JPH09329889A - オーバレーマーク - Google Patents

オーバレーマーク

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JPH09329889A
JPH09329889A JP35867796A JP35867796A JPH09329889A JP H09329889 A JPH09329889 A JP H09329889A JP 35867796 A JP35867796 A JP 35867796A JP 35867796 A JP35867796 A JP 35867796A JP H09329889 A JPH09329889 A JP H09329889A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 正確な露光エネルギーと正確なフォーカスと
を得るために対象パターンを直接探知するため、露光エ
ネルギーやフォーカスを測定するのに長時間を要し、ウ
ェーハ内またフィールド内で多数の場所を測定するのに
困難が伴う問題点を有する。 【解決手段】 露光エネルギーとフォーカスを同時に測
定するための内部ボックスと外部ボックスとを含んでお
り、露光エネルギーとフォーカスの変化が、Ｘ軸とＹ軸
で、前記内部ボックスと前記外部ボックス間の位置偏移
に表示され、前記位置偏移が現れるＸ軸は露光エネルギ
ーを、Ｙ軸はフォーカスをそれぞれ表示する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、整列(alignment)
技術に関するもので、より詳しくは、半導体素子のパタ
ーン形成のための整列工程時に適用されるオーバレーマ
ークに関する。
【０００２】
【従来の技術】マスク上のパターンを、パターン対象層
上に塗布された感光膜上に正確に転写（Transfer) する
ためには、露光エネルギーと露光フォーカスの２つの重
要な工程変数の調節が必要である。露光された感光膜か
ら露光エネルギーを測定する従来の方法では、ＣＤ−Ｓ
ＥＭ(Critical Dimension-Scanning Electron Microsco
pe) のような装備を利用して、感光膜パターンを直接的
に測定する方法が使用されており、フォーカスを測定す
る方法では、フォーカスによるパターンの変化を、ＣＤ
−ＳＥＭや光学顕微鏡のような装備を利用してパターン
を観察する方法が用いられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来で
は、正確な露光エネルギーと正確なフォーカスとを得る
ために対象パターンを直接探知するため、露光エネルギ
ーやフォーカスを測定するのに長時間を要し、ウェーハ
内またフィールド内で多数の場所を測定するのに困難が
伴う問題点を有する。
【０００４】従って、本発明の目的は、短時間内にフォ
ーカスの変化と露光エネルギーとを測定することであ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明に係
るオーバレーマークは、露光エネルギーとフォーカスを
同時に測定するための内部ボックスと外部ボックスとを
含んでおり、露光エネルギーとフォーカスの変化が、Ｘ
軸とＹ軸で、前記内部ボックスと前記外部ボックス間の
位置偏移に表示され、前記位置偏移が現れるＸ軸は露光
エネルギーを、Ｙ軸はフォーカスをそれぞれ表示するこ
とを特徴とする。
【０００６】請求項２記載の発明に係るオーバレーマー
クは、オーバレーマークの内部ボックスと外部ボックス
とを、Ｘ続とＹ軸に対して非対称構造にしたことを特徴
とする。
【０００７】請求項３記載の発明に係るオーバレーマー
クは、オーバレーマークのｘ軸の並列が、左側から中心
までは外部ボックスの光遮断領域、反透過領域、位相偏
移領域、内部ボックスの光遮断領域の順に配置され、中
心から右側までは位相偏移のない光透過領域、反透過領
域、内部ボックスの光遮断領域、位相偏移領域、外部ボ
ックスの光遮断領域、反透過領域の順に配置され、前記
外部ボックスと内部ボックスとを対角線に４等分した状
