JP4528337B2 - 露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光装置およびそれを使用してデバイスを製造するデバイス製造方法に関する。

近年、半導体デバイスの高集積化が進み、その製造のためのリソグラフィ工程で使われる露光装置において、水銀ランプに代わって、ＫｒＦやＡｒＦエキシマレーザのようなパルスレーザが遠紫外領域の光源として使用されるようになってきた。エキシマレーザを用いた露光装置において、エキシマレーザ光源と露光装置本体とは、光ファイバ等のインタフェースケーブルを介して接続されうる。このような露光装置における露光動作は、露光装置本体に備えられた制御装置によって制御されうる。エキシマレーザから出射されるパルスレーザ光を使って露光装置本体においてレチクルが照明される。照明されたレチクルのパターンは、感光剤が塗布されたウエハに投影光学系によって投影され、これによって当該レジストに潜像が形成される。

エキシマレーザでは、一般に、フッ素等のハロゲンガス、クリプトン、アルゴン等の不活性ガス、およびヘリウム、ネオン等の希ガスといった３種の混合ガスがレーザチャンバ内に封入されている。エキシマレーザ光源は、このチャンバ内の放電によってハロゲンガスと不活性ガスとが反応することにより、ナノ秒オーダのパルス幅を有するパルスレーザ光を発生する。

エキシマレーザ光の光子エネルギーは、ＫｒＦ（２４８ｎｍ）で１１４．１ｋｃａｌ／ｍｏｌ、ＡｒＦ（１９３ｎｍ）で１４７．２ｋｃａｌ／ｍｏｌ、Ｆ２（１５７ｎｍ）で１８０．１ｋｃａｌ／ｍｏｌである。これに対して、分子の結合解離エネルギーは、例えばＣ−Ｃ結合で８４ｋｃａｌ／ｍｏｌである。つまり、このような波長域の光学エネルギーは、様々な物質の結合解離エネルギーに相当する。したがって、エキシマレーザ光が物質に照射されると、光吸収や光化学反応が起こりやすい。このような性質から、この波長域の光は、物質の加工（例えば、ＣＶＤ、エッチング）にも利用される。また、吸収、反射等の光学特性が物質によって異なることから、エキシマレーザ光は物質の構造解析にも利用することができる。

しかし、エキシマレーザ光の波長域では、露光光が大気中の酸素や水分によって吸収されてしまう。これは、露光光が短波長化するに伴って、その光子エネルギーが大きくなるために生じる。光子エネルギーが増加することで、光路に存在する物質が関与した光化学反応が活性化される。そのため、露光光が通る光学ユニット内を窒素やヘリウム等の不活性ガスによりパージする必要がある（特許文献１）。パージによって光吸収などを低減することができるが、光学ユニット内に存在する不純物を完全に除去することは難しい。例えば、光学ユニットに付着した物質が光吸収を起こしたり、光化学反応によって物質の分解や生成が行われたりするなどして、光学ユニットが汚染される。また、窒素ガス雰囲気内に水蒸気を含んでいる場合、紫外光を照射することで、アンモニアが生成するという報告もなされている。このような要因によって、レーザ光が照射された光学ユニットは、汚染或いは劣化が進む。
特開２００１−２８４２３５号公報

従来は、露光装置の光学ユニットが寿命に達したことは、事前に光学性能の劣化を検知する機能がなかったために、露光処理や計測処理に異常が生じたことをもって判断されていた。そのため、異常が検知された後に修復に必要な部品を特定し準備し修復を行う必要があり、露光装置の再稼動までに長時間を要していた。また、寿命に達した光学ユニットを使用して露光処理を行った場合、光学性能の劣化により不良製品を生産してしまう可能性がある。

本発明は、上記の課題認識を契機としてなされたものであり、例えば、露光装置に含まれる複数の光学ユニットの保守作業の効率化に有利な技術を提供することを目的とする。

本発明の１つの側面は、パルス光源からのパルス光で原版のパターンを基板に投影して該基板を露光する露光装置に係り、前記露光装置は、前記露光装置における前記パルス光の光路が複数の領域に分割されるように領域と領域との間に配置されて前記パルス光を遮断し又は前記パルス光が入る領域を切り替える領域間光学ユニットと、前記複数の領域のそれぞれに配置された光学ユニットと、前記パルス光源を起動して前記パルス光を発生させ、且つ、前記複数の領域のそれぞれに配置された光学ユニットの前記パルス光による劣化を監視する制御部とを備え、前記制御部は、前記複数の領域のうち前記パルス光が入る領域を前記領域間光学ユニットの状態に基づいて特定することにより、前記複数の領域それぞれに入ったパルス光の数の積算値を得て、前記複数の領域のうち前記積算値が閾値を超えた領域に関して当該領域に属する光学ユニットの保守に関する情報を表示ユニットに表示させる。

