JPH11325870A - Focus position measurement method - Google Patents

Focus position measurement method

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JPH11325870A
JPH11325870A JP10128528A JP12852898A JPH11325870A JP H11325870 A JPH11325870 A JP H11325870A JP 10128528 A JP10128528 A JP 10128528A JP 12852898 A JP12852898 A JP 12852898A JP H11325870 A JPH11325870 A JP H11325870A
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JP
Japan
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pattern
latent image
best focus
focal position
focus position
Prior art date
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Pending
Application number
JP10128528A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Taichi Koizumi
太一 小泉
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electronics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electronics Corp filed Critical Matsushita Electronics Corp
Priority to JP10128528A priority Critical patent/JPH11325870A/en
Publication of JPH11325870A publication Critical patent/JPH11325870A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length-Measuring Devices Using Wave Or Particle Radiation (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a focus position measurement method capable of eliminating the restriction of measuring a pattern after development or the like, eliminating the waste of time of graphing a length measured result or the like, and reducing dimension dispersion or the like between respective wafers or between lots. SOLUTION: The pattern P3 of a latent image capable of obtaining a best exposure condition is secured as a data base beforehand, the patterns P1 ', P2 ',... obtained by changing the focus position of respective devices or wafers and performing exposure are pattern-collated with the pattern P3 of the data base, and the focus position f2 ' corresponding to the latent image pattern P2 ' in the case that both patterns match is set as a best focus.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子等の製
造工程、特にリソグラフィ工程で、露光エネルギー源と
して、波長450nm以下の紫外線、X線、荷電ビームを
用いてパターン露光を行う場合の焦点位置の計測方法に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a focus position for performing pattern exposure in a manufacturing process of a semiconductor device or the like, particularly in a lithography process, by using ultraviolet light having a wavelength of 450 nm or less, X-rays, or a charged beam as an exposure energy source. It relates to a measuring method of the above.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体素子の微細化はますます進
み、開発レベルでは設計ルールが0.25〜0.18μm
になっている。そのため、従来に比べてパターン寸法の
スペックはより厳しくなってきている。
2. Description of the Related Art In recent years, the miniaturization of semiconductor elements has been further advanced, and the design rule at the development level is 0.25 to 0.18 μm.
It has become. For this reason, the specifications of the pattern dimensions are becoming stricter than in the past.

【0003】パターン寸法のばらつきの大きな要因の一
つとして、露光装置のドリフトの影響や、基板状態のば
らつきや変化によって生じる焦点ぼけがある。
[0003] One of the major factors of the pattern size variation is the influence of the drift of the exposure apparatus, and the defocus caused by the variation or change of the substrate state.

【0004】このような焦点ぼけを無くすために、従
来、次のような対策を講じている。
Conventionally, the following measures have been taken to eliminate such defocus.

【0005】まず、露光装置について基準となる最良の
焦点位置(以下、基準ベストフォーカスと称する)を決定
するために、実基板ではなくてベアSi基板のようなフ
ラットな基板の上にレジスト膜を形成した試料を用い
て、故意に焦点位置を順次ずらしながら選択的にレジス
ト膜の露光を行い、現像後のパターンを測長SEMを用
いたり、あるいは、最近では露光装置のステージに設け
られているレーザ干渉計を用いて、パターンの寸法や形
状を測定する。
First, a resist film is formed on a flat substrate, such as a bare Si substrate, instead of an actual substrate, in order to determine a reference best focus position (hereinafter, referred to as a reference best focus) for an exposure apparatus. Using the formed sample, the resist film is selectively exposed while deliberately shifting the focal position, and the pattern after development is measured by using a length-measuring SEM or, more recently, provided on a stage of an exposure apparatus. The dimensions and shape of the pattern are measured using a laser interferometer.

【0006】そして、各々の測定値と所望値との差が最
小となる焦点位置をもって基準ベストフォーカスとして
決定している。
[0006] Then, the focus position at which the difference between each measured value and the desired value is minimized is determined as the reference best focus.

【0007】なお、この基準ベストフォーカスの設定
は、日常の管理項目として日々測定、管理されている。
The setting of the reference best focus is measured and managed daily as a daily management item.

【0008】一方、半導体素子では、通常、リソグラフ
ィにより基板上に各層を形成するので、上記の基準ベス
トフォーカスの設定だけでは不十分であり、各層ごとの
最適の焦点位置(以下、これを各層ベストフォーカスと
称する)を決定する必要がある。
On the other hand, in a semiconductor device, since each layer is usually formed on a substrate by lithography, the above-described setting of the reference best focus is not sufficient, and the optimum focus position for each layer (hereinafter referred to as the best focus position for each layer). Focus).

【0009】そのために、従来は、まず、基準ベストフ
ォーカスから順次焦点位置が外れるように、基板上に厚
さの異なる層をそれぞれ形成した試料を作成し、これら
の試料を用いて、レジスト膜の露光を行い、現像後のパ
ターンの寸法や形状を測定して、各層ベストフォーカス
を求める。
[0009] For this purpose, conventionally, first, samples in which layers having different thicknesses are formed on a substrate so as to sequentially deviate from the reference best focus are prepared, and these samples are used to form a resist film. Exposure is performed, and the dimensions and shape of the developed pattern are measured to determine the best focus for each layer.

