CN1277152C - 原版、曝光方法和原版的制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供在半导体器件制造工序中可以大幅度地缩短光学系统的修正所需要的时间的原版。该原版具备：掩模基板(1)，配置在掩模基板(1)上的遮光膜(17)，设置在遮光膜(17)上的检查图形用开口(56a、56b、56c)和器件图形用开口(57)，具备在检查图形用开口(56a、56b、56c)中露出来的掩模基板(1)上分别设置的非对称衍射光栅(222a、222b、222c)中的每一者的检查图形(20a、20b、20c)，在检查图形用开口(56a、56b、56c)中露出来的掩模基板(1)上分别与检查图形(20a、20b、20c)相邻地设置的对准标记(26a、26b、26c)，在器件图形用开口(57)中露出来的掩模基板(1)上设置的器件图形(15a、15b、15c)。

Description

原版、曝光方法和原版的制造方法
技术领域
本发明涉及在半导体曝光装置中使用的原版、曝光方法和原版的制造方法，特别是涉及曝光装置的光学系统修正技术。
背景技术
在用投影曝光装置从制造用原版把半导体器件的集成电路图形(器件图形)激光曝光到晶片等的被曝光体上时，如果不能正确地配置投影曝光装置的光学系统的焦点位置则对比度就将变成为不合格，就不能正确地把器件图形曝光到晶片上。为此，人们一直在开发把晶片正确地配置到光学系统的焦点位置上的技术。例如，利用使之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的技术。所谓非对称衍射光栅，就是具有对于不透射非对称衍射光栅的光产生相位差大于0度而且小于180度的透射光的多个非对称衍射沟的光栅。如果把具备这样的非对称衍射光栅的检测原版配置到投影曝光装置上进行激光曝光，则伴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就要在与光轴方向垂直方向上移动。该晶片向光轴方向移动的移动量与投影像的移动量处于线性关系。因此，如果在先取得了该线性关系而后再测量晶片上的非对称衍射光栅的投影像的实测位置，则可以计算晶片究竟被配置为从焦点位置向光轴方向偏离开了多少(例如，参看[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，如果用上述方法，则必须分别进行使用检测用原版的焦点位置检查用的曝光，和使用制造用原版的半导体器件制造用的曝光。为此，伴随着要准备检查用原版和制造用原版这两方的成本上升，或在从检查用原版更换为制造用原版时产生的制造用原版的配置位置的偏移或更换所伴随的作业时间的长期化等，在半导体集成电路制造工序中，就成了问题。
发明内容
本发明，鉴于上述的那些问题，目的在于提供使借助于在半色调型相移曝光工序中大幅度地缩短了曝光装置的光学系统的修正所需要的时间，而且，已精度良好地进行了修正而无须准备检查用原版和制造用原版这两方的光学系统进行的半导体器件的制造成为可能的原版、曝光方法和原版的制造方法。
为了实现上述目的，本发明的第1特征的要旨在于：是一种在掩模基板上设置有使之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的原版，其具有掩模基板、在上述掩模基板上分别设置的，用于在半导体基板上描画半导体器件图形的器件图形和用于获得调整投影打印装置的光学信息的第1检查图形，该第1检查图形包括：在上述掩模基板上设置的产生衍射效率不同的正一次衍射光和负一次衍射光的第1非对称衍射光栅，该第1非对称衍射光栅包括：由半透射性材料构成、在上述掩模基板上周期性地平行配置的多个第1检查用移相膜，每一个第1检查用移相膜由第1台阶构成，该第1台阶的轮廓由以下部分构成：与上述掩模基板相接，沿上述第1台阶的纵长方向延伸的带状的第1入射面；与该第1入射面相对，从平面图形看，偏于上述第1台阶的2条长边中的一条长边侧，沿上述第1台阶的纵长方向延伸的带状的第1出射面；与上述第1入射面相对，与上述第1出射面具有台阶差地相邻，具有比上述第1出射面高的水平高度，沿上述第1台阶的纵长方向延伸的带状的第1遮光面，在上述第1遮光面上分别配置有多条第1遮光带；以及用于在上述半导体基板上投影基准图形的像的图形，其中该基准图形的像用于测量与上述非对称衍射光栅在半导体基板上的投影像的相对距离。
本发明的第2特征的要旨在于：是一种曝光方法，在该方法中将原版装设于曝光装置上，该原版具有掩模基板、在上述掩模基板上分别设置的，用于在半导体基板上描画半导体器件图形的器件图形和用于获得调整投影打印装置的光学信息的第1检查图形，该第1检查图形包括：在上述掩模基板上设置的产生衍射效率不同的正一次衍射光和负一次衍射光的第1非对称衍射光栅，该第1非对称衍射光栅包括：由半透射性材料构成、在上述掩模基板上周期性地平行配置的多个第1检查用移相膜，每一个第1检查用移相膜由第1台阶构成，该第1台阶的轮廓由以下部分构成：与上述掩模基板相接，沿上述第1台阶的纵长方向延伸的带状的第1入射面；与该第1入射面相对，从平面图形看，偏于上述第1台阶的2条长边中的一条长边侧，沿上述第1台阶的纵长方向延伸的带状的第1出射面；与上述第1入射面相对，与上述第1出射面具有台阶差地相邻，具有比上述第1出射面高的水平高度，沿上述第1台阶的纵长方向延伸的带状的第1遮光面，在上述第1遮光面上分别配置有多条第1遮光带；以及用于在上述半导体基板上投影基准图形的像的图形，其中该基准图形的像用于测量与上述非对称衍射光栅在半导体基板上的投影像的相对距离，该方法的特征在于，通过该掩模基板上设置的检查用移相膜，一边改变在上述曝光装置的光学系统的光轴方向测出的晶片的相对位置，一边取得衍射效率不同的正一次衍射光和负一次衍射光向晶片上的投影像的图像信息，计算表示上述图像信息和上述晶片的相对位置关系的近似函数式，用上述近似函数式取得用来修正上述晶片相对位置的修正信息，借助于上述修正信息修正上述晶片的相对位置，维持将上述掩模基板装设于上述曝光装置的状态，以上述修正后的上述晶片的相对位置，将上述掩模基板上设置的器件图形的像在上述晶片上投影。
