JP2722563B2 - パターン形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、パターン形成方法に関する。特に、複数の
パターンの内の所望の２以上のパターンに対して、該パ
ターン間にズレがある場合でもいずれのパターンからも
同等、乃至は所望のズレ量で更にパターンを形成するこ
とができるようにしたパターン形成方法を提供するもの
である。本発明のパターン形成方法は、例えば、半導体
装置などの電子部品形成の際のパターン形成方法として
好適に利用することができる。

〔発明の概要〕

本発明のパターン形成方法は、第1,第２のパターンに
よりそれぞれ形成された第1,第２の位置合わせマークの
少なくとも２つのマークを位置検出し、加重平均により
第３のパターンの位置合わせを行うことによって、第1,
第２のパターン間にズレがあった場合でも、第３のパタ
ーンを該第1,第２のパターンに対して同程度の（乃至は
所望の程度の）ズレ量で形成できるようにしたものであ
る。

〔従来の技術〕

露光工程によりパターン形成を行う技術は、例えば半
導体集積回路を形成する場合などに用いられている。

このとき、複数のパターンを形成した後、更にパター
ンを形成する場合には、すでに形成されたパターンに対
して、これから形成するパターンの位置決めを行う必要
がある。

半導体装置製造の分野でパターン形成するには、通
常、マスクを用い、このマスクを通して露光することに
よって、所定のパターンを得るようにしている（このよ
うな露光技術については、例えば、株式会社プレスジャ
ーナル「Semiconductor World」1985年５月、105〜111
頁『光露光技術の展望』参照）。

従来技術にあっては、第１のパターンにおける位置合
わせ用ターゲットＡと、第２のパターンにおける位置合
わせ用ターゲットＢがある場合、そのいずれか一方のタ
ーゲットによって第３のパターンの形成用マスクの位置
合わせ決めを行うようにしていた。

第５図に略示するのは、１層目のパターンのターゲッ
トＡと、２層目のパターンのターゲットＢが存在する例
である。第３層目のパターンを形成するためのマスクＣ
は、従来、ターゲットA,Bの内のいずれか一方により、
位置合わせしてマスク形成が行われている。ところがか
かる従来技術では、先に形成されたパターン間にズレが
あると、一方のパターンには適正に位置合わせができる
が、他方のパターンに対してはズレが生じるという問題
がある。仮にターゲットＡとターゲットＢとの間に、例
えば0.1μｍのパターンズレがあるとすると、ターゲッ
トＡのみに合わせてマスクＣを形成すると、マスクＣ−
ターゲットＡ間ではズレが生じないが、マスクＣ−ター
ゲットＢ間では0.1μｍのズレが生ずることになる。逆
にターゲットＢにのみ合わせた場合には、同様に、マス
クＣはターゲットＡとズレてしまうことになる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述したように従来技術にあっては、第１の露光工程
により形成された第１のパターンと、第２の露光工程に
より形成された第２のパターンとが存在し、更に第３の
パターンを形成するときには、該第１のパターンと第２
のパターンによりそれぞれ形成された位置合わせ用ター
ゲットA,B内のいずれか一方に第３のパターンを合わせ
ていた。

このため、第1,第２のパターン間にズレがある場合、
第３のパターンは第1,第２のパターンのどちらかとは不
可避的にズレてしまうものであった。かつ、第３のパタ
ーンと第1,第２のパターンとのズレを均等にすることは
できなかったのである。第５図の例示で言えば、ターゲ
ットＡとマスクＣとのズレ、及びターゲットＢとマスク
Ｃとのズレを均等にできず、このためパターンズレを均
等にすることができなかったのである。

