(57)【要約】【課題】従来のバーニアパターンでは、互いに直交するＸ方向とＹ方向のパターンを各々独立して形成するため、占有面積が大きくなるという課題があった。本発明は、マスク合わせのずれ量とレジストパターン精度を同時かつ高精度に測定することが可能なバーニアパターンを提供することを目的とする。【解決手段】本発明のバーニアパターンは、基板上に形成され、前記基板表面の中心線に対して４５°の角度をなす第一の腕部及び該第一の腕部と直交する第二の腕部とを有する十字型パターンであり、前記第一の腕部及び第二の腕部の外形がそれぞれ一定間隔の階段状であることを特徴とする。また、前記バーニアパターンを形成した後、前記十字型パターンと４５°の角度をなすよう形成された第二の十字型パターンの前記バーニアパターンとの合わせずれ量を前記第一の腕部及び第二の腕部の外形に形成された前記階段の間隔から計測するものである。【選択図】　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された第一の腕部及び該第一の腕部と直交する第二の腕部とを有する十字型パターンであり、前記第一の腕部及び第二の腕部の外形がそれぞれ一定間隔の階段状であることを特徴とするバーニアパターン。
【請求項２】
前記第一の腕部は前記基板表面の中心線に対して４５°の角度をなすことを特徴とする請求項１記載のバーニアパターン。
【請求項３】
前記階段は直角に形成され、その一辺は前記基板表面の中心線と略平行であることを特徴とする請求項２記載のバーニアパターン。
【請求項４】
異方性エッチングを用いて形成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のバーニアパターン。
【請求項５】
前記十字型パターンを形成した後、前記十字型パターンと４５°の角度をなすよう形成された第二の十字型パターンの前記十字型パターンとの合わせずれ量を前記第一の腕部及び第二の腕部の外形に形成された前記階段の間隔から計測することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のバーニアパターンを用いたマスク合わせ方法。
【請求項６】
前記十字型パターンの中心と前記第二の十字型パターンの中心とが重なるようにマスク合わせを行うことを特徴とする請求項５記載のマスク合わせ方法。
【請求項７】
前記十字型パターンを形成した後、前記十字型パターンの中心と重なるように形成された測長パターンの寸法を前記十字型パターンにおける第一の腕部及び第二の腕部の外形に形成された前記階段の間隔から計測することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のバーニアパターンを用いたパターン測長方法。
【請求項８】
前記測長パターンは前記十字型パターンと４５°の角度をなす第二の十字型パターンの腕部であり、前記十字型パターンの中心と前記第二の十字型パターンの中心とが重なるように形成されていることを特徴とする請求項７記載のパターン測長方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造プロセスに使用されるマスク合わせにおいて、ウェハ上の被測定体とマスク上の測定体の位置合わせ、および測定体のパターン精度の確認に使用する測定パターンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体製造プロセスにおいて、ドライブインや薄膜成長を行った後にフォトリソグラフィを用いてレジストパターンを形成し、その後エッチングなどの微細加工を行い、これらの工程を繰り返すことにより所望の回路パターンを形成する。ここで、各工程での重ね合わせは、フォトマスクを用いて転写、加工された被測定体（通常は第１番目のフォトマスクのパターン）を基準に、後工程のフォトマスク上の測定体を合わせ、この重ね合わせを繰り返す。このとき、それぞれの重ね合わせを評価する手段として、基板表面の中心線方向及びそれと垂直な方向（以下それぞれＸ、Ｙ方向という。）に独立に設けたバーニアを用いて各方向での位置ずれを定量的に評価する（例えば特許文献１参照）。また、単一測定パターンでＸ、Ｙ方向を同時に測定することが可能なバーニアパターンも提案されている（例えば特許文献２参照）。
【０００３】
