CN100462667C - 原版 - Google Patents

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Abstract

提供一种原版，可大幅度缩短半导体器件制造工序中光学系统校正所需的时间。原版包括：掩模衬底(1)；配置在掩模衬底(1)上的遮光膜(17)；设置于遮光膜(17)中的检查图形用开口(56a、56b、56c)及器件图形用开口(57)；在检查图形用开口(56a、56b、56c)中露出的包括分别设置在掩模衬底(1)上的非对称衍射光栅(222a、222b、222c)的检查图形(20a、20b、20c)；在检查图形用开口(56a、56b、56c)中露出的与掩模衬底(1)上检查图形(20a、20b、20c)分别相邻设置的对准标记(26a、26b、26c)；在器件图形用开口(57)中露出的设于掩模衬底(1)上的器件图形(15a、15b、15c)。

Description

原版
技术领域
本发明涉及半导体曝光装置中使用的原版(reticule)、曝光装置检查系统、曝光装置检查方法及原版的制造方法，特别涉及曝光装置的光学校正技术和原版的制造方法。
背景技术
在将半导体集成电路图形(器件图形)用投影曝光装置从制造用原版激光曝光投影在晶片等被曝光体上时，如果晶片没有正确地配置在投影曝光装置的光学系统的焦点位置上，则出现反差不良，不能将器件图形正确地曝光在晶片上。因此，开发了将晶片正确地配置在光学系统的焦点位置的技术。例如，有利用包括在透过光上产生大于0度而小于180度的相位差的非对称衍射部的非对称衍射光栅的技术。这样的非对称衍射光栅具有在其透过光上产生强度偏向正侧或负侧的衍射光的性质。如果将包括该非对称衍射光栅的检查用原版配置在投影曝光装置中并对晶片进行激光曝光，则随着晶片向光轴方向的移动，晶片上的非对称衍射光栅的投影像的位置在与光轴方向的垂直方向上移动。这种晶片的向光轴方向的移动量和投影像的位置移动量为线性关系。因此，如果取得一次这种线性关系，则以后只要测量晶片上的非对称衍射光栅的投影像的实测位置，就可以计算晶片从焦点位置偏离光轴方向多少来配置(例如，参照专利文献1)。
专利文献1
特开2002-55435号公报(第5-6页，图5)
但是，在上述方法中，需要分别进行使用检查用原版的用于焦点位置检查的曝光、以及使用制造用原版的用于半导体集成电路制造的曝光。因此，成本伴随准备检查用原版和制造用原版两者的上升、或者从检查用原版更换为制造用原版时引起的制造用原版的配置位置的偏差和伴随更换的作业时间的长时间等在半导体集成电路制造工序中成为问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种原版、曝光装置检查系统、曝光装置检查方法及原版的制造方法，在半导体器件制造工序中不需要准备检查用原版和制造用原版两者，可在进行用于半导体集成电路制造的曝光的同时高精度地检查曝光装置的光学系统，可以大幅度地缩短光学系统校正所需的时间。
为了实现上述目的，本发明的第一特征在于，提供一种原版，包括：掩模衬底；检查图形，设置在掩模衬底上，包括产生衍射效率不同的正一次衍射光和负一次衍射光的非对称衍射光栅；以及器件图形，与检查图形相邻并设置在掩模衬底上。
本发明的第二特征在于，提供一种曝光装置检查系统，包括：投影像信息提取单元，取得衍射效率不同的正一次衍射光和负一次衍射光的投影像的图像信息；光学系统信息存储装置，保存投影像信息提取单元取得的图像信息；以及光学系统校正信息提供单元，使用保存在光学系统信息存储装置中的图像信息，计算用于对投影像的曝光装置的光学系统进行校正的校正信息。
本发明的第三特征在于，提供一种曝光装置检查方法，包括：取得衍射效率不同的正一次衍射光和负一次衍射光产生的投影像的图像信息的步骤；以及使用图像信息来提供用于对投影投影像的曝光装置的光学系统进行校正的校正信息的步骤。
本发明的第四特征在于，提供一种原版的制造方法，包括：在掩模衬底表面上形成遮光膜的工序；在遮光膜表面上形成第一抗蚀剂膜，并对第一抗蚀剂膜进行构图的工序；以构图后的第一抗蚀剂膜作为掩模，选择性腐蚀遮光膜的工序；除去第一抗蚀剂膜，在掩模衬底上形成第二抗蚀剂膜，并对第二抗蚀剂膜进行构图的工序；以构图后的第二抗蚀剂膜作为掩模，选择性腐蚀露出的掩模衬底，形成产生衍射效率不同的正一次衍射光和负一次衍射光的非对称衍射部的工序；除去第二抗蚀剂膜，在掩模衬底上形成第三抗蚀剂膜，对第三抗蚀剂膜进行构图的工序；以及以构图后的第三抗蚀剂膜作为掩模，选择性腐蚀露出的掩模衬底，形成产生衍射效率相等的正一次衍射光和负一次衍射光的衍射部的工序。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的缩小投影曝光装置的示意图。
图2是本发明的实施方式的原版的平面图。
图3是本发明的实施方式的原版的检查图形的平面图。
图4是本发明的实施方式的检查图形的非对称衍射光栅的平面图。
图5是本发明的实施方式的检查图形的非对称衍射光栅的平面图。
图6是本发明的实施方式的原版的器件图形的剖面图。
图7是表示本发明的实施方式的非对称衍射光栅的瞳孔面中的光强度分布的图。
图8是表示本发明的实施方式的非对称衍射光栅的投影像的被曝光面中的性质的图。
图9是表示本发明的实施方式的曝光装置检查系统的方框图。
图10是表示本发明的实施方式的曝光装置检查方法的流程图(其1)。
图11是表示本发明的实施方式的曝光装置检查方法的流程图(其2)。
图12是本发明的实施方式的检查图形的变形例的平面图(其1)。
图13是本发明的实施方式的检查图形的变形例的平面图(其2)。
图14是本发明的实施方式的检查图形的变形例的平面图(其3)。
