专利名称：监测、曝光、腐蚀方法、半导体器件制造方法及曝光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及高精度地监测微细加工图形的宽度的方法。而且，本发明涉及使用该监测方法的曝光方法、腐蚀方法、半导体器件的制造方法及曝光处理装置。
背景技术：
半导体器件的性能极大地被微细图形的尺寸精度所左右。在微细加工中，以光刻形成的抗蚀剂图形作为掩模，对绝缘膜或导电膜等衬底膜进行干法腐蚀加工。在半导体器件制造中，提高半导体衬底表面的加工尺寸精度是重大课题之一，要求以更高精度来控制用于提高光刻和干法腐蚀的加工精度的诸多图形。
光刻工序使用曝光装置、例如缩小投影曝光装置(步进式)，在涂敷了作为感光剂的抗蚀剂膜的半导体衬底上进行半导体器件图形的复制。具体地说，从光源射出的光透过描绘了要复制的半导体器件图形的原版，在用光学系统缩小后，形成对半导体衬底投影的抗蚀剂图形。在使用了缩小投影曝光装置的图形形成中，曝光装置的析像力根据光学理论通过下式提供。
R＝k1λ/NA (1)DOF＝k2λ/NA2(2)这里，R表示析像力，DOF表示聚焦深度。此外，各个参数k1、k2表示工序系数，λ表示曝光波长，NA表示数值孔径。因此，对于半导体器件的微细化要求来说，至今进行着曝光波长的短波长化、投影透镜的高NA化和与此相应的工序改善。但是，对于近年来半导体器件的进一步微细化要求，非常难以确保曝光量裕度和聚焦深度。因此，为了有效地灵活使用少的曝光范围，提高加工尺寸精度而不导致成品率的下降，需要进行更高精度的曝光量和聚焦管理。
例如，即使在半导体衬底上将多个半导体器件图形按相同的设定曝光量进行曝光时，因半导体衬底表面的平坦性、抗蚀剂膜的半导体衬底表面膜厚分布、或曝光后尖峰(PEB)和显像的半导体衬底表面不均匀性等原因，在半导体衬底表面中适当曝光量出现偏差，因此造成成品率下降。
如果关注曝光量管理，则在集成电路技术、检验和工序控制4(SPIEVol.1261 Integrated Circuit Metrology，Inspection，and Process Control4(1990)p.315)和(日本)特开2000-310850号公报中，披露了曝光量监测方法的建议。这些建议的特征在于，在使用的缩小投影曝光装置中，在半导体衬底上按不进行析像的节距，通过配置沿一方向连续改变透过部和遮光部的尺寸比(占空比)的图形，在曝光量上具有倾斜分布来进行曝光。根据该方法，可以知道抗蚀剂掩模图形形成的有效的合适曝光量的变动分布。
此外，为了降低光刻工序后的半导体衬底上的图形尺寸精度偏差，将半导体衬底区分为几个区域，对每个区域设定曝光量的曝光方法披露于(日本)特开平10-270320号公报。但是，在该方法中，由于设定曝光量的近似精度不太高，所以还不能认为是有效的校正方法。
干法腐蚀工序接续光刻工序。在干法腐蚀工序中，以光刻工序形成的抗蚀剂图形作为掩模，通过形成气体等离子体来进行生成的离子轰击，对半导体衬底上的衬底膜进行腐蚀加工。干法腐蚀的加工尺寸精度不仅受到衬底温度、气体流量、等离子体密度、自偏置电压等腐蚀条件的影响，还受到抗蚀剂掩模的形状的影响。因此，难以分离地测定干法腐蚀和光刻各自的影响，不可能直接地进行监测。
此外，就实现高精度的微细加工控制来说，微细图形的宽度监测技术也同样重要。以往，在该宽度监测中，使用扫描型电子显微镜(SEM)。但是，在SEM测定中，存在以下问题(1)因图形微细化，接近SEM的测定限度，不能获得充分的测定精度；(2)因电子束照射，在抗蚀剂膜、衬底膜或半导体衬底上容易产生损伤等。
如上所述，在微细加工中，为了寻求半导体器件的图形尺寸方法的加工精度和均匀性，关键在于高精度地控制光刻的曝光条件和干法腐蚀的腐蚀条件等。但是，在简便并且高精度地测定微细图形而不对半导体衬底产生损伤的方法上存在问题。而且，由于难以分离并高精度地测定光刻和干法腐蚀各工序在微细加工上产生的影响，所以存在不能有效地进行半导体器件的加工控制的问题。
发明内容
本发明的目的在于解决这样的课题，提供可以简便并且高精度地观测微细加工图形的宽度的监测方法、以及采用监测方法的曝光方法、半导体器件的制造方法、腐蚀方法和曝光处理装置。为了解决上述课题，本发明的第1方案提供一种监测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤(1)在衬底膜上形成至少一边有对所述衬底膜的表面倾斜的倾斜侧壁的监测抗蚀剂图形，测定与所述倾斜侧壁和所述衬底膜相交方向垂直的方向上的所述监测抗蚀剂图形的宽度的步骤；(2)以所述监测抗蚀剂图形作为掩模，选择性腐蚀所述衬底膜来形成监测衬底膜图形，测定所述垂直方向的所述监测衬底膜图形的宽度的步骤；以及(3)根据所述监测抗蚀剂图形的宽度和所述监测衬底膜图形的宽度之差，获得所述监测抗蚀剂图形和所述监测衬底膜图形的偏移宽度的步骤。根据本发明的第1方案，可以提供简便并且高精度地测定微细加工图形的宽度的监测方法。本发明的第2方案包括将半导体衬底1区分为多个曝光区域的步骤，以及按半导体衬底1的位置坐标函数来近似设定多个曝光区域的曝光量的步骤。根据本发明的第2方案，可以提供使微细加工的精度和均匀性提高的曝光方法。本发明的第3方案提供一种半导体器件的制造方法，其特征在于，该方法包括以下工序(1)在被区分为多个的半导体衬底的曝光区域中，按所述半导体衬底的位置坐标的函数来近似设定每个所述曝光区域的曝光量的工序；(2)在所述半导体衬底上形成衬底膜的工序；(3)形成有对所述衬底膜的表面倾斜的倾斜侧壁的监测抗蚀剂图形的工序；(4)以所述监测抗蚀剂图形作为掩模，按规定的腐蚀条件选择性腐蚀所述衬底膜来形成监测衬底膜图形的工序；(5)对每个曝光区域测定所述监测衬底膜图形的偏移宽度的偏移宽度分布测定的工序；以及(6)将所述偏移宽度分布的偏差与规定的基准值比较，在所述偏差小于所述基准值时，原样保持所述曝光区域的所述曝光量的设定并进行后面的处理，而在所述偏差超过所述基准值时，再次按所述半导体衬底的位置坐标的函数来近似所述偏移宽度分布，计算设定每个所述曝光区域的曝光量，进行后面的处理的工序。根据本发明的第3方案，可以提供使用提高微细加工的精度和均匀性的曝光方法的半导体器件的制造方法。本发明的第4方案提供一种腐蚀方法，其特征在于，该方法包括以下工序(1)在每个被区分为多个的半导体衬底的曝光区域中，设定规定的曝光量的工序；(2)在所述半导体衬底上形成衬底膜的工序；(3)在所述衬底膜上涂敷抗蚀剂膜的工序；(4)形成有对所述衬底膜的表面倾斜的倾斜侧壁的监测抗蚀剂图形的工序；(5)对每个所述曝光区域测定所述监测抗蚀剂图形的偏移宽度的工序；(6)以所述监测抗蚀剂图形作为掩模，按规定的腐蚀条件选择性腐蚀所述衬底膜来形成监测衬底膜图形的工序；(7)对每个所述曝光区域测定所述监测衬底膜图形的偏移宽度的工序；以及(8)获得所述监测衬底膜图形的偏移宽度和所述监测抗蚀剂图形的偏移宽度之差，取得偏移宽度差分布，将偏移宽度的偏差与规定的基准值比较，在所述偏差小于所述基准值时，原样保持所述腐蚀条件的设定并进行后面的处理，而在所述偏差超过所述基准值时，变更所述腐蚀条件的设定，再次重复进行上述处理的工序。根据本发明的第4方案，可以提供使用提高微细加工的精度和均匀性的宽度监测方法的腐蚀方法。本发明的第5方案提供一种半导体器件的制造方法，其特征在于，该方法包括以下工序(1)在每个被区分为多个的半导体衬底的曝光区域中，设定规定的曝光量的工序；(2)在所述半导体衬底上形成衬底膜的工序；(3)在所述衬底膜上涂敷抗蚀剂膜的工序；(4)形成有对所述衬底膜的表面倾斜的倾斜侧壁的监测抗蚀剂图形的工序；(5)对每个所述曝光区域测定所述监测抗蚀剂图形的偏移宽度的工序；(6)以所述监测抗蚀剂图形作为掩模，按规定的腐蚀条件选择性腐蚀所述衬底膜来形成监测衬底膜图形的工序；(7)对每个所述曝光区域测定所述监测衬底膜图形的偏移宽度的工序；以及(8)获得所述监测衬底膜图形的偏移宽度和所述监测抗蚀剂图形的偏移宽度之差，取得偏移宽度差分布，将偏移宽度的偏差与规定的基准值比较，在所述偏差小于所述基准值时，原样保持所述腐蚀条件的设定并进行后面的处理，而在所述偏差超过所述基准值时，变更所述腐蚀条件的设定，再次重复进行上述处理，借此设定新的腐蚀条件的工序。