JP2000260689A - 露光方法 - Google Patents
露光方法Info
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
ること。 【解決手段】 被転写基板上における各ショット内のパ
ターン位置の線型誤差とショット毎の線型誤差が各成分
で等しくなるように、ステージの移動距離に倍率補正を
行い、更にステージの移動方向に直交度補正を行う。こ
れにより、ショット境界は互いに完全に接し、ショット
の位置とパターンの位置の相対的な線形誤差がなくなっ
ているため、被転写基板上でショットの線形誤差とステ
ージの線形誤差を複合した誤差は線形誤差となってい
る。この線形誤差を取り除くと、残留誤差は3σで、非
常に小さくすることができ、基板上でのパターンの位置
を高精度に露光することができる。
Description
パターンを基板に転写する工程で、特に基板上のパター
ンの位置精度に高精度が要求される場合の露光方法に関
する。
を行う際、特に何も露光されていないブランクの基板に
転写を行う場合、転写に使用するレチクルの倍率、直交
度誤差、露光装置の光学系による倍率,直交度誤差、そ
して露光装置のステージの倍率,直交度誤差などの線型
誤差は考慮されることはなかった。
を用いて複数のショットを境界同士が接するように露光
を行う場合、線型誤差を含まない理想的な条件下におい
ては図10に示すようにショット同士の境界が接し、シ
ョット内の十字で示したパターンも直交座標系に載って
いる。
ンの位置誤差は前記誤差を全て含むため非常に大きいも
のになる。また、被転写基板上での位置誤差は前記複数
の線型誤差の組み合わせとなるため、線型誤差ではなく
非線型の誤差になってしまう。 図11は模式的にこれ
らの位置誤差を示したものである。理想的にはショット
の境界同士が接するはずが、ショットとステージの基準
となる長さが異なるため、境界が分離してしまう。また
理想的には点線の交点にあるべき十字のパターンは所定
の位置からずれてしまっている。
容されていたのは、今までは基板上で他の層との重ねあ
わせ精度を管理すればよく、位置誤差で問題になるの
は、露光装置によって転写されるショット内のみであっ
たことによる。ところが基板上でのパターンの位置精度
自体が要求されるような局面、例えば基板上で他の層と
の重ね合わせ露光の精度を更に向上させたい場合、この
転写基板をレチクルとして使用する場合、複数のレチク
ルを合わせることで目的のパターンとする場合等におい
ては、上記のような露光方法では要求される位置精度を
達成することができないという問題が生じる。
るためになされたもので、その目的は、基板上でのパタ
ーンの位置を高精度に露光することができる露光方法を
提供することである。
に、請求項1の発明の特徴は、原版を複数回露光するこ
とで被転写基板上に複数個のショットによるパターンを
形成する露光方法において、前記被転写基板上における
各ショット内のパターン位置の倍率及び直交度などの線
型誤差とショット毎の位置の倍率及び直交度などの線型
誤差が各成分で等しくなるように、前記被転写基板を載
せるステージの移動距離と方向を補正することにある。
移動距離と方向の補正を露光装置固有の倍率誤差を用い
て行うことにある。
置が倍率補正のみ可能で、且つ複数枚の原版を使用する
場合、前記原版間のX、Y方向の平均倍率を合わせ、こ
の平均倍率を合わせた後の直交度、X倍率、Y倍率で表
される線型誤差の各成分の平均値をレチクルの代表値と
して前記補正を行うことにある。
置が倍率補正のみ可能で、且つ複数枚の原版を使用する
場合、原版のパターン描画を連続して行うことにより作
製した原版を使用することにある。
分を独立に補正可能で複数枚の原版を複数回露光するこ
とで被転写基板上に複数個のショットによるパターンを
形成する露光方法において、各ショット内のパターン位
置の倍率及び直交度などの線型誤差とショット毎の位置
の倍率及び直交度などの線型誤差が各成分で等しくなる
ように使用する原版毎に露光条件を補正することにあ
る。
に基づいて説明する。まず、本発明の露光方法の第1の
