JP2988393B2 - 露光方法 - Google Patents

露光方法

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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路の
製造のフォトリソグラフィー工程に用いる縮小投影露光
用のレチクルマスクや密着露光用マスクを用いた露光方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般にこれらのマスク、例えばレチクル
マスクでは、ガラス基板の周辺部にレチクルアライメン
トマークを設け、中央部に遮光領域に囲まれた回路パタ
ーンを設けている。そしてこれらのアライメントマー
ク、遮光領域および回路パターンは電子ビーム描画装置
により形成されるから、これらのパターン間の相対的な
位置精度は高いものであるとされている。
【０００３】したがって前工程で半導体基板に形成され
たパターンの位置マークに対して、アライメントマーク
で位置出しをして露光することによりレチクルマスクの
回路パターンを転写することが出来る。
【０００４】例えば特開平４−１０２８５１号公報に開
示されている図６に示すようなレチクルマスクにおいて
も、ガラス基板３６に対するアライメントマーク３３、
遮光領域３２および遮光領域に囲まれた回路パターン領
域３８に形成された回路パターン３１からなるパターン
群の位置関係を検査するために、ガラス基板３６の角部
に相対位置測定マーク３４を設ける技術を提案している
が、周辺部のレチクルアライメントマーク３３と中央部
の遮光領域に囲まれた回路パターン３１とのパターン間
の相対的な位置精度は高いものであり、これらのパター
ンどうしには位置ずれは無いものとしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらマスクを
製造する際の電子ビーム描画装置において、描画中に電
子ビームのドリフトが発生した場合、中央部の回路パタ
ーンと周辺部のレチクルアライメントマークとの間に位
置ずれを起こしてしまう。
【０００６】したがって、レチクルアライメントマーク
により半導体基板上に既に形成されてあるパターンに正
確に位置合わせを行ったつもりでも、露光された回路パ
ターンは半導体基板上に既に形成されてあるパターンと
重ね合わせずれを発生し、半導体集積回路の歩留まりを
低下させる原因となっていた。
【０００７】またこのような重ね合わせずれ量を半導体
基板側で測定しても、それがマスクに起因するものなの
か露光装置に起因するものかを判別することが出来ず、
その解決が困難であった。
【０００８】したがって本発明の目的は、マスクのアラ
イメントマークを基準にして回路パターンの位置ずれ量
を容易に測定することが出来るマスクを提供し、もって
半導体集積回路の歩留まりの低下を防止するである。
【０００９】本発明の他の目的は、マスクのアライメン
トマークと回路パターンとの間に位置ずれ量が発生して
いる場合でも、半導体基板上において既に形成されてい
るパターンとの重ね合わせずれ量を抑制することができ
る露光方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、半導体
集積回路の製造工程に用いる露光方法において、遮光領
域に囲まれた回路パターン領域に、レチクルアライメン
トマークを基準として回路パターンの位置ずれ量を測定
するための位置計測用パターンを有したマスクを用い、
前記レチクルアライメントマークを基準とした前記位置
計測用パターンの位置を計測することにより得られた前
記回路パターンの位置ずれ量を補正する補正値を予め露
光装置に入力し、しかる後、アライメントを行って露光
を行うる露光方法にある。この場合、前記矩形パターン
の短辺方向の長さが１〜４０μｍであることが好まし
い。また、露光はレチクルマスクを用いた縮小投影露光
法であることができる。あるいは、露光は密着露光用マ
スクを用いた密着露光法であることができる。
【００１１】
【００１２】本発明の別の特徴は、遮光領域に囲まれた
回路パターン領域に、レチクルアライメントマークを基
