JP2010283305A - Exposure apparatus and method of manufacturing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、原版のパターンを基板に露光する露光装置に関する。 The present invention relates to an exposure apparatus that exposes a pattern of an original on a substrate.
最近では、半導体素子の製造技術の進展は目覚ましく、又それに伴う微細加工技術の進展も著しい。特に、光加工技術はサブミクロンの解像力を有する縮小投影露光装置、通称ステッパーが主流であり、更なる解像力向上に向けて光学系の開口数(NA)の拡大や、露光波長の短波長化が図られている。露光波長の短波長化に伴って、露光光源もg線、i線の高圧水銀ランプからKrF更にArFのエキシマレーザーに変移してきている。
更には、解像力の向上及び露光時の焦点深度確保のため、ウエハと投影光学系の空間を液浸状態にし、露光可能な投影光学系を有する投影露光装置が登場して来ている。
Recently, the progress of semiconductor device manufacturing technology has been remarkable, and the progress of microfabrication technology has been remarkable. In particular, optical processing technology is mainly reduced projection exposure equipment with submicron resolution, commonly known as steppers, and it is necessary to increase the numerical aperture (NA) of the optical system and shorten the exposure wavelength to further improve the resolution. It is illustrated. As the exposure wavelength is shortened, the exposure light source is also changing from a g-line or i-line high-pressure mercury lamp to an KrF or ArF excimer laser.
Furthermore, in order to improve the resolution and secure the depth of focus during exposure, a projection exposure apparatus having a projection optical system that can expose the space between the wafer and the projection optical system in an immersion state has appeared.
又、従来の短波長化、高NA化にも限界があるため、半導体素子を形成するための種々の工程の一つのプロセスにおいて、複数のマスク(レチクル)を交換してマスクのパターンをウエハに露光し、複数の露光を重ねることで微細化を図る方法が提案されている。これらは、ダブル露光方法(「Double Exposure法」)あるいはダブルパターニング方法と呼ばれる。 In addition, since there is a limit to shortening the wavelength and increasing the NA in the past, in one process of various processes for forming a semiconductor element, a plurality of masks (reticles) are exchanged and a mask pattern is formed on the wafer. A method has been proposed in which exposure is performed and miniaturization is performed by overlapping a plurality of exposures. These are referred to as a double exposure method (“Double Exposure method”) or a double patterning method.
又、投影パターンの解像力の向上に伴って、投影露光装置におけるウエハ(基板)とマスク(原版)を、相対的に位置合わせするアライメントについても、高精度化が必要とされている。投影露光装置は高解像度の露光装置であると同時に高精度な位置検出装置としての機能も要求されている。微細化の進行と共に、このウエハとマスクとの位置合わせの精度の向上も必要になる。 Further, as the resolution of the projection pattern is improved, higher accuracy is also required for the alignment for relatively aligning the wafer (substrate) and the mask (original plate) in the projection exposure apparatus. A projection exposure apparatus is not only a high-resolution exposure apparatus but also a function as a highly accurate position detection apparatus. As the miniaturization progresses, it is necessary to improve the alignment accuracy between the wafer and the mask.
特に、半導体の微細化手法として提案されている上記のダブル露光方法は、一度、塗布されたレジストに対して、複数のマスクを交換してマスクのパターンをウエハに露光し、複数の露光を重ねる複数のマスクのパターンを、順次、重ねて露光する方法である。このダブル露光方法においては、各複数のマスクの露光間では、従来のような現像工程を含まず、予め露光装置に複数のマスクを保管しておき、一枚のウエハに対して、現像をせずに順次、露光を行う。 In particular, the above-described double exposure method proposed as a semiconductor miniaturization method is to apply a plurality of masks to a resist that has been applied once, to expose a mask pattern onto a wafer, and to overlap a plurality of exposures. In this method, a plurality of mask patterns are sequentially overlapped and exposed. This double exposure method does not include a conventional development process between exposures of a plurality of masks, and a plurality of masks are stored in advance in an exposure apparatus to develop a single wafer. The exposure is performed sequentially.
一方、露光装置としては、ウエハの露光処理枚数能力であるスループットの向上も要求される。最近では、このスループットを向上するため、及びアライメント、フォーカス精度を向上するため、2つのウエハステージを構成した露光装置(以下、「ツーステージ露光装置」)も提案されている。このツーステージ露光装置は、アライメント、フォーカス等を計測する計測領域(計測ステージ)と、露光を行う露光領域(露光ステージ)を有する。さらに、これら2つの領域を行き来するウエハステージを複数有し、計測領域と露光領域を交互にウエハステージが入れ替わり、ウエハを露光する。このため、計測領域と露光領域が1つの領域の従来例では、アライメント、露光を、連続して行っていたが、ツーステージ露光装置においては並行して行うことができ、スループットが向上し、アライメント計測の時間を長くすることにより高精度な計測を行う。 On the other hand, the exposure apparatus is also required to improve throughput, which is the capability of wafer exposure processing. Recently, an exposure apparatus (hereinafter referred to as a “two-stage exposure apparatus”) having two wafer stages has been proposed in order to improve this throughput and to improve alignment and focus accuracy. This two-stage exposure apparatus has a measurement region (measurement stage) for measuring alignment, focus, and the like, and an exposure region (exposure stage) for performing exposure. In addition, there are a plurality of wafer stages that move back and forth between these two areas, and the wafer stage is alternately switched between the measurement area and the exposure area, and the wafer is exposed. For this reason, in the conventional example in which the measurement area and the exposure area are one area, the alignment and exposure are performed continuously. However, in the two-stage exposure apparatus, the alignment can be performed in parallel and the throughput is improved and the alignment is performed. Highly accurate measurement is performed by extending the measurement time.
