CN1235088C - 曝光量监测方法和半导体器件的制造方法 - Google Patents

Abstract

谋求放宽曝光量监测图形设计条件，容易获得所需要的曝光量灵敏度。一种的曝光量监测方法是，将照明光照明形成曝光量监测图形的掩模上，只让所述曝光量监测图形衍射光之中0次衍射光通过所述投影曝光装置的光瞳面内，在衬底上边复制曝光量监测图形，测定曝光量，并以照射所述照明光时，使通过所述投影曝光装置的光瞳面(200)上的所述曝光量监测图形的0次衍射光像(211)重心偏离光轴OA为特征的曝光量监测方法。

Description

曝光量监测方法和半导体器件的制造方法

技术领域

本发明涉及一种高精度监测光刻工序中曝光量的曝光量监测方法和半导体器件的制造方法。

背景技术

从要求半导体器件图形微细化出发，正在实行缩短曝光波长和提高投影透镜的NA，与此同时实现工艺的改进。但是，近年来对器件图形微细化的要求进一步严格。其结果，难以充分获得曝光量裕度和焦点深度的曝光余量，引起成品率下降。因此，为了有效地使用少量的曝光量裕度，防止成品率下降，要求更高精度的曝光量管理以及聚焦管理。

通常，曝光量通过测定图形线宽来判断。但是，图形线宽不仅随曝光量而且也随聚焦而变化。图形变得越加微细，越不能忽视聚焦误差给图形线宽带来的影响。因而，难以判断是适宜曝光量值变动的影响，还是聚焦值变动的影响。于是，为了高精度实现最小设计标准的图形曝光，要求分开高精度监测曝光量和聚焦双方，分别加以管理。

作为测定不受聚焦变动影响的有效曝光量的办法，在SPIE Vol.1261Integrated Circuit Metrology，Inspection，and Process Control IV(1990)p.315论文中，提出有关没有附加聚焦误差影响线宽的曝光量监测图形。该曝光量监测图形的特征是，在使用的投影曝光装置中不能析像宽度的区段内一方向排列透光部分和遮光部分。在上述一方向单调变化尺寸比，分别排列透光部分与遮光部分的尺寸比不同的多个区段。

若对该曝光量监测图形用照明光照明，在衬底上的光刻胶膜上形成具有不依赖于聚焦状态的照射量倾斜分布的潜像。通过测定光刻胶膜上所形成的潜像，或使光刻胶膜显影得到的图形的一方向长度，测定曝光量。

曝光量监测图形的灵敏度，由是否能将占空比设定为怎样小来决定。区段宽度p大，占空比细小，越能够形成高灵敏度的曝光量监测图形。

随设计标准微细化带来的曝光装置有高NA、短波长、高σ化的趋势。进而，关于占空比，极其细小地设定设计上图形增量，掩模制作上也是困难的。根据以上的理由，获得曝光量监测图形上所需的有效曝光量灵敏度就难办了。

例如，打算监测有效曝光量的掩模，可以考虑，设定曝光条件为数值口径NA是0.68、相干系数σ是0.85，波长λ是0.193μm的曝光装置的场合。该装置中，不能析像的区段宽度p(晶片上尺寸)的条件，根据衍射理论，

[数式5]

$\begin{array}{c}\frac{1}{p}\≥(1+\mathrm{\σ})\frac{\mathrm{NA}}{\mathrm{\λ}}\\ p\≤\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{NA}(1+\mathrm{\σ})}\end{array}...\left(1\right)$

成立。由(1)式，需要将宽度p设为0.15μm以下。制作精度良好0.15μm以下的宽度区段是困难的状况。并且，为了提高曝光量监测图形的检测灵敏度，要求尽可能微细地设定上述占空比，进而，制作上也是困难的。

如上所述，难以高精度制造曝光量监测图形。其结果，存在难以获得为曝光量监测图形所需要的有效曝光量灵敏度这样的问题。

存在难以高精度测定曝光量这样的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种达到放宽曝光量监测图形的设计条件，很容易获得所需曝光量灵敏度的曝光量监测方法和半导体器件制造方法。

