曝光方法以及用該方法製造半導體集成電路器件的方法

2023-05-14 22:55:26 3

專利名稱：曝光方法以及用該方法製造半導體集成電路器件的方法
技術領域：
本發明涉及到一種信號處理技術、一種調整位置檢測光學系統的技術、一種目標圖形以及一種曝光技術，更確切地說是涉及到一種可有效用來製造需要高精度對準的半導體器件的工藝技術。
例如，如日本專利公開147151/1992所公開的那樣，半導體器件製造工藝採用投影曝光設備，該設備用於藉助於把通過原版之類的曝光光束投影到半導體晶片之上的光致抗蝕劑上而轉移電路圖形。
用來由明場型檢測光學系統對準的投影曝光設備如圖22所示，其結構包括一個用來投影圖形的投影透鏡、一個XY臺和一個用來確認圖形位置的明場型檢測光學系統。對於這種對準，晶片上的圖形由檢測光學系統以圖象信號的形式進行檢測，這些圖象信號儲存在存儲器中並加以處理以高精度地確認圖形的位置。
為了達到高的對準精度，要求精確調整以消除諸如檢測光學系統的光行差和檢測照明光軸的不對準之類的誤差。
現有技術的明場型檢測光學系統的調整方法如圖23(a)和23(b)所示以下述方法為例，其中對光致抗蝕劑圖形或類似物質進行檢測以便能夠根據檢測到的波形的左邊和右邊信號的電平(level)差來決定調整。然而，此法強烈地依賴於操作者的感覺和經驗，因此產生的問題是此法嚴格依賴於個人差異。
圖象信號(G)是作為位置(i)的函數G＝G(i)而存儲的。
作為現有技術的信號處理，通常用例如日本專利公開236117/1986所公開的那種對稱處理方法。此對稱處理方法計算任意檢測參考點(j)的對稱性的不一致性Z(j)，以確定不一致性Z(j)取極小值的位置。對稱性由下式計算Z(j)=k=k1k-k2[G(j-k)-G(j+k)]2----(2)]]>其中，k是對稱處理k1—k2的積分範圍變量，二者都是正整數。j表示檢測參考點變量。在此法中，對參考點來確定對稱誤差，以便可在圖象信號對稱時，得到高度精確的檢測。然而在波形處於上述積分範圍之外的情況下，不一致性Z(j)的值是如此之小，以致於出現若干最小值，從而引起發生誤解的問題。而且，難以比較和估計波形對稱性的絕對值。
另一方面，為了高度精確地對準晶片，必須插入一個能夠產生具有良好反差和對稱性的信號的目標圖形。
作為現有技術的目標圖形插入方法，如圖24所示，採用了一種方法將目標圖形轉移到多層膜的平坦區並用腐蝕使之成臺階狀。在此目標臺階上再沉積一個塗覆有抗蝕劑膜的多層膜。這一目標圖形可能會被多層膜上光幹涉的影響和塗覆的抗蝕劑膜的臺階對稱性變得不能產生足夠的檢測信號。
倘若檢測信號不夠，則出現不能實現高精度對準的問題。
由暗場型檢測光學系統來對準的投影曝光設備的構造如圖25所示，包括一個用來投影圖形的投影透鏡、一個XY臺、和一個用來確認圖形位置的暗場檢測光學系統。一個細長的雷射束斑被引導來照射晶片上的目標圖形(沿雷射束斑的縱向以預定步距排列有多個方形的凹下點部)，如

圖19所示。由排列在檢測器上遊入射光孔共軛平面內的光屏蔽板(即空間濾光片)所產生的0階光被分割出來檢測衍射光而不是用目標圖形產生的0階光。這樣檢測到的這些衍射光被儲存在存儲器中，而且這些信號被處理以便高精度地確認目標圖形的位置。
在暗場型檢測的情況下，雷射束斑的位置固定，而靠移動晶片來進行目標圖形掃描。結果，這種檢測就有不受檢測光學系統光行差影響的優點，但有圖19所示目標圖形對準精度由於臺階上薄膜覆蓋不對稱或目標圖形周圍稍許粗糙(或晶粒)的影響而變壞的問題。
另一方面，在日本專利公開192324/1983中公開了一種由用於靠半平面上不規則反射增加周圍反差的精細圖形組成的對準圖形。
為了在明場型檢測光學系統中獲得高對準精度，需要精確調整以消除諸如檢測光學系統光行差或檢測照明光軸不對準之類的誤差。檢測光學系統中有代表性的誤差有下列幾種，它們使檢測精度變壞。
(1)檢測照明光軸不對準；(2)焦點誤差；(3)檢測光學系統的彗差；以及(4)檢測光學系統的色差。
本發明的目的是藉助於分別對待諸如彗差或照明光軸不對準之類的誤差因素而提供一種能夠高精度地調整一個位置檢測光學系統的技術。
為了達到高精度對準，需要一種信號處理方法，這種信號處理方法應很少受到諸如位置檢測光學系統光行差或檢測照明光軸不對準之類誤差的影響。然而，前述的對稱處理方法即使在積分範圍內沒有波形的情況下也取小的Z(j)值，以致出現若干極小值而引起誤解。
另一方面，難以比較和估計波形對稱性的絕對值。
本發明的另一目的是提供一種信號處理技術，它能夠在幾乎沒有誤解的情況下比較和估計波形對稱性的絕對值。
另一方面，為了高精度地對準晶片，必須插入能夠產生具有良好反差和對稱性的信號的目標圖形。
由於多層膜上光學幹涉造成的影響或者臺階上沉積的多層膜或所加的抗蝕劑膜的不對稱性造成的影響，不能從目標圖形產生足夠的檢測信號。此時，可能無法實現高精度對準。
本發明的一個目的是提供一種目標圖形，在明場型檢測光學系統中，由它可產生具有良好反差和對稱性的位置檢測信號。
為了在暗場型檢測光學系統中得到高精度對準，必須降低目標圖形臺階上薄膜覆蓋不對稱性和目標圖形周圍粗糙度(或顆粒)的影響。在目標圖形的臺階上形成一層SiO2、多晶矽或金屬的薄膜。這些膜又被抗蝕劑膜覆蓋。這些膜用CVD、濺射或旋轉應用方法來製備，但在臺階上無法做得完全對稱。這種不對稱的目標圖形的臺階造成了一種檢測信號波形的不對稱性或不對準，致使檢測精度變壞。
另一方面，金屬之類的沉積膜其表面被稍許糙化(成顆粒狀)，以致使檢測信號波形的信噪比變壞因而也使檢測精度變壞。
本發明的一個目的是提供一種目標圖形，藉助於降低暗場型檢測光學系統中目標圖形臺階上薄膜覆蓋不對稱性的影響，它可以高精度地檢測位置。
本發明的又一目的是提供一種目標圖形，藉助於降低暗場型檢測光學系統中目標圖形周圍顆粒的影響，它能夠高精度地檢測位置。
本發明的又一目的是提供一種能夠高精度地轉移圖形的曝光技術。
從下列參照附圖進行的描述中可清楚地了解本發明的上述和其它目的以及新穎特徵。
此處將待公開的本發明的代表性情況總結如下。
