JP2004079585A - Method for measuring imaging characteristics, and exposure method - Google Patents

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Shigeo Sakasai
逆井 成夫
Koji Kaise
貝瀬 浩二
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve measuring capabilities in the measurement of projection optical system imaging characteristics. <P>SOLUTION: The number of lines in a line and space pattern to be transcribed to a wafer is changed from 5 to 2 in this method for measuring imaging characteristics such as comatic aberration. This reduces the effect of defocusing of line widths or the like in the line pattern to be imaged on the wafer and also decreases the effect of reticle formation errors or the like, and enables a high-precision measurement of projection optical system imaging characteristics. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結像特性計測方法、及び露光方法に係り、更に詳しくは、投影光学系の結像特性を計測する結像特性計測方法、及びその結像特性計測方法によって結像特性が計測された投影光学系を用いて露光を行う露光方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、半導体素子又は液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する際に、フォトマスク又はレチクル(以下、「レチクル」と総称する)のパターンを、投影光学系を介して表面にフォトレジスト等の感光剤が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の物体上に転写する投影露光装置、例えばステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置(いわゆるステッパ)や、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光装置(いわゆるスキャニング・ステッパ)等が用いられている。
【0003】
この種の投影露光装置では、露光(レチクルパターンのウエハ上への転写)の際のフォーカスずれや投影光学系の収差によって投影像の精度が大きく変化してしまうため、投影光学系の最良フォーカス位置、収差等の結像特性を精度良く計測する技術が必要である。
【0004】
上記の投影光学系の最良フォーカス位置を計測する方法として、例えば、レジストが塗布されたウエハへ所定のパターンの試し焼きを行った後、そのウエハを現像し、前記パターンの線幅を例えばSEM(走査型電子顕微鏡)を用いて計測し、設計上の線幅値との比較を行うか、あるいは、フォーカス位置と線幅との関係を利用して、最良フォーカス位置を計測する技術(CD/フォーカス法)などがある。
【0005】
例えば、ステッパの場合、試し焼きにあたって、ウエハ上のショット領域の配列に関して、フォーカス位置を一定量ずつ変えながら、例えば5本の線状パターンを有するラインアンドスペース(以下、L/Sと略述する)のテスト用パターンをウエハ上に転写する。そして、現像後に形成された各ショット領域内の線状のレジストパターンの線幅を直ちに計測し、全てのショット中で最も線幅が小さくなっているショット領域を露光した際のフォーカス位置を、最良フォーカス位置として決定するのである。
【0006】
また、投影光学系の収差に関しては、上記のようにして決定された最良フォーカス位置で、ウエハ上に転写された5本のL/Sパターンを再度計測し、収差量を定義していた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体素子(集積回路)等は年々高集積化しており、これに伴い半導体素子等の製造装置である投影露光装置には、一層の高解像力、すなわち、より微細なパターンを精度良く転写できることが要求されるようになってきた。このことから、投影光学系の結像特性を計測するためのテスト用パターンも微細化してきている。このため、当然そのL/Sパターンの線幅も狭くなってきており、現状では約130nmとなっている。
【0008】
このように、テスト用パターンのL/Sパターンが、現状のレベルまで細くなると、ウエハ上に形成される5本のラインパターンの像のうち、両端の2本のラインパターンの像の線幅が、その内側の3本のラインパターンの像の線幅に比べて細くなるという現象が発生し、ある露光条件によっては、それらの像が完全に消滅してしまうことがあった。
【0009】
このような両端のラインパターンの像は、投影光学系の結像特性、特にコマ収差の計測にとっては重要な要素であり、テスト用パターンにおけるラインパターンを微細化しても、投影光学系の結像特性を精度良く計測することができる方法の出現が望まれている。
【0010】
本発明は、かかる事情の下になされたものであり、その第1の目的は、投影光学系の結像特性を計測する際の計測能力の向上を図ることができる結像特性計測方法を提供することにある。
【0011】
また、本発明の第2の目的は、高精度な露光を実現できる露光方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、第1面上のパターンを第2面上に投影する投影光学系(PL)の結像特性を計測する結像特性計測方法であって、所定間隔(D)をおいて配設された所定幅(L)を有する2つの所定パターン(LP1、LP2)によって形成されるマーク(DM〜DM)を前記第1面上に配置し、前記投影光学系を介して前記マークを前記第2面上に配置された物体(W)上に転写する露光工程と;前記物体上に形成された前記マークの像のサイズ(例えばL1、L2)を計測する計測工程と;前記計測されたマークの像のサイズに関する情報に基づいて前記投影光学系の結像特性を算出する算出工程と;を含む結像特性計測方法である。
【0013】
これによれば、所定間隔をおいて配設された所定幅を有する2つの所定パターンによって形成されるマークが物体上に転写され、そのマークの像のサイズに関する情報に基づいて投影光学系の結像特性が算出される。このようにすれば、5本のL/Sパターンのマークを用いたときよりも物体上に投影されるパターンの数が減るので、その所定パターンの像の形成精度に悪影響を与える他のパターンの数が少なくなる。そのため、デフォーカス量や上記のマークの製造誤差の大きさの変化に対する2つの所定パターンの像のサイズの変化の度合いが小さくなる。したがって、本発明の結像特性計測方法では、この2つの所定パターン像のサイズに対するデフォーカス量やマークの製造誤差等の他の要因の影響を低減し、投影光学系の結像特性を計測する際の計測能力の向上を図ることができる。
【0014】
なお、この場合において、上記のマークの像のサイズの計測は、物体を現像することなく物体上に形成された潜像に対して行っても良いし、上記のマークの像が形成された物体を現像した後、物体上に形成されたレジスト像、あるいはレジスト像が形成された物体をエッチング処理して得られる像(エッチング像)などに対して行っても良い。また、マークの像のサイズは、例えば露光装置のアライメント検出系(LSA系、あるいはアライメントマークの像を撮像素子上に結像する画像処理方式のアライメント検出系、いわゆるFIA(Field Image Alignment)系)などを用いて計測することとしても良い。なお、上記マークの像の形状は、線状や、菱形あるいは他の形状であってもよい。
【0015】
この場合、請求項2に記載の結像特性計測方法のごとく、前記所定間隔は、前記計測工程において、前記物体上に形成された前記マークの像における2つの所定パターンの像を互いに分離して計測可能な間隔であることとすることができる。
【0016】
本出願人による検討の結果、投影光学系の結像特性を算出するために上述のマークの像のサイズを計測する際には、マーク上の2つの所定パターンの間隔を狭くすればするほど、物体上に形成された像のサイズに基づいて投影光学系の結像特性を精度良く求めることができることを確認した。しかしながら、マーク上の2つの所定パターンの間隔をあまり狭くしすぎると、物体上に形成される2つの所定パターンの像の区別が困難となり、2つの所定パターンのサイズを計測することが不可能となる。したがって、マーク上の2つの所定パターンの間隔、すなわち所定間隔を、マーク上の2つの所定パターンの像を互いに分離して計測可能な間隔に設定しておく必要がある。
【0017】
この場合、請求項3に記載の結像特性計測方法のごとく、前記算出工程は、前記2つの所定パターンの像のサイズの差の情報に基づいて投影光学系の結像特性を算出することとすることができる。
【0018】
本発明の結像特性計測方法によって算出可能な投影光学系の結像特性として代表的なものにコマ収差がある。コマ収差は、物体上に形成された2つの所定パターンの像のサイズの差を指標値とすることができ、算出工程では、そのサイズの差の情報に基づいて投影光学系のコマ収差を計測する。
【0019】
また、この場合、請求項4に記載の結像特性計測方法のごとく、前記所定間隔は、前記サイズの差の情報に含まれる前記2つの所定パターンの像のサイズの差が、その情報に含まれるノイズ成分の大きさよりも大きくなるような間隔であることとすることができる。
【0020】
物体上に形成された2つの所定パターンの像の形成具合は、露光ドーズ量や投影光学系のフォーカス位置等の露光条件によって左右され、それらの像が形成されるときの露光条件と最適露光条件との差は、マークの像のサイズを計測する際のノイズ成分となる。さらに、マークの像のサイズの計測の際にも、その計測状態によって、マークの像のサイズに関する情報にノイズ成分が含まれるようになる。投影光学系のコマ収差を計測するためには、前述のように2つの所定パターンのサイズの差を算出することになるが、そのサイズの差の情報にも、前述のノイズ成分が含まれている。したがって、そのサイズの差の情報に含まれる差の値を抽出するためには、その情報に含まれるノイズ成分のレベルが、その差の値より小さくなっている必要がある。このノイズ成分のレベルは、マークにおける2つの所定パターンの間隔に左右されることが確認されており、本発明では、2つの所定パターンの間隔を上述のように規定する。
【0021】
上記請求項1又は2に記載の結像特性計測方法において、請求項5に記載の結像特性計測方法のごとく、前記算出工程では、前記投影光学系の結像特性として最良フォーカス位置、非点収差、球面収差、像面湾曲、及びコマ収差の少なくとも1つを、前記2つの所定パターンの像のサイズの情報に基づいて算出することとすることができる。
【0022】
上記請求項1〜5のいずれか一項に記載の結像特性計測方法において、請求項6に記載の結像特性計測方法のごとく、前記所定間隔は、前記所定パターンの所定幅と同程度でも良いが、所定幅よりも狭く設定されていることが好ましい。
【0023】
請求項7に記載の発明は、マスク(R)のパターンを、投影光学系(PL)を介して物体(W)上に転写する露光方法であって、請求項1〜6のいずれか一項に記載の結像特性計測方法によって前記投影光学系の結像特性を計測する工程と;前記計測された結像特性を考慮して露光の際の条件を調整して、前記マスクのパターンを前記物体上に転写する工程と;を含む露光方法である。
【0024】
これによれば、請求項1〜6のいずれか一項に記載の結像特性計測方法によって投影光学系の結像特性が精度良く計測される。そして、この計測された結像特性を考慮して露光の際の条件を調整して、マスクのパターンが物体上に転写される。露光条件の調整としては、例えば計測された結像特性に基づく投影光学系の結像特性の調整、結像特性に起因するマスクと物体とのアライメント誤差の調整などが代表的に挙げられる。いずれにしても、露光の際の条件が調整されるので、高精度な露光が可能となる。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図1〜図5に基づいて説明する。
【0026】
図1には、本発明に係る結像特性計測方法及び露光方法の実施に好適な一実施形態に係る露光装置100が示されている。この露光装置100は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置である。
【0027】
