JP3727895B2 - モニタ方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細加工パターンの幅を高精度にモニタする方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体デバイスの性能は、微細パターンの寸法精度に大きく支配されている。微細加工においては、フォトリソグラフィにより形成したレジストパターンをマスクとして、絶縁膜あるいは導電膜等の下地膜をドライエッチング加工する。半導体デバイス製造において、半導体基板面内における加工寸法精度の向上は大きな課題の一つであり、フォトリソグラフィやドライエッチングの加工寸法精度を向上させるための諸パラメータを、より高精度に制御することが求められている。
【0003】
フォトリソグラフィ工程は、露光装置、例えば縮小投影露光装置(ステッパ)を用いて、感光剤であるレジスト膜を塗布した半導体基板上に半導体デバイスパターンの転写を行う工程である。具体的には、光源から出た光が転写すべき半導体デバイスパターンが描画されたレチクルを透過し、光学系で縮小された後、半導体基板へ投影されレジストパターンが形成される。縮小投影露光装置を用いたパターン形成において、露光装置の解像力は光学理論から以下の式によって与えられる。
【0004】
R=k1λ/NA (1)
DOF=k2λ /NA2 (2)
ここで、Rは解像力、DOFは焦点深度を表わす。また、各々のパラメータは、k1、k2がプロセス係数、λは露光光波長、NAは開口数を表わす。したがって、半導体デバイスの微細化の要求に対して、これまでは露光波長の短波長化、投影レンズの高NA化とそれに伴ったプロセス改善が行われてきた。しかしながら、近年の半導体デバイスのさらなる微細化要求に対しては、露光量裕度および焦点深度の確保が極めて困難となってきている。このため、少ない露光マージンを有効に活用し、歩留まりの低下を招くことなく、加工寸法精度の向上を図るために、より高精度な露光量およびフォーカス管理が求められている。
【0005】
例えば、半導体基板上に多数の半導体デバイスパターンを同じ設定露光量で露光した場合でも、半導体基板表面の平坦性、レジスト膜の半導体基板面内膜厚分布あるいは、露光後ベーク(PEB)や現像の半導体基板面内不均一性等が原因となって半導体基板面内で適正露光量がばらつき、そのために歩留まりの低下をきたしていた。
【0006】
露光量管理に注目すると、インテグレーティッド・サーキット・メトロロジ・、インスペクション・アンド・プロセスコントロール4(SPIE Vol.1261 Integrated Circuit Metrology, Inspection, and Process Control4 (1990) p.315)や特開2000−310850号公報には、露光量モニタ法の提案がなされている。これらの提案の特徴は、使用する縮小投影露光装置において半導体基板上で解像しないピッチで、透過部と遮光部の寸法比(デューティー比)を一方向に連続的に変えたパターンを配置したレチクルにより、露光量に傾斜分布を持たせて露光する点である。この方法によれば、レジストマスクパターン形成の実効的な適正露光量の変動分布を知ることができる。
【0007】
また、フォトリソグラフィ工程後における半導体基板上のパターン寸法精度のばらつきを低減させるために、半導体基板を幾つかのエリアに区分し、エリアごとに露光量を設定するという露光方法が特開平10−270320号公報に提案されている。しかしながら、この方法では、設定露光量の近似精度があまり高くないことから、効果的な補正法とはなりえていないように思われる。
【0008】
ドライエッチング工程は、フォトリソグラフィ工程に引き続き行われる。ドライエッチング工程では、フォトリソグラフィ工程によって形成されたレジストパターンをマスクにして、ガスプラズマを形成して生成したイオンを衝突させることで、半導体基板上の下地膜をエッチング加工する。ドライエッチングの加工寸法精度は、基板温度、ガス流量、プラズマ密度、セルフバイアス電圧などのエッチング条件ばかりでなく、レジストマスクの形状も影響する。従って、ドライエッチングとフォトリソグラフィそれぞれの影響を分離して測定することは困難で、直接にモニタすることが不可能となっている。
【0009】
また、高精度な微細加工制御の達成には、同時に微細パターンの幅モニタ技術も重要となる。従来から、この幅モニタには、走査型電子顕微鏡(SEM)が用いられてきた。しかしながら、SEM測定には、(イ)パターン微細化により、SEMの測定限界に近くなり、十分な測定精度が得られないこと、(ロ)電子ビーム照射により、レジスト膜、下地膜あるいは半導体基板にダメージを与えやすいことなどの問題点があった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、微細加工においては、半導体デバイスのパターン寸法の加工精度や均一性を求めるために、フォトリソグラフィの露光条件やドライエッチングのエッチング条件等を高精度に制御することが重要となる。しかし、微細パターンを、半導体基板にダメージを与えることなく簡便で、かつ高精度に測定する方法に問題があった。しかも、フォトリソグラフィとドライエッチング各工程の微細加工に与える影響を分離して高精度に測定することが困難であるため、半導体デバイスの加工制御が効果的にできないという問題があった。
【0011】
本発明は、このような課題を解決し、微細加工パターンの幅を簡便に、かつ高精度に観測することができるモニタ方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の特徴は、(イ)下地膜上に、モニタレジストパターンを形成し、一方向のモニタレジストパターンの幅を測定するステップと、(ロ)モニタレジストパターンをマスクとして、下地膜を選択的にエッチングしてモニタ下地膜パターンを形成し、一方向のモニタ下地膜パターンの幅を測定するステップと、(ハ)モニタレジストパターンの幅とモニタ下地膜パターンの幅との差よりモニタレジストパターンとモニタ下地膜パターンのずれ幅を得るステップとを含むことを特徴とするモニタ方法であることを要旨とする。
【0013】
本発明の特徴によれば、微細加工パターンの幅を簡便に、かつ高精度に測定するモニタ方法を提供することができる。
【0024】
本発明の特徴において、回折格子のピッチPは、光源波長をλ、レンズ開口数をNA、コヒーレンスファクタをσとしたとき、
P<λ/(NA×(1+σ))
の条件を満たすことが好ましい。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の第1及び第2の実施の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号が付してある。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【0026】
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態に係わるモニタ方法においては、図1(a)に示すように、半導体基板1上に堆積した、例えばシリコン酸化膜(SiO2)よりなる下地膜2表面に、表面とのなす角が緩やかな角度θの傾斜側壁20と90度に近い急角度側壁21とを有するモニタレジストパターン13を形成する。モニタレジストパターン13をマスクとして下地膜2をドライエッチングした後、モニタレジストパターン13を除去し、図1(b)に示すモニタ下地膜パターン12のずれ幅Δsを測定する。
【0027】