(1)本发明一例的曝光量监测方法是，在该方法中，对由曝光量监测图形形成的掩模照射照明光，上述曝光量监测图形设于投影曝光装置内，由多个在不能用所述投影曝光装置析像的一定宽度p内，沿一方向排列遮光部分和透光部分的区段断续地或连续地沿所述一方向排列而构成，该区段的遮光部分与透光部分的尺寸比沿所述一方向单调变化；

所述曝光量监测图形的衍射光中仅0次衍射光通过所述投影曝光装置的光瞳面内，在衬底上复制曝光量监测图形的0次衍射光像，测定曝光量的曝光量监测方法，其特征为所述照明光照明时，通过所述投影曝光装置的光瞳面上的所述曝光量监测图形的0次衍射光像的重心偏离所述投影曝光装置的光轴。

(2)本发明一例的曝光量监测方法是，对设于具备对光轴点对称配置2个偏心光源的2重极照明的投影曝光装置，在不能用所述投影曝光装置析像的一定宽度p内，沿一方向排列透光部分和遮光部分的多个区段断续地或连续地沿所述一方向排列，并对形成该区段的遮光部分与透光部分尺寸比在所述一方向单调变化的曝光量监测图形掩模进行照明光照明，所述曝光量监测图形的衍射光中仅0次衍射光通过所述投影曝光装置的光瞳面内，在衬底上复制曝光量监测图形的0次衍射光像，测定曝光量的曝光量监测方法，其特征为所述一方向是与所述二个偏心光源排列方向大体垂直的方向。

(3)本发明一例的曝光量监测方法是，对设于具备对光轴4次对称配置4个偏心光源的4重极照明的投影曝光装置，在不能用所述投影曝光装置析像的一定宽度p内，沿一方向排列透光部分和遮光部分的多个区段断续地或连续地沿所述一方向排列，对形成该区段的遮光部分与透光部分尺寸比沿所述一方向单调变化的曝光量监测图形掩模进行照明光照明，所述曝光量监测图形的衍射光中仅0次衍射光通过所述投影曝光装置的光瞳面内，在衬底上复制曝光量监测图形的0次衍射光像，测定曝光量的曝光量监测方法，其特征为所述一方向是，通过光轴，并与不通过所述偏心光源中心的2条对称轴的一方大体平行。

(4)本发明一例的曝光量监测方法是，对具备对光轴2次对称配置4个偏心光源的4重极照明的投影曝光装置，在不能用所述投影曝光装置析像的一定宽度p内，沿一方向排列透光部分和遮光部分的多个区段断续地或连续地沿所述一方向排列，对形成该区段的遮光部分与透光部分尺寸比在所述一方向单调变化的曝光量监测图形掩模进行照明光照明，所述曝光量监测图形的衍射光中仅0次衍射光通过所述投影曝光装置的光瞳面内，在衬底上复制曝光量监测图形的0次衍射光像，测定曝光量的曝光量监测方法，其特征为所述一方向，是与2根对称轴中，距所述偏心光源中心的距离远的对称轴大体平行。

