JP2001267202A - 重ね合わせ測定マーク及びその測定方法と重ね合わせ測定マークを有する半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の重ね合わせ測定マークは、合わせ層の
パターンと一つの下地層のパターンから構成されてお
り、複数の異なる下地層に対する重ね合わせ精度を、一
つの重ね合わせ測定マークで同時に測定することができ
ない。 【解決手段】 重ね合わせ測定マークを、合わせ層のパ
ターン１と複数の異なる下地層Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌのパター
ン２，３，４，５とで構成し、一つの重ね合わせ測定マ
ークで複数の異なる下地層との重ね合わせ精度を同時に
測定でき、測定時間の短縮し、かつ重ね合わせ測定マー
クが占める面積を小さくできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置や液晶
パネル、薄膜磁気ヘッドなどの製造に用いられる重ね合
わせ測定マーク及びその測定方法と、この重ね合わせ測
定マークを有する半導体装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路の高集積化は著しい速さ
で進んできた。これに伴い重ね合わせ技術も世代ごとに
高い精度が要求されてきた。この高精度の要求は今後ま
すます高くなるものと予想される。これまでは二層間の
重ね合わせ精度についてのみ着目されてきたが、今後更
なる高集積化が進むと重ね合わせマージンはますます少
なくなり、二層間の重ね合わせ精度だけではなく、複数
の異なる下地層に対する重ね合わせ精度についても着目
していかなければならない。しかし、現在重ね合わせ精
度の測定に一般的に使用されている重ね合わせ測定マー
クは、合わせ層と下地層の二層で構成されており、一つ
の重ね合わせ測定マークで同時に複数の異なる下地層に
対する重ね合わせ精度の測定は出来ない形状になってい
る。

【０００３】図１７は、従来の重ね合わせ測定に使用さ
れている重ね合わせ測定マークの形状を示す平面図であ
る。

【０００４】図１７において、(a) はボックス・イン・
ボックスターゲット、(b) はフレーム・イン・フレーム
ターゲット、(c) はバー・イン・バーターゲットと呼ば
れるものであり、１は合わせ層のパターン、２は下地層
のパターンをそれぞれ示している。またこのほかにこれ
ら三つのタイプの組合わさったタイプなどがある。これ
ら図１７(a) ，(b) ，(c) の重ね合わせ測定マークはい
ずれも、合わせ層のパターン１とただ一つの下地層のパ
ターン２とから構成されている。

【０００５】次に、従来の重ね合わせ測定マークの測定
方法について、図１８を用いて説明する。図１８(a) は
内側の合わせ層のパターン１と外側の下地層のパターン
２のエッジの座標を検出し、ボックス・イン・ボックス
ターゲットの左と右のスペースの長さＡ，Ｂの差の１／
２をＸ方向の重ね合わせ精度Ｃとする方法である。Ｘ方
向の重ね合わせ精度Ｃは次式で表現される。

【０００６】Ｃ＝（Ａ−Ｂ）／２ また、Ｙ方向の重ね合わせ精度も、ボックス・イン・ボ
ックスターゲットの上と下のスペースの長さを用いて同
様に求められる。

【０００７】図１８(b) は内側の合わせ層のパターン１
のエッジの座標と、外側の下地層のパターン２のエッジ
の座標とを検出し、下地層のパターン２の中心座標と合
わせ層のパターン１の中心座標とを先に求め、それぞれ
の中心のずれ量を重ね合わせ精度とする方法である。合
わせ層のパターン１の左右のエッジのＸ座標をそれぞれ
Ｄ，Ｅとし、下地層のパターン２の左右両側のエッジの
Ｘ座標をそれぞれＦ，Ｇとするとき、Ｘ方向の重ね合わ
せ精度Ｈは次式で表現される。

【０００８】Ｈ＝（Ｆ＋Ｇ）／２−（Ｄ＋Ｅ）／２ また、Ｙ方向の重ね合わせ精度も、同様にして求められ
る。

【０００９】次に、上記従来の重ね合わせ測定マーク及
び測定方法により複数の異なる下地層に対し重ね合わせ
精度を測定する場合について、図１９を用いて説明す
る。

【００１０】図１９は、四層間の重ね合わせ精度を測定
する場合に必要な重ね合わせ測定マークを示したもので
あり、下地層がそれぞれ異なるパターン２，３，４，５
により構成されている。この時、下地層をそれぞれＩ，
Ｊ，Ｋ，Ｌとする。図１９(a) は下地層Ｉのパターン２
との重ね合わせ精度を測定する重ね合わせ測定マーク、
図１９(b) は下地層Ｊのパターン３との重ね合わせ精度
を測定する重ね合わせ測定マークをそれぞれ示してい
る。また図１９(c),(d) も同様にそれぞれ下地層Ｋ，Ｌ
のパターン４，５との重ね合わせ精度を測定する重ね合
わせ測定マークを示している。これら四つの重ね合わせ
測定マークを前述の図１８に示される従来の測定方法で
測定することにより、それぞれ異なる四層間との重ね合
わせ精度を得ることができる。但しこの場合、一つの重
ね合わせ測定マークを測定する時に比べ、単純に測定時
間が四倍かかり、また重ね合わせ測定マークが占める面
積も四倍となり広いスペースが必要となってしまう。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
重ね合わせ測定マーク及びその測定方法では、複数の異
なる下地層に対する重ね合わせ精度を測定する際、一つ
の重ね合わせ測定マークで同時に測定することが出来な
いため、測定時間が長くかかり、また重ね合わせ測定マ
ークが占める面積が大きくなるという問題があった。

