JP2008130996A

JP2008130996A - 露光方法

Info

Publication number: JP2008130996A
Application number: JP2006317521A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Hatano; 正之幡野; Kazutaka Ishiyuki; 一貴石行
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-11-24
Filing date: 2006-11-24
Publication date: 2008-06-05

Abstract

【課題】マルチレイヤーレチクルを用いた場合であっても露光ショットの合わせ誤差を小さくすることができ、パターン露光精度の向上をはかる。
【解決手段】マルチレイヤーレチクルを用いた露光方法であって、一つのマスク上に１層分のパターンを搭載したシングルレイヤーレチクルを用い、単位露光領域４０を１ショット４１で露光し、一つのマスク上に複数層分のパターンを搭載したマルチレイヤーレチクルを用い、単位露光領域４０を同一パターンの複数ショット４２ａ，４２ｂに分割して露光し、且つ各々のショット４２ａ，４２ｂに対し単位露光領域４０内の位置情報に基づく属性別に合わせ補正値を持たせて露光する。
【選択図】図６

Description

本発明は、マスクに形成されたパターンを試料上に転写する露光方法に係わり、特に一つのマスク上に複数層分のパターンを搭載したマルチレイヤーレチクルを用いた露光方法に関する。

少量多品種で、生涯ロット数の少ない傾向のあるカスタムロジックデバイスでは、近年のパターンサイズの微細化・高集積化に伴うマスクの高価格化と、設計修正増加に伴うマスク作製コストの増加が問題となっている。そこで、レチクルコスト削減のために、一つのマスク上に複数層のパターンを搭載したマルチレイヤーレチクルが注目されている。マルチレイヤーレチクルを用いることで、マスク枚数を削減できるために、少量多品種製品では、コストメリットが生じる。

一方、レチクルのパターンと下地とを位置合わせする方法としては、特許文献１又は特許文献２などが知られている。特許文献１では、ウェハ上のアライメントマークを位置合わせするアライメント検出器を具備する露光装置において、検出されたアライメントマーク位置の位置誤差から系統誤差を求め、アライメントマーク位置の位置誤差から系統誤差を除いた残差量によってアライメント精度を求める。また、位置検出原理が異なる複数のアライメント検出器を用いて残差量を求め、最も少ない残差量のアライメント検出器をそのウェハの最適な装置として選択する。特許文献２では、線形誤差パラメータ（並進量、残存回転、線形伸縮、直交度）と同時に、ランダム誤差を算出し、その値に応じて位置合わせ、露光をすることの可否を判定し、判定が否である場合、適切な処置が行なわれた後に、再度、誤差パラメータを算出し、位置合わせ、露光を実施する。

マルチレイヤーレチクルを用いると、ショットサイズが小さくなることに起因したスループット低下が懸念されるために、マスクリファイン率の高いレイヤーに限る運用方法が検討されている。この場合、対象工程により、マルチレイヤーレチクルと通常レチクルとが混在するために、異なる露光フィールド同士の重ね合わせとなるため、合わせ精度への影響が発生する。

通常のシングルレイヤーレチクルを用いた場合、光学系で決まる最大の露光領域サイズ以下である単位露光領域を１ショットで露光し、マルチレイヤーレチクルを用いた場合、単位露光領域を同一パターンの複数ショットに分割して露光する。ここで、シングルレイヤーレチクルを用いた場合の単位露光領域のショット上に、マルチレイヤーレチクルで複数ショットを合わせ露光する際に、単位露光領域のショット４隅で計測した合わせ補正値を、そのまま上層の複数ショットの補正値として用いると、合わせ誤差を生じる問題があった。
特許３３１３５４３号公報特開平７−５７９９６号公報

このように従来、マルチレイヤーレチクルを用いた場合、露光ショットサイズが下地ショットサイズ（単位露光領域と同じサイズ）とは異なるために、合わせ精度が低下し、パターン露光精度が低下する問題があった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、マルチレイヤーレチクルを用いた場合であっても露光ショットの合わせ誤差を小さくすることができ、パターン露光精度の向上をはかり得る露光方法を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。

即ち、本発明の一態様は、一つのマスク上に複数層分のパターンを搭載したマルチレイヤーレチクルを用い、単位露光領域を複数ショットに分割して露光する露光方法であって、前記複数ショットに対し、前記単位露光領域内の位置情報に基づく属性別に合わせ補正値を持たせることを特徴とする。

