JP2000260702A - Alignment of semiconductor device - Google Patents

Alignment of semiconductor device

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JP2000260702A
JP2000260702A JP11065544A JP6554499A JP2000260702A JP 2000260702 A JP2000260702 A JP 2000260702A JP 11065544 A JP11065544 A JP 11065544A JP 6554499 A JP6554499 A JP 6554499A JP 2000260702 A JP2000260702 A JP 2000260702A
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Japan
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layer
alignment
mating
amount
layers
Prior art date
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Pending
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JP11065544A
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Japanese (ja)
Inventor
Noboru Yokoie
昇 横家
Kazutaka Ishiyuki
一貴 石行
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase the alignment accuracy when aligning a third layer with a first layer and with a second layer by simultaneously conducting the alignment of the first aligned layer and the third aligned layer and the alignment of the second aligned layer and the third aligned layer. SOLUTION: Based on the coordinate values for the measured deviations in the X direction and in the Y direction between a first layer and a third layer and for the measurement positions, the deviations in the X direction and in the Y direction between the first layer and the third layer are modeled to find out correction parameters. In like manner, based on the coordinate values for the measured deviations in the X direction and in the Y direction between a second layer and the third layer and for the measurement positions, the deviations in the X direction and in the Y direction between the second layer and the third layer are modeled to find out correction parameters. Based on these correction parameters, the deviations in the X direction and in the Y direction between the first and the third layer and the deviations in the X direction and in the Y direction between the first and the third layer are corrected, and then the alignment of the first and the third layer and the alignment of the second and the third layer are simultaneously conducted.

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】この発明は、3層以上の層を
有するパターニングプロセスにおいて、第3層をパター
ニングする場合に、第3層を第1層と第2層の両層にア
ライメントするアライメント方法に関し、特に第3層と
第1層、第3層と第2層の合わせたい方向が直交するよ
うな場合に、その両方の条件を満足させる半導体装置の
アライメント方法に関する。
The present invention relates to an alignment method for aligning a third layer with both a first layer and a second layer when patterning a third layer in a patterning process having three or more layers. In particular, the present invention relates to a semiconductor device alignment method that satisfies both conditions when the directions of alignment of the third layer and the first layer and the alignment direction of the third layer and the second layer are orthogonal.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体基板上に3層以上の第1層A、第
2層B、第3層Cをこの順番でパターニングする場合
に、第3層Cを第1層A、第2層Bの両層にアライメン
トする必要がある場合がある。このような場合に従来で
は、例えば第1層Aと第2層Bをアライメントし、次に
第1層Aと第3層Cをアライメントし、第2層Bと第3
層Cについては間接的にアライメントを制御する方法が
あった。あるいは、文献「SPIE96 Metrology,Inspecti
on,and Process Control for Microlithography XISBN
0-81924-2101-4 “Performance of New Overlay Measu
rement Mark”PP.424-435」に記載されているように、
第1層Aと第3層Cのアライメント方向と第2層Bと第
3層Cのアライメント方向が直交するような場合には、
その合わせずれ量を測定してアライメントを行う方法が
あった。
2. Description of the Related Art When patterning three or more layers of a first layer A, a second layer B, and a third layer C on a semiconductor substrate in this order, the third layer C is composed of the first layer A and the second layer B. It may be necessary to align both layers. In such a case, conventionally, for example, first layer A and second layer B are aligned, then first layer A and third layer C are aligned, and second layer B and third layer B are aligned.
For the layer C, there was a method of indirectly controlling the alignment. Alternatively, refer to the document "SPIE96 Metrology, Inspecti
on, and Process Control for Microlithography XISBN
0-81924-2101-4 “Performance of New Overlay Measu
As described in rement Mark "PP.424-435",
When the alignment direction of the first layer A and the third layer C is orthogonal to the alignment direction of the second layer B and the third layer C,
There is a method of measuring the amount of misalignment and performing alignment.

【0003】上記前者の場合には、第2層Bと第3層C
は間接合わせであるため、合わせずれスペックを保証し
ようとすると、直接合わせよりも厳しい合わせスペック
を適用しなければならなかった。一方、上記後者の場合
には、合わせずれ量を測定しているが、X、Y方向の合
わせずれ量を対象とする層のみ測定しているので、オフ
セットやスケーリングなどのX、Y方向の合わせずれ量
はX方向、Y方向でそれぞれ独立しているので測定でき
るが、回転や直交度エラーは測定できないので、それら
を補正することができなかった。
In the former case, the second layer B and the third layer C
Is an indirect alignment, so in order to guarantee misalignment specifications, it was necessary to apply more severe alignment specifications than direct alignment. On the other hand, in the latter case, the amount of misalignment is measured, but only the layer targeted for the amount of misalignment in the X and Y directions is measured. The displacement amount can be measured because it is independent in the X direction and the Y direction. However, since rotation and orthogonality errors cannot be measured, they cannot be corrected.

【0004】現在の露光装置、例えば一括露光型、部分
的に露光するスキャナ型、又は電子ビームのような一筆
書き型等の露光装置の位置合わせ方式は、合わせずれの
状況を以下に示すパラメータを用いてモデル化してい
る。
[0004] The alignment method of the current exposure apparatus, for example, the exposure apparatus such as a batch exposure type, a scanner type for partially exposing, or a one-stroke type such as an electron beam, uses the following parameters to describe the situation of misalignment. It is modeled using.

