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JP2008258325A - Exposure equipment - Google Patents

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JP2008258325A
JP2008258325A JP2007097631A JP2007097631A JP2008258325A JP 2008258325 A JP2008258325 A JP 2008258325A JP 2007097631 A JP2007097631 A JP 2007097631A JP 2007097631 A JP2007097631 A JP 2007097631A JP 2008258325 A JP2008258325 A JP 2008258325A
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JP
Japan
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measurement
substrate
exposure apparatus
focus
exposure
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2007097631A
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Japanese (ja)
Inventor
Satoru Oishi
哲 大石
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

【課題】基板の表面位置の計測精度を向上させる。
【解決手段】原版からの光を投影する投影光学系を有し、投影光学系を介して基板を露光する露光装置であって、計測器と制御器とを有する。計測器は、基板に配されたショット内の計測点に関し、投影光学系の光軸の方向における基板の表面の位置を計測する。制御器は、計測点の複数の大きさそれぞれに関し、基板に配された複数のショットにおいて計測器に該表面の位置を計測させる。そして、計測器は、計測された位置に基づき、複数の大きさそれぞれに関して計測の再現性を示す指標を算出し、算出された指標に基づいて計測点の大きさを決定する。
【選択図】図1
The measurement accuracy of the surface position of a substrate is improved.
An exposure apparatus that has a projection optical system that projects light from an original and exposes a substrate through the projection optical system, and includes a measuring instrument and a controller. The measuring instrument measures the position of the surface of the substrate in the direction of the optical axis of the projection optical system with respect to the measurement points in the shot arranged on the substrate. For each of a plurality of sizes of measurement points, the controller causes the measurement device to measure the position of the surface in a plurality of shots arranged on the substrate. And a measuring device calculates the parameter | index which shows the reproducibility of measurement about each of several magnitude | size based on the measured position, and determines the magnitude | size of a measurement point based on the calculated parameter | index.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、露光装置に関する。   The present invention relates to an exposure apparatus.

フォトリソグラフィー技術を用いて微細な半導体素子又は液晶表示素子を製造する際に、レチクル(マスク)に描画された回路パターンを投影光学系によって基板に投影して回路パターンを転写する投影露光装置が使用されている。投影露光装置においては、半導体素子の高集積化に伴い、より高い解像力でレチクルの回路パターンを基板に投影露光することが要求されている。投影露光装置で転写できる最小の寸法(解像度)は、露光に用いる光の波長に比例し、投影光学系の開口数(NA)に反比例する。したがって、波長を短くすればするほど解像力はよくなる。このため、近年の光源は、超高圧水銀ランプ(g線、i線)から波長の短いKrFエキシマレーザやArFエキシマレーザになり、液浸露光装置の実用化の検討も進んでいる。更に、露光領域の一層の拡大も要求されている。   When manufacturing fine semiconductor elements or liquid crystal display elements using photolithography technology, a projection exposure system that projects the circuit pattern drawn on the reticle (mask) onto the substrate by the projection optical system and transfers the circuit pattern is used. Has been. In a projection exposure apparatus, as the integration of semiconductor elements increases, it is required to project and expose a reticle circuit pattern onto a substrate with higher resolution. The minimum dimension (resolution) that can be transferred by the projection exposure apparatus is proportional to the wavelength of light used for exposure and inversely proportional to the numerical aperture (NA) of the projection optical system. Therefore, the shorter the wavelength, the better the resolution. For this reason, the light source in recent years has changed from an ultra-high pressure mercury lamp (g-line, i-line) to a KrF excimer laser or ArF excimer laser having a short wavelength, and the practical application of the immersion exposure apparatus is also being studied. Furthermore, further expansion of the exposure area is also required.

これらの要求を達成するために、ステッパーに換わってスキャナーが主流になりつつある。ステッパーは、略正方形形状の露光領域を基板に縮小して一括露光するステップ・アンド・リピート方式の露光装置である。また、スキャナーは、露光領域を矩形のスリット形状としてレチクルと基板を相対的に高速走査し、大画面を精度よく露光するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置である。   To achieve these requirements, scanners are becoming mainstream instead of steppers. A stepper is a step-and-repeat type exposure apparatus that reduces a substantially square-shaped exposure region to a substrate and performs batch exposure. The scanner is a step-and-scan type exposure apparatus that exposes a large screen with high accuracy by relatively scanning the reticle and the substrate with a rectangular slit shape as an exposure area.

スキャナーでは、露光中に、基板の所定位置が露光スリット領域にさしかかる前にフォーカスチルト計測系により当該基板の所定位置における表面位置を計測し、その所定位置を露光する際には、基板表面を最適の露光結像位置に合わせ込む補正を行っている。また、基板の表面位置の高さ(フォーカス)だけではなく、表面の傾き(チルト)を計測するために、露光スリットの長手方向(走査方向と直交する方向)も含め、露光スリット領域内には複数の計測チャンネルを有している。このようなフォーカス及びチルトの計測方法は、特許文献1に記載されている。   The scanner measures the surface position at the predetermined position of the substrate by the focus tilt measurement system before the predetermined position of the substrate reaches the exposure slit area during exposure, and the substrate surface is optimized when exposing the predetermined position. Correction is performed to match the exposure image formation position. Also, in order to measure not only the height (focus) of the surface position of the substrate but also the tilt (tilt) of the surface, the exposure slit area, including the longitudinal direction of the exposure slit (direction perpendicular to the scanning direction) It has multiple measurement channels. Such a focus and tilt measurement method is described in Patent Document 1.

従来のオフセットを計測する方法を、図2を用いて説明する。図2(a)は、基板40内のフォーカス計測のためのサンプルショット(図2(a)では8ショット)を示す。図2(b)は、サンプルショット内の計測チャンネルと計測点の一例を示す。図2(b)において、前記計測チャンネルの夫々には、平均化効果を目的として、不図示の複数の計測マークが配置されているものとする。基板40上の所定のサンプルショットに対して走査方向に所定の間隔(例えば1mm)で複数の計測マークによるフォーカス計測を行う。次に、サンプルショット内で、基準となる計測チャンネルの基準となる計測点でのフォーカス計測値から基準面を作成する。図2(c)に示すように、各計測点Pj(j=1、2、3、・・・、m)でのフォーカス計測値と基準面との差分をサンプルショットで平均したものを、各計測点Pjにおけるオフセットとして求める。当該オフセットを用いて、次の基板からのフォーカス計測値を補正して、基板の面位置(フォーカス及びチルト)を計測している。
特開平6−260391号公報
A conventional method for measuring an offset will be described with reference to FIG. FIG. 2A shows sample shots for focus measurement in the substrate 40 (eight shots in FIG. 2A). FIG. 2B shows an example of measurement channels and measurement points in a sample shot. In FIG. 2B, each of the measurement channels is assumed to have a plurality of measurement marks (not shown) for the purpose of averaging effect. Focus measurement using a plurality of measurement marks is performed on a predetermined sample shot on the substrate 40 at a predetermined interval (for example, 1 mm) in the scanning direction. Next, in the sample shot, a reference plane is created from the focus measurement value at the measurement point serving as the reference of the reference measurement channel. As shown in FIG. 2 (c), the average of the difference between the focus measurement value at each measurement point Pj (j = 1, 2, 3,..., M) and the reference plane is sample shot. Obtained as an offset at the measurement point Pj. Using the offset, the focus measurement value from the next substrate is corrected, and the surface position (focus and tilt) of the substrate is measured.
JP-A-6-260391

しかし、近年では露光光の短波長化及び投影光学系の高NA化が進み、焦点深度が極めて小さくなり、露光すべき基板表面を最良結像面に合わせ込む精度、いわゆるフォーカス精度もより厳しいものが求められてきている。特に、最近では基板上のパターンの粗密や基板に塗布されたレジストの厚さむらに起因する表面位置計測器の計測誤差が無視することができなくなってきている。   However, in recent years, the exposure light has been shortened and the projection optical system has a higher NA, the depth of focus has become extremely small, and the accuracy of aligning the substrate surface to be exposed to the best imaging plane, the so-called focus accuracy, has become more severe. Has been demanded. In particular, recently, measurement errors of the surface position measuring instrument due to the density of the pattern on the substrate and the unevenness of the thickness of the resist applied to the substrate cannot be ignored.

