JP2012195379A - Overlay accuracy measurement method, exposure device, and manufacturing method of device - Google Patents
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Description
本発明は、基板にパターンを重ねて露光する際の重ね合わせ精度の計測技術、この計測技術を適用可能な露光技術、及びこの露光技術を用いるデバイス製造技術に関する。 The present invention relates to a measurement technique for overlay accuracy when a pattern is superimposed on a substrate for exposure, an exposure technique to which this measurement technique can be applied, and a device manufacturing technique using this exposure technique.
従来、例えば半導体デバイスを製造するリソグラフィ工程で使用される露光装置は、半導体ウエハ(以下、単にウエハという。)の複数の層間での重ね合わせ精度を高く維持するために、アライメント系を用いて複数のショット領域から選択されたショット領域(アライメントショット)に付設されたマーク(ウエハマーク)の位置を検出している。そして、検出されたマーク位置を例えばEGA方式で統計処理して、各ショット領域の配列座標を求め、この配列座標に基づいてウエハを駆動することによって、ウエハの各ショット領域にレチクルのパターンの像を高精度に重ね合わせて露光している。また、そのアライメント系を用いて、ウエハの所定のショット領域に形成された第1層の重ね合わせ計測マークと第2層の重ね合わせ計測マークとの位置ずれ量を計測することによって、その2層間の重ね合わせ精度を計測することもできる。 Conventionally, for example, an exposure apparatus used in a lithography process for manufacturing a semiconductor device uses a plurality of alignment systems to maintain high overlay accuracy between a plurality of layers of a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as a wafer). The position of the mark (wafer mark) attached to the shot area (alignment shot) selected from the shot area is detected. Then, the detected mark position is statistically processed by, for example, the EGA method, the array coordinates of each shot area are obtained, and the wafer is driven based on the array coordinates, whereby the reticle pattern image is formed on each shot area of the wafer. Are overlaid with high precision. Further, by using the alignment system, by measuring the amount of displacement between the first layer overlay measurement mark and the second layer overlay measurement mark formed in a predetermined shot area of the wafer, the two layers It is also possible to measure the overlay accuracy.
最近では、ウエハアライメントを効率的に行うために、検出領域が固定された第1のアライメント系と、検出領域が可変の第2のアライメント系とを含む複数軸のアライメント系を備え、これらのアライメント系に対してウエハを所定方向に相対移動することと、複数軸のアライメント系とウエハとを相対的に静止させて、複数軸のアライメント系でウエハの一列のアライメントショットに付設されたマークの位置を検出することとを繰り返すようにした露光装置が開発されている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。この露光装置では、その複数軸のアライメント系によるマーク検出に続いて、液浸法を用いた露光が行われている。
Recently, in order to efficiently perform wafer alignment, a multi-axis alignment system including a first alignment system in which a detection region is fixed and a second alignment system in which the detection region is variable is provided. The relative position of the wafer in a predetermined direction with respect to the system, and the position of the mark attached to the alignment shot in one row of the wafer by the multi-axis alignment system with the multi-axis alignment system stationary relative to the wafer An exposure apparatus has been developed that repeats the detection of (see, for example,
従来の液浸法で露光を行う露光装置において、アライメント系を用いてウエハに形成された2層の重ね合わせ計測マークの位置ずれ量を高精度に計測するためには、ウエハの表面には液浸法で露光する際に使用される液体はないことが好ましいことがある。しかしながら、そのために、投影光学系とウエハとの間への液体の供給を停止すると、次に露光を開始する際に液体の流量及び温度等が安定化するまでに時間がかかる。従って、重ね合わせ精度の計測が終了してから露光開始までの時間を短縮するためには、液体の供給を停止しないことが好ましい。 In an exposure apparatus that performs exposure by a conventional liquid immersion method, in order to accurately measure the positional deviation amount of the two-layer overlay measurement mark formed on the wafer using the alignment system, a liquid is applied to the surface of the wafer. It may be preferred that no liquid be used in the immersion exposure. However, if the supply of the liquid between the projection optical system and the wafer is stopped for that purpose, it takes time until the flow rate and temperature of the liquid stabilize when the exposure is started next. Therefore, in order to shorten the time from the completion of the measurement of the overlay accuracy to the start of exposure, it is preferable not to stop the liquid supply.
本発明は、このような事情に鑑み、重ね合わせ精度を高精度に計測できるとともに、重ね合わせ精度の計測終了から液浸法による露光開始までの時間を短縮できるようにすることを目的とする。 In view of such circumstances, an object of the present invention is to make it possible to measure the overlay accuracy with high accuracy and to shorten the time from the end of the overlay accuracy measurement to the start of exposure by the liquid immersion method.
本発明の第1の態様によれば、露光光で投影光学系及びその露光光を透過する液体を介して基板を露光する際の重ね合わせ精度の計測方法が提供される。この計測方法は、その露光光でその投影光学系及びその液体を介してその基板の複数の位置に第1マークの像を露光することと、その露光光でその投影光学系及びその液体を介してその基板のその複数の位置のその第1マークに対応させて第2マークの像を露光することと、その投影光学系から離れた位置に配置されたマーク検出系を介して、その基板のその複数の位置の一部の第1組の複数の計測位置のその第1マーク及びこれに対応するその第2マークの第1の位置ずれ量を計測することと、その基板がその液体に接触しないようにその基板を所定角度だけ回転することと、そのマーク検出系を介して、その基板のその複数の位置のうちその第1組の複数の計測位置と異なる複数の位置を含む第2組の複数の計測位置のその第1マーク及びこれに対応するその第2マークの第2の位置ずれ量を計測することと、を含むものである。 According to the first aspect of the present invention, there is provided a method for measuring overlay accuracy when exposing a substrate through exposure optical projection light and a liquid that transmits the exposure light. In this measurement method, the exposure light exposes the image of the first mark at a plurality of positions on the substrate through the projection optical system and the liquid, and the exposure light passes through the projection optical system and the liquid. Exposing the image of the second mark corresponding to the first mark at the plurality of positions on the substrate, and passing through the mark detection system disposed at a position away from the projection optical system. Measuring a first misalignment of the first mark and a corresponding second mark of a plurality of measurement positions in a first set of a part of the plurality of positions, and contacting the liquid with the substrate The second set including a plurality of positions different from the plurality of measurement positions of the first set among the plurality of positions of the substrate through the mark detection system. The first mark and multiple measurement positions of And measuring the second deviation amount of the second mark corresponding thereto, it is intended to include.
また、第2の態様によれば、露光光で投影光学系を介して基板を露光する露光装置が提供される。この露光装置は、その基板を移動するステージと、その基板の露光中に、その投影光学系とその基板との間にその露光光を透過する液体を供給し、その供給された液体を回収する液体供給装置と、その投影光学系とは独立に配置されて、その基板のマークの位置を検出するマーク検出系と、その基板をそのステージから受け取り、所定角度回転した後に、再びそのステージに受け渡す基板回転装置と、を備えるものである。 Moreover, according to the 2nd aspect, the exposure apparatus which exposes a board | substrate via a projection optical system with exposure light is provided. The exposure apparatus supplies a liquid that transmits the exposure light between the projection optical system and the substrate during the exposure of the substrate and the stage that moves the substrate, and collects the supplied liquid. The liquid supply device and the projection optical system are arranged independently of each other, a mark detection system for detecting the position of the mark on the substrate, and the substrate received from the stage, rotated by a predetermined angle, and then received on the stage again. A substrate rotating device to be handed over.
また、第3の態様によれば、本発明の露光装置を用いて物体に感光パターンを形成することと、その露光された物体をその感光パターンに基づいて処理することと、を含むデバイス製造方法が提供される。 According to a third aspect, there is provided a device manufacturing method comprising: forming a photosensitive pattern on an object using the exposure apparatus of the present invention; and processing the exposed object based on the photosensitive pattern. Is provided.
本発明によれば、基板の第1組の複数の計測位置で2つのマークの位置ずれ量を計測し、その基板が液体に接触しないようにその基板を回転した後、その基板の第2組の複数の計測位置で2つのマークの位置ずれ量を計測している。即ち、投影光学系とこれに対向する部材との間に液体を供給した状態で、かつ基板の表面の計測位置にその液体が供給されない状態で、重ね合わせ精度を高精度に計測できる。さらに、この計測終了後にすぐに液浸法を用いた露光を開始できる。従って、重ね合わせ精度の計測終了から液浸法による露光開始までの時間を短縮できる。 According to the present invention, the amount of positional deviation between two marks is measured at a plurality of measurement positions of the first set of substrates, the substrate is rotated so that the substrate does not contact the liquid, and then the second set of the substrates is set. The amount of positional deviation between the two marks is measured at a plurality of measurement positions. That is, the overlay accuracy can be measured with high accuracy in a state where the liquid is supplied between the projection optical system and the member facing the projection optical system, and in a state where the liquid is not supplied to the measurement position on the surface of the substrate. Furthermore, exposure using the liquid immersion method can be started immediately after the measurement is completed. Accordingly, it is possible to shorten the time from the completion of the measurement of the overlay accuracy to the start of exposure by the liquid immersion method.
