JP5351110B2 - 露光装置の管理方法および管理システム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、露光装置の管理方法および管理システムに関する。

半導体素子の製造過程において、ウェーハの表面に所定のパターンを形成するフォトリソグラフィは、半導体素子の品質を左右する重要な工程である。そして、フォトリソグラフィの中核を担う露光装置を管理するために、露光処理後のウェーハの寸法検査、合わせ検査または表裏面検査などが実施されている。

しかしながら、これらの検査で異常を見つけられなかった場合でも、完成後の製品検査において、露光装置の不具合に起因する品質トラブルが検知されることがある。このような場合には、露光装置の異常の発生から検知までの間、ウェーハの露光処理が継続して実施され、その結果、大量の不良品を発生させる恐れがある。そこで、品質トラブルにつながる装置異常を高い確率でリアルタイムに検知することができる露光装置の管理方法およびそれを実行する管理システムが求められている。

特開２００５−１９８０８号公報

本発明の実施形態は、品質トラブルにつながる装置異常を高い確率でリアルタイムに検知することができる露光装置の管理方法および管理システムを提供する。

実施形態に係る露光装置の管理方法は、ウェーハの露光時におけるアライメント補正の補正量と、前記露光時におけるウェーハステージに対する露光光学系の光軸の傾き量と、をデータベースから取得するステップと、前記傾き量について、予め定められた条件に基づいて判定するステップと、前記補正量について、予め定められた条件に基づいて判定するステップと、前記傾き量および前記補正量の両方について、前記条件を充足したときに警報を発信するステップと、を備える。

一実施形態に係る露光装置の管理システムを示すブロック図である。 一実施形態に係る露光装置の管理方法における処理フローを示すフローチャートである。 一実施形態に係るデータ解析システムを示すブロック図である。 一実施形態に係るデータ解析システムの処理フローを示すフローチャートである。 光軸の傾き量およびアライメント補正の補正量と特性不良の関係を例示するグラフである。 光軸の傾き量およびアライメント補正の補正量と特性不良の関係を例示する別のグラフである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態では、図面中の同一部分には同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について適宜説明する。

図１は、一実施形態に係る露光装置の管理システム１００を例示するブロック図である。
図１（ａ）は、管理システムの概要を示している。本実施形態に係る露光装置の管理システム１００は、例えば、データベース１０と、制御部である監視ツール２０と、を備えている。

データベース１０は、露光装置１〜３から送られたウェーハの露光時におけるアライメント補正の補正量と、その露光時におけるウェーハステージに対する露光光学系の光軸の傾き量と、を保存している。例えば、データベース１０は、工場内に設置されたサーバであり、露光装置１〜３以外の製造装置や試験装置からのデータを保存する統合データベースとして機能する。

監視ツール２０は、例えば、データベース１０に接続された端末であり、データベース１０からアライメント補正の補正量および光軸の傾き量を読み出し、予め定められた条件に基づいて補正量および傾き量を判定する。そして、補正量および傾き量の両方が予め定められた条件を充足するときに警報を発信する。
データベース１０から読み出されるデータは、補正量および傾き量そのものであっても良いし、例えば、関連するデータを読み出し、監視ツール２０にて補正量および傾き量に変換しても良い。

図１（ｂ）は、管理システム１００に関わる露光装置１の構成を例示している。例えば、露光装置１は、光軸センサ５とアライメント部７とコントローラ９とを備えている。
光軸センサ５は、被処理ウェーハを載置するウェーハステージに対する露光光学系の光軸の傾きを検出する。ここで、光軸の傾きとは、ウェーハステージに対して予め設定された露光光学系の光軸からのズレをいう。例えば、ウェーハステージに対して光軸が垂直となるように設定された露光光学系では、ウェーハステージに垂直な軸を基準とする光軸のズレを意味する。
アライメント部７は、例えば、被処理ウェーハに設けられた位置合わせマークの位置を検出し、被処理ウェーハに形成されたパターンと露光パターンとの間のズレ量としてアライメント補正の補正量を検出する。

アライメント部７が検出するアライメント補正の補正量は、例えば、ウェーハステージの主面内におけるＸ方向成分、Ｙ方向成分、回転成分、直交成分、スケール成分およびシフト成分などに分離して検出することができる。すなわち、アライメント補正の補正量は、ウェーハステージの主面内における線形成分に加えて、例えば、露光光学系の歪みに起因する非線形成分も含み、それぞれの成分毎の補正量に分離して検出する。

