(57)【要約】【課題】半導体集積回路や液晶ドライバなどの製造時における重ね合せ精度の測定において、従来、重ね合せ精度測定マークが主要回路パターンとの大きさや形状が異なり、形成プロセスの要因により左右あるいは上下非対称となって正確な測定ができなかった。【解決手段】重ね合せ精度測定マーク１０〜１３に最も厳しい重ね合せ精度を要求される主要回路パターンと同一の最小ルールで形成されたマークを使用することにより、露光装置のレンズの透過経路の違いによりパターンエッジが左右あるいは上下非対称になるのを防ぎ、更に、第一のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マーク１０、１１のパターンエッジと、第二のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マーク１２、１３のパターンエッジとを直接測定することにより、第一のパターン層と第二のパターン層の主要回路パターンのズレ量を正確に測定できる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一のパターン層とその上層の第二のパターン層との重ね合せ精度を測定する重ね合せ精度測定方法であって、
前記第一のパターン層に形成された主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に前記第一のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マークと、前記第一のパターン層上に直接形成される前記第二のパターン層に形成された主要回路パターンのルールと同一の最小ルールで同時に前記第二のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マークとを用いて、前記第一のパターン層と前記第二のパターン層との重ね合せ精度を測定することを特徴とする重ね合せ精度測定方法。
【請求項２】
第一のパターン層とその上層の第二のパターン層との重ね合せ精度を測定する重ね合せ精度測定方法であって、
前記第一のパターン層に形成された主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に前記第一のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マークと、前記第一のパターン層上に直接形成される前記第二のパターン層に形成された主要回路パターンのルールと同一の最小ルールで同時に前記第二のパターン層に形成され、かつ重ね合せ精度の測定方向に対し水平方向に繰り返し配置されるとともに垂直方向に水平方向の位置をずらして繰り返し配置された重ね合せ精度測定マークとを用いて、前記第一のパターン層と前記第二のパターン層との重ね合せ精度を測定することを特徴とする重ね合せ精度測定方法。
【請求項３】
第一のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マークと第二のパターン層に繰り返し形成された重ね合せ精度測定マークとは、（１）、（２）および（３）の関係式が成り立つように形成されていることを特徴とする請求項２記載の重ね合せ精度測定方法。
（１）　Ｌ＜Ｓ／２
（２）　Ｍ＞Ｄ／（Ｅ＋Ｓ）
（３）　Ｎ＞Ｅ／Ｌ＋１
Ｄ：第一のパターン層の重ね合せ精度測定マークの重ね合せ精度の測定方向のパターンサイズ
Ｅ：第二のパターン層の重ね合せ精度測定マークの重ね合せ精度の測定方向のパターンサイズ
Ｌ：第二のパターン層の重ね合せ精度測定マークが重ね合せ精度の測定方向に対し垂直方向に繰り返し配置されるときの水平方向のずらし距離
Ｓ：第二のパターン層の重ね合せ精度測定マークが重ね合せ精度の測定方向に対し水平方向に繰り返し配置されるときの水平方向の間隔
Ｍ：第二のパターン層の重ね合せ精度測定マークが重ね合せ精度の測定方向に対し水平方向に繰り返し配置されるときの繰り返し数
Ｎ：第二のパターン層の重ね合せ精度測定マークが重ね合せ精度の測定方向に対し垂直方向に繰り返し配置されるときの繰り返し数
【請求項４】
重ね合せ精度測定マーク上に電子ビームを走査し、得られた電子信号を利用することにより、第一のパターン層と第二のパターン層との重ね合せ精度を測定することを特徴とする請求項１、２または３記載の重ね合せ精度測定方法。
【請求項５】
第一のパターン層とその上層の第二のパターン層との重ね合せ精度を測定する重ね合せ精度測定方法であって、
前記第一のパターン層に形成された主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に前記第一のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マークと、前記第一のパターン層上に光の透過率の高い膜を介して形成される前記第二のパターン層に形成された主要回路パターンのルールと同一の最小ルールで同時に前記第二のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マークとを用いて、前記第一のパターン層と前記第二のパターン層との重ね合せ精度を測定することを特徴とする重ね合せ精度測定方法。
【請求項６】
光源からの光を照射してそれぞれの重ね合せ精度測定マークの位置を測定することにより、第一のパターン層と第二のパターン層との重ね合せ精度を測定することを特徴とする請求項５記載の重ね合せ精度測定方法。
【請求項７】
それぞれの重ね合せ精度測定マーク上にレーザービームを走査し、得られた反射光を利用することにより、第一のパターン層と第二のパターン層との重ね合せ精度を測定することを特徴とする請求項５記載の重ね合せ精度測定方法。
【請求項８】
