JP2005005291A - 露光装置および露光装置におけるパーティクル除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】露光装置において、基板を保持する基板保持部にパーティクルが付着していると、フォーカスぼけによるレジストパターン不良の原因の一つとなり、このパーティクルを迅速かつ露光雰囲気を破壊、汚染せずにクリーニングすることが可能な露光装置を提供する。
【解決手段】本発明の露光装置は、レーザー発振器１１と、レチクルがソーターされるステージ３と、露光される基板を保持する基板保持部２１とを備え、露光時に基板保持部２１上の基板にレーザー発振器１１からの光を照射するエリアよりも小さく、レーザー発振器１１からの光を基板保持部２１に集光させる集光手段を備えている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光ステージにウェハー等の基板を保持する基板保持部等に付着したパーティクルや異物を除去する方法およびそれに用いる半導体製造装置、特に半導体露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造用の露光装置においては、光源の光によって露光用のマスクに照射し、その照射されたマスクのパターンの像をウェハー等の基板上のフォトレジストに投影して露光する。
【０００３】
半導体素子の微細化、高集積化が進むにつれて、高精度の半導体露光装置が要求されるようになった。ウェハー等の基板保持部においても、ウェハーに接触する基板保持面の表面は高い平面度をもって形成され、これに吸着される基板の平坦度を矯正するようになっている。そして、ＬＳＩを製造する際には、何種類ものマスクのパターンを基板上に露光することを要し、同じ基板の同じ位置に別の種類のマスクのパターンを露光することになるので、基板上のアライメントマークとマスクのアライメントマークを位置決めした後に露光が行われている。
【０００４】
しかし、パーティクルや異物が基板保持部上に付着している場合、このパーティクルのために、ウェハーは部分的に凸状になり、局所的に平坦度が悪くなる。また、この場合にパーティクル等の付着によって凸状となった部分では、ウェハー面内方向に位置ズレが発生することになる。従って、露光時あるいはアライメント時にこのような位置ズレが生じることによって、オーバーレイ（重ね合わせ）精度に悪い影響を及ぼす。
【０００５】
また、一方で、半導体素子の微細化が進められ、露光時の解像力が向上させられている。そのため、高開口数（ＮＡ）の投影レンズを使用するので、フォーカスマージンが少なくなってきている。特に０．２５μｍルールのデバイスでは、フォーカスマージンは１．０μｍ以下になっている。
【０００６】
基板保持部にサブミクロンのパーティクルが付着しておれば、ウェハーがたわみ、露光ショット内領域で極小フラットが保てなくなり、フォーカスボケが生じ、所望のパターンが形成されない現象が生じる。
【０００７】
このような問題点を解決する手段としては、ウェハー及び基板保持部の異物の検出を露光前に行うようにした半導体基板の露光装置が知られている。
【０００８】
図６は、従来の第１の異物検出装置の概略図であり、異物を検出するためのレーザー光を発生するレーザー光源４３と、ビームスプリッター４１と、回転軸により回転自在な反射ミラー４０と、異物により反射した散乱光を検出する光電変換素子４２とから構成されている（例えば特許文献１）。
【０００９】
検出方法としては、レーザー光源４３から発振されたレーザー光をビームスプリッター４１及び反射ミラー４０を経て、ウェハーチャック１の表面に対して水平に照射させ、この照射において、反射ミラー４０を回転軸により回転させるか、ウェハーチャック１を水平に移動させることによって、レーザー光を検査面全体に走査させる。これにより異物が付着している場合には、この異物によってレーザー光が散乱することとなり、この散乱光を反射ミラー４０及びビームスプリッター４１を経て光電変換素子４２で検出することによって異物を検出している。
