JP2004356290A

JP2004356290A - 露光装置及び露光方法

Info

Publication number: JP2004356290A
Application number: JP2003150921A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Ota; 和哉太田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2003-05-28
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】原版（レチクル）のパターン形成面の平坦度を高精度で制御できる露光装置及び露光方法を提供する。
【解決手段】レチクルステージ３には、レチクル（原版）を保持するチャック３３と基準平面部材４３が備えられている。基準平面部材３３の表面の平坦度は予め準備されている。最初に、原版表面の高さを検出する複数のセンサを用いて、基準平面部材３３の表面の平坦度を計測し、計測した結果に、基準平面部材３３の平坦度に応じた修正を加えて複数のセンサのキャリブレーションを行う。そして、キャリブレーションした複数のセンサによって計測した原版表面の平坦度に応じて原版表面の高さを制御しながら露光する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＥＵＶ光（ＥｘｔｒｅｍｅＵｌｔｒａＶｉｏｌｅｔ光、極端紫外光）や紫外光レーザ、荷電粒子線等のエネルギ線を用いる露光装置及び露光方法に関する。特には、パターンが形成された原版の平坦度を高精度で制御できる露光装置及び露光方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
ＥＵＶ露光装置を例にとって説明する。
ＥＵＶ露光装置は、通常４〜８枚の反射ミラーで構成される反射縮小投影光学系を備える。また、パターンが形成される原版（レチクル）も、反射式のものが用いられる。円弧状に成形された照明光は、レチクルに対して斜めから照射される。これは、ＥＵＶ光の波長（１３ｎｍ程度）において、有効なビームスプリッタやハーフミラーが存在しないため、照明光と反射光の光路を変えるには光軸を斜めにするしかないからである。
【０００３】
反射式のレチクルを使用した場合、レチクル表面に光軸方向（高さ方向）の変位（上がり下がり、傾き）があると、ウェハ上に投影されるパターンに横ずれが生じ、その結果パターン像の倍率や位置が変化してしまう。このため、反射式のレチクルのパターン形成面は、できる限り平坦に保つ必要があり、光軸方向の変位を、例えば数十ｎｍ内の高精度に制御する必要がある。
【０００４】
そのためには、レチクルのパターン形成面の高さを最低でも２点で測定する必要がある。２点で計測することにより、パターン形成面の傾きを求めることができるからである。ところで、レチクル上の露光領域は、長手方向の長さが少なくとも１００ｍｍ以上であるため、ウェハの高さ測定に使用されるセンサ（ＡＦセンサ）と同様のセンサを用いてレチクルのパターン形成面の高さを計測する場合は複数のセンサが必要になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、複数のセンサを用いると、センサ間のゼロ点ドリフトによる計測誤差が問題となる。
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、原版（レチクル）のパターン形成面の平坦度を高精度で制御できる露光装置及び露光方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するため、本発明の露光装置は、原版上に形成されたパターンを感応基板上に転写する露光装置であって、前記原版表面の高さを検出する複数のセンサと、予め平坦度が分かっている前記複数のセンサで同時高さ検出可能な基準平面部材と、を具備することを特徴とする。
