(57)【要約】【課題】誘導自己組織化技術による処理を経た後でもアライメントマークの位置を正確に検出することができるアライメント計測システム、重ね合わせ計測システム及び半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】実施形態に係るアライメント計測システムは、相互に異なるパターンからなる複数のアライメントマークが形成された後、誘導自己組織化技術を用いてデバイスパターンが形成された基板に対して、前記複数のアライメントマークのうち最も識別度が高いアライメントマークの位置を計測する。【選択図】図２
2014072313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光装置に搭載され、
ラインアンドスペース状のパターンが形成された第１のアライメントマーク、配列周期が前記第１のアライメントマークのパターンの配列周期よりも大きいラインアンドスペース状のパターンが形成された第２のアライメントマーク、及び、ホールが集合したパターンが形成された第３のアライメントマークが形成された後、誘導自己組織化技術を用いてデバイスパターンが形成された基板に対して、前記第１乃至第３のアライメントマークのうち最も識別度が高いアライメントマークの位置を計測するアライメント計測システム。
【請求項２】
相互に異なるパターンからなる複数のアライメントマークが形成された後、誘導自己組織化技術を用いてデバイスパターンが形成された基板に対して、前記複数のアライメントマークのうち最も識別度が高いアライメントマークの位置を計測するアライメント計測システム。
【請求項３】
前記複数のアライメントマークのうちの２つには、配列周期が相互に異なるラインアンドスペース状のパターンが形成されている請求項２記載のアライメント計測システム。
【請求項４】
前記複数のアライメントマークのうちの１つにはラインアンドスペース状のパターンが形成され、他の１つにはホールが集合したパターンが形成されている請求項２または３に記載のアライメント計測システム。
【請求項５】
露光装置に搭載されている請求項２〜４のいずれか１つに記載のアライメント計測システム。
【請求項６】
相互に異なるパターンからなる複数の第１のアライメントマークが形成された後、誘導自己組織化技術を用いて第１のデバイスパターンが形成され、その後、第２のアライメントマークが形成されると共に第２のデバイスパターンが形成された基板に対して、前記複数の第１のアライメントマークのうち最も識別度が高いアライメントマークと前記第２のアライメントマークとの位置関係を計測する重ね合わせ計測システム。
【請求項７】
基板上に相互に異なるパターンからなる複数のアライメントマークを形成する工程と、
誘導自己組織化技術を用いてデバイスパターンを形成する工程と、
前記複数のアライメントマークのうち最も識別度が高いアライメントマークの位置を計測する工程と、
を備えた半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、アライメント計測システム、重ね合わせ計測システム及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、半導体装置は、ウェーハ上に配線やコンタクト等のデバイスパターンを形成するプロセスを複数回繰り返して製造される。このため、あるデバイスパターンを形成する際には、それより前に形成されたデバイスパターンの位置を正確に把握する必要がある。また、複数のデバイスパターンを重ねて形成した後で、重ね合わせの精度を評価する必要もある。このため、デバイスパターンを形成する際には、位置合わせのためのアライメントマークも併せて形成される。
【０００３】
一方、近年、半導体装置の高集積化が進み、光リソグラフィの限界を超えた微細なパターンを形成する必要が生じている。このため、光リソグラフィに替わって微細なパターンを形成できる技術がいくつか提案されている。このような技術の一つとして、高分子重合体のミクロ相分離を利用してパターンを形成する所謂ＤＳＡ（Directed Self Assembly：誘導自己組織化）技術が注目されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７７３２１０５号明細書
【特許文献２】特許第４６１１６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、誘導自己組織化技術による処理を経た後でもアライメントマークの位置を正確に検出することができるアライメント計測システム、重ね合わせ計測システム及び半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態に係るアライメント計測システムは、相互に異なるパターンからなる複数のアライメントマークが形成された後、誘導自己組織化技術を用いてデバイスパターンが形成された基板に対して、前記複数のアライメントマークのうち最も識別度が高いアライメントマークの位置を計測する。
【０００７】