それぞれの重ね合せ精度測定マークを画像認識し、得られたイメージコントラストを利用することにより、第一のパターン層と第二のパターン層との重ね合せ精度を測定することを特徴とする請求項５記載の重ね合せ精度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体集積回路や液晶ドライバなどの製造における重ね合せ精度測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来の重ね合せ精度測定マークを用いた重ね合せ精度測定方法を示すものであり、図６（ａ）は第一のパターン層と第二のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マークの平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）の重ね合せ精度測定マークのＧ−Ｇ’部分の断面図である。図６（ａ）において、６０は第一のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マーク、６１は第二のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マークである。図６（ｂ）において、６２、６３は重ね合せ精度測定マーク６０のＸ方向のパターンエッジ、６４、６５は重ね合せ精度測定マーク６１のＸ方向のパターンエッジである。この重ね合せ精度測定マークには重ね合せ精度測定マーク６０である２０μｍ□程度の外側のボックスと、重ね合せ精度測定マーク６１である１０μｍ□程度の内側のボックス（Ｂｏｘ　ｉｎ　Ｂｏｘ）を使用し、外側のボックスのパターンエッジ６２、６３、と内側のボックスのパターンエッジ６４、６５からそれぞれの中心位置を求め、その外側ボックスの中心位置と内側ボックスの中心位置からＸ方向のズレ量を算出している。Ｙ方向についても、同じ重ね合せ精度測定マーク６０、６１を用いて同様にズレ量を算出している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の方法では、重ね合せ精度測定に使用している重ね合せ精度測定マークが主要回路パターンに対して形状及び大きさが異なっているため、露光装置のレンズの透過経路の違いにより重ね合せ精度測定マークのエッジが左右あるいは上下非対称になり測定誤差が含まれ、主要回路パターンに対してズレが生じていた。また、第一のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マーク上に光の透過率の低い膜などが堆積されると、重ね合せ精度測定マーク自身のパターンエッジではなくこの重ね合せ精度測定マーク上の光の透過率の低い膜のパターンエッジを測定してしまい、エッチングや化学的機械的研磨などによりこの膜のエッジが左右あるいは上下非対称になり測定誤差が含まれ、主要回路パターンに対してズレが生じていた。但し、前記光の透過率の低い膜が存在しない場合においても、単にエッチングや化学的機械的研磨により重ね合せ精度測定マークのパターンエッジが左右あるいは上下非対称になり測定誤差が含まれ、主要回路パターンに対してズレが生じていた。したがって、第一のパターン層の主要回路パターンと第二のパターン層の主要回路パターンとのズレ量を正確に測定することが出来なかった。
【０００４】
本発明は、重ね合せ精度測定マークに最も厳しい重ね合せ精度を要求される主要回路パターンと同一の最小ルールで形成されたマークを使用することにより、露光装置のレンズの透過経路の違いによりパターンエッジが左右あるいは上下非対称になるのを防ぎ、更に、第一のパターン層に形成された主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に形成された重ね合せ精度測定マークと、第二のパターン層に形成された主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に形成された重ね合せ精度測定マークのパターンエッジを直接測定することにより、第一のパターン層の主要回路パターンと第二のパターン層の主要回路パターンとのズレ量を正確に測定することが出来る重ね合せ精度測定方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明の重ね合せ精度測定方法は、重ね合せ精度測定マークに主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に形成されたマークを使用し、これらの重ね合せ精度測定マークのパターンエッジを直接測定できる構成を有している。
【０００６】
これにより、各パターン層に形成された主要回路パターン間の正確なズレ量が得られる。
【０００７】
本発明の請求項１記載の重ね合せ精度測定方法は、前記第一のパターン層に形成された主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に前記第一のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マークと、前記第一のパターン層上に直接形成される前記第二のパターン層に形成された主要回路パターンのルールと同一の最小ルールで同時に前記第二のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マークとを用いて、前記第一のパターン層と前記第二のパターン層との重ね合せ精度を測定することを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項１記載の発明は、各パターン層間の重ね合せ精度測定に使用される重ね合せ精度測定マークに、各パターン層に形成された主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に形成された重ね合せ精度測定マークを使用し、各パターン層に形成された重ね合せ精度測定マークのパターンエッジを直接測定でき、主要回路パターンの正確なズレ量を測定できるという作用を有する。
【０００９】
