曝光系統(tǒng)以及半導體裝置的制造方法

專利名稱：曝光系統(tǒng)以及半導體裝置的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在制造半導體等的曝光工序中使用的曝光系統(tǒng)， 和包含以批單位曝光處理晶片時，針對每枚晶片計測曝光裝置的焦點 設定值并調整為最佳焦點的工序的半導體裝置的制造方法。
背景技術：
近年來，在半導體集成電路等半導體裝置的制造工序的曝光工序 中，為了提高尺寸細化的單元圖案的分辨率，使用具有多個開口的曝 光裝置。但是，隨著開口數量的增加，為了清晰地形成單元圖案，需 急劇減小容許的焦點深度。因此，在曝光工序中，需要高精度設定曙 光裝置的焦點，在適當的焦點深度范圍內進行曝光。例如，當設計標
準為0.15um時，需要焦點深度為0.60um左右。因此，用于高精度 設定焦點的焦點計測非常重要。
針對焦點計測，以往研發(fā)了各種方法。通常，進行保護層圖像的 焦點計測和空間圖像的焦點計測中至少一種，在曝光前計算最佳焦點。 焦點計測是為了使曝光裝置晶片臺上載置的晶片(基板)表面與投影 透鏡的焦點面(圖像面) 一致而實施的。通過實施焦點計測，在晶片 曝光時，可以在各曝光閃爍(shot)時、使光罩的圖案圖像正確地在晶 片表面成像。
有關保護層圖像的焦點計測，在使曝光裝置投影透鏡的焦點面、 和設置在曝光裝置晶片臺上的晶片表面在曝光用光的光軸方向(以下， 只稱為光軸方向)的位置關系相對變化的多種狀態(tài)下，進行曝光，求 出能夠形成理想的保護層圖案的位置關系(最佳聚焦位置)。這樣的保 護層圖像的焦點計測使用焦點傳感器來進行。作為焦點傳感器，傾斜 入射方式的自動焦點計測系統(tǒng)(以下稱為AF系統(tǒng))是眾所周知的。圖 3為表示AF系統(tǒng)構成的概略構成圖。
如圖3所示，AF系統(tǒng)50由光源51、送光狹縫52、受光狹縫53
以及受光部54構成。該AF系統(tǒng)50使成像光束55斜射到晶片12表面， 該晶片12設置在具有曝光裝置的晶片臺15之上的晶片座11上，在晶 片12表面上形成狹縫圖像56。而且，通過受光狹縫53、受光部54， 光電檢測其反射光。在AF系統(tǒng)50中，作為受光部54安裝有二元多點 AF傳感器，來檢測晶片表面的多個位置。另外，在圖3中只表示了1 個AF系統(tǒng)，但也可以安裝多個AF系統(tǒng)。
AF系統(tǒng)50檢測晶片12上的曝光領域的彎度或凹凸，計算出用于 使該曝光領域表面與最佳聚焦位置一致的修正量。在這里，修正量為 晶片臺15在光軸方向的移動量(焦點偏移量)以及從水平面起的傾斜 量(矯正偏移量)。晶片臺15對應該修正量，受到驅動。通常，將晶 片臺15沿光軸方向的移動、即與光軸方向位置一致的操作稱為聚焦， 將用于改變傾斜量的移動、即使晶片表面成為水平的操作稱為矯正。
當利用保護層圖像的焦點計測求取最佳聚焦位置時，首先，在曝 光裝置上配置含有焦點計測用圖案的焦點計測用光罩，將焦點計測用 圖案轉印到在晶片上涂敷的保護膜上。這時，在曝光裝置中設定的焦 點設定值例如按照一定的曝光次數進行改變。由此，將與各焦點設定 值對應的焦點計測用圖案轉印到晶片的保護膜上。在該方法中，由于 以焦點計測用圖案不同的焦點設定值，依次在晶片上進行多次曝光， 因此，制作焦點計測用晶片需要時間。雖然根據晶片條件不能一概而 論，但是，在制作焦點計測用晶片時需要5分 15分左右的時間。在這 里，晶片條件指的是，根據保護膜種類或曝光時間預定的曝光條件等 加工條件。
如上所述，在使轉印焦點計測用圖案后的晶片成像后，測量與各 焦點設定值相對應的保護層圖案的線寬等長度。例如，通過掃描型電 子顯微鏡等測量保護層圖案的底部、即下端的線寬。而且，根據實際 生產半導體裝置時采用的加工條件，設定保護層圖案的測長位置。根 據測長結果，將曝光裝置的焦點設定值作為橫軸，將測長大小作為縱 軸，制作成曲線圖?？梢詮挠纱双@得的曲線計算出最佳焦點。
由上述保護層圖像的焦點計測獲得的焦點測定值與保護層圖案尺 寸的關系在曝光裝置中是固有的，通常具有時間穩(wěn)定性。因此，由上 述保護層圖像焦點計測獲得的焦點設定值和保護層圖案大小的關系在
