JPH10213895A - レチクルの合わせ測定用マーク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レチクルの位置合わせ精度を向上できるよう
な合わせ精度測定用マークを備えたレチクルを提供す
る。 【解決手段】 本レチクル３０は、フォトリソグラフィ
によりウエハ上にパターンを転写する際に使用するレチ
クルであって、スクライブライン領域３４に設けられた
合わせ精度測定用マーク４０を構成する線状域４２、４
４が、レチクルのチップ領域３２の回路パターンを構成
する図形と同じ図形の集合からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フォトリソグラフ
ィによりウエハ上にパターンを転写する際に使用するレ
チクルの合わせ測定用マークに関し、更に詳細には、ウ
エハ上のチップ領域に対するレチクルの回路パターン
（マスクパターン）のアライメント精度を正確に測定で
きる合わせ精度測定用マークを有するレチクルの合わせ
測定用マークに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造過程でフォトリソグラ
フィによりパターニングする際には、数チップ分の回路
パターンをそれぞれ拡大寸法で形成したマスクパターン
を有するレチクルを介して縮小投影露光する装置（以
下、ステッパと言う）を使用した縮小投影露光法が、現
在、多用されている。ステッパによる縮小投影露光法で
は、レチクル上のマスクパターンの縮小像をウエハのホ
トレジスト膜上に投影結像するようにして露光する。感
光したホトレジスト膜を現像すると、レチクルのマスク
パターンを転写したレジストパターンをウエハ上に形成
することができる。レチクルには、例えばガラス基板に
クロム（Ｃｒ）膜を蒸着して回路パターンを形成したも
のなどが使用されていて、光は、クロム膜を蒸着した回
路パターンの領域（暗部）で遮光され、パターンの無い
領域で透過してホトレジスト膜を感光する。露光に際し
ては、１回の露光（ショット）により、レチクルに形成
された数チップ分の回路パターン（マスクパターン）を
ウエハ上に転写することができるので、ウエハ上を横列
及び縦列に沿って、順次、ステップアンドリピートして
露光を繰り返し、転写して行く。

【０００３】例えば、ウエハの絶縁膜上にコンタクトホ
ールを形成し、次いでコンタクトホールを介して下層の
配線と接続する配線を形成する場合を例にして、説明す
る。先ず、絶縁膜上にホトレジスト膜を成膜し、次い
で、設計したコンタクトホールの寸法及び配置に従った
マスクパターンを有するレチクルを使ってホトレジスト
膜を露光し、現像することにより、ホトレジストパター
ンを形成することができる。続いて、エッチング等の所
定の処理を施すことにより、所定のパターンで絶縁膜を
貫通したコンタクトホールをウエハ上に形成することが
できる。次いで、この上に配線層を成膜し、同様にフォ
トリソグラフィにより、設計した配線の寸法及び配置に
従ったマスクパターンを有するレチクルを使ってホトレ
ジスト膜を露光し、現像することにより、ホトレジスト
パターンを形成し、続いてエッチングにより配線層をパ
ターニングして所定の配線をウエハ上に形成することが
できる。

【０００４】ところで、配線層をフォトリソグラフィに
よりパターニングする際、ウエハ上の絶縁膜のチップ領
域に、位置ずれなくレチクルのマスクパターン（配線パ
ターン）を転写するためには、絶縁膜のパターニングの
際のウエハ上のショット位置と配線層のパターニングの
際のウエハ上のショット位置とを位置合わせする必要が
ある。そこで、このために、レチクルのスクライブライ
ン領域に位置合わせ用マークを兼ねた合わせ精度測定用
マークが、設けられている。

