JP2016224308A - アライメント方法、露光装置、および物品の製造方法 - Google Patents

アライメント方法、露光装置、および物品の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】アライメント精度およびスループットの向上の点で有利な露光装置を提供する。
【解決手段】複数の基板に対する露光を順次行うために、マークが形成された基準プレートを用いて、複数の基板のアライメントを行うアライメント方法であって、露光の経過時間に対する基準プレートの変形量の推測値を求める推測工程(S102)と、推測値と基準値との差が所定の閾値を超えるか否かを判断する判断工程(S103)と、判断工程において、差が所定の閾値を超えると判断された場合に、マークの位置を計測する計測工程(S104)と、計測工程で計測されたマークの位置から変形量を算出する算出工程(S105)と、算出工程で算出された変形量を基準値として更新する更新工程とを有する。
【選択図】図5

Description

本発明は、アライメント方法、露光装置、および物品の製造方法に関する。
半導体デバイスの製造に用いる露光装置は、原版(レチクルなど)に形成されたパターンを、投影光学系を介して基板(表面にレジスト層が形成されたウエハなど)に転写する。パターンを高精度に転写するために原版と基板とを高精度に位置合わせ(アライメント)することが求められている。アライメント方法のひとつとして、オフアクシスアライメント検出系(OA検出系)を用いる方法がある。OA検出系は、投影光学系の光軸と異なる光軸を有し、投影光学系を介さずに基板の位置を検出する。その検出結果に基づいて基板の位置合わせが行なわれる。
OA検出系による基板の位置検出は、基準マークが形成された基準プレートを用いて、パターン投影位置と基準マークとの間の距離(ベースライン量)を求める工程を含む。ここで、基準プレートが露光熱等により変形(伸縮)し、ベースライン量が変化することがある。位置検出精度を損なわないためには、定期的にベースライン量を計測し、変化量が大きい場合には、位置検出に使用するベースライン量を更新する必要がある。しかし、ベースライン量の計測を頻繁に行うと、スループットが低下する。これに対し、特許文献1は、ベースライン量の変化の傾向に応じて、処理基板枚数や時間を単位として不定間隔でベースライン量を計測し、その頻度を低減する方法を開示している。
特開平6−097032号公報
特許文献1では、予め決められたタイミングで計測されたベースライン量に基づいて、ベースライン量の変化の傾向を推測している。推測精度が悪い場合は、適切なタイミングでベースライン量を計測できない可能性があり、アライメント精度やスループット向上の点で不利である。
本発明は、例えば、アライメント精度およびスループットの向上の点で有利な露光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、複数の基板に対する露光を順次行うために、マークが形成された基準プレートを用いて、複数の基板のアライメントを行うアライメント方法であって、露光の経過時間に対する基準プレートの変形量の推測値を求める推測工程と、推測値と基準値との差が所定の閾値を超えるか否かを判断する判断工程と、判断工程において、差が所定の閾値を超えると判断された場合に、マークの位置を計測する計測工程と、計測工程で計測されたマークの位置から変形量を算出する算出工程と、算出工程で算出された変形量を基準値として更新する更新工程とを有する。
本発明によれば、例えば、アライメント精度およびスループットの向上の点で有利な露光装置を提供することができる。
露光装置の概略図を示す図である。 本発明の実施形態に係るスコープを示す図である。 本発明の実施形態に係る基準プレート上の基準マークを示す図である。 本発明の実施形態に係る基準プレートの変形量の時間変化を示す図である。 本発明の実施形態に係る推測値の補正方法を示すフローチャートである。
以下に、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)
図1は、本実施形態に係るアライメント方法を適用可能な露光装置の構成を示す概略図である。ここでは、ステップアンドスキャン方式の走査型投影露光装置(スキャナ)を使用した。走査型投影露光装置100は、照明光学系1と、アライメント計測部2と、原版ステージ3bと、投影光学系4と、基板ステージ5bと、オフアクシス計測部(検出光学系)9と、制御部8と、基準プレート10とを備える。なお、図1では、照明光学系の光軸に平行な方向をZ軸とし、Z軸に垂直な平面内に互いに直交するX軸およびY軸を取っている。
