JP3902839B2 - 重ね合わせ精度測定方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上にパターンを重ね合わせて形成する際における重ね合わせ精度測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置等を製造する際に必要なフォトリソグラフィー工程では、ウエハ上に形成した下層パターンに重ね合わせるよう上層パターンを形成しており、この重ね合わせ精度が半導体装置の動作特性を向上させる上で重要なポイントとなっている。
【0003】
従来、パターンの重ね合わせ精度がどの程度になっているかを測定する方法としては、ウエハ上の数点において下層の測定用パターン(例えば、箱型のパターン)と上層の測定用パターン(例えば、下層の測定用パターンよりも大きい箱型のパターン)との平面視像を光学顕微鏡によって写し出し、各測定用パターンの中心点位置のずれ量(X,Y方向へのずれ量)を測定して、重ね合わせ精度を算出している。
【0004】
図3は従来例を説明する図で、(a)は測定用パターンの拡大図、(b)はウエハ上の測定点を示す図、(c)は測定結果を示す図である。すなわち、図3(a)に示すように、測定用パターンとしては、下層に設けられた箱型のパターンB1と、上層に設けられた箱型のパターンB2とが形成され、各々の中心点位置のずれ量Xa ,Ya を図3(b)に示すウエハ10上の各測定点(・で示される位置)で測定する。
【0005】
この測定は、光学顕微鏡を用いて各パターンB1、B2の平面視像をとらえ、各々の中心点位置を自動的に求めてずれ量を算出するようにしている。測定点がn個ある場合には、図3(c)に示すように各測定点(n個)のX方向、Y方向へのずれ量(X1 ,Y1 、X2 ,Y2 、X3 ,Y3 、…、Xn ,Yn )が求められ、その平均値Xave ,Yave と、標準偏差Xσ,Yσが計算される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような重ね合わせ精度測定方法では、光学顕微鏡を用いていることから少なからず像の歪みによって影響が生じ測定誤差を発生せさている。この測定誤差の1つに、同じ対象物を正立像と倒立像とで測定した値の絶対値が同じ値とならない誤差、すなわちTIS(Tool Induced Shift)と呼ばれる誤差がある。
【0007】
図4(a)に示すように、正立像によって得たパターンB1、B2の中心点位置のずれ量X,Yと、図4(b)に示すように、倒立像によって得たパターンB1’、B2’の中心点位置のずれ量X’,Y’とを求めると、|X|≠|X’|、|Y|≠|Y’|となる場合、その差がTIS成分となる。
【0008】
このTIS成分を消去するための補正としては、 事前にプロセス・工程毎にTIS成分を取得しておき、後の重ね合わせ精度測定の際に補正する方法と、重ね合わせ精度測定を行う毎に正立像と倒立像とを全ての測定点で測定してTIS成分を補正する方法とがある。
【0009】
しかしながら、上記 による補正方法では、測定装置の光学特性が変動したり、測定対象であるパターンの変動によってTIS成分が変わるため、事前に得たTIS成分では補正が不十分となってしまう。 また、上記 による補正方法では、測定装置の光学特性の変動ならびに測定対象であるパターンの変動には影響を受けないが、測定時間が大幅に増加するという問題がある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような課題を解決するために成された重ね合わせ精度測定方法である。すなわち、本発明は、基板上に形成した第1のパターンと、この第1のパターン上に形成した第2のパターンとの重ね合わせ精度を平面視像によって測定する方法において、測定対象となる基板での複数の測定点のうち、一部の測定点だけ重ね合わせ精度を平面視正立像および平面視倒立像によって測定し、この一部の測定点以外の測定点では重ね合わせ精度を平面視正立像または平面視倒立像によって測定する工程と、一部の測定点だけ測定した平面視正立像での重ね合わせ精度の測定値と平面視倒立像での重ね合わせ精度の測定値との差分の平均値を求め、測定対象となる基板の各測定点での重ね合わせ精度の測定値から前記平均値を差し引いて補正を行う工程とを備えている。
【0011】