【０００５】レチクル１０は、基本的には、図８に示す
ように、チップの回路パターンをそれぞれ形成したチッ
プ領域１２とチップ領域を取り囲むスクライブライン領
域１４とから構成されたマスクパターンを備えている。
尚、図８では、簡単に２個のチップ領域を示している
が、実際には、１回のショット（露光）でウエハ上に投
影するチップ数と同じ数のチップ領域を有する。例え
ば、上述の例では、絶縁膜のパターニング用レチクル、
即ち、第１層のパターニング用レチクル１０は、図８に
示すように、スクライブライン領域１４の所定の位置
に、例えばレチクルの４隅と中央に、合わせ精度測定用
マーク１６として、所定形状の図形マーク、例えば正方
形マークを備えている。また、上述の例の配線層のパタ
ーニング用レチクル、即ち第２層のフォトリソグラフィ
用のレチクル１８は、図９に示すように、レチクル１０
の合わせ精度測定用マーク１６と同じ位置に、レチクル
１０の合わせ精度測定用マーク１６より寸法の大きい正
方形の合わせ精度測定用マーク２０を備えている。

【０００６】レチクル１８を使用してショットする際、
ウエハ上のチップ領域とレチクル１８のマスクパターン
との位置合わせが出来た状態では、図１０に示すよう
に、レチクル１８の合わせ精度測定用マーク２０は、レ
チクル１０の合わせ精度測定用マーク１６によりウエハ
上に形成されたマーク２２を取り囲んだ状態になる。そ
こで、合わせ精度測定用マーク２０とウエハ上のマーク
２２とをそれぞれ構成する４辺の辺同士の間隔を光学系
測定装置により測定することにより、ウエハ上のマーク
２２とレチクル１８の合わせ精度を測定することができ
る。

【０００７】ところで、半導体デバイスの微細化、従っ
て回路パターンのサイズの微細化に応じるために、フォ
トリソグラフィ技術も非常に複雑化していて、最近で
は、露光光の照明条件、例えば開口数ＮＡ、或いは絞り
σ等を工程毎に最適化して露光している。更には、斜入
射照明等の変形照明の手法も導入されている。このよう
に、パターンサイズの微細化の要求を満足するために、
露光技術は、益々多様化し、最適化されつつある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】一方、上述した露光技
術の技術進歩に伴い、ウエハ上に成膜したレイヤをパタ
ーニングし、更にその上に成膜したレイヤをパターニン
グして、半導体装置の積層構造を形成するにあたり、各
レイヤ間の重ね合わせも、一層の高精度化が要求されて
いる。しかし、露光技術の技術進歩は、一方で、各レイ
ヤ間の重ね合わせを技術的に益々難しくしている。例え
ば、照明条件を変更すると、レンズ・ディストーション
に変化が生じ、このため、同じ露光装置を使用して露光
した場合でも、見かけ上、ミックス・アンド・マッチ
（Mix & Match ）を行っているのに等しくなる。本明細
書では、ディストーションとは、ザイデルの５収差の歪
曲（ディストーション、Distortion）の意味ではなく、
パターンの位置ずれという広義のディストーションを意
味している。ディストーションの変化が生じる原因につ
いて、種々、研究され、学会等では、投影レンズのコマ
収差が原因であると報告されている。そして、SPIE93 V
ol.1927 P167 Intel、SPIE96 Vol.2725 P414 Matsushit
a 等によれば、この種のコマ収差は、（１）パターンサ
イズ、（２）パターンピッチの大小に依存してディスト
ーションが変化すると言われている。

【０００９】ところで、ウエハ上に形成する素子パター
ンの寸法は、半導体装置の微細化に応じて益々小さくな
り、現在では、０．５μm 以下と非常に小さくなってい
る。従って、レチクルとウエハ上のチップ領域との位置
合わせの精度を、従来に比べて、更に一層向上させるこ
とが重要になっている。一方、レチクルの合わせ精度測
定では、現在、数μm 〜数１０μm の非常に大きなパタ
ーンからなる合わせ精度測定用マークを使用しているの
で、両者のパターンサイズ差は、益々増大し、従って、
上述したディストーションの変化等により、合わせ精度
を向上させることが難しくなっている。

