(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成した第１のパターンと該第１のパターン上に形成した第２のパターンとの重ね合わせ精度を平面視像によって測定する方法において、
測定対象となる基板と同様なパターンが形成された基板上の複数の測定点において、前記重ね合わせ精度を平面視正立像および平面視倒立像によって測定しておく工程と、
前記複数の測定点における各々の平面視正立像での重ね合わせ精度の測定値と平面視倒立像での重ね合わせ精度の測定値との差分を求め、該差分の標準偏差を求める工程と、目標の補正値を設定し、前記標準偏差において該目標の補正値を満足するためのサンプリング数を算出する工程と、
測定対象となる基板での複数の測定点のうち、前記サンプリング数だけ前記重ね合わせ精度を平面視正立像および平面視倒立像によって測定し、その他の測定点では該重ね合わせ精度を平面視正立像または平面視倒立像によって測定する工程と、
前記サンプリング数だけ測定した前記平面視正立像での重ね合わせ精度の測定値と前記平面視倒立像での重ね合わせ精度の測定値との差分の平均値を求め、前記測定対象となる基板の各測定点での重ね合わせ精度の測定値から該平均値を差し引いて補正を行う工程とを備えていることを特徴とする、重ね合わせ精度測定方法。
【請求項２】
前記サンプリング数だけ重ね合わせ精度を平面視正立像および平面視倒立像によって測定する測定点の位置は、前記測定対象となる基板上の無作為な位置であることを特徴とする請求項１記載の重ね合わせ精度測定方法。
【請求項３】
前記差分の標準偏差を予め測定してデータベースに蓄積しておき、前記サンプリング数を算出する際に、前記測定対象となる基板と対応した該差分の標準偏差を該データベースから呼び出すことを特徴とする請求項１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、基板上にパターンを重ね合わせて形成する際における重ね合わせ精度測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置等を製造する際に必要なフォトリソグラフィー工程では、ウエハ上に形成した下層パターンに重ね合わせるよう上層パターンを形成しており、この重ね合わせ精度が半導体装置の動作特性を向上させる上で重要なポイントとなっている。
【０００３】
従来、パターンの重ね合わせ精度がどの程度になっているかを測定する方法としては、ウエハ上の数点において下層の測定用パターン（例えば、箱型のパターン）と上層の測定用パターン（例えば、下層の測定用パターンよりも大きい箱型のパターン）との平面視像を光学顕微鏡によって写し出し、各測定用パターンの中心点位置のずれ量（Ｘ，Ｙ方向へのずれ量）を測定して、重ね合わせ精度を算出している。
【０００４】
図３は従来例を説明する図で、（ａ）は測定用パターンの拡大図、（ｂ）はウエハ上の測定点を示す図、（ｃ）は測定結果を示す図である。すなわち、図３（ａ）に示すように、測定用パターンとしては、下層に設けられた箱型のパターンＢ１と、上層に設けられた箱型のパターンＢ２とが形成され、各々の中心点位置のずれ量Ｘa ，Ｙa を図３（ｂ）に示すウエハ１０上の各測定点（・で示される位置）で測定する。
【０００５】
この測定は、光学顕微鏡を用いて各パターンＢ１、Ｂ２の平面視像をとらえ、各々の中心点位置を自動的に求めてずれ量を算出するようにしている。測定点がｎ個ある場合には、図３（ｃ）に示すように各測定点（ｎ個）のＸ方向、Ｙ方向へのずれ量（Ｘ1 ，Ｙ1 、Ｘ2 ，Ｙ2 、Ｘ3 ，Ｙ3 、…、Ｘn ，Ｙn ）が求められ、その平均値Ｘave ，Ｙave と、標準偏差Ｘσ，Ｙσが計算される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような重ね合わせ精度測定方法では、光学顕微鏡を用いていることから少なからず像の歪みによって影響が生じ測定誤差を発生せさている。この測定誤差の１つに、同じ対象物を正立像と倒立像とで測定した値の絶対値が同じ値とならない誤差、すなわちＴＩＳ（Tool Induced Shift）と呼ばれる誤差がある。