この問題は、第1,第２のパターンの両方に対して、第
３のパターンがきわめて精度良く形成されなければなら
ないとき、重大である。例えば、第６図に示すのは、第
１パターンとして形成された素子分離領域Ｉと、第２の
パターンとして形成されたポリシリコン等のゲート電極
IIとを有し、更にこの上に第３のパターンとしてアルミ
ニウム等の配線III a,III bを形成する例であるが、第
３のパターンである配線は、配線III aが基板IVに接す
る必要があり、配線III bがゲート電極III aに接する必
要がある場合がある。この場合は、第３のパターンは、
第１のパターンである素子分離領域Ｉに対しても、第２
のパターンであるゲート電極IIに対しても、ともに精度
が良くなければならない。このような場合、一方にのみ
精度良く位置合わせしても、他方について精度が悪い
と、コンタクトがとれなくなり、所望の回路を構成でき
なくなる。このような場合には、第1,第２のパターンに
ズレがあるとき、第1,第２のパターンの双方に対して同
程度のズレで第３のパターンを形成することが望まれる
のであるが、従来技術ではそれも不可能だったのであ
る。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決して、すでに
形成された複数のパターンの内、所望の複数のパターン
に対して、ズレ量をいずれのパターンに対しても同程度
とすることを可能にして、均等に位置合わせを行うこと
ができようにし、また必要に応じて、一方のパターンに
対してはズレ量を多く配分し、他方に対してはズレ量を
小さく配分するなど、所望のズレ量とすることをも可能
にしたパターン形成方法を提供せんとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するため、本発明のパターン形成方
法においては、第１の露光工程により形成された第１の
パターンと、第２の露光工程により形成された第２のパ
ターンとを有し、上記第１のパターンと上記第２のパタ
ーンによりそれぞれ形成された第１の位置合わせマーク
と第２の位置合わせマークの少なくとも２つのマークを
位置検出し、加重平均により第３のパターンの露光基準
位置を決定する構成にする。

本発明の構成を模式的に示す第１図の例示を参照して
説明すると、次のとおりである。

第１図に略示するように、露光工程で形成された第1,
第２のパターンによりそれぞれ形成される第1,第２の位
置合わせマーク1,2が存在し、更に形成する第３のパタ
ーンは、第1,第２のパターン間にズレがある結果少なく
ともいずれかに対してはズレが生じる場合でも、該第1,
第２のパターンに対して均等なズレ量を形成されること
が望まれているとする。

本発明においては、このような双方の位置合わせマー
ク1,2（少なくとも２つの位置合わせマークをとる）の
位置検出を行い、これに基づいて第３のパターン（図の
符号３で示す）の露光基準位置を決定するようにする。
具体的には通例の場合、第３のパターン形成用マスク10
の位置合わせを、上記第1,第２の位置合わせマーク1,2
を位置検出したデータに基づいて行う。

露光基準位置の決定は、第1,第２のパターンからの所
量のズレ量に応じて加重平均して定めるが、双方のパタ
ーンからのズレが均等であることを望む場合は、ズレ量
の平均をとるようにすればよい。

一方のパターンに対するズレ量を小さくしたい場合
等、ズレ量を必ずしも均等にせず配分したいようなとき
は、それに応じて加重平均により位置決めを行うように
することができる。本発明において、加重平均の語は、
任意に配分して加重平均することを意味し、勿論単純平
均をも含む概念である。

また、第１図の例において、更に第４のパターン（図
中、符号４で示す）を形成する場合には、第1,第2,第３
のパターンの全ての位置合わせマークについて上記操作
をしてもよいし、第４のパターンがそれらの内の２つ、
例えば第1,第３のパターンに対して特に位置合わせを行
うことが望まれている場合には、該両パターンの位置合
わせマークについてのみ、上記操作を行うようにすれば
よい。

更に、第２図に略示するように、各第１から第８のパ
ターン形成における各パターンの位置合わせマーク１〜
８について、次のように操作を行うことができる。即
ち、マーク1,2につき上記操作をして第３のパターンを
形成し、順次先きに形成したパターンのマークについて
の上記操作を行ってもよく、第７のパターンについて
は、マーク3,4,6について上記操作をし、第８のパター
ンについては、マーク3,4,6,7について上記操作をする
というようにいくつかを選択して操作するようにしても
よい。このように、位置合わせをすべきパターンは任意
に選ぶことができ、またズレ量の配分も任意に設定する
ことができる。

〔作用〕

上述のように、本発明によれば、既に形成されている
パターンの内の所望の複数のパターンに対して、均等に
位置合わせして次のパターンを形成することができるの
で、指定した２つの（またはそれ以上）のパターンに対
する、形成すべきパターンのズレ量をどちらのパターン
に対しても同じにできる。また必要に応じ、ズレ量を加
重配分することにより、ズレ量をそれぞれのパターンに
対して所望の通り配分した位置にすることができる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例について説明する。なお、当然の
ことではあるが、本発明は以下の実施例により限定され
るものではない。

この実施例は、本発明を、半導体装置の製造技術に適
用したものであって、特に半導体基板をマスクと位置合
わせする際に、単一の下地のみではなく、複数の下地か
らの位置合わせ信号を同時に検出し、各下地からの位置
ずれを平均化することにより、複数の下地との総合的な
位置合わせ精度を向上させるようにしたものである。

