JP2014203984A - 計測装置、計測方法、リソグラフィ装置、および物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の構成によらずに該基板の表面の位置を高精度に計測するのに有利な計測装置を提供する。【解決手段】この計測装置は、物体の表面の位置を計測するものであり、複数の透光部７ａが形成された透光部材７を含み、透光部材７を介して物体上に斜めに投影されて物体で反射された複数の光を検出して検出信号を出力する検出器と、検出信号に基づいて表面の位置を求める処理部とを有する。複数の透光部は、透光部の形状および大きさ、ならびに透光部の間隔の少なくとも１つが互いに異なっている。【選択図】図３

Description

本発明は、計測装置、計測方法、リソグラフィ装置、および物品の製造方法に関する。

露光装置は、半導体デバイスや液晶表示デバイスなどの製造工程に含まれるリソグラフィ工程において、原版（レチクルやマスクなど）のパターンを投影光学系を介して感光剤が塗布された基板（ウエハやガラスプレートなど）に転写する装置である。このような露光装置では、原版のパターンの結像面に基板の表面（露光面）を位置合わせ、すなわち合焦するために、基板の表面の位置（面位置または高さ）を正確に計測する必要がある。そこで、露光装置は、投影光学系の光軸方向における基板の位置を計測するオートフォーカスセンサー（ＡＦセンサー）を有する。ＡＦセンサーは、一般的に、基板の表面に対して光（複数のビーム）を投射する投光系と、基板の表面からの反射光を受光する受光系と、受光系からの光を検出し処理部へ検出信号を出力する検出部とを含む。ここで、基板がガラスプレートなどの透光性基板である場合、受光系が受光する光には、基板の表面からの反射光のみならず、基板の裏面からの反射光も含まれる。そのような反射光では計測精度が低下するため、ＡＦセンサーでは、いかに基板の裏面での反射光を低減するか、または基板の表面での反射光を抽出するかが重要となる。ところが、検出光には、基板の裏面からの反射光のみならず、例えば、感光剤における反射光や基板内に形成されているパターンによる反射光も含まれる。このような製造工程要因の外乱の影響を受け、検出部から取得される情報は、複雑に変化し得る。さらに、投光系が複数のビームを投射する場所にあるパターンによって反射率が異なると、検出部から取得される情報はその影響を受ける。これに対して、特許文献１は、受光系からの光のうち基板の表面以外の面を介した光中の異なる部分の間に位相差を付与することにより、基板の表面での反射光以外の反射光を低減する面計測装置を開示している。また、特許文献２は、２種類の投光系を備え、受光系が２種類の反射光を受光することにより、基板の表面での反射光以外の反射光に係る信号成分を演算により低減する面計測装置を開示している。

特開２００９−１２４１４６号公報 特開２００９−１７０６６４号公報

しかしながら、特許文献１または２に示す面計測装置は、構成が複雑であり、コスト面で不利である。また、基板の裏面からの反射光とは異なり、上記のような他の要因の反射光は、基板の構成（構造）により様々であるため、対処が容易ではない。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、例えば、基板の構成によらずに該基板の表面の位置を高精度に計測するのに有利な計測装置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、物体の表面の位置を計測する計測装置であって、複数の透光部が形成された透光部材を含み、透光部材を介して物体上に斜めに投影されて物体で反射された複数の光を検出して検出信号を出力する検出器と、検出信号に基づいて表面の位置を求める処理部と、を有し、複数の透光部は、透光部の形状および大きさ、ならびに透光部の間隔の少なくとも１つが互いに異なっている、ことを特徴とする。

本発明によれば、例えば、基板の構成によらずに該基板の表面の位置を高精度に計測するのに有利な計測装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る露光装置の構成を示す図である。 基板表面と受光光との関係を説明する計測装置の要部を示す図である。 第１実施形態に係る透光部材の形状を示す図である。 第１実施形態におけるポジションセンサーの出力を示すグラフである。 第１実施形態における複合外乱の影響を受けた出力を示すグラフである。 第１実施形態における計測の流れを示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る露光装置の構成を示す図である。 従来の透光部材の形状を示す図である。 従来の計測装置のポジションセンサーの出力を示すグラフである。 従来の検出光および受光光と外乱との関係を説明する図である。 基板表面以外からの反射光が与える影響を説明するグラフである。

