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JP7292842B2 - 異物検査装置、露光装置、および物品製造方法 - Google Patents

異物検査装置、露光装置、および物品製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、異物検査装置、露光装置、および物品製造方法に関する。
近年、露光装置に用いられるマスクの大型化によりマスクが自重で撓み、像性能が悪化することが懸念されている。そこで、マスクの上側を平面ガラスで塞いで密閉室を構成し、マスク下面の撓みを検出し、その検出結果に基づいて密閉室の圧力を調整することによってマスクの撓みを補正する露光装置が知られている。
また、物体の被検面上の異物を検査する異物検査装置が知られている(例えば、特許文献1)。上記のような構成を有する露光装置に関して異物検査を行う場合、マスクのみならず上記の平面ガラスも検査の対象となりうる。
特開2012-032252号公報
しかし、この平面ガラスはマスクよりも薄く形成されるのが一般的であり、そうすると平面ガラスの撓み量はマスクのそれよりも大きいことが想定される。そのような検査対象物の大きな撓みは、異物の有無の判定の精度に影響を与える。
本発明は、例えば、検査対象物の平坦度の低下に対してロバストな異物検査装置を提供することを目的とする。
本発明の一側面によれば、露光装置用のマスクの上方に配置された物体の被検面上の異物を検査する異物検査装置であって、前記被検面の上方に配置され、前記被検面に検査光を投光する投光部と、前記被検面の上方に配置され、前記投光部により前記検査光が投光されることによって生じる前記異物からの散乱光を受光する受光部と、前記検査光の一部を遮光する遮光部材と、を有し、前記投光部は、前記被検面において、前記投光部の光軸上で最大の光強度となり前記投光部の光軸から離れるに従い光強度が小さくなる光強度分布を形成し、前記投光部の光軸と前記受光部の光軸とが交わる点が、前記被検面のとりうる高さ範囲からずれた位置になるように、前記投光部と前記受光部が配置され、前記遮光部材は、前記検査光が前記マスクのパターンに到達しないように配置されていることを特徴とする異物検査装置が提供される。
本発明によれば、例えば、検査対象物の平坦度の低下に対してロバストな異物検査装置を提供することができる。
実施形態に係る露光装置の構成例を示す図。 露光装置内に設けられる異物検査装置の構成例を示す図。 露光装置の外部に設けられる異物検査装置の構成例を示す図。 図3の異物検査装置の動作例を示す図。 被検面の撓みがない場合の異物検査の例を説明する図。 被検面の撓みがない場合の異物に対する信号強度のばらつきを説明する図。 被検面に撓みがある場合に照明領域がずれる現象を説明する図。 被検面の撓みがある場合の異物に対する信号強度のばらつきを説明する図。 実施形態における投光部と受光部の配置の例を説明する図。 図10の投光部と受光部の配置における、異物に対する信号強度のばらつきを説明する図。 投光部と受光部との相対位置の調整する例を説明する図。 投光部と受光部との相対位置の調整する例を説明する図。 平行平板ガラスを調整する例を説明する図。 遮光部材の配置例を示す図。 遮光部材の配置例を示す図。 遮光部材の配置例を示す図。 遮光部材の配置例を示す図。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の実施形態は本発明の実施の具体例を示すにすぎないものであり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、以下の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題解決のために必須のものであるとは限らない。
[露光装置]
図1に、実施形態に係る露光装置の構成を示す。露光装置は、マスクのパターンを基板上に投影して基板を露光する装置である。マスク5は、パターン面を下にしてマスクホルダ6によって真空吸着により保持されている。マスク5の上方には露光光を射出する光源1が設けられ、光源1とマスク5との間には、照明光学系2が設けられる。マスク5の露光光が透過した側には投影光学系11を挟んで露光の対象である基板12が配置されている。光源1から射出された露光光は、照明光学系2によってマスク5に照射される。マスク5に形成されたパターンの像は、露光光により投影光学系11を通じて基板12上に投影される。マスクホルダ6の下側にはマスク5の撓みを検出する検出系21が設けられる。
