JPH0888256A

JPH0888256A - パターンの重合わせ検査方法

Info

Publication number: JPH0888256A
Application number: JP6221645A
Authority: JP
Inventors: Yoshikatsu Tomimatsu; 喜克富松
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-09-16
Filing date: 1994-09-16
Publication date: 1996-04-02

Abstract

(57)【要約】【目的】パターンの重合わせにおける位置ずれを自動
的に検査する方法において、自動測定プログラムの最適
化が可能であり、また測定時間の短縮化が可能であり、
さらに測定精度の改善された検査方法を提供する。【構成】第１層のパターンの形成時に形成された第１
（１Ｂ）と第２（１Ｃ）の検証用マーク（Ｍ２）を用い
て測定プログラムを最適化し、位置ずれ要素のスケーリ
ング，ローテーションおよび直交を考慮して位置ずれ測
定のサンプリングショットを選択し、検査マーク（Ｍ
１）と検証用マーク（Ｍ２）の測定結果を用いて計算す
ることによって層構造に基づく測定誤差を抽出して補正
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体デバイスの製造工
程で行なわれるパターンの重合わせにおける位置ずれを
検査する方法に関し、特に、測定プログラムに従って自
動的にパターンの重合わせの位置ずれを検査する方法の
改善に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体デバイスの集積度の増大に
伴って、パターンの重合わせ精度に対する要求は、０．
２０μｍから０．１０μｍとなり、さらにナノメータの
オーダにならんとしている。したがって、パターンの重
合わせにおける位置ずれの測定に関しても、その精度の
向上やスループットの改善が必要不可欠となってきてい
る。最近では、パターン重合わせにおける位置ずれを自
動的に検知する技術が用いられており、その一例が特開
平４−２４９１３において開示されている。

【０００３】以下において、現在用いられているパター
ンの重合わせ検査技術における自動測定プログラムの作
成手順，測定フロー，および測定方法の概略を示す。

【０００４】［測定プログラムの作成手順］（手順１−１）半導体ウェハを検査ステージ上に搬送
したときに発生する回転量を補正するために用いるマク
ロマークを指定する。通常は、ショット（ＩＣチップと
なる領域）とショットとの間にあるスクライブラインが
このマクロマークとして用いられる。マクロマークを用
いた大まかな回転量の補正の後に、さらに細かい回転補
正を行なうために、ミクロマークが指定される。通常
は、ウェハ上のデバイスパターンの中から、差別化しや
すい任意のパターンがこのミクロマークとして選択され
る。

【０００５】（手順１−２）ウェハ上において、位置
座標の基準となるポイントが指定される。

【０００６】（手順１−３）パターンの重合わせの検
査に使用するマークの大きさに合わせて、そのマークの
測定範囲が指定される。そして、測定時におけるウェハ
と対物レンズとの距離や照明光の光強度の決定が自動的
になされる。

【０００７】（手順１−４）その後、ウェハ内におい
て測定されるべきショットが指定される。

【０００８】［測定フロー］（手順２−１）ウェハを検査ステージ上に搬送し、マ
クロマークおよびミクロマークを用いてウェハの回転量
を補正する。

【０００９】（手順２−２）ウェハ上において、位置
座標の基準となるポイントを確認する。

【００１０】（手順２−３）測定すべき検査マークの
測定箇所の画像を取込み、パターンのずれ量を検出する
（検査マークについては後で詳述される）。

【００１１】（手順２−４）ウェハ内の指定されたシ
ョットのすべてについて検査マークを測定する。

【００１２】［測定方法］図９に示されているような箱
内箱マークＭ１が検査マークとして用いられる。図９
（Ａ）は箱内箱マークの平面図を示しており、図９
（Ｂ）はその断面図を示している。すなわち、半導体ウ
ェハ上に形成された任意の第１層のパターンの形成時
に、外側の箱１Ａが形成されている。そして、第１層の
パターン上に第２層のパターンが形成されるときに外側
の箱１Ａ内に内側の箱２Ａが形成されている。箱内箱マ
ークＭ１の測定には、一般に画像認識装置を用いるのが
主流である。検査マークを照明するための光としては、
キセノンランプのような光源からのブロードバンド光が
用いられる。各箱のエッジ付近から反射する光強度を検
出することによって、そのエッジ位置が認識されて、図
９に示された間隔ａと間隔ｂが次式（１）に当てはめら
れて、第１層のパターンと第２層のパターンとのずれ量
が求められる。

