JP2003347203A - マスク、パターンの転写方法、アライメント精度測定方法、および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多重露光ではアライメント精度測定の精度が
悪く、効率も低い。 【解決手段】 複数回の重ね露光によりパターンを基板
側に転写するときに用いる複数のマスクであって、１つ
のアライメント精度測定マーク２０内で四方に配置され
て当該マークを構成する４の倍数個のマーク要素２１〜
２４が、複数回の前記重ね露光を経たときに１つの完成
したアライメント精度測定マークとして前記基板側に転
写されるような相補関係を維持したまま、複数の前記マ
スクの少なくとも２つのマスクに分かれて配置されてい
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、複数回の重ね露光
によりパターンを基板側に転写するときに用いる複数の
マスクとパターンの転写方法、並びに、複数回の重ね露
光時のマスクアライメント精度を測定する方法と装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体デバイスのリソグラフィに
おいて、微細なパターンの転写が１回の露光で困難な場
合に、用いるマスクを変えながら連続して行う複数回の
重ね露光技術（以下、多重露光とも呼ぶ）が知られてい
る。代表的な多重露光として、位相シフタを配置して微
細パターンを解像するためのマスクと、比較的広い面積
のパターンを解像するマスクを用いて２度の重ね露光を
行う技術が知られている。また、位相シフト法に限らず
疎密度が高い、あるいは微細部分の解像のために露光条
件が異なる場合があり、このような場合に、複数のマス
クを用いた多重露光技術が用いられることがある。

【０００３】ところで、電子線露光技術の１つに、１９
９８年に考案された低エネルギー電子ビームのリソグラ
フィ（ＬＥＥＰＬ）が知られている（特許第２９５１９
４７号公報）。ＬＥＥＰＬでは、２ｋｅＶ程度の低い加
速エネルギーの電子線を等倍のステンシルマスクを通し
て照射し、ステンシルマスクに近接配置させたウエーハ
を露光する。この技術は、最小線幅が１００ｎｍ以降の
半導体製造に対応できるリソグラフィ技術の有力な候補
の１つである。次世代のリソグラフィの他の候補とし
て、４倍に縮小される電子光学系を利用し１００ＫｅＶ
の加速エネルギーの電子線を用いて露光するＥＰＬ（Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎ−ｂｅａｍ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｌ
ｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）が知られている。

【０００４】光露光マスクは、石英などの光透過性マス
ク基板上にＣｒなどからなる光遮蔽パターンを形成して
いるため、マスク基板に孔を開ける必要がない。電子線
を用いるＬＥＥＰＬ，ＥＰＬなどのマスクは、電子線を
照射する描画エリアをシリコンＳｉ、炭化シリコンＳｉ
Ｃ、ダイヤモンドなどの薄膜（メンブレン）から形成
し、これに電子線が透過する孔を形成したステンシルマ
スクを用いる。電子線はステンシルマスクの孔の部分を
通りウエーハ上に予め塗布されたレジストに到達し、レ
ジストを感光する。レジストがポジ型の場合、電子線が
照射されたレジスト部分が現像時にアルカリ溶液に溶解
し、パターンが形成される。

【０００５】しかし、孤立したレジストパターンを形成
するためには、対応したマスク部分において電子線の透
過領域が閉環状（いわゆる、ドーナツ状）になったパタ
ーンが必要となるが、このようなパターンは孔によって
パターンが形成された１枚のステンシルマスクを用いて
作製することができない。孔に囲まれたメンブレン部分
が抜け落ちてしまうからである。

【０００６】この問題を回避すべく、ステンシルマスク
の設計では、１つのデータを２ブロック以上に相補的に
分割して２枚以上のマスクに振り分け、振り分けたデー
タを基にそれぞれのマスクに相補分割パターンの孔を形
成する。実際の露光では、相補分割パターンが形成され
たマスクを適宜切り換えながら複数回の重ね露光を行
う。重ね露光を終えて、初めて所望のパターンのレジス
トへの転写が完了する。この技術は位相シフト法の場合
と同様に多重露光技術の一種である。ステンシルマスク
の場合、とくに、この技術を相補分割という。

【０００７】ステンシルマスクを用いた露光を前提とし
た半導体製造工程では、例えばポジ型レジストを用いる
場合、配線などの孤立した残しパターンがある工程では
複数枚の相補分割マスクを用いる。コンタクトホールな
どの孤立した除去パターンがある工程では、相補分割は
不要であり、１枚のマスクを用いる。

【０００８】微細パターンを形成するためのリソグラフ
ィでは、１つ前の工程で既に基板に形成されたパターン
に対し、次のパターンが形成されたマスクを精度よく合
わせて露光しなければならない。この合わせ精度はデー
タ上でレイヤー（層）が異なるパターン間の合わせ精度
であることから、以下、“層間のアライメント精度”と
いう。相補分割パターンが形成された複数のマスクを用
いて露光を１つの工程内で行う場合、層間のアライメン
ト精度に加えて、所望のパターンをほぼデータ通りに転
写するには複数のマスクの重ね合わせ精度を考慮しなく
てはならない。この合わせ精度はデータ上で同じレイヤ
ー内の相補分割パターンの合わせ精度であることから、
以下、“同一層のアライメント精度”という。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】多重露光を前提としな
いリソグラフィでは、最終的に必要なパターンのアライ
メント精度が±２０ｎｍであると仮定した場合、エッチ
ング等のプロセスの影響を無視すると、層間のアライメ
ント精度を凡そ±２０ｎｍ以内に抑えれば良い。

