JP2004134476A - 露光装置、アライメント方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】相補分割によるパターン形成を行う場合に、例えば下地ショット回転が発生しても、相補分割領域間でのつなぎ精度を良好に保つことができ、しかも収率悪化を極力抑制できるようにする。
【解決手段】相補分割マスク４を用いてパターン転写を行うのにあたり、被露光体であるウエハ１のスクライブライン２上にアライメントマーク３ａ，３ｂを配するとともに、隣り合う原パターン領域同士でスクライブライン２上のアライメントマーク３ａ，３ｂを共有する。そして、これらのアライメントマーク３ａ，３ｂと、相補分割マスク４に配されたアライメントマーク５ａ，５ｂとを、それぞれ光学的に検出して、ウエハ１と相補分割マスク４との相対的な位置合わせを行うようにする。
【選択図】 図１
【解決手段】相補分割マスク４を用いてパターン転写を行うのにあたり、被露光体であるウエハ１のスクライブライン２上にアライメントマーク３ａ，３ｂを配するとともに、隣り合う原パターン領域同士でスクライブライン２上のアライメントマーク３ａ，３ｂを共有する。そして、これらのアライメントマーク３ａ，３ｂと、相補分割マスク４に配されたアライメントマーク５ａ，５ｂとを、それぞれ光学的に検出して、ウエハ１と相補分割マスク４との相対的な位置合わせを行うようにする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造プロセスにおけるリソグラフィ工程にて用いられる露光装置およびアライメント方法、並びにこれらを用いて行う半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の製造プロセスにおいては、形成すべき集積回路パターンの微細化に伴い、これまでの一般的な紫外線を用いたフォトリソグラフィ法では光学系の解像度限界を超えてしまうため、電子線やイオンビーム等の荷電粒子線を用いて描画する微細加工技術が開発されている。微細加工技術としては、例えばＬＥＥＰＬ（Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ Ｅ−ｂｅａｍ Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ；低加速電子線近接転写）技術が知られている。このＬＥＥＰＬ技術では、電子線透過型のステンシルマスクを被露光体であるウエハの直上約５０μｍの位置に設置して近接露光を行い、これによりウエハ上への微細パターンの転写を行うようになっている。
【０００３】
ところで、ＬＥＥＰＬ技術で用いられるステンシルマスクは、その性質上、例えばドーナツ形状パターンのように、中落ち等が生じるために形成不可能なパターン形状がある。また、例えばラインアンドスペースパターンについても、その長さによってはパターン倒壊を招いてしまうために形成不可能な場合がある。このことから、ステンシルマスクについては、形成不可能なパターン形状を相補的に分割し、その分割後のパターンを組み合わせて用いることが必須となる。具体的には、例えば図３に示すように、ウエハ上に転写すべき原パターン１０を、相補的に四分割するとともに、その分割後の各パターンを２×２に並べて、それぞれのパターン領域に当該パターンに対応する開口部１１を配置し、さらにマスク補強のために梁構造１２を採り入れた、いわゆる四分割相補マスクが、ＬＥＥＰＬ技術で用いられるステンシルマスクとして提案されている。
【０００４】
四分割相補マスクを用いてパターン転写を行う場合の転写シークエンスは、例えば図４に示す通りである。すなわち、２×２に並ぶ各パターンを一度に転写した後（ステップ１）、ウエハと四分割相補マスクとの相対的位置を一パターン領域分だけ移動させて（例えば分割相補マスクを右方向にずらして）、再び２×２の各パターンを一度に転写する（ステップ２）。その後は、別方向にウエハと四分割相補マスクとの相対的位置を一パターン領域分だけ移動させて（例えば分割相補マスクを上方向にずらして）、２×２の各パターンを一度に転写し（ステップ３）、さらに別な方向にウエハと四分割相補マスクとの相対的位置を一パターン領域分だけ移動させて（例えば分割相補マスクを左方向にずらして）、再び２×２の各パターンを一度に転写する（ステップ４）。これにより、四回の露光が行われた部分には、原パターン１０が復元されて転写される。
【０００５】
このとき、ウエハと四分割相補マスクとの間では、その相対的位置を移動させる度に、互いの位置を合わせるためのアライメントが必要となる。アライメントは、通常、予めウエハ上の所定箇所に付されたアライメントマーク（以下「ウエハマーク」という）と、これと同様に四分割相補マスクに付されたアライメントマーク（以下「マスクマーク」という）とを、それぞれ光学的に検出し、その検出結果に基づいてウエハまたは四分割相補マスクの位置を制御することで行われる。
【０００６】
光学的な検出は、三軸のＳＬＡ（Ｓｃａｔｔｅｒｅｄ−Ｌｉｇｈｔ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）光学系を用いて行われる。ＳＬＡ光学系は、例えば図５（ａ）に示すように、光源２１、ミラー２２、対物レンズ２３およびＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）撮像部２４とを備えたもので、ウエハ３０上のウエハマークおよび四分割相補マスク４０上のマスクマークを光学的に検出するものである。そして、このようなＳＬＡ光学系が、例えば図５（ｂ）に示すように、四分割相補マスク４０の上面から見てｘ１，ｙ１，ｙ２の三軸に配されていれば、各軸毎にアライメントマークを検出することにより、ｙ１およびｙ２の二軸でｙ方向のオフセットと回転成分を、ｘ１の一軸でｘ方向のオフセットを、それぞれ認識し得るようになる。すなわち、各軸では、ＣＣＤ撮像部２４が例えば図５（ｃ）に示すように一対のウエハマーク３１とその間に位置し得るマスクマーク４１とを検出するので、それぞれの重心位置の認識によりオフセット量や回転量等がわかる。したがって、その認識結果を基にウエハ３０または四分割相補マスク４０の位置を制御すれば、これらの間にオフセットや回転等が生じないように位置合わせ（アライメント）を行うことができる。
