JP2004031542A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、半導体装置の製造プロセスにおいて、下層パターンに形成されている第1の重ね合わせ測定マークと、該下層パターンの上に堆積された被処理膜の上に形成されたレジストパターンに形成されている第2の重ね合わせ測定マークとの位置ずれ量を測定する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体集積回路装置の微細化及び高集積化に伴って、パターンサイズは一層の微細化が要求されており、最新の半導体装置の製造プロセスにおいては最小線幅が130nmレベルの半導体チップが量産化されつつある。
【0003】
一方、デバイス(半導体チップ)の小型化を実現するためには、パターンの微細化と共に、上層のパターンを下層のパターンに精度良く位置合わせすることが重要である。そして、上層のパターンと下層のパターンとの間の重ね合わせ誤差(以下、単にパターン間の重ね合わせ誤差という)を低減することにより、パターン間の重ね合わせ誤差のために必要なデザイン上のマージンを低減することができるので、デバイスの小型化を図ることができる。
【0004】
ところで、パターン間の重ね合わせ誤差の測定は、下層パターンに形成されている第1の重ね合わせ測定マーク(第1のアライメント測定マーク)と、上層パターンを形成するためのレジストパターンに形成されている第2の重ね合わせ測定マーク(第2のアライメント測定マーク)との間の位置ずれを重ね合わせ精度測定装置(アライメント精度測定装置)を用いて測定することにより行なわれる。
【0005】
以下、第1の従来例として、重ね合わせ精度測定装置を用いて第1の重ね合わせ測定マークと第2の重ね合わせ測定マークとの間の位置ずれを測定する方法について、図7(a) 及び(b) を参照しながら説明する。
【0006】
図7(a) 及び(b) において、11は下層パターンに形成されている第1の重ね合わせ測定マークであって、パターンを形成しようとする上層パターンよりも前の工程において、リソグラフィ及びエッチング等を用いて方形枠状に形成されている。一方、12は上層パターンを形成するためのレジストパターンに形成されている方形状の第2の重ね合わせ測定マークであって、第1の重ね合わせ測定マーク11の内部に形成される。第1の重ね合わせ測定マーク11の中心位置と第2の重ね合わせ測定マーク12の中心位置とは一致するように設定されていると共に、第1の重ね合わせ測定マーク11の内径及び第2の重ね合わせ測定マーク12の外径は10〜20μm程度の設定されている。
【0007】
第1の重ね合わせ測定マーク11と第2の重ね合わせ測定マーク12との位置ずれ量は、光学式の重ねあわせ測定装置により計測される。この場合、第1の重ね合わせ測定マーク11の外径からその中心位置を求めると共に、第2の重ね合わせ測定マーク12の外径からその中心位置を求め、2つの中心位置から中心位置間距離δを計算することにより、第1の重ね合わせ測定マーク11と第2の重ね合わせ測定マーク12との位置ずれ量が測定される。
【0008】
以下、第2の従来例として、例えば特開平03−268415号公報に示されるように、モアレ干渉を用いる重ね合わせ測定方法について説明する。すなわち、それぞれが複数の円環よりなる第1の重ね合わせ測定マーク及び第2の重ね合わせ測定マークを用いて、第1の重ね合わせ測定マークと第2の重ね合わせ測定マークとの重なりによりモアレパターンを生じさせ、該モアレパターンを観察することにより重ね合わせずれを検出する方法である。
【0009】
また、第3の従来例として、特開平03−134504号公報に示されるようなモアレ干渉を用いる重ね合わせ測定マークも知られている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
以下、第1の従来例の課題について説明する。
【0011】
従来のデバイスでは、重ね合わせ測定装置の測定精度は、求められる重ね合わせ測定精度に対して十分に余裕があったが、現在量産化されている130nmのルールのデバイスでは、必要な重ね合わせ精度は約80nm程度であり、また、今後一層の微細化が進むにつれて、重ね合わせ精度に対する要求はさらに厳しくなってくる。ところが、従来の光学式の検査方法を用いる限り、重ね合わせ測定装置はデバイスから要求される重ね合わせ精度を測定することができる性能を有していない。
【0012】
また、従来の重ね合わせ測定マークの形状は、1辺が10〜20μmの方形状であって、実際に用いられる回路パターン(実パターン)のサイズと比較すると大きな隔たりがある。このように、重ね合わせ測定マークのサイズと実パターンのサイズとの差が大きいと、露光装置の収差の影響により、下地層における重ね合わせ測定マークが結像する位置と実パターンが結像する位置との間に差異が生じることがある。このような差異が発生すると、重ね合わせ測定マーク同士の位置ずれを正確に測定したとしても、所望の結果を得られないためにパターン同士が短絡するという不具合が生じる。
【0013】
第2の従来例によると、第1の重ね合わせ測定マークと第2の重ね合わせ測定マークとの間に発生する位置ずれを精度良く検出することはできるが、第1の重ね合わせ測定マークと第2の重ね合わせ測定マークとの間の位置ずれ量及び位置ずれの方向を検出することは困難である。また、第2の従来例においては、モアレパターンを測定するための具体的な方法は示されておらず、実際にモアレパターンを測定しようとすると、特別な計測装置が必要になる。
【0014】
第3の従来例においては、モアレパターンを測定するための具体的な方法は示されているが、モアレパターンを測定しようとすると、特別な計測装置が必要になる。
【0015】
前記に鑑み、本発明は、下層パターンに形成されている第1の重ね合わせ測定マークと、該下層パターンの上に堆積された被処理膜の上に形成されたレジストパターンに形成されている第2の重ね合わせ測定マークとの位置ずれ量を従来の光学式測定装置を用いて、高精度に測定できるようにすることを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第1の半導体装置の製造方法は、第1の被処理膜よりなり、第1の重ね合わせ測定マークを有する下層パターンを形成する工程と、下層パターンの上に第2の被処理膜を形成した後、第2の被処理膜の上に、第2の重ね合わせ測定マークを有するレジストパターンを形成する工程と、第2の重ね合わせ測定マークの第1の重ね合わせ測定マークに対する位置ずれ量を計測する工程と、位置ずれ量が許容範囲内であるときに、第2の被処理膜に対してレジストパターンをマスクにエッチングを行なって、第2の被処理膜よりなる上層パターンを形成する工程とを備えた半導体装置の製造方法を前提とし、第1の重ね合わせ測定マークは、互いに直交する第1の直線及び第2の直線のうちの第1の直線上に位置し且つ第1の直線と第2の直線との第1の交点を介して互いに対向すると共に、それぞれが第1の直線に平行な複数の線状パターンよりなる一対の第1のラインパターン群と、第2の直線上に位置し且つ第1の交点を介して互いに対向すると共に、それぞれが第2の直線に平行な複数の線状パターンよりなる一対の第2のラインパターン群とを有し、第2の重ね合わせ測定マークは、第1の直線に対して第1の所定角度だけ傾く第3の直線及び第2の直線に対して第2の所定角度だけ傾く第4の直線のうち第3の直線上に位置し且つ第3の直線と第4の直線との第2の交点を介して互いに対向すると共に、それぞれが第3の直線に平行な複数の線状パターンよりなる一対の第3のラインパターン群と、第4の直線上に位置し且つ第2の交点を介して互いに対向すると共に、それぞれが第4の直線に平行な複数の線状パターンよりなる一対の第4のラインパターン群とを有し、位置ずれ量を計測する工程は、一対の第1のラインパターン群と一対の第3のラインパターン群とにより形成される一対の第1のモアレパターン、及び一対の第2のラインパターン群と一対の第4のラインパターン群とにより形成される一対の第2のモアレパターンに基づいて、第2の重ね合わせ測定マークの第1の重ね合わせ測定マークに対する位置ずれ量を算出する工程を含む。
【0017】
本発明に係る第1の半導体装置の製造方法によると、一対の第1のラインパターン群と一対の第3のラインパターン群とにより形成される一対の第1のモアレパターン、及び一対の第2のラインパターン群と一対の第4のラインパターン群とにより形成される一対の第2のモアレパターンは、いずれも、直線状に現われるため、重ね合わせ測定装置のような従来の光学式測定器を用いて第1及び第2のモアレパターンを観察することができる。また、第1及び第2のモアレパターンの移動量は、第1の重ね合わせ測定マークと第2の重ね合わせ測定マークとの重ね合わせずれ量の数十倍の大きさになるので、重ね合わせずれ量の測定精度が大きく向上する。
【0018】
本発明に係る第1の半導体装置の製造方法において、一対の第1のラインパターン群を構成する複数の線状パターン、一対の第2のラインパターン群を構成する複数の線状パターン、一対の第3のラインパターン群を構成する複数の線状パターン及び一対の第4のラインパターン群を構成する複数の線状パターンは、すべて同一のピッチで配置されていることが好ましい。
【0019】
このようにすると、第1及び第2のモアレパターンが明確に現われるので、第1及び第2のモアレパターンの測定が正確になる。
【0020】
この場合、同一のピッチは、上層パターンのデザインルールと等しいことが好ましい。
【0021】
このようにすると、露光装置の収差による影響が、実際の回路パターンと重ね合わせ測定マークとの間で等しく現われるので、実際の重ね合わせずれ量が正確に反映される。
【0022】
本発明に係る第1の半導体装置の製造方法において、一対の第1のラインパターン群は第1の交点に対して点対称であり、一対の第2のラインパターン群は第1の交点に対して点対称であり、一対の第3のラインパターン群は第2の交点に対して点対称であり、一対の第4のラインパターン群は第2の交点に対して点対称であることが好ましい。
【0023】
