聚焦测定方法和半导体装置的制造方法.pdf

本发明提供聚焦测定方法和半导体装置的制造方法，其能够正确地测定聚焦值和聚焦偏移量。利用由电子束照射引起的抗蚀剂图形的收缩量依赖于聚焦值进行变化的情况求取聚焦值。在求取聚焦值的情况下，对通过聚焦值测定对象的曝光形成的聚焦测定用抗蚀剂图形的收缩量进行测定。与该收缩量对应的聚焦值从预先取得的收缩量的聚焦依赖性求取。聚焦偏移量能够由该聚焦值和最佳聚焦值的差确定。

1.  一种聚焦测定方法，其特征在于，包括：
准备在曝光装置中设定的聚焦值与抗蚀剂图形的收缩量的对应关系的工序，其中，所述抗蚀剂图形的收缩量是对通过该聚焦值下的曝光在基板上形成的抗蚀剂图形的尺寸测定多次而获得的；
对通过曝光装置的在设定聚焦值下的曝光在聚焦测定对象的基板上形成的所述抗蚀剂图形的尺寸进行多次测定的工序；
根据所述测定结果，求取通过所述设定聚焦值下的曝光形成的所述抗蚀剂图形的收缩量的工序；和
根据所述对应关系，求取与所述求得的收缩量对应的聚焦值的工序。

2.  如权利要求1所述的聚焦测定方法，其特征在于：
所述抗蚀剂图形的尺寸通过向所述抗蚀剂图形的同一部分照射电子束而被多次测定。

3.  如权利要求2所述的聚焦测定方法，其特征在于：
求取所述抗蚀剂图形的收缩量的工序是根据所述多次测定得到的尺寸计算由所述电子束照射引起的所述抗蚀剂图形的收缩量的工序。

4.  如权利要求3所述的聚焦测定方法，其特征在于：
所述抗蚀剂图形的收缩量通过从所述尺寸的初次的测定值减去所述尺寸的最后一次的测定值而被计算出。

5.  如权利要求2所述的聚焦测定方法，其特征在于，还包括：
根据由所述电子束照射引起的所述抗蚀剂图形的收缩量饱和的次数，预先决定所述抗蚀剂图形的尺寸的测定次数的工序。

6.  如权利要求3所述的聚焦测定方法，其特征在于，还包括：
根据由所述电子束照射引起的所述抗蚀剂图形的收缩量饱和的次数，预先决定所述抗蚀剂图形的尺寸的测定次数的工序。

7.  如权利要求4所述的聚焦测定方法，其特征在于，还包括：
根据由所述电子束照射引起的所述抗蚀剂图形的收缩量饱和的次数，预先决定所述抗蚀剂图形的尺寸的测定次数的工序。

8.  如权利要求1所述的聚焦测定方法，其特征在于：
所述抗蚀剂图形由化学增强型抗蚀剂材料构成。

9.  如权利要求2所述的聚焦测定方法，其特征在于：
所述抗蚀剂图形由化学增强型抗蚀剂材料构成。

10.  如权利要求1～9中任一项所述的聚焦测定方法，其特征在于：
所述抗蚀剂图形是孤立线图形。

11.  如权利要求10所述的聚焦测定方法，其特征在于：
线图形宽度为0.15μm以下。

12.  一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包括：
准备在曝光装置中设定的聚焦值与抗蚀剂图形的收缩量的对应关系的工序，其中，所述抗蚀剂图形的收缩量是对通过该聚焦值下的曝光在基板上形成的抗蚀剂图形的尺寸测定多次而获得的；
对通过曝光装置的在设定聚焦值下的曝光在聚焦测定对象的基板上形成的所述抗蚀剂图形的尺寸进行多次测定的工序；
根据所述测定结果，求取通过所述设定聚焦值下的曝光形成的所述抗蚀剂图形的收缩量的工序；
根据所述对应关系，求取与所述求得的收缩量对应的聚焦值的工序；
根据所述求得的聚焦值求取聚焦偏移量的工序；
根据所述求得的聚焦偏移量修正所述曝光装置的设定聚焦值的工序；和
通过修正设定聚焦值后的所述曝光装置对基板进行曝光的工序。

