JP5190165B2 - 整列マーク並びにこれを用いた露光整列システム及び整列方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光整列システムのマスクに対応してウェーハを整列位置させることができる整列マーク並びにこれを用いた露光整列システム及び整列方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体装置は、ウェーハ上に転写、食刻、拡散、金属蒸着などの工程を選択的且つ反復的に行って、少なくとも一つ以上の回路パターン層を積層形成することにより作製され、これらの工程中で回路パターン層の積層は前段階で形成された回路パターン層に対し正確に整列させることが求められる。
上述したウェーハの整列関係は、通常ウェーハ上のフィールド領域（exposure field : EFn）またはスクライブライン（scribe line:SCL）上に形成した整列マークに所定光を照射して整列マークからの回折光を光電気的信号として検出することによりウェーハの位置状態を確認し、整列手段を用いて設定された基準位置にこれを対応するようにウェーハを整列位置させることによりなされる。
【０００３】
このように用いられる整列マークの従来技術において、図17乃至図20に示す整列マークは赤色レーザー光（633nm）を用いるTTL（through the lens）方式のフィールドイメージ整列システムに用いられるもので、一般に基準位置の両側に複数個の単位マークが配列されたパターンとして形成される。
図17および図18に示す整列マークの単位マークは、その幅（t）が６〜8.5μm程度でその長さ（ｌ）が約30〜40μｍの長方形状に形成され、これらの単位マーク間の間隔（Q）は通常複数個が配列される方向の単位マーク幅（t）と類似になるように６〜8.5μｍ程度に形成され、そのピッチPは12〜17μｍに形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような整列マークは、各工程を行う過程で工程の影響で変形され、あるいは金属層を形成する工程で金属層が整列マークをカバーする場合、図21に示すように、左右の両側が相互非対称となる場合が発生し、これは図22に示す信号波形（コントラスト）による検出位置関係を示すグラフにおけるようにその位置検出の誤差範囲dをもつようになる。
また、上述の単位マークは、化学的機械的ポリシング（chemical-mechanical polishing:CMP）工程のときに、その長さ方向の中心部位が図23または図24に示すように、両側端部の部位に比べ陥没するディッシング（dishing）現象を発生し、これは図25に示したコントラストによる検出位置関係を示すグラフにおけるように、その整列マークによる位置検出の誤差範囲d'をもつことになる。
【０００５】
このような問題を改善するための努力としては大韓民国公開特許10-2000-47405号、日本国特開平5-205995号、日本国特開平7-142379号に開示されているが、これらの引例の整列マークは従来の長方形状の単位マーク配列パターンをマトリックス形状などに変更するもので、従来の整列マークに対する整列システムを互換使用することができないだけでなく、新しい整列システムを要求する。
また、これらの引例による整列マークの整列位置測定は、単に塗布されるフォトレジストに感光性のない所定単一波長の光を用いたもので、その精度の低くさにより検出信頼度が低下するという問題があった。
本発明者は、ウェーハの整列に対する既存の整列システムを互換使用できるようにすると共に、その整列位置の検出に対する信頼度をより向上させることができるようにするため本発明に着眼した。
【０００６】
本発明の目的は、従来の整列システムを互換使用できるようにすると共に、整列マークを構成する各単位マークに対し異なった波長の光を通して細分された回折遮光数の検出信号をもつようにメサまたはトレンチパターンをさらに形成して、その正確度をより向上させ、それに従う整列位置の検出信頼度を高めてより正確に整列できる整列マーク並びにこれを用いた露光整列システム及び整列方法を提供することである。
また、化学的機械的ポリシング工程に対応してディッシング現象及びそれによる整列位置の誤差を防止できる整列マーク並びにこれを用いた露光整列システム及び整列方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため本発明に係る整列マークは、化学的機械的ポリシング工程が適用される層の下部層内にメサまたはトレンチ形状の単位マークが所定間隔に複数個配列されていて、整列工程のときに整列信号を形成する整列マークにおいて、単位マーク内に化学的機械的ポリシング工程のときにディッシング現象を防止し得るだけの密度で少なくとも一つ以上のメサまたはトレンチパターンがインライン配列されて形成される。
【０００８】
そして、メサパターンはトレンチ形状の単位マーク内に所定ピッチを有するように形成され、トレンチパターンはメサ形状の単位マーク内に所定ピッチを有するように形成されて、各単位マークに対する整列信号を少なくとも三つ以上の回折遮光数に細分することが好ましい。
【０００９】
また、単位マークは所定幅と長さとをもつ長方形状のものであるのに対し、メサパターンまたはトレンチパターンは、その長さが単位マークの長さ方向に並び、その配列が単位マークの幅方向にインライン配列されるようにすることが好ましい。
【００１０】
一方、メサまたはトレンチパターンのパターンピッチP'は、単位マーク間のピッチPと走査される所定レーザー光の波長λと回折角θ及び単位マークに対する回折遮光数nとの関係の回折公式（Psinθ=nλ）において、単位マーク間のピッチPを基準してメサまたはトレンチパターンの個数n'に照射される他のレーザー光の波長λ'による回折遮光数2n'+1とメサ又はトレンチパターンによるパターンピッチP'との関係がP'=P/(2n'+1)（n'は自然数)の関係式として設定されることにより、決定される。
【００１１】