このようにすると、第1及び第2のモアレパターンの移動量の測定、ひいては第1の重ね合わせ測定マークと第2の重ね合わせ測定マークとの重ね合わせずれ量の測定が容易になる。
【0024】
本発明に係る第1の半導体装置の製造方法において、一対の第1のラインパターン群を構成する複数の線状パターン、一対の第2のラインパターン群を構成する複数の線状パターン、一対の第3のラインパターン群を構成する複数の線状パターン及び一対の第4のラインパターン群を構成する複数の線状パターンは、それぞれ、等しいピッチで配置された多数のホールパターン群よりなることが好ましい。
【0025】
このようにすると、上層パターンがコンタクトホールが形成される層である場合に、露光装置の収差の影響を低減できるので、重ね合わせずれ量の測定精度が向上する。
【0026】
本発明に係る第2の半導体装置の製造方法は、第1の被処理膜よりなり、第1の重ね合わせ測定マークを有する下層パターンを形成する工程と、下層パターンの上に第2の被処理膜を形成した後、第2の被処理膜の上に、第2の重ね合わせ測定マークを有するレジストパターンを形成する工程と、第2の重ね合わせ測定マークの第1の重ね合わせ測定マークに対する位置ずれ量を計測する工程と、位置ずれ量が許容範囲内であるときに、第2の被処理膜に対してレジストパターンをマスクにエッチングを行なって、第2の被処理膜よりなる上層パターンを形成する工程とを備えた半導体装置の製造方法を前提とし、第1の重ね合わせ測定マークは、互いに直交する第1の直線及び第2の直線のうち第1の直線上に位置し且つ第1の直線と第2の直線との第1の交点を介して互いに対向すると共に、それぞれが互いに平行な複数の折れ線状の線状パターンよりなる一対の第1のラインパターン群と、第2の直線上に位置し且つ第1の交点を介して互いに対向すると共に、それぞれが互いに平行な複数の折れ線状の線状パターンよりなる一対の第2のラインパターン群とを有し、第2の重ね合わせ測定マークは、第1の直線に対して平行か又は第1の所定角度だけ傾く第3の直線及び第2の直線に対して平行か又は第2の所定角度だけ傾く第4の直線のうちの第3の直線上に位置し且つ第3の直線と第4の直線との第2の交点を介して互いに対向すると共に、それぞれが互いに平行な複数の折れ線状の線状パターンよりなる一対の第3のラインパターン群と、第4の直線上に位置し且つ第2の交点を介して互いに対向すると共に、それぞれが互いに平行な複数の折れ線状の線状パターンよりなる一対の第4のラインパターン群とを有し、位置ずれ量を計測する工程は、一対の第1のラインパターン群と一対の第3のラインパターン群とにより形成される一対の第1のモアレパターン、及び一対の第2のラインパターン群と一対の第4のラインパターン群とにより形成される一対の第2のモアレパターンに基づいて、第2の重ね合わせ測定マークの第1の重ね合わせ測定マークに対する位置ずれ量を算出する工程を含む。
【0027】
本発明に係る第2の半導体装置の製造方法によると、一対の第1のラインパターン群と一対の第3のラインパターン群とにより形成される一対の第1のモアレパターン、及び一対の第2のラインパターン群と一対の第4のラインパターン群とにより形成される一対の第2のモアレパターンは、いずれも、直線状に現われるため、重ね合わせ測定装置のような従来の光学式測定器を用いて第1及び第2のモアレパターンを観察することができる。また、第1及び第2のモアレパターンの移動量は、第1の重ね合わせ測定マークと第2の重ね合わせ測定マークとの重ね合わせずれ量の数十倍の大きさになるので、重ね合わせずれ量の測定精度が大きく向上する。
【0028】
本発明に係る第2の半導体装置の製造方法において、一対の第1のラインパターン群を構成する複数の折れ線状の線状パターン、一対の第2のラインパターン群を構成する複数の折れ線状の線状パターン、一対の第3のラインパターン群を構成する複数の折れ線状の線状パターン及び一対の第4のラインパターン群を構成する複数の折れ線状の線状パターンは、すべて同一のピッチで配置されていることが好ましい。
【0029】
このようにすると、第1及び第2のモアレパターンが明確に現われるので、第1及び第2のモアレパターンの測定が正確になる。
【0030】
この場合、同一のピッチは、上層パターンのデザインルールと等しいことが好ましい。
【0031】
このようにすると、露光装置の収差による影響が、実際の回路パターンと重ね合わせ測定マークとの間で等しく現われるので、実際の重ね合わせずれ量が正確に反映される。
【0032】
本発明に係る第2の半導体装置の製造方法において、一対の第1のラインパターン群は第1の交点に対して点対称であり、一対の第2のラインパターン群は第1の交点に対して点対称であり、一対の第3のラインパターン群は第2の交点に対して点対称であり、一対の第4のラインパターン群は第2の交点に対して点対称であることが好ましい。
【0033】
このようにすると、第1及び第2のモアレパターンの移動量の測定、ひいては第1の重ね合わせ測定マークと第2の重ね合わせ測定マークとの重ね合わせずれ量の測定が容易になる。
【0034】
本発明に係る第2の半導体装置の製造方法において、一対の第1のラインパターン群を構成する複数の折れ線状の線状パターン、一対の第2のラインパターン群を構成する複数の折れ線状の線状パターン、一対の第3のラインパターン群を構成する複数の折れ線状の線状パターン及び一対の第4のラインパターン群を構成する複数の折れ線状の線状パターンは、それぞれ、等間隔で配置された多数のホールパターン群よりなることが好ましい。
【0035】
このようにすると、上層パターンがコンタクトホールが形成される層である場合に、露光装置の収差の影響を低減できるので、重ね合わせずれ量の測定精度が向上する。
【0036】
【発明の実施の形態】
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図1〜図3を参照しながら説明する。
【0037】
まず、半導体基板上に形成されている第1の被処理膜の上に第1のレジストパターンを形成した後、第1の被処理膜に対して第1のレジストパターンをマスクしてエッチングを行なうことにより、第1の被処理膜よりなる下層パターンを形成する。この場合、該下層パターンには、図1に示す第1の重ね合わせ測定マーク110を形成する。
【0038】
第1の重ね合わせ測定マーク110は、互いに直交する第1の直線111及び第2の直線112のうちの第1の直線111の上に位置し且つ第1の直線111と第2の直線112との第1の交点113を介して互いに対向すると共に、それぞれが第1の直線111に平行な複数の線状パターンよりなる一対の第1のラインパターン群114a、114bと、第2の直線112の上に位置し且つ第1の交点113を介して互いに対向すると共に、それぞれが第2の直線112に平行な複数の線状パターンよりなる一対の第2のラインパターン群115a、115bとを有する。尚、一対の第1のラインパターン群114a、114bは第1の交点113に関して点対象であると共に、一対の第1のラインパターン群115a、115bは第1の交点113に関して点対象である。
【0039】
ここでは、一対の第1のラインパターン群114a、114b及び一対の第2のラインパターン群115a、115bにおいては、すべて、複数の線状パターンのライン幅は0.2μmであり、複数の線状パターンのピッチは0.4μmであり、ラインパターン群の幅は10μmであり、ラインパターン群の長さは10μmである。
【0040】
次に、下層パターンの上に第2の被処理膜を形成した後、該第2の被処理膜の上に、図2に示す第2の重ね合わせ測定マーク120を有するレジストパターンを形成する。
【0041】
第2の重ね合わせ測定マーク120は、第1の直線111に対して所定角度だけ傾く第3の直線121及び第2の直線112に対して所定角度だけ傾く第4の直線122のうち第3の直線121の上に位置し且つ第3の直線121と第4の直線122との第2の交点123を介して互いに対向すると共に、それぞれが第3の直線121に平行な複数の線状パターンよりなる一対の第3のラインパターン群124a、124bと、第4の直線122の上に位置し且つ第2の交点123を介して互いに対向すると共に、それぞれが第4の直線122に平行な複数の線状パターンよりなる一対の第4のラインパターン群125a、125bとを有する。尚、一対の第3のラインパターン群124a、124bは第2の交点123に関して点対象であると共に、一対の第4のラインパターン群125a、125bは第2の交点123に関して点対象である。
【0042】
ここでは、一対の第3のラインパターン群124a、124b及び一対の第4のラインパターン群125a、125bにおいては、すべて、複数の線状パターンのライン幅は0.2μmであり、複数の線状パターンのピッチは0.4μmであり、ラインパターン群の幅は10μmであり、ラインパターン群の長さは10μmである。
【0043】
次に、第2の重ね合わせ測定マーク120の第1の重ね合わせ測定マーク110に対する位置ずれ量を計測する。この工程については後述する。
【0044】
次に、第2の重ね合わせ測定マーク120の第1の重ね合わせ測定マーク110に対する位置ずれ量が許容範囲内であるときに、第2の被処理膜に対してレジストパターンをマスクにエッチングを行なって、第2の被処理膜よりなる上層パターンを形成する。
【0045】
ここで、第2の重ね合わせ測定マーク120の第1の重ね合わせ測定マーク110に対する位置ずれ量を計測する工程について説明する。
【0046】
第1の重ね合わせ測定マーク110の中心部(第1の交点113)と第2の重ね合わせ測定マーク120の中心部(第2の交点123)とは一致するように設計されている。
【0047】
図3は、第2の重ね合わせ測定マーク120と第1の重ね合わせ測定マーク110とを実際に重ねた場合の状態を示しており、両測定マークが重なった状態を光学式の重ね合わせ測定装置で観測すると、モアレパターンが観察される。前述のように、第3の直線121は第1の直線111に対して所定角度だけ傾いていると共に、第4の直線122は第2の直線112に対して所定角度だけ傾斜しているため、一対の第1のラインパターン群114a、114bと一対の第3のラインパターン群124a、124bとの重なり領域において、第1のラインパターン群114a、114bの各線状パターンと第3のラインパターン群124a、124bの各線状パターンとが所定角度を持って重なると共に、一対の第2のラインパターン群115a、115bと一対の第4のラインパターン群125a、125bとの重なり領域において、第2のラインパターン群115a、115bの各線状パターンと第4のラインパターン群125a、125bの各線状パターンとが所定角度を持って互いに重なる。
