專利名稱：曝光量監(jiān)測方法和半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高精度監(jiān)測光刻工序中曝光量的曝光量監(jiān)測方法和半導(dǎo)體器件的制造方法。
通常，曝光量通過測定圖形線寬來判斷。但是，圖形線寬不僅隨曝光量而且也隨聚焦而變化。圖形變得越加微細(xì)，越不能忽視聚焦誤差給圖形線寬帶來的影響。因而，難以判斷是適宜曝光量值變動的影響，還是聚焦值變動的影響。于是，為了高精度實(shí)現(xiàn)最小設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的圖形曝光，要求分開高精度監(jiān)測曝光量和聚焦雙方，分別加以管理。
作為測定不受聚焦變動影響的有效曝光量的辦法，在SPIE Vol.1261Integrated Circuit Metrology，Inspection，and Process Control IV(1990)p.315論文中，提出有關(guān)沒有附加聚焦誤差影響線寬的曝光量監(jiān)測圖形。該曝光量監(jiān)測圖形的特征是，在使用的投影曝光裝置中不能析像寬度的區(qū)段內(nèi)一方向排列透光部分和遮光部分。在上述一方向單調(diào)變化尺寸比，分別排列透光部分與遮光部分的尺寸比不同的多個區(qū)段。
若對該曝光量監(jiān)測圖形用照明光照明，在襯底上的光刻膠膜上形成具有不依賴于聚焦?fàn)顟B(tài)的照射量傾斜分布的潛像。通過測定光刻膠膜上所形成的潛像，或使光刻膠膜顯影得到的圖形的一方向長度，測定曝光量。
曝光量監(jiān)測圖形的靈敏度，由是否能將占空比設(shè)定為怎樣小來決定。區(qū)段寬度p大，占空比細(xì)小，越能夠形成高靈敏度的曝光量監(jiān)測圖形。
隨設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)微細(xì)化帶來的曝光裝置有高NA、短波長、高σ化的趨勢。進(jìn)而，關(guān)于占空比，極其細(xì)小地設(shè)定設(shè)計(jì)上圖形增量，掩模制作上也是困難的。根據(jù)以上的理由，獲得曝光量監(jiān)測圖形上所需的有效曝光量靈敏度就難辦了。
例如，打算監(jiān)測有效曝光量的掩模，可以考慮，設(shè)定曝光條件為數(shù)值口徑NA是0.68、相干系數(shù)σ是0.85，波長λ是0.193μm的曝光裝置的場合。該裝置中，不能析像的區(qū)段寬度p(晶片上尺寸)的條件，根據(jù)衍射理論，[數(shù)式5]1p≥(1+σ)NAλ...(1)]]>p≤λNA(1+σ)]]>成立。由(1)式，需要將寬度p設(shè)為0.15μm以下。制作精度良好0.15μm以下的寬度區(qū)段是困難的狀況。并且，為了提高曝光量監(jiān)測圖形的檢測靈敏度，要求盡可能微細(xì)地設(shè)定上述占空比，進(jìn)而，制作上也是困難的。
如上所述，難以高精度制造曝光量監(jiān)測圖形。其結(jié)果，存在難以獲得為曝光量監(jiān)測圖形所需要的有效曝光量靈敏度這樣的問題。
存在難以高精度測定曝光量這樣的問題。
(1)本發(fā)明一例的曝光量監(jiān)測方法是，對設(shè)于投影曝光裝置內(nèi)，在不能用所述投影曝光裝置析像的一定寬度p內(nèi)，沿一方向排列透光部分和遮光部分的多個區(qū)段斷續(xù)地或連續(xù)地沿所述一方向排列，并對形成該區(qū)段遮光部分與透光部分的尺寸比沿所述一方向單調(diào)變化的曝光量監(jiān)測圖形掩模進(jìn)行照明光照明，所述曝光量監(jiān)測圖形的衍射光中僅0次衍射光通過所述投影曝光裝置的光瞳面內(nèi)，在襯底上復(fù)制曝光量監(jiān)測圖形的0次衍射光像，測定曝光量的曝光量監(jiān)測方法，其特征為所述照明光照明時，通過所述投影曝光裝置的光瞳面上的所述曝光量監(jiān)測圖形的0次衍射光像的重心偏離所述投影曝光裝置的光軸。
(2)本發(fā)明一例的曝光量監(jiān)測方法是，對設(shè)于具備對光軸點(diǎn)對稱配置2個偏心光源的2重極照明的投影曝光裝置，在不能用所述投影曝光裝置析像的一定寬度p內(nèi)，沿一方向排列透光部分和遮光部分的多個區(qū)段斷續(xù)地或連續(xù)地沿所述一方向排列，并對形成該區(qū)段的遮光部分與透光部分尺寸比在所述一方向單調(diào)變化的曝光量監(jiān)測圖形掩模進(jìn)行照明光照明，所述曝光量監(jiān)測圖形的衍射光中僅0次衍射光通過所述投影曝光裝置的光瞳面內(nèi)，在襯底上復(fù)制曝光量監(jiān)測圖形的0次衍射光像，測定曝光量的曝光量監(jiān)測方法，其特征為所述一方向是與所述二個偏心光源排列方向大體垂直的方向。