また、メサまたはトレンチパターンの幅t'とパターンピッチP'は、単位マーク間のピッチPを7.9〜8.2μｍにするとき、回折遮光数2n'+1を三個形成する場合にその幅t'を2.65〜2.67μｍに、パターンピッチP'を5〜5.4μｍに形成し、回折遮光数2n'+1を五個形成する場合にその幅t'を1.59〜1.6μｍに、パターンピッチP'を3.1〜3.3μｍに形成し、回折遮光数2n'+1を七個形成する場合にその幅t'を1.13〜1.15μｍに、パターンピッチP'を2.27〜2.29μｍに形成することが好ましい。
【００１２】
前記目的を達成するため本発明による整列方法は、メサ又はトレンチ形状の各単位マーク上に逆状をなすメサまたはトレンチパターンをインライン配列するように形成し、単位マークに対する第１プローブ光照射手段とメサまたはトレンチパターンに対する第２プローブ光照射手段とを具備して、配列された各単位マークに対し第１プローブ光を照射して各単位マーク部分と非単位マーク部分とによるコントラストを確認する段階と、各単位マークに対し第２プローブ光を照射して各単位マーク内のメサまたはトレンチパターンの形成部位と非形成部位とによるコントラストを確認する段階と、第１、第２プローブ光による各コントラスト測定値を通してマーク中心位置を決定する段階と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
また、第１プローブ光はウェーハ上に塗布されるフォトレジストを感光させない633nm波長帯の赤色レーザー光を使用することが好ましく、第２プローブ光はウェーハ上に塗布されるフォトレジスタを感光させない532nm波長帯の緑色レーザー光を使用することが好ましい。
【００１４】
一方、マーク中心位置は、単位マークに対する第１プローブ光の照射によるコントラスト測定値とメサ又はトレンチパターンに対する第２プローブ光の照射によるコントラスト測定値との中で最大のコントラスト測定値を基準にして決定することを特徴とする。
【００１５】
また、マーク中心位置は、単位マークに対する第１プローブ光の照射によるコントラスト測定値とメサまたはトレンチパターンに対する第２プローブ光の照射によるコントラスト測定平均値とを基準にして決定することを特徴とする。
【００１６】
そして、マーク中心位置は、メサまたはトレンチパターンに対する第２プローブ光の照射による最大コントラスト測定値だけを基準にして決定できるし、または、メサまたはトレンチパターンに対する第２プローブ光の照射によるコントラスト測定平均値だけを基準にして決定することもできる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1乃至図10は、本発明による整列マークの一例を示した部分切取斜視図及びこれに対し第１、第２プローブ光の照射によるコントラストを示したグラフであり、図11乃至図17は、単位マークに対する第１プローブ光の測定誤差範囲と各単位マークを複数の回折遮光数に細分するメサまたはトレンチパターンに対する第２プローブ光の測定誤差範囲と各実施例のアライメント再現性による測定値範囲とを示したグラフであり、従来と同一な部分に対する詳細な説明は省略する。
【００１８】
本発明による整列マークは、図1乃至図4に示すように、ウェーハWの化学的機械的ポリシング工程が適用される層の下部層、即ち、半導体基板または絶縁層上にメサ又はトレンチ形状の単位マークが所定間隔に複数個配列されて整列マークを形成する。
また、上述した各単位マークの形状と配列とは露光整列システムから照射される各波長帯を回折させることにより、整列工程のときに整列信号を形成する。
このような整列マークに対し所定光を照射する本発明による露光整列システムは、整列マークに対し633nm波長帯の赤色光と532nm波長帯の緑色光とを含んだ少なくとも二つ以上の光を選択的に照射できるようにする光源手段を具備する。
ここで、上述した光源手段により提供される光はレーザー光を使用し、633nm波長帯の赤色光を第１プローブ光、532nm波長帯の緑色光を第２プローブ光と便宜上称する。
【００１９】
一方、上述した整列マークにおいて、各単位マーク内には図1乃至図4に示すように、化学的機械的ポリシング工程のときにディッシング現象を防止できる程度の密度に各単位マークのメサまたはトレンチ形状の逆状をなす少なくとも一つ以上（n'）のメサパターン（M）またはトレンチパターン（T）がインライン配列される。
そして、メサパターンMは、図2または図4に示すように、トレンチ形状の単位マーク内に所定ピッチP'で逆状をなして形成され、トレンチパターンTは、図1または図3に示すように、メサ形状の単位マーク内に所定ピッチP'で逆状をなして形成され、各単位マークに対する整列信号を少なくとも３個以上の回折遮光数2n'+1に細分する。
また、上述した各単位マークの形状は所定幅と長さとをもつ長方形状のものであるのに対し、メサパターンMまたはトレンチパターンTは図1乃至図4に示すように、その長さ方向が対応する単位マークの長さ方向と平行をなし、これらの単位マークの幅方向にインライン配列されて形成される。
【００２０】
ここで、上述したメサパターンMまたはトレンチパターンTのパターンピッチP'は、単位マーク間のピッチPと走査される所定レーザー光の波長λと回折角θ及び回折遮光数ｎとの関係の回折公式Psinθ=nλにおいて、単位マーク間のピッチPを基準にしてメサパターンMまたはトレンチパターンTの個数n'に照射される第２プローブ光の波長λ'による回折遮光数2n'+1とメサパターンMまたはトレンチパターンTによるパターンピッチP'との関係式P'=P/(2n'+1)±0.05μm（n'は自然数）を通して設定される。
【００２１】
また、メサパターンMまたはトレンチパターンTの幅t'とパターンピッチP'とは、単位マーク間のピッチPを7.9〜8.2μｍにするとき、回折遮光数2n'+1を３個形成する場合にその幅t'を2.65〜2.67にし、パターンピッチP'を５〜5.4μｍに形成し、回折遮光数2n'+1を5個形成する場合にその幅t'を1.59〜1.61μｍにし、パターンピッチP'を3.1〜3.3μｍに形成し、回折遮光数2n'+1を７個形成する場合にその幅t'を1.13〜1.15μｍに、パターンピッチP'を2.27〜2.29μｍに形成する。
したがって、図1乃至図4の各単位マークに対し第１プローブ光を照射すれば、それぞれに対する図5乃至図7に示したグラフにおけるように、それぞれのコントラスト測定値が得られる。
