JP6639082B2

JP6639082B2 - リソグラフィ装置、リソグラフィ方法、および物品製造方法

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Publication number: JP6639082B2
Application number: JP2014231051A
Authority: JP
Inventors: 一史水元
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2014-11-13
Filing date: 2014-11-13
Publication date: 2020-02-05
Anticipated expiration: 2034-11-13
Also published as: JP2016096228A; US10036967B2; US20160139515A1

Description

本発明は、リソグラフィ装置、リソグラフィ方法、および物品製造方法に関する。

半導体素子製造用の露光装置には、回路パターンの微細化や、複雑化に伴い、原板（レチクル）上に形成されている電子回路パターンを、基板（ウエハ）上のパターンに対して、高精度に重ね合わせて露光する技術が要求されている。そのため、ウエハ上に既にパターニングされた配列を高精度に計測し(アライメント計測)、その格子やショット形状に合わせて、正確に露光する技術が重要である。

アライメント計測方法には、グローバルアライメント（代表的なサンプルショットを計測することで、全体の配列傾向を予測する方法）や、ダイバイダイアライメント（全ショットを計測し、各々のショットの位置をダイレクトに計測する方法）などがある。グローバルアライメントは、代表的なサンプルショットの位置を計測することでショット全体の配列傾向を予測し、各ショットの位置を取得する。また、ダイバイダイアライメントは、各ショットについて原版側マーク及びウエハ側マークを観察して各ショットの位置をダイレクトに計測する。どのアライメント計測方法を採用するかは、必要とされるアライメント精度や、露光処理に許容される処理時間に応じて決定されている。ウエハ上のパターンのアライメント計測を実施するためには、搬送部から、ステージにウエハを搬送する必要がある。ウエハの受け渡しの際には、ウエハのノッチやオリエンテーションフラットの位置の検出、または、ウエハの外形の位置決めなどの様々な手法によって、ウエハの受け渡し時の回転位置を決定する。

しかし、ウエハのステージに対する回転位置の決定精度には、少なからず計測起因の誤差、ステージ精度起因の受け渡し誤差が含まれる。また、仮にウエハをステージに回転位置ずれなく正しく受け渡せたとしても、そもそもウエハ上には回転誤差を持ったパターニングがなされている可能性がある。そのため、ウエハをステージに搭載したときには、ステージが持っている直交座標系に対して、ウエハ上のパターンがどれだけ回転誤差を持っているかを、高精度（高倍率）でアライメント計測を実施する必要がある。高倍率でアライメント計測を行うときには、マークを高倍率のスコープの視野内に入れるために、ステージが持っている直交座標系に対して、ウエハ上のパターンがどれだけ回転誤差を持っているか把握するために、予めラフ（低倍率）の計測を行う。低倍率の計測によって、パターンの回転ずれ量を把握し、その回転ずれ量だけステージを回転させ、その後、高倍率でアライメント計測を実施する。

低倍率の計測後に、その計測結果に基づいてステージを回転させた場合に、ステージのバーミラーと干渉計との位置関係が変化し、干渉計の検査光の光軸とバーミラーとの垂直性がくずれて、高倍率のアライメント計測にアッベ誤差が生じることになる。このアッベ誤差が高倍率のアライメント計測結果に影響を与えて、オーバーレイ精度が低下することが懸念される。アッベ誤差によるオーバーレイ精度の低下を防止するために、特許文献１、２には、アッベ誤差を計測し、その計測結果で高倍率のアライメント計測結果を補正することが開示されている。

特開平９−２６０２７４号公報特許０４４４９４５７号公報

露光装置の場合、アライメントスコープでウエハ上に形成されたマークを計測するステージのポジションと、アライメント後のウエハを投影光学系を介して露光するときのステージのポジションとは異なっている。そのため、干渉計やエンコーダなどによって位置制御をするステージの場合、アライメント計測時と露光時とで、バーミラーそのものの歪みや光学系の取り付け誤差によって、アッベ誤差による位置決め精度への影響が異なることとなる。また、ウエハをステージに搭載する際には、ウエハのノッチやオリエンテーションフラットの位置検出、ウエハの外形位置決めの誤差、他の装置で露光された際の機差、プロセスの膜厚ムラ等によって、ウエハの回転やチルト誤差がウエハ毎、ロット毎に異なる。そのため、ウエハの位置決め誤差は、ステージの回転位置、チルト姿勢に応じて助長され、より影響を受けやすい（変化する）こととなる。

