(57)【要約】【課題】層間のパターンの位置ずれを検出するために使用される位置ずれ検出用マークであって、精度良く測定のできるものを提供する。【解決手段】平行線１ａと１ｂの組、及び平行線２ａと２ｂの組からなるパターンが形成され、これらの平行線の組が互いに直交するようになっている。そして、平行線１ａと１ｂの長さは、その間隔に比べて長くされており、同様、平行線２ａと２ｂの長さは、その間隔に比べて長くされている。このようにすると、光学式検査装置で検査するときに、対物レンズの歪が少ない領域のみを使用して検査を行うことができる。【選択図】  図１
2004327817.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハ上に形成される複数のパターン層の、層間のパターンの位置ずれを検出するために使用される位置ずれ検出用マークであって、２本の平行線を有する第１のマークと、前記第１のマークの平行線に垂直な２本の平行線を有する第２のマークとからなり、前記第１のマークと第２のマークは交差し、かつ、前記第１のマークと前記第２のマークの双方において、前記２本の平行線の長さが、その間隔より長くされていることを特徴とする位置ずれ検出用マーク。
【請求項２】
請求項１に記載の位置ずれ検出用マークであって、前記第１のマークと第２のマークが交差する部分の内側、又はそれに加えて、その外側の所定の領域には、マークが形成されていないことを特徴とする位置ずれ検出用マーク。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の位置ずれ検出用マークにおける平行線の代わりに、当該平行線の幅よりさらに微細な幅を有する複数の平行線群を有することを特徴とする位置ずれ検出用マーク。
【請求項４】
ウエハ上に形成される複数のパターン層の、層間のパターンの位置ずれを検出するために使用される位置ずれ検出用マークであって、請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の位置ずれ検出用マークと組み合わせて用いられるものであり、１本の線からなる第１のマークと、１本の線からなる第２のマークを有し、これらの線が互いに直交していることを特徴とする位置ずれ検出用マーク。
【請求項５】
請求項４に記載の位置ずれ検出用マークであって、前記線が交差する点の周りの所定の領域には、マークが形成されていないことを特徴とする位置ずれ検出用マーク。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載の位置ずれ検出用マークにおける前記線の代わりに、当該線の幅よりさらに微細な幅を有する複数の平行線群を有することを特徴とする位置ずれ検出用マーク。
【請求項７】
請求項１から請求項６のうちいずれか１項に記載の位置ずれ検出用マークを有することを特徴とするウエハ。
【請求項８】
請求項７に記載のウエハであって、前記位置ずれ検出用マークに平行な辺を有し前記位置ずれ検出用マークに外接する矩形領域内の、前記位置ずれ検出用マーク以外の部分の少なくとも１部に、ダミーとなるパターンが形成されていることを特徴とするウエハ。
【請求項９】
請求項７又は請求項８に記載のウエハであって、前記位置ずれ検出用マークに平行な辺を有し前記位置ずれ検出用マークに外接する矩形領域内の、前記位置ずれ検出用マーク以外の部分の少なくとも１部に、プロセス情報が記録されていることを特徴とするウエハ。
【請求項１０】
請求項７から請求項９のうちいずれか１項に記載のウエハに形成される、位置ずれ検出用マークを含む所定のパターンに対応するパターンを有することを特徴とするレチクル。
【請求項１１】
ウエハ上に形成される複数のパターン層の、層間のパターンの位置ずれを検出する方法であって、所定の層（第１の層）と、その上に形成される層（第２の層）に、請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の位置ずれ検出用マークを形成し、これらの位置ずれ検出用マークにおいて、互いに前記平行線の間隔が異なり、前記第１の層と第２の層に形成されたパターンの位置ずれが無いとき、前記第１の層に形成された前記位置ずれ検出用マークの第１のマークの平行線の中心線と、前記第２の層に形成された前記位置ずれ検出用マークの第１のマークの平行線の中心線とが一致し、かつ、前記第１の層に形成された前記位置ずれ検出用マークの第２のマークの平行線の中心線と、前記第２の層に形成された前記位置ずれ検出用マークの第２のマークの平行線の中心線とが一致するようにしておき、第２の層の形成後、光学的検査装置の光軸を、第１のマーク平行線の中心線と第２のマークの平行線の中心線との交点の位置にほぼ合わせ、この状態で光学的検査装置により、前記第１の層に形成された前記位置ずれ検出用マークの第１のマークの平行線の中心線と、前記第２の層に形成された前記位置ずれ検出用マークの第１のマークの平行線の中心線とのずれ、及び前記第１の層に形成された前記位置ずれ検出用マークの第２のマークの平行線の中心線と、前記第２の層に形成された前記位置ずれ検出用マークの第２のマークの平行線の中心線とのずれを検出することにより、層間のパターンの位置ずれを検出することを特徴とするパターンの位置ずれの測定方法。
【請求項１２】
