JPH0933213A

JPH0933213A - 位置誤差計測方法および半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH0933213A
Application number: JP7181356A
Authority: JP
Inventors: 肇 ▲高▼岡; Hajime Takaoka
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1995-07-18
Filing date: 1995-07-18
Publication date: 1997-02-07
Anticipated expiration: 2015-07-18
Also published as: JP2830784B2

Abstract

(57)【要約】【課題】測定値の読み取り誤差を無くし、Ｓ／Ｎ比を大
きくすることにより基板表面状態やパターン表面状態に
よる計測誤差を回避しかつ現像前でフォトレジストの潜
像を用いることを可能にし、ステッパーのアライメント
用の機構を使用することを可能にし、さらにレジスト以
外の材料膜によるパターンの非対称性が測定精度に影響
することを抑制した位置誤差計測方法および半導体装置
の製造方法を提供する。【解決手段】ノギスパターンの主尺パターン１と副尺パ
ターン２とを回折格子で構成し、両パターンを重ね合わ
せることにより位置ズレを計測する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は重ね合わせ誤差計測
方法および半導体装置の製造方法に係わり、特にレーザ
光を用いて重ね合わせ誤差を検出する重ね合わせ誤差検
出方法およびこの検出方法を用いた半導体装置の製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７に従来の重ね合わせ誤差測定方法を
示す。前工程と現工程にそれぞれノギスの主尺パターン
３１と副尺パターン３２を、ちょうど重ね合わせ誤差が
ないときに主尺と副尺の中央が一致するように配置す
る。この主尺と副尺がどこで一致しているかを顕微鏡で
観察することにより重ね合わせ誤差が測定できる。

【０００３】例えば、主尺のピッチＳ₁と副尺のピッチ
Ｓ₂との差が０．１μｍであるとすれば、中央から数え
て２本目で主尺と副尺が一致している場合は、重ね合わ
せ誤差が０．２μｍとなる。

【０００４】しかしこの方法では、光学顕微鏡の光軸の
ずれや測定者の違いにより計測値に差が出てしまい正確
な測定ができない。

【０００５】そこで図８および図９に示すようなノギス
パターンを自動計測する方法が考えられ特開昭６０−１
７０９３６号公報に開示された。

【０００６】図８において、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は
断面図、（Ｃ）は検知された散乱光強度分布を示す。こ
のノギスパターンは主尺パターン４１とその上に完全に
位置する副尺パターン４２とから構成され、パターンの
エッジ部分で光が強く散乱されることを利用してノギス
の主尺パターン４１と副尺パターン４２のエッジを検出
することにより、Ｌ₁〜Ｌ₅、Ｒ₁〜Ｒ₅を測定してＲ
＝Ｌとなった箇所から、ノギスパターンのズレ量０．４
μｍ〜−０．４μｍを読みとるものである。

【０００７】この方法の検出部および全体の信号処理系
の概要を図９に示す。図９において、（Ａ）は概略図、
（Ｂ）信号波形図である。レーザ光４９が投影レンズ４
３を通してノギスパターンをＸ方向に走査して、入射角
に対して大きく角度のついた位置に検出器４４を配置
し、凸部４６の左角４７Ｌおよび右角４７Ｒからの散乱
光５１のみを検出し、増幅器４５で増幅するようにす
る。そのときの散乱光の各位置での強度をメモリに記憶
し、信号５１Ｌおよび５１Ｒ間の距離Ｄを演算すること
により主尺と副尺の位置を計算し、主尺と副尺が一致し
ている位置から重ね合わせ誤差量を得るものである。

【０００８】この方法は、測定者の違いによる差と顕微
鏡の光軸ズレの影響は防ぐことができるが、散乱光を検
出するため、半導体基板表面や主尺、副尺の表面が荒れ
ていたりグレインが大きい場合にはマーク以外の所で光
が散乱されるため、信号のＳ／Ｎが悪くなり誤検出しや
すくなる。また、従来のステッパーに設置されているレ
ーザ光の回折光を利用した位置合わせ装置を利用して計
測できないため、専用の装置が必要となり、クリーンル
ームの面積を有効利用できないと言う問題がある。さら
に、Ｓ／Ｎ比が低いから露光後現像を行ないレジストパ
ターンを形成しなければ計測することができない。

