JP2006269867A

JP2006269867A - 露光装置

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Publication number: JP2006269867A
Application number: JP2005087710A
Authority: JP
Inventors: Takeo Kihara; 健雄木原; Kazunari Funayoshi; 一成船吉
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-03-25
Filing date: 2005-03-25
Publication date: 2006-10-05
Anticipated expiration: 2025-03-25
Also published as: US7692763B2; US20060216025A1; JP4794882B2

Abstract

【課題】ウエハの落下や搬送エラーの頻発を未然に防ぎ、スループットを向上する。
【解決手段】先行するデバイス製造プロセスで発生したウエハの反り量をプロセスパラメータとしてロット毎またはロット内ウエハ毎に予め入力または計測する手段を設ける。また、ウエハの反り量に応じたウエハステージ１０５やウエハ搬入ハンド１０２、プリアライメントユニット１０３等の搬送系ロボットの駆動スピード、減圧値、減圧閾値等のパラメータの補正値を算出してデータベースを作成し、このデータベースをもとに、前記パラメータを切替えまたは設定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＩＣやＬＳＩ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微小パターンを有するデバイスの製造に用いられる露光装置などのデバイス製造装置に関するものである。

半導体素子製造に用いられる半導体露光装置では、ウエハをウエハステージへ供給および回収するためのウエハ搬送系搬送ハンド、ノッチまたはオリエンテーションフラットを使用しウエハステージへのウエハ移動前にウエハ位置合わせをするためのプリアライメントステージ、およびウエハステージは、バキューム圧を用いてウエハを保持し搬送している。ここでの駆動スピードおよび減圧値、減圧閾値はウエハの形状によらず常に一定である。

また、ウエハチャックによりバキューム吸着で保持された状態のウエハ表面の形状はフォーカスセンサを用いて測定され、その形状をもとにフォーカス位置にウエハ表面を合わせて露光を行っている。

現在では、従来のほぼ正方形状に近い露光領域をウエハ上に縮小して一括投影露光する方式の通称ステッパと呼ばれる装置に対し、露光領域を矩形のスリット形状とし、レチクルとウエハを相対的に高速走査し大画面を精度よく露光する通称スキャナが主流になりつつある。

ウエハの各ショットとレチクルとのアライメントは、レチクル上の回路パターンと同時にウエハに露光転写された各ショットに対応したアライメントマークの位置を光学的に検出し、かかる検出結果に基づいてウエハをレチクルに対して位置決めすることにより行われている。通常、アドバンスドグローバルアライメント（以後ＡＧＡ（ＡｄｖａｎｃｅｄＧｌｏｂａｌＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）という）が行われる。このＡＧＡとは、このレーザ干渉計付きのＸＹステージ精度頼りでウエハの位置計測を行うグローバルアライメントのことで、このＡＧＡ計測に用いるアライメントマークの選択はウエハの形状によらず一定である。
特開平０４−０１０４５２号公報

半導体デバイスの高集積化に伴い、配線の微細化や多層化が進んでいる。配線層の多層化により、半導体製造工程の後工程になるに従い、成膜中に発生した膜歪が蓄積しウエハ全体に反りを生じさせる現象が見られる。このウエハの反り量に対応できずウエハの落下や搬送エラーを引き起こしてシーケンスが停止してしまっていた。
また、ウエハが反った状態になっている場合には、ウエハチャック上のウエハに局所的なディストーションが発生し、ＡＧＡ計測やスキャン露光に影響を与えるといった問題がある。
本発明は、上述の従来例における問題点を解消することを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明のデバイス製造装置は、デバイスを構成するための基板の反りに基づいて製造に係る工程における条件を変更する変更手段を備えることを特徴とする。

本発明によれば、先行プロセスで発生した基板の反り量に応じた基板搬送スピード、吸着圧、露光時のスキャンパラメータ等を最適に切替えまたは設定することができ、基板の落下や搬送エラーの発生を未然に防ぐことができ、また基板の反りによる局所的なディストーションを補正することができる。
また、ＡＧＡ計測に用いるアライメントマークの選択が基板の反り量に応じてできるようになり、ＡＧＡ計測の精度が向上とともにフォーカスセンサによる基板表面の形状計測を行う必要がなくなるため、スループットが向上する。