根据本发明的第5方案，可以提供使用了提高微细加工的精度和均匀性的腐蚀方法的半导体器件的制造方法。本发明的第6方案提供一种曝光处理装置，其特征在于，该装置包括数据输入模块，在半导体衬底上使用对被区分为多个的曝光区域逐次曝光的曝光装置，对每个所述曝光区域取得配置的图形的偏移宽度；曝光量计算模块，将所述偏移宽度按规定的关系式变换为有效曝光量；校正系数计算模块，基于所述半导体衬底的位置坐标函数来近似每个所述曝光区域的所述有效曝光量的分布，并计算校正系数；以及数据输出模块，将根据所述校正系数校正后的所述曝光区域的曝光量输出到曝光装置控制单元。根据本发明的第6方案，可以提供提高微细加工的精度和均匀性的曝光处理装置。在本发明的第2、第3和第6方案中，将半导体衬底区分为规定的曝光区域进行曝光并形成图形，根据对每个曝光区域测定该图形的偏移宽度所获得的偏移宽度分布来计算函数，该函数最好是半导体衬底的位置坐标的2次以上的n次多项式。在本发明的第2和第6方案中，图形最好是至少一边有对半导体衬底的表面倾斜的倾斜侧壁的监测抗蚀剂图形。此外，在本发明的第2和第6方案中，图形最好是以监测抗蚀剂图形作为掩模并进行选择性腐蚀形成的监测衬底膜图形。在本发明的第1～第6方案中，与监测抗蚀剂图形的倾斜侧壁对置的侧壁相对于衬底膜表面的角度最好大约为直角。此外，在本发明的第1～第6方案中，监测抗蚀剂图形最好是通过按规定的节距单调地变化透光特性的衍射栅图形来曝光形成。衍射栅的节距P在所述光源波长为λ、所述透镜数值孔径为NA、所述相干性因数为σ时，最好满足P＜λ/(NA×(1+σ))的条件。
图1是表示本发明第1实施方式的用于监测方法的半导体衬底一例的剖面图。
图2是本发明第1实施方式的用于监测方法的曝光装置的示意结构图。
图3是用于说明本发明的第1实施方式的监测方法的图，表示抗蚀剂的曝光量的残膜特性的图。
图4是用于说明本发明第1实施方式的监测方法的图，图4(a)表示原版的剖面图，图4(b)表示曝光光的透过特性的图，而图4(c)是形成的抗蚀剂图形的剖面图的一例。
图5是用于说明本发明第1实施方式的监测方法的图，表示使用的原版的一例的剖面图。
图6是用于说明本发明的第1实施方式的监测方法图，表示曝光方法的一例。
图7是用于说明本发明的第1实施方式的监测方法的图，表示原版的开口率与曝光光的透过特性的一例。
图8表示本发明的第1实施方式的用于监测方法的原版的一例，图8(a)是平面图，图8(b)是剖面图。
图9说明本发明的第1实施方式的监测方法，图9(a)是原版的剖面图，图9(b)是表示曝光光的透过特性的图，而图9(c)是形成的监测抗蚀剂图形的剖面图的一例。
图10是表示基于本发明的第1实施方式的监测方法的偏移宽度与倾斜侧壁角度的关系图。
图11是用于说明本发明的第1实施方式的监测方法的工序剖面图的一例。
图12是本发明的第1实施方式的用于监测方法的原版的剖面图一例。
图13(a)是以说明本发明的第1实施方式的监测方法的工序获得的监测抗蚀剂图形、以及图13(b)是该监测衬底膜图形的剖面图的一例。
图14是表示基于图2的曝光装置的半导体衬底的曝光拍照位置的图。
图15是表示基于本发明的第1实施方式的监测方法的(a)行/间隔衬底膜图形的位移宽度、以及(b)监测衬底膜图形的偏移宽度分布的一例的图。
图16是用于说明本发明的第1实施方式的变形例的监测方法的图，是表示原版的一例的图。
图17是由本发明的第1实施方式的变形例的监测方法获得的(a)监测抗蚀剂图形、以及(b)监测衬底膜图形的平面图的一例。
图18是由本发明的第1实施方式的变形例监测方法获得的(a)监测抗蚀剂图形、以及(b)监测衬底膜图形的剖面图的一例。
图19是表示用于说明本发明的第2实施方式的监测方法的位置偏移监测图形的一例平面图。
图20是用于说明本发明的第2实施方式的监测方法的工序剖面图的一例。
图21是本发明的第2实施方式的用于监测方法的原版的剖面图的一例。
图22是以说明本发明的第2实施方式的监测方法的工序获得的(a)监测抗蚀剂图形、以及(b)监测衬底膜图形的剖面图的一例。
图23是由本发明的第2实施方式的监测方法获得的(a)位置偏移监测抗蚀剂图形、以及(b)位置偏移监测衬底膜图形的平面图的一例。
图24是表示用于说明本发明的第2实施方式的监测方法的位置偏移监测图形的另一例的平面图。
图25是表示用于说明本发明的第2实施方式的监测方法的位置偏移监测图形的又一例的平面图。
图26是本发明的第3实施方式的用于曝光方法的曝光系统的示意结构图。
图27是用于说明本发明的曝光方法的抗蚀剂图形的偏移宽度和曝光量设定值的关系的图。
图28是表示用于说明本发明的曝光方法的行/间隔抗蚀剂图形的位移宽度分布的一例的图。
图29是表示用于说明本发明的曝光方法有效曝光量分布的一例的图。
图30是表示由本发明的曝光方法获得的行/间隔抗蚀剂图形的位移宽度分布的一例的图。
图31是表示由本发明的曝光方法获得的有效曝光量分布的一例的图。
图32是表示用于说明本发明的曝光方法的工序一例的流程图。
图33是本发明变形例的用于曝光方法的曝光系统的示意结构图。
图34是表示用于说明本发明实施例的干法腐蚀控制方法的工序一例的流程图。
图35是表示对于由本发明实施例的干法腐蚀控制方法获得的抗蚀剂图形的有效曝光量分布的一例的图。
图36是表示对于由本发明实施例的干法腐蚀控制方法获得的衬底硅氧化膜图形的有效曝光量分布的一例的图。
图37是表示由本发明实施例的干法腐蚀控制方法获得的有效曝光量差的分布一例的图。标号说明1 半导体衬底2 衬底膜3 抗蚀剂膜4 4a～4e 原版5 透明衬底6 6a～6m 遮光膜7 曝光光8 0次衍射光9 1次衍射光10 瞳孔光圈11 抗蚀剂图形12 12a 12b 32a～32c监测衬底膜图形13 13a 13b 33a～33c监测抗蚀剂图形14a 14b基准位置抗蚀剂图形15 曝光测试图形16 16a～16h 17 曝光监测图形18 行/间隔图形19 基准位置图形20 倾斜侧壁21 陡角度侧壁22 行/间隔衬底膜图形23 行/间隔抗蚀剂图形24a 24b基准位置衬底膜图形26 位置偏移监测图形，27 位置偏移监测抗蚀剂图形28 位置偏移监测衬底膜图形40 照明光学系统
41光源42快门44照明透镜系统46投影光学系统48载物台50曝光装置51曝光装置控制单元52照明光学系统模块53投影光学系统模块54对准系统模块55载物台驱动系统模块60曝光处理单元61处理条件输入模块62数据输入模块，曝光量计算模块64校正系数计算模块65数据输出模块66存储装置70对合偏移检查装置71对合偏移检查控制模块80干法腐蚀装置81干法腐蚀装置控制模块90局域网91主计算机具体实施方式
以下参照附图来说明本发明的第1和第2实施方式。在以下的附图记载中，对相同或类似的部分附以类似的标号。但是，应该指出，附图是示意性的，厚度和平面尺寸的关系、各层的厚度比率等与实际情况有所不同。因此，具体的厚度和尺寸应该参照以下的说明来判断。此外，当然附图相互间也包含相互的尺寸关系和比率不同的部分。
(第1实施方式)在本发明的第1实施方式的监测方法中，如图1(a)所示，在半导体衬底1上堆积的例如硅氧化膜(SiO2)构成的衬底膜2表面上，形成有与表面形成的角为缓慢角度θ的倾斜侧壁20和接近90度的陡角度侧壁21的监测抗蚀剂图形13。以监测抗蚀剂图形13作为掩模，对衬底膜2进行干法腐蚀后，除去监测抗蚀剂图形13，测定图1(b)所示的监测衬底膜图形12的偏移宽度Δs。
