JP2000114141A - 半導体装置の製造方法およびそれに用いる半導体製造装置 - Google Patents

半導体装置の製造方法およびそれに用いる半導体製造装置

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JP2000114141A
JP2000114141A JP10280682A JP28068298A JP2000114141A JP 2000114141 A JP2000114141 A JP 2000114141A JP 10280682 A JP10280682 A JP 10280682A JP 28068298 A JP28068298 A JP 28068298A JP 2000114141 A JP2000114141 A JP 2000114141A
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stage
semiconductor substrate
laser irradiation
irradiation system
exposure
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JP10280682A
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Masami Suzuki
雅巳 鈴木
Susumu Komoriya
進 小森谷
Kiyoyuki Yoneyama
清幸 米山
Jun Maeyama
純 前山
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Hitachi Ltd
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    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70691—Handling of masks or workpieces
    • G03F7/70775—Position control, e.g. interferometers or encoders for determining the stage position

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体基板などの被処理物を支持するステー
ジの位置計測の高精度化と製品の歩留りの向上を図る。 【解決手段】 半導体基板を支持し、Ｘ方向５，Ｙ方向
６およびＺ方向７に移動自在なＸＹステージ２と、ＸＹ
ステージ２により支持された前記半導体基板にＬＥＤ光
を照射してＺ方向７の位置を計測する自動焦点機構と、
ＸＹステージ２にレーザ光８ａ，９ａを照射してＸＹス
テージ２のＸ方向５の位置を計測するＸ軸レーザ照射系
８およびＹ方向６の位置を計測するＹ軸レーザ照射系９
と、ＸＹステージ２に３本のレーザ光１０ａを照射して
ＸＹステージ２のＺ方向７の位置を計測するＺ軸レーザ
照射系１０とによって構成され、Ｚ軸レーザ照射系１０
によってＸＹステージ２のＺ方向７の絶対位置を計測
し、この計測データを用いてＸＹステージ２により支持
された前記半導体基板の傾斜成分を補正して露光を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造技術に
関し、特に露光装置におけるステージの傾斜補正に適用
して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】以下に説明する技術は、本発明を研究、
完成するに際し、本発明者によって検討されたものであ
り、その概要は次のとおりである。
【０００３】半導体製造工程の露光工程で使用される縮
小投影露光装置（ステッパとも呼ばれる）のステージ
は、定盤上にＸＹ方向駆動用のステージがあり、その上
にＺ（チルト）方向駆動用ステージが搭載されている。
【０００４】そこで、ステージの位置計測は、Ｘ方向が
１軸のレーザ照射系、Ｙ方向が１〜２軸のレーザ照射系
を用い、Ｚ（チルト）方向の計測は、Ｚ（チルト）駆動
ステージ部に設置されている渦電流変位系で行ってい
る。
【０００５】また、ステッパなどでは、レンズと半導体
基板の表面（回路形成面）との距離を計測する機構とし
て、光オートフォーカスを使用している。
【０００６】これは、半導体基板の表面に対して傾斜さ
せたＬＥＤ（Light Emitting Diode) 光を照射し、半導
体基板の表面で反射させ、その反射光をフォトセンサ
（Position Sensitive Device)によって位置検出するこ
とにより、距離計測を行うものである。
【０００７】前記ＬＥＤ光は、露光しようとするショッ
ト（レンズ中心）１点とこれの周囲の１５×１５ｍｍの
四角形の４角とに照射されるようになっており、この５
点での計測が同時に行える構造となっている。このう
ち、前記４角に照射されるＬＥＤについては、レンズ中
心を原点として、Ｘ軸、Ｙ軸に対してそれぞれ対象な位
置に配置されている。
【０００８】なお、前記光オートフォーカスは、前記５
点で計測されており、この計測データに基づいてステー
