JP3111996B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP3111996B2
JP3111996B2 JP10247754A JP24775498A JP3111996B2 JP 3111996 B2 JP3111996 B2 JP 3111996B2 JP 10247754 A JP10247754 A JP 10247754A JP 24775498 A JP24775498 A JP 24775498A JP 3111996 B2 JP3111996 B2 JP 3111996B2
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    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70605Workpiece metrology
    • G03F7/70616Monitoring the printed patterns
    • G03F7/70633Overlay, i.e. relative alignment between patterns printed by separate exposures in different layers, or in the same layer in multiple exposures or stitching

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、特に、主尺のパターンの目盛りと目盛りの
間に深い溝を形成するか、又は、主尺の目盛りを深い溝
で形成し、主尺のパターン上に副尺を形成することによ
り、重ね合わせ誤差を正確にかつ容易に読み取ることが
できるようにした半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、半導体装置の製造プロセスで
は、リソグラフィ工程間の重ね合わせ誤差を小さくする
ことが重要な要素の一つとなっている。この目的のため
に、通常、ノギスと呼ばれるパターンを用いて、下地と
その上にリソグラフィ工程によって形成されるレジスト
パターンとの間の重ね合わせ誤差を測定するという手法
が採用されている。
【0003】従来より用いられているパターンを、図3
(a)及び図3(b)を参照して説明する。図3(a)
は、主尺に素子分離パターンを用いた例を示し、図3
(b)は、主尺にトランジスタのゲート電極を用いた例
を示している。
【0004】本従来例では、副尺2のレジストパターン
の目盛りの幅は、主尺1の目盛りの幅よりも狭くなるよ
うに設計されており、副尺2の目盛りが主尺1の目盛り
の中央に位置する主尺1の目盛りを読み取ることによ
り、重ね合わせ誤差の量を計測していた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この手
法では、主尺1と副尺2との間に形成されている膜3の
一部に、光の透過率が低い膜、例えば、アルミニウムな
どの金属膜が含まれている場合などにおいては、主尺1
を読み取ることが非常に困難である課題があった。さら
に、膜3の一部を構成する金属膜の下層の膜が平坦化処
理されていたりすると、主尺1を光学顕微鏡などで読み
取るのは不可能となるという問題を発生する課題があっ
た。
【0006】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、主尺と副尺との間に遮光性の膜が存在した
りする場合にも、容易にかつ精度良く重ね合わせ誤差を
計測することができるパターンを提供することができる
ようにするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の半導体
装置の製造方法は、リソグラフィ工程での重ね合わせ誤
差を測定するために、主尺のパターンと副尺のパターン
のずれを利用する半導体装置の製造方法であって、リソ
グラフィ工程での重ね合わせ誤差を測定するための主尺
のパターンの各目盛りの間を深い溝で形成し、主尺のパ
ターン上に副尺のパターンを形成し、主尺のパターン上
に形成された副尺のパターンの目盛りの幅に基づいて、
重ね合わせ誤差を検出することを特徴とする。請求項2
に記載の半導体装置の製造方法は、リソグラフィ工程で
の重ね合わせ誤差を測定するために、主尺のパターンと
副尺のパターンのずれを利用する半導体装置の製造方法
であって、リソグラフィ工程での重ね合わせ誤差を測定
するための主尺のパターンの各目盛りを深い溝で形成
し、主尺の各目盛りの間に副尺のパターンを形成し、主
尺の各目盛りの間に形成された副尺のパターンの幅に基
づいて、重ね合わせ誤差を検出することを特徴とする。
また、主尺の目盛りの幅と副尺の目盛りの幅は同一であ
るようにすることができる。また、主尺の中央の目盛り
と副尺の中央の目盛りとが一致し、主尺及び副尺の中央
の目盛り以外の目盛りには、主尺の目盛りと副尺の目盛
りの間にずれが存在し、ずれが中央から外側に行くに従
って大きくなるように形成されているようにすることが
できる。また、主尺の目盛りの間に形成された溝は、副
尺を形成するときのフォーカスオフセットをずらし、副
尺の形成を妨げるように作用するようにすることができ
る。また、溝で形成された主尺の目盛りは、副尺を形成