监测抗蚀剂图形13的侧壁形状例如在反应性离子腐蚀(RIE)那样的各向异性干法腐蚀的情况下，对图形的精加工宽度产生影响。即，在对半导体衬底表面沿垂直方向进行加工的RIE工序中，离子几乎照射不到监测抗蚀剂图形13的陡角度侧壁21，而倾斜侧壁20被离子轰击，因而被腐蚀。在倾斜侧壁20中，在RIE中，监测抗蚀剂图形13的边缘位置缩小后退。一般地，该后退宽度△s依赖于图形侧壁的倾斜角θ的大小，倾斜角越小，后退宽度越大。另一方面，在接近垂直的陡角度侧壁21中，边缘位置几乎不后退。因此，边缘位置的后退偏移宽度Δs放大反映了对RIE的加工图形尺寸的影响，可以用于RIE的加工精度的评价。此外，根据偏移宽度Δs的表面分布可调查RIE加工的均匀性。
本发明第1实施方式的用于说明光刻工序的曝光装置50为图2所示的缩小投影曝光装置(步进式曝光装置)，缩小比为1∶5。由光源41、快门42及照明透镜系统44构成照明光学系统40。作为光源41，使用波长λ为248nm的氟化氪(KrF)受激准分子激光，在照明透镜系统44中，包含蝇眼透镜和聚光镜。照明光学系统的相干性因数σ为0.75。投影光学系统46由投影透镜和瞳孔光圈等构成，透镜数值孔径NA为0.6。曝光光7将照明光学系统45和投影光学系统46之间设置的原版4的图形缩小投影到载物台48上的半导体衬底1上。每拍照的曝光范围为20mm角度。再有，为了简化说明，设曝光装置50的缩小比为1∶5，但当然也可以为任意的缩小比。在以下的说明中，作为原版4上的图形尺寸，只要不事先说明，就换算记述为缩小投影在半导体衬底1上的尺寸。
用于说明本发明第1实施方式的抗蚀剂的灵敏度曲线如图3所示，在某个曝光量EXc以上时具有灵敏度。按EXc以上的曝光量进行了曝光的抗蚀剂膜通过在显像工序中进行溶解，其膜厚减小，在EX0以上的曝光量时完全溶解。通常，从裕度来看，提供EX0以上的曝光量EX。在EXc和EX0间的中间区域，尽管抗蚀剂膜进行膜厚减少，但不除去地残留在衬底表面上。再有，如果使曝光量远远大于EX0，进行所谓的过曝光，则尽管没有抗蚀剂残膜，但要保留的抗蚀剂图形宽度也会减小。因此，曝光量的设定使用百分之几十的过曝光量作为EX。
图4(a)所示的原版4a在石英衬底等透明衬底5的一部分上设置遮挡曝光光的遮光膜6。一般地，作为遮光膜6，使用铬等金属膜，但如果对于曝光光具有充分遮光性，则也可以使用其他材料，例如合金、金属氧化物或有机物等。使用该原版，如果对涂敷了抗蚀剂膜的半导体衬底1以曝光量EX进行曝光，则如图4(b)所示，在原版4a的与遮光膜6的边缘相当的曝光位置，可获得曝光量从0急剧地变化到EX的光学像。这里，原版4a的遮光膜6的曝光光透过率为0％，只在没有遮光膜6的透明衬底5的透过部中为100％。该光学像按照抗蚀剂的灵敏度曲线被复制在抗蚀剂膜上，如图4(c)所示，形成抗蚀剂图形11。半导体衬底1上形成的抗蚀剂图形11的边缘按照图4(b)所示的曝光强度成为几乎垂直的陡角度侧壁21。
接着，如图5所示，在透明衬底5上，考虑节距P满足以下条件的细遮光膜6的配置了衍射栅的曝光测试图形15的原版4b。
P＜λ/NA(1+σ)(3)其中，P是缩小投影的图形的节距，如上所述，在原版4b上为5倍的尺寸。在节距P满足式(3)的条件时，原版4b投影的图形在衬底上不被析像。本发明第1实施方式的曝光装置50(λ248nm、NA0.6、σ0.75)的情况下满足式(3)的条件的节距P大致为234nm以下。如图6所示，曝光强度EX的曝光光7通过原版4b的曝光测试图形15进行衍射，而1次衍射光9被曝光装置的投影光学系统46的瞳孔光圈10遮挡，不能到达半导体衬底表面上。即，在半导体衬底表面上，仅产生一样的0次衍射光8的分布，衍射栅图形不成像。
图7是按满足式(3)的固定节距P，使用曝光测试图形15的衍射栅的开口率不同的原版4b，测定透过半导体衬底1的曝光光的0次衍射光8的强度的结果。这里，透光强度以相对于入射曝光强度EX的比来表示。如果衍射栅开口率从0增加到100％，则与其相对应，如图7所示，透光强度从0增加到1。由此，只要排列按规定的比例改变了衍射栅的开口率的图形，则可以有效地形成具有曝光光的透过率分布的曝光图形。
如图8(a)和图8(b)所示，本发明第1实施方式的说明中使用的原版4c的曝光监测图形16，是按满足式(3)条件的固定节距P通过在透明衬底5上以一定的比例增加多个遮光膜6a～6m的宽度来连续地改变开口率的衍射栅。遮光膜6a的面对纸面右侧的开口率为100％，遮光膜6m的开口率为0％。
如图9(a)所示，按曝光量EX向有曝光监测图形16的原版4c进行照射，对涂敷了抗蚀剂膜的半导体衬底1进行曝光。例如，如果以曝光监测图形16的遮光膜6m左侧的边缘作为基点，则如图9(b)所示，获得的光学像向纸面右边平缓地增加曝光强度，在曝光监测图形16的遮光膜6a右侧的边缘具有曝光强度达到1的分布。曝光量EX远大于EX0，所以根据图3所示的抗蚀剂的灵敏度曲线，可获得被复制在半导体衬底1上的抗蚀剂膜上、如图9(c)所示的监测抗蚀剂图形13。即，在曝光强度比EXc/EX小的范围所对应的曝光位置，抗蚀剂膜原样保留，在EXc/EX～EX0/EX间形成监测抗蚀剂图形13的倾斜侧壁20。再有，在与EX0/EX～1间对应的曝光位置抗蚀剂膜被除去，所以如图所示，监测抗蚀剂图形13从曝光监测图形16的遮光膜6a侧的边缘缩小后退。倾斜侧壁20的角度θ可通过改变开口率的变化比例来调整。例如，在将原版的节距P一定为190nm，开口率按固定的5nm宽度变化时，曝光监测图形16的总宽度约为7.2μm。形成的监测抗蚀剂图形13通过入射曝光量缩小的宽度有所不同，倾斜侧壁20的角度θ约为60度。在将开口率的变化宽度减小为2.5nm的曝光监测图形的情况下，监测抗蚀剂图形的倾斜侧壁的角度θ约为25度，进一步变小。再有，这种情况下的曝光监测图形的总长为14.4μm。
于是，根据曝光监测图形16的开口率的变化比例，可以控制在半导体衬底1上形成的监测抗蚀剂图形13的侧壁形状。
图1(a)所示的本发明第1实施方式的监测抗蚀剂图形13从图8所示的曝光监测图形16投影复制。以监测抗蚀剂图形13作为掩模，由RIE形成的监测衬底膜图形12通过监测抗蚀剂图形13的倾斜侧壁20侧的抗蚀剂在RIE中被腐蚀，与监测抗蚀剂图形13相比仅缩小偏移宽度Δs。监测抗蚀剂图形13的陡角度侧壁21对应的监测衬底膜图形12的边缘形成在与监测抗蚀剂图形13的边缘大致相同的位置。而监测抗蚀剂图形13如图9(c)的说明，在光刻工序中被缩小得小于曝光监测图形16的宽度。因此，预先求出曝光显像后的监测抗蚀剂图形13的图形宽度，通过减去腐蚀后的监测衬底膜图形12的图形宽度，求出偏移宽度Δs。
图10是对于RIE的腐蚀时间来表示对于监测抗蚀剂图形13的倾斜侧壁20的角度θ的监测衬底膜图形12的偏移宽度Δs的图。θ变小，即随着抗蚀剂图形的剖面形状伏俯，偏移宽度Δs增加，而依赖于腐蚀时间，偏移宽度Δs的变化变大。例如，在使用了角度θ为60度的监测抗蚀剂图形13时，监测衬底膜图形12的偏移宽度Δs在RIE时间60秒时约为90nm。即使考虑了光刻工序中的监测抗蚀剂图形13的缩小，也可以按几μm宽度来形成监测衬底膜图形12，可以不采用使用电荷束的SEM等的计测方法，而采用光学的计测方法。图10所示的监测衬底膜图形12的总宽度约为6μm。图10的偏移宽度的测定使用光学式的对合偏移检查装置。对合偏移检查装置的测定精度为±1nm，与SEM的测定精度(±5nm)相比，可以高精度地测定偏移宽度Δs。
根据图11，说明实施本发明第1实施方式的监测方法的工序。如图14所示，使用的半导体衬底1是直径200mm的Si半导体衬底。半导体衬底1表面内的位置以半导体衬底1的中心为原点(0，0)，用位置坐标(x，y)表示。这里，坐标x、y用mm单位表示。此外，设曝光装置50的半导体衬底1上的拍照位置为S(x，y)。这里，S(x，y)用曝光拍照区域20mm角的中心坐标(x，y)表示。拍照位置S(0，0)是用位置坐标(-10、-10)、 (-10、10)、(10、10)、(10、-10)指定的正方形区域。此外，沿x轴拍照位置为S(-80，0)、S(-60，0)、S(-40，0)、…、S(80，0)，沿y轴为S(0，-80)、S(0，-60)、S(0，-40)、…、S(0，80)。在直径200mm的整个半导体衬底1中，成为图14中方格状描绘的共计61点的拍照位置。在以上条件下进行以下步骤。
