JP3097308B2 - 重ね合わせ精度の測定方法 - Google Patents
重ね合わせ精度の測定方法Info
- Publication number
- JP3097308B2 JP3097308B2 JP04134586A JP13458692A JP3097308B2 JP 3097308 B2 JP3097308 B2 JP 3097308B2 JP 04134586 A JP04134586 A JP 04134586A JP 13458692 A JP13458692 A JP 13458692A JP 3097308 B2 JP3097308 B2 JP 3097308B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diffraction grating
- exposed
- latent image
- light
- overlay accuracy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
- G03F7/70605—Workpiece metrology
- G03F7/70616—Monitoring the printed patterns
- G03F7/70633—Overlay, i.e. relative alignment between patterns printed by separate exposures in different layers, or in the same layer in multiple exposures or stitching
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
- G03F7/70605—Workpiece metrology
- G03F7/70653—Metrology techniques
- G03F7/70675—Latent image, i.e. measuring the image of the exposed resist prior to development
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/68—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for positioning, orientation or alignment
- H01L21/681—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for positioning, orientation or alignment using optical controlling means
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/544—Marks applied to semiconductor devices or parts, e.g. registration marks, alignment structures, wafer maps
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2223/00—Details relating to semiconductor or other solid state devices covered by the group H01L23/00
- H01L2223/544—Marks applied to semiconductor devices or parts
- H01L2223/54453—Marks applied to semiconductor devices or parts for use prior to dicing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、重ね合わせ精度の測定
方法に関し、特にレーザー光の回折光を検知する方式で
露光されたフォトレジストのパターンの潜像の位置を計
測する方法に関する。
方法に関し、特にレーザー光の回折光を検知する方式で
露光されたフォトレジストのパターンの潜像の位置を計
測する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路装置は高速化とともに微
細化が進み、とくに微細化についてはその製造技術の進
歩に負うところが多い。
細化が進み、とくに微細化についてはその製造技術の進
歩に負うところが多い。
【０００３】微細加工技術は微細パターン形成そのもの
も重要であるが、マスク間の重ね合わせ精度を向上させ
る技術も重要な技術の一つである。一般的に重ね合わせ
精度は最小寸法の２０％程度は必要であり、微細化が進
むにつれ、同時に重ね合わせ精度も向上させていかねば
ならない。
も重要であるが、マスク間の重ね合わせ精度を向上させ