本发明的第3特征的要旨在于：是一种在掩模基板上设置有使之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的原版的制造方法，其特征在于包括：在掩模基板上形成半透射膜，在上述半透射性膜上形成遮光膜的图形，在上述遮光膜上形成第1抗蚀剂掩模的工序，将从上述遮光膜图形露出部分的上述半透射膜的一部分，有选择地刻蚀到上述掩模基板露出为止，在器件图形预定形成区域，分离多个半透射膜的图形，在检查用移相膜预定形成区域，形成多个周期排列的带状的半透射膜的图形，形成用于在半导体基板上投影基准图形的像的图形，其中该基准图形的像用于测量与非对称衍射光栅在上述半导体基板上的投影像的相对距离，有选择地刻蚀上述遮光膜的一部分，使得上述器件图形预定形成区域的上述遮光膜完全去除，上述带状半透射膜图形之上的上述遮光膜的一部分分别呈带状并且非对称地残留，通过上述残留的遮光膜，在上述检查用移相膜预定形成区域形成由周期的多条遮光带构成的格子状图形，以及将上述遮光带作为掩模，有选择地刻蚀从上述遮光带露出的上述半透射膜的部分，直到其厚度成为使从上述半透射膜透射的光，和没有从上述半透射膜透射的光的相位差成为要求的值为止，在上述器件图形预定形成区域形成由移相膜构成的器件图形，在上述带状半透射膜的图形上分别设置台阶部，在上述检查用移相膜预定形成区域，形成检查用移相膜，用作衍射效率为正一次衍射光和负一次衍射光而不同的非对称衍射光栅。
倘采用本发明，无须准备检查用原版和制造用原版这两方则可以提供使借助于在半色调型相移曝光工序中大幅度地缩短了曝光装置的光学系统的修正所需要的时间，而且，借助已精度良好地进行了修正的光学系统进行的半导体器件的制造成为可能的原版、曝光方法和原版的制造方法。
附图说明
图1的模式图示出了本发明的实施形态的缩小投影曝光装置。
图2是本发明的实施形态的原版的平面图。
图3是本发明的实施形态的原版的检查图形的平面图。
图4是本发明的实施形态的检查图形的非对称衍射光栅的平面图。
图5是本发明的实施形态的检查图形的非对称衍射光栅的剖面图。
图6是本发明的实施形态的原版的器件图形的剖面图。
图7的曲线图示出了在本发明的实施形态的非对称衍射光栅的光瞳面上的光强度分布。
图8的曲线图示出了是本发明的实施形态的非对称衍射光栅的投影像的被曝光面上的性质。
图9的框图示出了本发明的实施形态的曝光装置修正系统。
图10的流程图示出了本发明的实施形态的曝光方法。
图11是本发明的实施形态的检查图形的变形例的平面图(其1)。
图12是本发明的实施形态的检查图形的变形例的平面图(其2)。
图13是本发明的实施形态的检查图形的变形例的平面图(其3)。
图14是说明本发明的实施形态的原版的制造方的工序剖面图(其1)。
图15是说明本发明的实施形态的原版的制造方的工序剖面图(其2)。
图16是说明本发明的实施形态的原版的制造方的工序剖面图(其3)。
图17是说明本发明的实施形态的原版的制造方的工序剖面图(其4)。
图18是说明本发明的实施形态的原版的制造方的工序剖面图(其5)。
图19是说明本发明的实施形态的原版的制造方的工序剖面图(其6)。
图20是说明本发明的实施形态的原版的制造方的工序剖面图(其7)。
图21是说明本发明的实施形态的原版的制造方的工序剖面图(其8)。
图22是说明本发明的实施形态的原版的制造方的工序剖面图(其9)。
图23的模式图示出了本发明的实施形态的变形例1的缩小投影曝光装置。
图24是本发明的实施形态变形例2的非对称衍射光栅的平面图。
图25是本发明的实施形态变形例2的非对称衍射光栅的剖面图。
图26的曲线图示出了在本发明的实施形态变形例2的非对称衍射光栅的光瞳面上的光强度分布。
图27的框图示出了本发明的实施形态的变形例2的曝光装置修正系统。
图28的流程图示出了本发明的实施形态的变形例2的曝光方法。
标号的说明
1：掩模基板，5：原版，
15、15a、15b、15c：器件图形，17、177：遮光膜，
20a、20b、20c：检查图形，
22a、22b、22c、122a、122b、122c、222a、222b、222c：非对称衍射光栅
26a、26b、26c：对准标记，
31：晶片，32：晶片载置台，41：照明光源，42：投影光学系统，43：聚光透镜，
56a、56b、56c：检查图形用开口，57：器件图形用开口，
61a、61b、61c、61d、61：孤立遮光图形，
65a、65b、65c：检查用激光振荡器，66a、66b、66c：TTL传感器，
67a、67b、67c：束棱镜，68a、68b、68c：反射镜，
70a、70b、70c、...、79a、79b、79c、...、170a、170b、170c、...、270a、270b、270c、...：遮光带，
80：半透射膜，
107a、107b、107c、117a、117b、117c、127a、127b、127c：抗蚀剂掩模，
140：光学系统，
88a、88b、88c、...、112a、112b、112c、...、118a、118b、118c、...、212a、212b、212c、...：检查用移相膜，
188a、188b、188c、...、199a、199b、199c、...：移相膜，
150a、150b、150c、...、250a、250b、250c、...：入射面，，
151a、151b、151c、...、251a、251b、251c、...：第1面，
152a、152b、152c、...、252a、252b、252c、...：第2面，
311、400：CPU，301：近似函数计算部分，302：晶片配置位置计算部分，303：焦点偏移判断部分，310：近似函数存储部分，311：焦点位置存储部分，312：输入装置，315、415：光学系统修正信息计算装置，320、321：缩小投影曝光装置，322：显微镜装置，323：像差计算部分，330：程序存储装置，331：数据存储装置，335：光学系统信息存储装置。
