JP4354200B2 - 照射光の光エネルギー検査装置、これをもつ露光条件調節システム、露光条件検査方法、及び半導体素子の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術の分野】
本発明は、レチクルのパターンイメージをもつ照射光に対する絞りを通過する焦点関係と光エネルギー状態を確認して最適の露光条件を求めることができる照射光の光エネルギー検査装置、これをもつ露光条件調節システム、露光条件検査方法及びそれに従う半導体素子の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、フォトリソグラフィー工程とは、半導体素子又は液晶表示素子などの高集積化が要求される電子素子の製造において、感光膜が塗布された半導体基板又はガラス基板などの基板上にフォトマスク又はレチクル(以下、「レチクル」という)がもつパターンイメージを転写してパターンマスクを形成するための工程をさす。
【0003】
このようなフォトリソグラフィー工程過程では、パターンイメージをもつ照射光が正確な焦点を有すると共に感光膜が所望の形状をなすように化学変化させるための光エネルギーで感光膜上にパターンイメージが転写されることを求めている。
【0004】
上述の焦点関係と光エネルギー関係を設定するための従来の技術過程は、基板上の各ショット領域に焦点と露光量(シャッターの制御時間)のうち少なくとも一方の条件を継続的に変化させ、同一な計測用パターンイメージを順次転写する。このような過程から現像過程を通じて得られた各パターンマスクに対し光学顕微鏡又は電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscopes)などで計測することにより、最上のパターンマスクをもとにこれに対する焦点関係と露光量関係を最適な露光条件として設定していた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、このような従来の技術は現像されたパターンマスクを、SEMなどを用いて測定するため、装置間乖離があって、その設定までに多くの作業時間を要するだけでなく、実験用を含んだ実質的なパターンイメージに対しても反復的な確認作業と修正作業が求められるという煩雑さがあった。
【0006】
又、実質的なパターンイメージは計測用のパターンイメージよりも多くの線幅又はスペースの組み合わせで複雑且つ多様な形状をなしている。このため、統計的又は試験的な焦点関係と露光量関係の露光条件を通じた工程実行には限界があるという問題点があった。
【0007】
そこで、本発明の目的は、レチクル上のパターンイメージをもつ照射光が感光膜に転写される過程において、絞りの通過領域に対する照射光の実質的な焦点関係と光エネルギー状態をより正確に確認することにより、多様な形状をもつ実質的なパターンイメージに対する最適な露光条件を容易に求め、これからその作業時間の短縮と作業の煩雑さを減らし、求められた露光条件の信頼度を高めることができる照射光の光エネルギー検査装置、これをもつ露光条件調節システム、露光条件検査方法、及びそれに従う半導体素子の製造方法を提供するにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため本発明による照射光の光エネルギー検査装置は、照射光に向かって複数の撮像素子を備え、絞り上の前記照射光の通過領域範囲における各部位別光エネルギーを感知する撮像部と、前記撮像部を前記絞りの前面または後面に近接させ、また、前記照射光をさえぎらない位置に離隔させる駆動部と、前記駆動部を制御して前記撮像部の位置を前記絞りの前面または後面に移動せしめ、前記絞り上での前記撮像部からの感知信号を受信して、感光膜に対する光エネルギー条件を判断し、前記絞りの開閉程度を調節するための調節基準を提示する制御部と、
を有することを特徴とする。
【0009】
又、本発明による照射光の光エネルギー検査装置をもつ露光条件調節システムは、照射光に対向して複数の撮像素子を備えて絞り上の照射光通過領域範囲に対する各部位別光エネルギーを感知する撮像部と、前記撮像部を前記絞りの前面または後面に近接させ、また、前記照射光をさえぎらない位置に離隔させる駆動部と、前記絞りの開閉を調節する調節ユニットと、前記駆動部を制御し、前記撮像部の位置を前記絞りの前面または後面に移動せしめ、前記絞り上での前記撮像部の感知信号を受信して感光膜に対する光エネルギー条件を判断し、前記絞り開閉程度の設定値を求めて前記調節ユニットを通じて絞りの開閉程度を制御する制御部と、を有することを特徴とする。
【0010】
又、本発明による露光条件調節方法は、照射光に向かって複数の撮像素子を備えて絞り通過位置の照射光の光エネルギーを各部位別に感知する撮像部と、前記撮像部を前記絞りの前面または後面に近接させ、また、前記照射光をさえぎらない位置に離隔させる駆動部と、前記絞りの開閉を調節する調節ユニットと、前記駆動部を制御し、前記撮像部の位置を前記絞りの前面または後面に移動せしめ、前記絞り上での前記撮像部の感知信号を受信して感光膜に対する光エネルギー条件を判断し、前記絞り開閉程度の設定値を求めて前記調節ユニットを通じて前記絞り開閉程度を制御する制御部と、を備え、前記撮像部を前記絞りの前面または後面に移動させて照射光通過領域に対応位置させる段階と、前記絞り通過領域に対する各部位別照射光の光エネルギー状態を感知する段階と、感知された光エネルギー情報から感光膜を化学変化させるための光干渉の光エネルギー程度範囲を算出する段階と、前記光干渉の光エネルギー程度範囲で最適の焦点を形成するための前記絞りの開閉程度設定値を算出する段階と、前記絞りの開閉程度設定値による前記絞りの開閉程度を調節する段階と、を有することを特徴とする。