附图说明

图1表示第1实施方案的曝光量监测图形构成平面图。

图2表示对图1所示的曝光量监测图形投影曝光时得到的投影曝光装置的光瞳面上衍射像分布平面图。

图3表示形成第1实施方案曝光量监测的掩模概略构成图。

图4表示将照明光照射图3所示掩模时，投影曝光装置的光瞳面上的曝光量监测图形衍射光像分布平面图。

图5表示曝光量监测图形的衍射光像偏移与在曝光量监测图形形成需要的区段宽度p的关系图。

图6表示对区段宽度p为0.15μm的曝光量监测图形投影曝光时得到的衬底上光像强度分布图。

图7表示通过棱镜照明区段宽度p为0.3μm的曝光量监测图形时得到的衬底上光像强度分布图。

图8表示占空比的增量与有效曝光量分辨率的关系图。

图9表示现有曝光量监测图形与本实施方案曝光量监测图形的概略构成图。

图10是用于说明第1实施方案的曝光量监测方法图。

图11是用于说明第1实施方案的曝光量监测方法图。

图12是用于说明第1实施方案的曝光量监测方法图。

图13是用于说明第2实施方案的曝光量和聚焦监测方法图。

图14表示第3实施方案的2重极照明概略构成图。

图15表示第3实施方案的2重极照明与曝光量监测图形的配置关系图。

图16表示在图15所示配置关系的状态下，照明曝光量监测图形时得到的投影光学系统光瞳面上的衍射光像分布图。

图17表示现有2重极照明与曝光量监测图形的配置关系图。

图18表示在图17所示配置关系的状态下，照明曝光量监测图形时得到的投影光学系统光瞳面上的衍射光像分布图。

图19表示第4实施方案的4重极照明概略构成图。

图20表示第4实施方案的4重极照明与照明曝光量监测图形的配置关系图。

图21表示第4实施方案的4重极照明与照明曝光量监测图形的配置关系图。

图22表示按图20所示的4重极照明与曝光量监测图形的配置关系进行曝光而得到的光瞳面上的衍射光像分布平面图。

图23表示按图21所示的4重极照明与曝光量监测图形的配置关系进行曝光而得到的光瞳面上的衍射光像分布平面图。

图24表示现有的4重极照明与曝光量监测图形的配置关系图。

图25表示按图24所示的4重极照明与曝光量监测图形的配置关系进行曝光而得到的光瞳面上的衍射光像分布平面图。

图26表示第5实施方案的4重极照明概略构成图。

图27表示第5实施方案的曝光量监测图形对图26所示的4重极照明光源形状的配置关系图。

图28表示按图26、27所示的配置关系进行曝光得到的光瞳面上衍射光像分布平面图。

图29表示曝光量监测图形对4重极照明光源形状的配置关系图。

图30表示预定角度θ与曝光量监测图形的区段宽度p的关系图。

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的实施方案。

(第1实施方案)

图1表示平面图，表示本发明第1实施方案的曝光量监测图形构成。

如图1所示，曝光量监测图形100是在曝光装置不能析像宽度p的区段内排列透光部分101和遮光部分102。在区段内的透光部分101和遮光部分102的排列方向，连续地排列着多个区段。而且，对上述排列方向而言，区段内的透光部分101与遮光部分102之占空比单调变化。另外，也可以断续地排列着多个区段。

若使照明光照射该曝光量监测图形，则衬底上的曝光量监测图形衍射光的光强度分布为不依赖于聚焦位置的单调减少或单调增加。

通过衬底上边形成光刻胶膜，在光刻胶膜上形成跟无关于聚焦状态的照射量倾斜分布对应的潜像。采用测定光刻胶膜上所形成的潜像，或使光刻胶膜显影而得到的图形的一方向长度的办法，测定曝光量。

根据测定的曝光量校正曝光装置的曝光量设定值以后，给半导体衬底上边形成的光刻胶膜复制半导体器件图形。通过以上述曝光量监测图形控制曝光量即使曝光量裕度少，也能适当复制图形。

曝光量监测图形的灵敏度，由占空比变化增量inc的细度决定。图2中，表示对图1所示的曝光量监测图形100投影曝光时得到的投影曝光装置的光瞳面上衍射像分布。由于仅仅使曝光量监测图形的衍射像之中0次衍射光像201进入数值口径NA200内，能够监测有效曝光量而不受聚焦影响。另外，图2中，标号202是+1次衍射光像，标号203是-1次衍射光像，符号OA是光轴。

作为对象的曝光装置是，衬底一侧数值口径NA＝0.68，相干系数σ＝0.85，环带遮蔽率ε＝0.5的ArF激态复合物激光曝光装置(波长λ＝0.193μm)。

可是，从上述(1)式，就上述曝光条件来说，需要设定上述的区段宽度p为0.15μm。这个比相同时期的临界器件图形标准还要严格。因而，形成高精度曝光量监测图形是极其困难的。

因此，本发明人着眼于，采用使光瞳面内曝光量监测图形的0次衍射光像位置偏离光瞳面中心位置(光轴)的办法，可使用光瞳面内有效数值口径NA小的位置。

下面说明在光瞳面内使曝光量监测图形来的0次衍射光像偏离光瞳面中心的构成。图3是表示形成本发明第1实施方案的曝光量监测的掩模概略构成图。

如图3所示，在透明基板301上的曝光量监测图形302上部，设置棱镜303。棱镜303是具有使照明光束倾斜作用的光学元件。

光源304来的照明光，透过棱镜303和透明基板301入射曝光量监测图形302。从曝光量监测图形302看的光源位置，借助于棱镜303的光学作用，看上去象从实际光源304的位置转移。其结果，从曝光量监测图形302看的光源变成光源305。