したがって、従来技術のように、アッベ誤差の計測結果でステージの位置計測の結果を補正する方式でも、例えばバーミラーや干渉計、エンコーダの取り付け状態が、経過時間や熱に応じて変化してしまう場合には、位置計測結果自身が誤差をもってしまう。このようなウエハの位置決め誤差の問題は、露光装置に限らず、インプリント装置、荷電粒子線描画装置等の他のリソグラフィ装置においても同様である。

そこで、本発明は、基板のアライメント計測時の誤差を低減したリソグラフィ装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの側面は、基板の上に投影光学系を介して光を照射してパターンを形成するリソグラフィ装置であって、前記基板を保持して移動可能なステージと、光を照射して、前記基板に形成されたマークの位置を計測するスコープと、前記スコープにより計測された前記マークの位置に基づいて前記パターンの形成を行うように前記ステージの移動を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記スコープにより、前記投影光学系の光軸に沿う第１方向における、前記基板に形成された第１マークの位置である第１位置を計測する第１計測を行い、前記計測された第１位置に基づいて、前記第１方向に垂直な平面内において互いに直交するＸ軸およびＹ軸の少なくともいずれかの軸である第１軸の軸周りに関する前記基板の前記ステージに対する回転ずれの量を算出し、前記算出された回転ずれの量に基づいて、前記第１方向における、前記基板に形成された第２マークの位置である第２位置を推定し、前記推定された第２位置に基づいて、前記ステージを、前記Ｘ軸の周りおよび前記Ｙ軸の周りに回転させることなく前記第１方向に移動させた後に、前記スコープにより、前記第１方向における前記第２マークの位置である第３位置を計測する第２計測を行うことを特徴とする。

本発明によれば、基板のアライメント計測時の誤差を低減したリソグラフィ装置を提供することができる。

本発明に係る露光装置を示した図である。本発明に係る露光装置を示した図である。アライメント計測の様子を示した図である。従来のアライメント計測の様子を示した図である。第１実施形態のアライメント計測の様子を示した図である。従来の露光方法のフローチャートを示した図である。第１実施形態の露光方法のフローチャートを示した図である。アライメント計測の様子を示した図である。従来のアライメント計測の様子を示した図である。第２実施形態のアライメント計測の様子を示した図である。従来の露光方法のフローチャートを示した図である。第２実施形態の露光方法のフローチャートを示した図である。

以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

〔露光装置〕
図１は本発明に係る露光装置を示す図である。露光装置は、図１に示すように、ウエハ（基板）２を保持して移動可能なウエハステージ（ステージ）１、投影光学系４、ウエハ２に形成されたアライメントマーク（マーク）を検出するスコープ（検出器）３、及び、制御部Ｃを備える。露光装置は、スコープ３によるアライメントマークの計測結果を基に、露光時のウエハステージ１の位置決めを行う。なお、本実施形態では、リソグラフィ装置として、光源６からの光でレチクル（マスク）５を照明し、照明されたレチクル５のパターンをウエハ２に投影して露光する露光装置を用いる。しかし、本発明では、インプリント装置、荷電粒子線描画装置をリソグラフィ装置として使用可能である。

図２に示すように、干渉計によってステージ１の位置を計測するのに、ウエハ２上のマークを計測するアライメント計測時と、投影光学系４を介してウエハ２上にパターニングする露光時とで、使用するバーミラー領域が異なる。そのため、アライメント計測時と露光時とで、アッベ誤差の影響の受け方が変化する。エンコーダ等の干渉計以外の計測装置を用いてウエハステージ１の位置制御をする場合にも、アライメント計測時と露光時とでアッベ誤差の影響の受け方が変化するのは同様である。本実施形態において、パターンを形成するためにウエハ２に照射される光（エネルギー線）の照射方向にＸＹＺ座標系のＺ軸を、照射方向に垂直な平面内の直交しあう２つの方向にＸ軸、Ｙ軸をとる。

〔第１実施形態〕
図３〜５の（ａ）は、事前に低倍率でウエハ２のステージ１に対するＺ軸（第１軸）周りの回転θ_Ｚを計測する計測（第１計測）の様子を示している。図３〜５の（ｂ）は、第1計測の後、ウエハ２のステージ１に対するＺ軸周りの回転角度Δθを計測した後、露光処理時に使用するショット領域のＸ軸、Ｙ軸（第２軸）方向の位置を取得するための高倍率のアライメント計測（第２計測）を行う様子を示す。第２計測は、観察視野が狭い高倍率でマークを観察するため、その狭い観察視野にマークが入るようにするためのステージ１の移動量を、低倍率の第１計測を行うことによって求めている。