【００１０】
また、検査面のどの位置にゴミが付着しているかを判別するには、異なる直行方向よりレーザーを走査させる必要があり、機構的に複雑となる。
【００１１】
現在では、露光ステージ上の異物の検出は、フラットなウェハーを用いて、一般的に次のような方法で行っている。
【００１２】
図７は、半導体露光装置における従来の第２の異物検出装置の概略図であり、非常に平坦なウェハー１１８を基板保持部１１７の上に載せてフォーカスセンサーによって基板の局所的凹凸を計測するものである。フォーカスセンサーは、ハロゲンランプ１１１と、送光スリット１１２と、振動ミラー１１３と、ハービングガラス１１４と、受光スリット１１５と、ディテクター１１６とで構成されている。
【００１３】
検出方法としては、ハロゲンランプ１１１から送られた光は送光スリット１１２を通り、ウェハー１１８上で反射し、振動ミラー１１３で反射し、左右に振動させる。振動ミラー１１３で反射した光はハービングガラス１１４を通り、受光スリット１１５から透過した光はディテクター１１６で電気信号に変換される。電気信号の強弱が倍周波数を検出することでベストフォーカスの位置がわかり、ウェハー１１８上面でのベストフォーカスからの位置ずれを測定することができる。
【００１４】
ステージをｘ、ｙ水平方向に動かし、この操作を何度も繰り返し、ウェハー面内の数十〜数百点を測定する。この方法により、基板保持部１１７に付着したパーティクルに超平坦なウェハー１１８を載せた場合、ウェハー１１８はたわむ。このたわみ量と、ウェハー面内の平坦度の計算結果とを比較することにより、基板保持部１１７上のおよその位置にどの程度のパーティクルが付着しているかが分かる。実際の製品を露光処理する前に基板保持部１１７に付着したパーティクルをこの装置で検出したら、基板保持部１１７をクリーニングして、フォーカスボケを未然に防ぐ方法が知られている。
【００１５】
パーティクルの従来の除去方法としては、アルコール等の溶剤がついた布、専用紙により基板保持部１１７の上面を拭き取る方法がある。それでも、除去されない場合は油砥石により基板保持部１１７を研磨し除去する方法がある。
【００１６】
【特許文献１】
特開平５−１０８８９号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来の技術によれば以下に述べる課題がある。
【００１８】
従来の第１の方法では、異なる直行方向により、レーザー光を走査する必要があり光学系が複雑な装置となる。
【００１９】
従来の第２の方法では、基板保持部１１７の上面を検査する時、検査する点が少ない場合、１点の検査領域が大きくなり、検査領域のどの位置にパーティクルが付着しているかを精度良く判別することが困難である。一方、検査する点を多くとり、位置検査面の領域を細かくすると測定する時間が多くかかる。
【００２０】
現実においては、測定時間が短い方が優先されるため、パーティクルがあると判断される箇所は広い範囲になる。この場合でも、人がパーティクル除去作業をするには十分である。
【００２１】
しかし、パーティクル除去作業は、人が介在するため、基板保持部に対し保持されるべき雰囲気を破ることになる。微細化に伴い露光時での温度、湿度の管理、化学増幅型レジストに影響を与える塩基類の濃度の管理が厳しくなるため、所定の雰囲気に戻すのに時間を要する。また、基板保持部は装置の中心部にあることが多いため、段取りに時間を要する。更に作業が基板保持部の広範囲で行われるため、広い領域からのダストの発生が起こり得る。
【００２２】
なお、人がパーティクル除去作業を行うため、速く的確にパーティクルを除去するには各個人のスキルが非常に大きく関係する。
【００２３】