图15是说明本发明的实施方式的原版的制造方法的工序剖面图(其1)。
图16是说明本发明的实施方式的原版的制造方法的工序剖面图(其2)。
图17是说明本发明的实施方式的原版的制造方法的工序剖面图(其3)。
图18是说明本发明的实施方式的原版的制造方法的工序剖面图(其4)。
图19是说明本发明的实施方式的原版的制造方法的工序剖面图(其5)。
图20是说明本发明的实施方式的原版的制造方法的工序剖面图(其6)。
图21是说明本发明的实施方式的原版的制造方法的工序剖面图(其7)。
图22是说明本发明的实施方式的原版的制造方法的工序剖面图(其8)。
图23是本发明的实施方式的变形例1的原版的剖面图。
图24是说明本发明的实施方式的变形例1的原版的制造方法的工序剖面图(其1)。
图25是说明本发明的实施方式的变形例1的原版的制造方法的工序剖面图(其2)。
图26是说明本发明的实施方式的变形例1的原版的制造方法的工序剖面图(其3)。
图27是说明本发明的实施方式的变形例1的原版的制造方法的工序剖面图(其4)。
图28是说明本发明的实施方式的变形例1的原版的制造方法的工序剖面图(其5)。
图29是说明本发明的实施方式的变形例1的原版的制造方法的工序剖面图(其6)。
图30是本发明的实施方式的变形例2的原版的剖面图。
图31是说明本发明的实施方式的变形例2的原版的制造方法的工序剖面图(其1)。
图32是说明本发明的实施方式的变形例2的原版的制造方法的工序剖面图(其2)。
图33是说明本发明的实施方式的变形例2的原版的制造方法的工序剖面图(其3)。
图34是说明本发明的实施方式的变形例2的原版的制造方法的工序剖面图(其4)。
图35是说明本发明的实施方式的变形例2的原版的制造方法的工序剖面图(其5)。
图36是表示本发明的实施方式3的缩小投影曝光装置的示意图。
图37是本发明的实施方式的变形例4的检查图形的非对称衍射光栅的平面图。
图38是本发明的实施方式的变形例4的检查图形的非对称衍射光栅的剖面图。
图39是本发明的实施方式的变形例4的非对称衍射光栅的投影像的平面图。
图40是表示本发明的实施方式的变形例4的非对称衍射光栅的投影像的被曝光面中的性质的图(其1)。
图41是表示本发明的实施方式的变形例4的非对称衍射光栅的投影像的被曝光面中的性质的图(其2)。
图42是表示本发明的实施方式的变形例4的曝光装置检查系统的方框图。
图43是表示本发明的实施方式的变形例4的曝光装置检查方法的流程图。
具体实施方式
下面参照附图，说明本发明的实施方式。在以下的附图的记载中，对相同或相似的部分附以相同或相似的标号.再有，以下所示的实施方式是例示用于将本发明的技术思想具体化的装置和方法，本发明的技术思想不限定于下述结构单元的配置等.本发明的技术思想可在技术方案的范围内施加各种变更。
(实施方式)
本发明的实施方式的缩小投影曝光装置如图1所示，包括光学系统140和晶片载物台32。光学系统140包括照明光源41、配置在照明光源41的下部的聚光透镜43、配置在聚光透镜43的下部的投影光学系统42。在聚光透镜43和投影光学系统42之间配置原版5，该原版包括接受照明光源41照射并被聚光透镜43聚光的光的器件图形15、对准标记26a、26b、26c及检查图形20a、20b、20c。在晶片载物台32上配置晶片31。器件图形15和检查图形20a、20b、20c分别产生的衍射光被投影光学系统42聚光并成像在晶片31上。
如图2的放大平面图所示，原版5包括：石英玻璃等构成的透明的掩模衬底1；配置在掩模衬底1上的铬(Cr)等构成的遮光膜17；设置于遮光膜17中的检查图形用开口56a、56b、56c；包括在检查图形用开口56a、56b、56c中露出的分别设置在掩模衬底1上的非对称衍射光栅222a、222b、222c的检查图形20a、20b、20c；分别与检查图形20a、20b、20c相邻并设置在掩模衬底1上的对准标记26a、26b、26c；设置在遮光膜17中的器件图形用开口57；在器件图形用开口57中露出的分别设置在掩模衬底1上的器件图形15a、15b、15c。再有，各个对准标记26a～26c是分别用于图1所示的晶片31的定位的标记。
图2所示的检查图形20a的放大平面图的一例是图3.检查图形20a包括：以在掩模衬底1的表面中分别形成正方形的四边来配置，分别产生衍射效率不同的正一次衍射光和负一次衍射光的非对称衍射光栅22a、22b、22c、22d；分别与非对称衍射光栅22a、22b、22c、22d平行配置的孤立遮光图形61a、61b、61c、61d。非对称衍射光栅22a、22b、22c、22d分别形成一组，构成图2所示的非对称衍射光栅222a。再有，图2所示的其他检查图形20b、20c各自的放大平面图也有与图3所示的检查图形20a相同的结构。
而且，放大图3所示的非对称衍射光栅22a的一部分的平面图是图4，从图4所示的A-A方向观察非对称衍射光栅22a的剖面图是图5。如图4和图5所示，检查图形20a的非对称衍射光栅22a包括：配置在掩模衬底1的表面的Cr等构成的遮光带70a；与遮光带70a一侧相邻并设置在掩模衬底1中的非对称衍射部13a。将遮光带70a、非对称衍射部13a的一组进行非对称衍射光栅22a的重复并构成图形的最小单位，而且将具有与它们相同结构的遮光带70b、70c、...、非对称衍射部13b、13c、...分别在掩模衬底1上按重复图形来设置。再有，图3所示的其他非对称衍射光栅22b～22d分别具有与图4和图5所示的非对称衍射光栅22a相同的结构。
