JP2011049400A - 位置検出装置、露光装置及びデバイスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】基板の位置合わせ(ウエハアライメント)を短時間で行うことができる技術を提供する。
【解決手段】ステージ50に保持された基板40に形成されたマークからの光を検出する複数の領域が第1の方向に配列されたセンサ704と、ステージを駆動する第1の駆動部60と、センサに入射するマークAMからの光が第1の方向に沿って移動しながら、複数の領域に順に入射するように、ステージを基板の高さ方向に直交する第2の方向に駆動しつつ、ステージを基板の高さ方向にも駆動するように、第1の駆動部を制御する制御部80と、センサからの信号を処理する処理部90と、を有し、処理部は、信号によって与えられる第1の方向に沿った光強度の分布において、ピークを示す基板の高さ方向の位置を決定することを特徴とする。
【選択図】図1
【解決手段】ステージ50に保持された基板40に形成されたマークからの光を検出する複数の領域が第1の方向に配列されたセンサ704と、ステージを駆動する第1の駆動部60と、センサに入射するマークAMからの光が第1の方向に沿って移動しながら、複数の領域に順に入射するように、ステージを基板の高さ方向に直交する第2の方向に駆動しつつ、ステージを基板の高さ方向にも駆動するように、第1の駆動部を制御する制御部80と、センサからの信号を処理する処理部90と、を有し、処理部は、信号によって与えられる第1の方向に沿った光強度の分布において、ピークを示す基板の高さ方向の位置を決定することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
本発明は、位置検出装置、露光装置及びデバイスの製造方法に関する。
半導体デバイスの微細化及び高集積化に伴って、かかる半導体デバイスを製造する露光装置の高精度化及び高機能化が要求されている。例えば、レチクル(マスク)とウエハとの位置合わせにおいては、レチクルのパターンとウエハ(に形成されているパターン)とをナノメートルのオーダーで一致させる技術が求められている。
レチクルとウエハとの位置合わせとして、ウエハの位置合わせ(ウエハアライメント)がある。ウエハアライメントでは、まず、露光装置及びメカニカルアライメント装置を有するシステムにウエハが供給される。そして、メカニカルアライメント装置によって、ウエハの外周部に設けられたオリフラ(オリエンテーション・フラット)又はノッチを利用して粗い位置合わせが行われる。粗い位置合わせが行われたウエハは、ウエハ供給装置によって、露光装置のウエハステージに載置される。なお、メカニカルアライメント装置の位置合わせ精度は、一般的には、20μm程度である。
次に、ウエハに形成されている複数のアライメントマークの位置を算出するグローバルアライメントが行われる(特許文献1参照)。グローバルアライメントは、ウエハの全域に対して同一の補正式に従って位置合わせを行うため、複数のアライメントマークのうち数点のアライメントマークを観察(検出)すれば位置合わせの状態を判断することができる。なお、グローバルアライメントによる位置合わせ精度は、10nm以下である。
グローバルアライメントでは、例えば、エリアセンサを構成する低倍系センサとラインセンサを構成する高倍系センサの2つのセンサを用いてアライメントマークを観察する。なお、最終的なアライメントマークの位置は、高倍系センサで撮像されたアライメントマークの画像で決定される。但し、高倍系センサの観察視野は狭く、アライメントマークが観察視野から外れてしまうことが多い。そこで、低倍系センサによってウエハの左右に形成された2つの低倍観察用マークを観察して、ウエハのX軸方向及びY軸方向のずれ、回転成分、ショットの倍率成分を算出及び補正することで、高倍系センサの観察視野にアライメントマークが入るようにする。ここで、低倍系センサによる位置合わせはサーチアライメントと呼ばれ、高倍系センサによる位置合わせはファインアライメントと呼ばれる。
ファインアライメントでは、アライメントマークを高精度に検出するために、アライメントマークが高倍系センサのベストフォーカス位置に位置するようにフォーカス合わせを行う必要がある。フォーカス合わせは、ウエハステージをZ軸方向に駆動(スキャン)しながらライメントマークを撮像し、各Z位置で撮像したアライメントマークの像からコントラストを算出する。そして、コントラストが最も高いZ位置をベストフォーカス位置としている。
ウエハ上の各ショットを露光する際には、グローバルアライメントの結果に基づいてウエハステージがスキャンされ、投影光学系を介してウエハ上に投影されるレチクルのパターンに対して、ショット内に形成されているパターンが正確に位置合わせされる。
