JP2003272993A - 重ね合わせ精度測定方法および重ね合わせ精度測定用パターン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １レイヤー複数マスクによるレジストパター
ニングを行う場合に用いて好適な重ね合わせ精度測定用
パターンを提供する。 【解決手段】 一層につき複数のマスクを使用してレジ
ストパターニングを行い、基板上に形成したパターンの
上にさらに別パターンの層を形成する場合に、各パター
ン間の相対的な位置精度を測定するために用いられる重
ね合わせ精度測定用パターンについて、その重ね合わせ
精度測定用パターンを、基板上に既に形成されているパ
ターンについての合わせマーク１および前記複数のマス
クにより形成される各パターンについてのそれぞれの合
わせマーク２，３から構成する。そして、各合わせマー
ク１，２，３を同一領域内に配するが、そのときに各合
わせマーク１，２，３が互いに重なり合わないように多
重配置させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ上に
形成されるレジストパターンの重ね合わせ精度の測定に
適用して好適な重ね合わせ精度測定方法および重ね合わ
せ精度測定用パターンに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体デバイスの製造プロセス
においては、リソグラフィ技術を利用して、あるパター
ンをウエハ基板上に形成し、次工程でさらに別のパター
ンを重ねて形成する、といったことが行われている。こ
のような複数層（レイヤー）に及ぶレジストパターニン
グについては、特に半導体デバイスの集積度の向上やそ
のデザインルールが小さくなりつつある状況下では、各
パターン間の相対的な位置精度を確保することが非常に
重要である。

【０００３】各パターンの重ね合わせ精度は、通常、そ
の重ね合わせ精度を測定するための専用パターン（以下
「重ね合わせ精度測定用パターン」という）を、重ね合
わせ精度測定機を用いて測定することによって、その高
精度化が図られている。重ね合わせ精度測定機として
は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）撮像素子を用い
て測定を行うものや、レーザー光を用いて測定を行うも
の等がある。例えば、ＣＣＤ撮像素子を用いたものであ
れば、図４に示すように、光源１１からの照射光をレン
ズ１２等の光学系を経てウエハ基板１３上に照射し、そ
の反射光をＣＣＤ撮像素子１４で受光することで、その
ウエハ基板１３上の任意の露光ショット内に配置された
重ね合わせ精度測定用パターンを撮像し、これにより各
パターン間の重ね合わせの検査（各パターン間の位置ず
れ量の測定）を行い得るように構成されている。

【０００４】また、重ね合わせ精度測定用パターンとし
ては、種々のものが提案されているが、例えば特開２０
００−１３３５７２号公報に開示されているように、実
際のＬＳＩパターンに近い線状の合わせマーク（ライン
マーク）から構成されるとともに、そのラインマークを
重ね合わせ精度測定用パターン領域の中心に対して対称
になるように配置されたものがある。さらに具体的に
は、図５に示すように、ウエハ基板上とこれに重ねるパ
ターンのレチクルとのそれぞれに互いに相似形の合わせ
マークを配するとともに、各合わせマークが、例えば正
方形の各辺に沿って設けられ、その正方形の頂点の部分
が互いに分離しているように配された４つのラインマー
ク２１，２２からなるものがある。

【０００５】このような重ね合わせ精度測定用パターン
を、重ね合わせ精度測定機を用いて測定すれば、図６に
示すように、ウエハ基板上に既に形成されていた前レイ
ヤーの合わせマーク２１と、これに重ねて新たに形成す
るレイヤーの合わせマーク２２とについて、それぞれの
間の位置ずれ量を把握し得るので、そのずれ量を無くす
ような位置補正を行うことが可能となり、結果として各
パターンの重ね合わせ精度の向上が図れるのである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体リソ
グラフィ工程では、図７（ａ）に示すように、１つの層
について１つのマスクのみを用いてレジストパターニン
グを行う、いわゆる１レイヤー１マスクによるレジスト
パターニングが主流であるが、近年、パターンのデザイ
ンルールや密集度等に応じて最適露光条件を選択できる
ようにすべく、図７（ｂ）に示すように、いわゆる１レ
イヤー複数マスク（例えば、マスクＡおよびマスクＢ）
によるレジストパターニングの適用が行われつつある。
このような１レイヤー複数マスクによるレジストパター
ニングを行う場合であっても、そのパターニング後の検
査にて、上述したような前レイヤーとの重ね合わせ精度
のずれ検査を実施する必要があるが、その場合には、１
レイヤー複数マスクゆえに、以下に述べるような問題が
生じてしまうおそれがある。

