JP2019053108A - 露光装置及び面位置制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一つの実施形態は、面位置の制御精度を向上できる露光装置及び面位置制御方法を提供することを目的とする。
【解決手段】一つの実施形態によれば、フォーカス検出系とステージとコントローラとを有する露光装置が提供される。ステージは、基板が載置される。コントローラは、欠けショット領域をフォーカス検出系でフォーカス計測する。欠けショット領域は、一部が基板のパターン形成領域からはみ出したショット領域である。コントローラは、欠けショット領域の計測結果に応じて、欠けショット領域を近似する候補となる複数の平面のデフォーカス量を求める。コントローラは、複数の平面のデフォーカス量に応じて、複数の平面のうち欠けショット領域を近似する平面を決定する。コントローラは、決定された平面に応じたフォーカス・レベリング値を用いてステージを駆動し、欠けショット領域の面位置を制御する。
【選択図】図１

Description

本実施形態は、露光装置及び面位置制御方法に関する。

露光装置は、基板の表面の高さ方向の位置を計測し、その計測結果に基づいて、光学系と基板の表面との相対的な位置（面位置）を制御する。このとき、面位置の制御精度を向上することが望まれる。

特開２００１−０９３８１３号公報 特開２００８−２８８３４７号公報

一つの実施形態は、面位置の制御精度を向上できる露光装置及び面位置制御方法を提供することを目的とする。

一つの実施形態によれば、フォーカス検出系とステージとコントローラとを有する露光装置が提供される。ステージは、基板が載置される。コントローラは、欠けショット領域をフォーカス検出系でフォーカス計測する。欠けショット領域は、一部が基板のパターン形成領域からはみ出したショット領域である。コントローラは、欠けショット領域の計測結果に応じて、欠けショット領域を近似する候補となる複数の平面のデフォーカス量を求める。コントローラは、複数の平面のデフォーカス量に応じて、複数の平面のうち欠けショット領域を近似する平面を決定する。コントローラは、決定された平面に応じたフォーカス・レベリング値を用いてステージを駆動し、欠けショット領域の面位置を制御する。

図１は、実施形態におけるパターン形成領域及び欠けショット領域を示す図である。 図２は、実施形態に係る露光装置の構成を示す図である。 図３は、実施形態に係る計測制御部の動作を示す図である。 図４は、実施形態に係る面位置制御部の動作を示す図である。 図５は、実施形態に係る面位置制御部の動作を示す図である。 図６は、実施形態に係る面位置制御部の動作を示す図である。 図７は、実施形態に係る面位置制御部の動作を示す図である。 図８は、実施形態に係る面位置制御部の動作を示す図である。 図９は、実施形態に係る露光装置の動作を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる露光装置を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。

（実施形態）
実施形態にかかる露光装置について説明する。露光装置は、半導体デバイスの製造、特にフォトリソグラフィ工程で用いられる。露光装置は、基板の表面の高さ方向の位置を計測し、その計測結果に基づいて、光学系と基板の表面との相対的な位置（面位置）を制御する。すなわち、露光装置では、基板の表面の凹凸をフォーカスセンサで計測し、基板の露光時にデフォーカスを発生させないために基板表面の凹凸に追従するように基板の面位置を制御する。

図１に示すように、基板ＷＦの面内においてデバイスのパターンが形成されるパターン形成領域ＰＡは、基板ＷＦの中心ＣＰ側から外端ＥＰに対して略一定距離ｄ_Ｐ離れた位置まで確保される。図１は、パターン形成領域ＰＡ及び欠けショット領域ＳＡを示す図である。このとき、基板ＷＦのパターン形成領域ＰＡ内において、中心ＣＰ付近に比べると外端ＥＰ付近はフラットでない。全部がパターン形成領域ＰＡ内に収まる完全ショット領域（例えば、完全ショット領域ＣＳＡ）は、概ね、その全体がフラットであるが、一部が基板ＷＦのパターン形成領域ＰＡからはみ出した欠けショット領域ＳＡ−１〜ＳＡ−ｎ内のパターン形成領域ＰＡは、フラットでない領域を多く含む可能性がある。