そして、これに対し第２プローブ光を照射すれば、図8乃至図10に示したグラフにおけるように、メサパターンMまたはトレンチパターンTのコントラスト測定値が得られる。
【００２２】
このような構成の整列マークを基準にしてウェーハWを整列位置させる過程は、まず位置されるウェーハWの所定部位、即ち、所定位置のフィールド領域EFnまたはそれに対するスクライブライン（SCL）上に少なくとも一つ以上の単位マークが配列されて形成された整列マークに対し第１プローブ光を照射する。
そして、各単位マークによる第１プローブ光の反射回折を通して図5乃至図7に示したコントラストを得、これらのコントラストのうち最大測定値を基準にしてマーク中心位置を設定できるし、また、これらのコントラストによる各マーク中心位置の平均値でそのマーク中心位置を設定することもできる。
したがって、各単位マークと第１プローブ光の照射により測定されるマーク中心位置の設定とは他の波長の光、即ち、第２プローブ光を照射するための光源が具備されていない従来の整列システムに対応してその整列過程を行うことができるのである。
【００２３】
次いで、上述したように、各単位マーク内のメサパターンMまたはトレンチパターンTに対し第２プローブ光を照射し、このとき、各メサパターンMまたはトレンチパターンＴによるそれぞれのコントラストを得る。
このようにして得られたコントラストのうち最大の測定値を基準にしてマーク中心位置を設定できるし、また、これらのコントラストによる各マーク中心位置の平均値でそのマーク中心位置を設定できる。
ここで、上述した各単位マーク22a,22b,22c,22dに対する第１プローブ光の照射で得られた各コントラストとメサパターンMまたはトレンチパターンTに対する第２プローブ光の照射で得られた各コントラストとのうち最大の測定値を基準にしてマーク中心位置を設定できるし、または、これらの各コントラストが指示するマーク中心位置を平均してマーク中心位置を設定できる。
このような関係において、各単位マーク内に形成されるメサパターンMまたはトレンチパターンTに対する第２プローブ光の照射で得られた各コントラストのうち最大測定値を基準にし、またはこれらの各コントラストが指示するマーク中心位置の平均を基準にしてマーク中心位置を設定するのがより好ましいと言える。
【００２４】
このようにして得られたコントラストによるマーク中心位置の確認については、図11乃至図16において、単位マークに対する第１プローブ光の測定誤差範囲と各単位マークを複数の回折遮光数に細分するメサパターンMまたはトレンチパターンTに対する第２プローブ光の測定誤差範囲と各実施例のアライメント再現性に従う測定値範囲とに示すように、第１プローブ光による測定値よりもメサパターンＭまたはトレンチパターンTにより細分された回折遮光数2n'+1を用いたものがよりよい正確度をもつことがわかる。
【００２５】
図11は、従来の単位マーク個数に対する第１プローブ光、即ち、633nm赤色レーザー光の使用のときにX軸、Y軸及び回転方向のウェーハ整列位置検出の誤差範囲を示したもので、図12は、従来の単位マーク個数に対する第２プローブ光、即ち、532nm緑色レーザー光の使用のときにX軸、Y軸及び回転方向のウェーハ整列位置検出の誤差範囲を示したものである。
これを比較すると、第１プローブ光を使用する場合には、各単位マークの個数、即ち、回折遮光数が多いほどウェーハ整列位置検出の誤差範囲が減少することがわかり、これはフーリエ変換規則による下記の数式で確認できる。
［数式］
f(x)=(4/π)sin(x-a)+(4/3π)sin(3x)+(4/5π)sin(5x)+(4/7π)sin(7x)+……ｘ：マーク中心距離、 a：測定誤差値
しかし、図21または図23の従来技術の説明におけるように、各単位マークの形状が全般的に歪曲された状態で測定される場合にその限界があり、それぞれの単位マークに対する測定誤差範囲が大きくなるためその検出を信頼することが難しい。
【００２６】
これに対して、第１プローブ光よりも短い波長の第２プローブ光を使用する場合には、上述した第１プローブ光に対する検出と同様にフーリエ変換規則により単位マークの個数による影響を受けるが、各単位マークに対する測定誤差範囲が一定範囲内で安定的な検出信頼度を得る。
そして、図13の検出誤差範囲は、いずれか一つの単位マークに本発明によるメサパターンMまたはトレンチパターンTを形成した場合、各回折遮光数に従い第１プローブ光を照射して得られた測定値の検出誤差範囲を示したもので、メサパターンMまたはトレンチパターンTにより回折遮光数が細分されて従来の単位マークに対する検出誤差範囲に比べてより安定的な測定値が得られることがわかる。
また、このようなメサパターンＭまたはトレンチパターンTはその密度及び工程遂行またはCMP過程によりその形状が損傷されることが減少されて、より安定した測定値が得られることがわかる。
【００２７】
さらに、図14の検出誤差範囲は、メサパターンMまたはトレンチパターンTを形成したいずれか一つの単位マークに対し、第２プローブ光を照射して得られた測定値の検出誤差範囲を示したものであり、メサパターンMまたはトレンチパターンTのパターンピッチP'を第２プローブ光の波長に対応する関係式P'=P/(2n'+1)に従い形成することにより、各単位マークに対するよりさらに安定した測定値となるように検出誤差範囲を減らすことになることがわかる。
【００２８】
一方、図15及び図16に示したグラフは、それぞれの従来の第１プローブ光を用いて測定した検出位置分布と本発明による第２プローブ光を用いて測定した検出位置の分布を示した図で、その整列位置測定による検出信頼度を確認できる。
ここで、考慮すべき事項として、ウェーハの整列位置の検出のための各単位マークに対するメサパターンMまたはトレンチパターンTの幅T'とそのパターンピッチP'との関係は、これらのパターンM,T間の間隔qが相当に小さくてその間にメタルなどが充填される場合またはその充填に対応してCMP過程中にメサパターンMまたはトレンチパターンTを含んだ単位マークの縁部が損傷される場合などを鑑みて、十分な間隔qと密度、即ち、パターンピッチP'をなすように形成することが求められる。
