JPH11354416A - 重ね合わせズレ測定器及び測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 重ね合わせズレ測定器を用いて重ね合わせ測
定用パターンの合わせズレを測定する際に、実製品ウェ
ーハを使用しなくても測定プログラムを作成することが
可能な重ね合わせズレ測定器及び測定方法を提供するこ
とを目的とする。 【解決手段】 重ね合わせズレ測定器２０には、重ね合
わせ測定用パターン１２ａ、１２ｂの画像データを記憶
する記録媒体２２と、その画像データを長期に保存する
記録保存媒体２４が設置されている。合わせズレの測定
プログラムを作成する際、記録媒体２２から重ね合わせ
測定用パターン１２ａ、１２ｂの画像データを読み込ま
せて画像認識を行う。重ね合わせ測定用パターン１２
ａ、１２ｂの座標登録はウェーハ上に形成されるレジス
トパターンを用いて行う。こうして、一々実製品ウェー
ハを使用することなく、重ね合わせ測定用パターン１２
ａ、１２ｂの座標登録と画像認識を行い、合わせズレの
測定プログラムを作成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、重ね合わせズレ測
定器及び測定方法に係り、特に２つの重ね合わせ測定用
パターンの合わせズレを測定する重ね合わせズレ測定器
及び測定方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路の高集積化に伴い、リソ
グラフィ工程において形成するパターンの微細化が進展
すると共に、前のリソグラフィ工程において形成された
既存パターンと当該リソグラフィ工程において形成する
パターンとの重ね合わせ精度も益々その高精度化が必要
とされてきている。このために、露光用マスクに配置さ
れている重ね合わせ測定用パターンの重ね合わせ精度を
目視によって確認する方法では信頼性に乏しいとして、
この重ね合わせ測定用パターンの合わせズレを高精度で
測定する重ね合わせズレ測定器が必要不可欠とされてい
る。

【０００３】この従来の重ね合わせズレ測定器を用いて
重ね合わせ測定用パターンの合わせズレを測定する場
合、前のリソグラフィ工程において形成された例えば２
０μｍ四方程度の重ね合わせ測定用パターンの内側に、
当該リソグラフィ工程における例えば１０μｍ四方程度
の重ね合わせ測定用パターンを重ね合わせて、その外側
のパターンと内側のパターンとの左右上下の間隔を計測
することによって合わせズレ量を計測している。

【０００４】そして、この合わせズレ量を計測する際に
は、２つの重ね合わせ測定用パターンに光学的に焦点を
合わせ、その外内のパターンエッジを正確に計測する必
要があるため、実際に製造プロセスを流れている製品ウ
ェーハ（以下、「実製品ウェーハ」という）を用いて測
定プログラムを作成する必要がある。即ち、従来の重ね
合わせズレ測定器を用いて重ね合わせ測定用パターンの
合わせズレを測定する場合、その測定プログラムを作成
する際に、実製品ウェーハ上に形成された重ね合わせ測
定用パターンの光学的な座標登録と画像認識とを各デバ
イス毎、各工程毎に行い、前のリソグラフィ工程と当該
リソグラフィ工程とで構成されている重ね合わせ測定パ
ターンの各座標において画像認識して、合わせズレ量を
計測している。

【０００５】このとき、この画像認識を例えばＳｉ（シ
リコン）ウェーハ上に形成したレジストパターンのみで
行うと、光学的にコントラストやブライトネス更にはパ
ターン形状まで異なるため、画像認識ができなくなる。
従って、現在においては、重ね合わせズレ測定器を用い
た重ね合わせ測定用パターンの合わせズレ量の計測に実
製品ウェーハが必要となってくるのである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の重
ね合わせズレ測定器を用いて重ね合わせ測定用パターン
の合わせズレを測定する際に、その測定プログラムの作
成に実製品ウェーハを使用しなければならないことによ
り、様々な問題が生じる。例えば測定プログラムの作成
の際に実製品ウェーハを実際に装置内部に入れることが
必要となることから、実製品ウェーハにダストが付着し
たり、傷が付いたり、汚染されたりする確率が高くなっ
てくるという問題が生じる。また、測定プログラムの作
成が完了するまで、実製品ウェーハがそのリソグラフィ
工程に停滞することになるため、リードタイムが低下す
るという問題も生じる。

【０００７】そこで本発明は、上記問題点を鑑みてなさ
れたものであり、重ね合わせズレ測定器を用いて重ね合
わせ測定用パターンの合わせズレを測定する際に、実製
品ウェーハを使用しなくとも測定プログラムを作成する
ことが可能な重ね合わせズレ測定器及び測定方法を提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題は、以下の本発
明に係る重ね合わせズレ測定器及び測定方法によって達
成される。即ち、請求項１に係る重ね合わせズレ測定器
は、２つの重ね合わせ測定用パターンの合わせズレを測
定する重ね合わせズレ測定器であって、基準となる重ね
合わせ測定用パターンの画像データを記憶する記録媒体
を具備していることを特徴とする。このように請求項１
に係る重ね合わせズレ測定器においては、基準となる重
ね合わせ測定用パターンの画像データを記憶する記録媒
体を具備していることにより、任意のデバイス及び工程
における基準となる重ね合わせ測定用パターンの画像デ
ータを予め光学的情報として記録媒体に記録しておき、
合わせズレの測定プログラムを作成する際に、この基準
となる重ね合わせ測定用パターンの画像データを記録媒
体から読み込むことが可能になる。このため、合わせズ
レの測定プログラムは重ね合わせ測定用パターンの座標
登録のみで作成可能となり、この重ね合わせ測定用パタ
ーンの座標登録はウェーハ上に形成されるレジストパタ
ーンを用いればよいことから、一々実製品ウェーハを使
用する必要がなくなり、合わせズレの測定プログラムの
作成が簡易化される。

【０００９】また、請求項２に係る重ね合わせズレ測定
器は、上記請求項１に係る重ね合わせズレ測定器におい
て、記録媒体に記録された画像データを保存する記録保
存媒体を具備している構成とすることにより、必要とな
る全ての基準となる重ね合わせ測定用パターンの画像デ
ータを記録保存媒体に保存しておき、合わせズレの測定
プログラムを作成する際に、基準となる重ね合わせ測定
用パターンの画像データを記録保存媒体から読み込むこ
とが可能になる。このため、例えばチップサイズが異な
るデバイスの場合であっても、合わせズレの測定プログ
ラムは重ね合わせ測定用パターンの座標登録のみで作成
可能となり、この重ね合わせ測定用パターンの座標登録
はウェーハ上に形成されるレジストパターンを用いれば
よいことから、一々実製品ウェーハを使用する必要がな
くなり、合わせズレの測定プログラムの作成が簡易化さ
れる。

【００１０】また、請求項３に係る２つの重ね合わせ測
定用パターンの合わせズレを測定する重ね合わせズレ測
定方法であって、基準となる重ね合わせ測定用パターン
の画像データを記録媒体に記録し、合わせズレの測定プ
ログラムを作成する際に、この記録媒体に記録している
基準となる重ね合わせ測定用パターンの画像データを読
み込ませて、画像認識を行うことを特徴とする。このよ
うに請求項３に係る重ね合わせズレ測定方法において
は、合わせズレの測定プログラムを作成する際に、記録
媒体に記録している基準となる重ね合わせ測定用パター
ンの画像データを読み込ませて画像認識を行うことによ
り、合わせズレの測定プログラムは重ね合わせ測定用パ
ターンの座標登録のみで作成可能となり、この重ね合わ
せ測定用パターンの座標登録はウェーハ上に形成される
レジストパターンを用いればよいことから、一々実製品
ウェーハを使用する必要がなくなり、合わせズレの測定
プログラムの作成が簡易化される。

【００１１】また、請求項４に係る重ね合わせズレ測定
方法は、上記請求項３に係る重ね合わせズレ測定方法に
おいて、記録媒体に記録した基準となる重ね合わせ測定
用パターンの画像データを記録保存媒体に保存してお
き、合わせズレの測定プログラムを作成する際に、この
記録保存媒体に保存している基準となる重ね合わせ測定
用パターンの画像データを読み込ませて画像認識を行う
構成とすることにより、記録保存媒体に保存している全
ての基準となる重ね合わせ測定用パターンの画像データ
の中から所望の基準となる重ね合わせ測定用パターンの
画像データを記録保存媒体から読み込むことが可能にな
ることから、例えばチップサイズが異なるデバイスの場
合であっても、合わせズレの測定プログラムは重ね合わ
せ測定用パターンの座標登録のみで作成可能となり、こ
の重ね合わせ測定用パターンの座標登録はウェーハ上に
形成されるレジストパターンを用いればよいため、一々
実製品ウェーハを使用する必要がなくなり、合わせズレ
の測定プログラムの作成が簡易化される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら、
本発明の実施の形態を説明する。図１（ａ）は本発明の
一実施形態における重ね合わせズレ測定に使用される重
ね合わせ測定用パターンが描画された露光用マスクを示
す平面図、図１（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ図１（ａ）の
露光用マスクに描画された重ね合わせ測定用パターンを
示す平面図である。また、図２は本発明の一実施形態に
係る重ね合わせズレ測定器を示すブロック図である。更
に、図３は図２に示す重ね合わせズレ測定器を使用する
重ね合わせズレ測定方法を説明するための平面図であ
る。

【００１３】図１（ａ）に示されるように、半導体集積
回路の製造プロセスのリソグラフィ工程において使用さ
れるレチクル１０には、所定の露光パターン（図示せ
ず）が描画されていると共に、その四隅とセンター部に
それぞれボックス（ＢＯＸ）マークと通称される重ね合
わせ測定用パターン１２が配置されている。この重ね合
わせ測定用パターン１２の具体的な形状としては、或る
リソグラフィ工程Ａにおける重ね合わせ測定用パターン
１２ａの場合、図１（ｂ）に示されるように、例えば一
辺が約２０μｍのほぼ正方形状をなしている。また、こ
の図１（ｂ）に示される重ね合わせ測定用パターン１２
ａの内側に位置合わせされる重ね合わせ測定用パターン
１２ｂの場合、即ちリソグラフィ工程Ａの後のリソグラ
フィ工程Ｂ（以下、「リソグラフィ工程Ａ」を「前リソ
グラフィ工程Ａ」といい、「リソグラフィ工程Ｂ」を
「当該リソグラフィ工程Ｂ」という）における重ね合わ
せ測定用パターン１２ｂの場合、図１（ｃ）に示される
ように、例えば一辺が約１０μｍのほぼ正方形状をなし
ている。このため、図１（ｂ）に示される前リソグラフ
ィ工程Ａにおける重ね合わせ測定用パターン１２ａは、
通常アウターマークと呼ばれ、図１（ｃ）に示される当
該リソグラフィ工程Ｂにおける重ね合わせ測定用パター
ン１２ｂは、通常インナーマークと呼ばれている。

【００１４】次に、本実施形態に係る重ね合わせズレ測
定器を、図２を用いて説明する。図２に示されるよう
に、本実施形態に係る重ね合わせズレ測定器２０には、
記録媒体２２が設置され、この記録媒体２２に基準とな
る重ね合わせ測定用パターン１２ａ、１２ｂの画像デー
タが記憶されるようになっている。また、この記録媒体
２２とは別に、記録媒体２２に記録された基準となる重
ね合わせ測定用パターン１２ａ、１２ｂの画像データを
必要な期間だけ長期に保存する記録保存媒体２４が設置
されている。

【００１５】次に、図２に示す重ね合わせズレ測定器２
０を使用する重ね合わせズレ測定方法を、図３を用いて
説明する。半導体集積回路の製造プロセスのリソグラフ
ィ工程において合わせズレの測定プログラムを作成する
際には、重ね合わせズレ測定器２０を使用して、レチク
ル１０の四隅とセンター部にそれぞれ配置されている重
ね合わせ測定用パターン１２ａ、１２ｂの座標を登録
し、その画像を認識する。

【００１６】ここで、重ね合わせ測定用パターン１２
ａ、１２ｂは、同一デバイス、同一工程であれば光学的
な画像は同じであるということから、任意のプロセスに
おいて製造された最初のデバイスの測定プログラムを作
成する際に、基準となる重ね合わせ測定用パターン１２
ａ、１２ｂの画像データを重ね合わせズレ測定器２０の
記録媒体２２に記憶させておく。更にまた、この記録媒
体２２に記憶させた基準となる重ね合わせ測定用パター
ン１２ａ、１２ｂの画像データを、記録保存媒体２４に
保存しておく。

【００１７】そして、当該リソグラフィ工程Ｂにおい
て、合わせズレの測定プログラムを作成する際に、記録
媒体２２に記憶させておいた基準となる重ね合わせ測定
用パターン１２ａ、１２ｂの画像データを読み込ませ
て、画像認識を行う。また、同一工程であっても、チッ
プサイズが異なるデバイスの合わせズレの測定プログラ
ムを作成する場合には、記録保存媒体２４に保存してお
いた基準となる重ね合わせ測定用パターンの画像データ
の中から必要な基準となる重ね合わせ測定用パターン１
２ａ、１２ｂの画像データを記録媒体２２を介してを読
み込ませて、画像認識を行う。このとき、重ね合わせ測
定用パターン１２ａ、１２ｂの座標登録は、ウェーハ上
に形成されるレジストパターンを用いて行う。こうし
て、一々実製品ウェーハを使用することなく、重ね合わ
せ測定用パターン１２ａ、１２ｂの座標登録と画像認識
を行い、その合わせズレの測定プログラムを作成する。

【００１８】そして、重ね合わせ測定用パターン１２
ａ、１２ｂの合わせズレの測定は、次のようにして行
う。即ち、図３に示されるように、前リソグラフィ工程
Ａにおける一辺が約２０μｍのほぼ正方形状の重ね合わ
せ測定用パターン１２ａとその内側の当該リソグラフィ
工程Ｂにおける一辺が約１０μｍのほぼ正方形状の重ね
合わせ測定用パターン１２ｂとのＸ軸方向におけるパタ
ーンエッジ間隔Ｘ１、Ｘ２及びＹ軸方向におけるパター
ンエッジ間隔Ｙ１、Ｙ２を、例えばレーザを用いて計測
する。そして、これらの計測から、Ｘ軸方向におけるズ
レ量ΔＸ及びＹ軸方向におけるズレ量ΔＹを、次式から
求める。 ΔＸ＝（Ｘ１−Ｘ２）／２ ΔＹ＝（Ｙ１−Ｙ２）／２

【００１９】以上のように本実施形態によれば、基準と
なる重ね合わせ測定用パターン１２ａ、１２ｂの画像デ
ータを記憶する記録媒体２２、更にはその画像データを
必要な期間だけ長期に保存する記録保存媒体２４が設置
されている重ね合わせズレ測定器２０を用いることによ
り、合わせズレの測定プログラムを作成する際に、記録
媒体２２に記憶させておいた基準となる重ね合わせ測定
用パターン１２ａ、１２ｂの画像データを読み込ませ
て、又は記録保存媒体２４に保存しておいた基準となる
重ね合わせ測定用パターンの画像データの中から必要な
基準となる重ね合わせ測定用パターン１２ａ、１２ｂの
画像データを記録媒体２２を介してを読み込ませて、画
像認識を行うことができるため、合わせズレの測定プロ
グラムは重ね合わせ測定用パターン１２ａ、１２ｂの座
標登録のみで作成可能となる。そして、この重ね合わせ
測定用パターン１２ａ、１２ｂの座標登録はウェーハ上
に形成されるレジストパターンを用いればよいため、合
わせズレの測定プログラムの作成を簡易化することがで
きる。従って、合わせズレの測定プログラムを作成する
際に、一々実製品ウェーハを使用する必要がなくなるこ
とから、実製品ウェーハを実際に装置内部に入れること
に起因するダストの付着、傷や汚染の発生を防止するこ
とができる。また、合わせズレの測定プログラムの作成
が完了するまで、実製品ウェーハをそのリソグラフィ工
程に停滞させておく必要がなくなるため、従来のリソグ
ラフィ工程における停滞を解消して、リードタイムの低
下を防止することもできる。

【００２０】

【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明に係
る重ね合わせズレ測定器及び測定方法によれば、次のよ
うな効果を奏することができる。即ち、請求項１に係る
重ね合わせズレ測定器によれば、基準となる重ね合わせ
測定用パターンの画像データを保存する記録媒体を具備
していることにより、任意のデバイス及び工程における
基準となる重ね合わせ測定用パターンの画像データを予
め光学的情報として記録媒体に記録しておき、合わせズ
レの測定プログラムを作成する際に、基準となる重ね合
わせ測定用パターンの画像データは記録媒体から読み込
むことが可能になることから、合わせズレの測定プログ
ラムは重ね合わせ測定用パターンの座標登録のみで作成
可能となり、この重ね合わせ測定用パターンの座標登録
はウェーハ上に形成されるレジストパターンを用いれば
よいため、合わせズレの測定プログラムの作成を簡易化
することができる。また、この合わせズレの測定プログ
ラムを作成する際に一々実製品ウェーハを使用する必要
がなくなることから、実製品ウェーハを実際に装置内部
に入れることに起因するダストの付着、傷や汚染の発生
を防止することができると共に、合わせズレの測定プロ
グラムの作成が完了するまで実製品ウェーハをそのリソ
グラフィ工程に停滞させておく必要がなくなるため、リ
ードタイムの低下を防止することもできる。

【００２１】また、請求項２に係る重ね合わせズレ測定
器によれば、記録媒体とは別に、この記録媒体に記録さ
れた画像データを必要な期間だけ長期に保存する記録保
存媒体を具備していることにより、必要となる全ての基
準となる重ね合わせ測定用パターンの画像データを記録
保存媒体に保存しておき、合わせズレの測定プログラム
を作成する際に、基準となる重ね合わせ測定用パターン
の画像データを記録保存媒体から読み込むことが可能に
なることから、例えばチップサイズが異なるデバイスの
場合であっても、合わせズレの測定プログラムは重ね合
わせ測定用パターンの座標登録のみで作成可能となり、
この重ね合わせ測定用パターンの座標登録はウェーハ上
に形成されるレジストパターンを用いればよいため、合
わせズレの測定プログラムの作成を簡易化することがで
きる。また、この合わせズレの測定プログラムを作成す
る際に一々実製品ウェーハを使用する必要がなくなるこ
とから、上記請求項１の場合と同様の効果を奏すること
ができる。

【００２２】また、請求項３に係る２つの重ね合わせ測
定用パターンの合わせズレを測定する重ね合わせズレ測
定方法によれば、合わせズレの測定プログラムを作成す
る際に、記録媒体に記録している基準となる重ね合わせ
測定用パターンの画像データを読み込ませて画像認識を
行うことにより、合わせズレの測定プログラムは重ね合
わせ測定用パターンの座標登録のみで作成可能となり、
この重ね合わせ測定用パターンの座標登録はウェーハ上
に形成されるレジストパターンを用いればよいため、合
わせズレの測定プログラムの作成を簡易化することがで
きる。また、この合わせズレの測定プログラムを作成す
る際に一々実製品ウェーハを使用する必要がなくなるこ
とから、実製品ウェーハを実際に装置内部に入れること
に起因するダストの付着、傷や汚染の発生を防止するこ
とができると共に、合わせズレの測定プログラムの作成
が完了するまで実製品ウェーハをそのリソグラフィ工程
に停滞させておく必要がなくなるため、リードタイムの
低下を防止することもできる。

【００２３】また、請求項４に係る重ね合わせズレ測定
方法は、記録媒体に記録した基準となる重ね合わせ測定
用パターンの画像データを必要な期間だけ長期に記録保
存媒体に保存しておき、合わせズレの測定プログラムを
作成する際に、この記録保存媒体に保存している基準と
なる重ね合わせ測定用パターンの画像データを読み込ま
せて画像認識を行うことにより、記録保存媒体に保存し
ている全ての基準となる重ね合わせ測定用パターンの画
像データの中から所望の基準となる重ね合わせ測定用パ
ターンの画像データを記録保存媒体から読み込むことが
可能になることから、例えばチップサイズが異なるデバ
イスの場合であっても、合わせズレの測定プログラムは
重ね合わせ測定用パターンの座標登録のみで作成可能と
なり、この重ね合わせ測定用パターンの座標登録はウェ
ーハ上に形成されるレジストパターンを用いればよいた
め、合わせズレの測定プログラムの作成を簡易化するこ
とができる。また、この合わせズレの測定プログラムを
作成する際に一々実製品ウェーハを使用する必要がなく
なることから、上記請求項３の場合と同様の効果を奏す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の一実施形態における重ね合わ
せズレ測定に使用される重ね合わせ測定用パターンが描
画された露光用マスクを示す平面図、（ｂ）、（ｃ）は
それぞれ（ａ）の露光用マスクに描画された重ね合わせ
測定用パターンを示す平面図である。

【図２】本発明の一実施形態に係る重ね合わせズレ測定
器を示すブロック図である。

【図３】図２に示す重ね合わせズレ測定器を使用する重
ね合わせズレ測定方法を説明するための平面図である。

【符号の説明】

１０…レチクル、１２、１２ａ、１２ｂ…重ね合わせ測
定用パターン、２０…重ね合わせズレ測定器、２２…記
録媒体、２４…記録保存媒体。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２つの重ね合わせ測定用パターンの合わ
   せズレを測定する重ね合わせズレ測定器であって、 基準となる重ね合わせ測定用パターンの画像データを記
   録する記録媒体を具備していることを特徴とする重ね合
   わせ測定器。
2. 【請求項２】 請求項１記載の重ね合わせズレ測定器に
   おいて、 前記記録媒体に記録した画像データを保存する記録保存
   媒体を具備していることを特徴とする重ね合わせ測定
   器。
3. 【請求項３】 ２つの重ね合わせ測定用パターンの合わ
   せズレを測定する重ね合わせズレ測定方法であって、 基準となる重ね合わせ測定用パターンの画像データを記
   録媒体に記録し、合わせズレの測定プログラムを作成す
   る際に、前記記録媒体に記録している基準となる重ね合
   わせ測定用パターンの画像データを読み込ませて、画像
   認識を行うことを特徴とする重ね合わせ測定方法。
4. 【請求項４】 請求項３記載の重ね合わせズレ測定方法
   であって、 前記記録媒体に記録した基準となる重ね合わせ測定用パ
   ターンの画像データを記録保存媒体に保存しておき、合
   わせズレの測定プログラムを作成する際に、前記記録保
   存媒体に保存している基準となる重ね合わせ測定用パタ
   ーンの画像データを読み込ませて、画像認識を行うこと
   を特徴とする重ね合わせ測定方法。