JP2005302862A - Exposure apparatus, exposure method, and device manufacturing method - Google Patents
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Abstract
【課題】高精度なフォーカシングを行うことにより、例えば液浸タイプの場合であってもレチクル像をウエハ表面に良好に形成することができる露光装置、露光方法、及びその露光方法を用いたデバイス製造方法を提供すること。
【解決手段】この露光装置は、露光光を用いてレチクルを照明し、レチクル上のパターンを投影光学系を介して基板上に投影露光する露光装置であって、レチクルに対する基板のフォーカス位置を補正するためにレチクルを光軸方向又は光軸に対して傾斜する方向のうち少なくともいずれかの方向に移動させるレチクル駆動部を有している。
【選択図】 図1An exposure apparatus, an exposure method, and a device manufacturing method using the exposure method capable of forming a reticle image on the wafer surface satisfactorily by performing high-precision focusing, for example, even in the case of an immersion type. Providing a method.
This exposure apparatus illuminates a reticle using exposure light, and projects and exposes a pattern on the reticle onto a substrate via a projection optical system, and corrects the focus position of the substrate with respect to the reticle. In order to achieve this, a reticle drive unit that moves the reticle in at least one of the optical axis direction and the direction inclined with respect to the optical axis is provided.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、半導体集積回路や液晶表示素子などの製造工程においてマスク又はレチクル(本出願ではこれらの用語を交換可能に使用する)上のパターンを基板(ウェハやガラスプレートなど)に露光する露光装置、露光方法、及びその露光方法を用いたデバイスの製造方法に関する。本発明は、例えば、走査型の投影露光装置に好適である。 The present invention relates to an exposure apparatus for exposing a pattern on a substrate (wafer, glass plate, etc.) on a mask or a reticle (in the present application, these terms are used interchangeably) in a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit or a liquid crystal display element. The present invention relates to an exposure method and a device manufacturing method using the exposure method. The present invention is suitable, for example, for a scanning projection exposure apparatus.
従来半導体素子、液晶表示素子又は薄膜磁気ヘッド等をフォトリソグラフィー工程で製造する際に、フォトマスク又はレチクル(以下レチクル)のパターンを感光性の基板ウエハ、ガラスプレート(以下ウエハ)上に転写する投影露光装置が提案されている。その投影露光装置として、いわゆるステップ・アンド・リピート方式によってパターンを繰り返し一括露光するステッパーと呼ばれる投影露光装置の他に、ステップ・アンド・スキャン方式によってレチクルとウエハとを同期走査させつつ露光を行う走査型の投影露光装置(走査型露光装置)も使用されつつある。 Conventionally, when a semiconductor element, a liquid crystal display element, a thin film magnetic head or the like is manufactured by a photolithography process, a photomask or reticle (hereinafter referred to as reticle) pattern is transferred onto a photosensitive substrate wafer or glass plate (hereinafter referred to as wafer). An exposure apparatus has been proposed. As the projection exposure apparatus, in addition to a projection exposure apparatus called a stepper that repeatedly exposes a pattern by a so-called step-and-repeat method, scanning that performs exposure while synchronously scanning a reticle and a wafer by a step-and-scan method. A type of projection exposure apparatus (scanning exposure apparatus) is also being used.
微細パターンを正確に投影露光する必要があるため、この種の投影露光装置には非常に高い解像力が求められる。高解像力を実現するために、解像力に影響する要因、例えば大気圧、環境温度等を測定してその測定結果に応じて結像特性を補正する機能が備えられたものもある。 Since it is necessary to accurately project and expose a fine pattern, this type of projection exposure apparatus is required to have a very high resolution. In order to realize a high resolving power, some have a function of measuring factors affecting the resolving power, such as atmospheric pressure and environmental temperature, and correcting the imaging characteristics according to the measurement results.
また、高解像力の実現のために投影光学系の開口数が大きく設定されるので、投影光学系の焦点深度が浅くなってしまう。そのため、斜入射方式の焦点位置検出系によってウエハ表面の凹凸に応じたフォーカス位置(投影光学系の光軸方向位置)を計測し、その計測結果に基づいてウエハ表面位置を投影光学系の像面位置に一致させるオートフォーカス機能を備えたものもある(例えば特許文献1を参照。)。
しかし近年、フォーカス位置、アライメント位置に対する高精度の要求はさらに強まり、それに伴ってレチクルやウエハのステージ駆動制御の高精度化が必要とされてきている。上述のように、従来はウエハ表面位置を駆動機構によって移動させてフォーカシングを行っているが、その駆動分解能には限界がある。 However, in recent years, demands for high accuracy with respect to the focus position and alignment position have further increased, and accordingly, it has become necessary to increase the precision of reticle and wafer stage drive control. As described above, conventionally, focusing is performed by moving the wafer surface position by a driving mechanism, but there is a limit to the driving resolution.
液浸投影露光装置は、投影レンズとウエハ表面との間に液体を充填させることにより投影光学系の開口数をより大きくするものである。この液浸投影露光装置においては、投影レンズとウエハの間隔が非常に狭いため、投影レンズ下のウエハ表面位置を斜入射方式の焦点位置検出系によって計測することが難しい。 The immersion projection exposure apparatus increases the numerical aperture of the projection optical system by filling a liquid between the projection lens and the wafer surface. In this immersion projection exposure apparatus, since the distance between the projection lens and the wafer is very narrow, it is difficult to measure the wafer surface position under the projection lens by the oblique incidence type focal position detection system.
