JP4864776B2

JP4864776B2 - フォトマスク

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Publication number: JP4864776B2
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Inventors: 信洋小峰; 一貴石行; 紀昭佐々木; 正之幡野
Original assignee: Toshiba Corp
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Priority date: 2007-03-14
Filing date: 2007-03-14
Publication date: 2012-02-01
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Description

この発明は、半導体装置のリソグラフィ工程に使用されるフォトマスク、フォトマスクの重ね合わせ補正方法、及びそのフォトマスクを使用した半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置のリソグラフィ工程に使用されるフォトマスク（レチクル）には、アライメントマークと、重ね合わせ検査マークとが備えられている。

アライメントマークは、すでに半導体基板上に形成されたデバイスパターン（回路パターン）と、フォトマスクに形成された、次に形成されるデバイスパターンとを正しく重ね合わせて露光するための位置合わせに利用される。位置合わせは、フォトマスクが露光装置にセットされた状態にて行われる。

重ね合わせ検査マークは、上記露光によって形成されたデバイスパターンが、正しい位置に露光されたかどうかを検査する重ね合わせ検査に利用される。重ね合わせ検査は、重ね合わせ検査装置を用いて行われる。

これらアライメントマーク、及び重ね合わせ検査マークは、露光装置、又は重ね合わせ検査装置が容易にマークを検出できるように、通常、デバイスパターンよりもサイズが大きく、かつ、パターン形状が異なるものが用いられている。

近年、半導体装置のデバイスパターンの微細化により、アライメントマーク、及び重ね合わせ検査マークのサイズ及びパターン形状と、デバイスパターンのサイズ及びパターン形状との間の相違が大きくなってきている。このため、これらパターン間のアライメント誤差も大きくなってきている。

これまでに、サイズ、及びパターン形状が大きく異なることから生じるアライメント誤差を解決するための手段として、アライメントマークの長さを回路パターン形状に近い長さに分割する方法（特許文献１）や、デバイスパターンの一部又は同等なパターンを用いてマークを形成する方法（特許文献２）が提案されている。

しかしながら、これらの方法では、最適露光量の差に対しては一定の効果は見込めるものの、投影レンズの収差に起因した転写位置のずれや、パターン非対称による計測誤差に起因したアライメント誤差、及び重ね合わせ検査精度の低下については改善することができない。
特開平９−１０２４５７特開２００２−６４０５５

この発明は、投影レンズの収差に起因した転写位置のずれや、パターン非対称による計測誤差に起因したアライメント誤差、及び重ね合わせ検査精度の低下を改善できるフォトマスク、フォトマスクの重ね合わせ補正方法、及びそのフォトマスクを使用した半導体装置の製造方法を提供する。

実施形態に係るフォトマスクは、一表面に遮光膜を有する透光性基体と、前記透光性基体上に、前記遮光膜の有無に応じた透光部と遮光部とのパターンによって形成され、半導体集積回路装置の回路パターンとなるデバイスパターンと、前記透光性基体上に、前記遮光膜の有無に応じた透光部と遮光部とのパターンによって形成され、露光時のフォトマスクの位置合わせに利用されるアライメントマーク、及び前記透光性基体上に、前記遮光膜の有無に応じた透光部と遮光部とのパターンによって形成され、前記デバイスパターンが正しい位置に露光されたかどうかを検査する重ね合わせ検査に利用される重ね合わせ検査マークの少なくともいずれか一方を備え、前記アライメントマーク及び前記重ね合わせ検査マークは各々、本体マーク部と、この本体マーク部の相対する２つの側端部それぞれに沿って形成された第１、第２の補助パターン部とを含み、前記本体マーク部は、半導体ウェーハ上に形成された感光性膜に解像する線幅を有する、前記遮光膜を開孔したスペースパターン、又は前記遮光膜を残したラインパターンのいずれか一方で構成され、前記第１、第２の補助パターン部は各々補助パターンを含み、前記補助パターンは、前記感光性膜に解像しない線幅を有する、前記遮光膜を開孔したスペースパターンの繰り返しパターン、又は前記遮光膜を残したラインパターンの繰り返しパターンのいずれか一方で構成され、前記繰り返しパターンのピッチは、前記デバイスパターンの最小ピッチと等しい。

この発明によれば、投影レンズの収差に起因した転写位置のずれや、パターン非対称による計測誤差に起因したアライメント誤差、及び重ね合わせ検査精度の低下を改善できるフォトマスク、フォトマスクの重ね合わせ補正方法、及びそのフォトマスクを使用した半導体装置の製造方法を提供できる。

最良の形態の説明に先立ち、現状のマークが抱える事情を説明する。この説明では、マークのうち、重ね合わせ検査マークを例示する。

図２６は、代表的な重ね合わせ検査マークを示したものであり、個々のパターン線幅は約２μｍである。これに対して、微細化の進んだ現在のデバイスパターンのパターン線幅は、検査マークのパターン線幅の３％程度と非常に微細なものとなっている。このため、図２７に示すように、露光装置の投影レンズに収差がある場合、パターンから生ずる回折光の経路（以下回折光路という）が異なるために、各々の転写位置に差が生じてしまう。この結果、デバイスパターンの位置ずれ量を、重ね合わせ検査マークを利用しても精度良く見積もることができなくなる。実際に、デバイスパターンと重ね合わせ検査マークとの間には、５ｎｍ近い位置ずれ量の差を生じている。この事情は、アライメントマークを用いた位置合わせに対しても同じである。この乖離は、上述のようなパターン線幅の差に起因して発生する最適露光量の差、具体的には、デバイスパターンに対する最適露光量は、アライメントマーク、及び重ね合わせ検査マークの最適露光量に対しては、非常に過度となる傾向にあり、この乖離は増大傾向にある。

これを解消しようとするのが、特許文献１、及び特許文献２であり、例えば、図２８に示すように、マークをデバイスパターンそのもので形成する、もしくはマークをデバイスパターンに近いラインアンドスペースパターンを用いて形成する。しかしながら、マークをデバイスパターンそのもので形成する、もしくはマークをデバイスパターンに近いラインアンドスペースパターンを用いて形成すると、マークの端部において、投影レンズの収差に起因したパターン非対称（Ａ−Ｂ≠０）が発生し、このパターン非対称に起因した計測誤差が発生するために、アライメントの精度の低下、及び重ね合わせ検査の精度の低下を生ずる。

以下、この発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。

図１はこの発明の一実施形態に係るフォトマスクの一例を示す平面図である。

図１に示すように、一実施形態に係るフォトマスク（レチクル）は、一表面に遮光膜を有する透光性基体１と、透光性基体１上に形成されたデバイスパターン２、アライメントマーク３、重ね合わせ検査マーク４とを備える。

デバイスパターン２は、遮光膜の有無に応じた透光部と遮光部とのパターンによって形成され、半導体集積回路装置の回路パターンとなる。デバイスパターン２は、基体１の中央部分に形成される。

アライメントマーク３は、デバイスパターン２と同様に、遮光膜の有無に応じた透光部と遮光部とのパターンによって形成され、露光時のフォトマスクの位置合わせに利用される。

重ね合わせ検査マーク４も、デバイスパターン２と同様に、遮光膜の有無に応じた透光部と遮光部とのパターンによって形成され、デバイスパターン２が正しい位置に露光されたかどうかを検査する重ね合わせ検査に利用される。

アライメントマーク３、及び重ね合わせ検査マーク４は、本例では基体１の周縁部分に形成される。

（マーク）
図２はこの発明の一実施形態に係るフォトマスクに形成されたマークの基本構成を示す平面図である。

本例のアライメントマーク３、及び重ね合わせ検査マーク４は、図２に示すマークを基本構成とする。このマークは、本体マーク部５と、この本体マーク部５の相対する２つの側端部それぞれに沿って形成された第１、第２の補助パターン部６とを含む。

本体マーク部５は、遮光膜を開孔したスペースパターン、又は遮光膜を残したラインパターンのいずれか一方で構成される。本体マーク部５を構成するスペースパターン、又はラインパターンは、半導体ウェーハ上に形成された感光性膜に解像する線幅を有する。本体マーク部５は、従来、用いられてきたマークで良い。

第１、第２の補助パターン部６は各々補助パターンを含む。補助パターンは、遮光膜を開孔したスペースパターンの繰り返しパターン、又は遮光膜を残したラインパターンの繰り返しパターンのいずれか一方で構成される。補助パターンを構成するスペースパターンの繰り返しパターン、又は遮光膜を残したラインパターンの繰り返しパターンは、半導体ウェーハ上に形成された感光性膜を解像しない線幅を有する。本例の補助パターン部６は、半導体ウェーハ上に解像しない程度の細いラインアンドスペースパターンを５本ずつ配置することで得たものである。図３にマークの拡大図を、図４にデバイスパターンの拡大図を示す。

図３及び図４に示すように、ラインアンドスペースパターンの線幅（補助パターンの線幅）Ｗ_Ａは、使用する照明の開口数をＮＡ、使用する露光装置の露光光波長をλとした場合に、０．２５×λ／ＮＡよりも小さな幅であり、ラインアンドスペースパターンのピッチ（補助パターンのピッチ）Ｐ_Ａは、デバイスパターンに含まれる最小ピッチで形成されているラインアンドスペースパターンのピッチ（デバイスパターンの最小ピッチ）Ｐ_Ｄと等しい。また、本体マークの幅Ｗ_Ｍは、デバイスパターンの最小ピッチＰ_Ｄの整数倍、本例では最小ピッチＰ_Ａのほぼ整数倍とする。さらに、補助パターンは、補助パターンの線幅をＷ_Ａとしたときに、本体マークの端部から１．５×Ｗ_Ａ、本例ではほぼ１．５×Ｗ_Ａの位置を起点として、補助パターンの線幅Ｗ_Ａと、この補助パターンに隣接する他の補助パターンとの距離Ｄ_Ａとの比率Ｗ_Ａ：Ｄ_Ａが、少なくとも１：１よりも大きなピッチで繰り返し配置される。本例では、Ｗ_Ａ：Ｄ_Ａは、ほぼ１：４である。要するに、補助パターン間の間隔Ｄ_Ａは、補助パターンの線幅Ｗ_Ａよりも広い。

このようなマークをフォトマスクに用いることで、露光する際、マークから発生する回折光の光路（回折光路）を、デバイスパターンの回折光路に極めて近いものにすることができる。実際にこのことを示したものが図５である。

図５中の実線はデバイスパターンの回折光路を示す。さらに、左図の一点鎖線が従来のマークから生じる回折光路を示し、右図の一点鎖線が実施形態に係るマークから生じる回折光路を示す。図５から明らかなように、従来のマークに対して、実施形態に係るマークは、デバイスパターンの回折光路との相関が非常に高くなっていることがわかる。回折光路が同じである、もしくはほぼ同じである、ということは、投影レンズの収差による影響の受け方も等しい、もしくはほぼ等しい、ということである。この結果、実施形態に係るマークの転写位置とデバイスパターンの転写位置との誤差は、従来のマークの転写位置とデバイスパターンの転写位置との誤差よりも小さくなる。このことを、具体的な数値で示したものが図６である。図６に示すように、デバイスパターンとマークとの転写位置ズレ量の差を小さくすることができる。この結果、従来に比較して、より高精度な重ね合わせずれ検査を行うことが可能となった。また、アライメントマークについても、同じ理由により、デバイスパターンとマークとの転写位置ズレ量の差を小さくすることができ、より高精度に位置決めをすることができた。

（重ね合わせ検査マーク）
次に、重ね合わせ検査マークの例を説明する。

図７はこの発明の一実施形態に従って得た重ね合わせ検査マークの第１例を示す平面図である。

図７に示すように、第１例に係る重ね合わせ検査マークは、フォトマスクの透光性基板上に形成された遮光膜７を開孔することで得た、いわゆるスペースパターンとして形成される。重ね合わせ検査マークは、本体マーク部５と、その両サイドに補助パターン部６を備えたマークを、矩形の四辺に沿って四つ並べること、本例では正方形の四辺に沿って四つ並べることで得られる。

第１例に係る重ね合わせ検査マークによれば、本体マーク部５の両サイドに上述した補助パターン部６を備えるから、デバイスパターンの半導体ウェーハ上における転写位置と、重ね合わせ検査マークの半導体ウェーハ上における転写位置とのズレ量の差を小さくすることができる。このような重ね合わせ検査マークを用いて、半導体ウェーハ上に重ね合わせ検査マークを形成し、形成された重ね合わせ検査マークを用いて重ね合わせ検査を行うことで、高精度な重ね合わせ検査を行うことができる。

図８はこの発明の一実施形態に従って得た重ね合わせ検査マークの第２例を示す平面図である。

図８に示すように、第２例に係る重ね合わせ検査マークは、フォトマスクの透光性基板上に遮光膜７を残すことで得た、いわゆるラインパターンとして形成したものである。第２例においても第１例と同様に、重ね合わせ検査マークは、本体マーク部５と、その両サイドに補助パターン部６を備えたマークを、矩形の四辺に沿って四つ並べること、本例では正方形の四辺に沿って四つ並べることで得られる。

第２例に係る重ね合わせ検査マークによれば、第１例と同様に、本体マーク部５の両サイドに補助パターン部６を備えるから、重ね合わせ検査マークの第１例と同様の効果を得ることができる。

（アライメントマーク）
次に、アライメントマークの例を説明する。

図９はこの発明の一実施形態に従って得たアライメントマークの第１例を示す平面図である。

図９に示すように、第１例に係るアライメントマークは、重ね合わせ検査マークの第１例と同様に、スペースパターンとして形成される。アライメントマークは、本体マーク部５と、その両サイドに補助パターン部６を備えたマークからなる。

第１例に係るアライメントマークによれば、本体マーク部５の両サイドに上述した補助パターン部６を備えるから、デバイスパターンの半導体ウェーハ上における転写位置と、アライメントマークの半導体ウェーハ上における転写位置とのズレ量の差を小さくすることができる。このようなアライメントマークを用いて、半導体ウェーハ上にアライメントマークを形成し、形成されたアライメントマークを用いて位置合わせを行うことで、高精度な位置合わせを行うことができる。

図１０はこの発明の一実施形態に従って得たアライメントマークの第２例を示す平面図である。

図１０に示すように、第２例に係るアライメントマークは、重ね合わせ検査マークの第２例と同様に、ラインパターンとして形成される。アライメントマークは、本体マーク部５と、その両サイドに補助パターン部６を備えたマークからなる。

第２例に係るアライメントマークによれば、第１例と同様に、本体マーク部５の両サイドに補助パターン部６を備えるから、アライメントマークの第１例と同様の効果を得ることができる。

（半導体装置の製造方法）
次に、この発明の一実施形態に係るフォトマスクを用いた半導体装置の製造方法の例を説明する。

図１１は第１のフォトマスクを示す斜視図、図１２は第２のフォトマスクを示す斜視図である。

まず、第１のフォトマスク、第２のフォトマスクを準備する。第１のフォトマスクは、図１１に示すように、第１のデバイスパターン２-１と、第１のアライメントマーク３-１と、第１の重ね合わせ検査マーク４-１とを備える。図１３に、第１の重ね合わせ検査マーク４-１の例を示す。第１の重ね合わせ検査マーク４-１は、図７に示したものと同様のものであり、本体マーク部５と、その両サイドに形成された補助パターン部６とを備える。第１のアライメントマーク３-１は、特に、図示しないが、例えば、図９に示したマークで良い。

同様に、第２のフォトマスクは、図１２に示すように、第２のデバイスパターン２-２と、第２のアライメントマーク３-２と、第２の重ね合わせ検査マーク４-２とを備える。図１４に、第２の重ね合わせ検査マーク４-２の例を示す。第２の重ね合わせ検査マーク４-２も、第１の重ね合わせ検査マーク４-１と同様に、本体マーク部５と、その両サイドに形成された補助パターン部６とを備える。ただし、第２の重ね合わせ検査マーク４-２の大きさは、第１の重ね合わせ検査マーク４-１の大きさと異なる。これは、重ね合わせ検査装置が、重ね合わせ検査マーク４-１の転写位置と、重ね合わせ検査マーク４-２の転写位置との相対的な位置ずれ量を測定しやすくするためである。本例では、第２の重ね合わせ検査マーク４-２は、第１の重ね合わせ検査マーク４-１よりも小さく。第２の重ね合わせ検査マーク４-２は、第１の重ね合わせ検査マーク４-１の本体マーク部５により囲まれた矩形の領域内、本例では正方形の領域内に転写されるようになっている。第２のアライメントマーク３-２は、特に、図示しないが、例えば、図９に示したマークで良い。また、第２のアライメントマーク３-２は必要に応じて設けられれば良く、不要であれば無くても良い。

図１５乃至図２２は、この発明の一実施形態に係るフォトマスクを用いた半導体装置の製造方法の一例を、主要な工程毎に示した断面図である。なお、本例は、この発明の一実施形態に係るフォトマスクを用いた半導体装置の製造方法の一例を示すものであるから、トランジスタ等の半導体素子の形成工程など詳細な工程については省略する。

まず、図１５に示すように、半導体基板１０上に、第１の層間絶縁膜１１を形成する。半導体基板１０の一例はシリコン基板であり、第１の層間絶縁膜１１の一例は二酸化シリコン膜である。次いで、第１の層間絶縁膜１１上に、第１のフォトレジスト膜１２を形成する。第１のフォトレジスト膜１２の一例はポジ型フォトレジスト膜である。次いで、半導体基板１０の上方に、図１１に示した第１のフォトマスクを移動させ、光を、第１のフォトマスクを介して第１のフォトレジスト膜１２に照射し、第１のフォトレジスト膜１２を露光する。このとき、第１のフォトマスクに形成されたデバイスパターン、及び本体マーク部５は第１のフォトレジスト膜１２に像を結ぶが、補助パターン部６は第１のフォトレジスト膜１２に像を結ばない。

次に、図１６に示すように、第１のフォトレジスト膜１２を現像する。次いで、現像された第１のフォトレジスト膜１２をマスクに用いて、第１の層間絶縁膜１１をエッチングし、第１の層間絶縁膜１１に溝１３を形成する。これらの溝１３は、デバイスパターンの部分においては、例えば、ダマシン配線用の溝として利用される。

次に、図１７に示すように、第１のフォトレジスト膜１２を除去する。次いで、第１の層間絶縁膜１１上に、第１の導電体膜１４を形成し、溝１３を埋め込む。第１の導電体膜１４の一例は金属膜である。金属膜の例としては、タングステン膜、銅膜、アルミニウム膜などをあげることができる。

次に、図１８に示すように、第１の導電体膜１４の表面を後退、例えば、ＣＭＰ法を用いて第１の導電体膜１４の表面を化学的機械研磨することで後退させ、第１の導電体を、溝１３内に残す。これにより、半導体基板１０の上方、本例では第１の層間絶縁膜１１の上面に、第１のアライメントマーク１５-１、第１の重ね合わせ検査マーク１６-１、第１のデバイスパターン１７-１が形成される。図１８に示す段階での第１の重ね合わせ検査マーク１６-１の平面図を、図２３に示す。図２３に示すように、第１の重ね合わせ検査マーク１６-１は、第１の層間絶縁膜１１の上面に、矩形の四辺、本例では正方形の四辺に沿った形に配置された第１の導電体によって構成される。第１の重ね合わせ検査マーク１６-１は、本体マーク部５に対応するところのみが第１の層間絶縁膜１１の上面に形成され、補助パターン部６に対応するところは、像を結ばないため形成されない。

次に、図１９に示すように、第１の層間絶縁膜１１の上に、第２の層間絶縁膜１８を形成する。次いで、第２の層間絶縁膜１８の上に、第２のフォトレジスト膜１９を形成する。第１のフォトレジスト膜１２の一例はポジ型フォトレジスト膜である。次いで、半導体基板１０の上方に、図１２に示した第２のフォトマスクを移動させる。このとき、第２のフォトマスクは、第１の層間絶縁膜１１上に形成された、第１のアライメントマークを
光を、第２のフォトマスクを介して第２のフォトレジスト膜１９に照射し、第２のフォトレジスト膜１９を露光する。このとき、第２のフォトマスクに形成されたデバイスパターン、及び本体マーク部５は第２のフォトレジスト膜１９に像を結ぶが、補助パターン部６は第２のフォトレジスト膜１９に像を結ばない。

次に、図２０に示すように、第２のフォトレジスト膜１９を現像する。次いで、現像された第２のフォトレジスト膜１９をマスクに用いて、第２の層間絶縁膜１８をエッチングし、第２の層間絶縁膜１８に溝２０を形成する。これらの溝２０は、デバイスパターンの部分においては、例えば、ダマシン配線用の溝として利用される。

次に、図２１に示すように、第２のフォトレジスト膜１９を除去する。次いで、第２の層間絶縁膜１８上に、第２の導電体膜２１を形成し、溝２０を埋め込む。第１の導電体膜２０の一例は金属膜である。金属膜の例としては、タングステン膜、銅膜、アルミニウム膜などをあげることができる。

次に、図２２に示すように、第２の導電体膜２１の表面を後退、例えば、ＣＭＰ法を用いて第２の導電体膜２１の表面を化学的機械研磨することで後退させ、第２の導電体を、溝２０内に残す。これにより、半導体基板１０の上方、本例では第２の層間絶縁膜１８の上面に、第２のアライメントマーク１５-２、第２の重ね合わせ検査マーク１６-２、第２のデバイスパターン１７-２が形成される。図２２に示す段階での第２の重ね合わせ検査マーク１６-２の平面図を、図２４に示す。図２４に示すように、第２の重ね合わせ検査マーク１６-２は、第２の層間絶縁膜１８の上面に、矩形の四辺、本例では正方形の四辺に沿った形に配置された第２の導電体によって構成される。第２の重ね合わせ検査マーク１６-２は、本体マーク部５に対応するところのみが第２の層間絶縁膜１８の上面に形成され、補助パターン部６に対応するところは、像を結ばないため形成されない。

第２の重ね合わせ検査マーク１６-２は、本例では、第１の重ね合わせマーク１６-１の内側に形成され、重ね合わせ精度の検査は、図２５に示すように、重ね合わせ検査マークの相対位置ずれ量を検査し、この相対位置ずれ量を求める。この検査の結果を用いて、第１、第２のフォトマスクを使用するリソグラフィ工程における露光位置を補正することで、精度の高い重ね合わせを実現することができる。

上記一実施形態は、下記の態様をさらに含む。

（１）一表面に遮光膜を有する透光性基体と、
前記透光性基体上に、前記遮光膜の有無に応じた透光部と遮光部とのパターンによって形成され、半導体集積回路装置の回路パターンとなるデバイスパターンと、
前記透光性基体上に、前記遮光膜の有無に応じた透光部と遮光部とのパターンによって形成され、露光時のフォトマスクの位置合わせに利用されるアライメントマーク、及び前記透光性基体上に、前記遮光膜の有無に応じた透光部と遮光部とのパターンによって形成され、前記デバイスパターンが正しい位置に露光されたかどうかを検査する重ね合わせ検査に利用される重ね合わせ検査マークの少なくともいずれか一方を備え、
前記アライメントマーク及び前記重ね合わせ検査マークは各々、本体マーク部と、この本体マーク部の相対する２つの側端部それぞれに沿って形成された第１、第２の補助パターン部とを含み、
前記本体マーク部は、半導体ウェーハ上に形成された感光性膜に解像する線幅を有する、前記遮光膜を開孔したスペースパターン、又は前記遮光膜を残したラインパターンのいずれか一方で構成され、
前記第１、第２の補助パターン部は各々補助パターンを含み、前記補助パターンは、前記感光性膜に解像しない線幅を有する、前記遮光膜を開孔したスペースパターンの繰り返しパターン、又は前記遮光膜を残したラインパターンの繰り返しパターンのいずれか一方で構成され、
前記繰り返しパターンのピッチは、前記デバイスパターンの最小ピッチと等しいフォトマスク。

上記（１）の態様に係るフォトマスクによれば、補助パターンを構成する繰り返しパターンのピッチがデバイスパターンの最小ピッチと等しいので、上記補助パターンを含むアライメントマーク又は重ね合わせマークが生ずる回折光路は、デバイスパターンが生ずる回折光路と同じになる、もしくはほぼ同じになる。即ち、投影レンズの収差による影響の受け方が、アライメントマーク又は重ね合わせマークと、デバイスパターンとで等しい、もしくはほぼ等しくなる。このため、アライメントマーク又は重ね合わせマークの転写位置と、デバイスパターンの転写位置との誤差は、上記補助パターンを持たないアライメントマーク又は重ね合わせマークに比較して小さくなる。従って、投影レンズの収差に起因した転写位置のずれに基づくアライメント誤差、及び重ね合わせ検査精度の低下を改善することができる。

さらに、上記補助パターンは、感光性膜に解像しない線幅を有するので、投影レンズの収差に起因したパターン非対称による計測誤差に起因したアライメント誤差、及び重ね合わせ検査精度の低下をも改善できる。

（２）（１）の態様に係るフォトマスクにおいて、前記本体マーク部の線幅は、前記デバイスパターンの最小ピッチのほぼ整数倍の線幅を有する。

（３）（１）の態様に係るフォトマスクにおいて、前記補助パターンの線幅は、露光光の波長をλ、照明装置の開口数をＮＡとしたとき、０．２５λ／ＮＡよりも小さい線幅を有する。

（４）（１）の態様に係るフォトマスクにおいて、前記補助パターンは、前記補助パターンの線幅をＷ_Ａとしたとき、前記本体マーク部の側端部からほぼ１．５×Ｗ_Ａの位置を起点として、前記補助パターン間の間隔Ｄ_Ａが前記補助パターンの線幅Ｗ_Ａよりも広いピッチで繰り返している。

（５）半導体集積回路装置の回路パターンとなる第１のデバイスパターンと、上記（１）〜（４）いずれか一つの態様に係るアライメントマークにより構成された第１のアライメントマーク、及び上記（１）〜（４）いずれか一つの態様に係る重ね合わせ検査マークにより構成された第１の重ね合わせ検査マークとを備えた第１のフォトマスクを準備し、
前記半導体集積回路装置の回路パターンとなり、かつ、前記第１のデバイスパターンに重ね合わされる第２のデバイスパターンと、上記（１）〜（４）いずれか一つの態様に係る重ね合わせ検査マークにより構成された第２の重ね合わせ検査マークとを備えた第２のフォトマスクを準備し、
前記第１のフォトマスクを用いて、ウェーハに、前記第１のデバイスパターンに対応した第１のウェーハ中デバイスパターン、前記第１のアライメントマークに対応した第１のウェーハ中アライメントマーク、及び前記第１の重ね合わせ検査マークに対応した第１のウェーハ中重ね合わせ検査マークを形成し、
前記第２のフォトマスクを、前記ウェーハに、前記第１のウェーハ中アライメントマークを用いて位置合わせし、前記ウェーハに、前記第２のデバイスパターンに対応した第２のウェーハ中デバイスパターン、前記第２の重ね合わせ検査マークに対応した第２のウェーハ中重ね合わせ検査マークを形成し、
前記第１のウェーハ中重ね合わせ検査マークと、前記第２のウェーハ中重ね合わせ検査マークとの相対位置ずれ量を検査し、この検査の結果を用いて、前記第１、第２のフォトマスクを使用するリソグラフィ工程における露光位置を補正するフォトマスクの重ね合わせ補正方法。

上記（５）の態様に係るフォトマスクの重ね合わせ補正方法によれば、上記（１）〜（４）に係る重ね合わせ検査マークにより構成された第１、第２の重ね合わせ検査マークを用いて、ウェーハ中に第１、第２のウェーハ中重ね合わせ検査マークを形成する。第１、第２のウェーハ中重ね合わせ検査マークは、第１、第２のウェーハ中でデバイスパターンとの転写位置誤差が小さくなるから、投影レンズの収差に起因した転写位置のずれに基づく重ね合わせ検査精度の低下を改善することができる。

（６）半導体集積回路装置の回路パターンとなる第１のデバイスパターンと、上記（１）〜（４）いずれか一つの態様に係るアライメントマークにより構成された第１のアライメントマーク、及び上記（１）〜（４）いずれか一つの態様に係る重ね合わせ検査マークにより構成された第１の重ね合わせ検査マークとを備えた第１のフォトマスクを準備し、
前記半導体集積回路装置の回路パターンとなり、かつ、前記第１のデバイスパターンに重ね合わされる第２のデバイスパターンと、上記（１）〜（４）いずれか一つの態様に係る重ね合わせ検査マークにより構成された第２の重ね合わせ検査マークとを備えた第２のフォトマスクを準備し、
前記第１のフォトマスクを用いて、ウェーハに、前記第１のデバイスパターンに対応した第１のウェーハ中デバイスパターン、前記第１のアライメントマークに対応した第１のウェーハ中アライメントマーク、及び前記第１の重ね合わせ検査マークに対応した第１のウェーハ中重ね合わせ検査マークを形成し、
前記第２のフォトマスクを、前記ウェーハに、前記第１のウェーハ中アライメントマークを用いて位置合わせし、前記ウェーハに、前記第２のデバイスパターンに対応した第２のウェーハ中デバイスパターン、前記第２の重ね合わせ検査マークに対応した第２のウェーハ中重ね合わせ検査マークを形成する半導体装置の製造方法。

上記（６）の態様に係るフォトマスクの重ね合わせ補正方法によれば、上記（１）〜（４）に係るアライメントマークにより構成された第１のアライメントマークを用いて第１のウェーハ中アライメントマークを形成し、この第１のウェーハ中アライメントマークを用いて、第２のフォトマスクを、前記ウェーハに位置合わせする。第１のウェーハ中アライメントマークは、第１のウェーハ中デバイスパターンとの転写位置誤差が小さくなるから、投影レンズの収差に起因した転写位置のずれに基づくアライメント精度の低下を改善することができる。

以上、この発明をいくつかの実施形態により説明したが、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その実施にあたっては発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。

例えば、解像しない程度の細いラインアンドスペースパターン、即ち、補助パターン部の線数は５本としたが、それよりも多くても少なくても同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態は種々の段階の発明を含んでおり、上記実施形態において開示した複数の構成要件の適宜な組み合わせにより、種々の段階の発明を抽出することも可能である。

図１はこの発明の一実施形態に係るフォトマスクの一例を示す平面図図２はフォトマスクに形成されたマークの基本構成を示す平面図図３はフォトマスクに形成されたマークの拡大図図４はフォトマスクに形成されたデバイスパターンの拡大図図５は回折光の経路を示す図図６は転写位置ずれ量を示す図図７はこの発明の一実施形態に従って得た重ね合わせ検査マークの第１例を示す平面図図８はこの発明の一実施形態に従って得た重ね合わせ検査マークの第２例を示す平面図図９はこの発明の一実施形態に従って得たアライメントマークの第１例を示す平面図図１０はこの発明の一実施形態に従って得たアライメントマークの第２例を示す平面図図１１はこの発明の一実施形態に係る第１のフォトマスクの一例を示す斜視図図１２はこの発明の一実施形態に係る第２のフォトマスクの一例を示す斜視図図１３は第１のフォトマスクに形成された重ね合わせ検査マークを示す平面図図１４は第２のフォトマスクに形成された重ね合わせ検査マークを示す平面図図１５はこの発明の一実施形態に係るフォトマスクを使用した半導体装置の製造方法の一工程における断面図図１６はこの発明の一実施形態に係るフォトマスクを使用した半導体装置の製造方法の一工程における断面図図１７はこの発明の一実施形態に係るフォトマスクを使用した半導体装置の製造方法の一工程における断面図図１８はこの発明の一実施形態に係るフォトマスクを使用した半導体装置の製造方法の一工程における断面図図１９はこの発明の一実施形態に係るフォトマスクを使用した半導体装置の製造方法の一工程における断面図図２０はこの発明の一実施形態に係るフォトマスクを使用した半導体装置の製造方法の一工程における断面図図２１はこの発明の一実施形態に係るフォトマスクを使用した半導体装置の製造方法の一工程における断面図図２２はこの発明の一実施形態に係るフォトマスクを使用した半導体装置の製造方法の一工程における断面図図２３はこの発明の一実施形態に係るフォトマスクを使用した半導体装置の製造方法の一工程における平面図図２４はこの発明の一実施形態に係るフォトマスクを使用した半導体装置の製造方法の一工程における平面図図２５は重ね合わせの評価例を示す平面図図２６は代表的な重ね合わせ検査マークを示す図図２７は回折光の経路を示す図図２８は別の重ね合わせ検査マークを示す図

符号の説明

１…透光性基体、２…デバイスパターン、３…アライメントマーク、４…重ね合わせ検査マーク、５…本体マーク部、６…補助パターン部

Claims

一表面に遮光膜を有する透光性基体と、
前記透光性基体上に、前記遮光膜の有無に応じた透光部と遮光部とのパターンによって形成され、半導体集積回路装置の回路パターンとなるデバイスパターンと、
前記透光性基体上に、前記遮光膜の有無に応じた透光部と遮光部とのパターンによって形成され、露光時のフォトマスクの位置合わせに利用されるアライメントマーク、及び前記透光性基体上に、前記遮光膜の有無に応じた透光部と遮光部とのパターンによって形成され、前記デバイスパターンが正しい位置に露光されたかどうかを検査する重ね合わせ検査に利用される重ね合わせ検査マークの少なくともいずれか一方を備え、
前記アライメントマーク及び前記重ね合わせ検査マークは各々、本体マーク部と、この本体マーク部の相対する２つの側端部それぞれに沿って形成された第１、第２の補助パターン部とを含み、
前記本体マーク部は、半導体ウェーハ上に形成された感光性膜に解像する線幅を有する、前記遮光膜を開孔したスペースパターン、又は前記遮光膜を残したラインパターンのいずれか一方で構成され、
前記第１、第２の補助パターン部は各々補助パターンを含み、前記補助パターンは、前記感光性膜に解像しない線幅を有する、前記遮光膜を開孔したスペースパターンの繰り返しパターン、又は前記遮光膜を残したラインパターンの繰り返しパターンのいずれか一方で構成され、
前記繰り返しパターンのピッチは、前記デバイスパターンの最小ピッチと等しいことを特徴とするフォトマスク。
前記補助パターンの線幅は、露光光の波長をλ、照明装置の開口数をＮＡとしたとき、
０．２５λ／ＮＡ
よりも小さい線幅を有することを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
前記補助パターンは、前記補助パターンの線幅をＷ_Ａとしたとき、前記本体マーク部の側端部からほぼ１．５×Ｗ_Ａの位置を起点として、前記補助パターン間の間隔Ｄ_Ａが前記補助パターンの線幅Ｗ_Ａよりも広いピッチで繰り返していることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。