【0010】次に、それらの各層ベストフォーカスと基
準ベストフォーカスとのズレ量を算出し、これらのズレ
量を基準ベストフォーカスに対するオフセット量として
設定している。
Next, the amount of deviation between the best focus of each layer and the reference best focus is calculated, and these deviations are set as offset amounts with respect to the reference best focus.

【0011】なお、この各層ベストフォーカスの測定
は、製品のスループット低下を抑制するために、開発段
階や工場導入立ち上げ時にのみ行われており、特別なト
ラブルがない限りは、ロットごと、あるいはウエハごと
にオフセット量の確認や見直しを行なっていないのが現
状である。
Note that the measurement of the best focus of each layer is performed only at the development stage or at the time of starting up the introduction of the factory in order to suppress a decrease in the throughput of the product. At present, the offset amount is not confirmed or reviewed for each case.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような方法では、次の問題がある。
However, the above method has the following problems.

【0013】(1) まず、基準ベストフォーカスの設定
においては、現像後のパターンを測定しているために、
現像液の消費やその他の装置のダウンタイムが長くなっ
たりする。
(1) First, in setting the reference best focus, since the pattern after development is measured,
The consumption of the developing solution and the downtime of other devices become longer.

【0014】しかも、従来の測長SEMを用いた場合、
測長結果をプロットしてグラフ化するための時間が必要
であり、そのデータ処理の時間を浪費することになる。
また、レーザ干渉計を用いる方法では、半導体基板上に
形成すべき測定パターンが予め決まったパターンのもの
でないと、正確なパターン寸法や形状を測定することが
できず、測定パターンに制約がある。
In addition, when a conventional length measuring SEM is used,
Time is required for plotting and graphing the length measurement result, and the data processing time is wasted.
In the method using a laser interferometer, unless the measurement pattern to be formed on the semiconductor substrate is a predetermined pattern, accurate pattern dimensions and shapes cannot be measured, and the measurement pattern is limited.

【0015】(2) 各層ベストフォーカスを決めるオフ
セット量については、従来、ロットごと、あるいはウエ
ハごとにオフセット量の確認や見直しを行っていないの
で、製造途中でトラブル(露光装置や基板状態の異常)が
発生したことに伴って、オフセット量が変化した場合で
も、その変化を検出することができず、結果としてパタ
ーン異常となり、ロット全数を再生する必要が生じるな
どして、歩留まりを低下させている。
(2) As for the offset amount for determining the best focus of each layer, since the offset amount has not been confirmed or reviewed for each lot or each wafer, a trouble occurs during the manufacturing process (an abnormality in the exposure apparatus or the substrate state). Even if the offset amount changes due to the occurrence of the error, the change cannot be detected, and as a result, the pattern becomes abnormal, and it becomes necessary to reproduce the entire lot, thereby lowering the yield. .

【0016】本発明は、上記の問題点に鑑み、現像後に
パターンを測定するといった制約をなくすことができ、
また、測長結果をグラフ化するなどの時間の浪費をなす
ことができ、さらには、各ウエハ間、あるいはロット間
の寸法ばらつき等を低減できる方法を提供することを課
題とする。
In view of the above problems, the present invention can eliminate the restriction of measuring a pattern after development,
Another object of the present invention is to provide a method capable of wasting time such as graphing a measurement result and reducing a dimensional variation between wafers or lots.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、パタ
ーンの潜像表面のみからの情報を高精度に得ること、お
よび、近年目覚ましい発展を遂げているパターン(信号
や画像も含む)認識技術に新たに着目してなされたもの
で、潜像形状の高精度な計測情報や、現像後のパターン
の高解像度な観察情報、およびそれら情報から得られた
各焦点位置での特徴をパターン認識することによって実
現するようにしたものである。
Accordingly, the present invention provides a technique for obtaining information from only the surface of a latent image of a pattern with high accuracy and a technique for recognizing a pattern (including a signal and an image) which has been remarkably developed in recent years. The pattern recognition recognizes the high-precision measurement information of the latent image shape, the high-resolution observation information of the pattern after development, and the feature at each focal position obtained from the information. This is achieved by doing so.

【0018】すなわち、請求項1記載に係る焦点位置計
測方法では、各装置またはウエハの焦点位置を変えて露
光して得られる潜像のパターンをデータベースとして予
め確保しておき、別途、露光して得られた潜像のパター
ンを前記データベースとパターン照合し、両パターンが
一致した場合に、前記データベースの焦点位置を前記別
途露光して得られたパターンの焦点位置として設定する
ことを特徴としている。
In other words, in the focus position measuring method according to the first aspect, a latent image pattern obtained by changing the focal position of each device or wafer and exposing is previously secured as a database, and separately exposed and exposed. The obtained latent image pattern is subjected to pattern matching with the database, and when both patterns match, the focal position of the database is set as the focal position of the pattern obtained by the separate exposure.

【0019】この方法では、現像後にパターンを測定す
るといった制約をなくすことができ、従来よりもダウン
タイムを短くできる。
In this method, the restriction of measuring the pattern after development can be eliminated, and the downtime can be reduced as compared with the conventional method.

【0020】また、請求項3記載に係る焦点位置計測方
法では、各装置またはウエハの焦点位置を変えて露光し
て得られる現像後のパターンをデータベースとして予め
確保しておき、別途、露光・現像して得られた現像パタ
ーンを前記データベースとパターン照合し、両パターン
が一致した場合に、前記データベースの焦点位置を前記
別途露光・現像して得られたパターンの焦点位置として
設定することを特徴としている。
Further, in the focus position measuring method according to the third aspect, a pattern after development obtained by changing the focal position of each device or wafer is previously secured as a database, and separately exposed and developed. The developed pattern obtained by performing pattern matching with the database, and when the two patterns match, the focal position of the database is set as the focal position of the pattern obtained by separately exposing and developing, I have.

