JP2000040649A

JP2000040649A - 露光方法および位置合わせマーク

Info

Publication number: JP2000040649A
Application number: JP10207801A
Authority: JP
Inventors: Yoshimitsu Kato; 善光加藤; Kazuyoshi Sugihara; 和佳杉原; Katsuya Okumura; 勝弥奥村; Toshiyuki Umagoe; 俊幸馬越; Hiromi Niiyama; 広美新山; Tetsuo Nakasugi; 哲郎中杉
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-07-23
Filing date: 1998-07-23
Publication date: 2000-02-08

Abstract

(57)【要約】【課題】スキャン転写型光露光装置とＥＢ露光装置を用
いた露光方法において、スキャン転写型光露光装置の光
スリットのスキャン方向の違いによるパターン歪みによ
る重ね合わせ精度の低下を抑制できる露光方法を提供す
ること。【解決手段】スキャン転写型光露光装置のスキャン方向
別の歪み係数を算出し（ステップＳ１）、次に上記歪み
係数とＥＢ露光装置の歪み係数の重ね合わせによる総合
歪み係数を算出し、次に総合歪み係数から求めた補正を
考慮して光露光パターンに対してＥＢ露光パターンを重
ね露光する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スキャン転写型光
露光装置と荷電ビーム露光装置とを用いてチップ上の同
一レジストにパターンを露光する露光方法およびこれに
用いられる位置合わせマークに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年のＬＳＩパターンの集積化により、
露光装置に求められるパターンの微細化やアライメント
精度はより厳しくなっている。現状ではＫｒＦエキシマ
レーザーを露光光源に用いた光露光装置が主流になって
いるが、さらに微細な解像性が要求される場合には電子
ビーム露光が有力な技術である。

【０００３】しかしながら、電子ビーム露光は、光露光
に比べ露光スループットが遅いという問題を抱えてい
る。露光パターンの中で繰り返しパターン部分（数μｍ
角）を一括転写する部分一括転写方式を採用して、露光
スループットを増加させた電子ビーム露光装置もある
が、それでも光露光装置に比べれば露光スループットは
小さい。

【０００４】このように電子ビーム露光は解像性に優れ
るが、露光スループットが光露光に比べ大きく劣ってい
る。この対策として、比較的粗いパターンを光で露光
し、微細パターンを電子ビームを用いて露光するという
ように、光露光と電子ビーム露光を使い分けるミックス
アンドマッチ露光の採用が最も現実的である。

【０００５】ところが、光露光パターンは露光装置のレ
ンズ投影歪みの影響を受け、ウェハ上に歪んで形成され
る。したがって、ミックスアンドマッチ露光でこの歪み
を持ったパターンに対し、ＥＢ露光装置で精度良く重ね
合わせ露光を行うには、予め光露光パターンのチップ面
内の歪みを定量的に知り、ＥＢ露光パターンを故意に歪
ませて露光する必要がある。

【０００６】図１７に、光露光パターンのチップ面内の
歪み、具体的には格子状に配置したパターンの位置ずれ
をベクトル７０で表す。この歪みは、最小二乗法を用い
た多項式近似で下式の多項式（１），（２）で表すこと
ができることから、ＥＢ露光のショット位置補正機能を
使えば、ＥＢパターンを歪ませて両者のずれを最小にす
ることができる。

【０００７】Ｘ＝ａ₀＋ａ₁ｘ＋ａ₂ｙ＋ａ₃ｘ²＋ａ₄ｘｙ＋ａ₅ｙ²＋ａ₆ｘ³ ＋ａ₇ｘ²ｙ＋ａ₈ｘｙ²＋ａ₉ｙ³ …（１）Ｙ＝ｂ₀＋ｂ₁ｘ＋ｂ₂ｙ＋ｂ₃ｘ²＋ｂ₄ｘｙ＋ｂ₅ｙ²＋ｂ₆ｘ³ ＋ｂ₇ｘ²ｙ＋ｂ₈ｘｙ²＋ｂ₉ｙ³ …（２）ここで、ａ₀〜ａ₉およびａ₀〜ａ₉は補正係数、ｘお
よびｙは設計座標、ＸおよびＹは補正座標である。

【０００８】しかしながら、スキャン転写型光露光装置
を用いた光露光の場合、光スリットのスキャン方向がチ
ップ毎に変わってしまう。スキャン方向が変わると、マ
スクステージとウェハステージとの同期精度が異なるた
め、例えば図１８に示すように、スキャン方向の違いで
チップ面内のパターン歪みが違ってしまう。以下、この
問題についてより具体的に説明する。

【０００９】例えば、まず図１９に示すような十字パタ
ーン７１を格子状に配置したマスク７２（評価用パター
ン）を、図２に示すようなスキャン転写型光露光装置の
マスクステージ２にセットする。

【００１０】次にポジ型レジストを塗布したシリコンか
らなるウェハ３をウェハステージ４にセットする。スリ
ット形状の光をマスク１に照射しマスクステージ２とウ
ェハステージ４を反対方向に同期させて動かしパターン
をスキャン転写する。

【００１１】このとき、図２０に示すように、スキャン
転写方向はチップＡ，Ｂ毎に異なり、チップＡは下から
上に、チップＢは上から下にスキャン転写される。

【００１２】次にポジ型レジストを現像して出来上がっ
た十字パターン７１を例えば位置座標測定機で十字パタ
ーン７１の位置座標を測定する。測定した結果をスキャ
ン転写方向別に平均化する。

【００１３】次にチップの面内歪みを最小二乗法を用
い、多項式（１），（２）で近似し歪み補正式を求める
と、スキャン転写方向Ａとスキャン転写方向Ｂとで異な
る２つの歪み補正式が得られる。

【００１４】したがって、今までのようにスキャン転写
方向が異なる２つの光露光チップに対して、スキャン転
写方向を考慮せずに求めた歪み補正式を用いてＥＢ露光
装置で重ね合わせ露光を行うと、図２１の模式図で示す
ようにずれてしまう。なお、図中の実線がスキャン転写
方向が異なる２つの光露光チップ、破線がＥＢ露光チッ
プである。

【００１５】ところで、ミックスアンドマッチ露光を行
う場合、図２２に示すように、スキャン転写型光露光装
置で使用している位置合わせマーク（光マーク）７０
ａ，７０ｂと別にＥＢ露光に固有な例えば十字の重ね合
わせマーク（ＥＢマーク）７１が必要になり、ＥＢマー
ク７１を配置するスペースを新たに確保しなければなら
ない。

【００１６】さらに、ＥＢマーク７１と光マーク７０
ａ，７０ｂとは光学的な深度が異なることが多く、その
場合にはＥＢマーク７１と光マーク７０ａ，７０ｂを別
々のレジストを用いた別々の露光で形成しなければなら
ない。

【００１７】このため、光マーク７０ａ，７０ｂに対し
てＥＢマーク７１を重ね合わせて露光し、このＥＢマー
ク７１に対してパターンを重ね合わせ露光するため、重
ね合わせ露光精度が大幅に低下する。

【００１８】このような問題を解消するため、光マーク
をＥＢマークに用いる方法が試みられている。図２３〜
図２５に各マークに対するビームの走査方法を示す。図
２３にＥＢマーク７１の場合の走査方法、図２４に光マ
ーク７０ａの場合の走査方法、図２５に他の光マーク７
０ｂの走査方法をそれぞれ示す。なお、破線でビーム走
査の軌跡７３を示す。

【００１９】図２３のＥＢマーク７１の大きさは８０μ
ｍ×８０μｍ、ラインの幅は５μｍである。また、図２
４の光マーク７０ａの大きさは１００μｍ×７０μｍ、
ラインの幅は４μｍ、ラインのピッチは８μｍ、ライン
の本数は１３本である。また、図２５の光マーク７０ｂ
の大きさは１２２μｍ×５２μｍ、ドットの大きさは２
μｍ×４μｍ、横方向のドットのピッチは２０μｍ、縦
方向のドットのピッチは８μｍである。