これに従う一番好ましいメサパターンMまたはトレンチパターンTとの間の間隔、即ち、間隔と類似したメサパターンMまたはトレンチパターンTの幅t'とパターンピッチP'とは、その幅t'を1.13〜1.15μｍにし、パターンピッチP'を2.27〜2.29μｍに形成して、蒸着される工程の層がその間に充填されることを防止し、あるいは全般的に充填されることに対してはCMP過程に対応して十分な密度をなすようにすることが好ましい。
【００２９】
一方、このような整列マークに対する整列システムは各単位マークに対応する第１プローブ光を照射する光源とメサパターンMまたはトレンチパターンTに対応する第２プローブ光を照射する光源とをそれぞれ区分するように具備して形成することができる。
または所定光源からの光路上に上述した第１プローブ光の波長帯のみを通過させて照射する光フィルターを選択的に位置させるか、あるいは上述した第２プローブ光の波長帯のみを通過させて照射する他の光フィルターを選択的に位置させるかの方法により実現することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明してきたように本発明によると、従来の整列マークの各単位マークの範囲内にメサまたはトレンチパターンを配列して、照射する所定波長の光と他の波長の光とを選択的に使用することにより従来の整列システムを互換使用することができ、メサまたはトレンチパターンの配列によりさらに細分された回折遮光数を得ることによりその正確度を向上させ整列信頼度を向上させるという効果がある。
また、メサまたはトレンチパターンの形成は、単位マークを化学的機械的ポリシング工程に対応して十分な密度とすることによりディッシング現象を防止し、より正確なマーク中心位置を求めることができるなどの効果がある。
【００３１】
本発明は、具体的な実施例に対してのみ詳しく説明したが、本発明の技術的思想の範囲内で変形及び変更できることは、本発明が属する分野の当業者には明白なもので、そのような変形及び変更は本発明の特許請求範囲に属するといえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による整列マークの一例を示す部分切取斜視図。
【図２】本発明による整列マークの一例を示す部分切取斜視図
【図３】本発明による整列マークの一例を示す部分切取斜視図
【図４】本発明による整列マークの一例を示す部分切取斜視図
【図５】本発明によるメサ形状の各単位マークの細分された回折遮光に対する第１、第２プローブ光の照射によるコントラストを示すグラフ。
【図６】本発明によるメサ形状の各単位マークの細分された回折遮光に対する第１、第２プローブ光の照射によるコントラストを示すグラフ。
【図７】本発明によるメサ形状の各単位マークの細分された回折遮光に対する第１、第２プローブ光の照射によるコントラストを示すグラフ。
【図８】本発明によるトレンチ形状の各単位マークの細分された回折遮光に対する第１、第２プローブ光の照射によるコントラストを示すグラフ。
【図９】本発明によるトレンチ形状の各単位マークの細分された回折遮光に対する第１、第２プローブ光の照射によるコントラストを示すグラフ。
【図１０】本発明によるトレンチ形状の各単位マークの細分された回折遮光に対する第１、第２プローブ光の照射によるコントラストを示すグラフ。
【図１１】従来の単位マークに対する第１プローブ光の測定誤差範囲を示すグラフ。
【図１２】従来の単位マークに対する第２プローブ光の測定誤差範囲を示すグラフ。
【図１３】本発明の単位マークに対する第1プローブ光の測定誤差範囲を示すグラフ。
【図１４】本発明の単位マークに対する第２プローブ光の測定誤差範囲を示すグラフ。
【図１５】従来の第1プローブ光を用いて測定した検出位置分布。
【図１６】本発明の第2プローブ光を用いて測定した検出位置分布。
【図１７】一般の整列マークの一例を示す部分切取斜視図。
【図１８】一般の整列マークの一例を示す部分切取斜視図。
【図１９】一般の整列マークの一例を示す部分切取斜視図。
【図２０】一般の整列マークの一例を示す部分切取斜視図。
【図２１】工程過程において図17乃至図20に示した単位マークを幅方向に切断して示す断面図。
【図２２】図21に示した単位マークの形状によるコントラストの誤差範囲を示すグラフ。
【図２３】 CMP工程以後の図17乃至図20に示した各単位マーク部位の長さ方向に切断して示した断面図。
【図２４】 CMP工程以後の図17乃至図20に示した各単位マーク部位の幅方向に切断して示した断面図。
【図２５】図24に示した単位マークの形状によるコントラストの誤差範囲を示すグラフ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光整列システムのマスクに対応してウェーハを整列位置させることができる整列マーク並びにこれを用いた露光整列システム及び整列方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体装置は、ウェーハ上に転写、食刻、拡散、金属蒸着などの工程を選択的且つ反復的に行って、少なくとも一つ以上の回路パターン層を積層形成することにより作製され、これらの工程中で回路パターン層の積層は前段階で形成された回路パターン層に対し正確に整列させることが求められる。
上述したウェーハの整列関係は、通常ウェーハ上のフィールド領域（exposure field : EFn）またはスクライブライン（scribe line:SCL）上に形成した整列マークに所定光を照射して整列マークからの回折光を光電気的信号として検出することによりウェーハの位置状態を確認し、整列手段を用いて設定された基準位置にこれを対応するようにウェーハを整列位置させることによりなされる。
【０００３】
このように用いられる整列マークの従来技術において、図17乃至図20に示す整列マークは赤色レーザー光（633nm）を用いるTTL（through the lens）方式のフィールドイメージ整列システムに用いられるもので、一般に基準位置の両側に複数個の単位マークが配列されたパターンとして形成される。