本発明の実施形態の一例につき図面を参照して説明する。図1は、本実施形態に係る露光装置EXの概略構成を示す。露光装置EXは、一例としてスキャニングステッパー(スキャナー)よりなる走査露光型の投影露光装置(走査型露光装置)である。後述するように本実施形態では、投影光学系PLが設けられており、以下においては、投影光学系PLの光軸AXと平行にZ軸を取り、これに直交する面内でレチクルとウエハとが投影光学系PLに対して相対走査される方向にY軸を、Z軸及びY軸に直交する方向にX軸を取り、X軸、Y軸、及びZ軸の回りの回転(傾斜)方向をそれぞれθx、θy、及びθz方向として説明を行う。 An exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of an exposure apparatus EX according to the present embodiment. The exposure apparatus EX is, for example, a scanning exposure type projection exposure apparatus (scanning type exposure apparatus) composed of a scanning stepper (scanner). As will be described later, in the present embodiment, the projection optical system PL is provided. In the following description, the Z-axis is taken in parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL, and the reticle and wafer are aligned in a plane perpendicular to the Z-axis. Takes the Y axis in the direction relative to the projection optical system PL, the X axis in the direction perpendicular to the Z axis and the Y axis, and the rotation (tilt) direction around the X axis, Y axis, and Z axis Are described as θx, θy, and θz directions, respectively.
図1において、露光装置EXは、露光用の照明光(露光光)ILによりレチクルRを照明する照明系10、レチクルRを保持して移動するレチクルステージRST、レチクルRを通過した照明光ILをウエハWの表面に投射する投影光学系PLを含む投影ユニットPU、ウエハWを保持して移動するウエハステージWST、及びこれらの制御系等を備えている。さらに、露光装置EXは、ウエハWのウエハマークの検出を行うウエハアライメント装置80、及びウエハステージWSTに対するウエハWの受け渡しを行うウエハローダ系WLを備えている。
In FIG. 1, an exposure apparatus EX includes an
照明系10は、例えば特開2001−313250号公報(対応する米国特許出願公開第2003/0025890号明細書)などに開示されるように、光源と、照明光学系とを有し、照明光学系は、一例として回折光学素子または空間光変調器等を含む光量分布形成光学系と、オプティカルインテグレータ(フライアイレンズ又はロッドインテグレータなど)と、レチクルブラインド等(いずれも不図示)とを有する。照明系10は、レチクルブラインドで規定されたレチクルRのパターン面(レチクル面)のスリット状の照明領域IARを照明光ILによりほぼ均一な照度分布で照明する。照明光ILとしては、一例としてArFエキシマレーザ光(波長193nm)が用いられている。なお、照明光としては、KrFエキシマレーザ光(波長248nm)、YAGレーザの高調波、固体レーザ(半導体レーザなど)の高調波、又は水銀ランプの輝線(i線等)なども使用できる。
The
レチクルステージRSTの上面には、回路パターンなどが形成されたレチクルRが、例えば真空吸着により保持されている。レチクルステージRSTは、XY平面内で微少駆動可能であるとともに、走査方向(Y方向)に指定された走査速度で駆動可能となっている。レチクルステージRSTの移動面内の位置情報(X方向、Y方向の位置、及びθz方向の回転角を含む)は、レーザ干渉計よりなるレチクル干渉計116によって、移動鏡15を介して例えば0.5〜0.1nm程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計116の計測値は、図3の主制御装置20に送られる。主制御装置20は、その計測値に基づいてレチクルステージ駆動系11を制御することで、レチクルステージRSTの位置及び速度を制御する。
On the upper surface of reticle stage RST, reticle R on which a circuit pattern or the like is formed is held, for example, by vacuum suction. The reticle stage RST can be driven minutely in the XY plane and can be driven at a scanning speed specified in the scanning direction (Y direction). Position information (including the position in the X direction, the Y direction, and the rotation angle in the θz direction) within the moving surface of the reticle stage RST is, for example, 0. 0 through the moving
図1において、レチクルステージRSTの下方に配置された投影ユニットPUは、鏡筒40と、該鏡筒40内に所定の位置関係で保持された複数の光学素子を有する投影光学系PLとを含む。投影光学系PLは、例えば両側(又はウエハ側に片側)テレセントリックで所定の投影倍率β(例えば1/4倍、1/5倍など)を有する。投影光学系PLを介して照明領域IAR内のレチクルRの回路パターンの像が、ウエハWの一つのショット領域の露光領域IA(照明領域IARに共役な領域)に形成される。ウエハW(半導体ウエハ)は、例えば直径が200mmから450mm程度の円板状のシリコン等よりなる基材の表面に、感光剤(感光層)であるフォトレジストを所定の厚さ(例えば数10〜200nm程度)で塗布したものを含む。本実施形態のウエハWの各ショット領域には、これまでのパターン形成工程によって所定の単層又は複数層の回路パターン及び対応するウエハマークが形成されている。
In FIG. 1, the projection unit PU disposed below the reticle stage RST includes a
なお、露光装置EXでは、液浸法を適用した露光を行うため、投影光学系PLを構成する最も像面側(ウエハW側)の光学素子である先端レンズ191を保持する鏡筒40の下端部周囲を取り囲むように、局所液浸装置8の一部を構成するノズルユニット32が設けられている。ノズルユニット32は、露光用の液体Lqを供給可能な供給口と、液体Lqを回収可能な回収口とを有する。その供給口は、供給管31Aを介して、液体Lqを送出可能な液体供給装置5(図3参照)に接続されている。その回収口は、回収管31Bを介して、液体Lqを回収可能な液体回収装置6(図3参照)に接続されている。
In the exposure apparatus EX, in order to perform exposure using the liquid immersion method, the lower end of the
図3の液体供給装置5から送出された露光用の液体Lqは、図1の供給管31A、及びノズルユニット32の供給流路を流れた後、その供給口より照明光ILの光路空間に供給される。また、ノズルユニット32の回収口から回収された液体Lqは、回収管31Bを介して液体回収装置6に回収される。この動作によって、走査露光中、先端レンズ191とウエハWとの間の照明光ILの光路空間(局所液浸空間)を含む液浸領域14(図2参照)が液体Lqで満たされる。通常の露光時には、ウエハWの表面には液体Lqをはじく撥液性のコーティング(トップコート)が設けられていることが多い。
The exposure liquid Lq delivered from the
また、一度その液体Lqの供給を停止してから、再び液体Lqの供給を開始する場合には、液体Lqの流量や温度等が安定化するまでにある程度の時間を要する。そのため、本実施形態では、走査露光をしていない期間、たとえばウエハのローディング及びアンローディング中、及びウエハのアライメント中においても、液浸領域14(照明光ILが照射されていない場合もある)には常時液体Lqが供給され回収されている。この場合、投影光学系PLがウエハステージWSTから離れても、投影光学系PLの先端に対向する部材が存在するように、ウエハステージWSTとは独立に計測ステージMST(図1では図示省略、図5(A)参照)が配置されている。 When the supply of the liquid Lq is once stopped and then the supply of the liquid Lq is started again, a certain amount of time is required until the flow rate or temperature of the liquid Lq is stabilized. Therefore, in the present embodiment, the liquid immersion region 14 (in some cases, the illumination light IL may not be irradiated) may be used even during a period in which scanning exposure is not performed, for example, during wafer loading and unloading and during wafer alignment. The liquid Lq is always supplied and recovered. In this case, even if projection optical system PL is separated from wafer stage WST, measurement stage MST (not shown in FIG. 1, not shown in FIG. 1) is independent from wafer stage WST so that there is a member facing the tip of projection optical system PL. 5 (A)) is arranged.