モニタレジストパターン13の側壁形状は、例えば反応性イオンエッチング(RIE)のような異方性ドライエッチングの場合、パターンの仕上がり幅に影響する。即ち、半導体基板面に対し垂直方向に加工が進むRIE工程では、モニタレジストパターン13の急角度側壁21にはほとんどイオンは照射されないが、傾斜側壁20はイオンで叩かれることになり、エッチングされてしまう。傾斜側壁20においては、RIE中に、モニタレジストパターン13のエッジ位置が、縮小後退することになる。一般的に、この後退幅Δsは、パターン側壁の傾斜角θの大きさに依存し、小さな傾斜角程大きくなる。一方、垂直に近い急角度側壁21においては、エッジ位置はほとんど後退しない。エッジ位置の後退したずれ幅Δsは、従って,RIEの加工パターン寸法に対する影響を増幅して反映したものであり、RIEの加工精度の評価に利用することができる。また、ずれ幅Δsの面内分布よりRIE加工の均一性が調べられる。
【0028】
本発明の第1の実施の形態のフォトリソグラフィ工程の説明に用いる露光装置50は、図2に示すような縮小投影露光装置(ステッパ)で、縮小比は1:5としている。光源41、シャッタ42及び照明レンズ系44により照明光学系40が構成されている。光源41として波長λ:248nmのクリプトンフロライド(KrF)エキシマレーザを用い、照明レンズ系44には、フライアンレンズ及びコンデンサレンズが含まれる。照明光学系のコヒーレンスファクタσは、0.75である。投影光学系46は、投影レンズと瞳絞り等により構成され、レンズ開口数NAは、0.6である。露光光7は、ステージ48上の半導体基板1に、照明光学系45と投影光学系46との間に設置されたレチクル4のパターンを縮小投影する。ショット当りの露光範囲は、20mm角である。なお、説明の便宜上、露光装置50の縮小比を1:5としているが、任意の縮小比でもよいことは勿論である。以下の説明において、レチクル4上のパターンの寸法としては、断りのない限り半導体基板1上に縮小投影された寸法に換算して記述する。
【0029】
本発明の第1の実施の形態の説明に用いるレジストの感度曲線は、図3に示されるように、ある露光量EXc以上で感度を持つ。EXc以上の露光量で露光されたレジスト膜は現像工程で溶解することで膜厚は減少し、EX0以上の露光量で完全に溶解する。通常は余裕を見てEX0以上の露光量EXが与えられる。EXcとEX0間は中間領域でレジスト膜は膜減りするものの除去されずに基板表面に残る。なお、露光量をEX0よりはるかに大きくして、所謂オーバ露光するとレジスト残膜はないものの、残すべきレジストパターン幅も減少してしまう。露光量の設定は、従って、EXとしては数10%オーバの露光量が用いられる。
【0030】
図4(a)に示すレチクル4aは、石英基板等の透明基板5の一部に露光光を遮断する遮光膜6が設けてある。一般的に、遮光膜6としてはクロム等の金属膜が用いられるが、露光光に対して十分な遮光性を有すれば他の材料、例えば合金、金属酸化物あるいは有機物等であってもよい。このレチクルを用いて、レジスト膜を塗布した半導体基板1を露光量EXで露光すると、図4(b)に示すように、レチクル4aの遮光膜6のエッジに相当する露光位置で、露光量が0からEXに急激に変化する光学像を得る。ここでは、レチクル4aの遮光膜6の露光光透過率は0%、遮光膜6のない透明基板5だけの透過部では100%としている。この光学像はレジストの感度曲線に従ってレジスト膜に転写され、図4(c)に示すように、レジストパターン11が形成されることになる。半導体基板1上に形成されたレジストパターン11のエッジは、図4(b)に示す露光強度に従い,ほぼ垂直の急角度側壁21となる。
【0031】
次に、図5に示すように、透明基板5上に、ピッチPが次の条件を満たす細い遮光膜6の回折格子を配置した露光テストパターン15のレチクル4bについて考える。
【0032】
P<λ/NA(1+σ) --- (3)
ただし、Pは縮小投影されたパターンのピッチであり、先に述べたように、レチクル4b上では5倍の寸法となる。ピッチPが(3)式の条件を満たすとき、レチクル4bで投影されるパターンは、基板上では解像されない。本発明の第1の実施の形態の露光装置50(λ:248nm、NA:0.6、σ:0.75)の場合(3)式の条件を満たすピッチPは、略234nm以下となる。図6に示すように、露光強度EXの露光光7がレチクル4bの露光テストパターン15により回折されるが、1次回折光9は露光装置の投影光学系46の瞳絞り10で遮られ、半導体基板面上に到達しない。即ち、半導体基板面上では、一様な0次回折光8の分布が生じるだけで、回折格子パターンは結像されない。
【0033】
図7は、(3)式の条件を満たす一定のピッチPで、露光テストパターン15の回折格子の開口率の異なるレチクル4bを用いて、半導体基板1に透過してくる露光光の0次回折光8の強度を測定した結果である。ここで、透過光強度は、入射露光強度EXに対する比で表される。回折格子開口率を0から100%まで増加させると、それに応じて図7に示すように、透過光強度は0から1へと増加する。このことより、回折格子の開口率を所望の割合で変化させたパターンを配列すれば、実効的に露光光の透過率の分布を持たせた露光パターンが形成できる。
【0034】
図8(a)及び(b)に示すように、本発明の第1の実施の形態の説明に用いるレチクル4cの露光モニタパターン16は、透明基板5上に複数の遮光膜6a〜6mの幅を、(3)式の条件を満たす固定のピッチPで、一定の割合で増加させることにより開口率を連続的に変化させた回折格子である。遮光膜6aの紙面に向かって右側は開口率:100%であり、遮光膜6mは開口率:0%となる。
【0035】
図9(a)に示すように、露光量EXで、露光モニタパターン16を有するレチクル4cに照射し、レジスト膜を塗布した半導体基板1を露光する。例えば、露光モニタパターン16の遮光膜6mの左側のエッジを基点とすると、図9(b)に示すように、得られる光学像は、紙面右に向かって、なだらかに露光強度が増加し、露光モニタパターン16の遮光膜6aの右側のエッジで露光強度:1に達する分布を持つ。露光量EXは、EX0よりも十分大きいので、図3に示すレジストの感度曲線に従い、半導体基板1上のレジスト膜に転写され、図9(c)に示すようなモニタレジストパターン13が得られる。即ち、露光強度がEXc/EXより小さい範囲に対応する露光位置では、レジスト膜はそのまま残り、EXc/EX〜EX0/EX間でモニタレジストパターン13の傾斜側壁20が形成される。なお、EX0/EX〜1間に対応する露光位置ではレジスト膜は除去されるため、図に示されるように、モニタレジストパターン13は、露光モニタパターン16の遮光膜6a側のエッジより縮小後退する。傾斜側壁20の角度θは、開口率の変化の割合を変えることにより調整できる。例えば、レチクルのピッチPを190nm一定として、開口率を一定の5nm幅で変化させた場合、露光モニタパターン16の全幅は、約7.2μmである。形成されるモニタレジストパターン13は、入射露光量によって縮小される幅は異なるが、傾斜側壁20の角度θは約60度となる。開口率の変化幅を2.5nmと小さくした露光モニタパターンの場合は、モニタレジストパターンの傾斜側壁の角度θは約25度と、さらに小さくなる。なお、この場合の露光モニタパターンの全長は14.4μmである。
【0036】
このように、露光モニタパターン16の開口率の変化の割合により、半導体基板1上に形成されるモニタレジストパターン13の側壁形状をコントロールすることが可能となる。
【0037】
図1(a)に示す、本発明の第1の実施の形態に係わるモニタレジストパターン13は、図8に示す露光モニタパターン16から投影転写される。モニタレジストパターン13をマスクとして、RIEにより形成されたモニタ下地膜パターン12は、モニタレジストパターン13の傾斜側壁20側のレジストがRIE中にエッチングされることにより、モニタレジストパターン13と比べずれ幅Δsだけ縮小する。モニタレジストパターン13の急角度側壁21に対応するモニタ下地膜パターン12のエッジはモニタレジストパターン13のエッジとほぼ同じ位置に形成される。また、モニタレジストパターン13は、図9(c)で説明したように、フォトリソグラフィ工程で露光モニタパターン16の幅より縮小されている。従って、露光現像後のモニタレジストパターン13のパターン幅を予め求めておいて、エッチング後のモニタ下地膜パターン12のパターン幅を差し引くことにより、ずれ幅Δsが求められる。
