JP2017156512A - 露光装置、及び物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板表面の計測に関して、計測精度とスループットの両立の点で有利な技術を提供する。【解決手段】露光装置は、基板を保持して移動するステージと、ステージに保持された基板の複数の計測点における高さを計測する計測部と、制御部とを有する。計測部は、露光領域に対して走査方向に関して前方の計測点の高さを計測する前方計測部と、露光領域に対して走査方向に関して後方の計測点の高さを計測する後方計測部とを含む。制御部は、基板の１ショット領域における複数の計測点のうち、一部の計測点における前方計測部の計測結果と、一部の計測点とは走査方向の位置が異なる他の一部の計測点における後方計測部の計測結果とを用いて、後の基板に対する露光時における前記ステージの高さ方向への移動の補正量を決定する。【選択図】 図１

Description

本発明は、露光装置、及び物品の製造方法に関する。

半導体や液晶パネルなどは、フォトリソグラフィ工程により製造される。フォトリソグラフィ工程では、マスクやレチクルと呼ばれる原版上のパターンを、投影光学系を介してレジストと呼ばれる感光剤が塗布された基板（ガラス基板やウエハ）上にスリット状の露光領域を走査しながら投影する走査型露光装置が使用されている。近年、回路パターンの微細化に伴い焦点深度が浅くなってきており、露光領域を精度よく投影光学系の焦点面に合わせることが望まれている。

露光領域内の焦点位置が変化する要因として、基板表面の凹凸が挙げられる。従来の露光装置では、基板表面の形状を露光動作中に計測し、計測した形状に合わせてステージの傾き及び高さを逐次制御し、焦点を合わせるものがある（特許文献１）。

特開平０６−２６０３９１号公報

しかし、従来の露光装置では、露光領域より手前に配置された基板表面の凹凸を計測する計測部を通過する時にはステージが等速になっている必要があり、そのための助走距離が必要である。このような助走距離が短すぎると、加速中に基板表面を計測することになり、計測精度が低下する。他方、助走距離を長くとれば、スループットの点で不利となりうる。

本発明は、基板表面の計測に関して、計測精度とスループットの両立の点で有利な技術を提供することを目的とする。

本発明の一側面によれば、基板にパターンが投影される露光領域を走査しながら前記基板を露光して、前記基板にパターンを転写する露光装置であって、前記基板を保持して移動するステージと、前記ステージに保持された前記基板の複数の計測点における高さを計測する計測部と、制御部とを有し、前記計測部は、前記露光領域に対して走査方向に関して前方の計測点の高さを計測する前方計測部と、前記露光領域に対して前記走査方向に関して後方の計測点の高さを計測する後方計測部とを含み、前記制御部は、前記基板の１ショット領域における前記複数の計測点のうち、一部の計測点における前記前方計測部の計測結果と、前記一部の計測点とは前記走査方向の位置が異なる他の一部の計測点における前記後方計測部の計測結果とを用いて、後の基板に対する露光時における前記ステージの高さ方向への移動の補正量を決定することを特徴とする露光装置が提供される。

本発明によれば、基板表面の計測に関して、計測精度とスループットの両立の点で有利な技術を提供することができる。

実施形態における露光装置の構成図。 実施形態における計測部の配置例を示す図。 使用する計測部の決定方法を説明する図。 実施形態における露光動作を説明する図。 実施形態における露光制御のフローチャート。 使用する計測部の決定方法を説明する図。 第２実施形態おける露光装置の構成図。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施に有利な具体例を示すにすぎない。また、以下の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題解決のために必須のものであるとは限らない。

＜第１実施形態＞
図１は、実施形態における露光装置の構成を示す図である。本実施形態における露光装置は、基板にパターンが投影される露光領域を走査しながら基板を露光して、その基板にパターンを転写する装置である。図１において、照明系１は、例えば、光源５、第１コンデンサレンズ６、フライアイレンズ７、第２コンデンサレンズ８、スリット規定部材９、結像光学系１２、平面鏡１１を含みうる。光源５は、例えば、水銀ランプ５ａと、楕円ミラー５ｂとを含みうる。スリット規定部材９は、原版３（マスク）の照明範囲（即ち、原版３を照明するスリット形状光の断面形状）を規定する。結像光学系１２は、スリット規定部材９によって規定されるスリットを物体面に結像させるように配置されている。平面鏡１１は、照明系１において光路を折り曲げる。投影光学系４は、照明系１によって照明される原版３上のパターンの像を基板１０上に投影する。

原版３は投影光学系４の物体面に、基板１０は投影光学系４の像面の位置に配置される。アライメントスコープ２は、原版３のアライメントマークと基板１０のアライメントマークとを検出する。