本発明によれば、例えば、露光装置に含まれる複数の光学ユニットの保守作業の効率化に有利な技術が提供される。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。

図１は、本発明の好適な実施形態の露光装置の概略構成を示す図である。本発明の好適な実施形態の露光装置１００は、複数の光学ユニットが配置された光路を有し、該光路は、レチクル（原版）１６のパターンをウエハ（基板）１８に投影しウエハ１８を露光する部分を含む。

露光装置１００の光路には、光源１が発生する光が提供される。露光装置１００の制御部２１は、該光路を複数の領域に分割して、分割された領域ごとに当該領域に属する光学ユニットの光による劣化を監視する。ここで、分割された１つの領域には、少なくとも１つの光学ユニットが含まれる。この実施形態では、複数の領域は、第１〜第６領域を含む。

露光装置１００の構成及び動作を概略的に説明する。露光装置１００は、光源１と本体部ＥＸとを備えている。本体部ＥＸは、光源１から出射された光を利用して露光処理及び計測処理等の処理を行う部分である。

光源１は、パルス光を発生するように構成されうる。光源１は、例えば、エキシマレーザを含みうる。光源１には、シャッタ２６が設けられていて、シャッタ２６が開いている状態では、光源１から本体部ＥＸに光が提供され、シャッタ２６が閉じている状態では、光源１から本体部ＥＸに光が提供されない。光源１から出射された光は、本体部ＥＸに送られ、必要に応じて減光フィルタ２２によって減光された後に、ミラー３０で光路が折り曲げられ、楔光学素子２を通る。この実施形態では、減光フィルタ２２の入射面から楔光学素子２の出射面までの光路が第１領域である。減光フィルタ２２および楔型光学素子２は、それぞれ光学ユニットの例である。

露光処理時は、第１領域から出た光が第２領域に入るように制御部２１によってミラー２４が制御される。この実施形態では、第２領域は、ビーム成形部３の入射面から露光スリット部材８の出射面までの光路が第２領域である。ビーム成形部３から出射された光は、振動ミラー４によって光路が折り曲げられた後にフライアイ５およびコンデンサレンズ６を順に通過して露光スリット部材８に至る。ビーム成形部３、振動ミラー４、フライアイ５、コンデンサレンズ６および露光スリット部材８は、それぞれ光学ユニットの例である。

第２領域から出た光は、遮光板９の開口部を通り、ミラー３１で光路が折り曲げられた後にコリメータレンズ１０を通り、レチクルステージ（原版ステージ）１５によって保持されたレチクル（原版）１６を照明する。照明されたレチクル１６のパターンは、投影光学系１３によって、ウエハステージ（基板ステージ）１７によって保持されたウエハ（基板）１８に投影される。ウエハ１８には、感光剤が塗布されていて、パターンの投影によって該感光剤が感光して潜像が形成される。潜像は、現像工程を通して物理的なパターンとなる。この実施形態では、遮光板９からウエハ１８までの光路が第３領域である。遮光板９、ミラー３１およびコリメータレンズ１０は、それぞれ光学ユニットの例である。ウエハステージ１７の上には、照度むらセンサが設けられうる。

第１計測処理時は、第１領域から出た光が第４領域に入り、第４領域から出た光が第５領域に入るように制御部２１によってミラー２４、２５が制御される。この実施形態では、第４領域は、ミラー２４の反射面からミラー２５の反射面までの光路であり、第５領域は、ミラー２５によって反射された光の入射面（不図示）からオフアクシススコープ２０の出射面までの光路である。第１計測処理には、例えば、フォーカス調整用の計測処理、および、レチクル１６とウエハ１８との位置合わせ用の計測処理が含まれうる。これらの計測処理は、ＴＴＬ方式で実施されうる。ミラー２４、２５およびオフアクシススコープ２０は、それぞれ光学ユニットの例である。

第２計測処理時は、第１領域から出た光が第４領域に入り、第４領域から出た光が第６領域に入るように制御部２１によってミラー２４、２５が制御される。第２計測処理には、例えば、光源１の光軸と本体部分ＥＸの光軸とのずれを計測する処理が含まれうる。この実施形態では、第６領域は、ミラー２５によって反射された光の入射面（不図示）からモニタ１９までの光路である。モニタ１９は、光学ユニットの例である。

