JP3702486B2

JP3702486B2 - Exposure method and reticle used therefor

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Publication number: JP3702486B2
Application number: JP09812695A
Authority: JP
Inventors: 文明牛山
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1995-03-30
Filing date: 1995-03-30
Publication date: 2005-10-05
Anticipated expiration: 2020-10-05
Also published as: JPH08274019A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、露光ショットの投影倍率エラー、ローテーションエラー等を補正する露光方法及びそれに用いるレチクルに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
露光精度を高めるためには、露光ショットのローテーションエラー、投影倍率エラー等を測定する必要があり、この一例が特開平３−２６２１１の公報に開示されている。この発明は、露光マスクに形成された計測マークと、ウエハに形成された計測マークとの位置ずれを、ＴＴＬ（ＴｈｒｏｕｇｈＴｈｅＬｅｎｓ）方式により検出するものである。ウエハ上に形成される計測マークは、１ショットの露光領域内にそれぞれ複数設けられている。またこの計測マークは、複数回のフォトリソグラフィー工程により形成される複数の層毎にそれぞれ設けられている。このため、半導体ウエハ上のスペース効率が悪化すると問題が指摘されていた。
【０００３】
また、１ショットの露光領域内には、測定精度を高めるために複数の測定マークが配置され、この複数の測定マークを、１ショットの露光工程毎に計測し、かつ演算する必要があるため、露光工程のスループットが大きく低下していた。
【０００４】
また、エラーを検出するための基準となるウエハ上の計測マークは、半導体ウエハ自体が製造原因、環境条件などに起因した変動要素を多く含み、各種エラーを検出するための基準マークとして不適当であった。
【０００５】
一方、特開昭６０−２８６１３号公報には、露光装置が設置されるクリーンルーム内の環境条件を測定し、この測定結果に基づいて投影倍率エラーを補正する方法が開示されている。この環境条件としては、露光装置周辺の大気圧の変動、温度変動等が挙げられ、特に投影レンズの投影倍率が環境依存性を有するため、投影レンズの温度を測定して投影倍率エラーを補正している。
【０００６】
ところで、近年露光パターンの微細化に伴い、露光波長がより短波調化され、ｉ線からエキシマレーザーに移行している。そして、この短波調の光を露光光とした場合に、レチクルの温度変動に伴う投影倍率エラーの問題が新たに指摘されている。この問題は、１９９３年に開催された第４０回応用物理学会関係連合講演会の講演予行集Ｎｏ．２の第６０６頁に記載されている。このレチクルは、複数枚の半導体ウエハの露光に繰り返し使用され、遮光膜としてクロム層が用いられる。このため、時間と共にクロム層が熱膨張して投影倍率エラーの原因となることが判明した。このレチクルの温度上昇に伴う投影倍率エラーの問題に対して、特開昭６０−２８６１３号公報の発明では単に環境温度あるいは投影レンズの温度を測定しているだけであるから、適切に対応することができなかった。
【０００７】
そこで、本発明の目的とするところは、製造原因又は環境条件等に起因した変動要素の少ない対象物に基準マークを形成し、投影倍率エラー、ショットローテーションエラー等を的確に補正することのできる露光方法及びそれに用いるレチクルを提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、被処理基板以外に基準マークを形成することで、スループットを低下させずに投影倍率エラー等を補正することのできる露光方法及びそれに用いるレチクルを提供することにある。
【０００９】
本発明のさらに他の目的は、レチクルの温度依存性に起因した投影倍率エラーを的確に補正することのできる露光方法を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段及びその作用】
本発明は、移動可能なステージ上に支持された被処理体上に、遮光膜が形成されたレチクル上のパターンを投影レンズを介して投影して、前記被処理体を露光する露光方法において、
前記レチクルの前記遮光膜が形成された面側にて、露光時に複数の温度センサと接触する複数の接触部位に、それぞれ等面積にて互いに分離された複数の追加の遮光膜を形成しておき、
レチクルの温度と、投影倍率を変更するパラメータとの相関情報を予め記憶しておき、
多数枚の前記被処理体の露光に繰り返し使用されるレチクルの温度を測定し、
測定された前記レチクル温度情報と前記相関情報とに基づいて、前記投影倍率を補正し、
前記レチクルの温度測定工程は、前記遮光膜が形成された面側にて前記レチクルと複数箇所にて接触して支持するレチクル支持台に、前記複数の追加の遮光膜とそれぞれ個別的に接触する前記複数の温度センサを配置し、各々の温度センサにて検出される測定温度差を小さくして温度測定を行うことを特徴とする。
【００２２】
本発明によれば、予めレチクル温度と、投影倍率を変更するパラメータとの相関情報が記憶され、多数枚の被処理体の露光に繰り返し使用されるレチクルの温度を測定することで、この測定結果と前記相関情報とに基づいて、レチクルの温度依存性に起因した投影倍率エラーを的確に補正できる。
【００２４】
このレチクルの温度依存性に起因した投影倍率の補正工程も、ステージ上の被処理体を交換するときに、毎回あるいは複数回毎に行うことができる。
【００２５】
このレチクルの温度依存性は、レチクルの光透過部における開口率に依存し、開口率が小さいものほど温度上昇速度が著しい。従って、予め記憶されるレチクル温度及び投影倍率変更用パラメータとの相関情報は、開口率の異なるレチクル固有の情報となる。各種レチクル毎に相関情報を測定して記憶するものに代えて、下記の発明を適用することもできる。
【００２６】
その一つでは、予め記憶される相関情報は、開口率の異なる複数種のレチクル毎に記憶され、所定開口率のレチクルが装着された際には、その所定開口率に最も近い開口率のレチクルに関して記憶された相関情報が共用される。
【００２７】
