JPH076948A - 半導体ウエハー製造中のオーバーレイ位置ずれ測定方法 - Google Patents
半導体ウエハー製造中のオーバーレイ位置ずれ測定方法Info
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- JPH076948A JPH076948A JP5333128A JP33312893A JPH076948A JP H076948 A JPH076948 A JP H076948A JP 5333128 A JP5333128 A JP 5333128A JP 33312893 A JP33312893 A JP 33312893A JP H076948 A JPH076948 A JP H076948A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
- G03F7/70605—Workpiece metrology
- G03F7/70616—Monitoring the printed patterns
- G03F7/70633—Overlay, i.e. relative alignment between patterns printed by separate exposures in different layers, or in the same layer in multiple exposures or stitching
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】半導体処理中のオーバーレイの位置のずれの正
確な測定方法の提供。 【構成】本発明の実施例は、カメラ、ウエハー運搬ステ
ージ及びデータ処理電子機器と組み合わした干渉計顕微
鏡を使用し、広帯域又は狭帯域の光及び大小いずれかの
開口数（ＮＡ）を利用することの出来る検査システムを
形成し、検査中の面に関する異なったＺ（垂直）面又は
干渉計のアーム差に関するＰ（パス長さ）位置で取った
一連の干渉像を展開する。次に、この面におけるデータ
を使い、画像面の各画素に対する対物波と参照波との間
の相互コヒレンスの強度及び位相を計算し合成像を形成
し、その明るさが光学的パス長さの変化と共に、相互コ
ヒレンスの複合強度又は位相のいずれかに比例する。次
に、位置合せマーク位置及びビュレット位置に関する合
成像の間の差が、ビュレットを含むプロセス層と位置合
せマークを含むプロセス層との間の位置ずれの検出手段
として使用される。
確な測定方法の提供。 【構成】本発明の実施例は、カメラ、ウエハー運搬ステ
ージ及びデータ処理電子機器と組み合わした干渉計顕微
鏡を使用し、広帯域又は狭帯域の光及び大小いずれかの
開口数（ＮＡ）を利用することの出来る検査システムを
形成し、検査中の面に関する異なったＺ（垂直）面又は
干渉計のアーム差に関するＰ（パス長さ）位置で取った
一連の干渉像を展開する。次に、この面におけるデータ
を使い、画像面の各画素に対する対物波と参照波との間
の相互コヒレンスの強度及び位相を計算し合成像を形成
し、その明るさが光学的パス長さの変化と共に、相互コ
ヒレンスの複合強度又は位相のいずれかに比例する。次
に、位置合せマーク位置及びビュレット位置に関する合
成像の間の差が、ビュレットを含むプロセス層と位置合
せマークを含むプロセス層との間の位置ずれの検出手段
として使用される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、広くは、光学的精密検
査方法およびその装置に関し、特に、電子画像処理と共
に干渉プローブ顕微鏡を用いて、集積回路ウエハー上の
少なくとも２つのプロセス層の間のアライメント（位置
合せ）状態の顕微鏡測定を行う方法に関する。
査方法およびその装置に関し、特に、電子画像処理と共
に干渉プローブ顕微鏡を用いて、集積回路ウエハー上の
少なくとも２つのプロセス層の間のアライメント（位置
合せ）状態の顕微鏡測定を行う方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】集積回路プロセスはますます精密に、
又、各種の回路コンポーネントの寸法はますます小さく
なってきているので、前のプロセス層に対して各プロセ
ス層を正確にアライメント（位置合せ）する必要性が大
きくなってきている。各種のプロセス層の位置合せを可
能とするために、多くは、各層をフォトリソグラフ的に
作るために用いられるフォトマスクに小いさなアライメ
ント・イメージが含まれている。これらの各イメージ
は、後続の層の対応する位置合せマーク（アライメント
属性）を使って位置合せすることの出来る位置合せマー
クをウエハー基板の上に作ろうとするものである。
又、各種の回路コンポーネントの寸法はますます小さく
なってきているので、前のプロセス層に対して各プロセ
ス層を正確にアライメント（位置合せ）する必要性が大
きくなってきている。各種のプロセス層の位置合せを可
能とするために、多くは、各層をフォトリソグラフ的に
作るために用いられるフォトマスクに小いさなアライメ
ント・イメージが含まれている。これらの各イメージ
は、後続の層の対応する位置合せマーク（アライメント
属性）を使って位置合せすることの出来る位置合せマー
クをウエハー基板の上に作ろうとするものである。
【０００３】しばしば正方形の中に正方形を入れて作ら
れるボックス・イン・ボックス型位置ずれ目標１８、２
８と呼ばれるものの簡単な例が図１に概略示されてい
る。図に示すごとく、第１のフォトリソグラフ処理マス
ク１０に、半導体のアートワーク（artwork ）１４を囲
んで１ないし数箇所に置かれる箱型（正方形）ターゲッ
