JP3727895B2 - モニタ方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【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＝ｋ_１λ／ＮＡ （１）
ＤＯＦ＝ｋ_２λ ／ＮＡ^２ （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、ｋ_１、ｋ_２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（ＳｉＯ_２）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)＝ａｘ^２＋ｂｙ^２＋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)

1. 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。
2. 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。
3. 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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