【０００７】
図４（ａ）に示すように、正立像によって得たパターンＢ１、Ｂ２の中心点位置のずれ量Ｘ，Ｙと、図４（ｂ）に示すように、倒立像によって得たパターンＢ１’、Ｂ２’の中心点位置のずれ量Ｘ’，Ｙ’とを求めると、｜Ｘ｜≠｜Ｘ’｜、｜Ｙ｜≠｜Ｙ’｜となる場合、その差がＴＩＳ成分となる。
【０００８】
このＴＩＳ成分を消去するための補正としては、  事前にプロセス・工程毎にＴＩＳ成分を取得しておき、後の重ね合わせ精度測定の際に補正する方法と、重ね合わせ精度測定を行う毎に正立像と倒立像とを全ての測定点で測定してＴＩＳ成分を補正する方法とがある。
【０００９】
しかしながら、上記  による補正方法では、測定装置の光学特性が変動したり、測定対象であるパターンの変動によってＴＩＳ成分が変わるため、事前に得たＴＩＳ成分では補正が不十分となってしまう。  また、上記  による補正方法では、測定装置の光学特性の変動ならびに測定対象であるパターンの変動には影響を受けないが、測定時間が大幅に増加するという問題がある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような課題を解決するために成された重ね合わせ精度測定方法である。すなわち、本発明は、基板上に形成した第１のパターンと、この第１のパターン上に形成した第２のパターンとの重ね合わせ精度を平面視像によって測定する方法において、測定対象となる基板での複数の測定点のうち、一部の測定点だけ重ね合わせ精度を平面視正立像および平面視倒立像によって測定し、この一部の測定点以外の測定点では重ね合わせ精度を平面視正立像または平面視倒立像によって測定する工程と、一部の測定点だけ測定した平面視正立像での重ね合わせ精度の測定値と平面視倒立像での重ね合わせ精度の測定値との差分の平均値を求め、測定対象となる基板の各測定点での重ね合わせ精度の測定値から前記平均値を差し引いて補正を行う工程とを備えている。
【００１１】
また、測定対象となる基板と同様なパターンが形成された基板上の複数の測定点において、重ね合わせ精度を平面視正立像および平面視倒立像によって測定しておく工程と、複数の測定点における各々の平面視正立像での重ね合わせ精度の測定値と平面視倒立像での重ね合わせ精度の測定値との差分を求め、その差分の標準偏差を求める工程と、目標の補正値を設定し、前記標準偏差においてこの目標の補正値を満足するためのサンプリング数を算出する工程と、測定対象となる基板での複数の測定点のうち、前記サンプリング数だけ重ね合わせ精度を平面視正立像および平面視倒立像によって測定し、その他の測定点では重ね合わせ精度を平面視正立像または平面視倒立像によって測定する工程と、前記サンプリング数だけ測定した平面視正立像での重ね合わせ精度の測定値と平面視倒立像での重ね合わせ精度の測定値との差分の平均値を求め、測定対象となる基板の各測定点での重ね合わせ精度の測定値から前記平均値を差し引いて補正を行う工程とを備えている重ね合わせ精度測定方法でもある。
【００１２】
本発明では、測定対象となる基板の複数の測定点のうち、一部の測定点だけ第１のパターンと第２のパターンとの重ね合わせ精度を平面視正立像および平面 倒立像によって測定し、この一部の測定点以外の測定点では重ね合わせ精度を平面視正立像または平面視倒立像によって測定しているため、全ての測定点で平面視正立像および平面視倒立像によって重ね合わせ精度を測定する場合に比べ測定時間を短縮できるようになる。