(3)本發(fā)明一例的曝光量監(jiān)測方法是，對設(shè)于具備對光軸4次對稱配置4個偏心光源的4重極照明的投影曝光裝置，在不能用所述投影曝光裝置析像的一定寬度p內(nèi)，沿一方向排列透光部分和遮光部分的多個區(qū)段斷續(xù)地或連續(xù)地沿所述一方向排列，對形成該區(qū)段的遮光部分與透光部分尺寸比沿所述一方向單調(diào)變化的曝光量監(jiān)測圖形掩模進(jìn)行照明光照明，所述曝光量監(jiān)測圖形的衍射光中僅0次衍射光通過所述投影曝光裝置的光瞳面內(nèi)，在襯底上復(fù)制曝光量監(jiān)測圖形的0次衍射光像，測定曝光量的曝光量監(jiān)測方法，其特征為所述一方向是，通過光軸，并與不通過所述偏心光源中心的2條對稱軸的一方大體平行。
(4)本發(fā)明一例的曝光量監(jiān)測方法是，對具備對光軸2次對稱配置4個偏心光源的4重極照明的投影曝光裝置，在不能用所述投影曝光裝置析像的一定寬度p內(nèi)，沿一方向排列透光部分和遮光部分的多個區(qū)段斷續(xù)地或連續(xù)地沿所述一方向排列，對形成該區(qū)段的遮光部分與透光部分尺寸比在所述一方向單調(diào)變化的曝光量監(jiān)測圖形掩模進(jìn)行照明光照明，所述曝光量監(jiān)測圖形的衍射光中僅0次衍射光通過所述投影曝光裝置的光瞳面內(nèi)，在襯底上復(fù)制曝光量監(jiān)測圖形的0次衍射光像，測定曝光量的曝光量監(jiān)測方法，其特征為所述一方向，是與2根對稱軸中，距所述偏心光源中心的距離遠(yuǎn)的對稱軸大體平行。
圖2表示對

圖1所示的曝光量監(jiān)測圖形投影曝光時得到的投影曝光裝置的光瞳面上衍射像分布平面圖。
圖3表示形成第1實(shí)施方案曝光量監(jiān)測的掩模概略構(gòu)成圖。
圖4表示將照明光照射圖3所示掩模時，投影曝光裝置的光瞳面上的曝光量監(jiān)測圖形衍射光像分布平面圖。
圖5表示曝光量監(jiān)測圖形的衍射光像偏移與在曝光量監(jiān)測圖形形成需要的區(qū)段寬度p的關(guān)系圖。
圖6表示對區(qū)段寬度p為0.15μm的曝光量監(jiān)測圖形投影曝光時得到的襯底上光像強(qiáng)度分布圖。
圖7表示通過棱鏡照明區(qū)段寬度p為0.3μm的曝光量監(jiān)測圖形時得到的襯底上光像強(qiáng)度分布圖。
圖8表示占空比的增量與有效曝光量分辨率的關(guān)系圖。
圖9表示現(xiàn)有曝光量監(jiān)測圖形與本實(shí)施方案曝光量監(jiān)測圖形的概略構(gòu)成圖。
圖10是用于說明第1實(shí)施方案的曝光量監(jiān)測方法圖。
圖11是用于說明第1實(shí)施方案的曝光量監(jiān)測方法圖。
圖12是用于說明第1實(shí)施方案的曝光量監(jiān)測方法圖。
圖13是用于說明第2實(shí)施方案的曝光量和聚焦監(jiān)測方法圖。
圖14表示第3實(shí)施方案的2重極照明概略構(gòu)成圖。
圖15表示第3實(shí)施方案的2重極照明與曝光量監(jiān)測圖形的配置關(guān)系圖。
圖16表示在圖15所示配置關(guān)系的狀態(tài)下，照明曝光量監(jiān)測圖形時得到的投影光學(xué)系統(tǒng)光瞳面上的衍射光像分布圖。
圖17表示現(xiàn)有2重極照明與曝光量監(jiān)測圖形的配置關(guān)系圖。
圖18表示在圖17所示配置關(guān)系的狀態(tài)下，照明曝光量監(jiān)測圖形時得到的投影光學(xué)系統(tǒng)光瞳面上的衍射光像分布圖。
圖19表示第4實(shí)施方案的4重極照明概略構(gòu)成圖。
圖20表示第4實(shí)施方案的4重極照明與照明曝光量監(jiān)測圖形的配置關(guān)系圖。
圖21表示第4實(shí)施方案的4重極照明與照明曝光量監(jiān)測圖形的配置關(guān)系圖。
圖22表示按圖20所示的4重極照明與曝光量監(jiān)測圖形的配置關(guān)系進(jìn)行曝光而得到的光瞳面上的衍射光像分布平面圖。
圖23表示按圖21所示的4重極照明與曝光量監(jiān)測圖形的配置關(guān)系進(jìn)行曝光而得到的光瞳面上的衍射光像分布平面圖。
圖24表示現(xiàn)有的4重極照明與曝光量監(jiān)測圖形的配置關(guān)系圖。
圖25表示按圖24所示的4重極照明與曝光量監(jiān)測圖形的配置關(guān)系進(jìn)行曝光而得到的光瞳面上的衍射光像分布平面圖。
圖26表示第5實(shí)施方案的4重極照明概略構(gòu)成圖。
圖27表示第5實(shí)施方案的曝光量監(jiān)測圖形對圖26所示的4重極照明光源形狀的配置關(guān)系圖。
圖28表示按圖26、27所示的配置關(guān)系進(jìn)行曝光得到的光瞳面上衍射光像分布平面圖。
圖29表示曝光量監(jiān)測圖形對4重極照明光源形狀的配置關(guān)系圖。
圖30表示預(yù)定角度θ與曝光量監(jiān)測圖形的區(qū)段寬度p的關(guān)系圖。
(第1實(shí)施方案)
圖1表示平面圖，表示本發(fā)明第1實(shí)施方案的曝光量監(jiān)測圖形構(gòu)成。
如圖1所示，曝光量監(jiān)測圖形100是在曝光裝置不能析像寬度p的區(qū)段內(nèi)排列透光部分101和遮光部分102。在區(qū)段內(nèi)的透光部分101和遮光部分102的排列方向，連續(xù)地排列著多個區(qū)段。而且，對上述排列方向而言，區(qū)段內(nèi)的透光部分101與遮光部分102之占空比單調(diào)變化。另外，也可以斷續(xù)地排列著多個區(qū)段。