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実施形態に係る計測装置（計測方法）について説明する。本実施形態に係る計測装置は、例えば、露光装置などのリソグラフィ装置に設置される。そして、計測装置は、リソグラフィ装置内のステージに載置されている基板（ウエハやガラスプレートなど）を計測対象物（物体）として、その表面の位置（面位置または高さ）を計測するものである。以下、本実施形態に係る計測装置は、一例として露光装置に設置されるものとして説明する。

図１は、本実施形態に係る計測装置１を含む露光装置１００の構成を示す概略図である。露光装置１００は、例えば、ステップ・アンド・リピートまたはステップ・アンド・スキャン方式にて原版（レチクルまたはマスク）１０１に形成されているパターン（例えば回路パターン）を介して基板１０２を露光する露光装置である。なお、図１を含む以下の各図では、後述する投影光学系１０５の光軸方向（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露光時の走査方向にＹ軸を取り、Ｙ軸に直交する非走査方向にＸ軸を取っている。露光装置１００は、照明系１０３と、原版ステージ１０４と、投影光学系１０５と、基板ステージ１０６と、計測装置１と、制御部１０７とを備える。照明系１０３は、露光時に光（例えばレーザー光）を照射し、原版１０１を照明する。原版ステージ１０４は、原版１０１を保持する。投影光学系１０５は、原版１０１に形成されているパターンを基板１０２上に投影（結像）する。基板ステージ１０６は、基板１０２を保持部材（チャック）１０８を介し、ＸＹ平面上を移動可能に保持する。なお、基板ステージ１０６は、ＸＹの各軸方向だけでなくＺ軸方向にも移動可能であり、合焦のための駆動系でもある。また、基板ステージ１０６は、各軸用にそれぞれ設けられた、レーザー干渉計１０９と、基板ステージ１０６に設置されたミラー１１０とを用いてその位置が特定され、制御部１０７により各軸方向において高精度に位置決めされる。

計測装置１は、基板ステージ１０６上の保持部材１０８に載置されている基板１０２の面位置（本実施形態ではＺ軸方向の高さ位置）を検出する。計測装置１は、光源２と、投光系（投光または投影光学系）３と、受光系（受光光学系）４と、ポジションセンサー５と、処理部６とを含む。光源２は、例えば５００〜１２００ｎｍの波長の光を発する。投光系３は、不図示の集光レンズ、複数の透光部（スリット等）７ａが形成された透光部材７、偏光調整機構８、および投光レンズ９を含み、集光レンズにより光源２からの光で照明された透光部材７を投光レンズ９により基板１０２の表面に投影する。検出光１０は、基板１０２の表面（物体上）に向けて斜め（入射角θ）に導光（投光）される。受光系４は、検出光１０が基板１０２で反射してなる受光光１１をポジションセンサー５へ導光する。ポジションセンサー（検出器）５は、例えば受光素子アレイを含み、受光光１１を受光し、処理部６へ検出信号を出力（送信）する。処理部６は、ポジションセンサー５から受信した検出信号に基づいて演算処理を実行し、面位置を求める。

制御部１０７は、露光装置１００の各構成要素の動作および調整などを制御し得る。制御部１０７は、例えばコンピューターなどで構成され、露光装置１００の各構成要素に回線を介して接続され、プログラムなどにしたがって各構成要素の制御を実行し得る。ここで、上記の説明では、計測装置１には、露光装置１００とは独立して演算処理を実行する処理部６を含む構成としている。これに対して、本実施形態のように計測装置１が露光装置１００に設置される場合には、処理部６が実行する処理を、代わりに制御部１０７が実行する構成としてもよい。さらに、制御部１０７は、露光装置１００の他の部分と一体で（共通の筐体内に）構成してもよいし、露光装置１００の他の部分とは別体で（別の筐体内に）構成してもよい。

次に、計測装置１による計測（計測方法）について説明する。図２は、図１に示す計測装置１を含む露光装置１００の構成のうち検出光１０と受光光１１との関係を説明するための要部を示す概略図である。上記のとおり、透光部材７を通過して形成された検出光１０は、基板１０２で反射して受光光１１となるが、受光光１１は、反射時の基板１０２のＺ軸方向の位置に応じて、それぞれ受光光１１ａ〜１１ｃのように変化する。ポジションセンサー５は、受光光１１ａ〜１１ｃの入射位置の違いにより異なる検出信号を出力するため、処理部６は、その検出信号に基づいて基板１０２の面位置を求めることができる。