レジストの厚さむらに起因する計測誤差としては、周辺回路パターンやスクライブライン近傍には、焦点深度と比べれば小さいが、フォーカス計測にとっては大きな段差が発生している。このため、塗布されるレジスト表面の傾斜角度が大きくなり、表面位置計測器の計測する反射光が反射や屈折によって正反射角度からずれを生じ、計測誤差(オフセット)となる。   The measurement error due to the uneven thickness of the resist is smaller in the vicinity of the peripheral circuit pattern and the scribe line than the depth of focus, but a large step is generated for focus measurement. For this reason, the inclination angle of the resist surface to be applied is increased, and the reflected light measured by the surface position measuring instrument is deviated from the regular reflection angle by reflection or refraction, resulting in a measurement error (offset).

図3は、基板上のパターンの粗密に起因する計測誤差を示すものである。例えばパターンが粗な領域では基板の反射率が高く、パターンが密な領域では反射率が低いというように、基板の反射率に差が生じてしまう。このため、表面位置計測器により計測される反射光の反射強度が変化し、パターンの粗密のない場合の本来の信号波形Aに対して信号波形Bのように非対称性が発生し、例えば重心処理等の信号処理では計測誤差(オフセット)が生じる。   FIG. 3 shows measurement errors caused by the density of the pattern on the substrate. For example, the reflectance of the substrate is high in a region where the pattern is rough, and the reflectance is low in a region where the pattern is dense. For this reason, the reflection intensity of the reflected light measured by the surface position measuring instrument changes, and an asymmetry occurs as in the signal waveform B with respect to the original signal waveform A when there is no pattern density. In such signal processing, a measurement error (offset) occurs.

図4は、ある計測点における計測マークと、基板下地のパターンの位置関係とそれによって生じる計測誤差(オフセット)について示した図である。基板の下地のパターンと計測マークとの位置関係によっては、計測領域Aではオフセットが小さいが、計測領域Bでは大きなオフセットが生じるところまで計測領域が含まれている。さらに、反射率大と反射率小との境界には僅かな段差があり、レジストの塗布状態がサンプルショットによって異なるような場合にはサンプルショットによってオフセットが変化することが考えられる。   FIG. 4 is a diagram showing a positional relationship between a measurement mark at a certain measurement point, a pattern on the substrate base, and a measurement error (offset) caused thereby. Depending on the positional relationship between the substrate base pattern and the measurement mark, the measurement area A includes the measurement area up to the point where the offset is small but the measurement area B has a large offset. Further, there is a slight step at the boundary between the high reflectance and the low reflectance, and when the resist application state varies depending on the sample shot, it is conceivable that the offset changes depending on the sample shot.

図5は、ある計測チャンネルにおける計測点に対する基準面からのオフセットを示した図である。図5において、オフセットのサンプルショット間のばらつきを上下の矢印で示してある。図5では、例えば、計測点P4でのオフセットが他の計測点に比べてばらつきが大きく、オフセットの安定性(再現性)に欠けていることがわかる。上記オフセットのばらつきが基板の平坦度の許容範囲より大きい場合には、計測点P4で求められたオフセットで補正しても、ショットによっては許容範囲以上のデフォーカスが生じてフォーカス精度が悪化する。その結果、CD(Critical Dimension,線幅)がその許容範囲から外れてしまう恐れがある。   FIG. 5 is a diagram showing an offset from a reference plane with respect to a measurement point in a certain measurement channel. In FIG. 5, the variation between offset sample shots is indicated by up and down arrows. In FIG. 5, for example, it can be seen that the offset at the measurement point P4 has a larger variation than the other measurement points and lacks the stability (reproducibility) of the offset. When the variation in offset is larger than the allowable range of flatness of the substrate, even if correction is performed with the offset obtained at the measurement point P4, defocus exceeding the allowable range occurs depending on the shot, and the focus accuracy is deteriorated. As a result, the CD (Critical Dimension, line width) may be out of the allowable range.

本発明は、基板の表面位置の計測精度を向上させることを例示的目的とする。   An object of the present invention is to improve the measurement accuracy of the surface position of a substrate.

本発明は、原版からの光を投影する投影光学系を有し、投影光学系を介して基板を露光する露光装置であって、基板に配されたショット内の計測点に関し、投影光学系の光軸の方向における基板の表面の位置を計測する計測器と、計測点の複数の大きさそれぞれに関し、基板に配された複数のショットにおいて計測器に表面の位置を計測させ、計測された位置に基づき、複数の大きさそれぞれに関して計測の再現性を示す指標を算出し、算出された指標に基づいて計測点の大きさを決定する制御器と、を有することを特徴とする。   The present invention relates to an exposure apparatus that has a projection optical system for projecting light from an original plate and exposes a substrate through the projection optical system, and relates to measurement points in a shot arranged on the substrate. A measuring instrument that measures the position of the surface of the substrate in the direction of the optical axis, and for each of multiple sizes of measurement points, the measuring instrument measures the position of the surface in multiple shots placed on the substrate, and the measured position And a controller that calculates an index indicating the reproducibility of measurement for each of a plurality of sizes and determines the size of the measurement point based on the calculated index.

本発明によれば、例えば、基板の表面位置の計測精度を向上させることができる。   According to the present invention, for example, the measurement accuracy of the surface position of the substrate can be improved.

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

[露光装置の実施形態]
図20は、本発明に係る半導体露光装置の全体的な構成を示す図である。露光装置1は、ステップ・アンド・スキャン方式でレチクル20に形成された回路パターンを基板40に露光する走査露光装置である。かかる露光装置1は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィ工程に好適である。露光装置1は、照明装置10と、レチクル20を載置するレチクルステージ25と、投影光学系30と、基板40を保持し且つ移動する基板ステージ45と、フォーカスチルト計測系50と、アライメント計測系70と、制御器60とを有する。制御器60は、CPUやメモリを有し、照明装置10、レチクルステージ25、基板ステージ45、フォーカスチルト計測系50、アライメント計測系70と電気的に接続され、露光装置1の動作を制御する。
[Embodiment of exposure apparatus]
FIG. 20 is a view showing the overall configuration of a semiconductor exposure apparatus according to the present invention. The exposure apparatus 1 is a scanning exposure apparatus that exposes a circuit pattern formed on a reticle 20 on a substrate 40 by a step-and-scan method. Such an exposure apparatus 1 is suitable for a lithography process of submicron or quarter micron or less. The exposure apparatus 1 includes an illumination device 10, a reticle stage 25 on which the reticle 20 is placed, a projection optical system 30, a substrate stage 45 that holds and moves the substrate 40, a focus tilt measurement system 50, and an alignment measurement system. 70 and a controller 60. The controller 60 includes a CPU and a memory, and is electrically connected to the illumination device 10, the reticle stage 25, the substrate stage 45, the focus tilt measurement system 50, and the alignment measurement system 70, and controls the operation of the exposure apparatus 1.