【0005】(a)合わせずれの平均:オフセット
X,Y方向。 (b)中心(ウェハ中心や露光中心)から倍率誤差(ス
ケーリング):中心からの距離に比例した合わせずれ、
現在はウェハ中心からのずれ量は露光の位置の補正(ウ
ェハ外周部にいくほどオフセットを加えていく)を行
い、さらに露光(フィールド)内の中心からのずれを倍
率補正する。倍率誤差はX方向、Y方向別々の値を持つ
ことがありうるので、X、Y方向それぞれ補正する。 (c)回転ずれ(回転軸がウェハ中心と露光中心):こ
れもウェハ中心の回転に対して露光位置の調整、露光
(フィールド)内に対しては、回転量補正を行う。 (d)直交度ずれ。
(A) Average misalignment: offset
X and Y directions. (B) Magnification error (scaling) from center (wafer center or exposure center): misalignment in proportion to distance from center,
At present, the amount of deviation from the center of the wafer is corrected by exposing the exposure position (adding an offset toward the outer peripheral portion of the wafer), and further correcting the deviation from the center within the exposure (field). Since the magnification error may have different values in the X and Y directions, the X and Y directions are respectively corrected. (C) Rotational deviation (the rotation axis is the center of the wafer and the center of the exposure): This also adjusts the exposure position with respect to the rotation of the center of the wafer and corrects the rotation amount within the exposure (field). (D) orthogonality shift.

【0006】このようなパラメータにおいて、上記
(a)、(b)は例えばX方向のオフセットを求めるに
は、Y方向の合わせずれ量は必要なく、X、Y方向は独
立している。一方、上記(c)(d)は、例えば回転量
を求めようとすると、X、Y両方向の合わせずれ量が必
要となる。したがって、ある層のX方向あるいはY方向
の片方向のみの測定では、回転量は得られないので、回
転や直交度を補正することはできない。
[0006] With these parameters, in (a) and (b) above, for example, to obtain an offset in the X direction, the amount of misalignment in the Y direction is not necessary, and the X and Y directions are independent. On the other hand, in the above (c) and (d), for example, in order to obtain the amount of rotation, the amount of misalignment in both the X and Y directions is required. Therefore, the rotation amount cannot be obtained by measuring only one direction of a certain layer in the X direction or the Y direction, so that the rotation and the orthogonality cannot be corrected.

【0007】また、このような従来技術として、例えば
特許番号第2591746号(特願昭62-125133号)公報には、
基板上の第1のパターン層に形成されたX方向用位置合
わせターゲットを、一次元方向座標検出信号光を光電変
換するディテクタにて検出し、該ディテクタが出力する
一次元座標検出信号を一次元座標用信号処理手段に供給
し、該一次元座標用信号処理手段にて信号処理アルゴリ
ズムでX方向の位置ずれ量を演算算出し、該第1のパタ
ーン層に第3のパターン層を位置合わせする工程と、該
第1のパターン層の上、又は下に形成した第2のパター
ン層に形成されたY方向用位置合わせターゲットを、前
記ディテクタとは別途設けたディテクタにて検出し、該
ディテクタが出力する一次元座標検出信号を一次元座標
用信号処理手段に供給し、前記信号処理アルゴリズムと
は別の信号処理アルゴリズムでY方向の位置ずれ量を演
算算出し、該第2のパターン層に第3のパターン層を位
置合わせする工程とを有し、前記演算算出で求めたX方
向データとY方向データに基づいてステージを所定の移
動位置に移動させることを特徴とした発明が記載されて
いる。このような発明にあっては、第1のパターン層に
第3のパターン層を位置合わせする時にX方向のみの位
置ずれ量を用い、第2のパターン層に第3のパターン層
を位置合わせする時にY方向のみの位置ずれ量を用いて
いるので、上述したと同様な不具合が生じることにな
る。
[0007] As such a conventional technique, for example, Japanese Patent Application No. 2591746 (Japanese Patent Application No. 62-125133) discloses
The X-direction alignment target formed on the first pattern layer on the substrate is detected by a detector that photoelectrically converts the one-dimensional direction coordinate detection signal light, and the one-dimensional coordinate detection signal output by the detector is one-dimensionally detected. The signal is supplied to the coordinate signal processing means, and the one-dimensional coordinate signal processing means calculates and calculates the amount of displacement in the X direction by a signal processing algorithm, and aligns the third pattern layer with the first pattern layer. And detecting a Y-direction alignment target formed on the second pattern layer formed above or below the first pattern layer with a detector provided separately from the detector. The output one-dimensional coordinate detection signal is supplied to the one-dimensional coordinate signal processing means, and the amount of displacement in the Y direction is calculated by a signal processing algorithm different from the signal processing algorithm. Aligning the third pattern layer with the pattern layer, and moving the stage to a predetermined moving position based on the X-direction data and the Y-direction data obtained by the calculation. Has been described. In such an invention, when the third pattern layer is aligned with the first pattern layer, the amount of displacement only in the X direction is used, and the third pattern layer is aligned with the second pattern layer. Occasionally, since the displacement amount only in the Y direction is used, the same problem as described above occurs.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
第1層ならびに第2層の両層に第3層をアライメントす
る際の従来の一アライメント方法においては、間接的な
アライメントとなるので、直接的なアライメントよりも
厳しいスペックを採用しなければならず、アライメント
が極めて難しくなっていた。また、従来の他のアライメ
ント方法にあっては、X、Y方向のずれ量がそれぞれ独
立していない例えば回転や直交度といったずれの要因と
なるパラメータを考慮してアライメントを行っていなか
ったので、アライメントの精度を高めることが困難であ
るといった不具合を招いていた。
As described above,
In one conventional alignment method for aligning the third layer with both the first layer and the second layer, since the alignment is indirect, it is necessary to employ more severe specifications than the direct alignment. , Alignment was extremely difficult. Further, in other conventional alignment methods, alignment is not performed in consideration of parameters that cause a shift, such as rotation or orthogonality, where the shift amounts in the X and Y directions are not independent of each other. This causes a problem that it is difficult to increase the alignment accuracy.

