JP2007207822A - Measurement method, exposure method, device manufacturing method, measuring mark, and mask - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a measurement value approximate to a misalignment quantity of an actual device pattern image when the quantity of misalignment of the projected image of a specified mark is measured. <P>SOLUTION: A second mark image is overlaid on a first mark and they are exposed, and the misalignment is measured between the first mark and the second mark image. In this case, the second mark is provided with a plurality of line marks 36D and 36E of which transmission is lower than those of the periphery, and a width of the line mark 36D inside a specified edge 38A is set larger than that of the line mark 36E outside the edge 38A. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、第1マーク上に第2マークの像を重ねて露光し、その第1マークとその第2マークの像との位置ずれ量を計測する計測技術及びこの計測技術を用いる露光技術に関し、例えば半導体デバイス等を製造するためのリソグラフィ工程において、ウエハ等の物体上の2層間の重ね合わせ誤差等を計測する際に適用可能である。   The present invention relates to a measurement technique for exposing an image of a second mark on a first mark and measuring the amount of positional deviation between the first mark and the image of the second mark, and an exposure technique using the measurement technique. For example, in a lithography process for manufacturing a semiconductor device or the like, it can be applied when measuring an overlay error between two layers on an object such as a wafer.

例えば半導体デバイスを製造するためのリソグラフィ工程中で、レチクル(又はフォトマスク等)のパターンを投影光学系を介してレジストが塗布されたウエハ(又はガラスプレート等)の各ショット領域に転写するために、ステッパー又はスキャニングステッパー等の露光装置が使用されている。半導体デバイスは、ウエハ上に多層の回路を所定の位置関係で積み重ねて形成されるとともに、最近はデバイスパターンが益々微細化しているため、異なる層間での重ね合わせ精度を向上することが求められている。重ね合わせ精度を向上するためには、先ず重ね合わせ誤差を高精度に計測する必要がある。   For example, in a lithography process for manufacturing a semiconductor device, a pattern of a reticle (or a photomask) is transferred to each shot area of a wafer (or a glass plate, etc.) coated with a resist via a projection optical system. An exposure apparatus such as a stepper or a scanning stepper is used. Semiconductor devices are formed by stacking multiple layers of circuits in a predetermined positional relationship on a wafer, and recently device patterns are becoming increasingly finer, so it is required to improve the overlay accuracy between different layers. Yes. In order to improve overlay accuracy, it is necessary to measure overlay error with high accuracy.

従来は、重ね合わせ誤差又はこれに影響する投影光学系のディストーション等を計測するために、例えば既に複数の第1の計測用マークが形成されているウエハ上に、所定のマーク像を投影して複数の第2の計測用マークを形成し、レジストレーション計測装置等でその複数組の2つの計測用マークの位置ずれ量を計測していた。その計測用マークとして従来は、例えばボックス・イン・ボックスマークが使用され、そのボックス・イン・ボックスマークの一方のマークは、例えば1本又は複数本のラインマークを矩形の枠状に配列して形成されていた(例えば特許文献1参照)。
特開2001−358059号公報
Conventionally, in order to measure an overlay error or distortion of a projection optical system that affects the overlay error, for example, a predetermined mark image is projected onto a wafer on which a plurality of first measurement marks are already formed. A plurality of second measurement marks are formed, and a positional deviation amount of the plurality of sets of two measurement marks is measured by a registration measurement device or the like. Conventionally, for example, a box-in-box mark is used as the measurement mark, and one mark of the box-in-box mark is formed by arranging, for example, one or more line marks in a rectangular frame shape. It was formed (for example, refer to Patent Document 1).
JP 2001-358059 A

従来の例えば重ね合わせ誤差計測用のマークは、一般に実際に露光対象とされるデバイスパターンとは関係なくその幅等の形状が定められていた。そのため、照明条件等によっては、計測対象の層において、計測用のマークの像の位置と実際のデバイス用のパターンの像との相対位置が、設計上の相対位置(レチクル上の相対位置に投影倍率を乗じて得られる相対位置)に対して或る程度変化して、重ね合わせ誤差の計測結果と実際のデバイスパターン同士の位置ずれ量との間に誤差が生じる恐れがあった。最近のようにデバイスパターンが微細化してくると、その誤差が許容範囲を超える恐れがある。   Conventional marks for overlay error measurement, for example, are generally defined in shape such as width irrespective of the device pattern that is actually exposed. Therefore, depending on the illumination conditions, the relative position between the measurement mark image and the actual device pattern image on the measurement target layer is projected to the design relative position (relative position on the reticle). There is a possibility that an error may occur between the measurement result of the overlay error and the positional deviation amount between the actual device patterns. If the device pattern is miniaturized as in recent years, the error may exceed the allowable range.

さらに、投影光学系のディストーションを計測する場合やアライメント等を行う場合にも、計測用のマークによって計測される位置と実際のデバイスパターンの位置との間のずれ量はできるだけ小さいことが望ましい。
本発明は斯かる点に鑑み、所定マークの投影像の位置ずれ量を計測する際に、デバイス用のパターンの像の位置ずれ量に近い計測値を得ることができる計測技術、及びこの計測技術を用いた露光技術を提供することを目的とする。
Further, when measuring distortion of the projection optical system or when performing alignment or the like, it is desirable that the deviation amount between the position measured by the measurement mark and the actual device pattern position is as small as possible.
In view of such a point, the present invention provides a measurement technique capable of obtaining a measurement value close to the positional deviation amount of a pattern image for a device when measuring the positional deviation amount of a projected image of a predetermined mark, and the measurement technique. An object of the present invention is to provide an exposure technique using the.

本発明による計測方法は、第1マーク(41A)上に第2マーク(33A)の像を重ねて露光し、前記第1マークと前記第2マークの像との位置ずれ量を計測する計測方法において、前記第2マークは、透過率が周囲の部分より低い複数のライン部(36D,36E)を備え、所定の境界部(38A)に対して内側の前記ライン部の幅が前記境界部の外側の前記ライン部の幅よりも広いものである。   In the measurement method according to the present invention, the image of the second mark (33A) is overlaid and exposed on the first mark (41A), and the amount of positional deviation between the first mark and the image of the second mark is measured. The second mark includes a plurality of line portions (36D, 36E) whose transmittance is lower than that of the surrounding portions, and the width of the line portion on the inner side with respect to the predetermined boundary portion (38A) is equal to that of the boundary portion. It is wider than the width of the outer line portion.

本発明によれば、その第2マークは複数のライン部を含むため、単に幅の広いパターンの像を投影する場合に比べて、その投影像の位置ずれ量はデバイス用のパターンの像の位置ずれ量に近くできる。
次に、本発明による露光方法は、一の層上に他の層のデバイスパターン(32X)の像を露光する際の重ね合わせを管理するための露光方法において、前記一の層上に第1マーク(41A)を形成しておき、前記一の層上に、前記他の層のデバイスパターンとともに第2マーク(33A)が形成されたマスクパターンの像を重ねて露光する第1工程と、前記一の層上の前記第1マークと前記第2マークの像との位置ずれ量を計測する第2工程とを有し、前記第2マークは、透過率が周囲の部分より低い複数のライン部(36D,36E)を備え、所定の境界部(38A)に対して内側の前記ライン部の幅が前記境界部の外側の前記ライン部の幅よりも広いものである。
According to the present invention, since the second mark includes a plurality of line portions, the amount of positional deviation of the projected image is smaller than the position of the pattern image for the device as compared with the case of simply projecting a wide pattern image. Can be close to the amount of displacement.
Next, an exposure method according to the present invention is an exposure method for managing overlay when an image of a device pattern (32X) of another layer is exposed on one layer. A first step of forming a mark (41A) and exposing an image of a mask pattern in which a second mark (33A) is formed on the one layer together with the device pattern of the other layer; and A second step of measuring a positional shift amount between the first mark and the image of the second mark on one layer, wherein the second mark has a plurality of line portions whose transmittance is lower than that of a surrounding portion. (36D, 36E), and the width of the line portion inside the predetermined boundary portion (38A) is wider than the width of the line portion outside the boundary portion.

本発明によれば、その第2マークは複数のライン部を含むため、単に幅の広いパターンの像を投影する場合に比べて、その投影像の位置ずれ量はそのデバイスパターンの像の位置ずれ量に近くなる。
次に、本発明による計測用マークは、投影像の位置ずれ量を計測するために使用される計測用マークであって、透過率が周囲の部分より低い複数のライン部(36D,36E)を備え、所定の境界部(38A)に対して内側の前記ライン部の幅が前記境界部の外側の前記ライン部の幅よりも広いものである。
According to the present invention, since the second mark includes a plurality of line portions, the amount of misalignment of the projected image is smaller than that of simply projecting a wide pattern image. Close to quantity.
Next, the measurement mark according to the present invention is a measurement mark used for measuring the amount of positional deviation of the projected image, and includes a plurality of line portions (36D, 36E) whose transmittance is lower than the surrounding portions. And the width of the line portion inside the predetermined boundary portion (38A) is wider than the width of the line portion outside the boundary portion.

