JP2017215218A - 計測装置、パターン形成装置及び物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】計測系内に経時変化や外的変動が発生しても、基板側面位置を高精度に計測する計測装置を提供すること。【解決手段】被検物５の位置を計測する計測装置１０であって、被検物５からの計測光、及び、被検物５を保持する保持部６に設けられた基準部材１９からの参照光を検出する検出部１７と、検出部１７が検出した計測光に対応する第１の信号と、検出部１７が検出した参照光に対応する第２の信号と、の比較結果に基づいて、基準部材１９に対する被検物５の位置を求める演算部１８と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、計測装置、パターン形成装置及び物品の製造方法に関する。

露光装置での基板のアライメントは、基板を搭載しているステージ上に複数配置されたセンサを用いて実行される。このセンサは基板表面の法線方向に対して垂直な方向の基板の側面位置を、接触もしくは非接触で計測する。接触式の場合は、直接側面の位置を計測することができる一方、接触時の応力によりプレートを歪ませる恐れがある。近年は、プレートの薄厚化やオーバーレイの高精度化により、非接触式のセンサが注目されている。特許文献１は、基板側面部の２箇所を光で照明し、２箇所の位置の距離を計測する測定方法を開示している。特許文献２は、基板の端部をホルダ上に設定された少なくとも３か所の基準位置において撮像して、画像情報に基づいて感光基板の投影光学系に対する位置情報を計測するプリアライメント装置を開示している。

特開２００１−２４１９２１号公報 特開平９−２９７４０８号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２においては、気圧、気温、湿度等の変化（外乱）や、計測系内の構成部品またはその支持部材の経時的な変化により、基板側面位置情報に誤差が生じてしまう。

本発明は、例えば、計測系内に経時変化や外的変動が発生しても、基板側面位置を高精度に計測する計測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、本発明の一側面である計測装置は、被検物の位置を計測する計測装置であって、被検物からの計測光、及び、被検物を保持する保持部に設けられた基準部材からの参照光を検出する検出部と、検出部が検出した計測光に対応する第１の信号と、検出部が検出した参照光に対応する第２の信号と、の比較結果に基づいて、基準部材に対する被検物の位置を求める演算部と、を有する。

本発明によれば、例えば、計測系内に経時変化や外的変動が発生しても、基板側面位置を高精度に計測する計測装置を提供することができる。

露光装置の構成の概略図である。 第１実施形態の計測原理の説明図である。 位置信号の関係を示す図である。 第２実施形態の計測原理の説明図である。 第３実施形態の計測原理の説明図である。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の計測装置を有する露光装置の図である。露光装置は、パターンを基板上に形成するリソグラフィ装置（パターン形成装置）の一例である。原版１は、パターン投影されるいわゆるマスク（レチクル）であり、本体２に対して不図示の位置合わせ機構でアライメントされ、保持されている。露光照明系３は、原版１を照明している。投影光学系４は、原版１のパターンを基板上に投影結像している。基板５は、投影光学系４の光軸に垂直なＸＹ平面上を移動するステージ７の基板保持部材６上に保持されている。基板保持部材６は、基板を真空で吸着するチャックを有する。ステージ７は、ＸＹ方向だけでなく、投影光学系４の光軸方向（Ｚ方向）にも可動で、基板５と原版１の合焦のための駆動系ともなる。駆動部であるステージ７は、レーザ干渉計９とステージ７の一部に載置したミラー８によりＹ方向の駆動を制御されている。Ｘ方向についても不図示であるが同様の構成がとられており、ＸＹ平面内での精密な駆動制御がなされている。このような基本構成を含む露光装置に、基板側面位置を計測する計測装置（以下、位置計測装置という）１０が付加される。位置計測装置１０は、基板保持部材６に固定されており、Ｘ、Ｙ、θ方向の基板位置を計測するため、複数配置されている。ステージ７は、レーザ干渉計９の計測結果のみならず、位置計測装置１０の計測結果にも基づいて駆動される。

図２を用いて、位置計測装置１０の計測原理を説明する。光源１１は、５００〜１２００ｎｍ程度の波長の計測光線２９を照射している照明部である。光源１１から照射された計測用の計測光線２９は、コリメーションレンズ１２、ハーフミラー１３、ミラー１４等の光学素子を介して被検物である基板５の側面部（端部）に導光される。そして、基板５の側面部での反射（散乱）光（以下、計測光という）は、レンズ１５、レンズ１６を介して光検出器１７へ導光される。光検出器１７で検出された計測光は、演算部１８で位置情報をもつ信号波形として認識、記録される。また、ハーフミラー１３で反射された一部の光線３０は、基板保持部材６に構成されていている基準部材１９へ導光される。基準部材１９での反射（散乱）光（以下、参照光という）は、レンズ１５、レンズ１６を介して光検出器１７へ導光される。検出部である光検出器１７で検出された参照光は、演算部１８で位置情報をもつ信号波形として認識、記録される。