【００２０】しかしながら、この種の方法には以下のよ
うな問題があった。すなわち、光マークはＥＢマークに
比べてサイズが大きいため、１つの偏光器によるＥＢビ
ームの偏向では光マークの位置を求めることができず、
多段の偏向器を使ってＥＢビームを大きく振って光マー
クの位置を求める必要があった。そのため、偏向器間で
のつなぎ誤差によってマーク位置の検出精度が低下する
という問題があった。

【００２１】さらに、光マークをＥＢマークとして用い
る場合には、位置検出のために十分な長さ（数十μｍ以
上）の直線部分が必要となるが、光マーク７ａは４μｍ
のライン、光マーク７ｂは２μｍ×４μｍのドットなの
で、マークを形成するラインまたはドットのコーナーが
丸まったりするなどして、マーク位置の検出精度が低下
するという問題もあった。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、比較的粗
いパターンを光で露光し、微細パターンを電子ビームで
露光するというように、スキャン転写型光露光装置と電
子ビーム露光装置を使い分けるミックスアンドマッチ露
光は、スキャン転写型光露光装置の光スリットのスキャ
ン方向の違いによりチップ面内のパターン歪みが違って
しまうために、光露光によるパターンと電子ビーム露光
によるパターンとの重ね合わせ精度が低下するという問
題（第１の問題）があった。

【００２３】また、ミックスアンドマッチ露光を行う場
合、光マークと別にＥＢマークが必要になり、ＥＢマー
クを配置するスペースを新たに確保しなければならない
という問題があった。また、ＥＢマークと光マークは一
般に別々のレジストを用いた別々の露光で形成しなけれ
ばならないため、重ね合わせ露光精度が大幅に低下する
という問題があった。また、これらの問題を解消するた
めに、光マークをＥＢマークに用いる方法が試みられて
いるが、光マークとＥＢマークとではサイズおよびパタ
ーンが互いに異なっていることから、マーク位置の検出
精度が低下するという問題（第２の問題）があった。

【００２４】本発明は、上記事情（第１の問題）を考慮
してなされたもので、その目的とするところは、スキャ
ン転写型光露光装置と電子ビーム露光装置とを用いた露
光方法において、スキャン転写型光露光装置の光スリッ
トのスキャン方向の違いによるパターン歪みによる重ね
合わせ精度の低下を抑制できる露光方法を提供すること
にある。

【００２５】また、本発明は、上記事情（第２の問題）
を考慮してなされたもので、その目的とするところは、
スキャン転写型光露光装置と電子ビーム露光装置とを用
いた露光方法に用いられる位置合わせマークにおいて、
その形成領域の増加、合わせ精度の低下、およびマーク
位置の検出精度の低下を抑制できる位置合わせマークを
提供することにある。

【００２６】

【課題を解決するための手段】［構成］上記目的を達成
するために、本発明（請求項１）に係る露光方法は、ス
キャン転写型光露光装置と荷電ビーム露光装置を用いて
チップ上の同一レジストにパターンを露光する露光方法
であって、前記チップの歪み情報、および前記スキャン
転写型光露光装置で露光された光露光パターンについ
て、前記スキャン転写型光露光装置のスキャン方向別の
歪み情報を予め求めておき、前記光露光パターンに対し
て前記荷電ビーム露光装置で荷電ビームパターンを重ね
露光する際に、前記光露光パターンと前記荷電ビームパ
ターンの重ね合わせ誤差を小さくするために、前記チッ
プの歪み情報、および前記スキャン方向別の歪み情報を
用いて前記荷電ビームパターンの露光位置の補正を行う
ことを特徴とする。

【００２７】本発明（請求項１）により具体的な形態は
以下の通りである。

【００２８】（１）荷電ビーム露光装置は、上記補正を
行う荷電ビームパターンの露光と上記補正を行わない荷
電ビームパターンの露光とを選択できる。

【００２９】（２）複数の荷電ビーム露光装置を用い、
これらの荷電ビーム露光装置のそれぞれが上記補正を行
う荷電ビームパターンの露光を行える。

【００３０】（３）スキャン方向別の歪み情報を、スキ
ャン転写型光露光装置の照明方法毎に予め求めておく。

【００３１】（４）スキャン方向別の歪み情報を、スキ
ャン転写型光露光装置で使用するレクチル毎に予め求め
ておく。

【００３２】（５）荷電ビームパターンを露光する際
に、チップ内またはその周辺に下地に対しての位置合わ
せマークを３個以上露光し、これらの位置合わせマーク
を利用して上記チップの歪み情報を求める。

【００３３】（６）位置合わせマークまたはその周辺上
に合わせずれ評価用マークを露光し、この評価用マーク
と位置合わせマークとの合わせずれの評価を行う。

【００３４】また、本発明に係る位置合わせマーク（請
求項８）は、光露光の位置合わせに用いる第１のマーク
と、この第１のマークの形成領域内に形成され、荷電ビ
ーム露光の位置合わせに用いる第２のマークとを備えて
いることを特徴とする。

【００３５】本発明（請求項８）により具体的な形態は
以下の通りである。

【００３６】（１）第２のマークを形成する際に用いる
荷電ビーム露光装置の最小偏向領域のビーム走査方向の
寸法は、第２のマークの前記ビーム走査方向の寸法以上
である。

【００３７】（２）第１のマークの高さまたは深さは、
第２のマークの高さまたは深さと同じである。ここで、
同じとは厳密に同じである必要はなく、露光用のマーク
としてみた場合に実質的に同じであれば良い。

【００３８】（３）第１のマークの構成材料は、第２の
マークのそれと同じである。

【００３９】（４）第２のマークは、繰り返しラインか
ら構成されている。

【００４０】（５）第１のマークと第２のマークはその
一部が共通化されている。

【００４１】本願明細書はさらに以下のような発明を含
む。

【００４２】（１）本発明に係る位置合わせマークにお
いて、第１のマークを用いた光露光の際に第１のマーク
の検出精度が所定値以下にならないように、つまり所定
の検出精度が確保できるように第２のマークの大きさを
選ぶ。

【００４３】（２）本発明に係る位置合わせマークにお
いて、第２のマークを構成するラインの幅が、荷電ビー
ムの大きさ（ビーム形状が円であればビーム径、ビーム
形状が矩形であれば走査方向に平行な辺の寸法）よりも
大きい。

【００４４】（３）半導体デバイスの形成工程と同じ工
程で本発明に係る位置合わせマークを形成する。

【００４５】（４）スキャン転写型光露光装置と荷電ビ
ーム露光装置を用いてチップ上の同一レジストにパター
ンを露光する露光方法において、位置合わせマークとし
て本発明に係る位置合わせマークを用いる。

【００４６】（５）ネガレジストの場合、第２のマーク
（ＥＢマーク）の走査痕を残らないように位置合わせ用
マーク（第１のマーク＋第２のマーク）を光露光時に露
光することによって、エッチング時のダスト量を低減化
し、光マークを保護する。

【００４７】（６）本発明に係る位置合わせマークを有
する半導体装置。

【００４８】［作用］本発明（請求項１〜７）によれ
ば、光露光パターンについて、スキャン転写型光露光装
置のスキャン方向別の歪みに関しての補正もできるの
で、光露光によるパターンと電子ビーム露光によるパタ
ーンとの重ね合わせ精度の低下を抑制できるようにな
る。

【００４９】本発明（請求項８〜１２）によれば、第１
のマーク（光マーク）の形成領域内に、第２のマーク
（荷電ビームマーク）が組み込まれているので、位置合
わせマークの形成領域の増加を抑制できる。

【００５０】また、第１のマークと第２のマークとは同
じレジストを用いた露光で形成できるので、重ね合わせ
露光精度の低下を抑制できる。

【００５１】さらに、光露光と荷電ビーム露光はそれぞ
れ専用の位置合わせマーク（第１、第２のマーク）を用
いて行われるので、光マークをＥＢマークに利用する従
来方法の場合とは異なり、重ね合わせ露光精度が低下す
るという問題は起こらない。