曝光裝置中一旦設定為常數，則多數情況下不會變化。但是，例如， 在更換晶片臺驅動部或調整投影透鏡的象差的情況下等，曝光裝置的 曝光系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生大的變化時，有時要再次實施上述保護層圖像的焦 點計測。
作為與利用了保護層圖像的焦點計測的最佳焦點計算相關的現(xiàn)有 技術，具有例如專利文獻1所記載的技術。專利文獻1公開了，通過 光罩實施焦點計測，該光罩具備多個階梯面，以使得當其載置在光罩 臺上時，與涂敷保護膜后的晶片之間的距離分別不同。在該光罩的各 階梯面上分別形成與焦點計測用圖案對應的掩模圖案。使用這樣的光 罩，對涂敷了保護膜的晶片進行曝光時，即使曝光裝置的焦點設定值 固定，也可以獲得與改變曝光裝置的焦點設定值的情況等效的保護層 圖案。即，能夠不改變曝光裝置的焦點設定值，獲得焦點設定值與保 護層圖案尺寸的關系。在本方法中，由于不改變曝光裝置的焦點設定 值，因此，可以縮短制作焦點計測用晶片的時間。
另一方面，也可以為了對在曝光裝置中將保護層圖像的焦點計測 結果設定為常數后生成的、在AF系統(tǒng)50的計測結果中產生的時效偏
差進行修正，而實施空間圖像的焦點計測。通過AF系統(tǒng)50的校正實 現(xiàn)對該吋效偏差的修正。為了修正吋效偏差而定期實施的AF系統(tǒng)50 校正稱為焦點校準。另外，產生時效偏移的主要原因為，曝光裝置周 邊環(huán)境中的氣壓發(fā)生變化。
根據圖4，對焦點校準的具體操作進行說明。圖4為表示曝光裝置 和屬于該曝光裝置的、用于進行焦點校準的焦點計測系統(tǒng)的示意構成 圖。曝光裝置向在光罩臺2上配置的光罩3照射曝光用光1，通過縮小 投影透鏡5，將光罩3上的圖案3a圖像投影到晶片臺15上。在焦點校 準中，向在光罩臺2上配置的、具備空間圖像標記104a的空間圖像標 記體104照射曝光用光1。這時，在縮小投影透鏡5的成像位置配置空 間圖像投影板106，其中，該空間圖像投影板106設置到晶片臺15上。 另外，在空間圖像投影板106上設置有與空間圖像標記104a圖像對應 的開口 106a，在空間圖像標記104a的成像位置配置該開口 106a。入射 到開口 106a中的光通過配置在開口 106a正下方的反射鏡7被反射， 并入射到受光傳感器121中。SP，對于空間圖像標記104a的圖像，作
為光強度通過受光傳感器121檢測。
在將晶片臺15配置于光軸方向(在圖4中為上下方向)的不同位 置的狀態(tài)下，即，在將曝光裝置的焦點設定值設定為不同值的狀態(tài)下，
分別進行利用受光傳感器121的光強度測定。從而，可以獲得曝光裝 置的焦點設定值與投影圖像光強度的關系。圖5為表示光軸方向的晶 片臺位置和空間圖像標記的投影圖像的光強度的關系的圖。在圖5中， 橫軸對應光軸方向的晶片臺位置，縱軸對應投影圖像的光強度。這時， 投影圖像的對比度為最大的晶片臺15的位置為最佳聚焦位置。在該方 法中，由于改變晶片臺15在光軸方向的位置，來計測投影圖像的光強 度，因此，焦點計測需要一定的時間。例如，需要30秒 60秒左右的 時間。
在批量生產半導體裝置的曝光工序中，為了提高作業(yè)效率，以預 定枚數(例如25枚)的批單位處理晶片。這時，若在屬于同一批的晶 片之間產生0.05wm焦點偏差，則會影響半導體裝置的品質。產生上 述焦點偏差的原因在于，由于照射曝光用光1而導致溫度上升，或者 由于曝光裝置內外部環(huán)境的溫度發(fā)生變化而導致投影透鏡的焦點特性 變化。因此，在曝光裝置中，為了距離最佳聚焦位置的偏差最小，通 過投影透鏡本身進行焦點修正。
但是，進行這種修正時，在投影透鏡控制焦點的控制量超出一定 值的情況下，焦點偏差變得明顯。在這里，焦點控制量在該曝光裝置 中為固有值。為了減小由投影透鏡的焦點控制產生的焦點偏差，可以 在將要對各晶片進行曝光之前，進行上述焦點校準。即，如果在將要 對各晶片進行曝光之前校準焦點，通過對每個晶片調整晶片臺在光軸 方向的位置，來進行焦點控制，則由投影透鏡本身控制焦點的控制量 不會超出固定值。其結果是，能夠減小1批內的各晶片曝光處理時產 生的焦點偏差。:日本特開平10-254123號公報
