JPWO2004047156A1 - Position measuring method, position measuring apparatus, exposure method, and exposure apparatus - Google Patents

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Abstract

反射率分布に起因する悪影響を排除して高精度なフォーカス調整を実施する。基板上の計測箇所に検知光を照射し、計測箇所で反射した反射光を受光して、基板表面の法線方向の位置情報を計測する。基板上の計測箇所における検知光の反射率分布により生じる位置情報の誤差成分を計測するステップと、計測した誤差成分に基づいて、法線方向の位置情報を補正するステップとを有する。High-precision focus adjustment is performed by eliminating the adverse effect caused by the reflectance distribution. The measurement light on the substrate is irradiated with the detection light, the reflected light reflected at the measurement position is received, and the position information in the normal direction of the substrate surface is measured. The method includes a step of measuring an error component of position information generated by a reflectance distribution of detection light at a measurement position on the substrate, and a step of correcting position information in the normal direction based on the measured error component.

Description

本発明は、基板に検知光を照射することで基板表面の法線方向の位置情報を計測する位置計測方法及び位置計測装置、並びに半導体素子や液晶表示素子などのデバイスの製造工程で使用される露光方法及び露光装置に関する。
本出願は、日本国特許出願2002−336778号を基礎としており、その内容を本明細書に組み込む。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is used in a position measuring method and a position measuring device for measuring position information in the normal direction of a substrate surface by irradiating the substrate with detection light, and a manufacturing process of a device such as a semiconductor element or a liquid crystal display element. The present invention relates to an exposure method and an exposure apparatus.
This application is based on Japanese Patent Application No. 2002-336778, the contents of which are incorporated herein.

半導体素子、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等の各種デバイスは、従来からプレーナ技術を応用して形成されており、プレーナ技術にはフォトリソグラフィ技術が必要不可欠である。これらのデバイスをフォトリソグラフィ技術を用いて製造する際に、マスク又はレチクルのパターン像を投影光学系を介して、フォトレジスト等の感光材料が塗布されたウエハ又はガラス基板等の感光基板上に露光する露光装置が使用されている。
一般的に露光装置は、微細なパターンを形成するうえで必要な解像度を得るため、開口数(N.A.)が大きく焦点深度の浅い投影光学系が使用される。よって、微細な回路パターンを高い解像度で転写するためには、感光基板の表面を投影光学系の結像面(焦点深度(DOF)内)により正確、且つ確実に合わせ込む必要がある。このため、露光装置は、投影光学系の光軸方向(基板表面の法線方向)の感光基板表面の位置と傾きとを検出するフォーカス検出系と、検出された高さ及び傾きに基づいて感光基板表面の位置を含めた感光基板の姿勢を調整する調整機構から構成される合焦機構を備えている。
この種の露光装置では、例えば特開平10−270303号公報及び対応する米国特許第6455214号に開示されているように、ウエハに対して垂直ではない任意の角度をもった斜め方向から焦点検出用のスリット状検知光をウエハに入射させ、ウエハ表面からの反射光を受光部となる検出器に導く、いわゆる斜入射反射型のフォーカス検出系(位置計測装置)が多く用いられている。このフォーカス検出系では、送光スリットを介して検知光がウエハに照射される、即ちウエハ表面にスリット像が形成され、そのスリット像がウエハ表面で反射し受光用の開口(スリット形状)に再結像されるが、ウエハ表面の位置が法線方向に変位したときに、受光スリット上で検知光(再結像されたスリット像)がフォーカス検知系の光軸方向と直交する方向に横ずれすることになる。そのため、この横ずれ量を、つまりスリット像(検知光)の光量重心の位置の変化を検知することでウエハ表面の投影光学系の光軸方向の位置、すなわちフォーカス方向の位置を計測している。
ところで、近年、半導体デバイスの更なる微細化に伴い、投影光学系の開口数が大きくなり焦点深度が益々小さくなっている。そのため、投影光学系の投影視野内でレチクルのパターン像が投影される露光領域(即ち、露光光の照射領域)の全面で,ウエハ表面が投影光学系の焦点深度内に収まるようにウエハ表面の平坦度を向上させる様々な努力がなされている。例えば、ウエハに対しては、CMP(Chemical Mechanical Polishing)と称される表面の平坦化処理を施すことで、レジスト塗布時のウエハ表面の平坦度を向上させることが可能である。ところが、このように平坦度向上により表面形状に変化がないにも拘わらず、種々の要因によりフォーカス検出値に誤差(以下、フォーカス誤差と称する)が含まれることがある。
このフォーカス誤差を生じさせる一因としては、薄膜多重干渉が挙げられる。この薄膜多重干渉は、レジストの膜厚、デバイス部分である下地の構造、レジストと下地との光学定数(屈折率、消衰係数)に起因して、レジスト表面での反射光と下地からの反射光とが干渉するものである。半導体デバイスは、Siや金属配線部分、層間絶縁膜としてのSiOやSiN等から形成されているが、SiO、SiNはレジストとほぼ同じ光学定数を有し、フォーカス検出用の検知光(例えば、ハロゲンランプから発生する照明光)の波長において誘電体となるため多重千渉を起こしやすくなる。特に、下地に反射率の高い部分(例えば、金属配線など)が存在すると、ウエハでの反射光強度に占める下地での反射光強度の割合、即ちレジスト表面での反射光強度に対する下地での反射光強度の比率が相対的に増大することになる。このため、ウエハで反射される検知光の受光スリット上での光量重心位置は、ほとんど全てがレジスト表面からの反射光のみの場合における光量重心位置から横ずれし、これがフォーカス位置の検出誤差となってしまう。
また、上記フォーカス誤差を生じさせる他の一因としては、フォーカス検出系の調整誤差が挙げられる。フォーカス検出系が理想状態から外れて調整されると、受光スリット位置が焦点位置からずれてしまう。このため、スリット像は点像の集合であるが、受光スリット位置において点像となるべきものが拡がりを持ち、点像を形成する光線に点像への入射角度による強度分布があればスリット像も横ずれ方向に強度分布を持ってしまい、これがフォーカス検出値の誤差となってしまう。さらに、ウエハ表面に入射させるフォーカス検出系の検知光は、点像を形成する光線が送光レンズの開口数に応じて入射角を変えて入射しており、結果として反射光強度も反射・屈折の法則、または上述した薄膜多重干渉により強度分布を持ってしまう。そのため、スリット光全体で反射光強度の角度分布により、点像が結像されている場合には発生しないフォーカス誤差が生じてしまう。
そこで従来では、フォーカス検出系の検知光を80°以上の大きな入射角で入射させることにより、レジスト表面における反射率を大きくしたり、また波長帯域幅のある光源(ハロゲンランプ等)を用いることで干渉による誤差が生じない波長の強度分布を増やすといった工夫により薄膜多重干渉によるフォーカス誤差を極小化している。また、調整誤差に関しては、フォーカス誤差が投影光学系の焦点深度に対して小さくなるように光学系の調整を厳密に行っていた。そして、入射角の違いに関しては、入射光束の開口数が小さい(例えば百分の一レベル)フォーカス光学系とすることで、像を形成する光線の入射角がほとんど変わらないようにし、反射率の違いが生じない工夫をしていた。
しかしながら、上述のフォーカス誤差を生じさせる要因の他に、以下のような問題が存在する。
ウエハ表面において、フォーカス検出系によるスリット像の投影領域(即ち、検知光の照射領域)内で反射率が部分的に異なる、特にその領域内でフォーカス計測方向(ウエハがフォーカス方向に変位した場合にウエハ表面上で移動するスリット像の移動方向)に反射率分布が存在する場合、反射されたスリット像も受光スリット位置において横ずれの検出方向に強度分布を持つことになる。この場合、図15に示すように、像強度分布に応じてスリット像の重心位置が中心から移動することで、ウエハ表面の実際の形状とは関係なくフォーカス方向にウエハの表面位置が変位したように計測され、正確な合焦調整に支障を来たしてしまう。また、生じる誤差がそれほど大きくなく、結果としてウエハ表面が焦点深度内に収まる量であっても、合焦調整時に不必要な傾斜補正がかかってしまう為、特にスキャンタイプ(同期走査型)の露光装置の場合、同期精度が悪化するという問題もある。
なお、半導体デバイスの微細化の進展によって、デバイスを構成する材料の変化や、レジストの膜圧が薄くなっていることに伴い、ウエハ上でのスリット像の投影領域(検知光の照射領域)内で反射率分布が生じやすくなっている、即ち薄膜多重干渉の状態が大きく異なるようになっている。
Various devices such as semiconductor elements, liquid crystal display elements, and thin film magnetic heads have been conventionally formed by applying a planar technology, and a photolithography technology is indispensable for the planar technology. When manufacturing these devices using photolithography technology, a pattern image of a mask or reticle is exposed through a projection optical system onto a photosensitive substrate such as a wafer or glass substrate coated with a photosensitive material such as photoresist. The exposure device is used.
Generally, an exposure apparatus uses a projection optical system having a large numerical aperture (NA) and a shallow depth of focus in order to obtain a resolution necessary for forming a fine pattern. Therefore, in order to transfer a fine circuit pattern with high resolution, it is necessary to align the surface of the photosensitive substrate more accurately and surely with the image plane of the projection optical system (within the depth of focus (DOF)). For this reason, the exposure apparatus includes a focus detection system that detects the position and inclination of the photosensitive substrate surface in the optical axis direction of the projection optical system (direction normal to the substrate surface), and the exposure device based on the detected height and inclination. The focusing mechanism includes an adjusting mechanism that adjusts the posture of the photosensitive substrate including the position of the surface of the substrate.
In this type of exposure apparatus, for example, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-270303 and corresponding US Pat. No. 6,455,214, focus detection is performed from an oblique direction having an arbitrary angle that is not perpendicular to the wafer. A so-called grazing incidence reflection type focus detection system (position measuring device) is often used, in which the slit-shaped detection light is incident on the wafer and the reflected light from the wafer surface is guided to a detector serving as a light receiving portion. In this focus detection system, the detection light is irradiated onto the wafer through the light-sending slit, that is, a slit image is formed on the wafer surface, and the slit image is reflected on the wafer surface and re-formed on the aperture for light reception (slit shape). An image is formed, but when the position of the wafer surface is displaced in the normal direction, the detection light (re-formed slit image) is laterally displaced on the light receiving slit in a direction orthogonal to the optical axis direction of the focus detection system. It will be. Therefore, the lateral shift amount, that is, the change in the position of the light amount centroid of the slit image (detection light) is detected to measure the position of the wafer surface in the optical axis direction of the projection optical system, that is, the position in the focus direction.
By the way, in recent years, along with the further miniaturization of semiconductor devices, the numerical aperture of the projection optical system has increased and the depth of focus has become smaller and smaller. Therefore, the entire surface of the exposure area (that is, the exposure light irradiation area) where the pattern image of the reticle is projected within the projection field of the projection optical system is adjusted so that the wafer surface falls within the depth of focus of the projection optical system. Various efforts have been made to improve the flatness. For example, by performing a surface planarization process called CMP (Chemical Mechanical Polishing) on the wafer, it is possible to improve the flatness of the wafer surface during resist application. However, in spite of the fact that the surface shape does not change due to the improvement in flatness as described above, an error (hereinafter, referred to as a focus error) may be included in the focus detection value due to various factors.
One factor that causes this focus error is thin film multiple interference. This thin film multiple interference is caused by the reflected light on the resist surface and the reflection from the underlayer due to the film thickness of the resist, the structure of the underlayer which is the device portion, and the optical constants (refractive index, extinction coefficient) between the resist and the underlayer. It interferes with light. Semiconductor devices, Si or a metal wiring portion, are formed from SiO 2, SiN, or the like as an interlayer insulating film, SiO 2, SiN have substantially same optical constants of the resist, the detection light for focus detection (e.g. , Illumination light generated from a halogen lamp) becomes a dielectric substance at the wavelength of the light, and thus it is likely to cause multiple interference. In particular, if there is a portion with a high reflectance (for example, metal wiring) on the base, the ratio of the reflected light intensity on the base to the reflected light intensity on the wafer, that is, the reflection on the base against the reflected light intensity on the resist surface The light intensity ratio will increase relatively. Therefore, the light amount barycentric position on the light receiving slit of the detection light reflected by the wafer deviates laterally from the light amount barycentric position when almost all the reflected light is from the resist surface, which becomes a focus position detection error. I will end up.
Another cause of the focus error is an adjustment error of the focus detection system. If the focus detection system is adjusted out of the ideal state, the position of the light receiving slit will deviate from the focus position. Therefore, the slit image is a set of point images, but what should be a point image at the position of the light receiving slit has a spread, and if the light rays forming the point image have an intensity distribution depending on the incident angle to the point image, the slit image Also has an intensity distribution in the lateral shift direction, which causes an error in the focus detection value. Furthermore, the detection light of the focus detection system that is incident on the wafer surface has the light rays forming a point image that are incident at different incident angles depending on the numerical aperture of the light-sending lens, and as a result, the reflected light intensity is also reflected/refracted. , Or the above-mentioned thin film multiple interference causes an intensity distribution. Therefore, due to the angular distribution of the reflected light intensity in the entire slit light, a focus error that does not occur when a point image is formed occurs.
Therefore, conventionally, by making the detection light of the focus detection system incident at a large incident angle of 80° or more, the reflectance on the resist surface can be increased and a light source having a wavelength bandwidth (such as a halogen lamp) can be used. Focusing errors due to thin-film multiple interference are minimized by increasing the intensity distribution of the wavelength that does not cause errors due to interference. Regarding the adjustment error, the optical system is strictly adjusted so that the focus error is smaller than the depth of focus of the projection optical system. Regarding the difference in the incident angle, by using a focus optical system in which the numerical aperture of the incident light beam is small (for example, one-hundredth level), the incident angle of the light beam forming the image is hardly changed, and the reflectance of I was trying to make no difference.
However, in addition to the factors causing the above-mentioned focus error, there are the following problems.
On the wafer surface, the reflectance is partially different in the projection area of the slit image by the focus detection system (that is, the irradiation area of the detection light), especially in the focus measurement direction (when the wafer is displaced in the focus direction) in that area. When the reflectance distribution exists in the moving direction of the slit image moving on the wafer surface), the reflected slit image also has an intensity distribution in the lateral deviation detection direction at the light receiving slit position. In this case, as shown in FIG. 15, the position of the center of gravity of the slit image moves from the center in accordance with the image intensity distribution, so that the surface position of the wafer seems to be displaced in the focus direction regardless of the actual shape of the wafer surface. It will be difficult to accurately adjust the focus. Moreover, even if the error that occurs is not so large, and even if the wafer surface is within the depth of focus as a result, unnecessary tilt correction is applied during focus adjustment, so scanning type (synchronous scanning type) exposure is performed in particular. In the case of the device, there is also a problem that the synchronization accuracy deteriorates.
Due to the progress of miniaturization of semiconductor devices, the material forming the devices has changed, and the film pressure of the resist has become thinner, so that the slit image projection area (detection light irradiation area) on the wafer Therefore, the reflectance distribution is likely to occur, that is, the state of thin film multiple interference is greatly different.

