JP2017026743A

JP2017026743A - 露光装置および露光方法、ならびに物品の製造方法

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Publication number: JP2017026743A
Application number: JP2015144006A
Authority: JP
Inventors: 昭郎赤松; Akiro Akamatsu
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2015-07-21
Filing date: 2015-07-21
Publication date: 2017-02-02
Anticipated expiration: 2035-07-21
Also published as: JP6532332B2

Abstract

【課題】投影光学系の結像性能の維持に有利な露光装置を提供する。
【解決手段】原版のパターンを基板に投影する投影光学系を有する露光装置であって、投影光学系の結像性能を評価する計測系を備え、計測系は、第１のマークおよび第２のマークが設けられた基準板と、基準板および投影光学系を通過する第１光束を出射する第１光源と、第２のマークを通過する第２光束を出射する第２光源と、原版と投影光学系との間に設けられ、第１光束を反射する反射部と、第１のマークと投影光学系とを順に通過した後、反射部により反射されることで再び投影光学系を通過した第１光束を受光することにより第１のマークを撮像し、第２光束を受光することにより第２のマークを撮像する撮像素子と、撮像素子により撮像された第１のマークと第２のマークとの相対位置を算出し、算出結果に基づいて評価を行う評価部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、露光装置および露光方法、ならびに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装置などの製造工程に含まれるリソグラフィー工程において、原版（レチクルやマスク）のパターンを、投影光学系を介して感光性の基板（表面にレジスト層が形成されたウエハやガラスプレートなど）に転写する装置である。原版のパターンを基板に高精度に転写するためには、投影光学系の結像性能を維持する必要がある。しかしながら、連続した露光を行う中で投影光学系内を露光光が継続して通過すると、投影光学系内の温度が変化して、その結像性能が変化する。そこで、特許文献１では、投影光学系の鏡筒外面の温度を制御することで、投影光学系内の温度を一定に保つ露光装置を開示している。

特開２００５−２０３５２２号公報

特許文献１の露光装置では、投影光学系の周囲の気圧や温度分布等に基づいて算出された投影光学系の結像性能の変化量を元にして鏡筒外面の温度制御を行い、結像性能の維持を図っている。しかしながら、この算出結果の精度が不十分だと、結像性能を十分に維持することは困難となりうる。結像性能の変化量を実測する一般的な方法では、露光中の変化量を把握できない。

本発明は、例えば、投影光学系の結像性能の維持に有利な露光装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態の露光装置は、原版のパターンを基板に投影する投影光学系を有する露光装置であって、前記投影光学系の結像性能を評価する計測系を備え、前記計測系は、第１のマークおよび第２のマークが設けられた基準板と、前記基準板および前記投影光学系を通過する第１光束を出射する第１光源と、前記第２のマークを通過する第２光束を出射する第２光源と、前記原版と前記投影光学系との間に設けられ、前記第１光束を反射する反射部と、前記第１のマークと前記投影光学系とを順に通過した後、前記反射部により反射されることで再び前記投影光学系を通過した前記第１光束を受光することにより前記第１のマークを撮像し、前記第２光束を受光することにより前記第２のマークを撮像する撮像素子と、前記撮像素子により撮像された前記第１のマークと前記第２のマークとの相対位置を算出し、算出結果に基づいて前記評価を行う評価部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、投影光学系の結像性能の維持に有利な露光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。露光領域と計測系の位置関係を示す図である。基準マークを示す図である。基準反射面に設けられる基準マークを示す図である。投影光学系を通過しない光束の光源に対する視野絞りを示す図である。投影光学系を通過する光束の光源に対する視野絞りを示す図である。撮像素子に撮像された基準マークを示す図である。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。第２実施形態に係る基準マークの撮像面上での強度を示す図である。第２実施形態に係る各マークの強度をプロットしたグラフである。本発明の第３実施形態に係る露光装置の構成を示す図である。計測系が露光領域内まで駆動された場合の露光装置を示す図である。

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）
図１は、露光装置および計測系の構成の一例を示す図である。本実施形態では、マスク（原版）を照明して基板（プレート）にパターンを描画する例について説明するが、これに限定されない。レチクル（原版）に照明して基板（ウエハ）を描画する露光装置であってもよい。