あるいは、他の一つでは、所定開口率のレチクルが装着された際には、その所定開口率に近い２種の開口率のレチクルに関して記憶された相関情報から、補間演算によりそのレチクル固有の相関情報を求めることができる。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明を適用した一実施例について、図面を参照して説明する。
【００２９】
第一実施例
図１に、本発明方法が適用される露光装置の一例が示されている。同図において、被処理基板例えば半導体ウエハ１０は、Ｘ、Ｙの二次元方向と、このＸ、Ｙ軸に直交するＺ軸の回りに回転可能なウエハステージ１２に支持されている。このウエハステージ１２の上方には、露光源例えばエキシマレーザー源１４が配置されている。このエキシマレーザー源１４と、半導体ウエハ１０との間には、レチクル１６及び投影レンズ１８が配置されている。このレチクル１６もウエハステージ１２と同様に、Ｘ、Ｙの二次元方向と、Ｚ軸の回りに回転可能なレチクル支持台１７に支持されている。さらに、このレチクル支持台１７はＺ軸方向にも移動可能である。このレチクル支持台をＸ，Ｙ方向に移動することで、露光光軸２とレチクルとの光軸合わせが行われる。また、レチクル支持台１７をＺ軸の回りに回転移動することでショットローテションエラーの補正が行われる。さらに、レチクル支持台１７をＺ軸方向に移動させることで、投影倍率エラーの補正を行えるようになっている。
【００３０】
レチクル１６に形成された露光パターンは、投影レンズ１８を介することで、例えば１／５に縮小投影されて半導体ウエハ１０に結像する。ウエハステージ１２をステップ駆動することで、半導体ウエハ１０に形成された各チップ内にレチクル１６の露光パターンを投影することが可能となる。
【００３１】
図２に示すように、レチクル１６の露光パターン領域１６ａの周囲の４カ所には、それぞれ位置計測マーク１６ｂが形成されている。一方、ウエハステージ１２上であって、ウエハ１０の載置領域の周囲では、マーク形成部１２ａが形成され、このマーク形成部１２ａ上の４カ所に基準位置マーク１２ｂが形成されている。このマーク形成部１２ａの厚さは、半導体ウエハ１０の厚さとほぼ同一となっている。また、ウエハステージ１２を所定位置に設定することで、図２に示す通り、投影レンズ１８を通過する光路４上にて、基準位置マーク１２ｂと位置計測マーク１６ｂとが、４カ所にてそれぞれ対応するようになっている。
【００３２】
この基準位置マーク１２ｂと位置計測マーク１６ｂとは、上述の投影倍率エラー及びショットローテーションエラーをそれぞれ検出するために用いられる。このために、図１に示す露光装置には、エキシマレーザー源１４とレチクル１６との間に配置されるハーフミラー２２を備えたマーク検出光学系２０が設けられている。このハーフミラー２２は、レチクル１６からの反射光及びマーク形成部１２ａからの反射光を測定部３２に導くものである。
【００３３】
図２に示す位置にウエハステージ１２を移動させた後に、エキシマレーザー源１４より光照射すると、レチクル１６上の位置計測マーク１６ｂからの反射光と、マーク形成部１２ａ上の基準位置マーク１２ｂからの反射光とが、ハーフミラー２２を介して測定部３２に導かれる。
【００３４】
図３は、測定部３２にて受光された投影面上における基準位置マーク１２ｂ及び位置計測マーク１６ｂを示している。図３（Ａ）において、各マーク１２ｂ、１６ｂの縦軸間の距離は、設計上Ｌ１に設定されている。同様に、各マーク１２ｂ、１６ｂの横軸間の距離は、設計上Ｌ３に設定されている。ここで、図３（Ａ）に示すように、両マーク１２ｂ、１６ｂに、Ｘ方向に沿ってスキャンされた光６を照射すると、同図（Ｂ）に示す出力波形を得ることができる。この出力波形より、ピーク間距離Ｌ２を測定することができる。従って、両マーク１２ｂ、１６ｂのＸ軸方向の位置ずれΔＸは、下記の式（１）により求まる。
【００３５】
ΔＸ＝Ｌ１−Ｌ２ …（１）
同様に、両マーク１２ｂ、１６ｂに、Ｙ軸方向に沿ってスキャンされた光８を照射すると、図３（Ｃ）に示す出力波形を得ることができる。この出力波形のピーク間距離Ｌ４を求めることで、両マーク１２ｂ、１６ｂのＹ軸方向に沿った位置ずれΔＹは、下記の式（２）により求まる。
【００３６】
ΔＹ＝Ｌ３−Ｌ４ …（２）
この基準位置マーク１２ｂ、位置検出マーク１６ｂの直交軸に関する位置ずれΔＸ、ΔＹを検出することで、上述の投影倍率エラー及びショットローテーションエラーを検出できる原理について、図４から図７を参照して説明する。
【００３７】
図４（Ａ）は投影レンズ１８の環境依存性により、投影レンズ１８自体の縮小倍率が変更され、異なる光路４ａ、４ｂが生ずる状態を示している。一方、同図（Ｂ）にはレチクル１６の温度依存性により、レチクル１６上のある透過部が熱膨張により移動した場合、それぞれの透過部を通過する異なる光路４ｃ、４ｄを示している。
【００３８】
いずれの場合も、ウエハ１０上に結像される位置が異なっていることが分かる。この現象を、上述の基準位置マーク１２ｂと位置計測マーク１６ｂとの反射光が投影される面上で表した状態が、図５に示されている。同図は、レチクル１６の温度依存性あるいは投影レンズ１８の環境依存性により、投影面上の例えばＸ軸方向で、基準位置マーク１２ｂと位置計測マーク１６ｂとがずれた状態を示している。即ち、設計時上では、投影面上のある基準位置Ｏから距離Ａを隔てた位置に位置計測マーク１６ｂが本来あるべきところ、これがΔＡだけずれた状態に投影される。投影倍率が変化した場合のこの現象は、Ｘ軸上だけに限らず、Ｙ軸の他、投影面上のある基準点Ｏからあらゆる放射方向にて生ずることが理解できる。従って、投影倍率エラーは、投影面上の基準位置Ｏから所定放射方向に離れた位置での該放射方向に沿った両マーク１２ｂ、１６ｂの位置ずれ量として反映されることが分かる。
【００３９】
一方、図６はショットローテーションエラーを説明するための原理図である。同図は、レチクル１６が角度θだけ回転ずれを起こしている状態を示している。この回転ずれは、レチクル１６の中心からＸ軸方向に距離Ａを隔てた位置に本来あるべきＰ点が、Ｙ軸方向にΔＢだけずれた状態として検出できる。
【００４０】
このことを、基準位置マーク１２ｂ、位置計測マーク１６ｂの投影面上で表した状態が、図７に示されている。
【００４１】
本実施例では、図２に示すように、投影レンズ１８を通過する光路４上でそれぞれ対応する４カ所の基準位置マーク１２ｂ、計測位置マーク１６ｂを検出することで、上述の投影倍率エラー及びショットローテーションエラーを検出している。この投影倍率エラーを、図２に示すようにＸ軸上の異なる２点Ｂ、ＣにおけるＸ軸方向の両マーク１２ｂ、１６ｂの位置ずれ量ΔＸＢ、ΔＸＣの平均として求めると、（ΔＸＣ−ΔＸＢ）／２となる。
【００４２】
同様に、Ｙ軸方向の異なる２点Ａ、ＤのＹ軸方向の両マーク１２ｂ、１６ｂの位置ずれ量ΔＹＡ、ΔＹＤの平均を求めると、（ΔＹＡ−ΔＹＤ）／２となる。
【００４３】
これらＡからＤの４点における平均値として投影倍率エラーを求めると、

