JP2017215219A - 計測装置、パターン形成装置及び物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板側面の形状が多様化しても検出精度を落とすことなく基板側面の位置を計測することができる計測装置を提供すること。【解決手段】被検物５の位置を計測する計測装置１００であって、被検物５に対して第１の入射方位で入射した光の第１の反射光を検出する第１検出光学系１１０と、被検物５に対して第１の入射方位とは異なる第２の入射方位で入射した光の第２の反射光を検出する第２検出光学系と、第１検出光学系１１０が検出した第１の反射光に対応する第１の信号、又は、第２検出光学系が検出した第２の反射光に対応する第２の信号に基づいて、被検物５の位置を計測する演算部と、を有する【選択図】図２

Description

本発明は、計測装置、パターン形成装置及び物品の製造方法に関する。

半導体素子等の製造工程の１つであるフォトリソグラフィ工程においては、マスクに形成されたパターンの像をフォレジスト等の感光剤が塗布されたウエハやガラスプレート等の基板上に投影露光する露光装置が用いられる。露光装置内での基板のアライメントは、プレートを搭載しているステージ上に複数配置されたセンサを用いて実行される。このセンサは基板の側面位置を、接触もしくは非接触で計測する。接触式の場合は、直接側面の位置を計測することができる一方、接触時の応力によりプレートを歪ませる恐れがある。近年、プレートの薄厚化やオーバーレイの高精度化により非接触式のセンサが注目されている。特許文献１は、基板側面部の２箇所を光で照明し、２箇所の位置の距離を計測する計測方法を開示している。特許文献２は、基板の端部をホルダ上に設定された少なくとも３か所の基準位置において撮像して、画像情報に基づいて感光基板の投影光学系に対する位置情報を計測するプリアライメント装置を開示している。

特開２００１−２４１９２１号公報 特開平９−２９７４０８号公報

しかしながら、光を使った非接触式のセンサで基板の側面位置を計測する場合、側面部は面取りが施されている影響により、計測精度にばらつきが生じてしまう。例えば、市場で量産されている基板は厚さ０．３〜１．０ｍｍ、面取り量は５０〜数百μｍであるため基板側面位置の検出結果のばらつきも大きくなる可能性が高い。今後、基板の薄厚化が進むとさらに面取り量が小さくなり、非接触式のセンサの精度が低下する懸念がある。

本発明は、例えば、基板側面の形状が多様化しても検出精度を落とすことなく基板側面の位置を計測することができる計測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、本発明の一側面である計測装置は、被検物の位置を計測する計測装置であって、被検物に対して第１の入射方位で入射した光の第１の反射光を検出する第１検出光学系と、被検物に対して第１の入射方位とは異なる第２の入射方位で入射した光の第２の反射光を検出する第２検出光学系と、第１検出光学系が検出した第１の反射光に対応する第１の信号、又は、第２検出光学系が検出した第２の反射光に対応する第２の信号に基づいて、被検物の位置を計測する演算部と、を有する。

本発明によれば、例えば、基板側面の形状が多様化しても検出精度を落とすことなく基板側面の位置を計測することができる計測装置を提供することができる。

露光装置の構成の概略図である。 第１検出光学系１１０の計測原理の説明図である。 第２検出光学系１２０の計測原理の説明図である。 第１検出光学系１１０、第２検出光学系１２０における基板側面部への検出光線入射方位の説明図である。 基板の面取り量の説明図である。 第１検出光学系１１０、第２検出光学系１２０の信号波形の説明図である。 第１検出光学系１１０、第２検出光学系１２０の信号波形の説明図である。 光源とコリメーションレンズを共通化したときの説明図である。 光源とコリメーションレンズを共通化したときの説明図である。 光源とコリメーションレンズを共通化したときの説明図である。 レンズ、光検出器、演算装置を共通化したときの説明図である。 計測装置を露光装置内に構成したときの説明図である。