【００１２】本発明は、上記従来の問題点を解決するも
ので、複数の異なる下地層に対する重ね合わせ精度を、
一つの重ね合わせ測定マークで同時に測定することが可
能な、重ね合わせ測定マーク及びその測定方法と重ね合
わせ測定マークを有する半導体装置を提供することを目
的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の重ね合わ
せ測定マークは、半導体装置あるいは液晶パネルの製造
工程における合わせ層の回路パターンと、合わせ層より
下層にある複数の異なる下地層の回路パターンとの重ね
合わせ精度を測定する重ね合わせ測定マークであって、
合わせ層のマークパターンと、複数の異なる下地層のマ
ークパターンとを備えたことを特徴とする。

【００１４】この構成によれば、合わせ層のマークパタ
ーンと複数の異なる下地層のマークパターンとを備えて
いるため、一つの重ね合わせ測定マークで複数の下地層
に対する重ね合わせ精度を得ることができ、測定時間を
短縮でき、かつ重ね合わせ測定マークの占める面積を小
さくすることができる。

【００１５】請求項２記載の重ね合わせ測定マークは、
請求項１記載の重ね合わせ測定マークにおいて、下地層
のマークパターンが、重ね合わせ測定装置で認識可能な
最小な幅の線状のパターンにより構成されている。これ
により、下地層のマークパターンの位置の測定誤差を小
さくでき、重ね合わせ精度の測定精度を向上することが
できる。

【００１６】請求項３記載の重ね合わせ測定マークは、
請求項１記載の重ね合わせ測定マークにおいて、下地層
のマークパターンが、下地層の回路パターンの設計寸法
と同一寸法のパターンにより構成されている。これによ
り、下地層のマークパターンが溝の埋め込み等により形
成されている場合に重ね合わせ精度の測定精度の悪化を
防止できる。

【００１７】請求項４記載の重ね合わせ測定マークは、
請求項３記載の重ね合わせ測定マークにおいて、下地層
のマークパターンが、線状のパターンを複数本配置した
ライン・アンド・スペースパターンにより構成されてい
る。これにより、重ね合わせ測定装置による下地層のマ
ークパターンの認識が容易となる。

【００１８】請求項５記載の重ね合わせ測定マークは、
請求項３記載の重ね合わせ測定マークにおいて、下地層
のマークパターンが、ドットパターンをアレイ状に配置
したドット・アレイパターンにより構成されている。こ
れにより、請求項４と同様の効果が得られる。

【００１９】請求項６記載の重ね合わせ測定マークは、
請求項１記載の重ね合わせ測定マークにおいて、複数の
異なる下地層のマークパターンが、二種類の異なる下地
層のマークパターンである。これにより、一つの重ね合
わせ測定マークで二種類の異なる下地層に対する重ね合
わせ精度を得ることができる。

【００２０】請求項７記載の重ね合わせ測定マークは、
請求項１記載の重ね合わせ測定マークにおいて、複数の
異なる下地層のマークパターンが、三種類の異なる下地
層のマークパターンである。これにより、一つの重ね合
わせ測定マークで三種類の異なる下地層に対する重ね合
わせ精度を得ることができる。

【００２１】請求項８記載の重ね合わせ測定マークは、
請求項１記載の重ね合わせ測定マークにおいて、複数の
異なる下地層のマークパターンが、四種類の異なる下地
層のマークパターンである。これにより、一つの重ね合
わせ測定マークで四種類の異なる下地層に対する重ね合
わせ精度を得ることができる。

【００２２】請求項９記載の重ね合わせ測定マークは、
内側に合わせ層のマークパターンが配置され、外側に複
数の異なる下地層のマークパターンが配置されている。

【００２３】請求項１０記載の重ね合わせ測定マーク
は、請求項１記載の重ね合わせ測定マークにおいて、内
側に複数の異なる下地層のマークパターンが配置され、
外側に合わせ層のマークパターンが配置されている。

【００２４】請求項１１記載の重ね合わせ測定マーク
は、請求項１記載の重ね合わせ測定マークにおいて、下
地層のマークパターンが、凸状あるいは凹状のパターン
により構成されている。

【００２５】請求項１２記載の重ね合わせ測定マーク
は、請求項１記載の重ね合わせ測定マークにおいて、下
地層のマークパターンが、凸状と凹状のパターンにより
構成されている。

【００２６】請求項１３記載の重ね合わせ測定マーク
は、請求項１記載の重ね合わせ測定マークにおいて、合
わせ層のマークパターン形成にダマシンプロセスを用い
たものである。

【００２７】請求項１４記載の重ね合わせ測定方法は、
半導体装置あるいは液晶パネルの製造工程における合わ
せ層の回路パターンと、合わせ層より下層にある複数の
異なる下地層の回路パターンとの重ね合わせ精度を測定
する重ね合わせ測定方法であって、合わせ層のマークパ
ターンと複数の異なる下地層のマークパターンを形成
し、合わせ層のマークパターンとそれぞれの異なる下地
層のマークパターンとの位置の差を検出することによ
り、合わせ層の回路パターンと複数の異なる下地層の回
路パターンとの重ね合わせ精度を検出することを特徴と
する。

【００２８】この方法によれば、合わせ層のマークパタ
ーンと複数の異なる下地層のマークパターンとを形成す
ることにより、一つの重ね合わせ測定マークを形成し、
この一つの重ね合わせ測定マークで複数の下地層に対す
る重ね合わせ精度を得ることができ、測定時間を短縮で
き、かつ重ね合わせ測定マークの占める面積を小さくす
ることができる。

【００２９】請求項１５記載の半導体装置は、合わせ層
の回路パターンと、合わせ層より下層にある複数の異な
る下地層の回路パターンとの重ね合わせ精度を測定する
重ね合わせ測定マークを有する半導体装置であって、重
ね合わせ測定マークが、合わせ層のマークパターンと、
複数の異なる下地層のマークパターンとにより構成され
たことを特徴とする。