そこで、本発明は、従来技術の有する課題を解決するもので、露光装置および露光装置におけるパーティクル除去方法を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の露光装置におけるパーティクル除去方法は、露光装置の基板を保持する露光ステージ基板保持部に露光光源からの光を集光させる工程と、露光ステージ基板保持部の所定の位置に露光光源からの光を照射する工程とを備えたことを特徴とする。また、露光光源からの光を照射する工程に加えて、照射と同時または照射直後に高圧ガスを所定の位置に吹き付ける工程を備えたことを特徴とする。
【００２５】
本発明の露光装置は、露光光源と、レチクルを装着するレチクル装着ステージと、露光される基板を保持する露光ステージ基板保持部とを備えた露光装置において、露光時に露光ステージ基板保持部上の基板に露光光源からの光を照射するエリアよりも小さく、露光光源からの光を露光ステージ基板保持部に集光させる集光手段を備えたことを特徴とする。
【００２６】
また、露光ステージ基板保持部上に高圧ガスを吹き付ける高圧ガス吹き付け手段を備え、パーティクルの除去をアシストする工程を備えている。 以上の構成により、露光ステージ基板保持部上にパーティクルが載っている場合に、パーティクルの位置を調べて、パーティクルを除去するには、集光光学部品を露光の光路に一時的に挿入することにより、露光光源からの光を基板保持部上に集光させ、水平２方向に露光ステージを移動させて、パーティクルの位置に合わせ、露光光源の集光光を照射することによりパーティクルを除去することが可能である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参考にしながら説明する。
【００２８】
図１は本発明の一実施形態におけるパーティクル除去装置を備えた露光装置を示した概略図である。図１において、１は露光ステージ、２は投影レンズ、３はレチクルがソーターされるステージ、５は第２コンデンサーレンズ、６は絞り、７は第２フライアイレンズ、８は第１フライアイレンズ、９は第１リレーレンズ、１０はＮＤフィルター、１１はレーザー発振器、１３，１４，１５は反射ミラー、２１は露光ステージ１上の基板保持部である。これらは一般的な露光装置の構成と同じである。
【００２９】
本発明においては、露光ステージ１上のパーティクルを除去するために新たに、露光の光路である露光光軸部から一時的に挿入たり、取り出したりして出し入れが可能な集光光学系４と、露光ステージ基板保持部２１上に高圧ガスを吹き付ける高圧ガス吹き付け手段であるエアー吐出管２２と、吸引手段である排気ダクト２３とを備えている。ここで、２４は基板保持部２１上にあるパーティクルを表している。
【００３０】
以上のように構成された本実施形態の露光装置について、以下その動作について説明する。レーザー発振器１１から発振された露光光は、途中、反射ミラー１３，１４，１５で反射され、ＮＤフィルター１０、第１リレーレンズ９、第１フライアイレンズ８、第２フライアイレンズ７、絞り６、第２コンデンサーレンズ５、集光光学系４、レチクルがソーターされるステージ３、投影レンズ２を通り、露光ステージ１上の基板保持部２１に照射される。
【００３１】
ここで、集光手段としての着脱可能な集光光学部品である集光光学系４は、レチクルがソーターされるステージ３よりも露光光源であるレーザー発振器１１側に、露光光軸部分に合わせて挿入される。この集光光学系４は、ほぼステージ３のレチクル基板面に露光光を集光させる特徴を有しており、投影レンズ２を通じて、基板保持部２１の中央部に露光光が再び集光する。既に何等かの方法で基板保持部２１上のどの位置にパーティクル２４があると分かっている場合、露光ステージ１を水平に移動させ、露光光が集光する位置をパーティクル２４がある位置に合わせることができる。
【００３２】
この状態で、露光光源でもあるレーザー発振器１１からレーザー光を連続的に発振させる。以下、本発明の露光装置におけるパーティクル除去方法について説明する。
【００３３】
