JP2006071440A - Position sensor, exposure system equipped with the position sensor, and exposure technique using the position sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、位置計測用パターンを撮像して該位置計測用パターンの位置を計測する際、計測精度を維持してスループット性を向上させた位置計測装置、この位置計測装置を備えた露光装置及びこの位置計測装置を使用する露光方法に関する。 The present invention relates to a position measurement apparatus that maintains measurement accuracy and improves throughput when imaging a position measurement pattern and measures the position of the position measurement pattern, an exposure apparatus including the position measurement apparatus, and The present invention relates to an exposure method using this position measuring apparatus.
半導体デバイスや液晶表示デバイスを、リソグラフィ技術を用いて製造する際には、パターンが形成されたマスクとしてのレチクルに露光用照明光(露光光)を照射し、このパターンの像を、投影光学系を介してフォトレジスト等の感光剤が塗布された半導体ウエハやガラステンプレート等の感光性基板上に投影露光する露光装置が使用されている。 When a semiconductor device or a liquid crystal display device is manufactured using a lithography technique, an exposure illumination light (exposure light) is irradiated onto a reticle as a mask on which a pattern is formed, and an image of the pattern is projected onto a projection optical system. An exposure apparatus that performs projection exposure on a photosensitive substrate such as a semiconductor wafer or a glass template coated with a photosensitive agent such as a photoresist is used.
このような露光装置では、一般に複数の異なったレチクル上に描かれた回路パターンをウエハ上に順次重ねて露光するため、露光に先立ち、レチクルのウエハステージ座標系に対する位置関係を精度良く求めてレチクルとウエハ(ウエハの各ショット領域内の回路パターン)とのアライメント(位置合わせ)を正確に行う必要がある。このアライメントを行うため、例えば露光装置に装着されているアライメントセンサによりウエハ上に形成されているアライメントマークの位置を検出しており、これによりウエハ上の各ショット領域内の回路パターンの正確な位置を検出している。 In such an exposure apparatus, in general, circuit patterns drawn on a plurality of different reticles are sequentially overlapped on the wafer for exposure. Therefore, prior to exposure, the positional relationship of the reticle with respect to the wafer stage coordinate system is obtained with high accuracy. And the wafer (circuit pattern in each shot area of the wafer) need to be accurately aligned. In order to perform this alignment, for example, the position of the alignment mark formed on the wafer is detected by an alignment sensor mounted on the exposure apparatus, and thereby the exact position of the circuit pattern in each shot area on the wafer. Is detected.
このアライメントセンサの一つとして、例えば、ウエハ上に形成されたアライメントマークにハロゲンランプなどを光源とする波長帯域幅の長いブロードバンド光(感光剤が感光しない帯域の光)を照射する一方、該アライメントマークからの反射光をCCDカメラで撮像し、その画像信号に画像処理を施してアライメントマークの位置を計測する、ウエハアライメントセンサの一種である、FIA(Field Image Alignment)センサが知られている。 As one of the alignment sensors, for example, the alignment mark formed on the wafer is irradiated with broadband light having a long wavelength bandwidth using a halogen lamp as a light source (light in a band where the photosensitive agent is not exposed). An FIA (Field Image Alignment) sensor, which is a type of wafer alignment sensor, that captures reflected light from a mark with a CCD camera and performs image processing on the image signal to measure the position of the alignment mark is known.
このFIAセンサでアライメントマークを撮像する際には、予めCCDカメラの撮像面(受光素子の受光面)上にアライメントマークの反射光の像が結像するように、フォーカス計測、合焦動作を行う必要がある。このフォーカス計測、合焦動作は、FIAセンサに内蔵されているアライメント・オート・フォーカス・センサ(ALG−AFセンサ:AFセンサ)により受光素子の受光面の位置とウエハ表面からの反射光の結像位置との間のフォーカス方向におけるズレ量を計測し、このズレ量が零になるようにウエハステージをZ方向(高さ方向:フォーカス方向)に移動させて行う。 When the alignment mark is imaged by this FIA sensor, focus measurement and focusing operation are performed so that the reflected light image of the alignment mark is formed on the imaging surface of the CCD camera (the light receiving surface of the light receiving element) in advance. There is a need. This focus measurement and focusing operation is performed by using an alignment auto focus sensor (ALG-AF sensor: AF sensor) built in the FIA sensor to form the position of the light receiving surface of the light receiving element and the reflected light from the wafer surface. The amount of deviation in the focus direction from the position is measured, and the wafer stage is moved in the Z direction (height direction: focus direction) so that the amount of deviation becomes zero.
AFセンサには、例えば、96(ライン)×1024(列)のピクセル(画素)を有して、TDI(Time Delay Integration)動作により計測信号を処理する受光素子(CCDカメラ)が採用されている。このAFセンサでは、ズレ量を計測するため、ウエハ上のアライメントマークの近傍に投影されたフォーカス計測用マーク像(AFマーク像)を撮像して計測し、この撮像信号を計測信号として画像処理している。具体的には、長手方向の1024列が像位置の計測に使用され、また非計測方向の96段のラインが信号を逐次積算するのに使用されていて、各ライン上のピクセルに蓄積された電荷(信号)を一定時間毎に次の段のラインに逐次加算し、最終的には1ライン上に全ての信号を加算処理して(1ライン当たり96倍の信号強度にして)、これを画像処理することによりズレ量を計測している。 As the AF sensor, for example, a light receiving element (CCD camera) having 96 (line) × 1024 (column) pixels and processing a measurement signal by TDI (Time Delay Integration) operation is employed. . In this AF sensor, in order to measure the amount of deviation, a focus measurement mark image (AF mark image) projected in the vicinity of the alignment mark on the wafer is imaged and measured, and this image pickup signal is subjected to image processing as a measurement signal. ing. Specifically, 1024 columns in the longitudinal direction are used for measuring the image position, and 96 lines in the non-measurement direction are used for sequentially integrating the signals, and accumulated in the pixels on each line. Charges (signals) are sequentially added to the next stage line at regular intervals, and finally all signals are added on one line (with a signal strength of 96 times per line). The amount of deviation is measured by image processing.
ところで、FIAセンサによるウエハアライメントにおいて統計的手法を利用した、エンハンスト・グローバル・アライメント(Enhanced Global Alignment:EGA)では、ウエハ上の各ショット領域の近傍に形成されたアライメントマークのうち、所定の複数のショット領域のアライメントマークを選択し、選択したこれらアライメントマークの位置を順次計測してウエハの残存回転誤差、ウエハの線形伸縮、ウエハのオフセットなどを求め、ウエハの全てのショット領域を位置決めするが、この場合、計測対象となる全てのアライメントマークを同じフォーカス状態で計測しないとアライメントマーク位置の計測結果に誤差が生じる可能性がある。一般にアライメントマーク周辺の高さ分布はウエハ内のいずれのショット領域において略同じであることが期待されているが、実際にはばらつきがある。また、アライメントマークがFIAセンサの計測視野に入るまでの二次元平面(XY平面)内におけるウエハステージ移動経路はショット領域毎に異なる。したがって、アライメントマーク間でFIAセンサの計測条件が一定になるようにアライメントマークがFIAセンサの計測(検出)視野内に入った状態でAFセンサによりウエハ像に投影されたAFスリット像の計測、調整(フォーカス計測、合焦動作)を行うことが望ましい。すなわち、各アライメントマーク毎に、アライメントマークがFIAセンサの計測視野内に入るようにウエハステージをXY方向に移動させた後、アライメント計測を行う直前にフォーカス計測及び合焦動作を行うことが望ましい。 By the way, in enhanced global alignment (EGA) using a statistical method in wafer alignment by the FIA sensor, a predetermined plurality of alignment marks formed in the vicinity of each shot area on the wafer are used. Select the alignment mark of the shot area, sequentially measure the position of the selected alignment mark to determine the residual rotation error of the wafer, linear expansion / contraction of the wafer, offset of the wafer, etc., and position all the shot areas of the wafer, In this case, if all the alignment marks to be measured are not measured in the same focus state, an error may occur in the measurement result of the alignment mark position. In general, the height distribution around the alignment mark is expected to be substantially the same in any shot area in the wafer, but there are actually variations. Further, the wafer stage movement path in the two-dimensional plane (XY plane) until the alignment mark enters the measurement field of view of the FIA sensor differs for each shot area. Therefore, measurement and adjustment of the AF slit image projected on the wafer image by the AF sensor while the alignment mark is in the measurement (detection) field of view of the FIA sensor so that the measurement conditions of the FIA sensor are constant between the alignment marks. It is desirable to perform (focus measurement, focusing operation). That is, for each alignment mark, it is desirable to perform the focus measurement and focusing operation immediately before performing the alignment measurement after moving the wafer stage in the XY direction so that the alignment mark falls within the measurement field of view of the FIA sensor.