例えば、基板ＷＦの中心ＣＰ側から外端ＥＰに対して略一定距離ｄ_ＦＬＴ（＞ｄ_Ｐ）離れた位置までの領域が概ねフラットであるため、この領域ＦＬＴに限定してフォーカス計測を行い、その計測結果をフォーカス参照領域として基板の面位置を制御することが考えられる。この場合、スキャン露光のスリット方向やスタティック露光の場合、制御される位置が平面であるため、平面からのずれがデフォーカスになり、デフォーカス量が増大しやすい。すなわち、基板ＷＦの外端ＥＰ付近の断面形状を見た場合に、傾斜角が徐々に増加する曲面となり得るが、その曲率が場所ごとに異なり得るため、外端ＥＰに対して略一定距離ｄ_ＦＬＴに対応する領域ＦＬＴをフォーカス参照領域として用いて面位置の制御を行うと、デフォーカス量が顕著に増大しやすい場所が存在し、基板ＷＦの面位置の制御精度が低下する可能性がある。

そこで、本実施形態では、露光装置において、予め基板ＷＦの外端ＥＰまでフォーカス計測し、欠けショット領域ＳＡについては、パターン形成領域ＰＡの近似平面を決定し、その近似平面に応じたフォーカス・レベリング値で基板ＷＦの面位置を制御することで、面位置の制御精度向上を図る。

具体的には、図２に示すような露光装置１を用いる。図２は、露光装置１の構成を示す図である。

露光装置１は、例えば、走査型露光装置（スキャナ）である。走査型露光装置は、原版（例えば、マスク）ＭＫと基板（例えば、ウエハ）ＷＦとを走査方向に互いに同期移動しつつ原版ＭＫに描画されたパターンを露光対象となる基板ＷＦに投影露光するための装置である。以下では、投影光学系１２の光軸ＡＸにおいて基板ＷＦから遠ざかる方向を＋Ｚ方向とする。Ｚ方向に垂直な平面内における原版ＭＫと基板ＷＦとの同期移動方向（走査方向）をＹ方向とする。Ｚ方向及びＹ方向に垂直な方向（非走査方向）をＸ方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸回りの方向をそれぞれθＸ方向、θＹ方向、及びθＺ方向とする。

露光装置１は、光学系１０、原版ステージ２、及び位置制御システム２０を有する。光学系１０は、照明光学系１１及び投影光学系１２を有する。位置制御システム２０は、基板アライメント検出系（図示せず）、フォーカス検出系３０、コントローラ５０、及び基板ステージ６０を有する。

照明光学系１１、原版ステージ２、及び投影光学系１２は、光軸ＡＸを中心に配置されている。光軸ＡＸは、光源（図示せず）から基板ＷＦへ露光光の主光線が進む方向を示す軸である。

基板ステージ６０は、基板ＷＦを保持する。基板ステージ６０は、基板ＷＦを保持しながら、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向に移動したりθＸ方向、θＹ方向、及びθＺ方向に回転したりする。θＸ方向、θＹ方向、及びθＺ方向は、それぞれ、Ｘ方向の軸回りの回転方向、Ｙ方向の軸回りの回転方向、Ｚ方向の軸回りの回転方向である。これにより、基板ステージ６０は、基板ＷＦの位置決めを行う。また、基板ステージ６０は、その上面に基準マーク６１が形成されている。

基板ステージ６０の＋Ｚ方向には、投影光学系１２を間にして原版ステージ２が配されている。投影光学系１２は、原版ＭＫに入射した光を基板ＷＦへ投影露光し、原版ＭＫに描画されたパターンに応じた像を基板ＷＦに結像する。

原版ステージ２の＋Ｚ方向には、照明光学系１１が配されている。照明光学系１１は、原版ＭＫの照明領域を均等な照度分布の露光光で照明する。その露光光は、原版ＭＫに描画されたパターンで回折され、投影光学系１２に入射される。

