JP2020041859A - 位置計測方法、位置計測装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

位置計測方法、位置計測装置および半導体装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ダイシングラインの面積を削減することができる位置計測方法を提供する。【解決手段】実施形態によれば、位置計測方法は、アライメント計測工程と、オーバレイ計測工程と、を含む。前記アライメント計測工程では、基板上に第１層および第２層が積層して配置され、前記第２層上にレジストが塗布された処理対象の前記第１層に設けられ、波長λ１の光に対する解像限界未満のピッチで複数のセグメント部２６１が配置された第１マーク２１０に、前記波長λ１の光を照射して露光処理でのアライメント計測を行う。前記オーバレイ計測工程では、前記第１マークおよび前記レジストへの露光、現像処理によって形成された、前記ピッチで複数のセグメント部３６１が配置された第２マーク３１０に前記波長λ１よりも短い波長λ２の光を照射してオーバレイ計測を行う。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、位置計測方法、位置計測装置および半導体装置の製造方法に関する。
半導体装置の製造において、露光装置でのマスクの位置決めの際にアライメントマークが使用され、上下に積層された層のパターン間の重ね合せずれ量を決める際にオーバレイマークが使用される。アライメントマークとオーバレイマークとは、基板のダイシングライン上に他の種類のマークと共に配置される。
半導体記憶装置においては、記憶容量を高めるため、記憶素子が配置されるメモリセル領域の面積をなるべく広くすることが望まれている。メモリセル領域の面積を広げる一つの方法は、ダイシングラインの面積を小さくすることである。しかし、ダイシングライン上には、半導体装置の製造に必要な種々のマークが配置されており、ダイシングラインの面積を削減することは困難であった。
特開２００２−６４０５５号公報
本発明の一つの実施形態は、ダイシングラインの面積を削減することができる位置計測方法、位置計測装置および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一つの実施形態によれば、位置計測方法は、アライメント計測工程と、オーバレイ計測工程と、を含む。前記アライメント計測工程では、基板上に第１層および第２層が積層して配置され、前記第２層上にレジストが塗布された処理対象の前記第１層に設けられ、波長λ１の光に対する解像限界未満のピッチで複数のセグメント部が配置された第１マークに、前記波長λ１の光を照射して露光処理でのアライメント計測を行う。前記オーバレイ計測工程では、前記第１マークおよび前記レジストへの露光、現像処理によって形成された、前記ピッチで複数のセグメント部が配置された第２マークに前記波長λ１よりも短い波長λ２の光を照射してオーバレイ計測を行う。
図１は、実施形態によるマークが配置された基板の構成の一例を模式的に示す図である。 図２は、実施形態によるマークの構成の一例を模式的に示す上面図である。 図３は、実施形態によるマークの構成の一例を模式的に示す断面図である。 図４は、実施形態による位置計測方法を含む半導体装置の製造方法の手順の一例を示すフローチャートである。 図５は、アライメント計測時の第１マークのイメージを示す図である。 図６は、第１マークを用いたアライメント計測処理の一例を示すフローチャートである。 図７は、アライメント計測処理時のＸ方向プロファイルの一例を示す図である。 図８は、第１マークおよび第２マークの一例を示す図である。 図９−１は、第１マークおよび第２マークを用いたオーバレイ計測処理の一例を示すフローチャートである（その１）。 図９−２は、第１マークおよび第２マークを用いたオーバレイ計測処理の一例を示すフローチャートである（その２）。 図１０は、オーバレイ計測処理時のＸ方向プロファイルの一例を示す図である。 図１１は、実施形態による回折光計測で使用可能なマークの構成の一例を示す上面図である。 図１２は、露光装置および位置計測装置の制御部のハードウェア構成の一例を示す図である。
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる位置計測方法、位置計測装置および半導体装置の製造方法を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。
