JP7041489B2 - 評価方法、決定方法、リソグラフィ装置、およびプログラム - Google Patents

評価方法、決定方法、リソグラフィ装置、およびプログラム Download PDF

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Description

本発明は、基板に形成されたマークの位置の計測条件を評価する評価方法、決定方法、リソグラフィ装置、およびプログラムに関する。
半導体デバイスなどの製造に用いられるリソグラフィ装置では、回路パターンの微細化および高密度化に伴い、基板に形成されたマークの位置の計測結果に基づいて、基板を高精度に位置決めすることが求められている。しかしながら、基板のマークの位置の計測結果には、例えば基板上に塗布されたレジストの厚さむらなど、基板の製造プロセスに起因する計測誤差(WIS(Wafer Induced Shift)と呼ばれることがある)が生じることがある。そのため、露光装置では、このような計測誤差が低減されるような計測条件で、基板のマークの位置を計測することが好ましい。特許文献1には、複数の計測条件の各々について、基板のマークからの反射光の強度分布を示すマーク信号の特徴量(非対称性やコントラストなど)と計測誤差との相関関係を生成し、当該相関関係に基づいて実計測時の計測条件を決定する方法が提案されている。
特開2008-166737号公報
基板の製造プロセスに起因する計測誤差は、基板に形成された複数のマーク間で互いに異なることがあり、当該複数のマークの各々に対し、特許文献1に記載された方法を用いて計測条件を逐次決定することは煩雑である。そのため、複数のマークに対して共通に使用することができるように、即ち、高いロバスト性を有するように計測条件を決定することが好ましく、計測条件のロバスト性を評価する方法が求められている。
そこで、本発明は、計測条件のロバスト性を評価するために有利な技術を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての評価方法は、基板に形成された、複数のライン要素で構成されたラインアンドスペースパターンを含むマークの位置の計測条件を評価する評価方法であって、前記計測条件で前記マークからの反射光を検出し、前記反射光の強度分布を示すマーク信号を取得する第1工程と、前記第1工程で取得された前記マーク信号から前記複数のライン要素の間隔に前記複数のライン要素の数を掛けた値を1周期とする低周波のノイズ成分である第1周波成分を除去することにより作成される信号に、前記第1周波成分の位相を変化させることにより作成された複数の第1擬似成分をそれぞれ合成させることにより複数の信号を生成する第2工程と、前記第2工程で生成された前記複数の信号から前記マークの位置をそれぞれ推定し、前記マークの推定位置のばらつきを前記計測条件の評価指標として求める第3工程と、を含、ことを特徴とする。
本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。
本発明によれば、例えば、計測条件のロバスト性を評価するために有利な技術を提供することができる。
露光装置の構成を示す概略図である。 計測部(スコープ)の構成を示す概略図である。 サンプルショット領域の配置の一例を示す図である。 基板に形成されたマークの一例を示す図である。 理想的なマーク信号を示す図である。 実際に取得されるマーク信号を示す図である。 計測条件の決定方法を示すフローチャートである。 マーク信号を取得する処理を示すフローチャートである。 対象候補条件の評価指標を求める処理を示すフローチャートである。 マーク信号の低周波成分を変化させて複数の評価用信号を生成する処理を説明するための図である。 マーク信号の高周波成分を変化させて複数の評価用信号を生成する処理を説明するための図である。 複数の候補条件の評価指標を示す図である。
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材ないし要素については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。また、以下の実施形態では、リソグラフィ装置として、基板を露光してマスクのパターンを基板に転写する露光装置を用いて説明するが、それに限られるものではない。例えば、モールドを用いて基板上にインプリント材のパターンを形成するインプリント装置や、荷電粒子線を基板に照射して当該基板にパターンを形成する描画装置などのリソグラフィ装置においても本発明を適用することができる。
<第1実施形態>
本発明に係る第1実施形態の露光装置10について説明する。図1は、露光装置10の構成を示す概略図である。露光装置10は、照明光学系1と、マスクステージ3と、投影光学系4と、基板ステージ6と、計測部7と、制御部8とを含みうる。制御部8は、例えばCPUやメモリ(記憶部)などを有するコンピュータを含み、露光装置10における露光処理を制御する(露光装置10の各部を制御する)。
