CN101387834A - 曝光系统以及半导体装置的制造方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

曝光系统以及半导体装置的制造方法

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。

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，可以缩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的校正实现对该时效偏差的修正。为了修正时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，通过缩小投影透镜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，在缩小投影透镜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。即，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0.05μm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发生变化而导致投影透镜的焦点特性变化。因此，在曝光装置中，为了距离最佳聚焦位置的偏差最小，通过投影透镜本身进行焦点修正。

但是，进行这种修正时，在投影透镜控制焦点的控制量超出一定值的情况下，焦点偏差变得明显。在这里，焦点控制量在该曝光装置中为固有值。为了减小由投影透镜的焦点控制产生的焦点偏差，可以在将要对各晶片进行曝光之前，进行上述焦点校准。即，如果在将要对各晶片进行曝光之前校准焦点，通过对每个晶片调整晶片台在光轴方向的位置，来进行焦点控制，则由投影透镜本身控制焦点的控制量不会超出固定值。其结果是，能够减小1批内的各晶片曝光处理时产生的焦点偏差。

[专利文献1]：日本特开平10-254123号公报

但是，若在将要对各晶片进行曝光之前进行焦点校准，则处理每1枚晶片的时间变长，生产量降低。例如，空间图像的焦点计测所需的时间为30秒～60秒左右，在晶片上曝光集成电路图案的曝光处理所需的时间也为30秒～60秒左右。这时，处理1枚晶片所需的时间与在将要对各晶片进行曝光之前不进行焦点较准的情况相比，是其2倍。

近年来，随着要求更细化图案的工艺的不断进步，曝光装置的价格也显著增加，这使得半导体装置的制造成本增加。为了抑制这种制造成本的增加，需要提高曝光装置的生产量。因此，不容许增加曝光工序中的晶片处理时间。例如，通过实施专利文献1公开的保护层图像的焦点计测，可以高速进行保护层图像的焦点计测。但是，由于是测定保护层图案尺寸，求取最佳焦点的方法，因此，在调整最佳焦点时需要时间。另外，由于不是空间图像的焦点计测，因此，在将要对各晶片进行曝光之前难以进行计测。

发明内容

本发明的目的在于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。

为了达成上述目的，本发明采用下述技术手段。首先，本发明以下述曝光系统为前提：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。而且，本发明所涉及的曝光系统具备：在照射曝光用光的曝光光源和上述投影透镜之间配置的、排列有多个空间图像标记的空间图像标记体，以及具有相对晶片台基板载置面倾斜的主面、通过投影透镜投影多个空间图像标记的图像的空间图像投影板。另外，具备检测器，其中，该检测器分别对投影到空间图像投影板上的各空间图像标记的图像光强度进行检测。在这里，除了光滑的斜面之外，倾斜主面还含有例如，组合不同水平面的阶梯形状等的、实际上倾斜的斜面。

根据本构成，则仅通过对空间图像标记体一次曝光，就可以获得焦点曲线。因此，可以在极短时间内计算空间图像的最佳聚焦位置。

另外，优选上述曝光系统还具备将晶片台的曝光用光的光轴方向的位置调整至载置在所述晶片台上的所述基板的表面位置为基于所述各空间图像标记图像光强度计算出的最佳聚焦位置的状态的构件。并且，还能够具备基于各空间图像标记的图像光强度，自动计算出最佳聚焦位置的构件。另外，可以在光罩台上设置上述空间图像标记体。并且，能够在晶片台上设置空间图像投影板。

另外，上述曝光系统可以采用下述构成：与曝光用光入射到空间图像标记体时投影到空间图像投影板上的各空间图像标记图像的投影位置相对应，在空间图像投影板上设置开口，将通过各开口的曝光用光导向上述检测器。

