JP2007335802A - Method of inspecting position precision for projection exposure and mask to be used therefor - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To inspect step precision from a transfer pattern formed in a semiconductor wafer. <P>SOLUTION: A mask pattern 14 includes four circuit formation regions 20 as regions forming an integrated circuit; an outer peripheral region 21 surrounding the circuit formation regions 20; and a division region 22 dividing the circuit formation regions 20. Rectangular frame-shaped reference marks 23a to 23c and collation marks 24a to 24c are arranged in the outer peripheral region 21. In projecting the mask pattern 14, and forming a plurality of transfer patterns on a semiconductor wafer; exposure is performed so that the outer peripheral region 21 can be overlapped. The step movement of the semiconductor wafer is carried out. When the projection position is accurately changed, the centers of the reference mark and collation mark of the mutually adjacent transfer patterns are matched in the doubly exposed outer peripheral region 21. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体ウェハにマスクパターンを投影露光して形成された複数の転写パターンの位置精度を検査する方法及びこれに用いるマスクに関するものである。   The present invention relates to a method for inspecting the positional accuracy of a plurality of transfer patterns formed by projecting and exposing a mask pattern on a semiconductor wafer, and a mask used therefor.

ステッパーとして知られる縮小投影露光装置は、半導体集積回路を構築するために酸化皮膜を形成する領域やエッチングを行う領域等がマスクパターンとして形成されたマスクが使用される。半導体ウェハの表面には感光性のレジスト膜が設けられ、マスクパターンを半導体ウェハに投影するとマスクパターンが転写される。ステッパーは、１枚の半導体ウェハから数十〜数百個分の半導体チップを製造できるだけの転写パターンを形成するために、半導体ウェハをステップ移動させながら複数回の投影露光を行う。   A reduction projection exposure apparatus known as a stepper uses a mask in which a region for forming an oxide film, a region for performing etching, and the like are formed as a mask pattern in order to construct a semiconductor integrated circuit. A photosensitive resist film is provided on the surface of the semiconductor wafer, and the mask pattern is transferred when the mask pattern is projected onto the semiconductor wafer. The stepper performs a plurality of projection exposures while moving the semiconductor wafer stepwise to form a transfer pattern capable of manufacturing several tens to several hundreds of semiconductor chips from one semiconductor wafer.

半導体集積回路を構築するためには、複数の工程でそれぞれ異なるマスクが使用され、前の工程の転写パターンと同じ位置に次の工程の転写パターンを重ね合わせるように形成する。半導体集積回路の集積度が高まるにつれて回路構造は微細化し、転写パターンを重ね合わせる際に要求される精度が高くなる。そこで、従来ではマスクパターンに検査マークを設け、前の工程の検査マークと次の工程の検査マークとの位置を比較することで、転写パターンの重なり合いの精度を検査し、ずれの発生を防止している（特許文献１及び２参照）。
特開平７−９９１４８号公報 特開２００３−２２４０４９号公報 In order to construct a semiconductor integrated circuit, different masks are used in a plurality of processes, and a transfer pattern of the next process is formed so as to be superimposed on the same position as the transfer pattern of the previous process. As the degree of integration of semiconductor integrated circuits increases, the circuit structure becomes finer, and the accuracy required when overlaying transfer patterns is increased. Therefore, conventionally, an inspection mark is provided on the mask pattern, and the position of the inspection mark of the previous process and the inspection mark of the next process is compared to inspect the accuracy of the overlap of the transfer pattern, thereby preventing the occurrence of deviation. (See Patent Documents 1 and 2).
JP 7-99148 A JP 2003-224049 A

しかしながら、上記従来技術のように、異なるマスクを用いる前後の工程で転写パターンの重なり合いを検査するだけでは、投影位置を切り替えるために半導体ウェハを移動する際のステップ精度が適切であるか否かを検査することができない問題がある。   However, whether or not the step accuracy when moving the semiconductor wafer to switch the projection position is appropriate only by inspecting the overlapping of the transfer patterns in the steps before and after using different masks as in the above-described prior art. There is a problem that cannot be inspected.

