JP4015798B2

JP4015798B2 - 半導体積層工程の合わせずれ測定方法

Info

Publication number: JP4015798B2
Application number: JP2000143065A
Authority: JP
Inventors: 賢司佐々木; 文彦石田; 隆之安田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-03-14
Filing date: 2000-05-16
Publication date: 2007-11-28
Anticipated expiration: 2020-05-16
Also published as: JP2001332466A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体積層工程における、上層と下層の露光合わせずれを測定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、半導体ウエーハ上に成膜、露光、エッチングを繰り返し、半導体素子を形成するが、その際、断線、リーク等不具合を発生することのない様に正確に位置決めを行なう必要がある。そこで、各積層工程において、ウエーハの半導体素子の形成されない領域に、一露光分につき最低１から２個のマークを形成し、露光時にそのマークを合わせることにより、位置決めをおこなっている。このとき、最初に流すウエーハにおいて測定したマークのパターンを基本パターンとして登録しておき、被測定マークにおける測定パターンのピーク位置でマークを認識し、基本パターンに合わせずれを測定するという方法が用いられている。
【０００３】
しかしながら、例えばプロセスが微変動することにより、マークの形状が非対称になると、それに伴い測定パターン形状も非対称となるが、そのため位置決めが正しく行なわれているにもかかわらず、ピーク位置がずれるために、合わせずれを検出してしまう、というように、合わせずれの測定に誤差を生じてしまうといった問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この様に、従来の半導体積層工程の合わせずれ測定方法においては、合わせずれの測定誤差を生じてしまうという問題があった。
【０００５】
従って本発明は、このような従来の半導体積層工程の合わせずれ測定方法の欠点を取り除き、プロセスの変動等による測定パターンの変化に因らず、正確に合わせずれを測定することが可能になる半導体積層工程の合わせずれ測定方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【発明を解決するための手段】
本発明の半導体積層工程の合わせずれ測定方法は、半導体積層工程において、半導体ウエーハ上に形成された複数の加工パターン層の一部に形成された下層合わせマークと、それぞれ前記加工パターン層の上層に形成されたレジストパターン層の前記下層合わせマークに対応する部分に形成された上層合わせマークの画像信号の強度変化より、前記下層合わせマークおよび上層合わせマークの測定パターンを形成し、前記測定パターンを基本パターンと比較することにより、それぞれの加工パターン層における合わせずれ値を測定するとともに、それぞれの前記測定パターンと前記基本パターンとの相関値を、形状変化値として検出することを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明の半導体積層工程の合わせずれ測定方法においては、前記形状変化が所定の範囲を超えたとき、警告することを特徴とするものである。
また、本発明の半導体積層工程の合わせずれ測定方法においては、前記測定パターンの形状変化に従い、前記基本パターンを補正することを特徴とするものである。
【０００８】
さらに、本発明の半導体積層工程の合わせずれ測定方法においては、前記測定パターンの非対称値を算出し、この非対称値により、前記合わせずれ値を補正することを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、図１乃至図６を参照して説明する。
（実施形態１）
図１に本発明が適用される合わせずれ測定方法を示す。図１（１）に合わせずれマーク画像を示すように、下層のエッチングマーク１（エッチングにより形成されたマーク上に上層膜が形成されている状態）と、上層のレジストマーク２（レジストにパターンを記録させた状態）において、所定の測定エリア３に照明光を当てて、その拡大像をカメラに写し、その画像信号をディジタル化する。そしてこのエリア内でのピクセル強度をＹ方向に積算することにより上層、下層の測定パターン４を形成し、図１（２）に示すように、これと予め同様に形成、記憶させておいた上層、下層における各基本パターン５、５'とをマッチングさせる。まず上層A−A'でパターンマッチングを行ない、そのセンターを（ａ）とする。次いで同様に、下層B−B'でパターンマッチングを行ない、そのセンター（ｂ）とのずれΔｘを合わせずれ値とする。
【００１０】
このようにして合わせずれ値を測定するが、このとき、図２に示すように、基本パターン６に対して、測定パターン７、８の合わせずれはないにもかかわらず、測定パターン８については、そのパターン形状が変化しているため、誤った合わせずれ値９を検出してしまう。そこで相関値を基本パターン６に対する測定パターンの差異である形状変化値として算出し、記憶、モニタする。そして、相関値の高い測定パターン７については、問題ないとする一方、相関値が低く規格値を外れた測定パターン８については警告を出す。
【００１１】
このようにして形状変化値が規格値を外れると警告することにより、測定の前工程での大きなプロセスエラーを検知することができるだけでなく、徐々にプロセスが変化したときにおいても、記憶された形状変化値により形状変化のトレンドを把握することができる。この形状変化値としては、相関値の他、非対称度、面積値等を用いることができる。