となる。
【００４４】
一方、Ｘ軸上の異なる２点Ｂ、Ｃにおけるｙ軸方向の位置ずれ量ΔＹＢ、ΔＹＣの平均値としてショットローテーションエラーを求めると、（ΔＹＢ−ΔＹＣ）／２となる。同様にＹ軸方向の異なる２点Ａ、ＤにおけるＸ方向の位置ずれ量ΔＸＡ、ΔＸＤの平均からショットローテーションエラーを求めると、（ΔＸＡ−ΔＸＤ）／２となる。
【００４５】
従って、４点Ａ〜Ｄにおける平均値としてショットローテーションエラーを求めると、

となる。
【００４６】
この投影倍率エラー及びショットローテーションエラーを求めるために、図１に示す通り、測定部３２の他に、エラー検出動作及びそれに基づく補正動作の制御を司る制御部３０が設けられ、この制御部３０には記憶部３４及び演算部３６が接続されている。
【００４７】
測定部３２からは、図３に示すＬ２、Ｌ４の情報が、図２に示すＡ〜Ｄの４点について出力され、制御部３０を介して演算部３６に入力される。一方、記憶部３４には、図３に示すＬ１、Ｌ３の情報が予め記憶されている。これらの情報は、制御部３０を介して演算部３６に出力され。演算部３６では、上述の（１）、（２）の各演算を行うことで、Ａ〜ＤにおけるＸ、Ｙ方向の量マーク１２ｂ、１６ｂのずれ量を演算することができる。その後演算部３６は、上述の式（３）、（４）の演算を行うことで、投影倍率エラー及びショットローテーションエラーを算出することができる。
【００４８】
制御部３０には、さらにレチクル駆動部３８及びステージ駆動部４０が接続されている。レチクル駆動部３８は、レチクル支持台１７を、ＸＹ及びＺ軸方向にそれぞれ移動させると共に、Ｚ軸の回りに回転移動させるものである。制御部３０は、演算部３６にて算出された投影倍率エラー及びショットローテーションエラーに基づいて、レチクル駆動部３８を駆動制御することになる。即ち、投影倍率エラーに基づいてレチクル支持台１７がＺ軸方向に移動され、投影倍率の補正が行われる。さらに、ショットローテーションエラーに基づいてレチクル支持台１７がＺ軸回りに回転されて、ショットローテーションエラーの補正が行われる。
【００４９】
本実施例では、図２に示すように、レチクル１６上の露光パターン領域１６ａの周囲の例えば２カ所に、レチクルアライメントマーク１６ｃを形成している。このレチクルアライメントマーク１６ｃは、レチクル１６を露光光軸２と光軸合わせするために用いられる。このために、この２つのレチクルアライメントマーク１６ｃと対応させて、マーク検出光学系２０のいずれかの光路途中、あるいは測定部３２に、光軸合わせのための基準位置マークが設けられている。このレチクルアライメントマーク１６ｃの検出に基づくレチクルアライメント動作は公知であるのでその詳細は省略するが、レチクルアライメントマーク１６ｃと、基準位置マーク（図示せず）とのＸ、Ｙ方向のそれぞれのずれ量が測定部３２で測定され、制御部３０、レチクル駆動部３８を介して、レチクル支持台１７をＸ、Ｙ方向に移動させることで、レチクルアライメント動作が実施される。
【００５０】
なお、ステージ駆動部４０は、半導体ウエハ１０に多数形成された各々のチップに対する露光を実施するために、ウエハステージ１２をＸ、Ｙ方向にステップ駆動するためのものである。
【００５１】
次に、上述の投影倍率エラーの補正工程、ショットローテーションエラーの補正工程及びレチクルアライメント動作について、図８のフローチャートを参照して説明する。
【００５２】
ステップ１でレチクル１６がレチクル支持台１７にセットされた後に、マーク形成部１２ａがマーク検出光学系２０の直下の位置となるように、ウエハステージ１２が移動される（ステップ２）。この段階ではレチクルの光軸ずれ補正動作が終了していないため、ステップ３の判断がＮＯとなり、ステップ４に移行する。
【００５３】
ステップ４では、エキシマレーザー源１４よりレーザー光が出射され、レチクルマスク１６及びウエハステージ１２上のマーク形成部１２ａからの反射光が、ハーフミラー２２を介して測定部３２に導かれる。この測定部３２にて、基準位置マーク１２ｂと位置計測マーク１６ｂとのＸＹ方向の各位置が測定される。さらに、レチクルアライメントマーク１６ｃと、そのための基準位置マーク（図示せず）とが検出される。
【００５４】
ステップ４が終了すると、まず、レチクルの光軸ずれの検出（ステップ５）が行われる。その後、ステップ６にて、検出されたそれぞれのエラー値が、予め設定された許容置の範囲以内であるか否かが判断される。この各許容値は、記憶部３４に予め記憶されており、ステップ６の判断は制御部３０にて実施される。ステップ６での判断がＮＯである場合に限り、ステップ７にて、レチクルの光軸ずれの補正工程が実施される。
【００５５】
ここで、ステップ６での判断がＹＥＳである場合には、先に行われたステップ４にて予め計測された基準位置マーク１２ｂ、位置計測マーク１６ｂの情報に基づいて、ショットローテーションエラーの検出が行われる（ステップ１０）。
【００５６】
ステップ７においてレチクルの光軸ずれ補正が実施された場合には、ステップ２に戻って、光軸ずれ補正が終了後の状態にて、基準位置マーク１２ｂ、位置計測マーク１６ｂに向け光照射を行う。この後、ステップ３の判断がＹＥＳとなるため、ステップ８にて、基準位置マーク１２ｂ、位置計測マーク１６ｂの位置検出が行われる。この時には、レチクルアライメントマーク１６ｃの位置検出は不要である。
【００５７】
その後、ステップ９の判断がＮＯとなるので、ステップ１０にてショットローテーションエラーが検出される。ステップ１１にて、検出されたそれぞれのエラー値が、予め設定された許容置の範囲以内であるか否かが判断される。この各許容値は、記憶部３４に予め記憶されており、ステップ１１の判断は制御部３０にて実施される。ステップ１１での判断がＮＯである場合に限り、ステップ１２にて、ショットローテーションエラーの補正工程が実施される。なお、ショットローテーションエラーの補正後に、再度レチクルの光軸ずれの測定又は補正を行うこともできる。
【００５８】
ステップ１１の判断がＹＥＳであれば、ステップ８で収集したデータに基づいて、投影倍率エラーが直ちに検出される（ステップ１３）。逆に、ステップ１２で補正された場合には、再度ステップ２に戻って、ステップ８にて再度基準位置マーク及び位置計測マークが計測され、ステップ９を経てステップ１３に移行することになる。
【００５９】
このように、再度投影倍率エラーのためのデータ収集を行う理由は、レチクルアライメント、ショットローテーションエラー補正を実施した後は、補正前と比較して投影倍率エラーのための情報が変化しているからである。
【００６０】
次に、ステップ１３にて検出されたエラー値が許容値以内であるか否かが判断される（ステップ１４）。この許容値も、予め記憶部３４に記憶され、ステップ１４での判断工程は、制御部３０にて行われる。そして、検出されたエラー値が許容値を超えた場合にのみ、ステップ１５にて投影倍率エラーの補正が行われる。
【００６１】
以上の動作が終了した後に、ウエハ１０に対する露光が可能となる。まず、ステップ１６にて、ウエハステージ１２上にウエハ１０が供給される。この後、ステップ１７にてウエハアライメントが実施された後に、ウエハステージ１２をステップ移動しながら、各停止位置にてエキシマレーザー源１４からの光照射を行うことで、半導体ウエハ１０の全チップの露光工程が行われることになる（ステップ１８，１９）。ステップ１９にて、半導体ウエハ１０の全チップに対する露光が終了した場合には、ステップ２０にて、ウエハステージ１２より処理済みのウエハ１０が除去される。
【００６２】
その後、ステップ２１にて、多数枚の半導体ウエハ１０から成る一ロットについての露光工程がすべて終了したか否かが判断される。他に露光すべき半導体ウエハ１０が存在する場合には、ステップ２に戻り、ステップ２、３、８、９、１３〜１５の各工程を実施することで、投影倍率エラーの補正が再度実施されることになる。これにより、投影レンズ１８の環境条件が変更された場合にも、あるいはレチクル１６の温度上昇があった場合にも、ウエハ１０を交換するタイミングで投影倍率エラーの補正が行われ、精度の高い露光工程を実施することが可能となる。なお、ウエハ１０をの交換するときに行われる投影倍率エラーの補正工程は、必ずしもウエハ交換時に毎回行うものに限らず、複数回に一回行うものでも良い。また、上述の各マーク１２ｂ、１６ｂ、１６ｃを検出する際には、レチクル１６の上方に、位置計測マーク１６ｂ、レチクルアライメントマーク１６ｃと対応する各所に、位置計測顕微鏡を配置するようにしても良い。
【００６３】
また、電子ビーム描画法によるレチクル１６の作成時に生じた描画ずれが予め分かれば、そのずれを記憶部７２に記憶しておき、例えばステップ７または１２のいずれかにて、描画ずれに基づくエラーを併せて補正することもできる。
【００６４】
第二実施例
この第二実施例は、レチクル１６の温度依存性に鑑み、レチクル１６の温度を測定し、これに基づいて投影倍率エラーの補正を行うものである。このために図９及び図１０に示すように、レチクル１６を支持するレチクル支持台１７には、レチクル１６の例えば四隅の温度を測定する温度センサー５０が設けられている。この温度センサー５０は、レチクル１６の裏面と接触する熱電対として構成することができる。レチクル１６の裏面には、図１１に示すように、光の非透過部を形成するためのクロム膜が各所に設けられている。露光パターン形成領域１６ａのクロム膜は省略してあるが、この領域１６ａの周囲を囲むように、四角枠状にクロム膜による遮光部１６ｄが形成されている。さらに、熱電対５０が接触されるレチクル１６の裏面の四隅にも、コンタクト部１６ｅとしてのクロム膜が形成されている。この４カ所のコンタクト部１６ｅにおけるクロム膜の面積はほぼ等しく設定されている。これにより、熱電対５０にてそれぞれ検出されるレチクル１６の四隅の温度差をより小さくすることができる。このコンタクト部１６ｅとしては、各所でのクロム膜の面積が等しければ良く、それぞれクロム膜の面積を０とすることもできる。さらに好ましくは、このコンタクト部１６ｅにおける周辺のクロム膜の面積も、４カ所にてそれぞれほぼ等しく設定しておくことが好ましい。
【００６５】
図９に示す露光装置では、投影レンズ１８として図１２に示す構造を採用している。同図に示すように、投影レンズ１８の中央部にはエアレンズ１８ａが設けられている。このエアレンズ１８ａには給気部６０及び排気部６２が接続されている。そして、給気部６０及び排気部６２のそれぞれに、エアバルブ６４ａ、６４ｂが設けられている。この投影レンズ１８は、エアレンズ１８ａにおける空気圧を調整することで投影倍率を変更できることが知られている。
【００６６】
図１３は、露光工程にて繰り返し使用されるレチクル１６の使用時間と、レチクル温度との関係を、レチクル１６に形成される露光パターン領域１６ａの透過部の開口率が異なるものについて表したものである。レチクル１６の温度は、レーザー光源１４からの光が断続照射となるため、その温度を上下させながら、時間とともに保有温度が上昇する傾向がある。この傾向は、特に光透過部の開口率が小さいものほど顕著である。図１４では、開口率０％と開口率７０％との例を挙げているが、開口率０％のものがより顕著である。従って、例えば、コンタクトホール形成のために用いるレチクルなどのように、開口率が小さいものは、使用開始時と所定時間経過後とでは、そのレチクル温度に大きな相違が生じている。
【００６７】
図１４は、レチクル温度と投影倍率エラーとの関係を示した特性図である。レチクル温度が上昇すると、それに従い投影倍率エラーも増大する傾向が認められる。これは、温度上昇によりレチクルが膨張し、ある位置における光透過部が半径方向外側に移動し、この移動量はレチクル温度が高いほど大きいからである。
【００６８】
一方、図１５は投影倍率と、この投影倍率を制御するパラメータ例えばレンズ空気圧との関係を示す特性図である。図１２に示す投影レンズ１８中のエアレンズ１８ａの空気圧を高く設定するほど、その投影レンズ１８の投影倍率を大きく設定できることが分かる。
【００６９】
図１４及び図１５から明らかなように、レチクル１６の温度を測定し、それに従って投影レンズ１８のエアレンズ１８ａにおける空気圧を制御することで、常に投影倍率を一定に制御できることが分かる。
【００７０】
この投影倍率の駆動制御系として、図９に示すように、制御部７０、記憶部７２、演算部７４及びエアレンズ駆動部７６が設けられている。制御部７０は、上述のレチクル温度に基づく投影倍率エラーの補正制御を司るものである。この制御部７０に接続された記憶部７２には、例えば図１４及び図１５に示す特性データが予め測定されて記憶されている。記憶部７２に記憶される情報は図１４及び図１５に示すものに限らず、少なくともレチクル温度と投影倍率制御用パラメータ例えばレンズ空気圧との相関が記憶されていれば良い。
【００７１】
この記憶部７２に記憶される相関情報は、あるロットの一群のウエハ１０が露光処理される前に、その処理に用いるレチクル固有の情報として、そのレチクル温度と投影投影倍率エラーとの関係を測定しておくことが好ましい。ロットが異なれば、レチクル１６の開口率も異なり、レチクル温度−投影倍率エラーの関係が異なるからである。
【００７２】
他の方法として、図１３に示すように、レチクル温度の上昇特性はその開口率に依存するため、予め開口率の異なる複数種のレチクルについて、レチクル温度と投影倍率エラーとの関係を測定し、記憶部７２に記憶させておくこともできる。この場合、予め記憶されている開口率と異なる開口率のレチクルが使用される場合には、その使用されるレチクルの開口率に最も近い開口率に関する記憶データを、制御用のデータとして転用することができる。あるいは、使用されるレチクルの開口率に近い２種の開口率を持つレチクルに関して記憶された記憶情報から、使用されるレチクルの相関情報を補間により求めることもできる。この補間演算は、図９に示す演算部７４にて実施される。
【００７３】
このような投影倍率の補正は、一定時間毎にレチクル１６の温度を測定して行うことが好ましい。特に、ウエハステージ１２に支持される半導体ウエハ１０が交換される時に、毎回または複数回に一回レチクル１６の温度を測定し、投影倍率エラーの補正を行うものが好ましい。