コントローラ９は、例えば、マイクロプロセッサであり、光軸センサ５から光軸の傾き量、および、アライメント部７からアライメント補正の補正量を取得し、被処理ウェーハを識別する情報を付加してデータベース１０に伝送する。
データベース１０は、受信した光軸の傾き量およびアライメント補正の補正量を記録し、監視ツール２０からのアクセスに応じて、傾き量および補正量を被処理ウェーハの識別情報と共に監視ツール２０へ伝送する。

上記の実施形態では、データベース１０および監視ツール２０、露光装置１〜３は、それぞれ別に設けられ、例えば、通信ネットワークを介してデータの送受信を行うことができる。このような構成により、複数の露光装置を一括して管理することが可能となる。

別の実施形態として、露光装置が、データベース１０と監視ツール２０とを内蔵し、露光装置ごとに管理するシステムとすることもできる。この場合、データベース１０は、その露光装置における露光光学系の傾き量およびアライメント補正の補正量を保存する。

次に、図２に示すフローチャートを参照して、管理システム１００における露光装置の管理方法を説明する。
本実施形態に係る露光装置の管理方法は、ウェーハの露光時におけるアライメント補正の補正量と、その露光時におけるウェーハステージに対する露光光学系の光軸の傾き量と、をデータベース１０から取得するステップ（Ｓ０１）と、傾き量および補正量を、予め定められた条件に基づいて判定するステップ（Ｓ０２、Ｓ０３）と、傾き量および補正量の両方が、予め定められた条件を充足したときに警報を発信するステップ（Ｓ０４）と、を備える。

図２に示すように、監視ツール２０は、処理データとして光軸の傾き量およびアライメント補正の補正量を、データベース１０から取得する（Ｓ０１）。

続いて、光軸の傾き量を予め定められた条件と比較して、傾き量が正常の範囲にあるか、異常値であるかを判定する（Ｓ０２）。後述するように、予め定められた条件として、製品検査における不良率と、光軸の傾き量と、の間の相関に基づいて決定された管理値（例えば、閾値）を設定することができる。

例えば、光軸の傾き量が、定められた閾値よりも小さければ正常と判定し、閾値を越えたときに異常と判定することができる。
また、判定対象の傾き量と、直前の露光処理における光軸の傾き量と、の間の変動量が、所定の値を超えるときに異常と判断しても良い。さらに、光軸の傾きが大きくなる方向に変動したか、逆に小さくなる方向に変動したか、を加味した条件を設定することもできる。
露光光学系の光軸の傾き量は、予め設定された軸に対するズレの絶対値を用いて判定することができる。また、例えば、光軸のズレをウェーハステージの主面上のＸ−Ｙ座標に投影し、傾き方向を加味したベクトル量を用いて判定しても良い。

監視ツール２０は、ステップ１（Ｓ０１）において取得した光軸の傾き量が正常と判断すれば、ステップ１に戻り、データべース１０から次のデータを取得する。
一方、光軸の傾き量を異常と判断したときは、次のステップに進み、アライメント補正の補正量について判定を行う（Ｓ０３）。

判定の対象となるアライメント補正の成分は、製品検査における不良率に基づいて抽出された成分を用いることができる。例えば、ウェーハステージの主面内におけるＸ方向成分、Ｙ方向成分、回転成分、直交成分、スケール成分およびシフト成分から、少なくとも１つ以上の項目を選択することができる。

選択されたアライメント補正の成分毎に、例えば、製品検査における不良率との相関を解析して管理値を定める。そして、選択されたアライメント補正の成分と、その管理値とは、監視ツール２０に既定の条件として設定される。例えば、管理者が予め入力することにより設定しても良い。
管理値は、前述した閾値、または、補正量の許容範囲として定めることができる。さらに、補正量の相対的な変動量に対して設定することもできる。

予め設定されたアライメント補正の成分が１項目である場合、監視ツール２０は、予め定められた条件（管理値）に基づいてステップ１において取得した補正量を正常と判断すれば、ステップ１に戻り次のデータを取得する。
一方、補正量を異常と判断したときは、次のステップに進み、警報信号を発信する（Ｓ０４）。例えば、監視ツール２０の表示画面にアラーム画像を表示しても良いし、管理者に電子メールを送付しても良い。

