JP3634198B2 - Optical aberration measurement method for misregistration inspection apparatus - Google Patents

Optical aberration measurement method for misregistration inspection apparatus Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェーハの上に形成された複数の層の位置ずれを検査する位置ずれ検査装置の光学的収差(Tool Induced Shift:以下、「TIS」という)測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置は、ウェーハの上に複数の導電層(配線層)と複数の絶縁層とを積層させて形成する。半導体装置の高集積化のためには各層間の位置ずれをできる限り小さくする必要がある。一般に、各層間の位置ずれ量を検査する場合は、各層をパターニングする工程(フォトリソグラフィ工程)で各層にアライメントマークを形成し、位置ずれ検査装置により各アライメントマークの間隔を測定している。
【0003】
ところで、近年の半導体装置のより一層の高集積化に伴って、位置ずれ検査装置のTISが問題になってきた。TISは、位置ずれ検査装置の光学系の物理的な非対称性によって発生する測定誤差であり、位置ずれ検査装置の光学系の光軸がウェーハ面に対して垂直でない場合に発生することが知られている。TISは、以下のようにして測定することができる。すなわち、位置ずれ検査装置のステージの上にウェーハを載置して層間の位置ずれ量a1を測定した後、ステージを180度回転させて位置ずれ量a2を測定する。そして、下記(1)式を計算することによりTISが求まる。
【0004】
TIS=(a1+a2)/2 …(1)
位置ずれ検査装置の精度を向上させるためには、TISを高精度で測定し、TISが小さくなるように光学系の調整を行うことが必要である。
【0005】
なお、特開平9−280816号公報には、位置検査装置の測定系の誤差を検出するために、深さの異なる複数の溝からなる複数のアライメントマークを形成した試料を用い、複数のアライメントマーク間の距離を測定後、ステージを180度回転して再度距離を測定し、その測定値の差を求める方法が開示されている。また、この特開平9−280816号公報には、アライメントマークの高さ又は深さを照射光の波長に応じて設定することが記載されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特開平9−280816号公報に記載された発明は位置ずれ検査装置ではなく、位置合わせ装置等の位置検出装置に関するものであり、位置ずれ検査装置で複数層の層間の位置ずれ量を検出するものとは異なる。
【0007】
また、TISの発生する要因としてテレセントずれとコマ収差とがあるが、単に試料を回転させてTISを検出するだけでは、これらのテレセントずれやコマ収差を個別に測定したり評価することができず、位置ずれ検査装置の光学系の調整を効率よく行うことができない。
【0008】
また、ウェーハプロセスにおける位置ずれ検査にはTISの影響を受け難くする手法が望まれるが、従来の測定方法におけるTISの抑制は十分でなかった。実デバイスウェーハ上でにおける位置ずれ検査では、TISの他に、ウェーハプロセスに依存した検査マークの非対称性により発生する誤差(Wafer Induced Shift:以下、WISという)をも考慮する必要がある。しかしながら、従来の測定方法では、TIS自体を抑制し、WISが小さいマークを選択することにより位置ずれ計測を行っていたが、この方法ではTISが完全に抑制されずにTISとWISとの相互作用によって計測値に大きな騙されが発生し、或いは、計測騙されが増幅することがあった。このため、ウェーハ上における位置ずれ量を正確に測定することができなかった。
【0009】
本発明の目的は、TISの主な原因であるテレセントずれとコマ収差を個別に評価することができる位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、突起又は溝からなる第1及び第2の検査マークを有する基準サンプルに波長λの光を照射し、前記第1及び第2の検査マークにより反射される光を撮像装置により撮像し、取得した画像に基づいて前記第1及び第2の検査マークの間の第1の位置ずれ量を計測する工程と、前記基準サンプルを180度回転した後、前記基準サンプルに波長λの光を照射し、前記第1及び第2の検査マークにより反射される光を前記撮像装置により撮像し、取得した画像に基づいて前記第1及び第2の検査マークの間の第2の位置ずれ量を計測する工程と、前記第1及び第2の位置ずれ量から前記位置ずれ検査装置の光学的収差を算出する工程とを有する位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法であって、前記第1及び第2の位置ずれ量を計測する工程は、いずれも前記撮像装置の焦点位置を前記第1及び第2の検査マークの高さ又は深さ方向に移動して各焦点位置における映像を撮像する工程を含むことを特徴とする位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法によって達成される。
【0012】
また、上記目的は、(a)基板上に形成された突起又は溝からなる第1の検査マークと、前記第1の検査マークに隣接して形成された突起又は溝からなる第2の検査マークとを有する基準サンプルを位置ずれ検査装置のステージ上に載置する工程と、(b)前記基準サンプルの前記第1及び第2の検査マークに波長λの光を照射し、前記第1及び第2の検査マークから反射される光を撮像装置で撮像して第1の映像を得る工程と、(c)前記第1の映像を信号処理して前記第1及び第2の検査マークの位置を検出し、前記第1及び第2の検査マークの間の第1の位置ずれ量を測定する工程と、(d)前記ステージを180度回転させた後、前記基準サンプルの前記第1及び第2の検査マークに波長λの光を照射し、前記第1及び第2の検査マークから反射される光を前記撮像装置で撮像して第2の映像を得る工程と、(e)前記第2の映像を信号処理して前記第1及び第2の検査マークの位置を検出し、前記第1及び第2の検査マークの間の第2の位置ずれ量を測定する工程と、(f)前記第1及び第2の位置ずれ量から位置ずれ検査装置の光学的収差を算出する工程とを有する位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法であって、前記第1及び第2の位置ずれ量を測定する工程(c),(d)は、いずれも前記撮像装置の焦点位置を前記第1及び第2の検査マークの高さ又は深さ方向に移動させて各焦点位置における映像を撮像する工程を含み、その後、前記第1及び第2の位置ずれ量から位置ずれ検査装置の光学的収差を算出する工程(f)を実行することを特徴とする位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法によっても達成される。
【0013】
また、上記の位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法において、前記第1及び第2の検査マークの少なくとも一方の高さ又は深さをλ/8±6.25%又は3λ/8±6.25%とするようにしてもよい。
【0014】
また、上記の位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法において、前記第1及び第2の検査マークの少なくとも一方の高さ又は深さをλ/8±6.25%とし、他方の高さ又は深さを3λ/8±6.25%とするようにしてもよい。
【0015】
また、上記の位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法において、前記第1及び第2の検査マークの高さ又は深さを、いずれも2λ/8±6.25%とするようにしてもよい。
【0016】
また、上記目的は、照射する光の波長λ(i=1,2,…,n)に応じて高さ又は深さが決定された突起又は溝からなるn組の第1及び第2の検査マークを有する基準サンプルに波長λの光を照射し、前記波長λの光に対応するi番目の組の第1及び第2の検査マークにより反射される光を撮像装置により撮像し、取得した画像に基づいて前記i番目の組の第1及び第2の検査マークの間の第1の位置ずれ量を測定する工程と、前記基準サンプルを180度回転した後、前記基準サンプルに波長λの光を照射し、前記i番目の組の第1及び第2の検査マークにより反射される光を前記撮像装置により撮像し、取得した画像に基づいて前記i番目の組の第1及び第2の検査マークの間の第2の位置ずれ量を測定する工程と、前記第1及び第2の位置ずれ量から波長λの光に対する位置ずれ検査装置の光学的収差を算出する工程と、前記基準サンプルに照射する光の波長λを替えて前記第1の位置ずれ量を測定する工程から前記光学的収差を算出する工程までの工程を前記n組の第1及び第2の検査マークの全てについて繰り返す工程とを有する位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法であって、前記第1及び第2の位置ずれ量を測定する工程は、いずれも前記撮像装置の焦点位置を前記i番目の組の第1及び第2の検査マークの高さ又は深さ方向に移動させて各焦点位置における映像を撮像する工程を含むことを特徴とする位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法によっても達成される。
【0017】
また、上記目的は、(a)照射する光の波長λ(i=1,2,…,n)に応じて高さ又は深さが決定された突起又は溝からなるn組の第1及び第2の検査マークを有する基準サンプルを位置ずれ検査装置のステージ上に載置する工程と、(b)前記基準サンプルの前記第1及び第2の検査マークに波長λの光を照射し、前記波長λの光に対応するi番目の組の第1及び第2の検査マークから反射される光を撮像装置で撮像して第1の映像を得る工程と、(c)前記第1の映像を信号処理して前記i番目の組の第1及び第2の検査マークの位置を検出し、前記i番目の組の第1及び第2の検査マークの間の第1の位置ずれ量を測定する工程と、(d)前記ステージを180度回転させた後、前記基準サンプルの前記i番目の組の第1及び第2の検査マークに波長λの光を照射し、前記i番目の組の第1及び第2の検査マークから反射される光を前記撮像装置で撮像して第2の映像を得る工程と、(e)前記第2の映像を信号処理して前記i番目の組の第1及び第2の検査マークの位置を検出し、前記i番目の組の第1及び第2の検査マークの間の第2の位置ずれ量を測定する工程と、(f)前記第1及び第2の位置ずれ量から位置ずれ検査装置の光学的収差を算出する工程と、(g)前記基準サンプルに照射する光の波長λを替えて前記(b)から(f)までの工程を前記n組の第1及び第2の検査マークの全てについて繰り返す工程とを有する位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法であって、前記第1及び第2の位置ずれ量を測定する工程(c),(e)は、いずれも前記撮像装置の焦点位置を前記i番目の組の第1及び第2の検査マークの高さ又は深さ方向に移動させて各焦点位置における映像を撮像する工程を含み、その後、前記第1及び第2の位置ずれ量から位置ずれ検査装置の光学的収差を算出する工程(f)を実行することを特徴とする位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法によっても達成される。
【0018】
また、上記の位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法において、前記n組の第1及び第2の検査マーク毎に算出した光学的収差の平均値を算出するようにしてもよい。
【0019】
また、上記の位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法において、前記i番目の組の第1及び第2の検査マークのいずれか一方の高さ又は深さを、λ/8±6.25%又は3λ/8±6.25とするようにしてもよい。
【0020】
また、上記の位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法において、前記i番目の組の第1及び第2の検査マークの少なくとも一方の高さ又は深さをλ/8±6.25%とし、他方の高さ又は深さを3λ/8±6.25%とするようにしてもよい。
【0021】
また、上記の位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法において、前記i番目の組の第1及び第2の検査マークの高さ又は深さを、いずれも2λ/8±6.25%とするようにしてもよい。
【0026】
以下、作用について説明する。
【0027】
本発明においては、突起又は溝からなる第1及び第2の検査マークを有する基準サンプルを使用し、撮像装置の焦点位置を第1及び第2の検査マークの高さ方向又は深さ方向に移動させながら第1及び第2の検査マークの位置を検出し、各焦点位置での光学的収差を算出する。
【0028】
本願発明者らの実験によれば、上記のように焦点位置を移動させて各焦点位置におけるTISを検出すると、焦点位置によりTISが変化することが判明している。このとき、テレセントずれが大きい場合は、撮像装置の焦点位置を移動するとTISは直線的に変化する。一方、コマ収差が大きい場合は、撮像装置の焦点位置を一方向に移動するとTISは曲線(ドーム形状)的に変化する。したがって、TISの変化の状態からテレセントずれとコマ収差とを区別することができる。これにより、位置ずれ検査装置の光学系の調整及び品質管理を効率よく行うことができる。
【0029】
照射光の波長がλであるとき、前記第1及び第2の検査マークの少なくとも一方の高さ又は深さをλ/8、又は3λ/8とするとTISの値が大きくなる。特に、第1及び第2の検査マークの一方の高さ又は深さをλ/8とし、他方の高さ又は深さを3λ/8とすると、TISの値は最も大きくなる。したがって、前記第1及び第2の検査マークの少なくとも一方の高さ又は深さをλ/8、又は3λ/8として焦点位置を移動し、各焦点位置でTISを測定すると、TISの変化から照明系のテレセントづれを有効に評価することができる。
【0030】
また、前記第1及び第2の検査マークの高さ又は深さを、いずれも2λ/8として焦点位置を移動し各焦点位置でTISを測定すると、コマ収差の影響がTISに最も顕著に現れる。したがって、コマ収差の影響を強化するときは、第1及び第2の検査マークの高さ又は深さをいずれも2λ/8とすることが好ましい。なお、第1及び第2の検査マークの高さ又は深さは、上記の値から±1/16(=6.25%)程度の範囲で許容される。
【0031】
また、TISをより高精度に測定するために、基準サンプルに照射する光の波長を替えてTISを測定し、各波長で測定したTISの平均値を求めることが好ましい。この場合、光の波長に応じて、高さ又は深さが異なる複数組の検査マークを使用する。これにより、TISをより高精度に測定することができる。
【0032】
また、検査マークの段差をD、照射光の波長をλとすると、TISはD=nλ/4(n=1,2,…)の関係を満たしているときに最も小さくなる。したがって、検査マークの段差Dに応じて位置ずれ検査のための検査波長λを選択することにより、TISの影響を抑えて高精度で位置ずれ量を測定することができる。
【0033】
更に、段差Dと波長λとの関係には周期性があるので、主尺の段差と副尺の段差とが一定の関係を満たすとき、すなわち、主尺の段差をM、副尺の段差をMとして、λ/4=M/n=M/n(n,n=1,2,…)の関係を満たすとき、波長λにおける主尺及び副尺の双方の測定においてTISは最小限となる。したがって、検査波長λに対して主尺の段差Mと副尺の段差Mとが前述の関係を満たすときは、位置ずれ検査の処理を簡略化しつつ高精度の位置ずれ量計測を行うことができる。
【0034】
【発明の実施の形態】
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態による位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法について図1乃至図16を用いて説明する。
【0035】
図1は本実施形態による光学的収差測定方法において使用する位置ずれ検査装置を示す模式図、図2は検査マークとCCDカメラの出力について説明する図、図3及び図4は検査マークである溝の深さと光強度との関係を示す図、図5は焦点位置を検査マークの深さ方向に移動させたときのTISの変化を示す模式図、図6は第1の検査マークの深さをλ/8、第2の検査マークの高さを2.7λ/8〜5.5λ/8としたときのTISの値を実際に測定した結果を示す図、図7乃至図9はTIS測定に使用する検査マークの例を示す断面図、図10乃至図14は基準サンプルの例を示す断面図、図14は本実施形態による位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法を示すフローチャート、図15及び図16は本実施形態による光学的収差測定方法により測定したTISと焦点位置との関係を示す図である。
【0036】
〔1〕位置ずれ検査装置の全体構成
図1は本実施形態による光学的収差測定方法において使用する位置ずれ検査装置を示す模式図である。
【0037】
図1に示すように、位置ずれ検査装置は、光源11、ライトガイド12、照射レンズ群13、ビームスプリッタ14、対物レンズ群15、ステージ16、接眼レンズ群17、CCD(Charge Coupled Device)カメラ18及び信号処理部19により構成される。
【0038】
光源11としては、キセノンランプ又は半導体レーザを使用する。光源11から出射された光はライトガイド12を通って照明レンズ群13に導かれる。照明レンズ群13は1又は複数のレンズにより構成されており、ライトガイド12から出射した光をほぼ平行な光にする。ビームスプリッタ14は照明レンズ群13を通った光をステージ16の方向に反射する。そして、ビームスプリッタ14で反射された光は、1又は複数のレンズからなる対物レンズ群15を通って、ステージ16上に載置されたウェーハ10を垂直方向から照射する。ウェーハ10には、予め層間の位置ずれを検出するためのアライメントマークが形成されている。また、ステージ16は、ステージ16の表面に垂直な方向を軸として任意の角度に回転できるようになっている。