ジの傾斜補正が行われている。
【０００９】また、半導体基板の外周部の露光ショット
を計測する場合、半導体基板の外周部（外周端より３〜
５ｍｍ程度内側）の領域にかかるポイントのデータは使
用しないようにしている。このため、露光ショットによ
っては、前記中心の１点と前記４角のうちの内側の２点
の計測データを使用している。
【００１０】ここで、光露光装置（ステッパ）による露
光技術については、例えば、株式会社工業調査会１９９
２年１１月２０日発行、「超ＬＳＩ製造・試験装置ガイ
ドブック＜１９９３年版＞電子材料１１月号別冊」、９
８〜１０２頁に記載されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記した技
術のステッパにおいては、Ｚ（チルト）方向の変位計測
を行う渦電流変位系は、ＸＹ方向駆動用のステージの上
のＺ（チルト）方向駆動用ステージに組み込まれてい
る。
【００１２】このため、ＸＹ方向駆動用のステージを動
作させた際にＺ（チルト）方向に上下動が起こり、Ｚ
（チルト）方向の計測データの誤差が大きくなることが
問題とされる。
【００１３】また、露光ショットの外周部には、ダイシ
ング用のスクライブラインが形成されており、露光ショ
ットの内側に配置されるメモリセルなどに比べて段差が
低くなっている。
【００１４】ここで、光オートフォーカス用のＬＥＤ光
が、このスクライブラインにかかる製品を着工した場合
を考える。
【００１５】その際、光オートフォーカス用のＬＥＤ光
が照射されるべく正しい位置に照射されれば、４角にお
ける計測値は正しく、傾斜補正も適切に行われる。
【００１６】しかし、仮に４箇所のうち１箇所の位置が
取付け誤差によりずれている場合には、スクライブライ
ンではなくメモリセルのような高い箇所を検出するた
め、最適な傾斜補正が行われない。
【００１７】また、半導体基板の外周部のショットを露
光する場合、ショット配列によってはショット中心の１
点と４角のうちの内側の２点の合計３点の計測データに
より傾斜計測・補正を行うことになる。
【００１８】これにより、ショット中心の計測点がその
周辺を代表する値でない（スクライブラインなどにかか
っている）場合には、最適な傾斜補正が行われないこと
が問題となる。
【００１９】その結果、ショット内で部分的に解像不良
が発生し、これにより、歩留りが低下するという問題が
起こる。
【００２０】本発明の目的は、被処理物を支持するステ
ージの位置計測の高精度化と製品の歩留りの向上を図る
半導体装置の製造方法およびそれに用いる半導体製造装
置を提供することにある。
【００２１】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
【００２２】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
【００２３】すなわち、本発明の半導体装置の製造方法
は、相互に直角を成す３つの方向に移動自在なステージ
と、前記ステージに複数のレーザ光を照射して前記ステ
ージの露光光軸と同じ方向であるＺ方向の位置を計測す
るＺ軸レーザ照射系とを備えた露光装置を準備する工程
と、前記ステージに被処理物である半導体基板を配置す
る工程と、前記Ｚ軸レーザ照射系によって前記ステージ
の前記Ｚ方向の絶対位置を計測し、前記計測の結果に基
づいて前記ステージによって支持された前記半導体基板
の傾斜成分を補正する工程と、前記傾斜成分を補正した
後、前記半導体基板に露光を行う工程と、前記露光後、
前記半導体基板から半導体チップを取得し、この半導体
チップを用いて半導体装置を組み立てる工程とを有する
ものである。
【００２４】また、本発明の半導体製造装置は、被処理
物を支持し、相互に直角を成す３つの方向に移動自在な
ステージと、前記ステージに複数のレーザ光を照射して
前記ステージの露光光軸と同じ方向であるＺ方向の位置
を計測するＺ軸レーザ照射系と、前記Ｚ軸レーザ照射系
を備え、前記ステージを支持するステージ定盤部とを有
し、前記Ｚ軸レーザ照射系によって前記ステージの前記
Ｚ方向の絶対位置を計測し得ることである。
【００２５】したがって、Ｚ軸レーザ照射系が、ステー
ジではなく、ステージを支持するステージ定盤部に設置
されているため、ステージのＺ（チルト）方向の位置を
計測する際に、ステージのＸまたはＹ方向の動作とは別
に独立させてＺ方向の位置を計測できる。
【００２６】これにより、ステージのＺ方向の絶対位置
の計測が可能となり、その結果、ステージのＺ方向の位
置の計測を高精度に行うことができるとともに、ステー
ジの傾斜成分の計測を高精度に行うことができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。
【００２８】図１は本発明の半導体製造装置の実施の形
態の一例であるステッパ（露光装置）の構造を示す構成
概念図、図２は図１に示すステッパに設けられた６軸レ
ーザフィードバック用のＸＹステージの構造の一例を示
す構成概念図、図３は図１に示すステッパに設けられた
自動焦点手段の構造の一例を示す構成概念図、図４は図
１に示すステッパにより自動焦点手段を用いてＺ位置検
出を行った際の露光ショットの照射状態の一例を示した
