JP6532332B2 - EXPOSURE APPARATUS AND EXPOSURE METHOD, AND ARTICLE MANUFACTURING METHOD - Google Patents
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Description
本発明は、露光装置および露光方法、ならびに物品の製造方法に関する。 The present invention relates to an exposure apparatus and an exposure method, and a method of manufacturing an article.
露光装置は、半導体デバイスや液晶表示装置などの製造工程に含まれるリソグラフィー工程において、原版(レチクルやマスク)のパターンを、投影光学系を介して感光性の基板(表面にレジスト層が形成されたウエハやガラスプレートなど)に転写する装置である。原版のパターンを基板に高精度に転写するためには、投影光学系の結像性能を維持する必要がある。しかしながら、連続した露光を行う中で投影光学系内を露光光が継続して通過すると、投影光学系内の温度が変化して、その結像性能が変化する。そこで、特許文献1では、投影光学系の鏡筒外面の温度を制御することで、投影光学系内の温度を一定に保つ露光装置を開示している。
The exposure apparatus is a lithography process included in a manufacturing process of a semiconductor device, a liquid crystal display device, etc., in which a pattern of an original (a reticle or a mask) is exposed via a projection optical system to a photosensitive substrate (a resist layer is formed on the surface It is an apparatus which transfers to a wafer, a glass plate, etc.). In order to transfer the pattern of the original to the substrate with high accuracy, it is necessary to maintain the imaging performance of the projection optical system. However, if exposure light continues to pass through the projection optical system while continuous exposure is being performed, the temperature in the projection optical system changes, and its imaging performance changes. Therefore,
特許文献1の露光装置では、投影光学系の周囲の気圧や温度分布等に基づいて算出された投影光学系の結像性能の変化量を元にして鏡筒外面の温度制御を行い、結像性能の維持を図っている。しかしながら、この算出結果の精度が不十分だと、結像性能を十分に維持することは困難となりうる。結像性能の変化量を実測する一般的な方法では、露光中の変化量を把握できない。
In the exposure apparatus of
本発明は、例えば、投影光学系の結像性能の維持に有利な露光装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is, for example, to provide an exposure apparatus that is advantageous for maintaining the imaging performance of a projection optical system.
本発明の一実施形態の露光装置は、原版のパターンを基板に投影する投影光学系を有する露光装置であって、投影光学系の結像性能を評価する計測系を備え、計測系は、第1のマークおよび第2のマークが設けられた基準板と、基準板および投影光学系を通過する第1光束を出射する第1光源と、第2のマークを通過する第2光束を出射する第2光源と、原版と投影光学系との間に設けられ、第1光束を反射する反射部と、第1のマークと投影光学系とを順に通過した後、反射部により反射されることで再び投影光学系を通過した第1光束を受光することにより第1のマークを撮像し、第2光束を受光することにより第2のマークを撮像する撮像素子と、撮像素子により撮像された、第1のマークと第2のマークとの相対位置を算出し、算出結果に基づいて評価を行う評価部と、を備えることを特徴とする。 An exposure apparatus of one embodiment of the present invention is an exposure apparatus having a projection optical system for projecting a pattern of an original onto a substrate, comprising a measuring system for evaluating the imaging performance of the projection projection optical system, the measuring system, A reference plate provided with a first mark and a second mark, a first light source for emitting a first light beam passing through the reference plate and the projection optical system, and a second light beam passing through a second mark a second light source, is provided between the original and the light projecting projection optical system, passes through a reflecting section for reflecting the first light beam, a first mark and the projection optical system in the order, it is reflected by the reflective portion The image pickup device picks up an image of the first mark by receiving the first light beam that has passed through the projection optical system again, and the image pickup device picks up an image of the second mark by receiving the second light beam. Calculate the relative position of the first mark and the second mark Characterized in that it comprises an evaluation unit for evaluating on the basis of the results.
本発明によれば、投影光学系の結像性能の維持に有利な露光装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an exposure apparatus that is advantageous for maintaining the imaging performance of a projection optical system.