するときのフォーカスオフセットをずらし、副尺の形成
を妨げるように作用するようにすることができる。本発
明に係る半導体装置の製造方法においては、リソグラフ
ィ工程での重ね合わせ誤差を測定するための主尺のパタ
ーンの各目盛りの間を深い溝で形成し、主尺のパターン
上に副尺のパターンを形成し、主尺のパターン上に形成
された副尺のパターンの幅に基づいて、重ね合わせ誤差
を検出する。
【0008】
【発明の実施の形態】図1(a)乃至図1(d)は、本
発明の半導体装置の製造方法で用いられるノギスパター
ンの一実施の形態の構成例を示している。図1(a)
は、重ね合わせ誤差がない場合のノギスパターンの平面
図を示している。図1(c)は、そのA−A線に沿った
断面図である。図1(b)は、重ね合わせ誤差がある場
合のノギスパターンの平面図を示している。図1(d)
は、図1(b)のB−B線に沿った断面図を表わしてい
る。
【0009】上記実施の形態においては、主尺1が形成
され、本発明の半導体装置の製造方法に従って、この主
尺1の目盛りとなる部分以外の場所はエッチングされて
深い溝が形成されている。また、副尺(レジスト)2
は、レジストパターンであるが、この副尺2と主尺1の
目盛りの幅は、等しくなるように設計されている。
【0010】また、図1に示したノギスパターンにおい
ては、主尺1上に副尺2を形成するという構成である
が、上述したように、目盛りと目盛りの間に深い溝を有
する主尺1が設けられている。そして、この深い溝を有
する主尺1は、この溝上にパターニングされる副尺2の
フォーカスオフセットを著しくずらし、副尺2のレジス
トパターンを形成させないという役目を果たすようにな
されている。
【0011】従って、レジストパターンとして形成され
る副尺2は、溝と溝の間にパターニングされたパターン
だけとなるので、溝と溝の間の主尺1の目盛りの寸法と
副尺2の目盛りの寸法を同一の幅にしておけば、主尺1
と副尺2の位置が一致する目盛りにおいて、副尺2のレ
ジストパターンが最も太くなる。
【0012】これにより、副尺2の幅を読み取るだけ
で、正確かつ容易に重ね合わせ誤差を読み取ることが可
能となる。
【0013】即ち、図1(c)に示すように、重ね合わ
せ誤差がない場合、通常は、中央の目盛りがもっとも太
くなる。なぜなら、主尺1の目盛りと副尺2の目盛りが
ずれた場合、副尺2のパターンのうち主尺1からはみ出
した部分のパターンは形成されずにその分細くなるから
である。なぜ、パターンが形成されないかという理由を
次に説明する。
【0014】リソグラフィ工程でフォーカスオフセット
が最適であると言った場合、通常は、レジスト表面と基
板表面のほぼ中央付近に焦点が合うことを意味する。例
えば、この焦点の合う場所が著しく上下にずれたような
場合、レジストパターンはテーパ形状、或いは逆テーパ
形状などの劣悪形状になる。さらに焦点がずれた場合、
副尺のレジストパターンは形成されない。以上が主尺か
らはみ出した部分の副尺のレジストパターンが形成され
ない理由である。
【0015】このような構成のノギスパターンにおいて
は、主尺1の中央の目盛りと副尺2の中央の目盛りが完
全に重なるように設計されており、中央以外の目盛りに
は、主尺1と副尺2にずれがあり、そのずれは中央から
外側に行くに従って大きくなるように設計されている。
【0016】つまり、副尺2のレジストパターンの幅
は、図1(a)と図1(c)に示すように、重ね合わせ
誤差がない場合、中央から外側に行くに従って細くなる
ようになされている。同様に、図1(b)と図1(d)
に示すように、重ね合わせ誤差が生じた場合、その誤差
の量によって、主尺1と副尺2のパターンの重ね合わせ
が一致する場所がずれる。このため、副尺2のレジスト
パターンの幅が最も太くなる位置が変化する。
【0017】図1(b)及び図1(d)に示した例の場
合、中央から1つ左の主尺の目盛り上に形成された副尺
2のレジストパターンの幅が最も太くなっている。そし
て、主尺1と副尺2のずれが大きいほど、副尺2のレジ
ストパターンが最も太くなる位置が中央から外側にずれ
る量も大きくなる。
【0018】従って、副尺2のレジストパターンの幅を
測定するだけで、容易に重ね合わせ誤差の量を測定する
ことができるという効果がもたらされる。
【0019】次に、本発明の半導体装置の製造方法で用
いられるノギスパターンの他の実施の形態の構成例につ
いて説明する。上記実施の形態においては、本発明が適
用される主尺1の目盛り以外の場所がエッチングされて
溝になっているノギスパターンの場合について説明した
が、その逆に、主尺1の目盛り部分がエッチングされて
溝になっているノギスパターンに本発明を適用すること
も可能である。
【0020】図2(a)乃至図2(d)は、主尺の目盛
り部分がエッチングされて溝になっている場合のノギス
パターンの構成例を示している。図2(a)は、重ね合
わせ誤差がない場合のノギスパターンの平面図を表わ
し、図2(c)は、図2(a)のA−A線に沿った断面
図を表わしている。図2(b)は、重ね合わせ誤差があ
る場合のノギスパターンの平面図を表わし、図2(d)
は、図2(b)のB−B線に沿った断面図を表わしてい
る。
【0021】図1(a)乃至図1(d)に示した実施の
形態を参照して説明した場合と同様に、図2(a)乃至
図2(d)に示したように、溝が深く掘られている主尺
1の目盛り上では、フォーカスオフセットが著しくずれ
