JP2015222385A

JP2015222385A - レチクルマーク配置方法およびレチクルマーク配置プログラム

Info

Publication number: JP2015222385A
Application number: JP2014107442A
Authority: JP
Inventors: 中川　晋一; Shinichi Nakagawa; 晋一中川; 信洋小峰; Nobuhiro Komine; 一宏瀬川; Kazuhiro Segawa; 真歩高桑; Maho Takakuwa; 基宏岡田; Motohiro Okada
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2014-05-23
Filing date: 2014-05-23
Publication date: 2015-12-10
Anticipated expiration: 2034-05-23
Also published as: US9396299B2; US20150339423A1; JP6338929B2

Abstract

【課題】上下層の合わせずれの計測精度を向上させることが可能なレチクルマーク配置方法を提供する。【解決手段】レチクルマーク配置部１２Ａは、レチクルのカーフ領域の複数個所にレチクルマークを配置し、前記レチクルマークの配置位置を頂点とする多角形の面積を算出し、前記多角形の面積の算出結果に基づいて前記レチクルマークの配置位置を決定する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、レチクルマーク配置方法およびレチクルマーク配置プログラムに関する。

半導体製造工程における上下層の合わせずれは、デバイス性能低下および配線短絡などを引き起こすことがある。このため、上下層の合わせずれを計測し、計測結果から合わせずれを補正する値を求め、ＡＰＣ（ＡｄｖａｎｃｅｄＰｒｏｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌ）に補正値を返している。

特開平１１−３３８１２３号公報

本発明の一つの実施形態は、上下層の合わせずれの計測精度を向上させることが可能なレチクルマーク配置方法およびレチクルマーク配置プログラムを提供することを目的とする。

本発明の一つの実施形態によれば、レチクルのカーフ領域の複数個所にレチクルマークを配置し、前記レチクルマークの配置位置を頂点とする多角形の面積を算出し、前記多角形の面積の算出結果に基づいて前記レチクルマークの配置位置を決定する。

図１（ａ）は、第１実施形態に係るレチクルマーク配置方法が適用されるシステム構成を示すブロック図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のシステムで生成されたレチクルが用いられる露光装置の概略構成を示す断面図、図１（ｃ）は、レジストパターン形成後の工程を示す断面図、図１（ｄ）は、加工後パターン形成後の工程を示す断面図である。図２（ａ）および図２（ｂ）は、第１実施形態に係るレチクルマーク配置の組み合わせが１通りの時のレチクルマーク配置方法を示す図である。図３（ａ）および図３（ｂ）は、第１実施形態に係るレチクルマーク配置の組み合わせを示す図である。図４（ａ）から図４（ｄ）は、第１実施形態に係るレチクルマーク配置の組み合わせが複数の時のレチクルマーク配置方法を示す図である。図５（ａ）および図５（ｂ）は、第１実施形態に係るレチクルマーク配置の組み合わせが複数の時のレチクルマーク配置位置面積の比較例を示す図である。図６は、第１実施形態に係るレチクルマーク配置位置面積の算出方法の一例を示す図である。図７は、第１実施形態に係るレチクルマーク配置の組み合わせが複数の時のレチクルマーク配置方法を示すフローチャートである。図８は、第２実施形態に係るＣＡＤシステムのハードウェア構成を示すブロック図である。

以下に添付図面を参照して、実施形態に係るレチクルマーク配置方法を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。

（第１実施形態）
図１（ａ）は、第１実施形態に係るレチクルマーク配置方法が適用されるマスクシステムの概略構成を示すブロック図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のマスクシステムで生成されたレチクルが用いられる露光装置の概略構成を示す断面図、図１（ｃ）は、レジストパターン形成後の工程を示す断面図、図１（ｄ）は、加工後パターン形成後の工程を示す断面図である。なお、以下の説明では、レチクルマークはレチクルに設けられ、合わせずれ計測用マークは半導体ウェハに設けられるものとして説明する。