以下、本発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings and the like.
(第1実施形態)
図1は、露光装置および計測系の構成の一例を示す図である。本実施形態では、マスク(原版)を照明して基板(プレート)にパターンを描画する例について説明するが、これに限定されない。レチクル(原版)に照明して基板(ウエハ)を描画する露光装置であってもよい。
First Embodiment
FIG. 1 is a view showing an example of the arrangement of an exposure apparatus and a measurement system. In the present embodiment, an example of illuminating a mask (original plate) and drawing a pattern on a substrate (plate) will be described, but the present invention is not limited to this. It may be an exposure apparatus that illuminates a reticle (original plate) and draws a substrate (wafer).
本実施形態に係る露光装置は、照明光学系40、マスクステージ10、投影光学系30、基板21、プレートステージ20、制御部601および計測系(第1計測系50、第2計測系80)を有する。照明光学系40は、露光光により所望の角度分布で均一にマスク11を照射する。マスク11は、プレート21に投影するパターンが描画されている。マスクステージ10は、マスク11を保持してY方向に駆動可能である。なお、マスクステージ10は、X方向やθ方向(X軸周りの回転方向、Y軸周りの回転方向およびZ軸周りの回転)に駆動してもよい。
The exposure apparatus according to the present embodiment includes an illumination
投影光学系30は、照明光学系40によって照射されたマスク11のパターンをプレート21上に結像する。プレート21には、照明光学系40により照明されたマスク11のパターンが描画される。プレートステージ20は、プレート21を保持してX方向、Y方向、Z方向およびθ方向に駆動可能である。計測系は第1計測系50および第2計測系80を有し、第1計測系50は、光源58および光源59、基準板514、基準反射面532、評価部600および撮像素子500を有する。第2計測系は、基準反射面536および折り曲げミラー535を有する。
The projection
さらに、第1計測系50は、対物レンズ51、撮像系リレーレンズ52、基準系リレーレンズ53、照明系レンズ54a〜d、ビームスプリッタ56、57および531、視野絞り512および513、対物絞り521および波長板533を有する。計測系は、計測系内の基準板514に描画された計測用マークを照明し、撮像することでX方向、Y方向またはZ方向の位置ずれ量を計測する。
Furthermore, the
例えば、光源58および光源59は、それぞれ波長が異なる光束を出射し、基準板514を照明する。基準反射面532および536は、プレート面およびマスク面に共役な位置に配置され、基準反射面536には計測用マークが設けられている。撮像素子500は、撮像系リレーレンズ52を通過した計測用マークの像を撮像する。ビームスプリッタ531は、投影光学系30を通過する光束と通過しない光束を分離する。
For example, the
投影光学系30を通過する光束は、基準反射面536の計測用マークを照明して反射され、投影光学系30に再入射して通過し撮像素子500に計測用マークを結像する。評価部600は、撮像されたマークの像の相対位置を算出し、算出された相対位置に基づいて、投影光学系の結像性能を評価する。制御部601は、評価部600からの制御信号にしたがって、投影光学系の結像性能を維持するように投影光学系を制御する。
The light beam passing through the projection
図2は、基準板514の計測用マークを示す図である。基準板514には、同一面上に第2のマーク514aおよび第1のマーク514bとして、複数のX方向の計測用マークとY方向の計測用マークが描画されている。なお、グリッドで示す部分は遮光部であり、他は透過部を示す。図3は、基準板514と共役の位置に構成される基準反射面536を示す図である。基準反射面536には、第3のマーク536cとして、複数のX方向の計測用マークとY方向の計測用マークが描画されている。なお、格子で示す部分は透過部であり、他は反射部を示す。なお、第2のマーク514a、第1のマーク514b、および第3のマーク536cは、撮像素子500に結像した時に、重ならない位置に構成される。
FIG. 2 is a view showing measurement marks of the
図4および図5は、本実施形態に係る視野絞りの一例を示す図である。視野絞り512および513は、基準板514と共役の位置に構成される。視野絞り512は、第2のマーク514aを照明する形状である。一方、視野絞り513は、第1のマーク514bおよび第3のマーク536cを照明する形状である。これにより、第2のマーク514aは光源58により照明され、第1のマーク514bおよび第3のマーク536cは光源59により照明される。
FIG. 4 and FIG. 5 are diagrams showing an example of the field stop according to the present embodiment.