【0009】そこで、この発明は、上記に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、第1層ならび
に第2層の両層に第3層をアライメントする際のアライ
メント精度を向上させた半導体装置のアライメント方法
を提供することにある。
Accordingly, the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to improve the alignment accuracy when aligning a third layer with both a first layer and a second layer. To provide a semiconductor device alignment method.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、課題を解決する第1の手段は、半導体基板上に形成
される第1の被合わせ層ならびに第2の被合わせ層に第
3の被合わせ層をアライメントする際に、第1の被合わ
せ層と第3の被合わせ層のX方向ならびにY方向の露光
前のずれ量を計測し、第2の被合わせ層と第3の被合わ
せ層のX方向ならびにY方向の露光前のずれ量を計測
し、第1の被合わせ層と第3の被合わせ層のX方向なら
びにY方向の計測したずれ量とその座標値に基づいて、
第1の被合わせ層と第3の被合わせ層のX方向ならびに
Y方向のずれ量をモデル化した補正パラメータを求め、
第2の被合わせ層と第3の被合わせ層のX方向ならびに
Y方向の計測したずれ量とその座標値に基づいて、第2
の被合わせ層と第3の被合わせ層のX方向ならびにY方
向のずれ量をモデル化した補正パラメータを求め、求め
た補正パラメータに基づいて、第1の被合わせ層と第3
の被合わせ層のX方向ならびにY方向のずれ量を補正
し、第2の被合わせ層と第3の被合わせ層のX方向なら
びにY方向のずれ量を補正し、第1の被合わせ層と第3
の被合わせ層ならびに第2の被合わせ層と第3の被合わ
せ層のアライメントを同時に行うことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first means for solving the problem is to provide a first and a second mating layer formed on a semiconductor substrate with a third mating layer. When aligning the first and third layers, the amounts of displacement of the first and third layers before and after exposure in the X and Y directions are measured, and the second and third layers are aligned with each other. The displacement amounts of the alignment layers in the X direction and the Y direction before exposure are measured, and based on the measured deviation amounts in the X direction and the Y direction of the first and third layers and the coordinate values thereof,
Calculating a correction parameter modeling a shift amount in the X direction and the Y direction between the first mating layer and the third mating layer;
On the basis of the measured shift amounts in the X and Y directions of the second and third mating layers and the coordinate values thereof,
A correction parameter is obtained by modeling the amount of displacement in the X direction and the Y direction between the first layer and the third layer, based on the obtained correction parameters.
Of the second and third layers to be corrected in the X and Y directions, and the first and second layers to be corrected. Third
And the alignment of the second layer and the third layer is performed simultaneously.

【0011】第2の手段は、半導体基板上に形成される
第1の被合わせ層ならびに第2の被合わせ層に第3の被
合わせ層をアライメントする際に、第1の被合わせ層と
第3の被合わせ層のX方向ならびにY方向のずれ量を計
測し、第2の被合わせ層と第3の被合わせ層のX方向な
らびにY方向のずれ量を計測し、第1の被合わせ層と第
3の被合わせ層のX方向ならびにY方向の計測したずれ
量とその座標値に基づいて、第1の被合わせ層と第3の
被合わせ層のX方向ならびにY方向のずれ量をモデル化
した補正パラメータを求め、第2の被合わせ層と第3の
被合わせ層のX方向ならびにY方向の計測したずれ量と
その座標値に基づいて、第2の被合わせ層と第3の被合
わせ層のX方向ならびにY方向のずれ量をモデル化した
補正パラメータを求め、求めた複数の補正パラメータを
平均化又は層間毎に重み付けをして、第1の被合わせ層
と第3の被合わせ層のX方向ならびにY方向のずれ量を
補正し、第2の被合わせ層と第3の被合わせ層のX方向
ならびにY方向のずれ量を補正し、第1の被合わせ層と
第3の被合わせ層ならびに第2の被合わせ層と第3の被
合わせ層のアライメントを同時に行うことを特徴とす
る。
The second means is provided for aligning the third layer with the first layer and the second layer to be formed on the semiconductor substrate. The amount of displacement in the X and Y directions of the third mating layer is measured, and the amount of displacement in the X and Y directions of the second and third mating layers is measured. Based on the measured displacements of the first and third layers in the X and Y directions and their coordinate values, the displacements of the first and third layers in the X and Y directions are modeled. The corrected parameters are obtained, and the second layer and the third layer are determined on the basis of the measured shift amounts of the second layer and the third layer in the X and Y directions and their coordinate values. Correction parameters that model the amount of displacement in the X and Y directions of the Therefore, the obtained correction parameters are averaged or weighted for each layer to correct the amounts of displacement in the X and Y directions between the first layer to be bonded and the third layer to be bonded. The shift amounts of the alignment layer and the third alignment layer in the X direction and the Y direction are corrected, and the first alignment layer and the third alignment layer and the second alignment layer and the third alignment layer are corrected. The alignment is performed simultaneously.

