CN101097410A - 对曝光位置标记的位移进行检测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种对曝光位置标记的位移进行检测的方法。这些曝光位置标记由以内四边形图案和外四边形图案组成的第一图案和被形成为其内边缘和外边缘被形成为四边形图案的矩形框的第二图案构成。第一图案和第二图案被形成为使得第一图案和第二图案的中心位置匹配并使第二图案被设置在第一图案的内四边形图案和外四边形图案之间的区域内。通过计算以下测量值的平均值来确定曝光位置的位移：通过检测第一图案的内四边形图案和作为第二图案的内边缘的四边形图案的中心位置之间的位移而得到的测量值；和通过检测第一图案的外四边形图案和作为第二图案的外边缘的四边形图案的中心位置之间的位移而得到的测量值。

Description

对曝光位置标记的位移进行检测的方法

技术领域

本发明涉及对曝光位置标记的位移进行检测的方法，曝光位置标记被设置用于在制造半导体或薄膜磁头的过程中检测曝光位置的位移。

背景技术

在制造半导体、薄膜磁头等时，通过光刻形成所需导电图案或绝缘层图案。在这些器件的制造过程中，在对导电图案或绝缘层图案进行层压时检测图案的位移，判断曝光位置是否在容许的范围内，并将该位移反馈回曝光装置，从而可以高精度地进行曝光操作。

通过在不影响产品的多个位置(诸如工件的边缘)处形成曝光位置标记、针对设置在下层和上层上的曝光位置标记来执行图像识别，以及检测曝光位置标记之间的位移，来检测曝光位置标记的位移。

曝光位置标记可以为各种形状。图6A和6B示出了利用四边形曝光位置标记来检测位移的示例。图6A示出了使用正方形的示例，而图6B示出了将条形图案设置为四边形结构的示例。在图6A中，在后工艺中形成的正方形图案6被形成为比在前工艺中已形成的正方形图案5更大的正方形，使得正方形图案5位于正方形图案6的内部。在图6B中，在后工艺中形成的图案8被设置为围绕着在前工艺中已形成的条形图案7。

在图6A和图6B的情况下，分别对正方形图案5和6的中心位置以及由条形图案7和8围绕出的四边形的中心位置进行检测，并根据中心位置的位移来检测曝光位置的位移。

专利文献1    日本特开专利公报No.H11-126746

专利文献2    日本特开专利公报No.2001-332466

专利文献3    日本特开专利公报No.2003-243297

发明内容

尽管在图6A和6B中，在前工艺中形成的曝光位置标记小于在后工艺中形成的曝光位置标记，但是在前工艺中可以形成大的标记而在后工艺中可以形成小的标记。通过改变标记的尺寸并将较小标记设置在较大标记的内部，可以通过扫描单个图像来检测曝光位置标记，然后根据这些检测的标记位置来检测位移。

如图6A和6B中所示，当在前工艺与在后工艺中形成的标记的中心位置出现位移时，例如当针对图6A和6B中所示的位置检测到位移时，理论上，当利用图6A和6B所示的结构来检测位移和当在将图6A和6B所示的结构旋转180度以后来检测位移时，应该检测到相同的位移。但实际上，并不总能获得相同的检测结果。因此，在某些情况下，通过对从预定方向对标记进行图像识别而产生的测量结果和从旋转180度的位置获得的测量结果进行平均来计算位移。

这种波动可以由图案(其中在对曝光位置标记进行图像识别时不能正确地检测图案的边缘部分等)的形状引起，也可以由测量曝光位置标记时的不可避免的原因造成。这种不可避免的原因被认为是：(i)测量光学系统中使用的透镜的像差；(ii)由于在前工艺中形成的标记和在后工艺中形成的标记形成在层压方向上的不同位置处，所以曝光位置标记在高度方向上具有不同的位置；和(iii)由于曝光位置标记以预定厚度形成，所以标记的形状根据测量方向而被不同地识别。

使用图6B所示的由条形图案构成的标记，能够比由正方形图案构成的标记更容易地识别出标记位置，尤其是当标记厚度较小时。但是，即使以这种方式改变标记的形状，仍然无法消除由于测量装置、标记的厚度等所导致的测量中的波动。

