曝光系统以及半导体装置的制造方法制造方法及图纸

提供一种曝光系统以及半导体装置的制造方法，在以批单位对晶片进行曝光处理时，能够不降低生产量，使每枚晶片的焦点最佳化，形成最佳焦点，并进行曝光。对配置在光罩台（２）上的排列有多个空间图像标记（４ａ～４ｃ）的空间图像标记体（４）进行曝光，通过缩小投影透镜（５）将空间图像标记体（４）的图像投影到配置在晶片台（１５）上的空间图像投影板（６）上。在空间图像投影板（６）上的各空间图像标记的图像投影位置上设置有光轴方向的位置不同的空间图像开口（６ａ～６ｃ）。通过各空间图像开口（６ａ～６ｃ），分别计测各空间图像标记的图像的光强度，从而，能够不沿光轴方向移动晶片台（１５），而通过一次曝光获得焦点曲线，能够计算出最佳聚焦位置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在制造半导体等的曝光工序中使用的曝光系统， 和包含以批单位曝光处理晶片时，针对每枚晶片计测曝光装置的焦点 设定值并调整为最佳焦点的工序的半导体装置的制造方法。
技术介绍
近年来，在半导体集成电路等半导体装置的制造工序的曝光工序 中，为了提高尺寸细化的单元图案的分辨率，使用具有多个开口的曝 光装置。但是，随着开口数量的增加，为了清晰地形成单元图案，需 急剧减小容许的焦点深度。因此，在曝光工序中，需要高精度设定曙 光装置的焦点，在适当的焦点深度范围内进行曝光。例如，当设计标准为0.15um时，需要焦点深度为0.60um左右。因此，用于高精度 设定焦点的焦点计测非常重要。针对焦点计测，以往研发了各种方法。通常，进行保护层图像的 焦点计测和空间图像的焦点计测中至少一种，在曝光前计算最佳焦点。 焦点计测是为了使曝光装置晶片台上载置的晶片(基板)表面与投影 透镜的焦点面(图像面) 一致而实施的。通过实施焦点计测，在晶片 曝光时，可以在各曝光闪烁(shot)时、使光罩的图案图像正确地在晶 片表面成像。有关保护层图像的焦点计测，在使曝光装置投影透镜的焦点面、 和设置在曝光装置晶片台上的晶片表面在曝光用光的光轴方向(以下， 只称为光轴方向)的位置关系相对变化的多种状态下，进行曝光，求 出能够形成理想的保护层图案的位置关系(最佳聚焦位置)。这样的保 护层图像的焦点计测使用焦点传感器来进行。作为焦点传感器，倾斜 入射方式的自动焦点计测系统(以下称为AF系统)是众所周知的。图 3为表示AF系统构成的概略构成图。如图3所示，AF系统50由光源51、送光狭缝52、受光狭缝53以及受光部54构成。该AF系统50使成像光束55斜射到晶片12表面， 该晶片12设置在具有曝光装置的晶片台15之上的晶片座11上，在晶 片12表面上形成狭缝图像56。而且，通过受光狭缝53、受光部54， 光电检测其反射光。在AF系统50中，作为受光部54安装有二元多点 AF传感器，来检测晶片表面的多个位置。另外，在图3中只表示了1 个AF系统，但也可以安装多个AF系统。AF系统50检测晶片12上的曝光领域的弯度或凹凸，计算出用于 使该曝光领域表面与最佳聚焦位置一致的修正量。在这里，修正量为 晶片台15在光轴方向的移动量(焦点偏移量)以及从水平面起的倾斜 量(矫正偏移量)。晶片台15对应该修正量，受到驱动。通常，将晶 片台15沿光轴方向的移动、即与光轴方向位置一致的操作称为聚焦， 将用于改变倾斜量的移动、即使晶片表面成为水平的操作称为矫正。当利用保护层图像的焦点计测求取最佳聚焦位置时，首先，在曝 光装置上配置含有焦点计测用图案的焦点计测用光罩，将焦点计测用 图案转印到在晶片上涂敷的保护膜上。这时，在曝光装置中设定的焦 点设定值例如按照一定的曝光次数进行改变。由此，将与各焦点设定 值对应的焦点计测用图案转印到晶片的保护膜上。在该方法中，由于 以焦点计测用图案不同的焦点设定值，依次在晶片上进行多次曝光， 因此，制作焦点计测用晶片需要时间。虽然根据晶片条件不能一概而 论，但是，在制作焦点计测用晶片时需要5分 15分左右的时间。在这 里，晶片条件指的是，根据保护膜种类或曝光时间预定的曝光条件等 加工条件。如上所述，在使转印焦点计测用图案后的晶片成像后，测量与各 焦点设定值相对应的保护层图案的线宽等长度。例如，通过扫描型电 子显微镜等测量保护层图案的底部、即下端的线宽。而且，根据实际 生产半导体装置时采用的加工条件，设定保护层图案的测长位置。根 据测长结果，将曝光装置的焦点设定值作为横轴，将测长大小作为纵 轴，制作成曲线图。