JP4528464B2 - アライメント方法、重ね合わせ検査方法及びフォトマスク - Google Patents
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Description
【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おいて、リソグラフィー工程に用いるフォトマスクの重ね合わせを精密に行うアライメント方法、重ね合わせ検査方法及びこれらの方法に用いるフォトマスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置の製造方法では、シリコンなどの半導体のウェーハ上に複数のデバイスパターンを形成するために、２０を越える異なったマスクパターンを半導体ウェーハ上に順次重ねて露光する。この露光のとき、露光装置はアライメントマークを用いて個々のマスクの位置決めを行い、この状態で、すでに半導体ウェーハ上に設けられている各チップ上のデバイスパターンに、次に形成すべきデバイスパターンが正しく重ね合わされた状態で形成されるか否かの重ね合わせずれ検査を行う。
【０００３】
この重ね合わせずれ検査は、シリコンなどのウェーハ上に形成された例えば第１層と、その後の工程で露光された第２層とにそれぞれ所定寸法、形状の合わせずれ検査用のマークを形成配置し、その相対位置ずれ量を検査装置で計測することで重ね合わせずれ量が決定されていた。このとき、合わせずれ検査用マークは、検査装置が容易に認識できるような形状が考えられていたため、通常はデバイスパターンより大きく形状も異なるものが用いられた。
【０００４】
図１０は、ウェーハ上にデバイスパターンと共に形成された従来の典型的な合わせずれ検査用マークの平面図である。外側の長い方の２本のパターンの間隔が図示の如く２８μｍであり、したがって、外側のパターンの長さもこの間隔とほぼ同じ寸法である。
【０００５】
ウェーハ上には、先に第１のフォトマスクによって形成された従来の合わせずれ検査用マーク１０１のパターンが内側に配置され、次いで外側には第２のフォトマスクによって形成された従来の合わせずれ検査用マーク１０２のパターンが配置されている。
【０００６】
ところが近年デバイスパターンの微細化が進んでくると、合わせずれ検査用マークとデバイスパターンが同時にパターン形成される場合において、双方が共に同程度に精度良くパターン形成することができないという問題が生じてきた。これは、合わせずれ検査用マークとデバイスパターンが同一寸法、同一形状でないことに起因している。即ち、リソグラフィーで用いられる露光光学系の収差や焦点位置の管理上の問題から、パターン形状に誤差が生じる以外に、この誤差の発生する程度がパターンの形状や寸法、及び密度によって異なるためである。
【０００７】
また、エッチングやＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）等の加工プロセスにおいてもパターン形状やパターンの疎密差の影響を受けて誤差が生じ易いことが分かって来た。
【０００８】
一方、図１１は、ウェーハ上に形成されたデバイスパターンの一例である。パターン間のピッチは０.３５μｍである。これは図１０に示す検査用マークとはその形状や寸法が大きく異なる。
【０００９】
また更に、デバイスパターンは、同一層の中にあっても形状や寸法、密度等の異なるパターンが混在する場合がある。このような場合はパターンの違いにより誤差の発生場所、発生量に違いを生じる。この場合は、精密なパターン形成のためには、すべてのパターンの位置、形状、寸法の誤差を計測した方が良いが、従来はそのような計測手段がなかった。
【００１０】
これと同様な問題は、合わせずれ検査用マークだけでなく、露光装置による露光時に、マスクのアライメント位置を見つけだすために用いるアライメントマークにも生じている。アライメントマークとしてデバイスパターンの寸法、形状と大きく異なるマークを用いた場合、両者の誤差発生量に違いが生じるため、アライメントマークで位置合わせをすると、デバイスパターンの位置にずれが生じ、露光されるウエハ上の実際のデバイスパターン位置を正しく認識することが難しいという問題が生じていた。
【００１１】
例えば、図１２にウェーハ上に形成された従来のアライメントマークの平面図を示す。これもマークピッチが１２μｍと大きく長い帯状で、図１０に示した合わせずれ検査用マークと異なる寸法、形状であり且つ、図９に示したデバイスパターンとも形状や寸法等が大きく異なる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来、アライメントマークとデバイスパターンとが異なることから生じるアライメント誤差の問題を解決する手段として、アライメントマークの長さをデバイスパターン形状に近い長さに分割する方法が特開平９−１０２４５７号公報に開示されている。しかしながら、従来、上記合わせずれ検査用マークとアライメントマークとはそれぞれ別々に設計されていたため、図１０及び図１２から明らかなようにピッチなどが大きく異なり、両者のパターン寸法や形状は相互に関連のある形状にはできなかった。
【００１３】
このことは、リソグラフィーやその後の加工工程で生じるデバイスパターンに関して発生する誤差の程度が、それぞれのアライメントマークや合わせずれ検査用マークによって異なることを意味する。したがって、例えば形成されたアライメントマークに基づいて位置決めされたフォトマスクを用いてデバイスパターンを形成する場合、ウエーハ上のどの位置にどのような形状で形成されるかを精密に計測することが困難で、デバイスパターン誤差の発生原因となっていた。
【００１４】
以上のように、アライメントマーク、合わせずれ検査用マーク及びデバイスパターンの三者は、パターン形状、寸法、密度等のパターンの構成要素が異なるため、パターン形成時に生じる誤差の程度が三者三様に異なる。
【００１５】
例えばウエハ上に第１層、第２層のように順次重ね合わせて多層構造を形成する際、高精度に重ね合わせることが困難であり、多層構造の半導体装置を形成するための重大な障害となっていた。
【００１６】
そこで、この発明はこのような事情によりなされたものであって、フォトマスクからウエーハへのパターン転写の際用いる露光装置の投影光学系の収差の影響による誤差やその後の加工による誤差を同程度に受け、その結果、アライメントマークや合わせずれ検査用マークの位置ずれ量に対して、デバイスパターンの位置ずれ量も同じ程度になる結果、高精度のアライメントならびに位置補正が期待できるアライメント方法、高精度の重ね合わせ検査方法及びこれらの方法に用いるフォトマスクを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明のフォトマスクを用いることにより、半導体装置の製造プロセスにおけるリソグラフィー工程において、所定のフォトマスクで露光したときに、そのフォトマスクの合わせずれ検査用マークとアライメントマークは、そのマスクの中に含まれるデバイスパターンの一部または同等の寸法、形状に構成することを特徴としている。
【００１８】
このように、アライメントマークも合わせずれ検査用マークもどちらも対応するフォトマスク中のデバイスパターンと同等の寸法、形状のパターンを含んでいるので、パターン転写の際用いる投影光学系の収差の影響による誤差や加工による誤差を夫々同程度に受ける。
【００１９】
その結果、いずれのパターンの位置ずれ量も同じ程度であるため高精度のアライメント、位置補正が期待できる。
【００２０】
また、本発明は、半導体装置の製造プロセス中のリソグラフィー工程において、第１のフォトマスク及び第２のフォトマスクを用いる場合、第１のフォトマスク上の合わせずれ検査用マークには、第１のフォトマスクを露光した際に生じる異なるパターン間での相対ずれ量が測定可能なマークを配置することを特徴とする。この異なるパターン間での相対ずれ量が測定可能なマークは、例えばデバイスパターン形状に対してずれ量の比較的小さい基準パターンと比較的大きい２種類のマークが組み合わされた配置となっている。
【００２１】
また、第１のフォトマスクと同様に、第２のフォトマスクに対しても、合わせずれ検査用マークには、第２のフォトマスクを露光した際に生じる異なるパターン間での相対ずれ量が測定可能なマークを配置することを特徴としている。そして、このマークも、デバイスパターン形状に対してずれ量の比較的小さい基準パターンと比較的大きい２種類のマークが組み合わされた配置となっている。
【００２２】
この構成により、第１のフォトマスクと第２のフォトマスクのデバイスパターンの投影光学系の収差等による位置ずれ量をそれぞれ測定し、その測定結果を第１のフォトマスクと第２のフォトマスクの重ね合わせ露光の際の位置ずれ量とともにその後の露光工程の位置補正に用いるので、高精度なアライメント、位置補正を期待することができる。
【００２３】
また、本発明は、半導体装置の製造プロセス中のリソグラフィー工程において、第１のフォトマスク及び第２のフォトマスクを用いる場合、第１及び第２のマスクの基準パターンは、投影光学系の収差の誤差等があっても実質的に同じ誤差を受けるパターンも用いる。即ち、第１のフォトマスクにより形成したパターン上に第２のフォトマスクを重ね合わせて露光する際は、第１のフォトマスクの基準パターンに対するデバイス形状のパターンの相対位置ずれ誤差と、第２のフォトマスクの同様の誤差を考慮して重ね合わせの際の補正を加え、所望の重ね合わせ精度を得ることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２５】
ここでは、半導体装置の製造プロセス中のリソグラフィー工程において、第１のフォトマスク及び第２のフォトマスクを用いて露光するときに、その夫々のマスクの合わせずれ検査用マークあるいはアライメントマークは、そのマスクの中に含まれるデバイスパターン形状の少なくとも一部を含むように構成されている。
【００２６】
まず、図１、図２を参照して第１の実施例を説明する。図１、図２は、第１及び第２のフォトマスクを用いてウエハ１を露光してチップ１１上にデバイスパターン４を形成するときに、同時にアライメントマークと検査用マークが形成される状態を示すとともに、これらのマークパターンとデバイスパターンとがマスクパターン位置から所定量だけずれてチップ１１上に形成される状態を説明するための概略図である。
【００２７】
始めに、図１において、第１のフォトマスク２１を用いて、例えば図９に示したウェーハ１上の複数のチップ１１の夫々の所定位置、例えば図２（a）に示した位置にデバイスパターン部４を形成するとともにアライメントマーク部２５Ｂ及び合わせずれ検査用マーク部５Ｂを形成する。
【００２８】
アライメントマーク部２５Ｂについては、図１に示すように第１のフォトマスク２１上に、マスク基板２３とその上に形成された所定パターンの遮光膜２４によりアライメントマークのマスクパターン２５Ａが構成されている。
【００２９】
図示しない光源から出た光は、マスク基板２３の上面から第１のフォトマスク２１に入射して遮光膜２４を通り、アライメントマークのパターン光が形成される。このパターン光は投影レンズ３で縮小されてウェーハ１上のアライメントマーク部２５Ｂ内にアライメントマーク４１として投影される。