【0048】
このため、第1のラインパターン群114a、114bと第3のラインパターン群124a、124bとの重なり領域において、周囲に比べて明度が高くなる線状の部分132、134が第1の直線111に垂直な方向に第1のモアレパターンとして現われると共に、第2のラインパターン群115a、115bと第4のラインパターン群125a、125bとの重なり領域において、周囲に比べて明度が高くなる線状の部分131、133が第2の直線112に垂直な方向に第2のモアレパターンとして現われる。従来の光学式重ね合わせ測定装置を用いて、明度が高い線状の部分(モアレパターン)131、132、133、134を検出できるので、この明度が高い線状の部分(モアレパターン)131〜134を、従来の方形状の重ね合わせ測定マークのエッジ部分と同様に取り扱うことができる。
【0049】
明度が高い線状の部分(モアレパターン)131〜134は、第1の重ね合わせ測定マーク110と第2の重ね合わせ測定マーク120との位置関係によって移動するが、一対の第3のラインパターン群124a、124bの各線状パターンが延びる方向は第1の直線111に対して所定角度だけ傾き、且つ一対の第4のラインパターン群125a、125bの各線状パターンが延びる方向は第2の直線112に対して所定角度だけ傾いていると共に、一対の第3のラインパターン群124a、124bは第2の交点123に対して点対称であり且つ一対の第4のラインパターン群125a、125bは第2の交点123に対して点対称であるので、明度が高い線状の部分(モアレパターン)131の移動方向と明度が高い線状の部分(モアレパターン)133の移動方向は互いに等しいと共に、明度が高い線状の部分(モアレパターン)132の移動方向と明度が高い線状の部分(モアレパターン)134の移動方向とは互いに等しい。
【0050】
そして、第3の直線121の第1の直線111に対する角度及び第4の直線122の第2の直線112に対する角度をθとし、第2の重ね合わせ測定マーク120の第1の重ね合わせ測定マーク110に対する重ね合わせずれ量をxとし、明度が高い線状の部分(モアレパターン)131〜134の移動量をyとすると、y=x/tanθの関係が成り立つ。
【0051】
例えば、角度θを1度、重ね合わせずれ量xを0.01μmとした場合、明度が高い線状の部分の移動量yは0.57μmとなり、重ね合わせずれ量xの約57倍の大きさになる。
【0052】
この変動量yを、図3(b) に示すように、内側のエッジ135、136及び外側のエッジ132、134より得られる信号に基づき、内側のエッジ135、136と外側のエッジ132、134との中心のずれ量、つまり移動量yを求めた後、前述の関係式から重ね合わせずれ量xを計算する。
【0053】
第1の実施形態によると、内側のエッジ135、136と外側のエッジ132、134との中心のずれ量(移動量)yは実際の重ね合わせずれ量xを増幅した形で現われてくるため、従来と同様の光学式測定装置を用いる場合、従来の重ね合わせマークに比べて測定精度が大きく向上する。従って、従来と同様の光学式測定装置を用いるにも拘わらず、位置ずれの測定精度が大きく向上する。
【0054】
また、第1及び第2の重ね合わせ測定マーク110、120のラインパターン群を構成する複数の線状パターンの線幅及びピッチを、実際の回路パターン(上層パターン)の線幅及びピッチと一致させると、露光装置の収差による影響が重ね合わせ測定マークと実際の回路パターンとの間で等しくなるので、従来の方形状の重ね合わせ測定マークと比べると、実際の重ね合わせずれ量をより正確に反映させることができる。
【0055】
尚、第1の実施形態においては、第1及び第2の重ね合わせ測定マーク110、120のラインパターン群を構成する複数の線状パターンは、直線状であったが、これに代えて、多数のホールパターンが線状に等ピッチで並ぶ線状のホールパターンであってもよい。
【0056】
例えば、上層のパターンがコンタクトホールが形成される層である場合、線状のホールパターンよりなる重ね合わせ測定マークを用いてマスク合わせ工程を行なうと、露光装置の収差の影響を低減することができるので、重ね合わせ精度を向上することができる。
【0057】
以下、第1の実施形態を評価するために行なった実験結果について説明する。
【0058】
実際の回路パターン(上層パターン)に形成された第2の重ね合わせ測定マーク120と、下層パターンに形成された第1の重ね合わせ測定マーク110との位置ずれを複数の箇所において電子式顕微鏡(SEM)で測定すると共に、該実際の測定結果と、第1の実施形態による測定方法による測定結果及び第1の従来例に係る測定方法による測定結果とをそれぞれ比較したところ、第1の従来例と実際の測定結果とのずれ量はおよそ10nmであったのに対して、第1の実施形態と実際の測定結果とのずれ量はおよそ4nmであった。
【0059】
重ね合わせ測定マークと実際の回路パターンとのずれ量が大きい場合には、マスク合わせ工程の管理規格を本来の値よりも厳しくしなければ、所望の製品歩留まりが得られないことになる。ところが、マスク合わせ工程の管理規格を厳しくし過ぎると、マスク合わせ工程での工程歩留まりが低下する。
【0060】
これに対して、第1の実施形態によると、マスク合わせ工程の管理規格を6nmに広げることができる。この広い管理規格を実際の製造プロセスに当てはめて歩留まりを試算したところ、工程歩留まりが約3%向上することが分かった。
【0061】
また、工程歩留まりを現在と同一に設定する場合には、半導体装置のデザインルールを6nm縮小することができる。これは実際のデバイスで考えた場合、約6%の縮小効果が見込めることになる。
【0062】
(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図4〜図6を参照しながら説明する。
【0063】
まず、半導体基板上に形成されている第1の被処理膜の上に第1のレジストパターンを形成した後、第1の被処理膜に対して第1のレジストパターンをマスクしてエッチングを行なうことにより、第1の被処理膜よりなる下層パターンを形成する。この場合、該下層パターンには、図4に示す第1の重ね合わせ測定マーク210を形成する。
【0064】
第1の重ね合わせ測定マーク210は、互いに直交する第1の直線211及び第2の直線212のうちの第1の直線211の上に位置し且つ第1の直線211と第2の直線212との第1の交点213を介して互いに対向すると共に、それぞれが第1の直線211に平行な複数の線分パターンよりなる一対の第1のラインパターン群214a、214bと、第2の直線212の上に位置し且つ第1の交点213を介して互いに対向すると共に、それぞれが第2の直線212に平行な複数の線分パターンよりなる一対の第2のラインパターン群215a、215bとを有する。尚、一対の第1のラインパターン群214a、214bは第1の交点213に関して点対象であると共に、一対の第1のラインパターン群215a、215bは第1の交点213に関して点対象である。
【0065】
ここでは、一対の第1のラインパターン群214a、214b及び一対の第2のラインパターン群215a、215bにおいては、すべて、複数の線状パターンのライン幅は0.2μmであり、複数の線状パターンのピッチは0.4μmであり、ラインパターン群の幅は10μmであり、ラインパターン群の長さは10μmである。
【0066】
次に、下層パターンの上に第2の被処理膜を形成した後、該第2の被処理膜の上に、図5(a) に示す第2の重ね合わせ測定マーク220を有するレジストパターンを形成する。
【0067】
第2の重ね合わせ測定マーク220は、第1の直線211と平行な第3の直線221及び第2の直線212と平行な第4の直線222のうち第3の直線221の上に位置し且つ第3の直線221と第4の直線222との第2の交点223を介して互いに対向すると共に、それぞれが互いに平行な複数の折れ線パターンよりなる一対の第3のラインパターン群224a、224bと、第4の直線222の上に位置し且つ第2の交点223を介して互いに対向すると共に、それぞれが互いに平行な複数の折れ線パターンよりなる一対の第4のラインパターン群225a、225bとを有する。尚、一対の第3のラインパターン群224a、224bは第2の交点223に関して点対象であると共に、一対の第4のラインパターン群225a、225bは第2の交点223に関して点対象である。
【0068】
図5(b) は、一対の第2のラインパターン群224a、224b及び一対の第2のラインパターン群225a、225bを構成する各折れ線の第3の直線221又は第4の直線222に対する角度α、βを示している。角度αと角度βとは異なっていてもよいし等しくてもよいが、第2の実施形態においては角度αと角度βとは等しい。
【0069】
ここでは、一対の第3のラインパターン群224a、224b及び一対の第4のラインパターン群225a、225bにおいては、すべて、複数の折れ線パターンのライン幅は0.2μmであり、複数の折れ線パターンのピッチは0.4μmであり、ラインパターン群の幅は10μmであり、ラインパターン群の長さは10μmである。
【0070】
次に、第2の重ね合わせ測定マーク220の第1の重ね合わせ測定マーク210に対する位置ずれ量を計測する。この工程については後述する。
【0071】
次に、第2の重ね合わせ測定マーク220の第1の重ね合わせ測定マーク210に対する位置ずれ量が許容範囲内であるときに、第2の被処理膜に対してレジストパターンをマスクにエッチングを行なって、第2の被処理膜よりなる上層パターンを形成する。
【0072】
ここで、第2の重ね合わせ測定マーク220の第1の重ね合わせ測定マーク210に対する位置ずれ量を計測する工程について説明する。
【0073】
