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JP3618907B2 - Pattern formation state detection apparatus and projection exposure apparatus using the same - Google Patents

Pattern formation state detection apparatus and projection exposure apparatus using the same Download PDF

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JP3618907B2
JP3618907B2 JP17643296A JP17643296A JP3618907B2 JP 3618907 B2 JP3618907 B2 JP 3618907B2 JP 17643296 A JP17643296 A JP 17643296A JP 17643296 A JP17643296 A JP 17643296A JP 3618907 B2 JP3618907 B2 JP 3618907B2
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パターン形成状態検出装置及びそれを用いて投影露光装置に関し、例えばICやLSI等の半導体デバイスやCCD等の撮像デバイスや液晶パネル等の表示デバイスや磁気ヘッド等のデバイスを製造する工程のうち、リソグラフィー工程において使用される投影露光装置の露光状態を測定し、リアルタイム又は迅速に最適な露光条件を決定し、露光する際に好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、IC、LSI等の半導体デバイスの高集積化がますます加速度を増しており、これに伴う半導体ウエハの微細加工技術の進展も著しい。この微細加工技術としてマスク(レチクル)の回路パターン像を投影光学系(投影レンズ)により感光基板上に形成し、感光基板をステップ&リピート方式で露光する縮小投影露光装置(ステッパー)が種々と提案されている。
【0003】
このステッパーにおいては、レチクル上の回路パターンを所定の縮小倍率を持った投影光学系を介してウエハ面上の所定の位置に縮小投影して転写を行い、1回の投影転写終了後、ウエハが載ったステージを所定の量、移動して再び転写を行うステップを繰り返してウエハ全面の露光を行っている。
【0004】
一般に投影光学系を有したステッパーを用いて微細な回路パターンの転写を行うにはウエハ面への露光量やウエハのフォーカス位置(投影光学系の光軸方向の位置)等の露光条件を適切に設定することが重要になってくる。
【0005】
このため、従来のステッパーでは、量産工程に入る前の試し焼き工程(センドアヘッド)で1ショット毎に露光条件、即ちフォーカス位置と露光量(シャッター時間)の少なくとも一方を変えながら、感光基板に焼付け後、感光基板を現像して直線上のパターンの線幅を、光学顕微鏡や線幅測定装置で計測することで最適な露光条件を決定している。
【0006】
例えばウエハ上のショット領域の配列の横方向についてはフォーカス値を一定にして露光量(シャッター時間)を一定量ずつ変えて露光を行い、ショット配列の縦方向には、露光量を一定にしてフォーカス値を一定量ずつ変えて露光している。
【0007】
そして現像後に形成された各ショット内のライン(L)&スペース(S)のレジストパターン(L&Sパターン)の線幅を走査型電子顕微鏡(SEM)で測長して検出し、これにより投影レンズの最適焦点位置と最適露光量を算出している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
従来のステッパーにおいて最適な露光条件(露光量やフォーカス位置)を設定するにはウエハ上に形成したレジストパターンの線幅をSEM等で計測しているため、処理時間がかるという問題点があった。
【0009】
本発明は、露光によるレジストの感光状態(潜像)あるいは現像後のL&S等の感光パターンの形成状態を複数の入射条件で入射した入射光束の変化、例えば反射光の強度の変化や偏光状態の変化を利用して測定し、その測定値から最適な露光条件を決定し、その最適露光条件でウエハーを量産露光していくことにより短時間で最適な露光条件を設定することができ、高集積度の投影パターンが容易に得られるパターン形成状態検出装置及びそれを用いた投影露光装置の提供を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明のパターン形成状態検出装置は、物体に塗布された感光体に光学系を介して周期的パターンを感光させることにより形成された感光パターンの形成状態を検出する装置において、該感光パターンに光束を照射する照射手段と、該感光パターンからの光束を受光する受光手段と、該受光手段により受光される光束の偏光状態の変化を検出し、該検出結果に基づき該感光パターンの形成状態を求める処理手段と、該照明手段により該感光パターンに照射する光束の入射角又は波長又は入射方位角の少なくとも一つを変化させる入射条件変更手段とを有することを特徴としている。
【0047】
【発明の実施の形態】
まず本発明において第1物体(レチクル)面上のパターンを第2物体(ウエハ)に投影露光するときの最適な露光条件の設定方法の特徴について説明する。
【0048】
本発明ではパターンをレジストに転写した場合、
(イ)フォーカス位置
(ロ)露光量
の変化に伴ってレジストパターンの屈折率平均値あるいは実効値が変化する原理を利用している。
【0049】
そこで本発明においては、レチクル(R)に例えば一方向に周期を持つL&Sの露光条件測定用パターンを形成したマスクを用いて、その基準パターンの像をウエハ(W)へ露光量とフォーカスの少なくとも一方の条件を変えてウエハ上に順次露光している。
【0050】
そして、この露光によりできたウエハー上のレジスト内の潜像(露光により化学変化等を起こして屈折率が変化した部分で構成された像)もしくは現像後の凹凸パターンに対し、光束入射手段より複数の入射条件で入射光束を照射し、該感光パターンからの信号光束を受光手段で受光している。受光手段からの信号を用いて入射光束の変化(入射光束の偏光状態の変化や強度の変化等)を検出し、複数の入射条件に対応した複数の光束の変化の検出によって感光パターンの形成状態を処理手段で求めている。そして処理手段からの信号に基づいて制御手段によりウエハ面への露光条件(露光量やウエハの光軸方向の位置など)を制御している。
【0051】
次に光束の変化として入射光束の偏光状態の変化を用いて場合を例にとり説明する。
【0052】
感光パターンに対し、所定の波長と所定の偏光状態を持つ光束を所定の入射角でレジストに入射させている。その光束がレジスト内を透過し、ウエハ基板上で反射し、さらにレジストを再び透過して出射してきた光束、及びレジスト表面で直接反射した光束とが合波したできた光束の偏光状態を測定する。
【0053】
凹凸パターン位相型回折格子に対し、そのピッチ以上の波長では回折光を生じず、複屈折特性をもつことが知られている。
【0054】
本発明の実施形態では反射光を検出する場合を中心に示すが、レジストパターンのピッチが波長より大きいときは回折光を生じ、この回折光でも同様の測定ができる。
【0055】
次に本発明で用いている偏光解析法について説明する。
【0056】
今、格子厚をd、デューティ比(周期に対する残存レジスト部分の比)をtとし、周期以上の波長を持つレーザー光が複屈折素子に垂直に入射したと仮定する。このとき、入射光の偏光状態が格子の溝に平行であるか垂直であるかによって複屈折素子の周期構造部分での屈折率n‖、n⊥は、それぞれ次式で与えられることが知られている(光学の原理III:ボルン・ウォルフ著)。今、格子の溝に平行な光に対する実効屈折率をn‖、垂直な光に対する実効屈折率をn⊥とすると、
【0057】
【外1】

Figure 0003618907
ここでn1、n2はそれぞれ格子のL(ライン部分)とS(スペース相当部分)の屈折率である。ライン部分Lとスペース部分Sは、レジストの潜像の場合、Lがレジスト、Sが露光されたレジストであり、レジストを現像した場合、LがレジストでSが空気等の気体である。
【0058】
また上記屈折率の式は周期構造の周期が波長に対して十分小さい場合の近似式であり、厳密に電界を計算することで周期が波長同等の場合や、周期構造以外の屈折率も計算できる。
【0059】
偏光解析のモデルはウエハ基板上の所定の厚みの複屈折媒質の複屈折率を測定することに相当する。偏光解析法とは、このウエハ基板上に、P/S(P偏光/S偏光)の位相差0、振幅比1の直線偏光光を所定の角度θで入射させ、その反射光の位相差(Δ)と振幅比(ψ)を測定し、n‖、n⊥を求めることができるものである。そして、予め測定したライン部分Lとスペース部分Sの屈折率n1、n2及びレジスト厚dと、この偏光解析法により求まったn‖、n⊥の値から、上記式や厳密に解いた式を用いてデューティtを求めている。またこの偏光解析法は公知であるので詳細は省略する。
【0060】
入射光束の条件(入射角、パターン方向に対する方位角、波長)についてはレジストの屈折率や、膜厚、パターンの形状などで最適な条件が異なる。現像レジストパターンの測定と、潜像レジストパターンの測定とでも条件は異なる。更に潜像の場合、被露光部と未露光部との屈折率差が小さいため、露光条件の微小な変化でパターンの形状に発生する微小な変化を光束の微小な違いで分解検出するためには露光条件によって光束の変化が大きい入射条件で測定している。
【0061】
そのために本発明の一実施形態は複数の入射条件で入射可能な装置であり、上記のように偏光解析法を利用してレジスト内の潜像パターン、もしくは現像後の凹凸パターンのデューティを測定している。
【0062】
本発明の一実施形態ではある入射条件で測定した値から最適な入射条件を計算し、この最適な入射条件で測定することで分解能を高めて測定している。
【0063】
偏光解析法では入射条件によっては異なるレジスト膜厚やレジストパターン形状においても同じ偏光状態が再現されることがある。そのため、本発明の一実施形態では複数の入射条件で反射光の変化を検出することで、ある入射条件では重なっていたレジスト形状を別の入射条件で分解して測定値を求めている。
【0064】
本発明の一実施形態はL&Sのパターンを異なる露光条件で感光基板上に転写して複数の感光パターンを形成する工程と、前記複数の感光パターンに対し、順次、前記光束を照射し、その反射光の偏光状態を検出し、前記偏光状態から感光パターンのデューティを算出する工程と、前記デューティが所望になる露光条件を決定する工程と、その露光条件でその後、複数のウエハに焼き付ける工程を含み、前記光束入射手段は入射光束の入射条件を可変であることを特徴とする。
【0065】
(実施例1)
次に本発明の実施形態を図を用いて説明する。図1は本発明の実施例1の要部概略図、図2〜図5は図1の一部分を抽出したときの説明図である。
【0066】
本実施例は感光パターンを介した入射光束の変化として偏光状態の変化を利用した場合である。
【0067】
図1において101は縮小投影レンズであり、後述する露光用の光源107からの露光光で照明したレチクル102面上の回路パターン102aをウエハ103上に投影している。104はウエハチャックであり、ウエハ103を吸着している。105は粗微動ステージであり、ウエハチャック104をZ方向の粗微動させている。106はXYステージであり、XY方向にウエハチャック104を移動させている。107は露光用の光源である。108は構造体であり、光源107、レチクル102、鏡筒101及びウエハステージ106、アーチ306を支えている。
【0068】
次に本実施形態で用いているウエハ103の投影レンズ101の光軸方向の位置、即ちフォーカス位置を検出する為のフォーカス位置制御装置とレチクル102を露光光で照明する際の露光量制御装置とを有する制御手段について図4を参照して説明する。
【0069】
