特許 6014845 オーバーレイマーク、これを用いたオーバーレイの計測方法、および半導体デバイスの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6014845

(24)【登録日】2016年10月7日

(45)【発行日】2016年10月26日

(54)【発明の名称】オーバーレイマーク、これを用いたオーバーレイの計測方法、および半導体デバイスの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G03F 9/00 20060101AFI20161013BHJP

   G03F 7/20 20060101ALI20161013BHJP

【ＦＩ】

   G03F9/00 H

   G03F7/20 521

【請求項の数】10

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-218547(P2015-218547)

(22)【出願日】2015年11月6日

【審査請求日】2016年1月27日

(31)【優先権主張番号】10-2015-0096516

(32)【優先日】2015年7月7日

(33)【優先権主張国】KR

(31)【優先権主張番号】10-2015-0130524

(32)【優先日】2015年9月15日

(33)【優先権主張国】KR

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】515309575

【氏名又は名称】オーロステクノロジー， インク．

(74)【代理人】

【識別番号】100109553

【弁理士】

【氏名又は名称】工藤 一郎

(72)【発明者】

【氏名】チャン・ミョンシク

(72)【発明者】

【氏名】イ・ジュンウ

(72)【発明者】

【氏名】チャン・ヒョンジン

(72)【発明者】

【氏名】キム・セウン

(72)【発明者】

【氏名】イ・ギルス

【審査官】 松岡 智也

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−２１３８９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２２２５１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２６０７１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５２８１２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３２４３７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０６６４５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２２８３２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２３５９４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１２４４５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０６１２３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１６０８６８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０−２１／０２７、

Ｈ０１Ｌ ２１／４６、

Ｇ０３Ｆ ７／２０−７／２４、

Ｇ０３Ｆ ９／００−９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

２つの連続するパターン層または１つのパターン層に別々に形成された２つのパターン間の相対的なズレを決定するオーバーレイマーク４００であって、
正方形であり、正方形の角の部分と各辺の中央部にはメサ構造Ｍが形成され、メサ構造Ｍは、並列に配置された複数のトレンチで接続された第１オーバーレイ構造４１０と、
前記第１オーバーレイ構造４１０の上下左右にそれぞれ配置される４つのオーバーレイパターン４２１、４２２、４２３、４２４を備え、前記４つのオーバーレイパターン４２１、４２２、４２３、４２４のそれぞれは、互いに並んだ複数のバー４２５、４２６、４２７、４２８を備え、前記複数のバー４２５、４２６、４２７、４２８は、前記第１オーバーレイ構造４１０から離れるほど長さが長くなり、幅は狭くなり、長さ方向に沿って交互に形成されたトレンチ構造Ｔとメサ構造Ｍを備える第２オーバーレイ構造４２０を含み、
前記第１オーバーレイ構造４１０と第２オーバーレイ構造４２０は、異なるパターン層に形成されるか１つのパターン層に別々に形成された異なるパターンと一緒に形成されることを特徴とするオーバーレイマーク。

【請求項2】

各バー４２５、４２６、４２７、４２８の面積が互いに等しいことを特徴とする請求項１に記載のオーバーレイマーク。

【請求項3】

前記複数のバー４２５、４２６、４２７、４２８のトレンチ構造Ｔは、並列に配置された複数のトレンチを含むことを特徴とする請求項１に記載のオーバーレイマーク。

【請求項4】

前記複数のバー４２５、４２６、４２７、４２８のメサ構造Ｍは、並列に配置された複数のメサを含むことを特徴とする請求項１に記載のオーバーレイマーク。

【請求項5】

クリティカル ディメンション（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）の測定のために、前記第１オーバーレイ構造４１０の内部に形成された円形構造４３０をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のオーバーレイマーク。

【請求項6】

前記第２オーバーレイ構造４２０は、９０度回転に対して不変体であることを特徴とする請求項１に記載のオーバーレイマーク。

【請求項7】

前記オーバーレイパターン４２１、４２２、４２３、４２４の複数のバー４２５、４２６、４２７、４２８との間の間隔が一定であることを特徴とする請求項１に記載のオーバーレイマーク。

