JP2007266378A - 露光装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】露光時のフォーカスエラーを回避し、半導体デバイスの歩留りの向上が実現可能な露光装置及び半導体装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】露光装置は、パターン露光に供される半導体基板を保持する基板保持部１０と、前記基板保持部の表面の少なくとも一部を撮像する撮像部１２と、前記撮像部によって前記基板保持部の表面が清浄であるときに撮像された基準画像データを保持するデータ保持部１４と、前記撮像部によって撮像された検査画像データと前記基準画像データとの差分を算出し、前記差分に基づいて前記基板保持部の清掃が必要であるかどうかを判断するデータ処理部１６とを具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体装置の製造工程の一つであるリソグラフィ技術に関し、特に露光に用いられる液浸式の露光装置、及びそれを用いた半導体装置の製造方法に関する。

半導体のリソグラフィ工程に使用される露光装置において、被露光基板（基板、ウェーハ）は、露光の際に基板保持部（ウェーハチャック）に真空吸着されて保持される。ここで露光の際に、基板の上面が十分に平坦になっていないとフォーカス誤差による寸法変動が生じてしまう。これを避けるため、基板は、基板保持部の上で水平に保持される必要がある。

特に、基板と基板保持部の間にゴミなどの異物が付着すると、その部分で基板が盛り上がった状態で保持されることになるため、基板上面の平坦度が悪化する。従って、基板保持部の表面は定期的に清掃するなどして異物がない状態に保つ必要がある。これに関して基板保持部の清浄化手段を備えた露光装置が既に提案されている（たとえば特許文献１参照）。

近年、より微細なパターンを形成するために、露光装置レンズと基板の間に水などの液体（液浸液）を満たした状態で露光する、液浸式の露光装置の開発が進められている。液浸露光装置はレンズと基板との間に液体を介在させることによって解像度や焦点深度を向上させる露光装置である。

局所液浸方式の液浸露光装置においては、レンズと基板上面の局所領域にのみ液浸液が存在し、基板上のそれ以外の領域には液浸液が存在しない。液浸液は基板のスキャン中に所定領域から外れることの無いように、液浸液の供給及び排出機構により制御される。

しかしながら、基板の外周近傍の露光領域（欠けショット）の露光においては、基板のエッジ部分から裏面に向けて液浸液が漏れる可能性がある。例えば、液浸露光時に液浸液が流れている液浸液保持部分がウェーハエッジ部にかかるとき、液浸液が基板の裏面に回りこむ恐れが生ずる。露光時において、基板は露光装置の基板保持部にほぼ密着保持されている必要があるが、前工程における汚れ、傷などが付着すると基板保持部と基板との密着性が低下してしまう。その場合、基板の中心まで液浸液が回り込む恐れがある。

基板の裏面側に漏れだした液浸液の大部分は、排水手段を設けることによって取り除くことが出来る（たとえば特許文献２参照）。しかしながら、液浸液の一部は基板の裏面に回り込み、そこを伝わって基板保持部と基板との接触部分まで到達することが考えられる。液浸液は基板に塗布されたレジストからの溶出物等が含まれており、付着した液体が乾燥することによって、基板保持部表面にはウオーターマークと呼ばれる残留物が残される可能性がある。

基板保持部表面の残留物は、露光時のフォーカス誤差の原因となり、歩留りの低下につながる。従って、万一汚染が生じた場合には、清掃して除去しなければならない。さらに、液浸液が基板裏面の中心まで回り込んだ場合、基板裏面の汚染だけでなく、露光装置自体の故障を引き起こす可能性もあるため、液浸液の基板裏面への回り込みは極力回避する必要がある。
特許第３４１６４１８号公報 特開２００５−１９１５５７号公報

本発明は、露光時のフォーカスエラーを回避し、半導体デバイスの歩留りの向上が実現可能な露光装置及び半導体装置の製造方法を提供する。

この発明の第１の態様に係る露光装置は、パターン露光に供される半導体基板を保持する基板保持部と、前記基板保持部の表面の少なくとも一部を撮像する撮像部と、前記撮像部によって前記基板保持部の表面が清浄であるときに撮像された基準画像データを保持するデータ保持部と、前記撮像部によって撮像された検査画像データと前記基準画像データとの差分を算出し、前記差分に基づいて前記基板保持部の清掃が必要であるかどうかを判断するデータ処理部とを具備する。

