JP2014160778A - 半導体製造装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ステージの表面に付着した異物を効果的に低減することができる半導体製造装置および半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】本実施形態による半導体装置は、真空チャンバを備える。第１のステージは、レチクルの裏面にある異物を吸着するために該レチクルを一時的に装着する。第２のステージは、真空チャンバ内においてレチクルを用いて半導体基板を露光するために第１のステージに装着した後のレチクルを装着する。露光部は、第２のステージに装着されたレチクルを用いて半導体基板の表面を露光する。
【選択図】図１

Description

本発明による実施形態は、半導体製造装置および半導体装置の製造方法に関する。

微細化された半導体装置を形成するために、極短紫外（ＥＵＶ（Extreme Ultra Violet））光を用いた露光装置（以下、ＥＵＶ露光装置ともいう）が開発されている。ＥＵＶ光は屈折率がほぼ１であるため、ＥＵＶ露光装置は反射光学系を用いている。反射光学系ではレチクルは、透過型レチクルではなく、反射型レチクルとなる。また、ＥＵＶ光は空気中で減衰するため、ＥＵＶ露光装置のチャンバ内部は真空に保たれている。真空チャンバ内においてはバキュームチャックでレチクルを吸着することができないため、ＥＵＶ露光装置は静電チャックでレチクルを固定している。

しかし、レチクルステージ上に異物が存在する場合、静電チャックはレチクルステージとレチクルとの間に異物を挟んだ状態でレチクルを吸着するため、レチクル表面が歪んでしまう。レチクル表面が歪んだ状態のまま露光を行うと、転写すべき回路パターンのデフォーカスや位置ズレが発生する。このような異物は、レチクルをロードロックチャンバから搬入するときに真空チャンバ内に侵入するダスト等であると考えられる。

レチクルステージ上の異物を除去するためには、ＥＵＶ露光装置のチャンバの真空を解き、大気圧に解放する必要がある。この場合、ＥＵＶ露光装置を停止させてから復帰させるまでの長いダウンタイムが生じてしまう。このため、レチクルステージ上の異物の除去は即時あるいは頻繁に行なうことはできない。

特開２０１０−１４１０３５号公報

レチクルの裏面に付着した異物あるいはレチクルステージに付着した異物を効果的に低減することができる半導体製造装置および半導体装置の製造方法を提供する。

本実施形態による半導体装置は、真空チャンバを備える。第１のステージは、レチクルの裏面にある異物を吸着するために該レチクルを一時的に装着する。第２のステージは、真空チャンバ内においてレチクルを用いて半導体基板を露光するために第１のステージに装着した後のレチクルを装着する。露光部は、第２のステージに装着されたレチクルを用いて半導体基板の表面を露光する。

第１の実施形態に従ったＥＵＶ露光装置１００の構成例を示す図。 第１の実施形態によるＥＵＶ露光装置１００を用いた露光方法を示すフロー図。 第２の実施形態に従ったＥＵＶ露光装置１００の構成例を示す図。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に従ったＥＵＶ露光装置１００の構成例を示す図である。ＥＵＶ露光装置１００は、真空チャンバ１と、第１のステージとしてのパーティクル吸着ステージ７０と、第２のステージとしてのレチクルステージ７と、ウェハステージ１０と、電磁チャック９、１２と、露光部としての光学系４と、レチクル搬送アーム８と、ウェハ搬送アーム１１と、コントローラ２３と、真空装置２４とを備えている。

真空チャンバ１の内部は真空装置２４によって真空（例えば、１×１０^−４Ｐａ程度の減圧雰囲気）に維持されている。レチクルステージ７、ウェハステージ１０および光学系４は、真空チャンバ１内に設けられており、ＥＵＶ光による露光は真空チャンバ１内で実行される。本実施形態においては、パーティクル吸着ステージ７０も真空チャンバ１内に設けられている。ＥＵＶ光は、例えば、１３〜１４ｎｍの波長域を有する光である。

