專利名稱：圖形的制備方法及半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及圖形的制備方法，還涉及使用圖形的制備方法制造半導(dǎo)體器件的方法。
背景技術(shù)：
通過下面的工藝步驟形成金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管的柵極結(jié)構(gòu)。首先，例如，薄柵極氧化物膜形成在p型硅(Si)基板上，多晶硅薄膜淀積在柵極氧化膜上。然后，光致抗蝕劑涂覆在多晶硅膜上，并使用光刻技術(shù)構(gòu)圖形成柵極掩模圖形。此后，使用柵極掩模圖形借助反應(yīng)離子蝕刻(RIE)選擇性地蝕刻多晶硅薄膜和柵極氧化膜，由此形成柵極結(jié)構(gòu)。由于RIE為定向蝕刻，相對(duì)于蝕刻掩模在垂直方向中蝕刻多晶硅薄膜和柵極氧化膜，因此形成柵極結(jié)構(gòu)以便具有與柵極掩模圖形相同的圖形尺寸。
然而，根據(jù)半導(dǎo)體器件近來較高的集成度和較高的操作速度，日益需要較短的柵極長(zhǎng)度，因此，由于對(duì)準(zhǔn)器的光源波長(zhǎng)造成的清晰度限制，僅靠以上介紹的光刻技術(shù)不能滿足獲得較精細(xì)的圖形的要求。因此，現(xiàn)已使用了一種圖形的制備方法，其中首先使用光刻技術(shù)制備掩模圖形，然后使用等離子體等產(chǎn)生的反應(yīng)氣體類通過各向同性蝕刻工藝蝕刻掩模圖形，以縮小圖形寬度。然而，在縮小掩模圖形的圖形寬度的工藝中，通常，通過控制各向同性蝕刻工藝的蝕刻時(shí)間調(diào)節(jié)圖形寬度。更具體地，根據(jù)幾個(gè)預(yù)備試驗(yàn)先計(jì)算各向同性蝕刻工藝的蝕刻速率，然后通過控制由蝕刻速率提供的蝕刻時(shí)間確定掩模圖形的縮小寬度。因此，掩模圖形的縮小工藝中蝕刻條件的無法預(yù)料的變化降低了縮小掩模圖形寬度的可控性和再現(xiàn)性，導(dǎo)致了柵極結(jié)構(gòu)圖形寬度的變化。
此外，為測(cè)量精細(xì)掩模圖形的圖形寬度，通常使用掃描電子顯微鏡(SEM)。當(dāng)進(jìn)行SEM測(cè)量時(shí)，需要將半導(dǎo)體基板裝入SEM的真空室內(nèi)，這意味著SEM測(cè)量不是簡(jiǎn)單的工作。然而，當(dāng)進(jìn)行SEM測(cè)量時(shí)，使用高能束，因此損傷了掩模圖形。鑒于以上問題，需要使用光學(xué)方法測(cè)量圖形寬度。
如上所述，在縮小柵極結(jié)構(gòu)的掩模圖形等的工藝中，通過控制蝕刻時(shí)間可以調(diào)節(jié)掩模圖形的縮小寬度。因此，很難提高縮小寬度的可控性和再現(xiàn)性，或掩模圖形的縮小工藝的產(chǎn)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方案為一種圖形的制備方法，包括在下層的至少一部分上繪制掩模圖形；蝕刻部分掩模圖形；將入射光照射在進(jìn)行蝕刻的掩模圖形上，當(dāng)入射光透過掩模圖形之后檢測(cè)反射入射光產(chǎn)生的反射光；得到反射的干涉光譜；以及使用反射的干涉光譜的數(shù)據(jù)計(jì)算掩模圖形的圖形寬度，反射的干涉光譜的波長(zhǎng)范圍不小于兩倍的掩模圖形的間距。
本發(fā)明的第二方案為一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括在半導(dǎo)體基板上形成下層；在下層上繪制掩模圖形；蝕刻部分掩模圖形；將入射光照射在進(jìn)行蝕刻的掩模圖形上，當(dāng)入射光透過掩模圖形之后檢測(cè)反射入射光產(chǎn)生的反射光；得到反射的干涉光譜；使用反射的干涉光譜的數(shù)據(jù)計(jì)算掩模圖形的圖形寬度，反射的干涉光譜的波長(zhǎng)范圍不小于兩倍的掩模圖形的間距；以及使用掩模圖形選擇性地處理下層，蝕刻掩模圖形使之具有需要的圖形寬度。