JP2015115414A

JP2015115414A - リソグラフィ装置及び物品の製造方法

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Publication number: JP2015115414A
Application number: JP2013255376A
Authority: JP
Inventors: 亮笠井; Akira Kasai
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2013-12-10
Filing date: 2013-12-10
Publication date: 2015-06-22
Anticipated expiration: 2033-12-10
Also published as: JP6313585B2; US9575420B2; US20150160570A1

Abstract

【課題】クリーニングユニットで除去できない異物が基板保持部に付着している場合でも、生産性の低下を抑える。【解決手段】リソグラフィ装置は、基板保持部のクリーニングを行うクリーニングユニットと、基板保持部によって保持された基板を観察することで異物を検知するための検知部と、基板へのパターン形成動作及びクリーニング動作の実施を制御する制御部とを有する。制御部は、異物が検知された場合は、クリーニング動作を実施した後に次のパターン形成動作に移行し、クリーニング動作を所定回数実施後に前回検知された異物の位置を含む所定範囲内で再び異物が検知された場合は、クリーニング動作を実施せずに次のパターン形成動作に移行する。【選択図】図１

Description

本発明は、リソグラフィ装置及び物品の製造方法に関する。

半導体露光装置においては、高精度の解像力を達成できるように原版ステージ及びウエハ（基板）ステージに対して、レーザ測長器を用いて並進方向の位置を精密に制御する。また、原版ステージ及びウエハステージの鉛直方向に関しては、フォーカスセンサにより、ウエハ面と光学系像面との距離及び傾きを計測して、ウエハステージをスキャン駆動させる。そして、ウエハステージをスキャン駆動させながら同時にウエハ面が像面にならうよう、Ｚ方向（フォーカス）及びチルト方向に逐次駆動制御される。

しかし、基板保持部であるウエハチャック上に異物が付着した状態でウエハを載せ、露光を開始すると局部的にデフォーカスとなり、解像不良が発生し得る。異物の一例としては、ウエハからレジストが剥離してウエハチャックに付着したものが挙げられる。露光中に異物による解像不良が発生するとチップ生産の歩留まりが低下し得る。

このため、特にこうしたウエハチャック上の異物に関しては半導体製造現場では非常に注意を払っており、定期的にクリーニングユニットでチャックをクリーニングする等の措置をとっている。また、定期的なウエハチャッククリーニングのインターバルにおけるウエハの露光プロセスを行っている。

レジスト残渣などの粘着性の高い異物は単純研磨クリーニングでは除去できないことがある。またクリーニングプレートの反り変形や製造誤差でウエハチャックとの接触が不十分となり、十分に研磨が働かない場合にも異物が除去できないことがある。異物が除去されないまま生産を続けた場合、毎ロットで異物が検知され生産の一時停止及びクリーニング動作が入ってしまい、生産性が低下する。

特許文献１は、ウエハホルダーのクリーニングを行ったにもかかわらずウエハホルダー上の異物が除去できない場合には警報を発し、露光処理に移行しない制御を開示している。

特開平７−０６６１１４号公報（図８）

特許文献１によれば、警報が発せられた場合には、異物が除去されないかぎり露光工程に移行しない。そのため基板保持部を装置から取り外して洗浄機等の外部のクリーニング装置にかけて異物を除去する必要があり、数時間乃至一日、装置を停止する必要がある。

その一方で、生産性を極力低下させないことも半導体製造工程における重要な要請である。

本発明の一側面によれば、基板にパターンを形成するリソグラフィ装置であって、前記基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部のクリーニングを行うクリーニングユニットと、前記基板保持部によって保持された基板を観察することで異物を検知するための検知部と、前記基板へのパターン形成動作及び前記クリーニングユニットによるクリーニング動作の実施を制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記検知部により異物が検知された場合は、前記クリーニング動作を実施した後に次のパターン形成動作に移行し、前記クリーニング動作を所定回数実施後に前回検知された異物の位置を含む所定範囲内で再び異物が検知された場合は、前記クリーニング動作を実施せずに次のパターン形成動作に移行することを特徴とするリソグラフィ装置が提供される。