また、測定対象となる基板と同様なパターンが形成された基板上の複数の測定点において、重ね合わせ精度を平面視正立像および平面視倒立像によって測定しておく工程と、複数の測定点における各々の平面視正立像での重ね合わせ精度の測定値と平面視倒立像での重ね合わせ精度の測定値との差分を求め、その差分の標準偏差を求める工程と、目標の補正値を設定し、前記標準偏差においてこの目標の補正値を満足するためのサンプリング数を算出する工程と、測定対象となる基板での複数の測定点のうち、前記サンプリング数だけ重ね合わせ精度を平面視正立像および平面視倒立像によって測定し、その他の測定点では重ね合わせ精度を平面視正立像または平面視倒立像によって測定する工程と、前記サンプリング数だけ測定した平面視正立像での重ね合わせ精度の測定値と平面視倒立像での重ね合わせ精度の測定値との差分の平均値を求め、測定対象となる基板の各測定点での重ね合わせ精度の測定値から前記平均値を差し引いて補正を行う工程とを備えている重ね合わせ精度測定方法でもある。
【0012】
本発明では、測定対象となる基板の複数の測定点のうち、一部の測定点だけ第1のパターンと第2のパターンとの重ね合わせ精度を平面視正立像および平面 倒立像によって測定し、この一部の測定点以外の測定点では重ね合わせ精度を平面視正立像または平面視倒立像によって測定しているため、全ての測定点で平面視正立像および平面視倒立像によって重ね合わせ精度を測定する場合に比べ測定時間を短縮できるようになる。
【0013】
また、測定対象となる基板と同様なパターンが形成された基板上の複数の測定点において、第1のパターンと第2のパターンとの重ね合わせ精度を平面視正立像および平面視倒立像によって測定し、この平面視正立像と平面視倒立像とでの測定値の差分を求めてその標準偏差を求め、この標準偏差において目標の補正値を満足するためのサンプリング数を算出することで、測定対象となる基板の測定においては、このサンプリング数だけ重ね合わせ精度を平面視正立像および平面視倒立像によって測定し、その他の測定点では重ね合わせ精度を平面視正立像または平面視倒立像によって測定すればよいことになる。
【0014】
すなわち、このサンプリング数だけ重ね合わせ精度を平面視正立像および平面視倒立像によって測定してその差分の平均値を求め、測定対象となる基板の各測定点での重ね合わせ精度の測定値からこの平均値を差し引く補正を行うことで、先の目標の補正値を満足する補正後の測定値が得られるようになる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の重ね合わせ精度測定における実施の形態を図に基づいて説明する。図1は本実施形態を説明する図(その1)、図2は本実施形態を説明する図(その2)である。
【0016】
先ず、図1(a)、(b)に示すように、測定対象となるウエハと同様なパターンが形成されたウエハ10を用いて、ウエハ10上の複数の測定点で正立像と倒立像とで重ね合わせ精度の測定を行う。重ね合わせ精度の測定は、図4に示すように、下層に形成された箱型のパターンB1と上層に形成された箱型のパターンB2との各々の中心点位置のずれ量の測定によって行われる。
【0017】
図1(a)、(b)に示す例では、ウエハ10上の<1>〜<9>までの9個の測定点で正立像および倒立像の重ね合わせ精度を測定している。図1(c)は、X方向における正立像での重ね合わせ精度の測定値(X1 、X2 、X3 、…、X9 )および倒立像での重ね合わせ精度の測定値(X1 ’、X2 ’、X3 ’、…、X9 ’)と、真の正立像の値(SX1、SX2、SX3、…、SX9)と、正立像での重ね合わせ精度の測定値から真の正立像の値を差し引いた値であるTIS(XTIS1、XTIS2、XTIS3、…、XTIS9)を各々示している。
【0018】
ここで、真の正立像とは、正立像での重ね合わせ精度の測定値と倒立像での重ね合わせ精度の測定値との中間値であり、例えば、正立像での重ね合わせ精度の測定値X1 、倒立像での重ね合わせ精度の測定値X1 ’の場合、真の正立像の値SX1は以下の(1)式で示される。
【0019】
SX1=−(X1 +X1 ’)/2+X1 …(1)
【0020】
つまり、X1 =−0.033(μm)、X1 ’=0.044(μm)の場合、SX1=−0.039(μm)となり、XTIS1=0.006(μm)となる。
【0021】
また、図1(d)は、Y方向における正立像での重ね合わせ精度の測定値(Y1 、Y2 、Y3 、…、Y9 )および倒立像での重ね合わせ精度の測定値(Y1 ’、Y2 ’、Y3 ’、…、Y9 ’)と、真の正立像の値(SY1、SY2、SY3、…、SY9)と、正立像での重ね合わせ精度の測定値から真の正立像の値を差し引いた値であるTIS(YTIS1、YTIS2、YTIS3、…、YTIS9)を各々示している。