另一方面，根据其他观点，本发明可以提供一种使用了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的曝光系统的制造方法。即，在本发明所涉及的半导体装置的制造方法中，首先，在晶片台上载置基板。接着，在照射曝光用光的曝光光源和投影透镜之间，将排列有多个空间图像标记的空间图像标记体配置到曝光用光的光路上，同时，将具有相对晶片台基板载置面倾斜的主面、且通过投影透镜投影多个空间图像标记的图像的空间图像投影板配置到曝光用光的光路上。接着，使曝光用光入射到空间图像标记体上，通过投影透镜将多个空间图像标记投影到上述空间图像投影板上。基于投影到空间图像投影板上的各空间图像标记的图像光强度，计算最佳聚焦位置。而且，修正曝光系统的焦点设定值，达到载置在所述晶片台上的所述基板的表面位置为所述计算出的最佳聚焦位置的状态，使用修正后的焦点设定值，对基板进行曝光处理。

上述基板为由多个基板构成的一批中所含有的基板时，上述曝光系统的修正焦点设定值工序可以在每次对属于一批的预定枚数的基板进行曝光处理后实施。另外，也可以在每次对属于一批的各基板进行曝光处理后实施。

另外，例如，根据投影到空间图像投影板上的各空间图像标记的图像光强度；与各空间图像标记的图像投影位置中的空间图像投影板在曝光用光的光轴方向的位置的关系，将光强度为极值的空间图像投影板在曝光光光轴方向的位置换算成焦点设定值，从而，能够计算出最佳聚焦位置。

根据本发明，由于通过一次曝光获得焦点曲线，因此，可以在极短时间内计算出最佳聚焦位置。因此，以批单位进行基板的曝光处理时，能够不降低生产量，对每枚基板进行焦点最佳化的曝光处理。其结果是，能够不降低生产量，抑制属于同一批的各晶片之间的焦点偏差，能够降低制造成本。

附图说明

图1为表示本发明一个实施方式的曝光装置的概略构成图。

图2为表示本发明一个实施方式的空间图像的光强度与空间图像开口高度的关系的图。

图3为表示AF系统的概略构成图。

图4为表示现有的曝光装置的概略构成图。

图5为表示空间图像的光强度与光轴方向的晶片台位置的关系的图。

符号说明

1 曝光用光

2 光罩台

3 光罩

4 空间图像标记体

4a、4b、4c 空间图像标记

5 投影透镜

6 空间图像投影板

6a、6b、6c 空间图像开口

12 晶片

15 晶片台

21 受光传感器

21a、21b、21c 独立受光传感器

22 控制部

23 演算部

50 AF系统

具体实施方式

下面，参照附图、详细说明本发明的实施方式。在以下实施方式中，本发明具体化为缩小投影曝光装置。

图1为说明本发明一个实施方式的曝光装置构成的概略构成图。如图1所示，对于本实施方式的曝光装置，向在光罩台2上载置的光罩3照射从未图示曝光光源射出的曝光用光1，通过投影透镜5、使在光罩3上形成的元件图案3a在晶片12上成像。在曝光光源和投影透镜5之间配置光罩台2。另外，在光罩台2上配置空间图像标记体4，其中，该空间图像标记体4排列有多个空间图像标记4a、4b、4c。光罩台2构成为可以沿曝光用光1光轴的垂直方向(在这里为水平方向)移动，可以在曝光用光1的光路上选择配置光罩3和空间图像标记体4。

在投影透镜5的下方(射出曝光用光一侧)配置晶片台15，其中，该晶片台15用于载置作为曝光对象的晶片12。通过控制部22驱动未图示驱动机构，晶片台15能够进行聚焦、矫正以及沿水平方向移动(例如，晶片上的曝光闪烁期间的移动)。而且，根据通过测定上述保护层图像的焦点使该曝光装置预先获得的焦点设定值和保护层图案大小的关系以及自动焦点计测系统50(以下称为AF系统50)的测定结果，来计算焦点偏移量和矫正偏移量。与现有的相同，AF系统50由光源51、送光狭缝52、受光狭缝53、受光部54构成。由于对AF系统50的工作已经进行了说明，因此，这里省略说明。