【0011】
又、本発明による露光条件調節による半導体素子の製造方法は、照射光に対向して複数の撮像素子を備えて絞り通過位置の照射光の光エネルギーを各部位別に感知する撮像部と、
前記撮像部を前記絞りの前面または後面に近接させ、また、前記照射光をさえぎらない位置に離隔させる駆動部と、前記絞りの開閉を調節する調節ユニットと、前記駆動部を制御し、前記撮像部の位置を前記絞りの前面または後面に移動せしめ、前記絞り上での前記撮像部の感知信号を受信して感光膜に対する光エネルギー条件を判断し、前記絞り開閉程度の設定値を求めて前記調節ユニットを通じて前記絞り開閉程度を制御する制御部と、を備え、前記撮像部を前記絞りの前面または後面に移動させて照射光通過領域に対応位置させる段階と、前記絞り通過領域に対する各部位別照射光の光エネルギー状態を感知する段階と、感知された光エネルギー情報から感光膜を化学変化させるための光干渉の光エネルギー程度範囲を算出する段階と、前記光干渉の光エネルギー程度範囲で最適の焦点を形成するための前記絞りの開閉程度設定値を算出する段階と、前記絞りの開閉程度設定値による前記絞りの開閉程度を調節する段階と、前記絞りの照射光通過領域から前記撮像部を離隔させる段階と、前記絞りに対向して感光膜の塗布されたウェハを所定位置に載置して露光工程を行う段階と、を有することを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳しく説明する。
【0013】
図1は一般の露光システムを概略的に示した構成図で、図2は図1に示した光ソース部で形成された光原形の例示図で、図3乃至図8cはレチクルを通過して散乱する各次数の分布関係と絞りに対する通過関係及びそれに従う感光膜の化学変化関係を説明するための図で、以下に詳しく説明する。
【0014】
まず、フォトリソグラフィー工程による光の進行過程を説明する。
【0015】
図1の露光システム10は、光を発散して一方向へ誘導する光源部12と、前記光源部12に進行する光の経路上に印加される制御信号に応じて光の進行を選択的に遮断するシャッター14と、を有する。又、前記シャッター14に続いて光の経路上には進行する光に対し所定波長の光だけが通過するようにフィルターリングするか、又は誘導通過する光に対し光原形を決定する光ソース部16が設けられている。
【0016】
前記光ソース部16により形成される光原形の種類は、図2に示したものを含んで多様な形状のものがあり、これら光原形に対しては後述の転写過程で光の干渉(interference)関係を通じてより詳しく説明する。
【0017】
一方、光ソース部16を通過した光は続いて位置する照明光学系18を通過する過程で屈折又は反射過程を経て、所望の領域範囲に配設されたレチクル20に向けて進行する。
【0018】
次いで、光はレチクル20上に形成されたパターンイメージ部位を通過する過程で、図3に示すように、複数の次数(order)に回折する。これら各次数の回折光は続いて配設されている投影光学系22の複数のレンズ(不図示)により絞り24の所定領域範囲を通過する。絞り24の開口hを通過した各次数の回折光は継続して位置する投影光学系22の複数のレンズによりそれぞれ異なった角度をなし、載置されている基板Wの感光膜R上で再結合して、照射され、パターンイメージが転写される。
【0019】
ここで、上記のように、レチクル20上のパターンイメージを縮小させて感光膜に再現するためにはレチクル20を通過する全ての次数の光が全て正確な同一焦点に到達することが求められる。
【0020】
しかし、投影光学系22をなす各レンズの光軸を基準にして大きな角度をもって通過する大きな次数の回折光は、図3に示すように、感光膜R上に到達せず、又、これら各次数の回折光はその再結合過程で正確に同一焦点にあるように調節することが難しく、パターンイメージが正確に転写されることを妨害する。特に、前記各次数の回折光がなす角度は高集積化によるパターンイメージの線幅が微細であるほどその角度が大きくなり、それに従い、これらの各回折光を同一焦点で補強干渉させるためには多くの難しさがある。
【0021】
従って、現在の技術においては、光軸方向に進行する0次回折光と±1次回折光のみが絞り24を通過する光(以下、「照射光」という)となるようにして、これら0次回折光と±1次回折光のみが感光膜R上に到達するようにしている。また、感光膜Rにおいてはこのような照射光に対し所望の側壁(side wall)が形成される化学的変化をもつ性質のものが用いられている。
【0022】
一方、上記のように、レチクル20上のパターンイメージの形成された部位を通過する0次及び±1次回折光は、図4及び図5に示すように、絞り24の設置位置Pで相互に区分された領域範囲に照明される。このとき、各次数の回折光のうち0次回折光は絞り24の開口hを通過するが、相対的に±1次回折光は絞り24の開閉程度に従いその通過する程度が制限されて解像度に影響する。
【0023】
