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技術 フォトリソグラフィ工程における重ね合わせ精度測定方法、及びフォトリソグラフィ工程における重ね合わせ精度測定マーク

出願人 ソニー株式会社
発明者 春日卓
出願日 1997年10月27日 (23年1ヶ月経過) 出願番号 1997-294143
公開日 1999年5月21日 (21年6ヶ月経過) 公開番号 1999-132716
状態 未査定
技術分野 光学的手段による測長装置 ホトレジスト感材への露光・位置合せ 半導体の露光(電子、イオン線露光を除く) 半導体の露光(電子、イオン線露光を除く)
主要キーワード 変形誤差 層マーク 開口底 エッジ間距離 プロセス要因 精度測定用マーク エッジ幅 成膜精度
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1999年5月21日)のものです。
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図面 (10)

課題

重ね合わせ精度の測定精度自体の劣化をも測定でき、精度測定用マークの最適化が図れ、プロセス条件の最適化をも実現可能で、効果的な重ね合わせ精度の補正ができ、被露光面全面にわたる高精度な重ね合わせ精度測定ができて、これにより高精度な重ね合わせを達成できる、フォトリソグラフィ工程における重ね合わせ精度測定方法、及び重ね合わせ精度測定マークを提供する。

解決手段

重ね合わせ精度測定マーク1,2により重ね合わせ精度を測定し該マークの変形を測定することにより重ね合わせ精度測定自体の測定精度の劣化を測定して精度測定自体の測定精度をも測定可能としたフォトリソグラフィ工程における重ね合わせ精度測定方法。重ね合わせ精度測定マークにより重ね合わせ精度を測定し、この重ね合わせ精度測定マークによって重ね合わせ精度測定自体の測定精度をも測定可能とした重ね合わせ精度測定マーク。

概要

背景

従来より、フォトリソグラフィ技術により、電子部品等、たとえば半導体装置などを形成することが行われている。この場合通常、被露光面である半導体ウエーハ等に形成した各層について、転写すべきパターンを、パターンの重ね合わせを精密に行って、当該パターン転写を行い、各層に必要なパターン、たとえば配線パターンホールパターン等を形成し、所望の構造を得る。

この場合に、重ね合わせの精度を測定することが行われている。重ね合わせ精度の測定は、重ね合わせ精度の測定用パターン精度測定マーク)を形成して、これを用いて行われる。従来、半導体集積回路製造工程のフォトリソグラフィ工程においては、10×10μm角〜20×20μm角程度の箱形パターンを重ね合わせて形成し、両者の位置ずれを、顕微鏡画像画像処理したり、電子線走査信号波形より測定して、この位置ずれを把握することにより重ね合わせ精度を測定してきた。

しかし近年、半導体デバイス微細化が急速に進み、生産ベルでは0.25μmルール研究開発レベルでは0.15μmルールでかつ1Gbit〜4Gbitと言った大規模集積が達成されつつある。当然のことながら、そこで要求される重ね合わせ精度はきわめて高度である。たとえば、チップ全体にわたり、80nm〜50nmの高精度が求められている。したがって、重ね合わせにこのような高精度が求められている以上、重ね合わせ精度の測定技術も、それに見合った高精度でなければならない。

一方、半導体デバイス構造もより複雑化・3次元化しており、このため、各種のプロセス技術が採用されるようになっている。たとえば、特殊な成膜方法や、研磨による平坦化プロセスが積極的に適用されて来ている。ところが、このような成膜や研磨によって、重ね合わせ精度の測定用パターン(精度測定マーク)の形状劣化が発生することがある。このような精度測定用パターンの形状劣化は、重ね合わせ精度測定自体の測定精度劣化させる。これは測定した精度自体の信頼性を低下させるものであり、重ね合わせ精度測定において大きな問題点となって来ている。

通常、フォトリソグラフィ工程では、重ね合わせ精度を、1ロット内で、まず1枚のウエーハで測定し、ウエーハの伸縮、装置の経時変化に起因する系統的な重ね合わせ誤差を測定し、補正量を計算し、残りのウエーハで、実際のパターン形成を行う。

