(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成される正方形の測定用下地パターンと、前記下地パターンが形成された前記基板上にレジストにて形成される測定用上層パターンからなる重ね合わせ精度測定パターンにおいて、
前記上層パターンと前記下地パターンは、形状が同一であり、それぞれの中心の位置が等しく、互いに４５°回転した方位に配置されており、
一方のパターンと重なり合った他方のパターンの辺の長さが測定されることを特徴とする重ね合わせ精度測定パターン。
【請求項２】
基板上に形成される正方形の測定用下地パターンと、前記下地パターンが形成された前記基板上にレジストにて形成される測定用上層パターンからなる重ね合わせ精度測定パターンで、前記上層パターンと前記下地パターンの形状が同一で、それぞれ中心の位置が等しく、互いに４５°回転した方位に配置され、一方のパターンと重なり合った他方のパターンの辺の長さが測定される重ね合わせ精度測定パターンを用い、
前記基板上面から見て、一方のパターン内に他方のパターンの辺が位置する４角領域において、一方のパターンと重なり合った他方のパターンの辺の長さをそれぞれ測定し、
Ｘ軸方向で対向する前記辺の長さの差から、前記上層パターンの前記下地パターンに対するＸ軸方向のズレ量を算出し、
Ｙ軸方向で対向する前記辺の長さの差から、前記上層パターンの前記下地パターンに対するＹ軸方向のズレ量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３】
Ｘ軸方向で対向する前記辺の長さをそれぞれａ，ｂとし、Ｙ軸方向で対向する前記辺の長さをそれぞれｃ，ｄとしたとき、以下の式からＸ軸方向のズレ量（Ｘｒｅｇ）及びＹ軸方向のズレ量（Ｙｒｅｇ）を算出する請求項２に記載の重ね合わせ精度測定方法。
Ｘｒｅｇ＝（ｂ−ａ）／４，Ｙｒｅｇ＝（ｄ−ｃ）／４
【請求項４】
前記上層パターンが開口パターンである前記重ね合わせ精度測定パターンを用い、前記下地パターンに光学系の焦点を合わせて前記辺の長さを測定する請求項２又は３に記載の重ね合わせ精度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造工程で行なわれるリソグラフィーの重ね合わせ精度を測定する重ね合わせ精度測定パターン及びその重ね合わせ精度測定パターンを用いた重ね合わせ精度測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程において、リソグラフィーにおける重ね合わせ精度測定は微細化によってますます重要な位置を占めるようになっている。重ね合わせ精度の測定は、通常、下地に形成された下地パターンに対してレジストパターンを焼き付けて、下地パターン及びレジストパターンの位置を光学式位置測定器によって測定し、そのズレ量を計算により導きだしている。従来技術の一例として、重ね合わせ精度測定に一般に広く用いられているボックスマークによる測定方法を以下に記述する。
【０００３】
図１は従来のボックスマークの一例を表し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）でのＡ−Ａ’位置での断面図である。
基板１に正方形の凹部からなる測定用下地ボックス３が形成されており、その測定用下地ボックス３を覆って、基板１上にシリコン酸化膜などの下地膜５が形成されている。下地ボックス３内部の下地膜５上には下地ボックス３の一辺より短い辺を持つ正方形からなるレジストパターン（測定用上層ボックス）７が形成されている。このように、ボックスマークは内側と外側のマークからなり、各ボックスの正方形の一辺の長さは、内側のレジストパターン７が１０μｍ〜４０μｍ程度、外側の下地ボックス３が２０μｍ〜５０μｍ程度である。
【０００４】
