JP2015002260A - リソグラフィ装置、リソグラフィ方法、それを用いた物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の表面位置を高精度に得るのに有利なリソグラフィ装置を提供する。【解決手段】このリソグラフィ装置は、複数のショットを有する基板上に、パターンを転写するものであり、基板上の複数のショットに含まれるサンプルショットの表面位置を検出する検出系と、検出系により検出されたサンプルショットにおける表面位置の値からオフセット値を減算して第１の表面位置情報を求め、第１の表面位置情報から、オフセット値を算出するときに生じた誤差量を減算して第２の表面位置情報を求める制御部とを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、リソグラフィ装置、リソグラフィ方法、およびそれを用いた物品の製造方法に関する。

リソグラフィ装置は、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、モールドなど）のパターンを基板（表面にレジスト層が形成されたウエハなど）に転写する装置である。近年、リソグラフィ工程において転写されるパターンの微細化が進み、解像力が向上していることに伴い、基板の表面位置検出（フォーカス計測）のさらなる高精度化が要求されている。

一般的に、基板の表面位置を検出するフォーカス検出系としては、基板に対して斜め上方から検出光を照射して反射光の位置を検出する焦点面検出装置が用いられる。しかしながら、例えば、基板の表面にレジスト層（薄膜）が形成されている場合、このレジスト層の表面で反射した光と、そのレジスト層を透過して基板の表面で反射した光とが干渉し、その干渉光の光束が検出部に結像する場合がある。また、焦点面検出装置は、基板の表面を細かく計測することが必要であるが、基板上に凹凸パターン（例えば回路パターン）が存在する場合には、その凹凸パターンに合わせて逐一追従させると、基板を移動可能に保持するステージが発振する。このような発振は、像コントラストを低下させる可能性があり、フォーカス精度の観点から好ましくない。そこで、干渉光に起因した検出誤差量（オフセット値）や、凹凸パターンの形状に起因したオフセット値などを予め計測し、検出結果に反映させる。これに関連し、特許文献１は、フォーカス計測値（基板の表面高さ）から検出誤差量や凹凸パターンの形状に起因して発生したオフセットを差し引く面位置検出方法を開示している。この面位置検出方法では、オフセット値は、基板上に存在する複数のサンプルショットにおける表面高さの計測値に基づいて求められる。

特開平９−４５６０８号公報

しかしながら、上記のようなオフセット値は、基板の表面上に特異的な領域があると、その領域での計測値の影響を受けて変化する場合がある。図６は、従来の基板の変形に伴う凹凸パターンの状態を示す図である。まず、図６（ａ）では、基板２０１は、２次放物面に近い形状となっており、基板２０１上の各サンプルショットには、凹凸パターン２０２Ａ〜２０２Ｆが形成されている。この場合、パターン構造に対応したオフセット値を求めるために、凹凸パターン２０２Ａ〜２０２Ｆの高さを計測する。そして、この計測結果２０３Ａを単純平均化することで、高さ分布（オフセット値分布に対応）２０３Ｂを算出する。この図６（ａ）に示す例では、凹凸パターン２０２Ａ〜２０２Ｆの配置がほぼ対称な配置となっているため、高さの計測結果を単純に平均化することで、オフセット値を比較的精度良く求めることができる。

これに対して、例えば、基板とこの基板を保持する保持台（チャック）との間に異物が存在したり、加熱処理などの他のプロセスに起因して基板が反るなどしたりすることで、基板の形状は、上記のような放物面状になるとは限らない。図６（ｂ）では、基板２０４は、他のプロセスに起因して反っており、基板２０４上の各サンプルショットには、凹凸パターン２０５Ａ〜２０５Ｆが形成されている。この場合、凹凸パターン２０５Ａ〜２０５Ｆの高さを計測し、この計測結果２０６Ａを単純平均化すると、高さ分布２０６Ｂは、基板形状の不均一性の影響を受け、図６（ｂ）に示すように傾いた形となる。すなわち、この場合には、パターン構造に対応したオフセット値分布を精度良く算出することができないので、このオフセット値を用いて補正される基板表面の高さ計測値が高精度に得られず、結果的にフォーカス精度が低下する。