（第１実施形態）
図１は、基板側面位置を計測する計測装置を有する露光装置の構成を示す図である。露光装置は、パターンを基板上に形成するリソグラフィ装置（パターン形成装置）の一例である。原版１は、パターン投影されるいわゆるマスクであり、本体２に対して不図示の位置合わせ機構でアライメントされ、保持されている。露光照明系３は、原版１を照明している。投影光学系４は、原版１のパターンを基板５上に投影結像している。基板５は、投影光学系４の光軸に垂直なＸＹ平面上を移動するステージ７の基板保持部材６上に保持されている。基板保持部材６は、基板を真空で吸着するチャックを有する。ステージ７は、ＸＹ方向だけでなく、投影光学系４の光軸方向（Ｚ方向）にも可動で、基板５と原版１の合焦のための駆動系ともなる。ステージ７は、レーザ干渉計９とステージ７の一部に載置したミラー８によりＹ方向の駆動を制御されている。Ｘ方向についても不図示であるが同様の構成がとられており、ＸＹ平面内での精密な駆動制御がなされている。このような基本構成を含む露光装置に、基板側面位置を計測する計測装置（以下、位置計測装置という）１０が付加される。位置計測装置１００は、基板保持部材６に固定されており、Ｘ、Ｙ、θ方向の基板位置を計測するため、複数配置されている。ステージ７は、レーザ干渉計９の計測結果のみならず、位置計測装置１００の計測結果にも基づいて駆動する。

図２〜図４を用いて、位置計測装置１００の計測原理を説明する。位置計測装置１００は、異なる方向から光を照射し、被検物である基板５の側面位置を計測する第１検出光学系１１０及び第２検出光学系１２０を有している。したがって、第１検出光学系１１０と第２検出光学系１２０とでは、基板５の側面（端部）には異なる入射方位で光が入射する。図２を用いて、位置計測装置１００の第１検出光学系１１０の計測原理を説明する。第１検出光学系１１０は、光源１１１、コリメーションレンズ１１２、ミラー１１３、レンズ１１４、レンズ１１５、光検出器１１６、演算部１１７を含む。光源１１１は、５００〜１２００ｎｍ程度の波長の光を発光している第１の照明部である。光源１１１から出射された検出用の検出光線２４は、第１の導光部であるコリメーションレンズ１１２、ミラー１１３を介して基板５の側面部に導光される。このとき検出光線２４は、図４に示すように、基板側面に対して直交方向（＋Ｙ方向）の方位で導光される。したがって、入射角は基板５の側面に対して９０度近傍となる。そして、基板５の側面部で散乱された反射光（第１の反射光）が、第１のレンズ群であるレンズ１１４、レンズ１１５を介して、検出部である光検出器１１６へ導光される。光検出器１１６で検出された光は演算部１１７で位置情報をもつ信号波形として認識、記録される。第１検出光学系は暗視野照明・検出方式である。

図３を用いて、位置計測装置１００の第２検出光学系１２０の計測原理を説明する。第２検出光学系１２０は、光源１２１、コリメーションレンズ１２２、レンズ１２３、レンズ１２４、光検出器１２５、演算部１２６を含む。光源１２１は光源１１１とは異なる光源で、５００〜１２００ｎｍ程度の波長の光を発光している第２の照明部である。光源１２１から出射された検出用の検出光線２５は、第２の導光部であるコリメーションレンズ１２２を介して、図２と同じ基板５の側面部に導光される。このとき検出光線２５は、図４に示されるように、基板側面に対して平行方向（＋Ｘ方向）の方位で導光される。したがって、入射角は基板５の側面に対して０度近傍となる。そして、基板５の側面部で正反射された反射光（第２の反射光）が、第２のレンズ群であるレンズ１２３、レンズ１２４を介して光検出器１２５へ導光される。光検出器１２５で検出された光は演算部１２６で位置情報をもつ信号波形として認識、記録される。そして、これらの認識、記録された信号波形から基板側面の位置を決定する。第２検出光学系は明視野照明・検出方式である。

通常、基板の側面には、丸く面取りする５０〜１０００μｍ程度のＲ面取り処理などの面取り処理が施されている。基板の端面（側面）の面取りとは、基板の破損を防ぐために端面部（側面部）を曲面に加工することである。そして、第１検出光学系１１０及び第２検出光学系１２０での基板側面の検出精度は、基板側面部の面取り量に対して異なるかたちで依存している。図５を用いて基板５の側面部の面取り量について説明する。図５（Ａ）は、面取り量が小さい場合を示した図である。図５（Ｂ）は、面取り量が大きい場合を示した図である。Ｌ１、Ｌ２がそれぞれのＲ面取り処理における面取り量を表している。

次に基板側面部を検出するときの第１検出光学系１１０及び第２検出光学系１２０と面取り量との関係を説明する。図６は、基板側面の面取り量が小さい場合、すなわち図５（Ａ）の場合に、各光学系で検出される信号波形を示した図である。第１検出光学系１１０で検出される第１の反射光に対応する第１の信号の信号波形は信号波形Ａとなり、第２検出光学系１２０で検出される第２の反射光に対応する第２の信号の信号波形は信号波形Ｂとなる。信号波形Ａは、面取り量が小さくなると比例して強度Ｉが小さくなる傾向があり、ノイズなどの他信号に埋もれて検出できなくなる可能性がある。信号波形Ｂは、面取り量が小さくなると面取り量の影響を受けなくなる傾向があり、側面位置を決定する精度が高くなる。