图4中，表示使照明光照射图3所示掩模时，在投影曝光装置光瞳面上的曝光量监测图形衍射光像分布的平面图。

如图4所示，光瞳面200上，形成0次衍射光像211、+1次衍射光像212、以及-1次衍射光像213。在偏离光瞳面中心OA的位置形成0次衍射光像211的重心。之所以在偏离光瞳面中心OA的位置形成0次衍射光像211的重心，是因为利用棱镜303，使照明光束倾斜入射曝光量监测图形302。

而且，仅0次衍射光像211通过光瞳面200内。±1次衍射光像212、213不通过光瞳面内。另外，衍射光像211、212、213表示通过照明将区段宽度p放宽到0.3μm的曝光量监测图形而得到的衍射像。

并且，图4中，为了参考，示出不通过棱镜，用光照射曝光量监测图形得到的0次衍射光像201、+1次衍射光像202、以及-1次衍射光像203。这些衍射光像201、202、203是通过照明区段宽度p为0.15μm的曝光量监测图形而获得的。

如图4所示，通过利用棱镜使光倾斜入射曝光量监测图形，在有效瞳面200的数值口径NA小的区域，形成0次衍射光像211。而且，可以把0次衍射光像211和±1次衍射光像212、213的衍射角设得小，就可以放宽曝光量监测图形的区段宽度。

如图4所示，可知光瞳面200内作为0次衍射光像211仅偏移Δσ时的曝光量监测图形上所需要的区段宽度p，假设为

[数式6]

$\begin{array}{c}\frac{1}{p}\≥\sqrt{{(1+\mathrm{\σ})}^2-{\left(\mathrm{\Δ\σ}\right)}^2}\frac{\mathrm{NA}}{\mathrm{\λ}}\\ p\≤\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{NA}\sqrt{{(1+\mathrm{\σ})}^2-{\left(\mathrm{\Δ\σ}\right)}^2}}\end{array}...\left(2\right)$

就行。另外，偏移量Δσ是用相干系数换算后的值。

图5中，示出上述曝光条件下的曝光量监测图形衍射光像的偏移与作为曝光量监测图形上需要的区段宽度p的关系。如图5所示，由于设计棱镜，使其光瞳面内衍射光像仅偏移1.6σ，就能使曝光量监测图形的区段宽度p，从0.15μm放宽到0.3μm。

下面更具体点说，与现有的情况比较说明本发明。

图6中，表示对区段宽度为0.15μm的曝光量监测图形投影曝光时得到的衬底上的光像强度分布。图7中，表示对区段宽度p为0.3μm的曝光量监测图形通过棱镜照明时获得的衬底上的光像强度分布。如图7所示，可见由于使衍射光像偏移，可以把区段宽度p设得大，因而放宽增量，也能维持高灵敏度检测性能。

并且，图8中，表示占空比的增量与有效曝光量分辨率的关系。如图8的实线所示，可见随着缩小增量inc，分辨率也减少。图8中的虚线，表示由现有的区段宽度p为0.15μm的曝光量监测图形获得的光像强度分布求出的有效曝光量分辨率的占空比对增量inc依赖性。

另外，有效曝光量分辨率也取决于测量曝光量监测图形的线宽测定装置的精度。图8所示的分辨率是使用50nm作为线宽测定装置保证精度的装置时的结果。

近年来随着器件图形微细化，需要有效利用少量曝光量容限。作为曝光量监测图形上需要的检测灵敏度为0.5％以下。衍射光像重心没有偏离光轴的场合，需要从要求检测灵敏度以增量inc为0.625nm(晶片上尺寸)这样的微小尺寸改变占空比。因为采用使光瞳面内的衍射光像重心偏离光轴的办法，可以把区段宽度p设为0.3μm之大，为了得到0.5％以下的检测灵敏度，把增量设计成2.5nm就可以。该增量值为现有的4倍。

结果，能够实现图7所示的像强度分布，以及如图8的实线所示那样放宽增量的高分辨率。

具体点说，把用于得到同样曝光量检测灵敏度曝光量监测图形的构成示出在图9上。图9(a)是表示现有的曝光量监测图形构成平面图。图9(b)表示本发明第1实施方案的曝光量监测图形构成平面图。