また、ウエハをウエハステージによりフォーカス(光軸)方向やチルト(傾き)方向に移動させると液体の擾乱が生じてしまう。したがって、ウエハ表面の凹凸のフォーカス位置を像面位置に一致させるためにウエハをフォーカス方向、チルト方向に移動させることは望ましくない。 Further, when the wafer is moved in the focus (optical axis) direction or tilt (tilt) direction by the wafer stage, liquid disturbance occurs. Therefore, it is not desirable to move the wafer in the focus direction and the tilt direction in order to make the focus position of the irregularities on the wafer surface coincide with the image plane position.
本発明は上記の事情に鑑みて為されたもので、高精度なフォーカシングを行うことにより、例えば液浸タイプの場合であってもレチクル像をウエハ表面に良好に形成することができる露光装置、露光方法、及びその露光方法を用いたデバイス製造方法を提供することを例示的目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and by performing high-precision focusing, for example, an exposure apparatus that can satisfactorily form a reticle image on the wafer surface even in the case of an immersion type, It is an exemplary object to provide an exposure method and a device manufacturing method using the exposure method.
上記の目的を達成するために、本発明の例示的側面としての露光装置は、露光光を用いてレチクルを照明し、レチクル上のパターンを投影光学系を介して基板上に投影露光する露光装置であって、レチクルに対する基板のフォーカス位置を補正するためにレチクルを光軸方向又は光軸に対して傾斜する方向のうち少なくともいずれかの方向に移動させるレチクル駆動部を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, an exposure apparatus according to an exemplary aspect of the present invention illuminates a reticle using exposure light, and projects and exposes a pattern on the reticle onto a substrate via a projection optical system. In order to correct the focus position of the substrate with respect to the reticle, a reticle driving unit is provided that moves the reticle in at least one of an optical axis direction and a direction inclined with respect to the optical axis.
本発明の他の例示的側面としての露光装置は、露光光を用いてレチクルを照明し、レチクル上のパターンを投影光学系を介して基板上に投影露光する露光装置であって、レチクルに対する基板のフォーカス位置を補正するために投影光学系の少なくとも一部を光軸方向又は光軸に対して傾斜する方向に移動させる投影光学系駆動部を有することを特徴とする。その投影光学系の少なくとも一部が、投影光学系内の投影レンズであってもよい。 An exposure apparatus according to another exemplary aspect of the present invention is an exposure apparatus that illuminates a reticle using exposure light, and projects and exposes a pattern on the reticle onto a substrate via a projection optical system. And a projection optical system drive unit that moves at least a part of the projection optical system in an optical axis direction or a direction inclined with respect to the optical axis. At least a part of the projection optical system may be a projection lens in the projection optical system.
本発明のさらに他の例示的側面としての露光装置は、露光光を用いてレチクルを照明し、レチクル上のパターンを投影光学系と投影光学系と基板との間に充填された液体とを介して基板上に投影露光する露光装置であって、液体の温度又は密度のうち少なくともいずれか一方を調整する制御装置を有することを特徴とする。液体を循環させる循環装置をさらに有することは望ましい。また、上記の露光装置が、フォーカス位置の補正量を記憶する記憶部をさらに有することはさらに望ましい。 An exposure apparatus according to still another exemplary aspect of the present invention illuminates a reticle using exposure light, and projects a pattern on the reticle via a projection optical system, a liquid filled between the projection optical system and the substrate. An exposure apparatus that performs projection exposure on a substrate, comprising a control device that adjusts at least one of the temperature and density of the liquid. It is desirable to further have a circulation device for circulating the liquid. It is further desirable that the exposure apparatus further includes a storage unit that stores the correction amount of the focus position.
本発明のさらに他の例示的側面としてのデバイスの製造方法は、上記の露光装置によって基板にパターンを投影露光する工程と、投影露光された基板に所定のプロセスを行う工程とを有することを特徴とする。 According to still another exemplary aspect of the present invention, there is provided a device manufacturing method including a step of projecting a pattern onto a substrate by the exposure apparatus described above, and a step of performing a predetermined process on the projection-exposed substrate. And
本発明のさらに他の例示的側面としての露光方法は、露光光を用いてレチクルを照明し、レチクル上のパターンを投影光学系を介して基板上に投影露光する露光方法であって、レチクルに対する基板のフォーカス位置を補正するためにレチクル又は投影光学系の少なくとも一部のうち少なくともいずれか一方を光軸方向に移動させるステップを有することを特徴とする。 An exposure method as still another exemplary aspect of the present invention is an exposure method for illuminating a reticle using exposure light and projecting and exposing a pattern on the reticle onto a substrate via a projection optical system. In order to correct the focus position of the substrate, at least one of the reticle and the projection optical system is moved in the optical axis direction.