図であり、（ａ）は半導体基板のショットマトリクス
図、（ｂ）は露光ショットの拡大図、図５は図１に示す
ステッパの制御系の構成の一例を示す制御系構成図、図
６（ａ),（ｂ）は図１に示すステッパを用いた半導体装
置の製造方法の一例を示す要部断面図、図７（ａ),
（ｂ),（ｃ）は図１に示すステッパを用いた半導体装置
の製造方法の一例を示す要部断面図である。
【００２９】図１に示す本実施の形態の半導体製造装置
は、主に、半導体製造工程の露光工程において被処理物
である半導体基板に露光処理を行うステッパとも呼ばれ
る縮小投影露光装置である。
【００３０】図１〜図５を用いて本実施の形態のステッ
パ（半導体製造装置）の概略構成について説明すると、
被処理物である半導体基板１（半導体ウェハともいう）
を支持し、かつ相互に直角を成す３つの方向であるＸ方
向５，Ｙ方向６およびＺ方向７に移動自在なＸＹステー
ジ２（ステージ）と、ＸＹステージ２によって支持され
た半導体基板１にＬＥＤ光３ａ（光）を照射して半導体
基板１の露光光軸４ａと同じ方向であるＺ方向７の位置
を計測する自動焦点機構３（自動焦点手段）と、ＸＹス
テージ２にレーザ光８ａ，９ａを照射してＸＹステージ
２のＸ方向５の位置を計測するＸ軸レーザ照射系８およ
びＹ方向６の位置を計測するＹ軸レーザ照射系９と、Ｘ
Ｙステージ２に３本のレーザ光１０ａを照射してＸＹス
テージ２の露光光軸４ａと同じ方向であるＺ方向７の位
置を計測するＺ軸レーザ照射系１０と、Ｚ軸レーザ照射
系１０を備え、かつＸＹステージ２を支持するステージ
定盤部１１と、自動焦点機構３とＺ軸レーザ照射系１０
とによって計測したＸＹステージ２上の半導体基板１の
Ｚ方向７の位置データを格納するデータ格納部であるハ
ードディスクドライブ（以降、ＨＤＤと略す）１２とに
よって構成され、Ｚ軸レーザ照射系１０によってＸＹス
テージ２のＺ方向７の絶対位置を計測するとともに、半
導体基板１に露光を行う際に、ＨＤＤ１２に格納された
位置データを用いてＸＹステージ２によって支持された
半導体基板１の傾斜成分を補正して露光を行うものであ
る。
【００３１】なお、本実施の形態のステッパにおいて
は、ＸＹステージ２のレーザ光１０ａが照射される半導
体基板１搭載側と反対側の面である裏面２ａがミラー面
（鏡面）に形成され、さらに、ＸＹステージ２のレーザ
光８ａが照射される側面２ｂおよびレーザ光９ａが照射
される側面２ｂもミラー面に形成されている。
【００３２】また、図１に示すように、前記ステッパ
は、恒温クリーンチャンバ１３内に設置されるものであ
る。
【００３３】続いて、前記ステッパの詳細構造について
説明する。
【００３４】前記ステッパは、露光用の露光光４を発す
る光源１４と、露光光４を遮蔽する自動シャッタ１５
と、露光光４の照度の均一化を図る照度均一化レンズ１
６とを備えており、複合レンズを用いている。
【００３５】さらに、前記ステッパには、レチクル１７
ａが配置されるレチクルステージ１７が設けられてい
る。
【００３６】また、ＸＹステージ２の裏面２ａ側には、
図３に示すように、ＸＹステージ２をＺ方向７に駆動さ
せるための駆動系であるＺ軸駆動系１８が３箇所に設置
されている。
【００３７】このＺ軸駆動系１８は、ＸＹステージ２の
裏面２ａに取り付けられた永久磁石１８ａと、ステージ
定盤部１１に埋め込まれて設置された電磁石１８ｂとか
らなり、永久磁石１８ａと電磁石１８ｂの作用により非
接触でＸ方向５およびＹ方向６に移動する構造となって
いる。
【００３８】なお、半導体基板１への露光パターンの投
影は、レチクルステージ１７に載置されたレチクル１７
ａ上のレチクルパターンを縮小レンズ１９によって５分
の１に縮小して行われる（縮小サイズは５分の１に限定
されるもではない）。
【００３９】また、半導体基板１の搬入出については、
基板搬送系２０が設けられ、この基板搬送系２０によっ
て、カセット２１からの半導体基板１の取り出しとＸＹ
ステージ２への搬送、さらに、露光後のＸＹステージ２
からのカセット２１への半導体基板１の収容が行われ
る。
【００４０】これらにより、本実施の形態のステッパ
は、図６に示すように、レジスト膜１００３が塗布され
た半導体基板１を基板搬送系２０によってＸＹステージ
２上に移載し、レチクルステージ１７上にセットしたレ
チクル１７ａの露光パターンを光源１４からの露光光４
によって縮小レンズ１９を通してＸＹステージ２上の半
導体基板１に投影してパターニングするものである。
【００４１】次に、図２に示すＸＹステージ２の６軸レ
ーザフィードバック制御について説明する。
【００４２】本実施の形態のステッパには、Ｈｅ−Ｎｅ
レーザなどを用いてＸＹステージ２の３つの方向（Ｘ方
向５、Ｙ方向６およびＺ方向７）の位置を計測して検出
するＸ軸レーザ照射系８、Ｙ軸レーザ照射系９およびＺ
軸レーザ照射系１０が設けられている。
【００４３】ここで、Ｘ軸レーザ照射系８は、１軸のレ
ーザ照射系であり、レーザ光８ａを発する１つのレーザ
光源８ｂと１つの受光器８ｃとが設けられ、また、Ｙ軸
レーザ照射系９は、２軸のレーザ照射系であり、レーザ
光９ａを発する２つのレーザ光源９ｂと２つの受光器９
ｃとが設けられ、さらに、Ｚ軸レーザ照射系１０は、３
軸のレーザ照射系であり、レーザ光１０ａを発する３つ