以上を要約すると、光源１から出射され光は、露光処理時は第１領域、第２領域、第３領域を通り、第１計測処理時は第１領域、第４領域、第５領域を通り、第２計測処理時は第１領域、第４領域、第６領域を通る。すなわち、この実施形態では、露光装置１００において実施される処理に応じて第１領域〜第６領域のうち光が通過する領域が変更される。

制御部２１は、メモリ２１ｍを有し、メモリ２１ｍには、上記のような複数の光学ユニットの保守のための保守情報５０が保持される。保守情報５０は、第１領域〜第６領域のそれぞれについての領域保守情報５０−１、５０−２・・・を含む。各領域保守情報は、該当する領域に属する光学ユニットの保守に関する情報を含む。各領域保守情報は、例えば、"照射パルス数"、"状態"（Ｎｏｒｍａｌ，Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ，Ｌｉｍｉｔ）、"メンテナンスパルス数"、"リミットパルス数"を含みうる。"照射パルス数は、該当する領域に入射した光のパルス数の積算値である。"状態"は、該当する領域に属する光学ユニットの状態を表す。具体的には、"Ｎｏｒｍａｌ（ノーマル）"状態は正常状態を意味する。"Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ（メンテナンス）"状態は光学ユニットが使用可能な範囲の限界に近づいている状態を表す。"Ｌｉｍｉｔ（リミット）"状態は光学ユニットが使用可能な範囲の限界に達し交換が必要な状態を表す。"メンテナンスパルス数"は、該当する領域が"Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ"状態であると判定する第１閾値としてのパルス数である。"リミットパルス数"は、該当する領域が"Ｌｉｍｉｔ"状態であると判定する第２閾値としてのパルス数である。ここで、上記の説明から明らかなように、第２閾値は、第１閾値よりも劣化の程度が高いことを判定するための閾値である。

図２は、制御部２１による制御を示すフローチャートである。ステップ２０１では、制御部２１は、発振前処理を実行する。発振前処理は、例えば、劣化の程度が閾値を超えた光学ユニット及びそれを含む領域の少なくとも一方を表示ユニット５２に表示させる処理を含みうる。より具体的には、発振前処理は、例えば、使用可能な範囲の限界に近づいている光学ユニット及びそれを含む領域の少なくとも一方をオペレータに知らせるための情報を表示ユニット５２に表示させる処理を含みうる。或いは、発振前処理は、使用可能な範囲の限界に達し交換が必要な光学ユニット及びそれを含む領域の少なくとも一方をオペレータに知らせるための情報を表示ユニット５２に表させる処理を含みうる。或いは、発振前処理は、使用可能な範囲の限界に達し交換が必要な光学ユニットが使用される条件での光源１の起動を禁止する処理を含みうる。使用可能な範囲の限界に近づいている光学ユニットは、領域保持情報における"状態"を示す情報が"Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ"となっている領域に属する光学ユニットである。使用可能な範囲の限界に達し、交換が必要な光学ユニットは、領域保持情報における"状態"を示す情報が"Ｌｉｍｉｔ"となっている領域に属する光学ユニットである。

ステップ２０２では、制御部２１は、光源１を起動してレーザ光を発生させ、ステップＳ２０３では、制御部２１は、シャッタ２６の状態を確認する。制御部２１は、シャッタ２６が開状態であれば処理をステップ２０４に進め、閉状態であれば処理をステップ２１３に進める。ステップ２０４では、制御部２１は、光源１から送られてくる光が通過する第１領域についての照射パルス数を更新する。

ステップ２０５では、制御部２１は、ミラー２４の状態を確認し、第１領域から出た光が第２領域に入るようにミラー２４が配置されている場合、つまり、露光処理を行う状態である場合には、処理をステップ２０５に進める。一方、第１領域から出た光が第４領域に入るようにミラー２４が配置されている場合には、制御部２１は、処理をステップ２０９に進める。ステップ２０６では、制御部２１は、光が通過する第２領域についての照射パルス数を更新する。

ステップ２０７では、制御部２１は、遮光板９の状態を確認し、遮光板９が開状態であれば、ステップ２０８において、光が通過する第３領域についての照射パルス数を更新する。一方、遮光板９が閉状態であれば、制御部２１は、処理をステップ２１３に進める。