【００７４】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、露光対象である被処理基板は必ずしも半導体ウエハに限らず、液晶表示装置（ＬＣＤ）等の他の半導体基板でも良く、あるいは半導体基板以外の各種処理基板に本発明の露光方法を適用することもできる。
【００７５】
【発明の効果】
請求項１から８に記載された露光方法によれば、投影レンズの環境条件が変化したとしても、あるいはレチクルの温度変動があった場合にも、被処理基板のステージ側に設けた基準位置マークと、レチクルに設けた位置測定マークとの位置ずれを検出することで、投影倍率を補正して精度の高い露光を実施することが可能となる。
【００７６】
請求項９から１１に記載のレチクルによれば、このレチクルが設置される露光装置のステージに形成された基準位置マークと対で使用される位置計測マークが形成されているため、このレチクルを露光装置に設置した際の投影倍率の補正を容易に行うことができる。
【００７７】
請求項１２から１６の露光方法によれば、繰り返し使用されるレチクルの温度が変動したとしても、そのレチクルの温度を測定することで、投影倍率を補正することができ、精度の高い露光を実現することが可能となる。
【００７８】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の露光方法が実施される第１実施例装置の概略説明図である。
【図２】ステージに形成される基準位置マークと、レチクルに形成される位置計測マークとの関係を示す概略斜視図である。
【図３】（Ａ）は、基準位置マーク及び位置計測マークを投影した状態を示す概略説明図、（Ｂ）及び（Ｃ）は、（Ａ）の両マークをＸ、Ｙ方向にそれぞれスキャンして得られる信号波形を示している。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ投影屈折倍率エラーに起因した光路の変化を説明するための概略説明図である。
【図５】投影倍率エラーを反映するマークの位置ずれ量を説明するための概略説明図である。
【図６】ショットローテーションエラーを説明するための概略説明図である。
【図７】ショットローテーションエラーを反映したマークの位置ずれ量を説明するための概略説明図である。
【図８】図１に示す露光装置を用いた、レチクルアライメント、投影倍率エラー及びショットローテーションエラーの補正手順を示すフローチャートである。
【図９】本発明方法を実施するための第２実施例装置の概略説明図である。
【図１０】図９の露光装置に用いられるレチクル及びレチクル支持台の平面図である。
【図１１】図９の装置に使用されるレチクルの裏面図である。
【図１２】図９に示す装置に用いられるエアーレンズを用いた投影レンズの概略説明図である。
【図１３】レチクルが繰り返使用される時間とレチクル温度との関係を示す特性図である。
【図１４】レチクル温度と投影倍率エラーとの関係を示す特性図である。
【図１５】投影倍率とレンズ空気圧との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
２露光光軸
１０被処理基板
１２ステージ
１２ａマーク形成部
１２ｂ基準位置マーク
１４露光源
１６レチクル
１６ａ露光パターン領域
１６ｂ位置計測マーク
１６ｃレチクルアライメントマーク
１７レチクル支持台
１８投影レンズ
１８ａエアーレンズ
２０マーク検出光学系
２２ハーフミラー
３０、７０制御部
３２測定部
３４、７２記憶部
３６、７４演算部
３８レチクル駆動部
４０ステージ駆動部
５０温度センサ[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an exposure method for correcting an exposure shot projection magnification error, a rotation error, and the like, and a reticle used therefor.
[0002]
[Prior art and problems to be solved by the invention]
In order to increase the exposure accuracy, it is necessary to measure an exposure shot rotation error, a projection magnification error, and the like, and an example of this is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-26211. According to the present invention, a positional deviation between a measurement mark formed on an exposure mask and a measurement mark formed on a wafer is detected by a TTL (Through The Lens) method. A plurality of measurement marks formed on the wafer are provided in each exposure area of one shot. The measurement mark is provided for each of a plurality of layers formed by a plurality of photolithography processes. For this reason, a problem has been pointed out when the space efficiency on the semiconductor wafer deteriorates.
[0003]
In addition, a plurality of measurement marks are arranged in the exposure area of one shot to increase measurement accuracy, and it is necessary to measure and calculate the plurality of measurement marks for each exposure process of one shot. The throughput of the exposure process was greatly reduced.
[0004]
In addition, the measurement mark on the wafer that serves as a reference for detecting an error is not suitable as a reference mark for detecting various errors because the semiconductor wafer itself contains many fluctuation elements due to manufacturing causes and environmental conditions. there were.
[0005]
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-28613 discloses a method of measuring an environmental condition in a clean room where an exposure apparatus is installed and correcting a projection magnification error based on the measurement result. The environmental conditions include fluctuations in atmospheric pressure around the exposure apparatus, temperature fluctuations, etc. Especially, since the projection magnification of the projection lens is environmentally dependent, the temperature of the projection lens is measured to correct the projection magnification error. ing.
[0006]
By the way, in recent years, with the miniaturization of the exposure pattern, the exposure wavelength has become shorter, and the i-line shifts to an excimer laser. Further, when this short-wave light is used as exposure light, a problem of a projection magnification error accompanying a reticle temperature variation is newly pointed out. This problem is related to the 40th JSAP-related Joint Lecture Meeting held in 1993. 2, page 606. This reticle is repeatedly used for exposure of a plurality of semiconductor wafers, and a chromium layer is used as a light shielding film. For this reason, it has been found that the chromium layer thermally expands over time, causing a projection magnification error. To cope with the problem of the projection magnification error caused by the temperature rise of the reticle, the invention disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-28613 merely measures the environmental temperature or the temperature of the projection lens, so that it can be appropriately dealt with. I could not.
[0007]
Therefore, an object of the present invention is to form an exposure mark that can accurately correct projection magnification error, shot rotation error, etc. by forming a reference mark on an object with little variation due to manufacturing causes or environmental conditions. It is to provide a method and a reticle used therefor.
[0008]
Another object of the present invention is to provide an exposure method capable of correcting a projection magnification error or the like without reducing throughput by forming a reference mark other than the substrate to be processed, and a reticle used therefor.
[0009]
Still another object of the present invention is to provide an exposure method capable of accurately correcting a projection magnification error caused by the temperature dependence of a reticle.
[0021]
[Means for Solving the Problem and Action]
  The present invention provides an object to be processed supported on a movable stage,A light-shielding film was formedIn an exposure method of projecting a pattern on a reticle through a projection lens and exposing the object to be processed,
  A plurality of additional light shielding films that are separated from each other by an equal area are formed on a plurality of contact portions that are in contact with a plurality of temperature sensors during exposure on the side of the reticle where the light shielding film is formed. ,