レチクルは、通常、石英にCrでパターンを形成された構成で、露光動作における露光光の吸収によって温度が上昇し、膨張する。このようにレチクルが膨張するため、レチクルに形成されているパターン自体も膨張し、レチクルとウエハの位置合わせ誤差を発生する。そこで、特許文献1において、一枚のレチクルにより複数のウエハに対して露光する露光装置において、露光時におけるレチクルの膨張を計測し、その計測結果に基づいて結像状態を補正して露光する露光装置が提案されている。
The reticle usually has a structure in which a pattern is formed of Cr on quartz, and the temperature rises due to the absorption of exposure light in the exposure operation, and expands. Since the reticle expands in this way, the pattern itself formed on the reticle also expands, causing an alignment error between the reticle and the wafer. Therefore, in
ダブル露光方法の露光装置においては、一枚のウエハに対して複数のレチクルを交互に露光する。例えば、二枚のレチクルA、Bによりダブル露光する場合、アライメント計測、フォーカス計測、レチクルAの露光、レチクル交換、次に、レチクルBの露光、ウエハ回収の工程で露光する。一方、レチクルは、通常、石英にCrでパターンを形成された構成であり、露光動作における露光光の吸収によって温度が上昇し、膨張する。レチクルが膨張することで、レチクルに形成されているパターン自体も膨張するため、レチクルとウエハの位置合わせ誤差を発生する。 In the exposure apparatus of the double exposure method, a plurality of reticles are alternately exposed on a single wafer. For example, when double exposure is performed using two reticles A and B, exposure is performed in the steps of alignment measurement, focus measurement, reticle A exposure, reticle replacement, reticle B exposure, and wafer recovery. On the other hand, the reticle usually has a structure in which a pattern is formed of Cr on quartz, and the temperature rises due to absorption of exposure light in the exposure operation, and expands. When the reticle expands, the pattern itself formed on the reticle also expands, which causes an alignment error between the reticle and the wafer.
特許文献1の従来例の露光装置においては、一枚のレチクルにより複数のウエハに対して露光するため、レチクルの膨張を計測し、レチクルの膨張の計測結果に基づいて、補正を加えて露光するだけであった。つまり、露光が行われている間の膨張成分を捉えるだけで十分であった。しかし、ダブル露光方法の露光装置においては、レチクルAに関して、露光動作後に別のレチクルBに交換され露光するため、レチクルAは露光をされない状態が続く。露光が行われない状態においては、レチクルAは冷却されるため、収縮する。従って、次回、再び、別のウエハに対して、レチクルAを露光する場合、その変形成分を管理しなくては、レチクルとウエハの高精度な位置合わせが出来ない。同様に、レチクルBに関しても露光による加熱、待機による冷却が繰り返されるため、高精度な位置合わせによる露光が出来ない。
In the conventional exposure apparatus disclosed in
尚、毎回、レチクルを交換する際に、そのレチクルの変形成分を計測することも可能であるが、その計測時間が必要であるために、スループットが低下する。ダブル露光方法の露光装置においては、レチクルを交換する時間が発生するため、よりスループットが低下する。
そこで、本発明は、複数の原版を交換して原版のパターンを基板に露光し、原版と基板との位置合わせ精度を向上し、スループットを向上する露光装置を提供することを目的とする。
Although it is possible to measure the deformation component of the reticle every time the reticle is exchanged, the measurement time is required, so that the throughput is lowered. In the exposure apparatus of the double exposure method, since the time for exchanging the reticle occurs, the throughput further decreases.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an exposure apparatus that replaces a plurality of original plates and exposes a pattern of the original plate onto a substrate, improves alignment accuracy between the original plate and the substrate, and improves throughput.
上記課題を解決するための本発明の露光装置は、ダブルパターニングにより複数の原版のパターンを基板に露光する露光装置において、原版を搭載して移動するステージと、
前記ステージに搭載されている原版の次に露光すべき原版を保持する保持手段と、前記保持手段により保持された原版を温調する温調手段と、前記温調手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
An exposure apparatus of the present invention for solving the above-mentioned problems is an exposure apparatus that exposes a plurality of original plate patterns on a substrate by double patterning.
Holding means for holding an original to be exposed next to the original mounted on the stage, temperature adjusting means for adjusting the temperature of the original held by the holding means, and control means for controlling the temperature adjusting means; It is characterized by providing.
本発明によれば、複数の原版を交換して原版のパターンを基板に露光し、原版と基板との位置合わせ精度を向上し、スループットを向上する。 According to the present invention, a plurality of original plates are exchanged to expose a pattern of the original plate on the substrate, the alignment accuracy between the original plate and the substrate is improved, and the throughput is improved.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