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的圖形寬度測(cè)量系統(tǒng)的方框圖；圖2A和2B示出了用于介紹根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例圖形制備方法使用的示例性半導(dǎo)體基板的剖面圖；圖3示出了通過使用根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的圖形寬度測(cè)量系統(tǒng)提供的半導(dǎo)體基板的反射干涉光譜的曲線圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的其它圖形寬度測(cè)量系統(tǒng)的方框圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的另一圖形寬度測(cè)量系統(tǒng)的方框圖；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的另一圖形寬度測(cè)量系統(tǒng)的方框圖；圖7示出了使用根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的圖形寬度測(cè)量系統(tǒng)提供的半導(dǎo)體基板的反射干涉光譜縮小的寬度差與累計(jì)的強(qiáng)度差之間的關(guān)系。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的圖形寬度測(cè)量系統(tǒng)的方框圖；以及圖9A到9C示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例用于制備柵極結(jié)構(gòu)的工藝的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考附圖介紹本發(fā)明的各種實(shí)施例。應(yīng)該注意在所有圖中，相同或類似的參考數(shù)字應(yīng)用于相同或類似的部分或元件，因此省略或簡(jiǎn)化了相同或相似部件和元件的說明。
第一實(shí)施例如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的圖形寬度測(cè)量系統(tǒng)10包括光源12，使用具有波長(zhǎng)范圍從可見光到紅外光的連續(xù)光譜分布的鎢燈；透鏡14，聚集來自光源12的入射光并將聚集的入射光照射在表面上具有形成有抗蝕劑膜圖形等的掩模圖形的半導(dǎo)體基板16上，以基本上使聚集的入射光透過掩模圖形；偏振器48，介于透鏡14和半導(dǎo)體基板16之間，提供偏振的入射光；分束器18，分散來自半導(dǎo)體基板16的反射光；引入由分束器18分散的反射光的光纖20；分光計(jì)22，將由光纖20引入的反射光分離成光譜成分；檢測(cè)器24，檢測(cè)每個(gè)光譜成分波長(zhǎng)的反射光強(qiáng)度并輸出反射的干涉光譜；以及使用反射的干涉光譜計(jì)算掩模圖形的圖形寬度的處理器26。
本發(fā)明第一實(shí)施例中的掩模圖形例如為使用半導(dǎo)體基板16上至少一部分下層上的抗蝕劑膜界定的線和空間(L/S)結(jié)構(gòu)。L/S結(jié)構(gòu)可以認(rèn)為是復(fù)合介質(zhì)層，其中固體抗蝕劑膜的線點(diǎn)綴有設(shè)置在空間區(qū)的真空區(qū)。應(yīng)該注意通過偏振器48，在近似平行于L/S結(jié)構(gòu)的縱向中入射光偏振。當(dāng)照射具有的波長(zhǎng)比L/S結(jié)構(gòu)的間距長(zhǎng)兩倍的入射光時(shí)，由偏振的入射光照射的掩模圖形結(jié)構(gòu)可以假定為虛擬復(fù)合介質(zhì)層，具有由抗蝕劑膜的折射率和真空區(qū)的折射率的混合比例計(jì)算的平均有效折射率(參見H.Kikuta，O Plus E.Vol.21，No.5，p543)。因此，使用虛擬復(fù)合介質(zhì)層的混合比例和掩模圖形的厚度作為參數(shù)，通過使測(cè)量的反射干涉光譜擬合于理論光譜，可以計(jì)算用于包括虛擬復(fù)合介質(zhì)層和下面實(shí)際層的多層膜結(jié)構(gòu)的掩模圖形的圖形寬度。處理器26進(jìn)行圖形寬度的計(jì)算。通過安裝在計(jì)算機(jī)中的軟件、轉(zhuǎn)換成硬件執(zhí)行的程序等實(shí)現(xiàn)處理器26的功能。