しかし、このような場合において、AFスリット像の計測を上述したTDI動作(TDIモード計測)で計測することは、スループット性を著しく低下させることになる。すなわち、理想的な計測信号を得るには、アライメントマークがFIAセンサの計測視野内に入った状態で計測を行う必要があるため、ウエハを搭載したウエハステージをXY方向に停止させた状態に維持し、この停止状態下でAFセンサの受光素子のピクセルに蓄積された電荷(信号)を一定時間毎に次の段のラインに順次加算し、合計96段のライン分を順次加算してAFスリット像の位置を計測するTDIモード計測に時間がかかり、これを複数のアライメントマークの計測毎に行うことは、ウエハアライメントに時間がかかり、その結果、ウエハアライメントのスループット性を低下させることになる。 However, in such a case, measuring the AF slit image by the TDI operation (TDI mode measurement) described above significantly reduces the throughput. That is, in order to obtain an ideal measurement signal, it is necessary to perform measurement while the alignment mark is in the measurement field of view of the FIA sensor, so the wafer stage on which the wafer is mounted is maintained in the XY direction. In this stop state, the charges (signals) accumulated in the pixels of the light receiving element of the AF sensor are sequentially added to the next stage line at regular intervals, and a total of 96 stages are sequentially added to the AF slit. TDI mode measurement for measuring the position of an image takes time, and performing this for each measurement of a plurality of alignment marks takes time for wafer alignment, resulting in a decrease in throughput of wafer alignment.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、計測精度を維持してウエハアライメントのスループット性を向上させた位置計測装置、この位置計測装置を備えた露光装置及びこの位置計測装置を使用する露光方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and a position measuring apparatus that maintains the measurement accuracy and improves the throughput of wafer alignment, an exposure apparatus including the position measuring apparatus, and the position measuring apparatus. An object is to provide an exposure method to be used.
上記目的を達成する、本発明の請求項1に記載の位置計測装置は、二次元平面内を移動するステージ(ウエハステージWST)上に載置された物体(ウエハW)の該二次元平面内における位置(XY位置)を計測する位置計測装置であって、前記物体上に形成された位置計測用パターン(ウエハW上のアライメントマーク、EGA計測用マークなどのFIAセンサにより位置が計測される位置計測用パターン)に計測ビーム(FIAセンサのブロードバンド光)を照射し、該計測ビームの照射を受けて該位置計測用パターンから生じたパターンビーム(位置計測用パターンの反射光)を受光素子(FIAセンサのファイン計測用のCCDカメラ43,44)で受光し、その受光量に応じて光電変換信号を出力するパターン検出センサ(FIAセンサ30)と、前記受光素子の受光面の位置と、前記パターンビームの結像位置との間の、フォーカス方向(Z軸方向)におけるズレ量を計測するフォーカス状態検出センサ(AFセンサ60)と、を有し、該フォーカス状態検出センサは、複数の計測モード(TDI計測モード、WA計測モード)で使用可能であり、該フォーカス状態センサが計測に供される時の使用条件に応じて、該複数の計測モード中の任意の計測モードに切り換え設定されることを特徴とする。
The position measuring apparatus according to
請求項1に記載の位置計測装置において、前記使用条件は、例えば、前記ステージの前記二次元平面内の移動動作と並行して前記フォーカス状態検出センサによる検出を行う第1計測条件と、前記ステージの静止中に前記フォーカス状態検出センサによる検出を行う第2計測条件と、を含むようにしてもよい(請求項2)。
2. The position measurement apparatus according to
前記第2計測条件下では、前記位置計測用パターンが前記パターン検出センサの検出視野内に位置決めされていることが望ましい(請求項3)。 Under the second measurement condition, it is desirable that the position measurement pattern is positioned within a detection visual field of the pattern detection sensor.
前記フォーカス状態検出センサは、前記物体上に投影された互いに線幅の異なる複数のライン像を検出することにより前記ズレ量を計測するセンサであり、前記使用条件は、前記複数のライン像のうち線幅が所定値よりも大きいライン像を検出する第1計測条件と、前記線幅が前記所定値以下のライン像を検出する第2計測条件と、を含むようにしてもよい(請求項4)。 The focus state detection sensor is a sensor that measures the amount of deviation by detecting a plurality of line images projected on the object and having different line widths, and the use condition is a condition among the plurality of line images. You may make it include the 1st measurement condition which detects the line image whose line width is larger than a predetermined value, and the 2nd measurement condition which detects the line image whose said line width is below the said predetermined value (Claim 4).
前記使用条件は、前記ズレ量の検出精度として所定レベル以下の精度で許容される第1計測条件と、前記所定レベル以上の精度が要求される第2計測条件と、を含むようにしてもよい(請求項5)。 The use condition may include a first measurement condition that is allowed with an accuracy of a predetermined level or less as a detection accuracy of the deviation amount, and a second measurement condition that requires an accuracy of the predetermined level or more. Item 5).
前記フォーカス状態検出センサはnライン×m列(n,mは共に2以上の自然数)のピクセルを備えており、前記計測モードは、前記各ライン内のピクセルに蓄積された光量に相当する信号を所定時間毎に所定ラインずつ順次加算を繰り返す第1計測モード(TDI(Time Delay Integration)計測モード)と、前記各ラインのピクセルに蓄積された光量に相当する信号を一度にnライン分加算する第2計測モード(WA(Wide
Aperture)計測モード)と、を含み、前記第1計測条件時には前記第1計測モードが設定され、前記第2計測条件時には前記第2計測モードが設定されることが望ましい(請求項6)。
The focus state detection sensor includes pixels of n lines × m columns (n and m are natural numbers of 2 or more), and the measurement mode outputs a signal corresponding to the amount of light accumulated in the pixels in each line. A first measurement mode (TDI (Time Delay Integration) measurement mode) in which addition is sequentially performed by predetermined lines every predetermined time, and a signal corresponding to the amount of light accumulated in the pixels of each line is added for n lines at a time. 2 Measurement mode (WA (Wide
It is preferable that the first measurement mode is set when the first measurement condition is set, and the second measurement mode is set when the second measurement condition is set (Claim 6).
上記目的を達成する、本発明の請求項7に記載の露光装置は、マスクパターン(レチクルRに形成されたパターン)を照明して、該マスクパターンの像をステージ(ウエハステージWST)上に搭載された被露光基板(ウエハW)上に転写する露光装置であって、請求項1乃至6の何れか一項に記載の位置計測装置を有し、前記被露光基板上に形成された位置計測用パターンを、前記位置計測装置を用いて計測した結果に基づいて、位置決めされた前記被露光基板上に、前記マスクパターンの像を転写することを特徴とする。
An exposure apparatus according to claim 7, which achieves the above object, illuminates a mask pattern (pattern formed on a reticle R) and mounts an image of the mask pattern on a stage (wafer stage WST). An exposure apparatus for transferring onto a substrate to be exposed (wafer W), comprising the position measuring device according to any one of
請求項7に記載の露光装置において、前記位置計測装置が備えている前記フォーカス状態検出センサは、前記被露光基板上に投影された複数のライン像を検出することにより前記ズレ量を計測するセンサであり、前記被露光基板上に投影される前記複数のライン像の各長手方向(長手方向に沿うライン像の軸線)は、前記被露光基板上の前記マスクパターンの像が転写される領域(ショット領域)間のストリートラインに対して10度乃至35度又は55度乃至80度傾斜していることが望ましい(請求項8)。 8. The exposure apparatus according to claim 7, wherein the focus state detection sensor provided in the position measuring device measures the amount of deviation by detecting a plurality of line images projected on the substrate to be exposed. The longitudinal direction of each of the plurality of line images projected onto the substrate to be exposed (the axis of the line image along the longitudinal direction) is a region to which the image of the mask pattern on the substrate to be exposed is transferred ( It is desirable to incline 10 to 35 degrees or 55 to 80 degrees with respect to the street lines between the shot areas.
