JP2010272629A - 重ね合わせ測定マーク及びパターン形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】重ね合わせ測定の精度を向上できる重ね合わせ測定マークを提供する。
【解決手段】第１パターンと第２パターンの重ね合わせ測定のためのマークにおいて、プラグ用ホールの開口パターンからなる第１パターンが形成された層間絶縁膜に該プラグ用ホールと同時に形成された第１ホールの開口パターンからなる第１マークと、前記層間絶縁膜に第１ホールと同時に形成され、前記プラグ用ホールの開口サイズと同程度で且つ第１ホールの開口サイズより小さい開口サイズを有する第２ホールの開口パターンからなる第２マークと、前記層間絶縁膜上の導電膜上に形成されたレジスト膜をパターニングして第２パターンと同時に形成されたレジストパターンからなる第３マークを含む構成とする。
【選択図】図３Ａ

Description

本発明は、重ね合わせ測定マーク及びパターン形成方法に関するものである。

半導体装置の製造プロセスにおいては、パターンの微細化に加えて、下層側のパターンと上層側のパターンの重ね合わせを高い精度で行うことが要求される。

パターンの重ね合わせ測定は、例えば次のように行われる。まず、導電膜をパターニングして素子形成領域に第１パターンを持つ配線を形成すると同時に、周辺領域にこの導電層からなる正方形の第１マーク（下層側マーク）を形成する。層間絶縁膜を形成後、第２パターンを形成するためのレジスト膜を層間絶縁膜上に形成する。このレジスト膜をパターニングして素子領域において第２パターンを形成すると同時に、周辺領域にこのレジスト膜からなる第２マーク（上層側マーク）を形成する。この第２マークは、第１マークより小さく、第２マーク全体が第１マークと重なるように第１マーク外周の内側に配置される。第１マーク（下層側マーク）と第２マーク（上層側マーク）の重ね合わせのズレ量を測定し、このズレ量を第１パターンと第２パターンの重ね合わせの誤差とすることができる。第１マークと第２マークの重ね合わせのズレ量の測定は、これらのマークの上方（基板平面に垂直方向）から測定光を照射して得られる光強度分布を解析することにより行われる。第１及び第２マークの側壁位置に光強度の変位が対応するため、第１マークの側壁位置と第２マークの側壁位置を観測でき、観測された位置関係からズレ量を得ることができる。このような重ね合わせ測定を行った後、パターニングされたレジスト膜をマスクに用いてエッチングを行い、層間絶縁膜に第２パターンの配置でプラグ用ホールが形成される。

しかしながら、特開平９−０７４０６３号公報（特許文献１）には、第１パターンと第２パターンの重ね合わせの実際のズレ量が、収差の影響のため、第１マークと第２マークの重ね合わせズレ量と１対１に対応しないという問題が記載されている。例えば、フォトマスクの開口部（光透過部）に対応して本来形成される開口部よりも広い開口部がレジスト膜に形成される（特許文献１の図５９）。そして、特許文献１には、フォトマスクの開口部の面積が大きいほど収差の影響が大きくなると記載されている。

このような問題を解決するために、特許文献１では、第１の層上の第１パターン部材と、この第１パターン部材と同じ工程で形成された第１マークと、第１の層上の第２の層上に形成された第２パターン部材と、この第２パターン部材と同じ工程で形成された第２マークとを備え、第１マークは第１パターン部材と同じ収差の影響を受けるパターンを有し、第２マークは第２パターン部材と同じ収差の影響を受けるパターンを有する、重ね合わせ測定マークが提案されている。具体的には、第１マークは第１パターン部材のパターンサイズと同程度のサイズ（配線幅）を有する一つ又は複数の第１補助マークからなり、第２マークは第２パターン部材のパターンサイズ（ホール開口サイズ）と同程度のサイズを有する複数の第２補助マークからなる。

特開平９−０７４０６３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、マークによる段差（上記の例では側壁）を利用する通常の重ね合わせ測定に使用される測定光（可視光）を透過しない膜を、上層側でパターニングする場合には適用できない。

例えば、層間絶縁膜にホールを形成し、このホール内に導電体を充填してプラグを形成し、この層間絶縁膜上に可視光を透過しない配線用金属膜（例えばアルミ膜）を形成し、この配線用金属膜をパターニングして前記プラグに接続する配線を形成する場合が挙げられる。

特許文献１に記載の技術では、下層側マークのサイズをホールと同程度にまで小さくする必要があるため、下層側マークを観測するための段差（窪み）を当該マーク内に形成できなくなる。また、測定光が配線用金属膜で遮られるため、下層側マーク自体を観測することもできない。