図1を参照して、本発明の実施形態1の露光装置を説明する。本発明の実施形態1の露光装置は、複数のレチクル2、2’(原版)を交換してレチクル2、2’のパターンをウエハ6(基板)に露光するダブル露光方法の露光装置である。すなわち、ダブルパターニングにより複数のレチクル2、2’のパターンをウエハ6に露光する露光装置である。
ダブル露光方法の露光装置においては、一枚のウエハ6に対して、第一のパターンを構成している第一のレチクル2を露光する。その後、図4に示されるレチクル搬送系21にて第二のレチクル2’に交換し、この一枚のウエハ6に対して露光が行われる。
3枚以上のレチクル2、2’・・・がある場合、この繰り返し露光が行われる。つまり、一枚のウエハ6に対して、複数のレチクル2、2’・・・を順次交換し、露光が行われ、更に複数のウエハ6・・・がある場合、各ウエハ6・・・に対して同じ動作が繰り替えされる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
With reference to FIG. 1, the exposure apparatus of
In the exposure apparatus of the double exposure method, the
When there are three or
実施形態1のダブル露光方法の露光装置において、上記の手順で露光を行う理由は、以下のとおりある。例えば、複数のウエハ6・・・が存在する場合、第一のレチクル2を用いて、全てのウエハ6・・・を露光し、完了した後に第二のレチクル2’を用いて全てのウエハ6・・・を露光する方法も考えられる。
この方法においては、レチクル2、2’を交換する回数が減るため、レチクル2、2’の交換に要する時間を減少することが出来、そのためスループットが向上する。しかし、この方法では第二のレチクル2’に対しても毎回、ウエハ6・・・のアライメント計測が必要となるため、位置合わせ精度が劣化する。そのため、一つのウエハ6のアライメント計測が完了した段階で、複数のレチクル2、2’を露光し、その後、次のウエハの露光動作に移行する方が、位置合わせ精度の低下を招かない。
In the exposure apparatus of the double exposure method of the first embodiment, the reason for performing the exposure in the above procedure is as follows. For example, when there are a plurality of
In this method, since the number of times of exchanging the
レチクルステージ20(ステージ)は、レチクル2、2’を搭載して移動する手段である。レチクル搬送系21(保持手段)は、レチクルステージ20に搭載されているレチクル2の次に露光すべきレチクル2’を保持する手段である。
露光光を照明する照明光学系1から照射された光軸AXを有する光ILは、レチクルステージ20上に構成されたレチクルセットマーク12,12’を基準に配置されたレチクル2を照明する。レチクル2、2’はレチクルセットマーク12、12’及びレチクル2、2’上に構成されたレチクルセットマーク13、13’を同時に観察可能なレチクルアライメントスコープ11により位置決めされる。
The reticle stage 20 (stage) is means for mounting and moving the
The light IL having the optical axis AX emitted from the illumination
レチクルアライメントスコープ11は、露光光を光源として、レチクル2の上方で可動に構成され、投影光学系3の複数の像高でレチクル2とウエハ6上の両方を、レチクル2、投影光学系3を通して観察可能である。つまり、レチクル2とウエハ6の位置も検出可能となっている。尚、投影光学系3を通して、観察出来るスコープと、レチクルセットアライメントマーク12、12’を計測出来るスコープを別々に構成しても良い。
The
レチクル2上のパターンを透過した光ILは、投影光学系3を介して、レチクル2上のパターンの像をウエハ6上に結像し、ウエハ6上に露光パターンを形成する。この際に、一回の露光が行われる領域をショットと呼ぶ。ウエハ6は、ステージ制御系10により制御され、XYZ及び回転方向に駆動可能なウエハステージ8(基板ステージ)上に保持されている。ウエハステージ8上には、後述するベースライン計測用の基準マーク15が構成されている。
The light IL transmitted through the pattern on the
一方、ウエハ6上にはアライメントマーク(不図示)が構成され、アライメントマークの位置を専用の位置検出装置4にて計測する。尚、ウエハステージ8の位置は、干渉計のミラー7を参照した干渉計9で常に計測し、干渉計9の計測結果及び、位置検出装置4によるアライメントマークの計測結果から、ウエハ6上に形成されたショットの配列情報を算出する。
On the other hand, an alignment mark (not shown) is formed on the
又、ウエハ6を露光する際に、投影光学系3が形成する像のフォーカス位置に対して、位置合わせを行う必要があるが、ウエハ6のフォーカス方向の位置を検出するフォーカス検出装置5を有する。フォーカス検出装置5は、光源501、照明レンズ502、スリットパターン503、照明レンズ504、ミラー505、ミラー506、検出レンズ507および光電変換素子508により構成される。光源501から出射した光501aが、照明レンズ502、スリットパターン503、照明レンズ504、ミラー505を介して、スリットパターン503をウエハ6上の斜め方向から投影する。ウエハ6上に投影されたスリットパターン503は、ウエハ6の表面で反射し、ミラー506を介して対向側に構成された検出レンズ507によって、CCD等の光電変換素子508に到達する。光電変換素子508によって得られたスリットパターン503の像の位置からウエハ6のフォーカス方向を計測する。
Further, when the
上記のように位置検出装置4によるウエハ6上のアライメントマーク(不図示)の計測結果から、ウエハ6上に形成されたショットの配列情報を算出する。しかし、このショットの配列情報を算出の前に、位置検出装置4とレチクル2の相対位置関係である図2に示されるベースラインBLを求める必要がある。
図2を参照して、このベースラインの計測方法の概略を説明する。レチクル2は位置補正マークであるキャリブレーションマーク23を有する。照明光学系1によってキャリブレーションマーク23が照明されると、キャリブレーションマーク23の透過部を抜けた光ILは、投影光学系3により、キャリブレーションマーク23の開口パターン像を、ウエハ6側の所定フォーカス位置に形成する。
As described above, the arrangement information of the shots formed on the
An outline of this baseline measurement method will be described with reference to FIG. The
一方、ウエハステージ8上には、基準マーク15が構成され、基準マーク15は、レチクル2上のキャリブレーションマーク23の投影像と同じ大きさの開口を有するパターンを有する。開口パターンを透過した光ILは、基準マーク15の下に構成されている光電変換素子(不図示)に到達し、光電変換素子(不図示)によって開口パターンを透過した光ILの強度を計測する。
On the other hand, a