【００１０】そこで、本発明は、レチクルの位置合わせ
精度を向上できるような合わせ精度測定用マークを備え
たレチクルを提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者は、レチクルの
位置合わせ精度を向上させるには、上述した投影レンズ
のコマ収差によるディストーションの影響を低減させる
ことが重要と考えた。そして、投影レンズのコマ収差に
よるディストーションは、実際の素子の回路パターンの
パターンサイズと合わせ精度測定用マークのパターンサ
イズとが大きく異なることにあると推論した。一つの解
決法として、合わせ精度測定用マークのパターンサイズ
を単実素子のパターンサイズの大きさ程度にすることに
より、投影レンズのコマ収差によるディストーションを
抑制できる。但し、これでは、合わせ精度測定機の光学
系、ステージ系等のコストが嵩み、経済的ではない。ま
た、素子パターン自体も測定上極めてクリティカルな線
幅領域にあるために、常に安定した測定を行うことは技
術的に難しいという問題はある。そこで、本発明者は、
実験により、チップ領域のパターンと同じような微細な
パターン群で合わせ精度測定用マークを構成することに
より、現在の重ね合わせ測定機を使用して、実素子の回
路パターンの位置ずれを、従来に比べて一層高い精度
で、忠実に再現できることを確認し、本発明を完成する
に至った。

【００１２】上記目的を達成するために、本発明に係る
レチクルの合わせ測定用マークは、フォトリソグラフィ
によりウエハ上にパターンを転写する際に使用するレチ
クルの合わせ測定用マークであって、レチクルのスクラ
イブライン領域に設けた合わせ精度測定用マークが、微
細図形の集合で構成されていることを特徴としている。

【００１３】具体的には、合わせ精度測定用マークを構
成する微細図形の集合が、レチクルのチップ領域に形成
された回路パターンを構成する微細図形と同じ寸法及び
同じ形状の微細図形の集合で構成されている。例えば、
レチクルがコンタクトホール・パターニング用レチクル
の場合、合わせ精度測定用マークを構成する微細図形の
集合が、レチクルのチップ領域に形成されたコンタクト
ホール・パターンのコンタクトホール図形と同じ寸法及
び同じ形状の図形をコンタクトホール・パターンのコン
タクトホール図形と同じ配列及び同じピッチで集合した
群で構成されている。また、レチクルが配線・パターニ
ング用レチクルの場合、合わせ精度測定用マークを構成
する微細図形の集合が、レチクルのチップ領域に形成さ
れた配線・パターンの配線図形と同じ寸法及び同じ形状
の図形を配線・パターンの配線図形と同じ配列及び同じ
ピッチで集合した群で構成されている

【００１４】本発明のレチクルの合わせ精度測定用マー
クは、レチクルのチップ領域に形成された回路パターン
を構成する微細図形と同じ寸法及び同じ形状の微細図形
の集合で構成されているので、回路パターンと合わせ精
度測定用マークとの間でディストーションの影響が同程
度に生じる。従って、合わせ精度測定用マークとウエハ
上の位置合わせマークとの重ね合わせを光学系測定装置
により測定することにより、実素子の回路パターンの重
ね合わせの精度を忠実に測定することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照し、実施
例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明
する。実施例１ 本実施例は、絶縁膜にコンタクトホールを形成する際の
フォトリソグラフィ用レチクルの合わせ測定用マークに
本発明を適用した例である。本実施例のレチクル３０
は、図１に示すように、２個のチップ領域３２と、チッ
プ領域３２を取り囲むスクライブライン領域３４とから
形成されている。２個のチップ領域３２には、ウエハの
絶縁膜上のチップ領域にコンタクトホール形成用パター
ンを転写するために、それぞれ、図２に示すようなパタ
ーンを有する回路パターン３６が形成されている。回路
パターン３６は、ウエハ上に形成するコンタクトホール
のパターンと同じパターンを拡大寸法で形成したパター
ンであって、図２で白丸で表示した一つ一つの図形３８
は、一つ一つのコンタクトホールを意味する。