(1)首先，如图11(a)所示，在半导体衬底1上形成厚度200nm的衬底膜2。而且，在衬底膜2上，如图11(b)所示，通过旋转涂敷形成厚度600nm的抗蚀剂膜3。
(2)使用曝光装置50(参照图2)，将图12所示的原版4d的图形曝光在半导体衬底1表面的抗蚀剂膜3上。这里，在原版4d中，配置透明衬底5上作为期望图形的行/间隔(L/S)图形18、以及本发明第1实施方式的曝光监测图形16。如图12所示，L/S图形18和曝光监测图形16是按固定的节距P来排列面对纸面在垂直方向上延长的多个遮光膜6和遮光膜6a～6l的图形。L/S图形18的遮光膜6的宽度及节距P分别为固定值150nm和300nm，曝光监测图形16是使节距P固定为190nm并按固定比例来增加遮光膜6a～6l的宽度的图形。在第1实施方式中，曝光监测图形16的遮光膜的增加宽度为5nm，在图12中，为了简化，以遮光膜6a～6l为代表示出，但实际上为38个遮光膜，总长为7.2μm。如上所述，根据式(3)的节距P的条件，L/S图形18在半导体衬底1上进行析像，曝光监测图形16不进行析像。
(3)在抗蚀剂膜3曝光后进行规定的显像处理，如图11(c)所示，获得行/间隔抗蚀剂图形23和监测抗蚀剂图形13。通过搭载了SEM和CCD摄像机的光学式的对合偏移检查装置，分别测定获得的行/间隔抗蚀剂图形23和监测抗蚀剂图形13的加工后宽度。对合偏移检查装置根据图像解析来测定图形长度。
(4)接着，如图11(d)所示，以行/间隔抗蚀剂图形23和监测抗蚀剂图形13作为掩模，通过各向异性的RIE对衬底膜2进行腐蚀，形成行/间隔衬底膜图形22和监测衬底膜图形12。
(5)最后，通过湿法腐蚀，将抗蚀剂剥离，如图11(e)所示，获得在半导体衬底1上进行了腐蚀加工的行/间隔衬底膜图形22和监测衬底膜图形12。测定行/间隔衬底膜图形22和监测衬底膜图形12的图形的加工后宽度。测定方法是与行/间隔抗蚀剂图形23和监测抗蚀剂图形13相同的装置。
曝光监测图形16的监测抗蚀剂图形13的形状和RIE腐蚀后的监测衬底膜图形12的形状分别示于图13(a)和图13(b)。在面对监测抗蚀剂图形13剖面的纸面左侧的陡角度侧壁中，监测抗蚀剂图形13和监测衬底膜图形12的边缘位置一致，但在倾斜侧壁中，判定为监测衬底膜图形12的边缘后退。在对合偏移检查装置中，进行监测抗蚀剂图形13和监测衬底膜图形12的图像解析，测定总长度，根据其差来求出偏移宽度Δs。
图15(a)是SEM测定的行/间隔抗蚀剂图形23和行/间隔衬底膜图形22的宽度差的位移宽度分布，图15(b)是对合偏移检查装置测定的监测抗蚀剂图形13和监测衬底膜图形12的偏移宽度Δs的分布。各个宽度测定连续进行3次。再有，在SEM测定中，在每次各个测定结束时进行放电处理。横轴x是沿半导体衬底1的x轴的直径方向(y＝0)的衬底位置。
在SEM的测定中，氧化膜因电子束产生充电，所以测定值容易波动，如在图15(a)看到的，三次测定结果的偏差很大。SEM测定的情况下，为了确保充分的测定精度，必须增加测定次数并取平均。而且，为了消除充电，在每次测定中，需要进行从真空中取出试料等的放电处理，测定上需要时间。另一方面，图15(b)的后退宽度测定结果表示3次测定值为大致相同的值，所以没有充电，可认为有足够的测定精度。因对合偏移装置是光学式的，可以简便再现性良好地进行测定。测定结果都显示同样的趋势，在半导体衬底1中央部位移宽度小，而偏移宽度大。即，在半导体衬底中央部，与周边部比较，可预测腐蚀进行得快。
再有，在第1实施方式中，使用监测衬底膜图形12的偏移宽度Δs来调查干法腐蚀的影响，但不用说，通过偏移宽度Δs的变化来检测监测衬底膜图形12的图形中心的偏移，也可进行同样的测定。
于是，根据本发明第1实施方式的监测方法，可以简便并且以高精度再现性良好地测定衬底膜图形形成中产生的干法腐蚀的影响。
(变形例)下面，说明本发明第1实施方式的变形例的监测方法。在第1实施方式的变形例中，特征在于曝光监测图形，其他方面与第1实施方式相同，所以省略重复的记载。
对于在干法腐蚀中使用的各种腐蚀条件，为了高效率地实施线宽度监测，在第1实施方式的变形例中，使用对置的侧壁同时成为倾斜侧壁的抗蚀剂图形。而且，设置倾斜角度θ不同的多个抗蚀剂图形。
在第1实施方式的变形例中使用的原版中，如图16所示，在透明衬底5上，设置按一定的节距从中心向两端将开口率以一定比例从0变化到100％的左右对称的衍射栅状的曝光监测图形17。而且，按与曝光监测图形17同样的对称形状，准备开口率的变化比例不同的多个曝光监测图形，形成多个图17和图18所示的侧壁形状不同的曝光监测抗蚀剂图形。图17(a)的曝光监测抗蚀剂图形33a、33b及33c的各自的剖面A-A′、B-B’、及C-C’如图18(a)所示，分别左右对称，但倾斜侧壁的角度相互不同。以曝光监测抗蚀剂图形33a、33b、及33c作为掩模，进行RIE，获得图17(b)所示的曝光监测衬底膜图形32a、32b、及32c。图18(b)表示曝光监测衬底膜图形32a、32b、及32c各自的剖面D-D’、E-E’、及F-F’。
在变形例中，曝光监测抗蚀剂图形是对置的侧壁相互对称的倾斜侧壁，所以衬底硅氧化膜图形的偏移宽度变为2倍，可更高精度地进行测定。此外，设置有倾斜角度不同的多个曝光监测抗蚀剂图形，所以可以根据RIE条件，在其内腐蚀造成的偏移宽度的测定中选择使用灵敏度最高的测定，十分有效。
于是，根据本发明第1实施方式的变形例，可以提供一种监测方法，可以简便并且以高精度再现性良好地测定衬底膜图形形成中产生的干法腐蚀影响。
(第2实施方式)在本发明的第2实施方式的监测方法中，如图19所示，使用设置了在透明衬底5上由均匀的遮光膜的四角框形状的遮光膜组成的基准位置图形19a～19d、以及包围基准位置图形19a～19d并配置在外侧的曝光检测图形16a～16d构成的位置偏移监测图形26的原版。如图19所示，通过曝光监测图形16a、16b面对纸面向右侧增大开口率，曝光监测图形16c、16d面对纸面向上侧增大开口率，在曝光的抗蚀剂上形成倾斜侧壁。将使用有位置偏移监测图形26的原版形成的带有倾斜侧壁的抗蚀剂图形作为掩模进行干法腐蚀，如果以内侧的衬底膜图形位置作为基准来求出外侧的衬底膜图形的位置偏移，则可以调查干法腐蚀的进行状态。
第2实施方式的监测方法的特征在于，测定通过干法腐蚀工序的图形偏移不同的两种图形间的偏移，而其他方面与第1实施方式相同，所以省略重复的记载。
根据图20，进行实施本发明第2实施方式的监测方法的工序说明。
(1)首先，如图20(a)所示，在半导体衬底1上形成厚度200nm的衬底膜2。然后，在衬底膜2上，如图20(b)所示，通过旋转涂敷来形成厚度600nm的抗蚀剂膜3。
(2)使用曝光装置40(参照图2)，在半导体衬底1表面的抗蚀剂膜3上，进行图21所示的原版4e的图形的曝光。这里，在原版4e中，配置期望图形的行/间隔图形18、基准位置图形19a、19b以及曝光监测图形16a、16b。如图21所示，行/间隔图形18及曝光监测图形16a、16b是按固定的节距P排列相对于纸面在垂直方向上延伸的多个遮光膜6和遮光膜6a～6l的图形。这里，作为一例，形成以下那样的结构。行/间隔图形18的节距P为300nm，遮光膜6的宽度固定为150nm，曝光监测图形16a、16b的节距P为190nm，使遮光膜6a～6l的宽度按5nm的固定比例增加，图形宽度为7.2μm。曝光监测图形16a、16b的各自中心间距离为25μm。基准位置图形19a、19b被配置在曝光监测图形16a、16b之间，宽度为1μm，中心间距离为10μm。这里，行/间隔图形18和基准位置图形19a、19b在半导体衬底1上进行析像，而曝光监测图形16a、16b不进行析像。