【0021】この方法では、現像後にパターンを照合す
ることになるものの、測長結果をグラフ化するなどの時
間の浪費をなすことができ、従来よりもダウンタイムを
短くできる。
According to this method, the pattern is collated after development, but time can be wasted such as graphing the length measurement result, and downtime can be reduced as compared with the conventional method.

【0022】この焦点位置計測方法は、各ロットごと、
あるいはウエハごとに適用することができるため、ロッ
ト先頭のウエハごとに焦点位置計測方法を用いれば、そ
の層におけるベストフォーカスからのズレ量をオフセッ
ト量として、以降のウエハの露光時にフィードバックで
き、結果としてオフセット量の変化によるロット間寸法
や形状のばらつきを大幅に低減することができる。
This focus position measuring method is performed for each lot,
Alternatively, since it can be applied to each wafer, if the focus position measurement method is used for each wafer at the beginning of the lot, the amount of deviation from the best focus in that layer can be used as an offset amount and fed back during subsequent wafer exposure, and as a result Variations in lot-to-lot dimensions and shapes due to changes in the offset amount can be significantly reduced.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態に係る焦
点位置計測方法について説明する。なお、ここでは、基
準ベストフォーカスの計測方法について説明するが、後
述のように、本発明を適用すれば、各層ベストフォーカ
ス設定も各ロットごと、あるいはウエハごとに同様に行
うことができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a focus position measuring method according to an embodiment of the present invention will be described. Here, the method of measuring the reference best focus will be described. However, as will be described later, the best focus setting for each layer can be similarly performed for each lot or each wafer by applying the present invention.

【0024】(実施形態1)まず、基準ベストフォーカス
決定の基準となる潜像パターンのデータを収集するため
に、半導体基板上にレジスト膜を形成した試料を準備
し、次に、ある露光装置Aを用いて、この試料について
焦点位置を順次ずらしながら選択的にレジスト膜を露光
した後、熱処理(以下、PEBと称する)を行う。
(Embodiment 1) First, a sample having a resist film formed on a semiconductor substrate is prepared in order to collect data of a latent image pattern serving as a reference for determining a reference best focus. After selectively exposing the resist film to the sample while sequentially shifting the focal position, a heat treatment (hereinafter referred to as PEB) is performed.

【0025】次いで、レジスト表面に形成された潜像を
原子間力顕微鏡(以下、AFMと称する)で計測し、図1
(a)に示すように、各焦点位置f1,f2,…ごとの潜像パ
ターンP1,P2,…のデータを収集する。このAFMで
は、潜像の表面形状を3次元的にnmオーダーで計測でき
るため、その凹凸の深さや傾斜角度等の情報を高精度に
得ることができる。
Next, the latent image formed on the resist surface was measured with an atomic force microscope (hereinafter, referred to as AFM), and FIG.
As shown in (a), data of latent image patterns P 1 , P 2 ,... for each focal position f 1 , f 2 ,. In this AFM, since the surface shape of a latent image can be measured three-dimensionally on the order of nm, information such as the depth and inclination angle of the unevenness can be obtained with high accuracy.

【0026】引き続いて、各露光後の試料を現像してパ
ターン形状や寸法を測定し、その測定値と所望値との差
が最小となる焦点位置をもって基準ベストフォーカスと
する。そして、この基準ベストフォーカスが得られる場
合の潜像パターン(形状信号波形)のデータをデータベー
スとして登録しておく。たとえば、図1(a)において、
基準ベストフォーカスがf3であれば、これに対応する潜
像パターンはP3となるので、この潜像パターンP3のデ
ータが最適露光条件を与えるため、データベースとして
コンピュータに登録する。
Subsequently, the sample after each exposure is developed to measure the pattern shape and dimensions, and the focus position at which the difference between the measured value and the desired value is minimized is set as the reference best focus. Then, data of the latent image pattern (shape signal waveform) when the reference best focus is obtained is registered as a database. For example, in FIG.
If the reference best focus f 3, since the latent image pattern P 3 corresponding thereto, the data of the latent image pattern P 3 gives the optimum exposure conditions, registered in the computer as a database.

【0027】次に、前記とは異なった露光装置Bにおけ
る基準ベストフォーカスを設定するには、別の半導体基
板上にレジスト膜を形成した試料について、焦点位置を
順次ずらしながら選択的にレジスト膜を露光してPEB
を行った後、AFMを用いて潜像を計測し、図1(b)に
示すように、各焦点位置f1',f2',…ごとの潜像パター
ンP1',P2',…のデータを収集する。
Next, in order to set a reference best focus in the exposure apparatus B different from the above, for a sample having a resist film formed on another semiconductor substrate, the resist film is selectively shifted while sequentially shifting the focal position. Exposure to PEB
After the latent image was measured using the AFM, as shown in FIG. 1 (b), the focal position f 1 ', f 2', the latent image pattern P 1 for each ... ', P 2', Collect data for ...

