JP2017072678A - 露光装置、露光方法、及び物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】線幅均一性の点で有利な露光装置を提供する。【解決手段】原版Ｍに露光光を照射する照明光学系ＩＬと、原版Ｍのパターンを基板Ｐに投影する投影光学系ＰＯとを備え、基板Ｐと原版Ｍとを移動させながら、基板Ｐを走査露光する露光装置であって、マークに計測光を照射する計測光源１３と、投影光学系ＰＯを介してマークの投影像を受光する受光部１５と、受光部１５で受光された該投影像からマークの位置情報を算出し、算出された位置情報に基づいた補正を行う補正手段４２を制御する制御部５１と、を有し、マークは、原版Ｍを照明する露光光の光路外に配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、露光装置、露光方法、及び物品の製造方法に関する。

半導体デバイス等の製造工程の１つであるリソグラフィ工程において、投影光学系を介して基板上の露光領域に原版のパターンを転写する露光装置が使用されている。上記デバイス等の微細化に伴い、露光装置が転写するパターンの線幅均一性の向上が求められている。線幅均一性は、投影光学系の結像性能の変化により低下しうる。投影光学系の結像性能の変化は、投影光学系に含まれる光学部品の振動により起こりうる。特許文献１の露光装置は、投影光学系を含む各部の振動をセンサで検知し、検知した振動に基づいて、投影光学系に含まれる光学素子を振動させることで線幅の変化量を抑えている。特許文献２の露光装置は、投影光学系に含まれる光学部材の姿勢変動を測定し、測定結果に基づいて、原版や基板を移動させることで姿勢変動による転写位置のずれを補正している。

特開２０１０−２８３０８９号公報 特開２００１−１８５４７８号公報

上記各特許文献の露光装置により線幅均一性をさらに向上させるためには、装置に含まれる光学部品に取り付けるセンサの数、種類を増やすことが必要となるが、これはコストの問題等から現実的ではない。また、いずれの露光装置も、露光領域に転写されたパターンの線幅の変化量を直接求めておらず、検知した振動量等に基づく計算により間接的に求めているため、計算過程において誤差が生じうる。

本発明は、例えば、線幅均一性の点で有利な露光装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、原版に露光光を照射する照明光学系と、原版のパターンを基板に投影する投影光学系とを備え、基板と原版とを移動させながら、基板を走査露光する露光装置であって、マークに計測光を照射する計測光源と、投影光学系を介してマークの投影像を受光する受光部と、受光部で受光された該投影像からマークの位置情報を算出し、算出された位置情報に基づいた補正を行う補正手段を制御する制御部と、を有し、マークは、原版を照明する露光光の光路外に配置されている、ことを特徴とする。

本発明によれば、線幅均一性の点で有利な露光装置を提供することができる。

第１実施形態に係る走査型投影露光装置の構成を示す概略図である。 原版保持部近傍の俯瞰図である。 原版保持部近傍の断面図である。 基板保持部近傍を示す図である 基板保持部近傍を示す図である。 第２実施形態に係る走査型投影露光装置の構成を示す概略図である。 原版保持部近傍の俯瞰図である。 原版保持部近傍の断面図である。 基板保持部近傍を示す図である。

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。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る走査型露光装置ＥＥの構成を示す概略図である。走査型露光装置ＥＥは、原版Ｍを照明する照明系ＩＬ、原版Ｍを保持する原版保持部ＭＳＴ、平板ガラス４１を含む投影光学系ＰＯ、基板Ｐを保持する基板保持部ＰＳＴ、計測光源１３、センサ（受光部）１５、駆動部（補正手段）４２および制御部５１を備える。図中、原版Ｍおよび基板Ｐの表面に沿う面をＸＹ平面とし、ＸＹ平面に垂直な方向をＺ軸、原版Ｍおよび基板Ｐの走査方向をＹ軸とし、Ｙ軸に直交する非走査方向をＸ軸とする。

