JP5196775B2 - 露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光装置及びデバイス製造方法に関する。

露光工程において、感光材が塗布された基板は、塗布現像装置チャンバから、塗布現像装置チャンバ内に設けられた基板搬送ロボットにより露光装置に搬送される。塗布現像装置チャンバから引き渡された基板は、露光装置で露光処理が行われる。露光処理が終了された基板は、露光装置内に設けられた基板搬送ロボットにより再度塗布現像装置チャンバに引き渡される。そして、現像前ベーキング（Post Exposure Baking：以下、「PEB」と呼ぶ。）処理及び現像処理がなされる。

露光装置と現像装置との間の基板受け渡しのタイミングは、感光材塗布、基板搬送、露光前基板温度調整、露光、PEB、現像等の処理時間や処理基板枚数に依存する装置の稼動状態により変化する。露光装置、現像装置はこうしたタイミング変化に対して、処理時間が最速となるような制御を行っている。
特開２００３−２２９６２号公報

本発明者は、現像装置と露光装置を接続した露光・現像システムにおいて、露光からPEBまでの時間又は露光から現像までの時間の変化により、製造される半導体の線幅のばらつきが発生することを見出した。

本発明は、上記知見に基づいて、例えば、線幅のばらつきを低減させることを目的とする。

本発明は、感光材が塗布された基板を露光する露光装置が、基板を露光する処理を制御する第１の制御部と、第１の制御部により基板の露光が開始された時刻及び該基板の露光が終了された時刻から選択される時刻に応じた制御信号を生成し、かつ制御信号を現像装置に送信する第２の制御部と、を備え、第２の制御部は、前記時刻から予め定められた待ち時間が経過したことに応じて、制御信号として、基板の排出の準備が完了したことを示す準備完了信号を現像装置に送信することを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、第２の制御部は、基板の露光がなされた時刻から現像装置に対して該基板の排出の準備が完了するまでに要する時間を計測し、かつ計測された時間に基づいて、該待ち時間を設定することができる。

本発明によれば、例えば、線幅のばらつきを低減させることができる。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。

図１は本発明で使用しうる露光装置の露光装置Ａの概略構成を示す図である。露光装置Ａは、照明系１、レチクル２を搭載したレチクルステージ３、投影光学系５、基板を搭載したＸＹステージ６、及び、基板９を垂直方向に移動させるＺステージ８を有する。露光装置Ａは、さらに例えば、レチクルステージ３上のレチクル２の位置を計測するレチクル位置計測器４、ＸＹステージ６の位置を計測するレーザ干渉計７、基板９のピント位置を計測するオートフォーカスユニット１０も備えている。

図２に示すように、露光装置チャンバ１１内には、露光装置Ａに加え、基板搬送ハンド１４、露光装置制御コンピュータ１６、露光処理制御装置１９、コンソール入出力装置２０が配備される。露光処理制御装置１９は、基板９を露光する処理を制御する第1の制御部である。露光装置制御コンピュータ１６は、露光処理制御装置１９（第1の制御部）により基板の露光がなされた時刻に応じて制御信号を生成し、かつ該制御信号を現像装置に送信する第２の制御部である。塗布現像装置チャンバ１２内には、図示しない塗布部及び現像部に加え、基板搬送ハンド１５、塗布現像装置制御コンピュータ１７、現像前ベーキング部（以下、「PEB部」と呼ぶ）１８が配備される。この実施形態では、塗布部、現像部及びPEB部１８が塗布現像装置チャンバ１２に備えられている。しかし、本発明は、現像部のみが現像チャンバ内に備えられている形態、現像部及びPEB部が現像チャンバ内に備えられている形態も採ることができる。

基板搬送ハンド１４は、基板受け渡しステーション１３まで搬送された基板９を受け取り、XYステージ６まで搬送し、露光処理が終了した基板９を基板受け渡しステーション１３まで搬送する。基板９は、XYステージ６に搬送される前に基板ライメントユニット（不図示）で位置補正されうる。また露光装置チャンバ内に複数の基板搬送ハンド１４を設けうる。

図３を用いて、コンソール入出力装置２０の入出力画面に表示されるパラメータの一例について説明する。

[基板搬送制御モード]によって基板搬送モードの設定を行う。[タイミング]にチェックされた場合、露光開始又は露光終了から現像装置への基板排出時間を制御する時間一定モードに設定される。[スピード]にチェックされた場合、露光開始又は露光終了から現像装置への基板排出時間を最短に制御する最速モードに設定される。最速モードの場合、塗布現像装置チャンバから搬入された基板は常に最短時間で処理搬送し、塗布現像装置チャンバに排出する制御が行われる。