準として回路パターンの位置ずれ量を測定するための位
置計測用パターンを有したマスクを用いた露光方法であ
って、第１のフォトリソグラフィー工程に用いる第１の
マスクのレチクルアライメントマークを基準としてその
回路パターンの位置座標を、その位置計測用パターンを
用いて計測する第１のステップと、前記第１のフォトリ
ソグラフィー工程の後で行う第２のフォトリソグラフィ
ー工程に用いる第２のマスクのレチクルアライメントマ
ークを基準としてその回路パターンの位置座標を、その
位置計測用パターンを用いて計測する第２のステップ
と、前記第１および第２のステップにより計測されたレ
チクルアライメントマーク基準の回路パターンの位置座
標をもとに、前記第１のマスクの回路パターンに対する
前記第２のマスクの回路パターンの位置ずれ量を算出す
る第３のステップとを有し、前記第１のフォトリソグラ
フィー工程の後の第２のフォトリソグラフィー工程の露
光において、前記第３のステップにより得られた位置ず
れ量を露光装置にオフセットして入力し、しかる後、前
記位置ずれ量を補正した第２のフォトリソグラフィー工
程の露光を行う露光方法にある。ここで、前記露光方法
は縮小投影露光方法であり、前記第１および第２のマス
クはそれぞれ第１および第２のレチクルマスクであるこ
とができる。あるいは、前記露光方法は密着露光方法で
あり、前記第１および第２のマスクはそれぞれ第１およ
び第２の密着露光用マスクであることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】次に本発明について図面を参照し
て説明する。
【００１４】図１は本発明の実施の形態を示すレチクル
マスクを示す平面図であり、ガラス基板６上には、周辺
部にレチクルアライメントマーク３が形成され、中央部
の遮光領域２に囲まれた内側の回路パターン領域８に回
路パターン１が形成され、さらにこの回路パターン領域
８に本発明の位置計測用パターン５が形成されている。
すなわちこれらの回路パターン１、遮光領域２、レチク
ルアライメントマーク３および位置計測用パターン５は
電子ビーム露光における電子ビームの描画でそれぞれが
形成されている。ここで、図１（Ａ）は回路パターン
１、遮光領域２、レチクルアライメントマーク３および
位置計測用パターン５に位置ずれがない場合であり、図
１（Ｂ）はレチクルアライメントマーク３に対して回路
パターン１、遮光領域２および位置計測用パターン５が
位置ずれを起こしている場合である。
【００１５】描画中に電子ビームのドリフトが発生する
ことにより、レチクルアライメントマーク３に対して回
路パターン１が正規の位置より位置ずれを起こすから、
この位置ずれ量を測定するために位置計測用パターン５
を設ける。したがって位置計測用パターン５も回路パタ
ーン１と同様に位置ずれが発生する必要があり、このた
めに位置計測用パターン５は回路パターン１とともに遮
光領域２に囲まれた回路パターン領域８に形成される。
【００１６】また、この位置計測用パターン５は図２に
示すように、２つの矩形パターンからなり、少なくとも
短辺方向の長さは測定装置の計測可能な寸法範囲を考慮
すると、レチクルマスク上で１〜４０μｍであることが
好ましい。
【００１７】また、前の製造工程で形成された半導体ウ
ェハー上の位置計測用パターン５と、重ね合わせ露光す
る次の工程のレチクルの位置計測用パターン５が重なり
合わないように異なる位置座標に位置計測用パターン５
を配置したり、製造行程によってはレチクル上の位置計
測用パターン５の明暗を反転して使用することも可能で
ある。
【００１８】このように回路パターン１の領域に形成さ
れた位置計測パターン５を、適当な位置座標測定器を用
いレチクルアライメントマーク３を基準にして位置計測
用パターン５の位置座標を予め測定することにより、半
導体集積回路の各製造行程で用いられるレチクルマスク
のレチクルアライメントマークに対する回路パターン１
や位置計測用パターン５の各レチクル間での相対的な位
置ずれ量がわかり、レチクルマスクの良否の判定をした
り、あるいはこの値を予め露光装置に補正値として入力
しておくことにより、重ね合わせ露光された回路パター