13.  如权利要求12所述的半导体装置的制造方法，其特征在于：
将修正后的设定聚焦值应用于包括在同一批次中的多个基板。

聚焦测定方法和半导体装置的制造方法
技术领域
本发明主要涉及在光刻工序中测定并调整曝光聚焦的方法以及使用该方法的半导体装置的制造方法。
背景技术
历来，为了形成半导体集成电路的微细元件图形，使用曝光装置(步进式曝光装置等)。曝光装置对形成在半导体基板上的具有感光性的光致抗蚀剂膜进行形成标线(レチクル：reticle)上的掩模图形的像的投影曝光。通过对曝光后的抗蚀剂(resist)膜进行显影，将被投影的掩模图形在抗蚀剂膜上图形化。为了获得具有设计的预定的剖面形状和尺寸的抗蚀剂图形，必需在抗蚀剂上没有聚焦偏移地将标线上的掩模图形投影到光致抗蚀剂膜上。作为在半导体集成电路的光刻工序中确认有无聚焦偏移的方法，在专利文献1中记载了一种聚焦偏移的测定方法。
以下对在专利文献1中记载的聚焦偏移的测定方法和最佳聚焦的确定方法的概要进行说明。在这种方法中，在抗蚀剂膜上形成孤立线(line)图形和孤立区域(space)图形，利用这些图形尺寸的聚焦依赖性检测聚焦偏移量。图9是表示上述孤立线图形和孤立区域图形的剖面图。在该方法中，测定孤立线图形200的顶部尺寸201、孤立线图形200的底部尺寸202、孤立区域(space)图形210的顶部尺寸203、和孤立区域图形210的底部尺寸204。在孤立线图形200中测定的尺寸是线宽，在孤立区域图形210中测定的尺寸是区域宽度。
图10是表示各尺寸201～204的聚焦依赖性的示意图。图10(a)是孤立线图形200的聚焦依赖性，图10(b)是孤立区域图形210的聚焦依赖性。图10(a)的横轴表示聚焦值，纵轴表示孤立线图形200的标准化倾斜量ΔLn。标准化倾斜量ΔLn是作为从顶部尺寸201减去底部尺寸202的所得的值的倾斜量ΔL、与最佳聚焦时的倾斜量ΔLo的差ΔLn＝ΔL—ΔLo。此外，图10(b)的横轴表示聚焦值，纵轴表示孤立区域图形210的标准化倾斜量ΔSn。标准化倾斜量ΔSn是作为从顶部尺寸203减去底部尺寸204的所得的值的倾斜量ΔS、与最佳聚焦时的倾斜量ΔSo的差ΔSn＝ΔS—ΔSo。在图10(a)和图10(b)所示的图表中，可以将纵轴的值为零的聚焦值作为各个图形200、210中的最佳聚焦值。
图11是表示图10所示的标准化倾斜量ΔLn和ΔSn的和(以下称为偏移指数)的聚焦依赖性的图。这里，图11的横轴表示聚焦值，纵轴表示偏移指数。如图11所示，通常，偏移指数表示相对于聚焦值具有一定倾斜的变化。在图11所示的关系中，偏移指数为零的聚焦值能够认为是满足孤立线图形200和孤立区域图形210双方的最佳聚焦值。
因而，在半导体装置的曝光工序中，在半导体基板上对图形进行曝光之前，首先，测定孤立线图形200和孤立区域图形210的顶部尺寸201、203、以及底部尺寸202、204，计算其结果并预先取得图11所示的偏移指数的聚焦依赖性。然后，对在实际的图形曝光时形成的孤立线图形200和孤立区域图形210的顶部尺寸201、203以及底部尺寸202、204进行测定并计算其偏移指数，与该图表进行比较。由此，能够容易地计算出曝光时的实际聚焦值相对于最佳聚焦指的偏移程度。此方法能够容易并正确地检测聚焦偏移的有无和聚焦偏移量，是一种非常有用的聚焦测定方法。