態で、内部ボックスの内側の底部面に位相偏移領域が位
置し、内部ボックスと外部ボックス間の下部面は、光透
過領域が位置し、外部ボックスの下部側に、位相偏移領
域が位置することを特徴とする。
【０００８】請求項４記載の発明に係るオーバレーマー
クは、位相偏移領域の位相偏移が４５゜から１３５°の
範囲であることを特徴とする。
【０００９】請求項５記載の発明に係るオーバレーマー
クは、位相偏移領域の位相偏移が９０°であることを特
徴とする。
【００１０】請求項６記載の発明に係るオーバレーマー
クは、反透過領域の光透過率が３０％から５０％である
ことを特徴とする。
【００１１】請求項７記載の発明に係るオーバレーマー
クは、反透過領域の光透過率が４０％であることを特徴
とする。
【００１２】請求項８記載の発明に係るオーバレーマー
クは、オーバレーマークが形成される感光膜がポジティ
ブ感光膜またはネガティブ感光膜であることを特徴とす
る。
【００１３】請求項９記載の発明に係るオーバレーマー
クは、オーバレーマークの形成のために照射される光
が、Ｇ−ライン、ｉ−ライン、及びＤＵＶ−ラインの波
長を有するビームから選択されることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形
態における露光エネルギーとフォーカスとを同時に測定
するためのオーバレーマークが備えられたマスクを示す
平面図である。図１を参照すると、オーバレーマークは
マスク上の所定領域に位置し、内部ボックスと外部ボッ
クスとを含んでおり、位置によって光遮断パターン１、
透過度が４０％程度の半透過性パターン２、９０°位相
偏移(Phase shift) 領域３及び、光透過領域４とを含
む。
【００１５】光遮断パターン１は一般的にクロームから
なり、９０°位相偏移領域３及び光透過領域４は石英基
板からなる。
【００１６】露光エネルギーとフォーカスを同時に測定
するために、オーバレーマークの内部ボックスと外部ボ
ックスの左側部分と右側部分は非対称構造に配列される
が、図１に示されたオーバレーマークで、外部ボックス
の左側には、左側から右側方向に光透過領域４、光遮断
パターン１、反透過パターン２及び、９０°位相偏移領
域３が位置し、外部ボックスの右側は、左側から右側方
向に９０°位相偏移領域３、光遮断パターン１及び、反
透過パターン２が位置する。
【００１７】また、内部ボックスの左側には、左側から
右側方向に９０°位相偏移領域３、反透過パターン２、
降雨遮断パターン１、光透過領域４が位置し、内部ボッ
クスの右側は、左側から右側方向に光透過領域４、反透
過パターン２、光遮断パターン１及び、反透過パターン
２が位置する。
【００１８】そして、前記マスクを外部ボックスと内部
ボックスとの対角線方向に切断する場合、内部ボックス
の内側の底部面に、位相偏移領域３が備えられ、内部ボ
ックスと外部ボックス間の下部面は、光透過領域４が備
えられ、外部ボックスの下部側には９０°位相偏移領域
３が備えられる。
【００１９】図２（Ａ）は、図１のＩ−Ｉ線に沿って切
断した断面図で、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のマスクを利
用してポジティブレジストに露光工程を実施するときの
マスクによって焦点面(FocalPlane)に生成される光の強
さの分布を示した、エアリアルイメージ(Aerial Image)
を示す。
【００２０】図２（Ａ）を参照すると、石英基板は、一
側が位相が変化しない部分で、他側の位相が９０°程度
に変化する部分であって、クロームパターン１は、前記
部分の下面の縁部に形成される。
【００２１】前記マスクを利用して露光する場合におい
て、エアリアル(Aerial)イメージは図２（Ｂ）に示すよ
うに現れる。
【００２２】図２（Ｂ）において実線は、Ｚｅｒｏディ
フォーカス(Defocus) を示し、点線は（＋）ディフォー
カスと（−）ディフォーカスをそれぞれ示す。Ｚｅｒｏ
ディフォーカスは、プロジェックションレンズから感光
膜に照射された光の焦点面(Focal Plane) が、感光膜と
