(57)【要約】【課題】信頼性の高い重ね合わせずれ測定プログラムを作成する方法を提供する。【解決手段】従来のボックスマークの入力〜探索〜設定まで行なう工程に代えて、ショット内に設けた個々のボックスマークの画像を取り込み、その位置を予め記憶装置に保存されたデータベースと照合して、計測するボックスマークを選択することで、ボックスマークの位置を自動的に設定する。【選択図】図２
2020017568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下層パターンに対する上層パターンの重ね合わせ状態を検査する重ね合わせ検査装置であって、
第１の基板より得られた第１の重ね合わせ精度測定マーク群の画像情報を第１の記憶装置に保存するプロセス情報保存手段と、
第２の基板上の１つのショット内をスキャンして得られた第２の重ね合わせ精度測定マーク群の画像情報と位置情報を取り込む製品情報取込手段と、
前記第２の重ね合わせ精度測定マーク群の画像情報と位置情報を第２の記憶装置に保存する製品情報保存手段と、
前記第１の記憶装置に保存された前記第１の重ね合わせ精度測定マーク群の画像情報と前記第２の記憶装置に保存された前記第２の重ね合わせ精度測定マーク群の画像情報を照合して、前記第２の重ね合わせ精度測定マーク群の画像情報から、前記第１の重ね合わせ精度測定マーク群の画像情報と合致する重ね合わせ精度測定マークを選択する照合選択手段と、
前記合致する重ね合わせ精度測定マークの画像情報と位置情報を設定する重ね合わせ精度測定マーク設定手段と、
前記設定手段にて設定した情報を格納装置に保存する格納手段と、
前記格納手段にて格納した情報を前記格納装置から読み出す読出手段と、
第３の基板上に設けられた複数のショット内をスキャンして得られた第３の重ね合わせ精度測定マーク群の画像情報を取り込む取込手段と、
前記第３の重ね合わせ精度測定マーク群の画像情報における前記上層パターンと前記下層パターンの位置を検出する検出手段と、
前記検出手段にて検出された前記上層パターンの位置と前記下層パターンの位置に基づいて、前記上層パターンと前記下層パターンの重ね合わせずれを算出する算出手段と、
を備えたことを特徴とする重ね合わせ検査装置。
【請求項２】
前記算出手段の後に、さらに、前記算出手段にて得られた前記重ね合わせずれを重ね合わせ許容値に対し判定する重ね合わせずれ判定手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の重ね合わせ検査装置。
【請求項３】
下層パターンに対する上層パターンの重ね合わせ状態を検査する重ね合わせ検査方法であって、
第１の基板より得られた第１の重ね合わせ精度測定マーク群の画像情報を第１の記憶装置に保存するプロセス情報保存工程と、
第２の基板上の１つのショット内をスキャンして得られた第２の重ね合わせ精度測定マーク群の画像情報と位置情報を取り込む製品情報取込工程と、
前記第２の重ね合わせ精度測定マーク群の画像情報と位置情報を第２の記憶装置に保存する製品情報保存工程と、
前記第１の記憶装置に保存された前記第１の重ね合わせ精度測定マーク群の画像情報と前記第２の記憶装置に保存された前記第２の重ね合わせ精度測定マーク群の画像情報を照合して、前記第２の重ね合わせ精度測定マーク群の画像情報から、前記第１の重ね合わせ精度測定マーク群の画像情報と合致する重ね合わせ精度測定マークを選択する照合選択工程と、
前記合致する重ね合わせ精度測定マークの画像情報と位置情報を設定する重ね合わせ精度測定マーク設定工程と、
前記設定工程にて設定した情報を格納装置に保存する格納工程と、
前記格納工程にて格納した情報を前記格納装置から読み出す読出工程と、
第３の基板上に設けられた複数のショット内をスキャンして得られた第３の重ね合わせ精度測定マーク群の画像情報を取り込む取込工程と、
前記第３の重ね合わせ精度測定マーク群の画像情報における前記上層パターンと前記下層パターンの位置を検出する検出工程と、
前記検出工程にて検出された前記上層パターンの位置と前記下層パターンの位置に基づいて、前記上層パターンと前記下層パターンの重ね合わせずれを算出する算出工程と、
