聚焦测定方法和半导体装置的制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供聚焦测定方法和半导体装置的制造方法，其能够正确地测定聚焦值和聚焦偏移量。利用由电子束照射引起的抗蚀剂图形的收缩量依赖于聚焦值进行变化的情况求取聚焦值。在求取聚焦值的情况下，对通过聚焦值测定对象的曝光形成的聚焦测定用抗蚀剂图形的收缩量进行测定。与该收缩量对应的聚焦值从预先取得的收缩量的聚焦依赖性求取。聚焦偏移量能够由该聚焦值和最佳聚焦值的差确定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及在光刻工序中测定并调整曝光聚焦的方法以及使 用该方法的半导体装置的制造方法。
技术介绍
历来，为了形成半导体集成电路的微细元件图形，使用曝光装置 (步进式曝光装置等)。曝光装置对形成在半导体基板上的具有感光性的光致抗蚀剂膜进行形成标线(^千^ A: reticle)上的掩模图形的像 的投影曝光。通过对曝光后的抗蚀剂(resist)膜进行显影，将被投影 的掩模图形在抗蚀剂膜上图形化。为了获得具有设计的预定的剖面形 状和尺寸的抗蚀剂图形，必需在抗蚀剂上没有聚焦偏移地将标线上的 掩模图形投影到光致抗蚀剂膜上。作为在半导体集成电路的光刻工序 中确认有无聚焦偏移的方法，在专利文献1中记载了一种聚焦偏移的 测定方法。以下对在专利文献1中记载的聚焦偏移的测定方法和最佳聚焦的 确定方法的概要进行说明。在这种方法中，在抗蚀剂膜上形成孤立线 (line)图形和孤立区域(space)图形，利用这些图形尺寸的聚焦依赖 性检测聚焦偏移量。图9是表示上述孤立线图形和孤立区域图形的剖 面图。在该方法中，测定孤立线图形200的顶部尺寸201、孤立线图形 200的底部尺寸202、孤立区域(space)图形210的顶部尺寸203、和 孤立区域图形210的底部尺寸204。在孤立线图形200中测定的尺寸是 线宽，在孤立区域图形210中测定的尺寸是区域宽度。图10是表示各尺寸201 204的聚焦依赖性的示意图。图IO (a) 是孤立线图形200的聚焦依赖性，图10 (b)是孤立区域图形210的聚 焦依赖性。图10 (a)的横轴表示聚焦值，纵轴表示孤立线图形200的 标准化倾斜量ALn。标准化倾斜量ALn是作为从顶部尺寸201减去底 部尺寸202的所得的值的倾斜量AL、与最佳聚焦时的倾斜量ALo的差ALn二AL—ALo。此外，图10 (b)的横轴表示聚焦值，纵轴表示 孤立区域图形210的标准化倾斜量A Sn。标准化倾斜量A Sn是作为从 顶部尺寸203减去底部尺寸204的所得的值的倾斜量A S、与最佳聚焦 时的倾斜量ASo的差ASn二AS—ASo。在图10 (a)和图10 (b)所 示的图表中，可以将纵轴的值为零的聚焦值作为各个图形200、 210中 的最佳聚焦值。图11是表示图lO所示的标准化倾斜量ALn和ASn的和(以下称 为偏移指数)的聚焦依赖性的图。这里，图11的横轴表示聚焦值，纵 轴表示偏移指数。如图11所示，通常，偏移指数表示相对于聚焦值具 有一定倾斜的变化。在图ll所示的关系中，偏移指数为零的聚焦值能 够认为是满足孤立线图形200和孤立区域图形210双方的最佳聚焦值。因而，在半导体装置的曝光工序中，在半导体基板上对图形进行 曝光之前，首先，测定孤立线图形200和孤立区域图形210的顶部尺 寸201、 203、以及底部尺寸202、 204，计算其结果并预先取得图11 所示的偏移指数的聚焦依赖性。然后，对在实际的图形曝光时形成的 孤立线图形200和孤立区域图形210的顶部尺寸201、 203以及底部尺 寸202、 204进行测定并计算其偏移指数，与该图表进行比较。由此， 能够容易地计算出曝光时的实际聚焦值相对于最佳聚焦指的偏移程 度。此方法能够容易并正确地检测聚焦偏移的有无和聚焦偏移量，是 一种非常有用的聚焦测定方法。但是，近年来，随着半导体集成电路元件图形的尺寸的不断微细 化，其最小尺寸已经达到65nm或65nm以下。为了形成具有这种微细 尺寸的半导体元件，例如，采用使用短波长的ArF激光(波长193nm) 的受激准分子激光光刻法。与此前的以酚醛(novolak)树脂为主体的 i线等的抗蚀剂材料不同，与受激准分子激光光刻对应的化学增强型抗 蚀剂(chemically amplified resist)因其化学特性在照射用于测定抗蚀剂 尺寸的电子束时发生收縮(shrink)。