具体实施方式
其次，参看附图说明本发明的实施形态。在以下的图面的描述中，对于同一或类似的部分赋予同一或类似的标号。另外，以下的实施形态，是例示出用来使本发明的技术思想具体化的装置或方法的形态，本发明的技术思想，并不把构成部件的配置等特定于下述的配置。本发明的技术思想在技术方案的范围内可以加以种种的变更。
本发明的实施形态的缩小投影曝光装置320，如图1所示，具备光学系统140，配置在光学系统140的下部的晶片载置台32。光学系统140具备照明光源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与投影光学系统42之间配置接受从照明光源41照射用聚光透镜43聚光后的光的原版5。在晶片载置台32上配置晶片31。用设置在原版5上的器件图形15和检查图形20a、20b、20c中的每一者产生的衍射光用投影光学系统42聚光并在晶片31上结成像。
原版5，如图1和图2的扩大平面图所示，具备由石英玻璃等构成的透明的掩模基板1，配置在掩模基板1上的由铬(Cr)等构成的遮光膜17，分别设置在从设置在遮光膜17上的检查图形用开口56a、56b、56c露出来的掩模基板1上的检查图形20a、20b、20c，分别设置在从设置在遮光膜17上的器件图形用开口57露出来的掩模基板1上的器件图形15a、15b、15c。检查图形20a、20b、20c分别具备非对称衍射光栅222a、222b、222c，在掩模基板1上相邻地设置对准标记26a、26b、26c。另外，对准标记26a～26c中的每一者都可以在图1所示的晶片31的位置对准中使用。
图3是图2所示的检查图形20a的扩大平面图的一个例子。检查图形20a具备在掩模基板1的表面上被配置为使得每一者都形成正方形的四边的、使之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，与非对称衍射光栅22a、22b、22c、22d中的每一者平行地配置的孤立遮光图形61a、61b、611c、61d。非对称衍射光栅22a、22b、22c、22d变成为一组构成图2所示的非对称衍射光栅222a。另外，图2所示的其它的检查图形20b、22c每一者的构成，与图3所示的检查图形20a是同样的，所以说明从略。
此外，图4是把图3所示的非对称衍射光栅22a的一部分扩大了的平面图，图5是从图4所示的A-A方向看的非对称衍射光栅22a的剖面图。如图4和图5所示，非对称衍射光栅22a被选择性地而且周期性地配置在掩模基板1上，具备分别配置在分别具有与掩模基板1接连的入射面150a、150b、150c、...，与入射面150a、150b、150c、...，中的每一者相向的第1面151a、151b、151c、...，与第1面151a、151b、151c、...中的每一者相邻的第2面152a、152b、152c、...的半透射性的多个检查用移相膜88a、88b、88c、...，第2面152a、152b、152c、...上的由Cr等构成的多个遮光带70a、70b、70c、...。
在这里，若设遮光带70a、70b、70c、...中的每一者的宽度为C1，设第1面151a、151b、151c、...中的每一者的宽度为S1，设检查用移相膜88a、88b、88c、...中的每一者的在掩模基板1上配置的间隔为T1，则在实施形态的图5中C1∶S1∶T1变成为2∶1∶1，例如，在图1所示的缩小投影曝光装置320中从照明光源41用照射波长193nm的ArF准分子激光照射原版5的情况下，把C1做成为0.2微米，把S1和T1做成为0.1微米即可。此外，第1面151a、151b、151c、...被设置为使得透射它们的光对于不透射检查用移相膜88a、88b、88c、...中的每一者的光具有90度的整数倍的相位差。例如，在检查用移相膜88a、88b、88c、...中的每一者都把钼硅化物(MoSi)作为材料的情况下，为了使透射光产生90度的相位差，只要第1面151a、151b、151c、...中的每一者都位于距入射面150a、150b、150c、...大体上90.8nm的高度的位置上即可，在该情况下透射率为24.5％。作为检查用移相膜88a、88b、88c、...中的每一者的材料，除去MoSi之外，也可以使用其氧化氮化物(MoSiON)、锆硅酸盐(ZrSiO)、非晶质炭、氮化硅(SiN)、氮化钛(TiN)、氮化钛硅(TiNSi)等。另外，图3所示的别的非对称衍射光栅22b～22d中的每一者，由于与图4和图5所示的非对称衍射光栅22a是同样的构成，故说明也从略。
其次，图6示出了图2所示的器件图形15a的一部分的扩大剖面图的一个例子，如图6所示，器件图形15a，分别具备选择性地配置在掩模基板1的表面上的半透射性的多个移相膜188a、188b、188c、...。
在这里移相膜188a、188b、188c、...被设置为使得透射每一者的光对于不透射移相膜188a、188b、188c、...中的每一者的光具有180度的整数倍的相位差。例如，移相膜188a、188b、188c、...中的每一者的都用MoSi构成，在用ArF准分子激光从图1的照明光源41进行曝光的情况下，要想使透射光产生180度的相位差，只要把移相膜188a、188b、188c、...中的每一者的厚度做成为大体上181.5nm即可，在该情况下透射率为6％。另外，图2所示的其它的器件图形15b、15c中的每一者的构成也与图6是同样的，故图面从略。
