JP4525067B2

JP4525067B2 - 位置ずれ検出用マーク

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Publication number: JP4525067B2
Application number: JP2003414869A
Authority: JP
Inventors: 洋青木; 泰登川島
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-12-12
Filing date: 2003-12-12
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2023-12-12
Also published as: JP2005175270A

Description

本発明は、半導体素子や液晶表示素子の製造工程におけるパターンの位置ずれ検出に用いられる位置ずれ検出用マークに関し、特に、基板の異なる層に形成された複数のパターンの重ね合わせ検査に好適な位置ずれ検出用マークに関する。

周知のように、半導体素子や液晶表示素子の製造工程では、マスク(レチクル)に形成された回路パターンを最上層のレジスト膜に焼き付ける露光工程と、レジスト膜の露光部分または未露光部分を溶解する現像工程とを経て、レジスト膜に回路パターン（レジストパターン）が転写され、このレジストパターンをマスクとしてエッチングや蒸着などを行うことにより(加工工程)、レジスト膜の直下に隣接している所定の材料膜に回路パターンが転写される（パターン形成工程）。さらに、その材料膜の回路パターン上に別の回路パターンを形成するには、同様のパターン形成工程が繰り返される。パターン形成工程を何回も繰り返し実行することにより、様々な材料膜の回路パターンが基板（半導体ウエハや液晶基板）の上に積層され、半導体素子や液晶表示素子の回路が形成される。

ところで、上記の製造工程では、様々な材料膜の回路パターンを精度よく重ね合わせるため（製品の歩留まり向上を図るため）、各々のパターン形成工程のうち、現像工程の後でかつ加工工程の前に、基板上のレジストパターンの位置ずれ検出を行っている。これは、１つ前のパターン形成工程で形成された下地層の回路パターン（以下「下地パターン」という）に対するレジストパターンの重ね合わせ検査である。

重ね合わせ検査においては、通常、下地パターンの基準位置を示す下地マークと、レジストパターンの基準位置を示すレジストマークとが用いられる。下地マーク,レジストマークは、各々、上記のパターン形成工程で下地パターン,レジストパターンと同時に形成され、図７のような正方形状の２重マーク５０を構成している（例えば特許文献１を参照）。図７は２重マーク５０の平面図である。一般的には、２重マーク５０のうち外側が下地マーク５１、内側がレジストマーク５２である。下地マーク５１のサイズは例えば３０μｍ、レジストマーク５２のサイズは例えば２１μｍである。下地マーク５１とレジストマーク５２とは、下地パターンとレジストパターンとの位置ずれが無いとき、各々の中心が一致するようになっている。

そして、下地マーク５１とレジストマーク５２を用いた重ね合わせ検査時、装置の視野領域内には、２つのマーク(５１,５２)を含む測定点が位置決めされ、この測定点の画像がＣＣＤカメラなどの撮像素子を用いて取り込まれる。さらに、取り込んだ画像に対し所定の画像処理を施すことにより、下地マーク５１の中心とレジストマーク５２の中心との位置ずれ量が算出される。算出結果の位置ずれ量は、下地パターンに対するレジストパターンの位置ずれ状態を表している。

なお、以下の説明では、重ね合わせ検査に用いた下地マーク５１とレジストマーク５２とを総じて「位置ずれ検出用マーク」というが、下地マーク５１,レジストマーク５２をそれぞれ「位置ずれ検出用マーク」といってもよい。なお、上記のような重ね合わせ検査ではなく、レジストマークと下地マークの間隔とその設計値との比較により、レジストパターンの位置ずれ状態を検査することも有り得る。
特開平７−１５１５１４号公報

ところで、半導体素子などの高集積化に伴う回路パターンの微細化に対応するため、上記した位置ずれ検出の精度を向上させることが望まれるようになってきた。位置ずれ検出用マークは種々のものが提案されているが、位置ずれ検出の精度を向上させるためには、どの種類の位置ずれ検出用マークを使うかも重要である。
本発明の目的は、複数の種類を含むことができる位置ずれ検出用マークを提供することにある。