本発明のさらに他の例示的側面としての露光方法は、露光光を用いてレチクルを照明し、レチクル上のパターンを投影光学系と投影光学系と基板との間に充填された液体とを介して基板上に投影露光する露光方法であって、液体の温度又は密度のうち少なくともいずれか一方を調整するステップを有することを特徴とする。それらの露光方法が、基板の表面形状と裏面形状とを計測し、その差分値を算出するステップと、露光時に基板の裏面形状を計測しつつその裏面形状に差分値を反映させて基板の露光時における表面形状を算出するステップとをさらに有してもよい。また、基板又はそれと等価な面に形成された基板側基準マークの像を、露光光を用いて基板と実質的に共役な位置に配置されたレチクル上で検出するステップをさらに有してもよい。 According to still another exemplary aspect of the present invention, an exposure method illuminates a reticle using exposure light, and a pattern on the reticle is projected via a projection optical system, a liquid filled between the projection optical system and the substrate. An exposure method in which projection exposure is performed on a substrate, comprising the step of adjusting at least one of the temperature and density of the liquid. These exposure methods measure the surface shape and back surface shape of the substrate and calculate the difference value, and measure the back surface shape of the substrate during exposure and reflect the difference value on the back surface shape to expose the substrate. And calculating a surface shape at the time. The method may further include a step of detecting an image of the substrate-side reference mark formed on the substrate or a surface equivalent to the substrate on a reticle disposed at a position substantially conjugate with the substrate using exposure light. .
本発明の他の目的及び更なる特徴は、以下、添付図面を参照して説明される実施形態により明らかにされるであろう。 Other objects and further features of the present invention will be made clear by embodiments described below with reference to the accompanying drawings.
本発明によれば、投影露光装置のフォーカス補正の精度を投影露光倍率に応じて向上させることができる。また、液浸投影露光装置においてもフォーカス補正に伴う液体の擾乱によるフォーカス不安定性を低減でき、安定したフォーカス補正を行うことができる。 According to the present invention, the accuracy of focus correction of the projection exposure apparatus can be improved according to the projection exposure magnification. Also in the immersion projection exposure apparatus, focus instability due to liquid disturbance accompanying focus correction can be reduced, and stable focus correction can be performed.
以下、本発明の実施の一形態について図面を参照して説明する。本実施の形態においては、ステップ・アンド・スキャン方式の液浸投影露光装置を例として説明する。図1はこの実施の形態に係る投影露光装置Sの概略構成を示すブロック図である。この図1において、レチクルRはパターンが形成された面を下方(図1中の−Z方向)にして、図示しないレチクルホルダによって真空吸着により保持されている。このレチクルR及びレチクルホルダは、基板としてのウエハ全面の走査露光やフォーカス補正を可能とするために、XYZ方向の移動や各軸周りの回転移動が可能なレチクルステージRSTに載置されている。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a step-and-scan type immersion projection exposure apparatus will be described as an example. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a projection exposure apparatus S according to this embodiment. In FIG. 1, the reticle R is held by vacuum suction with a reticle holder (not shown) with the surface on which the pattern is formed facing downward (the −Z direction in FIG. 1). The reticle R and the reticle holder are placed on a reticle stage RST that can be moved in the XYZ directions and rotated around each axis in order to enable scanning exposure and focus correction of the entire wafer surface as a substrate.
レチクルの上方(図1中の+Z方向)には露光用の光を出力する光源1が設けられており、この光源1とレチクルRとの間には照明光学系2が設けられている。レチクルRの下方側には投影光学系PLを介して露光対象であるウエハWが配置されている。ウエハWは、ウエハを保持するためのウエハチャック32に保持され、そのウエハチャックはウエハステージWSTに載置されている。ウエハステージWSTはXYZ方向に移動可能であり、投影露光のための露光ステーション13においてウエハWのアライメントを行う。 A light source 1 that outputs exposure light is provided above the reticle (+ Z direction in FIG. 1), and an illumination optical system 2 is provided between the light source 1 and the reticle R. Below the reticle R, a wafer W to be exposed is disposed via the projection optical system PL. Wafer W is held by wafer chuck 32 for holding the wafer, and the wafer chuck is placed on wafer stage WST. Wafer stage WST is movable in the XYZ directions, and aligns wafer W at exposure station 13 for projection exposure.
この投影露光装置Sは、ウエハWを露光するための露光ステーション13とは別にウエハWの計測を行うための計測ステーション14を有している。例えば、計測ステーション14においてウエハWの形状計測を行った後に、ウエハステージWSTごとウエハWを露光ステーション13に移動させてもよい。また、露光ステーション13と計測ステーション14とにそれぞれウエハステージWSTを用意しておいて、計測ステーション14でのウエハW計測が終了した後にウエハチャック32を計測ステーション14のウエハステージWSTから取り外し、ウエハチャック32ごとウエハWを露光ステーション13のウエハステージWSTに取り付けてもよい。投影光学系PLとウエハWとの間には開口数を向上させるための液体が充填されている。 The projection exposure apparatus S has a measurement station 14 for measuring the wafer W separately from the exposure station 13 for exposing the wafer W. For example, after measuring the shape of the wafer W at the measurement station 14, the wafer W may be moved to the exposure station 13 together with the wafer stage WST. Also, wafer stage WST is prepared in each of exposure station 13 and measurement station 14, and after wafer W measurement at measurement station 14 is completed, wafer chuck 32 is detached from wafer stage WST in measurement station 14, and wafer chuck is provided. The entire wafer W may be attached to the wafer stage WST of the exposure station 13. A liquid for improving the numerical aperture is filled between the projection optical system PL and the wafer W.
この投影露光装置Sによる投影露光動作は、一般的な投影露光装置の動作と同様である。すなわち、光源1から射出された露光光は、照明光学系2によってレチクルRに照射される。そして、レチクルRに描画されているパターンの像が、露光光により投影光学系PLを介してウエハW上に投影される。レチクルR及びウエハWはそれぞれ紙面と直交する方向(すなわちY方向)に同期走査され、ワンショットの露光が行われる。 The projection exposure operation by the projection exposure apparatus S is the same as the operation of a general projection exposure apparatus. That is, the exposure light emitted from the light source 1 is irradiated onto the reticle R by the illumination optical system 2. Then, an image of the pattern drawn on the reticle R is projected onto the wafer W by the exposure light via the projection optical system PL. Reticle R and wafer W are synchronously scanned in a direction orthogonal to the paper surface (ie, the Y direction), and one-shot exposure is performed.