照明装置10は、転写用の回路パターンが形成されたレチクル20を照明し、光源部12と、照明光学系14とを有する。光源部12は、レーザ光を使用し、例えば、波長約193nmのArFエキシマレーザ、波長約248nmのKrFエキシマレーザなどを使用することができる。しかし、光源の種類はエキシマレーザに限定されず、波長約157nmのF2レーザや波長20nm以下のEUV(Extreme Ultraviolet)光を使用してもよい。   The illumination device 10 illuminates a reticle 20 on which a transfer circuit pattern is formed, and includes a light source unit 12 and an illumination optical system 14. The light source unit 12 uses laser light. For example, an ArF excimer laser having a wavelength of about 193 nm, a KrF excimer laser having a wavelength of about 248 nm, or the like can be used. However, the type of the light source is not limited to the excimer laser, and an F2 laser having a wavelength of about 157 nm or EUV (Extreme Ultraviolet) light having a wavelength of 20 nm or less may be used.

照明光学系14は、光源部12から射出した光束を用いて被照明面を照明する光学系であり、光束を露光に最適な所定の形状の露光スリットに成形し、レチクル20を照明する。照明光学系14は、レンズ、ミラー、オプティカルインテグレーター、絞り等を含み、例えば、コンデンサーレンズ、ハエの目レンズ、開口絞り、コンデンサーレンズ、スリット、結像光学系の順で配置する。照明光学系14は、軸上光、軸外光を問わず使用することができる。オプティカルインテグレーターは、ハエの目レンズや2組のシリンドリカルレンズアレイ(又はレンチキュラーレンズ)板を重ねることによって構成されるインテグレーターを含むが、光学ロッドや回折素子に置換される場合もある。   The illumination optical system 14 is an optical system that illuminates the surface to be illuminated using the light beam emitted from the light source unit 12, and illuminates the reticle 20 by forming the light beam into an exposure slit having a predetermined shape optimum for exposure. The illumination optical system 14 includes a lens, a mirror, an optical integrator, a diaphragm, and the like. For example, a condenser lens, a fly-eye lens, an aperture diaphragm, a condenser lens, a slit, and an imaging optical system are arranged in this order. The illumination optical system 14 can be used regardless of on-axis light or off-axis light. The optical integrator includes an integrator configured by stacking a fly-eye lens and two sets of cylindrical lens array (or lenticular lens) plates, but may be replaced by an optical rod or a diffractive element.

レチクル20は、例えば、石英製で、その上には転写されるべき回路パターンが形成され、レチクルステージ25に支持され、駆動されている。レチクル20から発せられた回折光は、投影光学系30を通り、基板40上に投影される。レチクル20と基板40とは、光学的に共役の関係に配置される。レチクル20と基板40を縮小倍率比の速度比で走査することによりレチクル20のパターンを基板40上に転写する。露光装置1には、不図示の光斜入射系のレチクル計測器が設けられており、レチクル20は、レチクル計測器によって位置が計測され、所定の位置に配置される。レチクルステージ25は、不図示のレチクルチャックを介してレチクル20を支持し、不図示の移動機構に接続されている。不図示の移動機構は、リニアモーター等で構成され、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向及び各軸の回転方向にレチクルステージ25を駆動することでレチクル20を移動させることができる。投影光学系30は、物体面からの光束を像面に結像する機能を有し、レチクル20に形成されたパターンを経た回折光を基板40上に結像する。   The reticle 20 is made of, for example, quartz, and a circuit pattern to be transferred is formed thereon, and is supported and driven by the reticle stage 25. The diffracted light emitted from the reticle 20 passes through the projection optical system 30 and is projected onto the substrate 40. The reticle 20 and the substrate 40 are arranged in an optically conjugate relationship. The pattern of the reticle 20 is transferred onto the substrate 40 by scanning the reticle 20 and the substrate 40 at the speed ratio of the reduction ratio. The exposure apparatus 1 is provided with a not-illustrated light oblique incidence type reticle measuring instrument, and the position of the reticle 20 is measured by the reticle measuring instrument and placed at a predetermined position. The reticle stage 25 supports the reticle 20 via a reticle chuck (not shown) and is connected to a moving mechanism (not shown). A moving mechanism (not shown) is composed of a linear motor or the like, and can move the reticle 20 by driving the reticle stage 25 in the X-axis direction, the Y-axis direction, the Z-axis direction, and the rotation direction of each axis. The projection optical system 30 has a function of forming a light beam from the object plane on the image plane, and forms an image on the substrate 40 of diffracted light that has passed through the pattern formed on the reticle 20.

基板40は、被処理体であり、フォトレジストが基板上に塗布されている。基板40は、アライメント計測系70及びフォーカスチルト計測系50が位置計測を行うための被計測体でもある。アライメント計測系70は、基板40のXY位置ずれを計測するためのものであり、図では露光投影光学系の光軸とは別の光軸上に配置されて非露光光を用いる、いわゆるオフアクシス方式を示している。基板ステージ45は、基板チャック46によって基板40を支持する。基板チャック46には、少なくとも3つ以上の基板チャックマークが配置されており、フォーカスチルト計測系50によってZ高さ情報を、アライメント計測系によってXY位置情報を得ることができる。基板ステージ45は、レチクルステージ25と同様に、リニアモーターを利用して、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向及び各軸の回転方向に基板40及び基板チャック46を移動させる。また、レチクルステージ25の位置と基板ステージ45の位置は、例えば、レーザ干渉計などにより監視され、両ステージ25,45は一定の速度比率で駆動される。基板ステージ45は、例えば、ダンパを介して床等の上に支持されるステージ定盤上に設けられ、レチクルステージ25及び投影光学系30は、例えば、床等に載置されたベースフレーム上にダンパを介して支持される図示しない鏡筒定盤上に設けられる。   The substrate 40 is an object to be processed, and a photoresist is applied on the substrate. The substrate 40 is also a measurement target for the alignment measurement system 70 and the focus tilt measurement system 50 to perform position measurement. The alignment measurement system 70 is for measuring the XY position shift of the substrate 40. In the figure, the alignment measurement system 70 is arranged on an optical axis different from the optical axis of the exposure projection optical system and uses so-called off-axis light. The method is shown. The substrate stage 45 supports the substrate 40 by the substrate chuck 46. At least three or more substrate chuck marks are arranged on the substrate chuck 46, and the Z height information can be obtained by the focus tilt measurement system 50, and the XY position information can be obtained by the alignment measurement system. Similarly to the reticle stage 25, the substrate stage 45 uses the linear motor to move the substrate 40 and the substrate chuck 46 in the X-axis direction, the Y-axis direction, the Z-axis direction, and the rotation direction of each axis. The position of the reticle stage 25 and the position of the substrate stage 45 are monitored by, for example, a laser interferometer, and both the stages 25 and 45 are driven at a constant speed ratio. The substrate stage 45 is provided on a stage surface plate supported on a floor or the like via a damper, for example, and the reticle stage 25 and the projection optical system 30 are, for example, on a base frame placed on the floor or the like. It is provided on a lens barrel surface plate (not shown) that is supported via a damper.

次に、図20の露光装置1におけるフォーカスチルト計測系50を説明する。フォーカスチルト計測系50は、光学的な計測器を用いて投影光学系30の光字句の方向における露光中の基板40の表面の位置(Z軸方向)の位置情報を計測する。投影光学系30を用いて基板40の表面に対して高入射角度で投影し、受光光学系を用いてフォーカス計測用のスリット状の計測マークの投影像をCCD等の光電変換素子に再結像させ、光電変換素子からの信号波形を用いて基板40の面位置を計測する。   Next, the focus tilt measurement system 50 in the exposure apparatus 1 of FIG. 20 will be described. The focus tilt measurement system 50 measures position information on the position of the surface of the substrate 40 during exposure in the direction of the optical phrase of the projection optical system 30 (Z-axis direction) using an optical measuring instrument. The projection optical system 30 is used to project the surface of the substrate 40 at a high incident angle, and the light receiving optical system is used to re-image the projected image of the focus measurement slit-shaped measurement mark on a photoelectric conversion element such as a CCD. The surface position of the substrate 40 is measured using the signal waveform from the photoelectric conversion element.