このように、ウエハアライメントでは、低倍系センサや高倍系センサなどの複数のセンサを切り換えてアライメントマークの観察を行っている。また、近年では、複数のセンサを1つの高解像度センサに置き換えてアライメントマークの観察を行うことも提案されている。高解像度センサは、広い視野を利用して低倍系センサの視野に相当する視野を得ることができると共に、高倍系センサの分解能に相当する分解能を得ることができるため、低倍観察用マークとアライメントマークとを1つのセンサで観察することができる。
しかしながら、高解像度センサは、多数の画素で構成されているため、信号の転送に長時間を要してしまう(即ち、多数の画素それぞれからの信号の読み出しに時間がかかる)。その結果、フォーカス合わせの際に、各Z位置でのアライメントマークの撮像に時間がかかり、ウエハアライメント(ファインアライメント)を短時間で行うことができない。
本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、基板の位置合わせ(ウエハアライメント)を短時間で行うことができる技術を提供することを例示的目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての位置検出装置は、ステージに保持された基板に形成されたマークからの光を検出する複数の領域が第1の方向に配列されたセンサと、前記ステージを駆動する第1の駆動部と、前記センサに入射する前記マークからの光が前記第1の方向に沿って移動しながら前記複数の領域に順に入射するように前記ステージを前記基板の高さ方向に直交する第2の方向に駆動しつつ、前記ステージを前記基板の高さ方向にも駆動するように前記第1の駆動部を制御する制御部と、前記センサからの信号を処理する処理部と、を有し、前記処理部は、前記信号によって与えられる前記第1の方向に沿った光強度の分布においてピークを示す前記基板の高さ方向の位置を決定することを特徴とする。
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、基板の位置合わせ(ウエハアライメント)を短時間で行う技術を提供することができる。
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。
図1は、本発明の一側面としての露光装置1の構成を示す概略図である。露光装置1は、本実施形態では、メカニカルアライメント装置MAと協同してリソグラフィーシステムを構成し、ステップ・アンド・スキャン方式でレチクル20のパターンをウエハ40に転写する。但し、露光装置1には、ステップ・アンド・リピート方式やその他の露光方式も適用することができる。
露光装置1は、照明光学系10と、レチクル20を保持するレチクルステージ(不図示)と、投影光学系30と、ウエハ40を保持するウエハステージ50と、第1の駆動部60と、アライメント検出系70と、制御部80と、処理部90とを有する。
照明光学系10は、波長約248nmのKrFエキシマレーザー、波長約193nmのArFエキシマレーザー、波長約157nmのF2レーザーなどの光源からの光を用いてパターン(回路パターン)が形成されたレチクル20を照明する。
レチクル20は、ウエハ40に転写すべきパターンを有し、レチクルステージ(不図示)に保持及び駆動される。なお、レチクルステージは、例えば、リニアモータを利用して、レチクル20を駆動する。レチクル20のパターンから発せられた回折光は、投影光学系30を介して、ウエハ40に投影される。
投影光学系30は、複数の光学素子を含み、レチクル20のパターンをウエハ40に投影する光学系である。投影光学系30は、屈折系、反射屈折系、或いは、反射系を使用することができる。
ウエハ40は、レチクル20のパターンが投影(転写)される基板であって、ウエハステージ50に保持及び駆動される。但し、ウエハ40は、ガラスプレートやその他の基板に置換することもできる。ウエハステージ50は、リニアモータやアクチュエータなどで構成される第1の駆動部60に駆動されることで、ウエハ40を駆動する。
アライメント検出系70は、ウエハ40に形成されたアライメントマークAMを観察(検出)してウエハ40の位置を検出する位置検出装置である。アライメント検出系70は、本実施形態では、照明光源701と、ハーフミラー702と、結像光学系703と、センサ704と、遮光板705と、第2の駆動部706とを含む。なお、ハーフミラー702は、偏光ビームスプリッタに置換することも可能である。
照明光源701からの光は、ハーフミラー702を介して、ウエハ40に形成されたアライメントマークAMを照明する。アライメントマークAMで反射された光は、ハーフミラー702及び結像光学系703を通過して、センサ704に入射する。
センサ704は、アライメントマークAMからの光を検出する複数の領域がX軸方向(第1の方向)に配列されて構成される。また、複数の領域のそれぞれは、X軸方向及びY軸方向(第1の方向に直交する第3の方向)に沿って2次元配列された画素を含む。このように、センサ704は、高解像度センサで構成される。なお、センサ704は、複数の領域のそれぞれに入射する光に相当する電荷を蓄積して、蓄積した電荷を表す信号を処理部90に出力する。