【0028】次に、この計測データP1',P2',…をコ
ンピュータに予めデータベースとして登録しておいた潜
像パターン(ここでは、図1(a)のP3のデータ)と照合す
る。
Next, the measurement data P 1 ′, P 2 ′,... Are compared with a latent image pattern (here, data P 3 in FIG. 1A) registered in a computer as a database in advance. .

【0029】そして、たとえば、図1(b)におけるP2'
の潜像パターンが、データベースの潜像パターンP3
一致すれば、その一致した潜像パターンP2'に対応する
焦点位置f2'を、今回使用した露光装置Bにおける基準
ベストフォーカスf2'として決定する。
Then, for example, P 2 ′ in FIG.
Is the same as the latent image pattern P 3 in the database, the focal position f 2 ′ corresponding to the matched latent image pattern P 2 ′ is set to the reference best focus f 2 ′ in the exposure apparatus B used this time. To be determined.

【0030】このようにすれば、露光装置A,B,…が
温度ドリフト等の影響により、その基準ベストフォーカ
スが経時的に変化した場合でも、予め登録されているデ
ータベースを基準としてパターン照合を行うことで、短
時間の内に基準ベストフォーカスを最適なものに調整す
ることができる。
In this way, even when the exposure apparatus A, B,... Has its reference best focus changed over time due to the influence of temperature drift or the like, pattern matching is performed with reference to a pre-registered database. Thus, the reference best focus can be adjusted to an optimum one in a short time.

【0031】なお、上記の実施形態1では、基準ベスト
フォーカスの設定について説明したが、各層ベストフォ
ーカスの設定についても、同様に行うことができる。
Although the setting of the reference best focus has been described in the first embodiment, the setting of the best focus of each layer can be similarly performed.

【0032】すなわち、予め各層において、ベストフォ
ーカスを含んだ各焦点位置で得られる各層ごとの潜像パ
ターンをデータベースとして登録しておき、たとえば、
各ロットごとに、ロット先頭のウエハについて各層で得
られる潜像パターンをデータベースと照合するようにす
れば、各層ごとに基準ベストフォーカスからのズレ量を
オフセット量として求めることができ、以降のウエハの
露光時にそのデータをフィードバックすることが可能と
なる。
That is, in each layer, a latent image pattern for each layer obtained at each focal position including the best focus is registered in advance as a database.
If the latent image pattern obtained for each layer for the first wafer in each lot is compared with the database for each lot, the amount of deviation from the reference best focus for each layer can be obtained as an offset amount, and the subsequent wafers can be obtained. The data can be fed back during exposure.

【0033】このため、各ウエハごと、あるいはロット
ごとにオフセット量の確認や見直しを行えるため、結果
として、製造途中でのオフセット量の変化によるロット
間のパターンのばらつき等を大幅に低減することができ
る。
For this reason, the offset amount can be confirmed and reviewed for each wafer or for each lot. As a result, variation in pattern between lots due to a change in the offset amount during manufacturing can be greatly reduced. it can.

【0034】(実施形態2)まず、基準ベストフォーカス
決定の基準となる露光パターンのデータを収集するため
に、半導体基板上にレジスト膜を形成した試料を準備
し、次に、ある露光装置Aを用いて、この試料について
焦点位置を順次ずらしながら選択的にレジスト膜を露光
した後、PEBを行い、さらに、引き続いて、現像を行
う。
(Embodiment 2) First, a sample having a resist film formed on a semiconductor substrate is prepared in order to collect data of an exposure pattern serving as a reference for determining a reference best focus. After selectively exposing the resist film to the sample while sequentially shifting the focal position, PEB is performed, and subsequently, development is performed.

【0035】次いで、現像後の試料のパターン形状を測
長SEMを用いて計測し、図1(a)に示すように、各焦
点位置f1,f2,…ごとの潜像パターンP1,P2,…のデ
ータを収集する。
[0035] Then, the pattern shape of the sample after development was measured using a length measuring SEM, as shown in FIG. 1 (a), the focal position f 1, f 2, each of the ... latent image pattern P 1, Collect data of P 2 , ...

【0036】引き続いて、現像後の試料についてパター
ン形状や寸法を測定し、その測定値と所望値との差が最
小となる焦点位置をもって基準ベストフォーカスとして
決定する。たとえば、図1(a)において、現在の露光装
置Aにおける基準ベストフォーカスがf1であれば、これ
に対応する現像パターンはP1となるので、この現像パ
ターンP1のデータが最適露光条件を与えるため、デー
タベースとしてコンピュータに登録する。
Subsequently, the pattern shape and dimensions of the developed sample are measured, and the focus position at which the difference between the measured value and the desired value is minimized is determined as the reference best focus. For example, in FIG. 1 (a), if the reference best focus is at f 1 in the current exposure apparatus A, the developed pattern because the P 1 corresponding thereto, the data of the developed pattern P 1 is the optimum exposure conditions To give it, register it in the computer as a database.

【0037】次に、前記とは異なった露光装置Bにおけ
る基準ベストフォーカスを設定するには、別の半導体基
板上にレジスト膜を形成した試料について、焦点位置を
順次ずらしながら選択的にレジスト膜を露光した後、P
EBを行った後、さらに試料を現像する。
Next, in order to set a reference best focus in the exposure apparatus B different from the above, for a sample having a resist film formed on another semiconductor substrate, the resist film is selectively shifted while sequentially shifting the focal position. After exposure, P
After performing the EB, the sample is further developed.