[計測開始タイミング]によって時間制御を開始するタイミングの設定を行う。[Expo Start]にチェックされた場合、特定ショットの露光開始時点が計測開始のタイミングとされる。[Expo End]にチェックされた場合、特定ショットの露光終了時点が計測開始のタイミングとされる。

[計測開始ショット番号]によって時間制御を開始するショットが設定され、設定されたショット番号の露光開始又は露光終了時点が計測開始のタイミングとされる。最大ショット番号より大きい値が入力された場合、存在する最大のショット番号を用いる。０が入力された場合、全てのショットの露光開始又は露光終了タイミングの平均値を用いる。

[設定時間]に入力された時間で露光装置は露光開始又は露光終了と基板排出タイミングとの時間差を決定する。［設定時間］は、線幅ばらつきが発生しない例えば露光開始と基板排出タイミングとの間の最適時間を予め計測しておき、その最適時間を入力する。

[データ転送モード]によって現像装置へ露光処理時間情報を送信し、露光装置と現像装置との双方で時間制御するモードとするか、露光装置単独で現像装置への基板受け渡しタイミングを制御するモードとするかを選択設定する。[Yes]にチェックされた場合、露光装置から現像装置へ露光処理時間情報を受け渡し、現像装置で露光からPEB又は現像までの時間を一定にする制御を行う。[No]にチェックされた場合、露光装置から現像装置へ露光処理時間情報を受け渡す制御を行わない。

[最適時間学習モード]によって露光開始又は露光終了から現像装置への基板排出時間を計測するモードを選択設定する。[Yes]にチェックされた場合、露光開始又は露光終了から現像装置への基板排出時間を計測し、その時間を使って露光装置は露光開始又は露光終了から現像装置への基板排出を行う。[No]にチェックされた場合、露光開始又は露光終了から現像装置への基板排出時間を計測せず、[設定時間]で設定された時間を使って露光開始又は露光終了から現像装置への基板排出を行う。
[学習モード基板枚数]によって露光開始又は露光終了から現像装置への基板排出時間を計測する際の基板枚数を設定する。[25]に設定された場合２５枚の基板処理の最大時間が制御時間として抽出保存される。

＜第１実施形態＞
図４において、露光装置内で露光処理を終了した露光済み基板を現像装置に排出するまでの待ち時間を一定にする場合の制御の流れをフローチャートで示す。

Ｓ４００において露光処理制御装置１９が制御を開始する。S４０１において感光材が塗布された基板上に分割された個別露光エリア（ショット）の露光制御を開始する。Ｓ４０２において露光制御開始時刻と該当露光エリアの個別露光エリア番号（ショット番号）を露光処理制御装置１９のメモリに格納する。Ｓ４０３において予め指定された露光量を照射するに十分な時間が経過したか否かを判断する。十分な時間が経過したことが確認された場合はＳ４０４の処理を実行する。十分な時間が経過したことが確認されない場合は再度Ｓ４０３の処理を実行する。Ｓ４０４において個別露光エリアの露光制御を終了する。Ｓ４０５において露光制御終了時刻と該当露光エリアの個別露光エリア番号を露光処理制御装置のメモリに格納する。

Ｓ４０６において該当する基板へ予定された露光エリア全ての露光処理が終了したか否かを判断する。全ての露光処理が終了した場合はＳ４０７の処理を実行する。全ての露光処理が終了していない場合、次の露光エリアへＸＹステージ６を移動し、Ｓ４０１の処理を実行する。Ｓ４０７において露光処理制御装置１９は、コンソール入出力装置２０で設定された[計測開始タイミング]情報、[計測開始ショット番号]情報に従い抽出された露光処理時間情報を、露光装置制御コンピュータ１６に送信する。例えば、[計測開始タイミング]が[Expo End]、[計測開始ショット番号]が[1]の場合、該当基板１番目のショットの露光処理に要した時間が、露光処理時間情報となる。Ｓ４０８において基板搬送指示命令を露光装置制御コンピュータ１６に送信する。Ｓ４０９において露光処理制御装置１９が制御を終了する。

