JP2019012137A - Evaluation method, evaluation apparatus, exposure system, and method for manufacturing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板に形成されたパターンの加工条件を評価する評価技術、この評価技術を用いる露光技術、及びその評価技術を用いるデバイス製造技術に関する。 The present invention relates to an evaluation technique for evaluating a processing condition of a pattern formed on a substrate, an exposure technique using the evaluation technique, and a device manufacturing technique using the evaluation technique.
デバイス(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は、コータ・デベロッパによって半導体ウェハ(以下、単にウェハと称する)等の基板に感光性樹脂(いわゆる、レジスト)が塗布され、その基板に露光装置によってマスクパターンの像が露光され、露光後の基板に対して現像、及びエッチング等が行われる。
また、最終的に製造されるデバイスの歩留まりを高めるためには、コータ・デベロッパにおける膜厚条件(塗布する膜厚の設定値等)、露光装置における露光条件、及び/又はエッチング装置におけるエッチング時間等の加工条件を高精度に所望の状態に管理する必要がある。露光装置における露光条件としては、露光量(いわゆるドーズ)及びフォーカス位置(投影光学系の像面に対する露光対象の基板のデフォーカス量)等がある。それらの加工条件を高精度に管理するためには、それらの加工条件を高精度に評価する必要がある。
In a lithography process for manufacturing a device (semiconductor device, etc.), a photosensitive resin (so-called resist) is applied to a substrate such as a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as a wafer) by a coater / developer, and the substrate is exposed. The mask pattern image is exposed by the apparatus, and the exposed substrate is developed and etched.
In addition, in order to increase the yield of devices to be finally manufactured, film thickness conditions (such as a set value of the applied film thickness) in the coater / developer, exposure conditions in the exposure apparatus, and / or etching time in the etching apparatus, etc. It is necessary to manage the machining conditions in a desired state with high accuracy. Exposure conditions in the exposure apparatus include an exposure amount (so-called dose), a focus position (a defocus amount of the substrate to be exposed with respect to the image plane of the projection optical system), and the like. In order to manage these processing conditions with high accuracy, it is necessary to evaluate those processing conditions with high accuracy.
例えば露光装置の露光条件のうちのフォーカス位置の従来の評価方法として、主光線が傾斜した照明光でマスクの評価用のパターンを照明し、ステージで基板の高さを変化させながらそのパターンの像をその基板の複数のショットに順次露光し、露光後の現像によって得られたレジストパターンの横ずれ量を計測し、この計測結果から各ショットの露光時のフォーカス位置を評価する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。 For example, as a conventional method for evaluating the focus position in the exposure conditions of an exposure apparatus, a pattern for mask evaluation is illuminated with illumination light whose chief ray is inclined, and the pattern image is changed while changing the height of the substrate on the stage. Is sequentially exposed to a plurality of shots on the substrate, the lateral shift amount of the resist pattern obtained by development after exposure is measured, and the focus position at the time of exposure of each shot is evaluated from the measurement result. (For example, refer to Patent Document 1).
リソグラフィ工程を経て製造されるデバイスの歩留まりをより高めるためには、露光条件等の加工条件をより高精度に評価し、この評価結果に基づいてその加工条件を補正することが望ましい。さらに、デバイスを高いスループット(生産性)で高精度に製造するために、その加工条件の評価を高精度に、かつ効率的に行うことを考慮することが求められている。 In order to further increase the yield of devices manufactured through the lithography process, it is desirable to evaluate the processing conditions such as the exposure conditions with higher accuracy and correct the processing conditions based on the evaluation result. Furthermore, in order to manufacture a device with high throughput (productivity) with high accuracy, it is required to consider that the processing conditions are evaluated with high accuracy and efficiency.
本発明の第1の態様によれば、パターンが表面に形成された基板の該表面に光を照射し、検出した該表面からの光に基づく信号を入力値とする評価特性に基づいて、そのパターンの加工条件を評価する評価方法において、その入力値とその入力値の変化量とその評価特性に基づいて、その加工条件の変化量を推定することと、その推定した加工条件の変化量に基づいて、その評価特性を評価することと、を含む評価方法が提供される。 According to the first aspect of the present invention, the surface of the substrate on which the pattern is formed is irradiated with light, and based on the evaluation characteristics using the signal based on the detected light from the surface as an input value, In the evaluation method for evaluating the processing conditions of a pattern, the amount of change in the processing condition is estimated based on the input value, the amount of change in the input value, and the evaluation characteristics, and the amount of change in the estimated processing condition is An evaluation method is provided that includes evaluating the evaluation characteristics based on the evaluation characteristics.
第2の態様によれば、パターンが表面に形成された基板のそのパターンの加工条件を評価する評価装置において、その基板の表面に光を照射する照明部と、その光の照射によりその表面から射出した光を検出する検出部と、その検出部で検出される信号を入力値とする評価特性に基づいてそのパターンの加工条件を評価する評価部と、を備え、その評価部は、その入力値とその入力値の変化量とその評価特性に基づいて、その加工条件の変化量を推定し、その推定した加工条件の変化量に基づいて、その評価特性を評価する評価装置が提供される。 According to the second aspect, in the evaluation apparatus that evaluates the processing conditions of the pattern of the substrate on which the pattern is formed, the illumination unit that irradiates light to the surface of the substrate, and the light irradiation from the surface A detection unit that detects the emitted light, and an evaluation unit that evaluates a processing condition of the pattern based on an evaluation characteristic that uses a signal detected by the detection unit as an input value. An evaluation device is provided that estimates a change amount of the machining condition based on the value, a change amount of the input value and the evaluation characteristic, and evaluates the evaluation characteristic based on the estimated change amount of the machining condition. .
一実施形態につき、図1(a)〜図10(a)を参照して説明する。図1(a)は本実施形態に係る評価装置1を示し、図1(b)は本実施形態に係る露光システムを含むデバイス製造システムDMSを示す。図1(b)において、デバイス製造システムDMSは、基板としてのウェハ(半導体ウェハ)の表面(以下、ウェハ面と称する)に薄膜を形成する薄膜形成装置(不図示)、感光性樹脂としてのレジストのウェハ面に対する塗布及び現像を行うコータ・デベロッパ200、レジストが塗布されたウェハ面に半導体デバイス等の回路パターンの像を露光する露光装置100、現像後のレジストパターンをマスクとしてウェハのエッチングを行うエッチング装置300、並びに露光及び現像後(又はさらにエッチング等の後)にウェハ面に形成されるパターンを用いて、このパターンの加工条件を評価する評価装置1を備えている。さらに、デバイス製造システムDMSは、評価装置1、露光装置100、コータ・デベロッパ200、及びエッチング装置300等の統括的な制御、工程管理、及びそれらの装置間の各種情報の仲介等を行うホストコンピュータ600、及び評価装置1〜エッチング装置300等の間でウェハを搬送する搬送系500を備えている。
One embodiment will be described with reference to FIGS. 1 (a) to 10 (a). FIG. 1A shows an
露光装置100としては、例えば米国特許出願公開第2007/242247号明細書等に開示されている液浸型のスキャニングステッパー(走査型の投影露光装置)が使用される。評価装置1が評価可能な加工条件としては、薄膜形成装置における成膜条件(膜厚の設定値等)、コータ・デベロッパ200におけるレジストの塗布条件(レジスト膜厚の設定値等)及び現像条件、露光装置100における後述の露光条件、並びにエッチング装置300におけるエッチング条件(エッチング時間等)等がある。
As the
図1(a)において、評価装置1は、略円板形のウェハ10を支持するステージ5を備え、不図示の搬送系によって搬送されてくるウェハ10は、ステージ5の上面(載置面)に載置され、例えば真空吸着によって固定保持される。以下、傾斜していない状態のステージ5の上面に平行な面において、図1(a)の紙面に平行な方向に沿った軸をXE軸、図1(a)の紙面に垂直な方向に沿った軸をYE軸として、XE軸及びYE軸を含む面に垂直な方向に沿った軸をZE軸として説明する。ステージ5は、ステージ5の上面の中心における法線CAを回転軸とする回転角度φ1を制御する第1駆動部(不図示)と、例えばステージ5の上面の中心を通り、図1(a)の紙面に垂直な(YE軸と平行な)軸TA(チルト軸)を回転軸とする傾斜角であるチルト角φ2(ウェハ10のチルト角)を制御する第2駆動部(不図示)とを介してベース部材(不図示)に支持されている。
In FIG. 1A, the
評価装置1はさらに、ステージ5に支持された、表面(ウェハ面)に所定の繰り返しパターンが形成されたウェハ10の表面(ウェハ面)に照明光ILIを平行光として照射する照明系20と、照明光ILIの照射を受けてウェハ面から射出する光(正反射光や回折光等)を集光する受光系30と、受光系30により集光された光からウェハ面の像を形成し、その像を撮像して画像信号を出力する撮像装置35と、撮像装置35から出力される画像信号を処理して、ウェハ面の像の画素毎の信号強度(ウェハ面からの光に基づく信号の強度)を求める画像処理部40と、そのように求められた信号強度の情報を用いて上述の加工条件の評価を行う演算部50と、を備えている。撮像装置35は、ウェハ面の像を形成する結像光学系35aと、例えばCCDやCMOS等の2次元の撮像素子35b(ウェハ面の像の画像信号を生成して出力する装置)とを有し、撮像素子35bは一例としてウェハ10の全面の像を一括して撮像して画像信号を出力する。なお、加工条件の評価対象となるパターンがウェハ10の全面の一部の領域にのみ形成されている場合には、撮像素子35bはその一部の領域の像のみを撮像してもよい。
The
また、ウェハ面には、図2(a)に示すように、露光装置100の露光によって、マスクのパターンを単位とする露光領域が所定の間隔で形成される。以下、この露光領域をショット11と称する。ショット11には、マスクのパターンが1つだけ露光されたものがある一方、マスクのパターンが、複数、繋ぎ合わされて露光されたものもある。また、ショット11の内で、露光工程を経て最終的に単独のデバイスとなる領域を、以下では、チップと称する。チップは、ショット11内に複数存在することもあれば、1つのショット11が1つのチップとなる場合もある。
Further, as shown in FIG. 2A, exposure regions having a mask pattern as a unit are formed at predetermined intervals on the wafer surface by exposure of the
図1(a)において、画像処理部40は、撮像装置35から入力されたウェハ10の画像信号に基づいてウェハ10のデジタル画像(画素毎の信号強度、ショット毎に平均化された信号強度、又はショットより小さい複数の計測領域16(図5(c)参照)毎に平均化された信号強度等)の情報を生成し、この情報を演算部50に出力する。また、演算部50は、その情報を処理する検査部60と、画像処理部40及び検査部60の動作等を制御する制御部80と、画像に関する情報等を記憶する記憶部85と、得られる加工条件の評価結果をそれぞれ図1(b)のホストコンピュータ600を介してコータ・デベロッパ200の制御部(不図示)、露光装置100の制御部(不図示)、及びエッチング装置300の制御部(不図示)に出力する信号出力部90とを備えている。なお、図1(a)には、説明の便宜上、露光装置100のみを図示している。また、画像処理部40及び演算部50を全体としてコンピュータより構成し、画像処理部40、検査部60、及び制御部80等をコンピュータのソフトウェア上の機能としてもよい。
In FIG. 1A, the
評価装置1において、照明系20は、照明光を射出する照明ユニット21と、照明ユニット21から射出された照明光をウェハ面に向けて平行光として反射する照明側凹面鏡25とを有する。照明ユニット21は、メタルハライドランプ又は水銀ランプ等の光源部22と、制御部80の指令により光源部22からの光のうち所定の波長(例えば、相異なる波長λ1、λ2、λ3等)の光を選択し、その強度を調節する調光部23と、調光部23で選択され強度が調節された光を所定の射出面から照明側凹面鏡25へ射出する導光ファイバ24とを有する。一例として、波長λ1は248nm、λ2は265nm、λ3は313nmである。この場合、導光ファイバ24の射出面が照明側凹面鏡25の焦点に配置されているため、照明側凹面鏡25で反射される照明光ILIは平行光束となってウェハ面に照射される。ウェハ10に対する照明光ILIの入射角θ1(この照明光の主光線とウェハ面の法線とのなす角度)は、制御部80の指令により、不図示の駆動機構を介して導光ファイバ24の射出部の位置並びに照明側凹面鏡25の位置及び角度を制御することで調整可能である。なお、本実施形態では、ウェハ面の法線は、ステージ5の法線CAに平行である。
In the
本実施形態において照明側凹面鏡25の位置及び角度は、照明側凹面鏡25がステージ5のチルト軸TAを中心に傾動されることにより制御され、これによりウェハ10(ウェハ面)へ入射する照明光ILIの入射角θ1が調整される。本実施形態では、一例として、ウェハ面に形成されている繰り返しパターン12(図2(a)参照)から発生する所定次数m(mは0以外の正又は負の整数)の回折光ILDよりなる平行光を受光系30で受光する。
In this embodiment, the position and angle of the illumination-side
この場合、ウェハ面における照明光ILIの入射方向(照明光ILIの入射面とウェハ面との交線の方向)が繰り返しパターン12のある周期方向(繰り返し方向)に平行であるとして(図2(b)参照)、繰り返しパターン12のその周期方向の周期(ピッチ)をP1、照明光ILIの波長をλとすると、照明光ILIの入射角θ1と、次数mの回折光ILDの回折角θ2(回折光の主光線とウェハ面の法線とのなす角度)との間には次の関係がある。
In this case, it is assumed that the incident direction of the illumination light ILI on the wafer surface (the direction of the line of intersection between the incident surface of the illumination light ILI and the wafer surface) is parallel to a certain periodic direction (repetition direction) of the repeating pattern 12 (FIG. 2 ( b)), assuming that the period (pitch) in the periodic direction of the
sin(θ1)−sin(θ2)=m・λ/P1 …(1)
このため、入射角θ1を変化させる際には、導光ファイバ24の射出部の位置並びに照明側凹面鏡25の位置及び角度を制御するとともに、ウェハ10から射出されて受光系30に入射する回折光ILDの回折角θ2が式(1)の関係を満たすように、ステージ5のチルト角φ2が制御される。
sin (θ1) −sin (θ2) = m · λ / P1 (1)
For this reason, when changing the incident angle θ1, the position of the exit portion of the
受光系30は、ステージ5(ウェハ10)に対向して配置された受光側凹面鏡31を有し、撮像装置35の結像光学系35aの前側焦点は受光側凹面鏡31の焦点に配置されている。ウェハ面から射出する回折光ILD(平行光)は、受光側凹面鏡31、及び撮像装置35の結像光学系35aにより集光され、撮像素子35bの撮像面にウェハ面の像が結像される。
The
また、ウェハ10の表面には、プロセスに応じて熱酸化装置若しくはプラズマCVD装置等で酸化膜が形成されるか、又は真空蒸着装置、スパッタリング装置若しくはCVD装置などで導電膜が形成され、この上にコータ・デベロッパ200によりレジストが塗布される。そして、露光装置100により最上層のレジストに対してマスクを介し、所定のパターンが投影露光され、コータ・デベロッパ200によるレジストの現像後、ウェハ10は評価装置1のステージ5上に搬送される。ここで、ステージ5上に搬送されたウェハ10の上面には露光装置100、及びコータ・デベロッパ200による露光・現像工程を経て繰り返しパターン12(図2(a)参照)が形成されている。
Further, an oxide film is formed on the surface of the
そして、ウェハ10は、搬送途中で不図示のアライメント機構によりウェハ10のショット内のパターン、ウェハ面のマーク(例えばサーチアライメントマーク)、又は外縁部(ノッチ、オリエンテーションフラット、又は裏面の凹凸マーク等)を基準としてアライメントが行われた状態で、ステージ5上に搬送される。本実施形態において、ウェハ面には、図2(a)に示すように、複数のショット11が直交する2つの方向にそれぞれ所定間隔で配列され、各ショット11中には、半導体デバイスの回路パターンの一例として、ライン・アンド・スペースパターン(以下、L&Sパターンと称する)よりなる繰り返しパターン12が形成されている。なお、以下では、ウェハ面に平行な面において、複数のショット11の直交する2つの配列方向に沿ってX軸及びY軸を取り、X軸及びY軸を含む面に垂直な軸をZ軸として説明する。本実施形態において、ウェハ面における繰り返しパターン12の周期方向(繰り返し方向)は、X軸に平行な方向(X方向)である。
Then, the
一例として、図2(b)に拡大して示すように、繰り返しパターン12は、ライン部2Aとスペース部2Bとを交互にX方向に周期P1で配列したパターンである。周期P1は例えば170〜300nm程度(例えば200nm程度)である。
式(1)の右辺の周期P1の代わりに一般的な周期Pxを代入すると、式(1)の左辺の値は2以下であるため、少なくとも1次回折光(m=1)が発生する条件は、次のように入射する光の波長λがその周期Pxの2倍より小さいこと(周期Pxがλ/2より大きいこと)である。
λ/Px<2 即ち、 λ<2・Px …(2)
このため、照明光ILIの波長が上述のλ1〜λ3(248〜313nm)である場合、周期P1が40〜80nm程度のL&Sパターンからは回折光は発生しないが、周期P1が170nm程度以上のL&Sパターンである繰り返しパターン12からは回折光が発生する。
As an example, as shown in an enlarged view in FIG. 2B, the
If a general period Px is substituted instead of the period P1 on the right side of Expression (1), the value on the left side of Expression (1) is 2 or less, and therefore the condition for generating at least the first-order diffracted light (m = 1) is The wavelength λ of the incident light is smaller than twice the period Px (the period Px is larger than λ / 2) as follows.