この露光装置100は、照明系IOP、マスクとしてのレチクルRを保持するレチクルステージRST(マスクステージ)、レチクルRに形成されたパターンの像を感光剤(フォトレジスト)が塗布された物体としてのウエハW上に投影する投影光学系PL、ウエハWを保持して2次元平面(XY平面)内を移動するXYステージ20(物体ステージ)、XYステージ20を駆動する駆動系22、及びこれらの制御系等を備えている。制御系は、装置全体を統括制御する主制御装置28を中心として構成されている。
【0028】
前記照明系IOPは、KrFエキシマレーザやArFエキシマレーザなどから成る光源と、オプティカルインテグレータ又はホモジナイザ(フライアイレンズ又はロッド型(内面反射型)インテグレータ、又は回折光学素子など)、リレーレンズ、可変NDフィルタ、コンデンサレンズ、レチクルブラインド(又はマスキングブレード)、及びダイクロイックミラー等(いずれも図示省略)を含む照明光学系とから構成されている。この照明系IOPは、回路パターン等が描かれたレチクルR上のレチクルブラインドで規定された投影光学系PLの視野内でX軸方向に細長い長方形のスリット状の照明領域を照明光ILによりほぼ均一な照度で照明する。
【0029】
前記レチクルステージRSTは、照明系IOPの図1における下方に配置されている。このレチクルステージRST上には不図示のバキュームチャック等を介してレチクルRが吸着保持されている。レチクルステージRSTは、Y軸方向(図1における紙面左右方向)、X軸方向(図1における紙面直交方向)及びθz方向(XY面に直交するZ軸回りの回転方向)に微小駆動可能であるとともに、所定の走査方向(ここではY軸方向とする)に指定された走査速度で駆動可能となっている。なお、レチクルステージRSTはレチクルRを少なくとも3自由度(例えば、X軸及びY軸方向とθz方向)で微動する微動部と、走査方向に長いストロークを持つ粗動部とを含む構成でもよい。
【0030】
レチクルステージRST上にはレチクルレーザ干渉計(以下、「レチクル干渉計」という)21からのレーザビームを反射する移動鏡15が固定されている。レチクルステージRSTの移動面内の位置はレチクル干渉計21によって、例えば0.5〜1nm程度の分解能で常時検出される。ここで、実際には、レチクルステージRST上にはY軸方向に直交する反射面を有する移動鏡(又はレトロリフレクタ)とX軸方向に直交する反射面を有する移動鏡とが設けられ、これらの移動鏡に対応してレチクルY干渉計とレチクルX干渉計とが設けられている。しかし、図1ではこれらが代表的に移動鏡15、レチクル干渉計21として示されている。ここで、レチクルY干渉計とレチクルX干渉計の一方、例えばレチクルY干渉計は、測長軸を2軸有する2軸干渉計であり、このレチクルY干渉計の計測値に基づきレチクルステージRSTのY位置に加え、θz方向の回転も計測できるようになっている。
【0031】
前記レチクル干渉計21からのレチクルステージRSTの位置情報は主制御装置28に送られる。主制御装置28はこのレチクルステージRSTの位置情報に基づいて駆動系29を介してレチクルステージRSTを駆動する。
【0032】
前記投影光学系PLは、レチクルステージRSTの図1における下方に、その光軸AXpの方向がXY面に直交するZ軸方向となるように配置されている。この投影光学系PLとしては、ここでは両側テレセントリックな縮小系であってZ軸方向の共通の光軸AXpを有する複数枚のレンズエレメントから成る屈折光学系が用いられている。レンズエレメントのうちの特定の複数枚は、主制御装置28からの指令に基づいて、図示しない結像特性補正コントローラによって制御され、投影光学系PLの光学特性(結像特性を含む)、例えば投影倍率、ディストーション、コマ収差、及び像面湾曲などを調整できるようになっている。
【0033】
前記XYステージ20は、実際には不図示のベース上をY軸方向に移動するYステージと、このYステージ上をX軸方向に移動するXステージとで構成されているが、図1ではこれらがXYステージ20として一体に示されている。このXYステージ20上にウエハテーブル18が搭載され、このウエハテーブル18上に不図示のウエハホルダを介してウエハWが真空吸着等によって保持されている。
【0034】
前記XYステージ20は、走査方向(Y軸方向)の移動のみならず、ウエハW上の複数のショット領域を前記照明領域と共役な視野内の投影領域に位置させることができるように、走査方向に直交する非走査方向(X軸方向)にも移動可能に構成されている。そして、ウエハW上の各ショット領域を走査(スキャン)露光する動作と、次ショットの露光のための走査開始位置(加速開始位置)まで移動する動作とを繰り返すステップ・アンド・スキャン動作を行う。
【0035】
前記ウエハテーブル18は、ウエハWを保持するウエハホルダをZ軸方向及びXY面に対する傾斜方向に微小駆動するものである。このウエハテーブル18の上面には、移動鏡24が設けられており、この移動鏡24にレーザビームを投射して、その反射光を受光することにより、ウエハテーブル18のXY面内の位置を計測するレーザ干渉計26が移動鏡24の反射面に対向して設けられている。なお、実際には、移動鏡として、X軸に直交する反射面を有するX移動鏡と、Y軸に直交する反射面を有するY移動鏡とが設けられ、これに対応して、X軸方向位置計測用のXレーザ干渉計とY軸方向位置計測用のYレーザ干渉計とが、レーザ干渉計として設けられているが、図1ではこれらが代表して移動鏡24、レーザ干渉計26として図示されている。なお、Xレーザ干渉計及びYレーザ干渉計は測長軸を複数有する多軸干渉計であり、ウエハテーブル18のX、Y位置の他、回転(ヨーイング(Z軸回りの回転であるθz回転)、ピッチング(X軸回りの回転であるθx回転)、ローリング(Y軸回りの回転であるθy回転))も計測可能となっている。従って、以下の説明ではレーザ干渉計26によって、ウエハテーブル18のX、Y、θz、θy、θxの5自由度方向の位置が計測されるものとする。
【0036】
レーザ干渉計26の計測値は主制御装置28に供給され、主制御装置28はこのレーザ干渉計26の計測値をモニタしつつ、駆動系22を介してXYステージ20を駆動することにより、ウエハテーブル18の位置制御が行われる。
【0037】
ウエハW表面のZ軸方向位置及び傾斜量は、例えば特開平6−283403号公報などに開示される送光系50a及び受光系50bを有する斜入射方式の多点焦点位置検出系から成るフォーカスセンサAFSによって計測されるようになっている。このフォーカスセンサAFSの計測値も主制御装置28に供給されており、主制御装置28では、フォーカスセンサAFSの計測値に基づいて駆動系22を介してウエハテーブル18を微少駆動することによって、投影光学系PLの光軸方向に関するウエハWの位置及び傾きを制御するようになっている。
【0038】
すなわち、このようにしてウエハテーブル18を介し、ウエハWのX、Y、Z、θx、θyの5自由度方向の位置及び姿勢制御がなされるようになっている。なお、残りのθz(ヨーイング)の誤差については、レーザ干渉計26で計測されたウエハテーブル18のヨーイング情報に基づいてレチクルステージRSTとウエハテーブル18との少なくとも一方を回転させることによって補正される。
【0039】
また、ウエハテーブル18上には、その表面の高さがウエハWの表面と同じ高さになるような基準板FPが固定されている。この基準板FPの表面には、後述するアライメント検出系ASのいわゆるベースライン計測等に用いられる基準マークを含む各種の基準マークが形成されている。
【0040】
更に、本実施形態では、投影光学系PLの側面に、ウエハWに形成されたアライメントマークを検出するマーク検出系としてのオフ・アクシス方式のアライメント検出系ASが設けられている。このアライメント検出系ASは、例えば、LSA系、又はFIA系と呼ばれるアライメントセンサを有しており、基準板FP上の基準マーク及びウエハW上のアライメントマークのX、Y2次元方向の位置計測を行なうことが可能である。
【0041】
ここで、LSA系は、レーザ光をマークに照射して、回折・散乱された光を利用してマーク位置を計測する最も汎用性のあるセンサであり、従来から幅広いプロセスウエハに使用されている。FIA系は、ハロゲンランプ等のブロードバンド(広帯域)光でマークを照明し、このマーク画像を画像処理することによってマーク位置を計測するセンサであり、アルミ層やウエハ表面の非対称マークに有効に使用される。
【0042】
なお、FIA系に限らず、コヒーレントな検出光を対象マークに照射し、その対象マークから発生する散乱光又は回折光を検出するLSA系などのアライメントセンサや、その対象マークから発生する2つの回折光(例えば同次数)を干渉させて検出するアライメントセンサを単独であるいは適宜組み合わせて用いることは勿論可能である。
【0043】
アライメント制御装置16は、アライメント検出系ASからの情報DSをA/D変換し、さらにこのデジタル化された信号を演算処理してマーク位置を検出する。この検出結果は、アライメント制御装置16から主制御装置28に供給されるようになっている。
【0044】
さらに、本実施形態の露光装置100では、レチクルRの上方に、例えば特開平7−176468号公報等に開示される、投影光学系PLを介してレチクルR上のレチクルマークまたはレチクルステージRST上の基準マーク(共に図示省略)と基準板FP上のマークとを同時に観察するための露光波長の光を用いたTTR(Through The Reticle)アライメント系から成る一対のレチクルアライメント検出系(不図示)が設けられている。これらのレチクルアライメント検出系の検出信号は、アライメント制御装置16を介して主制御装置28に供給される。露光装置100で、実際に走査露光を行う際には、これらのレチクルアライメント検出系により、レチクルR上のレチクルマークまたはレチクルステージRST上の基準マーク(共に図示省略)と基準板FP上のマークとの相対位置が検出され、そのときのレチクル干渉計21及びウエハ干渉計26の測定値とから、レチクル干渉計21の測長軸によって規定されるレチクルステージRSTの座標系とウエハ干渉計26の測長軸によって規定されるXYステージ20の座標系との関係が求められることによって、レチクルアライメントが実行される。
【0045】
次に、本実施形態の結像特性計測方法に用いられるレチクルの一例について説明する。
【0046】
図2には、投影光学系PLの結像特性の計測に用いられるレチクルRTの一例が示されている。この図2は、レチクルRTを、パターン面側(図1における下面側)から見た平面図である。このレチクルRTは、ほぼ正方形のマスク基板としてのガラス基板42の中央にパターン領域PAが設けられ、そのパターン領域PA内における点線で示されるスリット状の照明領域の中心と4角の部分の合計5箇所に計測マークDM〜DMが形成されている。なお、パターン領域PAの中心、すなわちレチクルRTの中心(レチクルセンタ)を通るパターン領域PAのX軸方向の両側には、例えば一対のレチクルアライメントマークRM1,RM2が形成されている。なお、パターン領域PAのうち、計測マークDM〜DMを除いた部分は、遮光部となっている。
【0047】
図3には、計測マークDMの構成の一例が示されている。図3に示されるように、計測マークDMは、ラインパターンLP1、LP2によって形成されるマークである。ラインパターンLP1、LP2は、ともにX軸方向に延びる互いに平行な線状パターンであって、Y軸方向に線幅Lを有しており、Y軸方向に間隔Dをおいて配設されている。本実施形態では、ラインパターンLP1、LP2の間隔Dを狭くすればするほど、ウエハW上に形成されたそれらの像のサイズに基づいて投影光学系PLの結像特性を精度良く求めることができる。しかし、マーク上のラインパターンLP1、LP2の間隔Dをあまり狭くしすぎると、ウエハW上に形成されるラインパターンLP1、LP2の像がつながった状態となってしまい、後述する計測工程において、ラインパターンLP1、LP2の像の線幅を計測することが困難となる。したがって、間隔Dは、計測マークDM上のラインパターンLP1、LP2の像を互いに分離して計測することができる間隔に設定されている必要がある。なお、本実施形態では、計測マークDMにおいて、ラインパターンLP1、LP2は、遮光部であり、その他の部分は光透過部となっている。なお、他の計測マークDM〜DMも計測マークDMと同様な構成となっている。
【0048】
また、ウエハW上に形成されたラインパターンLP1、LP2の像の形成具合は、露光時の露光ドーズ量や投影光学系PLのフォーカス位置等の露光条件によっても左右されるため、計測マークDM〜DMの像のサイズ、例えばラインパターンLP1、LP2の像の線幅には、収差等の投影光学系PLの結像特性による成分の他に、これら露光条件による成分も含まれている。この成分は、収差等の投影光学系PLの結像特性を計測する際のノイズ成分となる。さらに、後述する計測工程において得られる計測マークDM〜DMの像のサイズに関する情報にも、計測状態に起因するノイズが含まれるようになる。例えば、投影光学系PLのコマ収差を計測するためには、前述のようにラインパターンLP1、LP2の像の線幅の差を計測することになるが、その線幅の差の情報にも、前述のノイズ成分が含まれている。したがって、その線幅の差の情報に含まれるコマ収差の指標値は、その情報に含まれるノイズ成分のレベルより大きくなっている必要がある。このノイズ成分のレベルは、計測マークDM〜DMにおけるラインパターンLP1、LP2の間隔Dに左右されることが確認されており、本実施形態では、線幅の差の情報に含まれるラインパターンLP1、LP2の像の線幅の差L1−L2が、その情報に含まれるノイズ成分の大きさよりも大きくなるように、ラインパターンLP1、LP2の間隔Dを規定しておく必要がある。本実施形態では、例えばラインパターンLP1、LP2の線幅が130nmで、間隔Dが120nmとなる計測用マークDM〜DMを用いるものとする。