図1に示すように、この投影露光装置Sには露光ステーション13の下側にウエハ位置検出系31a、計測ステーション13の上下にそれぞれウエハ面位置検出系31b,31cが設けられている。これらのウエハ面位置検出系31a〜31cはウエハWの露光面を投影光学系PLの結像面に合わせ込むためのものであり、従来の斜入射タイプのフォーカスセンサーと同様の構成を有している。これらのウエハ面位置検出系31a〜31cの構成は後述するレチクル面位置検出系35と同様の構成であるので、説明を省略する。 As shown in FIG. 1, the projection exposure apparatus S is provided with a wafer position detection system 31a below the exposure station 13 and wafer surface position detection systems 31b and 31c above and below the measurement station 13, respectively. These wafer surface position detection systems 31a to 31c are for aligning the exposure surface of the wafer W with the imaging surface of the projection optical system PL, and have the same configuration as a conventional oblique incidence type focus sensor. Yes. Since the configuration of these wafer surface position detection systems 31a to 31c is the same as that of a reticle surface position detection system 35 described later, description thereof will be omitted.
計測ステーション14においては、ウエハWの上下からその表面及び裏面の位置を直接計測することが可能である。しかし、投影光学系PLの下方に配置された露光ステーション13においては、投影光学系PLの最下方に配置された投影レンズとウエハWとの距離が短い。しかもその間には液体が満たされているので、ウエハWの表面(上面)位置を直接測定する検出系を構成することは困難である。 In the measurement station 14, it is possible to directly measure the positions of the front and back surfaces of the wafer W from the top and bottom. However, in the exposure station 13 disposed below the projection optical system PL, the distance between the projection lens disposed below the projection optical system PL and the wafer W is short. Moreover, since the liquid is filled in the meantime, it is difficult to configure a detection system that directly measures the surface (upper surface) position of the wafer W.
そこで、露光ステーション13にはウエハWの裏面(下面)位置を計測する検出系(フォーカスセンサー)31aのみを配置する。そして、ウエハ面位置検出系31a〜31cによる計測結果に基づいて、露光ステーション13におけるウエハWの表面位置を算出する。図2はその算出方法について説明するグラフである。図2(a)は、計測ステーション14におけるウエハ面位置検出系31bによるウエハW表面位置の計測結果とウエハ面位置検出系31cによるウエハW裏面位置の計測結果とを示したグラフである。両計測結果には差分が生じている。図2(b)は、露光ステーション13におけるウエハ面位置検出系31aによるウエハW裏面位置の計測結果である。この図2(b)に示す計測結果に図2(a)に示される差分を反映させることにより、図2(c)に示すように露光ステーション13におけるウエハWの表面位置を求めることができる。 Therefore, only the detection system (focus sensor) 31a for measuring the position of the back surface (lower surface) of the wafer W is disposed in the exposure station 13. Then, based on the measurement results by the wafer surface position detection systems 31a to 31c, the surface position of the wafer W at the exposure station 13 is calculated. FIG. 2 is a graph for explaining the calculation method. FIG. 2A is a graph showing the measurement result of the wafer W surface position by the wafer surface position detection system 31b and the measurement result of the wafer W back surface position by the wafer surface position detection system 31c in the measurement station 14. There is a difference between the two measurement results. FIG. 2B shows a measurement result of the back surface position of the wafer W by the wafer surface position detection system 31 a in the exposure station 13. By reflecting the difference shown in FIG. 2A in the measurement result shown in FIG. 2B, the surface position of the wafer W in the exposure station 13 can be obtained as shown in FIG.
レチクルR側にも、パターン面の位置を検出するためのレチクル面位置検出系35が設けられている。このレチクル面位置検出系35は光照射部と光検出部を有して大略構成される。このレチクル面位置検出系35は、光照射部から被検面に検出光を照射し、その反射光を光検出部で検出することにより、被検面位置を検出するものである。 A reticle surface position detection system 35 for detecting the position of the pattern surface is also provided on the reticle R side. The reticle surface position detection system 35 has a light irradiation part and a light detection part and is generally configured. The reticle surface position detection system 35 detects the position of the test surface by irradiating the test surface with the detection light from the light irradiation unit and detecting the reflected light with the light detection unit.
光照射部は、発光ダイオードなどの光源5と、投影マーク用スリット6、投影レンズ7を有して大略構成される。光検出部は、受光レンズ8とCCDセンサ等の検出器9を有して大略構成される。例えば、レチクルRの走査方向に直交する方向に光照射部と光検出部とが複数配列されて配置され、レチクルRの走査によって被検面の形状が計測可能とされている。このような構成は、ウエハ面位置検出系31a〜31cにおいても同様とされている。 The light irradiating unit is generally configured to include a light source 5 such as a light emitting diode, a projection mark slit 6, and a projection lens 7. The light detection unit is generally configured to include a light receiving lens 8 and a detector 9 such as a CCD sensor. For example, a plurality of light irradiation units and light detection units are arranged in a direction orthogonal to the scanning direction of the reticle R, and the shape of the test surface can be measured by scanning the reticle R. Such a configuration is the same in the wafer surface position detection systems 31a to 31c.
