JP2005032853A - Method for measuring focusing characteristics - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光装置の投影光学系の結像特性を計測する結像特性計測方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体集積回路の微細パターンは、マスク上の原図を投影光学系を用いて基板上に投影して形成される。LSI製造に広く用いられている縮小投影露光装置(ステッパ)について説明する。水銀ランプからの紫外線でマスクを照明し、マスク上の遮光膜パターンを基板上に転写する。基板上には通常、数百個のLSIチップが形成されるが、縮小投影装置を用いる場合にはマスク上のパターンをウェハ上に焼き付けて、基板をシフトさせ、再度焼き付けるという作業を繰り返す(ステップ&リピート方式)ことにより基板全面にパターンを形成する。リソグラフィ技術を用いて基板上にパターンを形成し、このパターンに基づいて基板を加工するという工程を繰り返すことによりLSIが製造される。マスク上の原図を基板上に転写する露光装置では露光の際のフォーカス変動により転写像の精度が大きく変化してしまうため、投影光学系のベストフォーカス位置を精度良く計測する技術が必要である。
【0003】
上記の投影光学系のベストフォーカス位置を計測する方法として、特許文献1がある。これに示されるように、基板上に菱形マークを形成し、該像の所定の長さを計測することにより、投影光学系の種々の結像特性を計測する方法がある。図7に計測例を示す。基板上に形成されたレジストパターン704は、X方向に細長く伸びた菱形の形状を有し、Y方向に一定の間隔で並んでいる。このようなレジストパターンをビーム702で走査することにより、X方向に伸びるエッジから散乱光が発生する。その散乱光を光信号レベルに変換した時の、ビーム走査位置との関係をプロファイル706に示す。レジストパターンのX方向の中心部では光信号レベルが最も高く、両側の先端部にいくに従って、光信号レベルは低くなる。こうして得られた信号波形の長さLを検出することで、レジストパターンの長さが検出される。図8(a)にフォーカス変動時のレジストパターン形状を示す。基板上に形成されるレジストパターンはベストフォーカス付近では像のコントラストが高いため、先端近くまでレジストパターンとして転写される。反対に、ベストフォーカス付近から外れるに従って像のコントラストが低下するため、パターンは先端から消失する。以上のことから、図8(b)のようにレジストパターン長とフォーカス変動の関係図をプロットすることにより、ベストフォーカス位置が算出される。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−169266号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
以下、従来例の課題について説明する。
【0006】
マスク上の原図を基板上に転写する露光装置では露光の際のフォーカス変動により転写像の精度が大きく変化してしまうため、投影光学系のベストフォーカス位置を精度良く計測する必要がある。従来の計測方法では、菱形のマークを長さとして計測するために、露光装置に搭載された専用装置を必要とする。また、基板あるいはビームの回転及びビームプロファイルにより測定精度に影響を及ぼす要因が多い。
【0007】
【課題を解決するための手段】
従来の課題を解決するために、本発明の結像特性計測方法は、露光装置ではなく、半導体製造工程で広く用いられている重ね合わせ測定装置を用いて、簡便にフォーカス計測を行う。
【0008】
本構成では、重ね合わせ測定装置を用いて計測可能なマークを構築し、そのマークを用いることにより、簡便にフォーカスを精度良く測定可能である。また、重ね合わせ測定装置ではCCDカメラにより画像を取り込み、画像処理により計測するため、ビームプロファイル及びビームの回転による測定精度の劣化を除去することができ、精度良く計測することが可能である。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【0010】
図1〜図6を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
【0011】
図1は、本発明の実施の形態における工程フローを示す図である。図2は、本発明の結像特性計測用パターンを形成するためのパターンを示す図である。図3は、本発明の結像特性計測用レジストパターンを示す図である。図4は、本発明の結像特性計測用レジストパターンを基板上に形成した図である。図5は、本発明の結像特性計測用レジストパターン形成時の未露光パターンを示す図である。図6は、本発明の実施の形態に用いた重ね合わせ測定装置のエッジ検出の模式図である。
【0012】
図1に示す本発明の実施の形態における工程フロー図に従って説明する。
【0013】
まず、工程(1)では、レジストパターンを形成するために、半導体基板上にポジ型のレジストを塗布する。
【0014】
次に、工程(2)では、半導体基板上のレジストに図2(a)に示す第1のパターン231を用いて露光により転写する。
【0015】
工程(3)では、半導体基板上のレジストに図2(b)に示す第2のパターン232を用いて露光により転写する。この第2のパターン232は、第1のパターン231を右もしくは左に90度回転させたものである。この第2のパターン232は、工程(2)でレジストに転写された第1のパターン231の潜像に対して位置合わせを行い工程(2)と同じ露光条件で転写する。
【0016】
そして、工程(4)において、第1のパターン231及び第2のパターン232が転写されたレジストを現像することにより図3に示すようなレジストパターン300を形成する。このレジストパターン300は、二等辺三角形の頂角が互いに向かい合うレジストパターン302と、底辺が互いに向かい合うレジストパターン304とから形成されている。そして、このパターン302とパターン304のセットがX方向とY方向に形成されている。このレジストパターン300は、例えば図4に示すように7×9のマトリクス状に計63個形成する。この63個のレジストパターンは、7種類の露光量オフセットと9種類のフォーカスオフセットとを組み合わせた露光条件で第1のパターン231及び第2のパターン232をステップ&リピート方式で形成したものである。
【0017】
ここで、第1のパターン231、第2のパターン232及びレジストパターン300について説明する。
