專利名稱：監(jiān)測、曝光、腐蝕方法、半導(dǎo)體器件制造方法及曝光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高精度地監(jiān)測微細(xì)加工圖形的寬度的方法。而且，本發(fā)明涉及使用該監(jiān)測方法的曝光方法、腐蝕方法、半導(dǎo)體器件的制造方法及曝光處理裝置。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體器件的性能極大地被微細(xì)圖形的尺寸精度所左右。在微細(xì)加工中，以光刻形成的抗蝕劑圖形作為掩模，對絕緣膜或?qū)щ娔さ纫r底膜進(jìn)行干法腐蝕加工。在半導(dǎo)體器件制造中，提高半導(dǎo)體襯底表面的加工尺寸精度是重大課題之一，要求以更高精度來控制用于提高光刻和干法腐蝕的加工精度的諸多圖形。
光刻工序使用曝光裝置、例如縮小投影曝光裝置(步進(jìn)式)，在涂敷了作為感光劑的抗蝕劑膜的半導(dǎo)體襯底上進(jìn)行半導(dǎo)體器件圖形的復(fù)制。具體地說，從光源射出的光透過描繪了要復(fù)制的半導(dǎo)體器件圖形的原版，在用光學(xué)系統(tǒng)縮小后，形成對半導(dǎo)體襯底投影的抗蝕劑圖形。在使用了縮小投影曝光裝置的圖形形成中，曝光裝置的析像力根據(jù)光學(xué)理論通過下式提供。
R＝k1λ/NA (1)DOF＝k2λ/NA2(2)這里，R表示析像力，DOF表示聚焦深度。此外，各個參數(shù)k1、k2表示工序系數(shù)，λ表示曝光波長，NA表示數(shù)值孔徑。因此，對于半導(dǎo)體器件的微細(xì)化要求來說，至今進(jìn)行著曝光波長的短波長化、投影透鏡的高NA化和與此相應(yīng)的工序改善。但是，對于近年來半導(dǎo)體器件的進(jìn)一步微細(xì)化要求，非常難以確保曝光量裕度和聚焦深度。因此，為了有效地靈活使用少的曝光范圍，提高加工尺寸精度而不導(dǎo)致成品率的下降，需要進(jìn)行更高精度的曝光量和聚焦管理。
例如，即使在半導(dǎo)體襯底上將多個半導(dǎo)體器件圖形按相同的設(shè)定曝光量進(jìn)行曝光時，因半導(dǎo)體襯底表面的平坦性、抗蝕劑膜的半導(dǎo)體襯底表面膜厚分布、或曝光后尖峰(PEB)和顯像的半導(dǎo)體襯底表面不均勻性等原因，在半導(dǎo)體襯底表面中適當(dāng)曝光量出現(xiàn)偏差，因此造成成品率下降。
如果關(guān)注曝光量管理，則在集成電路技術(shù)、檢驗和工序控制4(SPIEVol.1261 Integrated Circuit Metrology，Inspection，and Process Control4(1990)p.315)和(日本)特開2000-310850號公報中，披露了曝光量監(jiān)測方法的建議。這些建議的特征在于，在使用的縮小投影曝光裝置中，在半導(dǎo)體襯底上按不進(jìn)行析像的節(jié)距，通過配置沿一方向連續(xù)改變透過部和遮光部的尺寸比(占空比)的圖形，在曝光量上具有傾斜分布來進(jìn)行曝光。根據(jù)該方法，可以知道抗蝕劑掩模圖形形成的有效的合適曝光量的變動分布。
此外，為了降低光刻工序后的半導(dǎo)體襯底上的圖形尺寸精度偏差，將半導(dǎo)體襯底區(qū)分為幾個區(qū)域，對每個區(qū)域設(shè)定曝光量的曝光方法披露于(日本)特開平10-270320號公報。但是，在該方法中，由于設(shè)定曝光量的近似精度不太高，所以還不能認(rèn)為是有效的校正方法。
干法腐蝕工序接續(xù)光刻工序。在干法腐蝕工序中，以光刻工序形成的抗蝕劑圖形作為掩模，通過形成氣體等離子體來進(jìn)行生成的離子轟擊，對半導(dǎo)體襯底上的襯底膜進(jìn)行腐蝕加工。干法腐蝕的加工尺寸精度不僅受到襯底溫度、氣體流量、等離子體密度、自偏置電壓等腐蝕條件的影響，還受到抗蝕劑掩模的形狀的影響。因此，難以分離地測定干法腐蝕和光刻各自的影響，不可能直接地進(jìn)行監(jiān)測。
此外，就實現(xiàn)高精度的微細(xì)加工控制來說，微細(xì)圖形的寬度監(jiān)測技術(shù)也同樣重要。以往，在該寬度監(jiān)測中，使用掃描型電子顯微鏡(SEM)。但是，在SEM測定中，存在以下問題(1)因圖形微細(xì)化，接近SEM的測定限度，不能獲得充分的測定精度；(2)因電子束照射，在抗蝕劑膜、襯底膜或半導(dǎo)體襯底上容易產(chǎn)生損傷等。
如上所述，在微細(xì)加工中，為了尋求半導(dǎo)體器件的圖形尺寸方法的加工精度和均勻性，關(guān)鍵在于高精度地控制光刻的曝光條件和干法腐蝕的腐蝕條件等。但是，在簡便并且高精度地測定微細(xì)圖形而不對半導(dǎo)體襯底產(chǎn)生損傷的方法上存在問題。而且，由于難以分離并高精度地測定光刻和干法腐蝕各工序在微細(xì)加工上產(chǎn)生的影響，所以存在不能有效地進(jìn)行半導(dǎo)體器件的加工控制的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決這樣的課題，提供可以簡便并且高精度地觀測微細(xì)加工圖形的寬度的監(jiān)測方法、以及采用監(jiān)測方法的曝光方法、半導(dǎo)體器件的制造方法、腐蝕方法和曝光處理裝置。為了解決上述課題，本發(fā)明的第1方案提供一種監(jiān)測方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)在襯底膜上形成至少一邊有對所述襯底膜的表面傾斜的傾斜側(cè)壁的監(jiān)測抗蝕劑圖形，測定與所述傾斜側(cè)壁和所述襯底膜相交方向垂直的方向上的所述監(jiān)測抗蝕劑圖形的寬度的步驟；(2)以所述監(jiān)測抗蝕劑圖形作為掩模，選擇性腐蝕所述襯底膜來形成監(jiān)測襯底膜圖形，測定所述垂直方向的所述監(jiān)測襯底膜圖形的寬度的步驟；以及(3)根據(jù)所述監(jiān)測抗蝕劑圖形的寬度和所述監(jiān)測襯底膜圖形的寬度之差，獲得所述監(jiān)測抗蝕劑圖形和所述監(jiān)測襯底膜圖形的偏移寬度的步驟。根據(jù)本發(fā)明的第1方案，可以提供簡便并且高精度地測定微細(xì)加工圖形的寬度的監(jiān)測方法。本發(fā)明的第2方案包括將半導(dǎo)體襯底1區(qū)分為多個曝光區(qū)域的步驟，以及按半導(dǎo)體襯底1的位置坐標(biāo)函數(shù)來近似設(shè)定多個曝光區(qū)域的曝光量的步驟。根據(jù)本發(fā)明的第2方案，可以提供使微細(xì)加工的精度和均勻性提高的曝光方法。本發(fā)明的第3方案提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，該方法包括以下工序(1)在被區(qū)分為多個的半導(dǎo)體襯底的曝光區(qū)域中，按所述半導(dǎo)體襯底的位置坐標(biāo)的函數(shù)來近似設(shè)定每個所述曝光區(qū)域的曝光量的工序；(2)在所述半導(dǎo)體襯底上形成襯底膜的工序；(3)形成有對所述襯底膜的表面傾斜的傾斜側(cè)壁的監(jiān)測抗蝕劑圖形的工序；(4)以所述監(jiān)測抗蝕劑圖形作為掩模，按規(guī)定的腐蝕條件選擇性腐蝕所述襯底膜來形成監(jiān)測襯底膜圖形的工序；(5)對每個曝光區(qū)域測定所述監(jiān)測襯底膜圖形的偏移寬度的偏移寬度分布測定的工序；以及(6)將所述偏移寬度分布的偏差與規(guī)定的基準(zhǔn)值比較，在所述偏差小于所述基準(zhǔn)值時，原樣保持所述曝光區(qū)域的所述曝光量的設(shè)定并進(jìn)行后面的處理，而在所述偏差超過所述基準(zhǔn)值時，再次按所述半導(dǎo)體襯底的位置坐標(biāo)的函數(shù)來近似所述偏移寬度分布，計算設(shè)定每個所述曝光區(qū)域的曝光量，進(jìn)行后面的處理的工序。根據(jù)本發(fā)明的第3方案，可以提供使用提高微細(xì)加工的精度和均勻性的曝光方法的半導(dǎo)體器件的制造方法。本發(fā)明的第4方案提供一種腐蝕方法，其特征在于，該方法包括以下工序(1)在每個被區(qū)分為多個的半導(dǎo)體襯底的曝光區(qū)域中，設(shè)定規(guī)定的曝光量的工序；(2)在所述半導(dǎo)體襯底上形成襯底膜的工序；(3)在所述襯底膜上涂敷抗蝕劑膜的工序；(4)形成有對所述襯底膜的表面傾斜的傾斜側(cè)壁的監(jiān)測抗蝕劑圖形的工序；(5)對每個所述曝光區(qū)域測定所述監(jiān)測抗蝕劑圖形的偏移寬度的工序；(6)以所述監(jiān)測抗蝕劑圖形作為掩模，按規(guī)定的腐蝕條件選擇性腐蝕所述襯底膜來形成監(jiān)測襯底膜圖形的工序；(7)對每個所述曝光區(qū)域測定所述監(jiān)測襯底膜圖形的偏移寬度的工序；以及(8)獲得所述監(jiān)測襯底膜圖形的偏移寬度和所述監(jiān)測抗蝕劑圖形的偏移寬度之差，取得偏移寬度差分布，將偏移寬度的偏差與規(guī)定的基準(zhǔn)值比較，在所述偏差小于所述基準(zhǔn)值時，原樣保持所述腐蝕條件的設(shè)定并進(jìn)行后面的處理，而在所述偏差超過所述基準(zhǔn)值時，變更所述腐蝕條件的設(shè)定，再次重復(fù)進(jìn)行上述處理的工序。根據(jù)本發(fā)明的第4方案，可以提供使用提高微細(xì)加工的精度和均勻性的寬度監(jiān)測方法的腐蝕方法。