照明光学系1は、光源(不図示)を有し、原版(レチクル)3aに対してスリット状(例えば円弧形状)に成形された照明光を照射する。原版ステージ3bは、原版3aを保持し、Y軸方向に移動可能である。投影光学系4は、例えば、複数のミラーにより構成されたミラープロジェクション方式を採用し、原版3aに形成されているパターンの像を、基板ステージ5bに保持されている基板5aに例えば等倍で投影する。基板ステージ(基板保持部)5bは、定盤6上に設置され、基板5aを保持し、例えば、X、Y、Z、ωx、ωy、ωzの6方向に移動可能である。露光時には、原版ステージ3bに保持されている原版3aと、基板ステージ5bに保持されている基板5aとは、投影光学系4を介して共役な位置関係(投影光学系4の物体面および像面)に配置される。
アライメント計測部2は、照明光学系1と原版3aとの間に設置され、少なくとも2つのアライメントスコープ(不図示)を含む。走査型投影露光装置100は、基板5a上の複数の露光領域(ショット)に原版3aのパターンを転写するに際して、パターンをショットに順次アライメントする。このとき、アライメント計測部2は、基板5a上に形成されているマーク(基板側マーク)と、原版3aに形成されているマーク(原版側マーク)とを、投影光学系4を介して同時に検出(観察)する。
オフアクシス計測部(計測光学系)9は、投影光学系4の光軸から離れた位置であり、かつZ軸方向で投影光学系4と基板5aとの間の位置に配置される。そして、投影光学系4の光軸と平行な光軸を有し、図2で示すようなX軸方向に並列したスコープ9a〜9eを含む。スコープは少なくとも2つ含まれていればよい。オフアクシス計測部9は、基板5a上のショット領域に設けられている複数のマークを、投影光学系4を介さずに検出(観察)する。スコープ9a〜9eは個々に移動する事が可能であり、基板側マークに合わせて位置決めする事ができる。
基準プレート10は、オフアクシス計測部9が検出可能な位置、例えばオフアクシス計測部9と相対する位置に配置され、図3に示すような各スコープ9a〜9eの位置に対応した複数の基準マーク10a〜10eを含む。すなわち、オフアクシス計測部9の各スコープ9a〜9eは、それぞれに対応する位置にある各基準マーク10a〜10eを個々に検出し得る。走査型投影露光装置100は、各スコープ9a〜9eに対応する位置に各基準マーク10a〜10eを移動可能とする駆動部(不図示)を設置してもよい。もしくは、駆動部を設置せず、例えば、基準プレート10と基板ステージ5bとを一体的に構成することで、基板ステージ5bの移動とともに基準プレート10を移動させる構成としてもよい。また、基準プレート10は分割されていても、連結された1本の基準プレートであってもよい。
制御部8は、例えばコンピューターなどで構成され、走査型投影露光装置100の各構成要素に回線を介して接続されて、プログラムなどに従って各構成要素の動作および調整などを制御する。なお、制御部8は、走査型投影露光装置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、走査型投影露光装置100の他の部分とは別体で(別の筐体内に)構成してもよい。制御部8は、アライメント計測部2により計測されたショットのマークの位置と、オフアクシス計測部9により計測されたショットのマークの位置とに基づいてショットの形状情報(X、YおよびZ方向の位置など)を求める。
以上の構成を有する走査型投影露光装置100は、次のようにして基板5aの位置(ショットのマークの位置)を求める。まず、制御部8は、スコープ9a〜9eにより基準プレート10の基準マーク10a〜10eを計測することで、各スコープ間の距離を求める(第1距離)。また、制御部8は、同一の基板側マークをアライメント計測部2とオフアクシス計測部9とで計測させる事で、各計測部間の距離を取得する(第2距離)。そして、第1距離および第2距離の情報に基づいて基板5aの位置(ショットのマークの位置)が求められる。