したがって、正確な重ね合わせ精度が達成できない場合には、適切な補正量を求めることができず、結果として、高精度な重ね合わせが困難となる。

以下、従来の重ね合わせ精度の測定用パターン(測定マーク)を示す図7ないし図9を参照して、従来技術に係る重ね合わせ精度測定について説明する。いま、図7に示すx方向の重ね合わせ精度を測定するものとする。図7に示すように、重ね合わせ精度測定マークは、第1層形成パターン1と、第2層形成パターン(レジスト)2とで構成されている。符号3で、微細な実デバイスパターンを模式的に示す。上記第1層形成パターン1と、第2層形成パターン(レジスト)2のエッジ位置から、エッジ間距離a0 x,b0 xを測定し、重ね合わせ精度A0 xを算出する。

概要

重ね合わせ精度の測定精度自体の劣化をも測定でき、精度測定用マークの最適化が図れ、プロセス条件の最適化をも実現可能で、効果的な重ね合わせ精度の補正ができ、被露光面全面にわたる高精度な重ね合わせ精度測定ができて、これにより高精度な重ね合わせを達成できる、フォトリソグラフィ工程における重ね合わせ精度測定方法、及び重ね合わせ精度測定マークを提供する。

重ね合わせ精度測定マーク1,2により重ね合わせ精度を測定し該マークの変形を測定することにより重ね合わせ精度測定自体の測定精度の劣化を測定して精度測定自体の測定精度をも測定可能としたフォトリソグラフィ工程における重ね合わせ精度測定方法。重ね合わせ精度測定マークにより重ね合わせ精度を測定し、この重ね合わせ精度測定マークによって重ね合わせ精度測定自体の測定精度をも測定可能とした重ね合わせ精度測定マーク。

目的

本発明は、上記従来技術の問題点を解決して、重ね合わせ精度の測定精度自体の劣化をも測定できるとともに、重ね合わせ精度測定用パターンである精度測定用マークの最適化が図れ、またプロセス条件の最適化をも実現可能であり、これによって効果的な重ね合わせ精度の補正が可能で、よって被露光面全面にわたる高精度な重ね合わせ精度測定ができて、これにより高精度な重ね合わせを達成できる、フォトリソグラフィ工程における重ね合わせ精度測定方法、及びフォトリソグラフィ工程における重ね合わせ精度測定マークを提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
5件
牽制数
1件

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請求項1

フォトリソグラフィ工程における重ね合わせ精度の測定方法であって、重ね合わせ精度測定マークにより重ね合わせ精度を測定するとともに、この重ね合わせ精度測定マークの変形を測定することにより、重ね合わせ精度測定自体の測定精度劣化を測定して、これによって重ね合わせ精度測定自体の測定精度をも測定可能としたことを特徴とする、フォトリソグラフィ工程における重ね合わせ精度測定方法

請求項2

重ね合わせ精度測定マークにより重ね合わせ精度を測定するとともに、この重ね合わせ精度測定マークを対称に形成し、該重ね合わせ精度測定マークの非対称性を測定することにより、重ね合わせ精度測定マークの変形による重ね合わせ精度測定自体の測定精度の劣化を測定して、これによって重ね合わせ精度測定自体の測定精度をも測定可能としたことを特徴とする、請求項1に記載のフォトリソグラフィ工程における重ね合わせ精度測定方法。

請求項3

重ね合わせ精度の測定精度の劣化を、重ね合わせ精度の測定と同時に把握して、これに基づき補正を行って、重ね合わせ精度測定を行うことを特徴とする、請求項1に記載のフォトリソグラフィ工程における重ね合わせ精度測定方法。

請求項4

上記フォトリソグラフィ工程が、半導体装置製造プロセスにおけるフォトリソグラフィ工程であることを特徴とする、請求項1に記載のフォトリソグラフィ工程における重ね合わせ精度測定方法。

請求項5

上記重ね合わせ精度の測定精度の劣化が、パターン形成プロセスまたは成膜プロセスに起因するものであることを特徴とする、請求項4に記載のフォトリソグラフィ工程における重ね合わせ精度測定方法。

請求項6

フォトリソグラフィ工程における重ね合わせ精度測定に用いる重ね合わせ精度測定マークであって、該重ね合わせ精度測定マークにより重ね合わせ精度を測定するとともに、この重ね合わせ精度測定マークによって重ね合わせ精度測定自体の測定精度をも測定可能としたことを特徴とする、フォトリソグラフィ工程における重ね合わせ精度測定マーク。