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、基板の表面位置を高精度に得るのに有利なリソグラフィ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、複数のショットを有する基板上にパターンを転写するリソグラフィ装置であって、基板上の複数のショットに含まれるサンプルショットの表面位置を検出する検出系と、検出系により検出されたサンプルショットにおける表面位置の値からオフセット値を減算して第１の表面位置情報を求め、第１の表面位置情報から、オフセット値を算出するときに生じた誤差量を減算して第２の表面位置情報を求める制御部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、例えば、基板の表面位置を高精度に得るのに有利なリソグラフィ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。 第１実施形態における露光の流れを示すフローチャートである。 サンプルショット内の計測位置を示す図である。 ウエハ上のサンプルショットの配置を示す図である。 第２実施形態における露光の流れを示すフローチャートである。 ウエハの変形に伴う凹凸パターンの状態を示す図である。 オフセット値除去後のウエハ表面高さマップである。

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実施形態に係るリソグラフィ装置について説明する。図１は、本実施形態に係る露光装置１００の構成を示す概略図である。第１実施形態ではリソグラフィ装置として、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ＬＴに形成されているパターンをウエハＷＦ上（基板上）に露光（転写）する投影型露光装置について説明する。露光装置１００は、照明系８と、レチクルステージ４と、投影光学系９と、ウエハステージ７と、アライメント検出系１０と、フォーカス検出系１１と、制御部１２とを備える。なお、図１では、投影光学系９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露光時のウエハＷＦの走査方向にＸ軸を取り、Ｘ軸に直交する非走査方向にＹ軸を取っている。照明系８は、不図示の光源から照射された光を調整し、レチクルＬＴを照明する。レチクルＬＴは、ウエハＷＦ上に転写されるべきパターン（例えば回路パターン）が形成された、例えば石英ガラス製の原版である。レチクルステージ４は、レチクルＬＴを保持しつつ、ＸＹの各軸方向に移動可能である。投影光学系９は、照明系８からの光で照明されたレチクルＬＴ上のパターンの像を所定の倍率（例えば１／２〜１／５）でウエハＷＦ上に投影する。ウエハＷＦは、表面上にレジスト（感光剤）が塗布された、例えば単結晶シリコンからなる基板である。ウエハステージ７は、ウエハＷＦを保持しつつＸＹＺの各軸方向に移動可能である。アライメント検出系１０は、不図示であるが、検出光をウエハＷＦ上の基準マークに投射する投射系と、該基準マークからの反射光を受光する受光系とを有し、ウエハＷＦのＸ軸方向およびＹ軸方向の位置（アライメント位置）を検出する。このアライメント検出系１０としては、例えば、投影光学系９を介さずにウエハＷＦ上の基準マークを光学的に検出することができるオフアクシスアライメント検出系とし得る。

フォーカス検出系（検出系）１１は、焦点面検出装置であり、検出光をウエハＷＦの表面に向け投射する投射系１１ａと、その反射光を受光する受光系１１ｂとを有し、ウエハＷＦ１のＺ軸方向の位置（表面位置）を検出する。投射系１１ａおよび受光系１１ｂは、それぞれアライメント検出系１０用の基準マークに対して斜め上方に対向して設けられている。フォーカス検出系１１を用いて検出されたウエハＷＦの表面位置は、検出部である受光系１１ｂの検出誤差により発生するオフセット値や凹凸パターンの状態に起因したオフセット値（以下、まとめて「オフセット値」という。）を算出するのに参照される。

制御部１２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１２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。なお、制御部１２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、特にオフセット値自体の誤差を求めて適用することで、フォーカス検出系１１による計測値を高精度に求める方法について説明する。オフセット値は、上記のとおり、予めフォーカス検出系１１を用いてウエハＷＦの表面（凹凸パターンを含む）を計測し、該計測した複数のショット（パターン形成領域）での高さ情報を平均することにより算出することができる。例えば、本実施形態で例示している、いわゆるシングルステージ型の露光装置１００の場合には、予め選択されたサンプルショットでの凹凸情報に基づいてオフセット値を算出する。そして、特に図６（ｂ）を用いて説明したとおり、ウエハＷＦの表面上に特異的な領域、例えば、異常な傾きをもった部位が存在すると、算出したオフセット値自体がその影響を受ける。図７は、オフセット値除去後のウエハ表面高さマップである。オフセット値除去後のウエハ表面の形状は、ショットごとに１次の傾きを持つ。そして、図７に示すようにウエハ３０１が反っている場合には、オフセット値除去後のショット３０２Ａ〜３０２Ｆでは、表面が滑らかな形状にならない。そこで、本実施形態では、以下のように、オフセット値を算出するときに生じ得る誤差量を求め、オフセット値が除去（減算）されたウエハＷＦの高さ情報（後述の「表面高さマップ」と同義）からさらに除去する。