Ｓ４１０において露光装置制御コンピュータ１６が制御を開始する。Ｓ４１１において露光処理制御装置１９からＳ４０７で確定された露光処理時間情報を受信する。Ｓ４１２においてコンソール入出力装置２０で設定された[設定時間]の値を受信する。Ｓ４１３において露光処理済み基板９をＸＹステージ６上に配置されたＺステージ８から取得し、基板受け渡しステーション１３に搬送する。Ｓ４１４において露光装置制御コンピュータ１６が内蔵した時計より露光処理開始から現在時刻までの現在時間を読み取る。

Ｓ４１５においてＳ４１１で受信した露光処理時間情報の時間とＳ４１４で読み取った現在時間との時間差を待ち時間として算出する。Ｓ４１６においてＳ４１５で算出した待ち時間がＳ４１２で受信した[設定時間]の値と比較し、大きいか否かを判定する。大きいと判定された場合Ｓ４１７を実行する。等しいまたは小さいと判定された場合、再度Ｓ４１６を実行する。Ｓ４１７において露光装置制御コンピュータ１６の信号提供部が現像装置の塗布現像装置制御コンピュータ１７に基板排出準備完了信号を送信する。Ｓ４１８において露光装置制御コンピュータ１６が基板排出処理制御を終了する。

第１実施形態では、基板の露光がなされた時刻は、基板に対する第１番目のショットの露光が終了した時刻である。しかし、露光がなされた時刻は、露光が終了した時刻ではなく、露光が開始した時刻としてもよい。基板に対する第１番目のショットの時刻に代えて、任意の特定ショットの時刻とすることができる。特定ショットの時刻に代えて、全ショットの時刻の平均値とすることもできる。
第１実施形態では、基板の露光に関する処理に含まれる事象が起こる時刻を代表する時刻を示す時刻信号は、露光が終了した時刻からの待ち時間の信号を含んでいる。当該時刻信号は、露光が終了した時刻からの待ち時間の信号ではなく、露光が開始した時刻からの待ち時間の信号でもよい。

＜第２実施形態＞
図５において、露光装置Ａから現像装置Ｂへ露光処理時間情報を受け渡し、現像装置Ｂで露光からPEBまでの待ち時間を一定にする場合の制御の流れをフローチャートで示す。

Ｓ５００において露光装置制御コンピュータ１６が制御を開始する。Ｓ５０１において露光処理制御装置１９から露光処理時間情報を受信する。露光処理時間情報はＳ４０７の手順で露光処理制御装置１９が求めた値である。Ｓ５０２においてコンソール入出力装置２０で設定された[設定時間]の値を受信する。Ｓ５０３において露光処理を終了した露光済み基板９をＸＹステージ６上に配置されたＺステージ８から取得し、基板受け渡しステーション１３に搬送する。Ｓ５０４において露光装置制御コンピュータ１６の信号提供部が塗布現像装置制御コンピュータ１７に基板排出準備完了信号を送信する。塗布現像装置制御コンピュータ１７は、PEB処理及び現像処理を制御する。Ｓ５０５において上記信号提供部がＳ５０１で得られた露光処理時間情報、Ｓ５０２で得られた[設定時間]の値、及び基板１枚毎に識別用に割り振られた基板ＩＤ情報を塗布現像装置コンピュータ１７に送信する。Ｓ５０６において露光装置制御コンピュータ１６が基板排出処理制御を終了する。

Ｓ５１０において塗布現像装置制御コンピュータ１７は露光装置からの基板取得搬送制御を開始する。Ｓ５１１において露光装置からＳ５０５で送信された露光処理時間情報、[設定時間]の値、及び基板１枚毎に識別用に割り振られた基板ＩＤ情報を受信する。基板ＩＤ情報は、時間制御対象基板と露光処理時間情報、[設定時間]の値を関連づけるために用いられる。Ｓ５１２において基板受け渡しステーション１３に置かれた基板９をPEB部１８に搬送する。Ｓ５１３において塗布現像装置制御コンピュータ１７が内蔵した時計より露光処理開始から現在時刻までの現在時間を読み取る。