【0039】
ウェーハ10により垂直方向に反射された光は、対物レンズ群15を通り、ビームスプリッタ14を透過する。そして、1又は複数のレンズからなる接眼レンズ群17を通り、CCDカメラ18のCCD素子面で結像する。CCDカメラ18は、受光した光を電気信号に変換して信号処理部19に出力する。信号処理部19はCCDカメラ18から伝達された信号に対して信号処理を施し、各アライメントマークの位置を検出する。そして、各アライメントマーク間の距離を測定して各層間の位置ずれ量を求める。
【0040】
位置ずれ検査装置のTISを測定する場合は、ウェーハ10に替えて、所定の検査マークを形成した基準サンプルをステージ16上に載置する。
【0041】
〔2〕原理
(1)光軸の傾きによる検査信号の非対称性
図2は検査マークとCCDカメラの出力について説明する図であり、図2(a)は位置ずれ検査装置のTIS測定に使用する検査マークの一例を示す断面図、図2(b)、(c)はCCDカメラ18から出力される信号を示す模式図である。
【0042】
図2(a)に示すように、基準サンプル20に、検査マーク21として断面が矩形の溝が形成されているとする。基準サンプル20に表面に対して垂直方向から光が照射されるとすると、図2(b)に示すように、CCDカメラ18からは溝の中心に対し左右対称の信号が出力される。しかし、基準サンプル20を照射する光の光軸が傾いている場合、図2(c)に示すように、CCDカメラ18から出力される信号は、溝の中心に対し左右対称でなくなる。このため、信号処理部19で検査マーク21の位置を決定するときに溝の中心からずれた位置を検査マーク21の位置として認識しTISが大きくなる原因となる。
【0043】
(2)検査マークの高さ又は深さと光強度との関係
図3及び図4は、横軸に基準サンプル面上の位置をとり、縦軸にCCDカメラ18で検出した光強度(基準サンプルの平坦部分における表面の光強度を1としたときの相対値)をとって、検査マークである溝の深さと、光強度との関係を示す図である。但し、溝の深さは、照射光の波長(重心波長)をλとし、λ/16ずつ変化させた。この図3、図4から明らかなように、溝の深さがλ/16〜3λ/16のときは、溝の左側エッジ部分の光強度が、溝の右側エッジ部分の光強度に比べて低い。そして、2λ/16(=λ/8)のときに、左側エッジ部分の光強度と右側エッジ部分の光強度との差が最も大きくなる。また、溝の深さが5λ/16〜7λ/16のときは、溝の左側エッジ部分の光強度が溝の右側エッジ部分の光強度よりも高い。そして、6λ/16(=3λ/8)のときに、左側エッジ部分の光強度と右側エッジ部分の光強度との差が最も大きくなる。更に、4λ/16(=2λ/8)のときは、溝の左側エッジ部分の光強度と溝の右側エッジ部分の光強度とがほぼ等しくなる。
【0044】
このことから、2つの検査マーク(第1及び第2の検査マーク)を使用してTIS測定する場合に、一方の溝の深さをλ/8とし、他方の溝の深さを3λ/8とすることにより、TISを高感度で検出できることがわかる。検査マークとして溝の代わりに突起を用いた場合も、これと同様に、一方の突起の高さをλ/8とし、他方の突起の高さを3λ/8とすることにより、TISを高感度で検出することができる。このように、検査マークの高さ又は深さをλ/8又は3λ/8としたときは、照射系のテレセントずれの影響を評価することができる。
【0045】
また、検査マークの高さを2λ/8としたときは、焦点位置とTISとの関係を示す曲線にコマ収差の影響が顕著に現れる。したがって、光学系のコマ収差の影響を評価するときは、検査マークの高さ又は深さを2λ/8とすることが好ましい。
【0046】
(3)焦点位置を移動させたときのTISの変化
本発明においては、撮像装置(CCDカメラ)の焦点位置を検査マークの高さ方向に移動させてTISを測定する。
【0047】
図5は、横軸に焦点位置をとり、縦軸にTISをとって、焦点位置を検査マークの深さ方向に移動させたときのTISの変化を示す模式図である。テレセントずれの場合は、図5(a)に示すように、焦点位置の移動にともなってTISがほぼ直線上に変化(増加又は減少)する。テレセントずれが大きいほど直線の傾きが大きくなる。
【0048】
一方、コマ収差の場合は、図5(b)に示すように、焦点位置の移動にともなってTISは曲線状(ドーム形状)に変化する。コマ収差が大きいほど、中心部におけるTISと周辺部におけるTISとの差が大きくなる。
【0049】
このように、焦点位置を検査マークの高さ又は深さ方向に移動させるとTISが変化し、TISの変化の状態によりテレセントずれ及びコマ収差を個別に評価することができる。
【0050】
図6は第1の検査マークの深さをλ/8とし、第2の検査マークの高さを2.7λ/8〜5.5λ/8としたときのTISの値を実際に測定した結果を示す図である。但し、第1の検査マークはシリコン(Si)基板をエッチングして形成し、第2の検査マークはフォトレジストにより形成した。そして、シリコン基板の表面に平行で互いに直行する2つの方向(X方向及びY方向)のTISを測定した。
【0051】
その結果、図6に示すように、第2の検査マークの高さの変化に応じてTISの値が変化し、第2の検査マークの高さがほぼ3λ/8のときにTISが最大値となった。
【0052】
〔3〕検査マーク
(1)検査マークの例(I)
図7はTIS測定に使用する検査マークの例(I)を示す断面図である。基準サンプル10aはシリコン基板31からなる。このシリコン基板31には第1の検査マーク(主尺)32として突起が形成されており、第2の検査マーク(副尺)33として溝が形成されている。
【0053】
以下、図7に示す検査マークの形成方法について説明する。
【0054】
まず、シリコン基板31上にフォトレジストを塗布してフォトレジスト膜を形成する。その後、露光及び現像処理を行って、フォトレジスト膜を所定の形状にパターニングする。そして、該フォトレジスト膜をマスクとしてシリコン基板31を例えばλ/8の深さにエッチングする。これにより、フォトレジスト膜でマスクされていた部分が突起として残る。この突起が第1の検査マーク32となる。その後、第1の検査マーク32の形成に使用したフォトレジスト膜を除去する。
【0055】
次に、シリコン基板31上にフォトレジストを塗布してフォトレジスト膜を形成する。その後、露光及び現像処理を行って、フォトレジスト膜を所定の形状にパターニングする。そして、該フォトレジスト膜をマスクとしてシリコン基板31をエッチングし、例えば深さが3λ/8の溝を形成する。この溝の部分が第2の検査マークとなる。その後、第2の検査マーク33の形成に使用したフォトレジスト膜を除去する。これにより、基準サンプル10aが完成する。
【0056】
なお、上記の例では第1の検査マーク32の高さをλ/8、第2の検査マーク33の深さを3λ/8としたが、第1の検査マーク32の高さを3λ/8、第2の検査マーク33の深さをλ/8としてもよい。
【0057】
(2)検査マークの例(II)
図8はTIS測定に使用する検査マークの例(II)を示す断面図である。基準サンプル10aは、シリコン基板31をエッチングして形成した第1の検査マーク34と、該検査マーク34の内側に形成されたレジスト膜の突起からなる第2の検査マーク35を有している。
【0058】
以下、図8に示す検査マークの形成方法について説明する。
【0059】
まず、シリコン基板31上にフォトレジストを塗布してフォトレジスト膜を形成する。その後、露光及び現像処理を行って、フォトレジスト膜を所定の形状にパターニングする。そして、該フォトレジスト膜をマスクとしてシリコン基板31をエッチングし、深さがλ/8の溝を形成する。この溝の部分が第1の検査マーク34となる。その後、第1の検査マーク34の形成に使用したフォトレジスト膜を除去する。
【0060】
次に、シリコン基板31上にフォトレジストを3λ/8よりも若干厚く塗布してフォトレジスト膜を形成する。その後、露光及び現像を行ってフォトレジスト膜をパターニングし、第1の検査マーク34の内側にのみフォトレジスト膜を残す。そして、所定の温度で加熱して、フォトレジスト膜をポストベークする。このポストベークにより、フォトレジスト膜の厚さが若干減少し、ほぼ3λ/8となる。このフォトレジスト膜が第2の検査マーク35となる。これにより、基準サンプル10aが完成する。
【0061】
なお、上記の例では第1の検査マーク34の深さをλ/8、第2の検査マーク35の厚さを3λ/8としたが、第1の検査マーク34の深さを3λ/8、第2の検査マーク35の高さをλ/8としてもよい。また、コマ収差の影響を評価するためには、図9の検査マークの例(III)に示すように、第1の検査マーク34の深さ及び第2の検査マーク35の高さをいずれも2λ/8とすることが望ましい。
【0062】
(3)検査マークの他の例
図10〜図13は基準サンプルの他の例を示す図である。図10の基準サンプルは、シリコン基板40と、SiO膜41と、タングステン(W)膜42と、アルミニウム膜43と、レジスト膜44とにより構成されている。SiO膜41はシリコン基板40上に形成されており、タングステン膜42はSiO膜41に選択的に形成された溝内に埋め込まれている。このタングステン膜42には溝が形成されており、アルミニウム膜43はSiO膜41及びタングステン膜42を覆っている。アルミニウム膜43には、タングステン膜42の溝に応じた形状で溝が形成されている。この溝が第1の検査マークとなる。また、アルミニウム膜43の溝の内側にはレジスト膜44が選択的に形成されている。このレジスト膜44が第2の測定パターンとなる。
【0063】
図11の基準サンプルも、図10の基準サンプルと同様に、シリコン基板40と、SiO膜41と、タングステン膜42と、アルミニウム膜43と、レジスト膜45とにより構成されている。但し第2の検査マークは、レジスト膜45の開口部46である。
【0064】
図12の基準サンプルは、シリコン基板40と、タングステン膜47と、SiO膜48と、アルミニウム膜49と、レジスト膜50とにより構成されている。SiO膜48はシリコン基板40上に選択的に形成されており、タングステン膜47はSiO膜48を覆うようにしてシリコン基板40上に形成されている。タングステン膜47の上にはアルミニウム膜49が形成されている。アルミニウム膜49及びタングステン膜47には、SiO膜のために突起が形成される。このアルミニウム膜49の突起が第1の検査マークとなる。アルミニウム膜49の上にはレジスト膜50が選択的に形成されている。このレジスト膜50が第2の測定パターンとなる。
【0065】
図13の基準サンプルも、図12の基準サンプルと同様に、シリコン基板40と、タングステン膜47と、SiO膜48と、アルミニウム膜49と、レジスト膜51とにより構成されている。但し、第2の検査マークは、レジスト膜51の開口部52である。
【0066】
基準サンプルは、上記したシリコン基板以外にも種々の材料を使用することができる。また、第1及び第2の検査マークも、上記した構造に限定されるものではない。
【0067】
〔4〕光学的収差測定方法
本発明の第1実施形態による位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法について図14を用いて説明する。
【0068】
まず、ステップS11において、基準サンプル10aとして図7に示すように半導体基板をエッチングして第1の検査マーク32及び第2の検査マーク33を形成したものを用意した。第1の検査マーク32の高さはλ/8である。
【0069】
次に、図1に示す位置ずれ検査装置のステージ16上に基準サンプル10aを載置し、X方向及びY方向のTISを測定した。すなわち、ステップS12において、光源11から出射された光により基準サンプル10aを照射し、ステップS13に移行して、CCDカメラ18で基準サンプル10aを撮像した。このとき、第1の検査マーク32の高さ方向の中心位置を原点として、原点に焦点位置fを合わせた。そして、CCDカメラ18の出力を信号処理部19で信号処理して第1及び第2の検査マークの位置を検出して、第1の検査マーク32と第2の検査マーク33との間の第1の位置ずれ量を測定した。その後、焦点位置fを原点から高さ方向に100nmのステップで±500nmの範囲を移動させ、各焦点位置で第1の検査マーク32の位置を検出して、第1の検査マーク32と第2の検査マーク33との間の第1の位置ずれ量を測定した。但し、第2の検査マーク33の位置は、焦点位置fを原点に合わせて検出したときの位置とした。
【0070】
その後、ステージ16を180°回転した後、上記と同様に、第1の検査マーク32の高さ方向の中心位置を原点として、原点に焦点位置fを合わせた。そして、CCDカメラ18の出力を信号処理部19で信号処理して第1の検査マーク32と第2の検査マーク33の位置を検出した。その後、焦点位置fを原点から高さ方向に100nmのステップで±500nmの範囲を移動させ、各焦点位置fで第1の検査マーク32の位置を検出して、第1の検査マーク32と第2の検査マーク33との間の第2の位置ずれ量を測定した。このときも、第2の検査マーク33の位置は、焦点位置fを原点に合わせて検出したときの位置とした。
【0071】
そして、ステップS14に移行し、前述の(1)式により、各焦点位置でのTISを計算した。その結果を図15に示す。この例では、X方向のTISの変化は比較的小さいが、Y方向のTISの変化は、高さ方向の焦点位置の変化にともなってほぼ直線的に減少している。したがって、この例では、X方向のテレセントずれは小さいものの、Y方向のテレセントずれが比較的大きいことが判る。
【0072】
テレセントずれが大きいと判断される場合は、光源11(ランプハウス)を光軸に対し回転させたり、光源11を光軸方向に移動することにより改善されることがある。
【0073】
但し、コマ収差が大きいままで上記の方法でTISが小さくなるように調整を行うと、実際の露光工程でTISのばらつきが発生する。これは、コマ収差の場合、段差の状態(高低差)が変わるとTISの大きさは変わるがTISのずれる方向は変わらないのに対し、テレセントずれの場合は段差の状態が変わるとTISの大きさと方向が変化するためである。実際のウェーハでは段差が均一でないため、ある段差状態でコマ収差の影響をうち消すようにテレセントずれを調整すると、段差の状態によりTISが変化する。したがって、コマ収差がある程度以上大きいときは、レンズをコマ収差が小さいものに交換し、その後テレセントずれを調整する必要がある。
【0074】
テレセントずれが比較的小さいにもかかわらずTISが大きい場合は、コマ収差の影響が考えられる。コマ収差を個別に測定する場合は、第1及び第2の検査マークの高さ(又は深さ)を2λ/8として、上記と同様に焦点位置を変化させてTISを測定すればよい。
【0075】
なお、焦点位置fを移動させる毎に第1の検査マーク32及び第2の検査マーク33の位置を検出してTISを求めてもよい。図16は、このようにしてTISを求めた結果を示す図である。この図からもX方向にテレセントずれがあることがわかる。
【0076】
以上の通り、本実施形態によれば、焦点位置fを第1の検査マーク32の高さ方向に移動させて各焦点位置におけるTISを測定するので、テレセントずれの影響とコマ収差の影響とを個別に評価することができる。これにより、位置ずれ検査装置の製造工程の管理や品質管理が容易になり、TISが小さい位置ずれ検査装置を提供することができる。
【0077】
また、位置ずれ検査装置の測定誤差の要因としてはTISの他にWIS(Wafer Induced Shift)といわれる要因がある。WISはウェーハプロセスに依存した検査マークの非対称性により発生する。本実施形態では、テレセントずれ及びコマ収差を個別に評価することができ、それを基にTISを低減できるので、WISの影響を評価することもできる。
【0078】
[第2実施形態]
本発明の第2実施形態による位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法について図17乃至図26を用いて説明する。なお、図1乃至図16に示す第1実施形態による位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法と同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
【0079】
図17は本実施形態による光学的収差測定方法において使用する位置ずれ検査装置を示す図、図18及び図19はフィルタを通した照射光のスペクトルを示す図、図20は重心波長の計算方法を示す図、図21は本実施形態による位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法を示すフローチャート、図22及び図23は基準サンプルの例を示す断面図、図24は図22の基準サンプルにおける焦点位置とTISとの関係を第1の検査マークの深さを変化して調べた結果を示すグラフ、図25は図23の基準サンプルにおける焦点位置とTISとの関係を第1の検査マークの深さを変化させて調べた結果を示すグラフ、図26は図22及び図23に示す基準サンプルの第1の検査マークの深さを変化させてTISを測定した結果を示す図である。
【0080】
〔1〕位置ずれ検査装置の全体構成
本実施形態による光学的収差測定方法において使用する位置ずれ検査装置を図17を用いて説明する。
【0081】
本実施形態による位置ずれ検査装置では、光源11としてキセノンランプを使用する。そして、光源11とライトガイド12との間に、光源11から出力された光の波長を制御するフィルタ31を配置する。フィルタ31は、透過波長が異なるものを複数用意しておく。そして、各フィルタ31毎に第1実施形態と同様にして、焦点位置を検査マークの高さ又は深さ方向移動させて、各焦点位置でTISを測定する。その後、フィルタ31を替えて照射光の波長を変化させた後、同様に、焦点位置を検査マークの高さ又は深さ方向に移動させて、各焦点位置でTISを測定する。このようにして各焦点位置でのTISを測定し、各焦点位置でのTISの平均値を求める。
【0082】
〔2〕照射光のスペクトルと重心波長
図18及び図19は、横軸に波長をとり、縦軸に強度をとって、照射光のスペクトルを示す図である。但し、図18、図19において、縦軸はCCDカメラ18の出力であり、光源11から出力される光のスペクトルと、フィルタ31の分光特性と、CCDカメラ18の感度特性に依存する。