本発明の位置ずれ検出用マークは、第１パターンと第２パターンとの位置ずれ検出に用いられるマークであって、前記第１パターンの第１基準位置を示すと共に、１本以上の線状パターンと該線状パターンに垂直な１本以上の線状パターンとが十字形状に配置された第１マークと、前記第１パターンの第２基準位置を示すと共に、前記第１マークに外接する矩形領域の内側で、前記第１マークにより仕切られた４つの領域のうち少なくとも１つに配置された第２マークと、前記第２パターンの基準位置を示すと共に、前記第１マークの線状パターンに平行な１本以上の線状パターンと該線状パターンに垂直な１本以上の線状パターンとが十字形状に配置された第３マークとを備え、前記第１マークと前記第３マークとは、各々の中心に対する線状パターンの位置が異なり、前記第１パターンと前記第２パターンとの位置ずれが無いときに各々の中心が一致するものであって、前記第２パターンの他の基準位置を示すと共に、前記第３マークに外接する矩形領域の内側で、前記第３マークにより仕切られた４つの領域のうち少なくとも１つに配置された第４マークをさらに備え、前記第２マークと前記第４マークとは、１本以上の線状パターンと１個以上の点状パターンとの少なくとも一方を含むと共に、各々の中心に対する線状パターンと点状パターンの位置が異なり、前記第１パターンと前記第２パターンとの位置ずれが無いときに各々の中心が一致するものである。

なお、前記第２マークは、前記第１マークによる前記４つの領域に分けて配置され、該４つの領域のうち第１象限と第３象限に相当する２つの領域に配置された部分が対称な形状であり、かつ、第２象限と第４象限に相当する２つの領域に配置された部分が対称な形状であり、前記第４マークは、前記第３マークによる前記４つの領域に分けて配置され、該４つの領域のうち第１象限と第３象限に相当する２つの領域に配置された部分が対称な形状であり、かつ、第２象限と第４象限に相当する２つの領域に配置された部分が対称な形状であってもよい。

本発明の位置ずれ検出用マークによれば、複数の種類を含むことができる。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
ここでは、半導体素子や液晶表示素子の製造工程における重ね合わせ検査を例に説明する。重ね合わせ検査の対象となる基板（半導体ウエハや液晶基板）は、１つ前のパターン形成工程で形成された下地パターンの上に別の回路パターンを形成する工程の途中（つまりレジスト膜に対する露光・現像後で且つレジスト膜の直下の材料膜に対する加工前）の状態にある。基板の異なる層に形成された複数のパターンの重ね合わせ検査（つまり下地パターンに対するレジストパターンの重ね合わせ検査）は、下地パターンとレジストパターンとの位置ずれ検出により行われる。

本実施形態の位置ずれ検出用マークは、上記の重ね合わせ検査に好適なものであり、図１(ａ)に示す下地マーク１０と、図２(ａ)に示すレジストマーク３０とで構成されている。下地マーク１０（図１(ａ)）は、下地パターンと同時に形成された下地層内のマークである。レジストマーク３０（図２(ａ)）は、レジストパターンと同時に形成されたレジスト層内のマークである。

また、下地マーク１０とレジストマーク３０のサイズは、ほぼ同じ(例えば３０μｍ)である。このため、下地マーク１０に外接する矩形領域１０Ａと、レジストマーク３０に外接する矩形領域３０Ａは、基板上でほぼ重なった状態にある（図３参照）。図３では、分かり易くするために、下地マーク１０の構成要素(１１〜１４,２１〜２４)を点線で図示し、レジストマーク３０の構成要素(３１〜３４,４１〜４４)を実線で図示した。実際には、下地マーク１０の構成要素(１１〜１４,２１〜２４)も、図１(ａ)のように実線状である。

下地マーク１０の構成を具体的に説明する。下地マーク１０は、図１(ａ)〜(ｃ)に示す通り、２種類のマーク(１１〜１４),(２１〜２４)からなる。一方のマーク(１１〜１４)の中心Ｃ１は下地パターンの第１基準位置を示し、他方のマーク(２１〜２４)の中心Ｃ２は下地パターンの第２基準位置を示している。なお、マーク(１１〜１４)の中心Ｃ１とマーク(２１〜２４)の中心Ｃ２との一致／不一致はどちらでも構わない。２つの中心の一致／不一致に拘わらず、同様の位置ずれ検出（後述）を行うことができる。