曝光量监测图形为不能析像的图形，只要图形的明暗比相同，就得到同样的强度分布。其结果，如图9所示，等于通过可将区段宽度p设定为2倍，增量就可以放宽4倍。

如以上说过的那样，能够大幅度放宽曝光量监测图形区段宽度的限制。并且，关于占空比，用不着极其精细设定也能确保必要的有效曝光量检测灵敏度。通过放宽二个设计项目，现在已经可以制作精度良好的曝光量监测图形。因而，能够大幅度减轻制作掩模的成品率，给检查工序带来的负担。

另外，这次，使用棱镜作为使光瞳面中心与衍射光像重心偏移的办法。但是，并非特别限定其办法。例如，如图10所示，与曝光量监测图形302配合在透明基板301上设置移相光栅313。而且，虽然实际光源是光源314，但是将从曝光量监测图形302看的光源作为实质上的光源315。或者，如图11所示，在透明基板301上，配置具有移相光栅323b的光学元件的透明基板323a。而且，虽然实际光源为光源324，但把从曝光量监测图形302看的光源作为实质上的光源325。并且，也可以在透明衬底下方配置棱镜或移相光栅。并且，为了调整和QC各工艺部分，采用检测掩模的场合，如图12所示，即使光源335直接偏离光轴进行照明，也能获得同样的效果。

另外，上述实施方案中，使用了环带照明作为照明。但是，对于从大体圆形的面光源照射的照明光中心跟光轴大体一致的通常照明也同样具有效果。并且，对于具有多个偏心光源的多重极照明等，应用本实施方案的技术，也具有效果。在多重极照明等的场合，只要使多个形成的0次衍射光像重心偏离光轴就行。

(第2实施方案)

进而，本发明人考虑到，从对光轴非对称的位置发出照明，成像的场合，按照聚焦状态，利用图形成像位置移动，与监测有效曝光量同时对于聚焦进行监测。图13中，具体地示出用于监测聚焦的方法。

在透明基板401表面上形成棱镜402。透明基板401背面上，形成曝光量监测图形403、第1聚焦监测图形404、第2聚焦监测图形405、第1位置偏移检查图形406、以及第2位置偏移检查图形407。在棱镜402的下方，形成曝光量监测图形403和第1聚焦监测图形404。

使用该中间掩模对衬底410上的第1拍照(Shot)区域S1进行曝光。借助于棱镜402使照明光束偏心并倾斜入射到曝光量监测图形403及第1聚焦监测图形404上。并且，就第2聚焦监测图形405、第1和第2位置偏移检查图形406、407来说，照明光是非偏心的。另外，衬底410表面上形成光刻胶膜。

向第1聚焦监测图形404偏心并倾斜入射照明光束，因而衬底410上形成第1聚焦监测图形的潜像414的位置随聚焦位置而变化。

给第1拍照区域S1曝光后，对第2拍照区域S2进行曝光。这样设定第2拍照区域S2，使其与第1拍照区域S1的一部分重合。要形成第1拍照区域S1上形成的第1聚焦监测图形的潜像414与第2拍照区域S2上形成的第2聚焦监测图形的潜像415重合。并且，要形成第1拍照区域S1上形成的第1位置偏移检查图形的潜像416与第2拍照区域S2上形成的第2位置偏移检查图形的潜像417重合。

第1聚焦监测图形的潜像414的形成位置，随着聚焦位置而变化。并且，第2聚焦监测图形的潜像415的形成位置，不随聚焦位置而变化。因此，通过用对合偏移检查装置，测量显影后由潜像414、415形成的图形间偏移量，可以检测聚焦位置。这时，采用测量由第1和第2位置偏移检查图形406、407的潜像416、417形成的光刻胶图形间偏移的办法，校正工作台对合偏移部分。

另外，关于聚焦监测图形，不仅仅限于上述例子。只要光瞳面上的衍射像重心偏离光轴，利用图形对散焦的移动，同样各种变形都能应用。

(第3实施方案)

本实施方案中，详细说明有关对于图14中所示二重极照明有效的方法。如图14所示，二重极照明，就是对光轴OA点对称配置二个偏心光源501。本实施方案中的具体照明条件是，从光轴OA到偏心光源501中心的距离σ₁为0.65σ，偏心光源501的大小σ_r为0.2σ。曝光装置跟第1实施方案同样，数值口径NA为0.68，相干系数σ为0.85的Ar F激态复合物激光曝光装置(波长λ：0.193μm)。

