JP2000306793A - 重ね合わせ精度測定方法。 - Google Patents

重ね合わせ精度測定方法。

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JP2000306793A JP11111464A JP11146499A JP2000306793A JP 2000306793 A JP2000306793 A JP 2000306793A JP 11111464 A JP11111464 A JP 11111464A JP 11146499 A JP11146499 A JP 11146499A JP 2000306793 A JP2000306793 A JP 2000306793A
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    • G03F7/70483Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70605Workpiece metrology
    • G03F7/70616Monitoring the printed patterns
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 実際の半導体装置のパターンの重ね合わせず
れ量が0にならない。 【解決手段】 半導体装置の露光時に、実際の半導体装
置のパターンと、重ね合わせ精度測定用パターンのずれ
量と、を重ね合わせ精度測定用パターンに対応した特定
のコマ収差の関数で相関付け、実際の半導体装置のパタ
ーンの配線幅等の寸法に応じた補正を行うことにより、
実際の半導体装置のパターンのずれ量を正確に算出し、
重ね合わせずれ量を0に近づける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の露光
時における重ね合わせ精度測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体装置の微細化、高集積化に
よりフォトリソグラフィー工程における露光時のマスク
の重ね合わせ精度の向上がますます重要になってきてい
る。このために、前の工程で形成されたパターンに対
し、次の工程で形成されるパターンとのずれ量を測定
し、マスクの重ね合わせ精度を測定する方法として、ボ
ックスマークを用いる方法が一般的に使われている。こ
の方法は、実際の半導体装置のパターンの周辺部に形成
した、重ね合わせ精度測定用のボックスマークを測定
し、このボックスマークのずれ量の測定値が0になるよ
うに、マスクの重ね合わせ精度を追い込む方法である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、露光光
学系にSeidel収差の一つであるコマ収差がある場
合、ボックスマークのずれ量の測定値が0であっても、
実際の半導体装置のパターンでは位置ずれが生じてしま
い、このような従来の方法においては、図7に示すよう
に実際の半導体装置のパターンの重ね合わせずれ量が0
にならないという問題点があった。
【0004】本発明は、上記従来の問題点や事情に鑑み
てなされたものであって、コマ収差の関数を用いること
により、重ね合わせ用ボックスマークを測定するだけ
で、測定困難な半導体装置のパターンの位置ずれ量を、
正確に算出することが可能な重ね合わせ精度測定方法を
提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明に係る重ね合わせ
精度測定方法は、「半導体装置の露光時における重ね合
わせ精度測定方法において、実際の半導体装置のパター
ンと、重ね合わせ精度測定用パターンのずれ量とを該重
ね合わせ精度測定用パターンに応じた特定のコマ収差の
関数で相関付けること」(請求項1)、を特徴とするも
のである。
【0006】また、 ・重ね合わせ精度測定用パターンとして、複数本の線パ
ターンを用い、該複数本の線パターンに対応したコマ収
差の関数を用いること(請求項2)、 ・複数本の線パターンを2本の線パターンとしたこと
(請求項3)、 ・重ね合わせ精度測定用パターンとして、スリットパタ
ーンを用い、該スリットパターンを用いることにより得
られるコマ収差の関数を用いること(請求項4)、 を特徴とする。
【0007】(作用)本発明は、半導体装置の露光時に
おける重ね合わせ精度測定方法において、実際の半導体
装置のパターンと、重ね合わせ精度測定用パターンのず
れ量とを該重ね合わせ精度測定用パターンに応じた特定
のコマ収差の関数で相関付けたので、重ね合わせ用ボッ
クスマークを測定するだけで、測定困難な実際の半導体
装置のパターンの位置ずれ量を正確に算出することが出
来る。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明に係る重ね合わせ精度測定
方法は、半導体装置の露光時に、実際の半導体装置のパ
ターンと、重ね合わせ精度測定用パターンのずれ量と、
を重ね合わせ精度測定用パターンに対応した特定のコマ