同一面上にある場合に発生し、（＋）ディフォーカスは
パターン形成のための感光膜が光の集中点より上部に位
置する場合に、（−）ディフォーカスはパターン形成の
ための感光膜が光の集中点より下部に位置する場合に発
生するようになる。
【００２３】Ｚｅｒｏディフォーカスの場合、光が１０
０％透過される光透過領域３、４の下部には光の強さが
高い反面、光遮断パターン１と、前記光遮断パターンに
隣接した９０°位相偏移領域の所定部分には、光の強さ
がほぼ０として現れる。
【００２４】（＋）ディフォーカスや（−）ディフォー
カスの場合、光の強さが０に現れる位置は、Ｚｅｒｏデ
ィフォーカスに比して、右側、または左側に偏移され
る。
【００２５】図３（Ａ）は、図１のマスクをＩＩ−ＩＩ
線に沿って切断した断面図であり、図３（Ｂ）は図３
（Ａ）のパターンで現れるエアリアルイメージを図示し
たものである。
【００２６】図３（Ａ）を参照すると、石英基板の下部
面に位置する狭い光遮断パターン１のすぐ隣には、透過
度が約４０％程度の反透過パターン２の狭い線が付いて
いる。リソグラフィ工程を使用して形成するパターンが
ラインまたはスペースパターンの場合、レジストの露光
エネルギーは分岐エネルギー(Threshold Energy、Eth）
に比して、約２−３倍程度とならなければならない。こ
こにおいて、分岐エネルギーはレジスト現像液によって
完全に除去されるために要求される、最小限の光エネル
ギーである。
【００２７】これを勘案するとき、前記反透過パターン
２を透過した４０％程度の透過エネルギーはＥｔｈ近所
値で、このエネルギーだけでもレジストが現像工程で全
部除去される場合もあり、また全部除去されない場合も
ある。すなわち、この付近で露光エネルギーの小さな変
化が、レジストパターンの大きさにすぐ影響を及ぼすよ
うになるので、本実施の形態のオーバレーマークに備え
られた反透過パターンは、露光エネルギーの微細な変化
を感知することができる基板となる。
【００２８】前記実施の形態で適用された位相偏移領域
は９０°の場合を例としたが、位相偏移領域は４５°乃
至１３５°まで位相偏移されるようにすることができ
る。また、前記反透過パターンは、光透過率も３０％か
ら５０％であるものを使用することが出来る。併せて、
前記露光マスクを利用して露光するレジストとしては、
ポジティブまたはネガティブレジストを利用することが
出来、前記露光マスクを利用する露光装備は、Ｇ−ライ
ン、ｉ−ラインまたはＤＵＶ(Deep Ultra violet) 波長
を利用することができる。
【００２９】更に図１を参照すると、本実施の形態のオ
ーバレーマークは、ｘ軸に露光エネルギーの変化を測定
し、ｙ軸方向にフォーカス変化を測定するためのもので
ある。図１のオーバレーマークを有するマスクを通じて
感光膜が露光されると、前記感光部にはマスクのオーバ
レーマークが転写される。
【００３０】前記感光膜に形成されたオーバレーマーク
は、Ｚｅｒｏディフォーカスと適正エネルギーの条件で
マスクのオーバレーマークと同一に現れ、ディフォーカ
スや露光エネルギーが適切でない条件では、マスクのオ
ーバレーマークと異なって現れる。ｘ軸方向から見る
と、露光エネルギーが増加する時、左側の外部ボックス
と内部ボックスとの間が、９０°位相偏移領域側に移動
し、ｙ軸方向から見ると、下側の外部ボックスと内部ボ
ックス間の距離は、増加するようになる。これによっ
て、中心が下側に移動した結果が得られる。
【００３１】以上説明したように、図１のオーバレーオ
フセット(OverayOffset)を測定して、ｘ軸データから露
光エネルギーの変化を、そしてｙ軸データからフォーカ
スの変化を測定できるようになる。
【００３２】他の実施の形態としては、特定なバンドル
(bundle)で進行されたウェーハ等で、臨界寸法(Critica
lDimension：ＣＤ） と、前記のオーバレーマークによ
るオーバレーデータを訂正させることによって、残余ウ
ェーハに対するアウトゴーイングインスペックション
を、単純なオーバレー測定に代えることができる。ま
た、前記オーバレーマークを、露光装備の照明均一度(I
