JP2019091065A - Projection exposure method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体装置の製造に用いられるレチクルの透過率測定方法およびその測定に用いる投影露光装置と投影露光方法に関する。 The present invention relates to a method of measuring transmittance of a reticle used for manufacturing a semiconductor device, and a projection exposure apparatus and a projection exposure method used for the measurement.
投影露光装置、例えばステッパにおいて、初回レチクルを使用する場合は、実際にレチクルを装置に入れて、光源の水銀ランプにより露光し、透過/入射エネルギーを演算して、レチクル透過率として返す。このとき、レチクルパターン全面を等間隔で露光してサンプリングする。レチクル全体を母集団と見たときに、特性を推定する必要があるが、どのようなパターンなのか認識するのが現実的に困難であるため、往々にして偏ったサンプリングになる恐れがある。例えば、サンプリングと同じピッチで繰り返されるパターンでは、レチクル透過率として返した結果は実際の値と乖離する。投影露光装置では、透過する光量が増加すると、露光負荷が大きくなった場合の発熱に伴うレンズ膨張の影響をキャンセルするために補正機能が働くが、正しくフィードバックされない場合、フォーカスずれに至り、線幅のバラツキが増加したり、レジストプロファイルが矩形を維持できなくなったりし、所望のパターンを形成することが困難となる。配線パターンではショート・オープンが発生して、品質を損なう問題があった。 When a first reticle is used in a projection exposure apparatus, for example, a stepper, the reticle is actually put into the apparatus, exposed by a mercury lamp of a light source, transmission / incident energy is calculated, and returned as reticle transmittance. At this time, the entire surface of the reticle pattern is exposed and sampled at equal intervals. When the entire reticle is viewed as a population, it is necessary to estimate the characteristics, but since it is practically difficult to recognize what pattern it is, there is often a possibility of biased sampling. For example, in a pattern repeated at the same pitch as sampling, the result returned as reticle transmittance deviates from the actual value. In the projection exposure apparatus, when the amount of light to be transmitted increases, a correction function works to cancel the influence of lens expansion caused by heat generation when the exposure load becomes large, but if it is not properly fed back, it leads to defocus and line width Variation of the resist profile, the resist profile can not maintain a rectangular shape, and it becomes difficult to form a desired pattern. In the wiring pattern, there is a problem that the short / open occurs and the quality is impaired.
このため、サンプリング数を増やすことで、母集団であるレチクル全体を捉えようとする。しかし、等間隔に測定する場合は、偏ったサンプリングの危険性が残る。仮に正確に計測できたとしても、測定に膨大な時間が掛かり、投影露光装置の生産性を損なってしまう問題があった。 Therefore, by increasing the number of samplings, it is attempted to capture the entire reticle as a population. However, when measuring at equal intervals, the risk of biased sampling remains. Even if the measurement can be accurately performed, it takes a long time to perform the measurement, and the productivity of the projection exposure apparatus is impaired.
背景技術にも述べたように、サンプリングと同じピッチで繰り返されるパターンがある場合は、レチクル透過率として得られた結果は実際の値と乖離する問題が発生することがあった。例えば、パターンの特徴を考慮したレチクル透過率を求める場合、特許文献1のように、ショット毎に領域が異なる場合において、レチクル全面の全光量測定を行い、投影像に対するデータを記憶して、このデータとマスキングブレードの開閉から実際のレチクルの露光部分を算出して、レチクル透過率を求める方法がある。実際のレチクルの露光部分を算出するためには、初めにレチクル全面の全光量測定が正確に行えることが前提条件となる。マスキングブレードの開閉で実際に露光部分を算出しようとしても、サンプリングと同じピッチで繰り返されるパターンがある場合は、レチクル透過率として返した結果は実際と乖離してしまい、実際のレチクルの露光部分を算出することが困難になってしまう。 As described in the background art, in the case where there is a pattern repeated at the same pitch as sampling, the result obtained as the reticle transmittance sometimes causes a problem of divergence from the actual value. For example, in the case of obtaining the reticle transmittance in consideration of the feature of the pattern, when the area is different for each shot as in Patent Document 1, the total light quantity measurement of the entire reticle surface is performed to store data for the projected image. There is a method of obtaining the reticle transmittance by calculating the actual exposed portion of the reticle from the data and the opening and closing of the masking blade. In order to calculate the actual exposed portion of the reticle, it is a precondition that the total light amount measurement on the entire surface of the reticle can be accurately performed first. Even if an exposed portion is actually calculated by opening and closing the masking blade, if there is a pattern repeated at the same pitch as sampling, the result returned as reticle transmittance deviates from the actual, and the actual exposed portion of the reticle It will be difficult to calculate.