本発明の好ましい実施の形態に係るデバイス製造装置は、走査型露光装置などの半導体露光装置、または半導体露光装置とコーターデベロッパとをインライン接続した半導体製造装置である。この場合、前記基板は、例えば半導体ウエハである。
すなわち、本発明の好ましい実施の形態に係る半導体露光装置は、プロセスで発生したウエハの反り量をプロセスパラメータとしてロット毎およびロット内ウエハ毎で計測または入力できることを特徴とする。

また、上記構成により得られるウエハの反り量に応じウエハの反り量に応じた搬送系ロボットの駆動スピードおよび、または、減圧値および、または、減圧閾値等のパラメータの補正値を算出し、算出結果をデータベースとして保持する。そして、このデータベースをもとにウエハステージやウエハ搬送系搬送ハンド、プリアライメントステージ等の搬送系ロボットの駆動スピードおよび、または、減圧値および、または、減圧閾値等のパラメータを切替えまたは設定することを特徴とする。これによりウエハの落下や搬送エラーが頻発するのを未然に防ぐことができる。

また、ウエハの反り量に応じて、ウエハチャック上で負圧吸着による平面矯正の残差分が引き起こす局所的なディストーション量および、または、ウエハ内でのディストーション発生位置を推定する機構を有することを特徴とする。さらに、推定されたディストーション量および、または、ウエハ内でのディストーション発生位置をもとに、スキャンスピードやスキャンパラメータを切替えることでディストーションを補正する機構および、または、シーケンスを有することを特徴とする。

また、データベース内に予め有しているウエハの反り量による判定値を用い、該当ウエハが装置内で正常に搬送することが可能であるかを判断し、該ウエハのロットまたはロット内ウエハの処理を開始する前に処理の可否を通知する機構または、シーケンスを有することを特徴とする。
また、推定されたディストーション量および、または、ウエハ内でのディストーション発生位置をもとに、スキャン露光シーケンスによりディストーションを補正できるかを判断し、該ウエハのロットまたはロット内ウエハの処理を開始する前に処理の可否を通知する機構または、シーケンスを有することを特徴とする。

また、ウエハの反り量に応じて、ウエハチャック上で負圧吸着による平面矯正の残差分が引き起こす局所的なディストーション量、ウエハ内でのディストーション発生位置を推定し、ＡＧＡ計測に用いる最適なショット領域を自動的に選択することを特徴とする。これにより、ＡＧＡ計測の精度が向上とともにフォーカスセンサによるウエハ表面の形状計測を行う必要がなくなるため、スループットが向上する。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
［実施例１］
図１は本発明の一実施例に係る半導体露光装置を示す図である。図１において、露光装置１００は露光装置を構成する各装置を制御する制御部１０２、露光装置に露光条件等を入力するための入力部１０１、予め計測されたデータ等を記憶するための記憶部１０３等を備える。制御部１０２が制御する各装置としては例えば、ステージ装置、ウエハのパターン位置を計測するためのアライメント装置、ウエハを搬送するための搬送装置等が挙げられる。

図２は、制御部１０２および記憶部１０３に記憶されたデータベースを用いてウエハの搬送装置を制御した場合のウエハの搬送シーケンスを示す図である。これらの図に基づき本発明を詳細に説明する。
まず、コーターデベロッパでウエハ上にレジストを塗布し（ステップ１０１）、その後ウエハはコーターデベロッパとウエハ搬送系間でのウエハ受け渡しを行うインラインユニットに保持される。

次に、ウエハの反り量を装置内または装置外にて、レーザ変位計や干渉計等の形状測定方法により、ロット毎またはロット内ウエハ毎に測定する。ここで、ロット毎に一様な反り量がみられる場合にはロット毎に測定した方がスループットの観点から好ましい。また、測定しなくてもおおよその反り量が予め分かっている場合にはインターフェイス等の入力部１０１に直接入力してもよい。