若使照明光照射該曝光量監(jiān)測圖形，則襯底上的曝光量監(jiān)測圖形衍射光的光強(qiáng)度分布為不依賴于聚焦位置的單調(diào)減少或單調(diào)增加。
通過襯底上邊形成光刻膠膜，在光刻膠膜上形成跟無關(guān)于聚焦?fàn)顟B(tài)的照射量傾斜分布對應(yīng)的潛像。采用測定光刻膠膜上所形成的潛像，或使光刻膠膜顯影而得到的圖形的一方向長度的辦法，測定曝光量。
根據(jù)測定的曝光量校正曝光裝置的曝光量設(shè)定值以后，給半導(dǎo)體襯底上邊形成的光刻膠膜復(fù)制半導(dǎo)體器件圖形。通過以上述曝光量監(jiān)測圖形控制曝光量即使曝光量裕度少，也能適當(dāng)復(fù)制圖形。
曝光量監(jiān)測圖形的靈敏度，由占空比變化增量inc的細(xì)度決定。圖2中，表示對圖1所示的曝光量監(jiān)測圖形100投影曝光時得到的投影曝光裝置的光瞳面上衍射像分布。由于僅僅使曝光量監(jiān)測圖形的衍射像之中0次衍射光像201進(jìn)入數(shù)值口徑NA200內(nèi)，能夠監(jiān)測有效曝光量而不受聚焦影響。另外，圖2中，標(biāo)號202是+1次衍射光像，標(biāo)號203是-1次衍射光像，符號OA是光軸。
作為對象的曝光裝置是，襯底一側(cè)數(shù)值口徑NA＝0.68，相干系數(shù)σ＝0.85，環(huán)帶遮蔽率ε＝0.5的ArF激態(tài)復(fù)合物激光曝光裝置(波長λ＝0.193μm)。
可是，從上述(1)式，就上述曝光條件來說，需要設(shè)定上述的區(qū)段寬度p為0.15μm。這個比相同時期的臨界器件圖形標(biāo)準(zhǔn)還要嚴(yán)格。因而，形成高精度曝光量監(jiān)測圖形是極其困難的。
因此，本發(fā)明人著眼于，采用使光瞳面內(nèi)曝光量監(jiān)測圖形的0次衍射光像位置偏離光瞳面中心位置(光軸)的辦法，可使用光瞳面內(nèi)有效數(shù)值口徑NA小的位置。
下面說明在光瞳面內(nèi)使曝光量監(jiān)測圖形來的0次衍射光像偏離光瞳面中心的構(gòu)成。圖3是表示形成本發(fā)明第1實(shí)施方案的曝光量監(jiān)測的掩模概略構(gòu)成圖。
如圖3所示，在透明基板301上的曝光量監(jiān)測圖形302上部，設(shè)置棱鏡303。棱鏡303是具有使照明光束傾斜作用的光學(xué)元件。
光源304來的照明光，透過棱鏡303和透明基板301入射曝光量監(jiān)測圖形302。從曝光量監(jiān)測圖形302看的光源位置，借助于棱鏡303的光學(xué)作用，看上去象從實(shí)際光源304的位置轉(zhuǎn)移。其結(jié)果，從曝光量監(jiān)測圖形302看的光源變成光源305。
圖4中，表示使照明光照射圖3所示掩模時，在投影曝光裝置光瞳面上的曝光量監(jiān)測圖形衍射光像分布的平面圖。
如圖4所示，光瞳面200上，形成0次衍射光像211、+1次衍射光像212、以及-1次衍射光像213。在偏離光瞳面中心OA的位置形成0次衍射光像211的重心。之所以在偏離光瞳面中心OA的位置形成0次衍射光像211的重心，是因?yàn)槔美忡R303，使照明光束傾斜入射曝光量監(jiān)測圖形302。
而且，僅0次衍射光像211通過光瞳面200內(nèi)?！?次衍射光像212、213不通過光瞳面內(nèi)。另外，衍射光像211、212、213表示通過照明將區(qū)段寬度p放寬到0.3μm的曝光量監(jiān)測圖形而得到的衍射像。
并且，圖4中，為了參考，示出不通過棱鏡，用光照射曝光量監(jiān)測圖形得到的0次衍射光像201、+1次衍射光像202、以及-1次衍射光像203。這些衍射光像201、202、203是通過照明區(qū)段寬度p為0.15μm的曝光量監(jiān)測圖形而獲得的。
如圖4所示，通過利用棱鏡使光傾斜入射曝光量監(jiān)測圖形，在有效瞳面200的數(shù)值口徑NA小的區(qū)域，形成0次衍射光像211。而且，可以把0次衍射光像211和±1次衍射光像212、213的衍射角設(shè)得小，就可以放寬曝光量監(jiān)測圖形的區(qū)段寬度。
如圖4所示，可知光瞳面200內(nèi)作為0次衍射光像211僅偏移Δσ時的曝光量監(jiān)測圖形上所需要的區(qū)段寬度p，假設(shè)為[數(shù)式6]1p≥(1+σ)2-(Δσ)2NAλ...(2)]]>p≤λNA(1+σ)2-(Δσ)2]]>就行。另外，偏移量Δσ是用相干系數(shù)換算后的值。
圖5中，示出上述曝光條件下的曝光量監(jiān)測圖形衍射光像的偏移與作為曝光量監(jiān)測圖形上需要的區(qū)段寬度p的關(guān)系。如圖5所示，由于設(shè)計(jì)棱鏡，使其光瞳面內(nèi)衍射光像僅偏移1.6σ，就能使曝光量監(jiān)測圖形的區(qū)段寬度p，從0.15μm放寬到0.3μm。
下面更具體點(diǎn)說，與現(xiàn)有的情況比較說明本發(fā)明。