本發(fā)明的第5方案提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，該方法包括以下工序(1)在每個被區(qū)分為多個的半導(dǎo)體襯底的曝光區(qū)域中，設(shè)定規(guī)定的曝光量的工序；(2)在所述半導(dǎo)體襯底上形成襯底膜的工序；(3)在所述襯底膜上涂敷抗蝕劑膜的工序；(4)形成有對所述襯底膜的表面傾斜的傾斜側(cè)壁的監(jiān)測抗蝕劑圖形的工序；(5)對每個所述曝光區(qū)域測定所述監(jiān)測抗蝕劑圖形的偏移寬度的工序；(6)以所述監(jiān)測抗蝕劑圖形作為掩模，按規(guī)定的腐蝕條件選擇性腐蝕所述襯底膜來形成監(jiān)測襯底膜圖形的工序；(7)對每個所述曝光區(qū)域測定所述監(jiān)測襯底膜圖形的偏移寬度的工序；以及(8)獲得所述監(jiān)測襯底膜圖形的偏移寬度和所述監(jiān)測抗蝕劑圖形的偏移寬度之差，取得偏移寬度差分布，將偏移寬度的偏差與規(guī)定的基準(zhǔn)值比較，在所述偏差小于所述基準(zhǔn)值時，原樣保持所述腐蝕條件的設(shè)定并進(jìn)行后面的處理，而在所述偏差超過所述基準(zhǔn)值時，變更所述腐蝕條件的設(shè)定，再次重復(fù)進(jìn)行上述處理，借此設(shè)定新的腐蝕條件的工序。根據(jù)本發(fā)明的第5方案，可以提供使用了提高微細(xì)加工的精度和均勻性的腐蝕方法的半導(dǎo)體器件的制造方法。本發(fā)明的第6方案提供一種曝光處理裝置，其特征在于，該裝置包括數(shù)據(jù)輸入模塊，在半導(dǎo)體襯底上使用對被區(qū)分為多個的曝光區(qū)域逐次曝光的曝光裝置，對每個所述曝光區(qū)域取得配置的圖形的偏移寬度；曝光量計算模塊，將所述偏移寬度按規(guī)定的關(guān)系式變換為有效曝光量；校正系數(shù)計算模塊，基于所述半導(dǎo)體襯底的位置坐標(biāo)函數(shù)來近似每個所述曝光區(qū)域的所述有效曝光量的分布，并計算校正系數(shù)；以及數(shù)據(jù)輸出模塊，將根據(jù)所述校正系數(shù)校正后的所述曝光區(qū)域的曝光量輸出到曝光裝置控制單元。根據(jù)本發(fā)明的第6方案，可以提供提高微細(xì)加工的精度和均勻性的曝光處理裝置。在本發(fā)明的第2、第3和第6方案中，將半導(dǎo)體襯底區(qū)分為規(guī)定的曝光區(qū)域進(jìn)行曝光并形成圖形，根據(jù)對每個曝光區(qū)域測定該圖形的偏移寬度所獲得的偏移寬度分布來計算函數(shù)，該函數(shù)最好是半導(dǎo)體襯底的位置坐標(biāo)的2次以上的n次多項式。在本發(fā)明的第2和第6方案中，圖形最好是至少一邊有對半導(dǎo)體襯底的表面傾斜的傾斜側(cè)壁的監(jiān)測抗蝕劑圖形。此外，在本發(fā)明的第2和第6方案中，圖形最好是以監(jiān)測抗蝕劑圖形作為掩模并進(jìn)行選擇性腐蝕形成的監(jiān)測襯底膜圖形。在本發(fā)明的第1～第6方案中，與監(jiān)測抗蝕劑圖形的傾斜側(cè)壁對置的側(cè)壁相對于襯底膜表面的角度最好大約為直角。此外，在本發(fā)明的第1～第6方案中，監(jiān)測抗蝕劑圖形最好是通過按規(guī)定的節(jié)距單調(diào)地變化透光特性的衍射柵圖形來曝光形成。衍射柵的節(jié)距P在所述光源波長為λ、所述透鏡數(shù)值孔徑為NA、所述相干性因數(shù)為σ時，最好滿足P＜λ/(NA×(1+σ))的條件。


圖1是表示本發(fā)明第1實施方式的用于監(jiān)測方法的半導(dǎo)體襯底一例的剖面圖。
圖2是本發(fā)明第1實施方式的用于監(jiān)測方法的曝光裝置的示意結(jié)構(gòu)圖。
圖3是用于說明本發(fā)明的第1實施方式的監(jiān)測方法的圖，表示抗蝕劑的曝光量的殘膜特性的圖。
圖4是用于說明本發(fā)明第1實施方式的監(jiān)測方法的圖，圖4(a)表示原版的剖面圖，圖4(b)表示曝光光的透過特性的圖，而圖4(c)是形成的抗蝕劑圖形的剖面圖的一例。
圖5是用于說明本發(fā)明第1實施方式的監(jiān)測方法的圖，表示使用的原版的一例的剖面圖。
圖6是用于說明本發(fā)明的第1實施方式的監(jiān)測方法圖，表示曝光方法的一例。
圖7是用于說明本發(fā)明的第1實施方式的監(jiān)測方法的圖，表示原版的開口率與曝光光的透過特性的一例。
圖8表示本發(fā)明的第1實施方式的用于監(jiān)測方法的原版的一例，圖8(a)是平面圖，圖8(b)是剖面圖。
圖9說明本發(fā)明的第1實施方式的監(jiān)測方法，圖9(a)是原版的剖面圖，圖9(b)是表示曝光光的透過特性的圖，而圖9(c)是形成的監(jiān)測抗蝕劑圖形的剖面圖的一例。
圖10是表示基于本發(fā)明的第1實施方式的監(jiān)測方法的偏移寬度與傾斜側(cè)壁角度的關(guān)系圖。
圖11是用于說明本發(fā)明的第1實施方式的監(jiān)測方法的工序剖面圖的一例。
圖12是本發(fā)明的第1實施方式的用于監(jiān)測方法的原版的剖面圖一例。
圖13(a)是以說明本發(fā)明的第1實施方式的監(jiān)測方法的工序獲得的監(jiān)測抗蝕劑圖形、以及圖13(b)是該監(jiān)測襯底膜圖形的剖面圖的一例。
圖14是表示基于圖2的曝光裝置的半導(dǎo)體襯底的曝光拍照位置的圖。
圖15是表示基于本發(fā)明的第1實施方式的監(jiān)測方法的(a)行/間隔襯底膜圖形的位移寬度、以及(b)監(jiān)測襯底膜圖形的偏移寬度分布的一例的圖。
圖16是用于說明本發(fā)明的第1實施方式的變形例的監(jiān)測方法的圖，是表示原版的一例的圖。
圖17是由本發(fā)明的第1實施方式的變形例的監(jiān)測方法獲得的(a)監(jiān)測抗蝕劑圖形、以及(b)監(jiān)測襯底膜圖形的平面圖的一例。
圖18是由本發(fā)明的第1實施方式的變形例監(jiān)測方法獲得的(a)監(jiān)測抗蝕劑圖形、以及(b)監(jiān)測襯底膜圖形的剖面圖的一例。
圖19是表示用于說明本發(fā)明的第2實施方式的監(jiān)測方法的位置偏移監(jiān)測圖形的一例平面圖。
圖20是用于說明本發(fā)明的第2實施方式的監(jiān)測方法的工序剖面圖的一例。
圖21是本發(fā)明的第2實施方式的用于監(jiān)測方法的原版的剖面圖的一例。
圖22是以說明本發(fā)明的第2實施方式的監(jiān)測方法的工序獲得的(a)監(jiān)測抗蝕劑圖形、以及(b)監(jiān)測襯底膜圖形的剖面圖的一例。
圖23是由本發(fā)明的第2實施方式的監(jiān)測方法獲得的(a)位置偏移監(jiān)測抗蝕劑圖形、以及(b)位置偏移監(jiān)測襯底膜圖形的平面圖的一例。
圖24是表示用于說明本發(fā)明的第2實施方式的監(jiān)測方法的位置偏移監(jiān)測圖形的另一例的平面圖。
圖25是表示用于說明本發(fā)明的第2實施方式的監(jiān)測方法的位置偏移監(jiān)測圖形的又一例的平面圖。
圖26是本發(fā)明的第3實施方式的用于曝光方法的曝光系統(tǒng)的示意結(jié)構(gòu)圖。
圖27是用于說明本發(fā)明的曝光方法的抗蝕劑圖形的偏移寬度和曝光量設(shè)定值的關(guān)系的圖。
圖28是表示用于說明本發(fā)明的曝光方法的行/間隔抗蝕劑圖形的位移寬度分布的一例的圖。
圖29是表示用于說明本發(fā)明的曝光方法有效曝光量分布的一例的圖。
圖30是表示由本發(fā)明的曝光方法獲得的行/間隔抗蝕劑圖形的位移寬度分布的一例的圖。
圖31是表示由本發(fā)明的曝光方法獲得的有效曝光量分布的一例的圖。
圖32是表示用于說明本發(fā)明的曝光方法的工序一例的流程圖。
圖33是本發(fā)明變形例的用于曝光方法的曝光系統(tǒng)的示意結(jié)構(gòu)圖。
圖34是表示用于說明本發(fā)明實施例的干法腐蝕控制方法的工序一例的流程圖。
圖35是表示對于由本發(fā)明實施例的干法腐蝕控制方法獲得的抗蝕劑圖形的有效曝光量分布的一例的圖。
圖36是表示對于由本發(fā)明實施例的干法腐蝕控制方法獲得的襯底硅氧化膜圖形的有效曝光量分布的一例的圖。
圖37是表示由本發(fā)明實施例的干法腐蝕控制方法獲得的有效曝光量差的分布一例的圖。標(biāo)號說明1 半導(dǎo)體襯底2 襯底膜3 抗蝕劑膜4 4a～4e 原版5 透明襯底6 6a～6m 遮光膜7 曝光光8 0次衍射光9 1次衍射光10 瞳孔光圈11 抗蝕劑圖形12 12a 12b 32a～32c監(jiān)測襯底膜圖形13 13a 13b 33a～33c監(jiān)測抗蝕劑圖形14a 14b基準(zhǔn)位置抗蝕劑圖形15 曝光測試圖形16 16a～16h 17 曝光監(jiān)測圖形18 行/間隔圖形19 基準(zhǔn)位置圖形20 傾斜側(cè)壁21 陡角度側(cè)壁22 行/間隔襯底膜圖形23 行/間隔抗蝕劑圖形24a 24b基準(zhǔn)位置襯底膜圖形26 位置偏移監(jiān)測圖形，27 位置偏移監(jiān)測抗蝕劑圖形28 位置偏移監(jiān)測襯底膜圖形40 照明光學(xué)系統(tǒng)
41光源42快門44照明透鏡系統(tǒng)46投影光學(xué)系統(tǒng)48載物臺50曝光裝置51曝光裝置控制單元52照明光學(xué)系統(tǒng)模塊53投影光學(xué)系統(tǒng)模塊54對準(zhǔn)系統(tǒng)模塊55載物臺驅(qū)動系統(tǒng)模塊60曝光處理單元61處理條件輸入模塊62數(shù)據(jù)輸入模塊，曝光量計算模塊64校正系數(shù)計算模塊65數(shù)據(jù)輸出模塊66存儲裝置70對合偏移檢查裝置71對合偏移檢查控制模塊80干法腐蝕裝置81干法腐蝕裝置控制模塊90局域網(wǎng)91主計算機(jī)具體實施方式
以下參照附圖來說明本發(fā)明的第1和第2實施方式。在以下的附圖記載中，對相同或類似的部分附以類似的標(biāo)號。但是，應(yīng)該指出，附圖是示意性的，厚度和平面尺寸的關(guān)系、各層的厚度比率等與實際情況有所不同。因此，具體的厚度和尺寸應(yīng)該參照以下的說明來判斷。此外，當(dāng)然附圖相互間也包含相互的尺寸關(guān)系和比率不同的部分。