參考圖2A和2B介紹根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的圖形制備方法。如圖2A所示，依次淀積如氧化硅(SiO2)膜的絕緣膜30以及如多晶硅膜的導(dǎo)電膜32，以形成由硅(Si)等制成的半導(dǎo)體基板16表面上的復(fù)合下層33?？刮g劑掩模圖形34a到34c(掩模圖形)界定在導(dǎo)電膜32上。在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，絕緣層30和導(dǎo)電膜32的厚度分別為2nm和175nm。此外，掩模圖形34a至34c的尺寸為110nm的圖形寬度Wr、200nm的間距Pr以及300nm的厚度Tr。
將圖2A所示的半導(dǎo)體基板16裝入等離子體蝕刻裝置中。然后，使用等離子體蝕刻工藝進(jìn)行掩模圖形34a到34c的縮小工藝。氧氣(O2)用于等離子體蝕刻。然而，不必說可以使用相對(duì)于復(fù)合下層33選擇性蝕刻掩模圖形34a到34c的任何氣體。
掩模圖形34a到34c的縮小工藝期間進(jìn)行圖形寬度的測(cè)量。更具體地，從等離子體蝕刻裝置中卸載半導(dǎo)體基板16，然后放入圖形寬度測(cè)量系統(tǒng)。來自光源12的入射光通過透鏡14和偏振器48聚集并偏振，然后，照射在半導(dǎo)體基板16的表面。在半導(dǎo)體基板16反射的干涉光穿過分束器18和光纖20，然后引入分光計(jì)22內(nèi)。由分光計(jì)22分離的反射干涉光的光譜分量傳送到檢測(cè)器24，檢測(cè)器24檢測(cè)每個(gè)波長(zhǎng)的反射干涉光的光譜強(qiáng)度。由檢測(cè)器24檢測(cè)的結(jié)果得到的反射干涉光譜讀出到處理器26，然后處理器26計(jì)算半導(dǎo)體基板16上掩模圖形34a到34c的圖形寬度Wr。
當(dāng)在400到800nm的波長(zhǎng)范圍中測(cè)量反射干涉光譜時(shí)，隨著掩模圖形34a到34c的圖形寬度Wr縮小，反射干涉光譜的分布圖也隨之改變，如圖3所示。在圖3中，等離子體蝕刻工藝期間在每個(gè)規(guī)則的時(shí)間間隔測(cè)量反射干涉光的光譜強(qiáng)度。對(duì)于每個(gè)等離子體蝕刻的規(guī)則的時(shí)間間隔，圖形寬度Wr縮小5nm。
應(yīng)該注意用于掩模圖形34a到34c的L/S結(jié)構(gòu)的間距Pr為200nm，用于測(cè)量的反射干涉光的波長(zhǎng)在400到800nm的范圍內(nèi)，即大于兩倍的間距Pr。因此，掩模圖形34a到34c的L/S結(jié)構(gòu)假設(shè)為均勻的混合介質(zhì)層，具有由L/S結(jié)構(gòu)的混合比例確定的平均有效折射率np。
L/S結(jié)構(gòu)的混合比例t由抗蝕劑膜的體積比表示，對(duì)應(yīng)于在虛擬復(fù)合介質(zhì)層中掩模圖形34a到34c的線路部分。使用真空的折射率等于1，混合介質(zhì)層的有效折射率np表示如下np＝{t*n(λ)2+(1-t)}1/2， ……(1)其中n(λ)是抗蝕劑膜在波長(zhǎng)λ的折射率。此外，用混合比例t和L/S結(jié)構(gòu)的間距Pr確定圖形寬度Wr如下Wr＝t*Pr，……(2)因此，對(duì)于假設(shè)為單一均勻的具有有效折射率np的介質(zhì)層的混合介質(zhì)層，用混合比例t和掩模圖形34a到34c的厚度Tr作為參數(shù)擬合測(cè)得的反射干涉頻譜與理論頻譜。使用公式(2)，用擬合確定的混合比例t，計(jì)算每一掩模圖形的圖形寬度Wr。
如上所述，通過處理器26的計(jì)算結(jié)果確定在掩模圖形34a到34c的縮小工藝中等離子體蝕刻的結(jié)束點(diǎn)。通過縮小工藝，將具有110nm的圖形寬度Wr和300nm的厚度Tr的掩模圖形34a到34c縮小并變?yōu)榉謩e具有圖形寬度Ws和厚度Ts的縮小的掩模圖形35a到35c，如圖2B所示。最后，在縮小的掩模圖形35a到35c中，圖形寬度Ws減少到70nm，而厚度Ts減少到200nm。應(yīng)當(dāng)注意，即使在縮小的掩模圖形35a到35c中，間距Pr也沒有改變。