本実施形態に係る露光装置は、照明光学系４０、マスクステージ１０、投影光学系３０、基板２１、プレートステージ２０、制御部６０１および計測系（第１計測系５０、第２計測系８０）を有する。照明光学系４０は、露光光により所望の角度分布で均一にマスク１１を照射する。マスク１１は、プレート２１に投影するパターンが描画されている。マスクステージ１０は、マスク１１を保持してＹ方向に駆動可能である。なお、マスクステージ１０は、Ｘ方向やθ方向（Ｘ軸周りの回転方向、Ｙ軸周りの回転方向およびＺ軸周りの回転）に駆動してもよい。

投影光学系３０は、照明光学系４０によって照射されたマスク１１のパターンをプレート２１上に結像する。プレート２１には、照明光学系４０により照明されたマスク１１のパターンが描画される。プレートステージ２０は、プレート２１を保持してＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向およびθ方向に駆動可能である。計測系は第１計測系５０および第２計測系８０を有し、第１計測系５０は、光源５８および光源５９、基準板５１４、基準反射面５３２、評価部６００および撮像素子５００を有する。第２計測系は、基準反射面５３６および折り曲げミラー５３５を有する。

さらに、第１計測系５０は、対物レンズ５１、撮像系リレーレンズ５２、基準系リレーレンズ５３、照明系レンズ５４ａ〜ｄ、ビームスプリッタ５６、５７および５３１、視野絞り５１２および５１３、対物絞り５２１および波長板５３３を有する。計測系は、計測系内の基準板５１４に描画された計測用マークを照明し、撮像することでＸ方向、Ｙ方向またはＺ方向の位置ずれ量を計測する。

例えば、光源５８および光源５９は、それぞれ波長が異なる光束を出射し、基準板５１４を照明する。基準反射面５３２および５３６は、プレート面およびマスク面に共役な位置に配置され、基準反射面５３６には計測用マークが設けられている。撮像素子５００は、撮像系リレーレンズ５２を通過した計測用マークの像を撮像する。ビームスプリッタ５３１は、投影光学系３０を通過する光束と通過しない光束を分離する。

投影光学系３０を通過する光束は、基準反射面５３６の計測用マークを照明して反射され、投影光学系３０に再入射して通過し撮像素子５００に計測用マークを結像する。評価部６００は、撮像されたマークの像の相対位置を算出し、算出された相対位置に基づいて、投影光学系の結像性能を評価する。制御部６０１は、評価部６００からの制御信号にしたがって、投影光学系の結像性能を維持するように投影光学系を制御する。

図２は、基準板５１４の計測用マークを示す図である。基準板５１４には、同一面上に第２のマーク５１４ａおよび第１のマーク５１４ｂとして、複数のＸ方向の計測用マークとＹ方向の計測用マークが描画されている。なお、グリッドで示す部分は遮光部であり、他は透過部を示す。図３は、基準板５１４と共役の位置に構成される基準反射面５３６を示す図である。基準反射面５３６には、第３のマーク５３６ｃとして、複数のＸ方向の計測用マークとＹ方向の計測用マークが描画されている。なお、格子で示す部分は透過部であり、他は反射部を示す。なお、第２のマーク５１４ａ、第１のマーク５１４ｂ、および第３のマーク５３６ｃは、撮像素子５００に結像した時に、重ならない位置に構成される。

図４および図５は、本実施形態に係る視野絞りの一例を示す図である。視野絞り５１２および５１３は、基準板５１４と共役の位置に構成される。視野絞り５１２は、第２のマーク５１４ａを照明する形状である。一方、視野絞り５１３は、第１のマーク５１４ｂおよび第３のマーク５３６ｃを照明する形状である。これにより、第２のマーク５１４ａは光源５８により照明され、第１のマーク５１４ｂおよび第３のマーク５３６ｃは光源５９により照明される。