【００１３】
また、測定対象となる基板と同様なパターンが形成された基板上の複数の測定点において、第１のパターンと第２のパターンとの重ね合わせ精度を平面視正立像および平面視倒立像によって測定し、この平面視正立像と平面視倒立像とでの測定値の差分を求めてその標準偏差を求め、この標準偏差において目標の補正値を満足するためのサンプリング数を算出することで、測定対象となる基板の測定においては、このサンプリング数だけ重ね合わせ精度を平面視正立像および平面視倒立像によって測定し、その他の測定点では重ね合わせ精度を平面視正立像または平面視倒立像によって測定すればよいことになる。
【００１４】
すなわち、このサンプリング数だけ重ね合わせ精度を平面視正立像および平面視倒立像によって測定してその差分の平均値を求め、測定対象となる基板の各測定点での重ね合わせ精度の測定値からこの平均値を差し引く補正を行うことで、先の目標の補正値を満足する補正後の測定値が得られるようになる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の重ね合わせ精度測定における実施の形態を図に基づいて説明する。図１は本実施形態を説明する図（その１）、図２は本実施形態を説明する図（その２）である。
【００１６】
先ず、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、測定対象となるウエハと同様なパターンが形成されたウエハ１０を用いて、ウエハ１０上の複数の測定点で正立像と倒立像とで重ね合わせ精度の測定を行う。重ね合わせ精度の測定は、図４に示すように、下層に形成された箱型のパターンＢ１と上層に形成された箱型のパターンＢ２との各々の中心点位置のずれ量の測定によって行われる。
【００１７】
図１（ａ）、（ｂ）に示す例では、ウエハ１０上の＜１＞〜＜９＞までの９個の測定点で正立像および倒立像の重ね合わせ精度を測定している。図１（ｃ）は、Ｘ方向における正立像での重ね合わせ精度の測定値（Ｘ1 、Ｘ2 、Ｘ3 、…、Ｘ9 ）および倒立像での重ね合わせ精度の測定値（Ｘ1 ’、Ｘ2 ’、Ｘ3 ’、…、Ｘ9 ’）と、真の正立像の値（ＳX1、ＳX2、ＳX3、…、ＳX9）と、正立像での重ね合わせ精度の測定値から真の正立像の値を差し引いた値であるＴＩＳ（ＸTIS1、ＸTIS2、ＸTIS3、…、ＸTIS9）を各々示している。
【００１８】
ここで、真の正立像とは、正立像での重ね合わせ精度の測定値と倒立像での重ね合わせ精度の測定値との中間値であり、例えば、正立像での重ね合わせ精度の測定値Ｘ1 、倒立像での重ね合わせ精度の測定値Ｘ1 ’の場合、真の正立像の値ＳX1は以下の（１）式で示される。
【００１９】
ＳX1＝−（Ｘ1 ＋Ｘ1 ’）／２＋Ｘ1       …（１）
【００２０】
つまり、Ｘ1 ＝−０．０３３（μｍ）、Ｘ1 ’＝０．０４４（μｍ）の場合、ＳX1＝−０．０３９（μｍ）となり、ＸTIS1＝０．００６（μｍ）となる。
【００２１】
また、図１（ｄ）は、Ｙ方向における正立像での重ね合わせ精度の測定値（Ｙ1 、Ｙ2 、Ｙ3 、…、Ｙ9 ）および倒立像での重ね合わせ精度の測定値（Ｙ1 ’、Ｙ2 ’、Ｙ3 ’、…、Ｙ9 ’）と、真の正立像の値（ＳY1、ＳY2、ＳY3、…、ＳY9）と、正立像での重ね合わせ精度の測定値から真の正立像の値を差し引いた値であるＴＩＳ（ＹTIS1、ＹTIS2、ＹTIS3、…、ＹTIS9）を各々示している。
【００２２】
また、図１（ｃ）、（ｄ）において、計算した正立像でのＴＩＳと倒立像でのＴＩＳとの各々の標準偏差ＸTIS σ、ＹTIS σを求めておく。
【００２３】