予め平坦度が分かっている基準平面部材の高さを複数のセンサで検出して、センサ間のキャリブレーションを行う。これにより、複数のセンサを用いた場合に発生するセンサ間のドリフトを校正することができる。そして、キャリブレーション済みのセンサで原版（レチクル）の平坦度を計測するため、計測結果の精度が向上する。
【０００７】
本発明においては、前記原版を保持するチャックに前記基準平面部材が一体化されていることとすれば、チャックと基準平面部材とをレチクルステージに保持する機構を共通化できるため、レチクルステージを小型化できるとともに、レチクルステージのストロークを短くできる。
【０００８】
本発明においては、さらに、前記基準平面部材に、前記パターン像の平面位置を検出するための基準マークが形成されており、前記パターンが投影される位置に、前記基準マークの空間像を検出するセンサが設けられていることとすれば、投影光学系の倍率やディストーションも同時にモニタできる。
【０００９】
本発明の露光方法は、原版上に形成されたパターンを感応基板上に転写する露光方法であって、前記原版表面の高さを検出する複数のセンサを用いて、予め平坦度が分かっている基準平面部の平坦度を計測し、計測した結果に、前記基準平面部の平坦度に応じた修正を加えて前記複数のセンサのキャリブレーションを行い、キャリブレーションした前記複数のセンサによって計測した前記原版表面の平坦度に応じて前記原版表面の高さを制御しながら露光することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。
まず、ＥＵＶ露光装置の一例について説明する。
図３は、本発明の実施の形態に係るＥＵＶ露光装置（４枚投影系）の構成を概略的に示す図である。
ＥＵＶ露光装置は、光源を含む照明系ＩＬを備えている。照明系ＩＬから放射されたＥＵＶ光（一般に５〜２０ｎｍの波長の光が用いられ、具体的には、１３．５ｎｍの波長の光が使用される）は、折り返しミラー１で反射してレチクル２に照射される。
【００１１】
レチクル２は、パターン形成面を重力方向下側に向けた状態で、レチクルステージ３に吸着保持されている。レチクルステージ３の構成については後述する。このレチクルステージ３は、走査方向（Ｙ方向）に１００ｍｍ以上のストロークをもち、この走査方向と直交する方向（Ｘ方向）に微小ストロークをもち、光軸方向（Ｚ方向）にも微小ストロークをもっている。ＸＹ方向の位置は、図示せぬレーザ干渉計によって高精度にモニタされ、Ｚ方向位置はレチクルフォーカス送光系４とレチクルフォーカス受光系５からなるレチクルフォーカスセンサでモニタされている。
【００１２】
なお、図３には、レチクルフォーカスセンサは１つしか描かれていないが、実際は、複数（この例では５個）のレチクルフォーカスセンサが配置されている。これらのセンサは、円弧状の露光領域内のできるだけ広い範囲にスポットが当たるように配置されている。
【００１３】
レチクル２で反射したＥＵＶ光は、図中下側の光学鏡筒１４内に入射する。このＥＵＶ光は、レチクル２に描かれた回路パターンの情報を含んでいる。レチクル２には、ＥＵＶ光を反射する多層膜（例えば、Ｍｏ／ＳｉやＭｏ／Ｂｅ）が成膜されており、この多層膜上に吸着層（例えばＮｉやＡｌ）の有無でパターニングされている。
【００１４】
光学鏡筒１４内に入射したＥＵＶ光は、第１ミラー６で反射した後、第２ミラー７、第３ミラー８、第４ミラー９で順次反射し、最終的にはウェハ１０に対して垂直に入射する。これらのミラー等からなる投影光学系の縮小倍率は、例えば１／４や１／５である。この図では、ミラーは４枚であるが、Ｎ．Ａ．をより大きくするためには、ミラーを６枚あるいは８枚にすると効果的である。鏡筒１４の近傍には、アライメント用のオフアクシス顕微鏡１５が配置されている。
【００１５】
ウェハ１０は、ウェハステージ１１上に載置されている。ウェハステージ１１は、光軸と直交する面内（ＸＹ平面）で移動することができ、移動ストロークは例えば３００〜４００ｍｍである。ウェハステージ１１は、光軸方向にも微小のストロークで上下移動でき、光軸方向位置（Ｚ方向位置）はウェハオートフォーカス送光系１２とウェハオートフォーカス受光系１３からなるウェハオートフォーカスセンサでモニタされている。ウェハステージ１１のＸＹ方向位置は、図示せぬレーザ干渉計によって高精度でモニタされている。露光動作において、レチクルステージ３とウェハステージ１１は、投影光学系の縮小倍率と同じ速度比、すなわち、４：１あるいは５：１で同期走査する。