本発明は、上記問題点を考慮してなされたものであり、複数の転写パターンを投影露光によって形成する際のステップ精度を容易に検査することができる投影露光の位置精度検査方法及びこれに用いるマスクを提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above-mentioned problems, and a projection exposure position accuracy inspection method capable of easily inspecting step accuracy when forming a plurality of transfer patterns by projection exposure, and a method used for the same. The object is to provide a mask.

上記目的を達成するために、本発明は、マスクパターンを基板に投影し、１ショットごとにマスクパターンが投影される位置を変更することで前記基板の表面に設けられた感光体に複数の転写パターンを順次に露光形成した際に、前記基板に露光形成された転写パターンの位置精度を検査するための検査方法において、前記マスクパターンの外周領域には、基準マークと、前記基準マークに対応する照合マークとが互いに対称な位置に設けられ、前記外周領域が重なるように前記転写パターンを順次に形成し、所定の転写パターンの基準マークと該転写パターンに隣接した転写パターンの照合マークの互いの位置を比較して各転写パターンの位置を検査することを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention projects a mask pattern onto a substrate and changes the position at which the mask pattern is projected for each shot, thereby transferring a plurality of images onto a photoconductor provided on the surface of the substrate. In the inspection method for inspecting the positional accuracy of the transfer pattern exposed and formed on the substrate when the pattern is sequentially exposed and formed, an outer peripheral area of the mask pattern corresponds to a reference mark and the reference mark. The transfer pattern is sequentially formed so that the reference mark is provided symmetrically with the outer peripheral region, and the reference mark of the predetermined transfer pattern and the reference mark of the transfer pattern adjacent to the transfer pattern are mutually The position of each transfer pattern is inspected by comparing the positions.

前記基準マークと前記照合マークは、前記基板に転写された際にいずれか一方のマークが他方のマークを包含する形状の図形要素からなり、前記基準マークと前記照合マークの互いの中心が一致するか否かに応じて転写パターンの位置が正しいか否かを検査することを特徴とする。   The reference mark and the reference mark are formed of a graphic element in which one of the marks includes the other mark when transferred to the substrate, and the centers of the reference mark and the reference mark coincide with each other. Whether or not the position of the transfer pattern is correct is checked according to whether or not the transfer pattern is correct.

転写パターンとして基板に投影露光されるマスクパターンが形成され、前記マスクパターンの外周領域に、基準マークと、前記基準マークに対応する照合マークとが互いに対称な位置に設けられ、前記外周領域が重なるように前記転写パターンを順次に形成した際に、所定の転写パターンの基準マークと該転写パターンに隣接した転写パターンの照合マークの互いの位置を比較して前記転写パターンの位置を検査するために用いることを特徴とする。   A mask pattern to be projected and exposed on the substrate is formed as a transfer pattern, and a reference mark and a matching mark corresponding to the reference mark are provided in symmetrical positions in the outer peripheral area of the mask pattern, and the outer peripheral area overlaps. In order to inspect the position of the transfer pattern by comparing the positions of the reference mark of the predetermined transfer pattern and the reference mark of the transfer pattern adjacent to the transfer pattern when the transfer pattern is sequentially formed It is characterized by using.

本発明によれば、マスクパターンの投影位置を変化させて複数の転写パターンを基板上に形成する際に、マスクパターンの外側の外周領域を重ねて転写パターンを形成し、互いに隣り合う転写パターンの基準マークと照合マークとの位置関係から転写パターンが正確な位置に形成されているか否か、すなわち適切なステップ精度が得られているか否かを精密に検査することができる。   According to the present invention, when a plurality of transfer patterns are formed on a substrate by changing the projection position of the mask pattern, the transfer pattern is formed by overlapping the outer peripheral area outside the mask pattern, and the transfer patterns adjacent to each other are formed. From the positional relationship between the reference mark and the verification mark, it is possible to precisely inspect whether or not the transfer pattern is formed at an accurate position, that is, whether or not an appropriate step accuracy is obtained.