基板アライメント検出系（図示せず）は、基板ＷＦのＸ方向及びＹ方向の位置（面方向位置）を検出するアライメント計測を行う。

フォーカス検出系３０は、投射系３０ａ及び受光系３０ｂを有している。投射系３０ａ及び受光系３０ｂは、互いに対向する位置において、それぞれ計測対象（例えば、基板ＷＦ）の斜め上方に位置している。投射系３０ａは、投射部３１、絞り３２、ハービングガラス３３、及びミラー３４を有する。受光系３０ｂは、ミラー３５、ハービングガラス３６、絞り３７、及び受光部４０を有する。

投射部３１から照射された光は、光軸に沿って−Ｚ方向に進んで絞り３２の開口３２ａを通過しハービングガラス３３でその光軸が調整された後、ミラー３４で反射されて＋Ｘ方向へ進み基板ＷＦ上で所定形状の像（計測点）として結像するとともに反射する。その反射光は、＋Ｘ方向へ進みミラー３５で反射されて、光軸に沿って＋Ｚ方向に進んでハービングガラス３６でその光軸が調整された後、絞り３７の開口３７ａを通過して受光部４０で所定形状の像として再結像する。これにより、フォーカス検出系３０は、基板ＷＦのＺ方向の位置を検出するフォーカス計測を行う。

コントローラ５０は、取得部５３、計測制御部５１、及び面位置制御部５２を有している。

取得部５３は、予め基板マップの情報を取得する。基板マップの情報は、例えば、基板ＷＦにおける複数のショット領域の配置位置の情報と基板ＷＦにおけるにおけるパターン形成領域ＰＡに関する情報とを含む。例えば、取得部５３には、入力インターフェース（図示せず）を介してユーザから基板マップの情報が入力される。あるいは、例えば、取得部５３は、通信インターフェース（図示せず）を介して所定の装置から基板マップの情報を通信回線経由で受ける。取得部５３は、取得した基板マップの情報を計測制御部５１及び面位置制御部５２へ供給する。

計測制御部５１は、取得部５３から供給された基板マップの情報を予め保持している。計測制御部５１は、基板マップの情報に基づいて、フォーカス計測を制御する。計測制御部５１は、フォーカス計測時に、基板マップの情報に基づいて受光部４０を制御したり、基板マップの情報に基づいて基板ステージ６０を制御したりする。

例えば、図１に示すように、基板マップの情報を参照することで、計測対象のショット領域が完全ショット領域（例えば、完全ショット領域ＣＳＡ）であるのか欠けショット領域ＳＡ（ＳＡ−１〜ＳＡ−ｎのいずれか）であるのかを把握できる。図２に示す計測制御部５１は、計測対象のショット領域が欠けショット領域ＳＡである場合、図３に示すようにフォーカス計測を行うことができる。図３は、計測制御部５１の動作を示す図である。計測制御部５１は、欠けショット領域ＳＡに対するフォーカス計測として、基板ＷＦの外端ＥＰまでフォーカス計測を行い、図３に示すような高さ情報（Ｚ位置の情報）を得ることができる。計測制御部５１は、そのフォーカス計測の計測結果を面位置制御部５２へ供給する。

面位置制御部５２は、取得部５３から供給された基板マップの情報を予め保持している。面位置制御部５２は、フォーカス検出系３０の受光部４０から計測結果（高さ情報）を受ける。面位置制御部５２は、フォーカス計測の計測結果に基づいて光学系１０がフォーカス誤差なく基板ＷＦへの結像が行えるように光学系１０に対する基板ＷＦのＺ方向の相対的な位置（面位置）を制御する。

例えば、面位置制御部５２は、計測対象のショット領域が欠けショット領域ＳＡである場合、図４〜図８に示す動作を行うことができる。図４〜図８は、面位置制御部５２の動作を示す図である。

面位置制御部５２は、欠けショット領域ＳＡの計測結果（例えば、図３に示す高さ情報）に応じて、欠けショット領域を近似する候補となる複数の平面を決める。複数の平面は、欠けショット領域ＳＡに含まれる領域であって互いに異なる複数のフォーカス参照領域に対応する。