【0038】
図10はモニタレジストパターン13の傾斜側壁20の角度θに対する、モニタ下地膜パターン12のずれ幅Δsを、RIEのエッチング時間について示したものである。θが小さくなる、即ちレジストパターンの断面形状が寝てくるにつれ、ずれ幅Δsが増加し、また、エッチング時間に依存してずれ幅Δsの変化が大きくなっている。例えば、角度θが60度のモニタレジストパターン13を用いた場合、モニタ下地膜パターン12のずれ幅Δsは、RIE時間60秒で約90nmとなる。また、フォトリソグラフィ工程におけるモニタレジストパターン13の縮小を考慮しても、数μm幅でモニタ下地膜パターン12を形成することは可能であり、荷電ビームを使用するSEM等の計測手法によらず、光学的な計測法が適用できる。図10に示すモニタ下地膜パターン12の全幅は、略6μmである。図10のずれ幅の測定は、光学式の合せずれ検査装置を使用している。合せずれ検査装置の測定精度は±1nmであり、SEMの測定精度(±5nm)に比べて、高精度にずれ幅Δsを測定できる。
【0039】
図11により、本発明の第1の実施の形態に係わるモニタ方法を実施する工程の説明を行う。使用する半導体基板1は、図14に示すように、直径200mmのSi半導体基板である。半導体基板1面内の位置は、半導体基板1の中心を原点(0,0)にして位置座標(x,y)で表す。ここで、座標x、yはmm単位で表す。また、露光装置50の半導体基板1上のショット位置を、S(x,y)とする。ここで、S(x,y)は、露光ショット領域20mm角の中心座標(x、y)で表されている。ショット位置S(0,0)は、位置座標(−10、−10)、(−10、10)、(10、10)、(10、−10)で指定される正方形領域となる。また、x軸に沿ってショット位置は、S(−80,0)、S(−60,0)、S(−40,0)、・・・、S(80,0)、y軸に沿ってはS(0,−80)、S(0、−60)、S(0,−40)、・・・、S(0,80)となる。直径200mmの半導体基板1全体では、図14中に格子状に描かれているような合計61点のショット位置となる。以上の条件で、
(イ)まず、図11(a)に示すように、半導体基板1上に厚さ200nmの下地膜2を形成する。さらに、下地膜2上に、図11(b)に示すように、回転塗布により厚さ600nmのレジスト膜3を形成する。
【0040】
(ロ)露光装置50(図2参照)を用いて、半導体基板1表面のレジスト膜3に、図12に示すレチクル4dのパターンを露光する。ここで、レチクル4dには、透明基板5上に所望のパターンであるライン/スペース(L/S)パターン18と、本発明の第1の実施の形態に係わる露光モニタパターン16が配置されている。図12に示すように、L/Sパターン18及び露光モニタパターン16は、紙面に向かって垂直方向に延在する複数の遮光膜6及び遮光膜6a〜6lを一定のピッチPで配列したパターンである。L/Sパターン18は、遮光膜6の幅及びピッチPを、それぞれ150nm及び300nm一定値とし、露光モニタパターン16は、ピッチPを190nm一定として遮光膜6a〜6lの幅を一定の割合で増加させたパターンである。第1の実施の形態においては、露光モニタパターン16は、遮光膜の増加幅を5nmとし、図12においては簡単のため遮光膜6a〜6lで代表して示しているが、実際には38個の遮光膜パターンで全長が7.2μmとなる。先に述べたように、(3)式のピッチPの条件により、L/Sパターン18は半導体基板1上で解像し、露光モニタパターン16は解像しない。
【0041】
(ハ)レジスト膜3の露光後に所定の現像処理を行い、図10(c)に示すように、ライン/スペースレジストパターン23及びモニタレジストパターン13を得る。得られたライン/スペースレジストパターン23及びモニタレジストパターン13の仕上がり幅を、SEM及びCCDカメラを搭載した光学式の合せずれ検査装置により、それぞれ測定する。合せずれ検査装置は、画像解析によりパターン長を測定するものである。
【0042】
(ニ)次に、図10(d)に示すように、ライン/スペースレジストパターン23及びモニタレジストパターン13をマスクとして下地膜2を異方性のRIEによりエッチングし、ライン/スペース下地膜パターン22及びモニタ下地膜パターン12を形成する。
【0043】
(ホ)最後に、ウエットエッチングにより、レジストを剥離し、図10(e)に示すように、半導体基板1上にエッチング加工されたライン/スペース下地膜パターン22及びモニタ下地膜パターン12を得る。ライン/スペース下地膜パターン22及びモニタ下地膜パターン12のパターンの仕上がり幅を測定する。測定方法は、ライン/スペースレジストパターン23及びモニタレジストパターン13と同様の装置である。
【0044】
露光モニタパターン16のモニタレジストパターン13の形状とRIEエッチング後のモニタ下地膜パターン12の形状を夫々図13(a)、及び(b)に示す。モニタレジストパターン13断面の紙面向かって左側の急角度側壁ではモニタレジストパターン13とモニタ下地膜パターン12のエッジ位置は一致しているが、傾斜側壁側では、モニタ下地膜パターン12のエッジが後退していることが判る。合せずれ検査装置では、モニタレジストパターン13及びモニタ下地膜パターン12の画像解析を行い、全長を測定し、その差よりずれ幅Δsを求めている。
【0045】
図15(a)は、SEMにより測定したライン/スペースレジストパターン23とライン/スペース下地膜パターン22の幅の差であるシフト幅の分布で、(b)は、合せずれ検査装置により測定したモニタレジストパターン13とモニタ下地膜パターン12のずれ幅Δsの分布である。各々の幅測定は、連続して3回行ってある。なお、SEM測定においては、それぞれの測定終了のたびに放電処理を行っている。横軸は、半導体基板1のx軸に沿った直径方向(y=0)の基板位置、xである。
【0046】
SEMによる測定では、酸化膜は電子ビームによりチャージアップが起こるために、測定値が飛び易く、図15(a)に見られるように、3回の測定結果のばらつきが大きくなっている。SEM測定の場合、十分な測定精度を確保するには測定回数を増やして平均を取らねばならない。さらに、チャージアップを解消するには測定ごとに、試料を真空から取り出す等の放電処理を行う必要があり測定に時間がかかる。一方、図15(b)の後退幅測定結果は、3回の計測値がほぼ同じ値を示しており、充分な測定精度であると考えられる。合せずれ装置は光学式であるため、チャージアップもなく、簡便に再現性良く測定できる。測定結果はともに同様の傾向を示し、半導体基板1中央部でシフト幅が小さく、またずれ幅は大きくなっている。即ち、半導体基板中央部では周辺部と比較してエッチングの進行が速いと予測される。
【0047】
なお、第1の実施の形態においては、モニタ下地膜パターン12のずれ幅Δsを用いてドライエッチングの影響を調べているが、ずれ幅Δsの変わりにモニタ下地膜パターン12のパターン中心のずれを検出することによっても同様の測定が可能であるのはいうまでもない。
【0048】
この様に本発明の第1の実施の形態に係わるモニタ方法によれば、下地膜パターン形成に与えるドライエッチングの影響を簡便にかつ高精度で再現性良く測定できる。
【0049】
(変形例)
次に、本発明の第1の実施の形態の変形例に係わるモニタ方法を説明する。第1の実施の形態の変形例では、露光モニタパターンに特徴があり、他は第1の実施の形態と同様であるので、重複した記載を省略する。
