JP2009170559A - Exposure device, and device manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板ステージを有する露光装置に関する。 The present invention relates to an exposure apparatus having a substrate stage.
露光装置における基板ステージの位置の幾何学的誤差は、例えば、基板ステージに取り付けられた平面ミラーの真直度、あるいは、この平面ミラーで反射させるレーザ光軸の平行度を原因として発生し、ミックスアンドマッチに影響を及ぼす。
そこで従来、例えば、以下の3つの方法でステージ位置の幾何学的誤差を計測補正していた。
特許3427113号公報(特許文献1)で提案されている第1の従来例の方法は、別の半導体露光装置によって基板であるウェハの全面にスコープ観察用マークを形成した計測用ウェハを用い、スコープ観察用マークを、順次、スコープで計測する。
この計測により、基板ステージの位置の幾何学的誤差を計測補正する。
特開2000−299278号公報(特許文献2)で提案されている第2の従来例の方法は、隣接ショットの一部領域に形成した重ね合せマークから、基板ステージの位置の幾何学的誤差を計測補正する。
特開2005−64268号公報(特許文献3)で提案されている第3の従来例の方法は、潜像レジストを塗布したウェハを使用することで、第2の従来例の方法の現像工程を省略した方法である。
Therefore, conventionally, for example, the geometric error of the stage position has been measured and corrected by the following three methods.
The method of the first conventional example proposed in Japanese Patent No. 3427113 (Patent Document 1) uses a measurement wafer in which a scope observation mark is formed on the entire surface of a wafer as a substrate by another semiconductor exposure apparatus. The observation marks are sequentially measured with a scope.
By this measurement, the geometric error of the position of the substrate stage is measured and corrected.
In the second conventional method proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-299278 (Patent Document 2), a geometric error in the position of the substrate stage is detected from an overlay mark formed in a partial region of an adjacent shot. Correct the measurement.
The method of the third conventional example proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 2005-64268 (Patent Document 3) uses the wafer coated with the latent image resist, so that the development process of the second conventional method is performed. This is an omitted method.
しかし、特許3427113号公報(特許文献1)の第1の従来例の方法は、計測マークを転写するときの基板ステージの位置誤差が不明であるため、マークの位置誤差が大きかった。
特開2000−299278号公報(特許文献2)の第2の従来例の方法は、基板ステージの位置誤差の影響を除去できる長所がある。
しかし、ウェハ全面のレジスト塗布、露光、現像、重ね合せマーク計測という工程が必要となるため、基板ステージの位置の幾何学的誤差の自動計測は困難であった。
そのため、ウェハ全面のレジスト塗布、露光、現像、重ね合せマーク計測という工程を必要とせず、高精度なステージ位置の幾何学的誤差を計測する方法が必要であった。
特開2005−64268号公報(特許文献3)の第3の従来例の方法は、現像工程を必要としないため、自動計測は可能であるが、露光の工程は省略できないため検査時間が長くなった。
そこで、本発明は、基板ステージの移動誤差を短時間で計測することを例示的目的とする。
However, in the method of the first conventional example of Japanese Patent No. 3427113 (Patent Document 1), since the position error of the substrate stage when transferring the measurement mark is unknown, the position error of the mark is large.
The method of the second conventional example of Japanese Patent Laid-Open No. 2000-299278 (Patent Document 2) has an advantage that the influence of the position error of the substrate stage can be removed.
However, since steps such as resist coating, exposure, development, and overlay mark measurement on the entire wafer surface are required, it is difficult to automatically measure the geometric error of the position of the substrate stage.
Therefore, there is a need for a method for measuring the geometric error of the stage position with high accuracy without requiring the steps of resist coating, exposure, development, and overlay mark measurement on the entire wafer surface.
The method of the third conventional example of Japanese Patent Laying-Open No. 2005-64268 (Patent Document 3) does not require a development process, and thus automatic measurement is possible. However, since the exposure process cannot be omitted, the inspection time becomes long. It was.
Accordingly, an object of the present invention is to measure the movement error of the substrate stage in a short time.