従来の投影露光装置では、ウエハ側のZ方向のステージ駆動によりフォーカス位置補正を行っていたので、分解能に限界があった。特に液浸投影露光装置においてウエハ側のZ方向駆動によりウエハ表面形状や投影レンズに起因するフォーカスずれを補正しようとすると液体の擾乱が生じ、フォーカス安定性が劣化する恐れがある。 In the conventional projection exposure apparatus, since the focus position correction is performed by driving the stage in the Z direction on the wafer side, the resolution is limited. In particular, in an immersion projection exposure apparatus, if an attempt is made to correct a focus shift caused by a wafer surface shape or a projection lens by driving in the Z direction on the wafer side, the liquid may be disturbed and focus stability may be deteriorated.
そのため本実施の形態においては、ウエハWの表面形状、投影レンズの露光熱、投影レンズの自重等に起因するフォーカスずれの成分を図3に示すようにレチクル駆動部としてのレチクルステージRSTのフォーカス・チルト駆動により補正する。ウエハW側はスキャン方向の駆動のみ行い、フォーカス・チルト方向の駆動は行わない構成とする。この補正方法によれば、結果的に露光投影倍率分だけ補正精度が向上する。 For this reason, in the present embodiment, the focus shift component caused by the surface shape of the wafer W, the exposure heat of the projection lens, the weight of the projection lens, and the like is shown in FIG. Correct by tilt drive. The wafer W side is configured to drive only in the scan direction and not drive in the focus / tilt direction. According to this correction method, as a result, the correction accuracy is improved by the exposure projection magnification.
このときのレチクルステージRSTのフォーカス・チルト駆動面は、上記で求めたウエハWの表面位置(形状)と投影レンズ内の露光熱やレンズの自重変化による最良結像面位置のデフォーカス量とを反映した補正面となっている。後者の場合はその経時変化を図1中の最良結像位置計測系16を用いて予測している。その原理はすなわち、露光光を用いてウエハステージWST上にある基準プレート(基準マーク)15a上のパターンを照明すると、その回折光が投影光学系PLを介してレチクルステージRST上の基準プレート15b付近で結像する。そして、レチクルステージRSTを投影光学系PLの光軸方向に移動させながらレチクルステージRST上にある基準プレート(基準マーク)15bのパターンを通過する露光量が光電センサ18上で最大になる位置を検知し、そのときの基準プレート15bの位置、すなわちレチクルパターン面がウエハ表面と結像的に共役な関係となる位置をフォーカス検出系で計測して検出系の原点とするものである。この計測を定期的に繰り返すことにより、投影レンズ起因の経時的なデフォーカス量を予測することができ、このデフォーカス量をレチクルスキャン補正面に反映することにより良好な露光が可能となる(図4参照)。 The focus / tilt drive surface of the reticle stage RST at this time is obtained by determining the surface position (shape) of the wafer W obtained above and the defocus amount of the best imaging surface position due to the exposure heat in the projection lens and the change in the weight of the lens. The corrected surface is reflected. In the latter case, the change with time is predicted using the best imaging position measurement system 16 in FIG. That is, when the pattern on the reference plate (reference mark) 15a on the wafer stage WST is illuminated with exposure light, the diffracted light is near the reference plate 15b on the reticle stage RST via the projection optical system PL. To form an image. Then, the position at which the exposure amount passing through the pattern of the reference plate (reference mark) 15b on the reticle stage RST is maximized on the photoelectric sensor 18 is detected while moving the reticle stage RST in the optical axis direction of the projection optical system PL. Then, the position of the reference plate 15b at that time, that is, the position where the reticle pattern surface is imagewise conjugate with the wafer surface is measured by the focus detection system and used as the origin of the detection system. By periodically repeating this measurement, it is possible to predict the defocus amount over time caused by the projection lens, and by reflecting this defocus amount on the reticle scan correction surface, it is possible to perform good exposure (see FIG. 4).
さらに図1に示すように、ウエハWの表面形状を露光ステーション13及び計測ステーション14において計測し、投影レンズの露光熱や自重によるフォーカスずれの成分を最良結像位置計測系16で検出し、そしてその結果に基づいて図5に示すように投影光学系PLの一部のレンズを図示しない投影光学系駆動部により駆動させることによって最良結像面をウエハW表面に合わせ込むことにより補正する方法でもよい。また、上記の検出系を用いて像面とウエハW表面間の位置関係を計測後、ウエハW−投影レンズ間の液体の屈折率、密度を変化させることによってフォーカス位置補正を行う補正方法でもよい。 Further, as shown in FIG. 1, the surface shape of the wafer W is measured at the exposure station 13 and the measurement station 14, the component of the focus deviation due to the exposure heat of the projection lens and its own weight is detected by the best imaging position measurement system 16, and Based on the result, as shown in FIG. 5, correction is performed by aligning the best imaging plane with the surface of the wafer W by driving a part of the lenses of the projection optical system PL by a projection optical system drive unit (not shown). Good. Alternatively, a correction method may be used in which the focus position is corrected by changing the refractive index and density of the liquid between the wafer W and the projection lens after measuring the positional relationship between the image plane and the surface of the wafer W using the detection system. .
次に、この投影露光装置Sにおける投影レンズのデフォーカス成分の補正手順について説明する。図6は、投影露光装置Sにおける投影レンズのデフォーカス成分の補正手順をステップ0〜ステップ3に分けて説明する手順図である。 Next, a procedure for correcting the defocus component of the projection lens in the projection exposure apparatus S will be described. FIG. 6 is a procedure diagram for explaining the correction procedure of the defocus component of the projection lens in the projection exposure apparatus S divided into steps 0 to 3.
