JPH04218047A - 縮小投影露光装置用レティクル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は半導体装置の製造工程
で用いられる縮小投影露光装置用レティクルに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程には、半導体ウェ
ハ上に複数の回路パターンを形成するための露光工程が
ある。この露光工程では一般に縮小投影露光装置が用い
られる。縮小投影露光装置では、光源の下にｎ倍（通常
は５倍または１０倍）に拡大された回路パターンを有す
るレティクルが配置される。そしてその下に縮小投影レ
ンズと、ＸＹステージにセットされたウェハが配置され
る。ウェハ表面にはフォトレジスト膜が形成されている
。光源からの光はレチクルを通過し縮小投影レンズに入
る。そして縮小投影レンズで１／ｎに縮小された回路パ
ターンの倒影像が表面のフォトレジスト膜に結像するこ
とによりウェハが露光される。

【０００３】ところで、縮小投影レンズを用いる露光操
作で一度の露光ショットで露光可能な面積は、通常５か
ら２０ｍｍ□程度である。それに対して用いられるウェ
ハは１００から２００ｍｍφ程度であるため、ウェハを
一度のショットで露光することはできない。このため、
ウェハ上のある部位に一度パターンを露光した後、ＸＹ
ステージを移動させ、次の部位に同一パターンを露光し
、再びＸＹステージの移動と露光を繰り返し行なうステ
ップアンドリピート方式でウェハ全面を露光している。 そして全面が露光されたウェハは現像処理される。 次で化学的及び物理的処理，例えばエッチングや不純物
拡散等の処理によりウェハ上には第１の回路パターンが
形成される。このプロセスの後、再び表面にフォトレジ
スト膜が形成されたウェハは、次の回路パターンが形成
されたレティクルにより露光される。

【０００４】このように縮小投影露光装置を用いる露光
プロセスにおいては、同一パターンをウェハ上に正確に
露光する技術と、ウェハ上に形成されたパターンに次の
パターンを正確に重ね合せる技術が重要となる。

【０００５】重ね合わせ誤差は、一般的に縮小投影露光
時のインフィールド誤差とウェハのショット配列に現工
程の露光ショットをアライメントする時のショット毎に
異なるアライメント誤差の２つに大別することができる
。

【０００６】前者のインフィールド誤差には、レチクル
を露光装置にセットした時のアライメント機構に起因す
るレチクルローテーション量と、光学系の収差に起因す
るディストーション誤差と単純な倍率誤差が含まれる。

【０００７】リソグラフィ工程では、この重ね合わせ誤
差をできる限り小さくすることが必要であるが、そのた
めには重ね合わせ誤差の計測時に、インフィールド誤差
量とそれ以外の誤差量を独立に抽出することが必要であ
る。

【０００８】従来の重ね合わせ誤差量の測定は、前露光
工程と現露光工程で用いられるそれぞれのレティクルの
パターン形成領域の任意の部分に形成された複数個の計
測用パターンを用いて行なわれている。すなわち、各計
測用パターンの位置座標を明確にしておく。そしてウェ
ハ上の同一露光ショット内の複数箇所で、前工程で形成
された計測用パターンと現工程で形成されたフォトレジ
スト膜からなる計測用パターンの相対位置を計測するこ
とにより、重ね合わせ誤差量は算出されていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た前工程と現工程で形成されたウェハ上の計測用パター
ンの相対位置を計測する方法では、重ね合わせ誤差量の
中に、レティクルのローテーション誤差と光学系の倍率
誤差およびディストーション誤差の他に、パターンの重
ね合せ誤差やＸＹステージの誤差等も含まれる。

【００１０】従ってインフィールド誤差量に関しては、
前工程と現工程の相対位置としてしか計測できないため
、理想位置からのインフィールド誤差をそれぞれの工程
毎に別々に求めることは不可能であった。なお、ＸＹス
テージの誤差量は別の方法で測定可能であり、０．０２
μｍ以下にすることができる。

【００１１】また、回路パターンが形成されていない状
態のウェハ上にフォトレジスト膜からなるパターンを形
成する際には、相対位置を計測すべき基準パターン（前
工程のパターン）が存在しないので、インフィールド誤
差量の計測はできなかった。

【００１２】本発明の目的は、レティクルのローテーシ
ョン誤差を容易に測定することのできる縮小投影露光装
置用レティクルを提供することにある。

【００１３】本発明の他の目的は、縮小投影露光装置の
光学系の倍率誤差とディストーション誤差を容易に測定
することのできる縮小投影露光装置用レティクルを提供
することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の縮小投影露光装
置用レティクルは、透明基板上に設けられた矩形状のパ
ターン形成領域と、前記透明基板上において前記パター
ン形成領域の周囲に設けられた遮光領域と、前記パター
ン形成領域の平行な２辺に直交する直線上において互に
離され前記透明基板上に設けられた一対の計測用パター
ンとを有するものであり、特に一対の計測用パターンは
透光部からなる第１のパターンと遮光部とからなり前記
第１のパターンより大きくかつ前記第１のパターンと重
ね合わせたときに前記第１のパターンを完全に覆うこと
のできる形状を有する第２のパターンとから構成される
ものである。

【００１５】

【実施例】次に本発明について図面を参照して説明する
。

【００１６】図１は本発明の一実施例の上面図、図２は
図１におけるＡ部とＢ部の拡大図であり、見易いように
遮光される部分には斜線を施してある。以下計測用パタ
ーンとして矩形の小さな透光パターンと矩形の大きな遮
光パターンを有するレティクルについて説明する。

【００１７】図１を参照すると、本発明の第１の実施例
によるレティクル２０は、ガラスや石英からなる透明基
板１０上の中央部に設けられ、回路パターン（図示せず
）等が形成された矩形状のパターン形成領域１１と、こ
のパターン形成領域１１の周囲に設けられた遮光膜から
なる幅１．５ｍｍの遮光領域１２とを有している。遮光
領域１２をパターン形成領域１１の周囲に設ける理由は
、縮小投影露光装置を用いてレティクル２０のパターン
形成領域１１に形成された回路パターンをウェハ上に露
光して描画する場合、１回の投影露光時にパターン描画
範囲外への半影ボケによる光の漏れを防止するためであ
る。

【００１８】パターン形成領域１１の一辺（図１におい
て上辺）１１Ａの中央部Ａおよびこの一辺に対向する他
の辺（図１では下辺）１１Ｂの中央部Ｂには、一対の計
測用パターンが、互いに平行な上辺１１Ａおよび下辺１
１Ｂに直角に交わる同一直線上に配列するように設けら
れている。すなわち、Ａ部には遮光部からなる小さな透
光パターン１３が、Ｂ部には遮光部からなり透光パター
ン１３よりも大きな遮光パターン１４がそれぞれ設けら
れている。

【００１９】図２を参照すると、透光パターン１３は矩
形であり、遮光膜からなる反転枠１５に囲まれることに
より形成されている。矩形の遮光パターン１４は、重ね
合わせた時に透光パターン１３を完全に覆うことのでき
る大きさをもち、下辺１１Ｂから距離ｐだけ離れて設け
られている。遮光パターン１４の周囲のパターン形成領
域に遮光膜によるパターン（図示せず）が形成される場
合は、遮光パターン１４の周囲に透光部（すなわち、回
路パターンが何も設けられていない部分）からなる反転
枠２６を設けておく必要がある。また、透光パターン１
３の周囲が、パターン形成領域でのパターンの一部を構
成する広い遮光部になっていれば、反転枠１５は不要で
ある。その場合は反転枠１５は、パターン形成領域１１
のパターンの一部で代用される。

【００２０】レティクル２０の透明基板１０上の遮光領
域１２，反転枠１５，遮光パターン１４，回路パターン
（図示せず）を構成する遮光部は、透明基板１０に密着
して設けられた厚さ約８０ｎｍのクロム膜とその上に設
けられた厚さ約２０ｎｍの酸化クロム膜とからなる多層
遮光膜で構成されている。なお遮光部をモリブデンシリ
サイドで形成することもできる。

【００２１】この第１の実施例では、レティクル２０の
Ａ部およびＢ部の近傍が広い範囲にわたり遮光部になる
場合の例である。また、これら一対の大小の矩形パター
ン１４，１３の中心位置が、縮小投影露光装置のＸＹス
テージの移動軸のうち、ｙ軸に平行な直線上に配置され
る場合である。以下縮小投影露光装置の縮小率を５対１
として説明する。

【００２２】レティクル２０のＡ部に、ｘ軸方向の寸法
をａｘ　，ｙ軸方向の寸法をａｙ　とする小さい透光パ
ターン１３が透光部で構成されるようにするには、前述
したようにその周辺に遮光部からなる反転枠１５を形成
しなくてはならない。またＢ部には、ｘ軸方向の寸法を
ｂｘ　，ｙ軸方向の寸法をｂｙ　とする遮光部からなり
、透光パターン１３より大きい遮光パターン１４が形成
される。この時、Ａ部に設けられる反転枠１５は、大小
のパターン１４，１３の中心位置を一致させた時に、遮
光パターン１４を完全に覆いきる大きさにする必要があ
る。 この反転枠１５のｘ軸方向の寸法をｍ，ｙ軸方向の寸法
をｎとすると、ｍ＞＞ｂｘ　，ｎ＞＞ｂｙ　となる。

【００２３】一般に用いられる５対１の縮小投影露光装
置用レティクルの場合には、レティクル上ではａｘ　と
ａｙ　は５０μｍ，ｂｘ　とｂｙ　は１００μｍ，ｍと
ｎは２００μｍ程度が適当である。また、Ａ部に設けた
遮光パターン１３とＢ部に設けた遮光パターン１４の中
心間距離をＬとして更に説明する。なお、縮小投影露光
装置には、レティクルを適正にアライメントするための
種々の光学系と、その信号処理系を備えている。しかし
、セットされたレティクルのアライメント結果を最終的
に検査するためには、アライメントされたレティクル上
のパターンを投影露光し、そしてウェハ上に形成された
フォトレジスト膜のパターンで確認するのが最も簡単で
ありかつ正確な手段である。

【００２４】図１，２に示した第１の実施例のレティク
ルを用い、縮小投影露光装置でウェハ上にステップアン
ドリピート方式で露光する際、パターン形成領域１１の
ｘ軸方向の寸法をＸμｍ，ｙ軸方向の寸法をＹμｍとし
、ウェハ上に倒影転写されたそれぞれの寸法をＸ１　（
Ｘ１　＝Ｘ／５），Ｙ１　（Ｙ１　＝Ｙ／５）で表わす
と、通常ＸＹステージのｘ軸方向のステップピッチをＸ
１　μｍ，ｙ軸方向のステップピッチをＹ１　μｍとし
て露光するのが通例である。この時のＸＹステージの移
動誤差は、十分小さい値（０．０２μｍ以下）にするこ
とができるため、ＸＹステージの移動誤差はないものと
して以下に説明する。

【００２５】インフィールド誤差量を測定する場合には
、ｙ軸方向のステップピッチを通常のＹ１　より距離Ｓ
だけ短くする。この距離Ｓは、レティクル２０の一対の
測定パターンを持つＡ部とＢ部とが重なるような値に設
定される。この時のウェハ上へのショットレイアウトを
示す図３を参照すると、まず図１に示したレティクル２
０によりウェハ上のどこか１個所以上の部位に第１のシ
ョット１６が倒影露光される。次でショットの中心座標
がｙ軸方向に（Ｙ１　−Ｓ）分だけ離されて、第２のシ
ョット１７が倒影露光される。第１および第２のショッ
ト１６，１７において、Ａ部およびＢ部、すなわち一対
の計測用パターンは、Ｃ部において重なって露光される
。

【００２６】ここで図２に示した大小の計測用パターン
１４，１３間の距離Ｌのウェハ上での寸法をｌ（ｌ＝Ｌ
／５）とすれば、正規のステップピッチＹ１からのシフ
ト量Ｓは、Ｓ＝（Ｙ１　−ｌ）μｍで表わされる。図３
におけるＣ部では、大小の計測用パターン１４および１
３が重なり、図４に示すパターンがウェハ上に形成され
る。図４において１／５に縮小された透光パターン１３
Ａの内部と１／５に縮小された遮光パターン１４Ａの外
部のフォトレジスト膜は露光された部分であり、斜線が
施された領域のフォトレジスト膜２５Ｅは露光されてい
ない部分である。このフォトレジスト膜の未露光部２５
Ｅの形状から、透光パターン１３Ａの中心２２および遮
光パターン１４Ａの中心２３の位置がそれぞれ容易に計
測でき、両者の位置のｘ軸方向およびｙ軸方向のずれΔ
ｘおよびΔｙがそれぞれ測定できる。

【００２７】次に、このＣ部のパターンの形成について
図５（ａ）から（ｃ）を併用して説明する。まず図５（
ａ）に示すように、フォトレジスト膜２５が形成された
ウェハ２４上に、第１のショット１６で露光すると、レ
ティクル２０の反転枠１５と透光パターン１３とにより
、フォトレジスト膜２５に未露光部２５Ａと露光部２５
Ｂとがそれぞれ形成される。反転枠１５の両側は、回路
パターン（図示せず）に応じて露光部または未露光部２
５Ｃとなる。次に図５（ｂ）に示すように、ｌのピッチ
で第２のショット１７を重ねて露光すると、レティクル
の遮光パターン１４によって未露光部２５Ａの周辺が露
光されて露光部２５Ｄとなり、反転枠１５と遮光パター
ン１４との重なった部分のみが未露光部２５Ｅとして残
される。ポジ型感光性のフォトレジスト膜２５を用いた
場合には、図５（ｃ）に示すように、露光部のフォトレ
ジスト膜は現像液に溶解され、未露光部２５Ｅのフォト
レジスト膜がレジストパターン２５Ｅとしてウェハ２４
上に残される。すなわち、現像後は図４中の斜線が施さ
れた部分のフォトレジスト膜がレジストパターン２５Ｅ
として残される。

【００２８】ネガ型感光性のフォトレジスト膜を用いた
場合には、現像後には図５（ｂ）の露光部２５Ｂ，２５
Ｄのフォトレジスト膜が残される。従って図４では、斜
線が施された部分のフォトレジスト膜が除去されたパタ
ーンが形成されることになる。

【００２９】ここで、図４における透光パターンの中心
２２に対する遮光パターンの中心２３のｘ軸，ｙ軸方向
のずれ量をそれぞれΔｘ，Δｙとすると、レティクルロ
ーテーション量Ｒは簡便的に次の（１）式で算出される
。 　　　　Ｒ＝ｔａｎ−１（Δｘ／ｌ）ｒａｄ　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　（１）そして光学
系の倍率誤差Ｍは次の（２）式で算出される。

【００３０】 　　　　Ｍ＝（ｌ−Δｙ）／ｌ倍　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（２）上述
した第１の実施例では、レティクルを露光装置にセット
した場合、一対の大小の計測用パターン１４，１３の中
心位置がＸＹステージのｙ軸に平行な一直線上に配置さ
れる場合である。大小の計測用パターン１４，１３の中
心位置がＸＹステージのｘ軸に平行な一直線上に配置さ
れるレティクルの場合は、以上の説明中のｘとｙを置き
かえればよい。

【００３１】次に本発明をＩＭ−ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍ
ｉｃ　　Ｒａｎｄｏｍ　　ＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）
の一種に適用した例について具体的に説明する。図１お
よび図２に示したレティクル上の各パターンの寸法は次
の通りである。Ｘ：５８．１５ｍｍ，Ｙ：４７．６０ｍ
ｍ，Ｓ：２１０μｍ，ｍ＝ｎ＝１８０μｍ，ａｘ　＝ａ
ｙ　＝５０μｍ，ｂｘ＝ｂｙ＝１００μｍ，ｐ＝７０μ
ｍ，ｑ＝８５μｍ，Ｌ＝４７３９０μｍ（ｌ＝９４７８
μｍ）。

【００３２】このレティクル用い大小の計測用パターン
１４，１３を最初の露光工程で露光した結果、図４に示
したΔｘおよびΔｙはそれぞれ０．１μｍ，０．０５μ
ｍであった。従って（１），（２）式よりレティクルロ
ーテーション量Ｒと光学系の倍率誤差Ｍは、次のように
簡単に算出することができた。

【００３３】 　　　　Ｒ＝ｔａｎ−１（０．１／９４７８）＝３．３
×１０−６ｒａｄ　　　　Ｍ＝（９４７８−０．０５）
／９４７８＝０．９９９９９４７倍この第１の実施例で
はレティクル２０上に形成される大小の計測用パターン
１４および１３の対の数が１個なので、レティクルロー
テーション量Ｒと光学系の倍率Ｍのみが計測できる。

【００３４】本発明の第２の実施例では図６に示すよう
に、３対の大小の計測用パターン１４および１３が設け
られている。それ以外の部分の構成は図１と同じである
。対の数をＮ個とした場合のレティクルローテーション
量ＲＮ　は、次の（３）式で概算できる。

【００３５】

【００３６】ただし対の配置がＸＹステージのｘ軸に平
行な場合はＺ＝ｙとなり、ｙ軸に平行な場合はＺ＝ｘと
なる。

【００３７】同様に光学系の倍率誤差ＭＮ　は、次の（
４）式で表わされる。

【００３８】

【００３９】ただし対の配置がｘ軸に平行な場合はＺｊ
　＝ｘとなり、ｙ軸に平行な場合はＺｊ　＝ｙとなる。 そして、それぞれの対ごとに倍率誤差が異なる場合は、
光学系にディストーションが存在することになり、その
確認は容易である。

【００４０】図７は本発明の第３の実施例の平面図であ
る。この第３の実施例においては、透光パターン７３お
よびそれより大きな遮光パターン７４は円形をしており
、それらの中心はｙ軸に平行な一つの直線上にある。 反転枠７５は遮光パターン７４を充分に覆う広さがあれ
ばよく、その外形は図示したように矩形でもよく、円形
等の他の形状であってもよい。遮光パターン７４の周囲
に透光部からなる反転枠７６を必要とすることは、第１
の実施例と同じである。その他の部分の構成は第１の実
施例と同じである。

【００４１】図８を参照すると、本発明の第４の実施例
においては、一対の透光パターン１３と遮光パターン１
４は、遮光領域１２の外側に形成されている。このため
パターン形成領域１１はより有効に利用される。また遮
光パターン１４の周囲は当然透光部となる。このように
一対の計測用パターンは、レティクル中のどの位置にあ
ってもよい。ただし一対の計測用パターンは、レティク
ルをセットした場合、ＸＹテーブルのｘ軸またはｙ軸と
平行な直線上にあるように形成されなければならない。 更に上記実施例においては、大小の計測用パターンとし
て矩形および円形パターンを用いた場合について説明し
たが、これに限定されるものではない。すなわち、図４
に示したように、大小の計測用パターンを重ねた場合、
その中心位置とずれ量Δｘ，Δｙが測定できるものであ
ればよい。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
導体基板上に半導体回路パターンをパターニングする際
に、同じ半導体基板上に同時にフォトレジストパターン
でレティクルローテーション誤差と光学系の倍率誤差及
びディストーション誤差を計測することのできる測定用
パターンを形成できるので、半導体基板上の半導体製造
プロセスにおける前工程のパターンの有無にかかわらず
、現工程のレティクルローテーション誤差と光学系の倍
率誤差及びディストーション誤差を計測することができ
るという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例によるレティクルの平面
図である。