実施形態に係る重ね合わせ計測システムは、相互に異なるパターンからなる複数の第１のアライメントマークが形成された後、誘導自己組織化技術を用いて第１のデバイスパターンが形成され、その後、第２のアライメントマークが形成されると共に第２のデバイスパターンが形成された基板に対して、前記複数の第１のアライメントマークのうち最も識別度が高いアライメントマークと前記第２のアライメントマークとの位置関係を計測する。
【０００８】
実施形態に係る半導体装置の製造方法は、基板上に相互に異なるパターンからなる複数のアライメントマークを形成する工程と、誘導自己組織化技術を用いてデバイスパターンを形成する工程と、前記複数のアライメントマークのうち最も識別度が高いアライメントマークの位置を計測する工程と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係るアライメント計測システムを例示するブロック図である。
【図２】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示するフローチャート図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、ウェーハを例示する断面図であり、（ａ）はアライメントマーク領域を示し、（ｂ）はデバイス領域を示す。
【図４】レチクルを例示する平面図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、図４に示す領域Ａ〜Ｄをそれぞれ示す平面図である。
【図６】（ａ）〜（ｇ）は、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。
【図７】ウェーハに形成されたアライメントマークを例示する平面図である。
【図８】第２の実施形態に係る重ね合わせ計測システムを例示するブロック図である。
【図９】第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示するフローチャート図である。
【図１０】（ａ）は、アライメントマークを形成するときのレチクルを例示する平面図であり、（ｂ）はリソレイヤーマークを形成するときのレチクルを例示する平面図である。
【図１１】ウェーハに形成されたアライメントマーク及びリソレイヤーマークを例示する平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
先ず、第１の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係るアライメント計測システムを例示するブロック図である。
【００１１】
図１に示すように、本実施形態に係るアライメント計測システム１は、露光装置に搭載されている。アライメント計測システム１においては、露光用の光Ｌを出射する照明光学系１１が設けられており、光Ｌの光路に沿って、レチクルステージ１２、投影光学系１３、ウェーハステージ１４がこの順に配置されている。レチクルステージ１２は、光Ｌの光路に介在するようにレチクル１０１を保持するものである。投影光学系１３は、レチクル１０１を通過した光Ｌを拡大して投射するものであり、例えば、屈折型光学系又は反射屈折型光学系である。ウェーハステージ１４は、投影光学系１３によって投射された光Ｌが結像する位置に、ウェーハ１０２を保持するものである。ウェーハ１０２には、アライメントマーク１１１及びデバイスパターン１１２が形成されている。
【００１２】
また、アライメント計測システム１には、アライメント計測部１５及び制御部１６が設けられている。アライメント計測部１５は、例えば光学的な手段により、ウェーハ１０２に形成されたアライメントマーク１１１を検出するものである。例えば、アライメント計測部１５は、アライメントマーク１１１をレーザ光でスキャンし、その回折光を計測してもよく、アライメントマーク１１１を明視野光学顕微鏡で撮像してもよい。制御部１６は、外部から入力されたアライメントマーク設計情報１１０に基づいて、アライメント計測部１５を制御する。アライメントマーク設計情報１１０には、ウェーハ１０２においてアライメントマーク１１１が形成されている位置等の情報が含まれている。制御部１６はアライメント計測部１５にアライメントマーク１１１を検出させ、その結果に基づいて、最も明確に識別できる識別度が高いアライメントマーク、例えば、信号のコントラストが最も高いアライメントマークを選択する。制御部１６は、この選択されたアライメントマークの位置を計測し、この計測結果に基づいて、アライメント信号を生成する。
【００１３】
次に、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。
本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、上述のアライメント計測システム１の動作を含んでいる。
図２は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示するフローチャート図であり、