在制造半导体或薄膜磁头时，目前在纳米级别上来控制图案。这样，当需要极高的精度来进行定位时，还必须对常规上不会引起问题的测量方法所引起的测量中的波动进行控制。

为评价该定位，重要的是，不仅要有测量精度，而且还要如实地反映实际设备中的定位标记。曝光装置中的透镜像差(例如彗差)可以造成曝光位置相对于图案尺寸的位移。对于常规的框标记，由于必须要形成两个图案(即大图案和小图案)，所以存在以下可能性，即，除了所制造器件本身的任何位移以外，曝光装置的像差也产生位移。

设计本发明来解决上述问题，因而本发明的目的是提供一种对曝光位置标记的位移进行检测的方法，该方法能够可靠地识别使得位移能够被检测到的曝光位置标记，并能够基于通过识别这些标记而产生的测量结果来正确和有效地检测曝光位置的位移。

为实现所述目的，根据本发明的对曝光位置标记的位移进行检测的方法对在前工艺和在后工艺中形成在工件上的多个曝光位置标记进行检测，并根据曝光位置标记的位移来检测曝光位置的位移，其中所述曝光位置标记由第一图案和第二图案构成，该第一图案由内四边形图案和外四边形图案组成，该第二图案的形状为矩形框，该矩形框的内边缘和外边缘被形成为四边形图案，在该在前工艺和在后工艺中，第一图案和第二图案之一被形成为使得第一图案和第二图案的中心位置相匹配并且第二图案设置在第一图案的内四边形图案和外四边形图案之间的区域内，并且，基于曝光位置标记的图像的检测结果，通过计算以下测量值的平均值来确定(find)曝光位置的位移：通过检测第一图案的内四边形图案的中心位置与作为第二图案的内边缘的四边形图案的中心位置之间的位移而得到的测量值；以及通过检测第一图案的外四边形图案的中心位置与作为第二图案的外边缘的四边形图案的中心位置之间的位移而得到的测量值。

将这些四边形图案形成为正方形图案，或者将条形图案形成为四边形结构来代替四边形图案也是有效的。

根据本发明的对曝光位置标记的位移进行检测的另一种方法对在一在前工艺和一在后工艺中形成在工件上的多个曝光位置标记进行检测，并通过曝光位置标记的位移来检测曝光位置的位移，其中这些曝光位置标记由第一图案和第二图案构成，该第一图案由一对四边形图案组成，该第二图案由与第一图案成交叉结构的另一对四边形图案组成，在该在前工艺和在后工艺中，将第一图案和第二图案之一形成为使得第一图案和第二图案的中心位置相匹配，并且，基于曝光位置标记的图像的检测结果，通过以下测量值的平均值来计算曝光位置的位移：通过检测第一图案的中心位置而获得的测量值；以及通过检测第二图案的中心位置而获得的测量值。

将这些四边形图案形成为具有相等尺寸的正方形图案，或者将条形图案形成为四边形结构来代替四边形图案也是有效的。

根据本发明的对曝光位置标记的位移进行检测的方法，当使用其中第一图案和第二图案相对位于彼此内部和外部的曝光位置标记时，可以根据第一图案和第二图案的相对位置来计算位移，以消除波动，因此可以高精度地对曝光位置标记的位移进行检测。通过使用其中图案被设置在两个层上的结构并将这些图案设置为交叉结构，可以获得作为这些图案的中心位置的平均值的位移，由此提高了可以检测到位移的精度。

附图说明

通过参照附图来阅读和理解以下详细描述，本领域的技术人员将明了本发明的上述以及其他的目的和优点。

附图中：

图1A到1F用于说明在检测曝光位置标记的位移时使用的标记的结构；

图2是表示用作曝光位置标记的正方形图案的示例的平面图；

图3是表示用作曝光位置标记的条形图案的示例的平面图；

图4是表示其中将正方形图案设置为交叉结构作为曝光位置标记的示例的平面图；

图5是表示其中将条形图案设置为交叉结构作为曝光位置标记的示例的平面图；以及

图6A和6B是表示常规曝光位置标记的平面图。

具体实施方式

下面将参照附图详细描述本发明的优选实施例。

(第一实施例)