待由檢測光學系統檢測的圖象信號波形可由波動光學理論近似。光波U由下式給出U＝A(t)exp(iωt＋ikβ)(3)其中，A(t)是光源波的幅度，為時間t的函數。ω是波的角速度。而且，k＝2π/λ，而λ是波長。β是光程差。從一確定點發射的光可認為具有不隨時間變化的恆定的幅度，而且可表示為下式U＝Aexp(ikβ) (4)倘若用平行光照射圖形表面，則反射光隨圖形表面而有不同的強度和相位。這些反射光互相干涉而在檢測光學系統的光孔平面上聚焦成傅立葉轉換圖象。此傅立葉轉換圖象(F)由下式給出F(x,y)=M(X,Y)exp(ik)dxdy----(5)]]>其中，M(X，y)是圖形表面的反射光，是一複數函數。β是光程差，是x、y、X和Y的函數。而且，k＝2π/λ，而λ是波長。必須對圖形表面的所需面積進行這一積分。
通過了檢測光學系統光孔平面的光通過透鏡聚焦在象平面上。聚焦光的波(ω)由下式給出(X,Y)=F(x,y)exp(ik)dxdy----(6)]]>其中，F(x，y)是光孔平面上的傅立葉轉換圖象，是一複數函數。β是光程差，是x、y、X和Y的函數。而且，k＝2π/λ，而λ是波長。必須對光孔平面的區域進行此積分。
聚焦光的強度是波的平方。而且，在照明光源尺寸有限的情況下，其強度可藉助於假設分立的光源點不相干而確定為一平均值。
倘若檢測光學系統有光行差，則藉助於運算光程差β函數可確定光強。
圖5(a)示出了明場型檢測系統中的一種理想的目標圖形。在這一目標圖形中，只是目標圖形部分具有100％的反射率，而其周圍的反射率為0％。實際上，在晶片上難以形成這種目標圖形。但根據本發明，有可能形成能夠產生相似於理想情況的圖象信號的目標圖形。這是解決問題的一種方法。
正如利用波動光學理論從圖5(a)所示理想目標圖形所確定的那樣，光孔平面上的波示於圖5(b)。
而且，由理想的明場型檢測光學系統得到的圖象信號示於圖6(a)。倘若明場型檢測光學系統的照明光軸傾斜，其圖象信號示於圖6(b)。同樣，明場型檢測光學系統具有彗差情況下的圖象信號示於圖6(c)。
在上述計算中，設定波形(λ)＝633nm而數值孔徑(NA)＝0.52。
在圖6(a)中，橫坐標表示沿檢測方向所取的位置，縱坐標表示光強。對焦點+3μm、0μm和-3μm進行了計算。在無光行差的明場型檢測光學系統中，圖象信號完全對稱並很少變壞，即使在散焦時也有對稱的形狀。
如圖6(b)所示，倘若照明光軸傾斜，在最佳聚焦時，圖象信號是對稱的。另一方面，在偏焦時，圖象信號是有不對準不對稱的。
如圖6(c)所示，在彗差情況下，即使在最佳聚焦時，圖象信號也是不對稱的。偏焦引起的影響不大。
為了從上述圖象信號準確而定性地確定圖形的中心位置和圖象信號的對稱性，要求作恰當的運算。
對稱處理方法通常用作現有技術的信號處理。在對稱處理方法中，對稱性的不一致性Z(j)是對任意檢測參考點((j)進行計算的，從而確定不一致性Z(j)取極小值時的位置。對稱性由下式計算Z(j)=k=k1k=k2[G(j-k)-G(j+k)]2----(7)]]>其中，k是從k1到k2的對稱性處理的積分範圍變量，二者都是正整數。j表示檢測參考點變量。在本方法中，對參考點確定對稱誤差，以致若圖象信號對稱則可獲得高精度檢測。但倘若波形超出上述積分範圍，則不一致性Z(j)的值如此之小以致出現若干極小值，從面引起誤解的問題。
而且，比較和估計波形對稱性的絕對值是困難的。
在經本發明改進了的信號處理技術中，為解決上述問題，對k1—k2的積分範圍確定了圖象信號的彌散值，而且利用彌散值對對稱處理結果進行了歸一化。
具體的處理方程如下V(j)=k=k1k=k2[G(j+k)-Gk(j)]2----(8)]]>其中，GB是G(j＋k)在積分範圍k1—k2內的平均值。
歸一化對稱處理結果(S)由下列方程之一表示S(j)=2(j)V(j)----(9)]]>或S(j)=[2(j)V(j)]12----(10)]]>圖7(a)示出了無光行差情況下，由明場型檢測光學系統得到的圖象信號的歸一化對稱處理結果。
圖7(b)示出了照明光軸傾斜情況下，由明場型檢測光學系統得到的圖象信號的歸一化對稱處理結果。
圖7(c)示出了彗差情況下，由明場型檢測光學系統得到的圖象信號的歸一化對稱處理結果。
圖7(a)、7(b)、7(c)使用了上述第二方程(用平方根)。如果圖象信號經過了歸一化對稱處理，則對稱誤差在圖形中心位置處取極小值，以便可容易地確定圖形的中心位置。
在無光行差情況下由明場型檢測光學系統獲得的圖象信號的歸一化對稱處理結果中，如圖7(a)所示，圖形中心位置處的對稱誤差為0而與焦距數值無關。這意味著圖象信號波形是完全對稱的。
在照明光軸傾斜情況下由明場型檢測光學系統獲得的圖象信號的歸一化對稱處理結果中，如圖7(b)所示，表示圖形的中心位置在偏焦時有偏移。但這意味著圖象信號波形的對稱性還是相當良好的。
在彗差情況下由明場型檢測光學系統獲得的圖象信號的歸一化處理結果中，圖形中心位置的偏移小，但最佳聚焦時的對稱誤差大。這意味著圖象信號的波形是不對稱的。
利用歸一化對稱處理，有可能準確地確定圖形的中心位置並準確而定性地確定圖象信號波形的對稱性。
為了高精度地對準晶片，必須插入一個能夠產生具有良好的反差和對稱性的信號的目標圖形。
目標圖形可能由於多層膜的光學幹涉以及塗覆抗蝕劑膜的臺階上不對稱性的影響而變得不能產生足夠的檢測信號。此時，可能無法實現高精度對準。
圖1(c)是一個剖面圖，示出了現有技術中常有的一種明場型檢測目標圖形。
圖1(a)和1(b)示出的目標圖形等同於明場檢測理想的目標圖形，它們能夠產生具有良好反差和對稱性的信號在臺階的上部和下部具有相等的反射率的情況下，圖1(a)和1(b)的改進的目標圖形產生等同的圖象信號。但在一般的工藝晶片中，由於多層膜中薄膜多重幹涉的影響，臺階的上部和下部給出不同的反射率。
圖1(a)所示的改進的明場檢測目標圖形1，由隆起狀線部或點部1a以及排列在前述1a周圍的重複的臺階部分1b組成，該圖形在臺階上部具有較高反射率的情況下是有效的。