図３（ａ）及び（ｂ）は、ウェーハを例示する断面図であり、（ａ）はアライメントマーク領域を示し、（ｂ）はデバイス領域を示し、
図４は、レチクルを例示する平面図であり、
図５（ａ）〜（ｄ）は、図４に示す領域Ａ〜Ｄをそれぞれ示す平面図であり、
図６（ａ）〜（ｇ）は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図であり、
図７は、ウェーハに形成されたアライメントマークを例示する平面図である。
【００１４】
先ず、図２のステップＳ１１に示すように、ウェーハ１０２上に複数のアライメントマークを形成する。以下、この工程について詳細に説明する。
図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、ステップＳ１１を実施する前のウェーハ１０２においては、例えば、シリコンウェーハ１２１上に導電膜１２２、層間絶縁膜１２３及びハードマスク膜１２４がこの順に積層されている。図３（ａ）に示すように、アライメントマーク１１１が形成される予定の領域（アライメントマーク領域）においては、導電膜１２２にはパターンは形成されていない。一方、図３（ｂ）に示すように、デバイスパターン１１２が形成される予定の領域（デバイス領域）においては、導電膜１２２にデバイスパターン１２２ａが形成されている。デバイスパターン１２２ａは、例えば、配線パターンである。
【００１５】
図４に示すように、この工程において使用するレチクル１３０においては、３種類のアライメントマーク１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃが形成されている。また、レチクル１３０においては、デバイスパターン１３２も設定されている。アライメントマーク１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃの形状はライン状であり、それぞれ複数本形成されている。複数本のアライメントマーク１３１ａが延びる方向、複数本のアライメントマーク１３１ｂが延びる方向、複数本のアライメントマーク１３１ｃが延びる方向は相互に同一であり、アライメントマーク１３１ａ〜１３１ｃの配列方向に対して平行である。また、アライメントマーク１３１ａの配列方向、アライメントマーク１３１ｂの配列方向、アライメントマーク１３１ｃの配列方向は、アライメントマーク１３１ａ〜１３１ｃの配列方向に対して直交している。
【００１６】
図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、アライメントマーク１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃにおいては、相互に異なるパターンが形成されている。すなわち、図５（ａ）に示すように、アライメントマーク１３１ａにおいては、透光部１４１及び遮光部１４２がラインアンドスペース状に比較的大きい配列周期で配列されたパターンが形成されている。図５（ｂ）に示すように、アライメントマーク領域１３１ｂにおいては、透光部１４１及び遮光部１４２がラインアンドスペース状に比較的小さい配列周期で配列された配列されたパターンが形成されている。図５（ｃ）に示すように、アライメントマーク領域１３１ｃにおいては、透光部１４１中に複数の島状の遮光部１４２がマトリクス状に配列されたパターンが形成されている。アライメントマーク１３１ａ〜１３１ｃにおける各透光部１４１及び各遮光部１４２の寸法及び配列周期は、可視光、例えば、波長が４００〜８００ｎｍの電磁波では結像しないような値となっている。
【００１７】
一方、図５（ｄ）に示すように、デバイスパターン１３２においては、透光部１４１中に複数の遮光部１４２が一列に配列されている。各遮光部１４２の形状は例えば長円形であり、その長軸方向は遮光部１４２の配列方向に対して傾斜している。デバイスパターン１３２における遮光部１４２の寸法及び配列周期も、通常は可視光によって結像しないような値となっている。
【００１８】
そして、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、上述のウェーハ１０２上にレジスト膜１２５を形成する。そして、レチクル１３０を用いて、このレジスト膜１２５を露光する。なお、この露光は、図１に示す露光装置によって行ってもよく、他の露光装置によって行ってもよい。次に、レジスト膜１２５を現像する。これにより、レジスト膜１２５が選択的に除去されて、ハードマスク膜１２４上にレジストパターン（図示せず）が形成される。ウェーハ１０２のアライメント領域においては、レジストパターンにレチクル１３０のアライメントマーク１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃが転写される。また、デバイス領域においては、レジストパターンにレチクル１３０のデバイスパターン１３２が転写される。
【００１９】