本发明人通过根据要设定的二重极照明形状，使其主图形的曝光变为适合，对曝光量监测图形的配置方向动脑筋，找出能够放宽设定监测图形的周期。

图15是表示本发明第3实施方案的二重极照明与曝光量监测图形的配置关系图。

具体点说，如图15所示，对2重极照明的偏心光源501中心连接线A-A’对合垂直的方向(B-B’)，可以发现，改变曝光量监测图形503的微细间距增量加以排列配置是最有效的。另外，图15中，标号502是中间掩模。

图16中，表示照明采用上述配置关系场合的曝光量监测图形之时得到的投影光学系统的光瞳面上衍射像分布。如图16所示，满足曝光量监测图形503的衍射像内，仅0次衍射光像511通过光瞳面510的条件，而且还有，从曝光量监测图形来的衍射角最窄的状态，是曝光量监测图形的区段宽度p成为最放宽的条件。另外，图16中，标号512是+1次衍射光像，标号513是-1次衍射光像。

如图16所示，配置2重极照明和曝光量监测图形的场合，要设定曝光量监测图形的区段宽度p，使其满足

[数式7]

$p\≤\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{NA}\sqrt{{(1+{\mathrm{\σ}}_r)}^2-{{\mathrm{\σ}}_1}^2}}...\left(3\right)$

就行。

具体点说，上述曝光条件的场合，把曝光量监测图形的区段宽度p设定为0.28μm就行。图17中表示不考虑图15中所示配置关系时的例子。另外，图17中，给与图15同一部位加上同一标号，并省略其详细说明。如图17所示，对于二个偏心光源501中心连结线A-A’改变曝光量监测图形503的微细间距增量并加以排列配置。

并且，在图18中，表示按图17所示的配置关系进行曝光时光瞳面内的衍射光像位置。另外，图18中给与图16同一部位加上同一标号，并省略其详细说明。图18中，标号521是0次衍射光像，标号522是+1次衍射光像，标号523的-1次衍射光像。

如图17所示，配置2重极照明和曝光量监测图形的场合，按照上述(1)式，曝光量监测图形的区段宽度p是0.15μm。

对于此，如采取图15所示的配置关系，曝光量监测图形的区段宽度p就变成0.28μm。于是，通过采取图15所示的配置关系，能够大幅度放宽周期。其结果，正如第1实施方案中表示的那样，对于曝光量监测图形的占空比增量，也能从0.625放宽为2nm。

正如以上一直叙述的那样，能够大幅度放宽曝光量监测图形的周期限制。并且，对于占空比不用极其精细设定，也能确保高灵敏度的有效曝光量的检测灵敏度。其结果，现在已经能够制作常常精度良好的曝光量监测图形，成为可以大幅度减轻给制作掩模的成品率、检查工序带来的负担。其结果，实现了高精度的曝光量控制。

还有，本实施方案中，采用圆形作为2重极照明的偏心光源形状。不限于这种场合，对各种形状的偏心光源形状，也同样可以应用。但是，不是圆形的偏心光源形状的场合，对于(4)式，需要随着形状变更带来修改。

(第4实施方案)

在第3实施方案中实际器件的照明方法是对2重极照明的场合有效果的方法。对此，本实施方案中，详细说明有关对图19中4重极照明场合有效的办法。4重极照明，如图19所示，要定位4个偏心光源601，使之对光轴OA成为4次对称的方式。

4重极照明的照明条件，从光轴OA到偏心光源601中心的距离σ₁设为0.65σ，圆形偏心光源601的大小σ_r设为0.2σ，圆形偏心光源601按90度相等间隔4次对称性分布。曝光装置跟第1实施方案同样，数值口径NA为0.68，相干系数σ为0.85的Ar F激态复合物激光曝光装置(波长λ：0.193μm)。

