JPWO2007013140A1 - 位置合わせ方法 - Google Patents

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Abstract

１ショットの露光領域内に形成された複数の基本領域を有する第１のパターンが複数形成された基板上に、基本領域のそれぞれに対応した複数ショットの露光で第２のパターンを形成する際に、基板上に形成された複数の第１のパターンについて、アライメントマークの位置を計測して第１の位置情報とし、第１の位置情報に基づき、第１の座標系に対する複数の第１のパターンの位置ずれ量を演算し、第１の位置情報から第１の位置ずれ量が差し引かれた第２の位置情報に基づき、第２の座標系に対する第１のパターンの第２の位置ずれ量を演算し、第１の位置情報から第１の位置ずれ量及び第２の位置ずれ量が差し引かれた第３の位置情報に基づき、第２のパターンのショットの中心を原点とする第３の座標系に対する第１のパターンの第３の位置ずれ量を演算し、第１乃至第３の位置ずれ量に基づいて、第２のパターンを露光する際に第１のパターンに対する位置決めを行う。

Description

本発明は、基板上に１ショットの露光で形成された第１のパターンに対して、複数ショットの露光で形成する複数の第２のパターンを重ね合わせる際の位置あわせ方法に関する。
半導体装置等における微細パターンを形成するため、露光プロセスにおいて、ハーフトーン型位相シフトマスク、レベンソン型位相シフトマスク等の位相シフトマスクが使用されている。位相シフトマスクを用いた露光法は、露光余裕度や焦点深度等の向上が図られ、微細パターンの形成に有効である。しかしながら、位相シフトマスクは高価であるため、近年、マスク（レチクル）コストの増大が大きな問題となっている。
マスクコストの増大に対する対策の一つとして、１枚のレチクルに複数層のパターンが配置されたマルチレイヤーレチクル（以下、ＭＬＲという）を使用することが提案されている。
図１９は、１枚のレチクルに２層のパターンが配置されたＭＬＲを示す平面図である。図示するように、１枚のレチクル１００に、例えば第１配線層のパターンを有するショット領域１０２と、例えば第２配線層のパターンを有するショット領域１０４とが配置されている。
ＭＬＲは、マスクコストを削減することができるというメリットを有する反面、１層のパターン当たりの露光領域が小さくなるため、露光機のスループットが低下するというデメリットを有している。このため、ＭＬＲは、位相シフトマスク、クリティカル層のマスク等の高価なマスクを使用する層に限定された使用が考えられている。
また、マスクの露光プロセスにおいては、通常、レチクルを使用する層毎に、例えば、ポジ型のレジストが用いられたり、ネガ型のレジストが用いられたりするように、マスクプロセスが異なっている。また、例えば、バイナリマスクが用いられたり、位相シフトマスクが用いられたりするように、マスクの種類も異なっている。このため、マスクプロセスやマスクの種類が異なる層のパターンを１枚のレチクルに配置することは困難である。
上述のように、ＭＬＲは、使用する層が限定されたものとなる。したがって、実際の製造工程においては、ＭＬＲ以外のレチクル（以下、シングルレイヤーレチクル（ＳＬＲ）という）も使用して露光を行う必要がある。すなわち、実際の製造工程においては、ＳＬＲを用いた露光（以下、ＳＬＲ露光という）と、ＭＬＲを用いた露光（以下、ＭＬＲ露光という）とのミックスアンドマッチ露光を行うことが必要となる。
図２０（ａ）はＳＬＲ露光のショットレイアウトを示す平面図、図２０（ｂ）は図２０（ａ）に示すＳＬＲ露光のショットに重ね合わせられるＭＬＲ露光のショットレイアウトを示す平面図である。図２０に示す場合、ＳＬＲ露光の１つのショット１０６に対して、ＭＬＲ露光の２つのショット１０８を重ね合わせることが必要となる。
特開平８−２３６４３３号公報
しかしながら、従来のＳＬＲ露光とＭＬＲ露光とのミックスアンドマッチ露光では、ＳＬＲ露光の１ショットに対して、ＭＬＲ露光の複数のショットを高い精度で重ね合わせることが困難な場合があった。
本発明の目的は、ＳＬＲ露光の１ショットに対して、ＭＬＲ露光の複数のショットを高い精度で重ね合わせることができる位置合わせ方法を提供することにある。
本発明の一観点によれば、１ショットの露光領域内に形成された複数の基本領域を有する第１のパターンが複数形成された基板上に、前記基本領域のそれぞれに対応した複数ショットの露光で第２のパターンを形成する際の位置合わせ方法であって、前記基板上に形成された複数の前記第１のパターンについて、アライメントマークの位置を計測して第１の位置情報とし、計測した前記第１の位置情報に基づき、前記基板の中心を原点とする第１の座標系に対する複数の前記第１のパターンの相対的な位置を求めることにより、前記第１の座標系に対する複数の前記第１のパターンの位置ずれ量を演算し、前記第１の位置情報から前記第１の位置ずれ量が差し引かれた第２の位置情報を算出し、前記第２の位置情報に基づき、前記第１のパターンのショットの中心を原点とする第２の座標系に対する複数の前記基本領域の相対的な位置を求めることにより、前記第２の座標系に対する前記第１のパターンの第２の位置ずれ量を演算し、前記第１の位置情報から前記第１の位置ずれ量及び前記第２の位置ずれ量が差し引かれた第３の位置情報を算出し、前記第３の位置情報に基づき、前記第２のパターンのショットの中心を原点とする第３の座標系に対する前記第１のパターンの第３の位置ずれ量を演算し、前記第１乃至第３の位置ずれ量に基づいて、前記第２のパターンを露光する際に前記第１のパターンに対する位置決めを行う位置合わせ方法が提供される。
また、本発明の他の観点によれば、１ショットの露光領域内に形成された複数の基本領域を有する第１のパターンが複数形成され、前記基本領域のそれぞれに対応した複数ショットの露光で第２のパターンが形成された一の基板について、位置ずれ検査マークを計測して、前記第１のパターンに対する前記第２のパターンの位置ずれを計測して第１の位置ずれ情報とし、計測した前記第１の位置ずれ情報に基づき、前記基板の中心を原点とする第１の座標系に対する複数の前記第２のパターンの相対的な位置を求めることにより、前記第１の座標系に対する複数の前記第２のパターンの位置ずれ量を演算し、前記第１の位置ずれ情報から前記第１の位置ずれ量が差し引かれた第２の位置ずれ情報を算出し、前記第２の位置ずれ情報に基づき、前記第１のパターンのショットの中心を原点とする第２の座標系に対する複数の前記第２のパターンの相対的な位置を求めることにより、前記第２の座標系に対する前記第２のパターンの第２の位置ずれ量を演算し、前記第１の位置ずれ情報から前記第１の位置ずれ量及び前記第２の位置ずれ量が差し引かれた第３の位置ずれ情報を算出し、前記第３の位置ずれ情報に基づき、前記第２のパターンのショットの中心を原点とする第３の座標系に対する前記第２のパターンの第３の位置ずれ量を演算し、前記第１乃至第３の位置ずれ量に基づいて、他の基板上に形成された前記第１のパターンに対して前記第２のパターンを露光する際に前記第１のパターンに対する位置決めを行う位置合わせ方法が提供される。
本発明によれば、１ショットの露光領域内に形成された複数の基本領域を有する第１のパターンが複数形成された基板上に、基本領域のそれぞれに対応した複数ショットの露光で第２のパターンを形成する際に、基板上に形成された複数の第１のパターンについて、アライメントマークの位置を計測して第１の位置情報とし、計測した第１の位置情報に基づき、基板の中心を原点とする第１の座標系に対する複数の第１のパターンの相対的な位置を求めることにより、第１の座標系に対する複数の第１のパターンの位置ずれ量を演算し、第１の位置情報から第１の位置ずれ量が差し引かれた第２の位置情報を算出し、第２の位置情報に基づき、第１のパターンのショットの中心を原点とする第２の座標系に対する複数の基本領域の相対的な位置を求めることにより、第２の座標系に対する第１のパターンの第２の位置ずれ量を演算し、第１の位置情報から第１の位置ずれ量及び第２の位置ずれ量が差し引かれた第３の位置情報を算出し、第３の位置情報に基づき、第２のパターンのショットの中心を原点とする第３の座標系に対する第１のパターンの第３の位置ずれ量を演算し、第１乃至第３の位置ずれ量に基づいて、第２のパターンを露光する際に第１のパターンに対する位置決めを行うので、基板上に形成された第１のパターンに対して、第２のパターンを高い精度で重ね合わせて形成することができる。