レチクルステージ７は、電磁チャック９を備え、半導体基板Ｗを露光するために回路パターンを形成した反射型レチクルＲを装着する。電磁チャック９は、レチクルＲを吸着し固定する。レチクルステージ７は、露光時に走査方向に移動することができるように設けられている。

ウェハステージ１０は、電磁チャック１２を備え、露光対象である半導体基板Ｗを搭載する。電磁チャック１２は、半導体基板Ｗを吸着し固定する。ウェハステージ１０は、露光時に走査方向に移動することができるように設けられている。

パーティクル吸着ステージ７０は、レチクルＲの裏面にあるパーティクルを吸着するためにレチクルＲを一時的に装着する。パーティクル吸着ステージ７０は、レチクルステージ７と同じ構成であってもよく、電磁チャック７９を備えている。パーティクル吸着ステージ７０の電磁チャック７９は、単極方式の電磁チャックであることが好ましい。単極方式の電磁チャックは、低電圧で吸着力が強く、かつ、吸着面に段差が無いため、効果的にパーティクルをレチクルＲの裏面から除去することができるからである。

また、パーティクル吸着ステージ７０のレチクル装着面は、粘着性材料または弾性材料で形成されていてもよい。例えば、パーティクル吸着ステージ７０のレチクル装着面は、ポリマからなる絶縁膜で形成されていてもよい。これにより、レチクルＲの裏面にあるパーティクルは、パーティクル吸着ステージ７０の粘着性材料に付着する。あるいは、レチクルＲの裏面にあるパーティクルは、パーティクル吸着ステージ７０の弾性材料に埋め込まれ、除去される。尚、レチクルＲは、レチクル搬送アーム８によってパーティクル吸着ステージ７０上に一時的に装着された後、レチクルステージ７に装着される。従って、パーティクル吸着ステージ７０の粘着性材料の粘着力は、パーティクルを捕捉し、尚かつ、電磁チャック７９が作動していないときにはレチクルＲが自重でパーティクル吸着ステージ７０から離脱可能なように或る程度低く抑制されている必要がある。尚、レチクルステージ７およびパーティクル吸着ステージ７０は、それぞれ、それらの裏面側に電磁チャック９、７９を備え、それらの裏面側にレチクルＲを装着する。

さらに、パーティクル吸着ステージ７０のレチクル装着面は、分割されておらず、単一形成されており、段差が無いことが好ましい。即ち、パーティクル吸着ステージ７０は、フルフラットステージであることが好ましい。これにより、パーティクル吸着ステージ７０のレチクル装着面は、レチクルＲの裏面全体に接触し、レチクルＲの裏面全体のパーティクルを捕捉することができる。

パーティクルル吸着ステージ７０はレチクルステージ７と同様に可動であってもよく、あるいは、真空チャンバ１に対して固定されていてもよい。

レチクル搬送アーム８は、ロードロックチャンバ１３からレチクルＲを真空チャンバ１内へ搬入し、そのレチクルＲをパーティクル吸着ステージ７０へ搬送する。パーティクル吸着ステージ７０においてレチクルＲの裏面のパーティクルを除去した後、レチクル搬送アーム８は、レチクルＲをレチクルステージ７へ搬送する。

ロードロックチャンバ１３は、レチクル交換室１４と真空チャンバ１との間でレチクルＲの受け渡しを行なうために設けられている。ロードロックチャンバ１３の内部は、真空装置２６によって真空状態にすることができる。ロードロックチャンバ１３の両側にはゲート弁１６、１７が設けられている。ロードロックチャンバ１３がレチクルＲをレチクル交換室１４から受け取るとき、ゲート弁１６が閉鎖され、ゲート弁１７が開放される。このとき、ロードロックチャンバ１３の内部は大気圧となっている。一方、ロードロックチャンバ１３がレチクルＲを真空チャンバ１へ搬入するときには、ゲート弁１７は閉鎖され、ゲート弁１６が開放される。ゲート弁１７を閉じた後、ゲート弁１６を開放する前に、ロードロックチャンバ１３の内部は真空装置２６によって真空状態にされる。