圖1(b)所改進的明場檢測目標圖形2由凹下的線部或點部2a以及排列在前述2a周圍的重複臺階部分2b組成，這圖形在臺階底部具有較高的反射率的情況下是有效的。
圖2示出了在臺階上部和下部具有相等的反射率的情況下光孔平面的波分布。
前述的圖5(b)的理想光孔平面的波分布與圖2所示改進目標的光孔平面的波分布相比較，看上去彼此明顯地不相似。然而，若設光學系統的NA＝0.52，則只有角度在±30度以內的波是有效的，而若將角度限制在此範圍內，則兩個波分布是相似的。
至於改進的目標圖形，圖3(a)示出了明場型檢測光學系統在沒有光行差情況下的圖象信號；圖3(b)示出了明場型檢測光學系統在其照明光軸不對準情況下的圖象信號；而圖3(c)示出了明場型檢測光學系統在帶有彗差情況下的圖象信號。
另一方面，圖4(a)示出了明場型檢測光學系統沒有光行差情況下的歸一化對稱性；圖4(b)示出了明場型檢測光學系統在其照明光軸不對準情況下的歸一化對稱性；而圖4(c)示出了明場型檢測光學系統有彗差情況下的歸一化對稱性。
可以看到，對於圖5(a)的理想的明場檢測目標圖形、圖1(a)的改進的明場檢測目標圖形1、以及圖1(b)的改進的明場檢測目標圖形2，在所得到的圖象信號的形狀方面，以及在歸一化對稱處理之後的形狀方面，都是相似的。結果，在明場型檢測光學系統中就能夠獲得高精度的對準。
圖26是一俯視圖，示出了暗場檢測型的一個標準目標圖形。而圖27是一剖面圖，示出了沿圖26箭頭A—A所取的剖面。若用雷射束照射此目標圖形，則雷射束被圖形臺階的上下面反射，以致由臺階的深度引起反射光的相位差。由臺階上下面反射的光彼此幹涉而在檢測光學系統的光孔平面上形成衍射圖象，如圖28(a)—28(b)所示。這些衍射圖象的光強分布和強度受到由臺階深度造成的上下面間反射光相位差的強烈影響而改變。
由於形成在臺階上的薄膜的覆蓋不對稱性(沿掃描方向各個稜邊E1和E2處)，此臺階深度根據雷射束照射位置的掃描而出現不對稱(在掃描操作過程中，當雷射束掃過稜邊E1和E2時會表示出待檢測的衍射圖象，如圖28(a)和28(b)所示)。結果，檢測信號波形出現不對稱從而降低了檢測精度。臺階部分的這種不對稱通常傾向於出現在凹下的下表面。這是由於臺階被腐蝕不規則性和濺射時的一部分凹下所掩蔽了。
現有技術的目標圖形檢測用雷射束照射臺階上下面大體相同的區域所形成的衍射圖象。
圖29示出了由本發明所改進的一種暗場檢測目標圖形。多個a部(亦即點部重複的臺階部分103b)各自由線狀起伏不平的圖形構成，若檢測系統的數值孔徑為NA而檢測波長為λ，則起伏不平的圖形的步距不大於λ/NA。a部(或點部)之間為平坦部b。若用雷射束照射此圖形，光就被各個a部(或點部)反射，在檢測NA的光柵外形成衍射圖象，以致對檢測無有效貢獻。結果，增強被b部反射的光的衍射圖象，從而產生圖30所示的衍射圖象。
在圖30中，a表示0階光；b表示一階光；而c表示三階光。0階光被圖25的空間濾光片遮斷，以便主要檢測到一階光和三階光。
由於圖29的b部是被整平了的，它們不受形成在臺階上的薄膜的覆蓋所致的不對稱的影響，因而能夠高精度地檢測位置。
圖19示出了用暗場型檢測光學系統檢測由金屬及帶有顆粒的沉積膜組成的目標時的一種檢測信號。倘若用雷射束只照射不帶圖形的平坦部，則反射光只限於0階衍射光。由於此0階光被遮光板遮斷，故檢測到的電壓基本為0。當通過移動XY臺移動晶片上的目標圖形時，顆粒被雷射束照射。然後反射角被顆粒改變，以致0階衍射光發散。結果，無法用遮光板來實現完全的遮蔽，從而光洩漏出來產生噪聲信號。當XY臺繼續移動，用雷射束照射目標圖形時，就形成一個正常的衍射圖象來產生目標信號。
隨著目標信號對噪聲信號的比(即S/N比)增大，檢測精度就變壞。
圖18示出了經本發明改進了的暗場檢測目標圖形。圖18的這一目標圖形用在多個點部103a周圍形成重複臺階部分103b的辦法來製備。圖18的重複臺階部分形成在線狀起伏不平的圖形之中，若檢測系統的孔徑為NA而檢測波長為λ，則其步距不大於λ/NA。當用雷射束照射此圖形時，光被各重複臺階部分103b反射而在檢測NA光柵外面形成衍射圖象，以致檢測電壓基本為0。
在重複臺階部分帶有顆粒的情況下，反射角由於顆粒而改變，以致衍射圖象發散。然而，由於衍射圖象位於檢測NA光柵之外，不會有光洩漏。結果，顆粒不產生噪聲，以致可實現高精度位置檢測。
下面總結一下本發明的有代表性的情況。
1.一種位置檢測光學系統中的信號處理方法，該信號處理方法用來獲取對應於一個象素位置(i)的目標圖形的圖象信號G(i)，以實現圖象處理和對準，其特徵是用下列方程(1)對任意一個檢測參考點(j)計算歸一化對稱性的不一致性S(j)，以確定上述對稱性的不一致性S(j)取最小值的位置，以此確定上述目標圖形的中心位置，從而可以定性地將上述對稱性的不一致性S(j)的極小點評估為上述圖象信號的不對稱性S(j)=[[k=k1k=k2[G(j-k)-G(j+k)]2][k=k1k=k2[G(j+k)-GB(j)]2]]l/m----(1)]]>
其中，k是k1—k2對稱處理的積分範圍，GB(j)是G(j＋k)在積分範圍k1—k2內的平均值，而m是任意整數。
2.一種調節位置檢測光學系統的方法，該光學系統利用波長為λ的檢查線來檢測形成在物體上的目標圖形的圖象，其特徵是若上述物體上的上述目標圖形的臺階尺度為D且N表示任一整數，則上述位置檢測光學系統中諸如彗差或照明光軸傾斜之類的誤差因子通過設定(λ/4)＋(Nλ/2)或(λ/8)＋(Nλ/2)而分別對待。
3.一種第2項所述的位置檢測光學系統的調節方法，其特徵是通過設定上述目標圖形的臺階尺度D為(λ/4)＋(Nλ/2)並用第一項中所述的信號處理方法對上述目標圖形的圖象信號進行處理，根據上述圖象信號對稱性的不一致性S(j)的幅度定性地決定上述彗差的存在與程度。
4.一種第二項所述的位置檢測光學系統調節方法，其特徵是通過設定上述目標圖形的臺階尺度D為(λ/8)＋(Nλ/2)並用第一項所述的信號處理方法對上述目標圖形的圖象信號進行處理，根據上述圖象信號對稱性的不一致性S(j)的幅度定性地決定上述照明光軸傾斜的存在與程度。
