JP2005251781A

JP2005251781A - 半導体製造装置及び半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2005251781A
Application number: JP2004055977A
Authority: JP
Inventors: Shunei Sato; 俊英佐藤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-03-01
Filing date: 2004-03-01
Publication date: 2005-09-15

Abstract

【課題】生産露光装置における光学系のより正確な熱変形量を得ることができ、信頼性や歩留まりがいっそう向上する半導体製造装置及び半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】恒温チャンバー１０内において、照明系１１、フォトマスクとしてのレチクル１２を保持するレチクルステージ１３が配備され、さらに、投影光学系１４、ウェハステージ機構１６、アライメント機構１７が配備されている。露光光が投影光学系１４を通過する前及び通過した後の位置に被温度測定部材１８１，１８２がそれぞれ設けられている。温度計測機構１９は、被温度測定部材１８１，１８２それぞれの温度を測定する。演算制御機構２０は、温度計測機構１９で計測された温度差から投影光学系１４の熱吸収量を求める。レンズ間距離駆動制御機構２１は、温度計測機構１９の計測結果から演算制御機構２０を介して光学配置を補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の製造に係り、特に露光装置における光学系の熱吸収量の測定を可能とした半導体製造装置及びこれを利用する半導体装置の製造方法に関する。

露光装置は、レチクル等のマスクパターンを照明光（露光光）で照射し、半導体ウェハ等の感光基板上に結像させる。これにより、ＬＳＩ製造に必要なパターンを半導体ウェハに転写する。ＬＳＩ製造に必要なパターンは微細化される一方である。これに伴い、露光装置の投影光学系の精度維持にも様々な補正方法が用いられている。

露光装置において、投影光学系が照明光の熱を吸収し、結像特性が変動することは周知である。このため、投影光学系に蓄積される露光光の熱エネルギーを計算し、結像特性の変動量との相関関係により投影光学系のレンズ間圧力を調整する技術がある。また、レチクルのマスクパターンも熱により膨張するため、結像すべきパターン像が変形する。対策として、実際に露光する際のＮＡとは異なった投影光学系のレンズＮＡ（開口数）と照明系ＮＡを用いてマスクパターンの存在率をより正確に求める。求められたマスクパターンの存在率から照明光の吸収によるマスクの熱変形量を演算する。さらにマスクの熱変形量とマスクパターンの基板への結像状態の変化量との相関を演算により求め、結像状態の補正に利用する（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−３２１４５９号公報（６〜８頁、図１〜４）

上述したように、マスクの熱変形量を演算によって求める手法は、２つのＮＡを工夫するとはいえ、必ずしも実際の熱吸収量に則しているとはいえないと考えられる。このため、実際の熱変形量とは異なる値が得られる可能性がある。

本発明は上記のような事情を考慮してなされたもので、露光装置における光学系のより正確な熱変形量を得ることができ、信頼性や歩留まりがいっそう向上する半導体製造装置及び半導体装置の製造方法を提供しようとするものである。

本発明に係る半導体製造装置は、露光光を発しフォトマスクに導く照明光学系と、前記露光光が照射され前記フォトマスクのパターン像を基板上の感光性被覆層に投影する投影光学系と、前記感光性被覆層が設けられた基板を保持し移動制御させるステージ機構と、少なくとも前記露光光が前記投影光学系を通過する前及び通過した後の位置に設けられた被温度測定部材と、前記被温度測定部材それぞれの温度差を算出する温度計測機構と、前記温度計測機構に応じて前記投影光学系の光学配置を補正する補正機構と、を含む。

上記本発明に係る半導体製造装置によれば、被温度測定部材の温度差から投影光学系の熱吸収量を導き出す。被温度測定部材の温度差の変化を常に監視することもできる。被温度測定部材の温度測定は接触型または非接触型どちらでもよい。得られる熱吸収量が実際に則したものであるため、光学系のより正確な熱変形量を得ることができる。

なお、上記本発明に係る半導体製造装置において、それぞれ次のようないずれかの構成を有することによって、光学系の熱変形量が求められ易く、好ましい。
前記被温度測定部材は、前記フォトマスクと前記投影光学系の間、及び前記投影光学系と前記基板の間の所定位置にそれぞれ設けられている。
前記被温度測定部材は、前記照明光学系と前記フォトマスクの間、前記フォトマスクと前記投影光学系の間、及び前記投影光学系と前記基板の間の所定位置にそれぞれ設けられている。
前記被温度測定部材は、前記フォトマスクまたは前記投影光学系と同等の材質でなる。