尽管在以前使用的抗蚀剂中也存 在因电子束照射而发生收縮的现象，但是ArF用抗蚀剂因具有丙烯类 聚合物的化学特性而使得收縮量变得特别大。上述那样因电子束而发 生的收縮认为是因为抗蚀剂中的残存溶剂的蒸发和电子束照射引起的 聚合物(Polymer)键的切断而发生的。因这种收縮而导致测定值产生6误差，相应地使得聚焦测定的精度恶化。此外，在使用ArF激光光刻的制造工艺世代中，因为抗蚀剂图形 宽度本身小，所以相对于抗蚀剂图形的尺寸而言收縮为为不能忽视的 大小。例如，针对大约100nm宽的ArF线图形，在同一位置测定10 次时，由于测定时的电子束照射而发生收缩，使得在从第1次到第10 次的测定值之间产生1.9nm的偏差。进一步，由于因电子束照射而发生收縮，所以在测定的同时图形 发生收缩，在测定值中产生误差。如上所述，在测定同一位置IO次时， 不仅在从第1次到第10次之间发生收縮，即使在从第0次到第1次之 间也发生收缩。如果是先前的例子，在从第0次到第1次之间发生lnm 的收縮，结果是，因10次测定发生的收縮量合计为2.9nm。因此，在 实际的ArF抗蚀剂测定中，使用预先制作的收縮曲线，由测定装置计 算收縮前的测定值。测定装置预先确定表示抗蚀剂图形的收縮量与测 定用电子束的扫描次数之间的关系的收縮曲线，在进行通常的图形测 定时将实测值代入收縮曲线，计算在曲线表示的电子束扫描次数为零 点处的尺寸。然而，在使用化学增强型的高灵敏度抗蚀剂的最小尺寸为250nm 以下的微细工艺中、特别是要求65nm、 45nm等小于100nm的微细尺 寸加工的工艺中，由于抗蚀剂膜的收縮而存在难以进行聚焦测定的问 题，希望获得一种适合于这种工艺的聚焦测定。专利文献h日本特开2005 — 12158号公报
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于，提供一种即使在收缩量相对较大的微 细抗蚀剂图形中也能够正确且容易地进行聚焦测定的方法以及使用这 种方法的半导体制造方法。为了实现上述目的，本专利技术对通过曝光而被形成的抗蚀剂图形反 复测定n次。相对于同一图形，从第n次的尺寸值减去第1次的尺寸 值，能够根据其差值求取因反复测定而发生的抗蚀剂图形的收縮量。 取得每次聚焦变化的数据，预先准备聚焦依赖性的模式数据。利用在 制作模式数据时计测的图形种类、图形宽度，进行求取收縮量的测定并与模式数据迸行比较，能够逆运算该收缩量位于哪个聚焦值上。通过这样反复测定同一抗蚀剂图形，根据收缩变化的大小并参照聚焦依赖性结果，计算出最佳聚焦值的偏移量。进一步，能够根据这样求得的聚焦值形成与最佳聚焦值的差，还能够求取上述聚焦测定对象的曝光中的聚焦修正量。 专利技术的效果根据本专利技术，即使在收縮量相对较大的微细图形中，也能够以少 的数据量求取正确的聚焦值和聚焦偏移量。然后，按照聚焦偏移量， 在每次曝光或每个曝光单位(批次)进行聚焦调整，由此，能够抑制 聚焦偏移的增大，并能够形成精度高的抗蚀剂图形。其结果，能够以 高的制造成品率形成半导体装置。附图说明图1 (a)、 (b)是表示本专利技术的一个实施方式中的收縮的测定图形的SEM照片的图。图2是表示本专利技术的一个实施方式中的收縮的聚焦依赖性的图。 图3是表示在本专利技术的一个实施方式中基于电子束照射次数的聚焦依赖性的变化的图。图4 (a)、 (b)是本专利技术的一个实施方式中的基于抗蚀剂图形的测定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚焦测定方法，其特征在于，包括：　准备在曝光装置中设定的聚焦值与抗蚀剂图形的收缩量的对应关系的工序，其中，所述抗蚀剂图形的收缩量是对通过该聚焦值下的曝光在基板上形成的抗蚀剂图形的尺寸测定多次而获得的；　对通过曝光装置的在设定 聚焦值下的曝光在聚焦测定对象的基板上形成的所述抗蚀剂图形的尺寸进行多次测定的工序；　根据所述测定结果，求取通过所述设定聚焦值下的曝光形成的所述抗蚀剂图形的收缩量的工序；和　根据所述对应关系，求取与所述求得的收缩量对应的聚焦值的工 序。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：井出理美子，野田研二，福本博文，旭宪一，氏丸直彦，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]