また、レチクル透過率を正確に測定しようとすると、サンプリング数を増やすことで、母集団であるレチクル全体を捉えようとする。また、特許文献2のように、実際にレチクルを装置に入れて、光源の水銀ランプで露光して、形成されたレチクルパターンの転写像の画像データを取り込み、これによって得られた画像データに基づいてレチクル透過率を求める方法があるが、いずれにしても、膨大なサンプリング数が増えるために測定に膨大な時間が掛かり、投影露光装置の生産性を損なってしまう問題があった。
Also, in order to accurately measure the reticle transmittance, it is attempted to capture the entire reticle as a population by increasing the sampling number. Further, as in
本発明はこのような問題点を鑑みてなされたものであって、その課題は、投影露光装置における露光負荷の増加に伴うレンズ膨張に起因するフォーカスずれの対策として、露光負荷補正に用いる負荷算出のためのレチクル透過率測定の新しい測定方法及び投影露光装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and the problem is to calculate the load used for exposure load correction as a countermeasure for defocus due to lens expansion caused by an increase in exposure load in the projection exposure apparatus. Measurement method and reticle exposure apparatus for reticle transmittance measurement.
上記課題を解決するために、本発明の半導体装置の露光方法においては、以下のような手段を用いた。 In order to solve the above problems, the following means are used in the exposure method of the semiconductor device of the present invention.
レチクルパターンの設計データを転用することによって、実際にレチクル透過率測定を行わずとも、短時間でレチクル透過率を求めるために、標準的なCADツールを用いてレチクルパターンの設計データを作成する工程と、この設計データを標準的なファイル形式のストリーム形式(GDSIIと呼ばれる)あるいは cif形式など、マスクCADで書かれたデータの通りにデータ変換を行う工程と、変換された設計データからレチクル透過率を求める工程と、求めたレチクル透過率を保存する工程と、からなることを特徴とした。また、実際のレチクルを用いてレチクル透過率を測定せずに、データから直接レチクル透過率を求めることを特徴とする半導体露光装置または露光の方法とする。 A process of creating design data of a reticle pattern using a standard CAD tool in order to obtain reticle transmittance in a short time without actually performing reticle transmittance measurement by diverting design data of a reticle pattern The process of converting this design data as a standard file format stream format (called GDSII) or data written in mask CAD such as cif format, and reticle transmittance from the converted design data And storing the obtained reticle transmittance. Further, the present invention provides a semiconductor exposure apparatus or an exposure method characterized in that reticle transmittance is directly obtained from data without measuring reticle transmittance using an actual reticle.
本発明によれば、投影露光装置における露光負荷の増加に伴うレンズ膨張に起因するフォーカスずれの対策として、いかなる特徴をもつパターンであっても、高精度かつ短時間でレチクル透過率を求める方法、すなわち、生産性を損なわずに、正確なレチクル透過率を求める方法を提供することができる。 According to the present invention, as a countermeasure for defocusing caused by lens expansion caused by an increase in exposure load in a projection exposure apparatus, a method of obtaining reticle transmittance with high accuracy and in a short time, regardless of a pattern having any features. That is, it is possible to provide a method of determining the correct reticle transmittance without losing productivity.
図1は本発明の実施の形態に係る投影露光装置のひとつであるステッパの構成図であり、設計データから露光負荷補正を行う機能を有している。ステッパは、照明光学系1、実際にレチクル透過率を測定するための原版であるレチクル2、レチクルパターンを例えば5分の1に縮小して所望のパターンを露光によりウェハ上に転写するための投影光学系3、レチクル透過率を測定する所定の計測スポットにウェハを移動するためのステージ4、ウェハを支持するチャック5、投影光学系を通過する光量を測定するフォトディテクタ6、測定したレチクル透過率から露光負荷補正を行ったり、設計データからレチクル透過率を算出して露光負荷補正を行ったり、照明光学系1やステージ4の駆動を制御するCPU7を有している。
FIG. 1 is a block diagram of a stepper which is one of the projection exposure apparatuses according to the embodiment of the present invention, and has a function of performing exposure load correction from design data. The stepper includes the illumination optical system 1, the
レチクル透過率記憶装置8は、実際に測定したレチクル透過率のデータや、設計データ9から算出したレチクル透過率のデータを保存しておくための記憶装置である。設計データ9を用いる方法に関しては後述する。
The reticle
参考までに、従来のステッパの構成図を図2に示す。明瞭な違いは、従来のステッパにおいては、設計データとの連係が無いことであり、レチクル透過率記憶装置8は設計データから算出したレチクル透過率のデータを有効に活用していない点である。
For reference, a block diagram of a conventional stepper is shown in FIG. The clear difference is that in the conventional stepper, there is no linkage with the design data, and the reticle
上記構成を用いて、サンプリングと同じピッチで繰り返されるパターンがある場合に、レチクル透過率として返した結果が実際の値と乖離するという従来の問題を解決することが可能である。以下ではレチクル透過率を測定する方法を具体的に説明する。 Using the above configuration, it is possible to solve the conventional problem that the result returned as the reticle transmittance deviates from the actual value when there is a pattern repeated at the same pitch as sampling. The method of measuring the reticle transmittance will be specifically described below.