【0050】
ドライエッチングで用いる様々なエッチング条件に対しても、効率良く線幅モニタを実施するために、第1の実施の形態の変形例では、対向する側壁がともに傾斜側壁となるレジストパターンを用いる。さらに、傾斜の角度θが異なる複数のレジストパターンを設ける。
【0051】
第1の実施の形態の変形例で用いるレチクルには、図16に示すように、透明基板5上に、一定のピッチで中心から両端に向かって開口率を一定の割合で0から100%まで変化させた左右対称形の回折格子状の露光モニタパターン17を設けてある。さらに、露光モニタパターン17と同様の対称形で、開口率の変化の割合が異なる複数の露光モニタパターンを用意し、図17及び図18に示すような側壁形状の異なる露光モニタレジストパターンを複数形成する。図17(a)の露光モニタレジストパターン33a、33b、及び33cのそれぞれの断面A−A’、B‐B’、及びC‐C’は、図18(a)に示すように、それぞれ左右対称であるが、互いに傾斜側壁の角度が異なる。露光モニタレジストパターン33a、33b、及び33cをマスクとして、RIEを行い、図17(b)に示すような露光モニタ下地膜パターン32a、32b、及び32cを得る。図18(b)には、露光モニタ下地膜パターン32a、32b、及び32cそれぞれの断面D−D’、E−E’、及びF−F’を示す。
【0052】
変形例においては、露光モニタレジストパターンは対向する側壁が互いに対称となる傾斜側壁であるため、下地シリコン酸化膜パターンのずれ幅は、2倍となり、さらに高精度に測定が可能となる。また、傾斜角度の異なる複数の露光モニタレジストパターンを設けてあるため、RIE条件により、その内でエッチングによるずれ幅の測定に最も感度の高いものを選んで使用することができ、効果的と考えられる。
【0053】
このように、本発明の第1の実施の形態の変形例によれば、下地膜パターン形成に与えるドライエッチングの影響を簡便にかつ高精度で再現性良く測定できるモニタ方法を提供できる。
【0054】
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態に係るモニタ方法では、図19に示すように、透明基板5上に均一な遮光膜よりなる四角の枠形状の遮光膜よりなる基準位置パターン19a〜19dと、基準位置パターン19a〜19dを囲んで外側に配置された露光モニタパターン16a~16dからなる位置ずれモニタパターン26を設けたレチクルを用いる。図19に示すように、露光モニタパターン16a、16bは、紙面に向かって右側に、露光モニタパターン16c、16dは紙面に向かって上側にそれぞれ開口率を大きくすることにより、露光されたレジストに傾斜側壁が形成されるようにしてある。位置ずれモニタパターン26を有するレチクルを用いて形成した、傾斜側壁を有するレジストパターンをマスクとしてドライエッチングして、内側の下地膜パターン位置を基準に外側の下地膜パターンの位置ずれを求めれば、ドライエッチングの進行の状態を調べることができる。
【0055】
第2の実施の形態に係わるモニタ方法は、ドライエッチング工程によるパターンずれが異なる2種類のパターン間のずれを測定する点に特徴があり、他は第1の実施の形態と同様であるので、重複した記載を省略する。
【0056】
図20により、本発明の第2の実施の形態に係わるモニタ方法を実施する工程の説明を行う。
【0057】
(イ)まず、図20(a)に示すように、半導体基板1上に厚さ200nmの下地膜2を形成する。そして、下地膜2上に、図20(b)に示すように、回転塗布により厚さ600nmのレジスト膜3を形成する。
【0058】
(ロ)露光装置40(図2参照)を用いて、半導体基板1表面のレジスト膜3に、図21に示すレチクル4eのパターンを露光する。ここで、レチクル4eには、所望のパターンであるライン/スペースパターン18と、基準位置パターン19a、19b及び露光モニタパターン16a、16bが配置されている。図21に示すように、ライン/スペースパターン18及び露光モニタパターン16a、16bは、紙面に対して垂直方向に延在する複数の遮光膜6及び遮光膜6a〜6lを一定のピッチPで配列したパターンである。ここでは、一例として以下のような構成としている。ライン/スペースパターン18は、ピッチP:300nmで、遮光膜6の幅を150nm一定とし、露光モニタパターン16a、16bは、ピッチP:190nmで、遮光膜6a〜6lの幅を一定の割合、5nmで増加させてあり、パターン幅は7.2μmである。露光モニタパターン16a、16b各々の中心間距離は、25μmである。基準位置パターン19a、19bは、露光モニタパターン16a、16bの間に配置され、幅1μm、中心間距離10μmとしている。ここで、ライン/スペースパターン18及び基準位置パターン19a、19bは半導体基板1上で解像し、露光モニタパターン16a、16bは解像しない。
【0059】
(ハ)露光後に所定の現像処理を行い、図20(c)に示すように、ライン/スペースレジストパターン23、モニタレジストパターン13a,13b及び基準位置レジストパターン14a,14bを得る。合せずれ検査装置により、モニタレジストパターン13a,13bよりなるパターン及び基準位置レジストパターン14a,14bよりなるパターンそれぞれの中心位置を測定する。
【0060】
(ニ)次に、図20(d)に示すように、ライン/スペースレジストパターン23、モニタレジストパターン13a,13b及び基準位置レジストパターン14a,14bをマスクとして下地膜2を異方性のRIEによりエッチングし、ライン/スペース下地膜パターン22、モニタ下地膜パターン12a,12b及び基準位置下地膜パターン24a,24bを形成する。
【0061】
(ホ)最後に、ウエットエッチングにより、レジストパターンを剥離し、図20(e)に示すように、半導体基板1上にエッチング加工されたライン/スペース下地膜パターン22、モニタ下地膜パターン12a,12b及び基準位置下地膜パターン24a,24bを得る。合せずれ検査装置により、モニタ下地膜パターン12a,12bよりなるパターン及び基準位置下地膜パターン24a,24bよりなるパターンそれぞれの中心位置を測定する。
【0062】
基準位置パターン19a,19b及び露光モニタパターン16a、16bを露光して形成されるレジストパターン形状と、レジストパターンをマスクにRIEした下地シリコン酸化膜パターン形状をそれぞれ図22(a)、(b)及び図23(a)、(b)に示す。ここでは、図22(a)に示すように、説明を簡単にするため、基準位置レジストパターン14a、14bよりなるパターンの中心位置Caと、モニタレジストパターン13a,13bよりなるパターンの中心位置Cbは、一致しているとする。図22(b)に示すように、ドライエッチング後も基準位置下地膜パターン24a、24bよりなるパターンの中心位置Caは基準位置レジストパターン14a、14bよりなるパターンの中心位置Caと一致し、一方、外側のモニタ下地膜パターン12a,12bよりなるパターンの中心位置Cb’はモニタレジストパターン13a、13bよりなるパターンの中心位置Cbよりずれ幅Δcだけずれる。図23においては、位置ずれモニタレジストパターン27あるいは位置ずれモニタ下地膜パターン28の全体が示されている。図23(a)に示すモニタレジストパターン13a〜13dは紙面に向かって右及び上側に傾斜側壁を有し、基準位置レジストパターン14a〜14dは急角度側壁よりなる。ドライエッチング後のモニタ下地膜パターン12a〜12dよりなる四角パターンの中心位置は、基準位置下地膜パターン24a〜24dよりなる四角パターンに対して、紙面に向かって左下方向にずれることになる。このように、第2の実施の形態によれば、パターン中心のずれ幅Δcとして1次元だけでなく、2次元のずれ幅を用いることも可能となり、より高精度の測定ができる。