λ / Px <2 That is, λ <2 · Px (2)
For this reason, when the wavelength of the illumination light ILI is the above-mentioned λ1 to λ3 (248 to 313 nm), diffracted light is not generated from the L & S pattern having the period P1 of about 40 to 80 nm, but the L & S having the period P1 of about 170 nm or more. Diffracted light is generated from the repeated
また、ウェハ10に繰り返しパターン12を形成する場合には、一例として、図2(c)に示すように、それぞれY方向に伸びた暗部MP1及び明部MP2をX方向に所定の周期P2(周期P1に投影倍率の逆数を掛けた値)で配列した形状のマスクパターンをウェハのレジストに露光する。その露光後のレジストを現像することによって凹凸のレジストパターンとしての繰り返しパターン12を形成できる。また、その現像後に形成されるレジストパターンを用いてエッチングを行うことによって、そのレジストの下地(絶縁膜等の薄膜)に繰り返しパターン12と同じ形状の繰り返しパターンを形成できる。
Further, when the repeated
なお、繰り返しパターン12は例えば金属を材質とするパターンでもよい。さらに、繰り返しパターンは、ホールパターン又は複数のホールパターン群であってもよい。なお、一つのショット11中には複数のチップ領域が含まれていることが多いが、図2(a)では簡単のために一つのショット中に一つのチップ領域があるものとしている。
本実施形態では、一例として、検査部60が、後述のようにウェハ面の画像を処理して、加工条件としての露光装置100の露光条件を評価(検査)する場合について述べる。
ここで、露光条件は、ウェハ10を露光した露光装置100のフォーカス位置(露光装置における投影光学系の光軸方向におけるマスクパターンの像面の位置)、露光量(露光エネルギー等のいわゆるドーズ)、露光対象のウェハに対する露光装置の投影光学系の光軸方向におけるマスクパターンの像面のデフォーカス量等、露光波長(中心波長及び/又は半値幅)、及び液浸法で露光する場合の露光装置の投影光学系とウェハとの間の液体の温度等である。その露光条件の評価結果は、一例としてホストコンピュータ600を介して露光装置100内の制御部(不図示)に出力され、その評価結果に応じて、露光装置100はその露光条件の補正(例えばオフセットやばらつき等の補正)を行うことができる。
The repeating
In the present embodiment, as an example, a case will be described in which the
Here, the exposure conditions are the focus position of the
以上のように構成される評価装置1を用いて、ウェハ面からの反射光に基づく評価又は検査を行う方法の一例につき説明する。この場合、図2(a)のウェハ面の繰り返しパターン12は、図2(d)に示すように、レジスト中にライン部2A及びスペース部2BをX方向に周期P1で配列したパターンである。
ここで、繰り返しパターン12におけるライン部2Aの線幅DAの設計値をピッチP1の1/2とする。適正な露光条件(すなわち、露光量及びフォーカス位置)で繰り返しパターン12が形成された場合、ライン部2Aの線幅DAとスペース部2Bの線幅DBは等しくなると共に、ライン部2Aの側壁部2Aaはウェハ10の表面に対してほぼ直角に形成され、ライン部2Aとスペース部2Bとの体積比は略1:1になる。またそのときのライン部2AのX−Z断面の形状は正方形や長方形となる。これに対して、繰り返しパターン12を形成する際の露光装置100におけるフォーカス位置が適正なフォーカス位置から外れると、ピッチP1は変わらないが、ライン部2Aの側壁部2Aaはウェハ10の表面に対して直角とならず、ライン部2AのX−Z断面の形状は台形となる。したがって、ライン部2A及びスペース部2Bの線幅DA,DBが設計値と異なってしまい、ライン部2Aとスペース部2Bとの体積比が略1:1から外れる。一方、露光装置100における露光量が変化すると、ピッチP1と線幅DAが変化するため、ライン部2Aとスペース部2Bとの体積比が略1:1から外れる。
An example of a method for performing evaluation or inspection based on the reflected light from the wafer surface using the
Here, the design value of the line width D A of the
上記のような繰り返しパターン12におけるライン部2Aとスペース部2Bとの体積比の変化に伴う反射光(回折光)の信号強度の変化を利用して、繰り返しパターン12の状態(良否等)の検査を行うことができる。
体積比の変化、及び/又はライン部2Aの断面形状の変化は、フォーカス位置及び露光量の適正値からのずれ等に起因し、ウェハ10のショット11ごとに、さらにはショット11内の複数の領域ごとに現れ、その体積比の変化等に起因する回折光の信号強度の変化から、露光条件の評価(例えば、実際の露光条件の設定値からのずれ量を求めて、そのずれ量と許容値とを比較すること)を行うことができる。
Using the change in the signal intensity of the reflected light (diffracted light) accompanying the change in the volume ratio between the
The change in the volume ratio and / or the change in the cross-sectional shape of the
本実施形態の評価装置1を用いて、ウェハ面からの回折光の信号強度の変化から露光条件の評価を行うには、制御部80が記憶部85に記憶されたレシピ情報(後述の装置条件や後述の図5及び図6のフローチャートで示す手順のような評価手順等)を読み込み、以下の処理を行う。
まず、コータ・デベロッパ200におけるレジストの塗布、露光装置100におけるレジストの露光、及びコータ・デベロッパ200におけるレジストの現像の工程を経て、検査対象の繰り返しパターン12が形成されたウェハ10が、ステージ5上の所定の位置に載置される。そして、ステージ5の回転角は、一例としてウェハ面における繰り返しパターン12の周期方向A1(ウェハ面のX方向)が、図2(b)に示すように、ウェハ面における照明光ILIの入射方向に平行になるように設定される。
In order to evaluate the exposure condition from the change in the signal intensity of the diffracted light from the wafer surface using the
First, the
また、ステージ5のチルト角φ2は、受光系30でウェハ10からのm次の回折光ILDを受光できるように、すなわち入射する照明光ILIの入射角θ1に対して受光系30で受光する光のウェハ面に対する回折角θ2が上述の式(1)で定められる角度になるように設定される。このため、回折角θ2は、受光系30による受光角でもある。
ウェハ面で回折された検出対象のm次の平行光の回折光ILDは、受光系30の受光側凹面鏡31により集光されて撮像装置35の撮像面に達する。その結果、撮像装置35の撮像面には、その回折光ILDによるウェハ面の像が形成さる。撮像装置35の画像信号は画像処理部40に供給される。
The tilt angle φ2 of the
The diffracted light ILD of the detection target m-order parallel light diffracted on the wafer surface is condensed by the light receiving side
画像処理部40では、求めた撮像装置35の画素毎の信号強度の情報を検査部60に出力する。検査部60はその情報を用いてウェハ10の繰り返しパターン12を形成する際に使用された露光装置100における露光条件を評価する。そのようにウェハ面の画像の画素毎の信号強度を求めたときの、評価装置1におけるウェハ面に対する照明光ILIの入射角θ1(又は入射角θ1に応じて式(1)から求められる回折角θ2)、照明光ILIの波長λ(λ1〜λ3等)、検出する回折光ILDの次数m、及びステージ5の回転角度(ウェハ10の方位)等の組み合わせを一つの装置条件と呼ぶ。装置条件は評価条件と呼ぶこともできる。そして、複数の装置条件(例えば第1の装置条件は入射角θ1がある角度θa、波長がλ1,検出する回折光の次数mが1、第2の装置条件は入射角θ1が角度θa、波長がλ2,検出する回折光の次数mが1など)が上記の記憶部85に記憶された評価装置1のレシピ情報に含まれている。
The
本実施形態では、その複数の装置条件からウェハに形成されたパターンの露光条件を評価するのに適した装置条件を選択する。なお、装置条件としては、波長λ、入射角θ1の少なくとも一つを使用してもよく、評価装置1において調整され得る他の任意の条件を使用してもよい。例えば装置条件として、入射角θ1のみが次第に変化する複数の装置条件(例えば波長λはある設定値)から露光条件を評価するのに適した装置条件を選択してもよい。なお、装置条件の中で、照明光ILIの波長λ、及びウェハ面に対する照明光ILIの入射角θ1は照明条件の一例と呼ぶことができ、ウェハ面からの回折光ILDの回折角θ2(受光系30による受光角)は、受光系30及び撮像装置35の検出条件の一例と呼ぶことができ、ステージ5の回転角度(ウェハ10の方位)及びステージ5のチルト角φ2(ウェハ面のチルト角)はステージの姿勢条件の一例と呼ぶことができる。
In the present embodiment, an apparatus condition suitable for evaluating the exposure condition of the pattern formed on the wafer is selected from the plurality of apparatus conditions. In addition, as apparatus conditions, at least one of wavelength (lambda) and incident angle (theta) 1 may be used, and the other arbitrary conditions which can be adjusted in the
以下の説明では、一例として、露光装置100の評価対象の露光条件をフォーカス位置及び露光量とする。このとき、フォーカス位置が変化すると、上述のようにパターンの断面形状が変化するため、ウェハ面に照明光が入射したときに、そのパターンの露光時のフォーカス位置が最適値に対して低い状態から最適値(いわゆるベストフォーカス位置)を経て、最適値に対して高い状態に変化すると、パターンの形状が変化して、パターンからの回折光の信号強度が変化する。
In the following description, as an example, the exposure conditions to be evaluated by the
一方、露光量が変化すると、上述のように繰り返しパターン12のライン部の線幅が変化する(断面の幅が変化する)ため、ウェハ面に照明光が入射したときに、そのパターンの露光時の露光量が最適値に対して低い状態から最適値(いわゆるベストドーズ)を経て最適値に対して高い状態に変化すると、パターンの形状が変化して、パターンからの回折光の信号強度が変化する。このように露光条件によって信号強度が異なることを利用して、信号強度の検出値から個別の露光条件の評価が可能となる。
On the other hand, when the exposure amount changes, the line width of the line portion of the
次に、本実施形態において、評価装置1を用いてウェハ面の繰り返しパターンからの光を検出して、そのパターンを形成する際に使用した露光装置100の露光条件(ここではフォーカス位置及び露光量)を評価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。その評価に際して予め装置条件(評価条件)を求める必要があるため、まず、その装置条件を求める方法(以下、条件出しとも呼ぶ。)の一例につき図3(a)、(b)のフローチャートを参照して説明する。これらの動作は制御部80によって制御される。
まず、基本的な動作として、図3(a)のステップ130で、評価装置1のステージ5に、ショット間でフォーカス位置及び露光量が次第に変化するように、露光条件を変化させながら各ショットに実際に製品となるデバイス用のマスク(不図示)のパターンを露光して現像した図5(a)のウェハ10a(詳細後述)を載置し、照明系20、ステージ5、受光系30を用いて、ステージ5にある装置条件を設定し、次のステップ132において、照明系20からウェハ10aに照明光を照射し、撮像装置35でウェハ面の画像を撮像し、画像処理部40で画像信号から各画素の信号強度を求め、求めた信号強度を演算部50の検査部60に出力する。そして、ステップ134において、検査部60では、その信号強度を用いてフォーカス位置に対する信号強度の変化を示す特性曲線(詳細後述)を求める。この特性曲線に信号強度を入力すると、フォーカス位置が算出される。こ画像処理部40から供給される信号に外乱等に起因する変動量が混入した場合の、その特性曲線から求められるフォーカス位置の変動量からその特性曲線、及びステップ130で設定した装置条件を評価する。
Next, in the present embodiment, the
First, as a basic operation, in
次に、詳細な動作につき図3(b)を参照して説明する。まず、条件出しのために、図3(b)のステップ102において、コータ・デベロッパ200においてレジストが塗布されたウェハ10a(図5(a)参照)を用意する。図5(a)に示すように、ウェハ10aの表面には、一例としてスクライブライン領域SLを挟んでN個(Nは例えば数10〜100程度の整数)のショット11が配列される。以下、ウェハ10aの表面のn番目のショット11をショットSAn(n=1〜N)とも称する。そして、レジストを塗布したウェハ10aを図1(b)の露光装置100に搬送し、露光装置100によって、ウェハ10aの例えば走査露光時の走査方向(図5(a)においてY軸に沿った方向)に配列されたショット間では露光量が次第に変化し、走査方向に直交する非走査方向(図5(a)においてX軸に沿った方向)に配列されたショット間ではフォーカス位置が次第に変化するように、露光条件を変化させながら各ショットSAnに実際に製品となるデバイス用のマスク(不図示)のパターンを露光する。
Next, detailed operation will be described with reference to FIG. First, in order to determine conditions, a
その後、露光済みのウェハ10aを現像することによって、各ショットSAnに異なる露光条件のもとで繰り返しパターン12が形成された1枚のウェハ(以下、条件振りウェハと称する。)10aが作成される。
以下では、フォーカス位置として、ベストフォーカス位置Zbeに対するデフォーカス量(ここではフォーカス値と称する。)を用いるものとする。フォーカス位置に関しては、一例としてフォーカス値が20nm刻みで−60nm〜0nm〜+60nmの7段階に設定される。後述の図6(b)等の横軸のフォーカス値FV(nm)は−40〜40nmの範囲を示している。なお、フォーカス値を任意の刻み量かつ、任意の段階で設定することが可能であり、例えば10nmや30nm刻みで複数段階に設定することもできる。フォーカス値を例えば25nm刻みで−200nm〜+200nmの17段階等に設定することもできる。
Thereafter, by developing the exposed
In the following, it is assumed that a defocus amount with respect to the best focus position Zbe (herein referred to as a focus value) is used as the focus position. With respect to the focus position, as an example, the focus value is set in seven steps from −60 nm to 0 nm to +60 nm in increments of 20 nm. The focus value FV (nm) on the horizontal axis in FIG. 6B and the like to be described later indicates a range of −40 to 40 nm. Note that the focus value can be set in an arbitrary increment and at an arbitrary stage. For example, the focus value can be set at multiple stages in increments of 10 nm or 30 nm. For example, the focus value can be set to 17 levels from −200 nm to +200 nm in increments of 25 nm.
そして、露光量は、一例として、ベストドーズ量Dbeを中心として1.5mJ刻みで7段階(11.5mJ,13.0mJ,14.5mJ,16.0mJ,17.5mJ,19.0mJ,20.5mJ)に設定される。後述の図6(c)の横軸の露光量Dの値DVの番号1〜7は、その7段階の露光量に対応している。なお、露光量も任意の刻み量で、かつ、任意の段階(例えば9段階等)で設定することが可能である。
As an example, the exposure amount is 7 steps (11.5 mJ, 13.0 mJ, 14.5 mJ, 16.0 mJ, 17.5 mJ, 19.0 mJ, 20. 5 mJ).
本実施形態の条件振りウェハ10aは、露光量とフォーカス位置とをマトリックス状に振って露光し現像したいわゆるFEMウェハ(Focus Exposure Matrixウェハ)である。なお、フォーカス値の段階数と露光量の段階数の積で得られる露光条件の組み合わせの異なるショットの個数が、1枚の条件振りウェハ10aの全面のショット数よりも多い場合には、複数枚の条件振りウェハを作成してもよい。
The conditionally adjusted
逆に、例えばショットSAnの非走査方向の配列数がフォーカス値の変化の段階数よりも大きい場合、及び/又は走査方向の配列数が露光量の変化の段階数よりも大きい場合には、フォーカス値及び露光量が同じショットを複数個形成し、フォーカス値及び露光量が同じショットに関して得られる計測値を平均化してもよい。また、例えばウェハの中心部と周辺部とのレジストの微妙な塗布むらの影響、及び走査露光時のウェハの走査方向(図5(a)の+Y方向又は−Y方向)の相違の影響等を軽減するために、フォーカス値及び露光量が異なる複数のショットをランダムに配列してもよい。 Conversely, for example, when the number of arrangements of shots SAn in the non-scanning direction is larger than the number of stages of change in focus value and / or when the number of arrangements in the scanning direction is larger than the number of stages of change in exposure amount, A plurality of shots having the same value and exposure amount may be formed, and the measurement values obtained for the shots having the same focus value and exposure amount may be averaged. Further, for example, the influence of subtle application unevenness of the resist between the central portion and the peripheral portion of the wafer, the influence of the difference in the scanning direction of the wafer (+ Y direction or -Y direction in FIG. 5A) at the time of scanning exposure, etc. In order to reduce, a plurality of shots having different focus values and exposure amounts may be arranged at random.
次に、作成された条件振りウェハ10aを評価装置1のステージ5上に搬送する。そして、制御部80は記憶部85のレシピ情報から複数の装置条件を読み出す。複数の装置条件としては、一例として照明光ILIの波長λが上記のλ1、λ2、λ3のいずれかとなり、照明光ILIの入射角θ1が10°、15°、30°、45°、60°、85°のいずれかとなる条件を想定する。また、以下では、一例として受光系30で受光する回折光ILDは+1次回折光(m=+1)であるとする。ただし、−1次回折光又は他の2次以上の回折光を受光してもよい。ここでは、波長λがλn(n=1〜3)、入射角θ1がαm(m=1〜6)になる装置条件を条件ε(n−m)で表す。なお、入射角θ1をある角度に設定したときには、上述の式(1)で求められる回折角θ2の回折光ILDが受光系30で受光されるように、照明側凹面鏡25のチルト軸TAを中心とした角度及び/又はステージ5のチルト角φ2が調整される。
Next, the created
また、入射角θ1は、設定可能な任意の角度でよく、例えば10°〜85°のいずれかとなるように5°程度の間隔で設定してもよい。
そして、評価装置1において、条件振りウェハ10aをステージ5に載置した状態で、照明光ILIの波長をλ1に設定し(ステップ104)、入射角θ1をα1に設定し(併せて、ステージ5のチルト角を設定し)、受光系30の受光角を設定する(ステップ106)。
Further, the incident angle θ1 may be an arbitrary settable angle, and may be set at an interval of about 5 ° so as to be any one of 10 ° to 85 °, for example.