また、本発明によれば、１ショットの露光領域内に形成された複数の基本領域を有する第１のパターンが複数形成され、基本領域のそれぞれに対応した複数ショットの露光で第２のパターンが形成された一の基板について、位置ずれ検査マークを計測して、第１のパターンに対する第２のパターンの位置ずれを計測して第１の位置ずれ情報とし、計測した第１の位置ずれ情報に基づき、基板の中心を原点とする第１の座標系に対する複数の第２のパターンの相対的な位置を求めることにより、第１の座標系に対する複数の第２のパターンの位置ずれ量を演算し、第１の位置ずれ情報から第１の位置ずれ量が差し引かれた第２の位置ずれ情報を算出し、第２の位置ずれ情報に基づき、第１のパターンのショットの中心を原点とする第２の座標系に対する複数の第２のパターンの相対的な位置を求めることにより、第２の座標系に対する第２のパターンの第２の位置ずれ量を演算し、第１の位置ずれ情報から第１の位置ずれ量及び第２の位置ずれ量が差し引かれた第３の位置ずれ情報を算出し、第３の位置ずれ情報に基づき、第２のパターンのショットの中心を原点とする第３の座標系に対する第２のパターンの第３の位置ずれ量を演算し、第１乃至第３の位置ずれ量に基づいて、他の基板上に形成された第１のパターンに対して第２のパターンを露光する際に第１のパターンに対する位置決めを行うので、他の基板上に形成された第１のパターンに対して、第２のパターンを高い精度で重ね合わせて形成することができる。
図１は、ＳＬＲ露光とＭＬＲ露光とのミックスアンドマッチ露光において生じうる位置ずれを説明する平面図（その１）である。 図２は、ＳＬＲ露光とＭＬＲ露光とのミックスアンドマッチ露光において生じうる位置ずれを説明する平面図（その２）である。 図３は、ＳＬＲ露光とＭＬＲ露光とのミックスアンドマッチ露光において生じうる位置ずれを説明する平面図（その３）である。 図４は、ＳＬＲ露光とＭＬＲ露光とのミックスアンドマッチ露光において生じうる位置ずれを説明する平面図（その４）である。 図５は、本発明の第１実施形態による位置合わせ方法を示すフローチャートである。 図６は、本発明の第１実施形態による位置合わせ方法におけるサンプルショットの選択を説明する平面図である。 図７は、本発明の第１実施形態による位置合わせ方法におけるアライメントマークの配置を説明する平面図である。 図８は、本発明の第２実施形態による位置合わせ方法を示すフローチャートである。 図９は、本発明の第２実施形態による位置合わせ方法におけるサンプルショットの選択を説明する平面図である。 図１０は、本発明の第２実施形態による位置合わせ方法における位置ずれ検査マークの配置を説明する平面図である。 図１１は、本発明の第２実施形態による位置合わせ方法の評価を行った露光のショットレイアウトを示す平面図である。 図１２は、本発明の第２実施形態による位置合わせ方法の評価結果を示すグラフである。 図１３は、比較例による位置合わせ方法の評価結果を示すグラフである。 図１４は、本発明の第３実施形態による半導体装置の製造方法における露光工程を説明する図である。 図１５は、本発明の第３実施形態による半導体装置の製造方法において用いられるレチクルを示す平面図である。 図１６は、一般的な二重露光を説明する図（その１）である。 図１７は、一般的な二重露光を説明する図（その２）である。 図１８は、本発明の第４実施形態による半導体装置の製造方法において用いられるレチクルを示す平面図である。 図１９は、１枚のレチクルに２層のパターンが配置されたＭＬＲ示す平面図である。 図２０は、ＳＬＲ露光のショットレイアウト及びＭＬＲ露光のショットレイアウトを示す平面図である。
符号の説明
１０…ウェハ
１２…ＳＬＲ露光のショット
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ…ＭＬＲ露光のショット
１６…アライメントマーク
２０…位置ずれ検査マーク
２２…ＳＬＲ露光のショット
２４…ＭＬＲ露光のショット
２６…レチクル
２８、３０、３２、３４…ショット領域
３６…レチクル
３８、４０、４２、４４…ショット領域
４６…レチクル
４８…ハーフトーン型位相シフト部
５０…レベンソン型位相シフト部
１００…レチクル
１０２、１０４…ショット領域
１０６…ＳＬＲ露光のショット
１０８…ＭＬＲ露光のショット
１１０…ウェハ
１１２…ＳＬＲ露光のショット
１１４…ＭＬＲ露光のショット
［ＳＬＲ露光とＭＬＲ露光とのミックスアンドマッチ露光における位置ずれ］
本発明による位置合わせ方法を示す前に、ＳＬＲ露光とＭＬＲ露光とのミックスアンドマッチ露光において生じうる位置ずれについて図１乃至図４を用いて説明する。図１乃至図４はＳＬＲ露光とＭＬＲ露光とのミックスアンドマッチ露光において生じうる位置ずれを説明する平面図である。
ＳＬＲ露光のショットに対してＭＬＲ露光のショットを重ね合わせる場合おいては、ウェハ中心を原点とするＸＹ直交座標系と、ＭＬＲ露光のショット中心を原点とするＸＹ直交座標系との２つの座標系で位置ずれ成分を演算し、この演算の結果に基づき位置合わせを行うことが考えられる。
しかしながら、ＳＬＲ露光とＭＬＲ露光とでは、互いにショット中心が異なっている。このため、ウェハ中心を原点とするＸＹ座標系と、ＭＬＲ露光のショット中心を原点とするＸＹ座標系との２つの座標系で位置ずれ成分を演算した場合、補正することができない位置ずれ成分が発生することとなる。このため、ＳＬＲ露光のショットに対してＭＬＲ露光のショットを高い精度で重ね合わせることが困難となり、位置ずれが発生することとなる。
まず、ＳＬＲ露光において、Ｙ方向にウェハスケーリングが発生した場合の位置ずれについて図１を用いて説明する。図１（ａ）はＹ方向にウェハスケーリングが発生した場合におけるＳＬＲ露光のショットを示す平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すＳＬＲ露光のショットに対して重ね合わせたＭＬＲ露光のショットを示す平面図である。
図１（ａ）に示すように、ウェハ１１０上に転写されたＳＬＲ露光のショット１１２は、設計上のショットレイアウトと比較してＹ方向に間隔が空いている。このような場合において、ウェハ中心を原点とするＸＹ座標系とＭＬＲ露光のショット中心を原点とするＸＹ座標系との２つの座標系で位置ずれ成分を演算する。この演算の結果に基づき位置ずれを補正して、ＳＬＲ露光の１つのショット１１２に対してＭＬＲ露光の２つのショットを重ね合わせても、図１（ｂ）に示すように、ＳＬＲ露光のショット１１２とＭＬＲ露光のショット１１４との間に位置ずれが生じてしまう。
次に、ＳＬＲ露光において、Ｙ軸の回転によるウェハの直交度ずれが発生した場合の位置ずれについて図２を用いて説明する。図２（ａ）はＹ軸の回転によるウェハの直交度ずれが発生した場合におけるＳＬＲ露光のショットを示す平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）に示すＳＬＲ露光のショットに対して重ね合わせたＭＬＲ露光のショットを示す平面図である。
図２（ａ）に示すように、ウェハ１１０上に転写されたＳＬＲ露光のショット１１２のＹ方向の配列には、設計上のショットレイアウトと比較して、Ｙ軸の回転によりずれが生じている。このような場合において、ウェハ中心を原点とするＸＹ座標系とＭＬＲ露光のショット中心を原点とするＸＹ座標系との２つの座標系で位置ずれ成分を演算する。この演算の結果に基づき位置ずれを補正して、ＳＬＲ露光の１つのショット１１２に対してＭＬＲ露光の２つのショットを重ね合わせても、図２（ｂ）に示すように、ＳＬＲ露光のショット１１２とＭＬＲ露光のショット１１４との間に位置ずれが生じてしまう。