検出系21は、斜入射タイプのフォーカスセンサの構成、機能を備えている。発光ダイオードなどの光源10から投影レンズ(不図示)を介してマスク5のパターン面に対して斜めから検出光が投光される。その反射光を受光レンズ(不図示)を介してフォトダイオードなどのディテクタ9で検出することにより、マスク5の撓みを検出する。
ディテクタ9の検出信号出力側は、演算部8に接続されている。演算部8の出力側には気圧制御部7が接続されており、この気圧制御部7はパイプ4を介してマスク5の撓みを補正する気密室13に接続されている。気密室13は、下面側がマスク5で、上面側が平面ガラス3(ガラス板)で塞がれた密閉箱状となっている。平面ガラス3はマスク5の上にマスク5と離間して配置され、マスク5の撓みを補正するための空間である気密室13を規定するために使用される。平面ガラス3は、平面板であるため露光光に影響を与えない。平面ガラス3とマスク5とで挟まれた空間は気密室13とされ、この気密室内の圧力を気圧制御部7で制御することでマスク5の撓みを制御する。気圧制御部7は、演算部8から入力される気圧制御量に基づいて、気密室13の気圧を制御する。このように、検出系21によりマスク5の撓みが検出され、演算部8により撓み量とこの撓み量を補正する気圧制御量の算出が行われ、気圧制御部7により気密室13の気圧が制御される。このため、マスク5の自重によって発生する撓みに起因するパターンの横ずれや像面の湾曲、マスク5の熱的変形に起因するディストーションや像面湾曲などが軽減されて、良好にマスク5のパターンの投影を行うことが可能となる。
[異物検査装置]
平面ガラス3の上下面(特に上面)、マスク5の上面(非パターン面)、マスク5のパターンを保護するペリクル27に異物が付着すると、露光時の像性能が低下する可能性がある。そのため、異物検査装置を用いてこれらの箇所から異物を検出し、異物が検出された場合にはそれを除去する必要がある。
本実施形態において、異物検査装置は、露光装置内に設けられてもよいし、露光装置の外部装置として設けられていてもよい。例えば、図2に示すように、平面ガラス3の異物検査は、露光装置内の異物検査装置50によって行うことができる。異物検査装置50は、露光装置内に配置された光透過性の板状部材の表面に付着した異物を検査する。光透過性の板状部材とは、例えば平面ガラス3である。平面ガラス3上の異物検査は、露光用のマスクステージ14上にマスク5と平面ガラス3が図2のように配置されている状態において実施される。
異物検査装置50は、物体の被検面に検査光(照明光)を投光する投光部25と、投光部により検査光が投光されることによって生じる異物からの散乱光を受光する受光部26とを含む。投光部25は、発光ダイオード(LED)などの光源16と、光源16から出射される出射光が通過する照明レンズ17と、照明レンズ17を経て被検面へ至る出射光の光路を変更する光路変更部材である平行平板ガラス24とを含みうる。光源16は、例えば、露光装置の光源1(図1)の光と同じ波長の光を発するLEDでありうる。近年、マスクの大型化が進んでおり、それに対処するため、光源16は、異物検査においても検査駆動方向(図2中のY方向)と直交する方向(X方向)にLEDが多列配置されたラインLEDであってもよい。また、投光部25は、投光部25のY方向の位置を調整する機構である調整部51を含みうる。
受光部26は、受光レンズ18と、受光レンズ18を通過した光を電気信号に変換するセンサ部19とを含みうる。受光レンズ18は、投光部25の光源16にラインLEDが用いられる場合、それに応じてX方向に伸びるアレイレンズでありうる。また、受光部26は、受光部26のY方向の位置を調整する機構である調整部52を含みうる。
投光部25は、物体の被検面である平面ガラス3上に斜めから検査光を投光する。受光部26は、検査光が投光されることによって生じる異物からの散乱光を受光する。実施形態において、光源16からの検査光の入射角度は、被検面の法線に対して斜めに設定される。また、受光部26の光軸(被検面被検面→受光レンズ18→センサ部19)は、被検面の法線に対して斜めに設定される。