本発明の第１の態様によれば、第１パターンと第２パターンの重ね合わせ測定のためのマークであって、
プラグ用ホールの開口パターンからなる前記第１パターンが形成された層間絶縁膜に該プラグ用ホールと同時に形成された第１ホールの開口パターンからなる第１マークと、
前記層間絶縁膜に前記第１ホールと同時に形成され、前記プラグ用ホールの開口サイズと同程度で且つ前記第１ホールの開口サイズより小さい開口サイズを有する第２ホールの開口パターンからなる第２マークと、
前記層間絶縁膜上の導電膜上に形成されたレジスト膜をパターニングして前記第２パターンと同時に形成されたレジストパターンからなる第３マークを含む、重ね合わせ測定マークが提供される。

上記第１の態様による一実施形態として、前記第１マークは、前記第１ホールの開口形状に応じた段差を含み、前記第２マークは、前記第２ホールが前記プラグ用ホールを充填するプラグ導電体で充填されている、上記重ね合わせ測定マークが提供される。

上記の第１の態様による他の実施形態として、前記第１マークは、前記第１ホールの開口パターンがラインパターンであり、該ラインパターンが方形の各辺に沿って配置されている、上記重ね合わせ測定マークが提供される。この重ね合わせ測定マークにおいて、前記第２マークは、前記第２ホールの開口パターンが集合配置されたライン状ドットパターンからなり、該ライン状ドットパターンが前記第１マークの内側において方形の各辺に沿って配置されていてもよい。また、前記第３マークは、前記レジストパターンがラインパターンであり、該ラインパターンが前記第１マークの内側において方形の各辺に沿って配置されていてもよい。

上記第１の態様による他の実施形態として、前記第１マークは、前記第１ホールの開口パターンがラインパターンであり、該ラインパターンが方形の各辺に沿って配置され、
前記第２マークは、前記第２ホールの開口パターンが集合配置されたライン状ドットパターンからなり、該ライン状ドットパターンが前記第１マークの内側において方形の各辺に沿って配置され、
前記第３マークは、前記レジストパターンがラインパターンであり、該ラインパターンが前記第２マークの内側において方形の各辺に沿って配置されている、上記重ね合わせ測定マークが提供される。

上記第１の態様による他の実施形態として、前記第１マークは、前記第１ホールの開口パターンがラインパターンであり、該ラインパターンが第１の方形及び第２の方形の各辺に沿ってそれぞれ配置された第１基準マーク及び第２基準マークを含み、
前記第２マークは、前記第２ホールの開口パターンが集合配置されたライン状ドットパターンからなり、該ライン状ドットパターンが前記第１基準マークの内側において方形の各辺に沿って配置され、
前記第３マークは、前記レジストパターンがラインパターンであり、該ラインパターンが前記第２基準マークの内側において方形の各辺に沿って配置されている、上記重ね合わせ測定マークが提供される。

本発明の第２の態様によれば、層間絶縁膜上に第１レジスト膜を形成する工程と、
前記第１レジスト膜をリソグラフィ技術によりパターニングして、素子形成領域にプラグ用ホールを形成するためのプラグ用ホールパターンと、周辺領域に重ね合わせ測定に利用する第１ホールを形成するための第１ホールパターンと、前記プラグ用ホールの開口サイズと同程度で且つ前記第１ホールより小さい開口サイズを有する第２ホールを前記周辺領域に形成するための第２ホールパターンとを有する第１レジストマスクを形成する工程と、
前記第１ホールパターンの収差による位置ズレ量と前記第２ホールパターンの収差による位置ズレ量との間の位置ズレ量差を測定する工程と、
前記第１レジストマスクを用いたエッチングを行って、前記層間絶縁膜に前記プラグ用ホールと前記第１ホールと前記第２ホールを形成する工程と、
前記プラグ用ホールと前記第２ホールを充填し、前記第１ホールを充填しないように第１導電膜を形成する工程と、
前記プラグ用ホールと前記第１ホールと前記第２ホールの外の前記第１導電膜を除去する工程と、
前記層間絶縁膜上に、前記第１ホールが充填されず窪みが残るように第２導電膜を形成する工程と、
前記第２導電膜上に第２レジスト膜を形成する工程と、
前記第２レジスト膜をリソグラフィ技術によりパターニングして、前記素子形成領域に配線を形成するための配線パターンと、前記周辺領域に形成されたレジストマークとを有する第２レジストマスクを形成する工程と、
前記第１ホール内の窪みによる段差と前記レジストマークの側壁による段差を利用して重ね合わせ測定を行って、前記プラグ用ホールパターンと前記配線パターンとの第１の重ね合わせ測定結果を得る工程と、
前記第１の重ね合わせ測定結果を前記位置ズレ量差により補正する工程と、
前記第２レジストマスクを用いたエッチングを行って前記第２導電膜からなる配線を形成する工程を有するパターンの形成方法が提供される。