【００３０】この構成によれば、合わせ層のマークパタ
ーンと複数の異なる下地層のマークパターンとからなる
重ね合わせ測定マークを設けたことにより、この重ね合
わせ測定マークで複数の下地層に対する重ね合わせ精度
を得ることができ、測定時間を短縮でき、かつ重ね合わ
せ測定マークの占める面積を小さくすることができ、半
導体装置全体の大きさを小さくすることができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。

【００３２】（第１の実施の形態）まず、第１の実施の
形態では、本発明の実施の形態の重ね合わせ測定マーク
及びその測定方法について説明する。本実施の形態にお
ける重ね合わせ測定マークは、半導体装置や液晶パネル
等の製造工程における合わせ層の回路パターンと、合わ
せ層より下層にある複数の異なる下地層の回路パターン
との重ね合わせ精度を測定するためのものであり、合わ
せ層のマークパターン（以下、第１の実施の形態では単
に「合わせ層のパターン」という）と、複数の異なる下
地層のマークパターン（以下第１の実施の形態では単に
「下地層のパターン」という）とを備えている。その具
体例を図１〜図３に示す。

【００３３】図１は異なる四種類の下地層との重ね合わ
せ精度を測定するための本実施の形態における重ね合わ
せ測定マークを示す平面図である。図１において、１は
合わせ層のパターン、２，３，４，５はそれぞれ異なる
下地層Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌのパターンを示している。

【００３４】図１の重ね合わせ測定マークは、合わせ層
のパターン１と、異なる下地層Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌのパター
ン２，３，４，５とからなる。重ね合わせ測定方法につ
いては後述するが、合わせ層のパターン１と下地層Ｉの
パターン２より下地層ＩとのＹ方向の重ね合わせ精度
を、合わせ層のパターン１と下地層Ｊのパターン３より
下地層ＪとのＸ方向の重ね合わせ精度を、合わせ層のパ
ターン１と下地層Ｋのパターン４より下地層ＫとのＹ方
向の重ね合わせ精度を、合わせ層のパターン１と下地層
Ｌのパターン５より下地層ＬとのＸ方向の重ね合わせ精
度を、それぞれ測定することが可能となる。なお、パタ
ーン２，３，４，５は、重ね合わせ測定時のパターンの
中心位置を誤差を少なく検出するために、重ね合わせ測
定装置で認識可能な最小の幅としている。これは、図
２，図３のものも同様である。

【００３５】図２は異なる二種類の下地層との重ね合わ
せ精度を測定するための本実施の形態における重ね合わ
せ測定マークを示す平面図であり、図２(a) ，(b) ，
(c) は、それぞれ異なる二種類の下地層Ｉ，Ｊとの重ね
合わせ精度を測定するための重ね合わせ測定マークを示
し、それぞれ二種類の下地層Ｉ，Ｊのパターン２，３の
配置が異なる場合を示している。

【００３６】図２(a) の重ね合わせ測定マークは、合わ
せ層のパターン１と異なる下地層Ｉ，Ｊのパターン２，
３とからなり、下地層ＩとのＸ，Ｙ方向の重ね合わせ精
度、及び下地層ＪとのＸ方向の重ね合わせ精度という二
層間の重ね合わせ精度を測定することが可能となる。

【００３７】図２(b) の重ね合わせ測定マークは、合わ
せ層のパターン１と異なる下地層Ｉ，Ｊのパターン２，
３とからなり、下地層ＩとのＹ方向の重ね合わせ精度、
及び下地層ＪとのＸ方向の重ね合わせ精度という二層間
の重ね合わせ精度を測定することが可能となる。

【００３８】図２(c) の重ね合わせ測定マークは、合わ
せ層のパターン１と異なる下地層Ｉ，Ｊのパターン２，
３とからなり、下地層ＩとのＸ，Ｙ方向の重ね合わせ精
度、及び下地層ＪとのＸ，Ｙ方向の重ね合わせ精度とい
う二層間の重ね合わせ精度を測定することが可能とな
る。

【００３９】図３は異なる三種類の下地層との重ね合わ
せ精度を測定するための本実施の形態における重ね合わ
せ測定マークを示す平面図であり、図３(a) ，(b) はそ
れぞれ、異なる三種類の下地層Ｉ，Ｊ，Ｋとの重ね合わ
せ精度を測定するための重ね合わせ測定マークを示し、
それぞれ三種類の下地層Ｉ，Ｊ，Ｋのパターン２，３，
４の配置が異なる場合を示している。

【００４０】図３(a) の重ね合わせ測定マークは、合わ
せ層のパターン１と異なる下地層Ｉ，Ｊ，Ｋのパターン
２，３，４とからなり、下地層ＩとのＹ方向の重ね合わ
せ精度、下地層ＪとのＸ方向の重ね合わせ精度、及び下
地層ＫとのＸ方向の重ね合わせ精度という三層間の重ね
合わせ精度を測定することが可能となる。

【００４１】図３(b) において、合わせ層のパターン１
と異なる下地層Ｉ，Ｊ，Ｋのパターン２，３，４より、
下地層ＩとのＸ，Ｙ方向の重ね合わせ精度、下地層Ｊと
のＹ方向の重ね合わせ精度、及び下地層ＫとのＸ方向の
重ね合わせ精度という三層間の重ね合わせ精度を測定す
ることが可能となる。

【００４２】次に、上記図１から図３に示される重ね合
わせ測定マークを用いた場合に、複数の異なる下地層に
対する重ね合わせ精度が測定できる測定方法について説
明する。

【００４３】図４は、図１に示された、合わせ層のパタ
ーン１と、複数の異なる下地層Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌのパター
ン２，３，４，５とで構成された重ね合わせ測定マーク
の重ね合わせ測定方法を示す図である。