本発明によれば、クリーニングユニットで除去できない異物が基板保持部に付着している場合でも、生産性の低下を抑えることができる。

実施形態における露光装置の構成を示す図。第１実施形態におけるロット処理シーケンスのフローチャート。第１実施形態における露光処理シーケンスのフローチャート。第２実施形態における露光処理シーケンスのフローチャート。第３実施形態におけるロット処理シーケンスのフローチャート。第３実施形態おける露光処理シーケンスのフローチャート。走査速度とフォーカス追従性との関係を示すグラフ。ウエハチャック上の異物を表す模式図。ウエハチャック上の異物の位置を表す２次元バブルマップ。ウエハチャック上の異物の位置と大きさを表すグラフ。走査速度とフォーカス追従性との関係を説明する図。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施に有利な具体例を示すにすぎない。また、以下の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題解決のために必須のものであるとは限らない。

＜第１実施形態＞
図１は、本実施形態における、基板にパターンを形成するリソグラフィ装置の一例である露光装置１００の構成を示す図である。露光装置１００において、原版ステージ１０９は、レチクル等の原版１０８を保持する。原版ステージ１０９に保持されたマスクあるいは原版１０８は、照明光学系１１４によって光源１１５の光を照射される。投影光学系１１０は、原版１０８を透過した光を基板であるウエハ１１１に投影する。このとき、ウエハ１１１は基板保持部であるウエハチャック１１２によって保持される。ウエハチャック１１２（以下、単に「チャック」ともいう。）はウエハステージ１１３によって支持される。

ウエハステージ１１３はX、Y、Z、ωX、ωY、ωZの6軸駆動機構を有し、メイン制御系１０１からの指示値に基づいて駆動する。ウエハステージ１１３の現在位置はレーザヘッド１０４、１０５からウエハステージ上のミラー１０６へ照射した光の反射光をレーザ測長器１０３で計測し姿勢量に変換することで求められる。メイン制御系１０１はウエハステージ１１３の現在位置をレーザ測長器１０３から取得し、新たな駆動指示値を生成してフィードバックをかけることでウエハステージ１１３の姿勢を維持する。

一対のフォーカスセンサ１０７は、ウエハステージ１１３によって保持されたウエハを観察することで異物を検知するための検知部の一例を構成する。一対のフォーカスセンサ１０７は、投影光学系１１０の射出部付近を挟むようにY軸方向に設置され、走査露光に追従して規定ピッチで片側からウエハ１１１に斜入射光を照射し、反対側で反射した光を取り込む。次に、取り込んだ光量から画像処理系１０２がZ変位量に換算し、メイン制御系１０１が領域内の各点Z変位量から近似平面を算出する。そして、投影光学系１１０を通して投影された原版１０８の投影像にウエハ１１１の表面を合わせるように、ウエハステージ１１３のZ、ωX、ωYの駆動指示値を変更する。

クリーニングユニット１１７は、クリーニングプレート１１６及びウエハチャック１１２を保持する機構を有する。クリーニングユニット１１７は、クリーニングプレート１１６をウエハチャック１１２に接触させ、ウエハステージ１１３又はクリーニングユニット１１７をXY平面方向に駆動させることでウエハチャック１１２上の異物を研磨除去する。

メイン制御系１０１は、露光装置１００の各部を統括的に制御する制御部であり、例えばＣＰＵ１０１ａ、制御プログラムや固定的なデータを保持するＲＯＭ１０１ｂ、ＣＰＵ１０１ａのワークエリア及び一時的なデータを保持するＲＡＭ１０１ｃを含む。とりわけ本実施形態に係るメイン制御系１０１は、ウエハへのパターン形成動作及びクリーニングユニットによるクリーニング動作の実施を制御する。なお、本実施形態において、パターン形成動作にはフォーカスセンサを用いた投影光学系のフォーカス制御も含まれる。