更に、基準マーク15上には、レチクル2のキャリブレーションマーク23に相当する開口パターン以外に、位置検出装置4により検出可能な位置計測マーク(不図示)が構成されている。基準マーク15の位置計測マーク(不図示)が、位置検出装置4の観察領域に駆動され、位置検出装置4により検出された結果と、その時の干渉計9によるウエハステージ8の位置の計測結果により、基準マーク15の位置計測マーク(不図示)の位置が求められる。
Further, on the
次に、図2を参照して、投影光学系3に対する位置検出装置4の相対位置であるベースラインBLを、基準マーク15を用いて求める方法についてより詳しく説明する。
先ず、レチクル2上に構成されたキャリブレーションマーク23を、露光光ILが通過する所定の位置に駆動する。所定の位置に駆動されたキャリブレーションマーク23に対して、露光光ILが照明光学系1によって照明される。キャリブレーションマーク23の透過部を抜けた光ILは、投影光学系3によって、ウエハ6上の結像位置にキャリブレーションマーク23のパターン像として結像する。ウエハステージ8を駆動して、同形状の基準マーク15上の開口パターンを、キャリブレーションマーク23のパターン像に一致する位置に移動する。その時、基準マーク15が、キャリブレーションマーク23の結像面(所定フォーカス面)に配置されている状態で、基準マーク15上の開口パターンをX方向に駆動させながら、基準マーク15の下の光電変換素子(不図示)の出力値を計測する。
Next, with reference to FIG. 2, a method for obtaining the baseline BL, which is the relative position of the
First, the
基準マーク15上の開口パターンのX方向の位置と基準マーク15の下の光電変換素子(不図示)の出力値をプロットした時の模式的なグラフを図9に示す。図9において、横軸が基準マーク15上の開口パターンのX方向の位置であり、縦軸が基準マーク15の下の光電変換素子(不図示)の出力値Iである。図9に示されるように、キャリブレーションマーク23と基準マーク15上の開口パターンの相対位置を変化させると出力値も変化する。この変化カーブ40の内、キャリブレーションマーク23を通過した光が、基準マーク15上の開口パターンの開口部と一致している所(X0)で最大強度となる。この一致した位置X0を求めることにより、キャリブレーションマーク23の投影光学系3によるウエハ6における投影される像の位置を求める。
尚、キャリブレーションマーク23をレチクル2上の複数の箇所に構成し、キャリブレーションマーク23の位置を、基準マーク15により計測することで、レチクル2のパターンの形状(倍率、歪曲状態)を計測することも可能である。
FIG. 9 shows a schematic graph when the position of the opening pattern on the
Note that the
図1、図10に示される冷却ファン61、61’(温調手段)は、レチクル搬送系21(保持手段)により保持されたレチクル2’を温調する手段で、露光するまでの待機状態におけるレチクル2’を冷却する。レチクル搬送系21によって、レチクル2’の上面が吸着され、レチクル2’の下方の近傍に冷却ファン61、61’が設けられる。冷却ファン61、61’からは、所定温度に制御された空気、或いは、気体が吹付けられている。冷却ファン61、61’は下方のみに配置されているが、これに限定されるものではなく、レチクル2’の上方に設ける場合もある。
The cooling
冷却ファン61、61’は移動可能に設けられる場合もある。つまり、露光する露光領域は製造するチップの仕様等、ユーザーの事情によって異なる。従って露光領域が異なる場合、レチクル2’の膨張部分である高温部分が異なるため、その冷却場所も変化させ、局所的に、且つ、効率良く冷却する。尚、移動方向は、レチクル2’の面内方向でも良いし、レチクルに近づく方向で良い。冷却ファン61、61’による冷却によって、待機状態のレチクル2’において、次の露光が開始される前に所定温度状態である所定伸縮状態になる様に制御することが可能となる。
The cooling
制御手段14は、冷却ファン61、61’を制御する手段で、待機状態におけるレチクル2’を露光する直前の温度が、所定の伸縮状態になるように冷却するように冷却ファン61、61’を制御する。
制御手段14は、この所定の伸縮状態に基づき、露光する時のレチクル2’の膨張状態を予測し、補正するように冷却ファン61、61’を制御する。
The control means 14 is a means for controlling the cooling
The
実施形態1の露光装置は、レチクル搬送系21(保持手段)により保持されたレチクル2’の伸縮状態を計測する図6に示される位置検出装置32、32’
(伸縮モニタ)あるいは図7に示される赤外線スコープ42(伸縮モニタ)を有する。
制御手段14は、位置検出装置32、32’ あるいは赤外線スコープ42の計測結果に基づいて冷却ファン61、61’を制御する。位置検出装置32、32’は、レチクル2’に構成された位置検出マークの位置を計測する。赤外線スコープ42は、レチクル2’の温度を計測するサーモグラフィである。
The exposure apparatus of the first embodiment measures the expansion / contraction state of the
(Extension monitor) or an infrared scope 42 (extension monitor) shown in FIG.
The
図6を参照して、待機状態でのレチクル2’の伸縮状態を計測する方法について説明する。図6(a)は、実施形態1の露光装置を側面から表したものであり、図6(b)は図6(a)の平面図である。レチクル2’に構成されたアライメントマークを観察、計測する位置検出装置32、32’がレチクル2’の待機位置に構成される。あるレチクルの露光が完了した後、待機状態の位置で、レチクル2’の伸縮状態を計測出来る。レチクル2’の下面には、アライメントマークAM1、AM2,AM3,AM4が構成されている。Z方向の近傍には、基準となる基準板31が配置されている。基準板31には、レチクル2’に構成されているアライメントマークAM1、AM2,AM3,AM4に対する基準パターンFM1、FM2,FM3,FM4が構成されている。
With reference to FIG. 6, a method for measuring the expansion / contraction state of
図6(b)には、基準パターンFM1、FM2,FM3,FM4とアライメントマークAM1、AM2,AM3,AM4の関係が示され、アライメントマークAM1、AM2,AM3,AM4の中に基準パターンFM1、FM2,FM3,FM4が配置される。位置検出装置32、32’は、アライメントマークAM1、AM2,AM3,AM4、基準パターンFM1、FM2,FM3,FM4に対応する位置に構成される。位置検出装置32、32’は、アライメントマークAM1、AM2,AM3,AM4と基準パターンFM1、FM2,FM3,FM4を同時に観察する。基準パターンFM1、FM2,FM3,FM4に対応するアライメントマークAM1、AM2,AM3,AM4の位置を検出することにより、レチクル2’の伸縮状態を計測する。つまり、4箇所のアライメントマークAM1、AM2,AM3,AM4と基準パターンFM1、FM2,FM3,FM4の相対位置を検出することにより、X及びY方向のレチクル2’の伸縮状態を計測することが可能となる。ここで基準板31は温度が管理されており、基準板31自体の伸縮は発生しないようになっている。或いは、その温度を計測し、伸縮状態を正確に管理されている。
FIG. 6B shows the relationship between the reference patterns FM1, FM2, FM3, FM4 and the alignment marks AM1, AM2, AM3, AM4. The reference patterns FM1, FM2 are included in the alignment marks AM1, AM2, AM3, AM4. , FM3, FM4 are arranged. The
