圖案曝光中焦點偏移量的測量方法及圖案曝光方法
2023-05-10 12:35:21 1
專利名稱：圖案曝光中焦點偏移量的測量方法及圖案曝光方法
技術領域：
本發明涉及測量對抗蝕劑膜進行圖案曝光時的焦距偏移量的方法，並且涉及該測量方法所使用的抽取圖案的邊緣傾斜量的焦距依存性的方法，而且涉及邊校正焦距邊對抗蝕劑膜進行圖案曝光的曝光方法。
背景技術：
在通過光刻工序在半導體晶片上的抗蝕劑膜上形成細微的抗蝕劑圖案時，圖案曝光時的焦距位置對抗蝕劑圖案的尺寸精度影響很大。因此，在新工序開始時等情況下進行以下作業對每一次曝光單位改變曝光機的焦距值來製作印有圖案的晶片，並測量所形成的抗蝕劑圖案的尺寸來設定用來獲得預定的圖案尺寸的最佳焦距值。
但是，隨著各種工序的變動，有用一次設定的最佳焦距值不能獲得預定尺寸的抗蝕劑圖案的傾向。因此，在先有技術中，進行根據工序變動引起的焦距最佳位置的變動來校正焦距偏移量的作業。為此，必須要測量焦距偏離最佳位置的量。這樣的焦距偏移量的測量方法記載在日本特開2003-59813號公報中。下面，參照圖19A、19B、20A、20B和21說明該方法。
圖19A表示由呈線狀殘留的抗蝕劑形成的線狀圖案1的截面形狀。圖19B表示抗蝕劑的一部分被呈線狀地除去了的具有間隔3的間隙圖案2的截面形狀。這些抗蝕劑圖案用於觀察用掩膜使曝光時的焦距從最佳焦距值向正方向或負方向移位時形成的圖案的形狀變化。焦距值為正是指聚焦在最佳焦距的下側的狀態，焦距值為負是指聚焦在最佳焦距上側的狀態。
上述線狀圖案1和間隙圖案2的形狀隨焦距的變化而產生的變化在圖案端面的傾斜量(以下稱為「邊緣傾斜量」)上顯著表現。假設圖19A所示的線狀圖案1的邊緣傾斜量為EW1，圖19B所示的間隙圖案2的邊緣傾斜量為EW2。圖20A、圖20B中繪製了橫軸表示焦距值、縱軸分別表示邊緣傾斜量EW1、EW2時邊緣傾斜量的焦距依存性，即表示邊緣傾斜量的變化與焦距值變化的關係的曲線。各曲線對應於以多種不同的曝光量進行曝光時測量的結果。焦距值為0對應於最佳焦距。
如圖20A所示，當使焦距從最佳焦距向負方向移位時，線狀圖案的邊緣傾斜量EW1的變化程度顯著。而如圖20B所示，當使焦距從最佳焦距向負方向偏移時雖然間隙圖案的邊緣傾斜量EW2幾乎不變化，但焦距在正的一側變化程度顯著。根據該邊緣傾斜量EW1、EW2可以製作如圖21所示的表示邊緣傾斜量的焦距依存性的模型。即，通過獲取在負的一側變動的EW1與在正的一側變動的EW2之差EW1-EW2，能夠獲得表示邊緣傾斜量隨焦距值的變化而變化的特性的曲線。用該曲線可以知道與邊緣傾斜量相對應的焦距偏移量。
但是，該方法如從圖21判明的那樣，在最佳焦距值(＝0μm)附近，縱軸(EW1-EW2)的值存在平坦區域，不能精確地測量最佳焦距值附近的焦距偏移量。
出現這種平坦部分的原因有2個，第1原因為目前的抗蝕劑對於線狀圖案和間隙圖案的解析度不同。一般線狀圖案和焦距一致，但與間隙圖案中焦距不一致的情況。即，線狀圖案與間隙圖案之間最佳焦距值不一致。例如，0.18μm的線狀圖案的最佳焦距值與0.18μm的間隙圖案的最佳焦距值不一致。
第2原因是掩膜的製造尺寸誤差。在生產多個品種的工廠，為每個品種製造掩膜。當製造多個種類的掩膜時，不可避免會產生尺寸誤差。由於這些掩膜尺寸的誤差，線狀圖案與間隙圖案之間會產生最佳焦距值不一致的狀況。
發明內容
本發明的目的是要提供一種能夠高精度地測量對抗蝕劑膜進行圖案曝光時焦距偏離所希望的位置的偏移量的焦距偏移量的測量方法。並且，本發明的另一個目的是要提供一種使用了該測量方法的邊校正焦距的位置邊進行曝光的方法。
如果採用本發明的焦距偏移量的測量方法，在第1基板上形成多組第1測量圖案，使曝光時的焦距值不同，該第1測量圖案包括由抗蝕劑膜構成的預定形狀的凸圖案和具有形狀與上述凸圖案相對應的間隙的凹圖案；測量上述多個第1測量圖案中的上述凸圖案和上述凹圖案的邊緣傾斜量；根據測量到的多個上述邊緣傾斜量與多個上述焦距值的對應關係，求出邊緣傾斜量的焦距值依存性，所述邊緣傾斜量作為表示上述邊緣傾斜量隨曝光時的焦距值變化而變化的特性；在第2基板上形成包括上述凸圖案和上述凹圖案的第2測量圖案，測量上述第2測量圖案中的上述凸圖案和上述凹圖案的邊緣傾斜量；根據上述邊緣傾斜量的焦距依存性，由測量上述第2測量圖案而得到的邊緣傾斜量算出上述第2測量圖案曝光時的與最佳焦距的焦距偏移量；將上述凸圖案和上述凹圖案的間隙尺寸設定為不同的值，使各圖案曝光時的最佳焦距值接近。