図７は、基板側面の面取り量が大きい場合、すなわち図５（Ｂ）の場合に、各光学系で検出される信号波形を示した図である。第１検出光学系１１０で検出される信号波形は信号波形Ａ、第２検出光学系１２０で検出される信号波形は信号波形Ｂとなる。信号波形Ａは、面取り量が大きくなると比例して強度Ｉが大きくなる傾向があり、ノイズなどの他信号に影響を受けることが少なくなる。一方、信号波形Ｂは、面取り部で光の屈折などの影響を受けやすくなるため、真の基板側面位置に対して波形シフト（Ｙ）発生し、基板側面位置を決定する精度が低くなる。

以上の第１検出光学系１１０及び第２検出光学系１２０の特性に鑑み、基板側面位置を決定する場合、信号波形Ａの強度や、信号波形Ａと信号波形Ｂの検出位置差から基板側面位置を決定するのに用いる信号波形（信号波形Ａもしくは信号波形Ｂ）を選択する。このとき、信号波形Ａの検出位置は、例えば、波形のピーク位置とする。信号波形Ｂの検出位置は、例えば、信号波形の最大強度の２５％〜５０％の領域のうちの所定の位置とする。なお、検出位置の決定方法はこれに限られず、例えば信号波形の重心位置など波形から信号位置を決定できるものであればよい。

図６に示されるように、信号波形Ａの強度Ｉが閾値Ｉｓよりも小さい場合、基板側面部の面取り量が小さく、第１検出光学系１１０の検出精度が低いと認識し、第２検出光学系１２０の光検出器１２５で検出された信号波形Ｂから基板側面位置を算出する。このときの閾値Ｉｓは、要求される基板側面位置の決定精度が満たされる所定の値となる。信号波形強度Ｉが閾値Ｉｓよりも小さいときは、信号波形Ａと信号波形Ｂの検出位置差Ｙは、基板側面位置の決定精度に関係する閾値Ｙｓよりも小さくなることを前提とする。

図７に示されるように、各信号波形間の比較結果である検出位置差Ｙが閾値Ｙｓを超えて大きい場合、基板側面部の面取り量が大きく、第２検出光学系１２０の検出精度が低いと認識される。したがって、第１検出光学系１１０の光検出器１１６で検出された信号波形Ａから基板側面位置を算出する。このときの閾値Ｙｓは、要求される基板側面位置の決定精度が満たされる所定の値となる。検出位置差Ｙが閾値Ｙｓよりも大きいときは、第１検出光学系１１０の光検出器１１６で検出される信号波形Ａの強度Ｉは、基板側面位置の決定精度に関係する閾値Ｉｓよりも大きくなることを前提とする。

以上のように、信号波形Ａの強度、または、信号波形Ａと信号波形Ｂの検出位置差から基板側面位置を決定するのに用いる信号波形（信号波形Ａもしくは信号波形Ｂ）を決定することができる。信号波形Ａの強度を用いて基板側面位置を決定するのに用いる信号波形を決定する場合、信号波形Ａの強度Ｉが閾値Ｉｓよりも小さいときは、第２検出光学系１２０の光検出器１２５で検出された信号波形Ｂから基板側面位置を算出する。一方、信号波形Ａの強度Ｉが閾値Ｉｓよりも大きいときは、第１検出光学系１１０の光検出器１１６で検出された信号波形Ａから基板側面位置を算出する。また、信号波形Ａと信号波形Ｂの検出位置差から基板側面位置の決定に用いる信号波形を決定する場合、各信号波形間の検出位置差Ｙが閾値Ｙｓより大きいときは、第１検出光学系１１０の光検出器１１６で検出された信号波形Ａから基板側面位置を算出する。一方、各信号波形間の検出位置差Ｙが閾値Ｙｓより小さいときは、第２検出光学系１２０の光検出器１２５で検出された信号波形Ｂから基板側面位置を算出する。なお、上記の各閾値Ｙｓ及び閾値Ｉｓは、第１検出光学系１１０及び第２検出光学系１２０の仕様と、必要とされる基板側面位置の決定精度に応じて設定することができる。また、基板側面位置を決定する場合、予め得られた基板の面取り量に関する情報（基板の側面の形状に関する情報）から、基板側面位置を決定する信号波形を選択してもよい。