このパターン形成方法は、前記配線形成のためのエッチングを行った後、前記第１導電膜が充填された前記第２ホールの開口パターンと前記レジストマークを用いて重ね合わせ測定を行って、前記プラグ用ホールパターンと前記配線パターンとの第２の重ね合わせ測定結果を得る工程を有していてもよい。

本発明によれば、重ね合わせ測定の精度を向上することができる。

本発明の第１の実施形態の重ね合わせ測定マークを構成する重ね合わせ用マークの説明図（平面図）。 図１Ａに示すマークを説明するための、図１ＡのＢ−Ｂ線断面図。 本発明の第１の実施形態重ね合わせ測定マークを構成する収差補正用マークの説明図（平面図）。 図２Ａに示すマークを説明するための、図２ＡのＢ−Ｂ線断面図。 図２Ａに示すマークを説明するための、図２ＡのＣ−Ｃ線部分断面図。 図２Ａに示すマークの一部を示す拡大平面図。 本発明の第２の実施形態の重ね合わせ測定マークの説明図（平面図）。 図３Ａに示すマークの一部を示す拡大平面図。 本発明の一実施形態のパターン形成方法を説明するための工程断面図。 上記実施形態のパターン形成方法を説明するためのプロセスフロー図。 本発明の他の実施形態のパターン形成方法を説明するためのプロセスフロー図。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

第１の実施形態
本実施形態では、収差補正用マークと重ね合わせ用マークを含む重ね合わせ測定マークを形成して、下層側の第１パターンと上層側の第２パターンの重ね合わせ測定を行う。この重ね合わせ測定マークは、素子形成領域の外側の周辺領域（例えばウェハのスクライブ線領域）に形成することができる。

まず、第１パターンを持つ下層構造体（例えばプラグ用ホールパターン）を形成する際に、収差補正用マークを用いて収差による位置ズレ量差Ａを測定する。その後、第２パターンを持つ上層構造体（例えば配線パターン）を形成する際に、重ね合わせ用マークを用いて重ね合わせ測定を行い、重ね合わせ結果Ｂを得る。この重ね合わせ結果Ｂに収差による位置ズレ量差Ａを加味することにより、収差による影響が補正された重ね合わせ結果Ｃを得ることができる。すなわち、（収差補正後重ね合わせ結果Ｃ）＝（重ね合わせ結果Ｂ）−（収差による位置ズレ量差Ａ）と表すことができる。重ね合わせの補正においては、収差補正後重ね合わせ結果Ｃが位置ズレ無しとなることを目標に管理する。

以下、下層構造体が、第１のパターンに従った配置で層間絶縁膜に形成されたプラグ用ホールであり、上層構造体が、この層間絶縁膜上に形成された第２パターンを持つ配線の場合を例に挙げて説明する。本実施形態および後述の他の実施形態は、この配線が、通常の重ね合わせ測定装置の検査光（可視光）を透過しない導電膜（例えばアルミ配線材料等の金属膜）から形成されている場合に特に好適である。本実施形態および後述の他の実施形態は、ＤＲＡＭ等の半導体装置におけるコンタクトホールとビット線の重ね合わせ測定や、ビアホールと上層側配線の重ね合わせ測定に適用できる。

まず、図１Ａ及び図１Ｂを用いて本例の重ね合わせ測定マークを構成する重ね合わせ用マーク１０を説明する。図１Ｂは図１ＡのＢ−Ｂ線断面図である。図１Ｂの導電膜１５は図１Ａにおいては省略している。

図１Ａに示されるように、重ね合わせ用マーク１０は第１測定マーク１１と第２測定マーク１２から構成される。第１測定マーク１１が下層側、第２測定マーク１２が上層側に配置され、第２測定マーク１２はレジストで形成されている。

第１測定マーク１１は、４つのラインパターンから構成されている。各ラインパターンは長尺の長方形であり、正方形などの四角形の各辺に沿って配置され、その四角形の頂点の部分では互いに分離されている。第１測定マーク１１の各ラインパターンは、素子領域におけるプラグ用ホール（コンタクトホール又はビアホール）と同時に形成されるホール（以下「マークホール」）の開口形状（輪郭）を示す。図１Ｂに示されるように、層間絶縁膜１３に形成されたマークホール内には、このホール内が充填されないように導電膜１４が形成される。この導電膜１４は、タングステン等からなるプラグ用導電膜から形成される。さらに、層間絶縁膜１３上には、その全面に、マークホールが充填されずに窪みが残るように、アルミ配線材料等からなる配線用導電膜１５が形成される。結果、配線用導電膜１５には、マークホール内の窪みの開口形状（輪郭）に応じた段差が形成される。この段差を利用して重ね合わせ測定を行う。