这里，分别相邻的遮光带70a、非对称衍射部13a各自的宽度有2:1的比率，包括相邻的遮光带70b和非对称衍射部13b的重复图形最好是隔开与非对称衍射部13a相同宽度的间隔来设置。例如，在图1所示的缩小投影曝光装置中，在从照明光源41以波长193nm的氟化氩(ArF)受激准分子激光来照射原版5时，遮光带70a的宽度为0.2μm、非对称衍射部13a的宽度和遮光带70a与非对称衍射部13b的间隔为0.1μm就可以。其他的遮光带70b、70c、...、非对称衍射部13b、13c、...各自的宽度比率和设置重复图形的间隔也是同样的。此外，非对称衍射部13a、13b、13c、...分别是设置于掩模衬底1的表面附近内部的沟，以使透过上述多个非对称衍射部的曝光用激光的透过光相对于掩模衬底1表面产生的相位差达到90度的深度来设置。例如，掩模衬底1由折射率1.56的石英玻璃构成，为了产生90度的相位差，在从图1所示的照明光源41以ArF受激准分子激光进行曝光时，非对称衍射部13a、13b、13c、...各自的深度为86.2nm。
其次，将图2所示的器件图形15a的一部分放大剖面图的一例示于图6。如图6所示，器件图形15a包括设置在掩模衬底1中的多个衍射部23a、23b、23c、...、以在掩模衬底1上部可夹置衍射部23a、23b、23c、...来配置的多个遮光掩模7a、7b、7c、7d、7e、7f、...。再有，图2所示的其他器件图形15b、15c各自的放大平面图与图6相同，所以省略其附图。
这里，衍射部23a、23b、23c、...分别是设置于掩模衬底1表面附近内部的沟，以使透过上述多个衍射部的曝光用激光的透过光相对于掩模衬底1表面产生的相位差达到180度的深度来设置。例如，掩模衬底1由折射率1.56的石英玻璃构成，为了产生180度的相位差，在从图1所示的照明光源41以ArF受激准分子激光进行曝光时，衍射部23a、23b、23c、...各自的深度为172.3nm。
以上，将图4和图5所示的分别包括非对称衍射光栅22a～22d的各个检查图形20a～20c和图6所示的各个器件图形15a～15c双方如图2所示设置在同一掩模衬底1上，形成本发明实施方式的原版5的一部分特征。将这样的原版5的分别设置了非对称衍射光栅22a～22d的面向下侧配置，并计算从上部进行ArF受激准分子激光曝光时的瞳孔面中的光强度分布的结果示于图7。如图7所示，如果横轴上绘制瞳孔面内的位置，纵轴上根据光强度绘制光强度，则可知相对于瞳孔位置的0次光，一次衍射光仅发生在正侧一侧。再有，如果将图5所示的非对称衍射部13a、13b、13c、...设置到使透过上述多个非对称衍射部的曝光用激光的透过光相对于掩模衬底1表面产生大于0度并低于180度的相位差的深度，则可以产生衍射效率不同的正一次衍射光和负一次衍射光，而如果设置达到90度相位差的深度，则可以使衍射效率偏向最正侧或负侧。此外，将遮光带70a、70b、70c、...、非对称衍射部13a、13b、13c、...分别按2:1的比率的宽度设置，将重复图形按与非对称衍射部13a、13b、13c、...分别相同的宽度间隔设置，在使衍射效率偏向正侧一侧或负侧一侧上是有效的。如果将包括这样的各个非对称衍射光栅22a～22d的原版5配置在图1所示的缩小投影曝光装置中进行曝光，则在使晶片载物台32沿光轴方向移动时，各个非对称衍射光栅22a～22d的晶片31上的投影像在垂直于光轴的方向上移动。但是，即使将晶片载物台32在光轴方向上移动，图3所示的孤立遮光图形61a、61b、61c、61d各自的投影像也不在垂直于光轴的方向上移动。
这样的现象在理论上也可证明。例如，仅在正侧产生一次衍射光，在光栅的间隔为P的非对称衍射光栅中从垂直方向进行波长λ的相干光的曝光时，如果配置晶片的水平面为x-y平面，将与其垂直的光轴方向用z轴表示，则晶片上的投影光的振幅E用下述式(1)表示。
E(x，z)＝c0+c1exp[2πi(x/P+kz-W1)]            ......(1)
其中，k：(1-[1-(λ/P)2]1/2)/λ
W1：像差造成的衍射相位误差
ci：i次衍射的傅立叶强度
晶片上的投影光的光强度I以上述E的绝对值的平方表示，用下述式(2)表示。
I(x，y)＝|E(x，z)|2
       ＝c0 2+c1 2+2c0c1cos[2π(x/P+kz-W1)]       ......(2)
这里，就获得亮线来说，由于式(2)中的cos[2π(x/P+kz-W1)]必须为1，所以
x/P+kz-W1＝0                       ......(3)
这里，对式(3)用z进行微分，可获得下式(4).
dx/dz＝-kP                         ......(4)
从以上可知，非对称衍射光栅的投影像的移动量dx和晶片的光轴方向的移动量dz为正比例关系。
因此，用图1所示的缩小投影曝光装置将晶片载物台32沿光轴方向逐渐移动，对在多个光轴方向配置位置将抗蚀剂涂敷在硅衬底上的多个晶片31进行曝光后，对晶片31用显影液进行湿法腐蚀并用电子显微镜(SEM)和原子间力显微镜(AFM)等观察非对称衍射光栅22a和孤立遮光图形61a各自的投影像位置的相对距离的变化。其结果可知，如图8所示，如果在横轴上绘制晶片31表面的光轴方向配置位置，纵轴上绘制投影像位置的相对距离，则有将晶片31移动100nm时相对距离变化约25nm的关系.其他非对称衍射光栅22b和孤立遮光图形61b、非对称衍射光栅22c和孤立遮光图形61c、非对称衍射光栅22d和孤立遮光图形61d的投影像位置的相对距离也是同样.
因此，如图8所示，如果绘制晶片31表面的光轴方向配置位置和投影像位置的相对距离的关系，并按最小自乘法等计算将晶片31表面的光轴方向配置位置和投影像位置的相对距离作为变量的一次函数式等的近似函数式，则从下次起通过在算出的近似函数式中代入投影像位置的相对距离的实测值，可以计算晶片31的光轴方向配置位置.
