(57)【要約】      （修正有）【課題】オーバーレイ精度の点で有利なリソグラフィ装置技術を提供する。【解決手段】基板上のマークを検出する検出光学系のテレセントリシティを、前記検出光学系の光軸の方向におけるステージの移動量に基づかずに調整する第１工程Ｓ５１と、前記第１工程の後に、前記光軸の方向における前記ステージの移動量と前記検出部による検出とに基づいて前記光軸に対する前記ステージの駆動軸の平行度を調整する第２工程Ｓ５２と、前記第２工程の後に、前記投影光学系から投影されるビームと前記基板の表面との間の垂直度を前記光軸の方向における前記ステージの移動量に基づいて調整する第３工程Ｓ５３と、を含むリソグラフィ装置の調整方法。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上のマークを検出する検出光学系を含む検出部と、前記基板上にビームを投影する投影光学系と、前記基板を保持して可動のステージとを有するリソグラフィ装置の調整方法であって、
前記検出光学系のテレセントリシティを、前記検出光学系の光軸の方向における前記ステージの移動量に基づかずに調整する第１工程と、
前記第１工程の後に、前記光軸の方向における前記ステージの移動量と前記検出部による検出値とに基づいて前記光軸に対する前記ステージの駆動軸の平行度を調整する第２工程と、
前記第２工程の後に、前記投影光学系から投影されるビームと前記基板の表面との間の垂直度を前記光軸の方向における前記ステージの移動量に基づいて調整する第３工程と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１工程は、互いに異なる段差量で形成された前記ステージ上の第１マークと第２マークとを用いて前記テレセントリシティを計測することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１工程は、前記検出光学系の開口絞りの絞り量および位置のうち少なくとも一方を調整することにより前記テレセントリシティを調整することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２工程は、前記ステージ上のマークを用いて前記平行度を計測することを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記第２工程は、前記平行度を補償するための前記ステージの制御に係るオフセット値を設定することを特徴とする請求項１ないし４のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記第３工程は、前記ビームを検出する前記ステージ上の検出器を用いて、前記垂直度を計測することを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記第３工程は、前記垂直度に基づいて前記ステージを傾斜させることにより前記垂直度を調整することを特徴とする請求項１ないし６のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記第３工程の後に、前記検出光学系から投影されるビームの前記基板の表面に対する垂直度を調整することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第３工程の後に、前記基板の表面に対する前記駆動軸の垂直度を調整することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
リソグラフィ装置であって、
基板上のマークを検出する検出光学系を含む検出部と、
前記基板上にビームを投影する投影光学系と、
前記基板を保持して可動のステージと、
前記検出部、前記投影光学系および前記ステージを制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記検出光学系のテレセントリシティを、前記検出光学系の光軸の方向における前記ステージの移動量に基づかずに調整する第１調整が行われ、
前記第１調整の後に、前記光軸の方向における前記ステージの移動量と前記検出部による検出とに基づいて前記光軸に対する前記ステージの駆動軸の平行度を調整する第２調整が行われ、かつ
前記第２調整の後に、前記投影光学系から投影されるビームと前記基板の表面との間の垂直度を前記光軸の方向における前記ステージの移動量に基づいて調整する第３調整が行われるように、
前記検出部、前記投影光学系および前記ステージを制御することを特徴とするリソグラフィ装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のリソグラフィ装置を用いてパターンを基板に形成する工程と、
前記工程で前記パターンを形成された前記基板を加工する工程と、