ウエハ上に形成される複数のパターン層の、層間のパターンの位置ずれを検出する方法であって、所定の層（第１の層）と、その上に形成される層（第２の層）のうち１方に、請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の位置ずれ検出用マーク、他方に請求項４から請求項６のうちいずれか１項に記載の位置ずれ検出用マークを形成し、これらの位置ずれ検出用マークにおいて、前記第１の層と第２の層に形成されたパターンの位置ずれが無いとき、請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の位置ずれ検出用マークの第１のマークの平行線の中心線と、請求項４から請求項６のうちいずれか１項に記載の位置ずれ検出用マークの第１のマークとの位置が一致し、かつ、請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の位置ずれ検出用マークの第２のマークの平行線の中心線と、請求項４から請求項６のうちいずれか１項に記載の位置ずれ検出用マークの第２のマークとの位置が一致するようにしておき、第２の層の形成後、光学的検査装置の光軸を、請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の位置ずれ検出用マークの平行線の中心線と第２のマークの平行線の中心線との交点の位置にほぼ合わせ、この状態で光学的検査装置により、請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の位置ずれ検出用マークの第１のマークの平行線の中心線と、請求項４から請求項６のうちいずれか１項に記載の位置ずれ検出用マークとのずれ、及び請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の位置ずれ検出用マークの第２のマークの平行線の中心線と、請求項４から請求項６のうちいずれか１項に記載の位置ずれ検出用マークとのずれを検出することにより、層間のパターンの位置ずれを検出することを特徴とするパターンの位置ずれの測定方法。
【請求項１３】
第１の層と、その上に形成される第２の層に、請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の位置ずれ検出用マークが形成され、これらの位置ずれ検出用マークは、互いに前記平行線の間隔が異なり、前記第１の層と前記第２の層に形成されたパターンの位置ずれがないとき、前記第１の層に形成された前記位置ずれ検出用マークの第１のマークの平行線の中心線と、前記第２の層に形成された前記位置ずれ検出用マークの第１のマークの平行線の中心線とが一致し、かつ、前記第１の層に形成された前記位置ずれ検出用マークの第２のマークの平行線の中心線と、前記第２の層に形成された前記位置ずれ検出用マークの第１のマークの平行線の中心線とが一致するように形成されていることを特徴とするウエハ。
【請求項１４】
第１の層と、その上に形成される第２の層のうち一方に請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の位置ずれ検出用マークを、他方に請求項４から請求項６のうちのいずれか１項に記載の位置ずれ検出用マークが形成され、これらの位置ずれ検出用マークは、前記第１の層と前記第２の層に形成されたパターンの位置ずれがないとき、請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の位置ずれ検出用マークの第１のマークの平行線の中心線と、請求項４から請求項６のうちのいずれか１項に記載の位置ずれ検出用マークの第１のマークとの位置が一致し、かつ、請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の位置ずれ検出用マークの第２のマークの平行線の中心線と、請求項４から請求項６のうちのいずれか１項に記載の位置ずれ検出用マークの第２のマークとの位置が一致するように形成されていることを特徴とするウエハ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウエハ上に多層のパターンを形成する際に、層間のパターンの位置ずれを検出するために使用される位置ずれ検出用マーク、このマークを有するウエハ、このマークをウエハに形成するために用いられるレチクル、及びパターンの位置ずれの測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体デバイスの製造工程においては、ウエハ上に回路パターンを多層に形成し、層間の回路をコンタクトホール内に形成された導電体で結線することにより、集積度の高い半導体デバイスを製造することが行われている。各層は１回又は複数回のリソグラフィプロセスにより形成されるので、多層のパターンを形成するためには、層間の位置を正確に合わせることが必須の条件となっている。層間の位置ずれがあると、立体的な回路素子が正確に形成されず、形成された半導体デバイスが不良品となる。
【０００３】
そのために、所定層の回路パターンを形成すると同時に、位置ずれ検出用のパターンを形成し、所定層のレジストの現像が終わった段階で、その下層に形成された位置ずれ検出用パターンとその層に形成された位置ずれ検出用パターンとの位置ずれを検出し、その位置ずれが所定範囲から外れた場合には、そのウエハを破棄するか、レジストを剥離して再度リソグラフィプロセスをやり直す方法が採用されている。
【０００４】
このような目的に使用される従来の位置ずれ検出用パターンと、位置ずれ検査装置の概要をそれぞれ図５、図６に示す。図５において、１１は下層に形成された位置ずれ検出用パターンであり、下層に形成されたパターンと同時に形成されている。１２は当該層に形成された位置ずれ検出用パターンであり、レジストパターンとして形成されている。共に正方形であり、もし、下層と当該層に形成されたパターンに位置ずれが無い場合には、それらの中心が一致するようにされている。