次に、本発明によるマスクは、デバイスパターンが形成されたマスクにおいて、前記デバイスパターンとともに本発明の計測用マークが形成されたものである。
また、本発明による別のマスクは、一の層の上に他の層のデバイスパターンの像を露光する際の重ね合わせの管理に用いられ、本発明の計測用マークが形成されたものである。本発明の計測用マーク又はマスクを用いて、本発明の計測方法又は露光方法を使用できる。
Next, the mask according to the present invention is a mask in which a device pattern is formed, and the measurement mark of the present invention is formed together with the device pattern.
Further, another mask according to the present invention is used for superimposing management when an image of a device pattern of another layer is exposed on one layer, and the measurement mark of the present invention is formed. . The measurement method or exposure method of the present invention can be used using the measurement mark or mask of the present invention.

なお、以上の本発明の所定要素に付した括弧付き符号は、本発明の一実施形態を示す図面中の部材に対応しているが、各符号は本発明を分かり易くするために本発明の要素を例示したに過ぎず、本発明をその実施形態の構成に限定するものではない。   In addition, although the reference numerals in parentheses attached to the predetermined elements of the present invention correspond to members in the drawings showing an embodiment of the present invention, each reference numeral of the present invention is provided for easy understanding of the present invention. The elements are merely illustrative, and the present invention is not limited to the configuration of the embodiment.

以下、本発明の好ましい実施の形態の一例につき図面を参照して説明する。
図1は、本例のスキャニングステッパーよりなる走査露光型の投影露光装置(露光装置)の概略構成を示し、この図1において、その投影露光装置は、露光光源6、照明光学系5、レチクルステージ系、投影光学系PL、及びウエハステージ系を備えている。露光光源6としてはArFエキシマレーザ光源(波長193nm)が使用されている。なお、露光光源としては、KrFエキシマレーザ光源(波長247nm)、F2 レーザ光源(波長157nm)などの紫外パルスレーザ光源、YAGレーザの高調波発生光源、固体レーザ(半導体レーザなど)の高調波発生装置、又は水銀ランプ(i線等)なども使用することができる。
Hereinafter, an example of a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a schematic configuration of a scanning exposure type projection exposure apparatus (exposure apparatus) comprising a scanning stepper of this example. In FIG. 1, the projection exposure apparatus includes an exposure light source 6, an illumination optical system 5, a reticle stage. System, projection optical system PL, and wafer stage system. As the exposure light source 6, an ArF excimer laser light source (wavelength 193 nm) is used. As an exposure light source, an ultraviolet pulse laser light source such as a KrF excimer laser light source (wavelength 247 nm), an F 2 laser light source (wavelength 157 nm), a harmonic generation light source of a YAG laser, or a harmonic generation of a solid-state laser (semiconductor laser, etc.) A device or a mercury lamp (i-line etc.) can also be used.

露光時に露光光源6からパルス発光された露光ビームとしての露光光(露光用の照明光)ILは、ミラー7、不図示のビーム整形光学系、第1レンズ8A、ミラー9、及び第2レンズ8Bを経て断面形状が所定形状に整形されて、オプティカル・インテグレータ(ユニフォマイザ又はホモジナイザ)としてのフライアイレンズ10に入射して、照度分布が均一化される。フライアイレンズ10の射出面(照明光学系の瞳面)には、種々の開口絞り(σ絞り)が周囲に配置された照明系開口絞り部材11が、駆動モータ12によって回転自在に配置されており、照明系開口絞り部材11を回転して、所望の開口絞りを露光光ILの光路上に設置することによって、照明条件が設定される。   Exposure light (exposure illumination light) IL as an exposure beam pulsed from the exposure light source 6 during exposure is mirror 7, a beam shaping optical system (not shown), a first lens 8A, a mirror 9, and a second lens 8B. Then, the cross-sectional shape is shaped into a predetermined shape, and enters the fly-eye lens 10 as an optical integrator (a homogenizer or a homogenizer), and the illuminance distribution is made uniform. On the exit surface of the fly-eye lens 10 (pupil surface of the illumination optical system), an illumination system aperture stop member 11 around which various aperture stops (σ stop) are arranged is rotatably arranged by a drive motor 12. The illumination condition is set by rotating the illumination system aperture stop member 11 and setting a desired aperture stop on the optical path of the exposure light IL.

照明系開口絞り部材11には、一例として、露光光の光量を可変の円形領域で大きくする通常照明用の開口絞り13A(σ絞り)、光量を照明光学系の光軸を囲む4個の領域で大きくする変形照明用の開口絞り13B、輪帯照明用の開口絞り13C、光量をその光軸に関して第1方向に対称な2つの領域で大きくする第1の2極照明用の開口絞り13D、光量をその光軸に関してその第1方向に直交する第2方向に対称な2つの領域で大きくする第2の2極照明用の開口絞絞り(不図示)等が配置されている。なお、照明系開口絞り部材11の代わりに、照明光学系内に交換して配置される複数の回折光学素子、可動のプリズム(アキシコンなど)、及びズーム光学系を有する成形光学系を、オプティカル・インテグレータ10よりも上流に配置し、この成形光学系によって照明光学系の瞳面上での露光光ILの強度分布(レチクルの照明条件)を可変としてもよい。   As an example, the illumination system aperture stop member 11 has an aperture stop 13A (σ stop) for normal illumination that increases the amount of exposure light in a variable circular region, and four regions that surround the optical axis of the illumination optical system. An aperture stop 13B for modified illumination, an aperture stop 13C for annular illumination, and an aperture stop 13D for first dipole illumination that increases the amount of light in two regions symmetric with respect to the optical axis in the first direction, A second dipole illumination aperture stop (not shown) or the like for increasing the amount of light in two regions symmetric with respect to the optical axis in a second direction orthogonal to the first direction is disposed. Instead of the illumination system aperture stop member 11, a molding optical system having a plurality of diffractive optical elements, a movable prism (such as an axicon), and a zoom optical system that are exchanged in the illumination optical system is used. The intensity distribution of the exposure light IL (reticle illumination conditions) on the pupil plane of the illumination optical system may be made variable by arranging the optical system upstream of the integrator 10 and using this shaping optical system.

照明系開口絞り部材11中の一つの開口絞りを通過した露光光ILは、反射率の小さいビームスプリッタ14及びリレーレンズ17Aを経て、固定視野絞りとしての固定ブラインド18A及び可動視野絞りとしての可動ブラインド18Bを順次通過する。この場合、可動ブラインド18Bは、マスクとしてのレチクルRのパターン面(レチクル面)とほぼ共役な面に配置され、レチクル面の照明領域21Rを非走査方向に細長いスリット状の領域に規定する。固定ブラインド18Aは、そのレチクル面と共役な面から僅かにデフォーカスされた面に配置され、露光対象の各ショット領域への走査露光の開始時及び終了時に不要な部分への露光が行われないように、照明領域21Rを走査方向に開閉するとともに、照明領域21Rの非走査方向の中心及び幅を制御するためにも使用される。ブラインド18A,18Bを通過した露光光ILは、サブコンデンサレンズ17B、光路折り曲げ用のミラー19、及びメインコンデンサレンズ20を経て、レチクルRのパターン領域の照明領域21Rを均一な照度分布で照明する。   The exposure light IL that has passed through one aperture stop in the illumination system aperture stop member 11 passes through a beam splitter 14 and a relay lens 17A having a low reflectivity, and then a fixed blind 18A as a fixed field stop and a movable blind as a movable field stop. Pass through 18B sequentially. In this case, the movable blind 18B is arranged on a plane substantially conjugate with the pattern surface (reticle surface) of the reticle R as a mask, and defines the illumination area 21R on the reticle surface as a slit-like area elongated in the non-scanning direction. The fixed blind 18A is disposed on a surface slightly defocused from the plane conjugate with the reticle surface, and unnecessary portions are not exposed at the start and end of the scanning exposure for each shot area to be exposed. As described above, the illumination area 21R is used to control the center and width of the illumination area 21R in the non-scanning direction while opening and closing the illumination area 21R in the scanning direction. The exposure light IL that has passed through the blinds 18A and 18B illuminates the illumination region 21R of the pattern region of the reticle R with a uniform illuminance distribution through the sub-condenser lens 17B, the optical path bending mirror 19, and the main condenser lens 20.

一方、ビームスプリッタ14で反射された露光光は、集光レンズ15を介して光電センサよりなるインテグレータセンサ16に受光される。インテグレータセンサ16の検出信号は露光量制御系3に供給され、露光量制御系3は、その検出信号、予め計測されているビームスプリッタ14から物体(感光基板)としてのウエハWまでの光学系の透過率、及び装置全体の動作を統轄制御する主制御系1からの制御情報に基づいて、ウエハW上で適正露光量が得られるように露光光源6の発光動作を制御する。ミラー7,9、レンズ8A,8B、フライアイレンズ10、照明系開口絞り部材11、ビームスプリッタ14、リレーレンズ17A、ブラインド18A,18B、サブコンデンサレンズ17B、ミラー19、及びメインコンデンサレンズ20を含んで照明光学系5が構成されている。   On the other hand, the exposure light reflected by the beam splitter 14 is received by the integrator sensor 16 formed of a photoelectric sensor via the condenser lens 15. The detection signal of the integrator sensor 16 is supplied to the exposure amount control system 3, and the exposure amount control system 3 detects the detection signal of the optical system from the beam splitter 14 measured in advance to the wafer W as an object (photosensitive substrate). Based on the transmittance and control information from the main control system 1 that controls the overall operation of the apparatus, the light emission operation of the exposure light source 6 is controlled so that an appropriate exposure amount is obtained on the wafer W. Mirrors 7 and 9, lenses 8A and 8B, fly-eye lens 10, illumination system aperture stop member 11, beam splitter 14, relay lens 17A, blinds 18A and 18B, sub-condenser lens 17B, mirror 19 and main condenser lens 20 are included. Thus, the illumination optical system 5 is configured.