【００５２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態（以下、実施形態という）を説明する。

【００５３】（第１の実施形態）図１は、本発明の第１
の実施形態に係るスキャン転写型光露光装置とＥＢ露光
装置とを使用した露光方法（ミックスアンドマッチ露光
方法）を示すフロー図である。

【００５４】先ず、スキャン方向別に歪み係数を求める
（ステップＳ１）。このステップＳ１の詳細は以下の通
りである。

【００５５】まず、従来技術の項で説明したように、十
字パターンを格子状に配置したマスクを図２に示したス
キャン転写型光露光装置のマスクステージ２に、例えば
ポジ型レジストを塗布したウェハ３をウェハステージ４
にそれぞれセットする。

【００５６】次にウェハ３上の位置合わせマークを読み
取り、マスク１とウェハ３の相対的な位置関係を決めた
後、スリット形状の光をマスク１に照射し、マスクステ
ージ２とウェハステージ４を反対方向に同期させて動か
しパターンをスキャン転写する。

【００５７】次にレジストを現像して出来上がった十字
パターンを、例えば位置座標測定機で十字パターンの位
置座標を測定する。

【００５８】その後、測定した結果を、スキャン方向別
に平均化し、チップの面内歪みを最小二乗法を用い、多
項式（１），（２）で近似し、各項の歪み係数を求め
る。

【００５９】次にウェハ３上の位置合わせマークをＥＢ
露光装置を使って検出し、位置合わせマーク座標系がＥ
Ｂ露光装置の計測座標系からどれだけずれているかを同
様に多項式近似して、各項の歪み係数を求め、この歪み
形成数とステップＳ１で求めた歪み係数を重ね合わせ
て、両者の相対的なずれを表す総合歪み係数を求める
（ステップＳ２）。このステップＳ２の詳細は以下の通
り。

【００６０】まず、スキャン転写型光露光装置で露光し
たチップに対し、ＥＢ露光装置で重ね合わせ露光を行う
場合、最初にＥＢのステージ座標に対するウェハの回転
を求める。

【００６１】具体的には、まず図３のように、同一チッ
プ列もしくは同一チップ行内の２つのチップ６内の重ね
合わせマーク７ａの検出を行う。２つのチップ６におけ
る各重ね合わせマーク７ａの座標位置は同じである。こ
の２つの重ね合わせマーク７から求めた回転がウェハの
回転８に相当する、この回転８の補正は全露光チップに
対して共通である。チップ６の重ね合わせは、図４に示
すように、チップ６内の重ね合わせマーク７ａ，７ｂの
検出で行う。

【００６２】本実施形態の場合、各チップ６内に２つの
重ね合わせマーク７ａ，７ｂを形成してある。また、重
ね合わせマーク７ａ，７ｂの形状は、Ｌ／Ｓである。重
ね合わせマーク７ａ，７ｂの数が２つの場合、正確に求
められるチップ６の歪みはシフト量（多項式（１），
（２）の補正係数ａ₀と補正係数ｂ₀）のみである。

【００６３】検出した重ね合わせマーク７ａ，７ｂの座
標はウェハの回転８およびチップ６の回転が含まれてい
るため、チップ６の回転を求めるにはウェハ回転８を取
り除く必要がある。

【００６４】ここで、チップ６面内の歪み補正式で補正
係数ａ₂と補正係数ｂ₁がチップ６の回転に相当する
が、ウェハの回転８に対するチップ６の回転は十分に小
さいので、このチップ６の回転は０として考えて、補正
係数ａ₂と補正係数ｂ₁にウェハの回転８を代入する。

【００６５】また、重ね合わせを行うチップ６のスキャ
ン転写方向に応じた歪み補正式の補正係数ａ₃〜補正係
数ａ₉、補正係数ｂ₃〜補正係数ｂ₉に代表値を代入す
る。

【００６６】このようにして、連立方程式ができ、補正
係数ａ₀、補正係数ａ₁、補正係数ｂ₀および補正係数
ｂ₂を求めることができる。最後に、これらの求められ
た４個の補正係数とウェハに対するチップの回転が０で
あることから、補正係数ａ₂および補正係数ｂ₁は０と
なる。

【００６７】まとめると、チップ歪みを補正する多項式
において、補正係数ａ₃〜補正係数ａ₉および補正係数
ｂ₃〜補正係数ｂ₉にはスキャン転写方向別に予め求め
た値（代表値）を使い、補正係数ａ₂および補正係数ｂ
₁には０を用い、補正係数ａ₀、補正係数ａ₁、補正係
数ｂ₀および補正係数ｂ₂には各チップのスキャン方向
を反映した固有な値を使うことになる。

【００６８】最後に、ステップＳ２で求めた総合歪み係
数を用いてＥＢ露光装置で歪み補正を行い、スキャン転
写型光露光装置とＥＢ露光装置とを使ってミックスアン
ドマッチでの重ね合わせ誤差を最小にするステップＳ３
について説明する。

【００６９】まず、図５に一般的なＥＢ露光装置の模式
図を示す。電子銃９から放出された電子ビーム２０は２
つのコンデンサレンズ１０，１１により第１のビーム成
形アパーチャマスク１２に照射される。

【００７０】第１のアパーチャマスク１２上にはビーム
のＯＮ−ＯＦＦを行うブランキング偏向器２４がある。
第１のアパーチャマスク１２のアパーチャ１２ａによる
像は、投影レンズ１３により第２のビーム成形アパーチ
ャマスク１４上に投影される。そして、第２のアパーチ
ャマスク１４のアパーチャ１４ａの像が、縮小レンズ１
５および対物レンズ１６により試料面上１７に結像され
る。

【００７１】また、縮小レンズ１５と対物レンズ１６と
の間には、主偏向器１８および副偏向器１９が配置され
ている。これらの偏向器１８，１９は試料面上１７に照
射するビーム２０の位置を偏向するものである。

【００７２】さらに、第１のアパーチャマスク１２と投
影レンズ１３との間には、成形偏向器２１が配置されて
いる。この成形偏向器２１は第２のアパーチャマスク１
４上における第１アパーチャ１２ａの像位置を可変し、
試料面上１７に照射結像されるビーム２０の寸法および
形状を可変するものである。

【００７３】なお、図中、２２は電子銃クロスオーバの
結像状態を示し、２３はアパーチャの結像状態を示して
いる。

【００７４】露光パターンデータはディスク２５からＣ
ＰＵ２６によって読み出され露光制御回路２７に送られ
る。露光制御回路２７によって主偏向制御回路２８、副
偏向制御回路２９、成形偏向制御回路３０およびブラン
キング制御回路３１を制御する信号に変換される。

【００７５】主偏向制御回路２８は主偏向器１８、副偏
向制御回路２９は副偏向器１９、成形偏向制御回路３０
は成形偏向器２１、ブランキング制御回路３１はブラン
キング偏向器２４にそれぞれ接続され、ビームのＯＮ−
ＯＦＦ、形状、サイズおよび照射位置を制御している。

【００７６】このようなＥＢ露光装置を用いた重ね合わ
せ露光について図６を用いて以下に説明する。

【００７７】まず、露光時に使われるＥＢ露光パターン
データは露光制御回路２７に送られる。露光制御回路２
７では、パターンがサブフィールド単位に分割され、サ
ブフィールドの座標はフレーム内の座標で表される。

【００７８】また、パターンがショット単位に分割さ
れ、ショットの座標はサブフィールド内の座標で表され
る。しかし、歪み係数によってショットの座標を補正す
るわけでないので、以後は露光制御回路２７から主偏向
制御回路２８にデータが渡るフローを説明する。

【００７９】フレーム内座標で表したサブフィールドの
座標は歪み係数を用い補正するサブフィールド座標を求
める。これを歪み補正式（１），（２）を用いて説明す
ると、サブフィールド座標をｘおよびｙに代入して、補
正座標になるＸおよびＹを求め、光露光チップの歪みに
合わせるようにして意図的にサブフィールド位置をずら
して重ね合わせ露光することになる。この操作をスキャ
ン方向別に行う。