【００１６】一方、スクライブライン領域３４には、レ
チクルの４隅と中央にそれぞれ合わせ精度測定用マーク
４０が設けてある。合わせ精度測定用マーク４０は、図
３に示すように、縦方向に延びる線状域４２Ａ、Ｂと横
方向に延びる線状域４４Ａ、Ｂとを枠型に並べて形状を
備えている。各線状域４２、４４は、コンタクトホール
形成用パターンと同じ、即ち回路パターン３６と同じ図
４に示すようなパターンで形成されている。図４で白丸
で表示された一つ一つの図形４６は一つ一つのコンタク
トホールに相当するものである。図３で、縦方向の線状
域４８Ａ、Ｂ及び横方向の線状域５０Ａ、Ｂで構成され
た枠型のマークは、レチクル３０を使用するパターニン
グの一つ前に行われた別のパターニングにより、ウエハ
上のスクライブライン領域に形成された合わせ精度測定
用マークであって、線状域４２、４４と線状域４８、５
０との間の間隙を合わせ精度測定機により測定すること
により、合わせ精度を測定することができる。

【００１７】実施例１の改変例 図５（ａ）は、コンタクトホール形成用レチクルに設け
た合わせ精度測定用マークのパターンの変形例であっ
て、実施例１の合わせ精度測定用マークのパターンとは
微細図形の配列が異なっていて、本改変例では、微細図
形が千鳥状に配置されている。図５（ａ）で白丸で表示
された一つ一つの図形５２は、レチクルのチップ領域に
形成された回路パターンのコンタクトホールに相当する
ものである。また、実施例１の変形例として、合わせ精
度測定用マーク４０を図３の枠型に代えて、図５（ｂ）
に示す箱型の合わせ精度測定用マーク５３にし、その箱
型を図５（ａ）の図形５２の集合で形成することもでき
る。

【００１８】実施例１及び改変例の合わせ精度測定用マ
ーク４０は、実素子の回路パターンを構成する微細図形
３８と同じ寸法及び同じ形状の微細図形４６の集合で構
成されているので、回路パターンと合わせ精度測定用マ
ークとの間でディストーションの影響が同程度に生じ
る。従って、合わせ精度測定用マーク４０とウエハ上の
位置合わせマークとの重ね合わせを光学系測定装置によ
り測定することにより、実素子の回路パターンの重ね合
わせの精度を忠実に再現することができる。

【００１９】実施例２ 本実施例は、配線層をパターニングして配線を形成する
際のフォトリソグラフィ用レチクルに本発明を提供した
例である。本実施例のレチクルに設けた合わせ精度測定
用マークの線状域４２及び４４は、図６に示すように、
配線形成用パターンの微細図形と同じ短線５４を、複数
本、横方向に離隔してほぼ平行に配列してなる集合５６
で構成されている。

【００２０】実施例２の改変例 実施例２の改変例では、実施例２のレチクルに設けた合
わせ精度測定用マークの線状域４２及び４４は、図７に
示すように、配線形成用パターンの微細図形と同じ短線
５８を縦方向に離隔して配列した短線列６０を横方向に
離隔して配列してなる集合６２で構成されている。

【００２１】実施例２の合わせ精度測定用マークは、実
素子の回路パターンを構成する微細図形と同じ寸法及び
同じ形状の微細図形５４又は５８の集合で構成されてい
るので、回路パターンと合わせ精度測定用マークとの間
でディストーションの影響が同程度に生じる。従って、
合わせ精度測定用マークとウエハ上の位置合わせマーク
との重ね合わせを光学系測定装置により測定することに
より、実素子の回路パターンの重ね合わせの精度を忠実
に再現することができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明の構成によれば、レチクルのスク
ライブライン領域に設けた合わせ精度測定用マークを微
細図形の集合、例えばレチクルのチップ領域に形成され
たパターンを構成する微細図形と同じ寸法及び同じ形状
の微細図形の集合で構成することにより、回路パターン
と合わせ精度測定用マークとの間でディストーションの
影響がほぼ同程度になる。よって、合わせ精度測定用マ
ークとウエハ上の位置合わせマークとの重ね合わせを光
学系測定装置により測定することにより、実素子の回路
パターンの重ね合わせの精度を忠実に再現することがで
きる。本発明に係るレチクルを使用することにより、回
路パターンのサイズの微細化に対応することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のレチクルの構成を示す模式図であ
る。