图1A到1F表示根据本发明的对曝光位置标记的位移进行检测的方法，为了能够检测曝光位置标记的位移而在在前工艺和在后工艺中形成的曝光位置标记的示例。

图1A表示在前工艺中形成的曝光位置标记。这些曝光位置标记被形成为使得两个(即大的和小的)正方形图案10a和10b的中心位置相匹配，并被设置为使得图案10a和10b的边缘平行。

图1B和1C是沿图1A中的线A-A截取的剖视图，表示形成在基层上的正方形图案10a和10b的示例。图1B表示其中形成有图案12a和图案12b的示例，图案12a形成了内正方形图案10a，图案12b形成了外正方形图案10b。图1C表示在基层上形成框形图案12c以形成内正方形图案10a和外正方形图案10b的示例。由于正方形图案10a和10b表现为这些图案的边缘部分，所以可以这些将图案形成为相对于基层的凸图案(如图1B所示)或形成为相对于基层的凹图案(如图1C所示)。

形成曝光位置标记的图案12a、12b和12c根据所使用的制造工艺可以是各种不同的图案，而对于形成曝光位置标记的方法没有具体的限制。即，在形成导电图案的工艺过程中，可以通过形成导电图案来产生这些曝光位置标记，并且/或者在形成绝缘层的工艺过程中，可以通过以预定图案形成绝缘层来产生这些曝光位置标记。还可以设置抗蚀剂层以构图为预定图案，并且可以对抗蚀剂进行曝光和显影以形成抗蚀剂图案。

图1D表示在定位在该在前工艺中所形成的曝光位置标记上之后，已在该在后工艺中形成了曝光位置标记的状态。通过形成其内边缘和外边缘是正方形图案20a和20b的正方形框，来产生在后工艺中所形成的曝光位置标记。将正方形图案20a和20b形成为中心位置匹配且边缘平行。

如图所示，在后工艺中所形成的正方形图案20a和20b形成在以内正方形图案10a和外正方形图案10b为边界的框形区域内，内正方形图案10a和外正方形图案10b在该在前工艺中被形成为使得在前工艺和在后工艺中所形成的图案的中心位置相匹配。

图1E和1F是沿图1D中的线B-B截取的剖视图，表示在该在前工艺中所形成的正方形图案10a和10b的上层上形成图案22以显示正方形图案20a和20b的状态。图案22被形成为类似正方形框的形状。

这样，根据形成两层正方形图案以使在前工艺和在后工艺中的曝光位置标记被同心地设置，并随后检测相对于这些正方形图案的中心位置的任何位移的方法，与利用常规的单层正方形图案来检测位移的方法相比，可以高精度地检测位移。

检测位移的方法

在本实施例中，如下来检测位移。即，(1)对在前工艺中形成的内正方形图案10a和在后工艺中形成的内边缘正方形图案20a的中心位置进行检测，并对中心位置之间的位移(测量值D1)进行检测，(2)对在前工艺中形成的外正方形图案10b和在后工艺中形成的外边缘正方形图案20b的中心位置进行检测，并对中心位置之间的位移(测量值D2)进行检测，和(3)计算测量值D1和D2的平均值，并将其设定为曝光位置的位移。

通过对通过测量方法(1)检测到的测量值D1和通过测量方法(2)检测到的测量值D2进行比较，在前工艺中形成的正方形图案与在后工艺中形成的正方形图案的相对位置反向(reverse)，因此在测量值D1和测量值D2之间建立了以下关系。

(测量值D1)＝(真值)+(偏移α)+(偏移β)

(测量值D2)＝-(真值)+(偏移α)-(偏移β)

由于正方形图案的结构反向，所以测量值D2是负值。由于在前工艺中形成的正方形图案与在后工艺中形成的正方形图案之间的相对位置关系而出现偏移α，由于测量系统等而出现偏移β。

对测量值D1和测量值D2进行平均，从而正方形图案10a和10b与正方形图案20a和20b之间的位移由下式表示。

(测量值D)＝{(测量值D1)-(测量值D2)}/2

         ＝(实际值)+(偏移β)