ンどうしの位置ずれが無くなり、位置ずれによる半導体
回路の歩留まりの低下を防止することができる。
【００１９】また、この位置計測用パターン５は、主尺
と副尺からなるノギスパターンといわれる前の工程で形
成された回路パターンと次の工程に用いられるレチクル
の回路パターンとの間の位置ずれ量を測定するためのパ
ターンの近傍に配置するのが望ましい。
【００２０】図２に本発明の位置計測用パターン５の詳
細な形状を示す。
【００２１】図２（Ａ）に示すように、あるレチクルマ
スク上の位置計測用パターン５は中心座標７ａからそれ
ぞれＹ方向およびＸ方向に延在する２つの矩形パターン
５ａ、５ｂからなる。例えばレチクルマスク上のこの矩
形パターンの長辺方向の長さが２０μｍで、短辺方向の
長さは１０μｍであり、１／５縮小投影露光装置の場合
であればこの短形パターンは半導体ウェハ上で長辺方向
の長さが４μｍ、短辺方向の長さが２μｍとなる。そし
て先に説明したようにレチクルマスク上の矩形パターン
５ａ、５ｂの短辺方向の長さは１〜４０μｍであること
が好ましい。
【００２２】図２（Ｂ）は別のレチクルマスク上の位置
計測用パターン５を示し、その中心座標７ｂからそれぞ
れＹ方向およびＸ方向に延在する２つの矩形パターン５
ｃ、５ｄからなり、かつ図２（Ａ）と明暗が逆になって
いる。
【００２３】図２（Ｃ）は図２（Ａ）と図２（Ｂ）とを
重ねた場合で、このように位置計測用パターン５は、半
導体集積回路の製造過程において、重ね合わせ露光され
る工程間のレチクルでこの位置計測用パターン５の各要
素５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄどうしが重なり合わないよう
に、位置計測用パターンの位置座標を前の工程のレチク
ルの位置計測用パターンの位置座標と異なる位置に配置
したり、また、レチクル上の位置計測用パターンの明暗
を反転し使用することも可能である。すなわち図２
（Ａ）のレチクルマスクによるフォトリソグラフィ工程
と図２（Ｂ）のレチクルマスクによるフォトリソグラフ
ィ工程との後で、半導体ウェハ上では図２（Ｃ）の１／
５のパターンが形成されている。
【００２４】このように本発明による位置計測用パター
ン５は遮光領域２の内側、つまり回路パターン１が形成
された領域に形成されているため、レチクルアライメン
トマーク３に対する、回路パターン１の位置ずれ量を位
置計測用パターン５を用いることにより測定することが
可能となる。
【００２５】次に、この位置計測用パターン５を用いた
場合のレチクルアライメントマーク３に対する、回路パ
ターン１の位置ずれ量の測定方法について図面を参照し
て説明する。
【００２６】図３は位置計測用パターン５を用いた場合
の位置計測法法の実施の形態を示す図である。
【００２７】まず、２つの矩形パターン５ａ，５ｂまた
は５ｃ，５ｄからなる位置計測用パターン５を、回路パ
ターン１の領域の１つ、または２つ以上、周知のレチク
ル製造工程により、回路パターン１やレチクルアライメ
ントマーク３と同時に形成しておく。
【００２８】次に、レチクルアライメントマーク３を基
準とし、位置計測用パターン５の中心座標７ａを適切な
測定器を用いて計測する。計測方法としては、位置計測
用パターン５ａ、５ｂを光学系からなる測定器などを用
いることにより、透過光、または反射光の光強度（透過
光、反射光を合成した光強度でもよい）を計測し、得ら
れた検出波形ａ、ｂからエッジ１から４の位置座標を求
め、位置計測用パターン５の中心座標７ａを求める。
【００２９】具体的に中心座標７ａは、紙面上横方向の
位置座標がエッジ１、２の中点であり、また、紙面縦方
向の位置座標がエッジ３、４の中点となる。このよう
に、レチクルアライメントマーク３を基準として位置計
測用パターン５中点座標７ａを求め、レチクルアライメ
ントマーク３を基準とした位置計測用パターン５の設計
上の位置座標との差を求めることにより、位置計測用パ
ターン５の位置ずれ量を測定する。
【００３０】また、この測定された位置計測用パターン
５のレチクルアライメントマーク３に対する位置ずれ量
は、位置計測用パターン５が、回路パターン１の領域内
に配置されていることから、レチクルアライメントマー