【０００７】例えば、図８に示すように、マスクを投影
露光する露光装置の一露光ショット内には、５箇所に重
ね合わせ精度測定用パターンが配されている。すなわ
ち、露光装置による露光エリア３０の中には、ウエハ基
板上に所望パターンを形成するためのチップエリア（図
中の白い矩形部分）３１が４箇所と、その周囲に位置
し、合わせ測定や線幅測定等のためのパターンが配置さ
れる検査用エリア（図中の「田」字状部分）３２とが含
まれており、その検査用エリアの４隅および略中央部分
に重ね合わせ精度測定用パターンが配されるのが一般的
である。

【０００８】ところが、１レイヤー複数マスクによるレ
ジストパターニングの場合には、各マスクについて重ね
合わせ精度の検査が必要となるため、従来の重ね合わせ
精度測定用パターンを（図５参照）を用いると、マスク
数に対応した分だけ重ね合わせ精度測定用パターンを並
設しなければならない。例えば、マスクＡおよびマスク
Ｂといった２種類のマスクを使用する場合であれば、露
光エリア中の５箇所それぞれに、マスクＡについての合
わせマーク２１ａ，２２ａと、マスクＢについての合わ
せマーク２１ａ，２２ｂとを並設しなければならず、計
１０箇所の重ね合わせ精度測定用パターン用のエリアを
確保する必要が生じてしまう。

【０００９】したがって、従来の重ね合わせ精度測定用
パターンでは、１レイヤー複数マスクによるレジストパ
ターニングの場合に、より多くの検査用エリア３２が必
要になってしまい、その分だけチップエリア３１が圧縮
されてしまうおそれがある。また、重ね合わせ精度測定
用パターンの配置箇所が増えるため、これに伴って重ね
合わせ精度の測定箇所も増加し（例えば、２種類のマス
クを使用する場合であれば、１レイヤー１マスクのとき
の２倍）、結果として検査時間の増加や検査方法の複雑
化等を招いてしまうことが考えられる。

【００１０】その一方で、近年、重ね合わせ精度測定機
が対応可能な解像度が向上する傾向にあり、従来のよう
な１０μｍ程度の大きさ（外形）ではなく、５μｍ程度
の大きさマークについても、精度良く測定できるように
なってきている。

【００１１】そこで、本発明は、１レイヤー複数マスク
によるレジストパターニングを行う場合であっても、露
光エリア内における重ね合わせ精度測定用パターンの専
有面積増加を抑えることができ、しかも検査時間の増加
や検査方法の複雑化等を招いてしまうことのない、重ね
合わせ精度測定方法および重ね合わせ精度測定用パター
ンを提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために案出された重ね合わせ精度測定方法で、一
層につき複数のマスクを使用してレジストパターニング
を行い、基板上に形成したパターンの上にさらに別パタ
ーンの層を形成する場合に、各パターン間の相対的な位
置精度を測定するために用いられる重ね合わせ精度測定
方法であって、基板上に既に形成されているパターンに
ついての合わせマークおよび前記複数のマスクにより形
成される各パターンについてのそれぞれの合わせマーク
を、同一領域内に互いに重なり合わないように多重配置
し、その多重配置された各合わせマークを一括測定して
各パターン間の相対的な位置精度を測定することを特徴
とする。

【００１３】また、本発明は、上記目的を達成するため
に案出された重ね合わせ精度測定用パターンで、一層に
つき複数のマスクを使用してレジストパターニングを行
い、基板上に形成したパターンの上にさらに別パターン
の層を形成する場合に、各パターン間の相対的な位置精
度を測定するために用いられる重ね合わせ精度測定用パ
ターンであって、基板上に既に形成されているパターン
についての合わせマークおよび前記複数のマスクにより
形成される各パターンについてのそれぞれの合わせマー
クからなるとともに、各合わせマークが同一領域内に互
いに重なり合わないように多重配置されていることを特
徴とするものである。

