(57)【要約】【課題】半導体装置の製造信頼性を向上させる。【解決手段】ウェハステージ４０の上方に形成された参照パターンを介して、ウェハステージ４０上に配置された照度センサ１２へ露光光７０を照射するとともに、照度センサ１２により露光光７０の第１強度を検出する工程と、ウェハステージ４０の上方に形成された露光パターンを介して、ウェハステージ４０上に載置されたウェハ１０上に露光光７０を照射することにより露光を行う工程と、参照パターンを介して照度センサ１２へ露光光７０を照射するとともに、照度センサ１２により露光光７０の第２強度を検出する工程と、第１強度と第２強度を比較し、露光光７０の強度の変動を算出する工程と、算出された露光光７０の強度の変動に基づいて露光光７０の強度を調整する工程と、ウェハ１０上に露光光７０を照射することにより露光を行う工程と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズ系を介してウェハステージのウェハ上へ露光光を照射する半導体装置の製造方法であって、
前記ウェハステージの上方に形成された第１参照パターンを介して、前記ウェハステージ上に配置された照度センサへ前記露光光を照射するとともに、前記照度センサにより前記露光光の第１強度を検出する工程と、
前記ウェハステージの上方に形成された露光パターンを介して、前記ウェハステージ上に載置されたウェハ上に前記露光光を照射することにより露光を行う工程と、
前記第１参照パターンを介して前記照度センサへ前記露光光を照射するとともに、前記照度センサにより前記露光光の第２強度を検出する工程と、
前記第１強度と前記第２強度を比較し、前記露光光の強度の変動を算出する工程と、
算出された前記露光光の強度の変動に基づいて前記露光光の強度を調整する工程と、
前記ウェハ上に前記露光光を照射することにより露光を行う工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記露光パターンは、レチクルに形成されており、
前記第１参照パターンは、前記レチクルと離間して配置される基準パターン板に形成されている半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記露光パターンおよび前記第１参照パターンは、一のレチクルに形成されている半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし３いずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１参照パターンを介して前記ウェハ上に前記露光光を照射した場合に前記ウェハ上に形成されるパターンの、前記第１参照パターンを走査させる方向における幅をｄ１としたとき、３２ｎｍ≦ｄ１≦１１０ｎｍである半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４いずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１参照パターンは、複数形成されている半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体装置の製造方法において、
複数の前記第１参照パターンは、前記第１参照パターンを走査させる方向において隣接する２つの前記第１参照パターンが、前記第１参照パターンを走査させる方向における前記第１参照パターンの幅の５０倍以上の間隔を有するように配置される半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１ないし６いずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記レンズ系のうち、前記ウェハ上に前記露光光を照射する工程において前記露光光が透過する通常露光領域の周辺領域を介して、前記照度センサへ前記露光光を照射するとともに、前記照度センサにより前記露光光の第３強度を検出する工程と、
前記第３強度に基づいて、前記第１強度と前記第２強度とを比較することにより算出される前記露光光の強度の変動を補正する工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ウェハステージの上方には、前記レンズ系の前記通常露光領域に対応した前記第１参照パターンと、前記レンズ系の前記周辺領域に対応した第２参照パターンと、が形成されている半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項１ないし８いずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ウェハステージの上方には、前記第１参照パターンよりも前記第１参照パターンを走査させる方向における幅が大きい第３参照パターンが設けられており、
前記露光光の前記第２強度は、前記第３参照パターンを介して検出される前記露光光の強度の変動分に基づいて算出される半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
ウェハを載置するためのウェハステージと、
前記ウェハステージ上へ露光光を照射する照射部と、
前記露光光を透過するレンズ系と、
前記露光光を透過する露光パターンおよび第１参照パターンを保持し、かつ前記ウェハステージの上方に設けられたレチクルステージと、
前記ウェハステージ上に配置され、前記露光光の強度を検出する照度センサと、
前記第１参照パターンを介して行われる前記照度センサへの前記露光光の照射を異なるタイミングで行い、かつ前記照度センサによって検出された前記露光光の強度の変動を算出する制御部と、