【0018】
図2(a)のマーク202は平行四辺形である。そして、マーク203は、マーク202を反転(裏返し)させたものである。このマーク202とマーク203とをセットにしたものを複数配置したマーク群204を時計回りに90度回転させたマーク群207、さらに90度回転させたマーク群211、さらに90度回転させたマーク群215を正方形220の各辺上に配置するように第1のパターン231を形成する。
【0019】
そして、図2(b)に示す第2のパターン232は第1のパターン231を時計回りに90度回転させたものである。
【0020】
さらに図3に示すレジストパターンは、図5に示すように第1のパターン231と第2のパターン232を重ね合わせたときに重複する未露光部分が二等辺三角形となる部分である。
【0021】
工程(5)では、工程(4)までに形成したレジストパターンを用いてフォーカス変動量を測定する。
【0022】
図3で示したレジストパターン300を重ね合わせ測定装置により計測し、各レジストパターンの位置ずれ量を計測する。この位置ずれ量からベストフォーカスを算出する。
【0023】
この測定について、X方向のパターンを用いて説明する。
【0024】
図3で示したレジストパターン300のレジストパターン302とレジストパターン304の一部を図6に示す。重ね合わせの測定原理は、CCDカメラにより画像を取り込み、画像処理により計測を行う。CCDカメラより取り込まれた画像は黒を0、白を255と定義し、その領域内で、明るさを数値化し、各々のパターン位置を検出する。
【0025】
図6ではベストフォーカス時に形成されるレジストパターン310及びデフォーカス時に形成されるレジストパターン320の形状を示す。ベストフォーカス時に形成されるレジストパターン310のパターン位置を基準とした場合、デフォーカスでは各レジストパターンの二等辺三角形の頂角にあたる部分のパターンが後退量し、位置ずれを起こす。この位置ずれ量は、第1のパターン330と第2のパターン332の間の距離X1と、第3のパターン334と第4のパターン336の間の距離X2とを重ね合わせ装置で計測することによって得ることができる。ベストフォーカスでは、レジストパターン304とレジストパターン302の二等辺三角形の頂角が鋭角に形成されるので、距離X1では距離が大きくなり、距離X2では距離が小さくなる。デフォーカスでは、ベストフォーカスの場合とは反対に、距離X1では距離が小さくなり、距離X2では距離が大きくなる。そして、下記の式より、相対距離の差分が求まる。
【0026】
Δ=(X1−X2)/2
この相対距離の差分とフォーカス値との関係を図6(b)のようにプロットすることにより、投影光学系のベストフォーカス位置を算出することができる。
【0027】
また、同様のことがY方向のレジストパターンでも生じ、これによりX,Y方向について同時に計測が可能となる。
【0028】
【発明の効果】
以上のように、本発明の結像特性計測方法によれば、特殊な装置ではなく、重ね合わせ測定装置を用いて、簡便にフォーカスを精度良く測定可能である。また、重ね合わせ測定装置ではCCDカメラにより画像を取り込み、画像処理により計測するため、ビームの回転による測定精度の劣化を除去することができ、さらにビームプロファイルを平均化することで、精度良く計測することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における工程フローを示す図
【図2】本発明の結像特性計測用パターンを形成するためのパターンを示す図
【図3】本発明の結像特性計測用レジストパターンを示す図
【図4】本発明の結像特性計測用レジストパターンを基板上に形成した図
【図5】本発明の結像特性計測用レジストパターン形成時の未露光パターンを示す図
【図6】本発明の実施の形態に用いた重ね合わせ測定装置のエッジ検出の模式図
【図7】従来例における計測例の模式図
【図8】従来例における計測例の模式図
【符号の説明】
202、203 マーク
204、207、211、215 マーク群
220 正方形
231、330 第1のパターン
232、332 第2のパターン
233、334 第3のパターン
300、302、304、310、320 レジストパターン
336 第4のパターン
702 ビーム
704 レジストパターン
706 プロファイル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an imaging characteristic measuring method for measuring an imaging characteristic of a projection optical system of an exposure apparatus.
[0002]
[Prior art]
A fine pattern of a semiconductor integrated circuit is formed by projecting an original drawing on a mask onto a substrate using a projection optical system. A reduction projection exposure apparatus (stepper) widely used in LSI manufacturing will be described. The mask is illuminated with ultraviolet rays from a mercury lamp, and the light shielding film pattern on the mask is transferred onto the substrate. Usually, several hundreds of LSI chips are formed on a substrate. However, when a reduction projection apparatus is used, a pattern on a mask is baked on a wafer, the substrate is shifted, and baked again (step). & Repeat method) to form a pattern on the entire surface of the substrate. An LSI is manufactured by repeating a process of forming a pattern on a substrate using a lithography technique and processing the substrate based on the pattern. In an exposure apparatus that transfers the original drawing on the mask onto the substrate, the accuracy of the transferred image changes greatly due to focus fluctuations during exposure, and thus a technique for accurately measuring the best focus position of the projection optical system is required.