図１は、実施形態によるマークが配置された基板の構成の一例を模式的に示す図であり、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。また、図１（ａ）では、上半分が上層およびレジストパターンが配置される前の状態の上面図を示しており、下半分が下層上に上層およびレジストパターンが配置された状態の上面図を示している。図２は、実施形態によるマークの構成の一例を模式的に示す上面図であり、（ａ）は第１マークの構成の一例を示す図であり、（ｂ）は第２マークの構成の一例を示す図である。図３は、実施形態によるマークの構成の一例を模式的に示す断面図であり、図２（ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。
半導体基板などの基板１００には、デバイスパターンを含むパターンが配置される矩形状のパターン配置領域１０１と、パターン配置領域１０１の周囲に配置される額縁状のマーク配置領域１０２と、が設けられる。マーク配置領域１０２は、ダイシングラインとなる領域である。マーク配置領域１０２には、アライメント計測、オーバレイ計測のときに使用されるマーク２１０，３１０を含む種々のマークが配置される。本実施形態では、アライメント計測およびオーバレイ計測で使用されるマークを共通化している。すなわち、１つのマーク２１０，３１０でアライメント計測およびオーバレイ計測を行うことが可能である。また、このようなマーク２１０，３１０は、例えば図１（ａ）に示されるように、基板１００におけるマーク配置領域１０２に複数箇所設けられ、これら複数箇所のマーク２１０，３１０をそれぞれ使用してアライメント計測およびオーバレイ計測を精度よく行うことができる。
基板１００上には、下層となる第１層１１１が配置される。第１層１１１は、例えばパターニングされた導電膜などを含む。また、第１層１１１は、導電膜上に配置された層間絶縁膜などを含んでもよい。マーク配置領域１０２上の第１層１１１には、第１マーク２１０が配置される。図１（ａ）および図２（ａ）に示されるように、第１マーク２１０は、四角形状に配置したライン状パターンが二重に配置された構造を有するバーインバーマークである。以下では、内側の四角形状のパターンをインナパターン２２０といい、外側の四角形状のパターンをアウタパターン２３０という。インナパターン２２０は、Ｘ方向に延在する互いに平行な第１構成部２２１および第２構成部２２２と、Ｙ方向に延在する互いに平行な第３構成部２２３および第４構成部２２４と、を有する。これらのうち、第１構成部２２１および第２構成部２２２は上層とのオーバレイ計測のときに、第１マーク２１０における２つの第１方向（Ｘ方向）構成部として使用される。また、第３構成部２２３および第４構成部２２４はオーバレイ計測のときに、第１マーク２１０における２つの第２方向（Ｙ方向）構成部として使用される。アウタパターン２３０は、Ｘ方向に延在する互いに平行な第５構成部２３１および第６構成部２３２と、Ｙ方向に延在する互いに平行な第７構成部２３３および第８構成部２３４と、を有する。
パターニングされた第１層１１１上には、上層である第２層１１２が配置され、第２層１１２上には、第２層１１２を加工するためのレジストパターン１１３が配置される。第２層１１２は、例えば以後の工程でパターニングされる導電膜などである。マーク配置領域１０２上のレジストパターン１１３には、第２マーク３１０が配置される。図１（ａ）および図２（ｂ）に示されるように、第２マーク３１０は、ライン状パターンが四角形状に配置された構造を有する。第２マーク３１０は、Ｘ方向に延在する互いに平行な第９構成部３２１および第１０構成部３２２と、Ｙ方向に延在する互いに平行な第１１構成部３２３および第１２構成部３２４と、を有する。これらのうち、第９構成部３２１および第１０構成部３２２は下層とのオーバレイ計測のときに、第２マーク３１０における２つの第１方向（Ｘ方向）構成部として使用される。また、第１１構成部３２３および第１２構成部３２４はオーバレイ計測のときに、第２マーク３１０における２つの第２方向（Ｙ方向）構成部として使用される。また、この例では、第１マーク２１０と第２マーク３１０との中心を一致させた時に、第１マーク２１０のインナパターン２２０の外周部から所定の距離を置いて第２マーク３１０が配置されるように、第２マーク３１０の第９構成部３２１と第１０構成部３２２との間の距離、および第１１構成部３２３と第１２構成部３２４との間の距離と、が設定される。なお、図２（ｂ）では、下層の第１マーク２１０を破線で示している。