ト（target）または目標像１２が設けられる。ウエハー
１６のフォトリソグラフ処理の間、ウエハー表面に半導
体特徴（設計パターン）２０を展開すると同時に、１つ
の目標位置合わせマーク（attribute ）１８が展開され
る。次に、層の位置合わせマークおよび回路の設計パタ
ーンが、代表的には、レジスト、酸化膜、スパッターし
た層等によって覆われる。第２のマスク２２には小いさ
な箱型（以下、ビュレット（bullet）と称する）像２４
があり、その位置は前記目標１２とセンター・ツー・セ
ンターで一線上に並ぶように設計されている。更に、こ
のマスクは多くの場合別の位置合せマーク２６を持ち、
次の位置合せ手順が行えるようになっている。
れるボックス・イン・ボックス型位置ずれ目標１８、２
８と呼ばれるものの簡単な例が図１に概略示されてい
る。図に示すごとく、第１のフォトリソグラフ処理マス
ク１０に、半導体のアートワーク（artwork ）１４を囲
んで１ないし数箇所に置かれる箱型（正方形）ターゲッ
ト（target）または目標像１２が設けられる。ウエハー
１６のフォトリソグラフ処理の間、ウエハー表面に半導
体特徴（設計パターン）２０を展開すると同時に、１つ
の目標位置合わせマーク（attribute ）１８が展開され
る。次に、層の位置合わせマークおよび回路の設計パタ
ーンが、代表的には、レジスト、酸化膜、スパッターし
た層等によって覆われる。第２のマスク２２には小いさ
な箱型（以下、ビュレット（bullet）と称する）像２４
があり、その位置は前記目標１２とセンター・ツー・セ
ンターで一線上に並ぶように設計されている。更に、こ
のマスクは多くの場合別の位置合せマーク２６を持ち、
次の位置合せ手順が行えるようになっている。
【０００４】マスク２２の使用中は、正確に位置合せマ
ーク１８の中心に、像２４によって作られた小さな箱型
マーク（ビュレット位置合せマーク）２８が極力近付く
ように位置合せされる。第３のマスク３０も同じような
位置合せマーク３２および小さな箱型像３４を持つ。ボ
ックス・イン・ボックス型の変形として、代表的なオー
バーレイ位置合せマーク（overlay misregistration
targets ）にはバー・イン・バー（Ｉ型）、Ｌ型、１ま
たは２層に亘る位置合せマークがあり、又は、実際のア
クティブ・デバイスで形成することも出来る。オーバー
レイ（重ね合せ）位置ずれ誤差が、テストパターン、又
は、小さな箱型マークおよび参照又は位置合せマークの
中心間のＸおよびＹ方向の差を見出だすことによって測
定される。得られるものは位置ずれ誤差のベクトル表示
である。
ーク１８の中心に、像２４によって作られた小さな箱型
マーク（ビュレット位置合せマーク）２８が極力近付く
ように位置合せされる。第３のマスク３０も同じような
位置合せマーク３２および小さな箱型像３４を持つ。ボ
ックス・イン・ボックス型の変形として、代表的なオー
バーレイ位置合せマーク（overlay misregistration
targets ）にはバー・イン・バー（Ｉ型）、Ｌ型、１ま
たは２層に亘る位置合せマークがあり、又は、実際のア
クティブ・デバイスで形成することも出来る。オーバー
レイ（重ね合せ）位置ずれ誤差が、テストパターン、又
は、小さな箱型マークおよび参照又は位置合せマークの
中心間のＸおよびＹ方向の差を見出だすことによって測
定される。得られるものは位置ずれ誤差のベクトル表示
である。
【０００５】オーバーレイ位置ずれ測定にしばしば使用
される従来の集積回路計測技術は、画像面に置かれた各
種の電子検出器（ビデオカメラ、リニヤー・アレー等）
を持つ普通の顕微鏡の使用を含む。然し、明視野顕微鏡
の能力は光波の振幅の強さの測定だけであって、光強度
と位相とを含む完全複合の振幅を測ることは出来ない。
その結果、三次元の位相幾何学的(topography)測定を必
要とするオーバーレイに位置のずれのある目標を測定す
ることは困難である。
される従来の集積回路計測技術は、画像面に置かれた各
種の電子検出器（ビデオカメラ、リニヤー・アレー等）
を持つ普通の顕微鏡の使用を含む。然し、明視野顕微鏡
の能力は光波の振幅の強さの測定だけであって、光強度
と位相とを含む完全複合の振幅を測ることは出来ない。
その結果、三次元の位相幾何学的(topography)測定を必
要とするオーバーレイに位置のずれのある目標を測定す
ることは困難である。
【０００６】コヒレンス・プローブ顕微鏡（ＣＰＭ）は
一種の光学顕微鏡であり、電子処理と一緒に干渉顕微鏡
から得られる光学像を使用し、ピクセルのグレー・スケ
ールが相互コヒレンス関数の強度、又は、対物および参
照像の対応するピクセルを入射してくる光と反射してゆ
く光との間のコヒレンスの程度に比例する合成画像を作
る。コヒレンス・プローブ顕微鏡その使用方法が米国特
許第４，８１８，１１０号、Ｍａｒｋ Ｄａｖｉｄｓｏ
ｎ、「集積回路等の検査に用いられる２ビーム干渉顕微
鏡の使用方法およびその装置」、および、米国特許第
５，１１２，１２９号、Ｄａｖｉｄｓｏｎ et.al. 、
「集積回路計測に用いられるコヒレンス・プローブ顕微
鏡のための像強調方法」に開示されている。
一種の光学顕微鏡であり、電子処理と一緒に干渉顕微鏡
から得られる光学像を使用し、ピクセルのグレー・スケ
ールが相互コヒレンス関数の強度、又は、対物および参
照像の対応するピクセルを入射してくる光と反射してゆ
く光との間のコヒレンスの程度に比例する合成画像を作
る。コヒレンス・プローブ顕微鏡その使用方法が米国特
許第４，８１８，１１０号、Ｍａｒｋ Ｄａｖｉｄｓｏ
ｎ、「集積回路等の検査に用いられる２ビーム干渉顕微
鏡の使用方法およびその装置」、および、米国特許第