のレーザ光源１０ｂと３つの受光器１０ｃとが設けられ
ている。
【００４４】なお、ＸＹステージ２の６面のうちレーザ
光８ａ，９ａおよび１０ａが照射される３面（裏面２ａ
と２つの側面２ｂ）は、ミラー面として形成されてい
る。
【００４５】これにより、ＸＹステージ２は、それぞれ
前記３つのミラー面において、入射したレーザ光８ａ，
９ａ，１０ａを反射する構造となっており、この反射光
と参照光とにより生じる干渉光をそれぞれの受光器８
ｃ，９ｃ，１０ｃによって検出し、ＸＹステージ２の前
記３つのミラー面の位置の計測を行うことができる。
【００４６】また、図３は、図２に示す６軸レーザフィ
ードバック制御を用いた自動焦点機構３（自動焦点手
段）の構成を説明したものである。
【００４７】なお、図３に示すＺ軸駆動系１８は、ＸＹ
ステージ２の３箇所に設けられたＺ方向７の駆動系であ
り、ＸＹステージ２のＺ方向７の駆動とチルト（傾斜）
の駆動とが可能な構造となっている。
【００４８】さらに、ステージ定盤部１１には、その内
部にＺ軸レーザ照射系１０が設置されている。
【００４９】ここで、自動焦点機構３は、縮小レンズ１
９と半導体基板１の表面１ａ（回路形成面）との距離を
計測するものであり、光オートフォーカスを使用してい
る。これは、半導体基板１の表面１ａに対して斜めにＬ
ＥＤ光３ａを入射し、半導体基板１の表面１ａで反射さ
せ、その反射光をフォトセンサ３ｂによって検出するこ
とにより、縮小レンズ１９と半導体基板１の表面１ａと
の距離の計測を行うものである。
【００５０】また、図４は、自動焦点機構３を用いてＺ
位置検出を行った際の露光ショットの照射状態を示した
ものであり、図４（ａ）は、半導体基板１の外周部に配
置されたチップ領域である露光チップ１ｂに露光ショッ
トを照射した状態を示すものである。
【００５１】その際、図３に示すＬＥＤ光３ａは、図４
（ｂ）に示すように、露光しようとするショット（レン
ズ中心）１点（ｃｈ３）とこれの周囲の１５×１５ｍｍ
の四角形の４角（ｃｈ１，ｃｈ２，ｃｈ４，ｃｈ５の４
点）とに照射されるようになっており、この５点での計
測が同時に行える構造となっている。このうち、前記４
角に照射されるＬＥＤ光３ａについては、前記レンズ中
心を原点として、Ｘ方向５、Ｙ方向６に対してそれぞれ
対象な位置に配置されている。
【００５２】なお、前記光オートフォーカスは、前記５
点で計測されており、この計測データに基づいて半導体
基板１の傾斜補正が行われる。
【００５３】図５は、図１に示すステッパにおけるＺ軸
レーザ照射系１０、Ｚ軸駆動系１８および自動焦点機構
３のＺ方向７（ＸＹステージ２の高さ方向）の制御系の
構成を示すものであり、一連のＺ方向７の駆動制御を行
っているのが、Ｚ軸ＣＰＵ（Central Processing Unit)
２２である。
【００５４】さらに、自動焦点機構３の受光側のフォト
センサ３ｂにより検出された電流データ（位置計測デー
タ）は、電流・電圧変換２３、増幅・演算・Ａ／Ｄ変換
２４を経て位置計測データとしてＺ軸ＣＰＵ２２に入力
される。
【００５５】また、Ｚ軸レーザ照射系１０の受光器１０
ｃによって得られた出力データは、Ｚ軸ポジション計測
２５を介してＺ軸ＣＰＵ２２に送られる。なお、Ｚ軸Ｃ
ＰＵ２２からは、必要に応じてＺ（チルト）駆動指令が
出され、その命令は、Ｚ軸ポジション計測２５とＺ（チ
ルト）軸駆動電圧制御２６を介してＺ軸駆動系１８に反
映される。
【００５６】さらに、メインＣＰＵ２７は、ＸＹステー
ジＣＰＵ２８やＺ軸ＣＰＵ２２などの制御を行うもので
ある。
【００５７】次に、本実施の形態の半導体装置の製造方
法について説明する。
【００５８】ここでは、図１に示すステッパによる露光
方法を含めた半導体装置の製造方法について説明する。
【００５９】なお、図６および図７は、フォトリソグラ
フィによって加工を施す工程の一例として、ベース基板
であるシリコン基板１００１の主面に堆積（デポジショ
ン）されたＳｉＯ2 （二酸化珪素）膜１００２に微細な
孔であるコンタクトホール１００２ａを形成する場合を
簡単に示したものである。
【００６０】まず、ベース基板であるシリコン基板１０
０１上にＳｉＯ2 膜１００２（酸化膜）を形成し、その
後、ＳｉＯ2 膜１００２の上にレジスト膜１００３を形
成して半導体基板１を準備する。
【００６１】つまり、本実施の形態のフォトリソグラフ
ィ加工では、図６（ａ）に示すように、シリコン基板１
００１の主面上にＳｉＯ2 膜１００２を堆積し、さら
に、ＳｉＯ2 膜１００２上にレジスト膜１００３を塗布
（形成）した半導体基板１を準備する。
【００６２】一方、図１に示すステッパを準備する。
【００６３】すなわち、相互に直角を成す３つの方向
（Ｘ方向５、Ｙ方向６およびＺ方向７）に移動自在なＸ
Ｙステージ２（ステージ）によって支持された半導体基
板１の露光光軸４ａと同じ方向であるＺ方向７の位置を
計測する自動焦点機構３（自動焦点手段）と、ＸＹステ
ージ２にＺ方向７に平行な３本のレーザ光１０ａを照射
してＸＹステージ２のＺ方向７の位置を計測するＺ軸レ
ーザ照射系１０とを備えた縮小投影露光装置である図１
に示すステッパを準備する。
【００６４】続いて、前記ステッパにおいて、図６
（ａ）に示す状態の半導体基板１を基板搬送系２０によ
