JP3841697B2 - 重ね合わせ精度測定方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造工程で行われるフォトリソグラフィー工程でのマスクの重ね合わせ精度を測定するための重ね合わせ精度測定パターン及びその重ね合わせ精度測定パターンを用いた重ね合わせ精度測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程において、フォトリソグラフィー工程におけるマスクの重ね合わせ精度測定は微細化によってますます重要な位置を占めるようになりつつある。従来の重ね合わせ精度の測定は、通常、下地に形成された重ね合わせ精度測定用パターンに対してレジストパターンを焼き付けて、それぞれの位置を光学的位置測定器によって測定し、そのずれ量を計算により導き出している（例えば特開平９−１６７７３０号公報参照）。従来技術の一例として、重ね合わせ精度測定に一般に広く用いられているボックスマークによる測定方法を以下に記述する。
【０００３】
図４は従来のボックスマークの一例を表す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ'位置での断面図、（Ｃ）はその測定領域を破線で示した平面図である。
基板１１に正方形の凹部からなる測定用下地ボックス１３が形成されており、その測定用下地ボックス１３を覆って、基板１１上にシリコン酸化膜などからなる下地膜１５が形成されている。下地ボックス１３内部の下地膜１５上には下地ボックス１３の一辺より短い辺をもつ正方形からなるレジストパターン（測定用上層ボックス）１７が形成されている。このように、ボックスマークは内側と外側のマークからなり、複数のボックスマークが形成されており、各ボックスでの正方形の一辺の長さは、内側のレジストパターン１７が１０〜４０μｍ（マイクロメートル）程度、外側の下地ボックス１３が２０〜５０μｍ程度である。
【０００４】
重ね合わせ精度測定では、まず、下地ボックス１３及びレジストパターン１７のエッジ（辺）の位置を光学式位置測定器（重ね合わせ検査装置）によって測定する（（Ｃ）参照）。下地ボックス１３及びレジストパターン１７の各エッジを含む矩形領域１９を走査して画像として取り込み、その画像をピクセル毎に信号処理することによってエッジの位置を検出する。
この処理を下地ボックス１３及びレジストパターン１７の各エッジについて８ヶ所の矩形領域１９で行い、下地ボックス１３及びレジストパターン１７の各エッジの位置を求める。その結果から下地ボックス１３及びレジストパターン１７の中心位置をそれぞれ算出し、両中心位置を比較することによって、下地ボックス１３とレジストパターン１７のズレ量を計算する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のプロセスルール、一般的にはハーフミクロンレベルでは問題とならなかった従来の重ね合わせ精度測定方法も、プロセスルールが微細化となるにつれて様々な問題が発生している。
【０００６】
下地ボックス１３と上層ボックス７のズレ量を計算するためには最低８回のエッジ位置測定を行なう必要があるので、測定時間が長くかかるという問題があった。また、図５（Ａ）に示すように、下地ボックス１３ａが形成される下地基板上にメタルパターンが形成されている場合など、下地ボックス１３ａの各エッジ上の下地膜１５の厚みが不均一に形成されることがある。その結果、画像として取り込まれた下地ボックス１３ａの対向するエッジにおいてそれぞれのエッジの幅を表すピクセル数が異なることがあり、下地ボックス１３ａの中心位置の算出精度が低下する虞れがある。
【０００７】
さらに、図５（Ｂ）に示すように、光軸２１が上層ボックス７の側壁に対して平行でない場合、下地膜１５に影が生じる。その結果、光学式位置測定器は、その影も画像に取り込んでしまい、その影を上層ボックス７のエッジとして認識してしまうことがある。このように、一般的に用いられている重ね合わせ検査装置では、光軸のズレに起因するＴＩＳ（装置起因によるズレ）が発生することがある。下地ボックス１３のエッジと上層ボックス７のエッジの両方に焦点を合わせようとするため、画像のコントラストが取り難く、測定の再現性が低いという問題があり、また、ひどい場合には測定ができないことがあった。
【０００８】
また、十分広い面積をもつレジストパターン（一般的には、一辺が１０μｍ以上の矩形パターン）では、熱処理によってレジストが収縮し、レジストパターンが変形することが知られている。そのため、より微細化を求める場合には重ね合わせ精度の測定に影響を与えるという問題があった。
【０００９】
