱処理等のウエハプロセスにより生じたウエハ歪によるパタン歪も補正することが必要である。ウエハプロセスによりウエハ歪が生じていた場合、この歪量をあらかじめ測定しておくか、あるいは計算によりウエハ歪みをあらかじめ予測しておき、マスク製造時に得られた歪量に応じてマスクパタン位置を補正してやればよい。
【0065】
ところで、光リソグラフィ法以外の実用化されているリソグラフィー法として、電子線直接描画法がある。電子線描画法の場合は、基板を搭載した基板ステージの移動と電子線の偏向により、パタンを描画あるいは転写する。下地パタン上に重ね合わせ描画する場合、例えば、描画チップの4すみに重ね合わせ描画用の位置マークパタンを配置しておき、これらの位置を検出して描画位置を補正してパタンを描画する。従って、下地の被重ね合わせパタンが投影露光装置で転写されていて、ディストーション誤差のために4すみのマークパタン位置が変位していたとすると、マークパタン位置誤差のために描画パタン位置も誤差を生じてしまう。
【0066】
電子線描画装置側でこの誤差の補正を行なうことも可能であるが、各露光装置それぞれの誤差特性やウエハロット毎の補正値を電子線描画装置に入力しなければならない。これに対して、上記方法はマスクと露光装置との組み合わせを決めれば良いので、工程がより簡便である。
【0067】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【0068】
(実 施 例 1)
本実施例は、最小設計寸法0.25[μm]、チップサイズ20[mm]×20[mm]の256メガビットDRAM(ダイナミックランダムアクセスメモリ)級の半導体大規模集積回路の回路パタン加工工程について説明する。
【0069】
本実施例では、NA=0.55のKrFエキシマレーザステッパ(投影露光装置)〔縮小比5:1、露光波長248[nm]〕を用いてパタン転写した。
【0070】
本実施例で用いた第1のKrFエキシマレーザステッパの20[nm]角露光チップ内でのディストーション誤差の測定結果を図6に模式的に示す。本実施例では、20[nm]角チップ内の5行5列(5mmピッチ)の格子点でのディストーション誤差を測定した。図では、ベクトルの向き及び長さで各格子点位置でのディストーション誤差測定値を模式的に示している。図7は各格子点位置でのディストーション誤差測定結果を示したものである。行及び列の番号は、各格子点位置をチップの左上側から数えた番号を示している。測定の結果、ウエハ面上2次元xy座標系において、露光フィールド内の位置21(1行1列目の位置)においてx方向に−10[nm]、y方向に+44[nm]のディストーション誤差が測定された。
【0071】
上記ディストーション誤差測定結果を用いてマスクパタン位置を補正した。例えば、位置21に対応するマスク上の位置21’に配置されたマスクパタン位置をx方向に+50[nm]、y方向に−220[nm]シフトさせた。ディストーション誤差の測定点間位置では、隣接測定点のディストーション誤差測定値をスプライン関数を用いて補間して求めた誤差値を補正するようにマスクパタン位置を補正した。他の位置についても同様にマスクパタン位置を補正して、第1のマスクを製造した。
【0072】
以上のようにして製造したマスクを用いて、第1の回路パタンを所定の工程を処理した基板上に転写した。所定の回路パタン加工工程を処理した後、第2のステッパを用いて第2の回路パタンを転写した。
【0073】
本実施例で用いた第2のKrFエキシマレーザステッパの20[mm]角露光チップ内でのディストーション誤差の測定結果を図8に模式的に示す。本実施例では、20[mm]角チップ内の5行5列(5[mm]ピッチ)の格子点でのディストーション誤差を測定した。図では、ベクトルの向き及び長さで各格子点位置でのディストーション誤差値を模式的に示している。
【0074】
図9は各格子点位置でのディストーション誤差測定結果を示したものである。行及び列の番号は各格子点位置をチップの左上側から数えた番号を示している。
【0075】
測定の結果、ウエハ面上2次元xy座標系において、露光フィールド内の位置31(3行1列目の位置)においてx方向に−34[nm]、y方向に−22[nm]のディストーション誤差が測定された。
【0076】
以上の測定結果を用いてマスクパタン位置を補正した。例えば位置31に対応するマスク上の位置31’に配置されたマスクパタン位置をx方向に+170[nm]、y方向に−110[nm]シフトさせた。また、他のマスクパタン位置についても第1のマスクと同様に補正して、第2のマスクを製造した。
【0077】
以上のようにして製造したマスクを用いて第2の回路パタンを第1の回路パタン上に重ね合わせて転写した。転写したパタンを走査型電子顕微鏡を用いて検査した結果、第1の回路パタンと第2の回路パタンの重ね合わせ誤差は所望の重ね合わせ誤差許容範囲100[nm]以下であり、良好な重ね合わせ精度で第2の回路パタンを転写することができた。
【0078】
本実施例で製造した大規模集積回路の一部分である、MOSトランジスタ部の一部分の断面構造を図16に模式的に示す。本実施例で転写した第1のマスクは素子分離パタン71を形成する工程で用い、また、第2のマスクはゲート配線パタン72を形成する工程で用いた。
【0079】
以上のようにしてパタン転写することにより、ディストーション誤差によるパタン配置誤差を抑えることができる。これにより、重ね合わせ誤差をより小さく抑えることが可能である。従って、固体素子の製造工程歩留まりを向上させることができる。
【0080】
さらに、重ね合わせ誤差を小さくできることから、重ね合わせずれに起因した素子特性のばらつきも抑えることができるので、製造工程歩留まりを向上させるとともに高性能な固体素子の製造も可能である。
【0081】
なお、図16において、70は基板、73は絶縁膜、74はソース領域、75はドレイン領域である。
【0082】
(実 施 例 2)
本実施例は、最小設計寸法0.25[μm]、チップサイズ20[mm]×20[mm]の256メガビットDRAM(ダイナミックランダムアクセスメモリ)級の大規模集積回路の回路パタン加工工程について説明する。
【0083】
本実施例では、NA=0.55のkrFエキシマレーザステッパ(投影露光装置)〔縮小比5:1、露光波長248[nm]〕を用いて実施例1と同じ第1の回路パタンを所定の工程を処理した基板上に転写した。
【0084】
本実施例で用いたKrFエキシマレーザステッパの20[mm]角露光チップ内でのディストーション誤差を測定した。本実施例では、第1の実施例と同様に20[mm]角チップ内の5行5列(5[mm]ピッチ)の格子点でのディストーション誤差を測定した。
【0085】
上記測定結果と、実施例1で用いたKrFエキシマレーザステッパのディストーション誤差測定結果との差を図10に示す。測定結果から、本実施例で用いたステッパと第1の実施例で用いた第1のステッパとのディストーション誤差の差は±30[nm]以内で、許容重ね合わせ誤差100[nm]の3分の1以下であった。そこで、本実施例では第1の実施例で製造した第1のマスクを用いて第1の回路パタンを転写した。
【0086】
転写したパタンを走査型電子顕微鏡を用いて検査した結果、第1の回路パタンとそれ以前の工程で形成されていた下地パタンとの重ね合わせ誤差は所望の重ね合わせ誤差許容範囲100[nm]以下であり、良好な重ね合わせ精度で第1の回路パタンを転写することができた。
【0087】
(実 施 例 3)
本実施例は、最小設計寸法0.25[μm]、チップサイズ20[mm]×20[mm]の256メガビットDRAM(ダイナミックランダムアクセスメモリ)級の大規模集積回路の回路パタン加工工程について説明する。
【0088】
本実施例では、実施例1と同様にしてNA=0.55のKrFエキシマレーザステッパ(投影露光装置)〔縮小比5:1、露光波長248[nm]〕で用いる第1の回路パタン転写用のマスクを製造した。製造したマスクおよび上記ステッパを用いて、第1の回路パタンを所定の工程を処理した基板上に転写した。所定の回路パタン加工工程を処理した後、第2のステッパを用いて第2の回路パタンを転写した。
【0089】
本実施例では、実施例1と同じ第2のKrFエキシマレーザステッパを用いて第2の回路パタンを転写した。図9は各格子点位置でのディストーション誤差測定結果を示したものである。行及び列の番号は、各格子点位置をチップの左上側から数えた番号を示している。
【0090】
測定の結果、ウエハ面上2次元xy座標系において、露光フィールド内の位置31(3行1列目の位置)においてx方向に−34[nm]、y方向に−22[nm]のディストーション誤差が測定された。
【0091】
以上の測定結果を用いてマスクパタン位置を補正した。例えば、位置31に対応するマスク上の位置31’に配置されたマスクパタン位置をx方向に+170[nm]、y方向に−110[nm]シフトさせた。また、他のマスクパタン位置についても第1のマスクと同様に補正して、第2のマスクを製造した。
【0092】
以上のようにして製造したマスクを用いて第2の回路パタンを第1の回路パタン上に重ね合わせて転写した。転写したパタンを走査型電子顕微鏡を用いて検査した結果、基板が歪んでいたために図15に示したような重ね合わせ誤差が生じていることがわかった。図の横軸はチップ中心を原点としたxy座標系のx軸上の位置を、縦軸は重ね合わせずれ量を表し、基板上のある一つの転写チップの測定結果を示している。また、図中の点線はこのチップ内の重ね合わせずれ量測定値の平均値を表している。図示した以外のチップでは、重ね合わせずれ量の平均値は−70[nm]から+43[nm]の範囲でばらついていた。測定結果から、所望の重ね合わせ許容範囲±80[nm]以下の重ね合わせずれ値が得られていないことがわかり、また、図15に示されたように基板歪による重ね合わせずれ量は20[nm]程度と重ね合わせずれ許容範囲と比較して大きかったので、重ね合わせ誤差測定結果を用いて第2のマスクのマスクパタン位置をさらに補正することとした。すなわち、図15に示した重ね合わせ誤差を補正するように、ディストーション誤差測定結果を用いて補正したマスクパタン位置をさらに補正した。以上のようにしてパタン位置を補正したマスクパタンデータを用いて第2の回路パタン転写用の第2のマスクを再度製造した。
【0093】
以上のようにして製造したマスクを用いて第2の回路パタンを第1の回路パタン上に重ね合わせ転写した。転写したパタンを走査型電子顕微鏡を用いて検査した結果、第1の回路パタンと第2の回路パタンの重ね合わせ誤差は所望の重ね合わせ誤差許容範囲±80[nm]以下であり、良好な重ね合わせ精度で第2の回路パタンを転写することができた。
【0094】
以上のようにしてパタン転写することにより、ディストーション誤差と基板歪によるパタン配置誤差を抑えることができる。これにより、重ね合わせ誤差をより小さく抑えることが可能である。従って、固体素子の製造工程歩留まりを向上させることができる。
【0095】
さらに、重ね合わせ誤差を小さくできることから、重ね合わせずれに起因した素子特性のばらつきも抑えることができるので、製造工程歩留まりを向上させるとともに高性能な固体素子の製造も可能である。
【0096】
(実 施 例 4)
本実施例は、最小設計寸法0.3[μm]、チップサイズ20[mm]×20[mm]の64メガビットDRAM(ダイナミックランダムアクセスメモリ)級の大規模集積回路の回路パタン加工工程について説明する。
【0097】
本実施例では、NA=0.63のi線ステッパ(投影露光装置)〔縮小比5:1、露光波長365[nm]〕を用いて第1の回路パタンを所定の工程を処理した基板上に転写した。
【0098】
本実施例で用いたi線露光装置の20[mm]角露光チップ内でのディストーション誤差の測定結果を図11に示す。本実施例では、20mm角チップ内の5行5列(5[mm]ピッチ)の格子点でのディストーション誤差を測定した。
【0099】
以上の測定結果を用いてマスクパタン位置を補正してマスクを製造した。製造したマスクを用いて第1の回路パタンを転写した。
【0100】
所定の回路パタン加工工程を処理した後、今度は電子線直接描画装置を用いて第2の回路パタンを転写した。重ね合わせ描画した際に用いた位置マークパタンの配置位置を図12に模式的に示す。重ね合わせ描画用のマークパタン11をチップ10の4隅に配置した。このマークパタンは上記第1の回路パタン加工時に同時に形成されたものである。
【0101】
上記位置マークパタンを検出してパタン描画位置を補正しながら第2の回路パタンを描画、転写した。パタン転写後、第1の回路パタンと第2の回路パタンとの重ね合わせ誤差を走査型電子線顕微鏡を用いて測定したところ、重ね合わせ誤差が100[nm]より大きくなっている部分は見られなかった。すなわち、2つのパタンの重ね合わせ誤差は、重ね合わせ誤差許容範囲の100[nm]以下であり、所望の重ね合わせ精度が達成された。
【0102】
以上で述べたようにして大規模集積回路素子を製造することにより、所望の重ね合わせ精度で所定のパタンを加工することができるため、高い歩留まりで素子を製造することが可能である。
【0103】
(実 施 例 5)