図1において、ベース盤12の上面にウエハステージWST、及び投影光学系PLの結像特性を計測する装置等を有する計測ステージMST(図5(A)参照)が配置されている。計測ステージMSTについては、例えば国際公開第2008/029757号パンフレット(対応する米国特許出願公開第2008/094593号明細書)に開示されている。ウエハステージWST及び計測ステージMSTの位置情報を計測するY軸干渉計16を含む干渉計システム118(図3参照)が設けられている。ウエハステージWSTは、X方向、Y方向に移動するステージ本体91と、ステージ本体91の上面に搭載されたウエハテーブルWTBと、ステージ本体91内に設けられて、ステージ本体91に対してZ方向、θx方向、及びθy方向にウエハテーブルWTB(ウエハW)を相対的に微小駆動するZステージ(不図示)とを備えている。計測ステージMSTも同様に構成されている。ウエハステージWST及び計測ステージMSTは、図3のステージ駆動系124によって駆動される。
In FIG. 1, a measurement stage MST (see FIG. 5A) having a wafer stage WST and an apparatus for measuring the imaging characteristics of the projection optical system PL is disposed on the upper surface of the
ウエハテーブルWTBの中央には、ウエハWを真空吸着等によって保持するウエハホルダ(不図示)が設けられている。また、ウエハテーブルWTBの上面には、ウエハホルダ上に載置されるウエハの表面とほぼ同じ高さの、液体Lqに対して撥液化処理された表面(撥液面)を有し、かつ外形(輪郭)が矩形でその中央部にウエハホルダ(ウエハの載置領域)よりも一回り大きな円形の開口が形成された低熱膨張率のプレート(撥液板)28が設けられている。プレート28の一部には、ベースライン計測用の基準マークが形成されるとともに、レチクルRのパターンの像の位置を計測するためのスリットが形成された基準部材FM(図2参照)が設けられている。基準部材FMの底面には、そのスリットを通過した光束を受光する空間像計測装置45(図3参照)が設けられている。
At the center of wafer table WTB, a wafer holder (not shown) for holding wafer W by vacuum suction or the like is provided. Further, the upper surface of wafer table WTB has a surface (liquid repellent surface) that is liquid repellent with respect to liquid Lq and has the same height as the surface of the wafer placed on the wafer holder, and has an outer shape ( A plate (liquid repellent plate) 28 having a low thermal expansion coefficient having a rectangular outline and a circular opening that is slightly larger than the wafer holder (wafer mounting region) is provided at the center thereof. A part of the
図2に示すように、プレート28の周囲の枠状の領域には後述のエンコーダシステムのための1対のYスケール39Y1,39Y2及び1対のXスケール39X1,39X2が形成されている。Yスケール39Y1,39Y2及びXスケール39X1,39X2はそれぞれY方向及びX方向に所定ピッチの回折格子である。その所定ピッチは例えば138nm〜4μm程度である。
As shown in FIG. 2, a pair of Y scales 39Y1 and 39Y2 and a pair of X scales 39X1 and 39X2 for an encoder system to be described later are formed in a frame-shaped region around the
図1において、ウエハテーブルWTBの−Y方向及び−X方向の端面は、それぞれ鏡面加工が施されて反射面とされている。干渉計16等はこれらの反射面にそれぞれ測長ビームを投射して、ウエハステージWSTのXY平面内の位置情報(X方向、Y方向の位置、θx方向、θy方向、θz方向の角度)を例えば0.5〜0.1nm程度の分解能で計測し、この計測値を主制御装置20に供給する。計測ステージMSTの位置情報も同様に計測されている。
In FIG. 1, end surfaces in the −Y direction and −X direction of wafer table WTB are each mirror-finished to be reflecting surfaces. The
但し、本実施形態では、ウエハステージWST(ウエハテーブルWTB)のXY平面内の位置情報は、主として、上述のYスケール及びXスケールなどを含む、後述するエンコーダシステムによって計測され、干渉計16等の計測値は、そのエンコーダシステムの計測値の長期的変動を補正する場合などに補助的に用いられる。また、干渉計16は、ウエハ交換のため、アンローディングポジション及びローディングポジション付近においてウエハテーブルWTBのY方向の位置等を計測するのにも用いられる。また、ウエハテーブルWTBの上面(又は計測ステージMSTの上面)には、後述するセカンダリのアライメント系のベースラインを計測するために、2次元マークよりなる多数の基準マークが形成されたX方向に細長い基準部材(不図示)が設けられている。
However, in this embodiment, the position information of wafer stage WST (wafer table WTB) in the XY plane is mainly measured by an encoder system described later including the above-described Y scale and X scale, and the
本実施形態の露光装置EXでは、図1では図面の錯綜を避ける観点から図示が省略されているが、実際には、図2に示すように、投影光学系PLの光軸AXを通りかつY軸と平行な直線LV上で、光軸AXから−Y方向側に所定距離隔てた位置に検出中心を有するプライマリアライメント系(以下、主アライメント系という。)AL1が配置されている。不図示のメインフレームにアーム54を介して固定される主アライメント系AL1を挟んで、X方向の両側に、その直線LVに関してほぼ対称に検出中心が配置される2眼のセカンダリアライメント系(以下、副アライメント系という。)AL21,AL22、及び2眼の副アライメント系AL23,AL24がそれぞれ設けられている。すなわち、5眼のアライメント系AL1,AL21〜AL24はその検出領域(検出中心)がX方向に沿って配置されている。
In the exposure apparatus EX of the present embodiment, illustration is omitted in FIG. 1 from the viewpoint of avoiding complication of the drawing, but actually, as shown in FIG. 2, it passes through the optical axis AX of the projection optical system PL and Y On the straight line LV parallel to the axis, a primary alignment system (hereinafter referred to as a main alignment system) AL1 having a detection center at a position spaced a predetermined distance from the optical axis AX in the −Y direction side is disposed. A two-lens secondary alignment system (hereinafter, referred to as “secondary alignment system”) in which detection centers are arranged almost symmetrically with respect to the straight line LV on both sides in the X direction with a main alignment system AL1 fixed to an unillustrated main frame via an
各副アライメント系AL21〜AL24は、それぞれ回転中心(例えば中心O)を中心として回動可能なアーム56の先端(回動端)に固定されている。各アーム56は、それぞれバキュームパッド58を介して不図示のメインフレームに固定可能である。本実施形態では、各副アライメント系AL21〜AL24は、その一部(例えば、アライメント光を検出領域に照射し、かつ検出領域内の被検マークから発生する光を受光素子に導く光学系を少なくとも含む部分)がアーム56に固定され、残りの一部はメインフレームに設けられる。主制御装置20の制御のもとで、回転駆動機構60を介して副アライメント系AL21〜AL24のアーム56をそれぞれ回動することで、各検出領域のX位置が調整される。各検出領域のX位置は不図示のエンコーダによって計測されている。
Each of the sub-alignment systems AL21 to AL24 is fixed to the tip (rotation end) of an
本実施形態では、アライメント系AL1,AL21〜AL24として、それぞれ例えば画像処理方式のFIA(Field Image Alignment)系が用いられている。このFIA系では、ウエハのレジストを感光させない広帯域の光又は選択された波長域の光を被検マークに照射し、その被検マークからの反射光により受光面に結像された被検マークの像を撮像素子(CCD型又はCMOS型等)を用いて撮像し、それらの撮像信号を信号処理部に出力する。この場合、例えば撮像素子内の所定画素の位置を基準として被検マークの像の位置を検出する。撮像素子の撮像面と共役な被検面上の視野が、アライメント系AL1,AL22〜AL24の検出領域であり、その中心が検出中心である。その信号処理部では、その撮像信号を例えば所定の閾値でスライスして、対応するマークの検出中心に対するX方向、Y方向の位置ずれ量を求める。通常のアライメント時には、この位置ずれ量は主制御装置20を介して図3のEGA演算部134に供給される。EGA演算部134では、その位置ずれ量、各アライメント系のベースライン、及びウエハステージWSTの座標(X,Y)より、被検マークのステージ座標系(X,Y)での座標を求める。このようにEGA演算部134で被検マークの座標を求めることを、以下ではアライメント系AL1,AL22〜AL24を用いて被検マークの位置を検出するという。
In the present embodiment, as the alignment systems AL1, AL21 to AL24, for example, an image processing type FIA (Field Image Alignment) system is used. In this FIA system, the test mark is irradiated with broadband light that does not expose the resist on the wafer or light of a selected wavelength range, and the test mark imaged on the light receiving surface by the reflected light from the test mark. An image is picked up using an image pickup device (CCD type or CMOS type), and those image pickup signals are output to a signal processing unit. In this case, for example, the position of the image of the test mark is detected based on the position of a predetermined pixel in the image sensor. The field of view on the test surface conjugate with the imaging surface of the image sensor is the detection region of the alignment systems AL1, AL22 to AL24, and the center thereof is the detection center. In the signal processing unit, the image pickup signal is sliced with a predetermined threshold, for example, and the amount of positional deviation in the X and Y directions with respect to the detection center of the corresponding mark is obtained. At the time of normal alignment, this misalignment amount is supplied to the
なお、後述の重ね合わせ精度計測時には、アライメント系AL1,AL22〜AL24は2つのマークのX方向、Y方向の位置ずれ量を計測し、計測された位置ずれ量は主制御装置20を介して図3の重ね合わせ演算部135に供給される。また、アライメント系AL1,AL22〜AL24はそれぞれベストフォーカス位置に対するデフォーカス量を計測するAF系(不図示)を備えている。ウエハアライメント装置80は、アライメント系AL1,AL21〜AL24、主制御装置20、及びウエハステージWSTを含んで構成されている。本実施形態では5眼のアライメント系AL1,AL21〜AL24を設けているため、アライメントを効率的に行うことができる。しかしながら、アライメント系の数は5つに限られるものでなく、2つ以上かつ4つ以下、あるいは6つ以上でも良いし、奇数ではなく偶数でも良い。
At the time of overlay accuracy measurement, which will be described later, the alignment systems AL1, AL22 to AL24 measure the positional deviation amounts of the two marks in the X direction and Y direction, and the measured positional deviation amounts are displayed via the
また、ウエハローダ系WLは、X軸に平行なガイド部WL1と、ガイド部WL1に沿ってX方向に移動可能なスライド部WL2と、スライド部WL2の先端部に支持されてウエハを吸着保持するウエハアームWL3と、スライド部WL2に対してウエハアームWL3を180°回転する回転部WL4とを備えている。主制御装置20は、不図示の位置及び角度のセンサを含むウエハローダ駆動系125(図3参照)を介してウエハローダ系WLの動作を制御する。
The wafer loader system WL includes a guide portion WL1 parallel to the X axis, a slide portion WL2 movable in the X direction along the guide portion WL1, and a wafer arm that is supported by the tip of the slide portion WL2 and sucks and holds the wafer. WL3 and a rotation part WL4 that rotates the wafer arm WL3 by 180 ° with respect to the slide part WL2.