を備える半導体製造装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の半導体製造装置において、
前記露光パターンは、レチクルに形成されており、
前記第１参照パターンは、前記レチクルと離間して配置される基準パターン板に形成されている半導体製造装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の半導体製造装置において、
前記露光パターンおよび前記第１参照パターンは、一のレチクルに形成されている半導体製造装置。
【請求項１３】
請求項１０ないし１２いずれか１項に記載の半導体製造装置において、
前記第１参照パターンを介して前記ウェハ上に前記露光光を照射した場合に前記ウェハ上に形成されるパターンの、前記第１参照パターンを走査させる方向における幅をｄ１としたとき、３２ｎｍ≦ｄ１≦１１０ｎｍである半導体製造装置。
【請求項１４】
請求項１０ないし１３いずれか１項に記載の半導体製造装置において、
前記第１参照パターンは、複数形成されている半導体製造装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の半導体製造装置において、
複数の前記第１参照パターンは、前記第１参照パターンを走査させる方向において隣接する２つの前記第１参照パターンが、前記第１参照パターンを走査させる方向における前記第１参照パターンの幅の５０倍以上の間隔を有するように配置される半導体製造装置。
【請求項１６】
請求項１０ないし１５いずれか１項に記載の半導体製造装置において、
前記レンズ系は、前記ウェハ上に前記露光光を照射する際に前記露光光が透過する通常露光領域を含み、
前記レチクルステージ上には、前記レンズ系の前記通常露光領域に対応した前記第１参照パターンと、前記レンズ系の前記通常露光領域の周辺領域に対応した第２参照パターンと、が保持されている半導体製造装置。
【請求項１７】
請求項１０ないし１６いずれか１項に記載の半導体製造装置において、
前記レチクルステージ上には、前記第１参照パターンよりも前記露光光を走査させる方向における幅が大きい第３参照パターンが保持されている半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法および半導体製造装置に関し、特に露光光の強度の変動を算出することが可能な半導体装置の製造方法および半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程には、ウェハ上に種々のパターンを形成する露光工程がある。半導体装置の微細化や信頼性向上等を図るため、露光に関する様々な技術が検討されている。このような技術としては、例えば特許文献１および２に記載のものが挙げられる。
特許文献１に記載の技術は、マスク上に形成された所定のマークの空間像を計測し、移動位置毎の各マークの空間像の計測結果から走査像面を算出するというものである。
【０００３】
また、特許文献２に記載の技術は、レチクルの露光エリアを透過した光の照度と遮光エリアを透過した光の照度とを比較するというものである。これにより、レチクルの露光エリアに発生した曇りを検出することができると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００６／００９１８８号パンフレット
【特許文献２】特開２００６−３３２５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ウェハを露光する際、露光装置を構成するレンズ系にコンタミネーションが発生する場合がある。この場合におけるコンタミネーションとは、レンズ系が露光光にさらされることにより、レンズ系に曇り等が生じることである。この場合、コンタミネーションの影響を受け、露光により形成されるパターンに寸法異常が発生する等の問題が生じるおそれがある。このため、半導体装置の製造工程、特に露光工程中において、レンズ系に生じるコンタミネーションをモニターすることが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、レンズ系を介してウェハステージのウェハ上へ露光光を照射する半導体装置の製造方法であって、
前記ウェハステージの上方に形成された第１参照パターンを介して、前記ウェハステージ上に配置された照度センサへ前記露光光を照射するとともに、前記照度センサにより前記露光光の第１強度を検出する工程と、
前記ウェハステージの上方に形成された露光パターンを介して、前記ウェハステージ上に載置されたウェハ上に前記露光光を照射することにより露光を行う工程と、
前記第１参照パターンを介して前記照度センサへ前記露光光を照射するとともに、前記照度センサにより前記露光光の第２強度を検出する工程と、
前記第１強度と前記第２強度を比較し、前記露光光の強度の変動を算出する工程と、
算出された前記露光光の強度の変動に基づいて前記露光光の強度を調整する工程と、
前記ウェハ上に前記露光光を照射することにより露光を行う工程と、
を備える半導体装置の製造方法が提供される。
【０００７】
また、本発明によれば、ウェハを載置するためのウェハステージと、
前記ウェハステージ上へ露光光を照射する照射部と、
前記露光光を透過するレンズ系と、
前記露光光を透過する露光パターンおよび第１参照パターンを保持し、かつ前記ウェハステージの上方に設けられたレチクルステージと、
前記ウェハステージ上に配置され、前記露光光の強度を検出する照度センサと、