上記課題を解決するための本発明の露光装置は、基板を保持して移動される基板ステージと、前記基板ステージに保持された基板上のマークを撮像するスコープと、を有し、前記基板ステージに保持された基板を露光する露光装置であって、移動される前記基板ステージ上の計測用基板に配列された複数の第1マークを前記スコープに順次撮像させることにより、前記スコープを基準として前記複数の第1マークそれぞれの位置および回転量を算出し、算出された前記複数の第1のマークそれぞれの位置および回転量と、予め計測された前記複数の第1マークそれぞれの位置および回転量とに基づいて、前記基板ステージの移動誤差を算出する処理部と、を有することを特徴とする。 An exposure apparatus according to the present invention for solving the above-described problems includes a substrate stage that is moved while holding a substrate, and a scope that images a mark on the substrate held by the substrate stage, and the substrate stage An exposure apparatus that exposes a substrate held on the substrate stage, wherein the scope sequentially images a plurality of first marks arranged on a measurement substrate on the moved substrate stage, and the scope is used as a reference. The position and rotation amount of each of the plurality of first marks are calculated, the calculated position and rotation amount of each of the plurality of first marks, and the position and rotation amount of each of the plurality of first marks measured in advance, And a processing unit for calculating a movement error of the substrate stage.
本発明によれば、例えば、基板ステージの移動誤差を短時間で計測することができる。 According to the present invention, for example, the movement error of the substrate stage can be measured in a short time.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施例の露光装置を説明する。
半導体素子等のデバイスを製造する工程において、図1に示される本実施例の露光装置を用いて基板であるウェハ103を露光する。
すなわち、不図示の照明光学系により照明された原版であるレチクル(マスク)101に描画された回路等のパターンを、投影光学系102を介して基板であるウェハ103上に投影し転写する。
基板ステージであるウェハステージ104は、基板であるウェハ103を保持して移動される。
本実施例の露光装置における基板ステージの幾何学的誤差の計測方法においては、ウェハ103の代わりに、図2、図5に示される計測用基板である計測用ウェハ201,301を用いる。
計測用ウェハ201,301は、第1のマークであるスコープ観察用マーク203,303が、各々全面に配置され、スコープ観察用マーク203,303の位置が予め計測されて基板ステージであるウェハステージ104に載置される。
ウェハステージ104は、アクチュエータを内蔵し、ウェハステージ104の位置を高精度に計測するレーザ干渉計105の出力に基づき高精度に位置決めされる。
露光処理を終えたウェハ103は、様々な化学的処理や物理的処理を経た後に、再度の露光のため露光装置に投入される。
計測用ウェハ201,301上に設けられる第1のマークであるスコープ観察用マーク、または、第2のマークである重ね合わせられる検査マークの位置を、顕微鏡を含む計測器であるスコープ106で観察する。保持部109は、スコープ106を保持する。
スコープ106は、基板ステージであるウェハステージ104に保持された基板である計測用ウェハ201,301のマークを撮像する手段である。
Hereinafter, an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
In the process of manufacturing a device such as a semiconductor element, the wafer 103 which is a substrate is exposed using the exposure apparatus of this embodiment shown in FIG.
That is, a pattern of a circuit or the like drawn on a reticle (mask) 101 that is an original plate illuminated by an illumination optical system (not shown) is projected and transferred onto a wafer 103 that is a substrate via a projection
A
In the measurement method of the geometric error of the substrate stage in the exposure apparatus of the present embodiment,
In the
Wafer
The wafer 103 that has been subjected to the exposure process is subjected to various chemical processes and physical processes, and then loaded into the exposure apparatus for re-exposure.
The position of the scope observation mark, which is the first mark provided on the
The
処理部は、演算器107と制御器108とから成る。
処理部は、移動される基板ステージ上であるウェハステージ104上の計測用基板である計測用ウェハ201に配列された複数の第1マークであるスコープ観察用マーク203,205,207をスコープ106に順次撮像させる。
これにより、処理部は、スコープ106を基準として複数の第1マーク203,205,207それぞれの位置および回転量を算出する。
さらに、処理部は、算出された複数の第1のマーク203,205,207それぞれの位置および回転量と、予め計測された複数の第1マーク203,205,207それぞれの位置および回転量とに基づいて、ウェハステージ104の移動誤差を算出する。
演算器107は、スコープ106による計測に基づき、位置ずれ量を近似する線形な関係式のパラメータ(係数)を算出する。
この位置ずれ量は、上述の様々な処理およびウェハステージ104でのウェハチャッキング等に伴うウェハ103上の被露光領域であるショットまたはマークの位置ずれ量である。
この位置ずれ量とは、被露光領域群全体の並進、倍率および回転ならびに被露光領域内の並進、倍率および回転などの位置ずれ量の線形成分などをいう。
演算器107は、ウェハステージ104の目標位置を算出し、制御器108は、被露光領域の露光のため、演算器107により算出されたパラメータまたは目標位置の情報に基づき、ウェハステージ104の位置を制御する。
また、制御器108は、さらに、被露光領域内の位置ずれ量を示す情報に基づき、投影光学系102の投影倍率、ディストーション等の収差を制御する。
その場合、投影光学系102は、収差調整のために可動または変形可能な光学素子と、この光学素子を移動または変形させるためのアクチュエータとを含む収差調整手段を内蔵し、この収差調整手段は制御器108からの情報により動作する。
上述の構成の半導体露光装置では、各部品の取り付け精度も厳しく管理されて製造されるが、取り付けの位置精度は10μm、角度は10ppmが限度である。
このため、この取り付け精度の状態ではアッベ誤差を生じ、ウェハステージ104の位置のステージ格子誤差、配列誤差、ステッピング誤差などの幾何学的誤差を生じる。
The processing unit includes an
The processing unit uses the
Thereby, the processing unit calculates the position and the rotation amount of each of the plurality of
Further, the processing unit calculates the position and rotation amount of each of the plurality of
The
This misregistration amount is a misregistration amount of a shot or mark that is an exposed area on the wafer 103 due to various processes described above and wafer chucking on the
This misregistration amount refers to the linear component of the misregistration amount such as translation, magnification and rotation of the entire exposed region group and translation, magnification and rotation in the exposed region.