【0022】
また、図1(c)、(d)において、計算した正立像でのTISと倒立像でのTISとの各々の標準偏差XTIS σ、YTIS σを求めておく。
【0023】
次に、目標とする補正後のTIS成分を設定し、先に求めた標準偏差と次の(2)式を用いてサンプリング数を算出する。なお、ここで目標とする補正後のTIS成分をβ、先に求めた標準偏差をσ、サンプリング数をnとする。
【0024】
β=3σ/√n …(2)
【0025】
例えば、求められた標準偏差がσ=0.0012μm、目標とする補正後のTIS成分をβ=0.003μmとした場合、
【0026】
すなわち、2点のサンプリング数によって目標とする補正後のTIS成分である0.003μmを満足できることになる。
【0027】
また、上記と同じ標準偏差σで、目標とする補正後のTIS成分をβ=0.0015μmとした場合、
【0028】
すなわち、6点のサンプリング数によって目標とする補正後のTIS成分である0.0015μmを満足できることになる。
【0029】
なお、上記サンプリング数を算出する式は(2)式に限定されず、これ以外の算出式を用いてもよい。
【0030】
次に、図2(a)、(b)に示すように、測定対象となるウエハ10’に対する重ね合わせ精度測定を行う。この測定では、先に算出したサンプリング数だけ、図2(a)に示す倒立像と図2(b)に示す正立像との両方で重ね合わせ精度の測定を行い、他の測定点では図2(b)に示す正立像だけで重ね合わせ精度の測定を行う。
【0031】
例えば、先に算出したサンプリング数がn=3であった場合、図2(a)に示す3つの測定点<2>、<4>、<7>では、倒立像および正立像の両方で重ね合わせ精度の測定を行う。また、その他の測定点<1>、<3>、<5>、<6>、<8>、<9>では、図2(b)に示す正立像のみで重ね合わせ精度の測定を行う。なお、この倒立像および正立像の両方での重ね合わせ精度の測定を行う測定点<2>、<4>、<7>はウエハ10’上のランダム(無作為)な位置でよい。また<1>〜<9>の中のどの3点であってもよい。
【0032】
図2(c)は、全ての測定点での正立像によるX方向の重ね合わせ精度の測定値(X1 、X2 、X3 、…、X9 )と、3点での倒立像によるX方向の重ね合わせ精度の測定値(X1 ’、X2 ’、X3 ’)と、3点における真の正立像の値(SX1、SX2、SX3)と、3点における正立像での位置合わせ精度の測定値から真の正立像の値を差し引いた値であるTIS(XTIS1、XTIS2、XTIS3)とを示している。
【0033】
また、図2(d)は、全ての測定点での正立像によるY方向の重ね合わせ精度の測定値(Y1 、Y2 、Y3 、…、Y9 )と、3点での倒立像によるY方向の重ね合わせ精度の測定値(Y1 ’、Y2 ’、Y3 ’)と、3点における真の正立像の値(SY1、SY2、SY3)と、3点における正立像での位置合わせ精度の測定値から真の正立像の値を差し引いた値であるTIS(YTIS1、YTIS2、YTIS3)とを示している。
【0034】
次いで、この図2(c)および図2(d)に示す各測定点での正立像による測定点の平均値と、3点におけるTIS成分の平均値を求めておく。このX方向における各測定点での正立像による測定値の平均値はXave 、Y方向における平均値はYave で示され、X方向におけるTISの平均値はXTISave、Y方向における差分の平均値はYTISaveで示される。
【0035】
そして、重ね合わせ精度の測定値の補正処理として、X,Y方向における各測定点での正立像による測定値の平均値Xave 、Yave からTISの平均値XTISave、YTISaveを差し引く処理を行う。
【0036】
すなわち、X方向における測定値の補正で得られる値Xは、
X=Xave −XTISave
となり、
Y方向における測定値の補正で得られる値Yは、
Y=Yave −YTISave
となる。
【0037】
これによって、全ての測定点で正立像と倒立像との重ね合わせ精度測定を行うことなく、所定の補正精度を得ることができる最小限の測定点数でTIS成分を算出でき、このTIS成分の補正を行うことができるようになる。
【0038】
すなわち、先の計算で算出したサンプリング数だけ正立像と倒立像との重ね合わせ精度の測定を行えば、その計算で使用した目標とするTIS成分βを満足することができるため、最小限のサンプリング数でTIS成分を求めて各測定点における重ね合わせ精度の測定値からそのTIS成分を差し引くことで、十分な補正精度を得ることができるようになる。
【0039】