如果採用本發明的邊緣傾斜量的焦距依存性抽取方法，在基板上形成多組測量圖案，使各曝光時的焦距值不同，該測量圖案包括由抗蝕劑膜構成的預定形狀的凸圖案和具有形狀與上述凸圖案相對應的間隙的凹圖案；測量上述多個測量圖案中的上述凸圖案和上述凹圖案的邊緣傾斜量；根據測量到的多個上述邊緣傾斜量與多個上述焦距值的對應關係，求出邊緣傾斜量的焦距依存性，該邊緣傾斜量的焦距依存性作為表示上述邊緣傾斜量隨曝光時焦距值的變化而變化的特性；將上述凸圖案和上述凹圖案的間隙尺寸設定為不同，以使各圖案曝光時的最佳焦距值接近。
如果採用本發明的圖案曝光方法，在第1基板上形成多組第1測量圖案，使曝光時的焦距值不同，該第1測量圖案包括由抗蝕劑膜構成的預定形狀的凸圖案和具有形狀與上述凸圖案相對應的間隙的凹圖案；測量上述多個第1測量圖案中的上述凸圖案和上述凹圖案的邊緣傾斜量；根據測量到的多個上述邊緣傾斜量與多個上述焦距值的對應關係，求出邊緣傾斜量的焦距值依存性，所述邊緣傾斜量的焦距值依存性作為表示上述邊緣傾斜量隨曝光時的焦距值變化而變化的特性；在第2基板上以預定的焦距值形成包括上述凸圖案和上述凹圖案的第2測量圖案，並測量上述第2測量圖案中的上述凸圖案和上述凹圖案的邊緣傾斜量；根據上述邊緣傾斜量的焦距依存性，由測量上述第2測量圖案得到的邊緣傾斜量算出上述第2測量圖案曝光時的與最佳焦距的焦距偏移量；以校正了算出的上述焦距偏移量的焦距值，對第3基板上的抗蝕劑膜進行圖案曝光；將上述凸圖案和上述凹圖案的間隙尺寸設定為不同，以使各圖案曝光時的最佳焦距值接近。
圖1A、1B是用於測量焦距偏移量的圖案的剖視圖。
圖2A、2B是表示邊緣傾斜量的變動的圖。
圖3是表示對應於焦距變動的移位指數的圖。
圖4是表示實施方式1的焦距偏移量的測量方法的流程圖。
圖5是表示線狀圖案尺寸的焦距依存性的圖。
圖6是表示線狀圖案的頂部尺寸與底部尺寸的焦距依存性的圖。
圖7是表示線狀圖案的邊緣傾斜量的焦距依存性的圖。
圖8是表示各線寬的間隙圖案的頂部尺寸與底部尺寸焦距依存性的圖。
圖9是表示間隙圖案的邊緣傾斜量的焦距依存性的圖。
圖10A、10B是將邊緣傾斜量標準化後的圖。
圖11是表示標準邊緣傾斜量的焦距依存性的圖。
圖12是表示最佳的標準邊緣傾斜量的焦距依存性的圖。
圖13是表示實施方式2的焦距偏移量的測量方法的圖。
圖14A、14B是說明掩膜尺寸誤差的圖。
圖15是表示每個品種的掩膜的移位指數的圖。
圖16是表示基於掩膜尺寸誤差的焦距校正值的圖。
圖17是表示校正後的移位指數的圖。
圖18A～18F是實施方式3的圖案曝光方法的工序的剖視圖。
圖19A、19B是用於測量以往的焦距偏移量的圖案的剖視圖。
圖20A、20B是表示以往的邊緣傾斜量的變動的圖。
圖21是以往的焦距變動的模型圖。
具體實施例方式
根據本發明，使圖案與凹圖案的間隙尺寸不同，使各圖案曝光時的最佳焦距值接近，由此可以抑制將各邊緣傾斜量的焦距依存性組合起來的特性中在最佳焦距值附近產生平坦部。因此即使在最佳焦距值附近也能檢測到焦距偏移量。
本發明的焦距偏移量的測量方法或圖案曝光方法，優選分別對上述多組第1測量圖案中的上述凸圖案和上述凹圖案，通過從各焦距值上的上述邊緣傾斜量值減去最佳焦距值上的上述邊緣傾斜量值，來求出標準邊緣傾斜量。將對上述凸圖案和上述凹圖案求得的上述標準邊緣傾斜量組合起來，製作表示與曝光時的焦距值的對應關係的移位指數，將上述移位指數用作上述邊緣傾斜量的焦距依存性。
在該結構中，優選將對因用來形成上述凸圖案和上述凹圖案的曝光掩膜的設計值的尺寸誤差引起的、上述標準邊緣傾斜量與曝光時的焦距值的對應關係的偏差進行校正的數值，用作上述移位指數。
在本發明的焦距偏移量的測量方法、邊緣傾斜量的焦距依存性抽取方法和圖案曝光方法中，將殘留有線狀抗蝕劑膜的線狀圖案用作上述凸圖案，將除去了線狀抗蝕劑膜的具有間隙的間隙圖案用作上述凹圖案。
或者，也可以將殘留有點狀抗蝕劑膜的點狀圖案用作上述凸圖案，將除去了點狀抗蝕劑膜的具有間隙的孔圖案用作上述凹圖案。
並且，測量上述邊緣傾斜量的工序通過如下過程進行分別對各個上述凸圖案和上述凹圖案測量抗蝕劑膜上面位置的尺寸即頂部尺寸和底面位置的尺寸即底部尺寸，並算出上述頂部尺寸與上述底部尺寸之差。