本発明に係る半導体製造装置は、露光光を発しフォトマスクに導く第１照明光学系と、前記露光光が照射され前記フォトマスクのパターン像を基板上の感光性被覆層に投影する投影光学系と、前記感光性被覆層が設けられた基板を保持し移動制御させるステージ機構と、少なくとも前記露光光が通過する前記投影光学系と前記基板の間の位置に設けられた光透過部材と、前記露光光とは異なる検出光を発し、少なくとも前記光透過部材を介して前記基板側に導く第２照明光学系と、前記検出光に関し前記光透過部材を通過する前と後での位相差を検出する位相差検出機構と、前記位相差検出機構で算出される光路の変化から前記光透過部材の熱膨張率を求め前記投影光学系の熱吸収量を導き出す演算制御機構と、前記演算制御機構に応じて前記投影光学系の光学配置を補正する補正機構と、を含む。

上記本発明に係る半導体製造装置によれば、所定部に光透過部材を配し、露光光とは異なる、露光に影響しない検出光を通過させる。これにより、露光光の照射により熱膨張した光透過部材に対し、検出光の通過前と後での位相差を検出する。検出光は位相差検出のための適度な波長を有する必要がある。位相差検出の変化から光路変化を伴う光透過部材の変位量（熱膨張量）を求め、投影光学系の熱吸収量を導き出す。定期的に監視することで、得られる熱吸収量が実際に則したものであるため、光学系のより正確な熱変形量を得ることができる。
なお、上記本発明に係る半導体製造装置において、前記光透過部材は、前記フォトマスクまたは前記投影光学系と同等の材質となっていれば、光学系の熱変形量が求められ易く、好ましい。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、フォトマスクを照明し、投影光学系により前記フォトマスクのパターンを基板上の感光性被覆層に投影露光する露光工程を有する半導体装置の製造方法において、少なくとも前記露光光が前記投影光学系を通過する前及び通過した後の光路上にそれぞれ被温度測定部材が設けられ、前記露光工程の繰り返し間に、該被温度測定部材を用いて温度差を算出し、前記投影光学系の熱吸収量を求めて前記投影光学系の光学配置の補正に反映させる。

上記本発明に係る半導体製造装置によれば、被温度測定部材の温度差から投影光学系の熱吸収量を導き出す。被温度測定部材の温度差の変化を常に監視することもできる。露光工程の繰り返し間に、投影光学系の熱吸収量に応じて投影光学系の光学配置の補正をするようにする。実際に則したものであるため、光学系のより正確な熱変形量に対する補正が実現できる。
なお、前記被温度測定部材を前記フォトマスクの前段に設けて温度差を算出し、前記フォトマスク及び前記投影光学系の熱吸収量を求めて前記投影光学系の光学配置の補正に反映させることもできる。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、フォトマスクを照明し、投影光学系により前記フォトマスクのパターンを基板上の感光性被覆層に投影露光する露光工程を有する半導体装置の製造方法において、少なくとも前記露光光が前記投影光学系を通過した後の光路上に光透過部材が設けられ、前記露光工程の繰り返し間に、前記露光光とは異なる検出光を通過させ、前記検出光の通過前後の位相差から前記光透過部材の熱膨張率を算出し、前記投影光学系の熱吸収量に換算して前記投影光学系の光学配置の補正に反映させる。

上記本発明に係る半導体製造装置によれば、所定部に光透過部材を配し、露光工程の繰り返し間において、露光光とは異なる、露光に影響しない検出光を通過させる。これにより、露光光の照射により熱膨張した光透過部材に対し、検出光の通過前と後での位相差を検出する。検出光は位相差検出のための適度な波長を有する必要がある。位相差検出の変化から光路変化を伴う光透過部材の変位量（熱膨張量）を求め、投影光学系の熱吸収量を導き出す。定期的に監視することで、得られる熱吸収量が実際に則したものであるため、光学系のより正確な熱変形量を得ることができる。