【図２】チップ領域のパターンを示す模式図である。

【図３】合わせ精度測定用マークの図形を示す模式図で
ある。

【図４】合わせ精度測定用マークの線状域を構成するパ
ターンを示す模式図である。

【図５】図５（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、実施例１
のレチクルの合わせ精度測定用マークのパターンの改変
例を示す模式図である。

【図６】実施例２のレチクルの合わせ精度測定用マーク
の線状域を構成するパターンを示す模式図である。

【図７】実施例２のレチクルの合わせ精度測定用マーク
のパターンの改変例を示す模式図である。

【図８】第１層パターニング用レチクルの構成を示す模
式図である。

【図９】第２層パターニング用レチクルの構成を示す模
式図である。

【図１０】第２層パターニング用レチクルをウエハ上の
合わせマークに合わせた時の状態を示す模式図である。

【符号の説明】

１０……第一層パターニング用レチクル、１２……チッ
プ領域、１４……スクライブライン領域、１６……合わ
せ精度測定用マーク、１８……第二層パターニング用レ
チクル、２０……合わせ精度測定用マーク、２２……ウ
エハ上に形成されたマーク、３０……実施例１のレチク
ル、３２……チップ領域、３４……スクライブライン領
域、３６……回路パターン、３８……白丸で表示された
図形、４０……合わせ精度測定用マーク、４２……縦方
向に延びる線状域、４４……横方向に延びる線状域、４
６……白丸で表示された図形、４８……縦方向の線状
域、５０……横方向の線状域、５２……白丸で表示され
た図形、５３……箱型の合わせ精度測定用マーク、５４
……短線、５６……短線の集合、５８……短線、６０…
…短線を縦方向に離隔して配列した短線列、６２……短
線列の集合。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フォトリソグラフィによりウエハ上に回
   路パターンを転写する際に使用するレチクルの合わせ測
   定用マークであって、 レチクルのスクライブライン領域に設けた合わせ精度測
   定用マークが、微細図形の集合で構成されていることを
   特徴とするレチクルの合わせ測定用マーク。
2. 【請求項２】 合わせ精度測定用マークを構成する微細
   図形の集合が、レチクルのチップ領域に形成された回路
   パターンを構成する微細図形と同じ寸法及び同じ形状の
   微細図形の集合で構成されていることを特徴とするレチ
   クルの合わせ測定用マーク。
3. 【請求項３】 レチクルがコンタクトホール・パターニ
   ング用レチクルの合わせ測定用マークであって、 合わせ精度測定用マークを構成する微細図形の集合が、
   レチクルのチップ領域に形成されたコンタクトホール・
   パターンのコンタクトホール図形と同じ寸法及び同じ形
   状の図形をコンタクトホール・パターンのコンタクトホ
   ール図形と同じ配列及び同じピッチで集合した群で構成
   されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のレ
   チクルの合わせ測定用マーク。
4. 【請求項４】 レチクルが配線・パターニング用レチク
   ルの合わせ測定用マークであって、 合わせ精度測定用マークを構成する微細図形の集合が、
   レチクルのチップ領域に形成された配線・パターンの配
   線図形と同じ寸法及び同じ形状の図形を配線・パターン
   の配線図形と同じ配列及び同じピッチで集合した群で構
   成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の
   レチクルの合わせ測定用マーク。
5. 【請求項５】 請求項４に記載のレチクルの合わせ測定
   用マークにおいて、 合わせ精度測定用マークが、複数本の短線を横方向に離
   隔してほぼ平行に配列してなる集合で構成されているこ
   とを特徴とするレチクルの合わせ測定用マーク。
6. 【請求項６】 請求項４に記載のレチクルの合わせ測定
   用マークにおいて、 合わせ精度測定用マークが、短線を縦方向に離隔して配
   列した短線列を横方向に離隔して配列してなる集合で構
   成されていることを特徴とするレチクルの合わせ測定用
   マーク。