上記目的を達成する、本発明の請求項9に記載の露光方法は、マスクパターン(レチクルRに形成されたパターン)を照明して、該マスクパターンの像をステージ(ウエハステージWST)上に搭載された被露光基板(ウエハW)上に転写する露光方法であって、前記被露光基板上に形成された位置計測用パターンを、請求項1乃至6の何れか一項に記載の位置計測装置を用いて計測し、前記位置計測装置を用いて計測した結果に基づいて位置決めされた前記被露光基板上に、前記マスクパターンの像を転写することを特徴とする。
The exposure method according to claim 9 of the present invention, which achieves the above object, illuminates a mask pattern (pattern formed on a reticle R) and mounts an image of the mask pattern on a stage (wafer stage WST). A position measuring apparatus according to
本発明の請求項1に記載の位置計測装置によれば、フォーカス状態検出センサが、複数の計測モード(TDI計測モード、WA計測モード)で使用可能であり、該フォーカス状態センサが計測に供される時の使用条件に応じて、該複数の計測モード中の任意の計測モードに切り換え設定されるようにしてあるので、パターン検出センサによる位置計測用パターンの計測(例えばEGA計測)の直前に行われるフォーカス計測で、フォーカス状態検出センサの計測モードを、例えば、TDI計測モードから計測に要する時間がTDIモードよりも短くて済むWA計測モードに切り換えることにより、受光素子の受光面の位置とパターンビームの結像位置との間のフォーカス方向におけるズレ量を計測するのが短時間で行え、その結果、計測精度を維持してパターン検出センサによる計測時間を短縮化し、この結果スループット性を向上することが可能となる。 According to the position measuring apparatus of the first aspect of the present invention, the focus state detection sensor can be used in a plurality of measurement modes (TDI measurement mode, WA measurement mode), and the focus state sensor is used for measurement. Depending on the usage conditions at the time of measurement, it is set to be switched to an arbitrary measurement mode among the plurality of measurement modes. Therefore, the measurement is performed immediately before the position detection pattern measurement (for example, EGA measurement) by the pattern detection sensor. By switching the measurement mode of the focus state detection sensor from the TDI measurement mode to the WA measurement mode in which the time required for measurement is shorter than the TDI mode, the position of the light receiving surface of the light receiving element and the pattern beam are changed. The amount of deviation in the focus direction from the image forming position can be measured in a short time, resulting in measurement accuracy Maintain and shorten the time measured by the pattern detection sensor, it is possible to result improve the throughput properties.
請求項2に記載の位置計測装置によれば、使用条件が、ステージの二次元平面内の移動動作と並行してフォーカス状態検出センサによる検出を行う第1計測条件と、ステージの静止中にフォーカス状態検出センサによる検出を行う第2計測条件を含むので、例えば物体表面の平均高さを計測する場合等では、第1計測条件であるステージの二次元平面内の移動動作に平行して計測することができ、また例えばEGA計測前に行われるフォーカス計測では第2計測条件であるステージの静止中に計測をすることができ、いずれの場合も最適な状態で計測が行える。 According to the position measurement apparatus of the second aspect, the use condition is the first measurement condition in which detection is performed by the focus state detection sensor in parallel with the movement of the stage in the two-dimensional plane, and the focus is set while the stage is stationary. Since the second measurement condition for detecting by the state detection sensor is included, for example, when measuring the average height of the object surface, the measurement is performed in parallel with the movement operation of the stage in the two-dimensional plane as the first measurement condition. For example, in focus measurement performed before EGA measurement, measurement can be performed while the stage is stationary as the second measurement condition, and in any case, measurement can be performed in an optimum state.
請求項3に記載の位置計測装置によれば、第2計測条件下では位置計測用パターンがパターン検出センサの検出視野内に位置決めされるようにしてあるので、合焦した状態でパターン検出センサにより各位置計測用パターンを計測することができ、例えば理想的な状態でEGA計測が行える。 According to the position measuring apparatus of the third aspect, since the position measurement pattern is positioned within the detection visual field of the pattern detection sensor under the second measurement condition, the pattern detection sensor is in focus. Each position measurement pattern can be measured. For example, EGA measurement can be performed in an ideal state.
請求項4に記載の位置計測装置によれば、フォーカス状態検出センサが、物体上に投影された互いに線幅の異なる複数のライン像を検出することによりズレ量を計測するので、1本のライン像を計測する場合に比して計測誤差が少なく、計測信頼性があり、また使用条件が、複数のライン像のうち線幅が所定値よりも大きいライン像を検出する第1計測条件と、線幅が前記所定値以下のライン像を検出する第2計測条件とを含むようにしてあるので、線幅が所定値より大きいライン像を検出することにより、物体表面の平均的な高さの計測を行い、線幅が所定値以下のライン像を検出することにより、例えばEGA計測直前のフォーカス計測を行うことが出来る。 According to the position measuring apparatus of the fourth aspect, since the focus state detection sensor measures the amount of deviation by detecting a plurality of line images having different line widths projected on the object, one line A first measurement condition for detecting a line image having a smaller measurement error than the case of measuring an image, having measurement reliability, and having a line width larger than a predetermined value among a plurality of line images; The second measurement condition for detecting a line image whose line width is less than or equal to the predetermined value is included. Therefore, the average height of the object surface can be measured by detecting a line image whose line width is larger than the predetermined value. For example, focus measurement immediately before EGA measurement can be performed by detecting a line image having a line width of a predetermined value or less.
請求項5に記載の位置計測装置によれば、使用条件が、ズレ量の検出精度として、所定レベル以下の精度で許容される第1計測条件と、所定レベル以上の精度が要求される第2計測条件とを含むようにしてあるので、例えば第1計測条件で大まかな物体表面の平均的な高さの計測を行い、第2計測条件で例えばEGA計測直前の精度が要求されるフォーカス計測を行うことが出来る。 According to the position measuring apparatus of the fifth aspect, the usage condition is the first measurement condition that is allowed with an accuracy of a predetermined level or less as the detection accuracy of the deviation amount, and the second that requires an accuracy of a predetermined level or more. Since the measurement conditions are included, for example, a rough average surface measurement of the object surface is performed under the first measurement conditions, and focus measurement that requires accuracy just before the EGA measurement is performed under the second measurement conditions, for example. I can do it.
請求項6に記載の位置計測装置によれば、フォーカス状態検出センサが、nライン×m列のピクセルを備え、計測モードが、各ライン内のピクセルに蓄積された光量に相当する信号を所定時間毎に所定ラインずつ順次加算を繰り返す第1計測モード(TDI(Time Delay Integration)計測モード)と、各ラインのピクセルに蓄積された光量に相当する信号を一度にnライン分加算する第2計測モード(WA(Wide
Aperture)計測モード)と、を含み、第1計測条件時には第1計測モードが設定され、第2計測条件時には第2計測モードが設定されるようにしてあるので、例えばEGA計測直前に行われる、フォーカス方向のズレ量の計測を、第2計測モード(WA計測モード)で計測することにより、計測が短時間(TDI計測モードで計測する場合の1/nの時間)で済み、例えばEGA計測時間を短縮することが可能となる。
According to the position measurement device of claim 6, the focus state detection sensor includes n lines × m columns of pixels, and the measurement mode outputs a signal corresponding to the amount of light accumulated in the pixels in each line for a predetermined time. A first measurement mode (TDI (Time Delay Integration) measurement mode) in which addition is sequentially performed for each predetermined line every time, and a second measurement mode in which a signal corresponding to the amount of light accumulated in the pixels of each line is added for n lines at a time. (WA (Wide
Aperture) measurement mode), and the first measurement mode is set at the first measurement condition, and the second measurement mode is set at the second measurement condition. For example, this is performed immediately before the EGA measurement. By measuring the amount of deviation in the focus direction in the second measurement mode (WA measurement mode), the measurement can be completed in a short time (1 / n time when measuring in the TDI measurement mode). For example, EGA measurement time Can be shortened.
請求項7に記載の露光装置によれば、請求項1乃至6の何れか一項に記載の位置計測装置を有し、該位置計測装置を用いて位置計測用パターンを計測した結果に基づいて位置決めされた被露光基板上にマスクパターンの像を転写するようにしてあるので、位置計測用パターンの位置計測の直前に行われるフォーカス方向のズレ量の計測時間を短縮して、装置のスループット性を向上させることができ、また合焦した状態(ピントが合った状態)で位置計測用パターンの計測、例えばEGA計測が行え、その結果、マスクパターンの重ね合わせ精度を向上させることが出来る。 According to the exposure apparatus of the seventh aspect, the position measurement apparatus according to any one of the first to sixth aspects is provided, and based on the result of measuring the position measurement pattern using the position measurement apparatus. Since the mask pattern image is transferred onto the substrate to be exposed, the measurement time for the amount of deviation in the focus direction, which is performed immediately before the position measurement of the position measurement pattern, is shortened, and the throughput of the apparatus is improved. In addition, the position measurement pattern, for example, EGA measurement can be performed in a focused state (in-focus state), and as a result, the mask pattern overlay accuracy can be improved.