また、図２（ａ）および（ｂ）に示されるように、第１マーク２１０および第２マーク３１０の各構成部２２１〜２２４，２３１〜２３４，３２１〜３２４は、ライン状のパターンがセグメント化された構成を有している。すなわち、第１マーク２１０の各構成部２２１〜２２４，２３１〜２３４は、複数のセグメント部２６１がライン状に配置された構成を有し、第２マーク３１０の各構成部３２１〜３２４は、複数のセグメント部３６１がライン状に配置された構成を有している。ここで、アライメント計測時で使用される波長λ１の光に対しては、セグメント部２６１，３６１は解像されず、オーバレイ計測時で使用される波長λ２（＜λ１）の光に対しては、セグメント部２６１，３６１は解像されるピッチでセグメント部２６１，３６１は配置される。露光処理のアライメント計測時に使用される位置計測ユニットの開口数をＮＡ１とし、オーバレイ計測時に使用される位置計測装置の開口数をＮＡ２とすると、セグメント部２６１，３６１のピッチＰは、次式（１）で示される範囲に設定される。
λ２／ＮＡ２＜Ｐ＜λ１／ＮＡ１ ・・・（１）
また、一例として、第１マーク２１０を構成する各構成部２２１〜２２４，２３１〜２３４の幅および長さは、第２マーク３１０を構成する各構成部３２１〜３２４の幅および長さと略同じである。このような構成を有する第１マーク２１０および第２マーク３１０は、アライメント計測時にはアライメントマークとして用いられ、オーバレイ計測時には、オーバレイマークとして用いられる。また、ここで示す第１マーク２１０および第２マーク３１０は、明視野計測で用いられるものである。
つぎに、位置計測方法および半導体装置の製造方法について説明する。図４は、実施形態による位置計測方法を含む半導体装置の製造方法の手順の一例を示すフローチャートである。まず、第１マーク２１０が配置された第１層１１１を有する基板１００上に第２層１１２を形成し、その後、塗布現像装置で第２層１１２上にレジストを塗布する（ステップＳ１１）。
ついで、レジストを塗布した基板１００を露光装置のステージ上に載置する（ステップＳ１２）。その後、露光装置の位置計測ユニットで、第１マーク２１０を用いたアライメント計測処理が行われる（ステップＳ１３）。具体的には、波長λ１の光を第１マーク２１０に照射してアライメント計測を行う。図５は、アライメント計測時の第１マークのイメージを示す図である。上記したように波長λ１の光では、第１マーク２１０を構成するセグメント部２６１は解像されないので、波長λ１の光を第１マーク２１０に照射すると、図５に示されるように、各構成部２２１〜２２４，２３１〜２３４はセグメント化されずにライン状パターンとして認識されることになる。露光装置では、このライン状パターンとして認識される第１マーク２１０から、第１マーク２１０の中心位置を求め、この中心位置を用いて、露光装置のステージ上における基板１００の位置を検出する。
図６は、第１マークを用いたアライメント計測処理の一例を示すフローチャートである。まず、露光装置のステージに載置された基板１００上の第１マーク２１０が撮像され、第１マーク２１０の画像が取得される（ステップＳ３１）。ついで、画像から第１マーク２１０のＸ方向に沿った第１Ｘ方向プロファイルを取得する（ステップＳ３２）。ここでは、図５の矢印Ａ１に示されるように、Ｙ方向に延在する第７構成部２３３、 第３構成部２２３、第４構成部２２４、第８構成部２３４を横切る位置で、第１Ｘ方向プロファイルが取得される。第１Ｘ方向プロファイルは、画像の矢印Ａ１上の各位置での強度を読み出すことで生成される。
図７は、アライメント計測処理時のＸ方向プロファイルの一例を示す図である。この図で横軸は、位置を示し、縦軸は強度を示す。この図で、実線が第１Ｘ方向プロファイルＰＲ１を示している。
ついで、画像を反転させ（ステップＳ３３）、反転させた画像から第１マーク２１０のＸ方向に沿った第２Ｘ方向プロファイルを取得する（ステップＳ３４）。第２Ｘ方向プロファイルは、例えば反転した画像中の矢印Ａ１と同じ位置で取得される。図７で、破線が第２Ｘ方向プロファイルＰＲ２を示している。
その後、第１Ｘ方向プロファイルと第２Ｘ方向プロファイルとを用いて、第１マーク２１０のＸ方向の中心位置を算出する（ステップＳ３５）。例えば、図７で、第１Ｘ方向プロファイルＰＲ１と第２Ｘ方向プロファイルＰＲ２との重ね合せる位置をずらしながら反転自己相関を取り、最も相関が高い位置を第１マーク２１０の中心位置とする。
ついで、画像から第１マーク２１０のＹ方向に沿った第１Ｙ方向プロファイルを取得する（ステップＳ３６）。ここでは、図５の矢印Ａ２に示されるように、Ｘ方向に延在する第５構成部２３１、 第１構成部２２１、第２構成部２２２、第６構成部２３２を横切る位置で、第１Ｙ方向プロファイルが取得される。第１Ｙ方向プロファイルは、画像の矢印Ａ２上の各位置での強度を読み出すことで生成される。
また、反転させた画像から第１マーク２１０のＹ方向に沿った第２Ｙ方向プロファイルを取得する（ステップＳ３７）。第２Ｙ方向プロファイルは、例えば反転した画像中の矢印Ａ２と同じ位置で取得される。その後、第１Ｙ方向プロファイルと第２Ｙ方向プロファイルとを用いて、第１マーク２１０のＹ方向の中心位置を算出する（ステップＳ３８）。Ｙ方向の中心位置は、Ｘ方向の中心位置と同様の方法によって算出される。以上によって、第１マーク２１０を用いたアライメント計測処理が終了し、処理が図４に戻る。