【０００５】
このような位置ずれ検出用パターン１１、１２の相対位置関係を図６に示すような位置ずれ検査装置により検出する。光源２１からの光は、コレクタレンズ２２により平行光となり、ハーフプリズム２３で反射されて、対物レンズ２４を介してウエハ２５を落射照明する。ウエハ２５はウエハステージ２６上に積載されており、ウエアステージ２６を移動させることにより、位置ずれ検出用パターン１１、１２の中心部が、ほぼ対物レンズ２４の光軸上に来るように位置調整されている。
【０００６】
ウエハ２５の表面の像は、対物レンズ２４を通り、ハーフプリズム２３、２７を透過して、結像レンズ２８により撮像カメラ２９の撮像素子上に結像する。撮像カメラ２９の出力は画像処理装置３０に入力され、画像処理により、位置ずれ検出用パターン１１と１２のずれが検出される。
【０００７】
なお、検出光の一部はハーフプリズム２７で反射され、結像レンズ３１で、オートフォーカス用検出器３２上に結像する。その出力は、ステージ・オートフォーカス制御手段３３に入力される。ステージ・オートフォーカス制御手段３３は、ウエハステージ２６を光軸方向に移動させることによりオートフォーカスを行う。３４は、システム制御手段であり、全体の統括制御を行う。
【０００８】
以下、画像処理により位置ずれ検出用パターン１１の中心を検出する方法について説明する。撮像カメラ２９の画素を（ｉ、ｊ）で表し、これらの画素の輝度をＢ（ｉ，ｊ）とする。位置ずれ検出用パターン１１の各辺はｉ方向、ｊ方向となるように位置決めされているとする。そして、各辺からの輝度が、他の部分に比して高いものとする。
【０００９】
画素数はｉ方向、ｊ方向共にＮであるとすると、
【００１０】
【数１】
2004327817.tif 000003
【００１１】
を計算する。このようにすると、ＢＩ（ｉ）については、位置ずれ検出用パターンのｊ方向の辺が存在する位置に対応する２つのピークが、ＢＪ（ｊ）については、位置ずれ検出用パターンのｉ方向の辺が存在する位置に対応する２つのピークが得られる。
【００１２】
次に、折り返し相関法を使用して、それぞれこの２つのピークの中心を求める。例として、位置ずれ検出用パターンのｊ方向の辺が存在する位置の中心を求める方法を説明する。ｘ−ｙ平面上でｉをｘ軸方向にとり、ＢＩ（ｉ）をｙ軸方向にとった場合、直線ｘ＝ｘ０に対して、ＢＩ（ｉ）を反転させたパターンをＣＩ（ｉとする。そして、ＢＩ（ｉ）とＣＩ（ｉ）の相互相関ＣＣ（ｘ０）を求める。すなわち、
【００１３】
【数２】
2004327817.tif 000004
【００１４】
そして、この相互相関値ＣＣ（ｘ０）が最大になるｘ０を、位置ずれ検出用パターンのｊ方向の辺が存在する位置の中心とする。この手法は、折り返し相関法として知られたものである。同様の方法により、位置ずれ検出用パターンのｉ方向の辺が存在する位置の中心を求める。これにより、位置ずれ検出用パターン１１の中心が分かる。位置ずれ検出用パターン１２の中心の検出も同じようにして行う。
【００１５】
このようにして、位置ずれ検出用パターン１１と１２の中心が分かれば、これらから、下層のパターンと当該パターンの位置ずれを知ることができる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、半導体デバイスの微細化傾向は著しいものがあり、必要とされる最小線幅は、１００ｎｍ以下となってきている。従って、層間のパターン同士の重ね合わせ精度は３０ｎｍ程度を要求され、その結果、位置ずれ検出用パターンの測定精度は３ｎｍ程度が要求されるようになってきている。よって、撮像カメラ２９の結像面に結像する位置ずれ検出用パターンの位置は、３ｎｍ以下の精度で測定される必要がある。
【００１７】
ところが、対物レンズ２４には、周辺部で歪が発生することが避けられず、前述の従来の方法を使用した場合、この歪みの影響のために、位置ずれ検出用パターンの位置を、３ｎｍ以下の精度で測定することは困難であった。この理由を図７を使用して説明する。
【００１８】
図７（ａ）は、対物レンズに歪みが無い場合に、撮像カメラ２９の結像面に結像した位置ずれ検出用パターン１１、１２を示すものであり、忠実に原位置ずれ検出用パターンの形状を表している。図７（ｂ）は、対物レンズが樽型状の歪みを有する場合の、撮像カメラ２９の結像面に結像した位置ずれ検出用パターン１１、１２を示すものである。光軸中心から外周部に行くに従って、歪が大きくなっている。しかしながら、この場合は、位置ずれ検出用パターン１１、１２の中心が光軸中心と一致しているので、歪が上下左右で対称であり、従って、従来の測定方法を使用しても、測定上の誤差は現れない。
【００１９】
図７（ｃ）は、位置ずれ検出用パターン１１、１２の中心が光軸中心から横方向にずれた場合の、撮像カメラ２９の結像面に結像した位置ずれ検出用パターンを示すものである。このとき、正方形の左辺はそれほど歪みがないのに対して、正方形の右辺は右側に歪んでいる。よって、前述の方法でＢＩ（ｉ）を求めると、正方形の右辺に対応する輝度分布が、正しい値より右側にずれることになって、測定誤差となる。以上の説明は、対物レンズの歪が樽型状の場合についてのものであるが、逆に糸巻型状の歪を有する場合においても同じである。
【００２０】