５，１１２，１２９号、Ｄａｖｉｄｓｏｎ et.al. 、
「集積回路計測に用いられるコヒレンス・プローブ顕微
鏡のための像強調方法」に開示されている。
【０００７】従って、ＣＰＭ技術は集積回路の線幅およ
びその他の設計パターンの測定に使用されている。然
し、リソグラフ的工程でマスクの位置のずれを決定する
ために使用されることは無かった。
びその他の設計パターンの測定に使用されている。然
し、リソグラフ的工程でマスクの位置のずれを決定する
ために使用されることは無かった。
【０００８】ビュレット・イン・ターゲットの位置の決
定に光学デバイスを使用する場合の１つの問題点は、ス
パッター・コーティングまたは酸化膜またはレジスト・
コーティングによって覆われていることが多いため、位
置合せマークそのものがしばしば直接目で見ることが出
来ず、観測方法が、覆われた位置合せマークの境界を示
す互いに重なり合う表面の変化から翻訳して読取ること
に頼らざるを得ない。
定に光学デバイスを使用する場合の１つの問題点は、ス
パッター・コーティングまたは酸化膜またはレジスト・
コーティングによって覆われていることが多いため、位
置合せマークそのものがしばしば直接目で見ることが出
来ず、観測方法が、覆われた位置合せマークの境界を示
す互いに重なり合う表面の変化から翻訳して読取ること
に頼らざるを得ない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】スパッターリングは半
導体製造における１つのコーティング方法で、非常に重
い原子をウエハー面に加速衝突させることによって行わ
れる。このコーティング方法によると、一方のエッジが
他の一方のエッジに対し非対象に覆われる可能性があ
る。「真」のエッジがスパッター材料で覆われ、非常に
低いコントラストを示し、一方、被覆材料によって形成
された新しいエッジからは高いコントラストが来る。そ
の結果、しばしば、明視測定を行うとき、間違ったエッ
ジに発射したことに基づくオーバーレイの位置のずれの
誤差が発生する。
導体製造における１つのコーティング方法で、非常に重
い原子をウエハー面に加速衝突させることによって行わ
れる。このコーティング方法によると、一方のエッジが
他の一方のエッジに対し非対象に覆われる可能性があ
る。「真」のエッジがスパッター材料で覆われ、非常に
低いコントラストを示し、一方、被覆材料によって形成
された新しいエッジからは高いコントラストが来る。そ
の結果、しばしば、明視測定を行うとき、間違ったエッ
ジに発射したことに基づくオーバーレイの位置のずれの
誤差が発生する。
【００１０】例えば、図２にウエハー４０の断面が示さ
れており、プロセス層４４の中に開口部として形成され
た位置合わせマーク４２を持っている。層４４は１つの
材料層４６でスパッター・コーティングされている。そ
の表面はコーティングされた表面の高さによって変化す
るが、実は、材料はウエハーの表面に垂直な方向以外か
ら吹き付けられているため、開口部の１側またはそれ以
上の側にビルドアップされ、丁度雪の吹き溜まりのよう
になり、壁、フェンス、構築物その他の障害の向かい合
った面により多くビルドアップされる傾向がある。その
結果、目で見える最も低い面を次のマスクの位置決め手
段として使い、ビュレット５０をその中心に置くと、矢
印５２および５３の長さの違いから明らかなごとく、後
の検査で実質的位置のずれが起きていることが指摘され
る。
れており、プロセス層４４の中に開口部として形成され
た位置合わせマーク４２を持っている。層４４は１つの
材料層４６でスパッター・コーティングされている。そ
の表面はコーティングされた表面の高さによって変化す
るが、実は、材料はウエハーの表面に垂直な方向以外か
ら吹き付けられているため、開口部の１側またはそれ以
上の側にビルドアップされ、丁度雪の吹き溜まりのよう
になり、壁、フェンス、構築物その他の障害の向かい合
った面により多くビルドアップされる傾向がある。その
結果、目で見える最も低い面を次のマスクの位置決め手
段として使い、ビュレット５０をその中心に置くと、矢
印５２および５３の長さの違いから明らかなごとく、後
の検査で実質的位置のずれが起きていることが指摘され
る。
【００１１】図３に示すごとく余りコントラストの無い
層が、薄い位置合せマーク６０がレジストまたは酸化膜
６２またはコーティングのごとき厚い透明層の下に埋め
込まれて、非常に低い段６４を作ることがある。その結
果、標準的明視顕微鏡を使用した場合、測定結果の精度
および再現性が阻害されることがある。図４に示すよう
な場合も、似たような測定上の難しさがある。この場合
は、真のエッジの大きさの比は非常に大いが、その厚さ
は波長の端数と同じくらいに小さい。
層が、薄い位置合せマーク６０がレジストまたは酸化膜
６２またはコーティングのごとき厚い透明層の下に埋め
込まれて、非常に低い段６４を作ることがある。その結
果、標準的明視顕微鏡を使用した場合、測定結果の精度
および再現性が阻害されることがある。図４に示すよう
な場合も、似たような測定上の難しさがある。この場合
は、真のエッジの大きさの比は非常に大いが、その厚さ
は波長の端数と同じくらいに小さい。
【００１２】本発明の目的は、半導体処理の間、オーバ
ーレイの位置のずれを測定する方法を提供することであ
る。
ーレイの位置のずれを測定する方法を提供することであ
る。
【００１３】本発明のその他の目的は、上述した型を改
善した方法を提供することで、この場合は、位置のずれ
のある位置合せマークの三次元像がコヒレンス・プロー
ブ顕微鏡技術を使って作られる。
善した方法を提供することで、この場合は、位置のずれ
のある位置合せマークの三次元像がコヒレンス・プロー
ブ顕微鏡技術を使って作られる。
【００１４】
【課題を解決するための手段】要約して言うと、本発明
の好ましい実施例は、カメラ、ウエハー運搬ステージ、
およびデータ処理電子機器と組み合わされた干渉計顕微
鏡の使用を含み、広帯域または狭帯域の光、および大小
いずれかの開口数（numerical aperture ）（ＮＡ）を
利用することの出来る検査システムを形成し、検査中の
面に関する異なったＺ（垂直）面または干渉計のアーム
差に関するＰ（パス長さ）位置で取った一連の干渉像を
展開する。次に、これらの面におけるデータを使って、
画像面の各ピクセルに対する対物波と参照波との間の相
互コヒレンスの強度および位相を計算し、合成像が形成
され、その明るさまたは輝度が、光学的パス長さ（位相
コントラスト像またはＰＣＩ）の変化と共に、相互コヒ
レンスの複合強度（輝度コントラスト・イメージまたは
ＭＣＩ）または位相のいずれかに比例する。次に、位置
合せマーク位置およびビュレット位置に関する合成画像
の間の差が、ビュレットを含むプロセス層と位置合せマ
ークを含むプロセス層との間の位置のずれの検出手段と
して使用される。
の好ましい実施例は、カメラ、ウエハー運搬ステージ、
およびデータ処理電子機器と組み合わされた干渉計顕微
鏡の使用を含み、広帯域または狭帯域の光、および大小
いずれかの開口数（numerical aperture ）（ＮＡ）を
利用することの出来る検査システムを形成し、検査中の
面に関する異なったＺ（垂直）面または干渉計のアーム
差に関するＰ（パス長さ）位置で取った一連の干渉像を
展開する。次に、これらの面におけるデータを使って、
画像面の各ピクセルに対する対物波と参照波との間の相
互コヒレンスの強度および位相を計算し、合成像が形成
され、その明るさまたは輝度が、光学的パス長さ（位相
コントラスト像またはＰＣＩ）の変化と共に、相互コヒ
レンスの複合強度（輝度コントラスト・イメージまたは
ＭＣＩ）または位相のいずれかに比例する。次に、位置
合せマーク位置およびビュレット位置に関する合成画像
の間の差が、ビュレットを含むプロセス層と位置合せマ
ークを含むプロセス層との間の位置のずれの検出手段と
して使用される。
【００１５】本発明の顕著な特徴の１つは一般的に言っ
て位置のずれについて非常に正確な測定値を与えること
であって、特に、例えばスパッター層および又はコント
ラストの小さい層の如き問題の多いオーバーレイ・対物
についてより正確な測定を行うことである。
て位置のずれについて非常に正確な測定値を与えること
であって、特に、例えばスパッター層および又はコント
ラストの小さい層の如き問題の多いオーバーレイ・対物
についてより正確な測定を行うことである。
【００１６】本発明のその他の特徴は、検査するフォト
レジスト層が許容誤差範囲をこえて間違って位置合せさ
れていることが判った場合、その層を除去し作り直すこ
とが出来ることである。
レジスト層が許容誤差範囲をこえて間違って位置合せさ
れていることが判った場合、その層を除去し作り直すこ
とが出来ることである。
【００１７】これらおよびその他の本発明の利点は、次
に図面と共に説明する実施例を１読すれば、当該技術者
には明らかになるであろう。
に図面と共に説明する実施例を１読すれば、当該技術者
には明らかになるであろう。
【００１８】
【実施例】図５に本発明による１つのシステムが示され
ており、ここでは、ＬＩＮＮＩＫ顕微鏡７０のごときコ
ヒレンス・プローブ顕微鏡が、カメラ７２、ウエハー搬
送ステージ７４、データ処理電子機器７６、およびＣＲ
Ｔ表示器又はホスト・コンピュータ７８と組み合わせで
使用され、１つの検査装置を形成している。この装置
は、検査表面に関して異なったＺレベルで、または干渉
計のアームの差に関して異なったＰ（パス長さ）走査位
置で取られる１連の干渉像を展開するために、広帯域又
は狭帯域の光および大きいまたは小さい開口数（ＮＡ）
のいずれも利用することが出来る。即ち、Ｚ走査を行う
ために距離Ｌ2 を変えることが出来、またはＰ走査を行
うために距離Ｌ1 を変えることが出来る。このような走
査レベルが図６の例によりレベルＺ0 〜Ｚn で示されて
いる。各Ｚレベルにおいて、各ピクセルに対する対物波
と参照波との間の相互コヒレンスの強さおよび位相が図
７に示すごとく検査区域８０〜８７の中で検出される。
各検査区域が目標属性のエッジ８８又は検出すべきビュ
レットのエッジ９０の位置を含むように選択される。更
に、図８に示すごとく、次に、合成画像が形成され、そ
の輝度が、光学的パス長さの変更に伴う複合強度（強度
コントラスト像 ＭＣＩ）又は相互コヒレンスの位相
（位相コントラスト像 ＰＣＩ）のいずれかに比例す
る。図８に示すごとく、ＭＣＩおよびＰＣＩの合成画像
が実際は多数のＺ面データを介してＸおよびＹ方向で取
られた断面である点に注意。
ており、ここでは、ＬＩＮＮＩＫ顕微鏡７０のごときコ
ヒレンス・プローブ顕微鏡が、カメラ７２、ウエハー搬
送ステージ７４、データ処理電子機器７６、およびＣＲ
Ｔ表示器又はホスト・コンピュータ７８と組み合わせで
使用され、１つの検査装置を形成している。この装置
は、検査表面に関して異なったＺレベルで、または干渉
計のアームの差に関して異なったＰ（パス長さ）走査位
置で取られる１連の干渉像を展開するために、広帯域又
は狭帯域の光および大きいまたは小さい開口数（ＮＡ）
のいずれも利用することが出来る。即ち、Ｚ走査を行う
ために距離Ｌ2 を変えることが出来、またはＰ走査を行
うために距離Ｌ1 を変えることが出来る。このような走
査レベルが図６の例によりレベルＺ0 〜Ｚn で示されて
いる。各Ｚレベルにおいて、各ピクセルに対する対物波
と参照波との間の相互コヒレンスの強さおよび位相が図
７に示すごとく検査区域８０〜８７の中で検出される。
各検査区域が目標属性のエッジ８８又は検出すべきビュ
レットのエッジ９０の位置を含むように選択される。更
に、図８に示すごとく、次に、合成画像が形成され、そ
の輝度が、光学的パス長さの変更に伴う複合強度（強度
コントラスト像 ＭＣＩ）又は相互コヒレンスの位相
（位相コントラスト像 ＰＣＩ）のいずれかに比例す
る。図８に示すごとく、ＭＣＩおよびＰＣＩの合成画像
が実際は多数のＺ面データを介してＸおよびＹ方向で取
られた断面である点に注意。
【００１９】ＣＰＭをベースとしたオーバーレイの位置
のずれの測定手順は一般的に、図９に示すごとく、次の
手順を含む。即ち、 （１）オーバーレイの目標を捕捉し、焦点を合わせる。
のずれの測定手順は一般的に、図９に示すごとく、次の
手順を含む。即ち、 （１）オーバーレイの目標を捕捉し、焦点を合わせる。
【００２０】（２）ＣＰＭを使ってＺ走査を行い、その
間に、各Ｚ面の像のデータを把握する。
間に、各Ｚ面の像のデータを把握する。
【００２１】（３）三次元の合成画像（合成Ｚ面と呼
ぶ）を得るために、Ｚ面の素データに強度および又は位
相のアルゴリズムを適用する。その各ピクセルは、相互
コヒレンス・データの強度又は位相のいずれかに比例す
るグレイ・レベルを持っている。以前説明したごとく、
異なったＺ位置または異なった光学的パス長さのいずれ
か、またはその両方においてＣＰＭを使用することによ
り、マルチプル像が得られる。次の計算を行うために、
異なったＺ位置を仮定する。
ぶ）を得るために、Ｚ面の素データに強度および又は位
相のアルゴリズムを適用する。その各ピクセルは、相互
コヒレンス・データの強度又は位相のいずれかに比例す
るグレイ・レベルを持っている。以前説明したごとく、
異なったＺ位置または異なった光学的パス長さのいずれ
か、またはその両方においてＣＰＭを使用することによ
り、マルチプル像が得られる。次の計算を行うために、
異なったＺ位置を仮定する。
【００２２】
【数１】 ここで、ｒおよびｏはreference （参照）および objec
t （対物）、Ｅは電場、＜＞は時間平均またはアンサン
ブル平均を示す。用語を単純にするために、表現の中の
（ｘ，ｙ）は以後省略する。式（１）を展開すると、次
の式が得られる。
t （対物）、Ｅは電場、＜＞は時間平均またはアンサン
ブル平均を示す。用語を単純にするために、表現の中の
（ｘ，ｙ）は以後省略する。式（１）を展開すると、次
の式が得られる。
【００２３】
【数２】 式（２）の実際のモデルが図１０に示されており、ここ
で、各（ｘ，ｙ）は次のごとくに書くことが出来る。
で、各（ｘ，ｙ）は次のごとくに書くことが出来る。
【００２４】
【数３】 ここで、ｋ＝２π／λ このモデルにフーリエ変換を行う。
【００２５】
【数４】 その結果が図１１に示されている。
【００２６】マイナスの周波数を無視し、逆フーリエ変
換を行う。
換を行う。
【００２７】
【数５】
【数６】 ここで、Ａ（ｚ）は強度の定数、ｋ＊ｚは位相定数であ
る。
る。
【００２８】次に、位相または振幅のデータが、図１２
に示すごとく、Ａ（ｚ）またはｋ＊ｚから引き出される
グレー・スケールでＣＲＴまたはその他の電子表示器の
上に表示される。
に示すごとく、Ａ（ｚ）またはｋ＊ｚから引き出される
グレー・スケールでＣＲＴまたはその他の電子表示器の
上に表示される。
【００２９】グレースケール（ｚ）＝ＭＡＸ｛Ａ
（ｚ）｝（強度コントラスト）、および、グレースケー
ル（ｚ）＝ｋ＊ｚ（位相コントラスト） （４）各位置合せマークのために、最善のフォーカス層
を選択する（一般的に、位置合せマークのエッジ（辺）
の最大コントラストまたは実際の目標地形図によって決
定された選択による）。目標およびビュレットのエッジ
を見出だすために、合成Ｚ面から、エッジ検出アルゴリ
ズムを適用する。テスト（ビュレット）および参照（目
標）のエッジを計算するために同じ面が使用されるなら
ば、それはシングル把握モードと考えられ、そうでない
場合は、ダブル把握モードと考えられる。
（ｚ）｝（強度コントラスト）、および、グレースケー
ル（ｚ）＝ｋ＊ｚ（位相コントラスト） （４）各位置合せマークのために、最善のフォーカス層
を選択する（一般的に、位置合せマークのエッジ（辺）
の最大コントラストまたは実際の目標地形図によって決
定された選択による）。目標およびビュレットのエッジ
を見出だすために、合成Ｚ面から、エッジ検出アルゴリ
ズムを適用する。テスト（ビュレット）および参照（目
標）のエッジを計算するために同じ面が使用されるなら
ば、それはシングル把握モードと考えられ、そうでない
場合は、ダブル把握モードと考えられる。
【００３０】（５）試験および参照層の中心間の差を見
出だすことによってオーバーレイの位置のずれのエラー
を演算する。
出だすことによってオーバーレイの位置のずれのエラー
を演算する。
【００３１】（６）結果をＣＲＴ表示器またはホスト・
コンピュータに報告する。
コンピュータに報告する。
【００３２】上述の特定の例に対して、従来技術を使用
した測定誤差は一般的に大きい。然し、本発明によりＣ
ＰＭを使用した場合は、ピクセル・サイズは倍率によっ
て変化するが、オーバーレイの位置のずれの測定の精度
はピクセルのサイズよりも遥かに小さい。
した測定誤差は一般的に大きい。然し、本発明によりＣ
ＰＭを使用した場合は、ピクセル・サイズは倍率によっ
て変化するが、オーバーレイの位置のずれの測定の精度
はピクセルのサイズよりも遥かに小さい。
【００３３】手順（４）で行われたエッジの検出に対し
て、イメージ処理における公知のエッジ検出方法はいず
れも使用することが出来るが、好ましい方法は、参照ウ
エハーの各表面レベルに対して、８つの区域、８０〜８
７、から取られた位相コントラスト及び又は強度コント
ラスト試料像のデータを記憶することである。次に、試
験中のウエハーに対して、参照像の各区域に対するデー
タを、試験中のウエハーの対応する区域からのデータと
相関させる。従って、最善のエッジ位置は、２つの相関
が最大になったときの位置の荷重平均である。この荷重
値は、位相及び強度の関数のコントラストに基づき、経
験的に決定される。
て、イメージ処理における公知のエッジ検出方法はいず
れも使用することが出来るが、好ましい方法は、参照ウ
エハーの各表面レベルに対して、８つの区域、８０〜８
７、から取られた位相コントラスト及び又は強度コント
ラスト試料像のデータを記憶することである。次に、試
験中のウエハーに対して、参照像の各区域に対するデー
タを、試験中のウエハーの対応する区域からのデータと
相関させる。従って、最善のエッジ位置は、２つの相関
が最大になったときの位置の荷重平均である。この荷重
値は、位相及び強度の関数のコントラストに基づき、経
験的に決定される。
【００３４】以上本発明を１つの実施例に基づいて説明
したが、この開示を読んだ後は、これの各種の入替え及
び変形を考えることは当該技術者にとって容易であろ
う。従って、冒頭に記載した請求項は、本発明の思想及
び請求の範囲内にあるこのような入替え及び変形を全て
包含するものとして解釈されるべきである。
したが、この開示を読んだ後は、これの各種の入替え及
び変形を考えることは当該技術者にとって容易であろ
う。従って、冒頭に記載した請求項は、本発明の思想及
び請求の範囲内にあるこのような入替え及び変形を全て
包含するものとして解釈されるべきである。
【図１】図１は、集積回路処理の間のボックス・イン・
ボックス・アライメント法の使用方法を示す模式図であ
る。
ボックス・アライメント法の使用方法を示す模式図であ
る。
【図２】図２は、配列誤差の生じたボックス・イン・ボ
ックス技術の１例を示す断面図である。
ックス技術の１例を示す断面図である。
【図３】図３は、オーバーレイされた薄い層の問題点の
１例を示す断面図である。
１例を示す断面図である。
【図４】図４は、オーバーレイされた鋭いエッジを持つ
薄い層の問題点の１例を示す断面図である。
薄い層の問題点の１例を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明に使用される型のコヒレンス・
プローブ顕微鏡を分解して示す模式図である。
プローブ顕微鏡を分解して示す模式図である。
【図６】図６は、位置ずれの１例を示す平面及び側面図
である。
である。
【図７】図７は、位置ずれの位置合せマーク及びビュレ
ットの測定区域およびその強度シグナルの１例を示す平
面図である。
ットの測定区域およびその強度シグナルの１例を示す平
面図である。
【図８】図８は、Ｚ走査および合成強度の間の関係およ
び位相断面を示す図である。
び位相断面を示す図である。
【図９】図９は、本発明の方法の手順を示す工程図であ
る。
る。
【図１０】図１０は、本発明により使用される１実行モ
デルを示す。
デルを示す。
【図１１】図１１は、図１０のモデルにフーリエ変換を
行った結果を示す図である。
行った結果を示す図である。
【図１２】図１２は、ＣＰＭの強度断面の見取り図の例
を示す図である。
を示す図である。
１０…フォトリソグラフ処理マスク、 １２…箱形位置
合せマーク、 １６、４０…ウエハー、 １８、４２、
６０…ターゲットまたは位置合せマーク、 ２２…第２
のマスク、 ２４…箱形ビュレット像、 ２８、５０…
ビュレット、４４…プロセス層、 ４６…材料層、 ６
４…薄い段、 ７０…コヒレンス・プローブ顕微鏡、
７２…カメラ、 ７４…ウエハー搬送ステージ、 ７６
…データ処理電子機器、 ７８…ＣＲＴ表示器またはホ
スト・コンピュータ
合せマーク、 １６、４０…ウエハー、 １８、４２、
６０…ターゲットまたは位置合せマーク、 ２２…第２
のマスク、 ２４…箱形ビュレット像、 ２８、５０…
ビュレット、４４…プロセス層、 ４６…材料層、 ６
４…薄い段、 ７０…コヒレンス・プローブ顕微鏡、
７２…カメラ、 ７４…ウエハー搬送ステージ、 ７６
…データ処理電子機器、 ７８…ＣＲＴ表示器またはホ
スト・コンピュータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ノーアム・ノル イスラエル国、ジクロン・ジャコブ、ハチ タ・ストリート ４ (72)発明者 ヨーラム・ユジエル イスラエル国、キブツ・ヨドファット（番 地無し)
Claims (7)
- 【請求項１】 １つのプロセス層とその上に形成される
後続のプロセス層との位置合せの精度を決定する過程に
おける半導体ウエハーの検査方法で、上記後続の層が、
上記１つの層の第１の位置合せマークに対して所定のレ
ジストレーション関係を持たせるごとくにしたこれに対
応する少なくとも第２の位置合せマークを持ち、上記第
１及び第２の位置合せマークがそれぞれ、上記１つの及
び上記次のプロセス層の製造の間に形成される幾何学形
状体の少なくとも１つの辺によって規定される、ものに
おいて、この方法が：１つの対物チャンネルと１つの参
照チャンネルとを含む干渉光学システムを使用して、上
記ウエハーと１つの反射する参照面とを同時に検査し、
上記ウエハーから上記対物チャンネルを通過し像面に至
る対物波のエネルギーと、上記参照面から上記参照チャ
ンネルを通過し上記像面に至る参照波のエネルギーとの
間の干渉により形成される複数の像を展開し、上記像が
それぞれ、上記対物チャンネルの光軸に沿う上記ウエハ
ーの、又は、上記参照チャンネルの光軸に沿う上記参照
面の、いずれか一方の軸位置の変化に応答して形成され
る、手順と；各像に対し、上記第２の位置合せマークを
含む上記ウエハーの表面の一部分から、及び、上記第１
の位置合せマークの少なくとも１つの痕跡を含む上記ウ
エハーの一部分から、反射する対物波エネルギーと、上
記参照波エネルギーとの間のコヒレンスの光強度を決定
する、手順と；強度コヒレンス・データを用いて、上記
第１の位置合せマークの少なくとも１つの辺と、上記第
２の位置合せマークの少なくとも１つの辺とを表す合成
画像データを作る、手順と；及び、上記合成画像データ
を用いて、上記後続の層の上記１つの層に対する相対的
位置合せを決定する、手順と；を含む、１つのプロセス
層とその上に形成される後続のプロセス層との位置合せ
の精度を決定する過程における半導体ウエハーの検査方
法。 - 【請求項２】 第１のプロセス層と後続にその上に形成
される第２のプロセス層との位置合せの精度を決定する
過程における半導体ウエハーの検査方法で、上記第２の
層が、上記第１の層の該当する位置合せマークに対して
所定のレジストレーション関係を持つごとくにした少な
くとも１つの位置合せマークを持ち、上記第１及び第２
の位置合せマークがそれぞれ、上記第１及び上記第２の
プロセス層の製造の間に形成される幾何学形状体の少な
くとも１つの辺によって規定される、ものにおいて、こ
の方法が：１つの対物チャンネルと１つの参照チャンネ
ルとを含む干渉光学システムを使用して、上記ウエハー
と１つの反射する参照面とを同時に検査し、上記ウエハ
ーから上記対物チャンネルを通過し像面に至る対物波の
エネルギーと、上記参照面から上記参照チャンネルを通
過し上記像面に至る参照波のエネルギーとの間の干渉に
より形成される複数の像を展開し、上記像がそれぞれ、
上記対物チャンネルの光軸に沿う上記ウエハーの、又
は、上記参照チャンネルの光軸に沿う上記参照面の、い
ずれか一方の軸位置の変化に応答して形成される、手順
と；各像に対し、上記第２の位置合せマークを含む上記
ウエハーの表面の一部分から、及び、上記第１の位置合
せマークの少なくとも１つの痕跡を含む上記ウエハーの
一部分から、反射する対物波エネルギーと、上記参照波
エネルギーとの間のコヒレンスの強度を決定する、手順
と；強度コヒレンス・データを用いて、上記第１の位置
合せマークの少なくとも１つの辺と、上記第２の位置合
せマークの少なくとも１つの辺とを表す合成画像データ
を作る、手順と；及び、上記合成画像データを用いて、
上記後続の層の上記１つの層に対する相対的位置合せを
決定する、手順と；を含む、１つのプロセス層とその上
に形成される後続のプロセス層との位置合せの精度を決
定する過程における半導体ウエハーの検査方法。 - 【請求項３】 半導体デバイスの製造過程におけるオー
バーレイの位置のずれの検査及び決定方法において、こ
の方法が：１つの対物チャンネルと１つの参照チャンネ
ルとを含む広帯域または狭帯域の光の干渉光学システム
を使用し、１つのビュレット位置合せマークと１つのオ
ーバーレイされたターゲット位置合せマークとを含む半
導体ウエハーの面と、参照面とを同時に検査し、検査さ
れたウエハー面から対物チャンネルを通過し１つの像面
に至る対物波のエネルギーと、参照面から参照チャンネ
ルを通過しイメージ面に至る参照波のエネルギーとの間
の干渉により形成される像を展開し、検査面または参照
面のいずれか１方の位置の変化に応答して各像が形成さ
れるごとくにする、手順と；各走査像のために、対物波
エネルギーと参照波エネルギーとの間のコヒレンスの強
度を決定する、手順と；及び、このコヒレンスの強度の
データを使用し、上記ビュレット位置合せマークの上記
ターゲット位置合せマークに対する位置のずれの特定の
特性を表す合成画像データを作り、この場合、この合成
画像データを使用して展開された合成画像の各ピクセル
・エレメントの明るさが上記コヒレンス・データの強度
に比例する、手順と；を含む、半導体デバイスの製造過
程におけるオーバーレイの位置のずれの検査及び決定方
法。 - 【請求項４】 半導体デバイスの製造過程におけるオー
バーレイの位置のずれの検査及び決定方法において、こ
の方法が：１つの対物チャンネルと１つの参照チャンネ
ルとを含む広帯域または狭帯域の光の干渉光学システム
を使用し、１つのビュレット位置合せマークと１つのオ
ーバーレイされたターゲット位置合せマークとを含む半
導体ウエハーの面と、参照面とを同時に検査し、検査さ
れたウエハー面から対物チャンネルを通過し１つの像面
に至る対物波のエネルギーと、参照面から参照チャンネ
ルを通過しイメージ面に至る参照波のエネルギーとの間
の干渉チャンネルにより形成される像を展開し、検査面
または参照面のいずれか１方の位置の変化に応答して各
像が形成されるごとくにする、手順と；各像のために、
対物波エネルギーと参照波エネルギーとの間の位相値を
決定する、手順と；及び、このコヒレンスの強度のデー
タを使用し、上記ビュレット位置合せマークと上記ター
ゲット位置合せマークとの位置のずれの特定の特性を表
す合成画像データを作り、この場合、この合成画像デー
タを使用して展開された合成画像の各ピクセル・エレメ
ントの明るさが上記コヒレンス・データの強度に比例す
る、手順と；を含む、半導体デバイスの製造過程におけ
るオーバーレイの位置のずれの検査及び決定方法。 - 【請求項５】 対応する位置合せマークを含む層を持つ
半導体ウエハーの一部分により形成された１つのオーバ
ーレイ・ターゲットの少なくとも部分的に反射する不規