を含むことを特徴とする物品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リソグラフィ方法、リソグラフィ装置、および物品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の製造等に用いられるリソグラフィ装置は、パターン形成のために基板にビーム（光または荷電粒子線等）を投影または照射する投影光学系、マーク検出部および基板ステージを備え、光や荷電粒子線などにより基板にパターンを形成する。当該リソグラフィ装置は、重ね合わせ精度の観点から、次の３つの調整が必要である。
【０００３】
第１は、基板にビームを投影または照射する投影光学系のテレセントリシティの調整である（特許文献１）。ここで、当該テレセントリシティは、投影光学系を介して基板に照射されるビームの主光線と光学系の光軸との平行度（基板面が当該光軸に垂直であれば、主光線と基板面との垂直度）のことをいう。第２は、マーク検出部のテレセントリシティの調整である（特許文献２および３）。当該テレセントリシティは、基板に照射される検出光の主光線とマーク検出部の検出光学系の光軸との平行度（基板面が当該光軸に垂直であれば、主光線と基板面との垂直度）のことをいう。このテレセントリシティが良好であれば、検出される信号の歪（非対称性）が小さく、また、デフォーカスしても（基板を光軸（Ｚ軸）方向に移動させても）マーク検出部を介して計測されるマークの位置は変化しない。第３は、基板ステージの実際のＺ軸（Ｚ駆動軸）と理想的なＺ軸との平行度の調整である（特許文献４）。この平行度は、Ｚ軸方向における基板ステージの駆動によるＸ−Ｙ面内での基板ステージの位置ずれ量に関わる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−０１９２４７号公報
【特許文献２】特許第４０２７０８０号公報
【特許文献３】特開平０９−２８０８１６号公報
【特許文献４】特開２００９−２０６２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、上記の各特許文献は、上記の３つの調整のうちのいずれかの調整について開示しているに過ぎず、上記の３つの調整のいずれを欠いてもオーバーレイ精度の点で不利になりうる。ところが、上記の３つの調整のすべてをいかに行うことができるかは、知られておらず、その効果的な方法を見出すことができれば、オーバーレイ精度の点で有利となりうる。
【０００６】
本発明は、例えば、オーバーレイ精度の点で有利なリソグラフィ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、基板上のマークを検出する検出光学系を含む検出部と、前記基板上にビームを投影する投影光学系と、前記基板を保持して可動のステージとを有するリソグラフィ装置の調整方法であって、前記検出光学系のテレセントリシティを、前記検出光学系の光軸の方向における前記ステージの移動量に基づかずに調整する第１工程と、前記第１工程の後に、前記光軸の方向における前記ステージの移動量と前記検出部による検出とに基づいて前記光軸に対する前記ステージの駆動軸の平行度を調整する第２工程と、前記第２工程の後に、前記投影光学系から投影されるビームと前記基板の表面との間の垂直度を前記光軸の方向における前記ステージの移動量に基づいて調整する第３工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、例えば、オーバーレイ精度の点で有利なリソグラフィ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態に係る調整方法を適用可能なリソグラフィ装置を示す図である。
【図２】図１よりも詳細に第１実施形態に係るリソグラフィ装置を示す図である。
【図３】本発明に係る調整工程を示すフローチャートである。
【図４】第１実施形態に係るマーク検出部の構成を示す図である。
【図５】投影光学系のテレセントリシティとオーバーレイ誤差との関係を示す図である。
【図６】マーク検出部のテレセントリシティとオーバーレイ誤差との関係を示す図である。
【図７】基板ステージの平行度とオーバーレイ誤差との関係を示す図である。
【図８】第２実施形態に係る描画装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。本発明は、マーク検出部を備えたリソグラフィ装置（露光装置や、荷電粒子線描画装置、重ね合わせ検査装置など）に適用可能であり、以下電子線描画装置の例を用いて説明する。
【００１１】