このような問題を解決するためには、位置ずれ検出用パターンの形状を小さくして、対物レンズの歪の小さい部分で測定を行うことが考えられる。しかしながら、この場合には、マークに対応する前述のｉとｊの数が少なくなり、Ｓ／Ｎ比が低下してその分だけ測定精度が下がるという問題点が発生する。Ｓ／Ｎ比を上げるためには、測定を複数回行って平均化することも考えられるが、それだけ測定時間を要し、スループットが低下する。
【００２１】
本手段はこのような事情に鑑みてなされたもので、ウエハ上に多層のパターンを形成する際に、層間のパターンの位置ずれを検出するために使用される位置ずれ検出用マークであって、精度良く測定のできるもの、このマークを有するウエハ、このマークをウエハに形成するのに用いられるレチクル、及びパターンの位置ずれの測定方法を提供することを課題とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、ウエハ上に形成される複数のパターン層の、層間のパターンの位置ずれを検出するために使用される位置ずれ検出用マークであって、２本の平行線を有する第１のマークと、前記第１のマークの平行線に垂直な２本の平行線を有する第２のマークとからなり、前記第１のマークと前記第２のマークは交差し、かつ、前記第１のマークと第２のマークの双方において、前記２本の平行線の長さが、その間隔より長くされていることを特徴とする位置ずれ検出用マーク（請求項１）である。
【００２３】
本発明者は、対物レンズによって発生する歪を注意深く観察した結果、対物レンズで生じる歪は、半径方向には回転対称に生じ、円周方向にはあまり発生しないと言うことに気づいた。すなわち、光軸を原点とするｘ−ｙ平面上において、ｘ軸上ではｙ方向には歪が無く、ｙ軸上ではｘ方向の歪がない。しかも、ｘ軸に近い位置ではｙ方向の歪は小さく、ｙ軸に近い位置ではｘ方向の歪は小さい。
【００２４】
本手段はこのような知見に基づいて発明されたもので、例えば第１のマークをｘ軸方向に合わせ、第２のマークをｙ軸方向に合わせ、第１のマークの２つの平行線の中線と、第２のマークの２つの平行線の中線の交点を基準点とし、これを測定器の対物レンズの光軸付近に位置合わせして測定を行う。そして、画像処理により、第１のマークの２つの平行線の中心位置（ｙ軸方向）を、例えば従来技術で述べた方法と同じ方法で求める。この場合、２つの平行線はｘ軸方向には長いので、多くの測定データを採取することができ、測定精度が上がる。しかも、２つの平行線はｘ軸に近い位置にあるので、ｙ方向の歪が小さく、ｙ軸方向の位置精度を正確に測定することができる。
【００２５】
なお、平行線は最低２本必要であるが、これ以上の本数を設けてもよい。例えば、２本の平行線を設けて、２本ずつのペアの中心を求めることにより、精度を高めるようにしてもよい。
【００２６】
同様、画像処理により、第２のマークの２つの平行線の中心位置（ｘ軸方向）を、例えば従来技術で述べた方法と同じ方法で求める。この場合、２つの平行線はｘ軸方向には長いので、多くの測定データを採取することができ、測定精度が上がる。しかも、２つの平行線はｙ軸に近い位置にあるので、ｘ方向の歪が小さく、ｘ軸方向の位置精度を正確に測定することができる。
【００２７】
なお、平行線は最低２本必要であるが、これ以上の本数を設けてもよい。例えば、２本の平行線を設けて、２本ずつのペアの中心を求めることにより、精度を高めるようにしてもよい。
【００２８】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記１第の手段であって、前記第１のマークと第２のマークが交差する部分の内側、又はそれに加えて、その外側の所定の領域には、マークが形成されていないことを特徴とするもの（請求項２）である。
【００２９】
前記（１）式、（２）式を使用して平行線の位置を求めようとする場合、前記第１のマークと第２のマークが交差する部分の内側では、第１のマークの平行線を求めるとき、第２のマークの平行線のデータが、第２のマークの平行線を求めるとき、第１のマークの平行線のデータが、測定データの中に入ってきてノイズとなる。よって、前記第１のマークと第２のマークが交差する部分の内側では、マークが形成されないようにすることが好ましい。
【００３０】
又、異なる層に本発明の位置ずれ検出用マークを付けて、位置ずれを観測しようとすると、層間で平行線の間隔を変えなければならないので、前記第１のマークと第２のマークが交差する部分の内側に、他の層のマークが入ってきて、測定のノイズになることがある。このような場合には、他の層の前記第１のマークと第２のマークが交差する部分の内側に入る部分では、前記第１のマークと第２のマークが交差する部分の外側であっても、マークが存在しないことが好ましい。また、前記第１のマークと第２のマークが交差する部分の外側の所定の領域にマークを設けないと、第１のマークと第２のマークをシャープに検出することができるという効果も期待できる。
【００３１】
本手段においては、このようにされているので、中央部において測定対象外の平行線の影響を受けることなく測定ができ、測定精度を高めることができる。
【００３２】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段における平行線の代わりに、当該平行線の幅よりさらに微細な幅を有する複数の平行線群を有することを特徴とするもの（請求項３）である。
【００３３】