第一の方法は、図3に示すように、例えば、従来X,Y方向に0.2mmピッチで測定していたものを、例えば、光量計測スポット10をレチクルの対角状に斜めにとり、0.2mmピッチで測定を行うものである。ここで対角状に斜めとは、レチクルの4辺に対して斜めの直線であって、対角線とは通常一致してしない直線に沿うことを意味するものとする。この際、XおよびY方向のサンプリングがレチクルの繰り返されるパターンに対して異なる間隔を持つ様に設定する。また、計測スポット10をレチクルの対角状に斜めにとり、0.2mm、0.3mm、0.2mm、0.3mmというように異なるピッチで透過率測定を行っても良い。この場合もXおよびY方向のサンプリングがレチクルの繰り返されるパターンに対して、同じパターンに重ならずに異なるパターンに重なる様に設定する。
In the first method, as shown in FIG. 3, for example, the light
上記のサンプリングからレチクル全体の特性であるレチクル透過率を求め、レチクル透過率記憶装置8に保管する。求めたレチクル透過率に基づいて、図1のCPU(露光負荷補正装置)7にてフォーカス、レンズディストーション、倍率において露光負荷補正を必要に応じ組み合わせて行い、図1の投影光学系3にフィードバックし、投影露光を行う。
The reticle transmittance, which is the characteristic of the entire reticle, is obtained from the above sampling and stored in the reticle
第二の方法は、図4に示すように、例えば、従来X,Y方向に0.2mmピッチで順番に測定していたものを、例えば、計測スポット10のピッチを0.2〜1.0mmと幅を持たせ、X,Y方向個別に順番移動していたものを組み合わせてランダムに移動し、規則性がない測定を行い、レチクルの繰り返されるパターンに対して、同じパターンに重ならずに異なるパターンに重なる様にサンプリングの動作を設定するものである。
In the second method, as shown in FIG. 4, for example, in the conventional measurement in order of 0.2 mm pitch in the X and Y directions, for example, the pitch of the
第三の方法は、図5に示すように、従来計測スポットが、例えば、0.3mmφで固定であったものを、0.3mmφ〜1.0mmφに可変とし、計測スポットのサイズに応じて、傾斜角度を変化させるものである。正面から見た計測スポット11のサイズが小さく、例えば0.3mmφの場合、真横から見た場合のレチクル2の表面からの傾斜角度θ1(12)は10〜30度の間の小さい傾斜をつけて、レチクル透過率を測定する。このようにして、計測スポットのサイズが小さい場合においても実効的な測定領域が大きく確保できるようにする。一方、図6に示すように正面から見た計測スポット13のサイズが大きく、例えば1.0mmφの場合、真横から見た場合のレチクル2の表面からの傾斜角度θ2(14)は70〜90度の間の大きい傾斜でレチクル透過率を測定してよい。計測スポットのサイズが大きい場合には、大きな測定領域が確保できるからである。このように計測スポットのサイズを変化させることで、同一のパターンによるサンプリングを防止することが可能である。
In the third method, as shown in FIG. 5, the measurement spot conventionally fixed at 0.3 mmφ, for example, is made variable from 0.3 mmφ to 1.0 mmφ according to the size of the measurement spot, The inclination angle is changed. When the size of the
第四の方法は、図7に示すように、複数の同一チップで構成された、多面付けのレチクルにおいて、一つのチップ領域だけをサンプリングして透過率測定を行い、その結果からレチクル透過率を算出する方法である。ここでいう一つのチップ領域15とは、例えば半導体デバイスの動作領域およびその外側の、ダイシングで研削するスクライブラインの中央(中間)までの領域により囲まれた単位となる領域を指す。また、多面付けの全領域としては、これら単位領域が全て含まれるレチクル全面を指す。これらは、予めサンプリングする領域および多面付けの全領域として、装置にパラメータを入力しておく。一つのチップ領域15と多面付けの全領域との面積比から算出して、レチクル全面のレチクル透過率を求め、レチクル透過率記憶装置8に保管する。求めたレチクル透過率に基づいて、図1のCPU(露光負荷補正装置)7にてフォーカス、レンズディストーション、倍率において露光負荷補正を必要に応じ組み合わせて行い、図1の投影光学系3にフィードバックし、投影露光を行う。
In the fourth method, as shown in FIG. 7, only one chip area is sampled and transmittance measurement is performed on a polyhedral reticle composed of a plurality of identical chips, and the reticle transmittance is obtained from the result. It is a method to calculate. Here, one
第五の方法は、図8に示すように、複数の同一チップで構成された、多面付けのレチクルにおいて、四つのチップ領域16だけをサンプリングして透過率測定を行い、その結果からレチクル透過率を算出する方法である。四つのチップ領域16と多面付けの全領域の面積比から算出して、レチクル全面の透過率を求めることによって、第四の方法と同様の露光負荷補正が可能になる。