る技術も重要な技術の一つである。一般的に重ね合わせ
精度は最小寸法の２０％程度は必要であり、微細化が進
むにつれ、同時に重ね合わせ精度も向上させていかねば
ならない。
【０００４】現在露光装置として主流となっている縮小
投影露光装置におけるアライメント方法は、テレビ画像
を利用するものや、レーザー光を使用するものなどがあ
る。
投影露光装置におけるアライメント方法は、テレビ画像
を利用するものや、レーザー光を使用するものなどがあ
る。
【０００５】前者では例えば米国特許第４６４０６１９
号に示されているように、露光光源からの紫外線をアラ
イメントマークに照射し、それを光学顕微鏡で観察す
る。この方法では通常のリソグラフィー工程で用いられ
るフォトレジストを現像した後にアライメントマークを
検出することはもちろん可能であるが、フォトレジスト
を現像せずに露光のみによる潜像によっても可能であ
る。これは露光部と非露光部のコントラストの差を検出
し、縮小投影露光装置の初期状態の設定やレンズの特性
を補正するために使用している。
号に示されているように、露光光源からの紫外線をアラ
イメントマークに照射し、それを光学顕微鏡で観察す
る。この方法では通常のリソグラフィー工程で用いられ
るフォトレジストを現像した後にアライメントマークを
検出することはもちろん可能であるが、フォトレジスト
を現像せずに露光のみによる潜像によっても可能であ
る。これは露光部と非露光部のコントラストの差を検出
し、縮小投影露光装置の初期状態の設定やレンズの特性
を補正するために使用している。
【０００６】後者の例として例えばＰｒｏｃ．ＳＰＩ
Ｅ，Ｖｏｌ５３８，ｐｐ９−１６，（１９８５）で発表
されているが、その原理は完全に位置制御されているス
テージ上に半導体基板を位置し、Ｈｅ−Ｎｅレーザー光
を固定状態で半導体基板上を照射しながらステージを移
動させる。そして特定のピッチからなる回折格子からの
回折光を検知できる位置にあらかじめ設置された検出器
により半導体基板上の回折格子からの回折光が検出され
た時のステージ位置を認識することによりその回折格子
の位置を計測するという方式である。
Ｅ，Ｖｏｌ５３８，ｐｐ９−１６，（１９８５）で発表
されているが、その原理は完全に位置制御されているス
テージ上に半導体基板を位置し、Ｈｅ−Ｎｅレーザー光
を固定状態で半導体基板上を照射しながらステージを移
動させる。そして特定のピッチからなる回折格子からの
回折光を検知できる位置にあらかじめ設置された検出器
により半導体基板上の回折格子からの回折光が検出され
た時のステージ位置を認識することによりその回折格子
の位置を計測するという方式である。
【０００７】一方、縮小投影露光装置の重ね合わせ精度
を決定する要因としてステージ精度や投影レンズのゆが
みなど装置そのものの性能に起因するものと半導体製造
プロセス中のリソグラフィ工程間での重ね合わせ精度に
起因するものとの２種類に大別される。
を決定する要因としてステージ精度や投影レンズのゆが
みなど装置そのものの性能に起因するものと半導体製造
プロセス中のリソグラフィ工程間での重ね合わせ精度に
起因するものとの２種類に大別される。
【０００８】そのうち前者の装置そのものに起因する精
度の測定については、露光と現像処理によって形成され
たフォトレジストパターン相互間または露光のみによる
潜像どうしの設計値からの位置誤差を測定するもので、
後者の重ね合わせ精度の測定では半導体製造プロセスの
リソグラフィ工程に於いてパターニングされた下層材
料、例えばポリシリコンとか酸化膜とか窒化膜などの単
一もしくは複数の材質からなるパターン、とそれに対し
て重ね合わせる現像されたフォトレジストパターンの相
互間の設計値からの位置誤差を測定するものである。
度の測定については、露光と現像処理によって形成され
たフォトレジストパターン相互間または露光のみによる
潜像どうしの設計値からの位置誤差を測定するもので、
後者の重ね合わせ精度の測定では半導体製造プロセスの
リソグラフィ工程に於いてパターニングされた下層材
料、例えばポリシリコンとか酸化膜とか窒化膜などの単
一もしくは複数の材質からなるパターン、とそれに対し
て重ね合わせる現像されたフォトレジストパターンの相
互間の設計値からの位置誤差を測定するものである。
【０００９】とくに後者の前工程で形成された下層パタ
ーンとフォトレジストパターン間の位置誤差の測定には
光学式顕微鏡あるいは専用の測定装置を用いていた。
ーンとフォトレジストパターン間の位置誤差の測定には
光学式顕微鏡あるいは専用の測定装置を用いていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従来の紫外光によって
フォトレジストの潜像を検出し、縮小投影露光装置の性
能評価をする方法は光源として紫外光を使用しているた
め、非露光領域が紫外光照射時間とともに露光領域と区
別できなくなってしまうという原理的な困難さを有して
いる。すなわち、フォトレジスト潜像による信号検出は
露光部と非露光部との屈折率，反射率の違いによって可