本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、反射率分布等のウエハ表面状態の分布に起因する悪影響を排除した高精度なフォーカス検出を実施できる位置計測方法、位置計測装置及び露光方法並びに露光装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために本発明は、実施の形態を示す図1ないし図13に対応付けした以下の構成を採用している。
本発明の位置計測方法は、基板上の計測箇所に検知光を照射し、計測箇所で反射した反射光を受光して、基板表面の法線方向の位置情報を計測する位置計測方法であって、基板上の計測箇所における検知光の反射率分布により生じる位置情報の誤差成分を計測するステップと、計測した誤差成分に基づいて、法線方向の位置情報を補正するステップとを有することを特徴とするものである。
また、本発明の位置計測装置は、基板上の計測箇所に検知光を照射し、計測箇所で反射した反射光を受光して、基板表面の法線方向の位置情報を計測する位置計測装置であって、基板上の計測箇所における検知光の反射率分布により生じる位置情報の誤差成分を記憶する記憶装置と、記憶された誤差成分に基づいて、法線方向の位置情報を補正する補正装置とを有することを特徴とするものである。
従って、本発明の位置計測方法及び位置計測装置では、予め基板上の計測箇所における検知光の反射率分布により生じる位置情報の誤差成分が既知であるので、検知光を用いて計測した基板表面の法線方向の位置情報から誤差成分を排除することができ、反射率分布に起因する悪影響を受けることなく基板を所定の位置に位置決めすることが可能になる。なお、誤差成分を求める方法としては、検知光を受光したときに得られる検出信号の強度に基づいて演算する方法や、基板の表面形状を(例えば別途計測装置で)実際に計測し、計測した表面形状と設計上の表面形状とを比較した結果(例えば両表面形状の差分)に基づいて求める方法、さらにはCMP等により基板表面を平坦化した場合には、計測した基板表面の位置情報をそのまま誤差成分として設定する方法等を採用することができる。
そして、本発明の露光方法は、露光光によりマスクのパターンを基板に露光する露光方法において、上記記載の位置計測方法により前記位置情報を計測し、その計測結果に基づいて基板の面位置を調整することを特徴とするものである。
また、本発明の露光装置は、露光光によりマスクのパターンを基板に露光する露光装置において、基板の面位置情報を計測する装置として、上記の位置計測装置(21)が用いられることを特徴とするものである。
従って、本発明の露光方法及び露光装置では、検知光に対する基板表面の反射率分布に悪影響を及ぼされることなく基板の面位置情報を高精度に計測することができ、基板表面を露光光の光軸方向に正確に位置決めすることが可能になる。そのため、例えば焦点深度が浅い投影光学系等を用いた場合でも、基板表面を焦点深度内に合わせ込むことが可能になり、必要なコントラスト(解像度)を容易に得ることができる。また、生じるフォーカス誤差が結果として基板表面を焦点深度内におさまるような量であっても、スキャンタイプ(同期走査型)の露光装置の場合、不要な傾斜補正が行われないので、同期精度が悪化することなく露光できることになる。
また、本発明の露光装置は、マスクと基板とを同期移動することによって、マスクのパターンを基板上の複数の区画領域に投影する露光装置において、基板上に検知光を照射し、その反射光を検出することによって同期移動中に基板の面位置を検出する面位置検出装置と、基板上の区画領域内の表面状態の分布情報を、同期移動方向に応じて記憶する記憶装置と、面位置検出装置の検出結果と記憶装置に記憶された分布情報とに基づいて基板の面位置を設定する制御装置と、を有することを特徴としている。
従って、本発明の露光装置では、基板上の区画領域に対してどの同期移動方向を選択した場合でも、同期移動方向に応じて区画領域内の表面状態の分布情報により基板の面位置を補正した状態で設定することができる。そのため、基板上の表面状態や同期移動方向により悪影響を及ぼされることなく基板の面位置を露光光の光軸方向(投影光学系の結像面)に正確に位置決めすることが可能になる。そのため、例えば焦点深度が浅い投影光学系等を用いた場合でも、基板表面を焦点深度内に合わせ込むことが可能になり、いわゆる走査露光を実施した場合であっても不要なウエハ面の傾斜補正が行われないので、同期精度を悪化させることなく露光でき、必要なコントラスト(解像度)を容易に得ることができる。
The present invention has been made in consideration of the above points, and a position measuring method and a position measuring device capable of performing highly accurate focus detection while eliminating adverse effects caused by a distribution of a wafer surface state such as a reflectance distribution. And an exposure method and an exposure apparatus.
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention adopts the following configurations associated with FIGS. 1 to 13 showing an embodiment.
The position measuring method of the present invention is a position measuring method for irradiating a measurement point on a substrate with detection light, receiving reflected light reflected at the measurement point, and measuring position information in the normal direction of the substrate surface. And a step of measuring an error component of position information caused by a reflectance distribution of detection light at a measurement position on the substrate, and a step of correcting position information in a normal direction based on the measured error component. It is what
Further, the position measuring device of the present invention is a position measuring device that irradiates a measurement point on a substrate with detection light, receives reflected light reflected at the measurement point, and measures position information in the normal direction of the substrate surface. And a storage device that stores an error component of position information generated by the reflectance distribution of the detection light at the measurement location on the substrate, and a correction device that corrects the position information in the normal direction based on the stored error component. It is characterized by having.
Therefore, in the position measuring method and the position measuring device of the present invention, since the error component of the position information generated by the reflectance distribution of the detection light at the measurement location on the substrate is known in advance, the substrate surface measured using the detection light The error component can be eliminated from the position information in the normal direction, and the substrate can be positioned at a predetermined position without being adversely affected by the reflectance distribution. As a method of obtaining the error component, a method of calculating based on the intensity of the detection signal obtained when the detection light is received, or a surface shape of the substrate is actually measured (for example, by a separate measuring device) and measured. A method of obtaining based on the result of comparison between the surface shape and the designed surface shape (for example, the difference between the two surface shapes), and further, when the substrate surface is flattened by CMP or the like, the measured position information of the substrate surface is obtained. A method of setting the error component as it is can be adopted.
Then, the exposure method of the present invention is an exposure method for exposing a pattern of a mask onto a substrate by exposure light, wherein the position information is measured by the position measuring method described above, and the surface position of the substrate is adjusted based on the measurement result. It is characterized by doing.
Further, the exposure apparatus of the present invention is characterized in that the position measurement apparatus (21) is used as an apparatus for measuring the surface position information of the substrate in the exposure apparatus that exposes the mask pattern on the substrate with the exposure light. To do.
Therefore, in the exposure method and the exposure apparatus of the present invention, the surface position information of the substrate can be measured with high accuracy without being adversely affected by the reflectance distribution of the substrate surface with respect to the detection light, and the substrate surface can be exposed to the light of the exposure light. It becomes possible to perform accurate positioning in the axial direction. Therefore, for example, even when a projection optical system having a shallow depth of focus is used, the substrate surface can be adjusted within the depth of focus, and the necessary contrast (resolution) can be easily obtained. Further, even if the resulting focus error is such that the surface of the substrate falls within the depth of focus, in the case of the scan type (synchronous scanning type) exposure apparatus, since unnecessary tilt correction is not performed, the synchronization accuracy is improved. The exposure can be done without deterioration.
Further, the exposure apparatus of the present invention irradiates detection light onto the substrate in the exposure apparatus which projects the pattern of the mask onto a plurality of partitioned areas on the substrate by moving the mask and the substrate in synchronization, and the reflected light A surface position detecting device for detecting the surface position of the substrate during the synchronous movement by detecting the surface position, a storage device for storing the surface state distribution information in the partitioned area on the substrate according to the synchronous movement direction, and the surface position. A control device for setting the surface position of the substrate based on the detection result of the detection device and the distribution information stored in the storage device.
Therefore, in the exposure apparatus of the present invention, no matter which synchronous movement direction is selected for the divided area on the substrate, the surface position of the substrate is corrected by the distribution information of the surface state in the divided area according to the synchronous movement direction. Can be set by state. Therefore, the surface position of the substrate can be accurately positioned in the optical axis direction of the exposure light (image plane of the projection optical system) without being adversely affected by the surface condition on the substrate or the synchronous movement direction. Therefore, for example, even when a projection optical system having a shallow depth of focus is used, it is possible to adjust the substrate surface within the depth of focus, and even if so-called scanning exposure is performed, unnecessary tilt correction of the wafer surface is performed. Is performed, the exposure can be performed without deteriorating the synchronization accuracy, and the required contrast (resolution) can be easily obtained.

図1は本発明の一実施形態による露光装置の概略構成を示す図である。
図2は同露光装置を構成するウエハステージの概略を示す斜視図である。
図3は斜入射方式の多点フォーカス位置検出系の構成を示す図である。
図4Aはウエハの転写面に投影されたフォーカス計測点及び露光領域の図であり、図4Bはショット領域と照明領域との関係を示す図である。
図5A及び5Bは、それぞれデバイスパターンとフォーカス計測点との位置関係を示す図である。
図6はウエハステージの制御系を示す図である。
図7Aはフォーカス計測点と反射率の異なる領域との位置関係を示す図であり、図7B及び7Cは受光した光強度を示す図である。
図8A及び8Bは、計測間隔が異なる場合の、位置と光強度との関係を示す図である。
図9はフォーカス誤差計測に係るフローチャート図である。
図10はフォーカス計測が行われる経路及び計測位置を概略的に示す図である。
図11Aはスキャン中のセンサ位置を示す図であり、図11Bはそのときのセンシング値を示す図である。
図12は別形態のフォーカス補正方法を示すフローチャート図である。
図13は別形態のフォーカス補正方法を示すフローチャート図である。
図14は本発明の一実施形態による露光装置を用いてデバイスを製造する際のフローチャート図である。
図15は反射率分布とフォーカス誤差との関係を説明するための図である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing an outline of a wafer stage which constitutes the exposure apparatus.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an oblique incidence type multi-point focus position detection system.
FIG. 4A is a diagram of a focus measurement point and an exposure region projected on the transfer surface of the wafer, and FIG. 4B is a diagram showing a relationship between the shot region and the illumination region.
5A and 5B are diagrams showing a positional relationship between a device pattern and a focus measurement point, respectively.
FIG. 6 is a diagram showing a control system of the wafer stage.
FIG. 7A is a diagram showing a positional relationship between a focus measurement point and regions having different reflectances, and FIGS. 7B and 7C are diagrams showing received light intensity.
8A and 8B are diagrams showing the relationship between the position and the light intensity when the measurement intervals are different.
FIG. 9 is a flowchart of the focus error measurement.
FIG. 10 is a diagram schematically showing a path along which focus measurement is performed and a measurement position.
FIG. 11A is a diagram showing sensor positions during scanning, and FIG. 11B is a diagram showing sensing values at that time.
FIG. 12 is a flowchart showing a focus correction method of another embodiment.
FIG. 13 is a flow chart showing another form of focus correction method.
FIG. 14 is a flow chart when manufacturing a device using the exposure apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a diagram for explaining the relationship between the reflectance distribution and the focus error.

以下、本発明の位置計測方法、位置計測装置及び露光方法並びに露光装置の実施の形態を、図1ないし図14を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施形態による露光装置の概略構成を示す図である。尚、以下の説明においては、図1中に示されたXYZ直交座標系を設定し、このXYZ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。図1に示したXYZ直交座標系では、所定のパターン領域が形成されたマスクとしてのレチクルRと、上面にフォトレジストが塗布された基板としてのウエハWとが走査露光時に移動される方向(同期移動方向)をY軸方向、レチクルRの平面内でY軸と直交する方向をX軸方向、レチクルR(ウエハ表面)の法線方向をZ軸方向に設定してある。図1中のXYZ直交座標系は、実際にはXY平面が水平面に平行な面に設定され、Z軸が鉛直上方向に設定される。