このように異物検査装置50は、平面ガラス3の上側に配置され、平面ガラス3の上面の異物を検査する。上記したように、マスク5と平面ガラス3による密閉空間となっており、平面ガラス3の下面に異物の付着する確率は低いため、平面ガラス3の下面は検査対象から除外されうる。異物検査装置50は、平面ガラス3の検査の対象とする領域全てにおいて異物検査を実施するため、マスクステージ14をY方向に駆動させながら検査を行うことができる。
図3は、露光装置の外部に設けられる異物検査装置501の構成例を示す図である。図3の例においては、マスク5はマスクホルダ28(検査ステージ)によって保持され、マスク5の上の平面ガラス3が被検面とされている。第1検査部70は、図2の異物検査装置50と同様の構成を有している。また、第1検査部70は、第1検査部70のZ方向の位置を調整する機構である調整部53を含みうる。平面ガラス3ではなくマスク5の表面を被検面とする場合には、マスク5の上から平面ガラス3(および密閉空間を形成する他の部材)を退避させ、調整部53により第1検査部70のZ方向の位置を調整することにより、検査を行うことができる。
また、異物検査装置501は、光透過性の板状部材としてのペリクル27に対する異物検査を行うための第2検査部80を有する。第2検査部80は、投光部56と受光部57を含む。投光部56および受光部57はそれぞれ、図2に示した異物検査装置50における投光部25および受光部26と同様の構成でありうる。なお、投光部56は、投光部56のY方向の位置を調整する機構である調整部58を含み、受光部57は、受光部57のY方向の位置を調整する機構である調整部59を含む。また、第2検査部80は、第2検査部80のZ方向の位置を調整する機構である調整部60を含みうる。制御部Cは、第1検査部70および第2検査部80に設けられているそれぞれの調整部を制御する。また、制御部Cは、例えばCPUおよびメモリを含むプロセッサを有し、受光部26,受光部57の受光結果を処理して異物の有無の判定を行う処理部としても機能する(なお、図2においてもこのような制御部を有するが、図2ではそれらの図示を省略している。)。
このような露光装置の外部に設けられる異物検査装置501によれば、平面ガラス3、マスク5の上面(非パターン面)、ペリクル27のいずれに対しても異物検査を行うことができる。図4において、左上の図は、第1検査部70がマスク5の上面に対して異物検査を実施する場面を示している。右上の図は、第1検査部70が平面ガラス3の上面に対して異物検査を実施する場面を示している。このように、制御部Cは、第1検査部70の調整部53を制御して、第1検査部70のZ方向の位置をΔZで示される量だけ調整し、異物からの散乱光を正しく検知できるようにする。また、マスクホルダ28は、不図示の駆動機構によりY方向に移動可能に構成されている。したがって、異物検査装置501は、検査の対象とする領域全てにおいて異物検査を実施するため、マスクホルダ28をY方向に駆動させながら検査を行うことができる。
[投光部と受光部の配置について]
以下では、図2または図3の投光部25と受光部26との関係について説明する。図3の投光部56と受光部57との関係についても同様の議論ができる。
上記したように、実施形態において、光源16からの検査光の入射角度は、被検面の法線に対して斜めに設定される。また、受光部26の光軸(被検面被検面→受光レンズ18→センサ部19)は、被検面の法線に対して斜めに設定される。投光部25と受光部の配置については、(1)被検面から検査光の正反射光がセンサ部19に入射しないこと、(2)フレアなどの迷光がセンサ部19に入射しないこと、(3)異物の検出精度を満足すること、等の検査仕様に沿って決定される。
しかし、LEDの発光光は指向性がなく配光角度分布を有する。そのため、仮にLED発光面~被検面の間にコリメータレンズを適切に配置しても、被検面上では照明領域が広がり、その領域内において強度分布(LED発光素子が多列配置された方向と直交方向の強度分布)が生じる。例えば、図5に示されるように、光源から被検面へ斜入射された検査光の強度分布Iは、入射光軸上で最大となり、軸外方向に小さくなる傾向をもつ。