次に、ＳＬＲ露光において、ショット倍率が発生した場合の位置ずれについて図３を用いて説明する。図３（ａ）はショット倍率が発生した場合におけるＳＬＲ露光のショットを示す平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）に示すＳＬＲ露光のショットに対して重ね合わせたＭＬＲ露光のショットを示す平面図である。
図３（ａ）に示すように、ウェハ１１０上に転写されたＳＬＲ露光のショット１１２は、設計上のショットレイアウトと比較して、Ｘ方向の幅及びＹ方向の幅がそれぞれ小さくなっている。このような場合において、ウェハ中心を原点とするＸＹ座標系とＭＬＲ露光のショット中心を原点とするＸＹ座標系との２つの座標系で位置ずれ成分を演算する。この演算の結果に基づき位置ずれを補正して、ＳＬＲ露光の１つのショット１１２に対してＭＬＲ露光の２つのショットを重ね合わせても、図３（ｂ）に示すように、ＳＬＲ露光のショット１１２とＭＬＲ露光のショット１１４との間に位置ずれが生じてしまう。
次に、ＳＬＲ露光において、ショットローテーションが発生した場合の位置ずれについて図４を用いて説明する。図４（ａ）はショットローテーションが発生した場合におけるＳＬＲ露光のショットを示す平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）に示すＳＬＲ露光のショットに対して重ね合わせたＭＬＲ露光のショットを示す平面図である。
図４（ａ）に示すように、ウェハ１１０上に転写されたＳＬＲ露光のショット１１２は、設計上のショットレイアウトと比較して、回転が加わったものとなっている。このような場合において、ウェハ中心を原点とするＸＹ座標系とＭＬＲ露光のショット中心を原点とするＸＹ座標系との２つの座標系で位置ずれ成分を演算する。この演算の結果に基づき位置ずれを補正して、ＳＬＲ露光の１つのショット１１２に対してＭＬＲ露光の２つのショットを重ね合わせても、図４（ｂ）に示すように、ＳＬＲ露光のショット１１２とＭＬＲ露光のショット１１４との間に位置ずれが生じてしまう。
上述したように、ＳＬＲ露光とＭＬＲ露光とでは互いにショット中心が異なっている。このため、ウェハ中心を原点とするＸＹ座標系と、ＭＬＲ露光のショット中心を原点とするＸＹ座標系との２つの座標系で位置ずれ成分を演算しただけでは、補正することができない位置ずれ成分が発生する。この結果、ＳＬＲ露光のショットに対してＭＬＲ露光のショットを高い精度で重ね合わせることは困難となり、位置ずれが発生することとなる。
本発明による位置合わせ方法は、ショット中心が互いに異なるＳＬＲ露光とＭＬＲ露光とのミックスアンドマッチ露光において、ＳＬＲ露光及びＭＬＲ露光の両者において発生した位置ずれを高精度で補正し、ＳＬＲ露光の１つのショットに対して、ＭＬＲ露光の複数のショットを高い精度で重ね合わせることを可能とするものである。以下、実施形態において、本発明による位置合わせ方法について詳述する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による位置合わせ方法について図５乃至図７を用いて説明する。図５は本実施形態による位置合わせ方法を示すフローチャート、図６は本実施形態による位置合わせ方法におけるサンプルショットの選択を説明する平面図、図７は本実施形態による位置合わせ方法におけるアライメントマークの配置を説明する平面図である。
本実施形態による位置合わせ方法は、１つの層のパターンが配置されたレチクルを用いたＳＬＲ露光を行った後、複数の層のパターンが配置されたレチクルを用いたＭＬＲ露光を行う露光工程において、ウェハ上に転写されたＳＬＲ露光のショットに対して、ＭＬＲ露光のショットの位置合わせを行って、ＭＬＲ露光のショットをウェハ上に転写するものである。
まず、ＳＬＲ露光をウェハに対して行った後、ウェハ上に転写されたＳＬＲ露光のショットのレイアウトをもとに、位置合わせを行うための演算に使用するショットをサンプリングして選択する（ステップＳ１１）。
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、ウェハ上に転写されたＳＬＲ露光のショットレイアウトを示している。図６（ａ）に示すウェハ１０上に転写されたＳＬＲ露光の複数のショット１２の中から、図６（ｂ）に示すように、斜線で示す例えば４つのショット１２を、位置合わせを行うための演算に使用するサンプルショットとして選択する。
ここで、サンプリングされたショット１２内に配置するアライメントマークは、ウェハ中心を原点とする座標系、ＳＬＲ露光のショット中心を原点とする座標系、及びＭＬＲ露光のショット中心を原点とする座標系の３つの座標系で位置ずれを演算することができるように、ＳＬＲ露光のショット１２におけるＭＬＲ露光の１ショットが露光される領域内に少なくとも２点以上配置する。また、アライメントマークは、例えば十字形状のように、Ｘ方向及びＹ方向の両方向の位置を計測することが可能な形状とする。
図７（ａ）は、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すＳＬＲ露光のショットにおいて、ＭＬＲ露光のショットが露光される領域を示す平面図である。図７（ｂ）は、ＳＬＲ露光の１ショットにおいてＭＬＲ露光のショットが露光される領域内に配置されたアライメントマークを示す平面図である。図７（ａ）に示すように、矩形状のＳＬＲ露光の１つのショット１２において、４つの領域１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄが、ＭＬＲ露光のショットが露光される領域となっている。領域１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは、ＳＬＲ露光のショット１２を十字線で均等に４分割した矩形状となっている。このような場合において、図７（ｂ）に示すように、ＭＬＲ露光のショットが露光される各領域１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ内に、４つのアライメントマーク１６を配置する。アライメントマーク１６の形状は、例えば十字形状とする。また、４つのアライメントマーク１６は、各領域１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの例えば４隅に配置する。
次いで、ＭＬＲ露光を行う露光機により、アライメントマーク１６の計測を行い、アライメントマーク１６の位置情報を取得する（ステップＳ１２）。
次いで、ステップＳ１２において取得したアライメントマーク１６の位置情報に基づき、ウェハ中心を原点とするＸＹ直交座標系に対する、ウェハ１０上に転写されたＳＬＲ露光の複数のショット１２の相対的な位置を算出する。具体的には、ＳＬＲ露光の各ショット１２の各領域１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄにおけるアライメントマーク１６の位置情報を平均化し、ＳＬＲ露光の各ショット１２の中心座標を求める。そして、この中心座標に基づき、ウェハ中心を原点とするＸＹ直交座標系に対する、ウェハ１０上に転写されたＳＬＲ露光の複数のショット１２の相対的な位置を算出する。
次いで、算出されたＳＬＲ露光の複数のショット１２の相対的な位置に基づき、ウェハ中心を原点とするＸＹ直交座標系に対する、ウェハ１０上に転写されたＳＬＲ露光の複数のショット１２の位置ずれ量の各成分を求める（ステップＳ１３）。ここで、求めるべき位置ずれ量の成分は、Ｘ方向のシフト、Ｙ方向のシフト、Ｘ方向の倍率、Ｙ方向の倍率、及び回転である。
ウェハ中心を原点とするＸＹ直交座標系での位置ずれ量の各成分は、以下の行列式
Figure 2007013140
から導かれる１次の多項式
Ｄｘ_ｗ＝Ｔｘ_ｗ＋Ｍｘ_ｗ×Ｘ−Ｒｏｔ_ｗ×Ｙ
及び
Ｄｙ_ｗ＝Ｔｙ_ｗ＋Ｍｙ_ｗ×Ｙ＋Ｒｏｔ_ｗ×Ｘ
を用いて、最小２乗法によるフィッティング計算を行って求める。
次いで、ステップＳ１２において取得したアライメントマーク１６の位置情報から、ステップＳ１３において求めたウェハ中心を原点とするＸＹ直交座標系での位置ずれ量の各成分を差し引く。続いて、ウェハ中心を原点とするＸＹ直交座標系での位置ずれ量の各成分が差し引かれたアライメントマーク１６の位置情報に基づき、ＳＬＲ露光のショット１２におけるＭＬＲ露光のショットが露光される領域１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの、ＳＬＲ露光のショット中心を原点とするＸＹ直交座標系に対する相対的な位置を算出する。換言すれば、ＳＬＲ露光のショット１２に重ね合わせるべきＭＬＲ露光のショットの、ＳＬＲ露光のショット中心を原点とするＸＹ直交座標系に対する相対的な位置を算出する。具体的には、ＳＬＲ露光のショット１２における各領域１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄのアライメントマーク１６の位置ずれ量差し引き後の位置情報を平均化し、各領域１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの中心座標を求める。そして、この中心座標に基づき、領域１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの、ＳＬＲ露光のショット中心を原点とするＸＹ直交座標系に対する相対的な位置を算出する。
次いで、算出された領域１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの相対的な位置に基づき、ＳＬＲ露光のショット中心を原点とするＸＹ直交座標系に対する、ウェハ１０上に転写されたＳＬＲ露光のショット１２の位置ずれ量の各成分を求める（ステップＳ１４）。ここで、求めるべき位置ずれ量の成分は、Ｘ方向のシフト、Ｙ方向のシフト、Ｘ方向の倍率、Ｙ方向の倍率、及び回転である。
ＳＬＲ露光のショット中心を原点とするＸＹ直交座標系での位置ずれ量の各成分は、以下の行列式
Figure 2007013140
から導かれる１次の多項式
Ｄｘ_ｓ＝Ｔｘ_ｓ＋Ｍｘ_ｓ×Ｘ′−Ｒｏｔ_ｓ×Ｙ′
及び
Ｄｙ_ｓ＝Ｔｙ_ｓ＋Ｍｙ_ｓ×Ｙ′＋Ｒｏｔ_ｓ×Ｘ′
を用いて、最小２乗法によるフィッティング計算を行って求める。
次いで、ステップＳ１２において取得したアライメントマーク１６の位置情報から、ステップＳ１３において求めたウェハ中心を原点とするＸＹ直交座標系での位置ずれ量の各成分、及びステップＳ１４において求めたＳＬＲ露光のショット中心を原点とするＸＹ直交座標系での位置ずれ量の各成分をそれぞれ差し引く。続いて、ウェハ中心を原点とするＸＹ直交座標系での位置ずれ量の各成分、及びＳＬＲ露光のショット中心を原点とするＸＹ直交座標系での位置ずれ量の各成分が差し引かれたアライメントマーク１６の位置情報に基づき、ＭＬＲ露光のショット中心を原点とするＸＹ直交座標系に対する、ウェハ１０上に転写されたＳＬＲ露光のショット１２の位置ずれ量の各成分を求める（ステップＳ１５）。ここで、求めるべき位置ずれ量の成分は、Ｘ方向のシフト、Ｙ方向のシフト、Ｘ方向の倍率、Ｙ方向の倍率、及び回転である。
ＭＬＲ露光のショット中心を原点とするＸＹ直交座標系での位置ずれ量の各成分は、以下の行列式
Figure 2007013140
から導かれる１次の多項式
Ｄｘ_ｓｓ＝Ｔｘ_ｓｓ＋Ｍｘ_ｓｓ×Ｘ″−Ｒｏｔ_ｓｓ×Ｙ″
及び
Ｄｙ_ｓｓ＝Ｔｙ_ｓｓ＋Ｍｙ_ｓｓ×Ｙ″＋Ｒｏｔ_ｓｓ×Ｘ″
を用いて最小２乗法によるフィッティング計算を行って求める。
次いで、ステップＳ１３において求めたウェハ中心を原点とするＸＹ直交座標系での位置ずれ量の各成分、ステップＳ１４において求めたＳＬＲ露光のショット中心を原点とするＸＹ直交座標系での位置ずれ量の各成分、及びステップＳ１５において求めたＭＬＲ露光のショット中心を原点とするＸＹ直交座標系での位置ずれ量の各成分に基づき、位置ずれの補正を行い、ＳＬＲ露光の１ショット１２に対して、ＭＬＲ露光で露光するショットの位置合わせを行う。こうして、ＭＬＲ露光で露光するショットの位置を決定する（ステップＳ１６）。
次いで、ステップＳ１６において決定したショット位置に従って、露光機によりＭＬＲ露光を行い、ＭＬＲ露光のショットをウェハ１０上に転写する（ステップＳ１７）。
こうして、位置ずれの補正を行った上で、ＳＬＲ露光による１ショットの露光でウェハ１０上に複数形成された第１のパターンのそれぞれに対して、ＭＬＲ露光による複数ショットの露光で形成される複数の第２のパターンを重ね合わせて露光する。
本実施形態による位置合わせ方法は、ＳＬＲ露光の１ショット１２に対して、ＭＬＲ露光の複数のショットを重ね合わせるミックスアンドマッチ露光において、露光工程における位置ずれの補正を、ウェハ中心を原点とする座標系、ＳＬＲ露光のショット中心を原点とする座標系、及びＭＬＲ露光のショット中心を原点とする座標系に対する位置ずれ量の各成分を演算した結果に基づいて行うことに主たる特徴がある。
位置ずれの補正を、ウェハ中心を原点とする座標系及びＭＬＲ露光のショット中心を原点とする座標系の２つの座標系だけに対する位置ずれ量の各成分を演算した結果に基づいて行うのではなく、ウェハ中心を原点とする座標系、ＳＬＲ露光のショット中心を原点とする座標系、及びＭＬＲ露光のショット中心を原点とする座標系の３つの座標系に対する位置ずれ量の各成分を演算した結果に基づいて行うので、位置ずれを高い精度で補正することができる。これにより、ＳＬＲ露光の１つのショットに対して、ＭＬＲ露光の複数のショットを高い精度で重ね合わせることができる。
ここで、本実施形態による位置合わせ方法では、位置ずれを補正するための演算に使用するアライメントマーク１６を、ＳＬＲ露光の１つのショット１２においてＭＬＲ露光の１ショットが露光される領域１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ内に少なくとも２点以上配置している。これにより、位置ずれを補正するための演算を、ウェハ中心を原点とする座標系、ＳＬＲ露光のショット中心を原点とする座標系、及びＭＬＲ露光のショット中心を原点とする座標系の３つの座標系で行うことが可能となっている。
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による位置合わせ方法について図８乃至図１３を用いて説明する。図８は本実施形態による位置合わせ方法を示すフローチャート、図９は本実施形態による位置合わせ方法におけるサンプルショットの選択を説明する平面図、図１０は本実施形態による位置合わせ方法における位置ずれ検査マークの配置を説明する平面図、図１１は本実施形態による位置合わせ方法の評価を行った露光のショットレイアウトを示す平面図、図１２は本実施形態による位置合わせ方法の評価結果を示すグラフ、図１３は比較例による位置合わせ方法の評価結果を示すグラフである。なお、第１実施形態による位置合わせ方法と同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
本実施形態による位置合わせ方法は、１つの層のパターンが配置されたレチクルを用いたＳＬＲ露光と、複数の層のパターンが配置されたレチクルを用いたＭＬＲ露光とのミックスアンドマッチ露光を行った後、位置ずれ検査装置による位置ずれ検査工程において、位置ずれを補正するために露光機にフィードバックする位置ずれ補正量を求めるものである。
まず、ＳＬＲ露光後にＳＬＲ露光のショットに対してＭＬＲ露光のショットを重ね合わせて露光したウェハについて、ウェハ上に転写されたＳＬＲ露光のショットのレイアウトをもとに、位置ずれの演算に使用するショットをサンプリングして選択する（ステップＳ２１）。ウェハ上に転写されたＳＬＲの複数のショットのそれぞれに対しては、ＭＬＲ露光の複数のショットが重ね合わせられて転写されている。
