JPH11325870A - Focus position measurement method - Google Patents

Focus position measurement method

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JPH11325870A
JPH11325870A JP12852898A JP12852898A JPH11325870A JP H11325870 A JPH11325870 A JP H11325870A JP 12852898 A JP12852898 A JP 12852898A JP 12852898 A JP12852898 A JP 12852898A JP H11325870 A JPH11325870 A JP H11325870A
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JP
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Patent type
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pattern
obtained
focal position
exposure
latent image
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Pending
Application number
JP12852898A
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Japanese (ja)
Inventor
Taichi Koizumi
太一 小泉
Original Assignee
Matsushita Electron Corp
松下電子工業株式会社
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; 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
    • G03F7/70Exposure apparatus for microlithography
    • G03F7/70483Information management, control, testing, and wafer monitoring, e.g. pattern monitoring

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.
COPYRIGHT: (C)1999,JPO

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 The present invention provides manufacturing process of semiconductor devices, in particular lithography process, the focus position in the case of performing the exposure energy source, the following ultraviolet wavelength 450 nm, X-ray, a pattern exposure using a charged beam it relates to the measurement method.

【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 In recent years, the miniaturization of semiconductor devices is more and more advanced, the design rules in the development level is 0.25~0.18μm
になっている。 It has become. 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。 Therefore, the specification of the pattern size compared to the conventional are becoming more stringent.

【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 variation in the pattern size, the influence of drift of the exposure apparatus, there is a defocusing due to the variation or change in 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。 [0004] In order to eliminate this kind of focus blur, conventional, it has taken the following measures.

【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。 [0005] First, the best focus position as a reference for an exposure device to determine (hereinafter, reference best referred to as focus), a resist film on a flat substrate such as a bare Si substrate, rather than the actual substrate using the formed sample is subjected to selective exposure of the resist film while sequentially shifting the deliberately focus position, the pattern after development or with length measuring SEM, or more recently provided to the stage of an exposure apparatus using a laser interferometer for measuring the size and shape of the pattern.

【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, it is determined as a reference best focus with the focal position of the difference in each of the measured value and the desired value is minimized.

【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。 [0007] The setting of the reference best focus, day-to-day measurement, are managed as day-to-day management items.

【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 the semiconductor device, usually, since each layer is formed on a substrate by lithography, and not enough setting of the criteria best focus, the focal position of the optimum for each layer (hereinafter, each layer Best it is necessary to determine the called 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] Therefore, conventionally, first, as sequentially focal position from the reference best focus is outside, to create a sample form each different layer thicknesses on the substrate, using these samples, the resist film subjected to exposure, by measuring the size and shape of a pattern after development, seeking each best focus.

【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。 [0010] Next, to calculate the amount of deviation between these layers best focus and the reference best focus is set these offset amounts as an offset amount 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。 [0011] The measurement of the layers best focus, in order to suppress a decrease in throughput of the product, has been carried out only during the development stage and factories introduced start-up, as long as there is no special trouble is, each lot or wafer, We have not yet carried out a check and review the offset amount for each.

【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。 [SUMMARY OF THE INVENTION However, in the method as described above, 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、 [0013] (1) First, in the setting of the reference best focus, because they measure the pattern after development,
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。 Down time of consumption and other devices of the developer or longer.

【0014】しかも、従来の測長SEMを用いた場合、 [0014] Moreover, in the case of using a conventional length measuring SEM,
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。 Time is required to graph by plotting the measurement results in a waste of time for the data processing.
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 the method using a laser interferometer, the measurement pattern to be formed on the semiconductor substrate is not the one previously set pattern, can not be accurately measured pattern size and shape, there is a limitation in the measurement pattern.

【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。 [0015] (2) For the offset amount to determine the layers best focus, conventional, each lot, or because it does not perform the check and review the offset amount for each wafer, in the middle of production trouble (exposure apparatus and the substrate state abnormal) There along with that generated, even when the offset amount is changed, it is impossible to detect the change, resulting in a pattern abnormality becomes, and the like it is necessary to reproduce the lot all, thereby decreasing 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、 [0016] The present invention has been made in view of the above problems, it is possible to eliminate constraints such measuring a pattern after development,
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。 Also, the measurement results can be made waste of time, such as charting, further, it is an object to provide a method of reducing the dimensional variation or the like between the respective wafers between, 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。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention is to obtain information from only a latent image surface of the pattern with high accuracy, and, (including signal and image) patterns in recent years has seen remarkable development recognition technology It was made in newly focused on high and precise measurement information of the latent image shape, high resolution observations of pattern after development, and pattern recognizing characteristics at each focal position obtained from them information it is obtained so as to achieve by.