下面，參照圖1A、1B、2A、2B和3說明本發明所使用的焦距偏移量的測量方法的原理。圖1A及圖1B為用於測量焦距偏移量的抗蝕劑圖案的剖視圖。圖1A表示孤立的線狀圖案1。Lt表示線狀圖案1的頂部尺寸，即表示上表面的長度。Lb表示線狀圖案1的底部尺寸，即表示底面的長度。孤立的線狀圖案1具有在曝光時焦距值向正的一側偏移的情況下截面形狀變化顯著的特徵。圖1B表示孤立的間隙圖案2。St表示間隙圖案2的頂部尺寸，即表示間隔3的上表面長度。Sb表示間隙圖案2的底部尺寸，即間隔3的底面長度。孤立的間隙圖案2具有在曝光時焦距值向負的一側偏移的情況下截面形狀變化顯著的特徵。
圖2A、2B為表示標準邊緣傾斜量的變動的圖。在圖2A、圖2B中，橫軸表示圖1A、1B中表示的圖案曝光時的焦距值。縱軸分別表示圖1A的線狀圖案1的標準邊緣傾斜量ΔLn和圖1B的間隙圖案2的標準邊緣傾斜量ΔSn。標準邊緣傾斜量ΔLn、ΔSn為以下說明的值。
首先，邊緣傾斜量定義為表示各圖案的端面傾斜的程度的量。在本實施方式中，邊緣傾斜量ΔL、ΔS分別用圖1A的線狀圖案1的頂部尺寸Lt與底部尺寸Lb之差、圖1B的間隙圖案2的頂部尺寸St與底部尺寸Sb之差表示(公式(1)和公式(2))。
ΔL＝Lt-Lb ……(1)ΔS＝St-Sb ……(2)標準邊緣傾斜量ΔLn、ΔSn分別為以最佳焦距值進行曝光時的邊緣傾斜量ΔLo、ΔSo為基準，，將在焦距偏移狀態下進行曝光時的邊緣傾斜量ΔL、ΔS用公式(3)及公式(4)標準化以後的值。
ΔLn＝(ΔL-ΔLo) ……(3)ΔSn＝(ΔS-ΔSo) ……(4)如圖2A所示，當焦距值向正的一側偏移時，線狀圖案的標準邊緣傾斜量ΔLn變動很大。而當焦距值向負的一側偏移時，如圖2B所示，間隙圖案的標準邊緣傾斜量ΔSn變動很大。
圖3為表示移位指數對焦距變動的依存性。使橫軸為焦距值、縱軸為移位指數SI來表示移位指數SI對焦距變動的依存性。其中，移位指數SI用將圖2A、2B所示的線狀圖案和間隙圖案的標準邊緣傾斜量ΔLn、ΔSn相加的計算式(公式(5))表示。
SI＝ΔLn+ΔSn ……(5)由於線狀圖案的邊緣傾斜量ΔL在焦距值為正的一側變動，間隙圖案的邊緣傾斜量ΔS在焦距值為負的一側變動，因此根據公式(5)，無論焦距值是在正的一側還是在負的一側變動，都能監控移位指數SI。
為了測量焦距偏移量，預先測量曝光處理後的孤立的一組線狀圖案和孤立的間隙圖案，求出移位指數SI。根據求得的SI算出想要測量焦距偏移量的組在曝光處理時向正的一側或負的一側的焦距值的偏移量。由此可以在進行下一組處理時進行焦距值的校正。
本發明是為了進一步提高根據以上原理測量焦距偏移量時最佳焦距值附近的焦距偏移量的測量精度而對製作移位指數SI的方法加以改進的方法。
下面參照附圖詳細說明本發明的實施方式。
(實施方式1)下面參照圖4～圖9、圖10A、圖10B、圖11和圖12說明實施方式1的焦距偏移量的測量方法。
圖4為表示本實施方式的方法的流程圖。步驟S1～S7表示抽取以移位指數SI表示的邊緣傾斜量的焦距依存性的方法。步驟S8～S10表示作成作為焦距偏移量的測量對象的抗蝕劑圖案，用移位指數SI算出焦距偏移量的方法。下面就本實施方式的各步驟進行說明。
步驟S1測量線狀圖案的最佳焦距值Fo。為此，測量孤立的線狀圖案的CD(Critical Dimension，臨界尺寸)與焦距值的關係即CD-焦距特性。根據該特性求出最佳焦距值Fo。
首先，用不同的焦距值曝光形成多種線狀圖案，測量形成的圖案的寬度。本實施方式使用的線狀圖案為寬度與設計圖案(設計規則)的最小尺寸相同的0.18μm的孤立線狀圖案。測量的結果獲得的焦距值與圖案寬度的關係表示在圖5中。圖5中橫軸表示曝光時的焦距值，縱軸表示0.18μm的孤立線狀圖案的抗蝕劑圖案的寬度。將表示圖5所示CD-焦距值特性的曲線4取最大值時的焦距值Fo作為最佳焦距值。另外，如果孤立的線狀圖案的地點為一定個數的話，則為獲取該CD-焦距值特性而進行的抗蝕劑圖案寬度的測量可以在任一個地方進行。