ここでのウエハの反り量について図３に基づいて説明する。通常、ウエハ１には半導体製造工程の後工程になるに従い、成膜やエッチングにより、ウエハに圧縮応力が働くことでロット毎に均一な膜歪が発生する。このときは、図３（ａ）のように皿型や図３（ｂ）のように帽子型の変形が発生する。また、応力状態が場所により異なった際には様々な変形状態が起こり得、図３（ｃ）のようなうねった形状も考えられる。ここで、まずウエハ形状が図３の（ａ）（ｂ）（ｃ）のどの形状と一致、または最も類似しているかという情報を予め切替えまたは設定する。皿型や帽子型の場合にはウエハ１の反り量Ｌのようなパラメータを持ち、うねった形状ではウエハ形状をマッピングしそれぞれの領域においての変形量をパラメータとして持つ。

次に、制御部１０２は、計測または、入力されたウエハの反り量と、装置内の記憶部１０３に記憶された判定値を用い、該当ウエハが装置内で正常に搬送することが可能であるかを判断し、またウエハチャック上での負圧吸着による平面矯正の残差分をスキャン露光シーケンスにより、装置内に予め有しているディストーション残差分まで補正できるかを判断し、該ウエハのロット処理を開始する前に処理の可否を通知する。ここでの判定値は予め様々な反り形状を試行錯誤した実測値や理論解析値に基づき決定されるものである。

前記通知により処理が可能であると判断されると、次に、ウエハステージやウエハ搬送系搬送ハンド、プリアライメントステージ等の搬送系ロボットの駆動スピード、減圧値、減圧閾値のパラメータ（搬送条件）および露光時のスキャンパラメータ（走査条件）を、予め作成されて記憶手段に記憶されたウエハの反り量と前記パラメータとの対応を表すデータベース（情報）を参照し、ウエハの反り量に応じて変更（切替えまたは設定）をする。ここでのデータベースは予め様々な反り形状を試行錯誤した実測値や理論解析値に基づき作成されたものである。

次に、ウエハはウエハ搬入ハンドで搬送時のウエハ吸着を行うフィンガにより保持され、メカプリアライメントユニットへ搬入される（ステップ１０２）。この時のウエハ搬入ハンドの駆動スピードおよびフィンガの減圧値、減圧閾値は上記で切替えまたは設定したパラメータを用いる。

次に、メカプリアライメントユニットでプリアライメントチャックによりウエハをバキューム吸着でプリアライメントステージ上に保持し、ウエハのノッチまたはオリエンテーションフラットを使用してウエハステージへのウエハ移動前に回転、Ｘ、Ｙ方向の位置合わせをする（ステップ１０３）。この時のプリアライメントステージの駆動スピードおよびプリアライメントチャックの減圧値、減圧閾値は上記で切替えたパラメータを用いる。

次に、ウエハはウエハ送り込みハンドで搬送時のウエハ吸着を行うフィンガにより保持され、ウエハステージへ搬入される（ステップ１０４）。この時のウエハ送り込みハンドの駆動スピードおよびフィンガの減圧値、減圧閾値は上記で切替えたパラメータを用いる。

次に、ウエハステージではウエハチャックによりウエハをバキューム吸着で保持し、ウエハステージを駆動させて露光を行う。この時のウエハステージの駆動スピードおよびウエハチャックの減圧値、減圧閾値は上記で切替えまたは設定したパラメータを用いる（ステップ１０５）。また露光中は、ウエハの反り量に応じて、スキャンパラメータを切替えることでディストーションの補正も行える。

露光が完了するとウエハはウエハ回収ハンドで搬送時のウエハ吸着を行うフィンガにより保持され、ウエハ回収ステーションへ搬入される（ステップ１０６）。この時のウエハ回収ハンドの駆動スピードおよびフィンガの減圧値、減圧閾値は上記で切替えまたは設定したパラメータを用いる。