但是，近年来，随着半导体集成电路元件图形的尺寸的不断微细化，其最小尺寸已经达到65nm或65nm以下。为了形成具有这种微细尺寸的半导体元件，例如，采用使用短波长的ArF激光(波长193nm)的受激准分子激光光刻法。与此前的以酚醛(novolak)树脂为主体的i线等的抗蚀剂材料不同，与受激准分子激光光刻对应的化学增强型抗蚀剂(chemically amplified resist)因其化学特性在照射用于测定抗蚀剂尺寸的电子束时发生收缩(shrink)。尽管在以前使用的抗蚀剂中也存在因电子束照射而发生收缩的现象，但是ArF用抗蚀剂因具有丙烯类聚合物的化学特性而使得收缩量变得特别大。上述那样因电子束而发生的收缩认为是因为抗蚀剂中的残存溶剂的蒸发和电子束照射引起的聚合物(Polymer)键的切断而发生的。因这种收缩而导致测定值产生误差，相应地使得聚焦测定的精度恶化。
此外，在使用ArF激光光刻的制造工艺世代中，因为抗蚀剂图形宽度本身小，所以相对于抗蚀剂图形的尺寸而言收缩为为不能忽视的大小。例如，针对大约100nm宽的ArF线图形，在同一位置测定10次时，由于测定时的电子束照射而发生收缩，使得在从第1次到第10次的测定值之间产生1.9nm的偏差。
进一步，由于因电子束照射而发生收缩，所以在测定的同时图形发生收缩，在测定值中产生误差。如上所述，在测定同一位置10次时，不仅在从第1次到第10次之间发生收缩，即使在从第0次到第1次之间也发生收缩。如果是先前的例子，在从第0次到第1次之间发生1nm的收缩，结果是，因10次测定发生的收缩量合计为2.9nm。因此，在实际的ArF抗蚀剂测定中，使用预先制作的收缩曲线，由测定装置计算收缩前的测定值。测定装置预先确定表示抗蚀剂图形的收缩量与测定用电子束的扫描次数之间的关系的收缩曲线，在进行通常的图形测定时将实测值代入收缩曲线，计算在曲线表示的电子束扫描次数为零点处的尺寸。
然而，在使用化学增强型的高灵敏度抗蚀剂的最小尺寸为250nm以下的微细工艺中、特别是要求65nm、45nm等小于100nm的微细尺寸加工的工艺中，由于抗蚀剂膜的收缩而存在难以进行聚焦测定的问题，希望获得一种适合于这种工艺的聚焦测定。
专利文献1：日本特开2005—12158号公报
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种即使在收缩量相对较大的微细抗蚀剂图形中也能够正确且容易地进行聚焦测定的方法以及使用这种方法的半导体制造方法。
为了实现上述目的，本发明对通过曝光而被形成的抗蚀剂图形反复测定n次。相对于同一图形，从第n次的尺寸值减去第1次的尺寸值，能够根据其差值求取因反复测定而发生的抗蚀剂图形的收缩量。取得每次聚焦变化的数据，预先准备聚焦依赖性的模式数据。利用在制作模式数据时计测的图形种类、图形宽度，进行求取收缩量的测定并与模式数据进行比较，能够逆运算该收缩量位于哪个聚焦值上。
通过这样反复测定同一抗蚀剂图形，根据收缩变化的大小并参照聚焦依赖性结果，计算出最佳聚焦值的偏移量。进一步，能够根据这样求得的聚焦值形成与最佳聚焦值的差，还能够求取上述聚焦测定对象的曝光中的聚焦修正量。
发明的效果