【請求項8】

前記第１オーバーレイ構造４１０と第２オーバーレイ構造４２０の回転中心が一致することを特徴とする請求項１に記載のオーバーレイマーク。

【請求項9】

半導体素子の製造方法において、
２つの連続するパターン層または１つのパターン層に別々に形成された２つのパターンを形成すると同時にオーバーレイマーク４００を形成するステップと、
前記オーバーレイマーク４００を用いてオーバーレイ値を測定するステップと、
測定されたオーバーレイ値を２つの連続するパターン層または１つのパターン層に別々に形成された２つのパターンを形成するためにプロセス制御に用いるステップとを含み、
前記オーバーレイマーク４００は、請求項１から８のいずれか一項に記載のオーバーレイマーク４００であることを特徴とする半導体素子の製造方法。

【請求項10】

２つの連続するパターン層または１つのパターン層に別々に形成された２つのパターン間のオーバーレイを測定する方法であって、
２つの連続するパターン層または１つのパターン層に別々に形成された２つのパターンを形成すると同時に形成されたオーバーレイマーク４００の画像を取得するステップと、
前記オーバーレイマーク４００の画像を分析するステップとを含み、
前記オーバーレイマーク４００は、請求項１項から８項のいずれか一項に記載のオーバーレイマーク４００であることを特徴とするオーバーレイの測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、オーバーレイマーク、これを用いたオーバーレイの計測方法、および半導体デバイスの製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

半導体基板上には、複数のパターン層が順次に形成される。また、ダブルパターニングなどにより、１つの層の回路が２つのパターンに分かれて形成されることもある。これらのパターン層または１つの層の複数のパターンが、予め設定された位置に正確に形成されないと、希望する半導体装置を製造することができない。

【0003】

したがって、パターン層が正確に整列されているかを確認するために、パターン層と同時に形成されるオーバーレイマークが使用される。

【0004】

オーバーレイマークを用いてオーバーレイを測定する方法は、以下の通りである。まず、前工程、例えばエッチング工程で形成されたパターン層に、パターン層の形成と同時にオーバーレイマークの一部である１つの構造を形成する。そして、後工程、例えばフォトリソグラフィ工程においてフォトレジストにオーバーレイマークの残りの構造を形成する。そして、オーバーレイ測定装置により、前工程で形成されたパターン層のオーバーレイ構造（フォトレジスト層を透過して画像を取得する）とフォトレジスト層のオーバーレイ構造の画像を取得して、これらの画像の中心間のオフセット値を計測してオーバーレイ値を測定する。オーバーレイ値が許容範囲を超えた場合、フォトレジスト層を除去し、再作業する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第５１８０４１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、半導体の製造工程でパターン層が正確に整列されているかを確認するために、パターン層と同時に形成される新しいオーバーレイ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】

【0007】

上述した目的を達成するために、本発明は、２つの連続するパターン層または１つのパターン層に別々に形成された２つのパターンの間の相対的なズレを決定する（乃至は計測する）オーバーレイマークであって、正方形であり、正方形の角の部分と各辺の中心部にはメサ構造が形成され、メサ構造は、並列に配置された複数のトレンチで接続された第１オーバーレイ構造と、前記第１オーバーレイ構造の上下左右にそれぞれ配置される４つのオーバーレイパターンを備え、前記４つのオーバーレイパターンのそれぞれは、互いに並んだ複数のバーを備え、前記複数のバーは、前記第１オーバーレイ構造から離れるほど、長さが長く、幅は狭くなり、長さ方向に沿って交互に形成されたトレンチ構造とメサ構造とを備える第２オーバーレイ構造とを含み、前記第１オーバーレイ構造と第２オーバーレイ構造は、異なるパターン層に形成されるか、または一つのパターン層に別々に形成された異なるパターンと一緒に形成されることを特徴とするオーバーレイマークを提供する。

【0008】

前記オーバーレイマークにおいて、それぞれのバーの面積は互いに等しいことが好ましい。

【0009】

また、前記トレンチ構造は、並列に配置された複数のトレンチを含むことがより好ましく、前期メサ構造は、並列に配置された複数のメサを含むことがより好ましい。

【0010】

また、臨界次元（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）の測定のために、前記第１オーバーレイ構造の内部に形成された円形の構造をさらに含んでもよい。

【0011】

また、前記第２オーバーレイ構造は、９０度回転に対して不変体であってもよい。

【0012】

また、前記オーバーレイパターンの複数のバーの間の間隔が一定であってもよい。

【0013】

また、前期４つのオーバーレイパターンのうち、前記第１オーバーレイ構造の上下に配置されるオーバーレイパターンのバーと、前記第１オーバーレイ構造の左右に配置されるオーバーレイパターンのバーは、互いに直交してもよい。

