检查曝光装置、补正焦点位置和制造半导体装置的方法制造方法及图纸

提供一种能够以低成本、快速、高精度、并且容易地调查曝光装置的光学系统的状态的曝光装置的检查方法。在掩膜１上，形成由线宽度Ｗ＃－［Ｔ］是０．１５的线形状的第１掩膜图案４ａ、与该图案４ａ平行的线宽度Ｗ＃－［Ｆ］是１．０μｍ的线形状的第２掩膜图案组成的掩膜图案４。在曝光装置５的二次光源面一侧上配置照明孔径１２，照明光源６从光轴１６开始以实际上偏移０．３σ的偏轴状态照明掩膜１，在把各图案４ａ、４ｂ的像曝光投影在半导体基片１３上的光致抗蚀剂１７上进行复制后，显影形成第１以及第２抗蚀剂图案１４ａ、１４ｂ。测定各抗蚀剂图案１４ａ、１４ｂ的相对距离Ｄ１＃－［Ｗ］，求出和各掩膜图案４ａ、４ｂ的相对距离Ｄ１＃－［Ｍ］的差，求出半导体基片１３的散焦量ｄ。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在半导体光蚀刻(リングラフイ一)步骤中使用的检查曝光装置的光学系统状态的方法、补正焦点位置的曝光方法，以及使用曝光装置的半导体装置的制造方法。例如，在设计标准是0.13μm的半导体器件中，焦点深度是不足0.5μm。这种情况下，焦点位置的设定精度，希望可以用比焦点深度的10分之1更高的精度设定。因而，至少需要以0.05μm的精度设定焦点位置。另外，不用说，该设定不仅仅是重复精度好，而且如果不能高精度地测定真的焦点位置则没有意义。这样，在制造设计标准是0.13μm的半导体器件的情况下，重要的是至少可以以0.05μm的精度测定曝光装置的焦点位置，或者可以监视焦点位置。如以上所举例子简单地说明那样，开发了各种例如根据通过曝光的复制图案，正确地监视曝光装置的焦点位置的技术。例如，其中之一是，使用相位偏移图案(シフトパタ一ン)的监视技术。其代表性的例子由International Business Machine Corporation(IBM公司)的Timothy Brunner等，发表在Prco。SPIE vol.2726(’96)的第236页上。该方法是使用具有图30所示那样的断面构造的底版掩膜401的方法。底版掩膜401，由具有光透过性的掩膜主体402以及铬制的遮光体403等构成，在掩膜主体402的一主面上，形成通过曝光复制在半导体基片上的未图示的监视用的掩膜图案。掩膜主体402，如在图30展示其断面构造那样，具有基准面402a、与其相位差90°(偏移后)的面(相位偏移)402b，在这些基准面402a和相位偏移面402b的边界区域上配置有遮光体403。进而，在基准面402a上配置有未图示的基准图案。用以上简单说明的底版掩膜401，把掩膜图案曝光在半导体基片上。这时，半导体基片的位置，即未图示的曝光装置的焦点如果从最佳的焦点位置偏离，则被形成在基准面402a和相位偏移面402b的边界区域上的掩膜图案(遮光体)403，和在基准面402a上的未图示的基准图案的被复制在半导体基片上的相对位置变化。这种情况下，从半导体基片的最佳焦点位置的偏移量，和上述相对位置偏移量，已知相互具有大致线性的关系。由Timothy Brunner等提出的该方法，企图通过用例如所谓的对准偏移(合ゎせずれ)检查装置等读取各复制图案的位置偏移量，把其结果适用在上述的线性关系中，正确地监视曝光装置的焦点位置。如果采用此方法，则通过检查在半导体基片位置的各种变化后曝光的多个复制图案，不需要进行求曝光装置的最佳聚焦位置的操作。即，用一次曝光形成测定曝光装置的聚焦位置的检查图案，通过测定该检查图案可以求曝光装置的最佳的聚光位置。另外最近，和上述的Timothy Brunner等的监视方法一样，通过用对准偏移检查装置测定图案的位置偏差量，监视曝光装置的聚焦位置的技术，由三菱电气株式会社的中尾修治等人，发表在第48届应用物理学会关系联合会讲演预稿集No.2(2001年3月)的第733页上。该技术，是不使用如上述那样形成有相位偏器402b的特殊的掩膜，而使用只采用通常的铬的遮光膜图案形成检查用的掩膜图案的一般的掩膜，监视曝光装置的聚焦位置的技术。此方法是使用，如果用曝光装置的照明光源的相干性σ(コヒ一レンシ一σ)光学性标准化，则是使用可以模式化表示为图31所示那样大小以及形状的照明孔径501的方法。首先，在曝光装置的二次光源面一侧上配置照明孔径501，使得未图示的曝光装置的照明光源的中心到达实际上从曝光装置的光轴偏移的，所谓的轴偏移位置。