スキャナーでは、フォーカスチルト計測系50が、基板の所定の位置が露光スリット領域に差し掛かる前に当該基板の所定の位置における表面位置を計測し、その所定の位置を露光する際には、基板表面を最適な露光結像位置に合わせ込む補正を行う。また、基板の表面位置の高さ(フォーカス)だけではなく、表面の傾き(チルト)を計測するために、露光スリットの長手方向(即ち、走査方向と直交する方向)も含め、露光スリット領域内には複数の計測チャンネルを有している。   In the scanner, the focus tilt measurement system 50 measures the surface position at a predetermined position of the substrate before the predetermined position of the substrate reaches the exposure slit region, and when exposing the predetermined position, the substrate surface Is corrected to match the optimal exposure image formation position. Further, in order to measure not only the height (focus) of the surface position of the substrate but also the tilt (tilt) of the surface, the exposure slit region including the longitudinal direction of the exposure slit (ie, the direction orthogonal to the scanning direction) is included. Has a plurality of measurement channels.

[計測領域の最適化]
図1は、本発明のフォーカス計測方法の概要を説明するフロー図である。ステップ100において、制御器60は、フォーカスチルト計測系50が基板40上に設けられた複数のショット内の複数の計測点のそれぞれにおいて異なる計測領域で計測した計測結果である基板表面の位置情報を複数取得する。ステップ110において、制御器60は、まず、取得した複数の位置情報に基づいて、異なる計測領域のそれぞれについて基準面からのオフセットの指標(計測の再現性を示す指標)を算出する。ステップ120において、制御器60は、ステップ110で算出された、異なる計測領域でのオフセットの指標に基づいて、最適な計測領域を決定する。
[Measurement area optimization]
FIG. 1 is a flowchart for explaining the outline of the focus measurement method of the present invention. In step 100, the controller 60 obtains position information on the substrate surface, which is a measurement result measured in a different measurement area at each of a plurality of measurement points in a plurality of shots provided on the substrate 40 by the focus tilt measurement system 50. Get multiple. In step 110, the controller 60 first calculates an index of an offset from the reference plane (an index indicating the reproducibility of measurement) for each of the different measurement areas based on the acquired plurality of position information. In step 120, the controller 60 determines an optimal measurement region based on the offset index in the different measurement region calculated in step 110.

本明細書において、「計測チャンネル」とは、非走査方向に配置されたCCD等の受光素子の計測部と定義し、「計測点」とは同一CCDにおける走査方向の計測地点と定義する。また、「計測領域」とは、フォーカス計測時に各計測点における計測マークが基板上を走査する際の走査方向の領域と定義する。以下、計測領域の最適化手法に関する実施形態を説明する。   In this specification, “measurement channel” is defined as a measurement unit of a light receiving element such as a CCD arranged in the non-scanning direction, and “measurement point” is defined as a measurement point in the scanning direction of the same CCD. The “measurement area” is defined as an area in the scanning direction when the measurement mark at each measurement point scans the substrate during focus measurement. Hereinafter, an embodiment related to a measurement region optimization technique will be described.

[第1の実施形態]
図6は、計測領域の最適化に関する第1の実施形態を示すフロー図である。
[First Embodiment]
FIG. 6 is a flowchart showing a first embodiment relating to optimization of a measurement region.

ステップ200において先行基板を搬入する。ステップ210において、制御器60はフォーカス計測のための計測領域の初期設定を行う。ステップ220において、制御器60は、フォーカスチルト計測系50に基板のあるショットでフォーカス計測を行わせ、制御器60は計測した面位置情報を取得する。ステップ230において、制御器60は、設定したすべてのサンプルショットのフォーカス計測が終了していないと判断すれば、ステップS240において、制御器60は、フォーカスチルト計測系50にサンプルショットを変更してフォーカス計測を行わせる。ステップ250において、制御器60は、想定している計測領域のすべてのフォーカス計測が終了していないと判断すれば、ステップ260において計測領域を変更する。ステップ260における計測領域の変更方法について詳細を以下説明する。   In step 200, the preceding substrate is loaded. In step 210, the controller 60 performs initial setting of a measurement area for focus measurement. In step 220, the controller 60 causes the focus tilt measurement system 50 to perform focus measurement on a shot with a substrate, and the controller 60 acquires the measured surface position information. If the controller 60 determines in step 230 that focus measurement has not been completed for all the set sample shots, the controller 60 changes the sample shot to the focus tilt measurement system 50 in step S240 to focus. Make measurements. If the controller 60 determines in step 250 that all focus measurements of the assumed measurement area have not been completed, the controller 60 changes the measurement area in step 260. Details of the method of changing the measurement area in step 260 will be described below.

図8は本実施形態における計測領域の一例を示した図であり、紙面下方向にステージが走査しているとする。図8の計測領域A1が初期計測領域であるとすると、計測領域A1とは異なる計測領域A2、A3、・・・、計測領域Akに順次変更していく。計測領域を変更する方法としては、(1)基板ステージの走査速度を変更する方法と、(2)CCDの蓄積時間を変更する方法とが挙げられるが、本実施形態では上記(1)及び(2)のいずれを変更してもよい。計測点はショット内の所定の位置として予め決定されていることが多い。計測領域によらずに計測点を一致させる場合には、CCD蓄積時間のタイミングを調整して、図8に示されるように、計測領域A1〜Akが所定の計測点に対して紙面上下方向に対称に変化させるようにすればよい。   FIG. 8 is a diagram showing an example of the measurement region in the present embodiment, and it is assumed that the stage is scanning in the downward direction on the paper surface. If the measurement area A1 in FIG. 8 is an initial measurement area, the measurement area A1, A3,..., And the measurement area Ak are sequentially changed from the measurement area A1. As a method for changing the measurement region, there are (1) a method for changing the scanning speed of the substrate stage and (2) a method for changing the accumulation time of the CCD. In this embodiment, the above (1) and ( Any of 2) may be changed. The measurement point is often determined in advance as a predetermined position in the shot. When matching the measurement points regardless of the measurement area, the timing of the CCD accumulation time is adjusted so that the measurement areas A1 to Ak are in the vertical direction of the drawing with respect to the predetermined measurement points as shown in FIG. What is necessary is just to make it change symmetrically.

図6に戻り、ステップ250において、制御器60は、全サンプルショットでA1からAkまでの全計測領域でフォーカス計測が終了していると判断すれば、ステップ270に進む。ステップ270において、制御器60は、それぞれの計測領域Aiにおける基準面からの差分をオフセットとして算出する。   Returning to FIG. 6, when the controller 60 determines in step 250 that the focus measurement has been completed in all measurement areas from A1 to Ak in all sample shots, the process proceeds to step 270. In step 270, the controller 60 calculates the difference from the reference plane in each measurement region Ai as an offset.

図7はステップ270の詳細を示すフロー図である。ステップ300において、制御器60は、基準面を求めるための基準となる計測チャンネル及び基準となる計測点を指定する。例えば、本実施形態における基準となる計測チャンネルは図2(b)のch3であり、基準となる計測点は図2(b)のP3であるとする。ステップ310において、制御器60は、異なる計測領域のうちの一つの計測領域Aiを設定し、ステップ320において、計測領域Aiにおける基準面を算出する。具体的には、基準となる計測チャンネルch3に着目し、基準となる計測点P3で、指定した計測領域Aiにおけるフォーカス計測値をサンプルショット分(図2(a)では8ショット)取得する。取得した8ショット分のフォーカス計測値をもとに近似を行い基準面とする。なお、上記基準面は平面近似でもよいし、より詳細な基板の基準面を求めるために、高次の多項式を用いた曲面で近似してもよい。   FIG. 7 is a flowchart showing details of step 270. In step 300, the controller 60 designates a measurement channel as a reference and a measurement point as a reference for obtaining a reference plane. For example, it is assumed that the reference measurement channel in this embodiment is ch3 in FIG. 2B, and the reference measurement point is P3 in FIG. 2B. In step 310, the controller 60 sets one measurement area Ai among the different measurement areas, and in step 320, calculates a reference plane in the measurement area Ai. Specifically, paying attention to the reference measurement channel ch3, the focus measurement value in the designated measurement area Ai is acquired for the sample shot (8 shots in FIG. 2A) at the reference measurement point P3. Approximation is performed based on the acquired focus measurement values for 8 shots to obtain a reference plane. The reference plane may be approximated by a plane, or may be approximated by a curved surface using a higher-order polynomial in order to obtain a more detailed reference plane of the substrate.