其次，图7示出了对使图4所示的非对称衍射光栅22a朝向下侧地从上部进行ArF准分子激光曝光的情况下的在光瞳面处的光强度分布进行计算的结果。如图7所示，若把横轴取为光瞳面内的位置，把纵轴取为光强度画出光强度，则可知虽然对于光瞳位置的0次衍射光发生了很强的正一次衍射光，但是，负一次衍射光与之比较则发生得很弱。另外，如果把图5所示的入射面150a、150b、150c、...和第1面151a、151b、151c、...中的每一者的间隔设定为使得对于掩模基板1的透射光产生相位差大于0度小于180度的值的整数倍的透射光，则虽然可以产生衍射效不同的正一次衍射光和负一次衍射光，但是，却可以以90度的相位差使衍射效率偏向最正一侧或最负一侧。
于是，把具备这样的非对称衍射光栅22a～22d中的每一者的原版5配置到图1所示的缩小投影曝光装置320上，使晶片载置台32在光轴方向上逐次移动，在使在多个光轴方向配置位置上把抗蚀剂涂敷到硅衬底上的多个晶片31曝光后，用显影液湿法刻蚀晶片31用电子显微镜(SEM)或原子间力显微镜(AFM)观察非对称衍射光栅22a和孤立遮光图形61a每一者的投影像的位置的相对距离的变化。其结果是可知：如果如图8所示把横轴取做晶片31表面的光轴方向配置位置、把纵轴取做投影像的位置的相对距离画成曲线，则当使晶片31移动时处于投影像的位置的相对距离也进行变化的关系。对于别的非对称衍射光栅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的投影像的相对距离来说也是同样的。
因此，如果用最小自乘法等先计算出把图1所示的缩小投影曝光装置320的光学系统140的光轴方向的晶片31的位置(光轴方向配置位置)，和晶片31表面上的投影像的位置的相对距离作为变量的近似函数式，则可以采用在下一次把投影像的位置的相对距离的实测值代入到所计算出来的近似函数式内的办法，计算晶片31的光轴方向配置位置。
其次，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中的每一者的投影像的位置的相对距离来修正图1所示的缩小投影曝光装置320的光学系统140的本发明的实施形态的曝光装置修正系统，如图9所示，具备中央处理控制装置(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。CPU300具有近似函数式计算部分301和光学修正信息计算装置315。此外，在CPU300上还连接有图1所示的缩小投影曝光装置320和本身为SEM或AFM的显微镜装置322。
在这里，近似函数式计算部分301从输入装置312或显微镜装置322与晶片31的光轴方向配置位置的信息一起取得图3所示的非对称衍射光栅22a和孤立遮光图形61a每一者的图1所示的晶片31上的投影像的图像信息，从多个图像信息中，抽出表示图8所示的那样的晶片31的光轴方向配置位置，与非对称衍射光栅22a和孤立遮光图形61a每一者的投影像的位置的相对距离之间的关系的信息，计算近似函数式。近似函数式计算部分301，也同样根据别的非对称衍射光栅22b～到22d和孤立遮光图形61b～61d每一者的投影像计算近似函数式。
图9所示的光学系统信息存储装置335，具备近似函数式存储部分310，焦点位置存储部分311。近似函数存储部分310保存用近似函数式计算部分301计算出来的近似函数式。焦点位置存储部分311保存图1所示的光学系统140的焦点位置或焦点深度等。作为焦点位置和焦点深度，既可以保存从光学系统140的设计导出的理论值，也可以预先在多个光轴方向位置上把原版5的器件图形15曝光到晶片31上，保存从显影后的表面形状所允许的晶片31的光轴方向配置位置的范围。
图9所示的光学系统修正信息计算装置315，具备晶片配置位置计算部分302，焦点偏移判断部分303。晶片配置位置计算部分302把从输入装置312或显微镜装置322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每一者的图1所示的晶片31上的投影像的实测位置的相对距离，代入到保存在近似函数式存储部分310内的近似函数式内，计算晶片31的计算配置位置。图9所示的焦点偏移判断部分303，对用晶片配置位置计算部分302计算出来的晶片31的计算配置位置与保存在焦点位置存储部分311内的焦点位置进行比较，判断焦点偏移是否在允许范围内。
另外，输入装置312，可以使用键盘、鼠标等，输出装置313则可以使用由液晶显示装置(LCD)、发光二极管(LED)等制作的监视器画面等。程序存储装置330，保存用来使CPU300执行近似函数式计算、焦点偏移计算和已连接到CPU300上的装置间的数据发送接收的控制等的程序。数据存储装置311暂时性地保存CPU300的运算过程中的数据。
其次，用图1、图3、图9和图10对利用图2所示的原版5和图9所示的曝光装置修正系统的曝光方法进行说明。
(a)在图10的步骤S110中对于配置在图1所示的缩小投影曝光装置320内的原版5，确认是否已计算出了近似函数式并保存在图9所示的近似函数式存储装置310内。如果判断为未保存，则向图10的步骤S101前进，如果判断为已进行了保存，则向步骤S162前进。
(b)在步骤S101中，用图1所示的缩小投影曝光装置320把原版5的检查图形20a～20c中的每一者都曝光到晶片31上。准备多枚晶片31，使晶片载置台32逐次移动在多个光轴方向配置位置曝光。在使晶片31曝光显影后，用图9所示显微镜装置332取得图3所示的非对称衍射光栅22a～22d和孤立遮光图形61a～61d中的每一者的晶片31表面的投影像的图像信息，与晶片31的光轴方向配置位置的信息一起，输入到近似函数式计算部分301内。
(c)在步骤S151中，图9所示的近似函数式计算部分301，从多个图像信息中，抽出图1所示的晶片31的光轴方向配置位置，和图3所示的非对称衍射光栅22a和孤立遮光图形61a的晶片31表面上的各自的投影像的相对距离之间的关系，计算近似函数式。对于别的非对称衍射光栅22b～2d和孤立遮光图形61b～61d每一者，也同样地计算近似函数式。
(d)在步骤S102中，把近似函数式计算部分301所计算出来的近似函数式保存到图9所示的近似函数式存储部分310内。