本実施形態の露光装置EXでは、図2に示すように、前述したノズルユニット32の周囲を四方から囲む状態で、エンコーダシステムの4つのヘッドユニット62A〜62Dが配置されている。これらのヘッドユニット62A〜62Dを構成する複数のYヘッド64及びXヘッド66は、メインフレーム(不図示)の底面に固定されている。
図2において、ヘッドユニット62A,62Cは、投影ユニットPUの±X方向側に、それぞれ投影光学系PLの光軸AXを通りかつX軸と平行な直線LH上にX方向に所定間隔で配置された複数のYヘッド64を備えている。Yヘッド64は、それぞれYスケール39Y1又は39Y2を用いて、ウエハステージWST(ウエハテーブルWTB)のY方向の位置をレーザ干渉計と同じ程度の分解能で計測する。また、ヘッドユニット62B,62Dは、投影ユニットPUの±Y方向側にそれぞれ光軸AXを通りかつY軸と平行な直線LV上にY方向にほぼ所定間隔で配置された複数のXヘッド66を備えている。Xヘッド66は、それぞれXスケール39X1又は39X2を用いて、ウエハステージWST(ウエハテーブルWTB)のX方向の位置をレーザ干渉計と同じ程度の分解能で計測する。Yヘッド64及びXヘッド66の構成の一例は、国際公開第2008/029757号パンフレット(及びこれに対応する米国特許出願公開第2008/094593号明細書)に開示されている。
In the exposure apparatus EX of the present embodiment, as shown in FIG. 2, four head units 62 </ b> A to 62 </ b> D of the encoder system are arranged so as to surround the
In FIG. 2,
図2のヘッドユニット62A及び62Cは、それぞれYスケール39Y1及び39Y2を用いて、ウエハステージWSTのY位置を計測する多眼のY軸のリニアエンコーダ(以下、Yエンコーダと略述する)70A及び70C(図3参照)を構成する。Yエンコーダ70A,70Cはそれぞれ複数のYヘッド64の計測値の切り替えを行う切り替え制御部を備えている。
また、ヘッドユニット62B及び62Dは、それぞれXスケール39X1及び39X2を用いて、ウエハステージWSTのX位置を計測する、多眼のX軸のリニアエンコーダ(以下、Xエンコーダと略述する)70B及び70D(図3参照)を構成する。Xエンコーダ70B,70Dはそれぞれ複数のXヘッド66の計測値の切り替えを行う切り替え制御部を備えている。さらに、本実施形態では、後述するセカンダリアライメント系のベースライン計測時などに、ウエハステージWSTのY位置を計測するためのYヘッド(不図示)によって構成されるリニアエンコーダであるY軸エンコーダ70E,70F(図3参照)も設けられている。
The
上述した6つのエンコーダ70A〜70Fの計測値は、主制御装置20及びEGA演算部134に供給され、主制御装置20は、エンコーダ70A〜70Fの計測値に基づいて、ウエハステージWST等のXY平面内の位置を制御する。
本実施形態の露光装置EXは、図2に示すように、照射系90a及び受光系90bから成る、例えば特開平6−283403号公報(対応する米国特許第5,448,332号明細書)等に開示されるものと同様の構成の斜入射方式の多点焦点位置検出系(以下、多点AF系と略述する)を備えている。本実施形態では、一例として、前述のヘッドユニット62Cの−Y方向側に照射系90aが配置され、これに対向する状態で、前述のヘッドユニット62Aの−Y方向側に受光系90bが配置されている。
The measured values of the six
As shown in FIG. 2, the exposure apparatus EX of the present embodiment comprises an
図2の多点AF系(90a,90b)の複数の検出点は、被検面上でX方向に延びる細長い検出領域AF内にX方向に沿って所定間隔で配置される。本実施形態では、その複数の検出点は、例えば1行M列(Mは検出点の総数)又は2行N列(Nは検出点の総数の1/2)のマトリックス状に配置される。その検出領域AFは、X方向の長さがウエハWの直径と同程度に設定されているので、ウエハWをY方向に1回スキャンするだけで、ウエハWのほぼ全面でZ方向の位置情報(面位置情報)を計測できる。また、検出領域AFは、Y方向に関して、前述の液浸領域14(露光領域IA)とアライメント系(AL1,AL21〜AL24)の検出領域との間に配置されているため、多点AF系とアライメント系とでその検出動作を並行して行うことが可能となっている。多点AF系は、投影ユニットPUを保持するメインフレームに設けても良い。 A plurality of detection points of the multi-point AF system (90a, 90b) in FIG. 2 are arranged at predetermined intervals along the X direction in an elongated detection area AF extending in the X direction on the test surface. In the present embodiment, the plurality of detection points are arranged in a matrix of, for example, 1 row and M columns (M is the total number of detection points) or 2 rows and N columns (N is 1/2 of the total number of detection points). Since the length of the detection area AF in the X direction is set to be approximately the same as the diameter of the wafer W, position information in the Z direction can be obtained on almost the entire surface of the wafer W by scanning the wafer W once in the Y direction. (Surface position information) can be measured. Since the detection area AF is arranged between the liquid immersion area 14 (exposure area IA) and the detection areas of the alignment systems (AL1, AL21 to AL24) in the Y direction, The detection operation can be performed in parallel with the alignment system. The multipoint AF system may be provided in the main frame that holds the projection unit PU.
さらに、前述したヘッドユニット62C及び62Aは、複数のYヘッド64を結ぶ直線LHを挟むX軸に平行な2本の直線にそれぞれ沿って且つ所定間隔で配置された複数のZセンサ74及び76を備えている。各Zセンサ74,76としては、例えばCDピックアップ方式のセンサが用いられている。Zセンサ74,76は計測フレーム21の底面に固定されている。また、この図2において、符号78は、多点AF系(90a,90b)のビーム路近傍に所定温度に温度調整されたドライエアーを、図2中の白抜き矢印で示されるように、例えばダウンフローにて送風する局所空調システムを示す。また、符号UP及びLPは、それぞれ投影光学系PLに対して−Y方向に所定間隔で並行に配置され、ウエハテーブルWTBに対してウエハのアンロード及びロードが行われるアンロードポジション及びローディングポジションを示す。
Further, the
図3には、露光装置EXの制御系の主要な構成が示されている。この制御系は、装置全体を統括的に制御するコンピュータから成る主制御装置20を中心として構成されている。
上述のようにして構成された本実施形態の露光装置EXでは、前述したようなウエハテーブルWTBのXスケール、Yスケールの配置及び前述したようなXヘッド、Yヘッドの配置を採用したことから、図5(B)などに例示されるように、ウエハステージWSTの有効ストローク範囲では、必ず、Xスケール39X1,39X2とヘッドユニット62B,62D(Xヘッド66)とがそれぞれ対向し、かつYスケール39Y1,39Y2とヘッドユニット62A,62C(Yヘッド64)又は不図示のYヘッドとがそれぞれ対向するようになっている。
FIG. 3 shows the main configuration of the control system of the exposure apparatus EX. This control system is mainly configured of a
The exposure apparatus EX of the present embodiment configured as described above employs the X scale and Y scale arrangement of the wafer table WTB as described above and the X head and Y head arrangement as described above. As exemplified in FIG. 5B and the like, in the effective stroke range of wafer stage WST, X scale 39X1 and 39X2 and
このため、主制御装置20は、前述のウエハステージWSTの有効ストローク範囲では、エンコーダ70A〜70Fの少なくとも3つの計測値に基づいて、ステージ駆動系124を構成する各モータを制御することで、ウエハステージWSTのXY平面内の位置(θz方向の回転角を含む)を、高精度に制御することができる。エンコーダ70A〜70Fの計測値が受ける空気揺らぎの影響は、干渉計に比べては無視できるほど小さいので、空気揺らぎに起因する計測値の短期安定性は、干渉計に比べて格段に良い。
For this reason,
露光装置EXによるウエハWの露光時には、先ずアライメント系AL1,AL22〜AL24を用いてウエハWのウエハマークを検出することによって、ウエハのアライメントが行われる。続いて、ウエハステージWSTの移動によってウエハWが走査開始位置に移動する(ステップ移動)。投影光学系PLとウエハWとの間の液浸領域14には、継続して液体Lqの供給及び回収が行われている。この状態で、照明光ILの照射を開始して、レチクルRのパターンの投影光学系PLによる像でウエハWを露光しつつ、レチクルステージRST及びウエハステージWSTを介してレチクルR及びウエハWを投影倍率を速度比として同期移動することで、ウエハWの一つのショット領域にレチクルRのパターンの像が走査露光される。このようにステップ移動と走査露光とを繰り返すステップ・アンド・スキャン動作によって、ウエハWの全部のショット領域にレチクルRのパターンの像が露光される。
When the wafer W is exposed by the exposure apparatus EX, the alignment of the wafer W is performed by first detecting the wafer mark on the wafer W using the alignment systems AL1, AL22 to AL24. Subsequently, the wafer W moves to the scanning start position by moving the wafer stage WST (step movement). The liquid Lq is continuously supplied and recovered in the
以下、本実施形態の露光装置EXにおいて、主制御装置20の制御のもとで重ね合わせ精度を計測する方法の一例につき、図4のフローチャートを参照して説明する。先ず、図4のステップ302において、レチクルステージRSTに第1層目の重ね合わせ計測マーク用のパターン(第1パターン)及びウエハマーク用のパターンが形成されたレチクルR1をロードし、ウエハステージWSTに基材の表面に薄膜及びフォトレジスト層が形成されたウエハ(ウエハWとする)をロードする。そして、ウエハWの各ショット領域にレチクルR1のパターンの像を液浸法で走査露光する。次のステップ304において、ウエハWをコータ・デベロッパ(不図示)で現像し、エッチング装置(不図示)でエッチングする。これにより、図6(A)に示すように、ウエハWの各ショット領域SAの第1層目に、それぞれX方向に配列された2つのライン・アンド・スペースパターン(以下、L&Sパターンという)50Xと、Y方向に配列された2つのL&Sパターンという)50Yとからなる第1重ね合わせ計測マーク50が形成される。さらに、隣接するショット領域SA間のスクライブライン領域SLAにそれぞれ第1重ね合わせ計測マーク50と所定の位置関係で2次元のウエハマークWMが形成される。なお、図6(A)及び(B)では、ウエハマークWM、第1重ね合わせ計測マーク50等は拡大して表されている。