  Correlation information between the temperature of the reticle and a parameter for changing the projection magnification is stored in advance,
  Measure the temperature of a reticle that is repeatedly used for exposure of a large number of workpieces,
  The projection magnification is corrected based on the measured reticle temperature information and the correlation information.And
In the reticle temperature measurement step, each of the plurality of additional light-shielding films is individually contacted with a reticle support base that is in contact with and supports the reticle at a plurality of locations on the surface side on which the light-shielding film is formed. The plurality of temperature sensors are arranged, and the temperature measurement is performed by reducing the measurement temperature difference detected by each temperature sensor.It is characterized by that.
[0022]
  BookAccording to the invention, correlation information between the reticle temperature and a parameter for changing the projection magnification is stored in advance, and the measurement result is obtained by measuring the temperature of the reticle repeatedly used for exposure of a large number of workpieces. Based on the correlation information, the projection magnification error due to the temperature dependence of the reticle can be accurately corrected.
[0024]
  Projection magnification correction process due to the temperature dependence of the reticleAlso,When exchanging the object to be processed on the stage, it can be performed every time or every plural times.
[0025]
  The temperature dependency of the reticle depends on the aperture ratio in the light transmission portion of the reticle, and the temperature increase rate is more remarkable as the aperture ratio is smaller. Accordingly, the correlation information between the reticle temperature and the projection magnification changing parameter stored in advance is information unique to the reticle having a different aperture ratio. Instead of measuring and storing correlation information for each reticle,belowThe invention can also be applied.
[0026]
  One of themThe correlation information stored in advance is stored for each of a plurality of types of reticles having different aperture ratios. When a reticle having a predetermined aperture ratio is mounted, the correlation information stored for the reticle having the aperture ratio closest to the predetermined aperture ratio is stored. Correlation information is shared.
[0027]
  OrIn the other oneWhen a reticle having a predetermined aperture ratio is mounted, correlation information unique to the reticle can be obtained by interpolation calculation from the correlation information stored for the two types of aperture ratio reticles close to the predetermined aperture ratio.
[0028]
【Example】
Hereinafter, an embodiment to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
[0029]
First embodiment
FIG. 1 shows an example of an exposure apparatus to which the method of the present invention is applied. In the figure, a substrate to be processed, for example, a semiconductor wafer 10 is supported by a wafer stage 12 that can rotate around a two-dimensional direction of X and Y and a Z axis orthogonal to the X and Y axes. An exposure source, for example, an excimer laser source 14 is disposed above the wafer stage 12. A reticle 16 and a projection lens 18 are arranged between the excimer laser source 14 and the semiconductor wafer 10. Similar to the wafer stage 12, the reticle 16 is also supported by a reticle support base 17 that can rotate in the two-dimensional directions of X and Y and around the Z axis. Further, the reticle support base 17 is also movable in the Z-axis direction. By moving the reticle support base in the X and Y directions, the optical axes of the exposure optical axis 2 and the reticle are aligned. Further, the shot rotation error is corrected by rotating the reticle support base 17 about the Z axis. Furthermore, the projection magnification error can be corrected by moving the reticle support base 17 in the Z-axis direction.
[0030]
The exposure pattern formed on the reticle 16 is reduced and projected to 1/5, for example, through the projection lens 18 and forms an image on the semiconductor wafer 10. By step driving the wafer stage 12, the exposure pattern of the reticle 16 can be projected into each chip formed on the semiconductor wafer 10.
[0031]
As shown in FIG. 2, position measurement marks 16b are formed at four locations around the exposure pattern area 16a of the reticle 16, respectively. On the other hand, on the wafer stage 12 and around the mounting area of the wafer 10, mark forming portions 12a are formed, and reference position marks 12b are formed at four positions on the mark forming portion 12a. The thickness of the mark forming portion 12a is almost the same as the thickness of the semiconductor wafer 10. Further, by setting the wafer stage 12 to a predetermined position, as shown in FIG. 2, the reference position mark 12b and the position measurement mark 16b correspond to each of four positions on the optical path 4 passing through the projection lens 18. It is supposed to be.
[0032]
The reference position mark 12b and the position measurement mark 16b are used to detect the above-described projection magnification error and shot rotation error, respectively. For this purpose, the exposure apparatus shown in FIG. 1 is provided with a mark detection optical system 20 including a half mirror 22 disposed between the excimer laser source 14 and the reticle 16. The half mirror 22 guides the reflected light from the reticle 16 and the reflected light from the mark forming unit 12 a to the measuring unit 32.
[0033]
When the wafer stage 12 is moved to the position shown in FIG. 2 and then irradiated with light from the excimer laser source 14, the reflected light from the position measurement mark 16b on the reticle 16 and the reference position mark 12b on the mark forming portion 12a. The reflected light is guided to the measurement unit 32 via the half mirror 22.
[0034]
FIG. 3 shows the reference position mark 12b and the position measurement mark 16b on the projection plane received by the measurement unit 32. In FIG. 3A, the distance between the vertical axes of the