根据本发明，即使在收缩量相对较大的微细图形中，也能够以少的数据量求取正确的聚焦值和聚焦偏移量。然后，按照聚焦偏移量，在每次曝光或每个曝光单位(批次)进行聚焦调整，由此，能够抑制聚焦偏移的增大，并能够形成精度高的抗蚀剂图形。其结果，能够以高的制造成品率形成半导体装置。
附图说明
图1(a)、(b)是表示本发明的一个实施方式中的收缩的测定图形的SEM照片的图。
图2是表示本发明的一个实施方式中的收缩的聚焦依赖性的图。
图3是表示在本发明的一个实施方式中基于电子束照射次数的聚焦依赖性的变化的图。
图4(a)、(b)是本发明的一个实施方式中的基于抗蚀剂图形的测定的收缩概略图。
图5是表示在本发明的一个实施方式中收缩的聚焦依赖性相对于线宽的变化的图。
图6(a)、(b)是在本发明的一个实施方式中，根据曝光装置类别表示收缩的聚焦依赖性的图。
图7是表示本发明的一个实施方式中的曝光系统的框图。
图8是表示本发明的一个实施方式中的光刻工序的处理的流程图。
图9是在聚焦测定中使用的抗蚀剂图形的剖面图。
图10(a)、(b)是表示现有的聚焦测定法中的倾斜量的聚焦依赖性的图。
图11是表示现有的聚焦测定法中的偏移指数(shift index)的聚焦依赖性的图。
符号的说明
1 曝光系统
2 曝光装置
3 显影装置
4 电子束测定装置
5 聚焦测定装置
6 收缩计算部
7 聚焦值计算部
8 聚焦偏移量计算部
9 下次聚焦值反馈部
10 存储部。
具体实施方式
(第一实施方式)
以下，说明本发明的第一实施方式。在本发明中，着眼于因电子束而发生的收缩量在化学增强型抗蚀剂中较大的情况，在抗蚀剂图形尺寸的计测中将收缩量数值化，并利用该数值化后的收缩量，进行曝光装置的聚焦计算。收缩量的数值化利用由CD-SEM(critical dimensionSecondary Electron Microscopy：临界尺寸二次电子显微镜)的电子束引起的抗蚀剂图形的收缩。在本实施方式中，固定抗蚀剂图形的尺寸测定位置反复进行n次测定，通过从第1次测定的图形尺寸减去第n次测定的图形尺寸，计算因此时的电子束照射而发生的收缩量。
<抗蚀剂图形收缩量的测定、计算>
图1表示通过CD-SEM从上方观察微细抗蚀剂图形所得的SEM图像照片。这个例子将在半导体基板上形成的KrF抗蚀剂(曝光波长为248nm)的孤立图形作为对象，其线图形宽度为0.15μm，与相邻的图形相距1μm以上。
在利用曝光装置制作抗蚀剂图形的情况下，在确定抗蚀剂图形的最小尺寸时，曝光装置的数值孔径NA(numerical aperture)和波长成为主要参数。在曝光装置中通过标线时散射光发生衍射。虽然通过该衍射形成抗蚀剂图形，但是如果该制作的抗蚀剂图形较微细，则难以因衍射而发生一次光的干涉。相比于排列间距小的线/区域(Line/Space)的图形(pattern)，在与相邻的图形相距1μm以上的孤立图形上衍射角较大，显影形成的图形与线/区域(Line/Space)的图形相比，其剖面形状的变形也较大，特别是抗蚀剂的顶部形状成为容易因电子束而发生收缩的形状。即，通过适当地设定图形间距，收缩量变得容易测定。
在图1(a)和图1(b)中，白色的2条虚线所夹着的区域A表示孤立线图形。均为具有0.15μm的线宽的图形，图1(a)表示负聚焦-0.5μm情况下的形状，图1(b)表示正聚焦+0.4μm情况下的形状。这里，以曝光装置的聚焦位置(焦点面)位于抗蚀剂图形上表面时为基准，负聚焦是焦点面位于离开基板一侧的情况下的值，正聚焦是焦点面位于靠近基板一侧的情况下的值。