光源58および光源59は、それぞれ異なる波長帯域の光束を出射し、基準板514を照明する。ビームスプリッタ531は、光源58から出射された光束の波長帯域は透過させるが、光源59から出射された光束の波長帯域に対しては偏光ビームスプリッタの特性を有している。具体的には、光源58から出射された光束は、ビームスプリッタ531を透過後、波長板533、基準反射面532を経由し、再度、ビームスプリッタ531を透過して撮像素子500に撮像される。
The
これに対して、光源59から出射された光束は、ビームスプリッタ531を透過後、波長板533、基準反射面532の順に経由し、ビームスプリッタ531で反射して、投影光学系30を介して基準反射面536に到達する。基板反射面536に到達した光束は、基板反射面536の計測用マークを照明して反射され、再び投影光学系30を介して、ビームスプリッタ531に戻る。
On the other hand, the light beam emitted from the
ビームスプリッタ531に戻った光束は、再び、波長板533、基準反射面532、の順に経由し、ビームスプリッタ531を透過して、撮像素子500に撮像される。すなわち、投影光学系30を介していない光束と投影光学系30を介した光束が、撮像素子500により受光される。なお、波長板533はλ/4板とする。
The light beam returned to the
次に、撮像素子500で撮像されたマークの計測について説明する。図6は、撮像素子500に撮像された計測用マークを示す図である。第2のマーク514a、第1のマーク514bおよび第3のマーク536cは、それぞれマークの像500a、500bおよび500cに対応する。すなわち、マークの像500aは、投影光学系30を通過していないマークであり、マークの像500bは投影光学系30を2回通過(往復)したマークであり、マークの像500cは投影光学系30を1回通過したマークである。
Next, measurement of the mark imaged by the
投影光学系30の結像性能の補正では、評価部が第2のマーク514a、第1のマーク514bおよび第3のマーク536cのX方向の計測用マークとY方向の計測用マークの計測値の差分から変化量を算出し、算出結果に基づいて結像性能を評価する。制御部601は、評価部600から送られた変化量に基づいて倍率やディストーション、テレセントリック等を調整する。マーク500aと500bのマーク計測値の変化量は、投影光学系30のテレセントリックのずれ量(主光線が光軸と並行ではなく、光軸に対して傾く傾きの量)を示す。
In the correction of the imaging performance of the projection
一方、マーク500bと500cのマーク計測値の変化量は、投影光学系30のX方向およびY方向への変化(シフト)量を示す。投影光学系30はテレセントリックな光学系であるため、シフトがあった場合でも投影光学系30を往復するとマークの位置は元の位置に戻ってしまう。しかし、投影光学系30を1回通過した場合、マークの位置は元の位置に戻らず、シフト量として現れる。
On the other hand, the amount of change of the mark measurement value of the
図7は、計測系50を複数構成する場合の一例を示す図である。露光領域12の周囲に計測系50を複数配置することで、露光領域内の投影光学系30の結像性能をより正確に把握することができる。評価部は、複数の計測系50の計測結果から露光領域内のシフト量およびテレセントリックのずれ量を算出し、投影光学系30の結像性能を評価する。制御部601は、評価部600から送られた変化量(ずれ量またはシフト量)に応じて、倍率やディストーションおよびテレセントリック等を調整する。
FIG. 7 is a diagram showing an example in which a plurality of
また、マーク計測値の再現性が低い場合、投影光学系内部の温度分布に急激な変化が生じていることが予想されるため、温調や空調の条件を変更することで結像性能の劣化を防ぐことができる。なお、計測系50は、原版や基板とは独立しているため、原版や基板を走査している露光中であっても計測可能であり、倍率やディストーションおよびテレセントリック等を調整することができる。これにより、スループットを低下させることなく、結像性能の劣化を防ぐことができる。
In addition, when the reproducibility of the mark measurement value is low, it is expected that a rapid change occurs in the temperature distribution inside the projection optical system. Therefore, the imaging performance is deteriorated by changing the conditions of temperature control and air conditioning. You can prevent. In addition, since the
なお、光学系の引き回しによってXY座標軸は変化するため、その変化に応じてX方向の計測値、Y方向の計測値、符号を調整する必要がある。また、各光路の透過率、遮光部の反射率により適切な光源出力が異なるため、計測に最適な光量となるように、光源出力を調整する必要がある。また、基準反射面536および531の反射率を投影光学系30の透過率に応じて調整してもよい。