(第1實施方式)在本發(fā)明的第1實施方式的監(jiān)測方法中，如圖1(a)所示，在半導(dǎo)體襯底1上堆積的例如硅氧化膜(SiO2)構(gòu)成的襯底膜2表面上，形成有與表面形成的角為緩慢角度θ的傾斜側(cè)壁20和接近90度的陡角度側(cè)壁21的監(jiān)測抗蝕劑圖形13。以監(jiān)測抗蝕劑圖形13作為掩模，對襯底膜2進(jìn)行干法腐蝕后，除去監(jiān)測抗蝕劑圖形13，測定圖1(b)所示的監(jiān)測襯底膜圖形12的偏移寬度Δs。
監(jiān)測抗蝕劑圖形13的側(cè)壁形狀例如在反應(yīng)性離子腐蝕(RIE)那樣的各向異性干法腐蝕的情況下，對圖形的精加工寬度產(chǎn)生影響。即，在對半導(dǎo)體襯底表面沿垂直方向進(jìn)行加工的RIE工序中，離子幾乎照射不到監(jiān)測抗蝕劑圖形13的陡角度側(cè)壁21，而傾斜側(cè)壁20被離子轟擊，因而被腐蝕。在傾斜側(cè)壁20中，在RIE中，監(jiān)測抗蝕劑圖形13的邊緣位置縮小后退。一般地，該后退寬度△s依賴于圖形側(cè)壁的傾斜角θ的大小，傾斜角越小，后退寬度越大。另一方面，在接近垂直的陡角度側(cè)壁21中，邊緣位置幾乎不后退。因此，邊緣位置的后退偏移寬度Δs放大反映了對RIE的加工圖形尺寸的影響，可以用于RIE的加工精度的評價。此外，根據(jù)偏移寬度Δs的表面分布可調(diào)查RIE加工的均勻性。
本發(fā)明第1實施方式的用于說明光刻工序的曝光裝置50為圖2所示的縮小投影曝光裝置(步進(jìn)式曝光裝置)，縮小比為1∶5。由光源41、快門42及照明透鏡系統(tǒng)44構(gòu)成照明光學(xué)系統(tǒng)40。作為光源41，使用波長λ為248nm的氟化氪(KrF)受激準(zhǔn)分子激光，在照明透鏡系統(tǒng)44中，包含蠅眼透鏡和聚光鏡。照明光學(xué)系統(tǒng)的相干性因數(shù)σ為0.75。投影光學(xué)系統(tǒng)46由投影透鏡和瞳孔光圈等構(gòu)成，透鏡數(shù)值孔徑NA為0.6。曝光光7將照明光學(xué)系統(tǒng)45和投影光學(xué)系統(tǒng)46之間設(shè)置的原版4的圖形縮小投影到載物臺48上的半導(dǎo)體襯底1上。每拍照的曝光范圍為20mm角度。再有，為了簡化說明，設(shè)曝光裝置50的縮小比為1∶5，但當(dāng)然也可以為任意的縮小比。在以下的說明中，作為原版4上的圖形尺寸，只要不事先說明，就換算記述為縮小投影在半導(dǎo)體襯底1上的尺寸。
用于說明本發(fā)明第1實施方式的抗蝕劑的靈敏度曲線如圖3所示，在某個曝光量EXc以上時具有靈敏度。按EXc以上的曝光量進(jìn)行了曝光的抗蝕劑膜通過在顯像工序中進(jìn)行溶解，其膜厚減小，在EX0以上的曝光量時完全溶解。通常，從裕度來看，提供EX0以上的曝光量EX。在EXc和EX0間的中間區(qū)域，盡管抗蝕劑膜進(jìn)行膜厚減少，但不除去地殘留在襯底表面上。再有，如果使曝光量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于EX0，進(jìn)行所謂的過曝光，則盡管沒有抗蝕劑殘膜，但要保留的抗蝕劑圖形寬度也會減小。因此，曝光量的設(shè)定使用百分之幾十的過曝光量作為EX。
圖4(a)所示的原版4a在石英襯底等透明襯底5的一部分上設(shè)置遮擋曝光光的遮光膜6。一般地，作為遮光膜6，使用鉻等金屬膜，但如果對于曝光光具有充分遮光性，則也可以使用其他材料，例如合金、金屬氧化物或有機(jī)物等。使用該原版，如果對涂敷了抗蝕劑膜的半導(dǎo)體襯底1以曝光量EX進(jìn)行曝光，則如圖4(b)所示，在原版4a的與遮光膜6的邊緣相當(dāng)?shù)钠毓馕恢?，可獲得曝光量從0急劇地變化到EX的光學(xué)像。這里，原版4a的遮光膜6的曝光光透過率為0％，只在沒有遮光膜6的透明襯底5的透過部中為100％。該光學(xué)像按照抗蝕劑的靈敏度曲線被復(fù)制在抗蝕劑膜上，如圖4(c)所示，形成抗蝕劑圖形11。半導(dǎo)體襯底1上形成的抗蝕劑圖形11的邊緣按照圖4(b)所示的曝光強(qiáng)度成為幾乎垂直的陡角度側(cè)壁21。
接著，如圖5所示，在透明襯底5上，考慮節(jié)距P滿足以下條件的細(xì)遮光膜6的配置了衍射柵的曝光測試圖形15的原版4b。
P＜λ/NA(1+σ)(3)其中，P是縮小投影的圖形的節(jié)距，如上所述，在原版4b上為5倍的尺寸。在節(jié)距P滿足式(3)的條件時，原版4b投影的圖形在襯底上不被析像。本發(fā)明第1實施方式的曝光裝置50(λ248nm、NA0.6、σ0.75)的情況下滿足式(3)的條件的節(jié)距P大致為234nm以下。如圖6所示，曝光強(qiáng)度EX的曝光光7通過原版4b的曝光測試圖形15進(jìn)行衍射，而1次衍射光9被曝光裝置的投影光學(xué)系統(tǒng)46的瞳孔光圈10遮擋，不能到達(dá)半導(dǎo)體襯底表面上。即，在半導(dǎo)體襯底表面上，僅產(chǎn)生一樣的0次衍射光8的分布，衍射柵圖形不成像。
圖7是按滿足式(3)的固定節(jié)距P，使用曝光測試圖形15的衍射柵的開口率不同的原版4b，測定透過半導(dǎo)體襯底1的曝光光的0次衍射光8的強(qiáng)度的結(jié)果。這里，透光強(qiáng)度以相對于入射曝光強(qiáng)度EX的比來表示。如果衍射柵開口率從0增加到100％，則與其相對應(yīng)，如圖7所示，透光強(qiáng)度從0增加到1。由此，只要排列按規(guī)定的比例改變了衍射柵的開口率的圖形，則可以有效地形成具有曝光光的透過率分布的曝光圖形。
如圖8(a)和圖8(b)所示，本發(fā)明第1實施方式的說明中使用的原版4c的曝光監(jiān)測圖形16，是按滿足式(3)條件的固定節(jié)距P通過在透明襯底5上以一定的比例增加多個遮光膜6a～6m的寬度來連續(xù)地改變開口率的衍射柵。遮光膜6a的面對紙面右側(cè)的開口率為100％，遮光膜6m的開口率為0％。
如圖9(a)所示，按曝光量EX向有曝光監(jiān)測圖形16的原版4c進(jìn)行照射，對涂敷了抗蝕劑膜的半導(dǎo)體襯底1進(jìn)行曝光。例如，如果以曝光監(jiān)測圖形16的遮光膜6m左側(cè)的邊緣作為基點，則如圖9(b)所示，獲得的光學(xué)像向紙面右邊平緩地增加曝光強(qiáng)度，在曝光監(jiān)測圖形16的遮光膜6a右側(cè)的邊緣具有曝光強(qiáng)度達(dá)到1的分布。曝光量EX遠(yuǎn)大于EX0，所以根據(jù)圖3所示的抗蝕劑的靈敏度曲線，可獲得被復(fù)制在半導(dǎo)體襯底1上的抗蝕劑膜上、如圖9(c)所示的監(jiān)測抗蝕劑圖形13。即，在曝光強(qiáng)度比EXc/EX小的范圍所對應(yīng)的曝光位置，抗蝕劑膜原樣保留，在EXc/EX～EX0/EX間形成監(jiān)測抗蝕劑圖形13的傾斜側(cè)壁20。再有，在與EX0/EX～1間對應(yīng)的曝光位置抗蝕劑膜被除去，所以如圖所示，監(jiān)測抗蝕劑圖形13從曝光監(jiān)測圖形16的遮光膜6a側(cè)的邊緣縮小后退。傾斜側(cè)壁20的角度θ可通過改變開口率的變化比例來調(diào)整。例如，在將原版的節(jié)距P一定為190nm，開口率按固定的5nm寬度變化時，曝光監(jiān)測圖形16的總寬度約為7.2μm。形成的監(jiān)測抗蝕劑圖形13通過入射曝光量縮小的寬度有所不同，傾斜側(cè)壁20的角度θ約為60度。在將開口率的變化寬度減小為2.5nm的曝光監(jiān)測圖形的情況下，監(jiān)測抗蝕劑圖形的傾斜側(cè)壁的角度θ約為25度，進(jìn)一步變小。再有，這種情況下的曝光監(jiān)測圖形的總長為14.4μm。
于是，根據(jù)曝光監(jiān)測圖形16的開口率的變化比例，可以控制在半導(dǎo)體襯底1上形成的監(jiān)測抗蝕劑圖形13的側(cè)壁形狀。
圖1(a)所示的本發(fā)明第1實施方式的監(jiān)測抗蝕劑圖形13從圖8所示的曝光監(jiān)測圖形16投影復(fù)制。以監(jiān)測抗蝕劑圖形13作為掩模，由RIE形成的監(jiān)測襯底膜圖形12通過監(jiān)測抗蝕劑圖形13的傾斜側(cè)壁20側(cè)的抗蝕劑在RIE中被腐蝕，與監(jiān)測抗蝕劑圖形13相比僅縮小偏移寬度Δs。監(jiān)測抗蝕劑圖形13的陡角度側(cè)壁21對應(yīng)的監(jiān)測襯底膜圖形12的邊緣形成在與監(jiān)測抗蝕劑圖形13的邊緣大致相同的位置。而監(jiān)測抗蝕劑圖形13如圖9(c)的說明，在光刻工序中被縮小得小于曝光監(jiān)測圖形16的寬度。因此，預(yù)先求出曝光顯像后的監(jiān)測抗蝕劑圖形13的圖形寬度，通過減去腐蝕后的監(jiān)測襯底膜圖形12的圖形寬度，求出偏移寬度Δs。
圖10是對于RIE的腐蝕時間來表示對于監(jiān)測抗蝕劑圖形13的傾斜側(cè)壁20的角度θ的監(jiān)測襯底膜圖形12的偏移寬度Δs的圖。θ變小，即隨著抗蝕劑圖形的剖面形狀伏俯，偏移寬度Δs增加，而依賴于腐蝕時間，偏移寬度Δs的變化變大。例如，在使用了角度θ為60度的監(jiān)測抗蝕劑圖形13時，監(jiān)測襯底膜圖形12的偏移寬度Δs在RIE時間60秒時約為90nm。即使考慮了光刻工序中的監(jiān)測抗蝕劑圖形13的縮小，也可以按幾μm寬度來形成監(jiān)測襯底膜圖形12，可以不采用使用電荷束的SEM等的計測方法，而采用光學(xué)的計測方法。圖10所示的監(jiān)測襯底膜圖形12的總寬度約為6μm。圖10的偏移寬度的測定使用光學(xué)式的對合偏移檢查裝置。對合偏移檢查裝置的測定精度為±1nm，與SEM的測定精度(±5nm)相比，可以高精度地測定偏移寬度Δs。