【００１６】
次に、レチクルステージ３の構成を説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る露光装置のレチクルステージの平面図である。
レチクルステージ３には、チャック保持用の保持部３１と、基準平面板保持用の保持部４１が開けられている。基準平面板保持部４１と、チャック保持部３１はスキャン方向（Ｙ方向）に並んで配置されている。
【００１７】
チャック３３は、チャック保持部３１に、３ヶ所で板バネなどの固定部材３５によって支持されている。基準平面板４３は、基準平面板保持部４１に、３ヶ所で固定部材４５によって支持されている。チャック３３及び基準平面板４３を３ヶ所で保持することにより、チャック３３や基準平面板４３の保持変形を少なくし、また保持変形に再現性を与えることができる。
【００１８】
基準平面板４３は、熱による線膨張係数の小さい、低膨張ガラスや低膨張セラミックスで作製される。基準平面板４３の表面は、チャック３３と同程度の平面度をもち、予め平坦度マップが準備されている。同板４３の表面には、レチクルフォーカスセンサのＡＦ光を反射する物質がコーティングされている。なお、レチクルフォーカスセンサが静電容量式の場合は、このコーティングは必要でない。
【００１９】
次に、基準平面板４３を用いたレチクルのパターン面の測定方法を説明する。
まず、レチクルステージ３をＹ方向に移動して、基準平面板４３の表面を露光位置に移動させる。図１において、基準平面板４３上の斜線でハッチングされているのが、円弧状の照明光束ＩＢである。この照明光束ＩＢは、露光装置の投影光学系の光軸に対しては固定されているが、レチクルステージ３のＹ方向移動に応じてレチクルステージ３上でＹ方向に走査される。照明光束ＩＢの当たっている領域内に示されている５つの点Ｐが、５個のレチクルフォーカスセンサのセンシングスポットを示す。図１から分かるように、スポットＰは、同領域内の中央に１つ、両端付近に１つずつ、中央と両端の間に１つずつ当たっている。
【００２０】
このような状態で、基準平面板４３の表面を各レチクルオートフォーカスセンサで計測する。そして、計測結果と前述の基準平面板４３の平坦度マップを参照して、センサ間の相対位置キャリブレーションを行う。
【００２１】
次に、レチクルステージ３をＹ方向に移動して、レチクル２のパターン面を露光位置に移動させる。その後、レチクルステージ３を移動してレチクル２のパターン面をスキャン露光する。露光中に、レチクルオートフォーカスセンサによってレチクル２のパターン面の高さを計測する。検出された値は制御部に送られて、必要であれば、レチクルステージ３をＺ方向に移動して、レチクルのＺ方向高さを制御する。この際、上述のように、各センサはキャリブレーション済みであり、センサ間の点ドリフトが校正されているため、レチクルのＺ方向位置を高精度で計測することができる。
【００２２】
図２は、基準平面板の他の例を説明する図であり、図２（Ａ）は平面図、図２（Ｂ）は側面図である。
この例の基準平面板は、レチクルチャック５０に一体化されている。チャック５０には、図２（Ｂ）に示すように、レチクル吸着領域５１と、基準平面領域５３とが形成されている。チャック５０は、レチクルステージ３´のチャック保持部３１´に、３ヶ所で固定部材３５によって支持されている。
【００２３】
レチクル吸着領域５１と基準平面領域５３との間は、溝５５で区切られている。レチクル吸着領域５１には、一般的なチャックと同様に、例えば静電式のレチクル吸着機構が設けられている。基準平面領域５３は、上述の例と同様に、チャックと同程度の平面度をもち、予め平坦度マップが準備されている。
なお、レチクル吸着領域５１と基準平面領域５３は、一つの部材を加工して作製することができる。また、別々に加工されたものを接着などによって一体化してもよい。この場合は、両者は同じ材質であることが望ましい。
【００２４】