投影光学系４は、原版３に形成されているパターンを基板１０に投影する。投影光学系４は、等倍結像光学系、拡大結像光学系及び縮小結像光学系のいずれとしても構成されうるが、本実施形態では等倍の光学系として構成されているものとする。照明系１によって照明された原版３上のパターンは、投影光学系４内の第１平行平板１３ａ、平面鏡１４、凹面鏡１２、凸面鏡１５を経て、再度、凹面鏡１６に入射し、さらに、平面鏡１４、第２平行平板１３ｂを経て、基板１０に結像される。

基板１０はステージ１７上に保持されている。ステージ１７はステージ制御部１８からの駆動指令に基づいて移動する。この移動は、不図示のステージ干渉計によりステージ１７の位置をリアルタイムに計測しながら制御される。

計測部１９は、ステージ１７上の基板表面（基板の被露光面）の高さを計測する。本実施形態においては、計測部１９は、ステージ１７に保持された基板の複数の計測点における高さを計測する。取得部２０は、露光動作中のステージ１７の加減速状態を取得する。図２に、本実施形態における計測部１９の配置例を示す。計測部１９は、図示のように、露光開口部で規定される露光領域Ｓを挟んで走査方向（Ｙ方向）の前後に複数配置される。すなわち、計測部１９は、露光領域Ｓに対して走査方向に関して前方の計測点を計測する複数の前方計測部１９ｆと、露光領域Ｓに対して走査方向に関して後方の計測点を計測する複数の後方計測部１９ｂとを含む。本実施形態では、前方計測部１９ｆは露光領域Ｓに対して走査方向に関して前側に配置され、後方計測部１９ｂは露光領域Ｓに対して走査方向に関して後側に配置されている。図２において、前方計測部１９ｆ及び後方計測部１９ｂは、走査方向と直交する方向（Ｘ方向）に複数配置されているが、その個数に特に限定はない。ただし、例えば３個以上配置したほうが、走査露光領域全体の傾き及び高さ形状を正確に取得することができ、焦点位置の補正精度の向上が期待できる。個々の計測部は、図示は省略するが、基板の被露光面に対し斜めから光を投射する投射光学系と、被露光面からの反射光を受光する受光光学系とを含む。受光光学系には例えばＣＣＤが配置され、ＣＣＤにより光強度を電気信号に変換し、この電気信号により被露光面の高さ方向の距離が測定される。

制御部２１は、ＣＰＵ２１ａやメモリ２１ｂなどを含み、露光装置の動作全般を制御する。制御部２１はまた、取得部２０で取得したステージ１７の加減速状態に基づき、計測部１９での計測結果を用いて走査露光範囲の全域の高さを計測する。この動作制御については以下で詳しく説明する。

取得部２０は、予め設定されるステージの露光速度、加速度、加速後の整定時間、露光領域の情報から生成されるステージの駆動プロファイルに基づき、露光領域の位置に関連付けて加減速区間と等速区間の判断を行う。なお、駆動プロファイルは例えば、図１に示されるように、メモリ２１ｂに記憶されている。制御部２１は、予め、露光領域内の高さ計測の対象となる点（計測点）を設定する。制御部２１は、その後、制御部２１は、取得部２０から出力された加減速区間、等速区間の情報に基づき、予め設定された計測点を露光領域の前後のどちらの計測部で計測を行うかを決定する。なお、取得部２０の機能は、図１に示されるように制御部２１とは独立したユニットで実現されてもよいし、制御部２１に含まれていてもよい。

図３を参照して、制御部２１が計測点を露光領域の前後のどちらの計測部で計測を行うかをどのように決定するかを説明する。図３は、露光走査方向Ｙの＋側から−側に向かって走査露光する場合の計測部と計測点の状態を示している。露光領域Ｓから前側にＬｆ離れた位置にある計測点を計測する前方計測部１９ｆが配置され、露光領域Ｓの後ろ側にＬｂ離れた位置にある計測点を計測する後方計測部１９ｂが配置されている。走査露光範囲ＥＡ（１ショット領域）における黒点は、制御部２１にて設定された計測点を示し、図３の例では、３×６（走査方向と直交方向に３点×走査方向に６点）の計測点を有することを想定している。