次に、このレジストパターンをマスクとして、ハードマスク膜１２４をエッチングする。これにより、図６（ａ）に示すように、ハードマスク膜１２４にアライメントマーク１１１ａ〜１１１ｃ及びＤＳＡ用ガイドパターン１１３が形成される。なお、レチクル１３０に形成されたアライメントマーク１３１ａ〜１３１ｃのサイズは可視光の解像限界未満であるため、ハードマスク１２４に転写されるアライメントマーク１１１ａ〜１１１ｃの形状はレチクル１３０に形成されたアライメントマーク１３１ａ〜１３１ｃの形状とは必ずしも一致しないが、一定の相関関係を持つ形状となる。図６（ａ）〜（ｇ）においては、各部の形状は模式化して描いている。
【００２０】
より詳細には、ウェーハ１０２におけるアライメントマーク１３１ａが転写されたアライメントマーク形成領域１５１ａ（以下、単に「領域１５１ａ」ともいう）においては、ハードマスク膜１２４がラインアンドスペース状に分断され、分断されたハードマスク膜１２４間が開口部１２６となる。ハードマスク膜１２４と開口部１２６との配列周期は、相対的に大きい。これにより、領域１５１ａには、ハードマスク膜１２４がラインアンドスペース状に配列され、配列周期が相対的に大きいアライメントマーク１１１ａが形成される。
【００２１】
また、ウェーハ１０２におけるアライメントマーク１３１ｂが転写されたアライメントマーク形成領域１５１ｂにおいても、ハードマスク膜１２４がラインアンドスペース状に分断される。但し、ハードマスク膜１２４と開口部１２６との配列周期は、相対的に小さい。これにより、領域１５１ｂには、ハードマスク膜１２４がラインアンドスペース状に配列され、配列周期が相対的に小さいアライメントマーク１１１ｂが形成される。
【００２２】
更に、ウェーハ１０２におけるアライメントマーク１３１ｃが転写されたアライメントマーク形成領域１５１ｃにおいては、ハードマスク膜１２４に多数のホール１２７がマトリクス状に形成される。これにより、領域１５１ｃには、ハードマスク膜１２４にホール１２７が集合したアライメントマーク１１１ｃが形成される。なお、アライメントマーク１１１ａ〜１１１ｃを総称して「アライメントマーク１１１」ともいう。
【００２３】
一方、ウェーハ１０２におけるデバイスパターン１３２が転写されたデバイスパターン形成領域１５２においては、ハードマスク１２４に複数の長円形のホール１２８が一列に配列される。これにより、領域１５２には、ハードマスク膜１２４にホール１２８が形成されたＤＳＡ用ガイドパターン１１３が形成される。
【００２４】
次に、図２のステップＳ１２に示すように、ＤＳＡ技術を用いてデバイスパターンを形成する。以下、この工程について詳細に説明する。
図６（ｂ）に示すように、ウェーハ１０２の上面にブロック共重合体溶液１６０を塗布する。この塗布は例えばスピンコート法によって行う。このとき、溶液１６０の塗布層の厚さは、下地のパターン密度及び寸法に大きく依存する。例えば、パターンの寸法が大きすぎると、溶液１６０が各パターンのエッジ部のみに付着する。また、パターンの寸法が小さすぎると、溶液１６０がパターンから溢れ出てしまう。更に、パターンの密度が低すぎると、後の工程においてアライメントマークを検出しようとしたときに、十分なコントラストが得られない場合がある。
【００２５】
本工程においては、溶液１６０の塗布条件はＤＳＡ用ガイドパターン１１３に合わせて最適化する。このため、ブロック共重合体溶液１６０は、領域１５２の長円形のホール１２８内には適正に充填される。一方、この塗布の条件は、アライメントマーク形成領域１５１ａ〜１５１ｃに形成されたアライメントマーク１１１ａ〜１１１ｃのパターンに対しては必ずしも最適化されていない。このため、領域１５１ａ〜１５１ｃにおいては、溶液１６０が適正に塗布されるとは限らない。
【００２６】
本実施形態においては、領域１５１ｂにおいて、開口部１２６内に溶液１６０が適正に充填されるものとする。これに対して、領域１５１ａにおいては、開口部１２６が広すぎるため、溶液１６０は開口部１２６内における層間絶縁膜１２３とハードマスク膜１２４との角部のみに残留する。また、領域１５１ｃにおいては、ホール１２７が小さすぎるため、溶液１６０はホール１２７内に充填されると共に、ホール１２７から溢れ出て、ハードマスク膜１２４の上面全体を覆ってしまう。
【００２７】
次に、図６（ｃ）に示すように、例えば熱処理を施すことにより、ブロック共重合体溶液１６０をミクロ的に相分離させる。これにより、溶液１６０は第１の相からなるブロック１６１と、第２の相からなるブロック１６２とに分離して固化する。溶液１６０並びにその塗布及び相分離の条件は、相分離の基本周期がデバイスパターン形成領域１５２のホール１２８の寸法と整合するように選択する。このとき、相分離の基本周期はアライメントマーク形成領域１５１ｂの開口部１２６の寸法とも整合する。このため、デバイスパターン形成領域１５２及びアライメントマーク形成領域１５１ｂにおいては、ブロック１６１とブロック１６２とが規則的に配列される。一方、アライメントマーク形成領域１５１ａ及び１５１ｃにおいては、溶液１６０の塗布層のサイズが溶液１６０の相分離の基本周期と整合していないため、相分離が制御されず、ブロック１６１とブロック１６２とが不規則に配列される。
【００２８】