そこで、実質的にいずれか一つの線幅をもつパターンイメージに対する絞り24の開閉程度、即ち、開口ha,hb,hcの大きさに従い通過して感光膜Rを感光させる照射光は、図6a乃至図6cに示すように、その開口ha,hb,hcの大きさに従いその通過量が決定される。
【0024】
図7a乃至図7cはそれぞれ開口ha,hb,hcの各場合の照射光通過量を示すグラフであり、図8a乃至図8cはそれぞれ開口ha,hb,hcの各場合の感光膜Rの化学変化を示す図面である(開口haの場合が図7aと図8a、開口hbの場合が図7bと図8b、開口hcの場合が図7cと図8cである。)。これら各場合の照射光通過量は、図7a乃至図7cに示したグラフからわかるように、感光膜R上の焦点位置で各回折光がもつ光エネルギープロファイルの重畳、即ち、補強干渉されたエネルギー準位をなして感光膜Rを感光させる。このような点から上記の同一な光照射時間に従う感光膜Rの化学変化をみると、図8a乃至図8cに示したように、それぞれ別の側壁形状をなす。
【0025】
ここで、感光膜Rを感光させる要因は光の照射時間による影響と共に各次数の回折光が相互補強干渉されるに従うエネルギー準位によりその側壁形状が決定されることがわかる。又、±1次回折光の通過する程度が多いほど感光膜R上に転写されるイメージの質がよくなるが、その焦点は感光膜Rに到達する±1次回折光の角度が相対的に広くなり、その焦点深さは小さくなる関係にある。
【0026】
そして、±1次回折光が多く通過するほど感光膜R上の明暗対比が向上されて微細線幅に対し正確な転写が可能であり、向上された側壁角度をなし得るが、その焦点深さが小さくなって側壁は傾斜角をなし、その深さに従い上層部位はより広い領域範囲を感光させる焦点不良を惹起する。
【0027】
よって、解像力、開口数NA、焦点深度、使用している光の波長λなどの関係をみると、解像力=k1×λ/NA、焦点深度=k2×λ/NA2に示される(各式中k1、k2は定数)。従って、絞り24の開口hの大きさは解像力と焦点に大きな影響を与える。特に、コンタクトホールパターンの刻まれたレチクルを通じて出る光パターンはライン/スペースパターンと非常に異なる。光学的な側面からみると、前記コンタクトホールは単一スリットと比較できる(ライン/スペースパターンはグレーティングと比較される)。単一スリットの光パターンは連続的なスペクトルである。理論的に感光膜で完璧なコンタクトホールのイメージを具現するためには全てのスペクトルが投影光学系の通過範囲で使用されるべきである。
【0028】
しかし、これは投影光学系の通過範囲の大きさの限界のため不可能である。このため、絞り24の開口hが大きいほどコンタクトホールの正確なイメージを再現することができる。焦点深度はコンタクトホールにおいて大事なことではない。その理由はコンタクトホールで高い結果を得るためには最大限の投影光学系の通過範囲を通過するのがなによりも重要だからである。
【0029】
上述のように、絞り24の開閉の程度は露光条件の形成において重要な範囲を占めており、これに対する従来技術による絞り24の開閉は光ソース部16の光原形とシャッター14による光の照射時間及び焦点関係を試験的な資料を通じて調節される。このため多くの作業時間が所要され、光量と焦点に対する正確な露光条件を求めるのに難しさがあり、又、多様なラインとスペースの結合で複雑な形状からなったパターンイメージに対する露光条件に対しその信頼性をもっていない。
【0030】
従って、本発明で提示する照射光の光エネルギー検査装置は、図9に示すように、絞り24の前面又は後面に近接して絞り24の開口h位置を通過する照射光の各部位別光エネルギー状態を感知する撮像部26を具備する。又、撮像部26は照射光に向かって複数の撮像素子が配置されており、各位置の撮像素子に入射される照射光の光エネルギーをその位置情報と共に感知し、これをケーブル又はコネクタなどの通常の連結部材(図面の単純化のために省略する)で連結された制御部28に印加する。
【0031】
そして、撮像部26は、半導体素子製造における露光工程を実施する際には、絞り24における照射光をさえぎらないように退避させておく必要がある。このために、上述した制御部28から印加される制御信号に応じて撮像部26を絞り24上に近接させ、また照射光をさえぎらない位置に離隔させる駆動部30が具備されている。
【0032】
さらに、前記制御部28は撮像部26の感知信号を受信して絞り24の開口された領域部位、即ち、開口hを通過する照射光の各部位別光エネルギー状態から照射光が到達する感光膜Rを化学変化させるための光エネルギー条件、即ち、補強干渉による光エネルギー準位を判断し、これから絞り24の開閉程度に対する調節基準を提示する。
【0033】
このような構成において、撮像部26の設置位置は照射光の進行方向において、絞り24の前面に設置されるか、又は、照射光が通過する絞り24の後面に設置される。
【0034】
まず、前者の場合、図10又は図11に示すように、駆動部30a,30bにより絞り24の前面に近接して位置する撮像部26a,26bの構成において、撮像部26a,26bによる照射光の光エネルギー感知領域範囲は少なくとも絞り24の最大開閉領域hMax以上の面積範囲をカバーするように形成する。
【0035】
又、前記絞り24上には絞り24の開閉程度を感知してその信号を制御部28に印加する開閉感知部32をさらに設置することができる。
【0036】
