JP2013065767A

JP2013065767A - 極端紫外光発生装置の異常検出方法及び異常検出装置

Info

Publication number: JP2013065767A
Application number: JP2011204471A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Umagoe; 俊幸馬越
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2013-04-11

Abstract

【課題】異常を迅速かつ的確に把握することが可能な極端紫外光発生装置の異常検出方法を提供する。
【解決手段】実施形態に係る極端紫外光発生装置の異常検出方法は、極端紫外光の光源部で生成された複数の光パルスの光強度値の第１の時系列データを生成する工程Ｓ１と、光強度値に影響を与える複数種類のパラメータそれぞれの第２の時系列データを生成する工程Ｓ２と、第１の時系列データ及び第２の時系列データに対する主成分分析を行って、複数種類のパラメータそれぞれについて固有ベクトルを算出する工程Ｓ３と、算出された固有ベクトルに基づいて異常の判定を行う工程Ｓ４とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、極端紫外光発生装置の異常検出方法及び異常検出装置に関する。

半導体装置の微細化にともない、露光光源に極端紫外（extreme ultraviolet：ＥＵＶ）光を用いたリソグラフィ技術が提案されている。ＥＵＶ光源としては、放電プラズマ（discharge produced plasma：ＤＰＰ）方式及びレーザー生成プラズマ（laser produced plasma：ＬＰＰ）方式が開発されている。ＤＰＰ方式及びＬＰＰ方式ともに、パルス発光型の光源である。

上述したような光源では、安定な光出力が得られることが望ましいが、何らかの原因によって光出力に異常が生じることがある。このような異常が生じた場合に、迅速な対応をとることができれば、露光装置の停止時間を短縮することができ、また露光装置の重大なトラブルを未然に回避することもできる。

しかしながら、従来は、異常を迅速かつ的確に把握することが困難であった。そのため、露光装置の停止時間が長くなるといった問題や、露光装置の重大なトラブルを招くといった問題があった。

特開２００８−５９２７０号公報

異常を迅速かつ的確に把握することが可能な極端紫外光発生装置の異常検出方法及び異常検出装置を提供する。

実施形態に係る極端紫外光発生装置の異常検出方法は、極端紫外光の光源部で生成された複数の光パルスの光強度値の第１の時系列データを生成する工程と、前記光強度値に影響を与える複数種類のパラメータそれぞれの第２の時系列データを生成する工程と、前記第１の時系列データ及び前記第２の時系列データに対する主成分分析を行って、前記複数種類のパラメータそれぞれについて固有ベクトルを算出する工程と、前記算出された固有ベクトルに基づいて異常の判定を行う工程と、を備える。

実施形態に係る極端紫外光発生装置の異常検出方法及び異常検出装置が適用される露光装置の構成を模式的に示した図である。放電プラズマ（ＤＰＰ）方式の光源部の詳細な構成を模式的に示した図である。図１に示した異常検出部の基本的な構成を示したブロック図である。図１に示した異常検出部で行われる基本的な動作を示したフローチャートである。光強度値の時系列データの一例を示した図である。物理量の時系列データの一例を示した図である。光強度値の時系列データと物理量の時系列データとの関係を示した図である。主成分分析を用いて図７の関係を変換した図である。固有ベクトルの同等性の求め方の一例を示した図である。固有ベクトルの同等性の求め方の他の例を示した図である。

以下、実施形態を図面を参照して説明する。

図１は、実施形態に係る極端紫外光発生装置の異常検出方法及び異常検出装置が適用される露光装置の構成を模式的に示した図である。

図１に示された装置は、極端紫外（ＥＵＶ）光を用いた反射型の露光装置であり、光源部１０、照明光学系２０、投影光学系３０及びウェハステージ４０を備えている。すなわち、光源部１０から照明光学系２０を介して反射型フォトマスク５０にＥＵＶ光が照射され、反射型フォトマスク５０で反射された光が投影光学系３０を介してウェハ６０上に結像される。