光源５８および光源５９は、それぞれ異なる波長帯域の光束を出射し、基準板５１４を照明する。ビームスプリッタ５３１は、光源５８から出射された光束の波長帯域は透過させるが、光源５９から出射された光束の波長帯域に対しては偏光ビームスプリッタの特性を有している。具体的には、光源５８から出射された光束は、ビームスプリッタ５３１を透過後、波長板５３３、基準反射面５３２を経由し、再度、ビームスプリッタ５３１を透過して撮像素子５００に撮像される。

これに対して、光源５９から出射された光束は、ビームスプリッタ５３１を透過後、波長板５３３、基準反射面５３２の順に経由し、ビームスプリッタ５３１で反射して、投影光学系３０を介して基準反射面５３６に到達する。基板反射面５３６に到達した光束は、基板反射面５３６の計測用マークを照明して反射され、再び投影光学系３０を介して、ビームスプリッタ５３１に戻る。

ビームスプリッタ５３１に戻った光束は、再び、波長板５３３、基準反射面５３２、の順に経由し、ビームスプリッタ５３１を透過して、撮像素子５００に撮像される。すなわち、投影光学系３０を介していない光束と投影光学系３０を介した光束が、撮像素子５００により受光される。なお、波長板５３３はλ/４板とする。

次に、撮像素子５００で撮像されたマークの計測について説明する。図６は、撮像素子５００に撮像された計測用マークを示す図である。第２のマーク５１４ａ、第１のマーク５１４ｂおよび第３のマーク５３６ｃは、それぞれマークの像５００ａ、５００ｂおよび５００ｃに対応する。すなわち、マークの像５００ａは、投影光学系３０を通過していないマークであり、マークの像５００ｂは投影光学系３０を２回通過(往復)したマークであり、マークの像５００ｃは投影光学系３０を１回通過したマークである。

投影光学系３０の結像性能の補正では、評価部が第２のマーク５１４ａ、第１のマーク５１４ｂおよび第３のマーク５３６ｃのＸ方向の計測用マークとＹ方向の計測用マークの計測値の差分から変化量を算出し、算出結果に基づいて結像性能を評価する。制御部６０１は、評価部６００から送られた変化量に基づいて倍率やディストーション、テレセントリック等を調整する。マーク５００ａと５００ｂのマーク計測値の変化量は、投影光学系３０のテレセントリックのずれ量（主光線が光軸と並行ではなく、光軸に対して傾く傾きの量）を示す。

一方、マーク５００ｂと５００ｃのマーク計測値の変化量は、投影光学系３０のＸ方向およびＹ方向への変化(シフト)量を示す。投影光学系３０はテレセントリックな光学系であるため、シフトがあった場合でも投影光学系３０を往復するとマークの位置は元の位置に戻ってしまう。しかし、投影光学系３０を１回通過した場合、マークの位置は元の位置に戻らず、シフト量として現れる。

図７は、計測系５０を複数構成する場合の一例を示す図である。露光領域１２の周囲に計測系５０を複数配置することで、露光領域内の投影光学系３０の結像性能をより正確に把握することができる。評価部は、複数の計測系５０の計測結果から露光領域内のシフト量およびテレセントリックのずれ量を算出し、投影光学系３０の結像性能を評価する。制御部６０１は、評価部６００から送られた変化量（ずれ量またはシフト量）に応じて、倍率やディストーションおよびテレセントリック等を調整する。

また、マーク計測値の再現性が低い場合、投影光学系内部の温度分布に急激な変化が生じていることが予想されるため、温調や空調の条件を変更することで結像性能の劣化を防ぐことができる。なお、計測系５０は、原版や基板とは独立しているため、原版や基板を走査している露光中であっても計測可能であり、倍率やディストーションおよびテレセントリック等を調整することができる。これにより、スループットを低下させることなく、結像性能の劣化を防ぐことができる。

なお、光学系の引き回しによってＸＹ座標軸は変化するため、その変化に応じてＸ方向の計測値、Ｙ方向の計測値、符号を調整する必要がある。また、各光路の透過率、遮光部の反射率により適切な光源出力が異なるため、計測に最適な光量となるように、光源出力を調整する必要がある。また、基準反射面５３６および５３１の反射率を投影光学系３０の透過率に応じて調整してもよい。