この発明の第２の態様に係る半導体装置の製造方法は、パターン露光に供される半導体基板を保持する基板保持部の表面の少なくとも一部をあらかじめ撮像して基準画像データとして保持する工程と、前記基板保持部の表面の少なくとも一部を検査画像データとして撮影する工程と、前記基準画像データと前記検査画像データとの差分に基づいて前記基板保持部の清掃を行う工程とを具備する。

この発明の第３の態様に係る液浸露光装置は、液浸露光に供される半導体基板を保持する基板保持部と、前記基板保持部に設けられ、前記液浸露光に用いられる液浸液の前記半導体基板の裏面への回り込みを防ぐために前記半導体基板の裏面外周部と密着するループ状の防水構造体であって、前記半導体基板の裏面外周部に形成された凹凸と接触しないように前記基板保持部の中心方向に向けて複数の凹部を有している防水構造体とを具備する。

本発明によれば、露光時のフォーカスエラーを回避し、半導体デバイスの歩留りの向上が実現可能な露光装置及び半導体装置の製造方法を提供することが可能である。

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、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については、同一符号を付す。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る液浸露光装置の構成を示す図である。

本発明の第１の実施形態に係る液浸露光装置１００は、基板保持部（ウェーハチャック）１０、撮像部１２、データ保持部１４、データ処理部１６、フェンス１７、光学レンズ系（投影光学系）１８及び支持台１９を備える。

光学レンズ系（投影レンズ系）１８の下にフェンス１７が取り付けられている。フェンス１７にはフェンス１７内への液浸液（例えば、純水）の供給及び回収を行う液体供給器及び液体回収器（それぞれ図示せず）が接続して設けられている。半導体基板（図示せず）はフェンス１７の下方の基板保持部１０によって保持されており、露光時においては、光学レンズ系１８と基板との間のフェンス１７で囲まれた空間は液浸液で満たされる。光学レンズ系１８から射出された露光光は液浸液の層を通過して基板の照射領域に到達する。

基板保持部１０は、それに保持された半導体基板と共に支持台１９に対して平行・垂直移動することができる。図２は、基板保持部１０を上からみた様子である。複数の吸着孔を有しており、これらを介して吸引によって基板を保持することができる。

撮像部１２は、光学顕微鏡系、顕微鏡光源、ＣＣＤカメラ等を含んでおり、基板保持部１０の表面の一部または全体を撮像する機能を備えている。データ処理部１６はＣＰＵを備えており、撮像部１２に接続されていて、撮像部１２が撮影した画像データに基づいて情報処理を行う。

データ保持部１４は撮像部１２が撮影した画像データを保持することができ、データ処理部１６に接続されていて相互にデータの交換が可能である。データ保持部１４は撮像部１２の例えばＣＣＤカメラに直接接続されて、撮像部１２から直接画像データを受け取れるように構成されてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る液浸露光装置の動作を以下に説明する。

まず、異物及び残留物が付着していない状態の基板保持部１０の表面の一部または全体を撮像部１２が撮影する。得られた画像データは基準画像データとしてデータ処理部１６を介してデータ保持部１４に保持される。この基準画像データは、図３に示すように基板保持部１０の表面の一部でもよいし、あるいはそれらの複数箇所、さらには基板保持部１０の全体を撮影したものでもよい。

撮像部１２は、予めユーザによって設定されたスケジュールに従って撮像を行う。例えば、液浸露光装置１００が所定の回数液浸露光を行う毎に、撮像部１２は、基準画像データに対応する基板保持部１０の表面の一部または全体を検査のために撮像して、検査画像データを得る。得られた検査画像データはデータ処理部１６に送信される。ここで得られる検査画像データとしては例えば、図４に示されるような画像である。

データ処理部１６は、検査画像データと基準画像データとの差分を計算し、両画像データの相違の有無を判定する。例えば、両画像データのディジタル情報としての差分を算出し、差分が予め定めた閾値以上となった場合に、基板保持部１０の表面に異物が付着して汚染されたと判断する。

液浸露光装置１００には、図示しないが、上述した機構要素に加えて、基板保持部１０を清掃するための清浄手段が具備されている。清浄手段は、例えばブラシ、砥石、もしくはエアガンなどである。

データ処理部１６が基板保持部１０の表面が汚染されたと判断したときには、例えばデータ処理部１６に接続されたディスプレーのコンソール（図示せず）上に表示するなどして、基板保持部１０に清掃が必要であることをユーザに知らせるようにしてもよい。この場合、例えば、ユーザは手動による起動で上記清浄手段による清掃を開始するようにしてもよい。或いは、ユーザ自身がこの通知に基づいて清掃行為を行ってもよい。