遮光板705は、ウエハ40とセンサ704との間、詳細には、センサ704の前段に配置され、センサ704の任意の領域(即ち、複数の領域のうち一部の領域)にアライメントマークAMからの光を入射させるための開口(スリット)を有する。遮光板705は、リニアモータやアクチュエータなどで構成される第2の駆動部706によってX軸方向に駆動される。遮光板705のX軸方向の位置を変更することによって、センサ704の任意の領域のみに選択的にアライメントマークAMからの光を入射させることができる。
制御部80は、露光装置1の全体を制御する。制御部80は、本実施形態では、ウエハ40の位置合わせに関連する動作(処理)を制御する。例えば、制御部80は、センサ704に入射するアライメントマークAMからの光がX軸方向に沿って移動しながら複数の領域に順に入射するようにウエハステージ50をウエハ40の高さ方向(Z軸方向)に駆動するように第1の駆動部60を制御する。この際、制御部80は、ウエハステージ50をウエハ40の高さ方向に直交するX軸方向(第2の方向)にも駆動するように第1の駆動部60を制御する。
処理部90は、アライメント検出系70のセンサ704から出力された信号(画像信号)を処理する機能を有し、例えば、AD変換器901と、メモリ902と、CPU903とを含む。AD変換器901は、センサ704からのアナログ信号をデジタル信号に変換する。メモリ902は、AD変換器901で変換されたデジタル信号を画像データとして記憶する。CPU903は、メモリ902に記憶された画像データに対して画像処理を施して画像のコントラストやアライメントマークAMの位置を算出する。
ここで、露光装置1におけるウエハ40の位置合わせ(ウエハアライメント)について説明する。まず、ウエハ40は、ウエハ搬送機構(不図示)を介して、メカニカルアライメント装置MAに供給される。メカニカルアライメント装置MAは、ウエハ40の外周部に設けられたオリフラ(オリエンテーション・フラット)又はノッチの位置に基づいて、ウエハ40の粗い位置合わせを行う(即ち、ウエハ40の大まかな位置を決定する)。
粗い位置合わせが行われたウエハ40は、ウエハ供給装置(不図示)を介して、ウエハステージ50に載置される。そして、アライメント検出系70(センサ704)とウエハ40に形成されたアライメントマークAMとのフォーカス(ウエハ40の高さ方向の位置)を合わせて、グローバルアライメントが行われる。グローバルアライメントによって、ウエハ40の位置及びウエハ40上の複数のショットの位置が正確に求められる。
以下、図2を参照して、露光装置1におけるウエハアライメントについて具体的に説明する。なお、ウエハアライメントは、制御部80が露光装置1の各部を統括的に制御することで実行される。
S202では、ウエハメカニカルアライメント装置MAを経由して、ウエハステージ50にウエハ40が載置される。S204では、ウエハ40の左右に形成されたサーチアライメント用マーク(不図示)をアライメント検出系70で観察(検出)してサーチアライメントを行う。なお、サーチアライメントでは、観察視野を広くするために、センサ704からの信号の読み出し範囲を広範囲にしてサーチアライメント用マークを検出する。サーチアライメントによって、ウエハ40のX軸方向及びY軸方向のずれ、回転成分、ショットの倍率成分を算出及び補正することができるため、ファインアライメントにおける観察視野にアライメントマークAMを追い込むことができる。
S206では、ウエハステージ50(に保持されたウエハ40)及び遮光板705を初期位置に駆動する。具体的には、図3(a)に示すように、センサ704のX軸方向の初期位置(座標)X1に対応して遮光板705の開口及びアライメントマークAMが位置するように、遮光板705及びウエハステージ50を駆動する。なお、遮光板705は、ファインアライメントにおける観察視野と同等以上の大きさの開口を有しており、アライメントマークAMを正確に初期位置X1に位置させることができる。また、アライメントマークAM(ウエハ40の表面)がZ軸方向の初期位置(座標)Z1に位置するように、ウエハステージ50を駆動する。
S208では、照明光源701からの光によるアライメントマークAMの照明を開始する。S210では、センサ704の複数の領域のそれぞれに入射するアライメントマークAMからの光に相当する電荷の蓄積を開始する。S212では、ウエハステージ50のX軸方向及びZ軸方向への駆動を開始する。具体的には、ウエハ40に形成されたアライメントマークAMが、X軸方向について、初期位置X1から位置X2乃至X8を経て最終位置X9に位置するように、ウエハステージ50を一定速度で駆動する。また、ウエハ40に形成されたアライメントマークAMが、Z軸方向について、初期位置Z1から位置Z2乃至位置Z8を経て最終位置Z9に位置するように、ウエハステージ50を一定速度で駆動する。S214では、遮光板705のX軸方向への駆動を開始する。具体的には、ウエハステージ50のX軸方向への駆動に同期して、遮光板705の開口が、初期位置X1から位置X2乃至X8を経て最終位置X9に位置するように、遮光板705を一定速度で駆動する。なお、S208乃至S214は、実際には、時間的な差はなく、同時に行われる。即ち、S208乃至S214では、図3(a)乃至図3(c)に示すように、遮光板705及びウエハステージ50が駆動され、センサ704に入射するアライメントマークAMからの光がX軸方向に沿って移動しながらセンサ704の複数の領域に順に入射する。