【００４４】図４(a) は複数の異なる下地層Ｉ，Ｊ，
Ｋ，Ｌのパターン２，３，４，５が合わせ層のパターン
１に対して、重ね合わせのずれ量がゼロである理想的な
重ね合わせ測定マークを示したものであり、Ｍはこの時
の合わせ層のパターン１の中心からそれぞれの異なる下
地層Ｊ，Ｌのパターン３，５の幅方向中心（以下、単に
「中心」という）までの長さを示し、図示されていない
が、合わせ層のパターン１の中心からそれぞれの異なる
下地層Ｉ，Ｋのパターン２，４の幅方向中心（以下、単
に「中心」という）までの長さも同じＭである。また、
Ｎは下地層Ｉのパターン２の中心から合わせ層のパター
ン１の上側エッジまでの長さ、Ｏは下地層Ｊのパターン
３の中心から合わせ層のパターン１の左側エッジまでの
長さ、Ｐは下地層Ｋのパターン４の中心から合わせ層の
パターン１の下側エッジまでの長さ、そしてＱは下地層
Ｌのパターン５の中心から合わせ層のパターン１の右側
エッジまでの長さをそれぞれ示している。なお、Ｍは設
計値である。

【００４５】図４(b) は複数の異なる下地層が合わせ層
に対して、ある量だけずれた場合の重ね合わせ測定マー
クを示したものであり、Ｒは合わせ層のパターン１の左
側のエッジのＸ座標を、Ｓは合わせ層のパターン１の右
側のエッジのＸ座標を示している。またＴは、合わせ層
のパターン１と下地層Ｊのパターン３との重ね合わせず
れ量（重ね合わせ精度）を示しており、以下では、合わ
せ層のパターン１と下地層Ｊのパターン３との重ね合わ
せ精度の測定について詳しく説明する。

【００４６】図４(b) では、下地層Ｊが合わせ層に対し
てずれているため、下地層Ｊのパターン３の中心から合
わせ層のパターン１の左側エッジまでの長さＯが、図４
(a)の長さＯとは異なり、合わせ層のパターン１の中心
から下地層Ｊのパターン３の中心までの長さが、Ｍ＋Ｔ
となり、設計値のＭからＴだけずれている。

【００４７】このＴを求めるために、まず、合わせ層の
パターン１の左右方向（Ｘ方向）のエッジのＸ座標Ｒ，
Ｓと、下地層Ｊのパターン３の中心のＸ座標とを検出す
る。検出した合わせ層のパターン１の左右のエッジのＸ
座標Ｒ，Ｓを用いて合わせ層のパターン１の中心座標を
求める。この合わせ層のパターン１の中心座標と、検出
した下地層Ｊのパターン３の中心のＸ座標とから、合わ
せ層のパターン１の中心から下地層Ｊのパターン３の中
心までの長さを求め、これと設計値であるＭとの差を求
め、合わせ層と下地層ＪとのＸ方向の重ね合わせ精度Ｔ
とする。下地層Ｊのパターン３の中心のＸ座標をｊx と
すると、Ｔは次式で表現される。

【００４８】Ｔ＝｜ｊx −（Ｒ＋Ｓ）／２｜−Ｍ また、下地層Ｉ，Ｋ，Ｌのパターン２，４，５との重ね
合わせ精度についても同様な方法で測定できる。

【００４９】また、図２や図３で示された重ね合わせ測
定マークについても同様な方法で測定できる。なお、図
２では、パターン２あるいは３が複数設けられている
が、パターン２，３をそれぞれ少なくとも１つ設けてあ
れば、ＸまたはＹ方向の重ね合わせ精度を測定すること
ができる。同様に、図３の場合でも、パターン２，３，
４をそれぞれ少なくとも１つ設けてあれば、ＸまたはＹ
方向の重ね合わせ精度を測定することができる。

【００５０】さらに、本実施の形態の重ね合わせ測定マ
ークの合わせ層のパターン１は、正方形状に限らず、図
１７(b) や図１７(c) のように正方形の辺に沿って形成
された形状としてもよく、これらの場合、図４で説明し
た合わせ層のパターン１のエッジの座標の検出は、正方
形の各辺に沿った部分のパターン１の幅方向中心の座標
の検出に置き換えられる。また、この場合のパターン１
の幅も、図１〜図３に示されたパターン２，３，４，５
同様、重ね合わせ測定時のパターン１の幅方向中心の座
標を誤差を少なく検出するために、重ね合わせ測定装置
で認識可能な最小の幅とすることが好ましい。

【００５１】また、上記では、内側が合わせ層のパター
ンで、外側が下地層のパターンである場合を例としたも
のであるが、外側が合わせ層のパターンで、内側が下地
層のパターンである場合でも、同様に複数の異なる下地
層に対して重ね合わせ精度を測定できる。この場合、合
わせ層のパターン１が図１７（ｂ）や図１７（ｃ）のよ
うな形状の場合には、下地層のパターンがその内側に配
置されることは言うまでもなく、合わせ層のパターン１
が図１７（ａ）のような正方形状の場合には、その正方
形の輪郭（四辺）の内側すなわち正方形の内部に下地層
のパターンが配置されることになる。

【００５２】また、上記では、一本の線状のパターンで
構成された下地層のパターンを用いた場合を例としてい
るが、後述する図１１(b) のようなドットパターンや、
図１１(c) のように線状のパターンを複数本配置したラ
イン・アンド・スペースパターンや、図１１(d) のよう
にドットパターンをアレイ状に配置したドットアレイパ
ターンで構成された下地層のパターンを用いた場合で
も、同様に複数の異なる下地層に対する重ね合わせ精度
を測定できる。

【００５３】以上のように本実施の形態によれば、合わ
せ層のパターン１と複数の異なる下地層のパターン２〜
５等とを備えているため、一つの重ね合わせ測定マーク
で複数の下地層に対する重ね合わせ精度を得ることがで
き、測定時間を短縮できる。また、複数の異なる下地層
に対する重ね合わせ精度を得るのに、従来のように複数
の重ね合わせ測定マークを用いるのではなく、一つの重
ね合わせ測定マークでよいため、重ね合わせ測定マーク
の占める面積を小さくすることができる。