第1の重ね合わせ測定マーク210の中心部(第1の交点213)と第2の重ね合わせ測定マーク220の中心部(第2の交点223)とは一致するように設計されている。
【0074】
図6は、第2の重ね合わせ測定マーク220と第1の重ね合わせ測定マーク210とを実際に重ねた場合の状態を示しており、両測定マークが重なった状態を光学式の重ね合わせ測定装置で観測すると、モアレパターンが観察される。前述のように、第1の直線211と第3の直線213とは互いに平行であると共に、一対の第1のラインパターン群214a、214bは第1の直線211に平行な複数の線分よりなり且つ一対の第3のラインパターン群224a、224bは互いに平行な複数の折れ線よりなるため、一対の第1のラインパターン群214a、214bと一対の第3のラインパターン群224a、224bとの重なり領域において、周囲に比べて明度が高くなる線状の部分(モアレパターン)232、234が第1の直線211(第3の直線221)に垂直な方向に現われる。また、同様にして、第2の直線212と第4の直線222とは互いに平行であると共に、一対の第2のラインパターン群215a、215bは第1の直線211に平行な複数の線分よりなり且つ一対の第4のラインパターン群225a、225bは互いに平行な複数の折れ線よりなるため、一対の第2のラインパターン群215a、215bと一対の第4のラインパターン群225a、225bとの重なり領域において、周囲に比べて明度が高くなる線状の部分(モアレパターン)231、233が第2の直線212(第4の直線222)に垂直な方向に現われる。従来の光学式重ね合わせ測定装置を用いて、明度が高い線状の部分(モアレパターン)231、232、233、234を検出できるので、この明度が高い線状の部分(モアレパターン)231〜234を、従来の方形状の重ね合わせ測定マークのエッジ部分と同様に取り扱うことができる。
【0075】
明度が高い線状の部分(モアレパターン)231〜234は、第1の重ね合わせ測定マーク210と第2の重ね合わせ測定マーク220との位置関係によって移動するが、一対の第1のラインパターン群214a、214bは直線状のパターンよりなるのに対して一対の第3のラインパターン群224a、224bは折れ線状のパターンよりなり、また、一対の第2のラインパターン群215a、215bは直線状のパターンよりなるのに対して一対の第4のラインパターン群225a、225bは折れ線状のパターンよりなるので、明度が高い線状の部分(モアレパターン)231の移動方向と明度が高い線状の部分(モアレパターン)233の移動方向は互いに等しいと共に、明度が高い線状の部分(モアレパターン)232の移動方向と明度が高い線状の部分(モアレパターン)234の移動方向とは互いに等しい。
【0076】
そして、第1のラインパターン群214a、214bと第3のラインパターン群224a、224bとの角度、及び第2のラインパターン群215a、215bと第4のラインパターン群225a、225bとの角度をθとし、第2の重ね合わせ測定マーク220の第1の重ね合わせ測定マーク210に対する重ね合わせずれ量をxとし、明度が高い線状の部分131〜134の移動量をyとすると、y=x/tanθの関係が成り立つ。
【0077】
例えば、角度θを1度、重ね合わせずれ量xを0.01μmとした場合、明度が高い線状の部分(モアレパターン)の移動量yは0.57μmとなり、重ね合わせずれ量xの約57倍の大きさになる。
【0078】
この変動量yを、図6(b) に示すように、内側のエッジ235、236及び外側のエッジ232、234より得られる信号に基づき、内側のエッジ235、236と外側のエッジ232、234との中心のずれ量、つまり移動量yを求めた後、前述の関係式から重ね合わせずれ量xを計算する。
【0079】
第2の実施形態によると、内側のエッジ235、236と外側のエッジ232、234との中心のずれ量(移動量)yは実際の重ね合わせずれ量xを増幅した形で現われてくるため、従来と同様の光学式重ね合わせ測定装置を用いる場合、従来の重ね合わせマークに比べて測定精度が大きく向上する。従って、従来と同様の重ね合わせ測定装置を用いるにも拘わらず、位置ずれの測定精度が大きく向上する。
【0080】
また、第1及び第2の重ね合わせ測定マーク210、220のラインパターン群を構成する複数の線状パターンの線幅及びピッチを、実際の回路パターン(上層パターン)の線幅及びピッチと一致させると、露光装置の収差による影響が重ね合わせ測定マークと実際の回路パターンとの間で等しくなるので、従来の方形状の重ね合わせ測定マークと比べると、実際の重ね合わせずれ量をより正確に反映させることができる。
【0081】
尚、第2の実施形態においては、第1の重ね合わせ測定マーク210のラインパターン群を構成する複数の線分は直線であったが、これに代えて、多数のホールパターンが直線状に等ピッチで並ぶ直線状のホールパターンであると共に、第2の重ね合わせ測定マーク220のラインパターン群を構成する複数の折れ線状パターンは、折れ線であったが、これに代えて、多数のホールパターンが折れ線状に等ピッチで並ぶ折れ線状のホールパターンであってもよい。
【0082】
例えば、上層のパターンがコンタクトホールが形成される層である場合、多数のホールパターンよりなる重ね合わせ測定マークを用いてマスク合わせ工程を行なうと、露光装置の収差の影響を低減することができるので、重ね合わせ精度を向上することができる。
【0083】
以下、第2の実施形態を評価するために行なった実験結果について説明する。
【0084】
実際の回路パターン(上層パターン)に形成された第2の重ね合わせ測定マーク220と、下層パターンに形成された第1の重ね合わせ測定マーク210との位置ずれを複数の箇所において電子式顕微鏡(SEM)で測定すると共に、該実際の測定結果と、第2の実施形態による測定方法による測定結果及び第1の従来例に係る測定方法による測定結果とをそれぞれ比較したところ、第1の従来例と実際の測定結果とのずれ量はおよそ10nmであったのに対して、第2の実施形態と実際の測定結果とのずれ量はおよそ4nmであった。
【0085】
重ね合わせ測定マークと実際の回路パターンとのずれ量が大きい場合には、マスク合わせ工程の管理規格を本来の値よりも厳しくしなければ、所望の製品歩留まりが得られないことになる。ところが、マスク合わせ工程の管理規格を厳しくし過ぎると、マスク合わせ工程での工程歩留まりが低下する。
【0086】
これに対して、第2の実施形態によると、マスク合わせ工程の管理規格を6nmに広げることができる。この広い管理規格を実際の製造プロセスに当てはめて歩留まりを試算したところ、工程歩留まりが約3%向上することが分かった。
【0087】
また、工程歩留まりを現在と同一に設定する場合には、半導体装置のデザインルールを6nm縮小することができる。これは実際のデバイスで考えた場合、約6%の縮小効果が見込めることになる。
【0088】
【発明の効果】
本発明に係る第1又は第2の半導体装置の製造方法によると、従来の光学式測定器を用いて第1及び第2のモアレパターンを観察することができると共に、重ね合わせずれ量の測定精度が大きく向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法に用いる第1の重ね合わせ測定マークの平面図である。
【図2】第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法に用いる第2の重ね合わせ測定マークの平面図である。
【図3】(a) は第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法において、第1の重ね合わせ測定マークと第2の重ね合わせ測定マークとを重ね合わせた状態を示す平面図であり、(b) は第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法における重ね合わせずれ量を説明する図である。
【図4】第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法に用いる第1の重ね合わせ測定マークの平面図である。
【図5】(a) は第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法に用いる第2の重ね合わせ測定マークの平面図であり、(b) は第2の重ね合わせ測定マークの部分拡大図である。
【図6】(a) は第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法において、第1の重ね合わせ測定マークと第2の重ね合わせ測定マークとを重ね合わせた状態を示す平面図であり、(b) は第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法における重ね合わせずれ量を説明する図である。
【図7】従来の半導体装置の製造方法における重ね合わせずれ量を説明する図である。
【符号の説明】
110 第1の重ね合わせ測定マーク
111 第1の直線
112 第2の直線
113 第1の交点
114a、114b 一対の第1のラインパターン群
115a、115b 一対の第2のラインパターン群
120 第2の重ね合わせ測定マーク
121 第1の直線
122 第2の直線
123 第2の交点
124a、124b 一対の第1のラインパターン群
125a、125b 一対の第2のラインパターン群
131 明度が高い線状の部分(モアレパターン)
132 明度が高い線状の部分(モアレパターン)
133 明度が高い線状の部分(モアレパターン)
134 明度が高い線状の部分(モアレパターン)
135 内側のエッジ
136 内側のエッジ
210 第1の重ね合わせ測定マーク
211 第1の直線
212 第2の直線
213 第1の交点
214a、214b 一対の第1のラインパターン群
215a、215b 一対の第2のラインパターン群
220 第2の重ね合わせ測定マーク
221 第1の直線
222 第2の直線
223 第2の交点
224a、224b 一対の第1のラインパターン群
225a、225b 一対の第2のラインパターン群
231 明度が高い線状の部分(モアレパターン)
232 明度が高い線状の部分(モアレパターン)