これらの問題に対処するため、本発明者は先に特開平１１−１２６７４６号公報において重ね合わせ精度測定パターン及び重ね合わせ精度測定方法を提案している。この方法では、基板上に形成した正方形の測定用下地パターンと、下地パターンが形成された基板上にレジストにて形成される測定用上層パターンからなる重ね合わせ精度測定パターンであって、上層パターンと下層パターンは、形状が同一であり、それぞれの中心の位置が等しく、互いに４５度回転した方位に配置されているパターンを用いる。
この重ね合わせ精度測定パターンを用いて、特開平１１−１２６７４６号公報に記載されている方法で測定することにより、重ね合わせ精度を正確に、かつ再現性良く測定することができる。
【００１０】
そこで本発明は、特開平１１−１２６７４６号公報に記載されている重ね合わせ精度測定パターンとは異なるパターンを用いて、フォトフォトリソグラフィー工程におけるマスクの重ね合わせ精度を正確に、かつ再現性良く測定することができる重ね合わせ精度測定パターン及びその重ね合わせ精度測定パターンを用いた重ね合わせ精度測定方法を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の重ね合わせ精度測定方法で用いる精度測定パターンは、基板上に形成される測定用下地パターンと、上記下地パターンが形成された上記基板上にレジストにて形成される上層パターンからなる重ね合わせ精度測定パターンであって、上記上層パターンと上記下地パターンは同じ形状の枠状の矩形からなり、それぞれの中心の位置が等しく、互いに４５°回転した方位に配置されているものである。
本明細書において、枠状の矩形の上層パターン及び下地パターンについて、内周辺とは内側の辺を意味し、外周辺とは外側の辺を意味する。また、同じ形状とは合同又は相似の関係にあるものをいう。
【００１２】
本発明にかかる重ね合わせ精度測定方法は、上記重ね合せ精度測定パターンを用い、上記基板の上面から見て、一方のパターンの内側の領域に他方のパターンの辺が位置する４角領域において、一方のパターンの内周辺内の領域における他方のパターンの内周辺の長さの組、前記内周辺内の領域における前記他方のパターンの外周辺の長さの組、前記一方のパターンの外周辺内の領域における前記内周辺の長さの組、及び前記外周辺内の領域における前記外周辺の長さの組のうち少なくとも２組を測定し、Ｘ軸方向で対向する上記辺の長さの差から、上記上層パターンの上記下地パターンに対するＸ軸方向のズレ量を算出し、Ｙ軸方向で対向する上記辺の長さの差から、上記上層パターンの上記下地パターンに対するＹ軸方向のズレ量を算出するものである。
【００１３】
本明細書において、Ｘ軸方向とは、矩形の重ね合わせ精度測定パターンである下地パターン又は上層パターンのいずれか一方のパターンにおいて対向するいずれか４辺に対して水平面内で直交する方向を意味する。また、Ｙ軸方向とは、下地パターン又は上層パターンのいずれか一方のパターンにおいてＸ軸方向と直交する対向する４辺とは異なる対向する４辺に対して水平面内で直交する方向、すなわちＸ軸方向と水平面内で直交する方向を意味する。
【００１４】
また、一方のパターンの内側の領域とは、一方のパターンの内周辺内の領域又は外周辺内の領域をいう。
本発明の重ね合わせ精度測定方法で用いる上記重ね合わせ精度測定パターンを構成する下地パターン及び上層パターンは、そこが残された凸状のパターンであってもよいし、そこが除去された凹状のパターン又は開口パターンであってもよい。
【００１５】
光学系の測定装置を用いて、一方のパターンの内側の領域に他方のパターンの辺が位置する４角領域を走査して画像として取り込む。その画像を信号処理によって濃淡のピクセルに分解して各辺の測定値を得る。それらの測定値から上層パターンの中心と下地パターンの中心のズレ量を算出する。
【００１６】
測定する辺の組合せとしては、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれにおいて、一方のパターンの内周辺内の領域で対向する他方のパターンの内側の２辺の長さの組及び外側の２辺の長さの組、一方のパターンの外周辺内の領域で対向する他方のパターンの内側の２辺の長さの組及び外側の２辺の長さの組のうち少なくとも２組を挙げることができる。
【００１７】
本発明の重ね合わせ精度測定方法で用いる上記重ね合わせ精度測定パターンにおいて、上層パターンはレジストにて形成されるが、その形状は枠状の矩形に形成されているので、上層パターンの熱収縮に起因する変形を抑制することができる。これにより、本発明の重ね合わせ精度測定方法によれば、フォトリソグラフィー工程におけるマスクの重ね合わせ精度を正確に、かつ再現性良く測定することができる。
【００１８】
