WO2007013140A1 - 位置合わせ方法 - Google Patents

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Teruyoshi Yao
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    • G03F9/7088—Alignment mark detection, e.g. TTR, TTL, off-axis detection, array detector, video detection

Definitions

  • the present invention relates to a positioning method for superimposing a plurality of second patterns formed by exposure of a plurality of shutters on a first pattern formed by exposure of one shot on a substrate.
  • phase shift mask such as a halftone phase shift mask or a Levenson type phase shift mask is used in an exposure process.
  • An exposure method using a phase shift mask improves the exposure margin and depth of focus, and is effective for forming a fine pattern.
  • the phase shift mask is expensive, an increase in mask (reticle) cost has become a big problem in recent years.
  • MLR multi-layer reticle
  • FIG. 19 is a plan view showing an MLR in which two layers of patterns are arranged on one reticle.
  • a shot region 102 having a pattern of a first wiring layer and a shot region 104 having a pattern of a second wiring layer, for example, are arranged on one reticle 100.
  • MLR has the advantage of reducing the mask cost, it has the disadvantage that the exposure area of each pattern will be smaller and the throughput of the exposure machine will be reduced. Yes. For this reason, MLR is considered to be used only for layers using expensive masks such as phase shift masks and critical layer masks.
  • the mask process is usually different for each layer using a reticle, for example, a positive resist or a negative resist is used. Yes.
  • the types of masks are different so that, for example, a binary mask or a phase shift mask is used. For this reason, the mask process It is difficult to place patterns of layers with different mask types on a single reticle.
  • the layer used is limited in the MLR. Therefore, in the actual manufacturing process, it is necessary to perform exposure using a reticle other than the MLR (hereinafter referred to as a single layer reticle (SLR)). In other words, in the actual manufacturing process, it is necessary to perform a mix-and-match exposure of exposure using SLR (hereinafter referred to as SLR exposure) and exposure using MLR (hereinafter referred to as MLR exposure and V). It becomes.
  • SLR exposure a mix-and-match exposure of exposure using SLR
  • MLR exposure and V exposure using MLR
  • FIG. 20 (a) is a plan view showing a shot layout of SLR exposure
  • FIG. 20 (b) is a plan view showing a shot layout of MLR exposure superimposed on the SLR exposure shot shown in FIG. 20 (a). It is. In the case shown in FIG. 20, it is necessary to superimpose two shots 108 of MLR exposure on one shot 106 of SLR exposure.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-236433
  • An object of the present invention is to provide an alignment method capable of overlaying a plurality of MLR exposure shots with high accuracy on one shot of SLR exposure.
  • a plurality of first patterns corresponding to each of the basic regions are formed on a substrate on which a plurality of first patterns having a plurality of basic regions formed in an exposure region of one shot are formed.
  • a positioning method for forming a second pattern by shot exposure wherein first alignment information is obtained by measuring alignment mark positions of the plurality of first patterns formed on the substrate. And determining the relative position of the plurality of first patterns with respect to the first coordinate system with the origin at the center of the substrate based on the measured first position information.
  • a plurality of first pattern displacement amounts with respect to the system are calculated, and the first position displacement amount is subtracted from the first position information.
  • Second position information is calculated, and based on the second position information, relative positions of the plurality of basic regions with respect to a second coordinate system with the center of the shot of the first pattern as the origin are calculated.
  • the first positional shift amount and the second positional shift amount are calculated from the first positional information.
  • the first pattern of the first pattern relative to the third coordinate system with the center of the shot of the second pattern as the origin is calculated.
  • an alignment method for calculating a third misregistration amount and performing positioning with respect to the first pattern when exposing the second pattern based on the first to third misregistration amounts is provided.
  • a plurality of first patterns having a plurality of basic regions formed in a one-shot exposure region are formed, and a plurality of shots corresponding to each of the basic regions are formed.
  • the first substrate on which the second pattern is formed by exposure is used to measure the misalignment detection mark and measure the misalignment of the second pattern with respect to the first pattern.
  • Calculating a plurality of second pattern misregistration amounts with respect to one coordinate system calculating second misregistration information obtained by subtracting the first misregistration amount from the first misregistration information, Based on the second misalignment information, A second position of the second pattern with respect to the second coordinate system is obtained by obtaining a relative position of the plurality of second patterns with respect to a second coordinate system having the center of the shot of the pattern of 1 as an origin.
  • Calculating a positional deviation amount calculating third positional deviation information obtained by subtracting the first positional deviation amount and the second positional deviation amount from the first positional deviation information; and Based on the deviation information, the third position deviation amount of the second pattern with respect to the third coordinate system with the center of the shot of the second pattern as the origin is calculated, and the first to third position deviations are calculated.
  • An alignment method is provided that performs positioning with respect to the first pattern when exposing the second pattern to the first pattern formed on another substrate based on the amount.
  • a plurality of shots corresponding to each of the basic regions are formed on the substrate on which the plurality of first patterns having the plurality of basic regions formed in the one-shot exposure region are formed.
  • the position of the alignment mark is measured as the first position information for the plurality of first patterns formed on the substrate, and the first position is measured. Based on the information, by calculating the relative positions of the first patterns with respect to the first coordinate system with the center of the substrate as the origin, the positional deviation amounts of the first patterns with respect to the first coordinate system can be calculated.
  • the second position information is calculated by subtracting the first positional deviation amount from the first position information, and the second position information with the center of the shot of the first pattern as the origin is calculated based on the second position information.
  • the relative position of several elementary regions with respect to the coordinate system By calculating the second positional deviation amount of the first pattern with respect to the second coordinate system, the first positional information force is obtained by subtracting the first positional deviation amount and the second positional deviation amount.
  • 3 position information is calculated, and based on the third position information, the third position deviation amount of the first pattern with respect to the third coordinate system with the center of the shot of the second pattern as the origin is calculated, Based on the first to third misregistration amounts, the positioning of the first pattern is performed when the second pattern is exposed, so the first pattern formed on the substrate is determined.
  • the second pattern can be formed with high accuracy.