を備えたことを特徴とする重ね合わせ検査方法。
【請求項４】
前記プロセス情報保存工程と照合選択工程の間に、さらに、前記第１の重ね合わせ精度測定マーク群の画像情報をプロセス・マスク毎に整理するデータベース化工程を備えることを特徴とする請求項３に記載の重ね合わせ検査方法。
【請求項５】
前記算出工程の後に、さらに、前記算出工程にて得られた前記重ね合わせずれを重ね合わせ許容値に対し判定する重ね合わせずれ判定工程を備えたことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の重ね合わせ検査方法。
【請求項６】
請求項３乃至５のいずれか１項に記載の重ね合わせ検査方法を実施する工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重ね合わせ検査装置、検査方法および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子、液晶表示素子、ＣＣＤ等の撮像素子、プラズマディスプレイ素子、薄膜磁気ヘッド等の電子デバイスを製造する際のフォトリソグラフィー工程においては、微細パターン形成と同時に重ね合わせ精度の向上が大きな課題となっている。
【０００３】
露光現像処理された上層レジストパターンと下地レジストパターンの相対的な合わせずれを測定する重ね合わせ精度の測定は、バーニア状のレジストパターンを顕微鏡にて目読み測定して行い、得られた結果を基に重ね合わせの補正を行っていた。しかしながら、目読みによる重ね合わせ精度の測定は測定者の違いや測定者の体調などによる測定精度の低下が問題となっている。そこで、重ね合わせ精度を正確に測定する重ね合わせ検査装置が導入されている。（例えば、特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１３６０２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、重ね合わせ検査装置は、リソグラフィー工程の繰り返される個々のレイヤーにおいて専用の測定プログラムを作成する必要があり、熟練した専任者が細心の注意を払って作成しないとミスが発生するなど、プログラム作成の標準化が困難な装置であった。そして、１つのプロセスからは多くの製品が作られ、それらの製品を新たに開発する度にプログラムを作成する必要があった。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、信頼性が高く、人的負荷の低い重ね合わせ検査装置および検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題解決のために、本発明では以下の手段を用いた。
下層パターンに対する上層パターンの重ね合わせ状態を検査する重ね合わせ検査装置であって、
第１の基板より得られた第１の重ね合わせ精度測定マーク群の画像情報を第１の記憶装置に保存するプロセス情報保存手段と、
第２の基板上の１つのショット内をスキャンして得られた第２の重ね合わせ精度測定マーク群の画像情報と位置情報を取り込む製品情報取込手段と、
前記第２の重ね合わせ精度測定マーク群の画像情報と位置情報を第２の記憶装置に保存する製品情報保存手段と、
前記第１の記憶装置に保存された前記第１の重ね合わせ精度測定マーク群の画像情報と前記第２の記憶装置に保存された前記第２の重ね合わせ精度測定マーク群の画像情報を照合して、前記第２の重ね合わせ精度測定マーク群の画像情報から、前記第１の重ね合わせ精度測定マーク群の画像情報と合致する重ね合わせ精度測定マークを選択する照合選択手段と、
前記合致する重ね合わせ精度測定マークの画像情報と位置情報を設定する重ね合わせ精度測定マーク設定手段と、
前記設定手段にて設定した情報を格納装置に保存する格納手段と、
前記格納手段にて格納した情報を前記格納装置から読み出す読出手段と、
第３の基板上に設けられた複数のショット内をスキャンして得られた第３の重ね合わせ精度測定マーク群の画像情報を取り込む取込手段と、
前記第３の重ね合わせ精度測定マーク群の画像情報における前記上層パターンと前記下層パターンの位置を検出する検出手段と、