【0083】
本実施形態においては、各フィルタ31を用いた場合に、検査マークの高さ又は深さを照射光の重心波長に応じて設定する。重心波長は、例えば、光のスペクトルが図20に示すようであるとすると、図中ac間の面積とcb間の面積とが等しくなるcの波長を求めて重心波長とする。
【0084】
〔3〕光学的収差測定方法
図21は本実施形態による光学的収差測定方法を示すフローチャートである。まず、ステップS21において、基準サンプル10aを用意する。基準サンプル10aには、照射光に応じて高さ又は深さが設定された複数組の第1及び第2の検査マークが形成されている。例えば、照射光の波長をλ(i=1,2,…,n)とすると、基準サンプルにはn組の第1及び第2の検査マークが形成されている。そして、TISを高感度で調べようとするときはi番目の組の第1及び第2の検査マークのいずれか一方の高さ又は深さをλ/8、他方の高さ又は深さを3λ/8とする。また、コマ収差の影響を調べようとするときは、i番目の組の第1及び第2の検査マークの高さ又は深さをいずれも2λ/8とする。
【0085】
次に、ステップS22において、基準サンプルに波長がλの光を照射し、i番目の組の第1の検査マークの高さ方向の中間位置に焦点位置を合わせる。そして、第1の検査マーク及び第2の検査マークの位置を検出し、第1の検査マークと第2の検査マークとの間の位置ずれ量を測定する。その後、ステップS23に移行し、焦点位置を第1の検査マーク高さ方向に例えば100nmずつ移動させて、各焦点位置における第1の検査マークと第2の検査マークとの間の位置ずれ量を測定する。次いで、位置ずれ検査装置のステージを180°回転させて、第1の検査マークの高さ方向の中間位置に焦点位置を合わせる。そして、第1及び第2の検査マークの位置を検出し、第1の検査マークと第2の検査マークとの間の位置ずれ量を測定する。その後、焦点位置を第1の検査マークの高さ方向に例えば100nmずつ移動させて、各焦点位置における第1の検査マークと第2の検査マークとの間の位置ずれ量を測定する。
【0086】
次に、ステップS24に移行し、前記(1)式により各焦点位置におけるTISを算出する。
【0087】
次に、ステップS25に移行して、フィルタ25の変更を行うか否かを判断する。フィルタ25を交換する場合は、ステップS26に移行してフィルタ25を交換した後、ステップS22に戻って上記の処理を繰り返す。また、ステップS25でフィルタ25の交換を行わない場合には、ステップS27に移行して、ステップS25で算出したTISの平均値を計算する。
【0088】
本実施形態においては、光源11から出力された光をフィルタ31に通し、図16、図17に示すように、重心波長が545nm、595nm、675nm、600nm、630nm及び465nmの光を得る。そして、各波長の光により、第1実施形態と同様にして、焦点位置を移動させて各焦点位置でのTISを測定する。その後、各焦点位置でのTISの平均値を求め、焦点位置と各焦点位置におけるTISの平均値との関係から、テレセントずれ及びコマ収差を評価する。
【0089】
本実施形態においては、照射光の波長を変えてTISを測定し、その平均値で光学系のTISを評価するので、TISをより正確に評価することができるという効果を奏する。
【0090】
〔4〕基準サンプルの構造とTIS
図22はシリコン基板61をエッチングして溝を形成し、該溝の内側にレジスト膜からなる突起を形成した基準サンプル60を示す図である。この基準サンプル60では、溝を第1の検査マーク62とし、レジスト膜を第2の検査マーク63としている。第1の検査マーク62の深さをX、第2の検査マーク63の高さをYとする。
【0091】
図23はシリコン基板71をエッチングして溝を形成した基準サンプル70を示す図である。この基準サンプル70では、溝を第1の検査マーク72とし、溝に囲まれた部分を第2の検査マーク73としている。したがって、第1の検査マーク72の深さと第2の検査マーク73の高さはいずれもXである。
【0092】
図24は図22に示す基準サンプル60のXの値をλ/8、2λ/8及び3λ/8とし、焦点位置を変化させてTISを測定した結果を示す図である。但し、第2の検査マーク63の高さYは一定である。また、図25は、図23に示す基準サンプル70のXの値をλ/8、2λ/8及び3λ/8とし、焦点位置を変化させてTISを測定した結果を示す図である。更に、図26は、図22、図23に示す基準サンプル60、70について、Xの値とTISとの関係を示す図である。これらの図24〜図26からわかるように、図22に示す構造の基準サンプル60のほうが、図23に示す構造の基準サンプル70よりも高感度でTISを測定することができる。
【0093】
[第3実施形態]
本発明の第3実施形態による位置ずれ検査方法について図27乃至図29を用いて説明する。なお、図17に示す第2実施形態による位置ずれ検査装置と同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
【0094】
図27はTISの段差依存性を説明するための検査マークの一例を示す概略断面図、図28はTISと検査波長との関係を示すグラフ、図29は本実施形態による位置ずれ検査方法を示すフローチャート、図30は検査ウェーハに形成された検査マークの一例を示す概略断面図である。
【0095】
本実施形態では、TISとWISとの相互作用を最小に抑えて実デバイスウェーハ上での位置ずれ検査を高精度で行うことができる位置ずれ検査方法について、図17の位置ずれ検査装置を例にして説明する。なお、本実施形態では特に検査マークの段差Dが明らかでない場合を取り扱うものとする。
【0096】
〔1〕原理
図27に示すように、検査ウェーハ80上には、シリコン基板81に深さDの溝からなる主尺と、主尺の溝の内部に所定の厚さのレジスト膜82よりなる副尺とからなる検査マークが形成されているとする。このとき、位置ずれ検査装置による検査光の波長λを変化して各波長についてTISを測定すると、TISの値は変化する。すなわち、TISの値は、検査マークの段差Dと検査光の波長λとに依存して変化する。図28は、図27の構造を用いて測定したTISの大きさの検査光の波長依存性を示すグラフである。横軸はシリコン基板81に形成された深さDの段差を検査波長λで規格化した量(D/λ)で表している。図示するように、TISは検査波長λに対して周期的に変化し、段差Dが、
D=nλ/4(n=1,2,…) …(2)
の関係を満たすときにTISは最小となる。
【0097】
したがって、検査マークの段差Dに応じて検査光の波長λを選択し、すなわち、
λ=4D/n(n=1,2,…) …(3)
である波長λの検査光を用いることにより、TISの影響を抑えつつ位置ずれ検査を行うことが可能となる。
【0098】
第1及び第2実施形態ではTISを高精度で測定するためにTISの影響が大きく現れる検査波長により光学的収差測定を行ったが、その逆に、TISの影響を抑制しうる検査波長を選択することにより、TISの影響を抑えつつ高精度の位置ずれ検査を行うことができる。
【0099】
〔2〕位置ずれ検査方法
まず、図17に示す位置ずれ検査装置のステージ16上に、検査対象である検査ウェーハ90を載置する。検査ウェーハ90は、製造過程にある実デバイスウェーハである。検査ウェーハ90には、例えば図30に示すような検査マークが形成されている。すなわち、シリコン基板91上には、SiO膜92と、アルミニウム膜93と、レジスト膜94とが順次形成されており、SiO膜92の一部を選択的に除去することにより主尺が構成され、主尺の内部の領域に形成されたレジスト膜94により副尺が構成されている。例えばSiO膜92に形成されたコンタクトホールにアルミニウム膜93よりなる配線層を加工するためのレジストパターンの位置ずれを測定する際に、このような検査マークが用いられる。
【0100】
次に、検査ウェーハ90に形成された検査マークを用い、位置ずれ検査装置におけるX方向及びY方向のTISを測定する。TISの測定は、後の位置ずれ検査過程における測定光波長を決定するためである。本実施形態による位置ずれ検査方法では、検査光の波長を変化しつつ複数回のTIS測定を行い、TISの影響が最も小さい波長を見つける。
【0101】
すなわち、まず、ステップS31において、検査光の波長の数nを指定する。波長の数nは、フィルタ25の数や、光源11の基線の数等に応じて適宜設定する。また、任意の波長帯(例えば可視光域である約400〜800nm)において任意の波長間隔(例えば10nm間隔)となるように波長の数nを選択してもよい。
【0102】
次いで、ステップS32において、i番目の検査光の波長を設定する。例えば、フィルタ25により波長を変化する場合には、i番目のフィルタにより得られる透過光の重心波長を前述の手法により設定する。たとえば、第2実施形態と同様のフィルタ25を用いるとすると、検査光の重心波長は、545nm、595nm、675nm、600nm、630nm又は465nmとなる。なお、この場合には、ステップS31で指定する波長の数nは6である。
【0103】
次いで、ステップS33において設定した波長λの検査光によりTISの計測を行い、ステップS34においてそのときのTISを算出する。TISの計測及び算出には、例えば第1実施形態による検査方法を用いる。
【0104】
次いで、ステップS35において、計測が終了したか否かを判断する。計測が終了したとき、すなわち、i=nのときには後述のステップS36に移行する。計測が終了していないとき、すなわち、i<nのときにはステップS38においてiに1を加えてステップS32に戻り、上記と同様にして(i+1)番目の波長の光によりTISを測定する。こうして、1〜n番目までのTISを測定する。
【0105】
次いで、ステップS36において、測定したn個のTISの値から最も小さいTISを与える重心波長(最適重心波長)を決定する。
【0106】
次いで、ステップS37において、ステップS36により求めた最適重心波長を用いて検査ウェーハの位置ずれ計測を行う。フィルタ25により波長を変化する場合には、重心波長が最適重心波長に最も近くなるフィルタ25を用い、検査ウェーハ90の位置ずれ計測を行う。最適重心波長は、前述のλ=4D/nの関係を満たす波長である。したがって、この波長により位置ずれ検査を行うことで、TISの影響を抑えることができる。
【0107】
なお、主尺と副尺とでは通常その段差が異なっている。したがって、主尺と副尺とは、それぞれ別々の検査波長で位置検出を行うことが望ましい。すなわち、主尺については主尺に対する最適重心波長を求めてその波長に基づいて検査マークの位置検出を行い、副尺に対しては副尺に対する最適重心波長を求めてその波長に基づいて検査マークの位置検出を行い、これらの結果から両者の位置ずれ量を算出する。こうすることで、TISの影響を抑えつつ主尺と副尺との間の位置ずれ量をより正確に検査することができる。但し、一方の尺についてのみ最適重心波長を指定する場合であっても、主尺と副尺の双方の尺について最適重心波長を指定する場合よりも効果は劣るものの、TISを抑制する効果は得られる。
【0108】
以上の通り、本実施形態によれば、TISが最小となる波長を有する検査光を用いて位置ずれ量を測定するので、TISの影響を抑えつつ位置ずれ量を検査することができる。また、TISの影響を抑えることができるので、TISとWISとの相互作用を最小に抑えて実デバイスウェーハ上での位置ずれ検査を高精度で行うことができる。
【0109】
[第4実施形態]
本発明の第4実施形態による位置ずれ検査方法について図31を用いて説明する。図31は本実施形態による位置ずれ検査方法を示すフローチャートである。
【0110】
本実施形態では、TISとWISとの相互作用を最小に抑えて実デバイスウェーハ上での位置ずれ検査を高精度で行うことができる他の位置ずれ検査方法について、図1の位置ずれ検査装置を例にして説明する。
【0111】
〔1〕原理
第3実施形態による位置ずれ検査方法では、検査波長を変化して複数回の測定を行い、最小のTISを与える最適重心波長を求め、その後に位置ずれ量の測定を行う方法を示した。しかし、実デバイスウェーハ上では検査マークの段差が既知であることも多い。例えば、図30に示す検査マークの例では、主尺の段差はSiO膜92の膜厚により規定され、副尺の段差はレジスト膜94の膜厚により規定されるが、これらのパラメータは製造プロセスにおいて所定値に制御されるものである。また、これら段差はデバイス構造や特性等に応じて決定されるものであり、位置ずれ検査装置の検査光の波長に応じて主尺及び副尺の段差を制御しうるものではない。したがって、このように検査マークの段差が既知の場合には、図28に示すようなTISと検査光の波長との関係から、検査光の波長を検査マークの段差に応じて選択することが望ましい。
【0112】
また、前述のように、TISと検査光の波長との間には周期性がある。したがって、主尺を測定する際の光の波長と、副尺を測定する際の波長の光とが、当該周期を互いに満足する関係にあれば、主尺の測定と副尺の測定において測定光の波長を変える必要はない。
【0113】
すなわち、主尺について最小のTISを与える検査波長λは、
=nλ/4(n=1,2,…) …(4)
として与えられ、副尺について最小のTISを与える検査波長λは、
=nλ/4(n=1,2,…) …(5)
として与えられるので、(4)式、(5)式においてλ=λ=λとして、
λ/4=M/n=M/n(n,n=1,2,…) …(6)
を満たす波長λが存在すれば、主尺及び副尺の双方についてTISを最小限に抑えることが可能となる。
【0114】
例えば、図30に示す位置ずれ検査マークにおいて、主尺の段差Mが300nm、副尺の段差Mが1000nmであるとすると、n=3、n=10のとき、すなわち波長λ=400nmのときに上式を満足する関係となる。
【0115】
なお、(6)式の関係を満たす波長λが多数存在する場合には、その最小公約数を選択することが望ましい。また、波長λのとりうる範囲は可視光域(約400〜800nm)であることが望ましい。
【0116】
〔2〕位置ずれ検査方法
まず、図1に示す位置ずれ検査装置のステージ16上に、検査対象である検査ウェーハ90を載置する。検査ウェーハ90は、製造過程にある実デバイスウェーハである。検査ウェーハ90には、例えば図30に示すような検査マークが形成されている。すなわち、シリコン基板91上には、SiO膜92と、アルミニウム膜93と、レジスト膜94とが順次形成されており、SiO膜92の一部を選択的に除去することにより主尺が構成され、主尺の内部の領域に形成されたレジスト膜94により副尺が構成されている。
【0117】
次いで、ステップS41において、デバイスプロセスによって規定される主尺の段差Mと、副尺の段差Mとを入力する。主尺の段差M及び副尺の段差Mは、予め他の手段により計測した値を用いてもよいし、プロセスにおける狙い膜厚等を用いてもよい。
【0118】
次いで、ステップS42において、主尺と副尺との双方についてTISを最小限に抑えつつ計測しうる検査波長が存在するか否かを計算する。すなわち、主尺の段差をM、副尺の段差をMとして、(6)式の関係を満たす波長λが存在するか否かを計算する。
【0119】
ステップS42において(6)式の関係を満たす波長λが存在する場合にはステップS47に移行する。一方、(6)式の関係を満たす波長λが存在しない場合にはステップS43に移行する。
【0120】
ステップS47に移行したときは、まず、(6)式の関係を満たす波長λを検査光の重心波長として設定する。次いで、当該重心波長λを有する検査光を検査ウェーハ90に照射し、主尺及び副尺に対する画像信号処理をそれぞれ行い、主尺及び副尺の位置検出を行う。
【0121】
一方、ステップS43に移行したときには、まず、ステップS43において、上式を基に主尺に対する最適重心波長λを求める。次いで、ステップS44において、重心波長λの検査光を検査ウェーハ90に照射し、主尺に対する画像信号処理を行い主尺の位置検出を行う。次いで、ステップS45において、上式を基に副尺に対する最適重心波長λを求める。次いで、ステップS46において、重心波長λの検査光を検査ウェーハ90に照射し、副尺に対する画像信号処理を行い副尺の位置検出を行う。
【0122】
次いで、ステップS48において、ステップS44及びステップS46又はステップS47により求めた主尺及び副尺の位置に基づいて両者の位置ずれ量を算出する。こうすることで、TISの影響を抑えつつ主尺と副尺との間の位置ずれ量を検査することができる。
【0123】
以上の通り、本実施形態によれば、検査マークの段差を予め与え、その段差に基づいてTISが最小となる検査光の波長を設定するので、位置ずれ検査の処理を簡便に行うことができる。また、主尺の検査光と副尺の検査光とを共用するので、位置ずれ検査の処理をより簡便にすることができる。また、第3実施形態の場合と同様に、TISの影響を抑えつつ位置ずれ量を検査することができ、また、TISの影響を抑えることができるので、TISとWISとの相互作用を最小に抑えて実デバイスウェーハ上での位置ずれ検査を高精度で行うことができる。
【0124】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、焦点位置を検査マークの高さ又は深さ方向に移動させ、各焦点位置でのTISを算出するので、TISの主要な原因であるテレセントずれの影響とコマ収差の影響とを個別に評価することができる。これにより、位置ずれ検査装置の光学系の調整を効率よく行うことができ、TISが小さい位置ずれ検査装置を製造することができる。また、TISが小さい位置ずれ検査装置を提供できるので、WISの影響を評価することができ、WISの影響が小さい検査マークを有する基準サンプルの提供が可能となる。
【0125】
また、検査マークの段差に応じた波長の光を選択して位置ずれ量の計測を行うので、TISの影響を抑えて高精度に位置ずれ量を検査することができる。したがって、TISとWISとの相互作用を最小に抑えて実デバイスウェーハ上での位置ずれ検査を高精度で行うことが可能となる。
【0126】
