(57)【要約】【課題】３層のパターンの重ね合わせ精度を１回で測定可能な「重ね合わせ精度測定マーク」を提供する。【解決手段】基準マーク１は、下側基準層３２に形成されたＬ字状の下側基準パターン１１と、上側基準層３３に形成されたＬ字状の上側基準パターン１２とからなる。合わせマーク２は、上側基準層３３の上に薄膜３４を介して形成されたレジストパターン３５の一部であり、正方形の４辺に配置された穴２１の集合体である。基準マーク１は合わせマーク２の外側に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下側基準層に形成された下側基準パターンおよび上側基準層に形成された上側基準パターンからなる基準マークと、上側基準層の上に薄膜を介して形成されたレジストパターンの一部をなす合わせマークと、からなり、
平面視で、前記基準マークおよび合わせマークのいずれか一方が、長方形の４辺に対応する４成分のパターンからなる内側マークであり、
他方が、前記内側パターンよりも大きな長方形の４辺に対応する４成分のパターンからなり、前記内側マークの外側に配置される外側マークであることを特徴とする重ね合わせ精度測定マーク。
【請求項２】
下側基準パターンおよび上側基準パターンは、それぞれ長方形の隣り合う２辺に対応する２成分のパターンからなる請求項１記載の重ね合わせ精度測定マーク。
【請求項３】
下側基準パターンおよび上側基準パターンは、互いに相似である長方形の４辺に対応する４成分のパターンからなる請求項１記載の重ね合わせ精度測定マーク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基準層に対するレジストパターンの重ね合わせ精度を測定するために使用されるマークに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置製造のウエハプロセスにおいては、微細パターンを正確に形成するとともに、上下のパターンを精度良く重ね合わせることが重要である。そのために、下側層に既に形成されているパターン（下側パターン）と、その上にこれから形成されるパターン（上側パターン）との重ね合わせ精度を測定することが行われている。このような重ね合わせ精度測定方法の従来例としては、以下に示す方法が挙げられる。
【０００３】
先ず、下側層（基準層）に、下側パターンのパターニングと同時に重ね合わせ精度測定用のマーク（基準マーク）を形成する。次に、下側層の上に上側パターン用の薄膜を形成し、この薄膜の上にレジストパターンを形成する。そして、レジストパターン形成の際に、このレジストパターンの一部として、重ね合わせ精度測定用のマーク（合わせマーク）を形成する。
【０００４】
基準マークと合わせマークの組合せの一例を、図３に平面図で示す（例えば特許文献１の図４）。この例において、基準マーク１００は所定幅で形成された正方形の枠体である。合わせマーク２００は、基準マーク１００より大きな正方形の枠体であって、この枠体の幅は基準マーク１００と同じである。
次に、ｘ方向およびｙ方向について、基準マーク１００の中心を基準とした一方の側と他方の側とで、基準マーク１００の外側ラインとこれに対応する合わせマーク２００の内側ラインとの間隔ｘ1 ，ｘ2 ，ｙ1 ，ｙ2 を測定する。そして、これらの測定値から差の平均「（ｘ1 −ｘ2 ）／２」および「（ｙ1 −ｙ2 ）／２」を算出して、この算出値を各方向におけるずれ量とする。そして、この「ずれ量」が設定範囲内にあればそのままエッチング工程に進み、そうでない場合にはレジストパターンを除去し、レジストを塗布し直して再度フォトリソグラフィ工程を行う。
【０００５】
また、ずれ量の測定装置としては、図３の状態をＣＣＤカメラで撮影して明るさの変化を示す画像を得、この画像を所定のソフトウエアで処理して各ラインのエッジを検出した後、対応するエッジ間距離（間隔ｘ1 ，ｘ2 ，ｙ1 ，ｙ2 ）を算出することが自動で行われる測定装置が挙げられる。よって、２層のパターンの重ね合わせ精度を測定する場合には、この測定装置を用いてずれ量を１回測定すればよい。
【０００６】
この測定装置を用いて３層のパターンの重ね合わせ精度を測定する場合には、例えば、上側層との位置合わせ用のマークと下側層との位置合わせ用マークの両方を中間層に設けておき、下側層に対する中間層の重ね合わせ精度と中間層に対する上側層の重ね合わせ精度を別々に測定する（例えば特許文献２の図１参照）。
【特許文献１】特開平１０−１２５７５１公報（図４）