最初に、上記３つの調整とオーバーレイ誤差との関係について説明する。まず、図５を用いて、投影光学系のテレセントリシティの調整について説明する。図５は、基板３に電子線等の主光線１２および１２ａが入射する場合を示した図である。一般的に電子線描画装置は光露光装置に比べ焦点深度が深いため、基板面３ａのように平坦度の悪い基板を使用しても解像力への影響が小さい。したがって、１ｃｈｉｐあたりのコストを低減するために、このような基板を使用する可能性がある。主光線１２ａが投影光学系の光軸と角度θ（基板３の表面が当該光軸に垂直であれば、主光線１２ａと基板面３ａとの角度θ）で基板面３ａに入射する場合、描画位置のシフト誤差Δｄは、Δｄ＝ｔａｎθ×Δｈと表される。このθが、Δｄの原因となり、これがオーバーレイ誤差となる。
【００１２】
次に、図６を用いて、マーク検出部のテレセントリシティの調整について説明する。図６（ａ）はマーク検出部のテレセントリシティが良好な場合、図６（ｂ）はマーク検出部のテレセントリシティ誤差θがある場合を示している。図６（ａ）では、基板３の基板上に設けられたアライメントマークＭＫにマーク検出部からの検出光の主光線１１ａが垂直に入射している。マーク検出部は、主光線１１ａをＸ軸方向に移動させ、アライメントマークＭＫからの反射光を信号強度変化として検出する。６１ａはその検出された信号強度であり、縦軸に信号強度、横軸にＸ軸方向の位置を示す。テレセントリシティが良好な場合は、６１ａのように左右対称な信号強度分布が得られる。一方、図６（ｂ）のように主光線１１ｂが基板３の法線に対し角度θ（検出光学系の光軸に対し角度θ）で入射すると、６１ｂにみられるように計測される信号強度に非対称性の歪が発生する。この歪がアライメントマーク位置検出誤差（＝オーバーレイ誤差）の原因となる。またこの誤差は、θの大きさとウエハプロセスに起因した誤差（ＷＩＳ：Ｗａｆｅｒ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｓｈｉｆｔ）により増大する傾向となる。
【００１３】
最後に図７を用いて、基板ステージの実際のＺ軸（Ｚ駆動軸）と理想的なＺ軸との平行度の調整について説明する。図７（ａ）は、マーク検出部１のテレセントリシティ、基板ステージ４の駆動軸の平行度およびバーミラー８の平行度を補償する前、図７（ｂ）は、各々の補償後の状態を示す。図７（ａ）および図７（ｂ）において、基板ステージ４が−Ｚ軸方向にある場合の基板３、基板ステージ４およびバーミラー８をそれぞれ基板３ａ、基板ステージ４ａおよびバーミラー８ａとする。一方、基板ステージ４が＋Ｚ軸方向にある場合の基板３、基板ステージ４およびバーミラー８をそれぞれ基板３ｂ、基板ステージ４ｂおよびバーミラー８ｂとする。レーザー干渉計２５は、バーミラー８にレーザー光を照射して基板ステージ４のＸ軸方向の位置を計測している。また、基板ステージ４は駆動軸６２の方向に移動する。図７（ａ）に示すように、基板ステージ４のＺ軸駆動により、Ｘ−Ｙ面内での基板ステージの位置ずれΔｄ（ＸＹシフト）が生じる。基板ステージ４の平行度誤差がＸＹシフトの原因となり、これがオーバーレイ誤差となる。また、マーク検出部１のテレセントリシティ誤差およびバーミラー８の平行度誤差があると、基板ステージ４の平行度の調整（＝ＸＹシフトの補償）が困難となる。バーミラー８の平行度誤差とは、バーミラー８の反射面とマーク検出部１の主光線１１との平行度の誤差のことをいい、バーミラー８の傾き誤差や平面度誤差により生じる。
【００１４】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る調整方法を適用可能な電子線描画装置の構成を示す概略図である。図１（ａ）は上記３つの調整をしていない状態を示す図であり、図１（ｂ）は上記３つの調整をした状態を示す図である。図１（ａ）および（ｂ）に示す電子線描画装置は、マーク検出部１と、投影光学系２（電子光学系または荷電粒子光学系）と、基板３と、基板ステージ４と、を備える。マーク検出部１は、不図示の検出光学系を備え、基板３を主光線１１で照明する。また、投影光学系２は、主光線１２で基板３にパターンを形成する。
【００１５】
図２は、電子線描画装置の構成を図１よりも詳細に示す図である。基板３の基板上には、位置検出に用いられる互いに異なる段差量で構成されたアライメントマーク５および６が設けられている。マーク検出部１は、位置計測部２２とテレセントリシティ調整部２３とを備える。基板ステージ４は、電子線計測部２４と連結された検出器７とバーミラー８とを備え、また、基板３を保持して可動する。基板ステージ４のＸ軸方向の位置を計測するため、バーミラー８は、レーザー干渉計２５によりレーザーが照射される。Ｙ軸方向の位置の計測も、同様にして行われる。基板ステージ４はＸ、Ｙ、Ｚ、ωＸ、ωＹ、ωＺの６軸方向に移動可能であり、レーザー干渉計２５からの基板ステージ４の位置計測情報を基に、所望の位置に基板ステージ４を移動させるためのステージ駆動指令部２６を備える。また、図２のリソグラフィ装置は、位置計測部２２、テレセントリシティ調整部２３、電子線計測部２４、レーザー干渉計２５およびステージ駆動司令部２６からの情報を統括し、ユーザーの指定情報に基づいて装置を運用するための制御部２１を備えている。