【００８０】以上のステップからなるパターンの形成方
法によって、スキャン転写型光露光装置とＥＢ露光装置
とを使ってミックスアンドマッチを行い、重ね合わせ精
度を評価したところ、スキャン方向を考慮せずに予め求
めた歪み係数を使って補正した場合（従来）は５５ｎｍ
（平均値＋３σ）であった。

【００８１】これに対してチップ毎にスキャン方向を考
慮してめた総合歪み係数を使って補正した場合（本実施
形態）は４０ｎｍ（平均値＋３σ）を達成できることを
確認した。

【００８２】以上詳述したように本実施形態によれば、
スキャン転写型光露光装置のスキャン方向別に転写パタ
ーン面内の歪みを予め求めておき、光露光で転写された
パターンに対してＥＢ露光で重ね合わせをしてパターン
を形成する際に、上記スキャン方向別に内歪みデータを
用いてＥＢ露光パターンのショット位置補正を行い、両
露光によるパターンの重ね合わせ誤差を少なくすること
ができるため、スキャン転写型光露光装置とＥＢ露光装
置とを用いたミックスアンドマッチ露光における重ね合
わせ露光精度を大幅に向上することができる。

【００８３】（第２の実施形態）図７は、本発明の第２
の実施形態に係るスキャン転写型光露光装置とＥＢ露光
装置とを使用した露光方法を示すフロー図である。

【００８４】歪み係数を求める方法については第１の実
施形態の通りであるが、本実施形態では同様の方法でス
キャン転写方向を考慮していない歪み係数も求める（ス
テップＳ１ａ、ステップＳ１ｂ）。

【００８５】以上のように求められた歪み係数と重ね合
わせマーク検出で求められた歪み係数の総合歪み係数の
求め方についても第１の実施形態と同様である（ステッ
プＳ２）。

【００８６】求めた歪み係数の重ね合わせ露光の際の使
用方法についても第１の実施形態の通りであるが、本実
施形態では、露光するチップのスキャン転写方向に応じ
た歪み係数（複数の歪み係数）を使う場合と、露光する
チップのスキャン転写方向考慮していない歪み係数（統
一の歪み係数）を使う場合とを選択できるようにした
（ステップＳ３ａ、ステップＳ３ｂ）。

【００８７】複数の歪み係数または統一の歪み係数を選
択できるようにしたことによって、例えばスキャン方向
別の歪み係数に差がなければ、スキャン方向別に歪み係
数を求める手間が省ける。

【００８８】また、スキャン方向別に歪み係数を求めな
ければならない場合、例えばスキャン方向が２方向で１
つのスキャン方向から１０チップ分の歪みデータを必要
としたとき、全部で２０チップ分の歪み測定を行うこと
になるが、スキャン方向を考慮していない統一の歪み係
数を求める場合では、半分の１０チップ分の歪み測定を
行えば良いことになる。

【００８９】さらに、ｉ線等の一括転写型光露光装置の
場合、スキャン方向がないので歪み係数は１つでも良
く、統一の歪み係数を選択することによって、一括転写
型光露光装置を用いたミックスアンドマッチ露光にも対
応可能となる。

【００９０】以上詳述したように本実施形態によれば、
複数の歪み係数と統一の歪み係数を選択できるようにす
ることによって、スキャン方向に依存した歪みがない場
合には、歪み係数を求めるための測定データを少なくす
ることができ、またスキャン方向がない一括転写型光露
光装置を用いたミックスアンドマッチ露光にも対応する
ことができる。

【００９１】（第３の実施形態）スキャン方向別の歪み
係数を求める方法については第１の実施形態の通りであ
るが、本実施形態ではその歪み係数をスキャン転写型光
露光装置別にデータを取得する。補正式は、スキャン方
向別の補正式が２個、スキャン転写光露光装置別の補正
式が２個なので、２×２＝４個存在することになる（ス
テップＳ１）。

【００９２】以上のように求められた歪み係数と重ね合
わせマーク検出で求められた歪み係数の総合歪み係数の
求め方についても第１の実施形態と同様である（ステッ
プＳ２）。

【００９３】求めた歪み係数の重ね合わせ露光の際の使
用方法については第１の実施形態の通りであるが、本実
施形態ではスキャン転写型光露光装置別に求めたスキャ
ン転写方向別の歪み係数を使用する（ステップＳ３）。

【００９４】以上のステップからなるパターンの形成方
法によって、スキャン転写型光露光装置とＥＢ露光装置
とを使ってミックスアンドマッチを行い、重ね合わせ精
度を評価したところ、例えば、スキャン転写型露光２号
機に対しＥＢ直描装置で重ね合わせを行うときに、１号
機で求められた歪み係数を使って補正した場合は５０ｎ
ｍ（平均値＋３σ）、これに対してスキャン転写型光露
光装置別に歪み係数を使い分けて補正した場合では４０
ｎｍ（平均値＋３σ）を達成することができた。

【００９５】以上詳述したように本実施形態によれば、
スキャン転写型光露光装置別にスキャン転写方向別の歪
み係数を予め求めておき、光露光で転写されたパターン
に対してＥＢ露光で重ね合わせをしてパターンを形成す
る際に、スキャン転写型光露光装置別さらにスキャン方
向別に面内歪みデータを用いてＥＢ露光パターンのショ
ット位置補正を行えるので、両露光によるパターンの重
ね合わせ誤差を効果的に少なくすることができるため、
スキャン転写型光露光装置とＥＢ露光装置とを用いたミ
ックスアンドマッチ露光における重ね合わせ露光精度を
大幅に向上することができる。

【００９６】（第４の実施形態）スキャン方向別の歪み
係数の求める方法については第１の実施形態の通りであ
るが、本実施形態ではスキャン転写露光装置の照明方法
別にデータを取得する。ここでは、通常照明の場合と輪
帯照明の場合の歪み係数を求めた（ステップＳ１）。

【００９７】以上のように求められた歪み係数と重ね合
わせマーク検出で求められた歪み係数の総合歪み係数の
求め方についても第１の実施形態と同様である（ステッ
プＳ２）。

【００９８】求めた歪み係数の重ね合わせ露光の際の使
用方法については第１の実施形態の通りであるが、本実
施形態ではスキャン転写露光装置の照明方法別に求めた
スキャン転写方向別の歪み係数を使用する（ステップＳ
３）。

【００９９】以上のステップからなるパターンの形成方
法によって、スキャン転写型光露光装置とＥＢ露光装置
とを使ってミックスアンドマッチ露光を行い、重ね合わ
せ精度を評価したところ、例えば、輪帯照明で露光した
パターンに対しＥＢ露光装置で重ね合わせを行うとき
に、通常照明で露光したパターンで求められた歪み係数
を使って補正した場合には５０ｎｍ（平均値＋３σ）で
あった。

【０１００】これに対して本実施形態によるスキャン転
写型光露光装置の照明方法別に求めた歪み係数を使って
補正した場合には４０ｎｍ（平均値＋３σ）を達成する
ことができた。

【０１０１】以上詳述したように本実施形態によれば、
スキャン転写型光露光装置の照明方法別にスキャン方向
別の転写パターン面内の歪みを予め求めておき、光露光
で転写されたパターンに対してＥＢ露光で重ね合わせを
してパターンを形成する際に、スキャン転写型光露光装
置の照明方法別さらにスキャン方向別に面内歪みデータ
を用いてＥＢ露光パターンのショット位置補正を行える
ので、両露光によるパターンの重ね合わせ誤差を効果的
に少なくすることができるため、スキャン転写型光露光
装置とＥＢ露光装置とを用いたミックスアンドマッチ露
光における重ね合わせ露光精度を大幅に向上することが
できる。

【０１０２】（第５の実施形態）スキャン方向別の歪み
係数の求める方法については第１の実施形態の通りであ
るが、本実施形態ではスキャン転写露光装置で使用する
レクチル（マスク）の種類別にデータを取得する。ここ
では、レクチルとしてＣＯＧマスクとハーフトーンマス
クを用い、これらのマスクの歪み係数を求めた（ステッ
プＳ１）。