在晶片台15上配置有：载置有作为曝光对象的晶片12的晶片座11；和下面详述的焦点基准位置确认体16以及空间图像投影板6。另外，在本实施方式中，晶片座11、焦点基准位置确认体16以及空间图像投影板6配置在互相不同的位置。因此，对在晶片座11上载置的晶片12进行曝光时，焦点基准位置确认体16或空间图像投影板6不会妨碍晶片12的曝光。

如图1所示，本实施方式的曝光装置所具备的空间图像投影板6与现有的空间图像投影板106不同，相对于晶片台15实际水平面(晶片载置面)，其表面倾斜。另外，空间图像投影板6具备多个微小的空间图像开口6a、6b、6c。入射到空间图像开口6a～6c中的光分别被配置在各空间图像开口正下方的反射镜7a、7b、7c反射，并入射到受光传感器21中。受光传感器21在其内部具有：分别对入射到各空间图像开口6a～6c中的光的强度进行计测的多个独立受光传感器21a、21b、21c。

各空间图像开口6a～6c的排列与空间图像标记4a～4c的排列相对应。即，各空间图像开口6a～6c的排列与空间图像标记4a～4c的投影图像的排列一致。另外，各空间图像开口6a～6c的平面形状(从与水平面垂直的方向看到的形状)与对应的各空间图像标记4a～4c的投影图像平面形状相同。即，空间图像标记4a～4c的图案配置乘以缩小投影倍率后所得的图案配置，成为在空间图像投影板6上形成的空间图像开口6a～6c的图案配置。另外，在本实施方式中，各空间图像标记4a～4c在曝光用光的光轴方向(在图1中为上下方向。以下，简称为光轴方向)的位置与光罩3上形成的元件图案3a的光轴方向的位置相同。各空间图像标记4a～4c全部具有相同的尺寸、相同的平面形状。在本实施方式中，各空间图像标记由独立的空间图案构成。

例如，对于缩小为1/4、进行投影曝光的曝光装置，构成空间图像标记4a～4c的独立空间图案的线宽可以为0.8μm。这时，在投影透镜5的投影位置进行缩小投影，图像的线宽变为0.2μm。另外，各空间图像标记4a～4c的间隔可以为400μm。这时，在投影透镜5的投影位置，图像的间隔为100μm。因此，本实施例中，在俯视时，在空间图像投影板6上以100μm的间隔排列线宽为0.2μm的空间图像开口6a～6c。而且，对应生产半导体装置的工序所要求的焦点精度，可以任意改变各空间图像开口6a～6c的尺寸以及间隔。

而且，在本实施方式中，为了进行说明，将属于空间图像标记体4的空间图像标记数量设置为3个，但是，也可以排列更多个空间图像标记。例如，优选在晶片12特定的直径方向(图1的左右方向等)排列20～30个空间图像标记。另外，如上所述，虽然由独立空间图案构成空间图像标记4a～4c，但是，只要容易获得受光传感器21上的光强度，也可以使用独立线图案等其他图案形状。另外，对应生产半导体装置的工序所要求的焦点精度，可以任意改变各空间图像标记4a～4c的尺寸以及间隔。

在具有上述构成的曝光装置中，如下进行空间图像的焦点测定。进行空间图像的焦点测定时，首先，将配置在光罩台2上的空间图像标记体4配置到曝光用光1的光路上。另外，在通过投影透镜5的曝光用光1的光路上配置空间图像投影板6。

例如，若曝光用光1入射到构成空间图像标记体4的空间图像标记4a上，则曝光用光1通过空间图像标记4a产生衍射，衍射光沿着路径31、路径32以及路径33所示的路径，入射到投影透镜5中。衍射光被投影透镜5缩小投影，将空间图像标记4a的图像投影到空间图像投影板6的空间图像开口6a。包含空间图像标记4a的图像的光通过空间图像开口6a正下方的反射镜7a，使其前进方向改变为朝向与晶片台15表面大致平行的方向，入射到独立受光传感器21a中。同样地，若曝光用光1入射到空间图像标记4b中，则空间图像标记4b的图像投影到空间图像开口6b中。包含空间图像标记4b图像的光通过空间图像开口6b正下方的反射镜7b改变前进方向，入射到独立受光传感器21b中。另外，若曝光用光1入射到空间图像标记4c中，则空间图像标记4c的图像投影到空间图像开口6c中。包含空间图像标记4c图像的光通过空间图像开口6c正下方的反射镜7c改变前进方向，入射到独立受光传感器21c中。另外，在图1中，作为空间图像标记4b以及4c的衍射光路径仅图示了与空间图像标记4a的路径31相对应的路径34、35。