步驟S2抽取圖6所示的線狀圖案的頂部尺寸Lt和底部尺寸Lb的CD-焦距特性。為此，用不同的焦距值曝光形成多種線狀圖案，測量形成的線狀圖案的頂部尺寸Lt和底部尺寸Lb。在圖6中，橫軸表示焦距值，縱軸表示形成的線狀圖案的尺寸。曲線5表示焦距偏移引起的頂部尺寸Lt的尺寸變化，曲線6表示焦距偏移引起的底部尺寸Lb的尺寸變化。頂部尺寸Lt與底部尺寸Lb之差ΔL在該線狀圖案的最佳焦距值Fo的正的一側變大，在Fo的負的一側幾乎不變。
步驟S3抽取圖7所示的線狀圖案的邊緣傾斜量ΔL-焦距值特性。圖7中橫軸表示焦距值F，縱軸表示線狀圖案的邊緣傾斜量ΔL(＝Lt-Lb)。該圖7用圖6所示的測量值製作。即，求出圖6中的焦距值F上的頂部尺寸Lt與底部尺寸Lb之差，將其作為焦距值F的線狀圖案的邊緣傾斜量ΔL。將圖5所求出的最佳焦距值Fo作為圖7中的橫軸的原點。並且求出各焦距值的邊緣傾斜量ΔL，繪出的為圖7所示的曲線7。
如根據圖7判斷的那樣，在焦距值為負的情況下，線狀圖案的邊緣傾斜量ΔL幾乎為一定。這是因為如圖6所示，在比最佳焦距值Fo靠近負的一側曲線5和曲線6具有相同的變動趨勢的緣故。而在最佳焦距值Fo的正的一側，由於曲線5的減小趨勢比曲線6的減小趨勢大，因此焦距值F在正的一側的偏移程度大。
步驟S4
抽取孤立的間隙圖案的頂部尺寸St與底部尺寸Sb的CD-焦距特性。為此的測量與抽取圖6所示的線狀圖案的CD-焦距值的特性時同樣進行。但是，不是製作0.18μm的孤立線狀圖案，而是製作多種寬度的孤立間隙圖案——例如分別為0.20μm、0.25μm、0.30μm的間隙圖案進行測量。
這是因為最終選擇間隙圖案的寬度，使該間隙圖案的最佳焦距值接近線狀圖案的最佳焦距值的緣故。由此，能夠避免目前的抗蝕劑中相同尺寸的線狀圖案與間隙圖案的最佳焦距值不同這一問題，能夠抑制移位指數SI在最佳焦距值附近平坦化。
對各種寬度的間隙圖案的測量結果表示在圖8中。圖8中為了與0.18μm的孤立線狀圖案的焦距值Fo進行比較，以Fo為原點。圖8的橫軸表示焦距值、縱軸表示焦距偏移引起的頂部尺寸St與底部尺寸Sb的變化。圖8中的曲線8表示0.20μm寬的孤立間隙圖案的頂部尺寸St的變化，曲線9表示該間隙圖案的底部尺寸Sb的變化。曲線10表示0.25μm寬的孤立間隙圖案的頂部尺寸St的變化，曲線11表示該間隙圖案的底部尺寸Sb的變化。曲線12表示0.30μm寬的孤立間隙圖案的頂部尺寸St的變化，曲線13表示該間隙圖案的底部尺寸Sb的變化。並且，各種寬度的間隙圖案的最佳焦距值F1、F2、F3表示在圖中。在各種寬度的間隙圖案中，頂部尺寸St與底部尺寸Sb之差即邊緣傾斜量ΔS呈現與線狀圖案中邊緣傾斜量ΔL對焦距值的依存性相反的傾向，在比各最佳焦距值靠近負的一側增加。
步驟S5考慮與線狀圖案的最佳焦距值之間的關係，將間隙圖案的寬度設定為與線狀圖案的寬度不同的寬度。為了抑制移位指數SI形成平坦部，優選在0.18μm線狀圖案的最佳焦距值Fo時選取間隙圖案的最佳焦距值。從圖8中可以判斷，在各種寬度的間隙圖案中，0.25μm的間隙圖案具有最接近焦距值Fo的最佳焦距值F2。因此，使用0.25μm的間隙圖案合適。在以後的步驟中，使用0.25μm間隙圖案的測量值。
步驟S6像圖9所示那樣，與圖7的線狀圖案的邊緣傾斜量ΔL-焦距特性同樣地抽取間隙圖案的邊緣傾斜量ΔS-焦距的特性。在圖9中，橫軸表示焦距值，縱軸表示邊緣傾斜量ΔS(＝St-Sb)。如該圖表示的那樣，在焦距值為正的一側，間隙圖案的邊緣傾斜量ΔS幾乎為一定。這是由於在圖8中在比最佳焦距值F2靠近正的一側，曲線11與曲線12具有相同的變化趨勢的緣故。而在比最佳焦距值F2靠近負的一側，由於曲線11的減小趨勢比曲線12的減小趨勢大，因此焦距值F在負的一側偏離程度ΔS變大。
步驟S7作成由線狀圖案和間隙圖案的邊緣傾斜量ΔL、ΔS求出焦距偏移量的移位指數SI。
首先像圖10A所示那樣作成將線狀圖案的邊緣傾斜量ΔL標準化後的邊緣傾斜量ΔLn的數據。即，以最佳焦距值Fo中的邊緣傾斜量ΔLo為原點，根據先前求出的圖7所示的表示線狀圖案的邊緣傾斜量ΔL焦距依存性的曲線7作成圖10A所示的線15。即將圖7的線7沿Y軸方向移位與ΔLo相等的量。
並且如圖10B所示那樣作成將間隙圖案的邊緣傾斜量ΔS標準化後的邊緣傾斜量ΔSn的數據。即，以最佳焦距值F2中的邊緣傾斜量ΔS2為原點，由圖9所示的表示間隙圖案的邊緣傾斜量ΔS焦距依存性的線14作成圖10B所示的線16。即將圖9的線14沿Y軸方向移位與ΔS2相等的量。