レチクルチャックや基準平面板（基準平面領域）は、保持変形に注意してレチクルステージに支持する必要がある。そのためには、チャックや基準平面板をステージに保持する機構が複雑になり、レチクルチャックと基準平面板とを別々にレチクルステージに配置した場合、このような保持機構の寸法の分だけ両者の間隔が広くなることが予想される。しかし、この例においては、チャック５１と基準平面板（基準平面領域）５３とを共通の保持機構（固定部材）３５でレチクルステージ３´に支持しているため、チャックと基準平面板との間隔を狭くすることができる。したがって、オートフォーカスセンサで両者のＺ方向高さを計測する際に、レチクルステージ３´のストロークを短くすることができる。このため、露光装置内のスペース効率を上げることができる。
【００２５】
次に、本発明の他の実施の形態に係る露光装置のレチクルステージ付近の構成を説明する。この例は、レチクルステージの下方の空間内に複数のレチクルオートフォーカスセンサを配置できない場合を示す。
図４は、本発明の他の実施の形態に係る露光装置のレチクルステージ付近の構成を示す図である。レチクルステージ３としては、図１や図２に示すレチクルステージを使用する。図中には、左右の２ヶ所にレチクルステージ３が示されているが、左の二点鎖線で示す位置を露光位置、右の実線で示す位置をキャリブレーション位置とする。左の露光位置において、レチクル２の下方に複数のレチクルオートフォーカスセンサが配置できない場合、レチクルステージ３を露光位置からＹ方向（図の右方向）に移動させたキャリブレーション位置に、複数のＺ方向センサ６１を配置する。このセンサ６１としては、干渉計を使用できる。センサとしては、他に、オートフォーカスセンサや静電容量センサを使用できる。
【００２６】
この例においては、まず、レチクルステージ３をＹ方向に移動してＺ方向計測位置に位置させ、上述の例と同様に、センサ６１を用いて基準平面領域４３のＺ方向位置を計測してセンサ間のキャリブレーションを行う。その後、レチクル２のパターン形成面のＺ方向位置を、キャリブレーション済みのセンサ６１を用いて計測する。そして、露光時には、事前に計測されたレチクル２のパターン形成面の平坦度（フラットネスプロファイル）を用いてレチクル２のＺ方向変位を制御する。
【００２７】
この方法においては、レチクルステージ３の下方の狭いスペースに複数のＺ方向センサを配置する必要がない。また、レチクル２の下面（パターン形成面）に近接して視野スリットが配置される場合も、斜め入射のオートフォーカスセンサを配置しづらいため、有効である。
【００２８】
上述の例では、基準平面板を使用してＺ方向高さを計測したが、同板を使用してＸＹ位置の計測を行い、倍率やディストーションの評価を行うこともできる。
図５、図６は、本発明の他の実施の形態に係る露光装置のレチクルステージの構成を示す平面図である。
図５のレチクルステージ３は、図１のレチクルステージと同様の構成を有するが、基準平面板７３の表面に多数の基準マークＭが設けられている。
図６のレチクルステージ３´は、図２のレチクルステージと同様の構成を有するが、チャック８０にレチクルチャック領域５１と、多数の基準マークＭが設けられた基準平面領域８３とが形成されている。
基準マークＭは、基準平面板７３及び基準平面領域８３の円弧状の照明光ビームＩＢの形状に対応した領域Ｒ内のできるだけ広い範囲内に配置されている。この例では、領域Ｒ内を、Ｘ方向の端から端まで、上下２段に渡って配置されている。
【００２９】
これらの基準マークＭは、露光装置の露光光で検出される。このため、基準平面板７３の表面及び基準平面領域８３は、上述の例と同様にチャック面と同等の平面度をもち、かつ、基準マークＭを反射する構成を有する。基準マークＭを反射するために、基準平面板７３の表面と基準平面領域８３には、レチクルと同様の多層膜が成膜されている。そして、基準マークＭとなる＋状の部分以外の部分に吸収膜が成膜されて、＋状の基準マークの部分は、多層膜が露出している。露光光が基準マークに照射されると、マークの部分で露光光が反射する。