marks

12b and 16b is set to L1 by design. Similarly, the distance between the horizontal axes of the

marks

12b and 16b is set to L3 by design. Here, as shown in FIG. 3A, when both the

marks

12b and 16b are irradiated with the light 6 scanned along the X direction, the output waveform shown in FIG. 3B can be obtained. From this output waveform, the peak-to-peak distance L2 can be measured. Accordingly, the positional deviation ΔX in the X-axis direction of both

marks

12b and 16b is obtained by the following equation (1).
[0035]
ΔX = L1-L2 (1)
Similarly, when both

marks

12b and 16b are irradiated with light 8 scanned along the Y-axis direction, an output waveform shown in FIG. 3C can be obtained. By obtaining the peak-to-peak distance L4 of the output waveform, the positional deviation ΔY along the Y-axis direction of both

marks

12b and 16b is obtained by the following equation (2).
[0036]
ΔY = L3-L4 (2)
The principle that the above-described projection magnification error and shot rotation error can be detected by detecting the positional deviations ΔX and ΔY with respect to the orthogonal axes of the reference position mark 12b and the position detection mark 16b will be described with reference to FIGS. To do.
[0037]
FIG. 4A shows a state in which the reduction magnification of the projection lens 18 itself is changed due to the environment dependency of the projection lens 18 to generate different optical paths 4a and 4b. On the other hand, FIG. 5B shows different optical paths 4c and 4d that pass through each transmissive part when a transmissive part on the reticle 16 moves due to thermal expansion due to the temperature dependence of the reticle 16.
[0038]
In any case, it can be seen that the positions imaged on the wafer 10 are different. FIG. 5 shows a state in which this phenomenon is expressed on the surface on which the reflected light of the reference position mark 12b and the position measurement mark 16b is projected. This figure shows a state in which the reference position mark 12b and the position measurement mark 16b are shifted in the X-axis direction on the projection surface due to the temperature dependency of the reticle 16 or the environment dependency of the projection lens 18, for example. That is, at the time of design, the position measurement mark 16b should be originally located at a position separated from the certain reference position O on the projection surface by a distance A, but is projected in a state shifted by ΔA. It can be understood that this phenomenon when the projection magnification changes occurs not only on the X axis, but also in any radial direction from a certain reference point O on the projection plane in addition to the Y axis. Therefore, it can be seen that the projection magnification error is reflected as the amount of positional deviation between the

marks

12b and 16b along the radial direction at a position away from the reference position O on the projection plane in the predetermined radial direction.
[0039]
On the other hand, FIG. 6 is a principle diagram for explaining a shot rotation error. This figure shows a state in which the reticle 16 is rotationally displaced by an angle θ. This rotational deviation can be detected as a state where the point P, which should be originally located at a distance A in the X-axis direction from the center of the reticle 16, is shifted by ΔB in the Y-axis direction.
[0040]
A state in which this is expressed on the projection plane of the reference position mark 12b and the position measurement mark 16b is shown in FIG.
[0041]
In this embodiment, as shown in FIG. 2, the above-described projection magnification error and shot are detected by detecting the corresponding four reference position marks 12b and measurement position marks 16b on the optical path 4 passing through the projection lens 18, respectively. A rotation error is detected. When this projection magnification error is calculated as an average of the positional deviation amounts ΔXB and ΔXC of the two

marks

12b and 16b in the X-axis direction at two different points B and C on the X-axis as shown in FIG. 2, (ΔXC−ΔXB) / 2.
[0042]
Similarly, the average of the positional deviation amounts ΔYA and ΔYD of the two

marks

12b and 16b in the Y-axis direction at two points A and D having different Y-axis directions is (ΔYA−ΔYD) / 2.
[0043]
When the projection magnification error is obtained as an average value at these four points A to D,

It becomes.
[0044]
On the other hand, when the shot rotation error is obtained as an average value of the positional deviation amounts ΔYB and ΔYC in two y-axis directions at two different points B and C on the X-axis, (ΔYB−ΔYC) / 2 is obtained. Similarly, when the shot rotation error is obtained from the average of the positional deviation amounts ΔXA and ΔXD in the X direction at the two points A and D having different Y-axis directions, (ΔXA−ΔXD) / 2 is obtained.
[0045]
Therefore, when a shot rotation error is obtained as an average value at four points A to D,