能となるため紫外光で検出しようとすると、非露光部の
それが変化し、信号差を検出できなかったり、検出でき
たとしても再現性，信頼性に乏しいものである。さらに
紫外光を照射しているため、その半導体基板を後に現像
する必要がある場合、アライメントのために照射した領
域が露光されているため現像されてしまうという問題点
があった。
フォトレジストの潜像を検出し、縮小投影露光装置の性
能評価をする方法は光源として紫外光を使用しているた
め、非露光領域が紫外光照射時間とともに露光領域と区
別できなくなってしまうという原理的な困難さを有して
いる。すなわち、フォトレジスト潜像による信号検出は
露光部と非露光部との屈折率，反射率の違いによって可
能となるため紫外光で検出しようとすると、非露光部の
それが変化し、信号差を検出できなかったり、検出でき
たとしても再現性，信頼性に乏しいものである。さらに
紫外光を照射しているため、その半導体基板を後に現像
する必要がある場合、アライメントのために照射した領
域が露光されているため現像されてしまうという問題点
があった。
【００１１】他方、レーザー光によって回折格子を検出
する方法においては、前工程で形成された回折格子を検
出して位置合わせを行ないその後、検査すべき半導体基
板を、露光した後縮小投影露光装置から一旦半導体基板
を取りはずし、現像装置で現像処理を施こす必要があ
り、その後然るべき検査装置で検査するといった複雑な
手順を踏まなくてはならない。検査結果を得るまでにか
かる時間、およびその工程数は生産効率上、大きな損失
となっている。すなわち、上述の検査結果の出るまでの
時間は露光装置や塗布現像装置が遊んでいる状態であ
り、これがマスクを交換するごとに発生していることに
なる。
する方法においては、前工程で形成された回折格子を検
出して位置合わせを行ないその後、検査すべき半導体基
板を、露光した後縮小投影露光装置から一旦半導体基板
を取りはずし、現像装置で現像処理を施こす必要があ
り、その後然るべき検査装置で検査するといった複雑な
手順を踏まなくてはならない。検査結果を得るまでにか
かる時間、およびその工程数は生産効率上、大きな損失
となっている。すなわち、上述の検査結果の出るまでの
時間は露光装置や塗布現像装置が遊んでいる状態であ
り、これがマスクを交換するごとに発生していることに
なる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の重ね合わせ精度
の測定方法では、フォトレジストが感光波長の光によっ
て露光された場合に起きる光化学反応によって、未露光
部に比較すると露光部のフォトレジストの屈折率が変化
するという原理を利用しており、露光パターンが回折格
子を構成していれば、その領域に半導体基板に対して垂
直方向からＨｅ−Ｎｅレーザー光を照射することにより
回折像を得ることができる。その回折光を検知すること
により、フォトレジストに転写された回折格子の光学的
潜像の位置を測定することが可能となる。これら一連の
工程をすべて縮小投影露光装置で行なうものである。本
発明の重ね合わせ精度の測定方法は、半導体基板上に塗
布した感光性有機膜に回折格子パターンをパターニング
のための現像処理を施すことなく露光光によって転写さ
れた回折格子パターンの光学的潜像にＨｅ−Ｎｅレーザ
ー光を照射し、該有機膜の露光部と非露光部の屈折率の
相違によって生じる回折像を検出することにより、該転
写された回折格子の光学的潜像の位置を計測する重ね合
わせ精度の測定方法であって、前記感光性有機膜の膜厚
ｔを ｔ＝（２ｋ＋１）λ／（４|ｎ 2 −ｎ 1 |） （ｋ：整数、λ：波長、ｎ 1 ：露光部の有機膜の屈折
率、ｎ 2 ：非露光部の有機膜の屈折率）の条件に合うよ
う設定することを特徴とする。
の測定方法では、フォトレジストが感光波長の光によっ
て露光された場合に起きる光化学反応によって、未露光
部に比較すると露光部のフォトレジストの屈折率が変化
するという原理を利用しており、露光パターンが回折格
子を構成していれば、その領域に半導体基板に対して垂
直方向からＨｅ−Ｎｅレーザー光を照射することにより
回折像を得ることができる。その回折光を検知すること
により、フォトレジストに転写された回折格子の光学的
潜像の位置を測定することが可能となる。これら一連の
工程をすべて縮小投影露光装置で行なうものである。本
発明の重ね合わせ精度の測定方法は、半導体基板上に塗
布した感光性有機膜に回折格子パターンをパターニング
のための現像処理を施すことなく露光光によって転写さ
れた回折格子パターンの光学的潜像にＨｅ−Ｎｅレーザ
ー光を照射し、該有機膜の露光部と非露光部の屈折率の
相違によって生じる回折像を検出することにより、該転
写された回折格子の光学的潜像の位置を計測する重ね合
わせ精度の測定方法であって、前記感光性有機膜の膜厚
ｔを ｔ＝（２ｋ＋１）λ／（４|ｎ 2 −ｎ 1 |） （ｋ：整数、λ：波長、ｎ 1 ：露光部の有機膜の屈折