ステップ２０９では、制御部２１は、光が通過する第４領域についての照射パルス数を更新する。ステップＳ２１０では、制御部２１は、ミラー２５の状態を確認し、第４領域から出た光が第５領域に入るようにミラー２５が配置されている場合、つまり、第１計測処理を行う場合には、処理をステップ２１１に進める。一方、第４領域から出た光が第６領域に入るようにミラー２５が配置されている場合、つまり、第２計測処理を行う場合には、制御部２１は、処理をステップ２１２に進める。

ステップ２１１では、制御部２１は、光が通過する第５領域についての照射パルス数を更新し、ステップ２１２では、制御部２１は、光が通過する第６領域についての照射パルス数を更新する。

ステップ２１３では、制御部２１は、第１領域〜第６領域のそれぞれに属する光学ユニットの状態を確認し、正常状態からメンテナンス状態に遷移した領域があれば、処理をステップ２１４に進め、そうでなければ処理をステップ２１５に進める。ステップ２１３における処理は、第１領域〜第６領域のそれぞれに属する光学ユニットの光による劣化を監視する処理の一例として把握されうる。

ステップ２１４では、制御部２１は、表示ユニット５２にワーニング表示を行う。該ワーニング表示は、例えば、正常状態からメンテナンス状態に遷移した領域を示す情報及び当該領域に属する光学ユニットの少なくとも一方を含みうる。該ワーニング情報は、更に、当該領域の状態（メンテナンス状態）を示す情報を含みうる。該ワーニング表示は、更に、該当する光学ユニットの交換の準備（例えば、交換用の光学ユニットの手配等）を促すメッセージを含みうる。このようなメッセージの表示は、交換用の光学ユニットの欠如による露光装置の長期間にわたる停止を未然に防ぐために効果的である。

ステップ２１５では、制御部２１は、第１領域〜第６領域のそれぞれの状態を確認し、メンテナンス状態からリミット状態に遷移した領域があれば、処理をステップ２１６に進め、そうでなければ処理をステップ２１７に進める。ステップ２１５における処理は、第１領域〜第６領域のそれぞれに属する光学ユニットの光による劣化を監視する処理の一例として把握されうる。

ステップ２１６では、制御部２１は、表示ユニット５２にエラー表示を行う。該エラー表示は、例えば、メンテナンス状態からリミット状態に遷移した領域を示す情報及び当該領域に属する光学ユニットの少なくとも一方を含みうる。該エラー表示は、更に、当該領域の状態（リミット状態）を示す情報を含みうる。該エラーは、更に、該当する光学ユニットの交換を促すメッセージを含みうる。

保守情報５０の喪失を防止するために、それを保持するメモリ２１ｍは、不揮発性メモリとして構成されうる。不揮発性メモリの範疇には、例えば、ＥＥＰＲＯＭ、ハードディスク等のように単体で不揮発機能を有するメモリの他、バッテリバックアップ機能によって電力供給が維持されるＤＲＡＭ等も含まれる。また、保守情報５０は、バックアップとして、他の不図示の記憶デバイス、例えば、コンソールに備えられた記憶デバイスにコピーされてもよい。

光学ユニットが交換された際には、保持情報（領域保持情報）を構成する照射パルス数の情報が０にクリアされる。メンテナンスパルス数やリミットパルス数といった状態遷移の判定のための閾値は、例えば、光学ユニットの仕様変更等に応じて変更することができる。

図４は、図２のステップ２０１における処理の一例を具体的に示すフローチャートである。ステップ４０１では、制御部２１は、保守情報５０に基づいて、選択された領域に属する光学ユニットの状態を確認する。ステップ４０２では、制御部２１は、第１領域〜第６領域のすべての領域についてステップ４０１における確認が完了したかどうかを判定する。そして、制御部２１は、すべての領域についてステップ４０１における確認が完了した場合にはステップ４０３に処理を進め、そうでない場合にはステップ４０１に処理を戻し、次の領域について確認を行う。

ステップ４０３では、制御部２１は、使用される領域にリミット状態の光学ユニットが含まれるかどうかを判定し、使用される領域にリミット状態の光学ユニットが含まれる場合には、光源１の起動を禁止し、処理を終了する。一方、使用される領域にリミット状態の光学ユニットが含まれない場合には、制御部２１は、ステップ４０５において、光源１の起動を許可し、処理を図２のステップ２０３に進める。使用される領域にリミット状態の光学ユニットが含まれる場合に光源１の起動を禁止することにより、不良デバイスが製造されることを未然に防ぐことができる。