在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的圖形制備方法中，通過光學(xué)測(cè)量掩模圖形34a到34c的圖形寬度Wr，嚴(yán)格控制和再現(xiàn)掩模圖形34a到34c的縮小。
在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，在規(guī)則的時(shí)間間隔下在掩模圖形34a到34c的縮小工藝中反復(fù)進(jìn)行等離子體蝕刻。雖然可能縮小嚴(yán)格控制和再現(xiàn)的圖形寬度，上述方法是耗費(fèi)時(shí)間的。因此，可以在實(shí)際的掩模圖形縮小工藝中使用下面的工序。首先，例如，通過等離子體蝕刻工藝在預(yù)期蝕刻條件發(fā)生變化的時(shí)間內(nèi)約80％的掩模圖形的靶縮小寬度被蝕刻掉，然后使用根據(jù)第一實(shí)施例的圖形制備方法細(xì)微地調(diào)節(jié)圖形寬度。
此外，在圖形寬度測(cè)量系統(tǒng)10中，雖然偏振器48設(shè)置在透鏡14和半導(dǎo)體基板16之間，但是偏振器48可以設(shè)置在其它位置。例如，偏振器48可以設(shè)置在分束器18和透鏡14之間。此外，在圖4所示的圖形寬度測(cè)量系統(tǒng)10a的結(jié)構(gòu)中可以看出，偏振器48可以設(shè)置在光源12和分束器18之間，以不使來自半導(dǎo)體基板16的反射光透過偏振器48。此外，如圖5所示，不將圖形寬度測(cè)量系統(tǒng)10b配置成使半導(dǎo)體基板16上的入射光偏振，但是，例如可以配置成將偏振器48設(shè)置在分束器18和光纖20之間，以便僅檢測(cè)希望的反射光偏振分量。此外，在圖形寬度測(cè)量系統(tǒng)10c的結(jié)構(gòu)中，如圖6所示，代替分束器18，可以使用偏振的分束器18a，以僅將反射光的希望的偏振分量反射到光纖20。
此外，在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，入射光近似平行于L/S結(jié)構(gòu)的縱向方向。然而，入射光可以在近似垂直于L/S結(jié)構(gòu)縱向的方向中偏振。此時(shí)，混合介質(zhì)層的有效折射率nv由以下表示nv＝{1/[t/n(λ)2+(1-t)]}1/2…(3)此外，在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，掩模圖形34a到34c的每一個(gè)的圖形寬度Wr和間距Pr構(gòu)形得彼此相等。然而，掩模圖形34a到34c的每一個(gè)的圖形寬度Wr和間距Pr也可以構(gòu)形得彼此不同。此時(shí)，可以使用不小于掩模圖形34a到34c的最大間距Pr兩倍的波長(zhǎng)。
第一實(shí)施例的改進(jìn)在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的改進(jìn)的圖形制備方法中，沒有使用復(fù)雜的理論光譜。用數(shù)字定義由于掩模圖形34a到34c的圖形寬度和厚度的變化所引起的測(cè)得的反射的干涉光譜的變化。然后，使用在反射的干涉光譜中的變化數(shù)值計(jì)算掩模圖形34a到34c的圖形寬度。除了上述結(jié)構(gòu)以外，第一實(shí)施例的改進(jìn)的結(jié)構(gòu)類似于第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，因此省略其重復(fù)說明。
例如，在圖3中示出了測(cè)得的反射的干涉光譜的變化。為了定義在反射的干涉光譜中數(shù)值的變化，例如，可以采用基于頻譜最小值的波長(zhǎng)的方法?；蛘撸捎梅瓷涞母缮婀獾念l譜強(qiáng)度之間的差的方法定義上述數(shù)值的變化。在第一實(shí)施例的改進(jìn)中，雖然以采用反射的干涉光的頻譜強(qiáng)度之間的差的方法進(jìn)行了說明，但是，不用說，也可以采用基于頻譜最小值的波長(zhǎng)的方法等。