但是，若在將要對各晶片進行曝光之前進行焦點校準，則處理每1 枚晶片的時間變長，生產量降低。例如，空間圖像的焦點計測所需的 時間為30秒 60秒左右，在晶片上曝光集成電路圖案的曝光處理所需 的時間也為30秒 60秒左右。這時，處理1枚晶片所需的時間與在將
要對各晶片進行曝光之前不進行焦點較準的情況相比，是其2倍。
近年來，隨著要求更細化圖案的工藝的不斷進步，曝光裝置的價 格也顯著增加，這使得半導體裝置的制造成本增加。為了抑制這種制 造成本的增加，需要提高曝光裝置的生產量。因此，不容許增加曝光 工序中的晶片處理時間。例如，通過實施專利文獻1公開的保護層圖 像的焦點計測，可以高速進行保護層圖像的焦點計測。但是，由于是 測定保護層圖案尺寸，求取最佳焦點的方法，因此，在調整最佳焦點 時需要吋間。另外，由于不是空間圖像的焦點計測，因此，在將要對 各晶片進行曝光之前難以進行計測。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種曝光系統(tǒng)以及半導體裝置的制造方 法，在以批單位對晶片進行曝光處理時，能夠不降低生產量，使每枚 晶片的焦點最佳化，形成最佳焦點，并進行曝光。
為了達成上述目的，本發(fā)明采用下述技術手段。首先，本發(fā)明以 下述曝光系統(tǒng)為前提通過投影透鏡，將形成在載置于光罩臺的光罩 上的圖案投影到載置在晶片臺上的形成有感光性樹脂膜的基板上。而 且，本發(fā)明所涉及的曝光系統(tǒng)具備在照射曝光用光的曝光光源和上 述投影透鏡之間配置的、排列有多個空間圖像標記的空間圖像標記體， 以及具有相對晶片臺基板載置面傾斜的主面、通過投影透鏡投影多個 空間圖像標記的圖像的空間圖像投影板。另外，具備檢測器，其中， 該檢測器分別對投影到空間圖像投影板上的各空間圖像標記的圖像光 強度進行檢測。在這里，除了光滑的斜面之外，傾斜主面還含有例如， 組合不同水平面的階梯形狀等的、實際上傾斜的斜面。
根據本構成，則僅通過對空間圖像標記體一次曝光，就可以獲得 焦點曲線。因此，可以在極短時間內計算空間圖像的最佳聚焦位置。
另外，優(yōu)選上述曝光系統(tǒng)還具備將晶片臺的曝光用光的光軸方向 的位置調整至載置在所述晶片臺上的所述基板的表面位置為基于所述 各空間圖像標記圖像光強度計算出的最佳聚焦位置的狀態(tài)的構件。并 且，還能夠具備基于各空間圖像標記的圖像光強度，自動計算出最佳 聚焦位置的構件。另外，可以在光罩臺上設置上述空間圖像標記體。
并且，能夠在晶片臺上設置空間圖像投影板。
另外，上述曝光系統(tǒng)可以采用下述構成與曝光用光入射到空間 圖像標記體時投影到空間圖像投影板上的各空間圖像標記圖像的投影 位置相對應，在空間圖像投影板上設置開口，將通過各開口的曝光用 光導向上述檢測器。
另一方面，根據其他觀點，本發(fā)明可以提供一種使用了通過投影 透鏡將形成在載置于光罩臺的光罩上的圖案投影到載置在晶片臺上的 形成有感光性樹脂膜的基板上的曝光系統(tǒng)的制造方法。即，在本發(fā)明 所涉及的半導體裝置的制造方法中，首先，在晶片臺上載置基板。接 著，在照射曝光用光的曝光光源和投影透鏡之間，將排列有多個空間 圖像標記的空間圖像標記體配置到曝光用光的光路上，同吋，將具有 相對晶片臺基板載置而傾斜的主而、且通過投影透鏡投影多個空間圖 像標記的圖像的空間圖像投影板配置到曝光用光的光路上。接著，使 曝光用光入射到空間圖像標記體上，通過投影透鏡將多個空間圖像標 記投影到上述空間圖像投影板上?；谕队暗娇臻g圖像投影板上的各 空間圖像標記的圖像光強度，計算最佳聚焦位置。而且，修正曝光系 統(tǒng)的焦點設定值，達到載置在所述晶片臺上的所述基板的表面位置為 所述計算出的最佳聚焦位置的狀態(tài)，使用修正后的焦點設定值，對基 板進行曝光處理。