【0014】

また、前記第１オーバーレイ構造と第２オーバーレイ構造の回転中心が一致することが好ましい。

【0015】

また、前記第２オーバーレイ構造は、前工程によって形成されたパターン層に形成され、前記第１オーバーレイ構造は、後工程によって形成されたパターン層に形成されることが好ましい。

【0016】

本発明は、さらに、２つの連続するパターン層または１つのパターン層に別々に形成された２つのパターンを形成すると同時にオーバーレイマークを形成するステップと、前記オーバーレイマークを用いてオーバーレイ値を測定するステップと、測定されたオーバーレイ値を２つの連続するパターン層または１つのパターン層に別々に形成された２つのパターンを形成するためのプロセス制御に用いるステップとを含み、前記オーバーレイマークは、上述したオーバーレイマークであることを特徴とする半導体素子の製造方法を提供する。

【0017】

また、２つの連続するパターン層または１つのパターン層に別々に形成された２つのパターンを形成すると同時に形成されたオーバーレイマークの画像を取得するステップと、前記オーバーレイマークの画像を分析するステップとを含み、前記オーバーレイマークは、上述したオーバーレイマークであることを特徴とするオーバーレイの測定方法を提供する。

【発明の効果】

【0018】

本発明に係るオーバーレイマークは、半導体の製造工程でパターン層が正確に整列されているかを確認するマークとして使用することができる。また、１つの層の複数のパターンが正確に整列されているかを確認するマークとして使用することもできる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明に係るオーバーレイマークの一実施例を示した平面図である。

【図2】図１に図示されたオーバーレイパターンの一部を拡大した断面図である。

【図3】本発明に係るオーバーレイマークの他の実施例を示した平面図である。

【図4】本発明に係るオーバーレイマークのさらに他の実施例を示した平面図である。

【図5】図４に図示された第２オーバーレイ構造のうちいずれか１つのバーの断面を示した図面である。

【図6】一般的なオーバーレイマークの非対称性による測定の不正確性を説明するための図面である。

【図7】本発明に係るオーバーレイマークのさらに他の実施例の一部を示した平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、添付された図面を参照して、本発明の一実施例を詳細に説明する。しかし、本発明の実施例は、種々の形態に変形することができ、本発明の範囲が以下の実施例に限定されるものと解釈されてはならない。本発明の実施例は、当該分野の通常の知識を有する者に本発明をより詳細に説明するために提供されたものである。したがって、図面における要素の形状などはより明確な説明をするために誇張されたものであり、図面上で同じ符号で示されている要素は同じ要素を意味する。

【0021】

図１は、本発明に係るオーバーレイマークの一実施例を示す平面図である。図１を参照すると、本発明に係るオーバーレイマーク１００の一実施例は、第１オーバーレイ構造１１０と第２オーバーレイ構造１２０とを含む。オーバーレイマーク１００は、ウェハのスクライブレーンに形成されてウェハ上の２つ以上のパターン層の間または単層上の２つ以上のパターンの間のオーバーレイを測定するために提供されてもよい。

【0022】

異なるパターン層間のオーバーレイの測定に利用される場合、第１オーバーレイ構造１１０と第２オーバーレイ構造１２０が異なるパターン層に形成される。また、同じ層の異なるパターン、例えば、ダブルパターニング工程で形成される２つのパターンの間のオーバーレイ測定に利用される場合には、第１オーバーレイ構造１１０と第２オーバーレイ構造１２０が同じ層に形成される。このとき、第１オーバーレイ構造１１０と第２オーバーレイ構造１２０は、異なる工程により同じ層に形成される。以下では、便宜上、異なるパターン層間のオーバーレイ測定に基づいて説明する。

【0023】

図１に示すように、本実施例において、第１オーバーレイ構造１１０は、正方形の形である。第１オーバーレイ構造１１０の相対する２辺は、第１方向と平行して、残りの２辺は、第１方向と直交する第２方向と平行する。第１方向と第２方向はそれぞれＸ軸方向とＹ軸方向であってもよい。