为了检测抗蚀剂图形的边缘(图上的白色的虚线)，例如能够采用阈值法这样的边缘检测方法。阈值法是通过SEM图像的2次电子信号检测求取边缘附近的信号强度的最大值、最小值，在其间设定阈值，然后根据该阈值和信号的交点位置确定边缘的方法。通过这种边缘检测，能够测定孤立线图形的尺寸。
收缩量通过多次图形宽度尺寸测定而确定。在孤立线图形上的同一位置反复进行n次图形宽度尺寸测定。在这种情况下，收缩量能够确定为从第1次测定的图形宽度减去第n次测定的图形宽度所得的值。通过针对不同的多个聚焦值各自确定其收缩量，能够得到收缩量相对于聚焦值的依赖性。在曝光装置中使聚焦值变化，以此聚焦值进行曝光后，对显影后的抗蚀剂图形测定n次图形宽度尺寸。对各聚焦值测定n次图形宽度尺寸，分别计算出相对于各聚焦值的收缩量。
<抗蚀剂图形的收缩量与聚焦设定值的关系>
图2是表示针对图1所示的孤立线抗蚀剂图形测定到的收缩量相对于曝光装置上的聚焦设定值的依赖性(以下称为聚焦依赖性)的一个例子的图表。图2是测定线图形的底部尺寸所得的值，其中横轴表示聚焦值，纵轴表示收缩量Δ。如图2所示，抗蚀剂图形宽度的收缩量在外观上依赖于聚焦值，本发明人发现了这种依赖性。随着聚焦值从负侧向正侧移动，收缩量显示变小的倾向。当使聚焦值向正侧移动时，曝光装置的聚焦位置(焦点面)向离开基板的方向移动，当使聚焦值向负侧移动时，焦点面向接近基板的方向移动。聚焦值是为了这样控制曝光装置的聚焦位置的移动量而在曝光装置上设定的参数。
聚焦偏移测定用的抗蚀剂图形(这里，是指孤立线图形)的收缩量的聚焦依赖性(图2)是相对于各曝光装置、各半导体集成电路、各光掩模图形层而取得的。为了取得图2所示的聚焦依赖性，具体而言，采用如下方式。首先，使用包括聚焦偏移测定用图形的掩模，在每次照射时以不同的聚焦值对形成在半导体基板上的抗蚀剂膜进行曝光。然后，在测定装置的腔室内扫描电子束，测定n次通过对曝光后的抗蚀剂膜显影而得到的与各曝光对应的抗蚀剂图形的尺寸，由此计算收缩量Δ。由此，获得曝光装置的聚焦值与通过在该聚焦值下的曝光而在基板上形成的抗蚀剂图形的收缩量Δ的对应关系。根据该对应关系的数据，如图2所示，能够制作成表示收缩量Δ的聚焦设定值依赖性的曲线。
图3表示电子束照射次数不同的情况下的收缩量的聚焦依赖性。在图3中，横轴表示聚焦值，纵轴表示孤立线抗蚀剂图形的收缩量。通过针对多个不同的电子束照射次数取得收缩量的聚焦依赖性的数据，能够确定最佳测定次数。通过在同一抗蚀剂图形的同一位置上扫描电子束而测定图形尺寸，从第一次的尺寸测定结果减去第k次的尺寸测定结果，计算收缩量。以曝光装置的各聚焦设定值对抗蚀剂图形进行k次尺寸测定，利用计算出的收缩量和该聚焦值取得表示其关系的近似直线。当向抗蚀剂图形照射电子束的次数增加时，在一个次数以上时抗蚀剂图形变得几乎不发生收缩。此时，在第k次的测定和第k-1次的测定中，近似直线的倾斜几乎没有变化。即，在近似直线的倾斜没有变化的情况下，即使进一步照射电子束收缩量也不会发生变化，此时获得最大的收缩量的值，测定灵敏度变得最高。从而，测定k-1次为最佳的收缩量的测定次数，因此用于计算收缩量的抗蚀剂图形的自动测定是n＝k-1次的测定，由此能够确定其次数。
