[发明专利]半导体器件制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件制造方法，特别涉及一种适合于利用电子束对光致抗蚀剂工序进行最优化的方法。

背景技术

半导体器件利用精细加工工艺而制造。该精细加工工艺包括曝光工序，该曝光工序用于在光致抗蚀剂上复制CAD数据或形成在掩模上的精细结构图案，其中光致抗蚀剂为涂敷在硅衬底(晶片)上的感光性树脂。该曝光工序是利用摄影原理的精细加工技术，由以下工序构成。

第1工序：在硅衬底上均匀地涂敷光致抗蚀剂并使之干燥。

第2工序：通过形成有对应于精细结构形状的图案的掩模，向硅衬底上的光致抗蚀剂照射光。

第3工序：使光致抗蚀剂显影，分离其未感光部分和感光部分。

第4工序：为了固定显影的光致抗蚀剂的形状，将其在高温下烧结固定，完成光致抗蚀剂结构体。

其中，在曝光工序中作为曝光条件存在两个重要的工艺参数，即聚焦和曝光量(剂量)。如果上述聚焦和曝光量合适，则曝光工序结束之后可得到所希望的准确的光致抗蚀剂结构体。

但是，如果聚焦前后偏离，则光致抗蚀剂结构体的形状缺乏锐度，相对于作为目标的掩模尺寸产生误差。并且，在正性抗蚀剂的情况下，如果曝光量少，则留下的光致抗蚀剂结构体粗；相反，如果曝光量多，则光致抗蚀剂结构体变细，存在光致抗蚀剂结构体的一部分在显影后发生缺损的可能性。在这种情况下，由于无法得到所希望的光致抗蚀剂结构体，所以会导致形成在硅衬底上的精细结构的缺陷。

因而，在曝光工序中对聚焦和曝光量两者进行最优化很重要。即，曝光工序的最优化是指，调整聚焦和曝光量这两个参数，以得到所希望的器件结构。并且，曝光工序的处理结果也会因用于曝光工序的装置的状态而变化，因此，在实用上重要的是寻求即使装置的状态发生一些变化也能够稳定地得到所希望的处理结果的强有力的曝光条件(工艺窗口)。

目前，形成在硅衬底上的精细结构为单纯的几何形状，因而通过曝光工序复制的结构也是单纯的几何形状。例如，用于取得电气导通的接触孔或通孔为简单的圆形，晶体管的栅极为长方形。

并且，对工艺进行评价时，作为测量对象的精细结构的几何形状的种类被限制在数个种类上，其特征量的测量对象较少。例如，利用可进行nm级尺寸计量的CDSEM(Critical Dimension Scanning Electron Microscope)，计量曝光工序后形成在晶片上的孔等精细结构的几处表面尺寸，调查其值是否落入所希望的范围内，从而能够确定最佳的曝光条件。上述CDSEM是通过向测量对象照射加速的聚焦电子束并检测反射的电子量来得到精细结构图像的装置。

但是，近年来随着半导体技术的精细化，逐渐引入了最小尺寸达到0.1微米以下的以往所没有的新结构。其代表性的结构之一为镶嵌结构，该结构是在现有的孔结构上形成有布线用的槽。

进而，为了支援曝光技术，引入了称为OPC(Optical ProximityCorrection)的校正技术。该校正技术是为了利用光的干涉效果形成波长以下的精细结构图案，从而准确实现所希望的精细结构，新加入原来结构中没有的特殊形状的精细结构的技术，该特殊形状的精细结构有散射条、衬体、锤头等。

在曝光工序中，如果利用如上所述的OPC用的特殊的附加结构，则原来想要实现的结构也会受到附加结构的影响，测量对象的种类会增加。

然而，通常难以简单地判断出这些结构之中在工艺上最难实现的结构，因此不能为了减少测量点数量而选择代表性的点，而是需要在所有位置检查复杂形状本身是否已准确形成，根据其结果确定工艺窗口。

制作实际的器件而不是测试图案，并对其全部表面结构进行快速检查的装置被用作实现上述目的的检查装置。

并且，曝光装置每小时处理硅衬底的片数为60片或120片，尽管曝光装置具有高速处理能力，但在半导体量产工厂，为了进一步提高生产能力，设置有多台曝光装置。虽然在设计和管理上要使各个曝光装置的特性相同，但由于存在透镜和机械性的固体差，无法避免因曝光装置不同而产生特性差的问题。并且，还要加上抗蚀剂材料的特性变化，因此在理想条件下预设的曝光条件未必也能成为量产工厂中的最佳条件。

也就是说，量产工厂中的曝光结果并不是单纯由聚焦和曝光量这两个参数唯一确定，随装置的不同，上述参数值的最佳值会发生变化。因此，为了使曝光条件最优化，有必要检查所有曝光装置的曝光结果，需要非常多的时间。

这里，对关于半导体制造工序中的光致抗蚀剂的重要特性进行说明。