JP2017040583A - 計測装置、リソグラフィ装置、および物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被検体の位置を精度よく計測するために有利な計測装置を提供する。
【解決手段】被検体の位置を計測する計測装置は、光を再帰反射する複数の反射体が配列された反射面を有する、前記被検体に設けられた反射部と、第１光を前記反射面に入射させ、前記第１光の前記反射面での反射光である第２光を受光し、前記第２光をミラー部材で反射させることによって生成された第３光を前記反射面に入射させ、前記第３光の前記反射面での反射光である第４光を受光する光学系と、前記光学系で受光された前記第４光と参照光とを検出する検出部と、前記検出部による検出結果に基づいて前記被検体の位置を決定する処理部と、を含み、前記光学系は、前記第１光の光路と前記第２光の光路とのずれが、前記第３光の光路と前記第４光の光路とのずれによって補正されるように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検体の位置を計測する計測装置、それを用いたリソグラフィ装置、および物品の製造方法に関する。

被検体に設けられた反射面で反射された光と、参照面で反射された光とを検出した結果に基づいて、当該被検体の位置を計測する計測装置がある。このような計測装置では、被検体（反射面）の移動に伴い、反射面で反射された光（反射光）の光路の位置や角度が、反射面に入射する光（入射光）の光路に対して相対的に変化すると、被検体の位置を精度よく計測することが困難になりうる。特許文献１には、複数のコーナーキューブが配列された反射面を用いて被検体の位置を計測することにより、被検体の移動に伴う反射光の光路の変化を低減した計測装置が提案されている。

特開２００１−１４１４１３号公報

特許文献１に記載された計測装置では、反射面に配列された各コーナーキューブを微細化するにつれて、被検体の移動に伴う反射光の光路の変化を小さくすることができる。しかしながら、コーナーキューブの微細化には限界があるため、被検体の移動に伴う反射光の光路の変化を小さくすることにも限界がある。即ち、複数のコーナーキューブが配列された反射面を用いるだけでは、被検体の位置を精度よく計測することが不十分となりうる。

そこで、本発明は、被検体の位置を精度よく計測するために有利な計測装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての計測装置は、被検体の位置を計測する計測装置であって、光を再帰反射する複数の反射体が配列された反射面を有する、前記被検体に設けられた反射部と、第１光を前記反射面に入射させ、前記第１光の前記反射面での反射光である第２光を受光し、前記第２光をミラー部材で反射させることによって生成された第３光を前記反射面に入射させ、前記第３光の前記反射面での反射光である第４光を受光する光学系と、前記光学系で受光された前記第４光と参照光とを検出する検出部と、前記検出部による検出結果に基づいて前記被検体の位置を決定する処理部と、を含み、前記光学系は、前記第１光の光路と前記第２光の光路とのずれが、前記第３光の光路と前記第４光の光路とのずれによって補正されるように構成されている、ことを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、被検体の位置を精度よく計測するために有利な計測装置を提供することができる。

第１実施形態の計測装置を示す図である。 反射体の構成例を示す図である。 １つのコーナーキューブを反射部として用いた従来の計測装置を示す図である。 被検体の移動に伴う反射光の光路のシフト量を説明するための図である。 複数のコーナーキューブが反射面に配列された反射部を用いた計測装置を示す図である。 被検体の移動に伴う反射光の光路のシフト量を説明するための図である。 露光装置を示す概略図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材ないし要素については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

本発明に係る計測装置は、例えば、被検体に設けられた反射部の反射面に光を照射し、当該反射面で反射された光と参照面で反射された光との干渉光に基づいて被検体の位置を計測する、所謂マイケルソン干渉計を有する計測装置である。このような計測装置では、被検体の移動によって被検体の姿勢が変化したとき、反射面で反射された光の角度が変化することを低減するため、例えば、光を再帰反射するコーナーキューブ（反射体）を有する反射部が用いられうる。以下に、コーナーキューブを有する反射部を用いた従来の計測装置の動作原理について説明する。

まず、１つのコーナーキューブを有する反射部を用いた従来の計測装置３００について説明する。図３は、１つのコーナーキューブを反射部として用いた従来の計測装置３００を示す図である。図３に示す従来の計測装置３００は、例えば、光源３１と、ビームスプリッタ３３と、参照面としてのコーナーキューブ３４と、反射部（反射面）として被検体に設けられた１つのコーナーキューブ３５と、検出部３６と、処理部３７とを有する。検出部３６としては、例えばフォトデテクタ（ポイントセンサ）が用いられうる。また、処理部３７は、例えばＣＰＵやメモリなどを有するコンピュータから成り、検出部３６による検出結果に基づいて被検体の位置を決定する処理を行う。