レチクル交換室１４は、複数のレチクルＲを収納している。レチクル搬送アーム１５は、レチクル交換室１４とロードロックチャンバ１３との間においてレチクルＲの受け渡しを行なう。

ウェハ搬送アーム１１は、ロードロックチャンバ１８から半導体基板Ｗを真空チャンバ１内へ搬入し、その半導体基板Ｗをウェハステージ１０上に搭載する。

ロードロックチャンバ１８は、ウェハ交換室１９と真空チャンバ１との間で半導体基板Ｗの受け渡しを行なうために設けられている。ロードロックチャンバ１８の内部は、真空装置２７によって真空状態にすることができる。ロードロックチャンバ１８の両側にはゲート弁２１、２２が設けられている。ロードロックチャンバ１８が半導体基板Ｗをウェハ交換室１９から受け取るとき、ゲート弁２１が閉鎖され、ゲート弁２２が開放される。このとき、ロードロックチャンバ１８の内部は大気圧となっている。一方、ロードロックチャンバ１８が半導体基板Ｗを真空チャンバ１へ搬入するときには、ゲート弁２２は閉鎖され、ゲート弁２１が開放される。ゲート弁２２を閉じた後、ゲート弁２１を開放する前に、ロードロックチャンバ１８の内部は真空装置２７によって真空状態にされる。

ウェハ交換室１９は、複数の半導体基板Ｗを収納している。ウェハ搬送アーム２０は、ウェハ交換室１９とロードロックチャンバ１８との間においてレチクルＲの受け渡しを行なう。

ＥＵＶ光源３２は、ＥＵＶ光を生成し、光学系４へＥＵＶ光を供給する。光学系４は、レチクルステージ７に装着されたレチクルＲに形成された回路パターンを、ウェハステージ１０上に搭載された半導体基板Ｗへ露光転写する。露光時に、光学系４は、ＥＵＶ光をレチクルＲへ照射し、レチクルＲで反射した露光光で半導体基板Ｗを露光する。即ち、光学系４は、レチクルＲの照明および半導体基板Ｗへの投影を行なう。半導体基板Ｗの表面には、感光性材料（例えば、レジスト）が予め塗布されており、露光光（ＥＵＶ光）は、半導体基板Ｗ上の感光性材料を感光させる。露光は、レチクルステージ７およびウェハステージ１０を走査方向に走査させながら実行される。

コントローラ２３は、パーティクル吸着ステージ７０、レチクルステージ７、ウェハステージ１０等のＥＵＶ露光装置１００の各構成要素の動作を制御する。例えば、コントローラ２３は、レーザ干渉計の計測結果およびフォーカス・レベリング検出システムの検出結果に基づきマスク位置を制御する。

本実施形態によるＥＵＶ露光装置１００は、レチクルＲを装着する複数のステージ（レチクルステージ７およびパーティクル吸着ステージ７０）を備えている。これにより、パーティクル吸着ステージ７０においてレチクルＲの裏面のパーティクルが除去されるので、レチクルステージ７に装着されるレチクルＲは、歪みが少なくなる。レチクルＲの歪みが少なくなることによって、フォーカスずれやオーバーレイ誤差等が低減する。

また、単極方式の電磁チャックは双極方式の電磁チャックよりも吸着力が強い。従って、電磁チャック７９が単極方式の電磁チャックである場合、レチクルＲの裏面のパーティクルがパーティクル吸着ステージ７０に吸着されるだけでなく、パーティクル吸着ステージ７０とレチクルＲとの間で押しつぶされ得る。従って、レチクルＲの裏面にパーティクルが残存していても、レチクルステージ７に装着されたときに、レチクルＲの歪みが少なくなるという効果も有する。