ここで、凹凸パターンなどの下地パターンが存在しないウエハＷＦの形状は、全体的に見ると、ウエハＷＦを保持する保持台やプロセス起因の反りの影響を受けたものとなる。しかしながら、ウエハＷＦの形状の影響を受けていても、数ｍｍといった局所的な領域で見れば、計測値の変動量は小さい。そして、近年、高精度化の要求とセンサ（検出部）の応答速度の向上とにより、フォーカス計測間隔が小さくなっていることから、連続したショットにおいて隣り合う計測点（計測対象）での計測値の差分は、ほぼ無視できると考えてよい。そこで、オフセット誤差量の除去には、この特徴を利用する。

図２は、本実施形態における露光処理の流れを示すフローチャートである。まず、制御部１２は、フォーカス検出系１１により、ウエハＷＦの表面位置を計測させて、表面高さマップを作成する（ステップＳ１０１）。次に、制御部１２は、凹凸パターンの情報（例えば形状情報）とセンサの検出誤差とを含む、フォーカス検出系１１に関するオフセット値を算出し、ステップＳ１０１にて得られた表面高さマップから減算する（ステップＳ１０２）。このとき得られる結果が、前出の図７に示すオフセット値除去後の表面高さマップ（第１の表面位置情報）である。

次に、制御部１２は、オフセット値を求めるときに生じ得る誤差量を算出し、ステップＳ１０２にて得られたオフセット値除去後の表面高さマップから減算する（ステップＳ１０３）。ここで、オフセット値除去後のウエハＷＦの形状３０１は、凹凸パターンやセンサの計測誤差による凹凸成分が除去され、滑らかな形状となることが期待される。そこで、以下、図７に示す各サンプルショットの境界位置３０３ＡＢ〜３０３ＥＦにて観測され得る段差成分（段差量）を、オフセット値の１次の算出誤差成分によるものとみなす。

図３は、本実施形態における、隣り合う２つのサンプルショット内の計測位置を示す平面図である。この場合、隣り合うサンプルショットについて最も近い計測点間の計測値差と、サンプルショット内で近い計測点として選択された２点間の距離Ｌとを用いた以下の式（１）から、１次の補正傾き量ΔＴが算出される。
ΔＴ＝Ａｖｅｒａｇｅ(Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，・・・，Ｄ_最大ショット数)／Ｌ （１）
ただし、（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，・・・，Ｄ＿最大ショット数）が、Ｄをオフセット値除去後の隣り合うサンプルショット間の段差成分とした場合の計測値差である。図３に例示した隣り合う２つのサンプルショット（一方の第１サンプルショットＳ１と他方の第２サンプルショットＳ２）は、その表面上にそれぞれ計測点４０１Ａ，４０１Ｂと、４０２Ａ，４０２Ｂとを含む。このうち、計測点４０１Ａと４０２Ａおよび計測点４０１Ｂと４０２Ｂは、第１サンプルショットＳ１および第２サンプルショットＳ２のそれぞれのサンプルショット内にて同一箇所となるように設定されている。なお、これらの計測点は、サンプルショットの状態に合わせて適宜設定され得るものであり、図３に示すような紙面上下に並ぶものに限らず、紙面左右に並ぶものなどであってもよい。また、上記の距離Ｌは、例えば、計測点４０１Ａと４０１Ｂとの間の長さであり、計測点４０１Ａと４０２Ｂの計測値差が、ショット境界位置の段差成分となる。そして、ここで算出した補正傾き量ΔＴをオフセット値に関する誤差量とし、図７に示すオフセット値除去後の表面高さマップから減算することで、例えばウエハＷＦの変形の影響により発生し得るオフセット値の誤差を低減し、高精度なオフセット補正が可能となる。