露光光ILのもとで、レチクルRの照明領域21R内のパターンは、両側テレセントリックの投影光学系PLを介して投影倍率β(βは例えば1/4,1/5等の縮小倍率)で、フォトレジストが塗布されたウエハW上の一つのショット領域SA上の非走査方向に細長いスリット状の露光領域21Wに投影される。投影光学系PLは例えば屈折系であるが、反射屈折系等も使用できる。レチクルRのパターン面(レチクル面)及びウエハWの表面(ウエハ面)がそれぞれ投影光学系PLの物体面及び像面に対応している。以下、図1において、投影光学系PLの光軸AXに平行にZ軸を取り、Z軸に垂直な平面内で走査露光時のレチクルR及びウエハWの走査方向に直交する非走査方向に沿ってX軸を取り、その走査方向に沿ってY軸を取って説明する。   Under the exposure light IL, the pattern in the illumination area 21R of the reticle R is projected at a projection magnification β (β is a reduction magnification of, for example, 1/4, 1/5, etc.) via the bilateral telecentric projection optical system PL. The image is projected onto a slit-like exposure area 21W elongated in the non-scanning direction on one shot area SA on the wafer W coated with the photoresist. The projection optical system PL is, for example, a refractive system, but a catadioptric system or the like can also be used. The pattern surface (reticle surface) of the reticle R and the surface (wafer surface) of the wafer W correspond to the object surface and the image surface of the projection optical system PL, respectively. Hereinafter, in FIG. 1, the Z axis is taken in parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL, and along a non-scanning direction orthogonal to the scanning direction of the reticle R and the wafer W during scanning exposure in a plane perpendicular to the Z axis. In the following description, the X axis is taken and the Y axis is taken along the scanning direction.

レチクルRはレチクルステージ22上に吸着保持され、レチクルステージ22はレチクルベース23上でY方向に一定速度で移動すると共に、同期誤差を補正するようにX方向、Y方向、回転方向に微動して、レチクルRの走査を行う。レチクルステージ22の位置は、この上に設けられた移動鏡(不図示)及びレーザ干渉計(不図示)によって計測され、この計測値及び主制御系1からの制御情報に基づいて、ステージ駆動系2は不図示の駆動機構(リニアモータなど)を介してレチクルステージ22の位置及び速度を制御する。レチクルステージ22、ステージ駆動系2、駆動機構、及びレーザ干渉計等からレチクルステージ系が構成されている。また、レチクルRの周辺部の上方には、レチクルアライメント用のレチクルアライメント顕微鏡(不図示)が配置されている。   The reticle R is sucked and held on the reticle stage 22, and the reticle stage 22 moves on the reticle base 23 at a constant speed in the Y direction, and finely moves in the X, Y, and rotational directions so as to correct the synchronization error. The reticle R is scanned. The position of the reticle stage 22 is measured by a movable mirror (not shown) and a laser interferometer (not shown) provided on the reticle stage 22, and based on the measured value and control information from the main control system 1, a stage drive system 2 controls the position and speed of the reticle stage 22 via a drive mechanism (not shown) such as a linear motor. A reticle stage system is composed of reticle stage 22, stage drive system 2, drive mechanism, laser interferometer, and the like. A reticle alignment microscope (not shown) for reticle alignment is disposed above the periphery of the reticle R.

一方、ウエハWは、ウエハホルダ24を介してウエハステージWST上に吸着保持され、ウエハステージWSTはウエハベース27上でY方向に一定速度で移動すると共に、X方向、Y方向にステップ移動するXYステージ26と、Zチルトステージ25とを備えている。Zチルトステージ25によって、その上のウエハWのZ方向の位置(フォーカス位置)、X軸回りの回転角、及びY軸回りの回転角を制御することができる。   On the other hand, wafer W is sucked and held on wafer stage WST via wafer holder 24, and wafer stage WST moves on wafer base 27 at a constant speed in the Y direction and moves in steps in the X and Y directions. 26 and a Z tilt stage 25. The Z tilt stage 25 can control the position of the wafer W in the Z direction (focus position), the rotation angle around the X axis, and the rotation angle around the Y axis.

更に、例えば特開平6−283403号公報等に開示されているとともに、照射系及び受光系から成る斜入射方式の多点のオートフォーカスセンサ(不図示)が設けられており、このオートフォーカスセンサによって被検面(例えばウエハWの表面)の投影光学系PLの像面に対するデフォーカス量と、X軸及びY軸の回りの傾斜角とを求めることができる。ステージ駆動系2は、そのオートフォーカスセンサの計測値に基づいて、露光中にウエハWの上面が投影光学系PLの像面に合焦されるように、Zチルトステージ25を制御する。   Further, for example, there is provided an oblique incidence type multi-point autofocus sensor (not shown) composed of an irradiation system and a light receiving system as disclosed in JP-A-6-283403 and the like. The defocus amount of the test surface (for example, the surface of the wafer W) with respect to the image plane of the projection optical system PL and the inclination angles around the X axis and the Y axis can be obtained. The stage drive system 2 controls the Z tilt stage 25 based on the measurement value of the autofocus sensor so that the upper surface of the wafer W is focused on the image plane of the projection optical system PL during exposure.

また、ウエハステージWSTのXY平面内での位置、及びX軸、Y軸、Z軸の回りの回転角は不図示のレーザ干渉計によって計測され、この計測値及び主制御系1からの制御情報に基づいて、ステージ駆動系2は不図示の駆動機構(リニアモータなど)を介してウエハステージWSTの動作を制御する。ウエハホルダ24、ウエハステージWST、ステージ駆動系2、駆動機構、及びレーザ干渉計等からウエハステージ系が構成されている。   Further, the position of wafer stage WST in the XY plane and the rotation angles around the X, Y, and Z axes are measured by a laser interferometer (not shown), and the measured values and control information from main control system 1 are measured. Based on the above, stage drive system 2 controls the operation of wafer stage WST via a drive mechanism (not shown) (linear motor or the like). A wafer stage system is composed of wafer holder 24, wafer stage WST, stage drive system 2, drive mechanism, laser interferometer, and the like.

更に、投影光学系PLの側面には、ウエハアライメント用のオフ・アクシス方式で画像処理方式のアライメントセンサALGが配置されており、アライメントセンサALGの検出信号を不図示のアライメント信号処理系で処理することによって、例えばアライメントセンサALGの検出中心に対する被検マークのX方向、Y方向への位置ずれ量を求めることができる。その位置ずれ量に基づいて主制御系1はウエハWのアライメントを行う。アライメントセンサALGは、必要に応じて重ね合わせ誤差等の計測時に、2つのマークの位置ずれ量計測用のセンサとしても使用できる。また、ウエハステージWST上のウエハホルダ24の近傍には、露光領域21Wよりも大きい受光面を有する照射量モニタ(不図示)と、ピンホール状の受光部30Aを有する照度センサ29とが固定され、これらの2つのセンサの検出信号は露光量制御系3に供給される。   Further, an off-axis type image processing type alignment sensor ALG for wafer alignment is arranged on the side surface of the projection optical system PL, and a detection signal of the alignment sensor ALG is processed by an unillustrated alignment signal processing system. Accordingly, for example, the amount of positional deviation of the test mark with respect to the detection center of the alignment sensor ALG in the X direction and the Y direction can be obtained. The main control system 1 aligns the wafer W based on the amount of positional deviation. The alignment sensor ALG can also be used as a sensor for measuring the amount of misalignment between two marks when measuring an overlay error or the like as necessary. Further, in the vicinity of wafer holder 24 on wafer stage WST, a dose monitor (not shown) having a light receiving surface larger than exposure area 21W and illuminance sensor 29 having pinhole-shaped light receiving unit 30A are fixed, Detection signals from these two sensors are supplied to the exposure amount control system 3.

露光時には、レチクルステージ22及びウエハステージWSTを駆動して、露光光ILを照射した状態でレチクルRとウエハW上の一つのショット領域とをY方向に同期走査する動作と、ウエハステージWSTを駆動してウエハWをX方向、Y方向にステップ移動する動作とが繰り返される。これによって、ステップ・アンド・スキャン方式でウエハW上の各ショット領域にレチクルRのパターン像が露光される。   At the time of exposure, the reticle stage 22 and wafer stage WST are driven, the reticle R and one shot area on the wafer W are synchronously scanned in the Y direction while the exposure light IL is irradiated, and the wafer stage WST is driven. Then, the step of moving the wafer W stepwise in the X and Y directions is repeated. Thereby, the pattern image of the reticle R is exposed to each shot area on the wafer W by the step-and-scan method.