則面を表す像データを作る方法で、この方法が： （ａ） 上記位置合せマークを含むウエハー面を１つの
光源からの光で照射し； （ｂ） １つの光学的に平らな鏡を含む反射面を上記光
源からの光で照射し； （ｃ） ウエハー面から反射された上記光を集め、この
集めたウエハー光を第１の光軸に沿って差し向け； （ｄ） 参照面から反射した参照光を集め、この集めた
参照光を第２の光軸に沿って差し向け； （ｅ） 上記第１及び第２の光軸に沿って差し向けられ
た集めた光を収斂させて、ウエハー光と参照光との干渉
から得られた１つの房状の像の模様を形成し； （ｆ） この房状像模様を、位置合せマークによって形
成された全ての辺に沿って、こられの辺に直角の方向に
走査し； （ｇ） 手順（ａ）から（ｆ）を繰り返す都度、ウエハ
ーの位置を第１の光軸に沿って漸増的に変え； （ｈ） 第１の光軸に沿う各位置で展開された像の模様
を検査し、各走査辺に沿う一連のコヒレンスの強度を展
開し； （ｉ） このコヒレンス・データを処理して、選択され
た走査辺を含む１つの平面に捕らえられた位置合せマー
クの辺の断面プロフィルに該当する合成画像データを展
開し；及び、 （ｊ） 合成画像データに辺検出のアルゴリズムまたは
質量中心のアルゴリズムを適用することによって、これ
らの位置合せマークの辺または中心を決定する、各手順
を含む、対応する位置合せマークを含む層を持つ半導体
ウエハーの一部分により形成された１つのオーバーレイ
・ターゲットの少なくとも部分的に反射する不規則面を
表す像データを作る方法。 - 【請求項６】 対応する位置合せマークを含む層を持つ
半導体ウエハーの一部分により形成された１つのオーバ
ーレイ・ターゲットの少なくとも部分的に反射する不規
則面を表す像データを作る方法で、この方法が： （ａ） 上記位置合せマークを含むウエハー面を１つの
光源からの光で照射し； （ｂ） １つの光学的に平らな鏡を含む反射面を上記光
源からの光で照射し； （ｃ） ウエハー面から反射された上記光を集め、この
集めたウエハー光を第１の光軸に沿って差し向け； （ｄ） 参照面から反射した参照光を集め、この集めた
参照光を第２の光軸に沿って差し向け； （ｅ） 上記第１及び第２の光軸に沿って差し向けられ
た集めた光を収斂させて、ウエハー光と参照光との干渉
から得られた１つの房状の像の模様を形成し； （ｆ） この房状像模様を、位置合せマークによって形
成された全ての辺に沿って、これらの辺に直角の方向に
走査し； （ｇ） 手順（ａ）から（ｆ）を繰り返す都度、ウエハ
ーの位置を第１の光軸に沿って漸増的に変え； （ｈ） 像の模様を検査し、各走査辺に沿う位相コヒレ
ンス・データを展開し； （ｉ） このコヒレンス位相データを処理して、選択さ
れた走査辺を含む１つの平面に捕らえられた位置合せマ
ークの辺の断面プロフィルに該当する合成画像データを
展開し；及び、 （ｊ） 合成画像データに辺検出のアルゴリズムまたは
質量中心のアルゴリズムを適用することによって、これ
らの位置合せマークの辺または中心を決定する、 各手順を含む、対応する位置合せマークを含む層を持つ
半導体ウエハーの一部分により形成された１つのオーバ
ーレイ・ターゲットの少なくとも部分的に反射する不規
則面を表す像データを作る方法。 - 【請求項７】 更に、 （ｋ） その辺によって規定される１つの層から第１の
位置合せマークの中心を演算し； （ｌ） その辺によって規定される別の層から第２の位
置合せマークの中心を演算し； （ｍ） 第１の位置合せマークの中心と第２の位置合せ
マークの中心との間の差を演算し；及び、 （ｎ） その結果を適宜の表示手段に報告する； 手順を含む、請求項６記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/025,435 US5438413A (en) | 1993-03-03 | 1993-03-03 | Process for measuring overlay misregistration during semiconductor wafer fabrication |
| US025435 | 1993-03-03 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH076948A true JPH076948A (ja) | 1995-01-10 |
| JP3308081B2 JP3308081B2 (ja) | 2002-07-29 |
Family
ID=21826054
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33312893A Expired - Lifetime JP3308081B2 (ja) | 1993-03-03 | 1993-12-27 | 半導体ウエハー製造中のオーバーレイ位置ずれ測定方法 |
| JP1994001543U Expired - Lifetime JP3003842U (ja) | 1993-03-03 | 1994-03-03 | 半導体ウエハーの検査装置 |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1994001543U Expired - Lifetime JP3003842U (ja) | 1993-03-03 | 1994-03-03 | 半導体ウエハーの検査装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5438413A (ja) |
| JP (2) | JP3308081B2 (ja) |
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