そして、撮像部26a,26b又は絞り24などを含んだ所定位置には撮像部26a,26bの現在位置を感知してその信号を制御部28に印加する現在位置検知部34をさらに具備して構成することもできる。
【0037】
このような構成によると、レチクル20を通過して回折される各次数の回折光は絞り24の位置でそれぞれ区分された領域範囲に進行し、このとき、前記撮像部26a,26bは絞り24の位置で各次数の回折光分布とこれら回折光がもつ光エネルギー準位を感知してその信号を制御部28に印加する。
【0038】
これにより制御部28は撮像部26a,26bで感知された信号を受信すると共に、前記開閉感知部32から絞り24の開閉状態を受信して、これらを相互対比することにより絞り24の開口を通じた照射光が通過する範囲とその光エネルギー程度を算出する。
【0039】
次いで、算出された情報を通じて感光膜R上で補強干渉による光エネルギー準位を算出して、感光膜Rが所望の側壁形状に形成されるように光エネルギー条件を設定し、これから絞り24の開閉程度を調節するための基準を求める。このとき、前記現在位置検知部34は撮像部26a,26bを通じた照射光の各部位別光エネルギー情報から絞り24の開口hを通過する照射光の通過領域範囲を正確に算出するため、絞り24の開口h中心又は特定位置に対する撮像部26a,26bの感知位置を正確に位置させるための基準を提示するものである。これは前記開閉感知部32を撮像部26a,26bの底面所定位置に固定設置して絞り24の開口hの大きさを確認する過程において、撮像部26a,26bの中心が絞り24の開口h中心と一致された位置にあるかどうかを確認する過程からなることもできる。
【0040】
一方、前者と比較して駆動部30a,30bにより絞り24の後面に近接および離隔するように撮像部26a,26bが位置する後者の構成においては、撮像部26a,26bによる照射光の光エネルギー感知領域は少なくとも絞り24の最大開閉領域hMax以上の面積範囲をもつようになされる。
【0041】
このような後者の構成によると、レチクル20を通過して回折される各次数の回折光は絞り24の位置で各領域範囲をなしながら進行して、一部は絞り24の開口hを通じて通過し、その残りは絞り24上で遮断される。このとき、前記撮像部26a,26bは絞り24を通過した各次数の回折光分布とこれら回折光がもつ光エネルギー準位を感知してその信号を制御部28に印加する。これに対し制御部28は受信される撮像部26a,26bで感知された信号を通じて照射光の通過程度とこれらの補強干渉による光エネルギー準位を算出し、これから感光膜Rの化学的変化を算出し、その算出結果から感光膜Rが所望の側壁形状をなし得る光エネルギー準位、即ち、絞り24の開閉程度を調節するための基準を求める。
【0042】
上記の関係構成において、前者の場合には絞り24位置で入射される照射光の光エネルギーを広い領域として感知するに従い、必要な照射光の光エネルギーに対する絞り24の開閉程度の基準を容易に算出できるし、後者は照射光のエネルギー準位を絞り24の通過する実質的な照射光に対し正確に確認できる。そして、前記開閉感知部32の構成は撮像部26a,26bが絞り24の前面に設置される前者の技術構成で適用されるもので、後者の技術構成においては撮像部26a,26bにより絞り24の開閉程度を感知できる。
【0043】
一方、図10に示した撮像部26aの実施構成は、絞り24から照射光の最大通過領域以上の面積範囲に複数の撮像素子PTDが配置されて撮像基板36aをなし、前記撮像基板36aの後面又は縁部位を支持すると共に、前記駆動部30aに連結支持される支持ブロック38aから構成できる。又、このような撮像部26aの構成において前記絞り24上には撮像部26aの中心が照射光の光軸、即ち、絞り24の開口h中心を含んだ投影光学系22の各レンズ中心線上にあるように撮像部26aの位置移動を制限するための現在位置検知部34がさらに設置されてなされる。
【0044】
又、図11に示した撮像部26bの他の実施構成は、絞り24から照射光の最大通過領域以上の長さで複数の撮像素子PTDが一列に配置されて撮像基板36bをなし、前記駆動部30bに連結支持される状態に前記撮像基板36bを支持する指示ブロック38bを含んだ構成からなることもできる。
【0045】
一方、上記のように、絞り24に対して撮像部26を位置移動させるための一例である駆動部30aの構成は、図10に示したように、撮像部26の一側、即ち、支持ブロック38aの一側を支持し、制御部28から印加される制御信号に応じて撮像基板36aが絞り24の開口hに近接又は離隔されるように回転移動させる構成からなる。
【0046】
このような駆動部30aの構成に対応して効果的な撮像部26の構成は、上記のように絞り24の最大開閉領域以上の面積範囲に複数の撮像素子を配置した板形状の撮像基板36aをもつことが好ましい。
【0047】
又、他の例である駆動部30bの構成は、図11に示すように、撮像部26、即ち、支持ブロック38bの側部をスライディング位置移動が可能となるように支持するガイドレール40を備える。そして、ガイドレール40に近接する所定位置に制御部28から印加される制御信号に応じて、撮像部26が絞り24の開口hをスキャニングするようにスライディング移動させるための動力を伝達する動力伝達ユニット42を備える。
【0048】