率、ｎ 2 ：非露光部の有機膜の屈折率）の条件に合うよ
う設定することを特徴とする。
【００１３】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。
る。
【００１４】図１は本発明のフォトレジストの露光部２
と未露光部３で構成された回折格子の光学的潜像から生
ずる回折光の原理図である。
と未露光部３で構成された回折格子の光学的潜像から生
ずる回折光の原理図である。
【００１５】フォトレジストが感光波長の光で完全に露
光された状態の屈折率をｎ1 とし、非露光状態の屈折率
をｎ2 とすると、フォトレジストの上方から垂直に入射
するＨｅ−Ｎｅレーザー光（波長λ＝６３３ｎｍ）は、
屈折率ｎ1 の媒体中では波長λ1 ＝λ／ｎ1 となり、媒
体中を進行する。上方から入射したレーザー光がフォト
レジストと半導体基板の界面で反射し、再び大気中へ出
る時、露光部から出てくる１次反射光Ｉ1 と未露光部か
ら出てくる反射光Ｉ2 では位相差を生じているので、ピ
ッチｐの回折格子を形成するのである。
光された状態の屈折率をｎ1 とし、非露光状態の屈折率
をｎ2 とすると、フォトレジストの上方から垂直に入射
するＨｅ−Ｎｅレーザー光（波長λ＝６３３ｎｍ）は、
屈折率ｎ1 の媒体中では波長λ1 ＝λ／ｎ1 となり、媒
体中を進行する。上方から入射したレーザー光がフォト
レジストと半導体基板の界面で反射し、再び大気中へ出
る時、露光部から出てくる１次反射光Ｉ1 と未露光部か
ら出てくる反射光Ｉ2 では位相差を生じているので、ピ
ッチｐの回折格子を形成するのである。
【００１６】この時、フォトレジストの膜厚ｔはＩ1 と
Ｉ2 の位相差がλ／２になる時、すなわち
Ｉ2 の位相差がλ／２になる時、すなわち
【００１７】
【００１８】を満たす時に、回折光の強度は散乱光に比
較してＳ／Ｎ比が最大となる。他方、位相差がλの整数
倍になる時、すなわち
較してＳ／Ｎ比が最大となる。他方、位相差がλの整数
倍になる時、すなわち
【００１９】
【００２０】を満たす時に回折光の強度は散乱光に比較
してＳ／Ｎ比が最も小さくなり、散乱光とほとんど区別
がつかなくなる。
してＳ／Ｎ比が最も小さくなり、散乱光とほとんど区別
がつかなくなる。
【００２１】また回折光が互いに強め合う立体角θは、 Ｐｓｉｎθ＝ｋλ （ｋ＝０，±１，±２……） （３） の条件を満たす方向で、その位置に相当する位置に検出
器は設置しておく必要がある。
器は設置しておく必要がある。
【００２２】図２は、本発明の重ね合わせ精度の測定方
法の工程断面図と回折光の模式図である。本図は図３に
示すような回折格子の列４と５のＡ−Ｂ断面に相当す
る。本実施例は、同一領域に２回の露光を実行し、その
重ね合わせ精度を測定する方法である。まず第１回目の
露光で図２の回折格子パターン２１を露光する（図３の
列４に相当）。次に設計値でｘD の距離間隔を持つ第２
の回折格子パターン２２を露光する（図３の列５に相
当）。この際、この領域では上記２つの回折格子以外の
部分は２回の露光ショットで露光されないように露光用
レチクルを設計しておく必要がある。
法の工程断面図と回折光の模式図である。本図は図３に
示すような回折格子の列４と５のＡ−Ｂ断面に相当す
る。本実施例は、同一領域に２回の露光を実行し、その
重ね合わせ精度を測定する方法である。まず第１回目の
露光で図２の回折格子パターン２１を露光する（図３の
列４に相当）。次に設計値でｘD の距離間隔を持つ第２
の回折格子パターン２２を露光する（図３の列５に相
当）。この際、この領域では上記２つの回折格子以外の
部分は２回の露光ショットで露光されないように露光用
レチクルを設計しておく必要がある。
【００２３】この状態で、半導体基板上のフォトレジス
ト３は、立体的なパターンは形成されていないが、フォ
トレジストの光化学反応により、露光された回折格子パ
ターン部２１と２２のみ屈折率がｎ1 となり、それ以外
の未露光部分３の屈折率がｎ2 となった光学的潜像が形
成されていることになる。そこに上方から垂直にＨｅ−
Ｎｅレーザー光；λ＝６３３ｎｍを入射し走査するとフ
ォトレジストの光学的潜像からなる回折格子２１と２２
の位置で回折光を生じるので、その回折光の強度を半導
体基板の位置に対応させることにより図２−（ｃ）に示
すような信号７１が得られる。この回折光の信号波形７
１に対し、２個の波形間の距離ｘA を算出して、設計値
との差；ｘM ＝ｘA −ｘD を算出すれば、これがこの２
回の露光ショット間の重ね合わせ精度を表わしている。
ト３は、立体的なパターンは形成されていないが、フォ
トレジストの光化学反応により、露光された回折格子パ
ターン部２１と２２のみ屈折率がｎ1 となり、それ以外
の未露光部分３の屈折率がｎ2 となった光学的潜像が形
成されていることになる。そこに上方から垂直にＨｅ−
Ｎｅレーザー光；λ＝６３３ｎｍを入射し走査するとフ
ォトレジストの光学的潜像からなる回折格子２１と２２
の位置で回折光を生じるので、その回折光の強度を半導
体基板の位置に対応させることにより図２−（ｃ）に示