【００１６】
図３は、上記３つの調整をする工程を示す。Ｓ５１のマーク検出部１のテレセントリシティ調整では、はじめに、アライメントマーク５および６を備えた基板３を用いて、マーク検出部１の検出光学系の光軸方向における基板ステージ４の移動量に基づかずにマーク検出部１のテレセントリシティを計測する。具体的には、アライメントマーク５と６との間の第１の距離と、基板３を１８０度回転させた後のアライメントマーク５と６との間の第２の距離との比較によりテレセントリシティ計測を行う。なお、基板ステージ４の移動量に基づかずにマーク検出部１のテレセントリシティを計測するのは、Ｓ５１の時点では、基板ステージ４の駆動軸の平行度およびバーミラー８の平行度の誤差の補償がされていないからである。従来は、基板ステージ４の駆動軸の平行度およびバーミラー８の平行度の補償をしないまま、基板ステージ４をＺ軸方向駆動させて位置計測情報を元にテレセントリシティを計測していた。しかしながら、位置計測情報に基板ステージ４のテレセントリシティ誤差およびバーミラー８の平行度誤差が含まれると正確なテレセントリシティ計測は出来ない。したがって、マーク検出部１の検出光学系の光軸方向における基板ステージ４の移動量に基づかずにマーク検出部１のテレセントリシティを計測する。なお、アライメントマーク５および６は、基板３上でなく、基板ステージ４上にあってもよい。
【００１７】
マーク検出部１のテレセントリシティを計測した後、検出光学系の開口絞りの絞り量および位置の少なくとも一方を調整して、テレセントリシティを調整する。図４は、このようなテレセントリシティ調整が可能なマーク検出部１を示す図である。図４に示すマーク検出部１は、光源３２と、照明光学系３１と、検出面４３ａを有する検出部４３と、検出光学系４０と、を備える。照明光学系３１は、照明レンズ３３と、ミラーＭと、リレーレンズ３４と、偏光ビームスプリッタ３５と、λ／４板３６と、対物レンズ４１とを含む。また、検出光学系４０は、対物レンズ４１と、λ／４板３６と、開口絞り機構３７と、偏光ビームスプリッタ３５と、結像レンズ４２とを含む。なお、開口絞り機構３７は開口絞り３８と駆動部３９により構成される。さらに、検出光学系４０は、開口絞り機構３７ａを追加した構成でもよい。開口絞り機構３７ａは、開口絞り３８ａ、駆動部３９ａにより、開口絞り機構３７とは独立して駆動することも可能である。
【００１８】
光源３２からの光は、照明レンズ３３、ミラーＭ及びリレーレンズ３４を通過して、偏光ビームスプリッタ３５に導かれる。偏光ビームスプリッタ３５は、Ｙ軸方向に平行なＰ偏光の光を透過し、Ｘ軸に平行なＳ偏光の光を反射する。偏光ビームスプリッタ３５を透過したＰ偏光の光は、λ／４板３６に導かれ、λ／４板３６を通過して円偏光に変換される。そして、円偏光に変換された光は、開口絞り機構３７、対物レンズ４１を介して、基板３に設けられたマークＭＫをケーラー照明する。
【００１９】
マークＭＫで反射、回折、散乱された光は、対物レンズ４１、開口絞り機構３７、λ／４板３６を通過し、円偏光からＳ偏光に変換される。λ／４板３６を通過した光は、偏光ビームスプリッタ３５で反射され、結像レンズ４２を介して、検出部４３に導かれ、基板３上のマークＭＫの像が検出部４３の検出面４３ａに形成される。このマーク検出部１では、開口絞り機構３７において、開口絞り３８の絞り量や位置を調整することにより、テレセントリシティの調整が可能である。
【００２０】
続いて、Ｓ５２の検出光学系の光軸方向に対する基板ステージ４の駆動軸の平行度の調整について説明する。前述の通り、基板ステージ４の平行度の調整のためには、マーク検出部１のテレセントリシティの調整およびバーミラー８の平行度誤差の補償をすることが必要となる。Ｓ５１にて、マーク検出部１のテレセントリシティは調整されており、ここではバーミラー８の平行度の補償を行う。この補償は、マーク検出部１の検出光学系の光軸方向における基板ステージ４の移動量とマーク検出部１による検出値とに基づいて行われる。以下、図７（ｂ）を用いて具体的に説明する。はじめに、基板ステージ４ａに保持された基板３ａ上のマークＭＫａをマーク検出部１にて検出し、その時のレーザー干渉計２５の第１の検出値を記録する。続いて、基板ステージ４ａを検出光学系の光軸方向に基板ステージ４ｂの位置まで移動させ、同じく、マークＭＫｂを検出し、その時のレーザー干渉計２５での第２の検出値を記録する。そして、第１の検出値と第２の検出値との差を元に平行度を計測し、この差が小さくなるようにレーザー干渉計２５での基板ステージ４の検出値にオフセット値を設定することでバーミラー８の平行度誤差の補償を行う。なお、マークＭＫａおよびＭＫｂは、基板３上でなく、基板ステージ４上に設けられていてもよい。
【００２１】