5.一種形成在曝光物體上的目標圖形，該目標圖形通過曝光光學系統將原版圖形轉移其上，並在用對準位置檢測光學系統進行檢測時用來使上述曝光物體與上述原版對準，其特徵是由重複的臺階形成，這些臺階具有被上述曝光光學系統分辨而不被上述位置檢測光學系統分辨的步距和寬度。
6.一種形成在曝光物體上的目標圖形，該目標圖形通過曝光光學系統將原版圖形轉移其上，並在用對準位置檢測光學系統進行檢測時用來使上述曝光物體與上述原版對準，其特徵是形成在重複的臺階的包圍中，這些臺階具有被上述曝光光學系統分辨而不被上述位置檢測光學系統分辨的步距和寬度。
7.一種目標圖形，它形成在半導體晶片上，並在用檢測波長為λ、數值孔徑為NA且局部相干為σ的明場型位置檢測光學系統進行檢測時用來對準上述半導體晶片其特徵是上述目標圖形由線或點組成，這些線或點具有寬度大於0.5λ(1＋σ)/NA的隆起或凹下的平坦部而且形成在起伏不平的線狀或點狀重複的臺階的包圍中，這些重複的臺階的步距小於λ(1＋σ)/NA，臺階尺度≥λ/16。
8.一種第七項所述的目標圖形，其特徵是在起伏不平頂部的反射率高於底部的情況下，該目標圖形由線部和起伏不平的線狀或點狀重複的臺階部分構成，線部具有寬度不小於0.5λ(1＋σ)/NA的隆起的平坦部分，而臺階部分的步距小於λ(1＋σ)NA、臺階尺度小於λ/16。
9.一種第七項所述的目標圖形，其特徵是在起伏不平頂部的反射率高於底部的情況下，該目標圖形由線部和起伏不平的線狀或點狀重複的臺階部分構成，線部具有寬度不小於0.5λ(1＋σ)/NA的凹下的平坦部分，而臺階部分的步距小於λ(1＋σ)NA、臺階尺度小於λ/16。
10.一種形成在半導體晶片上的目標圖形，在用檢測波長為λ、數值孔徑為NA且局部相干為σ的明場型位置檢測光學系統進行檢測時對準上述半導體晶片，其特徵是它由步距小於λ(i＋σ)/NA的線狀重複的臺階組成。
11.一種形成在半導體晶片上的目標圖形，用於在用檢測波長為λ、數值孔徑為NA的明場型位置檢測光學系統進行檢測時對準上述半導體晶片，其特徵是它由多個沿預定方向以所需步距排列的點組成，且各由步距小於λ/NA的起伏不平的重複的臺階組成。
12.一種形成在半導體晶片上的目標圖形，用於在用檢測波長為λ、數值孔徑為NA的明場型位置檢測光學系統進行檢測時對準上述半導體晶片，其特徵是它由多個沿預定方向以所需步距排列的點部以及排列在上述點部周圍並且步距小於λ/NA而臺階尺度不小於λ/16的起伏不平的線狀或點狀重複的臺階組成。
13.一種形成在半導體晶片上的目標圖形，用於在用檢測波長為λ、數值孔徑為NA的明場型位置檢測光學系統進行檢測時對準上述半導體晶片，其特徵是它由多個以所需步距沿預定方向排列的點以及排列在上述多個上述點周圍起伏不平的線狀重複的臺階部分組成，所述各個點是步距小於λ/NA的起伏不平的重複臺階構成，所述線狀重複的臺階部分與所述點的排列方向平行，且其步距小於λ/NA、臺階尺度不小於λ/16。
14.一種曝光工藝，其中將原版上的所需圖形通過一個縮小投影光學系統轉移到半導體晶片上，而且其中通過經位置檢測光學系統檢測形成在上述半導體晶片上的目標圖形來對準所述的原版和所述的半導體晶片，該曝光工藝包含下列步驟1)通過獲取對上述照明光軸不對準很敏感的第一目標圖形的圖象信號調節上述位置檢測光學系統中照明光軸的不對準，以便用第一項所述的信號處理方法來檢查圖象信號的對稱性；2)通過獲取對上述彗差很敏感的第二目標圖形的圖象信號並藉助於用權利要求1所述的信號處理方法檢查圖象信號的對稱性調節上述位置檢測光學系統中的彗差；3)形成帶有第三目標圖形的上述半導體晶片，其中或其背景處包括有重複的臺階，這些臺階具有被上述縮小投影光學系統分辨而不被上述位置檢測光學系統分辨的步距和寬度；4)用上述第三目標圖形使上述半導體晶片與上述原版對準；以及5)把上述原版上的圖形轉移到上述半導體晶片上。
15.一種曝光工藝，其中將原版上所需圖形通過縮小投影光學系統被轉移到半導體晶片上，且其中所述的原版和所述半導體晶片藉助於通過位置檢測光學系統檢測形成在上述半導體晶片上的目標圖形來對準，該曝光工藝包括下列步驟在部分半導體晶片上形成其中或其背景處包括重複臺階的目標圖形，此臺階具有被上述縮小投影光學系統分辨而不被上述位置檢測光學系統分辨的步距和寬度；以及用上述目標圖形使上述半導體晶片與上述原版對準。
16.第15項所述的曝光工藝，還包括下列步驟形成由線或點組成的上述目標圖形，若上述位置檢測光學系統的檢測波長為λ、數值孔徑為NA且局部相干為σ，則線或點具有寬度大於0.5λ(1＋σ)/NA的隆起或凹下平坦部；以及在上述目標圖形周圍形成步距小於λ(1＋σ)/NA而臺階尺度不小於λ/16的起伏不平的線狀或點狀重複臺階。
17.第15項所述的曝光工藝，其特徵是若上述位置檢測光學系統為檢測波長為λ、數值孔徑為NA的暗場型，則上述目標圖形由多個沿一個方向排列的點組成，且每個上述的點由步距小於λ(1＋σ)/NA的起伏不平的線狀重複臺階組成。
18.第17項所述的曝光工藝，其特徵是步距小於λ(1＋σ)/NA而臺階尺度不小於λ/16的起伏不平的線狀重複臺階部分形成在除了組成上述目標圖形的上述多個點之間的間隙之外的背景區中。
19.一種曝光設備，它包含一個其上放置半導體晶片的臺；一個形成有所需圖形的原版；一個用來將上述原版的圖形轉移到上述半導體晶片上的縮小投影光學系統；以及一個用來檢測形成在上述半導體晶片上的目標圖形以便使上述半導體晶片與上述原版對準的位置檢測光學系統，其特徵是上述位置檢測光學系統包含一個用於第1項所述信號處理方法的信號處理裝置。
20.第19項所述的曝光設備，其特徵是上述半導體晶片的目標圖形其中或其背景處包括重複的臺階，這些臺階具有被上述縮小投影光學系統分辨而不被上述位置檢測光學系統分辨的步距和寬度。
在明場型檢測光學系統中，照明光軸的不對準首先用對照明學軸不對準很敏感的目標圖形來調整。然後，用對彗差靈敏的目標圖形來調整位置檢測光學系統的彗差。
