JP7361599B2 - Exposure equipment and article manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、露光装置および物品製造方法に関する。 The present invention relates to an exposure apparatus and an article manufacturing method.
露光装置の投影光学系の結像特性(例えば、ディストーション、焦点位置など)を計測するためのいくつかの方法が知られている。特許文献1には、露光装置の投影光学系のディストーションを計測方法が記載されている。図8を参照しながら特許文献1に記載された計測方法について説明する。まず、感光材が塗布された基板100に対して露光によって第1マーク101と第2マーク102とを重ねて転写し、該感光材を現像する。これによって、基板100上には、第1マーク101に対応するマークと第2マーク102に対応するマークとが形成される。その後、第1マーク101に対応するマークと第2マーク102に対応するマークとのずれ量を顕微鏡を使って計測し、計測結果で作られる連立方程式を解くことで、投影光学系のディストーションを得ることができる。この方法によれば、ステージの駆動誤差の影響を除去して高精度にディストーションを求めることができる。
Several methods are known for measuring imaging characteristics (eg, distortion, focal position, etc.) of a projection optical system of an exposure apparatus. Patent Document 1 describes a method for measuring distortion of a projection optical system of an exposure apparatus. The measurement method described in Patent Document 1 will be explained with reference to FIG. First, a
特許文献2には、ウエハを露光することなく投影光学系の結像特性(ディストーション、焦点位置など)を計測する方法が記載されている。図9を参照しながら特許文献2に記載された計測方法について説明する。特許文献2に記載された計測方法では、図9(a)に示すように、スリット状の第1マーク113を有するレチクル112をレチクルステージ110によって保持し、スリット状の第2マーク116を有するパターン板117をウエハステージ111に配置する。そして、露光光114を第1マーク113に照射し、第1マーク113を通った露光光114を投影光学系115を介して第2マーク116に照射し、第2マーク116を通過した露光光114を光電センサ118で受光する。この状態で、ウエハステージ111を投影光学系115の光軸方向(Z方向)、または、光軸に直交する方向(X/Y方向)に駆動する。これにより、図9(b)に示すように、ウエハステージ111の位置と光電センサ118の出力(光量)との関係が得られる。例えば、ウエハステージ111を光軸方向に駆動しながら光電センサ118で露光光を受光することにより、光量が最大の時のウエハステージ111の位置を焦点位置として求めることができる。また、ウエハステージ111を光軸と直交する方向に駆動しながら光電センサ118で露光光を受光することにより、投影光学系と直交する方向における第1マーク113の結像位置(X/Y位置)を求めることができる。このような計測をマスク上の複数の第1マーク113について行うことで、ウエハの露光および現像を行うことなく、投影光学系の結像特性を求めることができる。更に、特許文献2には、図10に示すように、パターン板120に多数の第2マーク123および多数の光電センサ121を配置し、複数の位置における結像特性の計測を同時に行うことが記載されている。
Patent Document 2 describes a method of measuring imaging characteristics (distortion, focal position, etc.) of a projection optical system without exposing a wafer. The measurement method described in Patent Document 2 will be explained with reference to FIG. In the measurement method described in Patent Document 2, as shown in FIG. 9A, a
しかしながら、特許文献1の方法では、感光材が塗布された基板を用意し、露光、現像を行った後に顕微鏡を用いて計測を行う必要がある。よって、特許文献1の方法は、露光および現像には相応の時間がかかるため、定期的な計測には向かない。また、塗布および現像を行うためには、露光装置以外の設備が必要である。特許文献2の方法では、光電センサが1つしかない場合、計測結果がウエハステージの駆動誤差の影響を受ける。また、ウエハステージ上に多数の光電センサを配置することは、ウエハステージを大型化させるし、コストを増大させる。 However, in the method of Patent Document 1, it is necessary to prepare a substrate coated with a photosensitive material, perform exposure and development, and then perform measurement using a microscope. Therefore, the method of Patent Document 1 is not suitable for regular measurement because exposure and development take a considerable amount of time. Furthermore, equipment other than the exposure device is required to perform coating and development. In the method of Patent Document 2, when there is only one photoelectric sensor, the measurement results are affected by the drive error of the wafer stage. Further, arranging a large number of photoelectric sensors on the wafer stage increases the size of the wafer stage and increases cost.
本発明は、露光および現像を行うことなく、投影光学系の結像特性を低コストで高精度に計測するために有利な技術を提供する。 The present invention provides an advantageous technique for measuring the imaging characteristics of a projection optical system at low cost and with high precision without performing exposure and development.
本発明の1つの側面は、被照明面に配置されたマスクを照明する照明系と、前記マスクの像を基板に投影する投影光学系と、前記基板を支持する基板ステージとを有する露光装置に係り、前記露光装置は、前記基板ステージに搭載されるセンサと、前記センサを制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記被照明面に配置される複数のマークから選択される少なくとも2つのマークの結像位置を前記センサを使って検出する検出処理を複数回にわたって実施し、前記検出処理と前記検出処理との間において、前記センサが搭載された前記基板ステージを移動させる移動処理を実施する。前記移動処理における前記基板ステージの移動は、前記移動処理の前の前記検出処理において前記複数のマークから選択される少なくとも2つのマークの一部と前記移動処理の後の前記検出処理において前記複数のマークから選択される少なくとも2つのマークの一部とが共通するように実施される。 One aspect of the present invention provides an exposure apparatus that includes an illumination system that illuminates a mask placed on a surface to be illuminated, a projection optical system that projects an image of the mask onto a substrate, and a substrate stage that supports the substrate. Accordingly, the exposure apparatus includes a sensor mounted on the substrate stage and a control unit that controls the sensor, and the control unit includes at least two marks selected from a plurality of marks arranged on the illuminated surface. A detection process of detecting the image formation position of one mark using the sensor is performed multiple times, and a movement process of moving the substrate stage on which the sensor is mounted is performed between the detection processes. implement. The movement of the substrate stage in the movement process includes a portion of at least two marks selected from the plurality of marks in the detection process before the movement process and a part of the plurality of marks selected in the detection process after the movement process. At least two marks selected from the marks are carried out so that a portion thereof is common.