【0049】
次に、本実施形態の露光装置100により投影光学系PLの結像特性を計測する計測動作の流れについて簡単に説明する。
【0050】
まず、ウエハWが不図示のウエハローダによりウエハテーブル18上にロードされるとともに、レチクルRTが不図示のレチクルローダによりレチクルステージRST上にロードされる。
【0051】
主制御装置28は、ウエハテーブル18上に設けられた基準板FPの表面に形成されている一対の基準マーク(不図示)の中点が投影光学系PLの光軸とほぼ一致するように、ウエハテーブル18を移動する。この移動は、主制御装置28によりレーザ干渉計26の計測結果をモニタしつつ駆動系22を介してXYステージ20を移動することにより行われる。次に、主制御装置28は、レチクルRTの中心(レチクルセンタ)が投影光学系PLの光軸とほぼ一致するように、駆動系29を介してレチクルステージRSTの位置を調整する。このとき、例えば、前述のレチクルアライメント検出系(不図示)により投影光学系PLを介してレチクルアライメントマークRM1,RM2と対応する前述の基準マークとの相対位置が検出される。
【0052】
そして、主制御装置28は、レチクルアライメント検出系によって検出された相対位置の検出結果に基づいてレチクルアライメントマークRM1,RM2と対応する前述の基準マークとの相対位置誤差がともに最小となるように駆動系29を介してレチクルステージRSTのXY面内の位置を調整する。これにより、レチクルRTの中心(レチクルセンタ)が投影光学系PLの光軸と正確にほぼ一致するとともにレチクルRTの回転角もレーザ干渉計26の測長軸で規定される直交座標系の座標軸に正確に一致する。
【0053】
次いで、主制御装置28は、レーザ干渉計26の計測結果をモニタしつつ駆動系22を介してXYステージ20を移動することにより、本実施形態では、表面に感光剤としてポジ型のレジストが塗布されたウエハWを投影光学系PLの下方の位置に移動させる。
【0054】
この状態で、主制御装置28は露光を行う。なお、ここでは、投影光学系PLの結像特性を計測するのが目的であるため、露光中にはレチクルRTとウエハW、すなわちレチクルステージRSTとXYステージ20を静止させたままとする。また、本実施形態では、投影光学系PLの結像特性としてコマ収差又はその指標値(線幅異常値又は線幅差と呼ばれる)を計測するものとし、既に投影光学系PLのベストフォーカス位置を計測してフォーカスセンサAFSのキャリブレーションが終了しているものとする。そこで、このフォーカスセンサAFSを用いて照明光ILの照射領域内で投影光学系PLの結像面とウエハWのフォトレジスト層の表面とをほぼ合致させてから露光が行われる。これにより、レチクルRTの計測マークDM〜DMのラインパターンLP1、LP2の像が投影光学系PLを介してウエハW上のフォトレジスト層に縮小転写される(露光工程)。また、このとき通常の露光ドーズ量(すなわち、レジストの感度特性に応じた適正量)で露光を行う。
【0055】
露光が終了すると、主制御装置28の指示に応じて、不図示のウエハローダによって、ウエハWは、ウエハテーブル18上からアンロードされた後、不図示のウエハ搬送系により、露光装置100にインラインにて接続されている不図示のコータ・デベロッパに搬送される。
【0056】
ウエハWは、このコータ・デベロッパ内で現像される。この現像の終了により、ウエハW上には、図4に示されるような、ラインパターンLP1の転写像LP1Wと、ラインパターンLP2の転写像LP2Wとが形成される。
【0057】
次いで、ウエハW上に形成された計測マークDM〜DMの像、すなわちラインパターンLP1の転写像LP1Wと、ラインパターンLP2の転写像LP2Wとのサイズの計測(線幅の計測)が、以下のようにして行われる(計測工程)。なお、このとき、レチクルRT上のラインパターンLP1、LP2は、間隔Dで配置されているので、ラインパターンLP1の転写像LP1Wと、ラインパターンLP2の転写像LP2Wとは、ウエハW上で分離された状態となっており、それらの線幅がそれぞれ計測可能となっている。
【0058】
まず、主制御装置28は、コータ・デベロッパからの現像完了の通知を受け取ると、不図示のウエハ搬送系に指示してウエハWを露光装置100内に搬送し、この搬送されたウエハWをウエハローダにより再度ウエハテーブル18上にロードする。
【0059】
そして、主制御装置28は、ウエハW上に形成されたラインパターンLP1の転写像LP1Wと、ラインパターンLP2の転写像LP2Wとをアライメント検出系ASの真下に移動させ、例えばFIA系等を用いて、ラインパターンLP1の転写像LP1Wの線幅L1と、ラインパターンLP2の転写像LP2Wの線幅L2とを計測する(図4参照)。アライメント検出系ASによって検出されたそれらの計測マークDM〜DMのサイズに関する情報(線幅L1、L2)は、アライメント制御装置16を介して主制御装置28に送信される。
【0060】
次いで、主制御装置28は、ラインパターンLP1の転写像LP1Wの線幅L1と、ラインパターンLP2の転写像LP2Wの線幅L2に基づいて投影光学系PLの結像特性を算出する(算出工程)。
【0061】
本実施形態では、投影光学系の結像特性として、コマ収差を算出する場合について説明する。コマ収差は、投影光学系PLを介して、例えば、通常、L/SパターンをウエハW上に転写すると、その転写像のうちの両端に位置するラインパターンの転写像の線幅が大きく異なる現象により検出可能であることが知られている。この現象によってコマ収差を表現するために、ベストフォーカス状態における両端に位置するラインパターンの転写像の線幅をD1,D2として、
|D1−D2|/(D1+D2)   …(1)
で定義される、いわゆる線幅異常値(コマ収差による線幅変化量)が用いられる。
【0062】
従って、本実施形態では、ラインパターンLP1、LP2の転写像LP1W、LP2Wの線幅L1、L2から、コマ収差の指標として、次式で表される量を線幅異常値として定義すれば良い。
【0063】
線幅異常値=|L1−L2|/(L1+L2)   ……(2)
【0064】
主制御装置28では、計測マークDM〜DMの各ラインパターンLP1の転写像LP1Wの線幅L1の平均値と、ラインパターンLP2の転写像LP2Wの線幅L2の平均値とを上述の式(2)のL1、L2にそれぞれ代入して得られる演算結果を線幅異常値として算出してもよい。なお、本実施形態では、投影光学系PLの結像特性の1つとして、コマ収差を計測したが、他に、ベスト(最良)フォーカス位置、非点収差、球面収差、像面湾曲などの種々の結像特性をも計測することができる。なお、この場合には、各収差の指標として、線幅L1及び線幅L2の少なくとも一方が用いられる。
【0065】
本実施形態の露光装置100では、主制御装置28が装置各部を制御して、露光開始に先立って、これまでに説明した結像特性計測方法によって投影光学系PLの結像特性を計測する。そして、主制御装置28は、その計測された結像特性を考慮して露光の際の各種条件を調整して、XYステージ20とレチクルステージRSTの同期制御を行いつつ走査露光を行なう。
【0066】
なお、露光の際の各種条件の調整としては、例えば計測結果に基づく投影光学系PLの結像特性を前述の結像特性補正コントローラを介して調整することなどが代表的に挙げられる。また、例えばその結像特性が像面湾曲などであるときは、走査露光中にレチクルRとウエハWとの少なくとも一方のZ軸方向の位置や傾斜角を調整してもよい。このとき、結像特性補正コントローラによる結像特性の調整を併用しても構わない。
【0067】
また、所定の精度範囲内に結像特性の調整ができない場合には、主制御装置28はディスプレイ(モニター)への警告表示、あるいはインターネット(電子メール等)又は携帯電話などによって、オペレータなどにアシストの必要性を通知するようにしても良い。さらに、この場合、各駆動系やセンサ類の調整に必要な情報を一緒に通知しても良い。これにより、各種データの計測などの作業時間だけでなく、その準備期間も短縮することができ、露光装置100の停止期間の短縮、すなわち稼働率の向上を図ることが可能となる。
【0068】
以上詳細に説明したように、間隔Dをおいて配設された線幅Lを有する2つのラインパターンLP1、LP2によって形成される計測マークDM〜DMの各転写像LP1W、LP2WがウエハW上に転写され、それらの計測マークの像、すなわち、ラインパターンLP1、LP2の転写像LP1W、LP2Wに基づいて、投影光学系PLの結像特性が計測される。
【0069】
図5には、投影光学系PLの結像特性の計測マークとして、5本のラインパターンを有するL/Sパターンのマークを用いたときと、本実施形態のように2本のラインパターンを用いたL/Sパターンのマークを用いたときのその転写像のサイズの特性が示されている。なお、5本のラインパターンを有するL/Sパターンの両端のラインパターンの転写像の線幅差をL1’−L2’とし、このパターンの計測マークを用いてコマ収差を計測する場合にも、上述の式(2)と同様の式で得られる線幅異常値をコマ収差の指標値としているものとする。
【0070】
図5(A)では、横軸はデフォーカス量を示し、縦軸は上述の式(2)で示される線幅異常値を示している。また、2本のラインパターンを用いたL/Sパターンのマークを用いたときのその転写像の線幅異常値の特性が実線で示され(L1−L2)、5本のラインパターンを有するL/Sパターンの両端のラインパターンの転写像の線幅異常値の特性が点線で示されている(L1’−L2’)。
【0071】
図5(A)に示されるように、線幅指標値は、両計測マークとも、露光の際のフォーカス位置によって変化し、デフォーカス量が0であるベストフォーカス位置で最小となり、デフォーカス量が大きくなるにつれて増加していく。したがって、コマ収差を計測するための計測マークをウエハに転写する際には、デフォーカス量が0であるベストフォーカス位置に設定しておくのが望ましい。しかしながら、実際の計測においては、デフォーカス量を完全に0にした状態で計測マークの露光を行うのは困難である。
【0072】
図5(A)に示されるように、デフォーカス量の変化に対する線幅異常値の変化の割合は、L1−L2の方が、L1’−L2’よりも小さくなっている。したがって、L1−L2を計測した方が、デフォーカス量による線幅異常値の変化が小さくなるので、デフォーカス量が0でなかった場合にも、より高精度にコマ収差を計測することができる。
【0073】
図5(B)では、横軸はレチクル製造誤差を示し、縦軸はそのレチクルに形成されたラインパターンのウエハ上に転写された転写像の線幅を示している。また、2本のラインパターンを用いたL/Sパターンのマークを用いたときのその転写像の線幅の特性が実線で示され(L2)、5本のラインパターンを有するL/Sパターンの両端のラインパターンの転写像の線幅異常値の特性が点線で示されている(L2’)。
【0074】
図5(B)に示されるように、両計測マークとも、レチクル製造誤差が大きくなるにつれて、転写像の線幅L2もL2’も大きくなっているのがわかる。したがって、例えばコマ収差等の収差を計測するために計測マークをウエハに転写する際には、できるだけその計測マークの製造誤差、すなわちレチクル製造誤差を0にしておくのが望ましい。しかしながら、レチクル製造誤差を完全に0にするのは困難である。図5(B)に示されるように、レチクル製造誤差の変化に対する線幅異常値の変化の度合は、L2の方がL2’よりも小さくなっている。この傾向は、もう一方の線幅L1、L1’についても同じである。したがって、L2を計測した方が、レチクル製造誤差による転写像の線幅の誤差が小さくなるので、より高精度にコマ収差等の収差を計測することができる。
【0075】
上述のように、コマ収差の計測特性は、5本のL/Sパターンの計測マークを用いたときよりも投影されるパターンの数が減るので、その計測マークにおけるパターンの像の形成具合に影響を与える他のパターンの数が少なくなる。そのため、デフォーカス量や上記のマークの製造誤差の大きさの変化に対する2つのラインパターンの像のサイズの変化の度合が小さくなる。したがって、本実施形態の結像特性計測方法では、ラインパターンLP1、LP2の転写像LP1W、LP2Wの線幅L1、L2等のサイズに対するデフォーカス量やマークのレチクル製造誤差等の他の要因の影響を低減し、投影光学系PLの結像特性を計測する際の計測能力の向上を図ることができる。
【0076】