【００１３】ずれ量＝（ａ−ｂ）／２ …（１）

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】以上に説明されたよう
な先行技術による測定プログラムの作成や実際の測定に
は、次のような問題点（Ｐ１）〜（Ｐ４）が存在する。

【００１５】（Ｐ１）測定を行なうためには、前述の
ようにデバイスパターンの中から基準マークが選択され
るので、デバイスの種類および各工程の数だけの測定プ
ログラムが必要である。また、開発段階のデバイスにお
いてはウェハ上の最終層の膜が確定されていないので、
最終層の膜に依存する反射率の違いによって、各試作ロ
ットごとに測定プログラムの作成が必要であるという問
題がある。

【００１６】（Ｐ２）実際に用いられている測定プロ
グラムがその測定を行なうのに最適なプログラムである
かどうかの判定をする方法が存在しないという問題があ
る。

【００１７】（Ｐ３）ウェハ上の測定を行なうサンプ
リングショットの位置は、予め測定プログラムに設定さ
れている。しかし、位置ずれ要素のオフセット，スケー
リング，ローテーション，および直交のうち特定の要素
が他の要素よりも大きい値をとるときには、パターンの
重合わせにおける位置ずれ量は、ウェハ面内の場所に依
存して偏った傾向を持つ。しかし、先行技術においては
予め固定されたサンプリングショットが計測されるの
で、そのような位置ずれ要素に関する情報が全く考慮さ
れていないという問題がある。

【００１８】（Ｐ４）位置ずれ量の測定時にその測定
精度を劣化させる要因として、図１０に示されているよ
うに外側の箱１Ａ上に形成された金属膜などからなる第
２層の膜２の影響がある。他方、内側の箱２Ａはレジス
トで形成されていて、その上には付加的な膜が形成され
ないので、内側の箱２Ａは正確に測定することが可能で
ある。しかし、現在の位置ずれ自動測定装置において
は、図１０における膜２による測定誤差を低減する方法
が存在しないという問題がある。

【００１９】以上のような先行技術における課題に鑑
み、本発明は、測定プログラムを検査マークの測定に関
して最適化することができ、位置ずれ要素を考慮するこ
とによって迅速かつ正確に全ショットにおける位置ずれ
の平均値を推定することができ、さらに、層構造に起因
する測定誤差を抽出することによって位置ずれ量をより
正確に検出し得るパターンの重合わせ検査方法を提供す
ることを目的としている。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の１つの態様によ
るパターンの重合わせ検査方法は、半導体ウェハ上の任
意の第１層のパターンの形成時に形成される第１の位置
合わせ検査マークと第１層上に形成される第２層のパタ
ーンの形成時に形成される第２の位置合わせ検査マーク
とを用いて測定プログラムに従って自動的にパターンの
重合わせの位置ずれを検査する方法において、第１層の
形成時に第１と第２の検証用マークを形成し、測定プロ
グラムに従ってそれらの第１と第２の検証用マークを測
定し、第１と第２の検証用マークを用いた測定結果とし
て位置ずれを含まないという結果が得られるように測定
プログラム中のパラメータを最適化し、以後は、第１層
に重ねられる各層のパターンの位置ずれが、最適化され
た測定プログラムに従って検査マークを用いて検査され
ることを特徴としている。

【００２１】本発明のもう１つの態様によるパターンの
重合わせ検査方法は、半導体ウェハ上で互いに隔てられ
ていて同一直線上に存在しない少なくとも３つのショッ
トに関して検査マークを用いて位置ずれを求めることに
よって、位置ずれの要素であるスケーリング，ローテー
ションおよび直交の大きさを求め、それらのスケーリン
グ，ローテーションおよび直交の大きさを考慮して位置
ずれ測定用のサンプリングショットを選択し、それらの
サンプリングショットにおける位置ずれを測定して平均
することによって全ショットにおける位置ずれの平均値
を正確かつ迅速に推定することができることを特徴とし
ている。