図３（ａ）は、走査露光範囲ＥＡが露光領域Ｓに進入する直前の状態を示し、図３（ｂ）は、走査露光範囲ＥＡの全てが露光領域Ｓを通過した直後の状態を示している。ステージの駆動プロファイルは、露光処理時間を最短とするために、図３（ａ）の状態から等速、整定状態となり、図３（ｂ）の状態で減速、次の露光位置への動作が開始されるように生成されている。この場合、図３（ａ）における、走査露光範囲ＥＡにおける１列目、２列目の計測点を含む、露光領域Ｓの手前からＬｆの領域は、前方計測部１９ｆを通過する時に加速状態となる。また、図３（ｂ）における、走査露光範囲ＥＡにおける５列目、６列目の計測点を含む、露光領域Ｓの後ろ側からＬｂの領域は、後方計測部１９ｂを通過する時に減速状態となる。

したがって、各計測点を等速区間で計測できるようにするために、制御部２１は、走査露光範囲ＥＡの手前からＬｆの領域内の計測点（１列目と２列目）を後方計測部１９ｂで計測するよう決定する。また、制御部２１は、走査露光範囲ＥＡの後ろ側のＬｂの領域内の計測点（５列目と６列目）を前方計測部１９ｆで計測するよう決定する。このように制御部２１は、複数の計測点のうちの一部の計測点については前方計測部１９ｆでの計測結果を用い、その他の計測点については後方計測部１９ｂでの計測結果を用いて、次の基板の露光時におけるステージの高さ方向への移動の補正量を決定する。本実施形態は、現在ステージに保持されている基板に対する補正量をリアルタイムに決定するものではない点に留意されたい。

制御部２１は、走査露光範囲内の計測点が計測部の直下に来た時に、上記のように決定した計測部に対して計測信号を出力する。制御部２１は、これにより得られた計測結果を、走査露光範囲の位置（計測点の位置）と関連付けて記憶する。制御部２１は、前後の計測部にて計測した基板の高さ情報に基づき、走査露光範囲の全域の高さ形状を求め、焦点位置の補正量を生成する。生成された補正量は、次の基板以降の焦点位置制御指令としてステージ制御部１８へ出力される。後の基板に対して、ステージ制御部１８は、この指令に応答して、ステージ１７を逐次制御しながら露光中に被露光面を焦点位置に合わせる。制御部２１は、露光動作ごとに、基板の高さ情報を取得し補正量を算出する。焦点位置制御指令は、複数枚の基板についての補正量の平均値に基づいて決定されてもよいし、直前の基板についての補正量に基づいて決定されてもよい。

次に、本実施形態における計測部１９の駆動軌跡の状態を従来例の先読み式の計測と比較しながら説明する。図４は、基板上の２つの第１走査露光範囲ＥＡ１、第２走査露光範囲ＥＡ２を露光する場合の計測部１９の駆動軌跡の例を示している。

図４（ａ）は、従来の先読み式計測の駆動軌跡の例を示している。前方計測部１９ｆが第１走査露光範囲ＥＡ１に到達した時点で加速が終了して等速となり、露光終了まで等速区間が続き、第２走査露光範囲ＥＡ２の待機位置まで移動する。

図４（ｂ）は、本実施形態による計測部の駆動軌跡の例を示している。本実施形態では、露光領域Ｓが第１走査露光範囲ＥＡ１に到達した時点で等速となり、露光領域Ｓが第１走査露光範囲ＥＡ１を通り抜けた直後まで等速期間であればよい。つまり、従来例と比較して、露光開始の助走距離を露光領域Ｓと前方計測部１９ｆとの間の距離Ｌｆだけ短くすることができる。また、露光終了後、ＥＡ１からＥＡ２のように次の露光領域へ移動する距離もＬｆだけ短くすることができる。これにより、従来と比べスループットを向上させることができる。

次に、図５を参照して、本実施形態の露光装置における露光制御について説明する。図５のフローチャートに対応するプログラムは、例えば制御部２１内に記憶又は外部から供給され、制御部２１によって実行される。まず、制御部２１は、事前に設定した走査露光範囲内の計測点の情報と、ステージの駆動プロファイルから得られるステージの加減速情報を取得する（Ｓ４０１）。駆動プロファイルは、スループットを考慮し露光処理時間が最短となるように基板上の走査露光範囲が露光領域Ｓに進入する直前に定速、整定状態となり、走査露光範囲の全域が露光領域Ｓを通過した直後に減速し、次の露光位置へ移動するように生成される。

次に、制御部２１は、Ｓ４０１で取得した加減速情報に基づき、走査露光範囲内の各計測点に対して使用する計測部を決定する（Ｓ４０２）。使用する計測部の決定方法については、図３，４を参照して既に説明したが、以下、図６を参照して、再度説明する。図６（ａ）は、露光走査方向Ｙの−側から＋側に向かって走査露光する場合の露光開始点Ａ及び露光終了点Ｂでの計測部の位置関係を示している。露光開始点Ａでは、露光領域Ｓが走査露光範囲ＥＡに突入する直前の状態となり、露光終了点Ｂでは、露光領域Ｓが走査露光範囲ＥＡを抜けた直後の状態となる。