ク３に対する回路パターン１の位置ずれ量と考えること
ができる。
【００３１】以上のような方法で、予めレチクルアライ
メントマーク３を基準として回路パターン１の位置ずれ
量を各工程ごとのレチクル作成時に計測しておくことに
より、半導体集積回路を製造する上で各工程間のレチク
ル上の回路パターンの相対的な位置ずれ量がわかり、こ
こで得られたレチクルアライメントマーク３を基準とし
た回路パターン１の位置ずれ量を予め露光装置に入力し
ておくことにより、重ね合わせ露光された回路パターン
どうしの位置ずれが抑制され、位置ずれによる半導体集
積回路の歩留まりの低下を防止することができる。
【００３２】露光装置（投影露光装置、反射露光装置
等）により半導体集積回路を製造する場合、半導体集積
回路の製造工程に応じた回路パターンが描画されたレチ
クルマスクがそれぞれ必要である。これらのレチクルマ
スクを用い、露光装置により前の製造工程で形成された
半導体ウェハ上の回路パターンに対し、次の工程のレチ
クルの回路パターンを重ね合わせ露光し、半導体集積回
路を製造する。
【００３３】このとき重ね合わせ露光された回路パター
ンどうしの位置ずれは、レチクルマスクと半導体ウェハ
ーとのアライメントによる位置ずれ、上述したレチクル
製造誤差による位置ずれ、露光装置のレンズの歪みによ
る位置ずれが考えられる。
【００３４】ここでレチクルと半導体ウェハーとのアラ
イメントによる位置ずれは、露光装置に位置ずれ量を校
正するための補正値を入力することにより取り除くこと
ができる。
【００３５】しかし、レチクル製造誤差や露光装置のレ
ンズの歪みにより生じた位置ずれの場合、この位置ずれ
がレチクル製造誤差による位置ずれなのか、露光装置の
レンズの歪みによる位置ずれなのかは容易に判断するこ
とはできない。
【００３６】具体的には、主尺と副尺からなるノギスパ
ターンといわれる位置合わせパターンや、Ｂｏｘ ｉｎ
Ｂｏｘのような位置合わせパターンを用い位置ずれ量
をみる場合、半導体ウェハー上に形成された位置合わせ
パターンには位置ずれはないが回路パターンには位置ず
れがある、といった場合である。
【００３７】このような半導体ウェハー上の位置ずれ
は、レチクル製造誤差によっても生じるが、露光装置の
レンズの歪みによっても生じる。
【００３８】ここで前記位置計測パターン５を用い、レ
チクル上で直接アライメントマーク３と位置計測用パタ
ーン５の相対位置座標を計測することにより、半導体ウ
ェハー上に回路パターンを形成したときに生じる位置ず
れ量が、レチクル製造誤差によるものか、露光装置にレ
ンズの歪みによるものかを判断することができる。
【００３９】次に図４および図５を参照して本発明の実
施の形態の露光方法を説明する。
【００４０】図４（Ａ）は、第１のフォトリソグラフィ
ー工程に用いる第１のマスク１０を示す平面図であり、
ガラス基板１６の周辺部のレチクルアライメントマーク
１３に対して、中央部の遮光領域１２およびこの遮光領
域１２に囲まれた内側の回路パターン領域１８内の回路
パターン１１および位置計測用パターン１５が所定の位
置に形成されているかどうかを、レチクルアライメント
マーク１３を基準にした位置計測用パターン１５の位置
計測で判定する。
【００４１】図４（Ｂ）は、第２のフォトリソグラフィ
ー工程に用いる第２のマスク２０を示す平面図であり、
ガラス基板２６の周辺部のレチクルアライメントマーク
２３に対して、中央部の遮光領域２２およびこの遮光領
域２２に囲まれた内側の回路パターン領域２８内の回路
パターン２１および位置計測用パターン２５は位置ずれ
を起こしており、所定の位置から離間した位置に形成さ
れている。位置ずれとしては、Ｘ，Ｙ方向のシフト、回
転、倍率誤差等があるが、いずれもこの実施の形態では
４個のレチクルアライメントマークに対する４個の位置
計測用パターンの位置を計測することによりその位置ず
れ量を算出することが出来る。図４（Ｂ）では回転位置
ずれを例示している。
【００４２】図５も参照して、第１のマスク１０の回路
パターン１１のレチクルアライメントマーク１３に対す
る位置ずれ検査を、レチクルアライメントマーク１３を
基準とした位置計測用パターン１５の位置を計測するこ