上述基板為由多個基板構成的一批中所含有的基板時，上述曝光 系統(tǒng)的修正焦點設定值工序可以在每次對屬于一批的預定枚數的基板 進行曝光處理后實施。另外，也可以在每次對屬于一批的各基板進行 曝光處理后實施。
另外，例如，根據投影到空間圖像投影板上的各空間圖像標記的 圖像光強度；與各空間圖像標記的圖像投影位置中的空間圖像投影板 在曝光用光的光軸方向的位置的關系，將光強度為極值的空間圖像投 影板在曝光光光軸方向的位置換算成焦點設定值，從而，能夠計算出 最佳聚焦位置。
根據本發(fā)明，由于通過一次曝光獲得焦點曲線，因此，可以在極 短時間內計算出最佳聚焦位置。因此，以批單位進行基板的曝光處理 時，能夠不降低生產量，對每枚基板進行焦點最佳化的曝光處理。其
結果是，能夠不降低生產量，抑制屬于同一批的各晶片之間的焦點偏 差，能夠降低制造成本。


圖1為表示本發(fā)明一個實施方式的曝光裝置的概略構成圖。 圖2為表示本發(fā)明一個實施方式的空間圖像的光強度與空間圖像 開口高度的關系的圖。
圖3為表示AF系統(tǒng)的概略構成圖。
圖4為表示現(xiàn)有的曝光裝置的概略構成圖。
圖5為表示空間圖像的光強度與光軸方向的晶片臺位置的關系的圖。
符號說明 1曝光用光 2光臺 3光罩
4空間圖像標記體
4a、 4b、 4c空間圖像標記
5投影透鏡
6空間圖像投影板
6a、 6b、 6c空間圖像開口
12晶片
15晶片臺
21受光傳感器
21a、 21b、 21c獨立受光傳感器 22控制部 23演算部 50 AF系統(tǒng)
具體實施例方式
下面，參照附圖、詳細說明本發(fā)明的實施方式。在以下實施方式 中，本發(fā)明具體化為縮小投影曝光裝置。
圖1為說明本發(fā)明一個實施方式的曝光裝置構成的概略構成圖。 如圖1所示，對于本實施方式的曝光裝置，向在光罩臺2上載置的光 罩3照射從未圖示曝光光源射出的曝光用光1，通過投影透鏡5、使在
光罩3上形成的元件圖案3a在晶片12上成像。在曝光光源和投影透 鏡5之間配置光罩臺2。另外，在光罩臺2上配置空間圖像標記體4， 其中，該空間圖像標記體4排列有多個空間圖像標記4a、 4b、 4c。光 罩臺2構成為可以沿曝光用光1光軸的垂直方向(在這里為水平方向) 移動，可以在曝光用光1的光路上選擇配置光罩3和空間圖像標記體4。
在投影透鏡5的下方(射出曝光用光--側)配置晶片臺15，其中， 該晶片臺15用于載置作為曝光對象的晶片12。通過控制部22驅動未 圖示驅動機構，晶片臺15能夠進行聚焦、矯正以及沿水平方向移動(例 如，晶片上的,光閃爍期間的移動)。而且，根據通過測定上述保護層 圖像的焦點使該曝光裝置預先獲得的焦點設定值和保護層圖案大小的 關系以及自動焦點計測系統(tǒng)50 (以下稱為AF系統(tǒng)50)的測定結果， 來計算焦點偏移量和矯正偏移量。與現(xiàn)有的相同，AF系統(tǒng)50由光源 51、送光狹縫52、受光狹縫53、受光部54構成。由于對AF系統(tǒng)50 的工作已經進行了說明，因此，這里省略說明。
在晶片臺15上配置有載置有作為曝光對象的晶片12的晶片座 11;和下面詳述的焦點基準位置確認體16以及空間圖像投影板6。另 外，在本實施方式中，晶片座ll、焦點基準位置確認體16以及空間圖 像投影板6配置在互相不同的位置。因此，對在晶片座ll上載置的晶 片12進行曝光時，焦點基準位置確認體16或空間圖像投影板6不會 妨礙晶片12的曝光。
如圖1所示，本實施方式的曝光裝置所具備的空間圖像投影板6 與現(xiàn)有的空間圖像投影板106不同，相對于晶片臺15實際水平面(晶 片載置面)，其表面傾斜。另外，空間圖像投影板6具備多個微小的空 間圖像開口 6a、 6b、 6c。入射到空間圖像開口 6a 6c中的光分別被配 置在各空間圖像開口正下方的反射鏡7a、 7b、 7c反射，并入射到受光 傳感器21中。受光傳感器21在其內部具有分別對入射到各空間圖 像開口 6a 6c中的光的強度進行計測的多個獨立受光傳感器21a、 21b、 21c。