ステップ330において、制御器60は、計測領域Aiにおいて、各計測チャンネルch1、ch2、・・・、chnの各計測点Pj(j=1,2・・・m)で、基準面からの差分をオフセットとしてサンプルショット分算出する。ステップ340において、制御器60は、全計測領域Aiでオフセットを算出したと判断しなければ、ステップ350において計測領域Aiを変更し、ステップ320に戻ることを繰り返す。制御器60(決定部62)は、図6のステップ270が終了したと判断すれば、ステップ280において、計測領域の最適化を行う。   In step 330, the controller 60 calculates the difference from the reference plane at each measurement point Pj (j = 1, 2,... M) of each measurement channel ch1, ch2,. The sample shot is calculated as an offset. If the controller 60 does not determine in step 340 that the offset has been calculated in all the measurement areas Ai, the controller 60 changes the measurement area Ai in step 350 and repeats the process in step 320. If controller 60 (decision unit 62) determines that step 270 in FIG. 6 has been completed, in step 280, controller 60 optimizes the measurement region.

図9は、ステップ280において、特定の計測点で計測領域の最適化を実施した例を示す図である。図9(a)は、図8(b)の計測領域A1、A2、・・・Akにおけるある計測チャンネルにおける計測点Pj(j=1,2・・・m)での基準面からのオフセットのサンプルショット間のばらつきを示した図である。このオフセットのサンプルショット間のばらつきは、計測の再現性を示す指標である。なお、図9(a)には所定のトレランスが記されている。このトレランスは基板プロセスのデザインルールによって決められる。このトレランスは、例えば、65nmNodeのW−CMPプロセスの場合では50nm、Cuのデュアルダマシンプロセスの場合では30nmというように規定できるものである。   FIG. 9 is a diagram illustrating an example in which the measurement region is optimized at a specific measurement point in step 280. 9A shows the offset from the reference plane at the measurement point Pj (j = 1, 2,..., M) in a measurement channel in the measurement regions A1, A2,... Ak in FIG. It is the figure which showed the dispersion | variation between sample shots. The variation of the offset between sample shots is an index indicating the reproducibility of measurement. Note that FIG. 9A shows a predetermined tolerance. This tolerance is determined by the substrate process design rules. This tolerance can be defined, for example, as 50 nm in the case of a 65 nm Node W-CMP process and 30 nm in the case of a Cu dual damascene process.

図9(b)は、現行の計測領域A1におけるサンプルショット間ばらつきのうち、前記トレランスを超えている計測点P1及びP4について計測領域毎にプロットさせた図である。この例では、計測点P1については、計測領域A3のみでオフセットのサンプルショット間ばらつきが所定のトレランスよりも小さいことが示され、現行の計測領域A1の代わりに計測領域A3を最適な計測領域として設定すればよい。計測点P4については、複数の計測領域A3及びA4で所定のトレランスよりも小さいことが示されている。特に、オフセットのショット間ばらつきが小さいほどフォーカス精度は向上するという観点に立ち、ショット間ばらつき(計測の再現性を示す指標)が最小である計測領域A4を最適な計測領域として設定すればよい。   FIG. 9B is a diagram in which the measurement points P1 and P4 exceeding the tolerance among the sample shot variations in the current measurement area A1 are plotted for each measurement area. In this example, with respect to the measurement point P1, it is indicated that the variation between the offset sample shots is smaller than a predetermined tolerance only in the measurement region A3, and the measurement region A3 is set as an optimal measurement region instead of the current measurement region A1. You only have to set it. The measurement point P4 is shown to be smaller than a predetermined tolerance in the plurality of measurement areas A3 and A4. In particular, from the viewpoint that the focus accuracy is improved as the offset shot-to-shot variation is smaller, the measurement region A4 having the smallest shot-to-shot variation (an index indicating the reproducibility of measurement) may be set as the optimum measurement region.

[第2の実施形態]
図10は、計測領域の最適化に関する第2の実施形態を示す図であり、全計測点で最適化を実施した図である。第2の実施形態は、各計測チャンネルに着目した場合に、CCDの蓄積時間は同一走査においては一定であるほうが望ましい、という場合に特に効果がある。図10(a)では、ある計測チャンネルにおいて、基板ステージの走査速度を一定にし、CCDの蓄積時間を複数設定することで得られた各計測領域A1、A2、・・・Akにおけるオフセットのサンプルショット間ばらつきを示す。なお、各計測領域Aiによらずに各計測点Pjが一致するために、CCDの蓄積開始時間のタイミングを調整している。図10(a)では、上述の基板プロセスのデザインルールによって決まる所定のトレランスが記されており、現行の計測領域A1においては、当該計測チャンネルにつきオフセットのサンプルショット間のばらつきの平均がトレランスを超えている。図10(b)は、現行の計測領域A1も含め、各計測領域毎にオフセットのサンプルショット間のばらつきの平均値(計測の再現性を示す指標の平均値)をプロットしたものを示す。この例では、図10(b)において、オフセットのサンプルショット間ばらつき(指標)の平均値が所定のトレランスよりも小さい計測領域A4を、当該計測チャンネルにおける全計測点で共通する最適な計測領域として設定すればよい。
[Second Embodiment]
FIG. 10 is a diagram illustrating a second embodiment related to optimization of a measurement region, and is a diagram in which optimization is performed at all measurement points. The second embodiment is particularly effective when focusing on each measurement channel and when it is desirable that the CCD accumulation time is constant in the same scan. In FIG. 10A, sample shots of offsets in measurement areas A1, A2,... Ak obtained by setting the scanning speed of the substrate stage constant and setting a plurality of CCD accumulation times in a certain measurement channel. It shows the variation between the two. Note that the timing of the accumulation start time of the CCD is adjusted so that the measurement points Pj coincide with each other regardless of the measurement areas Ai. FIG. 10A shows a predetermined tolerance determined by the design rule of the substrate process described above. In the current measurement region A1, the average of variations between offset sample shots for the measurement channel exceeds the tolerance. ing. FIG. 10B shows a plot of an average value of variations between offset sample shots (an average value of an index indicating measurement reproducibility) for each measurement region including the current measurement region A1. In this example, in FIG. 10B, the measurement area A4 in which the average value of the variation (index) between the sample shots of the offset is smaller than a predetermined tolerance is set as the optimum measurement area common to all measurement points in the measurement channel. You only have to set it.

[第3の実施形態]
図11は、第3の実施形態を示すフロー図である。第3の実施形態は、事前に最小単位の計測領域でフォーカス計測を実施しておき、それより長い計測領域でのフォーカス計測値を推定してから、その結果に基づいて計測領域を最適化する。ステップ200において、先行基板を搬入した後、ステップ215において、制御器60はフォーカス計測のための最小計測領域を設定する。ステップ220において最小計測領域のみで事前にフォーカス計測を実施し、ステップ250においてサンプルショットでのフォーカス計測が終了するまでステップ260でサンプルショットを移動することを繰り返す。続いて、ステップ265において、最小計測領域でのフォーカス計測値に基づいて各計測領域Aiにおけるフォーカス計測値を推測する。
[Third Embodiment]
FIG. 11 is a flowchart showing the third embodiment. In the third embodiment, focus measurement is performed in advance in a measurement region of the minimum unit, a focus measurement value in a longer measurement region is estimated, and then the measurement region is optimized based on the result. . In step 200, after loading the preceding substrate, in step 215, the controller 60 sets a minimum measurement area for focus measurement. In step 220, focus measurement is performed in advance only in the minimum measurement region, and in step 250, moving the sample shot in step 260 is repeated until focus measurement in the sample shot is completed. Subsequently, in step 265, the focus measurement value in each measurement area Ai is estimated based on the focus measurement value in the minimum measurement area.