光源３１から射出され、ビームスプリッタ３３を透過した光は、コーナーキューブ３５で再帰反射されて再びビームスプリッタ３３に入射し、ビームスプリッタ３３を透過した光が検出部３６に入射する。また、光源３１から射出され、ビームスプリッタ３３で反射された光は、参照面としてのコーナーキューブ３４で再帰反射されて再びビームスプリッタ３３に入射し、ビームスプリッタ３３で反射された光が検出部３６に入射する。検出部３６は、コーナーキューブ３４で反射された光（参照光）と、コーナーキューブ３５で反射された光（反射光）との強度差を検出する。これにより、処理部３７は、検出部３６による検出結果に基づいて参照光と被検光との光路長差を求め、求めた光路長差から、コーナーキューブ３５が設けられた被検体の位置を決定することができる。

ここで、図３に示す従来の計測装置３００において、コーナーキューブ３５（被検体）を移動させたときに、コーナーキューブ３５への入射光の光軸と垂直な方向（例えばＺ方向）にコーナーキューブ３５が変位する場合を想定する。例えば、図４に示すように、コーナーキューブ３５が、入射光の光軸に対して角度θの方向に沿って移動したとする。このとき、移動後のコーナーキューブ３５での反射光の光路が、移動前のコーナーキューブでの反射光の光路に対してシフトしてしまう。反射光の光路がシフトする量（シフト量ΔＳ）は、入射光の光軸と平行な方向（例えばＸ方向）におけるコーナーキューブ３５の移動距離をΔＬとすると、式（１）によって表されうる。
ΔＳ＝２×ΔＬ×θ ・・・（１）

このようにコーナーキューブ３５の移動により反射光の光路がシフトすると、参照光と反射光とで検出部３６への入射位置が異なってしまうため、検出部３６による検出結果に誤差が生じ、被検体の位置を精度よく計測することが困難になりうる。例えば、移動距離ΔＬが１ｍ、角度θが１００秒の場合、反射光の光路のシフト量ΔＳは１ｍｍとなり、そのシフト量ΔＳによって生じる検出結果の誤差は、ナノメートルオーダーで被検体の位置を計測するための計測装置としては非常に大きい値である。したがって、計測精度を向上させるためには、反射光の光路のシフト量ΔＳを低減することが好ましい。

このような反射光の光路のシフト量ΔＳを低減するには、例えば、光を再帰反射する複数の反射体（コーナーキューブ）が反射面に配列された反射部を用いるとよい。図５は、複数のコーナーキューブ４５ｂが反射面４５ａに配列された反射部４５を用いた計測装置４００を示す図である。図５に示す計測装置４００は、例えば、光源４１と、ビームスプリッタ４３と、参照面４４（平面ミラー）と、複数のコーナーキューブ４５ｂが配列された反射面４５ａを有する反射部４５と、検出部４６と、処理部４７とを有する。

反射部４５における複数のコーナーキューブ４５ｂは、図５の破線丸内に示すように、反射面４５ａと平行な方向においてコーナーキューブ同士が接するように配列されうる。そして、各コーナーキューブ４５ｂの寸法ａは、反射面４５ａへの入射光の径より小さいことが好ましい。また、複数のコーナーキューブ４５ｂは、各コーナーキューブ４５ｂからの反射光の位相を揃えるため、例えば、反射面と垂直な方向における目標位置からの位置誤差が反射面４５ａへの入射光の波長の１／１０以下になるように、高精度に配列されるとよい。検出部４６としては、例えばフォトデテクタ（ポイントセンサ）が用いられうる。また、処理部４７は、例えばＣＰＵやメモリなどを有するコンピュータから成り、検出部による検出結果に基づいて被検体の位置を決定する処理を行う。