図８は、ウエハチャック１１２上の異物を表す模式図である。ウエハ１１１が搬入された際、ウエハ１１１とウエハチャック１１２の間に異物８０１が挟まる状態になる。

図９は、ウエハチャック１１２上の異物の位置を表す2次元バブルマップである。マップの横軸及び縦軸はそれぞれ、図１のウエハ１１１のX軸、Y軸を表す。

図１０は、図９のように示されるウエハ毎の異物の位置と大きさを表すグラフである。グラフの横軸はウエハ枚数を表し、縦軸（左）は図１のウエハ１１１のX,Y座標を表し、縦軸（右）は異物の大きさを表す。異物の大きさは、デフォーカス量で表される。図１０において、デフォーカス量が異物検知閾値を超えた異物のウエハ毎のX,Y座標に変化はなく、ウエハ交換を行ってもウエハチャック１１２上の同じ位置に異物が残ってしまうことを表している。

図２は、ロット処理シーケンスのフローチャートである。このフローチャートに対応するプログラムは例えばＲＯＭ１０１ｂに格納され、ＣＰＵ１０１ａによって実行される。

まずＳ３００として、１ロットの露光処理を実施する。この１ロットの露光処理の詳細が、図３に示される。まず、処理するウエハ番号Ｗを１に初期化する（Ｓ３０１）。次に、ウエハ間で共通の位置に存在する異物の位置情報（CHSP）を無効化する（Ｓ３０２）。CHSPは例えば、X,Y座標データであり複数点分存在する。無効化する方法として例えばCHSPに座標値としてとりえない所定値（999999など）を入れておけばよい。

搬送されたＷ枚目のウエハがウエハチャック１１２に保持され、処理が開始する（Ｓ３０３）。処理するショット番号Ｓを１に初期化する（Ｓ３０４）。その後、ジョブごとに設定されたショットレイアウトパラメータに従ってウエハステージ１１３を該当ショットの走査露光開始位置へ駆動する。そして原版ステージ１０９とウエハステージ１１３が同期しながら走査を開始し、フォーカスセンサ１０７によるフォーカス計測とメイン制御系１０１によるフォーカス制御を開始する（Ｓ３０５）。Ｓ３０６では、ジョブ毎に設定された露光量を露光するために光源１１５から発振するパルスエネルギー量、発振周波数、照明光学系１１４内の不図示の減光フィルタ、ウエハステージ１１３の走査速度などの条件を決定し、露光する。当該ショットの露光領域外にウエハステージ１１３が駆動したらフォーカス計測を終了する（Ｓ３０７）。Ｓ３０８では、Ｓ３０５〜Ｓ３０７の処理間でのフォーカス制御誤差（デフォーカス量）を算出し、異物判定閾値との比較を行う。異物判定閾値はプロセス毎に許容値を変更できるようにジョブパラメータとして設けてもよい。Ｓ３０９では、ショット番号Ｓをインクリメントする。Ｓ３１０では、総ショット数Ｍとショット番号Ｓを比較し、ショット番号Ｓが総ショット数Ｍ以下であれば処理はＳ３０５へ移り、Ｓ３０５〜Ｓ３０９を繰り返す。

ショット番号Ｓが総ショット数Ｍより大きければ処理はＳ３１１へ移る。Ｓ３１１ではウエハ内の全ショットで異物と判定した位置と値を異物位置情報としてＲＡＭ１０１ｃに記憶する。Ｓ３１２では、Ｗ枚目のウエハを含む規定枚数Ｘ連続で共通する位置に異物が検知された場合に位置情報X,YをCHSPとしてＲＡＭ１０１ｃに記憶する。共通する位置かどうかの判定は、検出された位置のX,Y座標が所定範囲内にあるかどうかで行う。