  • a plurality of first patterns having a plurality of basic areas formed in an exposure area of one shot are formed, and the first shot is exposed by a plurality of shots corresponding to each of the basic areas.
  • Measure the misalignment inspection mark on the one substrate on which the second pattern is formed measure the misalignment of the second pattern with respect to the first pattern, and use it as the first misalignment information.
  • Based on the first misalignment information by calculating the relative positions of the plurality of second patterns with respect to the first coordinate system with the center of the substrate as the origin, a plurality of second coordinates with respect to the first coordinate system are obtained.
  • the second positional deviation information obtained by subtracting the first positional deviation amount from the first positional deviation information is calculated, and the first positional deviation information is calculated based on the second positional deviation information.
  • the second coordinate whose origin is the center of the shot of the pattern
  • the second positional deviation amount of the second pattern with respect to the second coordinate system is calculated by calculating the relative position of the plurality of second patterns with respect to the first positional deviation information power.
  • the third position information is calculated by subtracting the amount of displacement and the amount of second position displacement. Based on the deviation information, the third positional deviation amount of the second pattern relative to the third coordinate system with the center of the second pattern shot as the origin is calculated, and the first to third positional deviation amounts are calculated.
  • the first pattern formed on the other substrate is positioned with respect to the first pattern when the second pattern is exposed to the first pattern.
  • the second pattern can be formed on the pattern with high precision and accuracy.
  • FIG. 1 is a plan view (part 1) for explaining a positional shift that can occur in a mix-and-match exposure of SLR exposure and MLR exposure.
  • FIG. 2 is a plan view (part 2) for explaining a positional shift that can occur in a mix-and-match exposure of SLR exposure and MLR exposure.
  • FIG. 3 is a plan view (part 3) for explaining a positional shift that can occur in the mix-and-match exposure of SLR exposure and MLR exposure.
  • FIG. 4 is a plan view (part 4) for explaining a positional shift that can occur in the mix-and-match exposure of SLR exposure and MLR exposure.
  • FIG. 5 is a flowchart showing an alignment method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a plan view for explaining sample shot selection in the alignment method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a plan view for explaining the alignment of alignment marks in the alignment method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an alignment method according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a plan view for explaining sample shot selection in the alignment method according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a plan view for explaining the arrangement of misalignment detection marks in the alignment method according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a plan view showing a shot layout of exposure for which the alignment method according to the second embodiment of the present invention was evaluated.
  • FIG. 12 is a graph showing the evaluation results of the alignment method according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a graph showing the evaluation results of the alignment method according to the comparative example.
  • FIG. 14 is a view for explaining an exposure step in the method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a plan view showing a reticle used in the method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a diagram (part 1) for explaining general double exposure.
  • FIG. 17 is a diagram (part 2) for explaining general double exposure.
  • FIG. 18 is a plan view showing a reticle used in the method for manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a plan view showing an MLR in which two layers of patterns are arranged on one reticle.
  • FIG. 20 is a plan view showing a shot layout for SLR exposure and a shot layout for MLR exposure.
  • FIGS. 1 to 4 are plan views for explaining a positional shift that can occur in the mix-and-match exposure of SLR exposure and MLR exposure.
  • FIG. Fig. 1 (a) is a plan view showing an SLR exposure shot when wafer scaling occurs in the Y direction
  • Fig. 1 (b) is an SLR exposure shot shown in Fig. 1 (a). It is a top view which shows the shot of MLR exposure superimposed on the shot.
  • the SLR exposure shots 112 transferred onto the wafer 110 are spaced apart in the Y direction as compared to the design shot layout.
  • the position shift component is calculated in two coordinate systems: the XY coordinate system with the wafer center as the origin and the XY coordinate system with the MLR exposure shot center as the origin. Even if the misalignment is corrected based on the result of this calculation and two shots of MLR exposure are superimposed on one shot of SLR exposure 112, as shown in Fig. 1 (b), shots of SLR exposure 112 And misalignment between MLR exposure shot 114.
  • FIG. 2 (a) is a plan view showing a shot of SLR exposure when a deviation of the orthogonality of the wafer due to rotation of the Y axis occurs
  • Fig. 2 (b) is a shot of the SLR exposure shot shown in Fig. 2 (a).
  • FIG. 6 is a plan view showing shots of MLR exposure superimposed on each other.
  • the SLR exposure shot 112 transferred onto the wafer 110 is not aligned in the Y direction with the rotation of the Y axis compared to the design shot layout. Has occurred.
  • the displacement component is calculated in two coordinate systems: an XY coordinate system with the wafer center as the origin and an XY coordinate system with the MLR exposure shot center as the origin. Even if the misregistration is corrected based on the result of this calculation and two shots of MLR exposure are superimposed on one shot of SLR exposure 112, as shown in Fig. 2 (b), Misalignment occurs between shot 1 12 and MLR exposure shot 114.
  • FIG. Fig. 3 (a) is a plan view showing SLR exposure shots when shot magnification occurs
  • Fig. 3 (b) shows MLR exposure shots superimposed on SLR exposure shots shown in Fig. 3 (a).
  • the SLR exposure shot 112 transferred onto the wafer 110 has a smaller width in the X direction and a smaller width in the Y direction than the designed shot layout. ing.
  • the displacement component is calculated in two coordinate systems: the XY coordinate system with the wafer center as the origin and the XY coordinate system with the MLR exposure shot center as the origin. This Even if the misalignment is corrected based on the result of the calculation and two MLR exposure shots are superimposed on one SLR exposure shot 112, the SLR exposure Misalignment occurs between the shot 112 and the shot 114 of the MLR exposure.
  • FIG. Fig. 4 (a) is a plan view showing an SLR exposure shot when shot rotation occurs
  • Fig. 4 (b) is an MLR exposure shot superimposed on the SLR exposure shot shown in Fig. 4 (a).
  • the SLR exposure shot 112 transferred onto the wafer 110 is rotated in comparison with the design shot layout.