また、主尺の段差と副尺の段差とが一定の関係を満たすとき、すなわち、主尺の段差をM、副尺の段差をMとして、λ/4=M/n=M/n(n,n=1,2,…)の関係を満たすとき、波長λの光により位置ずれ検査をおこなうので、主尺及び副尺の双方についてTISを最小限に抑えつつ計測を行うことができる。したがって、位置ずれ検査を高精度に行うことができるとともに、その処理を簡略にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態による光学的収差測定方法において使用する位置ずれ検査装置を示す図である。
【図2】位置ずれ検査装置のTIS測定に使用する検査マークの配置例及びCCDカメラから出力される信号を示す模式図である。
【図3】検査マークの深さと光強度との関係を示す図(その1)である。
【図4】検査マークの深さと光強度との関係を示す図(その2)である。
【図5】焦点位置を検査マークの深さ方向に移動させたときのTISの変化を示す模式図である。
【図6】第1の検査マークの深さをλ/8、第2の検査マークの高さを2.7λ/8〜5.5λ/8としたときのTISの値を実測した結果を示すグラフである。
【図7】TIS測定に使用する検査マークの構造を示す概略断面図(その1)である。
【図8】TIS測定に使用する検査マークの構造を示す概略断面図(その2)である。
【図9】TIS測定に使用する検査マークの構造を示す概略断面図(その3)である。
【図10】基準サンプルの構造を示す概略断面図(その1)である。
【図11】基準サンプルの構造を示す概略断面図(その2)である。
【図12】基準サンプルの構造を示す概略断面図(その3)である。
【図13】基準サンプルの構造を示す概略断面図(その4)である。
【図14】本発明の第1実施形態による位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法を示すフローチャートである。
【図15】第1実施形態による光学的収差測定方法により測定したTISと焦点位置との関係を示すグラフであり、焦点位置を固定して第2の検出マークの位置を検出し、焦点位置を移動させて第1の検出マークを検出した場合の測定結果を示す。
【図16】第1実施形態による光学的収差測定方法により測定したTISと焦点位置との関係を示すグラフであり、焦点位置を移動させて第1及び第2の検出マークの位置を検出した場合の測定結果を示す。
【図17】本発明の第2実施形態による光学的収差測定方法において使用する位置ずれ検査装置を示す図である。
【図18】光源から出力された照射光をフィルタに通したときの照射光のスペクトルを示す図(その1)である。
【図19】光源から出力された照射光をフィルタに通したときの照射光のスペクトルを示す図(その2)である。
【図20】照射光の重心波長の定義を説明する図である。
【図21】本発明の第2実施形態による位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法を示すフローチャートである。
【図22】シリコン基板に形成した溝を第1の検査マークとし、溝の内側に形成したレジスト膜からなる第2の突起を第2の検査マークとした基準サンプルを示す図である。
【図23】シリコン基板に形成した溝を第1の検査マークとし、溝の内側部分を第2の検査マークとした基準サンプルを示す図である。
【図24】図22に示す構造の基準サンプルの焦点位置とTISとの関係を第1の検査マークの深さを変化させて調べた結果を示すグラフである。
【図25】図23に示す構造の基準サンプルの焦点位置とTISとの関係を第1の検査マークの深さを変化させて調べた結果を示すグラフである。
【図26】図22及び図23に示す構造の基準サンプルの第1の検査マークの深さを変化させてTISを測定した結果を示すグラフである。
【図27】TISの段差依存性を説明するための検査マークの一例を示す概略断面図である。
【図28】TISと検査光の波長との関係を示すグラフである。
【図29】本発明の第3実施形態による位置ずれ検査方法を示すフローチャートである。
【図30】検査ウェーハに形成された検査マークの一例を示す概略断面図である。
【図31】本発明の第4実施形態による位置ずれ検査方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
10…ウェーハ
10a…基準サンプル
11…光源
12…ライトガイド
13…照射レンズ群
14…ビームスプリッタ
15…対物レンズ群
16…ステージ
17…接眼レンズ群
18…CCDカメラ
19…信号処理部
20…基準サンプル
21…検査マーク
25…フィルタ
31…シリコン基板
32…第1の検査マーク
33…第2の検査マーク
34…第1の検査マーク
35…第2の検査マーク
36…第1の検査マーク
37…第2の検査マーク
40…シリコン基板
41…SiO
42…タングステン膜
43…アルミニウム膜
44…レジスト膜
45…レジスト膜
46…開口部
47…タングステン膜
48…SiO
49…アルミニウム膜
50…レジスト膜
51…レジスト膜
52…開口部
60…基準サンプル
61…シリコン基板
62…第1の検査マーク
63…第2の検査マーク
70…基準サンプル
71…シリコン基板
72…第1の検査マーク
73…第2の検査マーク
80…検査ウェーハ
81…シリコン基板
82…レジスト膜
90…検査ウェーハ
91…シリコン基板
92…SiO
93…アルミニウム膜
94…レジスト膜
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for measuring optical aberration (Tool Induced Shift: hereinafter referred to as “TIS”) of a misalignment inspection apparatus for inspecting misalignment of a plurality of layers formed on a semiconductor wafer. To the law Related.
[0002]
[Prior art]
A semiconductor device is formed by laminating a plurality of conductive layers (wiring layers) and a plurality of insulating layers on a wafer. In order to achieve high integration of semiconductor devices, it is necessary to minimize the positional deviation between the layers. In general, when inspecting the amount of misalignment between layers, an alignment mark is formed on each layer in a patterning process (photolithography process) of each layer, and the interval between the alignment marks is measured by a misalignment inspection apparatus.
[0003]
By the way, with the further higher integration of semiconductor devices in recent years, TIS of misalignment inspection devices has become a problem. TIS is a measurement error caused by physical asymmetry of the optical system of the misregistration inspection apparatus, and is known to occur when the optical axis of the optical system of the misregistration inspection apparatus is not perpendicular to the wafer surface. ing. TIS can be measured as follows. That is, after placing the wafer on the stage of the misalignment inspection apparatus and measuring the misalignment amount a1 between the layers, the stage is rotated 180 degrees to measure the misalignment amount a2. And TIS is calculated | required by calculating following (1) Formula.
[0004]
TIS = (a1 + a2) / 2 (1)
In order to improve the accuracy of the misregistration inspection apparatus, it is necessary to measure the TIS with high accuracy and adjust the optical system so that the TIS becomes small.
[0005]
In Japanese Patent Laid-Open No. 9-280816, in order to detect an error in the measurement system of the position inspection apparatus, a sample in which a plurality of alignment marks including a plurality of grooves having different depths is used, and a plurality of alignment marks are used. After measuring the distance between them, a method is disclosed in which the stage is rotated 180 degrees, the distance is measured again, and the difference between the measured values is obtained. Japanese Patent Laid-Open No. 9-280816 discloses that the height or depth of an alignment mark is set according to the wavelength of irradiation light.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the invention described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-280816 described above relates to a position detection device such as a position alignment device, not a position displacement inspection device, and the amount of position displacement between a plurality of layers in the position displacement inspection device. It is different from what detects.
[0007]
In addition, there are telecentric deviation and coma aberration as factors that cause TIS. However, simply detecting the TIS by rotating the sample cannot individually measure or evaluate the telecentric deviation and coma aberration. Therefore, the optical system of the misalignment inspection apparatus cannot be adjusted efficiently.
[0008]
Further, although a technique for making the position deviation inspection in the wafer process difficult to be affected by TIS is desired, suppression of TIS in the conventional measurement method has not been sufficient. In the misalignment inspection on the actual device wafer, it is necessary to consider an error (Wafer Induced Shift: hereinafter referred to as WIS) generated due to the asymmetry of the inspection mark depending on the wafer process in addition to the TIS. However, in the conventional measurement method, the TIS itself is suppressed, and the misregistration measurement is performed by selecting a mark with a small WIS. However, in this method, the TIS is not completely suppressed and the interaction between the TIS and the WIS is performed. As a result, the measurement value may be greatly distorted or the measurement error may be amplified. For this reason, the amount of displacement on the wafer could not be measured accurately.
[0009]
An object of the present invention is to provide an optical aberration measurement method for a misalignment inspection apparatus that can individually evaluate telecentric displacement and coma aberration, which are the main causes of TIS.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The object is to irradiate a reference sample having first and second inspection marks made of protrusions or grooves with light of wavelength λ, and image the light reflected by the first and second inspection marks with an imaging device. Measuring a first misalignment between the first and second inspection marks based on the acquired image, rotating the reference sample by 180 degrees, and then applying light of wavelength λ to the reference sample The light that is irradiated and reflected by the first and second inspection marks is imaged by the imaging device, and the second positional deviation amount between the first and second inspection marks is calculated based on the acquired image. A method for measuring an optical aberration of a misregistration inspection apparatus, comprising: a measuring step; and a step of calculating an optical aberration of the misregistration inspection apparatus from the first and second misregistration amounts, Measure the second displacement amount Each of the steps includes a step of capturing an image at each focal position by moving the focal position of the imaging device in the height or depth direction of the first and second inspection marks. This is achieved by the optical aberration measurement method of the inspection apparatus.