制御部8は、原版3a上のマークとショットのマークとが重なり合うように、取得したショットの形状情報に基づいて原版ステージ3bや基板ステージ5bの移動速度または投影光学系4の投影倍率を決定する。そして、制御部8は、原版ステージ3bおよび基板ステージ5bを互いに同期させながら、投影光学系4の投影倍率に応じた速度比で走査させ、露光処理(走査露光)を行う。これにより、原版3aに形成されているパターンを、基板5aのショットに転写することができる。走査型投影露光装置100は、走査露光を基板5aの複数のショットそれぞれについて繰り返し、複数の基板に対し走査露光を順次行う。
本実施形態では、基準プレート10を用いて求める第1距離が処理基板枚数の増加に伴って変化しうる。以下、第1距離の変化量(基準プレート変形量)について説明する。図4(a)〜(e)は、縦軸を基準プレート変形量、横軸を処理基板枚数(処理時間)としたときの基準プレート変形量の時間変化を示したグラフである。図4(a)〜(e)に示す曲線Hは、処理基板枚数に対する基準プレート変形量の実測値を示す曲線である。処理基板枚数が増加すると基準プレート10が露光熱等により変形し、それに伴い第1距離も変化する。プロットM1〜M6は、基板P1〜P6(不定の時間間隔)で計測した基準プレート変形量である。各プロット間の縦軸の値の差、つまり、処理基板間での第1距離の変化量の差に基づいて、基板5aの位置を求めるために用いる第1距離を決定する。
基準プレート10の変形量の計測では、スコープ9a〜9eのいずれか1つを使用して基準マーク10a〜10eを順次計測する。基準プレート10が露光熱により変形(伸縮)していると、描画されている基準マーク10a〜10eの計測値が変化するため、変形量を検出する事ができる。基板ステージ5bの駆動範囲の制約で1つのスコープではすべての基準マーク10a〜10eを計測できない場合には、複数のスコープを使用し、分割して計測してもよい。その場合には、同一の基準マークを複数のスコープで計測し、スコープ間のオフセットをキャンセルさせ、変形量を算出する。
基板P1の処理時では、プロットM1の縦軸の値、すなわち、基板処理開始から基板P1までの基準プレート10の変形量が大きい。この場合、アライメントに用いる第1距離を基板P1で計測した第1距離に更新する。処理基板枚数が少ない段階では、基準プレート10の変形量の増加率が高い(曲線Hの傾斜が急)。実際、プロットM1とプロットM2との間の変形量は、アライメントに用いる第1距離の更新が必要な程度に大きい。基板P3以降は、変形量の増加率が低くなってきており(曲線Hの傾斜が緩やか)、アライメントに用いる第1距離の更新が不要な基板もありうる。例えば、M5とM4の変形量の差は小さい。この差が第1距離の更新が不要な程度の差であれば、基板P4で計測した第1距離を用いて基板P5のアライメントを実行できる。
図4(a)では、基板処理毎に基準プレート10の変形量を計測する従来の方法を表している。従来の方法では、全処理基板で第1距離を計測するため、スループットが低下する。そこで、計測頻度を低減するため、基準プレート10の変形量を推測する。以下、その推測方法を説明する。図4(b)に示す曲線H0は、基準プレート10の変形量の推測値を示す。プロットY1〜Y6は、基板P1〜P6(不定の時間間隔)における第1距離の変化量の推測値である。
第1距離の変化量の推測値の具体的な算出方法について説明する。前回の変化量算出からΔt時間経過した時刻(処理基板枚数)nにおける時定数Kで発生する変化量をΦ(n)とすると、変化量Φ(n)は以下の式(1)で表す事ができる。
Φ(n)=ICo − (ICo − Φ(n−1))exp(−Δt/K) (1)
ここで、ICoは、以下の式(2)で表される。
ICo=ICk×(W / W0) (2)
W0は、基準露光負荷で、任意の定数である(例えば50ワット)。Wは、積算負荷量であり、積算路光量ΔeをΔtで割った値である(Δe / Δt)。Kは、基準プレート10の材料の物性(例えば、熱伝導率)の関数から導かれる固有の定数(時定数)である。また、ICkは原版3aの透過率、露光条件(露光速度、照度、ショットサイズなど)およびKによって定まる変化量の飽和値である。ICkは、予め連続露光を行い、変形量が飽和する程度の時間経過後、任意の間隔で計測した基準プレート10の変形量の実測値を元に最小二乗近似等により算出される。実際の露光処理では、プロセスにより露光速度、照度、ショットサイズが変更される。よって、露光中の積算露光量Δeと経過時間Δtから積算負荷量Wを算出し、基準露光負荷W0との比率をICkに乗ずる事で実際の露光条件での飽和値ICoを算出し、式(1)に適用する。式(1)用いて、不図示の推測手段が第1距離の変化量の推測値を算出する。