本発明によれば、露光および現像を行うことなく、投影光学系の結像特性を低コストで高精度に計測するために有利な技術が提供される。 According to the present invention, an advantageous technique is provided for measuring the imaging characteristics of a projection optical system at low cost and with high precision without performing exposure and development.
以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Note that the following embodiments do not limit the claimed invention. Although a plurality of features are described in the embodiments, not all of these features are essential to the invention, and the plurality of features may be arbitrarily combined. Furthermore, in the accompanying drawings, the same or similar components are designated by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
図1には、第1実施形態の露光装置EXの構成が示されている。第1実施形態の露光装置EXは、走査露光装置として構成されているが、本発明に係る露光装置は、走査露光装置に限定されず、ステッパ等にも適用されうる。以下では、露光装置EXの投影光学系の光軸に平行な方向をZ軸、該光軸に直交する平面をXY平面とするXYZ座標系によって方向および姿勢が説明される。XY平面、X方向およびY方向は、投影光学系の像面に平行な方向でもある。 FIG. 1 shows the configuration of an exposure apparatus EX according to the first embodiment. Although the exposure apparatus EX of the first embodiment is configured as a scanning exposure apparatus, the exposure apparatus according to the present invention is not limited to a scanning exposure apparatus, and may also be applied to a stepper or the like. In the following, directions and postures will be explained using an XYZ coordinate system in which the Z axis is a direction parallel to the optical axis of the projection optical system of the exposure apparatus EX, and the XY plane is a plane perpendicular to the optical axis. The XY plane, the X direction, and the Y direction are also directions parallel to the image plane of the projection optical system.
露光装置EXは、照明系IL、マスクステージ203、投影光学系204、基板ステージ206および制御部232を備えうる。照明系ILは、被照明面(投影光学系204の物体面)に配置されたマスク202を照明光(露光光)210によって照明する。走査露光装置として構成される露光装置EXでは、照明系ILは、走査方向(Y方向)における寸法が走査方向に直交する方向(X方向)における寸法より小さいスリット状の被照明領域を照明する。スリット状の被照明領域は、第1実施形態では、Y方向の寸法がX方向の寸法より小さい矩形領域であるが、例えば、円弧形状等の他の形状を有する領域であってもよい。照明系ILは、例えば、光源200と、光源200からの光を使ってマスク202を照明する照明光学系201とを含みうる。
The exposure apparatus EX can include an illumination system IL, a
マスクステージ203は、マスク202を保持する。マスクステージ203の位置および姿勢は、レーザー干渉計またはレーザースケール等の計測器230によって計測される。制御部232は、目標指令値および計測器230による計測結果に基づいて、PID演算等によって、マスクステージ駆動機構231を制御するための制御信号を発生する。マスクステージ駆動機構231は、この駆動信号にしたがってマスクステージ203を駆動し、マスクステージ203の位置および姿勢を制御する。これによってマスク202が駆動される。マスク202の駆動は、走査露光のためにマスク202を走査方向(Y方向)に走査する駆動を含む。マスクステージ203の位置は、X方向、Y方向およびZ方向の位置を含みうる。マスクステージ203の姿勢は、θ(Z軸周りの回転)、ピッチ(X軸周りの回転)およびロール(Y軸周りの回転)を含みうる。
基板ステージ206は、基板205を保持する基板チャック207を有する。基板チャック207は、例えば、真空吸引によって基板205を保持しうる。基板ステージ206の位置および姿勢は、レーザー干渉計またはレーザースケール等の計測器270によって計測される。制御部232は、目標指令値および計測器270による計測結果に基づいて、PID演算等によって、基板ステージ駆動機構271を制御するための制御信号を発生する。基板ステージ駆動機構271は、この駆動信号にしたがって基板ステージ206を駆動し、基板ステージ206の位置および姿勢を制御する。これによって基板205が駆動される。基板205の駆動は、走査露光のために基板205を走査方向(Y方向)に走査する駆動を含む。基板ステージ206の位置は、X方向、Y方向およびZ方向の位置を含みうる。基板ステージ206の姿勢は、θ(Z軸周りの回転)、ピッチ(X軸周りの回転)およびロール(Y軸周りの回転)を含みうる。
The
投影光学系204は、マスク202のうち被照明領域の像を基板205に投影する。走査露光において、被照明領域に対してマスク202が走査方向(Y方向)に走査され、これに同期して基板205も走査方向(Y方向)に走査される。したがって、走査露光によって、マスク202のパターン領域の全域の像が基板205の感光材に転写される。制御部232は、例えば、FPGA(Field Programmable Gate Arrayの略。)などのPLD(Programmable Logic Deviceの略。)、又は、ASIC(Application Specific Integrated Circuitの略。)、又は、プログラムが組み込まれた汎用又は専用のコンピュータ、又は、これらの全部または一部の組み合わせによって構成されうる。
Projection
次に、投影光学系204の結像特性を計測するためのシステムについて説明する。マスク202は、図2(b)に例示されるように、第1マーク群220を有しうる。第1マーク群220は、複数の第1マーク250を含みうる。複数の第1マーク250は、互いに同一の形状を有しうる。複数の第1マーク250は、所定の配列ピッチで配列されうる。各第1マーク250は、図2(a)に例示されるように、X方向寸法がY方向寸法より大きいスリットマーク(以下、Hマーク)251と、Y方向寸法がX方向寸法より大きいスリットマーク(以下、Vマーク)252とを含みうる。Hマーク251は、Y方向に関する結像特性(ディストーション)を計測するためのサブマークであり、X方向に延びたサブマークとしても理解されうる。Vマーク252は、X方向に関する結像特性を計測するためのサブマークであり、Y方向に延びたサブマークとしても理解されうる。X方向は、第1方向として、Y方向は、第1方向に交差する第2方向として理解することができる。図2において、斜線が付された領域は、光を遮断する遮光膜である。第1マーク群220は、投影光学系204の物体面における検査領域をカバーあるいは包含するように配置されうる。該検査領域は、被照明領域であることができ、この場合、複数の第1マーク250は、被照明領域に配置される。