さらに、本発明の重ね合わせ精度測定方法で用いる上記重ね合わせ精度測定パターンでは、一方のパターンの内側の領域に他方のパターンの辺が位置する４角領域において、計測エッジを２つ（他方のパターンの外周辺の一部と内周辺の一部）とることができるので、重ね合わせ精度測定パターンが配置される検査エリアがウエハ上に占める面積を低減することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の重ね合わせ精度測定方法で用いる上記重ね合わせ精度測定パターンを構成する上記上層パターン及び上記下地パターンの形状の一例として、枠状の正方形を挙げることができる。これにより、ズレ量を算出するための計算式を簡単にすることができる。
【００２０】
また、上記上層パターン及び上記下地パターンは同じ寸法、すなわち合同であることが好ましい。その結果、上層パターン及び下地パターンの寸法が異なる場合に比べて、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれについて測定できるズレ量を大きくすることができる。
【００２１】
本発明の重ね合わせ精度測定方法の一例として、上記上層パターン及び上記下地パターンとしてそれらの形状が枠状の正方形からなるものを用い、Ｘ軸方向で対向する２角領域における上記内周辺の長さをそれぞれａ，ｂとし、上記外周辺の長さをそれぞれａ'，ｂ'とし、Ｙ軸方向で対向する２角領域における上記内周辺の長さをそれぞれｃ，ｄとし、上記外周辺の長さをそれぞれｃ'，ｄ'としたとき、以下の式からＸ軸方向のズレ量（Ｘreg）及びＹ軸方向のズレ量（Ｙreg）を算出する方法を挙げることができる。
Ｘreg１＝（ｂ−ａ）／４
Ｘreg２＝（ｂ'−ａ'）／４
Ｘreg ＝（Ｘreg１＋Ｘreg２）／２
Ｙreg１＝（ｄ−ｃ）／４
Ｙreg２＝（ｄ'−ｃ'）／４
Ｙreg ＝（Ｙreg１＋Ｙreg２）／２
【００２２】
この方法によれば、４角領域のそれぞれにおいて２つの測定値を得て、Ｘ軸方向及びＹ軸方向についてそれぞれ２つのズレ量を得てそれらの平均値によりズレ量を算出しているので、平均化効果による算出精度の向上、すなわち測定精度の向上を実現できる。
【００２３】
本発明の重ね合わせ精度測定方法の参考例として、上記上層パターン及び上記下地パターンとしてそれらの形状が枠状の正方形からなるものを用い、Ｘ軸方向で対向する２角領域における上記内周辺の長さ又は上記外周辺の長さのいずれか一方をそれぞれＡ，Ｂとし、Ｙ軸方向で対向する２角領域における上記内周辺の長さ又は上記外周辺の長さのいずれか一方をそれぞれＣ，Ｄとしたとき、以下の式からＸ軸方向のズレ量（Ｘreg）及びＹ軸方向のズレ量（Ｙreg）を算出する方法を挙げることができる。
Ｘreg＝（Ｂ−Ａ）／４
Ｙreg＝（Ｄ−Ｃ）／４
【００２４】
この例によれば、４ヶ所の辺の長さＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを測定することによりＸ軸方向及びＹ軸方向のズレ量が得られるので、測定にかかる時間を少なくすることができる。
【００２５】
【実施例】
図１は本発明の重ね合わせ精度測定方法で用いる重ね合わせ精度測定パターンの一例を示す上面図である。
重ね合わせ精度測定パターン１は、基板上に形成された測定用下地パターン３と、下地パターン３上に下地膜、例えばアルミ合金膜を介して形成された測定用上層パターン５から構成されている。下地パターン３を覆う下地膜としてのアルミ合金膜には下地パターン３に起因して段差が存在している。
【００２６】
下地パターン３は、基板上に形成された例えば幅が１μｍの凹パターンからなり、枠状の正方形に形成されている。下地パターン３の外径（外周辺）の寸法は１０μｍ×１０μｍ、内周辺の寸法は８μｍ×８μｍである。
【００２７】
上層パターン５は、下地パターン３上に下地膜を介してポジ型又はネガ型のレジストによって形成された凸パターンからなり、枠状の正方形に形成されている。上層パターン５の寸法は、下地パターン３と同じであり、例えば幅は１μｍ、外径（外周辺）の寸法は１０μｍ×１０μｍ、内周辺の寸法は８μｍ×８μｍである。上層パターン５は下地パターン３に対して水平面内で４５度回転され、かつその中心点が下地パターン３の中心点と一致するように配置されている。上層パターン５はレジストからなる凸パターンにより形成されるが、その形状が枠状の正方形に形成されているので、上層パターン５の形成時におけるレジストの熱収縮に起因する上層パターン５の変形を抑制することができる。
【００２８】
下地パターンは凸パターンでも凹パターンでもよく、例えば幅が０．５〜３μｍの枠状で、一辺の長さが５〜５０μｍの正方形を挙げることができる。
上層パターンも凸パターンでも凹パターンでもよく、例えば幅が０．５〜３μｍの枠状で、一辺の長さが５〜５０μｍの正方形を挙げることができる。
【００２９】