此外，在将包括图3所示的检查图形20a的原版5配置在图1所示的缩小投影曝光装置中进行曝光时，在图3所示的相互垂直的方向上设置的非对称衍射光栅22a和非对称衍射光栅22b各自的投影像的焦点位置之差意味着图1所示的缩小投影曝光装置的光学系统140的像散性。因此，如果对于各个非对称衍射光栅22a、22b，计算表示投影像的位置和晶片的光轴方向配置位置的线性关系的近似函数式，则也可从各自的近似函数式的截矩之差中求出像散性。对于其他的相互垂直的非对称衍射光栅22b和非对称衍射光栅22c、非对称衍射光栅22c和非对称衍射光栅22d及非对称衍射光栅22d和非对称衍射光栅22a也是同样。
下面，用图9说明取得图3所示的检查图形的非对称衍射光栅22a～22d和孤立遮光图形61a～61d各自的投影像位置的相对距离，计算图1所示的缩小投影曝光装置的光学系统140的像差和焦点偏移的曝光装置检查系统。即，本发明的实施方式的曝光装置检查系统包括：中央处理控制装置(CPU)300；光学系统信息存储装置335；输入装置312；输出装置313；程序存储装置330和数据存储装置331。而且，CPU300包括投影像信息提取单元325、光学系统校正信息提供单元315。
这里，投影像提取单元325包括近似函数式计算部301，从输入装置312中取得图3所示的非对称衍射光栅22a和孤立遮光图形61a各自的图1所示的晶片31上的投影像的图像信息和晶片31的光轴方向配置位置的信息。再有，图像信息在多个光轴方向配置位置上取得多个。图9所示的近似函数计算部301从取得的多个图像信息中提取图8所示的表示非对称衍射光栅22a和孤立遮光图形61a各自的投影像位置的相对距离与晶片31表面的光轴方向配置位置关系的信息，计算以投影像位置的相对距离和光轴方向配置位置作为变量的近似函数式。也从其他的非对称衍射光栅22b～22d和孤立遮光图形61b～61d各自的投影像中同样地计算近似函数式。
图9所示的光学系统信息存储装置335包括近似函数式存储部310、焦点位置存储部311.近似函数式存储部310保存由近似函数式计算部301算出的近似函数式。焦点位置存储部311保存图1所示的缩小投影曝光装置的光学系统140的焦点位置和聚焦深度。作为焦点位置和聚焦深度，可以保存从光学系统140的设计中导出的理论值，也可以预先在多个光轴方向位置将原版5的器件图形15曝光在晶片31中，保存从显影后的表面形状中容许的晶片31的光轴方向配置位置的范围.
图9所示的光学系统校正信息提供单元315包括像差计算部323、焦点偏移计算部302、焦点偏移判断部303.像差计算部323比较近似函数式存储部310中保存的多个近似函数式并计算图1所示的缩小投影曝光装置的光学系统140的像差。图9所示的焦点偏移计算部302将从输入装置312输入的图3所示的非对称衍射光栅22a～22d和孤立遮光图形61a～61d各自的图1所示的晶片31上的投影像的实测位置的相对距离代入近似函数式存储部310中保存的近似函数式，计算晶片31的计算配置位置。图9所示的焦点偏移判断部303比较焦点偏移计算部302算出的晶片31的计算配置位置和焦点位置存储部311中保存的焦点位置，判断焦点偏移是否在容许范围内，将其结果输出到输出装置313。
再有，输入装置312可使用键盘、鼠标等，输出装置313可使用液晶显示装置(LCD)、发光二极管(LED)等产生的监视画面等.程序存储装置330保存用于使CPU300执行近似函数式计算、焦点偏移计算及连接到CPU300的装置间的数据发送接收的控制等的程序。数据存储装置331临时保存CPU300的运算过程中的数据。
接着，说明使用图2所示的原版5和图9所示的曝光装置检查系统，来检查在图1所示的缩小投影曝光装置的光学系统140中是否没有产生像差、或晶片31是否正确地配置在焦点位置的曝光装置检查方法.首先，使用图1、图3、图9、图10来说明计算图1所示的缩小投影曝光装置的光学系统140的像差的曝光装置检查方法。
(a)在图10的步骤S101中，用图1所示的缩小投影曝光装置将原版5的检查图形20a～20c曝光在晶片31中。将晶片31准备多个，逐渐移动晶片载物台32并在多个光轴方向配置位置进行曝光.在对晶片31进行曝光现影后，将图3所示的非对称衍射光栅22a～22d和孤立遮光图形61a～61d各自的晶片31表面的投影像的图像信息和晶片31的光轴方向配置位置的信息一起从图9所示的输入装置312输入到投影像信息提取单元325.
(b)在步骤S151中投影像信息提取单元325的近似函数式计算部301从多个图像信息中提取非对称衍射光栅22a和孤立遮光图形61a各自的晶片31表面的投影像的相对距离和晶片31的光轴方向配置位置之间的关系，计算近似函数式。对于其他非对称衍射光栅22b～22d和孤立遮光图形61b～61d也同样计算近似函数式。
(c)在步骤S102中近似函数式存储部310保存近似函数式计算部301算出的近似函数式。
(d)在步骤S161中光学系统校正信息提供单元315的像差计算部323读取近似函数式存储部310中保存的多个近似函数式，将它们进行比较并计算光学系统140的像差。
(e)在步骤S103中光学系统校正信息提供单元315将算出的像差传送到输出装置313，并结束检查。
下面，使用图1、图3、图9、图11，说明计算图1所示的缩小投影曝光装置的光学系统140的焦点偏移的曝光装置检查方法。
(a)在图11的步骤S110中对于作为检查对象的原版判断近似函数式是否已经算出并保存在图9所示的近似函数式存储部310中.如果没有保存，与图10说明中记述的说明同样按步骤S101、S151、S102计算近似函数式，将其保存在近似函数式存储部310中，并进至步骤S162。另一方面，在近似函数式已经保存在近似函数式存储部310中时，直接进至步骤S162。
(b)在图11的步骤S162中，将图9所示的近似函数式存储部310中保存的近似函数式和从输入装置312输入的图3所示的非对称衍射光栅22a～22d和孤立遮光图形61a～61d各自的图1所示的晶片31表面的投影像实测位置的相对距离的实测值保存在图9所示的焦点偏移计算部302中。焦点偏移计算部302将实测位置的相对距离的实测值代入近似函数式的晶片表面上的投影像位置的相对距离的变量，计算晶片31的计算配置位置.计算配置位置被传送到图9所示的焦点偏移判断部303。
(c)在图11的步骤S163中将图9所示的焦点位置存储部311中保存的图1所示的缩小投影曝光装置的光学系统140的焦点位置和聚焦深度输入到图9所示的焦点偏移判断部303，焦点偏移判断部303根据图11的步骤S162算出的晶片31的计算配置位置和焦点位置之差来计算焦点偏移。将算出的焦点偏移与聚焦深度进行比较，例如如果判断为算出的焦点偏移在聚焦深度内，则判断为不需要进行图1所示的光学系统140的校正，如果算出的焦点偏移在聚焦深度的范围外，则判断为需要在消除算出的焦点偏移的方向上移动晶片载物台32。
(d)在图11的步骤S103中光学系统校正信息提供单元315将图11的步骤S163中产生的判断结果传送到输出装置313，并结束检查.