図１（ａ）において、このマスクシステムには、ＣＡＤシステム１２およびマスクデータ作成部１３が設けられている。ＣＡＤシステム１２には、レチクルマーク配置部１２Ａが設けられている。また、図１（ｂ）において、露光装置１４には、光源Ｇ、絞りＳ、レチクルＭおよびレンズＬが設けられている。

レチクルマーク配置部１２Ａは、レチクルＭのカーフ領域の複数個所にレチクルマークＨＭを配置する。そして、レチクルマーク配置部１２Ａは、レチクルマークＨＭの配置位置を頂点とする多角形の面積を算出し、その多角形の面積の算出結果に基づいてレチクルマークＨＭの配置位置を決定することができる。なお、カーフ領域は、半導体ウェハにスクライブ領域を設けることができる。また、このレチクルマークＨＭは、上層と下層との合わせずれを計測する合わせずれ計測用マークＭＢを半導体ウェハのスクライブ領域に形成することができる。上層と下層との合わせずれ計測時に互いに比較される合わせずれ計測用マークＭＢに対応するレチクルマークＨＭは、レチクルＭ間で互いに重なるように配置することができる。上層と下層との合わせずれ計測時に互いに比較されない合わせずれ計測用マークに対応するレチクルマークＨＭは、レチクルＭ間で互いに重ならないように配置することができる。合わせずれ計測用マークＭＡ、ＭＢは、例えば、アクティブ領域、ゲート電極、配線層およびコンタクトホールごとに別個に合わせずれを計測することができる。この時、レチクルマークＨＭはＮ（Ｎは２以上の整数）種類のレチクルマークを備えることができる。この場合、レチクルマーク配置部１２Ａは、Ｎ種類の各レチクルマークＨＭの配置位置を頂点とするＮ個の多角形の面積の合計を算出し、その多角形の面積の合計の算出結果に基づいてＮ種類のレチクルマークＨＭの配置位置を決定することができる。この際、レチクルマーク配置部１２Ａは、一定の制約条件下でＮ個の多角形の面積の合計が最大になるようにＮ種類のレチクルマークＨＭの配置位置を決定することができる。この制約条件下では、例えば、合わせずれ計測時に互いに比較されない合わせずれ計測用マークに対応するレチクルマークＨＭは、レチクルＭ間で互いに重ならないようにしてレチクルＭの四隅に最大限近づくように配置される。

そして、ＣＡＤシステム１２において、半導体集積回路の設計レイアウトデータＮ１が作成され、マスクデータ作成部１３に送られる。ここで、レチクルマーク配置部１２Ａでは、レチクルＭのカーフ領域の複数個所にレチクルマークＨＭが配置されたマークデータＮ２が生成され、設計レイアウトデータＮ１とともにマスクデータ作成部１３に送られる。

そして、マスクデータ作成部１３において、設計レイアウトデータＮ１で指定される設計レイアウトパターンおよびマークデータＮ２で指定されるマークパターンに対応したマスクデータが作成される。そして、レチクルＭには、マスクデータ作成部１３にて作成されたマスクデータに対応した回路パターンＨおよびレチクルマークＨＭが遮光膜にて形成される。
一方、図１（ｂ）に示すように、下地層Ｋ上には被加工膜ＴＢが形成され、被加工膜ＴＢ上にはレジスト膜ＲＢが塗布されている。なお、下地層Ｋおよび被加工膜ＴＢは、半導体基板であってもよいし、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜などの絶縁体膜であってもよいし、アモルファスシリコンまたは多結晶シリコンなどの半導体膜であってもよいし、ＡｌまたはＣｕなどの金属膜であってもよい。

そして、光源Ｇからは紫外光などの露光光が出射され、絞りＳにて絞られた後、レチクルＭおよびレンズＬを介してレジスト膜ＲＢに入射することで、レジスト膜ＲＢが露光される。
次に、図１（ｃ）に示すように、レジスト膜ＲＢが露光された後、そのレジスト膜ＲＢが現像されることで、レチクルＭの回路パターンＨおよびレチクルマークＨＭに対応したレジストパターンＲが形成される。