  • the displacement component is calculated in two coordinate systems: the XY coordinate system with the wafer center as the origin and the XY coordinate system with the MLR exposure shot center as the origin. Even if the misalignment is corrected based on the result of this calculation and the two shots of MLR exposure are superimposed on one shot of SLR exposure 112, the shot of SLR exposure is shown in Fig. 4 (b). Misalignment occurs between 112 and MLR exposure shot 114.
  • the shot centers of SLR exposure and MLR exposure are different from each other. For this reason, it cannot be corrected by simply calculating the displacement component in two coordinate systems, the XY coordinate system with the wafer center as the origin and the XY coordinate system with the MLR exposure shot center as the origin. A displacement component is generated. As a result, it is difficult to superimpose the MLR exposure shot with the SLR exposure shot with high accuracy, and a positional shift occurs.
  • the alignment method according to the present invention corrects misalignment occurring in both SLR exposure and MLR exposure with high accuracy in a mix-and-match exposure of SLR exposure and MLR exposure with different shot centers. It is possible to superimpose multiple shots of MLR exposure with high accuracy on one shot of exposure.
  • the alignment method according to the present invention will be described in detail according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the alignment method according to this embodiment
  • FIG. 6 is this embodiment
  • FIG. 7 is a plan view for explaining the alignment of alignment marks in the alignment method according to the present embodiment.
  • the alignment method according to the present embodiment uses a reticle in which a pattern of one layer is arranged and performs SLR exposure, and then uses an reticle in which patterns of a plurality of layers are arranged.
  • the MLR exposure shot is aligned with the SLR exposure shot transferred onto the wafer, and the MLR exposure shot is transferred onto the wafer.
  • Step S11 After performing SLR exposure on the wafer, a shot used for calculation for alignment is sampled based on the layout of the shot of SLR exposure transferred onto the wafer. (Step S11).
  • FIGS. 6 (a) and 6 (b) show shot layouts of the SLR exposure transferred onto the wafer.
  • the multiple shots 12 of SLR exposure transferred on the wafer 10 shown in FIG. 6 (a) for example, four shots 12 shown by diagonal lines are aligned as shown in FIG. 6 (b). Select as a sample shot to be used for calculation.
  • the alignment mark placed in the sampled shot 12 has a coordinate system with the wafer center as the origin, a coordinate system with the SLR exposure shot center as the origin, and an MLR exposure shot center as the origin. Place at least two points in the area where one shot of MLR exposure in SLR exposure shot 12 is exposed so that the position shift can be calculated in the three coordinate systems.
  • the alignment mark has a shape capable of measuring positions in both the X direction and the Y direction, for example, a cross shape.
  • FIG. 7 (a) is a plan view showing an area where an MLR exposure shot is exposed in the SLR exposure shot shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b).
  • FIG. 7 (b) is a plan view showing alignment marks arranged in a region where a shot of V and MLR exposure is exposed in one shot of SLR exposure. As shown in FIG. 7 (a), in one shot 12 of rectangular SLR exposure, four regions 14a, 14b, 14c, and 14d force MLR exposure shots are exposed. The areas 14a, 14b, 14c, 14di, and SLR exposure shots 12 are equally shaped by a crosshair.
  • the MLR exposure is Four alignment marks 16 are arranged in each region 14a, 14b, 14c, 14d where a light shot is exposed.
  • the alignment mark 16 has a cross shape, for example.
  • the four alignment marks 16 are arranged at, for example, the four corners of each region 14a, 14b, 14c, 14d.
  • the alignment mark 16 is measured by an exposure machine that performs MLR exposure, and position information of the alignment mark 16 is acquired (step S 12).
  • step S12 based on the positional information of the alignment mark 16 acquired in step S12, relative to a plurality of shots 12 of the SLR exposure transferred onto the wafer 10 with respect to the XY orthogonal coordinate system with the wafer center as the origin
  • the correct position is calculated. Specifically, the positional information of the alignment mark 16 in each region 14a, 14b, 14c, 14d of each shot 12 of SLR exposure is averaged, and the center coordinates of each shot 12 of SLR exposure are obtained. Based on the center coordinates, the relative positions of the plurality of shots 12 of the SLR exposure transferred on the wafer 10 with respect to the XY orthogonal coordinate system having the wafer center as the origin are calculated.
  • step S13 based on the relative positions of the calculated SLR exposure shots 12, a plurality of SLR exposure shots 12 transferred onto the wafer 10 with respect to the XY orthogonal coordinate system with the wafer center as the origin 12
  • Each component of the positional deviation amount is obtained (step S13).
  • the components of the positional deviation amount to be obtained are a shift in the X direction, a shift in the Y direction, a magnification in the X direction, a magnification in the Y direction, and a rotation.
  • Mx_w magnification in X direction
  • Dy_w Ty_w + My— w X Y + Rot— w X X
  • each component of the positional deviation amount in the XY orthogonal coordinate system with the wafer center obtained in step S13 as the origin is subtracted.
  • the MLR exposure shot in SLR exposure shot 12 is exposed based on the position information of the alignment mark 16 from which each component of the positional deviation amount in the XY Cartesian coordinate system with the wafer center as the origin is subtracted.
  • the relative positions of the areas 14a, 14b, 14c, and 14d with respect to the XY Cartesian coordinate system with the SLR exposure shot center as the origin are calculated.
  • the relative position of the MLR exposure shot to be superimposed on the SLR exposure shot 12 with respect to the orthogonal coordinate system with the SLR exposure shot center as the origin is calculated.
  • the position information after subtracting the displacement amount of the alignment mark 16 of each area 14a, 14b, 14c, 14d in SLR exposure shot 12 is averaged, and the center coordinates of each area 14a, 14b, 14c, 14d are averaged.
  • the relative positions of the regions 14a, 14b, 14c, and 14d with respect to the XY orthogonal coordinate system with the SLR exposure shot center as the origin are calculated.
  • step S14 the components of the positional deviation amount to be obtained are X-direction shift, Y-direction shift, X-direction magnification, Y-direction magnification, and rotation.