次に、ウエハはウエハ搬入ハンドで搬送時のウエハ吸着を行うフィンガにより保持され、インラインユニットへ搬出される（ステップ１０８）。インラインユニットは、このウエハをコーターデベロッパへ搬送してウエハの搬出シーケンスが終了する（ステップ１０９）。この時のウエハ搬入ハンドの駆動スピードおよびフィンガの減圧値、減圧閾値は上記で切替えたパラメータを用いる。

［実施例２］
図４は本発明の第２の実施例に係るＡＧＡ計測に用いられる特定のサンプルショットのアライメントマークを示す図である。同図において、２はＡＧＡ計測で選択されたショット領域、３はその他のショット領域、４はアライメントパターン、１は半導体ウエハである。
ＡＧＡ計測は特定のサンプルショットのアライメント情報により、ウエハ上のショットレイアウトを統計演算処理するために、いくつかのショット領域２のアライメントマーク４をステージ駆動により、ウエハアライメントスコープにより順次測定するものである。

本実施例では、制御部１０２は、ウエハの反り量から装置内の記憶部１０３に記憶されたデータベースを参照し、ウエハチャックによりバキューム吸着で保持された状態のウエハ表面の形状を推定する。ここでのデータベースは、予め様々な反り形状を従来のフォーカスセンサで測定したウエハ表面形状の実測値や理論解析値に基づき作成されたものである。

次に、制御部１０２は、推定したウエハの形状から、ウエハチャック上での負圧吸着による平面矯正の残差分が引き起こす局所的なディストーション量、ウエハ内でのディストーション発生位置を推定する。
次に、予め装置内の記憶部に記憶されているアライメント計測に影響を与えないディストーション量の閾値と推定されたショット領域毎のディストーション量を比較し、ＡＧＡ計測に用いるアライメントマークをその閾値内に収まるショット領域から自動的に選択することで、ウエハの反り量に応じてＡＧＡ計測ができるようになる。ここで、ＡＧＡ計測に用いるアライメントマークの数は任意の数（たとえば４つ）でよく、ディストーション量が少ない位置から選択しうる。また、反り量に応じて、反りによって生じるマークずれを補正することもできる。この場合には予め反り量とずれ量との関係を計測してデータベースとして記憶手段に記憶しておくとよい。

本実施例によれば、プロセスで発生したウエハの反り量に応じたウエハ搬送スピード、吸着圧、露光時のスキャンパラメータを最適に切替えまたは設定することができ、ウエハの落下や搬送エラーの発生を未然に防ぐことができ、またウエハの反りによる局所的なディストーションを補正することができる。
また、ＡＧＡ計測に用いるアライメントマークの選択がウエハの反り量に応じてできるようになり、ＡＧＡ計測の精度が向上とともにフォーカスセンサによるウエハ表面の形状計測を行う必要がなくなるため、スループットが向上する。なお、上述の構成は露光装置で用いられることが好ましいが、これに限定する必要はなく、その他のデバイス製造方法にも適用しうる。

［実施例３］
次に、図２のフローで表されるシーケンスを搭載した露光装置を利用した微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ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）の製造プロセスを説明する。
図５は半導体デバイスの製造のフローを示す。
ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。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を設置した露光装置とウエハを用いて、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（組み立て）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）等の組み立て工程を含む。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う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、ステップ７でこれを出荷する。

上記ステップ４のウエハプロセスは以下のステップを有する。ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置によって回路パターンをレジスト処理ステップ後のウエハに焼付露光する露光ステップ、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップ。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。

本発明の一実施例に係る露光装置を説明する図である。本発明の一実施例に係るウエハの搬送シーケンスを説明する図である。本発明の一実施例に係るＡＧＡ計測を説明する図である。本発明の第２の実施例に係るＡＧＡ計測に用いられる特定のサンプルショットのアライメントマークを示す図である。デバイスの製造プロセスのフローを説明する図である。

符号の説明

１：ウエハ
２：ＡＧＡ計測で選択されたショット領域
３：ショット領域
４：アライメントパターン
１００：露光装置
１０１：入力部
１０２：制御部
１０３：記憶部
Ｌ：ウエハ反り量