なお、このように、基準マークとして基準平面板や基準平面領域に膜厚が異なる部分を形成しても、Ｚ方向高さ計測に使用されるオートフォーカスセンサの空間分解能はこの基準マークの線幅に比べて格段に大きいので、膜厚の差はＺ方向高さ計測結果には影響しない。
【００３０】
露光光で照射された基準マークＭの像は、ウェハステージ１１上の空間像センサ１７（図３参照）で検出される。空間像センサ１７は、例えば、ウェハステージ１１上に形成されたスリットと、同スリット１１の下流に配置されたフォトディテクタ等で構成される。
なお、このような、レチクル上の基準マークを用いて投影光学系の倍率やディストーションを評価する方法は、例えば、特開平８−７８３１３号公報、特開平１１−２１９９００号公報等に記されている。
【００３１】
この例では、基準平面板７３や基準平面領域８３に基準マークを設けることにより、レチクル面の平坦度だけでなく、投影光学系の倍率やディストーションの経時変化などをモニタすることができる。
【００３２】
また、上述の例では複数のオートフォーカスセンサを用いたが、このようなセンサの代わりに、面形状を計測する干渉計（例えば、Ｚｙｇｏ社等により製品化されているもの）を用いてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、基準平面部材を用いて複数の高さセンサのキャリブレーションを行った後、レチクルのパターン形成面の高さを計測するため、精度の高い計測結果を得ることができる。したがって、露光時のレチクル面の高さ制御を高精度で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る露光装置のレチクルステージの平面図である。
【図２】基準平面板の他の例を説明する図であり、図２（Ａ）は平面図、図２（Ｂ）は側面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るＥＵＶ露光装置（４枚投影系）の構成を概略的に示す図である。
【図４】本発明の他の実施の形態に係る露光装置のレチクルステージ付近の構成を示す図である。
【図５】本発明の他の実施の形態に係る露光装置のレチクルステージの構成を示す平面図である。
【図６】図６は、本発明の他の実施の形態に係る露光装置のレチクルステージの構成を示す平面図である。
【符号の説明】
１折り返しミラー２レチクル
３レチクルステージ４レチクルフォーカス送光系
５レチクルフォーカス受光系６第１ミラー
７第２ミラー８第３ミラー
９第４ミラー１０ウェハ
１１ウェハステージ１２ウェハオートフォーカス送光系
１３ウェハオートフォーカス受光系１４光学鏡筒
１５オフアクシス顕微鏡１７空間像センサ
３１チャック保持部３３チャック
３５固定部材４１基準平面板保持部
４３基準平面板４５固定部材
５０チャック５１レチクル吸着領域
５３基準平面領域５５溝
６１センサ７３基準平面板
８０チャック８３基準平面領域

Claims

原版上に形成されたパターンを感応基板上に転写する露光装置であって、
前記原版表面の高さを検出する複数のセンサと、
予め平坦度が分かっている前記複数のセンサで同時高さ検出可能な基準平面部材と、
を具備することを特徴とする露光装置。
前記原版を保持するチャックに前記基準平面部材が一体化されていることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
さらに、前記基準平面部材に、前記パターン像の平面位置を検出するための基準マークが形成されており、
前記パターンが投影される位置に、前記基準マークの空間像を検出するセンサが設けられていることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
原版上に形成されたパターンを感応基板上に転写する露光方法であって、
前記原版表面の高さを検出する複数のセンサを用いて、予め平坦度が分かっている基準平面部の平坦度を計測し、
計測した結果に、前記基準平面部の平坦度に応じた修正を加えて前記複数のセンサのキャリブレーションを行い、
キャリブレーションした前記複数のセンサによって計測した前記原版表面の平坦度に応じて前記原版表面の高さを制御しながら露光することを特徴とする露光方法。