接著，使製作的圖10A的線15與圖10B的線16重合，作成圖11的表示移位指數SI的線17。圖11為表示標準邊緣傾斜量ΔLn、ΔSn焦距依存性的圖。另外，圖11中還重疊表示了圖7的線7和圖9的線14。線17由線7的位於焦距正側的線段7a和線14的位於焦距負側的線段14a構成。由於即使焦距變動邊緣傾斜量也不變動，因此線段7b和線段14b不能檢測到焦距偏移。
其中，圖11的線17仍殘留有從原點Fo到負側的焦距值F2的平坦部分。這是因為間隙圖案的最佳焦距值F2與線狀圖案的最佳焦距值Fo不完全一致的緣故。Fo與F2的偏移量越小，越能夠精確地進行校正。圖12所示的線18表示通過Fo的最佳的標準邊緣傾斜量的焦距依存性。為了儘可能地接近該直線18，最好調整移位指數SI。
最好是設定線狀圖案與間隙圖案的尺寸關係，使最佳焦距值Fo與F2的偏差量實際上設定在0.2μm以內，最好是設定在0.1μm以內。這個範圍為通過根據作成的移位指數SI校正焦距偏差量，能夠作成實際上具有良好的形狀和尺寸的抗蝕劑圖案的範圍。
通過以上步驟，作成了在最佳焦距附近的精度被提高了的表示邊緣傾斜量的焦距依存性的移位指數SI。可以據此高精度地測量焦距偏差量。以下步驟描述根據以上步驟作成的移位指數SI測量曝光時的焦距偏差量的方法。
步驟S8在成為測量焦距偏差量的對象的曝光工序中，在作為處理對象的半導體基板上形成測量焦距偏差量用的測量圖案。形成圖1A、1B所示的孤立線狀圖案和孤立間隙圖案作為測量圖案。
步驟S9對形成的測量圖案測量線狀圖案的頂部尺寸Lt和底部尺寸Lb以及間隙圖案的頂部尺寸St和底部尺寸Sb。用測量到的頂部尺寸Lt、St和底部尺寸Lb、Sb求出線狀圖案的邊緣傾斜量ΔL和間隙圖案的邊緣傾斜量ΔS。接著，將線狀圖案的邊緣傾斜量ΔL減去圖7所示的最佳焦距值Fo中的邊緣傾斜量ΔLo，通過這樣求出標準邊緣傾斜量ΔLn。將間隙圖案的邊緣傾斜量ΔS減去圖9所示的最佳焦距值F2上的邊緣傾斜量ΔS2，通過這樣求得標準邊緣傾斜量ΔSn。接著，加上線狀圖案和間隙圖案的邊緣傾斜量ΔLn、ΔSn，通過這樣求得半導體基板上形成的圖案的SI值(公式(5))。
步驟S10
將這樣求得的移位指數SI的值與圖12所示的SI圖的縱軸進行比較，獲得與該SI的值相對應的橫軸的焦距值。獲得的該橫軸的焦距值為焦距偏差量Δfocus。
由於通過在下一次曝光時校正該焦距偏差量Δfocus能夠一直以最佳焦距值曝光，因此能夠形成尺寸偏差小、形狀良好的抗蝕劑圖案。
(實施方式2)下面參照圖12、圖13、圖14A、14B和圖15～圖17說明實施方式2的測量焦距偏差量的方法。
圖13為表示本實施方式的方法的要點的流程圖。本實施方式的方法採用在圖4所示的流程圖的步驟S1～S7與步驟S8～S10之間插入圖13的流程圖的步驟S11～S14的結構。該方法的特徵在於為了消除或減小圖11的線17的平坦部，校正圖案曝光時使用的掩膜的製造誤差造成的影響。
圖14A、14B為說明掩膜製造中的尺寸誤差的圖。Ld為線狀圖案的掩膜的設計尺寸，Sd為間隙圖案的掩膜的設計尺寸。對於線狀圖案，製造的掩膜的加工尺寸的測量值用Lm表示，對於間隙圖案，用Sm表示。掩膜的尺寸誤差分別為(Lm-Ld)和(Sm-Sd)。
例如，在掩膜的尺寸誤差19為0.005μm的情況下，圖14A所示的線狀圖案20的加工尺寸Lm大0.01μm，為虛線表示的線狀圖案20a。該線狀圖案20a的最佳焦距為圖12所示的FL。並且，圖14B所示的間隙圖案21的加工尺寸Sm小0.01μm，為虛線所示的間隙圖案21a。此時間隙圖案21a的最佳焦距為圖12所示的FS。由於最佳焦距的這些偏差，直線18變成線22。此時，相對於某個曝光時的標準邊緣傾斜量，直線18表示的移位指數的焦距偏差量為Δf1，而線22為Δf2，為互不相同的值。
這樣一來，即使用圖4所示的流程圖求取最佳焦距值相等的線狀圖案和間隙圖案的設計規則來製造掩膜，由於掩膜製造時的尺寸誤差19，線狀圖案與間隙圖案的最佳焦距值也如圖12所示互不相同。結果產生平坦部，不能作成能夠高精度地進行校正的移位指數SI。
因此通過步驟S11～S14如下所述地根據線狀圖案的掩膜尺寸誤差與間隙圖案的掩膜尺寸誤差之和，求取用來抑制掩膜尺寸誤差造成的影響的焦距校正值。
