JP2013149928A - リソグラフィー装置および物品を製造する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＣｏＯと要求精度との両立に有利なリソグラフィー装置を提供する。
【解決手段】 リソグラフィー装置は、基板を回転させる回転機構と、第１計測部と、第２計測部と、制御部とを備える。前記第１計測部は、前記基板に形成されたアライメントマークの第１方向における位置を第１精度で計測する。前記第２計測部は、前記基板に形成されたアライメントマークの第２方向における位置を前記第１精度より高い第２精度で計測する。前記制御部は、前記第１方向および前記第２方向においてそれぞれ要求される重ね合わせ精度が異なる前記基板を、前記重ね合わせ精度が高い前記基板の方向が前記第２方向に合うように前記回転機構を制御する。
【選択図】 図１Ａ

Description

本発明は、リソグラフィー装置および物品を製造する方法に関する。

ＬＳＩ製造の中にカッティングリソグラフィーまたは１Ｄリソグラフィーと呼ばれる工程がある。このカッティングリソグラフィーは、既にウエハ上に作成されているラインアンドスペースのパターンに対して、所望のライン長になる様にラインをカットしたり、不要なラインを削除したりする工程である。カッティングリソグラフィーの工程で要求されるウエハアライメント精度は、３σで８ｎｍ以下の精度が求められている。しかし、このウエハアライメント精度が必要なのは、ライン長を決める方向だけで、ライン長を決める方向に垂直な方向に関しては、隣接するラインにかからない程度の精度で十分である。例えば、５０ｎｍのラインアンドスペースの場合、±２０ｎｍのバラツキまで許容可能である。

このリソグラフィー工程に限らず露光装置、電子線描画装置等のリソグラフィー装置に関して、特に高いＣｏＯ（Ｃｏｓｔ ｏｆ Ｏｗｎｅｒｓｈｉｐ：所有コスト）が要求されている。しかし、現状では、アライメント精度の要求が厳しいためにクリティカルな工程で使用する高価で高精度なアライメント性能を有しているリソグラフィー装置を使用せざるをえない。そこで、従来のリソグラフィー装置では、ウエハアライメント性能に関してＸ方向およびＹ方向で共に同じ性能を保証している。従って、仮に、ライン長を決める方向が変更になっても従来のリソグラフィー装置はその変更に対応可能である。

特許文献１には、隣接して配置されたＸ方向計測用のファインアライメントマークとＹ方向計測用のファインアライメントマークとを、１つの検出光学系の同一視野にて検出することで、計測時間を短縮化したアライメント光学系が紹介されている。また、特許文献２では、露光する基板をステージへ搭載する前に基板の向きを露光する方向に合せて基板の向きを合せた後で、アライメントピンにて位置決めを行う方法が提案されている。以上のように、ウエハアライメント時間を短縮したり、描画する方向に基板の方向を合せたりする技術は提案されている。しかし、要求されるアライメント精度の方向差に考慮してアライメント性能とＣｏＯとの両立を図った装置技術は、これまでは実現されていない。

特開２００９−５４７３７号公報 特開平４−１９９８１０号公報

光や電子線を使って所望の回路パターンを基板上に露光または描画するリソグラフィー装置の種々の性能の中で、近年、ＣｏＯが重要視される様になってきた。ＣｏＯの性能を良くする具体的な方法は、装置価格の低減や、単位時間当たりのウエハを処理する枚数の向上、消費電力やユーティリティーの使用量の削減、機能・付加価値等の追加など多岐に渡っており、ウエハのアライメント計測に関しても例外ではない。

ウエハアライメント計測を行う工程では、Ｘ方向、Ｙ方向のそれぞれの方向に対して、ウエハアライメント計測に対する計測要求精度が設定されている。その計測要求精度は、Ｘ方向とＹ方向に同じ要求精度が設定される場合もあるし、Ｘ方向とＹ方向で差がつけられている場合もある。例えば、Ｘ方向に対する計測要求精度がＹ方向に比べて厳しいとき、従来技術の様に両方向のウエハアライメント計測に対して同じ計測処理を行うと、要求精度が厳しい方向に対して仕様を満たせない場合があり、歩留まりの低下に繋がる。また、要求精度が厳しい方向の計測条件に合わせて要求精度が緩い方向の計測を行うと、要求精度が緩い方向に関して計測回数等の計測条件がオーバースペックとなり、無駄な計測時間がウエハアライメントシーケンスの工程として費やされる。その結果、スループットが低下してＣｏＯを低下させる。