次に、本例の投影露光装置において、ウエハW上の第N層(Nは1以上の整数で、これを第1層(一の層)と呼ぶ。)の回路パターンに対するその上の第M層(MはNより大きい整数で、これを第2層(他の層)と呼ぶ)の回路パターンの重ね合わせ誤差を計測する際の動作の一例につき説明する。
先ず、その重ね合わせ誤差計測に使用できるマスクとしてのレチクルRのパターンにつき図2、図4を参照して説明する。
Next, in the projection exposure apparatus of this example, the Mth layer on the Nth layer (N is an integer of 1 or more, which is called the first layer (one layer)) on the wafer W. An example of the operation when measuring the overlay error of the circuit pattern of the layer (M is an integer greater than N, which is called the second layer (other layer)) will be described.
First, a pattern of a reticle R as a mask that can be used for overlay error measurement will be described with reference to FIGS.

図2(A)に示すように、レチクルRのパターン領域のほぼ全面に、X方向に所定間隔でI列(Iは2以上の整数)に、かつY方向に所定間隔でJ行(Jは2以上の整数)に、複数の同じ矩形の枠状の計測用マーク31(i,j)(i=1〜I,j=1〜J)が形成されている。また、これらの計測用マーク31(i,j)の間に、実際の半導体デバイス用の原版パターン(不図示)が密集して多数形成されている。その原版パターンの内、X方向にほぼ最も小さいピッチのライン・アンド・スペースパターン(以下、L&Sパターンという。)よりなるX方向の密集線パターン32X、及びこの密集線パターン32Xを90°回転した形状のY方向の密線集パターン32Yのみが図示されている。なお、密集線パターン32X,32Yは、一例としてデューティ比が50%で投影像の段階でのピッチが120nm程度であり、図2(A)では分かり易くするためにピッチが大きく表現されている。   As shown in FIG. 2A, on almost the entire pattern area of the reticle R, there are I columns (I is an integer of 2 or more) at a predetermined interval in the X direction and J rows (J is a predetermined interval in the Y direction). A plurality of the same rectangular frame-shaped measurement marks 31 (i, j) (i = 1 to I, j = 1 to J) are formed at an integer of 2 or more. In addition, a large number of original pattern patterns (not shown) for actual semiconductor devices are densely formed between these measurement marks 31 (i, j). Among the original patterns, a dense line pattern 32X in the X direction composed of a line-and-space pattern (hereinafter referred to as an L & S pattern) having the smallest pitch in the X direction, and a shape obtained by rotating the dense line pattern 32X by 90 ° Only the dense line collection pattern 32Y in the Y direction is shown. For example, the dense line patterns 32X and 32Y have a duty ratio of 50% and a pitch of about 120 nm at the stage of the projected image. In FIG. 2A, the pitch is expressed to be large.

一つの計測用マーク31(i,j)は、図2(B)の拡大図で示すように、X方向及びY方向にそれぞれ所定間隔で形成された1対のラインマーク群33A,33B、及び1対の遮光膜からなるX軸に平行なラインマーク34A,34Bから構成されている。前者のラインマーク群33A及び33Bの計測方向はX方向、後者のラインマーク34A及び34Bの計測方向はY方向である。同じ形状のラインマーク群33A及び33Bは、それぞれ透過部を背景としてY軸に平行な遮光膜からなる複数のラインマークをX方向に並べて形成したものである。それらの遮光膜としては、一例として透過率6%のハーフトーン膜(減光膜)が使用できるが、その代わりにほぼ完全な遮光膜又は透過率が6%とは異なるハーフトーン膜を使用してもよい。   As shown in the enlarged view of FIG. 2B, one measurement mark 31 (i, j) includes a pair of line mark groups 33A, 33B formed at predetermined intervals in the X direction and the Y direction, and The line mark 34A, 34B is formed of a pair of light shielding films and is parallel to the X axis. The measurement direction of the former line mark groups 33A and 33B is the X direction, and the measurement direction of the latter line marks 34A and 34B is the Y direction. The line mark groups 33A and 33B having the same shape are each formed by arranging a plurality of line marks made of a light shielding film parallel to the Y axis in the X direction with the transmissive portion as a background. For example, a halftone film (light-reducing film) having a transmittance of 6% can be used as the light-shielding film. Instead, an almost complete light-shielding film or a halftone film having a transmittance different from 6% is used. May be.

図4(A)は、図2(B)の一方のラインマーク群33AのY方向の一部の拡大図を示し、この図4(A)において、ラインマーク群33Aは、Y軸に平行な幅D2のラインマーク35の±X方向にそれぞれエッジ部38A及び38B(境界部)に向かって、対称に線幅が同じか又は広くなる1本以上(本例では4本)のラインマーク36A,36B,36C,36D及び37A,37B,37C,37D(ライン部)を密集して形成し、その外側に対称にそれぞれ次第に線幅が同じか又は広くなる1本以上(本例では3本)のラインマーク36E,36F,36G及び37E,37F,37G(ライン部)を密集して形成して構成されている。この場合、2つのエッジ部38A及び38Bは、それぞれラインマーク36D及び37Dの外側のエッジであり、エッジ部38A及び38Bで規定されるX方向の幅D1(>D2)は、図2(B)のラインマーク34A(又は34B)のY方向の幅と同じである。   4A shows an enlarged view of a part of one line mark group 33A in FIG. 2B in the Y direction. In FIG. 4A, the line mark group 33A is parallel to the Y axis. One or more (four in this example) line marks 36A, whose line widths are symmetrically the same or wider toward the edge portions 38A and 38B (boundary portions) in the ± X direction of the line mark 35 having the width D2, respectively. 36B, 36C, 36D and 37A, 37B, 37C, 37D (line portions) are formed densely, and one or more (three in this example) whose line width is gradually the same or wider symmetrically on the outside thereof The line marks 36E, 36F, 36G and 37E, 37F, 37G (line portions) are formed densely. In this case, the two edge portions 38A and 38B are the outer edges of the line marks 36D and 37D, respectively, and the width D1 (> D2) in the X direction defined by the edge portions 38A and 38B is shown in FIG. This is the same as the width in the Y direction of the line mark 34A (or 34B).

また、エッジ部38A,38Bに対して内側のラインマーク36D,37Dの幅がそれぞれエッジ部38A,38Bに対して外側のラインマーク36E,37Eの幅よりも広く形成されている。更に、ラインマーク36A〜36G及び37A〜37GのX方向の配列のピッチは共通のピッチPに設定され、本例ではそのピッチPは、図2(A)の密集線パターン32XのX方向のピッチとほぼ等しく設定されている。そして、複数のラインマーク36A〜36G及び37A〜37GのX方向の幅は、エッジ部38A及び38Bの内側では該エッジ部に向かって同じか又は次第に広くなり、エッジ部38A及び38Bの外側では該エッジ部に向かって同じか又は次第に狭くなっている。   The widths of the inner line marks 36D and 37D with respect to the edge portions 38A and 38B are formed wider than the widths of the outer line marks 36E and 37E with respect to the edge portions 38A and 38B, respectively. Furthermore, the pitch of the arrangement in the X direction of the line marks 36A to 36G and 37A to 37G is set to a common pitch P. In this example, the pitch P is the pitch in the X direction of the dense line pattern 32X in FIG. Is set to be approximately equal. The widths in the X direction of the plurality of line marks 36A to 36G and 37A to 37G are the same or gradually wider toward the edge portion inside the edge portions 38A and 38B, and outside the edge portions 38A and 38B. It is the same or gradually narrows toward the edge.

具体的に、図4(A)のラインマーク群33Aでは、一例として投影像の段階で、中央のラインマーク35の幅D2は1040nm、ピッチPは120nm、エッジ部38A,38Bの間の幅D1は2000nm(2μm)であり、ラインマーク36A,36B,36C,36D,36E,36F,36G(37A〜37Gも同じ)の幅はそれぞれ70nm、80nm、90nm、90nm、25nm、45nm、45nmに設定されている。なお、ラインマーク36A〜36Gの中では少なくともラインマーク36D及び36Eのみがあればよく、ラインマーク36A〜36Gの本数は2本以上の任意の数でよい。そのため、中央の太いラインマーク35の代わりに、例えばラインマーク36Aとほぼ同じ幅の複数のラインマークをほぼピッチPでX方向に配列したL&Sパターンを用いてもよい。   Specifically, in the line mark group 33A in FIG. 4A, as an example, at the stage of the projected image, the width D2 of the center line mark 35 is 1040 nm, the pitch P is 120 nm, and the width D1 between the edge portions 38A and 38B. Is 2000 nm (2 μm), and the widths of the line marks 36A, 36B, 36C, 36D, 36E, 36F, and 36G (same for 37A to 37G) are set to 70 nm, 80 nm, 90 nm, 90 nm, 25 nm, 45 nm, and 45 nm, respectively. ing. Of the line marks 36A to 36G, at least only the line marks 36D and 36E are required, and the number of the line marks 36A to 36G may be an arbitrary number of two or more. Therefore, instead of the thick line mark 35 at the center, for example, an L & S pattern in which a plurality of line marks having substantially the same width as the line mark 36A are arranged in the X direction at substantially the pitch P may be used.