第２測定マーク１２は、第１測定マーク１１の内側に配置され、４つのラインパターンから構成される。各ラインパターンは長尺の長方形である。各ラインパターンは、第１測定マーク１１の基準となる前記四角形と相似の関係にあり中心が合うように配置された四角形（本例では正方形）の各辺に沿って配置され、その四角形の頂点の部分では互いに分離されている。第２測定マーク１２は、周辺領域に形成されたレジストパターンからなる。このレジストパターンは、素子形成領域において配線用導電膜１５をパターニングして配線を形成するためのレジストマスクパターン（配線パターン）の形成と同時に形成される。

第１測定マーク１１と第２測定マーク１２の重ね合わせ測定を行って得られた重ね合わせ結果Ｐから、素子形成領域におけるプラグ用ホールパターンと配線パターンの重ね合わせ精度Ｑを得ることができる。第１測定マーク１１の中心部と第２測定マーク１２の中心部が一致している場合が位置ズレ無しの状態であると判定する。

上記の重ね合わせ用マーク１０によれば、測定光が配線用金属膜１５で遮られても、マークホール内の窪みによる段差を利用することにより、第１測定マーク１１と第２測定マーク１２との間の相対位置を特定でき、重ね合わせ測定が可能となる。

しかしながら、このような重ね合わせ用マーク１０のみを用いた重ね合わせ測定では、前述のように収差の影響で、測定結果である重ね合わせ結果Ｐと実際の重ね合わせ精度Ｑとが１対１に対応しない問題がある。この理由は次の通りである。

第１測定マーク１１の段差を形成するには、マークホールの開口サイズが、プラグ用導電膜１４および配線用導電膜１５の厚み（成膜量）に対して十分に広いことが必要である。一方、微細化の要求によりプラグ用ホールの開口サイズはできるだけ小さいことが求められている。したがって、マークホールの開口サイズとプラグ用ホールの開口サイズとの違いが大きくなり、これにより、マークホールパターンとプラグ用ホールパターンとの間で、レンズ収差に起因して位置ズレ量に差（以下「収差による位置ズレ量差」）が生じ、重ね合わせ測定の精度が低下する。

特許文献１に記載の技術は、素子形成領域のパターンと周辺領域の重ね合わせ測定マークを収差の影響が同じになる程度にこれらのサイズを同程度にするものである。このような技術では、第１測定マーク１１のサイズを微細なプラグ用ホールと同程度にまで小さくする必要があるため、マーク内に段差が形成できなくなり、マークの観測ができない。

本実施形態の重ね合わせ測定マークは、上記の重ね合わせ用マーク１０に加えて、収差補正用マーク２０を含む。

この収差補正用マーク２０を形成することにより、上層側に配線を形成する前に、マークホールパターンとプラグ用ホールパターンとの間の収差による位置ズレ量差Ａを知ることができる。配線形成時に重ね合わせ用マーク１０を用いて得られた重ね合わせ結果Ｂに、収差による位置ズレ量差Ａを加味することにより、収差による影響が補正された重ね合わせ結果Ｃを得ることができる。また、配線形成時の露光工程で、この収差による位置ズレ量差Ａを用いて露光条件を補正することで収差の影響を排除できる。

次に、図２Ａ〜図２Ｄを用いて本例の重ね合わせ測定マークを構成する収差補正用マーク２０を説明する。図２Ｂは図２ＡのＢ−Ｂ線断面図である。図２Ｂの導電膜１５は図２Ａにおいては省略している。図２Ｃは図２ＡのＣ−Ｃ線に沿った部分断面図（一つのドット部分の断面）である。図２Ｄは図２Ａに示すマーク２２を構成するパターン単位の拡大図である。

図２Ａに示されるように、収差補正用マーク２０は第１測定マーク２１と第２測定マーク２２から構成される。第１測定マーク２１と第２測定マーク２２は同一層に形成される。

第１測定マーク２１は、前記の重ね合わせ用マーク１０の第１測定マーク１１と同様に形成する。すなわち、第１測定マーク２１は、４つのラインパターンから構成されている。各ラインパターンは長尺の長方形であり、正方形などの四角形の各辺に沿って配置され、その四角形の頂点の部分では互いに分離されている。第１測定マーク２１の各ラインパターンは、素子領域におけるプラグ用ホール（コンタクトホール又はビアホール）の形成と同時に形成されるホール（以下「第１マークホール」）の開口形状（輪郭）を示す。図２Ｂに示すように、層間絶縁膜１３に形成された第１マークホール内には、このホール内が充填されないように導電膜１４が形成される。この導電膜１４は、タングステン等からなるプラグ用導電膜から形成される。さらに、層間絶縁膜１３上には、その全面に、第１マークホールが充填されずに窪みが残るように、アルミ配線材料等からなる配線用導電膜１５が形成される。収差補正用マーク２０の第１測定マーク２１は、重ね合わせ測定結果の収差の影響を補正する観点から、重ね合わせ用マーク１０の第１測定マーク１１と同じ形状および同じサイズ（開口面積）にすることが好ましい。

