JP2016127230A - 半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造装置の管理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】コンタミネーションの量を的確に判断することが可能な半導体装置の製造装置の管理方法を提供する。
【解決手段】半導体基板及び半導体基板上に設けられたレジスト膜を含む露光前基板の重量を測定する工程Ｓ１３と、レジスト膜に対して露光処理を行う工程Ｓ１４と、半導体基板及び露光処理が行われたレジスト膜を含む露光後基板の重量を測定する工程Ｓ１５と、露光前基板の重量と露光後基板の重量との重量差を求める工程Ｓ１７と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造装置の管理方法に関する。
半導体装置の製造に用いられるリソグラフィ工程では、レジストに対する露光処理が行われる。この露光処理の際に、レジストからのアウトガスが露光装置の光学系に付着してコンタミネーションが生じるという問題がある。このようなコンタミネーションが生じると、適正な露光を行うことが困難になる。したがって、コンタミネーションのクリーニングを行う必要がある。
しかしながら、コンタミネーションの量を的確に判断することは難しいため、クリーニング時期の判断は容易ではない。クリーニング時期が遅いと、適正な露光を行うことができなくなってしまう。逆に、クリーニング時期が早いと、露光装置の稼働効率が悪くなってしまう。
したがって、コンタミネーションの量を的確に判断することが可能な方法及び装置が望まれている。
特許第４２０５５５８号公報 特許第４８５２３９５号公報 特開２０１１−１００８４０号公報
コンタミネーションの量を的確に判断することが可能な半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造装置の管理方法を提供する。
実施形態に係る半導体装置の製造装置の管理方法は、半導体基板及び前記半導体基板上に設けられたレジスト膜を含む露光前基板の重量を測定する工程と、前記レジスト膜に対して露光処理を行う工程と、前記半導体基板及び前記露光処理が行われたレジスト膜を含む露光後基板の重量を測定する工程と、前記露光前基板の重量と前記露光後基板の重量との重量差を求める工程と、を備える。
実施形態に係る半導体装置の製造装置の基本的な構成を模式的に示した図である。 実施形態に係る半導体装置の製造装置の管理方法を示したフローチャートである。 重量差とコンタミネーション膜厚との関係の一例を示した図である。 露光前基板の構成を模式的に示した断面図である。 露光後基板の構成を模式的に示した断面図である。 露光処理回数とコンタミネーション膜厚積算値との関係の一例を示した図である。 実施形態の変更例に係る半導体装置の製造装置の基本的な構成を模式的に示した図である。
以下、図面を参照して実施形態を説明する。
図１は、実施形態に係る半導体装置の製造装置の基本的な構成を模式的に示した図である。
図１に示した装置は、塗布／現像装置１０、露光装置２０、重量測定部３０、光源４０、インターフェース５０及び解析部６０を備えている。
塗布／現像装置１０は、塗布部１１及び現像部１２を含んでいる。塗布部１１は、半導体基板（半導体ウェハ）上にフォトレジストを塗布するものである。なお、ここで述べる半導体基板（半導体ウェハ）には、半導体基板（半導体ウェハ）本体に加えて、トランジスタや配線等を形成するためのパターンも含まれている。現像部１２は、露光処理が行われたレジスト膜に対して現像処理を行うものである。
露光装置２０は、半導体基板上に設けられたレジスト膜に対して露光処理を行うものである。この露光装置２０は、レチクルを配置するレチクル配置部２１と、半導体ウェハを配置するウェハステージ２２と、レチクル上のパターンを半導体ウェハ上に転写するための光学系２３とを備えている。本実施形態では、光学系２２として、ＥＵＶ（extreme ultra violet）露光用の反射光学系が用いられる。
露光装置２０には、半導体基板（半導体ウェハ）を含む基板の重量を測定する重量測定部３０が組み込まれている。具体的には、露光装置２０の内部に重量測定部３０が設けられている。この重量測定部３０では、半導体基板及び半導体基板上に設けられたレジスト膜を含む露光前基板の重量と、半導体基板及び露光装置３０によって露光処理が行われたレジスト膜を含む露光後基板の重量が測定される。