另一方面，工藝晶片形成有經改進的不受照明光軸不對準、彗差和偏焦影響的目標圖形。
而且，如果採用其位置檢測光學系統藉助於修正彗差和照明光軸不對準而被最佳調整過的曝光設備，而且如果前述改進的目標圖形製作在工藝晶片上供使用，則能夠獲得高精度對準。
在暗場型檢測光學系統中，若前述改進的目標圖形製作在工藝晶片上，則能夠獲得高精度對準而不受臺階上薄膜覆蓋不對稱性和晶片表面上顆粒的影響。
圖1(a)和1(b)是剖面圖，示出了本發明的明場用目標圖形，圖1(c)剖面示出了一例現有技術的目標圖形；圖2示出了本發明目標圖形中臺階上下部具有相等反射率的情況下，光孔平面的波形分布；圖3(a)、3(b)和3(c)示出了本發明目標圖形分別在檢測光學系統沒有光行差、有照明光軸不對準以及有彗差的情況下的各個圖象信號；圖4(a)、4(b)和4(c)示出了本發明目標圖形分別在檢測光學系統沒有光行差、有照明光軸不對準以及有彗差的情況下的各個歸一化對稱性；圖5(a)是明場型理想目標圖形的剖面圖，而圖5(b)示出了光孔平面上目標圖形的波形；圖6(a)、6(b)和6(c)示出了理想的目標圖形分別在沒有光行差、有照明光軸不對準以及有彗差的情況下的各個圖象信號；圖7(a)、7(b)和7(c)示出了理想目標圖形分別在沒有光行差、有照明光軸不對準以及有彗差的情況下的各個對稱性；圖8是一流程圖，示出了根據本發明一個實施例的一例曝光工藝和設備的運行；圖9(a)、9(b)和9(c)示出了對照明光軸傾斜靈敏的目標圖形分別在沒有光行差、有照明光軸不對準以及有彗差的情況下的各個圖象信號；圖10(a)、10(b)和10(c)示出了對照明光軸傾斜靈敏的目標圖形分別在沒有光行差、有照明光軸不對準以及有彗差的情況下的各個對稱性情況；圖11(a)、11(b)和11(c)示出了對彗差靈敏的目標圖形分別在沒有光行差、有照明光軸不對準以及有彗差的情況下的各個圖象信號；圖12(a)、12(b)和12(c)示出了對彗差靈敏的目標圖形分別在沒有光行差、有照明光軸不對準以及有彗差的情況下的各個對稱性；圖13(a)和13(b)是俯視平面圖，示出了根據本發明一個實施例的一例目標圖形結構；圖14(a)和14(b)是俯視平面圖，示出了根據本發明一個實施例的一例目標圖形結構；圖15(a)和15(b)是俯視平面圖，示出了根據本發明一個實施例的一例目標圖形結構；圖16(a)和16(b)是俯視平面圖，示出了根據本發明一個實施例的一例目標圖形結構；圖17(a)和17(b)是剖面圖，示出了根據本發明一個實施例將目標圖形製作在晶片上的狀態的例子；圖18是一個概念圖，示出了根據本發明一個實施例的目標圖形操作的一個實例；圖19是一個概念圖，示出了現有技術的目標圖形操作的一個實例；圖20是一個概念圖，示出了應用根據本發明的曝光工藝的曝光設備結構的一個例子；圖21是一個概念圖，示出了應用根據本發明的曝光工藝的曝光設備結構的一個例子；圖22是一個概念圖，示出了一例現有技術的曝光設備；圖23(a)和23(b)是概念圖，示出了一例現有技術光學系統的調整方法；圖24示出了一例現有技術的目標圖形剖面結構的剖面圖；圖25是一個概念圖，示出了一例用暗場型檢測光學系統進行對準的投影曝光設備；圖26是一個俯視平面圖，示出了一例現有技術的暗場型目標圖形；圖27是一俯視平面圖，示出了一例現有技術的暗場型目標圖形；圖28(a)和28(b)是概念圖，示出了一例衍射圖象，這是在現有技術的暗場型目標圖形在掃描方向各個稜邊部分處檢測到的；圖29是一個透視圖，示出了本發明的一個暗場目標圖形；以及圖30是一個概念圖，示出了一例衍射圖，這是從本發明的暗場目標圖形中檢測到的。
下面參照附圖結合實施例對本發明進行詳細描述。
圖8是一個流程圖，示出了明場型檢測光學系統中根據本發明一個實施例的曝光工藝的例子，而圖20和21是概念圖，示出了採用此曝光工藝的曝光設備結構的一個例子。
首先，參照圖20和21概要描述一下本實施例曝光設備。在本實施例的移動臺10上裝有一個其上裝有晶片20的曝光臺30以及一個準備臺40。在移動臺10的上方排列有一個曝光光學系統，它自下而上由縮小投影透鏡51、入射光孔52、原版53和曝光照明透鏡54等組成。而且，藉助於把通過原版53的曝光光55按縮小的尺寸投影到晶片20上，就實現了曝光，使形成在晶片20表面上的抗蝕劑膜按所需的圖形感光。
除了曝光光學系統外，本實施例的曝光設備結構中還包含一個用來檢測和對準晶片20上目標圖形的位置檢測光學系統60；如圖21所示的一對用來對準原版53和移動臺10(或曝光臺30)的對準光學系統70；一個用來調整曝光光學系統中晶片20的焦點的自動聚焦機構80；以及一個用來精密測量移動臺(或曝光臺30)的位移的雷射測量機構90。此雷射測量機構90由排列在移動臺10側面的平面鏡91和作為用於產生測量雷射92a的信號處理機構的雷射源92組成。
如圖20舉例的那樣，位置檢測光學系統60由發射0.633μm雷射作為檢查光61a的光源61、聚焦透鏡62、半反射鏡63、共軛光孔64、中繼透鏡65、用來將檢查光61a引導進入入射光孔52和縮小投影透鏡51的中繼反射鏡66；攝像單元67、信號處理單元68等等組成。於是，檢查光61a的反射光在從晶片20上稍後將描述的目標圖形反射時，就被攝像單元67捕獲並接受諸多用前述方程(7)—(10)的對稱處理之類的圖象處理以精確檢測目標圖形的位置。
順便說一下，在暗場型檢測光學系統情況下，位置檢測光學系統60用細長雷射斑來執行暗場照明，因此，聚焦透鏡62以柱面透鏡為例。另一方面，在半反射鏡63和攝像單元67之間插入了一個用來投影和聚焦共軛光孔的透鏡和一個用來遮斷0階衍射光的遮光板，雖然這樣未特意示出。
在準備臺40上放有一個帶有對準標誌42a和42b的模擬晶片41。
另一方面，對準光學系統70由一個用來發射等同於曝光光55的第i線之類的檢查光的光源71、聚焦透鏡72、半反射鏡73、中繼透鏡74、一個用於將檢查光71a通過形成在原版53上的對準標誌53a和53b引導進入曝光光學系統的中繼反射鏡75，以及一個攝像單元76等組成。
