JP2011203325A

JP2011203325A - 合わせずれ検査マーク

Info

Publication number: JP2011203325A
Application number: JP2010068172A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sato; 藤隆佐; Maho Takakuwa; 桑真歩高
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-03-24
Filing date: 2010-03-24
Publication date: 2011-10-13

Abstract

【課題】観察可能な合わせずれ検査マークをデバイスパターンのデザインルールに従った微細なパターンから構成する。
【解決手段】デバイスパターンのデザインルールに従った第１の長さの幅Ｗ１を有する第１のパターンＰ１１を第１の間隔Ｄ１で第１の方向Ｘへ複数配置して構成される第１のパターングループＰＧ１１を第１のピッチＰＴ１で前記第１の方向Ｘへ複数配置して構成された第２のパターングループＰＧ２４を備え、前記第１のピッチＰＴは、合わせずれ検査装置の分解能に適合した距離であることを特徴とする合わせずれ検査マークが提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は合わせずれ検査マークに関する。

半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、連続して投影されるデバイスパターンが相互に正確な位置に投影されるようにするため、合わせずれ検査マークが使用される。半導体装置の生産効率を高めるなどの理由で、合わせずれ検査マークはデバイスパターンとともに形成することが望ましいことから、元々のマーク幅がデバイスパターンの幅よりも広くても、デバイスパターンの寸法程度の大きさに分割して使用することが提案されている（例えば特許文献１および２）。

しかしながら、デバイスパターンのさらなる微細化に伴って、より微細なパターンへの分割が進むと、合わせずれ検査装置の光学顕微鏡で合わせずれ検査マークを観察できないという問題が発生した。

特開平０９−１０２４５７号公報特開２００２−０６４０５５号公報

本発明は、デバイスパターンのデザインルールに従った微細なパターンから構成された、観察可能な合わせずれ検査マークを提供する。

本発明の第１の態様によれば、
デバイスパターンのデザインルールに従った第１の長さの幅を有する第１のパターンを第１の間隔で第１の方向へ複数配置して構成される第１のパターングループを第１のピッチで前記第１の方向へ複数配置して構成された第２のパターングループを備え、前記第１のピッチは、合わせずれ検査装置の分解能に適合した距離であることを特徴とする合わせずれ検査マークが提供される。

本発明によれば、デバイスパターンのデザインルールに従った微細なパターンから構成された、観察可能な合わせずれ検査マークが提供される。

本発明の第１の実施の形態に係る合わせずれ検査マークの概略構成を示す図。図１に示す合わせずれ検査マークからの±１次光の経路を示す図。図１に示す合わせずれ検査マークの第２実施例を示す図。本発明の第２の実施の形態に係る合わせずれ検査マークの概略構成を示す図。

本発明の検討により、背景技術で記載の問題の主な原因として以下の事項を見出した。

（ｉ）検査マークの形状が幅方向のみならず、厚さ方向にもシュリンクし、このため、マーク部分とそれ以外の下地の部分との光学位相差が減少し、回折格子パターンにしても回折光の強度が弱く、マーク部分と下地の部分との明暗差が小さい。

（ｉｉ）本来のマークをデバイスパターンのためのデザインルール（ＤｅｓｉｇｎＲｕｌｅ）のレベルで分割しているので、光学顕微鏡の対物レンズには０次光以外の光、例えば±１次光が入ってこない（図２の符号ＲＬ１２０，ＲＬ１３０参照）。このため、パターンエッジを認識することができない。

以下、本発明の実施の形態のいくつかについて、図面を参照しながら詳細に説明する。図面において、同一の部分には同一の番号を付し、重複説明は必要な場合に限り行う。

（１）第の実施の形態
本発明の第１の実施の形態について図１乃至図３を参照して説明する。本実施形態の合わせずれ検査マークの特徴は、入れ籠のような階層構造を有するように、デバイスパターンのデザインルールに準拠した微細パターンで構成されたライン・アンド・スペース（以下、単に「Ｌ／Ｓ」という）のパターングループを備える点にある。

図１は、本実施形態の合わせずれ検査マークの概略構成を示す平面図である。図１の紙面上側に示すように、パターングループＰＧ２１〜ＰＧ２ｋ（ｋは２以上の自然数）でなるＬ／ＳのパターングループＰＧ３で合わせずれ検査マークが構成される。パターングループＰＧ２１〜ＰＧ２ｋは、それぞれＷ３の幅を有し、間隔Ｄ３でＸ方向に配置される。