光源部１０は、電源１１、キャパシタ１２、アノード１３、カソード１４、フォイルトラップＤＭＴ１５及びコレクタ１６を備えており、アノード１３とカソード１４との間に大電流を流すことでプラズマ１７が発生する。この光源部１０の詳細については、後述する。

照明光学系２０とフォトマスク５０との間には露光量センサ７０が配置されており、この露光量センサ７０によって光源部１０からのＥＵＶ光の強度が検出される。ウェハステージ４０上には、照度計８０が配置されている。また、露光量センサ７０には、異常検出部９０が接続されている。この異常検出部９０の詳細については後述する。

図２は、放電プラズマ（ＤＰＰ）方式の光源部１０の詳細な構成を模式的に示した図である。

真空チャンバ（図示せず）内には、電極１０１及び電極１０２が配置されており、電極１０１及び電極１０２間には絶縁体１０３が設けられている。電極１０１及び電極１０２の一方はアノードであり、他方はカソードである。電極１０１、電極１０２及び絶縁体１０３によって放電部が構成される。

キセノンガス１０４を放電部に供給しながら、電極１０１及び電極１０２間に大電流を流すと、放電プラズマが発生する。このとき、電流を取り囲む磁場も発生する。磁場と電流とが相互作用をし、電流には中心方向に向かう磁気圧がかかる。その結果、放電部の略中心（貫通穴の中心）でプラズマが圧縮され、ＥＵＶ放射に必要な温度及び密度を有するプラズマが生成される。このような大電流で発生する自己磁場によってプラズマが収束（ピンチ）する放電は、ピンチ放電と呼ばれる。このピンチ放電では、電子温度が９２ｅＶ程度で、イオン密度が１０¹⁷〜１０¹⁸／ｃｍ²程度の、波長１３．５ｎｍの発光に適したプラズマが得られる。

ピンチ放電によって発生したプラズマ１０５からは、ＥＵＶ光が放射される。ＥＵＶ光は、集光鏡１０６を介して露光機側光学系（図示せず）に向けて放射される。集光鏡１０６は、回転楕円形状、回転放物形状或いは回転双曲面形状を有しており、ニッケルなどの金属材料で形成されている。集光鏡１０６の反射面には、ＥＵＶ光を効率的に反射するために、ルテニウムやパラジウムなどの金属がコーティングされており、２５度以下の入射角度のＥＵＶ光を良好に反射することができる。

放電部で発生した高温プラズマからＥＵＶ光が放射される際に、放電部からはデブリが放出され、放出されたデブリはチャンバ内に飛散する。デブリには、高温プラズマによって侵食された放電部（電極１０１、電極１０２及び絶縁体１０３）からの生成物や、放電に寄与して分解された原料、放電に寄与せずに排出された原料、及びこれらの原料の反応生成物などが含まれる。プラズマ１０５と集光鏡１０６との間には、このようなデブリを捕捉するためにフォイルトラップＤＭＴ１０８が配置されている。また、デブリを減速させるためのガスカーテン用のガス供給部１０７が設けられている。

図３は、図１に示した異常検出部９０（ＥＵＶ光発生装置の異常検出装置）の基本的な構成を示したブロック図である。図４は、図１に示した異常検出部９０で行われる基本的な動作を示したフローチャートである。以下、図３及び図４を参照して、異常検出部９０の構成（機能）及び動作等について説明する。

図１に示した露光装置には、図３に示すように、露光量センサ（光強度センサ）７０が設けられており、この露光量センサ７０によってＥＵＶ光の強度が検出される。

また、図１に示した露光装置には、図３に示すように、各種物理量を検出する物理量センサ７２（７２−１、７２−２、………、７２−ｍ）が設けられている。これらの物理量センサ７２（７２−１、７２−２、………、７２−ｍ）では、光源部１０で生成される光パルスの光強度値に影響を与える各種物理量（各種パラメータ）が検出される。物理量（パラメータ）としては、光源部１０の電極（アノード、カソード）に印加される電圧、光源部１０が設けられたチャンバ内に供給されるガス（キセノンガス等）の流量、光源部１０が設けられたチャンバ内の圧力、光源部１０に設けられた集光鏡の温度、光源部１０に設けられた集光鏡の光反射率、光源部１０に設けられたデブリ捕捉用のトラップ（フォイルトラップＤＭＴ）の光透過率、等が含まれる。これらの物理量（パラメータ）は、露光装置の状態を代表するものであるため、状態量とも呼ばれる。