一般に露光に使用されているＫｒＦエキシマレーザーは数１０Ｗの出力で繰り返し発振され、発振周波数は数ＫＨｚである。およそ１パルスのエネルギーは１０ｍｊ程度となるが、種々のレンズ等の光学系を通過するとエネルギーが数ｍｊに減衰する。集光面積を例えば、□１ｍｍとすると数百ｍｊ／ｃｍ^２となる。この位のエネルギーを照射すると、１パルスが数１０ｎｓｅｃ程度の発振時間のため、ピーク出力が数１０ＭＷ／ｃｍ^２以上の密度になる。この場合、照射部分では、熱の影響を受けることは少ない。従って、照射部分にパーティクル２４があれば溶融するよりもむしろ、物理的に飛ばされるか、化学的な反応が促成され除去される。また、１パルスの照射よりも数〜数１０パルス連続でパーティクル２４に当てることにより、パーティクルが除去される確率が高くなる。
【００３４】
また、パーティクル２４が基板保持部２１上で広範囲に広がっている場合、レーザー光を発振しながら露光ステージ１をｘ、ｙ方向にスキャンさせながら移動させると広範囲にレーザー光を照射することができる。
【００３５】
また、基板保持部２１上のパーティクル２４の存在する位置に、レーザー光の照射と同時または照射直後にエアー吐出管２２から露光雰囲気と同じ種類で、露光雰囲気純度と同じ純度であるガスを使って基板保持部２１上に高圧に吹き付け、露光ステージ基板保持部周辺に設けた吸引手段である排気ダクト２３から排気を行うことにより、パーティクル２４の除去のアシストを行うことができる。また、基板保持部２１付近の雰囲気の汚染を最小限に止めることができる。
【００３６】
以上のように本実施形態によれば、基板保持部２１付近の雰囲気を壊すことなく、迅速に基板保持部２１上のパーティクル２４を除去することができる。
【００３７】
ここで、高圧ガスの吹き付け手段と吸引手段とを併用したが、どちらか一方でも効果がある。
【００３８】
図２は他の実施形態におけるパーティクル除去装置を備えた露光装置を示した概略図である。前記の実施形態では、基板保持部２１上のパーティクル２４を除去するために、露光光軸部分から出し入れが可能な集光光学系４をレチクルがソーターされるステージ３よりも露光光源であるレーザー発振器１１側に配置したが、ここでの実施形態においては、この集光光学系４の替わりに投影レンズ２の露光ステージ１側に集光光学系１２を配置している。集光光学系１２は露光光を基板保持部２１上に集光させる働きを持つ。前記実施形態と同様の動作、作用、効果が得られる。
【００３９】
次に基板保持部上に載ったパーティクルの位置を検出する方法について述べる。
【００４０】
図３は、基板保持部２１上にパーティクル２４がある状態で、基板保持部２１上にウェハー基板を保持し、ウェハー基板上に露光を行った場合のウェハー基板での露光状態を示す。図３において、１２０はウェハー基板、１２１は１つの露光エリア、１２２はフォーカスがずれてパターンができなかった露光エリアを示す。１２２が発生する位置は特定されることはなくランダムに発生する。フォーカスのずれの大きさもパーティクルのサイズ、量等により異なる。
【００４１】
フォーカスがずれてパターンができない原因としては、ウェハー基板１２０の裏面または基板保持部２１上にパーティクル２４が付着するために起こる。
【００４２】
図４は図３の状態における断面図である。基板保持部２１とウェハー基板１２０の間にパーティクル２４が挟まった状態を示している。パーティクル２４の上では、ウェハー基板１２０はたわみ、パーティクル２４がある部分では極小的に平坦度が悪くなる。
【００４３】
本実施形態ではこの微少な変位に着目し、正確にパーティクルの位置を特定するものである。図５は、本発明の実施形態の露光装置におけるパーティクル検出モジュールの構成図である。基板保持部２１と、透明な膜を塗布した平坦な基板２５と、レーザー光源３０と、ビームスプリッター２６と、レンズ２７と、光学変換素子２８と、画像処理装置２９とから構成されている。
【００４４】