各空間圖像開口 6a 6c的排列與空間圖像標記4a 4c的排列相對 應。即，各空間圖像開口 6a 6c的排列與空間圖像標記4a 4c的投影圖 像的排列一致。另外，各空間圖像開口 6a 6c的平面形狀(從與水平 面垂直的方向看到的形狀)與對應的各空間圖像標記4a 4c的投影圖 像平面形狀相同。即，空間圖像標記4a 4c的圖案配置乘以縮小投影 倍率后所得的圖案配置，成為在空間圖像投影板6上形成的空間圖像 幵口 6a 6c的圖案配置。另夕卜，在本實施方式中，各空間圖像標記4a 4c 在曝光用光的光軸方向(在圖1.中為上下方向。以下，簡稱為光軸方 向)的位置與光罩3上形成的元件圖案3a的光軸方向的位置相同。各 空間圖像標記4a 4c全部具有相同的尺寸、相同的平面形狀。在本實 施方式中，各空間圖像標記由獨立的空間圖案構成。
例如，對于縮小為1/4、進行投影曝光的曝光裝置，構成空間圖像 標記4a 4c的獨立空間圖案的線寬可以為0.8u m。這時，在投影透鏡 5的投影位置進行縮小投影，圖像的線寬變?yōu)?.2 um。另外，各空間 圖像標記4a 4c的間隔可以為400um。這時，在投影透鏡5的投影位 置，圖像的間隔為100um。因此，本實施例中，在俯視吋，在空間圖 像投影板6上以lOOum的間隔排列線寬為0.2um的空間圖像開口 6a 6c。而且，對應生產半導體裝置的工序所耍求的焦點精度，可以任 意改變各空間圖像開口 6a 6c的尺寸以及間隔。
而且，在本實施方式中，為了進行說明，將屬于空間圖像標記體4 的空間圖像標記數量設置為3個，但是，也可以排列更多個空間圖像 標記。例如，優(yōu)選在晶片12特定的直徑方向(圖1的左右方向等)排 列20 30個空間圖像標記。另外，如上所述，雖然由獨立空間圖案構 成空間圖像標記4a 4c，但是，只要容易獲得受光傳感器21上的光強 度，也可以使用獨立線圖案等其他圖案形狀。另外，對應生產半導體 裝置的工序所要求的焦點精度，可以任意改變各空間圖像標記4a 4c 的尺寸以及間隔。
在具有上述構成的曝光裝置中，如下進行空間圖像的焦點測定。 進行空間圖像的焦點測定時，首先，將配置在光罩臺2上的空間圖像 標記體4配置到曝光用光1的光路上。另外，在通過投影透鏡5的曝 光用光1的光路上配置空間圖像投影板6。
例如，若曝光用光1入射到構成空間圖像標記體4的空間圖像標
記4a上，則曝光用光1通過空間圖像標記4a產生衍射，衍射光沿著 路徑31、路徑32以及路徑33所示的路徑，入射到投影透鏡5中。衍 射光被投影透鏡5縮小投影，將空間圖像標記4a的圖像投影到空間圖 像投影板6的空間圖像開口 6a。包含空間圖像標記4a的圖像的光通過 空間圖像開口 6a正下方的反射鏡7a，使其前進方向改變?yōu)槌蚺c晶片 臺15表面大致平行的方向，入射到獨立受光傳感器21a中。同樣地， 若曝光用光1入射到空間圖像標記4b中，則空間圖像標記4b的圖像 投影到空間圖像開口 6b中。包含空間圖像標記4b圖像的光通過空間 圖像幵口 6b正下方的反射鏡7b改變前進方向，入射到獨立受光傳感 器21b中。另外，若曝光用光l入射到空間圖像標記4c中，則空間圖 像標記4c的圖像投影到空間圖像開口 6c中。包含空間圖像標記4c圖 像的光通過空間圖像開口 6c正下方的反射鏡7c改變前進方向，入射 到獨立受光傳感器21c中。另外，在圖1中，作為空間圖像標記4b以 及4c的衍射光路徑僅圖示了與空間圖像標記4a的路徑31相對應的路 徑34、 35。
由各獨立受光傳感器21 a 21 c接受到的光通過各獨立受光傳感器， 變換成對應各自光強度的電信號，輸入到控制部22。從各獨立受光傳 感器21a 21c輸出的電信號表示投影到空間圖像投影板上的空間圖像 標記的圖像光強度，其中，該空間圖像投影板配置在光軸方向的不同 位置。即，即使晶片臺15在光軸方向的位置、即在上下方向的位置固 定，也可以獲得與改變晶片臺15在光軸方向的位置時等效的光強度。 因此，不改變晶片臺15在光軸方向的位置，而可以獲得晶片臺15在 光軸方向的位置與空間圖像標記的圖像光強度的關系(焦點曲線)。根 據本實施方式的構成，由于不改變晶片臺15在光軸方向的位置，就可 以獲取焦點曲線，因此，在極短的時間內，可以求得最佳聚焦位置。