[ステップ0]
図1中の最良結像位置検出系16によって投影レンズ内の露光熱や自重による像面変化を定期的に計測し、経時的な像面シフト量を求めてレチクルスキャン時の補正量に反映させる(投影レンズ露光像面位置の把握)。
[Step 0]
The image formation change due to exposure heat in the projection lens and its own weight is periodically measured by the best imaging position detection system 16 in FIG. 1, and the image plane shift amount with time is obtained and reflected in the correction amount at the time of reticle scanning. (Understanding of the projection lens exposure image plane position).
[ステップ1]
計測ステーション14のウエハ面位置検出系31b,31cを用いてウエハWの全ショットの面形状を計測し、計測値と表裏面差分値を記憶部としての形状記憶部10に記憶する(S.1)。この計測の際にスキャン方向差が発生している可能性がある場合、スキャン方向ごとの計測値を記憶しておく。計測が終了した後に、ウエハWを露光ステーション13へと移動させる(S.2)。そして基準となるレチクルRを設置し(S.3)、ウエハW上の基準ショット領域の裏面位置計測を行う。ここで既に形状記憶部10に記憶されている差分値(基準ショット相当位置での値)を裏面計測値に反映させた結果をウエハW上の基準ショット表面位置として記憶する(S.4)。その後、基準ショット領域をスキャン露光する。ウエハW上の解像評価を基にしてレチクルRのスキャン駆動面をレチクル面位置検出系35で計測し、形状記憶部10に記憶する(S.5)(レチクルスキャン補正駆動面を露光結果を基に決定)。
[Step 1]
The wafer surface position detection systems 31b and 31c of the measurement station 14 are used to measure the surface shape of all shots of the wafer W, and the measured values and the front and back surface difference values are stored in the shape storage unit 10 as a storage unit (S.1). ). If there is a possibility that a scan direction difference has occurred during this measurement, a measurement value for each scan direction is stored. After the measurement is completed, the wafer W is moved to the exposure station 13 (S.2). Then, a reference reticle R is set (S.3), and the back surface position of the reference shot area on the wafer W is measured. Here, the result of reflecting the difference value (the value at the reference shot equivalent position) already stored in the shape storage unit 10 in the back surface measurement value is stored as the reference shot surface position on the wafer W (S.4). Thereafter, the reference shot area is scan-exposed. Based on the resolution evaluation on the wafer W, the scan drive surface of the reticle R is measured by the reticle surface position detection system 35 and stored in the shape storage unit 10 (S.5) (the exposure result of the reticle scan correction drive surface is displayed). Based on).
[ステップ2]
ウエハW上の別ショットを露光するためにウエハWを水平移動させた後(S.6)、露光ステーション13で露光と同時にウエハW裏面を計測し、その結果に計測ステーション14でそのショットの表裏面位置を計測した際の差分値を反映させる。差分値を反映させた結果から基準ショット表面位置の値を差し引いた値をレチクル側に換算し、その値を基準ショットを用いて求めたスキャン駆動面の位置(レチクル面位置検出系35で計測した値)に反映させることにより(S.7)、ウエハW上での平面度の異なる領域でもデフォーカス成分を補正することができる(通常露光時の補正動作)。
[Step 2]
After the wafer W is moved horizontally in order to expose another shot on the wafer W (S.6), the back surface of the wafer W is measured at the same time as the exposure at the exposure station 13, and the result is a table of the shot at the measurement station 14. The difference value when the back surface position is measured is reflected. A value obtained by subtracting the value of the reference shot surface position from the result of reflecting the difference value is converted to the reticle side, and the value is measured by the position of the scan drive surface obtained using the reference shot (measured by the reticle surface position detection system 35). (S.7), the defocus component can be corrected even in regions with different flatness on the wafer W (correction operation during normal exposure).
[ステップ3]
また、別の露光用のレチクルRを用いて露光する場合、まずそのレチクルR面をレチクル面位置検出系35で計測する(S.8)。そして上記基準レチクルで面位置計測した値と、このレチクルRで計測したときの値の差分を求め、その量をレチクルスキャン駆動面に反映させて補正を行う(S.9)する。同様に上記基準ショットと露光ショットでのウエハ表面位置計測値差分をレチクルスキャン駆動面に反映させて補正を行う(S.10)(レチクル/ウエハスキャン姿勢&形状差の管理)。
[Step 3]
When exposure is performed using another exposure reticle R, the reticle R surface is first measured by the reticle surface position detection system 35 (S.8). Then, the difference between the surface position measured value with the reference reticle and the value measured with the reticle R is obtained, and the amount is reflected on the reticle scan drive surface to be corrected (S.9). Similarly, the wafer surface position measurement value difference between the reference shot and the exposure shot is reflected on the reticle scan driving surface to perform correction (S.10) (management of reticle / wafer scan posture & shape difference).
[ステップ4]
さらに、ステップ0において求めていたように、露光を繰り返すことによって発生する最良結像面の経時変化に対しては、液浸投影露光装置Sに用いる液体Lの屈折率を外部制御により変化させて補正を行う(S.11)。具体的な制御方法については次に述べる。
[Step 4]
Further, as determined in step 0, the refractive index of the liquid L used in the immersion projection exposure apparatus S is changed by external control with respect to the change with time of the best imaging plane caused by repeated exposure. Correction is performed (S.11). A specific control method will be described next.
