JP2020112605A - 露光装置およびその制御方法、および、物品製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】例えば、像ずれの補正の高精度化に有利な技術を提供すること。【解決手段】露光装置は、マスクのパターンを基板に投影する投影光学系と、基板を保持して移動する基板ステージと、基板ステージに保持された基板の露光を制御する制御部とを有し、制御部は、投影光学系の像高毎のテレセントリシティに関する情報であるテレセントリシティ情報と、基板の表面の高さに関する情報である高さ情報とに基づいて、マスクのパターンに対する、基板に投影されるパターンの像のずれ量を求め、該求められたずれ量に基づいて像のずれを補正して基板を露光する。【選択図】 図１

Description

本発明は、露光装置およびその制御方法、および、物品製造方法に関する。

原版（マスクまたはレチクル）のパターンを基板に転写する露光装置においては、基板のショット領域の変形やディスト―ション等に対して種々の補正が行われる。それらの補正は通常、フォーカス位置の制御（補正）と独立して行われる。これは、露光装置の投影光学系がテレセントリックであり、フォーカス位置が変化してもショット領域の倍率ずれや回転ずれ、ディストーションは変化しないとしているからである。しかし、露光装置の投影光学系は厳密にはテレセントリックではなく、投影光学系の収差などの影響によって、テレセントリック性に崩れ量（テレセン誤差）が存在する。

特許文献１（特開２０１７−９０７７８号公報）は、テレセン誤差によって発生するデフォーカス量を補正することにより重ね合わせ精度を向上させる技術を開示している。

特開２０１７−９０７７８号公報

近年のパターンの微細化や厚膜レジストによる工程の増加に伴い、テレセン誤差が零でないことにより生じる、デフォーカス量に応じた像のシフト、投影倍率の変化、あるいはディストーションによる影響を無視することができなくなってきている。そのため、より高精度な像ずれの補正が求められている。

本発明は、例えば、像ずれの補正の高精度化に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、基板を露光する露光装置であって、マスクのパターンを前記基板に投影する投影光学系と、前記基板を保持して移動する基板ステージと、前記基板ステージに保持された前記基板の露光を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記投影光学系の像高毎のテレセントリシティに関する情報であるテレセントリシティ情報と、前記基板の表面の高さに関する情報である高さ情報とに基づいて、前記マスクのパターンに対する、前記基板に投影される前記パターンの像のずれ量を求め、該求められたずれ量に基づいて前記像のずれを補正して前記基板を露光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、例えば、像ずれの補正の高精度化に有利な技術を提供することができる。

実施形態に係る露光装置の構成図。 厚膜レジストに起因するデフォーカスによる位置ずれの例を示す図。 厚膜レジストおよび階段状の下地に起因するデフォーカスによる位置ずれの例を示す図。 実施形態における露光装置の制御方法を示すフローチャート。 ショット領域内における下地の段差を示す模式図。 テレセン誤差により下地に段差があることによって発生する高次成分を含む像ずれを示す図。 ショット領域内の高次成分を補正するパターンの例を示す。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

図１は、実施形態に係る露光装置１００の構成例を示す図である。本明細書では、水平面をＸＹ平面とするＸＹＺ座標系において方向を示す。基板５はその表面が水平面（ＸＹ平面）と平行になるように基板ステージ６の上に置かれ、投影光学系４の光軸は、ＸＹ平面と直交するＺ軸と平行である。

露光装置１００は、照明光学系１と、原版であるマスク２を保持して移動するマスクステージ３と、投影光学系４と、基板５を保持して移動する基板ステージ６と、制御部７とを有する。照明光学系１からの光束は、マスクステージ３に保持されたマスク２を通過して投影光学系４に入射する。マスク２には、基板５に転写すべきパターンが形成されている。マスク２と基板５とは、光学的に共役な位置関係になっているため、マスク２のパターンは、投影光学系４を介して、基板ステージ６に保持された基板５に投影され、これによりパターンが基板５に転写される。制御部７は、ＣＰＵ７ａやメモリ７ｂなどを含み、露光装置１００の全体を制御する。制御部７は、露光装置１００の各部を統括的に制御することで、露光装置１００の動作、即ち、基板５を露光する露光処理（例えば、本実施形態における露光方法を実現するのに必要となる演算など）を制御する。