本実施例は、実施例1と同様にしてディストーション誤差を測定し、測定結果からスプライン関数を用いてスプライン曲面によりパタン転写領域内の任意の位置でのxおよびy方向のディストーション誤差を求めた。これにより求めた値を誤差値10[nm]毎の領域に分割し、各領域を誤差量を補正するようにマスクパタン位置を補正した。なお、領域を分割する際の誤差値の変化量は10[nm]に限るものではないが、マスクパタン位置の補正精度を考慮すると、少なくとも固体素子製造工程での必要重ね合わせ精度以下としなければならない。
【0104】
本実施例におけるマスクパタン位置の補正方法を図3を用いて説明する。図3ではディストーション誤差値のx成分を表したが、y成分についても同様に表すことができる。図3において、マスク上の領域61はディストーション誤差値が−5[nm]以上5[nm]未満の領域、領域62はディストーション誤差値が5以上15[nm]未満の領域、以下領域63、領域64はそれぞれ15以上25[nm]未満、25以上35[nm]未満の領域を表している。同様に、領域65は−15以上−5[nm]未満、領域66は−25以上−15[nm]未満、領域67は−35以上−25[nm]未満の領域を表している。なお、本実施例で用いた露光装置では、露光領域内でのディストーション誤差のx成分は±35[nm]未満であった。
【0105】
そこで、マスク製造時に領域61内をマスクパタン描画する際、x方向成分に対してマスクパタン位置の補正は行なわなかった。また、領域62内を描画する場合、x方向成分に対して−10[nm]描画位置を補正した。他の領域についても同様に、各領域のディストーション誤差範囲の中間値を補正するようにマスクパタン描画位置を補正した。なお、y方向成分に対しても同様に補正した。
【0106】
以上のようにして製造したマスクを用いて、第1の回路パタンを所定の工程を処理した基板上に転写した。所定の回路パタン加工工程を処理した後、今度は電子線直接描画装置を用いて第2の回路パタンを転写した。重ね合わせ描画した際に用いた位置マークパタンの配置位置は実施例3と同様に図12に模式的に示した位置とした。また、重ね合わせ描画用のマークパタン11をチップ10の4隅に配置した。このマークパタン11は上記第1の回路パタン加工時に同時に形成されたものである。
【0107】
上記位置マークパタンを検出してパタン描画位置を補正しながら第2の回路パタンを描画、転写した。パタン転写後、第1の回路パタンと第2の回路パタンとの重ね合わせ誤差を走査型電子線顕微鏡を用いて測定したところ、重ね合わせ誤差が100[nm]より大きくなっている部分は見られなかった。すなわち、2つのパタンの重ね合わせ誤差は、重ね合わせ誤差許容範囲の100[nm]以下であり、所望の重ね合わせ精度が達成された。
【0108】
以上で述べたようにして大規模集積回路素子を製造することにより、所望の重ね合わせ精度で所定のパタンを加工することができるため、高い歩留まりで素子を製造することが可能である。
【0109】
(実 施 例 6)
本実施例は、最小設計寸法0.25[μm]、チップサイズ20[mm]×20[mm]の256メガビットDRAM(ダイナミックランダムアクセスメモリ)級の大規模集積回路の回路パタン加工工程について説明する。
【0110】
本実施例では、NA=0.55のKrFエキシマレーザステッパ(投影露光装置)〔縮小比5:1、露光波長248[nm]〕を用いて第1の回路パタンを所定の工程を処理した基板上に転写した。所定の回路パタン加工工程を処理した後に、第2のステッパを用いて第2の回路パタンを転写した。
【0111】
本実施例では、実施例1と同じ第2のKrFエキシマレーザステッパを用いて第2の回路パタンを転写した。図9は各格子点位置でのディストーション誤差測定結果を示したものである。行及列の番号は、各格子点位置をチップの左上側から数えた番号を示している。測定の結果、ウエハ面上2次元xy座標系において、例えば露光フィールド内の位置31(31行1列目の位置)においてx方向に−34[nm]、y方向に−22[nm]のディストーション誤差が測定された。
【0112】
一方、基板上に形成された回路パタンの位置が素子製造工程により、図17に示したようにチップ内で複雑に歪むことが事前の検討からわかった。ここで、図17のグラフの横軸はチップ中心を原点とし、チップの各辺に平行な方向に2次元xy座標系をとったときのy軸上の位置を表わしている。また、縦軸は回路パタンを加工するために転写したレジストパタン位置からの、素子製造工程によるこの回路パタン位置のずれ量を表わしている。図は20[mm]角のチップ81内の15[mm]角領域82内にウエハ歪みを生じさせる材料を加工した回路パタンが配置されている場合を表わしている。
【0113】
図18は、領域82の中心位置をチップ81の中心位置と一致させて配置し、領域82の寸法を0[mm]角から20[mm]角まで変化させたときの、20[mm]角チップ81のチップ寸法の伸縮率(チップ倍率変更率)を表わしたものである。図の横軸は、領域82の寸法を表わしている。ここで、領域82内の上記回路パタンはx方向に対して周期的なラインアンドスペースパタンと同様の回路パタンであった。図18に示されるように、x方向とy方向とでチップ81の伸縮率の差が最大0.5[ppm]程度生じていることもわかった。
【0114】
本実施例では、領域82のサイズは15[mm]角であったので、x方向のチップ倍率誤差が−0.6[ppm]、y方向のチップ倍率誤差が−0.9[ppm]生じるとして、マスクパタンのチップ寸法を補正した。なお、伸縮率−0.6[ppm]はチップ上寸法18[mm]に対して約11[nm]の縮みに対応する。。さらに図17に示したように、パタン位置がチップ内で変化するので、この位置ずれを補正するようにマスク上の回路パタン位置を補正した。さらに、上述のディストーション誤差を補正するように、実施例1と同様にしてマスクパタンデータをさにら補正した。
【0115】
以上のようにして補正したマスクパタンデータを用いて第2の回路パタン転写用の第2のマスクを製造した。
【0116】
製造したマスクを用いて第2の回路パタンを第1の回路パタン上に重ね合わせ転写した。転写したパタンを走査型電子顕微鏡を用いて検査した結果、第1の回路パタンと第2の回路パタンの重ね合わせ誤差は所望の重ね合わせ誤差許容範囲±80[nm]以下であり、良好な重ね合わせ精度で第2の回路パタンを転写することができた。
【0117】
以上のようにしてパタン転写することにより、ディストーション誤差と基板歪みによるパタン配置誤差を抑えることができる。これにより、重ね合わせ誤差をより小さく抑えることが可能である。従って、固体素子の製造工程歩留まりを向上させることができる。
【0118】
さらに、重ね合わせ誤差を小さくできることから、重ね合わせずれに起因した素子特性のばらつきも抑えることができるので、製造工程歩留まりを向上させると共に高性能な固体素子の製造も可能である。
【0119】
なお、本発明の実施例で使用されるステッパ(投影露光装置)の構成の例を図19に示す。
【0120】
図19に示すように、光源131から発する光は、フライアイレンズ132、コンデンサレンズ133、ミラー134及びコンデンサレンズ133を介してマスク136を照明する。マスク136上には異物付着によるパターン転写不良を防止するためのペリクル137が設けられている。マスク136上に描かれたマスクパタンは、投影レンズ138を介して試料基板であるウエハ139上に投影される。なお、マスク136はマスク位置制御手段147で制御されたマスクステージ148上に載置され、その中心と投影レンズ138の光軸とは正確に位置合わせがなされている。ウエハ139は、試料台140上に真空吸着されている。試料台140は、投影レンズ138の光軸方向すなわちZ方向(縦方向)に移動可能なZステージ141上に載置され、さらにXYステージ142上に搭載されている。Zステージ141及びXYステージ142は、主制御系149からの制御命令に応じてそれぞれの駆動手段113、114によって駆動されるので、所望の露光位置に移動可能である。その位置はZステージ141に固定されたミラー146の位置として、レーザ測長機145で正確にモニターされている。また、ウエハ139の表面位置は、通常の露光装置が有する焦点位置検出手段で計測される。計測結果に応じてZステージ141を駆動させることにより、ウエハ139の表面は常に投影レンズ138の結像面と一致させることができる。
【0121】
以上、本発明者によってなされた発明を、上記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【0122】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【0123】
以上本発明によれば、ディストーション誤差による重ね合わせ精度劣化を抑え、高重ね合わせ精度でパタンを転写することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるマスク製造工程を示す工程図である。
【図2】本発明によるマスクパタン補正方法を示す模式図である。
【図3】本発明によるマスクパタン補正方法を示す模式図である。
【図4】本発明によるマスクパタン補正方法を示す模式図である。
【図5】本発明によるマスク製造工程を示す工程図である。
【図6】本発明の実施例1における第1のステッパのディストーション誤差測定結果を示す模式図。
【図7】本発明の実施例1における第1のステッパのディストーション誤差測定結果を示す図である。
【図8】実施例1における第2のステッパのディストーション誤差測定結果を示す模式図である。
【図9】本発明の実施例1における第2のステッパのディストーション誤差測定結果を示す図である。
【図10】本発明の実施例2における2台のステッパのディストーション誤差の差の測定結果を示す図である。
【図11】本発明の実施例3におけるステッパのディストーション誤差測定結果を示す図である。
【図12】本発明の実施例3における位置マークパタンの配置を示す模式図である。
【図13】本発明によるマスクパタン補正方法を示す模式図である。
【図14】本発明によるマスクパタン補正方法を示す模式図である。
【図15】本発明の実施例3において測定した重ね合わせ誤差測定結果を示す図である。
【図16】大規模集積回路に塔載されるMOSトランジスタ部の一部分の断面構造を示す模式図である。
【図17】基板上に形成された回路パタンのパタン位置ずれ量を示す模式図である。
【図18】基板上に形成されたチップの2次元方向の伸縮変化率を示す模式図である。
【図19】本発明の実施例で使用されるステッパの構成の例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
1…ディストーション誤差を測定する工程、2…上記結果を用いてマスクパタン位置を補正する工程、3…基板上のパタン位置歪に応じてマスクパタン位置を補正する工程、4…マスクを製造する工程、5…マスクパタンを転写する工程、
10…チップ、11…位置マーク、
21−1,21−2,21−3,21−4,21−5,21−6,21−7,21−8,21−9,22−1,22−2,22−3,22−4,22−5,22−6,22−7,22−8,22−9…測定値、23…パタン位置、24,25…誤差値、
31…第1の補正領域、32…第2の補正領域、33…測定点、41…マスクパタン、
42…図形、2−1,42−2,42−3,42−4,42−5…図形、43…図形の中心位置、43−1,43−2,43−3,43−4,43−5:図形の中心位置、
51…露光装置の組み合せを求める工程、52…上記露光装置群のディストーション誤差の平均を求める工程、53…マスクパタン位置を補正したマスクを製造する工程、54…製造したマスクを用いてパタン転写する工程、
60…チップ、61…第1の領域、62…第2の領域、63…第3の領域、64…第4の領域、65…第5の領域、66…第6の領域、67…第7の領域、
70…基板、71…素子分離パタン、72…ゲート配線パタン、73…絶縁膜、74…ソース領域、75…ドレイン領域である。[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a technique for manufacturing an exposure mask used for forming a fine pattern in various solid-state devices such as a semiconductor device, a superconductor device, a magnetic device, and an optical integrated circuit device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, for forming a fine pattern in a solid-state device such as a large-scale semiconductor integrated circuit, a reduction projection exposure method, which is one of optical lithography methods, has been mainly used. This method is a method in which a mask pattern formed on a mask or a reticle (hereinafter, collectively referred to as a mask) is reduced and transferred onto a substrate using an imaging optical system.