【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。 [0018] That is, the focal position measuring method according to claim 1, wherein, in advance ensure pattern of the latent image obtained by exposure by changing the focal position of the device or wafer as a database, separately exposed to obtained is the database and pattern matching the pattern of the latent image, if both patterns coincide, is characterized by setting the focal position of the database as the focus position of a pattern in which the obtained separately exposed.

【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。 [0019] In this way, it is possible to eliminate constraints such measuring the pattern after development can be shortened downtime than before.

【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, the focal position measuring method according to claim 3, wherein, in advance ensure pattern after development obtained by exposing while changing the focal position of each device or wafer as a database, separately, exposure and development to be a developed pattern against the database and the pattern obtained by, if both patterns coincide, the focus position of the database as setting means sets as the focus position of the pattern obtained above was separately exposed and developed there.

【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。 [0021] In this way, although the results in matching the pattern after development, can be made waste of time, such as graphing the measurement result can be shortened downtime than before.

【0022】この焦点位置計測方法は、各ロットごと、 [0022] The focus position measurement method, for each lot,
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。 Alternatively it is possible to apply for each wafer, by using the focal position measuring method for each lot top of the wafer, the amount of deviation from the best focus in the layer as the offset amount can be fed back to the exposure of the subsequent wafer, as a result the variation between lots size and shape due to a change in the offset amount can be greatly 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。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, will be described focal position measurement method according to an embodiment of the present invention. 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。 Here, although described measuring method of the reference best focus, as described below, by applying the present invention, each layer the best focus setting can also be performed in the same manner for each for each lot or wafer.

【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。 [0024] (Embodiment 1) First, in order to collect the data of the latent image pattern serving as a reference standard best focus determination, the resist film was prepared and the samples forming on a semiconductor substrate, then, is an exposure apparatus A using, after exposing selectively the resist film while sequentially shifting the focal position for the sample, performing heat treatment (hereinafter, referred to as PEB).

【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 [0025] Next, atomic the latent image formed on the resist surface force microscopy and measured (hereinafter referred to as AFM), 1
(a)に示すように、各焦点位置f 1 ,f 2 ,…ごとの潜像パターンP 1 ,P 2 ,…のデータを収集する。 (a), the respective focus positions f 1, f 2, latent image patterns each of ... P 1, P 2, collects ... data. 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。 In the AFM, since the surface shape of the latent image can be measured by three-dimensionally nm order, it is possible to obtain information such as the depth and inclination angle of the uneven 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。 [0026] Then, the pattern shape or dimensional measured by developing the sample after each exposure, a reference best focus with the focal position of the difference between the desired value and the measured value is minimized. 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。 Then, it registers the data of the latent image pattern in the case where the reference best focus is obtained (shape signal waveform) as a database. たとえば、図1(a)において、 For example, in FIG. 1 (a),
基準ベストフォーカスがf 3であれば、これに対応する潜像パターンはP 3となるので、この潜像パターンP 3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。 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 Next, to set the reference best focus at different exposure apparatus B and above, for samples to form a resist film on another semiconductor substrate, selectively resist film while sequentially shifting the focal position exposure to 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f 1 ',f 2 ',…ごとの潜像パターンP 1 ',P 2 ',…のデータを収集する。 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', ... to collect data.

【0028】次に、この計測データP 1 ',P 2 ',…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P 3のデータ)と照合する。 Next, the measured data P 1 ', P 2', previously registered in advance latent image pattern as (here, P 3 of the data in FIG. 1 (a)) database to ... computer to match the .

【0029】そして、たとえば、図1(b)におけるP 2 ' [0029] Then, for example, and FIG. 1 (b) in the P 2 '
の潜像パターンが、データベースの潜像パターンP 3と一致すれば、その一致した潜像パターンP 2 'に対応する焦点位置f 2 '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f 2 'として決定する。 Of the latent image pattern, if consistent with the latent image pattern P 3 of the database, a 'focus position f 2 corresponding to' the matched latent image pattern P 2, reference best focus f 2 in the exposure device B used this time ' It is determined as.

【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。 [0030] In this way, the exposure device A, B, ... is the influence of the temperature drift, a pattern matching even if the reference best focus has changed over time, a database that is registered in advance as a reference it is, it is possible to adjust the reference best focus on optimum 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。 [0031] In the first embodiment described above has described the setting of the reference best focus, the setting of each best focus can also be carried out in the same manner.