図４に戻り、露光装置では、第２マーク３１０を有するフォトマスクを用いた露光処理が行われる（ステップＳ１４）。この露光処理では、第１層１１１の第１マーク２１０に重なるように、第２マーク３１０がレジストに露光される。その後、基板１００が露光装置から塗布現像装置へと移され、現像処理が行われる（ステップＳ１５）。これによって、例えば図１（ｂ）、図３に示されるように、第１層１１１の第１マーク２１０の配置位置に対応した位置に、第２マーク３１０を有するレジストパターン１１３が形成される。その後、基板１００は、位置計測装置としての合わせ検査装置のステージに載置される（ステップＳ１６）。
ついで、合わせ検査装置で、第１マーク２１０および第２マーク３１０を用いたオーバレイ計測処理が行われる（ステップＳ１７）。具体的には、波長λ１よりも短い波長λ２の光を第１マーク２１０および第２マーク３１０に照射してオーバレイ計測が行われる。図８は、第１マークおよび第２マークの一例を示す図であり、（ａ）はオーバレイ計測時の第１マークおよび第２マークのイメージを示す図であり、（ｂ）は第１マークを構成する第１構成部のセグメント部の番号の付け方の一例を示す図である。上記したように波長λ２の光では、第１マーク２１０および第２マーク３１０を構成するセグメント部２６１，３６１は解像されるので、波長λ２の光を第１マーク２１０および第２マーク３１０に照射すると、図８（ａ）に示されるように、各構成部２２１〜２２４，２３１〜２３４，３２１〜３２４はセグメント部２６１，３６１がライン状に配列されたパターン（以下、セグメント化されたライン状パターンという）として認識されることになる。合わせ検査装置では、このセグメント化されたライン状パターンを有する第１マーク２１０および第２マーク３１０から合せずれ量を算出する。
図９−１および図９−２は、第１マークおよび第２マークを用いたオーバレイ計測処理の一例を示すフローチャートである。まず、合わせ検査装置のステージに載置された基板１００上の第１マーク２１０および第２マーク３１０を含む領域が撮像され、第１マーク２１０および第２マーク３１０を含む画像が取得される（ステップＳ５１）。
ついで、画像中に、下層の第１マーク２１０の第１構成部２２１のＸ方向負側から第ｉ番目〜第ｊ番目のセグメント部２６１を含む第１領域Ｒ１を設定する（ステップＳ５２）。ここで、図８（ｂ）に一例を示すように、第１マーク２１０および第２マーク３１０を構成する各構成部２２１〜２２４，２３１〜２３４，３２１〜３２４は、ｎ個（ｎは２以上の整数）のセグメント部２６１，３６１によって構成されているものとする。ｉ，ｊはともに１以上ｎ以下の整数であり、ｉ＜ｊである。また、各構成部２２１〜２２４，２３１〜２３４，３２１〜３２４は、Ｘ方向負側の端部からあるいはＹ方向負側の端部から順に１，２，・・・ｎと番号が付されているものとする。
ついで、画像中に、下層の第１マーク２１０の第２構成部２２２のＸ方向負側から第ｋ番目〜第ｍ番目のセグメント部２６１を含む第２領域Ｒ２を設定する（ステップＳ５３）。画像を第１マーク２１０または第２マーク３１０の中心で１８０度回転したときに、回転後の画像の第２領域Ｒ２は、元の画像の第１領域Ｒ１の位置と一致するように設定される。ここで、ｋ，ｍはともに１以上ｎ以下の整数であり、ｋ＜ｍ、ｉ≠ｋ、ｊ≠ｍである。また、ｉ，ｊ，ｋ，ｍは、次式（２）および（３）を満たす。
ｉ＋ｍ＝ｎ＋１ ・・・（２）
ｊ＋ｋ＝ｎ＋１ ・・・（３）
また、一般的に、所定のピッチで配置されたパターンでは、中央付近に比して端部は加工が不安定になる。そのため、端部ほどサイズなどが乱れてしまう可能性が高く、配置列の中央付近ほど、サイズなどに乱れがなく安定している。そのため、ｉ≧２、ｊ≦ｎ−１、ｋ≧２、ｍ≦ｎ−１となるセグメント部２６１，３６１を含む領域を選択することが望ましい。さらに、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とで、同じ位置にあるセグメント部２６１が含まれていてもよい。ただし、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とに含まれるセグメント部２６１のすべてが同じ位置である場合は除かれる。この場合には、回転中心の位置を求めることができないからである。
このように、回転前の画像において、第１構成部２２１から第１領域Ｒ１として取得するセグメント部２６１に付された番号の配列と、第２構成部２２２から第２領域Ｒ２として取得するセグメント部２６１に付された番号の配列と、は異なる。