【０１０３】以上のように求められた歪み係数と重ね合
わせマーク検出で求められた歪み係数の総合歪み係数の
求め方についても第１の実施形態と同様である（ステッ
プＳ２）。

【０１０４】求めた歪み係数の重ね合わせ露光の際の使
用方法については第１の実施形態の通りであるが、本実
施形態ではレクチルの種類別に求めたスキャン転写方向
別の歪み係数を使用する（ステップＳ３）。

【０１０５】以上のステップからなるパターンの形成方
法によって、スキャン転写型光露光装置とＥＢ露光装置
とを使ってミックスアンドマッチを行い、重ね合わせ精
度を評価したところ、例えばハーフトーンマスクを用い
て露光したパターンに対しＥＢ直描装置で重ね合わせを
行うときに、ＣＯＧマスクを用いて露光したパターンで
求められた歪み係数を使って補正した場合は５０ｎｍ
（平均値＋３σ）であった。

【０１０６】これに対して本実施形態による露光に使用
したレクチルの種類別に歪み係数を使い分けて補正した
場合では４０ｎｍ（平均値＋３σ）を達成することがで
きた。

【０１０７】以上詳述したように本実施形態によれば、
露光に使用したレクチルの種類別にスキャン転写型光露
光装置のスキャン方向別の転写パターン面内の歪みを予
め求めておき、光露光で転写されたパターンに対してＥ
Ｂ露光で重ね合わせをしてパターンを形成する際に、露
光に使用したレクチルの種類別さらにスキャン方向別に
面内歪みデータを用いてＥＢ露光パターンのショット位
置補正を行えるので、両露光によるパターンの重ね合わ
せ誤差を効果的に少なくすることができるため、スキャ
ン転写型光露光装置とＥＢ露光装置とを用いたミックス
アンドマッチ露光における重ね合わせ露光精度を大幅に
向上することができる。

【０１０８】（第６の実施形態）本実施形態でも図５に
示した電子ビーム露光装置を用いる。また、本実施形態
では、ウェハとして８インチシリコンウェハを使用す
る。ウェハ上にはスキャン転写型光露光装置で形成した
チップが図８に示すように配置されている。

【０１０９】図９に、本実施形態で使用したチップ内の
マーク配置を示す。図中、５１は下地パターン、５２は
光露光用位置合わせマーク、５３は下地パターン５１に
対しての位置合わ用マークをそれぞれ示している。

【０１１０】ここで、位置合わせ用パターン７３はチッ
プ内に３個所以上配置し、望ましくは図９に示すように
チップの４隅に配置する。

【０１１１】また、本実施形態では、位置合わせ描画
（ＥＢ露光）の際に、位置合わせ用マーク５３の位置を
検出し、位置合わせ用マーク５３上またはその近傍に、
合わせずれの評価に用いるマーク（合わせずれ評価用マ
ーク）を露光する。すなわち、従来とは異なり、合わせ
ずれ評価用マークと位置合わせ用マーク５３を実質的に
同じ領域に形成する。

【０１１２】したがって、位置合わせ用マーク５３を実
質的に合わせずれ評価用マークとして用いることができ
るので、装置起因の合わせずれ例えば下地の歪みなどを
含まない合わせずれの評価が可能になる。

【０１１３】図１０に、位置合わせ用マークの具体的な
パターンを示す。位置合わせ用マーク５３の大きさは１
０〜２０μｍ角であり、ＢＯＸ−ＢＯＸ，Ｂａｒ−ｉｎ
−Ｂａｒ、十字型などのパターンが使用できる。図中、
５４は合わせずれ評価用マークを示している。

【０１１４】図１１に、光露光用位置合わせマークの具
体的なパターンを示す。光露光用位置合わせマーク５２
は、ラインアンドスペースやホールパターンのアレイで
形成されたものが使用できる。大きさは幅が２００μ
ｍ、高さ（または深さ）が１００μｍ程度である。この
ようなパターンは、例えばシリコン基板に深さ０．５μ
ｍ程度の深さにプラズマエッチングで彫り込んで形成す
る。

【０１１５】図１２に、本実施形態のスキャン転写型光
露光装置とＥＢ露光装置とを使用した露光方法（ミック
スアンドマッチ露光方法）のフロー図を示す。

【０１１６】まず、スキャン転写型光露光装置のチップ
投影歪み係数を求める（ステップＳ１，Ｓ２）。

【０１１７】そのためにまずスキャン転写型光露光装置
のチップ投影歪みを測定する。ここでは、この測定を第
１の実施形態と同様にスキャン方向別にも行うが、必ず
しも行われなくても良い。チップ投影歪みの測定には座
標測定機を用いる（ステップＳ１）。

【０１１８】次にステップＳ１にて得られた測定値に基
づいて多項式近似を行うことによってチップ投影歪み係
数を求め、この求められたチップ投影歪み係数を計算機
に格納する（ステップＳ２）。

【０１１９】次にレジストを塗布したウェハを図２に示
したＥＢ露光装置にセットし、以下の操作に従って位置
合わせ描画（ＥＢ露光）を行う（ステップＳ３〜Ｓ
９）。なお、光露光用位置合わせマーク、位置合わせ用
マーク、合わせずれ評価用マークのチップ内座標、およ
び各チップのウェハ内座標は予め入力しておく。

【０１２０】まず、ウェハ上で少なくとも２個所以上の
チップを指定し、各チップ内にある粗調整用位置合わせ
マークを検出して、ウェハの回転調整を行う（ステップ
Ｓ３）。

【０１２１】次に光露光用位置合わせマークを粗調整用
マークに用いて、ウェハの粗調整を行う。ここでは、光
露光用位置合わせマークを粗調整用マークとして用いた
が専用のマークを用いても良い。（ステップＳ４）。

【０１２２】次にステップＳ４の粗調整の結果に基づ
き、位置合わせ用マークの位置を検出する（ステップＳ
５）。

【０１２３】次にステップＳ４にて検出した位置合わせ
マークの位置に基づいて多項式近似を行うことによって
チップ歪み係数を求め、この求められたチップ歪み係数
を計算機に格納する（ステップＳ６）。

【０１２４】次にステップＳ５，Ｓ６をウェハ上の全て
のチップについて行う（ステップＳ７）。

【０１２５】次にステップＳ３〜Ｓ７で求めた各チップ
のチップ歪み係数に対して、ステップＳ１で予め求めて
おいたスキャン型光露光装置のチップ投影歪み係数を加
えて、総合的な歪み補正係数を求める（ステップＳ
８）。

【０１２６】次にステップＳ８で検出した位置合わせ用
マークの位置に基づき、ＥＢパターンの描画位置を補正
し、ＥＢ露光を行う。ここでは、補正係数をサブフィー
ルド（副偏向位置）にかけ合わせて、全てのチップに対
して露光を行った（ステップＳ９）。

【０１２７】次に合わせ露光の際に、位置合わせ用マー
ク上またはその近傍に合わせずれ評価用マークを露光す
る（ステップＳ１０）。

【０１２８】次に位置合わせ用マークおよび合わせずれ
評価用マークを用いて、合わせずれを測定する（ステッ
プＳ１１）。

【０１２９】この後、さらに上層の露光を行うが、ステ
ップＳ１１で合わせずれがあった場合には、その合わせ
ずれを補正に取り込んだ露光を行う。

【０１３０】このような露光を行った結果、スキャン転
写型光露光と電子ビーム露光の合わせずれを４０ｎｍ
（３σ）程度に抑えることが可能になった。

【０１３１】このよう良好な結果が得られ第１の理由
は、第１の実施形態と同様にスキャン方向別の歪みデー
タを用いたからである。

【０１３２】第２の理由は、位置合わせ用マークをチッ
プ内に少なくとも３箇所以上配置することにより、チッ
プ毎またはロット毎のばらつきの影響を低減できたから
である。