上記実施形態において、パーティクル吸着ステージ７０は、真空チャンバ１の内部に設けられている。この場合、パーティクル吸着ステージ７０は、レチクルＲを真空チャンバ１内に搬入したときに付着したパーティクルを捕捉することができる点で好ましい。しかし、パーティクル吸着ステージ７０は、真空チャンバ１の外部に設けられていてもよい。例えば、パーティクル吸着ステージ７０は、ロードロックチャンバ１８またはレチクル交換室１４内に設けられていてもよい。この場合、パーティクル吸着ステージ７０を清掃し易いという利点がある。パーティクル吸着ステージ７０がロードロックチャンバ１８内に設けられた場合、パーティクル吸着ステージ７０は、レチクルＲをレチクル搬送アーム１５から受け取り、パーティクルを捕捉した後に、レチクルＲをレチクル搬送アーム８へ受け渡す。これにより、レチクルＲのスムーズな搬送が可能になる。

さらに、パーティクル吸着ステージ７０は、真空チャンバ１とレチクル交換室１４との間でレチクルＲを搬送する機能を兼ね備えてもよい。換言すると、レチクル搬送アーム８または１５がパーティクル吸着ステージとしての機能を備えていてもよい。この場合、パーティクル吸着ステージ７０を清掃し易いという利点とともに、ＥＵＶ露光装置１００の構成が簡単になり、コストも低減する。

図２は、第１の実施形態によるＥＵＶ露光装置１００を用いた露光方法を示すフロー図である。まず、レチクル搬送アーム８は、露光に用いるレチクルＲをパーティクル吸着ステージ７０へ搬送する（Ｓ１０）。パーティクル吸着ステージ７０は、電磁チャック７９によってレチクルＲを一時的に装着し、それにより、レチクルＲの裏面にあるパーティクルを吸着する（Ｓ２０）。あるいは、パーティクル吸着ステージ７０は、レチクルＲの裏面にあるパーティクルを押しつぶす。

次に、レチクル搬送アーム８は、レチクルＲをパーティクル吸着ステージ７０からレチクルステージ７へ搬送する（Ｓ３０）。レチクルステージ７は、レチクルＲを装着する（Ｓ４０）。

その後、光学系４がレチクルＲを用いて半導体基板Ｗの表面を露光する（Ｓ５０）。

これにより、上述の通り、ＥＵＶ露光装置１００は、レチクルＲの歪みが少なくなり、フォーカスずれやオーバーレイ誤差等の露光エラーが低減する。

（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態に従ったＥＵＶ露光装置１００の構成例を示す図である。第２の実施形態によるＥＵＶ露光装置１００は、複数のレチクルステージを備え、それぞれのレチクルステージが真空チャンバ１内においてレチクルＲを用いて半導体基板Ｗを露光するために用いられる。図１に示すレチクルステージ７、７０が複数のレチクルステージとして第２の実施形態を説明する。

複数のレチクルステージ７、７０は、それぞれ、真空チャンバ１内においてレチクルＲを装着した状態で露光に用いられた後に、レチクルＲを搭載したまま真空チャンバ１の外部に搬送される。即ち、レチクルステージ７、７０自体がレチクルＲと一体となって真空チャンバ１の外部（例えば、レチクル交換室１４）へ移動する。この場合、レチクル搬送アーム８は不要である。レチクルステージ７、７０自体を真空チャンバ１の外部へ移動させる機構は、所謂、デュアルステージ型露光装置のウェハステージをレチクルＲに適用すれば実現可能である。

複数のレチクルステージ７、７０のうち第１のレチクルステージ７が真空チャンバ１内において半導体基板Ｗを露光するために用いられている間、複数のレチクルステージ７、７０のうち第２のレチクルステージ７０は、真空チャンバ１の外部において清掃され、次の露光に用いられるレチクルＲを装着する。第１のレチクルステージ７を用いた露光が終了した後、第１のレチクルステージ７が真空チャンバ１の外部へ移動し、次のレチクルＲを装着した第２のレチクルステージ７０が真空チャンバ１内へ移動する。そして、第２のレチクルステージ７０を用いて次の露光が実行される。第２のレチクルステージ７０が真空チャンバ１内において半導体基板Ｗを露光するために用いられている間、第１のレチクルステージ７は、真空チャンバ１の外部において清掃され、次の露光に用いられるレチクルＲを装着する。このように、第２の実施形態では、複数のレチクルステージ７、７０は、各々、同一の機能を有しており、真空チャンバ１内における露光と、真空チャンバ１外における清掃およびレチクル交換とを交互に繰り返す。