ついで、画像から第１領域Ｒ１のＸ方向に沿ったパターンの第３Ｘ方向プロファイルを取得する（ステップＳ５４）。図１０は、オーバレイ計測処理時のＸ方向プロファイルの一例を示す図である。この図で横軸は、位置を示し、縦軸は強度を示す。この図で、実線が第３Ｘ方向プロファイルＰＲ３を示している。
また、画像を第１マーク２１０または第２マーク３１０の中心を軸にして面内で１８０度回転させ、回転した画像中で第２領域Ｒ２のＸ方向に沿ったパターンの第４Ｘ方向プロファイルを取得する（ステップＳ５５）。図１０で、破線が第４Ｘ方向プロファイルＰＲ４を示している。
ついで、第３Ｘ方向プロファイルと第４Ｘ方向プロファイルとを用いて下層の第１マーク２１０のＸ方向の回転中心の位置を算出する（ステップＳ５６）。ここでは、回転中心をずらしながら第３Ｘ方向プロファイルと第４Ｘ方向プロファイルとの相関を取り、最も相関が高い位置を第１マーク２１０の回転中心の位置とする。
その後、ステップＳ５１で取得した画像中に、上層の第２マーク３１０の第９構成部３２１のＸ方向負側から第ｉ番目〜第ｊ番目のセグメント部３６１を含む第３領域Ｒ３を設定する（ステップＳ５７）。
また、画像中に、上層の第２マーク３１０の第１０構成部３２２のＸ方向負側から第ｋ番目〜第ｍ番目のセグメント部３６１を含む第４領域Ｒ４を設定する（ステップＳ５８）。
ついで、画像から第３領域Ｒ３のＸ方向に沿ったパターンの第５Ｘ方向プロファイルを取得する（ステップＳ５９）。また、１８０度回転させた画像中で第４領域Ｒ４のＸ方向に沿ったパターンの第６Ｘ方向プロファイルを取得する（ステップＳ６０）。回転した画像での第４領域Ｒ４の位置は、回転前の画像の第３領域Ｒ３の位置と重なる。
その後、第５Ｘ方向プロファイルと第６Ｘ方向プロファイルとを用いて上層の第２マーク３１０のＸ方向の回転中心の位置を算出する（ステップＳ６１）。ここでは、回転中心の位置は、第１マーク２１０のＸ方向の回転中心の位置と同様の方法によって算出される。
そして、下層の第１マーク２１０および上層の第２マーク３１０のＸ方向の回転中心の位置の差をＸ方向の合せずれ量として算出する（ステップＳ６２）。以上が、Ｘ方向の合せずれ量の算出であり、つぎにＹ方向の合せずれ量の算出についても同様の手順で行われる。
ステップＳ５１で取得した画像中に、下層の第１マーク２１０の第３構成部２２３のＹ方向負側から第ｉ番目〜第ｊ番目のセグメント部２６１を含む第５領域Ｒ５を設定する（ステップＳ６３）。
また、画像中に、下層の第１マーク２１０の第４構成部２２４のＹ方向負側から第ｋ番目〜第ｍ番目のセグメント部２６１を含む第６領域Ｒ６を設定する（ステップＳ６４）。
ついで、画像から第５領域Ｒ５のＹ方向に沿ったパターンの第３Ｙ方向プロファイルを取得する（ステップＳ６５）。また、１８０度回転させた画像中で第６領域Ｒ６のＹ方向に沿ったパターンの第４Ｙ方向プロファイルを取得する（ステップＳ６６）。回転した画像での第６領域Ｒ６の位置は、回転前の画像の第５領域Ｒ５の位置と重なる。
その後、第３Ｙ方向プロファイルと第４Ｙ方向プロファイルとを用いて下層の第１マーク２１０のＹ方向の回転中心の位置を算出する（ステップＳ６７）。ここでは、回転中心の位置は、第１マーク２１０のＸ方向の回転中心の位置と同様の方法によって算出される。
ついで、ステップＳ５１で取得した画像中に、上層の第２マーク３１０の第１１構成部３２３のＹ方向負側から第ｉ番目〜第ｊ番目のセグメント部３６１を含む第７領域Ｒ７を設定する（ステップＳ６８）。
また、画像中に、上層の第２マーク３１０の第１２構成部３２４のＹ方向負側から第ｋ番目〜第ｍ番目のセグメント部３６１を含む第８領域Ｒ８を設定する（ステップＳ６９）。
ついで、画像から第７領域Ｒ７のＹ方向に沿ったパターンの第５Ｙ方向プロファイルを取得する（ステップＳ７０）。また、１８０度回転させた画像中で第８領域Ｒ８のＹ方向に沿ったパターンの第６Ｙ方向プロファイルを取得する（ステップＳ７１）。回転した画像での第８領域Ｒ８の位置は、回転前の画像の第７領域Ｒ７の位置と重なる。
その後、第５Ｙ方向プロファイルと第６Ｙ方向プロファイルとを用いて上層の第２マーク３１０のＹ方向の回転中心の位置を算出する（ステップＳ７２）。ここでは、回転中心の位置は、第１マーク２１０のＸ方向の回転中心の位置と同様の方法によって算出される。
そして、下層の第１マーク２１０および上層の第２マーク３１０のＹ方向の回転中心位置の差をＹ方向の合せずれ量として算出する（ステップＳ７３）。以上によって、合せずれ量が算出され、処理が図４に戻る。