なお、以下では図示省略された照明光学系によってレチクルR上で露光光ELが照射される領域を「照明領域」と称し、投影光学系PLに関してその照明領域と共役で、投影光学系PLを介してウエハW上で露光光ELが照射される領域を「露光領域」と称する。また、本実施形態の露光装置(図1)はステップ・アンド・スキャン方式にてウエハW上の複数のショット領域(区画領域)にそれぞれレチクルRのパターンを転写する走査型露光装置であり、前述の照明領域はレチクルR上で照明光学系の光軸(投影光学系PLの光軸AXと一致)を中心としてX軸方向に延びる矩形領域である。
図1において、図示省略された照明光学系は、レチクルRの照明条件を可変とする成形光学系、オプティカルインテグレータ、及びレチクルR上の照明領域を規定するブラインド(可変視野絞り)などを含み、不図示の光源(エキシマレーザなど)から発生する露光光ELをほぼ均一な照度で前述の照明領域に照射する。投影光学系PLは、第1面(物体面)に配置されるレチクルRのパターンのうち、照明領域内のその一部の像を第2面(結像面)上の露光領域内に生成し、表面が第2面とほぼ一致して配置されるウエハW上にその像が転写される。ウエハW上の各ショット領域にレチクルRのパターンを転写する走査露光では、照明領域に対するレチクルRの相対移動と露光領域に対するウエハWの相対移動とが同期して行われ、そのパターンの全面が露光光ELで照射されるとともに、投影光学系PLを介して各ショット領域に露光光ELが照射される。この際、照明領域に対してレチクルRはY軸の正の方向又は負の方向に一定速度Vで走査されるのに同期してウエハWはY軸の負の方向又は正の方向に一定速度V/β(1/βは投影光学系PLの縮小倍率)で走査される。
上記レチクルRは、レチクル微小駆動ステージ1上に真空チャック等により保持されている。レチクル微小駆動ステージ1は、投影光学系PLの光軸AXに垂直な面内(XY平面)でX軸方向、Y軸方向、及び回転方向(θ方向)にそれぞれ微動可能であり、高精度にレチクルRの位置制御を行う。レチクル微小駆動ステージ1は、Y軸方向に駆動自在なレチクルY駆動ステージ2上に載置されており、レチクルY駆動ステージ2はレチクル支持台3上に載置されている。上記レチクル微小駆動ステージ1上には移動鏡4が配置され、レチクル支持台3上に配置された干渉計5によって、常時レチクル微小駆動ステージ1のX軸方向、Y軸方向、及び θ 方向の位置がモニターされている。干渉計5により得られた位置情報S1は主制御系20に供給されている。
一方、ウエハWはウエハステージ上に載置されている。図2は、ウエハステージの概略構成を示す斜視図である。ウエハWは、真空吸着を行うウエハホルダ6を介してZチルト θ ステージ7上に保持され、Zチルト θ ステージ7はそれぞれZ軸方向に可動な3個のアクチュエータ(例えば、ボイスコイルモータ、EIコアなど)8a〜8cを介してXYステージ9上に載置されている。この場合、3個のアクチュエータ8a〜8cの駆動量を同一とすることによって、Zチルト θ ステージ7をZ軸方向に移動でき、それら3個のアクチュエータ8a〜8cの駆動量を独立に設定することによってZチルト θ ステージ7のX軸の周りの傾斜角、及びY軸の周りの傾斜角を制御できる。また、それら3個のアクチュエータ8a〜8cとは別のアクチュエータ(不図示)によって、Zチルト θ ステージ7は所定範囲内でZ軸の周りに回転できるように構成されている。また、XYステージ9は、例えばリニアモータによって、Zチルト θ ステージ7をY軸方向に一定速度で移動できると共に、X軸及びY軸方向にそれぞれステップ移動できるように構成されている。これらウエハホルダ6、Zチルト θ ステージ7、アクチュエータ8a〜8c、及びXYステージ9によりウエハステージが構成されている。
Zチルト θ ステージ7上には移動鏡10が固定され、外部に配置された干渉計11により、Zチルト θ ステージ7のX軸方向、Y軸方向、及び θ 方向の位置がモニターされ、千渉計11により得られた位置情報も主制御系20に供給されている。ここで、図2に示すように、Zチルト θ ステージ7のX軸方向及びY軸方向の位置情報を計測するために、Zチルト θ ステージ7上には移動鏡10X及び移動鏡10Yが配置され、これらの移動鏡10X,10Yに対面した位置に干渉計11X及び干渉計11Yがそれぞれ配置されている。なお、移動鏡10をZチルト θ ステージ7に固定する代わりに、ウエハステージ、例えばZチルト θ ステージ7の端面(側面)を鏡面加工して得られる反射面を用いてもよい。また、干渉計11はZ軸回りの回転量だけでなく、X軸及びY軸回りの各回転量を計測可能としてもよい。
主制御系20は、ウエハ駆動装置12等を介してZチルト θ ステージ7及びXYステージ9の位置決め動作を制御するとともに、装置全体の動作を制御する。また、ウエハW側の干渉計11によって計測される座標により規定されるウエハ座標系と、レチクルR側の干渉計5によって計測される座標により規定されるレチクル座標系との対応をとるために、Zチルト θ ステージ7上であってウエハWの近傍に基準マーク板13が固定されている。この基準マーク板13上には各種基準マークが形成されている。
本実施形態の露光装置は、レチクルRの上方に配置され、基準マーク板13上の基準マークとレチクルR上のマークとを同時に検出するためのレチクルアライメント系14、15を備えている。本実施形態のレチクルアライメント系14、15は、前述の露光光ELをアライメント光として用いてそれら2つのマークの像を撮像索子で検出する画像処理方式であるとともに、レチクルRからの検出光を各々に導くための偏向ミラー16、17が移動自在に配置されている。これらの偏向ミラー16、17は、露光シーケンスが開始されると、主制御系20からの指令のもとで、ミラー駆動装置18、19によりそれぞれ露光光ELの光路外に退避される。また、投影光学系PLの側方にはウエハWのZ軸方向(光軸方向、法線方向)の位置情報及びXY平面(投影光学系PLの結像面)に対するウエハWの傾斜角、すなわちウエハWの面位置を計測するための位置計測装置(面位置検出装置)として斜入射方式の多点フォーカス検出系21が設けられている。
次に、ウエハWの傾斜角を計測するための斜入射方式の多点フォーカス位置検出系21について説明する。図3は、斜入射方式の多点フォーカス位置検出系21の構成を示す図である。尚、図3においては、図1に示した部材の一部を省略して図示を簡略化している。図3に示した斜入射方式の多点フォーカス位置検出系21には、露光光ELとは波長が異なりウエハW上のフォトレジストを感光させない照明光が、図示省略された照明光源から光ファイバ束25を介して導かれている。光ファイバ束25から射出された照明光は、集光レンズ26を経てスリット状の開口パターンが複数形成されたパターン形成板27を照明する。
パターン形成板27を透過した照明光は、レンズ28、ミラー29、及び照射対物レンズ30を経てウエハWの転写面(フォトレジスト表面)に投影され、ウエハWの転写面にはパターン形成板27上の開口パターンの像(スリット像)が投影光学系PLの光軸AXに対して斜めに投影結像される。図4は、投影光学系PLの下方に配置されたウエハWの転写面に、パターン形成板27に形成された開口パターンが結像される様子を示す図である。図4(a)において、符号EFが付された矩形状の領域は前述した露光領域を示している。この露光領域EF内にレチクルRのパターンの像が照射される。
パターン形成板27は、ウエハW上でのフォーカス計測点の配置(個数や位置)及びフォーカス計測点での検知光の照射領域(パターン像)の形状や大きさを設定するものである。本実施形態におけるフォーカス計測点は、走査方向(同期移動方向)であるY方向及び非走査方向(ステップ移動方向)であるX方向に沿って所定間隔でそれぞれ7個ずつ(合計49個)設定され、図4Aに示すように49個のフォーカス計測点に開口パターンの像(スリット像)AF11〜AF17、AF21〜AF27、…、AF71〜AF77(以下、適宜、単に符号AFと称する)がそれぞれ投影されるように、パターン形成版27はその開口パターンがフォーカス計測点の配置(図4A)に対応して形成されている。さらに本実施形態では、フォーカス計測点に投影される開口パターンの像(スリット像)AFはその長手方向が、図1のウエハWの転写面上でX軸及びY軸に対して斜め(本例では45度)に設定されている。なお、以下では開口パターンの像(スリット像)AFをフォーカス計測点とも呼ぶことがある。。
ここで、フォーカス計測点に投影されるスリット像AFの設定について簡単に説明する。
図5に示すように、ウエハW上の各ショット領域の一部に形成されるデバイスパターンDPは、通常Y方向やX方向に沿って配置される。そのため、スリット像AFをY方向(またはX方向)に沿って配置した場合、図5Aに示すように、スリット像AFが下地に形成されているデバイスパターンDPと部分的に重なることがある。この場合、デバイスパターンDPの存在により、スリット像AFにおいては、幅方向(X方向)で検知光の反射率に大きな差が全長に亘って生じることになる。そのため、図5Bに示すように、スリット像AFをX方向またはY方向と平行にならないように傾けることにより、反射率に差が生じる部分がデバイスパターンDPの境界周辺のみとなり、反射率差に起因する悪影響を極力小さくすることができる。
図3に戻り、ウエハWで反射された照明光(反射光)は、集光対物レンズ31、回転方向振動板32、及び結像レンズ33を経て受光器34の受光面に再投影され、受光器34の受光面には、パターン形成板27上のパターンの像が再結像される。受光器34の受光面には、パターン形成板27と相似形に開口部が配列された遮光板(図示省略)が設けられる。ここで、主制御系20は加振装置36を介して回転方向振動板32に振動を与えているので、受光器34に投影される像の位置は遮光板に形成された開口部の長手方向に対して45度傾いた方向、すなわち図3におけるX方向に振動する。この振動方向は、ウエハWがZ軸方向(投影光学系PLの光軸方向)に変位したときにウエハW上でスリット像AFが移動するフォーカス計測方向(X方向)と一致する。受光器34の多数の受光素子からの検出信号は信号処理装置35に供給される。信号処理装置35は、供給されてくる各検出信号を加振装置36の駆動信号で同期検波してフォーカス計測点AF11〜AF77のフォーカス位置にそれぞれ対応する49個のフォーカス信号を得る。
ここで、図4Aに示したように、フォーカス計測点AF31〜AF37及びAF51〜57が露光領域EFの周辺部に配置され、計測点AF41〜AF47が露光領域EFの内部に配置されており、計測点AF11〜AF17、AF21〜AF27及び計測点AF61〜AF67、AF71〜AF77は、露光領域EF外に配置されている。これは、ウエハWがY軸の正の方向に走査されている場合に計測点AF61〜AF67、AF71〜AF77における計測結果を用いて、これから露光される領域の形状(Z軸方向に関する位置情報)を予め計測(先読み)するためである。また、同様にウエハWがY軸の負の方向に走査されている場合に計測点AF11〜AF17、AF21〜AF27における計測結果を用いて、これから露光される領域の形状を予め計測するためである。そして、計測点AF11〜AF17、AF21〜AF27における計測結果又は計測点AF61〜AF67、AF71〜AF77における計測結果を用いてこれから露光される部分に対してウエハWの姿勢制御を行うようにしている。
信号処理装置35は、これら49個のフォーカス信号(検出信号)に対して最小自乗近似等の各種演算処理を施して、露光領域EF内におけるウエハWの転写面の傾斜角及びその転写面のフォーカス位置を求め主制御系20に出力する。
次に、図1及び図2に示したウエハステージの制御系についてより詳細に説明する。図6は、ウエハステージの制御系を示す図であり、図1及び図2に示した部材と同一の部材には同一の符号を付してある。図6において、Zチルト θ ステージ7はその下部に配置された3個のアクチュエータ8a〜8cを介して支持されている。アクチュエータ8a〜8cは、それぞれ駆動部41a〜41cによって、各アクチュエータ8a〜8cの伸縮量がそれぞれ調整されることにより、Zチルト θ ステージ7上に設けられた不図示のウエハホルダ6上に載置されたウエハWの転写面のフォーカス位置、走査方向の傾斜角、及び非走査方向の傾斜角を所望の値に設定することができる。各アクチュエータ8a〜8cの近傍にはそれぞれ、各アクチュエータのフォーカス方向の変位量を例えば0.001μm程度の分解能で計測できる高さセンサ38a〜38cがそれぞれ取り付けられており、高さセンサ38a〜38cの計測結果は主制御系20に出力される。尚、上記駆動部41a〜41cは図1に示したウエハ駆動装置12内に設けられている。
本実施形態の主制御系20は、レチクルRに形成されたパターンの像を投影光学系PLを介してウエハWの転写面に転写する際にレチクルRとウエハWとを同期走査しているため、多点フォーカス位置検出系21によって得られた転写面の形状及びフォーカス位置に応じて各種演算を行い、その結果に基づきウエハWの姿勢及びZ方向の位置を制御している。すなわち、ウエハWの姿勢・位置を制御するために主制御系20は、信号処理装置35から出力されるウエハWの転写面の傾斜角及びその転写面のフォーカス位置と、高さセンサ38a〜38cから出力されるアクチュエータ8a〜8cの変位量等に応じて駆動部41a〜41cの駆動を制御することにより、アクチュエータ8a〜8cを介してウエハWのフォーカス位置及び姿勢を制御する。また、主制御系20には各種演算結果等を記憶しておくための記憶装置40が付設されている。
続いて、レチクルRに形成されたパターンの像をウエハW上の転写面に転写するに先立って、予めウエハWをXY平面内で移動させつつ多点フォーカス位置検出系21を用いてウエハWの転写面のフォーカス調整を行う手順について説明する。ここで、フォーカス調整を実施する際には、多点フォーカス位置検出系21により複数のフォーカス計測点でそれぞれ転写面のZ方向の位置を計測するが、この計測結果には、既述したように、転写面の反射率分布に起因するフォーカス誤差が誤差成分として含まれることがある。
図7Aに示すように、ウエハW上においてフォーカス計測点AFが高反射率部HRと低反射率部LRとに跨っている場合、スリットの両端側の位置P1、P4は高反射率部HRに位置しているため、この部分におけるフォーカス計測方向の反射光強度分布は図7Bに示すように、低反射率部LR内の位置P2におけるフォーカス計測方向の反射光強度分布に比べて大きくなる。また、フォーカス計測方向に関して両反射率部に跨る位置P3におけるフォーカス計測方向の反射光強度分布は、反射率に応じた強度分布となる。フォーカス位置検出系21の受光器34は、フォーカス計測点のスリット内の平均的な反射光強度を検出するため、図7Cに示すように、その検出信号は上記の位置P1〜P4(実際にはフォーカス計測方向と直交する方向全体)における反射光強度分布が合成(加算)され重心位置がずれることになる。フォーカス位置検出系21のフォーカス検出方式は、例えば受光器34上の開口部に対して振動するスリット像の最大振幅位置における検出信号(電圧値V)を計測する。この位置は、スリット像が開口部の両端部に位置するときの2ヶ所である。そして、計測した2つの検出信号(電圧値V)の差をフォーカス信号として用いる。この場合、スリット像の反射光に強度分布があると、各最大振幅位置での電圧値にそれぞれ誤差が生じてしまい、正確なフォーカス信号を得ることができなくなる。
また、フォーカス位置検出系21のフォーカス検出方式が、例えばスリット像内の重心位置をフォーカス信号として用いるような場合、すなわちラインCCDによる検出方式の場合、重心位置のずれはそのままフォーカス誤差となってしまう。
そのため、高精度にフォーカス調整を実施するために、露光前に予めこのフォーカス誤差を計測しておく。本実施の形態では、フォーカス計測点に照射した検知光の反射光を受光したときに得られる検出信号の強度に基づいてフォーカス誤差を計測している。以下では、まず各フォーカス計測点において反射率分布により生じるフォーカス誤差を計測する手順について説明する。
上述したように、フォーカス位置検出系21により検出される一つのフォーカス計測点での検出信号は、当該フォーカス計測点における平均的な反射光強度であり、スリット内のフォーカス計測方向の反射率分布を示すものではない。また、無限小の幅を有するスリット(極細スリット)の検知光を用いて、フォーカス計測点におけるスリット像AFの投影領域内を複数回計測すれば反射率分布を求めることが可能であるが、このような検知光を装備することは困難である。そこで、本実施の形態では、図8Aに示すように、計測対象であるフォーカス計測点AFと、この計測点AFを挟んでフォーカス計測方向(本実施形態ではX方向)両側に所定間隔をあけた位置の計測点AFL、AFRとでそれぞれ反射光の強度を計測する。ここで、図8Aは3個のフォーカス計測点にそれぞれスリット像を投影して反射光の強度を計測する様子を示しているが、必ずしも3つのスリット像を投影しなくてもよく、例えば1個のフォーカス計測点のみにスリット像を投影し、ウエハWをX方向に移動することで図8Aの3個のフォーカス計測点に対応するウエハW上の3箇所でそれぞれ反射光の強度を計測するようにしてもよい。なお、少なくとも1個のスリット像AFを用いて反射光強度を検出すべきウエハ上の計測箇所は3つに限定されるものではなく2つまたは4つ以上でも構わない。これら3点の計測結果から、例えば最小自乗法等の演算処理により反射率分布r(x)を求める。
ここで、次式(1)のように、フォーカス計測方向に1次で表される反射率分布がウエハWの表面に存在する場合を考える。
r(x)=ax+b …(1)
ある計測位置xにおいてフォーカス計測方向に幅Δを有するスリット像の反射光強度I(x)は、以下のように算出される。

Figure 2004047156
;入射光強度
式(2)から明らかなように、反射光強度I(x)は反射率分布r(x)に比例しており、有限幅を有する検知光を用いて検出した反射率分布を、無限小幅の検知光で検出した反射率分布としても支障がない。
次に、式(3)のように、フォーカス計測方向に2次で表される反射率分布がウエハWの表面に存在する場合を考える。
r(x)=ax+bx+c …(3)
この場合の反射光強度I(x)は、以下のように算出される。
Figure 2004047156
ここで、下地の構造による変動が存在する場合でも、レジスト表面(ウエハ表面)での反射率が大きいということを考慮すると、一定した反射率成分cよりも2次の成分の変化率が小さいと見なすことができ、この場合反射光強度I(x)は以下のように算出される。
Figure 2004047156
式(4)から明らかなように、2次で表される反射率分布の反射光強度I(x)においても、反射率分布r(x)に比例しており、有限幅を有する検知光を用いて検出した反射率分布を、無限小幅の検知光で検出した反射率分布としても支障がない。これは、3次以上で表される反射率分布でも同様であるため、結果として、フォーカス位置検出系21の検出信号(光強度)の強度分布を、ウエハW上の反射率分布として重心位置の算出に使用することができる。なお、フォーカス位置検出系21のように、振動板(振動子)を用いる場合には、振動子の振動周波数に対する、倍の周波数成分がフォーカス検出信号となるため、反射光の強度はその振幅を検出することで得ることができる。
上記の方法で反射率分布r(x)が得られると、下記の重心算出の式(5)により、フォーカス計測点AFからの反射光の重心位置c(x)を算出することができる。
Figure 2004047156
重心位置c(x)を算出したら、フォーカス検出原理に基づき、ウエハ表面への入射角 θ において、フォーカス誤差e(x)は次式(6)で求めることができる。
e(x)=(c(x)×tanθ)/2 …(6)
そして、主制御系20は、演算して求めたフォーカス誤差e(x)をフォーカス計測点の座標(ウエハW上での反射光強度の計測位置)と対応させて記憶装置40に記憶させる。
続いて、上記の位置計測方法を用いてウエハWの転写面のフォーカス調整を行う手順について、図9に示すフローチャートを参照して説明する。
なお、フォーカス誤差計測は、基本的に全てのフォーカス計測点で実施するが、本実施の形態では、同期移動による走査露光時に実際にフォーカス計測が行われる計測点、換言すると、ウエハWに照射される複数の検知光のうち、実露光時にフォーカス計測に用いられる検知光を使用する。具体的には、フォーカス計測点AF11〜AF17、AF21〜AF27、…、AF71〜AF77に照射される複数の検知光の中、便宜上、図4Bに示すように、ショット領域(区画領域)SA上で露光領域EFの周辺部に配置されるフォーカス計測点AF57、AF54、AF51、AF31、AF34、AF37(以下、符号S1〜S6とする)に照射される検知光を用いるものとして説明する。
なお、フォーカス誤差計測を行うタイミングとしては、ロット処理の先頭やロット処理の合間等を選択することができる。ロット先頭で行う場合には、例えばEGA処理(エンハンスド・グローバル・アライメント;特開昭61−44429号公報及び対応する米国特許第4,780,617号参照)後にフォーカス誤差計測を行い、算出されたフォーカス誤差を投影光学系PLの像面に対する補正量(オフセット値)とする。また、フォーカス誤差計測をロット処理の合間に行う場合は、計測対象となるウエハ(例えば、次に露光処理するロット内のウエハ)を取り出して露光装置内にセッティングし、上述と同様にウエハアライメント(EGA)を行った後にフォーカス誤差計測を行ってその結果を記憶する。そして、そのロットが露光処理される時に、記憶された情報を読み出して、フォーカス位置を含むウエハの姿勢調整に反映させる。ここでは、EGA処理後にフォーカス誤差計測を実施するものとする。
図9に示すように、ステップST0でロット先頭のウエハに対してEGA処理が終了すると、まずフォーカス誤差計測を実行するかどうかを判断し(ステップST1)、実行しない場合はステップST10の露光処理に移行する。通常、ウエハW上にはレチクルRのパターンが露光されるショット領域SAが区画された状態で碁盤状に複数配列される。そのため、フォーカス誤差計測を実行する際には、計測対象とするショット領域を選択する(ステップST2)。
通常、ウエハWにおける各ショット領域内の構造は同じであり、またプロセスプログラムも同じであることから、あるショット領域で生じるフォーカス誤差は他のショット領域でも生じる。そのため、全領域を計測できるショット領域を選択して計測すれば、計測したフォーカス誤差を他のショット領域に対しても適用することが可能である。ただし、計測精度をより向上させるためには、複数のショット領域に対して反射率分布を計測してもよい。
次に、ステップST3では上述したように、フォーカス位置検出系21の検出信号を用いて、ウエハWの表面状態の分布情報として反射率分布を計測する。
ここで、本実施の形態では、既述のように、図4Aに示した複数のフォーカス計測点の中、図4Bに示すフォーカス計測点S1〜S6に照射される検知光を用いて、レチクルRとウエハWとの同期移動中にフォーカス計測が行われる経路に対して反射率分布の計測を実施する。より詳細には、本露光装置では、ショットマップデータからウエハW上で露光すべきショット領域SAのサイズや位置、及びオートフォーカスアルゴリズムから走査露光時に使用されるフォーカス計測点(露光領域EFの外側に設定される計測点を含んでもよい)が既知であるため、フォーカス計測の信号サンプリング間隔と同期移動速度(スキャン速度)とから、ウエハW上の計測位置も判明している。図10には、走査露光時にフォーカス計測が行われる経路K及び計測位置P11〜P14が概略的に示されている。このように、反射率分布の計測は、フォーカス計測が行われる経路Kに関してはもちろんのこと、フォーカス計測が行われるウエハW上の位置P11〜P14に対して実施する。なお、図10中の位置P11とP14との間隔は,走査方向(Y方向)に関するウエハ上のショット領域の幅と同程度以下に設定されている。
また、各フォーカス計測点S1〜S6の位置は、精密な調整がなされているが、微小な調整誤差が含まれる可能性もある。図4Bに示すフォーカス計測経路(矢印が付された点線)の中、例えば左端に示される経路は、フォーカス計測点S3、S4のいずれか一方のみで反射率分布を計測することが可能であるが、この計測点の設定位置に誤差が含まれる場合はフォーカス計測を行う位置に対して、正確な反射率分布の計測を実施できない虞がある。そこで、本実施の形態では、全てのフォーカス計測点S1〜S6で反射率分布を計測し、各計測点毎にウエハWの座標位置に対応させた反射率分布を記憶する(ステップST4)。
続いて、ステップST5では、設定された平均化回数の計測を実施したか否かを判断し、所定回数の計測が終了するまで上記ステップST3、ST4を繰り返す。反射率分布計測においては、計測再現性によるばらつきが生じるため、平均化効果でばらつきを小さくするために、一つのショット領域SAに対して複数回の反射率分布計測を実施することで、補正精度を向上させることができる。次に、ステップST6では、選択したショット領域に対する計測が全て終了したか否かを判断し、計測が終了するまで上記ステップST3〜ST5を繰り返す。