照明系ＩＬは、光源（不図示）および照明光学系（不図示）を有し、原版Ｍ上の照明領域をほぼ均一な照度で照明する。光源（不図示）には、例えば、水銀ランプが用いられ、ｉ、ｈ、ｇ線などの水銀ランプの出力波長の一部を露光光として用いる。照明光学系（不図示）は、原版Ｍ上で所望の照度分布が得られるように光源から出射される光を集光する。原版Ｍは、例えば、露光されるべき微細なパターン（例えば回路パターン）が描画されたガラス製の原版である。原版保持部ＭＳＴおよび基板保持部ＰＳＴをそれぞれ不図示の駆動部により、原版Ｍと基板Ｐとを同期させて移動させつつ、投影光学系ＰＯを介して基板Ｐ上の露光領域に原版Ｍのパターンを転写する（走査露光）。

投影光学系ＰＯは、第１平面鏡Ｍ１、第１凹面鏡Ｍ２、凸面鏡Ｍ３、第２凹面鏡Ｍ４、第２平面鏡Ｍ５および平板ガラス４１を有する。ここで、原版Ｍと第１平面鏡Ｍ１との間の光路および第２平面鏡Ｍ５と基板Ｐとの間の光路は平行である。第１平面鏡Ｍ１の鏡面を含む平面と第２平面鏡Ｍ５の鏡面を含む平面とは、互いに９０度の角度をなす。第１平面鏡Ｍ１と第２平面鏡Ｍ５および第１凹面鏡Ｍ２と第２凹面鏡Ｍ４は、それぞれ一体として構成されていることが好ましい。

計測光源１３は、ＬＥＤ等の発光素子および照明光学系から構成され、計測光１０を−Ｚ方向に出射する。センサ１５は、ＣＭＯＳセンサ等の光検出素子（不図示）および受光光学系（不図示）から構成され、計測光１０（計測マーク１２の投影像）を検出（受光）する。制御部５１は、センサ１５の検出信号から像の位置ずれを計算し、駆動部４２を制御して平板ガラス４１を移動させる。詳細は以下に、後述する。

図２は、原版保持部ＭＳＴとその近傍の構造を装置上方（Ｚ軸正の方向）から見た図である。原版保持部ＭＳＴは、原版Ｍのエッジを支持して原版Ｍを保持する。照明系ＩＬは、照明領域２０２を照明する。原版保持部ＭＳＴは、計測光１０が透過する部分において、Ｙ軸方向（走査方向）に延在するスリット状の開口２１を有する。開口２１と照明系ＩＬとの間には、計測マーク１２が配置されている。計測マーク１２は、露光装置ＥＥの本体に固定された部材１１に設けられている。計測マーク１２は、計測光源１３から出射した計測光１０が照射される。

図３は、図２に示す一点鎖線２００の位置における断面図である。計測光源１３から出射した計測光１０は、ミラー１４で曲げられ、計測マーク１２および開口２１を通過する。開口２１は、原版保持部ＭＳＴのＹ方向に伸びており、原板ステージＭＳＴをＹ方向に走査して露光する間、常に計測光１０が原板ステージＭＳＴに遮られることなく通過する。計測光１０が通過する位置を透明にする場合は、開口２１は設けなくてもよい。ミラー１４は平板ミラーであり、露光光に干渉しないよう、露光光が通過する領域３０１の外部（光路外）に配置される。同様に計測マーク１２（部材１１）も、露光光の光路外に配置される。計測光源１３およびミラー１４は、それぞれ不図示の保持機構により、計測マーク１２が固定されている構造体、つまり、部材１１に固定されている。