下地マーク１０の一方のマーク(１１〜１４)は、Ｘ方向に平行な２本の線状パターン１１,１２と、Ｘ方向に垂直な(Ｙ方向に平行な)２本の線状パターン１３,１４とが、十字形状に交差して配置されたものである。２本の線状パターン１１,１２は平行であり、２本の線状パターン１３,１４も平行である。線状パターン１１,１２と線状パターン１３,１４は、間隔Ｄ１が等しく、長さが間隔Ｄ１より大きい。線状パターン１１〜１４の長さは例えば３０μｍであり、間隔Ｄ１は例えば４μｍである。このマーク(１１〜１４)の中心Ｃ１は、線状パターン１１,１２の中心線１５と線状パターン１３,１４の中心線１６との交点に相当する。そして、マーク(１１〜１４)に外接する領域（上記の矩形領域１０Ａ）は、マーク(１１〜１４)により、４つの領域２１Ａ〜２４Ａに仕切られている。

下地マーク１０の他方のマーク(２１〜２４)は、４つの部分２１〜２４からなり、矩形領域１０Ａの内側で４つの領域２１Ａ〜２４Ａに分けて配置されている。４つの領域２１Ａ〜２４Ａのうち第１象限と第３象限に相当する２つの領域２１Ａ,２３Ａに配置された部分２１,２３は、各々、Ｙ方向に平行な複数本の線状パターン２７を含む所定ピッチのライン・アンド・スペースのパターンからなり、繰り返し方向がＸ方向に平行である。また、部分２１,２３は、マーク(２１〜２４)の中心Ｃ２に関して対称（点対称）な形状である。同様に、第２象限と第４象限に相当する２つの領域２２Ａ,２４Ａに配置された部分２２,２４は、各々、Ｘ方向に平行な複数本の線状パターン２８を含む所定ピッチのライン・アンド・スペースのパターンからなり、繰り返し方向がＹ方向に平行である。また、部分２２,２４も、マーク(２１〜２４)の中心Ｃ２に関して対称な形状である。さらに、部分２１,２３と部分２２,２４は、その間隔Ｄ２が等しい。マーク(２１〜２４)の中心Ｃ２は、部分２１,２３の中心線２６と部分２２,２４の中心線２５との交点に相当する。

このように構成された下地マーク１０は、既に説明した通り、下地パターンと同時に下地層内に形成され、一方の十字形状のマーク(１１〜１４)の中心Ｃ１により下地パターンの第１基準位置を示し、他方のライン・アンド・スペースのマーク(２１〜２４)の中心Ｃ２により下地パターンの第２基準位置を示している。下地マーク１０では、十字形状のマーク(１１〜１４)に外接する矩形領域１０Ａの内側で４つの領域２１Ａ〜２４Ａに分けて効率よくライン・アンド・スペースのマーク(２１〜２４)を配置したことにより、占有面積を大きくせずに２種類のマーク（下地パターン用）を含むことができる。

次に、最上層のレジストマーク３０の構成を具体的に説明する。レジストマーク３０は、図２(ａ)〜(ｃ)に示す通り、２種類のマーク(３１〜３４),(４１〜４４)からなる。一方のマーク(３１〜３４)の中心Ｃ３はレジストパターンの第１基準位置を示し、他方のマーク(４１〜４４)の中心Ｃ４はレジストパターンの第２基準位置を示す。なお、マーク(３１〜３４)の中心Ｃ３とマーク(４１〜４４)の中心Ｃ４との一致／不一致はどちらでも構わない。２つの中心の一致／不一致に拘わらず、同様の位置ずれ検出（後述）を行える。