なお、この場合において、上記の計測マークDM〜DMの転写像のサイズの計測は、ウエハWを現像することなくウエハW上に形成された潜像に対して行っても良いし、計測マークDM〜DMの転写像が形成されたウエハWを現像した後、ウエハW上に形成されたレジスト像、あるいはレジスト像が形成されたウエハWをエッチング処理して得られる像(エッチング像)などに対して行っても良い。
【0077】
また、本実施形態では、転写像LP1W、LP2Wは、線状の像であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、ひし形の像やそれ以外の形状であってもよい。なお、ひし形の像の場合には、FIA系ではなく、LSA系を用いてサイズを計測するのが望ましい。さらに、本実施形態では、コマ収差又はその指標値を計測するため、投影光学系PLのベストフォーカス位置にウエハを配置して露光を行うものとしたが、図5(A)の説明からも明らかなように、必ずしもベストフォーカス位置でウエハを露光しなくてもよい。
【0078】
また、上記実施形態では、上述の式(2)の右辺で表される値をコマ収差の指標値としたが、式(2)の右辺の分子|L1−L2|をそのままコマ収差の指標値とするようにしてもよい。
【0079】
また、本実施形態の露光装置100によれば、上述した結像特性計測方法によって投影光学系PLの結像特性が精度良く計測される。そして、この計測された結像特性を考慮して露光の際の各種条件を調整して、レチクルRのパターンがウエハW上に転写される。露光条件の調整としては、例えば計測された結像特性に基づく投影光学系PLの結像特性の調整、結像特性に起因するレチクルRとウエハWとのアライメント誤差の調整などが代表的に挙げられる。いずれにしても、露光の際の各種条件が調整されるので、高精度な露光が可能となる。
【0080】
また、上記実施形態では、ラインパターンLP1、LP2の長手方向がX軸方向である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ラインパターンLP1、LP2の長手方向は、Y軸方向であっても良いし、XY平面上の他の方向であっても良い。さらに、長手方向が異なる複数組のラインパターンLP1、LP2を1つの計測マークとして用いてもよい。また、線幅と間隔Dとの少なくとも一方が異なる複数組のラインパターンLP1、LP2を1つの計測マークとして用いても良い。
【0081】
また、上記実施形態では、ラインパターンLP1、LP2の線幅よりも間隔Dが狭い計測用マークDM〜DMを用いるものとしたが、間隔Dをその線幅と同程度とする、あるいは間隔Dをその線幅よりも大きくしてもよく、特に前者では従来の5本のラインパターンとの計測結果の比較が容易になる。
【0082】
また、上記実施形態では、レチクルRTの計測マークを、パターン領域PA内の領域の中心と4角の部分の合計5箇所に設けるとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、レチクルRTのパターン領域PA上に多数の計測マークを配設するようにしてもよい。
【0083】
また、上記実施形態ではレジスト像の線幅を計測するものとしたが、例えば潜像、あるいはレジスト像が形成されたウエハをエッチング処理して得られる像などの線幅を計測するようにしても良い。また、上記実施形態では露光装置100のアライメント検出系ASを用いて転写像の線幅L1、L2を計測するものとしたが、露光装置以外、例えば専用の線幅計測装置(SEMなど)を用いてもよい。
【0084】
さらに、上記実施形態では、転写像LP1W、LP2Wの線幅L1、L2をアライメント検出系AS等により光学的に検出するものとしたが、これに限定されるものではなく、例えばECD(Electrical Critical Dimension:電気抵抗を利用した計測法)等で計測しても良い。なお、この場合には、計測対象となるラインパターンに電気抵抗計測用の電極パターンを付加する必要がある。
【0085】
また、上記実施形態では、ウエハに塗布される感光剤としてのフォトレジストとして、ポジ型のフォトレジストを用いたが、ネガ型のフォトレジストを用いても良い。
【0086】
また、上記実施形態では、ラインパターンLP1、LP2を遮光部としたが、ラインパターンLP1、LP2を光透過部とし、その周りを遮光部としても良い。なお、この場合には、ネガ型のフォトレジストを用いるのが望ましい。
【0087】
さらに、レチクルに形成される計測マークの描画誤差などを予め検出しておき、それらの誤差を上述の式(2)の計算結果に加味するようにしてもよい。また、上記実施形態では、投影光学系PLの結像特性の計測時に、静止露光方式にて計測用マークDM〜DMをウエハに転写するものとしたが、その代わりに走査露光方式にて計測用マークの転写を行ってもよいし、あるいは静止露光方式と走査露光方式との両方で計測用マークの転写を行ってそれぞれで結像特性を求めるようにしてもよい。
【0088】
なお、上記実施形態では、アライメント検出系ASのFIA系を用いて転写像の線幅L1、L2を計測する場合について説明したが、これに限らず、例えばアライメント検出系ASのLSA系や、対象マークから発生する2つの回折光(例えば同次数)を干渉させて検出する前述のアライメントセンサを用いて転写像の線幅L1、L2を計測しても勿論構わない。このようにしても、上記実施形態と同様にして投影光学系PLの結像特性を求めることができる。
【0089】
また、上記実施形態では、本発明がステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置に適用された場合について説明したが、本発明の適用範囲がこれに限定されないのは勿論である。すなわち、ステップ・アンド・リピート方式、ステップ・アンド・スティッチ方式、ミラープロジェクション・アライナー、及びフォトリピータなどにも好適に適用することができる。特に、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置の場合は、露光工程において、物体ステージ及びマスクステージを静止させて露光することにより、上記実施形態と同様にして、投影光学系PLの結像特性を求めることができる。
【0090】
さらに、投影光学系PLは、屈折系、反射屈折系、及び反射系のいずれでもよいし、縮小系、等倍系、及び拡大系のいずれでも良い。また、レチクルは透過型だけでなく反射型でも構わない。
【0091】
さらに、本発明が適用される露光装置の光源は、KrFエキシマレーザやArFエキシマレーザに限らず、例えばg線やi線などを発生する水銀ランプなどの連続光源でもよいし、Fレーザ(波長157nm)、あるいは他の真空紫外域のパルスレーザ光源であっても良い。この他、露光用照明光として、例えば、DFB半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム(又はエルビウムとイッテルビウムの両方)がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。また、露光用照明光としてEUV光などを用いてもよい。この場合には、レチクルとして反射型が用いられる。
【0092】
さらに、本発明は、半導体素子の製造に用いられる露光装置だけでなく、液晶表示素子、プラズマディスプレイなどを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄膜磁気へッドの製造に用いられる、デバイスパターンをセラミックウエハ上に転写する露光装置、撮像素子(CCDなど)、マイクロマシン、及びDNAチップなどの製造、さらにはマスク又はレチクルの製造に用いられる露光装置などにも適用することができる。
【0093】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る結像特性計測方法によれば、投影光学系の結像特性を精度良くかつ効率良く計測することができるという効果がある。
【0094】
また、本発明に係る露光方法によれば、露光の際の各種条件が調整されるので、高精度な露光が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図2】投影光学系の結像特性の計測に用いられるレチクルの一例を示す図である。
【図3】図2に示されるレチクルにおける計測マークを拡大して示す図である。
【図4】図3に示される計測マークが形成されたレチクルを用いて露光を行った際に、レジスト層に形成される転写像を示す図である。
【図5】各種計測マークにおける転写像のサイズの特性を示すグラフである。
【符号の説明】
DM〜DM…計測マーク、LP1、LP2…ラインパターン、PL…投影光学系、R…マスク、W…ウエハ。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an imaging characteristic measuring method and an exposure method, and more particularly, to an imaging characteristic measuring method for measuring an imaging characteristic of a projection optical system, and an imaging characteristic is measured by the imaging characteristic measuring method. And an exposure method for performing exposure using a projection optical system.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, when a semiconductor element or a liquid crystal display element or the like is manufactured by a photolithography process, a pattern of a photomask or a reticle (hereinafter, collectively referred to as a “reticle”) is formed on a surface through a projection optical system. A projection exposure apparatus for transferring onto an object such as a wafer or a glass plate coated with a photosensitive agent, for example, a step-and-repeat type reduction projection exposure apparatus (so-called stepper), and a step-and-scan type scanning projection exposure An apparatus (a so-called scanning stepper) or the like is used.
[0003]
In this type of projection exposure apparatus, the accuracy of a projected image greatly changes due to a focus shift during exposure (transfer of a reticle pattern onto a wafer) or an aberration of a projection optical system. There is a need for a technique for accurately measuring imaging characteristics such as aberrations and the like.
[0004]
As a method of measuring the best focus position of the above-described projection optical system, for example, a test printing of a predetermined pattern is performed on a resist-coated wafer, and then the wafer is developed, and the line width of the pattern is set to, for example, SEM ( A technique of measuring the best focus position using a scanning electron microscope and comparing it with a designed line width value, or using a relationship between the focus position and the line width (CD / focus) Law).