複数のアライメント補正の成分が設定されている場合、監視ツール２０は、ステップ１において読み出した最初の補正成分の補正量が正常と判断すれば、次の項目のアライメント補正の成分の判定に移るというような論理和にて判定を行い（Ｓ０５）、全てのアライメント補正の成分が正常であれば、ステップ１に戻りデータベース１０から次のデータを取得する（Ｓ０６）。

一方、いずれかのアライメント補正の成分で補正量を異常と判断すれば、ステップ４に進み、警報信号を発信する（Ｓ０４）。
さらに、光軸の傾き量およびアライメント補正の監視を継続する場合は、ステップ１に戻り、データベース１０から次のデータを取得する。一方、監視の停止が設定されている場合には、監視を終了する（Ｓ０７）。

次に、図３および図４を参照して、アライメント補正の成分の選択、および、管理値の設定方法について説明する。
図３は、本実施形態に係るデータ解析システム２００を例示するブロック図である。データ解析システム２００は、例えば、露光装置１〜３および製品検査装置４０の各処理データが保存されるデータベース１０と、データ解析ツール３０と、監視ツール２０と、を備えている。

本実施形態に例示するデータ解析システム２００では、データベース１０と、監視ツール２０とは、前述した露光装置の管理システム１００と共通するが、データベース１０とは別のデータベース、および、監視ツール２０とは別のデータ解析用端末を含む構成であっても良い。データ解析ツール３０には、例えば、データ解析用のプログラムがロードされた端末を用いることができる。

データベース１０は、露光装置１〜３から伝送された処理データ、および、製品検査装置４０から伝送された製品検査データを記録することができる。また、露光装置以外の製造装置から処理データを記録することもできる。

例えば、露光装置１〜３による露光処理が終了すると、光軸傾き、アライメント補正の補正量、Dose量、フォーカス、同期精度等の処理データがデータベース１０に記録される。また、製品検査工程における不良率などのデータもデータベース１０に記録される。

監視ツール２０には、例えば、ＰＬＳ−ＤＡ(Partial Least Square Discriminant Analysis)解析のプログラムがロードされており、データベース１０に保存されている処理データを取得し統計的に処理することができる。

データベース１０と、監視ツール２０と、データ解析ツール３０とは、例えば、通信ネットワークを介して接続される。そして、データ解析ツール３０は、データベース１０にアクセスして製品検査データを取得し、例えば、不良カテゴリの分類、被処理ウェーハのMapパターン分類をして、品質トラブルの起こった装置、処理工程を抽出する。

監視ツール２０は、データ解析ツール３０から、特性不良などの品質トラブルの発生の要因となった処理工程および装置の情報を取得する。さらに、品質トラブルに関係する露光装置を特定し、品質トラブルが生じたウェーハを処理した工程における露光光学系の光軸の傾き量、および、アライメント補正の補正量のデータをデータベース１０から取得する。そして、ＰＬＳ−ＤＡ解析を行い、品質トラブルに関連するアライメント補正の項目を抽出し、その管理値を定めることができる。

図４は、データ解析システム２００の処理フローを例示するフローチャートである。
例えば、製品検査工程で品質トラブルが生じた場合に、管理者は、監視ツール２０およびデータ解析ツール３０を操作して、以下の処理を実行させることができる。

最初に、データ解析ツール３０は、品質トラブルに関係する製品検査データをデータベース１０から自動的に取得する（Ｓ０１）。
次に、最初の不良項目を選択し（Ｓ０２：ｋ＝１）、続いて、不良データの解析を行う（Ｓ０３）。例えば、不良カテゴリの分類、不良が発生したウェーハのMapパターン分類を行い、品質トラブルの起こった処理工程、装置を抽出する。

監視ツール２０は、データ解析ツール３０により抽出された装置および処理工程の処理データをデータベース１０から取得する（Ｓ０５）。
続いて、ＰＬＳ−ＤＡを用いて処理データを解析し、品質トラブルに係る不良モードと処理データの間の相関を判定する（Ｓ０６）。