そして、ウエハWに対する全ての反射率分布計測が終了すると、続いて記憶した反射率分布、及び上記の式(5)、(6)を用いて演算することにより、各フォーカス計測点毎にウエハ(ショット領域)の座標位置に対応させてフォーカス誤差を算出する(ステップST7)。そして、算出したフォーカス誤差により、走査露光時のオフセットデータをフォーカス計測点の座標位置に対応させたマップを作成し記憶する(ステップST8)とともに、露光時の像面補正値を作成して(ステップST)、記憶装置40に記憶させる。そして、これら一連のフォーカス誤差計測が終了すると露光処理(ステップST10)に移行する。
この露光処理では、主制御系20の制御の下、レチクルRとウエハWとを同期移動してレチクルRに形成されたパターンの像をウエハWの転写面に転写する際に、多点フォーカス位置検出系21を用いてフォーカス計測点にて転写面のフォーカス位置を計測しつつ、上記で算出したウエハWの転写面の形状に応じてウエハWの姿勢及びZ位置を制御する。
ここで、同期移動中に、例えばフォーカス計測点S3(図4B参照)の計測結果が入力すると、主制御系20は、記憶装置40に記憶されているフォーカス誤差の中、フォーカス計測点S3により計測したフォーカス誤差(のマップ)を選択し、選択したフォーカス誤差を用いて計測結果を補正する。つまり、主制御系20は、同期移動中に入力した計測値に対して、この計測値が得られたフォーカス計測点でのフォーカス誤差を用いて補正する。これにより、計測結果からフォーカス計測点を設定する際の調整誤差を排除することができる。
すなわち、主制御系20は補正装置として、多点フォーカス位置検出系21の計測結果を記憶装置40に記憶しているフォーカス誤差(オフセットデータ)によってそれぞれ補正し、補正した計測値を用いて上記の演算処理を行うことにより、ウエハ表面の傾斜角及びフォーカス位置を算出する。例えば図11(a)に示すように、フォーカス計測点S3により、本来一様な面位置を有するウエハを走査した際に、位置SP1と位置SP2との間に低反射領域LRが存在する場合、フォーカス計測点S3における計測結果(センシング値)には、図11Bに示すように、フォーカス誤差が含まれてしまう。そこで、予め記憶したフォーカス誤差を用いて計測結果を補正することで、図中二点鎖線で示すように、実際の面位置(面状態)に即した面位置情報を得ることができる。
そして、主制御系20は、得られた結果に基づいてアクチュエータ8a〜8cをそれぞれ個別に駆動することにより、Zチルト θ ステージ7を介してウエハWの面位置を調整することができる。このとき、主制御系20は、多点フォーカス位置検出系21の計測結果に対して、この計測点に対応するフォーカス誤差を用いる。このとき、フォーカス計測点にて実際にフォーカス位置が計測されたウエハ上の位置(実計測位置)と、記憶されているフォーカス誤差に対応するウエハ上の位置(誤差計測位置)とが一致している場合は、直接そのフォーカス誤差を用いて補正を行うが、その実計測位置と誤差計測位置とが一致しない場合には実計測位置に最も近い位置のフォーカス誤差を用いるか、もしくは実計測位置近傍2点のフォーカス誤差を用いて補間することにより、当該実計測位置のフォーカス誤差を算出し、得られたフォーカス誤差に基づいて補正を行う。なお、ウエハ表面の傾斜角及びフォーカス位置の詳細な算出方法は、例えば特開2002−270498号公報、あるいは特開平9−82636号公報及び対応する米国特許第6080517号などに開示されているため、ここでは省略する。
そして、1つのショット領域SAの走査露光が終了すると、ウエハWをステップ移動して次のショット領域の走査露光を開始する。以下、走査露光とステップ移動とを繰り返し実行して、ウエハW上の全てのショット領域にレチクルRのパターンが転写されると、ウエハWの露光処理が完了する。
以上のように、本実施の形態では、予め走査露光で使用するフォーカス計測点に対応して、走査方向(Y方向)に関するウエハW(ショット領域)上の異なる位置でそれぞれ計測される反射率分布からフォーカス誤差を算出しているので、ウエハWに対するフォーカス位置計測を実施する際には、反射率分布に起因する誤差成分を排除・補正することができ、ウエハWの表面位置を容易に投影光学系PLの結像面に位置決めすることが可能である。そのため、本実施の形態では、焦点深度の浅い投影光学系を用いた場合でも、正確な合焦調整により高解像度の露光処理を実現することが可能になる。
特に、本実施の形態では、フォーカス計測における検知光受光時の検出信号の強度に基づいてフォーカス誤差を計測しているので、反射率分布計測用の機器を別途設置する必要がなく、装置の小型化及び低価格化に寄与することができる。また、本実施の形態では、レチクルRとウエハWとの同期移動中(実露光時)にフォーカス計測を行う経路に対して、予めフォーカス誤差を計測するので、フォーカス誤差計測に要する時間を短縮することができ、生産効率の向上にも寄与できる。さらに、本実施の形態では、複数のフォーカス計測点に対してそれぞれフォーカス誤差を計測するとともに、各計測点毎にマップを作成・記憶させるので、同期移動中にフォーカス計測を実施するフォーカス計測点(フォーカス計測を行う際に用いる検知光)で得られた結果により補正を実施することで、フォーカス計測点の位置設定時の調整誤差による悪影響を排除することができ、より高精度なフォーカス調整を実施できる。
なお、上記実施の形態では、図8Aに示したように、反射率分布r(x)を計測する際に、フォーカス計測点AF及びこの計測点AFに間隔をあけた位置の計測点AFL、AFRにおいて反射光の強度を計測する構成としたが、図8Bに示すように、フォーカス計測点AFの他に、検知光が互いに重なる(フォーカス計測方向のスリット幅よりも小さいピッチの)複数点において反射光の強度を計測する構成としてもよい。このとき、例えばフォーカス計測点AFに対してウエハWをフォーカス計測方向に移動することで、図8Bの計測点AFを含む複数点でそれぞれ反射光の強度を計測する。この場合、より微視的な反射率分布を得ることができ、例えば最小自乗近似法等により反射光強度分布が2次で変化している成分を算出可能であれば、反射率分布r(x)を2次として上記の光量重心を算出できる。
なお、検知光が互いに重なる複数点で反射光強度分布を計測する場合は、計測間隔が小さいので、式(5)のように積分処理することなく、下式(7)を用いて重心算出を実施してもよい。
Figure 2004047156
i;反射光強度計測点xiにおける反射光強度
また、上記の実施形態では、同期移動方向については特に言及しなかったが、実際には干渉計等により座標位置が得られるタイミングとウエハWの姿勢及びZ位置等を制御するタイミングとにギャップが生じる場合がある。このような場合には、同期移動方向に応じて反射率分布の計測結果が異なることがある。そのため、反射率分布及びフォーカス誤差を計測する際には、フォーカス計測点毎にマップを作成したのと同様に、同期移動方向毎に座標位置に対応させた反射率分布及びフォーカス誤差のマップを作成・記憶させ、フォーカス調整時には、同期移動方向に対応したマップを呼び出して、このマップに含まれるオフセット値を用いてフォーカス計測値を補正することが好ましい。なお、本実施形態ではショット領域内で走査方向(Y方向)と平行な経路K上に離散的に設定される複数位置(本例では4つ)でそれぞれ反射率分布を計測するものとしたが、経路K上での反射率分布の計測位置の数は任意でよいし、例えば走査方向に関する前述のスリット像AFの幅とほぼ同じピッチでウエハを走査方向に移動することで、走査方向に関するショット領域のほぼ全域に渡って反射率分布を計測してもよい。
続いて、本発明の他の実施形態について説明する。
上記の実施形態では、フォーカス計測に係る検知光の反射光を受光することでウエハ表面の反射率分布を算出・計測する構成としたが、ウエハWの表面形状を予め実測し、その結果を用いて反射率分布により生じるフォーカス誤差分布を得ることも可能である。なお、以下の計測方法においても、計測精度を向上させるために、単一ショット領域内、複数のショット領域、同期移動方向毎等、複数回計測による平均化を行うことが好ましい。
例えば図12に示すように、上述のフォーカス位置検出系21を用いてウエハWの表面形状を計測し(ステップST11)、計測した表面形状と、静電容量センサ等のフォーカス位置検出系21とは異なる計測器を用いて予め実測した表面形状との差分を反射率分布によるフォーカス誤差としてオフセット値を設定する(ステップST12)ことも可能である。この場合、設定したオフセット値を用いてフォーカス計測結果を補正すれば(ステップST13)、上記実施形態と同様に、反射率分布に起因する誤差成分を排除することができる。
また、近年のデバイス製造プロセスにおいては、上述したCMPにより平坦化処理が設けられることが多いが、この処理により表面形状が平坦と見なせるウエハに対しては、図13に示すように、平坦化処理を実施した後に(ステップST21)、フォーカス位置検出系21を用いてフォーカス計測を実施した際に(ステップST22)、この計測値(位置情報、面位置情報)をフォーカス誤差として設定することもできる(ステップST23)。この場合、ウエハのフラットネスを実測していないので、ウエハが平坦でない場合はフォーカス誤差分布に誤差が含まれることになる。しかし、ウエハホルダの平坦度やウエハ自身のグレード等により、計測時のウエハのフラットネスは概ね把握可能であるので、フラットネスに対応するしきい値を設定し、フォーカス計測結果にしきい値以上の変化が含まれる場合は、反射率分布に起因するフォーカス誤差が存在するとして補正を行うようにしてもよい。なお、例えばウエハのフラットネスを予め実測しておき、この実測されたフラットネスを用いて先に算出したフォーカス誤差分布を補正してもい。また、フォーカス位置検出系21を用いてフォーカス計測を実施するとき、計測対象となるショット領域が所定の基準面(例えば、投影光学系PLの結像面)に対して傾いていると、先に算出したフォーカス誤差分布にその傾向に起因した誤差が含まれることになる。そこで、例えばフォーカス計測に先立ってショット領域を基準面とほぼ平行に設定しておく、あるいはフォーカス誤差分布からその傾斜に起因した誤差を差し引くことが好ましい。
また、ウエハの姿勢制御に関しても、投影光学系PLの焦点深度を考慮して傾斜の許容値を設定することができる。従って、この許容値をしきい値として設定し、フォーカス位置検出系21の計測結果からフォーカス調整時のウエハWの傾斜を算出したときに、しきい値を超える場合には、フォーカス位置検出系21の計測結果に反射率分布に起因した誤差成分が含まれていると見なし、補正を行う手順とすることもできる。
なお、上述した特開2002−270498号公報には、ショット領域SA内の段差情報を予め計測しておき、その状態に応じて露光処理時のフォーカス調整(合焦動作)モードを複数のモードから選択する技術が開示されている。
本実施の形態においても、上記の技術を適用し、ショット領域内の反射率分布計測時(反射率マップ計測時)に段差状態も併せて計測し、ショット領域内の段差に応じたフォーカス・レベリング補正マップを作成しておいてもよい。このフォーカス・レベリング補正マップも、先に述べた反射率分布により生じるフォーカス誤差に基づくマップ(以下、反射率マップ)と同様に、記憶装置40に記憶しておけばよい。なお、反射率マップとフォーカス・レベリング補正マップとは、それぞれショット領域を露光するときの同期移動方向(スキャン方向;+Y方向及び−Y方向)毎に作成し、記憶しておくことが好ましい。尚、フォーカス・レベリング補正マップには反射率分布により生じるフォーカス誤差が混入しているので、各フォーカス計測点において、反射率マップの値をフォーカス・レベリング補正マップの値から差し引くことにより、真のフォーカス・レベリング補正マップが得られることになる。露光時にはこの真の値のマップに基づいて、フォーカス・レベリング補正が行われる。
さらに、ウエハW内に存在するショット領域は、通常のショット領域、一部がウエハの周縁部に掛かるエッジショット、各種計測用のダミーショットであるTEGショット等、反射率分布によるフォーカス誤差や段差状態が異なるショット領域が複数種類存在する。従って、これら複数種類のショット領域が存在するウエハではその種類毎に、反射率マップやフォーカス・レベリング補正マップを作成し、記憶しておくことが好ましい。
以上のことから、露光装置が記憶できる反射率マップとフォーカス・レベリング補正マップとのそれぞれの数は、プロセスプログラムに対応して、ショット領域の種類として、例えば8種類、これが同期移動方向(走査方向)に応じてそれぞれ2種類存在するため、合計8対(16個)となる。この数は、ショット領域の種類に応じてさらに増やすことも可能である。
また、ショット領域に対して露光処理する場合、反射率マップとフォーカス・レベリング補正マップとのそれぞれに応じた補正を行うことになるが、フォーカス・レベリング補正マップに応じた合焦動作の制御モードとしては、例えば段差の中間部分が合焦面に合致するようにウエハホルダ6の高さ位置を制御する第1モード、及び所定の許容値を超えた段差部分についてはフォーカス位置検出系21を用いた追い込みを行わない第2モードとが考えられる。そして、これらのモードをオペレータが適宜切り換えて設定できるようにしておくことが好ましい。
なお、上記実施の形態では、フォーカス位置検出系21が振動子を用いる構成として説明したが、これに限定されるものではなく、例えばCCDを用いた画像処理方式や偏光変調素子を用いる方式等、他の検出原理によりフォーカス位置(及び反射率分布)を計測する方式としてもよい。
また、上記各実施形態ではフォーカス調整時にウエハWを移動して、前述の露光領域EF内でウエハ表面を投影光学系PLの結像面とほぼ合致させるものとしたが、ウエハの移動の代わりに、あるいはそれと組み合わせて、例えば投影光学系PLの少なくとも1つの光学素子を駆動することで、投影光学系PLの結像面を移動するようにしてもよい。
さらに、上記各実施形態では投影光学系PLを介してレチクルRのパターンの転写が行われる露光位置に配置される多点フォーカス位置検出系21を用いて前述のフォーカス誤差を求めるものとしたが、例えば独立に可動な2つのウエハステージを有し、露光位置と、ウエハアライメント系によるマーク検出が行われる計測位置(アライメント位置)とにそれぞれウエハステージを配置して、露光動作と計測動作とをほぼ並行して実行可能な露光装置に本発明を適用し、その計測位置に配置される検出系を用いて前述のフォーカス誤差を求めるようにしてよい。ここで、計測位置に配置される検出系としては、例えば前述の多点フォーカス位置検出系21と同様の構成のものを用いることができる。
このツインウエハステージ方式の露光装置では、計測位置にてその検出系を用いて前述の反射率分布とフォーカス位置とを計測するとともに、その反射率分布から得られるフォーカス誤差に基づいてその計測されたフォーカス位置を補正し、計測位置から露光位置に移送されるウエハの露光処理ではその補正されたフォーカス位置を用いてフォーカス調整が行われることになる。このとき、露光位置には前述の多点フォーカス位置検出系21を設けなくてもよく、例えば投影光学系PL(又はそれを保持する架台)とウエハステージ(例えば、Zチルト θ ステージ7)とのZ軸方向の間隔を計測する干渉計を用いてZチルト θ ステージ7を駆動してもよい。また、計測位置では反射率分布のみを計測し、露光位置にて計測されるフォーカス位置を、その反射率分布から得られるフォーカス誤差を用いて補正して露光処理を実行するようにしてもよい。さらに、前述の如く平坦化処理が施されたウエハでは、計測位置にてその検出系を用いてフォーカス位置を計測して、この計測結果をそのままフォーカス誤差とし、計測位置から露光位置に移送されるウエハの露光処理ではそのフォーカス誤差を用いてフォーカス調整が行われることになる。なお、ツインウエハステージ方式の露光装置では、露光動作と並行して前述の反射率分布またはフォーカス位置を計測することが可能であるので、露光装置のスループットを低下させることなく、前述の複数回計測を行う、即ちフォーカス調整の精度向上を図ることができる。
なお、このツインウエハステージ方式の露光装置は、例えば特開平10−214783号公報及び対応する米国特許第6,341,007号、あるいは国際公開WO98/40791号及び対応する米国特許第6,262,796号などに開示されており、本国際出願で指定した指定国又は選択した選択国の国内法令が許す限りにおいて、その米国特許の開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
また、上記実施形態では多点フォーカス位置検出系21を用いてウエハの反射率分布を計測するものとしたが、多点フォーカス位置検出系と異なるセンサ(検出系)、あるいは露光装置とは別の計測装置などを用いて反射率分布を計測し、この計測した反射率分布に基づいて前述のフォーカス誤差を算出するようにしてもよい。
なお、本実施の形態の基板としては、半導体デバイス製造用の半導体ウエハWのみならず、ディスプレイデバイス用のガラス基板や、薄膜磁気ヘッド用のセラミックウエハ、あるいは露光装置で用いられるマスクまたはレチクルの原版(合成石英、シリコンウエハ)等が適用される。
露光装置としては、レチクルRとウエハWとを同期移動してレチクルRのパターンを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置(スキャニング・ステッパー;USP5,473,410)の他に、レチクルRとウエハWとを静止した状態でレチクルRのパターンを露光し、ウエハWを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置(ステッパー)にも適用することができる。また、本発明はウエハW上で少なくとも2つのパターンを部分的に重ねて転写するステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置にも適用できる。さらに、本発明はミラープロジェクション・アライナー、例えば国際公開WO99/49504などに開示される、投影光学系PLとウエハとの間に液体(例えば純水など)が満たされる液浸型露光装置などにも適用できる。
露光装置の種類としては、ウエハWに半導体素子パターンを露光する半導体素子製造用の露光装置に限られず、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製造用の露光装置や、薄膜磁気ヘッド、撮像素子(CCD)あるいはレチクル又はマスクなどを製造するための露光装置などにも広く適用できる。
また、露光光の光源として、超高圧水銀ランプから発生する輝線(g線(436nm)、h線(404.nm)、i線(365nm))、KrFエキシマレーザ(248nm)、ArFエキシマレーザ(193nm)、Fレーザ(157nm)、Arレーザ(126nm)のみならず、X線、あるいは電子線やイオンビームなどの荷電粒子線を用いることができる。例えば、電子線を用いる場合には電子銃として、熱電子放射型のランタンヘキサボライト(LaB)、タンタル(Ta)を用いることができる。また、YAGレーザや半導体レーザ等の高調波などを用いてもよい。
例えば、DFB半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域又は可視域の単一波長レーザを、例えばエルビウム(又はエルビウムとイットリビウムの両方)がドープされたファイバーアンプで増幅し、かつ非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を露光光として用いてもよい。なお、単一波長レーザの発振波長を1.544〜1.553μmの範囲内とすると、193〜194nmの範囲内の8倍高調波、即ちArFエキシマレーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られ、発振波長を1.57〜1.58μmの範囲内とすると、157〜158nmの範囲内の10倍高調波、即ちFレーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られる。
また、レーザプラズマ光源、又はSORから発生する波長5〜50nm程度の軟X線領域、例えば波長13.4nm、又は11.5nmのEUV(Extreme Ultra Violet)光を露光光として用いてもよく、EUV露光装置では反射型レチクルが用いられ、かつ投影光学系が複数枚(例えば3〜6枚程度)の反射光学素子(ミラー)のみからなる縮小系となっている。
投影光学系PLは、縮小系のみならず等倍系および拡大系のいずれでもよい。また、投影光学系PLは屈折系、反射系、及び反射屈折系のいずれであってもよい。なお、露光光の波長が200nm程度以下であるときは、露光光が通過する光路を、露光光の吸収が少ない気体(窒素、ヘリウムなどの不活性ガス)でパージすることが望ましい。また電子線を用いる場合には光学系として電子レンズおよび偏向器からなる電子光学系を用いればよい。なお、電子線が通過する光路は、真空状態にすることはいうまでもない。
ウエハステージやレチクルステージにリニアモータ(USP5,623,853またはUSP5,528,118参照)を用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもよい。また、各ステージは、ガイドに沿って移動するタイプでもよく、ガイドを設けないガイドレスタイプであってもよい。
各ステージの駆動機構としては、二次元に磁石を配置した磁石ユニットと、二次元にコイルを配置した電機子ユニットとを対向させ電磁力により各ステージを駆動する平面モータを用いてもよい。この場合、磁石ユニットと電機子ユニットとのいずれか一方をステージに接続し、磁石ユニットと電機子ユニットとの他方をステージの移動面側に設ければよい。
ウエハステージの移動により発生する反力は、投影光学系PLに伝わらないように、特開平8−166475号公報(USP5,528,118)に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床(大地)に逃がしてもよい。
レチクルステージ2の移動により発生する反力は、投影光学系PLに伝わらないように、特開平8−330224号公報(USP5,874,820)に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床(大地)に逃がしてもよい。
以上のように、本願実施形態の露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
半導体デバイス等のマイクロデバイスは、図14に示すように、マイクロデバイスの機能・性能設計を行うステップ201、この設計ステップに基づいたマスク(レチクル)を製作するステップ202、シリコン材料からウエハを製造するステップ203、前述した実施形態の露光装置によりレチクルのパターンをウエハに露光する露光処理ステップ204、デバイス組み立てステップ(ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む)205、検査ステップ206等を経て製造される。Embodiments of a position measuring method, a position measuring apparatus, an exposure method, and an exposure apparatus of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 14.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. In the following description, the XYZ rectangular coordinate system shown in FIG. 1 is set, and the positional relationship of each member will be described with reference to this XYZ rectangular coordinate system. In the XYZ Cartesian coordinate system shown in FIG. 1, a reticle R as a mask on which a predetermined pattern area is formed and a wafer W as a substrate having a photoresist coated on its upper surface are moved in the scanning movement direction (synchronization). The movement direction) is set to the Y-axis direction, the direction orthogonal to the Y-axis in the plane of the reticle R is set to the X-axis direction, and the normal line direction of the reticle R (wafer surface) is set to the Z-axis direction. In the XYZ orthogonal coordinate system in FIG. 1, the XY plane is actually set to a plane parallel to the horizontal plane, and the Z axis is set to the vertically upward direction.