次に、図６（ｄ）に示すように、ブロック１６１を残留させたまま、ブロック１６２を選択的に除去する。このとき、領域１５２及び１５１ｂにおいては、ブロック１６１が規則的な形態で残留するが、領域１５１ａ及び１５１ｃにおいては、ブロック１６１が不規則な形態で残留する。
【００２９】
次に、図６（ｅ）に示すように、ハードマスク膜１２４及びブロック１６１をマスクとして、例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング）等の異方性エッチングを施すことにより、層間絶縁膜１２３を選択的に除去する。これにより、ハードマスク膜１２４及びブロック１６１からなるパターンを、層間絶縁膜１２３に転写する。この結果、デバイスパターン形成領域１５２においては、層間絶縁膜１２３が選択的に除去されて、デバイスパターン１１２が形成される。デバイスパターン１１２は、例えばコンタクトホールのパターンである。
【００３０】
次に、図２のステップＳ１３に示すように、アライメントマーク１１１ａ〜１１１ｃのうち、最も識別度が高いアライメントマークを選択する。以下、この工程について詳細に説明する。
【００３１】
図６（ｆ）に示すように、層間絶縁膜１２３上の全面に導電膜１６４を形成する。このとき、アライメントマーク形成領域１５１ａ〜１５１ｃにおいては、導電膜１６４の上面の形状は、層間絶縁膜１２３の上面の形状を反映した形状となる。領域１５１ｂにおいては、図６（ｄ）に示す工程において、ブロック１６１が規則的な形態で残留するため、導電膜１６４の上面の形状とアライメントマーク１１１ｂのパターンとの相関性が高い。これに対して、領域１５１ａ及び１５１ｃにおいては、図６（ｄ）に示す工程において、ブロック１６１が不規則な形態で残留するため、導電膜１６４の上面の形状とアライメントマーク１１１ａ及び１１１ｃのパターンとの相関性が低い。一方、デバイスパターン形成領域１５２においては、導電膜１６４は層間絶縁膜１２３に形成されたコンタクトホール内に埋め込まれると共に、その上方に連続膜を形成する。次に、導電膜１６４上にレジスト膜１６５を形成する。
【００３２】
次に、図１に示すアライメントマーク計測システム１が搭載された露光装置に、図６（ｆ）に示す状態のウェーハ１０２を装入する。また、アライメントマーク計測システム１の制御部１６に、アライメントマーク設計情報１１０を入力する。これにより、制御部１６が、アライメントマーク設計情報１１０に基づいてアライメント計測部１５を制御し、アライメント計測部１５が導電膜１６４の上面を例えば光学的に観察することによって、アライメントマーク１１１ａ〜１１１ｃを検出する。
【００３３】
図１及び図７に示すように、例えば、アライメント計測部１５は、アライメントマーク１１１の計測領域１２０をレーザ光でスキャンし、その回折光を計測する。又は、アライメント計測部１５は、アライメントマーク１１１の計測領域１２０を明視野光学顕微鏡で撮像する。制御部１６はアライメント計測部１５の検出結果に基づいて、最も識別度が高いアライメントマーク、例えば、信号のコントラストが最も高いアライメントマークを選択する。
【００３４】
例えば、本実施形態においては、アライメントマーク１１１ｂのパターンは、導電膜１６４の上面に比較的精度よく反映されるため、アライメントマーク１１１ｂは識別度が高い。なお、このとき、制御部１６は、アライメントマークの基本パターン、すなわち、各１つのハードマスク膜１２４と開口部１２６からなるパターンのそれぞれは検出できないが、アライメントマーク１１１ｂ全体は検出することができる。これに対して、アライメントマーク１１１ａ及び１１１ｃのパターンは、導電膜１６４の上面に精度よく反映されないため、アライメントマーク１１１ａ及び１１１ｃは識別度が低い。
【００３５】
従って、制御部１６はアライメントマーク１１１ｂを選択する。なお、どのアライメントマークが最も識別度が高いかは、層間絶縁膜１２３及びハードマスク膜１２４の材料、ブロック共重合体溶液１６０の種類、溶液１６０の塗布条件、相分離条件等に依存するため、バッチ間及びバッチ内で変動し、事前に予測することは困難である。このため、毎回、アライメントマーク１１１ａ〜１１１ｃを全て計測した上で、最も識別度が高いアライメントマークを選択する。
【００３６】
次に、図２のステップＳ１４に示すように、アライメントマーク１１１の位置を計測する。具体的には、制御部１６が、ステップＳ１３に示す工程において選択されたアライメントマーク１１１ｂの端縁の位置を計測する。そして、この計測結果に基づいて、アライメント信号を生成する。
【００３７】
次に、図２のステップＳ１５に示すように、光リソグラフィにより、デバイスパターンを形成する。以下、この工程について詳細に説明する。
図１に示すように、制御部１６が生成したアライメント信号に基づいて、ウェーハステージ１４を移動させて、ウェーハ１０２を適切な位置に配置する。次に、照明光源系１１が光Ｌを出射する。この光Ｌは、レチクル１０１を選択的に透過し、投射光学系１３によって拡大されて、ウェーハ１０２に投射される。これにより、レジスト膜１６５が露光される。次に、レジスト膜１６５を現像してレジストパターン（図示せず）を形成する。