这样，当将倾斜饱和的最小次数的电子束照射的k-1次设定为自动测定次数时，能够缩短收缩量计算时间。因为图形尺寸的收缩量因抗蚀剂而不同，所以图2所示的收缩量的聚焦设定值依赖性的基础数据必需根据抗蚀剂的种类、膜厚等分别取得，由于图形尺寸的测定时间变得非常大，因此如上所述那样，以进行所需最小限的测定后即停止的方式决定测定次数是非常有效的。
<收缩量的聚焦设定值依赖性>
图4是用于对根据聚焦设定值而被曝光、显影后的抗蚀剂膜图形的剖面形状发生变化的情况进行说明的图。图4(a)表示负聚焦侧的抗蚀剂剖面形状，图4(b)表示正聚焦侧的抗蚀剂剖面形状。推定因以下理由而存在图2所示的聚焦依赖性。即，根据聚焦设定值而被显影后的抗蚀剂膜的剖面形状发生变化，抗蚀剂的顶部和底部边缘(端部)角部的角度发生变化，形成角部的抗蚀剂材料的量也发生变化。从而，在角部的抗蚀剂材料多的情况以及少的情况下，即使进行相同量的电子束照射，变形的程度也会不同，因此，因聚焦设定值的不同而产生收缩量的差。
如图4(a)所示，负聚焦侧的抗蚀剂图形的形状为底部的尺寸<顶部的尺寸的形状(倒锥形)。当向该抗蚀剂图形照射、扫描电子束并进行测定时，抗蚀剂形状的顶部发生收缩。图1(a)是负聚焦时的SEM图形的像，表示顶部附近。在利用阈值法测定图4(a)的抗蚀剂的尺寸的情况下，成为第1次测定顶部的尺寸101的结果。之后，反复进行测定，图4(a)的抗蚀剂形状是，顶部因电子束照射而发生收缩。顶部的图形宽度从尺寸101变为尺寸103，由此，测定值也发生变化。在负聚焦侧，越为负聚焦，顶部的宽度越宽，底部的宽度越小，顶部尺寸相对于底部尺寸的比变大，因此顶部的角部的角度变尖锐，收缩量也变大。但是，当顶部的尺寸101与底部的尺寸105的比过大时，图形会倒塌。
与此相对，如图4(b)所示，正聚焦侧的抗蚀剂图形形状为底部的尺寸>顶部的尺寸的形状(正锥形状)。图1(b)是这种情况下的SEM图像，由于抗蚀剂图形形状是正锥形状，因此表示其斜面。在照射电子束并利用阈值法测定抗蚀剂图形的情况下，测定底部的尺寸102。关于底部，其与基底的贴紧性好，电子束照射引起的收缩量小。在正聚焦的情况下，顶部的宽度从尺寸106大幅变化为尺寸107，与此相对，底部从尺寸102少许收缩为尺寸104。定性地说，能够这样理解抗蚀剂图形尺寸的收缩量的聚焦依赖性。
<聚焦偏移量的计算>
如上所述，制作表示收缩量Δ的聚焦设定值依赖性的曲线。在与该曲线对应的光刻工序中的最佳聚焦值已被决定的状态下，能够以下述方式计算在实际的半导体基板上形成的抗蚀剂图形(聚焦偏移测定用孤立线图形、集成电路元件图形等)的聚焦偏移量。首先，在形成有抗蚀剂膜的半导体基板上，使用与制作成的曲线对应的相同的曝光装置、抗蚀剂材料、测定图形，设定规定的聚焦值进行聚焦偏移测定对象的曝光。以电子束扫描通过该曝光形成的聚焦测定用抗蚀剂图形(以下，称为测定对象抗蚀剂图形)的尺寸，与制作成收缩量Δ的聚焦设定值依赖性曲线时相同地进行n次测定，计算出收缩量。接着，根据预先取得的收缩量的聚焦依赖性曲线，求取与被测定、计算出的收缩量对应的聚焦值。