當(dāng)使用在一個(gè)波長(zhǎng)下反射的干涉光的頻譜強(qiáng)度之間的差時(shí)，在某些情況下由于在一定波長(zhǎng)下反射的干涉光譜不一定以圖3所示的單調(diào)方式變化，所以不能確定圖形寬度。在第一實(shí)施例的改進(jìn)中，確定在400到800nm的測(cè)量波長(zhǎng)上測(cè)得的反射干涉光與測(cè)量之前的反射干涉光之間的頻譜強(qiáng)度的差，并且在整個(gè)波長(zhǎng)上從初始值累計(jì)差值，以提供積累的強(qiáng)度差。如圖7所示，積累的強(qiáng)度差相對(duì)于縮小的掩模圖形35a到35c的縮小的寬度(Wr-Ws)線性變化。表示通過上述過程得到的數(shù)值的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在圖形寬度測(cè)量系統(tǒng)10的處理器26中。然后，根據(jù)在掩模圖形縮小工藝中測(cè)得的反射的干涉光譜，處理器26計(jì)算相應(yīng)的積累強(qiáng)度差。根據(jù)計(jì)算得到的積累強(qiáng)度差，通過參考表示數(shù)值的數(shù)據(jù)可以以簡(jiǎn)化的、高度精確的方式確定圖形寬度。
根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的改進(jìn)，當(dāng)光學(xué)測(cè)量每個(gè)掩模圖形的圖形寬度時(shí)，可以以簡(jiǎn)化的、嚴(yán)格控制的和可再現(xiàn)的方式縮小每個(gè)掩模圖形的圖形寬度。應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)定義測(cè)得的反射的干涉光譜中的數(shù)值變化并參考根據(jù)上述過程的表示數(shù)值的數(shù)據(jù)時(shí)，顯然除了每個(gè)掩模圖形的圖形寬度以外，還可以計(jì)算抗蝕劑的厚度。因此，另外，根據(jù)反射的干涉光譜，在第一實(shí)施例的改進(jìn)中采用的方法可以廣泛地應(yīng)用于對(duì)對(duì)象的例如厚度、深度等尺寸進(jìn)行普通光學(xué)測(cè)量的技術(shù)領(lǐng)域，因此，該方法可以省略擬合復(fù)雜的理論光譜的操作。
第二實(shí)施例如圖8所示，配置根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的圖形寬度測(cè)量系統(tǒng)10d，以使上述根據(jù)第一實(shí)施例的圖形寬度測(cè)量系統(tǒng)10提供在等離子體蝕刻設(shè)備中。等離子體蝕刻設(shè)備具有放在室50中的下電極盤52，用于進(jìn)行掩模圖形的縮小工藝。要蝕刻的半導(dǎo)體基板16放在下電極盤52的上表面上。例如，由石英玻璃制成的測(cè)量窗口54位于室50的上部。在半導(dǎo)體基板16上的入射光通過測(cè)量窗口54引入到室50中，并且來自半導(dǎo)體基板16反射光從室50返回。
在等離子體蝕刻設(shè)備中安裝圖形寬度測(cè)量系統(tǒng)10d允許等離子體蝕刻設(shè)備在掩模圖形的縮小工藝中進(jìn)行“原位”掩模圖形縮小寬度的測(cè)量。此外，對(duì)等離子體蝕刻設(shè)備使用圖形寬度測(cè)量系統(tǒng)10d測(cè)量圖形寬度得到的結(jié)果的實(shí)時(shí)反饋允許等離子體蝕刻設(shè)備在掩模圖形的縮小工藝中以高精度控制等離子體蝕刻。特別是，通過掩模圖形的縮小工藝，最好使用上述工序形成精細(xì)的柵極結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的制備圖形的方法與根據(jù)第一實(shí)施例的方法之間的差別在于在根據(jù)第二實(shí)施例的方法中，圖形寬度測(cè)量系統(tǒng)10d安裝在等離子體蝕刻設(shè)備中，并且掩模圖形的縮小工藝是可控的，同時(shí)在掩模圖形的縮小工藝中的等離子體蝕刻期間進(jìn)行圖形寬度的原位測(cè)量。除了上述結(jié)構(gòu)以外，第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)類似于第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，因此省略其重復(fù)說明。