本発明の請求項２記載の重ね合せ精度測定方法は、前記第一のパターン層に形成された主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に前記第一のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マークと、前記第一のパターン層上に直接形成される前記第二のパターン層に形成された主要回路パターンのルールと同一の最小ルールで同時に前記第二のパターン層に形成され、かつ重ね合せ精度の測定方向に対し水平方向に繰り返し配置されるとともに垂直方向に水平方向の位置をずらして繰り返し配置された重ね合せ精度測定マークとを用いて、前記第一のパターン層と前記第二のパターン層との重ね合せ精度を測定することを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項２記載の発明は、第一のパターン層に形成された主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に形成された重ね合せ精度測定マークと、第二のパターン層に形成された主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に形成され、重ね合せ精度の測定方向に対し水平方向に繰り返し配置されるとともに垂直方向に水平方向の位置をずらして繰り返し配置された重ね合せ精度測定マークを使用し、各パターン層に形成された重ね合せ精度測定マークのパターンエッジを直接測定でき、主要回路パターンの正確なズレ量を測定できるという作用を有する。
【００１１】
本発明の請求項３記載の重ね合せ精度測定方法は、請求項２記載の重ね合せ精度測定方法において、第一のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マークと第二のパターン層に繰り返し形成された重ね合せ精度測定マークとは、
（１）　Ｌ＜Ｓ／２
（２）　Ｍ＞Ｄ／（Ｅ＋Ｓ）
（３）　Ｎ＞Ｅ／Ｌ＋１
Ｄ：第一のパターン層の重ね合せ精度測定マークの重ね合せ精度の測定方向のパターンサイズ
Ｅ：第二のパターン層の重ね合せ精度測定マークの重ね合せ精度の測定方向のパターンサイズ
Ｌ：第二のパターン層の重ね合せ精度測定マークが重ね合せ精度の測定方向に対し垂直方向に繰り返し配置されるときの水平方向のずらし距離
Ｓ：第二のパターン層の重ね合せ精度測定マークが重ね合せ精度の測定方向に対し水平方向に繰り返し配置されるときの水平方向の間隔
Ｍ：第二のパターン層の重ね合せ精度測定マークが重ね合せ精度の測定方向に対し水平方向に繰り返し配置されるときの繰り返し数
Ｎ：第二のパターン層の重ね合せ精度測定マークが重ね合せ精度の測定方向に対し垂直方向に繰り返し配置されるときの繰り返し数
の関係式が成り立つように形成されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項３記載の発明は、上記の３つの関係式を満足することにより、各パターン層に形成された重ね合せ精度測定マークのいかなるサイズに対しても重ね合せ精度測定が可能になるという作用を有する。
【００１３】
本発明の請求項４記載の重ね合せ精度測定方法は、請求項１、２または３記載の重ね合せ精度測定方法において、重ね合せ精度測定マーク上に電子ビームを走査し、得られた電子信号を利用することにより、第一のパターン層と第二のパターン層との重ね合せ精度を測定することを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項４記載の発明は、重ね合せ精度測定マークのパターンエッジの検出に解像度の高い電子ビームを利用したものであり、重ね合せ精度測定マークのパターンエッジを直接正確に測定でき、パターンエッジの非対称による測定誤差を無くし主要回路パターンの正確なズレ量を測定できるという作用を有する。
【００１５】
本発明の請求項５記載の重ね合せ精度測定方法は、前記第一のパターン層に形成された主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に前記第一のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マークと、前記第一のパターン層上に光の透過率の高い膜を介して形成される前記第二のパターン層に形成された主要回路パターンのルールと同一の最小ルールで同時に前記第二のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マークとを用いて、前記第一のパターン層と前記第二のパターン層との重ね合せ精度を測定することを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項５記載の発明は、各パターン層間の重ね合せ精度測定に使用される重ね合せ精度測定マークに、各パターン層に形成された主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に形成された重ね合せ精度測定マークを使用し、第一のパターン層と第二のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マークの間に光の透過率の高い膜が存在する場合に、光を利用して第一のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マークのパターンエッジを膜を透過した光で直接測定でき、主要回路パターンの正確なズレ量を測定できるという作用を有する。
【００１７】
本発明の請求項６記載の重ね合せ精度測定方法は、請求項５記載の重ね合せ精度測定方法において、光源からの光を照射してそれぞれの重ね合せ精度測定マークの位置を測定することにより、第一のパターン層と第二のパターン層との重ね合せ精度を測定することを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項６記載の発明は、第一のパターン層と第二のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マークの間に光の透過率の高い膜が存在する場合に、光源からの光を照射することにより、第一のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マークのパターンエッジを膜を透過した光で直接測定でき、主要回路パターンの正確なズレ量を測定できるという作用を有する。