収差補正用マーク２０の第２測定マーク２２は、第１測定マーク２１の内側に配置され、４つのラインパターン（長尺の長方形パターン）から構成される。各ラインパターンは、図２Ｄに示すように、各ホール（以下「第２マークホール」）の開口形状に対応するドットの集合体からなるドットパターンである。各ラインパターン（ドットパターン）は、第１測定マーク２１の基準となる前記四角形と相似の関係にあり中心が合うように配置された四角形（本例では正方形）の各辺に沿って配置され、その四角形の頂点の部分では互いに分離されている。第２測定マーク２２の各ラインパターン（ドットパターン）を構成する第２マークホールは、素子領域において形成されるプラグ用ホールと同時に形成される。図２Ｃに示されるように、層間絶縁膜１３に形成された第２マークホール内に導電膜１４が充填される。この導電膜１４は、タングステン等からなるプラグ用導電膜からなる。第２測定マーク２２の各ドットは、重ね合わせ測定結果の収差の影響を補正する観点から、プラグ用ホールと同じ開口形状および同じ開口サイズ（開口面積）にすることが好ましい。第２測定マーク２２の各ドットの形状は、プラグ用ホールの開口形状にあわせて円形や四角形にすることができる。第２測定マークの各ドットの面積は、プラグ用ホールの開口面積の０．５倍〜２倍の範囲内に設定することができ、さらに０．５倍〜１．５倍の範囲内に設定することができる。

収差による位置ズレ量差Ａは、プラグ用ホールパターンの形成とともに収差補正用マーク２０のパターンが形成されたレジストマスクのパターン形状を測定し、観測されたマーク２０のパターン形状から得ることができる。収差補正用マーク２０のパターン形状の測定は、通常の重ね合わせ測定装置を用いて行うことができる。使用したフォトマスクのパターン形状と観測されたレジストマスクのパターン形状とを比較することにより、収差補正用マーク２０のパターンの本来形成されるべき位置からのズレ量を得ることができる。収差補正用マーク２０を構成する第１測定マーク２１のズレ量と第２測定マーク２２のズレ量との差が収差による位置ズレ量差Ａとなる。

層間絶縁膜１３上には、その全面に、アルミ配線材料等からなる配線用導電膜１５が形成され、重ね合わせ測定を行った後に加工されて所定のパターンを持つ配線が形成される。

以下に、図４及び図５を参照しながら、本例の重ね合わせ測定マーク（重ね合わせ用マーク１０及び収差補正用マーク２０）を用いたパターン形成方法を説明する。図４Ａ〜図４Ｄの各図において左側の図は図２ＡのＢ−Ｂ線断面に対応し、右側の図は図２ＡのＣ−Ｃ線部分断面（一つのドット部分の断面）に対応する。図５はプロセスフローを示す。

まず、素子形成領域において層間絶縁膜（例えばプラズマ酸化膜）１３にプラグ用ホールを形成すると同時に、周辺領域において層間絶縁膜１３に収差補正用マーク２０の第１マークホール及び第２マークホール、並びに重ね合わせ用マーク１０のマークホールを形成する。このとき、次のようにして、収差補正用マーク２０の形成に際し、収差による位置ズレ量差Ａを得る。

まず、層間絶縁膜上にレジスト膜を形成し、通常のフォトリソグラフィ技術に従って露光、現像を行って、プラグ用ホールに対応する開口および各マークホールに対応する開口を持つレジストマスクを形成する。このレジストマスクに対して測定光を照射し、観測された開口位置から、収差による位置ズレ量差Ａを得ることができる。その後、このレジストマスクを用いてエッチングを行って、プラグ用ホール、収差補正用マーク２０の第１マークホール及び第２マークホール、並びに重ね合わせ用マーク１０のマークホールを形成する。このエッチング後に測定光を照射して観測されたホール位置から、収差による位置ズレ量差Ａを得ることもできる。

次に、図４Ａに示すように、プラグ用ホール及び収差補正用マーク２０の第２マークホールを充填し、収差補正用マーク２０の第１マークホール及び重ね合わせ用マーク１０のマークホールは充填しないように、タングステン等からなるプラグ用導電膜１４をＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により形成する。

次に、図４Ｂに示すように、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）により、ホール外の余分な導電膜を除去するとともに平坦化を行う。

次に、図４Ｃに示すように、スパッタによりアルミ等の金属からなる配線用導電膜１５を形成する。その際、収差補正用マーク２０の第１マークホール及び重ね合わせ用マーク１０のマークホールは充填されずに窪みが形成される。