図６（ｂ）は、露光領域Ｓを通過する速度と基板の位置との関係を示している。露光領域Ｓが露光開始点Ａにさしかかるところで加速が終了し等速となり、露光領域Ｓが露光終了点Ｂを抜け切った位置Ｂ＋Ｓで減速が開始される。

図６（ｃ）は、前方計測部１９ｆからみた基板の位置とステージ速度との関係を示している。前方計測部１９ｆは、露光領域ＳよりＹ方向にＬｆプラス側に位置している。そのため、前方計測部１９ｆ（の直下）が露光開始点Ａを通り過ぎるときステージはまだ加速中であり、Ａ＋Ｌｆ進んだ位置で等速となる。前方計測部１９ｆが露光終了点Ｂを過ぎＳ＋Ｌｆ進んだ位置まで等速駆動し、その後、減速する。つまり、前方計測部１９ｆは、基板のＡ＋Ｌｆ〜露光終了点Ｂまで等速状態で計測が可能である。

図６（ｄ）は、後方計測部１９ｂからみた基板位置とステージ速度との関係を示している。後方計測部１９ｂは、露光領域ＳよりＹ方向にＬｂマイナス側に位置している。そのため、ステージは、後方計測部１９ｂ（の直下）が露光開始点Ａを通り過ぎるＳ＋Ｌｂ手前から等速状態となる。露光終了点ＢよりＬｂ手前で等速駆動が終了し、減速が開始される。つまり、後方計測部１９ｂは、基板のＡ〜Ｂ−Ｌｂの区間において等速状態で計測が可能である。

Ａ〜Ａ＋Ｌｆの区間においては、前方計測部１９ｆは加速時に計測することとなる一方、後方計測部１９ｂは等速状態で計測可能である。また、Ｂ−Ｌｂ〜Ｂの区間においては、後方計測部１９ｂは減速時に計測することとなる一方、前方計測部１９ｆは等速状態で計測可能である。つまり、前後の計測部を組み合わせることで露光領域ＥＡの露光開始点Ａ〜露光終了点Ｂまでを等速状態で測定することができる。

また、基板のＡ＋Ｌｆ〜Ｂ−Ｌｂの区間は前後両計測部とも等速状態で計測できる。この区間はどちらか一方の計測部で計測してもよいが、両方の計測部で計測するようにしてもよい。制御部２１は、前後の計測部から同一の計測点についての計測結果を取得することで前後の計測部間のオフセット値を算出し、算出したオフセット値を補正量に反映させてもよい。オフセット値は逐次更新されうる。これにより、計測部間オフセットの経時変化による計測誤差を除くことが可能となる。使用する計測部は、事前に算出されるステージ速度プロファイル、露光領域と前後の計測部との距離（Ｌｆ及びＬｂ）から決定することができる。

説明を図５に戻す。Ｓ４０３では、制御部２１は、露光処理する基板が一枚目かどうかを判断する。一枚目の場合は、制御部２１は、露光動作を開始する前に、基板表面の高さを事前に取得する（Ｓ４０４）。Ｓ４０４では、露光は実施しないが露光と同じ動作を行い、走査露光範囲の全面の高さ情報を取得する。例えば、露光光の照射を行わずに露光時のステージ動作のみを行うプリスキャンを実施する。このプリスキャン中に、計測部による計測及び制御部による補正量の決定（取得）が行われる。Ｓ４０２において決定した計測点が計測部の直下に来た時に、各計測部に対し計測信号を出力し、これにより計測が実施される。制御部２１は、計測により得られた高さ情報を取得し、走査露光範囲の位置（計測点の位置）と関連付けて記憶する。制御部２１はその後、走査露光範囲の全面の高さ情報を位置毎に並び替え、基板高さの補正量を算出し、次の基板に対する露光動作時のステージの焦点位置制御指令として設定する。

次に、制御部２１は、設定された補正量に基づきステージを制御し、被露光面を最適な焦点位置に合わせながら露光する（Ｓ４０５）。制御部２１は、露光動作と並行してＳ４０４と同様に基板の高さ情報を取得する。次に、制御部２１は、Ｓ４０５で得られた露光処理基板の高さ情報から補正量を取得する（Ｓ４０６）。