[0003]
The minimum pattern size transferred onto the substrate using the above-described reduced projection exposure method is, for example, about 0.3 to 0.4 [μm] in a 64 Mbit dynamic random access memory (64 [M bit] DRAM) and 256 [M bits]. ] In the case of DRAM, the size has been reduced to 0.3 [μm] or less. In order to manufacture a solid-state device such as a semiconductor, it is necessary to form a plurality of patterns with high accuracy. The overlay error at this time is generally required to be one third to one fourth or less of the minimum processing size. Therefore, for high integration, it is necessary to make the minimum processing size finer and also to make the overlay accuracy higher.
[0004]
The main factors affecting the overlay accuracy in the optical lithography method include exposure apparatus accuracy, mask accuracy, and wafer process (wafer distortion, alignment exposure mark shape deterioration, resist coating unevenness, etc.).
[0005]
Among these, regarding the wafer process, there are, for example, distortion during heat treatment and wafer distortion due to superposition of materials having different coefficients of thermal expansion.
[0006]
Regarding the exposure apparatus accuracy, for example, recently, an exposure apparatus that can obtain a performance of 60 [nm] or less by an average of the overlay shift amount + 3σ (σ is the standard deviation of the overlay shift value distribution) has been announced. .
[0007]
However, the above values are the performances when overlay exposure is performed by each exposure apparatus alone, and the overlay exposure accuracy among a plurality of projection exposure apparatuses is further deteriorated due to differences between the apparatuses. A major cause of the deterioration of the overlay accuracy at this time is an error of the imaging optical system due to a manufacturing error.
[0008]
As an error of the imaging optical system that greatly affects the overlay accuracy, there is a distortion error (imaging characteristic including a magnification error and a distortion of a projection optical image). This appears as an error that the position of the projection optical image projected on the substrate via the imaging optical system is transferred to a position displaced from the position corresponding to the mask pattern to be originally transferred.
[0009]
In each projection exposure apparatus, for example, the shift amount is set to 50 [nm] or less so that the distortion error value is as small as possible and the shift amount from the ideal position is sufficiently smaller than the minimum pattern dimension to be transferred using this apparatus. The imaging optical system is adjusted to be as follows. However, since it is impossible to reduce the error to zero, the distortion error has a unique value different for each exposure apparatus. Also, the strain generated by the wafer process has a certain tendency in the direction of expansion and contraction.
[0010]
Here, when the overlay error between two projection exposure apparatuses is estimated, even if the distortion error of each exposure apparatus is 50 [nm] or less, the overlay error between the two exposure apparatuses is an error. There is a possibility that it will be doubled to 100 [nm]. Further, the wafer distortion due to the wafer process also increases as the wafer size increases, and there is a possibility that an overlay error of several tens [nm] or more may occur. Therefore, it can be seen that the overlay error due to the distortion error has a very large value with respect to the above overlay accuracy.
[0011]
In order to suppress such an alignment error due to a distortion error between the projection exposure apparatuses, a method of using only a specific projection exposure apparatus for each lot has conventionally been used. As another method, a combination of projection exposure apparatuses is determined in advance such that an overlay error due to a distortion error falls within an allowable range, and a certain lot is processed using only the projection exposure apparatus in this combination. There is also a method.
[0012]
In addition, as a method of correcting the wafer distortion caused by the wafer process, the wafer distortion caused by the wafer process, specifically, the expansion and contraction of the chip array and the expansion and contraction of the chip size are measured in advance, or an exposure apparatus is used during the overlay exposure. There is a method in which distortion is measured, and these errors are corrected at the time of overlay exposure to transfer a pattern.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
In order to increase the overlay accuracy, it is desirable to minimize the distortion error of the imaging optical system and the wafer distortion due to the wafer process. However, it is impossible to make them zero due to manufacturing errors and the like. Normally, the imaging optical system is adjusted so that the distortion error over the entire exposure field falls within a certain allowable value range. The allowable value range at this time is smaller than the minimum pattern dimension to be transferred using this imaging optical system or the allowable overlay error in the solid-state element manufacturing process, for example, 100 nm or less, or 50 nm or less. Is required to be a very small value.
[0014]
The above-described distortion error has a unique value for each projection exposure apparatus. For this reason, the overlay error in the exposure chip between the plurality of projection exposure apparatuses may be deteriorated by the difference between the distortion errors between the apparatuses.