【００１０】相補分割技術を用いた、電子線等の荷電粒
子による多重露光あるいは光による多重露光では、例え
ば要求される最終的な層間のアライメント精度が±２０
ｎｍである場合、それぞれの露光で±２０ｎｍのアライ
メント精度を許すと、多重露光後に形成されたパターン
が所望のパターンの形状の規格を満足できない。異なる
複数のマスクを用いる多重露光では、マスクパターンの
形成誤差や露光条件の僅かな違いがパターン誤差に影響
するためである。このため多重露光では、前述した同一
層のアライメント精度が別に要求され、それを満足する
ために、個々の露光時のアライメント精度（層間のアラ
イメント精度）を±２０ｎｍより厳しく設定する必要が
ある。

【００１１】アライメント精度の測定では、デバイスパ
ターンとは別にチップごと、或いはマスク内の複数箇所
にアライメント精度測定マークを設ける。露光後に、ア
ライメント精度測定マークの転写パターン同士の位置ず
れをウエーハ上で測定する。通常は、露光で新たに形成
されたボックスマークの中心座標を求め、下地に既に形
成されているボックスマークの中心座標と比較して中心
座標同士の位置ずれを計算する。それぞれのアライメン
ト精度測定マークにおいて求めた位置ずれの方向と量か
ら、アライメント精度（オフセット、回転、倍率など）
を求める。ここで、オフセットとは、ウエーハステージ
の進行方向と電子線の走査方向のずれから生じる位置ず
れである。

【００１２】多重露光後のアライメント精度測定では、
通常の１回の露光後の測定精度より誤差が大きいという
課題がある。これは、相補分割パターンを有する複数の
マスクを用いた多重露光、或いは光による多重露光で
は、ボックスマークが露光回数Ｎだけウエーハ上で重な
り、中心座標の特定があいまいになるからである。この
ことが、多重露光後のアライメント精度測定の高精度化
を阻む一つの原因となっている。

【００１３】アライメント精度測定では、高精度の測定
を高いスループットで行う必要がある。とくに、電子線
などの荷電粒子を用いた露光では、露光装置の仕様で決
まる荷電粒子の偏向誤差の規格を満足するために、ステ
ージを固定した状態で連続して行う描画領域がある範囲
に決められている。１つの描画領域の露光を１ショット
露光という。ショット露光間でステージ移動があり、ア
ライメント精度測定もショット露光ごとに行う必要があ
る。このため荷電粒子を用いた露光工程では、スループ
ットを出来るだけ向上させたいという要求が強い。

【００１４】ところが、相補分割を含む多重露光後のア
ライメント精度測定を高精度に行おうとすると、Ｎ回の
露光のうち任意の２つの露光の組み合わせ全てにおいて
アライメント精度を求める必要がある。このため、特別
にアライメントマークを設計し、その転写パターンの中
心座標の位置ずれを_ＮＣ_２通りの組み合わせで確認しな
ければならない。したがって測定時間が非常に長い。ま
た、ショットごとに測定が必要な場合があることを考慮
すると、この方法は実用的でない。

【００１５】本発明の第１の目的は、高精度で短時間に
測定ができる構成のアライメント精度測定マークを有し
ているマスクを提供することである。本発明の第２の目
的は、高精度で短時間に測定ができる構成のアライメン
ト精度測定マークを基板側に転写する露光方法を提供す
ることである。本発明の第３の目的は、アライメント精
度測定マークの転写パターンを用いて高精度で効率よく
行えるアライメント精度測定方法を提供することであ
る。本発明の第４の目的は、アライメント精度測定マー
クの転写パターンを用いて高精度で効率よく行えるアラ
イメント精度測定装置を提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の観点に係
るマスクは、前記第１の目的を達成するためのものであ
り、複数回の重ね露光によりパターンを基板側に転写す
るときに用いる複数のマスクであって、１つのアライメ
ント精度測定マーク内で四方に配置されて当該マークを
構成する４の倍数個のマーク要素が、複数回の前記重ね
露光を経たときに１つの完成したアライメント精度測定
マークとして前記基板側に転写されるような相補関係を
維持したまま、複数の前記マスクの少なくとも２つのマ
スクに分かれて配置されている。

【００１７】本発明の第１の観点に係る露光方法は、前
記第２の目的を達成するためのものであり、複数のマス
クを用いた複数回の重ね露光により基板側にパターンを
転写するパターンの転写方法であって、複数回の前記重
ね露光が、１つのアライメント精度測定マーク内で四方
に配置されて当該マークを構成する４の倍数個のマーク
要素の幾つかが配置されたマスクを用い、前記基板側に
前記パターンの一部を転写する１回目の露光と、４の倍
数個の前記マーク要素のうち残りの全部または一部のマ
ーク要素が配置された他のマスクを用い、前記基板側に
既に形成された前記パターンの一部と相補関係にある前
記パターンの残りの全部または一部を前記基板側に転写
する２回目以降の露光とを含む。