パターングループＰＧ２１〜ＰＧ２ｋの一つ、例えばＰＧ２４を図１の紙面下方に拡大して示す。パターングループＰＧ２４は、Ｌ／ＳのパターングループＰＧ１１〜ＰＧ１ｊ（ｊは２以上の自然数）で構成される。パターングループＰＧ１１〜ＰＧ１ｊは、それぞれＷ２の幅を有し、互いに間隔Ｄ２で、ピッチＰＴ１でＸ方向に反復配置される。

そして、パターングループ１１〜ＰＧ１ｊのそれぞれは、Ｌ／ＳのパターンＰ１１〜Ｐ１ｉ（ｉは２以上の自然数）で構成される。パターンＰ１１〜Ｐ１ｉは互いに間隔Ｄ１でＸ方向に反復配置されるが、個々のパターンの幅Ｗ１は、デバイスパターンのデザインルールに準拠している。このため、検査マークのためにデバイスパターンと大きく異なる幅のパターンを形成する必要が無いので、半導体装置の製造における加工精度が低下することもない。

一般に、光学系のＬ／Ｓについての解像限界寸法ＬＳは、

で表される。ここで、λは観察光学系に用いる照明光源の波長であり、ＮＡは観察光学系の開口数である。

ｋは、リソグラフィ上の条件が全て満たされた場合に限界値０．２５をとり、Ｒａｙｌｅｉｇｈ基準では点像に関して０．６１として表すことができるので、ｋが０．５付近であるとしても大きく外れるわけではない。従って、パターン例を考える際にｋが０．５であるとする。

開口数ＮＡが０．５、照明波長λが５００ｎｍであるとすると、式（１）からＬＳ寸法は５００ｎｍ（ピッチは１μｍ）となる。即ちピッチが１μｍのパターンは解像限界内であるので、パターンエッジの観察が可能となる。

本実施形態の一実施例では、図１のマークについて、Ｗ１＝Ｄ１＝４３ｎｍ、ｉ＝７で、Ｗ２（Ｗ１×７＋Ｄ１×６）＝Ｄ２＝５５９ｎｍで、ＰＴ１＝１，１１８ｎｍであり、パターンエッジＰＥは十分に観察可能である。本実施形態において、Ｗ１は例えば第１の長さに対応し、Ｄ１は例えば第１の間隔に対応し、ＰＴ１は例えば第１のピッチに対応し、Ｘ方向は例えば第１の方向に対応する。

パターンのピッチが解像限界内にある場合、図２に示すように、ビームスプリッタＢＳを経由して入射した照明光ＩＬの反射光のうち、０次光ＲＬ１０以外の＋１次光ＲＬ２０および−１次光ＲＬ３０の双方が検査装置の対物レンズＯＬに入射する。これにより、受光素子ＬＳＥを介して生成される光顕画像でパターンエッジを観察できる。図２の符号ＲＬ１２０，ＲＬ１３０で示す一点鎖線はそれぞれ、従来の合わせずれ検査マークからの＋１次光および−１次光の例である。基板Ｓ上の合わせずれ検査マークのパターンピッチをｐ、１次の反射回折光の回折角をθとすると、パターンピッチｐと回折角θの間には、
ｓｉｎθ∝１／ｐ式（２）
の関係があり、ピッチｐが小さくなると回折角θが大きくなる。デバイスパターンと同一幅のパターンを、デバイスパターンと同一の間隔で単に反復配置して短冊状の合わせずれ検査マークを形成すると、１００ｎｍ程度のデザインルールの世代では、高精度の検査装置を用いればエッジを観察することができた。しかしながら、近年ではデザインルールが５０ｎｍを下回っているため、回折角θ、図２の例ではθ_１００が大きいので、±１次の回折光が対物レンズＯＬの入射瞳に入って来なくなる。

これに対して、本実施形態では階層構造のパターングループを用いて合わせずれ検査マークを形成するので、パターングループ１１〜ＰＧ１ｊのエッジＰＥ間の距離が十分にとれて回折角θ_１０が小さくなり、＋１次光ＲＬ２０および−１次光ＲＬ３０の双方が検査装置の対物レンズＯＬに入射する。これにより、既存の合わせずれ検査装置を用いて合わせずれ検査マークの認識が可能になる。その結果、検査精度が向上する。

図３は、上述の実施形態を二次元格子に適用した第２の実施例である。Ｗ４の長さとＷ３の幅を有するパターングループＰＧ２１１〜ＰＧ２１ｍ（ｍは２以上の自然数）が間隔Ｄ３でＸ方向に配置され、同様のパターングループがＹ方向にも間隔Ｄ４で反復して形成されることにより、パターングループＰＧ２１１〜ＰＧ２ｌｍでなる合わせずれ検査マークが構成される。各パターングループの具体的構成は図１に示す構成と同様である。本例において、Ｙ方向は例えば第２の方向に対応する。