そこで本発明は、ＣｏＯと要求精度との両立に有利なリソグラフィー装置を提供することを例示的目的とする。

本発明は、リソグラフィー装置であって、基板を回転させる回転機構と、前記基板に形成されたアライメントマークの第１方向における位置を第１精度で計測する第１計測部と、前記基板に形成されたアライメントマークの第２方向における位置を前記第１精度より高い第２精度で計測する第２計測部と、前記第１方向および前記第２方向においてそれぞれ要求される重ね合わせ精度が異なる前記基板を、前記重ね合わせ精度が高い前記基板の方向が前記第２方向に合うように前記回転機構を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、例えば、ＣｏＯと要求精度との両立に有利なリソグラフィー装置を提供することができる。

電子線描画装置の構成を示した図。 ウエハアライメント計測系の拡大図。 電子線描画装置の構成を示す概略図。 電子線描画装置のウエハアライメント計測のフローチャート。 従来のリソグラフィー装置の構成を示した図。 マスクを用いる露光装置のシステム構成を示した図。

以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

［実施例１］
図２は、リソグラフィー装置として電子線を用いて基板にパターンを描画する描画装置を使用する実施例１を示す概略図である。描画装置として電子線に替えてイオンビーム等他の荷電粒子線を用いて基板にパターンを描画する描画装置も使用することができる。電子銃２０１から放射された電子線２０２は、コンデンサレンズ２０３によって複数の略平行の電子線２０６とされる。コンデンサレンズ２０３により略平行とされた電子線２０６は、アパーチャーアレイ２０４により分離され、フォーカス制御回路２２０に駆動されるレンズアレイ２０５により、ブランキング絞り２０８の近傍に電子銃のクロスオーバの中間像２０９を結ぶ。これらの中間像２０９の位置は、レンズアレイ２０５の個々の強度を変えることにより光軸方向の位置を変えることができる。また、ブランキングアレイ２０７に電圧を印加することにより中間像２０９は光軸と垂直方向に移動し、ブランキング絞り２０８によって遮断され、個々の分離された電子線２０６についてオンオフの制御が可能となる。

ブランキング絞り２０８の近傍に形成された中間像２０９を第１静電レンズ（又は電磁レンズ）２１０、第２静電レンズ（又は電磁レンズ）２１４からなる電子光学系によりウエハステージ（基板ステージ）２１８上のウエハ２１７に投影する。電子光学系は、第１静電レンズ２１０の後焦点位置と第２静電レンズ２１４の前焦点位置を共有するようにレンズ制御回路２２２によって駆動される。このとき、各中間像２０９を構成する複数の電子線２０６は、主偏向器２１３および副偏向器２１５により一括して偏向され、位置決めされる。例えば、主偏向器２１３は偏向幅を広く、副偏向器２１５は偏向幅を狭く用いる。そして、ＣＰＵ２２６に蓄えられたパターンデータに基づく照射量制御回路２２１により電子線２０６のオンオフと、偏向制御回路２２３により駆動される主偏向器２１３および副偏向器２１５の偏向動作を同期させることにより描画が行われる。

図１Ａを用いて実施例１に係る描画装置のシステム構成を説明する。電子銃２０１が形成するクロスオーバ像を光源として電子光学系（投影系）１０１へ電子線が照射され、アパーチャーアレイ２０４にて複数本の電子線２０６が形成される。それ以降の電子線２０６に対する処理は既に述べた通りである。

実施例１では、電子線をウエハ２１７へ照射する電子光学系１０１の他に、ウエハ（基板）２１７上に作成されているウエハアライメントマークを計測するための計測系が用意されている。また、描画装置において第１方向およびそれに直交する第２方向が定義されている。ウエハアライメント計測系は、ウエハアライメント計測系（第１計測部）１０３とウエハアライメント計測系（第２計測部）１０２とを含む。ウエハアライメント計測系１０３は、ウエハ２１７に形成されたアライメントマーク１３１の第１方向における位置を第１精度（低精度）で計測する。低精度のウエハアライメント計測系１０３は、高精度のウエハアライメント計測系１０２のよりも計測精度が１桁程度低く、３０〜５０ｎｍ／３σ程度の計測再現性を有する。本実施例１では、ウエハアライメント計測系１０３は、アライメントマーク１３１の第２方向における位置をも第１精度（低精度）で計測する。ウエハアライメント計測系１０２は、ウエハ２１７に形成されたアライメントマーク１３０の第２方向における位置を第１精度よりも高い第２精度で計測する。高精度のウエハアライメント計測系１０２は、計測再現性で８ｎｍ／３σ以下の精度を有する。