平行線の幅（太さ）は、光学式測定器の解像度を考慮すると約１μｍ程度必要である。一方、配線パターンの幅は、０．１μｍ以下である。従って、位置ずれ検出用マークの部分に他の部分より太いパターンを有する部分ができてしまい、半導体製造工程においてＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）研磨を行う場合に、研磨がうまく行われない恐れがある。そこで、本手段においては、例えば配線パターンと同じ程度の０．１μｍのパターンを、０．１μｍ間隔で５〜６本並べて、１つの平行線の代わりにする。これにより、他の部分と同じ状態で研磨を行うことができる。又、測定精度を上げることができる。なお、光学式測定器の分解能の関係により、これら、５〜６本の線は１本のものとして観測される。
【００３４】
前記課題を解決するための第４の手段は、ウエハ上に形成される複数のパターン層の、層間のパターンの位置ずれを検出するために使用される位置ずれ検出用マークであって、前記第１の手段から第３の手段のいずれかと組み合わせて用いられるものであり、１本の線からなる第１のマークと、１本の線からなる第２のマークを有し、これらの線が互いに直交していることを特徴とする位置ずれ検出用マーク（請求項４）である。
【００３５】
本手段においても、互いに直交する線の交点近傍を検査装置の対物レンズの光軸近傍に置いて、各線について、その長さ方向と直角な方向の位置を測定するようにすれば、対物レンズの歪の影響を受けにくく、かつ、有意な測定点を多数とることができる。
【００３６】
前記課題を解決するための第５の手段は、前記第４の手段であって、前記線が交差する点の周りの所定の領域には、マークが形成されていないことを特徴とするもの（請求項５）である。
【００３７】
前記課題を解決するための第６の手段は、前記第４の手段又は第５の手段の位置ずれ検出用マークにおける前記線の代わりに、当該線の幅よりさらに微細な幅を有する複数の平行線群を有することを特徴とする位置ずれ検出用マーク（請求項６）である。
【００３８】
これらの手段においては、前記第２の手段、第３の手段と同等の作用効果を奏する。
【００３９】
前記課題を解決するための第７の手段は、前記第１の手段から第６の手段のいずれかの位置ずれ検出用マークを有することを特徴とするウエハ（請求項７）である。
【００４０】
本手段においては、前記第１の手段から第６の手段のいずれかの位置ずれ検出用マークを有するので、多層に亘ってパターンを形成する場合に、層間のパターンの位置ずれを正確に検出することができる。
【００４１】
前記課題を解決するための第８の手段は、前記第７の手段であって、前記位置ずれ検出用マークに平行な辺を有し前記位置ずれ検出用マークに外接する矩形領域内の、前記位置ずれ検出用マーク以外の部分の少なくとも１部に、ダミーとなるパターンが形成されていることを特徴とするもの（請求項８）である。
【００４２】
位置ずれ検出用マークに平行な辺を有し、位置ずれ検出用マークに外接する矩形領域内の位置ずれ検出用マーク以外の部分は、無駄な領域になり、パターンが形成されていない。よって、ＣＭＰ研磨を行う場合に、この部分の研磨条件が他の部分と違って研磨がうまく行われないことがある。本手段においては、この部分にダミーパターンを設けているので、ＣＭＰ研磨を他の部分と同様の条件で行うことができ、上記のような問題の発生を防止することができる。
【００４３】
前記課題を解決するための第９の手段は、前記第７の手段又は第８の手段であって、前記位置ずれ検出用マークに平行な辺を有し前記位置ずれ検出用マークに外接する矩形領域内の、前記位置ずれ検出用マーク以外の部分の少なくとも１部に、プロセス情報が記録されていることを特徴とするもの（請求項９）である。
【００４４】
前述のように、位置ずれ検出用マークに平行な辺を有し、位置ずれ検出用マークに外接する矩形領域内の位置ずれ検出用マーク以外の部分は、無駄な領域になり、パターンが形成されていない。よって、この領域にプロセス情報を記録することにより、スペースの有効活用を図ることができる。
【００４５】
前記課題を解決するための第１０の手段は、前記第７の手段から第９の手段のうちいずれに形成される、位置ずれ検出用マークを含む所定のパターンに対応するパターンを有することを特徴とするレチクル（請求項１０）である。
【００４６】
本手段のレチクルのパターンをウエハに露光転写することにより、前記第７の手段から第９の手段のいずれかのウエハを製造することができる。
【００４７】
前記課題を解決するための第１１の手段は、ウエハ上に形成される複数のパターン層の、層間のパターンの位置ずれを検出する方法であって、所定の層（第１の層）と、その上に形成される層（第２の層）に、請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の位置ずれ検出用マークを形成し、これらの位置ずれ検出用マークにおいて、互いに前記平行線の間隔が異なり、前記第１の層と第２の層に形成されたパターンの位置ずれが無いとき、前記第１の層に形成された前記位置ずれ検出用マークの第１のマークの平行線の中心線と、前記第２の層に形成された前記位置ずれ検出用マークの第１のマークの平行線の中心線とが一致し、かつ、前記第１の層に形成された前記位置ずれ検出用マークの第２のマークの平行線の中心線と、前記第２の層に形成された前記位置ずれ検出用マークの第２のマークの平行線の中心線とが一致するようにしておき、第２の層の形成後、光学的検査装置の光軸を、第１のマーク平行線の中心線と第２のマークの平行線の中心線との交点の位置にほぼ合わせ、この状態で光学的検査装置により、前記第１の層に形成された前記位置ずれ検出用マークの第１のマークの平行線の中心線と、前記第２の層に形成された前記位置ずれ検出用マークの第１のマークの平行線の中心線とのずれ、及び前記第１の層に形成された前記位置ずれ検出用マークの第２のマークの平行線の中心線と、前記第２の層に形成された前記位置ずれ検出用マークの第２のマークの平行線の中心線とのずれを検出することにより、層間のパターンの位置ずれを検出することを特徴とするパターンの位置ずれの測定方法（請求項１１）である。