【0038】そして、この現像後の試料について、測長
SEMを用いて図1(b)に示すように、各焦点位置f1',
f2',…ごとの現像パターンP1',P2',…のデータを
収集する。
Then, as shown in FIG. 1 (b), each of the focal positions f 1 ′,
f 2 ', ... each of the developed pattern P 1', P 2 ', to collect ... data.

【0039】次に、この計測データP1',P2',…をコ
ンピュータに予めデータベースとして登録しておいた現
像パターン(ここでは、図1(a)のP1のデータ)と照合す
る。
Next, the measurement data P 1 ′, P 2 ′,... Are compared with a development pattern (here, data P 1 in FIG. 1A) registered in a computer as a database in advance.

【0040】そして、たとえば、図1(b)におけるP4'
の現像パターンが、データベースの現像パターンP1
一致すれば、その一致した現像パターンP4'に対応する
焦点位置f4'を、今回使用した露光装置Bにおける基準
ベストフォーカスf4'として決定する。
Then, for example, P 4 ′ in FIG.
Developing the pattern, if consistent with the development pattern P 1 in the database, a 'focus position f 4 corresponding to' the matched developed pattern P 4, is determined as a reference best focus f 4 'in the exposure apparatus B used this time .

【0041】このようにすれば、露光装置A,B,…が
温度ドリフト等の影響により、その基準ベストフォーカ
スが経時的に変化した場合でも、予め登録されているデ
ータベースを基準としてパターン照合を行うことで、短
時間の内に基準ベストフォーカスを最適なものに調整す
ることができる。
In this way, even when the exposure apparatus A, B,... Has its reference best focus changed over time due to the influence of temperature drift or the like, pattern matching is performed with reference to a pre-registered database. Thus, the reference best focus can be adjusted to an optimum one in a short time.

【0042】なお、上記の実施形態2では、基準ベスト
フォーカスの設定について説明したが、実施形態1の場
合と同様に、各層ベストフォーカスの設定についても、
同様に行うことができる。
Although the setting of the reference best focus has been described in the second embodiment, the setting of the best focus of each layer can be performed similarly to the case of the first embodiment.
The same can be done.

【0043】このため、各ウエハごと、あるいはロット
ごとにオフセット量の確認や見直しを行えるため、結果
として、製造途中でのオフセット量の変化によるロット
間のパターンのばらつき等を大幅に低減することができ
る。
For this reason, the offset amount can be confirmed and reviewed for each wafer or for each lot. As a result, variation in pattern between lots due to a change in the offset amount during manufacturing can be greatly reduced. it can.

【0044】[0044]

【実施例】次に、上記の実施形態1,2に対応する実施
例について説明する。
Next, an example corresponding to the first and second embodiments will be described.

【0045】(実施例1)実施形態1に対応する焦点位置
計測方法の具体例について、以下、図2を用いて説明す
る。
(Example 1) A specific example of the focus position measuring method corresponding to the first embodiment will be described below with reference to FIG.

【0046】まず、潜像パターン情報と現像後から求め
られる焦点位置との相関関係を求めておくため、以下の
実験を行った。
First, the following experiment was conducted to determine the correlation between the latent image pattern information and the focal position obtained after development.

【0047】最初に、焦点位置と潜像パターンとの相関
関係を求めるため、シリコン基板上にKrFエキシマレ
ーザ用レジストを0.73μm厚で形成し、KrFエキシ
マレーザステッパーを用いて20mJ/cm2の露光エネル
ギ、−1.0〜+1.0μm、ステップ0.1μmの焦点位
置で露光を行った。
First, in order to determine the correlation between the focal position and the latent image pattern, a KrF excimer laser resist is formed to a thickness of 0.73 μm on a silicon substrate, and a resist of 20 mJ / cm 2 is formed using a KrF excimer laser stepper. Exposure was performed at a focus position of exposure energy of -1.0 to +1.0 µm and a step of 0.1 µm.

【0048】その後、105度で90秒間の熱処理を
し、レジスト表面に形成された0.25μmL/Sパター
ンの潜像パターンをAFMを用いて計測した。
Thereafter, a heat treatment was performed at 105 ° C. for 90 seconds, and a 0.25 μm L / S pattern latent image pattern formed on the resist surface was measured using an AFM.

【0049】図2(a)〜(c)は、それぞれ焦点位置−0.
5、−0.1、+0.3μmにおけるAFMによる断面形
状の概要図を示すものである。
FIGS. 2 (a) to 2 (c) each show a focal position of -0.1.
FIG. 5 is a schematic view showing a cross-sectional shape by AFM at 5, -0.1, and +0.3 μm.

【0050】次に、この基板を現像液NMDー3で60
秒間だけ現像する。こうして形成された0.25μmL/
Sレジストパターンの寸法測長と形状観察を測長SEM
で行った。
Next, this substrate was washed with a developing solution NMD-3 for 60 minutes.
Develop for only seconds. 0.25 μL /
SEM for dimension measurement and shape observation of S resist pattern
I went in.

【0051】その結果、このときの基準ベストフォーカ
スは−0.1μmであった。これの各焦点位置における潜
像パターンのデータをコンピュータにインプットし、パ
ターン認識(マッチング)できるようプログラムを組ん
だ。
As a result, the reference best focus at this time was -0.1 μm. The data of the latent image pattern at each focal position was input to a computer, and a program was designed to perform pattern recognition (matching).

【0052】次に、別な露光装置を用いて同様の露光条
件で別のシリコン基板を露光した。
Next, another silicon substrate was exposed using another exposure apparatus under the same exposure conditions.