如以上所示，如果采用图2所示的原版5、图9所示的曝光装置检查系统、图10所示的曝光装置检查方法，则可检查图1所示的缩小投影曝光装置的光学系统140的像差。而如果采用图11所示的曝光装置检查方法，则还可检查在图1所示的缩小投影曝光装置中晶片31是否被正确地配置在焦点位置。而且，在产生焦点偏移时，在消除算出的焦点偏移的方向上移动晶片载物台32就可以，可在短时间内对光学系统140进行校正.此外，由于以往设置了检查图形的检查用原版和设置了器件图形的制造用原版是单独的，所以在用检查用原版对光学系统进行校正后，还需要将检查用原版更换为制造用原版。但是，由于原版5分别包括检查图形20a～20c和器件图形15a～15c两者，所以在对光学系统140进行校正后才可以原封不动地进入半导体集成电路制造工序。进而，可继续检查在半导体集成电路的制造中是否在光学系统140中出现异常。例如在生产几批半导体集成电路时，如果在每批中观察并比较图3所示的非对称衍射光栅22a～22d和孤立遮光图形61a～61d各自的图1所示的晶片31上的投影像位置的相对距离，则可以用缩小投影曝光装置连续地检查是否产生焦点偏移。而在焦点偏移超过容许范围时，如果将晶片载物台32在消除按图11所示的曝光装置检查方法算出的焦点偏移的方向上移动，则可以立即再开始半导体集成电路的制造。因此，可以大幅度缩短半导体集成电路制造工序中曝光装置的光学系统的焦点位置调整所需的时间，导致降低制造成本。
再有，图2所示的原版5的各个检查图形20a～20c不限定于图3所示的图形，例如也可以如图12和图13所示将分别包括非对称衍射部113a、113b、113c、......、遮光带170a、170b、170c、......的非对称衍射光栅122a和分别包括非对称衍射部213a、213b、213c、......、遮光带270a、270b、270c、......的非对称衍射光栅122b以连续图形相互为相反方向来设置.如果将包括这样的各个检查图形20a～20c的原版5用图1所示的缩小投影曝光装置进行曝光，只要晶片31在光轴方向上移动，则非对称衍射光栅122a、122b各自的投影像位置彼此在晶片31上向相反方向移动，所以与图3的配置相比，可按两倍的灵敏度来观察其投影像位置和晶片31的光轴方向配置位置的线性关系。此外，如图14所示，将非对称衍射光栅122a和孤立遮光图形62以各自的图形纵向方向相同来配置，也可以测定非对称衍射光栅122和孤立遮光图形62各自的投影像位置的相对距离。
下面用图15至图22，说明将图5所示的非对称衍射光栅22a和图6所示的器件图形15a配备在同一掩模衬底上的原版的制造方法。
(a)如图15所示，准备石英玻璃等的掩模衬底1。然后，通过真空镀敷法等将掩模衬底1的表面堆积Cr等构成的遮光膜27。进而，在遮光膜27上旋转涂敷第一抗蚀剂膜8，使用光刻技术分别形成开口35a、35b、35c、35d、35e和开口45a、45b。
(b)接着，将分别通过开口35a～35e和开口45a、45b露出的遮光膜27的部分以第一抗蚀剂膜8作为掩模并用各向异性腐蚀选择性除去，直至掩模衬底1露出.然后，用剥离剂等除去第一抗蚀剂膜8，如图16所示，将遮光掩模7a、7b、7c、7d和遮光带70a、70b分别形成在掩模衬底1的表面。
(c)接着，在掩模衬底1表面上旋转涂敷第二抗蚀剂膜18。然后，通过光刻技术，如图17所示，分别形成开口36a、36b和开口46a、46b。将分别通过开口36a、36b和开口46a、46b露出的掩模衬底1的部分以第二抗蚀剂膜18作为掩模并用各向异性腐蚀选择性除去，如图18所示，分别形成非对称衍射部131a、131b、13a、13b。再有，将非对称衍射部131a、131b、13a、13b形成至曝光用激光的透过光相对于掩模衬底1表面的相位差为90度的深度。
(d)在用剥离剂等如图19所示除去第二抗蚀剂膜18。然后，在掩模衬底1表面上旋转涂敷第三抗蚀剂膜28，通过光刻技术如图20那样分别形成开口37a、37b。
(e)以第三抗蚀剂膜28作为掩模，从分别通过开口37a、37b露出的非对称衍射部131a、131b中还用各向同性腐蚀法选择性除去掩模衬底1，分别形成衍射部23a、23b。将各个衍射部23a、23b形成至曝光用激光的透过光相对于掩模衬底1表面的相位差为180度的深度。再有，腐蚀法也可以是各向异性腐蚀法，但如图21所示，通过各向同性腐蚀在侧壁方向上也进行腐蚀，提高在原版完成后的曝光工序中被曝光面的尺寸精度。
(f)最后，用剥离剂等除去第三抗蚀剂膜28，如图22所示，在掩模衬底1上形成分别包括遮光掩模7a～7d、衍射部23a、23b的器件图形15a和分别包括遮光带70a、70b、非对称衍射部13a、13b的非对称衍射光栅22a两者，完成实施方式的原版。以往，难以在同一掩模衬底上设置相位不同的非对称衍射部和衍射部两者，需要准备包括非对称衍射光栅的检查用原版和包括器件图形的制造用原版的两个掩模。但是，在上述制造方法中，在图17至图18所示的工序中，在通过各向异性腐蚀分别形成达到将透过下述多个非对称衍射部的曝光用激光的透过光相对于掩模衬底1表面产生的相位差为90度的深度的非对称衍射部131a、131b、13a、13b后，在图19所示的工序中剥离被各向异性腐蚀损伤的第二抗蚀剂膜18。接着，如图20所示，形成构图过的第三抗蚀剂膜28，还对非对称衍射部131a、131b分别进行各向同性腐蚀，直至达到透过上述多个非对称衍射部的曝光用激光的透过光相对于掩模衬底1表面产生的相位差为180度的深度，并分别形成衍射部23a、23b。根据这样的制造方法，可在掩模衬底1上高精度形成器件图形和如非对称衍射光栅那样曝光用激光的透过光的相位差不同的衍射图形两者。此外，如果用具有局部腐蚀至遮光掩模的下部的衍射部的原版进行曝光，则投影像的反差提高，但如上述制造方法那样，在各向异性腐蚀中分别形成图18所示的非对称衍射部131a、131b后，如果如图21所示还分别从非对称衍射部131a、131b对掩模衬底1进行各向同性腐蚀，则如图22所示，可高精度形成局部腐蚀至各个遮光掩模7b～7e的下部的衍射部23a、23b。
(实施方式的变形例1)