不良モードと処理データとの間に強い相関が見られた場合、その処理データに関係するパラメータを特定し、その相関関係より管理値を決定する。そして、監視ツール２０の監視項目に特定したパラメータと管理値とを設定し（Ｓ０７）、次のステップ（Ｓ０８）に移る。
一方、不良モードと処理データの間に相関が見られない場合、ステップ８へ移行する。 ステップ８（Ｓ０８）では、ステップ３で解析した不良データが、最後の不良データ（ｋ＝ｎ）がどうかを判定し、最後の不良データであれば、不良解析を終了し、最後のデータでなければ、次の不良データの解析に移る（Ｓ０９）。

図５（ａ）〜（ｄ）は、データ解析システム２００により不良モードと相関が認められた処理工程におけるパラメータの経時変化を例示するグラフである。横軸には、露光処理の番号を採っている。
図５（ａ）は、露光系の光軸の傾き量の変化を露光処理の順に示し、図５（ｂ）および図５（ｃ）は、アライメント補正Ａ（補正成分Ａ）およびアライメント補正Ｂ（補正成分Ｂ）の補正量の変化を露光処理の順に示している。そして、図５（ｄ）は、露光処理に対応するウェーハにおける半導体記憶素子の書き込み不良の不良率の変化を示している。

図５（ａ）と図５（ｄ）とを比較すると、光軸の傾き量が増えたＪおよびＬの処理時点から書き込み不良の不良率が増加し、光軸の傾き量が減少したＫおよびＭの処理時点から不良率が減少していることが分かる。すなわち、この事例では、データ書き込み不良は、露光系の光軸の傾きの量に対応して発生していることがわかる。

さらに、データ書き込み不良の発生時点ＪおよびＬに注目すると、図５（ｂ）に示すアライメント補正Ａの補正量の変化が大きいことがわかる。
一方、図５（ｃ）に示すアライメント補正Ｂの補正量は、Ｌの時点で変化していることがわかる。

上記の事例では、書き込み不良の不良率は、露光光学系の光軸の傾き量の変化に対応しており、光軸の傾き量を監視することにより、書き込み不良を発生させる異常を検出できることがわかる。

さらに、アライメント補正Ａの補正量の変化は、ＪおよびＬにおける書き込み不良の発生に対応し、アライメント補正Ｂの補正量の変化は、Ｌにおける書き込み不良の発生に対応している。
したがって、光軸の傾き量と、アライメント補正ＡおよびＢの補正量と、を組み合わせて監視することにより、書き込み不良を発生させる異常を誤り無く確実に検出することが可能となる。

図５（ａ）に示す光軸の傾き量については、傾き量が増加する方向に所定の値以上の変化を示した場合に、書き込み不良の要因となりうる異常と判定することができる。例えば、図５（ａ）において、ＪおよびＫ、Ｌ、Ｍの時点以外の小さな変化と、ＪおよびＬの時点における変化を区別することが可能な値を閾値として設定することができる。

図５（ｂ）および（ｃ）に示すアライメント補正Ａ、Ｂの補正量については、補正量の変化が所定の値よりも大きいときに異常と判定することができる。この場合も、例えば、図５（ｂ）中のＪおよびＬの時点における補正量の変化を、それ以外の小さな変化から識別できる値を閾値として設定することができる。

さらに、図５（ａ）および図５（ｂ）のＪおよびＬの時点における光軸の傾き量および補正量の変化量を導出する際の基準として、ＪおよびＬよりも前の複数回の露光処理における傾き量の平均値および補正量の平均値を用いることができる。

この事例をもとに複数の露光装置Ａ〜Ｈに関して、管理システム１００による管理を実施した。表１は、管理システム１００を約８ヶ月間、稼働させた結果を示している。
管理システム１００は、露光光学系の光軸の傾きが所定の変化量以上の増加を示した時、さらに、複数の項目のアライメント補正における補正量のいずれかが所定の変化量を超える変化を示した場合に警報信号を発信するものとした。

表１中に示すように、監視ツール２０から１３件の警報が発信され、その内、品質トラブルにつながる異常があった件数は、１１件であり、２件は誤報であった。すなわち、品質トラブルを引き起こす異常を報知できたＨｉｔ率は、８４．６％であり、本実施形態に係る露光装置の管理システム１００では、高い確率で品質トラブルを検知できることが確認された。

