JP2014137303A - 干渉計システム、リソグラフィー装置、それを用いた物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザー干渉計を用いて計測対象物の位置を計測する際の計測誤差を低減するのに有利な干渉計システムを提供する。
【解決手段】干渉計システム１は、計測対象物２に計測光を照射して、計測対象物２の位置を計測する。この干渉計システム１は、レーザー光源３と、レーザー光源３の出射口３ａから出射されるレーザー光を計測光と参照光とに分離する干渉計４、５と、レーザー光が内部を通過するように光軸の周囲を覆い、一方の開口部を出射口３ａに密着させた光路保護部材１０とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、干渉計システム、リソグラフィー装置、およびそれを用いた物品の製造方法に関する。

レーザー光源から出射されたレーザー光を用いて計測対象物の位置を計測する（測長する）干渉計を含む干渉計システムが知られている。この干渉計システムでは、まず、光源から出射されたレーザー光は、ビームスプリッタによる分割やミラーによる折り曲げにより干渉計へと導かれる。次に、干渉計内にて、レーザー光は、計測光と参照光とに分離され、計測対象物にて反射されて戻ってきた計測光と、参照光とが重ね合わされて発生する干渉信号を検出することで、その変位の差分が導出され、最終的に計測対象物の位置を特定することができる。ここで、計測光または参照光のいずれかが通過する光路において、温度、気圧、または湿度のいずれか１つでも変化を起こすと、空気の屈折率が変化する。したがって、計測光と参照光とが空気の屈折率の変化に起因して受けた影響の差分だけ、計測誤差が生じる可能性がある。そこで、この計測誤差の発生を低減させるために、光路にカバーを設けたり、局所的に空調する装置を設けたりする干渉計システムもある。これに対して、計測光と参照光とが重なって通過する光源から干渉計までの共通光路では、上記の温度などの変化により発生する屈折率変化自体に起因の計測誤差は、原理的には発生しないと考えられていた。これは、この光路が共通光路であるから、計測光と参照光とが同じ変化を受けたのであれば、光路長差が生じないためである。しかしながら、例えば、計測に３時間以上かかるような場合には、このようなレーザー干渉計でも、気圧などの変化による非線形誤差の影響が無視できないことがある。そこで、特許文献１は、共通光路が外部からの影響、特に気圧の影響を受けないように、光路を密閉管で密閉する干渉計測定装置を開示している。

特開平１１−４４５０６号公報

しかしながら、特許文献１に示すように光路を屈折率変化の影響を受けないように密閉管を設けたとしても、共通光路の少なくとも一部に大気開放された部分が存在すると、気圧などの影響をほとんど受けない短時間の計測でも、計測誤差が発生する場合がある。これは、共通光路中に屈折率分布が生じ、そこに空気の流れが発生すると、屈折率の異なる空気間の境界面が常に変化するため、これに伴ってレーザー光（光軸）の角度も変化するからである。光路中でレーザー光の角度が変化した場合、計測対象物に対する計測光の照射位置は、角度変化が発生した位置から計測対象物までの距離に比例した量だけ変化する。図７は、このときの計測誤差を比較し説明するための参考図である。ここで、図７（ａ）に示すように計測対象面４０と計測光４１とが完全に直交していれば、計測誤差Ｅ_１として、光路長Ｌと角度変化θとの関係からおおよそＬ（１−ｃｏｓθ）だけしか発生しない。これに対して、図７（ｂ）に示すように直交からのズレθ_２があると、計測誤差Ｅ_２として、おおよそＬ・ｔａｎθ_１ｔａｎθ_２が追加で発生する。この場合、共通光路中に屈折率変化を生じさせる要因としては、例えば、レーザー光源に起因する温度変化の影響が挙げられる。レーザー光源は、レーザー光の波長を安定させるために、通常ヒーターを用いて温度制御されている。そのため、レーザー光源自体が大きな発熱源となっており、特にレーザー光を出射する出射口の近傍では、大きな温度分布が形成される。すなわち、特許文献１に示すように光路が密閉管で覆われていたとしても、例えば、その密閉管とレーザー光源との間に大気開放された隙間が存在している場合には、レーザー光源起因の温度変化により屈折率境界面に変化が生じ、計測誤差が発生する可能性がある。