図3において201は半導体レーザ等の高輝度の光源である。光源201から出たレーザ光は折曲げミラー208により方向を変えられた後、ウエハ103の表面に入射する。ウエハ103の測定点P1で反射した後、光束は折曲げミラー209で方向を変えられた後、入射光束の2次元位置を検出する検出素子202に入射する。検出素子202は、例えばCCD等から成り、光束の入射位置を検知している。ウエハ103の表面のZ方向(投影レンズ101の光軸方向)の位置変化が検出素子202上の入射位置の位置ずれとなるように検出している。この検出素子202からの信号に基づいてフォーカス制御装置203はウエハ103のZ方向の位置、即ちフォーカス位置を粗微動ステージ105で制御している。
【0070】
206はシャッター開閉機構、207はハーフミラー、205は照度センサーであり、ハーフミラー207で反射した光源107からの光束の露光量を検出している。積算露光制御装置204は照度センサー205からの信号に基づいてシャッターの開閉機構206を制御して光源107からの光束の積算光量を制御している。これによりレチクル102を照射する露光量が予め設定した値となるように調整している。
【0071】
本実施例では、このような露光量制御装置とフォーカス位置制御装置より成る制御手段を利用してレチクル102面上のパターンをウエハ103面上に投影する際の露光条件を制御している。
【0072】
次に光源107からの露光光で照明したレチクル102面上のパターンをウエハ103面上に投影する場合について説明する。
【0073】
図4はレチクル102面上の基準パターン(以下「パターン」という)102pの説明図である。パターン102pはライン(L)とスペース(S)より成るL&Sのパターン1021、1022を互いに直交させて構成している。
【0074】
本実施形態ではL&Sのパターン1021、1022より成るパターン102pを描画したレチクル102をレチクルステージ102aにセットし、レジストを塗布したウエハ103をウエハチャック104にセットし、レチクル102のパターン102pをステップ&リピート方式でウエハ103上に順次露光していく。このとき前述したフォーカス制御装置203及び積算露光制御装置204を用いて図6に示すように1ショットである領域1031を順次焼き付け、パターン1021、1022の潜像10312および10311を焼き付ける。
【0075】
そしてX方向のショット位置に応じて、フォーカスオフセットを予想最適位置(予想ベストフォーカス位置)を中心に一定量ずつ変えながらステップ移動し、Y方向のショットに対しては同様に、最適露光量(シャッター時間)を中心に露光量を変えながら露光していく。図5の例では説明の都合上、3×3のマトリックスであるが、このショット数は多い方が条件を出し易くなる。
【0076】
図6は、このように順次露光したときのウエハ103のレジストの断面の説明図である。露光後のウエハ103のレジストは図6に示すようにレジスト内に潜像を形成する。潜像は露光光によってレジストが化学変化等で性質が変化して構成されたもので、この斜線で示した部分が露光した部分であり、一般的に屈折率が変化している。図6のマトリックス番地は図5のそれぞれに対応した位置での断面であり、(1)、(2)、(3)はそれぞれのチップのパターン像10312の断面を表している。
【0077】
次に、露光後のウエハ103のレジストは、図6に示す様に潜像を、ウエハチャック104から外すことなく、光源部301、受光部302、ドライバー303、そして偏光処理装置304で構成される偏光解析装置300により入射光に対する反射光の振幅比ψと位相差Δを測定する。
【0078】
図2は、この時の図1の偏光解析装置300の主要部分を抽出した概略図である。図10は図2の光路を展開した説明図である。図2、図10において光源部(光束入射手段)301は光源3011(ウエハ103上のL&Sピッチ以上の波長でHeNeレーザや半導体レーザばかりでなく分光器の単色光でも良い)と偏光素子3012(グラントムソン等)からなる。偏光素子3012はウエハ103に対し、P偏光成分(紙面に平行)とS偏光成分(紙面に垂直)が等量になるように紙面と偏光面が45度になるように設置している。従ってこの光束P,Sの位相差Δは0で、振幅比ψは1である。
【0079】
受光部(受光手段)302は、異方性の軸が光束305に直交したλ/4波長板3024、アナライザーであるところの偏光素子3022(グラントムソン等)、光電変換素子3021とを有している。更にλ/4板3024は光束305方向を回転軸とする回転機構3023内に保持され、ドライバー303の指令により一定速度で回転している。
【0080】
今、光源部301からの射出光305がウエハ103上のレジスト表面とウエハ表面で反射し、その合波光束がウエハ103上のレジストの複屈折率n1、n2等に応じてP、S偏光の位相差Δと振幅比ψが変化する。
【0081】
その光束を回転するλ/4板3024とアナライザー3022を通してディテクタ3021で検出し、位相差Δと振幅比ψに応じた正弦波の電気信号を得て、その振幅と直流成分の大きさ正弦波の位相情報から、上記Δ、ψを求めている。
【0082】
そして、偏光解析法で測定されたΔ、ψより求められた n‖、n⊥と、予め測定されているレジストの未露光部分の屈折率n1、被露光部分の屈折率n2、レジストの厚みd、および基板の複素屈折率nsより、デューティt⊥( n⊥を用いたときのデューティ)を以下の式で求めている。
【0083】
t⊥=n1**2・(n2**2−n⊥**2)/(n⊥**2・(n2**2−n1**2))
また、デューティt‖( n‖を用いたときのデューティ)は、
t‖=(n‖**2−n2**2)/(n1**2−n2**2)
となる。この2値を次のように平均化してデューティtの精度を高めている。
【0084】
t=(t⊥+t‖)/2
【0085】
図2で光源部302と受光部301はアーチ306に固定されており、ドライバー3031が駆動部307を稼動してこのアーチ306の上を円弧状に動き、入射角を変えることができる。例えば測定対象が現像処理前の潜像である場合、デューティを精度高く測定できる最適な入射角はレジストによって差があり、未露光部分と被露光部分の屈折率差や、膜厚などによって最適な角度を選んでいる。また、測定対象が現像処理前の潜像である場合と、現像処理後の現像パターンである場合とでも最適入射角は大きく異なる為、コンピューター304からの司令により測定対象に応じた入射角に変更している。
【0086】
一方、図7はサンプルのL&Sを偏光解析によって得られたデューティとそのサンプルを現像し、SEMで測定した値を比較することにより最適露光条件を見出す方法の説明図である。これにより偏光解析法で発生する下地の構造等で発生するデューティのオフセットを計り、以降の測定ではこのオフセット値を差し引いた値を補正された正しい測定値とする。このSEMとの比較はプロセス等の条件がかわる最初に一度だけすれば良く、以後はSEMは必要としない。
【0087】
次に図8、図9に示す露光条件の最適化のフローチャートを説明する。図8は1枚のウエハに8×6個のチップ露光をし、その偏光解析結果をΔ−ψマップ上に表した例である。例えば、ライン410上の測定点は露光量が一定でフォーカスが変化しているものであり、一方ライン401上の測定点は逆にフォーカスが一定で露光量が変化している。
【0088】
このΔ−ψのマップ上の四角枠AX内に示されたショットは、前述したようなSEM測定との対応により最適なデューティになっている範囲を示している。従って露光ショットを偏光解析法により測定し、Δ、ψがこの枠AXに入れば、最適デューティをしめしていることになる。
【0089】
以上をフロー化したフローチャートが図9である。まず、ウエハにレジストをコートする。レジストの厚みがわかっていなければ、このとき測定する。次に前述したようにステージをステップ移動しながら、フォーカスと露光量(シャッター時間)を変えて試し焼きをする。入射角θを基板の複素屈折率ns、レジストの未露光部、被露光部の屈折率n1、n2、厚さd、波長λなどによって測定感度が高くなる最適な入射角に固定する。
【0090】
次にウエハをウエハチャックから取り外すことなく、同様にステージを移動しながら偏光解析法で次々にショットを変えてΔ、ψを測定する。偏光解析結果が図8で示された所定の範囲のΔ、ψであれば、そのショットを焼き付けた露光条件を量産焼きの最適露光条件とする。
【0091】
この偏光解析方法によるデューティチェックををウエハの量産焼付け工程内の途中で随時行い、歩留を上げている。本実施形態では以上のようにして最適な露光条件を設定した後にウエハを所定の現像処理工程を介して、これにより高集積度のデバイスを製造している。
【0092】
ここまでは現像を行う前の潜像を測定対象とした場合を中心に説明したが、本実施例では入射角可変である為、レジストを現像した現像パターンの偏光解析を行うこともできる。図13は本実施例に関わるレジスト現像後の感光パターンの断面形状の説明図である。図13から明らかのように、潜像パターンの測定に比べて屈折率n2が略1.0の気体である為、L&Sの屈折率差が大きく取れるので、デューティの測定精度が有利であり、条件が厳しい場合、現像パターンを測定することが望ましい。
【0093】
図14は本実施例で現像パターンを測定する場合のフローチャートである。図15は本実施例で現像パターンで測定する場合の説明図である。ここではレジストの現像用のデベロッパーとSEMを更に同居させ、潜像ではなく現像で測定を行うとともに、SEMを偏光解析法によるパターン形状測定の校正用として現像したレジスト像を確認する必要が生じた時に使用している。図14のフローチャートで測定を行う前に入射角θを基板の複素屈折率ns、レジストの屈折率n1、厚さd、波長λなどによって測定感度が高くなる最適な入射角に固定してから測定を行っている。
【0094】
(実施例2)
本発明の実施例2は図2において入射方向可変とする実施例である。入射方向とは、感光パターン面上のある方向に対して、入射光束光軸と感光パターンの法線によって定義される入射面がなす入射方位角である。図2においてウエハチャック104の下のXYステージの下に不図示の回転ステージを有し、XYステージが測定対象の感光パターンを入射スポットに移動した後、レジストの下地、レジストの未露光部、被露光部の屈折率n1、n2、厚みd、露光したパターンの周期、角度、本数などに応じた最適な入射方向に回転ステージが感光パターンを光源部、受光部に対して回転する。こうして測定を感度良く行える最適な入射方向での偏光解析の測定を行っている。その他の構成は実施例1と同様である。
【0095】
同様の効果はウエハのXYステージの下の回転ステージの替わりに図2のアーチ306を入射点を通るウエハの法線を軸に回転する駆動系を用いても得られる。
【0096】
(実施例3)
本発明の実施例3は図2において入射波長可変とする実施例である。例えば光源部301の光源をハロゲンランプと分光器による構成にしたものである。潜像レジストパターンを測定対象とする場合、レジストの感光波長に近い短波長で測定を行うと未露光部が感光し、パターンが変化する可能性があるため、レジストが感度を持たない十分長い波長で測定している。一方現像レジストパターンを測定対象とする場合、現像処理後のパターンであるため、精度の高い測定を行うときには感度の高い短波長で測定を行っている。
【0097】
また、レジストの下地、レジストの未露光部、被露光部の屈折率n1、n2、厚みd、露光したパターンの周期、角度、本数などに応じて最適な入射波長は異なるため、測定対象に適した最適な入射波長で測定することが望ましい。
【0098】
その他の構成は実施例1と同様である。
【0099】
同様の入射波長可変の効果はハロゲンランプからの光を分光器に通し、分光器の射出口から光ファイバーで光源部に光を導くことでも得られる。ハロゲンランプと分光器以外にもチューナブルレーザーや複数の半導体レーザーなどを導入することでも得られる。
【0100】
(実施例4)
図11は本発明の実施例4の説明図である。本実施例では実施例1に比べて露光装置上に物理的制約等がある場合に、偏光解析装置を露光装置のウエハステージ上とは別に設けている点が異なっているだけであり、その他の構成は同じである。図12は、本実施例の変形例の説明図である。実施例4ではウエハ面上のレジストを現像しない潜像のままで偏光解析していたが、この変形例ではレジストを現像してから偏光解析を行っている。
【0101】
(実施例5)
本発明の実施例5は1つの感光パターンについて複数入射角で測定を行うものである。実施例1では予め測定してある未露光部と被露光部の屈折率n1,n2,レジスト厚みd、基板の複素屈折率nsを用いて一つの最適入射角を合わせたのに対して、本実施例では複数の入射角で入射して光束の変化を検出し、複数の入射角での検出値を使ってより高精度に測定を行うことを特徴とする。