(3)在曝光后进行规定的显像处理，如图20(c)所示，获得行/间隔抗蚀剂图形23、监测抗蚀剂图形13a、13b及基准位置抗蚀剂图形14a、14b。通过对合偏移检查装置，测定监测抗蚀剂图形13a、13b构成的图形和基准位置抗蚀剂图形14a、14b构成的图形的各自中心位置。
(4)接着，如图20(d)所示，以行/间隔抗蚀剂图形23、监测抗蚀剂图形13a、13b及基准位置抗蚀剂图形14a、14b为掩模对衬底膜2进行基于各向异性的RIE的腐蚀，形成行/间隔衬底膜图形22、监测衬底膜图形12a、12b及基准位置衬底膜图形24a、24b。
(5)最后，通过湿法腐蚀，剥离抗蚀剂图形，如图20(e)所示，获得在半导体衬底1上腐蚀加工的行/间隔衬底膜图形22、监测衬底膜图形12a、12b及基准位置衬底膜图形24a、24b。通过对合偏移检查装置，测定监测衬底膜图形12a、12b构成的图形和基准位置衬底膜图形24a、24b构成的图形的各自中心位置。
图22(a)、(b)及图23(a)、(b)中分别示出对基准位置图形19a、19b和曝光监测图形16a、16b进行曝光而形成的抗蚀剂图形形状、以及以抗蚀剂图形为掩模进行RIE的衬底硅氧化膜图形形状。这里，如图22(a)所示，为了简化说明，假设基准位置抗蚀剂图形14a、14b构成的图形的中心位置Ca和监测抗蚀剂图形13a、13b构成的图形的中心位置Cb一致。如图22(b)所示，在干法腐蚀后，基准位置衬底膜图形24a、24b构成的图形的中心位置Ca与基准位置抗蚀剂图形14a、14b构成的图形的中心位置Ca一致，另一方面，外侧的监测衬底膜图形12a、12b构成的图形的中心位置Cb’与监测抗蚀剂图形13a、13b构成的图形的中心位置Cb相比产生偏移宽度Δc。在图23中示出位置偏移监测抗蚀剂图形27或位置偏移监测衬底膜图形28的整体。图23(a)所示的监测抗蚀剂图形13a～13d面对纸面在右上侧有倾斜侧壁，基准位置抗蚀剂图形14a～14d成为陡角度侧壁。干法腐蚀后的监测衬底膜图形12a～12d构成的四角图形的中心位置相对于基准位置衬底膜图形24a～24d构成的四角图形，面对纸面向左下方偏移。于是，根据第2实施方式，作为图形中心的偏移宽度Δc不仅可使用一维的偏移宽度，而且可使用二维的偏移宽度，可以进行更高精度的测定。
于是，可以提供简便并且以高精度再现性良好地测定干法腐蚀的影响的监测方法。
这里，在第2实施方式中，作为基准位置图形19，形成四角的框形状，但只要是中心位置通过干法腐蚀没有偏移的图形，则任何形状都可以。在图24中，表示一例，在透明衬底5上，对于曝光监测图形16a～16d，表示配置了四角的基准位置图形19a的原版。由基准位置图形19a形成的衬底硅氧化膜图形，中心位置相对于抗蚀剂图形相同，所以可以用作相对于曝光监测图形16a～16d的偏移的基准位置。
此外，在上述的第2实施方式的例中，形成二组图形，以中心位置通过干法腐蚀也没有偏移那样来形成一组图形，并测定位置偏移宽度，但也可以使用通过干法腐蚀偏移宽度不同的对合图形。这种情况下，从提高测定精度的观点来看，期望可引起相反方向的位置偏移的对合。例如，如图25所示，在透明衬底5上，也可以使用设置了曝光监测图形16a～16h的原版。对于曝光监测图形16a、16b、16e和16f，有面对纸面在上下方向上延伸的衍射栅，但对于曝光监测图形16a、16b，曝光监测图形16e、16f使开口率的变化方向相反。对于曝光监测图形16c、16d、16g和16h，有面对纸面在左右方向上延伸的衍射栅，但对于曝光监测图形16c、16d，曝光监测图形16g、16h的开口率的变化方向相反。使用通过该图形形成的抗蚀剂图形，如果对衬底膜进行干法腐蚀，则由曝光监测图形16a～16d形成的监测衬底膜图形例如向左上方偏移，另一方面，由曝光监测图形16e～16h形成的监测衬底膜图形向相反的右下方向偏移。于是，图形的偏移方向相互相反，所以观测的偏移宽度Δc变大，进而可以进行简便高精度的测定。
此外，在图22中，说明了基准位置抗蚀剂图形14a、14b的中心位置Ca、以及监测抗蚀剂图形13a、13b的中心位置Cb相一致的情况，当然各自的中心位置Ca和Cb也可以不一致。通过光刻或干法腐蚀工序不产生中心位置偏移，例如以Ca作为基准，测定监测抗蚀剂图形13a、13b的中心位置Cb和监测衬底膜图形12a、12b的中心位置Cb’，根据其差求出偏移宽度Δc就可以。
此外，在图19中，例示了基准位置图形19a、19b被曝光监测图形16a、16b包围而大致形成在中央部的图形，但基准位置图形19a、19b的形成位置也可以处于被曝光监测图形16a、16b包围的部分的某个位置，而且，不言而喻，可在曝光监测图形16a、16b的外侧形成一部分图形，或可将整个图形形成在外侧。
根据本发明的第2实施方式的监测方法，可以简便并且以高精度再现性良好地测定衬底膜图形形成中产生干法腐蚀的影响。
(曝光装置控制系统)控制本发明的曝光装置50的系统如图26所示，由曝光装置控制单元51和曝光处理单元60构成。
曝光装置50是图2所示的缩小投影曝光装置。曝光装置控制单元51包括照明光学系统模块52，控制来自光源的入射光的照准和通断等；投影光学系统模块53，对原版的曝光图形的缩小投影等进行控制；对准系统模块54，控制曝光图形的对准；载物台驱动系统模块55，控制载物台的驱动。
曝光处理单元60包括处理条件输入模块61，通过干法腐蚀装置控制模块81来取得干法腐蚀装置80的腐蚀条件等；数据输入模块62，通过对合偏移检查控制模块71取得对合偏移检查装置70的测定数据；曝光量计算模块63，根据从数据输入模块62输入的测定数据来计算有效曝光量；校正系数计算模块64，根据计算出的有效曝光量来计算曝光校正系数；数据输出模块65，根据计算出的校正系数来设定曝光量；以及存储装置66，保存曝光管理信息。曝光处理单元60被连接到局域网(LAN)90，由主计算机91管理。
本发明的半导体电路图形的曝光方法具有以下特征使用搭载了期望的L/S图形和采用例如图8所示的析像限度以下的节距为特征的曝光监测图形16的原版4d，根据预先测定的监测抗蚀剂图形13的偏移宽度和曝光量的关系来求出曝光校正系数，使用该曝光校正系数来设定半导体衬底的各拍照的曝光量。
首先，为了求出曝光监测抗蚀剂图形的位置偏移宽度和有效曝光量的关系，通过包含图8所示的曝光监测图形16的原版4d来改变设定曝光量，对涂敷了抗蚀剂膜的半导体衬底1进行曝光。然后，通过对合偏移检查装置70来测定图9(c)所示的监测抗蚀剂图形13的偏移宽度。取得测定的后退宽度与预先设定的任意的基准后退宽度的差，作为偏移宽度。因此，偏移宽度的值不一定与监测抗蚀剂图形13的边缘后退的宽度本身一致，而是相对的偏移宽度。其结果，获得图27所示的曝光量设定值-偏移宽度的关系。根据图27的关系，使用最小二乘法，可导出根据偏移宽度求出有效曝光量式子。
ED＝-34.4RL+31.8…(4)这里，ED是有效曝光量，RL是监测抗蚀剂图形13的偏移宽度。
接着，使用原版4d将涂敷了抗蚀剂膜的半导体衬底1相对于图14所示的各拍照位置S(x，y)以均匀的曝光量DB进行曝光。在显像后，测定监测抗蚀剂图形13的偏移宽度RL(x，y)，使用式(4)变换成有效曝光量ED(x，y)。图28表示通过SEM测定的与均匀曝光的期望的L/S图形18对应的L/S抗蚀剂图形23的位移宽度分布。另一方面，图29是对应于曝光监测图形16的按照监测抗蚀剂图形13的偏移宽度变换的有效曝光量分布。在L/S抗蚀剂图形23的位移宽度分布中，在3σ(σ标准偏差)时表示9nm以上的偏差。在图28中，看不出位移宽度分布的趋势。相反，在图29的有效曝光量分布中，可看出有近似对称的圆形分布的趋势。对于图29的有效曝光量数据，使用以下的二次多项式F(x，y)＝ax2+by2+cxy+dx+ey+f…(5)