而且，如圖21所示，通過向準備臺40移動曝光光學系統以修正原版53的位置等使檢測到的原版53上對準標誌53a和53b的圖象和檢測到的模擬晶片41上的對準標誌42a和42b可進入對準，並存儲此時從雷射測量機構90得到的曝光光學系統(即位置檢測光學系統60)和移動臺10(即曝光臺30)之間的位置關係，就可以精確地使原版53和曝光臺30上的晶片20對準。
自動聚焦機構80由用來發射檢查光81a的光源81、用來將檢查光81a引導至模擬晶片41上的中繼反射鏡82和橫過曝光光學系統光軸相對於82排列在對稱位置上的中繼反射鏡83、接收器84等組成。這樣，當曝光光學系統相對於模擬晶片41處於最佳聚焦位置時，通過儲存這樣一個模擬晶片41上反射的檢查光81a的入射位置，如存儲在接受器84上，曝光光學系統就相對於位於等效於模擬晶片41的位置上的曝光臺30上的晶片20而自動聚焦。
採用這樣構成的曝光設備，根據本實施例，參照圖8流程圖而執行曝光操作。
具體地說，首先按下法調整位置檢測光學系統60的彗差照明光軸由的不對準。
用來檢查照明光軸不對準的目標圖形以現有技術的目標為例，如圖1(c)所示。用在本實施例中的位置檢測光學系統的檢查光61a的檢查波長λ＝0.633μm，NA/＝0.52，而目標圖形為矩形線狀圖形，其線寬ω＝4μm，長度為30μm，而凹下深度D＝λ/8(＝0.08μm)。此處，數值λ/8相當於λ/8＋Nλ/2時N＝0的情況(N為一任意整數)。
圖9(a)示出了檢測光學系統在沒有光行差的情況下的圖象信號；圖9(b)示出了檢測光學系統在有照明光軸不對準的情況下的圖象信號；而圖9(c)示出了檢測光學系統在有彗差的情況下的圖象信號。
圖10(a)示出了檢測光學系統在沒有光行差的情況下的歸一化對稱性；圖10(b)示出了檢測光學系統在有照明光軸不對準的情況下的歸一化對稱性；而圖10(c)示出了檢測光學系統在有彗差的情況下的歸一化對稱性。
圖10中圖象信號的對稱性是用前述的歸一化對稱處理估值的。
在上述條件(D＝λ/8＝0.08μm)下，目標圖形的歸一化對稱誤差相對於照明光軸的不對準而靈敏地增加，因而可容易地對這一對準進行檢查。
具體地說，如圖10(b)所示，最佳聚焦位置處的歸一化對稱誤差ε1可以估計出來以決定ε1＝0的狀態是照明光軸沒有不對準的狀態。調整位置檢測光學系統60以建立這種狀態。具體地說，藉助於在包含檢查光61a光路的平面內沿垂直於光軸的方向精細地移動光源61來實現這一調整。
用來檢查彗差的目標圖形以圖1(c)的常規目標為例。用於本實施例的位置檢測光學系統60的檢查光波長λ＝0.633μm而NA＝0.52，而目標圖形為矩形線狀圖形，其寬度W＝4μm，長度為30μm而D＝λ/4(＝0.16μm)。此處，數值λ/4相當於λ/4＋Nλ/2時N＝0的情況(N為任一整數)。
圖11(a)示出了檢測光學系統在沒有光行差的情況下的圖象信號；圖11(b)示出了檢測光學系統在有照明光軸不對準的情況下的圖象信號；而圖11(c)示出了檢測光學系統在有彗差的情況下的圖象信號。
圖12(a)示出了檢測光學系統在沒有光行差的情況下的歸一化對稱性；圖12(b)示出了檢測光學系統在有照明光軸不對準的情況下的歸一化對稱性；而圖12(c)示出了檢測光學系統在有彗差的情況下的歸一化對稱性。
圖12中各圖象信號的對稱性是用根據前述方程(10)的歸一化對稱處理估算的。
在上述條件(D＝λ/4＝0.16μm)下，目標圖形的歸一化對稱誤差相對於彗差而靈敏增加，因而可容易地檢查到這種光行差。亦即，如圖10(b)所示，在最佳聚焦位置可估算歸一化對稱誤差ε2，以決定ε2＝0的狀態為無彗差狀態。調整位置檢測光學系統以建立這種狀態。具體地說，藉助於沿垂直於含有檢查光61a光路的平面的方向精細地移動中繼透鏡65來實現這一調整。
這一調整步驟之後，工藝轉入實際的曝光步驟。在本實施例中，圖1(b)所示的結構被用作待要形成在晶片20上的目標圖形。具體地說，在明場型檢測系統中，目標圖形的形狀如圖13所示。圖13(b)是目標圖形101的放大俯視平面圖，而圖13(a)是一俯視平面圖，以放大的尺度示出了區域A。
順便說一下，如圖1(b)情況那樣，光學條件的例子是位置檢測光學系統60的檢查光61a的波長λ＝0.633μm，縮小投影透鏡51的NA＝0.52。而且，局部相干σ＝0.4－0.7。
具體地說，例如，目標圖形101由多個寬度W1＝3.7μm(＞0.61μm)、長度L＝30μm而陣列步距L1＝20μm的矩形線部101a；以及形成在線部101a之間的步距P＝1.2μm(＜λ(1＋σ)/NA)、凹下寬度W1＝0.5μm(＜0.5(1＋σ)/NA)而隆起寬度W2＝0.7μm(＜0.5λ(1＋σ)/NA)的重複臺階部分組成。
圖17(a)和17(b)是剖面圖，示出了目標圖形101的晶片20的製作狀態的例子。具體地說，圖17(a)示出了布線步驟中目標圖形101的組成狀態，而圖17(b)示出了開孔步驟中目標圖形101的組成狀態。
在圖17(a)中，在矽之類的襯底21上形成了由SiO2隔離膜22、多晶矽或金屬導電膜23、SiO2之類的隔離膜24、多晶矽或金屬導電膜25、抗蝕劑26等組成的一個多層膜。SiO2之類的隔離膜24是起伏不平的以便將覆蓋起伏不平的隔離膜24的多晶矽或金屬導電膜25製作成具有重複臺階部分101b的結構。
同樣在圖17(b)中，在矽之類的襯底21上形成了一個由SiO2隔離膜22、多晶矽或金屬導電膜23、SiO2之類的隔離膜24、抗蝕劑26等組成的多層膜結構。多晶矽或金屬導電膜23是起伏不平的，並製作成具有重複臺階部分101b的結構。
於是，線部101a是明亮的，而重複臺階部分101b是暗的，致使得到的圖象信號具有如圖6(a)所示的良好的反差和對稱性，以高精度檢測位置。
圖14示出了另一種具體用於明場型檢測系統中的目標圖形。圖14(b)是整個目標圖形102的俯視平面圖，而圖14(a)是按放大尺寸示出其A區的俯視平面圖。
在圖14情況下，組成目標圖形102的線部102a由重複臺階部分102b構成。