【0063】
このように、ドライエッチングの影響を簡便にかつ高精度で再現性良く測定できるモニタ方法を提供できる。
【0064】
ここで、第2の実施の形態において、基準位置パターン19として四角の枠形状としているが、中心位置がドライエッチングによってずれないパターンであればいかなる形状であってもよい。図24には、一例を示し、透明基板5上に露光モニタパターン16a〜16dに対して、四角の基準位置パターン19aが配置されたレチクルを示している。基準位置パターン19aより形成される下地シリコン酸化膜パターンは、中心位置はレジストパターンに対して同じになるのは明らかで、露光モニタパターン16a〜16dのずれに対する基準位置として用いることができる。
【0065】
また、上述した第2の実施の形態の例では、二組のパターンを形成し、一方を中心位置がドライエッチングによってもずれないようにして位置ずれ幅を測定しているが、ドライエッチングによりずれ幅が異なるような組み合わせのパターンを用いてもよい。この場合、測定精度を高くするという観点から、逆向きの位置ずれを起こすような組み合わせが望ましい。例えば、図25に示すように、透明基板5上に、露光モニタパターン16a〜16hを設けたレチクルを用いても良い。露光モニタパターン16a、16b、16e及び16fについては、紙面に向かって上下方向に延在する回折格子であるが、露光モニタパターン16a、16bに対して、露光モニタパターン16e,16fは開口率の変化させる方向を逆としている。露光モニタパターン16c、16d、16g及び16hについては、紙面に向かって左右方向に延在する回折格子であるが、露光モニタパターン16c、16bd対して、露光モニタパターン16g,16hは開口率の変化させる方向を逆としている。このパターンより形成されるレジストパターンを用いて、下地膜をドライエッチングすると、露光モニタパターン16a〜16dより形成されるモニタ下地膜パターンは、例えば左上方向にずれ、一方、露光モニタパターン16e〜16hより形成されるモニタ下地膜パターンは逆の右下方向にずれる。このように、パタ−ンのずれる方向がお互いに逆になるため、観測されるずれ幅Δcは大きくなり、さらに簡便で高精度の測定ができる。
【0066】
また、図22において、基準位置レジストパターン14a、14bの中心位置Caと、モニタレジストパターン13a,13bの中心位置Cbは、一致しているとして説明したが、もちろんそれぞれの中心位置CaとCbは一致していなくても構わない。フォトリソグラフィあるいはドライエッチング工程により中心位置ずれを生じない、例えばCaを基準として、モニタレジストパターン13a,13bの中心位置Cbとモニタ下地膜パターン12a,12bの中心位置Cb’を測定し、その差よりずれ幅Δcを求めればよい。
【0067】
また、図19において、基準位置パターン19a、19bは露光モニタパターン16a,16bに囲まれてほぼ中央部に形成されたパターンを例示したが、基準位置パターン19a、19bの形成位置は、露光モニタパターン16a,16bに囲まれた部分のどの位置にあってもよく、また、露光モニタパターン16a,16bの外側にパターンの一部を形成しても、或いは全パターンを外側に形成してもよいことは勿論である。
【0068】
本発明の第2の実施の形態に係わるモニタ方法によれば、下地膜パターン形成に与えるドライエッチングの影響を簡便にかつ高精度で再現性良く測定できる。
【0069】
(露光装置制御システム)
本発明に係わる露光装置50を制御するシステムは、図26に示すように、露光装置制御ユニット51及び露光処理ユニット60により構成される。
【0070】
露光装置50は、図2に示す縮小投影露光装置である。露光装置制御ユニット51は、光源からの入射光のコリメートやオンオフ等を制御する照明光学系モジュール52と、レチクルの露光パターンの縮小投影等を制御する投影光学系モジュール53と、露光パターンのアライメントを制御するアライメント系モジュール54と、ステージの駆動を制御するステージ駆動系モジュール55より構成される。
【0071】
露光処理ユニット60は、ドライエッチング装置制御モジュール81よりドライエッチング装置80のエッチング条件等を取得するプロセス条件入力モジュール61と、合せずれ検査制御モジュール71より合せずれ検査装置70による測定データを取得するデータ入力モジュール62と、データ入力モジュール62より入力された測定データより実効露光量を算出する露光量算出モジュール63と、算出された実効露光量より露光補正係数を算出する補正係数算出モジュール64と、算出された補正係数をもとに露光量を設定するデータ出力モジュール65と、露光管理情報を保管する記憶装置66から構成される。露光処理ユニット60は、ローカルエリアネットワーク(LAN)90に接続され、ホストコンピュータ91によって管理される。
【0072】
本発明に係わる半導体回路パターンの露光方法は、所望のL/Sパターンとともに、例えば、図8に示すような解像限界以下のピッチを用いることを特徴とする露光モニタパターン16を搭載したレチクル4dを用い、予め測定しておいたモニタレジストパターン13のずれ幅と露光量との関係より露光補正係数を求め、この露光補正係数を用いて半導体基板の各ショットの露光量を設定することを特徴とする。
【0073】
まず、露光モニタレジストパターンの位置ずれ幅と実効露光量の関係を求めるため、図8に示す露光モニタパターン16を含むレチクル4dにより設定露光量を変化させてレジスト膜を塗布した半導体基板1を露光する。そして、図9(c)に示すようなモニタレジストパターン13のずれ幅を、合せずれ検査装置70により測定する。測定した後退幅は、予め設定した任意の基準後退幅との差を取り、ずれ幅としている。従って、ずれ幅の値は、必ずしもモニタレジスト13のエッジが後退した幅そのものとは一致せず相対的なずれ幅である。その結果、図27に示すような露光量設定値−ずれ幅の関係を得る。図27の関係から最小二乗法を用いて、ずれ幅より実効露光量を求める式を導く。
【0074】
ED=−34.4RL+31.8 ・・・ (4)
ここで、EDは実効露光量、RLはモニタレジストパターン13のずれ幅である。
【0075】
次に、レチクル4dを用いてレジスト膜を塗布した半導体基板1を、図14に示す各ショット位置S(x,y)に対して均一な露光量DBで露光する。現像後、モニタレジストパターン13のずれ幅RL(x、y)を測定し、(4)式を用いて実効露光量ED(x、y)に変換する。図28は、SEMにより測定した、均一露光による所望のL/Sパターン18に対応するL/Sレジストパターン23のシフト幅の分布を示す。一方、図29は、露光モニタパターン16に対応するモニタレジストパターン13のずれ幅より変換した実効露光量分布である。L/Sレジストパターン23のシフト幅の分布では、3σ(σ:標準偏差)で9nm以上のばらつきを示す。図28にはシフト幅分布の傾向は明らかにはみられない。それに対して、図29の実効露光量分布には対称的な円分布に近い傾向が明らかに見られる。図29の実効露光量データに対して、以下に示す2次の多項式、
F(x,y)=ax2+by2+cxy+dx+ey+f ・・・(5)
を用いて実効露光量分布の傾向を近似する。ここで、(x、y)は図14あるいは図28、29に示す半導体基板1の位置を示す座標であり、a,b,c,d,e,fは測定した実効露光量と位置座標(x、y)によって決まる補正係数である。補正係数は最小二乗法によりフィッティングして求めている。第3の実施の形態においては、図29からこれらの補正係数は、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となる。ここでは、実効露光量分布を2次の多項式で近似したが、n次の多項式(nは2以上)であれば同様に補正可能である。