【００３０】
このとき、後で説明するように、アライメントマークのマスクパターン２５Ａが位置ずれ量ゼロで投影されたときのパターン形成位置を破線で示すと、露光されたアライメントマーク４１はＸ方向にＸ１だけずれて形成される。
【００３１】
即ち、第１のフォトマスク２１を用いてウェーハ１上のフォトレジスト２１Ａを露光すると、第１のフォトマスク２１上にあるアライメントマーク部２５B中のアライメントマーク２５Aは、投影レンズ３の収差等の影響を受け、所望の位置からＸ１だけずれた位置に転写アライメントマーク４１として形成される。
【００３２】
したがって、この露光されたフォトレジスト２１Ａを現像して形成されたレジストマスクを用いてウェーハ１上にアライメントマーク４１を形成すると、図１に示したように、このアライメントマーク４１は、フォトマスク２１上のアライメントマーク２５Ａの位置からＸ１だけずれて形成される。
【００３３】
チップ１１上の合わせずれ検査用マーク部５Ｂに形成される検査用マークについても、図１に示すように、第１のフォトマスク２１上に形成された検査用マーク部５B内の検査用マーク５Ａを用いてフォトレジスト２１Ａを露光する。このとき検査用マーク５Ａは、アライメントマーク２５Ａと同様に、投影レンズ３の収差などの影響を受け、破線で示す位置からＸ１だけずれた位置に転写合わせずれ検査用マーク４２として形成される。
【００３４】
即ち、この露光されたフォトレジスト２１Ａを現像して形成されたレジストマスクを用いてチップ１１上に合わせずれ検査用マーク４２を形成すると、図１に示したように、この検査用マーク４２は、フォトマスク２１上の合わせずれ検査用マーク５Ａの位置からＸ１だけずれた位置に転写合わせずれ検査用マーク４２として形成される。
【００３５】
このように、アライメントマーク４１と合わせずれ検査用マーク４２とはいずれもＸ方向に同じずれ量Ｘ１だけずれて形成され、したがって、デバイスパターンとの相対位置関係はフォトマスク２１上のそれと変化がないことになる。
【００３６】
なお、この位置ずれは図１ではＸ方向にずれた状態を示しているが、投影レンズ３の収差などの影響はX方向に限定されず、同様にＹ方向にもずれる。ここの説明ではＸ方向のみについて記してあるが、Ｙ方向のずれについても位置ずれ量の検査、補正を行わなければならないのは勿論である。このY方向についてもアライメントマークと合わせずれ検査用マークとの相対位置関係は投影レンズ３などの影響を同じだけ受けるので、変わらず、その位置ずれ補正についてはX方向と同様に行えばよい。したがってこの明細書中ではＹ方向についての説明は省略してある。
【００３７】
次に、図２（a）に示すように、基板２６上に遮光膜２７を形成してなる第２のフォトマスク２２を用いてウェーハ１上に新たに形成されたフォトレジスト２２Ａを露光する。第２のフォトマスク２２上には、デバイスパターンとともに、合わせずれ検査用マークが形成されている。アライメントマークはこの第２のフォトマスク２２には形成されていない。
【００３８】
この第２のフォトマスク２２に形成されている合わせずれ検査用のマークは、第１のフォトマスク２１に形成されている合わせずれ検査用マスクマーク５Aを用いてチップ１１上に形成される合わせずれ検査用マーク４２とは異なり、図２（b）のようにマーク４２の内側に形成される合わせずれ検査用マーク４３である。
【００３９】
この第２のフォトマスク２２により形成される合わせずれ検査用マーク４３は第１のフォトマスク２１により形成される合わせずれ検査用マーク４２とは、両者の識別を容易にするために、例えば図示のように太さ、長さともに２倍程度になるようにパターン形状を異ならせてある。また、チップ１１上に前記第１のフォトマスク２１により形成された合わせずれ検査用マーク４２とはずれた位置、ここでは内側になるようにに合わせずれ検査用マーク４３が形成されているが、外側に形成するようにしてもよい。
【００４０】
第２のフォトマスク２２は、レジスト膜２２Aの露光時に、露光装置によりウェーハ１上のチップ１１内に既に形成されたアライメントマーク部２５B内のアライメントマーク４１に合わせて転写される。このため、通常は第２のフォトマスク２２にはアライメントマーク用のマスクパターンは不要である。但し、第３以降のフォトマスクを用いるフォトリソグラフィ工程で必要な場合にはこの第２のフォトマスク２２を用いてアライメントマーク４１に位置合わせされた他のアライメントマークをチップ１１上に形成するようにしてもよい。
【００４１】
このような第２のフォトマスク２２を用いてウェーハ１上のチップ１１に転写された合わせずれ検査用マーク４３は、第１のフォトマスク２１を用いて転写された合わせずれ検査用マーク４２の内側に転写される。
【００４２】
第１のフォトマスク２１のアライメントマーク２５A及び合わせずれ検査用マーク５Aは、第１のフォトマスク２１のデバイスパターン４の少なくとも一部をそのまま用い、あるいはデバイスパターンと同等のパターンを用いている。同様に、第２のフォトマスク２２の合わせずれ検査用マーク４３は、第２のフォトマスク２２の図示しないデバイスパターンと同等の寸法、形状を有している。
【００４３】
したがって、第１のフォトマスク２１について説明したと同様に、第２のフォトマスク２２により形成されたデバイスパターンと合わせずれ検査用マーク４３とは光学系の収差などにより同じ程度に影響をうけ、同じ程度にずれてチップ１１上にパターン形成されることになる。
【００４４】
但し、第１のフォトマスク２１と第２のフォトマスク２２とはデバイスパターンの寸法、形状が若干異なり、かつ同じ露光装置を用いても露光操作の都度、機械的合わせ誤差、時間の経過に伴う露光条件の変化、例えば光学系の収差の温度変化、経時変化などにより若干異なる影響をうけ、チップ１１上におけるずれ量は互いに異なることになる。
【００４５】
たとえば、第１、第２のフォトマスク２１、２２上のデバイスパターンが同じ程度の寸法、形状のときに、チップ１１上の合わせずれ検査用マーク４２の中央にマーク４３がくるようにしておけば、図２（b）のマーク４３がマーク４２の中央からずれた量が両者のデバイスパターンの寸法、形状の違いに起因するずれ量ということになる。
【００４６】
この実施例において、第１のフォトマスク２１の露光結果と第２のフォトマスク２２の露光結果との合わせずれは、図2（ｂ）に示すように、チップ１１上に形成された第１の合わせずれ検査用マーク４２と、フォトレジスト２２Aを用いて形成された合わせずれ検査用マーク４３からなる合わせずれ測定マークを使って測定し、あるいはこれらのマーク４２，４３をいずれもチップ１１上に形成して測定してもよい。
【００４７】
例えば、図２（b）に示したように、外側の合わせずれ検査用マーク４２の重心位置G1、G2間の距離の中点C1と、内側の合わせずれ検査用マーク４３の重心G3、G4間の距離の中点C2との間の差Dを測定により求めると、この差Dが第１、第２のフォトマスク２１，２２により最終的にウエーハ１１上に生じた合わせずれ量となる。
【００４８】
合わせずれ検査用マーク４２は、第１のフォトマスク２１の露光で形成されたマークであり、第１のフォトマスク２１に含まれるデバイスパターン４の一部を模した形状である。一方、合わせずれ検査用マーク４３は、第２のフォトマスク２２の露光で形成されたマークであり、第２のフォトマスク２２に含まれる図示しないデバイスパターンの一部を模した形状である。図２（ｂ）では、合わせずれ検査用マーク４３は、説明の都合上実際とは異なる大きな形にしているが、通常は合わせずれ検査用マーク４２と形状は異なる場合があるものの同程度のパターンの分割がされている。
【００４９】
なお、この際、図２（ｂ）に示すように、従来の合わせずれ測定パターン１０１、１０２をフォトマスク２１，２２を用いて同時にチップ１１上に転写し、併用することも可能である。このマークは、第１のフォトマスク２１を用いて形成された合わせずれ検査用マーク１０２と第２のフォトマスク２２を用いて形成された合わせずれ検査用マーク１０１から構成されている。
【００５０】
以上のように、この実施例ではアライメントマーク４１も合わせずれ検査用マーク４２，４３もどちらもデバイスパターンの一部または同等のパターンを含んでいるので、パターン転写の際用いる投影光学系の収差の影響による誤差を同程度に受ける。このことは、どちらのパターンの位置ずれ量も同じであるため高精度のアライメント、後続の露光工程での正確なフォトマスクの位置補正が期待できることを意味する。
【００５１】
次に、図３を参照して第２の実施例を説明する。図３は、フォトマスク上に異なる寸法、形状の２種類以上のデバイスパターンが組み合わせて形成された場合のアライメントマーク及び合わせずれ検査用マークの概略図を示す。
【００５２】
図３に示した実施例では、半導体装置の製造プロセス中のリソグラフィー工程において、第１のフォトマスクに含まれるデバイスパターン形状が寸法、形状の異なる第１、第２のデバイスパターンを含み、第２のフォトマスクにはこの第１、第２のデバイスパターンと異なる第３のデバイスパターンを含む。したがって、第１、第２のフォトマスクには、少なくともこれらの第１乃至第３のデバイスパターンの一部を含む合わせずれ検査用マークとアライメントマークを有する。
【００５３】
即ち、第１および第２のフォトマスク上に異なる寸法、形状のデバイスパターンが含まれている場合は、第１のフォトマスク上にこれらの異なるパターンを組み合わせてアライメントマーク及び合わせずれ検査用マークを形成する。このパターンは第１及び第２のフォトマスク内にあるデバイスパターン内の代表的なデバイスエレメントパターンの中から選択する。
【００５４】
以下に説明する図３の実施例では、発明を分かり易く説明するために、第１、第２のフォトマスクに形成されたデバイスパターンから夫々太いパターンと細いパターンを選択する。
【００５５】
図３（a）では、アライメントマークとしてこれらの太いパターン３２と細いパターン３３とが一本おきに配置してある。前に説明したように、太いパターン３２と細いパターン３３ではウェーハ上に転写した際のＸ，Ｙ方向の位置誤差の発生量が異なる。これを信号処理によって、誤差を無くした太いパターン３２の位置と細いパターン３３の位置をそれぞれ計測することが可能である。
【００５６】
図３（a ）に示すように、第１のフォトマスク３１にはそのデバイスパターンから選択された太いパターン３２と、第２のフォトマスクのデバイスパターンから選択された細いパターン３３とからなるアライメントマークが形成されている。
【００５７】
これを用いてウェーハ３０上にアライメントマークを転写すると、本来転写されるべき位置の点線で示した細いパターン３３は、実際には位置ずれして実線の細いパターン３４が転写される。位置ずれの割合は、太いパターン３２より細いパターン３３の方が大きい。この場合、太いパターン３２は殆ど位置ずれがないものとして図示されている。
【００５８】