The
The
In that case, the projection
In the semiconductor exposure apparatus having the above-described configuration, the mounting accuracy of each component is strictly controlled, but the mounting position accuracy is limited to 10 μm and the angle is limited to 10 ppm.
For this reason, an Abbe error occurs in this state of attachment accuracy, and geometric errors such as a stage lattice error, an arrangement error, and a stepping error at the position of the
本実施例の露光装置における第1の基板ステージの幾何学的誤差の計測方法においては、図2に示される計測用基板である計測用ウェハ201を用いる。
この第1の基板ステージの幾何学的誤差の計測方法は、基板ステージであるウェハステージ104を移動しつつ、各々の第1のマークであるスコープ観察用マーク203をスコープ106で観察する。
次に、観察された第1のマークであるスコープ観察用マーク203の画像を解析する。
次に、スコープ106を基準とする平面上の第1のマークであるスコープ観察用マーク203の位置および回転量を計測する。
次に、計測された第1のマークであるスコープ観察用マーク203の位置および回転量と、予め計測されている第1のマークであるスコープ観察用マーク203の位置との差からウェハステージ104の幾何学的誤差を演算器107で算出する。
In the measurement method of the geometric error of the first substrate stage in the exposure apparatus of the present embodiment, the
In this geometric error measurement method of the first substrate stage, the
Next, an image of the
Next, the position and rotation amount of the
Next, from the difference between the measured position and rotation amount of the
図3は、計測用ウェハ201の一部を拡大表示したものであるが、任意の隣接重ね合せショット202の位置と回転量が正確に計測されている。
このため、位置と回転量が正確に計測された各ショット202に等しく第1のマークであるスコープ観察用マーク203も転写される。
図4に示されるように、第1のマークである理想的な位置にあるスコープ観察用マーク205は、理想的な位置にある隣接重ね合せのショット204に配置され、ショット中心を原点とする平面座標系Oの( x, y )の位置にある。
第1のマークである実際の位置にあるスコープ観察用マーク207は、実際の位置にある隣接重ね合せのショット206に配置される。
ショット204およびショット206において、ショット206の位置のずれdx,dyと回転量dθ が正確に計測されている。
このため、理想的な位置にあるスコープ観察用マーク205と、実際の位置にあるスコープ観察用マーク207の位置ずれ
бx, бyと回転量бθは、数式(1)(2)(3)で求めることができる。
FIG. 3 is an enlarged view of a part of the
Therefore, the
As shown in FIG. 4, the
The
In the
For this reason, the positional deviations бx and бy and the rotation amount бθ of the
さらに、各々の第1のマークであるスコープ観察用マーク205,207が、スコープ106が計測できる位置に来るよう、ウェハステージ104を移動して、スコープ観察用マーク205,207の位置を計測する。
このときの計測値がex,ey,eθ,であったとすると、真のウェハステージ104の位置誤差exo,eyo,eθo,は数式(4)(5)(6)で求めることができる。
Further, the position of the scope observation marks 205 and 207 is measured by moving the
If the measured values at this time are ex, ey, eθ, the true position errors ex o , ey o , eθ o of the
各々の第2のマーク203a,203bの重ね合せ誤差から計測用基板上である計測用ウェハ201上の各々のショット202の位置と回転量を算出する。
処理部である演算器107と制御器108は、部分的に重ね合された重ね合せ検査マークとして計測用基板である計測用ウェハ201に配列された複数の第2マーク203a,203bをスコープ106に順次撮像させる。
複数の第2マーク203a,203bそれぞれの重ね合せ誤差を計測することにより、予め計測された複数の第1マークであるスコープ観察用マーク205,207それぞれの位置および回転量を得る。
本実施例の露光装置は、そのマッチング精度を高精度な状態に維持する必要があり、定期的に基板ステージであるウェハ104の位置の幾何学的誤差を自動的に短時間で計測する。
これにより、基板ステージであるウェハ104の位置の幾何学的誤差を補正する。
The position and rotation amount of each shot 202 on the
The
By measuring the overlay error of each of the plurality of