本发明人根据设定的4重极照明形状，使其主图形的曝光成为适合，通过对曝光量监测图形的配置方向着力，找出能够放宽设定监测图形的区段宽度p。

图20和21是表示本发明第4实施方案的4重极照明与曝光量监测图形的配置关系图。

如图20、21所示，可以认为通过2次光源面内的光轴OA，不通过偏心光源601中心的，4个偏心光源601构成线对称的两条对称轴A-A’和B-B’。这时，与线A-A’，或线B-B’方向的一方对合，改变曝光量监测图形603a、b的微细间距增量加以排列配置是最有效的。

把采用图20、21所示配置关系时的光瞳面上的衍射光像分布表示在图22和23中。图22是表示按图20所示的4重极照明与曝光量监测图形的配置关系进行曝光而获得的光瞳面上衍射光像的分布平面图。图23是表示按图21所示的4重极照明与曝光量监测图形的配置关系进行曝光而获得的光瞳面上衍射光像的分布平面图。

曝光量监测图形的衍射像内，仅0次衍射光像611a、b满足通过光瞳面610a、b的条件，而且还有，从曝光量监测图形来的衍射角最窄的状态是曝光量监测图形的周期变成最放宽的条件。另外，在图22、23中，标号612a、b是+1次衍射光像，标号613是-1次衍射光像。

利用图20、21的配置关系时，要设定曝光量监测图形的区段宽度p，使其满足：

[数式8]

$p\≤\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{NA}}\left\{\frac{-{\mathrm{\σ}}_1\cos \mathrm{\θ}+\sqrt{{{\mathrm{\σ}}_1}^2{\cos }^2\mathrm{\θ}+{(1+{\mathrm{\σ}}_r)}^2-{{\mathrm{\σ}}_1}^2}}{{(1+{\mathrm{\σ}}_r)}^2-{{\mathrm{\σ}}_1}^2}\right\}...\left(4\right)$

就行。

具体点说，在上述曝光条件的场合，可以知道，将曝光量监测图形的区段宽度p设定为0.18μm作为θ＝45°就可以。

与图20、21对比，在图24中示出不考虑现有的光源形状和配置关系的场合。另外，图24中，标号601是偏心光源，602c是中间掩模，603c是曝光量监测图形。并且，图25中，示出按图24所示的4重极照明与曝光量监测图形的配置关系进行曝光而得到的，表示光瞳面上衍射光像的分布平面图。

在图24所示配置的场合下，从上述(1)和(2)式，曝光量监测图形的区段宽度p是0.15μm。对于此，如果是图20、21所示的配置，则曝光量监测图形的区段宽度p是0.18μm。因而能够放宽区段宽度。其结果，正如上述第1实施方案中表示的那样，关于曝光量监测图形的占空比，也能从0.625放宽到0.9nm。其结果能够实现高精度的曝光量控制。

正如以上一直叙述的那样，能够大幅度放宽曝光量监测图形的周期限制。并且，即使对于占空比没有极其精细设定，也能确保高灵敏度的有效曝光量的检测灵敏度，现在已经能够制作常常精度良好的曝光量监测图形，成为可以大幅度减轻给制作掩模的成品率、检查工序带来的负担。

并且，本实施方案中，采用圆形作为4重极照明的偏心光源形状。不限于这种场合，对各种形状，关于上述(5)式，有时也需要随着形状变更带来修改，但同样可以应用。

(第5实施方案)

本实施方案中，不仅4次对称的4重极照明，而且如图26所示，说明有关对2次对称的4重极照明有效的办法。

如图26所示，对光轴用2次对称方式配置4个圆形的偏心光源701。由于2次对称，存在线A-A’和线B-B’的两条对称轴。这时，在与距偏心光源701中心距离远离的一方对称轴大致平行的方向，改变曝光量监测图形703的微细间距增量加以排列配置是最有效的。

在图26所示的4重极照明的场合下，轴B-B’与光源701中心的距离比轴A-A’与光源701中心的距离还要远离。因此，如图27所示，在沿着轴B-B’的方向，改变中间掩模702上所形成的曝光量监测图形703的微细间距增量加以排列配置。

图28中，表示按图26、27所示的配置关系进行曝光而获得的，表示光瞳面上的衍射光像分布的平面图。如图28所示，曝光量监测图形的衍射像内，仅0次衍射光像711a、b满足通过光瞳面710的条件，而且另外，从曝光量监测图形来的衍射角最窄的状态是曝光量监测图形的区段宽度p变成最放宽的条件。另外，在图28中，标号712是+1次衍射光像，标号713是-1次衍射光像。