【0024】

第２オーバーレイ構造１２０は、第１オーバーレイ構造１１０の上下左右にそれぞれ配置される４つのオーバーレイパターン１２１、１２２、１２３、１２４を備える。そして、４つのオーバーレイパターン１２１、１２２、１２３、１２４のそれぞれは、互いに並んだ複数のバー１２５、１２６、１２７、１２８を備える。各オーバーレイパターン１２１、１２２、１２３、１２４の複数のバー１２５、１２６、１２７、１２８は、一定の間隔で配置される。また、オーバーレイパターン１２１、１２２、１２３、１２４の複数のバー１２５、１２６、１２７、１２８の長さと幅も互いに等しい。

【0025】

４つのオーバーレイパターン１２１、１２２、１２３、１２４の中から、第１オーバーレイ構造１１０の上下に配置されるオーバーレイパターン１２３、１２４のバー１２７、１２８と、第１オーバーレイ構造１１０の左右に配置されるオーバーレイパターン１２１、１２２のバー１２５、１２６は、互いに直交する。第１オーバーレイ構造１１０の上下に配置されるオーバーレイパターン１２３、１２４のバー１２７、１２８は、Ｘ軸方向に長く延びた形状でＹ軸方向に沿って配置され、第１オーバーレイ構造１１０の左右に配置されるオーバーレイパターン１２１、１２２のバー１２５、１２６は、Ｙ軸方向に長く延びた形状でＸ軸方向に沿って配置される。左右オーバーレイパターン１２１、１２２は、Ｘ軸方向のオーバーレイの計測に利用することができ、上下オーバーレイパターン１２３、１２４は、Ｙ軸方向のオーバーレイの計測に利用することができる。

【0026】

第１オーバーレイ構造１１０と第２オーバーレイ構造１２０の両方とも９０度回転に対して不変体であり、第１オーバーレイ構造１１０と第２オーバーレイ構造１２０の回転中心Ｃが一致するので、本実施例のオーバーレイマーク１００は、全体が９０度回転に対して不変体である。

【0027】

一方、逆に形成してもよいが、前工程で形成されるパターン層には、第２オーバーレイ構造１２０を形成し、後工程で形成されるパターン層には、第１オーバーレイ構造１１０を形成することが好ましい。前工程で形成されるパターン層は、後工程で形成されるパターン層に覆われるので、後工程で形成されたパターン層に比べ正確な画像を取得することが難しい。したがって、より正確な測定が容易な第２オーバーレイ構造１２０を前工程に形成することが有利である。

【0028】

図２は、図１に示したオーバーレイパターンの一部を拡大した断面図である。図２に示したように、オーバーレイパターン１２１、１２２、１２３、１２４の複数のバー１２５、１２６、１２７、１２８は、それぞれ複数の微細なバー１３０を備えることが好ましい。オーバーレイマーク１００がウェハのダイ領域に適用される設計規則に所定の間隔や幅と同様の間隔や幅を有することが、実際のダイ領域のオーバーレイとオーバーレイマークによって測定されたオーバーレイ間の誤差を減らすのに役立つからである。これらの複数の微細なバー１３０は、同じ間隔で形成されてもよい。

【0029】

図３は、本発明に係るオーバーレイマークの他の実施例を示した平面図である。図３に示した実施例は、第２オーバーレイ構造２２０において、図１に示した実施例と差があるため、ここでのみ説明をする。図３に示した実施例は、図１に示した実施例とは異なって、第２オーバーレイ構造２２０が９０度回転に対して可変体である。また、１８０度回転に対しても可変体である。本実施例において、第２オーバーレイ構造２２０のオーバーレイパターン２２１、２２２、２２３、２２４は、相対するオーバーレイパターン２２１と２２２、２２３と２２４のバー２２５と２２６、２２７と２２８が互いに直交するように構成される。

【0030】

以下、図１に示したオーバーレイマーク１００を用いたオーバーレイの計測方法について説明する。オーバーレイの計測方法は、オーバーレイマーク１００の画像を取得するステップと、オーバーレイマーク１００の画像を分析するステップとを含む。オーバーレイマーク１００は、２つの連続するパターン層または１つのパターン層に別々に形成された２つのパターンを形成すると同時に形成される。

【0031】

オーバーレイマーク１００の画像を取得するステップは、第１オーバーレイ構造１１０の画像を取得するステップと、第２オーバーレイ構造１２０の画像を取得するステップと、これらの画像の結合画像を取得するステップとを含んでもよい。