即，通过对测量值D1和测量值D2进行平均，消除了由于正方形图案的相对位置关系而导致的偏移α，只剩下由于图案的厚度和测量系统而导致的偏移β。

图2表示正方形图案10a和10b与正方形图案20a和20b之间的相对位置关系。在上述实施例中，在该在前工艺中形成正方形图案10a和10b，而在该在后工艺中形成正方形图案20a和20b。基于设置在两个层上的正方形图案来检测位移的方法只涉及正方形图案的相对位置关系，而不依赖于形成正方形图案的顺序。

上述根据本实施例的检测位移的方法的特征在于，使用正方形图案10a和10b作为第一图案，使用正方形图案20a和20b作为第二图案，根据第二图案的位于第一图案外部的部分的位置关系来确定测量值D1，根据第一图案的位于第二图案外部的部分的位置关系来确定测量值D2，以使得这些图案的相对位置关系对于测量值D1和测量值D2相反。因此，通过对这些测量值进行平均，可以消除由于第一图案和第二图案在彼此的内部和外部的相对结构而导致的误差，由此提高了测量精度。

此外，按照根据本实施例的检测位移的方法，通过使用两层正方形图案，根据两组正方形图案的数据来检测位移，从而还可以降低由于随机原因而导致的波动。这意味着与只根据一组正方形图案的数据来检测位移的常规方法相比，通过使用根据本实施例的检测位移的方法，可以提高检测位移的精度。

(第二实施例)

图3表示根据本发明的对曝光位置标记的位移进行检测的方法所使用的曝光位置标记的另一个示例。本实施例中使用的曝光位置标记由条形图案组成，这些条形图案被设置为多个四边形结构，其中内部的条形图案30a的四边形结构和外部的条形图案30b的四边形结构被用作第一图案，而内部的条形图案40a的四边形结构和外部的条形图案40b的四边形结构被用作第二图案。

将图案30a和30b形成为正方形结构，以使各个四边形结构的中心位置相匹配，并使这些四边形结构的边缘平行。将图案40a和40b也形成为正方形结构，以使各个四边形结构的中心位置相匹配，并使各个四边形结构的边缘平行。将形成第二图案的图案40a和40b设置在由形成第一图案的图案30a和30b包围的框形区域的内部。

第一图案和第二图案可以在该在前工艺或在后工艺中形成，并且被形成为使得第一图案和第二图案的中心位置相匹配。

同样，对于本实施例，通过检测由作为第一图案的一部分的图案30a和作为第二图案的一部分的图案40a组成的四边形的中心位置、检测由作为第一图案的一部分的图案30b和作为第二图案的一部分的图案40b组成的四边形的中心位置，并对这些测量值进行平均，可以按照与第一实施例相同的方式高精度地检测曝光位置的位移。

(第三实施例)

图4表示根据本发明的对曝光位置标记的位移进行检测的方法所使用的曝光位置标记的另一个示例。本实施例中的曝光位置标记是如下的示例，其中作为第一图案的正方形图案50a和50b和作为第二图案的正方形图案60a和60b被形成为相同形状和相同大小，并且被设置为交叉结构。

第一图案和第二图案是在不同的步骤中形成的曝光位置标记。将第一图案和第二图案形成为使得作为第一图案的正方形图案50a和50b的各自中心位置的中心与作为第二图案的正方形图案60a和60b的各自中心位置的中心相匹配。

在检测位移时，针对形成第一图案的正方形图案50a和50b和形成第二图案的正方形图案60a和60b执行图像识别，以检测各自的中心位置，对该对正方形图案50a和50b的中心位置与该对正方形图案60a和60b的中心位置之间的位移进行检测，并将检测到的位移设定为曝光位置的位移。通过将正方形图案50a和50b以及正方形图案60a和60b设置为交叉结构，可以作为中心位置的位移来检测曝光位置的位移。

在本实施例中，由于曝光位置的位移是基于根据该对正方形图案50a和50b而确定的中心位置和根据另一对正方形图案60a和60b而确定的中心位置来检测的，所以与基于单对四边形图案(例如图6所示)来检测位移的方法相比，可以提高位移的检测精度。