図17および図18に示す整列マークの単位マークは、その幅（t）が６〜8.5μm程度でその長さ（ｌ）が約30〜40μｍの長方形状に形成され、これらの単位マーク間の間隔（Q）は通常複数個が配列される方向の単位マーク幅（t）と類似になるように６〜8.5μｍ程度に形成され、そのピッチPは12〜17μｍに形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような整列マークは、各工程を行う過程で工程の影響で変形され、あるいは金属層を形成する工程で金属層が整列マークをカバーする場合、図21に示すように、左右の両側が相互非対称となる場合が発生し、これは図22に示す信号波形（コントラスト）による検出位置関係を示すグラフにおけるようにその位置検出の誤差範囲dをもつようになる。
また、上述の単位マークは、化学的機械的ポリシング（chemical-mechanical polishing:CMP）工程のときに、その長さ方向の中心部位が図23または図24に示すように、両側端部の部位に比べ陥没するディッシング（dishing）現象を発生し、これは図25に示したコントラストによる検出位置関係を示すグラフにおけるように、その整列マークによる位置検出の誤差範囲d'をもつことになる。
【０００５】
このような問題を改善するための努力としては大韓民国公開特許10-2000-47405号、日本国特開平5-205995号、日本国特開平7-142379号に開示されているが、これらの引例の整列マークは従来の長方形状の単位マーク配列パターンをマトリックス形状などに変更するもので、従来の整列マークに対する整列システムを互換使用することができないだけでなく、新しい整列システムを要求する。
また、これらの引例による整列マークの整列位置測定は、単に塗布されるフォトレジストに感光性のない所定単一波長の光を用いたもので、その精度の低くさにより検出信頼度が低下するという問題があった。
本発明者は、ウェーハの整列に対する既存の整列システムを互換使用できるようにすると共に、その整列位置の検出に対する信頼度をより向上させることができるようにするため本発明に着眼した。
【０００６】
本発明の目的は、従来の整列システムを互換使用できるようにすると共に、整列マークを構成する各単位マークに対し異なった波長の光を通して細分された回折遮光数の検出信号をもつようにメサまたはトレンチパターンをさらに形成して、その正確度をより向上させ、それに従う整列位置の検出信頼度を高めてより正確に整列できる整列マーク並びにこれを用いた露光整列システム及び整列方法を提供することである。
また、化学的機械的ポリシング工程に対応してディッシング現象及びそれによる整列位置の誤差を防止できる整列マーク並びにこれを用いた露光整列システム及び整列方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため本発明に係る整列マークは、化学的機械的ポリシング工程が適用される層の下部層内にメサまたはトレンチ形状の単位マークが所定間隔に複数個配列されていて、整列工程のときに整列信号を形成する整列マークにおいて、単位マーク内に化学的機械的ポリシング工程のときにディッシング現象を防止し得るだけの密度で少なくとも一つ以上のメサまたはトレンチパターンがインライン配列されて形成される。
【０００８】
そして、メサパターンはトレンチ形状の単位マーク内に所定ピッチを有するように形成され、トレンチパターンはメサ形状の単位マーク内に所定ピッチを有するように形成されて、各単位マークに対する整列信号を少なくとも三つ以上の回折遮光数に細分することが好ましい。
【０００９】
また、単位マークは所定幅と長さとをもつ長方形状のものであるのに対し、メサパターンまたはトレンチパターンは、その長さが単位マークの長さ方向に並び、その配列が単位マークの幅方向にインライン配列されるようにすることが好ましい。
【００１０】
一方、メサまたはトレンチパターンのパターンピッチP'は、単位マーク間のピッチPと走査される所定レーザー光の波長λと回折角θ及び単位マークに対する回折遮光数nとの関係の回折公式（Psinθ=nλ）において、単位マーク間のピッチPを基準してメサまたはトレンチパターンの個数n'に照射される他のレーザー光の波長λ'による回折遮光数2n'+1とメサ又はトレンチパターンによるパターンピッチP'との関係がP'=P/(2n'+1)（n'は自然数)の関係式として設定されることにより、決定される。
【００１１】
また、メサまたはトレンチパターンの幅t'とパターンピッチP'は、単位マーク間のピッチPを7.9〜8.2μｍにするとき、回折遮光数2n'+1を三個形成する場合にその幅t'を2.65〜2.67μｍに、パターンピッチP'を5〜5.4μｍに形成し、回折遮光数2n'+1を五個形成する場合にその幅t'を1.59〜1.6μｍに、パターンピッチP'を3.1〜3.3μｍに形成し、回折遮光数2n'+1を七個形成する場合にその幅t'を1.13〜1.15μｍに、パターンピッチP'を2.27〜2.29μｍに形成することが好ましい。
【００１２】
前記目的を達成するため本発明による整列方法は、メサ又はトレンチ形状の各単位マーク上に逆状をなすメサまたはトレンチパターンをインライン配列するように形成し、単位マークに対する第１プローブ光照射手段とメサまたはトレンチパターンに対する第２プローブ光照射手段とを具備して、配列された各単位マークに対し第１プローブ光を照射して各単位マーク部分と非単位マーク部分とによるコントラストを確認する段階と、各単位マークに対し第２プローブ光を照射して各単位マーク内のメサまたはトレンチパターンの形成部位と非形成部位とによるコントラストを確認する段階と、第１、第２プローブ光による各コントラスト測定値を通してマーク中心位置を決定する段階と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
また、第１プローブ光はウェーハ上に塗布されるフォトレジストを感光させない633nm波長帯の赤色レーザー光を使用することが好ましく、第２プローブ光はウェーハ上に塗布されるフォトレジスタを感光させない532nm波長帯の緑色レーザー光を使用することが好ましい。
【００１４】
一方、マーク中心位置は、単位マークに対する第１プローブ光の照射によるコントラスト測定値とメサ又はトレンチパターンに対する第２プローブ光の照射によるコントラスト測定値との中で最大のコントラスト測定値を基準にして決定することを特徴とする。
【００１５】
また、マーク中心位置は、単位マークに対する第１プローブ光の照射によるコントラスト測定値とメサまたはトレンチパターンに対する第２プローブ光の照射によるコントラスト測定平均値とを基準にして決定することを特徴とする。