放電プラズマ（ＤＰＰ）方式の光源はパルス発光型の光源であるため、露光量センサ７０からは光源部１０で生成された複数の光パルスの光強度値が順次出力される。露光量センサ７０から出力された光強度値は、異常検出部９０の時系列データ生成部９１に入力する。時系列データ生成部９１では、露光量センサ７０から出力された光強度値の時系列データが生成される（Ｓ１）。すなわち、時系列データ生成部９１では、光源部１０で生成された複数の光パルスの光強度値の第１の時系列データが生成される。

図５は、光強度値の時系列データの一例を示したものである。横軸は時間であり、縦軸は各光パルスの強度を示している。

一方、物理量センサ７２（７２−１、７２−２、………、７２−ｍ）からは、上述したような各種物理量（各種状態量、各種パラメータ）の値が順次出力される。物理量センサ７２（７２−１、７２−２、………、７２−ｍ）から出力された各種物理量の値は、異常検出部９０の時系列データ生成部９２（９２−１、９２−２、………、９２−ｍ）に入力する。時系列データ生成部９２（９２−１、９２−２、………、９２−ｍ）では、物理量センサ７２（７２−１、７２−２、………、７２−ｍ）から出力された各物理量の値の時系列データが生成される（Ｓ２）。すなわち、時系列データ生成部９２（９２−１、９２−２、………、９２−ｍ）では、物理量センサ７２（７２−１、７２−２、………、７２−ｍ）で生成された複数種類のパラメータそれぞれの第２の時系列データが生成される。

図６は、物理量（状態量、パラメータ）の時系列データの一例を示したものである。横軸は時間であり、縦軸は物理量を示している。ここでは、物理量として光源部１０の電極間に印加するための充電電圧を示している。時系列データ生成部９２（９２−１、９２−２、………、９２−ｍ）では、充電電圧の他にも、上述したような各種物理量の時系列データが生成される。

時系列データ生成部９１では、一定期間Ｐ毎に光パルスの時系列データを生成する。時系列データ生成部９２では、上記一定期間Ｐ毎に各種物理量の各時系列データを、上記光パルスの生成に同期して生成する。時系列データ生成部９１及び時系列データ生成部９２で生成された時系列データは、予め決められたフォーマットにしたがって記憶部に保存される。

主成分分析部９３では、時系列データ生成部９１で生成された時系列データ及び時系列データ生成部９２で生成された時系列データに対する主成分分析を行って、複数種類の物理量（パラメータ）それぞれについて固有ベクトルを算出する（Ｓ３）。具体的には、時系列データ生成部９１からは、一定期間Ｐ毎に、ｎ個の光パルスの光強度値の時系列データが読み出される。すなわち、各時系列データ生成部９２（９２−１、９２−２、………、９２−ｍ）からは、一定期間Ｐ毎に、ｎ個の光パルスに対応したｎ個の物理量の値の時系列データが読み出される。

ここで、主成分分析部９３で行われる主成分分析について説明する。本実施形態の主成分分析では、光パルスの強度値（標本数ｎ個）とｍ種類の物理量の値（それぞれ標本数ｎ個）との間の主成分分析が行われ、光パルスと各物理量との間の関係がそれぞれ求められる。主成分分析により、分散（相関）を最大にする分散共分散行列（相関係数行列）の固有値及び固有ベクトルが求められる。すなわち、分散が最大となる座標系への変換係数（固有ベクトル）が求められる。固有ベクトルが主成分に対応し、固有値の大きさが対応する固有ベクトルに含まれる情報量を決める。