【0012】第3の手段は、前記第1又は第2の手段に
おいて、露光後のレジストパターンと下地とのずれ量を
計測し、計測した露光後のずれ量を前記露光前のずれ量
に代えて同様に補正パラメータを求め、求めた補正パラ
メータにより同様にアライメントを行うことを特徴とす
る。
[0012] A third means is the first or second means, wherein the amount of deviation between the resist pattern after exposure and the base is measured, and the measured amount of deviation after exposure is replaced with the amount of deviation before exposure. In this manner, correction parameters are similarly obtained, and alignment is similarly performed using the obtained correction parameters.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、図面を用いてこの発明の実
施形態を説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0014】本発明では、第1層、第2層、第3層をこ
の順番でパターニングする場合に、第3層を第1層、第
2層の両層にアライメントし、特に第3層と第1層の合
わせたい方向と第3層と第2層の合わせたい方向が直交
するような場合のアライメント方法において、図1のフ
ローチャートに示すように、この実施形態のアライメン
ト方法により露光装置でのアライメントを行った後(ス
テップS1)、そのアライメントにしたがって露光し
(ステップS2)、所望のパターンを形成し、また他の
実施形態として、露光後のレジストパターンと下地との
合わせずれ量を測定し(ステップS3)、測定結果の合
わせずれ量のデータに基づいてアライメントを再調整し
露光を行うようにしている。
According to the present invention, when the first layer, the second layer, and the third layer are patterned in this order, the third layer is aligned with both the first layer and the second layer. In an alignment method in which the direction in which the first layer is desired to be aligned and the direction in which the third layer and the second layer are desired to be orthogonal to each other, as shown in the flowchart of FIG. After the alignment (Step S1), exposure is performed according to the alignment (Step S2) to form a desired pattern. In another embodiment, the amount of misalignment between the exposed resist pattern and the base is measured. (Step S3) The alignment is re-adjusted based on the data on the amount of misalignment of the measurement result, and exposure is performed.

【0015】まず、この実施形態においては、第1層と
第3層のX方向ならびにY方向のずれ量を計測し、第2
層と第3層のX方向ならびにY方向のずれ量を計測し、
第1層と第3層のX方向ならびにY方向の計測したずれ
量とその測定位置を示す座標値に基づいて、第1層と第
3層のX方向ならびにY方向のずれ量をモデル化した補
正パラメータを求め、第2層と第3層のX方向ならびに
Y方向の計測したずれ量とその測定位置を示す座標値に
基づいて、第2層と第3層のX方向ならびにY方向のず
れ量をモデル化した補正パラメータを求め、求めた補正
パラメータに基づいて、第1層と第3層のX方向又はY
方向のずれ量を補正し、第2層と第3層のX方向又はY
方向のずれ量を補正し、第1層と第3層ならびに第2層
と第3層のアライメントを同時に行うことを特徴とす
る。
First, in this embodiment, the amount of displacement between the first layer and the third layer in the X and Y directions is measured,
Measuring the amount of displacement between the layer and the third layer in the X and Y directions,
Based on the measured shift amounts of the first and third layers in the X and Y directions and the coordinate values indicating the measurement positions, the shift amounts of the first and third layers in the X and Y directions were modeled. A correction parameter is obtained, and the displacement between the second layer and the third layer in the X direction and the Y direction is determined based on the measured displacement in the X direction and the Y direction of the second layer and the third layer and the coordinate value indicating the measured position. A correction parameter modeling the amount is obtained, and based on the obtained correction parameter, the X direction or the Y direction of the first layer and the third layer is determined.
The amount of deviation in the direction is corrected, and the X direction or Y direction of the second layer and the third layer is corrected.
It is characterized in that the amount of deviation in the direction is corrected and the alignment of the first and third layers and the alignment of the second and third layers are performed simultaneously.

【0016】例えば図2に示すように、第1層A、第2
層B、第3層Cがこの順番でパターン形成されるものと
すると、ウェハ上のi番目のチップ内のj番目の位置の
第3層Cと第1層Aの計測ずれ量と、同位置の第3層C
と第2層Bの計測ずれ量をそれぞれ、 層CA間の計測ずれ量:△Xc-a(ij),△Yc-a(ij) 層CB間の計測ずれ量:△Xc-b(ij),△Yc-b(ij) とする。計測ずれ量とは、露光前の下地のずれを計測し
たものである。
For example, as shown in FIG.
Assuming that the layer B and the third layer C are pattern-formed in this order, the amount of measurement deviation between the third layer C and the first layer A at the j-th position in the i-th chip on the wafer is the same as that at the same position. Of the third layer C
And the measurement deviation amount of the second layer B, respectively: the measurement deviation amount between the layers CA: △ Xc-a (ij), △ Yc-a (ij) The measurement deviation amount between the layers CB: △ Xc-b (ij) , △ Yc-b (ij). The measurement shift amount is obtained by measuring the shift of the base before exposure.