根據(jù)圖11，說明實施本發(fā)明第1實施方式的監(jiān)測方法的工序。如圖14所示，使用的半導(dǎo)體襯底1是直徑200mm的Si半導(dǎo)體襯底。半導(dǎo)體襯底1表面內(nèi)的位置以半導(dǎo)體襯底1的中心為原點(0，0)，用位置坐標(biāo)(x，y)表示。這里，坐標(biāo)x、y用mm單位表示。此外，設(shè)曝光裝置50的半導(dǎo)體襯底1上的拍照位置為S(x，y)。這里，S(x，y)用曝光拍照區(qū)域20mm角的中心坐標(biāo)(x，y)表示。拍照位置S(0，0)是用位置坐標(biāo)(-10、-10)、 (-10、10)、(10、10)、(10、-10)指定的正方形區(qū)域。此外，沿x軸拍照位置為S(-80，0)、S(-60，0)、S(-40，0)、…、S(80，0)，沿y軸為S(0，-80)、S(0，-60)、S(0，-40)、…、S(0，80)。在直徑200mm的整個半導(dǎo)體襯底1中，成為圖14中方格狀描繪的共計61點的拍照位置。在以上條件下進(jìn)行以下步驟。
(1)首先，如圖11(a)所示，在半導(dǎo)體襯底1上形成厚度200nm的襯底膜2。而且，在襯底膜2上，如圖11(b)所示，通過旋轉(zhuǎn)涂敷形成厚度600nm的抗蝕劑膜3。
(2)使用曝光裝置50(參照圖2)，將圖12所示的原版4d的圖形曝光在半導(dǎo)體襯底1表面的抗蝕劑膜3上。這里，在原版4d中，配置透明襯底5上作為期望圖形的行/間隔(L/S)圖形18、以及本發(fā)明第1實施方式的曝光監(jiān)測圖形16。如圖12所示，L/S圖形18和曝光監(jiān)測圖形16是按固定的節(jié)距P來排列面對紙面在垂直方向上延長的多個遮光膜6和遮光膜6a～6l的圖形。L/S圖形18的遮光膜6的寬度及節(jié)距P分別為固定值150nm和300nm，曝光監(jiān)測圖形16是使節(jié)距P固定為190nm并按固定比例來增加遮光膜6a～6l的寬度的圖形。在第1實施方式中，曝光監(jiān)測圖形16的遮光膜的增加寬度為5nm，在圖12中，為了簡化，以遮光膜6a～6l為代表示出，但實際上為38個遮光膜，總長為7.2μm。如上所述，根據(jù)式(3)的節(jié)距P的條件，L/S圖形18在半導(dǎo)體襯底1上進(jìn)行析像，曝光監(jiān)測圖形16不進(jìn)行析像。
(3)在抗蝕劑膜3曝光后進(jìn)行規(guī)定的顯像處理，如圖11(c)所示，獲得行/間隔抗蝕劑圖形23和監(jiān)測抗蝕劑圖形13。通過搭載了SEM和CCD攝像機(jī)的光學(xué)式的對合偏移檢查裝置，分別測定獲得的行/間隔抗蝕劑圖形23和監(jiān)測抗蝕劑圖形13的加工后寬度。對合偏移檢查裝置根據(jù)圖像解析來測定圖形長度。
(4)接著，如圖11(d)所示，以行/間隔抗蝕劑圖形23和監(jiān)測抗蝕劑圖形13作為掩模，通過各向異性的RIE對襯底膜2進(jìn)行腐蝕，形成行/間隔襯底膜圖形22和監(jiān)測襯底膜圖形12。
(5)最后，通過濕法腐蝕，將抗蝕劑剝離，如圖11(e)所示，獲得在半導(dǎo)體襯底1上進(jìn)行了腐蝕加工的行/間隔襯底膜圖形22和監(jiān)測襯底膜圖形12。測定行/間隔襯底膜圖形22和監(jiān)測襯底膜圖形12的圖形的加工后寬度。測定方法是與行/間隔抗蝕劑圖形23和監(jiān)測抗蝕劑圖形13相同的裝置。
曝光監(jiān)測圖形16的監(jiān)測抗蝕劑圖形13的形狀和RIE腐蝕后的監(jiān)測襯底膜圖形12的形狀分別示于圖13(a)和圖13(b)。在面對監(jiān)測抗蝕劑圖形13剖面的紙面左側(cè)的陡角度側(cè)壁中，監(jiān)測抗蝕劑圖形13和監(jiān)測襯底膜圖形12的邊緣位置一致，但在傾斜側(cè)壁中，判定為監(jiān)測襯底膜圖形12的邊緣后退。在對合偏移檢查裝置中，進(jìn)行監(jiān)測抗蝕劑圖形13和監(jiān)測襯底膜圖形12的圖像解析，測定總長度，根據(jù)其差來求出偏移寬度Δs。
圖15(a)是SEM測定的行/間隔抗蝕劑圖形23和行/間隔襯底膜圖形22的寬度差的位移寬度分布，圖15(b)是對合偏移檢查裝置測定的監(jiān)測抗蝕劑圖形13和監(jiān)測襯底膜圖形12的偏移寬度Δs的分布。各個寬度測定連續(xù)進(jìn)行3次。再有，在SEM測定中，在每次各個測定結(jié)束時進(jìn)行放電處理。橫軸x是沿半導(dǎo)體襯底1的x軸的直徑方向(y＝0)的襯底位置。
在SEM的測定中，氧化膜因電子束產(chǎn)生充電，所以測定值容易波動，如在圖15(a)看到的，三次測定結(jié)果的偏差很大。SEM測定的情況下，為了確保充分的測定精度，必須增加測定次數(shù)并取平均。而且，為了消除充電，在每次測定中，需要進(jìn)行從真空中取出試料等的放電處理，測定上需要時間。另一方面，圖15(b)的后退寬度測定結(jié)果表示3次測定值為大致相同的值，所以沒有充電，可認(rèn)為有足夠的測定精度。因?qū)掀蒲b置是光學(xué)式的，可以簡便再現(xiàn)性良好地進(jìn)行測定。測定結(jié)果都顯示同樣的趨勢，在半導(dǎo)體襯底1中央部位移寬度小，而偏移寬度大。即，在半導(dǎo)體襯底中央部，與周邊部比較，可預(yù)測腐蝕進(jìn)行得快。
再有，在第1實施方式中，使用監(jiān)測襯底膜圖形12的偏移寬度Δs來調(diào)查干法腐蝕的影響，但不用說，通過偏移寬度Δs的變化來檢測監(jiān)測襯底膜圖形12的圖形中心的偏移，也可進(jìn)行同樣的測定。
于是，根據(jù)本發(fā)明第1實施方式的監(jiān)測方法，可以簡便并且以高精度再現(xiàn)性良好地測定襯底膜圖形形成中產(chǎn)生的干法腐蝕的影響。
(變形例)下面，說明本發(fā)明第1實施方式的變形例的監(jiān)測方法。在第1實施方式的變形例中，特征在于曝光監(jiān)測圖形，其他方面與第1實施方式相同，所以省略重復(fù)的記載。
對于在干法腐蝕中使用的各種腐蝕條件，為了高效率地實施線寬度監(jiān)測，在第1實施方式的變形例中，使用對置的側(cè)壁同時成為傾斜側(cè)壁的抗蝕劑圖形。而且，設(shè)置傾斜角度θ不同的多個抗蝕劑圖形。
在第1實施方式的變形例中使用的原版中，如圖16所示，在透明襯底5上，設(shè)置按一定的節(jié)距從中心向兩端將開口率以一定比例從0變化到100％的左右對稱的衍射柵狀的曝光監(jiān)測圖形17。而且，按與曝光監(jiān)測圖形17同樣的對稱形狀，準(zhǔn)備開口率的變化比例不同的多個曝光監(jiān)測圖形，形成多個圖17和圖18所示的側(cè)壁形狀不同的曝光監(jiān)測抗蝕劑圖形。圖17(a)的曝光監(jiān)測抗蝕劑圖形33a、33b及33c的各自的剖面A-A′、B-B’、及C-C’如圖18(a)所示，分別左右對稱，但傾斜側(cè)壁的角度相互不同。以曝光監(jiān)測抗蝕劑圖形33a、33b、及33c作為掩模，進(jìn)行RIE，獲得圖17(b)所示的曝光監(jiān)測襯底膜圖形32a、32b、及32c。圖18(b)表示曝光監(jiān)測襯底膜圖形32a、32b、及32c各自的剖面D-D’、E-E’、及F-F’。
在變形例中，曝光監(jiān)測抗蝕劑圖形是對置的側(cè)壁相互對稱的傾斜側(cè)壁，所以襯底硅氧化膜圖形的偏移寬度變?yōu)?倍，可更高精度地進(jìn)行測定。此外，設(shè)置有傾斜角度不同的多個曝光監(jiān)測抗蝕劑圖形，所以可以根據(jù)RIE條件，在其內(nèi)腐蝕造成的偏移寬度的測定中選擇使用靈敏度最高的測定，十分有效。
于是，根據(jù)本發(fā)明第1實施方式的變形例，可以提供一種監(jiān)測方法，可以簡便并且以高精度再現(xiàn)性良好地測定襯底膜圖形形成中產(chǎn)生的干法腐蝕影響。
(第2實施方式)在本發(fā)明的第2實施方式的監(jiān)測方法中，如圖19所示，使用設(shè)置了在透明襯底5上由均勻的遮光膜的四角框形狀的遮光膜組成的基準(zhǔn)位置圖形19a～19d、以及包圍基準(zhǔn)位置圖形19a～19d并配置在外側(cè)的曝光檢測圖形16a～16d構(gòu)成的位置偏移監(jiān)測圖形26的原版。如圖19所示，通過曝光監(jiān)測圖形16a、16b面對紙面向右側(cè)增大開口率，曝光監(jiān)測圖形16c、16d面對紙面向上側(cè)增大開口率，在曝光的抗蝕劑上形成傾斜側(cè)壁。將使用有位置偏移監(jiān)測圖形26的原版形成的帶有傾斜側(cè)壁的抗蝕劑圖形作為掩模進(jìn)行干法腐蝕，如果以內(nèi)側(cè)的襯底膜圖形位置作為基準(zhǔn)來求出外側(cè)的襯底膜圖形的位置偏移，則可以調(diào)查干法腐蝕的進(jìn)行狀態(tài)。
第2實施方式的監(jiān)測方法的特征在于，測定通過干法腐蝕工序的圖形偏移不同的兩種圖形間的偏移，而其他方面與第1實施方式相同，所以省略重復(fù)的記載。
根據(jù)圖20，進(jìn)行實施本發(fā)明第2實施方式的監(jiān)測方法的工序說明。
(1)首先，如圖20(a)所示，在半導(dǎo)體襯底1上形成厚度200nm的襯底膜2。然后，在襯底膜2上，如圖20(b)所示，通過旋轉(zhuǎn)涂敷來形成厚度600nm的抗蝕劑膜3。
(2)使用曝光裝置40(參照圖2)，在半導(dǎo)體襯底1表面的抗蝕劑膜3上，進(jìn)行圖21所示的原版4e的圖形的曝光。這里，在原版4e中，配置期望圖形的行/間隔圖形18、基準(zhǔn)位置圖形19a、19b以及曝光監(jiān)測圖形16a、16b。如圖21所示，行/間隔圖形18及曝光監(jiān)測圖形16a、16b是按固定的節(jié)距P排列相對于紙面在垂直方向上延伸的多個遮光膜6和遮光膜6a～6l的圖形。這里，作為一例，形成以下那樣的結(jié)構(gòu)。行/間隔圖形18的節(jié)距P為300nm，遮光膜6的寬度固定為150nm，曝光監(jiān)測圖形16a、16b的節(jié)距P為190nm，使遮光膜6a～6l的寬度按5nm的固定比例增加，圖形寬度為7.2μm。曝光監(jiān)測圖形16a、16b的各自中心間距離為25μm?；鶞?zhǔn)位置圖形19a、19b被配置在曝光監(jiān)測圖形16a、16b之間，寬度為1μm，中心間距離為10μm。這里，行/間隔圖形18和基準(zhǔn)位置圖形19a、19b在半導(dǎo)體襯底1上進(jìn)行析像，而曝光監(jiān)測圖形16a、16b不進(jìn)行析像。