具體地說，線部102a形成為矩形，其寬度W1＝4.1μm，而長度L＝30μm，按步距L1＝20μm排列。每個線部102a由隆起寬度W2＝0.7μm、凹下寬度W3＝0.5μm、步距P＝1.2μm的重複臺階部分102b所確定。
此時，線部102a較暗而其外圍較亮，致使其圖象信號的亮度和暗度與前述圖13的相反，但同樣有能實現高精度位置檢測的良好反差和對稱性。
迄今所述的目標圖形是明場型檢測系統的適當例子。然而，在暗場型檢測系統中，檢測原理不同，故適當的目標圖形也不同。
暗場型檢測系統檢測由目標圖形產生的衍射光。
對於衍射光的散射角，有下列條件方程PSinθ＝nλ(11)其中P是圖形的步距，Q是衍射光的散射角，λ是檢查波長，n是一任意整數，n＝0時確定0階衍射光，n＝1時確定一階衍射光，n＝2時確定二階衍射光，而n＝n時確定n階衍射光。
如圖19所示，現有技術的目標圖形是邊長為4μm的以步距8μm排列的正方形圖形。對於檢測波長λ＝633nm，一階衍射光產生於±4.5度的方向內，而三階衍射光產生於±13.7度的方向內。檢測到的NA約為0.26，且0階衍射光被遮光板遮斷，而檢測到一階至三階的衍射光。
在這種現有技術的目標圖形中，如此前已描述的那樣，0階衍射光由於晶片表面的粗糙度(或顆粒)而漏掉了，致使檢測精度容易變壞。
圖15示出了經本發明改進了的圖18暗場型檢測目標圖形的一個具體實施例。圖15(b)是目標圖形103的放大俯視平面圖，而圖15(a)是按放大尺度示出其A區的俯視平面圖。
在圖15中，示出了適用於暗場照明情況的目標圖形103。具體地說，此種情況下的目標圖形由多個沿垂直於照明掃描方向以步距P2排列的點部103a、以及排列在點部103a周圍的重複臺階部分103b組成。
例如，點部103a的排列步距P2為8μm，而排列寬度L2約為48μm。另一方面，重複臺階部分103b沿點部103a的排列方向的寬度L3為80μm。各個點部103a為W1×W1』＝3.7μm×4μm的矩形。重複臺階部分103b的尺寸P、W2、W3等與前述圖13和14的情況(光學條件也如此)。
在圖15的情況中，通過寬度大於W1且長度大於L2的雷射斑的選擇性照明以及相對雷射斑並沿垂直於點部103a的排列方向掃描目標圖形103，來檢測圖形信號。此時，如圖18和19所示例，由存在於點部103a周圍的顆粒之類造成的噪聲所產生的衍射光超出了檢測範圍，致使能夠清楚地檢測到目標圖形103的點部103a。
圖16示出了經本發明改進了的圖29暗場檢測目標圖形的一個具體實施例。圖16(b)是目標圖形104的放大俯視平面圖，而圖16(a)是一按放大尺度示出了其A區的俯視平面圖。
在圖16的情況中，目標圖形104的點部104a由尺寸(P、W2和W3)與圖15相等的重複臺階部分104b組成。
倘若重複臺階部分104b由圖17(a)所示例的結構形成在晶片20上，則從組成點部104a的重複臺階部分104b發射的衍射光超出檢測場的範圍致使其不被檢測到，而只有從點部104a之間的平坦部的衍射光才被檢測到。結果就消除了帶有起伏不平的薄膜的各個點部104a的覆蓋不對稱性的影響，以致比起如圖28(a)和28(b)所示例那樣形成簡單的凹下或隆起來降低各邊緣部位處檢測信號的彌散(即不對稱性)的情況來說，在稜邊部位處檢測信號的對稱性得到了更好的改進。結果，當採用目標圖形104時，就可以高精度地檢測目標圖形104，有助於改善晶片20上原版53的對準精度。
另一方面，儘管沒有特意示出，也可以將在點部104a的背景上製作由圖16所示例的重複臺階部分104b和圖15所示例的重複臺階部分103b構成的點部104a的技術進行結合。根據這種技術，有可能在稜邊部位檢測到的信號的對稱性改善與藉助於防止背景上顆粒所造成的0階光洩漏而得到的信噪比的改善兼容起來。
這樣，通過檢測形成的晶片20上的目標圖形101、102、103、104等，藉助於位置檢測光學系統60來使晶片20與原版53高精度對準，以及藉助於在對準狀態下通過縮小投影透鏡51以透過原版53的曝光光55來照射晶片上的抗蝕劑26，就能夠精確地使晶片20上的抗蝕劑26曝光於所需的圖形。
根據實驗我們已發現用本實施例的技術能夠得到下列效果。
(1)明場型位置檢測光學系統60的照明光軸不對準誤差可以降低到一半以下。
(2)明場型位置檢測光學系統60的彗差可以降低到一半以下。
(3)比之現有技術的對稱處理，目標圖形中心位置的出錯檢測百分比可降低到一半以下。
(4)比之現有技術的目標圖形，對準誤差可降低到大約一半。
(5)將本實施例的技術應用於LSl製造工藝，已改善了集成度和成品率。
雖然結合實施例已具體描述了本發明，但本發明不限於此，而可以自然地做出多種修改而不超越其要旨。
例如，前述實施例以投影曝光設備為例進行描述，但本發明可自然地應用於帶有光學系統和圖象信號處理功能的設備。
以下簡述一下此處公開的本發明有代表性的技術可達到的效果。
根據本發明的信號處理方法，波形對稱性的絕對值可被比較和估算而其錯誤鑑別很小。
根據本發明的位置檢測光學系統的調整方法，當分別對待諸如彗差或照明光軸傾斜之類的誤差因素時，檢測光學系統可被高精度地調整。
根據本發明的目標圖形，可產生反差和對稱性良好的位置檢測信號。
根據本發明的曝光工藝，可實現高精度的圖形轉移。
根據本發明的曝光設備，可實現高精度的圖形轉移。
權利要求
1.一種曝光工藝，其中將原版上所需的圖形通過一個縮小投影光學系統轉移到半導體晶片上，且其中所述的原版和所述的半導體晶片通過位置檢測光學系統藉助於對目標圖形進行檢測而對準，此曝光工藝包含在一部分上述半導體晶片上形成一個目標圖形，其中或其背景處包括具有被上述縮小投影光學系統而不被上述位置檢測光學系統所分辨的步距和寬度的重複的臺階；以及利用上述目標圖形使上述半導體晶片與上述原版對準。
2.根據權利要求1的曝光工藝，還包含形成由線或點構成的上述目標圖形，若上述位置檢測光學系統的檢測波長為λ、數值孔徑為NA、局部相干為σ，則這些線或點具有寬度大於0.5λ(1＋σ)/NA的隆起和凹下平坦部分；以及在上述目標圖形周圍形成起伏不平的線狀或點狀重複的臺階，其步距＜λ(1＋σ)/NA，臺階尺度≥λ/16。