図４に戻り、合わせ検査装置でのオーバレイ計測結果である合せずれ量は許容範囲であるかが判定される（ステップＳ１８）。合せずれ量が許容範囲ではない場合（ステップＳ１８でＮｏの場合）には、オーバレイ計測処理を行った基板１００上のレジストパターン１１３を剥離し、第２層１１２上に新たにレジストを塗布する（ステップＳ１９）。ついで、レジストを塗布した基板１００が露光装置のステージ上に載置され（ステップＳ２０）、ステップＳ１３と同様に露光装置で第１マーク２１０を用いたアライメント計測処理が行われる（ステップＳ２１）。その後、露光装置では、第２マーク３１０を有するフォトマスクを用いて、ステップＳ１７で得られた合せずれ量が０に近づくように補正された露光条件で露光処理が行われる（ステップＳ２２）。その後、ステップＳ１５へと処理が戻る。
また、ステップＳ１８で合せずれ量が許容範囲である場合（ステップＳ１８でＹｅｓの場合）には、第２マーク３１０を含むレジストパターン１１３を、例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法などの異方性エッチングによって第２層１１２に転写する。これによって、第１マーク２１０と第２マーク３１０とが互いに対応する位置関係で設けられた第１層１１１および第２層１１２が積層された処理対象が得られる。以上で、処理が終了する。
なお、上記したマークは、明視野計測で使用されるものであったが、回折光計測で用いられるマークにも上記した実施形態を適用することができる。図１１は、実施形態による回折光計測で使用可能なマークの構成の一例を示す上面図であり、（ａ）は第１マークの構成の一例を示す図であり、（ｂ）は第２マークの構成の一例を示す図である。
図１１（ａ）に示されるように、第１層のマーク配置領域には、Ｘ方向の位置合わせを行う回折光計測で使用される第１マーク４１０が配置される。第１マーク４１０では、Ｙ方向に延在する複数のライン状パターン４１１がＸ方向に並行して配置される。このライン状パターン４１１が複数のセグメント部４６１に分割されることになる。すなわち、複数のセグメント部４６１が（１）式で示されるピッチでＹ方向に配置されて、ライン状パターン４１１が形成される。これによって、波長λ１の光を使用したアライメント計測時には、セグメント部４６１は解像されず、ライン状パターン４１１が、波長λ１の光を回折することになる。また、波長λ１よりも短い波長λ２の光を使用したオーバレイ計測時には、セグメント部４６１は解像されることになる。
図１１（ｂ）に示されるように、第２層上のレジストパターンのマーク配置領域には、Ｙ方向に延在する２つのライン状パターンが互いに並行にかつ互いにＸ方向に対向するように配置された第２マーク５１０が配置される。第２マーク５１０は、第１構成部５１１および第２構成部５１２を有する。第１構成部５１１および第２構成部５１２は、複数のセグメント部５６１に分割されている。すなわち、第１構成部５１１および第２構成部５１２では、複数のセグメント部５６１が（１）式で示されるピッチでＹ方向に配置されて、ライン状パターンが形成される。
また、この例では、第１マーク４１０と第２マーク５１０との中心を一致させた時に、第１マーク４１０のＸ方向の端部に配置されているライン状パターン４１１から所定の距離を置いて第２マーク５１０が配置されるように、第２マーク５１０の第１構成部５１１と第２構成部５１２との間の距離が設定される。なお、図１１（ｂ）では、下層の第１マーク４１０を破線で示している。
この場合、オーバレイ計測は、明視野計測によって行われる。明視野計測の方法は、図８（ａ）に示したものと基本的に同様であるが、図１１に例示されるマークは、Ｙ方向の合せずれ量を算出するためのマークであるので、Ｙ方向の合せずれ量のみが算出される。そのため、図１１（ｂ）に示されるように、オーバレイ計測を行うセグメント部４６１，５６１を含む第１領域Ｒ１〜第４領域Ｒ４が設定される。なお、第１マーク４１０および第２マーク５１０のライン状パターンのそれぞれには、ｎ個のセグメント部４６１，５６１が配置されているものとする。
下層の第１マーク４１０では、第１マーク４１０のＸ方向の中心から等距離に配置されているライン状パターン４１１中のセグメント部４６１の一部を用いてオーバレイ計測が行われる。図１１（ｂ）では、Ｘ方向の両端部に配置されているライン状パターン４１１中のセグメント部４６１の一部を用いてオーバレイ計測が行われる場合が例示されている。第１領域Ｒ１は、Ｘ方向負側の端部に配置されるライン状パターン４１１中のセグメント部４６１のうち、Ｙ方向負側から第ｉ番目〜第ｊ番目のセグメント部４６１を含む領域に設定される。第２領域Ｒ２は、Ｘ方向正側の端部に配置されるライン状パターン４１１中のセグメント部４６１のうち、Ｙ方向負側から第ｋ番目〜第ｍ番目のセグメント部４６１を含む領域に設定される。ｉ，ｊ，ｋ，ｍは１以上ｎ以下の整数であり、ｉ＜ｊ，ｋ＜ｍ，ｉ≠ｋ、ｊ≠ｍである。この場合にも、ｉ≧２、ｊ≦ｎ−１、ｋ≧２、ｍ≦ｎ−１となるセグメント部４６１を含む領域を選択することが望ましい。