[0015]
For example, it is assumed that one exposure apparatus having a distortion error at a certain position in the exposure chip is 30 [nm] toward the center of the exposure chip and 50 [nm] is opposite to the center of the exposure chip in another exposure apparatus. . Regarding the overlay error between the two exposure apparatuses, even if the overlay error at another position in the exposure chip is 0 [nm], an error occurs at this position at 80 [nm]. Thus, it can be seen that the distortion error may be a major factor in the degradation of the overlay accuracy. Therefore, in order to improve the overlay accuracy, it is important to reduce the difference in distortion error between apparatuses.
[0016]
However, it is generally difficult to arbitrarily adjust only the distortion error of the imaging optical system. Therefore, in the processing of a certain lot, a method using only a specific exposure apparatus, or a combination of the exposure apparatuses in which the overlay error due to the difference of the distortion error is smaller, is determined. There is a method using only the exposure apparatus in the combination.
[0017]
By using these methods, it is possible to further reduce the overlay error. However, it is conceivable that the number of exposure apparatuses in the combination is insufficient or there is no appropriate combination in consideration of the actual apparatus use situation. In such a case, there has been a problem that a delay occurs in a device manufacturing process or a necessary overlay accuracy cannot be obtained. Also, since the projection exposure equipment to be used is determined for each lot, if the exposure work is stopped due to a problem with the exposure equipment, or if multiple lots have to be processed simultaneously depending on the manufacturing process, lot processing For example, there is a problem that the time required for manufacturing the element increases when the delay is caused, and the manufacturing cost increases as a result. Further, for example, when a projection exposure apparatus and an electron beam lithography apparatus are used in combination, there is a problem that the overlay accuracy is deteriorated due to a distortion error of the projection exposure apparatus.
[0018]
Further, regarding the wafer distortion, the expansion and contraction of the chip array can be corrected using different correction values in the X and Y directions by controlling the movement amount of the wafer stage. Since only the magnification error of the entire chip can be corrected, there is also a problem that correction cannot be performed when a non-linear wafer distortion occurs, for example, depending on the pattern to be superimposed.
[0019]
An object of the present invention is to provide a technique capable of suppressing deterioration of overlay accuracy due to distortion error and transferring a pattern with high overlay accuracy.
[0020]
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.
[0022]
The above problem is caused by distortion of an imaging optical system used in a mask pattern transfer method for transferring a mask pattern onto a substrate by projecting and exposing a mask pattern formed on a mask onto the substrate through an imaging optical system. A mask manufacturing method including a step of measuring an error, and a step of manufacturing a mask in which a mask pattern position is adjusted so as to correct the distortion error obtained by the measurement, and further obtaining a distortion error measurement result as a method of correcting the distortion. Is solved by a mask manufacturing method in which a mask pattern position is corrected using a value obtained by interpolating using, for example, a spline function using a value obtained by interpolating.
[0023]
[Action]
As described above, the distortion or distortion error of the substrate onto which the pattern is transferred can be a major factor in degrading the overlay accuracy. Therefore, it is important to reduce the influence of these errors in order to improve the accuracy. To suppress the shift of the transfer pattern position due to the distortion error, the mask pattern position may be corrected in advance so that the shift of the transfer pattern position is reduced. In addition, the amount of non-linear distortion of the substrate on which the pattern is to be superimposed and transferred is measured in advance, or immediately before the overlay exposure, or the amount of distortion of the substrate is predicted by calculation, and the mask pattern position is determined based on these results. What is necessary is just to correct further. As a result, it is possible to reduce the amount of misalignment between the transfer pattern position on the substrate and the mask pattern projection optical image, and as a result, the overlay error can be further reduced.
[0024]
An example of a process for manufacturing a mask with a corrected mask pattern position will be described with reference to FIG. First, step 1 for measuring a distortion error in an exposure chip of an exposure apparatus to be processed is performed. As a method for measuring the distortion error, various known methods can be used.
[0025]
For example, a substrate coated with a photosensitive resin is placed on a precise substrate stage having a position measuring means such as a laser interferometer, and a measurement reference pattern image projected at the center of an exposure field corresponding to the optical axis of the imaging optical system. Is exposed to a number of measurement positions on the substrate by driving the substrate stage in a stepping manner. Next, a large number of measurement reference pattern images are collectively exposed so as to be close to the measurement reference pattern at each measurement position in the exposure field, and after development processing, measurement is performed on each measurement position in the exposure field with respect to the measurement reference pattern position. There is a method of calculating the relative position of the reference pattern for use, and using the difference between the relative positions as a distortion error. Alternatively, a measuring method as described in JP-A-6-176999 can be used.
[0026]
Next, using the distortion error measurement value obtained by the above measurement, a step 2 of manufacturing a mask whose mask pattern position is corrected so as to compensate for the displacement of the transfer pattern position caused by the distortion error is performed. Here, it is impossible to measure the distortion error for every position in the exposure chip. Therefore, the value obtained from the peripheral distortion error measurement value may be used for correcting the mask pattern position at a portion other than the distortion error measurement point.
[0027]
For example, at a position between distortion error measurement points, the mask pattern position may be corrected so as to correct a value obtained by interpolating the measured value. There are various interpolation methods. For example, in the three-dimensional space, the x and y axes are made to coincide with the x and y axes on the substrate surface, and the z axis is considered as an x-direction error or a y-direction error of the distortion. A curved surface or a polyhedral surface passing through discrete points in a three-dimensional space, which is a value, may be obtained, and an error value z with respect to arbitrary x and y values may be obtained using this. As a method of expressing the curved surface or the polyhedral surface, for example, there is a method of expressing the surface by a polyhedral surface as shown in FIG. In the figure, reference numerals 21-1 to 21-9 denote distortion error measurement points, and reference numerals 22-1 to 22-9 three-dimensionally display the x component of the distortion error measurement value at each measurement point. The z-coordinate value of the point 24 on the polyhedron surface with respect to the position 23 may be used as an error value of this position, and the mask pattern position may be adjusted so as to correct this error.
[0028]
Here, the mask pattern to be subjected to position correction is determined by a method using an error value with respect to the center position or the position of the center of gravity of the mask pattern. As shown schematically in FIG. Is divided into a graphic 42 and a graphic 42-1 to 42-5 having a size of, and a method using an error value with respect to the center position 43, 43-1 to 43-5 or the position of the center of gravity of each graphic, an error obtained from a polyhedral surface There is a method in which an error value is displayed as a contour line using a value, and in a region divided by the contour line, an average value of error values serving as a boundary of the region is used as an error value of this region.
[0029]
Alternatively, for example, as shown schematically in FIG. 13, the z-axis direction is an error value with respect to the x and y coordinates, and the error value is three-dimensionally expressed using a spline curved surface using a spline function. There is also a method of correcting the error value by using the following method. In FIG. 13, reference numerals 21-1 to 21-9 denote distortion error measurement points, and reference numerals 22-1 to 22-9 three-dimensionally display the x component of the distortion error measurement value at each measurement point. The z-coordinate value of the point 25 on the curved surface with respect to the position 23 may be used as an error value of this position, and the mask pattern position may be adjusted so as to correct this error.
[0030]
In general, by interpolating measurement data using a cubic spline function, a distortion error measurement result at an arbitrary position in the exposure field plane can be represented with practically sufficient accuracy. In addition, since a curved surface or a polyhedral surface in which the measurement error of the distortion error is smoothed can be obtained by using the spline function, the error can be corrected more smoothly.
[0031]
Here, an example of a method of correcting a measurement result using a spline function will be briefly described. Hereinafter, a method of correcting the x component: Dx of the distortion error (Dx, Dy) will be described, but the same applies to the y component: Dy. The x component Dx (i, j) of the distortion error is represented by grid points (xi, yi) (i = 0,1,2, ..., I; j = 0,1,2, ...,) in the region within the exposure chip. , J). Further, it is assumed that the exposure chip area is defined by a = x0 ≦ x ≦ xI = b and c = y0 ≦ y ≦ yJ = d. At this time, an (m-1) -order spline function S (x, y) passing through the measured value is obtained. In practice, a measured value can be sufficiently interpolated and represented by a cubic spline function, so that a cubic spline function is determined here. The internal nodes in the x direction are
[0032]
(Equation 1)
Figure 0003561556
[0033]
The internal node in the y direction is
[0034]
(Equation 2)
Figure 0003561556
[0035]
And At this time, in the x direction,
[0036]
(Equation 3)
Figure 0003561556
[0037]
In the y direction,
[0038]
(Equation 4)
Figure 0003561556
[0039]
Suppose that The spline function S (x, y) can be represented using a set of basis functions. This basis function can be formed by a tensor product of one-dimensional basis functions. 2m additional nodes in the x direction to create the required basis functions
[0040]
(Equation 5)
Figure 0003561556
[0041]
Are similarly added in the y direction by 2m additional nodes.
[0042]
(Equation 6)
Figure 0003561556
[0043]
Are introduced respectively. Thus, the spline function S (x, y) becomes
[0044]
(Equation 7)
Figure 0003561556
[0045]
Can be expressed as Here, Nmi (x) and Nmj (y) are
[0046]
(Equation 8)
Figure 0003561556
[0047]
And a normalized m-th order ((m−1) th order) B-spline (or fundamental spline). The value of the B-spline can be calculated by the following recurrence formula.
[0048]
(Equation 9)
Figure 0003561556
[0049]
(Equation 10)
Figure 0003561556
[0050]
In order for the equation (7) to be an interpolation function of the given measured value,
[0051]
(Equation 11)
Figure 0003561556
[0052]
It should just be. Equation (11) is a system of linear equations with Cij as an unknown, and has a unique solution under the conditions of Equations (3), (4) and (5). By solving (Equation 11), S (x, y) can be obtained.