【0102】
本実施例によると予め測定してある未露光部と被露光部の屈折率n1,n2,レジスト厚みd、基板の複素屈折率nsを用いて最適な入射角の近傍の複数の入射角を選び、これらの入射角で測定を行う。感光パターンのある形状を仮定すると所望の入射角で光束を入射したときの光束の変化を計算できる。測定した入射角のそれぞれに対して、あるデューティtを仮定した計算による光束の変化と、実際に測定で得られた光束の変化を比較し、例えば3つの入射角θ1、θ2、θ3で測定している場合、測定で得られたP偏光、S偏光の比、ψ1、ψ2、ψ3、とP偏光、S偏光の位相差、Δ1、Δ2、Δ3、と計算で得られたP偏光、S偏光の比、ψ1’(t)、ψ2’(t)、ψ3’(t)、P偏光、S偏光の位相差、Δ1’(t)、Δ2’(t)、Δ3’(t)を用いた関数、
D(t)=(ψ1−ψ1’(t))+(ψ2−ψ2’(t))+(ψ3−ψ3’(t))+(Δ1−Δ1’(t))+(Δ2−Δ2’(t))+(Δ3−Δ3’(t))
が最小に成るようにtを決定することでより高精度にデューティtを求めている。
【0103】
また、レジストは露光や現像によって膜厚が変化することが知られている為、予め測定した厚みdで入射角の最適化をしても必ずしも最適な入射角とは限らない。膜厚によって偏光状態も変化する為、デューティの決定の場合は更に計算のパラメターとして厚みdを加え、関数
D(t)=(ψ1−ψ1’(t,d))+(ψ2−ψ2’(t,d))+(ψ3−ψ3’(t,d))+(Δ1−Δ1’(t,d))+(Δ2−Δ2’(t,d))+(Δ3−Δ3’(t,d))
が最小になるようにデューティtと厚みdを決定することで感光パターンの形状がより厳密に測定される。このように実際のレジストの形状を決定する場合、パラメターが多いため、複数の入射角による検出値で測定することが望ましい。その他の構成は実施例1と同様である。
【0104】
(実施例6)
本発明の実施例6は1つの感光パターンについて複数入射方向で測定を行うものである。入射方向とは、感光パターン面上のある方向に対して、入射光束光軸と感光パターンの法線によって定義される入射面がなす入射方位角である。本実施例は実施例2と同様に図2においてウエハチャック104の下のXYステージの下に不図示の回転ステージを有し、XYステージが測定対象の感光パターンを入射スポットに移動した後、偏光解析の測定を行っている。
【0105】
パターンに対してXの方向に入射して測定を行い、その後回転ステージを駆動して光の入射点を中心に感光パターンを90°XY平面内で回転することで前の測定とは直交した入射方向による測定を行っている。
【0106】
本実施例は例えばレジストむらや下地の構造等による測定値の変動がある場合に対応したもので、ある方向からの偏光解析測定に対し、それに直交した入射方向により前記測定した測定点と略同一点を測定することにより以下のようにして精度向上を図っている。
【0107】
この場合も実施例1でtを求めた時と同様に
t(90°)=(t⊥+t‖)/2
となり、実施例1で求めたt(0°)をつかって
t=(t(0°)+t(90°))/2
と平均することにより、デューティtの測定精度を高める事もできる。
【0108】
又、パターンの細部に渡る形状を測定する場合は感光パターンの溝に平行な入射面とそれに直交する入射面の2方向のみでなく、その中間の入射方向で測定した値を解析することが要求される。
【0109】
同様の効果はウエハのXYステージの下の回転ステージの替わりに図2のアーチ306を入射点を通るウエハの法線を軸に回転する駆動系を用いても得られる。その他の構成は実施例1と同様である。
【0110】
(実施例7)
本発明の実施例7は1つの感光パターンについて複数波長で測定を行うものである。本実施例は実施例3と同様に図2において例えば光源部301の光源をハロゲンランプと分光器による構成にしたものである。
【0111】
実施例3では予め測定してあるレジストの下地、レジストの未露光部、被露光部の屈折率n1、n2、厚みd、露光したパターンの周期、角度、本数などの測定対象の値に応じた一つの最適な入射波長で測定を行ったのに対して、本実施例では複数の波長で入射して光束の変化を検出し、複数の波長での検出値を使ってより高精度に測定を行うことを特徴とする。
【0112】
本実施例によると予め測定してある、レジストの下地、レジストの未露光部、被露光部の屈折率n1、n2、厚みd、露光したパターンの周期、角度、本数などの測定対象の値を用いて最適な波長の近傍の複数の波長を選び、これらの波長で測定を行う。
【0113】
実施例5と同様に感光パターンのある形状を仮定すると所望の波長での光束を入射したときの光束の変化を計算できる。入射した波長のそれぞれに対して、あるデューティtを仮定した計算による光束の変化と、実際に測定で得られた光束の変化を比較し、例えば3つの波長λ1、λ2、λ3で偏光状態の変化を測定している場合、測定で得られたP偏光、S偏光の比、ψ1、ψ2、ψ3、とP偏光、S偏光の位相差、Δ1、Δ2、Δ3、と計算で得られたP偏光、S偏光の比、ψ1’(t)、ψ2’(t)、ψ3’(t)、P偏光、S偏光の位相差、Δ1’(t)、Δ2’(t)、Δ3’(t)を用いた関数、
D(t)=(ψ1−ψ1’(t))+(ψ2−ψ2’(t))+(ψ3−ψ3’(t))+(Δ1−Δ1’(t))+(Δ2−Δ2’(t))+(Δ3−Δ3’(t))
が最小に成るようにtを決定することでより高精度にデューティtを求めている。
【0114】
レジストは露光や現像によって膜厚が変化することが知られている為、パターンがない部位で予め測定したレジスト厚みdでは計算が適当ではない場合がある。そのため本実施形態によれば、複数の波長によって測定することでデューティやレジスト形状の他にパターン位置でのレジスト膜厚も同時に測定するものである。
【0115】
また、レジストは露光や現像によって膜厚が変化することが知られている為、パターンがない部位で予め測定した厚みdでの計算が適当ではない場合がある。そのため本実施形態によれば、複数の波長によって測定することでデューティやレジスト形状の他にパターン位置でのレジスト膜厚も同時に測定するものである。
【0116】
膜厚によって偏光状態が変化する為、上記のようなデューティの決定の場合は、更に計算のパラメターとして厚みdを加え、関数
D(t)=(ψ1−ψ1’(t,d))+(ψ2−ψ2’(t,d))+(ψ3−ψ3’(t,d))+(Δ1−Δ1’(t,d))+(Δ2−Δ2’(t,d))+(Δ3−Δ3’(t,d))
が最小になるようにデューティtと厚みdを決定することで感光パターンの形状がより厳密に測定される。このように実際のレジストの形状を決定する場合、パラメターが多いため、複数の波長による検出値で測定することが望ましい。
【0117】
同様の複数入射波長による測定はハロゲンランプからの光を分光器に通し、分光器の射出口から光ファイバーで光源部に光を導く構成でも得られる。また、チューナブルレーザーなどの複数波長光源あるいは異なる波長の光源を複数備えることでも同じ効果は得られる。その他の構成は実施例1と同様である。
【0118】
(実施例8)
本発明の実施例8は1つの感光パターンについて任意の入射条件で光源が入射光束を照射し、その光束の変化の検出値から、処理手段によって最適な入射条件を算出し、この最適な入射条件で光源が入射光束を照射し、感光パターンの形成状態を求めるものである。
【0119】
前述の通り、レジストは露光や現像処理により膜厚などが変動し、測定の誤差要因となる。そこで予め測定してある、レジストの下地の屈折率ns、レジストの未露光部、被露光部の屈折率n1、n2、厚みd、露光したパターンの周期、角度、本数などの測定対象の値を用いて計算した最適な入射条件で一度測定を行い、その測定結果と計算値の比較によって、大きく予備値と異なる数値(例えば膜厚)を補正して最適な入射条件を計算し直す。その新たな最適入射条件に光源を合わせ、光束を入射して変化を受光系で検出してレジストパターンを測定している。
【0120】
この入射条件とは入射角であり、入射方向であり、入射波長である。
【0121】
次に上記説明した露光方法を利用したデバイスの生産方法の実施例を説明する。
【0122】
図16は微小デバイス(ICやLSI等の半導体チップ、液晶パネル、CCD、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等)の製造のフローを示す。ステップ1(回路設計)では半導体デバイスの回路設計を行なう。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を製作する。一方、ステップ3(ウエハ製造)ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ4(ウエハプロセス)は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ5(組み立て)は後工程と呼ばれ、ステップ4によって作製されたウエ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6(検査)ではステップ5で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。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。
【0123】
図17は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ11(酸化)ではウエハの表面を酸化させる。ステップ12(CVD)ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ13(電極形成)ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ14(イオン打込み)ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ15(レジスト処理)ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ16(露光)では上記説明した露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ17(現像)では露光したウエハを現像する。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なうことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【0124】
本実施例の製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを低コストに製造することができる。
【0125】
【発明の効果】
本発明によれば以上のように、露光によるレジストの感光状態(潜像)あるいは現像後のL&S等の感光パターンの形成状態を入射光束の変化、例えば反射光の強度の変化や偏光状態の変化を利用して測定し、その測定値から最適な露光条件を決定し、その最適露光条件でウエハを量産露光していくことにより短時間で最適な露光条件を設定することができ、高集積度の投影パターンが容易に得られるパターン形成状態検出装置及びそれを用いた投影露光装置を達成することができる。
【0126】
特に従来のSEMを用いる方法に比べて、周期性を持つパターン、例えばL&Sパターンをレチクルに構成した露光条件測定用のレチクルを用いて、このパターンのレジスト像(現像する場合、もしくは現像しない潜像の場合)のデューティを反射光の情報を用いることにより最適露光条件を、高精度でしかも短時間で得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1の要部断面図
【図2】図1の偏光解析装置一部分の説明図
【図3】露光装置における、フォーカス検出と露光量制御の一部分の概略図
【図4】露光条件測定用レチクルパターンの説明図
【図5】露光条件を振って焼いたウェハ上のレジスト潜像の説明図
【図6】図5のウエハのレジスト潜像の断面図
【図7】偏光解析装置による測定値のSEMによる校正の説明図
【図8】Δ−ψマップを示す図
【図9】偏光解析法を露光条件設定に適用した場合のフローチャートの説明図
【図10】偏光解析法の説明図
【図11】偏光解析装置を別置きした実施例4の説明図
【図12】偏光解析装置を別置きした実施例4の変形例の説明図