更には、データ処理部１６の基板保持部１０の表面が汚染されたとの判断に基づいて自動的に清浄手段を駆動して異物付着箇所を清浄するようにしてもよい。清浄後、同箇所に関して再度検査、即ち撮像部１２による撮像を行い、汚染が無くなったことを確認できた段階で通常の運転状態に復帰して、露光を再開する。

液浸露光装置では、図５に示すように半導体基板の外周近傍の露光領域（欠けショット）の露光において、液浸液の基板裏面への回り込みが生じ得る。これによって、基板を支える基板保持部１０（ウェーハチャック）に付着した液体が乾燥して、図６に示すように基板保持部１０の上面の基板との接触部位に残留物が付着することになる。その結果露光の際にフォーカス誤差が発生する恐れがある。

しかし、本実施形態に係る液浸露光装置によると、基板保持装置の汚染を適切なタイミングで取り除くことが可能になり、露光の際のフォーカスエラーが回避できる。従って、本実施形態に係る液浸露光装置を用いる半導体装置の製造方法によって、半導体デバイスの歩留まりを高めることが可能となる。また、汚染の発生頻度が低い場合には、定期的に、例えば所定回数露光後に毎回、清掃作業を行うのに比べて不要な清掃作業を減らすことができ、装置ユーザの負担を軽減したり、装置の稼動効率を向上できる。

また、図５及び図６からも分かるように、基板保持部１０の表面において、液浸液の回り込みにより汚染される可能性が高いのは、基板保持部１０の外周に近い領域である。従って、撮像部１２が撮像する位置を基板保持部１０の外周付近に限定して検査画像データを取得することによって、検査時間を最小限に短縮することも出来る。これによって、さらに装置の稼動効率を向上できる。

上記実施形態においては、露光装置として液浸露光装置を例にとって説明した。しかし、露光の繰り返しによって基板保持部が汚染してゆく恐れのある一般の露光装置に対しても本実施形態は適用可能であることはいうまでもない。たとえば露光工程の前工程のフォトレジスト塗布工程におけるフォトレジストの半導体基板裏面への回り込みと付着、もしくは同様に前工程の基板ベーク工程でのベーカ接触部位からの汚染物の付着によって、突発的に裏面に汚染物が付着された状態で露光装置内に基板が持ち込まれ、基板保持部を汚染する恐れがある。この汚染の検査および除去に対しても上記実施形態は有効である。

（第２の実施形態）
図７は、本発明の第２の実施形態に係る液浸露光装置の構成を示す断面図である。

本発明の第２の実施形態に係る液浸露光装置２００は、基板保持部（ウェーハチャック）１０、フェンス１７、光学レンズ系（投影光学系）１８を備えている。基板保時部１０は、これらを介して吸引によって半導体基板１を保持するための複数の吸着孔を有している。基板保時部１０はさらに、基板１の外周近傍の露光領域（欠けショット）を露光する時に液浸液が基板１の裏面へ回り込むのを防ぐための防水構造体２０を有している。

図８に、半導体基板１を裏面から見たときの防水構造体２０と基板１の関係を示す。図８に示されるように、防水構造体２０はループ状の形であるが、基板保時部１０あるいは基板１の中心方向に向けた複数の凹部が存在している。

液浸露光装置２００によるリソグラフィの工程の前工程であるＰＶＤ(Physical Vapor Deposition)、またはＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)処理時の基板保持部によって、一般に基板裏面外周部の複数の所定の箇所に傷が形成されたり、場合によっては汚染物が付着することが考えられる。

防水構造体２０には、基板裏面外周部に形成されたこれら複数の傷等からなる表面上の凹凸との接触を避けられるように、即ち前の工程において基板が保持された部位との接触を回避できるように、複数箇所の凹部が設けられている。

図７に示すように、液浸露光時に、液浸液が流れているフェンス１７がウェーハエッジ部にかかるとき、液浸液が基板１の裏面に回りこむ恐れがある。従来これを防ぐために基板保持部１０に備えられた防水構造体２２は、図９に示したような円形のループ状の形であった。従って、基板１の裏面外周部が平坦であれば、露光時に基板１に密着して保持することができる。

しかしながら、図７に点線で示した従来の防水構造体２２の断面図からもわかるように、前工程において基板裏面に汚れ、傷などが付着してしまった場合は、防水構造体２２と半導体基板１との間に隙間が生じて密着性が低下する可能性がある。その結果、その隙間を介して基板中心まで液浸液が回り込む恐れがある。この場合、基板保持部１０の汚染による露光の際のフォーカスエラーだけでなく、液浸露光装置自体の故障を引き起こす可能性もあり問題であった。