[0053]
The calculation of the interpolation value Dxs at a certain position (Xs, Ys) may be performed as follows. First, a small region R in which (Xs, Ys) enters,
[0054]
(Equation 12)
Figure 0003561556
[0055]
Find out. Then, from the locality of the B-spline,
[0056]
(Equation 13)
Figure 0003561556
[0057]
As a result, the interpolation value Dxs = S (Xs, Ys) is obtained. The mask pattern position may be corrected using this value.
[0058]
Alternatively, regions may be classified for each certain error value change using the distortion error measurement result, and the correction amount may be determined for each region. For example, as schematically shown in FIG. 3, the mask pattern area is classified for each distortion error 10 [nm] centered on the error value 0 [nm], and the error is, for example, 15 [nm] to 25 [nm]. It is sufficient to correct the mask pattern position by -10 [nm] for the mask pattern in the region. In FIG. 3, as an example, a first region 61 having a distortion error of not less than -5 [nm] and less than +5 [nm] and a second region having an error of not less than +5 [nm] and less than +15 [nm] within a 20 [nm] square chip. 62, hereinafter, the third region 63 has an error of not less than +15 [nm] and less than +25 [nm], the fourth region 64 has an error of not less than +25 [nm] and less than +35 [nm], and the fifth region 65 has a difference of -15 [nm]. ] To less than -5 [nm], the sixth region 66 is a region having an error of -25 [nm] or more to -15 [nm], and the seventh region 67 is a region having an error of -35 [nm] to less than -25 [nm]. Represents. The error value in each area is 0 [nm] in the first area 61, the second area 62, the third area 63, the fourth area 64, the fifth area 65, the sixth area 66, In the region 67 of No. 7, +10 [nm], +20 [nm], +30 [nm], -10 [nm], -20 [nm], and -30 [nm] are used, respectively. The mask pattern position may be corrected using this value. This method may be performed for both the x and y components of the error.
[0059]
Further, as a simpler correction method, a first correction area 31 around the measurement point 33 is set as schematically shown in FIG. 4, and the correction value in this area is set at this measurement point. The mask pattern position may be corrected using the measured value to compensate for this. In this case, since the mask pattern position correction value may change discontinuously at the boundary between the first correction region 31 and the second correction region 32, the mask pattern after the mask pattern position correction has a discontinuous mask pattern. Might be. However, since the above-mentioned shift amount is usually several tens [nm] or less, which is a minute amount equal to or less than the resolution limit of a pattern writing apparatus such as an electron beam writing apparatus for writing a mask pattern during mask manufacturing, a continuous mask pattern is formed. It is possible.
[0060]
Incidentally, the reduced projection exposure method is a method of transferring a mask pattern on a substrate by reducing the pattern. At this time, the mask pattern reduction ratio is mainly 5: 1 at present, but 4: 1 or 2.5: 1 is also used. Since the dimension on the mask is the reciprocal multiple of the mask pattern reduction ratio, for example, when the reduction ratio is 5: 1, the dimension of the mask pattern for transferring the 0.4 [μm] pattern onto the substrate is 2.0 [ μm]. Similarly, in order to move the transfer pattern position on the wafer by 30 [nm], the mask pattern position may be moved by 150 [nm] on the mask. That is, it is possible to correct the mask pattern position with an accuracy that is an inverse multiple of the reduction ratio of the on-wafer dimension.
[0061]
Furthermore, if the pattern formed in advance on the substrate on which the mask pattern is superimposed and transferred has a pattern position distortion due to a wafer processing process such as a heat treatment process, the distortion amount is measured in advance, or the distortion amount is predicted by calculation. I do. The step 3 (FIG. 1) of further correcting the mask pattern position according to the pattern position distortion is performed using the obtained result.
[0062]
Step 4 (FIG. 1) of manufacturing a mask by correcting the mask pattern position as described above is performed. Further, by performing the step 5 (FIG. 1) of transferring the mask pattern using the manufactured mask in combination with the exposure apparatus, displacement of the transfer pattern position depending on the exposure apparatus and movement of the transfer pattern position due to wafer distortion are performed. Pattern transfer in which deviation has been corrected becomes possible. As a result, the overlay error can be kept small.
[0063]
It is preferable that a mask be manufactured for each exposure apparatus using the method described above and used for pattern transfer. However, it is not preferable in terms of cost to manufacture a mask for transferring the same pattern for each exposure apparatus. Therefore, when there is a combination of exposure apparatuses in which the difference between the distortion errors is sufficiently smaller than the overlay tolerance, it is possible to share one mask between these exposure apparatuses. For this purpose, as shown in FIG. 5, a step 51 for obtaining a combination of exposure apparatuses in which the difference between the distortion errors falls within an allowable range in advance, and an average value of the distortion errors of the exposure apparatuses obtained in the above step 51 are calculated. The process 52 for obtaining the mask and the process 53 for manufacturing a mask in which the mask pattern position is corrected using the average value of the distortion errors obtained in the process 52 may be performed. By performing the step 54 of transferring a pattern using the mask thus manufactured within the combination of the above-described exposure apparatuses, the overlay accuracy can be suppressed to an allowable value.
[0064]
In order to further improve the overlay accuracy, it is necessary to correct pattern distortion caused by wafer distortion caused by a wafer process such as heat treatment. If wafer distortion has occurred due to the wafer process, measure this distortion amount in advance, or predict the wafer distortion by calculation in advance, and correct the mask pattern position according to the distortion amount obtained at the time of mask manufacturing. Do it.
[0065]
By the way, as a lithography method put to practical use other than the optical lithography method, there is an electron beam direct writing method. In the case of the electron beam drawing method, a pattern is drawn or transferred by moving a substrate stage on which a substrate is mounted and deflecting an electron beam. In the case of overlay drawing on a base pattern, for example, position mark patterns for overlay drawing are arranged at four corners of the drawing chip, and these positions are detected to correct the drawing position to draw the pattern. Therefore, if the overlay pattern of the base is transferred by the projection exposure apparatus and the mark pattern positions in all four corners are displaced due to a distortion error, the drawing pattern position also causes an error due to the mark pattern position error. Would.
[0066]
It is possible to correct this error on the electron beam lithography apparatus side, but the error characteristics of each exposure apparatus and the correction value for each wafer lot must be input to the electron beam lithography apparatus. On the other hand, in the above method, the combination of the mask and the exposure apparatus may be determined, so that the process is simpler.
[0067]
【Example】
Hereinafter, examples of the present invention will be described.
[0068]
(Example 1)
The present embodiment describes a circuit pattern processing process of a 256 megabit DRAM (dynamic random access memory) class semiconductor large-scale integrated circuit having a minimum design dimension of 0.25 [μm] and a chip size of 20 [mm] × 20 [mm]. I do.
[0069]
In the present embodiment, pattern transfer was performed using a KrF excimer laser stepper (projection exposure apparatus) with NA = 0.55 [reduction ratio 5: 1, exposure wavelength 248 [nm]].
[0070]
FIG. 6 schematically shows a measurement result of a distortion error in a 20 [nm] square exposure chip of the first KrF excimer laser stepper used in this embodiment. In this example, distortion errors were measured at grid points of 5 rows and 5 columns (5 mm pitch) in a 20 [nm] square chip. In the figure, the distortion error measurement value at each lattice point position is schematically shown by the direction and length of the vector. FIG. 7 shows the distortion error measurement results at each lattice point position. The row and column numbers indicate the numbers obtained by counting each grid point position from the upper left of the chip. As a result of the measurement, in the two-dimensional xy coordinate system on the wafer surface, a distortion error of −10 [nm] in the x direction and +44 [nm] in the y direction at the position 21 (the position of the first row and the first column) in the exposure field. Measured.
[0071]
The mask pattern position was corrected using the distortion error measurement result. For example, the mask pattern position arranged at the position 21 ′ on the mask corresponding to the position 21 is shifted by +50 [nm] in the x direction and −220 [nm] in the y direction. At the position between the measurement points of the distortion error, the mask pattern position was corrected so as to correct the error value obtained by interpolating the distortion error measurement values of the adjacent measurement points using a spline function. The mask pattern positions were similarly corrected for other positions, and the first mask was manufactured.
[0072]
Using the mask manufactured as described above, the first circuit pattern was transferred onto a substrate that had been subjected to a predetermined process. After performing a predetermined circuit pattern processing step, the second circuit pattern was transferred using a second stepper.
[0073]
FIG. 8 schematically shows a measurement result of a distortion error in a 20 mm square exposure chip of the second KrF excimer laser stepper used in this embodiment. In this example, the distortion error was measured at grid points of 5 rows and 5 columns (5 [mm] pitch) in a 20 [mm] square chip. In the figure, the distortion error value at each grid point position is schematically shown by the direction and length of the vector.
[0074]
FIG. 9 shows a distortion error measurement result at each lattice point position. The row and column numbers indicate the numbers obtained by counting each grid point position from the upper left of the chip.
[0075]
As a result of the measurement, in the two-dimensional xy coordinate system on the wafer surface, a distortion error of −34 [nm] in the x direction and −22 [nm] in the y direction at the position 31 (the position of the third row and the first column) in the exposure field. Was measured.
[0076]
The mask pattern position was corrected using the above measurement results. For example, the mask pattern position arranged at the position 31 'on the mask corresponding to the position 31 is shifted by +170 [nm] in the x direction and -110 [nm] in the y direction. Further, other mask pattern positions were corrected in the same manner as the first mask, and the second mask was manufactured.