レジストマーク３０の一方のマーク(３１〜３４)は、Ｘ方向に平行な２本の線状パターン３１,３２と、Ｘ方向に垂直な２本の線状パターン３３,３４とが、十字形状に交差して配置されたものである。２本の線状パターン３１,３２は平行であり、２本の線状パターン３３,３４も平行である。線状パターン３１,３２と線状パターン３３,３４は、間隔Ｄ３が等しく、長さが間隔Ｄ３より大きい。線状パターン３１〜３４の長さは例えば３０μｍであり、間隔Ｄ３は例えば１２μｍである。このマーク(３１〜３４)の中心Ｃ３は、線状パターン３１,３２の中心線３５と線状パターン３３,３４の中心線３６との交点に相当する。そして、マーク(３１〜３４)に外接する領域（上記の矩形領域３０Ａ）は、マーク(３１〜３４)により、４つの領域４１Ａ〜４４Ａに仕切られている。

ここで、レジストマーク３０の一方のマーク(３１〜３４)を、上記した下地マーク１０の一方のマーク(１１〜１４)と比較する。レジストマーク３０側のマーク(３１〜３４)の間隔Ｄ３は、下地マーク１０側のマーク(１１〜１４)の間隔Ｄ１とは異なっている。これは、マーク(３１〜３４)の中心Ｃ３に対する線状パターン３１〜３４の位置が、マーク(１１〜１４)の中心Ｃ１に対する線状パターン１１〜１４の位置とは異なることを意味している。本実施形態では、マーク(３１〜３４)の線状パターン３１〜３４の位置の方が、マーク(１１〜１４)の線状パターン１１〜１４の位置よりも中心から離れている。また、マーク(３１〜３４)の中心Ｃ３は、下地パターンとレジストパターンとの位置ずれが無いときにマーク(１１〜１４)の中心Ｃ１と一致するようになっている。

レジストマーク３０の他方のマーク(４１〜４４)は、４つの部分４１〜４４からなり、矩形領域３０Ａの内側で４つの領域４１Ａ〜４４Ａに分けて配置されている。４つの領域４１Ａ〜４４Ａのうち第１象限と第３象限に相当する２つの領域４１Ａ,４３Ａに配置された部分４１,４３は、各々、Ｙ方向に平行な複数本の線状パターン４７を含む所定ピッチのライン・アンド・スペースのパターンからなり、繰り返し方向がＸ方向に平行である。また、部分４１,４３は、マーク(４１〜４４)の中心Ｃ４に関して対称な点形状である。同様に、第２象限と第４象限に相当する２つの領域４２Ａ,４４Ａに配置された部分４２,４４は、各々、Ｘ方向に平行な複数本の線状パターン４８を含む所定ピッチのライン・アンド・スペースのパターンからなり、繰り返し方向がＹ方向に平行である。また、部分４２,４４も、マーク(４１〜４４)の中心Ｃ４に関して対称な点形状である。さらに、部分４１,４３と部分４２,４４は、その間隔Ｄ４が等しい。マーク(４１〜４４)の中心Ｃ４は、部分４１,４３の中心線４６と部分４２,４４の中心線４５との交点に相当する。

ここで、レジストマーク３０の他方のマーク(４１〜４４)を、上記した下地マーク１０の他方のマーク(２１〜２４)と比較する。レジストマーク３０側のマーク(４１〜４４)の間隔Ｄ４は、下地マーク１０側のマーク(２１〜２４)の間隔Ｄ２とは間隔が異なっていて、重ならないようになっている。これは、マーク(４１〜４４)の中心Ｃ４に対する線状パターン４７,４８の位置が、マーク(２１〜２４)の中心Ｃ２に対する線状パターン２７,２８の位置とは異なることを意味している。本実施形態では、マーク(４１〜４４)の線状パターン４７,４８の位置の方が、マーク(２１〜２４)の線状パターン２７,２８の位置よりも中心から離れている。また、マーク(４１〜４４)の中心Ｃ４は、下地パターンとレジストパターンとの位置ずれが無いときにマーク(２１〜２４)の中心Ｃ２と一致するようになっている。

このように構成されたレジストマーク３０は、既に説明した通り、レジストパターンと同時にレジスト層内に形成され、一方の十字形状のマーク(３１〜３４)の中心Ｃ３によりレジストパターンの第１基準位置を示し、他方のライン・アンド・スペースのマーク(４１〜４４)の中心Ｃ４によりレジストパターンの第２基準位置を示している。レジストマーク３０では、十字形状のマーク(３１〜３４)に外接する矩形領域３０Ａの内側で４つの領域４１Ａ〜４４Ａに分けて効率よくライン・アンド・スペースのマーク(４１〜４４)を配置したことにより、占有面積を大きくせずに２種類のマーク（レジストパターン用）を含むことができる。