来近似有效曝光量分布的趋势。这里，(x，y)是表示图14或图28、29所示的半导体衬底1的位置的坐标，a、b、c、d、e、f是由测定的有效曝光量和位置坐标(x，y)确定的校正系数。校正系数通过最小二乘法拟合求出。在第3实施方式中，根据图29，这些校正系数为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。这里，用二次多项式来近似有效曝光量分布，但只要是n次多项式(n为2以上)，同样可以进行校正。
接着，使用获得的近似式，如下设定校正曝光量。
SH(x，y)＝2DB-F(x，y) …(6)这里，SH是各拍照位置S(x，y)的校正曝光量，DB是均匀曝光量。式(6)是通过对均匀曝光量DB附加计算的实行曝光量的过不足部分(DB-F(x，y))来进行校正。
图30和图31表示按式(6)的校正曝光量进行光刻的结果。图30是用SEM测定的L/S抗蚀剂图形18的位移宽度分布图。半导体衬底1内的位移宽度在3σ时降低至6nm以下。图31是将监测抗蚀剂图形13的偏移宽度的结果按照式(4)变换成有效曝光量分布的图。与图29比较可知，有效曝光量表示平坦的分布，可知基于式(5)所示的简单2次多项式的校正十分有效。
此外，通过再次计算图11所示的处理干法腐蚀形成的监测衬底膜图形12的偏移宽度作为基于预先设定的任意基准点的偏移宽度BL，可获得与抗蚀剂图形情况同样的曝光量设定值-偏移宽度的关系。根据监测衬底膜图形12的偏移宽度来求出有效曝光量的式子同样为ED＝-34.4BL+31.8 …(7)。使用式(7)，按上述方法可求出校正曝光量。
根据本发明的第3实施方式的曝光方法，可简便高精度地进行半导体器件的尺寸控制。
下面，使用图32，表示将本发明的曝光方法应用于半导体器件制造处理的例子。
(1)首先，在步骤S201中，曝光量设定数据输出模块65以各拍照均匀的曝光条件进行设定。
(2)在步骤S202中，在曝光装置50中设置旋转涂敷了抗蚀剂膜3的虚设晶片(半导体衬底)。
(3)在步骤S203中，使用规定的原版4d进行曝光显像，形成抗蚀剂图形。这里，由于在均匀曝光条件下，所以曝光装置控制单元51按相同曝光条件进行各拍照曝光。
(4)在步骤S204中，用对合偏移检查装置70测定监测抗蚀剂图形13的位置偏移宽度分布RL(x，y)，通过偏移检查控制模块71将其结果传送到曝光处理单元60的数据输入模块62。
(5)在步骤S205中，曝光量计算模块63进行基于位置偏移宽度的有效曝光量的计算，求出半导体衬底1内的有效曝光量分布。计算结果与位置偏移宽度的数据一起登录在存储装置66中。
(6)在步骤S206中，校正系数计算模块64根据有效曝光量分布，使用式(5)求出二次函数近似式F(x，y)。
(7)在步骤S207中，校正系数计算模块64根据求出的F(x，y)，使用式(6)来计算各拍照位置的曝光量SH(x，y)，与F(x，y)一起登录在存储装置66中。
(8)在步骤S208中，开始进行半导体器件的制造批量处理。
(9)在步骤S209中，数据输出模块65将校正曝光量SH(x，y)输出到曝光装置控制单元51。
(10)在步骤S210中，将经过了规定的半导体制造处理的批量半导体衬底(半导体衬底1)设置在曝光装置50中。
(11)在步骤S211中，使用规定的原版4c按照设定的拍照SH(x，y)曝光，并进行显像，形成抗蚀剂图形。
(12)在步骤S212中，用对合偏移检查装置70测定监测抗蚀剂图形13的偏移宽度的分布RL(x，y)，将结果通过对合偏移检查控制模块71保存在曝光处理单元60的存储装置66中。
(13)在步骤S213中，将半导体衬底1设置在干法腐蚀装置80中，在规定的RIE条件下以抗蚀剂图形作为掩模对衬底膜2进行腐蚀。
(14)在步骤S214中，对抗蚀剂图形进行湿法腐蚀并除去。
(15)在步骤S215中，将半导体衬底1设置在对合偏移检查装置70上，测定监测衬底膜图形12的偏移宽度的分布BL(x，y)。将结果通过对合偏移检查控制模块71保存在曝光处理单元60的存储装置66中。
(16)在步骤S216中，曝光量计算模块63通过存储装置66读入监测衬底膜图形12的偏移宽度的分布BL(x，y)，求出3σ，与预先设定的3σ基准值比较，调查是否在容许范围内。如果在容许范围以内，则返回到步骤S210，重复进行批量半导体衬底的处理。
(17)在分布BL(x，y)的3σ比设定3σ基准值大，超过容许范围的情况下，在步骤S217中，曝光量计算模块63使用BL(x，y)按照式(7)进行有效曝光量的计算，求出半导体衬底1内的有效曝光量分布ED(x，y)。计算结果被登录在存储装置66中。
(18)在步骤S218中，校正系数计算模块64根据有效曝光量分布来求出二次函数近似式F(x，y)，更新登录在存储装置66中。
(19)在步骤S207中，校正系数计算模块64读出当前的校正曝光量SH(x，y)，重新在DB(x，y)命名。使用求出的F(x，y)和DB(x，y)按照式(6)重新计算校正曝光量SH(x，y)，更新登录在存储装置66中，并返回到步骤S209，再次开始批量处理。
根据本发明的曝光装置控制系统，可以提供使用了提高微细加工的精度和均匀性的曝光方法的半导体器件的制造方法。
再有，不仅根据光刻工序后的检查结果来计算校正曝光量，而且根据干法腐蚀处理后的曝光量监测图形的检查结果来计算校正曝光量，所以可进行更高精度的控制。
(变形例)在本发明的曝光装置控制系统中，曝光处理单元60例如由单独的计算机等曝光处理装置来实现。在曝光装置控制系统的变形例中，曝光处理单元的功能包含在附属于曝光装置的曝光装置控制单元中。其他结构是相同的，所以省略重复的记载。
如图33所示，曝光装置控制系统的变形例的曝光装置50是图2所示的缩小投影曝光装置。曝光装置控制单元51a包括照明光学系统模块52，控制来自光源的入射光的照准和通断等；投影光学系统模块53，对原版的曝光图形的缩小投影等进行控制；对准系统模块54，控制曝光图形的对准；载物台驱动系统模块55，控制载物台的驱动；处理条件输入模块61，通过干法腐蚀装置控制模块81来取得干法腐蚀装置80的腐蚀条件等；数据输入模块62，通过对合偏移检查控制模块71来取得对合偏移检查装置70的测定数据；曝光量计算模块63，根据从输入模块62输入的测定数据来计算有效曝光量；校正系数计算模块64，根据计算出的有效曝光量来计算曝光校正系数；数据输出模块65，根据计算出的校正系数来设定曝光量；以及存储装置66，保存曝光管理信息。曝光装置控制单元51a被连接到局域网(LAN)90，由主计算机91管理。
根据本发明的曝光装置控制系统的变形例，可以提供使用了提高微细加工的精度和均匀性的曝光方法的半导体器件的制造方法。
(实施例)本发明实施例的半导体器件的制造方法具有以下特征使用曝光监测图形，通过求出分别在光刻工序和干法腐蚀工序中形成的图形的偏移宽度差，来进行简便高精度的线宽度监测和加工控制；其他与第1及第2实施方式相同，并省略重复的记载。
如上所述，在本发明中，通过校正曝光量来控制半导体器件的图形。在校正曝光量中也包含干法腐蚀的偏差分量的校正。其中，如果干法腐蚀比最合适条件大幅度地偏移并具有大的分布，则在仅进行曝光量的校正中，难以进行控制，图形宽度的偏差也变大。显然，在干法腐蚀条件偏移，产生大的分布情况下，进行干法腐蚀条件的再调整的方法效率高，可以进行工序的管理。本发明实施例的半导体器件的制造方法通过与曝光量校正相同的方法来提取监测干法腐蚀造成的对图形宽度的影响，并且求出腐蚀的最佳条件。
(1)在图34的步骤S301中，数据输出模块65通过存储装置66读出预先保存的校正曝光量SH(x，y)，并输出到曝光装置控制模块51。
(2)在步骤S302中，将经过规定处理的腐蚀测试晶片(半导体衬底1)设置在曝光装置50中。