Claims

デバイス製造装置であって、
デバイスを構成するための基板の反りに基づいて製造に係る工程における条件を変更する変更手段を備えることを特徴とするデバイス製造装置。
前記基板を搬送する搬送手段と、
前記基板の反り量に応じて前記搬送手段の搬送条件を変更するための情報を記憶する記憶手段と
を備えることを特徴とする請求項１に記載のデバイス製造装置。
前記基板の反り量と前記記憶手段に記憶された情報に基づいて、前記搬送手段が前記基板を搬送可能か否かを判断する判断手段と、
前記判断手段によって判断された結果を通知する通知手段と
を備えることを特徴とする請求項２に記載のデバイス製造装置。
前記デバイス製造装置は走査型露光装置であって、
前記基板の反り量に応じて、前記基板のディストーション量およびディストーション位置の少なくともいずれかを補正する補正手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のデバイス製造装置。
前記補正手段は、前記基板の反り量に応じて前記基板のディストーション量およびディストーション位置の少なくともいずれかを推定し、推定された結果に基づいて前記露光装置の走査条件を変更することを特徴とする請求項４に記載のデバイス製造装置。
前記デバイス製造装置は走査型露光装置であって、
前記基板の反り量に応じて、前記基板のディストーション量およびディストーション位置の少なくともいずれかを推定する推定手段と、
前記推定手段の結果に基づいて、前記基板のディストーションが補正可能か否かを判断する補正判断手段と、
前記補正判断手段によって判断された結果を通知する補正通知手段と
を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のデバイス製造装置。
前記デバイス製造装置は走査型露光装置であって、
前記基板の反り量に応じて、前記基板のディストーション量およびディストーション位置の少なくともいずれかを推定する推定手段と、
前記推定手段の結果に基づいて、前記露光装置のアライメントに用いる計測位置を選択する選択手段と
を備えることを特徴とする請求項１〜３の少なくともいずれかに記載のデバイス製造装置。
前記デバイス製造装置は露光装置であって、
前記露光装置を用いて基板を露光する工程と、
露光された前記基板を現像する工程と
を備えることを特徴とする請求項１〜７の少なくともいずれかに記載のデバイス製造方法。
デバイス製造方法であって、
デバイスを構成するための基板を用意する工程と、
前記基板の反りに基づいて製造に係る工程における条件を変更する工程と
を備えることを特徴とするデバイス製造方法。
前記基板の反り量に応じて前記基板を搬送する条件を変更する工程を備えることを特徴とする請求項９に記載のデバイス製造方法。
前記基板の反り量に応じて前記基板を搬送可能か否かを判断する工程と、
判断された結果を通知する工程と
を備えることを特徴とする請求項９または１０に記載のデバイス製造方法。
前記基板の反り量に応じて、前記基板のディストーション量およびディストーション位置の少なくともいずれかを補正する工程を備えることを特徴とする請求項９〜１１の少なくともいずれかに記載のデバイス製造方法。
前記基板の反り量に応じて前記基板のディストーション量およびディストーション位置の少なくともいずれかを推定する工程と、
推定された結果に基づいて露光における走査条件を変更する工程と
を備えることを特徴とする請求項９〜１２の少なくともいずれかに記載のデバイス製造方法。
前記基板の反り量に応じて前記基板のディストーション量およびディストーション位置の少なくともいずれかを推定する工程と、
推定された結果に基づいて前記基板のディストーションが補正可能か否かを判断する工程と、
判断された結果を通知する工程と
を備えることを特徴とする請求項９〜１４の少なくともいずれかに記載のデバイス製造方法。
前記基板の反り量に応じて前記基板のディストーション量およびディストーション位置の少なくともいずれかを推定する工程と、
推定された結果に基づいて、露光時のアライメントに用いる計測位置を選択する工程と
を備えることを特徴とする請求項９〜１４の少なくともいずれかに記載のデバイス製造方法。