(e)在步骤S162中，把已保存在图9所示的近似函数式存储部分310内的近似函数式，和从输入装置312或显微镜装置322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在图1所示的晶片31表面上的各自的投影像的实测位置的相对距离，存放到图9所示的晶片配置位置计算部分302内。晶片配置位置计算部分302，把实测位置的相对距离代入到近似函数式的晶片表面上的投影像的位置的相对距离的变量内，计算晶片31的计算配置位置。计算配置位置被传达给图9所示的焦点偏移判断部分303。
(f)在图10的步骤S163中，把已保存到图9所示的焦点位置存储部分311内的图1所示的光学系统140的焦点位置和焦点深度读出到图9所示的焦点偏移判断部分303内。焦点偏移判断部分303，根据在图10的步骤S162中计算出来的晶片31的计算配置位置与焦点位置之差，计算焦点偏移。
(g)在步骤S164中，向图9所示的输出装置313输出在步骤S163中计算出来的焦点偏移，同时，还传达给缩小投影曝光装置320。
(h)在步骤S103中，缩小投影曝光装置320，使图1所示的晶片载置台32向抵消在步骤S163中计算出来的焦点偏移的方向移动，使得晶片31表面配置在光学系统140的焦点位置上那样地进行修正。
(i)在步骤S104中，把原版5的器件图形15曝光到图1所示的晶片31上后结束。
如上所述，倘采用图2所示的原版5，图9所示的曝光装置修正系统，图10所示的的曝光方法，则就可以把晶片31的表面正确地配置到图1所示的缩小投影曝光装置320的光学系统140的焦点位置上，使器件图形15曝光。此外，以往，由于设置有检查图形的检查用原版和设置有器件图形的制造用原版是分开的，故在用检查用原版对光学系统140进行了修正后，必须把检查用原版更换为制造用原版再对器件图形进行曝光。相对于此，原版5由于具备检查图形20a～20c和器件图形15a～15c中的每一者这两方，故在光学系统140的焦点对准后就可以完全不加变动地开始器件图形15的曝光。因此，在半导体集成电路制造工序中就可以以高的精度实现半色调型相移曝光工序，此外，由于不需要准备检查用原版和制造用原版这么2块原版，故将会大幅度地缩短光学系统的修正所需要的时间，因而将导致制造成本的降低。
另外，图2所示的原版5的检查图形20a～20c中的每一者，并不限定于图3所示的构成，例如，如图11或图12所示，也可以把分别具备检查用移相膜112a、112b、112c、...，遮光带170a、170b、170c、...的非对称衍射光栅122a和具备检查用移相膜212a、212b、212c、...和遮光带270a、270b、270c、...的非对称衍射光栅122b设置为使得连续图形变成为彼此相反的方向。如果用图1的缩小投影曝光装置320使具备这样的检查图形20a～20c中的每一者的原版5曝光，由于若晶片31在光轴方向上移动则非对称衍射光栅122a、122b中的每一者的投影像的位置在晶片31上将向彼此相反的方向移动，故与图3的配置比，可以以2倍的灵敏度观察这些投影像的位置与晶片31的光轴方向配置位置的线性关系。此外，如图13所示，也可以把非对称衍射光栅122a和孤立遮光图形62设置为使得各自的图形的长边方向变成为相同，以测定彼此的投影像的相对距离。
其次，用图14到图22，对在同一掩模基板上具备使之产生图5所示的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和图6所示的器件图形15a的原版的制造方法进行说明。
(a)如图14所示，准备石英玻璃等的掩模基板1。然后，在掩模基板1上借助于溅射法等一直到透射光具有180度的相位的厚度为止淀积MoSi等构成的半透射膜80。然后，借助于蒸镀法等在半透射膜80上形成由Cr等构成的遮光膜177。
(b)其次，向遮光膜177上旋转涂抗蚀剂膜，用光刻技术，如图15所示，在遮光膜177上形成第1抗蚀剂掩模117a、117b、117c、127a、127b、127c中的每一者。
(c)采用以第1抗蚀剂掩模117a、117b、117c、127a、127b、127c中的每一者为掩模，用各向异性刻蚀一直到半透射膜80露出来为止选择性地除去遮光膜177的一部分的办法，如图16所示，形成多个遮光带79a、79b、79c、70a、70b、70c中的每一者。
(d)采用以第1抗蚀剂掩模117a、117b、117c、127a、127b、127c中的每一者为掩模，用各向异性刻蚀一直到掩模基板1露出来为止选择性地除去半透射膜80的一部分的办法，如图17所示，形成移相膜188a、188b、188c和移相膜199a、199b、199c中的每一者。
(e)如图18所示，在用剥离剂等除去了第1抗蚀剂掩模117a、117b、117c、127a、127b、127c中的每一者之后，向掩模基板1上旋转涂敷抗蚀剂膜，用光刻技术如图19所示在遮光带70a、70b、70c上的一部分形成第2抗蚀剂掩模107a、107b、107c中的每一者。
(f)如图20所示一直到移相膜188a到188c中的每一者都露出来为止用各向异性刻蚀选择性地除去遮光带79a～79c中的每一者。同时，以第2抗蚀剂掩模107a、107b、107c中的每一者为掩模一直到遮光带70a～70c中的每一者的露出来的部分，也一直到移相膜199a～199c中的每一者露出来为止用各向异性刻蚀选择性地除去。
(g)如图21所示，采用用剥离剂等除去第2抗蚀剂掩模107a～107c中的每一者，用镓(Ga)聚焦离子束等对于基板1表面一直到透射光的相位差变成为90度为止选择性地除去移相膜199a～199c中露出部分的办法，如图22所示地形成检查用移相膜88a～88c中的每一者，完成原版。