【００３８】
次に、図６（ｇ）に示すように、このレジストパターンを用いて、デバイスパターン形成領域１５２にデバイスパターン１６６を形成する。デバイスパターン１６６は、例えば、配線のパターンである。デバイスパターン１６６はデバイスパターン１１２に対して整合している。以後、通常の工程を経ることにより、半導体装置が製造される。
【００３９】
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態によれば、図２のステップＳ１１及び図６（ａ）に示す工程において、パターンが相互に異なる複数のアライメントマーク１１１ａ〜１１１ｃを形成する。次に、ステップＳ１２及び図６（ｂ）〜（ｅ）に示す工程において、ＤＳＡ技術を用いてデバイスパターン１１２を形成する。このとき、アライメントマーク１１１は、ブロック共重合体溶液１６０の塗布及び相分離の影響を受けて形態が変化する。但し、その形態の変化は、アライメントマーク１１１のパターンによって異なるため、アライメントマーク１１１ａ〜１１１ｃのうちのいずれかは、識別可能な状態を維持できる可能性が高い。このため、ステップＳ１３に示す工程において、最も識別度が高いアライメントマーク１１１を選択すれば、ステップＳ１４及び図６（ｆ）に示す工程において、アライメントマーク１１１の位置を精度よく検出することができる。この結果、ステップＳ１５及び図６（ｇ）に示す工程において、デバイスパターン１６６をデバイスパターン１１２に対して適切な位置に形成することができる。このように、半導体装置の製造プロセスにおいて、ＤＳＡ技術を用いる場合でも、デバイスパターン１１２とデバイスパターン１６６との位置合わせを精度よく行うことができる。この結果、半導体装置の歩留まりを高めることができる。
【００４０】
これに対して、仮に、アライメントマークを１種類しか形成しないと、このアライメントマークがブロック共重合体溶液によって汚染されて識別度が低下してしまうと、アライメントマークの位置を正確に計測できなくなる。また、パターンが相互に異なる複数のアライメントマークを形成し、予め、どのアライメントマークの位置を計測するかを決めておくことも考えられるが、ＤＳＡ技術がアライメントマークの識別度に及ぼす影響は、種々の条件によってその都度異なるため、識別度が最も高いアライメントマークを事前に知見することは困難である。
【００４１】
次に、第２の実施形態について説明する。
図８は、本実施形態に係る重ね合わせ計測システムを例示するブロック図である。
図８に示すように、本実施形態に係る重ね合わせ計測システム２においては、重ね合わせ計測部２０が設けられている。重ね合わせ計測部２０においては、光源２１、顕微鏡光学系２２、フォーカス計測部２３、撮像部２４及びウェーハステージ２５が設けられている。ウェーハステージ２５は、ウェーハ１０２を保持する部材である。撮像部２４は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）カメラによって構成されている。これらの構成要素は、光源２１から出射した光が、顕微鏡光学系２２により、ウェーハステージ２５に保持されたウェーハ１０２に照射され、ウェーハ１０２によって反射された光が、顕微鏡光学系２２を介してフォーカス計測部２３及び撮像部２４に入射するような位置に配置されている。フォーカス計測部２３は顕微鏡光学系２２のフォーカスを検出して顕微鏡光学系２２を調整し、撮像部２４はウェーハ１０２の拡大画像を撮像する。
【００４２】
また、重ね合わせ計測システム２においては、制御部２６が設けられている。制御部２６には、撮像部２４から画像データが入力されると共に、外部から重ね合わせマーク設計情報２１０が入力される。アライメントマーク設計情報２１０は、ウェーハ１０２においてアライメントマーク１１１ａ〜１１１ｃ（図参照）及びリソレイヤーマーク１１６（図参照）の設計情報を含んでいる。制御部２６は、重ね合わせマーク設計情報２１０に基づいて重ね合わせ計測部２０を制御し、アライメントマーク１１１ａ〜１１１ｃ及びリソレイヤーマーク１１６を検出する。また、制御部２６は、アライメントマーク１１１ａ〜１１１ｃのうち、最も識別度が高いアライメントマーク、例えば、信号のコントラストが最も高いアライメントマークを選択する。そして、制御部２６は、この選択されたアライメントマーク１１１の位置及びリソレイヤーマーク１１６の位置を計測する。
【００４３】
次に、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。
本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、上述の重ね合わせ計測システム２の動作を含んでいる。
図９は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示するフローチャート図であり、
図１０（ａ）は、アライメントマークを形成するときのレチクルを例示する平面図であり、（ｂ）はリソレイヤーマークを形成するときのレチクルを例示する平面図であり、