さらに、前記撮像部26が照射光をスキャニングする構成においては、ガイドレール40に対する撮像部26の位置情報を感知してその信号を制御部に印加する位置感知ユニット44を含んだ構成からなる。ここで、前記駆動部30bの技術構成は図10に示した撮像部26aの構成に対してもその適用が可能なものである。
【0049】
前記動力伝達ユニット42の各実施構成のうち図12に示した一例は、前記ガイドレール40を、ギアが形成されたラック40aで構成し、撮像部26上に回転可能に支持される回転軸46を備え、前記回転軸46上に前記ガイドレール40に対応するピニオン48又はローラー部材を固定設置し、回転軸46の所定部位に連結されて制御部28から印加される制御信号に従い回転軸46に回転力を提供するモーター50aを設置した構成からなる。
【0050】
又、動力伝達ユニット42の他の構成例としては、図13に示すように、前記ガイドレール40の構成を長手方向両側にそれぞれ回転可能にローラー52a,52bとこれらローラー52a,52bの間に相互連動するように連結すると共に撮像部26の所定部位と固定されるベルト54を備えた構成からし、少なくともいずれか一つのローラー52a,52bに連結されて制御部28から印加される制御信号に応じてローラー52a,52bを含んだベルト54に回転力を提供して撮像部26を移動させるモーター50bを含んだ構成からなる。
【0051】
そして、動力伝達ユニット42のさらに他の構成例は、図14に示すように、前記ガイドレール40を棒形状の側壁の周りにそって長手方向にネジを形成したスクリューロッド40cから構成され、前記撮像部26所定部位にスクリューロッド40cとネジ結合されるようにナットの形成されたホールを形成し、前記スクリューロッド40cの所定部位に連結されて制御部28から印加される制御信号に応じてスクリューロッド40cに回転力を提供するモーター50cを備えた構成からなる。
【0052】
その他に動力伝達ユニット42dのまた他の構成は、図15に示すように、制御部28の制御信号に応じて撮像部26をガイドレール40dにそってスライディング移動する伸縮駆動のシリンダー58などの構成、又はガイドレール40にそって押すか又は引っ張る力で移動させる通常の構成からなる。
【0053】
一方、上記のように、前記撮像部26を構成する複数の撮像素子PTDはレチクル20を通過するに従い回折される0次光と±1次光のうち絞り24の±1次光の通過領域範囲に対してのみその通過程度と光エネルギーを確認できるように配置してなされる。
【0054】
そして、制御部28には撮像部26からの信号を受信して絞り24を通過する各部位別照射光の光エネルギー状態を作業者が確認できるように各事項を出力する出力ユニット60をさらに備えることが好ましい。
【0055】
一方、本発明による照射光の光エネルギー検査装置をもつ露光条件調節システムは、図9を含んだ上記の照射光の光エネルギー検査装置をなす各構成に加えて制御部62から印加される制御信号に従い絞り24の開閉程度を調節する調節ユニット64をさらに具備する。そして、制御部62は撮像部26の感知信号を受信して感光膜に対する光エネルギー条件を判断し、これから絞り24の開閉程度の設定値を求めることにより前記調節ユニット64を通じて絞り24の開閉程度を制御するように構成される。
【0056】
又、前記制御部62に具備される出力ユニット66は撮像部26を通じて受信される絞り24を通過する照射光の各部位別光エネルギー状態と調節ユニット64の制御を通じた絞り24の開閉状態及びこれら互いの関係事項を含んだ情報を作業者が容易に確認できるように出力する構成からなる。
【0057】
図16は、露光条件調節過程を説明するためのフローチャートである。
【0058】
上記の構成から露光条件調節過程を説明すると、感光膜Rの塗布された基板Wに対し露光を実施する以前に、まず制御部62は駆動部30を制御して撮像部26が絞り24の開口に対応するように位置させる(撮像部ローディング:ST100)。
【0059】
次いで、光源部12から光の供給がなされるに従い前記撮像部26は絞り24の近接位置で絞り24の開口を通じて通過する照射光の各部位別光エネルギー状態を感知して制御部62にその信号を印加する(光エネルギー状態確認:ST110)。
【0060】
制御部62は絞り24の通過領域で各部位別照射光の光エネルギー感知信号を受信し、これら各部位の光エネルギーが縮小投影されて感光膜R上に到達する過程で互いの補強干渉による光エネルギー準位を求め、これから感光膜Rを化学変化させる程度を予測する(各部位別光エネルギー準位算出及びこれを用いた化学変化程度予測:ST120)。
【0061】
このようにして感光膜Rの化学変化が所望の側壁形状をなし得る光エネルギー条件を算出し、これから最適の焦点を求めるための最適の絞り24開閉程度を算出する(最適の絞り開閉程度算出:ST130)。
【0062】
そして、現時点で感知される照射光の補強干渉による光エネルギー準位の実測値と絞り24の開閉調節の設定値のための照射光の補強干渉による光エネルギー準位算出値とを比較し(光エネルギー準位に対する実測値対比算出値比較:ST140)、その実測値が算出値と所定の設定範囲に対応するように前記調節ユニット64を制御して絞り24の開閉程度を調節する(ST150)。
【0063】