光源４１から射出され、ビームスプリッタ４３を透過した光は、複数のコーナーキューブ４５ｂが配列された反射部４５の反射面４５ａで再帰反射されて再びビームスプリッタ４３に入射し、ビームスプリッタ４３で反射された光が検出部４６に入射する。また、光源４１から射出され、ビームスプリッタ４３で反射された光は、参照面４４で反射されて再びビームスプリッタ４３に入射し、ビームスプリッタ４３を透過した光が検出部４６に入射する。検出部４６は、参照面４４で反射された光（参照光）と反射面１５ａで反射された光（反射光）との強度差を検出する。これにより、処理部４７は、検出部４６による検出結果に基づいて参照光と被検光との光路長差を求め、求めた光路長差から、反射部４５が設けられた被検体の位置を決定することができる。

このように複数のコーナーキューブ４５ｂを有する反射部４５を用いると、図６に示すように、１つのコーナーキューブを用いた場合（図４）に比べて、反射光の光路のシフト量ΔＳを小さくすることができる。即ち、検出部４６による検出結果に生じる誤差を小さくすることができる。複数のコーナーキューブ４５ｂを有する反射部４５を用いた計測装置４００では、反射光の光路のシフト量ΔＳは、式（２）で表されるように、コーナーキューブ４５ｂの寸法ａの２倍の長さより小さくなる。例えば、コーナーキューブ４５ｂの寸法ａが５０μｍである場合では、反射光の光路のシフト量ΔＳを１００μｍ以下にすることができる。このため、コーナーキューブ４５ｂの寸法ａを小さくすること、即ち、コーナーキューブ４５ｂの微細化に伴い、反射光の光路のシフト量ΔＳを小さくすることができる。
ΔＳ＜２ａ ・・・（２）

しかしながら、コーナーキューブ４５ｂの微細化には限界があるため、被検体の移動に伴う反射光の光路のシフト量ΔＳを小さくすることにも限界がある。そこで、本発明に係る計測装置は、複数のコーナーキューブが配列された反射面で反射された光を再び反射面に入射させ、そのときの反射光が検出部によって検出されるように構成される。そして、本発明に係る計測装置は、１回目の入射光の光路とその反射光の光路とのずれが、２回目の入射光の光路とその反射光の光路とのずれによって補正されるように構成される。これにより、２回目の反射光の検出部への入射位置と参照光の検出部への入射位置との差を小さくし、検出部での検出結果に生じる誤差を低減することができる。そして、このように構成された計測装置では、被検体（反射部）が移動した場合であっても、当該差の変化を小さくすることができるため、被検体の位置を精度よく計測することができる。

＜第１実施形態＞
本発明に係る第１実施形態の計測装置１００について、図１を参照しながら説明する。第１実施形態の計測装置１００は、例えば、光源１１と、光学系１３と、参照面１４（平面ミラー）と、被検体に設けられた反射部１５と、検出部１６と、処理部１７とを有する。検出部１６としては、例えばフォトデテクタ（ポイントセンサ）が用いられうるが、二次元状に配列された複数の光電変換素子を有するイメージセンサが用いられてもよい。また、処理部１７は、例えばＣＰＵやメモリなどを有するコンピュータから成り、検出部１６による検出結果に基づいて被検体の位置を決定する処理を行う。

反射部１５は、図５に示す計測装置４００と同様に、複数のコーナーキューブ１５ｂが配列された反射面１５ａを有する。反射部１５における複数のコーナーキューブ１５ｂは、第１光１８ａの光路と第２光１８ｂの光路とのずれが１００μｍ以下になるように構成されるとよい。この場合、上述の式（２）によると、各コーナーキューブ１５ｂの寸法ａを５０μｍ以下にすることが好ましい。また、各コーナーキューブ１５ｂは、その寸法ａが反射面１５ａへの入射光（第１光１８ａ、第３光１８ｃ）の径よりも小さくなるように構成されるとよい。

光学系１３は、光源１１から射出された光（第１光１８ａ）を反射面１５ａに入射させ、第１光１８ａの反射面１５ａでの反射光である第２光１８ｂを受光する。そして、光学系１３は、第２光１８ｂがミラー部材１３ｄで反射されることによって生成された第３光１８ｃを反射面１５ａに入射させ、第３光１８ｃの反射面１５ａでの反射光である第４光１８ｄを受光する。第１実施形態の光学系１３は、例えば、図１に示すように、偏光ビームスプリッタ１３ａ、λ／４波長板１３ｂ、λ／４波長板１３ｃ、およびミラー部材１３ｄ（コーナーキューブ）によって構成されうる。