[0077]
The second circuit pattern was superimposed on the first circuit pattern and transferred using the mask manufactured as described above. As a result of inspecting the transferred pattern using a scanning electron microscope, the overlay error between the first circuit pattern and the second circuit pattern was within a desired overlay error allowable range of 100 [nm] or less. The second circuit pattern could be transferred with high accuracy.
[0078]
FIG. 16 schematically shows a cross-sectional structure of a part of the MOS transistor portion, which is a part of the large-scale integrated circuit manufactured in this embodiment. The first mask transferred in the present embodiment was used in the step of forming the element isolation pattern 71, and the second mask was used in the step of forming the gate wiring pattern 72.
[0079]
By performing pattern transfer as described above, pattern arrangement errors due to distortion errors can be suppressed. As a result, it is possible to reduce the overlay error. Therefore, the production process yield of the solid state device can be improved.
[0080]
Further, since overlay errors can be reduced, variations in device characteristics due to overlay deviation can be suppressed, so that the yield of the manufacturing process can be improved and a high-performance solid-state device can be manufactured.
[0081]
In FIG. 16, reference numeral 70 denotes a substrate, 73 denotes an insulating film, 74 denotes a source region, and 75 denotes a drain region.
[0082]
(Example 2)
This embodiment describes a circuit pattern processing step of a 256-Mbit DRAM (dynamic random access memory) class large-scale integrated circuit having a minimum design dimension of 0.25 [μm] and a chip size of 20 [mm] × 20 [mm]. .
[0083]
In the present embodiment, the same first circuit pattern as that of the first embodiment is formed by using a krF excimer laser stepper (projection exposure apparatus) with NA = 0.55 [reduction ratio 5: 1, exposure wavelength 248 [nm]]. The process was transferred onto the processed substrate.
[0084]
The distortion error in the 20 mm square exposure chip of the KrF excimer laser stepper used in this example was measured. In the present embodiment, a distortion error was measured at grid points of 5 rows and 5 columns (5 [mm] pitch) in a 20 [mm] square chip, as in the first embodiment.
[0085]
FIG. 10 shows the difference between the above measurement result and the distortion error measurement result of the KrF excimer laser stepper used in Example 1. From the measurement results, the difference of the distortion error between the stepper used in the present embodiment and the first stepper used in the first embodiment is within ± 30 [nm], and 3 minutes of the allowable overlay error 100 [nm]. Of 1 or less. Therefore, in the present embodiment, the first circuit pattern is transferred using the first mask manufactured in the first embodiment.
[0086]
As a result of inspecting the transferred pattern by using a scanning electron microscope, the overlay error between the first circuit pattern and the base pattern formed in the previous process is less than a desired overlay error allowable range of 100 [nm] or less. Thus, the first circuit pattern could be transferred with good overlay accuracy.
[0087]
(Example 3)
This embodiment describes a circuit pattern processing step of a 256-Mbit DRAM (dynamic random access memory) class large-scale integrated circuit having a minimum design dimension of 0.25 [μm] and a chip size of 20 [mm] × 20 [mm]. .
[0088]
In the present embodiment, in the same manner as in the first embodiment, the first circuit pattern transfer for use in a KrF excimer laser stepper (projection exposure apparatus) with NA = 0.55 [reduction ratio 5: 1, exposure wavelength 248 [nm]] Was manufactured. Using the manufactured mask and the stepper, the first circuit pattern was transferred onto a substrate that had been subjected to a predetermined process. After performing a predetermined circuit pattern processing step, the second circuit pattern was transferred using a second stepper.
[0089]
In the present embodiment, the second circuit pattern was transferred using the same second KrF excimer laser stepper as in the first embodiment. FIG. 9 shows a distortion error measurement result at each lattice point position. The row and column numbers indicate the numbers obtained by counting each grid point position from the upper left of the chip.
[0090]
As a result of the measurement, in the two-dimensional xy coordinate system on the wafer surface, a distortion error of −34 [nm] in the x direction and −22 [nm] in the y direction at the position 31 (the position of the third row and the first column) in the exposure field. Was measured.
[0091]
The mask pattern position was corrected using the above measurement results. For example, the mask pattern position arranged at the position 31 ′ on the mask corresponding to the position 31 is shifted by +170 [nm] in the x direction and −110 [nm] in the y direction. Further, other mask pattern positions were corrected in the same manner as the first mask, and the second mask was manufactured.
[0092]
The second circuit pattern was superimposed on the first circuit pattern and transferred using the mask manufactured as described above. Inspection of the transferred pattern by using a scanning electron microscope revealed that the substrate was distorted, causing an overlay error as shown in FIG. The horizontal axis in the figure indicates the position on the x-axis of the xy coordinate system with the chip center as the origin, and the vertical axis indicates the amount of misalignment, and shows the measurement result of one transfer chip on the substrate. The dotted line in the figure represents the average value of the measured values of the overlay displacement in the chip. In the chips other than those shown in the figure, the average value of the amount of misalignment varied from -70 [nm] to +43 [nm]. From the measurement results, it was found that an overlay deviation value of less than the desired overlay tolerance of ± 80 [nm] was not obtained, and as shown in FIG. nm], which is larger than the overlay deviation allowable range, so that the mask pattern position of the second mask is further corrected using the overlay error measurement result. That is, the mask pattern position corrected using the distortion error measurement result was further corrected so as to correct the overlay error shown in FIG. A second mask for transferring a second circuit pattern was manufactured again using the mask pattern data whose pattern position was corrected as described above.
[0093]
Using the mask manufactured as described above, the second circuit pattern was superimposed and transferred onto the first circuit pattern. As a result of inspecting the transferred pattern using a scanning electron microscope, the overlay error between the first circuit pattern and the second circuit pattern was within a desired overlay error allowable range ± 80 [nm] or less. The second circuit pattern could be transferred with alignment accuracy.
[0094]
By performing the pattern transfer as described above, it is possible to suppress a pattern arrangement error due to a distortion error and a substrate distortion. As a result, it is possible to reduce the overlay error. Therefore, the production process yield of the solid state device can be improved.
[0095]
Further, since overlay errors can be reduced, variations in device characteristics due to overlay deviation can be suppressed, so that the yield of the manufacturing process can be improved and a high-performance solid-state device can be manufactured.
[0096]
(Example 4)
This embodiment describes a circuit pattern processing step of a large-scale integrated circuit of a 64-megabit DRAM (dynamic random access memory) class having a minimum design dimension of 0.3 [μm] and a chip size of 20 [mm] × 20 [mm]. .
[0097]
In this embodiment, the first circuit pattern is formed on a substrate that has been subjected to a predetermined process by using an i-line stepper (projection exposure apparatus) with NA = 0.63 [reduction ratio 5: 1, exposure wavelength 365 [nm]]. Transferred to
[0098]
FIG. 11 shows a measurement result of a distortion error in a 20 mm square exposure chip of the i-line exposure apparatus used in this embodiment. In the present example, distortion errors were measured at grid points of 5 rows and 5 columns (5 [mm] pitch) in a 20 mm square chip.
[0099]
A mask was manufactured by correcting the mask pattern position using the above measurement results. The first circuit pattern was transferred using the manufactured mask.
[0100]
After processing the predetermined circuit pattern processing step, the second circuit pattern was transferred using an electron beam direct drawing apparatus. FIG. 12 schematically shows the arrangement positions of the position mark patterns used for the overlay drawing. Mark patterns 11 for overlay drawing were arranged at four corners of the chip 10. This mark pattern is formed simultaneously with the processing of the first circuit pattern.
[0101]
The second circuit pattern was drawn and transferred while correcting the pattern drawing position by detecting the position mark pattern. After the pattern transfer, when the overlay error between the first circuit pattern and the second circuit pattern was measured using a scanning electron microscope, it was found that the overlay error was larger than 100 [nm]. Did not. That is, the overlay error between the two patterns was 100 nm or less, which is the allowable overlay error range, and the desired overlay accuracy was achieved.
[0102]
By manufacturing a large-scale integrated circuit device as described above, a predetermined pattern can be processed with a desired overlay accuracy, so that the device can be manufactured with a high yield.
[0103]
(Example 5)
In this embodiment, the distortion error was measured in the same manner as in the first embodiment, and the distortion error in the x and y directions at an arbitrary position in the pattern transfer area was obtained from the measurement result by using a spline function using a spline curved surface. The value thus obtained was divided into regions for each error value of 10 [nm], and the mask pattern position was corrected so that each region was corrected for the amount of error. Note that the amount of change in the error value when dividing the region is not limited to 10 [nm]. However, considering the correction accuracy of the mask pattern position, it is necessary to set it at least equal to or less than the required overlay accuracy in the solid-state device manufacturing process. No.
[0104]
A method of correcting a mask pattern position in the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows the x component of the distortion error value, but the y component can be similarly expressed. 3, a region 61 on the mask has a distortion error value of -5 [nm] or more and less than 5 [nm], and a region 62 has a distortion error value of 5 or more and less than 15 [nm], a region 63 or less. Numerals 64 denote regions of 15 to less than 25 [nm] and 25 to 35 [nm], respectively. Similarly, the region 65 represents a region from -15 to less than -5 [nm], the region 66 represents a region from -25 to less than -15 [nm], and the region 67 represents a region from -35 to less than -25 [nm]. In the exposure apparatus used in this example, the x component of the distortion error in the exposure area was less than ± 35 [nm].
[0105]
Therefore, when the mask pattern is drawn in the region 61 during the manufacture of the mask, the mask pattern position is not corrected for the x-direction component. In addition, when drawing in the area 62, the drawing position of −10 [nm] was corrected for the x-direction component. Similarly, for other regions, the mask pattern drawing position was corrected so as to correct the intermediate value of the distortion error range of each region. Note that the correction was similarly made for the y direction component.