重ね合わせ精度測定では、まず、下地ボックス３及びレジストパターン７のエッジ（辺）の位置を光学式位置測定器（重ね合わせ検査装置）によって測定する。図１（Ｃ）は、その測定領域を破線で示したボックスマークの平面図である。下地ボックス３及びレジストパターン７の各エッジを含む矩形領域９を走査して画像として取り込み、その画像をピクセルごとに信号処理することによってエッジの位置を算出する。この処理を下地ボックス３及びレジストパターン７の各エッジについて８ヵ所の矩形領域９で行ない、下地ボックス３及びレジストパターン７の各エッジの位置を求める。その結果から下地ボックス３及びレジストパターン７の中心の位置をそれぞれ算出し、両中心の位置を比較することにより、下地ボックス３とレジストパターン７のズレ量を計算する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
下地ボックス３と上層ボックス７のズレ量を計算するためには最低８回のエッジの位置測定を行なう必要があるので、測定時間が長くかかるという問題が合った。
また、図２（Ａ）に示すように、下地ボックス３ａが形成される下地基板上にメタルパターンが形成されている場合など、下地ボックス３ａの各エッジ上の下地膜５の厚みが不均一に形成されることがある。その結果、画像として取り込まれた下地ボックス３ａの対向するエッジにおいて、それぞれのエッジの幅を表すピクセル数が異なることがあり、下地ボックス３ａの中心位置の算出精度が低下する虞れがある。
【０００６】
さらに、図２（Ｂ）に示すように、光軸１０が上層ボックス７の側壁に対して平行でない場合、下地膜５に影が生じる。その結果、光学式位置測定器は、その影も画像に取り込んでしまい、その影を上層ボックス７のエッジとして認識してしまうことがある。このように、一般に用いられている重ね合わせ検査装置では、光軸のズレによるＴＩＳ（装置起因によるズレ）が発生することがある。
下地ボックス３のエッジと上層ボックス７のエッジの両方にフォーカスを合わせようとするため、画像のコントラストが取り難く、測定の再現性が低いという問題があり、また、ひどい場合には測定ができないことがある。
【０００７】
そこで本発明は、上記の課題を解決する重ね合わせ検査パターンとそれを用いた測定方法を提案することによって、リソグラフィーでの重ね合わせ精度を正確にかつ再現性よく測定することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による重ね合わせ精度測定パターンは、基板上に形成される正方形の測定用下地パターンと、下地パターンが形成された基板上にレジストにて形成される測定用上層パターンからなる重ね合わせ精度測定パターンにおいて、上層パターンと下地パターンは、形状が同一であり、それぞれの中心の位置が等しく、互いに４５°回転した方位に配置されており、一方のパターンと重なり合った他方のパターンの辺の長さが測定されるものである。
基板上面から見て、一方のパターンの辺と他方のパターンとが重なり合う４つの領域を形成している。
【０００９】
本発明による重ね合わせ精度測定方法は、上記の重ね合わせ精度測定パターンを用い、基板上面から見て、一方のパターン内に他方のパターンの辺が位置する４つの領域において、一方のパターンと重なり合った他方のパターンの辺の長さをそれぞれ測定し、Ｘ軸方向で対向する上記辺の長さの差から、上層パターンの下地パターンに対するＸ軸方向のズレ量を算出し、Ｙ軸方向で対向する上記辺の長さの差から、上層パターンの下地パターンに対するＹ軸方向のズレ量を算出するものである。
光学系の測定装置を用いて、Ｘ軸方向で対向する一方のパターンと重なり合った他方のパターンの２辺、及びＹ軸方向で対向する一方のパターンと重なり合った他方のパターンの２辺を含む領域を走査して画像として取り込む。その画像を信号処理によって濃淡のピクセルに分解して各辺の測定値を得る。それらの測定値から上層パターンの中心と下地パターンの中心のズレ量を算出する。
【００１０】