【００４８】
本手段においては、基本的に前記第１の手段である位置ずれ検出用マークを各層に設け、それぞれの中心位置を検出することにより、層間のパターンの位置ずれを検出している。よって、１回の撮像で、精度良く、層間のパターンの位置ずれを測定することができる。なお、「ほぼ合わせ」というのは、歪が許容される測定精度に影響を及ぼさない程度であれば、厳密に合っていなくても良いことを意味する。
【００４９】
前記課題を解決するための第１２の手段は、ウエハ上に形成される複数のパターン層の、層間のパターンの位置ずれを検出する方法であって、所定の層（第１の層）と、その上に形成される層（第２の層）のうち１方に、請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の位置ずれ検出用マーク、他方に請求項４から請求項６のうちいずれか１項に記載の位置ずれ検出用マークを形成し、これらの位置ずれ検出用マークにおいて、前記第１の層と第２の層に形成されたパターンの位置ずれが無いとき、請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の位置ずれ検出用マークの第１のマークの平行線の中心線と、請求項４から請求項６のうちいずれか１項に記載の位置ずれ検出用マークの第１のマークとの位置が一致し、かつ、請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の位置ずれ検出用マークの第２のマークの平行線の中心線と、請求項４から請求項６のうちいずれか１項に記載の位置ずれ検出用マークの第２のマークとの位置が一致するようにしておき、第２の層の形成後、光学的検査装置の光軸を、請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の位置ずれ検出用マークの平行線の中心線と第２のマークの平行線の中心線との交点の位置にほぼ合わせ、この状態で光学的検査装置により、請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の位置ずれ検出用マークの第１のマークの平行線の中心線と、請求項４から請求項６のうちいずれか１項に記載の位置ずれ検出用マークとのずれ、及び請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の位置ずれ検出用マークの第２のマークの平行線の中心線と、請求項４から請求項６のうちいずれか１項に記載の位置ずれ検出用マークとのずれを検出することにより、層間のパターンの位置ずれを検出することを特徴とするパターンの位置ずれの測定方法（請求項１２）である。
【００５０】
本手段においては、基本的に、前記第１の手段である位置ずれ検出用マークを１つの層に設け、前記第４の手段である位置ずれ検出用マークを他の１つの層に設け、それぞれの中心位置を検出することにより、層間のパターンの位置ずれを検出している。よって、１回の撮像で、精度良く、層間のパターンの位置ずれを測定することができる。なお、「ほぼ合わせ」というのは、歪が許容される測定精度に影響を及ぼさない程度であれば、厳密に合っていなくても良いことを意味する。
【００５１】
前記課題を解決するための第１３の手段は、第１の層と、その上に形成される第２の層に、前記第１の手段から第３の手段のいずれかである位置ずれ検出用マークが形成され、これらの位置ずれ検出用マークは、互いに前記平行線の間隔が異なり、前記第１の層と前記第２の層に形成されたパターンの位置ずれがないとき、前記第１の層に形成された前記位置ずれ検出用マークの第１のマークの平行線の中心線と、前記第２の層に形成された前記位置ずれ検出用マークの第１のマークの平行線の中心線とが一致し、かつ、前記第１の層に形成された前記位置ずれ検出用マークの第２のマークの平行線の中心線と、前記第２の層に形成された前記位置ずれ検出用マークの第１のマークの平行線の中心線とが一致するように形成されていることを特徴とするウエハ（請求項１３）である。
【００５２】
前記課題を解決するための第１４の手段は、第１の層と、その上に形成される第２の層のうち一方に前記第１の手段から第３の手段のいずれかである位置ずれ検出用マークを、他方に前記第４の手段から第６の手段のいずれかである位置ずれ検出用マークが形成され、これらの位置ずれ検出用マークは、前記第１の層と前記第２の層に形成されたパターンの位置ずれがないとき、前記第１の手段から第３の手段のいずれかである位置ずれ検出用マークの第１のマークの平行線の中心線と、前記第４の手段から第６の手段のいずれかである位置ずれ検出用マークの第１のマークとの位置が一致し、かつ、前記第１の手段から第３の手段のいずれかである位置ずれ検出用マークの第２のマークの平行線の中心線と、前記第４の手段から第６の手段のいずれかである位置ずれ検出用マークの第２のマークとの位置が一致するように形成されていることを特徴とするウエハ（請求項１４）である。