ここで、本実施形態の特徴を明確にするために、まず、従来の計測装置における透光部材の形状と、その透光部材を用いることによる検出結果とについて説明する。図８は、従来の計測装置に採用されている透光部材２００の形状の一例を示す平面図である。透光部材２００は、一定の幅（スリット幅）Ｌ３を有する形状の透光部（スリット（開口））２００ａを、一定の配置間隔（スリット間隔）Ｌ４で複数有する。図９は、透光部材２００を用いて、かつ図２に示すように基板１０２を移動させた場合に得られる、基板１０２のＺ軸方向の面位置に対するポジションセンサー５の出力信号（光強度分布）を示すグラフである。信号出力のピーク位置は、基板１０２の面位置に応じて、図９の２０１〜２０３のように変化する。

図９に示す各出力信号２０１〜２０３は、検出光１０が外乱を受けずに基板１０２の表面で反射した場合のものである。これに対して、検出光１０が何らかの外乱を受けることで受光光１１が変化する場合がある。図１０は、外乱を受けた場合の検出光１０と受光光１１との関係を示す説明図である。ここでは、基板１０２が透光性基板であるとする。なお、図１０において、説明の簡単化のため、図１に示す構成と同一構成のものには同一の符号を付し、説明を省略する。図１でも示したように、入射角θで基板１０２に入射した検出光１０は、基板１０２で反射した後、ポジションセンサー５に導光される。ここで、基板１０２には、膜厚が均一でない半透明のレジスト（感光剤）２０４が塗布されている場合もあるし、例えば低反射クロムなどの基板１０２の材質とは反射率の異なる材質からなるパターン（異質パターン）２０５が形成されている場合もある。したがって、受光光１１は、レジスト２０４の表面からの反射光２０８だけではなく、基板１０２の裏面からの反射光２０７、レジスト２０４の裏面からの反射光２０６、さらには異質パターン２０５からの反射光２０９など、外乱となる様々な光を含むことになる。

図１１は、受光光１１に、図１０に示す反射光２０８に加えて、各反射光２０６、２０７、２０９を含む場合のポジションセンサー５の信号出力を示すグラフである。まず、図１１（ａ）は、基板１０２の裏面からの反射光２０７と、レジスト２０４の表面からの反射光２０８とを受光した際の信号出力を示すグラフである。まず、レジスト２０４の表面からの反射光２０８を受光した際の信号出力が、信号出力２１０のように表れるとする。これに対して、反射光２０７を受光した際の信号出力は、信号出力２１１のようになる。したがって、これらの反射光が混在する場合には、信号出力は合成され、信号出力２１２のように現れることになる。なお、信号出力２１２は、各反射光が反射した場所と、レジスト２０４の表面との間の距離に応じて変化する。次に、図１１（ｂ）は、異質パターン２０５からの反射光２０９を受光した際の信号出力を示すグラフである。なお、この出力結果は、検出光１０が基板１０２上での反射率が１：４である異質パターン２０５に部分的に照射された場合の例である。この場合、信号出力は、レベルが部分的に低下した信号出力２１３のようになる。そして、図１１（ｃ）は、上記すべての反射光２０６〜２０９が混在した場合の信号出力を示すグラフである。このように反射光２０６〜２０９が混在すると、信号出力は、信号出力２１４に示すように現れる。信号出力２１４の例では、ピークが５つ存在する。ここで、レジスト２０４の表面からの反射光２０８を受光した際に得られる検出信号を「第１検出信号」（または第１成分）という。一方、それ以外の面（内部の面）からの各反射光２０６、２０７、２０９を受光した際に得られる検出信号を「第２検出信号」（または第２成分）という。処理部６が正確に（精度良く）基板１０２の面位置を特定するためには、第１検出信号により位置を特定しなければならない。第１検出信号は、透光部材２００のように透光部が３つある場合には、３つのピークを有する。しかしながら、図１１（ｃ）に示すように信号出力にピークが５つ出現してしまうと、処理部６は、第１検出信号に相当する３つのピークが５つのピークのうちのどれに対応するものなのかを判断できず、基板１０２の面位置を精度良く計測することができない。そこで、本実施形態では、以下のような構成および処理により、反射光２０８以外の反射光２０６、２０７、２０９のような外乱（光）が存在する場合でも、正確に第１検出信号を特定する。