図12は、第3の実施形態における計測領域を示す図であり、計測領域によらず計測点が一致している例である。図12を用いて、最小計測領域でのフォーカス計測値から各計測領域Aiでのフォーカス計測値を推定する手法を説明する。図12において、例えば計測領域A1は最小計測領域4つ分に相当しており、計測領域A2は最小計測領域6つ分に相当している。したがって、計測領域A1におけるフォーカス計測値は、A1に相当する最小計測領域4つのフォーカス計測値の積分によって求めることができる。また、計測領域A2におけるフォーカス計測値は、A2に相当する最小計測領域6つのフォーカス計測値の積分によって求めることができる。   FIG. 12 is a diagram illustrating a measurement region in the third embodiment, and is an example in which measurement points are matched regardless of the measurement region. A method of estimating the focus measurement value in each measurement area Ai from the focus measurement value in the minimum measurement area will be described with reference to FIG. In FIG. 12, for example, the measurement area A1 corresponds to four minimum measurement areas, and the measurement area A2 corresponds to six minimum measurement areas. Accordingly, the focus measurement value in the measurement area A1 can be obtained by integrating the four focus measurement values in the minimum measurement area corresponding to A1. Further, the focus measurement value in the measurement area A2 can be obtained by integration of the six focus measurement values in the minimum measurement area corresponding to A2.

次に、これまでの記載した実施形態と同様に、ステップ270において各計測領域における各計測チャンネル、各計測点でのオフセットの算出をし、ステップ280にて、計測領域の最適化を行えばよい。   Next, similarly to the embodiments described so far, in step 270, the offset at each measurement channel and each measurement point in each measurement region is calculated, and in step 280, the measurement region is optimized. .

[第4の実施形態]
図13は、第4の実施形態における計測領域Aiを示す図である。これまでの実施形態では、計測点Pjの位置が、計測領域Aiによって不変である場合について記載してきた。しかし、計測点Pjの位置は微小にずれていてもよい。図13は、例えば、ステージの走査速度は変えずに、CCD蓄積開始時間を一致させ、蓄積終了時間を変えた場合の図で、計測領域Aiは計測開始位置が一致しており、計測終了位置が異なっている。この場合、計測領域Aiの変化に伴って計測点が厳密には若干ずれることとなるが、計測終了位置付近のみの基板プロセスの影響をキャンセルさせるためには効果がある。
[Fourth Embodiment]
FIG. 13 is a diagram illustrating a measurement area Ai according to the fourth embodiment. In the embodiments so far, the case where the position of the measurement point Pj is not changed by the measurement region Ai has been described. However, the position of the measurement point Pj may be slightly shifted. FIG. 13 shows, for example, a case where the CCD accumulation start time is matched and the accumulation end time is changed without changing the scanning speed of the stage. In the measurement area Ai, the measurement start position coincides with the measurement end position. Is different. In this case, the measurement point is slightly shifted with the change of the measurement area Ai, but it is effective to cancel the influence of the substrate process only in the vicinity of the measurement end position.

図14(a)は、ある計測チャンネルの現行の計測点Pjを示しており、図14(b)が本発明による計測領域の最適化によって求められた計測点Pj'及びオフセットである。特に、ツインステージの場合、計測ステーションにおいてフォーカス計測を詳細に行って事前に基板全体の平面度を取得し、露光ステーションにおいてステージの基準マークの高さ計測のみを行って露光スリットと基板との高さ制御を行っている。したがって、計測ステーションにおけるフォーカス計測時には計測点は必ずしも等間隔である必要はなく、本発明による計測領域の最適化が適用可能である。   FIG. 14A shows the current measurement point Pj of a certain measurement channel, and FIG. 14B shows the measurement point Pj ′ and offset obtained by optimization of the measurement region according to the present invention. In particular, in the case of a twin stage, the focus measurement is performed in detail at the measurement station to obtain the flatness of the entire substrate in advance, and the height of the reference mark on the stage is only measured at the exposure station to determine the height between the exposure slit and the substrate Control. Therefore, the measurement points do not necessarily need to be equally spaced during focus measurement at the measurement station, and the measurement area optimization according to the present invention can be applied.

図14(b)のように、計測点Pj'が不等間隔であるとする。そのような場合でも、当該計測点Pj'でのオフセットを算出した後に、図14(c)のように計測点Pj'でのフォーカス計測値に対してオフセット補正を行えば、計測点Pj'において許容範囲を超えるデフォーカが生じにくくなる。そして、露光ステーションと計測ステーションとの間で基板ステージのスワップ(交換)または移動が行われている間に、直線補間や3次スプライン補間のような統計的な手法により、露光制御に必要な基板の表面形状(高さ分布)を算出することが可能である。   As shown in FIG. 14B, it is assumed that the measurement points Pj ′ are at unequal intervals. Even in such a case, if the offset correction is performed on the focus measurement value at the measurement point Pj ′ as shown in FIG. 14C after calculating the offset at the measurement point Pj ′, the measurement point Pj ′ is Defocuser exceeding the allowable range is less likely to occur. Then, while the substrate stage is swapped (moved) or moved between the exposure station and the measurement station, a substrate necessary for exposure control is obtained by a statistical method such as linear interpolation or cubic spline interpolation. It is possible to calculate the surface shape (height distribution).

[第5の実施形態]
図15は第5の実施形態における計測領域Aiを示す図である。図15は、第3の実施形態において、各計測領域でフォーカス計測の計測開始位置を一致させた場合に相当する。図15を用いて、最小計測領域でのフォーカス計測値から各計測領域Aiでのフォーカス計測値を推定することを説明する。図15において、例えば計測領域A1は最小計測領域3つ分に相当しており、計測領域A2は最小計測領域4つ分に相当している。したがって、計測領域A1におけるフォーカス計測値は、A1に相当する最小計測領域3つのフォーカス計測値の積分によって求めることができる。また、計測領域A2におけるフォーカス計測値は、A2に相当する最小計測領域4つのフォーカス計測値の積分によって求めることができる。
[Fifth Embodiment]
FIG. 15 is a diagram showing a measurement area Ai in the fifth embodiment. FIG. 15 corresponds to the case where the measurement start positions of the focus measurement are matched in each measurement region in the third embodiment. The estimation of the focus measurement value in each measurement area Ai from the focus measurement value in the minimum measurement area will be described with reference to FIG. In FIG. 15, for example, the measurement area A1 corresponds to three minimum measurement areas, and the measurement area A2 corresponds to four minimum measurement areas. Accordingly, the focus measurement value in the measurement area A1 can be obtained by integration of the three focus measurement values in the minimum measurement area corresponding to A1. Further, the focus measurement value in the measurement area A2 can be obtained by integrating the four focus measurement values in the minimum measurement area corresponding to A2.

本発明の第5の実施形態も、計測点の位置が微小にずれる場合であるが、第4の実施形態と同様の最適化をツインステージの場合に適用すれば効果がある。   The fifth embodiment of the present invention is also a case where the position of the measurement point is slightly shifted, but it is effective if the same optimization as in the fourth embodiment is applied to the case of the twin stage.