しかしながら太いパターン３２も僅かに位置ずれが生じており、転写後の太いパターン３２と細いパターン３３との間の距離を計測すると、この計測値はフォトマスク上における両者間の元の距離と、転写により両者に生じた位置ずれ量の差、即ち相対位置ずれ量との合計値となっているはずである。したがってこの計測値から既知の元の距離を差し引くとＸ方向の相対ずれ量ΔＸが得られることになる。このようにして、ウェーハ上に転写した際のアライメントマークにおけるデバイスパターンの相違に起因する位置誤差の発生量ΔXを決定する。
【００５９】
このΔXを考慮しながら信号処理によって、第１のフォトマスク上のデバイスパターンが太いパターン３２ｄと細いパターン３３ｄのときのアライメントマークの対応するマーク間の相対位置ずれ量を計測する。
【００６０】
例えば図３（ｄ）に示したように、太いデバイスパターン３２と細いデバイスパターン３３との間に両者の中間の寸法の他のデバイスパターン３９ｄを第２のフォトマスクを用いてウエーハ上に転写する場合を考える。この場合は、両パターン３２ｄ、３３ｄの相対位置ずれ量ΔXがすでに分かっているので、両者の中間に丁度第３のデバイスパターン３９ｄを形成する際の第２のフォトマスクの位置決めは容易である。
【００６１】
また、図３（ｂ）、３（ｃ）には、図３（a）の場合と反対に、図３（ｄ）において、第１のフォトマスクを用いてデバイスパターン３９ｄを先に形成し、第２のフォトマスクを用いてこのデバイスパターン３９ｄが丁度真中にくるように太いデバイスパターン３２ｄと細いデバイスパターン３３ｄとを形成する場合の合わせずれ検査用マークの例を示している。
【００６２】
図３（ｂ）、３（ｃ）において、第１のフォトマスクを用いて、デバイスパターンがいずれも太いパターンの時にウェーハ上に形成される合わせずれ検査用マーク、すなわち大パターンの時の基準マーク３５、３７がまず形成される。これと同時に、図３（ｄ）に示した中間サイズのデバイスパターン３９ｄもウエーハ上に形成される。
【００６３】
続いて、図３（ｂ）において、合わせずれ検査用マークとして、第１のフォトマスクにより形成された外側の太いパターン３５の内側に、第２のフォトマスクにより太いパターン３６を形成する。このとき、図３（ｄ）に示すように、第２のフォトマスクにより太いデバイスパターン３２ｄと細いデバイスパターン３３ｄとがデバイスパターン３９ｄの中間に来るように形成される。
【００６４】
同時に、第２のフォトマスクにより、図３（ｃ）に示すように、第１のフォトマスクにより形成された外側の太い基準マーク３７の内側に細い合わせずれ検査用マーク３８が形成される。
【００６５】
この場合、図３（ｂ）の合わせずれ検査用マーク３５，３６により、デバイスパターンが太い場合の合わせずれ誤差が測定でき、図３（ｃ）の合わせずれ検査用マーク３７，３８により、デバイスパターンが細い場合の合わせずれ誤差が測定できる。
【００６６】
このように、合わせずれ検査用マークとして、第１、第２のフォトマスク上のデバイスパターンに応じて予め、第１、第２のフォトマスク上に大パターン用と小パターン用とを用意しておくと、それぞれのデバイスパターンに対する合わせずれ測定が可能になり、図３（ｄ）に示すように第１のフォトマスクで先に形成された中間サイズのデバイスパターン３９ｄに対して、あとで太いデバイスパターン３２ｄと細いデバイスパターン３３ｄとを第２のフォトマスクを用いて容易に正確に位置付けして形成できる。
【００６７】
次に、図４を参照して第３の実施例を説明する。図４（a）―4（ｃ）は、夫々フォトマスク上に形成された従来の合わせずれ検査用マークおよびこの実施例の合わせずれ検査用マークの概略図である。この実施例では、第１のフォトマスク及び第２のフォトマスクを用いて第１、第２の２組の合わせずれ検査用マークを形成する。第１の合わせずれ検査用マークは露光装置の投影光学系の収差等に起因する誤差が含まれない誤差、即ち露光装置の機械的誤差などの第１の誤差を測定するためのものである。第２の合わせずれ検査用マークは、機械的誤差が含まれず、実質的に露光装置の光学系の収差などによる第２の誤差のみを測定するためのものである。
【００６８】
即ち、第１のフォトマスクによりチップ上に形成されたパターン上に第２のフォトマスクを重ね合わせて露光する際は、これらの第１、第２の誤差による位置ずれ誤差を考慮して、第２のフォトマスクの重ね合わせの際に補正を加えることにより所望の重ね合わせ精度を得る。
【００６９】
アライメントマークには図１に示した第１の実施例と同じものを用い、第１のフォトマスクと第２のフォトマスクの露光を行った場合の合わせずれ検査用マークとしては、図４に示すマークを使うことができる。第１のフォトマスク露光の際に転写されるパターンは、図４（a）に示す従来の合わせずれ検査用の外側パターン６１と、図４（ｂ）に示す太い四角い枠状の基準パターン６４ならびに内部のデバイスパターン形状の合わせずれ検査用マーク６３でなる合わせずれ検査用パターンである。
【００７０】
一方、第２のフォトマスク露光の際転写されるパターンは図４（ａ）に示した従来の合わせずれ検査用の内側のパターン６２と、図４（ｃ）に示す太い枠状の基準パターン６５並びに内部のデバイスパターン形状の合わせずれ検査用マーク６６である。
【００７１】
まず、図４（ｂ）の第１のフォトマスクで露光された基準パターン６４とデバイスパターン形状のパターン６３を用いて、露光装置の光学系の収差などに起因するパターン６３，６４相互間の位置ずれ量ΔX1を測定する。
【００７２】
例えば、基準パターン６４の内側のＸ方向の側線とデバイスパターン形状のパターン６３のＸ方向の端部との間の距離に基づいて測定値△Ｘ１を得る。
【００７３】
一方、第２のフォトマスクにも、第１のフォトマスクのパターン６３と６４と同様に、図４（ｃ）に示すように、基準パターン６５と第２のフォトマスク内にあるデバイスパターンを模したパターン６６とが形成されている。この第２のフォトマスクを用いてチップ上に形成された２種類の対応パターンの間のX方向の位置ずれ量も測定する。今ここで、その測定値を△Ｘ２とする。
【００７４】
更に、従来の合わせずれ検査用のマーク６１と６２によって測定した第１のフォトマスクと第２のフォトマスク間の位置ずれ量は、例えば図４（a）に示す外側パターン６１の側線と内側パターン６２の対向側線との間の距離△Ｘ１２として測定する。
【００７５】
このようにして得た３つの測定量から、第１のフォトマスクで転写したデバイスパターンと第２のフォトマスクで転写したデバイスパターンの位置ずれ量（△Ｘ１２Ｄ）は、
△Ｘ１２Ｄ＝△Ｘ１２＋△Ｘ１＋△Ｘ２
として求めることができる。
【００７６】
この位置ずれ量をゼロとするように、△Ｘ１２Ｄを後で行われる製造工程における重ね合わせ露光の際に補正することにより、フォトマスクによる露光時の高精度の重ね合わせ精度を得ることができる。
【００７７】
また、この図４（ｂ）、４（ｃ）の実施例のマークでは、基準マーク６４、６５でデバイスパターン形状の合わせずれ検査用マーク６３、６６の四方を囲っているが、本発明は、このような構成に限らず、例えば図４（ｂ）における基準マーク６４が合わせずれ検査用マーク６３のＸ、Ｙの２方向のみを囲った構造であっても良い。
【００７８】
また、基準パターンを挟んでデバイスパターンをその両側に配置する構造でも良い。また、単に基準パターンがデバイスパターンの近傍の測定領域内に配置されているだけでも良い。
【００７９】
次に、図５及び図６（ａ）、６（ｂ）を参照して第４の実施例を説明する。図５は、同一フォトマスク上の異なるパターンを組み合わせて形成されたアライメントマークの概略図、図６（ａ）、６（ｂ）は、同一フォトマスク上の異なるパターンを組み合わせて形成された合わせずれ検査用マークの概略図である。
【００８０】
この実施例では、半導体装置の製造プロセス中のリソグラフィー工程において、第１のフォトマスク及び第２のフォトマスクを用いる場合、第１もしくは第２のフォトマスクで露光したときに、そのフォトマスクの合わせずれ検査用マークとアライメントマークは、そのフォトマスクの中に含まれるデバイスパターン形状の少なくとも一部を含むような構成において、同一フォトマスク上の異なるパターンを組み合わせてアライメントマーク及び合わせずれ検査用マークを形成する。
【００８１】
しかし、例えば、図３（ａ）に示すアライメントマーク及び図３（ｂ）、３（ｃ）に示す合わせずれ検査用マークを用いた場合、パターン寸法がデバイスパターンに相当していても、長辺方向の長さがデバイスパターンに比べて大変長くなっている。このような場合、これらの長いマークが引き続いて実行されるプロセスにおいて、デバイスパターンで想定していなかったような不具合を引き起こすことがある。
【００８２】
例えば、ＣＭＰ工程での良く知られているディシングのパターン依存性に関する問題などである。このため、マークの長さを短くする必要がある。そこで、図５に示すように、アライメントマークを分割して使用する。また、図６（ａ）、６（ｂ）に示すように合わせずれ検査用マークも分割して使用する。すなわち、細いパターンも太いパターンもそれぞれ複数に分割されている。
【００８３】
図５に示すように、第１のフォトマスク４１には太いパターン４２と細いパターン４３からなるアライメントマークが形成されている。これを用いてウェーハ上にアライメントマークを転写する。
【００８４】
前述のように、太いパターンと細いパターンではウェーハ上に転写した際の位置誤差の発生量が異なるので、それを考慮しながら信号処理によって、太いパターンの位置と細いパターンの位置をそれぞれ計測する。
【００８５】
また、図６（ａ）に示すように、ウェーハ上に形成された合わせずれ検査用マークは、大パターン用の合わせずれ検査用マークが、第１のフォトマスクマスクにより形成された太いパターン４５及び第２のフォトマスクにより形成された太いパターン４６から構成されている。また、図６（ｂ）に示すように、小パターン用の合わせずれ検査用マークが、第１のフォトマスクにより形成された太いパターン４７及び第２のフォトマスクにより形成された細いパターン４８から構成されている。
【００８６】
このように、合わせずれ検査用マークも太いパターン用と細いパターン用とをそれぞれ分割して用意しておくと、それぞれのパターンに対する合わせずれ測定が可能になる。なお、図４（ｂ）、４（ｃ）に示した基準パターン６４、６５も第３の実施例と同様に分割して用いることができる。このように構成すると、それぞれのパターンに対する合わせずれ測定が可能になる。
【００８７】
ここで、図７、図８を参照して半導体装置の順次の製造工程を説明する。図は夫々の工程における半導体装置の断面図である。ここでは、本発明のアライメント方法を適用した半導体装置の製造方法を説明する。
【００８８】
まず、シリコンなどの半導体基板７０上にシリコン酸化膜（Ｓｉ０２）７３を形成し、この上にフォトレジスト７４を被覆する。このフォトレジスト７４に対して第１乃至第４の実施例で説明したように構成された第１のフォトマスク７１を用いて露光し、現像して開口部を形成する（図７（a））。
【００８９】
このフォトレジスト７４をマスクにしてシリコン酸化膜７３をエッチングしてシリコン酸化膜７３にコンタクト孔を形成する。次に、シリコン酸化膜７３上に第１層のアルミニウム配線７５を形成する（図７（ｂ））。第１層のアルミニウム配線７５は、コンタクト孔を通して半導体基板７０と電気的に接続されている。