Then, in the
そして、この装置条件のもとで、照明光ILIを条件振りウェハ10aの表面に照射し、条件振りウェハ10aからの回折光ILDに基づいて、撮像装置35が条件振りウェハ10aの像を撮像して画像信号を画像処理部40に出力する(ステップ108)。
その後、ステップ110において、画像処理部40は撮像素子35bの画素毎に信号強度を求め、信号強度のショット毎の平均値(以下、ショット平均値と称する)を求めて、これらの信号強度及びショット平均値は、その信号強度を求めたときに設定されていた装置条件ε(n−m)及びその信号強度を求めた条件振りウェハ10aのショットで設定されていた露光条件(フォーカス位置及び露光量)に対応させて検査部60及び記憶部85に出力される。
Then, under this apparatus condition, the illumination light ILI is irradiated onto the surface of the
Thereafter, in
その後、ステップ112に移行して、照明光ILIの入射角θ1を全部の角度に設定したかどうかを判定し、すなわち、入射角θ1を全部の角度αm(m=1〜6)に設定したかどうかを判定し、全部の角度に設定していない場合には、照明系20及びステージ5を駆動して、入射角θ1をα2に設定し、回折角θ2を対応する角度に設定し(ステップ114)、ステップ108に戻る。そして、ウェハ面の画像の画素毎の信号強度の算出及びショット平均値の算出等(ステップ108,110)を実行する。
Thereafter, the process proceeds to step 112 to determine whether or not the incident angle θ1 of the illumination light ILI is set to all angles, that is, whether the incident angle θ1 is set to all angles αm (m = 1 to 6). If not all angles are set, the
その後、入射角θ1を全部の角度αm(m=1〜6)に設定した場合には、ステップ112からステップ116に移行して、照明光ILIの波長λを全部の波長に設定したかどうかを判定し、全部の波長に設定していない場合には、照明ユニット21で波長λをλ2に変更し(ステップ118)、ステップ106に戻る。そして、ウェハ面の画像の画素毎の信号強度の算出及びショット平均値の算出等(ステップ106〜110)を実行する。その後、波長λを全部の波長λn(n=1〜3)に設定した場合には、動作はステップ116からステップ120に移行する。
Thereafter, when the incident angles θ1 are set to all the angles αm (m = 1 to 6), the process proceeds from
ステップ120において、検査部60では、上記の全部の装置条件で条件振りウェハ10aの各ショットに関して計測した信号強度の情報を用いて、その全部の装置条件で計測した信号強度に関して、フォーカス値の変化に対する計測値の変化の割合である感度(以下、フォーカス感度とも称する)及び露光量の変化に対する計測値の変化の割合である感度(以下、ドーズ感度とも称する)を求める。
In
そして、検査部60では、次のステップ120において、上記の全部の装置条件ε(n−m)の中で、信号強度に関して、フォーカス感度が高く、ドーズ感度がフォーカス感度よりも低い複数組の条件を、第1群の装置条件(又は第1群の評価条件)Aとして決定する。その第1群の装置条件A中の一つの装置条件は、一例として、照明光の波長がλ1、照明光のウェハ面に対する入射角θ1が45°である。
なお、その第1群の装置条件中の複数組の条件は、それぞれ例えば撮像した画像から得られる信号強度のフォーカス位置の変化に対する変化の特性が、ある対称性を持つような複数の装置条件を含む。以下では、その複数組の条件が、それぞれ撮像した画像から得られる信号強度のフォーカス位置の変化に対する変化の特性が、あるフォーカス位置(例えばベストフォーカス位置)に関してほぼ対称になるような2つの装置条件を含むものとする。なお、その複数組の条件は、それぞれ3つ以上の装置条件を含んでもよく、複数組の装置条件はそれぞれ1つの装置条件でもよい。
In the
The plurality of sets of conditions in the first group of device conditions are, for example, a plurality of device conditions in which the characteristic of change with respect to the change in the focus position of the signal intensity obtained from the captured image has a certain symmetry. Including. In the following, the two sets of apparatus conditions are such that the characteristics of the change of the signal intensity obtained from the captured images with respect to the change of the focus position are substantially symmetric with respect to a certain focus position (for example, the best focus position). Shall be included. The plurality of sets of conditions may each include three or more device conditions, and each of the plurality of sets of device conditions may be one device condition.
この第1群の1組(ここでは2つ)の装置条件では、画素毎の信号強度SIが、条件振りウェハ10aのフォーカス値FV(nm)に関して、図6(a)の凸の実線の曲線F41及び凸の点線の曲線F42に沿うドット列のように変化する。例えば、その2つの装置条件中の第1の装置条件では、実線の曲線F41に沿ったドット列が得られ、第2の装置条件では、点線の曲線F42に沿ったドット列が得られる。以下では、それらのドット列を例えば横軸のフォーカス値FV(又は露光量)に関する2次曲線又はより高次の曲線で近似した実線の曲線F41又は点線の曲線F42を特性曲線(以下、テンプレートと称する)F41,F42という。なお、以下ではテンプレートF41,F42等は、ピーク値が100となるように規格化している。さらに、説明の便宜上、図6(a)の2つのテンプレートF41,F42は、ベストフォーカス位置(FV=0)に関してほぼ対称であるとしている。テンプレートF41,F42は、それぞれフォーカス値FVに関してピークが+20nm及び−20nmの位置にあり、ピーク間隔が40nmである。実際には、2つのテンプレートF41,F42は、ベストフォーカス位置以外のあるフォーカス位置に関してほぼ対称でもよく、どのフォーカス位置に関してもほぼ対称でなくともよい。
Under one set of device conditions (here, two) in the first group, the signal intensity SI for each pixel has a convex solid curve in FIG. 6A with respect to the focus value FV (nm) of the conditionally adjusted
この例では、テンプレートF41,F42の差分を取ると図6(b)の曲線(以下、計算用テンプレートと称する)F43が得られる。計算用テンプレートF43は、横軸のフォーカス値FVに関して単調に縦軸の信号強度の差分ΔF4が変化する。このため、ウェハ面のある計測点で得られる信号強度SI41,SI42の差分(ΔF41とする)を計算用テンプレートF43に当てはめる、言い替えると計算用テンプレートF43を含むテンプレート情報の入力値とすることで、その計測点のフォーカス値FVはFV1として一意的に計算することができる。以下、テンプレート情報の入力値にある値を入力して、そのテンプレート情報から計算される値を計算値又は推定値ともいう。なお、計算用テンプレートの作成方法は任意であり、例えば2つのフォーカス値に関して凸状及び凹状の2つのピーク位置がずれたテンプレートがある場合、その2つのテンプレートの和から計算用テンプレートを求めることもできる。以下では、テンプレートF41,F42及び計算用テンプレートF43をまとめて1つのテンプレート情報とも称する。 In this example, when the difference between the templates F41 and F42 is taken, a curve (hereinafter referred to as a calculation template) F43 of FIG. 6B is obtained. In the calculation template F43, the signal strength difference ΔF4 on the vertical axis changes monotonously with respect to the focus value FV on the horizontal axis. For this reason, by applying the difference between the signal intensities SI41 and SI42 (ΔF41) obtained at a certain measurement point on the wafer surface to the calculation template F43, in other words, as an input value of the template information including the calculation template F43, The focus value FV of the measurement point can be uniquely calculated as FV1. Hereinafter, a value calculated from the template information by inputting a value in the input value of the template information is also referred to as a calculated value or an estimated value. Note that the method for creating the calculation template is arbitrary. For example, when there is a template in which two peak positions, convex and concave, are shifted with respect to two focus values, the calculation template may be obtained from the sum of the two templates. it can. Hereinafter, the templates F41 and F42 and the calculation template F43 are collectively referred to as one template information.
図6(a)の1組のテンプレートF41,F42は図8(d)の2つのテンプレートと同じである。実際には、図6(a)の1組のテンプレートF41,F42のように、あるフォーカス位置に関してほぼ対称な1組のテンプレート(又はこれに対応する1組の装置条件)は、図8(a)のテンプレートF11,F12、図8(b)のテンプレートF21,F22、図8(c)のテンプレートF31,F32、及び図8(e)のテンプレートF51,F52のように複数組得られることがある。図8(a)、(b)、(c)、(d)、及び(e)の2つのテンプレートはピーク位置の間隔Dが、それぞれ10nm、20nm、30nm、40nm、及び50nmである。 A set of templates F41 and F42 in FIG. 6A is the same as the two templates in FIG. Actually, like a set of templates F41 and F42 in FIG. 6A, a set of templates (or a set of apparatus conditions corresponding thereto) that are substantially symmetrical with respect to a certain focus position is shown in FIG. ) Templates F11 and F12, templates F21 and F22 in FIG. 8B, templates F31 and F32 in FIG. 8C, and templates F51 and F52 in FIG. . In the two templates of FIGS. 8A, 8B, 8C, 8D, and 8E, the peak position intervals D are 10 nm, 20 nm, 30 nm, 40 nm, and 50 nm, respectively.
同様に、次のステップ122において、検査部60では、上記の全部の装置条件ε(n−m)の中で、信号強度に関して、ドーズ感度が高く、フォーカス感度がドーズ感度よりも低い複数組の条件を、第2群の装置条件(又は第2群の評価条件)Bとして決定する。その第2群の装置条件B中のひとつの装置条件は、一例として、照明光の波長がλ2、照明光のウェハ面に対する入射角θ1が60°である。
なお、その第2群の装置条件中の複数組の条件は、それぞれ例えば撮像した画像から得られる信号強度の露光量の変化に対する変化の特性が、ある対称性を持つような複数の装置条件を含む。以下では、その複数組の条件が、それぞれ撮像した画像から得られる信号強度の露光量の変化に対する変化の特性が、ある露光量(例えばベストドーズ)に関してほぼ対称になるような2つの装置条件を含むものとする。なお、その複数組の条件は、それぞれ3つ以上の装置条件を含んでもよく、複数組の装置条件はそれぞれ1つの装置条件でもよい。
Similarly, in the
It should be noted that the plurality of sets of conditions in the second group of device conditions include, for example, a plurality of device conditions in which the characteristic of change with respect to a change in exposure amount of signal intensity obtained from a captured image has a certain symmetry. Including. In the following, the two sets of conditions are such that the characteristics of the change of the signal intensity obtained from each captured image with respect to changes in the exposure amount are substantially symmetrical with respect to a certain exposure amount (for example, best dose). Shall be included. The plurality of sets of conditions may each include three or more device conditions, and each of the plurality of sets of device conditions may be one device condition.
この第2群の1組の装置条件では、画素毎の信号強度SIが、条件振りウェハ10aの露光量DVに関して、図6(c)の凸の実線の曲線D11及び凸の点線の曲線D12に沿うドット列のように変化する。以下では、それらのドット列を例えば横軸の露光量DV(相対値)に関する2次曲線又はより高次の曲線で近似した実線の曲線D11又は点線の曲線D12を特性曲線(以下、テンプレートという)D11,D12と称する。2つのテンプレートD11,D12は、ベースドーズに関してほぼ対称である。さらに、テンプレートD11,D12は、それぞれ露光量DVに関してピークが+4及び−4の位置にある。 Under this second set of apparatus conditions, the signal intensity SI for each pixel is changed to a convex solid curve D11 and a convex dotted curve D12 in FIG. It changes like a line of dots. In the following, a solid curve D11 or a dotted curve D12 obtained by approximating these dot rows with, for example, a quadratic curve or higher-order curve related to the exposure amount DV (relative value) on the horizontal axis will be a characteristic curve (hereinafter referred to as a template). These are referred to as D11 and D12. The two templates D11 and D12 are substantially symmetric with respect to the base dose. Further, the templates D11 and D12 have peaks at positions of +4 and −4 with respect to the exposure amount DV, respectively.
この例では、テンプレートD11,D12の差分を取ると曲線(以下、計算用テンプレートと称する)D13が得られる。計算用テンプレートD13は、横軸のフォーカス値FVに関して単調に縦軸の信号強度の差分ΔD1が変化する。このため、ウェハ面のある計測点で得られるテンプレートD11,D12に関する信号強度SI11,SI12の差分(ΔD11とする)を計算用テンプレートD13に当てはめることで、その計測点の露光量DVはDV1として一意的に求めることができる。図6(c)の1組のテンプレートD11,D12と同様に変化し、かつ例えばピーク位置の間隔が異なる他の複数組の装置条件及びテンプレート(不図示)も得られる。 In this example, when the difference between the templates D11 and D12 is taken, a curve (hereinafter referred to as a calculation template) D13 is obtained. In the calculation template D13, the signal strength difference ΔD1 on the vertical axis changes monotonously with respect to the focus value FV on the horizontal axis. Therefore, by applying the difference (denoted as ΔD11) between the signal intensities SI11 and SI12 relating to the templates D11 and D12 obtained at a measurement point on the wafer surface to the calculation template D13, the exposure dose DV at that measurement point is unique as DV1. Can be obtained. Other plural sets of apparatus conditions and templates (not shown) that change in the same manner as the one set of templates D11 and D12 in FIG. 6C and have different peak position intervals, for example, are also obtained.
次にステップ124では、検査部60は、ステップ120で求めた複数組の装置条件及びテンプレートから、例えばテンプレートの入力値に対してノイズ等が混入した場合のテンプレートによる計算値の安定性の評価(実測値に対する偏差の大きさと所定の許容値との比較を含む)を行い、その評価結果から、その計算値の安定性が最も高く、かつフォーカス感度の高い1組(ここでは2つ)の装置条件及びテンプレートを選択する(詳細後述)。このときに選択した1組の装置条件をフォーカス位置評価用の第1組の装置条件とする。第1組の装置条件には、例えば図6(a)のテンプレートF41を求める際に設定した第1の装置条件と、テンプレートF42を求める際に設定した第2の装置条件とがある。そして、選択した装置条件及びテンプレートを、実際の露光条件の評価に使用するフォーカス感度の高い第1組の装置条件及びテンプレートとして記憶部85に記憶させる。
また、次のステップ126では、検査部60は、ステップ122で求めた複数組の装置条件及びテンプレートから、ステップ124と同様に、例えばテンプレートの入力値に対してノイズ等が混入した場合のテンプレートによる計算値の安定性の評価を行い、その評価結果から、その計算値の安定性が最も高く、かつ露光感度の高い1組(ここでは2つ)の装置条件及びテンプレートを選択する(詳細後述)。このときに選択した1組の装置条件を露光量評価用の第2組の装置条件とする。第2組の装置条件には、例えば図6(c)のテンプレートD11を求める際に設定した第1の装置条件と、テンプレートD12を求める際に設定した第2の装置条件とがある。そして、選択した装置条件及びテンプレートを、実際の露光条件の評価に使用する露光量感度の高い第2組の装置条件及びテンプレートとして記憶部85に記憶させる。
Next, in
In the
以上の動作によって、ウェハの露光条件を評価する場合に使用する装置条件及び対応するテンプレートを求める条件出しが終了したことになる。
次に、実際のデバイス製造工程においてコータ・デベロッパ200によるレジストの塗布、露光装置100による露光、及びコータ・デベロッパ200による現像によって繰り返しパターンが形成されたウェハに対して、評価装置1によって上記の条件出しで求められた2組の装置条件及びテンプレートを用いてウェハ面からの回折光の信号強度を計測することによって、露光装置100の露光条件中のフォーカス位置及び露光量を以下のように評価する。まず、図5(a)と同じショット配列を持ち、レジストを塗布した実際の製品(デバイス)となるウェハ10を図1(a)のコータ・デベロッパ200に搬送してレジストを塗布し、そのウェハ10を露光装置100に搬送し、露光装置100によって、ウェハ10の各ショットSAn(n=1〜N)に実際の製品(デバイス)用のマスク(不図示)のパターンを露光し、露光後のウェハ10をコータ・デベロッパ200に搬送してウェハ10を現像する。この際の露光装置100に設定される露光条件は、全部のショットにおいて最適値(ベストフォーカス位置及びベストドーズ)であり、露光量に関してはそのマスクに応じて定められているベストドーズの和である。
With the above operation, the apparatus condition used for evaluating the wafer exposure condition and the condition determination for obtaining the corresponding template are completed.