本実施例においては、第３図に示すように、半導体ウ
エハ11上に、第１のパターンにより形成された位置合わ
せマーク１が、図の如く列をなして形成されている。ま
た、第１のパターンより上層において形成された第２の
パターンによって、位置合わせマーク２が形成されてい
る。このような位置合わせマークが、形成する各層の各
パターンに応じて、順次形成される。

位置合わせマークは、列のなすものの内から適宜選定
して使用することができる。

位置合わせマークは、第４図に示すような凸状のマー
クとすることができる。大きさは、例えば回折信号の検
出を行うときは、４×４μｍの正方形とし、マーク間の
距離も４μｍとして形成できる。これは信号の検出手段
により変化する。かかるマークにより、例えば光の回折
現象を利用して、位置合わせ用信号検出を達成できる。
凹状のマークに形成してもよく、位置合わせをなし得る
ものであれば、任意である。

レーザ光を利用してアライメントする場合には、ウエ
ハ上に例えば楕円形状に形成したレーザビームに対し、
マークが干渉計基準のステージで送りこまれるようにし
て、これにより座標−強度信号の関係を得てこれを処理
し、位置検出を行う。

本実施例においては、ウエハ11上のパターンのアライ
メント信号（例えば、回折による信号。あるいは明暗検
出などによるコントラスト信号でもよく、その他アライ
メントに用いる各種の信号を採用できる）を検出する
が、その際には、予め指定された２種類（またはそれ以
上）のマークの信号を取り込むようにする。例えば、図
示の位置合わせマーク１及び２の信号を取り込む。取り
込みの指定は、露光中のシステムを指令する制御用ファ
イル上で、予め指定しておくようにする。ターゲットを
なす２以上の位置合わせマークは、同一層のものではな
く、異なるマスクにより、相前後して露光工程により形
成されたものである。個々の層のマークは、ウエハ上で
複数個指定して、信号を拾う。

上記位置合わせマークの指定は、例えば、次のように
制御手段を組みことにより、実現できる。

位置合わせを希望する１層目の下地パターン（位置合
わせマーク）に関するパラメータ（どのマークの信号を
取り込むかを決定するパラメータ）を設定する。また位
置合わせを希望する２層目の下地パターン（位置合わせ
マーク）に関するパラメータを設定する。

これにより、上記２種類のパラメータに基づき、同一
ウエハ内の１層目、２層目の位置合わせマークのアライ
メント信号を検出し、記憶する。

取り込んだ信号から、それぞれの位置合わせマークの
位置のズレ量を算出する。

具体的には、上記１層目、２層目から得られた信号か
ら、各層における設計値からのズレ量を計算する。

信号から得られた該２つのズレ量を平均化し、その値
に対して上層マスクパターンを焼きつける。

即ち、１層目、２層目のウエハズレ量を平均化した値
を求め、その平均値をもって上層のマスク位置補正値と
し、パターン形成する。

この結果、上層マスクパターンは、２種類の下地に対
して、均等なズレ量で形成されたことになる。

前記したように、従来技術においては、２種類の下地
パターン間にズレがある場合、上層パターンを新たに形
成する時の位置合わせマークとしては１種類の下地しか
選べないために、一方の下地に合わせた時は他方と上層
パターンのズレ方が大きくなってしまったのに対し、本
発明の上記実施例を用いれば、上層パターンを２種類の
下地のどちらに対しても均一な（小さな）ズレ量で形成
することができる。

上記実施例では、ズレ量を平均化し、２つの下地パタ
ーンのいずれに対しても均等なズレ量で上層パターンを
形成するようにした。しかしズレ量を加重平均により配
分して、一方のパターンに対応するズレ方を特に小さく
するなどの手段を用いることができることは、前述のと
おりである。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明によれば、複数のパターン間にズ
レがある場合、これらのパターンに対して均等なズレ量
となるように更にパターンを形成することができる。ま
たズレ量を所望の配分として、パターンを形成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、各々本発明の概略説明図である。
第３図は、実施例における位置合わせマークの平面図、
第４図は、同位置合わせマークの拡大斜面図である。第
５図及び第６図は、各々従来技術の問題点の説明図であ
る。 １〜８……位置合わせマーク（パターン）。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の露光工程により形成された第１のパ
   ターンと、第２の露光工程により形成された第２のパタ
   ーンとを有し、 上記第１のパターンと上記第２のパターンによりそれぞ
   れ形成された第１の位置合わせマークと第２の位置合わ
   せマークの少なくとも２つのマークを位置検出し、 加重平均により第３のパターンの露光基準位置を決定す
   るパターン形成方法。