次に、目標とする補正後のＴＩＳ成分を設定し、先に求めた標準偏差と次の（２）式を用いてサンプリング数を算出する。なお、ここで目標とする補正後のＴＩＳ成分をβ、先に求めた標準偏差をσ、サンプリング数をｎとする。
【００２４】
β＝３σ／√ｎ      …（２）
【００２５】
例えば、求められた標準偏差がσ＝０．００１２μｍ、目標とする補正後のＴＩＳ成分をβ＝０．００３μｍとした場合、
0003902839.tif 000002
【００２６】
すなわち、２点のサンプリング数によって目標とする補正後のＴＩＳ成分である０．００３μｍを満足できることになる。
【００２７】
また、上記と同じ標準偏差σで、目標とする補正後のＴＩＳ成分をβ＝０．００１５μｍとした場合、
0003902839.tif 000003
【００２８】
すなわち、６点のサンプリング数によって目標とする補正後のＴＩＳ成分である０．００１５μｍを満足できることになる。
【００２９】
なお、上記サンプリング数を算出する式は（２）式に限定されず、これ以外の算出式を用いてもよい。
【００３０】
次に、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、測定対象となるウエハ１０’に対する重ね合わせ精度測定を行う。この測定では、先に算出したサンプリング数だけ、図２（ａ）に示す倒立像と図２（ｂ）に示す正立像との両方で重ね合わせ精度の測定を行い、他の測定点では図２（ｂ）に示す正立像だけで重ね合わせ精度の測定を行う。
【００３１】
例えば、先に算出したサンプリング数がｎ＝３であった場合、図２（ａ）に示す３つの測定点＜２＞、＜４＞、＜７＞では、倒立像および正立像の両方で重ね合わせ精度の測定を行う。また、その他の測定点＜１＞、＜３＞、＜５＞、＜６＞、＜８＞、＜９＞では、図２（ｂ）に示す正立像のみで重ね合わせ精度の測定を行う。なお、この倒立像および正立像の両方での重ね合わせ精度の測定を行う測定点＜２＞、＜４＞、＜７＞はウエハ１０’上のランダム（無作為）な位置でよい。また＜１＞〜＜９＞の中のどの３点であってもよい。
【００３２】
図２（ｃ）は、全ての測定点での正立像によるＸ方向の重ね合わせ精度の測定値（Ｘ1 、Ｘ2 、Ｘ3 、…、Ｘ9 ）と、３点での倒立像によるＸ方向の重ね合わせ精度の測定値（Ｘ1 ’、Ｘ2 ’、Ｘ3 ’）と、３点における真の正立像の値（ＳX1、ＳX2、ＳX3）と、３点における正立像での位置合わせ精度の測定値から真の正立像の値を差し引いた値であるＴＩＳ（ＸTIS1、ＸTIS2、ＸTIS3）とを示している。
【００３３】
また、図２（ｄ）は、全ての測定点での正立像によるＹ方向の重ね合わせ精度の測定値（Ｙ1 、Ｙ2 、Ｙ3 、…、Ｙ9 ）と、３点での倒立像によるＹ方向の重ね合わせ精度の測定値（Ｙ1 ’、Ｙ2 ’、Ｙ3 ’）と、３点における真の正立像の値（ＳY1、ＳY2、ＳY3）と、３点における正立像での位置合わせ精度の測定値から真の正立像の値を差し引いた値であるＴＩＳ（ＹTIS1、ＹTIS2、ＹTIS3）とを示している。
【００３４】
次いで、この図２（ｃ）および図２（ｄ）に示す各測定点での正立像による測定点の平均値と、３点におけるＴＩＳ成分の平均値を求めておく。このＸ方向における各測定点での正立像による測定値の平均値はＸave 、Ｙ方向における平均値はＹave で示され、Ｘ方向におけるＴＩＳの平均値はＸTISave、Ｙ方向における差分の平均値はＹTISaveで示される。
【００３５】
そして、重ね合わせ精度の測定値の補正処理として、Ｘ，Ｙ方向における各測定点での正立像による測定値の平均値Ｘave 、Ｙave からＴＩＳの平均値ＸTISave、ＹTISaveを差し引く処理を行う。
【００３６】
すなわち、Ｘ方向における測定値の補正で得られる値Ｘは、