【００５４】なお、重ね合わせ測定装置には、イメージ
プロファイルをスキャンニングすることのできるリニア
センサーや、測定マークの２次元イメージを瞬時に取り
込むことのできるＣＣＤカメラが用いられている（光学
式画像処理方式）。機能としては線幅測定兼用のもの、
重ね合わせ測定専用のものがあるが、現在は後者が主に
使用されている。

【００５５】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態について説明する。第２の実施の形態で
は、主に本発明の実施の形態における半導体装置につい
て説明する。また、第１の実施の形態で述べていない本
発明の実施の形態における重ね合わせ測定マークの補足
説明も含めて行う。

【００５６】本実施の形態の半導体装置は、第１の実施
の形態で説明したような複数の異なる下地層に対する重
ね合わせ精度を得ることができる重ね合わせ測定マーク
を有するものである。このような重ね合わせ測定マーク
を有していると、複数の下地層に対して常に重ね合わせ
精度を知ることができるため、重ね合わせずれによる不
良を早期に発見することができ、歩留まりの低下を抑え
ることができる。また、このような複数の異なる下地層
に対する重ね合わせ精度が一つの重ね合わせ測定マーク
より得られるため、測定時間を短縮でき、かつ重ね合わ
せ測定マークの占める面積を小さくすることができ、半
導体装置全体の大きさを小さくすることができる。

【００５７】この半導体装置が有する重ね合わせ測定マ
ークと複数の異なる下地層の回路パターンとの関係につ
いて説明する。ここでは、重ね合わせ測定マークが、図
３の場合のように、合わせ層のパターン１と異なる三種
類の下地層Ｉ，Ｊ，Ｋのパターン２，３，４とからなる
場合を例にとり説明する。

【００５８】図５(a) ，(b) ，(c) ，(d) は重ね合わせ
測定マークが形成される各工程の平面図を示している。
また図６(a) ，(b) ，(c) ，(d) は、図５(a) ，(b) ，
(c)，(d) のＸ１−Ｘ２の断面図を、図６(e) ，(f) ，
(g) ，(h) は、図５(a) ，(b) ，(c) ，(d) のＹ１−Ｙ
２の断面図をそれぞれ示している。同様に図７(a) ，
(b) ，(c) ，(d) は回路パターンが形成される各工程の
平面図を示しており、図８(a) ，(b) ，(c) ，(d) は、
図７(a) ，(b) ，(c) ，(d) のＸ３−Ｘ４の断面図を、
図８(e) ，(f) ，(g) ，(h) は図７(a) ，(b) ，(c) ，
(d) のＹ３−Ｙ４の断面図をそれぞれ示している。図５
〜図８において、１は合わせ層のパターンを、２，３，
４は異なる下地層Ｉ，Ｊ，Ｋのパターンをそれぞれ示し
ている。また、６，７，８は酸化膜などの絶縁材料膜、
９は感光性材料膜（ＳｉＯ₂ 等の絶縁膜）を示してい
る。絶縁材料膜６，７，８および感光性材料膜９は無色
透明に近い材料であり、パターン２，３，４の検出は、
ＣＣＤによる画像認識、あるいはコントラストが弱い場
合などは、レーザの反射光などを利用して行う。

【００５９】ここで、重ね合わせ測定マーク及び回路パ
ターンの形成工程について説明する。まず、重ね合わせ
測定マーク及び回路パターンのそれぞれにおいて、シリ
コン基板をエッチングしてパターン２が形成される（図
５(a) 、図６(a) ，(e) 、図７(a) 、図８(a) ，(e)
）。次にパターン２が形成されていない部分に絶縁材
料膜６が埋め込まれ平坦化された後、パターン３が形成
される（図５(b) 、図６(b) ，(f) 、図７(b) 、図８
(b) ，(f) ）。次に絶縁材料膜７が堆積され平坦化され
た後、パターン４が形成される（図５(c) 、図６(c) ，
(g) 、図７(c) 、図８(c) ，(g) ）。次に絶縁材料膜８
が堆積され平坦化された後、感光性材料膜９が塗布され
パターン１が形成される（図５(d) 、図６(d) ，(h) 、
図７(d) 、図８(d) ，(h) ）。この場合、パターン１は
感光性材料膜９の開口部分（除去部分）である。

【００６０】図５(d) において、Ｎ，Ｏ，Ｐ，Ｑはパタ
ーン１の各エッジとパターン２，２，３，４の中心との
距離を示しており、これらは図７(d) のＵ，Ｖ，Ｗ，Ｘ
とそれぞれ対応して変動する。したがって、第１の実施
の形態に記載の測定方法を用いて図５(d) の重ね合わせ
測定マークを測定することにより、図７(d) の回路パタ
ーンにおける合わせ層のパターン１と三種類の異なる下
地層Ｉ，Ｊ，Ｋのパターン２，３，４との重ね合わせ精
度を得ることができる。なお、図７(d) におけるＵは回
路パターンにおけるパターン１の中心からパターン２ま
でのＹ方向の距離、Ｖは回路パターンにおけるパターン
１の中心からパターン２までのＸ方向の距離、Ｗは回路
パターンにおけるパターン１の中心からパターン３まで
のＸ方向の距離、Ｘは回路パターンにおけるパターン１
の中心からパターン４までのＹ方向の距離を示す。

【００６１】前述の図５〜図８では、例えば平坦化され
た絶縁材料膜７上にパターン４を形成したように、下地
層のパターンが平坦面から上に突出して形成されている
（凸状のパターン）が、平坦面に溝を形成することによ
り下地層のパターン（凹状のパターン）を形成してあっ
てもよい。また、異なる複数の下地層のパターンに、凸
状のパターンと凹状のパターンとが混在してあってもよ
い。下地層のパターンを凹状のパターンとした場合につ
いて、図９，図１０を用いて説明する。

