JP2987112B2 - 半導体素子のオーバレイ検査方法 - Google Patents
半導体素子のオーバレイ検査方法Info
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Description
法に関し、特にオーバレイ測定の誤りを補償し工程歩留
り及び素子動作の信頼性を向上させることができる半導
体素子のオーバレイ検査方法に関する。
高集積半導体素子の場合に多数個の露光マスクが重合し
て用いられる複雑な工程を経ることになる。
用いられる露光マスク等の間のアライメントは特定形状
のマークを基準として行われる。さらに、前記マスク等
には、他のマスク等の間のアライメント(layer to lay
er alignment)や、又はいずれか一つのマスクに対する
台間のアライメントに用いられるアライメント キー(a
lignment key)或はアライメント マークと、パターン
間の重合精密度のオーバレイ(overlay) を測定するた
めのオーバレイ測定マーク等がある。
るステップ アンド リピート(stepand repeat) 方式
の露光装備のステッパー(stepper)は、ステージがX
−Y方向に動き反復的に移動アライメントして露光する
装置である。
クを基準に自動又は手動でウェーハのアライメントを行
う。そして、このようなステージは機械的に動作するた
め、反復する製造工程の際にアライメント誤差が発生
し、このようなアライメント誤差が許容範囲を超えれば
半導体素子に不良を発生させる。
確度の調整範囲は素子のデザインルール(design rul
e) に従い、通常デザイン ルールの20〜30%以内
である。
の間のアライメントが正確になされたか否かを確かめる
重合精密度(overlay accuracy)測定マーク、又はオー
バレイ測定マークもアライメント マークと同様の方法
で用いられる。
測定マークは、半導体ウェーハでチップを形成しない部
分のスクライブ ライン(scribe line)上に形成され
る。
ト精度の測定は、ベニア(vernier) アライメント マ
ークを利用した視覚点検法と、ボックス イン ボックス
(box in box)やボックス イン バー(box in bar)ア
ライメント マークを利用した自動点検法によりなされ
た後に補償される。
体素子のオーバレイ測定法を添付の図面を参照して説明
すると次の通りである。図1及び図2は、従来の技術に
よるオーバレイ測定マークの外側及び内側マーク形成用
露光マスクの平面図である。
露光マスクを用いてオーバレイ測定マークが形成された
半導体ウェーハのレイアウト図である。先ず、図1に示
すように、外側マーク用露光マスク1は透明基板2上に
4角リング状の光遮断膜パターン3を配列して形成す
る。
光マスク11は透明基板12上に4角状の光遮断膜パタ
ーン13を配列して形成する。
ハ21上にオーバレイ測定マーク用被エッチング層を塗
布し、前記被エッチング層をポジティブ感光膜パターン
をマスクにエッチングして4角リング状の被エッチング
層パターンとなる外側マーク22を形成する。この際、
外側マーク用感光膜パターンは、図1に示す外側マーク
用露光マスク1を用いて感光膜(図示省略)を露光し現
像して形成する。
ウェーハ21上にポジティブ感光膜パターンからなる4
角柱状の内側マーク23を形成する。
2に示す内側マーク用露光マスク11を用いて感光膜
(図示省略)を露光し現像して形成する。
バレイ測定マークは、図4に示すように、垂直の側壁を
有する内側マーク23が形成されている場合には、オー
バレイ測定装置が内側マーク23と外側マーク22の各
辺の位置を測定して重合精度を直ちに知ることができ、
その値を補正できる。
線方向に入射するため露光の際の工程不安定により、図
5に示すように、内側マーク23が傾いて形成される。
導体ウェーハ21が、図6に示すように、角度θほど傾
いて搭載される場合も発生する。
ッチング層パターンに形成されており、その肉厚が薄い
ため傾斜による認識位置の変化の幅が非常に小さい。
上の肉厚を有する感光膜パターンで形成されるため傾斜
による認識位置変化が非常に大きく現れる。
よりパターンを認識するため、図5、及び図6のの場合