Next, in the actual device manufacturing process, the above conditions are applied by the
しかしながら、実際には露光装置100では、例えば、走査露光時のスリット状の照明領域内の例えば非走査方向における僅かな照度むら及びステージの振動(外乱による振動を含む)等の影響によって、ウェハ10のショットSAn毎(ショットSAn毎の繰り返しパターン毎)にフォーカス位置及び露光量のばらつき等が生じることがあり、意図しない露光量の変化(ベストドーズ量からの変化)や意図しないフォーカス位置の変化(ベストフォーカス値からの変化)が起こる可能性があるため、そのフォーカス位置及び露光量の評価を個別に行う。
However, in actuality, in the
そして、図4のステップ150において、レジストの塗布、露光、及び現像後のウェハ10は、不図示のアライメント機構を介して図1(a)の評価装置1のステージ5上にロードされる。そして、制御部80は記憶部85のレシピ情報から上記の条件出しで決定された第1組、第2組の装置条件を読み出す。そして、装置条件をまず、フォーカス感度が高くドーズ感度の低い第1組の第1の装置条件に設定する(ステップ152)。そして、照明光ILIをウェハ面に照射し、撮像装置35がウェハ面の回折光によって得られる画像を撮像し、その画像の画像信号を画像処理部40に出力する(ステップ108A)。
In
その後、ステップ110Aにおいて、画像処理部40は、撮像装置35の画素毎に信号強度を求め、求めた情報を検査部60及び記憶部85に出力する。検査部60では、一例として、信号強度のショット平均値を求めて記憶部85に出力する。そして、全部の装置条件で検査したかどうかを判定し(ステップ154)、全部の検査用の装置条件に設定していない場合には、ステップ156で第2の装置条件に設定してからステップ108Aに移行する。そして、第2の装置条件、及び第2組の2つの装置条件での信号強度の取得が終了した後、動作はステップ158に移行する。
Thereafter, in
ステップ158において、検査部60は、第1組の第1の装置条件で求めたウェハ10のショット毎の信号強度SIi1(iは順序を示す整数)、及び第1組の第2の装置条件で求めたウェハ10のショット毎の信号強度SIi2の差分ΔF4を、図6(b)の計算用テンプレートF43の入力値としてフォーカス値(例えばFV1)を求める。
そして、検査部60は、ウェハ10のショット毎のフォーカス値FVの情報を制御部80に出力する。制御部80は、そのショット毎のフォーカス値FVを記憶部85に記憶させるとともに表示装置(不図示)に表示する。なお、検査部60は、ウェハ10のショット毎のフォーカス値FVのベストフォーカス位置からの差分(誤差)の分布(誤差分布)を求め、これを制御部80に出力してもよい。この誤差分布には、各ショットのフォーカス値FVが予め定められた良品範囲内か否かの情報も含まれていてもよい。また、制御部80は、フォーカス値FVを表示装置に表示させなくてもよい。
In
Then, the
ステップ160において、検査部60は、第2組の第1の装置条件で求めたウェハ10のショット毎の信号強度SIj1(jは順序を示す整数)、及び第2組の第2の装置条件で求めたウェハ10のショット毎の信号強度SIj2の差分ΔD1を、図6(c)の計算用テンプレートD13の入力値として露光量DV(例えばDV1)を求める。
そして、検査部60は、求めたショット毎の露光量DVの情報を制御部80に出力する。制御部80は、そのショット毎の露光量DVを記憶部85に記憶させるとともに表示装置(不図示)に表示する。なお、検査部60は、ショット毎の露光量DVのベストドーズからの差分(誤差)の分布(誤差分布)を求め、これを制御部80に出力してもよい。この誤差分布には、各ショットの露光量DVが予め定められた良品範囲内か否かの情報も含まれていてもよい。また、制御部80は、露光量DVを表示装置に表示させなくてもよい。
In
Then, the
その後、評価装置1の制御部80の制御のもとで、信号出力部90からホストコンピュータ600を介して露光装置100の制御部(不図示)に、ウェハ10のショット毎のフォーカス位置の分布及び露光量の分布の情報が提供される(ステップ162)。これに応じて露光装置100の制御部(不図示)では、例えばショット毎のフォーカス位置の分布のベストフォーカス位置からの差分(誤差)の分布(デフォーカス量の分布)を求め、ショット毎の露光量の分布のベストドーズからの差分(誤差)の分布(露光量むら)を求め、そのデフォーカス量の分布及び/又は露光量むらがそれぞれ所定の許容範囲を超えている場合に、フォーカス位置及び/又は露光量を補正するために、例えばウェハ面の高さのオフセット、及びウェハ面内各位置でのフォーカス目標値の調整、並びに/又は走査露光時の照明領域の走査方向の幅の分布の調整等の補正を行う。これによって、その後の露光時に、デフォーカス量及び露光量の誤差が低減される。その後、ステップ164で露光装置100において、補正された露光条件のもとでウェハが露光される。
Thereafter, under the control of the
この実施形態によれば、実際に製品となるデバイス用のパターンが形成されたウェハ10を用いて2組の装置条件のもとで信号強度を検出し、2組の装置条件毎に予め図4の条件出し工程で求めてある計算用テンプレートF43,D13の入力値として、その検出された信号強度を用いることによって、そのパターンの形成時に使用された露光装置100の露光条件中のフォーカス位置及び露光量を効率的に、かつ高精度に求める(評価する)ことができる。この評価結果に基づいて、露光装置100における露光条件を補正することによって、その後のウェハに対する露光条件をより適正範囲に近づけることができ、デバイスを高精度に、高い歩留まりで製造できる。
According to this embodiment, signal intensity is detected under two sets of apparatus conditions using the
本実施形態において、ウェハ10の各ショットSAnのフォーカス位置の評価を行う場合に、各ショットSAnの全面を計測領域とするか、又は図5(c)に示すように、ショットSAn内の回路パターンがある部分等を一律に計測領域16とするよりも、ショット領域SAn内の例えばフォーカス位置の変化に対して回折光の信号強度の変化の大きい(フォーカス感度の高い)狭い領域を計測領域とした方が計測時間を短縮できる。そこで、そのようにフォーカス感度の高い計測領域を効率的に決定できる方法の一例につき説明する。この方法では、図7(a)に示す露光量をベストドーズとして、フォーカス位置がX方向に次第に変化するように各ショットSAnへの露光を行い、現像を行ったウェハ10bと、図7(b)に示す、ベストドーズ及びベストフォーカス位置で全部のショットSAnへの露光を行い、現像を行った通常のウェハ10とを用意する。ウェハ10bはいわゆるFMウェハ(Focus Matrixウェハ)である。
In this embodiment, when the focus position of each shot SAn on the
そして、本実施形態の評価装置1において、回折光の信号強度が大きくなる装置条件で順次、ウェハ10b及びウェハ10の全面の像を撮像し、ウェハ10b,10の中央のX方向に配列された領域10m内のショットSAm1〜SAm2において、画素毎に信号強度の差分ΔSIを求める。これによって、フォーカス変動による信号強度成分のみを抽出できる。そして、仮想的に図7(c)に示すように、領域10m内の全ショットSAm1〜SAm2をフォーカス方向(Z方向)に並べ、全ショットSAm1〜SAm2内で同じ位置にある画素16aに関して、上述の差分ΔSIの標準偏差ΔFVσを求める。画素16aの中で標準偏差ΔFVσが大きい画素はフォーカス位置の変化に対して輝度変化が大きい画素(計測対象として好ましい画素)であり、単に信号強度が大きいがフォーカス位置の変化に対して輝度変化が小さい画素は計測対象としては好ましくない。図7(d)にそのように計算したショットSAn内の画素毎の標準偏差ΔFVσの分布を輝度(濃度)の分布で表した例を示す。
Then, in the
その標準偏差ΔFVσを示す輝度の分布から計測領域を自動的に選択するためには、一例として、図7(e)のショット内の部分領域SAnaで示すように、その輝度の分布から例えばラプラシアンフィルタを用いてエッジ部を検出する。さらに、検出したエッジ部のうちで、輝度が例えば最大値に対して70%以上(又は他の任意の割合以上)の領域を計測領域のエッジ部として切り出して表示装置(不図示)に表示する。さらに、例えば図7(f)に示すように、その計測領域のエッジ部で囲まれた領域を含む計測領域B11,B12,B13とすることで、フォーカス感度の高い計測領域を自動的に効率的に選択又は設定できる。
なお、ベストフォーカス位置及びベストドーズで露光したウェハ10が準備できなかった場合でも、ウェハ10b(FMウェハ)のみの画像の検出結果から、ショットSAm1〜SAm2の画素毎の信号強度の標準偏差ΔFMσを求め、図7(d)と同様の標準偏差ΔFMσの分布を求めてもよい。この分布を用いてもフォーカス位置の変化に対して信号の輝度の変化の大きい計測領域を自動的に設定できる。
また、ドーズ感度の高い計測領域を設定するためには、FMウェハの代わりに、露光量のみを次第に変化させて露光したウェハ(Dose Matrixウェハ:DMウェハ)、又は条件振りウェハ10aを使用して、上述の設定方向を使用すればよい。
In order to automatically select the measurement area from the luminance distribution indicating the standard deviation ΔFVσ, as an example, as shown by the partial area SAna in the shot of FIG. The edge portion is detected using. Further, among the detected edge portions, an area having a luminance of 70% or more (or other arbitrary ratio or more) with respect to the maximum value is cut out as an edge portion of the measurement area and displayed on a display device (not shown). . Further, for example, as shown in FIG. 7 (f), the measurement areas B11, B12, and B13 including the area surrounded by the edge portion of the measurement area are automatically and efficiently measured areas with high focus sensitivity. Can be selected or set.
Even when the
Further, in order to set a measurement region with high dose sensitivity, instead of using an FM wafer, a wafer (Dose Matrix wafer: DM wafer) exposed by gradually changing only the exposure amount or a conditionally adjusted
次に、本実施形態において、演算部50の検査部60が、複数組のテンプレートから実際のウェハの露光条件を評価するために使用するテンプレートを評価して選択する方法につき図9(d)のフローチャートを参照して説明する。なお、一例として、テンプレートを選択する際には、そのテンプレートを作成したときの装置条件も選択され、選択されたテンプレートから計算用テンプレートが求められる、すなわちテンプレート情報が選択されるが、以下では単にテンプレートを選択するという。以下では、評価対象の露光条件はフォーカス位置として、図8(a)〜(e)に示すピーク位置の間隔Dが10nm〜50nmの5組のテンプレートF11,F12〜F51,F52から使用するテンプレートを選択する場合につき説明する。また、信号強度SIのうちで、ピークが+方向にある(図8(a)〜(e)中の右側のピークを有する)テンプレートF11〜F51を求めたときの信号強度を信号強度F1、ピークが−方向にある(図8(a)〜(e)中の左側のピークを有する)テンプレートF12〜F52を求めたときの信号強度を信号強度F2とも称する。
Next, in the present embodiment, a method in which the
まず、一例として、検査部60は、図9(d)のステップ190において、図9(a)の横軸を信号強度F1、縦軸を信号強度F2とする信号強度空間又はF1−F2平面において、図8(a)の1組のテンプレートF11,F12の各点をプロットして、軌跡(以下、信号強度F1と信号強度F2との相関を示す相関曲線と称する)F14を仮想的に作成する。相関曲線F14は、図8(a)において、フォーカス値FVが−40nm〜+40nmの範囲を例えば15個に分割し、分割して得られた各フォーカス値に対応する2つのテンプレートF11,F12の信号強度F1,F2を順次プロットし、プロットして得られるドット列を曲線で近似したものである。相関曲線F14の+方向及び−方向の端点F14a,F14bがそれぞれ+40nm及び−40nmのフォーカス値に対応し、相関曲線F14の中央でのフォーカス値は0nmである。同様に、図8(b)〜(e)のテンプレートF21,F22〜F51,F52の相関曲線F24,F34,F44,F54は図9(a)に示すようになる。
First, as an example, in
本実施形態において、使用するテンプレートを選択する基準は、一例としてウェハから検出される信号強度に外乱光による画像信号の変動等の変化量が加わった場合の、テンプレートを用いて計算されるフォーカス値の計算値の目標値(例えば条件振りウェハ10aを露光したときのフォーカス位置)からの変化量が小さいこと、すなわち信号強度の変化に対する計算値(評価結果)の変化量が小さいこと、言い替えると画像信号の変動等の変化量に対しいわゆるロバスト性が良いことである。このことから、検査部60はステップ192において、図9(a)の相関曲線F14〜F54に関して、それぞれ図9(b)に示すように、各相関曲線のフォーカス値が0の位置から各フォーカス値FVまでの軌跡の累積距離にフォーカス値FVの符号を掛けて得られる値を示す曲線である、累積距離曲線F15,F25,F35,F45,F55を求める。相関曲線F14、F24,F34,F44,F54の累積距離曲線がそれぞれ累積距離曲線F15,F25,F35,F45,F55である。さらに、検査部60はステップ194において、各フォーカス値FVにおいて、累積距離曲線F15〜F55の値(累積距離)をフォーカス値FVで割ることで、図9(c)に示すように、軌跡の累積距離のフォーカス位置に対する変化感度(フォーカス位置の単位量の変化に対する累積距離曲線F15〜F55上の累積距離の変化量)を示す感度曲線F16,F26,F36,F46,F56をフォーカス値FV(nm)の関数として得る。変化感度が大きい場合には、フォーカス位置の単位量の変化に対する相関曲線F14〜F54上での信号強度F1,F2の変化量が大きいため、信号強度の変動に対する安定性が高いことを意味する。なお、図9(c)では+方向のフォーカス値に関する感度曲線のみを図示しているが、−方向のフォーカス値に関しても同様の感度曲線が得られる。
In this embodiment, the reference for selecting a template to be used is, for example, a focus value calculated using a template when a change amount such as fluctuation of an image signal due to disturbance light is added to the signal intensity detected from the wafer. The amount of change from the target value of the calculated value (for example, the focus position when the conditionally adjusted
さらに、検査部60は、ステップ196において、図9(c)において、一例として変化感度の許容値を点線で示す0.5として、感度曲線F16,F26,F36,F46,F56に対応するテンプレートの評価を行う。この例では、感度曲線F26,F16(図8(d)、(e)のテンプレートを使用して求めた信号強度を用いて作成した感度曲線)は変化感度が許容範囲よりも小さい領域があるため、感度曲線F26,F16は変化感度が大きいと評価する。さらに、一例として、検査部60は、感度曲線F26,F16に対応する図8(d)、(e)のテンプレートを使用するのは好ましくないと評価してもよい。この場合、図8(a)〜(e)のテンプレートの中で使用可能なテンプレートは、図8(c)〜(e)のピーク位置の間隔Dが広い3組のテンプレートF31,F32〜F51,F52となる。
Further, in
次に、本実施形態のテンプレートの選択方法の一例につき図10(a)、(b)のフローチャートを参照して説明する。まず、基本的な方法につき図10(a)のフローチャートを参照して説明する。図10(a)のステップ140において、評価対象のテンプレートの入力値に所定の固定値(詳細後述)を付加した値を入力し、ステップ142において、そのテンプレートを用いてフォーカス値を計算する。次のステップ144において、計算されたフォーカス値からテンプレートを評価する。
次に、詳細な方法につき図10(b)のフローチャートを参照して説明する。まず、図10(b)のステップ170において、図3(b)のステップ102〜120の動作の実行によって、複数組、ここでは図8(a)〜(e)の5組のテンプレートが得られる。次のステップ172において、評価装置1の検査部60では、例えば−35nm〜+35nmのフォーカス値の範囲を例えば10nmの幅の7個の領域に区分する。そして、5組のテンプレートFi1,Fi2(i=1〜5)に関して、7個の領域でそれぞれ例えば1nmのステップ幅で各フォーカス値に対応する信号強度F1,F2の値(以下、テンプレート値という)F1i,F2iを求める。例えば図6(a)のテンプレートF41に関して、フォーカス値がFV1a,FV1bのときのテンプレート値はSI1a,SI1bとなる。
Next, an example of a template selection method according to the present embodiment will be described with reference to the flowcharts of FIGS. First, the basic method will be described with reference to the flowchart of FIG. In
Next, a detailed method will be described with reference to the flowchart of FIG. First, in
そして、ステップ172において、求められたテンプレート値(F1i,F2i)をそれぞれ対応する計算用テンプレートF43等の入力値として、フォーカス値FV1iを計算する。さらに、ステップ174において、テンプレート値のF1iのみに所定の固定値としての2を加算したテンプレート値(F1i+2,F2i)をそれぞれ対応する計算用テンプレートF43等の入力値として、フォーカス値FV2iを計算する。その固定値とは、ウェハ10aを製造する際のプロセス又はウェハ10a上の計測位置等に関係なく、例えば画像信号に関して外乱光等によって想定される変動量等に基づいて定められる値である。例えば図6(b)の計算用テンプレートF43に関して、テンプレート値(F1i,F2i)の差分がΔF41、テンプレート値(F1i+2,F2i)の差分がΔF42とすると、差分ΔF41,ΔF42に対応するフォーカス値はFV1,FV2となり、FV1はほぼ目標値に近いとすると、FV2の目標値からの偏差はほぼδ1となる。同様に、テンプレート値のF1iのみから所定の固定値としての2を減算したテンプレート値(F1i−2,F2i)をそれぞれ対応する計算用テンプレートF43等の入力値として、フォーカス値FV3iを計算する。同様に、テンプレート値(F1i2,F2i+2)、及び(F1i2,F2i−2)を順次それぞれ対応する計算用テンプレートF43等の入力値として、フォーカス値FV4i,FV5iを計算する。
In
次のステップ178において、検査部60は、フォーカス値の7個の領域毎に、上述の5つのフォーカス値の計算結果FV1i〜FV5iの目標値(例えば図6(a)の横軸の値)からの差分の標準偏差の3倍であるFVσを計算する。さらに、ステップ180において、検査部60は、全部の組のテンプレートの評価を行う。本実施形態では、テンプレートの評価とは、テンプレートの入力値にある値(例えば入力値に固定値を加えた値)を入力して得られる計算値と、目標値である条件振りウェハで設定した露光条件の値(フォーカス位置等)との偏差の程度(ここではFVσ)を所定の許容値と比較することを意味する。そして、その評価の結果、フォーカス位置の全部の領域で計算値FVσが許容値以下となる組のテンプレート、すなわち、画像信号の変動等の混入に対する計算値の安定性の良好な組のテンプレートを使用するテンプレートとして選択する。
In the
ここで、図11(a)〜(e)の信号強度空間中の相関曲線F18,F28,F38,F48,F58は図8(a)〜図8(e)のテンプレートF11,F12〜F51、F52に対応する相関曲線である。図11(a)〜(e)において、横軸及び縦軸はそれぞれ+側及び−側にピークがあるテンプレートに関する信号強度F1,F2(値が40〜120の範囲)であり、図11(a)の等高線D1,E1等は、−40nm〜+40nmまでのフォーカス位置の変化をほぼ4.5nmの間隔で表している。他の図11(b)〜(e)にも同様の等高線が図示されている。このため、相関曲線F18,F28,F38,F48,F58の端点C1,C2,C3,C4,C5のフォーカス値は−40nm、端点A1,A2,A3,A4,A5のフォーカス値は+40nmであり、中央の点B1,B2,B3,B4,B5のフォーカス値は0nmである。なお、計算用テンプレートF43等を使用する代わりに、図11(a)〜(e)の信号強度空間中の信号強度(F1,F2)の位置から、等高線を用いてフォーカス値を計算又は推定することもできる。また、端点A1,A5等と端点C1,C5等との中間を通り、中央のテンプレートB5,B1等を通過する境界線F1,F5等は、計測されるフォーカス値が80nm〜10nm程度変化する線、すなわちテンプレートを用いて計算される計算値にいわゆるトビ(大きい変化)が生じる線である。 Here, the correlation curves F18, F28, F38, F48, and F58 in the signal intensity space of FIGS. 11A to 11E are the templates F11, F12 to F51, and F52 of FIGS. 8A to 8E, respectively. Is a correlation curve corresponding to. 11A to 11E, the horizontal axis and the vertical axis represent signal intensities F1 and F2 (values in the range of 40 to 120) relating to templates having peaks on the + side and the − side, respectively. ) Contour lines D1, E1, etc. represent changes in focus position from −40 nm to +40 nm at intervals of approximately 4.5 nm. Similar contour lines are shown in the other FIGS. 11 (b) to 11 (e). Therefore, the focus values of the end points C1, C2, C3, C4, and C5 of the correlation curves F18, F28, F38, F48, and F58 are −40 nm, and the focus values of the end points A1, A2, A3, A4, and A5 are +40 nm. The focus values of the central points B1, B2, B3, B4, and B5 are 0 nm. Instead of using the calculation template F43 or the like, the focus value is calculated or estimated using the contour lines from the position of the signal intensity (F1, F2) in the signal intensity space of FIGS. You can also The boundary lines F1, F5, etc. passing through the middle between the end points A1, A5, etc. and the end points C1, C5, etc. and passing through the central templates B5, B1, etc. are lines where the measured focus value changes by about 80 nm to 10 nm. In other words, this is a line in which a so-called jump (large change) occurs in a calculated value calculated using a template.
図11(a)の相関曲線F18は、図8(a)のピーク位置の間隔Dが最も狭い10nmのテンプレートF11,F12の相関を表しており、端点A1,C1の位置が最も近くなっている。このため、例えば信号強度F1,F2に矢印G1で示す変動が混入すると、計算値が大きく変化する。これに対して、図11(e)の相関曲線F58は、図8(e)のピーク位置の間隔Dが最も広い50nmのテンプレートF51,F52の相関を表しており、端点A5,C5の位置が最も遠くなっている。このため、例えば信号強度F1,F2に矢印G1で示す変動が混入しても、計算値の変化は小さいため、入力値の変動の影響が小さく、計算値の安定性が良い。また、テンプレートのロバスト性が良い。このように、図11(a)〜(e)の相関曲線F18〜F58より、ピーク位置の間隔Dが最も広いテンプレートほど変動の混入に対する計算値の安定性が高いことが定性的に分かる。 A correlation curve F18 in FIG. 11A represents the correlation between the templates F11 and F12 having the narrowest peak position D in FIG. 8A with the narrowest 10 nm, and the positions of the end points A1 and C1 are closest. . For this reason, for example, if the fluctuations indicated by the arrow G1 are mixed in the signal intensities F1 and F2, the calculated value changes greatly. On the other hand, the correlation curve F58 in FIG. 11 (e) represents the correlation between the templates F51 and F52 having the widest peak distance D in FIG. 8 (e) and the positions of the end points A5 and C5. The farthest. For this reason, for example, even if fluctuations indicated by the arrow G1 are mixed in the signal intensities F1 and F2, since the change in the calculated value is small, the influence of the fluctuation in the input value is small, and the stability of the calculated value is good. Moreover, the robustness of the template is good. As described above, from the correlation curves F18 to F58 in FIGS. 11A to 11E, it is qualitatively understood that the template having the widest peak position interval D has higher stability of the calculated value against the mixing of fluctuations.