また、本発明の別の一態様は、マルチレイヤーレチクルを用いた露光方法において、一つのマスク上に１層分のパターンを搭載したシングルレイヤーレチクルを用い、単位露光領域を１ショットで露光する工程と、一つのマスク上に複数層分のパターンを搭載したマルチレイヤーレチクルを用い、前記単位露光領域を同一パターンの複数ショットに分割して露光し、且つ各々のショットに対し前記単位露光領域内の位置情報に基づく属性別に合わせ補正値を持たせて露光する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、マルチレイヤーレチクルを用いた場合にあっても、単位露光領域内の位置情報に基づく属性により、露光ショットの合わせ補正値を変えることにより、合わせ精度を向上させることができ、これによってパターン露光精度の向上をはかることができる。

以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。

（第１の実施形態）
下地層を図１で示す通常レチクルで露光し、上層を図２で示す２層混用のマルチレイヤーレチクルを用いて露光する場合を考える。使用する露光装置は、光露光装置であってもよいし、Ｘ線露光装置であってもよい。

図１の通常のシングルレイヤーレチクル１０は、下地（Ｌ０）層の露光に用いるものであり、マスク上に２つの同一パターン１１が形成されている。２つのパターン１１は、例えば２チップ分のパターンであるが、露光光学系で決まるフルフィールドサイズ以下であるショットで同時に露光される。ここで、図１のシングルレイヤーレチクル１０は、２チップ分のパターンとして２つに分割されたようになっているが、必ずしも２つのパターンにする必要はなく、１つのパターンであってもよいのは勿論のことである。

図２のマルチイヤーレチクル２０は、上層（Ｌ１，Ｌ２）露光に用いるものであり、マスク上に２つの異なるパターン２１，２２が形成されている。即ち、上側にｎ層目のパターン２１が形成され、下側にｎ＋１層目のパターン２２が形成されている。

図１のシングルレイヤーレチクル１０を用いた、Ｌ０層露光時のショットマップ（フルショットサイズ）は図３に示すようになり、単位露光領域３１が１ショットで露光される。図２のマルチレイヤーレチクル２０を用いたＬ１層露光時のショットマップ（フルショットを２分割）は図４に示すようになり、単位露光領域３１が２ショットで露光される。Ｌ１層露光の際には、Ｌ０層に対して合わせ露光を行い、合わせ先と露光層とでショットマップが異なる。なお、マルチレイヤーレチクル２０を用いる場合、Ｌ１層露光時にはパターン２２をマスクし、Ｌ２層露光時にはパターン２１をマスクすることになる。

Ｌ０ショットに対するＬ１ショットの合わせ時に、図５（ａ）（ｂ）に示すような、ショット直行成分が乗っている場合、通常の合わせ露光では、Ｌ０ショットマップで計測した合わせずれ補正値（ショット直行成分）をそのまま、Ｌ１層のショットに適用する。この場合、図６に示すように、Ｌ０ショット及びＬ１ショットに対して位置ずれが生じる。図６中の４０は単位露光領域でありＬ０ショットを本来転写すべき領域、４１は実際に転写されるＬ０ショット、４２（４２ａ，４２ｂ）は実際に転写されるＬ１ショットを示している。

図６から分かるように、Ｌ０ショット４１上で上側（＋ｙ方向）に位置するショット４２ａでは、Ｘプラス方向のオフセット成分が、Ｌ０ショット４１上で下側（−ｙ方向）に位置するショット４２ｂではＸマイナス方向のオフセット成分が発生し、その結果として合わせ誤差が生じる。

本実施形態では、下地に対する位置属性、この場合では、Ｌ０ショット上で上側に位置するか下側に位置するかによって、反転したＸ−オフセット補正値を持たせる。これにより、Ｌ０ショットとＬ１ショットの合わせ誤差を低減することができる。なお、オフセット補正値は、レチクルとウェハとの相対位置を補正すればよいため、レチクル又はウェハを載置したステージの位置を補正すればよい。

また、Ｌ２層の露光の際にはＬ１層の露光と同様に、Ｌ２ショットがＬ０ショット上で上側に位置するか下側に位置するかによって、反転したＸ−オフセット補正値を持たせるようにすればよい。

このように本実施形態によれば、２層分のパターンを有するマルチレイヤーレチクル２０を用い、単位露光領域を一方向に分割して２回のショットで露光する際に、各々のショットが単位露光領域を分割した何れの側に位置するかによって、各々のショットに互いに逆方向の合わせ補正値を持たせることにより、マルチレイヤーレチクル２０を用いた場合であっても露光ショットの合わせ誤差を小さくすることができ、パターン露光精度の向上をはかることができる。