【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、 [0032] That is, in advance each layer, it may be registered the latent image pattern of each layer obtained at each focus position, including the best focus as a database, for example,
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。 For each lot, if the latent image pattern obtained in each layer for lot top of the wafer so as to match the database, it can be obtained as the offset amount of the displacement from the reference best focus for each layer, since the wafer it is possible to feed back the data at the time of 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。 The reliability that makes Therefore, the check review offset per each wafer or lot, as a result, be significantly reduced pattern variations in between lots due to offset changes in the course of manufacture 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。 [0034] (Embodiment 2) First, in order to collect the data of an exposure pattern as a reference of the reference best focus determination, the resist film was prepared and the samples forming on a semiconductor substrate, then, a certain exposure apparatus A using, after exposing selectively the resist film while sequentially shifting the focal position for the sample, perform PEB, further, subsequently, to perform development.

【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f 1 ,f 2 ,…ごとの潜像パターンP 1 ,P 2 ,…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, P 2, to collect the ... data.

【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。 [0036] Subsequently, the samples were measured pattern shape and dimensions for later development, the difference between the measured value and the desired value is determined as a reference best focus with the focal position of the minimum. 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f 1であれば、これに対応する現像パターンはP 1となるので、この現像パターンP 1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。 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 is registered on 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 Next, to set the reference best focus at different exposure apparatus B and above, for samples to form a resist film on another semiconductor substrate, selectively resist film while sequentially shifting the focal position after exposure, P
EBを行った後、さらに試料を現像する。 After EB, further developing the sample.

【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f 1 ', [0038] Then, the sample after the development, as shown in FIG. 1 (b) using a length measuring SEM, the focus position f 1 ',
f 2 ',…ごとの現像パターンP 1 ',P 2 ',…のデータを収集する。 f 2 ', ... each of the developed pattern P 1', P 2 ', to collect ... data.

【0039】次に、この計測データP 1 ',P 2 ',…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P 1のデータ)と照合する。 Next, the measured data P 1 ', P 2', advance as developed pattern had been registered (here, P 1 of the data in FIG. 1 (a)) database to ... computer to match the.

【0040】そして、たとえば、図1(b)におけるP 4 ' [0040] Then, for example, P 4 in FIG. 1 (b) '
の現像パターンが、データベースの現像パターンP 1と一致すれば、その一致した現像パターンP 4 'に対応する焦点位置f 4 '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f 4 'として決定する。 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。 [0041] In this way, the exposure device A, B, ... is the influence of the temperature drift, a pattern matching even if the reference best focus has changed over time, a database that is registered in advance as a reference it is, it is possible to adjust the reference best focus on optimum 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、 [0042] In the above embodiment 2 has been described setting of the reference best focus, as in the embodiment 1, also setting of each best focus,
同様に行うことができる。 It can be carried out in the same manner.

【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。 The reliability that makes Therefore, the check review offset per each wafer or lot, as a result, be significantly reduced pattern variations in between lots due to offset changes in the course of manufacture 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。 EXAMPLES Next, a description will be given of an embodiment corresponding to the first and second embodiments described above.

【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。 [0045] A specific example of the focal position measuring method corresponding to Example 1 Embodiment 1 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。 Firstly, since the previously obtained correlation between the focal positions obtained from the developed the latent image pattern information, the following experiment was performed.

【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/cm 2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。 [0047] First, to determine the correlation between the focal position and the latent image pattern, a KrF excimer laser resist formed with 0.73μm thick on a silicon substrate, of 20 mJ / cm 2 by using a KrF excimer laser stepper exposure energy, -1.0 to + 1.0 .mu.m, was subjected to exposure at the focal position of the step 0.1 [mu] m.

【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。 [0048] Then, the heat treatment for 90 seconds at 105 degrees, and the latent image pattern of 0.25μmL / S pattern formed on the resist surface is measured by using the AFM.

【0049】図2(a)〜(c)は、それぞれ焦点位置−0. [0049] FIG. 2 (a) ~ (c) are respectively the focal position -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。 5, -0.1, shows a schematic diagram of a cross-sectional shape by AFM in + 0.3 [mu] m.

【0050】次に、この基板を現像液NMDー3で60 Next, the substrate with a developer NMD-3 60
秒間だけ現像する。 Only developed seconds. こうして形成された0.25μmL/ 0.25μmL thus formed /
Sレジストパターンの寸法測長と形状観察を測長SEM S resist pattern measuring SEM dimensions measurement and shape observation of
で行った。 It was carried out 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。 [0051] As a result, the reference best focus at this time was -0.1μm. 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。 The data of the latent image pattern in the focal point of which was input into a computer, partnered programs to allow 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 it was exposed another silicon substrate under the same exposure conditions using another exposure apparatus.