請求項7

重ね合わせ精度測定マークを対称に形成し、該重ね合わせ精度測定マークの非対称性を測定可能とすることにより、重ね合わせ精度測定マークの変形による重ね合わせ精度測定自体の測定精度の劣化を測定して、これによって重ね合わせ精度測定自体の測定精度をも測定可能としたことを特徴とする、請求項6に記載のフォトリソグラフィ工程における重ね合わせ精度測定マーク。

請求項8

上記フォトリソグラフィ工程が、半導体装置製造プロセスにおけるフォトリソグラフィ工程であることを特徴とする、請求項6に記載のフォトリソグラフィ工程における重ね合わせ精度測定マーク。

技術分野

0001

本発明は、フォトリソグラフィ工程における重ね合わせ精度測定方法、及びフォトリソグラフィ工程における重ね合わせ精度測定マークに関する。特に、フォトリソグラフィ工程において、転写パターンの重ね合わせ精度を測定するための重ね合わせ精度測定方法、及び重ね合わせ精度測定マークに関するものである。本発明は、半導体デバイス製造プロセス等におけるフォトリソグラフィ工程での、各種要因に起因する、重ね合わせ精度の測定精度自体の劣化を把握して、これに基づき補正を行い得るようにした重ね合わせ精度測定方法、及び重ね合わせ精度測定マークを提供するものである。

背景技術

0002

従来より、フォトリソグラフィ技術により、電子部品等、たとえば半導体装置などを形成することが行われている。この場合通常、被露光面である半導体ウエーハ等に形成した各層について、転写すべきパターンを、パターンの重ね合わせを精密に行って、当該パターン転写を行い、各層に必要なパターン、たとえば配線パターンホールパターン等を形成し、所望の構造を得る。

0003

この場合に、重ね合わせの精度を測定することが行われている。重ね合わせ精度の測定は、重ね合わせ精度の測定用パターン(精度測定マーク)を形成して、これを用いて行われる。従来、半導体集積回路製造工程のフォトリソグラフィ工程においては、10×10μm角〜20×20μm角程度の箱形パターンを重ね合わせて形成し、両者の位置ずれを、顕微鏡画像画像処理したり、電子線走査信号波形より測定して、この位置ずれを把握することにより重ね合わせ精度を測定してきた。

0004

しかし近年、半導体デバイス微細化が急速に進み、生産ベルでは0.25μmルール研究開発レベルでは0.15μmルールでかつ1Gbit〜4Gbitと言った大規模集積が達成されつつある。当然のことながら、そこで要求される重ね合わせ精度はきわめて高度である。たとえば、チップ全体にわたり、80nm〜50nmの高精度が求められている。したがって、重ね合わせにこのような高精度が求められている以上、重ね合わせ精度の測定技術も、それに見合った高精度でなければならない。

0005

一方、半導体デバイス構造もより複雑化・3次元化しており、このため、各種のプロセス技術が採用されるようになっている。たとえば、特殊な成膜方法や、研磨による平坦化プロセスが積極的に適用されて来ている。ところが、このような成膜や研磨によって、重ね合わせ精度の測定用パターン(精度測定マーク)の形状劣化が発生することがある。このような精度測定用パターンの形状劣化は、重ね合わせ精度測定自体の測定精度を劣化させる。これは測定した精度自体の信頼性を低下させるものであり、重ね合わせ精度測定において大きな問題点となって来ている。

0006

通常、フォトリソグラフィ工程では、重ね合わせ精度を、1ロット内で、まず1枚のウエーハで測定し、ウエーハの伸縮、装置の経時変化に起因する系統的な重ね合わせ誤差を測定し、補正量を計算し、残りのウエーハで、実際のパターン形成を行う。

0007

したがって、正確な重ね合わせ精度が達成できない場合には、適切な補正量を求めることができず、結果として、高精度な重ね合わせが困難となる。

0008

以下、従来の重ね合わせ精度の測定用パターン(測定マーク)を示す図7ないし図9を参照して、従来技術に係る重ね合わせ精度測定について説明する。いま、図7に示すx方向の重ね合わせ精度を測定するものとする。図7に示すように、重ね合わせ精度測定マークは、第1層形成パターン1と、第2層形成パターン(レジスト)2とで構成されている。符号3で、微細な実デバイスパターンを模式的に示す。上記第1層形成パターン1と、第2層形成パターン(レジスト)2のエッジ位置から、エッジ間距離a0 x,b0 xを測定し、重ね合わせ精度A0 xを算出する。