また、下地パターン及び上層パターンは同じ寸法であってもよいし、異なる寸法であってもよい。ただし、下地パターン及び上層パターンが異なる寸法の場合は、少なくとも大きい方のパターンの内周辺と小さい方のパターンの外周辺が交差する寸法関係でなければならない。ここで、ズレ量の測定範囲が最も広いのは、下地パターン及び上層パターンが同じ寸法の場合である。
【００３０】
図１を参照して、重ね合わせ精度測定方法の一実施例を説明する。
上層パターン５の４角領域において、上層パターン５の内周辺内の領域に位置し、Ｘ軸方向で対向する下地パターン３の外周辺の長さをそれぞれａ，ｂとし、内周辺の長さをそれぞれａ'，ｂ'とする。また、上層パターン５の内周辺内の領域に位置し、Ｙ軸方向で対向する下地パターン３の外周辺の長さをそれぞれｃ，ｄとし、内周辺の長さをそれぞれｃ'，ｄ'とする。
【００３１】
上層パターン５の中心点が下地パターン３の中心点に対して、Ｘが大きくなる方向（紙面右方向）にずれた場合、長さａ，ａ'が小さくなり、長さｂ，ｂ'が大きくなる。Ｘが小さくなる方向（紙面左方向）にずれた場合は、その反対、すなわち長さａ，ａ'が大きくなり、長さｂ，ｂ'が小さくなる。
【００３２】
また、上層パターン５の中心点が下地パターン３の中心点に対して、Ｙが大きくなる方向（紙面上方向）にずれた場合、長さｃ，ｃ'が小さくなり、長さｄ，ｄ'が大きくなる。Ｙが小さくなる方向（紙面下方向）にずれた場合は、その反対、すなわち長さｃ，ｃ'が大きくなり、長さｄ，ｄ'が小さくなる。
【００３３】
重ね合わせ精度を測定する際、図１に示した長さａ，ｂ，ｃ，ｄ及びａ'，ｂ'，ｃ'，ｄ'を測定する。測定方法は、光学系の測定装置を用いて、長さａ，ｂ，ｃ，ｄ及びａ'，ｂ'，ｃ'，ｄ'を含む８ヶ所の領域を走査して画像として取り込む。その画像を信号処理することによって濃淡のピクセルに分解し、長さａ，ｂ，ｃ，ｄ及びａ'，ｂ'，ｃ'，ｄ'を得る。ここでは下地パターン３を覆う下地膜としてアルミ合金膜を用いているので、アルミ合金膜に形成された下地パターン３に起因する段差パターンが測定される。この実施例では、その段差パターンの寸法を下地パターン３の寸法とする。
【００３４】
得られた各々の測定値ａ，ｂ，ｃ，ｄ及びａ'，ｂ'，ｃ'，ｄ'を用いてズレ量を算出する。算出方法は以下の式から求めることができる。
Ｘreg１＝（ｂ−ａ）／４ ・・・（１）
Ｘreg２＝（ｂ'−ａ'）／４ ・・・（２）
Ｘreg ＝（Ｘreg１＋Ｘreg２）／２ ・・・（３）
Ｙreg１＝（ｄ−ｃ）／４ ・・・（４）
Ｙreg２＝（ｄ'−ｃ'）／４ ・・・（５）
Ｙreg ＝（Ｙreg１＋Ｙreg２）／２ ・・・（６）
【００３５】
ここで、Ｘreg１は長さａ，ｂに基づくＸ軸方向のズレ量、Ｘreg２は長さａ'，ｂ'に基づくＸ軸方向のズレ量、Ｘregはズレ量Ｘreg１とＸreg２を平均したＸ軸方向のズレ量である。Ｙreg１は長さｃ，ｄに基づくＹ軸方向のズレ量、Ｙreg２は長さｃ'，ｄ'に基づくＹ軸方向のズレ量、Ｙregはズレ量Ｙreg１とＹreg２を平均したＹ軸方向のズレ量である。これらのズレ量は下地パターン３の中心点に対する上層パターン５の中心点のズレ量である。
【００３６】
この重ね合わせ精度測定方法の実施例によれば、上層パターン５の４角領域のそれぞれにおいて２つの測定値を得て合計８つの測定値を得、それらの測定値に基づいて、Ｘ軸方向について２つのＸreg１，Ｘreg２を得てそれらの平均値によりズレ量Ｘregを得、Ｙ軸方向について２つのズレ量Ｙreg１，Ｙreg２を得てそれらの平均値によりズレ量Ｙregを算出しているので、平均化効果による算出精度の向上、すなわち測定精度の向上を実現できる。
【００３７】
この実施例では、測定値として、上層パターン５の内周辺内の領域に位置し、Ｘ軸方向で対向する下地パターン３の外周辺の長さａ，ｂ及び内周辺の長さａ'，ｂ'、ならびにＹ軸方向で対向する下地パターン３の外周辺の長さｃ，ｄ及び内周辺の長さｃ'，ｄ'を用いているが、本発明の重ね合わせ精度測定方法はこれに限定されるものではない。
【００３８】
図２を参照して重ね合わせ精度測定方法の他の実施例を説明する。
この実施例では、上層パターン５の外周辺内の領域に位置し、Ｘ軸方向で対向する下地パターン３の外周辺の長さｅ，ｆ及び内周辺の長さｅ'，ｆ'、ならびにＹ軸方向で対向する下地パターン３の外周辺の長さｇ，ｈ及び内周辺の長さｇ'，ｈ'を測定し、それらの値を用いる。
【００３９】
この場合、下地パターン３の中心点に対する上層パターン５の中心点のズレ量Ｘreg５，Ｙreg５は、例えば以下の式から求めることができる。
Ｘreg３＝（ｆ−ｅ）／４ ・・・（７）
Ｘreg４＝（ｆ'−ｅ'）／４ ・・・（８）
Ｘreg５＝（Ｘreg３＋Ｘreg４）／２ ・・・（９）
Ｙreg３＝（ｈ−ｇ）／４ ・・・（１０）
Ｙreg４＝（ｈ'−ｇ'）／４ ・・・（１１）
Ｙreg５＝（Ｙreg３＋Ｙreg４）／２ ・・・（１２）
【００４０】