照明光学系1は、光源(不図示)から射出された光を整形し、マスクステージ3により保持されたマスク2を照明する。投影光学系4は、所定の投影倍率を有し、照明光学系1により照明されたマスク2の回路パターンを基板5に投影する。基板ステージ6は、基板5を保持して移動可能に構成される。具体的には、基板ステージ6は、前工程で下地パターンおよびマーク12(アライメントマーク)が形成された基板5を保持するチャック6aと、チャック6aを機械的に保持して基板5をチャック6aとともに駆動する駆動部6bとを含みうる。計測部7は、基板5に形成されたマーク12からの反射光を検出するスコープ(検出部)を含み、該検出部で検出された反射光の強度分布を示すマーク信号(マーク12のイメージ信号)に基づいて当該マーク12の位置を計測する。本実施形態の計測部7は、スコープとして、投影光学系4を介さずに基板5のマーク12を検出するオフアクシススコープが用いられている。
次に、計測部7(スコープ)の具体的な構成について説明する。図2は、計測部7(スコープ)の構成を示す概略図である。光源71からの照明光は、ビームスプリッタ72で反射され、レンズ73を通って基板5のマーク12を照明する。マーク12からの反射光は、レンズ73、ビームスプリッタ72、レンズ74を通ってビームスプリッタ75で分割され、イメージセンサ76、77で受光される。イメージセンサとは撮像素子(例えばCMOSやCCD)を有するセンサである。マーク12の像は、レンズ73、74により分解能が計測精度を満たすことができる倍率で拡大され、イメージセンサ76、77の受光面に結像される。イメージセンサ76、77はそれぞれ、X方向におけるマーク12の位置の計測用、Y方向におけるマーク12の位置の計測用であり、光軸に対して90度回転して配置されている。
図3は、基板における複数のショット領域11の配置を示す図である。各ショット領域11には、X方向の位置の計測用マークと、Y方向の位置の計測用マークとが設けられうるが、それらのマークの形状は同じで角度が90度異なるだけであるため、図3ではX方向の位置の計測用マーク12のみが示されている。露光装置10では、複数のショット領域11のうち幾つかのショット領域(サンプルショット領域11a)においてマークの位置の計測を行う。そして、サンプルショット領域11aにおけるマーク12の位置の計測結果を統計処理することにより、基板5における複数のショット領域11の配列情報を得ることができる(いわゆる、グローバルアライメント)。配列情報は、目標配列からのずれ量の情報を含みうる。
図4は、基板5(各ショット領域11)に形成されたマーク12の一例を示す図である。また、図4(a)はマーク12を上(Z方向)から見た図であり、図4(b)はマーク12のXZ断面図である。マーク12は、例えば、図4に示すように、計測方向(X方向)を短辺S、非計測方向(Y方向)を長辺Tとした複数(4本)のライン要素12a~12dをX方向に等間隔に並べたラインアンドスペースパターンを含みうる。各ライン要素12a~12dは、エッチング加工などによって凹形状に形成されており、各ライン要素12a~12dの底面には、基板5の表面とは光の反射率が異なるクロムなどの材料が設けられうる。また、図4(b)に示す例では、基板5のマーク12(複数のライン要素12a~12d)の上にレジスト13が塗布されている。
図5は、図4に示すように構成されたマーク12(図5(a))からの反射光をイメージセンサ76によって検出(受光)し、検出した反射光の強度を電気信号に変換することにより得られた理想的なマーク信号14の例(図5(b))を示す。基板5のマーク12を照明すると、基板5の表面と各ライン要素12a~12dの底面との光の反射率の差により、基板5の表面と各ライン要素12a~12dとの反射光の強度に差が生じる。そのため、マーク12からの反射光の強度分布を示すマーク信号14では、図5に示すように、各ライン要素12a~12dに対応する位置に信号強度の変化部分(谷部)14a~14dが見られる。このような信号強度の変化部分14a~14dのピーク位置をそれぞれ求めれば、その各変化部分14a~14dのピーク位置に基づいてマーク12の位置(座標)を計測(算出)することができる。
しかしながら、図5に示すマーク信号14は理想的な例であり、実際には、基板5の製造プロセス(例えばレジスト13の厚さむら等)に起因して各ライン要素12a~12dからの反射光に強度差が生じうる。その結果、図6に示すように各変化部分14a~14dのピーク値に差が生じうる。図6(a)は、マーク12の断面図を示す、図6(b)は、実際に取得されうるマーク信号の例を示す。このようにマーク信号14における各変化部分14a~14dのピーク値に差が生じていると、各変化部分14a~14dのピーク位置を正確に求めることが困難となり、マーク12の位置の計測結果に誤差が生じうる。そのため、露光装置10では、このような計測誤差が低減されるような計測条件で、基板5のマーク12の位置を計測することが好ましい。また、このような計測誤差は、基板5に形成された複数のマーク12間で互いに異なりうるため、当該複数のマーク12の各々に対して共通に使用することができるように、即ち、高いロバスト性を有するように計測条件を決定することが好ましい。