3.根據權利要求1的曝光工藝，其中若所述的位置檢測光學系統是暗場型，其檢測波長為λ而數值孔徑為NA，則上述目標圖形由排列在同一方向的多個點所組成，且其中的每一個上述的點由步距＜λ(1＋σ)/NA的起伏不平的線狀重複臺階所構成。
4.根據權利要求3的曝光工藝，其中在除了構成上述目標圖形的上述多個點之間的間隙之外的背景區中形成步距＜λ(1＋σ)/NA且臺階尺度≥λ/16的起伏不平的線狀重複臺階部分。
5.一種根據縮小投影曝光製造半導體集成電路器件的工藝，其中曝光光以基本上單色相干或局部相干的紫外線或遠紫外線為例，該工藝包含(a)掩模安裝步驟，在縮小投影曝光設備中安裝一個帶有光學掩模的掩模支架，此光學掩模在透明掩模襯底的至少一個主表面上形成有與電路圖形相對應的掩模圖形；(b)引入晶片的步驟，在上述縮小投影曝光設備中的XY晶片臺上放置一個具有塗覆有光致抗蝕劑膜的第一主表面的半導體集成電路晶片；(c)目標位置檢測步驟，藉助於由波長大於上述曝光光以使基本上不使上述光致抗蝕劑膜感光的對準光所構成的參考光束，通過與上述投影曝光設備的投影光學系統共用一部分或分開製造的對準光學系統，現場觀察位於上述XY晶片臺上的上述晶片第一主表面上的至少一個目標圖形相對於上述縮小投影曝光設備的曝光投影光學系統的位置；以及(d)曝光步驟，藉助於用上述曝光光照射置於上述掩模支架中以便根據上述目標位置檢測步驟中獲得的位置信息使上述晶片的預定位置與上述掩模的所需位置相對對準的掩模，通過上述投影光學系統對位於上述晶片臺上的上述晶片的第一主表面進行投影和曝光，其中所述的目標圖形包括(i)一個精細圖形區，帶有一個精細圖形，其反差由於沿至少一個方向的周期或總周期大大短於上述參考光束在上述方向上的寬度且不能由上述對準光學系統充分分辨而降低了；以及(ii)一個較長的周期區，具有一個相對長的周期區或平坦圖形，該相對長的周期區或平坦圖形沿上述一個方向基本上與上述精細圖形區的內側或外側鄰接、且在其部分和上述精細圖形區之間由於沿至少上述一個方向上的周期或上述總周期可由對準光學系統充分分辨而具有足夠的反差。
6.根據權利要求5的半導體集成電路器件製造工藝，其中所述的對準光基本上由單色光構成。
7.根據權利要求5的半導體集成電路器件製造工藝，其中所述的對準光學系統具有一個與上述投影光學系統共用其主要部分的TTL(即分光鏡)結構。
8.根據權利要求5的半導體集成電路器件製造工藝，其中所述的對準光基本上是具有相當窄的帶寬的連續光。
9.根據權利要求6的半導體集成電路器件製造工藝，其中所述的對準光學系統具有與上述投影光學系統共用其主要部分的TTL(即分光鏡)結構。
10.根據權利要求8的半導體集成電路器件製造工藝，其中所述的對準光學系統具有與上述投影光學系統共用其主要部分的TTL(即分光鏡)結構。
11.一種根據縮小投影曝光製造半導體集成電路器件的工藝，其中，曝光光以基本上單色相干或局部相干的紫外或遠紫外線為例，該工藝包含(a)掩模安裝步驟，在縮小投影曝光設備中安裝一個帶有光學掩模的掩模支架，此光學掩模在透明掩模襯底的至少一個主表面上形成有與電路圖形相對應的掩模圖形；(b)引入晶片的步驟，在上述縮小投影曝光設備中的XY晶片臺上放置一個具有塗覆有光致抗蝕劑膜的第一主表面的半導體集成電路晶片；(c)一個目標位置檢測步驟，藉助於使波長大於上述曝光光以使基本上不使上述光致抗蝕劑膜感光的細長狹縫狀雷射對準光沿基本上垂直於上述雷射對準光狹縫的方向進行掃描，通過與上述投影曝光設備的投影光學系統共用一部分或分開製造的對準光學系統，明場觀察位於上述XY晶片臺上的上述晶片第一主表面上的至少一個目標圖形相對於上述縮小投影曝光設備的曝光投影光學系統的位置；以及(d)一個曝光步驟，藉助於用上述曝光光照射安裝在上述掩模支架中以便根據上述目標位置檢測步驟中獲得的位置信息使上述晶片的預定位置與上述掩模的所需位置相對對準的掩模，通過上述投影光學系統對位於上述晶片臺上的上述晶片的第一主表面進行投影和曝光，其中所述的目標圖形包括(i)一個精細圖形區，該精細圖形區帶有其反差由於掃描方向大於上述狹縫較短邊的周期或總周期不能由上述對準光學系統充分分辨而降低了的精細圖形；以及(ii)一個衍射圖形區，該衍射圖形區沿上述掃描方向基本上連接於上述精細圖形區內側並沿大體垂直於上述掃描方向排列以使其預定衍射光可用上述對準光學系統來觀察。
12.根據權利要求11的半導體集成電路器件製造工藝，其中所述的對準光基本上是單色光。
13.根據權利要求11的半導體集成電路器件製造工藝，其中所述的對準光學系統具有與上述投影光學系統共用其主要部分的TTL(即分光鏡)結構。
14.根據權利要求11的半導體集成電路器件製造工藝，其中所述的對準光基本上是具有相當窄的帶寬的連續光。
15.根據權利要求12的半導體集成電路器件製造工藝，其中所述的對準光學系統具有與上述投影光學系統共用其主要部分的TTL(即分光鏡)結構。
16.根據權利要求14的半導體集成電路器件製造工藝，其中所述的對準光學系統具有與上述投影光學系統共用其主要部分的TTL(即分光鏡)結構。
全文摘要
一種能夠產生具有良好反差和對稱性的位置檢測信號的目標圖形，該目標圖形由光波長為λ、數值孔徑為NA且局部相干為σ的位置檢測光學系統檢測，由具有隆起的點部或線部1a和設於1a周圍的重複臺階部分1b構成，隆起寬度小於0.5λ(1+σ)NA，1b的步距小於λ(1+σ)/NA且寬度小於0.5λ(1+σ)/NA。另一種目標圖形由點部或線部2a及重複臺階部分2b構成，2a的凹下寬度小於0.5λ(1+σ)/NA，而2b在2a周圍且步距小於λ(1+σ)/NA而寬度小於0.5λ(1+σ)/NA。
文檔編號H01L21/027GK1123466SQ9511666
公開日1996年5月29日 申請日期1995年8月24日 優先權日1994年8月25日
發明者小森谷進, 町田貴裕, 國吉伸治, 入來信行, 前島央, 小林正道 申請人:株式會社日立製作所