本実施形態の位置ずれ検出用マークは、図１(ａ)に示す２種類のマーク(１１〜１４),(２１〜２４)が矩形領域１０Ａの内側に効率よく配置された下地マーク１０と、図２(ａ)に示す２種類のマーク(３１〜３４),(４１〜４４)が矩形領域３０Ａの内側に効率よく配置されたレジストマーク３０とで構成され、図３に示す通り、各々の矩形領域１０Ａ,３０Ａがほぼ重なった状態にある。

また、矩形領域１０Ａ内での下地マーク１０の線状パターン１１〜１４,２７,２８の配置と、矩形領域３０Ａ内でのレジストマーク３０の線状パターン３１〜３４,４７,４８の配置とが異なるため、各々の矩形領域１０Ａ,３０Ａがほぼ重なった状態でも、下地マーク１０の線状パターン１１〜１４,２７,２８とレジストマーク３０の線状パターン３１〜３４,４７,４８が重なることはない。上記した下地マーク１０の間隔Ｄ１,Ｄ２とレジストマーク３０の間隔Ｄ３,Ｄ４は、下地パターンとレジストパターンとの位置ずれ検出に適切なレンジを有するように最適化されている。

本実施形態の位置ずれ検出用マーク（つまり下地マーク１０とレジストマーク３０）を用いて、下地パターンとレジストパターンとの位置ずれ検出を行う際、装置（例えば光学顕微鏡など）の視野領域内には、位置ずれ検出用マーク(１０,３０)を含む測定点が位置決めされ、この測定点の画像がＣＣＤカメラなどの撮像素子を用いて取り込まれる。上記の通り、位置ずれ検出用マーク(１０,３０)の中で下地マーク１０の線状パターン１１〜１４,２７,２８とレジストマーク３０の線状パターン３１〜３４,４７,４８とは重なっていないため、測定点の画像には各々の線状パターンに応じた輝度情報が独立に現れる。

この測定点の画像に基づいて下地パターンとレジストパターンとの位置ずれ検出を行うには、２通りの方法がある。第１の方法は、十字形状のマーク（つまり下地パターンの第１基準位置を示すマーク(１１〜１４)とレジストパターンの第１基準位置を示すマーク(３１〜３４)）を使う方法である。第２の方法は、ライン・アンド・スペースのマーク（つまり下地パターンの第２基準位置を示すマーク(２１〜２４)とレジストパターンの第２基準位置を示すマーク(４１〜４４)）を使う方法である。

（第１の方法）この場合には、測定点の画像中から下地マーク１０の線状パターン１１,１２に関わる部分画像とレジストマーク３０の線状パターン３１,３２に関わる部分画像とが切り出され、この部分画像内でのプロジェクション処理後の信号波形を用い、周知の相関法により、各々の中心線１５,３５のＹ方向の位置ずれ量Δ_Y1が算出される。また同様に、測定点の画像中から下地マーク１０の線状パターン１３,１４に関わる部分画像とレジストマーク３０の線状パターン３３,３４に関わる部分画像とが切り出され、この部分画像内でのプロジェクション処理後の信号波形を用いて、各々の中心線１６,３６のＸ方向の位置ずれ量Δ_X1が算出される。算出結果の位置ずれ量Δ_X1,Δ_Y1は、十字形状のマークの中心Ｃ１,Ｃ３の位置ずれ量であり、下地パターンとレジストパターンとの位置ずれ検出（下地パターンに対するレジストパターンの重ね合わせ検査）の結果を表す。