ってカセット２１から取り出して搬送し、前記ステッパ
のＸＹステージ２上の所定箇所に半導体基板１を配置す
る。
【００６５】ここでは、図３に示すように、半導体基板
１をＸＹステージ２の基板チャック２９によって支持す
る。
【００６６】その後、自動焦点機構３（自動焦点手段）
とＺ軸レーザ照射系１０とによってＸＹステージ２上の
半導体基板１のＺ方向７の位置を計測し、これによって
得られた位置データをステッパのＨＤＤ１２（データ格
納部）に格納する。
【００６７】ここでは、まず、ＸＹステージ２をステッ
プ送りまたはスキャン送りしながら移動させる。この
際、各露光ショットでの光オートフォーカスの位置デー
タを自動焦点機構３により計測する。さらに、これと同
時に、Ｚ軸レーザ照射系１０によってステップ送りまた
はスキャン送り時のＸＹステージ２の絶対位置を計測す
る（実際には、ＸＹステージ２の上下動を計測する）。
【００６８】つまり、ＸＹステージ２のミラー面に形成
された裏面２ａと２つの側面２ｂとにレーザ光８ａ，９
ａ，１０ａをそれぞれ照射して、これらの干渉光を検出
してＸＹステージ２の上下動量を算出する。
【００６９】これにより、前記光オートフォーカス（自
動焦点機構３）の位置データからＺ軸レーザ照射系１０
による絶対位置データ（ＸＹステージ２の上下動量）を
差し引くことにより、半導体基板１自体の段差形状を高
精度に把握することができる。
【００７０】その結果、この半導体基板１自体の段差形
状を表す曲面補正データ（位置データ）をステッパが有
するＨＤＤ１２（データ格納部）に格納する。
【００７１】その際、半導体基板１の段差形状における
波形のうち高波の周波数成分については、フーリエ変換
などの手法によって、予め、除去しておく。
【００７２】その後、ＨＤＤ１２に格納された前記曲面
補正データ（位置データ）を用いてＸＹステージ２によ
って支持された半導体基板１の傾斜成分を補正する。
【００７３】ここでは、露光しようとする半導体基板１
のマトリクス（図４（ａ）参照）と、半導体基板１の前
記曲面補正データとから各露光ショットにおける傾斜補
正量を予め算出しておく。
【００７４】すなわち、Ｚ軸レーザ照射系１０によって
ＸＹステージ２の上下動成分と傾斜傾斜成分の計測を行
い、この計測結果と予め算出しておいた傾斜補正量とに
基づいて、３箇所のＺ軸駆動系１８の移動量を求め、こ
れにより、露光に最適な補正を行うことができる。
【００７５】特に、半導体基板１のチップ領域の外周部
で発生する解像不良の低減を図ることができる。
【００７６】前記傾斜成分を補正した後、露光パターン
を半導体基板１のレジスト膜１００３に露光する。
【００７７】ここでは、半導体基板１に露光する露光パ
ターンに対応したマスクパターンが形成されたレチクル
１７ａに光源１４から放射された露光光４を照射するこ
とにより、前記露光パターンを半導体基板１のレジスト
膜１００３に露光する。
【００７８】つまり、図６（ｂ）に示すように、露光光
４をシリコン基板１００１の主面のレジスト膜１００３
に照射することにより露光処理を行う。
【００７９】この際、レチクル１７ａ（図１参照）を通
過することにより、露光光軸４ａに垂直な平面内におけ
る照射分布がマスクパターンに応じて形成された露光光
４がレジスト膜１００３に照射される。ここでは、直径
ΔＷの開口孔形成領域１００３ｂには露光光４は照射さ
れない。
【００８０】本実施の形態では、レジスト膜１００３は
ネガ形のものである。
【００８１】なお、必要に応じて自動焦点機構３（光オ
ートフォーカス）による確認、傾斜補正を露光ショット
ごとに行う。
【００８２】前記露光パターンの露光終了後、レジスト
膜１００３の現像を行う。
【００８３】これにより、露光光４が照射されなかった
直径ΔＷの開口孔形成領域１００３ｂのみが現像液に溶
けて除去され、図７（ａ）に示すように、そこに開口孔
１００３ａが形成される。
【００８４】続いて、酸化膜であるＳｉＯ2 膜１００２
のエッチングを行う。
【００８５】つまり、図７（ａ）に示すレジスト膜１０
０３の開口孔１００３ａから露出したＳｉＯ2 膜１００
２をエッチングによって除去し、これにより、図７
（ｂ）に示すように、ＳｉＯ2 膜１００２にコンタクト
ホール１００２ａを形成する。
【００８６】さらに、アッシングなどによってレジスト
膜１００３を除去する。これにより、図７（ｃ）に示す
ように、露光パターンである直径ΔＷのコンタクトホー
ル１００２ａを有するＳｉＯ2 膜１００２をシリコン基
板１００１上に形成したことになる。
【００８７】その後、同様の露光方法を繰り返して、半
導体基板１の各チップ領域に所望の回路パターンを形成
し、これにより、各チップ領域に所望の半導体集積回路
を形成する。
【００８８】続いて、ダイシングによって半導体基板１
から各々の半導体チップを取得し、この半導体チップを
用いてダイボンディング、ワイヤボンディングおよび封
止などを行って所望の半導体装置を組み立てる。
【００８９】なお、ワイヤボンディングや封止の種類に
ついては、半導体装置のタイプに応じて変更可能なもの
である。
【００９０】本実施の形態の半導体装置の製造方法およ
びそれに用いる半導体製造装置（ステッパ）によれば、
以下のような作用効果が得られる。