例如，可以如下所述地計算出最佳聚焦位置。首先，基于空間圖 像標記的圖像在空間圖像開口 6a 6c位置處的光強度，如圖2所示， 對于空間圖像開口 6a 6c的沿著光軸方向的位置，例如，將從晶片臺 15表面到各空間圖像開口 6a 6c的高度作為橫軸，將各空間圖像標記 的圖像的光強度作為縱軸，標出實際測量。而且，根據表示該空間圖
像標記光強度與空間圖像投影板在光軸方向的位置的關系的曲線，計 算出光強度為極值的空間圖像開口的高度。該空間圖像開口的高度為 最佳聚焦位置。
另外，使用上述焦點基準位置確認體16，可以如下所述地將如上 計算出的最佳聚焦位置轉變?yōu)槠毓庋b置的焦點設定值。在本實施方式 中，在圖1中，使位于中央的空間圖像開口 6a的光軸方向的位置與焦 點基準面確認體16表面的光軸方向的位置相同。焦點基準面確認體16 構成為，可以通過AF系統(tǒng)50計測其表面位置。因此，根據本構成， 可以通過由AF系統(tǒng)50計測焦點基準面確認體16的表面位置，而準確 計測空間圖像開口 6a的光軸方向的位置。另夕卜，通過AF系統(tǒng)50計測 的空間圖像開口 6a在光軸方向的位置，能夠簡單變換成曝光裝置的焦 點設定位。另外，通過空間圖像投影板6的構造，固定其他空間圖像 開口 6b、 6c與空間圖像開口 6a在光軸方向的相對位置關系。因此， 通過計測焦點基準位置確認體16的表面位置，可以將各空間圖像開口 6a 6c的距離晶片臺15表面的高度換算成曝光裝置的焦點設定值。
另外，在本實施方式中，空間圖像投影板6是在平板上傾斜設置 的，且使空間圖像開口 6a和6c的高度差61與空間圖像開口 6a和6b 的高度差62相同。差61、 62與圖2曲線圖中橫軸的測定節(jié)距相對應。 例如，通過將差61、 62設定為0.1um，而可以獲得以O.lum節(jié)距改 變焦點設定值時的焦點曲線。另外，如上所述，在圖1中表示了將空 間圖像標記以及空間圖像開口設定為3個的構成，但是，只要采用具 備在光軸方向的位置不同的20~30個空間圖像標記以及空間圖像開口 的結構，就可以通過一次曝光獲得使曝光裝置的焦點設定值改變2 3 lim時的焦點曲線。
根據如上述說明的本實施方式，在空間圖像投影板的各空間圖像 開口中分別投影相同形狀的空間圖像標記圖像，可以同時獲得各空間 圖像標記的圖像的光強度，其中，該空間圖像投影板的各空間圖像開 口在光軸方向上的位置不同。即，能夠不使晶片臺15沿光軸方向移動， 通過一次曝光計算出最佳聚焦位置。其結果是，可以在極短時間內計 算出最佳聚焦位置。
在本實施方式中，通過控制部22具備的演算部23計算上述最佳
聚焦位置。即，演算部23基于各獨立受光傳感器21a 21c計測的光強 度、和預先設定的從晶片臺15到各空間圖像開口 6a 6c的高度，例如 使用眾所周知的內插法，計算出圖2所示的焦點曲線，同時，計算該 焦點曲線成為極值的、距離晶片臺15的高度。另外，演算部23基于 由AF系統(tǒng)50計測出的焦點基準面確認體16的表面位置，將上述焦點 曲線成為極值的、距離晶片臺15的高度變換為曝光裝置的焦點設定值。 而且，例如，演算部23可以通過具備處理器和RAM或ROM等存儲 器的硬件、以及存儲在該存儲器中的在處理器中運行的軟件來實現(xiàn)。
另一方面，通過使用如上所述的曝光裝置，從而，如下所述，可 以制造半導體裝置。首先，在晶片臺15的晶片座11上設置形成半導 體裝置的晶片12。接著，在曙光用光1的光路上配置空間圖像標記體 4，同時，在通過投影透鏡5的f瞎光用光的光路上配置空間圖像投影板 6。在這里，控制部22使光罩臺2移動，使空間圖像標記體4中央的 空間圖像標記4a位于曝光用光1的光軸上，同時，使晶片臺15移動， 使空間圖像開口 6a位于通過投影透鏡5的曝光用光的光軸上。在該狀 態(tài)下，照射曝光用光l，通過各獨立受光傳感器21a^21c計測各空間圖 像標記的圖像的光強度。接著，如上所述，演算部23計算成為最佳聚 焦位置的曝光裝置的焦點設定值。演算部23將計算出的焦點設定值作 為最佳聚焦位置，設定到AF系統(tǒng)50中。