位置計測装置１０は、基板保持部材６に固定され、基板裏面の法線方向の基板保持部材６側（基板の裏面側）に配置されている。基準部材１９の位置は、その側面が基板保持部材６の側面部２０と同位置である。基準部材１９の形状は、側面と面２１が作る角部の面取り処理量が、そこからの参照光が検出器で検出可能な範囲で小さくなるよう加工された形状であることが望ましい。また、基準部材１９の材質は、経時的な変質、変形が生じない十分剛性を持つものが望ましい。なお、基板保持部材６の一部が基準部材としての性質を有するようにしてもよい。

通常、基板側面と、表面、裏面の角部には、丸く面取りする５０〜１０００μｍ程度のＲ面取り処理が施されている。そのため、側面部からの計測光には、面取り処理量が大きいほど、また基板側面の法線に対して導光させる光の入射角度が大きいほど、面取りからの反射（散乱）光が多く含まれてしまい、基板側面位置の計測精度が低下してしまう。よって、基板側面の法線に対して導光させる光の入射角度は０〜３０度が望ましい。これは、基板５と同様の面取り処理をしている基準部材の場合も同じである。

演算部１８で記録した、基板５の側面部の位置情報を持つ位置信号と、基準部材１９の位置情報を持つ位置信号の位置関係から、基板５の側面の位置を算出する。位置計測装置１０内の構成部品（特にレンズ１５、レンズ１６、光検出器１７）の経時変化、または外的変動（気圧、気温、湿度等）による位置信号の位置関係の変化は、それらの影響による位置信号変化に対して十分小さい。そのため、両者の位置信号の位置関係から安定して基板側面位置の正確な位置を計測することが可能になる。

図３は、位置信号の関係を示す図である。信号Ａは基準部材１９の位置信号の波形を、信号Ｂは基板５の側面部の位置信号の波形を示している。そして、信号Ａ’は外乱や位置計測装置１０内の構成部品の経時変化の影響を受けたときの基準部材１９の位置信号の波形を、信号Ｂ’は外乱や位置計測装置１０内の構成部品の経時変化の影響を受けたときの基板５の側面部の位置信号の波形を示している。信号Ｂや信号Ｂ’は、基板５の側面部からの計測光に対応する第１の信号である。信号Ａや信号Ａ’は、基準部材１９からの参照光に対応する第２の信号である。演算部で記録した基板側面の位置情報を持つ位置信号と、基準部材の位置情報を持つ位置信号の位置関係は、それぞれの信号波形の重心位置や強度のピーク位置の位置差から求められる。図３において、例えば、信号Ａと信号Ｂの信号波形のピーク位置の比較結果である位置差Ｃから、位置関係が求められる。位置差の決定は、位置信号の近似フィッテイング処理後に行ってもよい。

図３において、外乱や位置計測装置１０内の構成部品の経時変化の影響を受けたときの位置信号ピーク位置の変化量は、それぞれΔＸ１とΔＸ２で表されている。外乱や位置計測装置１０内の構成部品の経時変化の影響を受けても、光検出器１７上の信号の相対位置は変わらず、ΔＸ１＝ΔＸ２となる。そのため、位置差Ｃと経時変化等を受けた場合の位置差Ｃ’は等しくなる。なお、基板５、基準部材１９からレンズ１５までの光軸方向の位置差が大きいと光検出器１７の位置でピント差が生じるため、位置信号の波形差が大きくなる可能性がある。波形差が大きくなるとそれぞれの位置信号の位置関係を決定する精度が低下する恐れがあるため、可能な限り前記位置差を小さくするような基板５、基準部材１９の構成、配置が望ましい。

以上説明したように、本実施形態によれば、レンズ１５、レンズ１６、光検出器１７など計測系内に経時変化や外的変動が発生しても、基板側面の位置を高精度に計測することができる。

（第２実施形態）
図４は、第２実施形態における位置計測装置１０の構成を示す図である。本実施形態では、第１実施形態における基準部材１９の代わりに、照明部２２を基板保持部材６に配置する。照明部２２は、光源２３、照明レンズ２４、光が通過する開口が設けられたスリット板（開口板）２５を有している。スリット板２５は、基板保持部材６に固定されており、基準部材として機能する。光源２３から照射された光は、照明レンズ２４を介してスリット板２５を照明する。スリット板２５を透過した参照光がハーフミラー２６で反射してレンズ１５、レンズ１６を経て光検出器１７へ到達する。この照明部２２からの光による位置信号が、第１実施形態の基準部材１９からの反射（散乱）光からなる位置信号の代わりとなる。照明部２２からの光による位置信号と、基板側面部からの反射（散乱）光からなる位置信号の光検出器１７及び演算部１８における位置関係の認識、記録を含む処理については第１実施形態と同様に行われる。