【００９１】すなわち、半導体装置の製造工程の露光工
程において、ＸＹステージ２にレーザ光１０ａを照射し
てＸＹステージ２のＺ方向７の位置を計測するＺ軸レー
ザ照射系１０と、Ｚ軸レーザ照射系１０を備えかつＸＹ
ステージ２を支持するステージ定盤部１１とを有するス
テッパ（半導体製造装置）を用いることにより、Ｚ軸レ
ーザ照射系１０がＸＹステージ２ではなく、ＸＹステー
ジ２を支持するステージ定盤部１１に設置されているた
め、ＸＹステージ２のＺ（チルト）方向７の位置を計測
する際に、ＸＹステージ２のＸ方向５またはＹ方向６の
動作とは別に独立させてＺ方向７の位置を計測できる。
【００９２】これにより、ＸＹステージ２のＺ方向７の
絶対位置の計測が可能となる。
【００９３】その結果、ＸＹステージ２のＺ方向の位置
の計測を高精度に行うことができる。
【００９４】すなわち、ＸＹステージ２をＸ方向５およ
びＹ方向６に移動させた際のＸＹステージ２のＺ方向７
の上下動量を高精度に算出できる。
【００９５】これにより、ＸＹステージ２の傾斜成分の
計測を高精度に行うことが可能になる。
【００９６】また、露光工程において前記ステッパを用
いることにより、露光ショットの傾斜補正に適用するこ
とができるため、これにより、解像不良品を低減させる
ことができる。
【００９７】その結果、製品である半導体装置の歩留り
を向上できる。
【００９８】また、前記ステッパが、ＸＹステージ２上
の半導体基板１にＬＥＤ光３ａ（光）を照射して半導体
基板１のＺ方向７の位置を計測する自動焦点機構３（自
動焦点手段）と、ＸＹステージ２にＺ方向７に平行な３
本のレーザ光１０ａを照射してＸＹステージ２のＺ方向
７の位置を計測するＺ軸レーザ照射系１０と、Ｚ軸レー
ザ照射系１０を備えかつＸＹステージ２を支持するステ
ージ定盤部１１とを有することにより、３軸のＺ軸レー
ザ照射系１０によってＸＹステージ２上の半導体基板１
のＺ方向７の絶対位置を高精度に計測することができ、
その結果、高精度な曲面補正データ（半導体基板１の段
差形状のデータでもあるＺ方向７の位置データ）を取得
できる。
【００９９】さらに、この曲面補正データをデータ格納
部であるＨＤＤ１２に格納しておくことにより、露光前
にこの曲面補正データに基づいてＸＹステージ２の所望
領域を所望の傾きに制御することができる。
【０１００】以上、本発明者によってなされた発明を発
明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は
前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言う
までもない。
【０１０１】例えば、実施の形態で説明した半導体製造
装置であるステッパにおいては、データ格納部としてＨ
ＤＤ１２の場合を説明したが、前記データ格納部は、フ
ロッピーディスクドライブなどであってもよく、データ
を格納可能な部材であればよい。
【０１０２】また、前記半導体製造装置は、ステッパに
限定されるものではなく、ステッパ以外の露光装置であ
ってもよく、また、半導体基板を支持し、かつチルト
（傾斜）制御が必要なステージを有する製造装置であれ
ば、露光装置以外の半導体製造装置であってもよい。
【０１０３】さらに、前記ステージのＺ方向の位置を計
測するＺ軸レーザ照射系において照射するレーザ光の本
数は、３本以外の複数本であってもよい。
【０１０４】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以
下のとおりである。
【０１０５】（１）．半導体装置の製造工程において、
ステージのＺ方向の位置を計測するＺ軸レーザ照射系
と、このＺ軸レーザ照射系を備えかつステージを支持す
るステージ定盤部とを有する半導体製造装置を用いるこ
とにより、Ｚ軸レーザ照射系がステージではなく、ステ
ージを支持するステージ定盤部に設置されているため、
ステージのＸまたはＹ方向の動作とは別に独立させてＺ
（チルト）方向の位置を計測できる。これにより、ステ
ージのＺ方向の絶対位置の計測が可能となり、その結
果、ステージのＺ方向の位置の計測を高精度に行うこと
ができるとともに、ステージの傾斜成分の計測を高精度
に行うことができる。
【０１０６】（２）．（１）により、露光工程において
前記半導体製造装置としてステッパを用いることによ
り、露光ショットの傾斜補正に適用することができ、こ
れにより、解像不良品を低減させることができる。その
結果、製品の歩留りを向上できる。
【０１０７】（３）．半導体製造装置が、ステージ上の
半導体基板のＺ方向の位置を計測する自動焦点手段と、
ステージに３本のレーザ光を照射してステージのＺ方向
の位置を計測するＺ軸レーザ照射系と、Ｚ軸レーザ照射
系を備えかつステージを支持するステージ定盤部とを有
することにより、３軸のＺ軸レーザ照射系によってステ
ージ上の半導体基板のＺ方向の絶対位置を高精度に計測
することができ、その結果、高精度な曲面補正データ
（Ｚ方向の位置データ）を取得できる。
【０１０８】（４）．この曲面補正データを半導体製造
装置のデータ格納部に格納しておくことにより、露光前
にこの曲面補正データに基づいてステージの所望領域を