由各独立受光传感器21a～21c接受到的光通过各独立受光传感器，变换成对应各自光强度的电信号，输入到控制部22。从各独立受光传感器21a～21c输出的电信号表示投影到空间图像投影板上的空间图像标记的图像光强度，其中，该空间图像投影板配置在光轴方向的不同位置。即，即使晶片台15在光轴方向的位置、即在上下方向的位置固定，也可以获得与改变晶片台15在光轴方向的位置时等效的光强度。因此，不改变晶片台15在光轴方向的位置，而可以获得晶片台15在光轴方向的位置与空间图像标记的图像光强度的关系(焦点曲线)。根据本实施方式的构成，由于不改变晶片台15在光轴方向的位置，就可以获取焦点曲线，因此，在极短的时间内，可以求得最佳聚焦位置。

例如，可以如下所述地计算出最佳聚焦位置。首先，基于空间图像标记的图像在空间图像开口6a～6c位置处的光强度，如图2所示，对于空间图像开口6a～6c的沿着光轴方向的位置，例如，将从晶片台15表面到各空间图像开口6a～6c的高度作为横轴，将各空间图像标记的图像的光强度作为纵轴，标出实际测量。而且，根据表示该空间图像标记光强度与空间图像投影板在光轴方向的位置的关系的曲线，计算出光强度为极值的空间图像开口的高度。该空间图像开口的高度为最佳聚焦位置。

另外，使用上述焦点基准位置确认体16，可以如下所述地将如上计算出的最佳聚焦位置转变为曝光装置的焦点设定值。在本实施方式中，在图1中，使位于中央的空间图像开口6a的光轴方向的位置与焦点基准面确认体16表面的光轴方向的位置相同。焦点基准面确认体16构成为，可以通过AF系统50计测其表面位置。因此，根据本构成，可以通过由AF系统50计测焦点基准面确认体16的表面位置，而准确计测空间图像开口6a的光轴方向的位置。另外，通过AF系统50计测的空间图像开口6a在光轴方向的位置，能够简单变换成曝光装置的焦点设定值。另外，通过空间图像投影板6的构造，固定其他空间图像开口6b、6c与空间图像开口6a在光轴方向的相对位置关系。因此，通过计测焦点基准位置确认体16的表面位置，可以将各空间图像开口6a～6c的距离晶片台15表面的高度换算成曝光装置的焦点设定值。

另外，在本实施方式中，空间图像投影板6是在平板上倾斜设置的，且使空间图像开口6a和6c的高度差61与空间图像开口6a和6b的高度差62相同。差61、62与图2曲线图中横轴的测定节距相对应。例如，通过将差61、62设定为0.1μm，而可以获得以0.1μm节距改变焦点设定值时的焦点曲线。另外，如上所述，在图1中表示了将空间图像标记以及空间图像开口设定为3个的构成，但是，只要采用具备在光轴方向的位置不同的20～30个空间图像标记以及空间图像开口的结构，就可以通过一次曝光获得使曝光装置的焦点设定值改变2～3μm时的焦点曲线。

根据如上述说明的本实施方式，在空间图像投影板的各空间图像开口中分别投影相同形状的空间图像标记图像，可以同时获得各空间图像标记的图像的光强度，其中，该空间图像投影板的各空间图像开口在光轴方向上的位置不同。即，能够不使晶片台15沿光轴方向移动，通过一次曝光计算出最佳聚焦位置。其结果是，可以在极短时间内计算出最佳聚焦位置。