【００１６】
そして、マーク中心位置は、メサまたはトレンチパターンに対する第２プローブ光の照射による最大コントラスト測定値だけを基準にして決定できるし、または、メサまたはトレンチパターンに対する第２プローブ光の照射によるコントラスト測定平均値だけを基準にして決定することもできる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1乃至図10は、本発明による整列マークの一例を示した部分切取斜視図及びこれに対し第１、第２プローブ光の照射によるコントラストを示したグラフであり、図11乃至図17は、単位マークに対する第１プローブ光の測定誤差範囲と各単位マークを複数の回折遮光数に細分するメサまたはトレンチパターンに対する第２プローブ光の測定誤差範囲と各実施例のアライメント再現性による測定値範囲とを示したグラフであり、従来と同一な部分に対する詳細な説明は省略する。
【００１８】
本発明による整列マークは、図1乃至図4に示すように、ウェーハWの化学的機械的ポリシング工程が適用される層の下部層、即ち、半導体基板または絶縁層上にメサ又はトレンチ形状の単位マークが所定間隔に複数個配列されて整列マークを形成する。
また、上述した各単位マークの形状と配列とは露光整列システムから照射される各波長帯を回折させることにより、整列工程のときに整列信号を形成する。
このような整列マークに対し所定光を照射する本発明による露光整列システムは、整列マークに対し633nm波長帯の赤色光と532nm波長帯の緑色光とを含んだ少なくとも二つ以上の光を選択的に照射できるようにする光源手段を具備する。
ここで、上述した光源手段により提供される光はレーザー光を使用し、633nm波長帯の赤色光を第１プローブ光、532nm波長帯の緑色光を第２プローブ光と便宜上称する。
【００１９】
一方、上述した整列マークにおいて、各単位マーク内には図1乃至図4に示すように、化学的機械的ポリシング工程のときにディッシング現象を防止できる程度の密度に各単位マークのメサまたはトレンチ形状の逆状をなす少なくとも一つ以上（n'）のメサパターン（M）またはトレンチパターン（T）がインライン配列される。
そして、メサパターンMは、図2または図4に示すように、トレンチ形状の単位マーク内に所定ピッチP'で逆状をなして形成され、トレンチパターンTは、図1または図3に示すように、メサ形状の単位マーク内に所定ピッチP'で逆状をなして形成され、各単位マークに対する整列信号を少なくとも３個以上の回折遮光数2n'+1に細分する。
また、上述した各単位マークの形状は所定幅と長さとをもつ長方形状のものであるのに対し、メサパターンMまたはトレンチパターンTは図1乃至図4に示すように、その長さ方向が対応する単位マークの長さ方向と平行をなし、これらの単位マークの幅方向にインライン配列されて形成される。
【００２０】
ここで、上述したメサパターンMまたはトレンチパターンTのパターンピッチP'は、単位マーク間のピッチPと走査される所定レーザー光の波長λと回折角θ及び回折遮光数ｎとの関係の回折公式Psinθ=nλにおいて、単位マーク間のピッチPを基準にしてメサパターンMまたはトレンチパターンTの個数n'に照射される第２プローブ光の波長λ'による回折遮光数2n'+1とメサパターンMまたはトレンチパターンTによるパターンピッチP'との関係式P'=P/(2n'+1)±0.05μm（n'は自然数）を通して設定される。
【００２１】
また、メサパターンMまたはトレンチパターンTの幅t'とパターンピッチP'とは、単位マーク間のピッチPを7.9〜8.2μｍにするとき、回折遮光数2n'+1を３個形成する場合にその幅t'を2.65〜2.67にし、パターンピッチP'を５〜5.4μｍに形成し、回折遮光数2n'+1を5個形成する場合にその幅t'を1.59〜1.61μｍにし、パターンピッチP'を3.1〜3.3μｍに形成し、回折遮光数2n'+1を７個形成する場合にその幅t'を1.13〜1.15μｍに、パターンピッチP'を2.27〜2.29μｍに形成する。
したがって、図1乃至図4の各単位マークに対し第１プローブ光を照射すれば、それぞれに対する図5乃至図7に示したグラフにおけるように、それぞれのコントラスト測定値が得られる。
そして、これに対し第２プローブ光を照射すれば、図8乃至図10に示したグラフにおけるように、メサパターンMまたはトレンチパターンTのコントラスト測定値が得られる。
【００２２】
このような構成の整列マークを基準にしてウェーハWを整列位置させる過程は、まず位置されるウェーハWの所定部位、即ち、所定位置のフィールド領域EFnまたはそれに対するスクライブライン（SCL）上に少なくとも一つ以上の単位マークが配列されて形成された整列マークに対し第１プローブ光を照射する。
そして、各単位マークによる第１プローブ光の反射回折を通して図5乃至図7に示したコントラストを得、これらのコントラストのうち最大測定値を基準にしてマーク中心位置を設定できるし、また、これらのコントラストによる各マーク中心位置の平均値でそのマーク中心位置を設定することもできる。
したがって、各単位マークと第１プローブ光の照射により測定されるマーク中心位置の設定とは他の波長の光、即ち、第２プローブ光を照射するための光源が具備されていない従来の整列システムに対応してその整列過程を行うことができるのである。
【００２３】
次いで、上述したように、各単位マーク内のメサパターンMまたはトレンチパターンTに対し第２プローブ光を照射し、このとき、各メサパターンMまたはトレンチパターンＴによるそれぞれのコントラストを得る。
このようにして得られたコントラストのうち最大の測定値を基準にしてマーク中心位置を設定できるし、また、これらのコントラストによる各マーク中心位置の平均値でそのマーク中心位置を設定できる。
ここで、上述した各単位マーク22a,22b,22c,22dに対する第１プローブ光の照射で得られた各コントラストとメサパターンMまたはトレンチパターンTに対する第２プローブ光の照射で得られた各コントラストとのうち最大の測定値を基準にしてマーク中心位置を設定できるし、または、これらの各コントラストが指示するマーク中心位置を平均してマーク中心位置を設定できる。