  • ⁇ ', ⁇ ' Position in XY Cartesian coordinate system with SLR exposure shot center as origin
  • Dy_s S displacement amount in the Y direction
  • Tx—s shift in X direction
  • Mx—s magnification in X direction
  • Dy_s Ty—s + My—s ⁇ ⁇ '+ Rot— s X ⁇ '
  • the origin of the wafer center obtained in step S13 is the component of the positional deviation amount in the orthogonal coordinate system, and in step S14.
  • the obtained SLR exposure shot center as the origin ⁇ Subtract each component of the positional deviation in the Cartesian coordinate system.
  • each component of the positional deviation amount in the orthogonal coordinate system with the wafer center as the origin, and the origin of the shot center of the SLR exposure as the origin ⁇ Each component of the positional deviation amount in the orthogonal coordinate system is subtracted.
  • each component of the positional deviation amount of the shot 12 of the SLR exposure transferred on the wafer 10 relative to the Cartesian coordinate system with the MLR exposure shot center as the origin (Ste S15).
  • the components of the amount of positional deviation to be obtained are a shift in the X direction, a shift in the Y direction, a magnification in the X direction, a magnification in the Y direction, and a rotation.
  • Mx_ss magnification in X direction
  • Dx_ss Tx_ss + Mx_ss X X. "—Rot— ss X ⁇ "
  • the misregistration is corrected and SLR exposure 1 For shot 12, align the shot to be exposed with MLR exposure.
  • the position of the shot to be exposed by MLR exposure is determined (step S16).
  • step S16 MLR exposure is performed by the exposure machine, and the MLR exposure shot is transferred onto the wafer 10 (step S17).
  • a plurality of shots by MLR exposure are applied to each of the first patterns formed on the wafer 10 by one shot exposure by SLR exposure.
  • a plurality of second patterns formed by exposure are overlaid and exposed.
  • positional deviation correction in the exposure process is performed. Position with respect to the coordinate system with the center as the origin, the coordinate system with the SLR exposure shot center as the origin, and the coordinate system with the MLR exposure shot center as the origin.
  • the main feature is that it is performed based on the result of calculating each component of the deviation amount.
  • the positional deviation is corrected based on the result of calculating each component of the positional deviation amount for only two coordinate systems: a coordinate system with the wafer center as the origin and a coordinate system with the MLR exposure shot center as the origin.
  • Each component of the amount of displacement with respect to three coordinate systems: the coordinate system with the wafer center as the origin, the coordinate system with the SLR exposure shot center as the origin, and the coordinate system with the MLR exposure shot center as the origin Since this is performed based on the result of the calculation, misalignment can be corrected with high accuracy. Thereby, a plurality of MLR exposure shots can be superimposed with high accuracy on one shot of SLR exposure.
  • the alignment mark 16 used for the calculation for correcting the misalignment is an area where one shot of MLR exposure is exposed in one shot 12 of SLR exposure. There are at least two points in 14a, 14b, 14c, and 14d.
  • the calculation for correcting the misalignment is performed in three coordinate systems: the coordinate system with the wafer center as the origin, the coordinate system with the SLR exposure shot center as the origin, and the coordinate system with the MLR exposure shot center as the origin. It can be done in the coordinate system.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an alignment method according to the present embodiment
  • FIG. 9 is a plan view for explaining selection of sample shots in the alignment method according to the present embodiment
  • FIG. 10 is a misalignment inspection in the alignment method according to the present embodiment
  • FIG. 11 is a plan view showing a shot layout of an exposure for which the alignment method according to this embodiment is evaluated
  • FIG. 12 is a graph showing the evaluation result of the alignment method according to this embodiment
  • FIG. 13 is a graph showing the evaluation results of the alignment method according to the comparative example. Note that the same components as those in the alignment method according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted or simplified.
  • the alignment method according to the present embodiment is a mix-and-match exposure of SLR exposure using a reticle in which a pattern of one layer is arranged and MLR exposure using a reticle in which a pattern of a plurality of layers is arranged.
  • the position deviation is calculated based on the layout of the SLR exposure shot transferred onto the wafer.
  • the shot to be used is sampled and selected (step S21). For each of the SLR shots transferred onto the wafer, a plurality of MLR exposure shots are superimposed and transferred.
  • FIGS. 9 (a) and 9 (b) show shot layouts of the SLR exposure transferred onto the wafer.
  • the multiple shots 12 of SLR exposure transferred on the wafer 10 shown in Fig. 9 (a) as shown in Fig. 9 (b), for example, four shots 12 shown by hatching are calculated for positional deviation. Select as a sample shot to use for.
  • the misalignment inspection mark (overlapping inspection mark) to be arranged in the sampled shot 12 has a coordinate system with the wafer center as the origin, a coordinate system with the SLR exposure shot center as the origin, and an MLR. At least 2 points or more in the area where one shot of MLR exposure in SLR exposure shot 12 is exposed so that the position shift can be calculated in three coordinate systems with the exposure shot center as the origin. Deploy.
  • FIG. 10 (a) is a plan view showing an area where an MLR exposure shot is exposed in the SLR exposure shot shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b).
  • FIG. 10 (b) is a plan view showing misalignment inspection marks arranged in an area where an MLR exposure shot is exposed in one shot of SLR exposure.
  • FIG. 10 (a) in one shot 12 of rectangular SLR exposure, four regions 14a, 14b, 14c, and 14d force MLR exposure shots can be exposed.
  • the areas 14a, 14b, 14c, and 14d have a rectangular shape in which the SLR exposure shot 12 is equally divided into four by a crosshair. In such a case, as shown in FIG.
  • misalignment detection marks 20 are arranged in each of the regions 14a, 14b, 14c, and 14d where the MLR exposure shot is exposed.
  • the four misalignment inspection marks 20 are arranged at, for example, the four corners of each of the regions 14a, 14b, 14c, and 14d.
  • the MLR exposure shots are overlaid on the regions 14a, 14b, 14c, and 14d to be exposed.
  • step S22 contact the misalignment inspection device and measure the misalignment inspection mark 20.
  • SL Information on the amount of misalignment of the MLR exposure shot with respect to the R exposure shot 12 is acquired (step S22).