圖6中，表示對區(qū)段寬度為0.15μm的曝光量監(jiān)測圖形投影曝光時得到的襯底上的光像強(qiáng)度分布。圖7中，表示對區(qū)段寬度p為0.3μm的曝光量監(jiān)測圖形通過棱鏡照明時獲得的襯底上的光像強(qiáng)度分布。如圖7所示，可見由于使衍射光像偏移，可以把區(qū)段寬度p設(shè)得大，因而放寬增量，也能維持高靈敏度檢測性能。
并且，圖8中，表示占空比的增量與有效曝光量分辨率的關(guān)系。如圖8的實(shí)線所示，可見隨著縮小增量inc，分辨率也減少。圖8中的虛線，表示由現(xiàn)有的區(qū)段寬度p為0.15μm的曝光量監(jiān)測圖形獲得的光像強(qiáng)度分布求出的有效曝光量分辨率的占空比對增量inc依賴性。
另外，有效曝光量分辨率也取決于測量曝光量監(jiān)測圖形的線寬測定裝置的精度。圖8所示的分辨率是使用50nm作為線寬測定裝置保證精度的裝置時的結(jié)果。
近年來隨著器件圖形微細(xì)化，需要有效利用少量曝光量容限。作為曝光量監(jiān)測圖形上需要的檢測靈敏度為0.5％以下。衍射光像重心沒有偏離光軸的場合，需要從要求檢測靈敏度以增量inc為0.625nm(晶片上尺寸)這樣的微小尺寸改變占空比。因?yàn)椴捎檬构馔鎯?nèi)的衍射光像重心偏離光軸的辦法，可以把區(qū)段寬度p設(shè)為0.3μm之大，為了得到0.5％以下的檢測靈敏度，把增量設(shè)計(jì)成2.5nm就可以。該增量值為現(xiàn)有的4倍。
結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)圖7所示的像強(qiáng)度分布，以及如圖8的實(shí)線所示那樣放寬增量的高分辨率。
具體點(diǎn)說，把用于得到同樣曝光量檢測靈敏度曝光量監(jiān)測圖形的構(gòu)成示出在圖9上。圖9(a)是表示現(xiàn)有的曝光量監(jiān)測圖形構(gòu)成平面圖。圖9(b)表示本發(fā)明第1實(shí)施方案的曝光量監(jiān)測圖形構(gòu)成平面圖。
曝光量監(jiān)測圖形為不能析像的圖形，只要圖形的明暗比相同，就得到同樣的強(qiáng)度分布。其結(jié)果，如圖9所示，等于通過可將區(qū)段寬度p設(shè)定為2倍，增量就可以放寬4倍。
如以上說過的那樣，能夠大幅度放寬曝光量監(jiān)測圖形區(qū)段寬度的限制。并且，關(guān)于占空比，用不著極其精細(xì)設(shè)定也能確保必要的有效曝光量檢測靈敏度。通過放寬二個設(shè)計(jì)項(xiàng)目，現(xiàn)在已經(jīng)可以制作精度良好的曝光量監(jiān)測圖形。因而，能夠大幅度減輕制作掩模的成品率，給檢查工序帶來的負(fù)擔(dān)。
另外，這次，使用棱鏡作為使光瞳面中心與衍射光像重心偏移的辦法。但是，并非特別限定其辦法。例如，如圖10所示，與曝光量監(jiān)測圖形302配合在透明基板301上設(shè)置移相光柵313。而且，雖然實(shí)際光源是光源314，但是將從曝光量監(jiān)測圖形302看的光源作為實(shí)質(zhì)上的光源315?；蛘?，如圖11所示，在透明基板301上，配置具有移相光柵323b的光學(xué)元件的透明基板323a。而且，雖然實(shí)際光源為光源324，但把從曝光量監(jiān)測圖形302看的光源作為實(shí)質(zhì)上的光源325。并且，也可以在透明襯底下方配置棱鏡或移相光柵。并且，為了調(diào)整和QC各工藝部分，采用檢測掩模的場合，如圖12所示，即使光源335直接偏離光軸進(jìn)行照明，也能獲得同樣的效果。
另外，上述實(shí)施方案中，使用了環(huán)帶照明作為照明。但是，對于從大體圓形的面光源照射的照明光中心跟光軸大體一致的通常照明也同樣具有效果。并且，對于具有多個偏心光源的多重極照明等，應(yīng)用本實(shí)施方案的技術(shù)，也具有效果。在多重極照明等的場合，只要使多個形成的0次衍射光像重心偏離光軸就行。
(第2實(shí)施方案)進(jìn)而，本發(fā)明人考慮到，從對光軸非對稱的位置發(fā)出照明，成像的場合，按照聚焦?fàn)顟B(tài)，利用圖形成像位置移動，與監(jiān)測有效曝光量同時對于聚焦進(jìn)行監(jiān)測。圖13中，具體地示出用于監(jiān)測聚焦的方法。
在透明基板401表面上形成棱鏡402。透明基板401背面上，形成曝光量監(jiān)測圖形403、第1聚焦監(jiān)測圖形404、第2聚焦監(jiān)測圖形405、第1位置偏移檢查圖形406、以及第2位置偏移檢查圖形407。在棱鏡402的下方，形成曝光量監(jiān)測圖形403和第1聚焦監(jiān)測圖形404。
使用該中間掩模對襯底410上的第1拍照(Shot)區(qū)域S1進(jìn)行曝光。借助于棱鏡402使照明光束偏心并傾斜入射到曝光量監(jiān)測圖形403及第1聚焦監(jiān)測圖形404上。并且，就第2聚焦監(jiān)測圖形405、第1和第2位置偏移檢查圖形406、407來說，照明光是非偏心的。另外，襯底410表面上形成光刻膠膜。