（第２の方法）この場合には、測定点の画像中から下地マーク１０の部分２２,２４(つまり線状パターン２８)に関わる部分画像とレジストマーク３０の部分４２,４４(つまり線状パターン４８)に関わる部分画像とが切り出され、この部分画像内でのプロジェクション処理後の信号波形を用いて、各々の中心線２５,４５のＹ方向の位置ずれ量Δ_Y2が算出される。また同様に、測定点の画像中から下地マーク１０の部分２１,２３(つまり線状パターン２７)に関わる部分画像とレジストマーク３０の部分４１,４３(つまり線状パターン４７)に関わる部分画像とが切り出され、この部分画像内でのプロジェクション処理後の信号波形を用いて、各々の中心線２６,４６のＸ方向の位置ずれ量Δ_X2が算出される。算出結果の位置ずれ量Δ_X2,Δ_Y2は、ライン・アンド・スペースのマークの中心Ｃ２,Ｃ４の位置ずれ量であり、下地パターンとレジストパターンとの位置ずれ検出（下地パターンに対するレジストパターンの重ね合わせ検査）の結果を表す。

このように、下地パターンとレジストパターンとの位置ずれ検出（下地パターンに対するレジストパターンの重ね合わせ検査）は、上記した第１の方法と第２の方法との何れでも確実に行うことができる。上記例では、相関法を用い、信号波形の全体を使って相関演算を行うため、信号ノイズの影響を受け難く、位置ずれ量Δ_X1,Δ_Y1や位置ずれ量Δ_X2,Δ_Y2を再現性よく算出できる。ただし、相関法ではなく、信号波形のボトム位置に基づいて位置ずれ量を算出しても構わない。

実際の位置ずれ検出は、十字形状のマーク(第１の方法)とライン・アンド・スペースのマーク(第２の方法)との両方で行っても良いし、２種類のうち最適な方を検査時に選択しても良い。十字形状のマーク(第１の方法)による利点は、光軸付近を利用しているため、装置の光学系の収差の影響を殆ど受けることなく高精度に位置ずれ検出を行えるという点にある。ライン・アンド・スペースのマーク(第２の方法)による利点は、平均的な検出結果を得ることができるという点にある。２種類のうち最適な方を選択することで、位置ずれ検出の精度が向上する。

上記したように、本実施形態の位置ずれ検出用マークによれば、下地マーク１０の十字形状のマーク(１１〜１４)に外接する矩形領域１０Ａの内側で、４つの領域２１Ａ〜２４Ａに分けて効率よくライン・アンド・スペースのマーク(２１〜２４)を配置し、かつ、レジストマーク３０の十字形状のマーク(３１〜３４)に外接する矩形領域３０Ａの内側で、４つの領域４１Ａ〜４４Ａに分けて効率よくライン・アンド・スペースのマーク(４１〜４４)を配置したことにより、占有面積を大きくせずに２種類の位置ずれ検出用マークを含むことができる。また、ライン・アンド・スペースのマーク(２１〜２４),(４１〜４４)を中心Ｃ２,Ｃ４に関して対称な形状としたことにより、装置の光学系の収差の影響を低減でき、高精度な検出結果を得ることができる。
（変形例）
なお、上記した実施形態では、図１(ａ)の下地マーク１０と図２(ａ)のレジストマーク３０とで構成された位置ずれ検出用マークを例に説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、下地マークを図２(ａ)の構成、レジストマークを図１(ａ)の構成としても、同様の位置ずれ検出を行うことができる。さらに、下地マークとレジストマークとのうち、何れか一方を図１(ａ)の十字形状のマーク(１１〜１４)と図２(ａ)のライン・アンド・スペースのマーク(４１〜４４)とで構成し、何れか他方を図２(ａ)の十字形状のマーク(３１〜３４)と図１(ａ)のライン・アンド・スペースのマーク(２１〜２４)とで構成しても、同様の位置ずれ検出を行える。また、マーク(２１〜２４)とマーク(４１〜４４)の構成を変更し、図１(ａ)の部分２１,２３と図２(ａ)の部分４２,４４とを組み合わせ、図１(ａ)の部分２２,２４と図２(ａ)の部分４１,４３とを組み合わせてもよい。

さらに、十字形状のマーク(１１〜１４),(３１〜３４)を図４(ａ),(ｂ)に示す構成としても構わない。図４(ａ)は、十字形状のマークを構成する２組の平行線(例えば線状パターン１１,１２と線状パターン１３,１４)が交差する部分の内側で、そこに含まれる線状パターンを省略したものである。図４(ｂ)は、２組の平行線が交差する部分の内側に加え、その外側にも拡大させた近傍領域で、そこに含まれる線状パターンを省略したものである。