Ｘ＝Ｘave −ＸTISave
となり、
Ｙ方向における測定値の補正で得られる値Ｙは、
Ｙ＝Ｙave −ＹTISave
となる。
【００３７】
これによって、全ての測定点で正立像と倒立像との重ね合わせ精度測定を行うことなく、所定の補正精度を得ることができる最小限の測定点数でＴＩＳ成分を算出でき、このＴＩＳ成分の補正を行うことができるようになる。
【００３８】
すなわち、先の計算で算出したサンプリング数だけ正立像と倒立像との重ね合わせ精度の測定を行えば、その計算で使用した目標とするＴＩＳ成分βを満足することができるため、最小限のサンプリング数でＴＩＳ成分を求めて各測定点における重ね合わせ精度の測定値からそのＴＩＳ成分を差し引くことで、十分な補正精度を得ることができるようになる。
【００３９】
この重ね合わせ精度の測定方法においては、事前に測定対象と同様なパターンを備えたウエハ１０（図１参照）を用いてＴＩＳの標準偏差を求め、この標準偏差を用いてサンプリング数を算出しているが、ウエハ１０におけるＴＩＳの標準偏差を求めた場合、これをデータベースに蓄積しておき、サンプリング数を算出する際にこのデータベースから測定対象のウエハ１０’（図２参照）と対応するＴＩＳの標準偏差を呼び出し、その呼び出したＴＩＳの標準偏差を用いてサンプリング数の計算するようにしてもよい。
【００４０】
また、このデータベースには、複数種類（作業工程の異なるもの等）のウエハ１０におけるＴＩＳの標準偏差を蓄積しておき、測定対象のウエハ１０’での重ね合わせ精度測定を行う際、このデータベースから対応するＴＩＳの標準偏差を呼び出してサンプリング数を算出し、実際の重ね合わせ精度測定を行うようにしてもよい。
【００４１】
例えば、目標とする補正後のＴＩＳ成分βの値を変更してサンプリング数を再度計算し直したい場合、変更前のサンプリング数算出で用いたＴＩＳの標準偏差をデータベースから呼び出し、この標準偏差を用いて変更後の目標とするＴＩＳ成分βによって新たなサンプリング数を算出する。
【００４２】
これによって、再度ウエハ１０における面内の複数点で正立像および倒立像の両方による重ね合わせ精度測定を行ってＴＩＳの標準偏差を求める必要がなくなり、目標とする補正後のＴＩＳ成分βを変更した場合であっても、変更後のサンプリング数を短時間で計算できるようになる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の重ね合わせ精度測定方法によれば次のような効果がある。すなわち、事前に基板面内のＴＩＳの標準偏差を求め、目標とする補正後のＴＩＳ成分を満足するサンプリング数を算出していることから、無駄に平面視倒立像の測定を行うことなく、短時間でＴＩＳ成分を十分補正できる測定を行うことが可能となる。
【００４４】
また、このサンプリング数で実際の測定対象となる基板において平面視正立像と平面視倒立像との重ね合わせ精度の測定を行い、そのＴＩＳ成分の平均値を補正値とし、平面視正立像または平面視倒立像で測定した各測定点の測定値から減算することで、基板面内の形成パターンの変動によって生じるＴＩＳの基板面内のばらつきを十分に補正することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態を説明する図（その１）である。
【図２】本実施形態を説明する図（その２）である。
【図３】従来例を説明する図である。
【図４】正立像と倒立像とを説明する平面図である。
【符号の説明】
１０  ウエハ
Ｂ１、Ｂ２  パターン
【図１】
0003902839.tif 000004
【図２】
0003902839.tif 000005
【図３】
0003902839.tif 000006
【図４】
0003902839.tif 000007