【００１８】本発明の第１の観点に係るアライメント精
度測定方法は、前記第３の目的を達成するためのもので
あり、複数回の重ね露光により基板側に転写された第１
のアライメント精度測定マークの基板内の第１のマーク
位置座標を求める第１のステップと、求めた前記第１の
マーク位置座標を、既に基板側に形成されている第２の
アライメント精度測定マークの第２のマーク位置座標と
比較し、複数回の前記重ね露光時のマスクアライメント
精度を求める第２のステップとを有し、前記第１のステ
ップでは、前記第１のアライメント精度測定マークを構
成する複数のマーク要素の転写パターンの中から、他の
前記転写パターンと重ることなく１回の露光でそれぞれ
が形成された、少なくとも前記重ね露光の回数と同じ数
の前記転写パターンを用いて、前記第１のマーク位置座
標を求める。

【００１９】本発明の第１の観点に係るアライメント精
度測定装置は、前記第４の目的を達成するためのもので
あり、複数回の重ね露光により基板側に転写された第１
のアライメント精度測定マークの基板内の第１のマーク
位置座標を求める位置座標測定手段と、求めた前記第１
のマーク位置座標を、既に基板側に形成されている第２
のアライメント精度測定マークの第２のマーク位置座標
と比較し、複数回の前記重ね露光時のマスクアライメン
ト精度を求める評価手段とを有し、前記位置座標測定手
段が、前記第１のアライメント精度測定マークを構成す
る複数のマーク要素の転写パターンの中から、他の前記
転写パターンと重ることなく１回の露光でそれぞれが形
成された、少なくとも前記重ね露光の回数と同じ数の前
記転写パターンを用いて、前記第１のマーク位置座標を
求める。

【００２０】第１の観点では、マスクに配置された１つ
のアライメント精度測定マーク内で、４の倍数個のマー
ク要素が四方に配置されている。４の倍数個のマーク要
素は、露光時に、複数回の重ね露光を経たときに１つの
完成したアライメント精度測定マークとして基板側に転
写される相補関係を維持したまま、複数の前記マスクの
少なくとも２つのマスクに分かれて配置されている。複
数のマスクを用いた重ね露光では、１回目の露光でマー
ク要素の幾つかが転写され、２回目以降の露光で残りの
マーク要素が基板側に転写されて１つのアライメント精
度測定マークの転写が完結する。１回目の露光で転写さ
れるマーク要素数は複数でもよいが、上記相補関係があ
るので、それぞれのマーク要素の転写パターンは他のマ
ーク要素の転写パターンと重ならない。アライメント精
度の測定（装置）では、第１のステップで（位置座標測
定手段が）他の転写パターンと重なっていない転写パタ
ーンを用いてマーク中心座標を求める。このため、ステ
ップ２で（評価手段によって）求めたアライメント精度
の信頼性が高い。

【００２１】本発明の第２の観点に係るマスクは、前記
第１の目的を達成するためのものであり、複数回の重ね
露光によりパターンを基板側に転写するときに用いる複
数のマスクであって、複数の前記マスクそれぞれにアラ
イメント精度測定マークが少なくとも２つ配置され、前
記アライメント精度測定マークのそれぞれが、複数回の
前記重ね露光のどの２つの露光時をとっても、前記基板
側に既に転写された他のアライメント精度測定マークと
重ならないマスク位置に配置されている。

【００２２】本発明の第２の観点に係る露光方法は、前
記第２の目的を達成するためのものであり、複数のマス
クを用いた複数回の重ね露光により基板側にパターンを
転写するパターンの転写方法であって、複数回の前記重
ね露光が、アライメント精度測定マークが複数配置され
たマスクを用いて、前記基板側に前記パターンの一部を
転写する１回目の露光と、アライメント精度測定マーク
が複数配置され、当該アライメント精度測定マークのそ
れぞれが前記１回目の露光で前記基板側に前記アライメ
ント精度測定マークが転写されてできたマークパターン
と重ならないマスク位置に配置されているマスクを用い
て、前記基板側に既に形成された前記パターンの一部と
相補関係にある前記パターンの残りの全部または一部を
転写する２回目以降の露光とを含む。

【００２３】本発明の第２の観点に係るアライメント精
度測定方法は、前記第３の目的を達成するためのもので
あり、複数回の重ね露光により基板側に転写された第１
のアライメント精度測定マークの基板内の第１のマーク
位置座標を求める第１のステップと、求めた前記第１の
マーク位置座標を、既に基板側に形成されている第２の
アライメント精度測定マークの第２のマーク位置座標と
比較し、複数回の前記重ね露光時のマスクアライメント
精度を求める第２のステップとを有し、前記第１のステ
ップでは、前記基板側に形成された複数の前記第１のア
ライメント精度測定マークの中から、他のアライメント
精度測定マークと重なることなく１回の露光でそれぞれ
が形成された少なくとも２つの前記第１のアライメント
精度測定マークを用いて、マーク位置座標を前記重ね露
光の露光ごとに求め、求めた複数の前記マーク位置座標
を平均して前記第１のマーク位置座標を求める。

【００２４】本発明の第２の観点に係るアライメント測
定装置は、前記第４の目的を達成するためのものであ
り、複数回の重ね露光により基板側に転写された第１の
アライメント精度測定マークの基板内の第１のマーク位
置座標を求める位置座標測定手段と、求めた前記第１の
マーク位置座標を、既に基板側に形成されている第２の
アライメント精度測定マークの第２のマーク位置座標と
比較し、複数回の前記重ね露光時のマスクアライメント
精度を求める評価手段とを有し、前記位置座標測定手段
が、前記基板側に形成された複数の前記第１のアライメ
ント精度測定マークの中から、他のアライメント精度測
定マークと重なることなく１回の露光でそれぞれが形成
された少なくとも２つの前記第１のアライメント精度測
定マークを用いて、マーク位置座標を前記重ね露光の露
光ごとに求め、求めた複数の前記マーク位置座標を平均
して前記第１のマーク位置座標を求める。

【００２５】第２の観点では、マスクに複数配置された
アライメント精度測定マークのそれぞれが、複数回の重
ね露光のどの２つの露光時をとっても、基板側に既に転
写された他のアライメント精度測定マークと重ならない
マスク位置に配置されている。このため複数回の重ね露
光後に、アライメント精度測定マークの転写パターン同
士が重ならない。アライメント精度の測定（装置）にお
いては、ステップ１で（中心座標測定手段が）互いに重
なっていない転写パターンを用いてマーク中心座標を求
める。このため、ステップ２で（評価手段によって）求
めたアライメント精度の信頼性が高い。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を、ステ
ンシルマスクを用いた重ね露光を例に説明する。

【００２７】［第１実施形態］図１（Ａ−１）〜図１
（Ａ−４）は、相補分割の説明図である。また、図１
（Ｂ−１）〜図１（Ｂ−３）は、相補分割しない場合の
説明図である。設計データが、図１（Ａ−１）と図１
（Ｂ−１）のように与えられている。斜線部分２，３が
ステンシルマスクで電子線などの荷電粒子が透過する孔
となるデータ（以下、孔データという）である。設計デ
ータ１は、周囲を孔データ２に囲まれた孤立パターン４
と、３方を孔データ３に囲まれたパターン５とを含む。

【００２８】図１（Ｂ−１）に示す設計データを用い
て、相補分割しないで１枚のステンシルマスクを作製す
る。このとき、図１（Ｂ−２）に示すメンブレン領域１
０に、周囲にドーナツと同じように閉環状の孔が形成さ
れるため中心部のメンブレン領域１４が抜け落ちた欠陥
パターンが形成される。また、３方が凹状パターンの孔
に囲まれた舌状部分１５が形成される。舌状部分１５は
周囲のメンブレン領域１０からの支持が不十分で不安定
なため、マスクの形成時あるいは使用時に動きやすい。

【００２９】図１（Ａ−１）に示す設計データを用い
て、相補２分割により２枚のステンシルマスクを作製す
る。２枚のステンシルマスクを、図１（Ａ−２）と図１
（Ａ−３）に示す。本例では、閉環状の孔パターンを、
平行は２つのパターンからなる２つの組に相補分割し、
それぞれの組を１組ずつ２枚のステンシルマスクに振り
分ける。これによって、第１相補に対応したマスクのメ
ンブレン領域１０ａに、平行な２つの孔１４ａが形成さ
れる。また、第２相補に対応したマスクのメンブレン領
域１０ｂに、第１相補に対応したマスクの２つの孔１４
ａと直交し互いに平行な２つの孔１４ｂが形成される。
同様に、凹状の孔パターン３を、平行な２つのパターン
の組と、１つのパターンとに相補分割し、２枚のステン
シルマスクに振り分ける。これによって、第１相補に対
応したマスクのメンブレン領域１０ａに、平行な２つの
孔１５ａが形成される。また、第２相補に対応したマス
クのメンブン領域１０ｂに、第１相補に対応したマスク
の２つの孔１５ａと直交する１つの孔１５ｂが形成され
る。

【００３０】図１（Ｂ−２）に図解したマスクを用いて
１回の露光でパターンをウエーハ１００に形成する。こ
のとき図１（Ｂ−３）に示すように、荷電粒子が矩形領
域の全てに照射されて欠陥転写パターン１０２’がウエ
ーハ１００に形成される。また、荷電粒子が凹に照射さ
れるが、その一部１０５の形状が設計データ５とは異な
る欠陥転写パターン１０３’がウエーハ１００に形成さ
れる。相補分割の場合は、２回の露光を２枚のステンシ
ルマスクを切り替えて行う。このとき図１（Ａ−４）に
示すように、設計データ２とほぼ同じ転写パターン１０
２と、設計データ３とほぼ同じ転写パターン１０３がウ
エーハ１００に形成される。