向第1聚焦監(jiān)測圖形404偏心并傾斜入射照明光束，因而襯底410上形成第1聚焦監(jiān)測圖形的潛像414的位置隨聚焦位置而變化。
給第1拍照區(qū)域S1曝光后，對第2拍照區(qū)域S2進(jìn)行曝光。這樣設(shè)定第2拍照區(qū)域S2，使其與第1拍照區(qū)域S1的一部分重合。要形成第1拍照區(qū)域S1上形成的第1聚焦監(jiān)測圖形的潛像414與第2拍照區(qū)域S2上形成的第2聚焦監(jiān)測圖形的潛像415重合。并且，要形成第1拍照區(qū)域S1上形成的第1位置偏移檢查圖形的潛像416與第2拍照區(qū)域S2上形成的第2位置偏移檢查圖形的潛像417重合。
第1聚焦監(jiān)測圖形的潛像414的形成位置，隨著聚焦位置而變化。并且，第2聚焦監(jiān)測圖形的潛像415的形成位置，不隨聚焦位置而變化。因此，通過用對合偏移檢查裝置，測量顯影后由潛像414、415形成的圖形間偏移量，可以檢測聚焦位置。這時，采用測量由第1和第2位置偏移檢查圖形406、407的潛像416、417形成的光刻膠圖形間偏移的辦法，校正工作臺對合偏移部分。
另外，關(guān)于聚焦監(jiān)測圖形，不僅僅限于上述例子。只要光瞳面上的衍射像重心偏離光軸，利用圖形對散焦的移動，同樣各種變形都能應(yīng)用。
(第3實(shí)施方案)本實(shí)施方案中，詳細(xì)說明有關(guān)對于圖14中所示二重極照明有效的方法。如圖14所示，二重極照明，就是對光軸OA點(diǎn)對稱配置二個偏心光源501。本實(shí)施方案中的具體照明條件是，從光軸OA到偏心光源501中心的距離σ1為0.65σ，偏心光源501的大小σr為0.2σ。曝光裝置跟第1實(shí)施方案同樣，數(shù)值口徑NA為0.68，相干系數(shù)σ為0.85的ArF激態(tài)復(fù)合物激光曝光裝置(波長λ0.193μm)。
本發(fā)明人通過根據(jù)要設(shè)定的二重極照明形狀，使其主圖形的曝光變?yōu)檫m合，對曝光量監(jiān)測圖形的配置方向動腦筋，找出能夠放寬設(shè)定監(jiān)測圖形的周期。
圖15是表示本發(fā)明第3實(shí)施方案的二重極照明與曝光量監(jiān)測圖形的配置關(guān)系圖。
具體點(diǎn)說，如圖15所示，對2重極照明的偏心光源501中心連接線A-A’對合垂直的方向(B-B’)，可以發(fā)現(xiàn)，改變曝光量監(jiān)測圖形503的微細(xì)間距增量加以排列配置是最有效的。另外，圖15中，標(biāo)號502是中間掩模。
圖16中，表示照明采用上述配置關(guān)系場合的曝光量監(jiān)測圖形之時得到的投影光學(xué)系統(tǒng)的光瞳面上衍射像分布。如圖16所示，滿足曝光量監(jiān)測圖形503的衍射像內(nèi)，僅0次衍射光像511通過光瞳面510的條件，而且還有，從曝光量監(jiān)測圖形來的衍射角最窄的狀態(tài)，是曝光量監(jiān)測圖形的區(qū)段寬度p成為最放寬的條件。另外，圖16中，標(biāo)號512是+1次衍射光像，標(biāo)號513是-1次衍射光像。
如圖16所示，配置2重極照明和曝光量監(jiān)測圖形的場合，要設(shè)定曝光量監(jiān)測圖形的區(qū)段寬度p，使其滿足[數(shù)式7]p≤λNA(1+σr)2-σ12...(3)]]>就行。
具體點(diǎn)說，上述曝光條件的場合，把曝光量監(jiān)測圖形的區(qū)段寬度p設(shè)定為0.28μm就行。圖17中表示不考慮圖15中所示配置關(guān)系時的例子。另外，圖17中，給與圖15同一部位加上同一標(biāo)號，并省略其詳細(xì)說明。如圖17所示，對于二個偏心光源501中心連結(jié)線A-A’改變曝光量監(jiān)測圖形503的微細(xì)間距增量并加以排列配置。
并且，在圖18中，表示按圖17所示的配置關(guān)系進(jìn)行曝光時光瞳面內(nèi)的衍射光像位置。另外，圖18中給與圖16同一部位加上同一標(biāo)號，并省略其詳細(xì)說明。圖18中，標(biāo)號521是0次衍射光像，標(biāo)號522是+1次衍射光像，標(biāo)號523的-1次衍射光像。
如圖17所示，配置2重極照明和曝光量監(jiān)測圖形的場合，按照上述(1)式，曝光量監(jiān)測圖形的區(qū)段寬度p是0.15μm。
對于此，如采取圖15所示的配置關(guān)系，曝光量監(jiān)測圖形的區(qū)段寬度p就變成0.28μm。于是，通過采取圖15所示的配置關(guān)系，能夠大幅度放寬周期。其結(jié)果，正如第1實(shí)施方案中表示的那樣，對于曝光量監(jiān)測圖形的占空比增量，也能從0.625放寬為2nm。
正如以上一直敘述的那樣，能夠大幅度放寬曝光量監(jiān)測圖形的周期限制。并且，對于占空比不用極其精細(xì)設(shè)定，也能確保高靈敏度的有效曝光量的檢測靈敏度。其結(jié)果，現(xiàn)在已經(jīng)能夠制作常常精度良好的曝光量監(jiān)測圖形，成為可以大幅度減輕給制作掩模的成品率、檢查工序帶來的負(fù)擔(dān)。其結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了高精度的曝光量控制。