以上、本実施形態により、基準板５１４の計測用マークの相対位置変化量を取得することで、投影光学系３０の結像性能を精度よく把握することができる。また、露光領域１２の周辺に計測系５０を複数構成することで、投影光学系３０の結像性能をより正確に把握することができる。これにより、高精度に結像性能を調整しつつ、スループットを低下させずに露光性能を向上させることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態では、投影光学系３０のＺ方向の位置計測も可能な露光装置について説明する。図８は、基準マーク５１５を傾けた計測系６０を用いる露光装置の一例を示す図である。傾けた基準マーク５１５のデザインは、図１に示す基準板５１４と同じデザインとする。基準マーク５１５をＸ軸中心に回転させる方向に傾けた場合、基準マーク面の場所によって、Ｚ位置が変化するため撮像素子５００での各マークの強度が異なる。

図９は、基準マーク５１５を傾けた場合の各マークと各マークの強度を示す図である。例えば、基準マーク５１５をＹ方向に傾けた場合の基準マーク５１４ｂの各マークの強度を５１４Ｂ-１および５１４Ｂ-２に示す。なお、５１４Ｂ-１および５１４Ｂ-２は、計測する時点に差があるとする。

図１０（Ａ）は、各マークの強度をプロットしたグラフである。ここで、投影光学系３０のＺ方向の変化量の算出について説明する。まず。図１０（Ａ）に示すグラフから、マークの強度が最小となるマーク位置をＺ方向位置とし、マーク強度５１４Ａ-１と５１４Ａ-２からＺ方向位置の差であるΔＺａを算出する。同様にして、図１０（Ｂ）に示すグラフから、基準マーク５１４ｂについてもＺ方向位置の差であるΔＺｂを算出する。第２のマーク５１４ａと第１のマーク５１４ｂとの差異は、投影光学系３０を通過するか否かであることから、第２のマーク５１４ａと第１のマーク５１４ｂのＺ方向位置の差の差分（ΔＺａ−ΔＺｂ）は、投影光学系３０のＺ方向の変化量を示す。

本実施形態では、基準マーク５１５をＹ方向に傾けた場合のＺ方向の変化量のみを算出しているが、基準マーク５１５をＸ方向およびＹ方向に傾けた場合や、傾斜マスクにすることでＺ方向の変化量を算出し、投影光学系３０のアスを計測してもよい。

また、このＺ方向を計測可能な計測系６０を露光領域周辺に複数構成することで、露光領域内の投影光学系３０の結像性能をより高精度に把握することができる。具体的には、複数の計測系６０の計測結果から、露光領域内のフォーカス、アスおよび像面の量を予想することができる。また、基準マーク５１５を傾ける量により、Ｘ方向およびＹ方向の位置計測も十分可能なマークの強度を得ることができるため、Ｚ方向だけでなくＸ方向およびＹ方向の位置計測も同時計測可能な形態にしてもよい。

以上、本実施形態により、投影光学系３０のＺ方向の位置計測が可能となる。これにより、Ｚ方向に対しても高精度に結像性能を調整しつつ、露光性能を向上させることができる。

（第３実施形態）
第３実施形態は、投影光学系３０の露光領域内の結像性能を直接計測可能な実施形態について説明する。図１１および図１２は、第１実施形態と比較して、対物レンズ５１、ビームスプリッタ５３１、基準反射面５３２および波長板５３３が投影光学系３０の露光領域内にまで駆動できる計測系７０を有する露光装置を示す図である。なお、本実施形態においては、対物レンズ５１、ビームスプリッタ５３１、基準反射面５３２および波長板５３３を導光部と呼ぶ。駆動制御系７００（駆動部）は、導光部を駆動することで、投影光学系３０の露光領域内に計測系７０の計測領域を出し入れする。これにより、投影光学系３０の露光領域内の結像性能を直接計測できる。

具体的には、原版や基板交換時に、露光領域内における投影光学系３０の結像性能を直接計測する。次に、第１実施形態で計測した計測結果から予想された補正値との差分を確認し、補正値にフィードバックする。このとき、精度を高めるため露光領域内の直接計測を複数位置で行ってもよい。例えば、走査方向に対して露光領域１２を跨ぐように計測系７０を２つ配置し、投影光学系３０の結像性能を計測してもよい。なお、露光領域内の結像性能を直接計測する場合は、露光を中断する。