次に、図5(A)は、図2(A)のレチクルRのパターンが露光されるウエハWのショット配列を示し、この図5(A)において、ウエハWの表面はX方向、Y方向に複数のショット領域SAに区分され、図5(B)の拡大図で示すように、各ショット領域SAの第1層には既にそれまでの工程によって、図2(A)のレチクルRの計測用マーク31(i,j)の配列を実質的に図1の投影光学系PLの投影倍率βで縮小した配列で、例えば凸又は凹のパターンよりなる複数の同じ形状の計測用マーク40(i,j)(i=1〜I,j=1〜J)が形成されている。なお、仮に図1の投影光学系PLが反転投影を行う場合でも、説明の便宜上、レチクルRの投影光学系PLによる像は正立像であるとして説明する。   5A shows a shot arrangement of the wafer W on which the pattern of the reticle R in FIG. 2A is exposed. In FIG. 5A, the surface of the wafer W is in the X direction and the Y direction. As shown in the enlarged view of FIG. 5B, the first layer of each shot area SA has already been subjected to the measurement of the reticle R of FIG. The arrangement of the measurement marks 40 (i) having a plurality of the same shapes, for example, convex or concave patterns, is an arrangement obtained by reducing the arrangement of the marks 31 (i, j) substantially by the projection magnification β of the projection optical system PL of FIG. , J) (i = 1 to I, j = 1 to J). Note that even if the projection optical system PL of FIG. 1 performs reverse projection, for the sake of convenience of explanation, it is assumed that the image of the reticle R by the projection optical system PL is an erect image.

一つの計測用マーク40(i,j)は、図5(C)の拡大図で示すように、X方向に所定間隔で形成された1対のほぼY軸に平行なラインマーク41A及び41Bと、Y方向に所定間隔で形成された1対のほぼX軸に平行なラインマーク42A及び42Bとから構成されている。ラインマーク41A,41B及び42A,42Bの計測方向はそれぞれX方向及びY方向である。なお、ラインマーク41A,41Bの代わりにL&Sパターン、又は図2(B)のラインマーク群33A,33Bと同様のマークを投影して形成されるマークを用いてもよい。例えば図5(A)の第1層にパターンが形成される前のウエハW上にレジストを塗布し、図2(A)の計測用マーク31(i,j)の部分に計測用マーク40(i,j)の原版パターンが形成された別のレチクルのパターンの像を、ウエハW上の各ショット領域SAに露光した後、パターン形成プロセスを経ることによって、図5(B)の複数の計測用マーク40(i,j)を形成することができる。   As shown in the enlarged view of FIG. 5C, one measurement mark 40 (i, j) includes a pair of line marks 41A and 41B that are formed at predetermined intervals in the X direction and are substantially parallel to the Y axis. , And a pair of line marks 42A and 42B substantially parallel to the X-axis formed at predetermined intervals in the Y direction. The measurement directions of the line marks 41A, 41B and 42A, 42B are the X direction and the Y direction, respectively. Instead of the line marks 41A and 41B, an L & S pattern or a mark formed by projecting the same mark as the line mark groups 33A and 33B in FIG. 2B may be used. For example, a resist is applied on the wafer W before the pattern is formed on the first layer in FIG. 5A, and the measurement marks 40 ((j, j)) in FIG. 5B is obtained by exposing each shot area SA on the wafer W to an image of another reticle pattern on which an original pattern i, j) is formed, and then performing a pattern formation process. The mark 40 (i, j) can be formed.

次に、図2(A)のレチクルRに対する照明条件を設定するために、図1の照明系開口絞り部材11を回転して露光光ILの光路上に、図3に示す2極照明用の開口絞り13Dを設置する。図3は、図1の照明光学系5の瞳面における開口絞り13Dを示し、この中心が照明光学系5の光軸に合致している。また、図3のX方向及びY方向はそれぞれ図2(A)のレチクルR上のX方向及びY方向に対応しており、開口絞り13Dの光軸を挟んで光量が大きい2つの領域(2次光源)は、図2(B)の計測用マーク31(i,j)のラインマーク群33A,33Bの計測方向(X方向)に対応する方向に離れている。これによって、計測用マーク31(i,j)は、2極照明方式でX方向に対称に傾斜した露光光ILによって照明される。   Next, in order to set the illumination condition for the reticle R in FIG. 2A, the illumination system aperture stop member 11 in FIG. 1 is rotated and placed on the optical path of the exposure light IL for the bipolar illumination shown in FIG. An aperture stop 13D is installed. FIG. 3 shows an aperture stop 13D on the pupil plane of the illumination optical system 5 in FIG. 1, and the center thereof coincides with the optical axis of the illumination optical system 5. Further, the X direction and the Y direction in FIG. 3 correspond to the X direction and the Y direction on the reticle R in FIG. 2A, respectively, and two regions (2) having a large light amount across the optical axis of the aperture stop 13D. The next light source is separated in a direction corresponding to the measurement direction (X direction) of the line mark groups 33A and 33B of the measurement mark 31 (i, j) in FIG. As a result, the measurement mark 31 (i, j) is illuminated by the exposure light IL inclined symmetrically in the X direction by the dipole illumination method.

なお、計測用マーク31(i,j)が、図2(B)のマークを90°回転したマークである場合には、開口絞りとしても図3の開口絞り13Dを90°回転した2極照明用の開口絞りが使用される。また、図2(B)の計測用マーク31(i,j)のラインマーク34A,34Bとしても、ラインマーク群33A,33Bを90°回転した形状のマークを用いる場合には、開口絞りとしては、光軸の周りにX軸及びY軸に対して45°で交差する方向に離れた4個の開口(2次光源)を持つ変形照明用の開口絞りを使用すればよい。   When the measurement mark 31 (i, j) is a mark obtained by rotating the mark of FIG. 2B by 90 °, the dipole illumination obtained by rotating the aperture stop 13D of FIG. An aperture stop is used. Also, as the aperture mark in the case where the mark having a shape obtained by rotating the line mark groups 33A and 33B by 90 ° is used as the line marks 34A and 34B of the measurement mark 31 (i, j) in FIG. An aperture stop for modified illumination having four apertures (secondary light sources) separated in a direction that intersects the X axis and the Y axis at 45 ° around the optical axis may be used.

その後、図5(A)のウエハW上にポジ型レジストを塗布し、その上に図5(A)の軌跡39に沿って図1の露光領域21Wを走査露光方式で相対移動する(実際にはウエハW側が移動する)ことによって、ウエハW上の各ショット領域SAに順次図2(A)のレチクルRのパターンの像RPを露光する(第1工程)。次に、ウエハW上のレジストの現像を行うことによって、ウエハW上の各ショット領域SAの第2層において、図5(C)に示すように、計測用マーク40(i,j)(第1マーク)の外側に図2(B)の計測用マーク31(i,j)(第2マーク)の像としての計測用レジストマーク31(i,j)Pが形成される。内側の計測用マーク40(i,j)と外側の計測用レジストマーク31(i,j)Pとからボックス・イン・ボックスマークが形成される。計測用レジストマーク31(i,j)Pは、図2(B)のラインマーク群33A,33Bの像よりなるレジストマーク部33AP,33BPと、ラインマーク34A,34Bの像よりなるレジストマーク34AP,34BPとから構成されている。   Thereafter, a positive resist is applied onto the wafer W in FIG. 5A, and the exposure area 21W in FIG. 1 is relatively moved by the scanning exposure method along the locus 39 in FIG. 5A (actually). As the wafer W side moves, each shot area SA on the wafer W is sequentially exposed to the image RP of the pattern of the reticle R in FIG. 2A (first step). Next, by developing the resist on the wafer W, in the second layer of each shot area SA on the wafer W, as shown in FIG. 5C, the measurement marks 40 (i, j) (first A registration mark 31 (i, j) P for measurement as an image of the measurement mark 31 (i, j) (second mark) in FIG. 2B is formed outside the 1 mark). A box-in-box mark is formed from the inner measurement mark 40 (i, j) and the outer measurement registration mark 31 (i, j) P. The registration marks 31 (i, j) P for measurement include registration mark portions 33AP and 33BP composed of images of the line mark groups 33A and 33B in FIG. 2B, and registration marks 34AP composed of images of the line marks 34A and 34B. 34BP.

次に、例えばレジストレーション計測装置を用いて、ウエハWから選択された所定個数のショット領域SAにおいて、それぞれ図5(C)の計測用マーク40(i,j)の中心に対する計測用レジストマーク31(i,j)Pの中心のX方向、Y方向の位置ずれ量を計測する(第2工程)。そして、例えば一つのショット領域SA内の複数の位置ずれ量の計測値を用いることによって、ウエハW上のショット領域SAの第1層のデバイスパターンに対する第2層のデバイスパターンの2次元的な重ね合わせ誤差を計測できる(第3工程)。また、例えば図5(B)の第1層のショット領域SAの計測用マーク40(i,j)の位置を予め高精度に計測しておき、各計測用マーク40(i,j)に対する計測用レジストマーク31(i,j)Pの位置ずれ量を計測することによって、ダイナミック・ディストーションを計測でき、静止状態での位置ずれ量を計測することによって、投影光学系PLのディストーションを計測できる。   Next, in a predetermined number of shot areas SA selected from the wafer W using, for example, a registration measurement apparatus, the measurement registration marks 31 with respect to the centers of the measurement marks 40 (i, j) in FIG. (I, j) The amount of displacement in the X and Y directions at the center of P is measured (second step). Then, for example, by using a plurality of measurement values of misregistration amounts in one shot area SA, a two-dimensional superimposition of the second layer device pattern on the first layer device pattern in the shot area SA on the wafer W is performed. The alignment error can be measured (third step). Further, for example, the position of the measurement mark 40 (i, j) in the shot area SA of the first layer in FIG. 5B is measured in advance with high accuracy, and the measurement for each measurement mark 40 (i, j) is performed. The dynamic distortion can be measured by measuring the positional deviation amount of the registration mark 31 (i, j) P, and the distortion of the projection optical system PL can be measured by measuring the positional deviation amount in a stationary state.