とで行い（ステップＳ１）、この第１のマスクを露光装
置に装着する（ステップＳ４）。
【００４３】そして既に形成されてある半導体ウェハ上
のパターンのマークとレチクルアライメントマーク１３
とをアライメントし（ステップＳ５）、露光（ステップ
Ｓ６）、現像・エッチング（ステップＳ７）を行って第
１のフォトリソグラフィー工程が完了する。
【００４４】一方、第２のマスク２０の回路パターン２
１のレチクルアライメントマーク２３に対する位置ずれ
検査を、レチクルアライメントマーク２３を基準とした
位置計測用パターン２５の位置を計測することで行い
（ステップＳ２）、この第２のマスクを露光装置に装着
する（ステップＳ８）。
【００４５】これと共に、第１のマスクに関するステッ
プＳ１および第２のマスクに関するステップＳ２により
計測されたレチクルアライメントマーク基準の回路パタ
ーンの位置座標をもとに、第１のマスクの回路パターン
に対する第２のマスクの回路パターンの位置ずれ量を算
出、すなわち補正値を算出し（ステップＳ３）、その補
正値を、位置ずれ量を補正するために露光装置にオフセ
ットとして入力し（ステップＳ９）、レチクルアライメ
ントマーク２３によるアライメント（ステップＳ１
０）、露光（ステップＳ１１）、現像・エッチング（ス
テップＳ１２）を行って第２のフォトリソグラフィー工
程が完了する。
【００４６】図４に示した例では、第２のマスク２０の
回路パターン２１はレチクルアライメントマーク２３に
対して回転位置ずれを発生しているから、それに関する
補正情報入力（ステップＳ９）により、ステップＳ１１
の露光時には、図４（Ｃ）に示すように第２のマスク２
０（ガラス基板２６）全体ををその分だけ回転させて、
回路パターン２１による半導体ウェハ上のパターンが回
路パターン１１による半導体ウェハ上のパターンと重な
るようにする。尚この補正のための回転は、第２のマス
ク２０の回転に代えて半導体ウェハを回転させることも
できる。
【００４７】また上記実施の形態の露光方法では、第２
のフォトリソグラフィーの第２のマスクを第１のフォト
リソグラフィーの第１のマスクを基準にした補正の場合
を示したが、第１のフォトリソグラフィーの第１のマス
クのその前の工程のマスクを基準にした補正も、あるい
は第２のフォトリソグラフィー以降のフォトリソグラフ
ィーについても同様である。
【００４８】また実施の形態では縮小投影露光のレチク
ルマスクについてのみ説明したが、本発明を密着露光用
マスクに適用した場合にも同様の効果が得られることは
当然である。
【００４９】
【発明の効果】本発明の第１の効果は、レチクルアライ
メントマークを基準として、回路パターンの設計値から
の位置ずれ量を容易に測定できるということである。そ
の理由は、位置計測用パターンが回路パターンの領域に
配置されているためである。
【００５０】本発明の第２の効果は、回路パターンの位
置ずれによる半導体集積回路の歩留まりの低下を防止で
きることである。その理由は、半導体集積回路を製造す
るための各工程のレチクルにおいて、レチクルアライメ
ントマークを基準とた回路パターンの相対的な位置ずれ
量を予め測定でき、その補正をした露光が出来るからで
ある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のマスクを示す平面図であ
る。
【図２】本発明の実施の形態の位置計測用パターンの詳
細を示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態における位置計測用パター
ンの位置計測法方を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態の露光方法におけるマスク
を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態の露光方法を示すフローチ
ャートである。
【図６】従来技術のマスクを示す平面図である。
【符号の説明】
１，１１，２１，３１ 回路パターン ２，１２，２２，３２ 遮光領域 ３，１３，２３，３３ レチクルアライメントマーク ５，１５，２５ 位置計測用パターン ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ 位置計測用パターンの短形