前記第１参照パターンを介して行われる前記照度センサへの前記露光光の照射を異なるタイミングで行い、かつ前記照度センサによって検出された前記露光光の強度の変動を算出する制御部と、
を備える半導体製造装置が提供される
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、半導体装置の製造信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る半導体製造装置を示す断面図である。
【図２】図１に示す半導体製造装置を用いた半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図３】図１に示す基準パターン板を示す平面図である。
【図４】図１に示す半導体製造装置を用いた半導体装置の製造方法を説明するためのグラフである。
【図５】第２の実施形態に係る基準パターン板を示す平面図である。
【図６】第３の実施形態に係る基準パターン板を示す平面図である。
【図７】第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１１】
図１は、第１の実施形態に係る半導体製造装置１００を示す断面図である。図１は半導体製造装置１００を示す模式図であり、半導体製造装置１００の構成は図１に示すものに限られない。
本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、レンズ系を介してウェハステージ４０のウェハ１０上へ露光光を照射する露光工程を備えている。当該露光工程は、ウェハステージ４０の上方に形成された参照パターン２６を介して、ウェハステージ４０上に配置された照度センサ１２へ露光光７０を照射するとともに、照度センサ１２により露光光７０の第１強度を検出する工程と、ウェハステージ４０の上方に形成された露光パターンを介して、ウェハステージ４０上に配置されたウェハ１０上に露光光７０を照射することにより露光を行う工程と、参照パターン２６を介して照度センサ１２へ露光光７０を照射するとともに、照度センサ１２により露光光７０の第２強度を検出する工程と、露光光７０の第１強度と露光光７０の第２強度を比較し、露光光７０の強度の変動を算出する工程と、算出された露光光７０の強度の変動に基づいて露光光７０の強度を調整する工程と、ウェハ１０上に露光光７０を照射することにより露光を行う工程と、を含んでいる。
以下、本実施形態に係る半導体製造装置１００、および半導体装置の製造方法について詳細に説明する。
【００１２】
図１に示すように、半導体製造装置１００は、ウェハステージ４０と、照射部７２と、レンズ系と、レチクルステージ５０と、照度センサ１２と、制御部８６と、を備えている。ウェハステージ４０上には、ウェハ１０が載置される。照射部７２は、ウェハステージ４０上へ露光光７０を照射する。レンズ系は、露光光７０を透過する。レチクルステージ５０は、ウェハステージ４０の上方に設けられている。また、レチクルステージ５０は、露光光７０を透過する露光パターンが形成されたレチクル２０および参照パターン２６が形成された基準パターン板２２を保持する。照度センサ１２は、ウェハステージ４０上に配置され、露光光７０の強度を検出する。制御部８６は、参照パターン２６を介して行われる照度センサ１２への露光光７０の照射を異なるタイミングで行い、かつ照度センサ１２によって検出された露光光７０の強度の変動を算出する。
【００１３】
図１に示すように、ウェハステージ４０は、ウェハベース４６上に保持されている。また、ウェハステージ４０は、Ｘ方向およびＹ方向におけるウェハ１０の位置を制御するＸ−Ｙステージ４２と、Ｚ方向におけるウェハ１０の位置を制御するＺ−チルトステージ４４と、を有する。本実施形態においては、Ｚ−チルトステージ４４は、Ｘ−Ｙステージ４２上に配置されている。
なお、本実施形態において、Ｘ方向およびＹ方向は、ウェハステージ４０平面と水平な面内方向である。Ｘ方向は、例えば図１中左右方向を指す。また、Ｙ方向は、例えば図１中奥行方向を指す。また、本実施形態において、Ｚ方向は、ウェハステージ４０平面と垂直な方向である。Ｚ方向は、例えば図１中上下方向を指す。
【００１４】
図１に示すように、半導体製造装置１００は、位置センシングシステム１４および駆動機構８２を備えている。駆動機構８２は、Ｘ−Ｙステージ４２およびＺ−チルトステージ４４と接続している。駆動機構８２は、Ｘ−Ｙステージ４２をＸ方向およびＹ方向に駆動する。また、駆動機構８２は、Ｚ−チルトステージ４４をＺ方向に駆動する。
位置センシングシステム１４は、例えばレーザ干渉計と、Ｚ−チルトステージ４４上に配置される移動鏡と、を有している。レーザ干渉計は、移動鏡にレーザビームを照射し、かつ移動鏡から反射してきたレーザビームを検出する。これにより、Ｚ−チルトステージ４４のＸ方向およびＹ方向における位置を検出することができる。
【００１５】
図１に示すように、レチクルステージ５０は、ウェハステージ４０の上方に設けられたレチクルベース６０上に保持されている。レチクルベース６０には、露光光７０を透過させるための孔６２が設けられている。
半導体製造装置１００は、位置センシングシステム２４および駆動機構８４を備えている。駆動機構８４は、レチクルステージ５０と接続しており、レチクルステージ５０をＸ方向およびＹ方向に駆動する。これにより、レチクルステージ５０上に配置されるレチクル２０および基準パターン板２２の位置を制御することができる。
