JP2005209896A

JP2005209896A - Ｅｕｖ露光装置におけるレチクル位置検出方法

Info

Publication number: JP2005209896A
Application number: JP2004015100A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Tanaka; 慶一田中
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2004-01-23
Filing date: 2004-01-23
Publication date: 2005-08-04

Abstract

【課題】ＥＵＶ露光装置におけるレチクルのｚ軸方向位置と共に、ｘ軸周りの回転角度、ｙ軸周りの回転角度を検出することが可能なレチクル位置検出方法を提供する。
【解決手段】３つのレーザ光源４ａ、４ｂ、４ｃから、それぞれ、ｙ軸方向に（π／２−θ）の入射角でレーザ光線がレチクル１の表面に入射している。これらのレーザ光線は固定ブラインド２の開口部を通って入射し、レチクル１の表面で反射されて、それぞれ、位置検出器である２次元ＣＣＤ５ａ、５ｂ、５ｃに入射している。光切断による計測原理を使用して、各点Ｐ１〜Ｐ３における各点でのｚ方向位置ずれｚ１、ｚ２、ｚ３を求め、これから、幾何学的な関係により、ｚ軸方向位置Ｒｚ、ｘ軸周りの回転角度θｘ、ｙ軸周りの回転角度θｙを求める
【選択図】図１

Description

本発明は、ＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）光を用いて、レチクルに形成されたパターンをレジストが塗布されたウエハ上に露光するＥＵＶ露光装置において、レチクルの位置を検出する方法に関するものである。

近年のデバイスパターンの微細化に伴い、光の回折限界によって制限される投影光学系の解像力をさらに向上させることが望まれている。そこで、軟Ｘ線又はＥＵＶ光（Extreme Ultra Violet光：極端紫外光）と呼ばれる数ｎｍ〜数１０ｎｍの波長のＸ線が注目されており、具体的には１３ｎｍ程度の波長を有するＥＵＶ光を使用したリソグラフィ技術の開発が進められている。この技術は、光露光の延長上にある波長１９０ｎｍ程度の紫外線を用いた光リソグラフィでは実現不可能な、７０ｎｍ以下の解像力を得られる技術として期待されている。ＥＵＶ光露光装置では、レチクルとウェハとを投影光学系に対して相対走査する走査露光方法が採用されることが想定されている。

ＥＵＶ光領域においては、光が透過する有力な物質は存在せず、透過・屈折型の光学系を構成することはできない。そこで、反射型の光学系を用いることとなるが、レチクルも反射型レチクルが用いられる。照明光学系から照射された露光光束は、反射型レチクルに斜めから入射して反射面で反射し、投影光学系を経てウェハに導かれる。

このようなＥＵＶ露光装置の光学系の概要を、図４に示す。照明系ＩＬから放射されたＥＵＶ光（一般に波長５〜２０ｎｍが用いられ、具体的には１３ｎｍや１１ｎｍの波長が用いられる）は、折り返しミラー５１で反射してレチクル５２に照射される。

レチクル５２は、レチクルステージ５３に保持されている。このレチクルステージ５３は、走査方向（Ｘ軸）に１００ｍｍ以上のストロークを持ち、レチクル面内の走査方向と直交する方向（Ｙ軸）に微小ストロークを持ち、光軸方向（Ｚ軸）にも微小ストロークを持っている。ＸＹ方向の位置は図示せぬレーザ干渉計によって高精度にモニタされ、Ｚ方向はレチクルフォーカス送光系５４とレチクルフォーカス受光系５５からなるレチクルフォーカスセンサでモニタされている。

レチクル５２で反射したＥＵＶ光は、図中下側の光学鏡筒６４内に入射する。このＥＵＶ光は、レチクル５２に描かれた回路パターンの情報を含んでいる。レチクル５２にはＥＵＶ光を反射する多層膜（例えばＭｏ／ＳｉやＭｏ／Ｂｅ）が形成されており、この多層膜の上に吸収層（例えばＮｉやＡｌ）の有無でパターニングされている。

