JP2513540Y2 - アライメント測定装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、例えば、半導体装置の製造に使用されるア
ライメント測定装置に係り、詳しくはウェーハ上のパタ
ーンとマスクパターンあるいはマスクパターン同士の位
置合わせ（以下、アライメントという）を測定するアラ
イメント測定装置に関する。

［従来の技術］ 一般に、LSI等の半導体装置はフォトマスクを交換し
ながら数回のフォトリソグラフィ工程を繰り返して製造
される。このとき、各フォトマスクをシリコン基板に転
写、加工された基準パターン（通常は第１番目のフォト
マスクのパターン）に位置合わせしながら重ね合わせて
露光する。位置合わせマークのパターンは種々あるが、
精度が高く、かつ、判読しやすいパターンが用いられ
る。

ウェーハ上のパターンとマスクパターンを位置合わせ
する方法は、どの露光方式でも基本的には同じである。
例えば、密着露光では、ウェーハをマスクから数十μｍ
離し、それにより焦点深度の深い顕微鏡で両者のパター
ンを観察しながらステージを動かして位置合わせする。
この操作は離れた２ヵ所について同時に行ない、ウェー
ハマスク間のX,Y方向と回転のずれを補正する。そし
て、素子パターンとは別の合わせ専用パターン（合わせ
マーク）を設けることが一般的である。例えば、第５図
に示すように、ウェーハ（あるいは１層目のパターン）
上に前工程で正方形の合わせマークパターンＡを形成し
ておき、マスク（あるいは２層目のパターン）にはそれ
より少し小さい正方形の合わせマスクパターンＢをつけ
ておく。両マークが中心に重なるようにウェーハを動か
して位置合わせをし、位置ずれと回転ずれを両マークの
位置関係から判別する。実際には、ウェーハ（１層目パ
ターン）とマスク（２層目パターン）上の各チップごと
にマークをつけておき、両端近くの任意の２チップのマ
ークを使って位置合わせをする。位置合わせ誤差は、最
小パターン寸法の1/3〜1/4以下に抑える必要がある。例
えば、第５図に示すアライメント測定パターンを用いて
アライメント精度測定する場合、１層目パターンＡと２
層目パターンＢとの上下Ｙ軸方向の差を（ａ），
（ｂ）、左右Ｘ軸方向の差を（ｃ），（ｄ）とすると、
Ｙ軸方向のずれは（（ｂ）−（ａ））/2で示され、Ｘ軸
方向のずれは（（ｃ）−（ｄ））/2で示される。そし
て、かかるＹ軸方向およびＸ軸方向のずれを顕微鏡を用
いて眼で見て測定することとなる。

また、第５図に示した正方形のマスクパターンA,Bに
代えて１層目と２層目のパターンに第６図に示すような
形状のバーニアC,Dを設け、このバーニアC,Dによって１
層目と２層目のアライメント測定するものもある。

［考案が解決しようとする課題］ しかしながら、このような従来のアライメント測定装
置にあっては、１層目のパターンより少し小さい正方形
の合わせパターンを２層目に設けてアライメント測定を
行なうものではＹ軸方向のずれおよびＸ軸方向のずれを
人が眼で見て測定する方法であるため、そのずれを見極
めるのに時間がかかり効率的ではない。特に、各層毎に
複数の位置合わせパターンがある場合には正方形パター
ン同士のずれがどの程度のものか一見して判別できない
ためアライメントずれの測定に多大の時間を要してしま
うのが現状である。

また、第６図に示したような１層目パターンと２層目
パターンにバーニアを設けるものではアライメントずれ
量は比較的容易にかつ精度よく測定することができるも
のの、このバーニアがかなりの面積をとってしまうとい
う欠点があった。すなわち、かかるバーニアはそれ自体
がかなりの面積を必要とする上に、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向
の一方向のアライメントずれしか測定できないため、Ｘ
軸・Ｙ軸両方向のずれを測定するためには少なくとも一
対のバーニアが必要となる。しかも、実際にはアライメ
ントがずれる方向は決まっていないことから、１つのパ
ネルの中にかなり多くのバーニアを設ける必要があり、
このバーニアを用いる方法は非常に面積をとるといった
不具合があった。