Hereinafter, an example of a method for measuring the overlay accuracy under the control of the
次のステップ306において、レチクルステージRSTに第2層目の重ね合わせ計測マーク用のパターン(第2パターン)が形成されたレチクルR2をロードし、ウエハステージWSTにフォトレジスト層が形成されたウエハWをロードする。一例として、図5(C)に示すように、ウエハWのショット配列中でウエハマークを計測するアライメントショットASは、それぞれX方向に3つのショット領域を隔てて配置される第1列から第4列までの16個のショット領域であるとする。この場合、まず図5(A)に示すように、ウエハステージWSTを+Y方向に移動して、3眼のアライメント系AL1,AL22,AL23で3個の第1列のアライメントショットASのウエハマークWM(図6(A)参照)の位置を検出する。なお、図5(A)等では、アライメント系AL1,AL22〜AL24中でウエハマークの検出を行っているアライメント系には星印を付している。また、図5(A)、(B)では、説明の便宜上、ウエハマークがショット領域の内部にあるように示されている。
In the
次に、ウエハステージWSTを+Y方向に移動して、5眼のアライメント系AL1,AL22〜AL24で5個の第2列のアライメントショットASのウエハマークの位置を検出する。このように、第1及び第2列のアライメントショットASに付設されたウエハマークWMの位置を検出する段階では、投影光学系PLの下方には計測ステージMSTが位置しており、液浸領域14は計測ステージMSTと投影光学系PLとの間に形成される。
Next, wafer stage WST is moved in the + Y direction, and the positions of wafer marks of five second-row alignment shots AS are detected by five-lens alignment systems AL1, AL22 to AL24. Thus, at the stage of detecting the position of the wafer mark WM attached to the alignment shots AS in the first and second rows, the measurement stage MST is positioned below the projection optical system PL, and the
その後、ウエハステージWST(ウエハW)をさらに+Y方向に移動して、図5(B)に示すように、5眼のアライメント系AL1,AL22〜AL24で5個の第3列のアライメントショットASのウエハマークの位置を検出するときには、投影光学系PLの下方にはウエハステージWSTが位置しており、液浸領域14はウエハステージWSTと投影光学系PLとの間に形成される。従って、ウエハWの+Y方向の端部の表面に液体Lqがかかるようになる。
Thereafter, wafer stage WST (wafer W) is further moved in the + Y direction, and as shown in FIG. 5 (B), five third-row alignment shots AS are obtained by alignment systems AL1 and AL22 to AL24 of five eyes. When detecting the position of the wafer mark, wafer stage WST is positioned below projection optical system PL, and
さらに、ウエハステージWST(ウエハW)を+Y方向に移動して、3眼のアライメント系AL1,AL22,AL23で3個の第4列のアライメントショットASのウエハマークの位置を検出するときには、ウエハWの表面で+Y方向のほぼ1/3程度の領域に液体Lqがかかるようになる。しかしながら、アライメント系AL1,AL22〜AL24によるウエハマークの検出は終了しているため、アライメント精度が低下することはない。EGA演算部134では、16個のウエハマークの座標から例えばEGA方式でウエハWのショット配列を算出し、算出結果を主制御装置20に送出する。そのショット配列に基づいてウエハWを移動することによって、ウエハWの各ショット領域にレチクルR2のパターンの像を液浸法で走査露光する。次のステップ308で、不図示のコータ・デベロッパでウエハWの現像が行われる。次のステップ310で、現像後のウエハWがウエハステージWSTにロードされる。
Further, when wafer stage WST (wafer W) is moved in the + Y direction and the positions of wafer marks of three fourth-row alignment shots AS are detected by three-lens alignment systems AL1, AL22, AL23, wafer W The liquid Lq is applied to a region of about 1/3 in the + Y direction on the surface of the surface. However, since the detection of the wafer mark by the alignment systems AL1, AL22 to AL24 has been completed, the alignment accuracy does not decrease. The
図6(B)に示すように、ウエハWの各ショット領域SAには、第1層目の第1重ね合わせ計測マーク50(主尺)に加えて、X方向に配列されたL&Sパターン52X及びY方向に配列されたL&Sパターン52Yよりなる第2層目の第2重ね合わせ計測マーク52(ここではレジストパターン)(副尺)が形成されている。一例として、L&Sパターン52Xは、第1重ね合わせ計測マーク50のX軸のL&Sパターン50Xの間に形成され、L&Sパターン52Yは、第1重ね合わせ計測マーク50のY軸のL&Sパターン50Yの間に形成されている。本実施形態では、露光装置EXの重ね合わせ精度を計測するために、アライメント系AL1,AL22〜AL24を用いて、ウエハWの全部のショット領域から選択された所定の複数の計測対象のショット領域内の第1重ね合わせ計測マーク50と第2重ね合わせ計測マーク52とのX方向、Y方向の位置ずれ量ΔX,ΔYを計測する。その計測対象のショット領域は、ウエハWの全部のショット領域が好ましい。さらに、その計測対象のショット領域は、その全部のショット領域から選択された任意の配列の複数のショット領域でもよい。ここでは、説明の便宜上、一例としてアライメントショットASを計測対象のショット領域とする。
As shown in FIG. 6B, in each shot area SA of the wafer W, in addition to the first overlay measurement mark 50 (main scale) of the first layer, an L &
また、図6(C)に示すように、その位置ずれ量ΔXは、2つのL&Sパターン50XとL&Sパターン52XとのX方向の位置ずれ量であり、その位置ずれ量ΔYは、2つのL&Sパターン50YとL&Sパターン52YとのY方向の位置ずれ量である。これらの位置ずれ量ΔX,ΔYを計測するためには、ウエハWのアライメントを行って、計測対象のショット領域(アライメントショットAS)内の重ね合わせ計測マーク50,52をアライメント系AL1,AL22〜AL24のうちのいずれかの検出領域内に移動する必要がある。
Further, as shown in FIG. 6C, the positional deviation amount ΔX is the positional deviation amount in the X direction between the two L &
さらに、図6(D)の拡大断面図で示すように、重ね合わせ計測マーク50,52のL&Sパターン50X,52X等は、ウエハWの基材Waの上面に凹凸パターンとして形成されている。そして、計測工程を簡素化するために、計測対象のウエハWの表面には液浸法で露光する際に使用される液体Lqをはじく撥液性のコーティング(トップコート)は形成されていない。そのため、重ね合わせ計測マーク50,52間の位置ずれ量を高精度に計測するためには、重ね合わせ計測マーク50,52の表面に液体Lqがかかっていないことが好ましい。
Further, as shown in the enlarged sectional view of FIG. 6D, the L &
これに関して、図5(A)及び(B)に示すように、単にウエハWを+Y方向に移動しながら、アライメント系AL1,AL22〜AL24を用いてウエハWの16個のアライメントショットASのウエハマークの位置を検出すると、ウエハWの+Y方向の端部に液浸領域14の液体Lqがかかることになる。この液体Lqは次第にウエハWの表面を流れるため、液体Lqがかかった部分では重ね合わせ計測マーク50,52の位置ずれ量を高精度に計測できない恐れがある。そこで、本実施形態では、以下のようにして、全部の計測対象のショット領域(ここではアライメントショットAS)に確実に液体Lqがかからない状態で、これらのショット領域内の重ね合わせ計測マーク50,52の位置ずれ量を計測する。
In this regard, as shown in FIGS. 5A and 5B, the wafer marks of the 16 alignment shots AS of the wafer W are simply used by using the alignment systems AL1, AL22 to AL24 while moving the wafer W in the + Y direction. When the position is detected, the liquid Lq in the
即ち、次のステップ312において、図7(A)に示すように、ウエハステージWSTを駆動してウエハWをローディングポジションから+Y方向に移動し、3眼のアライメント系AL1,AL22,AL23によって、3つの第1列のアライメントショットASに付設されたウエハマークWMA1,MWC1,WMD1の位置を検出する。ウエハマークWMA1等は、図6(B)のウエハマークWMと同じ形状である。次に、図7(B)に示すように、ウエハWを+Y方向に移動して、5眼のアライメント系AL1,AL22〜AL24によって、5つの第2列のアライメントショットASに付設されたウエハマークWMA2,MWB2〜WME2の位置を検出する。この段階では、投影光学系PLの液浸領域14は計測ステージMST上に形成されており、ウエハステージWST及びウエハWには液浸法で露光を行う際に使用される液体Lqはかかっていない。次のステップ314において、EGA演算部134は、検出された8個のウエハマークの座標から例えばEGA方式でウエハWの+Y方向のほぼ半面のショット領域の配列座標を算出する。なお、ウエハWのY方向のショット領域の配列数が奇数の場合には、ウエハWの中央のX方向に一列に配列されたショット領域の配列座標も算出される。
That is, in the
次のステップ316において、ステップ314で算出された配列座標に基づいてウエハステージWSTを駆動して、図7(C)に示すように、3眼のアライメント系AL1,AL22,AL23の検出領域にウエハWの3つの第1列のアライメントショットAS内の第1重ね合わせ計測マーク50A1,50C1,50D1及び第2重ね合わせ計測マーク52A1,52C1,52D1を移動する。重ね合わせ計測マーク50A1等は図6(C)の第1重ね合わせ計測マーク50と同じ形状であり、重ね合わせ計測マーク52A1等は図6(C)の第2重ね合わせ計測マーク52と同じ形状である。そして、アライメント系AL1,AL22,AL23によって重ね合わせ計測マーク50A1,50C1,50D1及び52A1,52C1,52D1間のX方向、Y方向の位置ずれ量を計測する。計測結果は主制御装置20を介して図3の重ね合わせ演算部135に供給される。なお、X方向及びY方向の位置ずれ量は、個別に計測してもよい。
In the
さらに、ウエハステージWSTを駆動して、図7(D)に示すように、5眼のアライメント系AL1,AL22〜AL24の検出領域にウエハWの5つの第2列のアライメントショットAS内の第1重ね合わせ計測マーク50A2〜50E2及び第2重ね合わせ計測マーク52A2〜52E2を移動する。そして、アライメント系AL1,AL22〜AL24によって重ね合わせ計測マーク50A2〜50E2及び52A2〜52E2間のX方向、Y方向の位置ずれ量を計測する。計測結果は重ね合わせ演算部135に供給される。この段階では、投影光学系PLの液浸領域14は、計測ステージMST上に形成されており、ウエハWの表面に液浸法で使用される液体Lqはまったくかかっていない。図9(C)に示すように、ステップ316で計測されたウエハWの第1列54A及び第2列54BのアライメントショットAS内の重ね合わせ計測マーク50,52間の位置ずれ量は、重ね合わせ誤差ベクトルOEV1〜OEV8として重ね合わせ演算部135内の記憶部に記憶される。