【図13】レジスト現像後の断面形状の例を示す図
【図14】現像工程をいれたフローチャートの説明図
【図15】現像工程をいれる場合の実施例1の説明図
【図16】デバイスの製造フローを現の説明図
【図17】ウエハプロセスの説明図
【符号の説明】
101 縮小型の投影レンズ
102 レチクル
103 ウエハ
104 ウエハチャック
105 粗微動チルトZステージ
107 光源
108 フレーム
109 中央処理装置
201 フォーカス検知用光源
202 フォーカス検知用光電変換器
2031 フォーカス制御装置
2041 積算露光量検出回路
2042 積算露光量制御回路
301 偏光解析光源部
302 偏光解析受光部
303 回転ステージドライバー
304 偏光解析処理装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pattern formation state detection apparatus and a projection exposure apparatus using the same, for example, a process for manufacturing a semiconductor device such as an IC or LSI, an imaging device such as a CCD, a display device such as a liquid crystal panel, or a device such as a magnetic head. Among these, the exposure state of a projection exposure apparatus used in the lithography process is measured, and the optimum exposure conditions are determined in real time or quickly, which is suitable for exposure.
[0002]
[Prior art]
In recent years, higher integration of semiconductor devices such as ICs and LSIs has been accelerated, and the progress of microfabrication technology of semiconductor wafers accompanying this has been remarkable. As this fine processing technology, various reduction projection exposure apparatuses (steppers) that form circuit pattern images of a mask (reticle) on a photosensitive substrate by a projection optical system (projection lens) and expose the photosensitive substrate by a step-and-repeat method are proposed. Has been.
[0003]
In this stepper, the circuit pattern on the reticle is reduced and projected to a predetermined position on the wafer surface via a projection optical system having a predetermined reduction magnification, and after one projection transfer is completed, the wafer is The entire surface of the wafer is exposed by repeating the step of moving the stage placed by a predetermined amount and transferring again.
[0004]
In general, in order to transfer a fine circuit pattern using a stepper having a projection optical system, the exposure conditions such as the exposure amount on the wafer surface and the focus position of the wafer (position in the optical axis direction of the projection optical system) are appropriately set. Setting is important.
[0005]
For this reason, in a conventional stepper, printing is performed on a photosensitive substrate while changing at least one of an exposure condition, that is, a focus position and an exposure amount (shutter time) for each shot in a trial baking process (send head) before entering a mass production process. Thereafter, the photosensitive substrate is developed, and the line width of the pattern on the straight line is measured with an optical microscope or a line width measuring device to determine the optimum exposure conditions.
[0006]
For example, in the horizontal direction of the shot region array on the wafer, exposure is performed by changing the exposure amount (shutter time) by a constant amount while keeping the focus value constant, and in the vertical direction of the shot array, the exposure amount is fixed and focused. Exposure is performed by changing the value by a certain amount.
[0007]
Then, the line width of the resist pattern (L & S pattern) of the line (L) & space (S) in each shot formed after development is measured and detected by a scanning electron microscope (SEM). The optimum focus position and the optimum exposure amount are calculated.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In order to set the optimum exposure conditions (exposure amount and focus position) in a conventional stepper, the line width of the resist pattern formed on the wafer is measured with an SEM or the like, so that there is a problem that processing time is required.
[0009]
In the present invention, the exposure state of the resist by exposure (latent image) or the formation state of the photosensitive pattern such as L & S after development changes in the incident light beam incident under a plurality of incident conditions, for example, the change in the intensity of reflected light and the polarization state. Measurement is performed using changes, the optimum exposure conditions are determined from the measured values, and the wafers are mass-produced and exposed under the optimum exposure conditions. It is an object of the present invention to provide a pattern formation state detection apparatus and a projection exposure apparatus using the pattern formation state detection apparatus that can easily obtain a projection pattern of a predetermined degree.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
Pattern formation state detection apparatus of the present invention Is an apparatus for detecting the formation state of a photosensitive pattern formed by exposing a photosensitive member applied to an object to a periodic pattern via an optical system, and an irradiating means for irradiating the photosensitive pattern with a light beam, A light receiving means for receiving a light beam from the photosensitive pattern; a processing means for detecting a change in the polarization state of the light beam received by the light receiving means; and determining the formation state of the photosensitive pattern based on the detection result; and the illumination means. Incident condition changing means for changing at least one of the incident angle or wavelength or incident azimuth angle of the light beam irradiated to the photosensitive pattern; It is characterized by having.