なお、本実施形態に係る露光装置のようなシングルステージ型の露光装置では、予め複数のサンプルショットについてウエハＷＦの表面を計測することになる。従来、ウエハＷＦの全体的な形状を平均的に打ち消すために、サンプルショットは、図４（ａ）に例示するサンプルショット５０１Ａ〜５０１Ｈのように、ウエハＷＦ上のできるだけ広い領域に分布するように選択されていた。これに対して、本実施形態によれば、ウエハＷＦの変形に起因して発生し得るオフセット値の誤差量を除去できる。したがって、例えば、図４（ｂ）に例示するような、それぞれが隣り合う（隣接する）複数のサンプルショット５０２Ａ〜５０２Ｉを設定することができるので、ウエハステージ７の駆動領域も小さくなり、スループット向上の観点からも有利となる。

そして、制御部１２は、ステップＳ１０３にて得られた最終的な表面高さマップ（第２の表面位置情報）に基づいて、ウエハステージ７を駆動し、露光処理を実施させる。このとき用いられる表面高さマップは、オフセット値の誤差量を除去した後の滑らかな形状となり、フォーカス検出系１１は、ウエハＷＦの表面位置を高精度に得ることができる。これにより、ウエハステージ７は、可能な限り所望の位置に位置決めされ、露光装置１００は、結果的に高精度な露光を実現することができる。

以上のように、本実施形態によれば、基板の表面位置を高精度に得るのに有利なリソグラフィ装置およびリソグラフィ方法を提供することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るリソグラフィ装置について説明する。第１実施形態では、ウエハＷＦ上のサンプルショットの配置が、図４（ｂ）に示すようにそれぞれ隣接している場合に好適であるものとして説明した。これに対して、本実施形態に係るリソグラフィ装置は、サンプルショットの配置が、図４（ａ）に示すように隣り合うサンプルショットの間隔が広い、すなわち隣接していない場合に適用し得るものである。隣り合うサンプルショット同士の間隔が広いと、サンプルショット間の最も近い計測値の差分は、ウエハＷＦの平坦度の影響を受ける。ここで、ショットサイズ（ショット画角）が、一般的に２６×３３ｍｍであることを考慮する。この場合、隣り合う２つのサンプルショットがショットサイズを超えて配置されている場合には、同一サンプルショット内の計測値からオフセット値の誤差量を計算した方が、平坦度の影響を受けにくくなる。このとき、ある１つのサンプルショット内の任意の２つの計測点での計測値差と、その２つの計測点間の距離ｌ（Ｌの小文字）とを用いた以下の式（２）から、１次の補正傾き量ΔＴが算出される。
Δｔ＝Ａｖｅｒａｇｅ(ｄ１，ｄ２，ｄ３，・・・，ｄ_最大ショット数)／ｌ （２）
ただし、（ｄ１，ｄ２，ｄ３，・・・，ｄ＿最大ショット数）が、ｄをオフセット値除去後の２つの計測点間の段差成分とした場合の計測値差である。

なお、ある１つのサンプルショットにて、あまりに狭い間隔の２つの計測点を設定すると、センサ（検出部）の計測再現性の影響を受けて計測誤差が大きくなる。そこで、２つの計測点を設定する際には、例えば、サンプルショット内の上下端など、２つの計測点間の距離が最も長くなるように設定することが望ましい。また、エッジロールオフや異物などの影響を受けてフォーカス変動量が大きくなるサンプルショットでは、高い検出精度が得られないことも考えられる。そこで、サンプルショットでの計測結果から求められた近似平面の残差や傾きが、プロセス特性により予測される反り量などに基づいて予め設定された閾値を超えるサンプルショットについては、実際に採用するサンプルショットから除外してもよい。

図５は、上記の内容を踏まえた、本実施形態における一例としての露光処理の流れを示すフローチャートである。まず、ステップＳ２０１およびＳ２０２は、第１実施形態の図２におけるステップＳ１０１およびＳ１０２と同一である。次に、制御部１２は、ステップＳ２０２にて得られた表面高さマップを参照して、隣り合うサンプルショット同士の最も近い計測間隔（距離）と、ショットサイズとを比較する（ステップＳ２０３）。ここで、制御部１２は、その計測間隔がショットサイズよりも小さいと判断した場合には（Ｙｅｓ）、第１実施形態と同様、隣り合う（隣接する場合も含む）サンプルショット間での近傍計測点からオフセット算出誤差量を求め、減算する（ステップＳ２０４）。一方、制御部１２は、その計測間隔がショットサイズよりも大きい、または同一と判断した場合には（Ｎｏ）、ある１つのサンプルショット内の任意の２つの計測点での計測値差から、オフセット算出誤差量を算出し、減算する（ステップＳ２０５）。そして、制御部１２は、ステップＳ２０４またはＳ２０５のいずれかで得られた最終的な表面高さマップに基づいて、ウエハステージ７を駆動し、露光処理を実施させる。