【0076】
次に、得られた近似式を用いて、補正露光量を次のように設定する。
【0077】
SH(x,y)=2DB−F(x,y) ・・・ (6)
ここで、SHは各ショット位置S(x,y)での補正露光量で、DBは均一露光量である。(6)式は均一露光量DBに対して、計算される実行露光量の過不足分(DB−F(x、y))を加えることにより補正を行うものである。
【0078】
(6)式の補正露光量でフォトリソグラフィを行った結果を図30及び図31に示す。図30はSEMで測定したL/Sレジストパターン18のシフト幅分布図である。半導体基板1内でのシフト幅は、3σで6nm以下まで低減している。図31は、モニタレジストパターン13のずれ幅の結果を(4)式により実効露光量分布に変換した図である。図29と比較すれば明らかなように、実効露光量は平坦な分布を示し、(5)式に示す簡単な2次の多項式による補正が十分効果あることがわかる。
【0079】
また、図11に示すプロセスによりドライエッチングして形成したモニタ下地膜パターン12のずれ幅を、予め設定した任意の基準点よりのずれ幅BLとして再計算することにより、レジストパターンの場合と同様な露光量設定値−ずれ幅の関係を得る。モニタ下地膜パターン12のずれ幅より実効露光量を求める式は、同様に、
ED=−34.4BL+31.8 ・・・ (7)
となる。(7)式を用いて、上述した方法で補正露光量を求めることが可能である。
【0080】
本発明の第3の実施の形態に係わる露光方法によれば、簡便に高精度で半導体デバイスの寸法制御が可能になる。
【0081】
次に、図32を用いて、本発明による露光方法を半導体デバイス製造プロセスに適用した例を示す。
【0082】
(イ)まず、ステップS201で、露光量設定データ出力モジュール65は、各ショット均一の露光条件に設定する。
【0083】
(ロ)ステップS202で、露光装置50に、レジスト膜3を回転塗布したダミーウェハ(半導体基板)をセットする。
【0084】
(ハ)ステップS203で、所定のレチクル4dを用いて露光現像を行い、レジストパターンを形成する。ここでは、均一露光条件であるので、露光装置制御ユニット51は同一露光条件で各ショット露光を行う。
【0085】
(ニ)ステップS204で、モニタレジストパターン13の位置ずれ幅分布RL(x、y)を合せずれ検査装置70で測定し、結果を合せずれ検査制御モジュール71より露光処理ユニット60のデータ入力モジュール62に渡す。
【0086】
(ホ)ステップS205で、露光量算出モジュール63は、位置ずれ幅より実効露光量の算出を行い、半導体基板1内の実効露光量分布を求める。算出結果は、位置ずれ幅のデータとともに記憶装置66に登録される。
【0087】
(ヘ)ステップS206で、補正係数算出モジュール64は、実効露光量分布より、(5)式を用いて二次関数近似式F(x,y)を求める。
【0088】
(ト)ステップS207で、補正係数算出モジュール64は、求めたF(x,y)より、(6)式を用いて各ショット位置での補正露光量SH(x、y)を算出し、F(x,y)と共に記憶装置66に登録する。
【0089】
(チ)ステップS208で、半導体デバイスの製造ロットプロセスを開始する。
【0090】
(リ)ステップS209で、データ出力モジュール65は、補正露光量SH(x,y)を露光装置制御ユニット51に出力する。
【0091】
(ヌ)ステップS210で、所定の半導体製造プロセスを経たロット半導体基板(半導体基板1)を露光装置50にセットする。
【0092】
(ル)ステップS211で、所定のレチクル4cを用いて設定されたショットSH(x、y)に従い露光し、現像を行い、レジストパターンを形成する。
【0093】
(ヲ)ステップS212で、モニタレジストパターン13のずれ幅の分布RL(x、y)を合せずれ検査装置70で測定し、結果を合せずれ検査制御モジュール71より露光処理ユニット60の記憶装置66に保管する。
【0094】
(ワ)ステップS213で、半導体基板1をドライエッチング装置80にセットし,所定のRIE条件でレジストパターンをマスクとして下地膜2をエッチングする。
【0095】
(カ)ステップS214で、レジストパターンをウェットエッチングし、除去する。
【0096】
(ヨ)ステップS215で、半導体基板1を合せずれ検査装置70にセットし、モニタ下地膜パターン12のずれ幅の分布BL(x、y)を測定する。結果を合せずれ検査制御モジュール71より露光処理ユニット60の記憶装置66に保管する。
【0097】
(タ)ステップS216で、露光量算出モジュール63は記憶装置66よりモニタ下地膜パターン12のずれ幅の分布BL(x、y)を読み込み、3σを求め、予め設定した3σ基準値と比べ、許容範囲以内か調べる。許容範囲以内であればステップS210に戻りロット半導体基板の処理を繰り返す。
【0098】
(レ)分布BL(x、y)の3σが設定3σ基準値より大きく、許容範囲を越えている場合、ステップS217で、露光量算出モジュール63は、BL(x、y)を用いて(7)式により実効露光量の算出を行い、半導体基板1内の実効露光量分布ED(x、y)を求める。算出結果は、記憶装置66に登録される。
【0099】
(ソ)ステップS218で、補正係数算出モジュール64は、実効露光量分布より二次関数近似式F(x,y)を求め、記憶装置66に更新登録する。
【0100】
(ツ)ステップS207で、補正係数算出モジュール64は、現在の補正露光量SH(x、y)を読み出し、DB(x、y)にリネームする。求めたF(x,y)とDB(x、y)を用いて(6)式より新に補正露光量SH(x、y)を算出し、記憶装置66に更新登録し、ステップS209に戻りロットプロセスを再開する。
【0101】
本発明に係わる露光装置制御システムによれば、微細加工の精度及び均一性を向上させる露光方法を用いた半導体デバイスの製造方法を提供することができる。
【0102】
なお、フォトリソグラフィ工程後の検査結果を元に補正露光量を算出するだけでなく、ドライエッチング処理後の露光量モニタパターンの検査結果を元に補正露光量を算出するのでさらに精度よく制御可能となる。
【0103】
(変形例)
本発明に係わる露光装置制御システムでは、露光処理ユニット60は、例えば、個別のコンピュータ等の露光処理装置で実現されているとしている。露光装置制御システムの変形例では、露光処理ユニットの機能が、露光装置に付属する露光装置制御ユニットに含まれている。その他は同様であるので、重複した記載を省略する。
【0104】
図33に示すように、露光装置制御システムの変形例の露光装置50は、図2に示す縮小投影露光装置である。露光装置制御ユニット51aは、光源からの入射光のコリメートやオンオフ等を制御する照明光学系モジュール52と、レチクルの露光パターンの縮小投影等を制御する投影光学系モジュール53と、露光パターンのアライメントを制御するアライメント系モジュール54と、ステージの駆動を制御するステージ駆動系モジュール55と、ドライエッチング装置制御モジュール81よりドライエッチング装置80のエッチング条件等を取得するプロセス条件入力モジュール61と、合せずれ検査制御モジュール71より合せずれ検査装置70による測定データを取得するデータ入力モジュール62と、入力モジュール62から入力された測定データより実効露光量を算出する露光量算出モジュール63と、算出された実効露光量より露光補正係数を算出する補正係数算出モジュール64と、算出された補正係数をもとに露光量を設定するデータ出力モジュール65と、露光管理情報を保管する記憶装置66とから構成される。露光装置制御ユニット51aは、ローカルエリアネットワーク(LAN)90に接続され、ホストコンピュータ91によって管理される。
【0105】