また、フォトリソグラフィにより形成したレジストパターンは、設計寸法に対するパターンの出来映えをロケットマークと呼ばれる測長用パターンを用いて評価、管理する。これらのマスク合わせのずれ量とそれぞれのレジストパターンに対するエッチングでのパターン広がりやばらつきを見込んで、回路パターンとなるそれぞれのパターン寸法が設計される。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６３−８３８５３号公報
【特許文献２】
特開平５−４７６２１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のマスク合わせにおいて、例えば特許文献１に示された方法ではＸ、Ｙ方向にそれぞれずれ量に応じたバーニアパターンを一定間隔で形成し、ずれ量とバーニアパターンが一致した場所を読み込むことによりそのずれ量を評価、管理していた。しかし、この場合には互いに直交するＸ方向とＹ方向のバーニアパターンを各々独立して形成するため、占有面積が大きくなるといった課題があった。
【０００６】
また、上記問題を解決するために、特許文献２に示されたような方法も提案されているが、同じ形状のパターンを重ね合わせてそのずれ量から判別しなければならず顕微鏡等によっても判別しにくい。また、それぞれのパターンの目盛りをくし型としていることから、バーニア自体の占有面積を大幅に縮小するまでには至っていない。
【０００７】
さらに、レジストパターンの寸法管理において使用されるロケットマークは、合わせ位置ずれを評価するバーニアとは別の領域に、独立した形で形成されている。また、マスク合わせとパターン測長とでは計測手段がそれぞれ光学顕微鏡と電子顕微鏡と異なるものであり、管理上の手間と時間がかかるばかりでなく、占有面積の増大にもつながるものであった。
【０００８】
本発明は、上記問題を解決するために、マスク合わせのずれ量とレジストパターン精度を同時かつ高精度に測定することが可能なバーニアパターンを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のバーニアパターンは、基板上に形成され、前記基板表面の中心線に対して４５°の角度をなす第一の腕部及び該第一の腕部と直交する第二の腕部とを有する十字型パターンであり、前記第一の腕部及び第二の腕部の外形がそれぞれ一定間隔の階段状であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の構成によれば、互いに直交するＸ方向とＹ方向のバーニアパターンを各々独立して形成した場合に比べて、測定精度を落とすことなく、かつバーニアの占有面積を大幅に小さくすることができる。
【００１１】
前記階段は直角に形成され、その一辺は前記基板表面の中心線と略平行であることが望ましい。
【００１２】
また、前記第一の腕部及び第二の腕部の周辺には設計値からの合わせずれ量を示すパターンが形成されていることが望ましい。
【００１３】
さらに、前記十字型パターン、特に前記第一の腕部及び第二の腕部は異方性エッチングを用いて形成することによりパターン精度を向上することができる。
【００１４】
本発明のマスク合わせ方法は、前記十字型パターンを形成した後、前記十字型パターンと４５°の角度をなすよう形成された第二の十字型パターンの前記十字型パターンとの合わせずれ量を前記第一の腕部及び第二の腕部の外形に形成された前記階段の間隔から計測することを特徴とする。
【００１５】
本発明の方法によれば、新たにパターン形成しようとするレジストパターンが、既に形成されているバーニアパターンに対し、どれだけずれているかということを容易かつ高精度に判別することができる。
【００１６】
また、前記十字型パターンと前記第二の十字型パターンとの中心が重なるようにすれば、より簡便に精度良くマスク合わせを行うことができる。
【００１７】
本発明のパターン測長方法は、前記十字型パターンを形成した後、前記十字型パターンの中心と重なるように形成された測長パターンの寸法を前記十字型パターンにおける第一の腕部及び第二の腕部の外形に形成された前記階段の間隔から計測することを特徴とする。
【００１８】
なお、前記測長パターンは、前記十字型パターンと４５°の角度をなす基板上に別途形成された第二の十字型パターンの腕部であり、前記十字型パターンの中心と前記第二の十字型パターンの中心とが重なるように形成されていることが望ましい。
【００１９】