請求項8に記載の露光装置によれば、フォーカス状態検出センサが、被露光基板上に投影された複数のライン像を検出することによりズレ量を計測するので、1本のライン像を計測する場合に比して計測誤差が少なく、計測信頼性があり、また被露光基板上に投影される複数のライン像の各長手方向が、被露光基板上のマスクパターンの像が転写される領域間のストリートラインに対して10度乃至35度又は55度乃至80度傾斜するようにしてあるので、仮にライン像の一部がマスクパターン像上に重なることがあっても、これによって生じる計測信号変形量が小さく、結果として計測精度に与える影響を少なくすることが出来る。 According to the exposure apparatus of the eighth aspect, the focus state detection sensor measures a shift amount by detecting a plurality of line images projected on the substrate to be exposed, and thus measures one line image. There are few measurement errors compared to the case, there is measurement reliability, and each longitudinal direction of a plurality of line images projected on the substrate to be exposed is between regions where the mask pattern image on the substrate to be exposed is transferred. 10 degrees to 35 degrees or 55 degrees to 80 degrees with respect to the street line, even if a part of the line image may overlap the mask pattern image, the measurement signal deformation caused by this The amount is small, and as a result, the influence on the measurement accuracy can be reduced.
請求項9に記載の露光方法によれば、被露光基板上に形成された位置計測用パターンを、請求項1乃至6の何れか一項に記載の位置計測装置を用いて計測し、この計測結果に基づいて位置決めされた被露光基板上に、マスクパターンの像を転写するので、位置計測用パターンの位置計測の直前に行われるフォーカス方向のズレ量の計測時間を短縮して、露光処理のスループット性を向上させることが出来る。また合焦した状態(ピントが合った状態)で位置計測用パターンの計測、例えばEGA計測が行え、その結果、マスクパターンの重ね合わせ精度を向上させることが出来る。
According to the exposure method of claim 9, the position measurement pattern formed on the substrate to be exposed is measured using the position measurement device according to any one of
以下本発明の位置計測装置、該位置計測装置を備えた露光装置及び該位置計測装置を使用する露光方法の実施形態について図1乃至図10を参照して説明する。 Embodiments of a position measuring apparatus, an exposure apparatus including the position measuring apparatus, and an exposure method using the position measuring apparatus according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
図1は本発明の位置計測装置(FIA(Field Image Alignment)センサ30及びAF(Alignment Auto Focus)センサ60)及びこの位置計測装置を装備した露光装置の一実施形態を示す全体構成図、図2は図1の位置計測装置及び露光装置を使用して行う本発明の露光方法の一実施形態を示すフローチャート、図3は図1に示すフォーカス状態検出センサとしてのAFセンサの送光系の概略図、図4は同AFセンサの受光系の概略図、図5はAFセンサによるズレ量計測の原理説明図、図6は回路パターンと位置計測用パターン(アライメントマークAM1,AM2)及びAFマーク(線幅の異なる複数のライン像:スリット像SI)の配置関係を示す説明図、図7はスリット像の詳細図、図8(A)乃至(C)は位置計測用パターンの詳細図、図9(A)はスリット像をショット領域間のストリートラインに対して30度傾斜させることによってもたらされる信号変形誤差の低減を説明する説明図、図9(B)はスリット像をストリートラインに対して僅か(3度程度)しか傾斜させない場合における信号変形誤差の説明図、図10はAFセンサの計測信号を補正演算処理する説明図である。
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an embodiment of a position measuring apparatus (FIA (Field Image Alignment)
まず本実施形態の位置計測装置及び露光装置の全体構成及び動作について、図1を参照して説明する。 First, the overall configuration and operation of the position measurement apparatus and exposure apparatus of this embodiment will be described with reference to FIG.
本実施形態においては、位置計測装置(FIAセンサ30とAFセンサ60)を備えた露光装置10を例に挙げて説明する。露光装置10は、マスクとしてのレチクルR上に形成されたマスクパターンとしての回路パターンを、ステップ・アンド・リピート方式またはステップ・アンド・スキャン方式により投影光学系PLを介して物体または被露光基板としてのウエハWの各ショット領域上に順次露光転写する縮小投影型の露光装置である。図1中、X軸及びZ軸は紙面に並行に設定され、Y軸が紙面に対して垂直となる方向に設定されている。
In the present embodiment, an
図1において、照明光学系11から射出された露光光ELがほぼ均一な照度でマスクとしてのレチクルRを照明する。レチクルRはレチクルステージRS上に保持され、該レチクルステージRSはベース12上の2次元平面(XY平面)内で移動及び微小回転できるように支持されている。装置全体の動作を制御する主制御系50が、ベース12上の駆動装置15を介してレチクルステージRSの動作を制御する。
In FIG. 1, the exposure light EL emitted from the illumination optical system 11 illuminates the reticle R as a mask with a substantially uniform illuminance. The reticle R is held on a reticle stage RS, and the reticle stage RS is supported so that it can move and rotate in a two-dimensional plane (XY plane) on the
レチクルRに形成された回路パターンの像は投影光学系PLを介してウエハW上の各ショット領域に投影される。ウエハWには、各ショット領域の周辺部に例えば図8(A)に示すようなX軸方向の位置計測用とY軸方向の位置計測用(二次元計測用)のアライメントマーク(位置計測用パターン)AM1、AM2が形成されている。アライメントマークAM1はX軸方向の位置計測用であり、またアライメントマークAM2はY軸方向の位置計測用である。アライメントマークAM1は、X軸方向に沿って比較的狭い間隔をあけて配置した、Y軸方向に延びる互いに平行な複数本(例えば3本)の線状のマーク要素(ラインパターン)を2組、X軸方向に沿って比較的広い間隔をあけて配置することにより形成されており、各マーク要素は断面矩形状の溝から形成されている。アライメントマークAM2についても同様にY軸方向に沿って比較的狭い間隔をあけて配置した、X軸方向に延びる互いに平行な複数本(例えば3本)の線状のマーク要素を2組、Y軸方向に沿って比較的広い間隔をあけて配置することにより形成されており、各マーク要素は断面矩形状の溝から形成されている。なお、アライメントマークAM1,AM2として、図8(A)に示すもの以外に、例えば図8(B)に示すものや、図8(C)に示すものを用いてもよい。 The image of the circuit pattern formed on the reticle R is projected onto each shot area on the wafer W via the projection optical system PL. On the wafer W, alignment marks (for position measurement) for position measurement in the X-axis direction and for position measurement in the Y-axis direction (for two-dimensional measurement), for example, as shown in FIG. Pattern) AM1 and AM2 are formed. The alignment mark AM1 is for position measurement in the X-axis direction, and the alignment mark AM2 is for position measurement in the Y-axis direction. The alignment mark AM1 includes two sets of a plurality of (for example, three) linear mark elements (line patterns) parallel to each other and extending in the Y-axis direction, which are arranged at relatively small intervals along the X-axis direction. Each mark element is formed from a groove having a rectangular cross section. The mark elements are formed with a relatively wide interval along the X-axis direction. Similarly, for the alignment mark AM2, two sets of a plurality of (for example, three) linear mark elements extending in the X-axis direction and arranged in a relatively narrow space along the Y-axis direction, Each mark element is formed of a groove having a rectangular cross section. As the alignment marks AM1 and AM2, other than the one shown in FIG. 8A, for example, the one shown in FIG. 8B or the one shown in FIG. 8C may be used.