液浸投影露光装置Sにおいて投影レンズとウエハWとの間に充填されている液体L(例えば純水)は、図示しない外部の制御装置によりその屈折率を制御することが可能になっている。液体Lの屈折率と温度との相関は図7に示すような傾向を示すことが分かっているため、常時温度履歴と最良結像面の履歴を計測し、補正しながら繰り返し露光を行うことにより発生する露光デフォーカスを随時補正することができる。 In the immersion projection exposure apparatus S, the refractive index of the liquid L (for example, pure water) filled between the projection lens and the wafer W can be controlled by an external control device (not shown). Since it is known that the correlation between the refractive index and the temperature of the liquid L shows a tendency as shown in FIG. 7, the temperature history and the history of the best imaging plane are always measured, and the exposure is repeatedly performed while correcting. The generated exposure defocus can be corrected at any time.
しかし、上記液浸投影露光装置Sに用いられる液体Lは、Y方向にスキャンするウエハW表面上に配置されているため、液体Lの擾乱に起因する密度ムラが発生する場合がある。したがって、屈折率を短期的に、例えばショットごとに変化させて像面を合わせ込むことは精度的に困難であると考えられる。そのため、高精度かつ短期的なフォーカス補正を行うには、最初にウエハW表面の平均的な位置に露光像面が来るように、まずレチクルステージRSTをZ方向に駆動させる。そして残りの部分的なウエハ面形状をレチクルステージRSTのフォーカスとチルト駆動スキャンやレンズ駆動によって補正する。長期的な、例えばウエハWごとの補正は屈折率変化による補正を行うことによってより良好な露光を実現することが可能になる。 However, since the liquid L used in the immersion projection exposure apparatus S is disposed on the surface of the wafer W scanned in the Y direction, density unevenness due to disturbance of the liquid L may occur. Therefore, it is considered difficult to accurately adjust the image plane by changing the refractive index in the short term, for example, for each shot. Therefore, in order to perform high-precision and short-term focus correction, first, reticle stage RST is driven in the Z direction so that the exposure image surface comes to an average position on the surface of wafer W. Then, the remaining partial wafer surface shape is corrected by the focus and tilt driving scan of the reticle stage RST and lens driving. Long-term correction, for example, for each wafer W, can be achieved by performing correction based on a change in refractive index.
ウエハW駆動により投影レンズとウエハWとの間の液体には擾乱が発生する可能性がある。その結果、液体中に密度分布ムラが発生して最良結像面が安定しなくなる。そこで図8に示すように、液体Lに外部から流れを発生させる循環装置37を設置する。これにより投影レンズ下にある液体Lは一定速度で流れるため、密度分布ムラを低減することができる。この循環装置37はウエハW駆動の速度や方向によって液体Lの流速や流れ方向を変化させることができるような機能を有している。それにより、常に最良結像面を安定させることが可能になる。 The liquid between the projection lens and the wafer W may be disturbed by the wafer W drive. As a result, density distribution unevenness occurs in the liquid and the best imaging plane becomes unstable. Therefore, as shown in FIG. 8, a circulation device 37 for generating a flow of liquid L from the outside is installed. Thereby, since the liquid L under the projection lens flows at a constant speed, uneven density distribution can be reduced. The circulation device 37 has a function capable of changing the flow velocity and the flow direction of the liquid L depending on the speed and direction of the wafer W drive. Thereby, it becomes possible to always stabilize the best imaging plane.
次に、図9及び図10を参照して、上述の露光装置Sを利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図9は、デバイス(ICやLSIなどの半導体チップ、LCD、CCD等)の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ101(回路設計)ではデバイスの回路設計を行う。ステップ102(レチクル製作)では、設計した回路パターンを形成したレチクルを製作する。ステップ103(ウェハ製造)ではシリコンなどの材料を用いてウェハ(基板)を製造する。ステップ104(ウェハプロセス)は前工程と呼ばれ、レチクルとウェハを用いてリソグラフィ技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ105(組み立て)は後工程と呼ばれ、ステップ104によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程(ダイシング、ボンディング)、パッケージング工程(チップ封入)等の工程を含む。ステップ106(検査)では、ステップ105で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷(ステップ107)される。 Next, referring to FIGS. 9 and 10, an embodiment of a device manufacturing method using the above-described exposure apparatus S will be described. FIG. 9 is a flowchart for explaining how to fabricate devices (ie, semiconductor chips such as IC and LSI, LCDs, CCDs, and the like). Here, the manufacture of a semiconductor chip will be described as an example. In step 101 (circuit design), a device circuit is designed. In step 102 (reticle fabrication), a reticle on which the designed circuit pattern is formed is fabricated. In step 103 (wafer manufacture), a wafer (substrate) is manufactured using a material such as silicon. Step 104 (wafer process) is called a pre-process, and an actual circuit is formed on the wafer by lithography using the reticle and wafer. Step 105 (assembly) is called a post-process, and is a process of forming a semiconductor chip using the wafer created in step 104, and includes processes such as an assembly process (dicing and bonding), a packaging process (chip encapsulation), and the like. . In step 106 (inspection), inspections such as an operation confirmation test and a durability test of the semiconductor device created in step 105 are performed. Through these steps, the semiconductor device is completed and shipped (step 107).