[0003]
As a method for measuring the best focus position of the projection optical system, there is
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-169266
[Problems to be solved by the invention]
Hereinafter, the problems of the conventional example will be described.
[0006]
In an exposure apparatus that transfers the original drawing on the mask onto the substrate, the accuracy of the transferred image changes greatly due to focus fluctuations during exposure, and therefore it is necessary to accurately measure the best focus position of the projection optical system. In the conventional measurement method, a dedicated apparatus mounted on the exposure apparatus is required to measure the diamond-shaped mark as a length. There are also many factors that affect the measurement accuracy due to the rotation of the substrate or beam and the beam profile.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the conventional problems, the imaging characteristic measurement method of the present invention performs focus measurement easily using an overlay measurement apparatus widely used in a semiconductor manufacturing process, not an exposure apparatus.
[0008]
In this configuration, it is possible to easily measure the focus with high accuracy by constructing a measurable mark using the overlay measurement apparatus and using the mark. In addition, since the overlay measurement apparatus captures an image with a CCD camera and performs measurement by image processing, deterioration in measurement accuracy due to the beam profile and beam rotation can be removed, and measurement can be performed with high accuracy.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0010]
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0011]
FIG. 1 is a diagram showing a process flow in the embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a pattern for forming the imaging characteristic measurement pattern of the present invention. FIG. 3 is a diagram showing a resist pattern for measuring imaging characteristics according to the present invention. FIG. 4 is a diagram in which a resist pattern for measuring imaging characteristics according to the present invention is formed on a substrate. FIG. 5 is a diagram showing an unexposed pattern when forming a resist pattern for measuring imaging characteristics according to the present invention. FIG. 6 is a schematic diagram of edge detection of the overlay measurement apparatus used in the embodiment of the present invention.