すような信号７１が得られる。この回折光の信号波形７
１に対し、２個の波形間の距離ｘA を算出して、設計値
との差；ｘM ＝ｘA −ｘD を算出すれば、これがこの２
回の露光ショット間の重ね合わせ精度を表わしている。
【００２４】図４は、半導体製造プロセス中の前工程の
下層パターンと、フォトレジストの光学的潜像の両者間
の重ね合わせ精度を測定する例である。本実施例は、重
ね合わせの基準となる回折格子（図３中の列４に相当）
が約４０００オングストロームのポリシリコン膜１０で
形成されている例で、その下層には約３００オングスト
ローム程度の酸化膜９が存在している。図４−（ａ）
は、上記半導体基板上に塗布されたフォトレジスト３
に、ポリシリコン１０の回折格子パターン位置から設計
値でｘD 離れている所に回折格子のパターンが露光され
た状態を示している。この図４−（ａ）の状態の半導体
基板１上にＨｅ−Ｎｅレーザー光を照射し走査すると、
フォトレジストの光学的潜像で構成される回折格子パタ
ーン２からの回折光の信号は、図４−（ｂ）に示すよう
にポリシリコンの回折格子から発生する回折光の強度に
比較すると格段にその強度が小さいことが考えられる。
ここで、フォトレジストの膜厚は回折格子の潜像を形成
する平坦な領域で（１）式を満たすように塗布すること
が肝要であるが、それだけでは上記問題点の解決はでき
ないので、潜像とポリシリコンそれぞれから発生する回
折光の信号に対し、独立に信号レベルの調整が可能な信
号処理方式を有する必要がある。
下層パターンと、フォトレジストの光学的潜像の両者間
の重ね合わせ精度を測定する例である。本実施例は、重
ね合わせの基準となる回折格子（図３中の列４に相当）
が約４０００オングストロームのポリシリコン膜１０で
形成されている例で、その下層には約３００オングスト
ローム程度の酸化膜９が存在している。図４−（ａ）
は、上記半導体基板上に塗布されたフォトレジスト３
に、ポリシリコン１０の回折格子パターン位置から設計
値でｘD 離れている所に回折格子のパターンが露光され
た状態を示している。この図４−（ａ）の状態の半導体
基板１上にＨｅ−Ｎｅレーザー光を照射し走査すると、
フォトレジストの光学的潜像で構成される回折格子パタ
ーン２からの回折光の信号は、図４−（ｂ）に示すよう
にポリシリコンの回折格子から発生する回折光の強度に
比較すると格段にその強度が小さいことが考えられる。
ここで、フォトレジストの膜厚は回折格子の潜像を形成
する平坦な領域で（１）式を満たすように塗布すること
が肝要であるが、それだけでは上記問題点の解決はでき
ないので、潜像とポリシリコンそれぞれから発生する回
折光の信号に対し、独立に信号レベルの調整が可能な信
号処理方式を有する必要がある。
【００２５】しかも、この材質の異なる２者の回折格子
間の距離をより正確に決定するためには、Ｈｅ−Ｎｅレ
ーザー光の走査を連続的に一度に実行する必要がある。
従って回折光の検出系では強度の異なる２者の回折光に
よって得られる信号に対し、独立に自動的に信号レベル
を制御することは極めて重要なことである。例えば図４
−（ｂ）の回折光信号とＨｅ−Ｎｅレーザー光の走査位
置を示す図において、設計値上、両者の回折格子の中間
位置０に対し、負位置側と正位置側に対し、独立に信号
レベル調整を実施し、それぞれの信号レベルが所望の強
度範囲に入るように信号処理を行なう。
間の距離をより正確に決定するためには、Ｈｅ−Ｎｅレ
ーザー光の走査を連続的に一度に実行する必要がある。
従って回折光の検出系では強度の異なる２者の回折光に
よって得られる信号に対し、独立に自動的に信号レベル
を制御することは極めて重要なことである。例えば図４
−（ｂ）の回折光信号とＨｅ−Ｎｅレーザー光の走査位
置を示す図において、設計値上、両者の回折格子の中間
位置０に対し、負位置側と正位置側に対し、独立に信号
レベル調整を実施し、それぞれの信号レベルが所望の強
度範囲に入るように信号処理を行なう。
【００２６】この結果、図４−（ｃ）に示すように両者
の回折光強度の差にかかわらず、信号処理後の回折光信
号はピーク位置が同等のレベルとなるので、回折光信号
の位置決定が容易になる。ここで算出された両者の信号
位置の距離ｘA と設計値ｘDとの差ｘM ＝ｘA −ｘ
D が、ポリシリコンとフォトレジストの露光パターン間
の重ね合わせ精度となる。
の回折光強度の差にかかわらず、信号処理後の回折光信
号はピーク位置が同等のレベルとなるので、回折光信号
の位置決定が容易になる。ここで算出された両者の信号
位置の距離ｘA と設計値ｘDとの差ｘM ＝ｘA −ｘ
D が、ポリシリコンとフォトレジストの露光パターン間
の重ね合わせ精度となる。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、フォト
レジストの露光パターンの位置を光学的潜像で構成され
る回折格子パターンのＨｅ−Ｎｅレーザー光による回折
像で判別できるので、パターニングの為の現像処理が必