[0005]
For example, in the case of a stepper, a line and space having, for example, five linear patterns (hereinafter, abbreviated as L / S) having five linear patterns with respect to the arrangement of shot areas on a wafer is changed in a trial printing while changing a focus position by a fixed amount. The test pattern of (1) is transferred onto the wafer. Then, the line width of the linear resist pattern in each shot area formed after development is immediately measured, and the focus position when exposing the shot area having the smallest line width in all shots is determined as the best. It is determined as the focus position.
[0006]
Regarding the aberration of the projection optical system, five L / S patterns transferred onto the wafer are measured again at the best focus position determined as described above, and the amount of aberration is defined.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, semiconductor elements (integrated circuits) and the like are becoming highly integrated year by year. Accordingly, projection exposure apparatuses, which are apparatuses for manufacturing semiconductor elements and the like, require higher resolution, that is, transfer of finer patterns with high precision. Is required. For this reason, test patterns for measuring the imaging characteristics of the projection optical system have been miniaturized. For this reason, the line width of the L / S pattern has naturally become narrower, and is currently about 130 nm.
[0008]
As described above, when the L / S pattern of the test pattern is thinned to the current level, the line width of the two line patterns at both ends of the five line pattern images formed on the wafer is reduced. However, a phenomenon occurs in which the line widths of the three line pattern images on the inner side are thinner than those, and depending on certain exposure conditions, these images may disappear completely.
[0009]
The image of the line patterns at both ends is an important element for measuring the imaging characteristics of the projection optical system, particularly, coma aberration. There is a demand for a method capable of measuring characteristics with high accuracy.
[0010]
The present invention has been made under such circumstances, and a first object of the present invention is to provide an imaging characteristic measurement method capable of improving the measurement capability when measuring the imaging characteristic of a projection optical system. Is to do.
[0011]
A second object of the present invention is to provide an exposure method capable of realizing highly accurate exposure.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is an imaging characteristic measuring method for measuring an imaging characteristic of a projection optical system (PL) for projecting a pattern on a first surface onto a second surface, wherein the predetermined interval (D) Marks (DM) formed by two predetermined patterns (LP1, LP2) having a predetermined width (L) disposed at a predetermined distance. 1 ~ DM 5 ) Is disposed on the first surface, and the mark is transferred onto an object (W) disposed on the second surface via the projection optical system; and A measurement step of measuring the size of the mark image (for example, L1, L2); and a calculation step of calculating the imaging characteristics of the projection optical system based on the information on the measured size of the mark image. This is an image characteristic measuring method.
[0013]
According to this, a mark formed by two predetermined patterns having a predetermined width arranged at a predetermined interval is transferred onto an object, and the projection optical system is connected based on information on the size of the image of the mark. Image characteristics are calculated. By doing so, the number of patterns projected on the object is reduced as compared with the case where five L / S pattern marks are used, so that the accuracy of forming an image of the predetermined pattern is adversely affected. Fewer numbers. Therefore, the degree of the change in the size of the image of the two predetermined patterns with respect to the change in the defocus amount or the magnitude of the above-described mark manufacturing error decreases. Therefore, in the imaging characteristic measuring method of the present invention, the influence of other factors such as the defocus amount and the mark manufacturing error on the size of the two predetermined pattern images is reduced, and the imaging characteristics of the projection optical system are measured. In this case, the measurement capability can be improved.
[0014]
In this case, the measurement of the size of the mark image may be performed on a latent image formed on the object without developing the object, or on the object on which the mark image is formed. May be performed on a resist image formed on the object or an image (etched image) obtained by etching the object on which the resist image is formed. The size of the mark image is determined by, for example, an alignment detection system of an exposure apparatus (an LSA system or an alignment detection system of an image processing method for forming an image of the alignment mark on an image sensor, a so-called FIA (Field Image Alignment) system). The measurement may be performed by using such a method. The shape of the mark image may be linear, rhombic, or another shape.
[0015]
In this case, as in the imaging characteristic measuring method according to claim 2, the predetermined interval is such that, in the measuring step, two predetermined pattern images in the mark image formed on the object are separated from each other. The interval can be measured.
[0016]
As a result of examination by the present applicant, when measuring the size of the above-described mark image in order to calculate the imaging characteristics of the projection optical system, the narrower the interval between two predetermined patterns on the mark, the more the It has been confirmed that the imaging characteristics of the projection optical system can be accurately determined based on the size of the image formed on the object. However, if the interval between the two predetermined patterns on the mark is too small, it is difficult to distinguish the images of the two predetermined patterns formed on the object, and it is impossible to measure the size of the two predetermined patterns. Become. Therefore, it is necessary to set the interval between two predetermined patterns on the mark, that is, the predetermined interval to be an interval at which the images of the two predetermined patterns on the mark can be separated and measured.
[0017]
In this case, as in the imaging characteristic measuring method according to claim 3, the calculating step includes calculating an imaging characteristic of the projection optical system based on information on a difference between the sizes of the images of the two predetermined patterns. can do.
[0018]
As a typical imaging characteristic of the projection optical system which can be calculated by the imaging characteristic measuring method of the present invention, there is coma aberration. The coma aberration can be obtained by using, as an index value, the difference between the sizes of the images of the two predetermined patterns formed on the object. In the calculation step, the coma aberration of the projection optical system is measured based on the information on the difference between the sizes. I do.
[0019]
Further, in this case, as in the imaging characteristic measuring method according to claim 4, the predetermined interval includes a difference between the sizes of the images of the two predetermined patterns included in the information of the size difference. The interval may be larger than the size of the noise component to be used.
[0020]
The degree of formation of the images of the two predetermined patterns formed on the object depends on the exposure conditions such as the exposure dose and the focus position of the projection optical system, and the exposure conditions and the optimal exposure conditions when these images are formed. Is a noise component when measuring the size of the mark image. Further, even when the size of the mark image is measured, the noise component is included in the information on the size of the mark image depending on the measurement state. In order to measure the coma aberration of the projection optical system, the difference between the sizes of the two predetermined patterns is calculated as described above, and the information of the difference between the sizes includes the above-described noise component. I have. Therefore, in order to extract the value of the difference included in the information of the size difference, the level of the noise component included in the information needs to be smaller than the value of the difference. It has been confirmed that the level of the noise component depends on the interval between two predetermined patterns in the mark. In the present invention, the interval between the two predetermined patterns is defined as described above.
[0021]
In the image forming characteristic measuring method according to claim 1 or 2, as in the image forming characteristic measuring method according to claim 5, in the calculating step, a best focus position and an astigmatism are used as image forming characteristics of the projection optical system. At least one of the aberration, the spherical aberration, the field curvature, and the coma aberration may be calculated based on information on the size of the image of the two predetermined patterns.
[0022]
In the imaging characteristic measuring method according to any one of claims 1 to 5, as in the imaging characteristic measuring method according to claim 6, the predetermined interval is substantially equal to a predetermined width of the predetermined pattern. Good, but it is preferable that the width is set smaller than the predetermined width.
[0023]
The invention according to claim 7 is an exposure method for transferring a pattern of a mask (R) onto an object (W) via a projection optical system (PL), and is an exposure method according to any one of claims 1 to 6. Measuring the imaging characteristics of the projection optical system by the imaging characteristics measurement method described in the above; adjusting the conditions at the time of exposure in consideration of the measured imaging characteristics, the mask pattern Transferring onto an object.
[0024]
According to this, the imaging characteristic of the projection optical system is accurately measured by the imaging characteristic measuring method according to any one of the first to sixth aspects. Then, the conditions of the exposure are adjusted in consideration of the measured imaging characteristics, and the pattern of the mask is transferred onto the object. The adjustment of the exposure condition typically includes, for example, adjustment of the imaging characteristics of the projection optical system based on the measured imaging characteristics, adjustment of the alignment error between the mask and the object caused by the imaging characteristics, and the like. In any case, since the conditions for exposure are adjusted, highly accurate exposure can be performed.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0026]
FIG. 1 shows an exposure apparatus 100 according to an embodiment suitable for carrying out the imaging characteristic measuring method and the exposure method according to the present invention. The exposure apparatus 100 is a step-and-scan type projection exposure apparatus.
[0027]
The exposure apparatus 100 includes an illumination system IOP, a reticle stage RST (mask stage) for holding a reticle R as a mask, and a wafer as an object on which a photosensitive agent (photoresist) is applied by forming an image of a pattern formed on the reticle R. A projection optical system PL for projecting onto the W, an XY stage 20 (object stage) that holds the wafer W and moves in a two-dimensional plane (XY plane), a drive system 22 that drives the XY stage 20, and a control system thereof. Etc. are provided. The control system is mainly configured by a main controller 28 that controls the entire apparatus.
[0028]
The illumination system IOP includes a light source such as a KrF excimer laser or an ArF excimer laser, an optical integrator or a homogenizer (a fly-eye lens or a rod-type (internal reflection type) integrator, a diffractive optical element, or the like), a relay lens, and a variable ND filter. , A condenser lens, a reticle blind (or a masking blade), and an illumination optical system including a dichroic mirror (all not shown). In the illumination system IOP, a rectangular slit-shaped illumination area elongated in the X-axis direction is substantially uniform with the illumination light IL within the visual field of the projection optical system PL defined by the reticle blind on the reticle R on which a circuit pattern or the like is drawn. Illuminate with an appropriate illuminance.
[0029]
The reticle stage RST is arranged below the illumination system IOP in FIG. A reticle R is suction-held on the reticle stage RST via a vacuum chuck or the like (not shown). The reticle stage RST can be finely driven in the Y-axis direction (the left-right direction on the paper surface in FIG. 1), the X-axis direction (the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1), and the θz direction (the rotation direction around the Z-axis perpendicular to the XY surface). At the same time, it can be driven at a scanning speed specified in a predetermined scanning direction (here, the Y-axis direction). Note that reticle stage RST may include a fine moving unit that finely moves reticle R with at least three degrees of freedom (for example, the X-axis and Y-axis directions and the θz direction), and a coarse moving unit that has a long stroke in the scanning direction.
[0030]
A moving mirror 15 that reflects a laser beam from a reticle laser interferometer (hereinafter, referred to as “reticle interferometer”) 21 is fixed on reticle stage RST. The position of the reticle stage RST in the moving plane is constantly detected by the reticle interferometer 21 with a resolution of, for example, about 0.5 to 1 nm. Here, actually, on reticle stage RST, a moving mirror (or a retroreflector) having a reflecting surface orthogonal to the Y-axis direction and a moving mirror having a reflecting surface orthogonal to the X-axis direction are provided. A reticle Y interferometer and a reticle X interferometer are provided corresponding to the movable mirror. However, in FIG. 1, these are representatively shown as the movable mirror 15 and the reticle interferometer 21. Here, one of the reticle Y interferometer and the reticle X interferometer, for example, the reticle Y interferometer is a two-axis interferometer having two measurement axes, and the reticle stage RST is controlled based on the measurement value of the reticle Y interferometer. In addition to the Y position, rotation in the θz direction can be measured.
[0031]
Position information of reticle stage RST from reticle interferometer 21 is sent to main controller 28. Main controller 28 drives reticle stage RST via drive system 29 based on the position information of reticle stage RST.