此外，如圖8所示，雖然在這里將圖形寬度測(cè)量系統(tǒng)10d描述為構(gòu)成根據(jù)第一實(shí)施例的圖形寬度測(cè)量系統(tǒng)10的例子，但是，不用說，除了圖形寬度測(cè)量系統(tǒng)10以外，可以采用任何用于測(cè)量根據(jù)第一實(shí)施例的圖形寬度10a到10c的測(cè)量系統(tǒng)。
參考圖9A到9C說明使用根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的圖形制備方法形成的柵極結(jié)構(gòu)。
(a)首先，制備由硅(Si)等制成的具有在其表面上形成的復(fù)合下層63的半導(dǎo)體基板16。如圖9A所示，SiO2膜等絕緣膜60和多晶硅膜等導(dǎo)電膜62以上面的順序淀積在半導(dǎo)體基板16的表面上，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)合的下層膜63。柵極掩模圖形74和監(jiān)測(cè)掩模圖形64a到64c通過光刻技術(shù)繪制在導(dǎo)電膜62上。應(yīng)當(dāng)注意，絕緣膜60是厚度2nm的二氧化硅膜，導(dǎo)電膜62是厚度175nm的多晶硅膜。柵極掩模圖形74是適用于形成柵極結(jié)構(gòu)的孤立的抗蝕劑圖形。形成圖形寬度110nm厚度300nm的柵極掩模圖形74。另一方面，監(jiān)測(cè)掩模圖形64a到64c具有L/S結(jié)構(gòu)，并且形成的每個(gè)監(jiān)測(cè)掩模圖形64a到64c具有110nm的圖形寬度Wr、200nm的間距Pr以及300nm的厚度Tr。
(b)在圖9A中所示的半導(dǎo)體基板16放在圖8所示的室50中的下電極盤52上。然后，抽空室50。隨后，通過將蝕刻氣體引入室中進(jìn)行掩模圖形縮小工藝，并施加高頻功率，以進(jìn)行等離子體蝕刻工藝。緊接在開始等離子體蝕刻之前通過圖形寬度測(cè)量系統(tǒng)10d將光照射到監(jiān)測(cè)掩模圖形64a到64c上，并在400到800nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)測(cè)量初始反射的干涉光譜。接著，當(dāng)測(cè)量反射的干涉光譜時(shí)，進(jìn)行柵極掩模圖形74的掩模圖形縮小工藝。通過掩模圖形縮小工藝，柵極掩模圖形74和監(jiān)測(cè)掩模圖形64a到64c的寬度和厚度都縮小，并且分別變?yōu)榭s小的柵極掩模圖形75和縮小的監(jiān)測(cè)掩模圖形65a到65c，如圖9B所示。處理器26根據(jù)來自縮小的監(jiān)測(cè)掩模圖形65a到65c的波長(zhǎng)范圍在400到800nm的反射的干涉光譜計(jì)算縮小的監(jiān)測(cè)掩模圖形65a到65c的縮小的圖形寬度。通過計(jì)算得到的結(jié)果反饋到控制等離子體蝕刻的蝕刻控制單元(未示出)。在規(guī)則的時(shí)間間隔測(cè)量縮小的圖形寬度，以確定在掩模圖形縮小工藝中等離子體蝕刻的結(jié)束點(diǎn)，然后，進(jìn)行等離子體蝕刻，從而縮小的監(jiān)測(cè)掩模圖形65a到65c具有需要的圖形寬度Ws，例如70nm。結(jié)果，縮小的柵極掩模圖形75的圖形寬度也具有需要的圖形寬度，即，70nm。此外，每個(gè)縮小的監(jiān)測(cè)掩模圖形65a到65c具有200nm的厚度Ts。
(c)完成掩模圖形縮小工藝之后，從室50卸載半導(dǎo)體基板16，并放入RIE設(shè)備。使用縮小的柵極掩模圖形75和縮小的監(jiān)測(cè)掩模圖形65a到65c作為蝕刻掩模，通過RIE選擇性地蝕刻導(dǎo)電膜62和絕緣膜60。在通過抗蝕劑剝離器去掉柵極掩模圖形75和縮小的監(jiān)測(cè)掩模圖形65a到65c之后，如圖9C所示，形成由柵極電極78和柵極絕緣膜76構(gòu)成的柵極結(jié)構(gòu)以及包括監(jiān)測(cè)導(dǎo)電膜68a到68c和監(jiān)測(cè)絕緣膜66a到66c的監(jiān)測(cè)圖形。