【００１９】
本発明の請求項７記載の重ね合せ精度測定方法は、請求項５記載の重ね合せ精度測定方法において、それぞれの重ね合せ精度測定マーク上にレーザービームを走査し、得られた反射光を利用することにより、第一のパターン層と第二のパターン層との重ね合せ精度を測定することを特徴とする。
【００２０】
本発明の請求項７記載の発明は、第一のパターン層と第二のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マークの間に光の透過率の高い膜が存在する場合に、レーザービームを利用することにより、第一のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マークのパターンエッジを膜を透過したレーザービームで直接測定でき、主要回路パターンの正確なズレ量を測定できるという作用を有する。
【００２１】
本発明の請求項８記載の重ね合せ精度測定方法は、請求項５記載の重ね合せ精度測定方法において、それぞれの重ね合せ精度測定マークを画像認識し、得られたイメージコントラストを利用することにより、第一のパターン層と第二のパターン層との重ね合せ精度を測定することを特徴とする。
【００２２】
本発明の請求項８記載の発明は、第一のパターン層と第二のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マークの間に光の透過率の高い膜が存在する場合に、重ね合せ精度測定マークの画像認識により得られたイメージコントラストを利用することにより、第一のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マークを膜を透過した光で直接測定でき、主要回路パターンの正確なズレ量を測定できるという作用を有する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下本発明の第１の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２４】
図１は本発明の重ね合せ精度測定方法に使用する重ね合せ精度測定マークを示すものであり、図１（ａ）は第一のパターン層と第二のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マークの平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の重ね合せ精度測定マークのＡ−Ａ’部分の断面図である。図１（ａ）において、１０、１１は第一のパターン層に形成された主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に形成された重ね合せ精度測定マーク、１２、１３は第二のパターン層に形成された主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に形成された重ね合せ精度測定マークである。重ね合せ精度測定マーク１０、１２はＸ方向の重ね合せ精度測定に用いられるマークであり、重ね合せ精度測定マーク１１、１３はＹ方向の重ね合せ精度測定に用いられるマークである。図１（ｂ）において、１４、１５は重ね合せ精度測定マーク１０のＸ方向のパターンエッジ、１６、１７は重ね合せ精度測定マーク１２のＸ方向のパターンエッジである。なお、図１（ｂ）では、Ｘ方向用の重ね合せ精度測定マーク１０、１２のＸ方向断面を示したが、Ｙ方向用の重ね合せ精度測定マーク１１、１３のＹ方向断面も同様である。
【００２５】
ここで、上記に記載した、重ね合せ精度測定マーク１０〜１３が各パターン層に形成された主要回路パターンと同一の最小ルールで形成されているという内容について詳しく説明する。
【００２６】
例えば第一のパターン層に形成されたＸ方向用の重ね合せ精度測定マーク１０はＸ方向に短くＹ方向に長い形状であるのに対し、Ｙ方向用の重ね合せ精度測定マーク１１はＹ方向に短くＸ方向に長い形状である。これは、例えば第一のパターン層に形成されたＸ方向用の重ね合せ精度測定マーク１０は、そのＸ方向の幅（パターンサイズ）が、第一のパターン層に形成された主要回路パターンと同一の最小ルールで形成され、また、第一のパターン層に形成されたＹ方向用の重ね合せ精度測定マーク１１は、そのＹ方向の幅（パターンサイズ）が、第一のパターン層に形成された主要回路パターンと同一の最小ルールで形成されているからである。すなはち、所定方向の重ね合せ精度を測定するための重ね合せ精度測定マークは、その測定方向の幅（パターンサイズ）が、その重ね合せ精度測定マークと同じパターン層で形成された主要回路パターンと同一の最小ルールで形成されている。
【００２７】
また、第二のパターン層のＸ方向用の重ね合せ精度測定マーク１２は第一のパターン層のＸ方向用の重ね合せ精度測定マーク１０に比べ、Ｘ方向の幅が狭くなっており、第二のパターン層のＹ方向用の重ね合せ精度測定マーク１３は第一のパターン層のＹ方向用の重ね合せ精度測定マーク１１に比べ、Ｙ方向の幅が狭くなっている。これは、第二のパターン層に形成された主要回路パターンの最小ルールが、第一のパターン層に形成された主要回路パターンの最小ルールよりも小さいからである。
【００２８】
この重ね合せ精度測定方法は、各パターン層に形成された主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に形成された重ね合せ精度測定マーク１０、１２及び１１、１３を用いて、これら重ね合せ精度測定マークのパターンエッジ（１４、１５、１６、１７等）を直接測定するというものである。
【００２９】