In the following, a region where the exposure light EL is irradiated on the reticle R by an illumination optical system (not shown) is referred to as an “illumination region”, and the projection optical system PL is conjugate with the illumination region and is transmitted through the projection optical system PL. A region of the wafer W irradiated with the exposure light EL is referred to as an “exposure region”. The exposure apparatus (FIG. 1) of the present embodiment is a scanning exposure apparatus that transfers the pattern of the reticle R to a plurality of shot areas (section areas) on the wafer W by the step-and-scan method. The illumination area of is a rectangular area extending in the X-axis direction on the reticle R around the optical axis of the illumination optical system (which coincides with the optical axis AX of the projection optical system PL).
In FIG. 1, an illumination optical system (not shown) includes a shaping optical system that makes the illumination condition of the reticle R variable, an optical integrator, a blind (variable field stop) that defines an illumination area on the reticle R, and the like. The exposure light EL generated from the illustrated light source (excimer laser or the like) is applied to the above-mentioned illumination area with substantially uniform illuminance. The projection optical system PL generates an image of a part of the pattern of the reticle R arranged on the first surface (object surface) in the illumination area in the exposure area on the second surface (imaging surface). , The image is transferred onto the wafer W, the surface of which is arranged substantially in conformity with the second surface. In the scanning exposure in which the pattern of the reticle R is transferred to each shot area on the wafer W, the relative movement of the reticle R with respect to the illumination area and the relative movement of the wafer W with respect to the exposure area are performed in synchronization, and the entire surface of the pattern is exposed. While being irradiated with the light EL, the exposure light EL is irradiated to each shot area via the projection optical system PL. At this time, the reticle R scans the illumination area at a constant speed V in the positive or negative direction of the Y axis, and the wafer W moves at a constant speed in the negative or positive direction of the Y axis in synchronization with the scanning. Scanning is performed at V/β (1/β is the reduction magnification of the projection optical system PL).
The reticle R is held on the reticle micro-driving stage 1 by a vacuum chuck or the like. The reticle micro-driving stage 1 can be finely moved in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the rotation direction (θ direction) in a plane (XY plane) perpendicular to the optical axis AX of the projection optical system PL, with high accuracy. The position of the reticle R is controlled. The reticle micro-driving stage 1 is mounted on a reticle Y driving stage 2 which can be driven in the Y-axis direction, and the reticle Y driving stage 2 is mounted on a reticle support base 3. The movable mirror 4 is arranged on the reticle micro-driving stage 1, and the position of the reticle micro-driving stage 1 in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the θ direction is constantly maintained by the interferometer 5 arranged on the reticle support base 3. Is being monitored. The position information S1 obtained by the interferometer 5 is supplied to the main control system 20.
On the other hand, the wafer W is placed on the wafer stage. FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of the wafer stage. The wafer W is held on a Z tilt θ stage 7 via a wafer holder 6 that performs vacuum suction, and the Z tilt θ stage 7 has three actuators (eg, voice coil motor, EI core, etc.) that are movable in the Z axis direction. ) 8a to 8c are mounted on the XY stage 9. In this case, the Z tilt θ stage 7 can be moved in the Z-axis direction by making the drive amounts of the three actuators 8a to 8c the same, and the drive amounts of the three actuators 8a to 8c can be set independently. The Z tilt θ can control the tilt angle of the stage 7 around the X axis and the tilt angle around the Y axis. Further, the Z tilt θ stage 7 is configured to be rotatable around the Z axis within a predetermined range by an actuator (not shown) other than the three actuators 8a to 8c. In addition, the XY stage 9 is configured to be able to move the Z tilt θ stage 7 at a constant speed in the Y-axis direction and stepwise move in the X-axis direction and the Y-axis direction by a linear motor, for example. The wafer holder 6, the Z tilt θ stage 7, the actuators 8a to 8c, and the XY stage 9 constitute a wafer stage.
The movable mirror 10 is fixed on the Z tilt θ stage 7, and the position of the Z tilt θ stage 7 in the X axis direction, the Y axis direction, and the θ direction is monitored by an interferometer 11 arranged outside. The position information obtained by the total 11 is also supplied to the main control system 20. Here, as shown in FIG. 2, in order to measure the position information of the Z tilt θ stage 7 in the X-axis direction and the Y-axis direction, a movable mirror 10X and a movable mirror 10Y are arranged on the Z tilt θ stage 7. The interferometer 11X and the interferometer 11Y are arranged at positions facing the movable mirrors 10X and 10Y, respectively. Instead of fixing the movable mirror 10 to the Z tilt θ stage 7, a wafer stage, for example, a reflection surface obtained by mirror-finishing the end surface (side surface) of the Z tilt θ stage 7 may be used. Further, the interferometer 11 may be capable of measuring not only the rotation amount around the Z axis but also the rotation amounts around the X axis and the Y axis.
The main control system 20 controls the positioning operation of the Z tilt θ stage 7 and the XY stage 9 via the wafer driving device 12 and the like, and also controls the operation of the entire device. Further, in order to establish correspondence between the wafer coordinate system defined by the coordinates measured by the interferometer 11 on the wafer W side and the reticle coordinate system defined by the coordinates measured by the interferometer 5 on the reticle R side, Z tilt θ The reference mark plate 13 is fixed on the stage 7 in the vicinity of the wafer W. Various reference marks are formed on the reference mark plate 13.
The exposure apparatus of this embodiment is provided above the reticle R, and has reticle alignment systems 14 and 15 for simultaneously detecting the reference mark on the reference mark plate 13 and the mark on the reticle R. The reticle alignment systems 14 and 15 of the present embodiment are an image processing system in which the images of these two marks are detected by the imaging rod using the above-mentioned exposure light EL as alignment light, and the detection light from the reticle R is detected. Deflection mirrors 16 and 17 for guiding each are movably arranged. When the exposure sequence is started, these deflection mirrors 16 and 17 are retracted to the outside of the optical path of the exposure light EL by the mirror drive devices 18 and 19 under the command from the main control system 20, respectively. Further, on the side of the projection optical system PL, position information of the wafer W in the Z-axis direction (optical axis direction, normal direction) and the inclination angle of the wafer W with respect to the XY plane (image plane of the projection optical system PL), that is, An oblique incidence type multi-point focus detection system 21 is provided as a position measuring device (surface position detecting device) for measuring the surface position of the wafer W.
Next, the oblique incidence multi-point focus position detection system 21 for measuring the tilt angle of the wafer W will be described. FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the oblique incidence type multipoint focus position detection system 21. Incidentally, in FIG. 3, a part of the members shown in FIG. 1 is omitted to simplify the illustration. In the oblique incidence type multi-point focus position detection system 21 shown in FIG. 3, the illumination light, which has a wavelength different from that of the exposure light EL and does not expose the photoresist on the wafer W, is emitted from an illumination light source (not shown) from an optical fiber bundle. It is led through 25. The illumination light emitted from the optical fiber bundle 25 passes through a condenser lens 26 and illuminates a pattern forming plate 27 having a plurality of slit-shaped opening patterns formed therein.
The illumination light that has passed through the pattern forming plate 27 is projected onto the transfer surface (photoresist surface) of the wafer W via the lens 28, the mirror 29, and the irradiation objective lens 30, and the pattern W is transferred onto the pattern forming plate 27. The image of the aperture pattern (slit image) is projected and imaged obliquely with respect to the optical axis AX of the projection optical system PL. FIG. 4 is a diagram showing how the aperture pattern formed on the pattern forming plate 27 is imaged on the transfer surface of the wafer W arranged below the projection optical system PL. In FIG. 4A, the rectangular area denoted by reference numeral EF indicates the above-described exposure area. An image of the pattern of the reticle R is irradiated in this exposure area EF.
The pattern forming plate 27 sets the arrangement (number or position) of focus measurement points on the wafer W and the shape and size of the irradiation area (pattern image) of the detection light at the focus measurement points. In the present embodiment, seven focus measurement points are set (49 in total) at predetermined intervals along the Y direction which is the scanning direction (synchronous movement direction) and the X direction which is the non-scanning direction (step movement direction). As shown in FIG. 4A, aperture pattern images (slit images) AF11 to AF17, AF21 to AF27,..., AF71 to AF77 (hereinafter appropriately referred to simply as AF) are projected at 49 focus measurement points. As described above, the opening pattern of the pattern forming plate 27 is formed corresponding to the arrangement of the focus measurement points (FIG. 4A). Further, in the present embodiment, the longitudinal direction of the image (slit image) AF of the aperture pattern projected on the focus measurement point is oblique with respect to the X axis and the Y axis on the transfer surface of the wafer W in FIG. Is set to 45 degrees). Note that, hereinafter, the image (slit image) AF of the aperture pattern may also be referred to as a focus measurement point. ..