次に、図１（ｄ）に示すように、回路パターンＨおよびレチクルマークＨＭが転写されたレジストパターンＲをマスクとして被加工膜ＴＢを加工することで、レチクルＭの回路パターンＨに対応した加工後パターンＴおよびレチクルマークＨＭに対応した合わせずれ計測用マークＭＢが形成される。なお、被加工膜ＴＢの加工としては、エッチング加工であってもよいし、イオン注入用途であってもよい。

この時、下地層Ｋが下層、被加工膜ＴＢが上層として、上層と下層との合わせずれが計測されるものとする。この時、前回の工程で下地層Ｋに合わせずれ計測用マークＭＡが形成された後、今回の工程で被加工膜ＴＢに合わせずれ計測用マークＭＢが形成される。そして、顕微鏡などで合わせずれ計測用マークＭＡ、ＭＢを観察し、合わせずれ計測用マークＭＡ、ＭＢの位置を比較することにより、上層と下層との合わせずれが計測される。そして、上層と下層との合わせずれが規定値を超える場合、この計測結果から補正値を求め、この補正値をＡＰＣ（ＡｄｖａｎｃｅｄＰｒｏｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌ）に送ることができる。なお、計測点以外は、内挿または外挿によって補正値を求めることができる。
ここで、レチクルマークＨＭの配置位置を頂点とする多角形の面積の算出結果に基づいてレチクルマークＨＭの配置位置を決定することにより、レチクルマークＨＭがレチクルＭの四隅に近づくように、レチクルマークＨＭを配置することができる。このため、レチクルＭの歪などに起因するレチクルマークＨＭの位置ずれを増大させることが可能となり、それに伴って合わせずれ計測用マークＭＢの位置ずれを増大させることが可能となることから、上下層の合わせずれの計測精度を向上させることが可能となる。

図２（ａ）および図２（ｂ）は、第１実施形態に係るレチクルマーク配置の組み合わせが１通りの時のレチクルマーク配置方法を示す図である。
図２（ａ）において、レチクルのカーフ領域ＲＦにレチクルマークＭ１を配置したものとする。この時、レチクルマークＭ１の配置位置を頂点とする多角形の面積ＱＡを求める。さらに、図２（ｂ）に示すように、レチクルマークＭ１の配置位置を変更し、その時の配置位置を頂点とする多角形の面積ＱＢを求める。そして、面積ＱＡ、ＱＢを比較し、面積が大きい方の配置位置を選択することができる。この時、レチクルマークＭ１の配置位置を頂点とする多角形の面積が最大となるようにレチクルマークＭ１の配置位置を決定することが好ましい。

図３（ａ）および図３（ｂ）は、第１実施形態に係るレチクルマーク配置の組み合わせを示す図である。
図３（ａ）および図３（ｂ）において、位置合わせの要求スペックに応じてレチクルマークＭ１、Ｍ２の配置数が設定される。例えば、レチクルマークＭ２が配置されるレチクルを介して露光される層よりも、レチクルマークＭ１が配置されるレチクルを介して露光される層の方が位置合わせの要求スペックが厳しい場合、レチクルマークＭ１の配置数をレチクルマークＭ２の配置数よりも多くすることができる。図３（ａ）の例では、レチクルマークＭ１の配置数を８に設定し、図３（ｂ）の例では、レチクルマークＭ２の配置数を４に設定した場合を示した。位置合わせの要求スペックが厳しい場合とは、例えば、液浸露光に使用されるレチクルを挙げることができる。
この時、レチクルマークＭ１、Ｍ２はレチクルの四隅に近づくように配置されるものとすると、レチクルマークＭ１の配置数が８の場合、図３（ａ）に示すように、配置の組み合わせは１通りとなる。レチクルマークＭ２の配置数が４の場合、図３（ｂ）に示すように、配置の組み合わせは４通りとなる。レチクルマークＭ２がＮ（Ｎは２以上の整数）種類あるものとすると、配置の組み合わせは４^Ｎ通りとなる。そして、Ｎ種類のレチクルマークＭ２をカーフ領域ＲＦに配置する場合、４^Ｎ通りの組み合わせについて多角形の面積の合計を算出し、その時の多角形の面積の合計が最大になるようにレチクルマークＭ２の配置位置を決定することができる。