233 明度が高い線状の部分(モアレパターン)
234 明度が高い線状の部分(モアレパターン)
235 内側のエッジ
236 内側のエッジ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a semiconductor device, wherein a first overlay measurement mark formed on a lower layer pattern and a film to be processed deposited on the lower layer pattern are formed. The present invention relates to a method for measuring a positional shift amount with respect to a second overlay measurement mark formed on a resist pattern formed on a substrate.
[0002]
[Prior art]
With the miniaturization and high integration of semiconductor integrated circuit devices, further miniaturization of the pattern size is required, and in the latest semiconductor device manufacturing process, semiconductor chips having a minimum line width of 130 nm level are mass-produced. It is getting.
[0003]
On the other hand, in order to realize miniaturization of a device (semiconductor chip), it is important to precisely align a pattern in an upper layer with a pattern in a lower layer in addition to miniaturization of a pattern. By reducing the overlay error between the upper layer pattern and the lower layer pattern (hereinafter, simply referred to as the overlay error between the patterns), the design margin required for the overlay error between the patterns is reduced. As a result, the size of the device can be reduced.
[0004]
Incidentally, the measurement of the overlay error between the patterns is performed on the first overlay measurement mark (first alignment measurement mark) formed on the lower layer pattern and on the resist pattern for forming the upper layer pattern. This is performed by measuring the positional deviation between the second overlay measurement mark (second alignment measurement mark) and the second overlay measurement mark using an overlay accuracy measurement device (alignment accuracy measurement device).
[0005]
Hereinafter, as a first conventional example, a method of measuring a positional shift between a first overlay measurement mark and a second overlay measurement mark using an overlay accuracy measuring device will be described with reference to FIGS. This will be described with reference to FIG.
[0006]
In FIGS. 7A and 7B,
[0007]
The amount of displacement between the first
[0008]
Hereinafter, as a second conventional example, an overlay measurement method using moiré interference as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 03-268415 will be described. That is, using the first overlay measurement mark and the second overlay measurement mark, each of which is composed of a plurality of rings, the moire pattern is formed by the overlap between the first overlay measurement mark and the second overlay measurement mark. This is a method of detecting overlay displacement by observing the moire pattern.
[0009]
As a third conventional example, an overlay measurement mark using moiré interference as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 03-134504 is also known.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
Hereinafter, the problem of the first conventional example will be described.
[0011]
In the conventional device, the measurement accuracy of the overlay measurement apparatus had a sufficient margin with respect to the required overlay measurement accuracy. However, in the device of 130 nm rule currently mass-produced, the required overlay accuracy is not enough. Approximately 80 nm, and with further miniaturization in the future, the requirements for overlay accuracy will become more stringent. However, as long as a conventional optical inspection method is used, the overlay measurement apparatus does not have a performance capable of measuring overlay accuracy required from a device.
[0012]
Further, the shape of the conventional overlay measurement mark is a square shape having one side of 10 to 20 μm, which is largely different from the size of a circuit pattern (actual pattern) actually used. As described above, when the difference between the size of the overlay measurement mark and the size of the actual pattern is large, the position where the overlay measurement mark forms an image and the position where the actual pattern forms on the base layer are affected by the aberration of the exposure apparatus. May be different from. When such a difference occurs, even if the misalignment between the overlay measurement marks is accurately measured, a short circuit occurs between the patterns because a desired result cannot be obtained.