前記検出手段にて検出された前記上層パターンの位置と前記下層パターンの位置に基づいて、前記上層パターンと前記下層パターンの重ね合わせずれを算出する算出手段と、
を備えたことを特徴とする重ね合わせ検査装置とした。
【０００８】
下層パターンに対する上層パターンの重ね合わせ状態を検査する重ね合わせ検査方法であって、
第１の基板より得られた第１の重ね合わせ精度測定マーク群の画像情報を第１の記憶装置に保存するプロセス情報保存工程と、
第２の基板上の１つのショット内をスキャンして得られた第２の重ね合わせ精度測定マーク群の画像情報と位置情報を取り込む製品情報取込工程と、
前記第２の重ね合わせ精度測定マーク群の画像情報と位置情報を第２の記憶装置に保存する製品情報保存工程と、
前記第１の記憶装置に保存された前記第１の重ね合わせ精度測定マーク群の画像情報と前記第２の記憶装置に保存された前記第２の重ね合わせ精度測定マーク群の画像情報を照合して、前記第２の重ね合わせ精度測定マーク群の画像情報から、前記第１の重ね合わせ精度測定マーク群の画像情報と合致する重ね合わせ精度測定マークを選択する照合選択工程と、
前記合致する重ね合わせ精度測定マークの画像情報と位置情報を設定する重ね合わせ精度測定マーク設定工程と、
前記設定工程にて設定した情報を格納装置に保存する格納工程と、
前記格納工程にて格納した情報を前記格納装置から読み出す読出工程と、
第３の基板上に設けられた複数のショット内をスキャンして得られた第３の重ね合わせ精度測定マーク群の画像情報を取り込む取込工程と、
前記第３の重ね合わせ精度測定マーク群の画像情報における前記上層パターンと前記下層パターンの位置を検出する検出工程と、
前記検出工程にて検出された前記上層パターンの位置と前記下層パターンの位置に基づいて、前記上層パターンと前記下層パターンの重ね合わせずれを算出する算出工程と、
を備えたことを特徴とする重ね合わせ検査方法を用いた。
【０００９】
また、上記の重ね合わせ検査方法を実施する工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法を用いた。
【発明の効果】
【００１０】
上記手段を用いることで、ボックスマークの入力〜探索〜設定まで行なう工程に人が介在せず自動で測定プログラムを作成することができる。その結果、人的負荷が低く、信頼性の高い重ね合わせ検査方法および検査方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る重ね合わせ検査装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る重ね合わせ検査方法のフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態に係るショット内に配置されたボックスマークを示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係るデータベース化されたボックスマークを示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係るボックスマークの形状と波形信号とウインドウ設定を説明する図である。
【図６】従来の重ね合わせ検査装置の構成を示す図である。
【図７】従来の重ね合わせ検査方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図１〜図５、従来の実施形態を図６〜図７に基づいて説明する。
まず、図６は、従来の重ね合わせ検査装置の構成を示す図である。この装置は金属顕微鏡を用いた明視野系の画像処理を用いた検査装置である。移動ステージ１０５上に重ね合わせ精度測定マーク（以降、「ボックスマーク」と呼ぶ）がパターニングされたウェハ１０４が置かれている。ボックスマークの詳細については図５にて後述する。
【００１３】
移動ステージ１０５上にボックスマークがパターニングされたウェハ１０４が置かれている。ウェハ１０４の上方には対物レンズ１０３、ＣＣＤカメラ１０２、照明ランプ１０１と、ＣＰＵ（アナログ演算回路）１０６と、マイクロコンピュータ１１０と、プログラム格納装置１１１とで構成されている。