には、実際形成しようとする大きさが上部エッジ23
a,23cや下部エッジ23b,23d部分であるにも
拘らず、前記オーバレイ測定装置は内側マーク23の位
置を左側上部エッジ23aと右側下部エッジ23dで認
識することになるため、図6のに示すように、δx程の
認識誤差が発生することになる。
成されたり半導体ウェーハが傾いて搭載される場合に、
傾斜による認識誤差を補償するため一回のオーバレイ測
定を行った半導体ウェーハを180°回転させて搭載
し、再びオーバレイ測定を行うT.I.S(tool induced
shift;TIS)工程を行うことになる。
TIS工程を説明するための半導体ウェーハの概略図で
ある。
ーク23と外側マーク22が形成されている半導体ウェ
ーハ21が一つの方向にθ角度ほど傾いて搭載されてい
る場合、一次オーバレイ測定では左側上部エッジ23a
と右側下部エッジ23dで認識するようになる。
22a、22bと、前記内側マーク23の左側上部エッ
ジ23a、右側下部エッジ23dとの差(23a−22
a)と(23d−22b)が誤アライメント値として計
算される。
3b−22a)と(23d−22b)なので、これを補
正するためTISを行う。
ーハ21を180°回転させて搭載し、オーバレイ測定
を行えば左側下部エッジ23bと右側上部エッジ23c
を認識することになり、(23b−22a)と(23c
−22b)が得られるため、誤差δx値である(23a
−23b)値を得ることができる。
レイ測定装置に入力し、他の半導体ウェーハのオーバレ
イ測定作業の際に基準値を補償する。
定装備で発生可能な固有のエラー値を事前に補償しオー
バレイ測定の正確度を増加させることができる。
術による半導体素子のオーバレイ検査法においては次の
ような問題点がある。
査法においては、TIS工程により測定された補正値を
後続工程では変更なく引続き用いなければならないた
め、装備の変化や半導体ウェーハの状態変化等による補
正値を得るためにはTIS工程を再度進めなければなら
ない煩わしさがある。
Mの場合には新しい補正値を得るため数十回程度のオー
バレイ測定工程を行わなければならない。
そ1時間ほど費やされるため全体的な補正値を得ること
が非常に難しく、時間が多く必要となりオーバレイ測定
に伴う工程歩留り及び素子動作の信頼性が低下する問題
点がある。
解決するため案出したものであり、一回のオーバレイ測
定工程でオーバレイ補正値を正確に測定することができ
るため、工程を簡単化させることができる半導体素子の
オーバレイ検査法を提供することにその目的がある。
定マージンを増加させ工程歩留り及び、素子動作の信頼
性を向上させることができる半導体素子のオーバレイ検
査法を提供することにある。
導体素子の製作に適するようにした半導体素子のオーバ
レイ検査法を提供することにある。
に、第1の発明(請求項1乃至5記載)は、半導体素子
のオーバレイ検査方法において、半導体ウェーハ(41)上
に被エッチング層パターンであり、4角リング状の外側
マーク(42)を形成する工程と、前記外側マーク(42)の内
側に形成される4角状の島部分(43)と、前記島部分(43)
と一定の幅離隔され、全表面に形成された感光膜パター
ンで形成されるランド部分(44)とから構成される内側マ
ークを、一方に傾くように形成する工程と、前記構造の
オーバレイ測定マークを検査して前記内側マークの島部
分(43)の2つの側辺(43a)、(43d)の座標と、ランド部分
(44)の2つの側辺(44b)、(44c)の座標とを検出する工程
と、前記2つの側辺(44b)、(43a)の座標の値の平均値
と、前記2つの側辺(44c)、(43d)の座標の値の平均値を
求めて、新しい内側マークの位置座標として認識し、こ
の値を基準に前記外側マーク(42)との間隔を検査して、
オーバレイを補償し、オーバレイアライメントを行う工
程と、を含んでいることを特徴とする。
する場合には、感光膜パターンの倒壊を防止するため前
記外側マークのリング状部分を約1μm以上の幅に形成
するのが望ましい。また、前記内側マークの島部分とラ
ンド部分の間隔は、約0.05μm〜2μmであるのが望
ましい。また、前記内側マークの島部分とランド部分の
間隔は、縮小露光装置で用いる光源の波長(λ)より約