若完成最佳聚焦位置的設定，則控制部22將光罩臺2移動至光罩 3的元件圖案3a位于曝光光源的光軸上的狀態(tài)，同時，將晶片臺15移 動至設置在晶片座11上的晶片12的曝光區(qū)域(曝光閃爍)位于曝光 光源的光軸上的狀態(tài)。AF系統(tǒng)50計算焦點偏移量以及矯正偏移量， 以使晶片12的曝光區(qū)域的表面位置與設定的最佳聚焦位置一致。向控 制部22傳輸計算出的焦點偏移量以及矯正偏移量?？刂撇?2基于傳 輸來的焦點偏移量以及矯正偏移量，控制未圖示的晶片臺驅動機構， 進行晶片臺15的聚焦和矯正。然后，在該狀態(tài)下，對涂敷到晶片12 上的保護膜(感光性樹脂膜)進行曝光。另外，如上所述的最佳聚焦 位置的計算雖然優(yōu)選按照每次晶片的曝光處理實施，但是，也可以在 按照每次對1批內的多枚晶片進行曝光處理來實施。
根據上述制造方法，當以批單位對基板進行曝光處理時，能夠不
降低生產量，對每枚基板實施聚焦最佳化的曝光處理。其結果是，能 夠不降低生產量，抑制屬于同一批的各晶片之間的焦點偏差，能夠降 低制造成本。
如上所述，本發(fā)明能夠在是現(xiàn)有的1/10 1/20的極短時間內計算出 最佳聚焦位置，并進行調整，因此，在批量生產半導體裝置的曝光工 序中，能夠不降低生產量，針對每l枚晶片、將焦點調整為最佳焦點。 其結果是，能夠不降低生產量、抑制屬于同一批的各晶片之間的焦點 偏差，能夠降低制造成本。本發(fā)明在以下的半導體裝置制造中尤其發(fā) 揮作用，即，該半導體裝置尤其需要嚴格的保護層圖案尺寸和截面形
狀管理，并使用lOOnm以下的處理標記的65nm、 45nm等處理標記進 行制造。
另外，本發(fā)明不限于如上所述的實施方式，在不脫離本發(fā)明技術 思想的范圍之內，可以進行各種變形以及應用。例如，在上述實施方 式中，將本發(fā)明的曝光系統(tǒng)設定為1臺曝光裝置進行了說明，但是， 也可以在曝光裝置外設置演算部23。另外，如上所述，雖然采用了在 空間圖像投影板中設置開口 ，并用檢測器檢測通過該開口的曝光用光 的強度的結構；但是，只要是可以計測投影到空間圖像投影板上的空 間圖像標記的圖像的光強度，則可以采用任意構成。另外，在上述實 施方式中，雖然對在光罩臺上設置空間圖像標記體，并在晶片臺上設 置空間圖像投影板的結構進行了說明；但是，也可以是空間圖像標記 體以及空間圖像投影板可以跨越曝光用光的光路和光路外獨自移動的 結構。
本發(fā)明能夠不降低生產量，針對每枚晶片、使焦點最佳化為最佳 焦點，進行曝光，作為曝光系統(tǒng)以及半導體裝置的制造方法有效。
權利要求
1. 一種曝光系統(tǒng)，通過投影透鏡，將形成在載置于光罩臺的光罩上的圖案投影到載置在晶片臺上的形成有感光性樹脂膜的基板上，其特征在于，包括空間圖像標記體，其配置在在照射曝光用光的曝光光源和所述投影透鏡之間配置，其排列有多個空間圖像標記；空間圖像投影板，其具有相對于晶片臺基板載置面傾斜的主面，且通過所述投影透鏡投影多個空間圖像標記的圖像；以及檢測器，其分別檢測投影到所述空間圖像投影板上的各空間圖像標記的圖像光強度。
2. 如權利要求l所述的曝光系統(tǒng)，其特征在于 還具有晶片未至調整單元，其調整晶片臺的曝光用光的光軸方向的位置，使得載置在所述晶片臺上的所述基板的表面位置為基于所述 各空間圖像標記圖像的光強度計算出的最佳聚焦位置的狀態(tài)。
3. 如權利要求2所述的曝光系統(tǒng)，其特征在于 還具有基于所述各空間圖像標記的圖像的光強度自動計算最佳聚焦位置的構件。
4. 如權利要求1所述的曝光系統(tǒng)，其特征在于 所述空間圖像標記體設置在所述光罩臺上，所述空間圖像投影板設置在所述晶片臺上。
5. 如權利要求2所述的曝光系統(tǒng)，其特征在于所述空間圖像標記體設置在所述光罩臺上，所述空間圖像投影板 設置在所述晶片臺上。
6. 如權利要求3所述的曝光系統(tǒng)，其特征在于 所述空間圖像標記體設置在所述光罩臺上，所述空間圖像投影板 設置在所述晶片臺上。