當(dāng)采用根據(jù)第二實(shí)施例的圖形制備方法時(shí)，即使在掩模圖形縮小工藝中的等離子體蝕刻期間，也可以在室50中實(shí)時(shí)測(cè)量縮小的監(jiān)測(cè)掩模圖形65a到65c的圖形寬度。第二實(shí)施例允許等離子體蝕刻設(shè)備進(jìn)行包括適于蝕刻的時(shí)間間隔等的蝕刻條件的調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)具有高精度的需要的縮小的圖形寬度。此外，等離子體蝕刻設(shè)備可以控制縮小的圖形寬度，而不受蝕刻條件等變化的影響，例如，在用于蝕刻時(shí)間控制的時(shí)間管理的情況下。
其它實(shí)施例如上所述介紹了本發(fā)明。但是，構(gòu)成本公開的一部分的介紹和附圖不應(yīng)當(dāng)理解為是對(duì)本發(fā)明的限制。通過本公開，各種可選實(shí)施例和操作技術(shù)對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將變得更加清楚。
在本發(fā)明的第一和第二實(shí)施例中，為了說明方便起見，制成了用于測(cè)量反射的干涉光譜的抗蝕劑圖形，從而具有周期性L/S結(jié)構(gòu)。但是，不用說，抗蝕劑圖形是確定圖形間隔和由抗蝕劑膜和真空所占的空間的混合比例的可選的圖形。實(shí)際上，當(dāng)根據(jù)制造抗蝕劑圖形的布局?jǐn)?shù)據(jù)預(yù)先確定圖形的間隔和圖形和空間的面積比時(shí)，該方法可以縮小復(fù)雜的圖形而沒有任何問題。此外，不用說，半導(dǎo)體器件可以作為要測(cè)量的虛抗蝕劑圖形形成，例如，在沒有形成半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體基板的區(qū)域中，如圖2所示的簡(jiǎn)化的L/S結(jié)構(gòu)。
此外，雖然作為下層的絕緣膜，在以上的介紹中使用了SiO2膜，但是顯然也可以使用其它絕緣膜，例如，包括氮化硅(Si3N4)膜；氧氮化硅(SiOxNy)膜；摻雜磷或摻雜磷/硼的二氧化硅(PSG或BPSG)膜；有機(jī)硅樹脂制成的旋涂玻璃(SOG)膜；聚酰亞胺膜；加氟的二氧化硅膜；有機(jī)聚硅氧烷族的化合物膜；以及無機(jī)聚硅氧烷族的化合物膜。
此外，雖然作為下層的導(dǎo)電膜，在以上的介紹中使用了多晶硅膜，但是，不用說，也可以使用其它導(dǎo)電膜，例如，包括鋁(Al)、鎢(W)等制成的金屬膜；硅化鎢(WSi2)、硅化鈦(TiSi2)制成的金屬硅化物膜；以及由例如氮化鎢(WN2)、氮化鈦(TiN)等金屬氮化物制成的金屬化合物膜。
權(quán)利要求
1.一種圖形的制備方法，包括在下層的至少一部分上繪制掩模圖形；蝕刻部分掩模圖形；將入射光照射在進(jìn)行蝕刻的掩模圖形上，當(dāng)入射光透過掩模圖形之后檢測(cè)反射的入射光產(chǎn)生的反射光；得到反射的干涉光譜；以及使用反射的干涉光譜的數(shù)據(jù)計(jì)算掩模圖形的圖形寬度，反射的干涉光譜的波長(zhǎng)范圍不小于兩倍的掩模圖形的間距。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中蝕刻縮小了掩模圖形的圖形寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中通過用數(shù)值定義在反射的干涉光譜中的變化進(jìn)行圖形寬度的計(jì)算，所述變化是蝕刻的結(jié)果。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中通過計(jì)算圖形寬度確定蝕刻的結(jié)束點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中相對(duì)于下層選擇性地進(jìn)行掩模圖形的蝕刻。