光源４０は、露光装置２０で用いる露光光を生成するものである。本実施形態では、光源４０としてＥＵＶ光源が用いられる。
塗布／現像装置１０と露光装置２０との間には、インターフェース５０が設けられている。このインターフェース５０を介して、塗布／現像装置１０と露光装置２０との間を半導体ウェハが移動する。
重量測定部３０には、解析部６０が接続されている。解析部６０では、露光前基板の重量と露光後基板の重量との重量差を求める。また、解析部６０では、露光処理によって生成されたコンタミネーション膜の膜厚を上記重量差に基づいて求める。また、解析部６０では、コンタミネーション膜の膜厚を、それまでに求められているコンタミネーション膜厚積算値に加算する。さらに、解析部６０では、コンタミネーション膜厚積算値を基準膜厚と比較し、コンタミネーション膜厚積算値が基準膜厚よりも大きい場合には、光学系２３をクリーニングすべき時期であると判断する。
図２は、本実施形態に係る半導体装置の製造装置の管理方法を示したフローチャートである。
まず、露光前基板の重量と露光後基板の重量との重量差と、コンタミネーション膜厚との関係を、予め求めておく（Ｓ１１）。以下、本工程について説明する。
半導体基板（半導体ウェハ）上に形成されたレジスト膜に露光光を照射すると、レジスト膜からアウトガスが生じる。このアウトガスが露光装置の光学系に付着し、光学系にコンタミネーション膜が形成される。すなわち、光学系を構成するレンズやミラーの表面にコンタミネーション膜が形成される。
アウトガスによるコンタミネーション膜の評価方法としては、ウィットネスサンプル法（ＷＳ法）が知られている。ウィットネスサンプルとは、露光装置の光学系の反射ミラーを模したサンプルである。ＷＳ法では、露光光によってレジスト膜から生じたアウトガスをウィットネスサンプル上に堆積させ、堆積膜の厚さを判定する。露光光には、ＥＵＶ光や電子線等のエネルギー線が用いられる。ウィットネスサンプル上の堆積膜の厚さは、光学系のクリーニングを行うべきタイミングの指標となる。
本実施形態では、厚さの異なる複数のコンタミネーション膜をウィットネスサンプル上に形成する。具体的には、エネルギー線の照射量や照射面積を変えることで、厚さの異なる複数のコンタミネーション膜を形成する。また、本実施形態では、レジスト膜にエネルギー線を照射する前及び照射した後に、ウェハ（半導体ウェハ＋レジスト膜）の重量を測定する。そして、エネルギー線を照射する前のウェハの重量とエネルギー線を照射した後のウェハの重量との重量差を求める。
図３は、ウェハ（基板）の重量差とコンタミネーション膜厚との関係の一例を示した図である。図３に示すように、コンタミネーション膜厚は重量差に比例している。したがって、ウェハ（基板）の重量差を求めることで、コンタミネーション膜の膜厚を推定することが可能である。
なお、同一の露光装置において複数種類のレジストを用いる場合には、ウェハ（基板）の重量差とコンタミネーション膜の膜厚との関係をレジスト毎に求めておく。
以上のようにして、露光前基板（露光前ウェハ）の重量と露光後基板（露光後ウェハ）の重量との重量差と、ウィットネスサンプル上のコンタミネーション膜の膜厚との関係が求められる。求められた関係は、図１の解析部６０に記憶される。
実際の半導体装置の製造工程では、上述した重量差とコンタミネーション膜厚との関係に基づき、以下のようにしてコンタミネーション膜厚の管理が行われる。
まず、塗布部１１で、半導体基板（半導体ウェハ）上にフォトレジストを塗布する。さらに、フォトレジストのソフトベークを行う。このようにして、半導体基板（半導体ウェハ）上にレジスト膜が形成される（Ｓ１２）。ここで述べる半導体基板（半導体ウェハ）には、半導体基板（半導体ウェハ）本体に加えて、トランジスタや配線等を形成するためのパターンも含まれている。上述した工程により、図４に示すように、半導体基板１０１及び半導体基板１０１上に設けられたレジスト膜１０２ａを含む露光前基板１００ａが得られる。
次に、露光前基板１００ａをインターフェース５０を介して露光装置２０に搬送する。そして、露光前基板１００ａの重量が、露光装置２０に組み込まれた重量測定部３０で測定される（Ｓ１３）。測定結果は、解析部６０に送られる。