[0013]
According to the second conventional example, it is possible to accurately detect a positional shift generated between the first overlay measurement mark and the second overlay measurement mark, but the first overlay measurement mark and the second overlay measurement mark can be accurately detected. It is difficult to detect the amount of displacement and the direction of the displacement between the two overlay measurement marks. Further, in the second conventional example, a specific method for measuring a moiré pattern is not shown, and a special measuring device is required to actually measure a moiré pattern.
[0014]
In the third conventional example, a specific method for measuring a moire pattern is shown, but a special measuring device is required to measure a moire pattern.
[0015]
In view of the above, the present invention provides a method of forming a first overlay measurement mark formed on a lower layer pattern and a resist pattern formed on a film to be processed deposited on the lower layer pattern. It is an object of the present invention to be able to measure the amount of displacement with respect to the second overlay measurement mark with high accuracy using a conventional optical measuring device.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a lower layer pattern comprising a first processing target film and having a first overlay measurement mark; Forming a second target film on the second target film, forming a resist pattern having a second overlay measurement mark on the second target film, and forming a second resist pattern on the second target film. Measuring the amount of misalignment with respect to the first overlay measurement mark; and etching the second film to be processed using the resist pattern as a mask when the amount of misalignment is within an allowable range. A method for manufacturing a semiconductor device including a step of forming an upper layer pattern made of a film to be processed, wherein the first overlay measurement mark is a first straight line and a second straight line which are orthogonal to each other. On a straight line A pair of first line pattern groups each including a plurality of linear patterns which are positioned and are opposed to each other via a first intersection of the first straight line and the second straight line, and each of which is parallel to the first straight line; And a pair of second line pattern groups each comprising a plurality of linear patterns that are located on the second straight line, face each other via the first intersection, and are each parallel to the second straight line. The second overlay measurement mark is formed of a third straight line inclined by a first predetermined angle with respect to the first straight line and a fourth straight line inclined by a second predetermined angle with respect to the second straight line. A pair of linear patterns located on the third straight line, opposed to each other via a second intersection point of the third straight line and the fourth straight line, and each including a plurality of linear patterns parallel to the third straight line. A third line pattern group and a second line pattern A pair of fourth line pattern groups each including a plurality of linear patterns each of which is opposed to each other via a point and which is parallel to the fourth straight line. A pair of first moire patterns formed by one line pattern group and a pair of third line pattern groups, and a pair of second line pattern groups and a pair of fourth line pattern groups. Calculating a positional shift amount of the second overlay measurement mark with respect to the first overlay measurement mark based on the pair of second moiré patterns.
[0017]
According to the first method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the pair of first moire patterns formed by the pair of first line pattern groups and the pair of third line pattern groups, and the pair of second moire patterns are formed. A pair of second moiré patterns formed by a pair of line patterns and a pair of fourth line patterns appear in a straight line, so that a conventional optical measuring device such as an overlay measuring device can be used. To observe the first and second moiré patterns. In addition, since the amount of movement of the first and second moiré patterns is several tens times the amount of misalignment between the first overlay measurement mark and the second overlay measurement mark, the overlay misalignment is large. The measurement accuracy of the quantity is greatly improved.
[0018]
In the first method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a plurality of linear patterns forming a pair of first line pattern groups, a plurality of linear patterns forming a pair of second line pattern groups, a pair of It is preferable that the plurality of linear patterns forming the third line pattern group and the plurality of linear patterns forming the pair of fourth line pattern groups are all arranged at the same pitch.
[0019]
In this way, the first and second moiré patterns appear clearly, so that the measurement of the first and second moiré patterns becomes accurate.
[0020]
In this case, the same pitch is preferably equal to the design rule of the upper layer pattern.
[0021]
In this case, the influence of the aberration of the exposure apparatus appears equally between the actual circuit pattern and the overlay measurement mark, so that the actual overlay deviation is accurately reflected.
[0022]
In the first method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the pair of first line pattern groups is point-symmetric with respect to the first intersection, and the pair of second line pattern groups is with respect to the first intersection. Preferably, the pair of third line pattern groups are point-symmetric with respect to the second intersection, and the pair of fourth line pattern groups are point-symmetric with respect to the second intersection. .
[0023]
This facilitates the measurement of the amount of movement of the first and second moiré patterns and the measurement of the amount of misalignment between the first overlay measurement mark and the second overlay measurement mark.
[0024]
In the first method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a plurality of linear patterns forming a pair of first line pattern groups, a plurality of linear patterns forming a pair of second line pattern groups, a pair of Each of the plurality of linear patterns forming the third line pattern group and the plurality of linear patterns forming the pair of fourth line pattern groups may be formed of a large number of hole pattern groups arranged at equal pitches. preferable.
[0025]
In this case, when the upper layer pattern is a layer in which a contact hole is formed, the influence of the aberration of the exposure apparatus can be reduced, so that the measurement accuracy of the overlay shift amount is improved.
[0026]
A second method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a lower layer pattern having a first processing target film and having a first overlay measurement mark, and a step of forming a second processing target on the lower layer pattern. After forming the film, forming a resist pattern having a second overlay measurement mark on the second film to be processed; and positioning the second overlay measurement mark with respect to the first overlay measurement mark. A step of measuring a shift amount; and, when the shift amount is within an allowable range, etching the second processing target film using a resist pattern as a mask to form an upper layer pattern formed of the second processing target film. The first overlay measurement mark is located on the first straight line among the first straight line and the second straight line that are orthogonal to each other, and the first overlay measurement mark is formed on the first straight line. Line and the second A pair of first line pattern groups each including a plurality of polygonal linear patterns which are opposed to each other via a first intersection with a straight line, and each of which is parallel to each other; A pair of second line pattern groups each composed of a plurality of polygonal linear patterns that are opposed to each other via one intersection and are parallel to each other, and the second overlay measurement mark is On a third straight line of a third straight line which is parallel to the straight line or tilts by a first predetermined angle and a fourth straight line which is parallel to the second straight line or tilted by a second predetermined angle A pair of third line pattern groups each including a plurality of polygonal linear patterns which are located and opposed to each other via a second intersection point of the third straight line and the fourth straight line, and are respectively parallel to each other; , Located on a fourth straight line and And a pair of fourth line pattern groups each including a plurality of polygonal linear patterns that are opposed to each other via two intersections, and each of which includes a pair of polygonal linear patterns. A pair of first moire patterns formed by a first line pattern group and a pair of third line pattern groups, and a pair of second line pattern groups and a pair of fourth line pattern groups are formed. Calculating a displacement amount of the second overlay measurement mark with respect to the first overlay measurement mark based on the pair of second moiré patterns.
[0027]
According to the second method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the pair of first moire patterns formed by the pair of first line pattern groups and the pair of third line pattern groups, and the pair of second A pair of second moiré patterns formed by a pair of line patterns and a pair of fourth line patterns appear in a straight line, so that a conventional optical measuring device such as an overlay measuring device can be used. To observe the first and second moiré patterns. In addition, since the amount of movement of the first and second moiré patterns is several tens times the amount of misalignment between the first overlay measurement mark and the second overlay measurement mark, the overlay misalignment is large. The measurement accuracy of the quantity is greatly improved.
[0028]
In the second method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a plurality of polygonal linear patterns forming a pair of first line pattern groups and a plurality of polygonal linear patterns forming a pair of second line pattern groups are provided. The linear pattern, a plurality of polygonal linear patterns forming a pair of third line pattern groups, and a plurality of polygonal linear patterns forming a pair of fourth line pattern groups are all at the same pitch. Preferably, they are arranged.
[0029]
In this way, the first and second moiré patterns appear clearly, so that the measurement of the first and second moiré patterns becomes accurate.
[0030]
In this case, the same pitch is preferably equal to the design rule of the upper layer pattern.
[0031]
In this case, the influence of the aberration of the exposure apparatus appears equally between the actual circuit pattern and the overlay measurement mark, so that the actual overlay deviation is accurately reflected.
[0032]
In the second method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the pair of first line pattern groups is point-symmetric with respect to the first intersection, and the pair of second line pattern groups is with respect to the first intersection. Preferably, the pair of third line pattern groups are point-symmetric with respect to the second intersection, and the pair of fourth line pattern groups are point-symmetric with respect to the second intersection. .