本発明の方法によれば、マスク合わせのずれ量を計測するための階段の間隔をレジストパターンの測長にも用いることができ、合わせずれ量とパターン精度とを同時かつ高精度に測定することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
図１、２にそれぞれ本実施の形態におけるバーニアパターン、および特許文献２に示された従来のバーニアパターンの構造模式図を示す。
【００２２】
図１、２において、バーニアパターン１の第一の腕部１ａ及び第二の腕部１ｂに対してそれぞれスケールが設けられている。
【００２３】
図１において、十字型の中心線がＸ、Ｙ方向とそれぞれ４５°の角度をもって形成され、かつ腕部に設けられたスケールの形状が階段状であることが図２に示した従来のパターンと大きく異なる点である。
【００２４】
第一の腕部１ａ及び第二の腕部１ｂの幅ｗ１はＸ、Ｙ方向においてそれぞれ同じ２μｍとし、また、階段パターン１ｃの間隔ｗ２はＸ、Ｙ方向においてそれぞれ０．２μｍとした。この場合では、最大１．０μｍのずれ量が計測可能となる。
【００２５】
なお、本実施の形態において、Ｘ方向は基板のオリフラ（Ｏ．Ｆ．）方向と一致している。
【００２６】
一方、図２では幅ｗ３（＝２μｍ）のスケールパターン２ｃが２μｍ間隔でＸ、Ｙ方向に左右、上下でそれぞれ５個ずつ形成され、こちらも最大１．０μｍのずれ量が測定可能となっている。
【００２７】
図３、４にそれぞれ本実施の形態におけるバーニアパターンを用いたマスク合わせ方法の説明図、および特許文献２に示された従来のバーニアパターンを用いたマスク合わせ方法の説明図を示す。
【００２８】
図３、４において、バーニアパターン１に対してマスクパターン３を重ね合わせている。図３ではマスクパターン３は十字型パターンであり、十字型の腕部の延びる方向はＸ、Ｙ方向とそれぞれ同じである。また、線幅ｗ４は２μｍとした。
【００２９】
一方、図４ではマスクパターン３は、幅ｗ５（＝２μｍ）のスケールパターン３ｃが２μｍ＋ずれ量に応じた間隔で形成されている。すなわち、５本並んだパターン３ｃの中心部の隣ではｓ１（＝±２．２μｍ）、さらにその隣ではｓ２（＝±２．４μｍ）、と連続して０．２μｍずつずれた幅で形成されており、図３、４の場合では、どちらも最大１．０μｍのずれ量が計測可能となっている。
【００３０】
なお、図３において、マスクパターン３とバーニアパターン１とは中心が重なるようにすることで、Ｘ、Ｙ方向の合わせずれ量を同時に計測することができる。
【００３１】
ここで、図１、２の両パターンの大きさを比較すると、図１ではＸ、Ｙ方向それぞれ８μｍ、図２では２２μｍとなり、本実施の形態におけるバーニアパターンの方がより占有面積が小さくなっていることがわかる。
【００３２】
図２に示す従来のバーニアパターンにおいて、占有面積を小さくするためにパターン２ｃの数を減らしても、測定精度が落ちるばかりでなく、本実施の形態に示したパターンほどは小さくならない。また、パターン２ｃの幅ｗ３を小さくすれば全体を小さくすることはできるが、本実施の形態に示したパターンと同じ程度にしようとすると、パターン間隔もまた小さくせねばならず、加工が困難となる。
【００３３】
図５に本実施の形態におけるバーニアパターンを形成するための拡散フローチャートを示す。
【００３４】
ウェハ洗浄後、マスク酸化により８００ｎｍの厚さでシリコンの熱酸化膜（ＳｉＯ２）を形成する。この後、フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成する。このとき、バーニアパターンを合わせマーク付近に同時に挿入した。引き続き、ドライエッチング装置を用いてＳｉＯ２膜のエッチングを行い、バーニアパターン１を形成した。シリコンエッチングに用いたガスは、ＣＦ４＋Ｏ２である。電子顕微鏡を用いて形成されたバーニアパターンの寸法を測定したところ、設計値通り形成されていることが確認できた。次に、スパッタ法を用いてＡｌ膜をウェハ全面に形成し、再びフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成した。このとき、マスクパターンを、バーニアパターンに重なるように転写した。なお、マスク合わせは、それぞれ第１番目のマスクでパターン形成した合わせマークを基準に行った。合わせマークにより位置決めを行った後、露光装置の設定上で故意に±０．２μｍ、Ｘ方向にずらして露光を行い、パターン形成を行った。光学顕微鏡によりバーニアとのずれ量を目視検査した結果、マスク合わせのずれ量がバーニアにより判断可能であることが確かめられた。