図４は、基板保持部ＰＳＴとその近傍の構造を示す図である。計測光源１３から出射し、開口２１、計測マーク１２および投影光学系ＰＯを通過した計測光１０は、ミラー１６で曲げられ、センサ１５に入射する。センサ１５の検出面は、計測マーク１２と光学的に共役な位置に設置され、計測マーク１２の像は投影光学系ＰＯを介してセンサ１５上に結像する。ミラー１６は、平板ミラーであり、露光中に露光光が通過する領域４０１の外部に配置される。センサ１５およびミラー１６は、それぞれ保持機構（不図示）により露光装置ＥＥの本体に固定されている。なお、投影光学系ＰＯの倍率が−１倍であるため、原版Ｍのパターン像は、投影光学系ＰＯ通過後は、Ｘ方向に反転する。したがって、本実施形態に係る計測光１０は、投影光学系ＰＯを通過後、露光光の＋Ｘ側を通過して−Ｚ方向に進む。

制御部５１は、計測マーク１２の投影像から計測マーク１２の位置情報を算出し、算出結果とあらかじめ定められた所定の位置情報（基準位置）とを比較して変化量（差分）を求める。所定の位置情報とは、センサ１５の固定位置座標等である。制御部５１は、差分が減少するような制御を行う制御信号を駆動部４２に送る。駆動部４２は、制御信号に基づいて、平板ガラス４１のＸＹ平面に対する角度を変化させる（Ｚ軸方向に傾ける）。これにより、計測光１０の光路が変化し、センサ１５で検出される計測マーク１２の像の位置を補正することができる。

上記基準位置を用いずに計測マーク１２の像の位置変化量を検出する方法について説明する。図５は、ミラー１６とセンサ１５との間にさらに計測マーク７０１を配置した構成を示す。計測マーク７０１は、計測マーク１２と光学的に共役な位置に設置される。センサ１５は、計測マーク１２の像と計測マーク７０１の相対的な位置関係を検出することで、光学像の位置ずれを測定することができる。この場合、センサ１５、ミラー１６、計測マーク７０１は同一の構造体（露光装置ＥＥの本体等）に固定されていることが好ましい。

計測マーク１２の像と原版Ｍの像（パターン）とは、いずれも投影光学系ＰＯを介して結像しているため、投影光学系ＰＯに含まれる光学部品の位置ずれに起因する像の位置ずれは、計測マーク１２の像と原版Ｍの像とで共通である。したがって、計測マーク１２の位置ずれを補正することで、基板Ｐ上における原版Ｍの位置ずれを補正することができる。計測光１０は、原版保持部ＭＳＴがスキャン動作を行っている最中も常にセンサ１５に入射するため、走査露光中の位置ずれの変動（光学像の像振動）をリアルタイムに補正できる。

なお、位置ずれの変動の補正は、平板ガラス４１のチルトに加え、またはチルトに変えて、基板保持部ＰＳＴまたは原版保持部ＭＳＴの位置を制御することにより、位置ずれを補正してもよい。また、上記のように、計測マーク１２の検出に関係する各要素（部材１１、センサ１５等）を一体として構成するのは、振動等の位置ずれ要因を各要素で同一にするためである。したがって、この効果を得られるのであれば、上記本実施形態の構成には限られない。

以上のように、本実施形態によれば、線幅均一性の点で有利な露光装置を提供することができる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、照明系ＩＬと原版Ｍとの間に計測マークを１カ所のみに設置している。これに対し、第２実施形態では、複数箇所に設置する点を特徴とする。図６は、第２実施形態に係る走査型露光装置ＥＥの構成を示す概略図である。第１実施形態と異なる点は、計測光５１０を出射する計測光源５１３、計測光源５１３を検出するセンサ５１５および駆動部４３を備える点である。

図７は、本実施形態に係る原版保持部ＭＳＴとその近傍の構造を装置上方（Ｚ軸正の方向）から見た図である。第１実施形態と異なる点は、原版保持部ＭＳＴにおいて、Ｙ軸と平行に伸びるスリット状の開口２３を有する点である。この開口部２３は、光軸を含むＹＺ平面に関して開口２１と対称に設けられることが好ましい。さらに、開口２３と照明系ＩＬとの間に、計測マーク５１２が配置され、計測マーク５１２は、露光装置ＥＥの本体に固定されたベース５１２上に設けられている。これら追加要素は、第１実施形態と同様に、不図示の保持機構により、部材１１（露光装置ＥＥの本体）に固定されている。

