JP2015224940A - 計測装置、リソグラフィ装置及び物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】計測精度および計測時間の点で有利な計測装置を提供する。【解決手段】ステージ３に置かれたマーク１３の位置を計測する計測装置は、第１の部材１０に対して固定して配置され、マーク１３を撮像する撮像部１と、第２の部材１１を基準として前記ステージ３の位置を検出する第１検出器５と、第２の部材１１を基準として第１の部材１０の位置の変動を検出する第２検出器９と、第１検出器５の検出結果および第２検出器９の検出結果に基づいて、第１の部材１０の位置の変動に伴う撮像部１に対するマーク１３の相対位置の変動を低減するように第２の部材１１に対するステージ３の相対位置を制御しながら撮像部１によりマーク１３を撮像し、該撮像されたマークの画像からマーク１３の位置を取得する制御部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、計測装置、リソグラフィ装置及び物品の製造方法に関する。

近年、露光装置では露光精度の微細化が進む一方で、位置決め計測精度の要求も厳しくなってきている。位置決め計測では原版であるレチクル上にあるマークをＣＣＤカメラ等のマーク位置の計測器で画像を取り込んで、取り込まれた画像信号を計測装置で処理することによりマーク位置を計測している。そのため、位置決め計測を行う際にはマーク位置の計測器と前記マークは、振動などによる微小な変動がない状態であることが理想である。

しかし、マークが配置されるステージとマーク位置の計測器が同じ筺体に支持されていない場合には、床振動を原因とするステージと計測器との相対的な変動を取り除くことは難しい。このため、画像信号の取り込みを行っている時間内のステージと計測器との相対的な変動により計測精度が低下してしまう。

そこで、これらの問題に対する一つの対処方法として、例えば画像信号の取り込み時間中に前記マークの平均的な位置を求める手法が特許文献1に示されている。特許文献１に記載されている装置では、前記ステージの位置を複数回計測する計測器を有し、計測した複数回の位置データを平均化することで計測精度を向上させている。

特許第３５４８４２８号公報

特許文献1に示されている位置計測装置では、蓄積された画像信号に基づいて前記マークの平均的な位置を求めている。ステージと計測器との相対的な変動周期が、画像取り込み時間に対して短い場合は、前記マークの平均位置を求めることによってステージと計測器との変動成分が打ち消されるためマーク位置の計測精度を向上させることができる。しかし、画像取り込み時間に対してステージと計測器との相対的な変動周期が長い場合は、マークの平均位置を求めても、ステージと計測器との変動成分が打ち消されないためマーク位置の計測精度が向上されない。また、ステージと計測器との相対的な変動周期に合わせてステージの位置を計測する回数を増やすことも考えられるが、計測時間が長くなり、装置の生産性が低下してしまう。

本発明は、この様な課題に鑑みてなされたものであり、計測精度および計測時間の点で有利な計測装置を提供することを目的とする。

本発明は、ステージに置かれたマークの位置を計測する計測装置であって、第１の部材に対して固定して配置され、前記マークを撮像する撮像部と、第２の部材を基準として前記ステージの位置を検出する第１検出器と、前記第２の部材を基準として前記第１の部材の位置の変動を検出する第２検出器と、前記第１検出器の検出結果および前記第２検出器の検出結果に基づいて、前記第１の部材の位置の前記変動に伴う前記撮像部に対する前記マークの相対位置の変動を低減するように前記第２の部材に対する前記ステージの相対位置を制御しながら前記撮像部により前記マークを撮像し、該撮像されたマークの画像から前記マークの位置を取得する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、計測精度および計測時間の点で有利な計測装置を提供することができる。

露光装置の構成を示す概略図である。 鏡筒支持体とレチクルステージの位置関係を示す図である マーク位置の計測シーケンスの一例を示すフローチャートである。 位置制御系の概略構成図である。 本実施形態の制御を行ったときのマークの画像を示した図である。