Ｓ５１４においてＳ５１１で受信した露光処理時間情報の時間とＳ５１３で読み取った現在時間との時間差を待ち時間として算出する。Ｓ５１５においてＳ５１４で算出した待ち時間がＳ５１１で受信した[設定時間]の値と比較し、大きいか否かを判定する。大きいと判定された場合Ｓ５１６を実行する。等しいまたは小さいと判定された場合、再度Ｓ５１５を実行する。Ｓ５１６において塗布現像装置制御コンピュータ１７がPEB部１８にPEB処理の開始を命令するPEB実行信号を送信する。Ｓ５１７において塗布現像装置制御コンピュータ１７は露光装置からの基板取得搬送制御を終了する。以上より、露光装置制御コンピュータ１6と塗布現像装置制御コンピュータ１７が連携することで、双方の装置が個別に時間を一定にする方法に比べ、スループットの遅れを小さくしうる。また、露光処理を終了した基板の露光終了からPEB実行までの時間を一定にすることが可能となる。

露光装置と現像装置の間の情報伝達方法として、両装置間で直接接続された通信経路を使う方法、及び、直接接続することなくネットワークを介して情報伝達を行う方法が考えられる。いずれの方法であっても同様な効果が得られる。
塗布現像制御コンピュータ１７は露光済み基板にPEB処理を開始するまでの待ち時間を一定に制御したが、同様の手法で、現像処理を開始するまでの待ち時間を一定に制御するよう設けることができる。

＜第３実施形態＞
図６において、基板の露光がなされた時刻から現像装置に対して基板の排出の準備が完了するまでに要する時間の最大値（最長時間）を計測するモードの制御の流れをフローチャートで示す。

Ｓ６００において露光装置制御コンピュータ１６の計測ユニットが最長時間計測モードの制御を開始する。Ｓ６０１において最長時間変数を０で初期化する。Ｓ６０２においてコンソール入出力装置２０で設定された、最長時間計測に何枚の基板を用いるかを指定するパラメータ[学習モード基板枚数]の値を受信する。Ｓ６０３において露光処理制御装置１９から、露光処理時間情報を受信する。Ｓ６０４においてにおいて露光処理を終了した基板９をＸＹステージ６上に配置されたＺステージ８から取得し、基板受け渡しステーション１３に搬送する。Ｓ６０５において露光装置制御コンピュータ１６が塗布現像装置制御コンピュータ１７に基板排出準備完了信号を送信する。

Ｓ６０６において露光装置制御コンピュータ１６が内蔵した時計より露光処理開始から現在時刻までの現在時間を読み取る。

Ｓ６０７においてＳ６０３で受信した露光処理時間情報の時間とＳ６０６で読み取った現在時間との時間差を待ち時間として算出する。Ｓ６０８においてＳ６０７で算出した待ち時間と最長時間変数の値と比較し、大きいか否かを判定する。大きいと判定された場合Ｓ６０９を実行する。等しいまたは小さいと判定された場合、Ｓ６１０を実行する。Ｓ６０９において最長時間変数にＳ６０７で算出された待ち時間を代入する。Ｓ６１０において排出するまでの最大値（最長時間）を計測するモードの制御を開始してから何枚目の基板であるかを確認する。Ｓ６０２で受信した[学習モード基板枚数]の値と比較し、等しいと判定された場合Ｓ６１１を実行する。等しくない判定された場合、再びＳ６０３を実行する。Ｓ６１１の処理に到達する時点で露光処理を終了した基板を現像装置に排出する準備が完了するまでの時間の最大値（最長時間）の値が格納される。Ｓ６１１において露光装置制御コンピュータ１６の計測ユニットが最長時間計測モードの制御を終了する。露光装置制御コンピュータ１６の計測ユニットは、決定された最大値（最長時間）を待ち時間の[設定時間]に置き換えて図４で示した処理を実行する。そのことによって、図６の計測処理を終了した後に、最長時間を用いて露光装置内で露光処理を終了した基板を現像装置に排出するまでの時間を一定にすることが可能となる。

本フローチャートでは、露光装置制御コンピュータ１６が内蔵した時計より現在時間を読み取る処理（Ｓ６０６）は、基板排出準備完了信号を送信した後に行っている。しかし、基板受け渡しステーション１３に内蔵された基板検出センサー（不図示）により、実際に基板が塗布現像装置基板搬送ハンド１５により取得されたタイミングで行っても良い。
以上の方式を取れば、待ち時間を最適な値に設定することになり、スループットの遅れを最小限にし、かつ露光処理を終了した基板を現像装置に排出するまでの時間を一定にすることが可能となる。

＜デバイス製造の実施形態＞
次に、図７及び図８を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施形態を説明する。