図４（ａ）から図４（ｄ）は、第１実施形態に係るレチクルマーク配置の組み合わせが複数の時のレチクルマーク配置方法を示す図である。
図４（ａ）において、５種類のレチクルマークＭ１〜Ｍ５をカーフ領域ＲＦに配置するものとする。これらのレチクルマークＭ１〜Ｍ５は、半導体ウェハの上層と下層との合わせずれ計測時に互いに比較されない合わせずれ計測用マークに対応するものとする。また、５種類のレチクルマークＭ１〜Ｍ５は、互いに異なるレチクルに設けられるものとする。この場合、配置の制約条件として、レチクル間で互いに重ならないようにしてレチクルの四隅に最大限近づくように配置することができる。また、レチクルマークＭ１〜Ｍ５が配置されたレチクルを重ねた時の平面上でレチクルマークＭ１〜Ｍ５間に隙間がないように配置することができる。この時、合わせずれ計測時の重要性に基づいてレチクルマークＭ１〜Ｍ５に重みＷ１〜Ｗ５を付与することができる。そして、図４（ｂ）に示すように、重みＷ１〜Ｗ５の大きい順にレチクルの四隅により近づくようにレチクルマークＭ１〜Ｍ５を配置することができる。
そして、図４（ｃ）および図４（ｄ）に示すように、レチクルマークＭ１〜Ｍ５をカーフ領域ＲＦに配置した時に、各レチクルマークＭ１〜Ｍ５の配置位置を頂点とする５個の多角形の面積Ｑ１〜Ｑ５の合計ＱＳを算出する。そして、５個の多角形の面積Ｑ１〜Ｑ５の合計ＱＳが最大になるようにレチクルマークＭ１〜Ｍ５の配置位置を決定することができる。
この時、各レチクルマークＭ１、Ｍ３の配置数が８に設定され、各レチクルマークＭ２、Ｍ４、Ｍ５の配置数が４に設定されているものとする。この場合、図３（ａ）に示すように、各レチクルマークＭ１、Ｍ３の配置の組み合わせは１通りとなる。また、図３（ｂ）に示すように、各レチクルマークＭ２、Ｍ４、Ｍ５の配置の組み合わせは４通りとなる。このため、４^３通りの組み合わせについて多角形の面積Ｑ１〜Ｑ５の合計ＱＳを算出し、その中から多角形の面積Ｑ１〜Ｑ５の合計ＱＳが最大になるようにレチクルマークＭ１〜Ｍ５の配置位置を選択することができる。

図５（ａ）および図５（ｂ）は、第１実施形態に係るレチクルマーク配置の組み合わせが複数の時のレチクルマーク配置位置面積の比較例を示す図である。
図５（ａ）に示すようにレチクルマークＭ１〜Ｍ５が配置された場合、各レチクルマークＭ１〜Ｍ５の配置位置を頂点とする多角形の面積がＱ１Ａ〜Ｑ５Ａであったものとする。また、図５（ｂ）に示すようにレチクルマークＭ１〜Ｍ５が配置された場合、各レチクルマークＭ１〜Ｍ５の配置位置を頂点とする多角形の面積がＱ１Ｂ〜Ｑ５Ｂであったものとする。多角形の面積Ｑ１Ｂ〜Ｑ５Ｂの合計が多角形の面積Ｑ１Ａ〜Ｑ５Ａの合計より大きい場合、図５（ｂ）のレチクルマークＭ１〜Ｍ５の配置位置を選択することができる。
なお、レチクルの位置合わせに使用されるアライメントマークＡ１は、カーフ領域ＲＦにおいて、レチクルマークＭ１〜Ｍ５の内側に配置することができる。また、ＴＥＧ（ＴｅｓｔＥｌｅｍｅｎｔＧｒｏｕｐｅ）もレチクルマークＭ１〜Ｍ５の内側に配置することができる。