図８に示されるように、第１検出光学系１１０及び２を備えた位置計測装置１００を、基板側面付近の基板支持部材に複数配置し、これらの装置を用いて各基板側面のＸ位置、Ｙ位置を検出する。さらにその検出結果からＺ軸周りの回転量も算出する。算出された結果をもとにステージ７を駆動させて、基板の位置を補正する。なお、演算部１１７、２３で記録された基板側面位置の情報を持つ各位置信号の関係は、予め位置が決められている基板側面位置を検出したときの信号位置を基準としている。

第１検出光学系１１０において、基板側面部からの反射（散乱）光には、前記面取り量が大きいほど、また基板側面の法線に対して導光させる光の入射角度が大きいほど、面取りからの反射（散乱）光が多く含まれてしまう。ここで、基板側面の法線とは、面取り前の平坦な基板側面に対する法線のことを指すものとする。これは、基板側面位置の検出精度の低下につながる。よって、基板側面の法線に対して導光させる光の入射角度は０〜３０度が望ましい。また、第２検出光学系１２０において、基板表裏面の法線に対して導光させる光の入射角度が大きいほど、基板側面付近の波形の立ち上がりが急峻になり、信号波形の強度も大きくなり、基板側面位置を決定する精度が向上する。よって、基板表裏面の法線に対して導光させる光の入射角度は大きい方が望ましい。また、第１検出光学系１１０及び第２検出光学系１２０で同じ基板側面部を照明し検出するため、光検出器１１６、２２はライン（１次元）センサでもよい。

以上説明したように、本実施形態によると、第１検出光学系１１０と第２検出光学系１２０のどちらで基板側面の位置を計測するか、基板の面取り量により選択することができる。そのため、基板の面取り量が多様化しても検出精度を落とすことなく基板側面の位置を計測することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態においては、第１検出光学系１１０と第２検出光学系１２０で個別に構成されている光源１１１と光源１２１、コリメーションレンズ１１２とコリメーションレンズ１２２とを共通化している。図９は、光源１１１とコリメーションレンズ１１２を第２検出光学系１２０と共通化した場合の第１検出光学系１１０を、図１０は、光源１２１とコリメーションレンズ１２２を第１検出光学系１１０と共通化した場合の第２検出光学系１２０を示した図である。図１１は、第１検出光学系１１０、２における基板側面部への検出光線入射方位の説明図である。図９〜図１１に示されるように、第１検出光学系１１０と第２検出光学系１２０で個別に構成されている光源１１１、１２１、コリメーションレンズ１１２、１２２は、ハーフミラー２６、２７、ミラー３０を用いることにより共通使用することができる。具体的には、図１１に示されるように、第１検出光学系１１０において光源１２１から照射された光は、第１の導光部であるコリメーションレンズ１２２、ハーフミラー２６、ミラー３０、ミラー２７を介して基板５の側面部に導光される。第２検出光学系１２０において第１検出光学系１１０と共通の光源である光源１２１から照射された光は、第２の導光部であるコリメーションレンズ１２２、ハーフミラー２６を介して基板５の側面部に導光される。このように、第１検出光学系１１０と第２検出光学系１２０の構成の一部を共通化することで、計測装置の小型化を実現できる。

（第３実施形態）
第３実施形態においては、第１検出光学系１１０と第２検出光学系１２０で個別に構成されているレンズ１１４とレンズ１２３、レンズ１１５とレンズ１２４、光検出器１１６と光検出器１２５、演算部１１７と演算部１２６とを共通化している。図１２は、本実施形態における第２検出光学系１２０を示した図である。第１検出光学系１１０と第２検出光学系１２０で個別に構成されているレンズ１１４、１１５、レンズ１２３、１２４、光検出器１１６、１２５、演算部１１７、１２６は、ミラー２８及びハーフミラー２９を用いることにより共通使用することができる。具体的には、図１２に示されるように、第１検出光学系１１０において側面部から反射した光（第１の反射光）は、第３の導光部であるハーフミラー２９、レンズ１２３、レンズ１２４を介して、光検出器１２５に導光される。また、第２検出光学系１２０において側面部から反射した光（第２の反射光）は、第４の導光部である、ミラー２８、ハーフミラー２９、レンズ１２３、レンズ１２４を介して、第１検出光学系１１０と共通の検出部である光検出器１２５に導光される。なお、位置計測装置１００において上記構成部材を共通使用する場合、他の光学部材（ミラー、導光ファイバー等）を追加し、それらを含む構成部材を駆動させるための駆動部を備えることも可能である。このように、第１検出光学系１１０と第２検出光学系１２０の構成の一部を共通化することで、計測装置の小型化を実現できる。