具体的には、面位置制御部５２は、図４に示すように、欠けショット領域ＳＡがフォーカス参照領域ＦＡ１〜ＦＡ１１とフォーカス非参照領域ＮＦＡ１〜ＮＦＡ１１とに分割された場合における基板ＷＦの外端ＥＰからのフォーカス非参照領域ＮＦＡ１〜ＮＦＡ１１の幅Ｗｎｆ１〜Ｗｎｆ１１の候補を複数決定する。各幅の大小関係は次の通りとなる。
Ｗｎｆ１＝０＜Ｗｎｆ２＜Ｗｎｆ３＜Ｗｎｆ４＜Ｗｎｆ５＜Ｗｎｆ６＜Ｗｎｆ７＜Ｗｎｆ８＜Ｗｎｆ９＜Ｗｎｆ１０＜Ｗｎｆ１１

面位置制御部５２は、図５に示すように、複数のフォーカス参照領域ＦＡ１〜ＦＡ１１の候補に対応する複数の平面ＰＬ１〜ＰＬ１１を求める。図５では、フォーカス計測で得られた基板ＷＦ表面の高さ情報（図３参照）のうちフォーカス参照領域ＦＡ１〜ＦＡ１１に対応する部分を破線で示し、フォーカス非参照領域ＮＦＡ１〜ＮＦＡ１１に対応する部分の図示を省略している。すなわち、面位置制御部５２は、各フォーカス参照領域ＦＡ１〜ＦＡ１１の候補に対して、図５に破線で示される曲面を近似する平面ＰＬ１〜ＰＬ１１を求める。このとき、面位置制御部５２は、露光スリットサイズに合わせて、近似する平面ＰＬ１〜ＰＬ１１を求めることができる。

面位置制御部５２は、求められた複数の平面ＰＬ１〜ＰＬ１１について、図６に示すように、欠けショット領域ＳＡ内のパターン形成領域ＰＡにおけるデフォーカス量を求める。図６では、デフォーカス量を斜線のハッチングが施された領域の面積で表している。これを定量的にグラフで示すと図７のようになる。図７では、平面の高さと基板ＷＦの表面の高さとの差分を各位置について最大デフォーカス量として示している。

面位置制御部５２は、複数の平面ＰＬ１〜ＰＬ１１のデフォーカス量に応じて、複数の平面ＰＬ１〜ＰＬ１１のうち欠けショット領域ＳＡを近似する平面を決定する。例えば、面位置制御部５２は、欠けショット領域ＳＡ内のパターン形成領域ＰＡにおけるデフォーカス量が適正範囲内に収まる平面（例えば、デフォーカス量が最小である平面）を、欠けショット領域ＳＡを近似する平面に決定する。図７に示す場合、面位置制御部５２は、パターン形成領域ＰＡにおける最大デフォーカス量が最小である平面ＰＬ３を、欠けショット領域ＳＡを近似する平面として決定できる。

面位置制御部５２は、決定された平面に応じたフォーカス・レベリング値を用いて、基板ステージ６０を駆動し欠けショット領域ＳＡの面位置（Ｚ位置、θＸ回転量、θＹ回転量）を制御する。例えば、面位置制御部５２は、図８（ａ）に示すように、平面ＰＬ３のＺ位置を露光装置１のベストフォーカス位置近傍に基板ステージ６０のＺ位置を駆動制御する。そして、面位置制御部５２は、図８（ｂ）に示すように、平面ＰＬ３がＸＹ方向に沿うように（例えば、露光装置１のベストフォーカス面に一致するように）基板ステージ６０のθＸ回転量及びθＹ回転量を駆動制御する。図８（ｂ）では、θＸ回転量＝αである場合について例示されている。

