JP2007335802A - 投影露光の位置精度検査方法及びこれに用いるマスク - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウェハに形成された転写パターンからステップ精度を検査する。
【解決手段】マスクパターン１４は、集積回路を形成する領域となる４つの回路形成領域２０と、回路形成領域２０を取り囲む外周領域２１と、回路形成領域２０を区画する区画領域２２を有する。外周領域２１には、四角形の枠状の基準マーク２３ａ〜２３ｃと照合マーク２４ａ〜２４ｃが設けられている。マスクパターン１４を投影し、半導体ウェハに複数の転写パターンを形成する際に、外周領域２１が重なるように露光を行う。半導体ウェハをステップ移動させ、投影位置が正確に変更されていれば、二重に露光された外周領域２１では互いに隣接する転写パターンの基準マークと照合マークの中心が合致する。
【選択図】図２

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。

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。

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

ステッパーの斜視図である。 マスクの正面図である。 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。 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。 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。

符号の説明

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

Claims (3)

1. 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。
2. 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。
3. 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。

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