In addition, since the XY coordinate axis is changed by the routing of the optical system, it is necessary to adjust the measurement value in the X direction, the measurement value in the Y direction, and the sign according to the change. In addition, since the appropriate light source output differs depending on the transmittance of each light path and the reflectance of the light shielding portion, it is necessary to adjust the light source output so as to obtain an optimal light amount for measurement. Further, the reflectances of the reference
以上、本実施形態により、基準板514の計測用マークの相対位置変化量を取得することで、投影光学系30の結像性能を精度よく把握することができる。また、露光領域12の周辺に計測系50を複数構成することで、投影光学系30の結像性能をより正確に把握することができる。これにより、高精度に結像性能を調整しつつ、スループットを低下させずに露光性能を向上させることができる。
As described above, according to the present embodiment, the imaging performance of the projection
(第2実施形態)
第2実施形態では、投影光学系30のZ方向の位置計測も可能な露光装置について説明する。図8は、基準マーク515を傾けた計測系60を用いる露光装置の一例を示す図である。傾けた基準マーク515のデザインは、図1に示す基準板514と同じデザインとする。基準マーク515をX軸中心に回転させる方向に傾けた場合、基準マーク面の場所によって、Z位置が変化するため撮像素子500での各マークの強度が異なる。
Second Embodiment
In the second embodiment, an exposure apparatus capable of measuring the position of the projection
図9は、基準マーク515を傾けた場合の各マークと各マークの強度を示す図である。例えば、基準マーク515をY方向に傾けた場合の基準マーク514bの各マークの強度を514B-1および514B-2に示す。なお、514B-1および514B-2は、計測する時点に差があるとする。
FIG. 9 is a diagram showing each mark and the strength of each mark when the
図10(A)は、各マークの強度をプロットしたグラフである。ここで、投影光学系30のZ方向の変化量の算出について説明する。まず。図10(A)に示すグラフから、マークの強度が最小となるマーク位置をZ方向位置とし、マーク強度514A-1と514A-2からZ方向位置の差であるΔZaを算出する。同様にして、図10(B)に示すグラフから、基準マーク514bについてもZ方向位置の差であるΔZbを算出する。第2のマーク514aと第1のマーク514bとの差異は、投影光学系30を通過するか否かであることから、第2のマーク514aと第1のマーク514bのZ方向位置の差の差分(ΔZa−ΔZb)は、投影光学系30のZ方向の変化量を示す。
FIG. 10 (A) is a graph in which the intensity of each mark is plotted. Here, calculation of the amount of change in the Z direction of the projection
本実施形態では、基準マーク515をY方向に傾けた場合のZ方向の変化量のみを算出しているが、基準マーク515をX方向およびY方向に傾けた場合や、傾斜マスクにすることでZ方向の変化量を算出し、投影光学系30のアスを計測してもよい。
In this embodiment, only the amount of change in the Z direction when the
また、このZ方向を計測可能な計測系60を露光領域周辺に複数構成することで、露光領域内の投影光学系30の結像性能をより高精度に把握することができる。具体的には、複数の計測系60の計測結果から、露光領域内のフォーカス、アスおよび像面の量を予想することができる。また、基準マーク515を傾ける量により、X方向およびY方向の位置計測も十分可能なマークの強度を得ることができるため、Z方向だけでなくX方向およびY方向の位置計測も同時計測可能な形態にしてもよい。
Further, by forming a plurality of
以上、本実施形態により、投影光学系30のZ方向の位置計測が可能となる。これにより、Z方向に対しても高精度に結像性能を調整しつつ、露光性能を向上させることができる。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to measure the position of the projection
(第3実施形態)
第3実施形態は、投影光学系30の露光領域内の結像性能を直接計測可能な実施形態について説明する。図11および図12は、第1実施形態と比較して、対物レンズ51、ビームスプリッタ531、基準反射面532および波長板533が投影光学系30の露光領域内にまで駆動できる計測系70を有する露光装置を示す図である。なお、本実施形態においては、対物レンズ51、ビームスプリッタ531、基準反射面532および波長板533を導光部と呼ぶ。駆動制御系700(駆動部)は、導光部を駆動することで、投影光学系30の露光領域内に計測系70の計測領域を出し入れする。これにより、投影光学系30の露光領域内の結像性能を直接計測できる。
Third Embodiment