[0012]
In addition, the object is as follows: (a) a first inspection mark made of a protrusion or groove formed on the substrate, and a second inspection mark made of a protrusion or groove formed adjacent to the first inspection mark. And (b) irradiating the first and second inspection marks of the reference sample with light having a wavelength λ, and Imaging a light reflected from two inspection marks with an imaging device to obtain a first image; and (c) performing signal processing on the first image to determine the positions of the first and second inspection marks. Detecting and measuring a first misalignment amount between the first and second inspection marks; and (d) rotating the stage 180 degrees, and then the first and second of the reference sample. Irradiating light of wavelength λ to the inspection mark of the first and second inspection marks And (e) detecting the positions of the first and second inspection marks by performing signal processing on the second image. Measuring a second misalignment amount between the first and second inspection marks, and (f) calculating an optical aberration of the misalignment inspection apparatus from the first misalignment amount and the second misalignment amount. And a step (c) and a step (d) for measuring the first and second misregistration amounts each of which determines the focal position of the imaging device. And moving the first and second inspection marks in the height or depth direction to capture an image at each focal position, and then, using the first and second positional deviation amounts, A positional deviation detection characterized by executing step (f) of calculating optical aberration. Also achieved by an optical aberration measuring method of the apparatus.
[0013]
In the optical aberration measuring method of the positional deviation inspection apparatus, the height or depth of at least one of the first and second inspection marks is λ / 8 ± 6.25% or 3λ / 8 ± 6. It may be 25%.
[0014]
In the optical aberration measuring method of the positional deviation inspection apparatus, the height or depth of at least one of the first and second inspection marks is λ / 8 ± 6.25%, and the other height or The depth may be 3λ / 8 ± 6.25%.
[0015]
In the optical aberration measurement method of the positional deviation inspection apparatus, the height and depth of the first and second inspection marks may both be 2λ / 8 ± 6.25%. .
[0016]
In addition, the above purpose is to irradiate the wavelength of light λ i A wavelength λ is applied to a reference sample having n sets of first and second inspection marks made of protrusions or grooves whose height or depth is determined according to (i = 1, 2,..., N). i The wavelength λ i The light reflected by the i-th set of first and second inspection marks corresponding to the light of the image is picked up by the imaging device, and the i-th set of first and second inspection marks based on the acquired image Measuring a first misalignment amount between the reference sample and rotating the reference sample by 180 degrees, i Of the i-th set, the light reflected by the i-th set of the first and second inspection marks is imaged by the imaging device, and the i-th set of the first and second sets based on the acquired image Measuring a second misregistration amount between the inspection marks, and a wavelength λ from the first and second misregistration amounts. i The step of calculating the optical aberration of the misregistration inspection apparatus for the light of the wavelength, and the wavelength λ of the light irradiated to the reference sample i And a step of repeating the steps from the step of measuring the first misregistration amount to the step of calculating the optical aberration for all the n sets of first and second inspection marks. In the optical aberration measuring method of the apparatus, the first and second misregistration steps both measure the focal position of the imaging apparatus with the i-th set of first and second inspection marks. It is also achieved by an optical aberration measuring method for a misregistration inspection apparatus characterized by including a step of capturing an image at each focal position by moving in the height or depth direction.
[0017]
In addition, the above purpose is as follows: (a) The wavelength λ of the irradiated light i A reference sample having n sets of first and second inspection marks composed of protrusions or grooves whose height or depth is determined in accordance with (i = 1, 2,..., N) is used as a stage of a displacement inspection apparatus. (B) a wavelength λ on the first and second inspection marks of the reference sample; i The wavelength λ i Imaging the light reflected from the i-th set of the first and second inspection marks corresponding to the light of the first image with an imaging device to obtain a first video, and (c) signal processing the first video Detecting the positions of the first and second inspection marks of the i-th set and measuring a first positional deviation amount between the first and second inspection marks of the i-th set; (D) after rotating the stage by 180 degrees, the wavelength λ is applied to the first and second inspection marks of the i-th set of the reference sample. i And (e) the second image obtained by imaging the light reflected from the i-th set of the first and second inspection marks with the imaging device, and (e) the second image. Is processed to detect the positions of the first and second inspection marks of the i-th set, and the second positional deviation amount between the first and second inspection marks of the i-th set is measured. (F) calculating an optical aberration of the misregistration inspection apparatus from the first and second misregistration amounts, and (g) a wavelength λ of light irradiated on the reference sample. i And (b) to (f) are repeated for all of the n sets of first and second inspection marks, and the method for measuring optical aberrations of a misregistration inspection apparatus, In each of the steps (c) and (e) of measuring the first and second misregistration amounts, the focus position of the imaging device is set to the height or depth of the i-th set of first and second inspection marks. Performing a step (f) of calculating an optical aberration of the misregistration inspection apparatus from the first and second misregistration amounts after the step of moving in the vertical direction and capturing an image at each focal position. It is also achieved by the optical aberration measuring method of the misregistration inspection apparatus characterized by the above.
[0018]
In the optical aberration measurement method of the positional deviation inspection apparatus, an average value of optical aberrations calculated for each of the n sets of first and second inspection marks may be calculated.
[0019]
In the optical aberration measurement method of the positional deviation inspection apparatus, the height or depth of any one of the i-th set of the first and second inspection marks is set to λ. i /8±6.25% or 3λ i /8±6.25 may be set.
[0020]
In the optical aberration measuring method of the misregistration inspection apparatus, the height or depth of at least one of the i-th set of first and second inspection marks is λ. i /8±6.25%, and the other height or depth is 3λ i /8±6.25% may be set.
[0021]
In the optical aberration measurement method of the positional deviation inspection apparatus, the height or depth of the first and second inspection marks of the i-th set is set to 2λ. i /8±6.25% may be set.
[0026]
The operation will be described below.
[0027]
In the present invention, a reference sample having first and second inspection marks made of protrusions or grooves is used, and the focal position of the imaging device is moved in the height direction or depth direction of the first and second inspection marks. Then, the positions of the first and second inspection marks are detected, and the optical aberration at each focal position is calculated.
[0028]
According to the experiments by the present inventors, it has been found that if the TIS is detected at each focal position by moving the focal position as described above, the TIS changes depending on the focal position. At this time, if the telecentric deviation is large, the TIS changes linearly when the focal position of the imaging apparatus is moved. On the other hand, when the coma aberration is large, the TIS changes in a curve (dome shape) when the focal position of the imaging apparatus is moved in one direction. Therefore, the telecentric deviation and the coma aberration can be distinguished from the state of change of TIS. Thereby, the adjustment and quality control of the optical system of the misregistration inspection apparatus can be performed efficiently.
[0029]
When the wavelength of the irradiation light is λ, the value of TIS increases when the height or depth of at least one of the first and second inspection marks is λ / 8 or 3λ / 8. In particular, when one height or depth of the first and second inspection marks is λ / 8 and the other height or depth is 3λ / 8, the value of TIS is the largest. Accordingly, when the focus position is moved with the height or depth of at least one of the first and second inspection marks set to λ / 8 or 3λ / 8, and the TIS is measured at each focus position, the illumination is detected from the change in TIS. The telecentric distortion of the system can be evaluated effectively.
[0030]
Further, when the height and depth of the first and second inspection marks are both 2λ / 8 and the focal position is moved and TIS is measured at each focal position, the influence of coma appears most prominently in TIS. . Therefore, when the influence of coma aberration is strengthened, it is preferable that the height and depth of the first and second inspection marks are both 2λ / 8. The height or depth of the first and second inspection marks is allowed within a range of about ± 1/16 (= 6.25%) from the above values.
[0031]
In order to measure TIS with higher accuracy, it is preferable to measure the TIS by changing the wavelength of light irradiated to the reference sample, and obtain the average value of the TIS measured at each wavelength. In this case, a plurality of sets of inspection marks having different heights or depths are used according to the wavelength of light. Thereby, TIS can be measured with higher accuracy.
[0032]
Further, when the step of the inspection mark is D and the wavelength of the irradiation light is λ, the TIS is the smallest when the relationship of D = nλ / 4 (n = 1, 2,...) Is satisfied. Therefore, by selecting the inspection wavelength λ for the positional deviation inspection according to the step D of the inspection mark, the positional deviation amount can be measured with high accuracy while suppressing the influence of TIS.
[0033]
Further, since the relationship between the step D and the wavelength λ has periodicity, when the main scale step and the sub-scale step satisfy a certain relationship, that is, the main scale step is defined as M. m , The step of the vernier is M s Λ / 4 = M m / N m = M s / N s (N m , N s = 1, 2,...), The TIS is minimized in the measurement of both the main scale and the sub scale at the wavelength λ. Therefore, the main step difference M with respect to the inspection wavelength λ. m And vernier step M s Can satisfy the above-mentioned relationship, it is possible to perform highly accurate displacement measurement while simplifying the displacement inspection process.
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First Embodiment]
The optical aberration measuring method of the misalignment inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0035]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a misalignment inspection apparatus used in the optical aberration measuring method according to the present embodiment, FIG. 2 is a diagram for explaining the inspection mark and the output of the CCD camera, and FIGS. 3 and 4 are grooves for the inspection mark. FIG. 5 is a schematic diagram showing a change in TIS when the focal position is moved in the depth direction of the inspection mark, and FIG. 6 shows the depth of the first inspection mark. FIG. 7 to FIG. 9 show the results of actual measurement of TIS values when λ / 8 and the height of the second inspection mark is 2.7λ / 8 to 5.5λ / 8. FIGS. FIG. 10 to FIG. 14 are sectional views showing examples of reference samples, FIG. 14 is a flowchart showing an optical aberration measuring method of the misregistration inspection apparatus according to the present embodiment, FIG. 15 and FIG. FIG. 16 shows an optical aberration measurement method according to this embodiment. Is a diagram showing the relationship between the TIS and the focal position measured by.
[0036]
[1] Overall configuration of misalignment inspection device
FIG. 1 is a schematic view showing a misalignment inspection apparatus used in the optical aberration measuring method according to the present embodiment.
[0037]
As shown in FIG. 1, the misalignment inspection apparatus includes a light source 11, a light guide 12, an irradiation lens group 13, a beam splitter 14, an objective lens group 15, a stage 16, an eyepiece lens group 17, and a CCD (Charge Coupled Device) camera 18. And a signal processing unit 19.
[0038]
As the light source 11, a xenon lamp or a semiconductor laser is used. The light emitted from the light source 11 is guided to the illumination lens group 13 through the light guide 12. The illumination lens group 13 is composed of one or a plurality of lenses, and makes light emitted from the light guide 12 substantially parallel light. The beam splitter 14 reflects the light passing through the illumination lens group 13 in the direction of the stage 16. The light reflected by the beam splitter 14 passes through the objective lens group 15 composed of one or a plurality of lenses and irradiates the wafer 10 placed on the stage 16 from the vertical direction. The wafer 10 is previously formed with alignment marks for detecting misalignment between layers. In addition, the stage 16 can be rotated at an arbitrary angle with a direction perpendicular to the surface of the stage 16 as an axis.
[0039]
The light reflected in the vertical direction by the wafer 10 passes through the objective lens group 15 and passes through the beam splitter 14. Then, it passes through an eyepiece lens group 17 composed of one or a plurality of lenses and forms an image on the CCD element surface of the CCD camera 18. The CCD camera 18 converts the received light into an electrical signal and outputs it to the signal processing unit 19. The signal processing unit 19 performs signal processing on the signal transmitted from the CCD camera 18 and detects the position of each alignment mark. Then, the distance between the alignment marks is measured to determine the amount of misalignment between the layers.
[0040]
When measuring the TIS of the misalignment inspection apparatus, a reference sample on which a predetermined inspection mark is formed is placed on the stage 16 instead of the wafer 10.
[0041]
[2] Principle
(1) Inspection signal asymmetry due to optical axis tilt
2A and 2B are diagrams for explaining the inspection mark and the output of the CCD camera. FIG. 2A is a cross-sectional view showing an example of the inspection mark used for TIS measurement of the misalignment inspection apparatus, and FIGS. ) Is a schematic diagram showing a signal output from the CCD camera 18.
[0042]
As shown in FIG. 2A, it is assumed that a groove having a rectangular cross section is formed as the inspection mark 21 in the reference sample 20. Assuming that the reference sample 20 is irradiated with light from the direction perpendicular to the surface, the CCD camera 18 outputs a symmetrical signal with respect to the center of the groove, as shown in FIG. However, when the optical axis of the light that irradiates the reference sample 20 is tilted, the signal output from the CCD camera 18 is not symmetrical with respect to the center of the groove, as shown in FIG. For this reason, when the position of the inspection mark 21 is determined by the signal processing unit 19, the position shifted from the center of the groove is recognized as the position of the inspection mark 21, which causes TIS to increase.
[0043]
(2) Relationship between height or depth of inspection mark and light intensity
3 and 4, the horizontal axis indicates the position on the reference sample surface, and the vertical axis indicates the light intensity detected by the CCD camera 18 (relative value when the light intensity of the surface of the flat portion of the reference sample is 1). FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the depth of a groove as an inspection mark and the light intensity. However, the depth of the groove was changed by λ / 16, where λ is the wavelength of the irradiation light (centroid wavelength). As is clear from FIGS. 3 and 4, when the groove depth is λ / 16 to 3λ / 16, the light intensity at the left edge portion of the groove is lower than the light intensity at the right edge portion of the groove. . When 2λ / 16 (= λ / 8), the difference between the light intensity at the left edge portion and the light intensity at the right edge portion is the largest. When the depth of the groove is 5λ / 16 to 7λ / 16, the light intensity at the left edge portion of the groove is higher than the light intensity at the right edge portion of the groove. At 6λ / 16 (= 3λ / 8), the difference between the light intensity at the left edge portion and the light intensity at the right edge portion is the largest. Further, when 4λ / 16 (= 2λ / 8), the light intensity at the left edge portion of the groove is substantially equal to the light intensity at the right edge portion of the groove.
[0044]
Therefore, when TIS measurement is performed using two inspection marks (first and second inspection marks), the depth of one groove is λ / 8 and the depth of the other groove is 3λ / 8. It can be seen that TIS can be detected with high sensitivity. Similarly, when a projection is used instead of a groove as an inspection mark, the height of one projection is set to λ / 8, and the height of the other projection is set to 3λ / 8. Can be detected. Thus, when the height or depth of the inspection mark is λ / 8 or 3λ / 8, the influence of the telecentric deviation of the irradiation system can be evaluated.
[0045]
Further, when the height of the inspection mark is 2λ / 8, the influence of coma appears remarkably on the curve indicating the relationship between the focal position and TIS. Therefore, when evaluating the influence of coma aberration of the optical system, it is preferable to set the height or depth of the inspection mark to 2λ / 8.