位置センシングシステム２４は、例えばレーザ干渉計と、レチクルステージ５０上に配置される移動鏡と、を有している。レーザ干渉計は、移動鏡にレーザビームを照射し、かつ移動鏡から反射してきたレーザビームを検出する。これにより、レチクルステージ５０のＸ方向およびＹ方向における位置を検出することができる。
【００１６】
図１に示すように、半導体製造装置１００は、駆動機構８２、駆動機構８４、位置センシングシステム１４および位置センシングシステム２４に接続する位置制御システム８０を備えている。
位置制御システム８０は、位置センシングシステム１４からの信号を受けウェハステージ４０の位置を検知する。そして、検知したウェハステージ４０の位置情報に基づいて、駆動機構８２を制御することによりウェハステージ４０の位置制御を行う。また、位置制御システム８０は、位置センシングシステム２４からの信号を受けレチクルステージ５０の位置を検知する。そして、検知したレチクルステージ５０の位置情報に基づいて、駆動機構８４を制御することによりレチクルステージ５０の位置制御を行う。
本実施形態では、例えばステップアンドスキャン露光により露光が行われる。ステップアンドスキャン露光において、ウェハステージ４０の位置とレチクルステージ５０の位置は、例えば連動して制御される。
【００１７】
レチクルステージ５０は、露光光７０を透過する露光パターンが形成されたレチクル２０と、レチクル２０と離間して配置され、かつ露光光７０を透過する参照パターン２６が形成された基準パターン板２２と、を保持している。レチクル２０を保持する領域には、露光光７０を透過するための孔５２が設けられている。孔５２を覆うように、レチクルステージ５０上にレチクル２０が保持される。また、基準パターン板２２を保持する領域には、露光光７０を透過するための孔５４が設けられている。孔５４を覆うように、レチクルステージ５０上に基準パターン板２２が保持される。
【００１８】
図１に示すように、レチクルステージ５０上には、ウェハステージ４０上へ露光光７０を照射する照射部７２が設けられている。
本実施形態において、照射部７２は、例えばＡｒＦレーザ光を露光光として照射する。
また、照射部７２は、露光光７０の照射幅を制御することができる。例えば基準パターン板２２へ露光光７０を照射する際には、レチクル２０へ露光光７０を照射する場合よりも、露光光７０の照射幅を狭くすることができる。
【００１９】
本実施形態において、レンズ系は、コンデンサレンズ３０および投影光学系３２を含む。
図１に示すように、コンデンサレンズ３０は、照射部７２とレチクルステージ５０との間に位置する。照射部７２から照射された露光光７０は、コンデンサレンズ３０を透過してレチクルステージ５０上に保持されたレチクル２０または基準パターン板２２に至ることとなる。
投影光学系３２は、ウェハステージ４０とレチクルステージ５０との間に位置する。レチクル２０または基準パターン板２２を透過した露光光７０は、投影光学系３２を透過してウェハステージ４０上に配置されたウェハ１０または照度センサ１２に至ることとなる。投影光学系３２は、露光光７０の倍率変換や光学補正を行う機能を有する。
【００２０】
図１に示すように、ウェハステージ４０上には、照度センサ１２が設けられている。照度センサ１２は、照度センサ１２に照射された露光光７０の強度を検出する。照度センサ１２により露光光７０の強度を検出する場合には、ウェハステージ４０を駆動して、露光光７０が照射される位置に照度センサ１２の位置を制御することとなる。
なお、本実施形態において、照度センサ１２の露光光を受光するための受光部（図示せず）は、例えば平面視でレンズ系よりも小さい。
【００２１】
半導体製造装置１００は、照度センサ１２および照射部７２に接続する制御部８６を備えている。制御部８６は、参照パターン２６を介して行われる照度センサ１２への露光光７０の照射を異なるタイミングで行う。また、制御部８６は、当該異なるタイミングそれぞれにおいて照度センサ１２によって検出された露光光７０の強度を検知して、露光光７０の強度の変動を算出する。この算出した露光光７０の強度の変動に基づいて、後述するようにレンズ系のコンタミネーションをモニターすることができる。
また、制御部８６は、算出した露光光７０の強度の変動に基づいて、露光光７０の強度の調整を行う。これにより、露光工程において、レンズ系のコンタミネーションの影響を抑制することが可能となる。
【００２２】
レチクルステージ５０上に保持されるレチクル２０には、ウェハ１０上へ転写される露光パターンが形成されている。この露光パターンが形成されたレチクル２０に露光光７０を透過することにより、露光パターンに対応したパターンがウェハ１０上に形成される。この場合、例えばウェハ１０上に形成されたレジスト等に、露光パターンに対応したパターンが形成されることとなる。
【００２３】
図３は、図１に示す基準パターン板２２を示す平面図である。図３は基準パターン板２２を示す模式図であり、基準パターン板２２の構成は図３に示すものに限られない。
図３に示すように、基準パターン板２２は、露光光７０を透過する参照パターン２６を備えている。参照パターン２６は、例えば解像限界パターンである。本実施形態では、参照パターン２６は、露光光７０の強度を測定する際に基準パターン板２２を走査させる方向（図３中Ｘ方向）（以下、スキャン方向とも称呼する）における幅が解像限界となるように形成される。
解像限界パターンのスキャン方向（図３中Ｘ方向）における幅は、概ね露光波長の半分である。なお、解像限界パターンのサイズは、露光機のＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）、使用するレジスト、必要とされるフォーカスマージン等によって適宜変更することが可能である。
【００２４】