収差の関数で相関付け、実際の半導体装置のパターンの
配線幅等の寸法に応じた補正を行うことにより、実際の
半導体装置のパターンのずれ量を正確に算出するもので
ある。
【0009】以下、この発明の実施の形態について具体
的に実施例を挙げて、図面に基づいて説明する。図1
は、本発明の実施例に係る重ね合わせ精度測定方法によ
って得た半導体装置のパターンのずれ量のグラフを示す
図である。図2は、本発明の実施例に係る重ね合わせ精
度測定方法の測定パターンセットのレイアウトを示す図
である。図3は、本発明の実施例に係る重ね合わせ精度
測定方法の測定パターンセット内の(a)下地ボックス
マークの配置、(b)測定パターンを示す図である。図
4は、本発明の実施例に係るコマ収差量とパターン変移
量の関係を示す図である。図5は、本発明の実施例に係
るボックスマーク測定値とパターンの位置ずれ量を示す
図である。図6は、実施例で使用した実際の半導体装置
のパターンを製造するレチクルを示す図である。
【0010】(実施例)まず、本発明に用いられる露光
装置として、例えば、光源と光源より発せられた光を通
す投影光学系を有し、露光光をレチクルに照射して、半
導体基板上に塗布したレジストをパターンニングする投
影露光装置を用いた。
【0011】本実施例においては、図2に示すように、
露光エリア11の中に複数の重ね合わせ精度の測定パタ
ーンセット12をX方向に5セット、Y方向に7セッ
ト、合計35セット配置した精度測定用レイアウトパタ
ーン10のレチクルを用いて露光を行うことにより、レ
ジストパターンを形成し、ドライエッチング法等により
半導体基板上にパターンを転写形成した。
【0012】この重ね合わせ精度の測定パターンセット
12の1セット分の拡大図を図3の(a)と(b)に示
す。図3の(a)に示したように、20μm角の矩形の下
地ボックスマーク13A〜13Iをレジストパターンで
形成し、ドライエッチング法等により半導体基板上に転
写形成した。
【0013】次に、図3の(b)に示すように、前記半
導体基板上に重ね合わせ精度測定用の10μm角のボック
スマークIを、下地ボックスマーク13Iの上に、ま
た、X方向測定用およびY方向測定用の様々な寸法の2
本ずつの線パターンであるパターンAx、Ayからパタ
ーンHx、Hyを、下地ボックスマーク13A〜13H
の上に、それぞれレジストパターンを用いて形成した。
【0014】次に、様々な寸法の2本の線パターンであ
るパターンAxからパターンHxのそれぞれL1x,L
xの線幅を電子線等を用いた測定装置で測定し、X方
向のコマ収差量:Comax=(L1x−L2x)/(L1x
L2x)を計算した。また同様に、パターンAyからパ
ターンHyのそれぞれL1y,L2yの線幅を電子線等
を用いた測定装置で測定し、Y方向のコマ収差量:Coma
y=(L1y−L2y)/(L1y+L2y)を計算した。
【0015】さらに、下地ボックスマーク13を基準位
置とし、ボックスマークIとパターンAx〜Hxまたは
パターンAy〜Hyの理想位置からの位置ずれを電子線
による距離測定装置(測長SEM等)または光学式距離
測定装置(東京航空計器製MAC-92等)にて測定し、それ
ぞれの露光位置での重ね合わせ精度測定用のボックスマ
ークIと、パターンAx〜HxまたはパターンAy〜H
yと、の位置ずれ差を求めた。
【0016】例えば、パターンAxにおいてX方向の位
置ずれ差:ΔPx(xn,yn)を求める式は、 ΔPx(xn,yn)=BOXx(xn,yn)−パターンAx
(xn,yn) となる。
【0017】この場合、BOXx(xn,yn)は、露光エリ
ア11における測定パターンセット12(x1,y1)〜
(x5,y7)内でのボックスマークIのX方向の位置ず
れ量であり、パターンAx(xn,yn)は、露光エリア
11における測定パターンセット12(xn,yn)内で
のパターンAxのX方向の位置ずれ量を表す。
【0018】同様にY方向(パターンAy)についても
測定し、 ΔPy(xn,yn)=BOXy(xn,yn)−パターンAy
(xn,yn) で求める。
【0019】この寸法測定、位置ずれ差の計算を、測定
パターンセット12(x1,y1)〜(x5,y7)までの
合計35個所に対して、パターンAx、Ayからパター
ンHx、Hyまでのそれぞれに対して繰り返し実行し
た。
【0020】次に、露光装置の投影光学系にコマ収差を
意図的に与え、前述したようにボックスマークIとパタ
ーンAx、AyからパターンHx、Hyまでの寸法と位
置ずれ差を同様に順次測定する。
【0021】この様にして得られた位置ずれ差、例え
ば、ΔPx(x3,y4)の場合のグラフを図4に示す。
横軸をコマ収差量Comax、縦軸をパターンAx、パター
ンBxの位置ずれ差ΔPxとした。これらを数式で表す
と、パターンAxの場合は、ΔPx(x3,y4)=0.402×
Comax、パターンBxの場合は、ΔPx(x3,y4)=1.08
5×Comax、となる。
【0022】さらに、ボックスマークIの測定値とパタ
ーンAxまたはパターンBxの位置ずれ量を相関付ける