図７は、図５に示した光強度値の時系列データと、図６に示した物理量（充電電圧）の時系列データとの関係を示したものである。横軸は充電電圧に対応し、縦軸は光強度値に対応している。図８は、主成分分析を用いて図７の関係を変換したものである。分散が最大となる軸が選ばれていることがわかる。

異常判定部９４では、Ｓ３のステップで算出された固有ベクトルに基づいて異常の判定が行われる（Ｓ４）。具体的には、異常の判定は、固有ベクトルと予め求められた基準固有ベクトルとの同等性に基づいて行われる。同等性の判断は、各物理量（パラメータ）について算出された固有ベクトル毎に行われる。所定の条件を満たしていない（同等性を満たしていない）固有ベクトルがあれば、露光装置（特に発光部）に異常が生じたと判断される。より具体的には、固有ベクトルが所定の条件を満たしていない（同等性を満たしていない）パラメータに関連した異常が露光装置に生じたとの判定が行われる。例えば、光強度及び充電電圧に対する固有ベクトルが所定の条件を満たしていない場合には、充電電圧に関連した異常が生じたとの判定が行われる。異常の判定（同等性の判定）には、統計的検定法を用いることができる。

図９は、固有ベクトルの同等性の求め方の一例を示した図である。光源部の発光が開始された後、発光が安定すると、基準固有ベクトル取得期間になる。基準固有ベクトル取得期間では、ｍ個の物理量（パラメータ）それぞれについて固有ベクトル（基準固有ベクトル）が求められる。基準固有ベクトル取得期間の後、一定期間Ｐ毎にｍ個の物理量（パラメータ）それぞれについて固有ベクトルが求められる。そして、一定期間Ｐ毎に同等性の判断が行われる。

図１０は、固有ベクトルの同等性の求め方の他の例を示した図である。本例では、基準固有ベクトル取得期間をシフトさせるようにしている。すなわち、図１０に示すように、同等性を求める期間よりも前の複数期間を基準固有ベクトル取得期間とし、同等性を求める期間が次の期間に移った場合には、基準固有ベクトル取得期間を１期間分、シフトさせるようにする。

発光停止判断部９５では、異常判定部９４での判定結果に基づいて、光源部の発光を停止させるか否かを判断する（Ｓ５）。例えば、１つの期間Ｐにおいて、所定の条件を満たしていない（同等性を満たしていない）固有ベクトルがあれば、発光を停止させる旨の判断をする。また、複数の連続した期間にわたって、所定の条件を満たしていない（同等性を満たしていない）固有ベクトルがあった場合に、発光を停止させる旨の判断をするようにしてもよい。この判断結果は、発光停止判断部９５から外部に送出される。発光停止判断部９５での判断結果に基づき、光源部の発光を自動的に停止するようにしてもよいし、オペレータが光源部の発光を停止するようにしてもよい。

以上のように、本実施形態では、光パルスの光強度値の第１の時系列データを生成し、光強度値に影響を与える複数種類のパラメータそれぞれの第２の時系列データを生成し、第１の時系列データ及び第２の時系列データに対する主成分分析を行って、複数種類のパラメータそれぞれに対する固有ベクトルを算出する。これにより、極端紫外光発生装置の異常を迅速かつ的確に把握することが可能となり、露光装置の停止時間が長くなるといった問題や、露光装置の重大なトラブルを招くといった問題を防止することができる。その結果、半導体装置の生産性を高く維持することが可能となる。

また、本実施形態では、複数種類のパラメータ（物理量）に対して主成分分析を行うことにより、どのパラメータに関連した異常が生じたかを的確に判断することができる。これにより、異常の原因を的確に把握することができ、上述した効果をより奏することが可能となる。