還有，本實(shí)施方案中，采用圓形作為2重極照明的偏心光源形狀。不限于這種場合，對各種形狀的偏心光源形狀，也同樣可以應(yīng)用。但是，不是圓形的偏心光源形狀的場合，對于(4)式，需要隨著形狀變更帶來修改。
(第4實(shí)施方案)在第3實(shí)施方案中實(shí)際器件的照明方法是對2重極照明的場合有效果的方法。對此，本實(shí)施方案中，詳細(xì)說明有關(guān)對圖19中4重極照明場合有效的辦法。4重極照明，如圖19所示，要定位4個偏心光源601，使之對光軸OA成為4次對稱的方式。
4重極照明的照明條件，從光軸OA到偏心光源601中心的距離σ1設(shè)為0.65σ，圓形偏心光源601的大小σr設(shè)為0.2σ，圓形偏心光源601按90度相等間隔4次對稱性分布。曝光裝置跟第1實(shí)施方案同樣，數(shù)值口徑NA為0.68，相干系數(shù)σ為0.85的ArF激態(tài)復(fù)合物激光曝光裝置(波長λ0.193μm)。
本發(fā)明人根據(jù)設(shè)定的4重極照明形狀，使其主圖形的曝光成為適合，通過對曝光量監(jiān)測圖形的配置方向著力，找出能夠放寬設(shè)定監(jiān)測圖形的區(qū)段寬度p。
圖20和21是表示本發(fā)明第4實(shí)施方案的4重極照明與曝光量監(jiān)測圖形的配置關(guān)系圖。
如圖20、21所示，可以認(rèn)為通過2次光源面內(nèi)的光軸OA，不通過偏心光源601中心的，4個偏心光源601構(gòu)成線對稱的兩條對稱軸A-A’和B-B’。這時，與線A-A’，或線B-B’方向的一方對合，改變曝光量監(jiān)測圖形603a、b的微細(xì)間距增量加以排列配置是最有效的。
把采用圖20、21所示配置關(guān)系時的光瞳面上的衍射光像分布表示在圖22和23中。圖22是表示按圖20所示的4重極照明與曝光量監(jiān)測圖形的配置關(guān)系進(jìn)行曝光而獲得的光瞳面上衍射光像的分布平面圖。圖23是表示按圖21所示的4重極照明與曝光量監(jiān)測圖形的配置關(guān)系進(jìn)行曝光而獲得的光瞳面上衍射光像的分布平面圖。
曝光量監(jiān)測圖形的衍射像內(nèi)，僅0次衍射光像611a、b滿足通過光瞳面610a、b的條件，而且還有，從曝光量監(jiān)測圖形來的衍射角最窄的狀態(tài)是曝光量監(jiān)測圖形的周期變成最放寬的條件。另外，在圖22、23中，標(biāo)號612a、b是+1次衍射光像，標(biāo)號613是-1次衍射光像。
利用圖20、21的配置關(guān)系時，要設(shè)定曝光量監(jiān)測圖形的區(qū)段寬度p，使其滿足[數(shù)式8]p≤λNA{-σ1cosθ+σ12cos2θ+(1+σr)2-σ12(1+σr)2-σ12}...(4)]]>就行。
具體點(diǎn)說，在上述曝光條件的場合，可以知道，將曝光量監(jiān)測圖形的區(qū)段寬度p設(shè)定為0.18μm作為θ＝45°就可以。
與圖20、21對比，在圖24中示出不考慮現(xiàn)有的光源形狀和配置關(guān)系的場合。另外，圖24中，標(biāo)號601是偏心光源，602c是中間掩模，603c是曝光量監(jiān)測圖形。并且，圖25中，示出按圖24所示的4重極照明與曝光量監(jiān)測圖形的配置關(guān)系進(jìn)行曝光而得到的，表示光瞳面上衍射光像的分布平面圖。
在圖24所示配置的場合下，從上述(1)和(2)式，曝光量監(jiān)測圖形的區(qū)段寬度p是0.15μm。對于此，如果是圖20、21所示的配置，則曝光量監(jiān)測圖形的區(qū)段寬度p是0.18μm。因而能夠放寬區(qū)段寬度。其結(jié)果，正如上述第1實(shí)施方案中表示的那樣，關(guān)于曝光量監(jiān)測圖形的占空比，也能從0.625放寬到0.9nm。其結(jié)果能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的曝光量控制。
正如以上一直敘述的那樣，能夠大幅度放寬曝光量監(jiān)測圖形的周期限制。并且，即使對于占空比沒有極其精細(xì)設(shè)定，也能確保高靈敏度的有效曝光量的檢測靈敏度，現(xiàn)在已經(jīng)能夠制作常常精度良好的曝光量監(jiān)測圖形，成為可以大幅度減輕給制作掩模的成品率、檢查工序帶來的負(fù)擔(dān)。
并且，本實(shí)施方案中，采用圓形作為4重極照明的偏心光源形狀。不限于這種場合，對各種形狀，關(guān)于上述(5)式，有時也需要隨著形狀變更帶來修改，但同樣可以應(yīng)用。
(第5實(shí)施方案)本實(shí)施方案中，不僅4次對稱的4重極照明，而且如圖26所示，說明有關(guān)對2次對稱的4重極照明有效的辦法。
如圖26所示，對光軸用2次對稱方式配置4個圓形的偏心光源701。由于2次對稱，存在線A-A’和線B-B’的兩條對稱軸。這時，在與距偏心光源701中心距離遠(yuǎn)離的一方對稱軸大致平行的方向，改變曝光量監(jiān)測圖形703的微細(xì)間距增量加以排列配置是最有效的。