Next, a system for measuring the imaging characteristics of the projection
図2(b)の例では、検査領域は、X方向寸法が750[mm]、Y方向寸法が75[mm]の矩形領域であり、第1マーク250の配列ピッチが25[mm]でありうる。X方向の配列ピッチとY方向の配列ピッチは、互いに異なってもよいが、図2(b)の例では、互いに同じである。図2(b)の例では、Y方向の配列数が4、X方向の配列数が31で、合計で124個の第1マーク250が配列されている。配列ピッチおよび第1マーク250の個数などの仕様は、任意に定めることができる。第1マーク群220は、基板205を露光するためのマスク202に設けられてもよいし、基板205を露光するためのマスク202とは異なるマスク(計測マスク)に設けられてもよいし、マスクステージ203に設けられてもよい。第1マーク群220は、例えば、パターニングされた遮光材料をガラスプレートに設けることによって製造されうる。
In the example of FIG. 2(b), the inspection area is a rectangular area with a dimension in the X direction of 750 [mm] and a dimension in the Y direction of 75 [mm], and the arrangement pitch of the
露光装置EXは、基板ステージ206に搭載されるセンサSEを更に備えうる。センサSEは、基板チャック207とは異なる領域に配置されうる。センサSEは、図2(c)、(d)に例示されるように、複数の第1マーク250の各々の形状と相似な形状を有する複数の第2マーク(開口)260を有するプレート241を含みうる。また、センサSEは、複数の第2マーク(開口)260を通過した光束を検出する複数の光電変換部242を含みうる。複数の第2マーク260は、第2マーク群240を構成する。プレート241は、その表面の高さ(Z方向の位置)が投影光学系204の設計上の像面に一致するように配置されうる。各第2マーク260は、図2(c)に例示されるように、X方向寸法がY方向寸法より大きいスリットマーク(以下、Hマーク)261と、Y方向寸法がX方向寸法より大きいスリットマーク(以下、Vマーク)262とを含みうる。Hマーク261は、Y方向に関する結像特性(ディストーション)を計測するためのサブマークであり、X方向に延びたサブマークとしても理解されうる。Vマーク262は、X方向に関する結像特性を計測するためのマークであり、Y方向に延びたとしても理解されうる。
The exposure apparatus EX can further include a sensor SE mounted on the
図2(d)の例では、Y方向の配列数が2、X方向の配列数が2で、合計で4個の第2マーク260が配列されている。第2マーク260の配列ピッチは、第1マーク250の配列ピッチと投影光学系204の倍率とに応じて定められる。第1実施形態では、投影光学系204は、等倍光学系であり、第2マーク260の配列ピッチは、第1マーク250の配列ピッチと同じ、即ち、25[mm]である。投影光学系204は、縮小光学系または拡大光学系でもよく、その場合、投影光学系204の倍率に応じて第2マーク260の配列ピッチが定まる。第1実施形態では、第2マーク群240が占有する領域は、図2(d)に例示されるように、25[mm]に周辺遮光部を加えた程度である。よって、第2マーク群240が占有する領域は、第1マーク群220の占有領域(図2(b)に例示されるように、750[mm]×75[mm]をカバーする領域)に比べて小さい。
In the example of FIG. 2D, the number of
各第2マークの下には、光電変換部242が配置されている。各光電変換部242によって検出された信号は、制御部232に提供される。制御部232は、各光電変換部242から提供される信号と、計測器270によって計測される基板ステージ206の位置情報とを関連付けて取り込むことができる。
A
第1実施形態では、Hマーク261およびVマーク262の組に対して1つの光電変換部242が設けられている。したがって、Hマーク261(およびHマーク251)を使った計測と、Vマーク262(およびVマーク252)を使った計測とは、互いに異なるタイミングで実施される。第1マーク250のHマーク251、Vマーク252、および、マーク260のHマーク261、Vマーク262の配置は、次のような条件を満たしうる。該条件は、Hマーク251とHマーク261とが重なる時はVマーク252とVマーク262とが重ならず、Vマーク252とVマーク262とが重なる時はHマーク251とHマーク261とが重ならないものである。換言すると、該条件は、Hマーク251とHマーク261とを使って計測を行う時はVマーク252とVマーク262とが重ならず、Vマーク252とVマーク262とを使って計測を行う時はHマーク251とHマーク261とが重ならないものである。図2(e)には、Vマーク252とVマーク262とを使って計測を行う際に、Hマーク251とHマーク261とが重ならない構成が例示されている。
In the first embodiment, one
第1実施形態では、理解を容易にするために、投影光学系204によって像が反転されない構成(第1マーク250がX方向およびY方向に関して反転せずに投影光学系204の像面に投影される構成)が説明されている。投影光学系204によって像が反転される場合は、像の反転に合わせて第2マーク260が反転される。例えば、X方向に像を反転させる投影光学系であれば、X方向に反転した第2マークが設けられる。また、第1実施形態では、HマークおよびVマークの組み合わせが例示されているが、投影光学系の特性を詳しく知るために、例えば、走査露光における走査方向に対して45度傾いたマークおよび135度傾いたマークが追加で設けられてもよい。この場合においても、第1マーク250を構成する複数のマークの1つと第2マーク260を構成する複数のマークの1つのマークのみが互いに重なる配置が採用されうる。また、第1実施形態では、第2マーク260を構成する複数のマークに対して共通の1つの光電変換部が設けられているが、第2マーク260を構成する複数のマークに対して個別の光電変換部を設けてもよい。この場合、第2マーク260を構成する複数のマークについて同時に計測を行うことができる。
In the first embodiment, for ease of understanding, the projection
次に、投影光学系204の結像特性(ディストーション)の計測方法について説明する。制御部232は、被照明面(投影光学系204物体面)に配置されるマスク202の複数の第1マーク250から選択される少なくとも2つの第1マーク250の結像位置をセンサSEを使って検出する検出処理を複数回にわたって実施する。また、制御部232は、検出処理と検出処理との間において、センサSEが搭載された基板ステージ206を移動させる移動処理を実施する。ここで、移動処理における基板ステージ206の移動は、該移動処理の前の検出処理(例えば、第1検出処理として理解されうる。)において複数のマーク250から選択される少なくとも2つのマーク250の一部と、該移動処理の後の検出処理(例えば、第1検出処理の後の第2検出処理として理解されうる。)において複数のマーク250から選択される少なくとも2つのマーク250の一部と、が共通するように実施される。
Next, a method for measuring the imaging characteristics (distortion) of the projection
図3を参照して説明する。説明の便宜のために、図3(a)、(b)に示されるように、第1マーク250に対してM11、M12等のように番号を割り当て、また、第2マーク260に対してP11、P12等のように番号を割り当てる。まず、制御部232は、マスク202の第1マーク群220が投影光学系204の検査領域に配置されるように、マスクステージ203の位置を制御する。マスクステージ203の位置は、投影光学系204の結像特性の計測が終了するまで維持されうる。