It becomes.
[0046]
In order to obtain the projection magnification error and the shot rotation error, as shown in FIG. 1, in addition to the measurement unit 32, a control unit 30 that controls the error detection operation and the correction operation based on the error detection operation is provided. Are connected to a storage unit 34 and a calculation unit 36.
[0047]
Information of L2 and L4 shown in FIG. 3 is output from the measurement unit 32 for four points A to D shown in FIG. 2 and input to the calculation unit 36 via the control unit 30. On the other hand, information on L1 and L3 shown in FIG. These pieces of information are output to the calculation unit 36 via the control unit 30. The calculation unit 36 can calculate the shift amounts of the amount marks 12b and 16b in the X and Y directions in A to D by performing the above-described calculations (1) and (2). Thereafter, the calculation unit 36 can calculate the projection magnification error and the shot rotation error by performing the calculations of the above-described equations (3) and (4).
[0048]
A reticle drive unit 38 and a stage drive unit 40 are further connected to the control unit 30. The reticle driving unit 38 moves the reticle support base 17 in the XY and Z-axis directions and rotates around the Z-axis. The control unit 30 drives and controls the reticle driving unit 38 based on the projection magnification error and the shot rotation error calculated by the calculation unit 36. That is, the reticle support base 17 is moved in the Z-axis direction based on the projection magnification error, and the projection magnification is corrected. Further, the reticle support base 17 is rotated around the Z axis based on the shot rotation error, and the shot rotation error is corrected.
[0049]
In this embodiment, as shown in FIG. 2, reticle alignment marks 16c are formed at, for example, two places around the exposure pattern region 16a on the reticle 16. The reticle alignment mark 16c is used to align the reticle 16 with the exposure optical axis 2. Therefore, a reference position mark for optical axis alignment is provided in the middle of one of the optical paths of the mark detection optical system 20 or in the measurement unit 32 so as to correspond to the two reticle alignment marks 16c. Since the reticle alignment operation based on the detection of the reticle alignment mark 16c is well known, the details thereof will be omitted. However, the amounts of deviation in the X and Y directions between the reticle alignment mark 16c and a reference position mark (not shown) are different. The reticle alignment operation is performed by measuring the measurement unit 32 and moving the reticle support base 17 in the X and Y directions via the control unit 30 and the reticle driving unit 38.
[0050]
The stage driving unit 40 is for step-driving the wafer stage 12 in the X and Y directions in order to perform exposure on each chip formed on the semiconductor wafer 10.
[0051]
Next, the above-described projection magnification error correction step, shot rotation error correction step, and reticle alignment operation will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0052]
After the reticle 16 is set on the reticle support base 17 in step 1, the wafer stage 12 is moved so that the mark forming portion 12a is positioned immediately below the mark detection optical system 20 (step 2). At this stage, since the reticle optical axis deviation correction operation has not been completed, the determination in step 3 is NO and the process proceeds to step 4.
[0053]
In step 4, laser light is emitted from the excimer laser source 14, and reflected light from the reticle mask 16 and the mark forming part 12 a on the wafer stage 12 is guided to the measuring part 32 through the half mirror 22. The measurement unit 32 measures each position in the XY direction between the reference position mark 12b and the position measurement mark 16b. Furthermore, reticle alignment mark 16c and a reference position mark (not shown) for that purpose are detected.
[0054]
When step 4 is completed, detection of the optical axis deviation of the reticle is first performed (step 5). Thereafter, in step 6, it is determined whether or not each detected error value is within a preset allowable range. Each allowable value is stored in advance in the storage unit 34, and the determination in step 6 is performed by the control unit 30. Only when the determination in step 6 is NO, in step 7, the optical axis deviation correction process of the reticle is performed.
[0055]
Here, if the determination in step 6 is YES, the shot rotation error is detected based on the information of the reference position mark 12b and the position measurement mark 16b previously measured in step 4 performed previously. Performed (step 10).
[0056]
When the optical axis deviation correction of the reticle is performed in step 7, the process returns to step 2, and light irradiation is performed toward the reference position mark 12b and the position measurement mark 16b in a state after the optical axis deviation correction is completed. . Thereafter, since the determination in step 3 is YES, in step 8, the positions of the reference position mark 12b and the position measurement mark 16b are detected. At this time, it is not necessary to detect the position of the reticle alignment mark 16c.
[0057]
Thereafter, since the determination at step 9 is NO, a shot rotation error is detected at step 10. In step 11, it is determined whether or not each detected error value is within a preset allowable range. Each allowable value is stored in advance in the storage unit 34, and the determination in step 11 is performed by the control unit 30. Only when the determination in step 11 is NO, in step 12, a shot rotation error correction process is performed. Note that the reticle optical axis deviation can be measured or corrected again after correcting the shot rotation error.
[0058]
If the determination in step 11 is YES, a projection magnification error is immediately detected based on the data collected in step 8 (step 13). On the other hand, when the correction is made in step 12, the process returns to step 2 again, the reference position mark and the position measurement mark are measured again in step 8, and the process proceeds to step 13 through step 9.
[0059]
As described above, the reason for collecting data for the projection magnification error again is that the information for the projection magnification error has changed after the reticle alignment and the shot rotation error correction compared to before the correction. It is.
[0060]
Next, it is determined whether or not the error value detected in step 13 is within an allowable value (step 14). This allowable value is also stored in advance in the storage unit 34, and the determination process in step 14 is performed by the control unit 30. Then, only when the detected error value exceeds the allowable value, the projection magnification error is corrected in step 15.
[0061]
After the above operation is completed, the wafer 10 can be exposed. First, in step 16, the wafer 10 is supplied onto the wafer stage 12. Thereafter, after wafer alignment is performed in step 17, light irradiation from the excimer laser source 14 is performed at each stop position while moving the wafer stage 12 stepwise, thereby exposing all the chips of the semiconductor wafer 10. The process will be performed (steps 18 and 19). If exposure of all the chips of the semiconductor wafer 10 is completed in step 19, the processed wafer 10 is removed from the wafer stage 12 in step 20.
[0062]
Thereafter, in step 21, it is determined whether or not the exposure process for one lot composed of a large number of semiconductor wafers 10 has been completed. If there is another semiconductor wafer 10 to be exposed, the process returns to step 2 and the processes of

steps

2, 3, 8, 9, 13 to 15 are carried out to correct the projection magnification error again. Will be. Thereby, even when the environmental condition of the projection lens 18 is changed or when the temperature of the reticle 16 is increased, the projection magnification error is corrected at the timing of exchanging the wafer 10, and exposure with high accuracy is performed. The process can be performed. The projection magnification error correction process performed when the wafer 10 is replaced is not necessarily performed every time the wafer is replaced, and may be performed once every plural times. Further, when detecting the above-described

marks

12b, 16b, and 16c, a position measuring microscope may be disposed above the reticle 16 at positions corresponding to the position measuring mark 16b and the reticle alignment mark 16c. .
[0063]
In addition, if a drawing deviation caused when the reticle 16 is created by the electron beam drawing method is known in advance, the deviation is stored in the storage unit 72. For example, an error based on the drawing deviation is generated in either step 7 or 12. It can also be corrected.
[0064]
Second embodiment
In the second embodiment, in consideration of the temperature dependence of the reticle 16, the temperature of the reticle 16 is measured, and the projection magnification error is corrected based on the measured temperature. For this purpose, as shown in FIGS. 9 and 10, the reticle support base 17 that supports the reticle 16 is provided with temperature sensors 50 that measure the temperatures of, for example, four corners of the reticle 16. The temperature sensor 50 can be configured as a thermocouple that contacts the back surface of the reticle 16. On the back surface of the reticle 16, as shown in FIG. 11, a chromium film for forming a light non-transmissive portion is provided in various places. Although the chromium film in the exposure pattern forming region 16a is omitted, a light shielding portion 16d made of a chromium film is formed in a square frame shape so as to surround the periphery of the region 16a. Further, chromium films as contact portions 16e are also formed at the four corners of the back surface of the reticle 16 with which the thermocouple 50 is contacted. The areas of the chromium films at the four contact portions 16e are set to be approximately equal. Thereby, the temperature difference of the four corners of the reticle 16 detected by the thermocouple 50 can be further reduced. The contact portion 16e only needs to have the same area of the chromium film at each location, and the area of the chromium film can also be set to zero. More preferably, the area of the peripheral chromium film in the contact portion 16e is also set to be approximately equal at each of the four locations.
[0065]
In the exposure apparatus shown in FIG. 9, the structure shown in FIG. As shown in the figure, an air lens 18 a is provided at the center of the projection lens 18. An air supply unit 60 and an exhaust unit 62 are connected to the air lens 18a.

