JP2000124122A - 半導体露光装置および同装置を用いるデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウエハまたはウエハチャックに異物が付着し
たことを迅速に検知できる、生産性および信頼性の高い
半導体露光装置を提供する。 【解決手段】 ウエハまたはウエハチャックに異物が付
着したことを自動判定できるスキャン式半導体露光装
置。異物付着判定は、ウエハ上面と光学系像面との距離
に基づき行うことが出来る。さらにこの露光装置を用い
るデバイス製造方法を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体露光装置、よ
り詳しくは、ウエハやウエハチャックに付着した異物を
検出可能なスキャン露光装置に関するものである。また
本発明は、同装置を用いるデバイス製造方法にも関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体露光装置としては、ウエハ
を搭載したステージを平面内で位置決めした後露光を行
う事を繰り返す、逐次移動型露光装置（所謂ステッパ）
が主流であった。しかし近年、半導体回路微細化に伴っ
て、回路パターンを描画した基板（レチクル）とウエハ
を、それぞれステージに搭載し、双方を同期走査しなが
ら露光する、いわゆるスキャン露光装置が登場し、これ
に対する期待が高まってきている。その一因として、ス
テッパに比べて露光フィールドを大きく取れ、コントラ
ストを一様としやすい等のスキャン露光独特の特徴が明
らかになってきていることが挙げられる。

【０００３】スキャン露光装置の概念図を図３に示す。
光源１０としてはＫｒＦエキシマレーザが良く用いられ
る。光源１０から出た光は、照明光学系１１において成
形され、数ｍｍ程度のスリットを通ってレチクルステー
ジ１２上に保持されたレチクル１３上に照射される。レ
チクル１３には、投影露光すべき回路パターンが描かれ
ている。さらに投影光学系１４を通った光は、ウエハス
テージ１５上に保持されたウエハ１６に到達する。この
時、ウエハステージ１５とレチクルステージ１２とを一
定速度で逆方向に移動させることにより、スリット幅よ
り大きな露光フィールドを得ることができる。ここで逆
方向に移動させるのは、投影光学系１４が像を反転させ
るためである。

【０００４】レチクルステージ１２およびウエハステー
ジ１５は、レーザ測長器１７および１８を用いて並進方
向の位置が精密に制御される。また鉛直方向に関して
は、フォーカス検出系１９により、ウエハ面と光学系像
面との距離および傾きを計測して、ウエハステージ１５
をスキャン駆動させながら同時にウエハ面が像面になら
うよう、Ｚ方向（フォーカス）およびチルト方向（レベ
リング）に逐次駆動制御される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】フォーカス検出系１９
において検出されたフォーカス計測値は、通常のプロセ
スウエハではゆるやかなトレンドを持つことが多い。最
近のウエハ平坦化プロセス等によりチップ内の段差を極
力少なくすることによって、より微細な露光パターンを
得ることができるわけであり、結果としてフォーカス計
測値にはそれほど急峻な変化は現れないのである。逆
に、チルト方向に大きな段差が検出された場合、これに
ウエハ面をならわせるよう駆動することは、かえってチ
ップ内にてデフォーカスする結果となってしまう。仮に
５０ｐｐｍの傾斜がフォーカス計測値として得られた場
合、スリット長手方向のチップサイズを２０ｍｍとする
と、５０ｐｐｍ×２０ｍｍ＝１μｍとなってチップ両端
では１μｍのＺ方向の差がある。近年の高解像度露光装
置においては、焦点深度は高々０．７μｍ程度であるか
ら、この結果チップ全域をデフォーカスせずに露光する
ことは不可能である。