次に、欠けショット領域ＳＡに対する露光装置１の動作について図９を用いて説明する。図９は、露光装置１の動作を示すフローチャートである。

露光装置１は、予め基板ＷＦの外端ＥＰまでフォーカス計測を行う（Ｓ１）。露光装置１は、基板マップにパターン形成領域を設定し（Ｓ２）、フォーカス非参照領域の幅を変化させて、複数のフォーカス参照領域の候補を準備する（Ｓ３）。露光装置１は、複数のフォーカス参照領域の候補に対応し、欠けショット領域ＳＡを近似する複数の平面を求める（Ｓ４）。露光装置１は、欠けショット領域ＳＡを近似する複数の平面のそれぞれについて、パターン形成領域ＰＡのデフォーカス量を見積もる（Ｓ５）。露光装置１は、欠けショット領域ＳＡ毎に最小デフォーカス量となる面位置の制御条件を決定し（Ｓ６）、露光装置１は、面位置の制御条件に従い基板ＷＦの面位置を制御し露光する（Ｓ７）。

以上のように、実施形態では、露光装置１において、予め基板ＷＦの外端ＥＰまでフォーカス計測し、欠けショット領域ＳＡについては、パターン形成領域ＰＡの近似平面を決定し、その近似平面に応じたフォーカス・レベリング値で基板ＷＦの面位置を制御する。この制御は、図１に示すように、複数の欠けショット領域ＳＡ−１〜ＳＡ−ｎのそれぞれについて、フォーカス非参照領域ＮＦＡの幅を柔軟に変更しそれに応じたフォーカス参照領域ＦＡを用いて行うことができる（図４参照）。これにより、場所ごとに断面形状が異なり得る基板ＷＦの外端ＥＰ付近に位置する複数の欠けショット領域ＳＡ−１〜ＳＡ−ｎのそれぞれについて、面位置の制御精度をそれぞれ向上できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 露光装置、５０ コントローラ、６０ 基板ステージ。

Claims (6)

1. フォーカス検出系と、
   基板が載置されるステージと、
   一部が前記基板のパターン形成領域からはみ出した欠けショット領域を前記フォーカス検出系でフォーカス計測し、前記欠けショット領域の計測結果に応じて前記欠けショット領域を近似する候補となる複数の平面のデフォーカス量を求め、前記複数の平面のデフォーカス量に応じて前記複数の平面のうち前記欠けショット領域を近似する平面を決定し、前記決定された平面に応じたフォーカス・レベリング値を用いて前記ステージを駆動し前記欠けショット領域の面位置を制御するコントローラと、
   を備えた露光装置。
2. 前記欠けショット領域を近似する候補となる複数の平面は、前記欠けショット領域に含まれる領域であって互いに異なる複数のフォーカス参照領域に対応し、
   前記コントローラは、前記複数のフォーカス参照領域のうち面位置の制御に用いるフォーカス参照領域を決定して、前記欠けショット領域を近似する平面を決定する
   請求項１に記載の露光装置。
3. 前記コントローラは、前記欠けショット領域が前記フォーカス参照領域と前記フォーカス参照領域より前記基板の外周側のフォーカス非参照領域とに分割された場合における前記基板の外縁からの前記フォーカス非参照領域の幅を決定して、前記フォーカス参照領域を決定する
   請求項２に記載の露光装置。
4. 一部が基板のパターン形成領域からはみ出した欠けショット領域をフォーカス計測することと、
   前記欠けショット領域の計測結果に応じて、前記欠けショット領域を近似する候補となる複数の平面のデフォーカス量を求めることと、
   前記複数の平面のデフォーカス量に応じて、前記複数の平面のうち前記欠けショット領域を近似する平面を決定することと、
   前記決定された平面に応じたフォーカス・レベリング値で前記欠けショット領域の面位置を制御することと、
   を備えた面位置制御方法。
5. 前記欠けショット領域を近似する候補となる複数の平面は、前記欠けショット領域に含まれる領域であって互いに異なる複数のフォーカス参照領域に対応し、
   前記欠けショット領域を近似する平面を決定することは、前記複数のフォーカス参照領域のうち面位置の制御に用いるフォーカス参照領域を決定することを含む
   請求項４に記載の面位置制御方法。
6. 前記フォーカス参照領域を決定することは、前記欠けショット領域が前記フォーカス参照領域と前記フォーカス参照領域より前記基板の外周側のフォーカス非参照領域とに分割された場合における前記基板の外縁からの前記フォーカス非参照領域の幅を決定することを含む
   請求項５に記載の面位置制御方法。