これは、被検面の形状が異なることにより、被検面上の受光部の光軸と、強度分布をもつ照明領域との相対位置関係が検査領域内で変化し、結果として、同じ大きさの異物の検査結果にばらつきが発生することを意味する。以下では、このような検査結果のばらつきを抑制する構成を提案する。
通常、マスクよりも平面ガラス3の方が厚さが小さい。理由は、少しでも重量に関わる用力やコストを抑えるためである。また、厚さが小さくなることによる撓みの増加が露光性能に及ぼす悪影響が、マスクと比べて小さいためである。図4の左下にマスク5の撓みの例を、右下に平面ガラス3の撓みの例を示した。撓みが破線で示されている。このように、マスクの撓みは平面ガラス3のそれよりも小さいため、検査対象の物体がマスクの場合には、検査光の強度変化の影響を受けにくい。図5の例において、Y方向の位置A,B,Cにおいて、被検面の高さ(Z方向の位置)はほぼ同じである。この場合、Y方向の位置A,B,Cではそれぞれ、受光部26の光軸は被検面上の光強度分布のピーク位置付近にあり、図6(A)に示されるように、位置A,B,Cの間では光強度変化が小さい。そのため、図6(B)に示されるように、同じ大きさの異物に対しては受ける光信号強度のばらつきは小さい。よって、被検面上で投光部の光軸と受光部の光軸が交わるように投光部と受光部を配置すればよく、この場合には、検査光の強度や異物からの光も大きくなりセンサ上の信号出力を高く維持することができる。
これに対し、平面ガラス3の場合、撓みが比較的大きいため、検査光の強度変化の影響を受けやすい。図7に示されるように、位置Aでは、位置Bを基準として被検面の高さ(Z方向の位置)が、Z1変化したとき、照明領域が被検面と平行にaだけずれる。同様に、位置Cでは、位置Bを基準として被検面の高さ(Z方向の位置)が、Z2変化したとき、照明領域が被検面と平行にbだけずれる。
検査対象が平面ガラス3の場合に、被検面上で投光部の光軸と受光部の光軸とが交わるように配置を調整すると、同じ大きさの異物に対する信号強度のばらつきが大きくなる。これは、投光部の光軸付近の強度変化が大きいため、被検面の高さ変化に対して敏感であるためである。被検面上の撓み(Z1,Z2)に応じて照明領域が被検面と平行方向(a,b)にずれてしまうことにより、図8(A)に示されるように、Y方向の位置A,B,Cの間では被検面上の受光部の光軸上にある照明強度が敏感に変化する。そのため、図8(B)に示されるように、同じ大きさの異物に対する信号強度のばらつきが大きくなる。
そこで、実施形態では、投光部25の光軸と受光部26の光軸とが交わる点が被検面とりうる高さ範囲内からずれた位置になるように投光部25と受光部26が配置される。例えば、図9に示されるように、被検面上の投光部25の光軸から外れた領域で、被検面に平行な方向(Y方向)に、光強度の変化が緩やかな領域に受光部26の光軸が位置するように、投光部25と受光部26が配置される。そうすると、図10(A)に示されるように、被検面上の撓み(Z1,Z2)に応じて照明領域が被検面と平行方向(a,b)にずれてしまっても、Y方向の位置A,B,Cの間で被検面上の受光部の光軸上にある光強度は鈍感に(緩やかに)変化する。そのため、図10(B)に示されるように、同じ大きさの異物に対する信号強度のばらつきも小さい。このとき、照明光の強度や異物からの光も小さくなりセンサ上の信号出力は低くなるが、異物の有無の判別に影響がない信号強度が確保されていればよい。照明領域に対する受光部の相対位置を調整する際に発生した、センサ部で検出された異物からの光量の変化は、光源の出力を調整することが可能である。
なお、マスク5の場合、平面ガラス3のときのような照明領域に受光部の光軸が来るように調整すると、マスク下面のパターンに照明されたときに発生する回折光が受光部で誤検知される可能性がある。これの対策については後述する。