This will be explained with reference to FIG. For convenience of explanation, as shown in FIGS. 3A and 3B, numbers are assigned to the
次いで、制御部232は、図3(c)のように、第1マークM11、M12、M21、M22の結像位置に第2マークP11、P12、P21、P22の位置がほぼ一致するように基板ステージ駆動機構271を制御する。この時の基板ステージ206の駆動目標位置は、第1マークM11、M12、M21、M22の設計上の結像位置からディストーションの計測範囲に応じた距離のずれを有する位置とされうる。例えば、ディストーションの計測範囲が±10[um]であれば、制御部232は、設計上の結像位置から10[um]のずれを有する位置に第2マークを位置決めする。
Next, the
基板ステージ206のZ方向の位置に関しては、投影光学系204の焦点位置が予め分かっていれば、制御部232は、投影光学系204の焦点位置に第2マークが一致するように基板ステージ206の位置を制御する。投影光学系204の焦点位置が予め分かっていない場合には、制御部232は、まずデフォルトのZ位置(例えば、設計上の焦点位置など)に第2マークが一致するように基板ステージ206を位置決めする。そして、制御部232は、X、Y方向の結像位置を計測する処理を実行した後、第2実施形態で説明する焦点位置(ベストフォーカス位置)の計測処理を実行し、焦点位置に第2マークを位置決めした後にX、Y方向の結像位置を計測する処理を再度実行すればよい。つまり、投影光学系204の焦点位置が予め分かっていない場合には、X、Y方向の結像位置の粗計測、焦点位置の計測および焦点位置への第2マークの位置決め、X、Y方向の結像位置の精密計測の順で計測がなされうる。
Regarding the position of the
設計上の結像位置から10[um]のずれを有する位置に第2マークが位置決めされた後、制御部232は、検出処理を実行する。具体的には、制御部232は、照明光210が照射された状態でY方向に基板ステージ206が走査駆動されるように基板ステージ駆動機構271を制御する。走査駆動の範囲は、計測範囲が±10[um]であれば、20[um]である。例えば、設計上の結像位置からマイナス方向に-10[um]のずれを有する位置に第2マークが位置するように基板ステージ206を位置決めし、その後、プラス方向に基板ステージ206を+20[um]の走査範囲で走査駆動すればよい。この走査駆動の期間において、制御部232は、各光電変換部242から提供される信号と計測器230から提供される基板ステージ206の位置情報を取り込む。これにより、制御部232は、図4(a)に例示されるように、基板ステージ206のY方向の位置Yと光電変換部242の出力との関係を示す情報を得ることができる。光電変換部242の出力が最大値を示す基板ステージ206のY方向の位置(PSy)は、第1マーク250(Hマーク251)のY方向の結像位置と第2マーク260(Hマーク261)のY方向の位置とが一致する基板ステージ206のY方向の位置である。
After the second mark is positioned at a position having a deviation of 10 [um] from the designed imaging position, the
そして、第1マークM11(第1マーク250のHマーク251)を使った検出処理の結果から、制御部232は、Y方向に関する計測データM11yを次の式に従って得ることができる。
Then, from the result of the detection process using the first mark M11 (
M11y = PSy - P11y
ここで、第2マークP11(第2マーク260)の下に配置された光電変換部242の出力が最大値を示す基板ステージ206のY方向の位置をPSy、基板ステージ206の基準位置から第2マークP11のHマーク261までのY方向の距離をP11yとする。
M11y = PSy - P11y
Here, PSy is the position in the Y direction of the
計測データM11y(後述の式のδy)は、ほぼ第1マークM11の結像位置(後述の式のdy1)と等しい。しかし、計測データM11yは、基板ステージ206の位置誤差(後述の式のey,eθ)と、第2マークの製造時の位置誤差(後述の式のdy2)と、光電変換部242の量子化誤差(εy)とを含みうる。図4(a)は、1つの光電変換部242の出力を例示しているが、第1実施形態では、第2マーク群240が4つの第2マーク260(および4つの光電変換部242)を有する。したがって、制御部232は、1回の検出処理によって4つの第1マーク250、つまり、第1マークM11、M12、M21、M22yについて計測データM11y、M12y、M21y、M22yを得ることができる。
The measurement data M11y (δy in the formula described later) is approximately equal to the imaging position of the first mark M11 (dy1 in the formula described later). However, the measurement data M11y is based on the position error of the substrate stage 206 (ey, eθ in the formula described later), the position error during manufacturing of the second mark (dy2 in the formula described later), and the quantization error of the
上記と同様に、制御部232は、第1マークM11(第1マーク250のVマーク252)を使った検出処理の結果から、X方向の計測データM11xを次の式に従って得る。
Similarly to the above, the
M11x = PSx - P11x
ここで、第2マークP11(第2マーク260)の下に配置された光電変換部242の出力が最大値を示す基板ステージ206のX方向の位置をPSx、基板ステージ206の基準位置から第2マークP11のVマーク262までのX方向の距離をP11xとする。また、M11xと同様に、制御部232は、他の第1マークM12、M21、M22yについてM12x、M21x、M22xを得ることができる。X方向についての計測データ(後述の式のδx)も、基板ステージ206の位置の誤差(ex,eθ)と、第2マークの製造時の位置誤差(dx2)と、光電変換部242の量子化誤差(εx)とを含みうる。
M11x = PSx - P11x
Here, the position in the X direction of the
次に、制御部232は、図3(d)に例示されるように、Y方向に基板ステージ206が移動するように基板ステージ駆動機構271を制御する移動処理を実行する。この移動処理における基板ステージ206の移動距離は、第1マーク250の配列ピッチである25[mm]である。このような基板ステージ206の移動処理によって、第1マークM21、M22、M31、M32の結像位置に、第2マークP11、P12、P21、P22がほぼ一致する。そして、上記と同様の検出処理によって、制御部232は、第1マークM21、M22、M31、M32について計測データを得る。
Next, the
次に、制御部232は、図3(e)に例示されるように、X方向に基板ステージ206が25[mm]の移動距離で移動するように基板ステージ駆動機構271を制御する移動処理を実行し、その後、検出処理を実行する。制御部232は、以上のような移動処理および検出処理を繰り返す。検出処理の回数は、X/Y方向とも「計測点数-1」となるので、第1実施形態では、Y方向に関して3種類の位置、X方向に関して30種類の位置、合計90箇所でX、Y方向に関する検出処理を行う。また、1箇所について4つの計測データがX,Y方向のそれぞれについて得られるので、全部で90×4×2=720個の計測データが得られる。これらの計測データを(δx,δy)とする。