【０００６】フォーカス計測値に急峻な変化が現れる場
合の多くは、ウエハを吸着保持するウエハチャック上や
ウエハ上に異物（ゴミなど）が付着した場合である。異
物の一例としては、ウエハからレジストが剥離してチャ
ックに付着したもの等が挙げられる。特にこうしたウエ
ハチャック上の異物に関しては、半導体製造現場では非
常に注意を払っており、定期的にチャックを交換して洗
浄するなどの措置をとっている。しかしながら異物付着
を即座に検知しているわけではないため、異物付着から
チャック交換までの期間においては、露光したウエハ上
のチップを全数検査した結果でしかこれを検知すること
ができず、チップ生産歩留まりが低下するなど生産性に
悪影響を及ぼしていた。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を克服
すべくなされたもので、ウエハチャックあるいはウエハ
上に異物が付着したことを迅速に検知する手段を具備す
ることによって、生産性および信頼性の高い半導体露光
装置およびデバイス製造方法を提供するものである。

【０００８】すなわち本発明の半導体露光装置は、基板
とウエハを同期走査させ、該基板上に描画されたパター
ンを光学的に該ウエハ上に転写する半導体露光装置であ
って、該ウエハ上あるいは該ウエハを吸引保持する部材
上に異物が付着したことを、自動的に判定できる手段を
具備することを特徴とする。

【０００９】本発明の一実施形態において、前記異物付
着判定手段は、ウエハ上面と光学系像面との距離を計測
する計測器と、該計測器により得られる計測値に基づき
異物付着判定をする判定器とを具備する。

【００１０】本発明ではウエハ上面と光学系像面との距
離を計測する計測器として、斜入射光方式のフォーカス
検出系を用いることが出来る。このフォーカス検出系
は、ウエハの上面に斜めに結像光束を投射する投光器
と、その光束の反射光を受光して光電検出し、ウエハ上
面の高さ位置又は投影レンズの結像面からのずれ量に応
じた焦点信号を出力する受光器から構成することが出来
る。この他に、ウエハに一定圧力の気体をノズルから噴
射し、その気体の背圧を検出するエアマイクロメータ方
式等の公知のフォーカス検出系を使用してもよい。

【００１１】また本発明のデバイス製造方法は、上記本
発明の半導体露光装置を用いる製造方法である。

【００１２】

【実施例】第１の実施例 第１の実施例を図１に示す。図１において、１はウエハ
３を載せて６自由度で駆動可能なウエハステージで、ウ
エハを吸着保持するためのウエハチャック２が搭載され
ている。４は光学系像面とウエハ上面との距離を計測す
るフォーカス検出系であり、前述の如き、斜入射光方式
の検出系を用いている。５はウエハステージ１等のユニ
ットの制御を司るコントローラであり、図１には記載し
ていないレチクルステージその他のユニットもその制御
範疇とする制御部６を含む。８は装置オペレータとのユ
ーザインターフェース部であり、コントローラ５とオペ
レータとの仲介の役割をなす。７はコントローラ５に装
備される異物有無判定手段であり、コントローラ５にソ
フトウエアとして実装されている。

【００１３】ここで異物有無判定手段７について、図２
のフローチャートを用いて詳細に説明する。 （ステップ１） コントローラ５からの指令に従って、
１チップ分のスキャン露光を開始する。 （ステップ２） 第１回目のフォーカス計測を行い、鉛
直方向のモードすなわちＺ、ω_x 、ω_y 方向の値として
メモリ上に保存する。ここで、フォーカス計測を行うチ
ップ上の場所は、予めコントローラ５内で設定されてい
る。 （ステップ３） スキャン露光を行いながらステップ２
をＭ回繰り返す。結果、逐次得られるフォーカス計測値
は、同図中に示したような配列の形でメモリに保存され
る。 （ステップ４） スキャン露光終了後、異物有無判定手
段７はＮ回目とＮ＋１回目のフォーカス計測値の差分を
計算し、この値が所定値を超えていた場合は、当該計測
点付近に異物が存在する可能性があると判断する。