0009

A0 x=(a0 x−b0 x)/2

0010

y方向についても、同様に測定を行う。

0011

ところが、従来技術には、次の問題点がある。第1層形成パターン1における重ね合わせ精度測定マークが、続く成膜工程のカバレッジの非対象性によって変形している場合の例を、図8に示す。このとき、観測されるアライメント精度A1 obs xは、次の式で表される。

0012

A1 obs x=(a1 x−b1 x)/2

0013

しかし、ここでは成膜による非対称性による測定誤差A1 err xを含んでいる。これは、次式に示すようなものである。次式中、a1 err x,b1 err xは、図8に示すように変形による誤差である。

0014

A1 err x=(a1 err x−b1 err x)/2
a1 err x≠b1 err x

0015

通常、A1 err x、a1 err x、b1 err xは、測定することが不可能である。このため、従来の手法では、重ね合わせ精度測定自体の精度を知ることは、困難である。

0016

また、第2層により形成されるパターン2の変形(レジスト形状の非対称性)が発生した場合の、重ね合わせ精度測定誤差の発生例を、図9に示す。観測される重ね合わせ精度A2 obs xは、次式で与えられる。

0017

A2 obs x=(a2 x−b2 x)/2

0018

しかし、ここには、それぞれのエッジ位置の変形に由来する誤差a2 errx out、a2 err x in、b2 err x in、b2 err x out(図8参照)による測定誤差A2 err xを含んでいる。これは、次式に示すようなものである。上記と同様に、A2 err xを測定から知ることは、困難である。

0019

A2 err x=(a2 err x out+a2 err x in−b2 err x in+b2 err x out)/2
a2 err x in≠b2 err x in
a2 err x out≠b2 err x out

発明が解決しようとする課題

0020

上記したように、従来技術にあっては、重ね合わせ精度測定用パターンである重ね合わせ精度測定マークの各種要因による変形に基づく重ね合わせ精度測定自体の測定精度の劣化については、これを考慮することはできなかった。その結果、高精度な重ね合わせ精度測定が実現できず、また、精度測定用マークの最適化や、これによるプロセス条件の最適化を実現することはできなかった。

0021

本発明は、上記従来技術の問題点を解決して、重ね合わせ精度の測定精度自体の劣化をも測定できるとともに、重ね合わせ精度測定用パターンである精度測定用マークの最適化が図れ、またプロセス条件の最適化をも実現可能であり、これによって効果的な重ね合わせ精度の補正が可能で、よって被露光面全面にわたる高精度な重ね合わせ精度測定ができて、これにより高精度な重ね合わせを達成できる、フォトリソグラフィ工程における重ね合わせ精度測定方法、及びフォトリソグラフィ工程における重ね合わせ精度測定マークを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0022

本発明に係るフォトリソグラフィ工程における重ね合わせ精度測定方法は、重ね合わせ精度測定マークにより重ね合わせ精度を測定するとともに、この重ね合わせ精度測定マークの変形を測定することにより、重ね合わせ精度測定自体の測定精度の劣化を測定して、これによって重ね合わせ精度測定自体の測定精度をも測定可能としたことを特徴とするものである。

0023

また、本発明に係るフォトリソグラフィ工程における重ね合わせ精度測定に用いる重ね合わせ精度測定マークは、該重ね合わせ精度測定マークにより重ね合わせ精度を測定するとともに、この重ね合わせ精度測定マークによって重ね合わせ精度測定自体の測定精度をも測定可能としたことを特徴とするものである。

0024

本発明によれば、重ね合わせ精度測定マークの変形による重ね合わせ精度測定自体の測定精度の劣化を測定でき、よって重ね合わせ精度測定自体の測定精度の測定によって、適正かつ効率的な重ね合わせ精度測定が実現できる。

発明を実施するための最良の形態

0025

以下本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明し、また、本発明の好ましい実施の形態の具体例について、図面を参照して説明する。但し当然のことではあるが、本発明は図示実施の形態例に限定されるものではない。

0026

本発明のフォトリソグラフィ工程における重ね合わせ精度の測定方法は、重ね合わせ精度測定マークにより重ね合わせ精度を測定するとともに、この重ね合わせ精度測定マークの変形を測定することにより、重ね合わせ精度測定自体の測定精度の劣化を測定して、これによって重ね合わせ精度測定自体の測定精度をも測定可能とする。