この重ね合わせ精度の測定方法においては、事前に測定対象と同様なパターンを備えたウエハ10(図1参照)を用いてTISの標準偏差を求め、この標準偏差を用いてサンプリング数を算出しているが、ウエハ10におけるTISの標準偏差を求めた場合、これをデータベースに蓄積しておき、サンプリング数を算出する際にこのデータベースから測定対象のウエハ10’(図2参照)と対応するTISの標準偏差を呼び出し、その呼び出したTISの標準偏差を用いてサンプリング数の計算するようにしてもよい。
【0040】
また、このデータベースには、複数種類(作業工程の異なるもの等)のウエハ10におけるTISの標準偏差を蓄積しておき、測定対象のウエハ10’での重ね合わせ精度測定を行う際、このデータベースから対応するTISの標準偏差を呼び出してサンプリング数を算出し、実際の重ね合わせ精度測定を行うようにしてもよい。
【0041】
例えば、目標とする補正後のTIS成分βの値を変更してサンプリング数を再度計算し直したい場合、変更前のサンプリング数算出で用いたTISの標準偏差をデータベースから呼び出し、この標準偏差を用いて変更後の目標とするTIS成分βによって新たなサンプリング数を算出する。
【0042】
これによって、再度ウエハ10における面内の複数点で正立像および倒立像の両方による重ね合わせ精度測定を行ってTISの標準偏差を求める必要がなくなり、目標とする補正後のTIS成分βを変更した場合であっても、変更後のサンプリング数を短時間で計算できるようになる。
【0043】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の重ね合わせ精度測定方法によれば次のような効果がある。すなわち、事前に基板面内のTISの標準偏差を求め、目標とする補正後のTIS成分を満足するサンプリング数を算出していることから、無駄に平面視倒立像の測定を行うことなく、短時間でTIS成分を十分補正できる測定を行うことが可能となる。
【0044】
また、このサンプリング数で実際の測定対象となる基板において平面視正立像と平面視倒立像との重ね合わせ精度の測定を行い、そのTIS成分の平均値を補正値とし、平面視正立像または平面視倒立像で測定した各測定点の測定値から減算することで、基板面内の形成パターンの変動によって生じるTISの基板面内のばらつきを十分に補正することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態を説明する図(その1)である。
【図2】本実施形態を説明する図(その2)である。
【図3】従来例を説明する図である。
【図4】正立像と倒立像とを説明する平面図である。
【符号の説明】
10 ウエハ
B1、B2 パターン
Claims (3)
- 基板上に形成した第1のパターンと該第1のパターン上に形成した第2のパターンとの重ね合わせ精度を平面視像によって測定する方法において、
測定対象となる基板と同様なパターンが形成された基板上の複数の測定点において、前記重ね合わせ精度を平面視正立像および平面視倒立像によって測定しておく工程と、
前記複数の測定点における各々の平面視正立像での重ね合わせ精度の測定値と平面視倒立像での重ね合わせ精度の測定値との差分を求め、該差分の標準偏差を求める工程と、目標の補正値を設定し、前記標準偏差において該目標の補正値を満足するためのサンプリング数を算出する工程と、
測定対象となる基板での複数の測定点のうち、前記サンプリング数だけ前記重ね合わせ精度を平面視正立像および平面視倒立像によって測定し、その他の測定点では該重ね合わせ精度を平面視正立像または平面視倒立像によって測定する工程と、
前記サンプリング数だけ測定した前記平面視正立像での重ね合わせ精度の測定値と前記平面視倒立像での重ね合わせ精度の測定値との差分の平均値を求め、前記測定対象となる基板の各測定点での重ね合わせ精度の測定値から該平均値を差し引いて補正を行う工程とを備えていることを特徴とする、重ね合わせ精度測定方法。 - 前記サンプリング数だけ重ね合わせ精度を平面視正立像および平面視倒立像によって測定する測定点の位置は、前記測定対象となる基板上の無作為な位置であることを特徴とする請求項1記載の重ね合わせ精度測定方法。
- 前記差分の標準偏差を予め測定してデータベースに蓄積しておき、前記サンプリング数を算出する際に、前記測定対象となる基板と対応した該差分の標準偏差を該データベースから呼び出すことを特徴とする請求項1記載の重ね合わせ精度測定方法。
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