（物品の製造方法に係る実施形態）
本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。
また、本発明は露光装置に限定されるものではなく、描画装置やインプリント装置などのパターン形成装置（リソグラフィ装置）にも適用することができる。ここで、描画装置は、荷電粒子線（電子線やイオンビームなど）で基板を描画するリソグラフィ装置であり、インプリント装置は、基板上のインプリント材（樹脂など）をモールドにより成形してパターンを基板に形成するリソグラフィ装置である。また、基板は、Ｓｉウエハに限定されるものではなく、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、サファイア、ドーパントＳｉ、ガラス基板などであってもよい。

１０ 位置計測装置
１７ 光検出器
１８ 演算装置
２２ 光検出器
２３ 演算装置

Claims (11)

1. 被検物の位置を計測する計測装置であって、
   前記被検物に対して第１の入射方位で入射した光の第１の反射光を検出する第１検出光学系と、
   前記被検物に対して第１の入射方位とは異なる第２の入射方位で入射した光の第２の反射光を検出する第２検出光学系と、
   前記第１検出光学系が検出した前記第１の反射光に対応する第１の信号、又は、前記第２検出光学系が検出した前記第２の反射光に対応する第２の信号に基づいて、前記被検物の位置を計測する演算部と、を有することを特徴とする計測装置。
2. 前記第１の反射光は、前記被検物の側面で散乱した反射光であり、前記第２の反射光は、前記被検物の側面で正反射された反射光であることを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
3. 前記演算部は、前記第１の信号の強度に基づいて前記第１の信号と前記第２の信号のうちいずれかの信号を選択し、選択された信号に基づいて前記被検物の位置を求めることを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
4. 前記演算部は、前記第１の信号と前記第２の信号との比較結果に基づいて前記第１の信号と前記第２の信号のうちいずれかの信号を選択し、選択された信号に基づいて前記被検物の位置を求めることを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
5. 前記比較結果は、前記第１の信号の強度のピーク位置または重心位置と、前記第２の信号の波形の所定の位置との差であることを特徴とする請求項４に記載の計測装置。
6. 前記演算部は、前記被検物の側面の形状に関する情報に基づいて前記第１の信号と前記第２の信号のうちいずれかの信号を選択し、選択された信号に基づいて前記被検物の位置を求めることを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
7. 前記計測装置は、
   光を照射する第１の照明部と、
   前記第１の照明部から照射された光を導光し、前記被検物の側面に前記第１の入射方位で入射させる第１の導光部と、
   前記第１の反射光を前記第１検出光学系に導光する第１のレンズ群と、
   光を照射する第２の照明部と、
   前記第２の照明部から照射された光を導光し、前記被検物の側面に前記第２の入射方位で入射させる第２の導光部と、
   前記第２の反射光を前記第２検出光学系に導光する第２のレンズ群と、を備えることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の計測装置。
8. 前記計測装置は、
   光を照射する照明部と、
   前記照明部から照射された光を導光し、前記被検物の側面に前記第１の入射方位で入射させる第１の導光部と、
   前記照明部から照射された光を導光し、前記被検物の側面に前記第２の入射方位で入射させる第２の導光部と、
   前記第１の反射光を前記第１検出光学系に導光する第１のレンズ群と、
   前記第２の反射光を前記第２検出光学系に導光する第２のレンズ群と、を備えることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の計測装置。
9. 前記計測装置は、
   光を照射する第１の照明部と、
   前記第１の照明部から照射された光を導光し、前記被検物の側面に前記第１の入射方位で入射させる第１の導光部と、
   前記第１の反射光を前記第１検出光学系に導光する第３の導光部と、
   光を照射する第２の照明部と、
   前記第２の照明部から照射された光を導光し、前記被検物の側面に前記第２の入射方位で入射させる第２の導光部と、
   前記第１の反射光を前記第２検出光学系に導光する第４の導光部と、を有することを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の計測装置。
10. 基板上にパターンを形成するパターン形成装置であって、
    請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の計測装置と、
    基板を保持する基板保持部と、を有し、
    前記計測装置で、前記基板の側面の位置を計測する
    ことを特徴とするパターン形成装置。
11. 請求項１０に記載のパターン形成装置を用いてパターンを基板上に形成する工程と、
    前記工程で前記パターンを形成された前記基板を処理する工程と、を有する
    ことを特徴とする物品の製造方法。

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