た状態となるため、主尺1の目盛り上に重なるように配
置された副尺2のレジストパターンは形成されない。そ
して、図2(b)及び図2(d)に示したように、主尺
1と副尺2がずれて配置された場合、主尺1の目盛りか
らはみ出した部分の副尺2のレジストパターンのみが形
成される。
【0022】このような構成のノギスパターンにおいて
も、図1(a)乃至図1(d)に示した実施の形態の場
合と同様に、主尺1の中央の目盛りと副尺2の中央の目
盛りが完全に重なるように設計されており、そのとき、
中央以外の目盛りには主尺1と副尺2とではずれがあ
り、そのずれが中央から外側に行くに従って大きくなる
ように設計されている。
【0023】つまり、副尺2のレジストパターンの幅
は、図2(a)と図2(c)に示すように、重ね合わせ
誤差がない場合、中央から外側に行くに従って太くなる
ようになされている。
【0024】図2(d)に示した例の場合、副尺2のレ
ジストパターンは、主尺1の中央の目盛りより1つ左の
目盛りの部分でなくなっており、副尺2が左方向にずれ
ていることが分かる。そして、主尺1と副尺2のずれが
大きいほど、副尺2のレジストパターンがなくなる(形
成されない)位置が中央から外側にずれる量も大きくな
る。
【0025】従って、図2(a)乃至図2(d)に示し
た実施の形態の構造でも、副尺2のレジストパターンの
目盛りの幅を測定するだけで、容易に重ね合わせ誤差の
量を測定することができる。
【0026】
【発明の効果】以上の如く、本発明に係る半導体装置の
製造方法によれば、リソグラフィ工程での重ね合わせ誤
差を測定するための主尺のパターンの各目盛りの間を深
い溝で形成し、主尺のパターン上に副尺のパターンを形
成し、主尺のパターン上に形成された副尺のパターンの
目盛りの幅に基づいて、重ね合わせ誤差を検出するよう
にしたので、副尺の目盛りの幅を測定するだけで、容易
に、重ね合わせ誤差の有無、及び誤差の量を検出するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の製造方法で用いられるノ
ギスパターンの一実施の形態の構成例を示す図である。
【図2】本発明の半導体装置の製造方法で用いられるノ
ギスパターンの他の実施の形態の構成例を示す図であ
る。
【図3】従来のノギスパターンの一例の構成を示す図で
ある。
【符号の説明】
1 主尺 2 副尺 3 膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G03F 7/20 521 G03F 9/00

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リソグラフィ工程での重ね合わせ誤差を
    測定するために、主尺のパターンと副尺のパターンのず
    れを利用する半導体装置の製造方法であって、 前記リソグラフィ工程での重ね合わせ誤差を測定するた
    めの前記主尺のパターンの各目盛りの間を深い溝で形成
    し、 前記主尺のパターン上に前記副尺のパターンを形成し、 前記主尺のパターン上に形成された前記副尺のパターン
    の目盛りの幅に基づいて、重ね合わせ誤差を検出するこ
    とを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 リソグラフィ工程での重ね合わせ誤差を
    測定するために、主尺のパターンと副尺のパターンのず
    れを利用する半導体装置の製造方法であって、 前記リソグラフィ工程での重ね合わせ誤差を測定するた
    めの前記主尺のパターンの各目盛りを深い溝で形成し、 前記主尺の各目盛りの間に前記副尺のパターンを形成
    し、 前記主尺の各目盛りの間に形成された前記副尺のパター
    ンの幅に基づいて、重ね合わせ誤差を検出することを特
    徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記主尺の目盛りの幅と前記副尺の目盛
    りの幅は同一であることを特徴とする請求項1または2
    に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記主尺の中央の目盛りと前記副尺の中
    央の目盛りとが一致し、前記主尺及び副尺の中央の目盛
    り以外の目盛りには、前記主尺の目盛りと前記副尺の目
    盛りの間にずれが存在し、前記ずれが中央から外側に行
    くに従って大きくなるように形成されていることを特徴
    とする請求項1または2に記載の半導体装置の製造方
    法。
  5. 【請求項5】 前記主尺の目盛りの間に形成された溝
    は、前記副尺を形成するときのフォーカスオフセットを
    ずらし、副尺の形成を妨げるように作用することを特徴
    とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 溝で形成された前記主尺の目盛りは、前
    記副尺を形成するときのフォーカスオフセットをずら
    し、副尺の形成を妨げるように作用することを特徴とす
    る請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
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