【0053】PEB後、潜像を測定してパターンマッチ
ングを行った結果、ベストフォーカスは+0.2μmであ
った。
After PEB, the latent image was measured and subjected to pattern matching. As a result, the best focus was +0.2 μm.

【0054】そのウエハを同様の現像条件で現像し、寸
法測長と形状観察を行った結果、ベストフォーカスは+
0.2μmであった。
The wafer was developed under the same developing conditions, and the dimensions were measured and the shape was observed.
It was 0.2 μm.

【0055】以上のように、この実施例1によれば、潜
像の表面パターンのみをAFMで高精度に計測してパタ
ーン照合を行うことにより、基準ベストフォーカスを求
めることができる。その結果として、現像液や装置のダ
ウンタイムを低減することができる。
As described above, according to the first embodiment, the reference best focus can be obtained by performing pattern matching by measuring only the surface pattern of the latent image with high accuracy using the AFM. As a result, downtime of the developer and the apparatus can be reduced.

【0056】次に、この実施例1の焦点位置計測方法を
ウエハ毎に適用し、その結果を次のウエハにフィードバ
ックする実験を行った。
Next, an experiment was conducted in which the focus position measuring method of the first embodiment was applied to each wafer, and the result was fed back to the next wafer.

【0057】まず、使用したレジストは、先程と同じ
で、0.73μmの膜厚、露光条件は20mJ/cm2の露光
エネルギーで行った。露光装置は、故意にレンズコント
ローラを切った状態で行った。
First, the resist used was the same as before, with a film thickness of 0.73 μm and exposure conditions of 20 mJ / cm 2 . The exposure was performed with the lens controller turned off intentionally.

【0058】1枚目は、そのときの基準ベストフォーカ
スが0.0μmで露光を行った。PEB後、潜像測定を行
い、パターン照合を行った結果、−0.1μmの潜像パタ
ーンと一致した。基準ベストフォーカスとして0.0μm
で露光したにもかかわらず、潜像パターンは−0.1μm
と同等の形状を示したことから、このときの基準ベスト
フォーカスは+0.1μm、つまり、基準ベストフォーカ
ス位置が+側に0.1μmずれたことになる。この結果を
2枚目にフィードバックし、焦点位置を+0.1μmで露
光を行った。潜像から得られた焦点位置は−0.1μmの
ものと同等であった。
The first sheet was exposed with the reference best focus at that time being 0.0 μm. After the PEB, the latent image was measured and the pattern was checked. As a result, the pattern coincided with the latent image pattern of -0.1 μm. 0.0 μm as the reference best focus
The latent image pattern is -0.1 μm
The reference best focus at this time is +0.1 μm, that is, the reference best focus position is shifted by 0.1 μm to the + side. The result was fed back to the second sheet, and exposure was performed at a focal position of +0.1 μm. The focal position obtained from the latent image was equivalent to that of -0.1 μm.

【0059】つまり、さらに基準ベストフォーカス位置
が+側に0.1μmずれたことになる。これを順次繰り返
して25枚露光を行った。その結果、どのウエハにおい
ても良好な寸法・形状が得られていた。
That is, the reference best focus position is further shifted by 0.1 μm to the + side. This was sequentially repeated to expose 25 sheets. As a result, good dimensions and shapes were obtained for all wafers.

【0060】以上のように、この実施例1によれば、潜
像の表面形状のみをAFMで高精度に計測してパターン
照合を行うことにより、露光工程へのフィードバックが
高精度に行え、結果としてウエハ間寸法・形状ばらつき
を極端に低減することができる。
As described above, according to the first embodiment, only the surface shape of the latent image is measured with high accuracy by the AFM and pattern matching is performed, whereby feedback to the exposure process can be performed with high accuracy. As a result, variations in dimensions and shapes between wafers can be extremely reduced.

【0061】(実施例2)実施形態2に対応する焦点位置
計測方法の具体例について、以下、図3を用いて説明す
る。
(Example 2) A specific example of the focus position measuring method corresponding to the second embodiment will be described below with reference to FIG.

【0062】まず、パターン形状と焦点位置との相関関
係を求めておくため、以下の実験を行った。最初に焦点
位置とパターン形状との相関関係をもとめるため、シリ
コン基板上にKrFエキシマレーザ用レジストを0.73
μm厚で形成し、KrFエキシマレーザステッパーを用
い20mJ/cm2の露光エネルギー、−1.0〜+1.0μ
m、ステップ0.1μmの焦点位置で露光を行った。
First, the following experiment was conducted in order to obtain the correlation between the pattern shape and the focal position. First, in order to determine the correlation between the focal position and the pattern shape, a resist for a KrF excimer laser is formed on a silicon substrate by 0.73.
μm and a thickness, KrF excimer laser stepper exposure energy 20 mJ / cm 2 using, -1.0 to + 1.0 micron
Exposure was performed at a focal point of 0.1 μm.

【0063】その後、105度、90秒で熱処理し、現
像液としてNMDー3で60秒間現像し、形成されたレ
ジストパターンの寸法測長と形状観察を測長SEMで行
った。
Thereafter, heat treatment was carried out at 105 ° C. for 90 seconds, development was carried out with NMD-3 as a developing solution for 60 seconds, and the dimension measurement and shape observation of the formed resist pattern were carried out by length measurement SEM.