図5は、推測値の補正方法を示すフローチャートである。S101では、基準プレート10の材料の物性から時定数Kを求め、また、予め連続露光を行い、基準プレート10の変形量の実測値を元にICkを算出する。S102では、S101で求めたパラメータと式(1)により基準プレート10の変形量の推測値を算出する。
図4(c)を用いて、S103からS106を説明する。S103では、S102で求めた推測値と前回計測した実測値との差が所定の閾値を超えたかどうかを不図示の判断手段が判断する。所定の閾値をTとし、基板P1〜P10を処理する際の基準プレート10の変形量の推測値をY1〜Y10とする。露光処理開始時点(基板P1を処理する時)では、まだ変形量の計測が実施されていないため、閾値の判定に使用する前回の実測値は0となる。この実測値0と推測値Y1との差を閾値Tと比較する。図4(c)で示すとおり、閾値Tを超えていないため(S103(No))、変形量の計測は実施せず、S106におけるアライメント補正(基板P1の位置合わせ)には、推測値Y1から算出した第1距離を使用する。これと同様の処理を基板P2以降も実施する。
閾値Tは、所望のアライメント精度により許容される変化量に基づいて決定する。例えば、事前に変化量とアライメント誤差の関係を実測し、その関係から閾値を決定する。また、閾値と比較する推測値と実測値との差は、ある基板における差だけでなく、複数の基板における差を累積した誤差も含む。
基板P2の推測値Y2では実測値0からの変化が閾値Tを超えているため(S103(YES))、基準プレート10の変形量を実測し(S104)、変形量M1を算出する(S105)。S106におけるアライメント補正(基板P2の位置合わせ)には、変形量M1から算出した第1距離を使用する。基板P3以降では、このM1がS103における判定で使用する比較対象の実測値となり、このM1からの変化量を閾値Tと比較する。図中では、基板P6での推測値Y6にて実測値M1からの変化量が閾値Tを超えているため(S103(YES))、変形量の計測が実施され(S104)、変形量M2が算出される(S105)。S106におけるアライメント補正(基板P6の位置合わせ)には、変形量M2から算出した第1距離を使用する。基板P7以降では、基準プレート10の変形量の増加率が低いため、閾値以内で変化が安定しており、変形量の計測を実施する必要がない。以上のとおり、S106ではS103の判定結果に応じて、推測値、もしくは実測値を使用してアライメント補正を実施する。S103〜S106までの処理を基板毎に実施し、S107で最終処理基板かの判定を行い、最終処理基板まで繰り返し実施する。
図4(d)は基板処理フローを一時停止した場合の基準プレート変形量の時間変化を表した図である。基板P10の処理の後、エラーやマニュアルオペレーションなどの要因でフローを一時停止した場合、基準プレート10が冷めて収縮し、変形量が露光開始時の状態に戻っていく。基板P11で露光処理を再開し、その際の推測値がY11であった場合、前回の実測値M2からの変化量が閾値Tを超えている(S103(YES))。したがって、再度変形量の計測が実施されて(S104)、変形量M3が算出され(S105)、算出結果がアライメントの補正に使用される(S106)。以降の基板処理では、このM3を基準に推測値と比較が行われる。
このように、アライメントに用いる第1距離の更新の要否を判断するための基準値として変形量の推測値を用いると、基準プレート10の変形量を実測する頻度を低減することができる。
以上のように、本実施形態によれば、アライメント精度およびスループットの向上の点で有利な露光装置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実施形態に係る飽和値ICkの算出方法について説明する。第1実施形態では、飽和値ICkを求めるために、基板のアライメントおよび露光処理工程前に予め連続露光を行い、変形量が飽和する程度の時間が経過するのを待つ必要があった。本実施形態では、露光処理工程前に飽和値ICkを予め算出するのではなく、露光処理工程を進めながら算出する。図4(e)を用いてその方法を説明する。露光処理開始時点では飽和値ICkが求まっていないため、基板P1〜P6では基準プレート10の変形量を実際に計測する。