要ない上に、Ｈｅ−Ｎｅレーザー光での回折光を利用し
たアライメント方式を有する縮小投影露光装置では、半
導体基板上のフォトレジストを露光した後、その半導体
基板を露光ステージから離脱させることなく、その場で
重ね合わせ精度が測定できる。従って露光装置の稼働率
が大幅に上昇し、それが半導体集積回路装置の生産効率
に与える影響は多大なものとなる。さらに最近の超ＬＳ
Ｉではマスク回数が多くその回数分だけ乗じた時間が節
約になり、工期短縮にもつながる。さらにまた半導体基
板を露光ステージから離脱し、現像し、検査をするとい
う一連の工程がはぶけるため生産効率，工期短縮はもち
ろん、人的経費も削減できるなど、その波及効果は極め
て大いものである。
レジストの露光パターンの位置を光学的潜像で構成され
る回折格子パターンのＨｅ−Ｎｅレーザー光による回折
像で判別できるので、パターニングの為の現像処理が必
要ない上に、Ｈｅ−Ｎｅレーザー光での回折光を利用し
たアライメント方式を有する縮小投影露光装置では、半
導体基板上のフォトレジストを露光した後、その半導体
基板を露光ステージから離脱させることなく、その場で
重ね合わせ精度が測定できる。従って露光装置の稼働率
が大幅に上昇し、それが半導体集積回路装置の生産効率
に与える影響は多大なものとなる。さらに最近の超ＬＳ
Ｉではマスク回数が多くその回数分だけ乗じた時間が節
約になり、工期短縮にもつながる。さらにまた半導体基
板を露光ステージから離脱し、現像し、検査をするとい
う一連の工程がはぶけるため生産効率，工期短縮はもち
ろん、人的経費も削減できるなど、その波及効果は極め
て大いものである。
【００２８】また従来の紫外線による光を使用していな
いので非露光部の屈折率が光照射とともに変化すること
は全くないので、位置測定の精度，再現性，信頼性が向
上する。さらに測定した半導体基板は紫外線でなく、Ｈ
ｅ−Ｎｅレーザー光で照射されたものなので測定後、現
像処理を施しても半導体基板のパターニングには全く影
響を与えない。
いので非露光部の屈折率が光照射とともに変化すること
は全くないので、位置測定の精度，再現性，信頼性が向
上する。さらに測定した半導体基板は紫外線でなく、Ｈ
ｅ−Ｎｅレーザー光で照射されたものなので測定後、現
像処理を施しても半導体基板のパターニングには全く影
響を与えない。
【００２９】さらに前工程で形成されたアライメントマ
ークからの信号と、露光され未現像の潜像によるアライ
メントマークからの信号との差が大きくても自動的に信
号差を制御できるため、一連のステージ走査で各々の信
号を確実に検出できるという効果がある。
ークからの信号と、露光され未現像の潜像によるアライ
メントマークからの信号との差が大きくても自動的に信
号差を制御できるため、一連のステージ走査で各々の信
号を確実に検出できるという効果がある。
【図１】本発明の原理を示す図
【図２】本発明の一実施例を示すもので、図（ａ）と図
（ｂ）は各工程での断面図、図（ｃ）は回折光の強度の
波形図
（ｂ）は各工程での断面図、図（ｃ）は回折光の強度の
波形図
【図３】従来の測定法を示すもので、図（ａ）は回折格
子とレーザー光との関係を示す図、図（ｂ）は回折光の
強度の波形図
子とレーザー光との関係を示す図、図（ｂ）は回折光の
強度の波形図
【図４】本発明の他の実施例を示すもので、図（ａ）は
その一工程での断面図、図（ｂ）と図（ｃ）はそれぞれ
回折光の強度の波形図
その一工程での断面図、図（ｂ）と図（ｃ）はそれぞれ
回折光の強度の波形図
１ 半導体基板 ２ 露光されたフォトレジスト ３ 未露光のフォトレジスト ４ 回折格子列１ ５ 回折格子列２ ６ Ｈｅ−Ｎｅレーザー照射光 ７ 回折光信号波形 ８ レチクル ９ 酸化膜 １０ ポリシリコンの回折格子パターン ｔ フォトレジストの膜厚 ｐ 回折格子のピッチ ２１ 第１回目の露光で感光した回折格子列パターン
のフォトレジストの潜像 ２２ 第２回目の露光で感光した回折格子列パターン
のフォトレジストの潜像 ７１ フォトレジストの潜像パターンによる回折光信
号 ７２ ポリシリコンパターンの回折光信号 Ｉ0 入射光 Ｉ1 露光部のレジスト中を通過し１回Ｓｉ基板で反
射した光 Ｉ2 未露光部のレジスト中を通過し１回Ｓｉ基板で
反射した光 λ 大気中の波長 λ1 屈折率ｎ1 の露光部のレジスト中での波長 λ2 屈折率ｎ2 の未露光部のレジスト中での波長 ｎ1 露光部のレジストの屈折率 ｎ2 未露光部のレジストの屈折率
のフォトレジストの潜像 ２２ 第２回目の露光で感光した回折格子列パターン
のフォトレジストの潜像 ７１ フォトレジストの潜像パターンによる回折光信
号 ７２ ポリシリコンパターンの回折光信号 Ｉ0 入射光 Ｉ1 露光部のレジスト中を通過し１回Ｓｉ基板で反
射した光 Ｉ2 未露光部のレジスト中を通過し１回Ｓｉ基板で
反射した光 λ 大気中の波長 λ1 屈折率ｎ1 の露光部のレジスト中での波長 λ2 屈折率ｎ2 の未露光部のレジスト中での波長 ｎ1 露光部のレジストの屈折率 ｎ2 未露光部のレジストの屈折率