上層の第２マーク５１０では、第３領域Ｒ３は、第１構成部５１１のＹ方向負側から第ｉ番目〜第ｊ番目のセグメント部５６１を含む領域に設定される。第４領域Ｒ４は、第２構成部５１２のＹ方向負側から第ｋ番目〜第ｍ番目のセグメント部５６１を含む領域に設定される。このように、図１１に示される第１マーク４１０および第２マーク５１０を用いることによって、Ｘ方向のアライメント計測とＹ方向のオーバレイ計測を行うことができる。
図１１に示される第１マーク４１０および第２マーク５１０を使用する場合には、これらの第１マーク４１０および第２マーク５１０と共に、図１１に示される第１マーク４１０および第２マーク５１０を紙面内で９０度回転させた第１マーク４１０および第２マーク５１０がマーク配置領域１０２に配置される。これによって、Ｙ方向のアライメント計測およびＸ方向のオーバレイ計測を行うことができる。
図６で示した第１マーク２１０を用いたアライメント計測処理は、例えば露光装置に設けられる制御部によって実行され、図９−１〜図９−２で示した第１マーク２１０および第２マーク３１０を用いたオーバレイ計測処理は、例えば位置計測装置に設けられる制御部によって実行される。
図１２は、露光装置および位置計測装置の制御部のハードウェア構成の一例を示す図である。制御部６００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６１１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）６１２と、主記憶装置であるＲＡＭ（Random Access Memory）６１３と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）またはＣＤ（Compact Disc）ドライブ装置などの外部記憶装置６１４と、ディスプレイ装置などの表示部６１５と、キーボードまたはマウスなどの入力部６１６と、を備えており、これらがバスライン６１７を介して接続された、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成となっている。
本実施形態の制御部６００で実行されるプログラムは、図６に示される第１マーク２１０を用いたアライメント計測処理、または図９−１〜図９−２に示される第１マーク２１０および第２マーク３１０を用いたオーバレイ計測処理を実行するものであり、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供される。
また、本実施形態の制御部６００で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、本実施形態の制御部６００で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。
また、本実施形態のプログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。
実施形態では、アライメント計測で使用する波長λ１の光では解像せず、オーバレイ計測で使用する波長λ２（＜λ１）の光では解像するように、マークを構成するライン状パターンを複数のセグメント部を配置することによって構成した。これによって、１つのマークでアライメント計測とオーバレイ計測とを行うことができ、マーク配置領域１０２に配置するマークの数を減らすことができる。その結果、マーク配置領域１０２の面積を減らして、パターン配置領域１０１の面積を増加させることが可能になり、例えば半導体記憶装置の記憶容量を増大させることができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１００ 基板、１０１ パターン配置領域、１０２ マーク配置領域、１１１ 第１層、１１２ 第２層、１１３ レジストパターン、２１０，４１０ 第１マーク、２２０ インナパターン、２２１ 第１構成部、２２２ 第２構成部、２２３ 第３構成部、２２４ 第４構成部、２３０ アウタパターン、２３１ 第５構成部、２３２ 第６構成部、２３３ 第７構成部、２３４ 第８構成部、２６１，３６１，４６１，５６１ セグメント部、３１０，５１０ 第２マーク、３２１ 第９構成部、３２２ 第１０構成部、３２３ 第１１構成部、３２４ 第１２構成部、４１１ ライン状パターン。

Claims (5)

  1. 基板上に第１層および第２層が積層して配置され、前記第２層上にレジストが塗布された処理対象の前記第１層に設けられ、波長λ１の光に対する解像限界未満のピッチで複数のセグメント部が配置された第１マークに、前記波長λ１の光を照射して露光処理でのアライメント計測を行うアライメント計測工程と、