露光装置１００は、基板の表面の高さを計測する高さ計測器８（フォーカス検出系）を備えていてもよい。高さ計測器８において、投光部８１から出射した光は、ミラー８２で反射されて、基板５上に斜め方向から投影される。基板５上に投影された光は、基板表面で反射し、対向側に構成されたミラー８３を介して受光部８４に到達する。受光部８４はＣＣＤ等の光電変換部を含み、この光電変換部によって得られる信号を制御部７で処理して基板５の表面の高さ方向（Ｚ方向）の位置を検出する。

露光によって最適なＣＤ（または像質）が得られる投影光学系４の光軸方向の位置が、ベストフォーカス位置として規定される。ベストフォーカス位置は、フォーカス検出系の原点として、予め調整されているものであり、装置毎に保持している情報である。実施形態において、ベストフォーカス位置の情報は、制御部７内のメモリ７ｂに格納されている。なお、露光装置１００において、投影光学系４は、露光光による発熱や、大気圧、環境温度等の変動などで、焦点位置が変動しうる。そのため、基板を露光する前に定期的にベストフォーカス位置を較正する必要がある。通常、上記変動要因による影響を事前に予測し、ベストフォーカス位置の較正を実施するが、より高精度な較正のためには、実際に投影光学系のベストフォーカス位置を計測し、較正する必要がある。ベストフォーカス位置は、例えば、基板ステージ６をＺ方向に逐次駆動して高さ計測器８で得られる信号レベルが最大となる位置に規定されうる。

また、高さ計測器８は、基板５の表面の高さ分布を得るのにも使用されうる。高さ計測器８は、基板５上に向けて計測光を照射し、基板５で反射した計測光を受光部８４で受光する。受光部８４で受光された計測光は光電変換されて制御部７に送られる。制御部７は、これを信号処理して基板５のフォーカス位置（Ｚ方向位置）を計測する。基板５をＸＹ方向に移動してこれを繰り返し行うことにより、基板５の表面の高さに関する情報（高さ情報）が得られる。図３を参照して説明したように、実施形態において、高さ情報が持つ基板の表面の高さの分解能は、基板ステージ６のフォーカス駆動の分解能よりも高い。なお、基板上にレジストが塗布されている状態であれば、レジスト厚による計測センサの誤差を考慮する必要が生じる可能性もある。

また、露光装置１００は、投影光学系４の像高毎のテレセントリシティを計測するテレセントリシティ計測器１５を備えていてもよい。光学系の光軸に対して瞳中心を通る主光線が平行であることを、「光学系がテレセントリックである」という。これは、物体がデフォーカスしてもその像がボケるだけで横ずれしないことを保証する概念である。露光装置における光学系は可能な限りテレセントリックであるように設計されるが、製造上の誤差等から各像高における主光線の傾きの発生を防止することはきわめて難しい。以下では、照明光学系１および投影光学系４の主光線の傾きを、「テレセントリシティ」といい、あるいは、略して「テレセン誤差」、「テレセン度」ともいう。

テレセン誤差を正確に零にすることは現実には困難であり、僅かではあってもテレセン誤差が残留する。さらに、テレセン誤差は像高で一様でなく、像高毎に異なった誤差を持つ。そのため、基板が投影光学系のベストフォーカス位置からデフォーカスした状態となると、デフォーカス量に応じて投影光学系の光軸に直交する方向に像が変位（シフト）する。これにより、投影光学系による像の投影倍率が変化し、あるいは光学収差としてのディストーション（歪曲収差）が変化する。ここで、シフト量や投影倍率は、ベストフォーカス位置に対する基板のデフォーカス量に対して線形的に変化し、ディストーションは非線形的に変化する。