光源１１から射出され、偏光ビームスプリッタ１３ａで反射されたＳ偏光は、λ／４波長板１３ｂを透過して参照面１４に入射する。参照面１４で反射された光は、再びλ／４波長板１３ｂを透過してＰ偏光になり、偏光ビームスプリッタ１３ａを透過してミラー部材１３ｄに入射する。ミラー部材１３ｄで再帰反射された光は、偏光ビームスプリッタ１３ａおよびλ／４波長板１３ｂを透過して参照面１４に入射する。そして、参照面１４で反射された光（参照光）は、再びλ／４波長板を１３ｂ透過してＳ偏光になり、偏光ビームスプリッタ１３ａで反射されて検出部１６に入射する。

一方、光源１１から射出され、偏光ビームスプリッタ１３ａを透過したＰ偏光（第１光１８ａ）は、λ／４波長板１３ｃを透過して反射部１５の反射面１５ａに入射する。反射面１５ａで再帰反射された第１光１８ａの反射光（第２光１８ｂ）は、再びλ／４波長板１３ｃを透過してＳ偏光になり、偏光ビームスプリッタ１３ａで反射されて、ミラー部材１３ｄに入射する。ミラー部材１３ｄで再帰反射されることによって生成された光（第３光１８ｃ）は、偏光ビームスプリッタ１３ａで反射され、λ／４波長板１３ｃを透過して反射面１５ａに入射する。反射面１５ａで再帰反射された第３光１８ｃの反射光（第４光１８ｄ）は、再びλ／４波長板１３ｃを通過してＰ偏光になり、偏光ビームスプリッタ１３ａを透過して被検光として検出部１６に入射する。

このように計測装置１００を構成することにより、第１光１８ａの光路と第２光１８ｂの光路とのずれを、第３光１８ｃの光路と第４光１８ｄの光路とのずれによって補正することができる。つまり、被検光としての第４光１８ｄの検出部１６への入射位置と、参照光の検出部１６への入射位置とのずれが低減され、被検体（反射部１５）が移動した場合があっても、被検体の位置を精度よく計測することができる。

ここで、第１実施形態の計測装置１００では、反射面１５ａがピッチングまたはヨーイングで傾き、第１光１８ａが反射面１５ａに垂直に入射しなくなると、第１光１８ａが入射したコーナーキューブごとに反射光の位相が異なってしまう。この場合、第２光１８ｂの断面において、反射面１５ａのコーナーキューブ間での反射光の位相差に応じた位相分布が生じうる。そのため、第１実施形態の計測装置１００では、光学系１３のミラー部材１３ｄにコーナーキューブが用いられ、それにより第２光１８ｂの断面に生じた位相分布が補正されうる。

具体的には、計測装置１００は、第２光１８ｂを光学系１３のミラー部材１３ｄ（コーナーキューブ）で再帰反射させて、第２光１８ｂの断面の位相分布が反転した位相分布を断面に有する第３光１８ｃを生成する。そして、生成した第３光１８ｃを反射面１５ａに入射させ、第３光１８ｃを反射面１５ａで反射させる。これにより、第１光１８ａの反射面１５ａでの反射によって生じた第２光１８ｂの断面における位相分布を、第３光１８ｃの反射面１５ａでの反射によって打ち消す（低減する）ことができる。即ち、第４光１８ｄの断面における位相分布を、第１光１８ａの断面における位相分布に近づけることができる。

＜第２実施形態＞
第１実施形態では、反射部１５の反射面１５ａに配列された各反射体としてコーナーキューブ１５ｂを用いた例について説明したが、それに限られるものではない。例えば、図２に示すように、平面ミラー１５ｃと、平面ミラー１５ｃに光を集束させるレンズ１５ｄとを含むように各反射体を構成してもよい。図２は、平面ミラー１５ｃとレンズ１５ｄとを含む複数の反射体によって構成された反射部１５を示す図である。このように構成された各反射体によっても、光を再帰反射させることができる。

＜リソグラフィ装置の実施形態＞
基板にパターンを形成するリソグラフィ装置において、上述の実施形態に係る計測装置を適用する例について説明する。リソグラフィ装置は、例えば、基板を露光して原版のパターンを基板に転写する露光装置や、基板上のインプリント材を原版を用いて成形するインプリント装置、荷電粒子線を基板に照射して基板にパターンを形成する描画装置を含みうる。このようなリソグラフィ装置では、上述の実施形態に係る計測装置が、基板または原版を保持して移動可能なステージ（被検体）の位置を計測するために用いられうる。以下では、露光装置において上述の実施形態に係る計測装置を用いる例について説明する。