図10(a)のステップ178で得られる標準偏差の3倍(FVσ)は、そのような計算値の安定性の定量的な指標とみなすことができる。図11(f)の棒グラフF17,F27,F37,F47,F57は、ステップ178で得られたFVσ(nm)を、フォーカス値FVの7つの領域毎に表したものである。棒グラフF17〜F57はそれぞれ図8(a)〜(e)のテンプレートF11,F12〜F51,F52を使用する場合のFVσである。図11(f)より、ピーク位置の間隔Dが狭いテンプレートを用いる場合ほど、かつフォーカス値が0nmに近いほど、FVσが大きくなり、計算値の安定性が悪いことが分かる。一例として、FVσの許容値を2.5nmとすると、全部の領域でFVσが許容値以下となっているのは、ピーク値の間隔Dが30nm、40nm及び50nmのテンプレートに対応する棒グラフF37,F47,F57のみである。このため、計算値の安定性が高く、使用可能なテンプレートとしては、図8(c)、(d)、(e)の3組のテンプレートが選択できる。また、図11(f)において、全部の領域で棒グラフF57の高さが最も低いため、使用するテンプレートとしては、図8(e)のテンプレートを選択してもよい。同様に、露光量に関する感度の高い複数組のテンプレート(及び装置条件)から、変動に対する露光量の計算値の安定性が良好なテンプレートを選択することもできる。なお、フォーカス位置の範囲の分割数は7個以外の任意の個数でよく、FVσの許容値も任意の値でよい。
Three times the standard deviation (FVσ) obtained in
上述のように、本実施形態の評価方法は、繰り返しパターン12が表面に形成されたウェハ10の表面(ウェハ面)に照明光IL1を照射し、照明光IL1の照射によりウェハ面から射出した回折光ILDを検出して得られる信号の強度を入力値とするテンプレート情報(以下、評価特性ともいう)に基づいて繰り返しパターン12の加工条件を評価する評価方法であって、その入力値に変化量として固定値を付与した変化入力値をそのテンプレート情報に入力するステップ174,176と、その変化入力値を入力したそのテンプレート情報に基づいて、その加工条件の変化量(FVσ等)を算出するステップ178と、その算出した加工条件の変化量に基づいて、そのテンプレート情報の入力値の変動等に対する計算値の安定性等を評価し、この評価結果から使用するテンプレート情報を選択するステップ180とを有するものである。
As described above, the evaluation method of the present embodiment irradiates the illumination light IL1 on the surface (wafer surface) of the
また、評価装置1は、繰り返しパターン12が表面に形成されたウェハ10の繰り返しパターン12の加工条件を評価する評価装置において、ウェハ10の表面(ウェハ面)に照明光IL1を照射する照明系20(以下、照明部ともいう)と、照明光IL1の照射によりウェハ面から射出した回折光ILDを検出する受光系30、撮像装置35及び画像処理部40(以下、まとめて検出部ともいう)と、ウェハ面からの光に基づく信号としての、画像処理部40で検出される信号の強度を入力値とするテンプレート情報(評価特性)に基づいて繰り返しパターン12の加工条件を評価する演算部50(以下、評価部ともいう)と、を備え、演算部50は、その入力値に変化量を付与した変化入力値をそのテンプレート情報に入力し、その変化入力値を入力したそのテンプレート情報に基づいて、その加工条件の変化量を算出し、その算出した加工条件の変化量(FVσ等)に基づいて、そのテンプレート情報の入力値の変動に対する計算値の安定性等を評価し、この評価結果から使用するテンプレート情報を選択するものである。
The
本実施形態によれば、例えば複数の装置条件のもとで、その回折光の検出結果を入力値として、そのパターンを形成した際の露光条件を評価する複数のテンプレート情報(評価特性)を求めたときに、その複数のテンプレート情報の入力値に所定の変化量を付与して露光条件の評価結果の変化量を計算することによって、複数のテンプレート情報による計算値の入力値の変動等に対する安定性等を定量的に評価できる。このため、その評価結果を用いて変動の混入に対する計算値の安定性の高い(ロバスト性の良好な)実際に使用可能なテンプレート情報を効率的に選択することが可能となる。そして、選択されたテンプレート等を用いて、繰り返しパターン12が形成されたウェハ10を用いて、繰り返しパターン12を形成したときの露光条件を高精度に、かつ効率的に評価できる。
According to the present embodiment, for example, a plurality of template information (evaluation characteristics) for evaluating the exposure conditions when the pattern is formed is obtained by using the detection result of the diffracted light as an input value under a plurality of apparatus conditions. By applying a predetermined amount of change to the input values of the plurality of template information and calculating the amount of change in the evaluation result of the exposure condition, it is possible to stabilize the variation of the input values of the calculated values due to the plurality of template information. Sexuality etc. can be evaluated quantitatively. For this reason, it is possible to efficiently select actually usable template information with high stability of calculation values (good robustness) with respect to mixing of fluctuations using the evaluation result. Then, using the selected template or the like, the exposure conditions when the repeated
また、本実施形態の評価装置1及び露光装置100を備える露光システム又はリソグラフィシステムDMSによれば、評価装置1から露光装置100に供給される露光条件の評価結果に応じて、露光装置100において露光条件を補正することによって、最終的に製造されるデバイスの歩留まりを向上できる。
Further, according to the exposure system or the lithography system DMS including the
なお、上述の実施形態では、以下のような変形が可能である。
まず、上述の実施形態では、入力値に変化量として固定値を付与した変化入力値をテンプレート情報(評価特性)に入力し、その変化入力値を入力したテンプレート情報に基づいて、加工条件の変化量を計算し、この変化量に基づいてそのテンプレート情報を評価している。しかしながら、入力値に変化量を付与した値をテンプレート情報に入力しなくともよく、例えば、入力値、変化量、及びテンプレート情報から、予め定められたテーブル(いわゆるルックアップテーブル等)等を用いて加工条件の変化量を求め、その変化量からテンプレート情報を評価してもよい。この場合、一例として、テンプレート情報に基づいたテーブル(すなわち、フォーカス位置と露光量の少なくとも一方と入力値に関するテーブル)と、入力値及び入力値の変化量とを用いて加工条件の変化量を求め、テンプレート情報を評価してもよい。これは以下で説明する変形例においても同様である。
また、上述の実施形態では、複数のテンプレート情報の計算値の変動の混入に対する安定性等を評価し、その評価結果からその計算値の安定性の高い、実際の露光条件で使用可能な1つ又は複数のテンプレート情報を選択しているが、テンプレート情報の選択を行うことなく、複数のテンプレート情報による計算値の安定性等を評価する(例えば計算値と実測値との偏差の程度と許容値との比較等を行う)のみでもよい。言い替えると、テンプレート情報のロバスト性等の評価を行うのみでもよい。
また、上述の実施形態において、計算用テンプレートF43等を使用することなく、テンプレートF41,F42等の入力値に変化量を付加した値を入力し、テンプレートF41,F42等を用いて加工条件の変化量を計算又は推定し、その変化量からテンプレートF41,F42等を評価してもよい。
In the above-described embodiment, the following modifications are possible.
First, in the above-described embodiment, a change input value obtained by assigning a fixed value as a change amount to the input value is input to the template information (evaluation characteristics), and the processing condition changes based on the template information input with the change input value. The amount is calculated, and the template information is evaluated based on the amount of change. However, a value obtained by adding a change amount to the input value does not need to be input to the template information. For example, a predetermined table (so-called lookup table or the like) is used from the input value, the change amount, and the template information. A change amount of the processing condition may be obtained, and the template information may be evaluated from the change amount. In this case, as an example, a change amount of the processing condition is obtained using a table based on the template information (that is, a table relating to at least one of the focus position, the exposure amount, and the input value) and the input value and the change amount of the input value. Template information may be evaluated. The same applies to the modified examples described below.
Further, in the above-described embodiment, the stability or the like against the inclusion of fluctuations in the calculated values of a plurality of template information is evaluated, and one that can be used under actual exposure conditions in which the calculated values are highly stable based on the evaluation results. Or, a plurality of template information is selected, but the stability of the calculated value based on the plurality of template information is evaluated without selecting the template information (for example, the degree of deviation between the calculated value and the actually measured value and the allowable value). Or the like). In other words, it is only necessary to evaluate the robustness of the template information.
Further, in the above-described embodiment, a value obtained by adding a change amount to the input values of the templates F41, F42, etc. is input without using the calculation template F43, etc., and the processing conditions change using the templates F41, F42, etc. The amount may be calculated or estimated, and the templates F41, F42, etc. may be evaluated from the amount of change.
また、上述の実施形態では、1組の2つの装置条件のもとで2つのテンプレートF41,F42等を求め、これらのテンプレートから計算用テンプレートF43等を求めているが、例えば1つの装置条件のもとで、露光条件(例えばフォーカス値)に関して単調に信号強度が変化する1つのテンプレート(特性)を求め、このテンプレートをそのまま計算用テンプレートとして用いて、信号強度から露光条件を計算することも可能である。さらに、3つ以上の複数の装置条件のもとで複数のテンプレートを求め、これらのテンプレートを組み合わせて信号強度から露光条件を計算することも可能である。
また、上述の実施形態では、複数のテンプレート情報から計算値の安定性の高い1つ又は複数のテンプレート情報を選択しているが、評価対象のテンプレート情報は1つでもよい。この場合、1つのテンプレート情報の計算値の安定性を評価してもよい。さらに、この評価結果からこのテンプレート情報の使用の可否を決定してもよい。
In the above-described embodiment, two templates F41, F42, etc. are obtained under a set of two device conditions, and a calculation template F43, etc. is obtained from these templates. Originally, it is possible to obtain one template (characteristic) whose signal intensity changes monotonously with respect to the exposure condition (for example, focus value), and use this template as it is as a template for calculation to calculate the exposure condition from the signal intensity. It is. It is also possible to obtain a plurality of templates under three or more apparatus conditions, and to calculate the exposure condition from the signal intensity by combining these templates.
In the above-described embodiment, one or a plurality of template information with high stability of the calculated value is selected from a plurality of template information, but the number of template information to be evaluated may be one. In this case, the stability of the calculated value of one template information may be evaluated. Further, whether or not the template information can be used may be determined from the evaluation result.
また、上述の実施形態では、ウェハ10に照射する照明光として非偏光光(ランダム偏光光)を使用しているが、その照明光として部分偏光光、又は直線偏光した光(偏光光)を使用してもよい。偏光光を使用する場合には、図1(a)の評価装置1の光学系において、偏光子及び検光子が付加され、条件出しにおいては、偏光子及び検光子の方向を最適値に設定する動作が付加され、評価工程では、偏光子及び検光子の方向が各装置条件で定められた方向に設定される。
照明光として偏光光を使用する場合、上述の実施形態の装置条件(評価条件)としては、照明光の波長、入射角、及び検出する回折光の次数の他に、ウェハ10aの表面に照射される偏光光の偏光方向とウェハ面の繰り返しパターン12の周期方向との角度(第1相対角度)、及びウェハ面に照射される偏光光の偏光方向と、ウェハ面から射出した回折光のうち検出対象の偏光成分の偏光方向との角度(第2相対角度)のうち少なくとも一つの値を含むようにしてもよい。
In the above-described embodiment, unpolarized light (randomly polarized light) is used as the illumination light irradiated on the
When polarized light is used as illumination light, the apparatus conditions (evaluation conditions) of the above-described embodiment are applied to the surface of the
また、上述の実施形態では、ウェハ面のフォーカス感度の高い計測領域を設定するために、図7(a)のウェハ10b(FMウェハ)を使用している。その代わりに、図5(a)の条件振りウェハ10a(FEMウェハ)のみの画像から計測領域を設定することも可能である。この場合、一例として、条件振りウェハ10aのベストフォーカス位置及びベストドーズで露光したショットの画像を、他のフォーカス評価範囲内でベストドーズで露光された行のショット(例えば図7(a)の中央の領域10mと同じ領域の複数のショット)の画像から差し引く。これによって、ショット内の共通の変動成分(露光用マスクの描画誤差、露光装置の走査時の同期誤差等)の影響を差し引くことができる。さらに、そのフォーカス評価範囲内の複数のショットの各画素の信号強度の標準偏差σを求める。このとき、標準偏差σが大きい画素(計測領域)はフォーカス位置の変化に対する輝度変化が大きいため、フォーカス位置の変化に対して輝度変化の小さい他の画素を含む領域と容易に区別できる。その輝度変化の大きい計測領域は、図8(a)、(b)を参照して説明した方法等で自動的に効率的に求めることができる。
また、その画素毎の標準偏差σを濃度で表した画像(標準偏差画像)を、評価対象のパターンの周期(ピッチ)順に並べて表示し、代表画像として、その標準偏差画像を加算した画像も表示してもよい。その代表画像を計測領域を設定するための表示装置の画面に表示してもよい。
In the above-described embodiment, the
In addition, an image (standard deviation image) representing the standard deviation σ for each pixel in terms of density is displayed in the order of the period (pitch) of the pattern to be evaluated, and an image obtained by adding the standard deviation image is also displayed as a representative image. May be. The representative image may be displayed on a screen of a display device for setting a measurement region.
また、上述の実施形態では、加工条件を評価するためのテンプレート(以下、計算用テンプレートを含む)の入力に変化量として固定値を付与しているが、付与する変化量は任意である。例えば、第1変形例の図10(c)のフローチャートで示すように、実際のウェハ面の像から検出された信号強度のばらつきの度合いを変化量として使用してもよい。この変形例では、図10(c)のステップ182において、図7(b)に示すように、露光装置100において、露光量及びフォーカス位置をそれぞれベストドーズ及びベストフォーカス位置に設定して、ウェハ10(通常のウェハ)の全ショットに露光して現像を行う。そして、ステップ184において、評価対象の複数組のテンプレート(図8(a)〜(e)の5組のテンプレートとする)を作成したときの各組の装置条件のもとで、評価装置1によってウェハ10の像を撮像する。この際に、一例として、ウェハ面の各ショットSAn内には図5(c)のように複数の計測領域16が設定されているものとする。計測領域16とは、例えば各ショットSAnに形成されるパターンのうちで加工工程が評価されるパターンが形成されている領域である。そして、ステップ186において、ウェハ10の全ショットのi番目(iは1以上の整数)の計測領域16の信号強度の標準偏差σiを計算して記憶する。この場合、一例として条件振りウェハ10aとしてはウェハ10よりも平面度が良好な基板が使用されていてもよい。
In the above-described embodiment, a fixed value is given as an amount of change to the input of a template for evaluating processing conditions (hereinafter, including a calculation template), but the amount of change to be given is arbitrary. For example, as shown in the flowchart of FIG. 10C of the first modification, the degree of variation in the signal intensity detected from the actual image on the wafer surface may be used as the amount of change. In this modified example, in
さらに、ステップ188において、評価対象のk番目(ここでは、k=1〜5)の計算用テンプレートF43等の入力として、条件振りウェハ10aの各ショットのi番目の計測領域16でテンプレートF41,F42等を作成する際に得られた信号強度SI(F1,F2)の値であるテンプレート値F1i,F2iに、変化量としてその標準偏差σiを付加した値を使用してフォーカス値FVkiを計算する。また、ステップ178Aにおいて、ステップ178と同様に、図11(f)のグラフのような形で、計算されたフォーカス値FVkiの条件振りウェハ10aでの設定値(目標値)からの差分の標準偏差σを求める。そして、ステップ180Aにおいて、ステップ180と同様に、標準偏差σが許容値以下となる組のテンプレートを評価のために使用するテンプレートとして選択する。この変形例によれば、通常のウェハ10から得られる信号強度のばらつきの分布を変化量としているため、実際にウェハ10の露光条件を計算又は推定する際に計算値の安定性の良いテンプレートを選択できる。
Further, in
なお、この変形例において、ステップ182において、図7(a)に示すように、フォーカス位置のみをX方向に次第に変化させて露光したウェハ10b(FMウェハ)の現像も行い、ステップ186において、通常のウェハ10から得られる信号強度とウェハ10bから得られる信号強度との差分の標準偏差σfを求め、ステップ188において、その標準偏差をテンプレートの入力に加算してフォーカス値を計算し、計算されたフォーカス値の標準偏差を求めてもよい。このようにFMウェハ10bの信号強度を使用することによって、フォーカス値に関する計算値の安定性をより高精度に評価することができる。
In this modification, as shown in FIG. 7A, the
次に、テンプレートを評価する際の入力の変化量として、下地膜の膜厚分布等のプロセス(成膜装置での膜形成やCMP(Chemical Mechanical Polishing: 化学機械的研磨)装置での研磨のムラ)に起因する変化量を用いてもよい。この変形例では、図12(a)及び(b)に示すように、評価装置1において、+側及び−側にピークがある2つのテンプレート(例えばテンプレートF11,F12)を求めたときの2つの装置条件のもとで通常のウェハ10を撮像し、そのウェハの全面の画像から検査部60はその2つの装置条件のもとで検出された信号強度F1,F2の分布(ウェハの全面の画像の光量分布)を求める。図12(a)が信号強度F1の分布、図12(b)が信号強度F2の分布である。図12(a)〜(d)において、ウェハ10内の領域の濃度がその領域で検出される信号強度F1,F2の強弱(大きさ)を表している。さらに、図12(a),(b)の分布から、ウェハ10の中心に関して回転対称な成分を図12(c)及び(d)に示すように求める。このような回転対称な成分は、例えば下地膜の回転対称な膜厚分布に起因して生じるもの、すなわちプロセス起因の変化量(膜厚分布が一定の場合に対する変化量)である。図12(c)及び(d)の信号強度F1,F2の回転対称な成分を、ウェハ10の中心から半径方向への距離(mm)の関数として表すと、図12(e)のようになる。図12(e)において、信号強度F1,F2の強度100に対する偏差をΔF1,ΔF2とする。
Next, as the amount of change in the input when evaluating the template, unevenness in polishing with a process (film formation with a film forming apparatus or chemical mechanical polishing (CMP) apparatus) such as a film thickness distribution of the base film ) May be used. In this modified example, as shown in FIGS. 12A and 12B, in the
この変形例では、図8(a)〜(e)のテンプレートの各フォーカス値に対応する信号強度であるテンプレート値(F1i,F2i)に、変化量としてその信号強度が得られた位置(半径方向の位置)における信号強度F1,F2の偏差ΔF1,ΔF2を加えてフォーカス値を計算する。なお、その変化量としては、各フォーカス位置での信号強度に対する変化量の比率が一定となるように、付加する偏差ΔF1,ΔF2の値を調整してもよい。 In this modification, the template intensity (F1i, F2i), which is the signal intensity corresponding to each focus value of the template shown in FIGS. The focus value is calculated by adding the deviations ΔF1 and ΔF2 of the signal intensities F1 and F2 at the position (1). As the amount of change, the added deviations ΔF1 and ΔF2 may be adjusted so that the ratio of the amount of change to the signal intensity at each focus position is constant.