図７は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造方法を例に説明する。

ステップＳ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップＳ２（マスク製作）では設計した回路パターンに基づいてマスクを製作する。ステップＳ３（基板製造）ではシリコン等の材料を用いて基板を製造する。ステップＳ４（基板プロセス）は前工程と呼ばれ、マスクと基板を用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用して基板上に実際の回路を形成する。ステップＳ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップＳ４によって作製された基板を用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の組み立て工程を含む。ステップＳ６（検査）では、ステップＳ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、それが出荷（ステップＳ７）される。

図８は、ステップ４の基板プロセスの詳細なフローチャートである。ステップＳ１１（酸化）では、基板の表面を酸化させる。ステップＳ１２（ＣＶＤ）では、基板の表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ１３（電極形成）では、基板上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ１４（イオン打ち込み）では、基板にイオンを打ち込む。ステップＳ１５（レジスト処理）では、基板に感光剤を塗布する。ステップＳ１６（露光）では、露光装置によってマスクの回路パターンを基板に露光する。ステップＳ１７（現像前ベーキング）では、露光済み基板を現像前ベーキング（PEB）処理する。ステップＳ１８（現像）では、PEB処理された基板を現像する。

本実施形態では、基板の露光がなされた時刻から一定の待ち時間が経過したことに応じて、露光済み基板が引き取られる、PEB処理が開始される、又は、現像処理が開始されるように構成されている。

ステップＳ１９（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップＳ２０（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによって基板上に多重に回路パターンが形成される。

本発明の一実施形態に係る露光装置の概略図である。 図１の露光装置と現像装置とを含む露光・現像システムにおいて、露光処理からPEB部までの基板搬送の流れを説明するための概略構成図である。 図２のコンソール入出力装置２０の入出力画面に表示される基板搬送制御パラメータを示した概略構成図である。 露光から露光済み基板を現像装置に排出するまでの時間を一定にする第１実施形態の制御の流れを示すフローチャートである。 露光からPEBまでの時間を一定にする第２実施形態の制御の流れを示すフローチャートである。 露光装置内で露光処理を終了した基板を現像装置に排出するまでの時間の最長値を計測するモードの制御の流れを示すフローチャートである。 露光装置を使用したデバイスの製造を説明するためのフローチャートである。 図７に示すフローチャートのステップＳ４の基板プロセスの詳細なフローチャートである。

符号の説明

Ａ：露光装置
１：照明系
２：レチクル
３：レチクルステージ
４：レチクル位置計測器
５：投影光学系
６：ＸＹステージ
７：レーザ干渉計
８：Ｚステージ
９：基板
１０：オートフォーカスユニット
１１：露光装置チャンバ
１２：塗布現像装置チャンバ
１３：基板受け渡しステーション
１４，１５：基板搬送ハンド
１６：露光装置制御コンピュータ
１７：塗布現像装置制御コンピュータ
１８：PEB部
１９： 露光処理制御装置
２０： コンソール入出力装置

Claims (5)

1. 感光材が塗布された基板を露光する露光装置であって、
   該基板を露光する処理を制御する第１の制御部と、
   前記第１の制御部により該基板の露光が開始された時刻及び該基板の露光が終了された時刻から選択される時刻に応じた制御信号を生成し、かつ該制御信号を現像装置に送信する第２の制御部と、
   を備え、
   前記第２の制御部は、前記時刻から予め定められた待ち時間が経過したことに応じて、前記制御信号として、該基板の排出の準備が完了したことを示す準備完了信号を該現像装置に送信する
   ことを特徴とする露光装置。
2. 前記露光装置は、前記基板の複数のショットに対して前記露光する処理を行い、
   前記時刻は、前記複数のショットに対する露光が終了された時刻を平均した時刻である
   ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記第２の制御部は、前記時刻から該現像装置に対して該基板の排出の準備が完了するまでに要する時間を計測し、かつ該計測された時間に基づいて、該待ち時間を設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の露光装置。
4. 請求項１乃至請求項３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、
   現像装置を用いて該露光された基板を現像する工程と、
   を備え、
   前記現像する工程において、前記現像装置は、前記露光装置が生成した制御信号を受信し、かつ受信した前記制御信号に基づき、前記時刻から予め定められた待ち時間が経過したことに応じて、該基板の現像に関する処理を開始させる
   ことを特徴とするデバイス製造方法。
5. 該基板の現像に関する処理は、該基板を前記露光装置から引き取る処理、該基板に対する現像前ベーキング処理、および該基板に対する現像処理のいずれかであることを特徴とする請求項４に記載のデバイス製造方法。

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