発明を実施するための形態

図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体製造装置で、露光装置の要部を示す構成図である。恒温チャンバー１０内において、露光光を発しフォトマスクに導く照明光学系１１が併設されている。また、フォトマスクとしてのレチクル１２を保持して位置決めするレチクルステージ１３が配備されている。投影光学系１４は、露光光が照射されレチクル１２のパターン像を半導体基板１５上の感光性被覆層に投影する。ウェハステージ機構１６は、半導体基板１５を保持し、かつ移動制御する。また、アライメント機構１７は、レチクル１２の位置合わせ処理や露光領域の重ね合わせ処理の精度を得るために利用される。

恒温チャンバー１０内にはさらに、露光光が投影光学系１４を通過する前及び通過した後の位置に被温度測定部材１８１，１８２が設けられている。この例では、被温度測定部材１８１は、レチクル１２と投影光学系１４の間、被温度測定部材１８２は、投影光学系１４と基板１５の間に配備されている。被温度測定部材１８１，１８２は、例えば平面ガラス板で、投影光学系１４を構成するレンズと同等の材質を有することが好ましい。また、厚さも投影光学系１４中一つのレンズの厚さとして換算し易い厚さが好ましい。温度計測機構１９は、被温度測定部材１８１，１８２それぞれの温度を測定する。その温度測定方法は、接触型または非接触型どちらでもよい。非接触型は、例えば熱の放射を測定する放射温度計等が考えられる。演算制御機構２０は、温度計測機構１９で計測された温度差から投影光学系１４の熱吸収量を求める。

レンズ間距離駆動制御機構２１は、投影光学系の光学配置を補正する補正機構の一つである。レンズ間距離駆動制御機構２１は、上記温度計測機構１９の計測結果から演算制御機構２０を介して光学配置を補正する。温度計測機構１９は、常にまたは所定期間内に被温度測定部材１８１，１８２の温度差の計測を更新している。これにより、レンズ間距離駆動制御機構２１は、現状に一番近い投影光学系１４の熱吸収量から、熱膨張した各レンズの間隔を適切に調整する。これにより、光学系のより正確な熱変形量を得ることができ、それに応じた光学系の補正が可能となる。

すなわち、半導体装置の製造方法における露光工程において、露光工程の繰り返し間に、被温度測定部材１８１，１８２を用いて温度差を算出し、投影光学系１４の熱吸収量を求める。これに応じて投影光学系１４の光学配置の補正に反映させることで、常に良好な結像状態を得ることができ、信頼性、歩留まり改善に寄与する。

図２は、本発明の第２実施形態に係る半導体製造装置で、露光装置の要部を示す構成図である。前記第１実施形態に比べて被温度測定部材１８３が追加されている。その他の構成は第１実施形態と同様であるため、図１と同一の符号を付し、異なっている点のみを説明する。
前記第１実施形態では、被温度測定部材１８１，１８２は、露光光が投影光学系１４を通過する前及び通過した後の位置にそれぞれ設けられた。この第２実施形態で新たに追加された被温度測定部材１８３は、照明光学系１１とレチクル１２の間、好ましくはレチクル１２の前段に設けられている。被温度測定部材１８３は例えば平面ガラス板で、被温度測定部材１８１，１８２と同等の材質を有することが好ましい。従って、被温度測定部材１８１〜１８３は、共に投影光学系１４を構成するレンズと同等の材質またはレチクル１２と同等の材質を有する。温度計測機構１９は、被温度測定部材１８１〜１８３それぞれの温度を測定する。演算制御機構１９は、温度計測機構１８で計測された温度差から投影光学系１４の熱吸収量を求める。

レンズ間距離駆動制御機構２１は、上記温度計測機構１９の計測結果から演算制御機構２０を介して光学配置を補正する。温度計測機構１９は、常にまたは所定期間内に被温度測定部材１８１〜１８３それぞれの温度差の計測を更新している。これにより、レンズ間距離駆動制御機構２１は、現状に一番近いレチクル１２及び投影光学系１４の熱吸収量から、熱膨張したレチクル及び各レンズの間隔を適切に調整する。これにより、光学系のより正確な熱変形量を得ることができ、それに応じた光学系の補正が可能となる。