【0032】

第１オーバーレイ構造１１０と第２オーバーレイ構造１２０が異なる層に形成されている場合には、異なる光源を使用して画像を取得してもよい。前工程で形成された第２オーバーレイ構造１２０は、後工程で形成されたパターン層によって覆われるので、後工程で形成されたパターン層を通過することができる波長の光を利用して画像を取得することが好ましい。

【0033】

オーバーレイマーク１００の画像を分析するステップは、取得された結合画像から第１オーバーレイ構造１１０の中心と第２オーバーレイ構造１２０の中心のオフセットを測定するステップであってもよい。また、第２オーバーレイ構造１２０の中心と第１オーバーレイ構造１１０の内側端に対応する線の間の距離を測定するステップであってもよい。

【0034】

以下、図１に示したオーバーレイマーク１００を用いた半導体素子の製造方法について説明する。オーバーレイマーク１００を用いた半導体素子の製造方法は、オーバーレイマーク１００を形成するステップで開始される。２つの連続するパターン層または１つのパターン層に別々に形成された２つのパターンを形成すると同時にオーバーレイマーク１００を形成する。

【0035】

次に、オーバーレイマーク１００を用いてオーバーレイ値を測定する。オーバーレイ値を測定するステップは、上述したオーバーレイの計測方法と同様である。

【0036】

最後に、測定されたオーバーレイ値を２つの連続するパターン層または１つのパターン層に別々に形成された２つのパターンを形成するためのプロセス制御に利用する。つまり、導出されたオーバーレイをプロセス制御に利用して、連続するパターン層または２つのパターンが所定の位置に形成されるようにする。

【0037】

図４は、本発明に係るオーバーレイマークのさらに他の実施例を示す平面図であり、図５は、図４に示した第２オーバーレイ構造のうちいずれか１つのバーの断面を示す図である。

【0038】

図４を参照すると、本実施例は、第１オーバーレイ構造３１０と第２オーバーレイ構造３２０と円形構造３３０とを含む。円形構造３３０は、第１オーバーレイ構造３１０の内側に形成される。円形構造３３０は、光学画像を基におおよその臨界次元（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）の計測ができるようにする。これを利用して半導体の製造工程において工程の安定性を確保することができる。また、円形構造３３０は、第１オーバーレイ構造３１０によるパターン認識（ｐａｔｔｅｒｎ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ）をする場合、もっとユニークな環境を作ってオーバーレイを測定するためのプロセスであるターゲットセンタリング（ｔａｒｇｅｔ ｃｅｎｔｅｒｉｎｇ）をより安定的に行わせる役割を果たすこともできる。

【0039】

図４に示すように、本実施例において、第１オーバーレイ構造３１０は、正方形である。第２オーバーレイ構造３２０は、第１オーバーレイ構造３１０の上下左右にそれぞれ配置される４つのオーバーレイパターン３２１、３２２、３２３、３２４を備える。また、４つのオーバーレイパターン３２１、３２２、３２３、３２４のそれぞれは互いに並んだ複数のバー３２５、３２６、３２７、３２８を備える。それぞれのオーバーレイパターン３２１、３２２、３２３、３２４の複数のバー３２５、３２６、３２７、３２８は、一定の間隔で配置される。

【0040】

図１に示された実施例とは異なる本実施例の特徴は、１つのオーバーレイパターン（例えば、３２１）を構成する複数のバー３２５ａ、３２５ｂ、３２５ｃ、３２５ｄ、３２５ｅの長さと幅が異なることである。複数のバー３２５ａ、３２５ｂ、３２５ｃ、３２５ｄ、３２５ｅは、それぞれのバー３２５ａ、３２５ｂ、３２５ｃ、３２５ｄ、３２５ｅの面積が互いに等しくなるように、第１オーバーレイ構造３１０から遠ざかるほど長さが長くなり、幅は狭くなる。つまり、最も内側に配置されるバー３２５ａは、長さが最も短く、幅は最も広くて、最も外側に配置されるバー３２５ｅは、長さが最も長く、幅は最も狭い。
本実施例では、このような構造により、デフォーカス（ｄｅｆｏｃｕｓ）が発生しても、単一の幅のバーを備えた場合に比べて精度（ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ）の確保が容易であるという利点がある。また、単一の幅のバーを備えた場合に比べて光学中心に近い領域により多くの光の強さ（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）情報量の確保が可能なため、下記のメサ、トレンチ型と組み合わされて、精度（ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ）の確保が容易であるという利点がある。