ここで、Ｘreg３は長さｅ，ｆに基づくＸ軸方向のズレ量、Ｘreg４は長さｅ'，ｆ'に基づくＸ軸方向のズレ量、Ｘreg５はズレ量Ｘreg３とＸreg４を平均したＸ軸方向のズレ量である。Ｙreg３は長さｇ，ｈに基づくＹ軸方向のズレ量、Ｙreg４は長さｇ'，ｈ'に基づくＹ軸方向のズレ量、Ｙreg５はズレ量Ｙreg３とＹreg４を平均したＹ軸方向のズレ量である。
【００４１】
この重ね合わせ精度測定方法でも、Ｘ軸方向について２つのＸreg３，Ｘreg４を得てそれらの平均値によりズレ量Ｘreg５を算出し、Ｙ軸方向について２つのズレ量Ｙreg３，Ｙreg４を得てそれらの平均値によりズレ量Ｙreg５を算出しているので、平均化効果による算出精度の向上、すなわち測定精度の向上を実現できる。
【００４２】
また、２つのズレ量を平均化するズレ量の組合せは、Ｘreg１，Ｘreg２及びＹreg１，Ｙreg２の組、並びにＸreg３，Ｘreg４及びＹreg３，Ｙreg４の組に限定されるものではない。
２つのズレ量を平均化する他の組合せとして、Ｘreg１，Ｘreg３及びＹreg１，Ｙreg３の組、Ｘreg１，Ｘreg４及びＹreg１，Ｙreg４の組、Ｘreg２，Ｘreg３及びＹreg２，Ｙreg３の組、並びにＸreg２，Ｘreg４及びＹreg２，Ｙreg４の組を挙げることができる。
【００４３】
２つのズレ量Ｘregｍ１，Ｘregｍ２及びＹregｍ１，Ｙregｍ２の組を平均化したズレ量ＸregＭ２，ＹregＭ２は以下の式により算出することができる。
ＸregＭ２＝（Ｘregｍ１＋Ｘregｍ２）／２ ・・・（１３）
ＹregＭ２＝（Ｙregｍ１＋Ｙregｍ２）／２ ・・・（１４）
ここで２つのズレ量Ｘregｍ１，Ｘregｍ２及びＹregｍ１，Ｙregｍ２の組は、上記の２つのズレ量を平均化する組合せのいずれかである。
【００４４】
さらに、平均化するズレ量の個数は２つに限定されず、３つ又は４つであってもよい。
３つのズレ量を平均化する組合せとして、Ｘreg１，Ｘreg２，Ｘreg３及びＹreg１，Ｙreg２，Ｙreg３の組、Ｘreg１，Ｘreg２，Ｘreg４及びＹreg１，Ｙreg２，Ｙreg４の組、Ｘreg１，Ｘreg３，Ｘreg４及びＹreg１，Ｙreg３，Ｙreg４の組、並びにＸreg２，Ｘreg３，Ｘreg４及びＹreg２，Ｙreg３，Ｙreg４の組を挙げることができる。
【００４５】
３つのズレ量Ｘregｍ１，Ｘregｍ２，Ｘregｍ３及びＹregｍ１，Ｙregｍ２，Ｙregｍ３の組を平均化したズレ量ＸregＭ３，ＹregＭ３は以下の式により算出することができる。
ＸregＭ３＝（Ｘregｍ１＋Ｘregｍ２＋Ｘregｍ３）／３ ・・・（１５）
ＹregＭ３＝（Ｙregｍ１＋Ｙregｍ２＋Ｙregｍ３）／３ ・・・（１６）
ここで、３つのズレ量Ｘregｍ１，Ｘregｍ２，Ｘregｍ３及びＹregｍ１，Ｙregｍ２，Ｙregｍ３の組は、上記の３つのズレ量を平均化する組合せのいずれかである。
【００４６】
４つのズレ量を平均化する組合せは、Ｘreg１，Ｘreg２，Ｘreg３，Ｘreg４及びＹreg１，Ｙreg２，Ｙreg３，Ｙreg４の組である。
４つのズレ量Ｘreg１，Ｘreg２，Ｘreg３，Ｘreg４及びＹreg１，Ｙreg２，Ｙreg３，Ｙreg４の組を平均化したズレ量ＸregＭ４，ＹregＭ４は以下の式により算出することができる。
ＸregＭ４＝（Ｘreg１＋Ｘreg２＋Ｘreg３＋Ｘreg４）／４ ・・・（１７）
ＹregＭ４＝（Ｙreg１＋Ｙreg２＋Ｙreg３＋Ｙreg４）／４ ・・・（１８）
【００４７】
ここでは、上層パターン５の内側の領域に位置する下地パターン３の辺の長さに基づいて下地パターン３及び上層パターン５の中心点のズレ量を算出しているが、同様にして、下地パターンの内側の領域に位置する上層パターンの辺の長さに基づいて下地パターン及び上層パターンの中心点のズレ量を算出できることはいうまでもない。
【００４８】
図３は重ね合わせ精度測定パターンの実施例を示す上面図であり、重ね合わせ精度測定方法の参考例を説明するための図である。図３において、下地パターン３及び上層パターン５からなる重ね合わせ精度測定パターン１は図１と同じ構成なのでそれらの説明は省略する。
【００４９】
図３を参照して、重ね合わせ精度測定方法の参考例を説明する。
上層パターン５の４角領域において、上層パターン５の内周辺内の領域に位置し、Ｘ軸方向で対向する下地パターン３の外周辺の長さをそれぞれＡ，Ｂとし、Ｙ軸方向で対向する下地パターン３の外周辺の長さをそれぞれＣ，Ｄとする。
【００５０】