次に、露光装置２０内でレジスト膜１０２ａに対して露光処理を行う（Ｓ１４）。すなわち、半導体回路パターンを有するレチクル（ＥＵＶマスク）を介してレジスト膜１０２ａにＥＵＶ光を照射し、レジスト膜１０２ａに半導体回路パターンを転写する。
上述した露光処理では、レジスト膜１０２ａ内で感光剤の光化学反応が生じ、レジスト膜１０２ａからアウトガスが発生する。より具体的には、ＥＵＶ光の照射によって化学増幅型レジスト内で二次電子が発生し、発生した二次電子によって光酸発生剤が分解して酸が生成される。生成された酸は、レジスト膜中のベースポリマーの溶解抑止基を分解する。本来は、溶解抑止基の分解は、露光後の加熱工程における酸触媒反応で促進されるが、露光中においても一部の分解反応が生じる。上述したような光酸発生剤分解物及び溶解抑止基分解物がレジスト膜中を拡散し、アウトガスが発生する。
このようにして、図５に示すように、半導体基板１０１及び露光処理が行われたレジスト膜１０２ｂを含む露光後基板１００ｂが得られる。
次に、露光後基板１００ｂの重量が、重量測定部３０で測定される（Ｓ１５）。測定結果は、解析部６０に送られる。
次に、露光後基板１００ｂをインターフェース５０を介して塗布／現像装置１０に搬送する。露光後基板１００ｂは、ポストエクスポージャベークが行われた後、現像部１２で現像処理が行われる（Ｓ１６）。さらに、必要に応じてポストベークを行うことで、レジストパターンが得られる。
次に、解析部６０において、露光前基板１００ａの重量と露光後基板１００ｂの重量との重量差が求められる（Ｓ１７）。
次に、解析部６０において、露光処理によって生成されたコンタミネーション膜の膜厚を上記重量差に基づいて求める（Ｓ１８）。重量差とコンタミネーション膜厚との関係は、Ｓ１１のステップですでに求められている。したがって、Ｓ１７のステップで得られた重量差から、コンタミネーション膜の膜厚を推定することが可能である。
次に、Ｓ１８のステップで得られた膜厚が、それまでに求められているコンタミネーション膜厚積算値に加算される（Ｓ１９）。以下、本工程について説明を加える。
重量測定部３０では、露光装置２０内で露光処理が行われる毎に、露光前基板の重量及び露光後基板の重量が測定される。また、解析部６０では、露光処理が行われる毎に、露光前基板の重量と露光後基板の重量との重量差からコンタミネーション膜厚が求められる。露光処理毎に求められたコンタミネーション膜厚は、露光処理毎に解析部６０で加算される。したがって、解析部６０には、それまでのコンタミネーション膜厚の積算値が記憶されている。本工程では、Ｓ１８のステップで得られたコンタミネーション膜厚が、それまでに求められているコンタミネーション膜厚積算値に加算されることになる。その結果、新たなコンタミネーション膜厚積算値が得られる。これにより、光学系２３に堆積しているコンタミネーション膜の総膜厚を推定することができる。
図６は、露光処理回数とコンタミネーション膜厚積算値との関係の一例を示した図である。棒グラフは露光処理毎のコンタミネーション膜厚を表し、折れ線グラフはコンタミネーション膜厚積算値を示している。なお、棒グラフの縦軸のスケールと折れ線グラフの縦軸のスケールとは異なっている。図６に示すように、露光処理回数が増加するにしたがって、コンタミネーション膜厚積算値が増加している。
次に、Ｓ１９のステップで得られた新たなコンタミネーション膜厚積算値が、基準膜厚を超えているか否かが判断される（Ｓ２０）。
Ｓ２０のステップで、コンタミネーション膜厚積算値が基準膜厚を超えていると判断された場合には、解析部６０において、露光装置２０の光学系（レンズやミラー）２３のクリーニングをすべきとの判断がなされる（Ｓ２１）。
Ｓ２０のステップで、コンタミネーション膜厚積算値が基準膜厚を超えていないと判断された場合には、解析部６０において、露光装置２０の光学系（レンズやミラー）２３のクリーニングをしなくてもよいとの判断がなされる（Ｓ２２）。
このようにして、クリーニングの要否が判断され、クリーニングをすべきとの判断がなされた場合に、クリーニングを実行することになる。
以上のように、本実施形態によれば、露光前基板１００ａの重量と露光後基板１００ｂの重量との重量差を求め、重量差に基づいてコンタミネーション膜の厚さを推定している。したがって、重量差とコンタミネーション膜厚との関係を予め求めておくことで、コンタミネーション膜の膜厚を的確に判断することが可能である。その結果、コンタミネーション膜厚の積算値から、露光装置２０の光学系２３のクリーニング時期を的確に判断することができ、的確なタイミングでクリーニングを行うことができる。