【0041】

図１に示された実施例とは異なる本実施例の他の特徴は、第１オーバーレイ構造３１０の辺と第２オーバーレイ構造３２０のバー３２５、３２６、３２７、３２８が長さ方向に沿ってメサ（ｍｅｓａ、Ｍ）の構造とトレンチ（ｔｒｅｎｃｈ、Ｔ）構造が交互に形成された形状であることである。図４で濃く表示された部分が凹部分である。図４に示された実施例には、メサ−トレンチ−メサ−トレンチ−メサにそれぞれ１／５ずつの領域が割り当てられていることが示されているが、必要に応じて異なった領域に分割してもよい。

【0042】

このような構造の適用は、オーバーレイマークの製作時の工程上の非対称性によって発生する誤差を減らすことができるという利点がある。

【0043】

図６に示すように、半導体工程によりオーバーレイ構造を製作する場合、構造の両側斜面の角度（α、β）が異なることがある。これらの非対称性はＣＭＰ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）、ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＲＩＥ（ｒｅａｃｔｉｖｅ−ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ）などの半導体工程で発生することができる。トレンチ構造またはメサ構造で同じ層のオーバーレイ構造をすべて製作する場合には、これらのオーバーレイマークの制作時の非対称性によって、焦点の高さ、測定に使用される光の波長帯域に応じて、オーバーレイの測定値が異なって測定される問題がある。

【0044】

しかし、図４及び５に示すように、同じ層にトレンチ構造とメサ構造が交互に形成された形態のオーバーレイ構造を使用する場合には、トレンチ構造での誤差とメサ構造での誤差が一部相殺されて、測定の不正確性を最小限に抑えることができるという利点がある。つまり、半導体工程で構造を形成する際に、構造がメサ構造であるかトレンチ構造であるかに応じて非対称性が異なって現れるので、誤差が一部相殺されることがある。また、誤差の大きさを測定して、オーバーレイ測定の精度を高めることもできる。たとえば、オーバーレイマークの中心から同じ距離に配置された一対のトレンチ構造の中心点と、中心から同じ距離に配置された一対のメサ構造の中心点との差を計算する方法によってオーバーレイ構造の不正確性を測定し、これによりオーバーレイ測定の精度を高めることができる。また、トレンチ構造での誤差とメサ構造での誤差を測定して、誤差が小さい構造の測定値を使用することにより、オーバーレイ測定の精度を高めることもできる。

【0045】

図７は、本発明に係るオーバーレイマークのさらに他の実施例の平面図である。図示するように、２つの連続するパターン層または１つのパターン層に別々に形成された２つのパターン間の相対的なズレを決定する（乃至は計測する）オーバーレイマーク４００は、正方形であり、正方形の角の部分と各辺の中央部にはメサ構造Ｍが形成され、メサ構造Ｍは、並列に配置された複数のトレンチで接続された第１オーバーレイ構造４１０と、前記第１オーバーレイ構造４１０の上下左右にそれぞれ配置される４つのオーバーレイパターン４２１、４２２、４２３、４２４を備え、前記４つのオーバーレイパターン４２１、４２２、４２３、４２４のそれぞれは、互いに並んだ複数のバー４２５、４２６、４２７、４２８を備え、前記複数のバー４２５、４２６、４２７、４２８は、前記第１オーバーレイ構造４１０から離れるほど長さが長くなり、幅は狭くなり、長さ方向に沿って交互に形成されたトレンチ構造Ｔとメサ構造Ｍを備える第２オーバーレイ構造４２０を含み、前記第１オーバーレイ構造４１０と第２オーバーレイ構造４２０は、異なるパターン層に形成されるか、または１つのパターン層に別々に形成された異なるパターンと一緒に形成されることを特徴とする。

【0046】

また、前記オーバーレイマーク４００において、各バー４２５、４２６、４２７、４２８の面積は互いに等しいことが好ましい。

【0047】

また、前記複数のバー４２５、４２６、４２７、４２８のトレンチ構造Ｔは、並列に配置された複数のトレンチを含むことがより好ましく、前記複数のバー４２５、４２６、４２７、４２８のメサ構造Ｍは、並列に配置された複数のメサを含むことがより好ましい。

