[发明专利]曝光系统以及半导体装置的制造方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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，需要高精度设定曝光装置的焦点，在适当的焦点深度范围内进行曝光。例如，当设计标准为0.15μm时，需要焦点深度为0.60μm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。