The exposure apparatus of the present embodiment needs to maintain the matching accuracy in a high accuracy state, and automatically measures the geometric error of the position of the
Thereby, the geometric error of the position of the
本実施例の露光装置における第2の基板ステージの幾何学的誤差の計測方法においては、図5に示される計測用基板である計測用ウェハ301を用いる。
図6は計測用ウェハ301の一部を拡大表示したものであるが、任意の隣接重ね合せショット302,302の位置と回転量が正確に計測されている。
このため、位置と回転量が正確に計測された各ショット302に等しく第1のマークであるスコープ観察用マーク303も転写される。
こうすれば、スコープ観察用マーク303の位置のずれбx,бyも数式(1)(2)(3)で求めることができる。
そして、図2の第1の基板ステージの幾何学的誤差の計測方法と同じように、図5に示される計測用ウェハ301をウェハステージ104に搭載する。
次に、各々の第1マークであるスコープ観察用マーク303が、スコープ106により計測する位置に来るようウェハステージ104を移動してスコープ観察用マーク303の位置を計測する。
このときの計測値がex,ey,eθ,であるとすると、ウェハステージ104の真の位置誤差exo,eyo,eθo,は、数式(4)(5)(6)で求めることができる。
計測用基板である計測用ウェハ301は、計測用ウェハ301の全面に転写された隣接するショット302,302間で重ね合せられる第2のマークである303a,303bを形成する。
各々の第2のマークである303a,303bの重ね合せ誤差から計測用基板上である計測用ウェハ301上の各々のショット302の位置と回転量を算出する。
処理部である演算器107と制御器108は、部分的に重ね合された重ね合せ検査マークとして計測用基板である計測用ウェハ301に配列された複数の第2マーク303a,303bをスコープ106に順次撮像させる。
複数の第2マーク303a,303bそれぞれの重ね合せ誤差を計測することにより、予め計測された複数の第1マークであるスコープ観察用マーク303それぞれの位置および回転量を得る。
In the measurement method of the geometric error of the second substrate stage in the exposure apparatus of the present embodiment, a
FIG. 6 is an enlarged view of a part of the
Therefore, the
In this way, the displacement бx and бy of the position of the
Then, the
Next, the position of the
Measured value of this time ex, ey, When a E.theta,, true position error ex o of the
A
The position and rotation amount of each shot 302 on the
The
By measuring the overlay error of each of the plurality of
次に、図7及び図8を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。
図7は、デバイス(ICやLSIなどの半導体チップ、LCD、CCD等)の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造方法を例に説明する。
露光装置を用いてウェハを露光する工程と、前記ウェハを現像する工程とを備え、具体的には、以下の工程から成る。
ステップ1(回路設計)では半導体デバイスの回路設計を行う。
ステップ2(マスク製作)では設計した回路パターンに基づいてマスクを製作する。
ステップ3(ウェハ製造)ではシリコン等の材料を用いてウェハを製造する。
ステップ4(ウェハプロセス)は前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウェハ上に実際の回路を形成する。
ステップ5(組立)は、後工程と呼ばれ、ステップ4によって作製されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程(ダイシング、ボンディング)、パッケージング工程(チップ封入)等の組み立て工程を含む。
ステップ6(検査)では、ステップ5で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。
こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、それが出荷(ステップ7)される。
Next, an embodiment of a device manufacturing method using the above-described exposure apparatus will be described with reference to FIGS.
FIG. 7 is a flowchart for explaining how to fabricate devices (ie, semiconductor chips such as IC and LSI, LCDs, CCDs, etc.). Here, a semiconductor chip manufacturing method will be described as an example.
The method comprises the steps of exposing a wafer using an exposure apparatus and developing the wafer, and specifically comprises the following steps.