参照パターン２６を介してウェハ１０上に露光光７０を照射した場合にウェハ１０上に形成されるパターンの、スキャン方向における幅をｄ１とする。ＡｒＦレーザ光を用いて露光を行う場合には、３２ｎｍ≦ｄ１≦１１０ｎｍであることが好ましい。これにより、参照パターン２６を、解像限界パターンとすることができる。
参照パターン２６として解像限界パターンを用いることにより、後述するように、露光光７０の強度を高感度に検出することが可能となる。
基準パターン板２２は、例えばレチクル２０と同様の基板材料や遮光材料等により構成される。
【００２５】
図３に示すように、参照パターン２６は、例えば複数形成されている。この場合、複数の参照パターン２６は、例えばスキャン方向に配列される。なお、基準パターン板２２上に形成される参照パターン２６は、一つであってもよい。
複数の参照パターン２６は、例えばスキャン方向において隣接する二つの参照パターン２６が、スキャン方向における参照パターン２６の幅の５０倍以上の間隔を有するように配置される。これにより、異なる参照パターン２６を透過する露光光７０が互いに干渉してしまうことを防止することができる。
【００２６】
基準パターン板２２は、参照パターン２６が設けられる領域（以下、参照パターン領域とも称呼する）を複数有していてもよい。この場合、複数の参照パターン領域は、例えば互いに離間した箇所に配置される。また、複数の参照パターン領域は、例えば基準パターン板２２へ露光光７０を照射した際に露光光７０が透過する領域内に全ての参照パターン領域が位置するように設けられる。これにより、ウェハ１０上へ露光光７０を照射する際に露光光７０が透過する領域全体におけるレンズ系のコンタミネーションをモニターすることが可能となる。
【００２７】
なお、本実施形態においては、参照パターン２６は、基準パターン板２２に形成される。しかしながら、参照パターン２６は、例えばレチクルに形成されていてもよい。この場合、露光パターンと参照パターン２６は、露光パターンを透過する露光光７０と参照パターン２６を透過する露光光７０とが干渉しない程度に互いに離間している必要がある。
参照パターン２６をレチクルに形成することで、基準パターン板２２を形成せずとも本実施形態の効果を得ることができる。
【００２８】
次に、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。ここでは、半導体装置の製造方法のうち、特に露光工程について説明する。
図２は、図１に示す半導体製造装置１００を用いた半導体装置の製造方法を説明する断面図である。図４は、図１に示す半導体製造装置１００を用いた半導体装置の製造方法を説明するためのグラフである。
【００２９】
まず、参照パターン２６を介して照度センサ１２へ露光光７０を照射するとともに、照度センサ１２により露光光７０の第１強度を検出する工程（第１工程）を行う。
当該第１工程は、例えば次のように行われる。まず、図２に示すように、基準パターン板２２がコンデンサレンズ３０の直下に位置するよう、レチクルステージ５０を駆動させる。次いで、参照パターン２６を透過して回折される露光光７０が入射する位置に照度センサ１２が位置するよう、ウェハステージ４０を駆動させる。次いで、露光光を照射する。次いで、参照パターン２６を透過した露光光７０の強度を検出するため、レチクルステージ５０を走査する。これにより、露光光７０の強度が検出される。
なお、レチクルステージ５０の走査方向は、基準パターン板２２に形成された参照パターン２６の形状等によって適宜選択することが可能である。
【００３０】
基準パターン板２２が複数の参照パターン領域を有する場合、それぞれの参照パターン領域について上述した露光光７０の強度の検出が行われる。この場合、各参照パターン領域についての計測毎に、計測対象である参照パターン領域に形成された参照パターン２６を透過した露光光７０が入射する位置に照度センサ１２が位置するよう、ウェハステージ４０を駆動させる。
【００３１】
第１工程において検出された露光光７０の強度分布は、例えば図４に示すグラフにより表される。ここでは、実線にて示されているグラフが、第１工程において得られる露光光７０の強度分布を示している。なお、図４では、図３に示される基準パターン板２２を用いた場合を示しているため、二つの参照パターン２６に対応する二つのピークが見られる。
【００３２】
次に、レチクル２０に形成された露光パターンを介してウェハ１０上に露光光７０を照射することにより露光を行う工程（第２工程）を行う。これにより、例えばウェハ１０上に形成されているレジスト等が露光されることとなる。
当該第２工程は、例えば次のように行われる。まず、図１に示すように、レチクル２０がコンデンサレンズ３０の直下に位置するよう、レチクルステージ５０を駆動させる。次いで、レチクル２０に形成された露光パターンを透過した露光光７０が照射される位置にウェハ１０が位置するよう、ウェハステージ４０を駆動させる。次いで、露光光７０を照射しつつ、レチクルステージ５０を走査する。これにより、ウェハ１０上に露光光７０が照射され、露光が行われる。
第２工程では、例えばウェハ１０上の少なくとも一部の領域について露光が行われる。このため、例えばウェハ１０の一部の領域についてのみ露光が行われた後、後述する第３工程が行われる。また、ウェハ１０の全ての領域について露光が行われた後、後述する第３工程が行われてもよい。
【００３３】
次に、参照パターン２６を介して照度センサ１２へ露光光７０を照射するとともに、照度センサ１２により露光光７０の第２強度を検出する工程（第３工程）を行う。当該第３工程は、例えば第１工程と同様に行われる。