【００９０】
この第１層のアルミニウム配線７５を被覆するようにシリコン酸化膜（Ｓｉ０２）７６を形成する。シリコン酸化膜７６は、表面をＣＭＰにより平坦化される（図７（ｃ））。
【００９１】
次に、シリコン酸化膜７６の上にフォトレジスト７７を塗布する。このフォトレジスト７７に対して第１乃至第４の実施例で説明したと同様の構成の第２のフォトマスク７２を用いて露光し、現像して開口部を形成する（図８（ａ））。このフォトレジスト７７をマスクにしてシリコン酸化膜７６をエッチングしてこの酸化膜にコンタクト孔を形成する。
【００９２】
次に、フォトレジスト７７を除去してから、シリコン酸化膜７６上に第２層のアルミニウム配線７８をパターニング形成する。第２層のアルミニウム配線７８は、コンタクト孔を通して第１層のアルミニウム配線７５と電気的に接続されている（図８（ｂ））。
【００９３】
この製造プロセスにおいて、第１及び第２のフォトマスクは、例えば、第１の実施例と同様に、アライメントマークも合わせずれ検査用マークもどちらもデバイスパターンの一部または同等のパターンを含んでいる。したがって、パターン転写の際用いる投影光学系の収差の影響による誤差を同程度に受け、その結果、どちらのパターンの位置ずれ量も同じであるため、高精度のアライメント、即ちデバイスパターンの形成が可能になる。
【００９４】
ここで、図９を参照してシリコンなどのウェーハ１の上に多数のチップ１１を形成した状態の概略を説明する。ウェーハ１にはチップ１１が２次元のアレイ状に形成配置され、チップ１１間にはダイシングライン１２が形成されている。ウェーハ１を処理した後、このウェーハ１は、ダイシングライン１２に沿って切断され、複数のチップ１１が切り出して形成される。
【００９５】
第１乃至第４の実施例において説明されたアライメントマーク及び合わせずれ検査用マークは、
▲１▼ダイシングライン上に形成し、あるいは
▲２▼チップ上にデバイスパターンに近接した位置に形成することができる。
さらに、
▲３▼チップの１つに形成されたデバイスパターンをその後のリソグラフィ工程においてアライメントマーク及び合わせずれ検査用マークとして用いることもできる。
【００９６】
【発明の効果】
以上詳述したようにこの発明によれば、アライメントマークも合わせずれ検査用マークもどちらもデバイスパターンの一部、または同等のパターンを含んでいるので、パターン転写の際用いる投影光学系の収差の影響による誤差をデバイスパターンと同程度に受ける。このことは、どちらのパターンの位置ずれ量も同じであるため、アライメントの際高精度のアライメントが期待できる。また、重ね合わせ誤差測定の際高精度な測定が可能になる。また、デバイスパターンが寸法、形状の異なる２種類以上のパターンを含む場合において、パターンによって投影光学系の収差等による位置ずれ量が異なっていても高精度にアライメントすることができる。
【００９７】
また、第１のフォトマスクと第２のフォトマスクのデバイスパターンの投影光学系の収差等による位置ずれ量をそれぞれ測定し、その測定結果を第１のフォトマスクと第２のフォトマスクの重ね合わせ露光の際の位置補正に用いることにより高精度なアライメントを期待することができるアライメント方法、重ね合わせ検査方法、並びにこれらに用いるフォトマスクを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を用いて第１、第２のフォトマスクを用いた露光時に形成されるアライメントマークと合わせずれ検査用マークおよびこれらを用いて形成されたチップ平面図及び露光の手順を示した概略図。
【図２】本発明方法を用いて第１、第２のフォトマスクを用いた露光時に形成されるアライメントマークと合わせずれ検査用マークおよびこれらを用いて形成されたチップ平面図及び露光の手順を示した概略図。
【図３】本発明の同一マスク上の異なるパターンを組み合わせて形成したアライメントマークの種々の例を示す平面図。
【図４】本発明のパターン転写で形成された合わせずれ検査用マークの例を夫々示す平面図。
【図５】本発明の同一フォトマスク上の異なるパターンを組み合わせて形成されたアライメントマークの他の例の平面図。
【図６】本発明の同一フォトマスク上の異なるパターンを組み合わせて形成された合わせずれ検査用マークの他の例の平面図。
【図７】本発明のアライメント方法を用いる半導体装置の順次の製造工程における断面図。
【図８】本発明のアライメント方法を用いる半導体装置の順次の製造工程における断面図。
【図９】本発明のアライメント方法を用いるウェーハの平面図。
【図１０】従来の合わせずれ検査用マークの平面図。
【図１１】本発明及び従来のデバイスパターンの平面図。
【図１２】従来のアライメントマークの平面図。
【符号の説明】
１…ウエーハ、
３…投影レンズ、
４…デバイスパターン、
５…合わせずれ検査用マーク、
１１…チップ、
２１、２２…フォトマスク、
２１Ａ、２２Ａ…フォトレジスト膜、
２５Ａ、４１…アライメントマーク、
５Ａ、４２、４３…合わせずれ検査用マーク。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法において、リソグラフィー工程に用いるフォトマスクの重ね合わせを精密に行うアライメント方法、重ね合わせ検査方法及びこれらの方法に用いるフォトマスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置の製造方法では、シリコンなどの半導体のウェーハ上に複数のデバイスパターンを形成するために、２０を越える異なったマスクパターンを半導体ウェーハ上に順次重ねて露光する。この露光のとき、露光装置はアライメントマークを用いて個々のマスクの位置決めを行い、この状態で、すでに半導体ウェーハ上に設けられている各チップ上のデバイスパターンに、次に形成すべきデバイスパターンが正しく重ね合わされた状態で形成されるか否かの重ね合わせずれ検査を行う。
【０００３】
この重ね合わせずれ検査は、シリコンなどのウェーハ上に形成された例えば第１層と、その後の工程で露光された第２層とにそれぞれ所定寸法、形状の合わせずれ検査用のマークを形成配置し、その相対位置ずれ量を検査装置で計測することで重ね合わせずれ量が決定されていた。このとき、合わせずれ検査用マークは、検査装置が容易に認識できるような形状が考えられていたため、通常はデバイスパターンより大きく形状も異なるものが用いられた。
【０００４】
図１０は、ウェーハ上にデバイスパターンと共に形成された従来の典型的な合わせずれ検査用マークの平面図である。外側の長い方の２本のパターンの間隔が図示の如く２８μｍであり、したがって、外側のパターンの長さもこの間隔とほぼ同じ寸法である。
【０００５】
ウェーハ上には、先に第１のフォトマスクによって形成された従来の合わせずれ検査用マーク１０１のパターンが内側に配置され、次いで外側には第２のフォトマスクによって形成された従来の合わせずれ検査用マーク１０２のパターンが配置されている。
【０００６】
ところが近年デバイスパターンの微細化が進んでくると、合わせずれ検査用マークとデバイスパターンが同時にパターン形成される場合において、双方が共に同程度に精度良くパターン形成することができないという問題が生じてきた。これは、合わせずれ検査用マークとデバイスパターンが同一寸法、同一形状でないことに起因している。即ち、リソグラフィーで用いられる露光光学系の収差や焦点位置の管理上の問題から、パターン形状に誤差が生じる以外に、この誤差の発生する程度がパターンの形状や寸法、及び密度によって異なるためである。
【０００７】
また、エッチングやＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）等の加工プロセスにおいてもパターン形状やパターンの疎密差の影響を受けて誤差が生じ易いことが分かって来た。
【０００８】
一方、図１１は、ウェーハ上に形成されたデバイスパターンの一例である。パターン間のピッチは０.３５μｍである。これは図１０に示す検査用マークとはその形状や寸法が大きく異なる。
【０００９】
また更に、デバイスパターンは、同一層の中にあっても形状や寸法、密度等の異なるパターンが混在する場合がある。このような場合はパターンの違いにより誤差の発生場所、発生量に違いを生じる。この場合は、精密なパターン形成のためには、すべてのパターンの位置、形状、寸法の誤差を計測した方が良いが、従来はそのような計測手段がなかった。
【００１０】
これと同様な問題は、合わせずれ検査用マークだけでなく、露光装置による露光時に、マスクのアライメント位置を見つけだすために用いるアライメントマークにも生じている。アライメントマークとしてデバイスパターンの寸法、形状と大きく異なるマークを用いた場合、両者の誤差発生量に違いが生じるため、アライメントマークで位置合わせをすると、デバイスパターンの位置にずれが生じ、露光されるウエハ上の実際のデバイスパターン位置を正しく認識することが難しいという問題が生じていた。
【００１１】
例えば、図１２にウェーハ上に形成された従来のアライメントマークの平面図を示す。これもマークピッチが１２μｍと大きく長い帯状で、図１０に示した合わせずれ検査用マークと異なる寸法、形状であり且つ、図９に示したデバイスパターンとも形状や寸法等が大きく異なる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来、アライメントマークとデバイスパターンとが異なることから生じるアライメント誤差の問題を解決する手段として、アライメントマークの長さをデバイスパターン形状に近い長さに分割する方法が特開平９−１０２４５７号公報に開示されている。しかしながら、従来、上記合わせずれ検査用マークとアライメントマークとはそれぞれ別々に設計されていたため、図１０及び図１２から明らかなようにピッチなどが大きく異なり、両者のパターン寸法や形状は相互に関連のある形状にはできなかった。
【００１３】
このことは、リソグラフィーやその後の加工工程で生じるデバイスパターンに関して発生する誤差の程度が、それぞれのアライメントマークや合わせずれ検査用マークによって異なることを意味する。したがって、例えば形成されたアライメントマークに基づいて位置決めされたフォトマスクを用いてデバイスパターンを形成する場合、ウエーハ上のどの位置にどのような形状で形成されるかを精密に計測することが困難で、デバイスパターン誤差の発生原因となっていた。
【００１４】
以上のように、アライメントマーク、合わせずれ検査用マーク及びデバイスパターンの三者は、パターン形状、寸法、密度等のパターンの構成要素が異なるため、パターン形成時に生じる誤差の程度が三者三様に異なる。
【００１５】
例えばウエハ上に第１層、第２層のように順次重ね合わせて多層構造を形成する際、高精度に重ね合わせることが困難であり、多層構造の半導体装置を形成するための重大な障害となっていた。
【００１６】
そこで、この発明はこのような事情によりなされたものであって、フォトマスクからウエーハへのパターン転写の際用いる露光装置の投影光学系の収差の影響による誤差やその後の加工による誤差を同程度に受け、その結果、アライメントマークや合わせずれ検査用マークの位置ずれ量に対して、デバイスパターンの位置ずれ量も同じ程度になる結果、高精度のアライメントならびに位置補正が期待できるアライメント方法、高精度の重ね合わせ検査方法及びこれらの方法に用いるフォトマスクを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明のフォトマスクを用いることにより、半導体装置の製造プロセスにおけるリソグラフィー工程において、所定のフォトマスクで露光したときに、そのフォトマスクの合わせずれ検査用マークとアライメントマークは、そのマスクの中に含まれるデバイスパターンの一部または同等の寸法、形状に構成することを特徴としている。
【００１８】
このように、アライメントマークも合わせずれ検査用マークもどちらも対応するフォトマスク中のデバイスパターンと同等の寸法、形状のパターンを含んでいるので、パターン転写の際用いる投影光学系の収差の影響による誤差や加工による誤差を夫々同程度に受ける。
【００１９】
その結果、いずれのパターンの位置ずれ量も同じ程度であるため高精度のアライメント、位置補正が期待できる。
【００２０】
また、本発明は、半導体装置の製造プロセス中のリソグラフィー工程において、第１のフォトマスク及び第２のフォトマスクを用いる場合、第１のフォトマスク上の合わせずれ検査用マークには、第１のフォトマスクを露光した際に生じる異なるパターン間での相対ずれ量が測定可能なマークを配置することを特徴とする。この異なるパターン間での相対ずれ量が測定可能なマークは、例えばデバイスパターン形状に対してずれ量の比較的小さい基準パターンと比較的大きい２種類のマークが組み合わされた配置となっている。
【００２１】
また、第１のフォトマスクと同様に、第２のフォトマスクに対しても、合わせずれ検査用マークには、第２のフォトマスクを露光した際に生じる異なるパターン間での相対ずれ量が測定可能なマークを配置することを特徴としている。そして、このマークも、デバイスパターン形状に対してずれ量の比較的小さい基準パターンと比較的大きい２種類のマークが組み合わされた配置となっている。
【００２２】
この構成により、第１のフォトマスクと第２のフォトマスクのデバイスパターンの投影光学系の収差等による位置ずれ量をそれぞれ測定し、その測定結果を第１のフォトマスクと第２のフォトマスクの重ね合わせ露光の際の位置ずれ量とともにその後の露光工程の位置補正に用いるので、高精度なアライメント、位置補正を期待することができる。
【００２３】
また、本発明は、半導体装置の製造プロセス中のリソグラフィー工程において、第１のフォトマスク及び第２のフォトマスクを用いる場合、第１及び第２のマスクの基準パターンは、投影光学系の収差の誤差等があっても実質的に同じ誤差を受けるパターンも用いる。即ち、第１のフォトマスクにより形成したパターン上に第２のフォトマスクを重ね合わせて露光する際は、第１のフォトマスクの基準パターンに対するデバイス形状のパターンの相対位置ずれ誤差と、第２のフォトマスクの同様の誤差を考慮して重ね合わせの際の補正を加え、所望の重ね合わせ精度を得ることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２５】
ここでは、半導体装置の製造プロセス中のリソグラフィー工程において、第１のフォトマスク及び第２のフォトマスクを用いて露光するときに、その夫々のマスクの合わせずれ検査用マークあるいはアライメントマークは、そのマスクの中に含まれるデバイスパターン形状の少なくとも一部を含むように構成されている。
【００２６】
まず、図１、図２を参照して第１の実施例を説明する。図１、図２は、第１及び第２のフォトマスクを用いてウエハ１を露光してチップ１１上にデバイスパターン４を形成するときに、同時にアライメントマークと検査用マークが形成される状態を示すとともに、これらのマークパターンとデバイスパターンとがマスクパターン位置から所定量だけずれてチップ１１上に形成される状態を説明するための概略図である。
【００２７】
始めに、図１において、第１のフォトマスク２１を用いて、例えば図９に示したウェーハ１上の複数のチップ１１の夫々の所定位置、例えば図２（a）に示した位置にデバイスパターン部４を形成するとともにアライメントマーク部２５Ｂ及び合わせずれ検査用マーク部５Ｂを形成する。
【００２８】
アライメントマーク部２５Ｂについては、図１に示すように第１のフォトマスク２１上に、マスク基板２３とその上に形成された所定パターンの遮光膜２４によりアライメントマークのマスクパターン２５Ａが構成されている。
【００２９】
図示しない光源から出た光は、マスク基板２３の上面から第１のフォトマスク２１に入射して遮光膜２４を通り、アライメントマークのパターン光が形成される。このパターン光は投影レンズ３で縮小されてウェーハ１上のアライメントマーク部２５Ｂ内にアライメントマーク４１として投影される。
【００３０】
このとき、後で説明するように、アライメントマークのマスクパターン２５Ａが位置ずれ量ゼロで投影されたときのパターン形成位置を破線で示すと、露光されたアライメントマーク４１はＸ方向にＸ１だけずれて形成される。
【００３１】
即ち、第１のフォトマスク２１を用いてウェーハ１上のフォトレジスト２１Ａを露光すると、第１のフォトマスク２１上にあるアライメントマーク部２５B中のアライメントマーク２５Aは、投影レンズ３の収差等の影響を受け、所望の位置からＸ１だけずれた位置に転写アライメントマーク４１として形成される。
【００３２】
したがって、この露光されたフォトレジスト２１Ａを現像して形成されたレジストマスクを用いてウェーハ１上にアライメントマーク４１を形成すると、図１に示したように、このアライメントマーク４１は、フォトマスク２１上のアライメントマーク２５Ａの位置からＸ１だけずれて形成される。
【００３３】
チップ１１上の合わせずれ検査用マーク部５Ｂに形成される検査用マークについても、図１に示すように、第１のフォトマスク２１上に形成された検査用マーク部５B内の検査用マーク５Ａを用いてフォトレジスト２１Ａを露光する。このとき検査用マーク５Ａは、アライメントマーク２５Ａと同様に、投影レンズ３の収差などの影響を受け、破線で示す位置からＸ１だけずれた位置に転写合わせずれ検査用マーク４２として形成される。
【００３４】
即ち、この露光されたフォトレジスト２１Ａを現像して形成されたレジストマスクを用いてチップ１１上に合わせずれ検査用マーク４２を形成すると、図１に示したように、この検査用マーク４２は、フォトマスク２１上の合わせずれ検査用マーク５Ａの位置からＸ１だけずれた位置に転写合わせずれ検査用マーク４２として形成される。
【００３５】
このように、アライメントマーク４１と合わせずれ検査用マーク４２とはいずれもＸ方向に同じずれ量Ｘ１だけずれて形成され、したがって、デバイスパターンとの相対位置関係はフォトマスク２１上のそれと変化がないことになる。
【００３６】
なお、この位置ずれは図１ではＸ方向にずれた状態を示しているが、投影レンズ３の収差などの影響はX方向に限定されず、同様にＹ方向にもずれる。ここの説明ではＸ方向のみについて記してあるが、Ｙ方向のずれについても位置ずれ量の検査、補正を行わなければならないのは勿論である。このY方向についてもアライメントマークと合わせずれ検査用マークとの相対位置関係は投影レンズ３などの影響を同じだけ受けるので、変わらず、その位置ずれ補正についてはX方向と同様に行えばよい。したがってこの明細書中ではＹ方向についての説明は省略してある。
【００３７】
次に、図２（a）に示すように、基板２６上に遮光膜２７を形成してなる第２のフォトマスク２２を用いてウェーハ１上に新たに形成されたフォトレジスト２２Ａを露光する。第２のフォトマスク２２上には、デバイスパターンとともに、合わせずれ検査用マークが形成されている。アライメントマークはこの第２のフォトマスク２２には形成されていない。
【００３８】
この第２のフォトマスク２２に形成されている合わせずれ検査用のマークは、第１のフォトマスク２１に形成されている合わせずれ検査用マスクマーク５Aを用いてチップ１１上に形成される合わせずれ検査用マーク４２とは異なり、図２（b）のようにマーク４２の内側に形成される合わせずれ検査用マーク４３である。
【００３９】
この第２のフォトマスク２２により形成される合わせずれ検査用マーク４３は第１のフォトマスク２１により形成される合わせずれ検査用マーク４２とは、両者の識別を容易にするために、例えば図示のように太さ、長さともに２倍程度になるようにパターン形状を異ならせてある。また、チップ１１上に前記第１のフォトマスク２１により形成された合わせずれ検査用マーク４２とはずれた位置、ここでは内側になるようにに合わせずれ検査用マーク４３が形成されているが、外側に形成するようにしてもよい。
【００４０】
第２のフォトマスク２２は、レジスト膜２２Aの露光時に、露光装置によりウェーハ１上のチップ１１内に既に形成されたアライメントマーク部２５B内のアライメントマーク４１に合わせて転写される。このため、通常は第２のフォトマスク２２にはアライメントマーク用のマスクパターンは不要である。但し、第３以降のフォトマスクを用いるフォトリソグラフィ工程で必要な場合にはこの第２のフォトマスク２２を用いてアライメントマーク４１に位置合わせされた他のアライメントマークをチップ１１上に形成するようにしてもよい。
【００４１】
このような第２のフォトマスク２２を用いてウェーハ１上のチップ１１に転写された合わせずれ検査用マーク４３は、第１のフォトマスク２１を用いて転写された合わせずれ検査用マーク４２の内側に転写される。
【００４２】
第１のフォトマスク２１のアライメントマーク２５A及び合わせずれ検査用マーク５Aは、第１のフォトマスク２１のデバイスパターン４の少なくとも一部をそのまま用い、あるいはデバイスパターンと同等のパターンを用いている。同様に、第２のフォトマスク２２の合わせずれ検査用マーク４３は、第２のフォトマスク２２の図示しないデバイスパターンと同等の寸法、形状を有している。
【００４３】
したがって、第１のフォトマスク２１について説明したと同様に、第２のフォトマスク２２により形成されたデバイスパターンと合わせずれ検査用マーク４３とは光学系の収差などにより同じ程度に影響をうけ、同じ程度にずれてチップ１１上にパターン形成されることになる。
【００４４】
但し、第１のフォトマスク２１と第２のフォトマスク２２とはデバイスパターンの寸法、形状が若干異なり、かつ同じ露光装置を用いても露光操作の都度、機械的合わせ誤差、時間の経過に伴う露光条件の変化、例えば光学系の収差の温度変化、経時変化などにより若干異なる影響をうけ、チップ１１上におけるずれ量は互いに異なることになる。
【００４５】
たとえば、第１、第２のフォトマスク２１、２２上のデバイスパターンが同じ程度の寸法、形状のときに、チップ１１上の合わせずれ検査用マーク４２の中央にマーク４３がくるようにしておけば、図２（b）のマーク４３がマーク４２の中央からずれた量が両者のデバイスパターンの寸法、形状の違いに起因するずれ量ということになる。
【００４６】
この実施例において、第１のフォトマスク２１の露光結果と第２のフォトマスク２２の露光結果との合わせずれは、図2（ｂ）に示すように、チップ１１上に形成された第１の合わせずれ検査用マーク４２と、フォトレジスト２２Aを用いて形成された合わせずれ検査用マーク４３からなる合わせずれ測定マークを使って測定し、あるいはこれらのマーク４２，４３をいずれもチップ１１上に形成して測定してもよい。
【００４７】
例えば、図２（b）に示したように、外側の合わせずれ検査用マーク４２の重心位置G1、G2間の距離の中点C1と、内側の合わせずれ検査用マーク４３の重心G3、G4間の距離の中点C2との間の差Dを測定により求めると、この差Dが第１、第２のフォトマスク２１，２２により最終的にウエーハ１１上に生じた合わせずれ量となる。
【００４８】
合わせずれ検査用マーク４２は、第１のフォトマスク２１の露光で形成されたマークであり、第１のフォトマスク２１に含まれるデバイスパターン４の一部を模した形状である。一方、合わせずれ検査用マーク４３は、第２のフォトマスク２２の露光で形成されたマークであり、第２のフォトマスク２２に含まれる図示しないデバイスパターンの一部を模した形状である。図２（ｂ）では、合わせずれ検査用マーク４３は、説明の都合上実際とは異なる大きな形にしているが、通常は合わせずれ検査用マーク４２と形状は異なる場合があるものの同程度のパターンの分割がされている。
【００４９】
なお、この際、図２（ｂ）に示すように、従来の合わせずれ測定パターン１０１、１０２をフォトマスク２１，２２を用いて同時にチップ１１上に転写し、併用することも可能である。このマークは、第１のフォトマスク２１を用いて形成された合わせずれ検査用マーク１０２と第２のフォトマスク２２を用いて形成された合わせずれ検査用マーク１０１から構成されている。
【００５０】
以上のように、この実施例ではアライメントマーク４１も合わせずれ検査用マーク４２，４３もどちらもデバイスパターンの一部または同等のパターンを含んでいるので、パターン転写の際用いる投影光学系の収差の影響による誤差を同程度に受ける。このことは、どちらのパターンの位置ずれ量も同じであるため高精度のアライメント、後続の露光工程での正確なフォトマスクの位置補正が期待できることを意味する。
【００５１】
次に、図３を参照して第２の実施例を説明する。図３は、フォトマスク上に異なる寸法、形状の２種類以上のデバイスパターンが組み合わせて形成された場合のアライメントマーク及び合わせずれ検査用マークの概略図を示す。
【００５２】
図３に示した実施例では、半導体装置の製造プロセス中のリソグラフィー工程において、第１のフォトマスクに含まれるデバイスパターン形状が寸法、形状の異なる第１、第２のデバイスパターンを含み、第２のフォトマスクにはこの第１、第２のデバイスパターンと異なる第３のデバイスパターンを含む。したがって、第１、第２のフォトマスクには、少なくともこれらの第１乃至第３のデバイスパターンの一部を含む合わせずれ検査用マークとアライメントマークを有する。
【００５３】
即ち、第１および第２のフォトマスク上に異なる寸法、形状のデバイスパターンが含まれている場合は、第１のフォトマスク上にこれらの異なるパターンを組み合わせてアライメントマーク及び合わせずれ検査用マークを形成する。このパターンは第１及び第２のフォトマスク内にあるデバイスパターン内の代表的なデバイスエレメントパターンの中から選択する。
【００５４】
以下に説明する図３の実施例では、発明を分かり易く説明するために、第１、第２のフォトマスクに形成されたデバイスパターンから夫々太いパターンと細いパターンを選択する。
【００５５】
図３（a）では、アライメントマークとしてこれらの太いパターン３２と細いパターン３３とが一本おきに配置してある。前に説明したように、太いパターン３２と細いパターン３３ではウェーハ上に転写した際のＸ，Ｙ方向の位置誤差の発生量が異なる。これを信号処理によって、誤差を無くした太いパターン３２の位置と細いパターン３３の位置をそれぞれ計測することが可能である。
【００５６】
図３（a ）に示すように、第１のフォトマスク３１にはそのデバイスパターンから選択された太いパターン３２と、第２のフォトマスクのデバイスパターンから選択された細いパターン３３とからなるアライメントマークが形成されている。
【００５７】
これを用いてウェーハ３０上にアライメントマークを転写すると、本来転写されるべき位置の点線で示した細いパターン３３は、実際には位置ずれして実線の細いパターン３４が転写される。位置ずれの割合は、太いパターン３２より細いパターン３３の方が大きい。この場合、太いパターン３２は殆ど位置ずれがないものとして図示されている。
【００５８】
しかしながら太いパターン３２も僅かに位置ずれが生じており、転写後の太いパターン３２と細いパターン３３との間の距離を計測すると、この計測値はフォトマスク上における両者間の元の距離と、転写により両者に生じた位置ずれ量の差、即ち相対位置ずれ量との合計値となっているはずである。したがってこの計測値から既知の元の距離を差し引くとＸ方向の相対ずれ量ΔＸが得られることになる。このようにして、ウェーハ上に転写した際のアライメントマークにおけるデバイスパターンの相違に起因する位置誤差の発生量ΔXを決定する。
【００５９】
このΔXを考慮しながら信号処理によって、第１のフォトマスク上のデバイスパターンが太いパターン３２ｄと細いパターン３３ｄのときのアライメントマークの対応するマーク間の相対位置ずれ量を計測する。
【００６０】
例えば図３（ｄ）に示したように、太いデバイスパターン３２と細いデバイスパターン３３との間に両者の中間の寸法の他のデバイスパターン３９ｄを第２のフォトマスクを用いてウエーハ上に転写する場合を考える。この場合は、両パターン３２ｄ、３３ｄの相対位置ずれ量ΔXがすでに分かっているので、両者の中間に丁度第３のデバイスパターン３９ｄを形成する際の第２のフォトマスクの位置決めは容易である。
【００６１】
また、図３（ｂ）、３（ｃ）には、図３（a）の場合と反対に、図３（ｄ）において、第１のフォトマスクを用いてデバイスパターン３９ｄを先に形成し、第２のフォトマスクを用いてこのデバイスパターン３９ｄが丁度真中にくるように太いデバイスパターン３２ｄと細いデバイスパターン３３ｄとを形成する場合の合わせずれ検査用マークの例を示している。
【００６２】
図３（ｂ）、３（ｃ）において、第１のフォトマスクを用いて、デバイスパターンがいずれも太いパターンの時にウェーハ上に形成される合わせずれ検査用マーク、すなわち大パターンの時の基準マーク３５、３７がまず形成される。これと同時に、図３（ｄ）に示した中間サイズのデバイスパターン３９ｄもウエーハ上に形成される。
【００６３】
続いて、図３（ｂ）において、合わせずれ検査用マークとして、第１のフォトマスクにより形成された外側の太いパターン３５の内側に、第２のフォトマスクにより太いパターン３６を形成する。このとき、図３（ｄ）に示すように、第２のフォトマスクにより太いデバイスパターン３２ｄと細いデバイスパターン３３ｄとがデバイスパターン３９ｄの中間に来るように形成される。
【００６４】
同時に、第２のフォトマスクにより、図３（ｃ）に示すように、第１のフォトマスクにより形成された外側の太い基準マーク３７の内側に細い合わせずれ検査用マーク３８が形成される。
【００６５】
この場合、図３（ｂ）の合わせずれ検査用マーク３５，３６により、デバイスパターンが太い場合の合わせずれ誤差が測定でき、図３（ｃ）の合わせずれ検査用マーク３７，３８により、デバイスパターンが細い場合の合わせずれ誤差が測定できる。
【００６６】
このように、合わせずれ検査用マークとして、第１、第２のフォトマスク上のデバイスパターンに応じて予め、第１、第２のフォトマスク上に大パターン用と小パターン用とを用意しておくと、それぞれのデバイスパターンに対する合わせずれ測定が可能になり、図３（ｄ）に示すように第１のフォトマスクで先に形成された中間サイズのデバイスパターン３９ｄに対して、あとで太いデバイスパターン３２ｄと細いデバイスパターン３３ｄとを第２のフォトマスクを用いて容易に正確に位置付けして形成できる。
【００６７】
次に、図４を参照して第３の実施例を説明する。図４（a）―4（ｃ）は、夫々フォトマスク上に形成された従来の合わせずれ検査用マークおよびこの実施例の合わせずれ検査用マークの概略図である。この実施例では、第１のフォトマスク及び第２のフォトマスクを用いて第１、第２の２組の合わせずれ検査用マークを形成する。第１の合わせずれ検査用マークは露光装置の投影光学系の収差等に起因する誤差が含まれない誤差、即ち露光装置の機械的誤差などの第１の誤差を測定するためのものである。第２の合わせずれ検査用マークは、機械的誤差が含まれず、実質的に露光装置の光学系の収差などによる第２の誤差のみを測定するためのものである。
【００６８】
即ち、第１のフォトマスクによりチップ上に形成されたパターン上に第２のフォトマスクを重ね合わせて露光する際は、これらの第１、第２の誤差による位置ずれ誤差を考慮して、第２のフォトマスクの重ね合わせの際に補正を加えることにより所望の重ね合わせ精度を得る。
【００６９】
アライメントマークには図１に示した第１の実施例と同じものを用い、第１のフォトマスクと第２のフォトマスクの露光を行った場合の合わせずれ検査用マークとしては、図４に示すマークを使うことができる。第１のフォトマスク露光の際に転写されるパターンは、図４（a）に示す従来の合わせずれ検査用の外側パターン６１と、図４（ｂ）に示す太い四角い枠状の基準パターン６４ならびに内部のデバイスパターン形状の合わせずれ検査用マーク６３でなる合わせずれ検査用パターンである。
【００７０】
一方、第２のフォトマスク露光の際転写されるパターンは図４（ａ）に示した従来の合わせずれ検査用の内側のパターン６２と、図４（ｃ）に示す太い枠状の基準パターン６５並びに内部のデバイスパターン形状の合わせずれ検査用マーク６６である。
【００７１】
まず、図４（ｂ）の第１のフォトマスクで露光された基準パターン６４とデバイスパターン形状のパターン６３を用いて、露光装置の光学系の収差などに起因するパターン６３，６４相互間の位置ずれ量ΔX1を測定する。
【００７２】
例えば、基準パターン６４の内側のＸ方向の側線とデバイスパターン形状のパターン６３のＸ方向の端部との間の距離に基づいて測定値△Ｘ１を得る。
【００７３】
一方、第２のフォトマスクにも、第１のフォトマスクのパターン６３と６４と同様に、図４（ｃ）に示すように、基準パターン６５と第２のフォトマスク内にあるデバイスパターンを模したパターン６６とが形成されている。この第２のフォトマスクを用いてチップ上に形成された２種類の対応パターンの間のX方向の位置ずれ量も測定する。今ここで、その測定値を△Ｘ２とする。
【００７４】
更に、従来の合わせずれ検査用のマーク６１と６２によって測定した第１のフォトマスクと第２のフォトマスク間の位置ずれ量は、例えば図４（a）に示す外側パターン６１の側線と内側パターン６２の対向側線との間の距離△Ｘ１２として測定する。
【００７５】
このようにして得た３つの測定量から、第１のフォトマスクで転写したデバイスパターンと第２のフォトマスクで転写したデバイスパターンの位置ずれ量（△Ｘ１２Ｄ）は、