具体的には、露光領域１２を跨ぐ２つの計測系７０から算出した補正値が１次関数の特性であるが、露光領域内を直接計測した結果、補正値が２次関数の特性であった場合、２次関数の係数に応じて補正した方が、結像性能をより高精度に補正できる。

上述のような補正を行うための関数および係数は、実際に露光するマスクパターンや投影光学系３０に照射される露光エネルギー量によって異なる。なお、第１実施形態と同様に、Ｘ方向の位置計測およびＹ方向の位置計測だけでなく、第２実施形態に示すＺ方向の位置計測も行える形態と組み合せてもよい。また、計測計７０が露光領域内に駆動しても良い。

本実施形態により、露光領域内の結像性能を直接計測して補正に反映することで、投影光学系３０の結像性能をより精度よく把握することができる。これにより、高精度に結像性能を調整しつつ、スループットを低下させずに露光性能を向上させることができる。

（物品の製造方法）
本発明の実施形態に係る物品の製造方法は、例えば、半導体デバイスや液晶表示装置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、感光剤が塗布された基板（プレート、ウェハ等）の該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（基板に描画を行う工程）と、該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みうる。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。

１０マスクステージ
１１マスク
１２露光領域
２０プレートステージ
２１プレート
３０投影光学系
４０照明光学系
５０第１計測系
８０第２計測系

Claims

原版のパターンを基板に投影する投影光学系を有する露光装置であって、
前記投影光学系の結像性能を評価する計測系を備え、
前記計測系は、
第１のマークおよび第２のマークが設けられた基準板と、
前記基準板および前記投影光学系を通過する第１光束を出射する第１光源と、
前記第２のマークを通過する第２光束を出射する第２光源と、
前記原版と前記投影光学系との間に設けられ、前記第１光束を反射する反射部と、
前記第１のマークと前記投影光学系とを順に通過した後、前記反射部により反射されることで再び前記投影光学系を通過した前記第１光束を受光することにより前記第１のマークを撮像し、前記第２光束を受光することにより前記第２のマークを撮像する撮像素子と、
前記撮像素子により撮像された、前記第１のマークと前記第２のマークとの相対位置を算出し、算出結果に基づいて前記評価を行う評価部と、を備える
ことを特徴とする露光装置。
前記反射部には、第３のマークが設けられ、
前記撮像素子は、前記第３のマークと前記投影光学系とを順に通過した前記第１光束を受光することにより前記第３のマークを撮像し、
前記評価部は、前記撮像素子により撮像された、前記第１のマークと前記第３のマークとの相対位置を算出し、算出結果に基づいて前記評価を行う
ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
前記第１の光束および前記第２の光束はそれぞれ波長が異なる
ことを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
前記第１のマークおよび前記第２のマークは、前記基準板の同一面上に構成されている
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の露光装置。
前記計測系は、前記投影光学系の露光領域の周囲に複数配置される
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の露光装置。
前記計測系は、前記露光領域を挟んで配置される
ことを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
前記反射部は、前記基準板と共役な位置に設けられる
ことを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の露光装置。
前記計測系を駆動する駆動部を有し、
前記駆動部は、前記計測系を前記露光領域内まで駆動する
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の露光装置。
原版のパターンを基板に投影する投影光学系により、前記原版のパターンで前記基板を露光する露光方法であって
第１光源および第２光源により第１のマークおよび第２のマークを有する基準板を照明する照明工程と、
前記照明工程で照明された、前記第１のマークおよび前記第２のマークを撮像する撮像工程と、
前記撮像工程で撮像された、前記第１のマークと前記第２のマークとの相対位置を算出し、算出結果に基づいて前記投影光学系の結像性能を評価する評価工程とを有する
ことを特徴とする露光方法。
請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の露光装置または請求項９に記載の露光方法を用いて基板に描画を行う工程と、
前記工程で描画を行わ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。