[0047]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, the characteristics of the optimum exposure condition setting method when the pattern on the first object (reticle) surface is projected and exposed to the second object (wafer) in the present invention will be described.
[0048]
In the present invention, when a pattern is transferred to a resist,
(B) Focus position
(B) Exposure amount
This is based on the principle that the average value or effective value of the refractive index of the resist pattern changes with the change of.
[0049]
Therefore, in the present invention, a mask in which an L & S exposure condition measurement pattern having a period in one direction, for example, is formed on the reticle (R), and an image of the reference pattern is applied to the wafer (W) at least of the exposure amount and focus. Exposure is sequentially performed on the wafer while changing one of the conditions.
[0050]
Then, a plurality of latent images in the resist on the wafer formed by this exposure (images composed of portions where the refractive index has changed due to a chemical change or the like caused by exposure) or a concavo-convex pattern after development from the light beam incident means. The incident light beam is irradiated under the incident condition, and the signal light beam from the photosensitive pattern is received by the light receiving means. Detection of changes in incident light flux (change in polarization state or intensity of incident light flux, etc.) using a signal from the light receiving means, and detection of changes in multiple light fluxes corresponding to multiple incident conditions. Is determined by the processing means. Based on the signal from the processing means, the control means controls the exposure conditions on the wafer surface (such as the exposure amount and the position of the wafer in the optical axis direction).
[0051]
Next, a case where the change in the polarization state of the incident light beam is used as the change in the light beam will be described as an example.
[0052]
A light beam having a predetermined wavelength and a predetermined polarization state is incident on the resist at a predetermined incident angle with respect to the photosensitive pattern. Measures the polarization state of the light beam that is transmitted through the resist, reflected on the wafer substrate, and then combined with the light beam that has passed through the resist again and emitted directly from the resist surface. .
[0053]
It is known that the concavo-convex pattern phase type diffraction grating does not generate diffracted light at a wavelength longer than the pitch and has birefringence characteristics.
[0054]
In the embodiment of the present invention, the case where reflected light is detected is mainly shown. However, when the pitch of the resist pattern is larger than the wavelength, diffracted light is generated, and the same measurement can be performed with this diffracted light.
[0055]
Next, the ellipsometric method used in the present invention will be described.
[0056]
Now, it is assumed that the grating thickness is d, the duty ratio (ratio of the remaining resist portion to the period) is t, and laser light having a wavelength longer than the period is perpendicularly incident on the birefringent element. At this time, it is known that the refractive indexes n‖ and n⊥ at the periodic structure portion of the birefringent element are given by the following equations depending on whether the polarization state of incident light is parallel or perpendicular to the grooves of the grating. (Principle of optics III: by Born Wolff). Assuming that the effective refractive index for light parallel to the grooves of the grating is n‖ and the effective refractive index for perpendicular light is n⊥,
[0057]
[Outside 1]
Figure 0003618907
Here, n1 and n2 are the refractive indexes of L (line portion) and S (space equivalent portion) of the lattice, respectively. In the case of a latent image of a resist, the line portion L and the space portion S are a resist and L are exposed resist. When the resist is developed, L is a resist and S is a gas such as air.
[0058]
The above refractive index formula is an approximate expression when the period of the periodic structure is sufficiently small with respect to the wavelength, and by calculating the electric field strictly, the refractive index other than the periodic structure can be calculated when the period is equal to the wavelength. .
[0059]
The ellipsometric model corresponds to measuring the birefringence of a birefringent medium of a predetermined thickness on the wafer substrate. In the ellipsometry, linearly polarized light having a P / S (P-polarized / S-polarized) phase difference of 0 and an amplitude ratio of 1 is incident on the wafer substrate at a predetermined angle θ, and the phase difference of the reflected light ( Δ) and the amplitude ratio (ψ) can be measured to obtain n‖ and n⊥. Then, using the above equation or a precisely solved equation based on the refractive indexes n1 and n2 and the resist thickness d of the line portion L and space portion S measured in advance and the values of n‖ and n⊥ obtained by the ellipsometry. Thus, the duty t is obtained. Further, since this ellipsometry is known, the details are omitted.
[0060]
Regarding the conditions of the incident light flux (incident angle, azimuth angle with respect to the pattern direction, wavelength), the optimum conditions differ depending on the refractive index of the resist, the film thickness, the pattern shape, and the like. Conditions differ between measurement of the developed resist pattern and measurement of the latent image resist pattern. Furthermore, in the case of a latent image, the difference in refractive index between the exposed and unexposed areas is small, so that minute changes that occur in the pattern shape due to minute changes in exposure conditions can be resolved and detected with minute differences in light flux. Is measured under an incident condition in which a change in the luminous flux is large depending on the exposure condition.
[0061]
Therefore, one embodiment of the present invention is an apparatus that can be incident under a plurality of incident conditions. As described above, the duty of the latent image pattern in the resist or the concavo-convex pattern after development is measured using the ellipsometry. ing.
[0062]
In one embodiment of the present invention, an optimum incident condition is calculated from a value measured under a certain incident condition, and the measurement is performed with the optimum incident condition to increase the resolution.
[0063]
In the ellipsometry, the same polarization state may be reproduced even with different resist film thickness and resist pattern shape depending on the incident conditions. For this reason, in one embodiment of the present invention, a change in reflected light is detected under a plurality of incident conditions, and a resist shape that has been overlapped under a certain incident condition is decomposed under another incident condition to obtain a measured value.
[0064]
In one embodiment of the present invention, an L & S pattern is transferred onto a photosensitive substrate under different exposure conditions to form a plurality of photosensitive patterns, and the plurality of photosensitive patterns are sequentially irradiated with the light flux and reflected. Detecting a polarization state of light, calculating a duty of a photosensitive pattern from the polarization state, determining an exposure condition where the duty is desired, and thereafter baking the wafer on a plurality of wafers under the exposure condition The light beam incident means is characterized in that the incident condition of the incident light beam is variable.
[0065]
(Example 1)
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of a main part of Embodiment 1 of the present invention, and FIGS. 2 to 5 are explanatory views when a part of FIG. 1 is extracted.
[0066]
In this embodiment, a change in polarization state is used as a change in incident light flux through the photosensitive pattern.
[0067]
In FIG. 1, reference numeral 101 denotes a reduction projection lens, which projects a circuit pattern 102 a on the surface of a reticle 102 illuminated with exposure light from an exposure light source 107 described later onto a wafer 103. A wafer chuck 104 adsorbs the wafer 103. A coarse / fine movement stage 105 moves the wafer chuck 104 in the Z direction. Reference numeral 106 denotes an XY stage, which moves the wafer chuck 104 in the XY directions. Reference numeral 107 denotes a light source for exposure. Reference numeral 108 denotes a structure that supports the light source 107, reticle 102, lens barrel 101, wafer stage 106, and arch 306.
[0068]
Next, a focus position control device for detecting the position in the optical axis direction of the projection lens 101 of the wafer 103 used in this embodiment, that is, a focus position, and an exposure amount control device for illuminating the reticle 102 with exposure light, The control means having the above will be described with reference to FIG.
[0069]
In FIG. 3, reference numeral 201 denotes a high-intensity light source such as a semiconductor laser. The laser light emitted from the light source 201 is changed in direction by the bending mirror 208 and then incident on the surface of the wafer 103. After being reflected at the measurement point P <b> 1 of the wafer 103, the light beam is changed in direction by the bending mirror 209 and then incident on the detection element 202 that detects the two-dimensional position of the incident light beam. The detection element 202 is composed of, for example, a CCD and detects the incident position of the light beam. A change in position in the Z direction (in the optical axis direction of the projection lens 101) on the surface of the wafer 103 is detected so as to be a displacement of the incident position on the detection element 202. Based on the signal from the detection element 202, the focus control device 203 controls the position of the wafer 103 in the Z direction, that is, the focus position by the coarse / fine movement stage 105.
[0070]
Reference numeral 206 denotes a shutter opening / closing mechanism, 207 a half mirror, and 205 an illuminance sensor, which detect the exposure amount of the light beam from the light source 107 reflected by the half mirror 207. The integrated exposure control device 204 controls the integrated light quantity of the light beam from the light source 107 by controlling the shutter opening / closing mechanism 206 based on the signal from the illuminance sensor 205. As a result, the exposure amount for irradiating the reticle 102 is adjusted to a preset value.
[0071]
In the present embodiment, the exposure condition at the time of projecting the pattern on the reticle 102 surface onto the wafer 103 surface is controlled using the control means comprising such an exposure amount control device and a focus position control device.
[0072]
Next, a case where a pattern on the surface of the reticle 102 illuminated with exposure light from the light source 107 is projected onto the surface of the wafer 103 will be described.
[0073]
FIG. 4 is an explanatory diagram of a reference pattern (hereinafter referred to as “pattern”) 102 p on the surface of the reticle 102. The pattern 102p is configured by making L & S patterns 1021 and 1022 including lines (L) and spaces (S) orthogonal to each other.
[0074]
In this embodiment, the reticle 102 on which the pattern 102p composed of the L & S patterns 1021 and 1022 is drawn is set on the reticle stage 102a, the resist-coated wafer 103 is set on the wafer chuck 104, and the reticle 102 pattern 102p is stepped and repeated. In this manner, the wafer 103 is sequentially exposed. At this time, using the focus control device 203 and the integrated exposure control device 204 described above, an area 1031 that is one shot is sequentially printed as shown in FIG. 6, and the latent images 10312 and 10311 of the patterns 1021 and 1022 are printed.