在圖26所示的4重極照明的場合下，軸B-B’與光源701中心的距離比軸A-A’與光源701中心的距離還要遠(yuǎn)離。因此，如圖27所示，在沿著軸B-B’的方向，改變中間掩模702上所形成的曝光量監(jiān)測圖形703的微細(xì)間距增量加以排列配置。
圖28中，表示按圖26、27所示的配置關(guān)系進(jìn)行曝光而獲得的，表示光瞳面上的衍射光像分布的平面圖。如圖28所示，曝光量監(jiān)測圖形的衍射像內(nèi)，僅0次衍射光像711a、b滿足通過光瞳面710的條件，而且另外，從曝光量監(jiān)測圖形來的衍射角最窄的狀態(tài)是曝光量監(jiān)測圖形的區(qū)段寬度p變成最放寬的條件。另外，在圖28中，標(biāo)號712是+1次衍射光像，標(biāo)號713是-1次衍射光像。
可以換句話說上述的條件如下。可以考慮把一方對稱軸與光源中心的預(yù)計(jì)角度設(shè)為θ的場合。對圖26而言，就是測定軸A-A’與光源701中心的預(yù)計(jì)角度θ。
在0°＜θ＜45°的場合，如圖29(a)所示，沿著與用于預(yù)計(jì)角度基準(zhǔn)的軸垂直的軸B-B’，配置曝光量監(jiān)測圖形703a的區(qū)段。并且，在45°＜θ＜90°的場合，如圖29(b)所示，沿著用于測定預(yù)計(jì)角度的軸A-A’，配置曝光量監(jiān)測圖形703b的區(qū)段。
并且，在圖30中，表示由(5)式獲得的預(yù)計(jì)角度θ與曝光量監(jiān)測圖形的區(qū)段寬度p的關(guān)系。在0°＜θ＜45°的場合，采用圖29(a)所示的圖形布局。相反在45°＜θ＜90°的場合，采用圖29(b)所示的圖形布局。倘若這樣，就能夠大幅度放寬曝光量監(jiān)測圖形的周期。
正如以上一直敘述的那樣，能夠大幅度放寬曝光量監(jiān)測圖形的周期限制，即使對于占空比沒有極其細(xì)小地設(shè)定，也能確保高靈敏度的有效曝光量的檢測靈敏度，所以現(xiàn)在已經(jīng)能夠制作常常精度良好的曝光量監(jiān)測圖形，成為可以大幅度減輕給制作掩模的成品率、檢查工序帶來的負(fù)擔(dān)。
另外，本實(shí)施方案中，雖然采用圓形作為4重極照明中的偏心光源形狀，但是不限于這種場合，對各種形狀也能應(yīng)用。但是，關(guān)于上述(5)式，有時需要隨形狀變更進(jìn)行修改。
另外，本發(fā)明不是限定于上述實(shí)施方案，在不脫離其宗旨范圍內(nèi)，還可以有各種變形及其實(shí)施。
如以上說過的一樣，倘若采用本發(fā)明，就能夠?qū)崿F(xiàn)曝光量監(jiān)測圖形設(shè)計(jì)條件的放寬，容易得到所需要的曝光量靈敏度。
權(quán)利要求
1.一種曝光量監(jiān)測方法，是對設(shè)于投影曝光裝置內(nèi)，在不能用所述投影曝光裝置析像的一定寬度p內(nèi)，沿一方向排列遮光部分和透光部分的多個區(qū)段斷續(xù)地或連續(xù)地沿所述一方向排列，形成該區(qū)段的遮光部分與透光部分的尺寸比沿所述一方向單調(diào)變化的曝光量監(jiān)測圖形掩模，照射照明光；所述曝光量監(jiān)測圖形的衍射光中僅使0次衍射光通過所述投影曝光裝置的光瞳面內(nèi)，在襯底上復(fù)制曝光量監(jiān)測圖形的0次衍射光像，測定曝光量的曝光量監(jiān)測方法，其特征是所述照明光照明時，通過所述投影曝光裝置的光瞳面上的所述曝光量監(jiān)測圖形的0次衍射光像重心偏離所述投影曝光裝置的光軸。
2.按照權(quán)利要求1所述的曝光量監(jiān)測方法，其特征是所述投影曝光裝置的照明是從大體圓形的面光源照射的照明光中心與光軸大體一致的通常照明，或環(huán)帶照明。
3.按照權(quán)利要求1所述的曝光量監(jiān)測方法，其特征是所述投影曝光裝置的曝光波長為λ，所述襯底側(cè)數(shù)值口徑為NA，相干系數(shù)為σ，以相干系數(shù)σ換算后的所述投影曝光裝置的光瞳面內(nèi)的所述0次衍射光像重心偏移量為Δσ的場合，在所述襯底上的換算尺寸的上述寬度p滿足[數(shù)式1]p≤λNA(1+σ)2-(Δσ)2]]>的條件。
4.按照權(quán)利要求1所述的曝光量監(jiān)測方法，其特征是在所述曝光量監(jiān)測圖形的上部或下部，配置包括棱鏡或移相柵的光學(xué)元件的狀態(tài)下，用所述照明光照明所述掩模。
5.按照權(quán)利要求1所述的曝光量監(jiān)測方法，其特征是在與所述一方向垂直的方向，偏移所述光瞳面內(nèi)的所述0次衍射光像。
6.一種曝光量監(jiān)測方法，是對設(shè)于具備對光軸點(diǎn)對稱地配置的二個偏心光源的2重極照明的投影曝光裝置，在不能用所述投影曝光裝置析像的一定寬度p內(nèi)，沿一方向排列遮光部分和遮光部分的多個區(qū)段斷續(xù)地或連續(xù)地沿所述一方向排列，形成該區(qū)段的遮光部分與透光部分的尺寸比沿所述一方向單調(diào)變化的曝光量監(jiān)測圖形掩模，照射照明光所述曝光量監(jiān)測圖形的衍射光之中僅使0次衍射光通過所述投影曝光裝置的光瞳面內(nèi)，在襯底上，復(fù)制曝光量監(jiān)測圖形的0次衍射光像，測定曝光量的曝光量監(jiān)測方法，其特征是所述一方向是與所述二個偏心光源排列方向大體垂直的方向。