0027

この場合に、重ね合わせ精度測定マークにより重ね合わせ精度を測定するとともに、この重ね合わせ精度測定マークを対称に形成し、該重ね合わせ精度測定マークの非対称性を測定することにより、重ね合わせ精度測定マークの変形による重ね合わせ精度測定自体の測定精度の劣化を測定して、これによって重ね合わせ精度測定自体の測定精度をも測定可能とするのは、好ましい形態である。

0028

また、重ね合わせ精度の測定精度の劣化を、重ね合わせ精度の測定と同時に把握して、これに基づき補正を行って、重ね合わせ精度測定を行うのは、好ましい形態である。

0029

本発明のフォトリソグラフィ工程における重ね合わせ精度測定に用いる重ね合わせ精度測定マークは、該重ね合わせ精度測定マークにより重ね合わせ精度を測定するとともに、この重ね合わせ精度測定マークによって重ね合わせ精度測定自体の測定精度をも測定可能としたものである。

0030

この場合に、重ね合わせ精度測定マークを対称に形成し、該重ね合わせ精度測定マークの非対称性を測定可能とすることにより、重ね合わせ精度測定マークの変形による重ね合わせ精度測定自体の測定精度の劣化を測定して、これによって重ね合わせ精度測定自体の測定精度をも測定可能とするのは、好ましい形態である。

0031

本発明は、フォトリソグラフィ工程が、半導体装置製造プロセスにおけるフォトリソグラフィ工程である場合に、好ましく適用できる。

0032

また、重ね合わせ精度の測定精度の劣化が、パターン形成プロセス及び/または成膜プロセスに起因するものである場合に、好ましく適用できる。

0033

実施の形態例1
この実施の形態例は、本発明を、半導体集積回路製造プロセスにおけるフォトリソグラフィ工程における重ね合わせ精度の測定に具体化したものである。フォトリソグラフィ工程の被露光面はシリコンウエーハ等の半導体ウエーハであり、該ウエーハ上の複数の層に、各種パターニング露光が行われる。

0034

本実施の形態例における、新規な重ね合わせ精度測定マークを、図1に示す。この例においては、第1層形成マーク主尺)及び第2層形成マーク(副尺)は、それぞれ、一定の幅s3 x,t3 x,u3 x,v3 xを持ったパターンから構成されている。すなわち基本的には、幅s3 x(=t3 x)の正方形周辺状パターンであるマーク1と、このマーク1に囲まれたこれより小さい正方形周辺状パターンであるマーク2とからなる。このような重ね合わせ精度測定マーク1,2が、第1層形成マーク(主尺)及び第2層形成マーク(副尺)としてそれぞれ形成されている。マークが設計どおり、正常に形成されている場合は、従来と同様にエッジ間距離から、重ね合わせ精度A3 xを測定することができる。すなわち、重ね合わせ精度A3 xは、次式で表される。

0035

A3 x=(a3 x−b3 x)/2

0036

この場合、図示の適正状態にあっては、重ね合わせ精度測定マークは、設計どおり対称に形成されているので、s3 x=t3 x、u3 x=v3 xとなり、測定精度が正しいことを確認することができる。

0037

次に、本実施の形態例における重ね合わせ精度測定の評価について説明する。本例では、本発明を適用したことにより、重ね合わせ精度を測定し評価するとともに、その重ね合わせ精度測定自体の測定精度をも測定し評価する。本例では、重ね合わせ精度の測定評価と、重ね合わせ精度測定自体の測定精度の測定評価とを、同時に、分離して(独立に)、測定可能とする。

0038

図2を参照する。各種のプロセス技術(たとえば、特殊な成膜、研磨による平坦化プロセス等)により、マークが非対称になる変形が、第1層形成マーク1に発生した場合について説明する。図2は、成膜プロセスにより、第1層形成マーク1に変形が生じ、第1層形成マーク1の底部のエッジ幅が、s3 xからs5xに変化し、t3 xからt5 xに変化して、s3 x≠t3 xとなり、非対称になった場合を示す。この第1層形成マーク1の変形に伴い、マーク1,2間の距離も、a3 x,b3 xからa5 x,b5 xに変化している。この場合に、観測されるアライメント精度A5 obs xは、次式で示される。