［露光装置］
図１は本実施形態に係る露光装置の概略正面図である。図１において、ＣＣＤカメラ（撮像部）１は、レチクルステージ（原版ステージ）３上に置かれたマーク１３、または、物体（レチクル、原版）１４上に置かれたマーク２を撮像する。撮像部１は、ベースフレーム（第１の部材）に固定して配置されている。投影光学系１２は、鏡筒支持体（第２の部材）１１によって支持されている。アクティブマウント７は、鏡筒支持体１１の振動を抑制しつつ鏡筒支持体１１を支持するとともに、床からの振動を絶縁する。定盤８はアクティブマウント７を支持する。固定ミラー４，６は、鏡筒支持体１１に固定され、レチクルステージ３の位置を計測するために使用される。レーザー干渉計（第１検出器）５は、鏡筒支持体１１に固定され、鏡筒支持体１１を基準としてレチクルステージ３の位置Ｘを検出する。同様にレチクルステージ３の位置Ｙを計測するレーザー干渉計(不図示)が鏡筒支持体１１に固定されている。レチクルステージ３は、６軸に位置決め可能にベースフレーム１０に支持されている。

変位計（第２検出器）９は、ベースフレーム１０に固定されており、ベースフレーム１０を基準として鏡筒支持体１１の位置のＸ方向の変動Ｘを測定する。変動Ｘは、鏡筒支持体１１を基準としたベースフレーム１０の位置の変動と同値である。同様に鏡筒支持体１１の位置のＹ、Ｚ方向の位置の変動を計測する変位計(不図示)がベースフレーム１０に固定されている。制御部Ｃは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を中心とした傾きθＸ、θＹ、θＺを、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の変動Ｘ、Ｙ、Ｚから算出する。ステージ定盤１５は、ウエハステージ（基板ステージ）１６を支持する。ウエハステージ１６は、不図示ウエハ(基板)の位置を制御する。

図２は、ベースフレーム１０が（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ，ｄθｘ,ｄθｙ,ｄθｚ）だけ揺れた場合の、鏡筒支持体１１の位置とレチクルステージ３の位置関係を表している。例えば、投影光学系１２の中心位置を（Ｘ,Ｙ,Ｚ）＝（０,０,０）とする。鏡筒支持体１１の位置を（Ｘ,Ｙ,Ｚ）＝（０，０，ＺＢ）とする。撮像部１で例えばマーク１３を計測する際のレチクルステージ３の位置を（Ｘ,Ｙ,Ｚ）＝（０，ＹＡ，ＺＡ）とする。図２の（ａ）〜（ｄ）は、ベースフレーム１０がそれぞれ−ｄθｚ、ｄθｙ、−ｄθｘ、ｄθｘ変化した場合における撮像部１から観察されるレチクルステージ３の位置の変動ｄｘ２、ｄｘ１、ｄｙ１、ｄｚ１をそれぞれ示している。そのため、撮像部１から観察されるレチクルステージ３の位置の変動（ｄｘ’，ｄｙ’，ｄｚ’，ｄθｘ’,ｄθｙ’,ｄθｚ’）は式１で表すことができる。ここでｄｘ１、ｄｘ２、ｄｙ１、ｄｚ１は式２で表すことができる。以上のことからベースフレーム１０が（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ，ｄθｘ,ｄθｙ,ｄθｚ）だけ揺れた場合のレチクルステージ３の位置の変動（ｄｘ’，ｄｙ’，ｄｚ’，ｄθｘ’,ｄθｙ’,ｄθｚ’）は式３で表すことができる。

そこでレチクルステージ３を（ｄｘ’，ｄｙ’，ｄｚ’，ｄθｘ’,ｄθｙ’,ｄθｚ’）だけ駆動させることで、ベースフレーム１０から見るとレチクルステージ３が静止しているように見える。よって、ベースフレーム１０が揺れても、撮像部１からはレチクルステージ３およびレチクルステージ３上のマーク１３が静止しているように見える。