【００６２】図９は、重ね合わせ測定マークを構成する
下地層のパターン（以下「下地層のマークパターン」と
もいう）の幅が、同じ下地層で形成される回路パターン
の設計寸法より大きな場合の、下地層のマークパターン
が形成される各工程図を示したものであり、図９(a),
(b),(c) は平面図を、図９(d),(e),(f) は図９(a),(b),
(c) のＡ１−Ａ２の断面図をそれぞれ示している。図９
において、７は絶縁材料膜、１０は幅が回路パターンの
設計寸法より大きい寸法の下地層のマークパターンを示
しており、１１は例えばタングステンなどの埋め込み用
の材料膜を示している。また図１０は、下地層のマーク
パターンの幅が、同じ下地層で形成される回路パターン
の設計寸法と同一寸法である場合の、下地層のマークパ
ターンが形成される各工程図を示したものであり、図１
０(a),(b),(c) は平面図を、図１０(d),(e),(f) は図１
０(a),(b),(c) のＢ１−Ｂ２の断面図をそれぞれ示して
いる。図１０において、７は絶縁材料膜、１２は幅が回
路パターンの設計寸法と同一寸法の下地層のマークパタ
ーンを示している。

【００６３】また、図９，図１０は共にエッチング工程
によって絶縁材料膜７に溝が形成された状態、すなわ
ち、下地層のマークパターン１０，１２が形成された状
態からを示している。

【００６４】まず、図９における不具合について説明す
る。下地層のマークパターン１０の幅が回路パターンよ
り大きい場合、エッチング後の埋め込み工程において、
通常埋め込み用の堆積膜厚が回路パターンに設定してあ
るため、下地層のマークパターン１０に埋め込み用の膜
１１が完全に埋め込まれない場合が生じる（図９(b)，
(e) 参照) 。この状態で次工程の化学的機械的研磨によ
り平坦化を行うと、溝の部分に研磨剤や化学薬品などが
たまってしまいエッチングが促進され、形状が劣化して
しまう（図９(c) ，(f) 参照) 。このような形状では重
ね合わせ測定装置がパターンの中心位置を認識するのに
精度が落ちてしまい、重ね合わせ測定の精度自体も落ち
てしまう。またここでは平坦化工程における形状劣化を
例として挙げたが、これ以外の原因により形状が劣化し
た場合においても同様に重ね合わせ測定精度が悪くなる
のは勿論のことである。

【００６５】これに対し、図１０のように下地層のマー
クパターン１２を回路パターンの設計寸法と同一にする
と、エッチング後の埋め込み工程において下地層のマー
クパターン１２に埋め込み用の膜１１が完全に埋め込ま
れ（図１０(b) ，(e) 参照)、次工程の化学的機械的研
磨による平坦化工程において図９(c) ，(f) のような形
状の劣化がおきず、重ね合わせ測定装置がパターンの中
心位置を精度良く認識することができる（図１０(c) ，
(f) 参照）。

【００６６】したがって、下地層のマークパターンとし
て凹状のパターンを形成する場合には、そのパターン幅
は、同じ下地層の回路パターン内に存在する凹状回路パ
ターンの設計寸法と同一にすることが好ましい。しかし
ながら、回路パターンの設計寸法が非常に小さい場合、
マークパターンを回路パターンの設計寸法と同一にする
ことにより重ね合わせ測定装置で認識できない場合が生
じる。これについて、図１１を用いて説明する。

【００６７】図１１は下地層のマークパターン形状の例
を示しており、図１１(a),(b) は回路パターンの設計寸
法と同一寸法で形成した場合のライン状のパターンとド
ット状のパターンをそれぞれ示している。また、図１１
(c) は図１１(a) のライン状のパターンを複数本配置し
たライン・アンド・スペースパターンを、図１１(d)は
図１１(b) のドット状のパターンをアレイ状に配置した
ドット・アレイパターンをそれぞれ示している。

【００６８】回路パターンの設計寸法が非常に小さい場
合、図１１(a),(b) のように下地層のマークパターン
を、前述の埋め込みやその他の理由により、回路パター
ンの設計寸法と同一寸法の幅で形成する必要がある場
合、パターン幅が非常に小さくなってしまい、重ね合わ
せ測定装置がパターンを認識できないという問題が生じ
る。これに対し、図１１(c) のように、ライン状のパタ
ーンを複数本配置したライン・アンド・スペースパター
ンや、図１１(d) のようにドット状のパターンをアレイ
状に配置したドット・アレイパターンを用いると、見か
け上ラインの幅が大きくなるため、重ね合わせ測定装置
で認識が可能となる。このことは、下地層のマークパタ
ーンが、凹状のパターンに限られるものではなく、凸状
のパターンでも同様である。

【００６９】次に、図１２，図１３，図１４，図１５，
図１６を用いて、重ね合わせ測定マークの合わせ層のパ
ターン形成にダマシンプロセスを用いる場合について説
明する。

【００７０】図１２は下地層のパターンと合わせ層のパ
ターンとの間に、反射率の高い材料膜が存在する場合の
重ね合わせ測定マークの形状を示したものであり、図１
２(a) は平面図を、図１２(b) は図１２(a) におけるＣ
１−Ｃ２の断面図をそれぞれ示している。ここで、１は
合わせ層のパターン、７は絶縁材料膜、９は感光性材料
膜、１３はシリコン基板、１４は下地層のパターン、１
５は反射率の高い材料膜をそれぞれ示している。この場
合、下地層のパターン１４の上に反射率の高い材料膜１
５があるため、下地層のパターン１４を認識できない。