【００３１】図２に、第１実施形態で用いたステンシル
マスク内のアライメント精度測定マークを示す。本例で
は、相補４分割に対応したバーマーク（以下、相補４分
割バーマークという）を説明する。相補４分割バーマー
ク２０は、マーク要素として４つのバー２１，２２，２
３，２４を有し、これらが四方に配置されている。バー
２１は相補１に対応した第１のステンシルマスクに形成
され、バー２２は相補２に対応した第２のステンシルマ
スクに形成され、バー２３は相補３に対応した第３のス
テンシルマスクに形成され、バー２４は相補４に対応し
た第４のステンシルマスクに形成される。

【００３２】図３および図４に、採用可能な２つのアラ
イメント方法を示す。これらの図で、ウエーハ１００に
形成された正方形部分は、描画ショット領域またはチッ
プを示す。なお、以下では図示した正方形部分がチップ
であると仮定する。

【００３３】図３に、いわゆるグローバル・アライメン
トと称される方法を示す。例えば、ストライプ単位でＹ
方向に露光を繰り返すことを基本とする。１本のチップ
列の露光が終了すると、露光対象列をＸ方向に１チップ
分ずらして、次のチップ列をＹ方向に繰り返し露光す
る。このＹ方向のストライプ単位の露光とＸ方向の移動
を繰り返してウエーハ１００のほぼ全域を露光する。４
分割相補の場合、このような露光を４回、マスクを順次
切り替えて行う。グローバル・アライメントでは、全チ
ップの半分、あるいは３分の１といった所定割合で、ほ
ぼウエーハ１００の全域をカバーするマスク位置にアラ
イメント精度測定マークが配置されている。具体的に、
位置合わせおよび測定用のチップ（以下、アライメント
チップ）内にアライメント精度測定マークが組み込まれ
ている。ここでは、アライメントチップを図中の斜線部
で示す。それぞれの露光時でステージ移動がある度に、
全てのアライメントチップで図示を省略した既存のアラ
イメントマークを用いた位置合わせを行う。そして、露
光が終了すると、レジストを現像してパターンを形成
し、当該露光により形成されたアライメント精度測定マ
ークの下地マークとの中心位置ずれを全てのアライメン
トチップで測定する。その測定結果を基に、ウエーハ全
体で誤差を一番小さくするような最小２乗法等で統計処
理を行ってオフセット、回転、倍率に関するアライメン
ト係数を算出する。その後、このアライメント係数を用
いてオフセット、回転、倍率に関する装置の調整値を変
えて、本番ウエーハを露光する。

【００３４】図４に、いわゆるダイ・バイ・ダイ・アラ
イメントと称される方法を示す。露光はチップ単位で位
置合わせした後に行う。アライメント精度測定マークが
チップごとに複数、例えば四隅に配置されている。アラ
イメント精度の測定は、チップごとにでき、それぞれの
チップ位置に対応したオフセット、回転、倍率に関する
アライメント係数を算出する。その後、このアライメン
ト係数を用いて、それぞれのチップごとに、オフセッ
ト、回転、倍率に関する装置の調整値を変えて、本番ウ
エーハを露光する。

【００３５】つぎに、図２に図解したアライメント精度
測定マークの転写パターンからマーク中心座標を測定
し、上記アライメント計数を算出する方法を説明する。
図５は、この方法の手順と測定装置の機能を示す図であ
る。また、図６（Ａ）および図６（Ｂ）はマーク中心座
標と中心位置ずれとの求め方を示す図であり、図６
（Ａ）は下地マークがバーマークである場合、図６
（Ｂ）はボックスマークである場合を示す。図５におけ
るステップ１では、位置座標測定手段５１が、複数回の
重ね露光により形成された相補４分割バーマークの転写
パターンのウエーハ内のマーク中心位置座標（第１のマ
ーク位置座標）を求める。図６（Ａ）、図６（Ｂ）にお
いて、バーパターンＰ２１は相補１に対応したマスクを
用いた１回目の露光により形成され、バーパターンＰ２
２は相補２に対応したマスクを用いた２回目の露光によ
り形成され、バーパターンＰ２３は相補３に対応したマ
スクを用いた３回目の露光により形成され、バーパター
ンＰ２４は相補４に対応したマスクを用いた４回目の露
光により形成された。転写パターンを構成する４つのバ
ーパターンＰ２１，Ｐ２２，Ｐ２３，Ｐ２４の位置座標
を平均化して、マーク中心座標Ｃを求める。位置の検出
方法は任意であるが、例えば、転写パターンを撮像した
ときの画像の輝度信号からエッジ位置を求めて、エッジ
位置から得られるバー中心位置を平均化する方法が採用
できる。図５に示すステップ２では、評価手段５２が、
求めた上記マーク中心座標Ｃを、下地のバーマークまた
はボックスマークの中心座標（第２のマーク位置座標）
Ｃ０と比較し、両者の位置ずれの方向と量を算出する。
マーク位置座標の位置ずれの算出を、ウエーハ内の全て
の相補４分割バーマークについて実行し、その後、評価
手段５１が、最小２乗法、その他の方法を用いて前記ア
ライメント係数を算出する。