【０００７】
ただし、このような光学的な検出を行うためには、アライメントマーク（ウエハマークおよびマスクマーク）も、２×２の各パターン領域にてｘ１，ｙ１，ｙ２の各軸に対応するように配する必要がある。ウエハ３０と四分割相補マスク４０との相対的位置は、２×２に並ぶ各パターン領域を一つの単位として移動するからである。なお、パターン領域毎に配するアライメントマークのうち、ウエハマークについては、例えばウエハ３０に対して一般的な光リソグラフィでパターン形成し、ドライエッチングで０．３μｍ程度の段差をつけた後、レジストを除去するといった手順を経ることで、各軸に対応する配置を実現することができる。
【０００８】
以上のようなアライメントを行いつつ、上述した露光動作（パターン転写処理）を被露光体であるウエハ３０の全面について繰り返し行えば、そのウエハ３０上には、原パターン１０が規則的に並ぶような状態（具体的には、マトリクス配置された状態）で転写されることになる。そして、規則的に並んだ各パターンの間は、各パターンの部分（半導体装置のチップとなる部分）をダイシングするためスクライブライン（典型的には１００μｍ幅）として用いる。一般的には、このスクライブラインと呼ばれる領域上に、ウエハマーク３１が付されるようになっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のアライメントマークのうち、ウエハ３０上のウエハマーク３１は、各パターン領域のそれぞれに個別に対応するように配されている。例えば、三軸ＳＬＡアライメントの各軸について考えると、各パターン領域のそれぞれにｘ１，ｙ１，ｙ２の各軸に対応する一対のウエハマークが配されている。したがって、スクライブライン上では、図６に示すように、互いに隣り合うパターン領域の境界線３２を挟んで、例えば一方の領域のｙ１に対応するウエハマーク３１ａと他方の領域のｙ２に対応するウエハマーク３１ｂとが並ぶといったように、それぞれのパターン領域についてのウエハマーク３１ａ，３１ｂが並んで配されることになる。そのために、従来のアライメントマークでは、以下に述べるような難点が生じてしまうことが考えられる。
【００１０】
ウエハマーク３１ａ，３１ｂは、既に説明したように、ウエハ３０に対する光リソグラフィによりパターニングすることで形成すればよいが、その光リソグラフィによるパターニングの際に形成する下地パターンでショット回転が発生すると、その後に四分割相補マスク４０を用いてパターン転写を行う場合に、各相補分割領域間における転写パターンのつなぎ精度が悪化してしまうおそれがある。すなわち、図７（ａ）に示すように、下地パターンが正しく配列されていれば、その後に四分割相補マスク４０を用いたパターン転写を行っても、相補間のつなぎ精度は良好となる。しかしながら、図７（ｂ）に示すように、例えば下地パターンのパターニングの際にショット回転が１μｒａｄ生じたとすると、その後に四分割相補マスク４０を用いてパターン転写を行った場合に、その回転成分が悪影響を及ぼし、各相補分割領域間での合わせずれが生じてしまう。具体的には、２０ｍｍのチップサイズを想定した場合、最大で４０ｎｍ（＝１０−２ｍ×１０−６ｒａｄ×２）の相補ずれが発生してしまい、結果として５０ｎｍ世代の半導体装置についての相補露光には対応できなくなってしまう。
【００１１】
また、一般に半導体装置を製造するためのリソグラフィ工程では何十層ものレイヤーに対するプロセスを経るが、そのプロセスマージンを考慮した複数個のウエハマークをスクライブライン上に配すると、マーク配置領域が足りなくなってしまうことも懸念される。つまり、マーク配置領域が足りない場合には、スクライブラインを拡張しなければならないので、一枚のウエハから得られる半導体装置の数が減ってしまい、結果として半導体装置の収率の悪化を招いてしまうおそれがある。
【００１２】
そこで、本発明は、相補分割によるパターン形成を行う場合に、例えばそのための下地パターンでショット回転が発生しても、相補分割領域間でのつなぎ精度を良好に保つことができ、しかも収率悪化を極力抑制することのできる露光装置、アライメント方法および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために案出された露光装置である。すなわち、原パターンを相補的に分割したパターンを有する露光用マスクを用い、当該露光用マスクと被露光体であるウエハとの相対位置を移動させつつ複数回の露光を行って、前記ウエハ上にて前記原パターンが規則的に並ぶようにパターン転写を行う露光装置であって、前記ウエハ上にて規則的に並ぶ原パターン同士の間に位置するスクライブライン領域に、前記露光用マスクと前記ウエハとの位置合わせを行うためのアライメントマークを配するとともに、隣り合う原パターン領域同士で前記スクライブライン領域のアライメントマークを共有することを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明は、上記目的を達成するために案出されたアライメント方法である。すなわち、原パターンを相補的に分割したパターンを有する露光用マスクを用い、当該露光用マスクと被露光体であるウエハとの相対位置を移動させつつ複数回の露光を行って、前記ウエハ上にて前記原パターンが規則的に並ぶようにパターン転写を行うときに、前記露光用マスクと前記ウエハとの位置合わせのために用いられるアライメント方法であって、前記ウエハ上にて規則的に並ぶ原パターン同士の間に位置するスクライブライン領域に、前記露光用マスクと前記ウエハとの位置合わせを行うためのアライメントマークを配するとともに、隣り合う原パターン領域同士で前記スクライブライン領域にあるアライメントマークを共有し、前記スクライブライン領域に配されたアライメントマークおよび前記露光用マスクに配されたアライメントマークをそれぞれ光学的に検出し、その検出結果を基に前記露光用マスクと前記ウエハとの相対的な位置合わせを行うことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、上記目的を達成するために案出された半導体装置の製造方法である。すなわち、原パターンを相補的に分割したパターンを有する露光用マスクを用い、当該露光用マスクと被露光体であるウエハとの相対位置を移動させつつ複数回の露光を行って、前記ウエハ上にて前記原パターンが規則的に並ぶようにパターン転写を行うリソグラフィ工程を経て、半導体装置を製造する製造方法であって、前記リソグラフィ工程にて前記露光用マスクと前記ウエハとの位置合わせを行う際に、当該位置合わせのためのアライメントマークを、前記ウエハ上にて規則的に並ぶ原パターン同士の間に位置するスクライブライン領域に配するとともに、隣り合う原パターン領域同士で前記スクライブライン領域にあるアライメントマークを共有することを特徴とする。