[0106]
Using the mask manufactured as described above, the first circuit pattern was transferred onto a substrate that had been subjected to a predetermined process. After processing the predetermined circuit pattern processing step, the second circuit pattern was transferred using an electron beam direct drawing apparatus. The position of the position mark pattern used for the superimposed drawing is the position schematically shown in FIG. In addition, mark patterns 11 for overlay drawing are arranged at four corners of the chip 10. The mark pattern 11 is formed at the same time as the first circuit pattern processing.
[0107]
The second circuit pattern was drawn and transferred while correcting the pattern drawing position by detecting the position mark pattern. After the pattern transfer, when the overlay error between the first circuit pattern and the second circuit pattern was measured using a scanning electron microscope, it was found that the overlay error was larger than 100 [nm]. Did not. That is, the overlay error between the two patterns was 100 nm or less, which is the allowable overlay error range, and the desired overlay accuracy was achieved.
[0108]
By manufacturing a large-scale integrated circuit device as described above, a predetermined pattern can be processed with a desired overlay accuracy, so that the device can be manufactured with a high yield.
[0109]
(Example 6)
This embodiment describes a circuit pattern processing step of a 256-Mbit DRAM (dynamic random access memory) class large-scale integrated circuit having a minimum design dimension of 0.25 [μm] and a chip size of 20 [mm] × 20 [mm]. .
[0110]
In this embodiment, a substrate obtained by subjecting a first circuit pattern to a predetermined process using a KrF excimer laser stepper (projection exposure apparatus) with NA = 0.55 [reduction ratio 5: 1, exposure wavelength 248 [nm]] Transcribed above. After performing a predetermined circuit pattern processing step, the second circuit pattern was transferred using a second stepper.
[0111]
In the present embodiment, the second circuit pattern was transferred using the same second KrF excimer laser stepper as in the first embodiment. FIG. 9 shows a distortion error measurement result at each lattice point position. The row and column numbers indicate the numbers obtained by counting each grid point position from the upper left of the chip. As a result of the measurement, in the two-dimensional xy coordinate system on the wafer surface, for example, at the position 31 (the position of the 31st row and the 1st column) in the exposure field, the distortion is −34 [nm] in the x direction and −22 [nm] in the y direction. The error was measured.
[0112]
On the other hand, it has been found from preliminary studies that the position of the circuit pattern formed on the substrate is complicatedly distorted in the chip as shown in FIG. 17 due to the element manufacturing process. Here, the horizontal axis of the graph in FIG. 17 indicates the position on the y-axis when the two-dimensional xy coordinate system is taken in a direction parallel to each side of the chip with the center of the chip as the origin. The vertical axis indicates the amount of deviation of the circuit pattern position from the resist pattern position transferred for processing the circuit pattern in the element manufacturing process. The figure shows a case where a circuit pattern obtained by processing a material that causes wafer distortion is arranged in a 15 [mm] square area 82 in a 20 [mm] square chip 81.
[0113]
FIG. 18 shows a case where the center position of the region 82 is arranged so as to coincide with the center position of the chip 81, and the size of the region 82 is changed from 0 [mm] square to 20 [mm] square. It shows the expansion and contraction rate of the chip dimensions of the chip 81 (change rate of chip magnification). The horizontal axis in the drawing represents the size of the region 82. Here, the circuit pattern in the region 82 was the same as a line and space pattern that is periodic in the x direction. As shown in FIG. 18, it was also found that the difference in the expansion and contraction ratio of the chip 81 between the x direction and the y direction was about 0.5 [ppm] at maximum.
[0114]
In this embodiment, since the size of the region 82 is 15 [mm] square, a chip magnification error in the x direction is -0.6 [ppm] and a chip magnification error in the y direction is -0.9 [ppm]. The chip size of the mask pattern was corrected. Note that the expansion / contraction rate of -0.6 [ppm] corresponds to a contraction of about 11 [nm] with respect to the on-chip size of 18 [mm]. . Further, as shown in FIG. 17, since the pattern position changes within the chip, the circuit pattern position on the mask was corrected so as to correct this positional deviation. Further, mask pattern data was corrected in the same manner as in Example 1 so as to correct the above-described distortion error.
[0115]
A second mask for transferring a second circuit pattern was manufactured using the mask pattern data corrected as described above.
[0116]
The second circuit pattern was superimposed on the first circuit pattern and transferred using the manufactured mask. As a result of inspecting the transferred pattern using a scanning electron microscope, the overlay error between the first circuit pattern and the second circuit pattern was within a desired overlay error allowable range ± 80 [nm] or less. The second circuit pattern could be transferred with alignment accuracy.
[0117]
By performing the pattern transfer as described above, it is possible to suppress the pattern arrangement error due to the distortion error and the substrate distortion. As a result, it is possible to reduce the overlay error. Therefore, the production process yield of the solid state device can be improved.
[0118]
Furthermore, since overlay errors can be reduced, variations in device characteristics due to overlay errors can be suppressed, so that the yield of the manufacturing process can be improved and high-performance solid-state devices can be manufactured.
[0119]
FIG. 19 shows an example of the configuration of a stepper (projection exposure apparatus) used in the embodiment of the present invention.
[0120]
As shown in FIG. 19, light emitted from the light source 131 illuminates the mask 136 via the fly-eye lens 132, the condenser lens 133, the mirror 134, and the condenser lens 133. A pellicle 137 is provided on the mask 136 for preventing a pattern transfer failure due to foreign matter adhesion. The mask pattern drawn on the mask 136 is projected onto a wafer 139 as a sample substrate via a projection lens 138. The mask 136 is placed on the mask stage 148 controlled by the mask position control means 147, and the center of the mask 136 and the optical axis of the projection lens 138 are accurately aligned. The wafer 139 is vacuum-sucked on the sample stage 140. The sample stage 140 is mounted on a Z stage 141 movable in the optical axis direction of the projection lens 138, that is, in the Z direction (vertical direction), and further mounted on an XY stage 142. The Z stage 141 and the XY stage 142 are driven by the respective driving units 113 and 114 in accordance with a control command from the main control system 149, and can be moved to a desired exposure position. The position of the mirror 146 fixed to the Z stage 141 is accurately monitored by the laser length measuring device 145. In addition, the surface position of the wafer 139 is measured by a focus position detection unit included in a normal exposure apparatus. By driving the Z stage 141 according to the measurement result, the surface of the wafer 139 can always be made to coincide with the image plane of the projection lens 138.
[0121]
As described above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the above embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and can be variously modified without departing from the gist thereof. Of course.
[0122]
【The invention's effect】
The effects obtained by the typical inventions among the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
[0123]
As described above, according to the present invention, it is possible to transfer a pattern with high overlay accuracy while suppressing degradation of overlay accuracy due to distortion errors.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a process chart showing a mask manufacturing process according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a mask pattern correction method according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a mask pattern correction method according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic view showing a mask pattern correction method according to the present invention.
FIG. 5 is a process chart showing a mask manufacturing process according to the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a distortion error measurement result of a first stepper according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating a measurement result of a distortion error of a first stepper according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a measurement result of a distortion error of a second stepper according to the first embodiment.
FIG. 9 is a diagram illustrating a distortion error measurement result of a second stepper according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating a measurement result of a difference between distortion errors of two steppers according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram illustrating a measurement result of a distortion error of a stepper according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a schematic diagram illustrating an arrangement of a position mark pattern according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a schematic view showing a mask pattern correction method according to the present invention.
FIG. 14 is a schematic view showing a mask pattern correction method according to the present invention.
FIG. 15 is a diagram showing a measurement result of an overlay error measured in Example 3 of the present invention.
FIG. 16 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a part of a MOS transistor section mounted on a large-scale integrated circuit.
FIG. 17 is a schematic diagram showing a pattern position shift amount of a circuit pattern formed on a substrate.
FIG. 18 is a schematic diagram showing a rate of change in expansion and contraction of a chip formed on a substrate in a two-dimensional direction.
FIG. 19 is a schematic configuration diagram showing an example of a configuration of a stepper used in the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1. Step of measuring a distortion error, 2. Step of correcting a mask pattern position using the above result, 3. Step of correcting a mask pattern position according to pattern position distortion on a substrate, 4. Step of manufacturing a mask 5, a step of transferring a mask pattern;
10: chip, 11: position mark,
21-1,21-2,21-3,21-4,21-5,21-6,21-7,21-8,21-9,22-1,22-2,22-3,22- 4, 22-5, 22-6, 22-7, 22-8, 22-9 ... measured value, 23 ... pattern position, 24, 25 ... error value,
31: first correction area, 32: second correction area, 33: measurement point, 41: mask pattern,
42... Figures, 2-1, 42-2, 42-3, 42-4, 42-5... Figures, 43... Figure center positions, 43-1, 43-2, 43-3, 43-4, 43 -5: center position of the figure,
51: a step of obtaining a combination of exposure apparatuses, 52: a step of obtaining an average of distortion errors of the exposure apparatus group, 53: a step of manufacturing a mask with a corrected mask pattern position, 54: pattern transfer using the manufactured mask Process,
Reference numeral 60: chip, 61: first area, 62: second area, 63: third area, 64: fourth area, 65: fifth area, 66: sixth area, 67: seventh Area of the
70: substrate, 71: element isolation pattern, 72: gate wiring pattern, 73: insulating film, 74: source region, 75: drain region.