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−238836（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−262423（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−147273（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−316431（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−48415（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 G03F 9/00 H01L 21/027
Claims (2)
- 【請求項１】半導体基板上に塗布した感光性有機膜に回
折格子パターンをパターニングのための現像処理を施す
ことなく露光光によって転写された回折格子パターンの
光学的潜像にＨｅ−Ｎｅレーザー光を照射し、該有機膜
の露光部と非露光部の屈折率の相違によって生じる回折
像を検出することにより、該転写された回折格子の光学
的潜像の位置を計測する重ね合わせ精度の測定方法であ
って、前記感光性有機膜の膜厚ｔを ｔ＝（２ｋ＋１）λ／（４|ｎ 2 −ｎ 1 |） （ｋ：整数、λ：波長、ｎ 1 ：露光部の有機膜の屈折
率、ｎ 2 ：非露光部の有機膜の屈折率）の条件に合うよ
う設定することを特徴とする重ね合わせ精度の測定方
法。 - 【請求項２】半導体基板上に塗布した感光性有機膜に回
折格子パターンをパターニングのための現像処理を施す
ことなく露光光によって転写された回折格子パターンの
光学的潜像にＨｅ−Ｎｅレーザー光を照射し、該有機膜
の露光部と非露光部の屈折率の相違によって生じる回折
像を検出することにより、該転写された回折格子の光学
的潜像の位置を計測する重ね合わせ精度の測定方法であ
って、前記回折光を検出するための検出器の位置を ｐｓｉｎθ＝ｋλ （ｐ：回折パターンのピッチ、ｋ：整数、λ：波長、
θ：入射光と回折光との角度） の条件に合うように設定することを特徴とする重ね合わ
せ精度の測定方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB9113637.4 | 1991-06-25 | ||
| GB9113637A GB2257504B (en) | 1991-06-25 | 1991-06-25 | Method of measuring relative positioning accuracy of a pattern to be formed on a semiconductor wafer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06167308A JPH06167308A (ja) | 1994-06-14 |
| JP3097308B2 true JP3097308B2 (ja) | 2000-10-10 |
Family
ID=10697244
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04134586A Expired - Fee Related JP3097308B2 (ja) | 1991-06-25 | 1992-05-27 | 重ね合わせ精度の測定方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3097308B2 (ja) |
| GB (1) | GB2257504B (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11307449A (ja) | 1998-02-20 | 1999-11-05 | Canon Inc | 露光装置及びデバイスの製造方法 |
| KR100326170B1 (ko) * | 2000-03-30 | 2002-02-27 | 윤종용 | 광소자의 광도파로열 피치를 측정하는 장치 |
| US20060109463A1 (en) * | 2004-11-22 | 2006-05-25 | Asml Netherlands B.V. | Latent overlay metrology |
| US7105445B2 (en) * | 2005-01-14 | 2006-09-12 | International Business Machines Corporation | Interconnect structures with encasing cap and methods of making thereof |
| CN111947574A (zh) * | 2020-08-07 | 2020-11-17 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种烟灶一体机、位置检测方法及位置检测装置 |