まず、第一のパターン層に主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に重ね合せ精度測定マーク１０、１１が形成され、その後第二のパターン層に主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に重ね合せ精度測定マーク１２、１３が形成される。
【００３０】
次に、第一と第二のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マーク１０、１２及び１１、１３から第一と第二のパターン層のズレ量を測定する。Ｘ方向のズレ量については、重ね合せ精度測定マーク１０、１２を用いて、第一のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マーク１０のパターンエッジ１４、１５と第二のパターン層に形成された重ね合せ測定マーク１２のパターンエッジ１６、１７の位置を測定し、パターンエッジ１４、１５の中心位置とパターンエッジ１６、１７の中心位置とを求め、これら２つの中心位置のズレ量を算出すればよい。Ｙ方向のズレ量については、重ね合せ精度測定マーク１１、１３を用いて、同様にして、第一のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マーク１１のＹ方向の両端のパターンエッジ間の中心位置と、第二のパターン層に形成された重ね合せ測定マーク１３のＹ方向の両端のパターンエッジ間の中心位置とのズレ量を算出すればよい。
【００３１】
以上のように本実施の形態によれば、重ね合せ精度測定マーク１０〜１３に、各パターン層において最も厳しい重ね合せ精度を要求される主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に形成されたマークを使用することにより、露光装置のレンズの透過経路の違いによりパターンエッジが左右あるいは上下非対称になるのを防ぎ、更に、第一のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マーク１０、１１のパターンエッジと第二のパターン層に形成された重ね合せ測定マーク１２、１３のパターンエッジとを他の膜などを介さずに直接測定することにより、第一と第二のパターン層に形成された主要回路パターンのズレ量を誤差なく正確に測定することができる。
【００３２】
なお、第一のパターン層とは、例えばシリコン基板など下地（下層）のパターン層であり、第二のパターン層とは、その時点での最上層のパターン層である。
【００３３】
（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３４】
図２、図３は本発明の重ね合せ精度測定方法に使用する重ね合せ精度測定マークを示すものであり、図２は第一のパターン層と第二のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マークの平面図、図３（ａ）は図２の重ね合せ精度測定マークのＢ−Ｂ’部分の断面図、図３（ｂ）は図２の重ね合せ精度測定マークのＣ−Ｃ’部分の断面図である。図２において、２０、２１は第一のパターン層に形成された主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に形成された重ね合せ精度測定マーク、２２、２３は第二のパターン層に形成された主要回路パターンと町一の最小ルールで同時に形成された重ね合せ精度測定マークである。重ね合せ精度測定マーク２０、２２はＸ方向の重ね合せ精度測定に用いられるマークであり、重ね合せ精度測定マーク２１、２３はＹ方向の重ね合せ精度測定に用いられるマークである。図３（ａ）において、３０は重ね合せ精度測定マーク２０のＸ方向の断面Ｂ−Ｂ’のパターンエッジ、３２、３３は重ね合せ精度測定マーク２２のＸ方向の断面Ｂ−Ｂ’のパターンエッジである。図３（ｂ）において、３１は重ね合せ精度測定マーク２０のＸ方向の断面Ｃ−Ｃ’のパターンエッジ、３４、３５は重ね合せ精度測定マーク２２のＸ方向の断面Ｃ−Ｃ’のパターンエッジである。
【００３５】
この重ね合せ精度測定方法は、第一のパターン層に形成された主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に形成された重ね合せ精度測定パターン２０、２１と、第二のパターン層に形成された主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に形成され、かつ重ね合せ精度の測定方向に繰り返し配置されるとともに測定方向とは垂直方向に水平方向（＝測定方向）の位置をずらしながら繰り返し配置された重ね合せ精度測定マーク２２、２３を用いて、それぞれの重ね合せ精度測定マークのパターンエッジ（３０、３１、３２、３３、３４、３５等）を直接測定するものである。なお、重ね合せ精度測定マーク２０〜２３は、第１の実施の形態の重ね合せ精度測定マーク１０〜１３と同様、それぞれその測定方向の幅（パターンサイズ）が、その重ね合せ精度測定マークと同じパターン層で形成された主要回路パターンと同一の最小ルールで形成されている。また、重ね合せ精度測定マーク２２、２３は必ずしも図２のように正方形である必要はない。
【００３６】
まず、第一のパターン層に形成された主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に重ね合せ精度測定マーク２０、２１が形成され、その後第二のパターン層に形成された主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に形成され、かつそれぞれの重ね合せ精度の測定方向に対し水平方向と垂直方向に繰り返し配置された重ね合せ精度測定マーク２２、２３が形成される。
【００３７】
次に、第一と第二のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マーク２０、２２及び２１、２３から第一と第二のパターン層のズレ量を測定する。