実施の形態を説明する。
型誤差を補正する機構を有する Nikon社製NSR-2005i11D
を使用し、被転写基板においては誤差の内で線型誤差は
許される場合について述べる。
は光学的な倍率補正であり、X方向,Y方向を独立に補
正することはできない。また、被転写基板において線型
誤差が許される理由は、例えばこの基板を Nikon社製 N
SR-S201Aにおいて使用するレチクルとする場合、全ての
線型誤差が補正可能であるため、被転写基板上での線型
誤差は問題とならないことによる。
れのショットの境界が重なるような場合の事例を以下で
述べる。使用したレチクルによる被転写基板上で測定し
たショット内パターン位置の線型誤差は以下のような数
値であった。
m]、Y方向が−0.8[ppm]、直交度誤差が−
1.1[μrad]であった。これらの数値は露光装置
のステージに何も補正を加えなかった場合で、露光装置
のステージを基準とした相対的な誤差である。
基板である8inchウェハに露光した後現像を行って
パターンを形成し、 Leica社製LMS IPROを用いて被転写
基板を測定した。
みで露光した結果を模式的に示したのが図1である。線
型誤差の内で回転の成分を除去するために転写されたパ
ターンと露光装置のステージとで、X方向の合わせはと
られている。この時の線型成分を除いたパターン位置の
残留誤差は3σでX、Y方向でそれぞれ64,52nm
であった。
Y方向で−0.8[ppm]の倍率誤差があり、露光シ
ョットの大きさに比較してステージの動きが大きいた
め、ショットの境界が離れてしまった。20mm角大の
ショットを露光したため、X,Y方向のショット境界の
ずれ量Δx,Δyはそれぞれ24,16nmであった。
距離に倍率補正を加えて露光を行った結果が図1であ
る。補正数値はX,Y方向それぞれ−1.2[pp
m],−0.8[ppm]であり、補正前の座標系を
(X,Y)とし、補正後の座標系を(X´,Y′)とす
ると、その関係式は以下のようになる。
ることができた。この時の線型成分を除いた残留誤差は
3σで、X,Y方向でそれぞれ43,32nmであっ
た。だが未だ露光ショットとステージとの直交度誤差が
−1.1[μrad]残っているため、ショット境界で
22nmのずれが生じてしまう。このずれを正すため
に、更にステージの移動方向に直交度の補正を加えた。
交度の補正も行った結果は図2のようになった。ここで
ショット境界は互いに完全に接し、ショットの位置とパ
ターン位置の相対的な線型誤差がなくなっているため、
被転写基板上でショットの線型誤差とステージの線型誤
差を複合した誤差は線型誤差となっている。補正後の座
標系を(X″,Y″)とした時の補正の関係式は以下の
ようになる。
0-6)×Y−1.1×10-6×(1−1.2×10-6)
×X 本実施の形態によれば、ステージに補正を加えて露光し
た基板の位置誤差から線型成分を除くと、完全に線型誤
差が除去可能で残留成分はランダムなものだけになる。
線型誤差を取り除いた後の残留誤差は3σでX,Y方向
でそれぞれ15,17nmと非常に良い結果を得ること
ができた。このようにレチクルによって露光されるパタ
ーンの線型成分と露光装置ステージの線型成分との相対
的な誤差を無くすことで、被転写基板上のパターン位置
を高精度に制御することができる。 本発明の露光方法
の第2の実施の形態を説明する。上記第1の実施の形態
においてはレチクルによって露光されるパターンの線型
成分と露光装置ステージの線型成分との相対的な誤差を
導出するにあたり、実際に基板に露光を行って基板上の
パターンを測定することによって行っていた。本実施の
形態では基板にパターンを転写すること無しに補正する
方法について述べる。
差の各成分を倍率X,倍率Y,直交度の順に示したもの
である。この線型誤差は Leica社製LMS IPROで測定した
値であり、第1の実施の形態での線型誤差がショットの
線型誤差と露光装置ステージの線型誤差との相対的なも
のであったのに対し、表図の値は絶対的な線型誤差であ
る。Reticle の数値はレチクル単体での線型誤差で、 P
atternとは露光装置を用いてこのレチクルを露光した基