  • MLR exposure transferred onto wafer 10 with respect to the XY Cartesian coordinate system with the wafer center as the origin based on the information on the displacement amount of displacement inspection mark 20 obtained in step S22!
  • the relative positions of the shots are calculated. Specifically, the information on the amount of misalignment of the misalignment inspection mark 20 in multiple shots of MLR exposure superimposed on each SLR exposure 12 is averaged and superimposed on the shot 12 of SLR exposure. Find the center coordinates of a set of multiple shots of MLR exposure. Based on the center coordinates, the relative positions of a plurality of MLR exposure shots transferred onto the wafer 10 with respect to the XY orthogonal coordinate system with the wafer center as the origin are calculated.
  • step S23 the components of the positional deviation amount to be obtained are X-direction shift, Y-direction shift, X-direction magnification, Y-direction magnification, and rotation.
  • step S22 the position in the XY Cartesian coordinate system with the wafer center obtained in step S23 as the origin is obtained from the information on the amount of misalignment of the misalignment inspection mark 20 acquired in step S22. Subtract each component of the displacement amount.
  • the XY orthogonal with the SLR exposure shot center as the origin Calculate the relative position of the MLR exposure shot transferred onto the wafer 10 relative to the coordinate system.
  • the information of the amount of misalignment after subtracting the amount of misalignment detection mark 20 in each shot of MLR exposure superimposed on shot 12 of SLR exposure is averaged, and shot 12 of SLR exposure is obtained.
  • step S24 based on the calculated relative position of the MLR exposure shot, the position of the MLR exposure shot transferred onto the wafer 10 with respect to the XY Cartesian coordinate system with the SLR exposure shot center as the origin Each component of the deviation is obtained (step S24).
  • the components of the positional shift amount to be obtained are a shift in the X direction, a shift in the Y direction, a magnification in the X direction, a magnification in the Y direction, and a rotation.
  • ⁇ ', ⁇ ' Position in XY Cartesian coordinate system with SLR exposure shot center as origin
  • Dy_s Amount of misalignment in the Y direction
  • Mx—s magnification in X direction
  • Dy_s Ty_s + My— s ⁇ ⁇ '+ Rot— s X ⁇ '
  • step S22 the position of the position deviation inspection mark 20 obtained in step S22 is used to determine the position in the orthogonal coordinate system with the wafer center obtained in step S23 as the origin.
  • Each component of the displacement amount and each component of the displacement amount in the Cartesian coordinate system are subtracted from the SLR exposure shot center obtained in step S24! /.
  • each component of the positional deviation in the orthogonal coordinate system with the wafer center as the origin, and each component of the positional deviation in the orthogonal coordinate system with the origin in the shot center of the SLR exposure are subtracted.
  • the origin of the shot center of MLR exposure is the origin.
  • the components of the misalignment amount of the shot of MLR exposure transferred onto the wafer 10 with respect to the Cartesian coordinate system Ask are X-direction shift, Y-direction shift, X-direction magnification, Y-direction magnification, and rotation.
  • Tx— ss shift in ⁇ direction
  • Rot_ss Rotational force Derived linear polynomial
  • Dx_ss Tx_ss + Mx— ss X X. "Rot— ss X ⁇ "
  • the misalignment based on the misalignment components and the misalignment components in the XY Cartesian coordinate system with the origin of the shot center of MLR exposure obtained in step S25 as the origin. Find the amount of misalignment correction to be fed back to (step S26).
  • MLR exposure shots are compared with SLR exposure shots transferred onto Ueno 10 for subsequent wafers based on the positional deviation correction amount obtained in step S26. Perform alignment. Next, MLR exposure is performed, and the MLR exposure shot is transferred onto the wafer.
  • a plurality of first wafers formed on the wafer by one-shot exposure by SLR exposure are used.
  • a plurality of second patterns formed by exposure of a plurality of shots by MLR exposure are superimposed on each of the patterns of 1 and exposed.
  • the alignment method according to the present embodiment is based on the positional shift detection process after performing the mix-and-match exposure for superposing a plurality of MLR exposure shots on one shot 12 of the SLR exposure.
  • the amount of correction is calculated for each component of the amount of displacement with respect to three coordinate systems: a coordinate system with the wafer center as the origin, a coordinate system with the SLR exposure shot center as the origin, and a coordinate system with the MLR exposure shot center as the origin.
  • the main feature is that it is obtained based on the result of calculation.
  • the misregistration inspection mark 20 used for the misregistration calculation for obtaining the misregistration correction amount is set as one shot of MLR exposure in one shot 12 of SLR exposure. At least two or more points are arranged in the regions 14a, 14b, 14c, and 14d where the film is exposed.
  • the calculation for determining the amount of misregistration can be performed in three coordinate systems: a coordinate system with the wafer center as the origin, a coordinate system with the SLR exposure shot center as the origin, and a coordinate system with the MLR exposure shot center as the origin. It is possible to do in the coordinate system
  • the coordinate system with the woofer center as the origin, the coordinate system with the SLR exposure shot center as the origin, and the coordinate system with the MLR exposure shot center as the origin Each component of the amount of misalignment was calculated in the three coordinate systems, and the amount of misalignment correction was obtained based on the result of this calculation. Subsequently, based on the obtained misregistration correction amount, the MLR exposure shot was aligned with the SLR exposure shot on the main wafer, and then exposure and development were performed. After that, the registration error between the SLR exposure shot and the MLR exposure shot transferred onto the main wafer was measured by a misalignment inspection device. The overlay error was measured by measuring the 4 overlay inspection marks in the shot for all shots after development.
  • the pilot wafer has a coordinate system with the wafer center as the origin and MLR exposure.
  • Each component of the amount of misregistration was calculated using only two coordinate systems with the shot center as the origin, and the misregistration correction amount was determined based on the result of this calculation.
  • the MLR exposure shot was aligned with the SLR exposure shot on the main wafer, and then exposure and development were performed. After that, in the same manner as in the example, the overlay error between the SLR exposure shot transferred onto the main wafer and the MLR exposure shot was measured by the misalignment inspection apparatus.