図３は、表示ユニット５２による表示画面の一例を示す図である。表示画面に表示される情報には、第１領域〜第６領域・・・について、照射パルス数３０１、メンテナンスパルス数３０２、リミットパルス数３０３、および状態３０４を示す情報が含まれうる。表示画面中に表示すべき項目は、オペレータによって変更することができる。

各領域の状態に応じて制御部２１によってＮｏｒｍａｌ，Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ，Ｌｉｍｉｔといった状態を示す情報が表示ユニット５２の表示画面に表示されうる。

また、表示画面に表示される情報には、例えば、光路の分割形態（第１領域〜第６領域の配置形態）を示す情報（分割図）３０５が含まれうる。制御部２１は、例えば、正常状態は青、メンテナンス状態は黄色、リミット状態は赤色というように、第１領域〜第６領域のそれぞれの状態に色や模様を第１領域〜第６領域に割り当ててもよい。

光路を最も多くの数に分割した場合、各領域には１つのみの光学ユニットが含まれる。この場合、１つの光学ユニットごとに個別に状態が管理される。

以上のように、この実施形態では、露光装置の光路をそれぞれ少なくとも１つの光学ユニットを含む複数の領域に分割し、分割された領域ごとに当該領域に属する光学ユニットの光による劣化を監視する。これによって、例えば、交換時期が迫ってきた光学部品を事前に準備したり、保守作業の計画を事前に立てたりすることができる。よって、このような技術は、露光装置に含まれる複数の光学ユニットを保守するための作業を効率化することに貢献する。

次に上記の露光装置を利用したデバイス製造方法を説明する。デバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）は、前述のいずれかの実施形態の露光装置を使用して、感光剤が塗布された基板（ウエハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、露光された基板を現像する工程と、他の周知の工程とを経ることにより製造される。

本発明の好適な実施形態の露光装置の概略構成を示す図である。 制御部による制御を示すフローチャートである。 表示ユニットによる表示画面の一例を示す図である。 図２のステップ２０１における処理の一例を具体的に示すフローチャートである。

符号の説明

１：光源、２：楔光学素子、３：ビーム整形部、４：振動ミラー、５：フライアイ、６：コンデンサレンズ、８：露光スリット部材、９：遮光版、１０：コリメータレンズ、１３：投影レンズ、１４：照度むらセンサ、１５：レチクルステージ、１６：レチクル（原版）、１７：ウエハステージ、１８：ウエハ（基板）、１９：光軸ずれを検知するモニタ、２０：ＴＴＬオンアクシス方式のスコープ、２１：制御部、２１ｍ：メモリ、２２：減光フィルタ、２４：ミラー、２５：ミラー、２６：シャッタ（光源内）、３０：ミラー、５０：保守情報、５０−１、５０−２：領域保守情報、５２：表示ユニット、ＥＸ：本体部分、１００：露光装置

Claims (5)

1. パルス光源からのパルス光で原版のパターンを基板に投影して該基板を露光する露光装置であって、
   前記露光装置における前記パルス光の光路が複数の領域に分割されるように領域と領域との間に配置されて前記パルス光を遮断し又は前記パルス光が入る領域を切り替える領域間光学ユニットと、
   前記複数の領域のそれぞれに配置された光学ユニットと、
   前記パルス光源を起動して前記パルス光を発生させ、且つ、前記複数の領域のそれぞれに配置された光学ユニットの前記パルス光による劣化を監視する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記複数の領域のうち前記パルス光が入る領域を前記領域間光学ユニットの状態に基づいて特定することにより、前記複数の領域それぞれに入ったパルス光の数の積算値を得て、前記複数の領域のうち前記積算値が閾値を超えた領域に関して当該領域に属する光学ユニットの保守に関する情報を表示ユニットに表示させる、
   ことを特徴とする露光装置。
2. 前記制御部は、前記積算値が前記閾値を超えた領域および当該領域に属する光学ユニットの少なくとも一方を前記表示ユニットに表示させる、ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記制御部は、前記積算値が前記閾値を超えた領域に属する光学ユニットに光が入射しないように、当該光学ユニットが使用される条件での前記パルス光源の起動を禁止する、ことを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 前記制御部は、前記積算値が第１閾値を超えた領域および当該領域に属する光学ユニットの少なくとも一方を前記表示ユニットに表示させ、かつ、前記積算値が第２閾値を超えた領域および当該領域に属する光学ユニットの少なくとも一方を前記表示ユニットに表示させ、
   前記第２閾値は、前記第１閾値よりも大きい、
   ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
5. デバイス製造方法であって、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   前記工程で露光された基板を現像する工程と、
   を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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