図１１は、ウェーハに形成されたアライメントマーク及びリソレイヤーマークを例示する平面図である。
【００４４】
先ず、図９のステップＳ２１に示すように、第１のアライメントマークとして、ウェーハ１０２に複数のアライメントマーク１１１ａ〜１１１ｃ（図６ａ参照）を形成する。ステップＳ２１に示す工程は、前述の第１の実施形態における図２のステップＳ１１及び図６（ａ）に示す工程と同様である。但し、ステップＳ２１に示す工程においては、図１０（ａ）に示すレチクル２３０を使用する。
【００４５】
レチクル２３０においては、アライメントマーク領域２３１とリソレイヤーマーク領域２３２とが千鳥状に配列されており、各アライメントマーク領域２３１においては、矩形のアライメントマーク１３１ａ〜１３１ｃがマトリクス状に配列されている。各アライメントマーク１３１ａ〜１３１ｃにおけるパターン形状は、図５（ａ）〜（ｃ）に示すとおりである。また、リソレイヤーマーク領域２３２には、パターンが形成されていない。更に、レチクル２３０には、デバイス領域（図示せず）も設定されている。デバイス領域においては、デバイスパターン１３２（図５（ｄ）参照）が形成されている。
【００４６】
次に、図９のステップＳ２２に示すように、ＤＳＡ技術を用いてデバイスパターンを形成する。ステップＳ２２に示す工程は、前述の第１の実施形態における図２のステップＳ１２及び図６（ｂ）〜（ｅ）に示す工程と同様である。これにより、ウェーハ１０２のデバイスパターン形成領域１５２にデバイスパターン１１２が形成される。
【００４７】
次に、図９のステップＳ２３に示すように、光リソグラフィ技術を用いて、デバイスパターン及びリソレイヤーマークを形成する。以下、この工程を詳細に説明する。
図１０（ｂ）に示すように、このリソグラフィ工程において使用するレチクル２４０には、レチクル２３０と同様に、アライメントマーク領域２３１及びリソレイヤーマーク領域２３２が千鳥状に配列されている。そして、アライメントマーク領域２３１にはパターンは形成されておらず、リソレイヤーマーク領域２３２にはリソレイヤーマーク２４２が形成されている。リソレイヤーマーク２４２のパターンは、可視光によって解像される程度に大きい。また、レチクル２４０には、デバイス領域（図示せず）も設定されている。デバイス領域においては、デバイスパターン１６６（図６（ｇ）参照）に相当するパターンが形成されている。
【００４８】
そして、レチクル２４０を用いてレジスト膜１６５（図６（ｆ）参照）を露光し、現像することにより、レジストパターン（図示せず）を形成する。次に、このレジストパターンを用いてエッチング等の加工処理を行う。
これにより、図１１に示すように、ウェーハ１０２のデバイスパターン形成領域１５２において、デバイスパターン１１２に重ねてデバイスパターン１６６が形成されると共に、アライメントマーク形成領域１５１ａ〜１５１ｃにおいて、アライメントマーク１１１ａ〜１１１ｃの近傍にリソレイヤーマーク２５２が形成される。
【００４９】
次に、図９のステップＳ２４に示すように、アライメントマーク１１１ａ〜１１１ｃのうち、最も識別度が高いアライメントマークを選択する。
具体的には、図８に示す重ね合わせ計測システム２にウェーハ１０２を装入する。また、重ね合わせ計測システム２の制御部２６に、重ね合わせマーク設計情報２１０を入力する。これにより、制御部２６が、重ね合わせマーク設計情報２１０に基づいて重ね合わせ計測部２０を制御する。すなわち、ウェーハステージ２５が移動して、ウェーハ１０２におけるアライメントマーク１１１及びリソレイヤーマーク２５２が形成されている領域を顕微鏡光学系２２の観察位置に位置させる。そして、光源２１が光を出射し、この光が顕微鏡光学系２２を介してウェーハ１０２に照射され、ウェーハ１０２によって反射された光が顕微鏡光学系２２を介してフォーカス計測部２３及び撮像部２４に入射される。これにより、フォーカス計測部２３がフォーカスを合わせつつ、撮像部２４がウェーハ１０２の拡大画像を撮像する。そして、撮像された画像のデータを、制御部２６に対して出力する。
【００５０】
次に、図１１に示すように、制御部２６は、入力された画像データに基づいて、アライメントマーク１１１ａ〜１１１ｃのうち、最も識別度が高いアライメントマーク、例えば、信号のコントラストが最も高いアライメントマークを選択する。本実施形態においては、上述の如く、アライメントマーク１１１ａ及び１１１ｃはコントラストが低く、アライメントマーク１１１ｂはコントラストが高いため、制御部２６はアライメントマーク１１１ｂを選択する。
【００５１】
次に、図９のステップＳ２５に示すように、制御部２６が、選択されたアライメントマーク１１１ｂの位置と、リソレイヤーマーク２５２の位置を計測する。次に、この計測結果に基づいて、アライメントマーク１１１ｂとリソレイヤーマーク２５２との相対的な位置関係を評価する。そして、アライメントマーク１１１ｂとリソレイヤーマーク２５２との位置間のずれが許容範囲内にあれば、デバイスパターン１１２とデバイスパターン１６６との重ね合わせは良好であると判定し、位置間のずれが許容範囲を超えていれば、重ね合わせは不良であると判定する。以後、通常のプロセスを経ることにより、半導体装置が製造される。