また、本実施形態では、重量差の積算値ではなく、コンタミネーション膜厚の積算値からクリーニング時期を判断している。通常、コンタミネーションの度合いはコンタミネーション膜厚に依存するため、コンタミネーション膜厚の積算値を求めることで、的確なクリーニング時期を判断することができる。また、本実施形態では、重量差とコンタミネーション膜厚との関係をレジストの種類毎に予め求めておくため、複数種類のレジスト膜が堆積されている場合であっても、コンタミネーション膜厚の積算値を確実に求めることができる。
また、本実施形態では、重量測定部３０が製造装置のシステムに組み込まれているため、効率的に重量測定を行うことができる。また、重量測定部３０が露光装置２０に組み込まれているため、露光装置２０以外の装置の構成を簡単化することが可能である。
図７は、本実施形態の変更例に係る半導体装置の製造装置の基本的な構成を模式的に示した図である。なお、基本的な構成は図１に示した実施形態と同様であるため、図１に示した構成要素に対応する構成要素には同一の参照番号を付している。
上述した実施形態では、重量測定部３０が露光装置２０に組み込まれていたが、本変更例では、重量測定部３０がインターフェース５０に組み込まれている。
本変更例の基本的な動作は、上述した実施形態の動作と同様である。ただし、本変更例では、重量測定部３０がインターフェース５０に組み込まれているため、露光前基板１００ａを露光装置２０に搬入する前に露光前基板１００ａの重量が測定され、露光前基板１００ａを露光装置２０から搬出した後に露光後基板１００ｂの重量が測定される。
本変更例においても、上述した実施形態と同様の基本的効果を得ることができる。また、本変更例では、重量測定部３０がインターフェース５０に組み込まれているため、インターフェース５０以外の装置の構成、特に露光装置２０の構成を簡単化することが可能である。
なお、上述した実施形態及び変更例において、重量測定部３０には単数の測定器を用いてもよいし複数の測定器を用いてもよい。ただし、同一の基板に対しては、露光処理前の重量測定と露光処理後の重量測定とで同一の測定器を用いることが好ましい。同一の測定器を用いることで、重量差を高精度で求めることができる。
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…塗布／現像装置 １１…塗布部 １２…現像部
２０…露光装置 ２１…レチクル配置部
２２…ウェハステージ ２３…光学系
３０…重量測定部 ４０…光源
５０…インターフェース ６０…解析部
１００ａ…露光前基板 １００ｂ…露光後基板
１０１…半導体基板
１０２ａ…レジスト膜 １０２ｂ…レジスト膜

Claims (5)

  1. 半導体基板及び前記半導体基板上に設けられたレジスト膜を含む露光前基板の重量を測定する工程と、
    前記レジスト膜に対して露光処理を行う工程と、
    前記半導体基板及び前記露光処理が行われたレジスト膜を含む露光後基板の重量を測定する工程と、
    前記露光前基板の重量と前記露光後基板の重量との重量差を求める工程と、
    を備えることを特徴とする半導体装置の製造装置の管理方法。
  2. 前記露光処理によって生成されたコンタミネーション膜の膜厚を前記重量差に基づいて求める工程を、さらに備える
    ことを特徴とする請求項１に記載の管理方法。
  3. 前記コンタミネーション膜の膜厚を、それまでに求められているコンタミネーション膜厚積算値に加算する工程を、さらに備える
    ことを特徴とする請求項２に記載の管理方法。
  4. 半導体基板上に設けられたレジスト膜に対して露光処理を行う露光装置と、
    前記半導体基板及び前記半導体基板上に設けられたレジスト膜を含む露光前基板の重量と、前記半導体基板及び前記露光装置によって露光処理が行われたレジスト膜を含む露光後基板の重量を測定する重量測定部と、
    を備えることを特徴とする半導体装置の製造装置。
  5. 露光装置と、
    前記露光装置に組み込まれ、半導体基板を含む基板の重量を測定する重量測定部と、
    を備えることを特徴とする半導体装置の製造装置。
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