従来、デフォーカス量は投影光学系の焦点深度内に収まる程度であるから、テレセン誤差の残留による結像特性への悪影響はそれほど問題とされなかった。しかし、近年のパターンの微細化や厚膜レジストによる工程の増加に伴い、テレセン誤差が零でないことにより生じる、デフォーカス量に応じた像のシフト、投影倍率の変化、あるいはディストーションによる影響を無視することはできなくなってきている。特に、厚膜レジストによるテレセン誤差の影響が大きい。露光装置において、テレセン誤差は、数値的には、数ミリラジアンから数十ミリラジアン程度であると考えられる。例えば、デフォーカス量を100ナノメートルとし、テレセン誤差を10ミリラジアンとすると、像ずれ量は１ナノメートルとなる。現在の半導体デバイスの微細化による高精度な重ね合わせの要求においては、１ナノメートルのずれ量は、問題となりうる。

図２に、厚膜レジストに起因するデフォーカスによる位置ずれの例を示す。厚膜レジストを露光する際、レジスト厚およびテレセン誤差による像ずれ（位置ずれ）が発生する。通常のレジスト厚であれば、像ずれは微小であり、問題にはならなかった。しかし、厚膜レジストは10マイクロメートル程度の厚さが見込まれ、その場合、平均的に±5マイクロメートルのデフォーカスが生じる可能性がある。そうすると、そのデフォーカス量に応じた、無視できない像ずれが生じうる。よって、厚膜レジストを使用する場合には、デフォーカス量に応じた像ずれの対策が求められる。

さらに、厚膜レジストを使用するプロセスは多層的な構成となることが想定され、図３に示すように、下地の形状が階段状である場合も想定される。現状においては、フォーカス駆動の分解能の不足により、ベストフォーカス位置をこのような下地の段差に追従させることは難しい。したがって、下地の形状に応じてデフォーカス量も変化し、テレセン誤差の影響が変化する。

実施形態において、制御部７は、投影光学系の像高毎のテレセントリシティに関する情報（以下「テレセントリシティ情報」という。）と、基板の表面の高さに関する情報（以下「高さ情報」という。）とに基づいて、マスクのパターンに対する、基板に投影されるパターンの像のずれ量（像ずれ量）を求める。高さ情報は、上記したように高さ計測器８を用いた計測の結果から取得することができる。あるいは、高さ情報は、外部からデータを入力することにより取得されてもよい。あるいは、高さ情報は予めメモリ７ｂに格納されていて、制御部７は、メモリ７ｂから読み出すことにより高さ情報を取得してもよい。あるいは、基板の設計情報（プロセス設計情報）が予めメモリ７ｂに格納されていて、制御部７は、その設計情報に基づいて高さ情報を取得してもよい。テレセントリシティ情報は、テレセントリシティ計測器１５を用いたテレセン度の計測の結果から取得することができる。テレセン誤差の計測は、例えば、各像高で、ベストフォーカス位置とデフォーカス位置のそれぞれでずれ量を計測し、デフォーカス量とずれ量の関係からテレセン誤差を求める方法がある。テレセン度は、センサを用いて計測することが可能であり、事前に基板にマークを形成しておく必要はない。あるいは、計測を行うかわりに、ユーザがテレセントリシティ情報を入力するなどにより取得してもよい。あるいは、テレセントリシティ情報は予めメモリ７ｂに格納されていて、制御部７は、メモリ７ｂから読み出すことによりテレセントリシティ情報を取得してもよい。あるいは、投影光学系４の設計情報が予めメモリ７ｂに格納されていて、制御部７は、その設計情報に基づいてテレセントリシティ情報を取得してもよい。