7.按照權(quán)利要求6所述的曝光量監(jiān)測方法，其特征是所述投影曝光裝置的曝光波長為λ，感光性襯底側(cè)數(shù)值口徑為NA，相干系數(shù)為σ，以相干系數(shù)σ換算后的從光軸到偏心光源中心的距離以及偏心光源的半徑分別為σ1和σr的場合，在所述襯底上換算尺寸的所述寬度p，滿足[數(shù)式2]p≤λNA(1+σr)2-(σ1)2]]>的條件。
8.一種曝光量監(jiān)測方法，是對設(shè)于具備對光軸4次對稱地配置的4個偏心光源的4重極照明的投影曝光裝置，在不能用所述投影曝光裝置析像的一定寬度p內(nèi)，沿一方向排列遮光部分和透光部分的多個區(qū)段斷續(xù)地或連續(xù)地沿所述一方向排列，形成該區(qū)段的遮光部分與透光部分尺寸比沿所述一方向單調(diào)變化的曝光量監(jiān)測圖形掩模，照射照明光，所述曝光量監(jiān)測圖形的衍射光中僅使0次衍射光通過所述投影曝光裝置的光瞳面內(nèi)，在襯底上邊復(fù)制曝光量監(jiān)測圖形的0次衍射光像，測定曝光量的曝光量監(jiān)測方法，其特征是所述一方向，是通過光軸，并與不通過所述偏心光源的中心的兩條對稱軸的一方大體平行的。
9.按照權(quán)利要求8所述的曝光量監(jiān)測方法，其特征是所述投影曝光裝置的曝光波長為λ，感光性襯底側(cè)數(shù)值口徑為NA，相干系數(shù)為σ，以相干系數(shù)σ，對從所述光軸到所述偏心光源中心的距離以及偏心光源的半徑換算后的值分別為σ1和σr，以及所述一方對稱軸與所述偏心光源中心的預(yù)計(jì)角度為θ的場合，在所述襯底上換算尺寸的所述寬度p，滿足[數(shù)式3]p≤λNA{-σ1cosθ+σ12cos2θ+(1+σr)2-σ12(1+σr)2-σ12}]]>的條件。
10.一種曝光量監(jiān)測方法，是對設(shè)于具備對光軸2次對稱地配置的4個偏心光源的4重極照明的投影曝光裝置，在不能用所述投影曝光裝置析像的一定寬度p內(nèi)，沿一方向排列遮光部分和透光部分的多個區(qū)段斷續(xù)地或連續(xù)地沿所述一方向排列，形成該區(qū)段的遮光部分與透光部分尺寸比沿所述一方向單調(diào)變化的曝光量監(jiān)測圖形掩模，照射光照明，所述曝光量監(jiān)測圖形的衍射光中僅0次衍射光通過所述投影曝光裝置的光瞳面內(nèi)，在襯底上復(fù)制曝光量監(jiān)測圖形，測定曝光量的曝光量監(jiān)測方法，其特征是所述一方向是與兩條對稱軸之中距所述偏心光源中心距離遠(yuǎn)的對稱軸大體平行。
11.按照權(quán)利要求10所述的曝光量監(jiān)測方法，其特征是所述投影曝光裝置的曝光波長為λ，感光性襯底側(cè)數(shù)值口徑為NA，相干系數(shù)為σ，以相干系數(shù)σ換算后的從所述光軸到偏心光源中心的距離以及偏心光源的半徑分別為σ1和σr，以及設(shè)距所述偏心光源中心距離遠(yuǎn)的對稱軸與所述偏心光源中心的預(yù)計(jì)角度為θ的場合，在所述襯底上換算尺寸的所述寬度p，滿足[數(shù)式4]p≤λNA{-σ1cosθ+σ12cos2θ+(1+σr)2-σ12(1+σr)2-σ12}]]>的條件。
12.按照權(quán)利要求1～11任一項(xiàng)所述的曝光量監(jiān)測方法，其特征是所述襯底具備光刻膠膜，在所述光刻膠膜上復(fù)制所述曝光量監(jiān)測圖形的0次衍射光像，以及根據(jù)所述光刻膠膜上所復(fù)制的潛像，或使所述光刻膠膜顯影而得到圖形的所述一方向長度，測定曝光量。
13.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征是按照權(quán)利要求1～11任一項(xiàng)所述的曝光量監(jiān)測方法，測定襯底上的曝光量，根據(jù)測定值校正曝光量，校正曝光量后，將半導(dǎo)體器件圖形復(fù)制到半導(dǎo)體襯底上所形成的光刻膠膜上。
全文摘要
謀求放寬曝光量監(jiān)測圖形設(shè)計(jì)條件，容易獲得所需要的曝光量靈敏度。一種的曝光量監(jiān)測方法是，將照明光照明形成曝光量監(jiān)測圖形的掩模上，只讓所述曝光量監(jiān)測圖形衍射光之中0次衍射光通過所述投影曝光裝置的光瞳面內(nèi)，在襯底上邊復(fù)制曝光量監(jiān)測圖形，測定曝光量，并以照射所述照明光時，使通過所述投影曝光裝置的光瞳面200上的所述曝光量監(jiān)測圖形的0次衍射光像211重心偏離光軸OA為特征的曝光量監(jiān)測方法。
文檔編號H01L21/027GK1470941SQ0314829
公開日2004年1月28日 申請日期2003年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月3日
發(fā)明者藤澤忠仁, 井上壯一, 佐藤隆, 淺野昌史, 一, 史 申請人:株式會社東芝