関数で表すと、パターン位置ずれ量=ボックスマーク測
定値+パターンの位置ずれ差と表すことができる。
【0023】そして、測定パターンセット12(x3
y4)の露光位置での定常時のコマ収差量Comaxが−0.032
5であることから、測定パターンAxのX方向の位置ず
れ量=ボックスマーク測定値x+0.402×(−0.0325)、測
定パターンBxのX方向の位置ずれ量=BOXマーク測定
x+1.085×(−0.0325)、となり、図5に示した相関関
係のグラフが得られる。
【0024】以上の方法により、実際の半導体装置のパ
ターンのずれ量をボックスマーク測定によって算出した
結果の例を図1に示した。この例で用いた実際の半導体
装置のパターン20は、図6に示すようなボックスマー
ク24と半導体装置のチップレイアウト26を有してお
り、露光エリア21の中心に位置する重ね合わせ精度測
定用ボックスマーク24aを使用して算出したものであ
る。
【0025】なお、上記の例で用いた実際の半導体装置
のパターンは線幅0.3μm、線間隔が0.6μmの設計ルール
で作成されており、測定パターンAx、Ay〜Hx、H
yの中から線幅、線間隔が同じものを探すとパターンB
x、Byにあたるため、前述した相関関数を本実施例で
用いた実際の回路パターンに対して、実際の半導体装置
のパターンのずれ量x=BOXマーク測定値x+1.085×(−
0.0325)のずれ量を適用した(Y方向も同様)。
【0026】上記本実施例では、重ね合わせ精度測定用
ボックスマークを矩形の形状としたが、形状はスリット
パターンや線状のパターン等でもよい。また、本実施例
では、2本の線パターンを用いてコマ収差量Comaxを得
たが、2本以上の複数本の線パターン、もしくは2本以
上の複数本のスリットパターンを用いてComaxを算出し
ても良い。
【0027】さらに、本実施例の如く投影光学系にコマ
収差を意図的に与える方法ではなく、露光エリア11内
に自然分布している各位置でのComax=(L1x−L
x)/(L1x+L2x)を利用して、図4の数式を得
ることもできる。
【0028】
【発明の効果】本発明は、半導体装置の露光時における
重ね合わせ精度測定方法において、実際の半導体装置の
パターンと、重ね合わせ精度測定用パターンのずれ量と
を重ね合わせ精度測定用パターンに応じた特定のコマ収
差の関数で相関付けたので、重ね合わせ用ボックスマー
クを測定するだけで、測定困難な実際の半導体装置のパ
ターンの位置ずれ量を正確に算出することが可能な、重
ね合わせ精度測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る重ね合わせ精度測定方法
によって得た半導体装置のパターンのずれ量のグラフを
示す図である。
【図2】本発明の実施例に係る重ね合わせ精度測定方法
の測定パターンセットのレイアウトを示す図である。
【図3】本発明の実施例に係る重ね合わせ精度測定方法
の測定パターンセット内の(a)下地ボックスマークの
配置、(b)測定パターンを示す図である。
【図4】本発明の実施例に係るコマ収差量とパターン変
移量の関係を示す図である。
【図5】本発明の実施例に係るボックスマーク測定値と
パターンの位置ずれ量を示す図である。
【図6】実施例で使用した実際の半導体装置のパターン
レイアウトを示す図である。
【図7】従来の重ね合わせ精度測定で得た実際の半導体
装置のパターンのずれ量のグラフを示す図である。
【符号の説明】
10 精度測定用レイアウトパターン 11 露光エリア 12 測定パターンセット 13A〜13I 下地ボックスマーク 20 半導体装置のレイアウトパターン 21 露光エリア 24a 精度測定用ボックスマーク 24 ボックスマーク 26 チップレイアウト I ボックスマーク Ax〜Hx パターン Ay〜Hy パターン

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体装置の露光時における重ね合わせ
    精度測定方法において、実際の半導体装置のパターン
    と、重ね合わせ精度測定用パターンのずれ量とを該重ね
    合わせ精度測定用パターンに応じた特定のコマ収差の関
    数で相関付けることを特徴とする重ね合わせ精度測定方
    法。
  2. 【請求項2】 前記重ね合わせ精度測定用パターンとし
    て、複数本の線パターンを用い、該複数本の線パターン
    に対応したコマ収差の関数を用いることを特徴とする請
    求項1に記載の重ね合わせ精度測定方法。
  3. 【請求項3】 前記複数本の線パターンを2本の線パタ
    ーンとしたことを特徴とする請求項2に記載の重ね合わ
    せ精度測定方法。
  4. 【請求項4】 前記重ね合わせ精度測定用パターンとし
    て、スリットパターンを用い、該スリットパターンを用
    いることにより得られるコマ収差の関数を用いることを
    特徴とする請求項1〜3に記載の重ね合わせ精度測定方
    法。
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