Claims (9)

マスク上に形成されたマスクパタンを結像光学系を介して基板上に投影露光することにより、前記基板上に形成されたパタンに該マスクパタンを重ね合わせ転写するパタン転写方法で用いるマスクの製造方法において、
前記結像光学系を介して前記基板上に投影されたマスクパタン投影像の結像位置と前記基板上に形成されたパタンとの重ね合わせ誤差を小さくするように、マスクパタン位置に対する露光チップ内のマスクパタン投影像結像位置のずれと前記基板上に形成されたパタンのウエハ処理プロセスにより生じる露光チップ内のパタン位置歪みを、被重ね合わせパタンを基板に露光・処理し、それを測定することによって求めて補正するように前記マスクパタンのマスク上の位置を調整する工程を含み、
前記マスクパタン位置に対する露光チップ内のマスクパタン投影像結像位置のずれの補正および前記基板上に形成されたパタンのウエハ処理プロセスにより生じる露光チップ内のパタン位置歪み補正は、前記露光チップ内に想定した行列の格子点位置でのディストーションの測定結果を用いることを特徴とするマスクの製造方法。
Manufacturing of a mask used in a pattern transfer method of overlaying and transferring a mask pattern formed on a mask onto a pattern formed on the substrate by projecting and exposing the mask pattern on the substrate via an imaging optical system In the method,
So as to reduce the overlay error between the formed image and the imaging position of the mask pattern projected image projected onto the substrate via an optical system onto the substrate pattern, the exposure chip relative to the mask pattern position of the deviation of the mask pattern projected image imaging position, the path up position distortion of the exposure in the chip caused by wafer processing process pattern formed on the substrate, exposed and processed to be superimposed patterns on the substrate, it Adjusting the position of the mask pattern on the mask to be determined and corrected by measuring ,
The correction of the misalignment of the mask pattern projected image imaging position in the exposure chip relative to the mask pattern position, and Pa Tan displacement correction of exposure in a chip produced by the wafer processing process pattern formed on said substrate, said exposure chip Using a measurement result of a distortion at a lattice point position of a matrix assumed within the mask.
マスク上に形成されたマスクパタンを結像光学系を介して基板上に投影露光することにより、前記基板上に形成されたパタンに該マスクパタンを重ね合わせ転写するパタン転写方法で用いるマスクの製造方法において、
前記結像光学系を介して前記基板上に投影されたマスクパタン投影像の結像位置と前記基板上に形成されたパタンとの重ね合わせ誤差を小さくするように、前記結像光学系のディストーション誤差により生じる露光チップ内のマスクパタン投影像の結像位置歪みと前記基板上に形成されたパタンのウエハ処理プロセスにより生じる露光チップ内のパタン位置歪みを、被重ね合わせパタンを基板に露光・処理し、それを測定することによって求めて補正するように前記マスクパタンのマスク上の位置を調整する工程を含み、
前記結像光学系のディストーション誤差により生じる露光チップ内のマスクパタン投影像の結像位置歪みの補正および前記基板上に形成されたパタンのウエハ処理プロセスにより生じる露光チップ内のパタン位置歪み補正は、前記露光チップ内に想定した行列の格子点位置でのディストーションの測定結果を用いることを特徴とするマスクの製造方法。
Manufacturing of a mask used in a pattern transfer method of overlaying and transferring a mask pattern formed on a mask onto a pattern formed on the substrate by projecting and exposing the mask pattern on the substrate via an imaging optical system In the method,
So as to reduce the overlay error between the formed image and the imaging position of the mask pattern projected image projected onto the substrate via an optical system onto the substrate pattern, distortion of the imaging optical system exposing the imaging position distortion of the mask pattern projected image in the exposure chips caused by the error, the path up position distortions in the exposure chip caused by wafer processing process pattern formed on said substrate, to be superimposed patterns on the substrate Processing, adjusting the position of the mask pattern on the mask to determine and correct by measuring it ,
The correction of the imaging position distortion of the mask pattern projected image in the exposure chip caused by distortion error of the imaging optical system, and Pa Tan displacement correction of exposure in a chip produced by the wafer processing process pattern formed on the substrate Is a method for manufacturing a mask, wherein a measurement result of distortion at a lattice point position of a matrix assumed in the exposure chip is used.
請求項1又は2に記載のマスクの製造方法において、前記結像光学系のディストーション誤差の測定結果を補間して求めた値を用いてマスクパターン位置を調整することを特徴とするマスクの製造方法。3. The method of manufacturing a mask according to claim 1, wherein the mask pattern position is adjusted using a value obtained by interpolating a measurement result of a distortion error of the imaging optical system. . 請求項3に記載のマスクの製造方法において、前記結像光学系のディストーション誤差の測定結果をスプライン関数を用いて補間することを特徴とするマスクの製造方法。4. The method according to claim 3, wherein a measurement result of the distortion error of the imaging optical system is interpolated using a spline function. 熱処理を含む処理工程と、投影露光装置を用いてパタン形成を行う工程とを有する固体素子の製造方法において、
前記熱処理を含む処理工程に起因して生じる基板上に形成されたパタンの露光チップ内のパタン位置歪みを、被重ね合わせパタンを基板に露光・処理し、それを測定することによって求めた非線型歪み量及び前記投影露光装置の結像光学系に起因する露光チップ内のパタン結像位置のずれをあらかじめ考慮してパタン位置が補正されたマスクを準備する工程と、
前記熱処理を含む処理工程に起因して生じる基板上に形成されたパタンの露光チップ内の非線型歪み量の補正および前記熱処理を含む処理工程を経た基板上に前記投影露光装置により前記マスクのパタンを転写する工程とを有し、
前記投影露光装置の結像光学系に起因する露光チップ内のパタン結像位置のずれの補正は、前記露光チップ内に想定した行列の格子点位置でのディストーションの測定結果を用いることを特徴とする固体素子の製造方法。
In a method of manufacturing a solid-state device having a processing step including a heat treatment and a step of forming a pattern using a projection exposure apparatus,
The pattern position distortion in the exposure chip of the pattern formed on the substrate caused by the processing step including the heat treatment, the non-linear type obtained by exposing and processing the pattern to be overlapped on the substrate, and measuring the same. A step of preparing a mask whose pattern position has been corrected in advance in consideration of the amount of distortion , and the shift of the pattern imaging position in the exposure chip due to the imaging optical system of the projection exposure apparatus,
Correction of the amount of nonlinear distortion in the exposure chip of the pattern formed on the substrate resulting from the processing step including the heat treatment , and the projection exposure apparatus on the substrate that has undergone the processing step including the heat treatment. Transferring a pattern,
Correction of the shift of the pattern imaging position in the exposure chip due to the imaging optical system of the projection exposure apparatus is characterized by using the measurement result of the distortion at the lattice point position of the matrix assumed in the exposure chip. Manufacturing method of a solid state device.
請求項5に記載の固体素子の製造方法において、前記マスクのパタンは、ゲート配線パタンであることを特徴とする固体素子の製造方法。6. The method according to claim 5, wherein the pattern of the mask is a gate wiring pattern. 第1の投影露光装置及び第2の投影露光装置を用いてパタン形成を行う固体素子の製造方法であって、
第1の基板を準備する工程と、
前記第1の投影露光装置の結像光学系に起因する露光チップ内のパタン投影結像位置のずれを予め考慮してパタン位置が補正された第1のマスクを準備する工程と、
前記第1のマスクを用いて第2の基板に第1の回路パタンを形成し、前記第2の基板に所定のプロセス処理を行ない、前記第2の投影露光装置の結像光学系に起因する露光チップ内のパタン投影結像位置のずれを予め考慮してパタン位置が補正された第2のマスクを用いて前記第1の回路パタンが形成された前記第2の基板に第2の回路パタンを形成し、前記第1の回路パタンと前記第2の回路パタンとの重ね合わせ誤差を検査して前記第2の基板の露光チップ内の歪量を求め、前記第2のマスクに更に前記歪量を考慮してパタン位置を補正して製造された第3のマスクを準備する工程と、
前記第1の投影露光装置を用い、前記第1のマスクの第1の回路パタンを前記第1の基板に転写する工程と、
前記第1の基板を所定のプロセス処理する工程と、
前記第2の投影露光装置を用い、前記第3のマスクの第2の回路パタンを前記第1の基板に転写する工程とを有することを特徴とする固体素子の製造方法。
What is claimed is: 1. A method for manufacturing a solid-state device, comprising: forming a pattern using a first projection exposure apparatus and a second projection exposure apparatus;
Providing a first substrate;
A step of preparing a first mask whose pattern position has been corrected in advance by considering a shift of a pattern projection image forming position in an exposure chip due to an image forming optical system of the first projection exposure apparatus;
A first circuit pattern is formed on a second substrate using the first mask, a predetermined process is performed on the second substrate, and the first circuit pattern is caused by an imaging optical system of the second projection exposure apparatus. A second circuit pattern is formed on the second substrate on which the first circuit pattern is formed by using a second mask whose pattern position has been corrected in consideration of a shift in a pattern projection imaging position in an exposure chip in advance. Is formed, an overlay error between the first circuit pattern and the second circuit pattern is inspected to determine an amount of distortion in an exposure chip of the second substrate, and the distortion is further added to the second mask. Preparing a third mask manufactured by correcting the pattern position in consideration of the amount;
Transferring the first circuit pattern of the first mask to the first substrate using the first projection exposure apparatus;
Performing a predetermined process on the first substrate;
Transferring the second circuit pattern of the third mask to the first substrate by using the second projection exposure apparatus.
前記所定のプロセスは熱処理であることを特徴とする請求項7に記載の固体素子の製造方法。The method according to claim 7, wherein the predetermined process is a heat treatment. 前記第1の投影露光装置と前記第2の投影露光装置とは異なることを特徴とする請求項7又は8に記載の固体素子の製造方法。9. The method according to claim 7, wherein the first projection exposure apparatus is different from the second projection exposure apparatus.
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