それに対して本実施形態においては、基板保持部１０の防水構造体２０に前の工程において基板が保持された部位との接触を回避できるように、複数箇所の凹部が設けられている。それによって、基板保持部１０と半導体基板の密着性を維持することができ、液浸露光時のウェーハ裏面への液浸液の廻り込みを抑制することが可能となる。従って、基板裏面の汚染、露光の際のフォーカスエラーだけでなく、液浸露光装置自体の故障も抑制することができる。

また、本実施形態の変形例として以下のようなことも考えられる。例えば光学センサなどを設けて、基板保持部１０に基板を設置する前に基板裏面外周部の凹凸を読み取らせて、基板裏面の傷の位置を同定する。このとき例えば、図１０に示すように基板裏面の傷の位置と防水構造体２０の凹部の位置がずれていた場合に、両者の位置を合わせられるように、基板保持部１０或いは基板１を回転さる機能を備えておく。

これによって、例えば、前の工程でつけられた傷の数と防水構造体２０の凹部の数や位置が多少異なっていても、上述した位置合せ機能によって出来る限り基板保持部１０と基板１の密着性を高めることが可能である。また、基板毎に異なる傷の位置のバラツキを吸収し、基板保持部と基板の密着性を高めることも可能である。

また、ＰＶＤ及びＣＶＤ装置等における基板の保持によって生じる基板裏面の保持具による爪痕（傷）は一般に３箇所または４箇所である。従って、複数の前工程で生ずるこれらの爪痕の位置をそろえることによりよって、本実施形態の液浸露光装置における基板保持部１０の防水構造体２０の凹部の数を少なくすることができる。

なお、本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。更に、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。

本発明の第１の実施形態に係わる液浸露光装置の構成を示す図。 本発明の第１の実施形態に係わる液浸露光装置の基板保持部を上から見た図。 本発明の第１の実施形態に係わる液浸露光装置の基板保持部の基準画像データ。 本発明の第１の実施形態に係わる液浸露光装置の基板保持部を撮像した画像データ。 液浸露光装置において、液浸液が半導体基板の裏面へ回り込む様子を示す図。 液浸露光装置の基板保持部の基板との接触部位に残留物が付着している様子を示す図。 本発明の第２の実施形態に係わる液浸露光装置の構成を示す断面図。 本発明の第２の実施形態に係わる液浸露光装置の基板保時部の防水構造体を基板裏面方向から見た図。 液浸露光装置の基板保時部の従来の防水構造体を基板裏面方向から見た図。 本発明の第２の実施形態に係わる液浸露光装置の基板保時部の防水構造体を基板裏面方向から見た別の図。

符号の説明

１…半導体基板、１０…基板保持部（ウェーハチャック）、１２…撮像部、１４…データ保持部、１６…データ処理部、１７…フェンス、１８…光学レンズ系（投影光学系）、１９…支持台、２０、２２…防水構造体、１００、２００…液浸露光装置。

Claims (5)

1. パターン露光に供される半導体基板を保持する基板保持部と、
   前記基板保持部の表面の少なくとも一部を撮像する撮像部と、
   前記撮像部によって前記基板保持部の表面が清浄であるときに撮像された基準画像データを保持するデータ保持部と、
   前記撮像部によって撮像された検査画像データと前記基準画像データとの差分を算出し、前記差分に基づいて前記基板保持部の清掃が必要であるかどうかを判断するデータ処理部とを具備する
   ことを特徴とする露光装置。
2. 前記パターン露光は液浸露光である
   ことを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. パターン露光に供される半導体基板を保持する基板保持部の表面の少なくとも一部をあらかじめ撮像して基準画像データとして保持する工程と、
   前記基板保持部の表面の少なくとも一部を検査画像データとして撮影する工程と、
   前記基準画像データと前記検査画像データとの差分に基づいて前記基板保持部の清掃を行う工程とを具備する
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 前記パターン露光は液浸露光である
   ことを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
5. 液浸露光に供される半導体基板を保持する基板保持部と、
   前記基板保持部に設けられ、前記液浸露光に用いられる液浸液の前記半導体基板の裏面への回り込みを防ぐために前記半導体基板の裏面外周部と密着するループ状の防水構造体であって、前記半導体基板の裏面外周部に形成された凹凸と接触しないように前記基板保持部の中心方向に向けて複数の凹部を有している防水構造体とを具備する
   ことを特徴とする液浸露光装置。

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