[0032]
The projection optical system PL is arranged below the reticle stage RST in FIG. 1 so that the direction of the optical axis AXp is the Z-axis direction orthogonal to the XY plane. Here, as the projection optical system PL, a dioptric system composed of a plurality of lens elements having a common optical axis AXp in the Z-axis direction, which is a telecentric reduction system, is used here. Specific plural lenses among the lens elements are controlled by an imaging characteristic correction controller (not shown) based on a command from the main controller 28, and optical characteristics (including imaging characteristics) of the projection optical system PL, for example, projection. The magnification, distortion, coma, field curvature and the like can be adjusted.
[0033]
The XY stage 20 is actually composed of a Y stage that moves on a base (not shown) in the Y-axis direction and an X stage that moves on the Y stage in the X-axis direction. Are integrally shown as an XY stage 20. A wafer table 18 is mounted on the XY stage 20, and a wafer W is held on the wafer table 18 by vacuum suction or the like via a wafer holder (not shown).
[0034]
The XY stage 20 moves not only in the scanning direction (Y-axis direction) but also in the scanning direction so that a plurality of shot areas on the wafer W can be positioned in a projection area in a visual field conjugate to the illumination area. Are also movable in a non-scanning direction (X-axis direction) perpendicular to the direction. Then, a step-and-scan operation of repeating an operation of scanning (scanning) exposing each shot area on the wafer W and an operation of moving to a scan start position (acceleration start position) for exposure of the next shot is performed.
[0035]
The wafer table 18 minutely drives a wafer holder that holds the wafer W in the Z-axis direction and the tilt direction with respect to the XY plane. A movable mirror 24 is provided on the upper surface of the wafer table 18, and the position of the wafer table 18 in the XY plane is measured by projecting a laser beam onto the movable mirror 24 and receiving the reflected light. A laser interferometer 26 is provided to face the reflecting surface of the movable mirror 24. Actually, as the movable mirror, there are provided an X movable mirror having a reflecting surface orthogonal to the X axis and a Y movable mirror having a reflective surface orthogonal to the Y axis. Although an X laser interferometer for position measurement and a Y laser interferometer for position measurement in the Y-axis direction are provided as laser interferometers, these are representatively shown as a movable mirror 24 and a laser interferometer 26 in FIG. Is illustrated. The X laser interferometer and the Y laser interferometer are multi-axis interferometers having a plurality of measurement axes, and in addition to the X and Y positions of the wafer table 18, rotation (yaw (θz rotation which is rotation about the Z axis)) , Pitching (θx rotation around the X axis) and rolling (θy rotation around the Y axis) can also be measured. Therefore, in the following description, it is assumed that the position of the wafer table 18 in the directions of five degrees of freedom of X, Y, θz, θy, and θx is measured by the laser interferometer 26.
[0036]
The measurement value of the laser interferometer 26 is supplied to a main controller 28. The main controller 28 monitors the measurement value of the laser interferometer 26 and drives the XY stage 20 through the drive system 22 to thereby control the wafer. The position of the table 18 is controlled.
[0037]
The position and the amount of tilt in the Z-axis direction of the surface of the wafer W can be determined by, for example, a focus sensor including an oblique incidence type multipoint focus position detection system having a light transmission system 50a and a light reception system 50b disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-283403. It is measured by AFS. The measurement value of the focus sensor AFS is also supplied to the main control device 28. The main control device 28 slightly drives the wafer table 18 via the drive system 22 based on the measurement value of the focus sensor AFS, thereby performing projection. The position and the inclination of the wafer W with respect to the optical axis direction of the optical system PL are controlled.
[0038]
That is, the position and orientation of the wafer W in the X, Y, Z, θx, and θy directions of five degrees of freedom are controlled via the wafer table 18 in this manner. The remaining error of θz (yaw) is corrected by rotating at least one of reticle stage RST and wafer table 18 based on yaw information of wafer table 18 measured by laser interferometer 26.
[0039]
Further, a reference plate FP is fixed on the wafer table 18 so that the height of the surface is the same as the surface of the wafer W. On the surface of the reference plate FP, various reference marks including a reference mark used for so-called baseline measurement of an alignment detection system AS described later are formed.
[0040]
Further, in the present embodiment, an off-axis type alignment detection system AS as a mark detection system for detecting an alignment mark formed on the wafer W is provided on a side surface of the projection optical system PL. The alignment detection system AS has, for example, an alignment sensor called an LSA system or an FIA system, and measures the positions of the reference marks on the reference plate FP and the alignment marks on the wafer W in the X and Y two-dimensional directions. It is possible.
[0041]
Here, the LSA system is the most versatile sensor that irradiates a mark with a laser beam and measures the position of the mark by using diffracted and scattered light, and has conventionally been used for a wide range of process wafers. . The FIA system is a sensor that illuminates a mark with broadband (broadband) light such as a halogen lamp and measures the mark position by processing the mark image, and is effectively used for an asymmetric mark on an aluminum layer or a wafer surface. You.
[0042]
Not only the FIA system, but also an alignment sensor such as an LSA system that irradiates a target mark with coherent detection light and detects scattered light or diffracted light generated from the target mark, and two diffraction lights generated from the target mark. Of course, it is possible to use an alignment sensor that detects light by interfering with light (for example, the same order) alone or in an appropriate combination.
[0043]
The alignment control device 16 performs A / D conversion of the information DS from the alignment detection system AS, and further calculates the digitized signal to detect a mark position. This detection result is supplied from the alignment control device 16 to the main control device 28.
[0044]
Further, in the exposure apparatus 100 of the present embodiment, a reticle mark on the reticle R or a reticle stage RST above the reticle R via the projection optical system PL disclosed in, for example, JP-A-7-176468. A pair of reticle alignment detection systems (not shown) including a TTR (Through The Reticle) alignment system using light of an exposure wavelength for simultaneously observing a reference mark (both not shown) and a mark on the reference plate FP are provided. Have been. The detection signals of these reticle alignment detection systems are supplied to main controller 28 via alignment controller 16. When actually performing scanning exposure with the exposure apparatus 100, these reticle alignment detection systems use a reticle mark on the reticle R or a reference mark on the reticle stage RST (both not shown) and a mark on the reference plate FP. Are detected, and the coordinate system of the reticle stage RST defined by the measurement axis of the reticle interferometer 21 and the measurement of the wafer interferometer 26 are determined from the measured values of the reticle interferometer 21 and the wafer interferometer 26 at that time. The reticle alignment is performed by obtaining the relationship with the coordinate system of the XY stage 20 defined by the long axis.
[0045]
Next, an example of a reticle used in the imaging characteristic measuring method of the present embodiment will be described.
[0046]
FIG. 2 shows an example of a reticle RT used for measuring the imaging characteristics of the projection optical system PL. FIG. 2 is a plan view of reticle RT as viewed from the pattern surface side (the lower surface side in FIG. 1). In the reticle RT, a pattern area PA is provided in the center of a glass substrate 42 as a substantially square mask substrate, and a total of 5 points including a center of a slit-shaped illumination area indicated by a dotted line and a square portion in the pattern area PA is provided. Measurement mark DM in place 1 ~ DM 5 Is formed. Note that, for example, a pair of reticle alignment marks RM1 and RM2 are formed on both sides in the X-axis direction of the pattern area PA passing through the center of the pattern area PA, that is, the center of the reticle RT (reticle center). In the pattern area PA, the measurement mark DM 1 ~ DM 5 The portion excluding is a light shielding portion.
[0047]
FIG. 3 shows the measurement mark DM 1 Is shown as an example. As shown in FIG. 3, the measurement mark DM 1 Is a mark formed by the line patterns LP1 and LP2. The line patterns LP1 and LP2 are both linear patterns extending in the X-axis direction and parallel to each other, have a line width L in the Y-axis direction, and are arranged at intervals D in the Y-axis direction. . In this embodiment, the narrower the distance D between the line patterns LP1 and LP2, the more accurately the imaging characteristics of the projection optical system PL can be obtained based on the size of those images formed on the wafer W. . However, if the distance D between the line patterns LP1 and LP2 on the mark is too small, the images of the line patterns LP1 and LP2 formed on the wafer W will be in a connected state. It becomes difficult to measure the line width of the images of the patterns LP1 and LP2. Therefore, the interval D is the measurement mark DM 1 The interval must be set so that the images of the upper line patterns LP1 and LP2 can be measured separately from each other. In the present embodiment, the measurement mark DM 1 In, the line patterns LP1 and LP2 are light shielding portions, and the other portions are light transmitting portions. Note that other measurement marks DM 2 ~ DM 5 Also measurement mark DM 1 It has the same configuration as.
[0048]
Further, the degree of formation of the images of the line patterns LP1 and LP2 formed on the wafer W is also affected by exposure conditions such as the exposure dose at the time of exposure and the focus position of the projection optical system PL. 1 ~ DM 5 , For example, the line widths of the images of the line patterns LP1 and LP2 include not only components due to the imaging characteristics of the projection optical system PL such as aberration but also components due to these exposure conditions. This component is a noise component when measuring the imaging characteristics of the projection optical system PL such as aberration. Further, a measurement mark DM obtained in a measurement process described later. 1 ~ DM 5 The information related to the size of the image includes noise due to the measurement state. For example, to measure the coma aberration of the projection optical system PL, the line width difference between the images of the line patterns LP1 and LP2 is measured as described above. The noise component described above is included. Therefore, the index value of the coma aberration included in the information of the line width difference needs to be higher than the level of the noise component included in the information. The level of this noise component is determined by the measurement mark DM 1 ~ DM 5 Has been confirmed to be affected by the distance D between the line patterns LP1 and LP2, and in the present embodiment, the line width difference L1-L2 of the image of the line patterns LP1 and LP2 included in the line width difference information is determined. The interval D between the line patterns LP1 and LP2 needs to be defined so as to be larger than the size of the noise component included in the information. In the present embodiment, for example, the measurement mark DM in which the line width of the line patterns LP1 and LP2 is 130 nm and the interval D is 120 nm. 1 ~ DM 5 Shall be used.
[0049]
Next, a flow of a measurement operation for measuring the imaging characteristics of the projection optical system PL by the exposure apparatus 100 of the present embodiment will be briefly described.
[0050]
First, wafer W is loaded on wafer table 18 by a wafer loader (not shown), and reticle RT is loaded on reticle stage RST by a reticle loader (not shown).
[0051]
Main controller 28 adjusts the center of a pair of fiducial marks (not shown) formed on the surface of fiducial plate FP provided on wafer table 18 so as to substantially coincide with the optical axis of projection optical system PL. The wafer table 18 is moved. This movement is performed by moving the XY stage 20 via the drive system 22 while monitoring the measurement result of the laser interferometer 26 by the main controller 28. Next, main controller 28 adjusts the position of reticle stage RST via drive system 29 such that the center (reticle center) of reticle RT substantially matches the optical axis of projection optical system PL. At this time, for example, the relative position between the reticle alignment marks RM1 and RM2 and the corresponding reference mark is detected by the reticle alignment detection system (not shown) via the projection optical system PL.
[0052]
The main controller 28 drives the reticle alignment marks RM1 and RM2 based on the detection result of the relative position detected by the reticle alignment detection system such that the relative position error between the reticle alignment marks RM1 and RM2 and the corresponding reference mark is minimized. The position of the reticle stage RST in the XY plane is adjusted via the system 29. Thereby, the center of the reticle RT (reticle center) almost exactly coincides with the optical axis of the projection optical system PL, and the rotation angle of the reticle RT coincides with the coordinate axis of the rectangular coordinate system defined by the length measurement axis of the laser interferometer 26. Exact match.