実施形態において、制御部７は、基板５のショット領域（以下、単に「ショット」ともいう。）に対する露光処理の間に、下地の形状に応じたテレセン誤差の影響を補正する。露光処理においては、投影光学系４の熱変形や光学特性によって発生する収差の補正も実施される。収差補正は、投影光学系４の光学素子の駆動、照明光学系１の光学素子の駆動、レーザー周波数（光源）の調整、マスクステージ３の駆動、基板ステージ６の駆動などにより実現されうる。収差補正は、高次成分であっても、ショット領域内でリアルタイムに補正することが可能である。テレセン誤差によって発生した像ずれも、収差として扱うことができる。そこで制御部７は、求められた像ずれ量を低減するように、例えば次のうちの少なくともいずれか１つを実施する。
（ａ）基板ステージ６の駆動。
（ｂ）マスクステージ３の駆動。
（ｃ）投影光学系４の光学素子の駆動。
（ｄ）照明光学系１の光学素子の駆動。
（ｅ）照明光学系１の光源のパルス発振周波数の調整。

本実施形態における露光装置１００の制御方法のフローチャートを図４に示す。Ｓ４０１で、制御部７は、上記したような方法で、テレセントリシティ情報を取得する。Ｓ４０２で、制御部７は、高さ情報を取得する。高さ情報は、上記したような方法で取得されうる。なおここでは、プロセス設計情報を用いて、基板の設計上の段差情報からデフォーカス量を推測してもよい。前述の光斜入射による位置ずれ検出による基板平面の起伏情報を組み合わせるとより効果的である。本実施形態において、基板表面の高さとは、下地の形状により生じる像高毎のデフォーカス量をいう。あるいは、基板表面の高さとは、下地の形状により生じるベストフォーカス面からの高さの差分としてもよい。

また、例えば図５に示すように、１ショット内で下地の段差が存在する場合、像ずれは、図６に示すように、横向き台形形状、縦向き台形形状、および縦方向樽形状を含む、高次成分として現れる。実施形態では、１ショット内の下地の段差による像ずれを収差の高次成分として捉え、露光処理中にリアルタイムでショット内高次補正を行うことにより、ショット内での像ずれを補正することができる。ショット内の高次成分を補正するための、基本的な補正パターンとしては、例えば図７に示すような、シフトの０次、倍率やスキューの１次、２次、３次、４次の補正パターンがある。これらの補正パターンを適宜組み合わせて補正が行われる。シフトは、基板ステージおよび／またはマスクステージの駆動により補正することができる。倍率、スキュー、および高次成分は、光学系の光学素子の駆動により補正することができる。もっとも、これらは例示にすぎない。例えば、２次以上や３次以上の成分などを高次成分とすることができる。

Ｓ４０３で、制御部７は、テレセン誤差によって発生する像ずれ量の算出を行う。露光処理時はフォーカス検出系により基板表面のマークを検出することにより、リアルタイムで補正を行い、結像性能が許容範囲となる焦点位置にステージを駆動することにより、ベストフォーカス位置が保たれる。Ｓ４０３では、制御部７は、以下の情報を用いて、像高毎のテレセン誤差によって生じる像ずれ量を計算する。
（１）Ｓ４０１で取得されたテレセントリシティ情報（像高毎のテレセン度）、
（２）Ｓ４０２で取得された高さ情報（基板表面の高さ分布（デフォーカス量））、
（３）メモリ７ｂに保持されているベストフォーカス位置。

基板の表面の高さをＨ、ベストフォーカス位置をＢＦ、デフォーカス量をＤＦとすると、デフォーカス量ＤＦは、
ＤＦ＝ＢＦ−Ｈ
で表される。また、テレセン誤差[rad]をθ、像ずれ量をＳとすると、像ずれ量Ｓは、次式により表される。
Ｓ＝ＤＦ・cosθ
ここで定義されるテレセン誤差は、１umデフォーカス時のテレセン変化nmを表す単位[nm/um]となる。