図９（ａ）及び図９（ｂ）は、ウェハ上に転写されたＳＬＲ露光のショットレイアウトを示している。図９（ａ）に示すウェハ１０上に転写されたＳＬＲ露光の複数のショット１２の中から、図９（ｂ）に示すように、斜線で示す例えば４つのショット１２を、位置ずれの演算に使用するサンプルショットとして選択する。
ここで、サンプリングされたショット１２内に配置する位置ずれ検査マーク（重ね合わせ検査マーク）は、ウェハ中心を原点とする座標系、ＳＬＲ露光のショット中心を原点とする座標系、及びＭＬＲ露光のショット中心を原点とする座標系の３つの座標系で位置ずれを演算することができるように、ＳＬＲ露光のショット１２におけるＭＬＲ露光の１ショットが露光される領域内に少なくとも２点以上配置する。
図１０（ａ）は、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すＳＬＲ露光のショットにおいて、ＭＬＲ露光のショットが露光される領域を示す平面図である。図１０（ｂ）は、ＳＬＲ露光の１ショットにおいてＭＬＲ露光のショットが露光される領域内に配置された位置ずれ検査マークを示す平面図である。図１０（ａ）に示すように、矩形状のＳＬＲ露光の１つのショット１２において、４つの領域１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄが、ＭＬＲ露光のショットが露光される領域となっている。領域１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは、ＳＬＲ露光のショット１２を十字線で均等に４分割した矩形状となっている。このような場合において、図１０（ｂ）に示すように、ＭＬＲ露光のショットが露光される各領域１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ内に、４つの位置ずれ検査マーク２０を配置する。４つの位置ずれ検査マーク２０は、各領域１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの例えば４隅に配置する。
ＭＬＲ露光のショットは、各領域１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄに対して重ね合わせられて露光されている。
次いで、位置ずれ検査装置において、位置ずれ検査マーク２０の計測を行い、ＳＬＲ露光のショット１２に対するＭＬＲ露光のショットの位置ずれ量の情報を取得する（ステップＳ２２）。
次いで、ステップＳ２２において取得した位置ずれ検査マーク２０の位置ずれ量の情報に基づき、ウェハ中心を原点とするＸＹ直交座標系に対する、ウェハ１０上に転写されたＭＬＲ露光のショットの相対的な位置を算出する。具体的には、ＳＬＲ露光の各ショット１２に重ね合わせられたＭＬＲ露光の複数のショット内の位置ずれ検査マーク２０の位置ずれ量の情報を平均化し、ＳＬＲ露光のショット１２に重ね合わせられたＭＬＲ露光の複数のショットの組の中心座標を求める。そして、この中心座標に基づき、ウェハ中心を原点とするＸＹ直交座標系に対する、ウェハ１０上に転写されたＭＬＲ露光の複数のショットの相対的な位置を算出する。
次いで、算出されたＭＬＲ露光のショットの相対的な位置に基づき、ウェハ中心を原点とするＸＹ直交座標系に対する、ウェハ１０上に転写されたＭＬＲ露光のショットの位置ずれ量の各成分を求める（ステップＳ２３）。ここで、求めるべき位置ずれ量の成分は、Ｘ方向のシフト、Ｙ方向のシフト、Ｘ方向の倍率、Ｙ方向の倍率、及び回転である。
ウェハ中心を原点とするＸＹ直交座標系での位置ずれ量の各成分は、以下の行列式
Figure 2007013140
から導かれる１次の多項式
Ｄｘ_ｗ＝Ｔｘ_ｗ＋Ｍｘ_ｗ×Ｘ−Ｒｏｔ_ｗ×Ｙ
及び
Ｄｙ_ｗ＝Ｔｙ_ｗ＋Ｍｙ_ｗ×Ｙ＋Ｒｏｔ_ｗ×Ｘ
を用いて、最小２乗法によるフィッティング計算を行って求める。
次いで、ステップＳ２２において取得した位置ずれ検査マーク２０の位置ずれ量の情報から、ステップＳ２３において求めたウェハ中心を原点とするＸＹ直交座標系での位置ずれ量の各成分を差し引く。続いて、ウェハ中心を原点とするＸＹ直交座標系での位置ずれ量の各成分が差し引かれた位置ずれ検査マーク２０の位置ずれ量の情報に基づき、ＳＬＲ露光のショット中心を原点とするＸＹ直交座標系に対する、ウェハ１０上に転写されたＭＬＲ露光のショットの相対的な位置を算出する。具体的には、ＳＬＲ露光のショット１２に重ね合わせられたＭＬＲ露光の各ショット内における位置ずれ検査マーク２０の位置ずれ量差し引き後の位置ずれ量の情報を平均化し、ＳＬＲ露光のショット１２に重ね合わせられたＭＬＲ露光の各ショットの中心座標を求める。そして、この中心座標に基づき、ＳＬＲ露光のショット中心を原点とするＸＹ直交座標系に対する、ウェハ１０上に転写されたＭＬＲ露光のショットの相対的な位置を算出する。
次いで、算出されたＭＬＲ露光のショットの相対的な位置に基づき、ＳＬＲ露光のショット中心を原点とするＸＹ直交座標系に対する、ウェハ１０上に転写されたＭＬＲ露光のショットの位置ずれ量の各成分を求める（ステップＳ２４）。ここで、求めるべき位置ずれ量の成分は、Ｘ方向のシフト、Ｙ方向のシフト、Ｘ方向の倍率、Ｙ方向の倍率、及び回転である。
ＳＬＲ露光のショット中心を原点とするＸＹ直交座標系での位置ずれ量の各成分は、以下の行列式
Figure 2007013140
から導かれる１次の多項式
Ｄｘ_ｓ＝Ｔｘ_ｓ＋Ｍｘ_ｓ×Ｘ′−Ｒｏｔ_ｓ×Ｙ′
及び
Ｄｙ_ｓ＝Ｔｙ_ｓ＋Ｍｙ_ｓ×Ｙ′＋Ｒｏｔ_ｓ×Ｘ′
を用いて、最小２乗法によるフィッティング計算を行って求める。
次いで、ステップＳ２２において取得した位置ずれ検査マーク２０の位置ずれ量の情報から、ステップＳ２３において求めたウェハ中心を原点とするＸＹ直交座標系での位置ずれ量の各成分、及びステップＳ２４において求めたＳＬＲ露光のショット中心を原点とするＸＹ直交座標系での位置ずれ量の各成分をそれぞれ差し引く。続いて、ウェハ中心を原点とするＸＹ直交座標系での位置ずれ量の各成分、及びＳＬＲ露光のショット中心を原点とするＸＹ直交座標系での位置ずれ量の各成分が差し引かれた位置ずれ検査マーク２０の位置ずれ量の情報に基づき、ＭＬＲ露光のショット中心を原点とするＸＹ直交座標系に対する、ウェハ１０上に転写されたＭＬＲ露光のショットの位置ずれ量の各成分を求める（ステップＳ２５）。ここで、求めるべき位置ずれ量の成分は、Ｘ方向のシフト、Ｙ方向のシフト、Ｘ方向の倍率、Ｙ方向の倍率、及び回転である。
ＭＬＲ露光のショット中心を原点とするＸＹ直交座標系での位置ずれ量の各成分は、以下の行列式
Figure 2007013140
から導かれる１次の多項式
Ｄｘ_ｓｓ＝Ｔｘ_ｓｓ＋Ｍｘ_ｓｓ×Ｘ″−Ｒｏｔ_ｓｓ×Ｙ″
及び
Ｄｙ_ｓｓ＝Ｔｙ_ｓｓ＋Ｍｙ_ｓｓ×Ｙ″＋Ｒｏｔ_ｓｓ×Ｘ″
を用いて最小２乗法によるフィッティング計算を行って求める。
次いで、ステップＳ２３において求めたウェハ中心を原点とするＸＹ直交座標系での位置ずれ量の各成分、ステップＳ２４において求めたＳＬＲ露光のショット中心を原点とするＸＹ直交座標系での位置ずれ量の各成分、及びステップＳ２５において求めたＭＬＲ露光のショット中心を原点とするＸＹ直交座標系での位置ずれ量の各成分に基づき、位置ずれの補正を行うために露光機にフィードバックする位置ずれ補正量を求める（ステップＳ２６）。
こうして、ＳＬＲ露光とＭＬＲ露光とのミックスアンドマッチ露光を行った後の位置ずれ検査装置による位置ずれ検査を終了する。
その後、露光機において、ステップＳ２６において求められた位置ずれ補正量に基づき、後続のウェハについて、ウェハ１０上に転写されたＳＬＲ露光の１ショットに対して、ＭＬＲ露光のショットの位置合わせを行う。続いて、ＭＬＲ露光を行い、ＭＬＲ露光のショットをウェハ上に転写する。
こうして、後続のウェハについて、位置ずれ検査において求められた位置ずれ補正量を用いて位置ずれの補正を行った上で、ＳＬＲ露光による１ショットの露光でウェハ上に複数形成された第１のパターンのそれぞれに対して、ＭＬＲ露光による複数ショットの露光で形成される複数の第２のパターンを重ね合わせて露光する。
本実施形態による位置合わせ方法は、ＳＬＲ露光の１ショット１２に対して、ＭＬＲ露光の複数のショットを重ね合わせるミックスアンドマッチ露光を行った後の位置ずれ検査工程において、位置ずれ補正量を、ウェハ中心を原点とする座標系、ＳＬＲ露光のショット中心を原点とする座標系、及びＭＬＲ露光のショット中心を原点とする座標系の３つの座標系に対する位置ずれ量の各成分を演算した結果に基づいて求めることに主たる特徴がある。
位置ずれ補正量を、ウェハ中心を原点とする座標系及びＭＬＲ露光のショット中心を原点とする座標系の２つの座標系だけに対する位置ずれ量の各成分を演算した結果に基づいて求めるのではなく、ウェハ中心を原点とする座標系、ＳＬＲ露光のショット中心を原点とする座標系、及びＭＬＲ露光のショット中心を原点とする座標系の３つの座標系に対する位置ずれ量の各成分を演算した結果に基づいて求めるので、位置ずれを高い精度で補正することができる位置ずれ補正量を求めることができる。これにより、ＳＬＲ露光の１つのショットに対して、ＭＬＲ露光の複数のショットを高い精度で重ね合わせることができる。
ここで、本実施形態による位置合わせ方法では、位置ずれ補正量を求めるための位置ずれの演算に使用する位置ずれ検査マーク２０を、ＳＬＲ露光の１つのショット１２においてＭＬＲ露光の１ショットが露光される領域１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ内に少なくとも２点以上配置している。これにより、位置ずれ補正量を求めるための演算を、ウェハ中心を原点とする座標系、ＳＬＲ露光のショット中心を原点とする座標系、及びＭＬＲ露光のショット中心を原点とする座標系の３つの座標系で行うことが可能となっている。
（評価結果）
次に、本実施形態による位置合わせ方法を実験的に評価した結果について図１１乃至図１３を用いて説明する。
実験では、図１１（ａ）に示すＸ方向の幅２４ｍｍ、Ｙ方向の幅３２ｍｍのＳＬＲ露光の１つのショット２２に対して、図１１（ｂ）に示すＸ方向の幅２４ｍｍ、Ｙ方向の幅１６ｍｍの２つのショット２４を重ね合わせる場合の重ね合わせ誤差を測定した。なお、ＳＬＲ露光では、Ｙ方向に５ｐｐｍのウェハスケーリングが発生していた。
実施例では、上述のように、パイロットウェハで、ウェハ中心を原点とする座標系、ＳＬＲ露光のショット中心を原点とする座標系、及びＭＬＲ露光のショット中心を原点とする座標系の３つの座標系で位置ずれ量の各成分を演算し、この演算の結果に基づき、位置ずれ補正量を求めた。続いて、求められた位置ずれ補正量に基づき、本体ウェハについて、ＳＬＲ露光のショットに対してＭＬＲ露光のショットの位置合わせを行ってから、露光、現像を行った。その後、位置ずれ検査装置により、本体ウェハ上に転写されたＳＬＲ露光のショットとＭＬＲ露光のショットとの重ね合わせ誤差を測定した。重ね合わせ誤差の測定は、現像後の全ショットについて、ショット内の４点の重ね合わせ検査マークを測定することにより行った。
比較例では、パイロットウェハで、ウェハ中心を原点とする座標系及びＭＬＲ露光のショット中心を原点とする座標系の２つの座標系だけで位置ずれ量の各成分を演算し、この演算の結果に基づき、位置ずれ補正量を求めた。続いて、求められた位置ずれ補正量に基づき、本体ウェハについて、ＳＬＲ露光のショットに対してＭＬＲ露光のショットの位置合わせを行ってから、露光、現像を行った。その後、実施例の場合と同様に、位置ずれ検査装置により、本体ウェハ上に転写されたＳＬＲ露光のショットとＭＬＲ露光のショットとの重ね合わせ誤差を測定した。
図１２は、実施例の場合に測定された重ね合わせ誤差のヒストグラムを示している。図１２（ａ）はＸ方向の重ね合わせ誤差のヒストグラムを示し、図１２（ｂ）はＹ方向の重ね合わせ誤差のヒストグラムを示している。実施例の場合、Ｘ方向の重ね合わせ誤差のばらつきは３σで３０．９ｎｍであった。また、Ｙ方向の重ね合わせ誤差のばらつきは３σで２７．５ｎｍであった。
図１３は、比較例の場合に測定された重ね合わせ誤差のヒストグラムを示している。図１３（ａ）はＸ方向の重ね合わせ誤差のヒストグラムを示し、図１３（ｂ）はＹ方向の重ね合わせ誤差のヒストグラムを示している。比較例の場合、Ｘ方向の重ね合わせ誤差のばらつきは３σで３２ｎｍであった。また、Ｙ方向の重ね合わせ誤差のばらつきは３σで１１７ｎｍであった。
図１２及び図１３に示すヒストグラムから明らかなように、実施例の場合の方が、比較例の場合と比較して、Ｘ方向及びＹ方向の両方向において、重ね合わせ誤差及びそのばらつきが小さくなっている。
この結果、本実施形態によれば、ＳＬＲ露光の１ショットに対してＭＬＲ露光の複数のショットを高い精度で重ね合わせることができることが確認された。
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による半導体装置の製造方法について図１４及び図１５を用いて説明する。図１４は本実施形態による半導体装置の製造方法における露光工程を説明する図、図１５は本実施形態による半導体装置の製造方法において用いられるレチクルを示す平面図である。
本実施形態による半導体装置の製造方法は、ゲート電極が形成されるゲート層のパターンをＳＬＲ露光により露光する露光工程と、コンタクトホールが形成されるホール層のパターンをＭＬＲ露光により露光する複数の露光工程と、配線層が形成されるライン層のパターンをＭＬＲ露光により露光する複数の露光工程とを行う場合において、本発明による位置合わせ方法を適用したものである。
本実施形態による半導体装置の製造方法は、図１４に示すように、ゲート層のパターンを露光する露光工程Ｅ１１と、第１層目のホール層のパターンを露光する露光工程Ｅ１２と、第１層目のライン層のパターンを露光する露光工程Ｅ１３と、第２層目のホール層のパターンを露光する露光工程Ｅ１４と、第２層目のライン層のパターンを露光する露光工程Ｅ１５と、第３層目のホール層のパターンを露光する露光工程Ｅ１６と、第３層目のライン層のパターンを露光する露光工程Ｅ１７と、第４層目のホール層のパターンを露光する露光工程Ｅ１８と、第４層目のライン層のパターンを露光する露光工程Ｅ１９とを有している。
上述した露光工程を有する本実施形態による半導体装置の製造方法において、露光工程のマスクプロセスに応じて、ＳＬＲ露光とＭＬＲ露光とが使い分けられている。
具体的には、ゲート層のパターンを露光する露光工程Ｅ１１では、ネガ型レジストが用いられる。この露光工程Ｅ１１では、ＳＬＲ露光により露光を行う。図１５（ａ）は、露光工程Ｅ１１において用いるＳＬＲを示している。
他方、第１乃至第４層目のホール層のパターンをそれぞれ露光する露光工程Ｅ１２、Ｅ１４、Ｅ１６、Ｅ１８では、ポジ型レジストが用いられる。これらの露光工程Ｅ１２、Ｅ１４、Ｅ１６、Ｅ１８では、１枚のレチクルを用いたＭＬＲ露光により露光を行う。図１５（ｂ）は、露光工程Ｅ１２、Ｅ１４、Ｅ１６、Ｅ１８において用いるＭＬＲを示している。図示するように、１枚のレチクル２６に、第１乃至第４層目のホール層のパターンを有するショット領域２８、３０、３２、３４が配置されている。
また、第１乃至第４層目のライン層のパターンをそれぞれ露光する露光工程Ｅ１３、Ｅ１５、Ｅ１７、Ｅ１９では、ポジ型レジストが用いられる。これらの露光工程Ｅ１３、Ｅ１５、Ｅ１７、Ｅ１９では、１枚のレチクルを用いたＭＬＲ露光により露光を行う。図１５（ｃ）は、露光工程Ｅ１３、Ｅ１５、Ｅ１７、Ｅ１９において用いるＭＬＲを示している。図示するように、１枚のレチクル３６に、第１乃至第４層目のライン層のパターンを有するショット領域３８、４０、４２、４４が配置されている。
このような半導体装置の製造方法において、ゲート層のパターンを露光するＳＬＲ露光のショットに対して、第１実施形態による位置合わせ方法を用いて、第１乃至第４層目のホール層のパターンを露光するＭＬＲ露光のショットをそれぞれ重ね合わせる。
また、ゲート層のパターンを露光するＳＬＲ露光のショットに対して、第１実施形態による位置合わせ方法を用いて、第１乃至第４層目のライン層のパターンを露光するＭＬＲ露光のショットをそれぞれ重ね合わせる。
これにより、ゲート層のパターンを露光するＳＬＲ露光のショットに対して、第１乃至第４層目のホール層のパターンを露光するＭＬＲ露光のショットを高い精度で重ね合わせることができる。また、ゲート層のパターンを露光するＳＬＲ露光のショットに対して、第１乃至第４層目のライン層のパターンを露光するＭＬＲ露光のショットを、高い精度で重ね合わせることができる。
なお、本実施形態では、図１４に示す露光工程を有する半導体装置の製造方法に、第１実施形態による位置合わせ方法を適用する場合を説明したが、図１４に示す露光工程を有する半導体装置の製造方法に、第２実施形態による位置合わせ方法を適用してもよい。
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態による半導体装置の製造方法について図１６乃至図１８を用いて説明する。図１６及び図１７は一般的な二重露光を説明する図、図１８は本実施形態による半導体装置の製造方法において用いられるレチクルを示す平面図である。
ウェハ上に転写するパターンを微細化する手法として、第１回目の露光を行った後に、第１回目の露光で用いたマスクよりも微細なパターンを有するマスクを用いて第２回目の露光を行うことにより微細なパターンを形成する二重露光が知られている。このような二重露光は、例えばゲート層のパターンの露光に用いられている。
ここで、一般的な二重露光について図１６及び図１７を用いて説明する。図１６は一般的な二重露光を示すフローチャートである。図１７（ａ）は二重露光における第１回目の露光に用いるマスクを示す平面図、図１７（ｂ）は二重露光における第２回目の露光に用いるマスクを示す平面図、図１７（ｃ）は図１７（ａ）及び図１７（ｂ）に示す２枚のマスクを用いた二重露光により形成されるパターンを示す平面図である。
まず、二重露光における第１回目の露光を行う（ステップＳ１０１）。第１回目の露光では、図１７（ａ）に示すハーフトーン型位相シフトマスクを用いて露光を行う。
次いで、露光機のマスク（レチクル）を、第２回目の露光に用いるマスクに交換する（ステップＳ１０２）。
次いで、交換したマスクを用いて、二重露光における第２回目の露光を行う（ステップＳ１０３）。第２回目の露光では、図１７（ｂ）に示すレベンソン型位相シフトマスクを用いて露光を行う。
こうして、二重露光を終了する。
図１７（ｃ）は、図１７（ａ）及び図１７（ｂ）に示す２枚のマスクを用いて二重露光を行ことにより形成されるパターンを示している。図示するように、図１７（ａ）に示すマスクを用いた露光だけで形成されるパターンよりも微細なパターンが形成されている。
二重露光では、マスクを交換して２回の露光を行う必要がある。マスクの交換には時間を要するため、露光機のスループットが低下する。
そこで、二重露光に用いるマスクとして、２枚のマスクに別個に形成されていたマスクパターンを、ＭＬＲとして１枚のレチクルに配置することにより、マスクの交換が不要となる。このようにＭＬＲを用いて二重露光を行うことにより、露光機のスループットを向上することができる。
本実施形態による半導体装置の製造方法は、ＭＬＲを用いて二重露光を行う場合において、本発明による位置合わせ方法を適用するものである。
本実施形態による半導体装置の製造方法では、二重露光のマスクとして、図１８に示すように、一枚のレチクル４６に、二重露光における第１回目の露光に用いるマスクパターンが配置されたハーフトーン型位相シフト部４８と、二重露光における第２回目の露光に用いるマスクパターンが配置されたレベンソン型位相シフト部５０とを有するＭＬＲを用いる。
この場合において、第１実施形態による位置合わせ方法を用いて、前工程でウェハ上に転写されたＳＬＲ露光のショットに対して、位置ずれを補正して、二重露光における第１回目の露光のショット及び第２回目の露光のショットをそれぞれ重ね合わせて露光する。これにより、前工程でウェハ上に転写されたＳＬＲ露光のショットに対して、二重露光を行うＭＬＲ露光のショットを高い精度で重ね合わせることができる。
なお、本実施形態では、ＭＬＲを用いた二重露光に、第１実施形態による位置合わせ方法を適用する場合を説明したが、ＭＬＲを用いた二重露光に、第２実施形態による位置合わせ方法を適用してもよい。
［変形実施形態］
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、ＳＬＲ露光とＭＬＲ露光とのミックスアンドマッチ露光によりウェハ上にパターンを露光する場合を例に説明したが、ウェハ上のみならず種々の基板上にＳＬＲ露光とＭＬＲ露光とのミックスアンドマッチ露光によりパターンを形成する場合に本発明を適用することができる。
また、上記実施形態では、ＳＬＲ露光の１つのショットに対してＭＬＲ露光の２つ又は４つのショットを重ね合わせる場合を例に説明したが、ＳＬＲ露光の１つのショットに対して重ね合わせるＭＬＲ露光のショットの数は、２つ又は４つに限定されるものではなく、ＳＬＲ露光の１つのショットに対して更に多くのＭＬＲ露光のショットを重ね合わせてもよい。
また、上記実施形態では、ＸＹ直交座標系を用いて位置ずれ量の演算を行う場合を例に説明したが、位置ずれ量の演算は、ＸＹ直交座標系のほか、種々の座標系を用いて行うことができる。
本発明による位置合わせ方法は、ＳＬＲ露光とＭＬＲ露光のミックスアンドマッチ露光において、ＳＬＲ露光の１ショットに対するＭＬＲ露光の複数のショットの重ね合わせ精度を向上するのに有用である。
本発明の一観点によれば、１ショットの露光領域内に形成された複数の基本領域を有する第１のパターンが複数形成された基板上に、前記基本領域のそれぞれに対応した複数ショットの露光で第２のパターンを形成する際の位置合わせ方法であって、前記基板上に形成された複数の前記第１のパターンについて、アライメントマークの位置を計測して第１の位置情報とし、計測した前記第１の位置情報に基づき、前記基板の中心を原点とする第１の座標系に対する複数の前記第１のパターンの相対的な位置を求めることにより、前記第１の座標系に対する複数の前記第１のパターンの第１の位置ずれ量を演算し、前記第１の位置情報から前記第１の位置ずれ量が差し引かれた第２の位置情報を算出し、前記第２の位置情報に基づき、前記第１のパターンのショットの中心を原点とする第２の座標系に対する複数の前記基本領域の相対的な位置を求めることにより、前記第２の座標系に対する前記第１のパターンの第２の位置ずれ量を演算し、前記第１の位置情報から前記第１の位置ずれ量及び前記第２の位置ずれ量が差し引かれた第３の位置情報を算出し、前記第３の位置情報に基づき、前記第２のパターンのショットの中心を原点とする第３の座標系に対する前記第１のパターンの第３の位置ずれ量を演算し、前記第１乃至第３の位置ずれ量に基づいて、前記第２のパターンを露光する際に前記第１のパターンに対する位置決めを行う位置合わせ方法が提供される。
また、本発明の他の観点によれば、１ショットの露光領域内に形成された複数の基本領域を有する第１のパターンが複数形成され、前記基本領域のそれぞれに対応した複数ショットの露光で第２のパターンが形成された一の基板について、位置ずれ検査マークを計測して、前記第１のパターンに対する前記第２のパターンの位置ずれを計測して第１の位置ずれ情報とし、計測した前記第１の位置ずれ情報に基づき、前記基板の中心を原点とする第１の座標系に対する複数の前記第２のパターンの相対的な位置を求めることにより、前記第１の座標系に対する複数の前記第２のパターンの第１の位置ずれ量を演算し、前記第１の位置ずれ情報から前記第１の位置ずれ量が差し引かれた第２の位置ずれ情報を算出し、前記第２の位置ずれ情報に基づき、前記第１のパターンのショットの中心を原点とする第２の座標系に対する複数の前記第２のパターンの相対的な位置を求めることにより、前記第２の座標系に対する前記第２のパターンの第２の位置ずれ量を演算し、前記第１の位置ずれ情報から前記第１の位置ずれ量及び前記第２の位置ずれ量が差し引かれた第３の位置ずれ情報を算出し、前記第３の位置ずれ情報に基づき、前記第２のパターンのショットの中心を原点とする第３の座標系に対する前記第２のパターンの第３の位置ずれ量を演算し、前記第１乃至第３の位置ずれ量に基づいて、他の基板上に形成された前記第１のパターンに対して前記第２のパターンを露光する際に前記第１のパターンに対する位置決めを行う位置合わせ方法が提供される。