板上での線型誤差である。
動も受けない揚合は Reticleと Patternの項は全く等し
くなるはずが、実際には露光装置自体が線型誤差成分を
有するため、 Reticleと Patternとは異なった数値を示
す。つまり、この数値の差が露光装置固有の線型誤差で
あり、この値は1定値を示す。
装置固有の線型誤差がわかっていれば、レチクルを変え
て露光する場合でも、実際の露光を行わなうことなく、
露光後の被転写基板上でのパターン位置の線型誤差が予
測できる。また、露光装置ステージの線型誤差も一定値
を示すため、実際の露光を行わずとも、転写されるパタ
ーン位置と露光装置ステージとの相対的な線型誤差がわ
かる。
一覧として示したものである。ここで、レチクルをa、
露光装置をb、パターンをc、ステージをd、補正値を
eとすると、d,a、bは独立で、c=a+b,e=c
−dの関係がある。
ステージの座標系を補正することによって被転写基板上
でパターン位置を高精度に制御することができる。
明する。
チクルが1枚の揚合について述べたが、本実施の形態で
は2枚のレチクルを使用して位置精度を向上させる方法
について述べる。使用するレチクルが1枚の場合と複数
枚の場合との大きな違いは、レチクルが1枚の場合、シ
ョット内でのパターン位置の線型誤差と露光装置ステー
ジの線型誤差を相対的に合わせることで、線型誤差の各
成分を0にすることが可能である。しかし、複数枚のレ
チクルを使用する場合では各レチクルがそれぞれ線型誤
差を有しているため、完全に線型誤差を除去することは
できない。
ReticleAと ReticleBを使用して基板上で高精度のパ
ターン位置を実現した場合の線形誤差成分を示した表図
である。但し、レチクルAをa、レチクルBをb、レチ
クルB補正をc、レチクル平均をd、露光装置をe、パ
ターンをf、ステージをg、補正値をhとすると、a,
b,e,gは独立、cx=bx+{(ax+ay)/2
−(bx+by)/2} cy=by+{(ax+a
y)/2−(bx+by)/2} d=(a+c)/2
の関係がある。
線型誤差を測定する。この結果、 ReticleAのX,Yの
倍率誤差の平均値が−1.05[ppm]、 ReticleB
の倍率誤差の平均値が0.6[ppm]であることがわ
かった。
倍率に合わせるため平均倍率の差1.65[ppm]を
ReticleBの露光時に補正することにした。その結果 R
eticleAと ReticleBの平均倍率誤差は等しくなる。倍
率誤差をX,Y方向の平均誤差として扱ったのは、今回
使用したNSR12005111Dでは倍率誤差をX,Y別々に補
正できないためである。今回は ReticleBを ReticleA
に合わせたが、逆に ReticleAを ReticleBに合わせる
ことも可能で、また両方のレチクルを補正してステージ
の倍率に合わせてしまうことも可能である。
成分を平均化したものが Reticle平均の項となる。平均
を取る理由は、異なる線型誤差を有するものを合わせて
補正する場合、補正値として各成分の平均値をとること
によって最も誤差が小さくなることによる。この線型誤
差の平均値をレチクルの代表値として第2の実施の形態
で行ったのと同様に露光装置による定数分を加算したも
のが基板上での位置誤差の線型成分となる。
ジの線型誤差と上記パターンの線型誤差の差を補正する
ようにステージを制御することにより、線型誤差の少な
いパターンが複数枚のレチクルを使用して露光可能とな
る。
明する。
が2枚で原版間の線型誤差の成分が各レチクル毎で違う
場合についての補正について述べた。補正の方法として
は各レチクルでX倍率とY倍率の平均が等しくなろよう
にショット時に光学的な倍率補正を加える。
のX倍率,Y倍率,直交度のレチクル間の平均値をもっ
てレチクル全体の代表値とし、第2の実施の形態で説明
したレチクルが1枚である時と同様の方法を用いる。
用して被転写基板上で高精度なパターン位置を得るのに
最適な方法ではあるが、上記第3の実施の形態のように
ReticleAとReticle Bとで線型誤差の各成分の値が大
きく異なっていると、例え補正を行ったとしても、被転
写基板で得られるパターン位置精度は限られたものにな
ってしまう。これは使用する原版が1枚の時と複数枚の
時を比較すれば容易に理解することができる。
自体の線型誤差とレチクルの線型誤差の代表値は等しい
のに対して、複数枚使用する場合は各レチクル自体の線
型誤差とレチクルの線型誤差の代表値は異なる。それ
故、各レチクルで完全には線型誤差を除去することがで
きず、被転写基板で実現できるパターン位置精度も限ら
れたものになってしまう。
枚使う場合では必ず1枚のレチクルを使う方が、達成で
きるパターン位置精度が高くなる。そこで、複数枚のレ
チクルを使用してレチクルを1枚使用する場合と同等の
パターン位置精度を達成するためには、複数枚のレチク
ル間で線型誤差の各成分が等しければ良い。しかし、実
際の原版はX倍率,Y倍率,直交度共に基板間で大きく
異なる。
どの程度異なるかを示した図である。横軸にレーザ描画
装置によって描画した原版を時系列的に並べ、左軸に倍
率をとり、右軸に直交度をとり、各原版の値をプロット
した。
するのに5日間を必要とした。この30枚の原版間にお
ける線型誤差の各成分のばらつきを正規分布で仮定し、
ばらつきをσで表すと、X倍率が0.20[ppm],
Y倍率が0.26[ppm],直交度が0.07[μr
ad]であった。
版を2枚ランダムに選択して、この原版間の線型誤差の
差を30枚から2枚を選ぶ全ての場合で平均すると、差
の平均値は2×σ/√πとなる。具体的にはX倍率が
0.23ppm,Y倍率が0.30ppm,直交度が
0.07[μrad]となり、線型誤差の差が原版間で
残ることになる。
ために、使用する原版を必ず連続して描画して原版を作
製する。図6に示された通り、5日間の描画でX倍率,
Y倍率,直交度ともにドリフトを起こしており、これが
上記のようにランダムに使用する原版を選択した時に原
版間の差が小さくならない原因であった。
ことにより、この描画装置によるドリフトの影響を最小
に食い止めることが可能で、連続した原版を使用した場
合の線型誤差の差はX倍率が0.09[ppm],Y倍
率が0.05[ppm],直交度が0.03[μra
d]であった。
画することにより,ランダムに原版を描画するよりも原
版間の差を小さくすることが可能である。
明する。
露光装置を用いた場合について述べる。被転写基板への
露光には Nikon社製 NSR-S201Aを使用した。この露光装
置はレチクルから転写を行う際にX,Y方向の倍率誤差
を各方向毎に補正可能であり、直交度の補正も同時に行
うことができる。そのため、第3の実施の形態で述べた
ような複数枚のレチクルを使用する場合で、レチクル毎
に線型誤差が異なっている場合でも補正が可能となる。
eticleDの2枚のレチクルを1枚の基板に転写した場合
の具体的な補正方法について述ベる。 ReticleCと Ret
icleDとのレチクル自体の線型誤差は成分ごとに異なっ
ている。ここで行ったのは転写後のパターンの線型誤差
が ReticleC, ReticleDともにステージの線型誤差と
合致するような補正を行った。露光装置で転写すること
による線型誤差はあらかじめ測定されているので、その
分を差し引いた補正を行う。
b、レチクルC補正をc、レチクルD補正をd、露光装
置をe、パターンをf、ステージをgとすると、a,
b,e,g独立、a→c、b→d c,dは補正後の係
数、f=g…(1) f=c+eor f=d+e…
(2) (1),(2)を満たすように補正する。
交度を、scale X,scale Y,直交度のように表記する
と、ステージの線型誤差は(0.4,0.2,−0.
4)となり、転写後のパターンがこの数値を満たせば、
被転写基板上の位置誤差で線型誤差が複合されることが
なくなる。
2,0.5,0.1)であるため、ステージの線型誤差
から露光装置の成分を差し引いたもの(0.2,−0.
3,−0.5)をレチクルの線型誤差が満たせば良い。
(−0.8,−0.3,0.6)であるから、転写時の
補正は(1.0,0,−1.1)となり、 ReticleDで
はレチクル自体の線型誤差が(0.1,0.5,−0.
4)であるから転写時の補正は(0.1,−0.8,−
0.1)となる。
ルを転写することにより、被転写基板上での線型誤差は
ステージの値に統−された。よって、被転写基板上のパ
ターン位置誤差はショット内の線型誤差及びステージの
線型誤差との複合となるが両誤差は同じ値であるため、
この誤差も線型誤差となる。
この図8では ReticleCと ReticleDを被転写基板上に
各2ショットずつ互いの境界が接するように露光を行っ
た。上段に示したように ReticleCと ReticleDはレチ
クル自体の線型誤差が成分毎に異なるため、そのままで
露光を行うと、図11で示したのと同様に被転写基板上
での位置誤差は大変大きいものとなる。
方法により補正を加えて露光することにより、図8の下
段に示したようなショット同士の境界が重なるような露
光結果を得ることができた。このようにして被転写基板
上での線型誤差を除いた後の残留誤差はX,Y方向でそ
れぞれ18,20nmであり、この基板をレチクルとし
て使用するのに問題がないことがわかった。
型誤差を残したままで被転写基板の露光を行った。その
ため、被転写基板上に実現されるパターンもステージの
線型誤差を引きずることになる。被転写基板に線型誤差
が残留していても問題が生じない場合もあるが、線型誤
差を極力抑えたい場合にはステージ動作の線型誤差を取
り除いてやる必要がある。
Reticle Dを使用する場合、露光装置固有の線型誤差を
キャンセルするように露光条件を設定することで、被転
写基板上のショット内の線型誤差を排除することができ
る。ステージ動作の線型誤差を取り除くことで、ショッ
ト間の線型誤差はなくなっている。
ット間ともに線型誤差を排除できたため、被転写基板上
に転写されるパターンは線型誤差を持たず理想的なパタ
ーン位置を実現することができる。
5の発明によれば、被転写基板上でショット内のパター
ン位置の線型誤差とショット重心の相対位置との線型誤
差が等しくなり、複合された誤差も線型誤差となるた
め、被転写基板上で線形誤差を除去できるような場合に
残留するのはランダム誤差のみとなるため、高精度なパ
ターン位置をもつ基板が作製可能となる。
置固有の線型誤差を把握することにより、レチクルを交
換するたびに基板に転写、パターン位置の測定、補正値
を導出、再度露光という煩雑な工程を経ず、1回の露光
でパターン位置精度の高い基板を得ることができる。
に補正できない露光装置で複数枚の基板を使う場合、完
全にショット内の線型誤差とショット自体の位置との線
型誤差を無くすことはできないが、被転写基板上での残
留誤差を最小にすることができる。
たレクチルを使用することによりレクチル間の線形誤差
を抑制し、請求項2記載の補正をより効果的なものにす
る。これにより複数枚のレクチルを使用する場合でも請
求項1と同様にレクチルの線形誤差とステージ動作の線
形誤差を合わせることができる。
る模式図である。
る他の模式図である。
線型誤差成分表を示した表図である。
別の線型誤差成分表を示した表図である。
線型誤差成分表を示した表図である。
基板間でX倍率,Y倍率,直交度がどの程度異なるかを
示した特性図である。
線型誤差成分表を示した表図である。
程を説明する模式図である。
線型誤差成分表を示した表図である。
露光方法を説明する模式図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 原版を複数回露光することで被転写基板
上に複数個のショットによるパターンを形成する露光方
法において、 前記被転写基板上における各ショット内のパターン位置
の倍率及び直交度などの線型誤差とショット毎の位置の
倍率及び直交度などの線型誤差が各成分で等しくなるよ
うに、前記被転写基板を載せるステージの移動距離と方
向を補正することを特徴とする露光方法。 - 【請求項2】 前記ステージの移動距離と方向の補正を
露光装置固有の倍率誤差を用いて行うことを特徴とする
請求項1記載の露光方法。 - 【請求項3】 使用する露光装置が倍率補正のみ可能
で、且つ複数枚の原版を使用する場合、前記原版間の
X、Y方向の平均倍率を合わせ、 この平均倍率を合わせた後の直交度、X倍率、Y倍率で
表される線型誤差の各成分の平均値をレチクルの代表値
として前記補正を行うことを特徴とする請求項1又は2
記載の露光方法。 - 【請求項4】 使用する露光装置が倍率補正のみ可能
で、且つ複数枚の原版を使用する場合、原版のパターン
描画を連続して行うことにより作製した原版を使用する
ことを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載の露光
方法。 - 【請求項5】 線型誤差の各成分を独立に補正可能で複
数枚の原版を複数回露光することで被転写基板上に複数
個のショットによるパターンを形成する露光方法におい
て、 各ショット内のパターン位置の倍率及び直交度などの線
型誤差とショット毎の位置の倍率及び直交度などの線型
誤差が各成分で等しくなるように使用する原版毎に露光
条件を補正することを特徴とする露光方法。
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