【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。 [0053] After the PEB, a result of the pattern matching to measure the latent image, the best focus was + 0.2μm.

【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+ [0054] developing the wafer under the same development conditions, as a result of the dimension measurement and shape observation, the best focus +
0.2μmであった。 It was 0.2μm.

【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。 [0055] As described above, according to this first embodiment, by performing pattern matching to measure with high precision only the surface pattern of the latent image by AFM, it is possible to determine the reference best focus. 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 a result, it is possible to reduce the down time of the developer or apparatus.

【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, apply the focal position measuring method of Example 1 for each wafer, an experiment was conducted to feed back the result 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/cm 2の露光エネルギーで行った。 Firstly, resist used was the same as before, the film thickness of 0.73 .mu.m, the exposure conditions were at an exposure energy of 20 mJ / cm 2. 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。 Exposure apparatus, was carried out in a state that got off to a lens controller deliberately.

【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。 [0058] 1 sheet, the reference best focus at that time was exposed at 0.0μm. 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。 After PEB, performs latent image measurement, a result of the pattern matching, it was consistent with the latent image pattern of -0.1Myuemu. 基準ベストフォーカスとして0.0μm 0.0μm as a reference best focus
で露光したにもかかわらず、潜像パターンは−0.1μm Despite the exposure in, the latent image pattern is -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。 Since showed comparable shape as a reference the best focus + 0.1 [mu] m in this case, that is, so that the reference best focus position is shifted 0.1 [mu] m in the + direction. 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。 And feeds back the result to the second sheet was exposed focal position + 0.1 [mu] m. 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。 Focus position obtained from the latent image was comparable to that of -0.1Myuemu.

【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。 [0059] That is, the further reference best focus position is shifted 0.1μm to + side. これを順次繰り返して25枚露光を行った。 It was sequentially repeated 25 sheets of exposure this. 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。 As a result, in any wafer good size and shape it has been obtained.

【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。 [0060] As described above, according to the first embodiment, performed only the surface shape of the latent image by performing precise measurement and pattern matching in AFM, feedback to the exposure process with high precision, results the size and shape variations between wafers can be extremely reduced as.

【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。 [0061] A specific example (Example 2) The focal position measuring method according to embodiments 2, will be described 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。 [0062] First, since the previously obtained correlation between the pattern shape and the focus position, the following experiment was performed. 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 Order to determine the correlation between the first focal position and pattern shape, a KrF excimer laser resist on a silicon substrate 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/cm 2の露光エネルギー、−1.0〜+1.0μ μm and a thickness, KrF excimer laser stepper exposure energy 20 mJ / cm 2 using, -1.0 to + 1.0 micron
m、ステップ0.1μmの焦点位置で露光を行った。 m, the exposure at the focal position of the step 0.1μm was conducted.

【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。 [0063] Thereafter, 105 degrees, and heat treated at 90 seconds, the developing solution and developed with NMD-3 60 seconds as the dimensional measurement and shape observation of the formed resist pattern was performed by measuring 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. [0064] FIG. 3 (a) ~ (d) a resist pattern is formed and, the pattern each focal position -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。 5, -0.1, shows a schematic diagram of a cross-sectional shape observed with a length measurement SEM at + 0.3 [mu] m.

【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。 [0065] As a result, the reference best focus at this time was -0.1μm. 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、 A pattern shape at each focal point of which was registered in the image recognition system of the length measurement SEM,
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。 It was so that the corresponding pattern shape can be seen 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。 Next it was exposed another silicon substrate under the same exposure conditions using another exposure apparatus. 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。 After development, the result of the pattern at each of focal and pattern matching, the reference best focus was + 0.2 [mu] m. 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。 As a result of the dimension measuring the wafer, the reference best focus was + 0.2 [mu] m.

【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。 [0067] As described above, according to this embodiment, by performing pattern matching by the image recognition system of highly precise pattern observation and measuring SEM after development, it is possible to find the reference best focus. 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, it is unnecessary to waste time for graph plotting 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。 [0068] Next, the focus position measurement method to the lot top wafer, an experiment was conducted to feed back the results to the subsequent wafer.