【００１４】これらの判定処理を通じて異物ありと疑わ
れる場合には、ユーザインターフェース部８にてその旨
を警告するメッセージ等を表示する。必要があれば、そ
の後の処理シーケンスの進行を中断させても良い。この
警告によって、異物の存在をオペレータに知らしめるこ
とができるため、ウエハチャック清掃などの必要な処置
を迅速に行うことが可能となり、不良を減らしてチップ
生産性を高めることができる。

【００１５】第２の実施例 第１の実施例では、スキャン露光とフォーカス計測を同
時に行う場合について説明したが、露光を行わずにスキ
ャン動作とフォーカス計測のみを行う、いわば異物検出
専用動作モードとしても良い。この場合の構成等も第１
実施例と全く同様である。

【００１６】第３の実施例 第１の実施例では、１チップ内の異物有無判断処理につ
いて説明したが、１ウエハ分のフォーカス計測値をテー
ブルの形で保存し、ウエハ交換毎に判断しても良い。ま
たウエハ毎の履歴をとることによって、異物有無判断の
精度を高めることが可能である。例えば、Ｎ枚目とＮ＋
１枚目とでフォーカス計測値の差分の変化が大きい場合
に異物在りと判断すれば、より確度良く判定することが
できる。

【００１７】第４の実施例 次に上記説明した露光装置を利用したデバイス製造方法
の実施例を説明する。図４は微小デバイス（ＩＣやＬＳ
Ｉ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘ
ッド、マイクロマシン等）の製造のフローを示す。ステ
ップ１（回路設計）ではデバイスのパターン設計を行な
う。ステップ２（マスク製作）では設計したパターンを
形成したマスクを製作する。一方、ステップ３（ウエハ
製造）ではシリコンやガラス等の材料を用いてウエハを
製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼
ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラ
フィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次
のステップ５（組立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４
によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する
工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディ
ング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を
含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された
半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検
査を行なう。こうした工程を経て、半導体デバイスが完
成し、これが出荷（ステップ７）される。

【００１８】図５は上記ウエハプロセス（ステップ４）
の詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウエ
ハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウ
エハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形
成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステ
ップ１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込
む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハにレジス
トを塗布する。ステップ１６（露光）では上記説明した
本発明の露光装置によってマスクの回路パターンをウエ
ハの複数のショット領域に並べて焼付露光する。ステッ
プ１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステッ
プ１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部
分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッ
チングが済んで不要となったレジストを取り除く。これ
らのステップを繰り返し行なうことによって、ウエハ上
に多重に回路パターンが形成される。

【００１９】本実施例の生産方法を用いれば、従来は製
造が難しかった大型のデバイスを低コストに製造するこ
とができる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ウ
エハチャックあるいはウエハ上に異物が付着したことを
迅速に検知することが可能となる。これによって、生産
性および信頼性の高い半導体露光装置およびデバイス製
造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例の半導体露光装置の部分概略
図である。

【図２】 本発明の第１実施例の異物有無判定フローチ
ャートである。

【図３】 従来のスキャン式露光装置の概略図である。

【図４】 本発明の第４実施例の微小デバイス製造フロ
ーチャートである。

【図５】 図４のステップ４の詳細フローチャートであ
る。

【符号の説明】

１：ウエハステージ、２：ウエハチャック、３：ウエ
ハ、４：フォーカス検出系、５：コントローラ、６：制
御部、７：異物有無判定手段、８：ユーザインターフェ
ース部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板とウエハを同期走査させ、該基板上
   に描画されたパターンを光学的に該ウエハ上に転写する
   半導体露光装置であって、該ウエハ上あるいは該ウエハ
   を吸引保持する部材上に異物が付着したことを、自動的
   に判定できる手段を具備することを特徴とする、半導体
   露光装置。
2. 【請求項２】 前記異物付着判定手段は、ウエハ上面と
   光学系像面との距離を計測する計測器と、該計測器によ
   り得られる計測値に基づき異物付着判定をする判定器と
   を具備することを特徴とする、請求項１に記載の半導体
   露光装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の半導体露光装置
   を用いるデバイス製造方法。