（第２の実施形態）
次に、下地にＹ方向倍率成分がある場合の例について説明する。

先に説明した第１の実施形態と同様に、下地層を図１で示すシングルレイヤーレチクル１０で露光し、上層を図２で示す２層混用のマルチレイヤーレチクル２０を用いて露光する場合を考える。

シングルレインーレチクル１０を用いたＬ０層露光時のショットマップは前記図３に示すようになり、マルチレイヤーレチクル２０を用いたＬ１層露光時のショットマップは前記図４に示すようになる。Ｌ１層露光の際には、Ｌ０層に対して合わせ露光を行い、合わせ先と露光層とでショットマップが異なる。

Ｌ０ショットに対するＬ１ショットの合わせ時に、図７（ａ）（ｂ）に示すような、ショット倍率成分が乗っている場合、通常の合わせ露光では、Ｌ０ショットマップで計測した合わせずれ補正値（ショットＹ方向倍率成分）をそのまま、Ｌ１層のショットに適用する。

この場合、第１の実施形態の図６とは異なり、図８に示すような位置ずれが生じる。図８中の５０は単位露光領域でありＬ０ショットを本来転写すべき領域、５１は実際に転写されるＬ０ショット、５２（５２ａ，５２ｂ）は実際に転写されるＬ１ショットを示している。

図８から分かるように、Ｌ０ショット上で上側（＋ｙ方向）に位置するショット５２ａでは、Ｙプラス方向の残留成分が、Ｌ０ショット上で下側（−ｙ方向）に位置するショット５２ｂではＹマイナス方向の残留成分が発生し、その結果として合わせ誤差が生じる。

そこで本実施形態では、下地に対する位置属性、この場合では、Ｌ０ショット上で上側に位置するか下側に位置するかによって、反転したＹ−オフセット補正値を持たせる。これにより、第１の実施形態と同様に、Ｌ０ショットとＬ１ショットの合わせ誤差を低減することができ、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

（第３の実施形態）
次に、４層混用（４分割）での合わせ誤差の例を説明する。

下地層を図９で示す通常のシングルレイヤーレチクルで露光し、上層を図１０に示す４層混用のマルチレイヤーレチクルを用いて露光する場合を考える。

図９のシングルレイヤーレチクル６０は、下地（Ｌ０）層の露光に用いるものであり、マスク上に４つの同一パターン６１が形成されている。４つのパターン１１は、例えば４チップ分のパターンである。第１の実施形態と同様に、必ずしも４つのパターンにする必要はなく、１つのパターンであってもよいのは勿論のことである。

図１０のマルチイヤーレチクル７０は、上層（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）露光に用いるものであり、マスク上に４つの異なるパターン７１，７２，７３，７４が形成されている。即ち、左上にｎ層目のパターン７１が形成され、右上にｎ＋１層目のパターン７２が形成され、左下にｎ＋２層目のパターン７３が形成され、右下にｎ＋３層目のパターン７４が形成されている。

図９のシングルレイヤーレチクル６０を用いたＬ０層露光時のショットマップ（フルショットサイズ）は図１１に示すようになり、単位露光領域８１が１ショットで露光される。図１０のマルチレイヤーレチクル７０を用いたＬ１層露光時のショットマップ（フルショットを４分割）は図１２に示すようになり、単位露光領域８１が４ショットで露光される。Ｌ１層露光の際には、Ｌ０層に対して合わせ露光を行い、合わせ先と露光層とでショットマップが異なる。

Ｌ０ショットに対するＬ１合わせ時に、図１３（ａ）（ｂ）に示すような、ショット回転成分が乗っている場合、通常の合わせ露光では、Ｌ０ショットマップで計測した合わせずれ補正値（ショット回転成分）をそのまま、Ｌ１層のショットに適用する。

この場合、図１４に示すように、Ｌ０ショットを４つに分割した各ショット９２ａ，９２ｂ，９２ｃ，９２ｄで異なる残留成分が発生し、合わせ誤差が生じる。図中の矢印が、各ショットでの残留誤差成分（ｘ方向、ｙ方向）を示す。

図１４から分かるように、Ｌ０ショット上で左上に位置するショット９２ａでは左下方向の残留成分が、Ｌ０ショット右上に位置するショット９２ｂでは左上方向の残留成分が発生し、Ｌ０ショット上で左下に位置するショット９２ｃでは右下方向の残留成分が、Ｌ０ショット右下に位置するショット９２ｄでは右上方向の残留成分が発生し、その結果として合わせ誤差が生じる。