検出方法としては、レーザー光源３０から出たレーザー光はビームスプリッター２６を通り、規則正しいパターン配列を上部に有した平坦な基板２５にあたる。平坦な基板２５にあたったレーザー光は反射光となって戻り、ビームスプリッター２６で反射して、レンズ２７を通り、光学変換素子２８で電気信号の強弱に置き換えられる。パーティクルがあるところでは、平坦な基板２５が極小的にひずむため、干渉縞の濃淡の模様が現れる。この結果は光学変換素子２８で変換された電気信号に表れ、画像処理装置２９で計算し、パーティクルがある位置を割り出すことができる。
【００４５】
以上により、基板保持部２１上のパーティクル２４の位置を正確に把握することができ、本発明の実施形態における露光装置において必要なパーティクルの場所を提供することができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、基板保持部にパーティクル等が付着している場合、あるいは基板の平坦度に悪影響を及ぼしている場合に、パーティクルの付着部分を人の手を介さず集中的に、迅速にかつ、露光雰囲気を破壊、汚染せずにクリーニングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるパーティクル除去装置を備えた露光装置を示した概略図
【図２】本発明の他の実施形態におけるパーティクル除去装置を備えた露光装置を示した概略図
【図３】基板保持部にパーティクルが付着した時のウェハー基板を示した状態図
【図４】基板保持部上にパーティクルが付着した場合の断面図
【図５】本発明の実施形態の露光装置におけるパーティクル検出モジュールの構成図
【図６】従来の露光装置における異物検出装置の概略図
【図７】他の従来の露光装置における異物検出装置の概略図
【符号の説明】
１ 露光ステージ
３ レチクルがソーターされるステージ
４ 集光光学系
１１ レーザー発振器
２１ 基板保持部
２２ エアー吐出管
２３ 排気ダクト
２４ パーティクル

Claims (10)

1. 露光装置の基板を保持する露光ステージ基板保持部に露光光源からの光を集光させる工程と、前記露光ステージ基板保持部の所定の位置に前記露光光源からの光を照射する工程とを備えたことを特徴とする露光装置におけるパーティクル除去方法。
2. 露光光源からの光を露光ステージ基板保持部上に集光させる工程における前記露光ステージ基板保持部上のエネルギーが数百ｍｊ／ｃｍ^２以上であり、前記露光ステージ基板保持部の所定の位置はパーティクルの存在が既知である領域を含むことを特徴とする請求項１記載の露光装置におけるパーティクル除去方法。
3. 露光ステージの所定の位置に前記露光光源からの光を照射する工程に加えて、照射と同時または照射直後に高圧ガスを前記所定の位置に吹き付ける工程を備えたことを特徴とする請求項１記載の露光装置におけるパーティクル除去方法。
4. 高圧ガスが露光雰囲気と同じ気体であり、前記高圧ガスの純度が前記露光雰囲気純度と同じであることを特徴とする請求項３記載の露光装置におけるパーティクル除去方法。
5. 露光光源と、レチクルを装着するレチクル装着ステージと、露光される基板を保持する露光ステージ基板保持部とを備えた露光装置において、露光時に前記露光ステージ基板保持部上の前記基板に前記露光光源からの光を照射するエリアよりも小さく、前記露光光源からの光を前記露光ステージ基板保持部に集光させる集光手段を備えたことを特徴とする露光装置。
6. 集光手段を、露光光源とレチクル装着ステージの間の位置に備えたことを特徴とする請求項５記載の露光装置。
7. 集光手段を、レチクル装着ステージと露光ステージ基板保持部の間の位置に備えたことを特徴とする請求項５記載の露光装置。
8. 集光手段は、着脱可能な集光光学部品であることを特徴とする請求項６または７記載の露光装置。
9. 露光ステージ基板保持部上に高圧ガスを吹き付ける高圧ガス吹き付け手段を備えたことを特徴とする請求項５乃至８のいずれかに記載の露光装置。
10. 露光ステージ基板保持部周辺に吸引手段を備えたことを特徴とする請求項５乃至９のいずれかに記載の露光装置。

Images