Ｓ５３では、投影光学系から投影されるビームの垂直度の調整を行う。まずビームの垂直度を計測するが、その方法はいくつか提案されており、一例として、図２に示すステージ上の検出器７を使用した場合を説明する。この方法は、Ｓ５２と同じ原理を用いる。すなわち、基板ステージ４のＺ軸方向の位置を変えて、ステージ上の検出器７でビームの主光線１２を計測し、主光線１２と基板３の表面との間の垂直度を計測する。この垂直度に基づいて、主光線１２が基板３に垂直に入射するよう基板ステージ４を傾斜させることで投影光学系の垂直度を調整する。なお、基板ステージ４のωＸ、ωＹの駆動可能範囲に制限があり、基板ステージ４を傾けることができない場合は、主光線１２の出射角度を傾ける方法が有効である。
【００２２】
Ｓ５４では基板３の表面に対する基板ステージ４の駆動軸の垂直度の調整を行う。具体的には、前述のＳ５２とＳ５３の方法を用いて、基板ステージ４のＺ軸駆動方向をＳ５３で調整したビームの主光線１２の基板３への入射角度（＝基板３の法線）と一致させる。マーク検出部１のテレセントリシティおよび基板ステージ４の駆動軸の垂直度は、投影光学系２の主光線１２の基板３への入射角度を基準とするべきであり、その角度は装置基準（投影光学系２を支持する定盤）に対して所望の角度であることが望ましい。なお、主光線１２が複数あるマルチ電子線描画装置の場合には、代表とする電子線を基準とするか、全電子ビームの入射角度の平均値を基準としても良い。
【００２３】
最後に図３のＳ５５にて、マーク検出部１の主光線１１の基板３の表面に対する垂直度を調整する。これは、Ｓ５１の工程によりマーク検出部１の主光線１１の出射角度を投影光学系２の主光線１２の出射角度と一致させることで実現可能である。以上の工程により、上記３つの調整が実現される。
【００２４】
以上のように、本実施形態によれば、オーバーレイ精度の点で有利なリソグラフィ装置を提供することができる。
【００２５】
（第２実施形態）
図８を用いて電子線描画装置５００の構成について説明する。電子線描画装置５００は、電子銃５２１と、電子光学系５０１と、電子検出系５２４と、基板ステージ５０２と、マーク検出部５０４と、真空チャンバー５５０とを備える。真空チャンバー５５０は不図示の真空ポンプによって真空排気されている。そして、真空チャンバー５５０内に電子銃５２１、電子光学系５０１、電子検出系５２４、基板ステージ５０２、マーク検出部５０４が配置されている。電子光学系５０１は、電子銃５２１からの電子線を収束させる電子レンズ系５２２、電子線を偏向させる偏向器５２３を備える。そして、電子銃５２１、電子光学系５０１、電子検出系５２４の各構成要素は、電子光学系制御部（不図示）によって制御される。マーク検出部５０４は、ウエハ５０６と電子線の間、またはウエハ５０６に形成された複数の露光ショット間で位置合わせを行う。なお、基板ステージ５０２は不図示のバーミラーを備える。
【００２６】
電子光学系５０１、マーク検出部５０４および基板ステージ５０２のテレセントリシティとバーミラー（不図示）の平行度誤差は、第１実施形態で示した方法により調整できる。本実施形態によれば、オーバーレイ精度の点で有利な電子線描画装置を提供することができる。
【００２７】
本発明の実施形態に係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。該製造方法は、感光剤が塗布された基板の該感光剤に上記のリソグラフィ装置を用いて潜像パターンを形成する工程（基板に描画を行う工程）と、当該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みうる。さらに、該製造方法は、他の周知の基板を加工する工程（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）を含みうる。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。
【００２８】
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。
【符号の説明】
【００２９】
１        マーク検出部
２        投影光学系
３        基板
４        基板ステージ
５、６    アライメントマーク
７        検出器
８        バーミラー
１１      マーク検出部の主光線
１２      投影光学系の主光線
２１      制御部
２２      位置計測部
２３      テレセントリシティ調整部
２４      電子線計測部
２５      レーザー干渉計
２６      ステージ駆動指令部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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