7. 如權利要求1所述的曝光系統(tǒng)，其特征在于對應于在向所述空間圖像標記體入射曝光用光時投影到所述空間 圖像投影板上的所述各空間圖像標記的圖像的投影位置，在所述空間 圖像投影板上設置開口 ，通過所述各開口的曝光用光被導向所述檢測 ^券。
8. 如權利要求2所述的曝光系統(tǒng)，其特征在于與在向所述空間圖像標記體入射曝光用光時投影到所述空間圖像 投影板上的所述各空間圖像標記的圖像的投影位置相對應，在所述空 間圖像投影板上設置開口，通過所述各開口的曝光用光被導向所述檢 測器。
9. 如權利要求3所述的曝光系統(tǒng)，其特征在于與在向所述空間圖像標記體入射曝光用光時投影到所述空間圖像 投影板上的所述各空間圖像標記的圖像的投影位置相對應，在所述空 間圖像投影板上設置開口，通過所述各開口的曝光用光被導向所述檢
10. 如權利要求1 9中任一項所述的曝光系統(tǒng)，其特征在于 所述投影透鏡為縮小投影透鏡。
11. 一種半導體裝置的制造方法，該半導體裝置使用了通過投影 透鏡將形成在載置于光罩臺的光罩上的圖案投影到載置在晶片臺上的 形成有感光性樹脂膜的基板上的曝光系統(tǒng)，其特征在于，包括在所述晶片臺上載置基板的工序；在發(fā)射曝光用光的曝光光源和所述投影透鏡之間，將排列有多個 空間圖像標記的空間圖像標記體配置在曝光用光的光路上，并且，將 具有相對于所述晶片臺基板載置面傾斜的主面，且通過所述投影透鏡 投影所述多個空間圖像標記圖像的空間圖像投影板配置在曝光用光的 光路上的工序；使曝光用光入射到所述空間圖像標記體上，通過所述投影透鏡將 所述多個空間圖像標記投影到所述空間圖像投影板上的工序；基于投影在所述空間圖像投影板上的各空間圖像標記的圖像的光 強度，計算最佳聚焦位置的工序；修正曝光系統(tǒng)的焦點設定值，使得載置在所述晶片臺上的所述基 板的表面位置為所述計算出的最佳聚焦位置的狀態(tài)的工序；以及使用所述修正后的焦點設定值，對所述基板進行曝光處理的工序。
12. 如權利要求ll所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于 所述基板為包含在由多個基板構成的一批中的基板，每次預定數量的屬于所述一批中的基板曝光處理時，實施修正所述曝光系統(tǒng)的焦 點設定值的工序。
13. 如權利要求11所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于 所述基板為包含在由多個基板構成的一批中的基板，每次曝光處理屬于所述一批中的各基板后，實施修正所述曝光系統(tǒng)的焦點設定值 的工序。
14. 如權利要求11~13中任一項所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于計算所述最佳聚焦位置的工序中根據在所述空間圖像投影板上投 影的各空間圖像標記的圖像各自的光強度；和所述各空間圖像標記的 圖像投影位置上、曝光用光的光軸方向的空間圖像投影板位置的關系， 將所述光強度為極值的、曝光用光的光軸方向的空間圖像投影板位置 換算成焦點設定值，由此計算出最佳聚焦位置。
全文摘要
提供一種曝光系統(tǒng)以及半導體裝置的制造方法，在以批單位對晶片進行曝光處理時，能夠不降低生產量，使每枚晶片的焦點最佳化，形成最佳焦點，并進行曝光。對配置在光罩臺(2)上的排列有多個空間圖像標記(4a～4c)的空間圖像標記體(4)進行曝光，通過縮小投影透鏡(5)將空間圖像標記體(4)的圖像投影到配置在晶片臺(15)上的空間圖像投影板(6)上。在空間圖像投影板(6)上的各空間圖像標記的圖像投影位置上設置有光軸方向的位置不同的空間圖像開口(6a～6c)。通過各空間圖像開口(6a～6c)，分別計測各空間圖像標記的圖像的光強度，從而，能夠不沿光軸方向移動晶片臺(15)，而通過一次曝光獲得焦點曲線，能夠計算出最佳聚焦位置。
文檔編號H01L21/027GK101387834SQ200810215689
公開日2009年3月18日 申請日期2008年9月12日 優(yōu)先權日2007年9月14日
發(fā)明者吉田孝繼, 西野勝裕 申請人:松下電器產業(yè)株式會社