【００１４】上記手順の重ね合わせ精度測定方法および
上記構成の重ね合わせ精度測定用パターンによれば、各
合わせマークが同一領域内に互いに重なり合わないよう
に多重配置されているので、そのマーク占有面積が当該
領域内だけで済み、使用するマスク数が増えてもマーク
占有面積の増加を抑えられる。また、多重配置されてい
ることから、各合わせマークを一括して測定することも
可能となり、測定時間の増加や測定方法の複雑化等を回
避し得るようにもなる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき、本発明に係
る重ね合わせ精度測定方法および重ね合わせ精度測定用
パターンについて説明する。

【００１６】先ず、本発明に係る重ね合わせ精度測定用
パターンについて説明する。ただし、ここでは、１レイ
ヤーにつき２つのマスクを使用してレジストパターニン
グを行う、いわゆる１レイヤー２マスクの場合を例に挙
げて説明する。

【００１７】図１は、本発明に係る重ね合わせ精度測定
用パターンの一実施形態を示す説明図である。図１
（ａ）に示すように、本実施形態で説明する重ね合わせ
精度測定用パターンは、基板上に既に形成されている前
レイヤーについての合わせマーク１と、２つのマスクの
うちのマスク（レチクル）Ａにより形成されるパターン
についての合わせマーク２と、２つのマスクのうちのマ
スク（レチクル）Ｂにより形成されるパターンについて
の合わせマーク３とから構成されている。

【００１８】これらの各合わせマーク１，２，３は、そ
れぞれが互いに相似形となるように形成されており、い
ずれもが、例えば正方形の各辺に沿って設けられ、その
正方形の頂点の部分が互いに分離しているように配され
た４つのラインマークからなる。このラインマークは、
実際のＬＳＩパターンに近い線状（例えば、０．５〜
２．０μｍ幅）および間隔（例えば、３〜１０μｍ間
隔）のものである。そして、一つの重ね合わせ精度測定
用パターンを構成する領域の中心に対して対称になるよ
うに配置されている。

【００１９】ただし、これらの各合わせマーク１，２，
３は、その一つの重ね合わせ精度測定用パターン領域、
すなわち同一領域内にて、互いに重なり合わないように
多重配置されている。なお、多重配置の順序は任意で構
わない。例えば、図例のように、同一領域の外側から前
レイヤーについての合わせマーク１、レチクルＡについ
ての合わせマーク２、レチクルＢについての合わせマー
ク３の順に配置することが考えられるが、これとは異な
る順で各合わせマーク１，２，３を配置しても構わな
い。

【００２０】続いて、このような各合わせマーク１，
２，３からなる重ね合わせ精度測定用パターンを用いた
場合における、各パターンの重ね合わせ精度の測定方法
について説明する。

【００２１】上述の重ね合わせ精度測定用パターンを用
いた場合には、１レイヤー２マスクによるレジストパタ
ーニングを行った後、ウエハ基板上に、各合わせマーク
１，２，３に対応したラインパターンが形成されること
になる。このときに形成されるラインパターンは、図１
（ｂ）に示すように、アルミニウム（Ａｌ）膜等からな
る残しパターン２′，３′であってもよいし、あるい
は、図１（ｃ）に示すように、Ａｌ膜等の除去された部
分からなる抜きパターン２″，３″であってもよい。な
お、このラインパターン形成については、従来と略同様
であるため、ここではその説明を省略する。

【００２２】各ラインパターンが形成された後は、これ
らラインパターンの形成位置を、重ね合わせ精度測定機
を用いて測定することになる。重ね合わせ精度測定機と
しては、従来と略同様に、ＣＣＤ撮像素子によるものや
レーザー光によるもの等を用いればよい。