图23是实施方式变形例1的原版的非对称衍射光栅的剖面图，与图5所示的非对称衍射部13a、13b、13c、......分别不同，将非对称衍射部93a、93b、93c、......和U型的非对称衍射部94a、94b、94c、......分别交替设置。其他的构成元件的配置等与图5所示的非对称衍射光栅相同，所以省略说明。这里，各个非对称衍射部93a、93b、93c、......和各个U型的非对称衍射部94a、94b、94c、......是设置在掩模衬底1的表面附近内部的沟，各个非对称衍射部93a、93b、93c、......以达到透过上述多个非对称衍射部的曝光用激光的透过光相对于掩模衬底1表面产生的相位差为105度的深度来设置，U型的非对称衍射部94a、94b、94c、......以达到75度的深度来设置。例如，掩模衬底1是折射率1.56的石英玻璃，在用波长193nm的ArF受激准分子激光进行曝光时非对称衍射部93a、93b、93c、......各自的深度为100.5nm，非对称衍射部94a、94b、94c、......各自的深度为71.8nm。在图1所示的缩小投影曝光装置中配置包括图23所示的非对称衍射光栅的原版5进行曝光时，由于晶片31的光轴方向配置位置和非对称衍射光栅的投影像位置具有线性关系，所以利用图9所示的曝光装置检查系统和图10及图11所示的曝光装置检查方法，可检查图1所示的光学系统140。下面，用图24至图28，来说明包括图23所示的非对称衍射光栅的原版的制造方法。
(a)通过图15和图16的说明中记载的制造方法，在石英玻璃等构成的掩模衬底1的表面上形成Cr等构成的遮光掩模7a～7d和遮光带70a、70b，进而将具有开口36a、36b、38的第二抗蚀剂膜18如图24那样形成在掩模衬底1表面上。
(b)通过各向异性腐蚀而选择性除去分别从开口36a、36b、38露出的掩模衬底1，如图25所示，分别形成非对称衍射部231a、231b、93。分别将非对称衍射部231a、231b、93形成至曝光用激光的透过光相对于掩模衬底1表面的相位差为105度的深度。
(c)如图26所示，在用剥离剂等除去第二抗蚀剂膜18后，将第三抗蚀剂膜28旋转涂敷在掩模衬底1上，通过光刻技术，如图27所示，分别形成开口63a、63b、64。
(d)通过各向同性腐蚀选择性除去分别从开口63a、63b、64露出的掩模衬底1，如图28所示，分别形成衍射部23a、23b和非对称衍射部94。将各个衍射部23a、23b形成至透过上述多个衍射部的曝光用激光的透过光相对于掩模衬底1表面产生的相位差为180度的深度，将非对称衍射部94形成至相位差为75度的深度。
(e)最后，用剥离剂等除去第三抗蚀剂膜28，如图29所示，完成在掩模衬底1上形成分别包括遮光掩模7a～7d、衍射部23a、23b的器件图形和分别包括遮光带70a、70b、非对称衍射部93、94的非对称衍射光栅两者的原版。
(实施方式的变形例2)
图30是实施方式变形例2的原版的非对称衍射光栅的剖面图，与图5所示的非对称衍射部13a、13b、13c、......分别不同，将包括台阶状的底部的台阶状衍射部86a、86b、86c......分别设置。其他的构成元件的配置等与图5所示的非对称衍射光栅相同，所以省略说明。
这里，台阶状衍射部86a的台阶状的底部分别包括相位差光透过面100a、相位差光透过面101a和等相位光透过面102a，相位差光透过面100a配置在透过上述相位差光透过面的曝光用激光的透过光相对于掩模衬底1表面产生的相位差为60度的位置，相位差光透过面101a配置在120度的位置，等相位光透过面102a配置在180度的位置。因此，在掩模衬底1是折射率1.56的石英玻璃，用波长193nm的ArF受激准分子激光进行曝光时将相位差光透过面100a配置在距掩模衬底1的表面57.4nm的位置，将相位差光透过面101a配置在距掩模衬底的表面114.9nm的位置，将等相位光透过面102a配置在距掩模衬底的表面172.3nm的位置。其他的台阶状衍射部86b、86c、...分别按同样的配置具有相位差光透过面100b、100c、...、相位差光透过面101b、101c、...以及等相位光透过面102b、102c。
在图1所示的缩小投影曝光装置中配置包括图30所示的非对称衍射光栅的原版5进行曝光时，由于晶片31的光轴方向配置位置和非对称衍射光栅的投影像位置具有线性关系，所以利用图9所示的曝光装置检查系统和图10及图11所示的曝光装置检查方法，可检查图1所示的光学系统140。
下面，用图31至图35，来说明包括图30所示的非对称衍射光栅的原版的制造方法。
(a)通过图15至图17的说明中记载的制造方法，如图31所示，在掩模衬底1的表面分别形成包括遮光掩模7a～7d、遮光带70a、70b、开口36a、36b、58a、58b的第二抗蚀剂膜18。
(b)通过各向异性腐蚀而选择性除去分别从开口36a、36b、58a、58b露出的掩模衬底1，如图32所示，分别形成非对称衍射部29a、29b、30a、30b。分别将非对称衍射部29a、29b、30a、30b形成至透过上述多个非对称衍射部的曝光用激光的透过光相对于掩模衬底1表面产生120度相位差的深度。(c)如图33所示，在用剥离剂等除去第二抗蚀剂膜18后，将第三抗蚀剂膜48旋转涂敷在掩模衬底1上，通过光刻技术，如图34所示，分别形成开口97a、97b、98a、98b、99a、99b。
(d)最后，在通过各向同性腐蚀而选择性除去分别从开口97a、97b、98a、98b、99a、99b露出的掩模衬底1后，用剥离剂等除去第三抗蚀剂膜48，如图35所示，完成在掩模衬底1上形成分别包括遮光掩模7a～7d和衍射部23a、23b的器件图形、以及分别包括遮光带70a、70b和台阶状衍射部86a、86b的非对称衍射光栅的两者的原版。
(实施方式的变形例3)
实施方式的变形例3的缩小投影曝光装置如图36所示，除了图1所示的缩小投影曝光装置的构成元件以外，还包括检查光学系统，该系统有：检查用激光振荡器65a、将从检查用激光振荡器65a产生的激光导向原版5的检查图形20a和对准标记26a的反射镜68a、配置在原版5的下部的分光镜67a、接收被分光镜67a分割的激光的TTL传感器66a.