S216では、ウエハ40に形成されたアライメントマークAMが最終位置(即ち、X軸方向の最終位置X9及びZ軸方向の最終位置Z9)に駆動されたかどうかを判定する。アライメントマークAMが最終位置に駆動されていない場合には、S216の判定を繰り返す。一方、アライメントマークAMが最終位置に駆動された場合には、S218に移行する。
S218では、照明光源701からの光によるアライメントマークAMの照明を終了する。S220では、センサ704の複数の領域のそれぞれに入射するアライメントマークAMからの光に相当する電荷の蓄積を終了する。S222では、ウエハステージ50の駆動を終了する。S224では、遮光板705の駆動を終了する。なお、S218乃至S224は、実際には、時間的な差はなく、同時に行われる。
S226では、処理部90に対して、センサ704の複数の領域のそれぞれに蓄積された電荷を表す信号を出力する。このように、アライメントマークAMからの光がX軸方向に沿って移動しながらセンサ704の複数の領域に順に入射している間には電荷を蓄積する。そして、アライメントマークAMからの光がX軸方向に沿って移動しながらセンサ704の複数の領域に順に入射した後に複数の領域のそれぞれに蓄積された電荷を表す信号を連続的に処理部90に出力する。なお、センサ704から出力された信号は、上述したように、AD変換器901でアナログ信号からデジタル信号に変換され、本実施形態では、2次元画像としてメモリ902に記憶される。
ここで、メモリ902に記憶される2次元画像について説明する。ウエハ40に形成されたウエハアライメントマークAMは、図4に示すように、Y軸方向に整列した2つのラインパターンLP1及びLP2であるものとする。図4に示すアライメントマークAMをアライメント検出系70で撮像すると、図5に示すような2次元画像IMGが取得できる。センサ704に形成される2つのラインパターンLP1及びLP2の像LP1’及びLP2’は、アライメントマークAMがX軸方向に駆動されているため、図5に示すように、X軸方向に延びた形状で撮像される。また、アライメントマークAMはZ軸方向にも駆動されているため、2次元画像IMGにおけるX軸方向の位置がウエハステージ50のZ軸方向の位置に対応している。なお、本実施形態では、アライメントマークAMは、2つのラインパターンLP1及びLP2で構成されているが、アライメントマークAMを構成するラインパターンの数を限定するものではない。
図2に戻って、S228では、処理部90のCPU903によって、メモリ902に記憶された2次元画像に対して画像処理を施し、ベストフォーカスとなるウエハ40の高さ方向の位置(ベストフォーカス位置)を決定(算出)する。具体的には、図5に示す2次元画像IMG(即ち、センサ704からの信号)によって与えられるX軸方向に沿った光強度の分布においてピークを示すX軸方向の位置をベストフォーカス位置として決定する。
S230では、遮光板705を駆動してアライメント検出系70の観察視野外に退避させる。S232では、ウエハステージ50を駆動して、ウエハ40をS228で決定したベストフォーカス位置に位置決めする。S242では、ウエハ40に形成されたアライメントマークAMをアライメント検出系70で観察(検出)してファインアライメントを行い、ウエハアライメントを終了する。
このように、本実施形態では、センサ704の複数の領域のそれぞれに蓄積された電荷を表す信号を連続的に(即ち、1回で)出力する。また、かかる信号には、ウエハ40の各Z位置(本実施形態では、初期位置Z1乃至最終位置Z9)の光強度の分布に相当する情報が含まれている。従って、露光装置1においては、ウエハ40の位置合わせ(ウエハアライメント)を短時間で行うことができる。
なお、S228のベストフォーカス位置の決定は、図6に示すフローチャートに従って実施してもよい。S602では、メモリ902に記憶される2次元画像を複数の領域に分割する。本実施形態では、図7(a)に示すように、2次元画像IMGを、それぞれの面積が等しくなるように、8つの領域AR1乃至AR8に分割する。S604では、各領域AR1乃至AR8の画像(信号)を各領域内においてX軸方向に積算することによって、図7(b)に示すようなY軸方向(第3の方向)に沿った1次元の光強度の分布(1次元画像)を生成する。S606では、S604で生成された1次元の光強度の分布から各領域AR1乃至AR8のコントラストを算出する。S608では、図7(c)に示すように、S606で算出された各領域AR1乃至AR8のコントラストを比較して、コントラストが最大となる1次元の光強度の分布に対応するウエハ40の高さ方向の位置(ベストフォーカス位置)を決定(算出)する。