高精度のウエハアライメント計測系１０２と低精度のウエハアライメント計測系１０３とを別個に備えるウエハアライメント計測系とする必要はない。例えば、１つのウエハアライメント計測系が計測倍率を切り換える機構を備えることで高精度および低精度のウエハアライメント計測を実現しても良い。高精度のウエハアライメント計測系１０２と低精度のウエハアライメント計測系１０３との役割は、概ね、以下の様に分かれている。

計測可能範囲は広いが低精度のウエハアライメント計測系１０３で初めに計測を行ってウエハ２１７の大まかなずれ量を求めておく。ウエハ２１７の大まかなずれ量を求めておくことで、計測可能な範囲は狭いが高精度のウエハアライメント計測系１０２で次に計測するときに確実にウエハアライメント計測系１０２の計測範囲内にアライメントマーク１３０が入るようにする。

図１Ｂの（ａ）と（ｂ）はそれぞれ、高精度のウエハアライメント計測系１０２と低精度のウエハアライメント計測系１０３の構成の一例を表している。高精度のウエハアライメント計測系１０２の光源１２０ａは、例えば、白色光を射出するハロゲンランプでも良いし、レジストの感度の無い波長の単色光を射出するＨｅＮｅレーザでも良い。白色光の光源を使用する場合は、ウエハ２１７上のアライメントマーク１３０を計測する時にウエハ２１７の表面に塗布してあるレジストと反応する波長を含んでいるので、不図示の光波長フィルタにて光の波長の制限を行う。

光源１２０ａから射出された光はハーフミラー１２１ａを通って対物レンズ１２２ａからウエハ２１７上のアライメントマーク１３０を照明する。照明された光はウエハ２１７で反射し、反射光が対物レンズ１２２を通ってハーフミラー１２１にて今度は光路を９０度曲げられて高分解能のセンサー１４０上にて像を結ぶように不図示の光学系が配置されている。因みに、従来のリソグラフィー装置では、アライメント計測は、第１方向（例えばＸ方向）と第２方向(例えばＹ方向)との両方について行うことから、図４に示すようなアライメント計測系の構成になっている。ウエハ２１７に対してパターンを高精度で重ね合わせて描画するためのずれ量を求めるため、ＸとＹの両方向の計測が必要である。そのため、従来の高精度のウエハアライメント計測系１０２ｃは、それぞれの計測方向に対して、光源１２０ｃと光学系と２つのアライメントマーク１３０を個々に計測するための２つのセンサー１４０ｃ、１４０ｃ’が必要になっていた。光学系は、ハーフミラー１２１ｃ、対物レンズ１２２ｃ、ハーフミラー１２１ｃ’、反射ミラー１２３ｃを含む。

図１Ｂの（ｂ）に示される低精度のウエハアライメント計測系１０３の基本的な構成は、高精度のウエハアライメント計測系１０２と同様である。しかし、ウエハアライメント計測系１０３は、光学的な倍率が低く、また、ウエハアライメント計測系１０２が計測するアライメントマーク１３０とは異なるアライメントマーク１３１を計測する。さらには、ウエハアライメント計測系１０３は、アライメントマーク１３１を計測するのに分解能が低いセンサー１４１を使っている。また、ウエハアライメント計測系１０３は、Ｘ，Ｙの両方向のアライメントマーク１３１を一度に計測できるように２次元のセンサー１４１を使っている。

実施例１の描画装置では、ウエハ２１７をその表面に直交する軸の周りで回転可能で、ステージ制御回路２２５の指令により、ウエハステージ２１８へウエハ２１７を搭載するときにウエハ２１７の向きを合せる回転機構１０９も構成されている。実施例１では、回転機構１０９は、ウエハ２１７をウエハステージ２１８に搭載する前にウエハ２１７をプリアライメントするプリアライメント機構である。回転機構１０９は、図１Ａに示されるように、ウエハ２１７を搭載して回転駆動とＸ，Ｙ方向へのシフト駆動が可能なウエハ駆動部１０７とウエハ２１７の回転方向とＸＹ方向の位置とを検出するウエハ検出部１０６とを有している。