所望の傾きに制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体製造装置の実施の形態の一例で
あるステッパ（露光装置）の構造を示す構成概念図であ
る。
【図２】図１に示すステッパに設けられた６軸レーザフ
ィードバック用のＸＹステージの構造の一例を示す構成
概念図である。
【図３】図１に示すステッパに設けられた自動焦点手段
の構造の一例を示す構成概念図である。
【図４】（ａ),（ｂ）は図１に示すステッパにより自動
焦点手段を用いてＺ位置検出を行った際の露光ショット
の照射状態の一例を示した図であり、（ａ）は半導体基
板のショットマトリクス図、（ｂ）は露光ショットの拡
大図である。
【図５】図１に示すステッパの制御系の構成の一例を示
す制御系構成図である。
【図６】（ａ),（ｂ）は図１に示すステッパを用いた半
導体装置の製造方法の一例を示す要部断面図である。
【図７】（ａ),（ｂ),（ｃ）は図１に示すステッパを用
いた半導体装置の製造方法の一例を示す要部断面図であ
る。
【符号の説明】
１ 半導体基板（被処理物） １ａ 表面 １ｂ 露光チップ ２ ＸＹステージ（ステージ） ２ａ 裏面 ２ｂ 側面 ３ 自動焦点機構（自動焦点手段） ３ａ ＬＥＤ光（光） ３ｂ フォトセンサ ４ 露光光 ４ａ 露光光軸 ５ Ｘ方向 ６ Ｙ方向 ７ Ｚ方向 ８ Ｘ軸レーザ照射系 ８ａ レーザ光 ８ｂ レーザ光源 ８ｃ 受光器 ９ Ｙ軸レーザ照射系 ９ａ レーザ光 ９ｂ レーザ光源 ９ｃ 受光器 １０ Ｚ軸レーザ照射系 １０ａ レーザ光 １０ｂ レーザ光源 １０ｃ 受光器 １１ ステージ定盤部 １２ ＨＤＤ（データ格納部） １３ 恒温クリーンチャンバ １４ 光源 １５ 自動シャッタ １６ 照度均一化レンズ １７ レチクルステージ １７ａ レチクル １８ Ｚ軸駆動系 １８ａ 永久磁石 １８ｂ 電磁石 １９ 縮小レンズ ２０ 基板搬送系 ２１ カセット ２２ Ｚ軸ＣＰＵ ２３ 電流・電圧変換 ２４ 増幅・演算・Ａ／Ｄ変換 ２５ Ｚ軸ポジション計測 ２６ Ｚ軸駆動電圧制御 ２７ メインＣＰＵ ２８ ＸＹステージＣＰＵ ２９ 基板チャック １００１ シリコン基板（ベース基板） １００２ ＳｉＯ2 膜（酸化膜） １００２ａ コンタクトホール １００３ レジスト膜 １００３ａ 開口孔 １００３ｂ 開口孔形成領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 米山 清幸 東京都小平市上水本町五丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業本部内 (72)発明者 前山 純 東京都小平市上水本町五丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業本部内 Ｆターム(参考） 5F046 BA04 CC01 CC03 CC05 CC16 CC18 CD01 CD04 DA05 DA14 DB05 DC12 DD03

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 相互に直角を成す３つの方向に移動自在
    なステージと、前記ステージに複数のレーザ光を照射し
    て前記ステージの露光光軸と同じ方向であるＺ方向の位
    置を計測するＺ軸レーザ照射系とを備えた露光装置を準
    備する工程と、 前記ステージに被処理物である半導体基板を配置する工
    程と、 前記Ｚ軸レーザ照射系によって前記ステージの前記Ｚ方
    向の絶対位置を計測し、前記計測の結果に基づいて前記
    ステージによって支持された前記半導体基板の傾斜成分
    を補正する工程と、 前記傾斜成分を補正した後、前記半導体基板に露光を行
    う工程と、 前記露光後、前記半導体基板から半導体チップを取得
    し、この半導体チップを用いて半導体装置を組み立てる
    工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  2. 【請求項２】 相互に直角を成す３つの方向に移動自在
    なステージによって支持された半導体基板の露光光軸と
    同じ方向であるＺ方向の位置を計測する自動焦点手段
    と、前記ステージに３本のレーザ光を照射して前記ステ
    ージの前記Ｚ方向の位置を計測するＺ軸レーザ照射系と
    を備えた露光装置を準備する工程と、 前記ステージに被処理物である半導体基板を配置する工
    程と、 前記自動焦点手段と前記Ｚ軸レーザ照射系とによって前
    記ステージ上の前記半導体基板の前記Ｚ方向の位置を計
    測し、これによって得られた位置データを前記露光装置
    のデータ格納部に格納する工程と、 前記データ格納部に格納された位置データを用いて前記
    ステージによって支持された前記半導体基板の傾斜成分
    を補正する工程と、 前記傾斜成分を補正した後、前記半導体基板に露光を行
    う工程と、 前記露光後、前記半導体基板から半導体チップを取得
    し、この半導体チップを用いて半導体装置を組み立てる
    工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  3. 【請求項３】 ベース基板上に酸化膜を形成し、その