【００３８】
第一と第二のパターン層のＸ方向の重ね合せ精度（ズレ量）については、重ね合せ精度測定マーク２０、２２を用いて、断面Ｂ−Ｂ’の第一のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マーク２０のパターンエッジ３０と第二のパターン層に形成された重ね合せ測定マーク２２のパターンエッジ３２、３３と、断面Ｃ−Ｃ’の第一のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マーク２１のパターンエッジ３１と第二のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マーク２３のパターンエッジ３４、３５を直接測定することでそれぞれの位置を求める。
【００３９】
このようにパターンエッジ３０〜３５の位置を測定した後の、Ｘ方向のズレ量（重ね合せ精度）の算出方法について説明する。まず、パターンエッジ３２、３３の中心位置とパターンエッジ３０との距離ｘを求める。ここで、ズレ量がない時のｘは既にわかっており（ａ：設計値）、ｘとａの差分を求めることにより、パターンエッジ３０のズレ量がわかる。同様にパターンエッジ３１のズレ量（差分）を求め、最後にこれらの差分同士を加えて１／２倍することにより、マーク２０と２２のズレ量を求めることができる。
【００４０】
ここで、３２と３３、３４と３５、３０と３１といった両側のエッジを測定しているのは、パターン寸法が変動することによるズレ成分を除去するためである。
【００４１】
また、測定するパターンエッジを、Ｂ−Ｂ’とＣ−Ｃ’の２箇所の部分としたのは、重ね合せ精度測定マーク２２の間から重ね合せ精度測定マーク２０のエッジが見える部分を選択したものであり、Ｂ−Ｂ’とＣ−Ｃ’の２箇所に限られるものではない。
【００４２】
尚ここでは、重ね合せ精度測定マーク２０、２２を用いたＸ方向の重ね合せ精度測定方法について述べているが、Ｙ方向についても重ね合せ精度測定マーク２１、２３を用いて同様に測定できることは言うまでもない。
【００４３】
以上のように本実施の形態によれば、重ね合せ精度測定マーク２０〜２３に、各パターン層において最も厳しい重ね合せ精度を要求される主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に形成されたマークを使用することにより、露光装置のレンズの透過経路の違いによりパターンエッジが左右あるいは上下非対称になるのを防ぎ、更に、第一のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マーク２０、２１のパターンエッジと第二のパターン層に形成された重ね合せ測定マーク２２、２３のパターンエッジとを他の膜などを介さずに直接測定することにより、第一と第二のパターン層に形成された主要回路パターンのズレ量を誤差なく正確に測定することができる。
【００４４】
また、本実施の形態では、重ね合せ精度測定マーク２０〜２３の寸法や間隔等は図４に示すように設定されている。図４において、４０は第一のパターン層に形成された主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に形成された重ね合せ精度測定マーク、４１は第二のパターン層に形成された主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に形成された重ね合せ精度測定マーク、Ｄは第一のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マーク４０の測定方向のパターンサイズ、Ｅは第二のパターン層に形成された凸型の重ね合せ精度測定マーク４１の測定方向のパターンサイズ、Ｌは第二のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マーク４１の測定方向に対し垂直方向に繰り返し形成時の測定方向への移動距離（ずらし距離）、Ｓは第二のパターン層に形成された凸型の重ね合せ精度測定マーク４１の測定方向に繰り返し形成時の間隔である。
【００４５】
図４と図２を比較すれば判るように、図４の重ね合せ精度測定マーク４０、４１は図２の重ね合せ精度測定マーク２０、２２に相当し、Ｘ方向の重ね合せ精度を測定するためのマークである。
【００４６】
ここで、第二のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マーク４１の繰り返し数を、第一のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マーク４０の測定方向のパターンエッジに対し垂直方向をＭ、水平方向をＮとすると、
（４）　Ｌ＜Ｓ／２
（５）　Ｍ＞Ｄ／（Ｅ＋Ｓ）
（６）　Ｎ＞Ｅ／Ｌ＋１
の三つの関係式が成り立つように重ね合せ精度測定マーク４０、４１を形成している。この三つの関係式について以下説明する。
【００４７】
まず、第一のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マーク４０のパターンエッジを直接測定するには、第二のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マーク４１の間から第一のパターンに形成された重ね合せ精度測定マーク４０のパターンエッジが見えていなければならないため、次の関係式が成り立つ。
【００４８】
（７）　Ｌ＜Ｓ／２
この式は重ね合せ精度測定マーク４１の移動距雑Ｌが、重ね合せ精度測定マーク４１の間隔Ｓの半分より小さくなければならないことを示している。
【００４９】
同様に重ね合せ精度測定マーク４１の繰り返し数Ｍ、Ｎについても、次の関係式が成り立つ。
【００５０】
（８）　　Ｍ（Ｅ＋Ｓ）＞Ｄ
（９）　　∴Ｍ＞Ｄ／（Ｅ＋Ｓ）
（１０）　（Ｎ−１）Ｌ＞Ｅ
（１１）　　∴Ｎ＞Ｅ／Ｌ＋１