【０００９】また、画像処理を用いた方法として、図１
０に示すような、２つのボックスマークの下層膜パター
ン６１とフォトレジストパターン６２を用いて、距離
Ｌ，Ｒの計測から位置合わせ誤差量を測定する方法も考
えられているが、この場合もノギスパターンを光学顕微
鏡で作業者が計測する場合と同様に、光軸のズレには敏
感であり、画像データをメモリに取り込んでいる間の半
導体基板の振動の影響が大きい。また、ステッパー以外
に専用の計測装置が必要となる問題がある。

【００１０】ここでまず、ステッパーのアライメント技
術について図１２を用いて簡単に説明する。この例は、
Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ，ｖｏｌ．５３８，ｐｐ．９−１６
（１９８５）で発表されたものである。

【００１１】図１２において、Ｈｅ−Ｎｅレーザビーム
光源６から出たレーザ光３はレンズ系７およびビームス
プリッタ８を通過しミラー９で反射されレチクルマスク
１４の下から投影レンズ１１に入射する。投影レンズ１
１を通過し回折格子であるアライメントマーク１３に照
射されたレーザ光は回折格子１３で反射されて回折光１
０となり投影レンズ１１を通過し、ミラー９で反射され
ビームスプリッタ８で反射され、空間フィルター１５で
±１，±２次項のみが選択されフォトセンサ１６上に集
光されて信号処理装置１７に入力される。このとき、信
号強度が最大となる位置をアライメントマークの位置で
あるとしてアライメントを行う。

【００１２】このステッパーのアライメント機構をその
まま用いて誤差を計測する方法として図１１に示すよう
な方法が考えられる。図１１において、（Ａ）は平面
図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は回折光の信号波形図であ
る。同図において、下層膜のパターニングで回折格子の
一対の第１の位置計測マーク７１Ｒ，７１Ｌが形成さ
れ、その上のフォトレジストの露光により、回折格子の
第２の位置計測マーク７２が形成される。そして図１２
に示すステッパーのアライメント機構を用いてレーザ光
３を走査すると、第１の位置計測マーク７１Ｒ，７１Ｌ
から信号波形８１Ｒ，８１Ｌが得られ、第２の位置計測
マーク７２から信号波形８２が得られ、これら波形の頂
点がそれぞれのマークの中心軸線であるとして、間隔
Ｒ，Ｌを計測しＲ−Ｌから設計値からのズレ量を算出す
るものである。

【００１３】しかしながらこの方法では、第２の位置計
測マーク７２はフォトレジストをそのまま用いているか
ら問題ないが、第１の位置計測マーク７１Ｒ，７１Ｌは
レジストパターンをマスクとして選択的エッチングで形
成するから、左右のグレイン状態の相違等から非対称に
なる場合が生じる。このように非対称になるとその信号
波形も非対称となり、信号波形の中心をマークの位置と
認めている測定器は、正規のマークの位置と違うところ
をマークの位置と誤認してしまい、ズレ量を精度よく算
出することが不可能となる。フォトレジスト以外の材料
膜でマークを形成した場合の多少の非対称性は不可避で
あるから、図１１のように第１の位置計測マーク７１
Ｒ，７１Ｌと第２の位置計測マーク７２を離間させてそ
の間隔Ｒ，Ｌを測定する方法では、上記非対称性がその
まま測定誤差となってしまう。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
図７に示す従来技術では、作業者が光学顕微鏡でノギス
パターンを読む場合には作業者ごとに測定値が異なり、
光学顕微鏡の光軸の調整状態に大きく依存するという問
題がある。

【００１５】図８および図９に示すノギスパターンのエ
ッジからの散乱を利用した従来技術では、半導体基板表
面やパターン表面が荒れている場合や、膜のグレインが
大きい場合、あるいはゴミ等が付着している場合には、
基板の散乱が大きく信号のＳ／Ｎ比が低くなり、計測誤
差が大きくなる問題がある。さらに、従来のステッパー
で用いられているレーザ光の反射の回折光を用いたアラ
イメント利用して計測することができないため、専用の
装置が必要となりクリーンルームを有効利用できない問
題がある。さらに現像を行いレジストパターンを形成し
た後からでなければ計測できないと言う問題もある。

【００１６】図１０に示すボックスマークと呼ばれるマ
ークを用いて画像処理によって重ね合わせ誤差を計測す
る方法では、計測に用いる顕微鏡の光軸ズレに敏感であ
り、画像データをメモリに取り込んでいる間の半導体基
板の振動の影響が大きいという問題がある。さらに、ス
テッパー以外に専用の計測装置が必要となる問題があ
る。

【００１７】図１１に示す回折格子を用いた従来の位置
計測マークを用いた方法では、マーク形状の対称性が変
化すると計測値が変化するため、重ね合わされる層と重
ね合わせる層のマークが両方ともフォトレジストでなけ
れば精度が低下し、実際の製品に適用することができな
いという問題がある。

【００１８】したがって本発明の目的は、測定値の読み
取り誤差を無くし、Ｓ／Ｎ比を大きくすることにより基
板表面状態やパターン表面状態による計測誤差を回避し
かつ現像前でフォトレジストの潜像を用いることを可能
にし、ステッパーのアライメント用の機構を使用するこ
とを可能にし、さらにレジスト以外の材料膜によるパタ
ーンの非対称性が測定精度に影響することを抑制した位
置誤差計測方法および半導体装置の製造方法を提供する
ことである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、ノギス
パターンの主尺パターンと副尺パターンとを回折格子で
構成し、両パターンを重ね合わせることにより位置ズレ
を計測する位置誤差計測方法にある。

【００２０】本発明の他の特徴は、半導体基板上に形状
形成した下層膜の上にレジストを塗布し、このレジスト
を選択的に露光し、現像によりレジストパターンを得る
半導体装置の製造方法において、ノギスパターンの回折
格子で構成された主尺パターンおよびノギスパターンの
回折格子で構成された副尺パターンのうちの一方のパタ
ーンを前記下層膜に形成しておき、前記露光により前記
レジストに他方のパターンを形成し、前記主尺パターン
と前記副尺パターンを重ね合わせて下層膜に対する露光
の位置ズレ状態を計測する半導体装置の製造方法にあ
る。ここで、前記形状形成した下層膜上に上層膜の材料
膜を堆積し、この上層膜の材料膜上に前記レジストを塗
布し、現像により得られた前記レジストパターンをマス
クにして前記上層膜の材料膜を選択的にエッチングする
ことができる。

【００２１】上記位置誤差計測方法もしくは半導体装置
の製造方法において、前記計測をレーザ光の走査で行な
い、前記レーザーの走査方向における前記主尺を構成す
る回折格子の寸法ａが１．５μｍ〜６μｍでそのピッチ
Ｐ₁が（ａ＋１）μｍ〜３０μｍであり、前記レーザー
の走査方向における前記副尺を構成する回折格子のピッ
チＰ₂はＰ₁±（必要な分解能）であり、前記レーザー
の走査方向と垂直方向における前記主尺および副尺を構
成する回折格子の寸法ｃは１．５μｍ〜６μｍでそのピ
ッチＰ₃が１．５×ｃ〜２．５×ｃであることが好まし
い。

【００２２】また、上記位置誤差計測方法において前記
計測に用いる前記主尺パターンもしくは前記副尺パター
ンをレジストに形成することができる。

【００２３】このレジストを用いた位置誤差計測方法も
しくは上記半導体装置の製造方法において、前記主尺パ
ターンもしくは前記副尺パターンが露光された前記レジ
ストを現像した後に露われたそのパターンを用いて前記
計測を行うことができる。

【００２４】あるいは、上記レジストを用いた重ね合わ
せ誤差計測方法もしくは上記半導体装置の製造方法にお
いて、前記主尺パターンもしくは前記副尺パターンを前
記レジスト内に潜像状態で前記計測に用いることができ
る。

【００２５】このように本発明では、ノギスパターンの
主尺パターンも副尺パターンも回折格子となっているか
ら、レーザ光の反射光は回折光である。回折光は隣合っ
たパターンどうしが干渉しあい、ある方向だけに強い反
射光が発生し、他の方向には反射光があまり発生しな
い。一方、グレインやゴミ等のノイズは回折パターンに
なっていないので、回折光が発生しないで低いノイズ光
しか発生しない。したがってノギスパターンの回折光が
発生する方向に検知器を設定すれば、大きなＳ／Ｎ比
（シグナル／ノイズ比）を得ることができ、これにより
基板表面状態やパターン表面状態による計測誤差を回避
しかつ現像前のフォトレジストの潜像を用いることも可
能にする。また回折光を用いているから、ステッパーの
アライメント用の機構を使用することを可能にする。

【００２６】さらに回折格子の主尺パターンと副尺パタ
ーンとを重ね合わせることにより位置ズレを計測するも
のであるから、一方のパターンの非対称性が直接測定精
度に影響しない。すなわち、重ね合わせることにより一
方のパターンが非対称となっていたとしても、全体の波
形が少し横にずれるだけである。そして、主尺パターン
と副尺パターンとの重ね合わさった波形の幅がいちばん
狭くなるところのノギスの位置を測定値とすることがで
きるから、波形が全体に横にずれようとも測定値には何
の影響もないわけである。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を説
明する。

【００２８】まず図５は参照して本発明の実施の形態が
対象としている半導体ウェハ１００を例示する平面図で
ある。半導体チップ８０が切断領域９０に区画されてマ
トリックス状に配列している。切断領域９０もしくはそ
の近傍の半導体チップ８０の周辺部のＸ方向アライメン
ト形成領域８１ＸおよびＹ方向アライメント形成領域８
１Ｙのそれぞれに図１２（Ｂ）に示すようなアライメン
トマーク１３を下層膜に形成し、Ｘ方向のアライメント
およびＹ方向のアライメントを可能にしている。またそ
れに対向する位置の切断領域９０もしくはその近傍の半
導体チップ８０の周辺部のＸ方向誤差計測用パターン形
成領域８２ＸおよびＹ方向誤差計測用パターン形成領域
８２Ｙにそれぞれ本発明の回折格子の正副尺パターンが
下層膜およびフォトレジストに形成されてＸ方向の位置
ズレの測定およびＹ方向の位置ズレの測定を可能にして
いる。尚、ここでは半導体チップごとにこれら領域を設
定する例を示したが、半導体チップごとには設定しない
で半導体ウェハの特定箇所にこれら領域を設定してもよ
い。

【００２９】次に図６を用いて本発明の実施の形態が対
象としている半導体装置の製造方法の工程を例示する。

【００３０】例えば下層膜により金属配線パターンを形
状形成し、そのパッド上のフォトレジスト開口部内にバ
ンプ電極をメッキで形成したり、金属配線パターン上の
上層配線をフォトレジストのリフトオフ法で形成する場
合は、下層膜による金属配線の形状形成の工程２１の
後、その上に直接フォトレジストの塗布工程２４を行な
い、図５の領域８１Ｘ，８１Ｙに形成された下層膜のア
ライメントマークを図１２（Ａ）に示すアライメントセ
ンセサー機構でウェハの光軸合わせの工程２５の後、露
光工程２６によりフォトレジストを選択的に露光し、そ
の後、領域８２Ｘ，８２Ｙの下層膜およびフォトレジス
トに形成された本発明の回折格子の正副尺パターンを、
再度図１２（Ａ）に示すアライメントセンセサー機構を
用いて測定して位置ズレを計測する工程を行なう。そし
てこの計測で位置誤差が許容値より大きい場合は、フォ
トレジストを除去して再度フォトレジスト塗布工程から
やりなおす。

【００３１】また例えば、下層膜で酸化膜パターンを形
成し、その上に上層膜のポリシリコン膜をパターニング
してゲート配線を形成するような場合は、下層膜による
酸化膜パターンの形状形成の工程２１の後、上層膜の材
料膜であるポリシリコン膜を全体に堆積する工程２２を
行ない、次に図５に示す半導体チップの中央部分（本来
の集積回路が形成される部分）８３をレジストでマスク
した状態で領域８２Ｘ，８２Ｙ，８１Ｘ，８１Ｙ上のポ
リシリコン膜をエッチング除去する工程２３を行なう。
この選択エッチングはただこれら領域上のポリシリコン
膜を除去するだけのものであるから、ラフな目合わせＰ
Ｒで行なうことができる。その後、フォトレジスト塗布
工程２４を行ない、上述した工程２５→工程２６→工程
２７を行なう。

【００３２】次に本発明の第１の実施の形態を説明す
る。この例は主尺パターンを下層膜で形成し、副尺パタ
ーンをフォトレジストで形成した場合である。

【００３３】また、図１（Ｂ）の縦断面図に示すように
主尺パターン１，副尺パターン２共に凸構造であるが、
どちらか一方もしくは両方が凹構造であってもよい。

【００３４】マークの寸法およびピッチの寸法を図２
（Ａ），（Ｂ）に示す。それぞれのパターンのマークは
ステッパーのアライメント光学系を利用するために回折
格子にする。

【００３５】回折格子として、レーザー走査方向の主尺
パターン１の寸法ａは１．５μｍ〜６μｍ、ピッチＰ₁
は（ａ＋１）μｍ〜３０μｍ、副尺パターン２の寸法ｂ
は寸法ａと等しく、ピッチＰ₂はＰ₁±（必要な分解
能）が適当であり、レーザー走査方向に垂直な方向の寸
法ｃは１．５μｍ〜６μｍ、ピッチＰ₃は１．５×ｃ〜
２．５×ｃが適当である。すなわち、寸法ａ，ｂ，ｃ
は、小さすぎると十分の強度が得られないから１．５μ
ｍ以上が好ましく、大きすぎると信号波形がブロードに
なりすぎて十分の精度が得られないから６μｍ以下が好
ましい。また、Ｐ₁は、下地の下層膜パターンとその上
のレジストパターンの上層膜パターンの隣どうしがつな
がって信号がすべてつながって分離できなくなることが
発生しないように（ａ＋１）μｍ以上にすることが好ま
しく、切断領域（スクライブ領域）内に形成できるよう
に３０μｍ以下であることが好ましい、また、垂線に対
する回折光の角はＰ₃により定められるから、Ｐ₃に
１．５×ｃ〜２．５×ｃにすることにより、一般的な露
光装置を用いる場合に、上方に載置させてある検知器に
回折光が入力し検知できるようにすることが好ましい。

【００３６】次に、本発明のパターンを用いた場合の重
ね合わせ誤差の計測方法について説明する。このパター
ンは図５のＸ方向誤差計測用パターン形成領域８２Ｘお
よびＹ方向誤差計測用パターン形成領域８２Ｙにそれぞ
れ形成されてＸ方向およびＹ方向の位置ズレの測定を行
う。

【００３７】図１および図２は本発明の第１の実施の形
態を示す図である。本パターンは半導体基板上では、図
１（Ａ）のように重ね合わされ、断面は図１（Ｂ）のよ
うになる。このようなマークをアライメントに用いられ
ているレーザービーム３でＸ方向もしくはＹ方向を走査
した場合、すなわち図１２（Ａ）に示すアライメント用
レーザ機構のレーザ光３で走査した場合、主尺パターン
１か副尺パターン２のどちらかが形成されている部分で
は光が回折し信号がでるため、得られる信号波形は図１
（Ｃ）のようになる。

【００３８】ここで、波形の幅を計測し、波形の幅が最
も小さくなっていることが副尺と主尺が一致していると
ころであるとして、重ね合わせ誤差を計測する。

【００３９】この際に、半導体基板表面が荒れていたり
膜のグレインが大きいときには半導体基板からの散乱が
あり、従来例では計測誤差の原因となっていたが、本発
明では主尺および副尺を回折格子で形成しているためマ
ークからの回折光以外の方向に散乱された光は検出器に
入射しないため半導体基板自体からの散乱光は問題とな
らない。

【００４０】次に、図３および図４は本発明の第２の実
施の形態を示す図である。露光後現像前に、図４に示す
ようにフォトレジストには露光部分と未露光部分により
像が形成されている。この像は潜像４と呼ばれる。そし
てフォトレジストの露光部分は感光剤の分解により未露
光部分と比較して、光の屈折率および透過率が変化す
る。そのため、Ｓ／Ｎ比が大きくとれる本発明の場合は
この潜像状態でも誤差計測に用いることができる。

【００４１】そこで、回折格子によるマーク構成を図３
（Ａ）に示すように、図２（Ａ）、（Ｂ）と同様にすれ
ば、現像前の断面は図３（Ｂ）のようになり、屈折率透
過率の差による回折格子と下地パターンの回折格子が重
なった形となる。

【００４２】このマークを従来からアライメントに用い
ていたレーザービームで走査すると、図３（Ｃ）のよう
な波形が得られる。この場合、潜像からの回折光が小さ
いため波形の幅を計測するには、信号強度の小さな位置
での幅を比較する必要があり、本パターンが回折格子で
あることはＳ／Ｎ比の点で大変有利である。

【００４３】ここでこの実施の形態について補促説明を
する。光の反射は屈折率が異なる物質間の界面で発生す
る。空気の屈折率を１とすると、レジストの未露光部分
の屈折率は約１．６７で露光部分の屈折率は約１．６と
なる。したがって現像後のレジストパターンを用いた第
１の実施の形態では空気の屈折率の１とレジストの屈折
率約１．６７もしくは約１．６との差に起因する回折光
が得られるが、この第２の実施の形態ではレジストの未
露光部分の屈折率の約１．６７と露光部分の屈折率の約
１．６との差に起因する回折光であるから、第１の実施
の形態と比較して第２の実施の形態の回折光強度は小と
なる。しかしながら前述したように回折光自体のＳ／Ｎ
比は図９の散乱光を用いた従来技術のＳ／Ｎ比と比較し
てはるかに高いから、図３、図４のように潜像状態でも
回折光を用いることにより位置ズレの測定が可能とな
り、これにより現像工程前に露光の誤差がどのようであ
るのかを認識することが可能となり、全体の製造を効率
的に行うことができる。

【００４４】この図３，図４の実施の形態でも、図１，
図２の実施の形態と同様に、重ね合わせ誤差の計測で、
回折格子で構成したノギスパターンが最もよく一致して
いるところを判断する方法は、信号波形の幅が最も狭く
なるところであると判断する。下地のパターンと潜像パ
ターンが一致している場所がわかれば、ノギスの原理で
重ね合わせ誤差が得られる。

【００４５】

【発明の効果】この発明によれば、従来のステッパーの
アライメント光学系をそのまま用いて、１回のレーザー
走査で主尺と副尺に相当する回折格子の位置を同時に計
測できるので高精度な測定ができる。

【００４６】また、高いＳ／Ｎ比を有しているから、従
来問題となっていた半導体基板表面の荒れや膜のグレイ
ンに起因する影響を低減する効果があり、場合によって
はレジスト現像前の潜像をノギスパターンの正もしくは
副パターンとして用いることもできる。

【００４７】さらに、レーザービームの走査にはレーザ
ーは固定であり半導体基板を移動させるステッパーのア
ライメント光学系を用いていることから、画像処理を用
いた装置で問題となっていた半導体基板の振動による精
度の悪化を防止する効果も有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態における主尺パター
ンおよび副尺パターンを示す図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態を示す図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態における主尺パター
ンおよび副尺パターンの組み合わせ関係をを示す図であ
る。