次に、ウエハ番号Ｗを１インクリメントする（Ｓ３１３）。その後、ロット内の総ウエハ数Ｎとウエハ番号Ｗを比較し（Ｓ３１４）、ウエハ番号Ｗが総ウエハ数Ｎ以下であればＳ３０２に戻り、処理を繰り返す。ウエハ番号Ｗが総ウエハ数Ｎより大きければロット処理を終了する。

以上の１ロットの露光動作を終えると、処理は図２のＳ２０１に進む。Ｓ２０１では、CHSPが無効データかどうかを判定する。無効データではない場合はチャック上の異物が存在したと判断し、処理はＳ２０２へ移る。異物が存在しないと判断される場合は処理はＳ２１０へ移る。Ｓ２１０ではチャッククリーニングの実施状態の変数を未実施を表す値にしてＲＡＭ１０１ｃに格納にする。

Ｓ２０２では、チャッククリーニングの実施状態の変数が実施済みを表す値であるかを判定する。ここで実施済みであるとすると、過去にチャッククリーニングしたが除去の効果がなかった可能性があり、処理はＳ２０３へ移る。未実施の場合は処理はＳ２０４へ移りチャッククリーニングを実施する。実施後、チャッククリーニングの実施状態の変数を実施済みを表す値にする（Ｓ２０５）。

Ｓ２０３では、前回検知された異物の位置を含む所定範囲内で再び異物が検知されたかを判定する。本実施形態では、現在のロット（L）のウエハ間異物共通位置情報（CHSP）とその１つ前のロット（L-1）のウエハ間異物共通位置情報（BHSP）で一致する位置があるかを判定する。両者が一致しない場合は、処理はＳ２０４へ移りチャッククリーニングを実施する。一方、両者が一致する場合は過去にチャックのクリーニングを実施したが除去の効果がなく、異物がウエハチャックに固定化したものであると判断される。この場合、これ以上クリーニングを繰り返しても無駄であり生産性が低下するだけである場合が多い。そこでこの場合は、Ｓ２０４のチャックのクリーニング動作を実施せずに次のパターン形成動作に移行する。

本実施形態では、次のパターン形成動作として、Ｓ２０６の処理を行う。ここでは、チャッククリーニングをしても除去できない異物があるため、Ｓ２０３で求めたCHSPとBHSPの共通位置を含むショットを求め、以降のウエハの当該ショットのフォーカス追従性を向上させる設定を行う。これにより除去できない異物があってもデフォーカスを許容値内に抑えることができるため歩留まりを向上させることができる。また、効果の無いチャッククリーニングによる生産性の低下やクリーニングプレートの不必要な消耗を抑制する効果もある。

図１１は走査速度とフォーカス追従性の関係を表す模式図である。図１１（ａ）が追従性向上設定前を表し、（ｂ）が追従性向上設定後を表す。走査速度を低下させることで走査方向のフォーカス計測ピッチとフォーカス制御ピッチを細かくすることができ、チャック上に異物によるウエハ表面のうねりにウエハステージを追従させることができる。

走査速度を局所的に落とすことによる生産性の低下について検討する。例えばY画角3ｍｍ、走査速度500ｍｍ/secの条件で生産しているケースを考える。ここで、チャック上に１つ異物が検知され走査速度を半分の25ｍｍ/secに落としたとすると、１ショットあたり66msec処理時間が延びることになる。一方、チャックを外して外部クリーニング装置で異物を除去し生産再開するまでに半日かかったとする。すると毎ウエハ１ショット66msecの遅延が半日間の停止時間を上回るのは、12時間÷66msec＝654,545枚以上のウエハが処理された時である。これは１日の生産量を3,000枚とした場合の218日分の生産量に相当する。通常の装置運用では定期的に消耗部品の交換やソフトのバージョンアップ、工場の長期連休などによって半日のスケジュールドダウンタイムはあると考えられる。したがって、その時に並行で外部クリーニング装置で異物除去すればチャックの外部クリーニングのために装置を停止する必要はなく、十分効果的である。