【００１６】
上記構成の露光装置、上記手順のアライメント方法および上記手順の半導体装置の製造方法によれば、隣り合う原パターン領域同士でスクライブライン上のアライメントマークを共有していることから、例えばそのアライメントマークのパターニングの際にショット回転が生じたとしても、その回転成分はキャンセルされることになる。したがって、その共有するアライメントマークを基に露光用マスクとウエハとの相対的な位置合わせを行えば、相補分割によるパターン形成を行う場合であっても、良好な相補間のパターンつなぎ精度が得られる。また、アライメントマークの共有によって、そのアライメントマーク数の削減が可能となり、これによりマーク配置領域であるスクライブラインも縮小化することが可能になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明に係る露光装置、アライメント方法および半導体装置の製造方法について説明する。ここでは、ＬＥＥＰＬ技術による四分割相補露光を行う場合を例に挙げて説明する。
【００１８】
先ず、露光装置の概要について説明する。ここで説明する露光装置は、半導体装置の製造プロセスにおけるリソグラフィ工程にて用いられるものである。さらに詳しくは、電子線透過型のステンシルマスクを用いて、そのステンシルマスク上に形成されたパターンを半導体ウエハ上に転写し、これにより半導体ウエハ上に微細な回路パターンを形成するために用いられるものである。
【００１９】
この露光装置で用いられるステンシルマスクは、ＬＥＥＰＬ技術に対応したものである。すなわち、ウエハ上に転写すべき原パターンを相補的に分割したパターンを有するもので、分割後の各パターンが２×２に並べて配置されており、さらにはマスク補強のための梁構造を採り入れた、四分割相補マスクである。
【００２０】
露光装置では、この四分割相補マスクを用いて、ウエハとの相対位置を移動させつつ複数回の露光を行うようになっている。したがって、この露光装置での露光を行った後には、露光対象物であるウエハ上に、転写すべき原パターンが規則的（例えばマトリクス状）に並んだ状態で転写されることになる。
【００２１】
また、露光装置では、ウエハと四分割相補マスクとの相対的位置を移動させつつ複数回の露光を行うので、その都度アライメントを行って互いの位置合わせを行うための機能を有している。具体的には、既に説明した従来の場合と略同様に、三軸のＳＬＡ光学系を備えており、そのＳＬＡ光学系を用いて、予めウエハ上に付されたウエハマークおよび分割相補マスクに付されたマスクマークとをそれぞれ光学的に検出するようになっている。
【００２２】
ところで、ここで説明する露光装置では、アライメントを行う際に基にするアライメントマーク、特にそのうちのウエハマークに大きな特徴がある。図１は、ウエハマークの配置例を示す説明図である。図１（ａ）に示すように、本実施形態で説明するウエハマークは、ウエハ１上にて規則的に並ぶ各パターン領域の間のスクライブライン２上に位置する点では従来のものと略同様であるが、従来のように各パターン領域のそれぞれに個別に対応して配されているのではなく、隣り合うパターン領域同士で一対のウエハマーク３ａ，３ｂを共有するように配されている。
【００２３】
このとき、共有するウエハマーク３ａ，３ｂは、三軸のＳＬＡ光学系のうち、少なくともｙ１およびｙ２の各軸に対応するものだけでよい。すなわち、各パターン領域の対向する端縁近傍に分けて配置されるｙ１，ｙ２の各軸についてのウエハマーク３ａ，３ｂはスクライブライン２上で共有するが、ｘ１に対応するウエハマーク（ただし不図示）については、隣り合うパターン領域同士で共有せずに、従来と同様に各パターン領域毎に配置しても構わない。
【００２４】
このようなウエハマーク３は、以下に述べるような手順で形成すればよい。具体的には、従来と略同様に、例えばウエハ１に対して一般的な光リソグラフィでパターン形成し、ドライエッチングで０．３μｍ程度の段差をつけた後、レジストを除去するといった手順を経ればよい。ただし、パターン形成に際しては、隣り合うパターン領域同士で一対のウエハマーク３ａ，３ｂを共有することから、一方のパターン領域についてのパターニング時に、一対のウエハマーク３のうちの一方についてパターニングを行い、他方のパターン領域についてのパターニング時に、一対のウエハマーク３のうちの他方についてパターニングを行うようにする。さらに具体的には、例えば、図１（ａ）中の左側の領域のパターニング時にウエハマーク３ａを形成し、同図中の右側の領域のパターニング時にウエハマーク３ｂを形成する。
【００２５】
次に、以上のように形成されたウエハマーク３ａ，３ｂを用いて露光装置がアライメントを行う場合の手順、すなわち本発明に係るアライメント方法について説明する。なお、アライメントが必要となる四分割相補マスクを用いた転写シークエンスについては、従来の場合と略同様であるため（図４参照）、ここではその説明を省略する。
【００２６】
アライメントは、図１（ｂ）および（ｃ）に示すように、三軸のＳＬＡ光学系を用いて、ウエハ１上のウエハマーク３ａ，３ｂおよび四分割相補マスク４上のマスクマーク５ａ，５ｂを光学的に検出し、それぞれの重心位置を合わせるようにウエハ１または四分割相補マスク４を移動させることによって行う。
【００２７】