【０１３３】すなわち、第１の実施形態では、各チップ
で同じ補正係数ａ₃〜補正係数ａ₉および補正係数ｂ₃
〜補正係数ｂ₉を用いたが、本実施形態ではこれらの補
正係数は各チップ毎に異なり、つまりチップ毎またはロ
ット毎のばらつきの影響を反映した補正係数を用いてい
るからである。

【０１３４】ところで、光露光／電子ビーム露光を混用
する場合、特に電子ビーム用および光露光用の多数のマ
ークを配置しなければならない場合が考えられるが、本
実施形態では、合わせずれ評価用マークと位置合わせ用
マークを実質的に同一領域に形成することにより、マー
クのチップ内の占有面積を小さくすることができる。こ
の結果、多数のマークをチップ内に配置することが可能
となる。

【０１３５】また、本実施形態によれば、上述したよう
に位置合わせマーク自体を合わせずれ評価用マークに用
いているため、装置起因の合わせずれの影響を少ない正
確な評価が可能になる。

【０１３６】（第７の実施形態）図１３は、本発明の第
７の実施形態に係る位置合わせ用マークを示す平面図で
ある。なお、以下の実施形態において、前出した図と対
応する部分には前出した図と同一符号を付してあり、詳
細な説明は省略する。

【０１３７】本実施形態の位置合わせ用マーク６３は、
光露光の際に用いる位置合わせマーク（以下、光マーク
という）６１と、この光マーク６１の形成領域内に形成
され、ＥＢ露光の際に用いる位置合わせマーク（以下、
ＥＢマークという）６２とから構成されている。以下、
このような位置合わせ用マークをマークインマークとい
う。

【０１３８】光マーク６１のパターンは１３本のライン
パターンがその長手方向に対して垂直な方向に平行に並
んだパターン（ラインアンドスペース）である。ライン
パターンの長手方向の寸法は７０μｍ、隣接する２本の
ラインパターンの間隔は４μｍである。

【０１３９】また、ＥＢマーク６２のパターンは十字パ
ターンである。ＥＢマーク６２の大きさは３６μｍ×３
６μｍ、ラインの幅は４μｍである。なお、図中、６４
はＥＢの走査軌跡を示している。

【０１４０】また、光マーク６１を形成しているライン
のエッジの延長線上には、ＥＢマーク６２のラインのエ
ッジがあるので、そこの部分のＥＢマーク６２からの反
射光による信号を信号処理することにより、すなわちＥ
Ｂマークの一部を光マークとして使用することにより、
光マーク６１の位置検出精度の低下を抑制できる。

【０１４１】なお、ＥＢマーク６２の位置検出の際にＥ
Ｂは光マーク６１上を走査するが、光マーク６１からの
反射電子による信号は信号処理しないので、ＥＢマーク
６２の位置検出の場合には、光マーク６１の一部をＥＢ
マークとして使用することはない。

【０１４２】このように構成されたマークインマーク６
３によれば、光マーク６１の形成領域内に、ＥＢマーク
６２が組み込まれているので、位置合わせマークの形成
領域の増加を抑制できる。

【０１４３】また、光マーク６１とＥＢマーク６２とは
同じレジストを用いた露光で形成できるので、重ね合わ
せ露光精度の低下を抑制できる。

【０１４４】さらに、光露光と荷電ビーム露光はそれぞ
れ専用の位置合わせマーク（光マーク６１、ＥＢマーク
６２）を用いて行われるので、光マークをＥＢマークに
利用する従来方法の場合とは異なり、重ね合わせ露光精
度が低下するという問題は起こらない。

【０１４５】次にマークインマーク６３の形成方法につ
いて説明する。

【０１４６】まず、図１４に示すように、チップ６の２
個所にマークインマーク６３を配置したパターンに対応
したパターンを有するマスクを、図２に示した露光装置
のマスクステージ２にセットし、ネガ型レジストを塗布
したウェハ３を光で露光する。

【０１４７】次に上記ネガ型レジストを現像してレジス
トパターンを形成した後、このレジストパターンをマス
クに用いてウェハ３をＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏ
ｎＥｔｃｈｉｎｇ）法にてエッチングし、光マーク６１
およびＥＢマーク６２としての溝を形成する。この溝の
深さは例えば０．３μｍである。

【０１４８】最後に、Ｏ₂アッシャーにより上記レジス
トパターンを炭化して剥離して、マークインマーク６３
が完成する。

【０１４９】なお、他のパターンのマークインマークを
形成しても良いが、光マーク６１およびＥＢマーク６２
の中心座標が同一となり、かつ光マーク６１およびＥＢ
マーク６２が中心座標から線対称的なパターンとなるパ
ターンを形成することが好まし。

【０１５０】また、本実施形態では、ＥＢマーク６２の
一部を光マーク６１の一部に利用するマークインマーク
の場合について説明したが、その逆のマークインマーク
を用いても良い。

【０１５１】（第７の実施形態）第６の実施形態のマー
クインマーク６３、図５に示したＥＢ露光装置を用いて
異層間のミックスアンドマッチ露光を行った。

【０１５２】ここで、重ね合わせ露光のマーク検出時の
マークインマーク６３に対するＥＢの走査軌跡６４の範
囲は、従来のＥＢマークとほぼ同じで３０μｍ×３０μ
ｍである。また、図１４に示すように、チップ６内に２
箇所マークインマーク３を形成し、これらのマークイン
マーク３を用いて重ね合わせ露光を行った。そして、現
像を行い、重ね合わせ精度測定機を用いて異層間の重ね
合わせ精度を評価した結果、４０ｎｍ（平均値＋３σ）
であった。

【０１５３】これに対して、図２２の光マーク６１とＥ
Ｂマーク６２とを別々の露光で形成した場合（従来法）
は７０ｎｍ（平均値＋３σ）、図２２のような光マーク
６１とＥＢマーク６２とを同一の光露光またはＥＢ露光
で形成した場合（従来法）は５０ｎｍ（平均値＋３σ）
であった。

【０１５４】以上の結果から、本実施形態のマークイン
マーク６３を用いることにより、高精度な異層間のミッ
クスアンドマッチ露光が可能になることが確認された。
また、高精度な重ね合わせ露光を行うには、光露光によ
りデバイスパターンを形成する際にマークインマークも
同時に形成すると良い。

【０１５５】（第８の実施形態）第６の実施形態のマー
クインマーク６３、図２に示した光露光装置を用いて同
層ミックスアンドマッチ露光を行った。同層ミックスア
ンドマッチ露光の順序として、光露光→ＥＢ露光、また
はＥＢ露光→光露光が考えられるが、ここでは後者のＥ
Ｂ露光→光露光を行った。

【０１５６】従来、Ｙ（上下）方向に伸びるラインアン
ドスペースからなる光マーク（例えば図２４に示したよ
うなラインアンドスペース）の場合にはＹ方向に平均化
した回折光から合わせ位置のＸ方向（左右方向）の座標
が、Ｘ方向に伸びるラインアンドスペースからなる光マ
ークの場合にはＸ方向に平均化した回折光から合わせ位
置のＹ方向の座標が求められ、これを用いて重ね合わせ
露光を行っている。

【０１５７】マークインマーク６３の場合、上記回折光
を得るときに、ＥＢマーク６２からの回折光は光マーク
検出の誤差要因になり得る。したがって、ＥＢマーク６
２の大きさは、光ステッパの検出精度が所望の値以下に
ならないもの、つまり必要な検出精度を確保できるもの
を選ぶ必要がある。マークインマーク６３はＥＢマーク
６２小さいため、上記回折光は光ステッパの検出に差し
支えないレベルであった。

【０１５８】現像を行い、重ね合わせ精度測定機を用い
て同層間の重ね合わせ精度を評価した結果、個別の重ね
合わせマークを使用した場合（従来法）では、６０ｎｍ
（平均値＋３σ）であったが、マークインマーク６３を
使用した場合では、５０ｎｍ（平均値＋３σ）であり、
改善されていた。