なお、上述した実施形態は種々の変更が可能である。

上述した実施形態では、ＥＵＶ光源として放電プラズマ（ＤＰＰ）方式を用いた場合について説明したが、ＥＵＶ光源としてレーザー生成プラズマ（ＬＰＰ）方式を用いた場合にも、上述した効果と同様の効果を得ることが可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…光源部１１…電源１２…キャパシタ
１３…アノード１４…カソード１５…フォイルトラップＤＭＴ
１６…コレクタ１７…プラズマ
２０…照明光学系３０…投影光学系４０…ウェハステージ
５０…反射型フォトマスク６０…ウェハ
７０…露光量センサ７２…物理量センサ
８０…照度計９０…異常検出部
９１…時系列データ生成部９２…時系列データ生成部
９３…主成分分析部９４…異常判定部
９５…発光停止判断部
１０１…電極１０２…電極１０３…絶縁体
１０４…キセノンガス１０５…プラズマ１０６…集光鏡
１０７…ガス供給部１０８…フォイルトラップＤＭＴ

Claims

極端紫外光の光源部で生成された複数の光パルスの光強度値の第１の時系列データを生成する工程と、
前記光強度値に影響を与える複数種類のパラメータそれぞれの第２の時系列データを生成する工程と、
前記第１の時系列データ及び前記第２の時系列データに対する主成分分析を行って、前記複数種類のパラメータそれぞれについて固有ベクトルを算出する工程と、
前記算出された固有ベクトルと予め求められた基準固有ベクトルとの同等性に基づいて異常の判定を行う工程と、
前記異常の判定結果に基づいて前記光源部の発光を停止させるか否かを判断する工程と、
を備え、
前記異常の判定を行う工程は、前記固有ベクトルが所定の条件を満たしていないパラメータに関連した異常が生じたとの判定を行う工程を含み、
前記パラメータは、前記光源部の電極に印加される電圧、前記光源部が設けられたチャンバ内に供給されるガスの流量、前記光源部が設けられたチャンバ内の圧力、前記光源部に設けられた集光鏡の温度、前記光源部に設けられた集光鏡の光反射率、前記光源部に設けられたデブリ捕捉用のトラップの光透過率を含む
ことを特徴とする極端紫外光発生装置の異常検出方法。
極端紫外光の光源部で生成された複数の光パルスの光強度値の第１の時系列データを生成する工程と、
前記光強度値に影響を与える複数種類のパラメータそれぞれの第２の時系列データを生成する工程と、
前記第１の時系列データ及び前記第２の時系列データに対する主成分分析を行って、前記複数種類のパラメータそれぞれについて固有ベクトルを算出する工程と、
前記算出された固有ベクトルに基づいて異常の判定を行う工程と、
を備えたことを特徴とする極端紫外光発生装置の異常検出方法。
前記異常の判定を行う工程は、前記固有ベクトルが所定の条件を満たしていないパラメータに関連した異常が生じたとの判定を行う工程を含む
ことを特徴とする請求項２に記載の異常検出方法。
前記異常の判定は、前記固有ベクトルと予め求められた基準固有ベクトルとの同等性に基づいて行われる
ことを特徴とする請求項２に記載の異常検出方法。
前記パラメータは、前記光源部の電極に印加される電圧、前記光源部が設けられたチャンバ内に供給されるガスの流量、前記光源部が設けられたチャンバ内の圧力、前記光源部に設けられた集光鏡の温度、前記光源部に設けられた集光鏡の光反射率、前記光源部に設けられたデブリ捕捉用のトラップの光透過率を含む
ことを特徴とする請求項２に記載の異常検出方法。
前記異常の判定結果に基づいて前記光源部の発光を停止させるか否かを判断する工程をさらに備えた
ことを特徴とする請求項２に記載の異常検出方法。
極端紫外光の光源部で生成された複数の光パルスの光強度値の第１の時系列データを生成する第１の時系列データ生成部と、
前記光強度値に影響を与える複数種類のパラメータそれぞれの第２の時系列データを生成する第２の時系列データ生成部と、
前記第１の時系列データ及び前記第２の時系列データに対する主成分分析を行って、前記複数種類のパラメータそれぞれについて固有ベクトルを算出する主成分分析部と、
前記算出された固有ベクトルに基づいて異常の判定を行う異常判定部と、
を備えたことを特徴とする極端紫外光発生装置の異常検出装置。