以後、実測値が算出値に対応する範囲にあると、制御部62は駆動部30を制御して前記絞り24の照射光通過領域から撮像部26を離隔させ(撮像部アンローディング:ST160)、光の供給を中断した状態で、絞り24を含んだ投影光学系22に対向するように感光膜Rの塗布された基板Wを載置して露光工程を行う(基板整列(アライメント):ST170)。
【0064】
ここで、上記のように、照射光の光エネルギー状態を感知する過程は撮像部26を絞り24に対する照射光の最大通過領域範囲以上の面積をなすように複数撮像素子PTDを配置した撮像基板36aから構成し、駆動部30aは制御部62から印加される制御信号に応じて撮像部26、即ち、撮像基板36aの一側部位を支持する状態に絞り24下部に近接対応するように選択的に回転位置させる構成により、撮像基板36aを通じて絞り24の開口を通過する各部位別照射光の光エネルギー状態を撮影することによりなされる。
【0065】
そして、照射光の光エネルギー状態を感知する過程において、前記撮像部26は絞り24に対する照射光の最大通過領域以上の長さで複数撮像素子PTDを一列配置してなされた撮像基板36bから構成し、駆動部30a,30bに連結支持され撮像基板36bを支持する支持ブロック38bを含む。前記駆動部30bは支持ブロック38bの長手方向側部を支持して一側方向にスライディング位置移動を案内するガイドレール40と、前記ガイドレール40にそって支持ブロック38を移送させる動力伝達ユニット42と、前記ガイドレール40に対する支持ブロック38b上の撮像基板36b位置情報を感知して制御部62に印加する位置感知ユニット44と、から構成する。このような構成から上述のように絞り24の照射光通過領域に対する各部位別照射光の光エネルギー状態の感知は撮像基板36bを含んだ支持ブロック38bをスライディング移動させる過程において、各撮像素子PTDに作用する光エネルギー状態を位置感知ユニット44を通じた撮像基板36bの位置情報に対応してスキャニング方式で連続撮像することによりなされることもできる。
【0066】
又、上記の過程は複数の形状の光原形に対しそれぞれ実施し、これら各実施形態で絞り24の開閉程度の設定値をそれぞれ求めて、上記の過程を通じて最適の光エネルギー条件と焦点の条件を満足する光原形を選定する過程をさらに行うことによりなされる。
【0067】
そして、絞り24の開閉程度を調節する段階で撮像部26を通じた絞り24の開閉が設定値で開閉されたかどかを確認する過程がさらに求められる。
【0068】
一方、本発明による露光条件調節による半導体素子の製造方法は、上記の露光条件調節システムとこれを用いた露光条件調節方法を用いるに従い、それに対する詳しい説明は省略する。そして、上記のように、パターンマスクを形成するための基板Wを半導体素子に製造されるまでのウェハとし、感光膜Rをウェハ上に塗布されるフォトレジストにして、より正確な露光条件でパターンマスクの形状が所望の側壁形状をもつようにしてなされる。
【0069】
以上本発明の実施形態を詳しく説明したが、本発明は、本発明の技術的思想の範囲内で変形及び変更できるのは本発明の属する分野の当業者には明白なもので、その変形及び変更は本発明の特許請求範囲に属するといえる。
【0070】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、レチクルを通過した照射光が感光膜に転写される過程において絞りを通過して照射される照射光の実質的な焦点関係と光エネルギー状態を照射光照射領域の光エネルギー検査装置を用いて確認するに従い、多様な形状をもつ実質的なパターンイメージに対する最適の露光条件が得られ、これからその作業時間の短縮と作業の煩雑さが低減され、高信頼度をもつ露光条件をなし得るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 一般の露光システムを概略的に示した構成図である。
【図2】 図1に示した光ソース部で形成された光原形の例示図である。
【図3】 レチクルを通過して散乱する各次数の分布関係及び絞りに対する通過関係を説明するための断面図である。
【図4】 レチクルを通過する0次及び±1次回折光が絞りに照明される領域範囲関係を概略的に示した断面図である。
【図5】 図4で絞りに照明される各次数回折光の領域範囲を概略的に示した平面図である。
【図6】 絞りの開閉程度に従う各次数の回折光の通過する程度を説明するための概略平面図である。
【図7】 図6a乃至図6cのそれぞれに対し各回折光が補強干渉されるに従う光エネルギー準位関係を説明するためのグラフである。
【図8】 図7a乃至図7cのそれぞれに対し同じ照射時間の間の感光膜の化学変化関係を説明するために概略的に示した断面図である。
【図9】 本発明の実施形態による照射光の光エネルギー検査装置をもつ露光システムを概略的に示した構成図である。
【図10】 撮像部と駆動部の一例を示す分解斜視図である。
【図11】 撮像部と駆動部の他の例を示す分解斜視図である。
【図12】 図11の駆動部を構成する動力伝達ユニットの一例を示す図である。
【図13】 図11の駆動部を構成する動力伝達ユニットの他の例を示す図である。
【図14】 図11の駆動部を構成する動力伝達ユニットの他の例を示す図である。
【図15】 図11の駆動部を構成する動力伝達ユニットの他の例を示す図である。
【図16】 露光条件調節過程を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