[0046]
(3) Change in TIS when the focal position is moved
In the present invention, the TIS is measured by moving the focus position of the imaging device (CCD camera) in the height direction of the inspection mark.
[0047]
FIG. 5 is a schematic diagram showing changes in TIS when the focal position is moved in the depth direction of the inspection mark, with the focal position on the horizontal axis and TIS on the vertical axis. In the case of a telecentric shift, as shown in FIG. 5A, the TIS changes (increases or decreases) substantially on a straight line as the focal position moves. The greater the telecentric deviation, the greater the slope of the straight line.
[0048]
On the other hand, in the case of coma aberration, as shown in FIG. 5B, the TIS changes into a curved shape (dome shape) as the focal position moves. The greater the coma aberration, the greater the difference between the TIS at the center and the TIS at the periphery.
[0049]
As described above, when the focus position is moved in the height or depth direction of the inspection mark, the TIS changes, and the telecentric deviation and the coma aberration can be individually evaluated according to the change state of the TIS.
[0050]
FIG. 6 shows the result of actual measurement of the TIS value when the depth of the first inspection mark is λ / 8 and the height of the second inspection mark is 2.7λ / 8 to 5.5λ / 8. FIG. However, the first inspection mark was formed by etching a silicon (Si) substrate, and the second inspection mark was formed of a photoresist. Then, TIS in two directions (X direction and Y direction) parallel to the surface of the silicon substrate and perpendicular to each other was measured.
[0051]
As a result, as shown in FIG. 6, the value of TIS changes in accordance with the change in the height of the second inspection mark, and the maximum value of TIS is obtained when the height of the second inspection mark is approximately 3λ / 8. It became.
[0052]
[3] Inspection mark
(1) Examples of inspection marks (I)
FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example (I) of an inspection mark used for TIS measurement. The reference sample 10 a is made of a silicon substrate 31. On the silicon substrate 31, a projection is formed as a first inspection mark (main scale) 32, and a groove is formed as a second inspection mark (second scale) 33.
[0053]
Hereinafter, a method for forming the inspection mark shown in FIG. 7 will be described.
[0054]
First, a photoresist is applied on the silicon substrate 31 to form a photoresist film. Thereafter, exposure and development are performed to pattern the photoresist film into a predetermined shape. Then, the silicon substrate 31 is etched to a depth of λ / 8, for example, using the photoresist film as a mask. As a result, the portion masked by the photoresist film remains as a protrusion. This protrusion becomes the first inspection mark 32. Thereafter, the photoresist film used for forming the first inspection mark 32 is removed.
[0055]
Next, a photoresist is applied on the silicon substrate 31 to form a photoresist film. Thereafter, exposure and development are performed to pattern the photoresist film into a predetermined shape. Then, the silicon substrate 31 is etched using the photoresist film as a mask to form, for example, a groove having a depth of 3λ / 8. This groove portion becomes the second inspection mark. Thereafter, the photoresist film used for forming the second inspection mark 33 is removed. Thereby, the reference sample 10a is completed.
[0056]
In the above example, the height of the first inspection mark 32 is λ / 8 and the depth of the second inspection mark 33 is 3λ / 8. However, the height of the first inspection mark 32 is 3λ / 8. The depth of the second inspection mark 33 may be λ / 8.
[0057]
(2) Example of inspection mark (II)
FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example (II) of an inspection mark used for TIS measurement. The reference sample 10 a has a first inspection mark 34 formed by etching the silicon substrate 31 and a second inspection mark 35 made of a protrusion of a resist film formed inside the inspection mark 34.
[0058]
Hereinafter, a method for forming the inspection mark shown in FIG. 8 will be described.
[0059]
First, a photoresist is applied on the silicon substrate 31 to form a photoresist film. Thereafter, exposure and development are performed to pattern the photoresist film into a predetermined shape. Then, the silicon substrate 31 is etched using the photoresist film as a mask to form a groove having a depth of λ / 8. This groove portion becomes the first inspection mark 34. Thereafter, the photoresist film used for forming the first inspection mark 34 is removed.
[0060]
Next, a photoresist is applied on the silicon substrate 31 slightly thicker than 3λ / 8 to form a photoresist film. Thereafter, exposure and development are performed to pattern the photoresist film, leaving the photoresist film only inside the first inspection mark 34. Then, the photoresist film is post-baked by heating at a predetermined temperature. By this post-bake, the thickness of the photoresist film is slightly reduced to approximately 3λ / 8. This photoresist film becomes the second inspection mark 35. Thereby, the reference sample 10a is completed.
[0061]
In the above example, the depth of the first inspection mark 34 is λ / 8 and the thickness of the second inspection mark 35 is 3λ / 8. However, the depth of the first inspection mark 34 is 3λ / 8. The height of the second inspection mark 35 may be λ / 8. In order to evaluate the influence of coma aberration, the depth of the first inspection mark 34 and the height of the second inspection mark 35 are both set as shown in the example (III) of the inspection mark in FIG. 2λ / 8 is desirable.
[0062]
(3) Other examples of inspection marks
10 to 13 are diagrams showing other examples of the reference sample. The reference sample in FIG. 10 includes a silicon substrate 40, SiO 2 2 A film 41, a tungsten (W) film 42, an aluminum film 43, and a resist film 44 are included. SiO 2 The film 41 is formed on the silicon substrate 40, and the tungsten film 42 is made of SiO. 2 The film is buried in a groove selectively formed in the film 41. The tungsten film 42 is formed with a groove, and the aluminum film 43 is made of SiO. 2 The film 41 and the tungsten film 42 are covered. Grooves are formed in the aluminum film 43 in a shape corresponding to the grooves of the tungsten film 42. This groove becomes the first inspection mark. A resist film 44 is selectively formed inside the groove of the aluminum film 43. This resist film 44 becomes the second measurement pattern.
[0063]
Similarly to the reference sample of FIG. 10, the reference sample of FIG. 2 The film 41, the tungsten film 42, the aluminum film 43, and the resist film 45 are included. However, the second inspection mark is the opening 46 of the resist film 45.
[0064]
The reference sample of FIG. 12 includes a silicon substrate 40, a tungsten film 47, and SiO. 2 The film 48, the aluminum film 49, and the resist film 50 are included. SiO 2 The film 48 is selectively formed on the silicon substrate 40, and the tungsten film 47 is formed of SiO. 2 It is formed on the silicon substrate 40 so as to cover the film 48. An aluminum film 49 is formed on the tungsten film 47. The aluminum film 49 and the tungsten film 47 are made of SiO. 2 Projections are formed for the film. The projection of the aluminum film 49 becomes the first inspection mark. A resist film 50 is selectively formed on the aluminum film 49. This resist film 50 becomes the second measurement pattern.
[0065]
The reference sample of FIG. 13 is similar to the reference sample of FIG. 12 in that the silicon substrate 40, the tungsten film 47, and the SiO 2 2 The film 48, the aluminum film 49, and the resist film 51 are included. However, the second inspection mark is the opening 52 of the resist film 51.
[0066]
For the reference sample, various materials other than the above-described silicon substrate can be used. Further, the first and second inspection marks are not limited to the structure described above.
[0067]
[4] Optical aberration measurement method
The optical aberration measuring method of the misalignment inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0068]
First, in step S11, a reference sample 10a having a first inspection mark 32 and a second inspection mark 33 formed by etching a semiconductor substrate as shown in FIG. 7 was prepared. The height of the first inspection mark 32 is λ / 8.
[0069]
Next, the reference sample 10a was placed on the stage 16 of the misalignment inspection apparatus shown in FIG. 1, and the TIS in the X direction and the Y direction were measured. That is, in step S12, the reference sample 10a was irradiated with the light emitted from the light source 11, and the process proceeds to step S13 where the CCD camera 18 images the reference sample 10a. At this time, the center position in the height direction of the first inspection mark 32 is set as the origin, and the focal position f is set at the origin. 0 Together. Then, the output of the CCD camera 18 is signal-processed by the signal processor 19 to detect the positions of the first and second inspection marks, and the first inspection mark 32 and the second inspection mark 33 between the first inspection mark 33 and the second inspection mark 33 are detected. The amount of displacement of 1 was measured. After that, the focal position f 0 Is moved within a range of ± 500 nm in steps of 100 nm from the origin to detect the position of the first inspection mark 32 at each focal position, and the first inspection mark 32 and the second inspection mark 33 The first misalignment amount was measured. However, the position of the second inspection mark 33 is the focal position f. 0 Was the position when detected by aligning with the origin.
[0070]
Thereafter, after the stage 16 is rotated by 180 °, the center position in the height direction of the first inspection mark 32 is set as the origin, and the focal position f is set at the origin in the same manner as described above. 0 Together. Then, the output of the CCD camera 18 is signal-processed by the signal processing unit 19 to detect the positions of the first inspection mark 32 and the second inspection mark 33. After that, the focal position f 0 Is moved within a range of ± 500 nm in steps of 100 nm in the height direction from the origin, and each focal position f 0 Then, the position of the first inspection mark 32 was detected, and the second displacement amount between the first inspection mark 32 and the second inspection mark 33 was measured. Also at this time, the position of the second inspection mark 33 is the focal position f. 0 Was the position when detected by aligning with the origin.
[0071]
Then, the process proceeds to step S14, and the TIS at each focal position is calculated by the above-described equation (1). The result is shown in FIG. In this example, the change in the TIS in the X direction is relatively small, but the change in the TIS in the Y direction decreases almost linearly with the change in the focal position in the height direction. Therefore, in this example, although the telecentric deviation in the X direction is small, it can be seen that the telecentric deviation in the Y direction is relatively large.
[0072]
If it is determined that the telecentric deviation is large, the light source 11 (lamp house) may be improved by rotating the light source 11 with respect to the optical axis or moving the light source 11 in the optical axis direction.
[0073]
However, if adjustment is made so that the TIS is reduced by the above method while the coma aberration remains large, variations in TIS occur in the actual exposure process. In the case of coma aberration, the TIS size changes when the step state (height difference) changes, but the TIS shift direction does not change. In the case of a telecentric shift, the TIS size changes when the step state changes. This is because the direction changes. Since the step is not uniform in an actual wafer, adjusting the telecentric shift so as to eliminate the influence of coma aberration in a certain step state changes the TIS depending on the step state. Therefore, when the coma aberration is larger than a certain level, it is necessary to replace the lens with one having a smaller coma aberration and then adjust the telecentric deviation.
[0074]
If the TIS is large even though the telecentric deviation is relatively small, the influence of coma aberration can be considered. When measuring coma aberration individually, the height (or depth) of the first and second inspection marks is set to 2λ / 8, and the TIS may be measured by changing the focal position in the same manner as described above.
[0075]
The focal position f 0 The TIS may be obtained by detecting the positions of the first inspection mark 32 and the second inspection mark 33 each time the is moved. FIG. 16 is a diagram showing the results of obtaining TIS in this way. This figure also shows that there is a telecentric deviation in the X direction.
[0076]
As described above, according to the present embodiment, the focal position f 0 Is moved in the height direction of the first inspection mark 32 to measure the TIS at each focal position, so that the influence of the telecentric deviation and the influence of the coma aberration can be individually evaluated. Thereby, the management and quality control of the manufacturing process of the misalignment inspection apparatus are facilitated, and the misalignment inspection apparatus with a small TIS can be provided.
[0077]
In addition to TIS, there is a factor called WIS (Wafer Induced Shift) as a factor of measurement error of the misregistration inspection apparatus. WIS occurs due to the asymmetry of the inspection mark depending on the wafer process. In the present embodiment, the telecentric deviation and the coma aberration can be individually evaluated, and the TIS can be reduced on the basis thereof, so that the influence of WIS can also be evaluated.
[0078]
[Second Embodiment]
The optical aberration measuring method of the misalignment inspection apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The same components as those in the optical aberration measuring method of the misalignment inspection apparatus according to the first embodiment shown in FIGS. 1 to 16 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.
[0079]
FIG. 17 is a diagram showing a misalignment inspection apparatus used in the optical aberration measuring method according to the present embodiment, FIGS. 18 and 19 are diagrams showing spectra of irradiated light that has passed through a filter, and FIG. 20 is a method for calculating a centroid wavelength. FIG. 21 is a flowchart showing the optical aberration measuring method of the misregistration inspection apparatus according to the present embodiment, FIGS. 22 and 23 are sectional views showing examples of the reference sample, and FIG. 24 is the focal position in the reference sample of FIG. FIG. 25 is a graph showing the result of examining the relationship between the TIS and the TIS by changing the depth of the first inspection mark. FIG. 25 shows the relationship between the focal position and the TIS in the reference sample of FIG. FIG. 26 is a diagram showing the results of measuring TIS by changing the depth of the first inspection mark of the reference sample shown in FIGS. 22 and 23. FIG.
[0080]
[1] Overall configuration of misalignment inspection device
A misregistration inspection apparatus used in the optical aberration measuring method according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
[0081]
In the misalignment inspection apparatus according to the present embodiment, a xenon lamp is used as the light source 11. A filter 31 that controls the wavelength of light output from the light source 11 is disposed between the light source 11 and the light guide 12. A plurality of filters 31 having different transmission wavelengths are prepared. Then, as in the first embodiment, the focus position is moved in the height or depth direction of the inspection mark for each filter 31, and the TIS is measured at each focus position. Thereafter, the filter 31 is changed to change the wavelength of the irradiation light, and similarly, the focus position is moved in the height or depth direction of the inspection mark, and the TIS is measured at each focus position. In this way, the TIS at each focal position is measured, and the average value of the TIS at each focal position is obtained.
[0082]
[2] Spectrum of irradiated light and centroid wavelength
FIG. 18 and FIG. 19 are diagrams showing the spectrum of irradiated light, with the horizontal axis representing wavelength and the vertical axis representing intensity. However, in FIGS. 18 and 19, the vertical axis represents the output of the CCD camera 18 and depends on the spectrum of the light output from the light source 11, the spectral characteristics of the filter 31, and the sensitivity characteristics of the CCD camera 18.
[0083]
In this embodiment, when each filter 31 is used, the height or depth of the inspection mark is set according to the barycentric wavelength of the irradiation light. For example, assuming that the spectrum of light is as shown in FIG. 20, the center-of-gravity wavelength is determined as the center-of-gravity wavelength by obtaining the wavelength c where the area between ac and the area between cb are equal in the figure.
[0084]
[3] Optical aberration measurement method
FIG. 21 is a flowchart showing the optical aberration measuring method according to the present embodiment. First, in step S21, a reference sample 10a is prepared. In the reference sample 10a, a plurality of sets of first and second inspection marks whose height or depth is set according to the irradiation light are formed. For example, let λ i Assuming (i = 1, 2,..., N), n sets of first and second inspection marks are formed on the reference sample. When the TIS is to be examined with high sensitivity, the height or depth of any one of the i-th set of first and second inspection marks is set to λ. i / 8, the other height or depth is 3λ i / 8. When the influence of coma aberration is to be examined, the height or depth of the i-th set of first and second inspection marks is set to 2λ. i / 8.