在本实施方式中，通过控制部22具备的演算部23计算上述最佳聚焦位置。即，演算部23基于各独立受光传感器21a～21c计测的光强度、和预先设定的从晶片台15到各空间图像开口6a～6c的高度，例如使用众所周知的内插法，计算出图2所示的焦点曲线，同时，计算该焦点曲线成为极值的、距离晶片台15的高度。另外，演算部23基于由AF系统50计测出的焦点基准面确认体16的表面位置，将上述焦点曲线成为极值的、距离晶片台15的高度变换为曝光装置的焦点设定值。而且，例如，演算部23可以通过具备处理器和RAM或ROM等存储器的硬件、以及存储在该存储器中的在处理器中运行的软件来实现。

另一方面，通过使用如上所述的曝光装置，从而，如下所述，可以制造半导体装置。首先，在晶片台15的晶片座11上设置形成半导体装置的晶片12。接着，在曝光用光1的光路上配置空间图像标记体4，同时，在通过投影透镜5的曝光用光的光路上配置空间图像投影板6。在这里，控制部22使光罩台2移动，使空间图像标记体4中央的空间图像标记4a位于曝光用光1的光轴上，同时，使晶片台15移动，使空间图像开口6a位于通过投影透镜5的曝光用光的光轴上。在该状态下，照射曝光用光1，通过各独立受光传感器21a～21c计测各空间图像标记的图像的光强度。接着，如上所述，演算部23计算成为最佳聚焦位置的曝光装置的焦点设定值。演算部23将计算出的焦点设定值作为最佳聚焦位置，设定到AF系统50中。

若完成最佳聚焦位置的设定，则控制部22将光罩台2移动至光罩3的元件图案3a位于曝光光源的光轴上的状态，同时，将晶片台15移动至设置在晶片座11上的晶片12的曝光区域(曝光闪烁)位于曝光光源的光轴上的状态。AF系统50计算焦点偏移量以及矫正偏移量，以使晶片12的曝光区域的表面位置与设定的最佳聚焦位置一致。向控制部22传输计算出的焦点偏移量以及矫正偏移量。控制部22基于传输来的焦点偏移量以及矫正偏移量，控制未图示的晶片台驱动机构，进行晶片台15的聚焦和矫正。然后，在该状态下，对涂敷到晶片12上的保护膜(感光性树脂膜)进行曝光。另外，如上所述的最佳聚焦位置的计算虽然优选按照每次晶片的曝光处理实施，但是，也可以在按照每次对1批内的多枚晶片进行曝光处理来实施。

根据上述制造方法，当以批单位对基板进行曝光处理时，能够不降低生产量，对每枚基板实施聚焦最佳化的曝光处理。其结果是，能够不降低生产量，抑制属于同一批的各晶片之间的焦点偏差，能够降低制造成本。

如上所述，本发明能够在是现有的1/10～1/20的极短时间内计算出最佳聚焦位置，并进行调整，因此，在批量生产半导体装置的曝光工序中，能够不降低生产量，针对每1枚晶片、将焦点调整为最佳焦点。其结果是，能够不降低生产量、抑制属于同一批的各晶片之间的焦点偏差，能够降低制造成本。本发明在以下的半导体装置制造中尤其发挥作用，即，该半导体装置尤其需要严格的保护层图案尺寸和截面形状管理，并使用100nm以下的处理标记的65nm、45nm等处理标记进行制造。

另外，本发明不限于如上所述的实施方式，在不脱离本发明技术思想的范围之内，可以进行各种变形以及应用。例如，在上述实施方式中，将本发明的曝光系统设定为1台曝光装置进行了说明，但是，也可以在曝光装置外设置演算部23。另外，如上所述，虽然采用了在空间图像投影板中设置开口，并用检测器检测通过该开口的曝光用光的强度的结构；但是，只要是可以计测投影到空间图像投影板上的空间图像标记的图像的光强度，则可以采用任意构成。另外，在上述实施方式中，虽然对在光罩台上设置空间图像标记体，并在晶片台上设置空间图像投影板的结构进行了说明；但是，也可以是空间图像标记体以及空间图像投影板可以跨越曝光用光的光路和光路外独自移动的结构。