10:露光システム
12:光源部
14:シャッター
16:光ソース部
18:照明光学系
20:レチクル
22:投影光学系
24:絞り
26:撮像部
28,62:制御部
30:駆動部
32:開閉感知部
34:現在位置検知部
36a,36b:撮像基板
38a,38b:支持ブロック
40:ガイドレール
42a,42b,42c,42d:動力伝達ユニット
44:位置感知ユニット
46:回転軸
48:ピニオン
50:モーター
52a,52b:ローラー
54:ベルト
58:シリンダー
60,66:出力ユニット
64:調節ユニット
Claims (22)
- 照射光に向かって複数の撮像素子を備え、絞り上の前記照射光の通過領域範囲における各部位別光エネルギーを感知する撮像部と、
前記撮像部を前記絞りの前面または後面に近接させ、また、前記照射光をさえぎらない位置に離隔させる駆動部と、
前記駆動部を制御して前記撮像部の位置を前記絞りの前面または後面に移動せしめ、前記絞り上での前記撮像部からの感知信号を受信して、感光膜に対する光エネルギー条件を判断し、前記絞りの開閉程度を調節するための調節基準を提示する制御部と、
を有することを特徴とする照射光の光エネルギー検査装置。 - 前記撮像部は、前記絞りの前面に移動されて前記照射光に向かって設置され、
さらに、前記絞りの開閉程度を感知して前記制御部に印加する開閉感知部を有することを特徴とする請求項1に記載の照射光の光エネルギー検査装置。 - 前記撮像部の現在位置を感知して前記制御部に印加する現在位置検知部をさらに具備してなることを特徴とする請求項2に記載の照射光の光エネルギー検査装置。
- 前記撮像部は、前記絞りを通過する照射光の最大通過領域以上の面積範囲をカバーするように前記複数の撮像素子を配置してなる撮像基板と、
前記駆動部に連結されて前記撮像基板を支持する支持ブロックと、からなることを特徴とする請求項1に記載の照射光の光エネルギー検査装置。 - 前記駆動部は、前記支持ブロックの一側を支持し、前記制御部から印加される制御信号に応じて前記支持ブロックを回転させる構成からなることを特徴とする請求項4に記載の照射光の光エネルギー検査装置。
- 前記駆動部は、前記支持ブロックの両側を支持してスライディング位置移動を案内するガイドレールと、
前記ガイドレールに沿って前記支持ブロックを移動させる動力伝達ユニットと、からなることを特徴とする請求項4に記載の照射光の光エネルギー検査装置。 - 前記絞りの下部には、前記撮像基板の中心が照射光の光軸線上にあるように前記支持ブロックの側部を案内するガイドがさらに設置されていることを特徴とする請求項5又は6に記載の照射光の光エネルギー検査装置。
- 前記撮像部は、前記絞りを通過する照射光の最大通過領域以上の長さで前記複数の撮像素子を一列配置してなる撮像基板と、
前記駆動部に連結されて前記撮像基板を支持する支持ブロックと、からなることを特徴とする請求項1に記載の照射光の光エネルギー検査装置。 - 前記駆動部は、前記支持ブロックの長手方向側部を支持してスライディング位置移動を案内するガイドレールと、
前記ガイドレールに沿って前記支持ブロックを移動させる動力伝達ユニットと、
前記ガイドレールに対する前記支持ブロック上の撮像基板位置情報を感知してその信号を前記制御部に印加する位置感知ユニットと、からなることを特徴とする請求項8に記載の照射光の光エネルギー検査装置。 - 前記動力伝達ユニットは、前記ガイドレールが長手方向にギヤを形成したラックで構成し、前記撮像基板の長手方向と並んで前記支持ブロックに回転可能に支持される回転軸と、前記回転軸上に設置されて前記ガイドレール上のギヤに対応するピニオンと、前記回転軸に連結されて前記制御部の制御信号に応じて回転力を提供するモーターと、からなることを特徴とする請求項9に記載の照射光の光エネルギー検査装置。
- 前記動力伝達ユニットは、前記ガイドレールが長手方向両側端部にそれぞれ回転可能に設置したローラーと、前記支持ブロックを固定し、前記両側ローラーを互いに連動して回転するように連結するベルトと、前記ローラーに連結されて前記制御部の制御信号に応じて回転力を提供するモーターと、からなることを特徴とする請求項9に記載の照射光の光エネルギー検査装置。
- 前記動力伝達ユニットは、前記ガイドレールを側壁長手方向に沿ってネジの形成されたスクリューロッドから構成し、前記支持ブロック上には前記スクリューロッドがネジ結合により貫通するようにナットを形成し、前記スクリューロッドに連結されて前記制御部への制御信号に応じて前記スクリューロッドに回転力を提供するモーターと、を備えてなることを特徴とする請求項9に記載の照射光の光エネルギー検査装置。
- 前記撮像部を構成する複数の撮像素子は、レチクルを通過するに従い回折される0次光と±1次光のうち前記絞りの±1次光の通過領域範囲に対応するように配置されることを特徴とする請求項1に記載の照射光の光エネルギー検査装置。
- 前記制御部は前記撮像部からの信号を受信して前記絞りを通過する各部位別照射光の光エネルギー状態を作業者が確認できるように出力する出力ユニットをさらに備えてなることを特徴とする請求項1に記載の照射光の光エネルギー検査装置。
- 照射光に対向して複数の撮像素子を備えて絞り上の照射光通過領域範囲に対する各部位別光エネルギーを感知する撮像部と、