【００２３】ただし、このときの測定は、各ラインパタ
ーン、すなわち各合わせマーク１，２，３に対応したラ
インパターン１′〜３′，１″〜３″について、一括し
て行うようにする。図２は、本発明に係る重ね合わせ精
度測定用方法の一実施形態における一手順を示す説明図
である。詳しくは、図例のように、多重配置された各合
わせマーク１，２，３に対応した各ラインパターン１′
〜３′，１″〜３″について、重ね合わせ精度測定機を
用いて、そのＸ方向（図中における左右方向）における
形成位置を一括して測定する。これは、Ｙ方向について
も全く同様である。

【００２４】したがって、この測定結果によれば、各ラ
インパターン１′〜３′，１″〜３″の相対的な形成位
置が、一度の測定でわかるようになる。つまり、Ｘ方向
およびＹ方向のそれぞれについて、前レイヤーおよびレ
チクルＡの間の合わせずれ量と、前レイヤーおよびレチ
クルＢの間の合わせずれ量と、レチクルＡおよびレチク
ルＢの間の合わせずれ量とが、いずれも一度の測定でわ
かることになる。

【００２５】そして、これらの位置ずれ量を測定した後
は、必要に応じて、そのずれ量を無くすような位置補正
を行うことにより、各パターンの重ね合わせ精度の向上
を図るようにすればよい。

【００２６】以上のように、本実施形態で説明した重ね
合わせ精度測定用パターン、およびこれを用いた重ね合
わせ精度測定用方法によれば、同一の合わせマーク領域
内に複数レチクルで露光したパターンの合わせマークを
配置することができ、従来のようなパターンの並設が不
要となる。したがって、二重露光や露光領域分割露光等
を行う場合のように、１レイヤーで複数マスクを使用し
てレジストパターニングを行う場合であっても、重ね合
わせ精度測定用パターンにより占有される面積、すなわ
ち露光領域内における検査用エリアが増加してしまうの
を抑えることができる。

【００２７】その上、本実施形態の重ね合わせ精度測定
用パターンおよび重ね合わせ精度測定用方法によれば、
Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれについて、前レイヤーと
レチクルＡで露光したパターンとの合わせずれ量、前レ
イヤーとレチクルＢで露光したパターンとの合わせずれ
量、レチクルＡおよびレチクルＢのそれぞれで露光した
パターンの合わせずれ量を、いずれも略同時に測定する
ことが可能になるため、１レイヤー複数マスクによるレ
ジストパターニングを行う場合であっても、一度の測定
で各合わせずれ量を把握することができる。したがっ
て、二重露光や露光領域分割露光等を行う場合であって
も、従来のように検査時間の増加や検査方法の複雑化等
を招いてしまうことがなく、迅速かつ効率の良い処理を
実現し得ることが期待される。

【００２８】さらに、本実施形態の重ね合わせ精度測定
用パターンおよび重ね合わせ精度測定用方法によれば、
複数マスクについて一括して合わせずれ量を測定し得る
ので、前レイヤーとレチクルＡで露光したパターンと前
レイヤーとレチクルＢで露光したパターンの合わせずれ
測定値から、両パターンの中間の合わせ追い込みが実行
し易くなる。この点について、さらに詳しく説明する。
図３は、マスクの合わせ補正適正量の一例を示す説明図
である。なお、図中において、Ｘ軸は前レイヤーに対す
るＸ合わせ補正量、Ｙ軸はＹ合わせ補正量を、それぞれ
表している。上述したように、レジストパターニングを
行う際には、前レイヤーとマスクの合わせ補正を実行す
る必要があるが、1レイヤー複数マスクの場合には、従
来のような重ね合わせ精度測定用パターンであるとそれ
ぞれ個別に測定することとなるため、どの様に補正量を
決定するかによって（図中の破線と一点鎖線のどちらに
基づくかによって）、両パターンの中間の合わせ追い込
み（図中の実線参照）のための作業が複雑になってしま
い、そのために多くの時間を費やしてしまうことが予想
される。これに対して、本実施形態の重ね合わせ精度測
定用パターンおよび重ね合わせ精度測定用方法によれ
ば、複数マスクについて一括して測定し得るので、かか
る状態を改善できると考えられる。