0039

A5 obs x=(a5 x−b5 x)/2

0040

しかし観測されたこのアライメント精度A5 obs xは、エッジ変形による測定誤差を含んでいる。この測定誤差A5 err xは、次式で表されるものである。

0041

A5 err x=(a5 err x out−b5 err x out)/2

0042

非対称変形の発生は、測定可能なマーク幅(変形した第1層形成マーク1の幅)s5 x,t5 xより、知ることができる。すなわち、非対称変形A5 err obs xは、次式で知ることができる。

0043

A5 err obs x=(s5 x−t5 x)/2

0044

また、被露光面であるウエハー全面について、その誤差の分布を統計的に解析することによって、重ね合わせ精度測定用マークの測定精度の傾向を知ることができる。これを、たとえば、成膜プロセスの成膜精度と関連させることができる。上記誤差の分布の傾向は、たとえば次式により解析できる。

0045

Σ(A5 err obs x)2 /n
a5 err x≠b5 err x

0046

観測されるアライメント精度A5 obs xは測定することはできないので、定量的な較正は行えない。複数のマークについて、同様に評価を行い、測定誤差Σ(A5 err obs x)2 /nが極小になるようなマーク、もしくは、成膜条件を選択し、これにより高精度な重ね合わせ精度測定を行うことができる。

0047

上述した本実施の形態例によれば、本例の重ね合わせ精度測定パターン(精度測定用マーク)を用いることにより、重ね合わせ精度の測定精度の劣化を同時に測定することが可能である。

0048

また、本実施の形態例によれば、本例の重ね合わせ精度測定パターン(精度測定用マーク)を用いることで、プロセス要因測定誤差(成膜プロセス等に基づく測定誤差)を低減した、重ね合わせ精度測定パターン(精度測定用マーク)構造の最適化を効率的に行うことが可能である。さらにこれにより、プロセス条件の最適化(たとえば上記した成膜条件の最適化)を効率的に行うことも可能になる。

0049

また、本実施の形態例によれば、効果的に重ね合わせ精度の補正を行うことが可能である。よってこの補正により、被露光面(露光フィールド)全面にわたる高精度な重ね合わせ精度測定を達成できる。

0050

実施の形態例2
この例は、実施の形態例1と同様なプロセスについて、本発明を適用したものである。

0051

図3に、本実施の形態例で用いた新規な重ね合わせ精度測定マークを示す。実施の形態例1と同様、第1層形成マーク(主尺)及び第2層形成マーク(副尺)は、それぞれ、一定の幅s4 x,t4 x,u4 x,v4 xを持ったパターンから構成されおり、すなわち、幅s4 x(=t4 x)の正方形周辺状パターンであるマーク1aと、このマーク1aに囲まれたこれより小さい正方形周辺状パターンであるマーク2とからなる。

0052

本例においては、実施の形態例1と異なり、マーク1aは、凹状に形成されている。これは、構造の異なるマークを共存させることにより、測定精度を高めるためである。最も測定精度が高くなる重ね合わせ精度測定マークを使用することが望ましい。たとえば成膜プロセス等による重ね合わせ精度測定マークの変形は、マークの寸法、凹凸と言った構造によって大きく影響を受けるので、あらかじめ図3のように構造の異なるマークを複数同居させ、最も測定精度が高い重ね合わせ精度測定マークを使用するようにするのである。

0053

本例においても、このような重ね合わせ精度測定マーク1a,2が、第1層形成マーク(主尺)及び第2層形成マーク(副尺)としてそれぞれ形成されている。マークが設計どおり、正常に形成されている場合は、実施の形態例1で説明したのと同様に、エッジ間距離から、重ね合わせ精度A4 xを測定することができる。すなわち、重ね合わせ精度A4 xは、次式で表される。

0054

A4 x=(a4 x−b4 x)/2

0055

この場合、図示の適正状態にあっては、重ね合わせ精度測定マークは、設計どおり対称に形成されているので、s4 x=t4 x、u4 x=v4 xとなり、測定精度が正しいことを確認することができる。

0056

図4を参照して、本実施の形態例における重ね合わせ精度測定評価について説明する。ここでは、凹状の第1層形成マーク1aに、図4に示すような、開口底部が狭まる変形が発生して、マーク1aが非対称になった場合を示す。これは、各種のプロセス技術(たとえば、特殊な成膜、研磨による平坦化プロセス等)により、発生する可能性がある。図4は、成膜プロセスにより、第1層形成マーク1aに変形が生じ、第1層形成マーク1aの開口底部エッジ幅が、s4 xからs6 xに変化し、t4 xからt6 xに変化して、s4 x≠t6 xとなり、非対称になった場合を示す。この第1層形成マーク1aの変形に伴い、マーク1a,2間の距離も、a4 x,b4 xからa6 x,b6 xに変化している。この変形に基づく誤差を、a6 err x out,b6 err xoutで示す。この場合に、観測されるアライメント精度A5 obs xは、次式で示される。