lumination uniformity)とフォーカス均一度(Focus uni
formity)とを測定するのに利用することができる。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
半導体リソグラフィ工程において、履行エネルギー及び
フォーカス等の工程変数等が、ウェーハ内またはフィー
ルド内で、そしてバンドル(bundle)内で均一に適用され
たかを容易に測定することによって、工程進行の信頼性
を向上させ、さらに生産性の向上も期待でき、装備の管
理側面へ応用する場合にも効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態において、露光エネルギ
ーとフォーカスとを同時に測定するためのオーバレーマ
ークが備えられたマスクを示した平面図である。
【図２】（Ａ）（Ｂ）は、本発明の一実施の形態におい
て、フォーカスの変化がパターンの移動に現れるように
なる原理を示す説明図である。
【図３】（Ａ）（Ｂ）は、本発明の一実施の形態におい
て、露光エネルギーの変化がオーバレーマークの位置偏
移で測定される原理を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 遮光パターン ２ 透過性パターン ３ 位相偏移領域 ４ 透過領域

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 露光エネルギーとフォーカスを同時に測
    定するための内部ボックスと外部ボックスとを含んでお
    り、露光エネルギーとフォーカスの変化が、Ｘ軸とＹ軸
    で、前記内部ボックスと前記外部ボックス間の位置偏移
    に表示され、前記位置偏移が現れるＸ軸は露光エネルギ
    ーを、Ｙ軸はフォーカスをそれぞれ表示することを特徴
    とするオーバレーマーク。
  2. 【請求項２】 前記オーバレーマークの内部ボックスと
    外部ボックスとは、Ｘ続とＹ軸に対して非対称構造であ
    ることを特徴とする請求項１記載のオーバレーマーク。
  3. 【請求項３】 前記オーバレーマークのｘ軸の並列は、
    左側から中心までは外部ボックスの光遮断領域、反透過
    領域、位相偏移領域、内部ボックスの光遮断領域の順に
    配置され、中心から右側までは位相偏移のない光透過領
    域、反透過領域、内部ボックスの光遮断領域、位相偏移
    領域、外部ボックスの光遮断領域、反透過領域の順に配
    置され、前記外部ボックスと内部ボックスとを対角線に
    ４等分した状態で、内部ボックスの内側の底部面に位相
    偏移領域が位置し、内部ボックスと外部ボックス間の下
    部面は、光透過領域が位置し、外部ボックスの下部側
    に、位相偏移領域が位置することを特徴とする請求項１
    記載のオーバレーマーク。
  4. 【請求項４】 前記位相偏移領域の位相偏移は、４５゜
    から１３５°の範囲であることを特徴とする請求項３記
    載のオーバレーマーク。
  5. 【請求項５】 前記位相偏移領域の位相偏移は９０°で
    あることを特徴とする請求項４記載のオーバレーマー
    ク。
  6. 【請求項６】 前記反透過領域の光透過率は、３０％か
    ら５０％であることを特徴とする請求項３記載のオーバ
    レーマーク。
  7. 【請求項７】 前記反透過領域の光透過率は、４０％で
    あることを特徴とする請求項６記載のオーバレーマー
    ク。
  8. 【請求項８】 前記オーバレーマークが形成される感光
    膜は、ポジティブ感光膜またはネガティブ感光膜である
    ことを特徴とする請求項１記載のオーバレーマーク。
  9. 【請求項９】 前記オーバレーマークの形成のために照
    射される光は、Ｇ−ライン、ｉ−ライン、及びＤＵＶ−
    ラインの波長を有するビームから選択されることを特徴
    とする請求項１記載のオーバレーマーク。
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