【００３６】以上は相補４分割を説明したが、例えば相
補２分割や相補３分割の場合のバーマークでは、複数の
バーが１つのマスクに配置される。また、相補分割して
配置されるアライメント精度測定マークはバーマークに
限定されない。露光ごとに転写されるマーク要素が、他
のマーク要素の転写パターンおよび下地マークと重なら
ないマスク位置に配置されていることを要件とする。本
実施形態のアライメント精度測定の方法および装置は、
１つの層内で相補が異なるパターン転写精度を個々に判
断する必要がなく、相補分割数が多い場合でも１つのア
ライメント精度測定マーク内で平均化された座標を求
め、ずれ量を算出する。このため、アライメント精度測
定のスループットが高く、実用的である。

【００３７】［第２実施形態］アライメント精度測定マ
ークのマーク要素の数は４に限定されず、４の整数倍で
ある。第２実施形態は、バーマークが８個の場合を例
に、マーク中心座標の算出方法の他の例を示す。なお、
アライメント方法は第１実施形態と同じである。図７
に、第２実施形態に用いた相補４分割バーマークを示
す。バーマーク３０は、８個のバー３１〜３８から構成
され、四方のそれぞれに２個のバーが配置されている。

【００３８】図８に、８個のバーからなるバーマークの
中心座標を求める方法を図解する。この方法では、四方
のそれぞれに配置された２つのバーの転写パターンの中
心線を求める。転写パターンＰ３１とＰ３２の中心線を
Ｌ１、転写パターンＰ３３とＰ３４の中心線をＬ２、転
写パターンＰ３５とＰ３６の中心線をＬ３、転写パター
ンＰ３７とＰ３８の中心線をＬ４とする。対向する中心
線Ｌ１とＬ２のＹ座標の平均値からマーク中心座標Ｃの
Ｙ座標が求まり、対向する中心線Ｌ３とＬ４のＸ座標の
平均値からマーク中心座標ＣのＸ座標が求まる。なお、
相補４分割の仕方は任意であるが、Ｘ座標とＹ座標のそ
れぞれを相補４分割の平均値とするには、図示のよう
に、例えば、転写パターンＰ３２とＰ３４を相補１に対
応したマスクを用いた露光により形成し、転写パターン
Ｐ３１とＰ３３を相補２に対応したマスクを用いた露光
により形成し、転写パターンＰ３５とＰ３７を相補３に
対応したマスクを用いた露光により形成し、転写パター
ンＰ３６とＰ３８を相補４に対応したマスクを用いた露
光により形成する。相補８分割の場合は、それぞれの相
補マスクで１つのバーを転写する。また、他の相補分割
数の場合は、全体の平均値がマーク中心座標に、より反
映されるような配置を行うことが望ましい。

【００３９】［第３実施形態］上述した２つの実施形態
では、１つのアライメント精度測定マークが少なくとも
２枚の相補マスクを用いて転写された。第３実施形態で
は、１つのアライメント精度測定パターンが複数の相補
マスクの何れか１枚を用いて転写される。図９（Ａ）
に、ウエーハ内のアライメント精度測定マーク転写位置
を示す。また、図９（Ｂ）に、その１つの拡大図を示
す。アライメント精度測定マークの転写パターン４０−
１がバーマークの場合、図９（Ｂ）に図解するように、
バーの転写パターンＰ４１，Ｐ４２，Ｐ４３，Ｐ４４の
全てが相補１に対応したマスクを用いた１回の露光によ
り形成される。同様な、相補１に対応したバーマークの
転写パターン４０−１が、ウエーハ内で、バーマーク転
写パターン４０−１と対称な位置に形成されている。同
様に、ウエーハ内で、相補２に対応した２つのバーマー
ク転写パターン４０−２が対称な位置に形成され、相補
３に対応した２つのバーマーク転写パターン４０−３が
対称な位置に形成され、相補４の２つのバーマーク４０
−４が対称な位置に形成されている。これらのバーマー
ク転写パターンは、同じ相補同士だけでなく、異なる相
補間でもウエーハ内の対称性が保たれるように配置され
ている。

【００４０】アライメント方法は、第１実施形態と同じ
とする。アライメント精度の測定では、バーマーク転写
パターンごとにマーク中心座標を求めてもよい。この場
合、バーマークを４つ重ねて転写した場合に比べ測定箇
所は増えるが、重ねられていない分、測定精度が向上す
るという利点がある。また、図９（Ａ）に示すように、
相補４分割を全て含む複数の領域（図示の場合、領域１
と領域２）に分けて、それぞれの領域内でマーク中心座
標を平均化し、対応する下地マークの平均値と比較して
も良い。以上は、ウエーハ内で相補の対照性を維持した
配置であったが、図９（Ａ）に示す配置を１つのショッ
ト内配置とすれば、ショット内のアライメント精度測定
に応用できる。また、アライメント精度測定マークが１
枚のマスクを用いて形成されるため、ボックスマークで
あっても良い。なお、合わされる下地マークはバーマー
ク、ボックスマークの何れでも良い。