（第３実施形態）
図２に示されているように、１つの光源から照射された光を基板５の側面部と基準部材１９へ分岐して導光する場合、基板保持部材６に基板５が搭載される精度によっては、基準部材１９や側面部２０と基板側面部の位置が近くなる可能性がある。この場合、光検出器１７で検出される基板側面部からの計測光の位置信号と、基準部材からの参照光の位置信号が重複してしまう可能性がある。

図５は、第３実施形態における位置計測装置１０の構成を示す図である。位置信号が重複を抑制するため、本実施形態では、光源から発光した光がハーフミラー１３によって分岐された後、基板側面部へ導光される光路中に遮光板２７を、基準部材へ導光される光路中に遮光板２８を備える。遮光板２７及び遮光板２８は、光を遮断する遮光部材である。これらの遮光板は、駆動部（不図示）を備えており、例えば、基板側面部を計測して基準部材を計測しない場合、遮光板２８を基準部材１９への照明光をカットする位置に移動し、遮光板２７を基板５の側面部への照明光をカットしない位置に移動する。この結果、光検出器における位置信号の重複を回避できる。また、基板側面部と基準部材を独立して照明できるように光源を２つ構成してもよい。この場合、それぞれの光源の出力のＯＦＦ／ＯＮを切り替えることにより、前述にあるような光検出器における位置信号の重複を回避できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、レンズ１５、レンズ１６、光検出器１７など計測系内に経時変化や外的変動が発生しても、基板側面の位置を高精度に計測することができ、さらに、計測に用いる位置信号の重複も抑制することができる。

（物品の製造方法に係る実施形態）
本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。
また、本発明は露光装置に限定されるものではなく、描画装置やインプリント装置などのパターン形成装置（リソグラフィ装置）にも適用することができる。ここで、描画装置は、荷電粒子線（電子線やイオンビームなど）で基板を描画するリソグラフィ装置であり、インプリント装置は、基板上のインプリント材（樹脂など）をモールドにより成形してパターンを基板に形成するリソグラフィ装置である。また、基板は、Ｓｉウエハに限定されるものではなく、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、サファイア、ドーパントＳｉ、ガラス基板などであってもよい。

１０ 位置計測装置
１７ 光検出器
１８ 演算部
１９ 基準部材

Claims (10)

1. 被検物の位置を計測する計測装置であって、
   前記被検物からの計測光、及び、前記被検物を保持する保持部に設けられた基準部材からの参照光を検出する検出部と、
   前記検出部が検出した前記計測光に対応する第１の信号と、前記検出部が検出した前記参照光に対応する第２の信号と、の比較結果に基づいて、前記基準部材に対する前記被検物の位置を求める演算部と、を有することを特徴とする計測装置。
2. 前記比較結果は、第１の信号および第２の信号の強度のピーク位置の差、または第１の信号および第２の信号の重心位置の差であることを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
3. 前記被検物および前記基準部材へ光を照射する照明部を備える、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。
4. 前記基準部材は、前記照明部から照射された光を、前記検出部へ導光することができる位置、材質及び形状を有していることを特徴とする請求項３に記載の計測装置。
5. 前記照明部から前記被検物、及び、前記基準部材に照射する光をそれぞれ遮光する遮光部材を有する
   ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の露光装置。
6. 前記被検物へ光を照射する第１照明部と、
   前記保持部に設けられた第２照明部と、
   前記第２照明部からの光を通過させる開口が設けられた、前記基準部材としての開口板と、を備え、
   前記検出部は、前記開口板の開口からの参照光を検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の計測装置。
7. 前記照明部から照射された光が、前記被検物または前記基準部材に入射する入射角度は、各側面の法線方向に対して０〜３０度であることを特徴とする請求項４乃至５のうちいずれか１項に記載の計測装置。
8. 前記計測光及び前記参照光を、前記検出部に導光する光学素子を備えることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の計測装置。
9. 基板上にパターンを形成するパターン形成装置であって、
   請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の計測装置と、
   基板を保持する基板保持部と、を有し、
   前記計測装置は、前記基板保持部に固定され、
   前記計測装置で、前記基板の側面の位置を計測することを特徴とするパターン形成装置。
10. 請求項９に記載のパターン形成装置を用いてパターンを基板上に形成する工程と、
    前記工程で前記パターンを形成された前記基板を処理する工程と、を有する
    ことを特徴とする物品の製造方法。
    

Images