この場合に本例の計測用マーク31(i,j)のラインマーク群33Aは、図4(A)に示すように、ラインマーク35及びこの両側に密集して形成された複数のラインマーク36A〜36G,37A〜37Gから構成されている。そのため、その像に対応する現像後のレジストマーク部33APは、図4(B)に示すように、図4(A)のエッジ部38A,38Bの外側の細いラインマーク36E,36F,36G及び37E,37F,37Gの像は消えており、その内側の太いラインマーク36A〜36D,37A〜37Dの像に対応するレジストマーク36AP〜36DP,37AP〜37DP及び中央のラインマーク35の像に対応するレジストマーク35Pのみが形成されている。言い換えると、レジストマーク部33APは、図4(A)のラインマーク群33Aのエッジ部38A及び38Bの像38AP及び38BPの内側の幅D1×β(βは投影倍率)のレジストマーク35P,36AP〜36DP,37AP〜37DPのみから形成されている。   In this case, the line mark group 33A of the measurement mark 31 (i, j) of this example includes a line mark 35 and a plurality of line marks 36A formed densely on both sides as shown in FIG. To 36G and 37A to 37G. Therefore, the developed registration mark portion 33AP corresponding to the image has thin line marks 36E, 36F, 36G and 37E outside the edge portions 38A and 38B in FIG. 4A, as shown in FIG. 4B. , 37F, and 37G have disappeared, and the registration marks 36AP to 36DP and 37AP to 37DP corresponding to the images of the thick line marks 36A to 36D and 37A to 37D inside thereof, and the resists corresponding to the images of the center line mark 35, respectively. Only the mark 35P is formed. In other words, the registration mark portion 33AP has registration marks 35P, 36AP to 36P of the width D1 × β (β is the projection magnification) inside the images 38AP and 38BP of the edge portions 38A and 38B of the line mark group 33A in FIG. It is formed only from 36DP and 37AP-37DP.

このように本例のレジストマーク部33APの計測方向の両側には、ピッチPの密集線パターンの像と同様のレジストマーク36AP〜36DP,37AP〜37DPが形成されているため、例えばエッジ部の像38AP及び38BPのX方向の位置の中心をレジストマーク部33APの計測位置として求めた場合に、その計測位置と図2(A)のデバイスパターンであるほぼピッチPの密集線パターン32Xの像との位置関係は、レチクルR上での計測用マーク31(i,j)(図2(B)のラインマーク群33A)と密集線パターン32Xとの位置関係を投影倍率で換算した位置関係に正確に合致する。従って、本例の方法で計測される重ね合わせ誤差は、正確に第1層の回路パターンと密集線パターン32Xの像に対応する第2層のほぼ最も微細な回路パターンとの重ね合わせ誤差となり、異なる層間の実際の回路パターン同士の重ね合わせ誤差を高精度に計測できる。そして、この計測結果に基づいて、次の露光時にはウエハWの位置に対して、その重ね合わせ誤差を相殺するようなオフセット(補正情報)を加えることによって、高い重ね合わせ精度を得ることができ、ひいては微細パターンよりなる半導体デバイスを高い歩留りで高精度に量産できる。   As described above, the registration marks 36AP to 36DP and 37AP to 37DP similar to the dense line pattern image having the pitch P are formed on both sides in the measurement direction of the registration mark portion 33AP of the present example. When the center of the position in the X direction of 38AP and 38BP is obtained as the measurement position of the registration mark portion 33AP, the measurement position and the image of the dense line pattern 32X having a substantially pitch P, which is the device pattern of FIG. The positional relationship is exactly the positional relationship obtained by converting the positional relationship between the measurement mark 31 (i, j) on the reticle R (line mark group 33A in FIG. 2B) and the dense line pattern 32X by the projection magnification. Match. Therefore, the overlay error measured by the method of this example is exactly the overlay error between the circuit pattern of the first layer and the almost finest circuit pattern of the second layer corresponding to the image of the dense line pattern 32X. Overlay errors between actual circuit patterns between different layers can be measured with high accuracy. Based on the measurement result, high overlay accuracy can be obtained by adding an offset (correction information) that cancels the overlay error to the position of the wafer W at the time of the next exposure. As a result, semiconductor devices with fine patterns can be mass-produced with high yield and high accuracy.

次に、図4(A)のラインマーク群33Aの像のシミュレーション結果の一例につき図6〜図8を参照して説明する。シミュレーションの条件は、露光波長がArF(193nm)、投影光学系PLの開口数NAが0.92、図3の2極照明用の開口絞り13Dの外径のコヒーレンスファクタが0.95である。
図6(A)、(B)は、図2(B)の1本のラインマーク34Aを90°回転したマーク、即ち従来型のマークの像強度分布を示し、横軸は投影像の位置(nm)、縦軸は像強度(任意単位)である。また、図6(A)、(B)はそれぞれデフォーカス量が0、100nmの場合の像強度を示す。
Next, an example of the simulation result of the image of the line mark group 33A in FIG. 4A will be described with reference to FIGS. The simulation conditions are that the exposure wavelength is ArF (193 nm), the numerical aperture NA of the projection optical system PL is 0.92, and the coherence factor of the outer diameter of the aperture stop 13D for dipole illumination in FIG. 3 is 0.95.
6A and 6B show the image intensity distribution of a mark obtained by rotating one line mark 34A of FIG. 2B by 90 °, that is, a conventional mark, and the horizontal axis indicates the position of the projected image ( nm), and the vertical axis represents image intensity (arbitrary unit). 6A and 6B show image intensities when the defocus amounts are 0 and 100 nm, respectively.

一方、図7(A)、(B)は、図6に対応させて、図2(B)のラインマーク群33A、即ち本例のマークの像強度分布を示し、図7(A)、(B)はそれぞれデフォーカス量が0、100nmの場合の像強度を示す。図6と図7との比較から、図7(A)及び(B)の本例のマークの像強度分布は、デフォーカス量が変化しても像形状が安定しており、位置の計測精度が低下しないため、常に高精度に重ね合わせ誤差等を計測できることが分かる。   On the other hand, FIGS. 7A and 7B show the image intensity distribution of the line mark group 33A of FIG. 2B, that is, the mark of this example, corresponding to FIG. B) shows the image intensities when the defocus amounts are 0 and 100 nm, respectively. From the comparison between FIG. 6 and FIG. 7, the image intensity distribution of the mark of this example in FIGS. 7A and 7B is stable even when the defocus amount changes, and the position measurement accuracy Therefore, it can be seen that overlay error and the like can always be measured with high accuracy.

また、図8は、波面収差のシミュレーション結果の一例を示し、図8(A)、(B)、(C)の横軸は波面収差を表す7次〜34次までの8個のツェルニケ多項式の係数Z7,Z10,Z14,Z19,Z23,Z26,Z30,Z34を示し、縦軸は、各ツェルニケ多項式の係数で表される収差に対応するツェルニケ感度(nm/λ)(λは露光波長)を示す。また、図8(A)は、図2(A)のデバイスパターンである密集線パターン32Xの像の波面収差、図8(B)は、図2(B)の1本のラインマーク34Aを90°回転した従来型のマークの像の波面収差、図8(C)は図2(B)のラインマーク群33A、即ち本例のマークの像の波面収差を示す。   FIG. 8 shows an example of a simulation result of wavefront aberration, and the horizontal axes of FIGS. 8A, 8B, and 8C show the 8 Zernike polynomials from the 7th to 34th order representing the wavefront aberration. The coefficients Z7, Z10, Z14, Z19, Z23, Z26, Z30, and Z34 are shown, and the vertical axis represents the Zernike sensitivity (nm / λ) (λ is the exposure wavelength) corresponding to the aberration represented by the coefficient of each Zernike polynomial. Show. 8A shows the wavefront aberration of the image of the dense line pattern 32X, which is the device pattern of FIG. 2A, and FIG. 8B shows one line mark 34A of FIG. FIG. 8C shows the wavefront aberration of the line mark group 33A of FIG. 2B, that is, the image of the mark of this example.