パターン ６，１６，２６，３６ ガラス基板 ７ａ，７ｂ 位置計測用パターンの中心座標 ８，１８，２８，３８ 回路パターン領域 １０ 第１のレチクルマスク ２０ 第２のレチクルマスク ３４ 相対位置測定マーク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−88451（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−324475（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−1110（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−315216（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−26662（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G03F 1/08 H01L 21/027

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体集積回路の製造工程に用いる露光
    方法において、遮光領域に囲まれた回路パターン領域
    に、レチクルアライメントマークを基準として回路パタ
    ーンの位置ずれ量を測定するための位置計測用パターン
    を有したマスクを用い、前記レチクルアライメントマー
    クを基準とした前記位置計測用パターンの位置を計測す
    ることにより得られた前記回路パターンの位置ずれ量を
    補正する補正値を予め露光装置に入力し、しかる後、ア
    ライメントを行って露光を行うことを特徴とする露光方
    法。
  2. 【請求項２】 遮光領域に囲まれた回路パターン領域
    に、レチクルアライメントマークを基準として回路パタ
    ーンの位置ずれ量を測定するための位置計測用パターン
    を有したマスクを用いた露光方法であって、 第１のフォトリソグラフィー工程に用いる第１のマスク
    のレチクルアライメントマークを基準としてその回路パ
    ターンの位置座標を、その位置計測用パターンを用いて
    計測する第１のステップと、 前記第１のフォトリソグラフィー工程の後で行う第２の
    フォトリソグラフィー工程に用いる第２のマスクのレチ
    クルアライメントマークを基準としてその回路パターン
    の位置座標を、その位置計測用パターンを用いて計測す
    る第２のステップと、 前記第１および第２のステップにより計測されたレチク
    ルアライメントマーク基準の回路パターンの位置座標を
    もとに、前記第１のマスクの回路パターンに対する前記
    第２のマスクの回路パターンの位置ずれ量を算出する第
    ３のステップとを有し、 前記第１のフォトリソグラフィー工程の後の第２のフォ
    トリソグラフィー工程の露光において、前記第３のステ
    ップにより得られた位置ずれ量を露光装置にオフセット
    して入力し、しかる後、前記位置ずれ量を補正した第２
    のフォトリソグラフィー工程の露光を行うことを特徴と
    する露光方法。
  3. 【請求項３】 前記位置計測用パターンが、２つの矩形
    パターンを有して構成されていることを特徴とする請求
    項１または請求項２記載の露光方法。
  4. 【請求項４】 前記矩形パターンの短辺方向の長さが１
    〜４０μｍであることを特徴とする請求項３記載の露光
    方法。
  5. 【請求項５】 前記露光は縮小投影露光であり、前記マ
    スクはレチクルマスクであることを特徴とする請求項１
    または請求項２記載の露光方法。
  6. 【請求項６】 前記露光は密着露光であり、前記マスク
    は密着露光用マスクであることを特徴とする請求項１ま
    たは請求項２記載の露光方法。
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