図３は、ウエハ２をステージ１に配置した際に、ステージ１の走り方向１０とウエハ２自身がもっている中心軸９との方向が理想的に合っている場合を示す。この場合には、第２計測を行う前に、ウエハ２の中心軸９をステージ１の走り方向１０と平行にするために、ステージ１をＺ軸の周りに回転駆動する必要はなく、したがって、アッベ誤差の影響は一定である。

しかし、図４（ａ）のように、ステージ１の走り方向１０と、ウエハ２の中心軸９とは平行でないことがある。このような場合、図４（ａ）に示す２つのマークＳａ、Ｓｂの位置を低倍率で計測することによってステージ１の走り方向１０とウエハ２の中心軸９とのなす角θ_Ｚを計測することができる。従来、このような場合には、第２計測では、図４（ｂ）に示すように、ステージ１をθ_Ｚだけ回転駆動し、ステージ１の走り方向１０とウエハ２の中心軸９とを平行にし、その後、サンプルショットに形成したマークＳ１〜Ｓ８の位置を高倍率で計測する。したがって、第２計測では、マークＳ１〜Ｓ８によってアッベ誤差の影響が変化し、マークＳ１〜Ｓ８を求めるためにアッベ誤差で補正する必要がある。

図５（ａ）は、図４（ａ）のように、ステージ１の走り方向１０と、ウエハ２の中心軸９とが平行でない場合を示している。いま、図５（ｃ）のように、回転ずれが無かった場合のマークのＸ、Ｙ座標を（Ｘ_０，Ｙ_０）とし、極座標を（ｒ，θ）とし、ステージ１に対してウエハ２がΔθだけ回転ずれがある状態のマークのＸ、Ｙ座標を（Ｘ，Ｙ）とする。そうすると、Ｘ、Ｙは、Ｘ_０、Ｙ_０、Δθを用いて以下のように表すことができる。
Ｘ＝ｒｃｏｓ（θ＋Δθ）＝ｒｃｏｓθｃｏｓΔθ−ｒｓｉｎθｓｉｎΔθ＝Ｘ_０ｃｏｓΔθ−Ｙ_０ｓｉｎΔθ
Ｙ＝ｒｓｉｎ（θ＋Δθ）＝ｒｓｉｎθｃｏｓΔθ＋ｒｃｏｓθｓｉｎΔθ＝Ｙ_０ｃｏｓΔθ＋Ｘ_０ｓｉｎΔθ
すなわち、ステージ１に対してウエハ２がΔθだけ回転ずれがあることによって、マークのＸ、Ｙ座標は、以下の示すΔＸ、ΔＹだけシフトずれする。
ΔＸ＝Ｘ−Ｘ_０＝Ｘ_０（１−ｃｏｓΔθ）−Ｙ_０ｓｉｎΔθ
ΔＹ＝Ｙ−Ｙ_０＝Ｙ_０（１−ｃｏｓΔθ）＋Ｘ_０ｓｉｎΔθ
したがって、ウエハ２がステージ１に対してΔθだけ回転ずれしていても、図５（ｂ）のようにマークがΔＸ、ΔＹの分だけシフトずれしていると推定してステージ１を回転させずにシフト移動すれば、マークを第２計測の高倍率の観察視野内に入れうる。図５の（ｂ）に示される第１実施形態の第２計測では、ステージ１の走り方向１０は計測器の検出光の光軸方向と直交する。したがって、第１実施形態の第２計測では、アッベ誤差の影響がウエハ２の回転ずれ量に左右されることなく高倍率のアライメント計測を行うことができる。