-
1991
- 1991-06-25 GB GB9113637A patent/GB2257504B/en not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-05-27 JP JP04134586A patent/JP3097308B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2257504B (en) | 1995-10-25 |
| GB9113637D0 (en) | 1991-08-14 |
| JPH06167308A (ja) | 1994-06-14 |
| GB2257504A (en) | 1993-01-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3399949B2 (ja) | アライメント装置による潜像検出 | |
| KR100714480B1 (ko) | 포토마스크의 테스트 패턴 이미지로부터 인쇄된 테스트피쳐들을 이용하는 포토리소그래피 공정에 있어서 초점변화를 측정하는 시스템 및 방법 | |
| US7855047B2 (en) | Reticle set, method for designing a reticle set, exposure monitoring method, inspection method for reticle set and manufacturing method for a semiconductor device | |
| US4741622A (en) | Method and apparatus for detecting diversion | |
| JP3265668B2 (ja) | ベストフォーカス位置の算出方法 | |
| US7396621B2 (en) | Exposure control method and method of manufacturing a semiconductor device | |
| JP3249374B2 (ja) | エネルギー感光フォトレジスト材中に導入された近距離場イメージ潜像によってプロセスが制御されるデバイス製造プロセス | |
| US6594012B2 (en) | Exposure apparatus | |
| US5252414A (en) | Evaluation method of resist coating | |
| JPH0740584B2 (ja) | 光レジスト内潜像形成モニタ方法 | |
| CN1862385B (zh) | 使用测试特征检测光刻工艺中的焦点变化的系统和方法 | |
| US6890692B2 (en) | Method of focus monitoring and manufacturing method for an electronic device | |
| DE102006018074A1 (de) | Photomaske | |
| US6777145B2 (en) | In-line focus monitor structure and method using top-down SEM | |
| JP3097308B2 (ja) | 重ね合わせ精度の測定方法 | |
| US5723238A (en) | Inspection of lens error associated with lens heating in a photolithographic system | |
| US7171034B2 (en) | Method and system for phase/amplitude error detection of alternating phase shifting masks in photolithography | |
| JPH07130636A (ja) | 位置検出装置及びそれを用いた半導体素子の製造方法 | |
| JPH03144453A (ja) | 露光用マスク及び半導体装置の製造方法 | |
| JP2830784B2 (ja) | 位置誤差計測方法および半導体装置の製造方法 | |
| JPH11184070A (ja) | 収差測定方法および収差測定用フォトマスク | |
| JP3082747B2 (ja) | 露光装置の評価方法 | |
| JPH06120115A (ja) | 露光位置精度の検査方法 | |
| KR19980015767A (ko) | 반도체 장치의 제조시 이용되는 사진공정의 정렬방법 | |
| JPH0684752A (ja) | 露光装置とアライメント精度測定方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20000711 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |