JPH11317340A

JPH11317340A - 重ね合わせ精度測定用マーク及びそれを用いた測定方法

Info

Publication number: JPH11317340A
Application number: JP10123401A
Authority: JP
Inventors: Kiyokatsu Mine; 清勝峯; Akiyuki Minami; 章行南; Tetsushi Machida; 哲志町田; Takashi Taguchi; 隆田口
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1998-05-06
Filing date: 1998-05-06
Publication date: 1999-11-16
Anticipated expiration: 2018-05-06
Also published as: JP3533087B2

Abstract

(57)【要約】【課題】重ね合わせ精度測定用マークの構造や膜厚、
組み合わせ及び測定方法等に工夫を凝らすことで、高精
度の測定を可能にし、生産性の向上、高集積化等を図る
こと。【解決手段】半導体集積回路製造のためのフォトリソ
グラフィー工程で露光の際に利用する下層との重ね合わ
せ精度測定用マークであって、下層に形成した基準マー
ク１０１と、その基準マークよりも上層の領域に形成し
たレジストパターンマーク１０３とを含み、レジストパ
ターンマークをラインパターンとした。基準マークは、
平面正方形のポジ型パターン、ネガ型パターン及びスリ
ットパターンの何れかである構成とする。レジストパタ
ーンマークを複数のラインパターンとすることもでき
る。その場合、複数のラインパターンのそれぞれの膜厚
を異ならせた構成とする。また、ラインパターンを形成
する下地基板１０２の表面に段差を設けて各ラインパタ
ーンの膜厚を異ならせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路製
造のためのフォトリソグラフィー工程で露光の際に利用
する下層との重ね合わせ精度測定用マーク及びそれを用
いた測定方法の技術に関し、特に、組として用いる基準
マーク及びレジストパターンマーク間に高低差がある場
合に有効な技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に、従来
のフォトリソグラフィー工程における重ね合わせ精度測
定に用いるマークの概略平面図、断面図及び波形信号の
説明図をそれぞれ示す。

【０００３】これらの図において、１０１は基準マー
ク、１０２は二酸化珪素からなる層間膜、１０３はレジ
ストパターンマーク、１０４は基準マークのエッジ認識
範囲、１０５はレジストパターンマークのエッジ認識範
囲、１０６は基準マークの波形信号、１０７はレジスト
パターンマークの波形信号、１０８は基準マークのエッ
ジ位置、１０９はレジストパターンマークのエッジ位置
をそれぞれ示す。

【０００４】フォトリソグラフィー工程では、ウエハ上
へのレジストの塗布、露光、現像の過程を経て回路のパ
ターニングを行う。露光の際には、基準マーク形成時の
回路のパターンである下層と精度良く重ね合わせること
が必要である。

【０００５】この重ね合わせは、まず、補正値なしで露
光を行うことで下層との合わせずれの測定を行い、その
測定で得られた補正値を用いて露光を行うことが不可欠
である。この下層とのずれを測定する方法として、下層
にマークを形成し、現工程で形成したマークとのずれを
測定する方法が知られている。

【０００６】この重ね合わせ精度測定方法では、前工程
で形成した基準マークと現工程で形成したレジストパタ
ーンマークとの相対位置のずれにより求める。基準マー
クとレジストパターンマークとの組合せを、以下では重
ね合わせ精度測定用マークと記す。

【０００７】重ね合わせ精度測定機による測定では、ハ
ロゲンランプからウエハ上の重ね合わせ精度測定用マー
クに照射された光を明暗の強度の波形信号に処理し、各
マークエッジを認識させる。

【０００８】具体的には、まず、基準マーク１０１、レ
ジストパターンマーク１０３のそれぞれについて測定に
用いるエッジの範囲の指定を行う。基準マーク１０１の
エッジの範囲１０４、レジストパターンマーク１０３の
エッジの範囲１０５から、それぞれのマークは明暗強度
の波形信号に処理され、基準マークの波形信号１０６、
レジストパターンマークの波形信号１０７となる。これ
らの波形のエッジの位置を指定することで、Ｘ方向及び
Ｙ方向のエッジの位置を求めることができる。

【０００９】基準マーク１０１とレジストパターンマー
ク１０３とのエッジ位置のずれからＸ、Ｙ方向の相対位
置のずれが求まる。

【００１０】重ね合わせ精度測定機による測定では、理
想的にはウエハを基準となる０°で測定した値と、ウエ
ハの周方向に相対的に１８０°回転して測定した値とで
はその絶対値が等しいことが望まれる。しかし、以下に
述べるような要因から異なる場合がある。この０°で測
定した値と、１８０°回転して測定した場合の異なる値
を装置起因誤差（Tool Induced Shift）と呼ぶ。

【００１１】次に、重ね合わせ精度測定用マークの製造
方法について述べる。図２（ａ）〜（ｄ）に基準マーク
の断面模式図４例を示す。（ａ）は、１０〜２０μｍ×
１０〜２０μｍの正方形ポジ型パターン２０１である。
（ｂ）は、１０〜２０μｍ×１０〜２０μｍの正方形ネ
ガ型パターン２０２である。（ｃ）は、０．７〜１．３
μｍライン型パターン２０３である。（ｄ）は、０．７
〜１．３μｍのスリット型パターン２０４である。

【００１２】図３（ａ）、（ｂ）にレジストパターンマ
ークの断面模式図２例を示す。（ａ）は、５．０〜６．
０μｍのライン型パターン３０１である。（ｂ）は、
５．０〜６．０μｍのスリット型パターン３０２であ
る。

【００１３】図４に、図２（ａ）の正方形ポジ型パター
ンと、図３（ｂ）のスリット型パターンとを組合せた重
ね合わせ精度測定用マークの平面図を示す。同図におい
て４０１が基準マーク、４０２がレジストパターンマー
クである。

【００１４】以下の説明では、基準マーク上に透明な厚
い酸化膜が形成され、かつ基準マークとレジストパター
ンマークとの高低差の大きいリソグラフィー工程で、基
準マークに図２（ａ）のパターンを、レジストパターン
マークに図３（ｂ）のパターンをそれぞれ用いた場合を
例とする。

【００１５】基準マークに図２（ａ）、レジストパター
ンマークに図３（ｂ）のパターンをそれぞれ用いた場合
の重ね合わせ精度測定用マークの形成工程について、図
５（ａ）〜（ｄ）を参照して順次説明する。

【００１６】まず、図５（ａ）に示すように、基板上に
基準マークを形成する材料を成膜する。ここでは、ポリ
シリコン５０１を成膜する。次に、図５（ｂ）に示すよ
うに、レジスト塗布、露光、現像により、レジストによ
る基準マークのパターン形成を行い、エッチングにより
基準マーク５０２を形成する。

【００１７】次に、図５（ｃ）に示すように、基準マー
クとレジストパターンマーク間の層間膜となる材料を成
膜する。例えば二酸化珪素５０３を成膜する。その後、
図５（ｄ）に示すように、レジスト塗布、露光、現像を
行い、レジストによるパターン（レジストパターンマー
ク）５０４の形成を行う。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】基準マーク、レジスト
パターンマークの組合せについて、鋭意調査したとこ
ろ、次のことが分かった。その結果を表１に示し、基準
マーク、レジストパターンマークそれぞれの組合せにつ
いて特徴を述べる。

【００１９】

【表１】基準マークが正方形ネガパターン又はスリットパタ
ーンで、レジストパターンマークがスリットパターンの
場合、及び基準マークがラインパターンの場合にはＴＩ
Ｓの値のＸとＹの差が大きくなる。 ’基準マークが正方形ポジパターンで、レジストパタ
ーンマークがスリットパターン又はラインパターンの場
合には、ＴＩＳの値のＸとＹの差が小さくなる。基準マークが正方形ネガパターン又はスリットパタ
ーンで、レジストパターンマークがラインパターンの場
合には、ＴＩＳの値のＸとＹの差が小さくなる。基準マークがスリット又はラインにかかわらず、
０．５μｍの溝幅又はライン幅の場合には、測定再現性
が悪化する。マーク構造によりＴＩＳの値は１．０ｎｍ〜１２．
０ｎｍに変化する。このことは、マーク構造により、ウ
エハを０°で測定した値と、１８０°回転して測定した
値とではその絶対値が１．０ｎｍ〜１２．０ｎｍ異なる
ことを意味する。ＤＲＡＭを例にとると、２５６Ｍｂ−
ＤＲＡＭ（Dynamic Randam Access Memory）（0.20μｍ
〜0.25μデザインルール）の場合には、下地との重ね合
わせずれ許容値は、＋−０．０６μｍと試算され、マー
ク構造によっては約２０％が測定エラーに取られること
になる。半導体素子の集積度が増すにしたがって、下地
との重ね合わせ許容値は小さくなるため、測定エラーを
低減することが必要不可欠である。

【００２０】以上の特徴の原因である測定エラーについ
て、エッジ誤認識によるもの、ＴＩＳによるものに分け
て述べる。

【００２１】エッジ誤認識によるものについては、基準
マークとレジストパターンマークにマークの高低差（図
１（ｂ）のｄ）が生じ、同フォーカスでエッジの認識を
させた場合、どちらかのエッジがデフォーカスでの測定
となるため、エッジの誤認識が生じる。

【００２２】半導体集積回路の製造工程では、基準マー
クとレジストパターンとの間には、例えば二酸化珪素等
からなる層間絶縁膜１０２のような膜が積層されてい
る。そのため、基準マークとレジストパターンマークに
は、本質的にマーク高低差が生じ得る。また、基準マー
ク上に厚い酸化膜等の透明膜が成膜されている場合で
も、光の屈折の影響によりエッジの誤認識が生じる。

【００２３】ＴＩＳについては、重ね合わせ精度測定機
のレンズ光軸が傾いている場合に、０°と１８０°の測
定で片側のみにオフセットが加算され、０°と１８０°
の測定値の差として表れる。

【００２４】以上に述べた原因が複合的に重なってＴＩ
Ｓが生じると考えるのが妥当である。このＴＩＳは、重
ね合わせ精度測定用マークの構造の改良及び組み合わせ
によりある程度低減することが可能である。

【００２５】また、ＴＩＳのレジストパターンマークの
膜厚依存を調査したところ、図１８、図１９に示すよう
に、レジストパターンマークの膜厚によりＴＩＳが変化
すること、及びレジストパターンマークの構造によりＴ
ＩＳの変化の傾向が異なることが分かった。この特徴
は、直径２００ｍｍを超える大口径ウエハでは、レジス
ト塗布膜厚のばらつきは特に大きいことが容易に推測さ
れ、ウエハ面内のＴＩＳのばらつきも大きくなるものと
予想されるため、ＴＩＳの小さくなるマーク構造が必要
である。

【００２６】よって、本発明は、重ね合わせ精度測定用
マーク自体の構造や膜厚、組み合わせ及び測定方法等に
工夫を凝らすことで、高精度の測定を可能にし、これに
より生産性の向上、高集積化等を図ることができる重ね
合わせ精度測定用マーク及びそれを用いた測定方法の技
術を提供することを課題とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明では、半導体集積回路製造のためのフォトリ
ソグラフィー工程で露光の際に利用する下層との重ね合
わせ精度測定用マークであって、下層に形成した基準マ
ークと、その基準マークよりも上層の領域に形成したレ
ジストパターンマークとを含み、レジストパターンマー
クをラインパターンとした。

【００２８】ここで、基準マークは、平面正方形のポジ
型パターン、ネガ型パターン及びスリットパターンの何
れかである構成とすることもできる。

【００２９】また、レジストパターンマークを複数のラ
インパターンとすることもできる。その場合、複数のラ
インパターンのそれぞれの膜厚を異ならせた構成とする
こともできる。また、ラインパターンを形成する下地基
板の表面に段差を設けることによって各ラインパターン
の膜厚を異ならせることもできる。

【００３０】また、基準マークがポジ型パターンであ
り、その表面に段差がある構成とすることもできる。そ
の場合、基準マークを平面正方形のポジ型パターンと
し、その一辺を１０〜２０μｍの範囲とするのが好適で
ある。

【００３１】また、基準マークをスリットパターンと
し、その溝幅を０．６μｍ以上とすることもできる。

【００３２】さらに、レジストパターンマークのライン
幅については、５．０〜６．０μｍの範囲とするのが好
適である。

【００３３】一方、本発明では、半導体集積回路製造の
ためのフォトリソグラフィー工程で下層に形成した基準
マークと、その基準マークよりも上層の領域に形成した
複数のラインパターンからなるレジストパターンマーク
とを用いて露光の際の重ね合わせ精度を測定するに際
し、複数のラインパターンのそれぞれのエッジ位置を測
定し、各測定値に含まれる測定誤差の平均値を補正値と
してレジストパターンマークのエッジ位置を求め、重ね
合わせ精度の測定値を算出する方法とした。

【００３４】その場合、複数のラインパターンのそれぞ
れのエッジ位置を測定し、各測定値に含まれる測定誤差
が最も小さくなるラインパターンを選択してレジストパ
ターンマークのエッジ位置とし、そのエッジ位置を用い
て重ね合わせ精度の測定値を算出することもできる。

【００３５】また、基準マーク及びレジストパターンマ
ークの組合せから成る重ね合わせ精度測定用マークを、
下地基板であるウエハ上に複数設けておき、ウエハ面内
の複数の測定点おいて重ね合わせ精度測定用マークを用
いてそれぞれ測定した測定値に含まれる測定誤差が最も
小さい重ね合わせ精度測定用マークを選択して測定値を
算出することもできる。

【００３６】また、基準マーク及びレジストパターンマ
ークはそれぞれ複数のエッジを含み、それら基準マーク
の各エッジ及びレジストパターンマークの各エッジつい
て、測定誤差が最も小さくなるエッジをそれぞれ選択し
て基準マークのエッジ及びレジストパターンマークのエ
ッジとし、重ね合わせ精度の測定値を算出することもで
きる。

【００３７】また、本発明では、半導体集積回路製造の
ためのフォトリソグラフィー工程で露光の際に利用する
下層との重ね合わせ精度測定用マークであって、下層に
形成した基準マークと、その基準マークよりも上層の領
域に形成したレジストパターンマークとを含み、基準マ
ークを平面正方形のポジ型パターンとし、レジストパタ
ーンマークをスリットパターンとした。

【００３８】ここで、レジストパターンマークを複数の
スリットパターンとすることもできる。この複数のスリ
ットパターンについては、それぞれの溝の深さが異なる
構成とするのが好適である。

【００３９】また、基準マークについては、その一辺を
１０〜２０μｍの範囲とするのが好適である。また、基
準マークの表面に段差がある構成とすることもできる。
また、本発明では、半導体集積回路製造のためのフォト
リソグラフィー工程で下層に形成した平面正方形のポジ
型パターンからなる基準マークと、その基準マークより
も上層の領域に形成したスリットパターンからなるレジ
ストパターンマークとを用いて露光の際の重ね合わせ精
度を測定するに際し、複数のスリットパターンのそれぞ
れのエッジ位置を測定し、各測定値に含まれる測定誤差
の平均値を補正値としてレジストパターンマークのエッ
ジ位置を求め、重ね合わせ精度の測定値を算出する方法
とした。

【００４０】その場合、複数のスリットパターンのそれ
ぞれのエッジ位置を測定し、各測定値に含まれる測定誤
差が最も小さくなるスリットパターンを選択してレジス
トパターンマークのエッジ位置とし、そのエッジ位置を
用いて重ね合わせ精度の測定値を算出することもでき
る。

【００４１】また、基準マーク及びレジストパタンマー
クの組合せから成る重ね合わせ精度測定用マークを、下
地基板であるウエハ上に複数設けておき、ウエハ面内の
複数の測定点おいて重ね合わせ精度測定用マークを用い
てそれぞれ測定した測定値に含まれる測定誤差が最も小
さい重ね合わせ精度測定用マークを選択して測定値を算
出することもできる。

【００４２】さらに、基準マーク及びレジストパターン
マークはそれぞれ複数のエッジを含み、それら基準マー
クの各エッジ及びレジストパターンマークの各エッジつ
いて、測定誤差が最も小さくなるエッジをそれぞれ選択
して基準マークのエッジ及びレジストパターンマークの
エッジとし、重ね合わせ精度の測定値を算出することも
できる。

【００４３】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明の
実施の形態を説明する。

【００４４】（実施の形態１）図６に重ね合わせ精度測
定用マークの平面図を、図７（ａ）〜（ｄ）にその重ね
合わせ精度測定用マーク形成のための工程断面図をそれ
ぞれ示す。

【００４５】まず、図７（ａ）に示すように、シリコン
基板上に基準マークを形成する材料を成膜する。ここで
は、ポリシリコン７０１を成膜する。次に、同図（ｂ）
に示すように、レジスト塗布、露光、現像により、０．
７〜１．３μｍスリットパターンのレジストによるパタ
ーン形成を行い、エッチングにより基準マーク７０２を
形成する。

【００４６】次に、同図（ｃ）に示すように、基準マー
クとレジストパターンマーク間の層間膜となる材料を成
膜する。ここでは、二酸化珪素７０３を成膜する。その
後、同図（ｄ）に示すように、レジスト塗布、露光、現
像によりレジストによるパターンマーク（レジストパタ
ーンマーク）７０４の形成を行う。

【００４７】この実施の形態１で示したように、基準マ
ーク７０２を０．７〜１．３μｍのスリットとし、レジ
ストパターンマークを５．０〜６．０μｍのラインとし
た重ね合わせ精度測定用マーク構造を用いた場合に、Ｔ
ＩＳの絶対値が小さくかつＸ、Ｙの差が小さい重ね合わ
せ精度測定用マークとなり、測定再現性も向上する。こ
の組み合わせは、先の「課題」の欄で述べたの組み合
わせに対応する。

【００４８】なお、スリットパターンである基準マーク
７０２の溝幅を０．７〜１．３μｍの範囲とした理由
は、０．５μｍだと測定再現性が悪化するので０．６μ
ｍ以上、好ましくは０．７μｍ以上必要であること。ま
た、１．３μｍ以内とすることで、基準マーク７０２と
レジストパターンマーク７０４とが接するのを避け、測
定機による明暗強度の波形信号（図１で示す波形信号１
０６、１０７参照）を明確に分離できるからである。

【００４９】また、ラインパターンであるレジストパタ
ーンマーク７０４を５．０〜６．０μｍのライン幅とし
た理由は、５．０μｍ以上あれば、エッジ認識範囲（図
１で示すエッジ認識範囲１０５参照）を指定したとき
に、レジストパターンマークの片方のエッジが指定で
き、明暗強度の波形信号の誤認識を避けることができる
からである。６．０μｍ以上とすることもできるが、あ
まりに大きくすると基準マークと接する恐れがあるので
好ましくない。

【００５０】（実施の形態２）図８に重ね合わせ精度測
定用マークの平面図を、図９（ａ）〜（ｄ）にその重ね
合わせ精度測定用マーク形成のための工程断面図を示
す。

【００５１】まず、図９（ａ）に示すように、シリコン
基板上に基準マークを形成する材料を成膜する。ここで
は、ポリシリコン９０１を成膜する。次に、同図（ｂ）
に示すように、レジスト塗布、露光、現像により、正方
形のポジ型パターン（図２（ａ）に対応）のレジストに
よるパターン形成を行い、エッチングにより基準マーク
９０２を形成する。

【００５２】次に、同図（ｃ）に示すように、基準マー
クとレジストパターンマーク間の層間膜となる材料を成
膜する。ここでは、二酸化珪素９０３を成膜する。その
後、同図（ｄ）に示すように、レジスト塗布、露光、現
像によりレジストによるパターンマーク（レジストパタ
ーンマーク）９０４の形成を行う。

【００５３】この実施の形態２において、基準マーク９
０２を１０〜２０μｍ×１０〜２０μｍのポジ型とし、
レジストパターンマークを５．０〜６．０μｍのスリッ
トとした重ね合わせ精度測定用マーク構造を用いた場合
に、ＴＩＳの絶対値が小さくかつＸ、Ｙの差が小さい重
ね合わせ精度測定用マークとなり、測定再現性も向上す
る。この組み合わせは、先の「課題」の欄で述べた’
の組み合わせに対応する。

【００５４】なお、正方形ポジパターンである基準マー
クの一辺を１０．０〜２０．０μｍの範囲とした理由
は、基準マークのエッジ範囲を４箇所指定（参照）で
き、この範囲が狭いと測定精度が悪くなるからである。
しかし、必要以上に大きくするとレジストパターンマー
クと接する恐れがあるので、２０．０ミクロン以内が好
ましい。これにより、測定機による明暗強度の波形信号
（図１で示す波形信号１０６、１０７参照）を明確に分
離できる。

【００５５】また、スリットターンであるレジストパタ
ーンマーク９０４を５．０〜６．０μｍの溝幅とした理
由は、５．０μｍ以上あれば、エッジ認識範囲（図１で
示すエッジ認識範囲１０５参照）を指定したときに、レ
ジストパターンマークの片方のエッジが指定でき、明暗
強度の波形信号の誤認識を避けることができるからであ
る。６．０μｍ以上とすることもできるが、あまりに大
きくすると基準マークと接する恐れがあるので好ましく
ない。

【００５６】（実施の形態３）図１０に重ね合わせ精度
測定マークの平面図を、図１１（ａ）〜（ｄ）にその重
ね合わせ精度測定用マーク形成のための工程断面図を示
す。

【００５７】まず、図１０（ａ）に示すように、シリコ
ン基板上に基準マークを形成する材料を成膜する。ここ
では、ポリシリコン１１０１を成膜する。次に、同図
（ｂ）に示すように、レジスト塗布、露光、現像によ
り、１０〜２０μｍ×１０〜２０μｍの正方形ポジ型パ
ターン（図２（ａ）に対応）のレジストによるパターン
形成を行い、エッチングにより基準マーク１１０２を形
成する。

【００５８】次に、同図（ｃ）に示すように、基準マー
クとレジストパターンマーク間の層間膜となる材料を成
膜する。ここでは、二酸化珪素１１０３を成膜する。そ
の後、同図（ｄ）に示すように、レジスト塗布、露光、
現像によりレジストによるパターンマーク（複数のスリ
ット１１０５を有するレジストパターンマーク）１１０
４の形成を行う。

【００５９】このマークを用いた測定を以下の方法で行
う。（１）レジストパターンマークのエッジ認識に複数のエ
ッジの平均値を用いる方法。

【００６０】この方法では、レジストパターンマークに
ついて、複数のエッジ認識範囲を指定する（図１０の１
００１、１００２）。測定時には、エッジ認識範囲から
それぞれエッジ位置が求められる。これらのエッジ位置
の平均位置を求めてレジストパターンマークのエッジと
し、測定値を算出する場合に用いる。（２）複数のエッジからＴＩＳの小さくなるエッジを選
択する方法。

【００６１】この方法では、基準マークのエッジ認識範
囲１００３に対して、レジストパターンマークのエッジ
認識範囲１００１、１００２を用いて、０°と１８０°
の測定を予め行う。その結果からＴＩＳの最も小さくな
るレジストパターンマークのエッジを求め、そのエッジ
を用いて測定を行う。（３）ウエハ内の複数の測定点について、各々独立して
ＴＩＳの小さくなる最適エッジを選択して、エッジ位置
を求める方法。

【００６２】この方法では、ウエハ面内の複数の位置で
測定を行う場合に、ウエハ面内でそれぞれＴＩＳの小さ
くなる重ね合わせ精度測定用マークを用いて測定を行
う。基準マークのエッジ認識範囲１００３に対して、レ
ジストパターンマークのエッジ認識範囲１００１、１０
０２を用いて０°と１８０°の測定を予め行う。その結
果からＴＩＳの最も小さいエッジをウエハ面内それぞれ
で求め測定を行う。

【００６３】この実施の形態３において、先の「課題」
の欄で述べたように、レジストパターンマークの膜厚に
よりＴＩＳは変化する。そこで、レジストパターンマー
クの膜厚のばらつきによるＴＩＳの変化を低減するため
に、膜厚の異なる複数のスリットを組み合わせたレジス
トパターンマークを用いている。それぞれの測定方法に
ついてその効果を述べる。

【００６４】まず、（１）の方法においては、レジスト
パターンマークの複数のエッジ位置の平均化効果により
レジスト膜厚の変化（ばらつき）の影響を低減した測定
値が得られる効果がある。即ち、エッジ位置の平均化効
果とは、各エッジについて求めたそれぞれのＴＩＳの値
を用いて平均したものをレジストパターンマークのＴＩ
Ｓの値とすることで、一つのエッジを用いるよりも複数
のエッジを用いた方が、膜厚変化の影響を低減した測定
値が得られることを意味する。これにより測定精度の向
上を図ることができる。

【００６５】次に、（２）の方法においては、レジスト
パターンマークのエッジの選択で、ＴＩＳの小さくなる
エッジを用いることで、ＴＩＳを低減した測定値が得ら
れる効果がある。即ち、この方法によれば、ＴＩＳの小
さいエッジは必然的に膜厚依存性も小さいことを意味す
るので、その分、膜厚変化の影響を低減して測定精度の
向上を図ることができる。

【００６６】次に、（３）の方法においては、各々独立
してＴＩＳの小さくなる最適エッジを選択できるように
することで、レジスト膜厚のウエハ面内のばらつきの影
響を低減し、ＴＩＳを低減した測定値が得られる効果が
ある。即ち、ウエハ面内の複数箇所に各々独立して設け
た多数の重ね合わせ精度測定用マークのうち、ＴＩＳの
最も小さいものを選択することで、測定精度向上のため
に必要な測定対象マークの選択をウエハ面内全域に広げ
て行うことができる。これにより、レジスト膜厚のウエ
ハ面内のばらつきの影響を低減して、測定精度の向上を
図ることができる。この組み合わせは、先の「課題」の
欄で述べた’の組み合わせに対応している。

【００６７】（実施の形態４）図１２に重ね合わせ精度
測定用マークの平面図を、図１３（ａ）〜（ｄ）及び図
１４（ａ）〜（ｄ）にその重ね合わせ精度測定用マーク
形成のための工程断面図を示す。

【００６８】まず、図１３（ａ）に示すように、シリコ
ン基板上に基準マークを形成する材料を成膜する。ここ
では、ポリシリコン１３０１を成膜する。次に、同図
（ｂ）に示すように、レジスト塗布、露光、現像によ
り、０．７〜１．３μｍのスリットパターン（図２
（ｄ）に対応）のレジストによるパターン形成を行い、
エッチングにより基準マーク１３０２を形成する。

【００６９】次に、同図（ｃ）に示すように、基準マー
クとレジストパターンマーク間の層間膜となる材料を成
膜する。ここでは、二酸化珪素１３０３を成膜する。次
に、同図（ｄ）に示すように、基準マークとレジストパ
ターンマークとの高低差に水準を設けるために、レジス
ト塗布、露光、現像により８．０〜１０．０μｍのスリ
ットパターン１３０４ａを含むレジストによるパターン
１３０４の形成を行い、しかる後、図１４（ａ）に示す
ように、層間膜１３０３をエッチング（エッチング１）
して第１凹所１３０５の形成を行う。

【００７０】同様にして、図１４（ｂ）に示すように、
レジスト塗布、露光、現像により８．０〜１０．０μｍ
のスリットパターン１３０６ａを含むレジストによるパ
ターン１３０６の形成を行い、しかる後、同図（ｃ）に
示すように、層間膜１３０３をエッチング（エッチング
２）して第２凹所１３０７の形成を行う。ここで、エッ
チング１とエッチング２とでは、エッチング時間が異な
り層間膜１３０３の表面から第１凹所１３０５の底面ま
での高さ、及び第２凹所１３０７の底面までの高さに高
低差が生じるようにする。

【００７１】その後、同図（ｄ）に示すように、レジス
ト塗布、露光、現像によりレジストによるパターンマー
ク（複数のラインを形成するレジストパターンマーク）
１３０８、１３０９、１３１０の形成を行う。

【００７２】このマークを用い、上記（実施の形態３）
で述べたように以下の方法で測定を行う。（１）レジストパターンマークのエッジ認識に複数の
エッジの平均値を用いる方法。（２）複数のエッジからＴＩＳの小さくなるエッジを
選択する方法。（３）ウエハ内の複数の測定点について、各々独立し
てＴＩＳの小さくなる最適エッジを選択して、エッジ位
置を求める方法。

【００７３】この実施の形態４においても、先の「課
題」の欄で述べたように、レジストパターンマークの膜
厚によりＴＩＳは変化する。そのため、ＴＩＳの小さく
なるレジストパターンマークで測定を行うために、下地
に段差を設けることで、レジスト膜厚を変化させる。そ
れぞれの測定方法についてその効果を述べる。まず、
（１）の方法においては、レジストパターンマークのエ
ッジ位置の平均化効果によりレジストパターンマークの
膜厚変化の影響を低減した測定値が得られる効果があ
る。

【００７４】次に、（２）の方法においては、レジスト
パターンマークのエッジの選択で、ＴＩＳの小さくなる
エッジを用いることで、ＴＩＳを低減した測定値が得ら
れる効果がある。

【００７５】次に、（３）の方法においては、各々独立
してＴＩＳの小さくなる最適エッジを選択できるように
することで、レジスト膜厚のウエハ面内のばらつきの影
響を低減し、ＴＩＳを低減した測定値が得られる効果が
ある。

【００７６】この実施の形態４においては、特に、膜厚
を積極的に変化させることが可能となる。したがって、
上記（１）、（２）、（３）の何れの方法においても膜
厚変化の範囲を広げることができる。これにより、広い
範囲で変化した膜厚影響に基づく測定が可能となるの
で、その分、より小さなＴＩＳの値を積極的に求めるこ
とができる効果がある。この組み合わせは、先の「課
題」の欄で述べた’の組み合わせに対応している。

【００７７】（実施の形態５）図１５に重ね合わせ精度
測定用マークの平面図を、図１６（ａ）〜（ｄ）及び図
１７（ａ）〜（ｃ）にその重ね合わせ精度測定用マーク
形成のための工程断面図を示す。

【００７８】まず、図１６（ａ）に示すように、シリコ
ン基板上に基準マークを形成する材料を成膜する。ここ
では、ポリシリコン１５０１を成膜する。次に、同図
（ｂ）に示すように、レジスト塗布、露光、現像によ
り、８．０〜１０．０μｍのスリットパターンのレジス
トによるパターン形成を行い、エッチングにより平面正
方形のポジ型基準マーク１５０３、その周囲のポリシリ
コン層１５０４との間に形成したスリット１５０２を形
成する。

【００７９】次に、同図（ｃ）に示すように、基準マー
ク及びレジストパターンマークに高さ方向の高低差を設
けるために、レジスト塗布、露光、現像により基準マー
ク１５０３上に３．０〜７．０μｍのスリットαを、ポ
リシリコン層１５０４上に７．０〜１０．０μｍのスリ
ットβを形成するためのレジストによるパターン１５０
５を同時に形成する。しかる後、同図（ｄ）に示すよう
に、基準マーク１５０３、ポリシリコン層１５０４をエ
ッチングして、第１凹所１５０６、第２凹所１５０７の
形成を行い、表面部１５１２部分を残す。

【００８０】次に、図１７（ａ）に示すように、基準マ
ークとレジストパターンマーク間の層間膜となる材料を
成膜する。ここでは、二酸化珪素１５０８を成膜する。
その後、同図（ｂ）に示すように、レジスト１５０９の
塗布、露光、現像により、同図（ｃ）に示すように、レ
ジストによるパターン形成を行い、ライン型レジストパ
ターン１５１０、１５１１を形成する。

【００８１】このマークを用い、上記（実施の形態３）
で述べたように以下の方法で測定を行う。（１）基準マークのエッジ認識に複数のエッジの平均
値を用いる方法。（２）基準マークの複数のエッジからＴＩＳの小さく
なるエッジ（図１５の１４０１または１４０２）を選択
する方法。（３）ウエハ内の複数の測定点について、各々独立し
てＴＩＳの小さくなる最適エッジを選択して、エッジ位
置を求める方法。（４）基準マークとレジストパターンマークの組合せ
についてＴＩＳの小さくなるエッジの組合せを選択しエ
ッジ位置を求める方法。この方法では、基準マークのエ
ッジ認識範囲１４０１、１４０２それぞれについて、レ
ジストパターンマークのエッジ認識範囲１４０３、１４
０４についてＴＩＳの最小となる基準マークのエッジ、
レジストパターンマークのエッジの組合せの選択を行
い、その重ね合わせ精度測定用マークを用いて測定を行
う。

【００８２】この実施の形態５においても、先の「課
題」の欄で述べたように、レジストパターンマークの膜
厚によりＴＩＳは変化する。そのため、ＴＩＳの小さく
なるレジスト膜厚で測定を行うために、下地に段差を設
けることで、レジストパターンマークの膜厚を変化させ
る方法に加え、基準マークにも高低差を設ける。そうす
ることで、基準マークに対するレジストパターンマーク
の高さは相対的に変化する。

【００８３】それぞれの測定方法についてその効果を述
べる。

【００８４】まず、（１）の方法においては、基準マー
クのエッジ位置の平均化効果によりレジスト膜厚の変化
（ばらつき）の影響を低減した測定値が得られる効果が
ある。

【００８５】次に、（２）の方法においては、基準マー
クのエッジの選択で、ＴＩＳの小さくなるエッジを用い
ることで、ＴＩＳを低減した測定値が得られる効果があ
る。

【００８６】次に、（３）の方法においては、レジスト
パターンマークのエッジの選択で、各々独立してＴＩＳ
の小さくなる最適エッジを選択できるようにすること
で、レジスト膜厚のウエハ面内のばらつきの影響を低減
し、ＴＩＳを低減した測定値が得られる効果がある。

【００８７】この実施の形態５においては、レジストパ
ターンマークの膜厚を積極的に変化させることが可能と
なるのに加え、基準マークに対するレジストパターンマ
ークの高低差をも積極的に変化させることができるの
で、レジストパターンマークの見かけの膜厚変化の範囲
をさらに大きくすることができる。これにより、広い範
囲で変化した膜厚の影響に基づく測定が可能となり、そ
の分、さらに小さなＴＩＳの値を積極的に求めることが
できる効果がある。加えて、基準マークにも段差を設け
て、いわゆるエッジが複数ある形態としているので、基
準マークの複数のエッジのうちの最適なものと、レジス
トパターンマークの複数のエッジのうちの最適なものと
の組み合わせができ、その分、測定精度の向上を図るこ
とができる。この組み合わせは、先の「課題」の欄で述
べた’の組み合わせに対応している。

【００８８】

【発明の効果】本発明によれば、重ね合わせ精度測定用
マークの構造や膜厚、組み合わせ及び測定方法等に工夫
を凝らすことで、高精度の測定を可能にし、これにより
生産性の向上、高集積化等を図ることができる重ね合わ
せ精度測定用マーク及びそれを用いた測定方法の技術を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の半導体集積回路製造におけるリソグラフ
ィー工程での重ね合わせ精度測定技術に用いる基準マー
クとレジストパターンマークの組み合わせからなる平面
図、断面図及び波形信号の説明図である。

【図２】重ね合わせ精度測定技術に用いられる４例の基
準マークを示す断面模式図である。

【図３】重ね合わせ精度測定技術に用いられる２例のレ
ジストパターンマークを示す断面模式図である。

【図４】正方形ポジ型基準マークとスリット型レジスト
パターンマークとの組み合わせからなる重ね合わせ精度
測定用マークの平面図である。

【図５】重ね合わせ精度測定用マークの形成方法例を示
す工程断面図である。

【図６】本発明の実施の形態１に係る重ね合わせ精度測
定用マークの平面図である。

【図７】本発明の実施の形態１に係る重ね合わせ精度測
定用マークの形成方法例を示す工程断面図である。

【図８】本発明の実施の形態２に係る重ね合わせ精度測
定用マークの平面図である。

【図９】本発明の実施の形態２に係る重ね合わせ精度測
定用マークの形成方法例を示す工程断面図である。

【図１０】本発明の実施の形態３に係る重ね合わせ精度
測定用マークの平面図である。

【図１１】本発明の実施の形態３に係る重ね合わせ精度
測定用マークの形成方法例を示す工程断面図である。

【図１２】本発明の実施の形態４に係る重ね合わせ精度
測定用マークの平面図である。

【図１３】本発明の実施の形態４に係る重ね合わせ精度
測定用マークの形成方法例を示す工程断面図である。

【図１４】本発明の実施の形態４に係る重ね合わせ精度
測定用マークの形成方法例を示す、図１４に続く工程断
面図である。

【図１５】本発明の実施の形態５に係る重ね合わせ精度
測定用マークの平面図である。

【図１６】本発明の実施の形態５に係る重ね合わせ精度
測定用マークの形成方法例を示す工程断面図である。

【図１７】本発明の実施の形態５に係る重ね合わせ精度
測定用マークの形成方法例を示す、図１６に続く工程断
面図である。

【図１８】基準マークがスリットパターンで、レジスト
パターンマークがラインパターンのときのレジストパタ
ーンマークの膜厚とＴＩＳとの関係を示すグラフであ
る。

【図１９】基準マークがスリットパターンで、レジスト
パターンマークがラインパターンのときのレジストパタ
ーンマークの膜厚とＴＩＳとの関係を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１０１基準マーク１０２二酸化珪素１０３レジストパターンマーク１０４基準マークのエッジ認識範囲１０５レジストパターンマークのエッジ認識範囲１０６基準マークの波形信号１０７レジストパターンマークの波形信号１０８基準マークのエッジ位置１０９レジストパターンマークのエッジ位置２０１ポジ型パターン２０２ネガ型パターン２０３ライン型パターン２０４スリット型パターン３０１ライン型パターン３０２スリット型パターン４０１基準マーク４０２レジストパターンマーク５０１ポリシリコン５０２基準マーク５０３二酸化珪素５０４レジストパターン７０１、９０１、１１０１、１３０１、１５０１ポリ
シリコン７０２、９０２、１１０２、１３０２、１５０３基準
マーク７０３、９０３、１１０３、１３０３、１５０８二酸
化珪素７０４、９０４、１１０４レジストパターン１３０４レジストパターン１３０８、１３０９、１３１０、１５１０、１５１１
レジストパターン１００３、１４０１、１４０２基準マークのエッジ認
識範囲１００１、１００２レジストパターンマークのエッジ
認識範囲１４０３、１４０４レジストパターンマークのエッジ
認識範囲１１０５、１３０４ａレジストパターンマークのスリ
ット１３０６レジストによるパターン１３０６ａレジストによるパターンのスリット１５０２スリット１５０４ポリシリコン層１５０５レジストによるパターン１３０５、１５０６第１凹所１３０７、１５０７第２凹所１５０９レジスト１５１２表面部 α、β スリット

フロントページの続き (72)発明者田口隆東京都港区虎ノ門１丁目７番12号沖電気工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体集積回路製造のためのフォトリソ
グラフィー工程で露光の際に利用する下層との重ね合わ
せ精度測定用マークであって、下層に形成した基準マー
クと、その基準マークよりも上層の領域に形成したレジ
ストパターンマークとを含み、レジストパターンマーク
をラインパターンとしたことを特徴とする、重ね合わせ
精度測定用マーク。
【請求項２】前記基準マークは、平面正方形のポジ型
パターン、ネガ型パターン及びスリットパターンの何れ
かであることを特徴とする、請求項１に記載の重ね合わ
せ精度測定用マーク。
【請求項３】前記レジストパターンマークを複数のラ
インパターンとしたことを特徴とする、請求項１に記載
の重ね合わせ精度測定用マーク。
【請求項４】前記複数のラインパターンのそれぞれの
膜厚が異なることを特徴とする、請求項３に記載の重ね
合わせ精度測定用マーク。
【請求項５】前記ラインパターンを形成する下地基板
の表面に段差を設けることによって各ラインパターンの
膜厚を異ならせていることを特徴とする、請求項４に記
載の重ね合わせ精度測定用マーク。
【請求項６】前記基準マークがポジ型パターンであ
り、その表面に段差があることを特徴とする、請求項１
〜５の何れかに記載の重ね合わせ精度測定用マーク。
【請求項７】前記基準マークが平面正方形のポジ型パ
ターンであり、その一辺が１０〜２０μｍの範囲である
ことを特徴とする、請求項１〜６の何れかに記載の重ね
合わせ精度測定用マーク。
【請求項８】前記基準マークがスリットパターンであ
り、その溝幅が０．６μｍ以上であることを特徴とす
る、請求項１〜５の何れかに記載の重ね合わせ精度測定
用マーク。
【請求項９】前記レジストパターンマークのライン幅
が５．０〜６．０μｍの範囲であることを特徴とする、
請求項１〜８の何れかに記載の重ね合わせ精度測定用マ
ーク。
【請求項１０】半導体集積回路製造のためのフォトリ
ソグラフィー工程で下層に形成した基準マークと、その
基準マークよりも上層の領域に形成した複数のラインパ
ターンからなるレジストパターンマークとを用いて露光
の際の重ね合わせ精度を測定する方法であって、複数の
ラインパターンのそれぞれのエッジ位置を測定し、各測
定値に含まれる測定誤差の平均値を補正値としてレジス
トパターンマークのエッジ位置を求め、重ね合わせ精度
の測定値を算出することを特徴とする、重ね合わせ精度
測定方法。
【請求項１１】前記複数のラインパターンのそれぞれ
のエッジ位置を測定し、各測定値に含まれる測定誤差が
最も小さくなるラインパターンを選択してレジストパタ
ーンマークのエッジ位置とし、そのエッジ位置を用いて
重ね合わせ精度の測定値を算出することを特徴とする、
請求項１０に記載の重ね合わせ精度測定方法。
【請求項１２】前記基準マーク及びレジストパターン
マークの組合せから成る重ね合わせ精度測定用マーク
を、下地基板であるウエハ上に複数設けておき、ウエハ
面内の複数の測定点おいて前記重ね合わせ精度測定用マ
ークを用いてそれぞれ測定した測定値に含まれる測定誤
差が最も小さい重ね合わせ精度測定用マークを選択して
測定値を算出することを特徴とする、請求項１０に記載
の重ね合わせ精度測定方法。
【請求項１３】前記基準マーク及びレジストパターン
マークはそれぞれ複数のエッジを含み、それら基準マー
クの各エッジ及びレジストパターンマークの各エッジつ
いて、測定誤差が最も小さくなるエッジをそれぞれ選択
して基準マークのエッジ及びレジストパターンマークの
エッジとし、重ね合わせ精度の測定値を算出することを
特徴とする、請求項１０に記載の重ね合わせ精度測定方
法。
【請求項１４】半導体集積回路製造のためのフォトリ
ソグラフィー工程で露光の際に利用する下層との重ね合
わせ精度測定用マークであって、下層に形成した基準マ
ークと、その基準マークよりも上層の領域に形成したレ
ジストパターンマークとを含み、前記基準マークを平面
正方形のポジ型パターンとし、前記レジストパターンマ
ークをスリットパターンとしたことを特徴とする、重ね
合わせ精度測定用マーク。
【請求項１５】前記レジストパターンマークを複数の
スリットパターンとしたことを特徴とする、請求項１４
に記載の重ね合わせ精度測定用マーク。
【請求項１６】前記複数のスリットパターンのそれぞ
れの溝の深さが異なることを特徴とする、請求項１５に
記載の重ね合わせ精度測定用マーク。
【請求項１７】前記基準マークの一辺が１０〜２０μ
ｍの範囲であることを特徴とする、請求項１４〜１６の
何れかに記載の重ね合わせ精度測定用マーク。
【請求項１８】前記基準マークの表面に段差があるこ
とを特徴とする、請求項１４〜１７の何れかに記載の重
ね合わせ精度測定用マーク。
【請求項１９】半導体集積回路製造のためのフォトリ
ソグラフィー工程で下層に形成した平面正方形のポジ型
パターンからなる基準マークと、その基準マークよりも
上層の領域に形成したスリットパターンからなるレジス
トパターンマークとを用いて露光の際の重ね合わせ精度
を測定する方法であって、複数のスリットパターンのそ
れぞれのエッジ位置を測定し、各測定値に含まれる測定
誤差の平均値を補正値としてレジストパターンマークの
エッジ位置を求め、重ね合わせ精度の測定値を算出する
ことを特徴とする、重ね合わせ精度測定方法。
【請求項２０】前記複数のスリットパターンのそれぞ
れのエッジ位置を測定し、各測定値に含まれる測定誤差
が最も小さくなるスリットパターンを選択してレジスト
パターンマークのエッジ位置とし、そのエッジ位置を用
いて重ね合わせ精度の測定値を算出することを特徴とす
る、請求項１９に記載の重ね合わせ精度測定方法。
【請求項２１】前記基準マーク及びレジストパタンマ
ークの組合せから成る重ね合わせ精度測定用マークを、
下地基板であるウエハ上に複数設けておき、ウエハ面内
の複数の測定点おいて前記重ね合わせ精度測定用マーク
を用いてそれぞれ測定した測定値に含まれる測定誤差が
最も小さい重ね合わせ精度測定用マークを選択して測定
値を算出することを特徴とする、請求項１９に記載の重
ね合わせ精度測定方法。
【請求項２２】前記基準マーク及びレジストパターン
マークはそれぞれ複数のエッジを含み、それら基準マー
クの各エッジ及びレジストパターンマークの各エッジつ
いて、測定誤差が最も小さくなるエッジをそれぞれ選択
して基準マークのエッジ及びレジストパターンマークの
エッジとし、重ね合わせ精度の測定値を算出することを
特徴とする、請求項１９に記載の重ね合わせ精度測定方
法。