    後、前記酸化膜上にレジスト膜を形成して半導体基板を
    準備する工程と、 相互に直角を成す３つの方向に移動自在なステージによ
    って支持された半導体基板の露光光軸と同じ方向である
    Ｚ方向の位置を計測する自動焦点手段と、前記ステージ
    に３本のレーザ光を照射して前記ステージの前記Ｚ方向
    の位置を計測するＺ軸レーザ照射系とを備えた露光装置
    を準備する工程と、 前記ステージに被処理物である半導体基板を配置する工
    程と、 前記自動焦点手段と前記Ｚ軸レーザ照射系とによって前
    記ステージ上の前記半導体基板の前記Ｚ方向の位置を計
    測し、前記計測によって得られた位置データを前記露光
    装置のデータ格納部に格納する工程と、 前記データ格納部に格納された位置データを用いて前記
    ステージによって支持された前記半導体基板の傾斜成分
    を補正する工程と、 前記傾斜成分を補正した後、露光パターンを前記半導体
    基板の前記レジスト膜に露光する工程と、 露光後、前記レジスト膜の現像と前記酸化膜のエッチン
    グとレジスト膜除去とを行って前記酸化膜に前記露光パ
    ターンを形成する工程と、 前記半導体基板から半導体チップを取得し、この半導体
    チップを用いて半導体装置を組み立てる工程とを有する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項４】 請求項１，２または３記載の半導体装置
    の製造方法であって、前記ステージの半導体基板搭載側
    と反対側の面をミラー面に形成することを特徴とする半
    導体装置の製造方法。
  5. 【請求項５】 被処理物を支持し、相互に直角を成す３
    つの方向に移動自在なステージと、 前記ステージに複数のレーザ光を照射して前記ステージ
    の露光光軸と同じ方向であるＺ方向の位置を計測するＺ
    軸レーザ照射系と、 前記Ｚ軸レーザ照射系を備え、前記ステージを支持する
    ステージ定盤部とを有し、 前記Ｚ軸レーザ照射系によって前記ステージの前記Ｚ方
    向の絶対位置を計測し得ることを特徴とする半導体製造
    装置。
  6. 【請求項６】 被処理物を支持し、相互に直角を成す３
    つの方向であるＸ，ＹおよびＺ方向に移動自在なステー
    ジと、 前記ステージにレーザ光を照射して前記ステージの前記
    Ｘ方向の位置を計測するＸ軸レーザ照射系および前記Ｙ
    方向の位置を計測するＹ軸レーザ照射系と、 前記ステージに３本のレーザ光を照射して前記ステージ
    の露光光軸と同じ方向である前記Ｚ方向の位置を計測す
    るＺ軸レーザ照射系と、 前記Ｚ軸レーザ照射系を備え、前記ステージを支持する
    ステージ定盤部とを有し、 前記Ｚ軸レーザ照射系によって前記ステージの前記Ｚ方
    向の絶対位置を計測し得ることを特徴とする半導体製造
    装置。
  7. 【請求項７】 被処理物である半導体基板に露光を行う
    半導体製造装置であって、 前記半導体基板を支持し、相互に直角を成す３つの方向
    に移動自在なステージと、 前記ステージによって支持された前記半導体基板に光を
    照射して前記半導体基板の露光光軸と同じ方向であるＺ
    方向の位置を計測する自動焦点手段と、 前記ステージに３本のレーザ光を照射して前記ステージ
    の前記Ｚ方向の位置を計測するＺ軸レーザ照射系と、 前記Ｚ軸レーザ照射系を備え、前記ステージを支持する
    ステージ定盤部と、 前記自動焦点手段と前記Ｚ軸レーザ照射系とによって計
    測した前記ステージ上の前記半導体基板の前記Ｚ方向の
    位置データを格納するデータ格納部とを有し、 前記半導体基板に露光を行う際に、前記データ格納部に
    格納された前記位置データを用いて前記ステージによっ
    て支持された前記半導体基板の傾斜成分を補正して露光
    を行うことを特徴とする半導体製造装置。
  8. 【請求項８】 請求項５，６または７記載の半導体製造
    装置であって、前記ステージの半導体基板搭載側と反対
    側の面がミラー面であることを特徴とする半導体製造装
    置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007306013A (ja) * 2007-06-15 2007-11-22 Toshiba Corp 自動焦点合わせ装置
JP2009135548A (ja) * 2003-08-29 2009-06-18 Nikon Corp 露光装置及びデバイス製造方法
JP2014194521A (ja) * 2013-02-28 2014-10-09 Nuflare Technology Inc 試料支持装置

Cited By (4)

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JP2009135548A (ja) * 2003-08-29 2009-06-18 Nikon Corp 露光装置及びデバイス製造方法
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