さらに、図8(A)〜(C)のツェルニケ多項式Z7〜Z34のツェルニケ感度は、それぞれ露光量を適正露光量に対して−5%にした場合(グラフ43A)から、0%、+5%、+10%、+25%、+50%(グラフ43F)にした場合についてのシミュレーション結果を表している。それらの比較から、図8(A)(密集線パターン)の波面収差の傾向は、図8(B)(従来型のマーク)の波面収差よりも、図8(C)(本例のラインマーク群33A)の波面収差の傾向に近いことが分かる。従って、本例のラインマーク群33Aを用いることによって、投影光学系PLに収差が残存している場合にも、実際のデバイスパターンである密集線パターンの像の位置ずれ量により近い高い精度で重ね合わせ誤差を計測することができる。   Furthermore, the Zernike sensitivities of the Zernike polynomials Z7 to Z34 in FIGS. 8A to 8C are 0%, + 5%, respectively, when the exposure amount is set to −5% with respect to the appropriate exposure amount (graph 43A). The simulation results are shown for + 10%, + 25%, and + 50% (graph 43F). From these comparisons, the tendency of the wavefront aberration in FIG. 8A (dense line pattern) is greater than the wavefront aberration in FIG. 8B (conventional mark). It can be seen that the wavefront aberration tendency of the group 33A) is close. Therefore, by using the line mark group 33A of the present example, even when aberration remains in the projection optical system PL, it is superimposed with high accuracy close to the positional deviation amount of the dense line pattern image which is an actual device pattern. The alignment error can be measured.

なお、上記の実施形態において、図5(C)の第1層のラインマーク41Aとして図2(B)のラインマーク群33Aと同様の原版マークから形成されるマークを用いる場合、その原版マーク(仮にラインマーク群44Aとする)とラインマーク群33Aとを図9(A)及び(B)に示すように同一のレチクル上に形成しておいてもよい。この場合、図9(A)のラインマーク群33Aと図9(B)のラインマーク群44Aとはそのレチクル上で例えばX方向に所定間隔ΔXだけ離して形成しておき、第1層にラインマーク群44Aの像を露光する際には、ラインマーク群33Aをレチクルブラインドによる遮光領域45B内に入れておき、第2層にラインマーク群33Aの像を露光する際には、ウエハ側をその所定間隔ΔXに対応させてステップ移動した後、図9(A)に示すように、ラインマーク群44Aをレチクルブラインドによる遮光領域45A内に入れておけばよい。   In the above embodiment, when a mark formed from an original mark similar to the line mark group 33A in FIG. 2B is used as the first layer line mark 41A in FIG. 5C, the original mark ( The line mark group 44A) and the line mark group 33A may be formed on the same reticle as shown in FIGS. 9A and 9B. In this case, the line mark group 33A in FIG. 9A and the line mark group 44A in FIG. 9B are formed on the reticle so as to be separated by a predetermined distance ΔX in the X direction, for example. When the image of the mark group 44A is exposed, the line mark group 33A is placed in the light shielding area 45B by the reticle blind, and when the image of the line mark group 33A is exposed on the second layer, the wafer side is placed on the wafer side. After the step movement corresponding to the predetermined interval ΔX, as shown in FIG. 9A, the line mark group 44A may be placed in the light shielding area 45A by the reticle blind.

また、上記実施形態では第2層に転写される原版パターンが形成されるレチクルに計測用マーク31(i,j)を設けるものとしたが、原版パターンを有するレチクルとは別のレチクルに計測用マーク31(i,j)を設けてもよい。この場合、原版パターンを第2層に転写する露光工程とは別に、前述と同様に、計測用マーク31(i,j)を有するレチクルを用いて露光を行って重ね合わせ誤差を計測しておく。このとき、露光工程では原版パターンと同じ露光条件(少なくとも照明条件を含む)で計測用マークを露光することが好ましく、前述した複数の計測用マーク40(i,j)が形成されたウエハが用いられる。なお、デバイス製造用のレチクルとは別の計測専用のレチクルに計測用マーク31(i,j)を設ける場合、複数種類のデバイスパターンにそれぞれ好適な計測用マークを同一の計測専用レチクルに形成してもよい。   In the above-described embodiment, the measurement mark 31 (i, j) is provided on the reticle on which the original pattern transferred to the second layer is formed. However, the measurement mark 31 (i, j) is provided on a reticle different from the reticle having the original pattern. A mark 31 (i, j) may be provided. In this case, in addition to the exposure process of transferring the original pattern to the second layer, exposure is performed using a reticle having measurement marks 31 (i, j), and the overlay error is measured in the same manner as described above. . At this time, in the exposure process, it is preferable to expose the measurement marks under the same exposure conditions (including at least illumination conditions) as the original pattern, and the wafer on which the plurality of measurement marks 40 (i, j) described above are formed is used. It is done. When the measurement mark 31 (i, j) is provided on a measurement-dedicated reticle different from the device-manufacturing reticle, measurement marks suitable for a plurality of types of device patterns are formed on the same measurement-specific reticle. May be.

また、上記実施形態では現像工程を経てウエハ上に形成される計測用マーク31(i,j)のレジストマークを検出するものとしたが、さらにエッチング工程を経て得られるマーク像を検出して前述の重ね合わせ誤差を計測するようにしてもよい。この場合、現像工程とエッチング工程との間に行われるキュア(加熱処理)などによってウエハ上のデバイスパターンの線幅が変動しても、その変動を加味した重ね合わせ誤差を計測することができる。   In the above embodiment, the registration mark of the measurement mark 31 (i, j) formed on the wafer through the development process is detected. However, the mark image obtained through the etching process is further detected to detect the registration mark. The overlay error may be measured. In this case, even if the line width of the device pattern on the wafer fluctuates due to curing (heat treatment) performed between the development process and the etching process, the overlay error can be measured in consideration of the fluctuation.

また、上記の実施形態の投影露光装置を用いて半導体デバイスを製造する場合、この半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、このステップに基づいてレチクルを製造するステップ、シリコン材料からウエハを形成するステップ、上記の実施形態の投影露光装置によりアライメントを行ってレチクルのパターンをウエハに露光するステップ、エッチング等の回路パターンを形成するステップ、デバイス組み立てステップ(ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む)、及び検査ステップ等を経て製造される。   In addition, when a semiconductor device is manufactured using the projection exposure apparatus of the above-described embodiment, the semiconductor device includes a step of designing a function / performance of the device, a step of manufacturing a reticle based on the step, a wafer from a silicon material, A step of aligning with the projection exposure apparatus of the above-described embodiment to expose the reticle pattern onto the wafer, a step of forming a circuit pattern such as etching, a device assembly step (dicing process, bonding process, package process) ) And an inspection step.

なお、本発明は、走査露光型の投影露光装置のみならず、一括露光型の投影露光装置、及び例えば国際公開第99/49504号パンフレットなどに開示される液浸型露光装置で重ね合わせ誤差等を計測する場合にも適用することができる。また、上記の実施形態のレチクルRの代わりに、例えば液晶ディスプレイのような可変パターンを形成できるパターン生成装置を用いてもよい。   The present invention is not limited to a scanning exposure type projection exposure apparatus, but also includes a batch exposure type projection exposure apparatus, and an immersion type exposure apparatus disclosed in, for example, International Publication No. 99/49504 pamphlet. This can also be applied to the measurement. Further, instead of the reticle R of the above-described embodiment, a pattern generation device capable of forming a variable pattern such as a liquid crystal display may be used.

また、本発明は、半導体デバイスのみならず、例えば角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置、並びに撮像素子(CCD等)、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びDNAチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク(フォトマスク、レチクル等)をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程(露光装置)にも適用することができる。このように、本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。   Further, the present invention is not limited to a semiconductor device, for example, a liquid crystal display element formed on a square glass plate or a display device such as a plasma display, an imaging element (CCD etc.), a micromachine, a thin film magnetic head, and The present invention can be widely applied to an exposure apparatus for manufacturing various devices such as a DNA chip. Furthermore, the present invention can also be applied to an exposure process (exposure apparatus) when manufacturing a mask (photomask, reticle, etc.) on which mask patterns of various devices are formed using a photolithography process. As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can have various configurations without departing from the gist of the present invention.

本発明により、重ね合わせ誤差等を計測する際に、実際のデバイスパターンの誤差に近い計測値を得ることができる。従って、その計測値に基づいて補正を行うことによって、微細パターンからなる各種デバイスをより高精度に製造することが可能になる。   According to the present invention, when an overlay error or the like is measured, a measurement value close to an actual device pattern error can be obtained. Therefore, by performing correction based on the measured value, various devices composed of fine patterns can be manufactured with higher accuracy.

本発明の実施形態の一例の投影露光装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the projection exposure apparatus of an example of embodiment of this invention. (A)はレチクルR上の計測用マークの配置を示す平面図、(B)は計測用マークを示す拡大図である。(A) is a plan view showing the arrangement of measurement marks on the reticle R, and (B) is an enlarged view showing the measurement marks. 2極照明用の開口絞り13Dを示す図である。It is a figure which shows the aperture stop 13D for dipole illumination. (A)はラインマーク群33Aを示す拡大図、(B)はラインマーク群33Aの像に対応するレジストマーク部33APを示す拡大図である。(A) is an enlarged view showing the line mark group 33A, and (B) is an enlarged view showing a registration mark portion 33AP corresponding to the image of the line mark group 33A. (A)はウエハWのショット配列を示す図、(B)はショット領域内の計測用マークの配置を示す図、(C)は計測用マークを示す拡大図である。(A) is a diagram showing the shot arrangement of the wafer W, (B) is a diagram showing the arrangement of measurement marks in the shot area, and (C) is an enlarged view showing the measurement marks. 従来型マークの像強度のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the image strength of the conventional mark. 実施形態のマークの像強度のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the image intensity of the mark of embodiment. 各種マークの波面収差のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the wavefront aberration of various marks. レチクル上に2つのラインマーク群を形成する場合の説明図である。It is explanatory drawing in the case of forming two line mark groups on a reticle.