[0075]
Then, according to the shot position in the X direction, the focus offset is changed step by step by a fixed amount around the predicted optimal position (predicted best focus position). The exposure is performed while changing the exposure amount around the time). In the example of FIG. 5, for convenience of explanation, a 3 × 3 matrix is used. However, the larger the number of shots, the easier the condition is set.
[0076]
FIG. 6 is an explanatory view of the resist cross section of the wafer 103 when sequentially exposed in this way. The resist on the wafer 103 after exposure forms a latent image in the resist as shown in FIG. The latent image is formed by changing the properties of the resist by chemical change or the like by exposure light. The hatched portion is the exposed portion, and the refractive index generally changes. The matrix addresses in FIG. 6 are cross sections at positions corresponding to those in FIG. 5, and (1), (2), and (3) represent cross sections of the pattern image 10312 of each chip.
[0077]
Next, the resist on the wafer 103 after exposure is composed of a light source unit 301, a light receiving unit 302, a driver 303, and a polarization processing unit 304 without removing the latent image from the wafer chuck 104 as shown in FIG. The ellipsometer 300 measures the amplitude ratio ψ and the phase difference Δ of the reflected light with respect to the incident light.
[0078]
FIG. 2 is a schematic diagram in which main parts of the ellipsometer 300 in FIG. 1 at this time are extracted. FIG. 10 is an explanatory diagram in which the optical path of FIG. 2 is developed. 2 and 10, a light source unit (light beam incident means) 301 includes a light source 3011 (which may be a monochromatic light of a spectrometer as well as a HeNe laser or a semiconductor laser at a wavelength equal to or greater than the L & S pitch on the wafer 103) and a polarizing element 3012. Thomson etc.). The polarizing element 3012 is installed with respect to the wafer 103 so that the P-polarization component (parallel to the paper surface) and the S-polarization component (perpendicular to the paper surface) are equal to each other with the paper surface and the polarization surface being 45 degrees. Therefore, the phase difference Δ between the light beams P and S is 0, and the amplitude ratio ψ is 1.
[0079]
The light receiving unit (light receiving unit) 302 includes a λ / 4 wavelength plate 3024 whose anisotropy axis is orthogonal to the light beam 305, a polarizing element 3022 (Gran Thompson, etc.) as an analyzer, and a photoelectric conversion element 3021. Yes. Further, the λ / 4 plate 3024 is held in a rotation mechanism 3023 having the light beam 305 direction as a rotation axis, and is rotated at a constant speed according to a command from the driver 303.
[0080]
Now, the emitted light 305 from the light source unit 301 is reflected by the resist surface on the wafer 103 and the wafer surface, and the combined light flux is P or S-polarized light depending on the birefringence indices n1, n2, etc. of the resist on the wafer 103. The phase difference Δ and the amplitude ratio ψ change.
[0081]
The light beam is detected by a detector 3021 through a rotating λ / 4 plate 3024 and an analyzer 3022, and a sine wave electric signal corresponding to the phase difference Δ and the amplitude ratio ψ is obtained. The above Δ and ψ are obtained from the phase information.
[0082]
Then, n‖ and n⊥ obtained from Δ and ψ measured by ellipsometry, the refractive index n1 of the unexposed portion of the resist, the refractive index n2 of the exposed portion, and the resist thickness d measured in advance. , And the complex refractive index ns of the substrate, the duty t⊥ (duty when n⊥ is used) is obtained by the following equation.
[0083]
t⊥ = n1 ** 2 · (n2 ** 2-n⊥ ** 2) / (n⊥ ** 2 · (n2 ** 2-n1 ** 2))
Also, the duty t‖ (duty when n‖ is used) is
t‖ = (n‖ ** 2-n2 ** 2) / (n1 ** 2-n2 ** 2)
It becomes. The accuracy of the duty t is increased by averaging these two values as follows.
[0084]
t = (t⊥ + t‖) / 2
[0085]
In FIG. 2, the light source unit 302 and the light receiving unit 301 are fixed to the arch 306, and the driver 3031 operates the driving unit 307 to move in an arc shape on the arch 306, thereby changing the incident angle. For example, when the object to be measured is a latent image before development processing, the optimum incident angle at which the duty can be measured with high accuracy varies depending on the resist, and the optimum angle depends on the difference in refractive index between the unexposed part and the exposed part, the film thickness, etc. Choose an angle. In addition, since the optimum incident angle differs greatly between the case where the measurement target is a latent image before development processing and the case where the development pattern is after development processing, the incident angle is changed according to the measurement target by a command from the computer 304. doing.
[0086]
On the other hand, FIG. 7 is an explanatory diagram of a method for finding the optimum exposure condition by comparing the L & S of the sample obtained by ellipsometry with the duty obtained by developing the sample and comparing the value measured by the SEM. As a result, the offset of the duty generated by the structure of the base generated by the ellipsometry is measured, and the value obtained by subtracting the offset value is corrected in the subsequent measurement. The comparison with the SEM needs to be performed only once at the beginning of the change of process conditions, and no SEM is required thereafter.
[0087]
Next, flowcharts for optimizing the exposure conditions shown in FIGS. 8 and 9 will be described. FIG. 8 shows an example in which 8 × 6 chip exposure is performed on one wafer and the polarization analysis result is displayed on the Δ-ψ map. For example, the measurement point on the line 410 has a constant exposure and the focus changes, while the measurement point on the line 401 has a constant focus and the exposure changes.
[0088]
The shots shown in the square frame AX on the map of Δ−ψ show the range where the optimum duty is obtained by the correspondence with the SEM measurement as described above. Therefore, when the exposure shot is measured by the ellipsometry, and Δ and ψ enter this frame AX, the optimum duty is shown.
[0089]
FIG. 9 is a flowchart showing the above flow. First, a resist is coated on the wafer. If the thickness of the resist is not known, it is measured at this time. Next, as described above, trial baking is performed while changing the focus and exposure amount (shutter time) while stepping the stage. The incident angle θ is fixed to an optimum incident angle at which the measurement sensitivity is increased depending on the complex refractive index ns of the substrate, the unexposed portions of the resist, the refractive indexes n1 and n2 of the exposed portion, the thickness d, the wavelength λ, and the like.
[0090]
Next, without removing the wafer from the wafer chuck, Δ and ψ are measured by changing shots one after another by ellipsometry while moving the stage in the same manner. If the result of the polarization analysis is Δ or ψ in the predetermined range shown in FIG. 8, the exposure condition for printing the shot is set as the optimum exposure condition for mass production printing.
[0091]
The duty check by this ellipsometry is performed at any time during the wafer mass production and baking process to increase the yield. In this embodiment, after setting the optimum exposure conditions as described above, the wafer is manufactured through a predetermined development processing step, thereby manufacturing a highly integrated device.
[0092]
Up to this point, the description has focused on the case where the latent image before development is used as the measurement object. However, in this embodiment, since the incident angle is variable, it is possible to perform polarization analysis of the development pattern in which the resist is developed. FIG. 13 is an explanatory diagram of the cross-sectional shape of the photosensitive pattern after resist development according to this embodiment. As apparent from FIG. 13, since the refractive index n2 is a gas having a refractive index of approximately 1.0 as compared with the measurement of the latent image pattern, a large difference in the refractive index of L & S can be obtained. Is difficult, it is desirable to measure the development pattern.
[0093]
FIG. 14 is a flowchart for measuring the development pattern in this embodiment. FIG. 15 is an explanatory diagram in the case of measuring with a development pattern in this embodiment. Here, the developer for developing the resist and the SEM were allowed to coexist, and it was necessary to check the developed resist image for calibration of pattern shape measurement by ellipsometry, while performing measurement by development instead of latent image. Sometimes used. Before the measurement in the flowchart of FIG. 14, the incident angle θ is measured after fixing the incident angle θ to an optimum incident angle that increases the measurement sensitivity depending on the complex refractive index ns of the substrate, the refractive index n1 of the resist, the thickness d, the wavelength λ, and the like. It is carried out.
[0094]
(Example 2)
The second embodiment of the present invention is an embodiment in which the incident direction is variable in FIG. The incident direction is an incident azimuth angle formed by the incident surface defined by the normal axis of the incident light beam optical axis and the photosensitive pattern with respect to a certain direction on the photosensitive pattern surface. In FIG. 2, a rotary stage (not shown) is provided under the XY stage below the wafer chuck 104, and after the XY stage moves the photosensitive pattern to be measured to the incident spot, the resist underlayer, the resist unexposed portion, The rotating stage rotates the photosensitive pattern with respect to the light source unit and the light receiving unit in an optimal incident direction according to the refractive indexes n1, n2, thickness d of the exposed part, the period, angle, number of the exposed patterns, and the like. In this way, the polarization analysis is measured in the optimum incident direction so that the measurement can be performed with high sensitivity. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
[0095]
A similar effect can be obtained by using a drive system that rotates the arch 306 of FIG. 2 about the normal line of the wafer passing through the incident point instead of the rotary stage below the XY stage of the wafer.
[0096]
(Example 3)
The third embodiment of the present invention is an embodiment in which the incident wavelength is variable in FIG. For example, the light source of the light source unit 301 is configured by a halogen lamp and a spectroscope. When measuring a latent image resist pattern, measuring at a short wavelength close to the photosensitive wavelength of the resist may expose the unexposed areas and change the pattern. Therefore, the resist is not sensitive enough. It is measured by. On the other hand, when the development resist pattern is a measurement target, the pattern is a pattern after development processing. Therefore, when measuring with high accuracy, measurement is performed at a short wavelength with high sensitivity.