次に、この配線用導電膜１５をパターニングするために、通常のリソグラフィ技術に従ってレジストマスクを形成する。このレジストマスクは、素子形成領域には配線パターンを有し、周辺領域には重ね合わせ用マーク１０の第２測定マーク１２（図１Ａ）を有する。結果、このレジストマスクの一部からなる第２測定マーク１２と、前記窪みを含む第１測定マーク１１とで重ね合わせ用マーク１０（図１Ａ）が形成され、この重ね合わせ用マーク１０を用いて重ね合わせ測定を行い、重ね合わせ結果Ｂを得る。

この重ね合わせ結果Ｂを、収差による位置ズレ量差Ａにより補正して、収差補正後重ね合わせ結果Ｃを得る。

次に、前記レジストマスクを用いて配線用導電膜１５をエッチングして所定のパターンを持つ配線を形成する（図４Ｄ）。

上記のプラグ用ホール及びマークホールの開口サイズは、プラグ用導電膜１４及び配線用導電膜１５の成膜量（厚み）に応じて設定することができる。例えば、プラグ用導電膜４２の厚みを２５０ｎｍ、配線用導電膜４３の厚みを６５０ｎｍとすることができる。この場合、マークホールが充填されず窪みを残すには、（２５０＋６５０）×２＝１８００ｎｍを超える開口幅が必要であり、本例では、２０００ｎｍに設定することができる。プラグ用ホールの開口サイズは３００×３００ｎｍに設定することができる。

以上の通り、本実施形態によれば、加工対象が測定光（可視光等）を通さない金属膜（アルミ膜等）を加工する工程を含むパターン形成プロセスにおいても、測定マークにおけるパターン間に発生する、露光機のレンズ収差による位置ズレ量差を測定でき、上層側のパターン（配線パターン）と下層側のパターン（プラグ用ホールパターン）との重ね合わせ測定の精度を高めることができる。

第２の実施形態
本実施形態では、収差補正用マークと重ね合わせ用マークを組み合わせた図３Ａに示す重ね合わせ測定マーク３０を用いて、下層側の第１パターンと上層側の第２パターンの重ね合わせ測定を行う。

本実施形態の重ね合わせ測定マーク３０は、図３Ａに示すように、第１測定マーク３１、第２測定マーク３２及び第３測定マーク３３から構成される。

第１測定マーク３１と第２測定マーク３２は重ね合わせ測定において形成される。第１測定マーク３１は、第１の実施形態の重ね合わせ用マーク１０の第１測定マーク１１に相当し、同様に形成できる。第２測定マーク３２は、第１の実施形態の重ね合わせ用マーク１０の第２測定マーク１２（レジストパターン）に相当し、同様に形成できる。

第１測定マーク３１と第３測定マーク３３は収差による位置ズレ量差の測定において形成される。この場合、第１測定マーク３１は、第１の実施形態の収差補正用マーク２０の第１測定マーク２１に相当し、同様に形成できる。第３測定マーク３３は、第１の実施形態の収差補正用マーク２０の第２測定マーク２２に相当し、同様に形成できる。この第３測定マーク３３は、図３Ｂに示すようにドットパターンで構成されている。また、この第３測定マーク３３は、図３Ａに示す例では、第１測定マーク３１の内側で第２測定マーク３２の外側に形成されているが、第２測定マーク３２の内側に配置されていてもよい。

第１測定マーク３１、第２測定マーク３２、第３測定マーク３３をそれぞれ構成する各パターンは、中心が一致するように互いに相似の関係のある三つの四角形の各辺に沿って配置されている。各四角形の頂点の部分では互いに分離されている。

本実施形態の重ね合わせ測定マーク３０を利用したパターンの形成は、上述のマーク配置とした以外は、第１の実施形態において図４Ａ〜図４Ｄを用いて説明したプロセスに従って実施でき、その際に、このマーク３０が有するパターンを利用して、収差による位置ズレ量差Ａおよび重ね合わせ結果Ｂを得ることができる。収差による位置ズレ量差Ａと重ね合わせ結果Ｂから収差補正後重ね合わせ結果Ｃを得ることができる。本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、加工対象が測定光（可視光等）を通さない金属膜（アルミ膜等）を加工する工程を含むパターン形成プロセスにおいても、測定マークにおけるパターン間に発生する、露光機のレンズ収差による位置ズレ量差を測定でき、上層側のパターン（配線パターン）と下層側のパターン（プラグ用ホールパターン）との重ね合わせ測定の精度を高めることができる。

加えて、本実施形態の重ね合わせ測定マーク３０は、複数種の測定マークを同一領域内に配置しているため、レチクル及び露光時のレンズディストーションに起因するショット歪みの影響を抑えることができる。