【００２９】なお、本実施形態では、１レイヤー２マス
クの場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定
されるものではない。例えば、１レイヤーにつき３つ以
上のマスクを使用してレジストパターニングを行う場合
であっても、重ね合わせ精度測定用パターンの大きさ等
に考慮は必要となるが、前レイヤーおよび各レチクルに
ついての各合わせマークを４重以上とすることで、同様
の効果を得ることが可能である。

【００３０】さらに、本実施形態では、重ね合わせ精度
測定用パターンを構成する各合わせマークが、正方形の
各辺に沿って設けられ、その正方形の頂点の部分が互い
に分離しているように配された４つのラインマークから
なる場合を例に挙げて説明したが、各合わせマークはこ
れに限定されるものではなく、Ｘ方向およびＹ方向のそ
れぞれについてのずれ量を測定可能なものであれば、他
の形状であってもよいことは勿論である。

【００３１】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の重ね合
わせ精度測定用方法および重ね合わせ精度測定用パター
ンによれば、各合わせマークが同一領域内に互いに重な
り合わないように多重配置されているので、そのマーク
占有面積が当該領域内だけで済み、使用するマスク数が
増えてもマーク占有面積の増加を抑えられる。また、多
重配置されていることから、各合わせマークを一括して
測定することも可能となり、測定時間の増加や測定方法
の複雑化等を回避し得るようにもなる。したがって、１
レイヤー複数マスクによるレジストパターニングを行う
場合であっても、露光エリア内における重ね合わせ精度
測定用パターンの専有面積増加を抑えることができ、し
かも検査時間の増加や検査方法の複雑化等を招いてしま
うこともない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る重ね合わせ精度測定用パターンの
一実施形態を示す説明図であり、（ａ）はその平面図、
（ｂ）および（ｃ）はそのパターンに応じて形成された
ラインパターンの側断面図である。

【図２】本発明に係る重ね合わせ精度測定用方法の一実
施形態における一手順を示す説明図である。

【図３】マスクの合わせ補正適正量の一例を示す説明図
である。

【図４】重ね合わせ精度測定機の一例を示す概略構成図
である。

【図５】従来の重ね合わせ精度測定用パターンの一例を
示す平面図である。

【図６】従来の重ね合わせ精度測定用方法の一例におけ
る一手順を示す説明図である。

【図７】レジストパターニングフローと露光領域を示す
説明図であり，（ａ）は１レイヤー１マスクによる場合
を示す図、（ｂ）は１レイヤー複数マスクによる場合を
示す図である。

【図８】従来の重ね合わせ精度測定用パターンを１レイ
ヤー複数マスクに適用した場合のパターン配置例を示す
説明図である。

【符号の説明】

１，２，３…合わせマーク

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一層につき複数のマスクを使用してレジ
   ストパターニングを行い、基板上に形成したパターンの
   上にさらに別パターンの層を形成する場合に、各パター
   ン間の相対的な位置精度を測定するために用いられる重
   ね合わせ精度測定方法であって、 基板上に既に形成されているパターンについての合わせ
   マークおよび前記複数のマスクにより形成される各パタ
   ーンについてのそれぞれの合わせマークを、同一領域内
   に互いに重なり合わないように多重配置し、 その多重配置された各合わせマークを一括測定して各パ
   ターン間の相対的な位置精度を測定することを特徴とす
   る重ね合わせ精度測定方法。
2. 【請求項２】 一層につき複数のマスクを使用してレジ
   ストパターニングを行い、基板上に形成したパターンの
   上にさらに別パターンの層を形成する場合に、各パター
   ン間の相対的な位置精度を測定するために用いられる重
   ね合わせ精度測定用パターンであって、 基板上に既に形成されているパターンについての合わせ
   マークおよび前記複数のマスクにより形成される各パタ
   ーンについてのそれぞれの合わせマークからなるととも
   に、 各合わせマークが同一領域内に互いに重なり合わないよ
   うに多重配置されていることを特徴とする重ね合わせ精
   度測定用パターン。