図６（ａ）〜（ｃ）は、データ解析システム２００により不良モードと相関が認められた別の処理工程の事例を示すグラフである。本事例では、半導体記憶素子のコンタクト不良と、露光光学系の光軸の傾き、および、アライメント補正Ａの補正量との関係を示している。

図６（ａ）に示す光軸の傾きは、露光光学系の光軸の傾きをウェーハステージにおける一方向、例えば、Ｘ方向に投影した量を示している。前述した図５の事例と同じように、光軸の傾きの変化は、コンタクト不良の発生と減少とに対応している。

例えば、図６（ｃ）に示すコンタクト不良率の推移を示すグラフでは、Ｊの時点でコンタクト不良の発生が見られる。これに対し、図６（ａ）に示す光軸の傾きは、Ｊの時点でプラス側からマイナス側に変化している。さらに、プラス側の傾き量に比べてマイナス側の傾き量が大きく、結果として、光軸の傾き量が大きくなる変化をしている。
一方、図６（ｃ）におけるＬの時点においてもコンタクト不良率が上昇し、図６（ａ）における光軸の傾きは、プラス側に大きくなっている。

すなわち、本事例においても、図５の事例と同じように、光軸の傾きが大きくなる変化が、コンタクト不良の発生に対応している。そして、図６（ｃ）のＫおよびＭの時点におけるコンタクト不良の減少は、光軸の傾き量の減少に対応している。

さらに、図６（ｂ）に示すアライメント補正Ａにおける補正量の変化は、ＪおよびＬの時点におけるコンタクト不良の発生、Ｋの時点におけるコンタクト不良率の減少に対応している。

本事例に基づき、図５に示す事例とは異なる工程において、１台の露光装置について管理システム１００を用いた管理を約１年２ヶ月の間、実施した。
前述したように、露光光学系の光軸の傾き量が所定の変化量を超えて大きくなった時、さらに、複数の項目のアライメント補正における補正量のいずれかが、所定の量を超えて変化した場合に、監視ツール２０が警報を発信するものとした。

結果として、管理システム１００の約１年２ヶ月に渡る稼動期間において、２件の警報の発信があり、そのいずれもが品質トラブルに関連する異常であった。すなわち、異常検出のＨｉｔ率は１００％であり、高い確率でコンタクト不良を検知することができた。

以上、本実施形態に係る露光装置の管理方法、および、それを実施する管理システムでは、品質トラブルにつながる異常をリアルタイムに検知することができる。そして、品質不良を含むウェーハが大量に生産され多大な損失の発生を防止することができる。

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。

１〜３・・・露光装置、 ５・・・光軸センサ、 ７・・・アライメント部、 ９・・・コントローラ、 １０・・・データベース、 ２０・・・監視ツール、 ３０・・・データ解析ツール、 ４０・・・製品検査装置、 １００・・・管理システム、 ２００・・・データ解析システム

Claims (5)

1. ウェーハの露光時におけるアライメント補正の補正量と、前記露光時における露光光学系の光軸に対するウェーハステージの傾き量と、をデータベースから取得するステップと、
   前記傾き量について、予め定められた条件に基づいて判定するステップと、
   前記補正量について、予め定められた条件に基づいて判定するステップと、
   前記傾き量および前記補正量の両方について、前記条件を充足したときに警報を発信するステップと、
   を備えることを特徴とする露光装置の管理方法。
2. 前記ウェーハの処理毎の前記補正量および前記傾き量を取得し、前記補正量および前記傾き量の前記処理間における相対的な変動量について前記判定をそれぞれ行うことを特徴とする請求項１記載の露光装置の管理方法。
3. 前記アライメント補正は、前記ウェーハステージの主面内におけるＸ方向成分、Ｙ方向成分、回転成分、直交成分、スケール成分およびシフト成分のうちの少なくとも１つ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置の管理方法。
4. 前記傾き量が増加する方向に変動したときに、前記警報を発信することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の露光装置の管理方法。
5. ウェーハの露光時におけるアライメント補正の補正量と、前記露光時における露光光学系の光軸に対するウェーハステージの傾き量と、を保存したデータベースと、
   前記データベースから前記補正量および前記傾き量を読み出し、予め定められた条件に基づいて前記補正量および前記傾き量を判定し、前記補正量および前記傾き量の両方が前記条件を充足するときに警報を発信する制御部と、
   を備えたことを特徴とする露光装置の管理システム。

Images