本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、例えば、レーザー干渉計を用いて計測対象物の位置を計測する際の計測誤差を低減するのに有利な干渉計システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、計測対象物に計測光を照射して、計測対象物の位置を計測する干渉計システムであって、レーザー光源と、レーザー光源の出射口から出射されるレーザー光を計測光と参照光とに分離する干渉計と、レーザー光が内部を通過するように光軸の周囲を覆い、一方の開口部を出射口に密着させた光路保護部材と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、例えば、レーザー干渉計を用いて計測対象物の位置を計測する際の計測誤差を低減するのに有利な干渉計システムを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る干渉計システムの構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る干渉計システムの構成を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る干渉計システムの構成を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る干渉計システムの構成を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る干渉計システムの構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る露光装置の構成を示す図である。 干渉計システムの計測誤差について説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。

（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係る干渉計システムについて説明する。本実施形態の干渉計システムは、レーザー干渉計を採用し、任意の方向に移動可能とする計測対象物の位置を、計測対象物までの距離を計測（測長）することで特定する。図１は、本実施形態に係る干渉計システム１の構成を示す概略図である。なお、図１では、計測対象物２の移動平面の垂直方向（本実施形態では鉛直方向）に平行にＺ軸を取り、移動平面内で一方の走査方向にＸ軸を取り、Ｘ軸に直交する他方の走査方向にＹ軸を取っている。この干渉計システム１は、一例として、図１に示すようにＸＹ平面内を移動するＸＹステージを計測対象物２として、この計測対象物２をＸ、Ｙの２軸方向から測長するものとする。干渉計システム１は、レーザー光源（レーザー光源ユニット）を備える。ここでいうレーザー光源とは、レーザー光を直接発する発光源、または内部に発光源を含む製品の筺体である。特に本実施形態では、レーザー光源が内部に発光源を含む製品の筺体である場合について説明する。干渉計システム１は、レーザー発光源を含む筺体３と、計測対象物２に向けて、Ｘ軸方向で計測光を照射するレーザー干渉計（以下「第１干渉計」という）４と、Ｙ軸方向で計測光を照射するレーザー干渉計（以下「第２干渉計」という）５とを有する。なお、計測対象物２のＸ、Ｙの各軸方向の側面には、対向する干渉計４、５から照射された計測光を反射する反射板（反射ミラー）２ａが設置されている。レーザー発光源を含む筺体３は、レーザー光（互いに直交する直線偏光光）を２つの干渉計４、５に向けて出射する。このレーザー発光源を含む筺体３は、レーザー光の波長を安定させるために、内部または外周に不図示のヒーターが設置されており、温度制御されている。２つの干渉計４、５は、それぞれ、レーザー光を計測光と参照光とに分離する偏光ビームスプリッタを含む。また、干渉計システム１は、レーザー光の２つの干渉計４、５までの共通光路中に、レーザー発光源を含む筺体３から出射されたレーザー光を分割するビームスプリッタ６と、所定の箇所へとレーザー光を反射し引き回すための折り曲げミラー７とを含む。また、２つの干渉計４、５には、それぞれ各干渉計４、５内で、計測対象物２から反射され戻った計測光と、参照光とを受光する受光部８、９が設置されている。受光部８（第１干渉計４）および受光部９（第２干渉計５）は、反射され戻った計測光と、参照光とが重ねあわされて発生する干渉信号を検出する。このとき、受光部８または受光部９が出力した干渉信号は、不図示であるが、干渉計システム１の内部、または外部に存在する制御部（信号処理部）に送信され、制御部は、受信した干渉信号での変位の差分に基づいて、計測対象物２の位置を特定（算出）する。なお、図３を用いて後述する露光装置２０に干渉計システム１が採用されると想定した場合、例えば、この制御部の役割を、制御部２７が担うこととしてもよい。

さらに、干渉計システム１は、レーザー発光源を含む筺体３のレーザー光を出射する出射口３ａに、光路を覆う光路保護部材１０を備える。ここで、レーザー発光源を含む筺体３は、波長安定化のためのヒーターを有するため、発熱源でもある。したがって、出射口３ａの近傍が大気開放されている場合には、大きな温度分布が形成されることで気流が発生し、屈折率の異なる空気間の境界面が常に変化するため、レーザー光（光線）に角度変化が生じる可能性がある。この角度変化は、計測誤差を引き起こすため、その発生を抑えることが望ましい。そこで、本実施形態では、光路保護部材１０により出射口３ａ近傍へ流入し得る気流を遮断することで、レーザー光の角度変化の発生を抑える。