倘采用以上所示的制造方法，则可以制造具备具备配置在掩模基板1上的移相膜188a～188c中的每一者的器件图形，和具备配置在掩模基板1上的检查用移相膜88a～88c，配置在检查用移相膜88a～88c中的每一者的上部的遮光带70a～70c中的每一者的非对称衍射光栅这两方的原版。以往，要把相位不同的衍射光栅配置在同一掩模基板上是困难的，必须准备具备非对称衍射光栅的检查用掩模和具备器件图形的原版这2块掩模。相对于此，在上述制造方法中，在如图17所示，采用在掩模基板1上形成了移相膜188a～188c和移相膜199a～199c中的每一者之后，选择性地除去移相膜199a～199c中的每一者的一部分的办法，就可以形成图22所示的那样的检查用移相膜88a～88c中的每一者，在掩模基板1上精度良好地分别形成透射光的相位不同的器件图形和非对称衍射光栅这两方。
(变形例1)
实施形态的变形例1的缩小投影曝光装置321，如图23所示，除去图1所示的缩小投影曝光装置320的构成要素之外，还具备：检查用激光振荡器65a；把从检查用激光振荡器65a发射的激光引导到原版5的检查图形20a和对准标记26a上去的反射镜68a；配置在原版5的下部的分束器67a；接受用分束器67a分割后的激光的TTL传感器66a。
在图23中，从检查用激光振荡器65a发射出来的激光，具有已涂敷到晶片31上的抗蚀剂的灵敏度以外的波长，并用反射镜68a引导到原版5的检查图形20a和对准标记26a上。透射了检查图形20a和对准标记26a后的激光，经由分束器67a和投影光学系统42照射到晶片31表面上。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和分束器67a后可用TTL传感器66a感测。
对于检查图形20b和对准标记26b中的每一者，也同样配置有具备检查用激光振荡器65b、反射镜68b、分束器67b、TTL传感器66b的检查用光学系统。此外，对于检查图形20c和对准标记26c中的每一者，也同样配置有具备检查用激光振荡器65c、反射镜68c、分束器67c、TTL传感器66c的检查用光学系统。图23所示的缩小投影曝光装置321的其它的构成要素的配置等，由于与图1所示的缩小投影曝光装置320是同样的，故说明从略。
如上所述，倘采用原版5和检查用光学系统，则可以观察把晶片31配置到缩小投影曝光装置321上的照原状不变的状态下检查图形20a、20b、20c中的每一者的投影像，而无须为了观察晶片31表面的检查图形20a、20b、20c中的每一者的投影像而在曝光后使晶片31显影。因此，倘利用图9所示的曝光装置修正系统和图10所示的曝光方法，则可以用已精度良好地修正后的光学系统140曝光器件图形15而无须更换图23所示的晶片31。此外，由于已把对准标记26a、26b、26c中的每一者设置为与检查图形20a、20b、20c中的每一者相邻。故还可以同时进行晶片31的水平方向的位置对准。
(变形例2)
图24是图5所示的非对称衍射光栅22a的变形例的平面图，图25是从图24所示的A-A方向看的非对称衍射光栅22a的变形例的剖面图。在这里，图24和图25所示的非对称衍射光栅22a，具备分别具有入射面250a、250b、250c...，第1面251a、251b、251c、...，第2面252a、252b、252c、...的检查用移相膜118a、118b、118c、...。在这里，设从入射面250a、250b、250c...中的每一者向检查用移相膜118a、118b、118c、...入射，从第1面251a、251b、251c、...中的每一者出射的光的衰减度为R，在周期性地配置方向上测得的第1面251a、251b、251c、...中的每一者的宽度S2是多个检查用移相膜118a、118b、118c、...中的每一者相互的间隔T2的1/R倍这一点，与图5不同。例如，在检查用移相膜118a、118b、118c、...中的每一者的材料是MoSi，且把第1面251a、251b、251c、...设置为使得透射每一者的光对于不透射检查用移相膜118a、118b、118c...中每一者的光具有90度的相位差的情况下，从第1面251a、251b、251c、...中的每一者透射的光，振幅将衰减到大体上1/2。因此，若设遮光带70a、70b、70c、...中的每一者的宽度为C2，设C2∶S2∶T2的比为3∶2∶1，则作为一个例子也可以把C2做成为0.21微米，把S2做成为0.14微米，把T2做成为0.07微米。对于其它材料等，由于与图5的说明的描述是同样的，故说明从略。此外，在实施形态的变形例2中，图3所示的别的非对称衍射光栅22b到22d中的每一者，由于也与图25的构造相同，故说明从略。
在这里，图26是对在使图24和图25所示的非对称衍射光栅上22a配置为使得已形成了检查用移相膜118a、118b、118c、...中的每一者的面朝向下侧，从上部用ArF准分子激光进行曝光的情况下的光瞳面处光强度分布进行计算的结果。如图26所示，如果把横轴取为光瞳面内的位置，把纵轴取为光强度画出光强度，则虽然对于光瞳位置的0次光仅仅在正侧发生了一次衍射光，但是，在负侧却未发生。另外，在图25中，虽然把S2∶T2做成为2∶1，但是如果把S2做成为T2的2倍以上也可以得到同等的效果。
如上所述，如果把具备仅仅使正侧或负侧中的一方产生一次衍射光的图24和图25所示的非对称衍射光栅22a的原版5配置在图1所示的缩小投影曝光装置320上并进行曝光，则在晶片载置台32在光轴方向上移动了100nm的情况下，晶片31上的非对称衍射光栅22a的投影像就具有与之成比例地在与光轴垂直方向上移动25nm的线性关系。晶片31的光轴方向配置位置与非对称衍射光栅22a在晶片31表面上的投影像的位置处于线性关系，这在理论上也可以证明。例如，在从与仅仅使正侧或负侧产生衍射光的间隔p的衍射光栅垂直方向上使波长λ的相干光曝光的情况下，若设要配置晶片的水平面为x-y平面，用z轴表示与之垂直的光轴方向，则在晶片表面上的投影光的振幅E，就可以用下式(1)表示。
E(x，z)＝co+c1 exp[2πi(x/P+kz-W1)]……(1)
其中，k：(1-[1-(λ/P)2]1/2)/λ