第２の実施形態によれば、各レチクルステージ７、７０が真空チャンバ１の外部に移動可能であるので、真空チャンバ１の真空状態を維持したままレチクルステージ７、７０の清掃を簡単に行うことができる。

また、レチクルステージ７、７０は、それぞれレチクルＲを装着した状態で真空チャンバ１内へ移動する。従って、レチクルＲを真空チャンバ１内へ搬送するときにレチクルＲの裏面にパーティクルが付着し難い。

その結果、第２の実施形態は、第１の実施形態と同様に、レチクルに付着した異物あるいはレチクルステージに付着した異物を効果的に低減することができる。

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同様に、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ものである。

１００・・・ＥＵＶ露光装置、１・・・真空チャンバ、７０・・・パーティクル吸着ステージ（またはレチクルステージ）、７・・・レチクルステージ、１０・・・ウェハステージ、９、１２・・・電磁チャック、４・・・光学系、８・・・レチクル搬送アーム、１１・・・ウェハ搬送アーム、２３・・・コントローラ、２４・・・真空装置

Claims (7)

1. 真空チャンバと、
   レチクルの裏面にある異物を吸着するために該レチクルを一時的に装着する第１のステージと、
   前記真空チャンバ内において前記レチクルを用いて半導体基板を露光するために該レチクルを装着する第２のステージと、
   前記第２のステージに装着された前記レチクルを用いて前記半導体基板の表面を露光する露光部とを備え、
   前記第１のステージのレチクル装着面は、粘着性材料または弾性材料で形成されていることを特徴とする半導体製造装置。
2. 真空チャンバと、
   レチクルの裏面にある異物を吸着するために該レチクルを一時的に装着する第１のステージと、
   前記真空チャンバ内において前記レチクルを用いて半導体基板を露光するために前記第１のステージに装着した後の前記レチクルを装着する第２のステージと、
   前記第２のステージに装着された前記レチクルを用いて前記半導体基板の表面を露光する露光部とを備えた半導体製造装置。
3. 前記第１のステージのレチクル装着面は、ポリマからなる絶縁膜で形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体製造装置。
4. 前記第１および第２のステージは、それぞれ前記レチクルを装着する静電チャックを含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体製造装置。
5. 前記第１のステージは、単極方式の静電チャックを含むことを特徴とする請求項４に記載の半導体製造装置。
6. 真空チャンバと、
   前記真空チャンバ内においてレチクルを用いて半導体基板を露光するために、前記レチクルを装着可能な複数のステージと、
   前記複数のステージに装着された前記レチクルを用いて前記半導体基板の表面を露光する露光部とを備え、
   前記複数のステージのそれぞれは、前記真空チャンバ内において前記レチクルを装着して露光に用いられた後に、前記レチクルを搭載したまま前記真空チャンバの外部に搬送されることを特徴とする半導体製造装置。
7. 真空チャンバと、レチクルを装着可能な複数のステージと、前記レチクルを用いて前記半導体基板の表面を露光する露光部とを備えた半導体製造装置を用いた半導体装置の製造方法であって、
   前記レチクルを前記複数のステージのうち第１のステージに一時的に装着することによって前記第１のステージが該レチクルの裏面にある異物を吸着し、
   前記第１のステージに装着した後に、前記レチクルを前記複数のステージのうち第２のステージに装着し、
   前記レチクルを用いて半導体基板の表面を露光することを具備した半導体装置の製造方法。

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