【００２２】本発明のさらにもう１つの態様によるパタ
ーンの重合わせ検査方法は、半導体ウェハ上の任意の第
１層のパターンの形成時に形成される第１の位置合わせ
検査マークと第１層上に形成される第２層のパターンの
形成時に形成される第２の位置合わせ検査マークとを用
いてパターンの重合わせの位置ずれを検査する方法にお
いて、第１層の形成時に第１と第２の検証用マークを形
成し、検査マークの測定結果と検証用マークの測定結果
とを比較計算することによって半導体ウェハ上の層構造
に基づく測定誤差を抽出し、これによって、第１層のパ
ターンと第２層のパターンとの位置ずれ量をより正確に
検出し得ることを特徴としている。

【００２３】

【作用】本発明の１つの態様によるパターンの重合わせ
検査方法においては、第１層の形成時に形成された第１
と第２の検証用マークを用いた測定結果として位置ずれ
を含まないという結果が得られるように測定プログラム
中のパラメータが最適化されるので、第１層のパターン
上に重ねられる各層のパターンの位置ずれが、その最適
化された測定プログラムに従って検査マークを用いてパ
ターン間の位置ずれがより正確に検査され得る。

【００２４】本発明のもう１つの態様によるパターンの
重合わせ検査方法によれば、位置ずれ要素であるスケー
リング，ローテーションおよび直交の大きさを考慮して
位置ずれ測定用のサンプリングショットが選択されるの
で、それらのサンプリングショットにおける位置ずれを
平均することによって、全ショットにおける位置ずれの
平均値を正確かつ迅速に推定することができる。

【００２５】本発明にさらにもう１つの態様によるパタ
ーンの重合わせ検査方法よれば、第１層の形成時に形成
された第１と第２の検証用マークの測定結果と検査マー
クの測定結果を比較計算することによって半導体ウェハ
上の層構造に基づく測定誤差が抽出されるので、第１層
のパターンと第２層のパターンとの位置ずれ量がより正
確に検出され得ることになる。

【００２６】

【実施例】

［実施例１］従来例で説明したように、位置ずれ測定プ
ログラムを自動で作成して自動で測定するためには、以
下の４つのポイント（Ａ１）〜（Ａ４）が存在する。

【００２７】（Ａ１）半導体ウェハを検査ステージ上
に搬送したときの回転量の補正（Ａ２）ウェハ上のすべての位置の基準となる原点の
決定（Ａ３）測定プログラムの作成（Ａ４）測定ショットの指定また、測定プログラム自動作成および自動測定を行なう
ためには、次のデータ（Ｄ１）〜（Ｄ６）が必要であ
る。

【００２８】（Ｄ１）半導体ウェハの大きさ（Ｄ２）測定ショットの大きさ（縦横の長さ）（Ｄ３）ウェハ面内における全ショットの配列および
選択された測定ショットの位置（Ｄ４）検査マークとしての箱マークの大きさ（外側
の箱と内側の箱の辺の長さ）（Ｄ５）ショット内において基準点マークを基準とす
る箱マークの位置（Ｄ６）ショット内における基準点マークの座標値本実施例においては、回転補正を行なうために必要とさ
れる基準点マークは、従来のようにデバイスパターン中
から選択されたマークではなく、個別に設けられたマー
クである。その基準点マークは、キセノンランプなどか
らの光に対して強い乱反射を生じるパターンであり、ウ
ェハ内において画像処理的に非常に認識率の高いという
特徴をもつマークである。この基準点マークは、その上
に層構造が形成されても認識可能である。

【００２９】また、本実施例においては、測定プログラ
ムを作成するときに、そのプログラムが正確に作成され
ているか否かの判定を行なうために、図１に示されてい
るように、検査マークＭ１に加えて検証用マークＭ２が
用いられる。図１において、半導体ウェハ上に形成され
る任意の第１層構造１上に第２層の膜２が形成されてい
る。第１層構造中には、検査マークＭ１の外箱１Ａが形
成されると同時に、検証用マークＭ２の外箱１Ｂと内箱
１Ｃが同時に形成されている。そして、検査マークＭ１
の外箱１Ａ内において第２層の膜２上に内箱２Ａが形成
されている。