(3)在步骤S303中，使用规定的原版4c，按照设定的拍照SH(x，y)进行曝光，并进行显像，形成抗蚀剂图形。
(4)在步骤S304中，用对合偏移检测装置70测定监测抗蚀剂图形13的偏移宽度的分布RL(x，y)，将结果通过对合偏移检查控制模块71保存在曝光处理单元60的存储装置66中。
(5)在步骤S305中，将半导体衬底1设置在干法腐蚀装置80中，在规定的RIE条件下将抗蚀剂图形作为掩模对衬底膜2进行腐蚀。
(6)在步骤S306中，对抗蚀剂图形进行湿法腐蚀并除去。
(7)在步骤S307中，将半导体衬底1设置在对合偏移检查装置70中，测定监测衬底膜图形12的偏移宽度的分布BL(x，y)。将结果通过对合偏移检查控制模块71保存在曝光处理单元60的存储装置66中。
(8)在步骤S308中，曝光量计算模块63通过存储装置66读取监测抗蚀剂图形13的偏移宽度的分布RL(x，y)和监测衬底膜图形12的偏移宽度的分布BL(x，y)，求出BL(x，y)和RL(x，y)的差，获得偏移宽度差分布。
(9)在步骤S309中，调查偏移宽度差分布的偏差是否在容许范围内。例如，计算偏移宽度差分布的3σ，并与规定的基准值比较。
(10)如果偏移宽度分布超过容许范围，则在步骤S310中，再次调整腐蚀条件，返回到步骤S302，重复进行腐蚀测试。
(11)如果在容许范围以内，则进至步骤S311，开始进行批量半导体衬底的处理。
在本实施例中，将曝光监测图形投影复制的监测抗蚀剂图形13作为掩模，来形成通过RIE形成的监测衬底膜图形12。根据光刻后的监测抗蚀剂图形13的偏移宽度和RIE后的监测衬底膜图形12的偏移宽度，求出偏移宽度差分布。因此，偏移宽度差分布为提取基于RIE腐蚀的表面分布的偏移宽度分布。再有，不用说，将偏移宽度变换成有效曝光量并进行同样的处理也可以。
图35和图36是根据步骤S304和S307获得的监测抗蚀剂图形13和监测衬底膜图形12的图形偏移宽度分别计算的有效曝光量分布。图37是扣除各个有效曝光量分布求出的有效曝光量差分布。于是，根据本发明的实施例，可以将干法腐蚀造成的尺寸偏差的倾向作为有效的曝光量分布来观测。
此外，使用本发明第2实施方式的曝光监测图形，同样也可以测定干法腐蚀造成的影响，从至此的说明更可明白。
根据本发明的实施例，可以提供使用了提高微细加工的精度和均匀性的监测方法的腐蚀方法。
(其他实施方式)如上述那样，本发明通过第1和第2实施方式来记载，但不应该理解为形成该公开的一部分的论述和附图用于限定本发明。从该公开中，就本领域技术人员来说，各种代替实施方式、实施例和运用技术是明显的。
在本发明的实施方式中，为了便于说明，使用了KrF受激准分子激光缩小投影曝光装置，但作为光源，当然也可以使用i射线和g等紫外线、其他的受激准分子激光、电子束和X射线等。此外，也可以使用接触方式、邻近方式或镜投射方式等曝光装置。
此外，用作各向异性干法腐蚀方法的RIE的等离子体源，平行平板型是众所周知的，当然也可以是使用电磁波的频带、基于电磁波的导入方法、电磁波和磁场的施加方法的各种方式的等离子体源，例如以电子回旋共鸣(ECR)为代表的磁场微波型、磁控管型、螺旋极化波型、表面波型等用于干法腐蚀，而且，除了RIE以外，当然也可以采用反应性离子束腐蚀(RIBE)和离子束腐蚀(IBE)等的各向异性腐蚀方法。
在本发明的实施方式中，为了具有曝光光的透过率的分布，使用了按期望的比例来改变衍射栅的开口率的曝光图形，但不限于衍射栅，如果通过其他方法可具有曝光光的透过率的分布，则用任何方法都可以。例如，即使是金属，但作为薄膜会产生透光性，所以如果将用作遮光膜的金属具有厚度分布来堆积，则可以改变光的透过率。或者，使遮光材料为粒子状，通过改变粒子密度来改变透过率。
此外，作为衬底膜，使用硅氧化膜(SiO2)进行了说明，但显然也可以使用其他绝缘膜，例如硅氮化膜(SiN)、硅氧化氮化膜(SiON)、扩散了磷或磷和硼的硅氧化膜(PSG或BPSG)、硅类树脂的自旋玻璃膜(SOG)、聚酰亚胺树脂膜、添加氟的硅氧化膜、有机聚硅氧烷类化合物、无机聚硅氧烷类化合物等。而且，不限于绝缘膜，当然也可以使用导电膜，例如铝(Al)、铜(Cu)等金属膜、以钛(Ti)、钨(W)为代表的高熔点金属膜及它们的硅化物膜、或者对多晶硅膜等进行各向异性腐蚀加工的衬底膜。
于是，本发明当然包含这里未记载的各种实施方式等。因此，根据上述说明，本发明的技术范围仅由适当的专利技术方案所关联的发明特定事项来决定。
根据本发明，可以提供能够简便并且高精度地观测微细加工图形的宽度的监测方法。
此外，根据本发明，可以提供提高微细加工的精度和均匀性的曝光方法。
此外，根据本发明，可以提供提高微细加工的精度和均匀性的曝光处理装置。
此外，根据本发明，可以提供使用提高微细加工的精度和均匀性的曝光方法的半导体器件的制造方法。
此外，根据本发明，可以提供使用提高微细加工的精度和均匀性的监测方法的腐蚀方法。
权利要求
1.一种监测方法，其特征在于，包括在衬底膜上形成至少一边具有对所述衬底膜的表面倾斜的倾斜侧壁的监测抗蚀剂图形，测定垂直于所述倾斜侧壁和所述衬底膜相交方向上的所述监测抗蚀剂图形的宽度的步骤；以所述监测抗蚀剂图形作为掩模，选择性腐蚀所述衬底膜来形成监测衬底膜图形，测定所述垂直方向的所述监测衬底膜图形的宽度的步骤；以及根据所述监测抗蚀剂图形的宽度和所述监测衬底膜图形的宽度之差，获得所述监测抗蚀剂图形和所述监测衬底膜图形的偏移宽度的步骤。
2.如权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述监测抗蚀剂图形通过按规定的节距单调地变化透光特性的衍射栅图形来曝光形成。
3.如权利要求2所述的监测方法，其特征在于，所述衍射栅的节距小于基于进行所述曝光的曝光装置的光源波长、透镜数值孔径、和相干性因数以规定的关系式计算出的宽度。
4.如权利要求3所述的监测方法，其特征在于，所述衍射栅的节距P在所述光源波长为λ、所述透镜数值孔径为NA、所述相干性因数为σ时，满足P＜λ/(NA×(1+σ))的条件。
5.一种曝光方法，其特征在于，包括将半导体衬底区分为多个曝光区域的步骤；以及按所述半导体衬底的位置坐标函数来近似设定所述多个曝光区域的曝光量的步骤。
6.如权利要求5所述的曝光方法，其特征在于，所述函数是通过将半导体衬底区分为规定的曝光区域进行曝光，形成图形，对每个所述曝光区域测定所述图形的偏移宽度所获得的偏移宽度分布来计算的，是所述半导体衬底的位置坐标的2次或以上的n次多项式。
7.如权利要求6所述的曝光方法，其特征在于，所述图形是至少一边具有对所述半导体衬底的表面倾斜的倾斜侧壁的监测抗蚀剂图形。
8.如权利要求7所述的曝光方法，其特征在于，与所述监测抗蚀剂图形的所述倾斜侧壁对置的侧壁相对于所述衬底膜的角度大致为直角。
9.如权利要求7或8所述的曝光方法，其特征在于，所述监测抗蚀剂图形通过按规定的节距透光特性单调地变化的衍射栅图形来曝光形成。
10.如权利要求9所述的曝光方法，其特征在于，所述衍射栅的节距小于基于进行所述曝光的曝光装置的光源波长、透镜数值孔径、和相干性因数以规定的关系式计算出的宽度。
11.如权利要求10所述的曝光方法，其特征在于，所述衍射栅的节距P在所述光源波长为λ、所述透镜数值孔径为NA、所述相干性因数为σ时，满足P＜λ/(NA×(1+σ))的条件。
12.如权利要求6所述曝光方法，其特征在于，所述图形是将所述监测抗蚀剂图形作为掩模进行选择性腐蚀所形成的监测衬底膜图形。