このように、本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を、サンプルショットの配置やサイズに合わせて最も効率良く奏し得る。

なお、上記のいずれの実施形態もリソグラフィ装置として、レチクルのパターンを基板上に投影してパターンを転写する露光装置について説明したが、これに限られない。リソグラフィ装置として、電子線（荷電粒子線）を用いて基板にパターンを転写（描画）する電子線露光装置であってもよい。また、リソグラフィ装置として、型に形成されたパターンを基板上に供給されたインプリント材と接触させることでパターンを転写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。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、現像する工程や、加工する工程）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および変更が可能である。

１１ フォーカス検出系
１２ 制御部
１００ 露光装置
Ｓ１ 第１サンプルショット
Ｓ２ 第２サンプルショット
ＷＦ ウエハ

Claims (10)

1. 複数のショットを有する基板上にパターンを転写するリソグラフィ装置であって、
   前記基板上の前記複数のショットに含まれるサンプルショットの表面位置を検出する検出系と、
   前記検出系により検出された前記サンプルショットにおける前記表面位置の値からオフセット値を減算して第１の表面位置情報を求め、該第１の表面位置情報から、前記オフセット値を算出するときに生じた誤差量を減算して第２の表面位置情報を求める制御部と、
   を有することを特徴とするリソグラフィ装置。
2. 前記サンプルショットは、それぞれ前記検出系が計測対象とする複数の計測点を有し、
   前記誤差量は、隣り合う２つの前記サンプルショットについて、一方の前記サンプルショットに含まれる第１の計測点と、該第１の計測点に最も近い他方の前記サンプルショットに含まれる第２の計測点との計測値差と、前記第１の計測点と前記第２の計測点との間の距離とから求められる値である、
   ことを特徴とする請求項１に記載のリソグラフィ装置。
3. 前記複数の計測点は、それぞれの前記サンプルショットにて同一箇所となるように設定されていることを特徴とする請求項２に記載のリソグラフィ装置。
4. 前記サンプルショットは、それぞれ前記検出系が計測対象とする複数の計測点を有し、
   前記誤差量は、ある１つの前記サンプルショットに含まれる２つの計測点の間の計測値差と距離とから求められる値である、
   ことを特徴とする請求項１に記載のリソグラフィ装置。
5. 前記２つの計測点は、前記サンプルショットに含まれる前記複数の計測点のうち、前記距離が最も長くなるものであることを特徴とする請求項４に記載のリソグラフィ装置。
6. 前記制御部は、前記誤差量を隣り合う２つの前記サンプルショットを用いて求めるか、またはある１つの前記サンプルショットを用いて求めるかについて、前記サンプルショットの配置またはサイズに基づいて選択することを特徴とする請求項２または４に記載のリソグラフィ装置。
7. 前記制御部は、前記誤差量を、前記距離が前記サンプルショットのサイズよりも小さいと判断した場合には、隣り合う２つの前記サンプルショットを用いて求め、
   前記距離が前記サンプルショットのサイズよりも大きい、または同一と判断した場合には、ある１つの前記サンプルショットを用いて求める、
   ことを特徴とする請求項６に記載のリソグラフィ装置。
8. 前記複数の計測点は、前記サンプルショットの状態に合わせて設定されることを特徴とする請求項２または４に記載のリソグラフィ装置。
9. 複数のショットを有する基板上に、パターンを転写するリソグラフィ方法であって、
   前記基板上の前記複数のショットに含まれるサンプルショットにおける表面位置の値からオフセット値を減算して第１の表面位置情報を求める工程と、
   前記第１の表面位置情報から、前記オフセット値を算出するときに生じた誤差量を減算して第２の表面位置情報を求める工程と、
   前記第２の表面位置情報を用いて、前記基板上に前記パターンを転写する工程と、
   を含むことを特徴とするリソグラフィ方法。
10. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載のリソグラフィ装置、または請求項９に記載のリソグラフィ方法を用いて基板にパターンを転写する工程と、
    パターンを転写した基板を加工する工程と、
    を含むことを特徴とする物品の製造方法。
    

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