すなわち、半導体装置の製造方法における露光工程において、露光工程の繰り返し間に、被温度測定部材１８１，１８２，１８３を用いてそれぞれの温度差を算出し、レチクル１２や投影光学系１４の熱吸収量を求める。これに応じて投影光学系１４の光学配置の補正に反映させることで、常に良好な結像状態を得ることができ、信頼性、歩留まり改善に寄与する。

上記各実施形態及び方法によれば、被温度測定部材１８１，１８２（または１８３を含んで）の温度差から光学系の熱吸収量を導き出す。被温度測定部材１８１，１８２（または１８３を含んで）の温度差の変化をリアルタイムに監視することもできる。得られる熱吸収量が実際に則したものであるため、光学系のより正確な熱変形量を得ることができる。従って、光学系の、より現実的な熱変形量に応じた補正が可能となる。

図３は、本発明の第３実施形態に係る半導体製造装置で、露光装置の要部を示す構成図である。恒温チャンバー３０内において、露光光を発しフォトマスクに導く照明光学系３１が併設されている。また、フォトマスクとしてのレチクル３２を保持して位置決めするレチクルステージ３３が配備されている。投影光学系３４は、露光光が照射されレチクル１２のパターン像を半導体基板３５上の感光性被覆層に投影する。ウェハステージ機構３６は、半導体基板３５を保持し、かつ移動制御する。また、アライメント機構３７は、レチクル３２の位置合わせ処理や露光領域の重ね合わせ処理の精度を得るために利用される。

また、恒温チャンバー３０内には、露光光が通過する、投影光学系３４と半導体基板３５の間の位置に光透過部材３８が設けられている。光透過部材３８は、例えば平面ガラス板で、投影光学系３４を構成するレンズと同等の材質を有することが好ましい。また、厚さも投影光学系３４中一つのレンズの厚さとして換算し易い厚さが好ましい。さらに、露光光とは異なる、検出光を発する検査用照明光学系３９を有する。検出光は、位相差検出に用いるため、露光（結像）に影響のない比較的長波長のレーザーを利用する。検査用照明光学系３９で制御される検出光は、所定時に光透過部材３８を介して半導体基板３５側に導かれ、反射されるようになっている。

位相差検出機構４０は、検出光に関し、光透過部材３８を通過する前と後でそれぞれの位相が取得できるようスリット４０１ａ，４０１ｂ及び位相検出器４０２ａ，４０２ｂが配置されている。演算制御機構４１は、位相差検出機構４０の位相差で算出される光路の変化から光透過部材３８の熱膨張率を求め、投影光学系３４の熱吸収量を導き出す。

レンズ間距離駆動制御機構４２は、投影光学系の光学配置を補正する補正機構の一つである。レンズ間距離駆動制御機構４２は、上記位相差検出機構４０の計測結果から演算制御機構４１を介して光学配置を補正する。位相差検出機構４０は、所定の露光工程間の定期間内に位相差の計測を更新している。これにより、レンズ間距離駆動制御機構４２は、現状に一番近い投影光学系３４の熱吸収量から、熱膨張した各レンズの間隔を適切に調整する。これにより、光学系のより正確な熱変形量を得ることができ、それに応じた光学系の補正が可能となる。

すなわち、半導体装置の製造方法における露光工程において、露光光が投影光学系３４を通過した後の光路上に設けられた光透過部材３８を利用する。露光工程の繰り返し間の所定期間において、光透過部材３８に、露光に影響しない検出光を通過させる。これにより、検出光の通過前後の位相差から光透過部材３８の熱膨張率の算出、投影光学系の熱吸収量に換算して投影光学系３４の光学配置の補正に反映させる。このようにすれば、常に良好な結像状態を得ることができ、信頼性、歩留まり改善に寄与する。

以上説明したように本発明によれば、被温度測定部材を用いて光学系の熱吸収量を導き出す。あるいは、検出光の位相差を利用して光学系の熱吸収量を導き出す。このような構成でもって光学系の熱吸収量の変化を常に新しい情報に更新しておく。これにより、得られる熱吸収量が実際に則したものとなる。この結果、露光装置における光学系のより正確な熱変形量を得ることができ、光学系のより現実的な熱変形量に応じた光学系の補正が可能となる。従って、信頼性や歩留まりがいっそう向上する半導体製造装置及び半導体装置の製造方法を提供することができる。