【０１５９】なお、同層ミックスアンドマッチ露光の露
光順序が逆（光露光→ＥＢ露光）でも、同様の結果が得
られる。

【０１６０】また、同層ミックスアンドマッチ露光の重
ね合わせ精度を向上する他の方法としては以下のような
方法がある（請求項に係わらない発明）。

【０１６１】すなわち、下地（例えばソース・ドレイン
拡散層）に対しての光露光後に、同層ミックスアンドマ
ッチ露光のＥＢ露光を行う際に（例えばゲート電極のＥ
Ｂ露光の際に）に、光ステッパで読み取ることができる
重ね合わせマーク（光マーク）も露光する。例えば、図
２４に示すラインアンドスペースを露光する。なお、図
１３のマークインマーク６３を露光しても良い。

【０１６２】次に同層ミックスアンドマッチ露光の光露
光の際には（例えばゲートパッドの光露光の際には）、
ＥＢ露光で形成した例えばラインアンドスペース等の重
ね合わせマーク（光マーク）を用い、重ね合わせ露光を
行った。このような同層ミックスアンドマッチ露光によ
る重ね合わせ精度を評価した結果、４００ｎｍ（平均値
＋３σ）という良好な値が得られた。

【０１６３】（第９の実施形態）本実施形態が第７の実
施形態と異なる点は、マークインマーク６３のＥＢマー
ク６２の大きさをＥＢの最小偏向領域以下にしたことで
ある。具体的には、２５μｍ×２５μｍ以内の大きさに
した。

【０１６４】重ね合わせ精度測定機を用いて異層間の重
ね合わせ精度を評価した結果、第７の実施形態のマーク
インマークを用いた場合は４０ｎｍ（平均値＋３σ）で
あったが、本実実施形態のマークインマーク６３を用い
た場合には３５ｎｍ（平均値＋３σ）を達成することが
できた。

【０１６５】また、同層間の重ね合わせ精度に関して
は、第７の実施形態のマークインマーク６３を用いた場
合は６０ｎｍ（平均値＋３σ）であったが、本実施形態
のマークインマーク６３を用いた場合は５５ｎｍ（平均
値＋３σ）を達成することができた。

【０１６６】なお、第７の実施形態において、ＥＢマー
ク６２の検出時の走査幅を最小偏向領域以内にすること
によっても、本実施形態と同様の効果が得られる。

【０１６７】（第１０の実施形態）図１５は、本発明の
第１０の実施形態に係るマークインマークを示す平面図
である。本実施形態が第７の実施形態と異なる点は、マ
ークインマーク６３のＥＢマーク６２が繰り返しライン
で構成されていることにある。

【０１６８】具体的には、ＥＢマーク６２は縦横共に８
μｍピッチで４μｍ幅の繰り返しラインで構成されてい
る。なお、第９の実施形態を考慮し２０μｍ×２０μｍ
の大きさにしてある。

【０１６９】マークインマーク６３の形成方法は第７の
実施形態とほぼ同様であるが、ＥＢマーク６２を繰り返
しライン状の溝で形成した点が異なっている。

【０１７０】また、ＥＢ露光装置の重ね合わせ露光にお
けるマークインマーク６３の使用方法は第７、第８の実
施形態２と同様であるが、繰り返しのラインの数の増加
に伴って、重ね合わせ露光精度が向上する。

【０１７１】重ね合わせ精度測定機を用いて異層間の重
ね合わせ精度評価を行った結果、図２４のラインアンド
スペースの光マークの場合は４５ｎｍ（平均値＋３
σ）、第７の実施形態のマークインマーク６３の場合は
４０ｎｍ（平均値＋３σ）であったが、本実施形態のマ
ークインマーク６３の場合は３０ｎｍ（平均値＋３σ）
を達成することができた。

【０１７２】同層間の重ね合わせ精度も、図２４のライ
ンアンドスペースの光マークの場合は５５ｎｍ（平均値
＋３σ）、第７の実施形態のマークインマーク６３の場
合は５０ｎｍ（平均値＋３σ）であったが、本実施形態
のマークインマーク６３の場合は４０ｎｍ（平均値＋３
σ）を達成することができた。

【０１７３】（第１１の実施形態）本実施形態が第７の
実施形態と異なる点は、マークインマーク６３の光マー
ク６１およびＥＢマーク６２の溝内にタングステン膜を
形成したことにある。タングステン膜は例えばスパッタ
法により形成する。使用方法は第７および第８の実施形
態と同様である。

【０１７４】光マーク６１およびＥＢマーク６２の溝内
に同じ膜（ここではタングステン膜）を形成した理由は
工程数の増加を抑制するためにである。

【０１７５】例えばＥＢマーク６２の溝内にタングステ
ン膜とは別の膜を形成する場合、例えばＥＢマーク６２
の溝内のタングステン膜を取り除く工程が必要になる。

【０１７６】このような工程は、ＥＢマーク６２以外の
領域を覆うレジストパターンを形成する工程や、ＥＢマ
ーク６２内のタングステン膜をエッチング除去する工程
などが必要になるので、工程数が増加する問題が生じ
る。

【０１７７】したがって、工程数を必要以上に増やさな
いためには、本実施形態のように、光マーク６１の溝内
に埋め込む膜とＥＢマーク６２のそれとは同じ膜である
ことが好ましい。

【０１７８】（第１２の実施形態）本実施形態が第７の
実施形態と異なる点は、ＥＢマーク６２を構成するライ
ンの幅が、それを検出する際に用いる電子ビームのサイ
ズよりも大きくしたことにある。具体的には、電子ビー
ムの形状は矩形でサイズは１μｍ×１μｍである。

【０１７９】もし、ＥＢマーク６２のライン幅が、電子
ビームの走査方向の幅より小さい場合には、ＳＮ比が低
下することに伴ない重ね合わせ精度も低下する。したが
って、重ね合わせ露光精度を向上するには、ＥＢマーク
を構成するラインの幅は、本実施形態のように、電子ビ
ームの走査方向の幅よりも大きくする必要がある。

【０１８０】重ね合わせ精度測定機を用いて重ね合わせ
精度評価を行った結果、ＥＢマーク６２のライン幅が走
査方向のビーム幅よりも小さい場合は５５ｎｍであった
が、ＥＢマーク６２のライン幅が走査方向のビーム幅よ
りも大きい場合は４０ｎｍ（平均値＋３σ）を達成する
ことができた。

【０１８１】なお、本実施形態では、矩形の電子ビーム
の場合について説明したが、円形の電子ビームの場合に
はその直径よりも大きくすれば良い。楕円なら長径より
も長くすれば良い（走査方向が長径方向の場合）。

【０１８２】（第１３の実施形態）図１６は、本発明の
第１３の実施形態に係るマークインマークを用いた露光
方法を示す平面図である。

【０１８３】本実施形態の特徴は、マークインマーク６
３を含む領域上にネガ型レジストを塗布して同層ミック
スアンドマッチ露光のＥＢ露光を行った後に、同層ミッ
クスアンドマッチ露光の光露光を行う際に、本来露光す
るべき光露光パターンの他に図１６に示すようにマーク
インマーク６３を含む領域６５も光ステッパーで露光す
ることにある。図中、６５は同層ミックスアンドマッチ
露光のＥＢ露光の際に形成されたＥＢの走査痕を示して
いる。

【０１８４】領域６６のエッジはシャープな形状にでき
るので、領域６６のネガレジストをマスクに用いたエッ
チングの際にダストが大量に発生することはない。

【０１８５】一方、同層ミックスアンドマッチ露光の光
露光の際に、本来露光するべき光露光パターンしか露光
しない場合には、走査痕６５が形成された領域のネガレ
ジストが残ってしまう。この残ったネガレジストのエッ
ジは走査痕６５のエッジと同様にシャープでない。

【０１８６】したがって、このようなエッジがシャープ
でないネガレジストをマスクに用いてエッチングを行う
とダストが大量に発生してしまう。また、ネガレジスト
で覆われていない光マーク６１がエッチングされ、その
後に使用できなくなる。

【０１８７】かくして本実施形態によれば、ネガレジス
トの場合、ＥＢマーク６２の走査痕６６を残らないよう
にマークインマーク６３を光露光時に露光することによ
ってダストの低減、光マークの保護６１が可能になる。
なお、同層ミックスアンドマッチの露光順序が光露光後
にＥＢ露光の場合でも同様の効果が得られる。