まず、光路保護部材１０は、断面が円または矩形の筒状部材であり、レーザー発光源を含む筺体３から出射されたレーザー光は、筒状部材の内部を通過する。ここで、単に光路保護部材１０の外部からの影響が内部にまで及ばないように、光路保護部材１０のレーザー光入射側とレーザー光出射側とのそれぞれの開口部に光学ガラス（透過窓）を設置し、内部空間を外部空間から隔離する（密閉する）ことも考えられる。しかしながら、レーザー光が光学ガラスを通過するということは、以下のような事象に起因して計測誤差を生じさせる可能性がある。この事象とは、ガラス表面での反射による光量損失や、ガラスの複屈折により生じ得るリタデーションに起因した偏光漏れや波面変化による非線形計測誤差の発生や、ガラスの熱変形（収縮、膨張）で引き起こされる平行度の変化による光軸角度変化などである。したがって、レーザー光の光路中には、光学ガラスのような光学部材は、可能な限り配置しないことが望ましい。そこで、まず、光路保護部材１０の一方の開口部（レーザー光入射側の開口部）は、レーザー発光源を含む筺体３の出射口３ａに、密封部材（シール材）１１を介して密着されている。この密封部材１１としては、例えばフッ素ゴム製のＯリングが採用可能であるが、その他、フッ素ゴムスポンジやガスケットなどを採用してもよく、または光路保護部材１０を出射口３ａから取り外さない場合には、密封部材１１を接着剤として接着してもよい。これにより、仮に大気開放されている場合に最も気流による影響を受けやすい出射口３ａ近傍にて、レーザー発光源を含む筺体３に起因する熱対流などの周囲との空気の移動が光路保護部材１０の内部に伝わらないように遮蔽することができる。これに対して、光路保護部材１０の他方の開口部（レーザー光出射側の開口部）は、その位置がビームスプリッタ６の直近に存在し、かつ、レーザー光の通過部分は、上記のような理由で開放されている。光路保護部材１０の材質は、好適には例えばアルミ合金とし得るが、他の金属材料でもよく、または、熱伝導率の低いＰＯＭ（ポリアセタール）などの樹脂材料やセラミクスを採用することで、外部からの熱影響を受けにくくしてもよい。

また、光路保護部材１０は、その内部空間の温度を一定に調整するための温調部１２を有する。この温調部１２は、例えば、図１に示すように光路保護部材１０の内面に冷却水を環流させる流路１２ａを有する。この流路１２ａは、光路保護部材１０の壁部に形成された穴を通じて、外部に設置された不図示の供給／回収部に管路１２ｂを介して接続される。供給／回収部は、温度調整された冷却水を供給、回収することで流路１２ａ内に環流させる。これにより、温調部１２は、光路保護部材１０の内部空間の温度を一定に維持することで温度分布の発生を抑え、内部空間にて生じ得る熱対流の影響を低減させることができる。なお、流路１２ａは、光路保護部材１０の内面に直接形成するものに限らず、例えば、管状部材を光路保護部材１０の内面に溶接や接着などにより設置するものとしてもよい。さらに、流路１２ａ内に環流させる流体は、冷却水に限らず、例えば、水以外の液体でもよいし、または空気などの気体でもよい。さらに、光路保護部材１０は、その外壁（外周部）に、外気の温度の影響を受けにくくするための断熱材（真空断熱材）１３を有する。なお、図１に示す例では、断熱材１３を光路保護部材１０の外壁に貼り付ける構成としているが、内壁に貼り付けるものとしてもよい。