In the third embodiment, an embodiment capable of directly measuring the imaging performance in the exposure region of the projection
具体的には、原版や基板交換時に、露光領域内における投影光学系30の結像性能を直接計測する。次に、第1実施形態で計測した計測結果から予想された補正値との差分を確認し、補正値にフィードバックする。このとき、精度を高めるため露光領域内の直接計測を複数位置で行ってもよい。例えば、走査方向に対して露光領域12を跨ぐように計測系70を2つ配置し、投影光学系30の結像性能を計測してもよい。なお、露光領域内の結像性能を直接計測する場合は、露光を中断する。
Specifically, the imaging performance of the projection
具体的には、露光領域12を跨ぐ2つの計測系70から算出した補正値が1次関数の特性であるが、露光領域内を直接計測した結果、補正値が2次関数の特性であった場合、2次関数の係数に応じて補正した方が、結像性能をより高精度に補正できる。
Specifically, although the correction values calculated from the two
上述のような補正を行うための関数および係数は、実際に露光するマスクパターンや投影光学系30に照射される露光エネルギー量によって異なる。なお、第1実施形態と同様に、X方向の位置計測およびY方向の位置計測だけでなく、第2実施形態に示すZ方向の位置計測も行える形態と組み合せてもよい。また、計測計70が露光領域内に駆動しても良い。
The functions and coefficients for performing the above-described correction differ depending on the mask pattern to be actually exposed and the amount of exposure energy irradiated to the projection
本実施形態により、露光領域内の結像性能を直接計測して補正に反映することで、投影光学系30の結像性能をより精度よく把握することができる。これにより、高精度に結像性能を調整しつつ、スループットを低下させずに露光性能を向上させることができる。
According to the present embodiment, by directly measuring the imaging performance in the exposure region and reflecting it on the correction, it is possible to grasp the imaging performance of the projection
(物品の製造方法)
本発明の実施形態に係る物品の製造方法は、例えば、半導体デバイスや液晶表示装置などのマイクロデバイスや微細構造を有する素子などの物品を製造するのに好適である。該製造方法は、感光剤が塗布された基板(プレート、ウェハ等)の該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(基板に描画を行う工程)と、該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みうる。さらに、該製造方法は、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、パッケージングなど)を含みうる。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。
(Product manufacturing method)
The method for producing an article according to the embodiment of the present invention is suitable, for example, for producing an article such as a microdevice such as a semiconductor device or a liquid crystal display device or an element having a fine structure. The manufacturing method comprises the steps of: forming a latent image pattern on the photosensitizer on a substrate (plate, wafer, etc.) coated with the photosensitizer using the exposure apparatus described above (step of drawing on the substrate); Developing the substrate on which the latent image pattern has been formed. Furthermore, the manufacturing method may include other known steps (oxidation, film formation, vapor deposition, doping, planarization, etching, resist peeling, dicing, bonding, packaging, etc.). The method of manufacturing an article according to the present embodiment is advantageous in at least one of the performance, quality, productivity, and production cost of an article, as compared to the conventional method.