重ね合わせ精度を測定する際、図３に示した長さＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを測定する。測定方法は、光学系の測定装置を用いて、長さＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを含む４ヶ所の領域を走査して画像として取り込む。その画像を信号処理することによって濃淡のピクセルに分解し、長さＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを得る。
【００５１】
得られた各々の測定値Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを用いてズレ量を算出する。算出方法は以下の式から求めることができる。
Ｘreg６＝（Ｂ−Ａ）／４ ・・・（１９）
Ｙreg６＝（Ｄ−Ｃ）／４ ・・・（２０）
【００５２】
ここで、Ｘreg６は長さＡ，Ｂに基づくＸ軸方向における下地パターン３の中心点に対する上層パターン５の中心点のズレ量、Ｙreg６は長さＣ，Ｄに基づくＹ軸方向における下地パターン３の中心点に対する上層パターン５の中心点のズレ量である。
【００５３】
この参考例では、重ね合わせ精度測定パターンとして、上層パターン５は枠状の矩形のレジストからなり熱収縮に起因する変形が抑制されている重ね合わせ精度測定パターン１を用いているので、フォトリソグラフィー工程におけるマスクの重ね合わせ精度を正確に、かつ再現性良く測定することができる。
さらに、４ヶ所の辺の長さＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを測定することによりＸ軸方向のズレ量Ｘreg６及びＹ軸方向のズレ量Ｙreg６が得られるので、測定にかかる時間を少なくすることができる。
【００５４】
また、この参考例では、測定値として、上層パターン５の内周辺内の領域に位置し、Ｘ軸方向で対向する下地パターン３の外周辺の長さＡ，Ｂ、及びＹ軸方向で対向する下地パターン３の外周辺の長さＣ，Ｄを用いているが、本発明はこれに限定されるものではない。他の測定値としては、図１に示した長さａ'，ｂ'及びｃ'，ｄ'の組、並びに図２に示した長さｅ，ｆ及びｇ，ｈの組、及び長さｅ'，ｆ'及びｇ'，ｈ'の組を挙げることができる。
【００５５】
また、上記の実施例では、下地パターン３及び上層パターン５として枠状の正方形のものを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、枠状の矩形のものであればよい。なお、下地パターン及び上層パターンが正方形でない場合は、ズレ量を算出するための計算式を変形する必要がある。
【００５６】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【００５７】
本発明の重ね合わせ精度測定方法で用いる重ね合わせ精度測定パターンでは、基板上に形成される測定用下地パターンと、下地パターンが形成された基板上にレジストにて形成される上層パターンからなる重ね合わせ精度測定パターンにおいて、上層パターンと下地パターンは同じ形状の枠状の矩形からなり、それぞれの中心の位置が等しく、互いに４５°回転した方位に配置されているようにしたので、レジストからなる上層パターンの熱収縮に起因する変形を抑制することができ、ひいてはフォトリソグラフィー工程におけるマスクの重ね合わせ精度を正確に、かつ再現性良く測定することができる。
さらに、一方のパターンの内側の領域に他方のパターンの辺が位置する４角領域において、計測エッジを２つ（他方のパターンの外周辺の一部と内周辺の一部）とることができるので、重ね合わせ精度測定パターンが配置される検査エリアがウエハ上に占める面積を低減することができる。
【００５８】
さらに、上層パターン及び下地パターンの形状は枠状の正方形であるようにすれば、ズレ量を算出するための計算式を簡単にすることができる。
【００５９】
さらに、上層パターン及び下地パターンは同じ寸法であるようにすれば、上層パターン及び下地パターンの寸法が異なる場合に比べて、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれについて測定できるズレ量を大きくすることができる。
【００６０】
【発明の効果】
請求項１に記載された重ね合わせ精度測定方法では、上記重ね合せ精度測定パターンを用い、基板の上面から見て、一方のパターンの内側の領域に他方のパターンの辺が位置する４角領域において、一方のパターンの内周辺内の領域もしくは外周辺内の領域又はその両方の領域における他方のパターンの内周辺の長さ及び外周辺の長さをそれぞれ測定し、Ｘ軸方向で対向する辺の長さの差から、上層パターンの下地パターンに対するＸ軸方向のズレ量を算出し、Ｙ軸方向で対向する辺の長さの差から、上層パターンの下地パターンに対するＹ軸方向のズレ量を算出するようにしたので、レジストからなる上層パターンの熱収縮に起因する変形による測定誤差を低減することができ、フォトリソグラフィー工程におけるマスクの重ね合わせ精度を正確に、かつ再現性良く測定することができる。