【００３４】
第３工程において検出された露光光７０の強度分布は、例えば図４に示すグラフにより表される。ここでは、破線にて示されているグラフが、第３工程において得られる露光光７０の強度分布を示している。
【００３５】
次に、第１工程において得られた露光光７０の第１強度と、第３工程において得られた露光光７０の第２強度を比較し、露光光７０の強度の変動を算出する工程（第４工程）を行う。
この場合において、露光光７０の強度の変動の算出は、例えば各工程において得られる検出強度の強度比または強度差を算出することにより行われる。
【００３６】
図４に示すように、第１工程において得られた露光光７０の強度分布と比較して、第３工程において得られた強度分布では、ピーク強度が低下していることが分かる。ピーク強度の低下は、レンズ系にコンタミネーションが生じることにより、散乱光が増え、また透過光が弱まったことに起因する。
また、第１工程において得られた露光光７０の強度分布と比較して、第３工程において得られた強度分布では、バックグラウンドレベルが上昇していることが分かる。バックグラウンドレベルの上昇は、レンズ系にコンタミネーションが生じることにより参照パターン２６から離れた部分からの散乱光（フレアー光）が発生したことに起因する。
このように、異なるタイミングにて検出された強度分布のピーク強度やバックグラウンドレベル等を評価することにより、レンズ系に生じているコンタミネーションをモニターすることが可能となる。
【００３７】
本実施形態では、参照パターン２６を解像限界パターンとしているため、図４に示すように、参照パターン２６に対応するピークを明確に検出することができる。このため、レンズ系のコンタミネーションを高感度でモニターすることが可能となる。
【００３８】
次に、第４工程において算出された露光光７０の強度の変動に基づいて、露光光７０の強度を調整する工程を行う（第５工程）。露光光７０の強度を調整することで、露光工程におけるレンズ系のコンタミネーションの影響を抑制することが可能となる。なお、露光光７０の強度の調整は、例えばＡｒＦ光源のレーザ発振周波数を上げるか、または１パルス毎の出力を変化させることにより行われる。
次に、調整された強度を有する露光光７０をウェハ１０上に照射することで露光を行う工程を行う（第６工程）。
【００３９】
本実施形態では、例えば照度センサ１２により露光光７０の強度を検出する工程を定期的に行う。そして、各検出工程において得られた露光光７０の検出強度を比較して、露光光７０の強度の変動を算出する。これにより、定期的にレンズ系のコンタミネーションをモニターすることができる。この場合においても、露光光７０の強度を検出する工程は、例えば第１工程と同様に行われる。
【００４０】
次に、本実施形態の効果を説明する。
本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、参照パターン２６を介して照射された露光光７０の第１強度を検出する工程と、ウェハ１０上に露光光７０を照射する工程と、参照パターン２６を介して照射された露光光７０の第２強度を検出する工程を備える。また、第１強度と第２強度から、露光光７０の強度の変動を算出する。このように、露光光の強度の変動を算出することで、半導体装置の製造工程、特に露光工程中において、半導体装置を構成するレンズ系のコンタミネーションをモニターすることができる。
【００４１】
また、本実施形態によれば、レンズ系のコンタミネーションをモニターすることができる。これにより、露光により形成されるパターンに寸法異常が発生する等の問題が生じることを未然に防ぐことが可能となる。
【００４２】
さらに、本実施形態によれば、レチクル２０に形成される露光パターンとは別個に、参照パターン２６が形成される。すなわち、参照パターン２６の形状は、レチクル２０に形成される露光パターンの形状等に制限されず、適宜選択することが可能となる。このため、参照パターン２６を、解像限界パターンとすることができる。
参照パターン２６を解像限界パターンとすることで、高感度の露光光７０の強度検出ができる。従って、レンズ系のコンタミネーションを高感度でモニターすることが可能となる。
【００４３】
露光光の波長を短くすると、レンズ系にコンタミネーションを生じさせる化学反応が生じやすくなる場合がある。この場合、露光により形成されるパターンに寸法異常等の問題が生じてしまうおそれがある。このため、露光光の波長を短くして、製造される半導体装置の微細化を図ることは難しかった。
本実施形態によれば、レンズ系のコンタミネーションをモニターすることができる。このため、露光光の波長を短くしても、露光により形成されるパターンに寸法異常等の問題を未然に防ぐことができる。従って、半導体装置の微細化を図ることが容易となる。
【００４４】
図５は、第２の実施形態に係る基準パターン板２２を示す平面図である。なお、図５は、基準パターン板２２を示す模式図であり、本実施形態に係る基準パターン板２２の構成は図５に示すものに限られない。
本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、レンズ系のうち、ウェハ１０上に露光光７０を照射する工程において露光光７０が透過する通常露光領域の周辺領域を介して、照度センサ１２へ露光光７０を照射するとともに、照度センサ１２により露光光７０の第３強度を検出する工程と、第３強度に基づいて、第１強度と第２強度とを比較することにより算出される露光光７０の強度の変動を補正する工程と、を備える。この点を除いて、本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法と同様に行われる。