図８は、図７に示す一点鎖線５００の位置における断面図である。第１実施形態と異なる点は、ベース５１１、計測マーク５１２、計測光源５１３およびミラー５１４を有する点である。これら要素は、原版Ｍを挟んでＹＺ平面に関し、部材１１、計測マーク１２、計測光源１３およびミラー１４と対称に設けられることが好ましい。計測光源５１３から出射された計測光５１０の進行の仕方は第１実施形態と同様である。追加された要素は、第１実施形態と同様に、不図示の保持機構により、部材１１（露光装置ＥＥの本体）に固定されている。

図９は、基板保持部ＰＳＴとその近傍の構造を示す図である。第１実施形態と異なる点は、センサ５１５およびミラー５１６を有する点である。これらは、ＹＺ平面に関し、センサ１５およびミラー１６と対称に設けられることが好ましい。以上の構成によれば、２箇所の計測マークの位置ずれを検出して計測マークの像の回転成分も検出することができる。マークの像の回転成分は、２箇所の計測位置における位置ずれ量の差分として検出される。

２箇所の計測位置における位置ずれの差分（回転成分）は平板ガラス４１の移動では補正できない。制御部５１は、駆動部４３を制御することでミラーＭ１およびミラーＭ５をＺ軸周りに回転させて補正を行う。以上、本実施形態においても第１実施形態と同様の効果を奏する。

（物品の製造方法）
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、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。さらに、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。

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。

ＥＥ 走査型露光装置
ＩＬ 照明光学系
ＰＯ 投影光学系
１３ 計測光源
１５ 受光部
４２ 補正手段
５１ 制御部

Claims (9)

1. 原版に露光光を照射する照明光学系と、前記原版のパターンを基板に投影する投影光学系とを備え、前記基板と前記原版とを移動させながら、前記基板を走査露光する露光装置であって、
   マークに計測光を照射する計測光源と、
   前記投影光学系を介して前記マークの投影像を受光する受光部と、
   前記受光部で受光された該投影像から前記マークの位置情報を算出し、算出された位置情報に基づいた補正を行う補正手段を制御する制御部と、を有し、
   前記マークは、前記原版を照明する露光光の光路外に配置されている、
   ことを特徴とする露光装置。
2. 前記原版を保持する原版保持部において、前記計測光が通過する部分が走査方向に延在していることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記マークが設けられた部材および前記受光部が共通の構造体に固定されている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. 第２のマークに第２の計測光を照射する第２の計測光源と、
   前記投影光学系を介して前記第２のマークの第２の投影像を受光する第２の受光部と、を有し、
   前記制御部は、前記投影像に加え、前記第２の投影像に基づいて前記補正手段を制御し、
   前記第２のマークは、前記露光光および前記計測光の光路外に配置されている、ことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の露光装置。
5. 前記原版を保持する原版保持部において、前記第２の計測光が通過する部分が走査方向に延在していることを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
6. 前記マークが設けられた部材、前記受光部、前記第２のマークが設けられた第２の部材、前記第２の受光部が共通の構造体に固定されていることを特徴とする請求項４または５に記載の露光装置。
7. 前記補正手段は、前記投影光学系に含まれる光学部材、前記原版を保持する原版保持部、前記基板を保持する基板保持部のうち少なくとも１つを駆動する駆動部であることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の露光装置。
8. 露光光が照射された原版のパターンを基板に投影する投影光学系を備え、前記基板と前記原版とを移動させながら、前記基板を走査露光する露光方法であって、
   前記走査露光中に、露光光とは別の光が照射されたマークの投影像を、前記投影光学系を介して受光し、
   前記投影像から前記マークの位置情報を算出し、算出された位置情報に基づいた補正を行う補正手段を制御することを特徴とする露光方法。
9. 請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の露光装置または請求項８に記載の露光方法を用いて基板を露光する工程と、
   前記露光された前記基板を現像する工程と、を含む
   ことを特徴とする物品の製造方法。

Images