図６は、第１実施形態に係るレチクルマーク配置位置面積の算出方法の一例を示す図である。
図６において、例えば、レチクルマークＭ１の配置位置を頂点とする多角形の面積Ｑ１を算出する場合、ショット中心Ａ（ａｘ，ａｙ）からレチクルマークＭ１の配置位置の頂点とする多角形に線を引き、多角形を三角形に分割する。そして、へロンの公式を使うことで三角形の面積を求めることができる。例えば、ショット中心Ａ（ａｘ，ａｙ）および頂点Ｂ（ｂｘ，ｂｙ）、Ｃ（ｃｘ，ｃｙ）からなる三角形の面積ＱＥは、ＱＥ＝（ｓ（ｓ−ＡＢ）（ｓ−ＢＣ）（ｓ−ＣＡ）^１／２で与えることができる。ただし、ＡＢ＝（（ａｘ−ｂｘ）^２＋（ａｙ−ｂｙ）^２）^１／２、ＢＣ＝（（ｂｘ−ｃｘ）^２＋（ｂｙ−ｃｙ）^２）^１／２、ＣＡ＝（（ｃｘ−ａｘ）^２＋（ｃｙ−ａｙ）^２）^１／２、ｓ＝（ＡＢ＋ＢＣ＋ＣＡ）／２である。
なお、レチクルマークＭ１の配置位置を頂点とする多角形の面積Ｑ１を算出する場合、カーフ領域ＲＦで囲まれる長方形の面積からカーフ領域ＲＦの四隅の三角形の面積Ｅ１〜Ｅ４を引くようにしてもよい。

図７は、第１実施形態に係るレチクルマーク配置の組み合わせが複数の時のレチクルマーク配置方法を示すフローチャートである。
図７において、レチクルマークの重要度に基づいてレチクルマークの重み付けを決定する（Ｓ１）。なお、レチクルマークの重要度は、例えば、上下層の位置合わせの要求スペックに応じて決定したり、過去世代のレチクルマークの使用の有無に応じて決定したりすることができる。次に、一定の制約条件下でレチクルのカーフ領域にレチクルマークを配置する（Ｓ２）。この制約条件は、例えば、上下層のプロセス制約、単層のプロセス制約および配置位置からショットの一番外側までの距離を挙げることができる。上下層のプロセス制約では、上層および下層に対応したレチクルにレチクルマークがそれぞれ配置される場合において、例えば、レチクルマークに対応した合わせずれ計測用マークの近くに金属の埋め込みがある場合、合わせずれ計測用マークの形状に影響が及ばないようにするために、その金属の埋め込み用のレチクルパターンからレチクルマークが離して配置される。
次に、レチクルマークの配置位置を頂点とする多角形の面積の合計の算出し（Ｓ３）、その時の多角形の面積の合計が最大かどうかを判定する（Ｓ４）。そして、その時の多角形の面積の合計が最大の場合、その時のレチクルマークの配置位置を保持する（Ｓ６）。一方、その時の多角形の面積の合計が最大でない場合、全てのレチクルマークの配置の組み合わせを行ったかどうか判定し（Ｓ５）、全てのレチクルマークの配置の組み合わせを行ってない場合、レチクルマークの配置の全ての組み合わせを行うまで、Ｓ２〜Ｓ６の処理を繰り返す。

（第２実施形態）
図８は、第２実施形態に係るＣＡＤシステムのハードウェア構成を示すブロック図である。
図８において、ＣＡＤシステム１２には、ＣＰＵなどを含むプロセッサ１、固定的なデータを記憶するＲＯＭ２、プロセッサ１に対してワークエリアなどを提供するＲＡＭ３、人間とコンピュータとの間の仲介を行うヒューマンインターフェース４、外部との通信手段を提供する通信インターフェース５、プロセッサ１を動作させるためのプログラムや各種データを記憶する外部記憶装置６を設けることができ、プロセッサ１、ＲＯＭ２、ＲＡＭ３、ヒューマンインターフェース４、通信インターフェース５および外部記憶装置６は、バス７を介して接続されている。

なお、外部記憶装置６としては、例えば、ハードディスクなどの磁気ディスク、ＤＶＤなどの光ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカードなどの可搬性半導体記憶装置などを用いることができる。また、ヒューマンインターフェース４としては、例えば、入力インターフェースとしてキーボードやマウスやタッチパネル、出力インターフェースとしてディスプレイやプリンタなどを用いることができる。また、通信インターフェース５としては、例えば、インターネットやＬＡＮなどに接続するためのＬＡＮカードやモデムやルータなどを用いることができる。ここで、外部記憶装置６には、レチクルマークを配置させるレチクルマーク配置プログラム６ａがインストールされている。

そして、レチクルマーク配置プログラム６ａがプロセッサ１にて実行されると、レチクルＭのカーフ領域の複数個所にレチクルマークＨＭが配置されたマークデータＮ２が算出され、マスクデータ作成部１３に送られる。

なお、プロセッサ１に実行させるレチクルマーク配置プログラム６ａは、外部記憶装置６に格納しておき、プログラムの実行時にＲＡＭ３に読み込むようにしてもよいし、レチクルマーク配置プログラム６ａをＲＯＭ２に予め格納しておくようにしてもよいし、通信インターフェース５を介してレチクルマーク配置プログラム６ａを取得するようにしてもよい。また、レチクルマーク配置プログラム６ａは、スタンドアロンコンピュータに実行させてもよいし、クラウドコンピュータに実行させてもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１プロセッサ、２ＲＯＭ、３ＲＡＭ、４ヒューマンインターフェース、５通信インターフェース、６外部記憶装置、６ａレチクルマーク配置プログラム、７バス、１２ＣＡＤシステム、１２Ａレチクルマーク配置部、１３マスクデータ作成部、１４露光装置

Claims

レチクルのカーフ領域の複数個所にレチクルマークを配置し、
前記レチクルマークの配置位置を頂点とする多角形の面積を算出し、
前記多角形の面積の算出結果に基づいて前記レチクルマークの配置位置を決定するレチクルマーク配置方法。
前記レチクルマークはＮ（Ｎは２以上の整数）種類のレチクルマークを備え、
前記Ｎ種類の各レチクルマークの配置位置を頂点とするＮ個の多角形の面積の合計を算出し、
前記多角形の面積の合計の算出結果に基づいて前記Ｎ種類のレチクルマークの配置位置を決定する請求項１に記載のレチクルマーク配置方法。
前記Ｎ個の多角形の面積の合計が最大になるように前記Ｎ種類のレチクルマークの配置位置を決定する請求項２に記載のレチクルマーク配置方法。
前記レチクルマークは上層と下層との合わせずれを計測する合わせずれ計測用マークに対応し、合わせずれ計測時に互いに比較されない合わせずれ計測用マークに対応するレチクルマークは、レチクル間で互いに重ならないようにして前記レチクルの四隅に最大限近づくように配置される請求項１から３のいずれか１項に記載のレチクルマーク配置方法。
レチクルのカーフ領域の複数個所にレチクルマークを配置させ、
前記レチクルマークの配置位置を頂点とする多角形の面積を算出させ、
前記多角形の面積の算出結果に基づいて前記レチクルマークの配置位置を決定させることをコンピュータに実行させるレチクルマーク配置プログラム。