前記撮像部を前記絞りの前面または後面に近接させ、また、前記照射光をさえぎらない位置に離隔させる駆動部と、
前記絞りの開閉を調節する調節ユニットと、
前記駆動部を制御し、前記撮像部の位置を前記絞りの前面または後面に移動せしめ、前記絞り上での前記撮像部の感知信号を受信して感光膜に対する光エネルギー条件を判断し、前記絞り開閉程度の設定値を求めて前記調節ユニットを通じて絞りの開閉程度を制御する制御部と、
を有することを特徴とする照射光の光エネルギー検査装置をもつ露光条件調節システム。 - 前記制御部は、前記撮像部を通じて受信される前記絞り通過領域の照射光の光エネルギー状態と前記調節ユニットの制御を通じた前記絞りの開閉程度を作業者が確認できるように出力する出力ユニットをさらに備えてなることを特徴とする請求項15に記載の照射光の光エネルギー検査装置をもつ露光条件調節システム。
- 照射光に向かって複数の撮像素子を備えて絞り通過位置の照射光の光エネルギーを各部位別に感知する撮像部と、
前記撮像部を前記絞りの前面または後面に近接させ、また、前記照射光をさえぎらない位置に離隔させる駆動部と、
前記絞りの開閉を調節する調節ユニットと、
前記駆動部を制御し、前記撮像部の位置を前記絞りの前面または後面に移動せしめ、前記絞り上での前記撮像部の感知信号を受信して感光膜に対する光エネルギー条件を判断し、前記絞り開閉程度の設定値を求めて前記調節ユニットを通じて前記絞り開閉程度を制御する制御部と、を備え、
前記撮像部を前記絞りの前面または後面に移動させて照射光通過領域に対応位置させる段階と、
前記絞り通過領域に対する各部位別照射光の光エネルギー状態を感知する段階と、
感知された光エネルギー情報から感光膜を化学変化させるための光干渉の光エネルギー程度範囲を算出する段階と、
前記光干渉の光エネルギー程度範囲で最適の焦点を形成するための前記絞りの開閉程度設定値を算出する段階と、
前記絞りの開閉程度設定値による前記絞りの開閉程度を調節する段階と、
を有することを特徴とする露光条件調節方法。 - 前記撮像部は、前記絞りに対する照射光が最大通過領域以上の面積範囲に前記複数の撮像素子を配置した撮像基板から構成し、前記駆動部は印加される制御信号に応じて前記撮像基板の一側部位を支持する状態で前記絞り下部に選択的に近接対応して回転位置させるように構成し、
前記絞りの通過領域に対する各部位別照射光の光エネルギー状態を感知する段階は前記撮像基板のなす面積範囲で配置された各撮像素子に作用する光エネルギー状態を撮影してなされることを特徴とする請求項17に記載の露光条件調節方法。 - 前記撮像部は、前記絞りを通過する照射光の最大通過領域以上の長さで前記複数の撮像素子を一列配置してなる撮像基板と、前記駆動部に連結されて前記撮像基板を支持する支持ブロックと、から構成し、前記駆動部は前記支持ブロックの長手方向側部を支持して一側方向にスライディング位置移動を案内するガイドレールと、前記ガイドレールにそって前記支持ブロックを移送させる動力伝達ユニットと、前記ガイドレールに対する前記支持ブロック上の撮像基板位置情報を感知して前記制御部に印加する位置感知ユニットと、から構成し、
前記絞りの通過領域に対する各部位別照射光の光エネルギー状態を感知する段階は、前記撮像基板を含んだ前記支持ブロックをスライディング移動させる過程において各撮像素子に作用する光エネルギー状態を前記撮像基板の位置情報に対応して連続的に撮影してなされることを特徴とする請求項17に記載の露光条件調節方法。 - 複数の形状の光原形に対しそれぞれ実施し、前記絞りの開閉程度の設定値を求める段階において最適の光エネルギーと焦点の条件を満足する光原形を選定する段階がさらに具備されてなることを特徴とする請求項17に記載の露光条件調節方法。
- 前記絞りの開閉程度を調節する段階において前記撮像部を通じた前記絞りの開閉が設定値で開閉されたかどうかを確認する段階がさらに具備されることを特徴とする請求項17に記載の露光条件調節方法。
- 照射光に対向して複数の撮像素子を備えて絞り通過位置の照射光の光エネルギーを各部位別に感知する撮像部と、
前記撮像部を前記絞りの前面または後面に近接させ、また、前記照射光をさえぎらない位置に離隔させる駆動部と、
前記絞りの開閉を調節する調節ユニットと、
前記駆動部を制御し、前記撮像部の位置を前記絞りの前面または後面に移動せしめ、前記絞り上での前記撮像部の感知信号を受信して感光膜に対する光エネルギー条件を判断し、前記絞り開閉程度の設定値を求めて前記調節ユニットを通じて前記絞り開閉程度を制御する制御部と、を備え、
前記撮像部を前記絞りの前面または後面に移動させて照射光通過領域に対応位置させる段階と、
前記絞り通過領域に対する各部位別照射光の光エネルギー状態を感知する段階と、
感知された光エネルギー情報から感光膜を化学変化させるための光干渉の光エネルギー程度範囲を算出する段階と、
前記光干渉の光エネルギー程度範囲で最適の焦点を形成するための前記絞りの開閉程度設定値を算出する段階と、
前記絞りの開閉程度設定値による前記絞りの開閉程度を調節する段階と、
前記絞りの照射光通過領域から前記撮像部を離隔させる段階と、
前記絞りに対向して感光膜の塗布されたウェハを所定位置に載置して露光工程を行う段階と、
を有することを特徴とする露光条件調節による半導体素子の製造方法。
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