本発明の露光装置制御システムの変形例によれば、微細加工の精度及び均一性を向上させる露光方法を用いた半導体デバイスの製造方法を提供することができる。
【0106】
(実施例)
本発明の実施例に係わる半導体デバイスの製造方法は、露光モニタパターンを用いて、フォトリソグラフィ工程とドライエッチング工程それぞれで形成されるパターンのずれ幅差を求めることにより、簡便で高精度な線幅モニタ及び加工制御を行うことに特徴があり、他は第1及び第2の実施の形態と同様であり重複した記載は省略する。
【0107】
上述したように、本発明においては、半導体デバイスのパターン形成工程を補正露光量により制御している。補正露光量にはドライエッチングのばらつき成分の補正も含まれている。しかし、ドライエッチングが最適条件より大幅にずれて大きな分布を持つようになると、露光量だけの補正では、制御が困難になり、パターン幅のばらつきも大きくなる。明らかにドライエッチング条件がずれてしまい、大きな分布が生じるような場合は、ドライエッチング条件の再調整を行うほうが効率よく工程の管理ができる。本発明の実施例の半導体デバイスの製造方法は、露光量の補正と同様な手法によりドライエッチングによるパターン幅の影響を抽出してモニタし、かつ、エッチングの最適条件を求める方法である。
【0108】
(イ)図34のステップS301で、データ出力モジュール65は、予め保管されている補正露光量SH(x,y)を記憶装置66より読み出し、露光装置制御ユニット51に出力する。
【0109】
(ロ)ステップS302で、所定のプロセスを経たエッチングテストウェハ(半導体基板1)を露光装置50にセットする。
【0110】
(ハ)ステップS303で、所定のレチクル4cを用いて、設定されたショットSH(x、y)に従い露光し、現像を行い、レジストパターンを形成する。
【0111】
(ニ)ステップS304で、モニタレジストパターン13のずれ幅の分布RL(x、y)を合せずれ検査装置70で測定し、結果を合せずれ検査制御モジュール71より露光処理ユニット60の記憶装置66に保管する。
【0112】
(ホ)ステップS305で、半導体基板1をドライエッチング装置80にセットし,所定のRIE条件でレジストパターンをマスクとして下地膜2をエッチングする。
【0113】
(ヘ)ステップS306で、レジストパターンをウェットエッチングし、除去する。
【0114】
(ト)ステップS307で、半導体基板1を合せずれ検査装置70にセットし、モニタ下地膜パターン12のずれ幅の分布BL(x、y)を測定する。結果を合せずれ検査制御モジュール71より露光処理ユニット60の記憶装置66に保管する。
【0115】
(チ)ステップS308で、露光量算出モジュール63は記憶装置66よりモニタレジストパターン13のずれ幅の分布RL(x、y)とモニタ下地膜パターン12のずれ幅の分布BL(x、y)を読み込み、BL(x、y)とRL(x、y)との差を求めて、ずれ幅差分布を得る。
【0116】
(リ)ステップS309で、ずれ幅差分布のばらつきが許容範囲か調べる。例えば、ずれ幅差分布の3σを計算し、所定の基準値と比べる。
【0117】
(ヌ)ずれ幅差分布が許容範囲を超えていれば、ステップS310で、エッチング条件を再調整し、ステップS302に戻り、エッチングテストを繰り返す。
【0118】
(ル)許容範囲以内であればステップS311に進みロット半導体基板の処理を開始する。
【0119】
この実施例では、露光モニタパターンから投影転写されたモニタレジストパターン13をマスクとして、RIEにより形成されたモニタ下地膜パターン12を形成する。フォトリソグラフィ後のモニタレジストパターン13のずれ幅と、RIE後のモニタ下地膜パターン12のずれ幅より、ずれ幅差分布が求められる。ずれ幅差分布は、従って、RIEによるエッチングの面内分布を抽出したものとなる。なお、ずれ幅を実効露光量に変換して同様の処理を行ってもよいのは勿論である。
【0120】
図35及び図36は、ステップS304及びS307で得られるモニタレジストパターン13及びモニタ下地膜パターン12のパターンずれ幅からそれぞれ算出された実効露光量分布である。図37は、各々の実効露光量分布を差し引いて求めた実効露光量差分布である。このように、本発明の実施例によれば、ドライエッチングによる寸法ばらつきの傾向を実効的な露光量分布として観測することができる。
【0121】
また、本発明の第2の実施の形態の露光モニタパターンを用いても、同様にドライエッチングによる影響を測定することが可能となることも、これまでの説明より明らかである。
【0122】
本発明の実施例によれば、微細加工の精度及び均一性を向上させるモニタ方法を用いたエッチング方法を提供することができる。
【0123】
(その他の実施の形態)
上記のように、本発明は第1及び第2の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者にはさまざまな代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【0124】
本発明の実施の形態においては、説明の便宜上、KrFエキシマレーザ縮小投影露光装置を用いているが、光源としても、i線やg等の紫外線、他のエキシマレーザ、あるいは、電子ビームやX線等を用いてもよいことは勿論である。また、コンタクト方式、プロキシミティ方式あるいはミラープロジェクション方式などの露光装置を用いてもよい。
【0125】
また、異方性ドライエッチング方法として用いているRIEのプラズマ源は、平行平板型がよく知られているが、使用する電磁波の周波数帯、電磁波の導入方法、電磁波と磁界の印加法によって種々の形態のプラズマ源、例えば、電子サイクロトロン共鳴(ECR)に代表される有磁場マイクロ波型、マグネトロン型、ヘリコン波型、表面波型等がドライエッチング用として使用できるのは勿論であり、さらに、RIE以外にも、反応性イオンビームエッチング(RIBE)やイオンビームエッチング(IBE)等の異方性ドライエッチング方法が適用できることは勿論である。
【0126】
本発明の実施の形態において、露光光の透過率の分布を持たせるために、回折格子の開口率を所望の割合で変化させた露光パターンを用いたが、回折格子に限らず、他の方法により露光光の透過率の分布を持たせることができれば、いかなる方法でもよいことは勿論である。例えば、金属であっても薄膜とすれば光透過性が生じるので、遮光膜として使用している金属を、厚さの分布を持たせて堆積すれば光の透過率を可変にできる。あるいは、遮光材料を粒子状にして粒子密度を変化させることにより透過率を可変にできる。
【0127】
また、下地膜として、シリコン酸化膜(SiO2)を用いて説明したが、他の絶縁膜、例えば、シリコン窒化膜(SiN)、シリコン酸化窒化膜(SiON)、燐あるいは燐とボロンを拡散したシリコン酸化膜(PSGあるいはBPSG)、シリコーン系樹脂によるスピン・オン・グラス膜(SOG)、ポリイミド樹脂膜、フッ素添加シリコン酸化膜、オルガノポリシロキサン系化合物、無機ポリシロキサン系化合物等が使用できることも明らかである。さらに、絶縁膜に限らず、導電成膜、例えば、アルミニウム(Al)、銅(Cu)等の金属膜、チタン(Ti)、タングステン(W)に代表される高融点金属膜及びそれらのシリサイド膜、あるいはポリシリコン膜等も異方性ドライエッチングで加工される下地膜として用いてもよいことは勿論である。
【0128】
このように、本発明はここでは記載していないさまざまな実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係わる発明特定事項によってのみ定められるものである。
【0129】
【発明の効果】