△Ｘ１２Ｄ＝△Ｘ１２＋△Ｘ１＋△Ｘ２
として求めることができる。
【００７６】
この位置ずれ量をゼロとするように、△Ｘ１２Ｄを後で行われる製造工程における重ね合わせ露光の際に補正することにより、フォトマスクによる露光時の高精度の重ね合わせ精度を得ることができる。
【００７７】
また、この図４（ｂ）、４（ｃ）の実施例のマークでは、基準マーク６４、６５でデバイスパターン形状の合わせずれ検査用マーク６３、６６の四方を囲っているが、本発明は、このような構成に限らず、例えば図４（ｂ）における基準マーク６４が合わせずれ検査用マーク６３のＸ、Ｙの２方向のみを囲った構造であっても良い。
【００７８】
また、基準パターンを挟んでデバイスパターンをその両側に配置する構造でも良い。また、単に基準パターンがデバイスパターンの近傍の測定領域内に配置されているだけでも良い。
【００７９】
次に、図５及び図６（ａ）、６（ｂ）を参照して第４の実施例を説明する。図５は、同一フォトマスク上の異なるパターンを組み合わせて形成されたアライメントマークの概略図、図６（ａ）、６（ｂ）は、同一フォトマスク上の異なるパターンを組み合わせて形成された合わせずれ検査用マークの概略図である。
【００８０】
この実施例では、半導体装置の製造プロセス中のリソグラフィー工程において、第１のフォトマスク及び第２のフォトマスクを用いる場合、第１もしくは第２のフォトマスクで露光したときに、そのフォトマスクの合わせずれ検査用マークとアライメントマークは、そのフォトマスクの中に含まれるデバイスパターン形状の少なくとも一部を含むような構成において、同一フォトマスク上の異なるパターンを組み合わせてアライメントマーク及び合わせずれ検査用マークを形成する。
【００８１】
しかし、例えば、図３（ａ）に示すアライメントマーク及び図３（ｂ）、３（ｃ）に示す合わせずれ検査用マークを用いた場合、パターン寸法がデバイスパターンに相当していても、長辺方向の長さがデバイスパターンに比べて大変長くなっている。このような場合、これらの長いマークが引き続いて実行されるプロセスにおいて、デバイスパターンで想定していなかったような不具合を引き起こすことがある。
【００８２】
例えば、ＣＭＰ工程での良く知られているディシングのパターン依存性に関する問題などである。このため、マークの長さを短くする必要がある。そこで、図５に示すように、アライメントマークを分割して使用する。また、図６（ａ）、６（ｂ）に示すように合わせずれ検査用マークも分割して使用する。すなわち、細いパターンも太いパターンもそれぞれ複数に分割されている。
【００８３】
図５に示すように、第１のフォトマスク４１には太いパターン４２と細いパターン４３からなるアライメントマークが形成されている。これを用いてウェーハ上にアライメントマークを転写する。
【００８４】
前述のように、太いパターンと細いパターンではウェーハ上に転写した際の位置誤差の発生量が異なるので、それを考慮しながら信号処理によって、太いパターンの位置と細いパターンの位置をそれぞれ計測する。
【００８５】
また、図６（ａ）に示すように、ウェーハ上に形成された合わせずれ検査用マークは、大パターン用の合わせずれ検査用マークが、第１のフォトマスクマスクにより形成された太いパターン４５及び第２のフォトマスクにより形成された太いパターン４６から構成されている。また、図６（ｂ）に示すように、小パターン用の合わせずれ検査用マークが、第１のフォトマスクにより形成された太いパターン４７及び第２のフォトマスクにより形成された細いパターン４８から構成されている。
【００８６】
このように、合わせずれ検査用マークも太いパターン用と細いパターン用とをそれぞれ分割して用意しておくと、それぞれのパターンに対する合わせずれ測定が可能になる。なお、図４（ｂ）、４（ｃ）に示した基準パターン６４、６５も第３の実施例と同様に分割して用いることができる。このように構成すると、それぞれのパターンに対する合わせずれ測定が可能になる。
【００８７】
ここで、図７、図８を参照して半導体装置の順次の製造工程を説明する。図は夫々の工程における半導体装置の断面図である。ここでは、本発明のアライメント方法を適用した半導体装置の製造方法を説明する。
【００８８】
まず、シリコンなどの半導体基板７０上にシリコン酸化膜（Ｓｉ０２）７３を形成し、この上にフォトレジスト７４を被覆する。このフォトレジスト７４に対して第１乃至第４の実施例で説明したように構成された第１のフォトマスク７１を用いて露光し、現像して開口部を形成する（図７（a））。
【００８９】
このフォトレジスト７４をマスクにしてシリコン酸化膜７３をエッチングしてシリコン酸化膜７３にコンタクト孔を形成する。次に、シリコン酸化膜７３上に第１層のアルミニウム配線７５を形成する（図７（ｂ））。第１層のアルミニウム配線７５は、コンタクト孔を通して半導体基板７０と電気的に接続されている。
【００９０】
この第１層のアルミニウム配線７５を被覆するようにシリコン酸化膜（Ｓｉ０２）７６を形成する。シリコン酸化膜７６は、表面をＣＭＰにより平坦化される（図７（ｃ））。
【００９１】
次に、シリコン酸化膜７６の上にフォトレジスト７７を塗布する。このフォトレジスト７７に対して第１乃至第４の実施例で説明したと同様の構成の第２のフォトマスク７２を用いて露光し、現像して開口部を形成する（図８（ａ））。このフォトレジスト７７をマスクにしてシリコン酸化膜７６をエッチングしてこの酸化膜にコンタクト孔を形成する。
【００９２】
次に、フォトレジスト７７を除去してから、シリコン酸化膜７６上に第２層のアルミニウム配線７８をパターニング形成する。第２層のアルミニウム配線７８は、コンタクト孔を通して第１層のアルミニウム配線７５と電気的に接続されている（図８（ｂ））。
【００９３】
この製造プロセスにおいて、第１及び第２のフォトマスクは、例えば、第１の実施例と同様に、アライメントマークも合わせずれ検査用マークもどちらもデバイスパターンの一部または同等のパターンを含んでいる。したがって、パターン転写の際用いる投影光学系の収差の影響による誤差を同程度に受け、その結果、どちらのパターンの位置ずれ量も同じであるため、高精度のアライメント、即ちデバイスパターンの形成が可能になる。
【００９４】
ここで、図９を参照してシリコンなどのウェーハ１の上に多数のチップ１１を形成した状態の概略を説明する。ウェーハ１にはチップ１１が２次元のアレイ状に形成配置され、チップ１１間にはダイシングライン１２が形成されている。ウェーハ１を処理した後、このウェーハ１は、ダイシングライン１２に沿って切断され、複数のチップ１１が切り出して形成される。
【００９５】
第１乃至第４の実施例において説明されたアライメントマーク及び合わせずれ検査用マークは、
▲１▼ダイシングライン上に形成し、あるいは
▲２▼チップ上にデバイスパターンに近接した位置に形成することができる。
さらに、
▲３▼チップの１つに形成されたデバイスパターンをその後のリソグラフィ工程においてアライメントマーク及び合わせずれ検査用マークとして用いることもできる。
【００９６】
【発明の効果】
以上詳述したようにこの発明によれば、アライメントマークも合わせずれ検査用マークもどちらもデバイスパターンの一部、または同等のパターンを含んでいるので、パターン転写の際用いる投影光学系の収差の影響による誤差をデバイスパターンと同程度に受ける。このことは、どちらのパターンの位置ずれ量も同じであるため、アライメントの際高精度のアライメントが期待できる。また、重ね合わせ誤差測定の際高精度な測定が可能になる。また、デバイスパターンが寸法、形状の異なる２種類以上のパターンを含む場合において、パターンによって投影光学系の収差等による位置ずれ量が異なっていても高精度にアライメントすることができる。
【００９７】
また、第１のフォトマスクと第２のフォトマスクのデバイスパターンの投影光学系の収差等による位置ずれ量をそれぞれ測定し、その測定結果を第１のフォトマスクと第２のフォトマスクの重ね合わせ露光の際の位置補正に用いることにより高精度なアライメントを期待することができるアライメント方法、重ね合わせ検査方法、並びにこれらに用いるフォトマスクを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を用いて第１、第２のフォトマスクを用いた露光時に形成されるアライメントマークと合わせずれ検査用マークおよびこれらを用いて形成されたチップ平面図及び露光の手順を示した概略図。
【図２】本発明方法を用いて第１、第２のフォトマスクを用いた露光時に形成されるアライメントマークと合わせずれ検査用マークおよびこれらを用いて形成されたチップ平面図及び露光の手順を示した概略図。
【図３】本発明の同一マスク上の異なるパターンを組み合わせて形成したアライメントマークの種々の例を示す平面図。
【図４】本発明のパターン転写で形成された合わせずれ検査用マークの例を夫々示す平面図。
【図５】本発明の同一フォトマスク上の異なるパターンを組み合わせて形成されたアライメントマークの他の例の平面図。
【図６】本発明の同一フォトマスク上の異なるパターンを組み合わせて形成された合わせずれ検査用マークの他の例の平面図。
【図７】本発明のアライメント方法を用いる半導体装置の順次の製造工程における断面図。
【図８】本発明のアライメント方法を用いる半導体装置の順次の製造工程における断面図。
【図９】本発明のアライメント方法を用いるウェーハの平面図。
【図１０】従来の合わせずれ検査用マークの平面図。
【図１１】本発明及び従来のデバイスパターンの平面図。
【図１２】従来のアライメントマークの平面図。
【符号の説明】
１…ウエーハ、
３…投影レンズ、
４…デバイスパターン、
５…合わせずれ検査用マーク、
１１…チップ、
２１、２２…フォトマスク、
２１Ａ、２２Ａ…フォトレジスト膜、
２５Ａ、４１…アライメントマーク、
５Ａ、４２、４３…合わせずれ検査用マーク。
Claims (9)
- 少なくとも第１のデバイスパターンと前記第１のデバイスパターンの一部または同等のパターン形状を有するアライメントマークとを含む第１のフォトマスクを用いてウエーハ上に前記第１のデバイスパターンとともに前記アライメントマークを形成するステップと、
前記アライメントマークに基づいて前記ウエーハ上に形成されたレジスト膜に対して第２のフォトマスクの位置決めを行うステップと、
を具備するフォトマスクのアライメント方法において、
互いに寸法、形状の異なる第１、第２のデバイスパターンエレメントを含む前記第１のデバイスパターンとともに、前記第１、第２のデバイスパターンエレメントに応じた寸法、形状の第１、第２のアライメントマークエレメントを含む前記アライメントマークが形成された前記第１のフォトマスクを用いて前記ウエーハ上に前記第１のデバイスパターンとともに前記アライメントマークを形成し、
前記形成されたアライメントマークの第１、第２のアライメントマークエレメントの位置に基づいて前記ウエーハに対して前記第２のフォトマスクの位置決めを行う、
フォトマスクのアライメント方法。 - 前記第１のアライメントマークエレメントは、前記レジスト膜の露光に用いる露光装置の光学系による露光位置ずれ量が、前記第２のアライメントマークエレメントの露光位置ずれ量より小さくなる寸法、形状を有する、請求項１によるアライメント方法。