W1：由像差产生的衍射相位误差
Ci：i次衍射的傅立叶强度
在晶片表面上的投影光的光强度I，可用上述E的绝对值的乘方表示，可用下式(2)表示。
I(x，z)＝|E(x，z)|2
       ＝co 2+c1 2+2coc1cos[2π(x/P+kz-W1)]……(2)
其中，在得到亮线的条件下，由于(2)式中的cos[2π(x/P+kz-W1)]是1，故
x/P+kz-W1＝0…(3)
在这里如果用z对(3)式进行微分，则可以得到下述的(4)式。
dx/dz＝-kP…(4)
由以上可知：从理论上也可以证明仅仅使正侧或负侧产生衍射光的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处于比例关系。
此外，在把具备图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320内进行曝光的情况下，设置在图3所示的彼此垂直的方向上的非对称衍射光栅22a和非对称衍射光栅22b中的每一者的投影像的焦点位置的差，意味着图1所示的缩小投影曝光装置320的光学系统140的非点像差。因此，如果对于非对称衍射光栅22a、22b中的每一者计算出表示投影像的位置和晶片的光轴方向配置位置的的线性关系系的近似函数式，则也可以从每一者的近似函数式的截矩差求非点像差。对于其它的彼此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以及非对称衍射光栅22d和非对称衍射光栅22a也是同样的。
其次，图27所示的实施形态的变形例2的曝光装置修正系统与图9所示的曝光装置修正系统的不同之处在于CPU400对于图9所示的光学系统信息计算装置315还具备具有像差计算部分323的光学系统修正信息计算装置415这一点。除此之外的构成要素，与图9所示的曝光装置修正系统是同样的，故说明从略。在这里，像差计算部分323，对保存在近似函数式存储部分310中的多个近似函数式进行比较，计算图1所示的缩小投影曝光装置320的光学系统的像差。
其次，用图1、图27、图28，对利用具备图24和图25所示的非对称衍射光栅的原版5和图27所示的曝光装置修正系统的曝光方法进行说明。
(a)在从图28的步骤S101到步骤S102中用从图10的步骤S101到步骤S102同样的方法，使近似函数式存储到图27所示的近似函数式存储部分310中。
(b)在图28的步骤S161中，使图27所示的光学系统修正信息计算装置315的像差计算部分323读出保存在近似函数式存储部分310内的多个近似函数式。对之进行比较，计算光学系统140的像差。
(c)在图28的步骤S164向图27所示的输出装置313输出在步骤S161中计算出来的像差。
(d)在图28的步骤S103中，以在步骤S164中计算出来的像差为基础，对图1所示的光学系统140进行修正。
(e)在图28的步骤S104中，把原版5的器件图形15曝光到图1所示的晶片31上，结束半导体器件的制造工序的曝光工序。
如上所述，倘采用图2所示的原版5、图27所示的曝光装置修正系统、图28所示的曝光方法，则在图1所示的缩小投影曝光装置320中，就可以用已正确地进行了像差修正的光学系统140使器件图形15曝光。
(其它的实施形态)
如上所述，虽然用实施形态对本发明进行了描述，但是，构成本公开一部分的论述和图面，不应当理解为是对本发明的限定。对于本专业的人员来说各种各样的代替实施形态、实施例以及运用技术是明显的。例如，在实施形态中，如图2所示的原版5那样，虽然在掩模基板1上设置有非对称衍射光栅222a～222c和器件图形15a～15c这两方，但是，基本上仅仅制作具有图3所示的那样的检查图形20a的检查用原版，对于现存的仅仅具有器件图形的制造用原版的灵活运用也将是有用的。因此，本发明的技术范围，由上述的说明可知，仅仅可以由妥当的技术方案的范围的发明特定事项决定。

Claims (18)

1.一种原版，其具有掩模基板、在上述掩模基板上分别设置的，用于在半导体基板上描画半导体器件图形的器件图形和用于获得调整投影打印装置的光学信息的第1检查图形，该第1检查图形包括：
在上述掩模基板上设置的产生衍射效率不同的正一次衍射光和负一次衍射光的第1非对称衍射光栅，
该第1非对称衍射光栅包括：
由半透射性材料构成、在上述掩模基板上周期性地平行配置的多个第1检查用移相膜，每一个第1检查用移相膜由第1台阶构成，该第1台阶的轮廓由以下部分构成：
与上述掩模基板相接，沿上述第1台阶的纵长方向延伸的带状的第1入射面；
与该第1入射面相对，从平面图形看，偏于上述第1台阶的2条长边中的一条长边侧，沿上述第1台阶的纵长方向延伸的带状的第1出射面；
与上述第1入射面相对，与上述第1出射面具有台阶差地相邻，具有比上述第1出射面高的水平高度，沿上述第1台阶的纵长方向延伸的带状的第1遮光面，在上述第1遮光面上分别配置有多条第1遮光带；以及
用于在上述半导体基板上投影基准图形的像的图形，其中该基准图形的像用于测量与上述非对称衍射光栅在半导体基板上的投影像的相对距离。
2.根据权利要求1所述的原版，其特征在于，上述用于在上述半导体基板上投影基准图形的像的图形是孤立遮光图形。
3.根据权利要求2所述的原版，其特征在于，该孤立遮光图形包括：具有与上述检查用移相膜的纵长方向平行的长边的矩形。
4.根据权利要求1所述的原版，其特征在于，透射上述检查用移相膜的光，与不透射上述检查用移相膜的光的相位差是大于0度且小于180度的值的整数倍。
5.根据权利要求4所述的原版，其特征在于，设透射上述检查用移相膜、从上述出射面出射的光的衰减度为R，则在从平面图形看与上述纵长方向正交方向测得的上述出射面的宽度，是上述多个检查用移相膜的相互间隔的1/R倍或1/R倍以上。
6.根据权利要求1所述的原版，其特征在于，上述器件图形包括具备半透射性的多个器件用移相膜。