図６、図７は、ウエハ２がステージ１に対してＺ軸周りに回転ずれを有している場合の、従来技術および第１実施形態の露光方法をそれぞれ示している。図７に示されるように、第１実施形態の露光方法では、制御部Ｃは、Ｓ１で、ウエハ２をメカプリアライメントステージでウエハ２のノッチやオリエンテーションフラットの位置の検出するメカプリアライメント計測を行う。Ｓ２で、制御部Ｃは、Ｓ１のメカプリアライメント計測の結果に基づいて、ウエハ２をステージ１上に配置する。Ｓ３で、制御部Ｃは、スコープ３を用いてマークＳａ、Ｓｂの位置を低倍率で観察し、ウエハ２のステージ１に対するＺ軸周りの回転ずれθ_Ｚを計測する。Ｓ４で、制御部Ｃは、Ｓ３で計測した回転ずれ量に対応するマークＳ１〜Ｓ８それぞれのＸ方向、Ｙ方向のシフトずれ量を算出する。Ｓ５で、制御部Ｃは、ウエハ２における各マークの位置とＳ４で算出された各マークのシフトずれ量に基づいてステージ１をシフト移動して各マークをスコープ３の高倍率の観察視野内にいれる。ステージ１の移動後に、制御部Ｃは、スコープ３により各マークの位置を高精度に計測する。Ｓ６で、制御部Ｃは、Ｓ５の計測結果に基づいてステージ１を位置決めしながら各ショット領域に露光処理を行う。従来の露光方法では、ウエハ２がステージ１に対してＺ軸周りに回転ずれを有している場合に、Ｓ４’で、制御部Ｃは、Ｓ３で計測した回転ずれ量だけステージ１を回転駆動し、その状態で第２計測を行っていた。

〔第２実施形態〕
図８〜１０の（ａ）は、事前に低倍率でウエハ２表面のＹ軸（第１軸）周りの回転θ_Ｙを計測する計測（第１計測）の様子を示している。ここでは、Ｙ軸周りの回転θ_Ｙを計測する場合について説明するがＸ軸周りの回転θ_Ｘを計測する場合についても同様である。ウエハ２表面のＸ軸、Ｙ軸周りの回転θ_Ｘ、θ_Ｙは、ウエハ２表面のチルトと呼ばれる。図８〜１０の（ｂ）は、第１計測の後、ウエハ２表面のＹ軸周りの回転を計測した後、露光処理時に使用するショット領域の位置を取得するための高倍率のアライメント計測（第２計測）を行う様子を示している。第２計測では、観察視野が狭い高倍率でマークを観察する。第２計測では、マークの位置を高精度に計測するため、スコープ３からの検出光をマークのＺ軸（第２軸）方向における位置に合焦させる必要がある。したがって、図８に示されるように、ウエハ２表面のチルトがない場合には、第１計測の後第２計測を行う前にステージ１をＹ軸周りに回転駆動（チルト駆動）する必要はない。

しかし、図９に示されるように、第１計測でウエハ２表面のチルトが計測された場合に、従来の露光方法では、第２計測を行う前に、第１計測で計測されたチルト量だけステージ１をＹ軸周りにチルト駆動して、ウエハ２表面のＺ位置を揃える必要があった。そうすると、干渉計７からの検査光が入射するステージ１に設けられたバーミラーの側面は、検査光の光軸と垂直でなくなり、アッベ誤差の影響がステージ１のチルト駆動量に左右されることになる。そこで、第２実施形態では、第２計測の計測対象である各マークについて、図１０に示されるように、第１計測で計測したウエハ２表面のチルト量に対応するＺ方向のシフトずれ量を求める。そして、第２実施形態では、第１計測の後ステージ１をチルト駆動することなく、各マークのＺ方向のシフトずれ量に基づいてステージ１をＺ方向にシフト駆動して各マークをスコープ３の合焦位置に位置決めしながら、各マークの位置を高精度に計測する。

図１１、図１２は、ウエハ２表面がチルトずれを有している場合の、従来技術および第２実施形態の露光方法をそれぞれ示している。図１２に示されるように、第２実施形態の露光方法では、制御部Ｃは、Ｓ２で、ウエハ２をステージ１上に配置する。第１実施形態のように、Ｓ２の前に、メカプリアライメント計測を行うことができる。Ｓ１３で、制御部Ｃは、ウエハ２表面のＸ軸周り、Ｙ軸周りの回転ずれ（チルト）を計測する。Ｓ１４で、制御部Ｃは、Ｓ１３で計測したチルト量に対応するマークＳ１〜Ｓ８それぞれのＺ方向のシフトずれ量を算出する。Ｓ５で、制御部Ｃは、ウエハ２における各マークのＸ、Ｙ位置とＳ１４で算出された各マークのＺ方向のシフトずれ量に基づいてステージ１をシフト駆動して各マークをスコープ３の観察視野内の合焦位置にいれて、各マークの位置を高精度に計測する。Ｓ６で、制御部Ｃは、Ｓ５の計測結果に基づいてステージ１を位置決めしながら各ショット領域に露光処理を行う。従来の露光方法では、ウエハ２表面がチルトを有している場合に、Ｓ１４’で、制御部Ｃは、Ｓ１３で計測したチルト量だけステージ１をチルト駆動し、その状態で第２計測を行っていた。