【００６１】
請求項２に記載された重ね合わせ精度測定方法では、上層パターン及び下地パターンとしてそれらの形状が枠状の正方形からなるものを用い、４角領域のそれぞれにおいて２つの測定値を得て、Ｘ軸方向及びＹ軸方向についてそれぞれ２つのズレ量を得てそれらの平均値によりズレ量を算出しているので、平均化効果による算出精度の向上、すなわち測定精度の向上を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の重ね合わせ精度測定方法で用いる重ね合わせ精度測定パターンの一例を示す上面図であり、重ね合わせ精度測定方法の一実施例を説明するための図である。
【図２】 図１と同じ重ね合わせ精度測定パターンの一実施例を示す上面図であり、重ね合わせ精度測定方法の他の実施例を説明するための図である。
【図３】 図１と同じ重ね合わせ精度測定パターンの一実施例を示す上面図であり、重ね合わせ精度測定方法の参考例を説明するための図である。
【図４】 従来のボックスマークの一例を表す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ'位置での断面図、（Ｃ）はその測定領域を破線で示した平面図である。
【図５】 （Ａ）は測定用下地ボックスの各エッジ上の下地膜の厚みが不均一に形成された従来例を示す断面図、（Ｂ）は測定装置からの光軸が測定用上層ボックスの側壁に対して平行でない従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 重ね合わせ精度測定パターン
３ 測定用下地パターン
５ 測定用上層パターン

Claims (5)

1. 基板上に形成される測定用下地パターンと、前記下地パターンが形成された前記基板上にレジストにて形成される上層パターンからなる重ね合わせ精度測定パターンで、前記上層パターンと前記下地パターンは同じ形状の枠状の矩形からなり、それぞれの中心の位置が等しく、互いに４５°回転した方位に配置されており、一方のパターンと重なり合った他方のパターンの辺の長さが測定される重ね合わせ精度測定パターンを用い、
   前記基板の上面から見て、一方のパターンの内側の領域に他方のパターンの辺が位置する４角領域において、一方のパターンの内周辺内の領域における他方のパターンの内周辺の長さの組、前記内周辺内の領域における前記他方のパターンの外周辺の長さの組、前記一方のパターンの外周辺内の領域における前記内周辺の長さの組、及び前記外周辺内の領域における前記外周辺の長さの組のうち少なくとも２組を測定し、
   Ｘ軸方向で対向する前記辺の長さの差から、前記上層パターンの前記下地パターンに対するＸ軸方向のズレ量を算出し、
   Ｙ軸方向で対向する前記辺の長さの差から、前記上層パターンの前記下地パターンに対するＹ軸方向のズレ量を算出することを特徴とする重ね合わせ精度測定方法。
2. 前記上層パターン及び前記下地パターンとしてそれらの形状が枠状の正方形からなるものを用い、
   Ｘ軸方向で対向する２角領域における前記内周辺の長さをそれぞれａ，ｂとし、前記外周辺の長さをそれぞれａ'，ｂ'とし、
   Ｙ軸方向で対向する２角領域における前記内周辺の長さをそれぞれｃ，ｄとし、前記外周辺の長さをそれぞれｃ'，ｄ'としたとき、
   以下の式からＸ軸方向のズレ量（Ｘreg）及びＹ軸方向のズレ量（Ｙreg）を算出する請求項１に記載の重ね合わせ精度測定方法。
   Ｘreg１＝（ｂ−ａ）／４
   Ｘreg２＝（ｂ'−ａ'）／４
   Ｘreg ＝（Ｘreg１＋Ｘreg２）／２
   Ｙreg１＝（ｄ−ｃ）／４
   Ｙreg２＝（ｄ'−ｃ'）／４
   Ｙreg ＝（Ｙreg１＋Ｙreg２）／２
3. 前記上層パターン及び前記下地パターンとしてそれらの形状が枠状の正方形からなるものを用い、
   Ｘ軸方向で対向する２角領域における前記内周辺内の領域の前記内周辺の長さをそれぞれａ，ｂとし、前記外周辺の長さをそれぞれａ ' ，ｂ ' とし、前記外周辺内の領域の前記内周辺の長さをそれぞれｅ，ｆとし、前記外周辺の長さをそれぞれｅ ' ，ｆ ' とし、
   Ｙ軸方向で対向する２角領域における前記内周辺内の領域の前記内周辺の長さをそれぞれｃ，ｄとし、前記外周辺の長さをそれぞれｃ ' ，ｄ ' とし、前記外周辺内の領域の前記内周辺の長さをそれぞれｇ，ｈとし、前記外周辺の長さをそれぞれｇ ' ，ｈ ' としたとき、
   以下の式からＸ軸方向のズレ量（Ｘ reg Ｍ２）及びＹ軸方向のズレ量（Ｙ reg Ｍ２）を算出する請求項１に記載の重ね合わせ精度測定方法。
   Ｘ reg Ｍ２＝（Ｘ reg ｍ１＋Ｘ reg ｍ２）／２