【００３０】図１に示された検証用マークＭ２の外箱１
Ｂと内箱１Ｃは第１層構造１のパターンが形成されると
きに同時に形成されているので、その外箱１Ｂと内箱１
Ｃとの位置ずれはゼロであり、間隔ｃと間隔ｄが等しく
なる。また、検査マークＭ１においては外箱１Ａについ
てのみ第２層の膜２に基づく測定誤差が生じるが、検証
用マークＭ２においては外箱１Ｂのみならず内箱１Ｃも
第２層の膜２によって覆われるので、外箱１Ｂの測定に
ついて第２層の膜２に基づく測定誤差と同等の測定誤差
が内箱１Ｃについても生じる。

【００３１】上述のような基準点マークと検証用マーク
とを用いる本実施例の測定フローを図２のフローチャー
トに従って説明する。

【００３２】まずステップＳ１において、半導体ウェハ
が検査ステージに搬送され、マクロマーク（通常はスク
ライブライン）を用いて大まかな回転補正が行なわれ
る。

【００３３】ステップＳ２においては、予め入力されて
いるウェハの大きさ，ショット配列および基準点マーク
の座標値などを元にして、検出部へ基準点マークを移動
させ、その基準点マークを用いることによってさらに高
精度に回転補正の微調整が行なわれる。

【００３４】ステップＳ３では、ウェハ上において基準
となるポイントとして基準点マークを用いて原点が定め
られる。このとき、もちろん基準点マーク自体を原点と
することも可能である。

【００３５】ステップＳ４においては、基準点マークを
基準としてショット内の検査マークＭ１を検出部に移動
させる。予め入力されているその検査マークである箱の
大きさを元にして、箱のエッジ付近の反射強度が最大に
なるように、従来例と同様に自動光度調節およびフォー
カス面自動調整を行なって測定プログラムを作成する。
このとき、検査マークＭ１の外箱１Ａと内箱２Ａの両方
について測定プログラムが作成される。さらに、ウェハ
内における測定すべきショットの指定が行なわれる。

【００３６】ステップＳ５において、作成された測定プ
ログラムの検証が行なわれる。図１に示されているよう
に、検査マークＭ１中の内箱２Ａはレジストで形成され
ていて、そのレジストは他の膜で覆われていないので、
内箱２Ａを測定する際にはそのプログラムに関しての検
証は必要ない。検証が必要とされるのは、第２の層の膜
２によって覆われている外箱１Ａの測定プログラムであ
る。そこで、作成された測定プログラムを用いて図１に
示された検証用マークＭ２が測定される。前述のよう
に、検証用マークＭ２は位置ずれ量がゼロになるように
形成されているので、その測定プログラムによる測定結
果としての位置ずれ量がゼロでない場合は、その測定プ
ログラムが正確ではないことを意味する。したがって、
その場合にはステップＳ６に進む。

【００３７】ステップＳ６では、検証用マークＭ２にお
ける位置ずれ量がゼロであると測定されるように、プロ
グラム中の光強度やフォーカスのパラメータが変更され
る。そして、ステップＳ５に戻り、検証用マークＭ２の
測定結果として位置ずれ量がゼロであるという結果が得
られればステップＳ７へ進む。

【００３８】ステップＳ７では、ウェハ内の選択されて
指定されたショットのすべてについてパターンの位置ず
れが測定される。

【００３９】以上のように、本実施例によれば、検証さ
れて最適化された測定プログラムを用いて、自動的に位
置ずれ量検査マークを測定することが可能となる。

【００４０】［実施例２］この実施例は、位置ずれの要
素であるオフセット，スケーリング，ローテーションお
よび直交が残留しているときに、位置ずれがウェハ面内
において偏ったずれ方をすることに着目したものであ
る。

【００４１】図３，図４および図５は、これらの位置ず
れ要素が残留したときのウェハ面内における位置ずれ分
布を示している。なおこれらの図において、説明の明瞭
化のために位置ずれはＸ方向のみに関して示されている
が、Ｙ方向に関しても同様であるので、以下はＸ方向の
位置ずれのみについて説明する。また、これらの図にお
いて位置ずれの大きさがウェハ面内の拡大された矢印で
示されているが、その大きさはウェハの図形の近傍に示
された矢印の長さが０．１μｍに対応するものである。

【００４２】図３は、Ｘ方向に０．５μｍのオフセット
を与えたときの位置ずれ分布を示している。図４は、図
３の位置ずれに対してさらに０．５ｐｐｍのスケーリン
グを加えたときの位置ずれ分布を示している。図５は、
図４の位置ずれ分布に対してさらに０．５μｒａｄのロ
ーテーションおよび直交を加えた場合の位置ずれ分布を
示している。