まず、図８に示した従来の透過部材２００に対し、図３は、本実施形態に係る透光部材７の形状を示す平面図である。透光部材７では、透光部７ａの本数は、従来の透光部２００と同一としているが、複数の透光部７ａのスリット（開口）幅Ｌ１と、複数存在する透光部７ａのスリット（開口）間隔Ｌ２とを互いに異ならせてよい。なお、それに限らず、透光部７ａの形状・大きさ・間隔の少なくとも１つを異ならせればよい。例えば、図３に示すように、３つの透光部７ａは、それらが１つの方向（図中、左から右へ）に配列されている場合、最も左側の透光部７ａのスリット幅Ｌ１を最も広く設定し、右側の透光部７ａに向かって徐々に狭く設定し得る。同様に、スリット間隔Ｌ２は、最も左側の透光部７ａとその右側に隣設される透光部７ａとのスリット間隔Ｌ２を最も広く設定し、右側に向かって徐々に狭く設定し得る。これにより、各透光部７ａを通過して基板上に照射される光の形状は、同一ではなく、互いに異なったものとなる。

図４は、透光部材７を用いた場合に得られる、基板１０２の表面からの反射光の信号出力を示すグラフである。このように、信号出力（第１検出信号の形状）は、信号出力２０に示すように、スリット幅Ｌ１に合わせて信号幅（１つのピークを有する１つの波形の幅）が異なるものとなる。かつ、当該信号出力は、スリット間隔Ｌ２に合わせて信号間隔（１つのピークを有する１つの波形と他のピークを有する他の波形との間隔）が異なるものとなる。

図５は、図１０に示した反射光２０６〜２０９が混在する場合における図１１（ｃ）に対応する本実施形態における信号出力の例を示すグラフである。図５の信号出力には、図１１（ｃ）における信号出力２１４と同様に、５つのピークを有する信号出力２１が現れる。しかしながら、本実施形態における信号出力２１（検出信号の形状）は、透光部材７における透光部７ａのスリット幅Ｌ１やスリット間隔Ｌ２に関する特徴が反映したものとなる。これにより、処理部６は、スリット幅Ｌ１に対応する信号幅と、スリット間隔Ｌ２に対応する波形間隔とに基づいて、５つのピークを有する信号から目的とする第１検出信号の３つのピークの位置を特定することができる。図５に示す例では、信号出力２３に示す部分が第２検出信号に相当し、一方、信号出力２２に示す部分が第１検出信号に相当する。

図６は、本実施形態における位置検出の流れを示すフローチャートである。まず、処理部６は、露光に際しての基板１０２の面位置の検出動作を実行する前に、基準となる検出信号データ（以下、「基準データ（基準信号）」という）を取得し、保存する（ステップＳ１００）。当該基準データは、例えば、物品（デバイス）のパターンが未だ一切形成されていない基板（基準基板、基準物体）を用いて取得可能である。この場合、基準基板におけるレジストの有無は特に問わない。基準データは、透光部材７の形状に対応し、基板１０２の表面からの反射光のみの受光光１１をポジションセンサー５が検出して得られた検出信号（第２検出信号を含まない検出信号、すなわち第１検出信号）に相当する。また、基準データは、第１検出信号に関する上記の信号幅および信号間隔（波形間隔）に加えて、各ピークの強度の情報を含む。次に、処理部６は、ポジションセンサー５の信号出力を取得する（ステップＳ１０１）。なお、ここで取得した受光光１１に関する信号出力は、上記のとおり、基板ステージ１０６のＺ軸方向の位置に関連付けられている。次に、処理部６は、ステップＳ１０１にて取得した信号出力と、ステップＳ１００で取得した基準データとを比較し、信号出力に含まれる第１検出信号を特定する（ステップＳ１０２）。具体的には、処理部６は、例えば、基準データをテンプレートとして、信号出力に対してテンプレートマッチング（相関演算）を行うことにより、第１検出信号の位置（またはその近傍の位置）を特定する。なお、第１検出信号（の位置）の特定は、上述したテンプレートマッチングに限らず、基準データの特徴量と対象データ（出力信号）の特徴量とに基づく種々の技術（領域抽出（信号抽出）技術またはセグメンテーション技術等）の適用により可能である。そして、処理部６は、基板１０２の面位置を求める（ステップＳ１０３）。このとき、処理部６は、ステップＳ１０２にて特定された位置（またはその近傍の位置）にある第１検出信号（３つのピークを有する波形に係る信号）と、その検出を行ったときの基板ステージ１０６のＺ軸方向の位置とに基づいて、上記面位置を求める。当該第１検出信号および当該基板ステージの位置に基づいて基板の面位置を求める方法は、周知の方法によればよい。ここで求められた基板１０２の面位置は、制御部１０７に送信され、投影光学系１０５を介した基板１０２の露光のための合焦などに利用される。