Next, the
制御部232は、以上のようにして得られた720個の計測データ(δx,δy)を以下で説明する(数式1)から(数式11)に第1マークの結像位置を代入した連立方程式を重回帰分析によって解く。
The
ここで、各変数は、以下のように定義される。 Here, each variable is defined as follows.
δx(n),δy(n):n番目の計測データ
dx1(i),dy1(i):第1マークの結像位置
dx2(j),dy2(j):第2マークのマスク製造上の位置誤差
ex(l),ey(l),eθ(l):計測時の基板ステージの位置誤差
X2(j),Y2(j):第2マークの位置
εx(n),εy(n):光電変換部の量子化誤差
SX(l),SY(l):計測時の基板ステージの位置
p:マスクに配置された第2マークの数(第1実施要形態では4)
q:計測数(第1実施形態では90回)。
δx(n), δy(n): nth measurement data dx1(i), dy1(i): imaging position of the first mark dx2(j), dy2(j): second mark during mask manufacturing Position error ex(l), ey(l), eθ(l): Positional error of substrate stage during measurement X2(j), Y2(j): Position of second mark εx(n), εy(n): Quantization error of the photoelectric conversion unit SX(l), SY(l): Position of the substrate stage at the time of measurement p: Number of second marks placed on the mask (4 in the first embodiment)
q: Number of measurements (90 times in the first embodiment).
この連立方程式は一例である。上記の例では、基板ステージ206のX、Y方向の直交度および、駆動倍率を0として解いているが、例えば、第2マークの配置の直交度と配列の倍率を0として解いても良く、方程式は状況に合わせて任意に変えて良い。
This simultaneous equation is an example. In the above example, the orthogonality of the
第1マークの結像位置dx1、dy1には、第1マークの配置誤差が含まれるため、あらかじめ第1マークの配置誤差を精密に計測しておけば、結像位置から配置誤差を減算することで、投影光学系のディストーションをより正確に求めることができる。 The imaging positions dx1 and dy1 of the first mark include the placement error of the first mark, so if you accurately measure the placement error of the first mark in advance, you can subtract the placement error from the imaging position. Therefore, the distortion of the projection optical system can be determined more accurately.
以上のように、第1実施形態によれば、露光および現像を行うことなく、投影光学系204の結像特性(ディストーション)を高精度に計測することができる。また、第1実施形態によれば、移動処理および検出処理を繰り返すようにセンサSEを使用することにより、センサSEを検査領域の投影領域(検査領域を投影光学系によってその像面に投影した領域)よりも小さくすることができ、これは低コスト化に有利である。
As described above, according to the first embodiment, the imaging characteristics (distortion) of the projection
投影光学系204は、結像特性(ディストーション)を調整する調整部を備えることができ、定期的あるいは任意のタイミングで投影光学系204の結像特性を計測し、その結果に基づいて該調整部によって結像特性を調整することができる。
The projection
以下、第2実施形態を説明する。第2実施形態として言及しない事項は、第1実施形態に従いうる。第1実施形態では、投影光学系204の像面に平行な方向におけるマークの結像位置を検出するが、第2実施形態では、投影光学系204の光軸に平行な方向におけるマークの結像位置を検出する。第2実施形態では、基板ステージ206をZ方向に駆動しながら光電変換部の出力が取得される。
The second embodiment will be described below. Matters not mentioned in the second embodiment may follow the first embodiment. In the first embodiment, the image formation position of the mark in the direction parallel to the image plane of the projection
まず、制御部232は、第1マーク250のX、Y方向における結像位置と第2マーク260のX、Y方向における位置とが一致するように基板ステージ駆動機構271によって基板テージ206を位置決めする。この際に、基板ステージ206のX、Y方向の位置は、第1実施形態で計測された第1マーク250のX、Y方向の結像位置に第2マーク260のX、Y方向の位置が一致するように決定されうる。ここで、投影光学系204のディストーションなどによって、第2マーク群240を構成する4つの第2マーク260がそれらに対応する4つの第1マーク250の位置に一致しない場合には、個別に検出処理を行えばよい。
First, the
X、Y方向の位置決めが終了した後に、制御部232は、検出処理を実行する。検出処理では、第1マーク250のX、Y方向の結像位置に第2マーク260のX、Y方向の位置が一致した状態で基板ステージ206(第2マーク260)がZ方向に駆動される。これにより、第2マーク260において第1マーク250の像がデフォーカスし、第2マーク260を通過する光量が減少する。したがって、図4(b)に例示されるように、制御部232は、基板ステージ206のZ方向の位置Zと光電変換部242の出力との関係を示す情報を得ることができる。光電変換部242の出力が最大値を示す基板ステージ206のZ方向の位置(PSz)は、第1マーク250のZ方向の結像位置と第2マーク260のZ方向の位置とが一致する基板ステージ206のZ方向の位置である。制御部232は、このPSzを計測データとして得る。この計測データ(後述の式のδz)は、ほぼ第1マークのZ方向の結像位置(dz1)と等しい。しかし、第2マーク260が設けられたプレート241の製造上の高さ方向の誤差(dz2)と、基板ステージ206の位置誤差(ez)と、光電変換部242の量子化誤差(εz)を含みうる。
After the positioning in the X and Y directions is completed, the
以下、制御部232は、第1実施形態と同様にX方向および/またはY方向に基板ステージ206を移動させる移動処理と、移動処理の後の検出処理とを繰り返す。これにより、3×30=90箇所のそれぞれで4つの計測データが得られるので、合計で360個の計測データが得られる。
Thereafter, the
制御部232は、以上のようにして得られた360個の計測データ(δz)を以下の(数式21)から(数式25)に代入した連立方程式を重回帰分析によって解く。
The
ここで、各変数は、以下のように定義される。 Here, each variable is defined as follows.