ただし、このとき、スクライブライン２上では、隣り合うパターン領域同士で一対のウエハマーク３ａ，３ｂを共有している。したがって、アライメントの際にも、隣り合うパターン領域同士で一対のウエハマーク３ａ，３ｂを共有することになる。具体的には、隣り合うパターン領域同士のうち、一方の領域のアライメントの際には、図１（ｂ）に示すように、スクライブライン２上の一対のウエハマーク３ａ，３ｂに対して、四分割相補マスク４上における例えばｙ１についてのマスクマーク５ａの重心位置を合わせ、他方の領域のアライメントの際には、図１（ｃ）に示すように、スクライブライン２上の一対のウエハマーク３ａ，３ｂに対して、四分割相補マスク４上における例えばｙ２についてのマスクマーク５ｂの重心位置を合わせるようにする。
【００２８】
このようにして、ウエハマーク３ａ，３ｂとマスクマーク５ａ，５ｂとの重心位置を合わせれば、ウエハ１と四分割相補マスク４との間にオフセットや回転等が生じないように位置合わせ（アライメント）を行うことができる。しかも、そのアライメントの際に用いるウエハマーク３ａ，３ｂは、隣り合うパターン領域同士で共有しているものである。したがって、そのウエハマーク３ａ，３ｂを基にしてアライメントを行えば、単にウエハ１と四分割相補マスク４との間の位置合わせを行えるだけではなく、以下に述べる利点が得られるようにもなる。
【００２９】
既に説明したように、ウエハマーク３ａ，３ｂを形成するための下地パターンのパターニングの際には、ショット回転が発生することも考えられる（図７（ｂ）参照）。ところが、このような場合であっても、隣り合うパターン領域同士でスクライブライン２上のウエハマーク３ａ，３ｂを共有すれば、そのショット回転によって生じた回転成分は、キャンセルされることになる。
【００３０】
図２は、パターニング時にショット回転が生じた場合のウエハマークの配置例を示す説明図である。図２（ａ）に示すように、スクライブライン２上でウエハマーク３ａ，３ｂを共有する場合には、下地パターンのパターニングの際にショット回転が生じても、各ウエハマーク３ａ，３ｂがいずれも相反する方向にずれる。つまり、各ウエハマーク３ａ，３ｂの重心位置は変わらない。そのため、ショット回転が生じたとしても、その回転成分はキャンセルされることになる。このことは、図２（ｂ）に示すように、ウエハマークの分割方法を変えた場合であっても、全く同様である。
【００３１】
したがって、上述したように共有するウエハマーク３ａ，３ｂを基にしてアライメントを行った場合には、下地パターンのパターニング時にショット回転が発生しても、その回転成分はキャンセルされるので、各相補分割領域間における転写パターンのつなぎ精度に回転ずれの影響が及ぶことがなくなる。すなわち、相補分割によるパターン形成を行う場合であっても、良好な相補間のパターンつなぎ精度が得られ、結果として高精度な四分割相補露光を実現できるという利点が得られる。これにより、例えば５０ｎｍ世代の半導体装置の相補露光についても、これに十分に対応し得るようになる。
【００３２】
また、スクライブライン２上でウエハマーク３ａ，３ｂを共有した場合には、その共有によってウエハマーク数を削減でき、これによりマーク配置領域であるスクライブライン２の縮小化も可能となる。つまり、ウエハ１上におけるスクライブライン２のための領域を縮小して、パターン領域を十分に確保し得るようになるので、一枚のウエハ１から得られる半導体装置の数が減ってしまうことがなくなり、結果として半導体装置の収率悪化を回避することができるという利点が得られる。
【００３３】
なお、上述した実施の形態では、本発明をＬＥＥＰＬ技術に適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、半導体製造プロセスのリソグラフィ工程にて用いられる他の微細加工技術であっても、全く同様に適用可能であることは勿論である。また、これと同様に、相補分割も本実施形態で説明した四分割相補露光に限定されるものではない。
【００３４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に係る露光装置、アライメント方法および半導体装置の製造方法によれば、隣り合う原パターン領域同士でスクライブライン上のアライメントマークを共有していることから、相補分割によるパターン形成を行う場合に、例えばそのための下地パターンでショット回転が発生しても、そのショット回転ずれによる悪影響を回避でき、相補分割領域間でのつなぎ精度を良好に保つことができる。しかも、ウエハマーク数の削減を通じて、マーク配置領域であるスクライブラインの縮小化も可能となる。これらのことから、相補分割によるパターン形成を行う場合に本発明を適用すれば、高精度な相補つなぎ精度が実現可能となるとともに、半導体装置の収率悪化を極力抑制することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されたアライメントマークの配置例を示す説明図であり、（ａ）はスクライブライン上のウエハマークの例を示す図、（ｂ）および（ｃ）はウエハマークとマスクマークとの例を示す図である。
【図２】本発明が適用されたアライメントマークについてパターニング時にショット回転が生じた場合の配置例を示す説明図であり、（ａ）はその一例を示す図、（ｂ）は他の例を示す図である。
【図３】四分割相補マスクの一具体例を示す説明図である。
【図４】四分割相補マスクを用いてパターン転写を行う場合の転写シークエンスの一例を示す説明図である。
【図５】三軸ＳＬＡ光学系の一例を示す説明図であり、（ａ）はその概略構成を示す図、（ｂ）は三軸の配置例を示す図、（ｃ）はアライメントマークの検出例を示す図である。
【図６】従来におけるアライメントマークの配置例を示す説明図である。
【図７】下地パターンの配列例を示す説明図であり、（ａ）は下地パターンが正しく配列されている状態を示す図、（ｂ）は下地パターンにショット回転が生じている状態を示す図である。
【符号の説明】
１…ウエハ、２…スクライブライン、３，３ａ，３ｂ…ウエハマーク、４…四分割相補マスク、５ａ，５ｂ…マスクマーク