[0053]
Next, the main controller 28 moves the XY stage 20 via the drive system 22 while monitoring the measurement result of the laser interferometer 26, and in this embodiment, applies a positive resist as a photosensitive agent on the surface. The moved wafer W is moved to a position below the projection optical system PL.
[0054]
In this state, main controller 28 performs exposure. Here, since the purpose is to measure the imaging characteristics of the projection optical system PL, the reticle RT and the wafer W, ie, the reticle stage RST and the XY stage 20, are kept stationary during exposure. In the present embodiment, coma aberration or an index value (referred to as an abnormal line width or a line width difference) is measured as the imaging characteristic of the projection optical system PL, and the best focus position of the projection optical system PL is already determined. It is assumed that measurement and calibration of the focus sensor AFS have been completed. Therefore, the exposure is performed after the imaging plane of the projection optical system PL and the surface of the photoresist layer of the wafer W are substantially matched in the irradiation area of the illumination light IL using the focus sensor AFS. Thereby, measurement mark DM of reticle RT 1 ~ DM 5 The images of the line patterns LP1 and LP2 are reduced and transferred onto the photoresist layer on the wafer W via the projection optical system PL (exposure step). At this time, exposure is performed at a normal exposure dose (that is, an appropriate amount according to the sensitivity characteristics of the resist).
[0055]
When the exposure is completed, the wafer W is unloaded from above the wafer table 18 by a wafer loader (not shown) in accordance with an instruction from the main controller 28, and then inline with the exposure apparatus 100 by a wafer transfer system (not shown). Is transported to a coater / developer (not shown), which is connected to the printer.
[0056]
The wafer W is developed in the coater / developer. Upon completion of the development, a transfer image LP1W of the line pattern LP1 and a transfer image LP2W of the line pattern LP2 are formed on the wafer W as shown in FIG.
[0057]
Next, measurement mark DM formed on wafer W 1 ~ DM 5 , That is, the transfer image LP1W of the line pattern LP1 and the transfer image LP2W of the line pattern LP2 (line width measurement) are measured as follows (measurement step). At this time, since the line patterns LP1 and LP2 on the reticle RT are arranged at the interval D, the transfer image LP1W of the line pattern LP1 and the transfer image LP2W of the line pattern LP2 are separated on the wafer W. And their line widths can be measured.
[0058]
First, upon receiving the notification of the completion of development from the coater / developer, the main controller 28 instructs a wafer transfer system (not shown) to transfer the wafer W into the exposure apparatus 100, and transfers the transferred wafer W to the wafer loader. To load on the wafer table 18 again.
[0059]
Then, main controller 28 moves transfer image LP1W of line pattern LP1 and transfer image LP2W of line pattern LP2 formed on wafer W directly below alignment detection system AS, and uses, for example, an FIA system or the like. The line width L1 of the transfer image LP1W of the line pattern LP1 and the line width L2 of the transfer image LP2W of the line pattern LP2 are measured (see FIG. 4). Those measurement marks DM detected by the alignment detection system AS 1 ~ DM 5 Is transmitted to the main controller 28 via the alignment controller 16.
[0060]
Next, main controller 28 calculates the imaging characteristics of projection optical system PL based on line width L1 of transfer image LP1W of line pattern LP1 and line width L2 of transfer image LP2W of line pattern LP2 (calculation step). .
[0061]
In the present embodiment, a case where coma aberration is calculated as the imaging characteristic of the projection optical system will be described. For example, when the L / S pattern is usually transferred onto the wafer W via the projection optical system PL, the coma aberration is a phenomenon in which the line widths of line images located at both ends of the transferred image are greatly different. Is known to be detectable. In order to express the coma aberration by this phenomenon, the line widths of the transfer images of the line patterns located at both ends in the best focus state are defined as D1 and D2.
| D1-D2 | / (D1 + D2) (1)
A so-called abnormal line width value (a line width change amount due to coma aberration) defined by the following equation is used.
[0062]
Therefore, in the present embodiment, the amount represented by the following equation may be defined as an abnormal line width value as an index of coma aberration from the line widths L1 and L2 of the transfer images LP1W and LP2W of the line patterns LP1 and LP2.
[0063]
Line width abnormal value = | L1-L2 | / (L1 + L2) (2)
[0064]
In main controller 28, measurement mark DM 1 ~ DM 5 The average value of the line width L1 of the transfer image LP1W of each line pattern LP1 and the average value of the line width L2 of the transfer image LP2W of the line pattern LP2 are substituted for L1 and L2 in the above equation (2). The calculated result may be calculated as an abnormal line width value. In the present embodiment, coma is measured as one of the imaging characteristics of the projection optical system PL. However, various other parameters such as a best (best) focus position, astigmatism, spherical aberration, and field curvature are used. Can also be measured. In this case, at least one of the line width L1 and the line width L2 is used as an index of each aberration.
[0065]
In the exposure apparatus 100 of the present embodiment, the main controller 28 controls each unit of the apparatus and measures the imaging characteristics of the projection optical system PL by the imaging characteristic measurement method described above before the start of exposure. Then, main controller 28 adjusts various conditions at the time of exposure in consideration of the measured imaging characteristics, and performs scanning exposure while performing synchronous control of XY stage 20 and reticle stage RST.
[0066]
The adjustment of various conditions at the time of exposure typically includes, for example, adjusting the imaging characteristic of the projection optical system PL based on the measurement result via the above-described imaging characteristic correction controller. Further, for example, when the imaging characteristic is curvature of field or the like, at least one of the reticle R and the wafer W in the Z-axis direction and the tilt angle may be adjusted during the scanning exposure. At this time, the adjustment of the imaging characteristics by the imaging characteristic correction controller may be used together.
[0067]
If the imaging characteristics cannot be adjusted within the predetermined accuracy range, main controller 28 displays a warning on a display (monitor) or assists an operator or the like through the Internet (e-mail or the like) or a mobile phone. May be notified. Further, in this case, information necessary for adjustment of each drive system and sensors may be notified together. As a result, not only the work time for measuring various data, but also the preparation period can be shortened, and the stop period of the exposure apparatus 100 can be shortened, that is, the operation rate can be improved.
[0068]
As described in detail above, the measurement mark DM formed by the two line patterns LP1 and LP2 having the line width L arranged at the interval D. 1 ~ DM 5 Are transferred onto the wafer W, and the imaging characteristics of the projection optical system PL are measured based on the images of the measurement marks, ie, the transfer images LP1W and LP2W of the line patterns LP1 and LP2. You.
[0069]
FIG. 5 shows a case where an L / S pattern mark having five line patterns is used as a measurement mark of the imaging characteristics of the projection optical system PL, and a case where two line patterns are used as in the present embodiment. The characteristics of the size of the transferred image when the mark of the L / S pattern is used are shown. In addition, when the line width difference of the transfer images of the line patterns at both ends of the L / S pattern having five line patterns is L1′−L2 ′, and the coma aberration is measured using the measurement mark of this pattern, It is assumed that an abnormal line width value obtained by the same equation as the above equation (2) is used as an index value of coma aberration.
[0070]
In FIG. 5A, the horizontal axis indicates the defocus amount, and the vertical axis indicates the line width abnormal value represented by the above equation (2). Further, the characteristic of the abnormal line width value of the transferred image when the mark of the L / S pattern using the two line patterns is used is indicated by a solid line (L1−L2), and the L having the five line patterns The characteristic of the abnormal line width value of the transferred image of the line pattern at both ends of the / S pattern is indicated by a dotted line (L1'-L2 ').
[0071]
As shown in FIG. 5A, the line width index value of both measurement marks changes depending on the focus position at the time of exposure, and becomes minimum at the best focus position where the defocus amount is 0, and the defocus amount is reduced. It increases as it gets bigger. Therefore, when the measurement mark for measuring the coma aberration is transferred to the wafer, it is desirable to set the defocus amount to the best focus position where the defocus amount is zero. However, in actual measurement, it is difficult to expose the measurement mark with the defocus amount completely set to zero.
[0072]
As shown in FIG. 5A, the ratio of the change of the abnormal line width value to the change of the defocus amount is smaller in L1−L2 than in L1′−L2 ′. Therefore, when L1−L2 is measured, the change in the abnormal line width due to the defocus amount becomes smaller. Therefore, even when the defocus amount is not 0, the coma aberration can be measured with higher accuracy. .
[0073]
In FIG. 5B, the horizontal axis indicates a reticle manufacturing error, and the vertical axis indicates the line width of a line image formed on the reticle, which is transferred onto a wafer. Further, the line width characteristic of the transferred image when the mark of the L / S pattern using two line patterns is used is shown by a solid line (L2), and the L / S pattern having five line patterns is shown. The characteristic of the line width abnormal value of the transfer image of the line pattern at both ends is indicated by a dotted line (L2 ′).
[0074]
As shown in FIG. 5B, it can be seen that the line widths L2 and L2 ′ of the transferred image both of the measurement marks increase as the reticle manufacturing error increases. Therefore, when a measurement mark is transferred to a wafer to measure aberrations such as coma aberration, it is desirable to reduce the manufacturing error of the measurement mark, that is, the reticle manufacturing error as much as possible. However, it is difficult to completely eliminate the reticle manufacturing error. As shown in FIG. 5B, the degree of the change in the abnormal line width with respect to the change in the reticle manufacturing error is smaller in L2 than in L2 '. This tendency is the same for the other line widths L1 and L1 '. Therefore, when L2 is measured, the error in the line width of the transferred image due to the reticle manufacturing error becomes smaller, and thus aberrations such as coma can be measured with higher accuracy.
[0075]
As described above, the measurement characteristic of the coma aberration has a smaller number of patterns to be projected than when five L / S pattern measurement marks are used, and thus affects the degree of pattern image formation at the measurement marks. And the number of other patterns that give For this reason, the degree of the change in the size of the image of the two line patterns with respect to the change in the defocus amount or the magnitude of the manufacturing error of the mark becomes small. Therefore, in the imaging characteristic measuring method according to the present embodiment, the influence of other factors such as the defocus amount and the mark reticle manufacturing error on the size of the line widths L1 and L2 of the transfer images LP1W and LP2W of the line patterns LP1 and LP2. Can be reduced, and the measurement capability when measuring the imaging characteristics of the projection optical system PL can be improved.
[0076]
In this case, the measurement mark DM 1 ~ DM 5 Of the size of the transferred image may be performed on the latent image formed on the wafer W without developing the wafer W, or the measurement mark DM 1 ~ DM 5 After developing the wafer W having the transferred image formed thereon, the process is performed on the resist image formed on the wafer W or an image (etched image) obtained by etching the wafer W having the resist image formed thereon. May be.
[0077]
Further, in the present embodiment, the transfer images LP1W and LP2W are linear images, but the present invention is not limited to this, and may be rhombic images or other shapes. In the case of a rhombic image, it is desirable to measure the size using the LSA system instead of the FIA system. Further, in the present embodiment, in order to measure the coma aberration or the index value thereof, the exposure is performed by arranging the wafer at the best focus position of the projection optical system PL. However, it is clear from the description of FIG. As described above, it is not always necessary to expose the wafer at the best focus position.
[0078]
In the above embodiment, the value represented by the right side of the above equation (2) is used as the index value of the coma aberration. However, the numerator | L1-L2 | You may make it.