In the fifth method, as shown in FIG. 8, in a multi-faceted reticle composed of a plurality of identical chips, only four
第六の方法は、図9に示すように、複数の同一チップで構成された、多面付けのレチクルにおいて、レチクル全体の1/4に絞った領域17だけをサンプリングして透過率測定を行い、その結果からレチクル透過率を算出する方法である。レチクル全体の1/4に絞った領域17と多面付けの全領域の面積比から算出して、レチクル全面のレチクル透過率を求めることによって、通常の1/4の所要時間に短縮して、第四及び第五の方法と同様の露光負荷補正が可能になる。
In the sixth method, as shown in FIG. 9, transmittance measurement is performed by sampling only a
第七の方法は、上記方法とは異なり、実際に透過率測定を行わずに、レチクル透過率を求める方法である。図1の設計データ9を得るために、まずレチクルの設計データを全レイヤー分についてCAD作成する。次にその設計データを標準的なファイル形式のストリーム形式(GDSIIと呼ばれる)あるいはcif形式にデータ変換する。そして、変換されたデータからレチクル透過率をレチクル上の遮光膜の占有面積から求め、LANネットワークを経由して、図1のレチクル透過率記憶装置8に、レチクル透過率としてデータ保管する。データ保管されたレチクル透過率を基にして図1のCPU(露光負荷補正装置)7にてフォーカス、レンズディストーション、倍率において露光負荷補正を必要に応じ組み合わせて行い、図1の投影光学系3にフィードバックする。こうすることで実際のレチクルにて透過率測定を行わずに短時間でレチクル透過率を求めることが可能である。こうして測定を行わずに求めたレチクル透過率を上記第1ないし第6の方法により測定して求めたレチクル透過率と比較検討することで、CADデータからレチクル透過率を求める精度を上げたり、測定におけるサンプリングの適正化を図ったりすることが可能となり、さらに精度を向上させることが可能となる。
The seventh method is a method of determining the reticle transmittance without actually performing the transmittance measurement, unlike the above method. In order to obtain the
半導体基板およびMEMSなど投影露光装置でレチクルを用いたフォトリソグラフィー技術を用いる工程を有する微細加工が必要な装置の製造に利用することが可能である。 It is possible to use for manufacture of an apparatus which needs micro processing which has a process of using a photolithographic technique using a reticle in a semiconductor substrate and a projection exposure apparatus such as MEMS.
1 照明光学系
2 レチクル(原版)
3 投影光学系
4 移動ステージ
5 チャック
6 フォトディテクタ
7 CPU(露光負荷補正装置)
8 レチクル透過率記憶装置
9 設計データ
10 光量計測スポット(光量を測定するポイント)
11 正面から見た、計測スポット(サイズ小、例えば0.3mmφの場合)
12 レチクル表面からの傾斜角度θ1
13 正面から見た、計測スポット(サイズ大、例えば1.0mmφの場合)
14 レチクル表面からの傾斜角度θ2
15 透過率測定を行う一つのチップ領域
16 透過率測定を行う四つのチップ領域
17 透過率測定を行うレチクル全体の1/4に絞った領域
1 Illumination
8 Reticle
11 Measurement spot (small size, for example, 0.3 mmφ) as viewed from the front
12 Tilt angle θ1 from reticle surface
13 Measurement spot (in the case of large size, for example, 1.0 mmφ) viewed from the front
14 Tilt angle θ2 from reticle surface
15 One
Claims (2)
レチクルの設計データを作成する工程と、
前記設計データをストリーム形式またはcif形式にデータ変換する工程と、
前記データ変換された設計データからレチクル透過率を求める工程と、
前記レチクル透過率を投影露光装置のレチクル透過率記憶装置に保管する工程と、
前記レチクル透過率を基に露光負荷補正を行う工程と、
からなることを特徴とする投影露光方法。 A projection exposure method using design data of a reticle
Creating reticle design data;
Converting the design data into stream format or cif format;
Determining reticle transmittance from the data converted design data;
Storing the reticle transmittance in a reticle transmittance storage device of a projection exposure apparatus;
Performing exposure load correction based on the reticle transmittance;
A projection exposure method characterized by comprising:
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