図４は、本発明の第２の実施の形態に係る合わせずれ検査マークの概略構成を示す。図４の検査マークは、全体として矩形状をなすように、対のパターングループをＸ方向およびＹ方向で互いに対向するように配置したものである。すなわち、パターングループＰＧ２１，ＰＧ２２をＸ方向に間隔Ｄ５だけ離隔して領域ＲＧを間に挟むように対向して配置し、パターングループＰＧ５１，ＰＧ５２をＹ方向に間隔Ｄ５だけ離隔して領域ＲＧを間に挟むように対向して配置したものである。そして、パターングループＰＧ５１，ＰＧ５２についても上述した第１の実施の形態と同様に、入れ籠式の階層構造になっている。例えばパターングループＰＧ５１を取り挙げると、図４の紙面下方のパターングループＰＧ４１〜ＰＧ４ｑ（ｑは２以上の自然数）に示すように、幅Ｗ２のパターングループがピッチＰＴ２でＹ方向に反復形成されている。パターングループＰＧ４１〜ＰＧ４ｑのそれぞれは、デバイスパターンのデザインルールに準拠した微細パターンＰ２１〜Ｐ２ｐ（ｐは２以上の自然数）で構成される。本実施形態において、パターングループＰＧ２１，ＰＧ２２は例えば第２のパターングループに対応し、パターングループＰＧ５１，ＰＧ５２は例えば第３のパターングループに対応する。また、間隔Ｄ５は例えば第２の間隔に対応する。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記形態に限るものではなく、その技術的範囲内で種々変形して適用できることは勿論である。例えば、上述の第２の実施の形態では、パターングループＰＧ２１，ＰＧ２２が２つで一対をなすようにＸ方向に対向配置され、パターングループＰＧ５１，ＰＧ５２が２つで一対をなすようにＹ方向に対向配置される形態について説明したが、これに限ることなく、観察精度を向上させるために、例えば図４においてパターングループＰＧ２１を間隔Ｗ３でＸ方向外側に複数反復配置し、パターングループＰＧ２２を間隔Ｗ３でＸ方向外側に複数反復配置してもよい。この場合はパターングループＰＧ５１，ＰＧ５２についても同様に、それぞれ同じ数だけＹ方向の外側に間隔Ｗ３で反復配置される。また、上述した実施形態では、パターンＰ１１〜Ｐ１ｉが凸パターンである例を取り上げて説明したが、これに限ることなく、凹パターンについても勿論適用可能である。なお、上述した実施形態ではいずれも単一の合わせずれ検査マークについて説明したが、実際には基板上でデバイスパターンが形成される層のそれぞれに形成される。

Ｄ１〜Ｄ５：間隔
Ｐ１１〜Ｐ１ｉ，Ｐ２１〜Ｐ２ｐ：パターン
ＰＧ１１〜ＰＧ１ｊ，ＰＧ２１〜ＰＧ２ｋ，ＰＧ２１１〜ＰＧ２１ｍ，ＰＧ２２１〜ＰＧ２２ｍ，ＰＧ２ｌ１〜ＰＧ２ｌｍ，ＰＧ５１，ＰＧ５２，ＰＧ３，：パターングループ
ＲＧ：領域
Ｗ１〜Ｗ３：幅

Claims

デバイスパターンのデザインルールに従った第１の長さの幅を有する第１のパターンを第１の間隔で第１の方向へ複数配置して構成される第１のパターングループを第１のピッチで前記第１の方向へ複数配置して構成された第２のパターングループを備え、
前記第１のピッチは、合わせずれ検査装置の分解能に適合した距離であることを特徴とする合わせずれ検査マーク。
前記第２のパターングループは、前記第１の方向に直交する第２の方向にさらに複数配置されることを特徴とする請求項１に記載の合わせずれ検査マーク。
２つの前記第２のパターングループが第２の間隔で前記第１の方向へ配置されることを特徴とする請求項１に記載の合わせずれ検査マーク。
前記第１の長さの幅を有する第２のパターンが前記第２の間隔で前記第１の方向に直交する第２の方向へ配置される２つの第３のパターングループをさらに備え、
前記２つの第３のパターングループは、前記２つの第２のパターングループが間に挟む領域を前記第２の方向で間に挟むように対向して配置されることを特徴とする請求項３に記載の合わせずれ検査マーク。