【0017】次に、計測ずれ量を、ウェハローテーショ
ン:WR(c-a),WR(c-b)、直交度:OR(c-a),OR
(c-b)、X方向スケーリング:XM(c-a),XM(c-b)、
Y方向スケーリング:YM(c-a),YM(c-b)、X方向シ
フト:XS(c-a),XS(c-b)、Y方向シフト:YS(c-
a),YS(c-b)の成分(要因)に分けて補正パラメータ
とする。ここで、ウェハローテーションは、座標系が原
点を中心として回転しているものであり、回転の向きは
任意で通常は反時計方向を正の向きとする。直交度は、
座標系のX方向とY方向の角度が90度よりずれている
状態を示すものであり、基準をX軸又はY軸とするかで
表記方法が異なるが、ここではX軸を基準とする。スケ
ーリングは、X、Y方向の座標系におけるX方向又はY
方向への倍率であり、通常は大きくなっている方向を正
とする。シフトは、原点の理想状態からの平行シフト
(オフセット)であり、通常は水平の右方向をX方向の
正とし、垂直の上方をY方向の正とする。このような補
正パラメータを使用して、上記それぞれの計測ずれ量
を、以下に示す式によりモデル化する。
Next, the amount of measurement deviation is calculated as follows: wafer rotation: WR (ca), WR (cb), orthogonality: OR (ca), OR
(cb), X direction scaling: XM (ca), XM (cb),
Y direction scaling: YM (ca), YM (cb), X direction shift: XS (ca), XS (cb), Y direction shift: YS (c−
a), YS (cb) components (factors) are divided into correction parameters. Here, in the wafer rotation, the coordinate system rotates around the origin, and the rotation direction is arbitrary, and usually the counterclockwise direction is the positive direction. The orthogonality is
This shows a state in which the angle between the X direction and the Y direction of the coordinate system is shifted by more than 90 degrees, and the notation method differs depending on whether the reference is the X axis or the Y axis, but here, the X axis is the reference. The scaling is performed in the X direction or Y direction in the X, Y direction coordinate system.
This is the magnification in the direction, and the direction in which it is usually increased is defined as positive. The shift is a parallel shift (offset) from the ideal state of the origin. Normally, the horizontal right direction is positive in the X direction, and the vertical upward direction is positive in the Y direction. Using such correction parameters, the respective measurement deviation amounts are modeled by the following equations.

【0018】[0018]

【数1】△Xc-a(ij)=XM(c-a)・Xc-a(ij)−(WR
(c-a)+OR(c-a))・Yc-a(ij)+XS(c-a) ……(1) △Yc-a(ij)=WR(c-a)・Xc-a(ij)+YM(c-a)・Yc-
a(ij)+YS(c-a) ……(2) △Xc-b(ij)=XM(c-b)・Xc-b(ij)−(WR(c-b)+O
R(c-b))・Yc-b(ij)+XS(c-b) ……(3) △Yc-b(ij)=WR(c-b)・Xc-b(ij)+YM(c-b)・Yc-
b(ij)+YS(c-b) ……(2) ここで、例えば第1層の被合わせ層を図3に示すような
パターン1とし、第2層の被合わせ層を図4に示すよう
なパターン2とし、第3層の被合わせ層を図5に示すよ
うなパターン3とし、それぞれのパターン1、2、3を
重ね合わせて図6に示すような配置のアライメントをす
るものとする。このようなアライメントにおいては、第
1層と第3層間の配置アライメントは図7に示すように
なり、第2層と第3層の配置アライメントは図8に示す
ようになる。第1層と第3層の配置アライメントでは、
図7に示すように、図中に示す矢印4の方向(Y方向)
が合わせずれが厳しくなる。一方、第2層と第3層の配
置アライメントでは、図8に示すように、図中に示す矢
印5の方向(X方向)が合わせずれが厳しくなる。
1Xc-a (ij) = XM (ca) ・ Xc-a (ij)-(WR
(ca) + OR (ca)) · Yc−a (ij) + XS (ca) (1) ΔYc−a (ij) = WR (ca) · Xc−a (ij) + YM (ca) · Yc−
a (ij) + YS (ca) (2) ΔXc−b (ij) = XM (cb) · Xc−b (ij) − (WR (cb) + O
R (cb)) · Yc−b (ij) + XS (cb) (3) ΔYc−b (ij) = WR (cb) · Xc−b (ij) + YM (cb) · Yc−
b (ij) + YS (cb) (2) Here, for example, the first layer to be joined is a pattern 1 as shown in FIG. 3, and the second layer to be joined is a pattern as shown in FIG. 2, the third layer to be laid is a pattern 3 as shown in FIG. 5, and the respective patterns 1, 2, and 3 are superimposed and aligned in an arrangement as shown in FIG. In such an alignment, the alignment between the first and third layers is as shown in FIG. 7, and the alignment between the second and third layers is as shown in FIG. In the alignment of the first and third layers,
As shown in FIG. 7, the direction of arrow 4 shown in the figure (Y direction)
However, misalignment becomes severe. On the other hand, in the alignment of the second layer and the third layer, as shown in FIG. 8, the misalignment in the direction of arrow 5 (X direction) shown in the figure becomes severe.