[計測条件の決定方法]
以下に、本実施形態に係る計測条件の決定方法について、図7を参照しながら説明する。図7は、本実施形態に係る計測条件の決定方法を示すフローチャートである。図7に示すフローチャートの各工程は、制御部8によって行われうる。ここで、本実施形態では、計測条件を決定する処理(S12~S16)を行う処理部として制御部8が機能する例について説明するが、当該処理部は制御部8と別体で設けられてもよい。
S11では、制御部8は、不図示の基板搬送機構を制御して、基板5を基板ステージ6(チャック6a)の上に搬送する。S12では、制御部8は、基板5に形成されたマーク12の位置を計測するための計測条件に関する複数の候補条件を設定する。計測条件(候補条件)は、例えば、マーク12を計測する際の照明条件、計測するマーク12の数および配置、サンプルショット領域11aの数および配置、マーク信号14からマーク12の位置を求めるための信号処理アルゴリズムなどを含みうる。そして、S12で設定される複数の候補条件は、上記の例のうち少なくとも1つが互いに異なりうる。なお、計測条件としては上記の例に限られるものではない。
S13では、制御部8は、複数の候補条件のうちの1つ(対象候補条件)でマーク12からの反射光を計測部7に検出させ、当該反射光の強度分布を示すマーク信号14を計測部7から取得する。S14では、制御部8は、対象候補条件を評価するための評価指標を求める。S15では、制御部8は、対象候補条件を変更するか否か、即ち、評価指標を求めていない候補条件があるか否かを判定する。対象候補条件を変更すると判定した場合には、複数の候補条件のうち評価指標を求めていない候補条件を対象候補条件としてS13およびS14を行う。一方、対象候補条件を変更しないと判定した場合にはS16に進む。S16では、制御部8は、複数の候補条件の各々について求められた評価指標に基づいて、基板5のマーク12の位置を計測する際(即ち、実計測の際)に用いる計測条件を決定する。以下に、S13、S14およびS16の各工程の詳細について説明する。
[マーク信号の取得(S13)]
まず、対象候補条件でマーク信号14を取得する処理(S13)の詳細について、図8を参照しながら説明する。図8は、マーク信号を取得する処理を示すフローチャートである。
S13-1では、制御部8は、対象候補条件に設定されたサンプルショット領域11aのマーク12が計測部7のスコープの視野内に入るように、基板ステージ6を位置決めする。S13-2では、制御部8は、対象候補条件に設定された照明条件でマーク12を照明し、マーク12からの反射光を検出するように、計測部7(スコープ)を制御する。S13-3では、制御部8は、計測部7(スコープ)によって検出されたマーク12からの反射光の強度分布を示すマーク信号14を取得する。S13で得られたマーク信号14では、図6を用いて上述したように、基板5の製造プロセスに起因して各変化部分14a~14dのピーク値に差が生じうる。ピーク値の差は、各ライン要素12a~12dの間隔を周期の1/4とする低周波のノイズ成分(低周波成分15、第1周波成分)として検出され、該低周波成分15は、信号レベル、周期および位相をパラメータとする関数(例えば三角関数)によって近似することができる。また、基板5における複数のマーク12の各々で取得されたマーク信号14の低周波成分15では、波形は変わらずに、位相が変化することが知られている。
[評価指標の算出(S14)]
次に、対象候補条件を評価するための評価指標を求める処理(S14)の詳細について、図9を参照しながら説明する。図9は、対象候補条件の評価指標を求める処理を示すフローチャートである。
S14-1では、制御部8は、S13で取得したマーク信号14の低周波成分15を変化させて、対象候補条件を評価するための複数の評価用信号を生成する。例えば、制御部8は、図10に示すように、S13で取得したマーク信号14をローパスフィルタに通すことにより該マーク信号14の低周波成分15を抽出し、抽出した低周波成分15の位相を変化させた(-X方向にシフトさせた)擬似成分15a(第1擬似成分)を作成する。この擬似成分15aは、他のマークで取得されたマーク信号に含まれると推定される低周波成分を擬似的に作り出したものである。そして、作成した擬似成分15aを、低周波成分15の抽出後(除去後)のマーク信号14と合成させる(即ち、マーク信号14の低周波成分15を擬似成分15aに変更する)ことにより、図10に示すような評価用信号16を生成することができる。このような処理を、抽出した低周波成分15の位相の変化量を互いに異ならせて繰り返し行うことで複数の評価用信号が生成されうる。本実施形態では、抽出した低周波成分15の位相を変化させて複数の評価用信号を生成する例について説明したが、それに限られるものではなく、該低周波成分15の他のパラメータを変化させて複数の評価用信号を生成してもよい。また、S14-1で生成する評価用信号の数は、後述するS14-3において候補条件の評価指標として求められるマーク12の推定位置のばらつきを算出するために十分な数に設定されうる。