【0064】図3(a)〜(d)は、形成されたレジストパタ
ーンおよび、そのパターンをそれぞれ焦点位置−0.
5、−0.1、+0.3μmにおいて測長SEMで観察し
た断面形状の概要図を示すものである。
FIGS. 3 (a) to 3 (d) show the formed resist pattern and the pattern, respectively, at a focal position of -0.1.
It is a figure which shows the schematic of the cross-sectional shape observed by the length measurement SEM at 5, -0.1, +0.3 micrometer.

【0065】その結果、このときの基準ベストフォーカ
スは−0.1μmであった。これの各焦点位置におけるパ
ターン形状を測長SEMの画像認識システムに登録し、
ファイル名から対応するパターン形状が分かるようにし
た。
As a result, the reference best focus at this time was -0.1 μm. The pattern shape at each focus position is registered in the image recognition system of the length measurement SEM,
The corresponding pattern shape can be identified from the file name.

【0066】次に、別な露光装置を用い同様の露光条件
で別のシリコン基板を露光した。現像後、各焦点におけ
るパターンをパターンマッチングした結果、基準ベスト
フォーカスは+0.2μmであった。そのウエハを寸法測
長した結果、基準ベストフォーカスは+0.2μmであっ
た。
Next, another silicon substrate was exposed using another exposure apparatus under the same exposure conditions. After development, the pattern at each focal point was subjected to pattern matching. As a result, the reference best focus was +0.2 μm. As a result of dimension measurement of the wafer, the reference best focus was +0.2 μm.

【0067】以上のように、本実施例によれば、現像後
の高精度なパターン形状観察と測長SEMの画像認識シ
ステムによるパターンマッチングを行うことにより、基
準ベストフォーカスをもとめることができる。結果とし
て、測長結果をプロットしグラフ化するための時間を浪
費することがなくなる。
As described above, according to this embodiment, the reference best focus can be obtained by performing highly accurate pattern shape observation after development and pattern matching by the image recognition system of the length measurement SEM. As a result, no time is wasted on plotting and graphing the measurement results.

【0068】次に、焦点位置計測方法をロット先頭ウエ
ハに行い、その結果を以降のウエハにフィードバックす
る実験を行った。
Next, an experiment was conducted in which the focus position measuring method was applied to the wafer at the head of the lot and the result was fed back to subsequent wafers.

【0069】まず、使用したレジストは先程と同じで、
0.73μmの膜厚、露光条件は20mJ/cm2の露光エネ
ルギーで行った。露光装置は、画像認識データを収集し
たものとは別のものを使用した。
First, the resist used was the same as the previous one.
The exposure was performed with a film thickness of 0.73 μm and exposure energy of 20 mJ / cm 2 . The exposure apparatus used was different from the one that collected the image recognition data.

【0070】1枚目は画像認識データを収集した露光装
置の基準ベストフォーカスは0.0μmで露光を行った。
現像後、パターンマッチングを行った結果、−0.1μm
のパターン形状と一致した。つまり、露光を行った露光
装置と画像認識データを収集した露光装置の基準ベスト
フォーカス位置が+側に0.1μm異なっていたことにな
る。
On the first sheet, exposure was performed with the reference best focus of the exposure apparatus that collected the image recognition data set at 0.0 μm.
After development, the result of pattern matching was -0.1 μm
Pattern shape. That is, the reference best focus position of the exposure apparatus that has performed the exposure and the exposure apparatus that has collected the image recognition data are different by 0.1 μm to the + side.

【0071】この結果を2枚目以降にフィードバック
し、焦点位置を+0.1μmで露光を行った。その結果、
どのウエハにおいても良好な寸法・形状が得られてい
た。
The result was fed back to the second and subsequent sheets, and exposure was performed at a focal position of +0.1 μm. as a result,
Good dimensions and shapes were obtained for all wafers.

【0072】以上のように、この実施例2によれば、現
像後の高精度なパターン形状観察と、測長SEMの画像
認識システムによるパターンマッチングとを行うことに
より、露光工程へのフィードバックが高精度に行え、結
果として、ウエハ間の寸法、形状のばらつきを極端に低
減することができる。
As described above, according to the second embodiment, high-precision pattern shape observation after development and pattern matching by the image recognition system of the length-measuring SEM are performed, so that feedback to the exposure step is increased. Accuracy can be achieved, and as a result, variations in dimensions and shapes between wafers can be extremely reduced.

【0073】なお、上記の実施例1,2において、化学
増幅型レジストとしてKrFエキシマレーザ用レジスト
を用いたが、g線・i線・他のKrFエキシマレーザや、
ArFエキシマレーザ、X線、荷電粒子ビームに対応し
たレジストを用いてもよい。また、露光光もそれらのレ
ジストに相応したもので構わない。
In the first and second embodiments, a resist for a KrF excimer laser was used as the chemically amplified resist. However, g-line, i-line, other KrF excimer laser,
A resist corresponding to an ArF excimer laser, X-ray, or charged particle beam may be used. Exposure light may be appropriate for those resists.

【0074】また、この実施例1,2では、現像液とし
てNMDー3を用いたが、他の現像液でよく、また、ウ
エット現像にもこだわらずドライ現像でも構わない。さ
らに、測長機としては、パターン認識ができるものであ
れば測長機の種類に関わらずなんでも構わない。
Further, in Examples 1 and 2, NMD-3 was used as the developing solution, but other developing solutions may be used, and dry developing may be performed without being limited to wet developing. Furthermore, any length measuring machine can be used regardless of the type of the length measuring machine as long as it can perform pattern recognition.