Further, the wafer stage WST is driven, and as shown in FIG. 7D, the first in the alignment shots AS in the five second rows of the wafer W in the detection areas of the five-lens alignment systems AL1, AL22 to AL24. The overlay measurement marks 50A2 to 50E2 and the second overlay measurement marks 52A2 to 52E2 are moved. Then, the misalignment amounts in the X direction and Y direction between the overlay measurement marks 50A2 to 50E2 and 52A2 to 52E2 are measured by the alignment systems AL1, AL22 to AL24. The measurement result is supplied to the
次のステップ318において、ウエハステージWSTの中心を図2のローディングポジションLPに移動し、ウエハWをウエハローダ系WLのウエハアームWL3に受け渡した後、回転部WL4によってウエハアームWL3(ウエハW)を180°回転する。その後、スライド部WL2を+X方向に移動して、ウエハアームWL3からウエハステージWSTにウエハWをロードする。この結果、図8(A)に示すように、図7(A)の配置に対してウエハWはθz方向に180°回転している。
In the
次のステップ320において、図8(B)に示すように、ウエハステージWSTを駆動してウエハWを+Y方向に移動して、3眼のアライメント系AL1,AL22,AL23によって、3つの第4列のアライメントショットASに付設されたウエハマークWMA4,MWD4,WMC4の位置を検出する。次に、図8(C)に示すように、ウエハWを+Y方向に移動して、5眼のアライメント系AL1,AL22〜AL24によって、5つの第3列のアライメントショットASに付設されたウエハマークWMA3,MWE3〜WMB3の位置を検出する。この段階でも、投影光学系PLの液浸領域14は計測ステージMST上に形成されており、ウエハステージWST及びウエハWには液浸法で露光を行う際に使用される液体Lqはかかっていない。次のステップ322において、EGA演算部134は、検出された8個のウエハマークの座標から例えばEGA方式でウエハWの+Y方向(回転前の−Y方向)のほぼ半面のショット領域の配列座標を算出する。なお、ウエハWのY方向のショット領域の配列数が奇数の場合には、ウエハWの中央のX方向に一列に配列されたショット領域の配列座標も算出される。
In the
次のステップ324において、ステップ322で算出された配列座標に基づいてウエハステージWSTを駆動して、図9(A)に示すように、3眼のアライメント系AL1,AL22,AL23の検出領域にウエハWの3つの第4列のアライメントショットAS内の第1重ね合わせ計測マーク50A4,50D4,50C4及び第2重ね合わせ計測マーク52A4,52D4,52C4を移動する。そして、アライメント系AL1,AL22,AL23によって重ね合わせ計測マーク50A4,50D4,50C4及び52A4,52D4,52C4間のX方向、Y方向の位置ずれ量を計測する。計測結果は重ね合わせ演算部135に供給される。
In the
さらに、ウエハステージWSTを駆動して、図9(B)に示すように、5眼のアライメント系AL1,AL22〜AL24の検出領域にウエハWの5つの第3列のアライメントショットAS内の第1重ね合わせ計測マーク50A3,50E3〜50B3及び第2重ね合わせ計測マーク52A3,52E3〜52B3を移動する。そして、アライメント系AL1,AL22〜AL24によって重ね合わせ計測マーク50A3〜50B3及び52A3〜52B3間のX方向、Y方向の位置ずれ量を計測する。計測結果は重ね合わせ演算部135に供給される。この段階では、投影光学系PLの液浸領域14は、計測ステージMST上に形成されており、ウエハWの表面に液浸法で使用される液体Lqはまったくかかっていない。図9(D)に示すように、ステップ324で計測されたウエハWの回転後の第3列54C及び第4列54DのアライメントショットAS内の重ね合わせ計測マーク50,52間の位置ずれ量は、重ね合わせ誤差ベクトルOEV9〜OEV16として重ね合わせ演算部135内の記憶部に記憶される。
Further, by driving wafer stage WST, as shown in FIG. 9 (B), the first in alignment shots AS in five third rows of wafer W in the detection areas of alignment systems AL1, AL22 to AL24 of five eyes. The overlay measurement marks 50A3 and 50E3 to 50B3 and the second overlay measurement marks 52A3 and 52E3 to 52B3 are moved. Then, the misalignment amounts in the X direction and Y direction between the overlay measurement marks 50A3 to 50B3 and 52A3 to 52B3 are measured by the alignment systems AL1, AL22 to AL24. The measurement result is supplied to the
次のステップ326において、重ね合わせ演算部135は、ステップ316及び324で計測された16個の重ね合わせ誤差ベクトルOEV1〜OEV16を統計処理(例えば平均値及び標準偏差等の算出)して露光装置EXの重ね合わせ誤差を求める。求められた重ね合わせ誤差は主制御装置20に送出され、主制御装置20では、例えばその重ね合わせ誤差を許容値と比較し、比較結果を入出力装置を介してオペレータに出力する。その後、ウエハWのアンローディングが行われて(ステップ328)、重ね合わせ精度の計測が終了する。
In the
この際に、投影光学系PLと計測ステージMSTとの間の液浸領域14には連続して液体が供給されている。従って、この直後から、レチクルRのパターンの像を所定ロット数のウエハに液浸法で露光できる。
上述のように本実施形態の露光装置EXは、露光用の照明光ILで投影光学系PLを介してウエハWを露光する露光装置である。露光装置EXは、ウエハWを移動するウエハステージWSTと、ウエハWの露光中に、投影光学系PLとウエハWとの間に照明光ILを透過する液体Lqを供給し、その供給された液体を回収する液体供給装置5及び液体回収装置6と、投影光学系PLとは独立に配置されて、ウエハWのウエハマーク等のマークの位置を検出するアライメント系AL1,AL22〜AL24と、ウエハマークをウエハステージWSTから受け取り、例えば180°回転した後に、再びウエハステージWSTに受け渡すウエハローダ系WLと、を備えている。さらに、露光装置EXは、ウエハステージWST、アライメント系AL1,AL22〜AL24、及びウエハローダ系WLの動作を制御する主制御装置20を備えている。
At this time, the liquid is continuously supplied to the
As described above, the exposure apparatus EX of the present embodiment is an exposure apparatus that exposes the wafer W with the illumination light IL for exposure via the projection optical system PL. The exposure apparatus EX supplies the wafer stage WST that moves the wafer W and the liquid Lq that transmits the illumination light IL between the projection optical system PL and the wafer W during the exposure of the wafer W, and the supplied liquid Alignment systems AL1, AL22 to AL24 for detecting the position of a mark such as a wafer mark on the wafer W, which are arranged independently of the
また、露光装置EXによる重ね合わせ精度の計測方法は、液浸法でウエハWの複数のショット領域に第1及び第2重ね合わせ計測マーク50,52用のパターンの像を順次露光するステップ302,306と、アライメント系AL1,AL22〜AL24を介して、ウエハWの第1列及び第2列のアライメントショットAS内の計測位置で重ね合わせ計測マーク50,52間の位置ずれ量を計測するステップ316と、ウエハWが液体に接触しないようにウエハWを180°回転するステップ318と、アライメント系AL1,AL22〜AL24を介してウエハWの第3列及び第4列のアライメントショットAS内の計測位置で重ね合わせ計測マーク50,52間の位置ずれ量を計測するステップ324と、を含んでいる。
In addition, the overlay accuracy measurement method using the exposure apparatus EX is a liquid immersion method that sequentially exposes pattern images for the first and second overlay measurement marks 50 and 52 onto a plurality of shot regions of the
本実施形態によれば、ウエハWの第1列、第2列のアライメントショットAS内で重ね合わせ計測マーク50,52間の位置ずれ量を計測し、ウエハWが液体に接触しないようにウエハWを180°回転した後、ウエハWの第3列、第4列のアライメントショットAS内の重ね合わせ計測マーク50,52間の位置ずれ量を計測している。即ち、投影光学系PLとこれに対向する部材である計測ステージMSTとの間に液体Lqを供給した状態で、かつウエハWの表面の計測位置に液体Lqが供給されない状態で、重ね合わせ精度を高精度に計測できる。さらに、この計測終了後にすぐに液浸法を用いた露光を開始できる。従って、重ね合わせ精度の計測終了から液浸法による露光開始までの時間を短縮できる。 According to this embodiment, the amount of positional deviation between the overlay measurement marks 50 and 52 is measured in the alignment shots AS in the first and second rows of the wafer W, so that the wafer W does not come into contact with the liquid. , The amount of positional deviation between the overlay measurement marks 50 and 52 in the third and fourth alignment shots AS of the wafer W is measured. That is, in the state where the liquid Lq is supplied between the projection optical system PL and the measurement stage MST which is a member facing the projection optical system PL, and the liquid Lq is not supplied to the measurement position on the surface of the wafer W, the overlay accuracy is increased. It can measure with high accuracy. Furthermore, exposure using the liquid immersion method can be started immediately after the measurement is completed. Accordingly, it is possible to shorten the time from the completion of the measurement of the overlay accuracy to the start of exposure by the liquid immersion method.