在本实施例中，与形成不同大小的正方形图案(例如图1所示的正方形图案)相比，使用相同大小的正方形作为曝光位置标记的优点在于容易形成这些标记。

在本实施例中，在该在前工艺和在后工艺中形成具有相同尺寸的标记，其优点在于这些标记不会受到曝光装置的像差或所用工艺的影响。

(第四实施例)

图5表示作为第三实施例的变型例的一种结构的示例，该结构使用条形图案的四边形结构来代替正方形图案。在本实施例中，通过将条形图案形成为四边形结构而产生的图案70a和70b被形成为第一图案，通过将条形图案形成为四边形结构而产生的图案80a和80b被形成为第二图案。图案70a和70b以及图案80a和80b全部具有相同的正方形结构。将第一图案和第二图案形成为交叉结构，并且使这些图案的中心位置相匹配。

在本实施例中，按照与第三实施例相同的方式，针对图案70a和70b以及图案80a和80b来执行图像识别，检测由各个图案构成的四边形结构的中心位置，并基于根据该对图案70a和70b计算出的中心位置和根据另一对图案80a和80b计算出的中心位置来检测曝光位置的位移。同样，在本实施例中，由于将这些图案形成为相同形状，所以其优点在于容易形成这些图案，因为无需将图案形成为大小不同的四边形结构(如例图3所示的四边形结构)。另外，通过检测多对图案的中心位置，可以高精度地检测曝光位置中的位移。

Claims (6)

1、一种对曝光位置标记的位移进行检测的方法，该方法对在一在前工艺和一在后工艺中形成在工件上的多个曝光位置标记进行检测，并通过所述曝光位置标记的位移来检测曝光位置的位移，

其中，所述曝光位置标记由第一图案和第二图案构成，所述第一图案由内四边形图案和外四边形图案组成，所述第二图案被形成为矩形框，该矩形框的内边缘和外边缘被形成为四边形图案，

在所述在前工艺和所述在后工艺中，所述第一图案和所述第二图案之一被形成为使得所述第一图案和所述第二图案的中心位置相匹配并且使得所述第二图案被设置在所述第一图案的内四边形图案和外四边形图案之间的区域内，并且，

基于所述曝光位置标记的图像的检测结果，通过计算以下测量值的平均值来确定所述曝光位置的位移：通过检测所述第一图案的内四边形图案的中心位置与作为所述第二图案的内边缘的四边形图案的中心位置之间的位移而得到的测量值；以及通过检测所述第一图案的外四边形图案的中心位置与作为所述第二图案的外边缘的四边形图案的中心位置之间的位移而得到的测量值。

2、根据权利要求1所述的对曝光位置标记的位移进行检测的方法，其中，所述四边形图案被形成为正方形图案。

3、根据权利要求1所述的对曝光位置标记的位移进行检测的方法，其中，将多个条形图案形成为四边形结构，以代替四边形图案。

4、一种对曝光位置标记的位移进行检测的方法，该方法对在一在前工艺和一在后工艺中形成在工件上的多个曝光位置标记进行检测，并通过所述曝光位置标记的位移来检测曝光位置的位移，

其中，所述曝光位置标记由第一图案和第二图案构成，所述第一图案由一对四边形图案组成，所述第二图案由与所述第一图案成交叉结构的另一对四边形图案组成，

在所述在前工艺和所述在后工艺中，所述第一图案和所述第二图案之一被形成为使得所述第一图案和所述第二图案的中心位置相匹配，并且

基于所述曝光位置标记的图像的检测结果，通过以下测量值的平均值来计算所述曝光位置的位移：通过检测所述第一图案的中心位置而获得的测量值；以及通过检测所述第二图案的中心位置而获得的测量值。

5、根据权利要求4所述的对曝光位置标记的位移进行检测的方法，其中，所述四边形图案被形成为具有相等尺寸的正方形图案。

6、根据权利要求4所述的对曝光位置标记的位移进行检测的方法，其中，将多个条形图案形成为四边形结构，以代替四边形图案。

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