    前記第１マークおよび前記レジストへの露光、現像処理によって形成された、前記ピッチで複数のセグメント部が配置された第２マークに前記波長λ１よりも短い波長λ２の光を照射してオーバレイ計測を行うオーバレイ計測工程と、
    を含む位置計測方法。
  2. 前記第１マークは、四角形状に配置したライン状パターンが二重に配置された構造を有し、
    前記第２マークは、四角形状に配置したライン状パターンが配置された構造を有する請求項１に記載の位置計測方法。
  3. 前記アライメント計測工程では、
    前記波長λ１の光を照射して前記第１マークの第１画像を取得し、
    前記第１画像と、前記第１画像を反転した反転第１画像と、を用いて、前記第１マークを横切る位置で反転自己相関を取り、最も反転自己相関が高い位置を中心位置として算出し、
    前記オーバレイ計測工程では、
    前記波長λ２の光を照射して前記第１マークおよび前記第２マークの第２画像を取得し、
    前記第２画像と、前記第２画像を１８０度回転した回転第２画像と、で同じ位置の前記第１マークの強度プロファイルを用いて第１回転中心位置を算出し、
    前記第２画像と、前記回転第２画像と、で同じ位置の前記第２マークの強度プロファイルを用いて第２回転中心位置を算出し、
    前記第１回転中心位置および前記第２回転中心位置から合せずれ量を算出する請求項１に記載の位置計測方法。
  4. 計測対象の互いに異なる層内に形成された第１マークおよび第２マークであって、それぞれが、第１方向に延在し、互いに並行に配置される２つの第１方向構成部と、前記第１方向に直交する第２方向に延在し、互いに並行に配置される２つの第２方向構成部と、を含み、２つの前記第１方向構成部は互いに前記第２方向に対向するように形成され、２つの前記第２方向構成部は互いに前記第１方向に対向するように形成され、前記各第１方向構成部がｎ個（ｎは２以上の整数）のセグメント部が前記第１方向に略等間隔で配置された構成を有し、前記各第２方向構成部がｎ個のセグメント部が前記第２方向に略等間隔で配置された構成を有する第１マークおよび第２マークが、互いに対応する位置関係で設けられた領域に、光を照射して位置計測を行う位置計測装置であって、
    前記第１マークおよび前記第２マークを含む領域の画像を取得し、前記画像の前記第１マークおよび前記第２マーク間の合せずれ量を算出する制御部を備え、
    前記制御部は、
    ２つの前記第１方向構成部のうち一方の前記第１方向構成部の前記第１方向の第１端部から数えて第ｉ番目から第ｊ番目（ｉ，ｊはともに１以上ｎ以下の整数、ｉ＜ｊ）のセグメント部を含む第１領域を横切る第１強度プロファイルと、他方の前記第１方向構成部の前記第１端部から数えて第ｋ番目から第ｍ番目（ｋ，ｍはともに１以上ｎ以下の整数、ｋ＜ｍ、ｉ≠ｋ、ｊ≠ｍ）のセグメント部を含む第２領域を横切る第２強度プロファイルと、を取得し、前記第１強度プロファイルに対する、前記画像を１８０度回転させた時の前記第２強度プロファイルの相関から、マークの回転中心位置を算出する処理を、前記第１マークおよび前記第２マークに対して実行して、前記第１方向の合せずれ量を算出し、
    ２つの前記第２方向構成部のうち一方の前記第２方向構成部の前記第２方向の第２端部から数えて第ｉ番目から第ｊ番目のセグメント部を含む第３領域を横切る第３強度プロファイルと、他方の前記第２方向構成部の前記第２端部から数えて第ｋ番目から第ｍ番目のセグメント部を含む第４領域を横切る第４強度プロファイルと、を取得し、前記第３強度プロファイルに対する、前記画像を１８０度回転させた時の前記第４強度プロファイルの相関から、マークの回転中心位置を算出する処理を、前記第１マークおよび前記第２マークに対して実行して、前記第２方向の合せずれ量を算出する位置計測装置。
  5. 波長λ１の光に対する解像限界未満のピッチで配置された複数のセグメント部を有する第１マークが形成された第１層上に第２層を形成し、前記第２層上にレジストを塗布して露光対象を形成する露光対象形成工程と、
    前記露光対象中の前記第１層に形成された前記第１マークに、前記波長λ１の光を照射してアライメント計測を行うアライメント計測工程と、
    前記アライメント計測の結果に基づいて前記レジストに露光処理を行い、さらに露光処理された前記レジストの現像処理を行い、前記ピッチで複数のセグメント部が配置された第２マークを有するレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
    前記波長λ１よりも短い波長λ２の光を前記第１マークおよび前記第２マークに照射してオーバレイ計測を行うオーバレイ計測工程と、
    を含む半導体装置の製造方法。
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