【００７１】図１３は図１２の断面構造において、下地
層のパターンが認識できるように、下地層のパターンの
幅寸法を完全に埋め込みが行われないようにした場合
の、重ね合わせ測定マークの形状を示したものである。
図１３(a) は平面図を、図１３(b) は図１３(a) におけ
るＤ１−Ｄ２の断面図をそれぞれ示している。

【００７２】図１４は合わせ層のパターン形成にダマシ
ンプロセスを用いた場合の重ね合わせ測定マークの形状
を示したものである。図１４(a) は平面図を、図１４
(b) は図１４(a) におけるＥ１−Ｅ２の断面図をそれぞ
れ示している。ここで、８は絶縁材料膜を示している。

【００７３】図１５は図１２、図１３に示される重ね合
わせ測定マークが形成され、更にその後のプロセスを示
した断面図である。図１６は図１４に示される重ね合わ
せ測定マークがダマシンプロセスによって形成されるま
で、及びその後を示した断面図である。ここで、図１５
及び図１６はプロセスは異なるが最終的な構造は、図１
５(f) と図１６(h) のように同じになる。

【００７４】まず図１２のように、下地層と合わせ層の
間に、例えばタングステンなどのようなメタル系の反射
率の高い材料膜１５がある場合、下地層のパターン１４
が見えなくなってしまう。そこで、この不具合をなくし
たものが図１３に示すパターンである。このように下地
層のパターン１４を、完全に埋め込みが行われない程度
の寸法にすることにより、あえて段差を設ける。こうす
ることにより、次工程の反射率の高い材料膜１５堆積し
た場合、下地層のパターン１４の段差が反射率の高い材
料膜１５にも残ることになる。この段差を利用すること
により、下地層のパターン１４を認識して、重ね合わせ
測定マークを形成している。しかしこの形状では実際の
下地層のパターン１４を測定しているわけではないため
精度的に悪く、また反射率の高い材料膜１５の膜厚等の
形成状態のバラツキによっても、パターン形状が変わっ
てしまうため、重ね合わせ精度が落ちてしまう。

【００７５】次に図１５、図１６を用いて、ダマシンプ
ロセスを用いた場合の優位性について説明する。まず図
１５では、絶縁材料膜７のエッチングによるパターニン
グ後（図１５(a))、導電性材料例えばタングステンなど
が埋め込まれ下地層のパターン１４が形成される（図１
５(b))。次に反射率の高い材料膜１５が堆積され（図１
５(c))、感光性材料膜９のパターニング後（図１５(d))
（図１２、図１３にはこの工程直後の状態を図示) 、感
光性材料膜９をマスクとして反射率の高い材料膜１５が
エッチングされ（図１５(e))、酸化膜などの絶縁材料膜
８が堆積され平坦化される（図１５(f))。

【００７６】これに対し図１６では、絶縁材料膜７のエ
ッチングによるパターニング後（図１６(a))、導電性材
料例えばタングステンなどが埋め込まれ下地層のパター
ン１４が形成される（図１６(b))。次に酸化膜などの絶
縁材料膜８を堆積し（図１６(c))、感光性材料膜９のパ
ターニング後（図１６(d))（図１４にはこの工程直後の
状態を図示）、感光性材料膜９をマスクとして酸化膜な
どの絶縁材料膜８がエッチングされ（図１６(e))、反射
率の高い材料膜１５が堆積される（図１６(f))。その
後、平坦化によって反射率の高い材料膜１５は完全に埋
め込まれ（図１６(g))、再び酸化膜などの絶縁材料膜８
が堆積される（図１６(h))。

【００７７】この図１６の場合、埋め込みによって反射
率の高い材料膜１５を形成するため、感光性材料膜９の
パターンは、図１５の場合と反転する。このようにパタ
ーニングしたい対象物を直接エッチングによるプロセス
で形成するのではなく、いったんパターニング用の溝を
まず形成してやり、その後の埋め込みによって対象物を
パターニングするプロセスをダマシンプロセスと呼ぶ。
このようなダマシンプロセスを用いると、下地層と合わ
せ層の間に反射率の高い材料膜１５が存在しないため下
地層のパターン１４を完全に埋め込みが行われる形状に
することができ、なおかつ実際に下地層のパターン１４
を重ね合わせ測定装置で測定することができるため、重
ね合わせ測定精度が向上する。

【００７８】なお、本発明の実施の形態における重ね合
わせ測定マーク及びその測定方法は、半導体装置に限ら
れず、液晶パネルや磁気ヘッドの製造にも適用すること
ができる。重ね合わせ測定マークは、半導体装置や液晶
パネルなど多層構造のパターンニングを行う際には必要
であり、リソグラフィー工程に用いられる。

【００７９】

【発明の効果】以上のように本発明は、重ね合わせ測定
マークを、合わせ層のマークパターンと複数の異なる下
地層のマークパターンとで構成するため、一つの重ね合
わせ測定マークで複数の異なる下地層に対する重ね合わ
せ精度を得ることができ、測定時間を短縮でき、かつ重
ね合わせ測定マークの占める面積を小さくすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における重ね合わせ測定マ
ークを示す図。