ウエハWはウエハホルダー16を介してウエハステージWST上に載置されている。ウエハステージWSTは、投影光学系PLの光軸に垂直な面内でウエハWを2次元的に位置決めするXYステージ17、投影光学系PLの光軸に平行な方向(Z軸方向)にウエハWを位置決めするZステージ18及びウエハWを微小回転させる不図示のステージにより構成されている。
Wafer W is placed on wafer stage WST via
ウエハステージWST(XYステージ17)上には移動鏡19が固定され、この移動鏡19と対向するようにレーザ干渉計20が配置されている。なお、詳細に図示していないが、移動鏡19は、X軸に垂直な反射面を有する平面鏡及びY軸に垂直な反射面を有する平面鏡により構成されている。また、レーザ干渉計20は、X軸に沿って移動鏡19にレーザビームを照射する2個のX軸用のレーザ干渉計及びY軸に沿って移動鏡19にレーザビームを照射する2個のY軸用のレーザ干渉計により構成されている。X軸用の1個のレーザ干渉計及びY軸用の1個のレーザ干渉計により、ウエハステージWSTのX座標及びY座標が計測される。また、X軸用の2個のレーザ干渉計の計測値の差によりウエハステージWSTの回転角が計測される。
A
レーザ干渉計20により計測されたX座標、Y座標及び回転角の情報は主制御系50に送られ、該主制御系50は送られた座標をモニターしつつ制御部52から駆動系21を介してウエハステージWSTの位置決め動作を制御する。図示していないが、レチクル側にもウエハ側と同様の干渉計システムが設けられている。
Information on the X coordinate, the Y coordinate, and the rotation angle measured by the laser interferometer 20 is sent to the
投影光学系PLの側方には、FIAセンサ30が配置されている。このFIAセンサ30では、ブロードバンド光を発生するハロゲンランプ等の光源31からの照明光ILが、コリメータレンズ32によって平行光に変換され、ハーフプリズム33で反射された後、さらにミラー34で反射されて対物レンズ35に至り、該対物レンズ35により集光されて、ウエハW上のアライメントマークAM1、AM2を照明する。照明光ILがアライメントマークAM1、AM2を照明すると、アライメントマークAM1、AM2からの反射光が対物レンズ35を介してミラー34によって反射された後、ハーフプリズム33を透過してミラー36に入射する。ミラー36に入射した反射光は、その光軸が折り曲げられて、Z軸方向へ進み、レンズ系37によって指標板38上に結像される。図示しないが、この指標板38には、アライメントマークAM1、AM2の位置情報を計測する際の基準となる指標マーク(図示せず)が形成されており、この指標マークは不図示の赤外光源(LED)からの赤外光により照明されている。指標板38は対物レンズ35とレンズ系37によってウエハWと光学的に共役関係に配置されている。ウエハWのアライメントマークAM1、AM2の反射光像と指標マークの像は、リレーレンズ系39,40,41及びハーフプリズム42を介して、受光素子であるCCDカメラ43,44及び不図示の指標用カメラ(CCD)の撮像面にそれぞれ結像される。すなわち、リレーレンズ系39からの光は、その一部がハーフプリズム42で反射されてリレーレンズ系40を介してアライメントマークAM1を撮像するX軸ファイン計測用CCDカメラであるCCDカメラ43の撮像面に導かれ、また他の部分がハーフプリズム42を通過してリレーレンズ系41を介してアライメントマークAM2を撮像するY軸ファイン計測用CCDカメラであるCCDカメラ44の撮像面に導かれる。
An
CCDカメラ43,44及び指標用カメラは撮像面に結像した光学像を電気信号に変換(光電変換)し、これを画像信号(計測信号)として主制御系50の位置演算部51に送る(出力する)。
The
位置演算部51は、CCDカメラ43,44から出力された画像信号に種々の信号処理を施してアライメントマークAM1、AM2の位置情報を演算して求めて、この位置情報を主制御系50の制御部52に出力する。
The position calculation unit 51 performs various signal processing on the image signals output from the
制御部52は、位置演算部51からの、アライメントマークAM1、AM2の位置情報に基づいて駆動系21を介してウエハステージWSTを駆動し、ウエハW上に設定されたショット領域を投影光学系PLの露光位置に合わせ込む。この後、露光光ELをレチクルRに露光してレチクルRに形成された回路パターンの像をウエハW上に転写して露光処理が行われる。 The control unit 52 drives the wafer stage WST via the drive system 21 based on the position information of the alignment marks AM1 and AM2 from the position calculation unit 51, and projects the shot area set on the wafer W into the projection optical system PL. Set to the exposure position. Thereafter, the exposure light EL is exposed to the reticle R, and an image of the circuit pattern formed on the reticle R is transferred onto the wafer W to perform an exposure process.
次に、本発明の特徴部分であるAFセンサ(フォーカス状態検出センサ)60について説明する。 Next, an AF sensor (focus state detection sensor) 60 that is a characteristic part of the present invention will be described.
AFセンサ60は、上述したFIAセンサ30内に内蔵されており、アライメントマークAM1,AM2の計測前に、CCDカメラ43,44の撮像面(受光面)の位置と、ウエハWの表面位置との間の、フォーカス方向におけるズレ量を計測するものである。
The AF sensor 60 is built in the
AFセンサ60によるズレ量の計測信号は主制御系50の制御部52に送られる。制御部52では、AFセンサ60からの計測信号に基づいて駆動系21を介してウエハステージWST(Zステージ18)をZ方向に移動させて合焦を行う。
A measurement signal of the shift amount by the AF sensor 60 is sent to the control unit 52 of the
図5(A)、(B)は瞳分割方式の計測原理を示しており、CCDカメラの撮像面の位置とウエハWの表面からの反射光像の結像位置との間のフォーカス方向におけるズレ量(デフォーカス量)を、AFセンサの受光素子であるCCDカメラの受光面上に撮像される、スリット像SIの間隔Dの変化として検出するようにしてある。ズレ量のない図5(A)に示す状態から、例えば、同図(B)に示すようにマイナス(−)方向(CCDカメラの受光面から離れた方向)にデフォーカスすると、瞳分割ミラーPDにより2分割されたスリット像間の間隔が、間隔Dから間隔dと狭くなる。これに対し、プラス(+)方向(CCDカメラの受光面に接近する方向)にデフォーカスすると、瞳分割ミラーPDにより2分割されたスリット像間の間隔が広くなる。したがって、CCDカメラの受光面上に撮像されたスリット像間の間隔を計測することにより、ズレ量を計測することができる。 5A and 5B show the measurement principle of the pupil division method, and the shift in the focus direction between the position of the imaging surface of the CCD camera and the image formation position of the reflected light image from the surface of the wafer W is shown. The amount (defocus amount) is detected as a change in the interval D of the slit image SI imaged on the light receiving surface of a CCD camera which is a light receiving element of the AF sensor. From the state shown in FIG. 5A where there is no deviation, for example, as shown in FIG. 5B, when defocused in the minus (−) direction (the direction away from the light receiving surface of the CCD camera), the pupil division mirror PD Thus, the interval between the slit images divided into two is reduced from the interval D to the interval d. On the other hand, when defocusing is performed in the plus (+) direction (direction approaching the light receiving surface of the CCD camera), the interval between the slit images divided into two by the pupil division mirror PD is widened. Therefore, the amount of deviation can be measured by measuring the interval between the slit images imaged on the light receiving surface of the CCD camera.
本実施形態で使用するAFセンサ60は、この図5に示した瞳分割方式の原理を応用したものであり、瞳分割ミラーPDを用いる代わりにAFスリット像SI(図7参照)を異なる2方向からウエハW上に斜入射投影させて、それらのスリット像を1つのCCD61(AFセンサ60)で受光するように構成したものである。 The AF sensor 60 used in this embodiment is an application of the principle of the pupil division method shown in FIG. 5, and instead of using the pupil division mirror PD, the AF slit image SI (see FIG. 7) differs in two directions. Then, the slit image is projected obliquely onto the wafer W, and the slit image is received by one CCD 61 (AF sensor 60).
本実施形態では、AFセンサ60は、独立した2つの送光系63と2つの受光系62を備え、2つの方向から各スリット光をウエハWの一点に照射する一方、該一点から2つの方向に分岐した反射光を受光しているが、2つの光軸は瞳の位置で結合されている。このように2つの送光系63と2つの受光系62を備え、2つの方向から光を一点に照射し、該一点から2つの方向に反射光を分岐しているのは、AFセンサ60の位置が仮に移動した場合であっても、スリット像を採取してズレ量を正確に計測することができるからである。
In the present embodiment, the AF sensor 60 includes two independent
次に送光系(照明系)63と受光系62について図3、図4を参照して説明する。
Next, the light transmission system (illumination system) 63 and the
FIA30の光源31から分岐した一部の照明光ILが、図3に示すように、送光部63の光ファイバからなるライドガイド64a、64bを介して2つに分割され、この分割された照明光ILが、それぞれ照明コンデンサレンズ65a、65bを介してマルチスリット66a、66bを通ってスリット光となり、この2つのスリット光が、さらに送光レンズ67a、67b、プリズム68a、68b、69a、69b及びスリット合成レンズ70を介して2方向からウエハWの表面の適宜箇所(図6参照)に重ねて照明され、ウエハWの表面の適宜箇所に2つのスリット像SI(図7参照)が重ねて投影される。
As shown in FIG. 3, a part of the illumination light IL branched from the
図6はウエハWの表面に投影されたスリット像SIを示している。スリット像SIは、ショット領域間のストリートラインSL上に形成されている位置計測用パターンAM1、AM2の近傍に投影される。スリット像SIを位置計測用パターンAM1、AM2の近傍に投影するのは、FIAセンサ30の計測視野(検出視野)内に位置計測用パターンAM1、AM2が入った状態でフォーカス計測、合焦動作を行うためであり、これによりFIAセンサ30が合焦した状態(ピントが合った状態)で位置計測用パターンAM1、AM2を計測することができるからである。
FIG. 6 shows a slit image SI projected on the surface of the wafer W. The slit image SI is projected in the vicinity of the position measurement patterns AM1 and AM2 formed on the street line SL between the shot areas. The slit image SI is projected in the vicinity of the position measurement patterns AM1 and AM2. The focus measurement and focusing operations are performed when the position measurement patterns AM1 and AM2 are in the measurement field (detection field) of the
ウエハW上に重ね合わせて投影された2つのスリット像SIの反射光は、図4に示すように、2つに分割されてそれぞれスリット合成レンズ70、プリズム69a、69b、68a、68b、送光レンズ67a、67bと送光の光路と同じ光路を通り、さらに受光系62のプリズム71a、71b、72a、72bにより光路が屈曲されて、CCDカメラ61の受光面上に撮像され、光電変換されて撮像信号(計測信号)となる。この撮像信号は上述の如くCCDカメラ61から制御部52に送られ、該制御部52で2つのスリット像の間隔からズレ量を零にする、Zステージ18の移動量(光軸方向の移動量)が演算される。
As shown in FIG. 4, the reflected light of the two slit images SI projected on the wafer W in a superimposed manner is divided into two parts, which are the
ウエハW上に投影されるスリット像SIは、図7に詳細に示すように、互いに並行で且つ線幅の異なる複数本(図7では7本)のライン像からなり、両側の2本のライン像の線幅が所定値よりも大きく、内側の5本のライン像の線幅が所定値以下に設定されている。 As shown in detail in FIG. 7, the slit image SI projected onto the wafer W is composed of a plurality of line images (seven in FIG. 7) that are parallel to each other and have different line widths. The line width of the image is larger than a predetermined value, and the line widths of the inner five line images are set to be equal to or smaller than the predetermined value.