図１において、縮小投影露光装置であるステッパー１０は、光源１１と、光源１１の光から均一な照明光を得るための照明光学系１２と、マスク１３に形成されたマスクパターン１４を半導体ウェハ１５に投影する投影レンズ１６と、半導体ウェハ１５を支持するウェハステージ１７とを備えている。マスク１３は無色透明なガラス板等の透明基板からなり、マスクパターン１４は光が遮断される領域と光を透過する領域とを有している。半導体ウェハ１５の表面には感光性のレジスト膜が形成され、半導体ウェハ１５に投影されたマスクパターン１４の投影像がレジスト膜に転写パターンとして形成される。   In FIG. 1, a stepper 10 which is a reduction projection exposure apparatus includes a light source 11, an illumination optical system 12 for obtaining uniform illumination light from the light from the light source 11, and a mask pattern 14 formed on a mask 13 on a semiconductor wafer 15. And a wafer stage 17 that supports the semiconductor wafer 15. The mask 13 is made of a transparent substrate such as a colorless and transparent glass plate, and the mask pattern 14 has a region where light is blocked and a region where light is transmitted. A photosensitive resist film is formed on the surface of the semiconductor wafer 15, and a projected image of the mask pattern 14 projected onto the semiconductor wafer 15 is formed as a transfer pattern on the resist film.

ウェハステージ１７は、半導体ウェハ１５を互いに垂直なＸ方向とＹ方向に移動することができる可動ステージである。ステッパー１０は、ウェハステージ１７をマスク１３の投影像の幅に応じてステップ移動させ、マスクパターン１４を縮小投影し、半導体ウェハ１５の全体に複数の転写パターンを敷き詰めるように配列して形成する。   The wafer stage 17 is a movable stage that can move the semiconductor wafer 15 in the X and Y directions perpendicular to each other. The stepper 10 steps the wafer stage 17 in accordance with the width of the projected image of the mask 13, projects the mask pattern 14 in a reduced scale, and arranges and forms a plurality of transfer patterns on the entire semiconductor wafer 15.

図２において、マスクパターン１４は、４チップ分の回路形成領域２０が２行２列に配列され、１回の露光、すなわち１ショットで４チップ分の転写パターンを形成することができる。回路形成領域２０の外側の領域は、１チップごとに半導体ウェハ１５を切断するための領域であり、４つの回路形成領域２０を取り囲む四角形状の外周領域２１と、４つの回路形成領域２０を区画する十字状の区画領域２２とからなる。なお、外周領域２１と区画領域２２の実際の面積は回路形成領域２０の面積に比べて十分に小さいが、図中ではマスクパターン１４の構造を説明するために幅を広くして示している。   In FIG. 2, the mask pattern 14 includes circuit formation regions 20 for four chips arranged in two rows and two columns, and a transfer pattern for four chips can be formed by one exposure, that is, one shot. An area outside the circuit forming area 20 is an area for cutting the semiconductor wafer 15 for each chip, and the rectangular outer peripheral area 21 surrounding the four circuit forming areas 20 and the four circuit forming areas 20 are partitioned. And a cross-shaped partitioned area 22. The actual area of the outer peripheral region 21 and the partition region 22 is sufficiently smaller than the area of the circuit formation region 20, but in the drawing, the width is shown wide to explain the structure of the mask pattern 14.

外周領域２１には、複数の転写パターンが半導体ウェハ１５に形成された際、各転写パターンが形成された位置が正しいか否かを検査するための検査マークとして、基準マーク２３ａ〜２３ｃと照合マーク２４ａ〜２４ｃとが設けられている。基準マーク２３ａ〜２３ｃと照合マーク２４ａ〜２４ｃは、４本のバーを四角形の枠状に配置したものである。照合マーク２４ａ〜２４ｃは短いバーを用いて基準マーク２３ａ〜２３ｃよりも小さい四角形状にしたものである。   In the outer peripheral region 21, reference marks 23a to 23c and reference marks are used as inspection marks for inspecting whether or not the positions where the respective transfer patterns are formed when a plurality of transfer patterns are formed on the semiconductor wafer 15. 24a to 24c are provided. The reference marks 23a to 23c and the check marks 24a to 24c are formed by arranging four bars in a rectangular frame shape. The verification marks 24a to 24c are formed in a square shape smaller than the reference marks 23a to 23c using a short bar.