【特許文献２】特開平７−６９４８公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
３層のパターンの重ね合わせ精度を１回で測定できれば測定の手間が半分になるため好ましいが、それが可能な「重ね合わせ精度測定マーク」についての提案はこれまでになされていない。
本発明は、３層のパターンの重ね合わせ精度を１回で測定可能な「重ね合わせ精度測定マーク」を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、下側基準層に形成された下側基準パターンおよび上側基準層に形成された上側基準パターンからなる基準マークと、上側基準層の上に薄膜を介して形成されたレジストパターンの一部をなす合わせマークと、からなり、平面視で、前記基準マークおよび合わせマークのいずれか一方が、長方形の４辺に対応する４成分のパターンからなる内側マークであり、他方が、前記内側パターンよりも大きな長方形の４辺に対応する４成分のパターンからなり、前記内側マークの外側に配置される外側マークであることを特徴とする重ね合わせ精度測定マークを提供する。
【０００９】
下側基準パターンおよび上側基準パターンとしては、それぞれ長方形の隣り合う２辺に対応する２成分のパターンからなるものと、互いに相似である長方形の４辺に対応する４成分のパターンからなるものが挙げられる。
本発明の重ね合わせ精度測定マークによれば、下側基準層に形成された下側基準パターンおよび上側基準層に形成された上側基準パターンからなる基準マークを、平面視で、長方形の４辺に対応する４成分のパターンからなる形状とし、合わせマークを、基準マークの内側または外側に配置される「長方形の４辺に対応する４成分のパターンからなる形状」としたため、ｘ方向とｙ方向について、基準マークの中心を基準とした一方の側と他方の側とで、基準パターンの外側ラインとこれに対応する合わせパターンの内側ラインとの間隔、または基準パターンの内側ラインとこれに対応する合わせパターンの外側ラインとの間隔を、前述の測定装置を用いて一回で測定することができる。
【００１０】
そして、この結果を、両基準層に対するレジストパターンの重ね合わせ精度と見なすことで、３層のパターンの重ね合わせ精度を、前述の測定装置を用いて１回で測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１（ａ）は、第１実施形態の重ね合わせ精度測定マークを示す平面図であり、図１（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。
この重ね合わせ精度測定マークは、基準マーク１と合わせマーク２とからなる。基準マーク１は、ウエハ３１の下側基準層３２に形成された下側基準パターン１１と、下側基準層３２上の上側基準層３３に形成された上側基準パターン１２とからなる。合わせマーク２は、上側基準層３３の上に薄膜３４を介して形成されたレジストパターン３５の一部であり、レジスト膜を貫通する穴２１の集合体である。
【００１２】
平面視で、基準マーク１と合わせマーク２は、中心を合わせて配置された正方形（長方形）に沿って形成され、基準マーク１が合わせマーク２の外側に配置されている。
平面視で、基準マーク１の下側基準パターン１１および上側基準パターン１２は、それぞれ正方形の隣り合う２辺に対応するＬ字状のパターン（２成分のパターン）からなり、それぞれｘ成分１１ａ，１２ａとｙ成分１１ｂ，１２ｂを有する。
【００１３】
平面視で、合わせマーク２は、正方形の４辺に配置された穴２１の開口円からなり、４辺に対応する４成分のパターンを有する。これらのパターンは、下側基準パターン１１のｘ成分１１ａ側のｘ成分２ａと、下側基準パターン１１のｙ成分１１ｂ側のｙ成分２ｂと、上側基準パターン１２のｘ成分１２ａ側のｘ成分２ｃと、上側基準パターン１２のｙ成分１１ｂ側のｙ成分２ｄである。
【００１４】
この重ね合わせ精度測定マークによれば、下側基準パターン１１のｘ成分１１ａと合わせマーク２のｘ成分２ａとの間隔ｘ1 、上側基準パターン１２のｘ成分１２ａと合わせマーク２のｘ成分２ｃとの間隔ｘ2 、下側基準パターン１１のｙ成分１１ｂと合わせマーク２のｙ成分２ｂとの間隔ｙ1 、および上側基準パターン１２のｙ成分１２ｂと合わせマーク２のｙ成分２ｄとの間隔ｙ2 を、前述の測定装置を用いて１回で測定することができる。
【００１５】
したがって、この結果を、両基準層３２，３３に対するレジストパターン３５の重ね合わせ精度と見なすことで、下側基準層３２、上側基準層３３、レジストパターン３５からなる３層のパターンの重ね合わせ精度を、前述の測定装置を用いて１回で測定することができる。