次に、制御部２１は、露光処理毎に得られた補正量から、次の基板で使用する補正量を算出し、次の基板の補正量を更新する（Ｓ４０７）。直前の処理基板の情報のみを使用して補正量を決定してもよい。あるいは、取得した基板情報から平均化に使用する枚数を予め設定し、設定した枚数の平均値を次の基板の補正量として更新してもよい。２枚目以降の基板では、Ｓ４０４の高さ計測は必要なく、Ｓ４０５〜Ｓ４０７が繰り返される。

以上のような露光制御により、助走距離が短縮される。しかも、助走距離が短縮されても、走査露光範囲の全面を等速区間において計測することができるので、計測精度は低下しない。これにより、基板表面の計測に関して、計測精度とスループットの両立が図られる。

＜第２実施形態＞
次に図７を参照して、第２実施形態の露光装置について説明する。図７において、図１と同じ構成要素には同じ参照番号を付し、それらの説明は省略する。本実施形態の露光装置において、取得部２０は、ステージ１７上に実装された加速度計２２の出力に基づいて、ステージ１７の加減速状態を取得する。加速度計２２は、ステージの走査方向の加速度を検出する方向に実装され、ステージの加速状態をリアルタイムに取得することができる。取得部２０は、例えばＣＰＵやメモリを有し、加速、等速状態の判断基準を予め設定しておき、加速度計の出力と比較し判断する。判断基準は計測系の誤差や外乱を考慮して等速とみなせる範囲内で幅を持たせて設定する。この判断基準は必要な焦点深度に合わせ変更してもよい。

本実施形態によれば、取得部２０は、加速度計２２の出力に基づいて、露光動作中のステージの加減速状態をリアルタイムに判断することができる。等速区間と判断された場合、予め設定しておいた走査露光範囲における計測点が計測部の直下に来た時に、各計測部に対し計測信号が出力され、計測が実施される。得られた高さ情報は走査露光範囲の位置（計測点の位置）と関連付けて記憶される。制御部２１は、走査露光範囲の全面の高さ情報を位置毎に並び替え、基板高さの形状を算出し、次回の露光動作時のステージの焦点位置制御指令として設定する。

＜物品の製造方法の実施形態＞
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。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。

＜他の実施形態＞
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１：照明系、４：投影光学系、１７：ステージ、１０：基板、１９：計測部、２１：制御部

Claims (9)

1. 基板にパターンが投影される露光領域を走査しながら前記基板を露光して、前記基板にパターンを転写する露光装置であって、
   前記基板を保持して移動するステージと、
   前記ステージに保持された前記基板の複数の計測点における高さを計測する計測部と、
   制御部と、
   を有し、
   前記計測部は、前記露光領域に対して走査方向に関して前方の計測点の高さを計測する前方計測部と、前記露光領域に対して前記走査方向に関して後方の計測点の高さを計測する後方計測部とを含み、
   前記制御部は、前記基板の１ショット領域における前記複数の計測点のうち、一部の計測点における前記前方計測部の計測結果と、前記一部の計測点とは前記走査方向の位置が異なる他の一部の計測点における前記後方計測部の計測結果とを用いて、後の基板に対する露光時における前記ステージの高さ方向への移動の補正量を決定する
   ことを特徴とする露光装置。
2. 前記制御部は、前記ステージの等速区間において前記前方計測部及び前記後方計測部から計測結果を取得することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記等速区間は、予め設定された前記ステージの駆動プロファイルに基づいて判断されることを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 前記制御部は、前記等速区間において、前記前方計測部及び前記後方計測部から同一の計測点についての計測結果を取得し、前記前方計測部と前記後方計測部との間のオフセットを算出し、前記算出したオフセット値を前記補正量に反映させることを特徴とする請求項２又は３に記載の露光装置。
5. 前記ステージの加速度を計測する加速度計を更に有し、
   前記等速区間は、前記加速度計の出力に基づいて判断されることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の露光装置。
6. 前記計測部による計測及び前記制御部による前記補正量の決定は、露光動作時に行われることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の露光装置。
7. 処理する基板が一枚目の場合、前記計測部による計測及び前記制御部による前記補正量の決定は、露光光の照射を行わずに露光時のステージ動作のみを行うプリスキャン中に行われることを特徴とする請求項６に記載の露光装置。
8. 前記一部の計測点は、前記ステージの減速時に前記後方計測部の計測点が通過する位置にあり、
   前記他の一部の計測点は、前記ステージの加速時に前記前方計測部の計測点が通過する位置にある、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の露光装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   前記露光された基板を現像する工程と、
   を有することを特徴とする物品の製造方法。

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