可以换句话说上述的条件如下。可以考虑把一方对称轴与光源中心的预计角度设为θ的场合。对图26而言，就是测定轴A-A’与光源701中心的预计角度θ。

在0°＜θ＜45°的场合，如图29(a)所示，沿着与用于预计角度基准的轴垂直的轴B-B’，配置曝光量监测图形703a的区段。并且，在45°＜θ＜90°的场合，如图29(b)所示，沿着用于测定预计角度的轴A-A’，配置曝光量监测图形703b的区段。

并且，在图30中，表示由(5)式获得的预计角度θ与曝光量监测图形的区段宽度p的关系。在0°＜θ＜45°的场合，采用图29(a)所示的图形布局。相反在45°＜θ＜90°的场合，采用图29(b)所示的图形布局。倘若这样，就能够大幅度放宽曝光量监测图形的周期。

正如以上一直叙述的那样，能够大幅度放宽曝光量监测图形的周期限制，即使对于占空比没有极其细小地设定，也能确保高灵敏度的有效曝光量的检测灵敏度，所以现在已经能够制作常常精度良好的曝光量监测图形，成为可以大幅度减轻给制作掩模的成品率、检查工序带来的负担。

另外，本实施方案中，虽然采用圆形作为4重极照明中的偏心光源形状，但是不限于这种场合，对各种形状也能应用。但是，关于上述(5)式，有时需要随形状变更进行修改。

另外，本发明不是限定于上述实施方案，在不脱离其宗旨范围内，还可以有各种变形及其实施。

如以上说过的一样，倘若采用本发明，就能够实现曝光量监测图形设计条件的放宽，容易得到所需要的曝光量灵敏度。

Claims (7)

1.一种曝光量监测方法，在该方法中，对由曝光量监测图形形成的掩模照射照明光，上述曝光量监测图形设于投影曝光装置内，由多个在不能用所述投影曝光装置析像的一定宽度p内，沿一方向排列遮光部分和透光部分的区段断续地或连续地沿所述一方向排列而构成，该区段的遮光部分与透光部分的尺寸比沿所述一方向单调变化；

所述曝光量监测图形的衍射光中仅使0次衍射光通过所述投影曝光装置的光瞳面内，

在衬底上复制曝光量监测图形的0次衍射光像，测定曝光量，其特征是

所述照明光照明时，通过所述投影曝光装置的光瞳面上的所述曝光量监测图形的0次衍射光像重心偏离所述投影曝光装置的光轴。

2.按照权利要求1所述的曝光量监测方法，其特征是所述投影曝光装置的照明是从大体圆形的面光源照射的照明光中心与光轴大体一致的通常照明，或环带照明。

3.按照权利要求1所述的曝光量监测方法，其特征是所述投影曝光装置的曝光波长为λ，所述衬底侧数值口径为NA，相干系数为σ，以相干系数σ换算后的所述投影曝光装置的光瞳面内的所述0次衍射光像重心偏移量为Δσ的场合，

在所述衬底上的换算尺寸的上述宽度p满足

[数式1]

$p\≤\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{NA}\sqrt{{(1+\mathrm{\σ})}^2-{\left(\mathrm{\Δ\σ}\right)}^2}}$

的条件。

4.按照权利要求1所述的曝光量监测方法，其特征是在所述曝光量监测图形的上部或下部，配置包括棱镜或移相栅的光学元件的状态下，用所述照明光照明所述掩模。

5.按照权利要求1所述的曝光量监测方法，其特征是在与所述一方向垂直的方向，偏移所述光瞳面内的所述0次衍射光像。

6.按照权利要求1～5任一项所述的曝光量监测方法，其特征是

所述衬底具备光刻胶膜，在所述光刻胶膜上复制所述曝光量监测图形的0次衍射光像，以及

根据所述光刻胶膜上所复制的潜像，或使所述光刻胶膜显影而得到图形的所述一方向长度，测定曝光量。

7.一种半导体器件的制造方法，其特征是

按照权利要求1～5任一项所述的曝光量监测方法，测定衬底上的曝光量，根据测定值校正曝光量，

校正曝光量后，将半导体器件图形复制到半导体衬底上所形成的光刻胶膜上。

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