［物品製造方法］
物品としてのデバイス（半導体集積回路デバイス、液晶表示デバイス、ＭＥＭＳ等）の製造方法は、前述した露光装置を用いて基板（ウエハ、ガラスプレート、フィルム状基板等）にパターンを転写（形成）するステップを含む。さらに、該製造方法は、パターンを転写された前記基板をエッチングするステップを含みうる。なお、パターンドメディア（記録媒体）や光学素子などの他の物品を製造する場合には、該製造方法は、エッチングステップの代わりに、パターンを転写された前記基板を加工する他の加工ステップを含みうる。

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。

１：ステージ。２：ウエハ（基板）。３：スコープ。６：光源。７：干渉計（計測器）。８：バーミラー。Ｃ：制御部。

Claims

基板の上に投影光学系を介して光を照射してパターンを形成するリソグラフィ装置であって、
前記基板を保持して移動可能なステージと、
光を照射して、前記基板に形成されたマークの位置を計測するスコープと、
前記スコープにより計測された前記マークの位置に基づいて前記パターンの形成を行うように前記ステージの移動を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記スコープにより、前記投影光学系の光軸に沿う第１方向における、前記基板に形成された第１マークの位置である第１位置を計測する第１計測を行い、
前記計測された第１位置に基づいて、前記第１方向に垂直な平面内において互いに直交するＸ軸およびＹ軸の少なくともいずれかの軸である第１軸の軸周りに関する前記基板の前記ステージに対する回転ずれの量を算出し、
前記算出された回転ずれの量に基づいて、前記第１方向における、前記基板に形成された第２マークの位置である第２位置を推定し、
前記推定された第２位置に基づいて、前記ステージを、前記Ｘ軸の周りおよび前記Ｙ軸の周りに回転させることなく前記第１方向に移動させた後に、前記スコープにより、前記第１方向における前記第２マークの位置である第３位置を計測する第２計測を行う
ことを特徴とするリソグラフィ装置。
前記基板には前記第１マークが複数形成されており、
前記制御部は、前記第１計測において、前記複数の第１マークそれぞれの位置を計測することにより前記第１位置を複数得ることを特徴とする請求項１に記載のリソグラフィ装置。
前記制御部は、前記スコープにより第１倍率で前記第１計測を行い、前記スコープにより前記第１倍率より高い第２倍率で前記第２計測を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のリソグラフィ装置。
前記Ｘ軸または前記Ｙ軸の方向における前記ステージの位置を計測する計測器をさらに備え、前記制御部は、前記スコープにより計測された前記マークの位置および前記計測器により計測された前記ステージの位置に基づいて前記ステージを移動して前記パターンを形成することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のリソグラフィ装置。
前記ステージは、バーミラーを含み、前記計測器は、前記バーミラーの面の位置を計測する干渉計を含むことを特徴とする請求項４に記載のリソグラフィ装置。
ステージに保持された基板の上に投影光学系を介して光を照射してパターンを形成するリソグラフィ方法であって、
スコープにより光を照射して、前記投影光学系の光軸に沿う第１方向における、前記基板に形成された第１マークの位置である第１位置を計測する第１計測工程と、
前記第１計測工程で計測された前記第１位置に基づいて、前記第１方向に垂直な平面内において互いに直交するＸ軸およびＹ軸の少なくともいずれかの軸である第１軸の軸周りに関する前記基板の前記ステージに対する回転ずれの量を算出する算出工程と、
前記算出工程で算出された前記回転ずれの量に基づいて、前記第１方向における、前記基板に形成された第２マークの位置である第２位置を推定する推定工程と、
前記推定工程で推定された前記第２位置に基づいて、前記ステージを、前記Ｘ軸の周りおよび前記Ｙ軸の周りに回転させることなく前記第１方向に移動させた後に、前記スコープにより、前記第１方向における前記第２マークの位置である第３位置を計測する第２計測工程と、
前記第２計測工程で計測された前記第３位置に基づいて前記ステージを移動させた後に前記パターンを形成する形成工程と、
を含むことを特徴とするリソグラフィ方法。
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のリソグラフィ装置を用いて基板にパターンを形成する工程と、
前記パターンが形成された前記基板を加工する工程と、
を含み、前記加工された基板から物品を製造することを特徴とする物品製造方法。