図7を参照して、待機状態のレチクル2’の温度分布である伸縮状態を計測する他の方法について説明する。本実施形態1では、レチクル2’の温度分布である伸縮状態を計測する赤外線スコープ42が構成されている。赤外線スコープ42はサーモグラフィであり、レチクル2’の全面若しくは所定領域から発生している赤外線を捉え、その赤外線からレチクル2’の温度分布を計測する。この赤外線スコープ42の結果を図11の熱吸収部材62a、62b、62c、62dの温度を制御することで、常に所定の温度、且つ温度分布が所定の状態になるように制御される。待機状態でのレチクル2’の温度を常に所定状態にすることで、次に行われる露光状態での膨張状態を高精度に予測、補正することが可能となる。
With reference to FIG. 7, another method for measuring the expansion / contraction state which is the temperature distribution of the
以上のようにレチクル2’の伸縮状態を計測しながら、冷却ファン61、61’によって冷却し、所定の温度状態である伸縮状態にし、次の露光が開始される。このため、露光によって発生するレチクル2’の膨張状態の予測が高精度に行うことが出来、補正することが可能となる。レチクル2’の膨張状態の予測は、露光エリア、レチクルの透過率、照明条件等のパラメータによって、状態(形状、発生量)は変化する。これらパラメータ情報と、露光量(若しくは、露光している経過時間)に依存して、膨張状態を予測する。経過時間に対しての変化量予測は、従来から幾つかの方法が提案されているが、予測開始の状態を正確に把握しなくては、正確に補正が出来ない。従って、本実施形態1により、より高精度な補正が可能となる。
As described above, while measuring the expansion / contraction state of the
図11を参照して、他の冷却手段を説明する。図11(a)は、レチクル2’を側面から見た図であり、図11(b)は、上面から見た図である。レチクル搬送系21にレチクル2’の熱を吸収する熱吸収部材を兼ねたレチクル吸着部62a、62b、62c、62dが構成されている。このレチクル吸着部材62a、62b、62c、62dはペルチエ素子で構成され、加熱冷却が可能である。熱吸収部材62a、62b、62c、62dは、レチクル2’の周辺部を冷却する。4箇所の熱吸収部材62a、62b、62c、62dは独立に温度制御が可能で、場合によっては加熱することも可能である。つまり、レチクル2’の局所的な温度分布を所定に出来る様に、レチクル2’の面内の温度分布も制御が出来る。一方、レチクル2’の伸縮状態は、図6に示される方法によって、モニタしておきながら、形状がある所定の状態になる様に、熱吸収部材62a、62b、62c、62dの温度を制御する。
With reference to FIG. 11, another cooling means will be described. FIG. 11A is a view of the
図12を参照して、レチクル2’の他の冷却手段を説明する。図12(a)はレチクル2’を上方から示したものであり、図12(b)は側面から見た図である。図12(a)において、レチクル搬送系21はレチクル2’の周辺部を吸着する部分と、中心部には非接触の熱吸収体63が構成されている。この熱吸収体63はペルチエ素子で構成され、レチクル2’を冷却する。熱吸収体64は、レチクル2’の下方にも構成される。熱吸収体64も熱吸収体63と同様にレチクル2’の熱を吸収する。レチクル2’の伸縮状態は、上述した図6、図7の方法で計測する。
With reference to FIG. 12, another cooling means for
更に、図8を参照して、レチクル2’の温度制御する別の冷却手段を説明する。レチクル2’のパターン面の下方には、ペリクル(不図示)を構成しているペリクル枠65を有する。ペリクル枠65は金属部材から構成されており、熱の伝導性は良い。このペリクル枠65に対して、上述した冷却ファン、ペルチエ素子等によって、ペリクル枠65の温度を下げる。ペリクル枠65は金属部材で構成されているため、レチクル2’自体の熱を吸収する。以上のようにレチクル2’の温度を下げることにより、所定の温度状態である所定の伸縮状態を維持することが可能となり、その状態で露光を開始するため、露光時のレチクル2’の熱膨張を高精度に予測、補正出来る。
Further, another cooling means for controlling the temperature of the
本実施形態1によれば、露光を行っていない待機状態のレチクルに関して、所定の温度条件である所定の伸縮状態にし、常に所定の伸縮状態から露光が開始される様にする。露光開始時に常に所定の伸縮状態から開始されるため、露光を行っている間の熱膨張を高精度に予測する。その膨張の予測値に基づいて、露光の補正を行うことで高精度な位置合わせによる露光を行うことができる。又、露光時のレチクルの伸縮の計測が不要となりスループットを向上させる。 According to the first embodiment, a standby reticle that is not exposed is set to a predetermined expansion / contraction state that is a predetermined temperature condition, and exposure is always started from the predetermined expansion / contraction state. Since it always starts from a predetermined stretched state at the start of exposure, the thermal expansion during the exposure is predicted with high accuracy. Exposure by high-precision alignment can be performed by correcting exposure based on the predicted expansion value. Further, it is not necessary to measure the expansion and contraction of the reticle at the time of exposure, thereby improving the throughput.
次に、図4を参照して、本発明の実施形態1の変形例のウエハステージを複数有するツーステージの露光装置を説明する。
図1の実施形態1はウエハステージ8を1つ有する露光装置であるが、図4の実施形態1の変形例は、ウエハステージを複数有するツーステージの露光装置である。
実施形態1の変形例のツーステージの露光装置は、アライメントを計測する計測領域と、露光する露光領域とを移動する複数のウエハステージを有し、よりスループットを向上する。図4で示されている符号について、図1において同一構成要素は同一符号を付し詳細な説明を省略する。
Next, with reference to FIG. 4, a two-stage exposure apparatus having a plurality of wafer stages according to a modification of the first embodiment of the present invention will be described.
Although
The two-stage exposure apparatus according to the modification of the first embodiment includes a plurality of wafer stages that move between a measurement region for measuring alignment and an exposure region for exposure, thereby further improving throughput. Regarding the reference numerals shown in FIG. 4, the same constituent elements in FIG.