また、上記した実施形態では、十字形状のマークをＸ方向の２本の線状パターン(例えば線状パターン１１,１２)とＹ方向の２本の線状パターン(例えば線状パターン１３,１４)とで構成したが、本発明はこれに限定されない。十字形状のマーク(１１〜１４),(３１〜３４)のうち何れか一方を図５に示す構成としても良い。図５の十字形状のマークは、Ｘ方向の１本の線状パターン１７とＹ方向の１本の線状パターン１８とで構成され、これら２本の線状パターン１７,１８の交点がマークの中心となる。位置ずれ検出の際には、上記した中心線１５(または３５)と線状パターン１７とのＹ方向の位置ずれ量Δ_Y1を算出し、中心線１６(または３６)と線状パターン１８とのＸ方向の位置ずれ量Δ_X1を算出すればよい。

さらに、十字形状のマークを構成するＸ方向の線状パターンの本数とＹ方向の線状パターンの本数とは、各々、１本や２本に限定されず、３本以上でも良い。ただし、基板上で下地マーク１０の矩形領域１０Ａとレジストマーク３０の矩形領域３０Ａとを重ねたときに、各々の線状パターンが重ならないようにしなければならない。そのために必要な条件は、下地マーク１０側の十字形状のマークとレジストマーク３０側の十字形状のマークとで、各々の中心に対する線状パターンの位置を異ならせることである。十字形状のマークを構成する線状パターンの本数は、Ｘ方向とＹ方向とで異なってもよい。

また、上記した実施形態では、十字形状のマークに外接する矩形領域(例えば１０Ａ)の内側で、十字形状のマークにより仕切られた４つの領域(例えば２１Ａ〜２４Ａ)に分けて、ライン・アンド・スペースのマーク(例えば２１〜２４)を配置したが、本発明はこれに限定されない。ライン・アンド・スペースに代えて、図６に示す斜め４５度の線状パターン３７,３８を４つの領域に分けて配置してもよい。線状パターン３７,３８の何れか一方は下地マーク、他方はレジストマークである。４つの領域の線状パターン３７からなるマークと、４つの領域の線状パターン３８からなるマークは、各々、その中心に関して対称な形状である。なお図６には、十字形状のマークとして図３(ａ)と図５との組み合わせを示した。図３(ａ)と図５との何れか一方は下地マーク、他方はレジストマークである。

さらに、上記した実施形態では、十字形状のマークにより仕切られた４つの領域(例えば２１Ａ〜２４Ａ)に分けて別のマーク（例えばライン・アンド・スペースや斜め４５度の線状パターン３７）を配置したが、本発明はこれに限定されない。別のマークを配置する領域の数は、４つの領域のうち１つ〜３つでもよい。４つの領域のうち２つ以上に配置された部分の組み合わせによって１種類のマークを構成してもよいし、領域ごとに異なる種類のマークを配置してもよい。４つの領域の各々に異なるの種類のマークを配置した場合、位置ずれ検出用マークに含まれる種類は全部で５種類となる。別のマークの構成要素としては、上記した１本以上の線状パターン(２７,２８,３７,３８,４７,４８)に限らず、１個以上の点状パターンでもよいし、線状パターンと点状パターンとの組み合わせでもよい。別のマークとして、従来と同様の２重マーク（ボックスマークやフレームマークなど）を１つの領域に配置しても良いし、目視用のマーク（バーニヤ）を配置しても良い。

また、上記した実施形態では、下地マーク１０とレジストマーク３０との両方を２種類以上のマークで構成したが（例えば十字形状とライン・アンド・スペースの組み合わせ）、下地マーク１０を十字形状のマークのみで構成しても良い。この場合、レジストマーク３０の位置ずれ検出は、十字形状のマークを使用する場合には下地マークとの比較により行われ（重ね合わせ検査）、別のマーク（例えばライン・アンド・スペース）を使用する場合には当該マークの中心位置と設計値との比較により行われる。