ウエハ２１７の方向を合せる機構の動作を簡単に説明する。まず、ウエハ２１７をウエハ駆動部１０７へ搭載する。ウエハ駆動部１０７は、ウエハ２１７を回転させながらウエハ検出部１０６でウエハ２１７のノッチを検出する。ウエハ検出部１０６は、ウエハ駆動部１０７によりウエハ２１７を回転させかつシフトすることでノッチを正確に検出してウエハ２１７の位置を求める。なお、ウエハ検出部１０６が検出するものは、必ずしもウエハ２１７のノッチである必要は無く、例えば、ウエハ２１７上の任意のマークであっても良い。ウエハ駆動部１０７は、ウエハ２１７のノッチ検出位置を基準にして、任意の回転角度にウエハ２１７を回転する機能も搭載している。

このような描画装置におけるウエハアライメント処理の流れを、図３のフローチャートを使って説明する。まず初めに、Ｓ１０で、ウエハ２１７が描画装置の外部から描画装置に搬送されてくる。描画装置に搬送されるときにはウエハ２１７には既にパターンを露光するために必要なレジストが塗布されている。また、ウエハ２１７には、既に下地の回路パターンとアライメントマークも形成されている。

次に、Ｓ１１で、描画装置内に搬送されたウエハ２１７は、図１Ａにて説明したように、初めにウエハ２１７をウエハステージ２１８へ搭載する方向を決めるために、ウエハ駆動部１０７によって、ウエハ２１７の向きとＸＹ方向の位置が調整される。このとき、ウエハ２１７を高精度でアライメントさせたい方向が、高精度のウエハアライメント計測系１０２の計測方向と同じになるように、ウエハ２１７の向きがあわされる。

従って、ウエハ検出部１０６によりウエハ２１７のノッチを検出してウエハ２１７の向きが高精度のウエハアライメント計測系１０２の計測方向と合っていれば、Ｓ１３で、制御部Ｃは、そのままの向きでウエハ２１７をウエハステージ２１８の上に置く。もし、違っていた場合、Ｓ１２にて、制御部Ｃは、ノッチを検出した位置を基準に、ウエハアライメント計測系１０２の計測方向に合うようにウエハ２１７を回転してから、Ｓ１３で、ウエハステージ２１８の上にウエハ２１７を置く。

ウエハステージ２１８に置かれて保持されたウエハ２１７に対して、まず初めに、Ｓ１４で、低精度のウエハアライメント計測系１０３によりアライメントマーク１３１を用いてＸＹ両方向のウエハアライメント計測を行う。Ｓ１４で計測したウエハアライメント計測値を使って制御部Ｃはウエハ２１７の位置合わせを行う。これにより、高精度のウエハアライメント計測系１０２の計測範囲内に確実にアライメントマーク１３０が入るようになる。

Ｓ１５で、高精度のウエハアライメント計測系１０２により、アライメントマーク１３０を用いて高精度のウエハアライメント計測を行う。Ｓ１６で、制御部Ｃは、ウエハ２１７のＸ方向の位置を高精度のウエハアライメント計測値で補正し、Ｙ方向の位置を低精度のウエハアライメント計測値で補正する。本実施例１では、Ｘ方向の位置を高精度で調整する方向としているが、Ｙ方向を高精度で調整する方向としてもよい。

最後に、Ｓ１７で、制御部Ｃは、位置合わせが行われたウエハ２１７上のパターンに対して描画パターンを重ね合せる。このとき、ウエハ２１７の回転方向に整合するように、描画するパターンも回転する必要がある。描画パターンは、制御部Ｃにより、ウエハ２１７の回転方向に整合するように回転処理されてから、Ｓ１７で電子線を用いてパターンの描画が行なわれる。本実施例１では、回転機構１０９をプリアライメント機構として構成したが、回転機構１０９はウエハステージ２１８を回転する回転機構であってもよい。