基板P6の処理段階では基準プレート10の変形量がある程度飽和しているので、実際に計測した変形量M1〜M6の値を使用し、最小二乗近似により飽和値ICkを算出する。基板P7の処理では、飽和値ICkが算出されているため、式(1)を使用して変形量の推測値を算出し、アライメントの補正に使用する。基板P8以降も同様に、実際の変形量の計測は行わず、変形量の推測値を算出して補正する。露光処理工程中に計測した基準プレート10の変形量を使用して飽和値ICkを算出する事で、事前に連続露光を行う工程を省略でき、生産性を向上させる事ができる。以上のように、本実施形態によっても、アライメント精度およびスループットの向上の点で有利な露光装置を提供することができる。
(物品の製造方法)
本発明の実施形態にかかる物品の製造方法は、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、基板に塗布された感光剤に上記の露光装置を用いて潜像パターンを形成する工程(基板を露光する工程)と、かかる工程で潜像パターンが形成された基板を現像する工程とを含む。さらに、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)を含む。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 照明光学系
2 アライメント計測部
3a 原版
3b 原版ステージ
4 投影光学系
5a 基板
5b 基板ステージ
6 定盤
8 制御部
9 オフアクシス計測部(計測光学系)
10 基準プレート

Claims (8)

  1. 複数の基板に対する露光を順次行うために、マークが形成された基準プレートを用いて、前記複数の基板のアライメントを行うアライメント方法であって、
    前記露光の経過時間に対する前記基準プレートの変形量の推測値を求める推測工程と、
    前記推測値と基準値との差が所定の閾値を超えるか否かを判断する判断工程と、
    前記判断工程において、前記差が前記所定の閾値を超えると判断された場合に、前記マークの位置を計測する計測工程と、
    前記計測工程で計測された前記マークの位置から前記変形量を算出する算出工程と、
    前記算出工程で算出された前記変形量を前記基準値として更新する更新工程と
    を有することを特徴とするアライメント方法。
  2. 前記差が前記所定の閾値を超えると初めて判断されるまでは、前記基準値を零とすることを特徴とする請求項1に記載のアライメント方法。
  3. 前記推測工程では、前記基板の物性で決まる定数と、前記基準プレートの変形量の飽和値と、を用いて前記推測値を求めることを特徴とする請求項1または2に記載のアライメント方法。
  4. 前記物性は、熱伝導率を含むことを特徴とする請求項3に記載のアライメント方法。
  5. 前記飽和値は、予め計測しておいた基準プレートの変形量の実測値を用いて定められることを特徴とする請求項3または4に記載のアライメント方法。
  6. マークが形成された基準プレートを用いて、原版に複数の基板を順次アライメントし、前記原版のパターンを前記複数の基板に露光する露光装置であって、
    前記マークの位置を計測する計測光学系と、
    前記計測光学系により計測された前記マークの位置から前記基準プレートの変形量を算出する算出手段と、
    前記露光の経過時間に対する前記変形量を推測する推測手段と、
    前記推測手段により求めた推測値と基準値との差が所定の閾値を超えるか否かを判断する判断手段と、
    前記判断手段において、前記差が所定の閾値を超えると判断された場合に、前記計測光学系および前記算出手段により求められた前記変形量を前記基準値として更新する更新手段と、
    を有することを特徴とする露光装置。
  7. 前記差が前記所定の閾値を超えると初めて判断されるまでは、前記基準値を零とすることを特徴とする請求項6に記載の露光装置。
  8. 請求項1乃至5のいずれか1項に記載のアライメント方法あるいは請求項6または7に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
    前記工程で露光された前記基板を現像する工程と、を含むことを特徴とする物品の製造方法。
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