【００４１】第１〜第３実施形態ではＬＥＥＰＬ，ＥＰ
Ｌなどのステンシルマスクを用いたが、位相シフト多重
露光など光露光への適用も可能である。これにより、多
重露光のアライメント精度の測定が精度よく、かつ効率
よく行うことが可能となった。その結果、トータルオー
バーレイのうちアライメントで高精度な管理が実現で
き、また線幅管理マージン拡大ができるようになった。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、アライメント精度測定
マークが相補的に複数のマスクに配分されて形成されて
いることから、複数回の重ね露光後に基板側にできた転
写パターンは、その要素パターンレベルでも、全体で
も、複数回の重ね露光のうち何れか１回の露光で形成さ
れる。そのため、アライメント精度測定において、複数
回の重ね露光の平均値としてマーク中心座標が正しく求
まる。よって高精度なアライメント精度が求まり、これ
を用いてマスク上の微細パターンをウエーハ上の所望の
位置に、より正しく形成できる。また、アライメント精
度の算出は複数回の重ね露光のそれぞれの露光ごとに最
小で１回とすることができ、測定時間が短縮して効率化
が達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ−１）〜（Ａ−４）は相補分割の説明図、
（Ｂ−１）〜（Ｂ−３）は相補分割しない場合の説明図
である。

【図２】第１実施形態に用いたステンシルマスク内のア
ライメント精度測定マークを示す図である。

【図３】グローバル・アライメント法の説明図である。

【図４】ダイ・バイ・ダイ・アライメント法の説明図で
ある。

【図５】第１実施形態に用いたアライメント精度測定方
法の手順と測定装置の機能を示す図である。

【図６】中心座標と位置ずれの求め方を示す図であり、
（Ａ）は下地にバーマークがある場合、（Ｂ）は下地に
ボックスマークがある場合である。

【図７】第２実施形態に用いた８バー構成の相補４分割
バーマークを示す図である。

【図８】８バー構成のバーマークの中心座標を求める方
法を示す図である。

【図９】（Ａ）は第３実施形態において、ウエーハ内の
アライメント精度測定マーク転写位置を示す図であり、
（Ｂ）は、その１つの拡大図である。

【符号の説明】

１‥‥設計データ、２，３‥‥孔データ、４，５‥‥パ
ターン、１０，１０ａ，１０ｂ，１４，１５‥‥メンブ
レン領域、１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ‥‥孔、１
００‥‥ウエーハ、１０２，１０２’，１０３，１０
３’ ‥‥転写パターン、２０，３０，４０−１〜４０
−４‥‥バーマーク、５０‥‥アライメント精度測定装
置、５１‥‥位置座標測定手段、５２‥‥評価手段