（実施形態２）
実施形態１と同様に合わせずれ値を測定する。このとき、測定パターンを記憶し、統計的に処理する。そして、図3に示すように測定パターンの平均（平均的なパターン）を、例えばそのピーク幅、ピーク値やピーク位置等より統計的に求め、これを新しい基本パターン１０とする補正を行なう。
【００１２】
即ち、測定パターンというのはｘ軸を画像の横軸（または縦軸）にとってｙ軸を明るさにとったグラフになり、これをｎ枚のウエーハで取ると、同じｘ軸のｘの値に対してウエーハ毎の明るさのポイントyi(x)がｎあり、その平均値を求める。
【００１３】
平均値ｙｙ(x)＝(y1(x)+y2(x)+...+yn(x))/n, (nはウエーハ枚数）
通常の測定は、基本波形として登録したy0(X)とそれぞれのyi(x)との相関を取るが、だんだんyi(x)がy0(x)と似なくなると騙されがおきるため、y0(x)をyy(x)に置き換える。
【００１４】
このように基本パターンの補正を行なうことにより、測定パターンにある程度ばらつきが生じていても、合わせずれの測定誤差や、アライメント時のエラーを最小とすることができる。
【００１５】
この方法は、プロセス変更等でマークの形状が変化したとき等に有効である。また、多くの記憶した測定パターンより基本パターンを作成することができるので、よりプロセス変化に柔軟に対応できる測定が可能となる。
【００１６】
(実施形態３)
実施形態１と同様に合わせずれ値を測定する。
【００１７】
このとき、図４に示すように測定パターンから非対称値を算出する。非対称値は、測定パターンのピークから左右の閾値までの面積比Ｓ１／Ｓ２若しくはピーク幅比Δｘ１／Δｘ２により求められる。そして、その非対称値に基づき、実験またはシミュレーションで得られた較正曲線より補正値を算出し、測定パターンに補正をかける。尚、算出された非対称値により警告を発することも有効である。
【００１８】
図5に非対称値による補正の1例を示す。図に示すように、マークが同じ位置に形成されていても、マークのパターン自体の非対称性により、測定パターンが１１や１２のように非対称に歪んでしまう場合がある。そこで、基本パターンとのマッチング位置に夫々ΔX１、ΔX２等の補正値を掛けることにより、測定された合わせずれ値を補正することができる。
【００１９】
(実施形態４)
この実施形態においては、位置合わせマークのエッジ部あるいはマークの近傍に荒れがある場合の測定方法について説明する。すなわち、たとえば、図６（１）に示されるように、レジストマーク２´のエッジ部が図１に示すような直線でなく、波型に変化しているような場合、図６（２）のパターン４’のように測定パターンが乱れることがある。このような場合においては、エリア内のピクセル強度を積算するときに、あわせて標準偏差を計算することにより、図６（２）に示されるようなパターン４”が得られる。このパターン４”のピーク面積やピーク幅をモニターして、これらの値があらかじめ設定された値を超える場合に警告を出すことにより、上述したような、マークのエッジ荒れや近傍の荒れによって測定が騙されることを防止することができる。
【００２０】
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、また、液晶・プラズマディスプレー等、露光プロセスを多層で持つものにも応用することができる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、測定パターンの変化に因らず正確に合わせずれ値を測定することが可能になる半導体積層工程の合わせずれ測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される合わせずれ測定法を示す図。
【図２】本発明の合わせずれ測定法において基本パターンと測定パターンとの相関値により警告する方法を示す図。
【図３】本発明の合わせずれ測定法において測定パターンの統計的処理により基本パターンを補正する方法を示す図。
【図４】本発明の合わせずれ測定法において測定パターンから非対称値を算出する方法を示す図。
【図５】本発明の合わせずれ測定法における非対称値による補正の１例を示す図。
【図６】本発明が適用される合わせずれ測定法の他の実施形態を示す図。
【符号の説明】
１下層エッチングマーク
２上層レジストマーク
３測定エリア
４上層、下層測定パターン
５上層基本パターン
５' 下層基本パターン
６基本パターン
７相関値の高い測定パターン
８相関値の低い測定パターン
９誤った合わせずれ値（だまされ量）
１０新しい基本パターン
１１、１２非対称に歪んだ測定パターン

Claims

半導体積層工程において、半導体ウエーハ上に形成された複数の加工パターン層の一部に形成された下層合わせマークと、それぞれ前記加工パターン層の上層に形成されたレジストパターン層の前記下層合わせマークに対応する部分に形成された上層合わせマークの画像信号の強度変化より、前記下層合わせマークおよび上層合わせマークの測定パターンを形成し、
前記測定パターンを基本パターンと比較することにより、それぞれの加工パターン層における合わせずれ値を測定するとともに、
それぞれの前記測定パターンと前記基本パターンとの相関値を、形状変化値として検出することを特徴とする半導体積層工程の合わせずれ測定方法。
前記形状変化が所定の範囲を超えたとき、警告することを特徴とする請求項１に記載の半導体積層工程の合わせずれ測定方法。
前記測定パターンの形状変化に従い、前記基本パターンを補正することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体積層工程の合わせずれ測定方法。
前記測定パターンの非対称値を算出し、この非対称値により、前記合わせずれ値を補正することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体積層工程の合わせずれ測定方法。