在这样的轴偏移的照明条件下，曝光比较大的尺寸，例如2μm的图案。另外，照明光源的中心在实际上来到光轴的中心的位置的照明条件下同样地曝光2μm的图案。但是，在这2种不同的照明条件下曝光时，进行双重曝光，使得已曝光的各图案，变为所谓的箱中箱(ボツクス·ィン·ボツクス)的检查图案。如果更详细地说，则是以在轴偏移的照明条件下形成的图案变为内侧箱，另外在轴中心的照明条件下形成的图案变为外侧那样的设定条件下进行双重曝光。在轴偏移的照明条件下曝光的图案，在对应焦点位置的偏移量保持大致线性关系的同时引起位置偏移，与此相对，在轴中心的照明条件下曝光的图案，即使焦点位置变化也不引起位置偏移。因而，在该方法中，通过用对准偏移检查装置测定箱中箱的检查图案的内侧图案和外侧图案的相对位置偏移量，就可以测定在曝光时的曝光装置的焦点位置。该方法可以执行的原因是，在投影比较粗的图案的情况下，照射掩膜上的粗的图案的光线，因为在透过掩膜时几乎没有角度扩大并衍射的现象，所以可以只以大致主光线附近的衍射光投影。另外，在该方法中，形成在掩膜上的图案用由通常使用的遮光膜组成的图案就足够，不需要特殊的相位偏移图案。在上述的Timothy Brunner等的监视方法中，在底版掩膜401上，需要形成引起不是通常使用的90°的相位偏移的相位移相器402b。因此，掩膜的制造成本增加。另外，在上述的三菱电气株式会社的中尾修治等的监视方法中，如果不进行双重曝光就不能复制检查图案(测定用图案)。因而，如果在批量生产现场适用采用该方法的聚焦监视器，则因为花费在曝光中的时间增加，所以生产性下降。另外，在该方法中为了高精度地测定聚焦位置，需要以数nm的精度读取测定用图案的位置偏移量。因此，在进行双重曝光时，在第1次曝光和第2次曝光之间需要掩膜以及复制基片不动。在需要以这种数nm的精度读取的情况下，为了确保测定所需要的精度，进一步需要以其数分之一的位置精度，即以1nm以下的位置精度持续保持掩膜以及复制基片的位置。可是，在这种精度下持续保持掩膜以及复制基片(显像体)的位置，即使具有目前高的控制技术也是非常困难的。进而，如果存在以上说明的问题，则以适宜的形状复制掩膜图案变得困难，而且制造可以发挥所希望的性能的优良的半导体装置也很困难。为了解决上述问题，本专利技术的曝光装置的检查方法的特征在于在从由曝光装置的光轴偏移的方向上照明形成有至少包含一组相互形状不同的第1掩膜图案以及第2掩膜图案的掩膜图案的掩膜，向显像体曝光投影上述掩膜图案的像，通过测定曝光投影在上述显像体上的上述第1以及第2的各掩膜图案的像之间的相对距离，调查上述曝光装置的光学系统的状态。在该曝光装置的检查方法中，从由曝光装置的光轴偏移的方向照明，测定被曝光投影在显像体上的相互形状不同的第1以及第2的各掩膜图案的像之间的相对距离。因而，不需要使用特殊的掩膜，或者进行双重曝光等的繁杂的曝光操作。另外，在可以排除掩膜以及基片的位置确定误差的同时，使用所谓的对准偏移检查装置等的一般的检查装置，测定第1以及第2的各掩膜图案的像之间的相对距离，由此可以调查曝光装置的光学系统的状态。另外，为了解决上述问题，本专利技术的补正焦点位置的曝光方法的特征在于用本专利技术的曝光装置的检查方法测定上述曝光装置具备的投影光学系统的焦点位置，根据该测定结果使上述半导体基片沿着上述曝光装置的光轴方向移动，在配置在上述投影光学系统的适宜的焦点位置上后，在上述感光性材料上曝光投影上述掩膜图案的像进行复制。在补正该焦点位置的曝光方法中，用本专利技术的曝光装置的检查方法测定投影光学系统的焦点位置，在根据该测定结果把半导体基片配置在投影光学系统的适宜的焦点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种曝光装置的检查方法，其特征在于：从曝光装置的光轴偏移的方向照射形成有掩膜图案的掩膜，该掩膜图案包含至少一组相互形状不同的第１掩膜图案以及第２掩膜图案，向显像体曝光投影上述掩膜图案的像，通过测定被曝光投影在上述显像体上的上述第１以及第２各掩膜图案的像之间的相对距离，调查上述曝光装置的光学系统的状态。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤隆，三本木省次，池田隆洋，井上壮一，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：JP[日本]