次に、本実施形態によるマーク位置の計測方法について説明する。図３は、図１の露光装置におけるマーク位置の計測シーケンスの一例を示すフローチャートである。まず初めに、制御部Ｃは、Ｓ１で、マーク１３の位置が撮像部１の観察範囲内に位置するように、レチクルステージ３を駆動させる。Ｓ１のマークの観察位置への移動が終了すると、制御部Ｃは、Ｓ２で、レチクルステージ３と撮像部１との同期制御すなわちベースフレーム１０に対するマーク１３の相対位置の変動を低減するように制御を開始する。同期制御に関しては図４で後述する。

制御部Ｃは、Ｓ３で、マーク１３の観察の為に撮像部１の光源から非露光光を照射し調光を行う。制御部Ｃは、Ｓ４で、撮像部１により非露光光で照射されたレチクルステージ３上のマーク１３の画像信号を取り込む。制御部Ｃは、Ｓ５で、取り込んだ画像信号を元にマーク１３の位置を取得する。制御部Ｃは、Ｓ６で計測が終了していたら、Ｓ７で同期制御を終了する。

図４は、制御部Ｃによるレチクルステージ３での同期制御の概略説明図である。与えられたレチクルステージ３の目標位置の指令値Ｘに対して制御部Ｃ中のサーボ演算部１７は、例えばＰＩＤ制御等を行い、レチクルステージ３の位置のデータを補正する。これによって制御されるレチクルステージ３の変位をレーザー干渉計５によって検出し、指令値とレーザー干渉計５の検出結果との差分をサーボ演算部１７にフィードバックしている。レチクルステージ３と撮像部１との同期がＳ２で開始すると、スイッチ１８がオンになり、鏡筒支持体１１の揺れから換算したレチクルステージの駆動量ｄｘ'をレチクルステージの指令値Ｘに加算している。レチクルステージ３の指令値Ｙ、Ｚ、θｘ、θｙ、θｚに関しても同様な制御を行っている（不図示）。レチクルステージ３と撮像部１との同期が開始すると、レチクルステージ３がベースフレーム１０のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、θＸ方向、θＹ方向あるいはθＺ方向の揺れに同期して駆動する。同期中の間、鏡筒支持体１１を基準とするベースフレーム１０の位置を変位計９により計測する。このときのベースフレーム１０の検出結果が（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ，ｄθｘ,ｄθｙ,ｄθｚ）である。ベースフレーム１０が揺れることにより、ベースフレーム１０に固定された撮像部１も揺れる。そこで式３により求めたレチクルステージ３の駆動量（ｄｘ’，ｄｙ’，ｄｚ’，ｄθｘ’,ｄθｙ’,ｄθｚ’）を用いてレチクルステージ３と撮像部１との同期制御を行う。

マーク１３の計測が終了した後でレチクルステージ３と撮像部１との同期制御を終了すると(Ｓ７)、Ｓ８でスイッチ１８がオフとなる。

図５を参照して、位置決めマークであるマーク１３が撮像部１でどのように観察されるかを説明する。まず、図５（ａ）に示される位置にマーク１３が観察される。その後、計測中にベースフレーム１０が変動したとする。変動量は例えば（ｄｘ，ｄｙ）とする。この場合に、レチクルステージ３と撮像部１が同期していないと、図５（ｂ）に示されるようにマーク１３に対して撮像部１のマーク計測範囲がずれてしまう。

しかし、レチクルステージ３と撮像部１とを同期させていると、図５（ｃ）に示されるようにマーク１３とマーク観察範囲の相対位置が変化せずに一定となる。これによりレチクルステージ３と撮像部１との相対変動による位置決め計測精度の劣化を防止し、高精度な位置決め計測を行うことができる。

本実施形態では、撮像部１でレチクルステージ３上に設けられたマーク１３の位置を検出する場合について説明した。しかし、撮像部１でレチクル１４上に設けられたマーク２の位置を検出する場合についても本発明は適用可能である。また、ウエハステージ１６に設けられたマークやウエハステージ１６により保持されたウエハに設けられたマークの位置をベースフレーム１０に取り付けられた撮像部１で計測する場合についても本発明は適用可能である。