δz(n):n番目の計測データ
dz1(i):第1マークの結像位置
dz2(j):プレートの製造上の高さ方向の誤差
ez(l):計測時の基板ステージのZ方向の位置誤差
εz(n):光電変換部の量子化誤差
SX(l),SY(l):計測時の基板ステージの位置
p:マスクに配置された第2マークの数(第2実施形態では4マーク)
q:計測数(第2実施形態では90回)
第2実施形態では、第2マーク群240を構成する第2マーク260の個数が4であり、それに対応して光電変換部242の個数が4であるが、これは一例に過ぎず、他の個数が採用されてもよい。例えば、図5(a)のようにX方向における配列数を3、Y方向における配列数を3とした構成を採用することができる。この場合は、図5(b)、(c)、(d)のように計測することとなり、計測回数はX方向=29回、Y方向=2回となり、1回あたり9データで、合計522の計測データを得ることができる。基板ステージ206の駆動誤差をZ方向だけでなく、ピッチ方向とロール方向の誤差を分離して計算してもよい。その他、露光装置の構成および状況に合わせて方程式は変えてよい。
δz(n): nth measurement data dz1(i): Image formation position of the first mark dz2(j): Error in the height direction during plate manufacturing ez(l): Z direction of the substrate stage during measurement position error εz(n): quantization error of the photoelectric conversion unit SX(l), SY(l): position of the substrate stage during measurement p: number of second marks placed on the mask (in the second embodiment 4 marks)
q: Number of measurements (90 times in the second embodiment)
In the second embodiment, the number of
また、マスク202のマーク面の高さ方向の誤差がある場合、計算される焦点位置にその誤差が含まれるため、予めマスク202の面の高さ方向の誤差を計測しておき、その誤差に基づいて計算結果を補正してもよい。
Furthermore, if there is an error in the height direction of the mark surface of the
以上のように、第2実施形態によれば、露光および現像を行うことなく、投影光学系204の結像特性(焦点位置)を高精度に計測することができる。また、第2実施形態によれば、移動処理および検出処理を繰り返すようにセンサSEを使用することにより、センサSEを検査領域の投影領域(検査領域を投影光学系によってその像面に投影した領域)よりも小さくすることができ、これは低コスト化に有利である。
As described above, according to the second embodiment, the imaging characteristics (focal position) of the projection
以下、第3実施形態を説明する。第3実施形態として言及しない事項は、第1実施形態に従いうる。第3実施形態では、光量センサとしての光電変換部に代えて、イメージセンサ(二次元イメージセンサ)が使用される。図6には、第3実施形態の露光装置EXの構成が示されている。第3実施形態では、第2マーク群および光電変換部の代わりに、イメージセンサ300が設けられている。第3実施形態の露光装置EXは、他の点では第1実施形態の露光装置EXと同様でありうる。
The third embodiment will be described below. Items not mentioned in the third embodiment may follow the first embodiment. In the third embodiment, an image sensor (two-dimensional image sensor) is used instead of a photoelectric conversion unit as a light amount sensor. FIG. 6 shows the configuration of an exposure apparatus EX according to the third embodiment. In the third embodiment, an
第3実施形態では、図4(a)に例示されるようなデータを得る検出処理において基板ステージ206をX方向またはY方向に移動させる必要がないので、検出処理に要する時間を短縮することができる。また、第3実施形態は、ディストーション等の結像特性を評価するための評価点の配置間隔が狭い場合などのように第1実施形態を採用しにくい場合にも有用である。
In the third embodiment, there is no need to move the
イメージセンサ300は、マークの配列ピッチ=25[mm]に対応するために、例えば、約26[mm]角以上の有効領域(撮像領域)を有しうる。基板ステージ206に光学系を配置して、投影光学系204の像面に形成された第1マークの像を縮小または拡大した像をイメージセンサ300の撮像面に形成してもよい。イメージセンサ300の有効領域のサイズは、要求仕様に応じて適宜変更されうる。計測時間を短縮するために、イメージセンサ300は、より多くのマークの像を同時に撮像可能に構成されてもよい。
The
以下、投影光学系204のディストーションの計測方法について説明する。まず、制御部232は、複数の第1マーク250から選択される4つの第1マーク250の結像位置を撮像可能な位置にイメージセンサ300が位置決めされるように基板ステージ駆動機構271を制御する。イメージセンサ300は、その撮像面に結像した第1マーク250の光学像に対応する画像データ400を生成し制御部232に提供する。画像データ400は、図7(a)、(b)に模式的に示されている。画像データ400は、4つの第1マーク250の画像401を含む。第1マーク250の画像401は、Hマークの画像402およびVマークの画像403を含む。
A method for measuring distortion of the projection
制御部232は、画像データ400を処理することによって第1マーク250のX、Y方向の結像位置を決定する。画像データ400の処理は、例えば、光量が最も大きい位置を結像位置として決定する処理を含みうる。その際、X方向の結像位置を決定する際にはVマークの画像403の部分404、405、406のそれぞれから得られる結像位置を平均化してもよい。また、Y方向の結像位置を決定する際にはHマークの画像402の部分407、408、409のそれぞれから得られる結像位置を平均してもよい。1つの画像データ400の4箇所のそれぞれについて、X方向の位置およびY方向の位置を決定することができ、合計で8個の計測データを得ることができる。
The
制御部232は、第1マークM11のY方向の計測データM11yを以下の式に従って得ることができる。
The
M11y = PSy - ISy + IMGy
ここで、イメージセンサ300による撮像時の基板ステージ206のY方向の位置をPSy、基板ステージ206の基準位置からイメージセンサ300の中心までの距離をISyとする。また、処理の結果(イメージセンサ300の中心から第1マークM11のHマークの結像位置までの距離)をIMGyとする。そして、第1マークの配列ピッチ(25[mm])をX、Y方向の移動距離として基板ステージ206を移動させる移動処理と、その後の検出処理とを繰り返す。これにより、X方向に関して30種類の位置、Y方向に関して3種類の位置、合計90箇所で検出処理がなされる。1箇所について4つの計測データがX,Y方向のそれぞれについて得られるので、全部で90×4×2=720個の計測データが得られる。
M11y = PSy - ISy + IMGy