このように、（４）、（５）、（６）の関係式を成り立たせることにより、いかなるサイズの重ね合せ精度測定マークに対しても重ね合せ精度測定マークのパターンエッジを直接測定することができ、第一と第二のパターン層に形成された主要回路パターンのズレ量を誤差なく正確に測定することができる。
【００５１】
ここで、重ね合せ精度測定マーク４１同士のＹ方向の間隔は主要回路パターンのＹ方向の最小ルールとなっている。
【００５２】
尚、図４では、重ね合せ精度測定マーク４０、４１を、図２のＸ方向用の重ね合せ精度測定マーク２０、２２として説明したが、図２のＹ方向用の重ね合せ精度測定マーク２１、２３についても同様の関係を持たせて測定できることは言うまでもない。
【００５３】
また、第１の実施の形態の場合、第二のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マーク１２、１３はＸ方向用、Ｙ方向用に各１つであるのに対し、第２の実施の形態では２２、２３あるいは４１のように、Ｘ方向用、Ｙ方向用それぞれに多数形成しているのは、第１と第２のパターン層の最小ルールが大きく違う場合に、１つにするとそれぞれのエッジ間の距離が遠くなってしまい、測定できない場合が発生するからである。
【００５４】
（第３の実施の形態）
次に本発明の第３の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００５５】
図５は本発明の重ね合せ精度測定方法の重ね合せ精度測定マークを示すものであり、図５（ａ）は第一のパターン層と第二のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マークの平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の重ね合せ精度測定マークのＦ−Ｆ’部分の断面図である。図５（ａ）において、５０、５１は第一のパターン層に形成された主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に形成された重ね合せ精度測定マーク、５２、５３は第二のパターン層に形成された主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に形成された重ね合せ精度測定マークであり、重ね合せ精度測定マーク５０、５２はＸ方向の重ね合せ精度測定に用いられるマーク、重ね合せ精度測定マークは５１、５３はＹ方向の重ね合せ精度測定に用いられるマークである。図５（ｂ）において、５４は第一のパターン層の重ね合せ精度測定マーク５０、５１と第二のパターン層の重ね合せ精度測定マーク５２、５３との間に存在する光の透過率が高い膜、５５、５６は重ね合せ精度測定マーク５０のＸ方向のパターンエッジ、５７、５８は重ね合せ精度測定マーク５２のＸ方向のパターンエッジである。
【００５６】
この重ね合せ精度測定方法は、各パターン層に形成された主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に形成された重ね合せ精度測定パターン５０、５２及び５１、５３を用いて、測定に膜５４を透過する光を利用し、それぞれの重ね合せ精度測定マークのパターンエッジ（５５、５６、５７、５８等）を直接測定するというものである。
【００５７】
まず、第一のパターン層に主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に重ね合せ精度測定マーク５０、５１が形成され、光の透過率が高い膜５４が堆積され、その後第二のパターン層に主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に重ね合せ精度測定マーク５２、５３が形成される。
【００５８】
次にこの第一と第二のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マーク５０、５２及び５１、５３から第一と第二のパターン層のズレ量を測定する。Ｘ方向、Ｙ方向のズレ量の算出方法については第１の実施の形態と同様である。
【００５９】
すなわち、第一のパターン層の重ね合せ精度測定マーク５０、５１と第二のパターン層の重ね合せ精度測定マーク５２、５３との間に光の透過率が高い膜５４が形成され、重ね合せ精度測定マーク５０〜５３のパターンエッジの測定に膜５４を透過する光を用いること以外については、第１の実施の形態と同様である。
【００６０】
以上のように本実施の形態によれば、重ね合せ精度測定マーク５０〜５３に、各パターン層において最も厳しい重ね合せ精度を要求される主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に形成されたマークを使用することにより、露光装置のレンズの透過経路の違いによりパターンエッジが左右あるいは上下非対称になるのを防ぎ、更に、第一のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マーク５０、５１のパターンエッジと第二のパターン層に形成された重ね合せ測定マーク５２、５３のパターシエッジとを、膜５４を透過する光を利用して直接測定することにより、第一と第二のパターン層に形成された主要回路パターンのズレ量を誤差なく正確に測定することができる。
【００６１】
なお、第３の実施の形態では、第１の実施の形態において光の透過率が高い膜５４を追加した構成としているが、第２の実施の形態においても同様に、第一のパターン層の重ね合せ精度測定マーク２０、２１と第二のパターン層の重ね合せ精度測定マーク２２、２３との間に光の透過率が高い膜５４を形成し、重ね合せ精度測定マーク２０〜２３のパターンエッジの測定に膜５４を透過する光を用いるようにしてもよい。
【００６２】
この第３の実施の形態の場合の重ね合せ精度測定マークのパターンエッジの位置の測定については、光を用いて測定する場合には膜５４光の透過率が高いため、特に問題とならない。
【００６３】