図1の実施形態1のシングルステージの露光装置に比較して、図4の実施形態1の変形例のツーステージの露光装置の異なる点は、アライメントを計測する計測領域と、露光する露光領域とを移動する複数のウエハステージ8a、8b(基板ステージ)を有することにある。
それらの2つの計測領域と露光領域を、複数、この実施形態1の変形例では2つのウエハステージ8a、8bが交互に計測、露光を行うよう入れ替わりながら、複数のウエハを露光する。
この様な構成を持つメリットとしては、露光動作を行っている間に、並列してアライメント等の計測を行うことができ、計測に費やす時間を長くすることが可能となる。そのため、複数回の計測や計測ショット数の増加、更には様々な計測を行うことで、高精度な露光を行う。すなわち、計測が露光と同時に行えるため、スループットを向上させる。
Compared with the single-stage exposure apparatus of the first embodiment of FIG. 1, the two-stage exposure apparatus of the modification of the first embodiment of FIG. 4 differs from the measurement area for measuring alignment and the exposure area to be exposed. A plurality of
A plurality of these two measurement areas and exposure areas are exposed, and a plurality of wafers are exposed while being switched so that two
As an advantage of having such a configuration, it is possible to perform measurements such as alignment in parallel during the exposure operation, and it is possible to lengthen the time spent for the measurement. Therefore, high-precision exposure is performed by performing multiple measurements, increasing the number of measurement shots, and performing various measurements. That is, since measurement can be performed simultaneously with exposure, throughput is improved.
計測領域においては、ウエハ6a、6b上に形成されている不図示のアライメントマークを位置検出装置4にて順次、計測する。この計測によって、ウエハ6a、6b上に形成されたショット配列を算出し、グローバルアライメント計測する。尚、このグローバルアライメント計測に先立って、ウエハステージ8a、8b上に構成されている基準マーク15a、15bを計測し、基準マーク15a、15bとウエハ6a、6bの相対関係が計測される。
In the measurement region, alignment marks (not shown) formed on the
グローバルアライメント計測が終了すると、次に、ウエハ6a、6bの高さ(フォーカス)方向の情報をフォーカス検出装置5、5’によって計測する。フォーカス検出装置5、5’は、露光装置に対して固定されており、ウエハステージ8a、8bがXY方向に駆動しながらウエハ6a、6bの全面の高さ(Z方向)を計測する。尚、フォーカス方向に関しても、ウエハ6a、6bの高さを計測する前に、基準マーク15a、15bをフォーカス検出装置5、5’によって計測し、基準マーク15a、15bとウエハ6a、6bの相対関係を検出する。
When the global alignment measurement is completed, information on the height (focus) direction of the
基本的にアライメントマークの計測及びフォーカス計測が終了すると、ウエハステージは、ウエハを保持したまま、露光領域に移動する。ここで、ウエハと基準マークの相対関係を変えずに駆動することが重要である。露光領域に移動したウエハステージについて、露光光にて基準マーク15と図2で示したレチクル2上に構成された不図示のキャリブレーションマークとの相対位置(XY方向及びフォーカス方向)を検出する。検出方法は上記の図2で示された方法による。これにより、レチクル2とウエハステージ8aの関係を求め,レチクル2とウエハステージ8aの関係が求められると、計測領域で計測されたショット配列情報及びフォーカス情報に基づき、露光動作が行われる。
Basically, when the alignment mark measurement and focus measurement are completed, the wafer stage moves to the exposure region while holding the wafer. Here, it is important to drive without changing the relative relationship between the wafer and the reference mark. For the wafer stage moved to the exposure area, the relative position (XY direction and focus direction) between the
以上では、特に、ウエハステージの空間での動作を説明したが、以下ではレチクルの空間の構成について説明する。レチクル2、2’を図2に示されるレチクルステージ20に搭載するためのレチクル搬送系21が構成している。レチクル搬送系21は、回転軸28に固定された2つの吸着部30、30’を構成している。この吸着部30、30’によって、レチクル2、2’を吸着し、回転動作によって、レチクルステージ20上へ着脱する。例えば、二枚のレチクル2、2’を交互に露光する場合、このレチクル搬送系21を回転し、交互に着脱して露光する。
In the above, the operation in the space of the wafer stage has been described, but the configuration of the space of the reticle will be described below. A
図5を参照して、ダブル露光方法による実施形態1の変形例のツーステージの露光装置を説明する。複数のウエハ6a、6bを二種類のレチクルをダブル露光する場合の露光シーケンスに関して、三種類の方法を説明する。
”Metro“の列は、計測領域で処理されているウエハ番号を示し、”Expo”の列は、その時の露光領域で処理されているウエハ番号を示す。又、網掛けのセルは、ウエハステージ8aを示し、白抜き部は一方のウエハステージ8bを示す。又、”Reticle”は、レチクル2の種類を示し、二種類のレチクル“A”と“B”が交互に入れ替わり、露光を行う。
With reference to FIG. 5, the two-stage exposure apparatus of the modification of
The “Metro” column indicates the wafer number processed in the measurement area, and the “Expo” column indicates the wafer number processed in the exposure area at that time. A shaded cell indicates the
図5(a)において、一枚目のウエハ(No.1)がアライメント計測を行い(1行目)、レチクルAの露光が行われる。それと同時にNo.2のウエハについて、アライメント計測が行われる(2行目)。次に、No.2のウエハが露光領域に駆動され、同様にレチクルAの露光が行われる。その際に、No.1のウエハは、計測領域に戻って、次のレチクルBを露光するために待機する(3行目)。No.2のウエハの露光が終了すると、レチクルAとBが交換されるのと同時に、No.2とNo.1のウエハが入れ替わり、その後レチクルBがNo.1のウエハ上に露光が行われる(4行目)。No.1のウエハの露光が終了すると、No.2のウエハと入れ替わり、このウエハに対して、レチクルBのパターンが露光される。尚、それと並行して、露光が終了したNo.1のウエハを装置外に搬出し、次のNo.3のウエハが搬入、そしてアライメント計測が行われる(5行目)。以下、図示した様に、レチクルB、レチクルAを交互に入れ替え、ウエハも交互に交換されて露光が繰り替えされる。この露光シーケンスにより、レチクルの交換回数を減らし、レチクル交換に掛かる時間が長い場合等においてスループットを向上する。 In FIG. 5A, the first wafer (No. 1) performs alignment measurement (first row), and the reticle A is exposed. At the same time, no. Alignment measurement is performed on the second wafer (second row). Next, no. The second wafer is driven to the exposure region, and the reticle A is similarly exposed. At that time, no. The first wafer returns to the measurement area and waits for exposure of the next reticle B (third line). No. When the exposure of the wafer No. 2 is completed, the reticles A and B are exchanged, and at the same time, 2 and No. No. 1 wafer is replaced, and then the reticle B is No. 1. Exposure is performed on one wafer (fourth row). No. When the exposure of the wafer No. 1 is completed, 2 is replaced, and the pattern of the reticle B is exposed to this wafer. In parallel with this, No. for which exposure was completed is shown. 1 is carried out of the apparatus, and the next No. 1 is transferred. 3 wafers are carried in and alignment measurement is performed (line 5). Hereinafter, as shown in the drawing, the reticle B and the reticle A are alternately replaced, the wafer is also alternately replaced, and the exposure is repeated. This exposure sequence reduces the number of reticle exchanges, and improves the throughput when the time required for reticle exchange is long.