図７に走査速度とフォーカス追従性の相関関係を示す。図７において、横軸は走査速度を表し、縦軸が最高走査速度におけるフォーカス追従性を1.0とした場合のフォーカス追従性指標を表す。相関グラフは例えば事前にパイロットウエハで走査速度を変更しながらフォーカス計測を行い、各走査速度の追従残差から求めておけばよい。フォーカス追従性の向上は、この相関関係に基づいて走査速度を変更することで行う。フォーカス追従性をどの程度上げる必要があるかは例えば異物の大きさを異物判定の閾値で割った値を用いることで求められる。

Ｓ２０７では、次のロット（L+1）の処理のために、現在のロット（L）の異物位置情報（CHSP）をBHSPに保存する。Ｓ２０８では、ロット処理番号を１インクリメントする。Ｓ２０９では、露光装置に投入されたロットが全て処理されたかどうかを判定する。未処理ロットがある場合はＳ３００に戻って次のロットの処理を行う。全ロット完了の場合は処理は終了する。

＜第２実施形態＞
次に、図４に基づいて第２実施形態に係る露光処理シーケンスを説明する。露光装置の構成は第１実施形態と同じである。図４において、図２、図３と同一の処理ブロックには同一の参照番号を付し、その詳細を省略する。

第１実施形態はロット間でチャッククリーニングの制御を行うものであったのに対し、第２実施形態はロット内の基板間でチャッククリーニングの制御を行う。したがって、図４のフローは、図３のＳ３１２とＳ３１３の間に図２のＳ２０１〜Ｓ２０７の処理が入る構成となる。

図４のフローによれば、ロット内のウエハ毎に、異物がチャック上のものかウエハ上のものかが判別され、チャッククリーニングとフォーカス追従性向上の制御が行われる。第１実施形態では、チャック上の異物の判別タイミングがロット間であるため、チャッククリーニングとフォーカス追従性向上設定の効果は次のロットまで反映されない。これに対し本実施形態では、チャック上の異物の判別タイミングがウエハ間である。そのため、チャッククリーニングとフォーカス追従性向上設定の効果を、チャック上の異物が検知されたウエハの次のウエハから反映させることができる。

＜第３実施形態＞
次に、図５、図６に基づいて第３実施形態を説明する。露光装置の構成は第１実施形態と同じである。図５はロット内の露光処理シーケンスのフローチャートで、第１実施形態に係る図３のフローと比較するとＳ３０２及びＳ３１２の処理がないことを除き同じである。

図６はロット処理シーケンスのフローチャートである。まず、チャックのクリーニング動作の連続実行回数（CH）を０に初期化する。CHはチャッククリーニングを実施した直後のロットにおいてチャック上の異物が検知された場合に１インクリメントされる。つまりCHは無効なチャッククリーニングの回数を表す。

次に、図５に示した露光処理シーケンスを実行する（Ｓ５００）。その後、規定枚数（X）連続して各ウエハにおいて同じ位置に異物が検出されたかどうかを判定する（Ｓ６０２））。同じ位置かどうかの判定は例えば、検出された位置のX,Y座標が一定の範囲内にあるかどうかで行う。規定枚数連続で各ウエハの同じ位置に異物が検出された場合はチャック上の異物と判断し、処理はＳ６０３へ移る。検出されない場合は処理はＳ６１０へ移る。

Ｓ６１０では、チャッククリーニングの実施状態の変数を未実施を表す値にする。一方、Ｓ６０３では、チャッククリーニングの連続実行回数（CH）が所定のチャッククリーニング試行回数（T）を超えたか否かを判定する。CHがTを超えた場合は、チャッククリーニングをT回やったにもかかわらず異物を除去できなかったことを示す。この場合、処理はＳ６０６へ移る。CHがT以下である場合は処理はＳ６０４へ移る。なお、T＝１とすれば、Ｓ６０３は第１実施形態におけるＳ２０３と同じ処理となる。