In step 1 (circuit design), a semiconductor device circuit is designed.
In step 2 (mask production), a mask is produced based on the designed circuit pattern.
In step 3 (wafer manufacture), a wafer is manufactured using a material such as silicon.
Step 4 (wafer process) is called a pre-process, and an actual circuit is formed on the wafer using the mask and the wafer by the above exposure apparatus using the lithography technique.
Step 5 (assembly) is referred to as a post-process, and is a process for forming a semiconductor chip using the wafer produced in step 4, and an assembly process such as an assembly process (dicing, bonding), a packaging process (chip encapsulation), or the like. including.
In step 6 (inspection), the semiconductor device manufactured in step 5 undergoes inspections such as an operation confirmation test and a durability test.
Through these steps, a semiconductor device is completed and shipped (step 7).
図8は、ステップ4のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
ステップ11(酸化)では、ウェハの表面を酸化させる。
ステップ12(CVD)では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。
ステップ13(電極形成)では、ウェハに電極を形成する。
ステップ14(イオン打込み)では、ウェハにイオンを打ち込む。
ステップ15(レジスト処理)では、ウェハに感光剤を塗布する。
ステップ16(露光)では、露光装置によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。
ステップ17(現像)では、露光したウェハを現像する。
ステップ18(エッチング)では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。
ステップ19(レジスト剥離)では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。
これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。
FIG. 8 is a detailed flowchart of the wafer process in Step 4.
In step 11 (oxidation), the surface of the wafer is oxidized.
In step 12 (CVD), an insulating film is formed on the surface of the wafer.
In step 13 (electrode formation), an electrode is formed on the wafer.
In step 14 (ion implantation), ions are implanted into the wafer.
In step 15 (resist process), a photosensitive agent is applied to the wafer.
Step 16 (exposure) uses the exposure apparatus to expose a circuit pattern on the mask onto the wafer.
In step 17 (development), the exposed wafer is developed.
In step 18 (etching), portions other than the developed resist image are removed.
In step 19 (resist stripping), the resist that has become unnecessary after the etching is removed.
By repeatedly performing these steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer.
101: レチクル 102: 投影光学系
103: ウェハ 104: ウェハステージ
105: レーザ干渉計 106: スコープ
107: 演算器 108: 制御器
201: 計測用ウェハ 202: 隣接重ね合せショット
203: スコープ観察用マーク
204: 隣接重ね合せショット
205: スコープ観察用マーク
206: 隣接重ね合せショット
207: スコープ観察用マーク
301: 計測用ウェハ
302: 隣接重ね合せショット
303: スコープ観察用マーク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101: Reticle 102: Projection optical system 103: Wafer 104: Wafer stage 105: Laser interferometer 106: Scope 107: Calculator 108: Controller 201: Measurement wafer 202: Adjacent overlay shot 203: Scope observation mark 204: Adjacent overlay shot 205: Scope observation mark 206: Adjacent overlay shot 207: Scope observation mark 301: Measuring wafer 302: Adjacent overlay shot 303: Scope observation mark
Claims (3)
前記基板ステージに保持された基板上のマークを撮像するスコープと、
を有し、前記基板ステージに保持された基板を露光する露光装置であって、
移動される前記基板ステージ上の計測用基板に配列された複数の第1マークを前記スコープに順次撮像させることにより、前記スコープを基準として前記複数の第1マークそれぞれの位置および回転量を算出し、算出された前記複数の第1のマークそれぞれの位置および回転量と、予め計測された前記複数の第1マークそれぞれの位置および回転量とに基づいて、前記基板ステージの移動誤差を算出する処理部と、
を有することを特徴とする露光装置。 A substrate stage that is moved while holding the substrate;
A scope for imaging a mark on a substrate held by the substrate stage;
An exposure apparatus for exposing a substrate held on the substrate stage,
By causing the scope to sequentially image a plurality of first marks arranged on the measurement substrate on the substrate stage to be moved, the position and rotation amount of each of the plurality of first marks are calculated with respect to the scope. Processing for calculating a movement error of the substrate stage based on the calculated positions and rotation amounts of the plurality of first marks and the positions and rotation amounts of the plurality of first marks measured in advance. And
An exposure apparatus comprising:
前記工程で露光された基板を現像する工程と、
を有することを特徴とするデバイス製造方法。 A step of exposing the substrate using the exposure apparatus according to claim 1;
Developing the substrate exposed in the step;
A device manufacturing method comprising:
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