図10は、ステップ104のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ111(酸化)ではウェハの表面を酸化させる。ステップ112(CVD)では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ113(電極形成)では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ114(イオン打ち込み)ではウェハにイオンを打ち込む。ステップ115(レジスト処理)ではウェハに感光剤を塗布する。ステップ116(露光)では、露光装置Sによってレチクルの回路パターンをウェハに露光する。ステップ117(現像)では、露光したウェハを現像する。ステップ118(エッチング)では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ119(レジスト剥離)では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施の形態の製造方法によれば従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。 FIG. 10 is a detailed flowchart of the wafer process in Step 104. In step 111 (oxidation), the wafer surface is oxidized. In step 112 (CVD), an insulating film is formed on the surface of the wafer. In step 113 (electrode formation), an electrode is formed on the wafer by vapor deposition or the like. In step 114 (ion implantation), ions are implanted into the wafer. In step 115 (resist process), a photosensitive agent is applied to the wafer. Step 116 (exposure) uses the exposure apparatus S to expose a reticle circuit pattern onto the wafer. In step 117 (development), the exposed wafer is developed. In step 118 (etching), portions other than the developed resist image are removed. In step 119 (resist stripping), the resist that has become unnecessary after the etching is removed. By repeatedly performing these steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer. According to the manufacturing method of the present embodiment, it is possible to manufacture a higher-quality device than before.
以上、本発明の好ましい実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。 As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary.
L…液体
PL…投影光学系
S…投影露光装置
R…レチクル
RST…レチクルステージ(レチクル駆動部)
W…基板
WST…基板ステージ
1…光源
2…照明光学系
5…光源
6…投影マーク用スリット
7…投影レンズ
10…形状記憶部(記憶部)
13…露光ステーション
14…計測ステーション
15a,15b…基準プレート(基準マーク)
16…最良結像位置計測系
18…光電センサ
31a〜31c…ウエハ面位置検出系
32…ウエハチャック
35…レチクル面位置検出系
37…循環装置
L ... Liquid PL ... Projection optical system S ... Projection exposure apparatus R ... Reticle RST ... Reticle stage (reticle drive unit)
W ... Substrate WST ... Substrate stage 1 ... Light source 2 ... Illumination optical system 5 ... Light source 6 ... Projection mark slit 7 ... Projection lens 10 ... Shape storage unit (storage unit)
13 ... Exposure station 14 ... Measurement stations 15a, 15b ... Reference plate (reference mark)
16 ... Best imaging position measurement system 18 ... Photoelectric sensors 31a to 31c ... Wafer surface position detection system 32 ... Wafer chuck 35 ... Reticle surface position detection system 37 ... Circulation device
Claims (11)
前記レチクルに対する前記基板のフォーカス位置を補正するために前記レチクルを光軸方向又は該光軸に対して傾斜する方向のうち少なくともいずれかの方向に移動させるレチクル駆動部を有することを特徴とする露光装置。 An exposure apparatus that illuminates a reticle using exposure light and projects and exposes a pattern on the reticle onto a substrate via a projection optical system,
An exposure apparatus comprising: a reticle driving unit that moves the reticle in at least one of an optical axis direction and a direction inclined with respect to the optical axis in order to correct a focus position of the substrate with respect to the reticle. apparatus.
前記レチクルに対する前記基板のフォーカス位置を補正するために前記投影光学系の少なくとも一部を光軸方向又は該光軸に対して傾斜する方向に移動させる投影光学系駆動部を有することを特徴とする露光装置。 An exposure apparatus that illuminates a reticle using exposure light and projects and exposes a pattern on the reticle onto a substrate via a projection optical system,
A projection optical system driving unit configured to move at least a part of the projection optical system in an optical axis direction or a direction inclined with respect to the optical axis in order to correct a focus position of the substrate with respect to the reticle; Exposure device.
前記液体の温度又は密度のうち少なくともいずれか一方を調整する制御装置を有することを特徴とする露光装置。 An exposure apparatus that illuminates a reticle using exposure light, and projects and exposes a pattern on the reticle onto the substrate via a projection optical system and a liquid filled between the projection optical system and the substrate. ,
An exposure apparatus comprising: a control device that adjusts at least one of temperature and density of the liquid.
前記レチクルに対する前記基板のフォーカス位置を補正するために前記レチクル又は前記投影光学系の少なくとも一部のうち少なくともいずれか一方を光軸方向に移動させるステップを有することを特徴とする露光方法。 An exposure method of illuminating a reticle using exposure light and projecting and exposing a pattern on the reticle onto a substrate via a projection optical system,
An exposure method comprising a step of moving at least one of the reticle or the projection optical system in an optical axis direction in order to correct a focus position of the substrate with respect to the reticle.
前記液体の温度又は密度のうち少なくともいずれか一方を調整するステップを有することを特徴とする露光方法。 An exposure method for illuminating a reticle using exposure light, and projecting and exposing a pattern on the reticle onto the substrate via a projection optical system and a liquid filled between the projection optical system and the substrate. ,
An exposure method comprising adjusting at least one of temperature and density of the liquid.
露光時に前記基板の裏面形状を計測しつつその裏面形状に前記差分値を反映させて前記基板の露光時における表面形状を算出するステップとを有することを特徴とする請求項8又は請求項9に記載の露光方法。 Measuring the surface shape and the back surface shape of the substrate, and calculating the difference value;
10. The method according to claim 8, further comprising: calculating a surface shape at the time of exposure of the substrate by measuring the back surface shape of the substrate at the time of exposure and reflecting the difference value on the back surface shape. The exposure method as described.
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