図13(a)の曲線F110,F210,F310,F410,F510はそのようにして図8(a)〜(e)のテンプレートを用いて計算されたフォーカス値FVを示し、図13(b)の棒グラフF19,F29,F39,F49,F59は、フォーカス値の7個の領域毎に、図8(a)〜(e)のテンプレートを用いて計算されたフォーカス値FVの標準偏差の3倍(FV3σ)を示す。図13(a)及び(b)より、ピーク位置の間隔Dが小さいテンプレートを用いる場合ほど、全部の領域でFV3σが小さくなり、プロセスのばらつきによるフォーカス値の変化を小さくした状態で露光条件を高精度に、かつ効率的に評価できることが分かる。 Curves F110, F210, F310, F410, and F510 in FIG. 13 (a) show the focus value FV calculated using the templates in FIGS. 8 (a) to 8 (e) as shown in FIG. 13 (b). The bar graphs F19, F29, F39, F49, and F59 are three times the standard deviation (FV3σ) of the focus value FV calculated using the templates of FIGS. 8A to 8E for each of the seven areas of the focus value. ). As shown in FIGS. 13A and 13B, the FV3σ becomes smaller in the entire region as the template having a smaller peak position interval D is used, and the exposure condition is increased in a state where the change in the focus value due to process variations is reduced. It can be seen that the evaluation can be performed accurately and efficiently.
また、図12(e)の偏差(ΔF1,ΔF2)の分布に再現性がある場合には、偏差(ΔF1,ΔF2)のウェハ面内の分布を記憶部85で記憶してもよい。この場合、図4のステップ118Aでウェハ10の画像から画素毎に信号強度(F1,F2)(2つの装置条件で求めた信号強度)を算出した際に、その信号強度(F1,F2)に関してその画素の位置で検出された上述の偏差(ΔF1,ΔF2)を補正し、補正した信号強度をテンプレート情報に入力してフォーカス値を計算してもよい。これによって、プロセス起因の誤差を低減できる。
If the distribution of deviations (ΔF1, ΔF2) in FIG. 12E is reproducible, the distribution of deviations (ΔF1, ΔF2) in the wafer surface may be stored in the
また、例えば複数のウェハ10に関してウェハ面上の位置毎の図12(e)の複数組の偏差(ΔF1,ΔF2)の分布を求めて記憶しておき、ステップ118Aで得られた画素毎の信号強度(F1,F2)を、その複数組の偏差(ΔF1,ΔF2)で補正した信号強度をテンプレート情報に入力してフォーカス値を計算し、フィッティング誤差(補正前及び補正後の信号強度を用いて計算されたフォーカス値の差分)の標準偏差が最小となる組の偏差(ΔF1,ΔF2)を使用した計算結果を評価結果として採用してもよい。
Further, for example, the distribution of a plurality of sets of deviations (ΔF1, ΔF2) of FIG. 12E for each position on the wafer surface with respect to the plurality of
また、図12(e)のプロセス起因の偏差(ΔF1,ΔF2)を横軸及び縦軸に取ってプロットすると、図13(c)に示すように、ウェハの中心での値に対応する始点B6から最外周での値に対応する終点A6まで続く相関曲線C6が得られる。また、図13(d)に示すように、露光量(相対値)が最適値0に対して−1,0,+1,+2と変化しているときに得られる偏差(ΔF1,ΔF2)を表す曲線と、フォーカス値(nm)が最適値0に対して−5及び+5に変化した場合の偏差(ΔF1,ΔF2)を表すドット列とを重ねて表示した場合、図13(c)の相関曲線C6の終点は露光量が+0.5でフォーカス値がほぼ−5の位置にあり、相関曲線C6の始点は露光量が0でフォーカス値がほぼ0の位置にある。このため、相関曲線C6上に始点から終点まで複数(例えば10点)の評価点P0,P1,P2,…,P9を取ると、各評価点Pi(i=0〜9)での偏差(ΔF1,ΔF2)を露光量分及びフォーカス位置分に分けることができる。また、各評価点Piにおいて、それぞれ上述の複数組の偏差(ΔF1,ΔF2)から上述の標準偏差が最小となる組の偏差(ΔF1,ΔF2)を割り当てておき、各評価点Piに対応する計測領域で検出された信号強度をその偏差(ΔF1,ΔF2)で補正してもよい。このようにどの組の偏差(ΔF1,ΔF2)を使用するかを示す数値(例えば1〜6までの数値)をプロセス指標PIと称する。プロセス指標PIは、例えば使用する組の偏差(ΔF1,ΔF2)が計測されたウェハの番号である。
Further, when the process-induced deviations (ΔF1, ΔF2) in FIG. 12E are plotted on the horizontal axis and the vertical axis, as shown in FIG. 13C, the start point B6 corresponding to the value at the center of the wafer is obtained. To the end point A6 corresponding to the value at the outermost periphery, a correlation curve C6 is obtained. Further, as shown in FIG. 13D, deviations (ΔF1, ΔF2) obtained when the exposure amount (relative value) is changed to −1, 0, +1, +2 with respect to the
図13(d)において、プロセス分の偏差(ΔF1,ΔF2)を見ると、ウェハ10はベストドーズ(D=0)、及びベストフォーカス位置(F=0)で露光したにもかかわらず、点P3は露光量が+2でフォーカス値が+2の場合とほぼ等しく、点P5は露光量が0でフォーカス値が+4の場合とほぼ等しくなっている。このため、プロセス起因とされていた誤差を、露光量分、フォーカス値分、及び純粋なプロセス起因分に分配することが好ましい。この分配は、プロセス起因の誤差は回転対称で、かつ高周波成分は小さいこと、及び露光量起因の誤差も基本的には高周波成分は小さいことを利用して行う。
In FIG. 13D, when the deviations (ΔF1, ΔF2) for the process are observed, the point P3 is obtained even though the
まず、プロセス起因の誤差の補正量を求める方法として、ウェハ面の計測対象の点に隣接する領域で検出された信号強度を参照して求める方法が考えられる。この場合、プロセス起因の誤差の高周波成分は小さいため、図14(a)に示すように、ウェハの中心から半径方向の位置におけるプロセス指標PIの分布の実測値(多数のドットの分布)を、例えば2次以上(例えば6次)で、奇数次の係数が0であるような関数C8を最小自乗法等で決定する。そして、ウェハの各計測点では、図14(b)に示すように、その中心からの距離に応じて、関数C8に最も近い位置のプロセス指標PI(例えば1〜6のうちの番号)を選択する。そして、そのプロセス指標で定まる上述の偏差(ΔF1,ΔF2)を用いて信号強度を補正してフォーカス値(又は露光量)を求めればよい。 First, as a method of obtaining a correction amount for an error caused by a process, a method of obtaining by referring to a signal intensity detected in a region adjacent to a measurement target point on the wafer surface can be considered. In this case, since the high-frequency component of the error caused by the process is small, as shown in FIG. 14A, the measured value (distribution of many dots) of the distribution of the process index PI at the position in the radial direction from the center of the wafer is For example, a function C8 having a second or higher order (for example, sixth order) and an odd-order coefficient of 0 is determined by the method of least squares or the like. Then, at each measurement point on the wafer, as shown in FIG. 14B, a process index PI (for example, a number from 1 to 6) at a position closest to the function C8 is selected according to the distance from the center. To do. Then, the focus value (or exposure amount) may be obtained by correcting the signal intensity using the above-described deviation (ΔF1, ΔF2) determined by the process index.
次に、別の方法として、予め、図15(b)に示すフォーカス値のみを次第に変化させて露光したウェハ10b(FMウェハ)の複数のショットから検出される信号強度と、通常のウェハ10の同じ領域のショットから検出される信号強度との差分ΔSIを求めておき、この差分ΔSIを用いてウェハ10から検出される信号強度を補正してもよい。なお、図15(a)は条件振りウェハ10a(FEMウェハ)であり、図15(a)〜(c)及び図15(d)、(b)において、Di(i=1〜9)及びFiは露光量及びフォーカス位置の設定値、D0はベストドーズ、F0はベストフォーカス位置である。この場合、ウェハ10bのi番目(iは1以上の整数)の計測点での中心cからの距離r(i)(図15(e)参照)と、フォーカス値の設定値とに対応させて、信号強度F1,F2の偏差等を求めることができる。また、その信号強度の差分ΔSIから、プロセス起因による信号強度の変化量は、オフセット(ウェハ全面で一定の値)として表現できるのか、ウェハ中心からの距離に応じた倍率を用いて表現できるのか、又はその2つの線形結合として表現できるかが確認できる。
Next, as another method, the signal intensity detected from a plurality of shots of the
また、図15(d)に示すように、通常のウェハ10では、中心cから距離r(i)の計測点は多数存在し、これら全部の計測点で信号強度を検出する必要がある。これに対して、図15(e)に示すように、ウェハ10b(FMウェハ)では、横方向にフォーカス位置を変えているため、あるフォーカス位置で検出される信号強度としては、縦方向の一列のショットで検出される信号強度のみを使用すればよい。このため、ウェハ10bでは計測点の個数をウェハ10に比べて少なくできる。
Further, as shown in FIG. 15D, in the
更に別の方法として、あらかじめテンプレートから求めておいた、露光量とフォーカス位置が基準値での単位露光量変化による信号強度F1,F2の変化(d1,d2)、及び単位フォーカス位置変化による信号強度F1,F2の変化(f1,f2)を用いて、プロセス起因の信号強度偏差(ΔF1,ΔF2)を、露光量誤差(露光量の変化に起因する誤差)ΔDとフォーカス誤差(フォーカス位置の変化に起因する誤差)ΔFに換算することもできる。
露光量誤差ΔDに換算するには、次式を使用できる。
ΔD=(d1×ΔF1+d2×ΔF2)/(d12+d22) …(3)
フォーカス誤差ΔFに換算するには、次式を使用できる。
ΔF=(f1×ΔF1+f2×ΔF2)/(f12+f22) …(4)
As yet another method, the signal intensity F1 and F2 changes (d1, d2) due to the unit exposure change when the exposure amount and the focus position are the reference values, and the signal intensity due to the unit focus position change. Using the changes (f1, f2) of F1 and F2, the signal intensity deviation (ΔF1, ΔF2) caused by the process is changed to the exposure error (error due to change in exposure) ΔD and the focus error (change in focus position). It is also possible to convert the error to ΔF.
The following equation can be used to convert the exposure amount error ΔD.
ΔD = (d1 × ΔF1 + d2 × ΔF2) / (d1 2 + d2 2 ) (3)
To convert to the focus error ΔF, the following equation can be used.
ΔF = (f1 × ΔF1 + f2 × ΔF2) / (f1 2 + f2 2 ) (4)
これらの式は、各信号強度変化を信号強度空間(または信号強度平面)でのベクトルとして、プロセス誤差に起因する信号強度偏差のベクトルと、露光量誤差ないしフォーカス誤差のベクトルとの内積を、露光量ないしフォーカス誤差のベクトルの長さの二乗で規格化したものである。
上式の計算結果より、図13(e)に示すように、ウェハ上の中心からの距離に応じて定まる各位置でのプロセス誤差をそれぞれフォーカス誤差に換算した曲線C7F、及び露光量誤差に換算した曲線C7Dとして表すことが可能である。
These formulas represent the inner product of the signal intensity deviation vector due to process error and the exposure error or focus error vector, with each signal intensity change as a vector in the signal intensity space (or signal intensity plane). It is standardized by the square of the length of the vector of quantity or focus error.
From the calculation result of the above equation, as shown in FIG. 13E, the process error at each position determined according to the distance from the center on the wafer is converted into a focus error and a curve C7F, respectively, and an exposure error. Can be represented as a curved line C7D.
次に、露光条件の評価結果の経時変化に対する安定性を評価するための変形例につき説明する。この変形例では、図5の評価方法でウェハ10の露光条件(例えばフォーカス値とする)を評価した後、所定時間、例えば数時間〜数日程度の時間が経過した後、再び、図5の評価方法でウェハ10のフォーカス値を評価する。その場合、図8(a)〜(e)の5組のテンプレート(装置条件)毎に、ウェハ10の画像から検出される信号強度の変化が異なっている。
Next, a modified example for evaluating the stability of the evaluation result of the exposure condition against the change with time will be described. In this modified example, after evaluating the exposure condition (for example, the focus value) of the
図16(a)、(b)、及び(c)は、図8(c)〜(e)のテンプレートF31,F32、F41,F42、及びF51,F52を求めた装置条件を用いて、その所定時間経過した後で検出された信号強度SIの変化の一例を示す。図16(a)のテンプレートF31,F32に関する検出信号の増減は(−5,+10)、図16(b)のテンプレートF41,F42に関する検出信号の増減は(+5,+10)、図16(c)のテンプレートF51,F52に関する検出信号の増減は(+10,+10)である。この場合、信号強度変化の符号及び大きさによって、テンプレート情報を用いて計算されるフォーカス値の変化量が異なって来る。 FIGS. 16A, 16B, and 16C show the predetermined conditions using the apparatus conditions for obtaining the templates F31, F32, F41, F42, and F51, F52 in FIGS. 8C to 8E. An example of a change in signal strength SI detected after a lapse of time is shown. The increase / decrease in the detection signals related to the templates F31 and F32 in FIG. 16A is (−5, +10), the increase / decrease in the detection signals related to the templates F41 and F42 in FIG. 16B is (+5, +10), and FIG. The increase / decrease in the detection signal for the templates F51 and F52 is (+10, +10). In this case, the amount of change in the focus value calculated using the template information varies depending on the sign and magnitude of the signal intensity change.
一例として、テンプレートF31,F32、F41,F42、及びF51,F52を用いた場合、露光及び計測から2回目の計測までの時間(引き置き時間)(単位は日(days))と、2回の計測値間の変化量(nm)との関係は、一例として図16(d)のようになる。図16(d)において、ドット列D13,D14,D15はそれぞれテンプレートF31,F32、F41,F42、及びF51,F52を用いて計算されるフォーカス値の変化量である。この結果から、ピーク位置の間隔Dが最も広いテンプレートF51,F52を用いた場合に、経時変化が最も小さいことが分かる。このため、経時変化に対する計算値の安定性が良好であるという点で、使用するテンプレートとしてはテンプレートF51,F52が選択される。 As an example, when templates F31, F32, F41, F42, and F51, F52 are used, the time from the exposure and measurement to the second measurement (reservation time) (the unit is days) and two times The relationship between the measurement values and the amount of change (nm) is as shown in FIG. In FIG. 16D, dot rows D13, D14, D15 are focus value changes calculated using templates F31, F32, F41, F42, and F51, F52, respectively. From this result, it is understood that the change with time is the smallest when the templates F51 and F52 having the widest peak interval D are used. For this reason, the templates F51 and F52 are selected as templates to be used in that the stability of the calculated values with respect to changes with time is good.
上述の経時変化によって信号強度が変化する要因としては、レジストからの脱ガスによるレジスト体積の減少が考えられる。そのレジスト体積の減少は、図16(e)に示す基板Pに塗布されたレジストRe中のパターンのCD(critical dimension)の変化、及び図16(f)に示すレジストReの膜減りに分けられる。CD変化の影響に関して、一般にはレジスト皮膜率が50%に近づくと回折効率が高くなるため、ホール系のレイヤでは経時変化によって回折光の信号強度は強くなり、レジスト皮膜率が低いライン系のレイヤでは、経時変化によって回折光の信号強度は弱くなる。 As a factor that changes the signal intensity due to the above-described change with time, a decrease in resist volume due to degassing from the resist can be considered. The decrease in the resist volume is divided into a change in CD (critical dimension) of the pattern in the resist Re applied to the substrate P shown in FIG. 16E and a film reduction of the resist Re shown in FIG. . Regarding the influence of CD change, the diffraction efficiency generally increases as the resist film ratio approaches 50%. Therefore, the signal intensity of diffracted light increases with time in the hole-based layer, and the line-based layer has a low resist film ratio. Then, the signal intensity of the diffracted light becomes weaker with time.
次に、上述の膜減りによる信号強度の変化は、レジストの屈折率nと露光後(又は経時変化後)の膜厚tとが分かっていれば、計測対象のパターンピッチP、ウェハ10の傾斜角による照明光のウェハ10への入射角θ1、回折光のウェハ10からの射出角θ2、及びレジスト内での入射角θ1'及び射出角θ2'から、薄膜干渉の理論を用いて計算できる。図16(g)において、膜減り前及び膜減り後のレジストReの表面反射波と底面反射波との合成波の位相及び大きさは、2つの波の光路長差Dによって変化する。
Next, if the refractive index n of the resist and the film thickness t after exposure (or change with time) are known, the change in signal intensity due to the above-mentioned film reduction is the pattern pitch P to be measured and the inclination of the
図16(f)に示すように、レジストReの膜厚をt、屈折率をnとすると、入射波の光路長はnt/cos(θ1')、底面反射波の光路長はnt/cos(θ2')であり、角度θ1',θ2'は以下のようになる。
sinθ1=n・sinθ1'、 sinθ2=n・sinθ2' …(5)
このため、表面反射波と底面反射波との光路長差Dは次のようになる。
As shown in FIG. 16F, when the film thickness of the resist Re is t and the refractive index is n, the optical path length of the incident wave is nt / cos (θ1 ′), and the optical path length of the bottom reflected wave is nt / cos ( θ2 ′), and the angles θ1 ′ and θ2 ′ are as follows.
sin θ1 = n · sin θ1 ′, sin θ2 = n · sin θ2 ′ (5)
For this reason, the optical path length difference D between the surface reflected wave and the bottom reflected wave is as follows.