Here, the setting of the slit image AF projected on the focus measurement point will be briefly described.
As shown in FIG. 5, the device pattern DP formed in a part of each shot area on the wafer W is usually arranged along the Y direction or the X direction. Therefore, when the slit image AF is arranged along the Y direction (or the X direction), the slit image AF may partially overlap with the device pattern DP formed on the base, as shown in FIG. 5A. In this case, due to the presence of the device pattern DP, in the slit image AF, a large difference occurs in the reflectance of the detection light in the width direction (X direction) over the entire length. Therefore, as shown in FIG. 5B, by tilting the slit image AF so as not to be parallel to the X direction or the Y direction, the portion where the reflectance difference occurs is only around the boundary of the device pattern DP, and the reflectance difference causes the difference. It is possible to minimize the adverse effect that occurs.
Returning to FIG. 3, the illumination light (reflected light) reflected by the wafer W is re-projected on the light receiving surface of the light receiver 34 through the condensing objective lens 31, the rotation direction vibration plate 32, and the imaging lens 33 to receive the light. An image of the pattern on the pattern forming plate 27 is re-imaged on the light receiving surface of the container 34. On the light receiving surface of the light receiver 34, a light shielding plate (not shown) having openings arranged in a similar shape to the pattern forming plate 27 is provided. Here, since the main control system 20 vibrates the rotation direction vibration plate 32 via the vibration exciter 36, the position of the image projected on the light receiver 34 is the longitudinal direction of the opening formed in the light shielding plate. It vibrates in a direction inclined by 45 degrees, that is, in the X direction in FIG. This vibration direction matches the focus measurement direction (X direction) in which the slit image AF moves on the wafer W when the wafer W is displaced in the Z axis direction (the optical axis direction of the projection optical system PL). Detection signals from a large number of light receiving elements of the light receiver 34 are supplied to the signal processing device 35. The signal processing device 35 synchronously detects each supplied detection signal with the drive signal of the vibration device 36 to obtain 49 focus signals corresponding to the focus positions of the focus measurement points AF11 to AF77.
Here, as shown in FIG. 4A, the focus measurement points AF31 to AF37 and AF51 to 57 are arranged in the peripheral portion of the exposure area EF, and the measurement points AF41 to AF47 are arranged inside the exposure area EF. The points AF11 to AF17, AF21 to AF27 and the measurement points AF61 to AF67, AF71 to AF77 are arranged outside the exposure area EF. This is the shape of the area to be exposed (position information in the Z-axis direction) using the measurement results at the measurement points AF61 to AF67 and AF71 to AF77 when the wafer W is scanned in the positive direction of the Y axis. This is to measure (read ahead) in advance. Further, similarly, when the wafer W is scanned in the negative direction of the Y-axis, the shape of the area to be exposed is measured in advance by using the measurement results at the measurement points AF11 to AF17 and AF21 to AF27. .. Then, the attitude control of the wafer W is performed on the portion to be exposed, using the measurement results at the measurement points AF11 to AF17 and AF21 to AF27 or the measurement results at the measurement points AF61 to AF67 and AF71 to AF77.
The signal processing device 35 performs various calculation processes such as least squares approximation on these 49 focus signals (detection signals) to obtain the tilt angle of the transfer surface of the wafer W in the exposure area EF and the focus of the transfer surface. The position is obtained and output to the main control system 20.
Next, the control system of the wafer stage shown in FIGS. 1 and 2 will be described in more detail. FIG. 6 is a diagram showing a control system of the wafer stage, and the same members as those shown in FIGS. 1 and 2 are designated by the same reference numerals. In FIG. 6, the Z tilt θ stage 7 is supported via three actuators 8a to 8c arranged under the Z tilt θ stage 7. The actuators 8a to 8c are mounted on the wafer holder 6 (not shown) provided on the Z tilt θ stage 7 by adjusting the expansion and contraction amounts of the actuators 8a to 8c by the drive units 41a to 41c, respectively. The focus position of the transfer surface of the wafer W, the tilt angle in the scanning direction, and the tilt angle in the non-scanning direction can be set to desired values. Height sensors 38a to 38c capable of measuring the displacement amount of each actuator in the focus direction with a resolution of, for example, about 0.001 μm are attached near the actuators 8a to 8c, respectively. The measurement result is output to the main control system 20. The drive parts 41a to 41c are provided in the wafer drive device 12 shown in FIG.
The main control system 20 of the present embodiment synchronously scans the reticle R and the wafer W when transferring the image of the pattern formed on the reticle R onto the transfer surface of the wafer W via the projection optical system PL. Various calculations are performed according to the shape of the transfer surface and the focus position obtained by the multipoint focus position detection system 21, and the attitude of the wafer W and the position in the Z direction are controlled based on the results. That is, in order to control the attitude/position of the wafer W, the main control system 20 controls the inclination angle of the transfer surface of the wafer W output from the signal processing device 35, the focus position of the transfer surface, and the height sensors 38a to 38c. The focus position and attitude of the wafer W are controlled via the actuators 8a to 8c by controlling the driving of the driving units 41a to 41c according to the displacement amount of the actuators 8a to 8c output from the actuators 8a to 8c. The main control system 20 is also provided with a storage device 40 for storing various calculation results and the like.
Then, prior to transferring the image of the pattern formed on the reticle R onto the transfer surface on the wafer W, the wafer W is moved in the XY plane in advance while the wafer W is moved by using the multipoint focus position detection system 21. A procedure for performing focus adjustment on the transfer surface will be described. Here, when performing the focus adjustment, the multi-point focus position detection system 21 measures the position of the transfer surface in the Z direction at each of a plurality of focus measurement points. The focus error due to the reflectance distribution on the transfer surface may be included as an error component.
As shown in FIG. 7A, when the focus measurement point AF on the wafer W straddles the high-reflectance portion HR and the low-reflectance portion LR, the positions P1 and P4 on both ends of the slit become the high-reflectance portion HR. Since it is located, the reflected light intensity distribution in the focus measurement direction at this portion is larger than the reflected light intensity distribution in the focus measurement direction at position P2 in the low reflectance portion LR, as shown in FIG. 7B. Further, the reflected light intensity distribution in the focus measurement direction at the position P3 extending over both reflectance parts in the focus measurement direction is an intensity distribution according to the reflectance. Since the light receiver 34 of the focus position detection system 21 detects the average reflected light intensity in the slit at the focus measurement point, as shown in FIG. 7C, the detection signal thereof has the above-mentioned positions P1 to P4 (actually, P1 to P4). The reflected light intensity distributions in the entire direction orthogonal to the focus measurement direction are combined (added), and the center of gravity position shifts. The focus detection method of the focus position detection system 21 measures, for example, a detection signal (voltage value V) at the maximum amplitude position of the slit image vibrating with respect to the opening on the light receiver 34. This position is two places when the slit image is located at both ends of the opening. Then, the difference between the two measured detection signals (voltage value V) is used as the focus signal. In this case, if the reflected light of the slit image has an intensity distribution, an error occurs in the voltage value at each maximum amplitude position, and an accurate focus signal cannot be obtained.
Further, when the focus detection method of the focus position detection system 21 uses, for example, the center of gravity position in the slit image as the focus signal, that is, in the case of the line CCD detection method, the displacement of the center of gravity position becomes a focus error as it is. ..
Therefore, in order to perform focus adjustment with high accuracy, this focus error is measured before exposure. In the present embodiment, the focus error is measured based on the intensity of the detection signal obtained when the reflected light of the detection light applied to the focus measurement point is received. In the following, first, a procedure for measuring the focus error caused by the reflectance distribution at each focus measurement point will be described.
As described above, the detection signal at one focus measurement point detected by the focus position detection system 21 is the average reflected light intensity at that focus measurement point, and the reflectance distribution in the focus measurement direction in the slit is Not shown. Further, the reflectance distribution can be obtained by using the detection light of the slit (extremely thin slit) having an infinitesimally small width and measuring the projection area of the slit image AF at the focus measurement point a plurality of times. It is difficult to equip such a detection light. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 8A, a predetermined distance is provided on both sides of the focus measurement point AF which is the measurement target and the focus measurement direction (X direction in the present embodiment) sandwiching the measurement point AF. The intensity of the reflected light is measured at each of the position measurement points AFL and AFR. Here, FIG. 8A shows a state in which the slit image is projected onto each of the three focus measurement points and the intensity of the reflected light is measured, but it is not always necessary to project the three slit images. By projecting a slit image only on the focus measurement points of, and moving the wafer W in the X direction, the intensity of the reflected light is measured at each of the three locations on the wafer W corresponding to the three focus measurement points in FIG. 8A. You can Note that the number of measurement points on the wafer at which the reflected light intensity should be detected using at least one slit image AF is not limited to three, and may be two or four or more. From the measurement results of these three points, the reflectance distribution r(x) is obtained by arithmetic processing such as the least square method.
Here, consider a case where a reflectance distribution represented by a primary in the focus measurement direction exists on the surface of the wafer W as in the following expression (1).
r(x)=ax+b (1)
The reflected light intensity I(x) of the slit image having the width Δ in the focus measurement direction at a certain measurement position x is calculated as follows.
Figure 2004047156
A 0 ;Incoming light intensity
As is clear from the formula (2), the reflected light intensity I(x) is proportional to the reflectance distribution r(x), and the reflectance distribution detected using the detection light having a finite width has an infinite small width. There is no problem with the reflectance distribution detected by the detection light.
Next, let us consider a case where a reflectance distribution represented by a second order in the focus measurement direction exists on the surface of the wafer W as in Expression (3).
r(x)=ax Two +bx+c (3)
The reflected light intensity I(x) in this case is calculated as follows.
Figure 2004047156
Considering that the reflectance on the resist surface (wafer surface) is large even if there is a variation due to the structure of the underlying layer, if the rate of change of the secondary component is smaller than the constant reflectance component c. It can be seen that the reflected light intensity I(x) is then calculated as follows:
Figure 2004047156
As is clear from the equation (4), the reflected light intensity I(x) of the reflectance distribution represented by the second order is proportional to the reflectance distribution r(x), and the detected light having a finite width is There is no problem even if the reflectance distribution detected by using it is the reflectance distribution detected by the detection light of infinite small width. This is the same for the reflectance distribution represented by the third order or higher, and as a result, the intensity distribution of the detection signal (light intensity) of the focus position detection system 21 is used as the reflectance distribution on the wafer W for the center of gravity position. It can be used for calculation. When a diaphragm (vibrator) is used as in the focus position detection system 21, the focus detection signal has a frequency component that is twice the vibration frequency of the vibrator. It can be obtained by detecting.
When the reflectance distribution r(x) is obtained by the above method, the gravity center position c(x) of the reflected light from the focus measurement point AF can be calculated by the following gravity center calculation formula (5).
Figure 2004047156
After the gravity center position c(x) is calculated, the focus error e(x) at the incident angle θ 2 on the wafer surface can be calculated by the following equation (6) based on the focus detection principle.
e(x)=(c(x)×tan θ)/2 (6)
Then, the main control system 20 stores the calculated focus error e(x) in the storage device 40 in association with the coordinates of the focus measurement point (measurement position of the reflected light intensity on the wafer W).
Next, a procedure for performing focus adjustment on the transfer surface of the wafer W using the above position measuring method will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
Note that the focus error measurement is basically performed at all focus measurement points, but in the present embodiment, the focus measurement is actually performed during scanning exposure by synchronous movement, in other words, the wafer W is irradiated. The detection light used for focus measurement at the time of actual exposure is used among the plurality of detection lights. Specifically, among the plurality of detection lights emitted to the focus measurement points AF11 to AF17, AF21 to AF27,..., AF71 to AF77, as shown in FIG. 4B, for convenience, on a shot area (compartment area) SA. The description will be made assuming that the detection light emitted to the focus measurement points AF57, AF54, AF51, AF31, AF34, and AF37 (hereinafter referred to as S1 to S6) arranged in the peripheral portion of the exposure area EF is used.
As the timing for measuring the focus error, it is possible to select the beginning of the lot process, the interval between lot processes, or the like. In the case of performing the process at the beginning of the lot, for example, focus error measurement was performed after EGA processing (enhanced global alignment; see Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-44429 and corresponding US Pat. No. 4,780,617), and calculation was performed. The focus error is the correction amount (offset value) for the image plane of the projection optical system PL. When the focus error measurement is performed between lot processes, the wafer to be measured (for example, the wafer in the lot to be exposed next) is taken out and set in the exposure apparatus, and the wafer alignment ( After performing EGA), focus error measurement is performed and the result is stored. Then, when the lot is exposed, the stored information is read out and reflected in the attitude adjustment of the wafer including the focus position. Here, it is assumed that the focus error measurement is performed after the EGA processing.
As shown in FIG. 9, when the EGA process is completed for the wafer at the top of the lot in step ST0, it is first determined whether or not focus error measurement is to be executed (step ST1). If not, the exposure process of step ST10 is executed. Transition. Usually, a plurality of shot areas SA on which the pattern of the reticle R is exposed are divided on the wafer W and arranged in a checkerboard pattern. Therefore, when executing the focus error measurement, the shot area to be measured is selected (step ST2).
Usually, the structure in each shot area on the wafer W is the same, and the process program is also the same, so that a focus error that occurs in one shot area also occurs in another shot area. Therefore, if a shot area that can measure the entire area is selected and measured, the measured focus error can be applied to other shot areas. However, in order to further improve the measurement accuracy, the reflectance distribution may be measured for a plurality of shot areas.
Next, in step ST3, as described above, the reflectance distribution is measured as the distribution information of the surface state of the wafer W using the detection signal of the focus position detection system 21.
Here, in the present embodiment, as described above, the reticle R is detected using the detection light emitted to the focus measurement points S1 to S6 shown in FIG. 4B among the plurality of focus measurement points shown in FIG. 4A. The reflectance distribution is measured for the path where the focus measurement is performed during the synchronous movement of the wafer W and the wafer W. More specifically, in this exposure apparatus, the size and position of the shot area SA to be exposed on the wafer W from the shot map data, and the focus measurement point (outside the exposure area EF) used during scanning exposure from the autofocus algorithm. Since the set measurement point may be included), the measurement position on the wafer W is also known from the signal sampling interval of the focus measurement and the synchronous movement speed (scan speed). FIG. 10 schematically shows a path K on which focus measurement is performed during scanning exposure and measurement positions P11 to P14. In this way, the reflectance distribution is measured not only for the route K on which the focus measurement is performed, but also on the positions P11 to P14 on the wafer W where the focus measurement is performed. The distance between the positions P11 and P14 in FIG. 10 is set to be equal to or less than the width of the shot area on the wafer in the scanning direction (Y direction).
Further, although the positions of the focus measurement points S1 to S6 are precisely adjusted, there is a possibility that minute adjustment errors are included. Of the focus measurement paths (dotted lines with arrows) shown in FIG. 4B, for example, the path shown at the left end can measure the reflectance distribution at only one of the focus measurement points S3 and S4. If the set position of the measurement point includes an error, there is a possibility that the reflectance distribution cannot be accurately measured at the position where the focus measurement is performed. Therefore, in the present embodiment, the reflectance distribution is measured at all the focus measurement points S1 to S6, and the reflectance distribution corresponding to the coordinate position of the wafer W is stored for each measurement point (step ST4).
Subsequently, in step ST5, it is determined whether or not the set number of times of averaging is measured, and steps ST3 and ST4 are repeated until the measurement of a predetermined number of times is completed. In the reflectance distribution measurement, a variation occurs due to the measurement reproducibility. Therefore, in order to reduce the variation due to the averaging effect, the reflectance distribution measurement is performed a plurality of times for one shot area SA. Can be improved. Next, in step ST6, it is determined whether or not the measurement for the selected shot area is completed, and steps ST3 to ST5 are repeated until the measurement is completed.
Then, when all the reflectance distribution measurements for the wafer W are completed, the wafer is calculated for each focus measurement point by performing calculations using the reflectance distribution that has been stored and the above equations (5) and (6). The focus error is calculated corresponding to the coordinate position of the shot area) (step ST7). Then, based on the calculated focus error, a map in which the offset data at the time of scanning exposure is made to correspond to the coordinate position of the focus measurement point is created and stored (step ST8), and the image plane correction value at the time of exposure is created (step ST8). ST), and stores it in the storage device 40. When the series of focus error measurement is completed, the process proceeds to the exposure process (step ST10).