  • FIG. 12 shows a histogram of overlay error measured in the case of the example.
  • Fig. 12 (a) shows a histogram of the overlay error in the X direction
  • Fig. 12 (b) shows a histogram of the overlay error in the Y direction.
  • the variation in overlay error in the X direction was 30.9 nm at 3 ⁇ .
  • the variation in overlay error in the Y direction was 27.5 nm at 3 ⁇ .
  • FIG. 13 shows a histogram of overlay error measured in the case of the comparative example.
  • Fig. 13 (a) shows a histogram of the overlay error in the X direction
  • Fig. 13 (b) shows a histogram of the overlay error in the Y direction.
  • the variation in the overlay error in the X direction was 32 nm at 3 ⁇ .
  • the variation in overlay error in the Y direction was 117 nm at 3 ⁇ .
  • FIG. 14 is a view for explaining an exposure process in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment
  • FIG. 15 is a plan view showing a reticle used in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment.
  • the semiconductor device manufacturing method includes an exposure process for exposing a pattern of a gate layer on which a gate electrode is formed by SLR exposure, and a hoe on which a contact hole is formed.
  • the alignment method according to the present invention is used when performing a plurality of exposure processes for exposing the pattern of the layer by MLR exposure and a plurality of exposure processes for exposing the pattern of the line layer on which the wiring layer is formed by MLR exposure. It is applied.
  • the manufacturing method of the semiconductor device includes an exposure step E11 for exposing the pattern of the gate layer and an exposure step for exposing the pattern of the first hole layer.
  • E12 exposure process for exposing the pattern of the first line layer E13, exposure process for exposing the pattern of the second layer, E14, and exposure of the pattern of the second line layer
  • an exposure step E19 for exposing the pattern of the fourth line layer is an exposure step E11 for exposing the pattern of the gate layer and an exposure step for exposing the pattern of the first hole layer.
  • E12 exposure process for exposing the pattern of the first line layer E13, exposure process for exposing the pattern of the second layer, E14, and exposure of the pattern of the second line layer
  • SLR exposure and MLR exposure are used and separated according to the mask process of the exposure process.
  • a negative resist is used in the exposure step E11 for exposing the pattern of the gate layer.
  • exposure is performed by SLR exposure.
  • Fig. 15 (a) shows the SLR used in the exposure process El 1! /.
  • a positive resist is used in the exposure steps E 12, E14, E16, and E18 for exposing the patterns of the first to fourth hole layers, respectively.
  • exposure is performed by MLR exposure using a single reticle.
  • FIG. 15 (b) shows the MLR used in the exposure steps E12, E14, E16, and E18.
  • shot areas 28, 30, 32, and 34 having the pattern of the first to fourth hole layers are placed on one reticle 26 by itself.
  • FIG. 15 (c) shows the MLR used in the exposure steps E13, E15, E17, and E19.
  • shot regions 38, 40, 42, and 44 having the pattern of the first to fourth layer layers are placed on one reticle 36.
  • the first to fourth layer holes are formed using the alignment method according to the first embodiment with respect to the shot of the SLR exposure that exposes the pattern of the gate layer. Overlay each MLR exposure shot to expose the layer pattern.
  • the SLR exposure shot that exposes the gate layer pattern uses the alignment method according to the first embodiment to expose the first to fourth line layer patterns. Each exposure shot is overlaid.
  • the MLR exposure shot for exposing the first to fourth hole layer patterns can be superimposed with high accuracy on the SLR exposure shot for exposing the gate layer pattern.
  • MLR exposure shots that expose the first to fourth line layer patterns can be superimposed with high accuracy on SLR exposure shots that expose the gate layer pattern.
  • FIGS. 16 and 17 are diagrams for explaining general double exposure
  • FIG. 18 is a plan view showing a reticle used in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment.
  • FIG. 16 is a flowchart showing a general double exposure.
  • Fig. 17 (a) is a plan view showing a mask used for the first exposure in double exposure
  • Fig. 17 (b) is a plan view showing a mask used for the second exposure in double exposure.
  • (c) shows two maps shown in Fig. 17 (a) and Fig. 17 (b). It is a top view which shows the pattern formed by the double exposure using a mask.
  • the first exposure in double exposure is performed (step S 101).
  • the exposure is performed using a noise tone type phase shift mask shown in FIG. 17 (a).
  • step S 102 the mask (reticle) of the exposure machine is replaced with a mask used for the second exposure.
  • step S103 the Levenson type phase shift mask shown in Fig. 17 (b) is used.
  • FIG. 17 (c) shows a pattern formed by performing double exposure using the two masks shown in FIGS. 17 (a) and 17 (b). As shown in the figure, a pattern finer than the pattern formed only by exposure using the mask shown in FIG. RU
  • the mask pattern which has been separately formed on the two masks, is arranged on one reticle as the MLR, so that the mask does not need to be replaced.
  • the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment applies the alignment method according to the present invention when double exposure is performed using an MLR.
  • a mask pattern used for the first exposure in the double exposure is arranged on one reticle 46.
  • the MLR is used which has the above-described noise-tone type phase shift unit 48 and the Levenson type phase shift unit 50 in which the mask pattern used for the second exposure in the double exposure is arranged.
  • the alignment method according to the first embodiment is used to correct the misalignment of the SLR exposure shot transferred onto the wafer in the previous process, so that the second exposure in the double exposure is performed. Overlay the first exposure shot and the second exposure shot. Exposure. This makes it possible to superimpose the MLR exposure shot that performs double exposure with high accuracy on the SLR exposure shot transferred onto the wafer in the previous process.
  • the force described in the case where a pattern is exposed on a wafer by a mix-and-match exposure of SLR exposure and MLR exposure is taken as an example.
  • the present invention can be applied when a pattern is formed by mix-and-match exposure with MLR exposure.
  • the force described in the case where two or four shots of MLR exposure are superimposed on one shot of SLR exposure is superimposed on one shot of SLR exposure.
  • the number of MLR exposure shots is not limited to two or four, but more MLR exposure shots can be superimposed on one SLR exposure shot.