[第6の実施形態]
図16は第6の実施形態における計測領域Aiを示す図である。これまで記載した実施形態ではいずれも計測領域Aiの幅(以下、計測幅と呼ぶ)が変化している場合を記載してきたが、これに限らず、計測幅が一定の場合でも計測点を微小にずらすことにより、結果的に計測領域をずらすことが可能である。
[Sixth Embodiment]
FIG. 16 is a diagram showing a measurement area Ai in the sixth embodiment. In all the embodiments described so far, the case where the width of the measurement region Ai (hereinafter referred to as the measurement width) has been described has been described. However, the present invention is not limited to this, and the measurement points are minute even when the measurement width is constant. As a result, the measurement area can be shifted.

図16は計測幅が一定であり、計測点をステージ走査方向に微小にずらして計測した計測領域の一例を示した図である。具体的には、ステージの走査速度やCCDのトータルの蓄積時間は変えずに、蓄積開始時間のタイミングを変えることによって実現が可能である。本実施形態では、特に各計測領域における計測点Pjの微小なずれに対応するために、図16に示すように計測領域Aiにおける計測点Pjに対してはPj(Ai)と記載して区別する。   FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a measurement region in which the measurement width is constant and the measurement points are measured by being slightly shifted in the stage scanning direction. Specifically, it can be realized by changing the timing of the accumulation start time without changing the scanning speed of the stage or the total accumulation time of the CCD. In the present embodiment, in order to cope with a minute shift of the measurement point Pj in each measurement region, as shown in FIG. 16, the measurement point Pj in the measurement region Ai is described as Pj (Ai) and distinguished. .

図17(a)は、図16における計測領域Aiにおけるオフセットのサンプルショット間ばらつきを示した図である。ここで、計測点に関しては、計測領域A1、計測領域A2の計測点P1に対して、P1(A1)、P1(A2)のように区別をしている。図17(b)は、現行の計測領域A1に着目し、所定のトレランスを超える計測点P1について、異なる計測領域AiでのオフセットP1(A1)、P1(A2)、・・・P1(Ak)のサンプルショット間ばらつきを計測領域毎にプロットしたものである。図17(b)では、計測領域A3でサンプルショット間ばらつき(計測の再現性を示す指標)が所定のトレランスより小さいために、現行の計測領域A1の代わりに計測点P1では計測領域A3を選択すればよい。   FIG. 17A is a diagram showing variation between offsets of sample shots in the measurement area Ai in FIG. Here, regarding the measurement points, the measurement points P1 in the measurement region A1 and the measurement region A2 are distinguished as P1 (A1) and P1 (A2). FIG. 17B focuses on the current measurement area A1, and offsets P1 (A1), P1 (A2),... P1 (Ak) at different measurement areas Ai for measurement points P1 exceeding a predetermined tolerance. The sample shot variation is plotted for each measurement region. In FIG. 17B, since the variation between sample shots (an index indicating the reproducibility of measurement) is smaller than a predetermined tolerance in the measurement area A3, the measurement area A3 is selected at the measurement point P1 instead of the current measurement area A1. do it.

[第7の実施形態]
第7の実施形態は、フォーカス計測領域の最適化の応用例を示した実施形態である。図18は、実際の露光の前に、フォーカス及び露光量を変えて露光条件出しを行う、いわゆるFEM(Focus Exposure Matrix)露光時に、計測領域の最適化手法を適用した場合のフロー図である。FEM露光時には、露光量を細かく振って設定する必要があるために、基板ステージの走査速度は実際の露光時よりも低速で行われることが多い。そこで、ステップ400では、本発明のフォーカス計測を低速の走査速度で実施して、計測領域の最適化を事前に行っておく。ステップ410において、FEM露光により露光条件を設定する。その後に、ステップ420において、ステップ400で最適化した計測領域を一致させるように、FEM露光時より高速な実際の露光での基板ステージの走査速度に対応したCCDの蓄積時間を設定する。ステップ430では設定したCCD蓄積時間を用いて実際の露光で用いる基板でフォーカス計測を行い、ステップ440にて露光処理を実施すればよい。
[Seventh Embodiment]
The seventh embodiment is an embodiment showing an application example of optimization of the focus measurement area. FIG. 18 is a flowchart in the case of applying a measurement region optimization technique during so-called FEM (Focus Exposure Matrix) exposure in which exposure conditions are determined by changing the focus and exposure amount before actual exposure. At the time of FEM exposure, since it is necessary to finely shake and set the exposure amount, the scanning speed of the substrate stage is often performed at a lower speed than that at the time of actual exposure. Therefore, in step 400, the focus measurement of the present invention is performed at a low scanning speed, and the measurement area is optimized in advance. In step 410, exposure conditions are set by FEM exposure. Thereafter, in step 420, the CCD accumulation time corresponding to the scanning speed of the substrate stage in the actual exposure faster than that in the FEM exposure is set so that the measurement regions optimized in step 400 are matched. In step 430, focus measurement is performed on the substrate used in actual exposure using the set CCD accumulation time, and exposure processing is performed in step 440.

[第8の実施形態]
これまで記載した実施形態は、いずれも先行基板についてのみ計測領域の最適化を行う場合を記載してきたが、これに限らず実際の露光の途中でも露光すべき基板毎に計測領域の最適化を行ってもよい。図19は、第8の実施形態を示すフロー図である。まず、ステップ500で実際の露光すべき基板を搬入したあと、ステップ510にて所定のサンプルショットで、設定した計測領域でフォーカス計測を行い、オフセットのサンプルショット間のばらつきを取得する。ステップ530で、このばらつきが事前に設定した所定のトレランスより超えている場合には、ステップ540にて、再度計測領域の最適化を実施するというシーケンスも可能である。その後、ステップ550で露光処理を行い、ステップ560にて基板を搬出し、ステップ570ですべての基板が露光済みになるまで繰り返せばよい。
[Eighth Embodiment]
In all the embodiments described so far, the measurement area is optimized only for the preceding substrate. However, the measurement area is not limited to this, and the measurement area is optimized for each substrate to be exposed even during the actual exposure. You may go. FIG. 19 is a flowchart showing the eighth embodiment. First, after the substrate to be actually exposed is loaded in Step 500, focus measurement is performed in a set measurement region with a predetermined sample shot in Step 510, and the variation between the sample shots of the offset is acquired. If this variation exceeds a predetermined tolerance set in advance in step 530, a sequence of optimizing the measurement region again in step 540 is possible. Thereafter, an exposure process is performed in step 550, the substrate is unloaded in step 560, and the process is repeated until all the substrates are exposed in step 570.

[デバイス製造の実施形態]
図21及び図22を参照して、上述の露光装置1を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図21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1(回路設計)ではデバイスの回路設計を行う。ステップ2(マスク製作)では、設計した回路パターンを形成したマスク(原版またはレチクルともいう)を製作する。ステップ3(ウエハ製造)ではシリコンなどの材料を用いてウエハ(基板ともいう)を製造する。ステップ4(基板プロセス)は前工程と呼ばれ、マスクと基板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6(検査)では、ステップ5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7)される。
[Device Manufacturing Embodiment]
With reference to FIGS. 21 and 22, an embodiment of a device manufacturing method using the above-described exposure apparatus 1 will be described. FIG. 21 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 1 (circuit design), the device circuit is designed. In step 2 (mask production), a mask (also referred to as an original plate or a reticle) on which the designed circuit pattern is formed is produced. In step 3 (wafer manufacture), a wafer (also referred to as a substrate) is manufactured using a material such as silicon. Step 4 (substrate process) is called a pre-process and is a process for forming a semiconductor chip using a mask and a substrate, and includes processes such as an assembly process (dicing and bonding) and a packaging process (chip encapsulation). In step 6 (inspection), inspections such as an operation confirmation test and a durability test of the semiconductor device created in step 5 are performed. Through these steps, the semiconductor device is completed and shipped (step 7).