レジスト表面、底面の境界面での屈折率の大小による反射光の位相反転の関係が同じであれば、表面反射波と底面反射波との位相差φは次のようになり、例えばsinφを信号変化の指標として用いることができる。 If the relationship of phase inversion of the reflected light due to the refractive index at the boundary between the resist surface and the bottom surface is the same, the phase difference φ between the surface reflected wave and the bottom reflected wave is as follows. It can be used as an indicator of change.
φ=D/λ …(7)
ホールパターンのようにCD変化が信号強度の増大をもたらすときには、sinφが1に近いほど膜厚変化と強め合うため、例えばsinφが0.6以上の場合には、膜厚変化の計算値に与える影響が大きいと判断してもよい。
次に、ウェハ10の1つのショットが複数のチップパターンから形成されている場合の変形例につき説明する。この場合、同じショットに同一パターンがチップ数分だけ露光される。また、1つのチップ内に同じ機能ブロックが複数形成されている場合にも、各ショット、チップ内に同一のパターンが機能ブロックの数分だけ形成される。ここでは簡単のため、図17(a)に示すように、ショットSAn内に複数(ここでは9個)のチップパターンがある場合について説明する。このとき、異なるチップでは露光に用いられるマスクパターンも異なるため、そのマスク線幅誤差の影響も異なり、ショット間で検出される信号強度に誤差が発生する。この信号強度誤差はマスク毎に異なる。
φ = D / λ (7)
When a change in CD causes an increase in signal intensity as in a hole pattern, the closer the sin φ is to 1, the stronger the change in film thickness. For example, when sin φ is 0.6 or more, the calculated value of the change in film thickness is given. It may be determined that the influence is large.
Next, a modification example in which one shot of the
この場合、マスク線幅のばらつき、チップ間の信号強度のばらつき、そしてチップ間のフォーカス位置のばらつきの連鎖が発生する。この変形例では、各チップ間の信号強度のばらつきをテンプレート情報の入力の変化量として与えることで、マスク線幅のばらつきの像面への影響(ショット内のフォーカス位置のばらつき)を求めることができる。各チップ間の2つのテンプレート(例えばテンプレートF41,F42)を使用する場合の入力に対する信号強度(F1(横軸),F2(縦軸))のばらつきの一例は、図17(a)のようになる。図17(a)において、チップパターンSAn1での信号強度F1,F2の変化量はそれぞれ+1及び−1である。 In this case, a chain of variation in mask line width, variation in signal intensity between chips, and variation in focus position between chips occurs. In this modification, the influence of the mask line width variation on the image plane (the variation of the focus position in the shot) can be obtained by giving the variation in the signal intensity between the chips as the amount of change in the input of the template information. it can. An example of the variation in signal intensity (F1 (horizontal axis), F2 (vertical axis)) with respect to the input when using two templates (for example, templates F41 and F42) between each chip is as shown in FIG. Become. In FIG. 17A, the change amounts of the signal intensities F1 and F2 in the chip pattern SAn1 are +1 and −1, respectively.
図17(a)の信号強度のばらつきを図8(a)〜(e)の5組のテンプレート情報の入力に与えてフォーカス値を計算した場合の、各チップパターンの位置でのフォーカス値の変化は、一例として図17(b)のようになる。図17(b)において、ピーク位置の間の間隔Dが10nm〜50nmとなる表は、それぞれ図8(a)〜(e)のテンプレートF11,F12〜F51,F52を用いて計算した結果であり、計算はフォーカス位置が−20nm、0nm、及び+20nmの場合について行った。 Changes in the focus value at the position of each chip pattern when the variation in signal intensity in FIG. 17A is given to the input of five sets of template information in FIGS. 8A to 8E and the focus value is calculated. Is as shown in FIG. 17B as an example. In FIG. 17B, the table in which the distance D between the peak positions is 10 nm to 50 nm is the result calculated using the templates F11, F12 to F51, and F52 of FIGS. 8A to 8E, respectively. The calculation was performed when the focus positions were -20 nm, 0 nm, and +20 nm.
図17(b)より、間隔Dが広く良い組のテンプレートを使用する場合に、同じマスク線幅のばらつきを与えても、像面で計測されるフォーカス値の変化量が小さいことが分かる。また、フォーカス位置により、そのばらつきが支配的な信号強度F1,F2が異なっている。フォーカス位置が−20nmではF1、+20nmではF2が支配的であり、フォーカス位置によって像面が変化する恐れがある。ただし、マスク誤差によって、フォーカス位置の変化に伴う像面の相違は、間隔Dが広い組のテンプレートの方が小さい。このマスク誤差の影響は、信号処理を行う前に、ショット内の各チップパターンの位置の信号強度の補正を図17(a)の補正テーブルを用いて行った後で、補正後の信号強度を用いてフォーカス値を計算することで、取り除くことが可能である。 FIG. 17B shows that when a set of templates having a wide interval D is used, even if the same mask line width variation is given, the amount of change in the focus value measured on the image plane is small. Further, the signal strengths F1 and F2 whose variation is dominant differ depending on the focus position. When the focus position is −20 nm, F1 is dominant, and when the focus position is +20 nm, F2 is dominant, and the image plane may change depending on the focus position. However, the difference in image plane due to the change in the focus position due to the mask error is smaller in the template set with a wide interval D. The influence of this mask error is that the signal intensity after correction is performed using the correction table in FIG. 17A after correcting the signal intensity at the position of each chip pattern in the shot before performing signal processing. It is possible to remove it by calculating the focus value.
次に、露光量の変化の影響とフォーカス位置の変化の影響とを分離するための変形例につき説明する。
この変形例では、図18(a)、(b)、(c)、(d)に示すように、露光量毎に、フォーカス位置による信号強度SIの変化の特性が異なる複数組のテンプレートD21,D22,D23、D31,D32,D33、D41,D42,D43、D51,D52,D53を使用する。図18(a)〜(d)のテンプレートのピーク位置(フォーカス位置)はそれぞれ−15nm、+15nm、−25nm、及び+5nmであり、露光量はテンプレートD21〜D51が高く、テンプレートD23〜D53が低く、テンプレートD22〜D52は適正露光量の場合である。
Next, a modification for separating the influence of the change in exposure amount and the influence of the change in focus position will be described.
In this modification, as shown in FIGS. 18A, 18B, 18C, and 18D, a plurality of sets of templates D21, which have different characteristics of changes in signal intensity SI depending on the focus position for each exposure amount. D22, D23, D31, D32, D33, D41, D42, D43, D51, D52, D53 are used. The peak positions (focus positions) of the templates in FIGS. 18A to 18D are −15 nm, +15 nm, −25 nm, and +5 nm, respectively, and the exposure amounts are high for the templates D21 to D51 and low for the templates D23 to D53. Templates D22 to D52 are cases of appropriate exposure amounts.
一例として、テンプレートD21〜D23及びD31〜D33(対称のテンプレート)を使用する場合、及びテンプレートD41〜D43及びD51〜D53(非対称のテンプレート)を使用する場合の比較を行う。テンプレートD21〜D23及びD31〜D33を使用する場合の、信号強度F1,F2の空間での相関曲線は図19(a)の相関曲線D61.D62.D63となり、テンプレートD41〜D43及びD51〜D53を使用する場合の、信号強度F1,F2の空間での相関曲線は図19(d)の相関曲線D71.D72.D73となる。また、図19(b)及び(e)は、図19(a)及び(d)の相関曲線において、最適露光量及びベストフォーカス位置における単位露光量及び単位フォーカス位置の変化に対する信号強度F1,F2の変化を表している。図19(b)、(e)の直線Da及びFaは露光量及びフォーカス位置の変化に対する変化である。また、図19(c)及び(f)は、図19(a)及び(d)の相関曲線において、単位露光量及び単位フォーカス位置の変化に対する信号強度F1,F2の変化の方向の角度を示す。図19(a)では、フォーカス位置及び露光量の変化による信号強度の変化の方向が直交し、その2つの変化が完全に分離されるのに対して、図19(d)では、フォーカス位置及び露光量の変化による信号強度の変化の分離が完全でないことが分かる。 As an example, a comparison is made when using templates D21 to D23 and D31 to D33 (symmetric templates) and using templates D41 to D43 and D51 to D53 (asymmetric templates). When the templates D21 to D23 and D31 to D33 are used, the correlation curve in the space of the signal intensities F1 and F2 is the correlation curve D61. D62. When the templates D41 to D43 and D51 to D53 are used, the correlation curve in the space of the signal strengths F1 and F2 is the correlation curve D71.D of FIG. D72. D73. FIGS. 19B and 19E show signal intensities F1 and F2 with respect to changes in unit exposure and unit focus positions at the optimum exposure and best focus positions in the correlation curves of FIGS. 19A and 19D. Represents changes. The straight lines Da and Fa in FIGS. 19B and 19E are changes with respect to changes in the exposure amount and the focus position. FIGS. 19C and 19F show the angle of the change direction of the signal intensities F1 and F2 with respect to the change of the unit exposure amount and the unit focus position in the correlation curves of FIGS. 19A and 19D. . In FIG. 19 (a), the direction of change in signal intensity due to the change in focus position and exposure amount is orthogonal and the two changes are completely separated, whereas in FIG. 19 (d), the focus position and It can be seen that the separation of changes in signal intensity due to changes in exposure dose is not perfect.
次に、各フォーカス位置及び露光量の組み合わせにおけるフォーカス位置の変化と露光量の変化による信号強度の変化の直交性(角度差ΔθのcosΔθの絶対値0への近さ)の指標として、n通り(nは2以上の整数)の条件で回折光の信号強度を検出し、フォーカス位置と露光量との変化による各信号強度の変化をそれぞれn次元信号強度空間内のベクトルとして表してもよい。このとき、フォーカス位置及び露光量の変化による信号強度の変化のベクトルをそれぞれF及びDとして、フォーカスベクトルFと露光量ベクトルDとの内積を、フォーカスベクトルFと露光量ベクトルDとの長さの積で割った値を、次のように2つのベクトルのなす角度θに対するcosθとして、この値の0への近さを評価量とする。
Next, n indexes are used as indicators of the orthogonality of the change in the focus position and the change in the signal intensity due to the change in the exposure amount in each combination of the focus position and the exposure amount (closeness of the angle difference Δθ to the
例えば、4種類の信号強度を用いて、露光量及びフォーカス位置を計測する場合、ある露光量及びフォーカス位置の組み合わせでの露光量ベクトルDを(d1,d2,d3,d4)として、フォーカスベクトルFを(f1,f2,f3,f4)とすると、cosθは次のようになる。 For example, when the exposure amount and the focus position are measured using four types of signal intensities, the exposure vector D at a combination of a certain exposure amount and focus position is (d1, d2, d3, d4), and the focus vector F Is (f1, f2, f3, f4), cos θ is as follows.
また、上記の実施形態では、図8(a)のテンプレートF11,F12等を評価装置1の演算部50で求めているが、そのテンプレートの情報を評価装置1とは別の演算装置としての例えばホストコンピュータ600で求めてもよい。この場合、ホストコンピュータ600からそのテンプレートの情報を評価装置1の演算部50の制御部80に供給し、制御部80ではそのテンプレートの情報を記憶部85に記憶しておく。そして、図5に示すように露光条件を求める際には、その記憶部85に記憶したテンプレート情報を使用すればよい。
Further, in the above embodiment, the templates F11, F12, etc. in FIG. 8A are obtained by the
また、上記の実施形態では、評価対象のパターンはL&Sパターンであるが、評価対象のパターンは、例えば所定方向に配列された複数列のホールパターンをその所定方向と直交する方向に周期的に配列したホールパターン群でもよい。
また、上記の実施形態では、照明光の入射角θ1(回折角θ2)は、不図示の駆動機構を介して導光ファイバ24の射出部の位置並びに照明側凹面鏡25の位置及び角度を制御すること、及び第2の駆動部を介してウェハ10のチルト角φ2を制御することで調整している。この調整方法の他に、受光系30で検出する回折光ILDの回折角θ2は、受光側凹面鏡31をチルト軸TAを中心に傾動させつつ、撮像装置35の位置及び角度を制御することによって調整してもよい。
In the above embodiment, the pattern to be evaluated is an L & S pattern. However, the pattern to be evaluated is, for example, a plurality of hole patterns arranged in a predetermined direction periodically arranged in a direction orthogonal to the predetermined direction. A hole pattern group may be used.
Moreover, in said embodiment, incident angle (theta) 1 (diffraction angle (theta) 2) of illumination light controls the position of the injection | emission part of the
また、上記の実施形態では、露光条件のうちの露光量及びフォーカス位置の両方を評価しているが、露光量及びフォーカス位置の少なくとも一方を評価するだけでもよい。
また、上記の実施形態では、露光条件として露光量及びフォーカス位置を評価しているが、露光条件として、露光装置100における露光光の波長、照明条件(例えばコヒーレンスファクタ(σ値)、投影光学系の開口数、又は液浸露光時の液体の温度等を評価するために上記の実施形態の評価を使用してもよい。
In the above embodiment, both the exposure amount and the focus position in the exposure conditions are evaluated. However, at least one of the exposure amount and the focus position may be evaluated.
In the above embodiment, the exposure amount and the focus position are evaluated as the exposure conditions. As the exposure conditions, the exposure light wavelength, the illumination conditions (for example, the coherence factor (σ value), and the projection optical system in the
また、上記の実施形態では、加工条件として露光条件を評価しているが、加工条件として、露光条件とともに、又は露光条件とは別に、加工条件としてのコータ・デベロッパ200における膜厚条件を評価してもよい。その膜厚条件とは、ウェハに塗布されるレジストの膜厚の設定値及びその膜厚のばらつき等を含む。
評価装置1を用いてその膜厚条件を評価する場合には、一例として、図3(b)の条件出しに対応する工程で、コータ・デベロッパ200によって異なる膜厚でレジストが塗布された複数枚のウェハを用意し、これらのウェハの各ショットを露光装置100で露光した後、それらのウェハを現像して繰り返しパターン12を形成する。その後、複数の装置条件のもとで、それらのウェハからの回折光の信号強度を検出し、レジストの膜厚の変化に対して信号強度の値が大きくなる装置条件を求め、この信号強度と膜厚との関係を示すテンプレートを求める。この後は、図5の評価方法に対応する工程で、その装置条件のもとで検出した信号強度をそのテンプレートの入力に当てはめることで、繰り返しパターン12が形成されたウェハ10のレジストの膜厚の平均値及びショット毎のばらつきを求めることができる。
In the above embodiment, the exposure condition is evaluated as the processing condition. However, the film thickness condition in the coater /
When evaluating the film thickness condition using the
さらに、その異なる膜厚の複数枚のウェハをそれぞれ上述のFEMウェハとすることで、膜厚条件及び露光条件を評価することもできる。
また、露光装置で露光される基板において、レジストの下地として、酸化膜又は導電膜等が形成されている場合、レジストの現像後のエッチング等の工程によって酸化膜又は導電膜等のパターンが形成される。このパターンを高精度に形成するためには、その酸化膜又は導電膜等の膜厚条件も評価することが好ましい。この場合、その酸化膜又は導電膜等のパターンが形成されたウェハを図1(a)のステージ5に載置し、そのウェハからの回折光の信号強度を求めることによって、レジストの膜厚を評価する場合と同様にその酸化膜又は導電膜等の膜厚条件も評価することができる。
Furthermore, film thickness conditions and exposure conditions can also be evaluated by using a plurality of wafers having different film thicknesses as the above-described FEM wafers.
In addition, when an oxide film or a conductive film is formed as a resist base in the substrate exposed by the exposure apparatus, a pattern such as an oxide film or a conductive film is formed by a process such as etching after developing the resist. The In order to form this pattern with high accuracy, it is preferable to evaluate the film thickness conditions of the oxide film or the conductive film. In this case, a wafer on which a pattern such as an oxide film or a conductive film is formed is placed on the
また、上記の実施形態では、求められた信号強度の値をテンプレートの入力として露光条件等を求めているが、図3(b)の条件出し工程に対応する工程おいて、ある複数の装置条件のもとで得られる複数の信号強度から評価対象の複数の加工条件を算出するための連立方程式(特性)を求めてもよい。この場合、図4の評価工程に対応する工程では、その複数の装置条件のもとで検出される信号強度の値をその連立方程式に代入するのみで評価対象の加工条件の値を求めることができる。 In the above embodiment, the exposure condition and the like are obtained by using the obtained signal intensity value as a template input. However, there are a plurality of apparatus conditions in the step corresponding to the condition setting step in FIG. The simultaneous equations (characteristics) for calculating a plurality of machining conditions to be evaluated may be obtained from a plurality of signal intensities obtained under the conditions. In this case, in the process corresponding to the evaluation process of FIG. 4, the value of the machining condition to be evaluated can be obtained only by substituting the value of the signal intensity detected under the plurality of apparatus conditions into the simultaneous equations. it can.