【００４５】
本実施形態において、レンズ系は、ウェハ１０上に露光光７０を照射する際に露光光７０が透過する通常露光領域を含んでいる。本実施形態では、当該通常露光領域を透過する露光光７０を用いて露光を行い、ウェハ１０上にパターンを形成している。このため、通常露光領域の周辺領域では、コンタミネーションの発生は非常に少ない。
【００４６】
図５に示すように、基準パターン板２２は、レンズ系の通常露光領域に対応した領域９０を含んでいる。領域９０内には、参照パターン２６が形成されている（図示せず）。また、基準パターン板２２は、レンズ系の通常露光領域の周辺領域に対応した、領域９０の周辺領域９６を含んでいる。領域９０の周辺領域９６には、参照パターン９２または参照パターン９４が設けられている。本実施形態では、参照パターン９２および参照パターン９４がともに設けられていてもよい。
なお、図５に示すように、領域９０の周辺領域９６とは、領域９０の外周端、および領域９０の外側に位置する領域を含む。参照パターン９２は、領域９０の外周端に設けられる。また、参照パターン９４は、領域９０の外側に位置する領域に設けられる。
本実施形態では、領域９０は、例えば長方形に設けられる。この場合、周辺領域９６は、例えば長方形に設けられた領域９０の長さ方向における両端に位置することとなる。
【００４７】
本実施形態では、下記のようにして、露光光７０の強度の変動を補正する。
まず、通常露光領域の周辺領域を介して露光光７０を照射するとともに、露光光７０の第３強度を検出する。第３強度を検出する工程は、例えば次のように行われる。
まず、基準パターン板２２がコンデンサレンズ３０の直下に位置するよう、レチクルステージ５０を駆動させる。基準パターン板２２の位置は、例えば露光光７０の第１強度を検出する第１工程における位置と同様である。このとき、参照パターン９２または参照パターン９４が設けられる領域９０の周辺領域が、レンズ系の通常露光領域の周辺領域と対応することとなる。次いで、参照パターン９２または参照パターン９４を透過する露光光７０が入射する位置に照度センサ１２が位置するよう、ウェハステージ４０を駆動させる。次いで、露光光を照射する。次いで、参照パターン９２または参照パターン９４を透過した露光光７０の強度を検出するため、レチクルステージ５０を走査する。これにより、露光光７０の第３強度が得られることとなる。
【００４８】
なお、第３強度を検出する工程が行われるタイミングは、特に限定されない。第３強度を検出する工程は、例えば第１強度または第２強度を検出する工程と同一の工程において行われる。また、第３強度を検出する工程は、例えば第２強度を検出する工程の後に行われてもよい。
【００４９】
次に、露光光７０の第３強度に基づいて、第１強度と第２強度とを比較することにより算出される露光光７０の強度の変動を補正する。
レンズ系の通常露光領域の周辺領域は、コンタミネーションの発生が非常に少ない。このため、参照パターン９２または参照パターン９４を透過して検出された露光光７０の第３強度は、レンズ系のコンタミネーションの影響を受けないこととなる。
従って、露光光７０の第３強度を初期値と照らし合わせることで、照度センサ１２等の測定系におけるコンタミネーション等の影響を計測することが可能となる。なお、初期値とは、半導体製造装置１００によって露光工程を行う前において、照度センサ１２により露光光７０を検出した際の検出値である。これにより、照度センサ１２等の測定系のコンタミネーション等の影響を考慮して、第１強度と第２強度とを比較することにより算出される露光光７０の強度の変動を補正することが可能となる。
【００５０】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５１】
レンズ系のコンタミネーションが生じると、露光光７０の強度を検出する感度が低下してしまう。これは、参照パターン２６として解像限界パターンを使用する場合において、特に顕著となる。
本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、通常露光領域の周辺領域を介して露光光７０を照射するとともに、露光光７０の第３強度を検出する工程と、当該第３強度に基づいて露光光７０の強度の変動を補正する工程と、をさらに備える。このため、レンズ系のコンタミネーションの状況に応じて、露光光７０の強度の変動を補正することができる。
【００５２】
図６は、第３の実施形態に係る基準パターン板２２を示す平面図であって、第１の実施形態に係る図３に対応している。図６は、基準パターン板２２を示す模式図であり、本実施形態に係る基準パターン板２２は図６に示すものに限られない。
本実施形態において、レチクルステージ上には、参照パターン２６よりも露光光７０を走査させる方向における幅が大きい参照パターン２８が保持されている。本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、露光光７０の第２強度は、参照パターン２８を介して検出される露光光７０の強度の変動分に基づいて算出される。
これらの点を除いて、本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法と同様である。
【００５３】
図６に示すように、基準パターン板２２は、参照パターン２６および参照パターン２８を有している。参照パターン２８は、例えば参照パターン２６よりもスキャン方向における幅が大きい。また、参照パターン２８は、例えば参照パターン２６とともにスキャン方向に配列されている。