【００１４】
照明ランプ１０１によってウェハ１０４上にパターニングされた重ね合わせ検査するためのボックスマークが照らされ、そのボックスマークが対物レンズ１０３によってＣＣＤカメラ１０２のＣＣＤリニアイメージセンサ上に拡大結像される。そして、その拡大像の光強度をＣＣＤリニアイメージセンサにより画素毎のアナログ電気信号に変換する。次に、この信号をＣＰＵ（アナログ演算回路）１０６で最適化処理した後、Ａ／Ｄコンバータによりデジタル化し、マイクロコンピュータ１１０に送って演算処理し、重ね合わせずれを算出する。
【００１５】
図７は、従来の重ね合わせ検査方法のフローチャートである。まず、測定プログラムを作成するために、重ね合わせ精度を測定するためのボックスマークがパターニングされたウェハを準備する（Ｓ５０１）。そして、これに対応するショットマップを準備する（Ｓ５１１）。次に、重ね合わせ精度を測定するボックスマークを設定する前段階として、ウェハをステージにローディングする工程（Ｓ５２１）、ステージの基準位置にウェハを合わせるグローバルアライメントをする工程（Ｓ５３１）を実施する。
【００１６】
次に、重ね合わせ精度を測定するボックスマークを設定する段階として、まず、ショット内のボックスマークの位置を入力する工程（Ｓ５４１）を行う。入力する方法は、予め顕微鏡を用いておおよその測定位置を指定する方法やＣＡＤで設計したショット内のボックスマークの座標を直接入力する方法がある。次に、入力された位置情報を基にして金属顕微鏡で周辺を観察してボックスマークを探索する工程（Ｓ５４２）を行う。次に、探索したボックスマークを測定するための正確な位置を設定する工程（Ｓ５４３）を実施する。
【００１７】
さらに、ボックスマークの波形のエッジから測定するパラメータを設定する段階として、まずモニタ画面上にボックスマークを観察した時の明るさの波形を表示させて、ボックスマークの位置を検出するエッジを確認し、次に、エッジはボックスマークを加工する工程バラツキを考慮して検出できるようにするため、エッジのウインドウを設定する。最後に、設定したボックスマークによって測定時のエラーが発生しないことを確認するために、テストラン工程（Ｓ５４６）を行う。エラーが発生した場合は、ショット内のボックスマークの位置を入力する工程（Ｓ５４１）に戻り、エラーが発生しなくなるまで再設定を繰り返す。エラーが発生しなければ測定プログラムの作成は終了である。測定プログラムの作成が終われば、製品ロットの重ね合わせ精度の測定に適用する。
【００１８】
上記フローチャートに示したショット内のボックスマークを入力する工程（Ｓ５４１）、ボックスマークの探索する工程（Ｓ５４２）、ボックスマークの位置を設定する工程（Ｓ５４３）などの工程は熟練を要し、標準化が困難であった。これらの工程で問題となっている測定プログラムの手直しによる人的負荷を軽減するために、以下に説明する重ね合わせ検査装置の構成とした。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態に係る重ね合わせ検査装置の構成を示す図である。移動ステージ３０５上にボックスマークがパターニングされたウェハ３０４が置かれている。ウェハ３０４の上方には対物レンズ３０３、ＣＣＤカメラ３０２、照明ランプ３０１等の画像情報や位置情報を取り込む取込手段４０１と、ＣＰＵ（アナログ演算回路）３０６と、マイクロコンピュータ３１０と、プログラム格納装置３１１と、記憶装置３０７、３０９と、コンパレータ３０８とで構成されている。
【００２０】
照明ランプ３０１によってウェハ３０４上にパターニングされた重ね合わせ測定するためのボックスマークが照らされ、そのボックスマークが対物レンズ３０３によってＣＣＤカメラ３０２のＣＣＤリニアイメージセンサ上に拡大結像される。そして、その拡大像の光強度をＣＣＤリニアイメージセンサにより画素毎のアナログ電気信号に変換する。次に、この信号をＣＰＵ（アナログ演算回路）３０６で最適化処理した後、Ａ／Ｄコンバータによりデジタル化し、マイクロコンピュータ３１０に送って演算処理し、重ね合わせずれを算出する。ＣＰＵ（アナログ演算回路）３０６の後段には記憶装置３０７とコンパレータ３０８と記憶装置３０９が設けられ、記憶装置３０７にはウェハ３０４から得られた画像情報とその位置情報が保存され、記憶装置３０９には予め過去に流動した各プロセス開発ロットから得られたプロセス画像情報のデータベースが保存されている。記憶装置３０７と記憶装置３０９に保存された画像情報はコンパレータ３０８によって照合され、合致した画像情報とその位置情報がＣＰＵ（アナログ演算回路）３０６に送られ、測定プログラムの作成に利用される。本発明の重ね合わせ検査装置が従来のそれと異なるポイントは以下の４点である。
【００２１】
第１に多機能の移動ステージ３０５を有する点である。従来の重ね合わせ検査装置における移動ステージはスキャン機能を持たないが、本発明の重ね合わせ検査装置における移動ステージ３０５はショット内、または任意の探索対象領域をスキャンする機能を有する移動ステージ３０５を具備する。この移動ステージ３０５は１ショット内をスキャンすることが可能だが、それではスキャンに長時間が掛かる恐れがあるため、ボックスマークが入る領域となることの多いスクライブ領域やＴＥＧ領域を選択的にスキャンすることも可能で、この機能により、ボックスマークのスキャン時間の短縮を図ることができる。また、予めボックスマークが含まれる領域の見当がつく場合は、所望のチップ内領域を探索対象領域としてスキャンすることも可能である。これによって、ボックスマークのスキャン時間のさらなる短縮を図ることができる。このようなスキャン領域の設定は後に説明するショットマップを準備する工程（Ｓ２１１）でのパラメータ設定にて行うことができる。
【００２２】
第２にスキャンして得られた画像情報等の製品情報を記憶する機能を有する記憶装置３０７を具備する点である。記憶装置３０７はＣＣＤカメラ３０２のＣＣＤリニアイメージセンサでボックスマークをスキャンして得られた画像情報をファイル形式で保存することが可能である。
【００２３】
第３に予め過去に流動した各プロセスの開発ロットをスキャンして得られるボックスマークの画像情報等のプロセス情報をファイル形式で保存が可能なデータベースの記憶装置３０９を具備する点である。ここには、記憶装置３０７と同一形式で画像ファイルを収納でき、後に、記憶装置３０７に保存された画像情報とデータベースの記憶装置３０９に保存された画像情報を容易に比較できる。
【００２４】
第４に記憶装置３０７に保存したボックスマークの画像情報と、データベースの記憶装置３０９に保存されたボックスマークの画像情報を比較するコンパレータ３０８を具備する点である。コンパレータ３０８は上記の両画像情報を比較し、合致した画像のボックスマークを測定対象として選択して、１ショット内における画像の画像情報と位置情報とを一緒にＣＰＵ３０６に送り、１ショット内のボックスマークの位置情報と画像情報を設定する。
【００２５】
図２は、本発明の実施形態に係る重ね合わせ検査方法のフローチャートである。まず、測定プログラムを作成するために、重ね合わせ精度を測定するために、製品ロットの中の任意のウェハを準備する（Ｓ２０１）。そして、これに対応するショットマップを準備する（Ｓ２１１）。次に、重ね合わせ精度を測定するボックスマークを設定する前段階として、ウェハをステージにローディングする工程（Ｓ２２１）、ステージの基準位置にウェハを合わせるグローバルアライメントする工程（Ｓ２３１）を実施する。この中で従来のフローチャートと異なる点はショットマップを準備する工程（Ｓ２１１）であり、ショット内のスキャン領域の設定も追加して行う。スキャン領域としては、ショット内全域、スクライブ領域、ＴＥＧ領域の他、所望の領域などボックスマークの探索対象領域を任意に設定することができる。
【００２６】
グローバルアライメントする工程（Ｓ２３１）を終えたら、ショットマップの準備工程（Ｓ２１１）にて設定したスキャン領域に従い、ショット内のボックスマークの探索対象領域をスキャンして画像情報およびこれと対応する位置情報を取り込む（Ｓ２４１）。ここで、「ショット」について簡単に説明する。ステッパー（縮小投影型露光装置）を利用してウェハ上にパターン形成する場合、画角の大きさの関係でマスク上のパターンをウェハ上に複数ショット転写することになる。１回の転写で形成される領域をショットと定義している。
【００２７】
次に、スキャンした１つのショット内の複数のボックスマークの位置情報と画像情報を製品情報として記憶装置３０７に保存する工程（Ｓ２４２）を実施する。一般に半導体装置の製造工程はウェル、ゲート、コンタクト、配線、保護膜など複数のマスク工程からなるが、これらのマスク工程に対応して、複数の重ね合わせマークや複数のボックスマークがウェハ上にパターニングされる。ボックスマークは各マスク工程につきショット内に複数個形成されており、これらショット内の複数のボックスマークをスキャンして取り込んだ画像情報およびこれと対応する位置情報を記憶装置３０７（図１に図示）に保存する。
【００２８】
次に、予め別の記憶装置に用意したボックスマークのデータベースと照合することになるが、ボックスマークのデータベースは以下の工程を経て用意される。まず、予め過去に流動した各プロセス開発時の流動ロットのウェハを用意し、ボックスマークの画像をスキャンして画像情報と対応する位置情報を取り込む（Ｓ１４１）。ボックスマークは各マスク工程につきショット内に複数個形成されており、ウェハ上には数十個のショットが形成されているため、ウェハ上には相当数（「ショット数」×「ショット内ボックスマーク数」）のボックスマークが形成されている。ウェハ上に形成された数十個〜数百個のボックスマークにはバラツキがあり、これらの複数のボックスマークを保存することが後の照合のために有効である。次に、スキャンして取り込んだ画像情報をプロセス情報として記憶装置３０９（図１に図示）に保存する工程（Ｓ１４２）を実施する。そして、記憶装置３０９に保存したボックスマークの画像情報をデータベース化する工程（Ｓ１４３）を行う。これは蓄積された画像情報を各プロセス、マスク毎に整理収納する作業である。このデータベース化工程（Ｓ１４３）の実施は必須ではないが、このようにすることで、後の照合を効率的に行うことができる。
【００２９】
予め用意したデータベースを用意する工程（Ｓ１４３）とショット内など所定の探索対象領域内の複数のボックスマークの位置情報と画像情報を記憶装置に保存する工程（Ｓ２４２）を終えたら、コンパレータ３０８（図１に図示）を用いて、上記両工程から得られた画像情報を照合する工程（Ｓ２４４）を実施する。仮に、データベース化工程（Ｓ１４３）を実施しない場合は、スキャンして取り込んだ画像情報をプロセス情報として記憶装置３０９（図１に図示）に保存する工程（Ｓ１４２）とショット内など所定の探索対象領域内の複数のボックスマークの位置情報と画像情報を記憶装置に保存する工程（Ｓ２４２）の両工程から得られた画像情報を照合することになる。照合の結果、合致する画像情報があれば、その合致したボックスマークを測定対象として選択する（Ｓ２４５）。次に、選択された画像の画像情報および位置情報を自動でＣＰＵ３０６に設定する工程（Ｓ２４６）を実施する。
【００３０】
さらに、ボックスマークの波形のエッジから測定するパラメータを設定する段階として、モニタ画面上にボックスマークを観察した時の明るさの波形を表示させて、ボックスマークの波形取り込みとエッジ検出し、次に、ボックスマークを加工する工程バラツキを考慮して検出できるようにするため、エッジのウインドウの設定を行う。
【００３１】
最後に、確認のために、テストラン工程を行っても良いが、本工程を省略しても差し支えない。
以上のパラメータ設定を経て得られた測定プログラムは製品別に設定され、プログラム格納装置３１１に収納される（Ｓ２４９）。そして、後続の同一製品が流動された場合に、それぞれの製品別測定プログラムを読み出して適用する。
【００３２】
図５は、本発明の実施形態に係るボックスマークの形状と波形信号とウインドウ設定を説明する図である。