図２（ａ）は、第２実施形態の重ね合わせ精度測定マークを示す平面図であり、図２（ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図である。
【００１６】
この重ね合わせ精度測定マークは、基準マーク１０と合わせマーク２０とからなる。基準マーク１０は、ウエハ３１の下側基準層３２に形成された下側基準パターン１３と、下側基準層３２上の上側基準層３３に形成された上側基準パターン１４とからなる。下側基準パターン１３は、下側基準層３２を貫通する穴１３ａの集合体である。上側基準パターン１４は、上側基準層３３を貫通する穴１４ａの集合体である。合わせマーク２０は、上側基準層３３の上に薄膜３４を介して形成されたレジストパターン３５の一部であり、レジスト膜の残存部である。
【００１７】
平面視で、基準マーク１０と合わせマーク２０は、中心を合わせて配置された正方形（長方形）に沿って形成され、基準マーク１０が合わせマーク２０の外側に配置されている。
平面視で、基準マーク１０の下側基準パターン１３および上側基準パターン１４は、中心を合わせて配置された正方形（互いに相似な長方形）に沿って形成され、上側基準パターン１４が下側基準パターン１３の内側に配置されている。また、下側基準パターン１３および上側基準パターン１４は、正方形の４辺に配置された穴１３ａ，１４ａの開口円からなり、４辺に対応する４成分のパターン１３１〜１３４，１４１〜１４４を有する。
【００１８】
平面視で、合わせマーク２０は、正方形の枠状であって、４辺に対応する４成分のパターン２０１〜２０４を有する。パターン２０１は、上側基準パターン１４のｘ成分１４１側のｘ成分である。パターン２０２は、上側基準パターン１４のｙ成分１４２側のｙ成分である。パターン２０３は、上側基準パターン１４のｘ成分１４３側のｘ成分である。パターン２０４は、上側基準パターン１４のｙ成分１４４側のｙ成分である。
【００１９】
なお、上側基準パターン１４および下側基準パターン１３の穴１３ａ，１４ａの間隔は、使用する測定装置に応じ、画像処理時に、上側基準パターン１４が正方形の枠体の内側ラインと見なされ、下側基準パターン１３が同じ枠体の外側ラインと見なされるような間隔で配置する。
この重ね合わせ精度測定マークによれば、基準マーク１０のｘ成分１０１（上側基準パターン１４のｘ成分１４１と下側基準パターン１３のｘ成分１３１）の中間位置と合わせマーク２０のｘ成分２０１との間隔ｘ1 、基準マーク１０のｘ成分１０３（上側基準パターン１４のｘ成分１４３と下側基準パターン１３のｘ成分１３３）の中間位置と合わせマーク２０のｘ成分２０３との間隔ｘ2 、基準マーク１０のｙ成分１０２（上側基準パターン１４のｙ成分１４２と下側基準パターン１３のｙ成分１３２）の中間位置と合わせマーク２０のｙ成分２０２の間隔ｙ1 、および基準マーク１０のｙ成分１０４（上側基準パターン１４のｙ成分１４４と下側基準パターン１３のｙ成分１３４）の中間位置と合わせマーク２のｙ成分２０４との間隔ｙ2 を、前述の測定装置を用いて１回で測定することができる。
【００２０】
したがって、この結果を、両基準層３２，３３に対するレジストパターン３５の重ね合わせ精度と見なすことで、下側基準層３２、上側基準層３３、レジストパターン３５からなる３層のパターンの重ね合わせ精度を、前述の測定装置を用いて１回で測定することができる。
上記各実施形態では、平面視で、合わせマークを内側に基準マークを外側に配置しているが、合わせマークを外側に基準マークを内側に配置してもよい。また、各パターンの形状も請求の範囲を満たす範囲で適宜選択できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】重ね合わせ精度測定マークの第１実施形態を示す平面図と断面図。
【図２】重ね合わせ精度測定マークの第２実施形態を示す平面図と断面図。
【図３】重ね合わせ精度測定マークの従来例を示す平面図。
【符号の説明】
【００２２】
１，１０…基準マーク、２，２０…合わせマーク、１１，１３…下側基準パターン、１２，１４…上側基準パターン、２１，１３ａ，１４ａ…穴、３１…ウエハ、３２…下側基準層、３３…上側基準層、３５…レジストパターン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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