0057

A6 obs x=(a6 x−b6 x)/2

0058

しかし観測されたこのアライメント精度A6 obs xは、上記エッジ変形による測定誤差を含んでいる。この測定誤差A6 err xは、次式で表されるものである。

0059

A6 err x=(a6 err x out−b6 err x out)/2

0060

非対称変形の発生は、測定可能なマーク幅(変形した第1層形成マーク1aの幅)s6 x,t6 xより、知ることができる。すなわち、非対称変形A6err obs xは、次式で知ることができる。

0061

A6 err obs x=(s6 x−t6 x)/2

0062

ここで、被露光面であるウエハー全面について、その誤差の分布を統計的に解析することによって、重ね合わせ精度測定用マークの測定精度の傾向を知ることができる。これを、たとえば、成膜プロセスの成膜精度と関連させることができる。上記誤差の分布の傾向は、たとえば次式により解析できる。

0063

Σ(A6 err obs x)2 /n
a6 err x≠b6 err x

0064

観測されるアライメント精度A5 obs xは測定することはできないので、定量的な較正は行えない。複数のマークについて、同様に評価を行い、測定誤差Σ(A6 err obs x)2 /nが極小になるようなマーク、もしくは、成膜条件を選択し、これにより高精度な重ね合わせ精度測定を行うことができる。

0065

ここで、本実施の形態例によれば、本例の重ね合わせ精度測定パターン(精度測定用マーク)では、パターンの凹凸構造の差によって、実施の形態例1の場合と成膜による変形の度合いに差がある。実施の形態例1の場合に比較して、測定されるマーク変形誤差Σ(A6 err obs x)2 /nは、より小さいものとなる。複数の重ね合わせ精度測定マークについて評価を行い、Σ(A6 err obs x)2 /nが最小になるマークを選択する。

0066

本例も、上記した重ね合わせ精度測定パターン(精度測定用マーク)を用いることにより、重ね合わせ精度の測定精度の劣化を同時に測定することが可能である。

0067

また、本例も、上記の重ね合わせ精度測定パターン(精度測定用マーク)を用いることで、プロセス要因測定誤差(成膜プロセス等に基づく測定誤差)を低減した、重ね合わせ精度測定パターン(精度測定用マーク)構造の最適化を効率的に行うことが可能である。さらにこれにより、プロセス条件の最適化(たとえば上記した成膜条件の最適化)を効率的に行うことも可能になる。

0068

また、本例も、効果的に重ね合わせ精度の補正を行うことが可能である。よってこの補正により、被露光面(露光フィールド)全面にわたる高精度な重ね合わせ精度測定を達成できる。

0069

実施の形態例3
この例は、実施の形態例1と同様なプロセスについて、実施の形態例1と同様な重ね合わせ精度測定パターン(精度測定用マーク)を用いる場合に、図5に示したように、第1層形成マーク1(主尺)にみならず、レジスト形成パターンである第2層形成マーク2(副尺)についても、非対称変形が生じた場合への適用を示す。

0070

用いる重ね合わせ精度測定マークは、図1に示したもので、実施の形態例1で説明したように、第1層形成マーク(主尺)及び第2層形成マーク(副尺)は、それぞれ、一定の幅s3 x,t3 x,u3 x,v3 xを持ったパターンから構成されている。これが成膜プロセス等により、第1層形成マーク1に変形が生じ、第1層形成マーク1のエッジ幅が、s3 xからs7 xに変化し、t3 xからt7 xに変化して、s7 x≠t7 xとなり、非対称になるとともに、さらに、第2層形成マーク2のエッジ幅が、u3 x,v3 xから、それぞれu7 x,v7 xに変化して、u7 x≠v7 xとなり、非対称になった場合を示す。これら第1,2層形成マーク1,2の変形に伴い、マーク1,2間の距離も、a3 x,b3 xからa7 x,b7 xに変化している。この場合に、観測されるアライメント精度A5 obs xは、次式で示される。