このように、計測装置１は、基板１０２の表面以外からの反射光２０６、２０７、２０９の影響を軽減して、目的とする反射光２０６に基づく計測を行うことができる。これにより、計測装置１は、基板１０２の面位置を高精度に計測することができる。

以上のように、本実施形態によれば、基板の構成によらずに該基板の表面の位置を高精度に計測するのに有利な計測装置および計測方法を提供することができる。また、本実施形態に係る計測装置を含む露光装置（リソグラフィ装置）は、解像力や重ね合わせ精度の点で有利となる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る計測装置について説明する。本実施形態に係る計測装置の特徴は、第１実施形態における透光部材７の形状および構成を以下のように変更する点にある。図７は、本実施形態に係る計測装置３０を含む露光装置１２０の構成を示す概略図である。なお、図７では、図１に示す第１実施形態に係る露光装置１２０およびそれに含まれる計測装置１と同一構成のものには同一の符号を付し、説明を省略する。第１実施形態における透光部材７は、単体であり、その中の複数の透光部７ａのスリット幅Ｌ１とスリット間隔Ｌ２とが互いに異なる形状を有している。これに対して、計測装置３０は、透光部材を複数含み（透光部材３２、３３、３４）、基板１０２に光を投光（投射）する際に使用する透光部材を切り替える切り替え部３１を有する。さらに、複数の透光部材は、スリット幅Ｌ１の組合わせとスリット間隔Ｌ２の組合わせとが互いに異なっている。この構成によれば、計測対象の基板の構成（構造）に適した透光部材を選択できるという利点がある。当該選択は、例えば、上述のテンプレートマッチングにより第１検出信号の位置を特定するにあたっての相関度に基づいて行うことができる。例えば、相関度の最も高い透光部材を選択すればよい。

なお、上記各実施形態では、リソグラフィ装置として露光装置の例を説明したが、リソグラフィ装置は、それに限らず、他のリソグラフィ装置であってもよい。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、または基板上のインプリント材を型（モールド）で成形（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等であってもよい。

（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。当該製造方法は、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 計測装置
３ 投光系
５ ポジションセンサー
６ 処理部
７ 透光部材
７ａ 透光部
１０２ 基板

Claims (8)

1. 物体の表面の位置を計測する計測装置であって、
   複数の透光部が形成された透光部材を含み、該透光部材を介して前記物体上に斜めに投影されて前記物体で反射された複数の光を検出して検出信号を出力する検出器と、
   前記検出信号に基づいて前記表面の位置を求める処理部と、
   を有し、
   前記複数の透光部は、透光部の形状および大きさ、ならびに透光部の間隔の少なくとも１つが互いに異なっている、
   ことを特徴とする計測装置。
2. 前記検出信号は、前記表面で反射された光による第１成分と、前記物体の内部で反射された光による第２成分とを含み、
   前記処理部は、前記複数の透光部に対応する基準信号に基づいて前記検出信号から特定した前記第１成分に基づいて前記表面の位置を求める、
   ことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
3. 前記処理部は、基準物体に対して前記検出器を動作させて前記基準信号を予め取得する、ことを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
4. 前記処理部は、前記基準信号をテンプレートとするテンプレートマッチングにより前記検出信号から前記第１成分を特定する、ことを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
5. 複数の前記透光部材と、該透光部材を切り替える切り替え部とを有し、
   前記複数の透光部材は、前記複数の透光部の構成が互いに異なる、
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の計測装置。
6. 物体の表面の位置を計測する計測方法であって、
   複数の透光部が形成された透光部材を介して前記物体上に斜めに投影されて前記物体で反射された複数の光を検出して検出信号を出力する工程と、
   前記検出信号に基づいて前記表面の位置を求める工程と、
   を含み、
   前記複数の透光部は、透光部の形状および大きさ、ならびに透光部の間隔の少なくとも１つが互いに異なっている、
   ことを特徴とする計測方法。
7. パターンを基板に形成するリソグラフィ装置であって、
   前記物体としての前記基板の表面の位置を計測する請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の計測装置を有する、
   ことを特徴とするリソグラフィ装置。
8. 請求項７に記載のリソグラフィ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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