図７は、本発明の計測装置を適用した露光装置５００を示す概略図である。露光装置５００は、照明光学系５１と、投影光学系５２と、原版５３を保持する原版ステージ５４と、基板５５を保持する基板ステージ５６とを含みうる。また、露光装置５００には、原版ステージ５４の位置を計測する第１計測装置５７と、基板ステージ５６の位置を計測する第２計測装置５８とが設けられている。第１計測装置５７は、原版ステージ５４に設けられた反射部５７ａと、反射部５７ａに光を照射し、反射された光に基づいて原版ステージ５４の位置を求めるユニット５７ｂとを含みうる。第２計測装置５８は、基板ステージ５６に設けられた反射部５８ａと、反射部５８ａに光を照射し、反射された光に基づいて基板ステージ５６の位置を求めるユニット５８ｂとを含みうる。

第１計測装置５７および第２計測装置５８には、例えば、第１または第２実施形態の計測装置が用いられうる。図７では、反射部５７ａおよび５８ａのそれぞれが、第１または第２実施形態の計測装置における反射部１５に相当する。そして、ユニット５７ｂおよび５８ｂが、第１または第２実施形態の計測装置における光源１１、光学系１３、参照面１４、検出部１６および処理部１７などをそれぞれ含みうる。

また、露光装置５００は、制御部５９を含みうる。制御部５９は、例えばＣＰＵやメモリなどを含み、露光装置５００の各部を制御する（露光処理を制御する）。露光装置５００における制御部５９は、第１計測装置５７の処理部および第２計測装置５８の処理部を含むように構成されてもよい。

原版５３および基板５５は、原版ステージ５４および基板ステージ５６によってそれぞれ保持されており、投影光学系５２を介して光学的にほぼ共役な位置（投影光学系５２の物体面および像面の位置）に配置される。投影光学系５２は、所定の投影倍率（例えば１／２倍）を有し、照明光学系５１から射出された光を用いて、原版５３に形成されたパターンを基板５５に投影する。この際、原版ステージ５４および基板ステージ５６は、第１計測装置５７および第２計測装置５８による計測結果に基づいて、投影光学系５２の投影倍率に応じた速度比で、例えばＹ方向に相対的に走査される。これにより、原版５３に形成されたパターンを基板５５に転写することができる。

＜物品の製造方法の実施形態＞
本発明の実施形態におけ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、上記のリソグラフィ装置（露光装置）を用いて基板にパターンを形成する工程（基板を露光する工程）と、かかる工程でパターンが形成された基板を加工（例えば現像）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ないことはいうまでもなく、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：光源、１３：光学系、１４：参照面、１５：反射体、１５ａ：反射面、１５ｂ：コーナーキューブ、１６：検出部、１７：処理部

Claims (8)

1. 被検体の位置を計測する計測装置であって、
   光を再帰反射する複数の反射体が配列された反射面を有する、前記被検体に設けられた反射部と、
   第１光を前記反射面に入射させ、前記第１光の前記反射面での反射光である第２光を受光し、前記第２光をミラー部材で反射させることによって生成された第３光を前記反射面に入射させ、前記第３光の前記反射面での反射光である第４光を受光する光学系と、
   前記光学系で受光された前記第４光と参照光とを検出する検出部と、
   前記検出部による検出結果に基づいて前記被検体の位置を決定する処理部と、
   を含み、
   前記光学系は、前記第１光の光路と前記第２光の光路とのずれが、前記第３光の光路と前記第４光の光路とのずれによって補正されるように構成されている、ことを特徴とする計測装置。
2. 前記光学系の前記ミラー部材はコーナーキューブを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
3. 前記複数の反射体の各々はコーナーキューブを含む、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の計測装置。
4. 前記複数の反射体の各々は、平面ミラーと、当該平面ミラーに光を集束させるレンズとを含む、ことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の計測装置。
5. 前記検出部は、前記光学系で受光された前記第４光と前記参照光との強度差を検出する、ことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の計測装置。
6. 前記複数の反射体の各々は、前記第１光の光路と前記第２光の光路とのずれが１００μｍ以下になるように構成されている、ことを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の計測装置。
7. 基板にパターンを形成するリソグラフィ装置であって、
   基板を保持して移動可能なステージと、
   被検体としての前記ステージの位置を計測する、請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の計測装置と、
   を含む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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