1〜15倍大きく形成するのが望ましい。
値は、前記外側マークのイメージ位置情報(X1,Y
1)と前記内側マークの二つの位置情報(X2,Y
2)、(X3,Y3)を求め、前記(X2,Y2)及び
(X3,Y3)の平均値((X2+X3)/2,(Y2
+Y3)/2)を計算し、前記(X1,Y1)との誤ア
ライメントされた値(δx、δy)をδx=(X2+X
3)/2−X1、及びδy=(Y2+Y3)/2−Y1と
計算して得られる。
よれば、本発明に係わる半導体素子のオーバレイ検査法
においては、オーバレイ測定マークが一方に傾く場合
に、内側マークを島部分と、島部分とは所定の幅ほど離
隔され全表面を覆うランド部分に形成し島部分とランド
部分の測定値を平均し、この値を外側マークの測定値と
比較してオーバレイ補償値を求めることにより簡単にオ
ーバレイ測定値の非正確度を測定して補償することがで
きる。
レイ検査法においては、装置や工程条件が変化しオーバ
レイ補正値が変化する場合にも一回のオーバレイ測定工
程で正確なオーバレイ補正値を知ることができる。
バレイ検査法においては、オーバレイ マージンが増加
するため半導体素子の工程歩留りの増加及び素子動作の
信頼性を向上させることができる。
オーバレイ検査法を添付図面を参照して詳細に説明す
る。
イ測定マークの内側マークを形成するための露光マスク
の平面図である。
用いてオーバレイ測定マークが形成されている半導体ウ
ェーハのレイアウト図である。
による半導体ウェーハの断面図である。
バレイ測定マークの外側マークを形成するための露光マ
スクの平面図である。
用露光マスク31は透明基板32上に予定された幅、例
えばウェーハ(未図示)上で約0.05μm〜2μmの幅
dを有するリング状の露光領域33が光遮断膜34,3
5により定義された配列をしている。この際、前記露光
領域33の長さは外側マーク42の大きさにより調節す
るが、通常の内側マークの大きさである3〜5μm程度
の大きさに形成する。
の光源の波長(λ)より1〜15倍ほど大きく形成す
る。
イ測定マーク用被エッチング層(図示せず)を塗布し、
前記被エッチング層をポジティブ型感光膜パターンをマ
スクでエッチングして4角リング状の被エッチング層パ
ターンでなる外側マーク42を形成する。
外側マーク用露光マスク1を用いて露光し現像して形成
する。
ポジティブ型感光膜45を塗布する。
スク31を介して前記感光膜45を露光現像し、図10
に示す感光膜パターンでなる内側マーク43,44を形
成する。
マーク42の内側に島状に形成される島部分43と、前
記島部分43とは一定幅ほど離隔され全表面に塗布され
ているランド部分44で構成する。
オーバレイ測定装置に搭載しオーバレイを測定する。
a,42bは正確に測定することができる。
は一側に傾斜しており島部分43では上部で見える両側
辺である43aと43dの座標が検出され、ランド部分
44では44bと44cの部分が検出される。
平均値(IL)と、44cと43d値の平均値(IR)
を新しい内側マークの位置座標に認識した後、この値を
基準に前記外側マーク42との間隔を検査してオーバレ
イを補償する。
れば、次の通りである。
び外側マーク42が形成された状態で辺γのイメージ位
置情報(X1,Y1) を計算する。
の位置情報(X2,Y2)と(X3,Y3)を求める。
3)の平均値((X2+X3)/2,(Y2+Y3)/
2)をコンピュータで計算し、(X1,Y1)との誤ア
ライメントされた値(δx,δy)をδx=(X2+X
3)/2−X1、及びδy=(Y2+Y3)/2−Y1と
計算して誤アライメント値を計算する。
分とランド部分に形成する。
る場合には、図11に示すような光遮断膜パターン54
を備える露光マスク51を用いて外側マークを島部分と
ランド部分に形成することもできる。
膜で形成する場合には露光マスクの光遮断膜パターンが
リング状に形成されていなければならない。
上で約1μm以上の大きさに形成されるようにして感光
膜パターンの倒壊を防止する。
導体素子のオーバレイ検査法においては次のような効果
がある。
法においてはオーバレイ測定マークが一方に傾く場合
に、第1の発明(請求項1乃至7記載)によれば、外側
マークを薄膜パターンに形成する場合には、内側マーク