In this exposure process, under the control of the main control system 20, when the reticle R and the wafer W are synchronously moved to transfer the image of the pattern formed on the reticle R onto the transfer surface of the wafer W, the multi-point focus position is adjusted. While measuring the focus position of the transfer surface at the focus measurement point using the detection system 21, the attitude and Z position of the wafer W are controlled according to the shape of the transfer surface of the wafer W calculated above.
Here, for example, when the measurement result of the focus measurement point S3 (see FIG. 4B) is input during the synchronous movement, the main control system 20 measures the focus measurement point S3 among the focus errors stored in the storage device 40. The (focus map) of the selected focus error is selected, and the measurement result is corrected using the selected focus error. That is, the main control system 20 corrects the measurement value input during the synchronous movement using the focus error at the focus measurement point where the measurement value was obtained. As a result, it is possible to eliminate the adjustment error when setting the focus measurement point from the measurement result.
That is, the main control system 20 as a correction device corrects the measurement result of the multipoint focus position detection system 21 by the focus error (offset data) stored in the storage device 40, and uses the corrected measurement value to perform the above-mentioned operation. By performing the arithmetic processing, the tilt angle and the focus position of the wafer surface are calculated. For example, as shown in FIG. 11A, when a wafer having an originally uniform surface position is scanned by the focus measurement point S3 and a low reflection region LR exists between the positions SP1 and SP2, As shown in FIG. 11B, the measurement result (sensing value) at the focus measurement point S3 includes a focus error. Therefore, by correcting the measurement result using the focus error stored in advance, it is possible to obtain surface position information that matches the actual surface position (surface state), as indicated by the chain double-dashed line in the figure.
Then, the main control system 20 can adjust the surface position of the wafer W via the Z tilt θ stage 7 by individually driving the actuators 8 a to 8 c based on the obtained results. At this time, the main control system 20 uses the focus error corresponding to this measurement point for the measurement result of the multipoint focus position detection system 21. At this time, the position on the wafer at which the focus position is actually measured at the focus measurement point (actual measurement position) matches the position on the wafer corresponding to the stored focus error (error measurement position). If the actual measurement position and the error measurement position do not match, the focus error at the position closest to the actual measurement position is used, or if the actual measurement position is close to the actual measurement position 2 The focus error of the actual measurement position is calculated by interpolation using the focus error of the point, and the correction is performed based on the obtained focus error. A detailed method of calculating the tilt angle and the focus position of the wafer surface is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-270498, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-82636, and corresponding US Pat. No. 6,080,517. It is omitted here.
When the scanning exposure of one shot area SA is completed, the wafer W is moved in steps to start scanning exposure of the next shot area SA. After that, when the pattern of the reticle R is transferred to all the shot areas on the wafer W by repeatedly performing the scanning exposure and the step movement, the exposure processing of the wafer W is completed.
As described above, in the present embodiment, the reflectance distribution measured at different positions on the wafer W (shot region) in the scanning direction (Y direction) corresponding to the focus measurement points used in the scanning exposure in advance. Since the focus error is calculated from the focus position on the wafer W, the error component resulting from the reflectance distribution can be eliminated/corrected when the focus position is measured on the wafer W, and the surface position of the wafer W can be easily projected by the projection optical system. It is possible to position on the image plane of the system PL. Therefore, in the present embodiment, even when a projection optical system having a shallow depth of focus is used, it is possible to realize high-resolution exposure processing by accurate focus adjustment.
In particular, in the present embodiment, since the focus error is measured based on the intensity of the detection signal when the detection light is received in the focus measurement, it is not necessary to separately install a device for measuring the reflectance distribution, and the size of the device can be reduced. This can contribute to cost reduction and price reduction. Further, in the present embodiment, the focus error is measured in advance for the path where the focus measurement is performed during the synchronous movement of the reticle R and the wafer W (during actual exposure), so the time required for the focus error measurement is shortened. It is possible to contribute to the improvement of production efficiency. Further, in the present embodiment, the focus error is measured for each of the plurality of focus measurement points, and the map is created and stored for each measurement point. Therefore, the focus measurement point for performing the focus measurement during the synchronous movement ( By performing correction based on the results obtained with the detection light used when performing focus measurement, it is possible to eliminate the adverse effects of adjustment errors when setting the position of the focus measurement point, and perform more accurate focus adjustment. it can.
In the above embodiment, as shown in FIG. 8A, when measuring the reflectance distribution r(x), the focus measurement point AF and the measurement points AFL and AFR at positions spaced apart from this measurement point AF are provided. 8B, the intensity of the reflected light is measured. However, as shown in FIG. 8B, in addition to the focus measurement point AF, the detection lights are reflected at a plurality of points (with a pitch smaller than the slit width in the focus measurement direction) overlapping each other. It may be configured to measure the intensity of light. At this time, for example, by moving the wafer W in the focus measurement direction with respect to the focus measurement point AF, the intensity of the reflected light is measured at each of a plurality of points including the measurement point AF in FIG. 8B. In this case, if a more microscopic reflectance distribution can be obtained and, for example, a component in which the reflected light intensity distribution has a quadratic change can be calculated by the least-squares approximation method, the reflectance distribution r(x ) Can be used as a second order to calculate the above-described light amount center of gravity.
In addition, when the reflected light intensity distribution is measured at a plurality of points where the detection lights overlap with each other, the measurement interval is small, and therefore the gravity center is calculated using the following formula (7) without performing the integration process like the formula (5). You may implement.
Figure 2004047156
i; reflected light intensity at the reflected light intensity measurement point xi
Further, in the above-mentioned embodiment, although the synchronous movement direction is not particularly mentioned, there is actually a gap between the timing at which the coordinate position is obtained by the interferometer and the like and the timing at which the attitude and the Z position of the wafer W are controlled. May occur. In such a case, the measurement result of the reflectance distribution may differ depending on the synchronous movement direction. Therefore, when measuring the reflectance distribution and the focus error, a map of the reflectance distribution and the focus error corresponding to the coordinate position for each synchronous movement direction is created in the same way as the map is created for each focus measurement point. It is preferable to store a map and call a map corresponding to the synchronous movement direction at the time of focus adjustment, and correct the focus measurement value using the offset value included in this map. In this embodiment, the reflectance distribution is measured at a plurality of positions (four in this example) discretely set on the path K parallel to the scanning direction (Y direction) in the shot area. The number of measurement positions of the reflectance distribution on the path K may be arbitrary, and for example, by moving the wafer in the scanning direction at substantially the same pitch as the width of the slit image AF in the scanning direction, the shot in the scanning direction is shot. The reflectance distribution may be measured over almost the entire area.
Next, another embodiment of the present invention will be described.
In the above embodiment, the reflectance distribution of the wafer surface is calculated and measured by receiving the reflected light of the detection light related to the focus measurement, but the surface shape of the wafer W is actually measured in advance and the result is used. It is also possible to obtain a focus error distribution caused by the reflectance distribution. Also in the following measurement method, in order to improve the measurement accuracy, it is preferable to perform averaging by a plurality of measurements within a single shot area, a plurality of shot areas, each synchronous movement direction, and the like.
For example, as shown in FIG. 12, the surface shape of the wafer W is measured using the focus position detection system 21 described above (step ST11), and the measured surface shape and the focus position detection system 21 such as the capacitance sensor are It is also possible to set the offset value as the focus error due to the reflectance distribution, which is the difference from the surface shape measured in advance using a different measuring device (step ST12). In this case, if the focus measurement result is corrected using the set offset value (step ST13), the error component caused by the reflectance distribution can be eliminated as in the above embodiment.
Further, in recent device manufacturing processes, a planarization process is often provided by the above-described CMP. For a wafer whose surface shape can be regarded as flat by this process, the planarization process is performed as shown in FIG. After performing (step ST21), when performing focus measurement using the focus position detection system 21 (step ST22), this measurement value (position information, surface position information) can also be set as a focus error ( Step ST23). In this case, since the flatness of the wafer is not actually measured, if the wafer is not flat, the focus error distribution will include an error. However, since the flatness of the wafer at the time of measurement can be roughly understood from the flatness of the wafer holder and the grade of the wafer itself, a threshold value corresponding to the flatness is set and the focus measurement result changes more than the threshold value. If is included, the correction may be performed assuming that a focus error due to the reflectance distribution exists. Note that, for example, the flatness of the wafer may be measured in advance, and the focus error distribution calculated previously may be corrected using the measured flatness. Further, when performing focus measurement using the focus position detection system 21, if the shot area to be measured is inclined with respect to a predetermined reference plane (for example, the image plane of the projection optical system PL), The calculated focus error distribution includes an error caused by the tendency. Therefore, for example, it is preferable to set the shot area substantially parallel to the reference plane prior to focus measurement, or to subtract the error due to the inclination from the focus error distribution.
Also regarding the attitude control of the wafer, the allowable value of the tilt can be set in consideration of the depth of focus of the projection optical system PL. Therefore, when this allowable value is set as a threshold value and the tilt of the wafer W during focus adjustment is calculated from the measurement result of the focus position detection system 21, if the threshold value is exceeded, the focus position detection system 21 It is also possible to consider that the measurement result of 1) includes an error component due to the reflectance distribution and perform a correction procedure.
In the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 2002-270498, the step information in the shot area SA is measured in advance, and the focus adjustment (focusing operation) mode at the time of the exposure processing is selected from a plurality of modes according to the state. Techniques for selecting are disclosed.
Also in the present embodiment, by applying the above technique, the step state is also measured at the time of measuring the reflectance distribution in the shot area (at the time of measuring the reflectance map), and the focus/leveling according to the step in the shot area is performed. A correction map may be created. The focus/leveling correction map may be stored in the storage device 40, similarly to the map based on the focus error generated by the reflectance distribution described above (hereinafter, reflectance map). The reflectance map and the focus/leveling correction map are preferably created and stored for each synchronous movement direction (scan direction; +Y direction and −Y direction) when the shot area is exposed. Since the focus/leveling correction map contains a focus error caused by the reflectance distribution, the true focus can be obtained by subtracting the reflectance map value from the focus/leveling correction map value at each focus measurement point.・A leveling correction map will be obtained. At the time of exposure, focus/leveling correction is performed based on the map of this true value.
Further, the shot area existing in the wafer W is a normal shot area, an edge shot that partially covers the peripheral edge of the wafer, a TEG shot that is a dummy shot for various measurements, and the like. There are a plurality of types of shot areas having different values. Therefore, it is preferable to create and store a reflectance map and a focus/leveling correction map for each type of wafer in which a plurality of types of shot areas exist.
From the above, the number of each of the reflectance map and the focus/leveling correction map that can be stored in the exposure apparatus corresponds to the process program, for example, eight types of shot areas, which are synchronous movement directions (scanning directions). ), there are two types each, so that there are a total of 8 pairs (16 pieces). This number can be further increased according to the type of shot area.
In addition, when performing exposure processing on the shot area, correction is performed according to each of the reflectance map and the focus/leveling correction map, but as a control mode of the focusing operation according to the focus/leveling correction map. Is, for example, the first mode in which the height position of the wafer holder 6 is controlled so that the middle part of the step matches the in-focus surface, and the focus position detection system 21 is used for the step part exceeding a predetermined allowable value. It is considered that the second mode is not performed. Then, it is preferable that the operator can switch and set these modes as appropriate.
In the above embodiment, the focus position detection system 21 has been described as a configuration using a vibrator, but the present invention is not limited to this. For example, an image processing method using a CCD, a method using a polarization modulator, etc. A method of measuring the focus position (and reflectance distribution) by another detection principle may be used.
Further, in each of the above-described embodiments, the wafer W is moved at the time of focus adjustment so that the wafer surface substantially coincides with the image plane of the projection optical system PL in the above-described exposure area EF. However, instead of moving the wafer, Alternatively, or in combination therewith, the imaging plane of the projection optical system PL may be moved by driving at least one optical element of the projection optical system PL, for example.
Furthermore, in each of the above-described embodiments, the above-described focus error is obtained using the multipoint focus position detection system 21 arranged at the exposure position where the pattern of the reticle R is transferred via the projection optical system PL. For example, two independently movable wafer stages are provided, and the wafer stage is arranged at each of the exposure position and the measurement position (alignment position) where mark detection is performed by the wafer alignment system, so that the exposure operation and the measurement operation are performed substantially. The present invention may be applied to an exposure apparatus that can be executed in parallel, and the above-mentioned focus error may be obtained using a detection system arranged at the measurement position. Here, as the detection system arranged at the measurement position, for example, a system having the same configuration as the above-mentioned multipoint focus position detection system 21 can be used.
In this twin wafer stage type exposure apparatus, the above-described reflectance distribution and focus position are measured at the measurement position using the detection system, and the measurement is performed based on the focus error obtained from the reflectance distribution. In the exposure process of the wafer which is corrected from the focus position and transferred from the measurement position to the exposure position, focus adjustment is performed using the corrected focus position. At this time, it is not necessary to provide the above-mentioned multi-point focus position detection system 21 at the exposure position. For example, the projection optical system PL (or a pedestal that holds it) and the wafer stage (for example, the Z tilt θ stage 7) The Z tilt θ stage 7 may be driven by using an interferometer that measures the distance in the Z axis direction. It is also possible to measure only the reflectance distribution at the measurement position, correct the focus position measured at the exposure position using the focus error obtained from the reflectance distribution, and execute the exposure process. Further, in the wafer subjected to the flattening process as described above, the focus position is measured at the measurement position by using the detection system, and the measurement result is directly used as the focus error and transferred from the measurement position to the exposure position. In the wafer exposure process, focus adjustment is performed using the focus error. Since the twin wafer stage type exposure apparatus can measure the above-mentioned reflectance distribution or focus position in parallel with the exposure operation, it does not reduce the throughput of the exposure apparatus and can perform the above-mentioned multiple measurements. That is, it is possible to improve the accuracy of focus adjustment.
This twin wafer stage type exposure apparatus is disclosed, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-214783 and corresponding US Pat. No. 6,341,007, or International Publication WO98/40791 and corresponding US Pat. No. 796, etc., and as long as the domestic laws of the designated country designated in this international application or the selected elected country permit, the disclosure of the U.S. patent is incorporated by reference and made a part of the description of the present specification.
In the above embodiment, the multipoint focus position detection system 21 is used to measure the reflectance distribution of the wafer. However, a sensor (detection system) different from the multipoint focus position detection system or an exposure apparatus is provided. The reflectance distribution may be measured using a measuring device or the like, and the focus error described above may be calculated based on the measured reflectance distribution.
As the substrate of the present embodiment, not only the semiconductor wafer W for manufacturing a semiconductor device but also a glass substrate for a display device, a ceramic wafer for a thin film magnetic head, or an original mask or reticle used in an exposure apparatus. (Synthetic quartz, silicon wafer) or the like is applied.
As the exposure apparatus, in addition to a step-and-scan type scanning exposure apparatus (scanning stepper; USP 5,473,410) for synchronously moving the reticle R and the wafer W to scan and expose the pattern of the reticle R, The present invention can also be applied to a step-and-repeat type projection exposure apparatus (stepper) that exposes the pattern of the reticle R while the reticle R and the wafer W are stationary and sequentially moves the wafer W. The present invention can also be applied to a step-and-stitch type exposure apparatus that transfers at least two patterns on the wafer W by partially overlapping them. Furthermore, the present invention is also applicable to a mirror projection aligner, such as an immersion exposure apparatus disclosed in International Publication WO99/49504, in which a liquid (for example, pure water) is filled between the projection optical system PL and a wafer. Applicable.
The type of exposure apparatus is not limited to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor element that exposes a semiconductor element pattern on a wafer W, and an exposure apparatus for manufacturing a liquid crystal display element or a display, a thin film magnetic head, an image sensor (CCD). Alternatively, it can be widely applied to an exposure apparatus for manufacturing a reticle or a mask.
In addition, as a light source of exposure light, bright lines (g line (436 nm), h line (404.nm), i line (365 nm)) generated from an ultra-high pressure mercury lamp, KrF excimer laser (248 nm), ArF excimer laser (193 nm) ), F Two Laser (157nm), Ar Two Not only a laser (126 nm) but also an X-ray, or a charged particle beam such as an electron beam or an ion beam can be used. For example, when an electron beam is used, thermionic emission type lanthanum hexaboride (LaB) is used as an electron gun. 6 ) And tantalum (Ta) can be used. Further, a harmonic wave of a YAG laser or a semiconductor laser may be used.