また、上記の装置条件に含まれる波長λ、及び入射角θ1はあくまでも一例であり、装置条件には評価装置1で変化させることができる他の任意の条件を含めることができる。
また、ステップ110において、条件振りウェハ10aのスクライブライン領域SL(デバイスのダイシング工程でチップ同士を切り分ける際の境界となる領域)を除いた全部のショットSAn(図5(b)参照)内に対応する画素の信号強度を算出し、算出結果を平均化してショット平均値を求めてもよい。このようにショット平均値を算出するのは、露光装置100の投影光学系の収差の影響等を抑制するためである。なお、その収差の影響等をさらに抑制するために、例えば図5(b)のショットSAnの中央部の部分領域CAn内に対応する画素の信号強度を平均化した値を算出してもよい。
In addition, the wavelength λ and the incident angle θ1 included in the above apparatus conditions are merely examples, and the apparatus conditions can include other arbitrary conditions that can be changed by the
Further, in
また、図4のステップ162において、ウェハ10の全面の露光量の誤差分布(ドーズむら)、及びフォーカス位置の誤差分布(デフォーカス量の分布)の情報を求めてもよい。この場合、その誤差分布の情報は、信号出力部90からホストコンピュータ600を介することなく直接に露光装置100の制御部(不図示)に出力されてもよい。
また、露光装置100でパターンが形成されたウェハを上述の図4におけるステップ158〜160のように評価して、その評価結果からステップ162で、露光装置100とは異なる露光装置を補正してもよい。また、検査部60は、露光条件(加工条件)を求めるだけでなく、求めた露光条件の良否判定を行ってもよい。この場合、信号出力部90は、良否判定結果に基づいて露光条件が適切ではない旨の警告を露光装置100やホストコンピュータ600に提供してもよい。この良否判定は、例えば、求めた露光条件と所定の閾値とを比較することによって行ってもよい。
Further, in
Further, the wafer on which the pattern is formed by the
さらに、上述実施形態において、デバイス製造システムDMSによるパターンの加工条件として、薄膜形成装置(不図示)による薄膜の膜厚(薄膜堆積量)、及びエッチング装置300によるエッチング(エッチング量)を評価装置1によって評価することもできる。
なお、上記の実施形態では、図1(a)の評価装置1の照明系20は、ウェハ10の表面の全面を照明光ILI(非偏光光)で一括して照明し、撮像装置35(検出部)は、ウェハ10の表面の全面の像を撮像する撮像素子35bを有する。このため、ウェハ10の全面の各ショットに形成された繰り返しパターンの加工条件を効率的に評価できる。なお、照明光IL1として、部分偏光光を使用してもよい。
Further, in the above-described embodiment, as the pattern processing conditions by the device manufacturing system DMS, the film thickness (thin film deposition amount) by the thin film forming apparatus (not shown) and the etching (etching amount) by the
In the above embodiment, the
これに対して、ウェハ10(被検基板)の表面の一部を非偏光光(又は偏光光若しくは部分偏光光)で照明する照明系と、ウェハ10の表面の一部の像を撮像する撮像素子と、ウェハ10の表面に平行なX方向及びY方向に移動可能なステージと、を備える評価装置(不図示)を使用してもよい。この変形例の評価装置では、そのステージによって、その照明系からの照明光がウェハ10の表面の全面に順次照射されるように、ウェハ10が移動される。この変形例では、ウェハ10の表面を複数の部分に分割し、各部分に形成された繰り返しパターンの加工条件が順次評価されることになる。この変形例の評価装置は小型にできるため、例えば露光装置100内にオン・ボディで組み込むことも可能となる。この場合には、評価装置のステージを露光装置100のウェハステージ(不図示)で兼用することも可能であるため、評価装置の構成をさらに簡素化できる。
In contrast, an illumination system that illuminates a part of the surface of the wafer 10 (test substrate) with non-polarized light (or polarized light or partially polarized light), and imaging that captures an image of a part of the surface of the
また、上記の各実施形態において、露光装置100は液浸露光法を用いるスキャニングステッパーでもよく、ドライ型のスキャニングステッパー又はステッパー等でもよい。さらに、露光装置として、露光光として波長が15nm程度以下のEUV光(Extreme Ultraviolet Light)を使用するEUV露光装置、又は露光ビームとして電子ビームを用いる電子ビーム露光装置を使用する場合にも上述の実施形態が適用できる。
In each of the above embodiments, the
また、上記の各実施形態においては、光源部22からの非偏光光をウェハへ照明しているが、ウェハを照明する光は直線偏光光、又は円偏光の光等でもよい。
また、上記の各実施形態では、評価装置1はデバイス製造システムDMSの一部であるが、評価装置1は単体で例えばウェハに形成されたパターンからその加工条件を評価するために使用してもよい。
In each of the above embodiments, the non-polarized light from the
In each of the above embodiments, the
また、図20に示すように、半導体デバイス(図示せず)は、デバイスの機能・性能設計を行う設計工程(ステップ221)、この設計工程に基づいたマスク(レチクル)を製作するマスク製作工程(ステップ222)、シリコン材料等からウェハ用の基板を製造する基板製造工程(ステップ223)、デバイス製造システムDMS(露光システム)又はこれを用いたパターン形成方法によりウェハにパターンを形成する基板処理工程(ステップ224)、デバイスの組み立てを行うダイシング工程、ボンディング工程、及びパッケージ工程等を含む組立工程(ステップ225)、並びにデバイスの検査を行う検査工程(ステップ226)等を経て製造される。その基板処理工程(ステップ224)では、コータ・デベロッパ200によってウェハにレジストを塗布する工程、露光装置100によりマスクのパターンをウェハに露光する露光工程、及びコータ・デベロッパ200によってウェハを現像する現像工程を含むリソグラフィ工程、並びに評価装置1によりウェハからの光を用いて膜厚条件及び/又は露光条件等の加工条件を評価する評価工程(検査工程)が実行される。
Further, as shown in FIG. 20, a semiconductor device (not shown) includes a design process (step 221) for designing the function / performance of the device, and a mask manufacturing process (mask) for manufacturing a mask (reticle) based on the design process (step 221). Step 222), a substrate manufacturing process (Step 223) for manufacturing a wafer substrate from a silicon material or the like, a substrate processing process for forming a pattern on the wafer by a device manufacturing system DMS (exposure system) or a pattern forming method using the same (Step 223) Step 224), a dicing process for assembling the device, a bonding process, an assembly process including a packaging process, and the like (step 225), an inspection process for inspecting the device (step 226), and the like. In the substrate processing step (step 224), a coater /
このようなデバイス製造方法において、前述の評価装置1を用いてその加工条件を評価し、この評価結果に基づいて例えばその加工条件を補正することによって、最終的に製造される半導体の歩留まりを向上でき、スループット(生産性)を向上できる。
なお、本実施形態のデバイス製造方法では、特に半導体デバイスの製造方法について説明したが、本実施形態のデバイス製造方法は、半導体材料を使用したデバイスの他、例えば液晶パネルや磁気ディスクなどの半導体材料以外の材料を使用したデバイスの製造にも適用することができる。
In such a device manufacturing method, the processing conditions are evaluated using the
In the device manufacturing method of the present embodiment, the method of manufacturing a semiconductor device has been particularly described. However, the device manufacturing method of the present embodiment can be applied to a semiconductor material such as a liquid crystal panel or a magnetic disk in addition to a device using a semiconductor material. The present invention can also be applied to the manufacture of devices using other materials.
DMS…デバイス製造システム、1…評価装置、5…ステージ、10…ウェハ、10a…条件振りウェハ、12…繰り返しパターン、20…照明系、30…受光系、35…撮像部、40…画像処理部、50…演算部、60…検査部、85…記憶部、100…露光装置、200…コータ・デベロッパ DMS: Device manufacturing system, 1 ... Evaluation apparatus, 5 ... Stage, 10 ... Wafer, 10a ... Conditional wafer, 12 ... Repeat pattern, 20 ... Illumination system, 30 ... Light receiving system, 35 ... Imaging unit, 40 ... Image processing unit , 50 ... arithmetic unit, 60 ... inspection unit, 85 ... storage unit, 100 ... exposure apparatus, 200 ... coater / developer
Claims (24)
前記入力値と前記入力値の変化量と前記評価特性に基づいて、前記加工条件の変化量を推定することと、
前記推定した加工条件の変化量に基づいて、前記評価特性を評価することと、
を含む評価方法。 In an evaluation method for evaluating the processing conditions of the pattern based on evaluation characteristics in which a signal based on the detected light from the surface is irradiated with light on the surface of the substrate on which the pattern is formed,
Estimating the amount of change in the machining condition based on the input value, the amount of change in the input value, and the evaluation characteristics;
Evaluating the evaluation characteristics based on the estimated amount of change in the machining conditions;
Evaluation method including
前記変化量は、基板の表面における複数の領域への露光量とフォーカス状態の少なくとも一方が同一に設定された露光装置による露光を経て、前記複数の領域に形成されたパターンからの光に基づく信号のばらつきの度合いを含む請求項1に記載の評価方法。 The processing conditions include an exposure amount and a focus state in an exposure apparatus,
The amount of change is a signal based on light from a pattern formed in the plurality of regions after exposure by an exposure apparatus in which at least one of an exposure amount and a focus state on the plurality of regions on the surface of the substrate is set to be the same. The evaluation method according to claim 1, wherein the evaluation method includes a degree of variation.
前記変化量は、基板の表面における複数の領域への露光量とフォーカス状態の一方が次第に変化するように設定された露光装置による露光を経て、前記複数の領域に形成されたパターンからの光に基づく信号のばらつきの度合いを含む請求項1に記載の評価方法。 The processing conditions include an exposure amount and a focus state in an exposure apparatus,
The amount of change is the light from the pattern formed in the plurality of regions through exposure by an exposure apparatus set so that one of the exposure amount and the focus state on the surface of the substrate gradually changes. The evaluation method according to claim 1, wherein the evaluation method includes a degree of variation of the signal based thereon.
前記加工条件は、前記薄膜形成装置による前記薄膜の成膜条件、前記露光装置におけるフォーカス状態及び露光量、並びに前記エッチング装置におけるエッチング条件のうち少なくとも一つの条件を含む請求項1〜6のいずれか一項に記載の評価方法。 The pattern formed on the surface of the substrate is formed through a lithography process including thin film formation by a thin film forming apparatus, exposure by an exposure apparatus, and etching by an etching apparatus,
The processing condition includes at least one of a film forming condition of the thin film by the thin film forming apparatus, a focus state and an exposure amount in the exposure apparatus, and an etching condition in the etching apparatus. The evaluation method according to one item.
所定の評価条件のもとで、前記基板の表面に光を照射し、該表面からの光を検出して得られる信号に基づいて得られる特性であり、
前記所定の評価条件は、
前記基板の表面に照射される光の入射角、該光の波長、及び前記表面から射出した検出対象の回折光の次数のうち少なくとも一つの条件を含む請求項1〜7のいずれか一項に記載の評価方法。 The evaluation characteristics are:
It is a characteristic obtained based on a signal obtained by irradiating the surface of the substrate with light under a predetermined evaluation condition and detecting light from the surface,
The predetermined evaluation condition is:
8. The method according to claim 1, comprising at least one condition of an incident angle of light applied to the surface of the substrate, a wavelength of the light, and an order of diffracted light to be detected emitted from the surface. The evaluation method described.
所定の評価条件のもとで、前記基板の表面に光を照射し、該表面からの光を検出して得られる信号に基づいて得られる特性であり、
前記基板に照射される光は偏光光であり、
前記所定の評価条件は、
前記基板の表面に照射される前記偏光光の偏光方向と前記パターンの周期方向との第1相対角度、及び前記表面に照射される前記偏光光の偏光方向と、前記表面から射出した光のうちの検出対象の偏光成分の偏光方向との第2相対角度のうち少なくとも一つの条件を含む請求項1〜8のいずれか一項に記載の評価方法。 The evaluation characteristics are:
It is a characteristic obtained based on a signal obtained by irradiating the surface of the substrate with light under a predetermined evaluation condition and detecting light from the surface,
The light applied to the substrate is polarized light,
The predetermined evaluation condition is:
The first relative angle between the polarization direction of the polarized light irradiated to the surface of the substrate and the periodic direction of the pattern, the polarization direction of the polarized light irradiated to the surface, and the light emitted from the surface The evaluation method as described in any one of Claims 1-8 including at least 1 conditions among the 2nd relative angles with the polarization direction of the polarization component of this detection target.
前記評価特性を評価した結果に基づいて、評価対象のパターンの加工条件の評価に使用する評価特性を選択することと、
前記評価対象のパターンが表面に形成された基板の該表面に光を照射することと、
前記表面からの光を検出することと、
前記検出した光に基づく信号と前記選択された評価特性に基づいて、前記評価対象のパターンの加工条件を評価することと、
をさらに含む請求項1〜10のいずれか一項に記載の評価方法。 The evaluation characteristics include a plurality of different evaluation characteristics,
Based on the result of evaluating the evaluation characteristics, selecting an evaluation characteristic used for evaluating the processing conditions of the pattern to be evaluated;
Irradiating light on the surface of the substrate on which the pattern to be evaluated is formed;
Detecting light from the surface;
Evaluating a processing condition of the pattern to be evaluated based on the signal based on the detected light and the selected evaluation characteristic;
The evaluation method according to any one of claims 1 to 10, further comprising:
請求項1〜11のいずれか一項に記載の評価方法を用いて前記パターンを形成した際の加工条件を評価することと、
前記評価方法の評価結果に応じて前記パターンを形成する際の前記加工条件を補正することと
を含む半導体デバイス製造方法。 Forming a pattern on the surface of the substrate;
Evaluating the processing conditions when the pattern is formed using the evaluation method according to any one of claims 1 to 11,
Correcting the processing conditions for forming the pattern according to the evaluation result of the evaluation method.
前記基板の表面に光を照射する照明部と、
前記光の照射により前記表面から射出した光を検出する検出部と、
前記検出部で検出される信号を入力値とする評価特性に基づいて前記パターンの加工条件を評価する評価部と、を備え、
前記評価部は、
前記入力値と前記入力値の変化量と前記評価特性に基づいて、前記加工条件の変化量を推定し、
前記推定した加工条件の変化量に基づいて、前記評価特性を評価する評価装置。 In the evaluation apparatus for evaluating the processing conditions of the pattern of the substrate on which the pattern is formed,
An illumination unit for irradiating light on the surface of the substrate;
A detection unit for detecting light emitted from the surface by irradiation of the light;
An evaluation unit that evaluates a processing condition of the pattern based on an evaluation characteristic using a signal detected by the detection unit as an input value,
The evaluation unit is
Based on the input value, the change amount of the input value, and the evaluation characteristics, the change amount of the machining condition is estimated,
An evaluation device that evaluates the evaluation characteristics based on the estimated amount of change in the machining conditions.
前記変化量は、基板の表面における複数の領域への露光量とフォーカス状態の少なくとも一方が同一に設定された露光装置による露光を経て、前記複数の領域に形成されたパターンからの光に基づく信号のばらつきの度合いを含む請求項13に記載の評価装置。 The processing conditions include an exposure amount and a focus state in an exposure apparatus,
The amount of change is a signal based on light from a pattern formed in the plurality of regions after exposure by an exposure apparatus in which at least one of an exposure amount and a focus state on the plurality of regions on the surface of the substrate is set to be the same. The evaluation apparatus according to claim 13, wherein the evaluation apparatus includes a degree of variation.
前記変化量は、基板の表面における複数の領域への露光量とフォーカス状態の一方が次第に変化するように設定された露光装置による露光を経て、前記複数の領域に形成されたパターンからの光に基づく信号のばらつきの度合いを含む請求項13に記載の評価装置。 The processing conditions include an exposure amount and a focus state in an exposure apparatus,
The amount of change is the light from the pattern formed in the plurality of regions through exposure by an exposure apparatus set so that one of the exposure amount and the focus state on the surface of the substrate gradually changes. The evaluation apparatus according to claim 13, wherein the evaluation apparatus includes a degree of variation of the signal based thereon.
前記加工条件は、前記薄膜形成装置による前記薄膜の成膜条件、前記露光装置におけるフォーカス状態及び露光量、並びに前記エッチング装置におけるエッチング条件のうち少なくとも一つの条件を含む請求項13〜18のいずれか一項に記載の評価装置。 The pattern formed on the surface of the substrate is formed through a lithography process including thin film formation by a thin film forming apparatus, exposure by an exposure apparatus, and etching by an etching apparatus,
The processing condition includes at least one of a film forming condition of the thin film by the thin film forming apparatus, a focus state and an exposure amount in the exposure apparatus, and an etching condition in the etching apparatus. The evaluation apparatus according to one item.
所定の評価条件のもとで、前記基板の表面に光を照射し、該表面からの光を検出して得られる信号に基づいて得られる特性であり、
前記所定の評価条件は、
前記基板の表面に照射される光の入射角、該光の波長、及び前記表面から射出した検出対象の回折光の次数のうち少なくとも一つの条件を含む請求項13〜19のいずれか一項に記載の評価装置。 The evaluation characteristics are:
It is a characteristic obtained based on a signal obtained by irradiating the surface of the substrate with light under a predetermined evaluation condition and detecting light from the surface,
The predetermined evaluation condition is:
20. The method according to claim 13, comprising at least one condition of an incident angle of light applied to the surface of the substrate, a wavelength of the light, and an order of diffracted light to be detected emitted from the surface. The evaluation device described.
所定の評価条件のもとで、前記基板の表面に光を照射し、該表面からの光を検出して得られる信号に基づいて得られる特性であり、
前記照明部は、前記基板に偏光光を照射し、
前記所定の評価条件は、
前記基板の表面に照射される前記偏光光の偏光方向と前記パターンの周期方向との第1相対角度、及び前記表面に照射される前記偏光光の偏光方向と、前記表面から射出した光のうちの検出対象の偏光成分の偏光方向との第2相対角度のうち少なくとも一つの条件を含む請求項13〜20のいずれか一項に記載の評価装置。 The evaluation characteristics are:
It is a characteristic obtained based on a signal obtained by irradiating the surface of the substrate with light under a predetermined evaluation condition and detecting light from the surface,
The illumination unit irradiates the substrate with polarized light,
The predetermined evaluation condition is:
The first relative angle between the polarization direction of the polarized light irradiated to the surface of the substrate and the periodic direction of the pattern, the polarization direction of the polarized light irradiated to the surface, and the light emitted from the surface The evaluation apparatus according to any one of claims 13 to 20, including at least one condition of a second relative angle with a polarization direction of a polarization component to be detected.
前記評価部は、
前記評価特性を評価した結果に基づいて、評価対象のパターンの加工条件の評価に使用する評価特性を選択し、
前記照明部から前記評価対象のパターンが表面に形成された基板の該表面に光が照射され、前記検出部によって前記表面からの光を検出して得られる信号を、前記選択された評価特性の前記入力値として前記評価対象のパターンの加工条件を評価する、
請求項13〜22のいずれか一項に記載の評価装置。 The evaluation characteristics include a plurality of different evaluation characteristics,
The evaluation unit is
Based on the evaluation results of the evaluation characteristics, select the evaluation characteristics used for the evaluation of the processing conditions of the pattern to be evaluated,
Light is emitted from the illumination unit to the surface of the substrate on which the pattern to be evaluated is formed, and a signal obtained by detecting the light from the surface by the detection unit is obtained with the selected evaluation characteristic. Evaluating the processing conditions of the pattern to be evaluated as the input value,
The evaluation apparatus according to any one of claims 13 to 22.
請求項13〜23のいずれか一項に記載の評価装置と、を備え、
前記評価装置の評価結果に応じて前記加工装置を調整する露光システム。 A processing apparatus for forming a pattern on the surface of the substrate;
An evaluation apparatus according to any one of claims 13 to 23,
An exposure system that adjusts the processing apparatus in accordance with an evaluation result of the evaluation apparatus.
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