ここで、重なり合うとは、一方のパターン内に他方のパターンの一部が位置することを意味する。また、パターンはそこが残された凸状のパターンと、そこが除去された凹状もしくは開口パターンのいずれであってもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
また、本発明による重ね合わせ精度測定方法は、Ｘ軸方向で対向する上記辺の長さをそれぞれａ，ｂとし、Ｙ軸方向で対向する上記辺の長さをそれぞれｃ，ｄとしたとき、以下の式からＸ軸方向のズレ量（Ｘｒｅｇ）及びＹ軸方向のズレ量（Ｙｒｅｇ）を算出するものである。
Ｘｒｅｇ＝（ｂ−ａ）／４，Ｙｒｅｇ＝（ｄ−ｃ）／４
光学系の測定装置を用いて、Ｘ軸方向で対向する一方のパターンと重なり合った他方のパターンの辺の長さａ，ｂ、Ｙ軸方向で対向する一方のパターンと重なり合った他方のパターンの辺の長さｃ，ｄを測定し、それらの測定値から上記の式を用いて上層パターンの中心と下地パターンの中心のズレ量を算出する。
【００１２】
また、本発明による重ね合わせ精度測定方法は、上層パターンが開口パターンである重ね合わせ精度測定パターンを用い、下地パターンに光学系の焦点を合わせて辺の長さを測定する。
下地パターンの辺上に上層パターンがある位置とない位置とではコントラストが異なるので、下地パターンに光学系の焦点を合わせることによって、一方のパターンと重なりあった他方のパターンの辺の長さを測定することができる。
【００１３】
【実施例】
図３は、一実施例を表す図である。重ね合わせ精度測定パターン１１は、基板上に形成された測定用下地パターン１３と、その測定用下地パターン上に下地膜、例えばシリコン酸化膜を介して形成された測定用上層パターン１５とから構成されている。下地パターン１３は基板上に形成された１０μｍ×１０μｍの正方形の凹パターンである。上層パターン１５は、下地パターン１３上に下地膜を介してポジ型又はネガ型レジストによって形成された１０μｍ×１０μｍの正方形の開口パターンであり、下地パターン１３に対して４５°回転されて配置され、かつその中心点は、下地パターン１３の中心点と一致するように形成されている。
【００１４】
下地パターンは凸パターンでも凹パターンでもよく、例えば一辺が５〜５０μｍの正方形で形成される。上層パターンは、凸パターンでも開口パターンでもよく、下地パターンと同じ大きさの正方形で形成される。下地パターン及び上層パターンの正方形の一辺の長さは、リソグラフィーによる最大ズレ量を０．５μｍと仮定した場合、実用上５μｍ×５μｍ以上の大きさであることが好ましい。
【００１５】
Ｘ軸方向で対向する上層パターン１５と重なり合った下地パターン１３の辺の長さをそれぞれａ，ｂとし、Ｙ軸方向で対向する上層パターン１５と重なり合った下地パターン１３の辺の長さをそれぞれｃ，ｄとする。
上層パターン１５の中心点が下地パターンの中心点に対して、Ｘが大きくなる方向にずれた場合、ａが小さく、ｂが大きくなり、Ｘが小さくなる方向にずれた場合、ａが大きく、ｂが小さくなる。また、上層パターン１５の中心点が下地パターンの中心点に対して、Ｙが大きくなる方向にずれた場合、ｃが小さく、ｄが大きくなり、Ｙが小さくなる方向にずれた場合、ｃが大きく、ｄが小さくなる。
【００１６】
本発明による重ね合わせ精度測定方法の一例を図３を用いて説明する。
図３に示すａ，ｂ，ｃ，ｄの長さを測定する。測定方法は、光学系の測定装置を用いて、ａ，ｂ，ｃ，ｄを含む４ヵ所の領域を走査して画像として取り込む。その画像を信号処理することによって濃淡のピクセルに分解し、上層パターン１５と重なり合った下地パターン１３の辺の長さを得る。この処理をａ，ｂ，ｃ，ｄを含む４ヵ所の矩形領域で行ない、ａ，ｂ，ｃ，ｄの長さを測定する。実施例では、上層パターン１５が開口パターンのレジストで形成されているため、測長機のフォーカスを下地パターン１３に合わせることにより、コントラストの高い良好なライン像を得ることができる。
【００１７】
得られた各々の測長値を用いてズレ量を算出する。算出方法は以下の式から求めることができる。
Ｘｒｅｇ＝（ｂ−ａ）／４，Ｙｒｅｇ＝（ｄ−ｃ）／４