[0012]
A description will be given according to the process flow diagram in the embodiment of the present invention shown in FIG.
[0013]
First, in step (1), a positive resist is applied on a semiconductor substrate in order to form a resist pattern.
[0014]
Next, in a process (2), it transfers by exposure using the
[0015]
In the step (3), the resist is transferred onto the resist on the semiconductor substrate by exposure using the
[0016]
In step (4), a resist
[0017]
Here, the
[0018]
The
[0019]
A
[0020]
Further, the resist pattern shown in FIG. 3 is a portion where an unexposed portion that overlaps when the
[0021]
In step (5), the focus fluctuation amount is measured using the resist pattern formed up to step (4).
[0022]
The resist
[0023]
This measurement will be described using a pattern in the X direction.
[0024]
6 shows a part of the resist
[0025]
FIG. 6 shows the shapes of the resist pattern 310 formed at the best focus and the resist pattern 320 formed at the defocus. When the pattern position of the resist pattern 310 formed at the best focus is used as a reference, the pattern corresponding to the apex angle of the isosceles triangle of each resist pattern is retreated in defocusing, causing a positional shift. This positional deviation amount is obtained by measuring the distance X1 between the
[0026]
Δ = (X1−X2) / 2
By plotting the relationship between the relative distance difference and the focus value as shown in FIG. 6B, the best focus position of the projection optical system can be calculated.
[0027]
The same thing occurs with a resist pattern in the Y direction, which makes it possible to measure in the X and Y directions simultaneously.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, according to the imaging characteristic measuring method of the present invention, it is possible to easily and accurately measure the focus by using an overlay measurement device instead of a special device. In addition, since the overlay measurement device captures an image with a CCD camera and measures it by image processing, it is possible to eliminate deterioration in measurement accuracy due to beam rotation, and to measure with high accuracy by averaging the beam profile. It is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a process flow in an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a pattern for forming an imaging characteristic measurement pattern according to the present invention. FIG. 4 is a diagram showing a resist pattern for measuring imaging characteristics according to the present invention formed on a substrate. FIG. 5 is a diagram showing an unexposed pattern when forming a resist pattern for measuring imaging characteristics according to the present invention. 6 is a schematic diagram of edge detection of the overlay measurement apparatus used in the embodiment of the present invention. FIG. 7 is a schematic diagram of a measurement example in a conventional example. FIG. 8 is a schematic diagram of a measurement example in a conventional example. ]
202, 203
Claims (6)
前記レジスト膜に第1のパターンを露光により転写する工程と、
前記レジスト膜に転写された前記第1のパターンの潜像に重ね合わせるように第2のパターンを露光により転写する工程と、
前記第1のパターンと前記第2のパターンが転写された前記レジスト膜を現像し計測用レジストパターンを形成する工程と、
前記計測用レジストパターンのエッジの後退量を計測することによりフォーカス変動量を計測することを特徴とする結像特性計測方法。Forming a resist film on the substrate;
Transferring the first pattern to the resist film by exposure;
Transferring the second pattern by exposure so as to be superimposed on the latent image of the first pattern transferred to the resist film;
Developing the resist film to which the first pattern and the second pattern have been transferred to form a measurement resist pattern;
An imaging characteristic measuring method, comprising: measuring a focus fluctuation amount by measuring a retraction amount of an edge of the measurement resist pattern.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003194214A JP2005032853A (en) | 2003-07-09 | 2003-07-09 | Method for measuring focusing characteristics |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008053413A (en) * | 2006-08-24 | 2008-03-06 | Oki Electric Ind Co Ltd | Focal deviation measuring method, and focal alignment method |
JP2008112991A (en) * | 2006-10-12 | 2008-05-15 | Asml Netherlands Bv | Method for performing focus test, and device manufacturing method |
-
2003
- 2003-07-09 JP JP2003194214A patent/JP2005032853A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2008053413A (en) * | 2006-08-24 | 2008-03-06 | Oki Electric Ind Co Ltd | Focal deviation measuring method, and focal alignment method |
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JP4643627B2 (en) * | 2006-10-12 | 2011-03-02 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー.ブイ. | Focus test execution method and device manufacturing method |
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