このような関係において、各単位マーク内に形成されるメサパターンMまたはトレンチパターンTに対する第２プローブ光の照射で得られた各コントラストのうち最大測定値を基準にし、またはこれらの各コントラストが指示するマーク中心位置の平均を基準にしてマーク中心位置を設定するのがより好ましいと言える。
【００２４】
このようにして得られたコントラストによるマーク中心位置の確認については、図11乃至図16において、単位マークに対する第１プローブ光の測定誤差範囲と各単位マークを複数の回折遮光数に細分するメサパターンMまたはトレンチパターンTに対する第２プローブ光の測定誤差範囲と各実施例のアライメント再現性に従う測定値範囲とに示すように、第１プローブ光による測定値よりもメサパターンＭまたはトレンチパターンTにより細分された回折遮光数2n'+1を用いたものがよりよい正確度をもつことがわかる。
【００２５】
図11は、従来の単位マーク個数に対する第１プローブ光、即ち、633nm赤色レーザー光の使用のときにX軸、Y軸及び回転方向のウェーハ整列位置検出の誤差範囲を示したもので、図12は、従来の単位マーク個数に対する第２プローブ光、即ち、532nm緑色レーザー光の使用のときにX軸、Y軸及び回転方向のウェーハ整列位置検出の誤差範囲を示したものである。
これを比較すると、第１プローブ光を使用する場合には、各単位マークの個数、即ち、回折遮光数が多いほどウェーハ整列位置検出の誤差範囲が減少することがわかり、これはフーリエ変換規則による下記の数式で確認できる。
［数式］
f(x)=(4/π)sin(x-a)+(4/3π)sin(3x)+(4/5π)sin(5x)+(4/7π)sin(7x)+……ｘ：マーク中心距離、 a：測定誤差値
しかし、図21または図23の従来技術の説明におけるように、各単位マークの形状が全般的に歪曲された状態で測定される場合にその限界があり、それぞれの単位マークに対する測定誤差範囲が大きくなるためその検出を信頼することが難しい。
【００２６】
これに対して、第１プローブ光よりも短い波長の第２プローブ光を使用する場合には、上述した第１プローブ光に対する検出と同様にフーリエ変換規則により単位マークの個数による影響を受けるが、各単位マークに対する測定誤差範囲が一定範囲内で安定的な検出信頼度を得る。
そして、図13の検出誤差範囲は、いずれか一つの単位マークに本発明によるメサパターンMまたはトレンチパターンTを形成した場合、各回折遮光数に従い第１プローブ光を照射して得られた測定値の検出誤差範囲を示したもので、メサパターンMまたはトレンチパターンTにより回折遮光数が細分されて従来の単位マークに対する検出誤差範囲に比べてより安定的な測定値が得られることがわかる。
また、このようなメサパターンＭまたはトレンチパターンTはその密度及び工程遂行またはCMP過程によりその形状が損傷されることが減少されて、より安定した測定値が得られることがわかる。
【００２７】
さらに、図14の検出誤差範囲は、メサパターンMまたはトレンチパターンTを形成したいずれか一つの単位マークに対し、第２プローブ光を照射して得られた測定値の検出誤差範囲を示したものであり、メサパターンMまたはトレンチパターンTのパターンピッチP'を第２プローブ光の波長に対応する関係式P'=P/(2n'+1)に従い形成することにより、各単位マークに対するよりさらに安定した測定値となるように検出誤差範囲を減らすことになることがわかる。
【００２８】
一方、図15及び図16に示したグラフは、それぞれの従来の第１プローブ光を用いて測定した検出位置分布と本発明による第２プローブ光を用いて測定した検出位置の分布を示した図で、その整列位置測定による検出信頼度を確認できる。
ここで、考慮すべき事項として、ウェーハの整列位置の検出のための各単位マークに対するメサパターンMまたはトレンチパターンTの幅T'とそのパターンピッチP'との関係は、これらのパターンM,T間の間隔qが相当に小さくてその間にメタルなどが充填される場合またはその充填に対応してCMP過程中にメサパターンMまたはトレンチパターンTを含んだ単位マークの縁部が損傷される場合などを鑑みて、十分な間隔qと密度、即ち、パターンピッチP'をなすように形成することが求められる。
これに従う一番好ましいメサパターンMまたはトレンチパターンTとの間の間隔、即ち、間隔と類似したメサパターンMまたはトレンチパターンTの幅t'とパターンピッチP'とは、その幅t'を1.13〜1.15μｍにし、パターンピッチP'を2.27〜2.29μｍに形成して、蒸着される工程の層がその間に充填されることを防止し、あるいは全般的に充填されることに対してはCMP過程に対応して十分な密度をなすようにすることが好ましい。
【００２９】
一方、このような整列マークに対する整列システムは各単位マークに対応する第１プローブ光を照射する光源とメサパターンMまたはトレンチパターンTに対応する第２プローブ光を照射する光源とをそれぞれ区分するように具備して形成することができる。
または所定光源からの光路上に上述した第１プローブ光の波長帯のみを通過させて照射する光フィルターを選択的に位置させるか、あるいは上述した第２プローブ光の波長帯のみを通過させて照射する他の光フィルターを選択的に位置させるかの方法により実現することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明してきたように本発明によると、従来の整列マークの各単位マークの範囲内にメサまたはトレンチパターンを配列して、照射する所定波長の光と他の波長の光とを選択的に使用することにより従来の整列システムを互換使用することができ、メサまたはトレンチパターンの配列によりさらに細分された回折遮光数を得ることによりその正確度を向上させ整列信頼度を向上させるという効果がある。
また、メサまたはトレンチパターンの形成は、単位マークを化学的機械的ポリシング工程に対応して十分な密度とすることによりディッシング現象を防止し、より正確なマーク中心位置を求めることができるなどの効果がある。
【００３１】
本発明は、具体的な実施例に対してのみ詳しく説明したが、本発明の技術的思想の範囲内で変形及び変更できることは、本発明が属する分野の当業者には明白なもので、そのような変形及び変更は本発明の特許請求範囲に属するといえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による整列マークの一例を示す部分切取斜視図。