- 少なくとも第１のデバイスパターンと前記第１のデバイスパターンの一部または同等のパターン形状を有するアライメントマークとを含む第１のフォトマスクを用いてウエーハ上に前記第１のデバイスパターンとともに前記アライメントマークを形成するステップと、
前記アライメントマークに基づいて前記ウエーハ上に形成されたレジスト膜に対して第２のフォトマスクの位置決めを行うステップと、
を具備するフォトマスクのアライメント方法において、
前記第１のデバイスパターンの一部または同等のパターン形状を有する第１の合わせずれ検査用マークを更に有する前記第１のフォトマスクを用いて、前記ウエーハ上に前記第１のデバイスパターンとともに前記アライメントマークおよび前記第１の合わせずれ検査用マークを形成し、
第２のデバイスパターンと、前記第２のデバイスパターンの一部または同等のパターン形状を有する第２の合わせずれ検査用マークを有する前記第２のフォトマスクを前記ウエーハ上に形成されたアライメントマークおよび前記第１の合わせずれ検査用マークに対して位置合わせを行い、
前記レジスト膜に前記第２のデバイスパターンとともに前記第１の合わせずれ検査用マークに関連する位置に前記第２の合わせずれ検査用マークの露光パターンを形成し、
前記第１のフォトマスクは互いに寸法、形状が同等の第１、第２の合わせずれ検査用基準マークを有し、
前記第２のフォトマスクは前記第１の合わせずれ検査用基準マークと同等の寸法、形状を有して前記ウエーハ上に形成された前記第１の合わせずれ検査用基準マークと関連づけて位置決めされる第１の検査マークと、前記レジスト膜の露光に用いる露光装置の光学系による露光位置ずれ量が前記第１の検査マークの露光位置ずれ量より大きくかつ前記第２の合わせずれ検査用基準マークと関連づけて位置決めされる第２の検査マークとを有し、
前記第２のフォトマスクに形成されたデバイスパターンの寸法、形状に応じて前記第１の合わせずれ検査用基準マークと第１の検査マークとの第１の組み合わせ、および前記第２の合わせずれ検査用基準マークと第２の検査マークとの第２の組み合わせを選択的に用いて前記第１、第２フォトマスクの露光位置補正を行う、アライメント方法。 - 少なくとも第１のデバイスパターンと前記第１のデバイスパターンの一部または同等のパターン形状を有するアライメントマークとを含む第１のフォトマスクを用いてウエーハ上に前記第１のデバイスパターンとともに前記アライメントマークを形成するステップと、
前記アライメントマークに基づいて前記ウエーハ上に形成されたレジスト膜に対して第２のフォトマスクの位置決めを行うステップと、
を具備するフォトマスクのアライメント方法において、
前記第１のデバイスパターンの一部または同等のパターン形状を有する第１の合わせずれ検査用マークを更に有する前記第１のフォトマスクを用いて、前記ウエーハ上に前記第１のデバイスパターンとともに前記アライメントマークおよび前記第１の合わせずれ検査用マークを形成し、
第２のデバイスパターンと、前記第２のデバイスパターンの一部または同等のパターン形状を有する第２の合わせずれ検査用マークを有する前記第２のフォトマスクを前記ウエーハ上に形成されたアライメントマークおよび前記第１の合わせずれ検査用マークに対して位置合わせを行い、
前記レジスト膜に前記第２のデバイスパターンとともに前記第１の合わせずれ検査用マークに関連する位置に前記第２の合わせずれ検査用マークの露光パターンを形成し、
前記第１のフォトマスクは、第１の合わせずれ検査用マークと、第１の基準パターンと、この第１の基準パターンに対して露光装置の光学系に起因する位置ずれの影響を大きく受ける前記第１のデバイスパターンの一部または同等の寸法、形状を有する第２の合わせずれ検査用マークとを有し、
前記第２のフォトマスクは、第２の基準パターンと、この第２の基準パターンに対して前記露光装置の光学系に起因する位置ずれの影響を大きく受ける前記第２のデバイスパターンの一部またはそれと同等の寸法、形状を有する第３の合わせずれ検査用マークと、前記ウエーハ上に形成された前記第１の合わせずれ検査用マークと関連づけて位置決めされる第４の合わせずれ検査マークとを有し、
前記第１、第４の合わせずれ検査用マーク相互間の第１の位置ずれ量と、前記第１の基準パターンと第２の合わせずれ検査用マーク相互間の第２の位置ずれ量と、前記第２の基準パターンと第３の合わせずれ検査用マーク相互間の第３の位置ずれ量との合計値を算出し、
前記合計値を用いて他のフォトマスクの露光位置補正を行う、アライメント方法。 - 少なくとも第１のデバイスパターンと、前記第１のデバイスパターンの一部または同等のパターン形状を有するアライメントマークとを含む第１のフォトマスクを用いてウエーハ上に前記第１のデバイスパターンとともに前記アライメントマークを形成し、
前記アライメントマークに基づいて前記ウエーハ上に形成されたレジスト膜に対して第２のフォトマスクを重ね合わせて露光し、
前記アライメントマークを用いて前記ウエーハに対する第２のフォトマスクの重ね合わせの精度を決定する、
フォトマスクの重ね合わせ検査方法において、
互いに寸法、形状の異なる第１、第２のデバイスパターンエレメントを含む前記第１のデバイスパターンとともに、前記第１、第２のデバイスパターンエレメントに応じた寸法、形状の第１、第２のアライメントマークエレメントを含む前記アライメントマークが形成された前記第１のフォトマスクを用いて前記ウエーハ上に前記デバイスパターンとともに前記アライメントマークを形成し、
前記形成されたアライメントマークの第１、第２のアライメントマークエレメントの位置に基づいて前記ウエーハに対して前記第２のフォトマスクの位置決めを行う、
フォトマスクの重ね合わせ検査方法。 - 前記第１のアライメントマークエレメントは、前記レジスト膜の露光に用いる露光装置の光学系による露光位置ずれ量が、前記第２のアライメントマークの露光位置ずれ量より小さくなる寸法、形状を有する、請求項５による重ね合わせ検査方法。
- 少なくとも第１のデバイスパターンと、前記第１のデバイスパターンの一部または同等のパターン形状を有するアライメントマークとを含む第１のフォトマスクを用いてウエーハ上に前記第１のデバイスパターンとともに前記アライメントマークを形成し、
前記アライメントマークに基づいて前記ウエーハ上に形成されたレジスト膜に対して第２のフォトマスクを重ね合わせて露光し、
前記アライメントマークを用いて前記ウエーハに対する第２のフォトマスクの重ね合わせの精度を決定する、
フォトマスクの重ね合わせ検査方法において、
前記第１のデバイスパターンの一部または同等のパターン形状を有する第１の合わせずれ検査用マークを更に有する前記第１のフォトマスクを用いて、前記ウエーハ上に前記第１のデバイスパターンとともに前記アライメントマークおよび前記第１の合わせずれ検査用マークを形成し、
第２のデバイスパターンと、前記第２のデバイスパターンの一部または同等のパターン形状を有する第２の合わせずれ検査用マークを有する前記第２のフォトマスクを前記ウエーハ上に形成されたアライメントマークおよび前記第１の合わせずれ検査用マークに対して位置合わせを行い、
前記レジスト膜に前記第２のデバイスパターンとともに前記第１の合わせずれ検査用マークに関連する位置に前記第２の合わせずれ検査用マークの露光パターンを形成し、
更に、前記第１のフォトマスクは互いに寸法、形状が同等の第１、第２の合わせずれ検査用基準マークを有し、
前記第２のフォトマスクは前記第１の合わせずれ検査用基準マークと同等の寸法、形状を有して前記ウエーハ上に形成された前記第１の合わせずれ検査用基準マークと関連づけて位置決めされる第１の検査マークと、前記レジスト膜の露光に用いる露光装置の光学系による露光位置ずれ量が前記第１の検査マークの露光位置ずれ量より大きくかつ前記第２の合わせずれ検査用基準マークと関連づけて位置決めされる第２の検査マークとを有し、
前記第２のフォトマスクに形成されたデバイスパターンの寸法、形状に応じて前記第１の合わせずれ検査用基準マークと第１の検査マークとの第１の組み合わせ、および前記第２の合わせずれ検査用基準マークと第２の検査マークとの第２の組み合わせを選択的に用いて前記第１、第２フォトマスクの露光位置補正を行う、フォトマスクの重ね合わせ検査方法。 - 少なくとも第１のデバイスパターンと、前記第１のデバイスパターンの一部または同等のパターン形状を有するアライメントマークとを含む第１のフォトマスクを用いてウエーハ上に前記第１のデバイスパターンとともに前記アライメントマークを形成し、
前記アライメントマークに基づいて前記ウエーハ上に形成されたレジスト膜に対して第２のフォトマスクを重ね合わせて露光し、
前記アライメントマークを用いて前記ウエーハに対する第２のフォトマスクの重ね合わせの精度を決定する、
フォトマスクの重ね合わせ検査方法において、
前記第１のデバイスパターンの一部または同等のパターン形状を有する第１の合わせずれ検査用マークを更に有する前記第１のフォトマスクを用いて、前記ウエーハ上に前記第１のデバイスパターンとともに前記アライメントマークおよび前記第１の合わせずれ検査用マークを形成し、
第２のデバイスパターンと、前記第２のデバイスパターンの一部または同等のパターン形状を有する第２の合わせずれ検査用マークを有する前記第２のフォトマスクを前記ウエーハ上に形成されたアライメントマークおよび前記第１の合わせずれ検査用マークに対して位置合わせを行い、
前記レジスト膜に前記第２のデバイスパターンとともに前記第１の合わせずれ検査用マークに関連する位置に前記第２の合わせずれ検査用マークの露光パターンを形成し、
更に、前記第１のフォトマスクは、第１の合わせずれ検査用マークと、第１の基準パターンと、この第１の基準パターンに対して露光装置の光学系に起因する位置ずれの影響を大きく受ける前記第１のデバイスパターンの一部または同等の寸法、形状を有する第２の合わせずれ検査用マークとを有し、
前記第２のフォトマスクは、第２の基準パターンと、この第２の基準パターンに対して前記露光装置の光学系に起因する位置ずれの影響を大きく受ける前記第２のデバイスパターンの一部またはそれと同等の寸法、形状を有する第３の合わせずれ検査用マークと、前記ウエーハ上に形成された前記第１の合わせずれ検査用マークと関連づけて位置決めされる第４の合わせずれ検査マークとを有し、
前記第１、第４の合わせずれ検査用マーク相互間の第１の位置ずれ量と、前記第１の基準パターンと第２の合わせずれ検査用マーク相互間の第２の位置ずれ量と、前記第２の基準パターンと第３の合わせずれ検査用マーク相互間の第３の位置ずれ量との合計値を算出し、
前記合計値を用いて他のフォトマスクの露光位置補正を行う、フォトマスクの重ね合わせ検査方法。 - 寸法、形状の異なる２種類のパターンを有するデバイスパターンと、
このデバイスパターンに対応して寸法、形状の異なる２種類の形状のマークが含まれるアライメントマークと、
前記デバイスパターンの一部が含まれる形状の合わせずれ検査用マークと、
を具備するフォトマスク。
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