[0085]
Next, in step S22, the wavelength of the reference sample is λ. i The focus position is adjusted to the intermediate position in the height direction of the i-th set of first inspection marks. Then, the positions of the first inspection mark and the second inspection mark are detected, and the amount of misalignment between the first inspection mark and the second inspection mark is measured. Thereafter, the process proceeds to step S23 where the focal position is moved by, for example, 100 nm in the first inspection mark height direction, and the amount of positional deviation between the first inspection mark and the second inspection mark at each focal position is determined. taking measurement. Next, the stage of the misalignment inspection apparatus is rotated by 180 ° to adjust the focal position to the intermediate position in the height direction of the first inspection mark. Then, the positions of the first and second inspection marks are detected, and the amount of displacement between the first inspection mark and the second inspection mark is measured. Thereafter, the focal position is moved by, for example, 100 nm in the height direction of the first inspection mark, and the amount of positional deviation between the first inspection mark and the second inspection mark at each focal position is measured.
[0086]
Next, the process proceeds to step S24, and the TIS at each focal position is calculated by the equation (1).
[0087]
Next, the process proceeds to step S25, and it is determined whether or not the filter 25 is changed. In the case of replacing the filter 25, the process proceeds to step S26, the filter 25 is replaced, and then the process returns to step S22 to repeat the above processing. When the filter 25 is not replaced in step S25, the process proceeds to step S27, and the average value of TIS calculated in step S25 is calculated.
[0088]
In the present embodiment, the light output from the light source 11 is passed through the filter 31 to obtain light with centroid wavelengths of 545 nm, 595 nm, 675 nm, 600 nm, 630 nm, and 465 nm, as shown in FIGS. Then, the TIS at each focal position is measured by moving the focal position with the light of each wavelength in the same manner as in the first embodiment. Thereafter, an average value of TIS at each focal position is obtained, and telecentric deviation and coma aberration are evaluated from the relationship between the focal position and the average value of TIS at each focal position.
[0089]
In the present embodiment, the TIS is measured by changing the wavelength of the irradiation light, and the TIS of the optical system is evaluated based on the average value. Therefore, the TIS can be evaluated more accurately.
[0090]
[4] Reference sample structure and TIS
FIG. 22 is a view showing a reference sample 60 in which a groove is formed by etching the silicon substrate 61 and a protrusion made of a resist film is formed inside the groove. In this reference sample 60, the groove is used as the first inspection mark 62, and the resist film is used as the second inspection mark 63. The depth of the first inspection mark 62 is X, and the height of the second inspection mark 63 is Y.
[0091]
FIG. 23 is a view showing a reference sample 70 in which a groove is formed by etching the silicon substrate 71. In this reference sample 70, the groove is a first inspection mark 72, and the portion surrounded by the groove is a second inspection mark 73. Therefore, the depth of the first inspection mark 72 and the height of the second inspection mark 73 are both X.
[0092]
FIG. 24 is a diagram showing a result of measuring TIS by changing the focal position by setting the X value of the reference sample 60 shown in FIG. 22 to λ / 8, 2λ / 8, and 3λ / 8. However, the height Y of the second inspection mark 63 is constant. FIG. 25 is a diagram showing a result of measuring TIS by changing the focal position by setting the X value of the reference sample 70 shown in FIG. 23 to λ / 8, 2λ / 8, and 3λ / 8. Further, FIG. 26 is a diagram showing the relationship between the value of X and TIS for the reference samples 60 and 70 shown in FIGS. As can be seen from FIGS. 24 to 26, the reference sample 60 having the structure shown in FIG. 22 can measure the TIS with higher sensitivity than the reference sample 70 having the structure shown in FIG.
[0093]
[Third Embodiment]
A misregistration inspection method according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same component as the position shift inspection apparatus by 2nd Embodiment shown in FIG. 17, and description is abbreviate | omitted or simplified.
[0094]
FIG. 27 is a schematic cross-sectional view showing an example of an inspection mark for explaining the step dependency of TIS, FIG. 28 is a graph showing the relationship between TIS and inspection wavelength, and FIG. 29 shows a misalignment inspection method according to this embodiment. FIG. 30 is a schematic sectional view showing an example of an inspection mark formed on the inspection wafer.
[0095]
In the present embodiment, the misalignment inspection method shown in FIG. 17 is used as an example of the misalignment inspection method capable of performing the misalignment inspection on the actual device wafer with high accuracy while minimizing the interaction between TIS and WIS. I will explain. In the present embodiment, the case where the step D of the inspection mark is not clear is particularly handled.
[0096]
[1] Principle
As shown in FIG. 27, on the inspection wafer 80, there is a main scale made of a groove having a depth D on a silicon substrate 81 and a sub scale made of a resist film 82 having a predetermined thickness inside the main scale groove. Assume that an inspection mark is formed. At this time, if the wavelength λ of the inspection light by the misalignment inspection apparatus is changed and TIS is measured for each wavelength, the value of TIS changes. That is, the value of TIS changes depending on the step D of the inspection mark and the wavelength λ of the inspection light. FIG. 28 is a graph showing the wavelength dependence of the inspection light of the TIS size measured using the structure of FIG. The horizontal axis represents the depth D formed on the silicon substrate 81 by the amount (D / λ) normalized by the inspection wavelength λ. As shown in the figure, the TIS periodically changes with respect to the inspection wavelength λ, and the step D is
D = nλ / 4 (n = 1, 2,...) (2)
TIS is minimized when the relationship is satisfied.
[0097]
Accordingly, the wavelength λ of the inspection light is selected according to the step D of the inspection mark, that is,
λ = 4D / n (n = 1, 2,...) (3)
By using the inspection light having the wavelength λ, it is possible to perform the positional deviation inspection while suppressing the influence of TIS.
[0098]
In the first and second embodiments, the optical aberration measurement is performed at the inspection wavelength where the influence of TIS appears greatly in order to measure TIS with high accuracy. Conversely, the inspection wavelength that can suppress the influence of TIS is selected. By doing so, it is possible to perform a highly accurate displacement inspection while suppressing the influence of TIS.
[0099]
[2] Misalignment inspection method
First, an inspection wafer 90 to be inspected is placed on the stage 16 of the misalignment inspection apparatus shown in FIG. The inspection wafer 90 is an actual device wafer in the manufacturing process. For example, an inspection mark as shown in FIG. 30 is formed on the inspection wafer 90. That is, on the silicon substrate 91, SiO 2 A film 92, an aluminum film 93, and a resist film 94 are sequentially formed, and SiO 2 2 The main scale is configured by selectively removing a part of the film 92, and the vernier is configured by a resist film 94 formed in a region inside the main scale. For example, SiO 2 Such an inspection mark is used when measuring the displacement of the resist pattern for processing the wiring layer made of the aluminum film 93 in the contact hole formed in the film 92.
[0100]
Next, using the inspection marks formed on the inspection wafer 90, the TIS in the X direction and the Y direction in the misalignment inspection apparatus is measured. The TIS measurement is for determining the measurement light wavelength in the subsequent misalignment inspection process. In the misalignment inspection method according to the present embodiment, TIS measurement is performed a plurality of times while changing the wavelength of the inspection light, and the wavelength having the smallest influence of TIS is found.
[0101]
That is, first, in step S31, the number n of wavelengths of inspection light is designated. The number n of wavelengths is appropriately set according to the number of filters 25, the number of base lines of the light source 11, and the like. Further, the number n of wavelengths may be selected so that an arbitrary wavelength interval (for example, an interval of 10 nm) is obtained in an arbitrary wavelength band (for example, about 400 to 800 nm which is a visible light region).
[0102]
Next, in step S32, the wavelength of the i-th inspection light is set. For example, when the wavelength is changed by the filter 25, the barycentric wavelength of the transmitted light obtained by the i-th filter is set by the above-described method. For example, if the same filter 25 as in the second embodiment is used, the center-of-gravity wavelength of the inspection light is 545 nm, 595 nm, 675 nm, 600 nm, 630 nm, or 465 nm. In this case, the number n of wavelengths specified in step S31 is 6.
[0103]
Next, TIS is measured with the inspection light having the wavelength λ set in step S33, and the TIS at that time is calculated in step S34. For the measurement and calculation of TIS, for example, the inspection method according to the first embodiment is used.
[0104]
Next, in step S35, it is determined whether or not the measurement is finished. When the measurement is completed, that is, when i = n, the process proceeds to step S36 described later. When the measurement is not completed, that is, when i <n, 1 is added to i in step S38 and the process returns to step S32, and the TIS is measured with the light of the (i + 1) th wavelength in the same manner as described above. Thus, the 1st to nth TIS are measured.
[0105]
Next, in step S36, a centroid wavelength (optimal centroid wavelength) that gives the smallest TIS is determined from the measured n TIS values.
[0106]
Next, in step S37, the displacement of the inspection wafer is measured using the optimum center-of-gravity wavelength obtained in step S36. When the wavelength is changed by the filter 25, the positional deviation of the inspection wafer 90 is measured using the filter 25 whose center of gravity wavelength is closest to the optimum center of gravity wavelength. The optimum center-of-gravity wavelength is a wavelength that satisfies the above-described relationship of λ = 4D / n. Therefore, the influence of TIS can be suppressed by performing the displacement inspection with this wavelength.
[0107]
Note that the difference in level is usually different between the main scale and the sub-scale. Therefore, it is desirable to detect the position of the main and sub-scales at different inspection wavelengths. That is, for the main scale, the optimum center-of-gravity wavelength for the main scale is obtained, and the position of the inspection mark is detected based on the wavelength. For the sub-scale, the optimum center-of-gravity wavelength for the vernier is obtained and the inspection mark is obtained based on the wavelength. The position deviation between the two is calculated from these results. By doing so, it is possible to more accurately inspect the amount of displacement between the main scale and the sub-scale while suppressing the influence of TIS. However, even when the optimum center-of-gravity wavelength is specified for only one scale, the effect of suppressing TIS is obtained, although the effect is inferior to the case of specifying the optimum center-of-gravity wavelength for both the main scale and the sub scale. It is done.
[0108]
As described above, according to the present embodiment, since the misregistration amount is measured using the inspection light having the wavelength that minimizes the TIS, the misregistration amount can be inspected while suppressing the influence of the TIS. Further, since the influence of TIS can be suppressed, the positional deviation inspection on the actual device wafer can be performed with high accuracy while minimizing the interaction between TIS and WIS.
[0109]
[Fourth Embodiment]
A misregistration inspection method according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 31 is a flowchart showing the misalignment inspection method according to this embodiment.
[0110]
In this embodiment, the misregistration inspection apparatus shown in FIG. 1 is used for another misregistration inspection method capable of performing the misregistration inspection on the actual device wafer with the minimum interaction between TIS and WIS. An example will be described.
[0111]
[1] Principle
In the misregistration inspection method according to the third embodiment, a method is shown in which measurement is performed a plurality of times while changing the inspection wavelength, the optimum center-of-gravity wavelength giving the minimum TIS is obtained, and then the misregistration amount is measured. However, the step of the inspection mark is often known on the actual device wafer. For example, in the example of the inspection mark shown in FIG. 2 The step of the vernier is defined by the film thickness of the resist film 94, and these parameters are controlled to predetermined values in the manufacturing process. These steps are determined according to the device structure, characteristics, and the like, and the steps of the main scale and the sub-scale cannot be controlled according to the wavelength of the inspection light of the misalignment inspection apparatus. Therefore, when the step of the inspection mark is known in this way, it is desirable to select the wavelength of the inspection light according to the step of the inspection mark from the relationship between the TIS and the wavelength of the inspection light as shown in FIG. .
[0112]
Further, as described above, there is a periodicity between the TIS and the wavelength of the inspection light. Therefore, if the wavelength of the light when measuring the main scale and the light of the wavelength when measuring the vernier satisfy the period, the measurement light in the measurement of the main scale and the measurement of the vernier There is no need to change the wavelength.
[0113]
That is, the inspection wavelength λ that gives the smallest TIS for the main scale m Is
M m = N m λ m / 4 (n m = 1, 2, ...) (4)
The inspection wavelength λ that gives the smallest TIS for the vernier s Is
M s = N s λ s / 4 (n s = 1, 2, ...) (5)
Therefore, in the equations (4) and (5), λ = λ m = Λ s As
λ / 4 = M m / N m = M s / N s (N m , N s = 1, 2, ...) (6)
If there is a wavelength λ that satisfies the condition, TIS can be minimized for both the main scale and the sub-scale.
[0114]
For example, in the misalignment inspection mark shown in FIG. m Is 300nm, vernier step M s Is 1000 nm, n m = 3, n s = 10, that is, when the wavelength λ = 400 nm, the relationship is satisfied.
[0115]
When there are a large number of wavelengths λ that satisfy the relationship of equation (6), it is desirable to select the least common divisor. Moreover, it is desirable that the wavelength λ can be in the visible light range (about 400 to 800 nm).
[0116]
[2] Misalignment inspection method
First, an inspection wafer 90 to be inspected is placed on the stage 16 of the misalignment inspection apparatus shown in FIG. The inspection wafer 90 is an actual device wafer in the manufacturing process. For example, an inspection mark as shown in FIG. 30 is formed on the inspection wafer 90. That is, on the silicon substrate 91, SiO 2 A film 92, an aluminum film 93, and a resist film 94 are sequentially formed, and SiO 2 2 The main scale is configured by selectively removing a part of the film 92, and the vernier is configured by a resist film 94 formed in a region inside the main scale.
[0117]
Next, in step S41, the main scale step M defined by the device process. m And the step M of the vernier s Enter. Main scale step M m And vernier step M s The value measured beforehand by other means may be used, or the target film thickness in the process may be used.
[0118]
Next, in step S42, it is calculated whether there is an inspection wavelength that can be measured while minimizing the TIS for both the main scale and the sub-scale. That is, the step of the main scale is M m , The step of the vernier is M s Then, it is calculated whether or not there is a wavelength λ that satisfies the relationship of the expression (6).
[0119]
If there is a wavelength λ that satisfies the relationship of equation (6) in step S42, the process proceeds to step S47. On the other hand, if there is no wavelength λ satisfying the relationship of the expression (6), the process proceeds to step S43.
[0120]
When the process proceeds to step S47, first, the wavelength λ satisfying the relationship of the equation (6) is set as the barycentric wavelength of the inspection light. Next, the inspection wafer 90 is irradiated with inspection light having the center-of-gravity wavelength λ, image signal processing is performed on the main scale and the vernier, and the position of the main and vernier is detected.