【図２】図１のＡ部及びＢ部の拡大図である。

【図３】第１の実施例を用いて所望のパターンを得るた
めのウェハ上へのショットレイアウトを示す図である。

【図４】ウェハ上に形成される計測用パターンの一例の
上面図である。

【図５】図４に示した計測用パターンの形成を説明する
ための半導体ウェハの一部の断面図である。

【図６】本発明の第２の実施例によるレティクルの平面
図である。

【図７】本発明の第３の実施例によるレティクルの平面
図である。

【図８】本発明の第４の実施例によるレティクルの平面
図である。

【符号の説明】

１０　　　　透明基板 １１　　　　パターン形成領域 １１Ａ　　　　上辺 １１Ｂ　　　　下辺 １２　　　　遮光領域 １３，１３Ａ　　　　透光パターン １４，１４Ａ　　　　遮光パターン １５　　　　反転枠 １６　　　　第１のショット １７　　　　第２のショット １８　　　　第２のショットの正位置 １９Ａ　　　　第１のショットの中心 １９Ｂ　　　　第２のショットの正位置の中心２０　　
　　レティクル ２１　　　　第２のショットの中心 ２２　　　　透光パターンの中心 ２３　　　　遮光パターンの中心 ２４　　　　ウェハ ２５Ａ，２５Ｅ　　　　未露光部 ２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄ　　　　露光部２６　　　　反
転枠 ７３　　　　透光パターン ７４　　　　遮光パターン ７５，７６　　　　反転枠

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　透明基板上に設けられた矩形状のパタ
   ーン形成領域と、前記透明基板上において前記パターン
   形成領域の周囲に設けられた遮光領域と、前記パターン
   形成領域の平行な２辺に直交する直線上において互に離
   され前記透明基板上に設けられた一対の計測用パターン
   とを有することを特徴とする縮小投影露光装置用レティ
   クル。
2. 【請求項２】　　前記一対の計測用パターンは透光部か
   らなる第１のパターンと遮光部とからなり前記第１のパ
   ターンより大きくかつ前記第１のパターンと重ね合わせ
   たときに前記第１のパターンを完全に覆うことのできる
   形状を有する第２のパターンとから構成される請求項１
   記載の縮小投影露光装置用レティクル。
3. 【請求項３】　　前記一対の計測用パターンは前記遮光
   領域のうち前記直線に交わる２つの部分の近傍にそれぞ
   れ設けられた請求項１記載の縮小投影露光装置用レティ
   クル。
4. 【請求項４】　　前記一対の計測用パターンはそれぞれ
   相似の多角形である請求項２記載の縮小投影露光装置用
   レティクル。
5. 【請求項５】　　前記一対の計測用パターンはそれぞれ
   円形である請求項２記載の縮小投影露光装置用レティク
   ル。
6. 【請求項６】　　前記一対の計測用パターンは前記パタ
   ーン形成領域内に形成されている請求項３記載の縮小投
   影露光装置用レティクル。
7. 【請求項７】　　前記一対の計測用パターンは前記遮光
   領域の外側に形成されている請求項３記載の縮小投影露
   光装置用レティクル。
8. 【請求項８】　　前記パターン形成領域において前記遮
   光領域および前記第２のパターンを構成する遮光膜と同
   一材料の遮光膜からなる回路パターンが前記透明基板上
   に設けられている請求項２記載の縮小投影露光装置用レ
   ティクル。
9. 【請求項９】　　前記遮光膜はクロムを含む膜である請
   求項８記載の縮小投影露光装置用レティクル。
10. 【請求項１０】　　前記遮光膜はクロム膜と酸化クロム
    膜から構成される請求項８記載の縮小投影露光装置用レ
    ティクル。
11. 【請求項１１】　　前記遮光膜はモリブデンシリサイド
    を含む膜である請求項８記載の縮小投影露光装置用レテ
    ィクル。