光学鏡筒６４内に入射したＥＵＶ光は、第一ミラー５６で反射した後、第二ミラー５７、第三ミラー５８、第四ミラー５９と順次反射し、最終的にはウェハ６０に対して垂直に入射する。投影系の縮小倍率は、例えば１／４や１／５である。この図では、ミラーは４枚であるが、Ｎ．Ａ．をより大きくするためには、ミラーを６枚あるいは８枚にすると効果的である。光学鏡筒６４の近傍には、アライメント用のオフアクシス顕微鏡６５が配置されている。

ウェハ６０は、ウェハステージ６１上に載せられている。ウェハステージ６１は、光軸と直交する面内（ＸＹ平面）を自由に移動することができ、ストロークは例えば３００〜４００ｍｍである。同ウェハステージ６１は、光軸方向（Ｚ軸）にも微小ストロークの上下が可能で、Ｚ方向の位置はウェハオートフォーカス送光系６２とウェハオートフォーカス受光系６３からなるウェハフォーカスセンサでモニタされている。ウェハステージ６１のＸＹ方向の位置は図示せぬレーザ干渉計によって高精度にモニタされている。露光動作において、レチクルステージ５３とウェハステージ６１は、投影系の縮小倍率と同じ速度比、すなわち、４：１あるいは５：１で同期走査する。

このように、ＥＵＶ露光装置においては、反射型レチクルを使用している関係上、レチクルを照明するＥＵＶ光は斜め入射となり、テレセトリックな照明とすることができない。又、反射型光学系においては、像の歪みや収差が大きくなり、特に像面湾曲が問題となる。この対策として、照明光を輪帯状の照明光とし、像の歪みや収差が少ない部分を選択して照明するようにしている。

通常の場合であれば、このような輪帯状の照明光を形成するためには、照明光学系の途中に輪帯状の成形開口を設け、その像をレチクル面に結像させるようにするが、前述のように斜め照明の場合にはこれを実現することは困難である。よって、レチクルの極近傍に、輪帯状の開口を有する固定ブラインドを設け、この固定ブラインドを介してレチクルを照明することにより、輪帯状の照明領域を形成している。このようにすると、照明される領域は固定されるので、前述のようにレチクルとウエハを同期して走査することにより、所望の領域の露光を行っている。

一方、露光転写すべき領域は多くの場合矩形である。よって、露光転写すべき領域に対応する開口を有する可動ブラインドを固定ブラインドの極近傍に設け、この可動ブラインドをレチクルと一緒に移動させることにより、露光転写すべき領域のみの露光を行うようにしている。

この部分の詳細図を図５に示す。可動ブラインド６６は、図４に示す露光装置のボディＢＤ（支持構造体）に支持されたベース６７上に設けられ、アーム６８によりブラインド板６９が支持されている。可動ブラインド６６の上方には、前述のレチクルステージ５３が配置されている。レチクルステージ５３は、ボディＢＤ上にエアマウント（振動絶縁手段）７０を介して搭載されている。レチクルステージ５３には静電チャック５３Ａが設けられ、レチクル５２を支持している。ベース６７の中央には、照明光を通過させる円形開口７１が形成されている。ブラインド板６９とレチクル５２の間には、輪帯状の開口を有する固定ブラインド７２が、図示されない支持部によりボディＢＤに支持されている。

図５の下側から可動ブラインドのブラインド板６９、固定ブラインド７２、レチクル５２を見た概念図を図６に示す。可動ブラインド６６のブラインド板６９には、矩形の開口６９ａが設けられ、そこから、固定ブラインド７２が見えている。固定ブラインド７２には、輪帯状の開口７２ａが設けられ、そこからレチクル５２の表面が見えている。可動ブラインドの開口６９ａと固定ブラインド７２の開口７２ａが重なる部分が、照明領域となる。この照明領域の位置は固定であるが、レチクル５２と可動ブラインドが一体となって矢印Ａの方向に移動することにより、レチクル５２上での照明領域が走査されて、最終的には、可動ブラインドの開口６９ａに対応するレチクル５２の領域が照明される。

前述のように、ＥＵＶ露光装置においてはレチクルを照明する照明光は斜め入射するため、従来の光学式の露光装置と異なり、レチクルの姿勢制御は６軸（ｘ、ｙ、ｚ方向位置、及びそれぞれの軸を中心とする回転角度）の制御が必要とされる。このうち、ｘ方向位置、ｙ方向位置、及びｚ軸周りの回転角度については、レチクルステージのｘ軸方向位置、ｙ軸方向位置を検出するレーザ干渉計を、各方向について複数設け、これらの測定値から演算によって求めることができる。又、ｚ軸方向位置については、前述のようにオートフォーカスセンサに求めることができる。

しかしながら、ｘ軸周りの回転角度、ｙ軸周りの回転角度については、レチクルと固定ブラインドの間隔が約１ｍｍであり、かつ、レチクルのパターン面が、幅が約８ｍｍ、長さが約１１０ｍｍの円弧状の開口を有する固定ブラインドで覆われているため、測定が困難であって、従来、求める方法が確立されておらず、従って、制御も不完全なものであった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ＥＵＶ露光装置におけるレチクルのｚ軸方向位置と共に、ｘ軸周りの回転角度、ｙ軸周りの回転角度を検出することが可能な、ＥＵＶ露光装置におけるレチクル位置検出方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための第１の手段は、ＥＵＶ光を、円弧状の開口を有する固定ブラインドを介してレチクル面に照射し、当該レチクルに形成されたパターンを投影光学系によりウエハに露光転写するＥＵＶ露光装置におけるレチクル位置検出方法であって、前記レチクルの走査方向をｘ方向、前記レチクルの基準面に垂直な方向をｚ方向とするｘ−ｙ−ｚ直交座標系において、前記固定ブラインドの開口を通して、３つ以上のレーザ光を、ｚ軸に平行な平面内で前記レチクル面に斜め照射し、当該レーザ光が照射された前記レチクル面の位置を検出することにより、前記レチクルのｚ方向位置、ｘ軸周りの回転角度、ｙ軸周りの回転角度を算出することを特徴とするＥＵＶ露光装置におけるレチクル位置検出方法（請求項１）である。

前述のように、測定装置を設ける空間の制約上、ｘ軸周りの回転角度、ｙ軸周りの回転角度の測定は容易ではないが、固定ブラインドには、幅約８ｍｍ、長さが約１１０ｍｍの円弧状の開口部が形成されているので、本手段においては、この開口を通して、３つ以上のレーザ光を前記レチクル面に照射し、当該レーザ光が照射された前記レチクル面の位置を検出するようにしている。

すなわち、レーザスポット光により、レチクル面を斜めに照射する。ＥＵＶ光は、上記の状態においてはレチクルの走査方向であるｘ方向に斜め照射されるので、この光学系との機械的な干渉を避けるために、レーザ光はｙ方向に斜め入射させることが好ましい。又、測定面積を広く採りたい場合には、後記第３の手段のようにする。そして、レーザ光の照射側と反対側に検出器を置き、レーザ光が照射された位置を測定する。レチクル面がｚ軸方向に移動すると、それに伴いレーザ光が照射される位置が変化する。この測定法は光切断法として周知のものであり、前述のオートフォーカスセンサもこの原理を使用している。

本手段においては、３つ以上のレーザ光をレチクル面に照射して、各々のレーザ光の照射された位置を測定し、各々の点におけるｚ軸方向位置を求めているので、計算により、ｚ方向位置、ｘ軸周りの回転角度、ｙ軸周りの回転角度を算出することができる。

前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記レーザ光の光束同士が、均等な間隔で配置されていることを特徴とするもの（請求項２）である。

本手段においては、レーザ光の光束同士が、均等な間隔で配置されているので、計算が簡単になる。

前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であって、前記固定ブラインドの開口が円弧状の開口であり、前記レーザ光を入射させる方向が、前記円弧の接線に沿った方向であることを特徴とするもの（請求項３）である。

前述のように、固定ブラインドの開口は円弧状のものが用いられるが、レーザ光の入射方向を、この円弧の接線に沿った方向とすると、広い面積にわたって照射を行うことができる。よって、多点のレーザ光を照射する場合には、本手段を採用すると有利である。

以上説明したように、本発明によれば、ＥＵＶ露光装置におけるレチクルのｚ軸方向位置と共に、ｘ軸周りの回転角度、ｙ軸周りの回転角度を検出することが可能な、ＥＵＶ露光装置におけるレチクル位置検出方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態であるレチクル位置検出方法に使用する装置の概要を示す図である。前述のようにレチクル１の近傍には輪帯状の開口を有する固定ブラインド２が設けられ、さらに露光転写領域に対応する開口が設けられた可動ブラインド３が設けられている。レチクルの走査方向をｘ方向とし、図では、下側をｚ軸正方向、左側をｙ軸正方向としている。

３つのレーザ光源４ａ、４ｂ、４ｃから、それぞれ、ｙ軸方向に（π／２−θ）の入射角でレーザ光線がレチクル１の表面に入射している。これらのレーザ光線は固定ブラインド２の開口部を通って入射し、レチクル１の表面で反射されて、それぞれ、位置検出器である２次元ＣＣＤ５ａ、５ｂ、５ｃに入射している。

今、レチクル１のｚ方向位置が基準位置からΔｚだけずれたとすると、位置検出器で検出されるレチクル１のレーザ光照射位置のｙ軸方向位置が、Δｙ＝Δｚ／tanθだけずれて検出されるので、Δｙを測定すればΔｚを求めることができる。特にθの値を小さくすれば、微小なΔｚの変動に対してΔｙは大きく変動するので、Δｚの値を精密に求めることができる。

レチクル１が基準位置にあるときの各レーザ光の入射位置をそれぞれＰ１、Ｐ２、Ｐ３とし、レチクル１のｚ軸方向位置をＲｚ、ｘ軸周りの回転角度をθｘ、ｙ軸周りの回転角度をθｙとすると、各点でのｚ方向位置ずれｚ_１、ｚ_２、ｚ_３は、幾何学的な関係より、ａ_１１〜ａ_３３を定数として

として求めることができる。厳密にはａ_１１〜ａ_３３は定数ではなく、Ｒｚ、θｘ、θｙによって変化する（線形ではない）が、これらの値は小さいので、近似的に定数として扱うことができる。なお、各レーザ光の光束同士を、均等な間隔で照射すると、ａ_１１〜ａ_３３の計算が容易である。

逆に、測定により各点でのｚ方向位置ずれｚ_１、ｚ_２、ｚ_３が求まれば、

として、ｚ軸方向位置Ｒｚ、ｘ軸周りの回転角度θｘ、ｙ軸周りの回転角度θｙを求めることができる。

このように、ｚ軸方向位置Ｒｚ、ｘ軸周りの回転角度θｘ、ｙ軸周りの回転角度θｙを求めるには、最低３点の測定が必要であるが、計測誤差があった場合に、測定値が計測誤差の影響を大きく受ける。このような恐れがある場合には、測定点数を多くとって、それから、ｚ軸方向位置Ｒｚ、ｘ軸周りの回転角度θｘ、ｙ軸周りの回転角度θｙを求めるようにすればよい。

測定点数がｎ点あって、それぞれのｚ方向位置ずれｚ_１’、ｚ_２’、…、ｚ_ｎ’とすると、（１）式に対応する式は、

となる。各点での測定値を、ｚ_１、ｚ_２、…、ｚ_ｎとすると、最小二乗法により、

として、

の連立方程式を満足するｚ軸方向位置Ｒｚ、ｘ軸周りの回転角度θｘ、ｙ軸周りの回転角度θｙを求めればよい。

測定点数を増やすには、マルチビーム放射型のレーザ光源を使用するのが好ましい。これは、図２に示すようなレーザスポット６がアレイ状に形成されるような光源配列を有するレーザ光源であり、図２に示す場合には、３×５の１５本のレーザ光束を放射する。その照射領域はほぼ１０×２０ｍｍ程度である。このような光源を使用し、これら１５点の照射位置の計測を１つの２次元ＣＣＤで行うようにすれば、装置構成が簡単となる。又、図１に示すレーザ光源４ａ、４ｂ、４ｃの一つ一つをこのようなマルチビーム放射型のレーザ光源とすれば、合計４５点の測定が可能となる。

特に、図２に示すようなマルチビーム放射型のレーザ光源を使用する場合には、レーザ光の照射方向を、固定ブラインドの開口の円弧の接線に沿った方向とすることが好ましい。

この理由を図３を用いて説明する。図３において、２ａは、固定ブラインドの円弧状の開口、２ｂはその中心線である。今、この中心線上にある点Ｐを中心として、マルチビーム放射型のレーザ光源からレーザ光線を照射する場合、中心線２ｂのＰにおける接線７に沿った方向からレーザ光線を入射させる。接線７に沿った方向からとは、接線７に平行で、ｘ−ｙ平面に垂直な平面内にレーザ光源からのレーザ光線が含まれるような状態で、レーザ光線を入射させることを意味する。これにより、照射領域８の長さを長くすることができるので、照射面積を大きくすることができ、多くの本数のレーザ光線で照射を行うことができる。

本発明の実施の形態であるレチクル位置検出方法に使用する装置の概要を示す図である。マルチビーム放射型のレーザ光源を説明する図である。レーザ光源を固定ブラインドの開口の円弧の接線に沿った方向とすることが好ましい理由を説明する図である。ＥＵＶ露光装置の光学系の概要を示す図である。固定ブラインド、可動ブラインドの配置を説明する図である。図５の下側から可動ブラインドのブラインド板、固定ブラインド、レチクルを見た概念図である。

符号の説明

１…レチクル、２…固定ブラインド、２ａ…固定ブラインドの円弧状の開口、２ｂ…固定ブラインドの円弧状の開口の中心線、３…可動ブラインド、４ａ，４ｂ，４ｃ…レーザ光源、５ａ，５ｂ，５ｃ…２次元ＣＣＤ、６…レーザスポット、７…接線、８…照射領域、Ｐ…点、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…レーザ光の入射位置

Claims

ＥＵＶ光を、円弧状の開口を有する固定ブラインドの開口を介してレチクル面に照射し、当該レチクルに形成されたパターンを投影光学系によりウエハに露光転写するＥＵＶ露光装置におけるレチクル位置検出方法であって、前記レチクルの走査方向をｘ方向、前記レチクルの基準面に垂直な方向をｚ方向とするｘ−ｙ−ｚ直交座標系において、前記固定ブラインドの開口を通して、３つ以上のレーザ光を、ｚ軸に平行な平面内で前記レチクル面に斜め照射し、当該レーザ光が照射された前記レチクル面の位置を検出することにより、前記レチクルのｚ方向位置、ｘ軸周りの回転角度、ｙ軸周りの回転角度を算出することを特徴とするＥＵＶ露光装置におけるレチクル位置検出方法。
前記レーザ光の光束同士が、均等な間隔で配置されていることを特徴とする請求項１に記載のＥＵＶ露光装置におけるレチクル位置検出方法。
前記固定ブラインドの開口が円弧状の開口であり、前記レーザ光を入射させる方向が、前記円弧の接線に沿った方向であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＥＵＶ露光装置におけるレチクル位置検出方法。