13.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，包括在被区分为多个的半导体衬底的曝光区域中，按所述半导体衬底的位置坐标的函数来近似设定每个所述曝光区域的曝光量的工序；在所述半导体衬底上形成衬底膜的工序；形成具有对所述衬底膜的表面倾斜的倾斜侧壁的监测抗蚀剂图形的工序；以所述监测抗蚀剂图形作为掩模，按规定的腐蚀条件选择性腐蚀所述衬底膜来形成监测衬底膜图形的工序；对每个曝光区域测定所述监测衬底膜图形的偏移宽度的偏移宽度分布测定的工序；以及将所述偏移宽度分布的偏差与规定的基准值比较，在所述偏差小于所述基准值时，原样保持所述曝光区域的所述曝光量的设定并进行后面的处理，而在所述偏差超过所述基准值时，再次按所述半导体衬底的位置坐标的多项式来近似所述偏移宽度分布，计算设定每个所述曝光区域的曝光量，进行后面的处理的工序。
14.如权利要求13所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述函数是所述半导体衬底的位置坐标的2次或以上的多项式。
15.如权利要求13所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，与所述监测抗蚀剂图形的所述倾斜侧壁对置的侧壁相对于所述衬底膜的角度大致为直角。
16.如权利要求13～15任一项所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述监测抗蚀剂图形通过按规定的节距透光特性单调地变化的衍射栅图形来曝光形成。
17.如权利要求16所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述衍射栅的节距小于基于进行所述曝光的曝光装置的光源波长、透镜数值孔径、和相干性因数以规定的关系式计算出的宽度。
18.如权利要求17所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述衍射栅的节距P在所述光源波长为λ、所述透镜数值孔径为NA、所述相干性因数为σ时，满足P＜λ/(NA×(1+σ))的条件。
19.一种腐蚀方法，其特征在于，包括在被区分为多个的半导体衬底的曝光区域的每个中，设定规定的曝光量的工序；在所述半导体衬底上形成衬底膜的工序；在所述衬底膜上涂敷抗蚀剂膜的工序；形成具有对所述衬底膜的表面倾斜的倾斜侧壁的监测抗蚀剂图形的工序；对每个所述曝光区域测定所述监测抗蚀剂图形的偏移宽度的工序；以所述监测抗蚀剂图形作为掩模，按规定的腐蚀条件选择性腐蚀所述衬底膜来形成监测衬底膜图形的工序；对每个所述曝光区域测定所述监测衬底膜图形的偏移宽度的工序；以及获得所述监测衬底膜图形的偏移宽度和所述监测抗蚀剂图形的偏移宽度之差，取得偏移宽度差分布，将偏移宽度的偏差与规定的基准值比较，在所述偏差小于所述基准值时，原样保持所述腐蚀条件的设定并进行后面的处理，而在所述偏差超过所述基准值时，变更所述腐蚀条件的设定，再次重复进行处理的工序。
20.如权利要求19所述的腐蚀方法，其特征在于，与所述监测抗蚀剂图形的所述倾斜侧壁对置的侧壁相对于所述衬底膜的角度大致为直角。
21.如权利要求19或20所述的腐蚀方法，其特征在于，所述监测抗蚀剂图形通过按规定的节距透光特性单调地变化的衍射栅图形来曝光形成。
22.如权利要求21所述的腐蚀方法，其特征在于，所述衍射栅的节距小于基于进行所述曝光的曝光装置的光源波长、透镜数值孔径、和相干性因数以规定的关系式计算出的宽度。
23.如权利要求22所述的腐蚀方法，其特征在于，所述衍射栅的节距P在所述光源波长为λ、所述透镜数值孔径为NA、所述相干性因数为σ时，满足P＜λ/(NA×(1+σ))的条件。
24.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，包括在被区分为多个的半导体衬底的曝光区域的每个中，设定规定的曝光量的工序；在所述半导体衬底上形成衬底膜的工序；在所述衬底膜上涂敷抗蚀剂膜的工序；形成具有对所述衬底膜的表面倾斜的倾斜侧壁的监测抗蚀剂图形的工序；对每个所述曝光区域测定所述监测抗蚀剂图形的偏移宽度的工序；以所述监测抗蚀剂图形作为掩模，按规定的腐蚀条件选择性腐蚀所述衬底膜来形成监测衬底膜图形的工序；对每个所述曝光区域测定所述监测衬底膜图形的偏移宽度的工序；以及获得所述监测衬底膜图形的偏移宽度和所述监测抗蚀剂图形的偏移宽度之差，取得偏移宽度差分布，将偏移宽度的偏差与规定的基准值比较，在所述偏差小于所述基准值时，原样保持所述腐蚀条件的设定并进行后面的处理，而在所述偏差超过所述基准值时，变更所述腐蚀条件的设定，再次重复进行处理，借此设定新的腐蚀条件的工序。
25.如权利要求24所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，与所述监测抗蚀剂图形的所述倾斜侧壁对置的侧壁相对于所述衬底膜的角度大致为直角。
26.如权利要求24或25所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述监测抗蚀剂图形通过按规定的节距透光特性单调地变化的衍射栅图形来曝光形成。
27.如权利要求26所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述衍射栅的节距小于基于进行所述曝光的曝光装置的光源波长、透镜数值孔径、和相干性因数以规定的关系式计算出的宽度。
28.如权利要求27所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述衍射栅的节距P在所述光源波长为λ、所述透镜数值孔径为NA、所述相干性因数为σ时，满足P＜λ/(NA×(1+σ))的条件。
29.一种曝光处理装置，其特征在于，包括数据输入模块，在半导体衬底上使用对被区分为多个的曝光区域逐次曝光的曝光装置，对每个所述曝光区域取得配置的图形的偏移宽度；曝光量计算模块，将所述偏移宽度按规定的关系式变换为有效曝光量；校正系数计算模块，基于所述半导体衬底的位置坐标函数来近似每个所述曝光区域的所述有效曝光量的分布，并计算校正系数；以及数据输出模块，将根据所述校正系数校正后的所述曝光区域的曝光量输出到曝光装置控制单元。
30.如权利要求29所述的曝光处理装置，其特征在于，所述函数是所述半导体衬底的位置坐标的2次或以上的n次多项式。
31.如权利要求29或30所述的曝光处理装置，其特征在于，所述图形是至少一边具有对所述半导体衬底的表面倾斜的倾斜侧壁的监测抗蚀剂图形。
32.如权利要求31所述的曝光处理装置，其特征在于，与所述监测抗蚀剂图形的所述倾斜侧壁对置的侧壁相对于所述衬底膜的角度大致为直角。
33.如权利要求31所述的曝光处理装置，其特征在于，所述监测抗蚀剂图形通过按规定的节距透光特性单调地变化的衍射栅图形来曝光形成。
34.如权利要求33所述的曝光处理装置，其特征在于，所述衍射栅的节距小于基于进行所述曝光的曝光装置的光源波长、透镜数值孔径、和相干性因数以规定的关系式计算出的宽度。
35.如权利要求34所述的曝光处理装置，其特征在于，所述衍射栅的节距P在所述光源波长为λ、所述透镜数值孔径为NA、所述相干性因数为σ时，满足P＜λ/(NA×(1+σ))的条件。
36.如权利要求31所述的曝光处理装置，其特征在于，所述图形是以所述监测抗蚀剂图形作为掩模而选择性腐蚀形成的监测衬底膜图形。
全文摘要
提供一种监测方法，可以高精度地测定微细图形加工尺寸。该监测方法包括以下步骤在衬底膜(2)上形成至少一边有对衬底膜(2)的表面倾斜的倾斜侧壁(20)的监测抗蚀剂图形(13)，测定与倾斜侧壁(20)和衬底膜相交方向垂直的方向上的监测抗蚀剂图形(13)的宽度；以监测抗蚀剂图形(13)作为掩模，选择性腐蚀衬底膜(2)来形成监测衬底膜图形(12)，测定与倾斜侧壁(20)和衬底膜相交方向垂直的方向上的所述监测衬底膜图形(12)的宽度；以及根据监测抗蚀剂图形(13)的宽度和监测衬底膜图形(12)的宽度之差，获得偏移宽度Δs。
文档编号H01L21/02GK1447194SQ0312135
公开日2003年10月8日 申请日期2003年3月26日 优先权日2002年3月26日
发明者浅野昌史, 小峰信洋, 井上壮一 申请人:株式会社东芝