【0019】このような場合には、上記それぞれの補正
パラメータを例えば最小自乗法等により求め、第1層と
第3層のアライメントにおいては、上式(2)の計測ず
れ量を補正パラメータを打ち消すように補正して最小と
し、第2層と第3層のアライメントにおいては、上式
(3)の計測ずれ量を補正パラメータを打ち消すように
補正して最小となるようにすれば、最適なアライメント
を行うことができる。なお、第1層と第3層のアライメ
ントにおいて、X方向の合わせずれが厳しい場合には上
式(1)の計測ずれ量を補正パラメータにより同様に補
正して最小とし、第2層と第3層のアライメントにおい
て、Y方向の合わせずれが厳しい場合には上式(4)の
計測ずれ量を補正パラメータにより同様に補正して最小
となるようにすればよい。
In such a case, the above-mentioned respective correction parameters are obtained by, for example, the least square method or the like, and in the alignment of the first layer and the third layer, the correction parameters are canceled by the measurement deviation amount of the above equation (2). In the alignment between the second layer and the third layer, the amount of measurement deviation of the above equation (3) is corrected so as to cancel out the correction parameter so as to be minimized. It can be performed. When the misalignment in the X direction is severe in the alignment between the first layer and the third layer, the measured misalignment amount of the above equation (1) is similarly corrected to the minimum by using the correction parameter, and the second layer and the third layer are corrected. In the alignment of the layers, if the misalignment in the Y direction is severe, the measured misalignment amount of the above equation (4) may be similarly corrected using the correction parameter so as to be minimized.

【0020】上記実施形態においては、第1層と第2層
が第3層に対して直交する合わせ方向の精度が必要な場
合に、その両方に必要な合わせ精度を同時に満足させる
ことができる。特に、回転や直交度が被合わせ層にある
場合にさらに合わせ精度が向上する。
In the above embodiment, when the first layer and the second layer need to be aligned in a direction perpendicular to the third layer, the alignment accuracy required for both can be satisfied at the same time. In particular, when the rotation and orthogonality are in the mating layers, the alignment accuracy is further improved.

【0021】次に、本発明の他の実施形態を説明する。Next, another embodiment of the present invention will be described.

【0022】この実施形態の特徴とするところは、図1
のフローチャートにおけるステップS3を実施して得ら
れた結果を次の露光処理にフィードバックするようにし
たことにあり、上記実施形態のアライメント方法により
アライメントを実施して露光した後、重ね合わせ計測装
置により露光後のレジストパターンと下地とのずれ量を
表す合わせずれ量を第3層−第1層間、第3層−第2層
間について測定し、測定した合わせずれ量を計測ずれ量
に代えて前記実施形態と同様にして補正パラメータを求
め、求めた補正パラメータにより合わせずれ量を前記実
施形態と同様にして補正し最小とするようにしたことに
ある。また、合わせずれ量の測定時に、三層間の合わせ
ずれ量を同時に測定するようにすれば測定の時間を従来
の二層間の測定時間と同等の時間で処理できる。
The feature of this embodiment is shown in FIG.
The result obtained by carrying out step S3 in the flowchart of the above is fed back to the next exposure processing, and after performing alignment and exposure by the alignment method of the above embodiment, the exposure is performed by the overlay measurement device. In the above-described embodiment, the amount of misalignment representing the amount of misalignment between the subsequent resist pattern and the underlying layer is measured for the third layer to the first layer and the third layer to the second layer, and the measured misalignment is replaced by the measured amount of misalignment. A correction parameter is obtained in the same manner as in the above, and the amount of misalignment is corrected and minimized in the same manner as in the above-described embodiment using the obtained correction parameter. If the misalignment between the three layers is measured simultaneously when the misalignment is measured, the measurement time can be processed in the same time as the conventional measurement time between the two layers.

【0023】このような実施形態においては、前記実施
形態のアライメントの効果が確認でき、かつ補正パラメ
ータに一定のオフセットが生じた場合でも、そのオフセ
ット分を補正することができる。
In this embodiment, the effect of the alignment of the above embodiment can be confirmed, and even if a certain offset occurs in the correction parameter, the offset can be corrected.

【0024】次に、本発明のさらに他の実施形態を説明
する。
Next, still another embodiment of the present invention will be described.

【0025】この実施形態の特徴とするところは、図2
〜図8に示す前記実施形態と同様な三層のアライメント
を行う場合に、図9に示すように第1層のパターン1が
回転系の合わせずれを起こしているとすると、第3層の
パターン3をまず第1層に対してアライメントし、すな
わち第1層と第3層のアライメント方向を考慮して第1
層に第3層のパターン3の相対位置を合わせるように座
標系を求め、求めた座標系での第2層に対する特定方向
のアライメントを行い、図10に示すように、第1の座
標系6と第2の座標系7に対して、アライメント方向を
考慮して第3層の座標系8を求め、その座標系8にした
がってアライメントを行うようにしたことにあり、それ
ぞれの座標系は、前記式(1)〜(4)において求めら
れた補正パラメータを単純に平均化し、あるいは補正パ
ラメータを第3層と第1層間、第3層と第2層間でそれ
ぞれ重み付けを行うようにして求めるようにしている。
The feature of this embodiment is shown in FIG.
In the case of performing the same three-layer alignment as in the above-described embodiment shown in FIG. 8 to FIG. 8, if it is assumed that the pattern 1 of the first layer has a misalignment of the rotation system as shown in FIG. 3 is first aligned with the first layer, that is, the first layer is aligned with the alignment direction of the first and third layers.
A coordinate system is determined so that the relative position of the pattern 3 of the third layer is aligned with the layer, alignment in a specific direction with respect to the second layer in the determined coordinate system is performed, and as shown in FIG. The coordinate system 8 of the third layer is determined with respect to the second coordinate system 7 and the second coordinate system 7 in consideration of the alignment direction, and the alignment is performed in accordance with the coordinate system 8. The correction parameters obtained in Equations (1) to (4) are simply averaged, or the correction parameters are obtained by weighting the third layer and the first layer and between the third layer and the second layer. ing.