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。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes are possible within the scope of the present invention.
10 マスクステージ
11 マスク
12 露光領域
20 プレートステージ
21 プレート
30 投影光学系
40 照明光学系
50 第1計測系
80 第2計測系
10
Claims (9)
前記投影光学系の結像性能を評価する計測系を備え、
前記計測系は、
第1のマークおよび第2のマークが設けられた基準板と、
前記基準板および前記投影光学系を通過する第1光束を出射する第1光源と、
前記第2のマークを通過する第2光束を出射する第2光源と、
前記原版と前記投影光学系との間に設けられ、前記第1光束を反射する反射部と、
前記第1のマークと前記投影光学系とを順に通過した後、前記反射部により反射されることで再び前記投影光学系を通過した前記第1光束を受光することにより前記第1のマークを撮像し、前記第2光束を受光することにより前記第2のマークを撮像する撮像素子と、
前記撮像素子により撮像された、前記第1のマークと前記第2のマークとの相対位置を算出し、算出結果に基づいて前記評価を行う評価部と、を備える
ことを特徴とする露光装置。 An exposure apparatus having a projection optical system for projecting an original pattern onto a substrate ,
Comprising a measuring system for evaluating the imaging performance of the previous SL projection optical system,
The measurement system is
A reference plate provided with a first mark and a second mark;
A first light source for emitting a first light beam passing through the reference plate and the projection optical system;
A second light source for emitting a second light beam passing through the second mark;
A reflecting unit provided between the original and the projection optical system and reflecting the first light flux;
After passing through the first mark and the projection optical system in order, the first light flux is reflected again by the reflection section to receive the first light flux that has passed through the projection optical system again to pick up the first mark. An image pickup element for picking up an image of the second mark by receiving the second light flux;
An evaluation unit that calculates a relative position between the first mark and the second mark, which is imaged by the imaging element, and performs the evaluation based on a calculation result.
前記撮像素子は、前記第3のマークと前記投影光学系とを順に通過した前記第1光束を受光することにより前記第3のマークを撮像し、
前記評価部は、前記撮像素子により撮像された、前記第1のマークと前記第3のマークとの相対位置を算出し、前記第1のマークと前記第3のマークとの相対位置の算出結果に基づいて前記評価を行う
ことを特徴とする請求項1に記載の露光装置。 The reflective portion is provided with a third mark,
The image pickup element picks up an image of the third mark by receiving the first light flux which has sequentially passed through the third mark and the projection optical system.
The evaluation unit calculates the relative position of the first mark and the third mark, which is imaged by the imaging device, and the calculation result of the relative position of the first mark and the third mark. The exposure apparatus according to claim 1, wherein the evaluation is performed on the basis of
ことを特徴とする請求項1または2に記載の露光装置。 The exposure apparatus according to claim 1, wherein the first light flux and the second light flux have different wavelengths.
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の露光装置。 The exposure apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein a plurality of measurement systems are disposed around an exposure area of the projection optical system.
ことを特徴とする請求項5に記載の露光装置。 The exposure apparatus according to claim 5, wherein the measurement system is disposed across the exposure region.
ことを特徴とする請求項2乃至6のいずれか1項に記載の露光装置。 The exposure apparatus according to any one of claims 2 to 6, wherein the reflection section is provided at a position conjugate to the reference plate.
前記駆動部は、前記計測系を前記投影光学系の露光領域内まで駆動する
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。 A drive unit for driving the measurement system;
The exposure apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the drive unit drives the measurement system into an exposure area of the projection optical system.
前記工程で露光された前記基板を現像する工程とを含み、
現像された基板から物品を得る
ことを特徴とする物品の製造方法。 A step of exposing a substrate using the exposure apparatus according to any one of claims 1 to 8.
Developing the substrate exposed in the step;
A method of producing an article comprising obtaining an article from a developed substrate.
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