図5(b)は、図5(a)に対して、異なる点は、No.2のウエハに対して、レチクルAを露光終了後、そのままウエハは露光領域にとどまり、レチクルBを交換して、レチクルBを露光する所である(4行目)。その後、No.1のウエハが露光領域に搬送されて、レチクルBを露光する。
以上のように図5(a)に対して、ウエハを交換する頻度を少なくでき、ウエハステージの交換時間が長い場合に、スループットを向上する。
FIG. 5B differs from FIG. After the exposure of the reticle A to the second wafer, the wafer remains in the exposure region as it is, the reticle B is replaced, and the reticle B is exposed (line 4). Then, no. One wafer is transferred to the exposure region to expose the reticle B.
As described above, with respect to FIG. 5A, the frequency of exchanging the wafer can be reduced, and the throughput is improved when the exchange time of the wafer stage is long.
上述の図5(a)、(b)においては、複数のウエハについて、レチクルAとBの露光順が異なる。露光に伴う熱によっては、ウエハの膨張が発生する場合がある。そうした場合、露光量の異なるレチクルAとBの順番を入れ替えると、露光に伴う膨張が異なるため、位置合わせ精度が劣化する場合がある。この場合、レチクルの露光順及びウエハの露光順を全て同じ順番に行い一定のオフセットで補正することで、高精度化が可能となる。この様に露光するシーケンスを示したものが図5(c)である。このシーケンスでは、ウエハに対するレチクルの順、ウエハを露光する順番を全てのウエハに対して合わせることが可能である。しかし、上記した様にレチクルの交換、ウエハの交換が頻繁になるため、それらに掛かる時間を考慮するとスループットが低下する場合がある。以上のように、必要精度に応じて、シーケンスを選択することで、スループットを向上する。 In FIGS. 5A and 5B described above, the exposure order of reticles A and B is different for a plurality of wafers. Depending on the heat accompanying exposure, the wafer may expand. In such a case, if the order of the reticles A and B having different exposure amounts is switched, the expansion due to the exposure is different, so that the alignment accuracy may deteriorate. In this case, the reticle exposure order and the wafer exposure order are all performed in the same order and corrected with a certain offset, so that high accuracy can be achieved. FIG. 5C shows the exposure sequence in this way. In this sequence, the order of the reticle with respect to the wafer and the order of exposing the wafer can be adjusted for all the wafers. However, as described above, since reticle exchange and wafer exchange are frequent, the throughput may be reduced in consideration of the time required for them. As described above, throughput is improved by selecting a sequence according to required accuracy.
以上のシーケンスで複数のレチクルを用いてダブル露光が行われるが、ここで着目すべきは、例えば露光しているレチクルAに対して搬出されたレチクルBの挙動である。通常、レチクルは石英にCr等の金属膜のパターンが形成されたものであり、露光されると、その露光光が吸収され、発熱によって膨張が生じる。露光が行われている間は、放熱と吸収が均衡する飽和状態まで、膨張が進行する。逆に、露光が止まると冷却が進み、収縮が発生する。つまり、レチクルは露光、休止によって、膨張、収縮が繰り返し発生していることになる。こうしたレチクルの伸縮は、所謂位置合わせ誤差を発生するため、極力発生を抑制するか若しくは、発生量を補正する様に露光を行う必要がある。 In the above sequence, double exposure is performed using a plurality of reticles. What should be noted here is, for example, the behavior of the reticle B carried out with respect to the reticle A being exposed. Usually, the reticle is a quartz film having a pattern of a metal film such as Cr. When exposed, the reticle absorbs the exposure light and expands due to heat generation. While exposure is being performed, expansion proceeds to a saturation state where heat dissipation and absorption are balanced. Conversely, when exposure stops, cooling proceeds and shrinkage occurs. That is, the reticle repeatedly expands and contracts due to exposure and pause. Such reticle expansion and contraction generates a so-called alignment error. Therefore, it is necessary to perform exposure so as to suppress generation as much as possible or to correct the generation amount.
ダブル露光方法においては、露光されているレチクルは膨張し、待機しているレチクルについては、収縮が発生している。例えば、レチクルAが露光されている間は、レチクルAは膨張し、一方レチクルBは収縮が発生している。一枚のレチクルを用いてウエハを露光する従来例は、キャリブレーション計測により、その膨張状態をモニタし、投影光学系の倍率、歪曲収差等の光学性能を調整し、レチクルステージの駆動動作を制御し、位置合わせ誤差を低減して、露光することが可能であった。しかし、ダブル露光方法においては、露光後、入れ替わるため、必ず冷却状態が発生するので、その収縮状態を管理しなくては、位置合わせ性能の低下を招いてしまう。 In the double exposure method, the exposed reticle expands and the waiting reticle contracts. For example, while the reticle A is being exposed, the reticle A expands while the reticle B contracts. In the conventional example of exposing a wafer using a single reticle, the expansion state is monitored by calibration measurement, the optical performance such as magnification and distortion of the projection optical system is adjusted, and the drive operation of the reticle stage is controlled. However, it was possible to perform exposure while reducing alignment errors. However, in the double exposure method, since it is changed after the exposure, a cooling state is always generated. Therefore, if the contracted state is not managed, the alignment performance is deteriorated.