[0079]
Further, according to the exposure apparatus 100 of the present embodiment, the imaging characteristics of the projection optical system PL are accurately measured by the above-described imaging characteristics measuring method. Then, various conditions during exposure are adjusted in consideration of the measured imaging characteristics, and the pattern of reticle R is transferred onto wafer W. The adjustment of the exposure condition typically includes, for example, adjustment of the imaging characteristics of the projection optical system PL based on the measured imaging characteristics, adjustment of the alignment error between the reticle R and the wafer W caused by the imaging characteristics, and the like. Can be In any case, since various conditions at the time of exposure are adjusted, highly accurate exposure can be performed.
[0080]
In the above embodiment, the case where the longitudinal direction of the line patterns LP1 and LP2 is the X-axis direction is described. However, the present invention is not limited to this, and the longitudinal direction of the line patterns LP1 and LP2 is the Y-axis direction. May be present, or may be in another direction on the XY plane. Further, a plurality of sets of line patterns LP1 and LP2 having different longitudinal directions may be used as one measurement mark. Further, a plurality of sets of line patterns LP1 and LP2 in which at least one of the line width and the interval D is different may be used as one measurement mark.
[0081]
Further, in the above-described embodiment, the measurement mark DM whose interval D is smaller than the line width of the line patterns LP1 and LP2. 1 ~ DM 5 However, the interval D may be approximately equal to the line width, or the interval D may be larger than the line width. In particular, in the former, comparison of the measurement results with the conventional five line patterns Becomes easier.
[0082]
Further, in the above-described embodiment, the measurement marks of the reticle RT are provided at a total of five locations including the center and the four corners of the area in the pattern area PA, but the present invention is not limited to this, and the reticle is not limited to this. A large number of measurement marks may be arranged on the RT pattern area PA.
[0083]
In the above embodiment, the line width of the resist image is measured. However, for example, the line width of a latent image or an image obtained by etching a wafer on which a resist image is formed may be measured. good. In the above embodiment, the line widths L1 and L2 of the transferred image are measured using the alignment detection system AS of the exposure apparatus 100. However, other than the exposure apparatus, for example, a dedicated line width measurement apparatus (SEM or the like) is used. You may.
[0084]
Further, in the above embodiment, the line widths L1 and L2 of the transfer images LP1W and LP2W are optically detected by the alignment detection system AS or the like. However, the present invention is not limited to this. For example, an ECD (Electrical Critical Dimension) : A measuring method using electric resistance). In this case, it is necessary to add an electrode pattern for measuring electric resistance to the line pattern to be measured.
[0085]
Further, in the above embodiment, a positive photoresist is used as a photoresist as a photosensitive agent applied to the wafer, but a negative photoresist may be used.
[0086]
Further, in the above-described embodiment, the line patterns LP1 and LP2 are used as the light-shielding portions. However, the line patterns LP1 and LP2 may be used as the light-transmitting portions, and the surrounding portions may be used as the light-shielding portions. In this case, it is desirable to use a negative photoresist.
[0087]
Further, a drawing error or the like of a measurement mark formed on the reticle may be detected in advance, and the error may be added to the calculation result of Expression (2). Further, in the above embodiment, when measuring the imaging characteristics of the projection optical system PL, the measurement mark DM 1 ~ DM 5 Was transferred to the wafer. Alternatively, the measurement mark may be transferred by a scanning exposure method, or the measurement mark may be transferred by both a static exposure method and a scanning exposure method. The imaging characteristics may be determined for each.
[0088]
In the above embodiment, the case where the line widths L1 and L2 of the transferred image are measured using the FIA system of the alignment detection system AS has been described. However, the present invention is not limited to this. Of course, the line widths L1 and L2 of the transferred image may be measured using the above-described alignment sensor that detects two diffracted lights (for example, the same order) generated from the mark by causing interference. Even in this case, the imaging characteristics of the projection optical system PL can be obtained in the same manner as in the above embodiment.
[0089]
Further, in the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to the step-and-scan type scanning exposure apparatus has been described. However, the scope of the present invention is not limited to this. That is, the present invention can be suitably applied to a step-and-repeat method, a step-and-stitch method, a mirror projection aligner, a photo repeater, and the like. In particular, in the case of a step-and-repeat type projection exposure apparatus, in the exposure step, the exposure is performed while the object stage and the mask stage are stationary, thereby forming the image forming characteristic of the projection optical system PL in the same manner as in the above embodiment. Can be requested.
[0090]
Further, the projection optical system PL may be any one of a refraction system, a catadioptric system, and a reflection system, and may be any one of a reduction system, an equal magnification system, and an enlargement system. Further, the reticle may be of a reflection type as well as a transmission type.
[0091]
Further, the light source of the exposure apparatus to which the present invention is applied is not limited to a KrF excimer laser or an ArF excimer laser, but may be a continuous light source such as a mercury lamp that generates g-line, i-line, or the like. 2 A laser (wavelength: 157 nm) or another pulsed laser light source in the vacuum ultraviolet region may be used. In addition, for example, a single-wavelength laser beam in the infrared or visible range oscillated from a DFB semiconductor laser or a fiber laser is used as the exposure illumination light, for example, a fiber doped with erbium (or both erbium and ytterbium). A harmonic that has been amplified by an amplifier and wavelength-converted to ultraviolet light using a nonlinear optical crystal may be used. Further, EUV light or the like may be used as the illumination light for exposure. In this case, a reflection type reticle is used.
[0092]
Furthermore, the present invention is not limited to an exposure apparatus used for manufacturing a semiconductor element, but also an exposure apparatus used for manufacturing a display including a liquid crystal display element and a plasma display, which transfers a device pattern onto a glass plate, and a thin film magnet. For exposure equipment used to manufacture device masks, such as exposure devices that transfer device patterns onto ceramic wafers, imaging devices (such as CCDs), micromachines, and DNA chips, as well as exposure devices that are used to manufacture masks or reticles. Can also be applied.
[0093]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the imaging characteristic measuring method according to the present invention, there is an effect that the imaging characteristic of the projection optical system can be accurately and efficiently measured.
[0094]
Further, according to the exposure method of the present invention, since various conditions at the time of exposure are adjusted, highly accurate exposure can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a reticle used for measuring an imaging characteristic of a projection optical system.
FIG. 3 is an enlarged view showing a measurement mark on the reticle shown in FIG. 2;
FIG. 4 is a view showing a transferred image formed on a resist layer when exposure is performed using the reticle on which the measurement mark shown in FIG. 3 is formed.
FIG. 5 is a graph showing a characteristic of a size of a transferred image in various measurement marks.
[Explanation of symbols]
DM 1 ~ DM 5 ... Measurement marks, LP1, LP2, line pattern, PL, projection optical system, R, mask, W, wafer.

Claims (7)

第1面上のパターンを第2面上に投影する投影光学系の結像特性を計測する結像特性計測方法であって、
所定間隔をおいて配設された所定幅を有する2つの所定パターンによって形成されるマークを前記第1面上に配置し、前記投影光学系を介して前記マークを前記第2面上に配置された物体上に転写する露光工程と;
前記物体上に形成された前記マークの像のサイズを計測する計測工程と;
前記計測されたマークの像のサイズに関する情報に基づいて前記投影光学系の結像特性を算出する算出工程と;を含む結像特性計測方法。
An imaging characteristic measuring method for measuring an imaging characteristic of a projection optical system that projects a pattern on a first surface onto a second surface,
A mark formed by two predetermined patterns having a predetermined width arranged at a predetermined interval is arranged on the first surface, and the mark is arranged on the second surface via the projection optical system. An exposing step of transferring the image onto an object;
A measuring step of measuring a size of an image of the mark formed on the object;
A calculating step of calculating an imaging characteristic of the projection optical system based on the information on the size of the measured mark image.
前記所定間隔は、前記計測工程において、前記物体上に形成された前記マークの像における2つの所定パターンの像を互いに分離して計測可能な間隔であることを特徴とする請求項1に記載の結像特性計測方法。The said predetermined space | interval is the space | interval which can separate the image of two predetermined patterns in the image of the said mark formed on the said object in the said measurement process mutually, and can be measured. Imaging characteristic measurement method. 前記算出工程は、前記2つの所定パターンの像のサイズの差の情報に基づいて前記投影光学系の結像特性を算出することを特徴とする請求項2に記載の結像特性計測方法。The imaging characteristic measuring method according to claim 2, wherein the calculating step calculates an imaging characteristic of the projection optical system based on information on a difference between the sizes of the images of the two predetermined patterns. 前記所定間隔は、前記サイズの差の情報に含まれる前記2つの所定パターンの像のサイズの差が、その情報に含まれるノイズ成分の大きさよりも大きくなるような間隔であることを特徴とする請求項3に記載の結像特性計測方法。The predetermined interval is an interval such that a difference between the sizes of the images of the two predetermined patterns included in the information on the size difference is larger than a size of a noise component included in the information. The imaging characteristic measuring method according to claim 3. 前記算出工程では、前記投影光学系の結像特性として最良フォーカス位置、非点収差、球面収差、像面湾曲及びコマ収差の少なくとも1つを、前記2つの所定パターンの像のサイズの情報に基づいて算出することを特徴とする請求項1又は2に記載の結像特性計測方法。In the calculating step, at least one of a best focus position, astigmatism, spherical aberration, field curvature, and coma aberration is defined as an imaging characteristic of the projection optical system based on information on an image size of the two predetermined patterns. The imaging characteristic measuring method according to claim 1, wherein the calculation is performed by calculation. 前記所定間隔は、前記所定パターンの所定幅よりも狭く設定されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の結像特性計測方法。The imaging characteristic measuring method according to claim 1, wherein the predetermined interval is set smaller than a predetermined width of the predetermined pattern. マスクのパターンを、投影光学系を介して物体上に転写する露光方法であって、
請求項1〜6のいずれか一項に記載の結像特性計測方法によって前記投影光学系の結像特性を計測する工程と;
前記計測された結像特性を考慮して露光の際の条件を調整して、前記マスクのパターンを前記物体上に転写する工程と;を含む露光方法。
An exposure method for transferring a pattern of a mask onto an object via a projection optical system,
A step of measuring an imaging characteristic of the projection optical system by the imaging characteristic measuring method according to any one of claims 1 to 6;
Transferring the pattern of the mask onto the object by adjusting conditions for exposure in consideration of the measured imaging characteristics.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009069163A (en) * 2002-09-20 2009-04-02 Asml Netherlands Bv Alignment system and methods for lithographic systems
JP2013008967A (en) * 2011-06-22 2013-01-10 Asml Netherlands Bv System and method to ensure light source and image stability
US9239526B2 (en) 2013-07-16 2016-01-19 Kabushiki Kaisha Toshiba Exposure apparatus and transfer characteristics measuring method

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009069163A (en) * 2002-09-20 2009-04-02 Asml Netherlands Bv Alignment system and methods for lithographic systems
JP2013008967A (en) * 2011-06-22 2013-01-10 Asml Netherlands Bv System and method to ensure light source and image stability
US9459537B2 (en) 2011-06-22 2016-10-04 Asml Netherlands B.V. System and method to ensure source and image stability
US9239526B2 (en) 2013-07-16 2016-01-19 Kabushiki Kaisha Toshiba Exposure apparatus and transfer characteristics measuring method

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