ここでレーザービームの場合には、測定マークに対して測定方向にレーザーを照射する。次に測定マークからの反射光あるいは散乱光をセンサで検知する。測定マークからの反射光は測定マークのエッジ部でピークを示すので、このピーク位置を利用してエッジ部を検出し、ズレ量を計算する。
【００６４】
画像認識の場合には、ＣＣＤカメラなどで測定マークの画像を取り込む。次に取り込んだ画像をコントラストによる波形に変換する。そうすると、測定マークのエッジ部はコントラストが変わっているので波形に変換するとピークを示す。このピーク位置を利用してエッジ部を検出し、ズレ量を計算する。
【００６５】
光源からの光を利用する場合も、レーザービームあるいは画像認識の場合と同様である。
【００６６】
なお、光の透過率が高い膜５４が存在しない第１・第２の実施の形態の場合の重ね合せ精度測定マークのパターンエッジの位置の測定については、直接第一のパターン層の重ね合せ精度測定マークが見えるため、電子ビーム、レーザービームの反射光や、画像認識によるコントラストを利用してエッジ部を検出する。
【００６７】
【発明の効果】
以上のように本発明は、各パターン層に形成された主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に形成された重ね合せ精度測定マークのパターンエッジを直接測定することにより、主要回路パターンの正確なズレ量を測定することができる優れた重ね合せ精度測定方法を実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における重ね合せ精度測定方法に使用される重ね合せ精度測定マークの平面図と断面図
【図２】本発明の第２の実施の形態における重ね合せ精度測定方法に使用される重ね合せ精度測定マークの平面図
【図３】本発明の第２の実施の形態における重ね合せ精度測定方法に使用される重ね合せ精度測定マークの断面図
【図４】本発明の第２の実施の形態における重ね合せ精度測定方法に使用される重ね合せ精度測定マークの寸法や間隔等を説明するための平面図
【図５】本発明の第３の実施の形態における重ね合せ精度測定方法に使用される重ね合せ精度測定マークの平面図と断面図
【図６】従来の重ね合せ精度測定方法に使用されている重ね合せ精度測定マークの平面図と断面図
【符号の説明】
１０、１１　第一のパターン層に形成された主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に形成された重ね合せ精度測定マーク
１２、１３　第二のパターン層に形成された主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に形成された重ね合せ精度測定マーク
１４、１５　重ね合せ精度測定マーク１０のＸ方向のパターンエッジ
１６、１７　重ね合せ精度測定マーク１２のＸ方向のパターンエッジ
２０、２１　第一のパターン層に形成された主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に形成された重ね合せ精度測定マーク
２２、２３　第二のパターン層に形成された主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に形成された重ね合せ精度測定マーク
３０　重ね合せ精度測定マーク２０のＸ方向の断面Ｂ−Ｂ’のパターンエッジ
３１　重ね合せ精度測定マーク２０のＸ方向の断面Ｃ−Ｃ’のパターンエッジ
３２、３３　重ね合せ精度測定マーク２２のＸ方向の断面Ｂ−Ｂ’のパターンエッジ
３４、３５　重ね合せ精度測定マーク２２のＸ方向の断面Ｃ−Ｃ’のパターンエッジ
４０　第一のパターン層に形成された主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に形成された重ね合せ精度測定マーク
４１　第二のパターン層に形成された主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に形成された重ね合せ精度測定マーク
５０、５１　第一のパターン層に形成された主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に形成された重ね合せ精度測定マーク
５２、５３　第二のパターン層に形成された主要回路パターンと同一の最小ルールで同時に形成された重ね合せ精度測定マーク
５４　第一のパターン層の重ね合せ精度測定マーク５０、５１と第二のパターン層の重ね合せ精度測定マーク５２、５３の間に存在する光の透過率が高い膜
５５、５６　重ね合せ精度測定マーク５０のＸ方向の断面Ｆ−Ｆ’のパターンエッジ
５７、５８　重ね合せ精度測定マーク５２のＸ方向の断面Ｆ−Ｆ’のパターンエッジ
６０　第一のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マーク
６１　第二のパターン層に形成された重ね合せ精度測定マーク
６２、６３　重ね合せ精度測定マーク６０のＸ方向のパターンエッジ
６４、６５　重ね合せ精度測定マーク６１のＸ方向のパターンエッジ
Ｄ　第一のパターン層の重ね合せ精度測定マーク４０の測定方向のパターンサイズ
Ｅ　第二のパターン層の凸型の重ね合せ精度測定マーク４１の測定方向のパターンサイズ
Ｌ　第二のパターン層の凸型の重ね合せ精度測定マーク４１の繰り返し時の測定方向の移動距離
Ｍ　第一のパターン層の重ね合せ精度測定マーク４０の測定方向のパターンエッジに対して垂直方向の第二のパターン層の凸型の重ね合せ精度測定マーク４１の繰り返し数
Ｎ　第一のパターン層の重ね合せ精度測定マーク４０の測定方向のパターンエッジに対して水平方向の第二のパターン層の凸型の重ね合せ精度測定マーク４１の繰り返し数
Ｓ　第二のパターン層の凸型の重ね合せ精度測定マーク４１の間隔
【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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