［実施例２］
図５を用いて、リソグラフィー装置としてマスクに形成されたパターンを基板に投影して基板を露光する露光装置を使用する本発明の実施例２の説明を行う。図５は実施例２の露光装置のシステム構成を表した図である。基本的なシステム構成は実施例１で説明したシステム構成と同じである。ウエハステージ２１８にウエハ２１７を搭載し、ウエハ２１７上のアライメントマークを低精度のウエハアライメント計測系１０３によりＸＹ両方向の計測を行い、高精度のウエハアライメント計測系１０２により一方向のアライメント計測だけを実施する。ウエハアライメント計測系１０３とウエハアライメント計測系１０２とによるアライメントデータを使ってウエハ２１７の位置合わせを行う。

ウエハ駆動部１０７によりウエハ２１７を駆動してウエハのノッチを検出するウエハ検出部１０６によりウエハの位置を検出する。本実施例２では、パターンをウエハ２１７上に投影する投影系１０１は、光を投影する投影光学系である。マスク（原版、レチクルともいう）１０上にはウエハ２１７に投影するパターンが形成されている。マスク１０のパターンは、投影系１０１を介してウエハ２１７上に投影され、ウエハにパターンが転写される。

図３のＳ１２で、基板上で高精度のウエハアライメントが要求され方向と高精度のウエハアライメント計測系１０２の計測方向とが一致するように、ウエハ検出部１０６とウエハ駆動部１０７とはウエハ２１７の向きを調整する。マスク駆動部１０８は、調整されたウエハ２１７の向きと整合するように、Ｓ１２でマスク１０の向きを回転させてからＳ１３でマスク１０をマスクステージに搭載する。このようにウエハ２１７とマスク１０との向きを調整した後、実施例１と同様のウエハアライメント計測処理を行って、ウエハ２１７上のパターンとマスク１０上のパターンの重ね合わせを行い、露光を行う。

［物品の製造方法］
本発明の好適な実施形態の物品の製造方法は、例えば、半導体デバイスや原版（例えば、レチクルまたはマスクとも呼ばれうる）などの物品の製造に好適である。該製造方法は、感光剤が塗布された基板に上記のリソグラフィー装置を用いてパターンを形成する工程と、前記工程で前記パターンを形成された基板を加工（例えば、現像）する工程とを含みうる。さらに、デバイスを製造する場合において、該製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含みうる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形または変更が可能である。例えば、以下のような変形または変更が可能である。リソグラフィー装置は、以上に例示したものには限定されない。例えば、基板上のインプリント剤（例えば樹脂）を型で成形して当該基板上にパターンを形成する（基板にパターンを転写する）インプリント装置であってもよい。なお、インプリント装置を用いた物品の製造方法では、上述の加工工程は、残膜（ｒｅｓｉｄｕａｌ ｌａｙｅｒ）を除去する工程または他の周知の加工工程としうる。

Claims (6)

1. リソグラフィー装置であって、
   基板を回転させる回転機構と、
   前記基板に形成されたアライメントマークの第１方向における位置を第１精度で計測する第１計測部と、
   前記基板に形成されたアライメントマークの第２方向における位置を前記第１精度より高い第２精度で計測する第２計測部と、
   前記第１方向および前記第２方向においてそれぞれ要求される重ね合わせ精度が異なる前記基板を、前記重ね合わせ精度が高い前記基板の方向が前記第２方向に合うように前記回転機構を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とするリソグラフィー装置。
2. 前記基板を保持する基板ステージを備え、
   前記回転機構は、前記基板ステージの上に前記基板を置く前に前記基板を回転させる、ことを特徴とする請求項１に記載のリソグラフィー装置。
3. 前記基板を保持する基板ステージを備え、
   前記回転機構は、前記基板ステージを回転させる、ことを特徴とする請求項１に記載のリソグラフィー装置。
4. 前記リソグラフィー装置は、荷電粒子線で基板に描画を行う描画装置であり、
   前記制御部は、前記回転機構による前記基板の回転に整合するように、前記描画に用いるデータを変更する、ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のリソグラフィー装置。
5. 前記リソグラフィー装置は、マスクに形成されたパターンを前記基板に投影して当該基板を露光する露光装置であり、
   前記制御部は、前記回転機構による前記基板の回転に整合するように、前記マスクを回転させる、ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のリソグラフィー装置。
6. 物品を製造する方法であって、
   請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のリソグラフィー装置を用いて基板にパターンを形成する工程と、
   前記工程で前記パターンを形成された前記基板を加工する工程と、
   を含むことを特徴とする方法。

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