以上のように、本実施形態によれば、レーザー干渉計を用いて計測対象物の位置を計測する際の計測誤差を低減するのに有利な干渉計システムを提供することができる。

なお、上記実施形態にて説明した干渉計システム１の構成については、以下のような変形も可能である。図２は、干渉計システム１の構成の変形例を示す概略図である。まず、図２（ａ）に示すように、干渉計システム１は、レーザー発光源を含む筺体３の周囲を覆い、内包する光源カバー１４を有する。この光源カバー１４は、レーザー発光源を含む筺体３に接続されている光路保護部材１０が貫通する部分にのみ開口を有する。この構成によれば、上記のような光路保護部材１０による効果に加えて、レーザー発光源を含む筺体３からの外部への熱伝達、熱伝導を低減することができるので、より高精度な計測が可能となる。さらに、この構成によれば、図２（ｂ）に示すように、光源カバー１４に、内部の気体を外部に排気する排気部（排気機構）１５を設置することが可能となり、内部空間の熱を効率良く回収することができる。したがって、この構成を採用すれば、例えば、上述した温調部１２などの他の熱対策を省略することも可能となる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る干渉計システムについて説明する。本実施形態に係る干渉計システムの特徴は、レーザー光源を、第１実施形態では内部に発光源を含む製品の筺体としたのに対して、レーザーチューブなどのレーザー光を直接発する発光源とする点にある。図３〜図５は、本実施形態に係る干渉計システムのうち、レーザーチューブ１６を含む筐体３の近傍の構成を示す概略図である。なお、図３〜図５では、図１に示す第１実施形態に係る干渉計システム１の構成に対応する要素には、同一の符号を付す。レーザーチューブ１６は、励起したレーザー光を両端にある２枚のミラー（不図示）で反射・往復させることにより増幅させて、レーザー光として出射する。レーザーチューブ１６から出射されたレーザー光は、このレーザー光のビーム径を広げるビームエキスパンダーなどの光学部品１７を経て、筺体３に設けられた開口より外部に出射される。レーザーチューブ１６は、レーザー光の波長を安定させるために、内部または外周に不図示のヒーターを設置しており、温度制御されている。このため、レーザーチューブ１６は、発熱源でもある。光路保護部材１０は、レーザー光と光学部品１７とを内部に納めるように配置される。光路保護部材１０の一方の開口部（レーザー光入射側の開口部）は、レーザーチューブ１６の出射口１６ａに密封部材（シール材）１１を介して密着される。筺体３は、光路保護部材１０が貫通する部分にのみ開口を有する。そして、光路保護部材１０の他方の開口部（レーザー光出射側の開口部）は、ビームスプリッタ６の直近に配置される。これにより、レーザーチューブ１６を起因とする熱対流を遮断し、レーザー光の光路中において屈折率の異なる空気間の境界面が変化するのを抑えることができる。

なお、図３に示すように、筺体３に、内部の気体を外部に排気する排気部（排気機構）１７を設けてもよい。これにより、筺体３内部の気体を効率よく回収することができる。また、筺体３に、温調部１８を設けてもよい。温調部１８は、光路保護部材１０が貫通する筐体３の開口の近くに設けられるのが望ましい。温調部１８は、筐体３の開口近傍の温度が所定の温度になるように温調を行う。所定の温度は、例えば、筐体３を囲む空間の雰囲気温度である。温調部１８は、筺体３内外における開口近くの空間の温度を調整することができるので、レーザーチューブ１６を起因とする熱対流をより効果的に抑えられる。これにより、開口部近傍のレーザー光周辺に発生する温度勾配を小さくすることができ、これに起因する計測誤差を抑制できる。

一方、光路保護部材１０は、図３に示す例では光学部品１７を内部に収める構成としたが、図４に示すように、光学部品１７に密着させて複数配置し、光学部品１７を内部に収めない構成としてもよい。この場合、レーザーチューブ１６と光学部品１７との間、光学部品１７同士の間、光学部品１７とビームスプリッタ６との間に密着部材１１を介して光路保護部材１０を複数設ける。これにより、光学部品１７を起因とする熱対流を抑えることができる。

さらに、レーザーチューブ１６の外周に、図５に示すように、温調部１９を設けてもよい。この場合、温調部１２、１８、１９の温度を同じ温度に設定する。外気（レーザー発光源を含む筺体３の外側の空間）の温度が一定の温度に調整されていれば、温調部１２、１８、１９の温度を外気の温度と同じ温度に設定する。これにより、レーザー光周辺で熱対流が起きないばかりでなく、空気に温度の分布ができないため、より効果的にレーザー光の角度変化の発生を抑えることができる。