本考案の目的は、少ない面積でアライメントずれを容
易にかつ精度よく測定することのできるアライメント測
定装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本考案によるアライメント測定装置は上記目的達成の
ため、各層のマスクにパターンを形成し、該パターンに
よりマスク間のアライメントずれを測定するアライメン
ト測定装置において、第１層マスクに各層マスクに対応
するアライメント測定パターンを設け、該アライメント
測定パターンは、矩形の外周部とその同心上に内包され
る矩形の内周部とからなるパターンが複数個並べて形成
されたものであって、該パターンの外周部はそれぞれ同
一の大きさに形成されるとともに、前記内周部は同一の
大きさに形成された該私有部よりアライメント精度に対
応する所定の大きさだけ各パターン毎に規則性をもって
小さく形成されるように構成されている。

［作用］ 上記した手段によれば、アライメント測定パターンは
複数のパターンからなり、外周部が同一寸法で、内周部
がアライメント精度に対応する寸法だけ小さい複数の矩
形であるアライメントパターン形状で形成され、内周部
が外周部より各パターン毎に所定の大きさだけ規則性を
もって小さく形成されている。

従って、アライメントに際し、露光によるアライメン
トパターンは複数のパターンの内周部のいずれかの辺一
致することになり、一致したときのパターンがどれであ
ったかを見ればどの程度のずれがあったのか一見して調
べることが可能になる。

［実施例］ 以下、本考案を図面に基づいて説明する。

第１図〜第４図は本考案に係るアライメント測定装置
の一実施例を示す図であり、本実施例は４層マスクのア
ライメントを測定する例に適用したものである。

第１層から第４層のアライメント測定をする場合、第
１図に示すように第１層マスクの所定の数箇所に各層マ
スクに対応するアライメント測定パターン10を設ける。
このアライメント測定パターン10は、非アライメントパ
ターンとして正方形の外周部11a〜11dとその同心上に内
包される正方形の内周部12a〜12dとからなるパターン10
a〜10dを複数個（本実施例では４個）並べて形成された
ものである。４個のパターン10a〜10dの外周部11a〜11d
はそれぞれ同一の大きさに形成され、各々の外周部11a
〜11d内に設けられる内周部12a〜12dはそれぞれ同一の
大きさに形成された外周部11a〜11dよりアライメント精
度に対する所定の大きさだけ各パターン10a〜10d毎に規
則性をもって少しずつ（例えば、0.2μｍずつ）小さく
形成されている。すなわち、パターン10a〜10dは、外周
部11a〜11dが同一寸法の正方形で内周部12a〜12dがアラ
イメント精度に対応する寸法だけ離れている同心上の正
方形であるアライメントパターン形状となっており、内
周部12a〜12dは外周部11a〜11dに対してそれぞれ規則性
をもって次第に小さい正方形となるように形成されてい
る。

以上の構成において、先ず、第１図に示すように１層
目に全層についての合わせパターン10a〜10dを露光して
おく。具体的には、正方形の合わせパターン10a〜10dの
外周部11a〜11d内に、一辺が外周部11a〜11dの正方形よ
り0.4〜1.6μｍ程度小さい正方形の内周部12a〜12dを露
光しておく。

次に、１層目に対し２層目をアライメントすると、第
２図破線に示すような正方形アライメントパターン13が
露光される。このとき、合わせがずれていると、合わせ
パターン10a〜10d上に露光された正方形アライメントパ
ターン13の四辺のいずれかの一辺はパターン10a〜10dの
内周部12a〜12d上のいずれかの四辺と一致することにな
る。これは、現在の半導体装置の製造技術において、そ
のアライメントのずれは2.0μｍ以下であり、実際には
0.2μｍずつずらして、0.2μｍ〜0.8μｍの範囲で内周
部12a〜12dを設定しておけば、ほとんどの場合、露光さ
れた正方形アライメントパターン13の四辺のいずれかの
一辺はパターン10a〜10dの内周部12a〜12d上のいずれか
の四辺と一致することになる。例えば、第２図では露光
による正方形アライメントパターン13は、アライメント
精度に対する差が0.4μｍある合わせパターン10bと同じ
く0.8μｍある合わせパターン10dに一致している。この
ことからＹ軸方向およびＸ軸方向のずれは共に（0.8μ
ｍ−0.4μｍ）/2＝0.2μｍであると判別する。