Air valves

64 a and 64 b are provided in the air supply unit 60 and the exhaust unit 62, respectively. It is known that the projection lens 18 can change the projection magnification by adjusting the air pressure in the air lens 18a.
[0066]
FIG. 13 shows the relationship between the usage time of the reticle 16 repeatedly used in the exposure process and the reticle temperature for the cases where the aperture ratios of the transmissive portions of the exposure pattern region 16a formed on the reticle 16 are different. is there. Since the temperature of the reticle 16 is intermittently irradiated with light from the laser light source 14, the holding temperature tends to increase with time while the temperature is raised or lowered. This tendency is more prominent as the aperture ratio of the light transmission part is smaller. In FIG. 14, an example of an aperture ratio of 0% and an aperture ratio of 70% is given, but an aperture ratio of 0% is more remarkable. Therefore, for example, a reticle having a small aperture ratio, such as a reticle used for forming a contact hole, has a large difference in reticle temperature between the start of use and the elapse of a predetermined time.
[0067]
FIG. 14 is a characteristic diagram showing the relationship between the reticle temperature and the projection magnification error. As the reticle temperature increases, the projection magnification error tends to increase accordingly. This is because the reticle expands due to the temperature rise, and the light transmission portion at a certain position moves outward in the radial direction, and the amount of movement increases as the reticle temperature increases.
[0068]
On the other hand, FIG. 15 is a characteristic diagram showing the relationship between the projection magnification and a parameter for controlling the projection magnification, for example, the lens air pressure. It can be seen that the higher the air pressure of the air lens 18a in the projection lens 18 shown in FIG.
[0069]
As is apparent from FIGS. 14 and 15, it can be seen that the projection magnification can always be controlled to be constant by measuring the temperature of the reticle 16 and controlling the air pressure in the air lens 18a of the projection lens 18 accordingly.
[0070]
As a projection magnification drive control system, as shown in FIG. 9, a control unit 70, a storage unit 72, a calculation unit 74, and an air lens drive unit 76 are provided. The controller 70 controls the correction of the projection magnification error based on the reticle temperature. For example, the characteristic data shown in FIGS. 14 and 15 are measured and stored in the storage unit 72 connected to the control unit 70. The information stored in the storage unit 72 is not limited to that shown in FIGS. 14 and 15, and it is sufficient that at least the correlation between the reticle temperature and the projection magnification control parameter such as the lens air pressure is stored.
[0071]
The correlation information stored in the storage unit 72 measures the relationship between the reticle temperature and the projection projection magnification error as information specific to the reticle used for the processing before a group of wafers 10 in a lot is exposed. It is preferable to keep it. This is because if the lot is different, the aperture ratio of the reticle 16 is also different, and the relationship between the reticle temperature and the projection magnification error is different.
[0072]
As another method, as shown in FIG. 13, since the rising characteristic of the reticle temperature depends on the aperture ratio, the relationship between the reticle temperature and the projection magnification error is measured in advance for a plurality of types of reticles having different aperture ratios. It can also be stored in the storage unit 72. In this case, when a reticle having an aperture ratio different from the previously stored aperture ratio is used, the stored data relating to the aperture ratio closest to the aperture ratio of the used reticle is transferred as control data. Can do. Alternatively, the correlation information of the used reticle can be obtained by interpolation from the stored information stored for the reticle having two types of aperture ratios close to the aperture ratio of the used reticle. This interpolation calculation is performed by the calculation unit 74 shown in FIG.
[0073]
Such correction of the projection magnification is preferably performed by measuring the temperature of the reticle 16 at regular intervals. In particular, when the semiconductor wafer 10 supported by the wafer stage 12 is exchanged, it is preferable to measure the temperature of the reticle 16 once every time or a plurality of times to correct the projection magnification error.
[0074]
In addition, this invention is not limited to the said Example, A various deformation | transformation implementation is possible within the range of the summary of this invention. For example, the target substrate to be exposed is not necessarily a semiconductor wafer, but may be another semiconductor substrate such as a liquid crystal display (LCD), or the exposure method of the present invention is applied to various processing substrates other than the semiconductor substrate. You can also.
[0075]
【The invention's effect】
According to the exposure method described in claims 1 to 8, the reference position mark provided on the stage side of the substrate to be processed even if the environmental condition of the projection lens changes or the temperature of the reticle changes. By detecting the positional deviation from the position measurement mark provided on the reticle, it is possible to correct the projection magnification and perform highly accurate exposure.
[0076]
According to the reticle of the ninth to eleventh aspects, since the position measurement mark used in a pair with the reference position mark formed on the stage of the exposure apparatus on which the reticle is installed is formed, the reticle is exposed. The projection magnification when installed in the apparatus can be easily corrected.
[0077]
According to the exposure method of claims 12 to 16, even if the temperature of a reticle that is used repeatedly fluctuates, the projection magnification can be corrected by measuring the temperature of the reticle, thereby realizing highly accurate exposure. It becomes possible to do.
[0078]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic explanatory view of a first embodiment apparatus in which an exposure method of the present invention is implemented.
FIG. 2 is a schematic perspective view showing a relationship between a reference position mark formed on a stage and a position measurement mark formed on a reticle.
3A is a schematic explanatory diagram showing a state in which a reference position mark and a position measurement mark are projected, and FIGS. 3B and 3C are scans of both marks in FIG. 3A in the X and Y directions, respectively. The signal waveform obtained is shown.
FIGS. 4A and 4B are schematic explanatory diagrams for explaining a change in an optical path caused by a projection refractive power error, respectively. FIGS.
FIG. 5 is a schematic explanatory diagram for explaining a mark displacement amount reflecting a projection magnification error;
FIG. 6 is a schematic explanatory diagram for explaining a shot rotation error.
FIG. 7 is a schematic explanatory diagram for explaining a mark position shift amount reflecting a shot rotation error;
8 is a flowchart showing a procedure for correcting reticle alignment, projection magnification error, and shot rotation error using the exposure apparatus shown in FIG. 1;
FIG. 9 is a schematic explanatory view of a second embodiment apparatus for carrying out the method of the present invention.
10 is a plan view of a reticle and a reticle support used in the exposure apparatus of FIG. 9. FIG.
11 is a rear view of a reticle used in the apparatus of FIG.
12 is a schematic explanatory diagram of a projection lens using an air lens used in the apparatus shown in FIG.
FIG. 13 is a characteristic diagram showing the relationship between the time the reticle is repeatedly used and the reticle temperature.
FIG. 14 is a characteristic diagram showing the relationship between reticle temperature and projection magnification error.
FIG. 15 is a characteristic diagram showing the relationship between the projection magnification and the lens air pressure.
[Explanation of symbols]
2 Exposure optical axis
10 Substrate
12 stages
12a Mark formation part
12b Reference position mark
14 Exposure source
16 reticle
16a Exposure pattern area
16b Position measurement mark
16c reticle alignment mark
17 Reticle support
18 Projection lens
18a Air lens
20 Mark detection optical system
22 half mirror
30, 70 control unit
32 Measuring unit
34, 72 storage unit
36, 74 Calculation unit
38 Reticle drive
40 stage drive
50 Temperature sensor

Claims

In an exposure method in which a pattern on a reticle on which a light shielding film is formed is projected via a projection lens on a target object supported on a movable stage, and the target object is exposed.
A plurality of additional light shielding films that are separated from each other by an equal area are formed on a plurality of contact portions that are in contact with a plurality of temperature sensors during exposure on the side of the reticle where the light shielding film is formed. ,
Correlation information between the temperature of the reticle and a parameter for changing the projection magnification is stored in advance,
Measure the temperature of a reticle that is repeatedly used for exposure of a large number of workpieces,
Based on the measured reticle temperature information and the correlation information, the projection magnification is corrected ,
In the reticle temperature measurement step, each of the plurality of additional light-shielding films is individually contacted with a reticle support base that is in contact with and supports the reticle at a plurality of locations on the surface side on which the light-shielding film is formed. An exposure method comprising: arranging a plurality of temperature sensors, and performing a temperature measurement while reducing a measured temperature difference detected by each temperature sensor .

In claim 1 ,
An exposure method characterized in that, when replacing the object to be processed on the stage, the projection magnification is corrected by performing each of the steps every time or a plurality of times.

In claim 1 or 2 ,
The correlation information is stored for each of a plurality of types of reticles having different aperture ratios of the light transmission part,
An exposure method characterized in that, when a reticle having a predetermined aperture ratio is mounted, the projection magnification is corrected by sharing correlation information stored with respect to the reticle having an aperture ratio close to the predetermined aperture ratio.

In claim 1 or 2 ,
The correlation information is stored for each of a plurality of types of reticles having different aperture ratios of the light transmission part,
When a reticle having a predetermined aperture ratio is mounted, the projection magnification is corrected based on information obtained by interpolating from stored correlation information regarding two types of reticles having an aperture ratio close to the predetermined aperture ratio. An exposure method characterized by the above.