7.根据权利要求1所述的原版，其特征在于，上述器件图形配置于上述掩模基板的中央区域，上述第1检查图形配置于包围上述器件图形的位置。
8.根据权利要求7所述的原版，其特征在于，上述第1检查图形配置于，设置于上述掩模基板的周边的遮光膜中所配置的检查图形用开口的内部。
9.根据权利要求8所述的原版，其特征在于，还包括在上述检查图形用开口的内部与上述第1检查图形相邻地配置的对准标记。
10.根据权利要求1所述的原版，其特征在于，还包括第2非对称衍射光栅，
该第2非对称衍射光栅包括：
由半透射性材料构成、在上述掩模基板上与上述第1检查用移相膜以逆拓扑配置的多个第2检查用移相膜，每一个第2检查用移相膜由第2台阶构成，该第2台阶的轮廓由以下部分构成：
与上述掩模基板相接，沿上述第1台阶的纵长方向平行延伸的带状的第2入射面；
与该第2入射面相对，偏于上述第2台阶的2条长边中的一条长边侧，沿上述纵长方向延伸的带状的第2出射面，其中该第2出射面位于上述第1台阶的设置上述第1出射面侧的相反侧；
与上述第2入射面相对，与上述第2出射面具有台阶差地相邻，具有比上述第2出射面高的水平高度，沿上述纵长方向延伸的带状的第2遮光面；以及
分别配置在上述第2遮光面上的多条第2遮光带。
11.根据权利要求10所述的原版，其特征在于，上述第1及第2非对称衍射光栅相互并列，将上述多个第1及第2检查用移相膜分别周期地排列于同一直线上。
12.根据权利要求10所述的原版，其特征在于，上述第1及第2非对称衍射光栅中，将上述多个第1及第2检查用移相膜分别周期地排列于2条平行配置的直线上。
13.根据权利要求10所述的原版，其特征在于，还包括第3非对称衍射光栅，该第3非对称衍射光栅具有周期地排列于与上述第1检查用移相膜的排列方向正交的方向的多个第3检查用移相膜，和
第4非对称衍射光栅，该第4非对称衍射光栅具有与上述第3检查用移相膜以逆拓扑、在与上述第1检查用移相膜的排列方向正交的方向周期地排列的多个第4检查用移相膜，
其中上述第1-第4非对称衍射光栅以构成正方形的4边的方式相邻地排列。
14.一种将原版图像投影于晶片上的方法，
在该方法中将原版装设于曝光装置上，
该原版具有掩模基板、在上述掩模基板上分别设置的，用于在半导体基板上描画半导体器件图形的器件图形和用于获得调整投影打印装置的光学信息的第1检查图形，该第1检查图形包括：
在上述掩模基板上设置的产生衍射效率不同的正一次衍射光和负一次衍射光的第1非对称衍射光栅，
该第1非对称衍射光栅包括：
由半透射性材料构成、在上述掩模基板上周期性地平行配置的多个第1检查用移相膜，每一个第1检查用移相膜由第1台阶构成，该第1台阶的轮廓由以下部分构成：
与上述掩模基板相接，沿上述第1台阶的纵长方向延伸的带状的第1入射面；
与该第1入射面相对，从平面图形看，偏于上述第1台阶的2条长边中的一条长边侧，沿上述第1台阶的纵长方向延伸的带状的第1出射面；
与上述第1入射面相对，与上述第1出射面具有台阶差地相邻，具有比上述第1出射面高的水平高度，沿上述第1台阶的纵长方向延伸的带状的第1遮光面，在上述第1遮光面上分别配置有多条第1遮光带；以及
用于在上述半导体基板上投影基准图形的像的图形，其中该基准图形的像用于测量与上述非对称衍射光栅在半导体基板上的投影像的相对距离，该方法的特征在于，
通过该掩模基板上设置的检查用移相膜，一边改变在上述曝光装置的光学系统的光轴方向测出的晶片的相对位置，一边取得衍射效率不同的正一次衍射光和负一次衍射光向晶片上的投影像的图像信息，
计算表示上述图像信息和上述晶片的相对位置关系的近似函数式，
用上述近似函数式取得用来修正上述晶片相对位置的修正信息，
借助于上述修正信息修正上述晶片的相对位置，
维持将上述掩模基板装设于上述曝光装置的状态，以上述修正后的上述晶片的相对位置，将上述掩模基板上设置的器件图形的像在上述晶片上投影。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：上述近似函数式表示，上述晶片的相对位置，与上述晶片表面上的上述投影像在垂直于上述光轴的方向上移动量的实测值的关系。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：上述修正信息的取得，还包括比较由上述近似函数式计算的晶片的相对位置，和上述光学系统的焦点位置，计算焦点偏移的步骤。
17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：上述修正信息的取得，还包括根据上述近似函数式计算上述光学系统的像差的步骤。
18.一种原版的制造方法，其特征在于包括：
在掩模基板上形成半透射膜，
在上述半透射性膜上形成遮光膜的图形，
在上述遮光膜上形成第1抗蚀剂掩模的工序，
将从上述遮光膜图形露出部分的上述半透射膜的一部分，有选择地刻蚀到上述掩模基板露出为止，在器件图形预定形成区域，分离多个半透射膜的图形，在检查用移相膜预定形成区域，形成多个周期排列的带状的半透射膜的图形，
形成用于在半导体基板上投影基准图形的像的图形，其中该基准图形的像用于测量与非对称衍射光栅在上述半导体基板上的投影像的相对距离，
有选择地刻蚀上述遮光膜的一部分，使得上述器件图形预定形成区域的上述遮光膜完全去除，上述带状半透射膜图形之上的上述遮光膜的一部分分别呈带状并且非对称地残留，通过上述残留的遮光膜，在上述检查用移相膜预定形成区域形成由周期的多条遮光带构成的格子状图形，以及
将上述遮光带作为掩模，有选择地刻蚀从上述遮光带露出的上述半透射膜的部分，直到其厚度成为使从上述半透射膜透射的光，和没有从上述半透射膜透射的光的相位差成为要求的值为止，在上述器件图形预定形成区域形成由移相膜构成的器件图形，在上述带状半透射膜的图形上分别设置台阶部，在上述检查用移相膜预定形成区域，形成检查用移相膜，用作衍射效率为正一次衍射光和负一次衍射光而不同的非对称衍射光栅。
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