Here, the position of the
制御部232は、以上のようにして得られた720個の計測データ(δx,δy)を第1実施形態で説明した(数式1)から(数式11)に第1マークの結像位置を代入した連立方程式を重回帰分析によって解く。
The
ただし、第3実施形態における以下の変数は、以下のように第1実施形態とは相違する。 However, the following variables in the third embodiment differ from those in the first embodiment as follows.
dx2(j),dy2(j):イメージセンサの歪みによる計測誤差
X2(j),Y2(j):設計上の第1マークの結像位置(イメージセンサの中心座標基準)
εx(n),εy(n):イメージセンサの量子化誤差
第3実施形態によれば、露光および現像を行うことなく、投影光学系204の結像特性(ディストーション)を高精度に計測することができる。
dx2(j), dy2(j): Measurement error due to distortion of the image sensor X2(j), Y2(j): Designed imaging position of the first mark (center coordinate reference of the image sensor)
εx(n), εy(n): Quantization error of image sensor According to the third embodiment, the imaging characteristics (distortion) of the projection
以下、第4実施形態を説明する。第4実施形態として言及しない事項は、第2および第3実施形態に従いうる。第4実施形態の露光装置EXは、第3実施形態の露光装置EXと同様の構成を有しうる。第4実施形態では、制御部232は、複数の第1マーク250から選択される4つの第1マーク250の結像位置を撮像可能な位置にイメージセンサ300が位置決めされるように基板ステージ駆動機構271を制御する。次いで、制御部232は、Z方向への基板ステージ206(イメージセンサ300)の駆動とイメージセンサ300による画像取得とを繰り返す。焦点位置(ベストフォーカス位置)ではイメージセンサ300によって撮像される画像データのコントラストが高く、デフォーカスした位置ではイメージセンサによって撮像される画像データのコントラストが低い。そこで、制御部232は、イメージセンサ300によって撮像された画像データのコントラストを検出し、このコントラストが最も高い時の基板ステージ206のZ方向の位置を計測データとして得る。
The fourth embodiment will be described below. Matters not mentioned in the fourth embodiment may follow the second and third embodiments. The exposure apparatus EX of the fourth embodiment may have the same configuration as the exposure apparatus EX of the third embodiment. In the fourth embodiment, the
以後は、制御部232は、第1マークの配列ピッチ(25[mm])をX、Y方向の移動距離として基板ステージ206を移動させる移動処理と、その後の検出処理とを繰り返す。これにより、X方向に関して30種類の位置、Y方向に関して3種類の位置、合計90箇所で検出処理がなされる。1箇所について4つの計測データが得られるので、全部で360個の計測データが得られる。制御部232は、これらの計測データに基づいて作成される連立方程式を解くことによって、投影光学系204の焦点位置と、基板ステージ206のZ方向の駆動誤差と、イメージセンサ300の撮像面の高さ方向の誤差とに分離する。
Thereafter, the
方程式の作成には、第2実施形態で説明した(数式21)から(数式25)を使用することができる。 To create the equation, (Equation 21) to (Equation 25) described in the second embodiment can be used.
ただし、第4実施形態における以下の変数は、以下のように第2実施形態と相違する。 However, the following variables in the fourth embodiment differ from those in the second embodiment as follows.
dz2(j):イメージセンサの撮像面の高さ方向の誤差
εz (n):イメージセンサの量子化誤差
以下、上記の第1乃至第4実施形態に代表される露光装置を用いて物品を製造する物品製造方法を説明する。一実施形態の物品製造方法は、例えば、デバイス(半導体素子、磁気記憶媒体、液晶表示素子など)、カラーフィルターなどの物品を製造するのに好適である。該製造方法は、上記の露光装置を用いて、感光剤が塗布された基板を露光する露光工程と、露光工程で露光された基板を現像する現像工程を含む。また、該製造方法は、他の周知の工程(酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージングなど)を含みうる。本実施形態における物品の製造方法は、従来に比べて、物品の性能、品質、生産性及び生産コストの少なくとも1つにおいて有利である。
dz2(j): Error in the height direction of the imaging surface of the image sensor εz (n): Quantization error of the image sensor Hereinafter, articles will be manufactured using the exposure apparatus represented by the above-mentioned first to fourth embodiments. A method for manufacturing articles will be explained. The article manufacturing method of one embodiment is suitable for manufacturing articles such as devices (semiconductor elements, magnetic storage media, liquid crystal display elements, etc.), color filters, etc., for example. The manufacturing method includes an exposure step of exposing a substrate coated with a photosensitive agent using the above-mentioned exposure apparatus, and a development step of developing the substrate exposed in the exposure step. The manufacturing method may also include other well-known steps (oxidation, film formation, vapor deposition, doping, planarization, etching, resist stripping, dicing, bonding, packaging, etc.). The method for manufacturing an article according to the present embodiment is advantageous in at least one of the performance, quality, productivity, and production cost of the article compared to the conventional method.