在图36中从检查用激光振荡器65a产生的激光具有涂敷于晶片31上的抗蚀剂的灵敏度以外的波长，由反射镜68a导向原版5的检查图形20a和对准标记26a，透过了检查图形20a和对准标记26a的激光经由分光镜67a和投影光学系统42照射到晶片31表面.晶片31表面的检查图形20a和对准标记26a的投影像经由投影光学系统42、分光镜67a被TTL传感器66a感应。
对于检查图形20a和对准标记26b也分别同样配置包括检查用激光振荡器65b、反射镜68b、分光镜67b、TTL传感器66b的检查光学系统。而对于检查图形20c和对准标记26c也分别同样配置包括检查用激光振荡器65c、反射镜68c、分光镜67c、TTL传感器66c的检查光学系统.图36所示的缩小投影曝光装置的其他构成元件与图1相同，所以省略说明。
这样，如果使用原版5和检查光学系统，则不必为了观察晶片31表面的检查图形20a、20b、20c各种的投影像而在曝光后对晶片31进行显像，可将晶片31原样配置在缩小投影曝光装置中来观察检查图形20a、20b、20c各自的投影像。因此，使用图9所示的曝光装置检查系统、图10和图11所示的曝光装置检查方法，可不更换晶片31来进行图36所示的缩小投影曝光装置的光学系统140的检查和校正。此外，各个对准标记26a、26b、26c分别相邻检查图形20a、20b、20c来设置，所以可同时进行晶片31的水平方向的定位.
(实施方式的变形例4)
实施方式的变形例4的原版的非对称衍射光栅的平面图为图37，从图37所示的A-A方向观察的剖面图为图38。如图37和图38所示，实施方式的变形例4的非对称衍射光栅分别包括掩模衬底1上设置的非对称衍射部83a、83b、83c、......、以及在掩模基板1上夹置它们来配置的遮光带71a、71b、71c、71d、71e、71f、......。
这里，各个非对称衍射部83a、83b、83c、......是设置于掩模衬底1的表面附近内部的沟，以使透过上述多个非对称衍射部的曝光用激光的透过光相对于掩模衬底1表面产生的相位差大于0度并低于180度的深度来设置，例如以相位差为90度的深度来设置。包括这样的非对称衍射光栅的实施方式的变形例4的原版的结构与图2所示的原版5相同，所以省略说明。在图1所示的缩小投影曝光装置中配置包括图37和图38所示的非对称衍射光栅的原版5，在涂辐了抗蚀剂膜的硅衬底等构成的晶片31上用波长193nm的ArF受激准分子激光进行曝光后，如图39所示，对晶片31进行显像处理后的情况下的非对称衍射光栅的投影像包括：图37和图38所示的作为各个遮光带71a、71b、71c、71d、71e、71f、......的投影像的遮光带投影像104a、104b、104c、104d、104e、104f、......；以分别夹置遮光带投影像104a、104b、104c、104d、104e、104f、......来配置的作为掩模衬底1表面的投影像的衬底表面投影像95a、95b、95c、......；以及作为各个非对称衍射部83a、83b、83c、......的非对称衍射部投影像96a、96b、96c、......。
这里，设用SEM和AFM等观察图39所示的投影像所得的遮光带投影像104a、104b、104c、104d、104e、104f、......的各自线宽为L，衬底表面投影像95a、95b、95c、......各自线宽为S1，非对称衍射部投影像96a、96b、96c、......的各自线宽为S2。这种情况下，将图1所示的缩小投影曝光装置的晶片载物台32以曝光量A、曝光量A的1.5倍的曝光量B两个条件的曝光量在光轴方向上移动，测定L+S2的长度并进行绘制的图为图40，仅绘制L的长度的图为图41。如图40所示，L+S2的长度的变化量与缩小投影曝光装置中配置的晶片31向光轴方向的移动量大致为线性关系，而即使曝光量从曝光量A变化为1.5倍强度的曝光量B，相对于晶片31表面位置的L+S2的长度值几乎不变化。另一方面，如图41所示，即使在距焦点位置-200nm至+200nm、以一定的曝光量条件在光轴方向上移动晶片31，L的长度也不大变化，但如果使晶片31的位置固定并改变曝光量，则L的长度也变化.
如以上所示，如果在图1所示的缩小投影曝光装置中配置包括图37和图38所示的非对称衍射光栅的原版5并在晶片31中进行曝光，则通过观察晶片31表面的投影像，可不依赖于曝光量来计算晶片31从焦点位置向光轴方向偏移多大地配置，而且在缩小投影曝光装置中曝光量上产生变化的情况下，也可检测它.
图42表示实施方式的变形例4的曝光装置检查系统。CPU400与图9所示的曝光装置检查系统的CPU300不同在于，投影像信息提取单元425还包括曝光量信息提取部314，光学系统校正信息计算单元415还包括线宽变化判断部305。而光学系统信息存储装置435还包括线宽存储部321。其他的构成元件与图9所示的曝光装置检查系统相同，所以省略说明.
这里，曝光量信息提取部314从图39所示的投影像的图像信息中将遮光带投影像104a、104b、104c、104d、104e、104f、......各自的最佳曝光量条件下的线宽L作为L的线宽最佳值提取.图42所示的线宽存储部321保存曝光量提取部314提取的L的线宽最佳值。线宽变化判断部305比较该线宽最佳值和从输入装置312输入的检查对象的晶片中测量出的L的线宽实测值，判断在图1所示的缩小投影曝光装置中曝光量上是否产生变化。
如果在图1所示的缩小投影曝光装置中配置包括图37和图38所示的非对称衍射光栅的原版5，使用图42所示的曝光装置检查系统，则除了可以检查图1所示的缩小投影曝光装置的光学系统140的像差和焦点偏移以外，还可以检查曝光量变化.