【図５】本発明の実施の形態の半導体ウェハを示す図で
ある。

【図６】本発明の実施の形態の半導体装置の製造方法の
工程を示す図である。

【図７】従来のノギスパターンを示す図である。

【図８】自動計測を行なう従来のノギスパターンを示す
図である。

【図９】ノギスパターンの従来の自動計測を示す図であ
る。

【図１０】従来の画像処理を用いる場合の計測マークを
示す図である。

【図１１】ステッパーのアライメント機構を用いる従来
の位置計測を示す図である。

【図１２】ステッパーのアライメント機構を示す図であ
る。

【符号の説明】

１回折格子の主尺パターン（下層膜パターン）２回折格子の副尺パターン（フォトレジストパター
ン）３レーザービーム（レーザ光）４潜像５フォトレジスト６レーザービーム源７レンズ系８ビームスリッタ９ミラー１０回折光１１投影レンズ１２半導体ウェハ１３回折格子のアライメントマーク１４レチクルマスク１５空間フィルタ１６フォトセンサ１７信号処理装置２１〜２７製造工程３１主尺パターン３２副尺パターン４１主尺パターン４２副尺パターン４３投影レンズ４４検出器４５増幅器４６凸部４７Ｌ凸部の左角４７Ｒ凸部の右角４９レーザー５１レーザーの散乱光５１Ｌ凸部の左角の散乱光強度５１Ｒ凸部の右角の散乱光強度６１下層膜パターン６２フォトレジストパターン７１Ｒ右側の第１の位置計測マーク７１Ｌ左側の第１の位置計測マーク７２第２の位置計測マーク８０半導体チップ８１ＸＸ方向アライメント形成領域８１ＹＹ方向アライメント形成領域８２ＸＸ方向誤差計測用パターン形成領域８２ＹＹ方向誤差計測用パターン形成領域９０切断領域（スクライブ領域）１００半導体ウェハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ノギスパターンの主尺パターンと副尺パ
ターンとを回折格子で構成し、両者を重ね合わせること
により位置ズレを計測することを特徴とする位置誤差計
測方法。
【請求項２】前記計測はレーザ光の走査で行なうこと
を特徴とする請求項１記載の位置誤差計測方法。
【請求項３】前記レーザ光の走査方向における前記主
尺を構成する回折格子の寸法ａが１．５μｍ〜６μｍで
そのピッチＰ₁が（ａ＋１）μｍ〜３０μｍであり、前
記レーザ光の走査方向における前記副尺を構成する回折
格子のピッチＰ₂はＰ₁±（必要な分解能）であり、前
記レーザ光の走査方向と垂直方向における前記主尺およ
び副尺を構成する回折格子の寸法ｃは１．５μｍ〜６μ
ｍでそのピッチＰ₃が１．５×ｃ〜２．５×ｃであるこ
とを特徴とする請求項２記載の位置誤差計測方法。
【請求項４】前記計測に用いる前記主尺パターンもし
くは前記副尺パターンは現像後のレジストパターンに形
成されていることを特徴とする請求項１記載の位置誤差
計測方法。
【請求項５】前記計測に用いる前記主尺パターンもし
くは前記副尺パターンは潜像状態でレジストに形成され
ていることを特徴とする請求項１記載の位置誤差計測方
法。
【請求項６】半導体基板上に形状形成した下層膜の上
にレジストを塗布し、このレジストを選択的に露光し、
現像によりレジストパターンを得る半導体装置の製造方
法において、ノギスパターンの回折格子で構成された主尺パターンお
よびノギスパターンの回折格子で構成された副尺パター
ンのうちの一方のパターンを前記下層膜に形成してお
き、前記露光により前記レジストに他方のパターンを形
成し、前記主尺パターンと前記副尺パターンを重ね合わ
せて下層膜に対する露光の位置ズレ状態を計測すること
を特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】前記形状形成した下層膜上に上層膜の材
料膜を堆積し、この上層膜の材料膜上に前記レジストを
塗布し、現像により得られた前記レジストパターンをマ
スクにして前記上層膜の材料膜を選択的にエッチングす
ることを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項８】前記レジストを現像することにより得ら
れた前記レジストパターンに形成されてある前記他方の
パターンを用いて前記計測を行うことを特徴とする請求
項６もしくは請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】前記レジスト内に潜像状態で形成されて
ある前記他方のパターンを用いて前記計測を行うことを
特徴とする請求項６もしくは請求項７記載の半導体装置
の製造方法。
【請求項１０】前記計測はレーザ光の走査で行なうこ
とを特徴とする請求項６もしくは請求項７記載の半導体
装置の製造方法。
【請求項１１】前記レーザ光の走査方向における前記
主尺を構成する回折格子の寸法ａが１．５μｍ〜６μｍ
でそのピッチＰ₁が（ａ＋１）μｍ〜３０μｍであり、
前記レーザ光の走査方向における前記副尺を構成する回
折格子のピッチＰ₂はＰ₁±（必要な分解能）であり、
前記レーザ光の走査方向と垂直方向における前記主尺お
よび副尺を構成する回折格子の寸法ｃは１．５μｍ〜６
μｍでそのピッチＰ₃が１．５×ｃ〜２．５×ｃである
ことを特徴とする請求項１０記載の半導体装置の製造方
法。