を島部分と、前記島部分とは所定の幅ほど離隔され全表
面を覆うランド部分に形成し島部分とランド部分の測定
値を平均し、この値を外側マーク測定値と比較してオー
バレイ補償値を求めることにより簡単にオーバレイ測定
値の非正確度を測定して補償することができ、また、第
2の発明(請求項8乃至14記載)によれば、内側マー
クを薄膜パターンに形成する場合には、外側マークを島
部分と、前記島部分とは所定の幅ほど離隔され全表面を
覆うランド部分に形成し島部分とランド部分の測定値を
平均し、この値を内側マーク測定値と比較してオーバレ
イ補償値を求めることにより簡単にオーバレイ測定値の
非正確度を測定して補償することができる。
レイ検査法においては、装置や工程条件が変化しオーバ
レイ補正値が変化する場合にも一回のオーバレイ測定工
程で正確なオーバレイ補正値を知ることができる。
レイ検査法においては、オーバレイマージンが増加する
ため半導体素子の工程歩留りの増加及び素子動作の信頼
性を向上させることができる。
マーク形成用露光マスクの平面図。
マーク形成用露光マスクの平面図。
用い、オーバレイ測定マークが形成された半導体ウェー
ハのレイアウト図。
ークが形成された半導体ウェーハの断面図。
マークが形成された半導体ウェーハの断面図。
バレイ測定装置に角度θを持って搭載された状態の断面
図。
uced shift;TIS)法を説明するための半導体ウェー
ハの概略図、(b)は、従来の技術によるTIS(tool
induced shift;TIS)法を説明するために、図7
(a)に記載の導体ウェーハを180゜回転させて搭載
した場合の概略図。
の内側マークを形成するための露光マスクの平面図。
イ測定マークが形成されている半導体ウェーハのレイア
ウト図。
体ウェーハの断面図。
ークの外側マークを形成するための露光マスクの平面
図。
Claims (5)
- 【請求項1】半導体ウェーハ(41)上に被エッチング層パ
ターンであり、4角リング状の外側マーク(42)を形成す
る工程と、 前記外側マーク(42)の内側に形成される4角状の島部分
(43)と、前記島部分(43)と一定の幅離隔され、全表面に
形成された感光膜パターンで形成されるランド部分(44)
とから構成される内側マークを、一方に傾くように形成
する工程と、 前記構造のオーバレイ測定マークを検査して前記内側マ
ークの島部分(43)の2つの側辺(43a)、(43d)の座標と、
ランド部分(44)の2つの側辺(44b)、(44c)の座標とを検
出する工程と、 前記2つの側辺(44b)、(43a)の座標の値の平均値と、前
記2つの側辺(44c)、(43d)の座標の値の平均値を求め
て、新しい内側マークの位置座標として認識し、この値
を基準に前記外側マーク(42)との間隔を検査して、オー
バレイを補償し、 オーバレイアライメントを行う工程
と、 を含んでいることを特徴とする半導体素子のオーバレイ
検査方法。 - 【請求項2】 前記内側マークをネガティブ感光膜で形成
する場合に、感光膜パターンの倒壊を防止するため前記
外側マークのリング状部分を約1μm以上の幅に形成す
ることを特徴とする請求項2記載の半導体素子のオーバ
レイ検査方法。 - 【請求項3】 前記内側マークの島部分とランド部分の間
隔は、約0.05μm〜2μmであることを特徴とする請
求項1記載のオーバレイ検査方法。 - 【請求項4】 前記内側マークの島部分とランド部分の間
隔は、縮小露光装置で用いる光源の波長(λ)より約1
〜15倍大きく形成することを特徴とする請求項1記載
の半導体素子のオーバレイ検査方法。 - 【請求項5】 前記オーバレイ測定マークを用いた補正値
は、前記外側マークのイメージ位置情報(X1,Y1)
と前記内側マークの二つの位置情報(X2,Y2)、
(X3,Y3)を求め、前記(X2,Y2)及び(X
3,Y3)の平均値((X2+X3)/2,(Y2+Y
3)/2)を計算し、前記(X1,Y1)との誤アライ
メントされた値(δx、δy)をδx=(X2+X3)
/2−X1、及びδy=(Y2+Y3)/2−Y1と計算
して得ることを特徴とする請求項1記載の半導体素子の
オーバレイ検査方法。
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