[0033]
This facilitates the measurement of the amount of movement of the first and second moiré patterns and the measurement of the amount of misalignment between the first overlay measurement mark and the second overlay measurement mark.
[0034]
In the second method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a plurality of polygonal linear patterns forming a pair of first line pattern groups and a plurality of polygonal linear patterns forming a pair of second line pattern groups are provided. The linear pattern, a plurality of polygonal linear patterns forming a pair of third line pattern groups, and a plurality of polygonal linear patterns forming a pair of fourth line pattern groups are respectively equidistant. It is preferable that the plurality of hole patterns be arranged.
[0035]
In this case, when the upper layer pattern is a layer in which a contact hole is formed, the influence of the aberration of the exposure apparatus can be reduced, so that the measurement accuracy of the overlay shift amount is improved.
[0036]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(1st Embodiment)
Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0037]
First, after forming a first resist pattern on a first processing target film formed on a semiconductor substrate, etching is performed on the first processing target film by masking the first resist pattern. Thus, a lower layer pattern made of the first film to be processed is formed. In this case, the first
[0038]
The first
[0039]
Here, in each of the pair of first
[0040]
Next, after forming a second film to be processed on the lower layer pattern, a resist pattern having the second
[0041]
The second
[0042]
Here, in each of the pair of third
[0043]
Next, the amount of displacement of the second
[0044]
Next, when the amount of displacement of the second
[0045]
Here, the step of measuring the amount of displacement of the second
[0046]
The center of the first overlay measurement mark 110 (first intersection 113) is designed to coincide with the center of the second overlay measurement mark 120 (second intersection 123).
[0047]
FIG. 3 shows a state in which the second
[0048]
For this reason, in the overlapping area between the first
[0049]
The linear portions (moiré patterns) 131 to 134 having high brightness move depending on the positional relationship between the first
[0050]
The angle of the third
[0051]
For example, when the angle θ is 1 degree and the overlay displacement amount x is 0.01 μm, the moving amount y of the linear portion having high brightness is 0.57 μm, which is about 57 times the overlay displacement amount x. become.
[0052]
As shown in FIG. 3 (b), the variation y is calculated based on the signals obtained from the
[0053]
According to the first embodiment, the shift amount (movement amount) y of the center between the
[0054]
Further, the line widths and pitches of a plurality of linear patterns constituting the line pattern group of the first and second overlay measurement marks 110 and 120 are matched with the line width and pitch of an actual circuit pattern (upper layer pattern). And the influence of the aberration of the exposure device becomes equal between the overlay measurement mark and the actual circuit pattern, so that the actual overlay deviation amount is more accurately reflected as compared with the conventional rectangular overlay measurement mark. Can be done.
[0055]
In the first embodiment, the plurality of linear patterns constituting the line pattern group of the first and second overlay measurement marks 110 and 120 are linear. May be linear hole patterns arranged linearly at equal pitches.
[0056]
For example, when the pattern of the upper layer is a layer in which a contact hole is formed, the effect of the aberration of the exposure apparatus can be reduced by performing the mask alignment process using the overlay measurement mark including the linear hole pattern. Therefore, overlay accuracy can be improved.
[0057]
Hereinafter, results of experiments performed to evaluate the first embodiment will be described.
[0058]
The misalignment between the second
[0059]
If the amount of deviation between the overlay measurement mark and the actual circuit pattern is large, a desired product yield cannot be obtained unless the management standard for the mask alignment process is stricter than the original value. However, if the management standard of the mask alignment process is too strict, the process yield in the mask alignment process is reduced.
[0060]
On the other hand, according to the first embodiment, the management standard of the mask alignment process can be extended to 6 nm. A trial calculation of the yield by applying this wide management standard to an actual manufacturing process showed that the process yield was improved by about 3%.
[0061]
When the process yield is set to be the same as the current one, the design rule of the semiconductor device can be reduced by 6 nm. This means that a reduction effect of about 6% can be expected in an actual device.
[0062]
(Second embodiment)
Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0063]
First, after forming a first resist pattern on a first processing target film formed on a semiconductor substrate, etching is performed on the first processing target film by masking the first resist pattern. Thus, a lower layer pattern made of the first film to be processed is formed. In this case, the first
[0064]
The first
[0065]
Here, in each of the pair of first
[0066]
Next, after forming a second film to be processed on the lower layer pattern, a resist pattern having a second
[0067]
The second
[0068]
FIG. 5B shows an angle α of each broken line forming the pair of second
[0069]
Here, in each of the pair of third
[0070]
Next, the amount of displacement of the second
[0071]
Next, when the amount of displacement of the second
[0072]
Here, a process of measuring the amount of displacement of the second
[0073]
The center of the first overlay measurement mark 210 (first intersection 213) is designed to coincide with the center of the second overlay measurement mark 220 (second intersection 223).
[0074]
FIG. 6 shows a state in which the second
[0075]
The linear portions (moiré patterns) 231 to 234 having high brightness move depending on the positional relationship between the first
[0076]
Then, the angle between the first
[0077]
For example, when the angle θ is 1 degree and the overlay displacement amount x is 0.01 μm, the moving amount y of the linear portion (moire pattern) having high brightness is 0.57 μm, which is approximately 57 μm of the overlay displacement amount x. Twice as large.
[0078]
As shown in FIG. 6B, the variation y is calculated based on the signals obtained from the
[0079]
According to the second embodiment, the shift amount (movement amount) y of the center between the
[0080]
Further, the line widths and pitches of the plurality of linear patterns constituting the line pattern group of the first and second overlay measurement marks 210 and 220 are made to match the line width and pitch of the actual circuit pattern (upper layer pattern). And the influence of the aberration of the exposure device becomes equal between the overlay measurement mark and the actual circuit pattern, so that the actual overlay deviation amount is more accurately reflected as compared with the conventional rectangular overlay measurement mark. Can be done.
[0081]
In the second embodiment, the plurality of line segments constituting the line pattern group of the first
[0082]
For example, when the upper layer pattern is a layer in which a contact hole is formed, performing a mask alignment process using an overlay measurement mark including a large number of hole patterns can reduce the influence of aberration of the exposure apparatus. In addition, the overlay accuracy can be improved.
[0083]
Hereinafter, results of an experiment performed to evaluate the second embodiment will be described.
[0084]
The misalignment between the second
[0085]
If the amount of deviation between the overlay measurement mark and the actual circuit pattern is large, a desired product yield cannot be obtained unless the management standard for the mask alignment process is stricter than the original value. However, if the management standard of the mask alignment process is too strict, the process yield in the mask alignment process is reduced.
[0086]
On the other hand, according to the second embodiment, the management standard of the mask alignment process can be extended to 6 nm. A trial calculation of the yield by applying this wide management standard to an actual manufacturing process showed that the process yield was improved by about 3%.
[0087]
When the process yield is set to be the same as the current one, the design rule of the semiconductor device can be reduced by 6 nm. This means that a reduction effect of about 6% can be expected in an actual device.
[0088]
【The invention's effect】
According to the first or second method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the first and second moiré patterns can be observed using a conventional optical measuring instrument, and the measurement accuracy of the overlay displacement amount Is greatly improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a first overlay measurement mark used in a method for manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a plan view of a second overlay measurement mark used in the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment.
FIG. 3A is a plan view showing a state in which a first overlay measurement mark and a second overlay measurement mark are overlaid in the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment; FIG. 3B is a diagram illustrating an overlay displacement amount in the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment.
FIG. 4 is a plan view of a first overlay measurement mark used in a method for manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment.
FIG. 5A is a plan view of a second overlay measurement mark used in the method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment, and FIG. 5B is a partially enlarged view of the second overlay measurement mark. It is.
FIG. 6A is a plan view showing a state in which a first overlay measurement mark and a second overlay measurement mark are overlaid in the method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment; FIG. 6B is a diagram for explaining an overlay displacement amount in the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment.
FIG. 7 is a diagram illustrating the amount of misalignment in a conventional method for manufacturing a semiconductor device.