図22は、ステップ4の基板プロセスの詳細なフローチャートである。ステップ11(酸化)では、基板の表面を酸化させる。ステップ12(CVD)では、基板の表面に絶縁膜を形成する。ステップ13(電極形成)では、基板上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ14(イオン打ち込み)では基板上にイオンを打ち込む。ステップ15(レジスト処理)では基板に感光剤を塗布する。ステップ16(露光)では、露光装置1を用い、マスクに形成されたパターンを介し基板を露光する。ステップ17(現像)では、露光した基板を現像する。ステップ18(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19(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基板上に多重に回路パターンが形成される。   FIG. 22 is a detailed flowchart of the substrate process in Step 4. In step 11 (oxidation), the surface of the substrate is oxidized. In step 12 (CVD), an insulating film is formed on the surface of the substrate. In step 13 (electrode formation), an electrode is formed on the substrate by vapor deposition or the like. In step 14 (ion implantation), ions are implanted on the substrate. In step 15 (resist process), a photosensitive agent is applied to the substrate. In step 16 (exposure), the exposure apparatus 1 is used to expose the substrate through the pattern formed on the mask. In step 17 (development), the exposed substrate is developed. In step 18 (etching), portions other than the developed resist image are removed. In step 19 (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 substrate.

本発明の計測方法の概要を説明するフロー図。The flowchart explaining the outline | summary of the measuring method of this invention. オフセット計測方法を説明する図。The figure explaining the offset measuring method. 基板上のパターンの反射率差による計測誤差を説明する図。The figure explaining the measurement error by the reflectance difference of the pattern on a board | substrate. 計測領域におけるオフセットを説明した図。The figure explaining the offset in a measurement field. 各計測点におけるオフセットのショット間ばらつきを示した図。The figure which showed the dispersion | variation between shots of the offset in each measurement point. 第1の実施形態を示すフロー図。The flowchart which shows 1st Embodiment. 第1の実施形態における基準面からのオフセットを算出する方法を示すフロー図。The flowchart which shows the method of calculating the offset from the reference plane in 1st Embodiment. 第1の実施形態における計測領域の一例を示した図。The figure which showed an example of the measurement area | region in 1st Embodiment. 第1の実施形態における計測領域を最適化する手法を示した図。The figure which showed the method of optimizing the measurement area | region in 1st Embodiment. 第2の実施形態における計測領域を最適化する手法を示した図。The figure which showed the method of optimizing the measurement area | region in 2nd Embodiment. 第3の実施形態を示すフロー図。The flowchart which shows 3rd Embodiment. 第3の実施形態における計測領域の一例を示した図。The figure which showed an example of the measurement area | region in 3rd Embodiment. 第4の実施形態における計測領域の一例を示す図。The figure which shows an example of the measurement area | region in 4th Embodiment. 第4の実施形態を示した図。The figure which showed 4th Embodiment. 第5の実施形態における計測領域の一例を示す図。The figure which shows an example of the measurement area | region in 5th Embodiment. 第6の実施形態における計測領域の一例を示す図。The figure which shows an example of the measurement area | region in 6th Embodiment. 第6の実施形態における計測領域を最適化する手法を示した図。The figure which showed the method of optimizing the measurement area | region in 6th Embodiment. 本発明におけるフォーカス計測をFEM露光時に適用した場合のフロー図。FIG. 4 is a flowchart when focus measurement according to the present invention is applied during FEM exposure. 第8の実施形態を示すフロー図。The flowchart which shows 8th Embodiment. 本発明に係る半導体露光装置の全体的な構成を説明する図である。It is a figure explaining the whole structure of the semiconductor exposure apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るデバイス製造プロセスを説明するフロー図。The flowchart explaining the device manufacturing process which concerns on this invention. 本発明に係る基板プロセスを説明するフロー図。The flowchart explaining the board | substrate process which concerns on this invention.

Claims (9)

原版からの光を投影する投影光学系を有し、前記投影光学系を介して基板を露光する露光装置であって、
基板に配されたショット内の計測点に関し、前記投影光学系の光軸の方向における該基板の表面の位置を計測する計測器と、
該計測点の複数の大きさそれぞれに関し、該基板に配された複数のショットにおいて前記計測器に該表面の位置を計測させ、該計測された位置に基づき、該複数の大きさそれぞれに関して計測の再現性を示す指標を算出し、該算出された指標に基づいて該計測点の大きさを決定する制御器と、
を有することを特徴とする露光装置。
An exposure apparatus having a projection optical system for projecting light from an original, and exposing a substrate through the projection optical system,
A measuring instrument that measures the position of the surface of the substrate in the direction of the optical axis of the projection optical system with respect to the measurement points in the shot arranged on the substrate;
With respect to each of the plurality of sizes of the measurement points, the measurement device is caused to measure the position of the surface in a plurality of shots arranged on the substrate, and based on the measured position, measurement of each of the plurality of sizes is performed. A controller that calculates an index indicating reproducibility and determines the size of the measurement point based on the calculated index;
An exposure apparatus comprising:
前記制御器は、該計測点を該ショット内に複数設定し、該複数の計測点それぞれの大きさを決定することを特徴とする請求項1に記載の露光装置。   The exposure apparatus according to claim 1, wherein the controller sets a plurality of measurement points in the shot and determines the size of each of the plurality of measurement points. 前記制御器は、該計測点を該ショット内に複数設定し、該複数の大きさそれぞれに関して該複数の計測点における該指標の平均値を算出し、該算出された平均値に基づき、該複数の計測点に対して共通の計測点の大きさを決定することを特徴とする請求項1に記載の露光装置。   The controller sets a plurality of the measurement points in the shot, calculates an average value of the index at the plurality of measurement points for each of the plurality of sizes, and based on the calculated average value, The exposure apparatus according to claim 1, wherein a size of a common measurement point is determined for the measurement points. 前記制御器は、該計測点の大きさの単位を設定し、該単位ごとに該計測器に該表面の位置を計測させ、該単位ごとに計測された該表面の位置に基づき、該複数の大きさそれぞれに関して該表面の位置を算出し、該算出された該表面の位置に基づき、該複数の大きさそれぞれに関して該指標を算出することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の露光装置。   The controller sets a unit of size of the measurement point, causes the measurement unit to measure the position of the surface for each unit, and based on the position of the surface measured for each unit, The position of the surface is calculated for each of the sizes, and the index is calculated for each of the plurality of sizes based on the calculated position of the surface. The exposure apparatus according to item 1. 前記制御器は、該複数のショットそれぞれに関して前記計測器により計測された該表面の位置に基づき、該複数のショットそれぞれに関して該計測点に対応したオフセットを算出し、該複数のショット間での該オフセットのばらつきを該指標として算出することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の露光装置。   The controller calculates an offset corresponding to the measurement point for each of the plurality of shots based on the position of the surface measured by the measuring instrument for each of the plurality of shots. The exposure apparatus according to claim 1, wherein a variation in offset is calculated as the index. 前記制御器は、該複数の大きさのうち該オフセットのばらつきが最小となるものを選択することを特徴とする請求項5に記載の露光装置。   6. The exposure apparatus according to claim 5, wherein the controller selects one of the plurality of sizes that minimizes variation in the offset. 走査露光装置であることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の露光装置。   The exposure apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the exposure apparatus is a scanning exposure apparatus. 該基板を保持し且つ移動する基板ステージを有し、前記計測器は、移動している前記基板ステージに保持された該基板の表面の位置を計測することを特徴とする請求項7に記載の露光装置。   The substrate stage that holds and moves the substrate, and the measuring instrument measures the position of the surface of the substrate held on the moving substrate stage. Exposure device. 請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
該露光された基板を現像する工程と、
を有することを特徴とするデバイス製造方法。
A step of exposing the substrate using the exposure apparatus according to claim 1;
Developing the exposed substrate;
A device manufacturing method comprising:
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