ボックスマークは矩形の下層パターン７０１と矩形の上層パターン７０３が重なり合うマークであり、下層パターン７０１と上層パターン７０３の中心同士のずれが重ね合わせずれとなる。照明下でボックスマークの波形信号７２０が得られ、波形信号７２０には下層パターンエッジ７０２に対応したボックスマークの波形信号７２１、７２４と上層パターンエッジ７０４に対応したボックスマークの波形信号７２２、７２３が含まれる。まず、波形信号７２１と波形信号７２４の中心位置を求め、次に、波形信号７２２と波形信号７２３の中心位置を求める。そして、下層パターンの波形信号から得られた中心位置と上層パターンから得られた波形信号の中心位置との位置ずれを重ね合わせずれとして算出する。そして、ウインドウ７１１、７１２、７１３、７１４は各波形信号に合わせて設定されるものである。
【００３３】
図３は、本発明の実施形態に係るショット５０５内に配置されたボックスマークを示す図である。１つのショット５０５内にチップ、ボックスマークおよびスクライブライン５０６が入る場合を示している。ショット５０５内にはチップ５０１がＭ行×Ｎ列配置され、個々のチップ５０１の間にはスクライブライン５０６が設けられている。そして、スクライブライン５０６には重ね合わせ精度を測定するためのボックスマーク５０２〜５０４、５０７〜５０９が配置されている。ショット５０５内の一つの隅部にボックスマーク５０２〜５０４が、対角の隅部にボックスマーク５０７〜５０９を配置することで最大の重ね合わせ精度を測定できるようにしている。また、ボックスマーク５０２，５０７はレイヤー１に対するレイヤー２の重ね合わせ精度を測定するためのマーク、ボックスマーク５０３，５０８はレイヤー２に対するレイヤー３の重ね合わせ精度を測定するためのマーク、ボックスマーク５０４，５０９はレイヤー３に対するレイヤー４の重ね合わせ精度を測定するためのマークであり、いずれもショット５０５内の対角に配置されている。このようなショット５０５がウェハ上に数十ショット形成されているが、図２の工程Ｓ２４２においては１つのショット５０５内の全てのボックスマークの位置情報と画像情報を取り込んで記憶装置３０７に保存すれば良い。工程Ｓ２４４で、予めデータベース化された過去の画像情報と照合するときにはプロセス、マスクを指定することで照合時間を短縮することができる。
【００３４】
図４は、本発明の実施形態に係るデータベース化されたボックスマークを示す図である。半導体装置は固有のプロセスによって製造され、個々のマスクで複数のボックスマークが得られる。ウェハ上に形成された数十個〜数百個のボックスマークには配置され、これらがボックスマークの画像情報として収納されている。
【００３５】
ボックスマークはプロセス、マスクのツリー構造で整理されている。本図ではプロセスＡ６０１、プロセスＢ６０２、プロセスＣ６０３・・・のうち、プロセスＡ６０１に各マスク６０４〜６０６・・・が設けられ、マスク６０４における複数のボックスマーク６０７〜６０９・・・を設けている。マスク６０４にはレイヤー１に対するレイヤー２のボックスマーク、マスク６０５はレイヤー２に対するレイヤー３のボックスマーク、マスク６０６はレイヤー３に対するレイヤー４のボックスマークが収納されている。このようにボックスマークの画像情報を蓄積することで、後の照合工程（Ｓ１４４）における検索が容易になる。
【００３６】
以上、説明したように、本発明の重ね合わせ検査装置を用い、フローチャートに示した測定プログラム作成方法に則れば、ボックスマークの位置を自動で設定することにより、所望のボックスマークを短時間でエラーが発生し難い測定プログラムを得ることができる。
【００３７】
以上説明した手段・手法を用いることで、ボックスマークの入力〜探索〜設定まで行なう工程に人が介在せず自動で測定プログラムを作成することができる。その結果、信頼性の高い重ね合わせ測定プログラムを作成することができる。
【００３８】
次に、以上の方法で得られた重ね合わせずれ測定プログラムを用いた重ね合わせ検査方法について説明する。まず、ＣＰＵ３０６を用いて、検査に用いるパラメータをプログラム格納装置３１１から読み出す（Ｓ３５１）。
【００３９】