【0048】

また、臨界次元（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）の測定のために、前記第１オーバーレイ構造４１０の内部に形成された円形構造４３０をさらに含んでもよい。

【0049】

また、前記第２オーバーレイ構造４２０は、９０度回転に対して不変体であってもよい。また、前期オーバーレイパターン４２１、４２２、４２３、４２４の複数のバー４２５、４２６、４２７、４２８との間の間隔が一定であってもよい。

【0050】

また、前期４つのオーバーレイパターン４２１、４２２、４２３、４２４のうち、前記第１オーバーレイ構造４１０の上下に配置されるオーバーレイパターン４２３、４２４のバー４２７、４２８と、前記第１オーバーレイ構造４１０の左右に配置されるオーバーレイパターン４２１、４２２のバー４２５、４２６は、互いに直交してもよい。

【0051】

また、前記第１オーバーレイ構造４１０と第２オーバーレイ構造４２０の回転中心が一致することが好ましい。

【0052】

また、前記第２オーバーレイ構造４２０は、前工程によって形成されたパターン層に形成され、前記第１オーバーレイ構造４１０は、後工程によって形成されたパターン層に形成されることが好ましい。

【0053】

本発明は、さらに、２つの連続するパターン層または１つのパターン層に別々に形成された２つのパターンを形成すると同時にオーバーレイマーク４００を形成するステップと、前記オーバーレイマーク４００を用いてオーバーレイ値を測定するステップと、測定されたオーバーレイ値を２つの連続するパターン層または１つのパターン層に別々に形成された２つのパターンを形成するためにプロセス制御に用いるステップとを含み、前記オーバーレイマーク４００は、上述したオーバーレイマーク４００であることを特徴とする半導体素子の製造方法を提供する。

【0054】

また、２つの連続するパターン層または１つのパターン層に別々に形成された２つのパターンを形成すると同時に形成されたオーバーレイマーク４００の画像を取得するステップと、前記オーバーレイマーク４００の画像を分析するステップとを含み、前記オーバーレイマーク４００は、上述したオーバーレイマーク４００であることを特徴とするオーバーレイの測定方法を提供する。

【0055】

本実施例は、図５に示した実施例とは異なって互いに並んだ２つ以上のトレンチおよび／またはメサが長さ方向に沿って交互に配置される。トレンチ構造だけ互いに並んだ２つ以上のトレンチで形成したり、メサ構造だけ互いに並んだ２つ以上のメサで形成したり、トレンチ構造とメサ構造の両方を互いに並んだ２つ以上で形成したりすることができる。本実施例の構造は、信号の強さを向上させるという利点がある。

【0056】

上述した実施例は、本発明の好適な実施例を説明したに過ぎず、本発明の権利範囲は、説明された実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想と請求の範囲内で当該分野の通常の知識を有するものにより、様々な変更、変形、または置換が可能であり、これらの実施例は、本発明の範囲に属するものと理解されるべきである。

【符号の説明】

【0057】

１００、２００、３００、４００ オーバーレイマーク
１１０、３１０、４１０ 第１オーバーレイ構造
１２０、２２０、３２０、４２０ 第２オーバーレイ構造
１２１、１２２、１２３、１２４ オーバーレイパターン
１２５、１２６、１２７、１２８ バー
１３０ 微細なバー
２２１、２２２、２２３、２２４ オーバーレイパターン
２２５、２２６、２２７、２２８ バー
３２１、３２２、３２３、３２４ オーバーレイパターン
４２１、４２２、４２３、４２４ オーバーレイパターン
４２５、４２６、４２７、４２８ バー
４３０ 円形構造

【要約】      （修正有）

【課題】半導体の製造工程でパターン層が正確に整列されているかを確認する、新しいオーバーレイマークを提供する。
【解決手段】２つの連続するパターン層または１つのパターン層に別々に形成された２つのパターン間の相対的なズレを決定するオーバーレイマーク４００であって、正方形の第１オーバーレイ構造４１０と、前記第１オーバーレイ構造の上下左右にそれぞれ配置される４つのオーバーレイパターン４２１〜４２４を備え、前記４つのオーバーレイパターンのそれぞれは、互いに並んだ複数のバー４２５ａ〜４２８ｄを備える第２オーバーレイ構造４２０とを含む。
【選択図】図７

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】