【００５２】
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態によれば、図９のステップＳ２１に示す工程において、パターンが異なる複数のアライメントマーク１１１ａ〜１１１ｃ（図６（ａ）参照）を形成している。これにより、ステップＳ２２に示す工程において、ＤＳＡ技術を用いてデバイスパターン１１２を形成したときに、アライメントマーク１１１がブロック共重合体溶液１６０の塗布（図６（ｂ）参照）及び相分離（図６（ｃ）参照）の影響を受けて識別度が低下しても、その低下の程度はアライメントマーク１１１のパターンによって異なるため、いずれかのアライメントマーク１１１は識別可能な状態を維持できる可能性が高い。
【００５３】
このため、ステップＳ２３に示す工程において、デバイスパターン１６６（図６（ｇ）参照）と共にリソレイヤーマーク２５２（図１１参照）を形成した後、ステップＳ２４に示す工程において、最も識別度が高いアライメントマーク１１１を選択すれば、ステップＳ２５に示す工程において、アライメントマーク１１１とリソレイヤーマーク２５２との位置関係を評価するときに、精度の高い評価が可能となる。この結果、半導体装置の製造プロセスにおいて、ＤＳＡ技術を用いる場合でも、デバイスパターン１１２とデバイスパターン１６６との重ね合わせの良否判定を、精度よく行うことができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００５４】
なお、前述の第１及び第２の実施形態においては、３種類のアライメントマーク１１１ａ〜１１１ｃを形成する例を示したが、アライメントマークは３種類には限定されず、２種類又は４種類以上でもよい。また、アライメントマークの形状、寸法、パターンも任意である。例えば、ＤＳＡ技術により形成するデバイスパターン１１２の基本周期を基準とし、アライメントマークのうちの１つは、この基本周期と同じ周期を持つパターンとし、他の２つは、基本周期に対して±１０％、又は、±２０％の周期を持つパターンとしてもよい。
【００５５】
また、図１に示す露光装置は、レチクル１０１を透過型とし、投影光学系１３を屈折型光学系又は反射屈折型光学系とする例を示したが、これには限定されず、レチクルも含めて反射型の光学系を構成してもよい。また、アライメント計測システム１を、露光装置ではなくナノインプリント装置に搭載してもよい。
【００５６】
以上説明した実施形態によれば、誘導自己組織化技術による処理を経た後でもアライメントマークの位置を正確に検出することができるアライメント計測システム、重ね合わせ計測システム及び半導体装置の製造方法を実現することができる。
【００５７】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明及びその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１：アライメント計測システム、２：重ね合わせ計測システム、１１：照明光学系、１２：レチクルステージ、１３：投影光学系、１４：ウェーハステージ、１５：アライメント計測部、１６：制御部、２０：重ね合わせ計測部、２１：光源、２２：顕微鏡光学系、２３：フォーカス計測部、２４：撮像部、２５：ウェーハステージ、２６：制御部、１０１：レチクル、１０２：ウェーハ、１１０：アライメントマーク設計情報、１１１、１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ：アライメントマーク、１１２：デバイスパターン、１１３：ＤＳＡ用ガイドパターン、１１６：リソレイヤーマーク、１２０：計測領域、１２１：シリコンウェーハ、１２２：導電膜、１２２ａ：デバイスパターン、１２３：層間絶縁膜、１２４：ハードマスク膜、１２５：レジスト、１２６：開口部、１２７：ホール、１２８：ホール、１３０：レチクル、１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ：アライメントマーク、１３２：デバイスパターン、１４１：透光部、１４２：遮光部、１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃ：アライメントマーク形成領域、１５２：デバイスパターン形成領域、１６０：ブロック共重合体溶液、１６１、１６２：ブロック、１６４：導電膜、１６５：レジスト膜、１６６：デバイスパターン、２１０：アライメントマーク設計情報、２３０：レチクル、２３１：アライメントマーク領域、２３２：リソレイヤーマーク領域、２４０：レチクル、２４２：リソレイヤーマーク、２５２：リソレイヤーマーク、Ｌ：光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図５】
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