【００４３】図６（Ａ）は、図５の位置ずれ分布をグラ
フ化したものである。このグラフにおいて、横軸は図６
（Ｂ）に示されたウェハ内のショット位置の番号を表わ
しており、縦軸はＸ方向の位置ずれ量（μｍ）を表わし
ている。またグラフ中の矢印６Ａはオフセットによる影
響を表わし、矢印６Ｂはローテーションおよび直交によ
る影響を表わし、そして矢印６Ｃはスケーリングによる
影響を表わしている。図６Ａのグラフと図６Ｂのウェハ
中のショット配列からすれば、ショット番号が１から６
に進むにつれて位置ずれ量が増大し、さらにショット番
号が７から１２に進むにつれて位置ずれ量が減少すると
いう効果を生じている。またローテーションと直交は、
ウェハ番号１，１２，１３，２４，２５，そして３６の
順で位置ずれ量を減少させる効果があることがわかる。
このように、スケーリング，ローテーションおよび直交
の値の大きさに依存して、位置ずれ量はウェハ面内にお
いて分布を生じることが理論的に明らかである。

【００４４】図７は、ウェハ面内における位置ずれ量の
分布を実験的に求めた一例を示すグラフである。図７の
グラフの横軸は、図６（Ｂ）に示されたショット配列の
番号を表わしており、縦軸はＸ方向の測定された位置ず
れ量（μｍ）を表わしている。図７の測定実験において
は、１２枚のウェハに対してローテーションおよび直交
として０．０１〜０．０２μｒａｄの範囲内の値が与え
られ、スケーリングとして０．２ｐｐｍ〜０．３ｐｐｍ
の範囲内の値が与えられている。

【００４５】図６や図７から、ウェハ面内において、シ
ョット配列の行ごとにデータのグルーピングが可能であ
ることがわかる。

【００４６】図８は、測定されるべきショットをランダ
ムにサンプリングした場合とグループごとによってサン
プリングする層別サンプリングの場合とにおける位置ず
れ量の平均値の収束を示している。図８のグラフにおい
て、横軸はサンプリングショットの個数を表わし、縦軸
はＸ方向の位置ずれ量の絶対値の平均値に標準偏差σの
３倍を加えた値（μｍ）を表わしている。

【００４７】図８（Ａ）のグラフにおいては、黒四角印
は全ショットの位置ずれ平均値を表わし、白四角印はラ
ンダムサンプリングによる位置ずれの平均値を示してい
る。図８（Ａ）において、サンプリングショット数が少
ない間は、全ショットにおける平均値からのばらつきが
大きいが、サンプリングショット数の増大に伴って全シ
ョットにおける平均値０．０５μｍに収束していること
がわかる。

【００４８】図８（Ｂ）においては、黒四角印は図８
（Ａ）の場合と同様に全ショットにおける位置ずれの平
均値を表わしているが、白四角印は層別サンプリングの
場合のサンプリングショットにおける位置ずれの平均値
を表わしている。図８（Ｂ）においてもサンプリングシ
ョット数が少ない場合には全サンプリングショットにお
ける平均値からのずれが大きいが、図８（Ａ）の場合に
比べてはるかに少ないサンプリングショット数で全数サ
ンプリングにおける平均値０．０５μｍに収束している
ことがわかる。すなわち、適切な層別サンプリングによ
って測定すべきショットを選択することにより、ランダ
ムサンプリングの場合に比べて、はるかに少ないサンプ
リングショット数における平均値でもって全数サンプリ
ングの場合の平均値を予測し得ることが理解される。

【００４９】したがって、ウェハ内において同一直線上
に存在しない少なくとも３つ以上のショットについて位
置ずれを測定し、そのデータから位置ずれ要素のスケー
リング，ローテーションおよび直交を求めて、それに基
づいてサンプリングショットを選択することによって、
効率よく全数サンプリングにおける位置ずれの平均値を
効率よく推定することが可能となる。この場合、位置ず
れ要素を求めるために測定されるウェハ内のショット
は、ウェハ内のショット配列の対称性などを考慮して四
隅に存在する４つのショットを選択するのが好ましい。