【図２】本発明による整列マークの一例を示す部分切取斜視図
【図３】本発明による整列マークの一例を示す部分切取斜視図
【図４】本発明による整列マークの一例を示す部分切取斜視図
【図５】本発明によるメサ形状の各単位マークの細分された回折遮光に対する第１、第２プローブ光の照射によるコントラストを示すグラフ。
【図６】本発明によるメサ形状の各単位マークの細分された回折遮光に対する第１、第２プローブ光の照射によるコントラストを示すグラフ。
【図７】本発明によるメサ形状の各単位マークの細分された回折遮光に対する第１、第２プローブ光の照射によるコントラストを示すグラフ。
【図８】本発明によるトレンチ形状の各単位マークの細分された回折遮光に対する第１、第２プローブ光の照射によるコントラストを示すグラフ。
【図９】本発明によるトレンチ形状の各単位マークの細分された回折遮光に対する第１、第２プローブ光の照射によるコントラストを示すグラフ。
【図１０】本発明によるトレンチ形状の各単位マークの細分された回折遮光に対する第１、第２プローブ光の照射によるコントラストを示すグラフ。
【図１１】従来の単位マークに対する第１プローブ光の測定誤差範囲を示すグラフ。
【図１２】従来の単位マークに対する第２プローブ光の測定誤差範囲を示すグラフ。
【図１３】本発明の単位マークに対する第1プローブ光の測定誤差範囲を示すグラフ。
【図１４】本発明の単位マークに対する第２プローブ光の測定誤差範囲を示すグラフ。
【図１５】従来の第1プローブ光を用いて測定した検出位置分布。
【図１６】本発明の第2プローブ光を用いて測定した検出位置分布。
【図１７】一般の整列マークの一例を示す部分切取斜視図。
【図１８】一般の整列マークの一例を示す部分切取斜視図。
【図１９】一般の整列マークの一例を示す部分切取斜視図。
【図２０】一般の整列マークの一例を示す部分切取斜視図。
【図２１】工程過程において図17乃至図20に示した単位マークを幅方向に切断して示す断面図。
【図２２】図21に示した単位マークの形状によるコントラストの誤差範囲を示すグラフ。
【図２３】 CMP工程以後の図17乃至図20に示した各単位マーク部位の長さ方向に切断して示した断面図。
【図２４】 CMP工程以後の図17乃至図20に示した各単位マーク部位の幅方向に切断して示した断面図。
【図２５】図24に示した単位マークの形状によるコントラストの誤差範囲を示すグラフ。
Claims (8)
- メサまたはトレンチ形状の各単位マーク上に逆状をなすメサまたはトレンチパターンをインライン配列するように形成し、メサまたはトレンチパターンによるパターンピッチ(P’)を、前記単位マーク間のピッチ(P)と走査される第１プローブ光の波長(λ)と回折角(θ)及び回折遮光数(n)との関係の回折公式（Psinθ=nλ）において、前記単位マーク間のピッチ(P)を基準にして前記メサまたはトレンチパターンの個数(n’)とこれに対し照射される第２プローブ光の波長(λ’)とそれに従う回折遮光数(2n’+1)との関係によるP’=P/(2n’+1)±0.05μｍの関係式として設定し、前記単位マークに対する第１プローブ光照射手段と前記メサまたはトレンチパターンに対する第２プローブ光照射手段と、を具備して、
各単位マーク部分と非単位マーク部分とによるコントラストを確認するように、配列された前記各単位マークに対し第１プローブ光を照射する段階と、
前記各単位マーク内のメサまたはトレンチパターンの形成部位と非形成部位とによるコントラストを確認するように、前記各単位マーク内の前記メサまたはトレンチパターンに対し第２プローブ光を照射する段階と、
前記第１、第２プローブ光による各コントラスト測定値に基づいてマーク中心位置を決定する段階と、を含むことを特徴とする整列方法。 - 前記第1プローブ光はウェーハ上に塗布されるフォトレジストを感光させない633nm波長帯が用いられ、前記第２プローブ光はウェーハ上に塗布されるフォトレジストを感光させない532nm波長帯が用いられることを特徴とする請求項１に記載の整列方法。
- 前記マーク中心位置は、前記単位マークに対する第１プローブ光の照射によるコントラスト測定値と前記メサまたはトレンチパターンに対する第２プローブ光の照射によるコントラスト測定値とのうち最大のコントラスト測定値を基準にして決定することを特徴とする請求項１に記載の整列方法。
- 前記マーク中心位置は、前記単位マークに対する第１プローブ光の照射によるコントラスト測定値と前記メサまたはトレンチパターンに対する第２プローブ光の照射によるコントラスト測定平均値とを基準にして決定することを特徴とする請求項１に記載の整列方法。
- 前記マーク中心位置は、前記メサまたはトレンチパターンに対する第２プローブ光の照射による最大コントラスト測定値のみを基準にして決定でき、あるいは前記メサまたはトレンチパターンに対する第２プローブ光の照射によるコントラスト測定平均値のみを基準にして決定できることを特徴とする請求項１に記載の整列方法。
- 前記メサまたはトレンチパターンの幅(t’)とパターンピッチ(P’)とは、前記単位マーク間のピッチ(P)を7.8〜8.2μｍにするとき、前記回折遮光数(2n’+1)を３個形成する場合にその幅(t’)を2.65〜2.67μｍに、パターンピッチ(P’)を5〜5.4μｍに形成することを特徴とする請求項１に記載の整列方法。
- 前記メサまたはトレンチパターンの幅(t’)とパターンピッチ(P’)とは、前記単位マーク間のピッチ(P)を7.8〜8.2μｍにするとき、前記回折遮光数(2n’+1)を5個形成する場合にその幅(t’)を1.59〜1.61μｍに、パターンピッチ(P’)を3.1〜3.3μｍに形成することを特徴とする請求項１に記載の整列方法。
- 前記メサまたはトレンチパターンの幅(t’)とパターンピッチ(P’)とは、前記単位マーク間のピッチ(P)を7.8〜8.2μｍにするとき、前記回折遮光数(2n’+1)を７個形成する場合にその幅(t’)を1.13〜1.15μｍに、パターンピッチ(P’)を2.27〜2.29μｍに形成することを特徴とする請求項１に記載の整列方法。
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