所定レベル以下の精度で許容されるラフ計測など(後述する第1計測条件の一種)においては、両側にある線幅の広い2本のライン像が使用され、また所定レベルの計測が要求されファイン計測など(後述する第2計測条件の一種)においては、内側の線幅の細い5本のライン像が使用される。すなわち、スリット像SIは、ラフ計測とファイン計測の双方に対応することができるようにしてある。 In rough measurement that is allowed with an accuracy of a predetermined level or less (a kind of first measurement condition to be described later), two line images having a wide line width on both sides are used, and a predetermined level of measurement is required. In measurement and the like (a kind of second measurement condition described later), five line images having a narrow inner line width are used. That is, the slit image SI can be adapted to both rough measurement and fine measurement.
また、スリット像SIは、図6及び図7に示すように、ウエハWのショット領域間のストリートラインSLに対し、又は該ストリートラインSLに沿って(並行に)形成されたアライメントマークAM1,AM2に対して、例えば30度(60度)の角度で傾斜している。このようにスリット像SIをストリートラインSL等に対して大きく傾斜させるのは、スリット像SIの一部がウエハWに既に転写されたパターン上に重なって投影されても信号変形誤差が小さくて済むようにするためである。なお、図7にはファインアライメント計測を行う際の計測視野Fも示されている。 Further, as shown in FIGS. 6 and 7, the slit image SI is aligned with the street lines SL between shot areas of the wafer W or alignment marks AM1, AM2 formed along (in parallel with) the street lines SL. For example, it is inclined at an angle of 30 degrees (60 degrees). The reason why the slit image SI is largely inclined with respect to the street line SL and the like in this way is that the signal deformation error is small even when a part of the slit image SI is projected onto the pattern already transferred onto the wafer W. It is for doing so. FIG. 7 also shows a measurement visual field F when performing fine alignment measurement.
図9はスリット像SIの一部がウエハWに既に転写されたパターンに重なることにより生じる信号の変形を示している。 FIG. 9 shows signal deformation caused when a part of the slit image SI overlaps the pattern already transferred to the wafer W.
図9(B)に示すようにスリット像SIがストリートラインSL或いはアライメントマークAM1,AM2(図6、図7参照)に対して僅かしか傾斜していないと、該スリット像SIの一部がウエハWに既に転写されたパターンに重なったとき、スリット像SIを光電変換して得られた信号は同図に示すように変形が大きく、計測誤差を誘発するおそれが大きい。 As shown in FIG. 9B, if the slit image SI is slightly inclined with respect to the street line SL or the alignment marks AM1 and AM2 (see FIGS. 6 and 7), a part of the slit image SI becomes a wafer. When overlapped with the pattern already transferred to W, the signal obtained by photoelectrically converting the slit image SI is greatly deformed as shown in FIG.
これに対し、図9(A)に示すように、スリット像SIをストリートラインSL或いはアライメントマークAM1,AM2(図6、図7参照)に対して例えば30度(60度)の角度で大きく傾斜させると、該スリット像SIの一部がウエハWに既に転写されたパターンに重なっても、スリット像SIを光電変換して得られた信号は同図に示すように変形が少なくて済み、結果として計測精度に与える悪影響が小さくて済む。 On the other hand, as shown in FIG. 9A, the slit image SI is greatly inclined at an angle of, for example, 30 degrees (60 degrees) with respect to the street line SL or the alignment marks AM1 and AM2 (see FIGS. 6 and 7). As a result, even if a part of the slit image SI overlaps the pattern already transferred to the wafer W, the signal obtained by photoelectrically converting the slit image SI is less deformed as shown in FIG. As a result, the adverse effect on the measurement accuracy is small.
次に、CCDカメラ61について説明すると、CCDカメラ61は、非計測方向に96行(ライン)、計測方向に1024列のピクセル(96×1024)を有した2次元CCDカメラであり、入力した計測信号を処理する方法として、各ライン上のピクセルに蓄積された光量に相当する電荷(信号)を所定時間毎に1ラインずつ順次加算を繰り返す(電荷を順次転送して加算を繰り返す)、第1計測モードとしてのTDI(Time Delay Integration)計測モードと、各ライン上のピクセルに蓄積された光量に相当する電荷(信号)を96ライン分一度に加算(電荷を一度に転送して加算)する、第2計測モードとしてのWA(Wide
Aperture)計測モードと、を含み、このTDI計測モードとWA計測モードを計測条件に合わせて切り換えできるように構成してある。
Next, the
Aperture) measurement mode, and the TDI measurement mode and WA measurement mode can be switched according to the measurement conditions.
計測条件としては、二次元平面内を移動するXYステージ17の該二次元平面内の移動動作と並行してAFセンサ60による検出を行う第1計測条件と、XYステージ17の静止中にAFセンサ60による検出を行う第2計測条件とがあり、第1計測条件では第1計測モードであるTDI計測モードが採用され、また第2計測条件では第2計測モードであるWA計測モードが採用される。
The measurement conditions include a first measurement condition in which detection by the AF sensor 60 is performed in parallel with the movement operation in the two-dimensional plane of the
XYステージ17の移動動作と並行してTDI計測モードでウエハWの表面の計測(検出)を行う場合にあっては、96ライン分の計測時間内にXYステージ17が移動した範囲にわたってのウエハWの表面の平均的な高さを計測していることになる。したがって、ウエハWの局地的な形状の影響を抑えることができる。
In the case where the measurement (detection) of the surface of the wafer W is performed in the TDI measurement mode in parallel with the movement operation of the
ウエハWをウエハステージWSTにロードした直後においてウエハWの表面のおおよその高さを計測する際には、ウエハWの厚みに平均的なばらつき(±20μm程度)を計測することになるので、ある程度広い範囲を平均的に計測することができるTDI計測モードの方が有利である。例えば、WA計測モードでの計測時間が1msecで、XYステージ17がXY方向に500mm/secで等速移動していた場合にあっては、WA計測モードでは0.5mmしか平均化できないのに対し、TDI計測モードでは、48mmにわたって平均化することができる。しかし、TDI計測モードで計測を行う場合、ウエハWがAFセンサ60の計測領域内に入ってから計測を開始することになるので、AFセンサ60がウエハWの計測結果を出力するのは、ウエハWの端部がAFセンサ60の計測領域内に入ってから最短でも96ライン分の信号を計測する時間(例えば上述したWA計測モードでの計測時間が1msecの場合にあっては96mmsecが経過してからとなる。
When measuring the approximate height of the surface of the wafer W immediately after the wafer W is loaded on the wafer stage WST, an average variation (about ± 20 μm) in the thickness of the wafer W is measured. The TDI measurement mode that can measure a wide range on average is more advantageous. For example, if the measurement time in the WA measurement mode is 1 msec and the
XYステージ17の移動中に行う計測では、高精度の計測結果が得られないことから、所定レベル以下の精度で許容される場合、例えば上述したようにウエハWの表面の平均的な高さを計測する場合に適用するのが好ましい。
In the measurement performed while the
XYステージ17の静止中、WA計測モードで計測(検出)を行う場合にあっては、XYステージ17が静止していることから、高精度の計測が期待でき、所定レベルの計測が要求される場合、例えばEGA計測でアライメントマークAM1,AM2を計測する直前のフォーカス計測を行う場合に適用するのが好ましい。
When measurement (detection) is performed in the WA measurement mode while the
図10はCCDセンサ61により計測された信号の補正演算処理を示している。CCDセンサ61により計測される信号にはAFセンサ60の光学系のフレアが混入しており、CCDカメラ61から計測信号が制御部52に送られると、制御部52では、このフレアを除去すべく補正演算処理を施す。すなわち、CCDカメラ61の元信号からフレア信号を除去し、この除去の際、センサ露光時間を考慮して補正演算処理を施した後、位置計測(フォーカス計測)に使用するようにしている。フレア信号は、ウエハWがない状態で計測したときの計測信号で、予め採取されて制御部52のメモリにストアされており、補正演算処理を施す際にメモリから読み出されて使用される。補正された計測信号は、瞳面で分割されているので、図10に示すように2つの信号成分に分かれている。なお、CCDセンサ61自体にも時間的に変化しない高周波ノイズが固定ノイズとして含まれることがあるので、この固定ノイズをフレア信号と同様に予め採取し、制御部52のメモリにストアしておき、計測信号を補正演算処理する際、除去することもできる。
FIG. 10 shows a correction calculation process for the signal measured by the
次に、図2を参照して本発明の露光方法の一実施形態を説明する。 Next, an embodiment of the exposure method of the present invention will be described with reference to FIG.