図3は、レチクル2’の加熱冷却によって発生する伸縮(倍率誤差)の変化を模式的に示したグラフである。横軸に経過時間、縦軸にレチクル2’の倍率誤差を示している。露光状態においては膨張が発生するため、倍率成分が増加する。一方、レチクル2’が待機状態に移ると冷却(放熱)されるため、収縮が発生する。この様に伸縮が繰り返し発生する。尚、図3においては、倍率成分として表現されているが、歪曲収差等のより高次の誤差成分としても発生するが、考え方は同様であるため、詳細な説明は省略する。
FIG. 3 is a graph schematically showing changes in expansion / contraction (magnification error) caused by heating and cooling of the
このような膨張、収縮を繰り返す場合、制御開始するタイミングの状態が重要である。
例えば、前回の膨張、冷却(待機状態)で、次の露光が開始されるタイミングがA点である場合と、B点である場合は制御精度が異なる。つまり、A点で次の露光が開始されると、それまでの冷却状態を正確に把握しなくては、膨張状態を正確に予測、補正することが出来ない。逆に、B点のように定常状態では、その点から開始される膨張成分のみを高精度に予測、補正が可能となる。
When such expansion and contraction are repeated, the state of timing for starting control is important.
For example, in the previous expansion and cooling (standby state), the control accuracy differs when the timing at which the next exposure is started is point A and when it is point B. That is, when the next exposure is started at point A, the expanded state cannot be accurately predicted or corrected without accurately grasping the cooling state up to that point. Conversely, in a steady state such as point B, only the expansion component starting from that point can be predicted and corrected with high accuracy.
以上説明したダブル露光方法の実施形態1、実施形態1の変形例および実施形態2において、待機状態あるレチクル2の温度を所定の伸縮状態にし、常に露光開始時は同じ所定の伸縮状態から露光が行われる。従って、露光時のレチクル2の膨張状態を高精度に予測、補正しながら露光をする。このため、ダブル露光方法の露光装置において発生する位置合わせ誤差を低減する。
In the double exposure method according to the first embodiment, the modified example of the first embodiment, and the second embodiment, the temperature of the
[デバイス製造方法の実施形態]
次に、本発明の一実施形態のデバイス(半導体デバイス、液晶表示デバイス等)の製造方法について説明する。当該方法において、本発明を適用した露光装置を使用し得る。
半導体デバイスは、ウエハ(半導体基板)に集積回路を作る前工程と、前工程で作られたウエハ上の集積回路チップを製品として完成させる後工程とを経ることにより製造される。前工程は、前述の露光装置を用いて、感光剤が塗布されたウエハを露光する工程と、その工程で露光されたウエハを現像する工程とを含み得る。後工程は、アッセンブリ工程(ダイシング、ボンディング)と、パッケージング工程(封入)とを含み得る。また、液晶表示デバイスは、透明電極を形成する工程を経ることにより製造される。透明電極を形成する工程は、透明導電膜が蒸着されたガラス基板に感光剤を塗布する工程と、前述の露光装置を用いて、感光剤が塗布されたガラス基板を露光する工程と、その工程で露光されたガラス基板を現像する工程とを含み得る。
本実施形態のデバイス製造方法は、デバイスの生産性、品質および生産コスト、ならびに安全性の少なくとも一つにおいて従来よりも有利である。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
[Embodiment of Device Manufacturing Method]
Next, a method for manufacturing a device (semiconductor device, liquid crystal display device, etc.) according to an embodiment of the present invention will be described. In this method, an exposure apparatus to which the present invention is applied can be used.
A semiconductor device is manufactured through a pre-process for producing an integrated circuit on a wafer (semiconductor substrate) and a post-process for completing an integrated circuit chip on the wafer produced in the pre-process as a product. The pre-process may include a step of exposing the wafer coated with the photosensitive agent using the above-described exposure apparatus, and a step of developing the wafer exposed in the step. The post-process can include an assembly process (dicing, bonding) and a packaging process (encapsulation). Moreover, a liquid crystal display device is manufactured by passing through the process of forming a transparent electrode. The step of forming the transparent electrode includes a step of applying a photosensitive agent to a glass substrate on which a transparent conductive film is deposited, a step of exposing the glass substrate on which the photosensitive agent is applied, using the above-described exposure apparatus, and the step And developing the glass substrate exposed in step (b).
The device manufacturing method of this embodiment is more advantageous than the conventional one in at least one of device productivity, quality and production cost, and safety.
As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary.
1 照明系、2 レチクル、3 投影光学系、4 位置検出装置、5 フォーカス位置検出装置、6 ウエハ、7 干渉計ミラー、8 ウエハステージ、9 干渉計、10 ステージ制御系、11 レチクルアライメントスコープ、12 レチクルセットマーク、14 制御手段、15 基準マーク 20 レチクルステージ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
原版を搭載して移動するステージと、
前記ステージに搭載されている原版の次に露光すべき原版を保持する保持手段と、
前記保持手段により保持された原版を温調する温調手段と、
前記温調手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする露光装置。 In an exposure apparatus that exposes a plurality of original plate patterns on a substrate by double patterning,
A stage that carries the original and moves,
Holding means for holding an original to be exposed next to the original mounted on the stage;
Temperature adjusting means for adjusting the temperature of the original plate held by the holding means;
An exposure apparatus comprising: control means for controlling the temperature adjusting means.
前記制御手段は、前記伸縮モニタの計測結果に基づいて前記温調手段を制御することを特徴とする請求項1または2に記載の露光装置。 An expansion / contraction monitor for measuring the expansion / contraction state of the original plate held by the holding means;
The exposure apparatus according to claim 1, wherein the control unit controls the temperature adjusting unit based on a measurement result of the extension monitor.
前記工程で露光された基板を現像する工程と、を有することを特徴とするデバイス製造方法。
A step of exposing the substrate using the exposure apparatus according to claim 1;
And a step of developing the substrate exposed in the step.
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