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造プロセスにおけるリソグラフィ工程にて用いられる露光装置およびアライメント方法、並びにこれらを用いて行う半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の製造プロセスにおいては、形成すべき集積回路パターンの微細化に伴い、これまでの一般的な紫外線を用いたフォトリソグラフィ法では光学系の解像度限界を超えてしまうため、電子線やイオンビーム等の荷電粒子線を用いて描画する微細加工技術が開発されている。微細加工技術としては、例えばＬＥＥＰＬ（Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ Ｅ−ｂｅａｍ Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ；低加速電子線近接転写）技術が知られている。このＬＥＥＰＬ技術では、電子線透過型のステンシルマスクを被露光体であるウエハの直上約５０μｍの位置に設置して近接露光を行い、これによりウエハ上への微細パターンの転写を行うようになっている。
【０００３】
ところで、ＬＥＥＰＬ技術で用いられるステンシルマスクは、その性質上、例えばドーナツ形状パターンのように、中落ち等が生じるために形成不可能なパターン形状がある。また、例えばラインアンドスペースパターンについても、その長さによってはパターン倒壊を招いてしまうために形成不可能な場合がある。このことから、ステンシルマスクについては、形成不可能なパターン形状を相補的に分割し、その分割後のパターンを組み合わせて用いることが必須となる。具体的には、例えば図３に示すように、ウエハ上に転写すべき原パターン１０を、相補的に四分割するとともに、その分割後の各パターンを２×２に並べて、それぞれのパターン領域に当該パターンに対応する開口部１１を配置し、さらにマスク補強のために梁構造１２を採り入れた、いわゆる四分割相補マスクが、ＬＥＥＰＬ技術で用いられるステンシルマスクとして提案されている。
【０００４】
四分割相補マスクを用いてパターン転写を行う場合の転写シークエンスは、例えば図４に示す通りである。すなわち、２×２に並ぶ各パターンを一度に転写した後（ステップ１）、ウエハと四分割相補マスクとの相対的位置を一パターン領域分だけ移動させて（例えば分割相補マスクを右方向にずらして）、再び２×２の各パターンを一度に転写する（ステップ２）。その後は、別方向にウエハと四分割相補マスクとの相対的位置を一パターン領域分だけ移動させて（例えば分割相補マスクを上方向にずらして）、２×２の各パターンを一度に転写し（ステップ３）、さらに別な方向にウエハと四分割相補マスクとの相対的位置を一パターン領域分だけ移動させて（例えば分割相補マスクを左方向にずらして）、再び２×２の各パターンを一度に転写する（ステップ４）。これにより、四回の露光が行われた部分には、原パターン１０が復元されて転写される。
【０００５】
このとき、ウエハと四分割相補マスクとの間では、その相対的位置を移動させる度に、互いの位置を合わせるためのアライメントが必要となる。アライメントは、通常、予めウエハ上の所定箇所に付されたアライメントマーク（以下「ウエハマーク」という）と、これと同様に四分割相補マスクに付されたアライメントマーク（以下「マスクマーク」という）とを、それぞれ光学的に検出し、その検出結果に基づいてウエハまたは四分割相補マスクの位置を制御することで行われる。
【０００６】
光学的な検出は、三軸のＳＬＡ（Ｓｃａｔｔｅｒｅｄ−Ｌｉｇｈｔ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）光学系を用いて行われる。ＳＬＡ光学系は、例えば図５（ａ）に示すように、光源２１、ミラー２２、対物レンズ２３およびＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）撮像部２４とを備えたもので、ウエハ３０上のウエハマークおよび四分割相補マスク４０上のマスクマークを光学的に検出するものである。そして、このようなＳＬＡ光学系が、例えば図５（ｂ）に示すように、四分割相補マスク４０の上面から見てｘ１，ｙ１，ｙ２の三軸に配されていれば、各軸毎にアライメントマークを検出することにより、ｙ１およびｙ２の二軸でｙ方向のオフセットと回転成分を、ｘ１の一軸でｘ方向のオフセットを、それぞれ認識し得るようになる。すなわち、各軸では、ＣＣＤ撮像部２４が例えば図５（ｃ）に示すように一対のウエハマーク３１とその間に位置し得るマスクマーク４１とを検出するので、それぞれの重心位置の認識によりオフセット量や回転量等がわかる。したがって、その認識結果を基にウエハ３０または四分割相補マスク４０の位置を制御すれば、これらの間にオフセットや回転等が生じないように位置合わせ（アライメント）を行うことができる。
【０００７】
ただし、このような光学的な検出を行うためには、アライメントマーク（ウエハマークおよびマスクマーク）も、２×２の各パターン領域にてｘ１，ｙ１，ｙ２の各軸に対応するように配する必要がある。ウエハ３０と四分割相補マスク４０との相対的位置は、２×２に並ぶ各パターン領域を一つの単位として移動するからである。なお、パターン領域毎に配するアライメントマークのうち、ウエハマークについては、例えばウエハ３０に対して一般的な光リソグラフィでパターン形成し、ドライエッチングで０．３μｍ程度の段差をつけた後、レジストを除去するといった手順を経ることで、各軸に対応する配置を実現することができる。
【０００８】
以上のようなアライメントを行いつつ、上述した露光動作（パターン転写処理）を被露光体であるウエハ３０の全面について繰り返し行えば、そのウエハ３０上には、原パターン１０が規則的に並ぶような状態（具体的には、マトリクス配置された状態）で転写されることになる。そして、規則的に並んだ各パターンの間は、各パターンの部分（半導体装置のチップとなる部分）をダイシングするためスクライブライン（典型的には１００μｍ幅）として用いる。一般的には、このスクライブラインと呼ばれる領域上に、ウエハマーク３１が付されるようになっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のアライメントマークのうち、ウエハ３０上のウエハマーク３１は、各パターン領域のそれぞれに個別に対応するように配されている。例えば、三軸ＳＬＡアライメントの各軸について考えると、各パターン領域のそれぞれにｘ１，ｙ１，ｙ２の各軸に対応する一対のウエハマークが配されている。したがって、スクライブライン上では、図６に示すように、互いに隣り合うパターン領域の境界線３２を挟んで、例えば一方の領域のｙ１に対応するウエハマーク３１ａと他方の領域のｙ２に対応するウエハマーク３１ｂとが並ぶといったように、それぞれのパターン領域についてのウエハマーク３１ａ，３１ｂが並んで配されることになる。そのために、従来のアライメントマークでは、以下に述べるような難点が生じてしまうことが考えられる。