[Explanation of symbols]
110 First overlay measurement mark
111 1st straight line
112 Second straight line
113 1st intersection
114a, 114b A pair of first line pattern groups
115a, 115b A pair of second line pattern groups
120 Second overlay measurement mark
121 1st straight line
122 Second straight line
123 Second Intersection
124a, 124b A pair of first line pattern groups
125a, 125b A pair of second line pattern groups
131 Linear part with high brightness (Moire pattern)
132 Linear part with high brightness (Moire pattern)
133 Linear part with high brightness (moire pattern)
134 Linear part with high brightness (Moire pattern)
135 Inside Edge
136 Inner edge
210 First overlay measurement mark
211 1st straight line
212 second straight line
213 First Intersection
214a, 214b A pair of first line pattern groups
215a, 215b A pair of second line pattern groups
220 Second overlay measurement mark
221 First straight line
222 Second straight line
223 Second Intersection
224a, 224b A pair of first line pattern groups
225a, 225b A pair of second line pattern groups
231 Linear part with high brightness (moire pattern)
232 Linear part with high brightness (moire pattern)
233 Linear part with high brightness (moire pattern)
234 Linear part with high brightness (moire pattern)
235 Inside edge
236 Inner edge
Claims (10)
前記第1の重ね合わせ測定マークは、互いに直交する第1の直線及び第2の直線のうちの前記第1の直線上に位置し且つ前記第1の直線と前記第2の直線との第1の交点を介して互いに対向すると共に、それぞれが前記第1の直線に平行な複数の線状パターンよりなる一対の第1のラインパターン群と、前記第2の直線上に位置し且つ前記第1の交点を介して互いに対向すると共に、それぞれが前記第2の直線に平行な複数の線状パターンよりなる一対の第2のラインパターン群とを有し、
前記第2の重ね合わせ測定マークは、前記第1の直線に対して第1の所定角度だけ傾く第3の直線及び前記第2の直線に対して第2の所定角度だけ傾く第4の直線のうち前記第3の直線上に位置し且つ前記第3の直線と前記第4の直線との第2の交点を介して互いに対向すると共に、それぞれが前記第3の直線に平行な複数の線状パターンよりなる一対の第3のラインパターン群と、前記第4の直線上に位置し且つ前記第2の交点を介して互いに対向すると共に、それぞれが前記第4の直線に平行な複数の線状パターンよりなる一対の第4のラインパターン群とを有し、
前記位置ずれ量を計測する工程は、前記一対の第1のラインパターン群と前記一対の第3のラインパターン群とにより形成される一対の第1のモアレパターン、及び前記一対の第2のラインパターン群と前記一対の第4のラインパターン群とにより形成される一対の第2のモアレパターンに基づいて、前記第2の重ね合わせ測定マークの前記第1の重ね合わせ測定マークに対する位置ずれ量を算出する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。Forming a lower layer pattern comprising a first film to be processed and having a first overlay measurement mark; and forming a second film to be processed on the lower layer pattern, and then forming the second film to be processed. Forming a resist pattern having a second overlay measurement mark thereon; measuring a displacement amount of the second overlay measurement mark with respect to the first overlay measurement mark; Etching the second film to be processed using the resist pattern as a mask when the shift amount is within an allowable range, thereby forming an upper layer pattern made of the second film to be processed. In the method for manufacturing a semiconductor device,
The first overlay measurement mark is located on the first straight line of the first straight line and the second straight line that are orthogonal to each other, and is a first straight line between the first straight line and the second straight line. And a pair of first line pattern groups each composed of a plurality of linear patterns each of which is parallel to the first straight line and the first line pattern group located on the second straight line and And a pair of second line pattern groups each composed of a plurality of linear patterns each of which is parallel to the second straight line, and
The second overlay measurement mark is formed of a third straight line inclined at a first predetermined angle with respect to the first straight line and a fourth straight line inclined at a second predetermined angle with respect to the second straight line. A plurality of linear shapes that are located on the third straight line, face each other via a second intersection point of the third straight line and the fourth straight line, and are each parallel to the third straight line. A pair of third line pattern groups each including a plurality of linear patterns that are located on the fourth straight line, face each other via the second intersection, and are each parallel to the fourth straight line. And a pair of fourth line pattern groups consisting of patterns.
The step of measuring the amount of displacement includes a pair of first moire patterns formed by the pair of first line pattern groups and the pair of third line pattern groups, and the pair of second lines. Based on a pair of second moiré patterns formed by the pattern group and the pair of fourth line pattern groups, the amount of misalignment of the second overlay measurement mark with respect to the first overlay measurement mark is calculated. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of calculating.
前記第1の重ね合わせ測定マークは、互いに直交する第1の直線及び第2の直線のうち前記第1の直線上に位置し且つ前記第1の直線と前記第2の直線との第1の交点を介して互いに対向すると共に、それぞれが互いに平行な複数の折れ線状の線状パターンよりなる一対の第1のラインパターン群と、前記第2の直線上に位置し且つ前記第1の交点を介して互いに対向すると共に、それぞれが互いに平行な複数の折れ線状の線状パターンよりなる一対の第2のラインパターン群とを有し、
前記第2の重ね合わせ測定マークは、前記第1の直線に対して平行か又は第1の所定角度だけ傾く第3の直線及び前記第2の直線に対して平行か又は第2の所定角度だけ傾く第4の直線のうちの前記第3の直線上に位置し且つ前記第3の直線と前記第4の直線との第2の交点を介して互いに対向すると共に、それぞれが互いに平行な複数の折れ線状の線状パターンよりなる一対の第3のラインパターン群と、前記第4の直線上に位置し且つ前記第2の交点を介して互いに対向すると共に、それぞれが互いに平行な複数の折れ線状の線状パターンよりなる一対の第4のラインパターン群とを有し、
前記位置ずれ量を計測する工程は、前記一対の第1のラインパターン群と前記一対の第3のラインパターン群とにより形成される一対の第1のモアレパターン、及び前記一対の第2のラインパターン群と前記一対の第4のラインパターン群とにより形成される一対の第2のモアレパターンに基づいて、前記第2の重ね合わせ測定マークの前記第1の重ね合わせ測定マークに対する位置ずれ量を算出する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。Forming a lower layer pattern comprising a first film to be processed and having a first overlay measurement mark; and forming a second film to be processed on the lower layer pattern, and then forming the second film to be processed. Forming a resist pattern having a second overlay measurement mark thereon; measuring a displacement amount of the second overlay measurement mark with respect to the first overlay measurement mark; Etching the second film to be processed using the resist pattern as a mask when the shift amount is within an allowable range, thereby forming an upper layer pattern made of the second film to be processed. In the method for manufacturing a semiconductor device,
The first overlay measurement mark is located on the first straight line among the first straight line and the second straight line that are orthogonal to each other, and is a first line between the first straight line and the second straight line. A pair of first line pattern groups each consisting of a plurality of polygonal linear patterns each of which is opposed to each other via an intersection and which are parallel to each other, and which is located on the second straight line and has the first intersection And a pair of second line pattern groups each composed of a plurality of polygonal linear patterns parallel to each other.
The second overlay measurement mark is parallel to the first straight line or parallel to the third straight line inclined at a first predetermined angle and parallel to the second straight line or only at a second predetermined angle. A plurality of inclined fourth straight lines are located on the third straight line, face each other via a second intersection point of the third straight line and the fourth straight line, and are parallel to each other. A pair of third line pattern groups each composed of a polygonal linear pattern, and a plurality of polygonal linear lines that are located on the fourth straight line, face each other via the second intersection, and are each parallel to each other. And a pair of fourth line pattern groups consisting of a linear pattern of
The step of measuring the amount of displacement includes a pair of first moire patterns formed by the pair of first line pattern groups and the pair of third line pattern groups, and the pair of second lines. Based on a pair of second moiré patterns formed by the pattern group and the pair of fourth line pattern groups, the amount of misalignment of the second overlay measurement mark with respect to the first overlay measurement mark is calculated. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of calculating.
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US8976356B2 (en) | 2013-02-28 | 2015-03-10 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Measurement mark, method for measurement, and measurement apparatus |
US10739676B2 (en) | 2018-06-01 | 2020-08-11 | Toshiba Memory Corporation | Alignment mark, imprinting method, and manufacturing method of semiconductor device |
-
2002
- 2002-06-25 JP JP2002184033A patent/JP2004031542A/en active Pending
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