此时，在计算出的聚焦值与预先取得的收缩量的聚焦依赖性中的最佳聚焦值一致的情况下，聚焦偏移测定对象的曝光中未发生聚焦偏移。此外，在求得的聚焦值与预先取得的收缩量的聚焦依赖性中的最佳聚焦值不同的情况下，在聚焦偏移测定对象的曝光中发生了聚焦偏移。如果与在测定对象抗蚀剂图形中测定、计算出的收缩量对应的聚焦值为例如-0.2μm，则能够判断形成该抗蚀剂图形的曝光是最佳聚焦。此外，如果与在测定对象抗蚀剂图形中测定、计算出的收缩量相对应的聚焦值为0.0μm、-0.3μm等与-0.2μm不同的值，则能够判断形成该抗蚀剂图形的曝光发生了聚焦偏移。
以上对最佳聚焦进行了说明，但是也可以按如下方式求取该最佳聚焦。即，使曝光装置中的设定聚焦值从负聚焦改变至正聚焦，测定与各个聚焦值对应的抗蚀剂线图形的顶部尺寸或底部尺寸，以横轴为曝光装置的设定聚焦值，纵轴为抗蚀剂图形尺寸测定值，这样求取关系。该关系一般为二次曲线，以作为适合于半导体集成电路的元件的设计目标尺寸的纵轴坐标值B为中心，将在上述二次曲线上与B±10％的纵轴坐标对应的2个聚焦值的平均值定义为最佳聚焦。这样所得的最佳聚焦值即使对于具有相同结构、相同机种的曝光装置也稍微不同，因此针对每个曝光装置求取该最佳聚焦值。
在本实施方式的方法中，如图2所示，关于收缩量，只测定孤立的线图形就能够取得光刻法的聚焦区域(focus margin)(DOF：焦点深度)范围内的聚焦依赖性。在专利文献1所记载的方法等历来的检测聚焦变化的方法中，需要对在同一曝光中形成的孤立区域图形和孤立线图形双方测定顶部和底部。此外，为了测定尺寸而使电子束与孤立区域图形、孤立线图形双方对准时，还需要对准时间。在这种方法中，必须取得孤立区域图形和孤立线图形双方的聚焦依赖性，并对照双方的依赖性，由此检测聚焦变化，此方式的作业时间、工作量与本实施方式的聚焦偏移检测方法相比相当多，在本实施方式的方法中，存在大幅度减少上述作业量的优点。如上所述，根据本实施方式，能够容易地检测制造半导体集成电路装置的曝光工序中的聚焦偏移的有无。
<孤立线图形的尺寸>
图5是将线图形宽度作为参数表示孤立线图形的收缩量的聚焦设定值依赖性的图表。各宽度的线图形由相同的抗蚀剂材料形成。由图5可知，因抗蚀剂图形宽度的不同而导致收缩量的变化不同。在为0.21μm、0.18μm时收缩量的聚焦变化少，与此相对，在为曝光装置、使用抗蚀剂所能够分辨的最小图形宽度0.15μm时，收缩量的变化很显著。由此可知，在实际的半导体集成电路的制造中能够使用的条件范围内位于最小的光刻区域范围内的图形宽度相对于聚焦的变化具有最大的收缩量变化。
图6是根据不同曝光装置表示与抗蚀剂图形的收缩量相关的聚焦依赖性的图。图6(a)和图6(b)分别通过相同类型的曝光装置进行曝光所得的图表，但双方使用的不是同一装置。如图6所示，表示聚焦依赖性的曲线的倾斜度不依赖于曝光装置的差异为一定。对各曲线进行二次曲线近似，可知收缩量相同。与此相对，与收缩量相关的聚焦依赖性曲线的倾斜度依赖于抗蚀剂材料。
而且，在上述实施方式中，作为聚焦测定用抗蚀剂图形，使用具有正锥形状或倒锥形状的线图形。但是，抗蚀剂图形也可以不仅是线图形，即使是线、区域、点、孔等其他图形，如果在收缩量上存在聚焦依赖性，则也能够检测聚焦变化。
(实施方式2)
以下，对使用在第一实施方式中说明过的聚焦测定方法、聚焦偏移量计算方法的曝光显影系统、以及包括该曝光系统的关于光刻工序的第二实施方式进行说明。