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数回の重ね露光によりパターンを基板側
   に転写するときに用いる複数のマスクであって、 １つのアライメント精度測定マーク内で四方に配置され
   て当該マークを構成する４の倍数個のマーク要素が、複
   数回の前記重ね露光を経たときに１つの完成したアライ
   メント精度測定マークとして前記基板側に転写されるよ
   うな相補関係を維持したまま、複数の前記マスクの少な
   くとも２つのマスクに分かれて配置されているマスク。
2. 【請求項２】複数の前記マスクは、 前記アライメント精度測定マークの形成領域が複数存在
   し、 前記形成領域の１つにつき前記マーク要素が少なくも１
   つ配置され、かつ、 互いに相補関係にある前記パターンの一部をそれぞれが
   有する請求項１に記載のマスク。
3. 【請求項３】複数回の重ね露光によりパターンを基板側
   に転写するときに用いる複数のマスクであって、 複数の前記マスクそれぞれにアライメント精度測定マー
   クが少なくとも２つ配置され、 前記アライメント精度測定マークのそれぞれが、複数回
   の前記重ね露光のどの２つの露光時をとっても、前記基
   板側に既に転写された他のアライメント精度測定マーク
   と重ならないマスク位置に配置されているマスク。
4. 【請求項４】マスク側に配置された前記アライメント精
   度測定マークのそれぞれが、そのアライメント精度測定
   マーク内で四方に配置されて当該マークを構成する４の
   倍数個のマーク要素からなる請求項３に記載のマスク。
5. 【請求項５】複数のマスクを用いた複数回の重ね露光に
   より基板側にパターンを転写するパターンの転写方法で
   あって、 複数回の前記重ね露光が、 １つのアライメント精度測定マーク内で四方に配置され
   て当該マークを構成する４の倍数個のマーク要素の幾つ
   かが配置されたマスクを用い、前記基板側に前記パター
   ンの一部を転写する１回目の露光と、 ４の倍数個の前記マーク要素のうち残りの全部または一
   部のマーク要素が配置された他のマスクを用い、前記基
   板側に既に形成された前記パターンの一部と相補関係に
   ある前記パターンの残りの全部または一部を前記基板側
   に転写する２回目以降の露光と、 を含むパターンの転写方法。
6. 【請求項６】前記１回目の露光および前記２回目以降の
   露光では、前記アライメント精度測定マークの形成領域
   を複数有し当該形成領域の１つにつき前記マーク要素が
   少なくも１つ配置され、かつ、互いに相補関係にある前
   記パターンの一部をそれぞれが有するマスクを用いる請
   求項５に記載のパターンの転写方法。
7. 【請求項７】複数のマスクを用いた複数回の重ね露光に
   より基板側にパターンを転写するパターンの転写方法で
   あって、 複数回の前記重ね露光が、 アライメント精度測定マークが複数配置されたマスクを
   用いて、前記基板側に前記パターンの一部を転写する１
   回目の露光と、 アライメント精度測定マークが複数配置され、当該アラ
   イメント精度測定マークのそれぞれが前記１回目の露光
   で前記基板側に前記アライメント精度測定マークが転写
   されてできたマークパターンと重ならないマスク位置に
   配置されているマスクを用いて、前記基板側に既に形成
   された前記パターンの一部と相補関係にある前記パター
   ンの残りの全部または一部を転写する２回目以降の露光
   と、 を含むパターンの転写方法。
8. 【請求項８】前記アライメント精度測定マークのそれぞ
   れが、そのアライメント精度測定マーク内で四方に配置
   されて当該マークを構成する４の倍数個のマーク要素か
   らなるマスクを用いて、前記１回目の露光と前記２回目
   以降の露光を行う請求項７に記載のパターンの転写方
   法。
9. 【請求項９】複数回の重ね露光により基板側に転写され
   た第１のアライメント精度測定マークの基板内の第１の
   マーク位置座標を求める第１のステップと、 求めた前記第１のマーク位置座標を、既に基板側に形成
   されている第２のアライメント精度測定マークの第２の
   マーク位置座標と比較し、複数回の前記重ね露光時のマ
   スクアライメント精度を求める第２のステップとを有
   し、 前記第１のステップでは、前記第１のアライメント精度
   測定マークを構成する複数のマーク要素の転写パターン
   の中から、他の前記転写パターンと重ることなく１回の
   露光でそれぞれが形成された、少なくとも前記重ね露光
   の回数と同じ数の前記転写パターンを用いて、前記第１
   のマーク位置座標を求めるアライメント精度測定方法。
10. 【請求項１０】複数回の重ね露光により基板側に転写さ
    れた第１のアライメント精度測定マークの基板内の第１
    のマーク位置座標を求める第１のステップと、 求めた前記第１のマーク位置座標を、既に基板側に形成
    されている第２のアライメント精度測定マークの第２の
    マーク位置座標と比較し、複数回の前記重ね露光時のマ
    スクアライメント精度を求める第２のステップとを有
    し、 前記第１のステップでは、前記基板側に形成された複数
    の前記第１のアライメント精度測定マークの中から、他
    のアライメント精度測定マークと重なることなく１回の
    露光でそれぞれが形成された少なくとも２つの前記第１
    のアライメント精度測定マークを用いて、マーク位置座
    標を前記重ね露光の露光ごとに求め、求めた複数の前記
    マーク位置座標を平均して前記第１のマーク位置座標を
    求めるアライメント精度測定方法。
11. 【請求項１１】複数回の重ね露光により基板側に転写さ
    れた第１のアライメント精度測定マークの基板内の第１
    のマーク位置座標を求める位置座標測定手段と、 求めた前記第１のマーク位置座標を、既に基板側に形成
    されている第２のアライメント精度測定マークの第２の
    マーク位置座標と比較し、複数回の前記重ね露光時のマ
    スクアライメント精度を求める評価手段とを有し、 前記位置座標測定手段が、前記第１のアライメント精度
    測定マークを構成する複数のマーク要素の転写パターン
    の中から、他の前記転写パターンと重ることなく１回の
    露光でそれぞれが形成された、少なくとも前記重ね露光
    の回数と同じ数の前記転写パターンを用いて、前記第１
    のマーク位置座標を求めるアライメント精度測定装置。
12. 【請求項１２】複数回の重ね露光により基板側に転写さ
    れた第１のアライメント精度測定マークの基板内の第１
    のマーク位置座標を求める位置座標測定手段と、 求めた前記第１のマーク位置座標を、既に基板側に形成
    されている第２のアライメント精度測定マークの第２の
    マーク位置座標と比較し、複数回の前記重ね露光時のマ
    スクアライメント精度を求める評価手段とを有し、 前記位置座標測定手段が、前記基板側に形成された複数
    の前記第１のアライメント精度測定マークの中から、他
    のアライメント精度測定マークと重なることなく１回の
    露光でそれぞれが形成された少なくとも２つの前記第１
    のアライメント精度測定マークを用いて、マーク位置座
    標を前記重ね露光の露光ごとに求め、求めた複数の前記
    マーク位置座標を平均して前記第１のマーク位置座標を
    求めるアライメント精度測定装置。