[0097]
In addition, the optimal incident wavelength differs depending on the resist base, the unexposed portion of the resist, the refractive index n1, n2, and the thickness d of the exposed portion, the period, angle, and number of the exposed patterns, so it is suitable for the measurement target. It is desirable to measure at the optimum incident wavelength.
[0098]
Other configurations are the same as those of the first embodiment.
[0099]
A similar effect of changing the incident wavelength can also be obtained by passing light from a halogen lamp through a spectroscope and guiding the light from the emission port of the spectroscope to the light source unit using an optical fiber. In addition to a halogen lamp and a spectroscope, it can also be obtained by introducing a tunable laser or a plurality of semiconductor lasers.
[0100]
(Example 4)
FIG. 11 is an explanatory diagram of Embodiment 4 of the present invention. This embodiment is different from the first embodiment in that there is a physical restriction on the exposure apparatus, except that the polarization analyzer is provided separately from the wafer stage of the exposure apparatus. The configuration is the same. FIG. 12 is an explanatory diagram of a modification of this embodiment. In the fourth embodiment, the polarization analysis is performed while the resist on the wafer surface is not developed, but the polarization analysis is performed after the resist is developed.
[0101]
(Example 5)
In Example 5 of the present invention, one photosensitive pattern is measured at a plurality of incident angles. In the first embodiment, one optimum incident angle is adjusted by using the refractive indexes n1, n2, resist thickness d of the unexposed portion and exposed portion measured in advance, and the complex refractive index ns of the substrate. The embodiment is characterized in that a change in a light beam is detected by entering at a plurality of incident angles, and measurement is performed with higher accuracy using detected values at a plurality of incident angles.
[0102]
According to the present embodiment, a plurality of incident angles in the vicinity of the optimum incident angle are selected using the refractive indexes n1, n2, resist thickness d of the unexposed portion and exposed portion that have been measured in advance, and the complex refractive index ns of the substrate. Measure at these incident angles. Assuming a certain shape of the photosensitive pattern, it is possible to calculate a change in the light beam when the light beam is incident at a desired incident angle. For each of the measured incident angles, the change in the light flux calculated by assuming a certain duty t is compared with the change in the light flux actually obtained by the measurement, for example, measured at three incident angles θ1, θ2, and θ3. P polarization, S polarization ratio obtained by measurement, ψ1, ψ2, ψ3 and P polarization, S polarization phase difference, Δ1, Δ2, Δ3, and P polarization obtained by calculation, S polarization Ratio, ψ1 ′ (t), ψ2 ′ (t), ψ3 ′ (t), phase difference between P-polarized light and S-polarized light, Δ1 ′ (t), Δ2 ′ (t), Δ3 ′ (t) were used. function,
D (t) = (ψ1-ψ1 ′ (t)) + (ψ2-ψ2 ′ (t)) + (ψ3-ψ3 ′ (t)) + (Δ1-Δ1 ′ (t)) + (Δ2-Δ2 ′) (T)) + (Δ3−Δ3 ′ (t))
By determining t so that is minimized, the duty t is obtained with higher accuracy.
[0103]
Further, since it is known that the film thickness of the resist changes due to exposure and development, even if the incident angle is optimized with the thickness d measured in advance, the optimum incident angle is not always obtained. Since the polarization state also changes depending on the film thickness, the thickness d is added as a calculation parameter when determining the duty, and the function
D (t) = (ψ1-ψ1 ′ (t, d)) + (ψ2-ψ2 ′ (t, d)) + (ψ3-ψ3 ′ (t, d)) + (Δ1-Δ1 ′ (t, d) )) + (Δ2−Δ2 ′ (t, d)) + (Δ3−Δ3 ′ (t, d))
By determining the duty t and the thickness d so as to be minimized, the shape of the photosensitive pattern can be measured more strictly. Thus, when determining the actual resist shape, since there are many parameters, it is desirable to measure with the detection value by several incident angles. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
[0104]
(Example 6)
In Example 6 of the present invention, one photosensitive pattern is measured in a plurality of incident directions. The incident direction is an incident azimuth angle formed by the incident surface defined by the normal axis of the incident light beam optical axis and the photosensitive pattern with respect to a certain direction on the photosensitive pattern surface. As in the second embodiment, this embodiment has a rotating stage (not shown) under the XY stage below the wafer chuck 104 in FIG. 2, and after the XY stage moves the photosensitive pattern to be measured to the incident spot, the polarized light is polarized. Analytical measurement is performed.
[0105]
Incident in the X direction with respect to the pattern, and then the rotation stage is driven to rotate the photosensitive pattern in the 90 ° XY plane around the incident point of the light, so that the incident is orthogonal to the previous measurement. Measuring by direction.
[0106]
This example corresponds to the case where there are fluctuations in measured values due to, for example, resist unevenness or the structure of the base, and for the ellipsometric measurement from a certain direction, it is substantially the same as the measurement point measured in the incident direction orthogonal thereto. By measuring one point, the accuracy is improved as follows.
[0107]
In this case as well, when t is obtained in the first embodiment.
t (90 °) = (t⊥ + t‖) / 2
And using t (0 °) obtained in Example 1
t = (t (0 °) + t (90 °)) / 2
And the measurement accuracy of the duty t can be increased.
[0108]
In addition, when measuring the shape over the details of the pattern, it is required to analyze the measured values not only in the two directions of the incident surface parallel to the groove of the photosensitive pattern and the incident surface perpendicular to it, but also in the intermediate incident direction. Is done.
[0109]
A similar effect can be obtained by using a drive system that rotates the arch 306 of FIG. 2 about the normal line of the wafer passing through the incident point instead of the rotary stage below the XY stage of the wafer. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
[0110]
(Example 7)
In the seventh embodiment of the present invention, one photosensitive pattern is measured at a plurality of wavelengths. In this embodiment, as in the third embodiment, in FIG. 2, for example, the light source of the light source unit 301 is configured by a halogen lamp and a spectroscope.
[0111]
In Example 3, the resist base, the unexposed portion of the resist, the refractive index n1, n2, and the thickness d of the exposed portion, the period of the exposed pattern, the angle, and the number of objects to be measured were measured in advance. In contrast to measuring at one optimal incident wavelength, this example detects changes in the light flux incident at multiple wavelengths, and uses the detection values at multiple wavelengths to measure with higher accuracy. It is characterized by performing.
[0112]
According to the present embodiment, the values of the measurement target such as the resist base, the unexposed portion of the resist, the refractive indexes n1 and n2 of the exposed portion, the thickness d, the period of the exposed pattern, the angle, and the number, which are measured in advance, are measured. A plurality of wavelengths in the vicinity of the optimum wavelength are selected and measured at these wavelengths.
[0113]
As in the fifth embodiment, assuming a shape having a photosensitive pattern, a change in the luminous flux when a luminous flux having a desired wavelength is incident can be calculated. For each incident wavelength, the change in the light flux calculated by assuming a certain duty t is compared with the change in the light flux actually obtained by measurement. For example, the change in the polarization state at three wavelengths λ1, λ2, and λ3 , The ratio of P-polarized light and S-polarized light obtained by measurement, ψ1, ψ2, ψ3, and P-polarized light, the phase difference of S-polarized light, Δ1, Δ2, Δ3, and P-polarized light obtained by calculation , S polarization ratio, ψ1 ′ (t), ψ2 ′ (t), ψ3 ′ (t), P polarization, S polarization phase difference, Δ1 ′ (t), Δ2 ′ (t), Δ3 ′ (t) A function using
D (t) = (ψ1-ψ1 ′ (t)) + (ψ2-ψ2 ′ (t)) + (ψ3-ψ3 ′ (t)) + (Δ1-Δ1 ′ (t)) + (Δ2-Δ2 ′) (T)) + (Δ3−Δ3 ′ (t))
By determining t so that is minimized, the duty t is obtained with higher accuracy.
[0114]
Since it is known that the thickness of a resist changes due to exposure or development, the calculation may not be appropriate for the resist thickness d measured in advance in a portion where there is no pattern. Therefore, according to this embodiment, the resist film thickness at the pattern position is simultaneously measured in addition to the duty and the resist shape by measuring with a plurality of wavelengths.
[0115]
In addition, since it is known that the film thickness of a resist is changed by exposure or development, there is a case where calculation with a thickness d measured in advance in a portion where there is no pattern is not appropriate. Therefore, according to this embodiment, the resist film thickness at the pattern position is simultaneously measured in addition to the duty and the resist shape by measuring with a plurality of wavelengths.
[0116]
Since the polarization state changes depending on the film thickness, when determining the duty as described above, the thickness d is further added as a calculation parameter, and the function
D (t) = (ψ1-ψ1 ′ (t, d)) + (ψ2-ψ2 ′ (t, d)) + (ψ3-ψ3 ′ (t, d)) + (Δ1-Δ1 ′ (t, d) )) + (Δ2−Δ2 ′ (t, d)) + (Δ3−Δ3 ′ (t, d))
By determining the duty t and the thickness d so as to be minimized, the shape of the photosensitive pattern can be measured more strictly. Thus, when determining the actual resist shape, since there are many parameters, it is desirable to measure with detection values by a plurality of wavelengths.