For example, a single-wavelength laser in the infrared region or visible region emitted from a DFB semiconductor laser or a fiber laser is amplified by a fiber amplifier doped with erbium (or both erbium and ytterbium), and a nonlinear optical crystal is used. The exposure light may be a harmonic wave whose wavelength is converted to ultraviolet light. When the oscillation wavelength of the single-wavelength laser is within the range of 1.544 to 1.553 μm, an 8th harmonic within the range of 193 to 194 nm, that is, ultraviolet light having substantially the same wavelength as the ArF excimer laser is obtained. , If the oscillation wavelength is within the range of 1.57 to 1.58 μm, the 10th harmonic within the range of 157 to 158 nm, that is, F Two Ultraviolet light having almost the same wavelength as the laser can be obtained.
Further, EUV (Extreme Ultra Violet) light having a wavelength of about 5 to 50 nm generated from a laser plasma light source or SOR, for example, a wavelength of 13.4 nm or 11.5 nm may be used as the exposure light. The exposure apparatus uses a reflective reticle, and the projection optical system is a reduction system including only a plurality of (for example, about 3 to 6) reflective optical elements (mirrors).
The projection optical system PL may be not only a reduction system but also a unity magnification system or an enlargement system. Moreover, the projection optical system PL may be any of a refraction system, a reflection system, and a catadioptric system. When the wavelength of the exposure light is about 200 nm or less, it is desirable to purge the optical path through which the exposure light passes with a gas (inert gas such as nitrogen or helium) that absorbs the exposure light little. When an electron beam is used, an electron optical system including an electron lens and a deflector may be used as the optical system. Needless to say, the optical path through which the electron beam passes is in a vacuum state.
When a linear motor (see USP 5,623,853 or USP 5,528,118) is used for the wafer stage or reticle stage, either an air levitation type using an air bearing or a magnetic levitation type using Lorentz force or reactance force is used. You may use. Further, each stage may be of a type that moves along a guide, or may be a guideless type that does not have a guide.
As a drive mechanism for each stage, a plane motor may be used in which a magnet unit having a two-dimensionally arranged magnet and an armature unit having a two-dimensionally arranged coil are opposed to each other and each stage is driven by an electromagnetic force. In this case, one of the magnet unit and the armature unit may be connected to the stage, and the other of the magnet unit and the armature unit may be provided on the moving surface side of the stage.
The reaction force generated by the movement of the wafer stage is not transmitted to the projection optical system PL, and mechanically using a frame member as described in JP-A-8-166475 (USP 5,528,118). You may let it escape to the floor (ground).
The reaction force generated by the movement of the reticle stage 2 is prevented from being transmitted to the projection optical system PL, and as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-330224 (USP 5,874,820), a machine member using a frame member is used. You may let it escape to the floor (ground).
As described above, the exposure apparatus of the embodiment of the present application, various subsystems including the respective components recited in the claims of the present application, in order to maintain predetermined mechanical accuracy, electrical accuracy, and optical accuracy, Manufactured by assembling. Before and after this assembly, adjustments to achieve optical precision for various optical systems, adjustments to achieve mechanical precision for various mechanical systems, and various electrical systems to ensure these various types of precision are made. Is adjusted to achieve electrical accuracy. The process of assembling the exposure apparatus from various subsystems includes mechanical connection, electrical circuit wiring connection, pneumatic circuit piping connection, and the like between the various subsystems. It goes without saying that there is an individual assembly process for each subsystem before the assembly process for the exposure apparatus from these various subsystems. When the process of assembling the various subsystems into the exposure apparatus is completed, comprehensive adjustments are performed to ensure the various accuracies of the exposure apparatus as a whole. It is desirable that the exposure apparatus be manufactured in a clean room where the temperature and cleanliness are controlled.
For a microdevice such as a semiconductor device, as shown in FIG. 14, step 201 of designing the function/performance of the microdevice, step 202 of manufacturing a mask (reticle) based on this design step, and manufacturing of a wafer from a silicon material. Step 203, exposure processing step 204 for exposing the reticle pattern onto the wafer by the exposure apparatus of the above-described embodiment, device assembly step (including dicing step, bonding step, package step) 205, inspection step 206, etc. .

以上説明したように、本発明では、基板の位置情報を計測する際に、反射率分布に起因する誤差成分を排除・補正することができ、基板の表面位置を容易に投影光学系の結像面に位置決めすることが可能になる。そのため、本発明では、焦点深度の浅い投影光学系を用いた場合でも、正確な合焦調整により高解像度の露光処理を実現することが可能になる。  As described above, in the present invention, when measuring the position information of the substrate, the error component due to the reflectance distribution can be eliminated and corrected, and the surface position of the substrate can be easily imaged by the projection optical system. It becomes possible to position on the surface. Therefore, according to the present invention, even when a projection optical system having a shallow depth of focus is used, it is possible to realize a high-resolution exposure process through accurate focus adjustment.

Claims (21)

基板上の計測箇所に検知光を照射し、前記計測箇所で反射した反射光を受光して、前記基板表面の法線方向の位置情報を計測する位置計測方法であって、
前記基板上の前記計測箇所における前記検知光の反射率分布により生じる前記位置情報の誤差成分を計測するステップと、
計測した前記誤差成分に基づいて、前記法線方向の位置情報を補正するステップとを有する位置計測方法。
A position measuring method of irradiating a measurement point on a substrate with detection light, receiving reflected light reflected at the measurement point, and measuring position information in a normal direction of the substrate surface,
Measuring an error component of the position information caused by the reflectance distribution of the detection light at the measurement location on the substrate;
Correcting the position information in the normal direction based on the measured error component.
請求項1記載の位置計測方法において、
前記検知光を受光したときに得られる検出信号の強度に基づいて前記誤差成分を演算するステップを更に有する位置計測方法。
The position measuring method according to claim 1,
The position measuring method further comprising calculating the error component based on the intensity of a detection signal obtained when the detection light is received.
請求項2記載の位置計測方法において、
前記基板表面の前記検知光の計測方向に沿った複数の点における前記検出信号の強度分布に基づいて前記誤差成分を演算する位置計測方法。
The position measuring method according to claim 2,
A position measuring method for calculating the error component based on the intensity distribution of the detection signal at a plurality of points along the measurement direction of the detection light on the surface of the substrate.
請求項3記載の位置計測方法において、前記複数点で前記検知光が互いに重複する位置計測方法。The position measuring method according to claim 3, wherein the detection lights overlap each other at the plurality of points. 請求項1記載の位置計測方法において、
前記基板の表面形状を計測するステップと、
計測した前記表面形状と設計上の表面形状とを比較した結果に基づいて、前記誤差成分を求めるステップとを有する位置計測方法。
The position measuring method according to claim 1,
Measuring the surface shape of the substrate,
And a step of obtaining the error component based on a result of comparing the measured surface shape with a designed surface shape.
請求項1記載の位置計測方法において、
前記基板の表面を平坦化するステップと、
前記検知光を用いて前記基板表面の位置情報を計測するステップと、
計測した前記位置情報を前記誤差成分として設定するステップとを有する位置計測方法。
The position measuring method according to claim 1,
Planarizing the surface of the substrate,
Measuring the position information of the substrate surface using the detection light,
And a step of setting the measured position information as the error component.
請求項6記載の位置計測方法において、
計測した前記位置情報に基づいて前記基板の姿勢を算出するステップと、
算出した前記姿勢と所定のしきい値とを比較した結果に基づいて前記姿勢を補正するステップとを有する位置計測方法。
The position measuring method according to claim 6,
Calculating a posture of the substrate based on the measured position information,
And a step of correcting the posture based on a result of comparing the calculated posture with a predetermined threshold value.
請求項1から7のいずれかに記載の位置計測方法において、
前記基板上の複数の計測箇所に対して複数の前記検知光をそれぞれ照射し、
前記複数の計測箇所のそれぞれにおいて前記誤差成分を計測する位置計測方法。
The position measuring method according to any one of claims 1 to 7,
Irradiate each of the plurality of detection light to a plurality of measurement points on the substrate,
A position measuring method for measuring the error component at each of the plurality of measurement points.
露光光によりマスクのパターンを基板に露光する露光方法において、
請求項1から8のいずれか一項に記載の位置計測方法により前記位置情報を計測し、その計測結果に基づいて前記基板の面位置を調整する露光方法。
In the exposure method of exposing the pattern of the mask to the substrate by the exposure light,
An exposure method for measuring the position information by the position measuring method according to claim 1, and adjusting the surface position of the substrate based on the measurement result.
請求項9記載の露光方法において、
前記露光前に前記誤差成分を記憶するステップと、
前記マスクと前記基板とを同期移動させつつ前記基板を露光するステップと、
前記同期移動中に検出した前記位置情報と前記記憶した誤差成分に基づいて前記基板を駆動するステップとを有する露光方法。
The exposure method according to claim 9,
Storing the error component before the exposure,
Exposing the substrate while synchronously moving the mask and the substrate;
An exposure method comprising: driving the substrate based on the position information detected during the synchronous movement and the stored error component.
請求項10記載の露光方法において、
前記同期移動時に前記位置情報を検出する前記基板上の検出位置に基づいて前記誤差成分の計測位置を設定する露光方法。
The exposure method according to claim 10,
An exposure method for setting a measurement position of the error component based on a detection position on the substrate that detects the position information during the synchronous movement.
請求項11記載の露光方法において、
前記位置情報を計測するための複数の検知光のうち、前記同期移動時に前記位置情報を計測する検知光を用いて前記誤差成分を計測する露光方法。
The exposure method according to claim 11,
An exposure method for measuring the error component using a detection light for measuring the position information during the synchronous movement among a plurality of detection lights for measuring the position information.
請求項10から12のいずれかに記載の露光方法において、
複数の前記同期移動方向のそれぞれについて前記誤差成分を記憶する露光方法。
The exposure method according to any one of claims 10 to 12,
An exposure method for storing the error component for each of the plurality of synchronous movement directions.
基板上の計測箇所に検知光を照射し、前記計測箇所で反射した反射光を受光して、前記基板表面の法線方向の位置情報を計測する位置計測装置であって、
前記基板上の前記計測箇所における前記検知光の反射率分布により生じる前記位置情報の誤差成分を記憶する記憶装置と、
記憶された前記誤差成分に基づいて、前記法線方向の位置情報を補正する補正装置とを有する位置計測装置。
A position measuring device that irradiates a measurement point on a substrate, receives reflected light reflected at the measurement point, and measures position information in the normal direction of the substrate surface,
A storage device that stores an error component of the position information generated by the reflectance distribution of the detection light at the measurement location on the substrate,
A position measurement device having a correction device that corrects position information in the normal direction based on the stored error component.
露光光によりマスクのパターンを基板に露光する露光装置において、
前記基板の面位置情報を計測する装置として、請求項14記載の位置計測装置が用いられる露光装置。
In an exposure apparatus that exposes a mask pattern onto a substrate with exposure light,
An exposure apparatus using the position measuring device according to claim 14 as a device for measuring the surface position information of the substrate.
請求項15記載の露光装置において、
補正された前記位置情報に基づいて前記基板を駆動させるとともに、前記マスクと前記基板とを同期移動させて前記パターンを前記基板に露光させる制御装置を有する露光装置。
The exposure apparatus according to claim 15,
An exposure apparatus having a control device that drives the substrate based on the corrected position information and simultaneously moves the mask and the substrate to expose the pattern to the substrate.
マスクと基板とを同期移動することによって、前記マスクのパターンを前記基板上の複数の区画領域に投影する露光装置において、
前記基板上に検知光を照射し、その反射光を検出することによって前記同期移動中に前記基板の面位置を検出する面位置検出装置と、
前記基板上の区画領域内の表面状態の分布情報を、前記同期移動方向に応じて記憶する記憶装置と、
前記面位置検出装置の検出結果と前記記憶装置に記憶された分布情報とに基づいて前記基板の面位置を設定する制御装置とを有する露光装置。
In an exposure apparatus that projects the pattern of the mask onto a plurality of partitioned areas on the substrate by synchronously moving the mask and the substrate,
A surface position detection device that detects the surface position of the substrate during the synchronous movement by irradiating the substrate with detection light and detecting the reflected light thereof,
A storage device that stores distribution information of the surface state in the partitioned area on the substrate according to the synchronous movement direction,
An exposure apparatus comprising: a control device that sets a surface position of the substrate based on a detection result of the surface position detection device and distribution information stored in the storage device.
請求項17記載の露光装置において、
前記区画領域内の表面状態は、前記区画領域内における前記検知光の反射率、及び前記区画領域内に存在する段差との何れか一方である露光装置。
The exposure apparatus according to claim 17,
The exposure apparatus, wherein the surface condition in the partitioned area is one of a reflectance of the detection light in the partitioned area and a step existing in the partitioned area.
請求項17または18記載の露光装置において、
前記記憶装置は、同じプロセスプログラムを有する複数の基板中に存在する複数種類の区画領域のそれぞれにおいて、前記表面状態の分布情報を記憶する露光装置。
The exposure apparatus according to claim 17 or 18,
The said memory|storage device is an exposure apparatus which memorize|stores the distribution information of the said surface state in each of several types of division area which exists in several board|substrates which have the same process program.
マスクと基板とを同期移動して、投影光学系を介してマスクのパターンを基板上に転写する露光方法であって、
前記基板上に照射される検知光の反射光を受光して前記基板の法線方向の位置情報を計測するときに前記基板の反射率分布に起因して生しる誤差成分を計測するステップと、
前記同期移動時に前記計測した誤差成分を用いて前記投影光学系の像面と前記基板との位置関係を調整するステップとを有する露光方法。
An exposure method for synchronously moving a mask and a substrate to transfer the pattern of the mask onto the substrate through a projection optical system,
Measuring the error component caused by the reflectance distribution of the substrate when receiving the reflected light of the detection light irradiated on the substrate and measuring the position information in the normal direction of the substrate; ,
An exposure method comprising the step of adjusting the positional relationship between the image plane of the projection optical system and the substrate using the measured error component during the synchronous movement.
マスクと基板とを同期移動して、投影光学系を介してマスクのパターンを基板上に転写する露光装置であって、
前記基板上に照射される検知光の反射光を受光して前記基板の法線方向の位置情報を計測する位置検出系と、
前記位置検出系による前記位置情報の計測時に前記基板の反射率分布に起因して生じる誤差成分を用いて、前記投影光学系の像面と前記基板との位置関係を調整する調整装置とを備える露光装置。
An exposure apparatus for synchronously moving a mask and a substrate to transfer a mask pattern onto a substrate via a projection optical system,
A position detection system that receives reflected light of detection light irradiated on the substrate and measures position information in the normal direction of the substrate,
An adjusting device that adjusts the positional relationship between the image plane of the projection optical system and the substrate by using an error component caused by the reflectance distribution of the substrate when the position detection system measures the position information. Exposure equipment.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4942535B2 (en) * 2007-04-04 2012-05-30 大日本スクリーン製造株式会社 Position detection apparatus, pattern drawing apparatus, and position detection method
JP5447388B2 (en) * 2007-11-28 2014-03-19 株式会社ニコン Autofocus system with error compensation
NL1036558A1 (en) * 2008-03-25 2009-09-28 Asml Netherlands Bv Method and lithographic apparatus for acquiring height data related to a substrate surface.
JP2016015371A (en) * 2014-07-01 2016-01-28 ウシオ電機株式会社 Thickness measurement apparatus, thickness measurement method and exposure apparatus

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0652707B2 (en) * 1988-10-11 1994-07-06 キヤノン株式会社 Surface position detection method
US5124562A (en) * 1989-01-27 1992-06-23 Canon Kabushiki Kaisha Surface position detecting method at a predetermined and plurality of adjacent points
JPH05157058A (en) * 1991-12-02 1993-06-22 Koyo Seiko Co Ltd Vane pump
DE69329611T2 (en) * 1992-08-19 2001-05-03 Canon Kk Method of registration by means of a projecting optical system, exposure apparatus for its implementation and semiconductor manufacturing method using this exposure apparatus
JPH10239015A (en) * 1997-02-27 1998-09-11 Nikon Corp Surface position detector
JP4392914B2 (en) * 1999-11-11 2010-01-06 キヤノン株式会社 Surface position detection apparatus, exposure apparatus, and device manufacturing method
JP2002270498A (en) * 2001-03-14 2002-09-20 Nikon Corp Aligner and exposure method

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