0071

A7 obs x=(a7 x−b7 x)/2

0072

観測されたこのアライメント精度A7 obs xは、上記したエッジ変形による測定誤差を含んでいる。非対称変形は、実施の形態例1で示したのと同じ手順で、次の式で表される。

0073

A7 err obs out x=(s7 x−t7 x)/2
A7 err obs in x=(u7 x−v7 x)/2

0074

被露光面であるウエハー全面について、その誤差の分布を統計的に解析することによって、重ね合わせ精度測定用マークの測定精度の傾向を知ることができる。これを、たとえば、成膜プロセスの成膜精度と関連させることができる。上記誤差の分布の傾向は、上述と同様、たとえば次式により解析できる。

0075

Σ(A7 err obs out x)2 /n
Σ(A7 err obs in x)2 /n

0076

本例においても、上記各測定誤差が極小になるようなマーク、もしくは、成膜条件を選択し、これにより高精度な重ね合わせ精度測定を行うことができる。

0077

上記したように、本実施の形態例にあっては、第1層形成マーク1の変形に由来する誤差A7 err obs out xと、第1層形成マーク2の変形に由来する誤差A7 err obs in xを独立に測定することが可能である。よって、第1,2層形成マーク1,2がともに変形した場合についても、本発明の効果を得ることができる。

0078

また、本実施の形態例にあっては、測定精度劣化原因を特定することも可能である。第1に、精度劣化原因が、第1層形成マーク1に由来するか、第2層形成マーク1に由来するか、どちらに由来するかを特定することが可能である。これは、従来技術に係るマークでは、困難なことであった。

0079

さらに、第1層形成マークが測定精度劣化原因である場合、図6に示す、第1層形成マーク1′(レジストである第1層フォトリソグラフィ形成用マーク)(図6(a))の形成、及びこれを用いたフォトリソグラフィによるパターン転写及びエッチング図6(b))、及び次の第2層4の成膜(図6(c))の一連の工程で形成されたものであり、フォトリソグラフィ直後にマークの変形をあらかじめ測定しておけば、第1層形成マーク1′によるリソグラフィパターン形成時に精度劣化が起こったか、あるいはエッチング・成膜時にマーク変形が起こったかを特定することができる。

0080

また、図6(d)に示す、第2層形成マーク2が測定精度劣化原因である場合は、純粋に第2層マーク形成フォトリソグラフィでのマーク変形が原因である旨、原因を特定することができる。

0081

その他、この実施の形態例においては上記各実施の形態例の効果と同様な効果を発揮でき、高精度な重ね合わせ精度測定を行うことができ、重ね合わせ精度の測定精度の劣化を同時に測定することが可能であり、プロセス要因測定誤差(成膜プロセス等に基づく測定誤差)を低減した、重ね合わせ精度測定パターン(精度測定用マーク)構造の最適化を効率的に行うことが可能であり、プロセス条件の最適化(たとえば成膜条件の最適化)を効率的に行うことも可能になる。

発明の効果

0082

本発明に係るフォトリソグラフィ工程における重ね合わせ精度測定方法、及びフォトリソグラフィ工程における重ね合わせ精度測定マークによれば、重ね合わせ精度の測定精度自体の劣化をも測定でき、重ね合わせ精度測定用パターンである精度測定用マークの最適化が図れ、またプロセス条件の最適化をも実現可能であり、これによって効果的な重ね合わせ精度の補正が可能で、よって被露光面全面にわたる高精度な重ね合わせ精度測定ができて、これにより高精度な重ね合わせを達成できるという効果がもたらされる。

図面の簡単な説明

0083

図1本発明の実施の形態例1に係る重ね合わせ精度測定マークの構成を示す図である。
図2実施の形態例1における重ね合わせ精度測定の測定精度評価の説明図である。
図3本発明の実施の形態例2に係る重ね合わせ精度測定マークの構成を示す図である。
図4実施の形態例2における重ね合わせ精度測定の測定精度評価の説明図である。
図5実施の形態例3における重ね合わせ精度測定の測定精度評価の説明図である。
図6実施の形態例3における重ね合わせ精度測定の作用説明図である。
図7従来技術に係る重ね合わせ精度測定マーク、及び重ね合わせ精度補正方法を示す図である。
図8従来技術の問題点を示す図である(1)。
図9従来技術の問題点を示す図である(2)。

--

0084

1.1a・・・重ね合わせ精度測定マーク(第1層)、2・・・重ね合わせ精度測定マーク(第2層)。

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