步驟S11首先，求出每個品種的用於抽取與誤差相對應的特性的移位指數SI。求取的方法為按圖4的步驟S1～S7，用為各個品種作成的掩膜以各自的焦距值進行曝光，然後與上述方法一樣求出移位指數SI。圖15作為一個例子將使用掩膜A～D分別對4個品種求得的移位指數SI表示在同一圖面上。由圖15可知，由於每個品種的掩膜的尺寸誤差，SI線沿X軸方向移動。
步驟12對步驟S11中使用過的掩膜計算出掩膜的尺寸誤差。首先，如圖14A、14B所示，根據掩膜的設計尺寸Ld、Sd及製造的掩膜的加工尺寸Lm、Sm求出線狀圖案和間隙圖案的掩膜的尺寸誤差ΔML、ΔMS(公式(6)及(7))。
ΔML＝Lm-Ld ……(6)ΔMS＝Sm-Sd ……(7)並且，用線狀圖案的掩膜尺寸誤差ΔML與間隙圖案的掩膜的尺寸誤差ΔMS之和表示掩膜尺寸誤差ΔMe(公式(8)。
ΔMe＝ΔML+ΔMS ……(8)如圖15所示，由於各品種的掩膜的尺寸誤差ΔMe，移位指數SI產生偏差。由於該移位指數SI的偏差，使根據移位指數SI求得的焦距偏差量不同。因此，有必要對掩膜尺寸誤差ΔMe校正焦距偏差量。
步驟S13用計算出的掩膜尺寸誤差ΔMe作成掩膜尺寸誤差ΔMe-焦距校正值的特性曲線。
為了獲得對掩膜尺寸誤差ΔMe校正焦距偏差量的值，根據掩膜A～D的掩膜尺寸誤差ΔMe的值和各掩膜求出的移位指數SI計算出焦距校正值ΔFmask。從掩膜A～D的測量值中抽取的焦距校正值ΔFmask相對於掩膜尺寸誤差ΔMe的特性表示在圖16中。橫軸為掩膜尺寸誤差，縱軸為焦距校正值Fmask。
步驟S14製作每個校正了掩膜尺寸誤差的品種的移位指數SI。首先算出各品種的掩膜尺寸誤差ΔMe。然後用算出的掩膜尺寸誤差ΔMe由圖16所示的焦距校正值ΔFmask的特性求出品種固有的焦距偏差量校正值ΔFmask。並且，將通過圖17所示原點的移位指數的直線23沿X方向移動ΔFmask，作成各品種的校正後的移位指數SI(掩膜E～H)。
通過這樣將最終校正值從為每個品種作成的校正後的移位指數SI反饋給曝光時的條件，能夠進行更高精度的焦距值校正。
(實施方式3)下面參照圖18A～18F所示的工序剖視圖說明實施方式3的圖案曝光方法。本實施方式的曝光方法為用上述實施方式所述的方法作成的移位指數SI形成尺寸偏差小、形狀良好的抗蝕劑圖案的方法。
首先如圖18A所示對第1半導體基板30上形成的抗蝕劑膜31進行圖案曝光。使用設定用於測量焦距偏差量的孤立線狀圖案33和孤立間隙圖案34的掩膜作為曝光用的掩膜32a。使用該掩膜32進行曝光後，通過顯影形成圖18B所示的由孤立線狀圖案35和孤立間隙圖案36構成的第1測量圖案37。
雖然圖中只表示了一組測量圖案37，但實際上以圖2A、2B表示的數據那樣的多個焦距值進行曝光，形成多組測量圖案37。例如，在-0.5μm～+0.5μm之間以0.1μm的間隔用11種焦距值曝光，形成1種測量圖案。這種第1測量圖案37可以形成在1枚半導體基板上，也可以形成在多枚半導體基板上。
接著測量第1測量圖案37用上述實施方式說明過的方法作成圖11所示的SI。
接著像圖18C所示那樣用預定的焦距值對第2半導體基板38上形成的抗蝕劑膜39進行圖案曝光。在曝光用的掩膜32b上設置用於測量焦距偏差量的孤立線狀圖案33和孤立間隙圖案34。然後通過顯影形成圖18D所示的由孤立線狀圖案40和孤立間隙圖案41構成的第2測量圖案42。在這個工序中形成測量圖案的目的是用SI圖監控工序變動引起的曝光時的少量焦距值的偏差。
接著測量孤立線狀圖案40和孤立間隙圖案41的頂部尺寸Lt、St以及底部尺寸Lb、Sb。然後用頂部尺寸Lt、St和底部尺寸Lb、Sb求出線狀圖案的邊緣傾斜量ΔL和間隙圖案的邊緣傾斜量ΔS。並且，像參照圖10A、10B說明過的那樣將各邊緣傾斜量標準化，獲得ΔLn及ΔSn。然後，算出SI值。
接著用圖12所示的方法根據算出的SI值和上述工序中作成的SI圖算出該工序中的曝光時偏離所希望的焦距的量Δfocus。
接著用求出的焦距值的偏差量Δfocus對下次曝光的焦距的設定進行校正。即像圖18E所示那樣，用進行過校正的焦距值對第3半導體基板43上形成的抗蝕劑膜44進行圖案曝光。在該工序中也在曝光用的掩膜32c上設置用於測量焦距偏差量的孤立線狀圖案33和孤立間隙圖案34。然後通過顯影形成圖18F所示的由孤立線狀圖案45和孤立間隙圖案46構成的第3測量圖案47。在該工序中形成測量圖案的目的與上述工序一樣，是為了用SI圖監控工序變動引起的曝光時的少量焦距值的偏差。通過測量測量圖案47的邊緣傾斜量能夠算出焦距偏差量，能夠控制下次曝光時的焦距偏差。