ステップS100で、ウエハWをウエハステージWST上にロードする。 In step S100, wafer W is loaded onto wafer stage WST.
次いで、ステップS101で、AFセンサ60の計測モードをTDI計測モードに切り換え、XYステージ17をXY平面(二次元平面)内で移動させつつ、スリット像SIをウエハWの表面に投影する一方、スリット像SIのラフ計測を行う。すなわち、スリット像SIのうち、両側に位置する線幅の広い2本のライン像からの反射光像を順次CCDカメラ61で撮像し、この撮像信号(計測信号)を演算処理することにより、ウエハW表面の大まかな高さ分布(ウエハW表面の平均高さ)を求める。具体的には、各ラインに蓄積された光量に相当する電荷(信号)を所定時間毎に1ラインずつ順次加算を繰り返して計測信号を得て、この計測信号を制御部52に送り、制御部52で演算処理することにより、ウエハWの表面の平均高さを求める。
Next, in step S101, the measurement mode of the AF sensor 60 is switched to the TDI measurement mode, and the slit image SI is projected onto the surface of the wafer W while the
次いで、ステップS102で、ステップS101でのウエハWの表面の高さ分布の計測結果に基づいて制御信号が制御部52から駆動系21に送られ、駆動系21によりZステージ18をZ軸方向に駆動して、ウエハWの表面をFIAセンサ30、AFセンサ60のZ方向における有効計測領域(範囲)の中央付近に引き込む。
Next, in step S102, a control signal is sent from the control unit 52 to the drive system 21 based on the measurement result of the height distribution of the surface of the wafer W in step S101, and the drive system 21 moves the
ステップS101でウエハWの平均的な高さを求め、ステップS102でウエハWの表面をFIAセンサ30、AFセンサ60の有効計測領域(範囲)の中央付近に引き込むのは、ウエハWの厚みにはばらつきがあり、ウエハステージWSTにロードした直後には、ウエハWの表面は厚みの誤差(ばらつき)分だけ露光装置10の各種センサの計測範囲から外れた状態になっていることがあり、またFIAセンサ30は勿論のこと,AFセンサ60についても正確な計測が行えるZ軸方向の範囲には限りがあるため、計測に先立ちウエハWの表面をFIAセンサ30などの有効計測範囲の中央付近に引き込む必要があるためである。
The average height of the wafer W is obtained in step S101, and the surface of the wafer W is drawn near the center of the effective measurement area (range) of the
次いで、ステップS103で、XYステージ17を駆動して、ウエハW上のアライメントマークAM1,AM2がFIAセンサ30の撮像面(CCDカメラ43,44の検出視野/ファインアライメント計測する際の計測視野F)内に入った状態にし、AFセンサ60の計測モードをWA計測モードに切り換える。そして、この状態でXYステージ17を停止させ、スリット像SIを位置計測用パターンであるアライメントマークAM1,AM2の近傍のウエハWの表面に投影し、このスリット像SIのファイン計測を行う。すなわち、スリット像SIのうち、内側に位置する線幅の狭い5本のライン像からの反射光像をCCDカメラ61の受光面上に撮像し、光電変換した撮像信号(計測信号)を得る。このとき、各ラインに蓄積された光量に相当する電荷である信号を、所定時間毎に順次1ラインずつ加算を繰り返すのではなく、96ライン分一度に加算して計測信号を求める。そして、この計測信号を制御部52で演算処理して、CCDカメラ43,44の撮像面(受光面)の位置とアライメントマークAM1,AM2の反射光像の結像位置との間のフォーカス方向におけるズレ量を計測(フォーカス計測)し、このズレ量に基づいて制御部52から駆動系21に制御信号が送られ、駆動系21によりZステージ18をZ方向に移動させて合焦動作を行う。
Next, in step S103, the
このように、WA計測モードで撮像信号を処理する場合には、1ライン分の電荷転送時間でTDI計測モードと同等の信号強度が得られることから、計測時間の大幅な短縮を図ることができる。換言すると、例えばCCDカメラ61の受光面のピクセルのライン数が96ある場合、TDI計測モードに比して計測時間を最高で理論上96分の1短縮することができる。
As described above, when processing the imaging signal in the WA measurement mode, the signal strength equivalent to that in the TDI measurement mode can be obtained in the charge transfer time for one line, so that the measurement time can be greatly shortened. . In other words, for example, when the number of pixels on the light receiving surface of the
次いで、ステップS104で、合焦した状態でアライメントマークAM1,AM2の位置を計測する。 Next, in step S104, the positions of the alignment marks AM1, AM2 are measured in a focused state.
アライメントマークAM1,AM2の位置の計測は、各ショット領域に形成された全てのアライメントマークAM1,AM2について行うのではなく、その内の幾つかのショット領域を選択して、この選択されたショット領域(サンプルショット領域)のアライメントマークAM1,AM2について計測を行う(EGA計測)。 The measurement of the positions of the alignment marks AM1 and AM2 is not performed for all the alignment marks AM1 and AM2 formed in each shot area, but some of the shot areas are selected and the selected shot area is selected. Measurement is performed for the alignment marks AM1 and AM2 in the (sample shot area) (EGA measurement).
EGA計測では、対象となった(選択された)複数のショット領域のアライメントマークAM1,AM2についてそれぞれ計測を行うが、各アライメントマークAM1,AM2の計測を実行する前には、必ずステップS103でフォーカス計測、合焦動作を行う。すなわち、同じフォーカス状態で各アライメントマークAM1,AM2の計測を行う(各アライメントマークAM1,AM2間でFIAセンサ60の計測条件が一定になるようにして計測を行う)。 In the EGA measurement, measurement is performed for the alignment marks AM1 and AM2 of a plurality of target (selected) shot areas. Before the measurement of the alignment marks AM1 and AM2, the focus is always set in step S103. Measure and focus. That is, the alignment marks AM1 and AM2 are measured in the same focus state (measurement is performed so that the measurement conditions of the FIA sensor 60 are constant between the alignment marks AM1 and AM2).
次いで、ステップS105で、ステップS104で行ったアライメントマークAM1,AM2の計測結果に基づいて、ウエハWの残存回転誤差、ウエハWの線形伸縮、ウエハWのオフセットなどを求め、ウエハWの全てのショット領域を位置決めする。 Next, in step S105, the remaining rotation error of the wafer W, linear expansion / contraction of the wafer W, offset of the wafer W, and the like are obtained based on the measurement results of the alignment marks AM1 and AM2 performed in step S104, and all shots of the wafer W are obtained. Position the area.
次いで、ステップS106で、レチクルR上の回路パターンをウエハWのショット領域上に露光転写する露光処理が行われ、ステップS107で露光処理を継続するか否かが判断され、継続する場合にはステップS106に戻り、露光処理が行われ、継続しない場合には、露光処理が終了する。 Next, in step S106, an exposure process for exposing and transferring the circuit pattern on the reticle R onto the shot area of the wafer W is performed. In step S107, it is determined whether or not to continue the exposure process. Returning to S106, the exposure process is performed, and if not continued, the exposure process ends.
上述したように本実施形態の露光方法によれば、AFセンサ60(CCDカメラ61)の計測モードを計測条件にあわせて切り換えるようにしてあるので、例えばウエハWのロード直後に行われるウエハW表面の平均的な高さを計測する場合にあってはTDI計測モードで計測を行い、またアライメントマークAM1,AM2の計測前に行われる、計測精度が要求されるフォーカス計測ではWA計測モードで行うことができる。すなわち、計測条件にあった最適な計測モードで計測を行うことができる。 As described above, according to the exposure method of the present embodiment, the measurement mode of the AF sensor 60 (CCD camera 61) is switched in accordance with the measurement conditions. For example, the surface of the wafer W performed immediately after the wafer W is loaded. When measuring the average height, measure in the TDI measurement mode, and in the focus measurement that requires measurement accuracy before the measurement of the alignment marks AM1 and AM2, perform it in the WA measurement mode. Can do. That is, measurement can be performed in an optimal measurement mode that meets the measurement conditions.