【0026】このような実施形態においては、第1層、
第2層の両方に同時に合わせずれの少ないアライメント
を実行でき、例えば図11に示すように、スペックの範
囲内の第1層−第2層間の合わせずれを大きくし、その
分スペックをはずれている第1層−第3層間の合わせず
れを小さくして、アライメントした特定の層以外の層に
対する合わせ精度の劣化を回避し、総合的な合わせ精度
を向上させることができる。また、この実施形態を含む
前記実施形態にのアライメント方法は、多層構造を採用
して高集積化が要求される半導体装置に好適である。な
お、この実施形態に露光後の合わせずれ量を測定して得
られた結果をフィードバックする前記実施形態を組み合
わせて実施してもよい。
In such an embodiment, the first layer,
Alignment with little misalignment can be performed simultaneously on both of the second layers. For example, as shown in FIG. 11, the misalignment between the first layer and the second layer within the specification range is increased, and the specification is deviated accordingly. The misalignment between the first layer and the third layer can be reduced, so that deterioration of the alignment accuracy with respect to a layer other than the specified specific layer can be avoided, and the overall alignment accuracy can be improved. Further, the alignment method according to the embodiment including this embodiment is suitable for a semiconductor device which requires a high integration by adopting a multilayer structure. It should be noted that this embodiment may be combined with the above-described embodiment in which the result obtained by measuring the amount of misalignment after exposure is fed back.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上説明したように、請求項1記載の発
明によれば、第1層と第2層が第3層に対して直交する
合わせ方向の精度が必要な場合に、その両方に必要な合
わせ精度を同時に満足させることができ、特に回転や直
交度が被合わせ層にある場合にさらに合わせ精度を向上
させることができる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, when the first layer and the second layer need to be aligned in the direction perpendicular to the third layer, the accuracy can be improved in both directions. The required alignment accuracy can be satisfied at the same time, and the alignment accuracy can be further improved especially when the rotation and orthogonality are in the layers to be aligned.

【0028】請求項2記載の発明によれば、アライメン
トした特定の層以外の層に対する合わせ精度の劣化を回
避し、総合的な合わせ精度を向上させることができる。
According to the second aspect of the present invention, it is possible to avoid deterioration of alignment accuracy with respect to a layer other than a specific layer on which alignment is performed, and to improve overall alignment accuracy.

【0029】請求項3記載の発明によれば、請求項1又
は2記載の発明で得られるアライメントの効果が確認で
き、かつ補正パラメータに一定のオフセットが生じた場
合でも、そのオフセット分を補正することができる。
According to the third aspect of the invention, the effect of the alignment obtained by the first or second aspect of the invention can be confirmed, and even when a certain offset occurs in the correction parameter, the offset is corrected. be able to.

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

【図1】本発明の一実施形態に係る半導体装置のアライ
メント方法を実施する際の工程の流れを示すフローチャ
ートである。
FIG. 1 is a flowchart showing a process flow when an alignment method for a semiconductor device according to an embodiment of the present invention is performed.

【図2】三層構造の概念を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the concept of a three-layer structure.

【図3】第1層のパターンの一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of a pattern of a first layer.

【図4】第2層のパターンの一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a pattern of a second layer.

【図5】第3層のパターンの一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of a pattern of a third layer.

【図6】第1層、第2層、第3層が重なった時のパター
ンを示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a pattern when a first layer, a second layer, and a third layer overlap.

【図7】第1層と第3層のパターンの位置関係を示す図
である。
FIG. 7 is a diagram showing a positional relationship between patterns of a first layer and a third layer.

【図8】第2層と第3層のパターンの位置関係を示す図
である。
FIG. 8 is a diagram illustrating a positional relationship between patterns of a second layer and a third layer.

【図9】第1層、第2層、第3層が重なった時の他のパ
ターンを示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing another pattern when the first layer, the second layer, and the third layer overlap.

【図10】第1層、第2層、第3層の座標系を示す図で
ある。
FIG. 10 is a diagram showing a coordinate system of a first layer, a second layer, and a third layer.