【００５０】［実施例３］この実施例は、パターンの重
合わせ検査の測定時に生じる主要な測定誤差を抽出して
補正せんとするものである。測定時に発生する誤差の主
要なものは、図１中の検査マークＭ１の外箱１Ａを覆っ
ている第２層の膜２の存在よって外箱１Ａのエッジ部Ｅ
が正確に検出することができないことに基づいている。
そこで、図１に示された検証用マークＭ２を用いて、以
下に述べる方法によって測定誤差が抽出されて補正され
る。

【００５１】ウェハ面内で予め選択されている複数のシ
ョット（たとえば１０ショット）について位置ずれが測
定される。そのときの測定データから求められる位置ず
れ量のばらつきσ_t1は、次式（２）で表わされる。

【００５２】 σ_t1 ²＝σ_d1 ²＋σ_oe1 ²＋σ_ie1 ² …（２）ここで、σ_d1は本来求められるべき真の位置ずれデータ
のばらつきを表わし、σ _oe1は外箱１Ａの測定に関する
誤差に基づくばらつきを表わし、そしてσ_ie1は内箱２
Ａの測定誤差に基づくばらつきを表わしている。ところ
で、内箱２Ａはレジストで形成されており、付加的な膜
によって覆われていないので、σ_ie1＝０と考えられ
る。

【００５３】次に、検証用マークＭ２を測定したときの
位置ずれ量のばらつきσ_t2は次式（３）で表わされる。

【００５４】σ_t2 ²＝σ_d2 ²＋σ_oe2 ²＋σ_ie2 ²…（３）ここで、σ_d2は真の位置ずれ量のばらつきを表わし、σ
_oe2は外箱１Ｂの測定誤差に基づくばらつきを表わし、
そしてσ_ie2は内箱１Ｃの測定誤差に基づくばらつきを
表わしている。

【００５５】ところで、検証用マークＭ２は前述のよう
に位置ずれ量がゼロになるように形成されており、ま
た、外箱１Ｂと内箱１Ｃのいずれもが第２の層の膜２に
よって覆われて同じ構造を有しているので、次式（４）
と（５）が成り立つ。

【００５６】σ_t2＝０ …（４） σ_oe2＝σ_ie2…（５）さらに、本来測定すべき検査用マークＭ１の外箱１Ａと
検証用マークＭ２の外箱１Ｂは同じ構造を有しているの
で、次式（６）が成り立つ。

【００５７】σ_oe1＝σ_oe2…（６）上述の式（２）から式（６）を用いて、真の位置ずれ量
のばらつきσ_d1は次式（７）で表わされる。

【００５８】σ_d1 ²＝σ_t1 ²−σ_t2 ²／２ …（７）以上のように、検査マークＭ１の測定結果のみならず検
証用マークＭ２の測定結果を用いて式（７）の計算を行
なうことにより、第２層の膜２に基づく測定誤差が除か
れた真の位置ずれ量のばらつきであるσ_d1を得ることが
できる。

【００５９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、パター
ンの重合わせ検査における自動的測定方法の最適化され
た測定プログラムを得ることができ、また少ないサンプ
リングショット数によって全ショットにおける平均位置
ずれ量を迅速かつ正確に推定することができ、さらに層
構造に基づく測定誤差を抽出して補正することによって
より正確な位置ずれ量の検出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるパターンの重合わせ検査方法に
おいて用いられる検査用箱マークと検証用箱マークとを
示す概略的な断面図である。

【図２】本発明の一実施例による測定フローを示すフ
ローチャートである。

【図３】オフセットによる位置ずれを説明するための
ウェハの上面図である。

【図４】オフセットにローテーションおよび直交が重
ねられた場合における位置ずれ量分布を説明するための
ウェハの上面図である。

【図５】オフセット，ローテーション，直交およびス
ケーリングが重合わされた場合における位置ずれ量の分
布を説明するためのウェハの上面図である。

【図６】（Ａ）はオフセット，ローテーション，直交
およびスケーリングが重合わせられた場合における位置
ずれ量の分布を示すグラフであり、（Ｂ）はウェハ上の
ショット配列を示す平面図である。