製造工程を流動するロット内のウェハ上には数十個のショットが形成されており、これらの中から、ウェハの中心の１つのショットとウェハの周囲の４つのショットの計５つのショットを選択する。そして、各ショット内に配置された複数のボックスマークを選択する。ショット内の４隅での重ね合わせずれが最大値を示すので４隅の各１点と中央の１点の計５点のボックスマークを選択するのが一般的である。仮に、製品の流動ロットが２５枚のウェハで構成されている場合は、流動ロットの１枚目、１２枚目、２５枚目の３枚を測定対象として選択する。この場合、ロットあたり、測定ウェハ枚数×測定ショット数×ショット内ボックスマーク数＝３×５×５＝７５ポイントのボックスマークを選択し、取込手段３２０を用いて、これらをスキャンして画像情報を取り込む（Ｓ３５２）。次に、ＣＰＵ３０６を用いて、ボックスマークにおける下層パターンエッジに対応した複数の波形信号と上層パターンエッジに対応した複数の波形信号に基づいて上層パターンと下層パターンの位置を検出する（Ｓ３５３）。そして、マイクロコンピュータ３１０を用いて、上層パターンと下層パターンの位置に基づいて、上層パターンと下層パターンの重ね合わせずれを算出する（Ｓ３５４）。以上の工程を経ることで重ね合わせずれの実測値を得る。測定対象のボックスマークは図５に示した形状を有し、このボックスマークから波形信号７２０が得られる。波形信号７２０には下層パターンエッジ７０２に対応したボックスマークの波形信号７２１，７２４と上層パターンエッジ７０４に対応したボックスマークの波形信号７２２、７２３が含まれる。まず、波形信号７２１と波形信号７２４の中心位置を求め、次に、波形信号７２２と波形信号７２３の中心位置を求める。そして、下層パターンの波形信号から得られた中心位置と上層パターンから得られた波形信号の中心位置との位置ずれを重ね合わせずれとして算出することができる。
【００４０】
さらに、本発明の重ね合わせ検査装置ではＣＰＵ３０６を用いて、流動可否の判定を実施することが可能である。プロセスやマスクによって固有の重ね合わせずれの許容値が決まっており、これを基準に実測値が許容値に対し小さいか否かの判定を行う。実測値が許容値に対し小さければ「可」と判定して後続の工程に流動し、大きければ「否」と判定してロットのリワークを行うとともに、必要に応じてステッパーのメンテナンスを行う。
【００４１】
以上説明したように、本発明の重ね合わせ検査装置および検査方法を用いれば、信頼性の高く、人的負荷の低くすることができる。上記にて説明した重ね合わせ検査方法は半導体装置の製造方法の部分工程であり、このような重ね合わせ検査方法を含む半導体装置の製造方法を用いることで、信頼性の高く、人的負荷の低い半導体装置の製造方法とすることができる。
【００４２】
以上では、半導体を例に説明したが、半導体装置の重ね合わせ検査方法に限らず、液晶表示素子、ＣＣＤ等の撮像素子、プラズマディスプレイ素子、薄膜磁気ヘッド等の電子デバイス等の重ね合わせの検査にも適用できることは明らかである。
【符号の説明】
【００４３】
３０１  照明ランプ
３０２  ＣＣＤカメラ
３０３  対物レンズ
３０４  ウェハ
３０５  移動ステージ
３０６  ＣＰＵ（アナログ演算回路）
３０７、３０９  記憶装置
３０８  コンパレータ
３１０  マイクロコンピュータ
３１１  プログラム格納装置
３２０  取込手段
５０１  チップ
５０２、５０７  ボックスマーク（レイヤー１対レイヤー２）
５０３、５０８  ボックスマーク（レイヤー２対レイヤー３）
５０４、５０９  ボックスマーク（レイヤー３対レイヤー４）
５０５  ショット
５０６  スクライブライン
６０１  プロセスＡ
６０２  プロセスＢ
６０３  プロセスＣ
６０４  マスク（レイヤー１対レイヤー２）
６０５  マスク（レイヤー２対レイヤー３）
６０６  マスク（レイヤー３対レイヤー４）
６０７、６０８、６０９  ボックスマーク
７０１  下層パターン
７０２  下層パターンエッジ
７０３  上層パターン
７０４  上層パターンエッジ
７１１、７１２、７１３、７１４  ウインドウ
７２０  ボックスマークの波形信号
７２１、７２４  ボックスマークの波形信号（下層パターンエッジに対応）
７２２、７２３  ボックスマークの波形信号（上層パターンエッジに対応）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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