雖然上述實施方式通過調整間隙圖案的寬度使間隙圖案的最佳焦距值接近所希望的線寬的線狀圖案的最佳焦距值，但也可以相反。即，也可以調整線狀圖案的線寬使線狀圖案的最佳焦距值接近所希望的寬度的間隙圖案的最佳焦距值。
並且，也可以用1個或多個點圖案取代線狀圖案，用1個或多個孔圖案取代間隙圖案，與上述相同的結構。原因是點圖案和孔圖案無論圖案的疏密如何，頂部尺寸和底部尺寸隨焦距的變動而變動，能夠監控焦距偏移。此時，點圖案和孔圖案的頂部尺寸和底部尺寸使用例如直徑部分的尺寸就可以。
如果採用本發明，能夠提高測量光刻工序中圖案曝光的焦距偏差量的精度，能夠高精度地形成細微的抗蝕劑圖案。
權利要求
1.一種焦距偏移量的測量方法，在第1基板上形成多組第1測量圖案，使曝光時的焦距值不同，該第1測量圖案包括由抗蝕劑膜構成的預定形狀的凸圖案和具有形狀與上述凸圖案相對應的間隙的凹圖案；測量上述多個第1測量圖案中的上述凸圖案和上述凹圖案的邊緣傾斜量；根據測量到的多個上述邊緣傾斜量與多個上述焦距值的對應關係，求出邊緣傾斜量的焦距值依存性，所述邊緣傾斜量焦距值依存性作為表示上述邊緣傾斜量隨曝光時的焦距值變化而變化的特性；在第2基板上形成包括上述凸圖案和上述凹圖案的第2測量圖案，並測量上述第2測量圖案中的上述凸圖案和上述凹圖案的邊緣傾斜量；根據上述邊緣傾斜量的焦距依存性，由測量上述第2測量圖案而得到的邊緣傾斜量算出上述第2測量圖案曝光時的與最佳焦距的焦距偏移量；其特徵在於，將上述凸圖案和上述凹圖案的間隙尺寸設定為不同，以使各圖案曝光時的最佳焦距值接近。
2.如權利要求1所述的焦距偏移量的測量方法，其特徵在於，對上述多個第1測量圖案中的上述凸圖案和上述凹圖案，分別通過從各焦距值中的上述邊緣傾斜量值減去最佳焦距值中的上述邊緣傾斜量值，來求出標準邊緣傾斜量；將對上述凸圖案和上述凹圖案求得的上述標準邊緣傾斜量組合起來，製作表示與曝光時的焦距值的對應關係的移位指數；將上述移位指數用作上述邊緣傾斜量的焦距依存性。
3.如權利要求2所述的焦距偏移量的測量方法，將對因用來形成上述凸圖案和上述凹圖案的曝光掩膜的設計值的尺寸誤差引起的、上述標準邊緣傾斜量與曝光時的焦距值的對應關係的偏差進行校正的數值，用作上述移位指數。
4.如權利要求1所述的焦距偏移量的測量方法，將殘留有線狀抗蝕劑膜的線狀圖案用作上述凸圖案，將除去了線狀抗蝕劑膜的具有間隙的間隙圖案用作上述凹圖案。
5.如權利要求1所述的焦距偏移量的測量方法，將殘留有點狀抗蝕劑膜的點狀圖案用作上述凸圖案，將除去了點狀抗蝕劑膜的具有間隙的孔圖案用作上述凹圖案。
6.如權利要求1所述的焦距偏移量的測量方法，測量上述邊緣傾斜量的工序通過如下過程進行分別對各個上述凸圖案和上述凹圖案測量抗蝕劑膜上面位置的尺寸即頂部尺寸和底面位置的尺寸即底部尺寸，並算出上述頂部尺寸與上述底部尺寸之差。
7.如權利要求1所述的焦距偏移量的測量方法，將上述凸圖案與上述凹圖案的尺寸關係設定為，使上述凸圖案和上述凹圖案曝光時的最佳焦距值偏移量在0.2μm以內。
8.如權利要求7所述的焦距偏移量的測量方法，將上述凸圖案與上述凹圖案的尺寸關係設定為，使上述凸圖案和上述凹圖案曝光時的最佳焦距值偏移量在0.1μm以內。
9.一種邊緣傾斜量的焦距依存性抽取方法，在基板上形成多組測量圖案，使各曝光時的焦距值不同，該測量圖案包括由抗蝕劑膜構成的預定形狀的凸圖案和具有形狀與上述凸圖案相對應的間隙的凹圖案；測量上述多個測量圖案中的上述凸圖案和上述凹圖案的邊緣傾斜量；根據測量到的多個上述邊緣傾斜量與多個上述焦距值的對應關係，求出邊緣傾斜量的焦距依存性，該邊緣傾斜量的焦距依存性作為表示上述邊緣傾斜量隨曝光時焦距值的變化而變化的特性；其特徵在於，將上述凸圖案和上述凹圖案的間隙尺寸設定為不同，以使各圖案曝光時的最佳焦距值接近。
10.如權利要求9所述的邊緣傾斜量的焦距依存性抽取方法，將殘留有線狀抗蝕劑膜的線狀圖案用作上述凸圖案，將除去了線狀抗蝕劑膜的具有間隙的間隙圖案用作上述凹圖案。