ここで、マーク信号14は、基板5のマーク12の検出タイミングに応じて、高周波のノイズ成分(高周波成分17、第2周波成分)が変化することがある。マーク信号14の高周波成分17とは、例えば、図11の領域Aで示される電気ノイズなどの環境ノイズ(例えばホワイトノイズ成分)を含みうる。そして、このようなマーク信号14の高周波成分17の変化によっても、マーク12の位置の計測誤差が生じてしまうことがある。そのため、制御部8は、マーク信号14の高周波成分17を変化させて複数の評価用信号を生成してもよい。
例えば、制御部8は、S13で取得したマーク信号14をハイパスフィルタに通すことにより該マーク信号14の高周波成分17を抽出し、抽出した高周波成分17を変化させた擬似成分(第2擬似成分)を作成する。当該擬似成分は、抽出した高周波成分の振幅(例えば、極小値17aおよび極大値17b)を変えない一様乱数として作成されうる。そして、作成した擬似成分を、高周波成分17の抽出後のマーク信号14と合成させる(即ち、マーク信号14の高周波成分17を擬似成分に変更する)ことにより評価用信号を生成することができる。このような処理を繰り返し行うことで複数の評価用信号が生成される。本実施形態では、マーク信号14の高周波成分に関する擬似成分を一様乱数として作成したが、それに限られるものではない。例えば、S13で取得されたマーク信号から、極小値17aと極大値17bとの間における検出点のヒストグラムを示す分布を求め、求めた分布に基づいて擬似成分を作成してもよい。
S14-2では、制御部8は、S14-1で生成した複数の評価用信号からマーク12の位置をそれぞれ推定する。つまり、制御部8は、対象候補条件に設定された信号処理アルゴリズムを用いて、S14-1で生成した複数の評価用信号の各々についてマーク12の位置を推定し、マーク12に関する複数の(評価用信号の数と同じ数の)推定位置を得る。
S14-3では、制御部8は、S14-2で得られた複数のマーク12の推定位置のばらつきを対象候補条件の評価指標として求める。本実施形態では、複数のマーク12の推定位置のばらつき(評価指標)として、標準偏差σを用いる例について説明するが、該ばらつきを表すことができれば標準偏差σ以外のものであってもよい。例えば、n個の評価用信号を用いる場合、その評価用信号から求められたマークの推定位置xの標準偏差σは、式(1)によって表わすことができ、この標準偏差σが対象候補条件の評価指標として用いられうる。式(1)において、xaveは、xの平均値である。このようにマーク12の推定位置のばらつきを評価指標とすることにより、候補条件(計測条件)のロバスト性を評価することが可能となる。
Figure 0007041489000001
[計測条件の決定(S16)]
次に、複数の候補条件の各々について求められた評価指標に基づいて、基板5のマーク12の位置を計測する際に用いる計測条件を決定する処理(S16)について説明する。S16において、制御部8は、複数の候補条件の各々のうち、例えば評価指標(標準偏差σ)が最も小さくなる候補条件を当該計測条件として決定することができる。
図12は、位置の計測が行われるマーク12の数や配置が互いに異なる複数の条件M1~M4の各々に対し、信号処理アルゴリズムAと信号処理アルゴリズムBとをそれぞれ用いた計8種類の候補条件の評価指標(標準偏差σ)を示す図である。図12(a)は、上述した本実施形態の方法を用いて各候補条件の評価指標(標準偏差σ)を求めた例である。一方、図12(b)は、各候補条件で実際にマスク2の回路パターンを基板上に実際に転写した結果から各候補条件の評価指標を求める従来の例である。具体的には、図12(b)は、各候補条件で計測されたマーク12の位置に基づいたアライメントを行ってマスク2の回路パターンを基板上に実際に転写し、転写パターンと下地パターンとの重ね合わせ誤差の計測値のばらつきを評価指標として求めたものである。
本実施形態の方法では、図12(a)に示すように、8種類の候補条件のうち、条件M4と信号処理アルゴリズムAとを組み合わせた候補条件のときに標準偏差σが最も小さくなることが分かる。このような各候補条件の標準偏差σの傾向は、図12(b)に示すように重ね合わせ誤差を実際に計測した結果から得られた傾向と同様となる。つまり、本実施形態の方法では、上述したようにマーク信号14に基づいて複数の評価用信号を生成して各候補条件を評価するだけで、重ね合わせ誤差の計測を行わなくてよいため、計測条件を迅速に且つ容易に決定することができる。
<第2実施形態>
本発明に係る第2実施形態について説明する。第2実施形態は、第1実施形態と比較して、図9のフローチャートのS14-1の工程が異なる。第1実施形態では、S14-1の工程において、S13で取得したマーク信号14に基づいて複数の評価用信号を生成した。一方、第2実施形態では、S13で取得したマーク信号14ではなく、事前に取得したマーク信号に基づいて生成された複数の評価用信号が用いられうる。