そこで本実施形態では、下地露光時のＬ０ショット中心に対するショット位置に応じた合わせ補正値を持たせる。即ち、Ｌ０ショットの中心に対してＬ１ショットが左上か、右上か、左下か、右下かによって、図１４に示すような合わせ補正値を持たせる。これにより、Ｌ０ショットとＬ１ショットの合わせ誤差を低減することができ、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。実施形態では、マルチレイヤーレチクルとして２層又は４層分のパターンを有するものを例に説明したが、これらに限らず複数層分のパターンを有するものに適用することができる。さらに、同一パターンの各々のショットに対する合わせ補正値は、実施形態に示したものに限らず、単位露光領域内の位置情報に基づく属性別に設定すればよい。

また、露光装置の種類は何ら限定されるものではなく、マルチレイヤーレチクルを用いた各種の露光装置に適用することができる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。

第１の実施形態を説明するためのもので、下地（Ｌ０）層露光に用いるレチクルを示す図。第１の実施形態を説明するためのもので、上層（Ｌ１）露光に用いるレチクルを示す図。第１の実施形態を説明するためのもので、下層露光時のショットマップを示す図。第１の実施形態を説明するためのもので、上層露光時のショットマップを示す図。第１の実施形態を説明するためのもので、合わせずれにショット直交成分がある場合の例を示す図。第１の実施形態を説明するためのもので、露光層全ショットで同じ補正係数を用いた場合に発生する合わせズレを示す図。第２の実施形態を説明するためのもので、合わせずれにショットＹ方向倍率成分がある場合の例を示す図。第２の実施形態を説明するためのもので、露光層全ショットで同じ補正係数を用いた場合に発生する合わせズレを示す図。第３の実施形態を説明するためのもので、下地（Ｌ０）層露光に用いる通常レチクルを示す図。第３の実施形態を説明するためのもので、上層（Ｌ１）露光に用いるマルチレイヤーレチクル（４層混用）を示す図。第３の実施形態を説明するためのもので、下層露光時のショットマップ（フルショットサイズ）を示す図。第３の実施形態を説明するためのもので、上層露光時のショットマップ（フルショットを４分割）を示す図。第３の実施形態を説明するためのもので、合わせずれにショット回転成分がある場合の例を示す図。第３の実施形態を説明するためのもので、露光層全ショットで同じ補正係数を用いた場合に発生する合わせズレを示す図。

符号の説明

１０，６０…シングルレイヤーレチクル
１１，６１…Ｌ０層パターン
２０，７０…マルチレイヤーレチクル
２１，７１…Ｌ１層パターン
２２，７２…Ｌ２層パターン
３０…ウェハ
３１，８１…単位露光領域
４０，５０…単位露光領域
４１，５１，９１…Ｌ０ショット
４２ａ，４２ｂ，５２ａ，５２ｂ，９２ａ，９２ｂ，９２ｃ，９２ｄ…Ｌ１ショット
７３…Ｌ３層パターン
７４…Ｌ４層パターン

Claims

一つのマスク上に複数層分のパターンを搭載したマルチレイヤーレチクルを用い、単位露光領域を複数ショットに分割して露光する露光方法であって、
前記複数ショットに対し、前記単位露光領域内の位置情報に基づく属性別に合わせ補正値を持たせることを特徴とする露光方法。
一つのマスク上に１層分のパターンを搭載したシングルレイヤーレチクルを用い、単位露光領域を１ショットで露光する工程と、
一つのマスク上に複数層分のパターンを搭載したマルチレイヤーレチクルを用い、前記単位露光領域を同一パターンの複数ショットに分割して露光し、且つ各々のショットに対し前記単位露光領域内の位置情報に基づく属性別に合わせ補正値を持たせて露光する工程と、
を含むことを特徴とする露光方法。
前記マルチレイヤーレチクルは前記マスク上に２層分のパターンを有し、前記単位露光領域を一方向に分割して２回のショットで露光する際に、各々のショットが前記単位露光領域を分割した何れの側に位置するかによって、各々のショットに互いに逆方向の合わせ補正値を持たせることを特徴とする請求項１又は２記載の露光方法。
前記シングルレイヤーレチクルのパターンは、露光光学系で決まるフルフィールドサイズ以下のショットサイズであり、前記マルチレイヤーレチクルのパターンは前記ショットサイズを２分割したサイズであることを特徴とする請求項３記載の露光方法。
前記シングルレイヤーレチクル及びマルチレイヤーレチクルを用いた露光は、光露光又はＸ線露光であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の露光方法。