なお、本実施形態では、ステップ318でウエハWを180°回転しているが、ウエハWの回転角は例えば90°程度でもよい。
また、本実施形態では、ステップ312におけるウエハWのウエハマークの検出時、ステップ320におけるウエハWのウエハマークの検出時とでは、互いに異なるウエハマークを検出している。しかしながら、例えば投影光学系PLとアライメント系AL1,AL22〜AL24との距離がより長い場合には、ステップ320において、アライメント系AL1,AL22〜AL24によって、ステップ312で検出されたウエハマークの一部(例えば第2列の少なくとも2個のアライメントショットASに付設されたウエハマーク)の位置を重複して検出してもよい。この場合には、重複して検出されたウエハマークの位置が合致するように、ステップ314で算出されたショット配列を180°回転した配列と、ステップ322で算出されたショット配列とを継ぎ合わせることによって、2つのショット配列を高精度に継ぎ合わせることができる。
In this embodiment, the wafer W is rotated 180 ° in
In this embodiment, different wafer marks are detected when the wafer mark of the wafer W is detected in
また、本実施形態では、重ね合わせ計測マーク50,52は凹凸のパターンであるが、重ね合わせ計測マーク50,52の位置ずれ量はフォトレジストの潜像段階で計測してもよい。
また、本実施形態では、重ね合わせ計測マーク50,52の位置ずれ量は副アライメント系AL21〜AL24でも計測しているが、例えば全部の重ね合わせ計測マーク50,52の位置ずれ量を主アライメント系AL1だけで計測してもよい。
Further, in the present embodiment, the overlay measurement marks 50 and 52 are concave and convex patterns, but the positional deviation amount of the overlay measurement marks 50 and 52 may be measured at the latent image stage of the photoresist.
In this embodiment, the misalignment amounts of the overlay measurement marks 50 and 52 are also measured by the sub-alignment systems AL21 to AL24. For example, the misalignment amounts of all the overlay measurement marks 50 and 52 are used as the main alignment system. You may measure only with AL1.
従って、副アライメント系AL21〜AL24を設ける必要は必ずしもなく、さらにアライメント系の個数は任意である。
また、本実施形態のウエハのアライメントショットは16個であるが、ウエハのアライメントショット(計測対象のウエハマーク)の個数及び配列は任意である。
さらに、重ね合わせ計測マーク50,52の位置ずれ量を計測するショット領域の配列及び個数も任意である。
Therefore, it is not always necessary to provide the sub-alignment systems AL21 to AL24, and the number of alignment systems is arbitrary.
Although the number of wafer alignment shots in this embodiment is 16, the number and arrangement of wafer alignment shots (wafer marks to be measured) are arbitrary.
Furthermore, the arrangement and the number of shot areas for measuring the amount of misalignment of the overlay measurement marks 50 and 52 are also arbitrary.
また、上記の各実施形態の露光装置を用いて半導体デバイス等の電子デバイス(マイクロデバイス)を製造する場合、電子デバイスは、図10に示すように、電子デバイスの機能・性能設計を行うステップ221、この設計ステップに基づいたマスク(レチクル)を製作するステップ222、デバイスの基材である基板(ウエハ)を製造するステップ223、前述した実施形態の露光装置EXによりレチクルのパターンを基板に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱(キュア)及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ224、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、パッケージ工程などの加工プロセスを含む)225、並びに検査ステップ226等を経て製造される。
Further, when an electronic device (microdevice) such as a semiconductor device is manufactured using the exposure apparatus of each of the above embodiments, the electronic device performs function / performance design of the electronic device as shown in FIG. Step 222 for manufacturing a mask (reticle) based on this design step,
言い換えると、このデバイスの製造方法は、上記の実施形態の露光装置を用いて基板を露光することと、その露光された基板を処理すること(現像等)と、を含んでいる。この際に、重ね合わせ精度の計測の直後から液浸露光を開始できるため、電子デバイスを高いスループットで量産することができる。
なお、上記の実施形態において、上述の走査露光型の露光装置(スキャナ)の他に、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置(ステッパー等)も使用できる。
In other words, the device manufacturing method includes exposing the substrate using the exposure apparatus of the above-described embodiment and processing the exposed substrate (development or the like). At this time, since immersion exposure can be started immediately after measurement of overlay accuracy, electronic devices can be mass-produced with high throughput.
In the above embodiment, a step-and-repeat type projection exposure apparatus (stepper or the like) can be used in addition to the above-described scanning exposure type exposure apparatus (scanner).
また、上記の実施形態は、半導体デバイス製造用の露光装置に限らず、液晶表示素子やプラズマディスプレイなどを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられるデバイスパターンをセラミックスウエハ上に転写する露光装置、並びに撮像素子(CCDなど)、有機EL、マイクロマシーン、MEMS(Microelectromechanical Systems)、及びDNAチップなどの製造に用いられる露光装置などにも適用することができる。また、半導体素子などの電子デバイス(マイクロデバイス)だけでなく、光露光装置及びEUV露光装置などで使用されるマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。 In addition, the above embodiment is not limited to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor device, but is used for manufacturing a display including a liquid crystal display element, a plasma display, and the like. For exposure apparatuses that transfer device patterns used in the manufacture of ceramics onto ceramic wafers, as well as exposure apparatuses that are used in the manufacture of imaging devices (CCD, etc.), organic EL, micromachines, MEMS (Microelectromechanical Systems), and DNA chips Can also be applied. In addition to an electronic device (microdevice) such as a semiconductor element, an exposure apparatus that transfers a circuit pattern onto a glass substrate or a silicon wafer to manufacture a mask used in an optical exposure apparatus and an EUV exposure apparatus. The present invention can also be applied.
このように、本発明は上述の実施形態に限定されず、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。 Thus, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various configurations can be taken without departing from the gist of the present invention.