第１実施形態に係る半導体製造装置で、露光装置の要部を示す構成図。第２実施形態に係る半導体製造装置で、露光装置の要部を示す構成図。第３実施形態に係る半導体製造装置で、露光装置の要部を示す構成図。

符号の説明

１０，３０…恒温チャンバー、１１，３１…照明光学系、１２，３２…レチクル、１３，３３…レチクルステージ、１４，３４…投影光学系、１５，３５…半導体基板、１６，３６…ウェハステージ機構、１７，３７…アライメント機構、１８１，１８２，１８３…被温度測定部材、１９…温度計測機構、２０，４１…演算制御機構、２１，４２…レンズ間距離駆動制御機構、３８…光透過部材、３９…検査用照明光学系、４０…位相差検出機構、４０１ａ，４０１ｂ…スリット、４０２ａ，４０２ｂ…位相検出器。

Claims

露光光を発しフォトマスクに導く照明光学系と、
前記露光光が照射され前記フォトマスクのパターン像を基板上の感光性被覆層に投影する投影光学系と、
前記感光性被覆層が設けられた基板を保持し移動制御させるステージ機構と、
少なくとも前記露光光が前記投影光学系を通過する前及び通過した後の位置に設けられた被温度測定部材と、
前記被温度測定部材それぞれの温度差を算出する温度計測機構と、
前記温度計測機構に応じて前記投影光学系の光学配置を補正する補正機構と、
を含む半導体製造装置。
前記被温度測定部材は、前記フォトマスクと前記投影光学系の間、及び前記投影光学系と前記基板の間の所定位置にそれぞれ設けられている請求項１記載の半導体製造装置。
前記被温度測定部材は、前記照明光学系と前記フォトマスクの間、前記フォトマスクと前記投影光学系の間、及び前記投影光学系と前記基板の間の所定位置にそれぞれ設けられている請求項１記載の半導体製造装置。
前記被温度測定部材は、前記フォトマスクまたは前記投影光学系と同等の材質でなる請求項１〜３いずれか一つに記載の半導体製造装置。
露光光を発しフォトマスクに導く第１照明光学系と、
前記露光光が照射され前記フォトマスクのパターン像を基板上の感光性被覆層に投影する投影光学系と、
前記感光性被覆層が設けられた基板を保持し移動制御させるステージ機構と、
少なくとも前記露光光が通過する前記投影光学系と前記基板の間の位置に設けられた光透過部材と、
前記露光光とは異なる検出光を発し、少なくとも前記光透過部材を介して前記基板側に導く第２照明光学系と、
前記検出光に関し前記光透過部材を通過する前と後での位相差を検出する位相差検出機構と、
前記位相差検出機構で算出される光路の変化から前記光透過部材の熱膨張率を求め前記投影光学系の熱吸収量を導き出す演算制御機構と、
前記演算制御機構に応じて前記投影光学系の光学配置を補正する補正機構と、
を含む半導体製造装置。
前記光透過部材は、前記フォトマスクまたは前記投影光学系と同等の材質でなる請求項５記載の半導体製造装置。
フォトマスクを照明し、投影光学系により前記フォトマスクのパターンを基板上の感光性被覆層に投影露光する露光工程を有する半導体装置の製造方法において、
少なくとも前記露光光が前記投影光学系を通過する前及び通過した後の光路上にそれぞれ被温度測定部材が設けられ、前記露光工程の繰り返し間に、該被温度測定部材を用いて温度差を算出し、前記投影光学系の熱吸収量を求めて前記投影光学系の光学配置の補正に反映させる半導体装置の製造方法。
前記被温度測定部材を前記フォトマスクの前段に設けて温度差を算出し、前記フォトマスク及び前記投影光学系の熱吸収量を求めて前記投影光学系の光学配置の補正に反映させる請求項７記載の半導体装置の製造方法。
フォトマスクを照明し、投影光学系により前記フォトマスクのパターンを基板上の感光性被覆層に投影露光する露光工程を有する半導体装置の製造方法において、
少なくとも前記露光光が前記投影光学系を通過した後の光路上に光透過部材が設けられ、前記露光工程の繰り返し間に、前記露光光とは異なる検出光を通過させ、前記検出光の通過前後の位相差から前記光透過部材の熱膨張率を算出し、前記投影光学系の熱吸収量に換算して前記投影光学系の光学配置の補正に反映させる半導体装置の製造方法。