Ｓ４０４では、制御部７は、露光処理中のショット毎の処理において、Ｓ４０３で求められた像ずれ量を高次成分として補正を行う。具体的には、制御部７は、求められた像ずれ量を低減するように、基板ステージ６の駆動、マスクステージ３の駆動、投影光学系４の駆動、照明光学系１の駆動、照明光学系１の光源のパルス発振周波数の調整のうちの少なくともいずれか１つを行う。

以上の処理により、ショット毎に下地の高さ分布とテレセン誤差に基づいて、テレセン誤差によって生じた像ずれを露光時に補正することが可能となる。

＜物品製造方法の実施形態＞
本発明の実施形態に係る物品製造方法は、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。

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

１００：露光装置、１：照明光学系、２：マスク、３：マスクステージ、４：投影光学系、５：基板、６：基板ステージ、７：制御部

Claims (10)

1. 基板を露光する露光装置であって、
   マスクのパターンを前記基板に投影する投影光学系と、
   前記基板を保持して移動する基板ステージと、
   前記基板ステージに保持された前記基板の露光を制御する制御部と、を有し、
   前記制御部は、前記投影光学系の像高毎のテレセントリシティに関する情報であるテレセントリシティ情報と、前記基板の表面の高さに関する情報である高さ情報とに基づいて、前記マスクのパターンに対する、前記基板に投影される前記パターンの像のずれ量を求め、該求められたずれ量に基づいて前記像のずれを補正して前記基板を露光する
   ことを特徴とする露光装置。
2. 前記制御部は、
   前記投影光学系の光軸方向におけるベストフォーカス位置と前記高さ情報から得られる前記基板の表面の高さとの差をデフォーカス量として求め、
   該デフォーカス量と前記テレセントリシティ情報とに基づいて前記ずれ量を求める
   ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記高さ情報が持つ前記基板の表面の高さの分解能は、前記基板ステージのフォーカス駆動の分解能よりも高いことを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
4. 前記基板の表面の高さを計測する高さ計測器を有し、
   前記制御部は、前記高さ計測器を用いた計測の結果から前記高さ情報を取得する
   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。
5. 前記制御部は、前記基板の設計情報に基づいて前記高さ情報を取得す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。
6. 前記投影光学系の像高毎のテレセントリシティを計測するテレセントリシティ計測器を有し、
   前記制御部は、前記テレセントリシティ計測器を用いた計測の結果から前記テレセントリシティ情報を取得する
   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. 前記制御部は、前記投影光学系の設計情報に基づいて前記テレセントリシティ情報を取得す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。
8. 前記マスクを保持するマスクステージと、
   前記マスクステージに保持された前記マスクを照明する照明光学系と、を有し、
   前記制御部は、前記基板のショット領域に対する露光処理の間に、前記求められたずれ量を低減するように、前記基板ステージの駆動、前記マスクステージの駆動、前記投影光学系の光学素子の駆動、前記照明光学系の光学素子の駆動、前記照明光学系の光源のパルス発振周波数の調整のうちの少なくともいずれか１つを行うことにより、前記像のずれを補正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。
9. 投影光学系を介してマスクのパターンを基板に投影し前記基板を露光する露光装置の制御方法であって、
   前記投影光学系の像高毎のテレセントリシティに関する情報であるテレセントリシティ情報を取得する工程と、
   前記基板の表面の高さに関する情報である高さ情報を取得する工程と、
   前記テレセントリシティ情報と前記高さ情報とに基づいて、前記マスクのパターンに対する、前記基板に投影される前記パターンの像のずれ量を求める工程と、
   前記求められたずれ量に基づいて前記像のずれを補正して前記基板を露光する工程と、
   を有することを特徴とする制御方法。
10. 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、
    前記現像された基板から物品を製造する工程と、
    を有することを特徴とする物品製造方法。