【0075】[0075]

【発明の効果】以上のように、本発明は、次の効果を奏
する。
As described above, the present invention has the following effects.

【0076】(1) 請求項1記載の発明では、潜像の表
面形状のみをAFMで高精度に計測しパターンマッチン
グを行うことにより、現像することなくベストフォーカ
スをもとめたり、また、焦点位置を推定することがで
き、結果として現像液や装置のダウンタイムを低減する
ことができる。
(1) According to the first aspect of the present invention, only the surface shape of the latent image is measured with high accuracy by the AFM and pattern matching is performed, so that the best focus can be obtained without developing and the focus position can be determined. As a result, the downtime of the developer and the apparatus can be reduced.

【0077】さらに、露光工程へのフィードバックが高
精度に行え、結果としてウエハ間寸法・形状ばらつきを
極端に低減することができる。
Further, the feedback to the exposure step can be performed with high accuracy, and as a result, the size and shape variation between wafers can be extremely reduced.

【0078】(2) また、請求項2記載の発明では、現
像後の高精度なパターン形状観察と測長SEMの画像認
識システムによるパターンマッチングを行うことによ
り、ベストフォーカスを求めたり、焦点位置を推定する
ことができる。
(2) According to the second aspect of the present invention, the best focus can be obtained or the focus position can be determined by performing high-precision pattern shape observation after development and pattern matching by an image recognition system of a length measuring SEM. Can be estimated.

【0079】結果として、測長結果をプロットしグラフ
化するための時間を浪費することがなくなる。
As a result, the time for plotting and graphing the length measurement result is not wasted.

【0080】(3) さらに、請求項1,2の発明では、
露光工程へのフィードバックが高精度に行え、結果とし
てウエハ間寸法・形状ばらつきを極端に低減することが
でき、各層ごとに多品種・多露光装置展開時や露光装置
・基板状態の異常などによって生じるオフセット量の変
化を検出することができ、歩留まりを向上させることが
できる。
(3) Further, according to the first and second aspects of the present invention,
The feedback to the exposure process can be performed with high precision, and as a result, variations in dimensions and shapes between wafers can be extremely reduced. The change in the offset amount can be detected, and the yield can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明における焦点位置計測方法の説明に供す
る図
FIG. 1 is a diagram for explaining a focus position measuring method according to the present invention;

【図2】本発明の実施例1において、それぞれ焦点位置
が−0.5、−0.1、+0.3μmにおけるAFMによる
直上形状の概要を示す図
FIG. 2 is a diagram showing an outline of a shape directly above an AFM at a focal position of -0.5, -0.1, and +0.3 μm in Example 1 of the present invention.

【図3】本発明の実施例2にいて、形成されたレジスト
パターンおよびそれぞれ焦点位置が−0.5、−0.1、
+0.3μmにおける測長SEMで観察した形状の概要を
示す図
FIG. 3 is a diagram illustrating a resist pattern formed according to a second embodiment of the present invention.
Diagram showing the outline of the shape observed with a length measuring SEM at +0.3 μm

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 露光部 2 未露光部 1 Exposed area 2 Unexposed area

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 21/027 H01L 21/30 502G ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01L 21/027 H01L 21/30 502G

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 各装置またはウエハの焦点位置を変えて
露光して得られる潜像のパターンをデータベースとして
予め確保しておき、別途、露光して得られた潜像のパタ
ーンを前記データベースとパターン照合し、両パターン
が一致した場合に、前記データベースの焦点位置を前記
別途露光して得られたパターンの焦点位置として設定す
ることを特徴とする焦点位置計測方法。
1. A latent image pattern obtained by changing the focal position of each device or a wafer and exposing is previously secured as a database, and the latent image pattern obtained by exposing is separately stored in the database and the pattern. A method of measuring the focal position, wherein the collation is performed, and when the two patterns match, the focal position of the database is set as the focal position of the pattern obtained by the separate exposure.
【請求項2】 前記潜像パターンは、原子間力顕微鏡
(AFM)を用いて得ることを特徴とする請求項1記載の
焦点位置計測方法。
2. The method according to claim 1, wherein the latent image pattern is an atomic force microscope.
2. The focus position measuring method according to claim 1, wherein the focus position is obtained by using (AFM).
【請求項3】 各装置またはウエハの焦点位置を変えて
露光して得られる現像後のパターンをデータベースとし
て予め確保しておき、別途、露光・現像して得られた現
像パターンを前記データベースとパターン照合し、両パ
ターンが一致した場合に、前記データベースの焦点位置
を前記別途露光・現像して得られたパターンの焦点位置
として設定することを特徴とする焦点位置計測方法。
3. A developed pattern obtained by exposing each device or wafer by changing the focal position of the wafer is previously secured as a database, and a developed pattern obtained by exposing and developing is separately stored in the database and the pattern. Collating, and when both patterns match, a focal position of the database is set as a focal position of a pattern obtained by the separate exposure and development.
【請求項4】 前記現像パターンは、走査型電子顕微鏡
(SEM)を用いて得ることを特徴とする請求項3記載の
焦点位置計測方法。
4. The scanning electron microscope according to claim 1, wherein the developing pattern is a scanning electron microscope.
4. The focus position measuring method according to claim 3, wherein the focus position is obtained by using (SEM).
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