発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。 The invention is not limited to the embodiments described above, and various changes and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, the following claims are hereby appended to disclose the scope of the invention.
EX:露光装置、IL:照明系、206:基板ステージ、SE:センサ、232:制御部 EX: Exposure device, IL: Illumination system, 206: Substrate stage, SE: Sensor, 232: Control unit
Claims (13)
前記基板ステージに搭載されるセンサと、
前記センサを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記被照明面に配置される複数のマークから選択される少なくとも2つのマークの結像位置を前記センサを使って検出する検出処理を複数回にわたって実施し、前記検出処理と前記検出処理との間において、前記センサが搭載された前記基板ステージを移動させる移動処理を実施し、
前記移動処理における前記基板ステージの移動は、前記移動処理の前の前記検出処理において前記複数のマークから選択される少なくとも2つのマークの一部と前記移動処理の後の前記検出処理において前記複数のマークから選択される少なくとも2つのマークの一部とが共通するように実施される、
ことを特徴とする露光装置。 An exposure apparatus comprising: an illumination system that illuminates a mask placed on a surface to be illuminated; a projection optical system that projects an image of the mask onto a substrate; and a substrate stage that holds the substrate.
a sensor mounted on the substrate stage;
A control unit that controls the sensor,
The control unit performs a detection process multiple times to detect image formation positions of at least two marks selected from a plurality of marks arranged on the illuminated surface using the sensor, and Between the detection process, a movement process is performed to move the substrate stage on which the sensor is mounted,
The movement of the substrate stage in the movement process includes a portion of at least two marks selected from the plurality of marks in the detection process before the movement process and a part of the plurality of marks selected in the detection process after the movement process. carried out so that a portion of at least two marks selected from the marks are common;
An exposure device characterized by:
前記照明系は、スリット状の被照明領域を照明し、
前記複数のマークは、前記被照明領域に配置される、
ことを特徴とする請求項1に記載の露光装置。 Configured as a scanning exposure device,
The illumination system illuminates a slit-shaped illuminated area,
the plurality of marks are arranged in the illuminated area;
The exposure apparatus according to claim 1, characterized in that:
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の露光装置。 The imaging position is detected by detecting the imaging position in a direction perpendicular to the optical axis of the projection optical system.
The exposure apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that:
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の露光装置。 The imaging position is detected by detecting the imaging position in a direction parallel to the optical axis of the projection optical system.
The exposure apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that:
前記センサは、前記複数のマークの各々の形状と相似な形状を有する複数の開口を有するプレートと、前記複数の開口を通過した光束を検出する複数の光電変換部と、を含む、
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の露光装置。 the plurality of marks have the same shape,
The sensor includes a plate having a plurality of apertures having a shape similar to the shape of each of the plurality of marks, and a plurality of photoelectric conversion units that detect a luminous flux passing through the plurality of apertures.
The exposure apparatus according to any one of claims 1 to 4, characterized in that:
前記複数の開口の各々は、第3サブマークおよび第4サブマークを含み、
前記第3サブマークおよび前記第4サブマークは、前記第1サブマークと前記第3サブマークとが重なる時は前記第2サブマークと前記第4サブマークとが重ならず、前記第2サブマークと前記第4サブマークとが重なる時は前記第1サブマークと前記第3サブマークとが重ならないように配置されている、
ことを特徴とする請求項5に記載の露光装置。 Each of the plurality of marks includes a first sub-mark and a second sub-mark,
Each of the plurality of openings includes a third sub-mark and a fourth sub-mark,
The third sub-mark and the fourth sub-mark are such that when the first sub-mark and the third sub-mark overlap, the second sub-mark and the fourth sub-mark do not overlap, and the second sub-mark When the mark and the fourth sub-mark overlap, the first sub-mark and the third sub-mark are arranged so as not to overlap,
The exposure apparatus according to claim 5, characterized in that:
ことを特徴とする請求項6に記載の露光装置。 The first sub-mark is a mark extending in a first direction, and the second sub-mark is a mark extending in a second direction different from the first direction.
The exposure apparatus according to claim 6, characterized in that:
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の露光装置。 The sensor includes an image sensor.
The exposure apparatus according to any one of claims 1 to 4, characterized in that:
ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の露光装置。 The plurality of marks are arranged at a predetermined arrangement pitch,
The exposure apparatus according to any one of claims 1 to 8, characterized in that:
前記センサは、前記基板チャックとは異なる領域に配置されている、
ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の露光装置。 The substrate stage includes a substrate chuck that holds the substrate,
the sensor is located in a different area from the substrate chuck;
The exposure apparatus according to any one of claims 1 to 9.
ことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の露光装置。 The control unit obtains imaging characteristics of the projection optical system based on the results of the detection processing performed multiple times.
The exposure apparatus according to any one of claims 1 to 10, characterized in that:
ことを特徴とする請求項11に記載の露光装置。 The control unit adjusts the imaging characteristics of the projection optical system based on the imaging characteristics.
12. The exposure apparatus according to claim 11.
前記露光工程で露光された前記基板を現像する現像工程と、
を含み、前記現像工程で現像された前記基板から物品を得ることを特徴とする物品製造方法。 an exposure step of exposing a substrate using the exposure apparatus according to any one of claims 1 to 12;
a developing step of developing the substrate exposed in the exposure step;
A method for manufacturing an article, comprising: obtaining an article from the substrate developed in the developing step.
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