本发明能够不降低生产量，针对每枚晶片、使焦点最佳化为最佳焦点，进行曝光，作为曝光系统以及半导体装置的制造方法有效。

Claims (14)

1.一种曝光系统，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。

2.如权利要求1所述的曝光系统，其特征在于：

还具有晶片未至调整单元，其调整晶片台的曝光用光的光轴方向的位置，使得载置在所述晶片台上的所述基板的表面位置为基于所述各空间图像标记图像的光强度计算出的最佳聚焦位置的状态。

3.如权利要求2所述的曝光系统，其特征在于：

还具有基于所述各空间图像标记的图像的光强度自动计算最佳聚焦位置的构件。

4.如权利要求1所述的曝光系统，其特征在于：

所述空间图像标记体设置在所述光罩台上，所述空间图像投影板设置在所述晶片台上。

5.如权利要求2所述的曝光系统，其特征在于：

所述空间图像标记体设置在所述光罩台上，所述空间图像投影板设置在所述晶片台上。

6.如权利要求3所述的曝光系统，其特征在于：

所述空间图像标记体设置在所述光罩台上，所述空间图像投影板设置在所述晶片台上。

7.如权利要求1所述的曝光系统，其特征在于：

对应于在向所述空间图像标记体入射曝光用光时投影到所述空间图像投影板上的所述各空间图像标记的图像的投影位置，在所述空间图像投影板上设置开口，通过所述各开口的曝光用光被导向所述检测器。

8.如权利要求2所述的曝光系统，其特征在于：

与在向所述空间图像标记体入射曝光用光时投影到所述空间图像投影板上的所述各空间图像标记的图像的投影位置相对应，在所述空间图像投影板上设置开口，通过所述各开口的曝光用光被导向所述检测器。

9.如权利要求3所述的曝光系统，其特征在于：

与在向所述空间图像标记体入射曝光用光时投影到所述空间图像投影板上的所述各空间图像标记的图像的投影位置相对应，在所述空间图像投影板上设置开口，通过所述各开口的曝光用光被导向所述检测器。

10.如权利要求1～9中任一项所述的曝光系统，其特征在于：

所述投影透镜为缩小投影透镜。

11.一种半导体装置的制造方法，该半导体装置使用了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的曝光系统，其特征在于，包括：

在所述晶片台上载置基板的工序；

在发射曝光用光的曝光光源和所述投影透镜之间，将排列有多个空间图像标记的空间图像标记体配置在曝光用光的光路上，并且，将具有相对于所述晶片台基板载置面倾斜的主面，且通过所述投影透镜投影所述多个空间图像标记图像的空间图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间图像标记体上，通过所述投影透镜将所述多个空间图像标记投影到所述空间图像投影板上的工序；

基于投影在所述空间图像投影板上的各空间图像标记的图像的光强度，计算最佳聚焦位置的工序；

修正曝光系统的焦点设定值，使得载置在所述晶片台上的所述基板的表面位置为所述计算出的最佳聚焦位置的状态的工序；以及

使用所述修正后的焦点设定值，对所述基板进行曝光处理的工序。

12.如权利要求11所述的半导体装置的制造方法，其特征在于：

所述基板为包含在由多个基板构成的一批中的基板，每次预定数量的属于所述一批中的基板曝光处理时，实施修正所述曝光系统的焦点设定值的工序。

13.如权利要求11所述的半导体装置的制造方法，其特征在于：

所述基板为包含在由多个基板构成的一批中的基板，每次曝光处理属于所述一批中的各基板后，实施修正所述曝光系统的焦点设定值的工序。

14.如权利要求11～13中任一项所述的半导体装置的制造方法，其特征在于：

计算所述最佳聚焦位置的工序中根据在所述空间图像投影板上投影的各空间图像标记的图像各自的光强度；和所述各空间图像标记的图像投影位置上、曝光用光的光轴方向的空间图像投影板位置的关系，将所述光强度为极值的、曝光用光的光轴方向的空间图像投影板位置换算成焦点设定值，由此计算出最佳聚焦位置。

Images