【００１０】
ウエハマーク３１ａ，３１ｂは、既に説明したように、ウエハ３０に対する光リソグラフィによりパターニングすることで形成すればよいが、その光リソグラフィによるパターニングの際に形成する下地パターンでショット回転が発生すると、その後に四分割相補マスク４０を用いてパターン転写を行う場合に、各相補分割領域間における転写パターンのつなぎ精度が悪化してしまうおそれがある。すなわち、図７（ａ）に示すように、下地パターンが正しく配列されていれば、その後に四分割相補マスク４０を用いたパターン転写を行っても、相補間のつなぎ精度は良好となる。しかしながら、図７（ｂ）に示すように、例えば下地パターンのパターニングの際にショット回転が１μｒａｄ生じたとすると、その後に四分割相補マスク４０を用いてパターン転写を行った場合に、その回転成分が悪影響を及ぼし、各相補分割領域間での合わせずれが生じてしまう。具体的には、２０ｍｍのチップサイズを想定した場合、最大で４０ｎｍ（＝１０−２ｍ×１０−６ｒａｄ×２）の相補ずれが発生してしまい、結果として５０ｎｍ世代の半導体装置についての相補露光には対応できなくなってしまう。
【００１１】
また、一般に半導体装置を製造するためのリソグラフィ工程では何十層ものレイヤーに対するプロセスを経るが、そのプロセスマージンを考慮した複数個のウエハマークをスクライブライン上に配すると、マーク配置領域が足りなくなってしまうことも懸念される。つまり、マーク配置領域が足りない場合には、スクライブラインを拡張しなければならないので、一枚のウエハから得られる半導体装置の数が減ってしまい、結果として半導体装置の収率の悪化を招いてしまうおそれがある。
【００１２】
そこで、本発明は、相補分割によるパターン形成を行う場合に、例えばそのための下地パターンでショット回転が発生しても、相補分割領域間でのつなぎ精度を良好に保つことができ、しかも収率悪化を極力抑制することのできる露光装置、アライメント方法および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために案出された露光装置である。すなわち、原パターンを相補的に分割したパターンを有する露光用マスクを用い、当該露光用マスクと被露光体であるウエハとの相対位置を移動させつつ複数回の露光を行って、前記ウエハ上にて前記原パターンが規則的に並ぶようにパターン転写を行う露光装置であって、前記ウエハ上にて規則的に並ぶ原パターン同士の間に位置するスクライブライン領域に、前記露光用マスクと前記ウエハとの位置合わせを行うためのアライメントマークを配するとともに、隣り合う原パターン領域同士で前記スクライブライン領域のアライメントマークを共有することを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明は、上記目的を達成するために案出されたアライメント方法である。すなわち、原パターンを相補的に分割したパターンを有する露光用マスクを用い、当該露光用マスクと被露光体であるウエハとの相対位置を移動させつつ複数回の露光を行って、前記ウエハ上にて前記原パターンが規則的に並ぶようにパターン転写を行うときに、前記露光用マスクと前記ウエハとの位置合わせのために用いられるアライメント方法であって、前記ウエハ上にて規則的に並ぶ原パターン同士の間に位置するスクライブライン領域に、前記露光用マスクと前記ウエハとの位置合わせを行うためのアライメントマークを配するとともに、隣り合う原パターン領域同士で前記スクライブライン領域にあるアライメントマークを共有し、前記スクライブライン領域に配されたアライメントマークおよび前記露光用マスクに配されたアライメントマークをそれぞれ光学的に検出し、その検出結果を基に前記露光用マスクと前記ウエハとの相対的な位置合わせを行うことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、上記目的を達成するために案出された半導体装置の製造方法である。すなわち、原パターンを相補的に分割したパターンを有する露光用マスクを用い、当該露光用マスクと被露光体であるウエハとの相対位置を移動させつつ複数回の露光を行って、前記ウエハ上にて前記原パターンが規則的に並ぶようにパターン転写を行うリソグラフィ工程を経て、半導体装置を製造する製造方法であって、前記リソグラフィ工程にて前記露光用マスクと前記ウエハとの位置合わせを行う際に、当該位置合わせのためのアライメントマークを、前記ウエハ上にて規則的に並ぶ原パターン同士の間に位置するスクライブライン領域に配するとともに、隣り合う原パターン領域同士で前記スクライブライン領域にあるアライメントマークを共有することを特徴とする。
【００１６】
上記構成の露光装置、上記手順のアライメント方法および上記手順の半導体装置の製造方法によれば、隣り合う原パターン領域同士でスクライブライン上のアライメントマークを共有していることから、例えばそのアライメントマークのパターニングの際にショット回転が生じたとしても、その回転成分はキャンセルされることになる。したがって、その共有するアライメントマークを基に露光用マスクとウエハとの相対的な位置合わせを行えば、相補分割によるパターン形成を行う場合であっても、良好な相補間のパターンつなぎ精度が得られる。また、アライメントマークの共有によって、そのアライメントマーク数の削減が可能となり、これによりマーク配置領域であるスクライブラインも縮小化することが可能になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明に係る露光装置、アライメント方法および半導体装置の製造方法について説明する。ここでは、ＬＥＥＰＬ技術による四分割相補露光を行う場合を例に挙げて説明する。
【００１８】
先ず、露光装置の概要について説明する。ここで説明する露光装置は、半導体装置の製造プロセスにおけるリソグラフィ工程にて用いられるものである。さらに詳しくは、電子線透過型のステンシルマスクを用いて、そのステンシルマスク上に形成されたパターンを半導体ウエハ上に転写し、これにより半導体ウエハ上に微細な回路パターンを形成するために用いられるものである。