さらに、上記した実施形態では、下地パターンに対するレジストパターンの重ね合わせ検査を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。下地マークとの比較を行わず、レジストマーク（複数種類を含む)(例えば十字形状とライン・アンド・スペースの組み合わせ）の各々で中心位置を求め、この中心位置と設計値との比較により位置ずれ検出を行ってもよい。この場合には、レジストマーク（複数種類を含む)(例えば十字形状とライン・アンド・スペースの組み合わせ）が「位置ずれ検出用マーク」となる。

また、基板の異なる層に形成された複数のパターンの位置ずれ検出（重ね合わせ検査）や、レジスト層に形成された１種類のパターンの設計値に対する位置ずれ検出に限らず、基板の同じ層（レジスト層）に形成された複数のパターンの位置ずれ検出にも、本発明を適用できる。この場合、例えば図１(ａ)に示す２種類のマーク(１１〜１４),(２１〜２４)と図２(ａ)に示す２種類のマーク(３１〜３４),(４１〜４４)とが同じ層に形成され、上記と同様の位置ずれ検出が行われる。

さらに、マークの線状パターン(例えば線状パターン１１,１２など)を複数本の微細な線状パターンの集合体としてもよい。微細な線状パターンの幅を回路パターンの線幅と同程度にすることで、検出精度が向上する。また、ＣＭＰ研磨の際に均一性の良い研磨が可能となる。

下地マーク１０の構成を説明する図である。レジストマーク３０の構成を説明する図である。下地マーク１０とレジストマーク３０との重ね合わせた状態（位置ずれ検出用マーク）を説明する図である。十字形状のマークの別の構成例を示す図である。十字形状のマークの別の構成例を示す図である。位置ずれ検出用マークの別の構成例を示す図である。従来の２重マーク５０の構成図である。

符号の説明

１０下地マーク
１０Ａ，３０Ａ矩形領域
１１〜１４，２７，２８，３１〜３４，４７，４８線状パターン
１５，１６，２５，２６，３５，３６，４５，４６中心線
３０レジストマーク

Claims

第１パターンと第２パターンとの位置ずれ検出に用いられるマークであって、
前記第１パターンの第１基準位置を示すと共に、１本以上の線状パターンと該線状パターンに垂直な１本以上の線状パターンとが十字形状に配置された第１マークと、
前記第１パターンの第２基準位置を示すと共に、前記第１マークに外接する矩形領域の内側で、前記第１マークにより仕切られた４つの領域のうち少なくとも１つに配置された第２マークと、
前記第２パターンの基準位置を示すと共に、前記第１マークの線状パターンに平行な１本以上の線状パターンと該線状パターンに垂直な１本以上の線状パターンとが十字形状に配置された第３マークとを備え、
前記第１マークと前記第３マークとは、各々の中心に対する線状パターンの位置が異なり、前記第１パターンと前記第２パターンとの位置ずれが無いときに各々の中心が一致するものであり、
前記第２パターンの他の基準位置を示すと共に、前記第３マークに外接する矩形領域の内側で、前記第３マークにより仕切られた４つの領域のうち少なくとも１つに配置された第４マークをさらに備え、
前記第２マークと前記第４マークとは、１本以上の線状パターンと１個以上の点状パターンとの少なくとも一方を含むと共に、各々の中心に対する線状パターンと点状パターンの位置が異なり、前記第１パターンと前記第２パターンとの位置ずれが無いときに各々の中心が一致する
ことを特徴とする位置ずれ検出用マーク。
請求項１に記載の位置ずれ検出用マークにおいて、
前記第２マークは、前記第１マークによる前記４つの領域に分けて配置され、該４つの領域のうち第１象限と第３象限に相当する２つの領域に配置された部分が対称な形状であり、かつ、第２象限と第４象限に相当する２つの領域に配置された部分が対称な形状であり、
前記第４マークは、前記第３マークによる前記４つの領域に分けて配置され、該４つの領域のうち第１象限と第３象限に相当する２つの領域に配置された部分が対称な形状であり、かつ、第２象限と第４象限に相当する２つの領域に配置された部分が対称な形状である
ことを特徴とする位置ずれ検出用マーク。