AL1…主アライメント系(プライマリアライメント系)、AL21〜AL24…副アライメント系(セカンダリアライメント系)、WL…ウエハローダ系、R…レチクル、W…ウエハ、WST…ウエハステージ、WM,WMA1,WMC1,WMD1,WMA2〜WME2…ウエハマーク、20…主制御装置、50,50A1〜50D4…第1重ね合わせ計測マーク、52,52A1〜52D4…第2重ね合わせ計測マーク AL1 ... main alignment system (primary alignment system), AL21 to AL24 ... sub-alignment system (secondary alignment system), WL ... wafer loader system, R ... reticle, W ... wafer, WST ... wafer stage, WM, WMA1, WMC1, WMD1, WMA2 to WME2 ... wafer mark, 20 ... main controller, 50, 50A1 to 50D4 ... first overlay measurement mark, 52,52A1 to 52D4 ... second overlay measurement mark
Claims (13)
前記露光光で前記投影光学系及び前記液体を介して前記基板の複数の位置に第1マークの像を露光することと、
前記露光光で前記投影光学系及び前記液体を介して前記基板の前記複数の位置の前記第1マークに対応させて第2マークの像を露光することと、
前記投影光学系から離れた位置に配置されたマーク検出系を介して、前記基板の前記複数の位置の一部の第1組の複数の計測位置の前記第1マーク及びこれに対応する前記第2マークの第1の位置ずれ量を計測することと、
前記基板が前記液体に接触しないように前記基板を所定角度だけ回転することと、
前記マーク検出系を介して、前記基板の前記複数の位置のうち前記第1組の複数の計測位置と異なる複数の位置を含む第2組の複数の計測位置の前記第1マーク及びこれに対応する前記第2マークの第2の位置ずれ量を計測することと、
を含むことを特徴とする重ね合わせ精度計測方法。 A method for measuring overlay accuracy when exposing a substrate through a projection optical system and liquid that transmits the exposure light with exposure light,
Exposing the image of the first mark to a plurality of positions on the substrate via the projection optical system and the liquid with the exposure light; and
Exposing the image of the second mark with the exposure light to correspond to the first mark at the plurality of positions of the substrate via the projection optical system and the liquid;
The first mark at the first set of the plurality of measurement positions of the plurality of positions on the substrate and the corresponding first mark via the mark detection system arranged at a position away from the projection optical system. Measuring the first misalignment of the two marks;
Rotating the substrate by a predetermined angle so that the substrate does not contact the liquid;
Corresponding to the first marks of the second set of measurement positions including a plurality of positions different from the first set of measurement positions among the plurality of positions of the substrate via the mark detection system Measuring a second misalignment amount of the second mark;
A method for measuring overlay accuracy, comprising:
前記マーク検出系を介して前記基板の複数の第1の位置合わせ用マークを検出して前記基板のショット配列を算出することと、
前記マーク検出系を介して前記第2の位置ずれ量を計測する前に、
前記マーク検出系を介して前記基板の複数の第2の位置合わせ用マークを検出して前記基板のショット配列を算出することと、を含み、
前記複数の第1の位置合わせ用マークと前記複数の第2の位置合わせ用マークとは、少なくとも一部のマークが重複していることを特徴とする請求項1に記載の重ね合わせ精度計測方法。 Before measuring the first displacement amount through the mark detection system,
Detecting a plurality of first alignment marks on the substrate via the mark detection system to calculate a shot arrangement of the substrate;
Before measuring the second displacement amount through the mark detection system,
Detecting a plurality of second alignment marks on the substrate via the mark detection system to calculate a shot arrangement on the substrate, and
2. The overlay accuracy measuring method according to claim 1, wherein at least some of the plurality of first alignment marks and the plurality of second alignment marks overlap each other. .
前記第2組の複数の計測位置は、前記基板の表面のほぼ他方の半面側の領域に配置され、
前記基板を回転する前記所定角度は180°であることを特徴とする請求項1又は2に記載の重ね合わせ精度計測方法。 The plurality of measurement positions of the first set are arranged in a region on substantially one half side of the surface of the substrate,
The plurality of measurement positions of the second set are arranged in a region on the other half surface side of the surface of the substrate,
The overlay accuracy measuring method according to claim 1, wherein the predetermined angle of rotating the substrate is 180 °.
前記複数のマーク検出系のそれぞれの検出対象領域は第1方向に沿って一列に配置されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の重ね合わせ精度計測方法。 The mark detection system is plural,
4. The overlay accuracy measurement method according to claim 1, wherein the detection target areas of the plurality of mark detection systems are arranged in a line along the first direction. 5.
前記第1マーク及びこれに対応する前記第2マークの位置ずれ量を計測するときには、前記基板の表面に前記撥液性のコーティング膜が形成されないことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の重ね合わせ精度計測方法。 When exposing the first mark and the second mark on the substrate, a coating film that is liquid-repellent to the liquid is formed on the surface of the substrate,
6. The liquid-repellent coating film is not formed on the surface of the substrate when measuring the amount of positional deviation between the first mark and the second mark corresponding to the first mark. The overlay accuracy measurement method according to one item.
前記基板を移動するステージと、
前記基板の露光中に、前記投影光学系と前記基板との間に前記露光光を透過する液体を供給し、前記供給された液体を回収する液体供給装置と、
前記投影光学系とは独立に配置されて、前記基板のマークの位置を検出するマーク検出系と、
前記基板を前記ステージから受け取り、所定角度回転した後に、再び前記ステージに受け渡す基板回転装置と、
を備えることを特徴とする露光装置。 In an exposure apparatus that exposes a substrate with exposure light via a projection optical system,
A stage for moving the substrate;
A liquid supply device that supplies a liquid that transmits the exposure light between the projection optical system and the substrate during the exposure of the substrate, and collects the supplied liquid;
A mark detection system that is arranged independently of the projection optical system and detects the position of the mark on the substrate;
A substrate rotating device that receives the substrate from the stage and rotates the substrate by a predetermined angle, and then transfers the substrate to the stage again;
An exposure apparatus comprising:
前記制御装置は、
前記基板の複数の位置に第1マークの像が露光され、前記基板の前記複数の位置の前記第1マークに対応させて第2マークの像が露光されているときに、
前記マーク検出系に、前記基板の前記複数の位置の一部の第1組の複数の計測位置の前記第1マーク及びこれに対応する前記第2マークの第1の位置ずれ量を計測させ、
前記基板回転装置を介して、前記基板が前記液体に接触しないように前記基板を所定角度だけ回転させ、
前記マーク検出系に、前記基板の前記複数の位置のうち前記第1組の複数の計測位置と異なる複数の位置を含む第2組の複数の計測位置の前記第1マーク及びこれに対応する前記第2マークの第2の位置ずれ量を計測させる
ことを特徴とする請求項7に記載の露光装置。 A control device for controlling the stage, the mark detection system, and the substrate rotation device;
The controller is
When the image of the first mark is exposed at a plurality of positions on the substrate, and the image of the second mark is exposed corresponding to the first mark at the plurality of positions on the substrate,
The mark detection system is configured to measure a first positional shift amount of the first mark and a second mark corresponding to the first mark at a first set of a plurality of measurement positions at a part of the plurality of positions on the substrate,
Via the substrate rotating device, the substrate is rotated by a predetermined angle so that the substrate does not come into contact with the liquid,
The mark detection system includes a second set of a plurality of measurement positions including a plurality of positions different from the first set of a plurality of measurement positions among the plurality of positions of the substrate, and the first mark corresponding thereto. The exposure apparatus according to claim 7, wherein a second positional shift amount of the second mark is measured.
前記マーク検出系に、前記第1の位置ずれ量を計測させる前に、前記基板の複数の第1の位置合わせ用マークを検出させ、該検出結果より前記基板のショット配列を算出し、
前記マーク検出系に、前記第2の位置ずれ量を計測させる前に、前記基板の複数の第2の位置合わせ用マークを検出させ、該検出結果より前記基板のショット配列を算出するとともに、
前記複数の第1の位置合わせ用マークと前記複数の第2の位置合わせ用マークとは、少なくとも一部のマークが重複していることを特徴とする請求項8に記載の露光装置。 The controller is
Before the mark detection system measures the first displacement amount, the plurality of first alignment marks on the substrate are detected, and the shot arrangement of the substrate is calculated from the detection result,
Before the mark detection system measures the second misalignment amount, the plurality of second alignment marks on the substrate are detected, and the shot arrangement of the substrate is calculated from the detection result,
9. The exposure apparatus according to claim 8, wherein at least some of the plurality of first alignment marks and the plurality of second alignment marks overlap each other.
前記第2組の複数の計測位置は、前記基板の表面のほぼ他方の半面側の領域に配置され、
前記基板回転装置が前記基板を回転する前記所定角度は180°であることを特徴とする請求項8又は9に記載の露光装置。 The plurality of measurement positions of the first set are arranged in a region on substantially one half side of the surface of the substrate,
The plurality of measurement positions of the second set are arranged in a region on the other half surface side of the surface of the substrate,
The exposure apparatus according to claim 8 or 9, wherein the predetermined angle by which the substrate rotating device rotates the substrate is 180 °.
前記複数のマーク検出系のそれぞれの検出対象領域は第1方向に沿って一列に配置されることを特徴とする請求項7〜10のいずれか一項に記載の露光装置。 The mark detection system is plural,
11. The exposure apparatus according to claim 7, wherein the detection target areas of the plurality of mark detection systems are arranged in a line along the first direction.
前記露光された基板を前記感光パターンに基づいて処理することと、
を含むデバイス製造方法。 Forming a photosensitive pattern on a substrate using the exposure apparatus according to any one of claims 7 to 12,
Processing the exposed substrate based on the photosensitive pattern;
A device manufacturing method including:
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN106547171A (en) * | 2015-09-17 | 2017-03-29 | 上海微电子装备有限公司 | A kind of alignment compensation system and method for lithographic equipment |
-
2011
- 2011-03-15 JP JP2011056940A patent/JP2012195379A/en not_active Withdrawn
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