(3)在曝光后進(jìn)行規(guī)定的顯像處理，如圖20(c)所示，獲得行/間隔抗蝕劑圖形23、監(jiān)測抗蝕劑圖形13a、13b及基準(zhǔn)位置抗蝕劑圖形14a、14b。通過對合偏移檢查裝置，測定監(jiān)測抗蝕劑圖形13a、13b構(gòu)成的圖形和基準(zhǔn)位置抗蝕劑圖形14a、14b構(gòu)成的圖形的各自中心位置。
(4)接著，如圖20(d)所示，以行/間隔抗蝕劑圖形23、監(jiān)測抗蝕劑圖形13a、13b及基準(zhǔn)位置抗蝕劑圖形14a、14b為掩模對襯底膜2進(jìn)行基于各向異性的RIE的腐蝕，形成行/間隔襯底膜圖形22、監(jiān)測襯底膜圖形12a、12b及基準(zhǔn)位置襯底膜圖形24a、24b。
(5)最后，通過濕法腐蝕，剝離抗蝕劑圖形，如圖20(e)所示，獲得在半導(dǎo)體襯底1上腐蝕加工的行/間隔襯底膜圖形22、監(jiān)測襯底膜圖形12a、12b及基準(zhǔn)位置襯底膜圖形24a、24b。通過對合偏移檢查裝置，測定監(jiān)測襯底膜圖形12a、12b構(gòu)成的圖形和基準(zhǔn)位置襯底膜圖形24a、24b構(gòu)成的圖形的各自中心位置。
圖22(a)、(b)及圖23(a)、(b)中分別示出對基準(zhǔn)位置圖形19a、19b和曝光監(jiān)測圖形16a、16b進(jìn)行曝光而形成的抗蝕劑圖形形狀、以及以抗蝕劑圖形為掩模進(jìn)行RIE的襯底硅氧化膜圖形形狀。這里，如圖22(a)所示，為了簡化說明，假設(shè)基準(zhǔn)位置抗蝕劑圖形14a、14b構(gòu)成的圖形的中心位置Ca和監(jiān)測抗蝕劑圖形13a、13b構(gòu)成的圖形的中心位置Cb一致。如圖22(b)所示，在干法腐蝕后，基準(zhǔn)位置襯底膜圖形24a、24b構(gòu)成的圖形的中心位置Ca與基準(zhǔn)位置抗蝕劑圖形14a、14b構(gòu)成的圖形的中心位置Ca一致，另一方面，外側(cè)的監(jiān)測襯底膜圖形12a、12b構(gòu)成的圖形的中心位置Cb’與監(jiān)測抗蝕劑圖形13a、13b構(gòu)成的圖形的中心位置Cb相比產(chǎn)生偏移寬度Δc。在圖23中示出位置偏移監(jiān)測抗蝕劑圖形27或位置偏移監(jiān)測襯底膜圖形28的整體。圖23(a)所示的監(jiān)測抗蝕劑圖形13a～13d面對紙面在右上側(cè)有傾斜側(cè)壁，基準(zhǔn)位置抗蝕劑圖形14a～14d成為陡角度側(cè)壁。干法腐蝕后的監(jiān)測襯底膜圖形12a～12d構(gòu)成的四角圖形的中心位置相對于基準(zhǔn)位置襯底膜圖形24a～24d構(gòu)成的四角圖形，面對紙面向左下方偏移。于是，根據(jù)第2實施方式，作為圖形中心的偏移寬度Δc不僅可使用一維的偏移寬度，而且可使用二維的偏移寬度，可以進(jìn)行更高精度的測定。
于是，可以提供簡便并且以高精度再現(xiàn)性良好地測定干法腐蝕的影響的監(jiān)測方法。
這里，在第2實施方式中，作為基準(zhǔn)位置圖形19，形成四角的框形狀，但只要是中心位置通過干法腐蝕沒有偏移的圖形，則任何形狀都可以。在圖24中，表示一例，在透明襯底5上，對于曝光監(jiān)測圖形16a～16d，表示配置了四角的基準(zhǔn)位置圖形19a的原版。由基準(zhǔn)位置圖形19a形成的襯底硅氧化膜圖形，中心位置相對于抗蝕劑圖形相同，所以可以用作相對于曝光監(jiān)測圖形16a～16d的偏移的基準(zhǔn)位置。
此外，在上述的第2實施方式的例中，形成二組圖形，以中心位置通過干法腐蝕也沒有偏移那樣來形成一組圖形，并測定位置偏移寬度，但也可以使用通過干法腐蝕偏移寬度不同的對合圖形。這種情況下，從提高測定精度的觀點來看，期望可引起相反方向的位置偏移的對合。例如，如圖25所示，在透明襯底5上，也可以使用設(shè)置了曝光監(jiān)測圖形16a～16h的原版。對于曝光監(jiān)測圖形16a、16b、16e和16f，有面對紙面在上下方向上延伸的衍射柵，但對于曝光監(jiān)測圖形16a、16b，曝光監(jiān)測圖形16e、16f使開口率的變化方向相反。對于曝光監(jiān)測圖形16c、16d、16g和16h，有面對紙面在左右方向上延伸的衍射柵，但對于曝光監(jiān)測圖形16c、16d，曝光監(jiān)測圖形16g、16h的開口率的變化方向相反。使用通過該圖形形成的抗蝕劑圖形，如果對襯底膜進(jìn)行干法腐蝕，則由曝光監(jiān)測圖形16a～16d形成的監(jiān)測襯底膜圖形例如向左上方偏移，另一方面，由曝光監(jiān)測圖形16e～16h形成的監(jiān)測襯底膜圖形向相反的右下方向偏移。于是，圖形的偏移方向相互相反，所以觀測的偏移寬度Δc變大，進(jìn)而可以進(jìn)行簡便高精度的測定。
此外，在圖22中，說明了基準(zhǔn)位置抗蝕劑圖形14a、14b的中心位置Ca、以及監(jiān)測抗蝕劑圖形13a、13b的中心位置Cb相一致的情況，當(dāng)然各自的中心位置Ca和Cb也可以不一致。通過光刻或干法腐蝕工序不產(chǎn)生中心位置偏移，例如以Ca作為基準(zhǔn)，測定監(jiān)測抗蝕劑圖形13a、13b的中心位置Cb和監(jiān)測襯底膜圖形12a、12b的中心位置Cb’，根據(jù)其差求出偏移寬度Δc就可以。
此外，在圖19中，例示了基準(zhǔn)位置圖形19a、19b被曝光監(jiān)測圖形16a、16b包圍而大致形成在中央部的圖形，但基準(zhǔn)位置圖形19a、19b的形成位置也可以處于被曝光監(jiān)測圖形16a、16b包圍的部分的某個位置，而且，不言而喻，可在曝光監(jiān)測圖形16a、16b的外側(cè)形成一部分圖形，或可將整個圖形形成在外側(cè)。
根據(jù)本發(fā)明的第2實施方式的監(jiān)測方法，可以簡便并且以高精度再現(xiàn)性良好地測定襯底膜圖形形成中產(chǎn)生干法腐蝕的影響。
(曝光裝置控制系統(tǒng))控制本發(fā)明的曝光裝置50的系統(tǒng)如圖26所示，由曝光裝置控制單元51和曝光處理單元60構(gòu)成。
曝光裝置50是圖2所示的縮小投影曝光裝置。曝光裝置控制單元51包括照明光學(xué)系統(tǒng)模塊52，控制來自光源的入射光的照準(zhǔn)和通斷等；投影光學(xué)系統(tǒng)模塊53，對原版的曝光圖形的縮小投影等進(jìn)行控制；對準(zhǔn)系統(tǒng)模塊54，控制曝光圖形的對準(zhǔn)；載物臺驅(qū)動系統(tǒng)模塊55，控制載物臺的驅(qū)動。
曝光處理單元60包括處理條件輸入模塊61，通過干法腐蝕裝置控制模塊81來取得干法腐蝕裝置80的腐蝕條件等；數(shù)據(jù)輸入模塊62，通過對合偏移檢查控制模塊71取得對合偏移檢查裝置70的測定數(shù)據(jù)；曝光量計算模塊63，根據(jù)從數(shù)據(jù)輸入模塊62輸入的測定數(shù)據(jù)來計算有效曝光量；校正系數(shù)計算模塊64，根據(jù)計算出的有效曝光量來計算曝光校正系數(shù)；數(shù)據(jù)輸出模塊65，根據(jù)計算出的校正系數(shù)來設(shè)定曝光量；以及存儲裝置66，保存曝光管理信息。曝光處理單元60被連接到局域網(wǎng)(LAN)90，由主計算機(jī)91管理。
本發(fā)明的半導(dǎo)體電路圖形的曝光方法具有以下特征使用搭載了期望的L/S圖形和采用例如圖8所示的析像限度以下的節(jié)距為特征的曝光監(jiān)測圖形16的原版4d，根據(jù)預(yù)先測定的監(jiān)測抗蝕劑圖形13的偏移寬度和曝光量的關(guān)系來求出曝光校正系數(shù)，使用該曝光校正系數(shù)來設(shè)定半導(dǎo)體襯底的各拍照的曝光量。
首先，為了求出曝光監(jiān)測抗蝕劑圖形的位置偏移寬度和有效曝光量的關(guān)系，通過包含圖8所示的曝光監(jiān)測圖形16的原版4d來改變設(shè)定曝光量，對涂敷了抗蝕劑膜的半導(dǎo)體襯底1進(jìn)行曝光。然后，通過對合偏移檢查裝置70來測定圖9(c)所示的監(jiān)測抗蝕劑圖形13的偏移寬度。取得測定的后退寬度與預(yù)先設(shè)定的任意的基準(zhǔn)后退寬度的差，作為偏移寬度。因此，偏移寬度的值不一定與監(jiān)測抗蝕劑圖形13的邊緣后退的寬度本身一致，而是相對的偏移寬度。其結(jié)果，獲得圖27所示的曝光量設(shè)定值-偏移寬度的關(guān)系。根據(jù)圖27的關(guān)系，使用最小二乘法，可導(dǎo)出根據(jù)偏移寬度求出有效曝光量式子。
ED＝-34.4RL+31.8…(4)這里，ED是有效曝光量，RL是監(jiān)測抗蝕劑圖形13的偏移寬度。
接著，使用原版4d將涂敷了抗蝕劑膜的半導(dǎo)體襯底1相對于圖14所示的各拍照位置S(x，y)以均勻的曝光量DB進(jìn)行曝光。在顯像后，測定監(jiān)測抗蝕劑圖形13的偏移寬度RL(x，y)，使用式(4)變換成有效曝光量ED(x，y)。圖28表示通過SEM測定的與均勻曝光的期望的L/S圖形18對應(yīng)的L/S抗蝕劑圖形23的位移寬度分布。另一方面，圖29是對應(yīng)于曝光監(jiān)測圖形16的按照監(jiān)測抗蝕劑圖形13的偏移寬度變換的有效曝光量分布。在L/S抗蝕劑圖形23的位移寬度分布中，在3σ(σ標(biāo)準(zhǔn)偏差)時表示9nm以上的偏差。在圖28中，看不出位移寬度分布的趨勢。相反，在圖29的有效曝光量分布中，可看出有近似對稱的圓形分布的趨勢。對于圖29的有效曝光量數(shù)據(jù)，使用以下的二次多項式F(x，y)＝ax2+by2+cxy+dx+ey+f…(5)