さらに、本実施形態では、以下のように、エッチングにより配線を形成した後に重ね合わせ測定を行い、その結果を次のロットのパターン重ね合わせプロセスへ反映させる手法（以下「ＷＩＳ補正」）を行うことができる。これにより、次のロットでの重ね合わせ精度の向上を図ることができる。

まず、図６に示されるプロセスフローに従って、第１の実施形態（図４、図５）と同様に、収差による位置ズレ量差Ａおよび重ね合わせ結果Ｂを測定し、収差補正後の重ね合わせ結果Ｃを得る。そして、エッチングによる配線形成後においてさらに重ね合わせ測定を実施し、エッチング後重ね合わせ結果Ｄを得る。

このエッチング後の重ね合わせ測定においては、重ね合わせ測定マーク３０の第２測定マーク（レジストパターン）３２と第３測定マーク（ドットパターン）３３を用いる。これにより、高い精度で重ね合わせ測定を行うことができる。このような測定によれば、エッチング後の重ね合わせ測定を図１Ａに示すマーク１０を用いて行う場合に比較して、高い測定精度が得られる。図１Ａに示す重ね合わせ用マーク１０の第１測定マーク１１は、そのサイズが大きいため、この第１測定マーク１１を構成するマークホール内の側壁にプラグ用導電膜（タングステン膜等）１５が形成され（図４Ｂ）、マーク形状に非対称性が発生し得る。また、配線用導電膜（アルミ膜等）１５のエッチング後には、このマークホール内に金属残渣１５ａが残るため（図４Ｄ）、マーク形状が劣化する可能性がある。これに対して、図３Ａに示す重ね合わせ測定マーク３０の第３測定マーク（ドットパターン）３３は、当該マーク３３を構成するマークホールが充填されている。そのため、このような重ね合わせ測定マーク３０を用いた重ね合わせ測定は、上記のようなマーク形状の劣化の影響を受けないで精度よく行うことができる。また、第３測定マーク３３は、露出しているため、重ね合わせ測定時に当該マーク自体を観測することができる。

配線形成工程の重ね合わせ測定によって得られた重ね合わせ結果Ｂに、プラグ用ホール形成工程における測定によって得られた収差による位置ズレ量差Ａを加味することにより、収差による影響が補正された重ね合わせ結果Ｃが得られる。すなわち、（収差補正後の重ね合わせ結果Ｃ）＝（重ね合わせ結果Ｂ）―（収差による位置ズレ量差Ａ）と表すことができる。重ね合わせの補正においては、収差補正後重ね合わせ結果Ｃが位置ズレ無しとなることを目標に管理する。

配線形成工程の露光時に適用した補正値Ｅに、収差補正後重ね合わせ結果Ｃを加味することにより、収差補正後補正値Ｆが得られる。すなわち、（収差補正後補正値Ｆ）＝（現ロットへの補正値Ｅ）−（収差補正後重ね合わせ結果Ｃ）と表すことができる。この補正値Ｆにエッチング後重ね合わせ結果差分Ｇ（結果Ｄ−結果Ｃ）を加味することにより、次ロットへの補正値Ｈが得られる。すなわち、（次ロットへの補正値Ｈ）＝（収差補正後補正値Ｆ）―（エッチング後重ね合わせ結果差分Ｇ）と表すことができる。

以上のようにして図６に示すプロセスフローに従って得た次ロットへの補正値Ｈを、次ロットの配線形成工程の露光時に適用することにより、次ロットでの重ね合わせ精度を高めることができる。

１０ 重ね合わせ用マーク
１１ 第１測定マーク
１２ 第２測定マーク
１３ 層間絶縁膜
１４ プラグ用導電膜
１５ 配線用導電膜
２０ 収差補正用マーク
２１ 第１測定マーク
２２ 第２測定マーク
３０ 重ね合わせ測定マーク
３１ 第１測定マーク
３２ 第２測定マーク
３３ 第３測定マーク

Claims (11)