マスクパターン１４の左方中央部に設けられた基準マーク２３ａは、マスクパターン１４の右方中央部に設けられた照合マーク２４ａと対になる。マスクパターン１４の左上方のコーナー部に設けられた基準マーク２３ｂは、マスクパターン１４の右下方のコーナー部に設けられた照合マーク２４ｂと対になる。また、マスクパターン１４の上方中央部に設けられた基準マーク２３ｃは、マスクパターン１４の下方中央部に設けられた照合マーク２４ｃと対になる。   The reference mark 23 a provided at the left central portion of the mask pattern 14 is paired with the verification mark 24 a provided at the right central portion of the mask pattern 14. The reference mark 23b provided at the upper left corner of the mask pattern 14 is paired with the verification mark 24b provided at the lower right corner of the mask pattern 14. Further, the reference mark 23 c provided in the upper center portion of the mask pattern 14 is paired with the verification mark 24 c provided in the lower center portion of the mask pattern 14.

図３において、ウェハステージ１７が半導体ウェハ１５をステップ移動させるごとにマスクパターン１４が半導体ウェハ１５に投影され、半導体ウェハ１５に複数の転写パターン２５が形成される。このとき、互いに隣接する転写パターン２５は、マスクパターン１４の周縁の外周領域２１は重ねられて二重に露光され、回路形成領域２０は重ならないように半導体ウェハ１５が位置決めされる。ウェハステージ１７が半導体ウェハ１５のステップ移動を正確に行えば、二重露光された外周領域２１において、特定の転写パターン２５の基準マーク２３ａ〜２３ｃは、これと隣接する転写パターン２５の照合マーク２４ａ〜２４ｃと合成され、合成された各マークの中心が互いに一致する。   In FIG. 3, each time the wafer stage 17 moves the semiconductor wafer 15 stepwise, the mask pattern 14 is projected onto the semiconductor wafer 15, and a plurality of transfer patterns 25 are formed on the semiconductor wafer 15. At this time, the transfer patterns 25 adjacent to each other are double exposed by overlapping the outer peripheral area 21 of the peripheral edge of the mask pattern 14, and the semiconductor wafer 15 is positioned so that the circuit forming area 20 does not overlap. If the wafer stage 17 accurately performs the step movement of the semiconductor wafer 15, the reference marks 23a to 23c of the specific transfer pattern 25 in the double-exposed outer peripheral region 21 are the reference marks 24a of the transfer pattern 25 adjacent thereto. ˜24c are combined, and the centers of the combined marks coincide with each other.

基準マーク２３ａと照合マーク２４ａは、マスク１３の中心を通るＹ方向と平行な直線を対称軸として互いに線対称な位置に設けられ、Ｘ方向に並んでいる転写パターン２５の位置精度を検査することができる。基準マーク２３ｂと照合マーク２４ｂは、マスク１３の中心を基準に点対称な位置に設けられ、マスク１３の対角線方向に並んだ転写パターン２５の位置精度を検査することができる。基準マーク２３ｃと照合マーク２４ｃは、マスク１３の中心を通るＸ方向と平行な直線を対称軸として互いに線対称な位置に設けられ、Ｙ方向に並んでいる転写パターン２５の位置精度を検査することができる。   The reference mark 23a and the check mark 24a are provided at positions symmetrical with respect to each other about a straight line parallel to the Y direction passing through the center of the mask 13 and inspect the positional accuracy of the transfer pattern 25 arranged in the X direction. Can do. The reference mark 23b and the check mark 24b are provided at point-symmetrical positions with respect to the center of the mask 13, and the position accuracy of the transfer pattern 25 arranged in the diagonal direction of the mask 13 can be inspected. The reference mark 23c and the reference mark 24c are provided at positions symmetrical with respect to each other about a straight line parallel to the X direction passing through the center of the mask 13 and inspect the positional accuracy of the transfer pattern 25 arranged in the Y direction. Can do.