【０１８８】（第１４の実施形態）本実施形態の特徴
は、デバイスパターンを形成する際の露光工程でマーク
インマークのパターンも同時に露光して形成することに
ある。

【０１８９】例えば、ＳＴＩ（Shallow Trench Isol
ation ）のトレンチを形成する際にマークインマークの
パターンも同時に露光して平面パターンがマークインマ
ークのトレンチも同時に形成し、次いでＳＴＩのトレン
チおよび平面パターンがマークインマークのトレンチ内
をＳｉＯ₂膜で埋め込む。

【０１９０】本実施形態では、このようにトレンチ内が
ＳｉＯ₂膜で埋め込まれ、表面に段差が無い構造体をマ
ークインマークとして用いる。

【０１９１】本実施形態によれば、マークインマークの
形成工程を別途追加する必要が無いので、工程数の低減
化を図れるようになる。

【０１９２】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではなく、例えば、上記実施形態では荷電ビーム
露光装置として電子ビーム露光装置を用いた場合につい
て説明したが、その代わりにイオンビーム露光装置を用
いた場合にも同様な効果が得られる。

【０１９３】また、第６〜第１４の実施形態で説明した
マークインマークを用いて第１〜第５の実施形態のミッ
クスアンドマッチ露光を行っても良い。また、マークイ
ンマークを半導体装置内に残しておいても良い。その
他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実
施できる。

【０１９４】

【発明の効果】以上詳説したように本発明（請求項１〜
７）によれば、光露光パターンについて、スキャン転写
型光露光装置のスキャン方向別の歪みに関しての補正も
できるので、光露光によるパターンと電子ビーム露光に
よるパターンとの重ね合わせ精度の低下を抑制できるよ
うになる。

【０１９５】また、本発明（請求項８〜１２）によれ
ば、第１のマーク（光マーク）の形成領域内に、第２の
マーク（荷電ビームマーク）が組み込まれているので、
位置合わせマークの形成領域の増加や重ね合わせ露光精
度の低下を抑制できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るスキャン転写型
光露光装置とＥＢ露光装置とを使用した露光方法を示す
フロー図

【図２】スキャン転写型光露光装置を示す模式図

【図３】ウェハの回転を求める方法を説明するための図

【図４】チップ内の重ね合わせマークを示す平面図

【図５】ＥＢ露光装置を示す模式図

【図６】図５のＥＢ露光装置を用いた重ね合わせ露光を
説明するための図

【図７】本発明の第２の実施形態に係るスキャン転写型
光露光装置とＥＢ露光装置とを使用した露光方法を示す
フロー図

【図８】第６の実施形態で用いるウェハのチップ配置を
示す平面図

【図９】第６の実施形態で用いるチップ内のマーク配置
を示す平面図

【図１０】位置合わせ用マークの具体的なパターンを示
す平面図

【図１１】光露光用位置合わせマークの具体的なパター
ンを示す平面図

【図１２】本発明の第６の実施形態に係るスキャン転写
型光露光装置とＥＢ露光装置とを使用した露光方法を示
すフロー図

【図１３】発明の第７の実施形態に係るマークインマー
クを示す平面図

【図１４】チップ内のマークインマークを示す図

【図１５】本発明の第１０の実施形態に係るマークイン
マークを示す平面図

【図１６】本発明の第１４の実施形態に係るマークイン
マークを用いた露光方法を示す平面図

【図１７】露光パターンのチップ面内の歪みを示す図

【図１８】スキャン転写方向に依存したチップ面内の歪
みを示す図

【図１９】チップの面内歪みを評価するための評価用パ
ターンを示す平面図

【図２０】チップのスキャン転写方向を示す図

【図２１】スキャン転写方向を考慮せずにＥＢ露光装置
で重ね合わせ露光を行った場合の光露光チップとＥＢ露
光チップとのずれを模式的に示す図

【図２２】従来の光マークとＥＢマークを示す平面図

【図２３】従来のＥＢマークを示す平面図

【図２４】従来の光マークを示す平面図

【図２５】従来の他の光マークを示す平面図

【符号の説明】

１…マスク２…マスクステージ３…ウェハ４…ウェハステージ６…チップ７ａ，７ｂ…重ね合わせマーク８…ウェハの回転５１…下地パターン５２…光露光用位置合わせマーク５３…下地パターンに対しての位置合わせマーク６１…光マーク（第１のマーク）６２…ＥＢマーク（第２のマーク）６３…マークインマーク６４…ビーム軌跡６５…露光領域６６…走査痕

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者奥村勝弥神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者馬越俊幸神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者新山広美神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者中杉哲郎神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内Ｆターム(参考） 5F046 AA05 AA09 BA05 CB17 EA02 EA04 EA07 EA10 EC05 FC04 5F056 AA04 AA31 BD06 CA02 CA05 CC08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スキャン転写型光露光装置と荷電ビーム露
光装置を用いてチップ上の同一レジストにパターンを露
光する露光方法であって、前記チップの歪み情報、および前記スキャン転写型光露
光装置で露光された光露光パターンについて、前記スキ
ャン転写型光露光装置のスキャン方向別の歪み情報を予
め求めておき、前記光露光パターンに対して前記荷電ビーム露光装置で
荷電ビームパターンを重ね露光する際に、前記光露光パ
ターンと前記荷電ビームパターンの重ね合わせ誤差を小
さくするために、前記チップの歪み情報、および前記ス
キャン方向別の歪み情報を用いて前記荷電ビームパター
ンの露光位置の補正を行うことを特徴とする露光方法。
【請求項２】前記荷電ビーム露光装置は、前記補正を行
う荷電ビームパターンの露光と前記補正を行わない荷電
ビームパターンの露光とを選択できることを特徴とする
請求項１に記載の露光方法。
【請求項３】複数の荷電ビーム露光装置を用い、これら
の荷電ビーム露光装置のそれぞれが前記補正を行う荷電
ビームパターンの露光を行えることを特徴とする請求項
１に記載の露光方法。
【請求項４】前記スキャン方向別の歪み情報を、前記ス
キャン転写型光露光装置の照明方法毎に予め求めておく
ことを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
【請求項５】前記スキャン方向別の歪み情報を、前記ス
キャン転写型光露光装置で使用するレクチル毎に予め求
めておくことを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
【請求項６】前記荷電ビームパターンを露光する際に、
前記チップ内またはその周辺に下地に対しての位置合わ
せマークを３個以上露光し、これらの位置合わせマーク
を利用して前記チップの歪み情報を求めることを特徴と
する請求項１に記載の露光方法。
【請求項７】前記位置合わせマークまたはその周辺上に
合わせずれ評価用マークを露光し、この評価用マークと
前記位置合わせマークとの合わせずれの評価を行うこと
を特徴とする請求項６に記載の露光方法。
【請求項８】光露光の位置合わせに用いる第１のマーク
と、この第１のマークの形成領域内に形成され、荷電ビーム
露光の位置合わせに用いる第２のマークとを具備してな
ることを特徴とする位置合わせマーク。
【請求項９】前記第２のマークを形成する際に用いる荷
電ビーム露光装置の最小偏向領域のビーム走査方向の寸
法は、前記第２のマークの前記ビーム走査方向の寸法以
上であることを特徴とする請求項８に記載の位置合わせ
マーク。
【請求項１０】前記第１のマークの高さまたは深さは、
前記第２のマークの高さまたは深さと同じであることを
特徴とする請求項８に記載の位置合わせマーク。
【請求項１１】前記第１のマークの構成材料は、前記第
２のマークの構成材料と同じであることを特徴とする請
求項８に記載の位置合わせマーク。
【請求項１２】前記第２のマークは、繰り返しラインか
ら構成されていることを特徴とする請求項８に記載の位
置合わせマーク。
【請求項１３】前記第１のマークと前記第２のマークは
その一部が共通化されていることを特徴とする請求項８
に記載の位置合わせマーク。