來近似有效曝光量分布的趨勢。這里，(x，y)是表示圖14或圖28、29所示的半導(dǎo)體襯底1的位置的坐標(biāo)，a、b、c、d、e、f是由測定的有效曝光量和位置坐標(biāo)(x，y)確定的校正系數(shù)。校正系數(shù)通過最小二乘法擬合求出。在第3實施方式中，根據(jù)圖29，這些校正系數(shù)為a＝2.67×10-11、b＝2.89×10-11、c＝3.41×10-12、d＝6.53×10-8、e＝-3.3×10-7、f＝19.57。這里，用二次多項式來近似有效曝光量分布，但只要是n次多項式(n為2以上)，同樣可以進(jìn)行校正。
接著，使用獲得的近似式，如下設(shè)定校正曝光量。
SH(x，y)＝2DB-F(x，y) …(6)這里，SH是各拍照位置S(x，y)的校正曝光量，DB是均勻曝光量。式(6)是通過對均勻曝光量DB附加計算的實行曝光量的過不足部分(DB-F(x，y))來進(jìn)行校正。
圖30和圖31表示按式(6)的校正曝光量進(jìn)行光刻的結(jié)果。圖30是用SEM測定的L/S抗蝕劑圖形18的位移寬度分布圖。半導(dǎo)體襯底1內(nèi)的位移寬度在3σ時降低至6nm以下。圖31是將監(jiān)測抗蝕劑圖形13的偏移寬度的結(jié)果按照式(4)變換成有效曝光量分布的圖。與圖29比較可知，有效曝光量表示平坦的分布，可知基于式(5)所示的簡單2次多項式的校正十分有效。
此外，通過再次計算圖11所示的處理干法腐蝕形成的監(jiān)測襯底膜圖形12的偏移寬度作為基于預(yù)先設(shè)定的任意基準(zhǔn)點的偏移寬度BL，可獲得與抗蝕劑圖形情況同樣的曝光量設(shè)定值-偏移寬度的關(guān)系。根據(jù)監(jiān)測襯底膜圖形12的偏移寬度來求出有效曝光量的式子同樣為ED＝-34.4BL+31.8 …(7)。使用式(7)，按上述方法可求出校正曝光量。
根據(jù)本發(fā)明的第3實施方式的曝光方法，可簡便高精度地進(jìn)行半導(dǎo)體器件的尺寸控制。
下面，使用圖32，表示將本發(fā)明的曝光方法應(yīng)用于半導(dǎo)體器件制造處理的例子。
(1)首先，在步驟S201中，曝光量設(shè)定數(shù)據(jù)輸出模塊65以各拍照均勻的曝光條件進(jìn)行設(shè)定。
(2)在步驟S202中，在曝光裝置50中設(shè)置旋轉(zhuǎn)涂敷了抗蝕劑膜3的虛設(shè)晶片(半導(dǎo)體襯底)。
(3)在步驟S203中，使用規(guī)定的原版4d進(jìn)行曝光顯像，形成抗蝕劑圖形。這里，由于在均勻曝光條件下，所以曝光裝置控制單元51按相同曝光條件進(jìn)行各拍照曝光。
(4)在步驟S204中，用對合偏移檢查裝置70測定監(jiān)測抗蝕劑圖形13的位置偏移寬度分布RL(x，y)，通過偏移檢查控制模塊71將其結(jié)果傳送到曝光處理單元60的數(shù)據(jù)輸入模塊62。
(5)在步驟S205中，曝光量計算模塊63進(jìn)行基于位置偏移寬度的有效曝光量的計算，求出半導(dǎo)體襯底1內(nèi)的有效曝光量分布。計算結(jié)果與位置偏移寬度的數(shù)據(jù)一起登錄在存儲裝置66中。
(6)在步驟S206中，校正系數(shù)計算模塊64根據(jù)有效曝光量分布，使用式(5)求出二次函數(shù)近似式F(x，y)。
(7)在步驟S207中，校正系數(shù)計算模塊64根據(jù)求出的F(x，y)，使用式(6)來計算各拍照位置的曝光量SH(x，y)，與F(x，y)一起登錄在存儲裝置66中。
(8)在步驟S208中，開始進(jìn)行半導(dǎo)體器件的制造批量處理。
(9)在步驟S209中，數(shù)據(jù)輸出模塊65將校正曝光量SH(x，y)輸出到曝光裝置控制單元51。
(10)在步驟S210中，將經(jīng)過了規(guī)定的半導(dǎo)體制造處理的批量半導(dǎo)體襯底(半導(dǎo)體襯底1)設(shè)置在曝光裝置50中。
(11)在步驟S211中，使用規(guī)定的原版4c按照設(shè)定的拍照SH(x，y)曝光，并進(jìn)行顯像，形成抗蝕劑圖形。
(12)在步驟S212中，用對合偏移檢查裝置70測定監(jiān)測抗蝕劑圖形13的偏移寬度的分布RL(x，y)，將結(jié)果通過對合偏移檢查控制模塊71保存在曝光處理單元60的存儲裝置66中。
(13)在步驟S213中，將半導(dǎo)體襯底1設(shè)置在干法腐蝕裝置80中，在規(guī)定的RIE條件下以抗蝕劑圖形作為掩模對襯底膜2進(jìn)行腐蝕。
(14)在步驟S214中，對抗蝕劑圖形進(jìn)行濕法腐蝕并除去。
(15)在步驟S215中，將半導(dǎo)體襯底1設(shè)置在對合偏移檢查裝置70上，測定監(jiān)測襯底膜圖形12的偏移寬度的分布BL(x，y)。將結(jié)果通過對合偏移檢查控制模塊71保存在曝光處理單元60的存儲裝置66中。
(16)在步驟S216中，曝光量計算模塊63通過存儲裝置66讀入監(jiān)測襯底膜圖形12的偏移寬度的分布BL(x，y)，求出3σ，與預(yù)先設(shè)定的3σ基準(zhǔn)值比較，調(diào)查是否在容許范圍內(nèi)。如果在容許范圍以內(nèi)，則返回到步驟S210，重復(fù)進(jìn)行批量半導(dǎo)體襯底的處理。
(17)在分布BL(x，y)的3σ比設(shè)定3σ基準(zhǔn)值大，超過容許范圍的情況下，在步驟S217中，曝光量計算模塊63使用BL(x，y)按照式(7)進(jìn)行有效曝光量的計算，求出半導(dǎo)體襯底1內(nèi)的有效曝光量分布ED(x，y)。計算結(jié)果被登錄在存儲裝置66中。
(18)在步驟S218中，校正系數(shù)計算模塊64根據(jù)有效曝光量分布來求出二次函數(shù)近似式F(x，y)，更新登錄在存儲裝置66中。
(19)在步驟S207中，校正系數(shù)計算模塊64讀出當(dāng)前的校正曝光量SH(x，y)，重新在DB(x，y)命名。使用求出的F(x，y)和DB(x，y)按照式(6)重新計算校正曝光量SH(x，y)，更新登錄在存儲裝置66中，并返回到步驟S209，再次開始批量處理。
根據(jù)本發(fā)明的曝光裝置控制系統(tǒng)，可以提供使用了提高微細(xì)加工的精度和均勻性的曝光方法的半導(dǎo)體器件的制造方法。
再有，不僅根據(jù)光刻工序后的檢查結(jié)果來計算校正曝光量，而且根據(jù)干法腐蝕處理后的曝光量監(jiān)測圖形的檢查結(jié)果來計算校正曝光量，所以可進(jìn)行更高精度的控制。
(變形例)在本發(fā)明的曝光裝置控制系統(tǒng)中，曝光處理單元60例如由單獨的計算機(jī)等曝光處理裝置來實現(xiàn)。在曝光裝置控制系統(tǒng)的變形例中，曝光處理單元的功能包含在附屬于曝光裝置的曝光裝置控制單元中。其他結(jié)構(gòu)是相同的，所以省略重復(fù)的記載。
如圖33所示，曝光裝置控制系統(tǒng)的變形例的曝光裝置50是圖2所示的縮小投影曝光裝置。曝光裝置控制單元51a包括照明光學(xué)系統(tǒng)模塊52，控制來自光源的入射光的照準(zhǔn)和通斷等；投影光學(xué)系統(tǒng)模塊53，對原版的曝光圖形的縮小投影等進(jìn)行控制；對準(zhǔn)系統(tǒng)模塊54，控制曝光圖形的對準(zhǔn)；載物臺驅(qū)動系統(tǒng)模塊55，控制載物臺的驅(qū)動；處理條件輸入模塊61，通過干法腐蝕裝置控制模塊81來取得干法腐蝕裝置80的腐蝕條件等；數(shù)據(jù)輸入模塊62，通過對合偏移檢查控制模塊71來取得對合偏移檢查裝置70的測定數(shù)據(jù)；曝光量計算模塊63，根據(jù)從輸入模塊62輸入的測定數(shù)據(jù)來計算有效曝光量；校正系數(shù)計算模塊64，根據(jù)計算出的有效曝光量來計算曝光校正系數(shù)；數(shù)據(jù)輸出模塊65，根據(jù)計算出的校正系數(shù)來設(shè)定曝光量；以及存儲裝置66，保存曝光管理信息。曝光裝置控制單元51a被連接到局域網(wǎng)(LAN)90，由主計算機(jī)91管理。
根據(jù)本發(fā)明的曝光裝置控制系統(tǒng)的變形例，可以提供使用了提高微細(xì)加工的精度和均勻性的曝光方法的半導(dǎo)體器件的制造方法。
(實施例)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體器件的制造方法具有以下特征使用曝光監(jiān)測圖形，通過求出分別在光刻工序和干法腐蝕工序中形成的圖形的偏移寬度差，來進(jìn)行簡便高精度的線寬度監(jiān)測和加工控制；其他與第1及第2實施方式相同，并省略重復(fù)的記載。
如上所述，在本發(fā)明中，通過校正曝光量來控制半導(dǎo)體器件的圖形。在校正曝光量中也包含干法腐蝕的偏差分量的校正。其中，如果干法腐蝕比最合適條件大幅度地偏移并具有大的分布，則在僅進(jìn)行曝光量的校正中，難以進(jìn)行控制，圖形寬度的偏差也變大。顯然，在干法腐蝕條件偏移，產(chǎn)生大的分布情況下，進(jìn)行干法腐蝕條件的再調(diào)整的方法效率高，可以進(jìn)行工序的管理。本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體器件的制造方法通過與曝光量校正相同的方法來提取監(jiān)測干法腐蝕造成的對圖形寬度的影響，并且求出腐蝕的最佳條件。
(1)在圖34的步驟S301中，數(shù)據(jù)輸出模塊65通過存儲裝置66讀出預(yù)先保存的校正曝光量SH(x，y)，并輸出到曝光裝置控制模塊51。
(2)在步驟S302中，將經(jīng)過規(guī)定處理的腐蝕測試晶片(半導(dǎo)體襯底1)設(shè)置在曝光裝置50中。
(3)在步驟S303中，使用規(guī)定的原版4c，按照設(shè)定的拍照SH(x，y)進(jìn)行曝光，并進(jìn)行顯像，形成抗蝕劑圖形。