図４において、第２の形態の検査マークは、４本のバーによって四角形の枠状に形成された基準マーク３０と、基準マーク３０よりも１辺の長さが短い四角形の照合マーク３１とによって成り立っている。基準マーク３０と照合マーク３１は、上記第１実施形態のマスク１３と同様に、互いに対称な位置にそれぞれ複数個ずつ設けられる。照合マーク３１は内部が塗りつぶされた四角形である。   In FIG. 4, the inspection mark of the second form is composed of a reference mark 30 formed in a quadrangular frame shape by four bars, and a square reference mark 31 having one side shorter than the reference mark 30. It is made up. Similar to the mask 13 of the first embodiment, a plurality of reference marks 30 and collation marks 31 are provided at positions that are symmetrical to each other. The collation mark 31 is a quadrangle whose inside is filled.

基準マーク３０と照合マーク３１は、半導体ウェハ１５に複数の転写パターンが正確な位置に形成された際、特定の転写パターン２５の基準マーク３０と、これに隣接する転写マークの照合マーク３１の中心が一致し、適切なステップ精度が得られていることを確認することができる。   When a plurality of transfer patterns are formed on the semiconductor wafer 15 at an accurate position, the reference mark 30 and the reference mark 31 are the center of the reference mark 30 of the specific transfer pattern 25 and the reference mark 31 of the transfer mark adjacent thereto. Can be confirmed and appropriate step accuracy can be obtained.

図５において、第３の形態の検査マークは、４本のバーからなる四角形の枠状の第１基準マーク３５と、第１基準マーク３５よりも小さい第２基準マーク３６と、第１基準マーク３５に対応する第１照合マーク３７と、第２基準マーク３６に対応する第２照合マーク３８とからなる。第１基準マーク３５と第２照合マーク３８は同一の形状であり、第２基準マーク３６と第１照合マーク３７は同一の形状である。   In FIG. 5, the inspection mark of the third form includes a first reference mark 35 having a quadrangular frame shape composed of four bars, a second reference mark 36 smaller than the first reference mark 35, and a first reference mark. 35 includes a first check mark 37 corresponding to 35 and a second check mark 38 corresponding to the second reference mark 36. The first reference mark 35 and the second reference mark 38 have the same shape, and the second reference mark 36 and the first reference mark 37 have the same shape.

半導体ウェハ１５に複数の転写パターンが正確な位置にそれぞれ形成されていれば、第１基準マーク３５の中心と第１照合マーク３７の中心が一致し、第２基準マーク３６の中心と第２照合マーク３８の中心が一致する。これにより、転写パターンが形成された位置の正確さを検査することができる。   If a plurality of transfer patterns are respectively formed on the semiconductor wafer 15 at accurate positions, the center of the first reference mark 35 and the center of the first reference mark 37 coincide with each other, and the center of the second reference mark 36 and the second reference mark 36 are compared with each other. The centers of the marks 38 coincide. Thereby, the accuracy of the position where the transfer pattern is formed can be inspected.

なお、本発明においては、検査マークとして枠状の四角形を用いることに限らず、その他の多角形や円形のマークを用いることもできる。検査マークとしては、基準マークと照合マークを重ねた時に一方のマークが他方のマークによって完全に塗りつぶされないようにする必要がある。ステップ精度を検査するための検査マークの他に、前後工程の転写パターンの重なり精度を検査する検査マークを設ける場合には、それぞれの検査マークを異なる位置に設ければよい。上記実施形態では、マスクパターン１４に４つの回路形成領域２０が設けられているが、１つ又は複数のいずれでもよい。また、本発明は、１つのマスクの最大露光領域を超える大きなサイズの半導体デバイスを製造する時、つまり、複数のマスクを用いて形成される転写パターンを接続して１つの転写パターンとする繋ぎ露光を行う場合に、複数の転写パターンの繋ぎ精度を検査するために用いることもできる。   In the present invention, not only a frame-like square is used as an inspection mark, but also other polygonal or circular marks can be used. As an inspection mark, it is necessary to prevent one mark from being completely filled with the other mark when the reference mark and the check mark are overlapped. In addition to the inspection mark for inspecting the step accuracy, when the inspection mark for inspecting the overlapping accuracy of the transfer patterns in the preceding and following processes is provided, the respective inspection marks may be provided at different positions. In the above embodiment, four circuit formation regions 20 are provided in the mask pattern 14, but one or a plurality of circuit formation regions 20 may be provided. In addition, the present invention can be used when manufacturing a semiconductor device having a large size exceeding the maximum exposure area of one mask, that is, by connecting exposure patterns formed by using a plurality of masks to form one transfer pattern. Can be used to inspect the joining accuracy of a plurality of transfer patterns.