また、１層目に対し３層目をアライメントし、第３図
破線に示すような正方形アライメントパターン14が露光
されたときは、合わせパターン10a〜10dのうち正方形ア
ライメントパターン14のＹ軸方向が外周部と内周部との
差が0.2μｍある合わせ10aの内周部12aと一致し、正方
形アライメントパターン14のＸ軸方向が外周部と内周部
との差が0.8μｍある合わせパターン10dの内周部12dと
一致していることがわかる。このことから、Ｙ軸方向と
Ｘ軸方向のずれは共に（0.8μｍ−0.2μｍ）/2＝0.3μ
ｍであることがわかる。

このように、パターン10a〜10dの内周部12a〜12dが0.
2μm,0.4μm,0.6μ,0.8μｍと規則的に異なる大きさの
正方形で形成されているので、露光したアライメントパ
ターン13,14がパターン10a〜10dに対してどれだけずれ
ているかということが一見して容易に判別でき、面内の
ずれを簡単に測定することができる。この場合、予め大
きい型に合うようにマスクを設計しておけばアライメン
トパターン13,14がずれたときいずれかの合わせパター
ン10a〜10dの一辺に一致することになる。本実施例によ
うに、差を0.2μｍ単位にすると、合わせパターン10a〜
10dが例えば５個あると１μｍとなり、かかる個数で十
分にその箇所のアライメントを測定することができる。
従って、本実施例のアライメント測定パターン10は従来
例の第６図に示したバーニア形式のものに比べ格段に面
積が小さいものとなることから面内の各場所に設けるこ
とが可能になる。

第４図は上記アライメント測定パターン10の７″（イ
ンチ）×８″（インチ）のマスク21への配置例を示す図
である。この図に示すように、マスク21の中心から左右
15mm以上のマスクの左右対称位置（例えば、図中〜
位置）に第１図に示すアライメント測定パターン10を入
れるようにすると、露光が終了してからアライメント測
定するのではなく、露光しながらステッパのモニタ画面
上でもずれを確認することができ、便利である。

なお、本実施例ではアライメント測定用パターンとし
て正方形のものを同心上に２つ形成するようにした例で
あるが、これに限定されず、パターンが矩形であれば何
でもよく例えば長方形のものであってもよい。また、ア
ライメント測定用パターンは外周部と内周部を同心上に
２つ形成しているが、２つ以上例えば３つ形成してもよ
いことは勿論である。

また、本実施例は４層のマスクのアライメント測定に
適用した例であるが、４層に限らないことはいうまでも
なく、また、アライメントを行なうものであればマスク
同士だけではなくウェーハとマスクとのアライメントに
も適用できることは勿論である。

［考案の効果］ 本考案によれば、アライメント測定パターンを所定の
パターンを複数個並べて形成するとともに、パターンの
内周部を同一の大きさに形成された外周部よりアライメ
ント精度に対する所定の大きさだけ各パターン毎に規則
性をもって小さく形成するようにしているので、少ない
面積でありながら、顕微鏡を見るだけで精度よいアライ
メント測定ができ、露光中の測定も可能にすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本考案に係るアライメント測定装置の
一実施例を示す図であり、第１図はアライメント測定パ
ターンを示す図、第２図および第３図はアライメント測
定方法を説明するための図、第４図はアライメント測定
パターンのマスクへの配置例を示す図、第５図は従来の
合わせマークパターンを示す図、第６図は従来のアライ
メント測定のためのバーニアを示す図である。 10……アライメント測定パターン、10a〜10d……パター
ン、11a〜11d……パターンの外周部、12a〜12d……パタ
ーンの内周部、13,14……正方形アライメントパター
ン、21……マスク。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】各層のマスクにパターンを形成し、該パタ
   ーンによりマスク間のアライメントずれを測定するアラ
   イメント測定装置において、 第１層マスクに各層マスクに対応するアライメント測定
   パターンを設け、 該アライメント測定パターンは、矩形の外周部とその同
   心上に内包される矩形の内周部とからなるパターンが複
   数個並べて形成されたものであって、該パターンの外周
   部はそれぞれ同一の大きさに形成されるとともに、前記
   内周部は同一の大きさに形成された外周部よりアライメ
   ント精度に対応する所定の大きさだけ各パターン毎に規
   則性をもって小さく形成されていることを特徴とするア
   ライメント測定装置。