Ｓ６０４では、チャッククリーニングを実施する。Ｓ６０５では、チャッククリーニングの連続実行回数（CH）を１インクリメントする。

一方、Ｓ６０３でクリーニング動作を所定回数実施後、Ｓ６０６に進み、クリーニング動作を実施せずに次のパターン形成動作に移行する。Ｓ６０６では、チャッククリーニングをしても除去できない異物があるため、Ｓ６０２で求めた異物の位置を含むショットを求め、以降のウエハの当該ショットのフォーカス追従性を向上させる設定を行う。これにより除去できない異物があり、かつ、その異物がクリーニング動作によってチャック上を移動するが除去できない場合においても、許容値内のデフォーカスに抑えることができる。これにより歩留まりを向上させることができる。また、効果の無いチャッククリーニングによる生産性の低下やクリーニングプレートの不必要な消耗を抑制するという効果もある。

Ｓ６０９では、露光装置に投入されたロットが全て処理されたかどうかを判定する。未処理ロットがある場合はＳ５００戻って次のロットの処理を行う。全ロット完了の場合は処理は終了する。

＜リソグラフィ装置の他の実施形態＞
以上の第１、第２、第３実施形態では、リソグラフィ装置として、マスクに形成されたパターンを投影光学系により基板のショット領域に投影してマスクのパターンをショット領域に転写する露光装置を使用した。しかし、リソグラフィ装置は、基板上の未硬化樹脂と型とを互いに押し付けて、基板上に樹脂のパターンを形成するインプリント装置であってもよい。あるいは、リソグラフィ装置は、原版に形成されたパターンを基板に露光する荷電粒子線露光装置であってもよい。

＜物品の製造方法の実施形態＞
本発明の実施形態における物品の製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品の製造方法は、上記のリソグラフィ装置（露光装置やインプリント装置、描画装置など）を用いて基板に原版のパターンを転写する工程と、かかる工程でパターンが転写された基板を加工する工程とを含む。更に、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含む。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

Claims

基板にパターンを形成するリソグラフィ装置であって、
前記基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部のクリーニングを行うクリーニングユニットと、
前記基板保持部によって保持された基板を観察することで異物を検知するための検知部と、
前記基板へのパターン形成動作及び前記クリーニングユニットによるクリーニング動作の実施を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、
前記検知部により異物が検知された場合は、前記クリーニング動作を実施した後に次のパターン形成動作に移行し、
前記クリーニング動作を所定回数実施後に前回検知された異物の位置を含む所定範囲内で再び異物が検知された場合は、前記クリーニング動作を実施せずに次のパターン形成動作に移行する
ことを特徴とするリソグラフィ装置。
前記制御部は、ロット間で、前記クリーニング動作の実施を制御することを特徴とする請求項１に記載のリソグラフィ装置。
前記制御部は、ロット内の基板間で、前記クリーニング動作の実施を制御することを特徴とする請求項１に記載のリソグラフィ装置。
前記リソグラフィ装置は、マスクに形成されたパターンを前記基板保持部によって保持された基板に投影して前記基板を露光する露光装置であり、
前記制御部は、前記クリーニング動作を前記所定回数実施後に前記所定範囲内で再び異物が検知されたことで前記クリーニング動作を実施せずに実行される次の露光動作においては、前記異物が検知された位置を含む領域への露光の走査速度を低下させる
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のリソグラフィ装置。
前記リソグラフィ装置は、基板上の未硬化樹脂と型とを互いに押し付けて、前記基板上に樹脂のパターンを形成するインプリント装置であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のリソグラフィ装置。
前記リソグラフィ装置は、原版に形成されたパターンを基板に露光する荷電粒子線露光装置であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のリソグラフィ装置。
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のリソグラフィ装置を用いてパターンを基板に形成する工程と、
前記工程で前記パタ−ンを形成された基板を加工する工程と、
を含むことを特徴とする物品の製造方法。