图7是表示本实施方式中的曝光系统的概略结构的框图。曝光系统1在光刻工序中进行包括聚焦测定、聚焦偏移量计算工序的曝光显影。如图7所示，曝光系统1包括曝光装置2、显影装置3、电子束测定装置4、和聚焦测定装置5。聚焦测定装置5包括收缩量计算部6、聚焦值计算部7、聚焦偏移量计算部8、下次聚焦值反馈部9和存储部10。存储部10储存有表示上述的收缩量的聚焦依赖性的数据库和最佳聚焦值的数据。
在一个特定的批次的光刻工序中，使用用于确认曝光条件的先行晶片，在预先决定的曝光条件下通过指定的曝光装置2进行常规曝光。接着，在利用显影装置3对抗蚀剂进行显影之后，对聚焦或聚焦偏移计算用图形的同一部位，利用电子束测定装置4多次进行尺寸测定。此时，测定装置4将测定结果数据输出到收缩量计算部6。收缩量计算部6根据多次的测定结果数据计算出由电子束照射引起的收缩量，并传送给聚焦值计算部7。聚焦值计算部7参照存储部10中储存的聚焦依赖性数据库，获得与从收缩量计算部6供给的收缩量相对应的聚焦值。聚焦偏移量计算部8将通过聚焦值计算部7获得的聚焦值与从存储部10中读出的最佳聚焦值相比较，从两者的差计算出聚焦偏移量。下次聚焦值反馈部9根据通过聚焦偏移量计算部8获得的聚焦偏移量判断曝光工序是否合格，并将该聚焦偏移量反馈给曝光装置2。由此，能够提高批次的品质。
图8是用于对使用上述曝光系统进行的光刻工序进行说明的流程图。首先，取得聚焦测定用抗蚀剂图形的收缩量Δ与聚焦设定值的对应关系(S1)，将其预先存储在曝光系统1的存储部10中。然后，在进行形成实际的半导体集成电路图形的曝光之前，对检测聚焦变化的对象晶片进行曝光和显影(S2)。以在线(in line)或离线(off line)的方式测定显影后的一个特定图形的收缩量(S3)。从预先存储在存储部10中的对应关系取得与测定到的收缩量对应的聚焦值(S4)。利用取得的聚焦值计算与最佳聚焦的聚焦偏移量(S5)。接着，以与聚焦偏移量相应的量或反映聚焦偏移量的值对曝光装置的聚焦设定值进行修正，设定下次曝光的最佳聚焦值(S6)。然后，对应该形成实际的半导体集成电路图形的一批次中包括的全部晶片(半导体基板)进行曝光。对一批次的全部晶片进行曝光后，判断是否存在将要进行曝光处理的批次(S7)。接着，如果没有将要进行曝光处理的批次，则结束处理，如果有批次则重复进行步骤S2以后的各步骤。
这样，通过将聚焦值反馈给曝光装置，能够提高曝光时的聚焦值的稳定性。其中，该反馈优选以一个曝光装置中的处理批次单位、或在一个曝光装置中被处理的特定工序的处理批次单位进行。
如上所述，本实施方式的聚焦测定方法、聚焦偏移量计算方法，即使对于如KrF、ArF等在受激准分子光刻中使用的化学增强型抗蚀剂那样的、因在图形尺寸测定时使用的电子束照射而容易发生变形、收缩、难以进行正确的图形尺寸测定从而难以进行曝光的聚焦值测定以及聚焦偏移量计算的抗蚀剂材料，也能够正确地进行测定计算。而且，因为能够形成高精度的微细图形，所以特别是在比90nm工艺点(process node)更细微的65nm、45nm工艺中有效。
产业上的可利用性
本发明在形成收缩量的聚焦依赖性显著的细微的抗蚀剂图形的情况下，具有能够容易地检测聚焦偏移量的效果，作为聚焦测定方法、半导体装置的制造方法和曝光系统是有用的。