投光部25と受光部26との相対位置の調整は、投光部25の調整部51もしくは受光部26の調整部52、またはその両方を用いて行うことができる。図11は、投光部25の調整部51を用いて、投光部25を検査駆動方向(Y方向)に調整する例を示している。制御部Cは、投光部25の光軸と受光部26の光軸とが交わる点が被検面とりうる高さ範囲からずれた位置になるように調整部51を制御することができる。図12は、受光部26の調整部52を用いて、受光部26を検査駆動方向(Y方向)に調整する例を示している。制御部Cは、投光部25の光軸と受光部26の光軸とが交わる点が被検面とりうる高さ範囲からずれた位置になるように調整部52を制御することができる。図13は、投光部25の平行平板ガラス24を用いて、投光部25の光軸の位置を調整する例を示している。ここで、投光部25は、図13に示されるように、光路変更部材である平行平板ガラス24の回転角度を調整することにより、被検面へ至る出射光の光路の変更量を調整する調整部24aを含む。制御部Cは、投光部25の光軸と受光部26の光軸とが交わる点が被検面とりうる高さ範囲からずれた位置になるように調整部24aを制御することができる。
実施形態において、制御部Cは、被検面の平坦度(撓み、凹凸形状を含む)に応じて、これらの調整部を制御する。例えば、事前に検査対象の物体の物性値から算出される被検面の平坦度と、被検面上の光強度分布と、必要な調整量の関係を記録しておき、その関係に基づいて、調整量を決定してもよい。ここで、被検面の平坦度は、被検面がとりうる高さ範囲を示す値であればよい。また、異物検査前に、予め算出もしくは実測した被検面の平坦度と、サンプル異物に対して検出される信号強度の変化とに基づいて、調整量を決定してもよい。このように、制御部Cは、被検面の平坦度と調整部による調整量との間の予め得られた関係に基づいて、調整量を決定することができる。
上記のような調整は、被検面上の検査領域内で、被検面がとりうる高さ範囲(撓み、形状を含む)において、その検査領域内にある同じ大きさの異物の出力変化が異物検査の検出再現性レベルになるよう行われる。すなわち、制御部Cは、被検面に、想定される平坦度に従う変形があっても、異物有無の判定の所定の精度が確保されるように、調整部による調整量を決定する。
次に、マスクパターンからの回折光の誤検出の対策について説明する。
露光装置用のマスクには、露光されるべきプロセスパターンが形成されている。そのため、異物検査装置による検査対象の物体がマスクである場合、投光部により検査光が投光されることによってマスクのパターン部で回折光が発生する。このような回折光は異物の有無の判別に悪影響を及ぼす可能性がある。パターンの種類は任意であるため、受光部で誤検知を防ぐためには、パターンへ入射する検査光を遮断することが必要となる。
そこで実施形態では、図14に示されるように、検査光の一部を遮光する遮光部材35を被検面付近に配置する。第1検査部70によってマスク5の上面を検査する際には、図15に示されるように、検査光がマスク5の上面に入射し、屈折を経てパターン部Pへ入射し、そこからの回折光が受光部26へ入射しうる。よって、実施形態では、検査光がパターンの位置に到達(入射)しないように遮光部材35が配置される。
第2検査部80によってペリクル27を検査する際には、図16に示されるように、検査光がペリクル面に入射し、屈折を経て、パターン部Pへ入射し、そこからの回折光が受光部56へ入射しうる。よって、実施形態では、検査光がパターンの位置に到達(入射)しないように遮光部材35が配置される。
また、第1検査部70によって平面ガラス3の上面を検査する際には、図17に示されるように、検査光が平面ガラス3の上面に入射し、屈折を経て出射し、マスク5の上面に入射し、屈折を経てパターン部Pへ入射する。そのため、パターン部Pからの回折光が受光部26へ入射しうる。よって、実施形態では、検査光がパターンの位置に到達(入射)しないように遮光部材35が配置される。
以上の図15~図17の例において、異物検査装置は遮光部材35の位置を調整する遮光調整部35aを有する。制御部Cは、検査光がパターン部Pの位置に到達しないように遮光調整部35aを制御することができる。このとき、制御部Cは、被検面の変化(平坦度、姿勢、形状、たわみ、厚さ)が生じても、被検面上の異物への検査光を遮光したり、逆にパターン部に検査光が到達することがないように遮光調整部35aを制御する。また、制御部Cは、調整部により投光部と受光部との相対位置を調整したことに応じて遮光調整部35aによる調整を実施する。これにより、投光部と受光部との相対位置が調整される都度、遮光部材35が適切な位置に配置される。
<物品製造方法の実施形態>