ここでえられたＸｒｅｇが、下地パターンの中心点に対する上層パターン１５の中心点のＸ軸方向へのズレ量、ＹｒｅｇがそのＹ軸方向へのズレ量である。
実施例では、上層パターンと重なり合った下地パターンの辺の長さを測定したが、下地パターンと重なり合った上層パターンの辺の長さを測定してもよい。これは、例えば上層パターンの辺と下地パターンの辺との交点の位置を求めることによって算出することができる。
実施例では、上層パターンとしてレジストを除去した開口パターンを用いたが、図１に示すようにレジストが残った凸状のパターンを用いてもよい。
【００１８】
【発明の効果】
本発明による重ね合わせ精度測定パターンは、測定用上層パターンと測定用下地パターンは、形状が同一の正方形であり、それぞれの中心の位置が等しく、互いに４５°回転した方位に配置されており、一方のパターンと重なり合った他方のパターンの辺の長さが測定される４つの領域を形成し、本発明による重ね合わせ精度測定方法は、上記重ね合わせ精度測定パターンを用い、基板上面から見て、一方のパターン内に他方のパターンの辺が位置する４つの領域において、一方のパターンと重なり合った他方のパターンの辺の長さをそれぞれ測定し、Ｘ軸方向で対向する一方のパターンと重なり合った他方のパターンの辺の長さの差から、上層パターンの下地パターンに対するＸ軸方向のズレ量を算出し、Ｙ軸方向で対向する一方のパターンと重なり合った他方のパターンの辺の長さの差から、上層パターンの下地パターンに対するＹ軸方向のズレ量を算出するので、従来のように２つのボックスマークの８つの辺を測定してそれぞれのボックスマークの位置を算出してズレ量を算出する方法とは異なり、４つの一方のパターンと重なり合った他方のパターンの辺の長さを測定することにより、上層パターンと下地パターンのズレ量が得られるので、測定にかかる時間が少なくなる。
【００１９】
さらに、本発明による重ね合わせ精度測定方法は、Ｘ軸方向で対向する一方のパターンと重なり合った他方のパターンの辺の長さをそれぞれａ，ｂとし、Ｙ軸方向で対向する一方のパターンと重なり合った他方のパターンの辺の長さをそれぞれｃ，ｄとしたとき、以下の式からＸ軸方向のズレ量及びＹ軸方向のズレ量を簡単に算出することができる。
Ｘｒｅｇ＝（ｂ−ａ）／４，Ｙｒｅｇ＝（ｄ−ｃ）／４
【００２０】
また、本発明による重ね合わせ精度測定方法は、上層パターンが開口パターンである重ね合わせ精度測定パターンを用い、下地パターンに光学系の焦点を合わせて辺の長さを測定するので、下地パターンのエッジ部上に形成される下地膜の厚さがそれぞれ非対称でも、上層パターンと重なり合った下地パターンの辺の長さの測定精度の低下が少ない。また、光学式測定器の光軸のズレにより上層パターンの影が下地膜に生じることによる測定精度の低下に対してその精度を保持しやすい。さらに、測定時には、下地パターンの辺のみに焦点を合わせるだけでよいので、測定精度を向上させることができる。
このように、本発明は、リソグラフィーでの重ね合わせ精度を正確にかつ再現性よく測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のボックスマークの一例を表し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）でのＡ−Ａ’位置での断面図であり、（Ｃ）はその測定領域を破線で示した平面図である。
【図２】（Ａ）は測定用下地ボックスの各エッジ上の下地膜の厚みが不均一に形成された従来例を表す断面図であり、（Ｂ）は測定装置からの光軸が測定用上層ボックスの側壁に対して平行でない従来例を表す断面図である。
【図３】本発明の一実施例を表す平面図である。
【符号の説明】
１１      重ね合わせ精度測定パターン
１３      測定用下地パターン
１５      測定用上層パターン
【図１】
0003558511.tif 000002
【図２】
0003558511.tif 000003
【図３】
0003558511.tif 000004