本発明によれば、１ショットの露光領域内に形成された複数の基本領域を有する第１のパターンが複数形成された基板上に、基本領域のそれぞれに対応した複数ショットの露光で第２のパターンを形成する際に、基板上に形成された複数の第１のパターンについて、アライメントマークの位置を計測して第１の位置情報とし、計測した第１の位置情報に基づき、基板の中心を原点とする第１の座標系に対する複数の第１のパターンの相対的な位置を求めることにより、第１の座標系に対する複数の第１のパターンの第１の位置ずれ量を演算し、第１の位置情報から第１の位置ずれ量が差し引かれた第２の位置情報を算出し、第２の位置情報に基づき、第１のパターンのショットの中心を原点とする第２の座標系に対する複数の基本領域の相対的な位置を求めることにより、第２の座標系に対する第１のパターンの第２の位置ずれ量を演算し、第１の位置情報から第１の位置ずれ量及び第２の位置ずれ量が差し引かれた第３の位置情報を算出し、第３の位置情報に基づき、第２のパターンのショットの中心を原点とする第３の座標系に対する第１のパターンの第３の位置ずれ量を演算し、第１乃至第３の位置ずれ量に基づいて、第２のパターンを露光する際に第１のパターンに対する位置決めを行うので、基板上に形成された第１のパターンに対して、第２のパターンを高い精度で重ね合わせて形成することができる。
また、本発明によれば、１ショットの露光領域内に形成された複数の基本領域を有する第１のパターンが複数形成され、基本領域のそれぞれに対応した複数ショットの露光で第２のパターンが形成された一の基板について、位置ずれ検査マークを計測して、第１のパターンに対する第２のパターンの位置ずれを計測して第１の位置ずれ情報とし、計測した第１の位置ずれ情報に基づき、基板の中心を原点とする第１の座標系に対する複数の第２のパターンの相対的な位置を求めることにより、第１の座標系に対する複数の第２のパターンの第１の位置ずれ量を演算し、第１の位置ずれ情報から第１の位置ずれ量が差し引かれた第２の位置ずれ情報を算出し、第２の位置ずれ情報に基づき、第１のパターンのショットの中心を原点とする第２の座標系に対する複数の第２のパターンの相対的な位置を求めることにより、第２の座標系に対する第２のパターンの第２の位置ずれ量を演算し、第１の位置ずれ情報から第１の位置ずれ量及び第２の位置ずれ量が差し引かれた第３の位置ずれ情報を算出し、第３の位置ずれ情報に基づき、第２のパターンのショットの中心を原点とする第３の座標系に対する第２のパターンの第３の位置ずれ量を演算し、第１乃至第３の位置ずれ量に基づいて、他の基板上に形成された第１のパターンに対して第２のパターンを露光する際に第１のパターンに対する位置決めを行うので、他の基板上に形成された第１のパターンに対して、第２のパターンを高い精度で重ね合わせて形成することができる。

Claims (7)

  1. １ショットの露光領域内に形成された複数の基本領域を有する第１のパターンが複数形成された基板上に、前記基本領域のそれぞれに対応した複数ショットの露光で第２のパターンを形成する際の位置合わせ方法であって、
    前記基板上に形成された複数の前記第１のパターンについて、アライメントマークの位置を計測して第１の位置情報とし、
    計測した前記第１の位置情報に基づき、前記基板の中心を原点とする第１の座標系に対する複数の前記第１のパターンの相対的な位置を求めることにより、前記第１の座標系に対する複数の前記第１のパターンの位置ずれ量を演算し、
    前記第１の位置情報から前記第１の位置ずれ量が差し引かれた第２の位置情報を算出し、
    前記第２の位置情報に基づき、前記第１のパターンのショットの中心を原点とする第２の座標系に対する複数の前記基本領域の相対的な位置を求めることにより、前記第２の座標系に対する前記第１のパターンの第２の位置ずれ量を演算し、
    前記第１の位置情報から前記第１の位置ずれ量及び前記第２の位置ずれ量が差し引かれた第３の位置情報を算出し、
    前記第３の位置情報に基づき、前記第２のパターンのショットの中心を原点とする第３の座標系に対する前記第１のパターンの第３の位置ずれ量を演算し、
    前記第１乃至第３の位置ずれ量に基づいて、前記第２のパターンを露光する際に前記第１のパターンに対する位置決めを行う
    ことを特徴とする位置合わせ方法。
  2. 請求の範囲第１項記載の位置合わせ方法において、
    前記アライメントマークは、前記第２のパターンの１ショット内に少なくとも２つ以上配置する
    ことを特徴とする位置合わせ方法。
  3. １ショットの露光領域内に形成された複数の基本領域を有する第１のパターンが複数形成され、前記基本領域のそれぞれに対応した複数ショットの露光で第２のパターンが形成された一の基板について、位置ずれ検査マークを計測して、前記第１のパターンに対する前記第２のパターンの位置ずれを計測して第１の位置ずれ情報とし、
    計測した前記第１の位置ずれ情報に基づき、前記基板の中心を原点とする第１の座標系に対する複数の前記第２のパターンの相対的な位置を求めることにより、前記第１の座標系に対する複数の前記第２のパターンの位置ずれ量を演算し、
    前記第１の位置ずれ情報から前記第１の位置ずれ量が差し引かれた第２の位置ずれ情報を算出し、
    前記第２の位置ずれ情報に基づき、前記第１のパターンのショットの中心を原点とする第２の座標系に対する複数の前記第２のパターンの相対的な位置を求めることにより、前記第２の座標系に対する前記第２のパターンの第２の位置ずれ量を演算し、
    前記第１の位置ずれ情報から前記第１の位置ずれ量及び前記第２の位置ずれ量が差し引かれた第３の位置ずれ情報を算出し、
    前記第３の位置ずれ情報に基づき、前記第２のパターンのショットの中心を原点とする第３の座標系に対する前記第２のパターンの第３の位置ずれ量を演算し、
    前記第１乃至第３の位置ずれ量に基づいて、他の基板上に形成された前記第１のパターンに対して前記第２のパターンを露光する際に前記第１のパターンに対する位置決めを行う
    ことを特徴とする位置合わせ方法。
  4. 請求の範囲第３項記載の位置合わせ方法において、
    前記位置ずれ検査マークは、前記第２のパターンの１ショット内に少なくとも２つ以上配置する
    ことを特徴とする位置合わせ方法。
  5. 請求の範囲第１項乃至第４項のいずれか１項に記載の位置合わせ方法において、
    前記第１乃至第３の位置ずれ量の演算では、それぞれシフト、倍率、及び回転を演算する
    ことを特徴とする位置合わせ方法。
  6. 請求の範囲第１項乃至第５項のいずれか１項に記載の位置合わせ方法において、
    前記第１のパターンは、ゲート電極が形成されるゲート層のパターンであり、
    前記第２のパターンは、コンタクトホールが形成されるホール層のパターン、又は配線が形成されるライン層のパターンである
    ことを特徴とする位置合わせ方法。
  7. 請求の範囲第１項乃至第５項のいずれか１項に記載の位置合わせ方法において、
    前記第２のパターンは、２回の露光を行うことにより微細パターンを形成する二重露光により形成されるパターンであり、
    前記二重露光における第１回目の露光及び第２回目の露光を行う際に、前記第１乃至第３の位置ずれ量に基づいて、前記第１のパターンに対する位置決めを行う
    ことを特徴とする位置合わせ方法。
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