下面，用图1、图39、图42、图43来说明用于检查图1所示的曝光装置的光学系统140的曝光量变化的曝光装置检查方法.
(a)首先，在图43的步骤S101中用图1所示的缩小投影曝光装置将原版5的检查图形20a～20c以最佳曝光量曝光在晶片31上.在对晶片31进行曝光显像后，将用SEM和AFM观察的图39所示的晶片31上的投影像的图像信息从图42所示的输入装置312输入到投影像信息提取单元425。
(b)在图43的步骤S152中，图42所示的投影像信息提取单元425的曝光量信息提取部314从图像信息中将图39所示的遮光带投影像104a、104b、104c、104d、104e、104f、......各自的线宽作为线宽最佳值来提取。
(c)在图43的步骤S102中，在图42所示的线宽存储部321中将步骤S152中提取的线宽最佳值和晶片31的光轴方向配置位置的信息一起保存。
(d)在步骤S170中，用图1所示的缩小投影曝光装置开始半导体集成电路的制造。
(e)在步骤S170中制造几批半导体集成电路后，将图42所示的线宽存储部321中保存的线宽最佳值和从输入装置312输入的线宽实测值在图43的步骤S164保存在线宽变化判断部305中。图42所示的线宽变化判断部305比较线宽最佳值和线宽实测值，根据其差来计算线宽变化.
(f)在步骤S103中，光学系统校正信息提供单元315将算出的线宽变化传送到输出装置313，并结束检查。
如以上所示，如果将包括图37和图38所示的非对称衍射光栅的原版5配置在图1所示的缩小投影曝光装置中并进行曝光，根据图43所示的曝光装置检查方法，使用图42所示的曝光装置检查系统，则在半导体集成电路的制造工序中可检查图1所示的缩小投影曝光装置的曝光量上是否产生变化。例如，在一批半导体集成电路的制造的最初和最后，SEM观察图39所示的非对称衍射光栅的投影像，如果遮光带投影像104a、104b、104c、104d、104e、104f、......各自的线宽L增加，则可检测出图1所示的缩小投影曝光装置中曝光量在减少.因此，可在缩小投影曝光装置的曝光量上采取对策，可缩短用于保持质量基准的保养检查时间。而且，图37和图38所示的实施方式的变形例4的非对称衍射光栅如图2所示在同一掩模衬底上设置器件图形和检查图形，所以不需要以往那样在保养检查中从制造用原版更换为检查用原版。因此，如果确认合格率恶化等，则根据图10、图11、图43所示的方法来检查原封不动曝光显像后的晶片31，可知道是图1所示的缩小投影曝光装置的光学系统140中产生了像差、或是晶片31从焦点位置偏离配置、或是光学系统140的曝光量减少。再有，如果不依靠光学式的观测方法进行图39所示的检查图形的投影像观察，限定为使用SEM和AFM的观察，则还可减小图37和图38所示的原版上的检查图形的区域。
(其他实施方式)
如上述那样，记载了本发明的实施方式，但构成其公开的一部分的论述和附图不应理解为用于限定本发明.从该公开中，本领域技术人员当然可知道各种代替实施方式、实施例和运用技术。例如，在实施方式的变形例4中，根据图39所示的衬底表面投影像95a、95b、95c、...的线宽S1和非对称衍射部投影像96a、96b、96c、...的线宽S2的尺寸差，也可检查被曝光体是否被配置于焦点位置。这样，本发明当然包含这里没有记载的各种实施方式等。因此，本发明的技术范围仅由适当的技术方案的范围的发明特定事项确定.
根据本发明，可以提供一种原版、曝光装置检查系统、曝光装置检查方法及原版的制造方法，在半导体器件制造工序中不需要准备检查用原版和制造用原版两者，可在进行用于半导体集成电路制造的曝光的同时高精度地检查曝光装置的光学系统，可以大幅度地缩短光学系统校正所需的时间。

Claims (6)

1.一种原版，其特征在于包括：
掩模衬底；
检查图形，其设置在所述掩模衬底上，包括产生衍射效率不同的正一次衍射光和负一次衍射光的非对称衍射光栅；以及
器件图形，其与所述检查图形相邻并设置在所述掩模衬底上。
2.如权利要求1所述的原版，其特征在于，所述非对称衍射光栅包括：
多个遮光带，配置在所述掩模衬底上；以及
多个非对称衍射部，在所述多个遮光带一侧分别相邻并设置在所述掩模衬底上，使透过上述多个非对称衍射部的透过光相对于所述掩模衬底的表面产生的相位差大于0度并且低于180度。
3.如权利要求1所述的原版，其特征在于，所述非对称衍射光栅包括：
多个遮光带，配置在所述掩模衬底上；以及
多个台阶状衍射部，在所述多个遮光带一侧分别相邻并包括设置在所述掩模衬底中的台阶状的底部。
4.如权利要求3所述的原版，其特征在于，所述台阶状的底部包括：
多个等相位光透过面，配置在透过上述多个等相位光透过面的透过光相对于所述掩模衬底的表面产生的相位差为180度的位置；以及
多个相位差光透过面，配置在透过上述多个相位差光透过面的透过光相对于所述掩模衬底的所述表面产生的相位差为大于0度并且低于180度的位置。
5.如权利要求1所述的原版，其特征在于，所述非对称衍射光栅包括：
多个非对称衍射部，设置在所述掩模衬底上，使透过上述多个非对称衍射部的透过光相对于所述掩模衬底的表面产生的相位差大于0度并且低于180度；以及
多个遮光带，以在所述掩模衬底上夹置所述多个非对称衍射部来配置。
6.如权利要求1或3所述的原版，其特征在于，所述器件图形包括：
多个衍射部，设置于所述掩模衬底上，使透过上述多个衍射部的透过光相对于所述掩模衬底的表面产生的相位差为180度；以及
多个遮光掩模，在所述掩模衬底上以夹置所述多个衍射部来配置。
7.如权利要求2、4或5所述的原版，其特征在于，所述器件图形包括：
多个衍射部，设置于所述掩模衬底上，使透过上述多个衍射部的透过光相对于所述掩模衬底的所述表面产生的相位差为180度；以及
多个遮光掩模，在所述掩模衬底上以夹置所述多个衍射部来配置。
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