【図７】ローテーション，直交およびスケーリングが
重合わせられた場合におけるウェハ上の位置ずれ分布の
実験結果を示すグラフである。

【図８】サンプリングショットをランダムに選択した
場合と層別に選択した場合とにおける位置ずれ量の平均
値の収束を示すグラフである。

【図９】（Ａ）は従来の検査マークとして用いられる
箱マークの概略的な平面図であり、（Ｂ）はその箱マー
クの概略的な断面図である。

【図１０】箱マークにおける外箱が第２層の膜で覆わ
れている状態を示す断面図である。

【符号の説明】

１半導体ウェハ上の任意の第１層構造、１Ａ第１層
のパターンの形成時に形成された検査マークの外箱、１
Ｂ第１層のパターンの形成時に形成された検証用マー
クの外箱、１Ｃ第１層のパターン形成時に形成された
検証用マークの内箱、２第２層の膜、２Ａ第２層の
パターン形成時に形成された検査用マークの内箱、Ｍ１
検査用マーク、Ｍ２検証用マーク、ａ，ｂ検査用
マークの内箱と外箱との間隔、ｃ，ｄ検証用マークの
外箱と内箱との間隔、Ｅ検査用マークの外箱のエッジ
部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体ウェハ上の任意の第１層のパター
ンの形成時に形成される第１の位置合わせ検査マークと
前記第１層上に形成される第２層のパターンの形成時に
形成される第２の位置合わせ検査マークとを用いて、測
定プログラムに従って自動的にパターンの重合わせの位
置ずれを検査する方法において、前記第１層の形成時に第１と第２の検証用マークを形成
し、前記測定プログラムに従って前記第１と第２の検証用マ
ークを測定し、前記第１と第２の検証用マークを用いた測定結果として
位置ずれを含まないという結果が得られるように前記測
定プログラム中のパラメータを最適化し、以後は、前記第１層上に重ねられる各層のパターンの位
置ずれが、前記最適化された測定プログラムに従って前
記検査マークを用いて検査されることを特徴とするパタ
ーンの重合わせ検査方法。
【請求項２】前記第１の検証用マークは外側の箱であ
り、前記第２の検証用マークは前記外側の箱内に形成さ
れる内側の箱であることを特徴とする請求項１に記載の
パターンの重合わせ検査方法。
【請求項３】前記検査マークおよび前記検証用マーク
の位置は、デバイスパターンと別に設けられた明瞭な基
準点マークを基準にして定められることを特徴とする請
求項１または２に記載のパターンの重合わせ検査方法。
【請求項４】位置合わせ検査マークを用いてパターン
の重合わせを検査する方法であって、半導体ウェハ上で互いに隔てられていて同一直線上に存
在しない少なくとも３つのショットに関して前記検査マ
ークを用いて位置ずれを求めることによって、位置ずれ
要素のスケーリング，ローテーションおよび直交の大き
さを求め、それらのスケーリング，ローテーションおよび直交の大
きさを考慮して位置ずれ測定用のサンプリングショット
を選択し、前記サンプリングショットにおける位置ずれを測定して
平均することによって、全ショットにおける位置ずれの
平均値を正確かつ迅速に推定することができることを特
徴するパターンの重合わせ検査方法。
【請求項５】半導体ウェハ上の任意の第１層のパター
ンの形成時に形成される第１の位置合わせ検査マークと
前記第１層上に形成される第２層のパターンの形成時に
形成される第２の位置合わせ検査マークとを用いてパタ
ーンの重合わせの位置ずれを検査する方法において、前記第１層の形成時に第１と第２の検証用マークを形成
し、前記検査マークの測定結果と前記検証用マークの測定結
果を比較計算することによって前記半導体ウェハ上の層
構造に基づく測定誤差を抽出し、その抽出された測定誤差を補正することによって前記第
１層のパターンと前記第２層のパターンとの位置ずれ量
をより正確に検出し得ることを特徴とするパターンの重
合わせ検査方法。
【請求項６】前記第１の検査マークは第１の外側の箱
であり、前記第２の検査マークは前記第１の外側の箱内
に形成される第１の内側の箱であり、前記第１の検証用
マークは第２の外側の箱であり、前記第２の検証用マー
クは前記第２の外側の箱内に形成される第２の内側の箱
であることを特徴とする請求項５に記載のパターンの重
合わせ検査方法。
【請求項７】前記検査マークおよび前記検証用マーク
の位置はデバイスパターンと別に設けられた明瞭な基準
点マークを基準にして定められることを特徴とする請求
項５または６に記載のパターンの重合わせ検査方法。