【図11】ずれ量の補正前後のスペックの変化を示す図
である。
FIG. 11 is a diagram showing a change in specifications before and after the correction of a shift amount.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A 第1層 B 第2層 C 第3層 1 第1層のパターン 2 第2層のパターン 3 第3層のパターン 4 第1層−第2層間のアライメント方向 5 第2層−第3層間のアライメント方向 A 1st layer B 2nd layer C 3rd layer 1 1st layer pattern 2 2nd layer pattern 3 3rd layer pattern 4 Alignment direction between 1st layer and 2nd layer 5 2nd layer and 3rd layer Alignment direction

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に形成される第1の被合わ
せ層ならびに第2の被合わせ層に第3の被合わせ層をア
ライメントする際に、 第1の被合わせ層と第3の被合わせ層のX方向ならびに
Y方向の露光前のずれ量を計測し、 第2の被合わせ層と第3の被合わせ層のX方向ならびに
Y方向の露光前のずれ量を計測し、 第1の被合わせ層と第3の被合わせ層のX方向ならびに
Y方向の計測したずれ量とその座標値に基づいて、第1
の被合わせ層と第3の被合わせ層のX方向ならびにY方
向のずれ量をモデル化した補正パラメータを求め、 第2の被合わせ層と第3の被合わせ層のX方向ならびに
Y方向の計測したずれ量とその座標値に基づいて、第2
の被合わせ層と第3の被合わせ層のX方向ならびにY方
向のずれ量をモデル化した補正パラメータを求め、 求めた補正パラメータに基づいて、第1の被合わせ層と
第3の被合わせ層のX方向ならびにY方向のずれ量を補
正し、第2の被合わせ層と第3の被合わせ層のX方向な
らびにY方向のずれ量を補正し、第1の被合わせ層と第
3の被合わせ層ならびに第2の被合わせ層と第3の被合
わせ層のアライメントを同時に行うことを特徴とする半
導体装置のアライメント方法。
When aligning a third mating layer with a first mating layer and a second mating layer formed on a semiconductor substrate, the first mating layer and the third mating layer are aligned. Measuring the amount of displacement of the layers in the X and Y directions before exposure, measuring the amount of displacement of the second and third layers in the X and Y directions before exposure, On the basis of the measured shift amounts in the X direction and the Y direction between the joining layer and the third layer to be joined and their coordinate values, the first
A correction parameter is obtained by modeling the amount of displacement in the X direction and the Y direction between the mating layer and the third mating layer, and measurement in the X direction and the Y direction of the second mating layer and the third mating layer Based on the deviation amount and the coordinate value, the second
A correction parameter modeling the amount of displacement in the X direction and the Y direction between the mating layer and the third mating layer is obtained, and the first mating layer and the third mating layer are determined based on the obtained correction parameters. Is corrected in the X direction and the Y direction, and the shift amount in the X direction and the Y direction between the second layer and the third layer is corrected, and the first layer and the third layer are corrected. A method for aligning a semiconductor device, comprising: simultaneously performing alignment of an alignment layer and a second alignment layer and a third alignment layer.
【請求項2】 半導体基板上に形成される第1の被合わ
せ層ならびに第2の被合わせ層に第3の被合わせ層をア
ライメントする際に、 第1の被合わせ層と第3の被合わせ層のX方向ならびに
Y方向のずれ量を計測し、 第2の被合わせ層と第3の被合わせ層のX方向ならびに
Y方向のずれ量を計測し、 第1の被合わせ層と第3の被合わせ層のX方向ならびに
Y方向の計測したずれ量とその座標値に基づいて、第1
の被合わせ層と第3の被合わせ層のX方向ならびにY方
向のずれ量をモデル化した補正パラメータを求め、 第2の被合わせ層と第3の被合わせ層のX方向ならびに
Y方向の計測したずれ量とその座標値に基づいて、第2
の被合わせ層と第3の被合わせ層のX方向ならびにY方
向のずれ量をモデル化した補正パラメータを求め、 求めた複数の補正パラメータを平均化又は層間毎に重み
付けをして、第1の被合わせ層と第3の被合わせ層のX
方向ならびにY方向のずれ量を補正し、第2の被合わせ
層と第3の被合わせ層のX方向ならびにY方向のずれ量
を補正し、第1の被合わせ層と第3の被合わせ層ならび
に第2の被合わせ層と第3の被合わせ層のアライメント
を同時に行うことを特徴とする半導体装置のアライメン
ト方法。
2. The method according to claim 1, further comprising the steps of: aligning the third layer with the first layer and the second layer formed on the semiconductor substrate; Measuring the amounts of displacement of the layers in the X and Y directions, measuring the amounts of displacement of the second and third layers in the X and Y directions, and comparing the first and third layers with each other Based on the measured shift amounts of the mating layers in the X and Y directions and their coordinate values, a first
A correction parameter is obtained by modeling the amount of displacement in the X direction and the Y direction between the mating layer and the third mating layer, and measurement in the X direction and the Y direction of the second mating layer and the third mating layer Based on the deviation amount and the coordinate value, the second
A correction parameter is obtained by modeling the amounts of shift in the X direction and the Y direction between the mating layer and the third mating layer, and the obtained correction parameters are averaged or weighted for each layer to obtain the first X of the mating layer and the third mating layer
The displacements in the X direction and the Y direction are corrected, and the displacements in the X direction and the Y direction between the second layer and the third layer are corrected. And an alignment method for a semiconductor device, wherein the alignment of the second and third layers is performed simultaneously.
【請求項3】 露光後のレジストパターンと下地とのず
れ量を計測し、 計測した露光後のずれ量を前記露光前のずれ量に代えて
同様に補正パラメータを求め、 求めた補正パラメータにより同様にアライメントを行う
ことを特徴とする請求項1又は2記載の半導体装置のア
ライメント方法。
3. A method for measuring a shift amount between a resist pattern after exposure and a base, calculating a correction parameter in the same manner as above, replacing the measured shift amount after exposure with the shift amount before exposure, and similarly using the obtained correction parameter. 3. The alignment method for a semiconductor device according to claim 1, wherein the alignment is performed.
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