【００５３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の例である位置ずれ検出用マークのパターンの例を示す図である。（ａ）のパターンにおいては、平行線１ａと１ｂの組、及び平行線２ａと２ｂの組からなるパターンが形成され、これらの平行線の組が互いに直交するようになっている。そして、平行線１ａと１ｂの長さは、その間隔に比べて長くされており、同様、平行線２ａと２ｂの長さは、その間隔に比べて長くされている。
【００５４】
いま、図の横方向をｘ−ｙ直交座標系において、ｘ軸、縦方向をｙ軸方向とすると、平行線１ａと１ｂはｘ軸に平行で、その中心線がｘ軸となり、平行線２ａと２ｂはｙ軸に平行で、その中心線がｙ軸となるようになっている。そして、原点が位置ずれ検出用マークの中心となる。この関係は、以下に説明する（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）のパターンついても同様である。
【００５５】
このようなパターンを検査装置で撮像し、撮像された画素について前記（１）式、（２）式、（３）式のような計算を行うことにより、線１ａと線１ｂのｙ軸方向中心と、線２ａ、線２ｂのｘ軸方向中心の位置を求める。その際、検査装置の対物レンズの光軸中心を、位置ずれ検出用マークの中心近くに合わせておく。すると、前述のように、線１ａと線１ｂはｘ軸の近傍にあるのでｙ軸方向の歪が小さく、線２ａと線２ｂはｙ軸の近傍にあるのでｘ軸方向の歪が小さい。
【００５６】
なお、（１）式、（２）式の計算を行う際に、位置を求める方向については、各線は視野の中心付近にあるので、ＢＩ（ｉ）については視野中心近くのｉ、ＢＪ（ｊ）については視野中心近くのｊについて計算すればよい。
【００５７】
しかも、線１ａと線１ｂの長さはその間隔よりも長いので、（２）式を計算するときに多くの有意な画素データを計算に用いることができる。同様、線２ａと線２ｂの長さはその間隔よりも長いので、（１）式を計算するときに多くの有意な画素データを計算に用いることができる。よって、対物レンズの歪の影響を小さくしながら、精度良く位置ずれ検出用マークの中心を求めることができる。
【００５８】
（ｂ）は、（ａ）のパターンにおいて、互いの平行線がクロスする部分の内側について平行線を無くしたものである。このようにすると、例えば、線１ａと線１ｂの中心位置を求めるために（２）式の計算をおこなうとき、位置ずれ検出用マークの中心付近において、線２ａ、２ｂの影響が無くなるので、線１ａと線２ｂの位置をシャープに検出できる。
【００５９】
（ｃ）は、（ｂ）のパターンにおいて、互いの平行線がクロスする部分の内側のみでなく、その外側の所定領域についてもパターンが形成されないようにしたものである。このようにすると、例えば、線１ａと線１ｂの中心位置を求めるために（２）式の計算をおこなうとき、線１ａと線１ｂの両側において、線２ａ、２ｂの影響が無くなるので、線１ａと線２ｂの位置を、さらにシャープに検出できる。
【００６０】
以上の例においては、線１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄは、ｘ軸、ｙ軸に対して対称であった。しかし、既に説明した原理からもわかるように、このようなことは必ずしも必要ではない。例えば（ｄ）に示すパターンのように、中心に対して上下と左右で、各線の長さが異なるようにしてもよい。さらには図示しないが、１ａと１ｂの長さ、２ａと２ｂの長さが異なっても差し支えない。
【００６１】
（ｅ）のパターンは、位置ずれ検出用マークである線１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂにそれぞれ平行な辺を持ち、これらに外接する矩形３の内部で、線１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂにかからない位置に、ダミーマーク４と、プロセス情報５を記録したマークを設けたものである。矩形３の内部には、通常他のパターンを形成することができず、無駄な領域となる。よって、この領域を利用してダミーマーク４やプロセス情報５を記録する。
【００６２】
ダミーマーク４は、これを設けることにより、パターンが形成されていない領域を少なくし、ＣＭＰ研磨の際に、ウエハ全体が均一に研磨されるようにするために設けられるものである。なお、ダミーマークと本物のマークとが近いと、ダミーマークと本物のマークの区別がつかなくなる恐れがあるので、両者をある程度離し、かつ、前述のように、ＢＩ（ｉ）については視野中心近くのｉ、ＢＪ（ｊ）については視野中心近くのｊについて計算する必要がある。
【００６３】
（ｆ）は、これら平行線を基本とする位置ずれ検出用マークと組み合わせて使用される位置ずれ検出用マークであって、線１と線２が直交しているものである。このマークの中心位置を検出するときは、線１と線２の交点付近に検査装置を対物レンズの光軸を合わせ、線１と線２の長さ方向が、撮像装置の画素のｉ方向、ｊ方向と一致するようにした上で、たとえば（１）式、（２）式により線１と線２について、それぞれ、長さ方向と垂直な方向の位置を求め、これから中心を求める。即ち、（ａ）〜（ｅ）に示すマークのように平行線の中心線を求める必要はなく、線の位置そのものを求めればよい。
【００６４】