図6に示すベストフォーカス位置の決定は、ウエハ40の各Z位置で十分なコントラストが得られず、取得される2次元画像のコントラストが低くなってしまう場合に有効である。2次元画像のコントラストが低くなってしまう場合には、ウエハステージ50の振動や駆動速度のばらつきなどの外乱要因によって、ベストフォーカス位置を誤って決定(算出)してしまうことがあるからである。
露光において、光源から発せられた光は、照明光学系10によってレチクル20を照明する。レチクル20のパターンを反映する光は、投影光学系30によってウエハ40上に結像する。この際、露光装置1においては、上述したように、ウエハ40の位置合わせが短時間で行われている。従って、露光装置1は、高いスループットで経済性よく高品位なデバイス(半導体素子、LCD素子、撮像素子(CCDなど)、薄膜磁気ヘッドなど)を提供することができる。かかるデバイスは、露光装置1を用いてフォトレジスト(感光剤)が塗布された基板(ウエハ、ガラスプレート等)を露光する工程と、露光された基板を現像する工程と、その他の周知の工程と、を経ることによって製造される。
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及び変更が可能である。
Claims (6)
- ステージに保持された基板に形成されたマークからの光を検出する複数の領域が第1の方向に配列されたセンサと、
前記ステージを駆動する第1の駆動部と、
前記センサに入射する前記マークからの光が前記第1の方向に沿って移動しながら前記複数の領域に順に入射するように前記ステージを前記基板の高さ方向に直交する第2の方向に駆動しつつ、前記ステージを前記基板の高さ方向にも駆動するように前記第1の駆動部を制御する制御部と、
前記センサからの信号を処理する処理部と、
を有し、
前記処理部は、前記信号によって与えられる前記第1の方向に沿った光強度の分布においてピークを示す前記基板の高さ方向の位置を決定することを特徴とする位置検出装置。 - 前記基板と前記センサとの間に配置され、前記複数の領域のうち一部の領域に前記マークからの光を入射させるための開口を有する遮光板と、
前記遮光板を駆動する第2の駆動部と、
を更に有し、
前記制御部は、前記ステージの前記第2の方向への駆動に同期して前記遮光板を駆動するように前記第2の駆動部を制御することを特徴とする請求項1に記載の位置検出装置。 - 前記センサは、前記マークからの光が前記第1の方向に沿って移動しながら前記複数の領域に順に入射している間は前記複数の領域に入射する光に相当する電荷を蓄積し、前記マークからの光が前記第1の方向に沿って移動しながら前記複数の領域に順に入射した後に前記複数の領域の信号を連続的に前記処理部に出力することを特徴とする請求項1又は2に記載の位置検出装置。
- 前記複数の領域のそれぞれは、前記第1の方向及び前記第1の方向に直交する第3の方向に沿って2次元配列された画素を含み、
前記処理部は、各領域の信号を各領域内において前記第1の方向に積算することによって前記第3の方向に沿った1次元の光強度の分布を生成し、前記複数の領域のそれぞれについて生成された複数の1次元の光強度の分布のうちコントラストが最大となる1次元の光強度の分布に対応する前記基板の高さ方向の位置を決定することを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか1項に記載の位置検出装置。 - レチクルのパターンをステージに保持された基板に投影する投影光学系と、
前記基板に形成されたマークからの光を検出する複数の領域が第1の方向に配列されたセンサと、
前記ステージを駆動する駆動部と、
前記センサに入射する前記マークからの光が前記第1の方向に沿って移動しながら前記複数の領域に順に入射するように前記ステージを前記基板の高さ方向に直交する第2の方向に駆動しつつ、前記ステージを前記基板の高さ方向にも駆動するように前記駆動部を制御する制御部と、
前記センサからの信号を処理する処理部と、
を有し、
前記処理部は、前記信号によって与えられる前記第1の方向に沿った光強度の分布においてピークを示す前記基板の高さ方向の位置を決定し、
前記制御部は、前記処理部で決定された前記基板の高さ方向の位置に前記基板を位置決めするように前記駆動部を制御することを特徴とする露光装置。 - 請求項5に記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
露光された前記基板を現像するステップと、
を有することを特徴とするデバイスの製造方法。
Priority Applications (2)
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