【００１９】
この露光装置で用いられるステンシルマスクは、ＬＥＥＰＬ技術に対応したものである。すなわち、ウエハ上に転写すべき原パターンを相補的に分割したパターンを有するもので、分割後の各パターンが２×２に並べて配置されており、さらにはマスク補強のための梁構造を採り入れた、四分割相補マスクである。
【００２０】
露光装置では、この四分割相補マスクを用いて、ウエハとの相対位置を移動させつつ複数回の露光を行うようになっている。したがって、この露光装置での露光を行った後には、露光対象物であるウエハ上に、転写すべき原パターンが規則的（例えばマトリクス状）に並んだ状態で転写されることになる。
【００２１】
また、露光装置では、ウエハと四分割相補マスクとの相対的位置を移動させつつ複数回の露光を行うので、その都度アライメントを行って互いの位置合わせを行うための機能を有している。具体的には、既に説明した従来の場合と略同様に、三軸のＳＬＡ光学系を備えており、そのＳＬＡ光学系を用いて、予めウエハ上に付されたウエハマークおよび分割相補マスクに付されたマスクマークとをそれぞれ光学的に検出するようになっている。
【００２２】
ところで、ここで説明する露光装置では、アライメントを行う際に基にするアライメントマーク、特にそのうちのウエハマークに大きな特徴がある。図１は、ウエハマークの配置例を示す説明図である。図１（ａ）に示すように、本実施形態で説明するウエハマークは、ウエハ１上にて規則的に並ぶ各パターン領域の間のスクライブライン２上に位置する点では従来のものと略同様であるが、従来のように各パターン領域のそれぞれに個別に対応して配されているのではなく、隣り合うパターン領域同士で一対のウエハマーク３ａ，３ｂを共有するように配されている。
【００２３】
このとき、共有するウエハマーク３ａ，３ｂは、三軸のＳＬＡ光学系のうち、少なくともｙ１およびｙ２の各軸に対応するものだけでよい。すなわち、各パターン領域の対向する端縁近傍に分けて配置されるｙ１，ｙ２の各軸についてのウエハマーク３ａ，３ｂはスクライブライン２上で共有するが、ｘ１に対応するウエハマーク（ただし不図示）については、隣り合うパターン領域同士で共有せずに、従来と同様に各パターン領域毎に配置しても構わない。
【００２４】
このようなウエハマーク３は、以下に述べるような手順で形成すればよい。具体的には、従来と略同様に、例えばウエハ１に対して一般的な光リソグラフィでパターン形成し、ドライエッチングで０．３μｍ程度の段差をつけた後、レジストを除去するといった手順を経ればよい。ただし、パターン形成に際しては、隣り合うパターン領域同士で一対のウエハマーク３ａ，３ｂを共有することから、一方のパターン領域についてのパターニング時に、一対のウエハマーク３のうちの一方についてパターニングを行い、他方のパターン領域についてのパターニング時に、一対のウエハマーク３のうちの他方についてパターニングを行うようにする。さらに具体的には、例えば、図１（ａ）中の左側の領域のパターニング時にウエハマーク３ａを形成し、同図中の右側の領域のパターニング時にウエハマーク３ｂを形成する。
【００２５】
次に、以上のように形成されたウエハマーク３ａ，３ｂを用いて露光装置がアライメントを行う場合の手順、すなわち本発明に係るアライメント方法について説明する。なお、アライメントが必要となる四分割相補マスクを用いた転写シークエンスについては、従来の場合と略同様であるため（図４参照）、ここではその説明を省略する。
【００２６】
アライメントは、図１（ｂ）および（ｃ）に示すように、三軸のＳＬＡ光学系を用いて、ウエハ１上のウエハマーク３ａ，３ｂおよび四分割相補マスク４上のマスクマーク５ａ，５ｂを光学的に検出し、それぞれの重心位置を合わせるようにウエハ１または四分割相補マスク４を移動させることによって行う。
【００２７】
ただし、このとき、スクライブライン２上では、隣り合うパターン領域同士で一対のウエハマーク３ａ，３ｂを共有している。したがって、アライメントの際にも、隣り合うパターン領域同士で一対のウエハマーク３ａ，３ｂを共有することになる。具体的には、隣り合うパターン領域同士のうち、一方の領域のアライメントの際には、図１（ｂ）に示すように、スクライブライン２上の一対のウエハマーク３ａ，３ｂに対して、四分割相補マスク４上における例えばｙ１についてのマスクマーク５ａの重心位置を合わせ、他方の領域のアライメントの際には、図１（ｃ）に示すように、スクライブライン２上の一対のウエハマーク３ａ，３ｂに対して、四分割相補マスク４上における例えばｙ２についてのマスクマーク５ｂの重心位置を合わせるようにする。
【００２８】
このようにして、ウエハマーク３ａ，３ｂとマスクマーク５ａ，５ｂとの重心位置を合わせれば、ウエハ１と四分割相補マスク４との間にオフセットや回転等が生じないように位置合わせ（アライメント）を行うことができる。しかも、そのアライメントの際に用いるウエハマーク３ａ，３ｂは、隣り合うパターン領域同士で共有しているものである。したがって、そのウエハマーク３ａ，３ｂを基にしてアライメントを行えば、単にウエハ１と四分割相補マスク４との間の位置合わせを行えるだけではなく、以下に述べる利点が得られるようにもなる。
【００２９】
既に説明したように、ウエハマーク３ａ，３ｂを形成するための下地パターンのパターニングの際には、ショット回転が発生することも考えられる（図７（ｂ）参照）。ところが、このような場合であっても、隣り合うパターン領域同士でスクライブライン２上のウエハマーク３ａ，３ｂを共有すれば、そのショット回転によって生じた回転成分は、キャンセルされることになる。
【００３０】
図２は、パターニング時にショット回転が生じた場合のウエハマークの配置例を示す説明図である。図２（ａ）に示すように、スクライブライン２上でウエハマーク３ａ，３ｂを共有する場合には、下地パターンのパターニングの際にショット回転が生じても、各ウエハマーク３ａ，３ｂがいずれも相反する方向にずれる。つまり、各ウエハマーク３ａ，３ｂの重心位置は変わらない。そのため、ショット回転が生じたとしても、その回転成分はキャンセルされることになる。このことは、図２（ｂ）に示すように、ウエハマークの分割方法を変えた場合であっても、全く同様である。