また、アライメントマークAM1,AM2の計測前に行われるフォーカス計測では、WA計測モードで計測を行うので、高精度で且つ短時間で計測が行え、しかもこのアライメントマークAM1,AM2の計測前に行われる、フォーカス計測は、各アライメントマークAM1,AM2毎に行うので、計測回数が非常に多く、このフォーカス計測で計測時間の短縮ができることは、ウエハアライメントの大幅な時間短縮につながり、結果として露光処理のスループット性を向上させることなる。 Further, in the focus measurement performed before the measurement of the alignment marks AM1 and AM2, since the measurement is performed in the WA measurement mode, the measurement can be performed with high accuracy and in a short time, and is performed before the measurement of the alignment marks AM1 and AM2. Since focus measurement is performed for each alignment mark AM1, AM2, the number of times of measurement is very large, and the measurement time can be shortened by this focus measurement, which leads to a significant reduction in wafer alignment time. Throughput will be improved.
なお、上記した実施形態では、AFセンサ60の受光素子として2次元CCDカメラ61を使用した場合を示したが、スリット像SIはズレ量に応じて一方向に移動するだけなので(図5の計測原理説明図参照)、センサからの出力は一次元信号でよく、この一次元信号が得られる単純なラインセンサでもよい。
In the above-described embodiment, the case where the two-
ただ、本実施形態で示したように短時間で高感度(高い信号強度)の計測が行える、上述した2次元CCDカメラ61を使用するのが好ましい。
However, it is preferable to use the above-described two-
また、スリット像SIをストリートラインSLに対して30度(60度)傾斜させた場合を示したが、これに限定されない。要は10度乃至35度又は55度乃至80度の範囲内で傾斜していれば、スリット像SIの一部が既に転写されたパターンに重なっても計測信号の変形を可及的に少なくすることができる。なぜならば、通常のデバイスパターンはスリットラインに対して直交するパターン(0度、90度)や45度の斜めのパターンが採用されていることが多く、スリット像を上記角度で傾斜させることにより、このデバイスパターンの影響による計測誤差を低減させることができるからである。 Moreover, although the case where the slit image SI was inclined 30 degrees (60 degrees) with respect to the street line SL was shown, it is not limited to this. In short, if the inclination is within a range of 10 to 35 degrees or 55 to 80 degrees, the deformation of the measurement signal is minimized as much as possible even if a part of the slit image SI overlaps the already transferred pattern. be able to. This is because a normal device pattern is often a pattern orthogonal to the slit line (0 degrees, 90 degrees) or an inclined pattern of 45 degrees, and by tilting the slit image at the above angle, This is because measurement errors due to the influence of the device pattern can be reduced.
また、EGA計測に際してのフォーカス計測の場合においてWA計測モードに切り換えた場合を示したが、これに限定されない。計測精度が要求される他のフォーカス計測においてもWA計測モードに切り換えることができる。 Moreover, although the case where it switched to WA measurement mode in the case of the focus measurement in the case of EGA measurement was shown, it is not limited to this. It is possible to switch to the WA measurement mode also in other focus measurements that require measurement accuracy.
10 露光装置
17 XYステージ
18 Zステージ
30 FIAセンサ(パターン検出センサ)
43 CCDカメラ(受光素子)
44 CCDカメラ(受光素子)
50 主制御系
60 AFセンサ(フォーカス状態検出センサ)
61 CCDカメラ
AM1 アライメントマーク(位置計測用パターン)
AM2 アライメントマーク(位置計測用パターン)
SI スリット像
R レチクル
W ウエハ
10
43 CCD camera (light receiving element)
44 CCD camera (light receiving element)
50 Main control system 60 AF sensor (focus state detection sensor)
61 CCD camera AM1 alignment mark (pattern for position measurement)
AM2 alignment mark (position measurement pattern)
SI Slit image R Reticle W Wafer
Claims (9)
前記物体上に形成された位置計測用パターンに計測ビームを照射し、該計測ビームの照射を受けて該位置計測用パターンから生じたパターンビームを受光素子で受光し、その受光量に応じて光電変換信号を出力するパターン検出センサと、
前記受光素子の受光面の位置と、前記パターンビームの結像位置との間の、フォーカス方向におけるズレ量を計測するフォーカス状態検出センサと、を有し、
前記フォーカス状態検出センサは複数の計測モードで使用可能であり、該フォーカス状態検出センサが計測に供される時の使用条件に応じて、該複数の計測モード中の任意の計測モードに切り換え設定されることを特徴とする位置計測装置。 A position measuring device for measuring the position of an object placed on a stage moving in a two-dimensional plane in the two-dimensional plane,
A position measurement pattern formed on the object is irradiated with a measurement beam, and the pattern beam generated from the position measurement pattern is received by the light receiving element after receiving the measurement beam. A pattern detection sensor that outputs a conversion signal;
A focus state detection sensor for measuring a shift amount in a focus direction between the position of the light receiving surface of the light receiving element and the imaging position of the pattern beam;
The focus state detection sensor can be used in a plurality of measurement modes, and is set to be switched to an arbitrary measurement mode in the plurality of measurement modes according to use conditions when the focus state detection sensor is used for measurement. A position measuring device characterized by that.
前記使用条件は、前記複数のライン像のうち線幅が所定値よりも大きいライン像を検出する第1計測条件と、前記線幅が前記所定値以下のライン像を検出する第2計測条件と、を含むことを特徴とする請求項1に記載の位置計測装置。 The focus state detection sensor is a sensor that measures the amount of deviation by detecting a plurality of line images with different line widths projected on the object,
The use condition includes a first measurement condition for detecting a line image having a line width larger than a predetermined value among the plurality of line images, and a second measurement condition for detecting a line image having the line width equal to or less than the predetermined value. The position measuring device according to claim 1, comprising:
前記計測モードは、前記各ライン内のピクセルに蓄積された光量に相当する信号を所定時間毎に所定ラインずつ順次加算を繰り返す第1計測モードと、前記各ラインのピクセルに蓄積された光量に相当する信号を一度にnライン分加算する第2計測モードと、を含み、
前記第1計測条件時には前記第1計測モードが設定され、前記第2計測条件時には前記第2計測モードが設定されることを特徴とする請求項2乃至5の何れか一項に記載の位置計測装置。 The focus state detection sensor includes pixels of n lines × m columns (n and m are natural numbers of 2 or more),
The measurement mode corresponds to a first measurement mode in which a signal corresponding to the light amount accumulated in the pixels in each line is sequentially added by a predetermined line every predetermined time, and a light amount accumulated in the pixels in each line. A second measurement mode for adding n lines of signals to be performed at a time,
6. The position measurement according to claim 2, wherein the first measurement mode is set when the first measurement condition is set, and the second measurement mode is set when the second measurement condition is set. apparatus.
請求項1乃至6の何れか一項に記載の位置計測装置を有し、
前記被露光基板上に形成された位置計測用パターンを前記位置計測装置を用いて計測した結果に基づいて位置決めされた前記被露光基板上に、前記マスクパターンの像を転写することを特徴とする露光装置。 An exposure apparatus that illuminates a mask pattern and transfers an image of the mask pattern onto an exposure substrate mounted on a stage,
It has the position measuring device according to any one of claims 1 to 6,
An image of the mask pattern is transferred onto the exposure substrate positioned based on a result of measuring a position measurement pattern formed on the exposure substrate using the position measurement device. Exposure device.
前記被露光基板上に投影される前記複数のライン像の各長手方向は、前記被露光基板上の前記マスクパターンの像が転写される領域間のストリートラインに対して10度乃至35度又は55度乃至80度傾斜していることを特徴とする請求項7に記載の露光装置。 The focus state detection sensor provided in the position measurement device is a sensor that measures the shift amount by detecting a plurality of line images projected on the substrate to be exposed,
Each longitudinal direction of the plurality of line images projected on the substrate to be exposed is 10 degrees to 35 degrees or 55 degrees with respect to a street line between regions where the image of the mask pattern on the substrate to be exposed is transferred. The exposure apparatus according to claim 7, wherein the exposure apparatus is tilted by 80 degrees to 80 degrees.
前記被露光基板上に形成された位置計測用パターンを、請求項1乃至6の何れか一項に記載の位置計測装置を用いて計測し、
前記位置計測装置を用いて計測した結果に基づいて位置決めされた前記被露光基板上に、前記マスクパターンの像を転写することを特徴とする露光方法。
An exposure method for illuminating a mask pattern and transferring an image of the mask pattern onto an exposure substrate mounted on a stage,
A position measurement pattern formed on the substrate to be exposed is measured using the position measurement device according to any one of claims 1 to 6,
An exposure method, comprising: transferring an image of the mask pattern onto the substrate to be exposed positioned based on a result measured using the position measuring device.
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