1. 第１パターンと第２パターンの重ね合わせ測定のためのマークであって、
   プラグ用ホールの開口パターンからなる前記第１パターンが形成された層間絶縁膜に該プラグ用ホールと同時に形成された第１ホールの開口パターンからなる第１マークと、
   前記層間絶縁膜に前記第１ホールと同時に形成され、前記プラグ用ホールの開口サイズと同程度で且つ前記第１ホールの開口サイズより小さい開口サイズを有する第２ホールの開口パターンからなる第２マークと、
   前記層間絶縁膜上の導電膜上に形成されたレジスト膜をパターニングして前記第２パターンと同時に形成されたレジストパターンからなる第３マークを含む、重ね合わせ測定マーク。
2. 前記第１マークは、前記第１ホールの開口形状に応じた段差を含み、
   前記第２マークは、前記第２ホールが前記プラグ用ホールを充填するプラグ導電体で充填されている、請求項１に記載の重ね合わせ測定マーク。
3. 前記第１マークは、前記第１ホールの開口パターンがラインパターンであり、該ラインパターンが方形の各辺に沿って配置されている、請求項１又は２に記載の重ね合わせ測定マーク。
4. 前記第２マークは、前記第２ホールの開口パターンが集合配置されたライン状ドットパターンからなり、該ライン状ドットパターンが前記第１マークの内側において方形の各辺に沿って配置されている、請求項３に記載の重ね合わせ測定マーク。
5. 前記第３マークは、前記レジストパターンがラインパターンであり、該ラインパターンが前記第１マークの内側において方形の各辺に沿って配置されている、請求項３又は４に記載の重ね合わせ測定マーク。
6. 前記第１マークは、前記第１ホールの開口パターンがラインパターンであり、該ラインパターンが方形の各辺に沿って配置され、
   前記第２マークは、前記第２ホールの開口パターンが集合配置されたライン状ドットパターンからなり、該ライン状ドットパターンが前記第１マークの内側において方形の各辺に沿って配置され、
   前記第３マークは、前記レジストパターンがラインパターンであり、該ラインパターンが前記第２マークの内側において方形の各辺に沿って配置されている、請求項１又は２に記載の重ね合わせ測定マーク。
7. 前記第１マークは、前記第１ホールの開口パターンがラインパターンであり、該ラインパターンが第１の方形及び第２の方形の各辺に沿ってそれぞれ配置された第１基準マーク及び第２基準マークを含み、
   前記第２マークは、前記第２ホールの開口パターンが集合配置されたライン状ドットパターンからなり、該ライン状ドットパターンが前記第１基準マークの内側において方形の各辺に沿って配置され、
   前記第３マークは、前記レジストパターンがラインパターンであり、該ラインパターンが前記第２基準マークの内側において方形の各辺に沿って配置されている、請求項１又は２に記載の重ね合わせ測定マーク。
8. 前記導電膜は、重ね合わせ測定に使用される測定光を透過しない、請求項１から７のいずれか一項に記載の重ね合わせ測定マーク。
9. 前記導電膜はアルミ配線材料からなる、請求項８に記載の重ね合わせ測定マーク。
10. 層間絶縁膜上に第１レジスト膜を形成する工程と、
    前記第１レジスト膜をリソグラフィ技術によりパターニングして、素子形成領域にプラグ用ホールを形成するためのプラグ用ホールパターンと、周辺領域に重ね合わせ測定に利用する第１ホールを形成するための第１ホールパターンと、前記プラグ用ホールの開口サイズと同程度で且つ前記第１ホールより小さい開口サイズを有する第２ホールを前記周辺領域に形成するための第２ホールパターンとを有する第１レジストマスクを形成する工程と、
    前記第１ホールパターンの収差による位置ズレ量と前記第２ホールパターンの収差による位置ズレ量との間の位置ズレ量差を測定する工程と、
    前記第１レジストマスクを用いたエッチングを行って、前記層間絶縁膜に前記プラグ用ホールと前記第１ホールと前記第２ホールを形成する工程と、
    前記プラグ用ホールと前記第２ホールを充填し、前記第１ホールを充填しないように第１導電膜を形成する工程と、
    前記プラグ用ホールと前記第１ホールと前記第２ホールの外の前記第１導電膜を除去する工程と、
    前記層間絶縁膜上に、前記第１ホールが充填されず窪みが残るように第２導電膜を形成する工程と、
    前記第２導電膜上に第２レジスト膜を形成する工程と、
    前記第２レジスト膜をリソグラフィ技術によりパターニングして、前記素子形成領域に配線を形成するための配線パターンと、前記周辺領域に形成されたレジストマークとを有する第２レジストマスクを形成する工程と、
    前記第１ホール内の窪みによる段差と前記レジストマークの側壁による段差を利用して重ね合わせ測定を行って、前記プラグ用ホールパターンと前記配線パターンとの第１の重ね合わせ測定結果を得る工程と、
    前記第１の重ね合わせ測定結果を前記位置ズレ量差により補正する工程と、
    前記第２レジストマスクを用いたエッチングを行って前記第２導電膜からなる配線を形成する工程を有するパターンの形成方法。
11. 前記配線形成のためのエッチングを行った後、前記第１導電膜が充填された前記第２ホールの開口パターンと前記レジストマークを用いて重ね合わせ測定を行って、前記プラグ用ホールパターンと前記配線パターンとの第２の重ね合わせ測定結果を得る工程を有する、請求項１０に記載のパターンの形成方法。

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