具体的には、事前に取得されたマーク信号の低周波成分を上述の方法のように変化させることにより複数の評価用信号を生成する。このように生成された複数の評価用信号は、露光装置10に設けられたコンソール9を介して入力される。この場合、制御部8は、S14-1において、コンソール9を介して入力された複数の評価用信号を取得することとなる。また、マーク信号の高周波成分についても同様である。高周波成分の場合、マーク信号から取得することに限られず、基板5の表面からの反射光を検出して得られた信号(変化部分14a~14dのない信号)から取得してもよい。ここで、複数の評価用信号の生成は、露光装置10の制御部8によって行われてもよいし、装置の外部コンピュータ等で行われてもよい。
<物品の製造方法の実施形態>
本発明の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、上記の方法を用いて基板にパターンを形成する工程と、かかる工程でパターンを形成された基板を加工する工程とを含む。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。
<その他の実施例>
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。
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ないことはいうまでもなく、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: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:計測部、8:制御部、9:コンソール、10:露光装置

Claims (10)

  1. 基板に形成された、複数のライン要素で構成されたラインアンドスペースパターンを含むマークの位置の計測条件を評価する評価方法であって、
    前記計測条件で前記マークからの反射光を検出し、前記反射光の強度分布を示すマーク信号を取得する第1工程と、
    前記第1工程で取得された前記マーク信号から前記複数のライン要素の間隔に前記複数のライン要素の数を掛けた値を1周期とする低周波のノイズ成分である第1周波成分を除去することにより作成される信号に、前記第1周波成分の位相を変化させることにより作成された複数の第1擬似成分をそれぞれ合成させることにより複数の信号を生成する第2工程と、
    前記第2工程で生成された前記複数の信号から前記マークの位置をそれぞれ推定し、前記マークの推定位置のばらつきを前記計測条件の評価指標として求める第3工程と、
    を含、ことを特徴とする評価方法。
  2. 前記第1周波成分は、ローパスフィルタによって前記マーク信号から抽出された低周波成分である、ことを特徴とする請求項1に記載の評価方法。
  3. 記第1周波成分は、前記複数のライン要素の各々からの反射光の強度差に起因して生じるノイズ成分である、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の評価方法。
  4. 基板に形成されたマークの位置の計測条件を評価する評価方法であって、
    前記計測条件で前記マークからの反射光を検出し、前記反射光の強度分布を示すマーク信号を取得する第1工程と、
    記マーク信号から高周波のホワイトノイズ成分である第2周波成分を除去することにより作成される信号に、前記第2周波成分の振幅と同じになるように一様乱数として作成された複数の第2擬似成分それぞれを合成させることにより数の信号を生成する第2工程と
    前記第2工程で生成された前記複数の信号から前記マークの位置をそれぞれ推定し、前記マークの推定位置のばらつきを前記計測条件の評価指標として求める第3工程と、
    を含む、ことを特徴とする価方法。
  5. 前記第2周波成分は、ハイパスフィルタによって前記マーク信号から抽出された高周波成分である、ことを特徴とする請求項に記載の評価方法。
  6. 前記第2周波成分は、前記マーク信号から抽出されたホワイトノイズ成分である、ことを特徴とする請求項又はに記載の評価方法。
  7. 基板に形成されたマークの位置の計測条件を決定する決定方法であって、
    前記計測条件についての複数の候補条件を設定する工程と
    前記複数の候補条件の各々について、請求項1乃至のいずれか1項に記載の評価方法により前記評価指標を求める工程と、
    前記複数の候補条件の各々について求められた前記評価指標に基づいて、前記計測条件を決定する工程と、
    を含むことを特徴とする決定方法。
  8. 基板にパターンを形成するリソグラフィ装置であって、
    前記基板に形成されたマークの位置を計測する計測部と、
    請求項に記載の決定方法により、前記計測部による前記マークの位置の計測条件を決定する処理部と、
    を含むことを特徴とするリソグラフィ装置。
  9. 請求項1乃至のいずれか1項に記載の評価方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。
  10. 請求項に記載の決定方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。
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