ステッパーの斜視図である。It is a perspective view of a stepper. マスクの正面図である。It is a front view of a mask. 半導体ウェハに形成された複数の転写パターンを示す平面図である。It is a top view which shows the some transfer pattern formed in the semiconductor wafer. 第２の実施形態としての検査マークを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the inspection mark as 2nd Embodiment. 第３の実施形態としての検査マークを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the test | inspection mark as 3rd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１０ ステッパー
１３ マスク
１４ マスクパターン
１５ 半導体ウェハ
２０ 回路形成領域
２１ 外周領域
２２ 区画領域
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ 基準マーク
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ 照合マーク
３０ 基準マーク
３１ 照合マーク
３５ 第１基準マーク
３６ 第２基準マーク
３７ 第１照合マーク
３８ 第２照合マーク DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Stepper 13 Mask 14 Mask pattern 15 Semiconductor wafer 20 Circuit formation area 21 Peripheral area 22 Partition area 23a, 23b, 23c Reference mark 24a, 24b, 24c Reference mark 30 Reference mark 31 Reference mark 35 First reference mark 36 Second reference mark 37 First verification mark 38 Second verification mark

Claims (3)

マスクパターンを基板に投影し、１ショットごとにマスクパターンが投影される位置を変更することで前記基板の表面に設けられた感光体に複数の転写パターンを順次に露光形成した際に、前記基板に露光形成された転写パターンの位置精度を検査するための検査方法において、
前記マスクパターンの外周領域には、基準マークと、前記基準マークに対応する照合マークとが互いに対称な位置に設けられ、
前記外周領域が重なるように前記転写パターンを順次に形成し、所定の転写パターンの基準マークと該転写パターンに隣接した転写パターンの照合マークの互いの位置を比較して各転写パターンの位置を検査することを特徴とする検査方法。 When a mask pattern is projected onto a substrate, and a plurality of transfer patterns are sequentially exposed and formed on a photoconductor provided on the surface of the substrate by changing a position at which the mask pattern is projected for each shot, the substrate In the inspection method for inspecting the positional accuracy of the transfer pattern formed on the exposure,
In the outer peripheral area of the mask pattern, a reference mark and a check mark corresponding to the reference mark are provided at symmetrical positions,
The transfer patterns are sequentially formed so that the outer peripheral areas overlap, and the positions of each transfer pattern are inspected by comparing the positions of a reference mark of a predetermined transfer pattern and a check mark of a transfer pattern adjacent to the transfer pattern. Inspection method characterized by performing. 前記基準マークと前記照合マークは、前記基板に転写された際にいずれか一方のマークが他方のマークを包含する形状の図形要素からなり、前記基準マークと前記照合マークの互いの中心が一致するか否かに応じて転写パターンの位置が正しいか否かを検査することを特徴とする請求項１記載の検査方法。   The reference mark and the reference mark are formed of a graphic element in which one of the marks includes the other mark when transferred to the substrate, and the centers of the reference mark and the reference mark coincide with each other. 2. The inspection method according to claim 1, wherein whether or not the position of the transfer pattern is correct is inspected according to whether or not the transfer pattern is correct. 転写パターンとして基板に投影露光されるマスクパターンが形成され、
前記マスクパターンの外周領域に、基準マークと、前記基準マークに対応する照合マークとが互いに対称な位置に設けられており、
前記外周領域が重なるように前記転写パターンを順次に形成した際に、所定の転写パターンの基準マークと該転写パターンに隣接した転写パターンの照合マークの互いの位置を比較して前記転写パターンの位置が検査されることを特徴とするマスク。 A mask pattern that is projected and exposed on the substrate is formed as a transfer pattern,
In the outer peripheral area of the mask pattern, a reference mark and a matching mark corresponding to the reference mark are provided at symmetrical positions,
When the transfer patterns are sequentially formed so that the outer peripheral areas overlap, the position of the transfer pattern is compared by comparing the positions of a reference mark of a predetermined transfer pattern and a reference mark of the transfer pattern adjacent to the transfer pattern. A mask characterized by being inspected.

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