[0121]
On the other hand, when the process proceeds to step S43, first, in step S43, the optimum center-of-gravity wavelength λ with respect to the main scale is calculated based on the above equation. m Ask for. Next, in step S44, the center-of-gravity wavelength λ m The inspection wafer 90 is irradiated to the inspection wafer 90, image signal processing for the main scale is performed, and the position of the main scale is detected. Next, in step S45, the optimum center-of-gravity wavelength λ for the vernier based on the above equation s Ask for. Next, in step S46, the center of gravity wavelength λ s The inspection wafer 90 is irradiated to the inspection wafer 90, image signal processing for the vernier is performed, and the position of the vernier is detected.
[0122]
Next, in step S48, based on the positions of the main scale and the sub-scale obtained in step S44 and step S46 or step S47, the amount of misalignment between them is calculated. By doing so, it is possible to inspect the amount of misalignment between the main scale and the sub-scale while suppressing the influence of TIS.
[0123]
As described above, according to the present embodiment, the step of the inspection mark is provided in advance, and the wavelength of the inspection light that minimizes the TIS is set based on the step, so that the misalignment inspection process can be easily performed. . Further, since the main-scale inspection light and the vernier inspection light are shared, the misalignment inspection process can be simplified. Further, as in the case of the third embodiment, the displacement amount can be inspected while suppressing the influence of TIS, and since the influence of TIS can be suppressed, the interaction between TIS and WIS is minimized. It is possible to suppress the positional deviation on the actual device wafer with high accuracy.
[0124]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the focus position is moved in the height or depth direction of the inspection mark, and the TIS at each focus position is calculated. The influence of aberration can be individually evaluated. Thereby, the optical system of the misalignment inspection apparatus can be adjusted efficiently, and a misalignment inspection apparatus with a small TIS can be manufactured. In addition, since a misalignment inspection apparatus with a small TIS can be provided, the influence of WIS can be evaluated, and a reference sample having an inspection mark with a small influence of WIS can be provided.
[0125]
In addition, since the misregistration amount is measured by selecting light having a wavelength corresponding to the step of the inspection mark, the misregistration amount can be inspected with high accuracy while suppressing the influence of TIS. Therefore, it is possible to perform the displacement inspection on the actual device wafer with high accuracy while minimizing the interaction between TIS and WIS.
[0126]
Also, when the main scale step and the sub-scale step satisfy a certain relationship, that is, the main scale step is defined as M. m , The step of the vernier is M s Λ / 4 = M m / N m = M s / N s (N m , N s = 1, 2,...), The misalignment inspection is performed with the light of wavelength λ, so that the measurement can be performed while minimizing the TIS for both the main scale and the sub scale. Therefore, it is possible to perform the positional deviation inspection with high accuracy and simplify the processing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a misalignment inspection apparatus used in an optical aberration measuring method according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of arrangement of inspection marks used for TIS measurement of a misalignment inspection apparatus and signals output from a CCD camera.
FIG. 3 is a diagram (part 1) illustrating a relationship between a depth of an inspection mark and light intensity.
FIG. 4 is a diagram (part 2) illustrating the relationship between the depth of an inspection mark and the light intensity.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a change in TIS when the focal position is moved in the depth direction of an inspection mark.
FIG. 6 shows the results of actual measurement of TIS values when the depth of the first inspection mark is λ / 8 and the height of the second inspection mark is 2.7λ / 8 to 5.5λ / 8. It is a graph.
FIG. 7 is a schematic sectional view (No. 1) showing a structure of an inspection mark used for TIS measurement.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view (part 2) showing the structure of an inspection mark used for TIS measurement.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view (part 3) showing the structure of an inspection mark used for TIS measurement.
FIG. 10 is a schematic sectional view (No. 1) showing the structure of a reference sample.
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view (part 2) showing the structure of the reference sample.
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view (part 3) showing the structure of the reference sample.
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view (part 4) showing the structure of the reference sample.
FIG. 14 is a flowchart showing an optical aberration measuring method of the misalignment inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a graph showing the relationship between the TIS measured by the optical aberration measuring method according to the first embodiment and the focal position; the focal position is fixed, the position of the second detection mark is detected; The measurement result when it is moved and the first detection mark is detected is shown.
FIG. 16 is a graph showing the relationship between the TIS measured by the optical aberration measuring method according to the first embodiment and the focal position, in which the positions of the first and second detection marks are detected by moving the focal position. The measurement results are shown.
FIG. 17 is a diagram showing a misalignment inspection apparatus used in the optical aberration measuring method according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a diagram (part 1) illustrating a spectrum of irradiation light when irradiation light output from a light source passes through a filter;
FIG. 19 is a diagram (part 2) illustrating a spectrum of irradiation light when irradiation light output from a light source passes through a filter;
FIG. 20 is a diagram illustrating the definition of the barycentric wavelength of irradiation light.
FIG. 21 is a flowchart showing an optical aberration measuring method of the misalignment inspection apparatus according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a view showing a reference sample in which a groove formed in a silicon substrate is used as a first inspection mark and a second protrusion made of a resist film formed inside the groove is used as a second inspection mark.
FIG. 23 is a diagram showing a reference sample in which a groove formed in a silicon substrate is used as a first inspection mark and an inner portion of the groove is used as a second inspection mark.
24 is a graph showing the result of examining the relationship between the focal position of the reference sample having the structure shown in FIG. 22 and TIS by changing the depth of the first inspection mark.
FIG. 25 is a graph showing the results of examining the relationship between the focal position of the reference sample having the structure shown in FIG. 23 and TIS by changing the depth of the first inspection mark.
FIG. 26 is a graph showing a result of measuring TIS by changing the depth of the first inspection mark of the reference sample having the structure shown in FIGS. 22 and 23;
FIG. 27 is a schematic cross-sectional view showing an example of an inspection mark for explaining the step dependency of TIS.
FIG. 28 is a graph showing the relationship between TIS and the wavelength of inspection light.
FIG. 29 is a flowchart showing a misalignment inspection method according to a third embodiment of the present invention.
30 is a schematic cross-sectional view showing an example of an inspection mark formed on an inspection wafer. FIG.
FIG. 31 is a flowchart showing a misalignment inspection method according to a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 ... wafer
10a ... reference sample
11 ... Light source
12. Light guide
13 ... Irradiation lens group
14 ... Beam splitter
15 ... Objective lens group
16 ... Stage
17 ... Eyepiece group
18 ... CCD camera
19 ... Signal processing section
20 ... reference sample
21 ... Inspection mark
25 ... Filter
31 ... Silicon substrate
32 ... First inspection mark
33 ... Second inspection mark
34 ... First inspection mark
35 ... Second inspection mark
36 ... First inspection mark
37 ... Second inspection mark
40 ... Silicon substrate
41 ... SiO 2 film
42. Tungsten film
43. Aluminum film
44. Resist film
45. Resist film
46 ... Opening
47 ... Tungsten film
48 ... SiO 2 film
49. Aluminum film
50. Resist film
51. Resist film
52. Opening
60 ... reference sample
61 ... Silicon substrate
62 ... 1st inspection mark
63 ... Second inspection mark
70 ... reference sample
71 ... Silicon substrate
72. First inspection mark
73 ... Second inspection mark
80 ... Inspection wafer
81 ... Silicon substrate
82. Resist film
90 ... Inspection wafer
91 ... Silicon substrate
92 ... SiO 2 film
93 ... Aluminum film
94. Resist film

Claims (9)

突起又は溝からなる第1及び第2の検査マークを有する基準サンプルに波長λの光を照射し、前記第1及び第2の検査マークにより反射される光を撮像装置により撮像し、取得した画像に基づいて前記第1及び第2の検査マークの間の第1の位置ずれ量を計測する工程と、
前記基準サンプルを180度回転した後、前記基準サンプルに波長λの光を照射し、前記第1及び第2の検査マークにより反射される光を前記撮像装置により撮像し、取得した画像に基づいて前記第1及び第2の検査マークの間の第2の位置ずれ量を計測する工程と、
前記第1及び第2の位置ずれ量から前記位置ずれ検査装置の光学的収差を算出する工程と
を有する位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法であって、
前記第1及び第2の位置ずれ量を計測する工程は、いずれも前記撮像装置の焦点位置を前記第1及び第2の検査マークの高さ又は深さ方向に移動して各焦点位置における映像を撮像する工程を含む
ことを特徴とする位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法。
An image obtained by irradiating a reference sample having first and second inspection marks made of protrusions or grooves with light having a wavelength λ, and imaging the light reflected by the first and second inspection marks with an imaging device. Measuring a first misalignment amount between the first and second inspection marks based on
After rotating the reference sample by 180 degrees, the reference sample is irradiated with light of wavelength λ, the light reflected by the first and second inspection marks is imaged by the imaging device, and based on the acquired image Measuring a second positional deviation amount between the first and second inspection marks;
A method of measuring an optical aberration of the misregistration inspection apparatus, comprising calculating an optical aberration of the misregistration inspection apparatus from the first and second misregistration amounts,
In each of the steps of measuring the first and second misregistration amounts, the image at each focal position is obtained by moving the focal position of the imaging device in the height or depth direction of the first and second inspection marks. A method for measuring an optical aberration of a misregistration inspection apparatus, comprising the step of:
請求項1記載の位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法において、
前記第1及び第2の検査マークの少なくとも一方の高さ又は深さをλ/8±6.25%又は3λ/8±6.25%とする
ことを特徴とする位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法。
In the optical aberration measuring method of the misalignment inspection apparatus according to claim 1,
Optical of a misalignment inspection apparatus, wherein the height or depth of at least one of the first and second inspection marks is λ / 8 ± 6.25% or 3λ / 8 ± 6.25% Aberration measurement method.
請求項1記載の位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法において、
前記第1及び第2の検査マークの少なくとも一方の高さ又は深さをλ/8±6.25%とし、他方の高さ又は深さを3λ/8±6.25%とする
ことを特徴とする位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法。
In the optical aberration measuring method of the misalignment inspection apparatus according to claim 1,
The height or depth of at least one of the first and second inspection marks is λ / 8 ± 6.25%, and the other height or depth is 3λ / 8 ± 6.25%. An optical aberration measurement method for a misregistration inspection apparatus.
請求項1記載の位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法において、
前記第1及び第2の検査マークの高さ又は深さを、いずれも2λ/8±6.25%とする
ことを特徴とする位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法。
In the optical aberration measuring method of the misalignment inspection apparatus according to claim 1,
An optical aberration measuring method for a misregistration inspection apparatus, wherein the height or depth of each of the first and second inspection marks is 2λ / 8 ± 6.25%.
照射する光の波長λi(i=1,2,…,n)に応じて高さ又は深さが決定された突起又は溝からなるn組の第1及び第2の検査マークを有する基準サンプルに波長λiの光を照射し、前記波長λiの光に対応するi番目の組の第1及び第2の検査マークにより反射される光を撮像装置により撮像し、取得した画像に基づいて前記i番目の組の第1及び第2の検査マークの間の第1の位置ずれ量を測定する工程と、
前記基準サンプルを180度回転した後、前記基準サンプルに波長λiの光を照射し、前記i番目の組の第1及び第2の検査マークにより反射される光を前記撮像装置により撮像し、取得した画像に基づいて前記i番目の組の第1及び第2の検査マークの間の第2の位置ずれ量を測定する工程と、
前記第1及び第2の位置ずれ量から波長λiの光に対する位置ずれ検査装置の光学的収差を算出する工程と、
前記基準サンプルに照射する光の波長λiを替えて前記第1の位置ずれ量を測定する工程から前記光学的収差を算出する工程までの工程を前記n組の第1及び第2の検査マークの全てについて繰り返す工程と
を有する位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法であって、
前記第1及び第2の位置ずれ量を測定する工程は、いずれも前記撮像装置の焦点位置を前記i番目の組の第1及び第2の検査マークの高さ又は深さ方向に移動させて各焦点位置における映像を撮像する工程を含む
ことを特徴とする位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法。
A reference sample having n sets of first and second inspection marks each including a protrusion or a groove whose height or depth is determined according to the wavelength λ i (i = 1, 2,..., N) of the light to be irradiated. Is irradiated with light of wavelength λ i, and the light reflected by the i-th set of first and second inspection marks corresponding to the light of wavelength λ i is imaged by the imaging device, and based on the acquired image Measuring a first misalignment amount between the i-th set of first and second inspection marks;
After rotating the reference sample by 180 degrees, the reference sample is irradiated with light of wavelength λ i , and the light reflected by the i-th set of first and second inspection marks is imaged by the imaging device, Measuring a second misalignment amount between the i-th set of first and second inspection marks based on the acquired image;
Calculating an optical aberration of a misregistration inspection apparatus for light of wavelength λ i from the first and second misregistration amounts;
The steps from the step of measuring the first positional deviation amount by changing the wavelength λ i of the light irradiating the reference sample to the step of calculating the optical aberration include the n sets of first and second inspection marks. A method for measuring an optical aberration of a misregistration inspection apparatus having a process of repeating all of
In each of the steps of measuring the first and second misregistration amounts, the focal position of the imaging device is moved in the height or depth direction of the i-th set of first and second inspection marks. A method for measuring an optical aberration of a misregistration inspection apparatus, comprising a step of capturing an image at each focal position.
請求項5記載の位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法において、
前記n組の第1及び第2の検査マーク毎に算出した光学的収差の平均値を算出する
ことを特徴とする位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法。
In the optical aberration measuring method of the misregistration inspection apparatus according to claim 5,
An optical aberration measurement method for a misregistration inspection apparatus, wherein an average value of optical aberrations calculated for each of the n sets of first and second inspection marks is calculated.
請求項5記載の位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法において、
前記i番目の組の第1及び第2の検査マークのいずれか一方の高さ又は深さを、λi/8±6.25%又は3λi/8±6.25とする
ことを特徴とする位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法。
In the optical aberration measuring method of the misregistration inspection apparatus according to claim 5,
The height or depth of either one of the i-th set of first and second inspection marks is λ i /8±6.25% or 3λ i /8±6.25. Method for measuring an optical aberration of a misalignment inspection apparatus.
請求項5記載の位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法において、
前記i番目の組の第1及び第2の検査マークの少なくとも一方の高さ又は深さをλi/8±6.25%とし、他方の高さ又は深さを3λi/8±6.25%とする
ことを特徴とする位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法。
In the optical aberration measuring method of the misregistration inspection apparatus according to claim 5,
The height or depth of at least one of the i-th set of first and second inspection marks is λ i /8±6.25%, and the other height or depth is 3λ i / 8 ± 6. 25. A method for measuring an optical aberration of a misregistration inspection apparatus, characterized by being 25%.
請求項5記載の位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法において、
前記i番目の組の第1及び第2の検査マークの高さ又は深さを、いずれも2λi/8±6.25%とすることを特徴とする位置ずれ検査装置の光学的収差測定方法。
In the optical aberration measuring method of the misregistration inspection apparatus according to claim 5,
An optical aberration measuring method for a misalignment inspection apparatus, wherein the height or depth of each of the i-th set of first and second inspection marks is 2λ i /8±6.25% .
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