【0069】まず、使用したレジストは先程と同じで、 [0069] First of all, resist used was the same as the previous,
0.73μmの膜厚、露光条件は20mJ/cm 2の露光エネルギーで行った。 0.73μm film thickness, exposure conditions were at an exposure energy of 20 mJ / cm 2. 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。 Exposure apparatus used was not the same as the a collection of 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。 [0070] 1 sheet is based on the best focus of an exposure apparatus to collect the image recognition data was exposed at 0.0μm.
現像後、パターンマッチングを行った結果、−0.1μm After the development, a pattern was matching result, -0.1Myuemu
のパターン形状と一致した。 It was consistent with the pattern shape. 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。 That is, the reference best focus position of the collected exposure apparatus exposure apparatus and an image recognition data subjected to the exposure is different 0.1μm to + 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。 [0071] and feeds back the result to the second and subsequent sheets, was exposed to a focal position at + 0.1 [mu] m. その結果、 as a result,
どのウエハにおいても良好な寸法・形状が得られていた。 In any wafer good size and shape have been obtained.

【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。 [0072] As described above, according to this second embodiment, a highly precise pattern observed after development, by performing a pattern matching by the image recognition system of the length measurement SEM, high feedback to the exposure step done on the accuracy, as a result, the dimension between the wafers, it is possible to extremely reduce variations in shape.

【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、 [0073] In the examples 1 and 2 above, but using a KrF excimer laser resist as a chemically amplified resist, and g-line · i lines, other KrF excimer laser,
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。 ArF excimer laser, X-rays, may be used a resist corresponding to the charged particle beam. 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。 Further, it may in those exposure light is also commensurate with those of the resist.

【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。 [0074] Further, in the embodiments 1 and 2, was used NMD-3 as a developing solution, well other developer, also may be dry developed without regard to wet development. 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。 Furthermore, as the length measuring machine, may anything regardless of the length measuring machine as long as it can 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 is evident from the foregoing description, the present invention provides 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。 [0076] (1) in the first aspect of the present invention, by performing pattern matching precise measurement only the surface shape of the latent image by AFM, or determine the best focus without developing, also, the focal position can be estimated, it is possible to reduce the downtime of the developing solution and device as a result.

【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。 [0077] Further, the feedback to the exposure process is performed with high precision, it is possible to extremely reduce the size and shape variations between wafers as a result.

【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。 [0078] The (2), in the second aspect of the present invention, by performing pattern matching by the image recognition system of highly precise pattern observation and measuring SEM after development, asking for the best focus, the focus position it 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。 [0079] As a result, it is unnecessary to waste time for graph plotting the measurement results.

【0080】(3) さらに、請求項1,2の発明では、 [0080] (3) Further, in the invention of claim 1,
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。 Feedback to the exposure process is performed with high accuracy, the results size and shape variations between wafers can be extremely reduced as caused by such high-mix the multi-exposure device during deployment and exposure device, the substrate abnormal state for each layer can be used to detect changes in the offset amount, it is possible to improve the yield.

【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 Diagram for explaining the focal position measuring method in the invention, FIG

【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 Shows in a first embodiment of the present invention; FIG each focal position -0.5, -0.1, an outline of just above shape by AFM in + 0.3 [mu] m

【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、 [3] Example 2 Niite of the present invention, the formed resist pattern and each focal position -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 Diagram showing an outline of the shape observed by measuring SEM at + 0.3 [mu] m

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 露光部 2 未露光部 1 exposure unit 2 unexposed portions

───────────────────────────────────────────────────── 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 ────────────────────────────────────────────────── ─── front page continued (51) Int.Cl. 6 identifications FI H01L 21/027 H01L 21/30 502G

Claims (4)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【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 previously ensured pattern of the latent image obtained by exposure by changing the focal position of the device or wafer as a database, separately, and the latent image of the pattern obtained by exposing the database pattern collated, if both patterns coincide, the focus position measurement method characterized by setting the focal position of the database as the focal position of the pattern obtained by the separate exposure.
  2. 【請求項2】 前記潜像パターンは、原子間力顕微鏡 Wherein said latent image pattern is an atomic force microscope
    (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。 Focal position measuring method of claim 1, wherein the obtained using (AFM).
  3. 【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 previously ensured pattern after development obtained by exposing while changing the focal position of each device or wafer as a database, separately, and the developed pattern obtained by exposing and developing the database pattern collated, if both patterns coincide, the focus position measurement method characterized by setting the focal position of the database as the focus position of a pattern in which the obtained separately exposed and developed.
  4. 【請求項4】 前記現像パターンは、走査型電子顕微鏡 Wherein said developing pattern, a scanning electron microscope
    (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。 (SEM) focal position measuring method of claim 3, wherein a obtained using.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6706456B2 (en) 2000-10-05 2004-03-16 Nikon Corporation Method of determining exposure conditions, exposure method, device manufacturing method, and storage medium
JP2006523039A (en) * 2003-04-10 2006-10-05 アクセント オプティカル テクノロジーズ,インク. Determination of the center of focus due to parameter variations Analysis

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