【図２】本発明の実施の形態における重ね合わせ測定マ
ークを示す図。

【図３】本発明の実施の形態における重ね合わせ測定マ
ークを示す図。

【図４】本発明の実施の形態における重ね合わせ測定マ
ークの測定方法を示す図。

【図５】本発明の実施の形態における半導体装置の重ね
合わせ測定マークの形成工程を示す平面図。

【図６】図５の重ね合わせ測定マークの形成工程におけ
るＸ１−Ｘ２及びＹ１−Ｙ２の断面図。

【図７】本発明の実施の形態における半導体装置の回路
パターンの形成工程を示す平面図。

【図８】図７の回路パターンの形成工程におけるＸ３−
Ｘ４及びＹ３−Ｙ４の断面図。

【図９】重ね合わせ測定マークの下地層のパターン（凹
状のパターン）の形成工程を示す平面図及び断面図。

【図１０】重ね合わせ測定マークの下地層のパターン
（凹状のパターン）の形成工程を示す平面図及び断面
図。

【図１１】本発明の実施の形態における重ね合わせ測定
マークの下地層のパターン形状の例を示す平面図。

【図１２】重ね合わせ測定マークの平面図及び断面図。

【図１３】重ね合わせ測定マークの平面図及び断面図。

【図１４】重ね合わせ測定マークの平面図及び断面図。

【図１５】図１２，図１３の重ね合わせ測定マークの形
成工程を示す断面図。

【図１６】図１４の重ね合わせ測定マークの形成工程を
示す断面図。

【図１７】従来の重ね合わせ測定マークを示す図。

【図１８】従来の重ね合わせ測定マークの測定方法を示
す図。

【図１９】複数の異なる下地層に対する重ね合わせ精度
を、従来の重ね合わせ測定マークで測定する場合に必要
な重ね合わせ測定マークを示す図。

【符号の説明】

１ 合わせ層のパターン ２ 下地層Ｉのパターン ３ 下地層Ｊのパターン ４ 下地層Ｋのパターン ５ 下地層Ｌのパターン ６，７，８ 酸化膜などの絶縁材料膜 ９ 感光性材料膜 １０ 回路パターンの設計寸法より寸法が大きい下地層
のパターン １１ 埋め込み用の材料膜 １２ 回路パターンの設計寸法と同一寸法の下地層のパ
ターン １３ シリコン基板 １４ 下地層のパターン １５ 反射率の高い材料膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA17 AA20 BB02 BB17 BB28 CC17 CC25 CC31 CC37 DD06 FF01 FF04 JJ02 JJ03 JJ25 JJ26 QQ25 RR08 2H097 KA13 KA15 KA16 LA10 LA12 5F046 AA26 EA03 EA04 EA09 EA12 EA13 EA15 EA18 EA23 EA26 EB01 EC05

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体装置あるいは液晶パネルの製造工
   程における合わせ層の回路パターンと、前記合わせ層よ
   り下層にある複数の異なる下地層の回路パターンとの重
   ね合わせ精度を測定する重ね合わせ測定マークであっ
   て、合わせ層のマークパターンと、複数の異なる下地層
   のマークパターンとを備えたことを特徴とする重ね合わ
   せ測定マーク。
2. 【請求項２】 下地層のマークパターンが、重ね合わせ
   測定装置で認識可能な最小な幅の線状のパターンにより
   構成されている請求項１記載の重ね合わせ測定マーク。
3. 【請求項３】 下地層のマークパターンが、下地層の回
   路パターンの設計寸法と同一寸法のパターンにより構成
   されている請求項１記載の重ね合わせ測定マーク。
4. 【請求項４】 下地層のマークパターンが、線状のパタ
   ーンを複数本配置したライン・アンド・スペースパター
   ンにより構成されている請求項３記載の重ね合わせ測定
   マーク。
5. 【請求項５】 下地層のマークパターンが、ドットパタ
   ーンをアレイ状に配置したドット・アレイパターンによ
   り構成されている請求項３記載の重ね合わせ測定マー
   ク。
6. 【請求項６】 複数の異なる下地層のマークパターン
   が、二種類の異なる下地層のマークパターンである請求
   項１記載の重ね合わせ測定マーク。
7. 【請求項７】 複数の異なる下地層のマークパターン
   が、三種類の異なる下地層のマークパターンである請求
   項１記載の重ね合わせ測定マーク。
8. 【請求項８】 複数の異なる下地層のマークパターン
   が、四種類の異なる下地層のマークパターンである請求
   項１記載の重ね合わせ測定マーク。
9. 【請求項９】 内側に合わせ層のマークパターンが配置
   され、外側に複数の異なる下地層のマークパターンが配
   置されている請求項１記載の重ね合わせ測定マーク。
10. 【請求項１０】 内側に複数の異なる下地層のマークパ
    ターンが配置され、外側に合わせ層のマークパターンが
    配置されている請求項１記載の重ね合わせ測定マーク。
11. 【請求項１１】 下地層のマークパターンが、凸状ある
    いは凹状のパターンにより構成されている請求項１記載
    の重ね合わせ測定マーク。
12. 【請求項１２】 下地層のマークパターンが、凸状と凹
    状のパターンにより構成されている請求項１記載の重ね
    合わせ測定マーク。
13. 【請求項１３】 合わせ層のマークパターン形成にダマ
    シンプロセスを用いた請求項１記載の重ね合わせ測定マ
    ーク。
14. 【請求項１４】 半導体装置あるいは液晶パネルの製造
    工程における合わせ層の回路パターンと、前記合わせ層
    より下層にある複数の異なる下地層の回路パターンとの
    重ね合わせ精度を測定する重ね合わせ測定方法であっ
    て、合わせ層のマークパターンと複数の異なる下地層の
    マークパターンを形成し、前記合わせ層のマークパター
    ンとそれぞれの異なる前記下地層のマークパターンとの
    位置の差を検出することにより、前記合わせ層の回路パ
    ターンと前記複数の異なる下地層の回路パターンとの重
    ね合わせ精度を検出することを特徴とする重ね合わせ測
    定方法。
15. 【請求項１５】 合わせ層の回路パターンと、前記合わ
    せ層より下層にある複数の異なる下地層の回路パターン
    との重ね合わせ精度を測定する重ね合わせ測定マークを
    有する半導体装置であって、前記重ね合わせ測定マーク
    が、合わせ層のマークパターンと、複数の異なる下地層
    のマークパターンとにより構成されたことを特徴とする
    重ね合わせ測定マークを有する半導体装置。