参照パターン２８を介してウェハ１０上に露光光７０を照射した場合にウェハ１０上に形成されるパターンの、スキャン方向における幅をｄ２とする。ＡｒＦレーザ光を用いて露光を行う場合には、３２ｎｍ≦ｄ１≦１１０ｎｍであり、かつｄ２≧２５０ｎｍであることが好ましい。これにより、参照パターン２６を解像限界パターンとしつつ、後述するように他の影響を排除してレンズ系のコンタミネーションをモニターすることが可能となる。
【００５４】
また、参照パターン２６と参照パターン２８は、例えばスキャン方向における参照パターン２６の幅の５０倍以上の間隔を有するように配置される。これにより、参照パターン２６を透過する露光光７０と参照パターン２８を透過する露光光７０とが互いに干渉してしまうことを防止することができる。
なお、参照パターン２６および参照パターン２８は、例えばレチクル２０に形成されていてもよい。この場合、参照パターン２６および参照パターン２８と露光パターンは、露光パターンを透過する露光光７０と参照パターン２６および参照パターン２８を透過する露光光７０とが干渉しない程度に互いに離間している必要がある。
【００５５】
本実施形態における半導体装置の製造方法において、露光光７０の第１強度を検出する第１工程は、例えば次のように行われる。
まず、基準パターン板２２がコンデンサレンズ３０の直下に位置するよう、レチクルステージ５０を駆動させる。次いで、参照パターン２６および参照パターン２８を透過して回折される露光光７０が入射する位置に照度センサ１２が位置するよう、ウェハステージ４０を駆動させる。次いで、露光光を照射する。次いで、参照パターン２６を透過した露光光７０の強度、および参照パターン２８を透過した露光光７０の強度を検出するため、レチクルステージ５０を走査する。これにより、参照パターン２６を透過した露光光７０の第１強度が検出される。また、参照パターン２８を透過した露光光７０の強度が検出される。
【００５６】
また、本実施形態における半導体装置の製造方法において、露光光７０の第２強度を検出する第３工程は、例えば次のように行われる。
まず、参照パターン２６を透過した露光光７０の強度と、参照パターン２８を透過した露光光７０の強度を、例えば上述した第１工程と同様に検出する。次いで、参照パターン２８を介して検出される露光光７０の強度の、第１工程と第３工程との間における変動分に基づいて、露光光７０の第２強度を算出する。
【００５７】
図７は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するためのグラフである。図７において、第１工程により得られる強度分布は実線で、第３工程により得られる強度分布は破線で示されている。
図７に示すように、参照パターン２８を介して検出される露光光７０のピーク強度の低下は、参照パターン２６を介して検出される露光光７０のピーク強度の低下と比較して小さい。これは、参照パターン２８の幅が大きいため、検出強度に対するレンズ系のコンタミネーションの影響が小さいことに起因する。すなわち、参照パターン２８を介して検出される露光光７０のピーク強度の低下は、他の影響によるものである。従って、第１工程において参照パターン２８を介して検出される露光光７０の強度と、第３工程において参照パターン２８を介して検出される露光光７０の強度との差から、他の影響によるピーク強度の低下分を算出することができる。
本実施形態では、参照パターン２８を介して検出される強度の差分を、第３工程において参照パターン２６を介して検出される露光光７０の強度に加えることで、第２強度を算出する。これにより、レンズ系のコンタミネーションの影響のみを考慮した検出強度の低下を計測することができる。
なお、他の影響としては、例えばディストーションの変化、倍率の変化または露光量の変化等が挙げられる。
【００５８】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５９】
また、本実施形態によれば、第１強度および第２強度は、参照パターン２６を介して検出される露光光７０の強度と、参照パターン２８を介して検出される露光光７０の強度との差に基づいて算出される。このため、レンズ系のコンタミネーションの影響のみを考慮した検出強度の低下を計測することができる。従って、他の影響を排除して、レンズ系のコンタミネーションをモニターすることが可能となる。
【００６０】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【００６１】
１０  ウェハ
１２  照度センサ
１４  位置センシングシステム
２０  レチクル
２２  基準パターン板
２４  位置センシングシステム
２６  参照パターン
２８  参照パターン
３０  コンデンサレンズ
３２  投影光学系
４０  ウェハステージ
４２  Ｘ−Ｙステージ
４４  Ｚ−チルトステージ
４６  ウェハベース
５０  レチクルステージ
５２  孔
５４  孔
６０  レチクルベース
６２  孔
７０  露光光
７２  照射部
８０  位置制御システム
８２  駆動機構
８４  駆動機構
８６  制御部
９０  領域
９２  参照パターン
９４  参照パターン
９６  周辺領域
１００  半導体製造装置
【図１】
2013232573.tif 000003
【図２】
2013232573.tif 000004
【図３】
2013232573.tif 000005
【図４】
2013232573.tif 000006
【図５】
2013232573.tif 000007
【図６】
2013232573.tif 000008
【図７】
2013232573.tif 000009