図２に、本発明の実施の形態である他の位置ずれ検出用マークの例を示す。（ａ）がマーク全体の形状、（ｂ）がＡ部の拡大図である。このマークは、図１（ｃ）に示すものと基本的に同じであるが、各線１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂが、１本の線ではなく、（ｂ）に示す如く、微細な複数本（図では６本）の線の集合体である点が異なる。このようにすると、マークの線幅を回路パターンの線幅とほぼ同じとすることができ、ＣＭＰ研磨の際に他の部分と同じように研磨ができるので、均一性の良い研磨が可能となるほか、測定精度も向上する。なお、通常、検査装置に使用される光学系の分解能は１μｍ程度であるので、各線１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂが微細な複数本の線の集合体であっても、光学系にはそれぞれ１本の線として認識される。
【００６５】
図３は、このような位置ずれ検出用マークを、第１層と第２層に形成し、それを重ね合わせて撮像して、第１層と第２層のパターンの位置ずれを検出する場合の、各層の位置ずれ検出用マークの例を示す図である。（ａ）においては、第１層には、平行線１ａと１ｂ、２ａと２ｂからなる位置合わせマークが設けられ、第２層には、平行線１ａ’と１ｂ’、２ａ’と２ｂ’からなる位置合わせ用マークが設けられている。各層のマークは、その区別がつくように、平行線間の間隔を異ならせてある（図に示すように第１層では４μｍ、第２層では１２μｍ）。
【００６６】
第１層に形成されたパターンと第２層に形成されたパターンとの位置ずれがない場合に、平行線１ａと１ｂの中心線と、平行線１ａ’と１ｂ’の中心線とが一致するように、かつ、平行線２ａと２ｂの中心線と、平行線２ａ’と２ｂ’の中心線とが一致するように、各層の位置ずれ検出用マークは形成される。
【００６７】
各位置合わせ用マークの平行線の長さは３０μｍであるが、線が交差する範囲である中央部１２μｍ角の部分には線が形成されていない。これにより、検出目的とされる線以外の線によるノイズを無くすことができる。なお、図では線１ａ’と１ｂ’、２ａ’と２ｂ’を破線で描いているが、実際には、線１ａと１ｂ、２ａと２ｂと同じ実線状のパターンである
検査装置の対物レンズの光軸に、このようなパターンの中心近傍を合わせ、撮像装置において撮像して、前述のような画像処理方法により、第１層の位置ずれ検出用マークの中心と、第２層の位置ずれ検出用マークの中心を求める。そして、これらの中心位置の差から、第１層のパターンと第２層のパターンとの位置ずれを求める。
【００６８】
（ｂ）においては、第１層には、平行線１ａと１ｂ、２ａと２ｂからなる位置合わせマークが設けられ、第２層には、線１、線２からなる位置合わせ用マークが設けられている。図では線１と線を破線で描いているが、実際には、線１ａと１ｂ、２ａと２ｂと同じ実線状のパターンである。
【００６９】
第１層に形成されたパターンと第２層に形成されたパターンとの位置ずれがない場合に、平行線１ａと１ｂの中心線と線１とが一致するように、かつ、平行線２ａと２ｂの中心線と、線２とが一致するように、各層の位置ずれ検出用マークは形成される。
【００７０】
検査装置の対物レンズの光軸に、このようなパターンの中心近傍を合わせ、撮像装置において撮像して、前述のような画像処理方法により、第１層の位置ずれ検出用マークの中心と、第２層の位置ずれ検出用マークの中心を求める。そして、これらの中心位置の差から、第１層のパターンと第２層のパターンとの位置ずれを求める。
【００７１】
図４に、このような位置ずれ検出用マークが形成された、本発明の実施の形態の１例であるウエハの概念図を示す。ウエハ６の上には、複数の半導体チップパターン７が形成されるが、各半導体チップパターン７の四隅に図１、図２に示したような位置ずれ検査用マーク８が形成される。これらの位置ずれ検査用マーク８ごとに、層間での位置ずれが計測される。
【００７２】
このようなウエハを形成するために露光装置により使用されるレチクル（マスクを含む）は、１つの半導体チップに対応する所定層のパターンと位置ずれ検出用マークの両方を１つの基板上にパターンとして有するものであればよい。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ウエハ上に多層のパターンを形成する際に、層間のパターンの位置ずれを検出するために使用される位置ずれ検出用マークであって、精度良く測定のできるもの、このマークを有するウエハ、このマークをウエハに形成するのに用いられるレチクル、及びパターンの位置ずれの測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の例である位置ずれ検出用マークのパターンの例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態である他の位置ずれ検出用マークの例を示す図である。
【図３】位置ずれ検出用マークを、第１層と第２層に形成し、それを重ね合わせて撮像して、第１層と第２層のパターンの位置ずれを検出する場合の、各層の位置ずれ検出用マークの例を示す図である。
【図４】位置ずれ検出用マークが形成された、本発明の実施の形態の１例であるウエハの概念図である。
【図５】従来の位置ずれ検出用パターンの例を示す図である。
【図６】位置ずれ検査装置の概要を示す図である。
【図７】従来の位置ずれ測定方法の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ…線、１ａ’、１ｂ’…線、２ａ、２ｂ…線、２ａ’、２ｂ’…線、３…矩形、４…ダミーマーク、５…プロセス情報、６…ウエハ、７…半導体チップパターン、８…位置ずれ検査用マーク
【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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