本発明によれば、微細加工パターンの幅を簡便に、かつ高精度に観測することができるモニタ方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係るモニタ方法に用いる半導体基板の一例を示す断面図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態に係るモニタ方法に用いる露光装置の概略構成図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態に係るモニタ方法の説明のためのレジストの露光量に対する残膜特性を示す図である。
【図4】本発明の第1の実施の形態に係るモニタ方法の説明のための、(a)レチクルの断面図、(b)露光光の透過特性を示す図、及び(c)形成されるレジストパターンの断面図の一例である。
【図5】本発明の第1の実施の形態に係るモニタ方法の説明のために用いるレチクルの一例を示す断面図である。
【図6】本発明の第1の実施の形態に係るモニタ方法の説明のための露光方法の一例を示す図である。
【図7】本発明の第1の実施の形態に係るモニタ方法の説明のためのレチクルの開口率に対する露光光の透過特性の一例を示す図である。
【図8】本発明の第1の実施の形態に係るモニタ方法に用いるレチクルの一例を示す、(a)平面図、及び(b)断面図である。
【図9】本発明の第1の実施の形態に係るモニタ方法を説明する、(a)レチクルの断面図、(b)露光光の透過特性を示す図、及び(c)形成されるモニタレジストパターンの断面図の一例である。
【図10】本発明の第1の実施の形態に係るモニタ方法によるずれ幅の傾斜側壁角度に対する関係を示す図である。
【図11】本発明の第1の実施の形態に係るモニタ方法を説明するための工程断面図の一例である。
【図12】本発明の第1の実施の形態に係るモニタ方法に用いるレチクルの断面図の一例である。
【図13】本発明の第1の実施の形態に係るモニタ方法を説明する工程で得られる(a)モニタレジストパターン、及び(b)モニタ下地膜パターンの断面図の一例である。
【図14】図2の露光装置による半導体基板の露光ショット位置を示す図である。
【図15】本発明の第1の実施の形態に係るモニタ方法による、(a)ライン/スペース下地膜パターンのシフト幅、及び(b)モニタ下地膜パターンのずれ幅の分布の一例を示す図である。
【図16】本発明の第1の実施の形態の変形例に係わるモニタ方法の説明のための、レチクルの一例を示す図である。
【図17】本発明の第1の実施の形態の変形例に係わるモニタ方法により得られる(a)モニタレジストパターン、及び(b)モニタ下地膜パターンの平面図の一例である。
【図18】本発明の第1の実施の形態の変形例に係わるモニタ方法により得られる(a)モニタレジストパターン、及び(b)モニタ下地パターンの断面図の一例である。
【図19】本発明の第2の実施の形態に係るモニタ方法の説明のために用いる位置ずれモニタパターンの一例を示す平面図である。
【図20】本発明の第2の実施の形態に係るモニタ方法を説明するための工程断面図の一例である。
【図21】本発明の第2の実施の形態に係るモニタ方法に用いるレチクルの断面図の一例である。
【図22】本発明の第2の実施の形態に係るモニタ方法を説明する工程で得られる(a)モニタレジストパターン、及び(b)モニタ下地膜パターンの断面図の一例である。
【図23】本発明の第2の実施の形態に係わるモニタ方法により得られる(a)位置ずれモニタレジストパターン、及び(b)位置ずれモニタ下地膜パターンの平面図の一例である。
【図24】本発明の第2の実施の形態に係るモニタ方法の説明のために用いる位置ずれモニタパターンの他の例を示す平面図である。
【図25】本発明の第2の実施の形態に係るモニタ方法の説明のために用いる位置ずれモニタパターンのさらに他の例を示す平面図である。
【図26】本発明の第3の実施の形態に係る露光方法に用いる露光システムの概略構成図である。
【図27】本発明に係る露光方法の説明に用いるレジストパターンのずれ幅と露光量設定値の関係を示す図である。
【図28】本発明に係る露光方法の説明に用いるライン/スペースレジストパターンのシフト幅の分布の一例を示す図である。
【図29】本発明に係る露光方法の説明に用いる実効露光量の分布の一例を示す図である。
【図30】本発明に係る露光方法により得られるライン/スペースレジストパターンのシフト幅の分布の一例を示す図である。
【図31】本発明に係る露光方法により得られる実効露光量の分布の一例を示す図である。
【図32】本発明に係る露光方法の説明のための工程の一例を示すフローチャートである。
【図33】本発明の変形例に係る露光方法に用いる露光システムの概略構成図である。
【図34】本発明の実施例に係るドライエッチング制御方法の説明のための工程の一例を示すフローチャートである。
【図35】本発明の実施例に係るドライエッチング制御方法により得られるレジストパターンに対する実効露光量の分布の一例を示す図である。
【図36】本発明の実施例に係るドライエッチング制御方法により得られる下地シリコン酸化膜パターンに対する実効露光量の分布の一例を示す図である。
【図37】本発明の実施例に係るドライエッチング制御方法により得られる実効露光量差の分布の一例を示す図である。
【符号の説明】
1 半導体基板
2 下地膜
3 レジスト膜
4、4a〜4e レチクル
5 透明基板
6、6a〜6m 遮光膜
7 露光光
8 0次回折光
9 1次回折光
10 瞳絞り
11 レジストパターン
12、12a、12b、32a〜32c モニタ下地膜パターン
13、13a、13b、33a〜33c モニタレジストパターン
14a、14b 基準位置レジストパターン
15 露光テストパターン
16、16a〜16h、17 露光モニタパターン
18 ライン/スペースパターン
19 基準位置パターン
20 傾斜側壁
21 急角度側壁
22 ライン/スペース下地膜パターン
23 ライン/スペースレジストパターン
24a、24b 基準位置下地膜パターン
26 位置ずれモニタパターン
27 位置ずれモニタレジストパターン
28 位置ずれモニタ下地膜パターン
40 照明光学系
41 光源
42 シャッタ
44 照明レンズ系
46 投影光学系
48 ステージ
50 露光装置
51 露光装置制御ユニット
52 照明光学系モジュール
53 投影光学系モジュール
54 アライメント系モジュール
55 ステージ駆動系モジュール
60 露光処理ユニット
61 プロセス条件入力モジュール
62 データ入力モジュール
63 露光量算出モジュール
64 補正係数算出モジュール
65 データ出力モジュール
66 記憶装置
70 合せずれ検査装置
71 合せずれ検査制御モジュール
80 ドライエッチング装置
81 ドライエッチング装置制御モジュール
90 LAN
91 ホストコンピュータ
Claims (3)
- 下地膜上に、光透過特性が一方向に単調に変化する回折格子からなる露光モニタパターンを転写してモニタレジストパターンを形成し、前記一方向の前記モニタレジストパターンの幅を測定するステップと、
前記モニタレジストパターンをマスクとして、前記下地膜を選択的にエッチングしてモニタ下地膜パターンを形成し、前記一方向の前記モニタ下地膜パターンの幅を測定するステップと、
前記モニタレジストパターンの幅と前記モニタ下地膜パターンの幅との差より前記モニタレジストパターンと前記モニタ下地膜パターンのずれ幅を得るステップ
とを含むことを特徴とするモニタ方法。 - 前記回折格子のピッチは、前記転写を行う露光装置の光源波長と、レンズ開口数と、コヒーレンスファクタとにより定まる幅より小さいことを特徴とする請求項1記載のモニタ方法。
- 前記回折格子のピッチPは、前記光源波長をλ、前記レンズ開口数をNA、前記コヒーレンスファクタをσとしたとき、
P<λ/(NA×(1+σ))
の条件を満たすことを特徴とする請求項2記載のモニタ方法。
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