また、本実施形態では、マーク１３の位置を計測する計測装置を露光装置に設けた。しかし、本発明に係る計測装置は、原版を基板に接触させて基板にパターンを形成するインプリント装置のような他のリソグラフィ装置に対しても適用可能である。

［物品製造方法］
本発明の一側面としての物品製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品の製造方法は、基板に塗布されたレジストに露光装置又は荷電粒子線描画装置を用いてパターン（潜像パターン）を転写する工程と、かかる工程で潜像パターンが転写された基板を現像（加工）する工程とを含む。更に、かかる製造方法は、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。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。

１：撮像部。２：マーク。３：レチクルステージ。５：レーザー干渉計。９：Ｘ変位計。１０：ベースフレーム。１１：鏡筒支持体。１２：投影光学系。１３：マーク。１４：レチクル。１５：ステージ定盤。１６：ウエハステージ。

Claims (15)

1. ステージに置かれたマークの位置を計測する計測装置であって、
   第１の部材に対して固定して配置され、前記マークを撮像する撮像部と、
   第２の部材を基準として前記ステージの位置を検出する第１検出器と、
   前記第２の部材を基準として前記第１の部材の位置の変動を検出する第２検出器と、
   前記第１検出器の検出結果および前記第２検出器の検出結果に基づいて、前記第１の部材の位置の前記変動に伴う前記撮像部に対する前記マークの相対位置の変動を低減するように前記第２の部材に対する前記ステージの相対位置を制御しながら前記撮像部により前記マークを撮像し、該撮像されたマークの画像から前記マークの位置を取得する制御部と、
   を備えることを特徴とする計測装置。
2. 前記制御部は、前記第１検出器によって検出された前記ステージの位置のデータを前記第２検出器の検出結果を用いて補正し、該補正されたデータに基づいて前記ステージの位置を制御しながら前記撮像部により前記マークを撮像することを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
3. 前記ステージは６軸に位置決め可能であり、前記制御部は、前記第１検出器により検出された前記ステージの位置のデータを前記６軸のうちの少なくとも１つの軸に対して補正することを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
4. 前記制御部は、前記ステージの目標位置を前記第１検出器の検出結果および前記第２検出器の検出結果を用いて補正し、該補正された目標位置となるように前記ステージの位置を制御しながら前記撮像部により前記マークを撮像することを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
5. 前記ステージは６軸に位置決め可能であり、前記制御部は、前記ステージの前記目標位置を前記６軸のうちの少なくとも１つの軸に対して補正することを特徴とする請求項４に記載の計測装置。
6. 前記第１の部材は、前記ステージを支持することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の計測装置。
7. 前記マークは、前記ステージの上に置かれた物体の上に置かれていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の計測装置。
8. 前記第２検出器は、前記第１の部材または前記第２の部材によって保持されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の計測装置。
9. 前記第１検出器および前記第２検出器は、変位計であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の計測装置。
10. 前記第１検出器は、干渉計であることを特徴とする請求項９に記載の計測装置。
11. 基板にパターンを形成するリソグラフィ装置であって、
    原版を保持する原版ステージと、
    前記基板を保持する基板ステージと、
    前記原版ステージおよび前記基板ステージの少なくともいずれかのステージに置かれたマークの位置を計測する請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の計測装置と、
    を備えることを特徴とするリソグラフィ装置。
12. 前記リソグラフィ装置は、前記原版のパターンを投影光学系を介して前記基板に投影して前記基板にパターンを形成する露光装置であることを特徴とする請求項１１に記載のリソグラフィ装置。
13. 前記第２の部材は、前記投影光学系を保持する鏡筒の支持体であることを特徴とする請求項１２に記載のリソグラフィ装置。
14. 前記リソグラフィ装置は、前記原版を前記基板に接触させて前記基板にパターンを形成するインプリント装置であることを特徴とする請求項１１に記載のリソグラフィ装置。
15. 請求項１１ないし１４のいずれか1項に記載のリソグラフィ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物品の製造方法。

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