本発明の実施形態に係る物品製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイス、微細構造を有する素子、フラットディスプレイ等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品製造方法は、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。更に、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。
3:平面ガラス、5:マスク、25:投光部、26:受光部、27:ペリクル、50:異物検査装置

Claims (11)

  1. 露光装置用のマスクの上方に配置された物体の被検面上の異物を検査する異物検査装置であって、
    前記被検面の上方に配置され、前記被検面に検査光を投光する投光部と、
    前記被検面の上方に配置され、前記投光部により前記検査光が投光されることによって生じる前記異物からの散乱光を受光する受光部と、
    前記検査光の一部を遮光する遮光部材と、
    を有し、
    前記投光部は、前記被検面において、前記投光部の光軸上で最大の光強度となり前記投光部の光軸から離れるに従い光強度が小さくなる光強度分布を形成し、
    前記投光部の光軸と前記受光部の光軸とが交わる点が、前記被検面のとりうる高さ範囲からずれた位置になるように、前記投光部と前記受光部が配置され、
    前記遮光部材は、前記検査光が前記マスクのパターンに到達しないように配置されていることを特徴とする異物検査装置。
  2. 前記投光部と前記受光部との相対位置を調整する調整部と、
    前記投光部の光軸と前記受光部の光軸とが交わる点が前記高さ範囲からずれた位置になるように前記調整部を制御する制御部と、
    を有することを特徴とする請求項1に記載の異物検査装置。
  3. 前記投光部は、光源と、前記光源から出射される出射光が通過するレンズと、前記レンズを経て前記被検面へ至る前記出射光の光路を変更する光路変更部材とを含み、
    前記光路変更部材の回転角度を調整することにより前記光路の変更量を調整する調整部と、
    前記投光部の光軸と前記受光部の光軸とが交わる点が前記高さ範囲からずれた位置になるように前記調整部を制御する制御部と、
    を有することを特徴とする請求項1に記載の異物検査装置。
  4. 前記制御部は、前記被検面の平坦度に応じて前記調整部を制御することを特徴とする請求項2または3に記載の異物検査装置。
  5. 前記受光部の受光結果を処理して前記異物の有無の判定を行う処理部を更に有し、
    前記制御部は、前記被検面に前記平坦度に従う変形があっても前記判定の所定の精度が確保されるように前記調整部による調整量を決定することを特徴とする請求項4に記載の異物検査装置。
  6. 前記制御部は、前記被検面の平坦度と前記調整部による調整量との間の予め得られた関係に基づいて、前記調整量を決定することを特徴とする請求項5に記載の異物検査装置。
  7. 前記遮光部材の位置を調整する遮光調整部を更に有し、
    前記制御部は、更に、前記検査光が前記パターンの位置に到達しないように前記遮光調整部を制御することを特徴とする請求項2乃至6のいずれか1項に記載の異物検査装置。
  8. 前記制御部は、前記調整部を制御したことに応じて、前記遮光調整部を制御することを特徴とする請求項7に記載の異物検査装置。
  9. マスクのパターンを基板上に投影して前記基板を露光する露光装置であって、
    前記露光装置内に配置された光透過性の板状部材の表面に付着した異物を検査する請求項1乃至8のいずれか1項に記載の異物検査装置を含むことを特徴とする露光装置。
  10. 前記板状部材は、前記マスクの上に前記マスクと離間して配置され、前記マスクの撓みを補正するためのガラス板を含むことを特徴とする請求項9に記載の露光装置。
  11. 請求項9または10に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
    前記工程で前記露光された基板を現像する工程と、
    を含み、前記現像された基板から物品を製造することを特徴とする物品製造方法。
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