  • the calculation of the amount of displacement using the XY Cartesian coordinate system is used as an example.
  • the calculation of the amount of positional displacement is performed using various coordinate systems in addition to the XY Cartesian coordinate system. Can be used.
  • the alignment method according to the present invention is useful for improving the overlay accuracy of multiple shots of MLR exposure with respect to one shot of SLR exposure in mixed and match exposure of SLR exposure and MLR exposure.

Landscapes

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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

明 細 書
位置合わせ方法
技術分野
[0001] 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 ヨ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。
背景技術
[0002] 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。し力しながら、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。
[0003] 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 、う）を使用することが提案され ている。
[0004] 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。
[0005] 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ぅデメ 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 、る。
[0006] 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 スゃ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。
[0007] 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、 SL R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 V、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。
[0008] 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。
特許文献 1：特開平 8 - 236433号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] 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。
[0010] 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。
課題を解決するための手段
[0011] 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、ァ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のバタ 一ンの第 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っ 、て、位置ずれ検 查マークを計測して、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。
発明の効果 [0013] 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のバタ ーンについて、ァ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 位置情報力 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!/、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 ヽ精度で重ね合わせて形成することができる。
[0014] 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っ 、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のノ《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の位置ずれ情報力 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 、精度で重ね合わせて形成することができる。 図面の簡単な説明
[図 1]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]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]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]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]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]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]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ァライメントマー クの配置を説明する平面図である。
[図 8]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]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]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 查マークの配置を説明する平面図である。
[図 11]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]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]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]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]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]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]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]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]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]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· ··ァライメントマーク
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…レチタノレ
28、 30、 32、 34· ··ショット領域
36…レチタノレ
38、 40、 42、 44· ··ショッ卜領域
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…レチタノレ
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· ··ウエノヽ
112- SLR露光のショット
114· · 'MLR露光のショット
発明を実施するための最良の形態
[0017] [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 マッチ露光にぉ 、て生じうる位置ずれにっ ヽて図 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。
[0018] 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、ゥ 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。
[0019] 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。
[0020] まず、 SLR露光にお!、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。
[0021] 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 ヽて 、る。このような場合にお！/、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。
[0022] 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。
[0023] 図 2 (a)〖こ示すように、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 ML R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 1 12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。
[0024] 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。
[0025] 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つ 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)〖こ示すように、 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。
[0026] 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。
[0027] 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 X Y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。
[0028] 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。
[0029] 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 施形態にぉ 、て、本発明による位置合わせ方法にっ 、て詳述する。
[0030] [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ァライメントマークの配置を説明する平 面図である。
[0031] 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 、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 、た M LR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。
[0032] 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 S 11)。
[0033] 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。
[0034] ここで、サンプリングされたショット 12内に配置するァ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、ァ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。
[0035] 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 V、て MLR露光のショットが露光される領域内に配置されたァ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力 MLR露光のショットが露光される領域となつ て ヽる。領域 14a、 14b、 14c、 14diま、 SLR露光のショット 12を十字線で均等【こ 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つのァライメントマーク 16を配置する。ァライメントマーク 16の形状は、例えば十字形状とする。また、 4つの ァライメントマーク 16は、各領域 14a、 14b、 14c、 14dの例えば 4隅に配置する。
[0036] 次いで、 MLR露光を行う露光機により、ァライメントマーク 16の計測を行い、ァライ メントマーク 16の位置情報を取得する (ステップ S 12)。
[0037] 次いで、ステップ S 12において取得したァライメントマーク 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におけるァライメントマーク 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。
[0038] 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。
[0039] 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
[0040] [数 1]
Dx_w Mx_w —Rot— w fTx_w
Dy w Rot—w My—w Ty—w
似し、 X，Y :ウェハ中心を原点とする XY 交座標系での位 g
Dx_w： X方向の位置ずれ M
Dy_w : Y方 | の位置ずれ量
Tx— w : X方向のシフ卜
Ty_w : Y方 |&」のシフ卜
Mx_w : X方向の倍率
My—w： Y方向の倍率
Rot w：回転
[0041] 力 導かれる 1次の多項式 Dx—w = Tx_w + Mx_w X X— Rot— w X Y
及び
Dy_w = Ty_w + My— w X Y + Rot— w X 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。
[0042] 次いで、ステップ S 12において取得したァライメントマーク 16の位置情報から、ステ ップ S 13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ァライメントマーク 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、 SL R露光のショット中心を原点とする ΧΥ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のァライ 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、 1 4c、 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。
[0043] 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 SL R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 S 14)。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。
[0044] 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
[0045] [数 2] r
'Dx— s、 Mx— s — Rot— s Tx— s
、Dy— s ' Roし s My—s Ty—s
但し、 Χ', Υ'： SLR露光のショッ卜中心を原点とする XY直交座標系での位置
Dx_s : X方 | の位置ずれ量
Dy_s： Y方向の位 Sずれ量
Tx— s : X方向のシフト
Ty— s： Y方 | のシフ卜
Mx— s : X方向の倍率
My— s： Y方向の倍率
Rot_s：回転
[0046] から導かれる 1次の多項式
Dx_s = Tx— s + Mx— s X X' — Rot— s X Ύ'
及び
Dy_s = Ty—s + My—s Χ Υ' + Rot— s X Χ'
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。
[0047] 次いで、ステップ S12において取得したァライメントマーク 16の位置情報から、ステ ップ S 13において求めたウェハ中心を原点とする ΧΥ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 ΧΥ 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 ΧΥ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 ΧΥ直交座標系での位置ずれ量の各成分が差し引かれたァライメントマー 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 ΧΥ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。
[0048] 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
[0049] [数 3] Dx_ss 'Mx_ss -Rot_ss 'Tx_ss
Dy—ss Rot— ss My—ss Ty_ssJ
似し、 X"， Y"： MLR露光のショット中心を原点とする ΧΥ^ί交座標系での位 g
Dx_ss : X方向の位 gずれ M
Dy— ss： Y方 I jの位置ずれ量
Tx— ss : X方向のシフ卜
Ty— ss： Y方向のシフト
Mx_ss : X方向の倍率
My— ss： Y方向の倍率
Rot— ss：回転
[0050] 力 導かれる 1次の多項式
Dx_ss=Tx_ss + Mx_ss X X." —Rot— ss X Ύ"
及び
Dy_ss =Ty_ss + My—ss X Ύ" +Rot_ss X 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。
[0051] 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 S 14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 S 15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 S 16)。
[0052] 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)。
[0053] 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 1 0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。
[0054] 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。
[0055] 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ぐ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 、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 、精度で重ね合わせることができる。
[0056] 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 に使用するァライメントマーク 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。
[0057] [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。
[0058] 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。
[0059] 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 、る。
[0060] 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。
[0061] 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。
[0062] 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力 MLR露光のショットが露光される領 域となって ヽる。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 れ検查マーク 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、 1 4c、 14dの例えば 4隅に配置する。
[0063] 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。
[0064] 次 ヽで、位置ずれ検査装置にお!ヽて、位置ずれ検査マーク 20の計測を行 ヽ、 SL R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 テツプ S22)。
[0065] 次！、で、ステップ S22にお!/、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 ヨット 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、ゥェ 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。
[0066] 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
[0067] 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
[0068] [数 4]
Figure imgf000019_0001
但し、 X，Y :ウェハ中心を原点とする XY直交座標系での位置
Dx— w： X方向の位置ずれ量
Dy_w : Y方 | の位置ずれ量
Tx— w : X方向のシフト
Ty_w : Y方 |ft」のシフ卜
^_ ¥ : 方| の倍率
My— w : Y方向の^率
Rot— w：回転 力 導かれる 1次の多項式
Dx— w = Tx— w + Mx_w X X— Rot— w X Y
及び Dy_w = Ty_w + My— w X Y + Rot— w X 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。
[0070] 次!、で、ステップ S22にお!/、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 查マーク 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。
[0071] 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 S 24)。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。
[0072] 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
[0073] [数 5]
'Dx_s Mx—s -Kot_s
Dy— s Rot s My s
Figure imgf000020_0001
但し、 Χ', Υ'： SLR露光のショッ卜中心を原点とする XY直交座標系での位置
Dx_s : X方向の位置ずれ量
Dy_s： Y方向の位匿ずれ量
Tx— s : X方 |ή』のシフト
Ty_s： Υ方 |ό』のシフ卜
Mx— s : X方向の倍率
My— s： Y方 |ή』の倍率
Rot_s：回転 [0074] から導かれる 1次の多項式
Dx_s = Tx_s + Mx_s X X' — Rot— s X Ύ'
及び
Dy_s = Ty_s + My— s Χ Υ' + Rot— s X Χ'
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。
[0075] 次!、で、ステップ S22にお!/、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 ΧΥ直交座標系での位 置ずれ量の各成分、及びステップ S 24にお!/、て求めた SLR露光のショット中心を原 点とする ΧΥ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、ゥェ ハ中心を原点とする ΧΥ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 ΧΥ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 ΧΥ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。
[0076] 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
[0077] [数 6]
Figure imgf000021_0001
但し、 X"， Y"： MLR露光のショット中心を原点とする XY 交座標系での位置
Dx— ss : X方向の位置ずれ量
Dy_ss： Y方 |』の位置ずれ量
Tx— ss : Χ方向のシフト
Ty— ss： Υ方向のシフト
Mx_ss : X方 |0jの倍率
My— ss： Y方向の倍率
Rot_ss：回転 力 導かれる 1次の多項式
Dx_ss =Tx_ss + Mx— ss X X." Rot— ss X Ύ"
及び Dy_ss =Ty_ss + My_ss X Ύ" +Rot_ss X 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。
[0079] 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 、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 S 26)。
[0080] 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。
[0081] 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、ウエノ、 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。
[0082] 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。
[0083] 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 查工程において、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!/、て求めること に主たる特徴がある。
[0084] 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ぐ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 、て求めるので、位 置ずれを高 、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。
[0085] 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
[0086] (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。
[0087] 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〖こ対して、 011 (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!/ヽた。
[0088] 実施例では、上述のように、パイロットゥヱハで、ゥヱハ中心を原点とする座標系、 S LR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、本体ゥ 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つ 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。
[0089] 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。
[0090] 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 3 σ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 3 σで 27. 5nmであった。
[0091] 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 3 σ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 3 σ で 117nmであった。
[0092] 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つている。
[0093] 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。
[0094] [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。
[0095] 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。
[0096] 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、ゲート層のバタ 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ェ 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ェ 程 E19とを有している。
[0097] 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!、分けられて!/、る。
[0098] 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 El 1にお!/、て用いる SLRを示して!/、る。
[0099] 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 E 12 、 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力 己置されている。
[0100] 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 3 8、 40、 42、 44力酉己置されて!ヽる。 [0101] 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。
[0102] 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 M LR露光のショットをそれぞれ重ね合わせる。
[0103] 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。
[0104] 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 適用してちょい。
[0105] [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
[0106] 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。
[0107] 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。
[0108] まず、二重露光における第 1回目の露光を行う（ステップ S 101)。第 1回目の露光 では、図 17 (a)に示すノヽーフトーン型位相シフトマスクを用いて露光を行う。
[0109] 次 、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 S 102)。
[0110] 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（ステツ 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。
[0111] こうして、二重露光を終了する。
[0112] 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 V、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！、る。
[0113] 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。
[0114] 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。
[0115] 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 、て、本発明による位置合わせ方法を適用するものである。
[0116] 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ノヽ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。
[0117] 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。
[0118] 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ょ 、。
[0119] [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。
[0120] 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力 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。
[0121] 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力 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 ちょい。
[0122] 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 を例に説明した力 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。
産業上の利用可能性
[0123] 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。

Claims

請求の範囲
[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、ァライメントマーク 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のノ《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!、て、
前記ァ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 、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っ以 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項のいずれ力 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項のいずれ力 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。
請求の範囲第 1項乃至第 5項のいずれ力 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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