可以从由此获得的曲线计算出最佳焦点。由上述保护层图像的焦点计测获得的焦点测定值与保护层图案尺 寸的关系在曝光装置中是固有的，通常具有时间稳定性。因此，由上 述保护层图像焦点计测获得的焦点设定值和保护层图案大小的关系在曝光装置中一旦设定为常数，则多数情况下不会变化。但是，例如， 在更换晶片台驱动部或调整投影透镜的象差的情况下等，曝光装置的 曝光系统状态发生大的变化时，有时要再次实施上述保护层图像的焦 点计测。作为与利用了保护层图像的焦点计测的最佳焦点计算相关的现有 技术，具有例如专利文献1所记载的技术。专利文献1公开了，通过 光罩实施焦点计测，该光罩具备多个阶梯面，以使得当其载置在光罩 台上时，与涂敷保护膜后的晶片之间的距离分别不同。在该光罩的各 阶梯面上分别形成与焦点计测用图案对应的掩模图案。使用这样的光 罩，对涂敷了保护膜的晶片进行曝光时，即使曝光装置的焦点设定值 固定，也可以获得与改变曝光装置的焦点设定值的情况等效的保护层 图案。即，能够不改变曝光装置的焦点设定值，获得焦点设定值与保 护层图案尺寸的关系。在本方法中，由于不改变曝光装置的焦点设定 值，因此，可以縮短制作焦点计测用晶片的时间。另一方面，也可以为了对在曝光装置中将保护层图像的焦点计测 结果设定为常数后生成的、在AF系统50的计测结果中产生的时效偏差进行修正，而实施空间图像的焦点计测。通过AF系统50的校正实 现对该吋效偏差的修正。为了修正吋效偏差而定期实施的AF系统50 校正称为焦点校准。另外，产生时效偏移的主要原因为，曝光装置周 边环境中的气压发生变化。根据图4，对焦点校准的具体操作进行说明。图4为表示曝光装置 和属于该曝光装置的、用于进行焦点校准的焦点计测系统的示意构成 图。曝光装置向在光罩台2上配置的光罩3照射曝光用光1，通过縮小 投影透镜5，将光罩3上的图案3a图像投影到晶片台15上。在焦点校 准中，向在光罩台2上配置的、具备空间图像标记104a的空间图像标 记体104照射曝光用光1。这时，在縮小投影透镜5的成像位置配置空 间图像投影板106，其中，该空间图像投影板106设置到晶片台15上。 另外，在空间图像投影板106上设置有与空间图像标记104a图像对应 的开口 106a，在空间图像标记104a的成像位置配置该开口 106a。入射 到开口 106a中的光通过配置在开口 106a正下方的反射镜7被反射， 并入射到受光传感器121中。SP，对于空间图像标记104a的图像，作为光强度通过受光传感器121检测。在将晶片台15配置于光轴方向(在图4中为上下方向)的不同位 置的状态下，即，在将曝光装置的焦点设定值设定为不同值的状态下，分别进行利用受光传感器121的光强度测定。从而，可以获得曝光装 置的焦点设定值与投影图像光强度的关系。图5为表示光轴方向的晶 片台位置和空间图像标记的投影图像的光强度的关系的图。在图5中， 横轴对应光轴方向的晶片台位置，纵轴对应投影图像的光强度。这时， 投影图像的对比度为最大的晶片台15的位置为最佳聚焦位置。在该方 法中，由于改变晶片台15在光轴方向的位置，来计测投影图像的光强 度，因此，焦点计测需要一定的时间。例如，需要30秒 60秒左右的 时间。在批量生产半导体装置的曝光工序中，为了提高作业效率，以预 定枚数(例如25枚)的批单位处理晶片。这时，若在属于同一批的晶 片之间产生0.05wm焦点偏差，则会影响半导体装置的品质。产生上 述焦点偏差的原因在于，由于照射曝光用光1而导致温度上升，或者 由于曝光装置内外部环境的温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种曝光系统，通过投影透镜，将形成在载置于光罩台的光罩上的图案投影到载置在晶片台上的形成有感光性树脂膜的基板上，其特征在于，包括：　空间图像标记体，其配置在在照射曝光用光的曝光光源和所述投影透镜之间配置，其排列有多个空间图像标记；　空间图像投影板，其具有相对于晶片台基板载置面倾斜的主面，且通过所述投影透镜投影多个空间图像标记的图像；以及　检测器，其分别检测投影到所述空间图像投影板上的各空间图像标记的图像光强度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：西野胜裕，吉田孝继，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]