(4)在步驟S304中，用對合偏移檢測裝置70測定監(jiān)測抗蝕劑圖形13的偏移寬度的分布RL(x，y)，將結(jié)果通過對合偏移檢查控制模塊71保存在曝光處理單元60的存儲裝置66中。
(5)在步驟S305中，將半導(dǎo)體襯底1設(shè)置在干法腐蝕裝置80中，在規(guī)定的RIE條件下將抗蝕劑圖形作為掩模對襯底膜2進(jìn)行腐蝕。
(6)在步驟S306中，對抗蝕劑圖形進(jìn)行濕法腐蝕并除去。
(7)在步驟S307中，將半導(dǎo)體襯底1設(shè)置在對合偏移檢查裝置70中，測定監(jiān)測襯底膜圖形12的偏移寬度的分布BL(x，y)。將結(jié)果通過對合偏移檢查控制模塊71保存在曝光處理單元60的存儲裝置66中。
(8)在步驟S308中，曝光量計算模塊63通過存儲裝置66讀取監(jiān)測抗蝕劑圖形13的偏移寬度的分布RL(x，y)和監(jiān)測襯底膜圖形12的偏移寬度的分布BL(x，y)，求出BL(x，y)和RL(x，y)的差，獲得偏移寬度差分布。
(9)在步驟S309中，調(diào)查偏移寬度差分布的偏差是否在容許范圍內(nèi)。例如，計算偏移寬度差分布的3σ，并與規(guī)定的基準(zhǔn)值比較。
(10)如果偏移寬度分布超過容許范圍，則在步驟S310中，再次調(diào)整腐蝕條件，返回到步驟S302，重復(fù)進(jìn)行腐蝕測試。
(11)如果在容許范圍以內(nèi)，則進(jìn)至步驟S311，開始進(jìn)行批量半導(dǎo)體襯底的處理。
在本實施例中，將曝光監(jiān)測圖形投影復(fù)制的監(jiān)測抗蝕劑圖形13作為掩模，來形成通過RIE形成的監(jiān)測襯底膜圖形12。根據(jù)光刻后的監(jiān)測抗蝕劑圖形13的偏移寬度和RIE后的監(jiān)測襯底膜圖形12的偏移寬度，求出偏移寬度差分布。因此，偏移寬度差分布為提取基于RIE腐蝕的表面分布的偏移寬度分布。再有，不用說，將偏移寬度變換成有效曝光量并進(jìn)行同樣的處理也可以。
圖35和圖36是根據(jù)步驟S304和S307獲得的監(jiān)測抗蝕劑圖形13和監(jiān)測襯底膜圖形12的圖形偏移寬度分別計算的有效曝光量分布。圖37是扣除各個有效曝光量分布求出的有效曝光量差分布。于是，根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以將干法腐蝕造成的尺寸偏差的傾向作為有效的曝光量分布來觀測。
此外，使用本發(fā)明第2實施方式的曝光監(jiān)測圖形，同樣也可以測定干法腐蝕造成的影響，從至此的說明更可明白。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以提供使用了提高微細(xì)加工的精度和均勻性的監(jiān)測方法的腐蝕方法。
(其他實施方式)如上述那樣，本發(fā)明通過第1和第2實施方式來記載，但不應(yīng)該理解為形成該公開的一部分的論述和附圖用于限定本發(fā)明。從該公開中，就本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，各種代替實施方式、實施例和運用技術(shù)是明顯的。
在本發(fā)明的實施方式中，為了便于說明，使用了KrF受激準(zhǔn)分子激光縮小投影曝光裝置，但作為光源，當(dāng)然也可以使用i射線和g等紫外線、其他的受激準(zhǔn)分子激光、電子束和X射線等。此外，也可以使用接觸方式、鄰近方式或鏡投射方式等曝光裝置。
此外，用作各向異性干法腐蝕方法的RIE的等離子體源，平行平板型是眾所周知的，當(dāng)然也可以是使用電磁波的頻帶、基于電磁波的導(dǎo)入方法、電磁波和磁場的施加方法的各種方式的等離子體源，例如以電子回旋共鳴(ECR)為代表的磁場微波型、磁控管型、螺旋極化波型、表面波型等用于干法腐蝕，而且，除了RIE以外，當(dāng)然也可以采用反應(yīng)性離子束腐蝕(RIBE)和離子束腐蝕(IBE)等的各向異性腐蝕方法。
在本發(fā)明的實施方式中，為了具有曝光光的透過率的分布，使用了按期望的比例來改變衍射柵的開口率的曝光圖形，但不限于衍射柵，如果通過其他方法可具有曝光光的透過率的分布，則用任何方法都可以。例如，即使是金屬，但作為薄膜會產(chǎn)生透光性，所以如果將用作遮光膜的金屬具有厚度分布來堆積，則可以改變光的透過率?；蛘?，使遮光材料為粒子狀，通過改變粒子密度來改變透過率。
此外，作為襯底膜，使用硅氧化膜(SiO2)進(jìn)行了說明，但顯然也可以使用其他絕緣膜，例如硅氮化膜(SiN)、硅氧化氮化膜(SiON)、擴(kuò)散了磷或磷和硼的硅氧化膜(PSG或BPSG)、硅類樹脂的自旋玻璃膜(SOG)、聚酰亞胺樹脂膜、添加氟的硅氧化膜、有機(jī)聚硅氧烷類化合物、無機(jī)聚硅氧烷類化合物等。而且，不限于絕緣膜，當(dāng)然也可以使用導(dǎo)電膜，例如鋁(Al)、銅(Cu)等金屬膜、以鈦(Ti)、鎢(W)為代表的高熔點金屬膜及它們的硅化物膜、或者對多晶硅膜等進(jìn)行各向異性腐蝕加工的襯底膜。
于是，本發(fā)明當(dāng)然包含這里未記載的各種實施方式等。因此，根據(jù)上述說明，本發(fā)明的技術(shù)范圍僅由適當(dāng)?shù)膶＠夹g(shù)方案所關(guān)聯(lián)的發(fā)明特定事項來決定。
根據(jù)本發(fā)明，可以提供能夠簡便并且高精度地觀測微細(xì)加工圖形的寬度的監(jiān)測方法。
此外，根據(jù)本發(fā)明，可以提供提高微細(xì)加工的精度和均勻性的曝光方法。
此外，根據(jù)本發(fā)明，可以提供提高微細(xì)加工的精度和均勻性的曝光處理裝置。
此外，根據(jù)本發(fā)明，可以提供使用提高微細(xì)加工的精度和均勻性的曝光方法的半導(dǎo)體器件的制造方法。
此外，根據(jù)本發(fā)明，可以提供使用提高微細(xì)加工的精度和均勻性的監(jiān)測方法的腐蝕方法。
權(quán)利要求
1.一種監(jiān)測方法，其特征在于，包括在襯底膜上形成至少一邊具有對所述襯底膜的表面傾斜的傾斜側(cè)壁的監(jiān)測抗蝕劑圖形，測定垂直于所述傾斜側(cè)壁和所述襯底膜相交方向上的所述監(jiān)測抗蝕劑圖形的寬度的步驟；以所述監(jiān)測抗蝕劑圖形作為掩模，選擇性腐蝕所述襯底膜來形成監(jiān)測襯底膜圖形，測定所述垂直方向的所述監(jiān)測襯底膜圖形的寬度的步驟；以及根據(jù)所述監(jiān)測抗蝕劑圖形的寬度和所述監(jiān)測襯底膜圖形的寬度之差，獲得所述監(jiān)測抗蝕劑圖形和所述監(jiān)測襯底膜圖形的偏移寬度的步驟。
2.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測方法，其特征在于，所述監(jiān)測抗蝕劑圖形通過按規(guī)定的節(jié)距單調(diào)地變化透光特性的衍射柵圖形來曝光形成。
3.如權(quán)利要求2所述的監(jiān)測方法，其特征在于，所述衍射柵的節(jié)距小于基于進(jìn)行所述曝光的曝光裝置的光源波長、透鏡數(shù)值孔徑、和相干性因數(shù)以規(guī)定的關(guān)系式計算出的寬度。
4.如權(quán)利要求3所述的監(jiān)測方法，其特征在于，所述衍射柵的節(jié)距P在所述光源波長為λ、所述透鏡數(shù)值孔徑為NA、所述相干性因數(shù)為σ時，滿足P＜λ/(NA×(1+σ))的條件。
5.一種曝光方法，其特征在于，包括將半導(dǎo)體襯底區(qū)分為多個曝光區(qū)域的步驟；以及按所述半導(dǎo)體襯底的位置坐標(biāo)函數(shù)來近似設(shè)定所述多個曝光區(qū)域的曝光量的步驟。
6.如權(quán)利要求5所述的曝光方法，其特征在于，所述函數(shù)是通過將半導(dǎo)體襯底區(qū)分為規(guī)定的曝光區(qū)域進(jìn)行曝光，形成圖形，對每個所述曝光區(qū)域測定所述圖形的偏移寬度所獲得的偏移寬度分布來計算的，是所述半導(dǎo)體襯底的位置坐標(biāo)的2次或以上的n次多項式。
7.如權(quán)利要求6所述的曝光方法，其特征在于，所述圖形是至少一邊具有對所述半導(dǎo)體襯底的表面傾斜的傾斜側(cè)壁的監(jiān)測抗蝕劑圖形。
8.如權(quán)利要求7所述的曝光方法，其特征在于，與所述監(jiān)測抗蝕劑圖形的所述傾斜側(cè)壁對置的側(cè)壁相對于所述襯底膜的角度大致為直角。
9.如權(quán)利要求7或8所述的曝光方法，其特征在于，所述監(jiān)測抗蝕劑圖形通過按規(guī)定的節(jié)距透光特性單調(diào)地變化的衍射柵圖形來曝光形成。
10.如權(quán)利要求9所述的曝光方法，其特征在于，所述衍射柵的節(jié)距小于基于進(jìn)行所述曝光的曝光裝置的光源波長、透鏡數(shù)值孔徑、和相干性因數(shù)以規(guī)定的關(guān)系式計算出的寬度。
11.如權(quán)利要求10所述的曝光方法，其特征在于，所述衍射柵的節(jié)距P在所述光源波長為λ、所述透鏡數(shù)值孔徑為NA、所述相干性因數(shù)為σ時，滿足P＜λ/(NA×(1+σ))的條件。
12.如權(quán)利要求6所述曝光方法，其特征在于，所述圖形是將所述監(jiān)測抗蝕劑圖形作為掩模進(jìn)行選擇性腐蝕所形成的監(jiān)測襯底膜圖形。