[0117]
The same measurement with a plurality of incident wavelengths can be obtained by a configuration in which light from a halogen lamp is passed through a spectroscope and light is guided from an emission port of the spectroscope to a light source unit through an optical fiber. The same effect can be obtained by providing a plurality of light sources having different wavelengths such as a tunable laser or a plurality of light sources having different wavelengths. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
[0118]
(Example 8)
In the eighth embodiment of the present invention, a light source irradiates an incident light beam under an arbitrary incident condition with respect to one photosensitive pattern, and the optimum incident condition is calculated by the processing means from the detected value of the change in the light beam. The light source irradiates the incident light flux to determine the formation state of the photosensitive pattern.
[0119]
As described above, the film thickness of the resist varies due to exposure and development processing, which causes measurement errors. Therefore, the values of the measurement target such as the refractive index ns of the resist base, the unexposed portion of the resist, the refractive indexes n1 and n2 of the exposed portion, the thickness d, the period of the exposed pattern, the angle, and the number, which have been measured in advance, are measured. The measurement is performed once under the optimal incident conditions calculated using the above, and by comparing the measurement result with the calculated value, a numerical value (for example, film thickness) largely different from the preliminary value is corrected to recalculate the optimal incident condition. The resist pattern is measured by aligning the light source with the new optimum incidence condition, entering a light beam, detecting the change with a light receiving system.
[0120]
This incident condition is an incident angle, an incident direction, and an incident wavelength.
[0121]
Next, an embodiment of a device production method using the above-described exposure method will be described.
[0122]
FIG. 16 shows a flow of manufacturing a microdevice (a semiconductor chip such as an IC or LSI, a liquid crystal panel, a CCD, a thin film magnetic head, a micromachine, etc.). In step 1 (circuit design), a semiconductor device circuit is designed. In step 2 (mask production), a mask on which the designed circuit pattern is formed is produced. On the other hand, in step 3 (wafer manufacture), a wafer is manufactured using a material such as silicon. Step 4 (wafer process) is called a pre-process, and an actual circuit is formed on the wafer by lithography using the prepared mask and wafer. The next step 5 (assembly) is referred to as a post-process, and is a process for forming a semiconductor chip using the wafer produced in step 4, such as an assembly process (dicing, bonding), a packaging process (chip encapsulation), and the like. including. In step 6 (inspection), inspections such as an operation confirmation test and a durability test of the semiconductor device manufactured in step 5 are performed. Through these steps, the semiconductor device is completed and shipped (step 7).
[0123]
FIG. 17 shows a detailed flow of the wafer process. In step 11 (oxidation), the wafer surface is oxidized. In step 12 (CVD), an insulating film is formed on the wafer surface. In step 13 (electrode formation), an electrode is formed on the wafer by vapor deposition. In step 14 (ion implantation), ions are implanted into the wafer. In step 15 (resist process), a photosensitive agent is applied to the wafer. In step 16 (exposure), the circuit pattern of the mask is printed on the wafer by exposure using the exposure apparatus described above. In step 17 (development), the exposed wafer is developed. In step 18 (etching), portions other than the developed resist image are removed. In step 19 (resist stripping), unnecessary resist after etching is removed. By repeating these steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer.
[0124]
By using the manufacturing method of this embodiment, it is possible to manufacture a highly integrated semiconductor device that has been difficult to manufacture at low cost.
[0125]
【The invention's effect】
According to the present invention, as described above, the resist exposure state (latent image) by exposure or the formation state of a photosensitive pattern such as L & S after development changes the incident light flux, for example, the change in reflected light intensity or the change in polarization state. The optimum exposure conditions can be set in a short time by determining the optimum exposure conditions from the measured values and performing mass-production exposure of the wafers under the optimum exposure conditions. A pattern formation state detection apparatus and a projection exposure apparatus using the same can be achieved.
[0126]
In particular, compared with a method using a conventional SEM, a resist image (a latent image that is developed or not developed) of a pattern having a periodicity, for example, a reticle for measuring exposure conditions in which an L & S pattern is configured on a reticle. In this case, the optimum exposure condition can be obtained with high accuracy and in a short time by using the reflected light information.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of an essential part of Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a part of the ellipsometer of FIG.
FIG. 3 is a schematic view of a part of focus detection and exposure amount control in the exposure apparatus.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a reticle pattern for measuring exposure conditions.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a latent resist image on a wafer baked under different exposure conditions.
6 is a cross-sectional view of a latent resist image on the wafer of FIG. 5;
FIG. 7 is an explanatory diagram of calibration by SEM of measured values by an ellipsometer.
FIG. 8 is a diagram showing a Δ-ψ map;
FIG. 9 is an explanatory diagram of a flowchart when the ellipsometry is applied to the exposure condition setting.
FIG. 10 is an explanatory diagram of ellipsometry
FIG. 11 is an explanatory diagram of Example 4 in which an ellipsometer is installed separately.
FIG. 12 is an explanatory diagram of a modification of the fourth embodiment in which the ellipsometer is placed separately.
FIG. 13 shows an example of a cross-sectional shape after resist development.
FIG. 14 is an explanatory diagram of a flowchart including a developing process.
FIG. 15 is an explanatory diagram of Example 1 when a development process is performed
FIG. 16 is a diagram for explaining the device manufacturing flow.
FIG. 17 is an explanatory diagram of a wafer process.
[Explanation of symbols]
101 Reduction type projection lens
102 reticle
103 wafers
104 Wafer chuck
105 Coarse / Fine Tilt Z Stage
107 Light source
108 frames
109 Central processing unit
201 Light source for focus detection
202 Photoelectric converter for focus detection
2031 Focus control device
2041 Integrated exposure amount detection circuit
2042 Integrated exposure amount control circuit
301 Ellipsometric light source
302 Ellipsometric light receiving unit
303 Rotating stage driver
304 ellipsometry processor

Claims (10)

物体に塗布された感光体に光学系を介して周期的パターンを感光させることにより形成された感光パターンの形成状態を検出する装置において、
該感光パターンに光束を照射する照射手段と
該感光パターンからの光束を受光する受光手段
該受光手段により受光される光束の偏光状態の変化を検出し、該検出結果に基づき該感光パターンの形成状態を求める処理手段と
該照明手段により該感光パターンに照射する光束の入射角又は波長又は入射方位角の少なくとも一つを変化させる入射条件変更手段と、
を有していることを特徴とするパターン形成状態検出装置。
In a device for detecting the formation state of a photosensitive pattern formed by exposing a periodic pattern to a photoreceptor applied to an object via an optical system,
Irradiating means for irradiating the photosensitive pattern with a light beam ;
And a light-receiving means for receiving the light beam from the photosensitive pattern,
Processing means for detecting a change in the polarization state of the light beam received by the light receiving means, and determining the formation state of the photosensitive pattern based on the detection result ;
Incident condition changing means for changing at least one of an incident angle or a wavelength or an incident azimuth angle of the light beam applied to the photosensitive pattern by the illumination means;
The pattern formation state detection apparatus characterized by having.
前記処理手段は、任意の入射条件で前記照射手段光束を照射して得られる前記偏光状態の変化の検出結果に基づき入射条件を決定する機能を有することを特徴とする請求項1記載のパターン形成状態検出装置。 The pattern according to claim 1 , wherein the processing unit has a function of determining an incident condition based on a detection result of the change in the polarization state obtained by the irradiation unit irradiating a light beam under an arbitrary incident condition. Formation state detection device. 前記感光パターンの形成状態は該感光パターンのデューティであることを特徴とする請求項1乃至2記載のパターン形成状態検出装置。 3. The pattern formation state detection apparatus according to claim 1, wherein the formation state of the photosensitive pattern is a duty of the photosensitive pattern. 前記感光パターンの形成状態は該感光パターンの断面形状であることを特徴とする請求項1乃至6記載のパターン形成状態検出装置。7. The pattern formation state detection apparatus according to claim 1, wherein the formation state of the photosensitive pattern is a cross-sectional shape of the photosensitive pattern. 前記偏光状態の変化は前記パターンに照射される光束に対する前記受光手段により受光される光束の偏光状態の変化であることを特徴とする請求項1乃至4記載のパターン形成状態検出装置。 5. The pattern formation state detection apparatus according to claim 1 , wherein the change in the polarization state is a change in the polarization state of the light beam received by the light receiving unit with respect to the light beam applied to the pattern. 前記感光パターンは現像処理前の潜像パターンであることを特徴とする請求項1乃至記載のパターン形成状態検出装置。The photosensitive pattern patterned state detecting apparatus of claims 1 to 5, wherein it is a latent image pattern before the development processing. 前記感光パターンは現像処理後の現像パターンであることを特徴とする請求項1乃至記載のパターン形成状態検出装置。The photosensitive pattern patterned state detecting apparatus of claims 1 to 5, wherein it is a developing pattern after development. 露光光で照明した第1物体面上のパターンを投影光学系により感光体を塗布した第2物体面上に投影露光し、感光パターンを形成する投影露光装置であって、請求項1乃至7記載のパターン形成状態検出装置を有することを特徴とする投影露光装置。8. A projection exposure apparatus for projecting and exposing a pattern on a first object surface illuminated with exposure light onto a second object surface coated with a photosensitive member by a projection optical system to form a photosensitive pattern. A projection exposure apparatus comprising the pattern formation state detection apparatus. 請求項8記載の投影露光装置を用いて第1物体面上のパターンを投影光学系により感光体を塗布した第2物体面上に投影露光することを特徴とする露光方法。9. An exposure method comprising: projecting and exposing a pattern on a first object surface onto a second object surface coated with a photoreceptor by a projection optical system using the projection exposure apparatus according to claim 8. 請求項9記載の露光方法を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイス製造方法。A device manufacturing method, wherein a device is manufactured using the exposure method according to claim 9.
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