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中用等離子體進(jìn)行蝕刻。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中入射光引入到進(jìn)行蝕刻的室中，并照射在掩模圖形上，而且反射光從室中反射。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中反射的和檢測(cè)到的光是偏振光。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中照射在掩模圖形上的入射光是沿大致平行于掩模圖形的縱向方向偏振的光。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中掩模圖形由抗蝕劑膜構(gòu)成。
11.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括在半導(dǎo)體基板上形成下層；在下層上繪制掩模圖形；蝕刻部分掩模圖形；將入射光照射在進(jìn)行蝕刻的掩模圖形上，當(dāng)入射光透過掩模圖形之后檢測(cè)反射入射光產(chǎn)生的反射光；得到反射的干涉光譜；使用反射的干涉光譜的數(shù)據(jù)計(jì)算掩模圖形的圖形寬度，反射的干涉光譜的波長(zhǎng)范圍不小于兩倍的掩模圖形的間距；以及使用掩模圖形選擇性地處理下層，蝕刻掩模圖形具有需要的寬度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中蝕刻縮小了掩模圖形的圖形寬度。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中通過用數(shù)值定義在反射的干涉光譜中的變化進(jìn)行圖形寬度的計(jì)算，所述變化是蝕刻的結(jié)果。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中通過計(jì)算圖形寬度確定蝕刻的結(jié)束點(diǎn)。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中相對(duì)于下層選擇性地進(jìn)行掩模圖形的蝕刻。
16.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中用等離子體進(jìn)行蝕刻。
17.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中入射光引入到進(jìn)行蝕刻的室中，并照射在掩模圖形上，而且反射光從室中反射。
18.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中反射的和檢測(cè)到的光是偏振光。
19.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中照射在掩模圖形上的入射光是沿大致平行于掩模圖形的縱向方向偏振的光。
20.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中掩模圖形由抗蝕劑膜構(gòu)成。
全文摘要
一種圖形的制備方法，包括在下層的至少一部分上繪制掩模圖形；蝕刻部分掩模圖形；將入射光照射在進(jìn)行蝕刻的掩模圖形上，當(dāng)入射光透過掩模圖形之后檢測(cè)反射入射光產(chǎn)生的反射光；得到反射的干涉光譜；以及使用反射的干涉光譜的數(shù)據(jù)計(jì)算掩模圖形的圖形寬度，反射的干涉光譜的波長(zhǎng)范圍不小于兩倍的掩模圖形的間距。
文檔編號(hào)G03F7/20GK1497672SQ0313481
公開日2004年5月19日 申請(qǐng)日期2003年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月24日
發(fā)明者酒井隆行, 大巖德久, 岐部正信, 久, 信 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