   Ｙ reg Ｍ２＝（Ｙ reg ｍ１＋Ｙ reg ｍ２）／２
   ここで、Ｘ reg ｍ１，Ｘ reg ｍ２及びＹ reg ｍ１，Ｙ reg ｍ２の組は、Ｘ reg １，Ｘ reg ２及びＹ reg １，Ｙ reg ２の組、Ｘ reg ３，Ｘ reg ４及びＹ reg ３，Ｙ reg ４の組、Ｘ reg １，Ｘ reg ３及びＹ reg １，Ｙ reg ３の組、Ｘ reg １，Ｘ reg ４及びＹ reg １，Ｙ reg ４の組、Ｘ reg ２，Ｘ reg ３及びＹ reg ２，Ｙ reg ３の組、並びにＸ reg ２，Ｘ reg ４及びＹ reg ２，Ｙ reg ４の組のいずれかである。また、
   Ｘ reg １＝（ｂ−ａ）／４、Ｘ reg ２＝（ｂ ' −ａ ' ）／４、
   Ｘ reg ３＝（ｆ−ｅ）／４、Ｘ reg ４＝（ｆ ' −ｅ ' ）／４、
   Ｙ reg １＝（ｄ−ｃ）／４、Ｙ reg ２＝（ｄ ' −ｃ ' ）／４、
   Ｙ reg ３＝（ｈ−ｇ）／４、Ｙ reg ４＝（ｈ ' −ｇ ' ）／４、である。
4. 前記上層パターン及び前記下地パターンとしてそれらの形状が枠状の正方形からなるものを用い、
   Ｘ軸方向で対向する２角領域における前記内周辺内の領域の前記内周辺の長さをそれぞれａ，ｂとし、前記外周辺の長さをそれぞれａ ' ，ｂ ' とし、前記外周辺内の領域の前記内周辺の長さをそれぞれｅ，ｆとし、前記外周辺の長さをそれぞれｅ ' ，ｆ ' とし、
   Ｙ軸方向で対向する２角領域における前記内周辺内の領域の前記内周辺の長さをそれぞれｃ，ｄとし、前記外周辺の長さをそれぞれｃ ' ，ｄ ' とし、前記外周辺内の領域の前記内周辺の長さをそれぞれｇ，ｈとし、前記外周辺の長さをそれぞれｇ ' ，ｈ ' としたとき、
   以下の式からＸ軸方向のズレ量（Ｘ reg Ｍ３）及びＹ軸方向のズレ量（Ｙ reg Ｍ３）を算出する請求項１に記載の重ね合わせ精度測定方法。
   Ｘ reg Ｍ３＝（Ｘ reg ｍ１＋Ｘ reg ｍ２＋Ｘ reg ｍ３）／３
   Ｙ reg Ｍ３＝（Ｙ reg ｍ１＋Ｙ reg ｍ２＋Ｙ reg ｍ３）／３
   ここで、Ｘ reg ｍ１，Ｘ reg ｍ２，Ｘ reg ｍ３及びＹ reg ｍ１，Ｙ reg ｍ２，Ｙ reg ｍ３の組は、Ｘ reg １，Ｘ reg ２，Ｘ reg ３及びＹ reg １，Ｙ reg ２，Ｙ reg ３の組、Ｘ reg １，Ｘ reg ２，Ｘ reg ４及びＹ reg １，Ｙ reg ２，Ｙ reg ４の組、Ｘ reg １，Ｘ reg ３，Ｘ reg ４及びＹ reg １，Ｙ reg ３，Ｙ reg ４の組、並びにＸ reg ２，Ｘ reg ３，Ｘ reg ４及びＹ reg ２，Ｙ reg ３，Ｙ reg ４の組のいずれかである。また、
   Ｘ reg １＝（ｂ−ａ）／４、Ｘ reg ２＝（ｂ ' −ａ ' ）／４、
   Ｘ reg ３＝（ｆ−ｅ）／４、Ｘ reg ４＝（ｆ ' −ｅ ' ）／４、
   Ｙ reg １＝（ｄ−ｃ）／４、Ｙ reg ２＝（ｄ ' −ｃ ' ）／４、
   Ｙ reg ３＝（ｈ−ｇ）／４、Ｙ reg ４＝（ｈ ' −ｇ ' ）／４、である。
5. 前記上層パターン及び前記下地パターンとしてそれらの形状が枠状の正方形からなるものを用い、
   Ｘ軸方向で対向する２角領域における前記内周辺内の領域の前記内周辺の長さをそれぞれａ，ｂとし、前記外周辺の長さをそれぞれａ ' ，ｂ ' とし、前記外周辺内の領域の前記内周辺の長さをそれぞれｅ，ｆとし、前記外周辺の長さをそれぞれｅ ' ，ｆ ' とし、
   Ｙ軸方向で対向する２角領域における前記内周辺内の領域の前記内周辺の長さをそれぞれｃ，ｄとし、前記外周辺の長さをそれぞれｃ ' ，ｄ ' とし、前記外周辺内の領域の前記内周辺の長さをそれぞれｇ，ｈとし、前記外周辺の長さをそれぞれｇ ' ，ｈ ' としたとき、
   以下の式からＸ軸方向のズレ量（Ｘ reg Ｍ４）及びＹ軸方向のズレ量（Ｙ reg Ｍ４）を算出する請求項１に記載の重ね合わせ精度測定方法。
   Ｘ reg Ｍ４＝（Ｘ reg １＋Ｘ reg ２＋Ｘ reg ３＋Ｘ reg ４）／４
   Ｙ reg Ｍ４＝（Ｙ reg １＋Ｙ reg ２＋Ｙ reg ３＋Ｙ reg ４）／４
   ここで、
   Ｘ reg １＝（ｂ−ａ）／４、Ｘ reg ２＝（ｂ ' −ａ ' ）／４、
   Ｘ reg ３＝（ｆ−ｅ）／４、Ｘ reg ４＝（ｆ ' −ｅ ' ）／４、
   Ｙ reg １＝（ｄ−ｃ）／４、Ｙ reg ２＝（ｄ ' −ｃ ' ）／４、
   Ｙ reg ３＝（ｈ−ｇ）／４、Ｙ reg ４＝（ｈ ' −ｇ ' ）／４、である。

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