（リソグラフィー装置）
次に、本発明の一実施形態に係るリソグラフィー装置について説明する。図６は、本実施形態に係るリソグラフィー装置の一例として露光装置２０の構成を示す概略図である。この露光装置２０は、半導体デバイスの製造工程に使用され、ステップ・アンド・リピート方式にてレチクル（原版）２１に形成されているパターン（例えば回路パターン）を被処理基板であるウエハ２２上（基板上）に転写露光する投影型露光装置とする。なお、露光装置２０は、ステップ・アンド・リピート方式に限らず、ステップ・アンド・スキャン方式を採用するものでもよい。また、図６では、投影光学系２３の光軸（本実施形態では鉛直方向）に平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で、互いに直交する方向にＸ軸およびＹ軸を取っている。露光装置２０は、照明系２４と、原版ステージ２５と、投影光学系２３と、基板ステージ２６と、制御部２７とを備える。照明系２４は、例えば、レンズ、ミラー、ライトインテグレーター、または絞りなどの光学素子を含み、不図示の光源から照射された光を調整してレチクル２１を照明する。光源としては、例えばパルスレーザー光源を採用可能である。レチクル２１は、ウエハ２２上に転写されるべきパターンが形成された、例えば石英ガラス製の原版である。原版ステージ（保持部）２５は、レチクル２１を保持し、ＸＹ軸方向に移動可能である。投影光学系２３は、照明系２４からの照射光で照明されたレチクル２１上のパターンを所定の倍率（例えば１／２〜１／５）でウエハ２２上に投影露光する。なお、原版ステージ２５および投影光学系２３は、定盤２８上に設置された、防振部材２９を含む鏡筒定盤３０に支持される。ウエハ２２は、例えば単結晶シリコンからなり、表面上にレジスト（感光剤）が塗布されている。基板ステージ（保持部）２６は、ウエハ２２を保持し、少なくともＸＹ軸方向に移動可能である。なお、基板ステージ２６は、定盤２８上に載置されたステージ定盤３１上に設置される。さらに、制御部２７は、露光装置２０の各構成要素の動作および調整などを制御し得る。特に、露光装置２０では、原版ステージ２５、または基板ステージ２６を計測対象物２とし、これらの位置を計測する装置として上記の干渉計システム１を採用する。本実施形態の露光装置２０によれば、計測誤差を低減するのに好適な干渉計システム１を採用することで、例えば、投影光学系２３からのパターン像と、ウエハ２２上のパターン形成領域との位置合わせなどを高精度に実施することができる。なお、本実施形態では、リソグラフィー装置として露光装置の例を説明したが、リソグラフィー装置は、それに限らず、可動の原版ステージ、または可動の基板ステージの少なくとも一方を含むリソグラフィー装置であればよい。例えば、電子線のような荷電粒子線で基板（上の感光剤）に描画を行う描画装置であってもよく、または、型（モールド）を用いて基板上のインプリント材を成形（成型）して基板上にパターンを形成するインプリント装置であってもよい。

（物品の製造方法）
一実施形態に係る物品の製造方法は、例えば、半導体デバイスなどのマイクロデバイスや微細構造を有する素子などの物品を製造するのに好適である。該製造方法は、物体（例えば、感光剤を表面に有する基板）上に上記のリソグラフィー装置を用いてパターン（例えば潜像パターン）を形成する工程と、該工程でパターンを形成された物体を処理する工程（例えば、現像工程）とを含み得る。さらに、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、パッケージングなど）を含み得る。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

以上、本発明の好ましい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。

１ 干渉計システム
２ 計測対象物
３ 筐体
３ａ 出射部
８ 第１干渉計
９ 第２干渉計
１０ 光路保護部材

Claims (12)

1. 計測対象物に計測光を照射して、前記計測対象物の位置を計測する干渉計システムであって、
   レーザー光源と、
   前記レーザー光源の出射口から出射されるレーザー光を前記計測光と参照光とに分離する干渉計と、
   前記レーザー光が内部を通過するように光軸の周囲を覆い、一方の開口部を前記出射口に密着させた光路保護部材と、
   を有することを特徴とする干渉計システム。
2. 前記光路保護部材の他方の開口部は、開放されていることを特徴とする請求項１に記載の干渉計システム。
3. 前記一方の開口部は、密封部材を介して前記出射口に接続されることを特徴とする請求項１に記載の干渉計システム。
4. 前記光路保護部材は、内部空間の温度を一定に調整する温調部を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の干渉計システム。
5. 前記温調部は、温度が調整された流体または気体を環流させる流路と、
   前記流路に対して前記流体または前記気体を供給または回収する供給／回収部と、
   を有することを特徴とする請求項４に記載の干渉計システム。
6. 前記光路保護部材は、内壁または外壁の少なくとも一方に断熱材を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の干渉計システム。
7. 前記レーザー光源の周囲を覆いつつ、前記光路保護部材が貫通する部分の開口が形成されている光源カバーを有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の干渉計システム。
8. 前記光源カバーの内部を排気する排気部を有することを特徴とする請求項７に記載の干渉計システム。
9. 前記レーザー光源は、複数の光学部品を含み、
   前記光路保護部材の他方の開口部は、密封部材を介して前記光学部品に接続されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の干渉計システム。
10. 前記レーザー光源からのレーザーが通過する空間の温度を調整するための温調部を有することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の干渉計システム。
11. パターンを基板に形成するリソグラフィー装置であって、
    原版または前記基板を保持して移動する保持部と、
    前記保持部を計測対象物として、前記保持部の位置を計測する請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の干渉計システムと、
    を有することを特徴とするリソグラフィー装置。
12. 請求項１１に記載のリソグラフィー装置を用いてパターンを基板に形成する工程と、
    前記工程で前記パターンを形成された基板を処理する工程と、
    を含むことを特徴とする物品の製造方法。

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