符号の説明Explanation of symbols

R…レチクル、PL…投影光学系、W…ウエハ、1…主制御系、5…照明光学系、31(i,j)…計測用マーク、31(i,j)P…計測用レジストマーク、33A…ラインマーク群、33AP…レジストマーク部、40(i,j)…計測用マーク、41A…ラインマーク   R ... reticle, PL ... projection optical system, W ... wafer, 1 ... main control system, 5 ... illumination optical system, 31 (i, j) ... measurement mark, 31 (i, j) P ... measurement registration mark, 33A ... Line mark group, 33AP ... Registration mark part, 40 (i, j) ... Measurement mark, 41A ... Line mark

Claims (17)

第1マーク上に第2マークの像を重ねて露光し、前記第1マークと前記第2マークの像との位置ずれ量を計測する計測方法において、
前記第2マークは、透過率が周囲の部分より低い複数のライン部を備え、
所定の境界部に対して内側の前記ライン部の幅が前記境界部の外側の前記ライン部の幅よりも広いことを特徴とする計測方法。
In the measurement method of overlaying and exposing the image of the second mark on the first mark, and measuring the amount of positional deviation between the image of the first mark and the second mark,
The second mark includes a plurality of line portions whose transmittance is lower than that of the surrounding portion,
The measurement method characterized in that the width of the line portion inside the predetermined boundary portion is wider than the width of the line portion outside the boundary portion.
前記複数のライン部の配列ピッチが互いに等しいことを特徴とする請求項1に記載の計測方法。   The measurement method according to claim 1, wherein the arrangement pitches of the plurality of line portions are equal to each other. 前記複数のライン部の幅が、前記境界部の内側では前記境界部に向かって次第に広くなり、前記境界部の外側では前記境界部に向かって次第に狭くなることを特徴とする請求項1又は2に記載の計測方法。   The width of the plurality of line portions gradually increases toward the boundary portion inside the boundary portion and gradually decreases toward the boundary portion outside the boundary portion. Measurement method described in 1. 前記境界部は、前記第2マークの中心を計測方向に挟むように2箇所に設定され、
前記第2マークの像を露光する際に、前記計測方法に対応する方向に離れた2箇所の2次光源からの照明光で前記第2マークを照明することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の計測方法。
The boundary is set at two locations so as to sandwich the center of the second mark in the measurement direction,
4. The second mark is illuminated with illumination light from two secondary light sources separated in a direction corresponding to the measurement method when exposing the image of the second mark. The measuring method as described in any one of.
請求項1から4のいずれか一項に記載の計測方法を用いて異なる層に形成されるデバイスパターンの重ね合わせ誤差の補正情報を求める工程と、
一の層のデバイスパターンに重ね合わせて他の層にデバイスパターンを形成するために、前記補正情報に基づいて前記一の層及び他の層を含む感光体上にデバイス用のパターンを転写する工程と、を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
Obtaining correction information for overlay error of device patterns formed in different layers using the measurement method according to claim 1;
Transferring a device pattern onto a photoreceptor including the one layer and the other layer based on the correction information in order to form a device pattern on the other layer so as to be superimposed on the device pattern of the one layer; A device manufacturing method comprising:
一の層の上に他の層のデバイスパターンの像を露光する際の重ね合わせを管理するための露光方法において、
前記一の層上に第1マークを形成しておき、前記一の層上に、前記他の層のデバイスパターンとともに第2マークが形成されたマスクパターンの像を重ねて露光する第1工程と、
前記一の層上の前記第1マークと前記第2マークの像との位置ずれ量を計測する第2工程とを有し、
前記第2マークは、透過率が周囲の部分より低い複数のライン部を備え、
所定の境界部に対して内側の前記ライン部の幅が前記境界部の外側の前記ライン部の幅よりも広いことを特徴とする露光方法。
In an exposure method for managing superposition when an image of a device pattern of another layer is exposed on one layer,
A first step of forming a first mark on the one layer and exposing an image of a mask pattern in which a second mark is formed on the one layer together with the device pattern of the other layer; ,
A second step of measuring a displacement amount between the first mark and the image of the second mark on the one layer;
The second mark includes a plurality of line portions whose transmittance is lower than that of the surrounding portion,
An exposure method, wherein a width of the line portion inside the predetermined boundary portion is wider than a width of the line portion outside the boundary portion.
前記複数のライン部の配列ピッチが互いに等しいとともに、
前記デバイスパターン中に前記配列ピッチと実質的に等しいピッチのライン・アンド・スペースパターンが含まれていることを特徴とする請求項6に記載の露光方法。
The arrangement pitch of the plurality of line portions is equal to each other,
The exposure method according to claim 6, wherein the device pattern includes a line and space pattern having a pitch substantially equal to the arrangement pitch.
前記境界部は、前記第2マークの中心を計測方向に挟むように2箇所に設定され、
前記複数のライン部の幅が、前記境界部の内側では前記境界部に向かって次第に広くなり、前記境界部の外側では前記境界部に向かって次第に狭くなり、
前記他の層のマスクパターンの像を露光する際に、前記計測方法に対応する方向に離れた2箇所の2次光源からの照明光で前記マスクパターンを照明することを特徴とする請求項6又は7に記載の露光方法。
The boundary is set at two locations so as to sandwich the center of the second mark in the measurement direction,
The width of the plurality of line portions gradually increases toward the boundary portion inside the boundary portion, and gradually decreases toward the boundary portion outside the boundary portion,
The mask pattern is illuminated with illumination light from two secondary light sources separated in a direction corresponding to the measurement method when an image of the mask pattern of the other layer is exposed. Or the exposure method of 7.
前記他の層のパターンは投影光学系を介して投影され、
前記第2工程の計測結果に基づいて、前記投影光学系のディストーション又は前記一の層と前記他の層との重ね合わせ誤差を求める第3工程を含むことを特徴とする請求項6から8のいずれか一項に記載の露光方法。
The pattern of the other layer is projected through a projection optical system,
9. The method according to claim 6, further comprising a third step of obtaining distortion of the projection optical system or an overlay error between the one layer and the other layer based on a measurement result of the second step. The exposure method according to any one of the above.
請求項6から9のいずれか一項に記載の露光方法を用いてデバイス用のパターンを感光体上に転写する工程を含むことを特徴とするデバイス製造方法。   A device manufacturing method comprising a step of transferring a device pattern onto a photoconductor using the exposure method according to claim 6. 投影像の位置ずれ量を計測するために使用される計測用マークであって、
透過率が周囲の部分より低い複数のライン部を備え、
所定の境界部に対して内側の前記ライン部の幅が前記境界部の外側の前記ライン部の幅よりも広いことを特徴とする計測用マーク。
A measurement mark used for measuring the amount of misalignment of a projected image,
It has a plurality of line parts whose transmittance is lower than the surrounding part,
The measurement mark, wherein a width of the line portion inside the predetermined boundary portion is wider than a width of the line portion outside the boundary portion.
前記複数のライン部の配列ピッチが互いに等しいとともに、
前記複数のライン部の幅が、前記境界部の内側では前記境界部に向かって次第に広くなり、前記境界部の外側では前記境界部に向かって次第に狭くなることを特徴とする請求項11に記載の計測用マーク。
The arrangement pitch of the plurality of line portions is equal to each other,
The width of the plurality of line portions gradually increases toward the boundary portion inside the boundary portion, and gradually decreases toward the boundary portion outside the boundary portion. Mark for measurement.
前記境界部は、前記計測用マークの中心を計測方向に挟むように2箇所に設定されたことを特徴とする請求項11又は12に記載の計測用マーク。   The measurement mark according to claim 11 or 12, wherein the boundary portion is set at two locations so as to sandwich the center of the measurement mark in the measurement direction. デバイスパターンが形成されたマスクにおいて、
前記デバイスパターンとともに請求項11から13のいずれか一項に記載の計測用マークが形成されたことを特徴とするマスク。
In the mask on which the device pattern is formed,
14. A mask, wherein the measurement mark according to claim 11 is formed together with the device pattern.
一の層の上に他の層のデバイスパターンの像を露光する際の重ね合わせの管理に用いられるマスクであって、
請求項11から13のいずれか一項に記載の計測用マークが形成されたことを特徴とするマスク。
A mask used for superimposition management when exposing an image of a device pattern of another layer on one layer,
A mask on which the measurement mark according to any one of claims 11 to 13 is formed.
前記計測用マークは、前記デバイスパターンの露光工程とは異なる前記重ね合わせ管理のための露光工程で用いられることを特徴とする請求項15に記載のマスク。   The mask according to claim 15, wherein the measurement mark is used in an exposure process for the overlay management different from an exposure process of the device pattern. 前記複数のライン部の配列ピッチが互いに等しいとともに、
前記デバイスパターン中に前記配列ピッチと実質的に等しいピッチのライン・アンド・スペースパターンが含まれていることを特徴とする請求項14から16のいずれか一項に記載のマスク。
The arrangement pitch of the plurality of line portions is equal to each other,
17. The mask according to claim 14, wherein a line and space pattern having a pitch substantially equal to the arrangement pitch is included in the device pattern.
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