11.如權利要求9所述的邊緣傾斜量的焦距依存性抽取方法，將殘留有點狀抗蝕劑膜的點狀圖案用作上述凸圖案，將除去了點狀抗蝕劑膜的具有間隙的孔圖案用作上述凹圖案。
12.如權利要求9所述的邊緣傾斜量的焦距依存性抽取方法，測量上述邊緣傾斜量的工序通過如下過程進行分別對各個上述凸圖案和上述凹圖案測量抗蝕劑膜上面位置的尺寸即頂部尺寸和底面位置的尺寸即底部尺寸，並算出上述頂部尺寸與上述底部尺寸之差。
13.如權利要求9所述的邊緣傾斜量的焦距依存性抽取方法，將上述凸圖案與上述凹圖案的尺寸關係設定為，使上述凸圖案和上述凹圖案曝光時的最佳焦距值偏移量在0.2μm以內。
14.如權利要求13所述的邊緣傾斜量的焦距依存性抽取方法，將上述凸圖案與上述凹圖案的尺寸關係設定為，使上述凸圖案和上述凹圖案曝光時的最佳焦距值偏移量在0.1μm以內。
15.一種圖案曝光方法，在第1基板上形成多組第1測量圖案，使各曝光時的焦距值不同，該第1測量圖案包括由抗蝕劑膜構成的預定形狀的凸圖案和具有形狀與上述凸圖案相對應的間隙的凹圖案；測量上述多個第1測量圖案中的上述凸圖案和上述凹圖案的邊緣傾斜量；根據測量到的多個上述邊緣傾斜量與多個上述焦距值的對應關係，求出邊緣傾斜量的焦距值依存性，所述邊緣傾斜量的焦距值依存性作為表示上述邊緣傾斜量隨曝光時的焦距值變化而變化的特性；在第2基板上以預定的焦距值形成包括上述凸圖案和上述凹圖案的第2測量圖案，並測量上述第2測量圖案中的上述凸圖案和上述凹圖案的邊緣傾斜量；根據上述邊緣傾斜量的焦距依存性，由測量上述第2測量圖案得到的邊緣傾斜量算出上述第2測量圖案曝光時的與最佳焦距的焦距偏移量；以校正了算出的上述焦距偏移量的焦距值，對第3基板上的抗蝕劑膜進行圖案曝光；其特徵在於，將上述凸圖案和上述凹圖案的間隙尺寸設定為不同，以使各圖案曝光時的最佳焦距值接近。
16.如權利要求15所述的圖案曝光方法，對上述多個第1測量圖案中的上述凸圖案和上述凹圖案，分別通過從各焦距值中的上述邊緣傾斜量值減去最佳焦距值中的上述邊緣傾斜量值，來求出標準邊緣傾斜量；將對上述凸圖案和上述凹圖案求得的上述標準邊緣傾斜量組合起來，製作表示與曝光時的焦距值的對應關係的移位指數，將上述移位指數用作上述邊緣傾斜量的焦距依存性。
17.如權利要求16所述的圖案曝光方法，將對因用來形成上述凸圖案和上述凹圖案的曝光掩膜的設計值的尺寸誤差引起的、上述標準邊緣傾斜量與曝光時的焦距值的對應關係的偏差進行校正的數值，用作上述移位指數。
18.如權利要求15所述的圖案曝光方法，將殘留有線狀抗蝕劑膜的線狀圖案用作上述凸圖案，將除去了線狀抗蝕劑膜的具有間隙的間隙圖案用作上述凹圖案。
19.如權利要求15所述的圖案曝光方法，將殘留有點狀抗蝕劑膜的點狀圖案用作上述凸圖案，將除去了點狀抗蝕劑膜的具有間隙的孔圖案用作上述凹圖案。
20.如權利要求15所述的圖案曝光方法，測量上述邊緣傾斜量的工序通過如下過程進行分別對各個上述凸圖案和上述凹圖案測量抗蝕劑膜上面位置的尺寸即頂部尺寸和底面位置的尺寸即底部尺寸，並算出上述頂部尺寸與上述底部尺寸之差。
21.如權利要求15所述的圖案曝光方法，將上述凸圖案與上述凹圖案的尺寸關係設定為，使上述凸圖案和上述凹圖案曝光時的最佳焦距值偏移量在0.2μm以內。
22.如權利要求21所述的圖案曝光方法，將上述凸圖案與上述凹圖案的尺寸關係設定為，使上述凸圖案和上述凹圖案曝光時的最佳焦距值偏移量在0.1μm以內。
全文摘要
用不同的焦距值在第1基板上曝光形成多組包括由抗蝕劑膜構成的預定形狀的凸圖案和具有形狀與上述凸圖案相對應的間隙的凹圖案的第1測量圖案，測量上述多組第1測量圖案的邊緣傾斜量，根據上述邊緣傾斜量與上述焦距值的對應關係(7)、(14)求出上述邊緣傾斜量的焦距依存性(17)。在第2基板上形成包括上述凸圖案和上述凹圖案的第2測量圖案，測量上述第2測量圖案的邊緣傾斜量，根據上述邊緣傾斜量的焦距依存性從上述第2測量圖案的邊緣傾斜量算出上述第2測量圖案曝光時焦距偏離最佳焦距的量。將上述凸圖案和上述凹圖案的間隙尺寸設定為不同的值，使各圖案曝光時的最佳焦距值接近。
文檔編號G03F7/20GK1799122SQ20048001486
公開日2006年7月5日 申請日期2004年5月28日 優先權日2003年5月29日
發明者福本博文, 氏丸直彥, 旭憲一, 巖本文男 申請人:松下電器產業株式會社