13.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，包括在被區(qū)分為多個的半導(dǎo)體襯底的曝光區(qū)域中，按所述半導(dǎo)體襯底的位置坐標(biāo)的函數(shù)來近似設(shè)定每個所述曝光區(qū)域的曝光量的工序；在所述半導(dǎo)體襯底上形成襯底膜的工序；形成具有對所述襯底膜的表面傾斜的傾斜側(cè)壁的監(jiān)測抗蝕劑圖形的工序；以所述監(jiān)測抗蝕劑圖形作為掩模，按規(guī)定的腐蝕條件選擇性腐蝕所述襯底膜來形成監(jiān)測襯底膜圖形的工序；對每個曝光區(qū)域測定所述監(jiān)測襯底膜圖形的偏移寬度的偏移寬度分布測定的工序；以及將所述偏移寬度分布的偏差與規(guī)定的基準(zhǔn)值比較，在所述偏差小于所述基準(zhǔn)值時，原樣保持所述曝光區(qū)域的所述曝光量的設(shè)定并進(jìn)行后面的處理，而在所述偏差超過所述基準(zhǔn)值時，再次按所述半導(dǎo)體襯底的位置坐標(biāo)的多項式來近似所述偏移寬度分布，計算設(shè)定每個所述曝光區(qū)域的曝光量，進(jìn)行后面的處理的工序。
14.如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述函數(shù)是所述半導(dǎo)體襯底的位置坐標(biāo)的2次或以上的多項式。
15.如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，與所述監(jiān)測抗蝕劑圖形的所述傾斜側(cè)壁對置的側(cè)壁相對于所述襯底膜的角度大致為直角。
16.如權(quán)利要求13～15任一項所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述監(jiān)測抗蝕劑圖形通過按規(guī)定的節(jié)距透光特性單調(diào)地變化的衍射柵圖形來曝光形成。
17.如權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述衍射柵的節(jié)距小于基于進(jìn)行所述曝光的曝光裝置的光源波長、透鏡數(shù)值孔徑、和相干性因數(shù)以規(guī)定的關(guān)系式計算出的寬度。
18.如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述衍射柵的節(jié)距P在所述光源波長為λ、所述透鏡數(shù)值孔徑為NA、所述相干性因數(shù)為σ時，滿足P＜λ/(NA×(1+σ))的條件。
19.一種腐蝕方法，其特征在于，包括在被區(qū)分為多個的半導(dǎo)體襯底的曝光區(qū)域的每個中，設(shè)定規(guī)定的曝光量的工序；在所述半導(dǎo)體襯底上形成襯底膜的工序；在所述襯底膜上涂敷抗蝕劑膜的工序；形成具有對所述襯底膜的表面傾斜的傾斜側(cè)壁的監(jiān)測抗蝕劑圖形的工序；對每個所述曝光區(qū)域測定所述監(jiān)測抗蝕劑圖形的偏移寬度的工序；以所述監(jiān)測抗蝕劑圖形作為掩模，按規(guī)定的腐蝕條件選擇性腐蝕所述襯底膜來形成監(jiān)測襯底膜圖形的工序；對每個所述曝光區(qū)域測定所述監(jiān)測襯底膜圖形的偏移寬度的工序；以及獲得所述監(jiān)測襯底膜圖形的偏移寬度和所述監(jiān)測抗蝕劑圖形的偏移寬度之差，取得偏移寬度差分布，將偏移寬度的偏差與規(guī)定的基準(zhǔn)值比較，在所述偏差小于所述基準(zhǔn)值時，原樣保持所述腐蝕條件的設(shè)定并進(jìn)行后面的處理，而在所述偏差超過所述基準(zhǔn)值時，變更所述腐蝕條件的設(shè)定，再次重復(fù)進(jìn)行處理的工序。
20.如權(quán)利要求19所述的腐蝕方法，其特征在于，與所述監(jiān)測抗蝕劑圖形的所述傾斜側(cè)壁對置的側(cè)壁相對于所述襯底膜的角度大致為直角。
21.如權(quán)利要求19或20所述的腐蝕方法，其特征在于，所述監(jiān)測抗蝕劑圖形通過按規(guī)定的節(jié)距透光特性單調(diào)地變化的衍射柵圖形來曝光形成。
22.如權(quán)利要求21所述的腐蝕方法，其特征在于，所述衍射柵的節(jié)距小于基于進(jìn)行所述曝光的曝光裝置的光源波長、透鏡數(shù)值孔徑、和相干性因數(shù)以規(guī)定的關(guān)系式計算出的寬度。
23.如權(quán)利要求22所述的腐蝕方法，其特征在于，所述衍射柵的節(jié)距P在所述光源波長為λ、所述透鏡數(shù)值孔徑為NA、所述相干性因數(shù)為σ時，滿足P＜λ/(NA×(1+σ))的條件。
24.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，包括在被區(qū)分為多個的半導(dǎo)體襯底的曝光區(qū)域的每個中，設(shè)定規(guī)定的曝光量的工序；在所述半導(dǎo)體襯底上形成襯底膜的工序；在所述襯底膜上涂敷抗蝕劑膜的工序；形成具有對所述襯底膜的表面傾斜的傾斜側(cè)壁的監(jiān)測抗蝕劑圖形的工序；對每個所述曝光區(qū)域測定所述監(jiān)測抗蝕劑圖形的偏移寬度的工序；以所述監(jiān)測抗蝕劑圖形作為掩模，按規(guī)定的腐蝕條件選擇性腐蝕所述襯底膜來形成監(jiān)測襯底膜圖形的工序；對每個所述曝光區(qū)域測定所述監(jiān)測襯底膜圖形的偏移寬度的工序；以及獲得所述監(jiān)測襯底膜圖形的偏移寬度和所述監(jiān)測抗蝕劑圖形的偏移寬度之差，取得偏移寬度差分布，將偏移寬度的偏差與規(guī)定的基準(zhǔn)值比較，在所述偏差小于所述基準(zhǔn)值時，原樣保持所述腐蝕條件的設(shè)定并進(jìn)行后面的處理，而在所述偏差超過所述基準(zhǔn)值時，變更所述腐蝕條件的設(shè)定，再次重復(fù)進(jìn)行處理，借此設(shè)定新的腐蝕條件的工序。
25.如權(quán)利要求24所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，與所述監(jiān)測抗蝕劑圖形的所述傾斜側(cè)壁對置的側(cè)壁相對于所述襯底膜的角度大致為直角。
26.如權(quán)利要求24或25所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述監(jiān)測抗蝕劑圖形通過按規(guī)定的節(jié)距透光特性單調(diào)地變化的衍射柵圖形來曝光形成。
27.如權(quán)利要求26所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述衍射柵的節(jié)距小于基于進(jìn)行所述曝光的曝光裝置的光源波長、透鏡數(shù)值孔徑、和相干性因數(shù)以規(guī)定的關(guān)系式計算出的寬度。
28.如權(quán)利要求27所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述衍射柵的節(jié)距P在所述光源波長為λ、所述透鏡數(shù)值孔徑為NA、所述相干性因數(shù)為σ時，滿足P＜λ/(NA×(1+σ))的條件。
29.一種曝光處理裝置，其特征在于，包括數(shù)據(jù)輸入模塊，在半導(dǎo)體襯底上使用對被區(qū)分為多個的曝光區(qū)域逐次曝光的曝光裝置，對每個所述曝光區(qū)域取得配置的圖形的偏移寬度；曝光量計算模塊，將所述偏移寬度按規(guī)定的關(guān)系式變換為有效曝光量；校正系數(shù)計算模塊，基于所述半導(dǎo)體襯底的位置坐標(biāo)函數(shù)來近似每個所述曝光區(qū)域的所述有效曝光量的分布，并計算校正系數(shù)；以及數(shù)據(jù)輸出模塊，將根據(jù)所述校正系數(shù)校正后的所述曝光區(qū)域的曝光量輸出到曝光裝置控制單元。
30.如權(quán)利要求29所述的曝光處理裝置，其特征在于，所述函數(shù)是所述半導(dǎo)體襯底的位置坐標(biāo)的2次或以上的n次多項式。
31.如權(quán)利要求29或30所述的曝光處理裝置，其特征在于，所述圖形是至少一邊具有對所述半導(dǎo)體襯底的表面傾斜的傾斜側(cè)壁的監(jiān)測抗蝕劑圖形。
32.如權(quán)利要求31所述的曝光處理裝置，其特征在于，與所述監(jiān)測抗蝕劑圖形的所述傾斜側(cè)壁對置的側(cè)壁相對于所述襯底膜的角度大致為直角。
33.如權(quán)利要求31所述的曝光處理裝置，其特征在于，所述監(jiān)測抗蝕劑圖形通過按規(guī)定的節(jié)距透光特性單調(diào)地變化的衍射柵圖形來曝光形成。
34.如權(quán)利要求33所述的曝光處理裝置，其特征在于，所述衍射柵的節(jié)距小于基于進(jìn)行所述曝光的曝光裝置的光源波長、透鏡數(shù)值孔徑、和相干性因數(shù)以規(guī)定的關(guān)系式計算出的寬度。
35.如權(quán)利要求34所述的曝光處理裝置，其特征在于，所述衍射柵的節(jié)距P在所述光源波長為λ、所述透鏡數(shù)值孔徑為NA、所述相干性因數(shù)為σ時，滿足P＜λ/(NA×(1+σ))的條件。
36.如權(quán)利要求31所述的曝光處理裝置，其特征在于，所述圖形是以所述監(jiān)測抗蝕劑圖形作為掩模而選擇性腐蝕形成的監(jiān)測襯底膜圖形。
全文摘要
提供一種監(jiān)測方法，可以高精度地測定微細(xì)圖形加工尺寸。該監(jiān)測方法包括以下步驟在襯底膜(2)上形成至少一邊有對襯底膜(2)的表面傾斜的傾斜側(cè)壁(20)的監(jiān)測抗蝕劑圖形(13)，測定與傾斜側(cè)壁(20)和襯底膜相交方向垂直的方向上的監(jiān)測抗蝕劑圖形(13)的寬度；以監(jiān)測抗蝕劑圖形(13)作為掩模，選擇性腐蝕襯底膜(2)來形成監(jiān)測襯底膜圖形(12)，測定與傾斜側(cè)壁(20)和襯底膜相交方向垂直的方向上的所述監(jiān)測襯底膜圖形(12)的寬度；以及根據(jù)監(jiān)測抗蝕劑圖形(13)的寬度和監(jiān)測襯底膜圖形(12)的寬度之差，獲得偏移寬度Δs。
文檔編號H01L21/02GK1447194SQ0312135
公開日2003年10月8日 申請日期2003年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月26日
發(fā)明者淺野昌史, 小峰信洋, 井上壯一 申請人:株式會社東芝