【００３１】
したがって、上述したように共有するウエハマーク３ａ，３ｂを基にしてアライメントを行った場合には、下地パターンのパターニング時にショット回転が発生しても、その回転成分はキャンセルされるので、各相補分割領域間における転写パターンのつなぎ精度に回転ずれの影響が及ぶことがなくなる。すなわち、相補分割によるパターン形成を行う場合であっても、良好な相補間のパターンつなぎ精度が得られ、結果として高精度な四分割相補露光を実現できるという利点が得られる。これにより、例えば５０ｎｍ世代の半導体装置の相補露光についても、これに十分に対応し得るようになる。
【００３２】
また、スクライブライン２上でウエハマーク３ａ，３ｂを共有した場合には、その共有によってウエハマーク数を削減でき、これによりマーク配置領域であるスクライブライン２の縮小化も可能となる。つまり、ウエハ１上におけるスクライブライン２のための領域を縮小して、パターン領域を十分に確保し得るようになるので、一枚のウエハ１から得られる半導体装置の数が減ってしまうことがなくなり、結果として半導体装置の収率悪化を回避することができるという利点が得られる。
【００３３】
なお、上述した実施の形態では、本発明をＬＥＥＰＬ技術に適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、半導体製造プロセスのリソグラフィ工程にて用いられる他の微細加工技術であっても、全く同様に適用可能であることは勿論である。また、これと同様に、相補分割も本実施形態で説明した四分割相補露光に限定されるものではない。
【００３４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に係る露光装置、アライメント方法および半導体装置の製造方法によれば、隣り合う原パターン領域同士でスクライブライン上のアライメントマークを共有していることから、相補分割によるパターン形成を行う場合に、例えばそのための下地パターンでショット回転が発生しても、そのショット回転ずれによる悪影響を回避でき、相補分割領域間でのつなぎ精度を良好に保つことができる。しかも、ウエハマーク数の削減を通じて、マーク配置領域であるスクライブラインの縮小化も可能となる。これらのことから、相補分割によるパターン形成を行う場合に本発明を適用すれば、高精度な相補つなぎ精度が実現可能となるとともに、半導体装置の収率悪化を極力抑制することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されたアライメントマークの配置例を示す説明図であり、（ａ）はスクライブライン上のウエハマークの例を示す図、（ｂ）および（ｃ）はウエハマークとマスクマークとの例を示す図である。
【図２】本発明が適用されたアライメントマークについてパターニング時にショット回転が生じた場合の配置例を示す説明図であり、（ａ）はその一例を示す図、（ｂ）は他の例を示す図である。
【図３】四分割相補マスクの一具体例を示す説明図である。
【図４】四分割相補マスクを用いてパターン転写を行う場合の転写シークエンスの一例を示す説明図である。
【図５】三軸ＳＬＡ光学系の一例を示す説明図であり、（ａ）はその概略構成を示す図、（ｂ）は三軸の配置例を示す図、（ｃ）はアライメントマークの検出例を示す図である。
【図６】従来におけるアライメントマークの配置例を示す説明図である。
【図７】下地パターンの配列例を示す説明図であり、（ａ）は下地パターンが正しく配列されている状態を示す図、（ｂ）は下地パターンにショット回転が生じている状態を示す図である。
【符号の説明】
１…ウエハ、２…スクライブライン、３，３ａ，３ｂ…ウエハマーク、４…四分割相補マスク、５ａ，５ｂ…マスクマーク
Claims (3)
- 原パターンを相補的に分割したパターンを有する露光用マスクを用い、当該露光用マスクと被露光体であるウエハとの相対位置を移動させつつ複数回の露光を行って、前記ウエハ上にて前記原パターンが規則的に並ぶようにパターン転写を行う露光装置であって、
前記ウエハ上にて規則的に並ぶ原パターン同士の間に位置するスクライブライン領域に、前記露光用マスクと前記ウエハとの位置合わせを行うためのアライメントマークを配するとともに、隣り合う原パターン領域同士で前記スクライブライン領域のアライメントマークを共有する
ことを特徴とする露光装置。 - 原パターンを相補的に分割したパターンを有する露光用マスクを用い、当該露光用マスクと被露光体であるウエハとの相対位置を移動させつつ複数回の露光を行って、前記ウエハ上にて前記原パターンが規則的に並ぶようにパターン転写を行うときに、前記露光用マスクと前記ウエハとの位置合わせのために用いられるアライメント方法であって、
前記ウエハ上にて規則的に並ぶ原パターン同士の間に位置するスクライブライン領域に、前記露光用マスクと前記ウエハとの位置合わせを行うためのアライメントマークを配するとともに、隣り合う原パターン領域同士で前記スクライブライン領域にあるアライメントマークを共有し、
前記スクライブライン領域に配されたアライメントマークおよび前記露光用マスクに配されたアライメントマークをそれぞれ光学的に検出し、その検出結果を基に前記露光用マスクと前記ウエハとの相対的な位置合わせを行う
ことを特徴とするアライメント方法。 - 原パターンを相補的に分割したパターンを有する露光用マスクを用い、当該露光用マスクと被露光体であるウエハとの相対位置を移動させつつ複数回の露光を行って、前記ウエハ上にて前記原パターンが規則的に並ぶようにパターン転写を行うリソグラフィ工程を経て、半導体装置を製造する製造方法であって、
前記リソグラフィ工程にて前記露光用マスクと前記ウエハとの位置合わせを行う際に、当該位置合わせのためのアライメントマークを、前記ウエハ上にて規則的に並ぶ原パターン同士の間に位置するスクライブライン領域に配するとともに、隣り合う原パターン領域同士で前記スクライブライン領域にあるアライメントマークを共有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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