【００３５】
本実施の形態におけるバーニアパターンを用いることにより、互いに直交するＸ方向とＹ方向のバーニアパターンを各々独立して形成した場合に比べて、測定精度を落とすことなく、かつバーニアの占有面積を大幅に小さくすることができる。
【００３６】
なお、Ａｌをエッチング、レジスト除去した後に形成されたパターンのずれ量を確認しても、バーニアで確認されたレジストパターンのずれを再現した結果が得られた。
【００３７】
また、第一の腕部１ａ及び第二の腕部１ｂの幅ｗ１、階段パターン１ｃの間隔ｗ２は、各プロセスでの実力に見合った任意の寸法に設定することができ、本実施の形態で示した寸法に限定されるものではない。
【００３８】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で用いたバーニアパターンを用いたマスクパターンの寸法測定方法について述べる。
【００３９】
従来の方法では、マスクのずれ量とレジスト寸法の管理はそれぞれ別々に行われ、レジスト寸法はロケットマークと呼ばれる寸法測定用のパターンをバーニアとは別に設けて、電子顕微鏡で寸法測定を行っていた。これに対し、本実施の形態のバーニアパターンを用いれば、バーニア一つでマスクの合わせずれとパターン寸法のずれを同時に測定することができる。
【００４０】
図５で示された拡散フローチャートにおいて、Ａｌ膜形成後のレジストパターン形成時にロケットマークを同時に形成し、本発明のバーニアとロケットマークとの出来映え比較を行った。その結果を図６に示す。露光条件として、基本となる露光条件と、プラス１０％、２０％の露光時間でパターン形成を行い、ロケットマークを電子顕微鏡により測定したところ、それぞれ２．０μｍ、２．２μｍ、２．４μｍのレジスト寸法が形成されていることを確認した。
【００４１】
ここで、各条件のウェハに対し、図６に示したマスクパターン３とバーニアパターン１との重なりを光学顕微鏡により観察したところ、それぞれ、中心部、中心部より１段ずれた階段パターン、２段ずれた階段パターンにマスクパターン３のエッジが一致することが確認された。すなわち、バーニアパターン１とマスクパターン３の重なった領域を測定することで、レジスト寸法がマスク設計値に対してどれだけずれているのか容易に検証することができる。
【００４２】
従って、本発明のバーニアパターンを用いることにより、新たにパターン形成しようとするレジストパターンが、前記バーニアパターンに対し、どれだけずれているかということを容易かつ高精度に判別することができるため、マスク合わせのずれ量とレジストパターン精度を同時かつ高精度に測定することが可能なバーニアパターンを提供することができる。
【００４３】
なお、バーニアパターンの形成方法として、ＨＦ＋ＮＨ４Ｆの混合溶液を用いてＳｉＯ２のエッチングを行ったところ、パターンエッジがにじむことにより、正確な寸法を特定することができなかった。これは、ウェットエッチングが等方性のエッチングのため、レジストパターンエッジを起点に均等にエッチングされた結果、断面構造が斜めに形成され、パターンエッジがにじむ結果となったためであることがわかった。
【００４４】
これに対して、異方性ドライエッチングによりＳｉＯ２を食刻した場合は、断面構造が垂直に形成される。このことにより、レジスト寸法に対して同位置にパターンエッジが食刻され、正確なパターン形成がなされるものである。よって、本実施の形態におけるバーニアパターンの形成には異方性ドライエッチングを用いるのが望ましい。
【００４５】
なお、エッチング後のパターン寸法が設計寸法通りパターン形成されているかは、バーニアパターン１とマスクパターン３の重なった領域を測定することにより検証することができる。
【００４６】
また、マスクパターン３の幅ｗ４をバーニアパターン１の腕部の幅ｗ１よりも太く設計しておくことにより、レジストパターンの広がりだけでなく、露光不足によるパターンの狭まりに対しても評価することができる。
【００４７】
なお、図６において、マスクパターン３とバーニアパターン１とは中心が重なるようにすることで、Ｘ、Ｙ方向ともマスクパターン３の腕部の寸法をバーニアパターン１の階段パターンから計測することができる。
【００４８】
（実施の形態３）
本実施の形態における合わせずれ量を示すパターンを設けたバーニアパターンの構造模式図を図７に示す。
【００４９】
図５に示した拡散フローチャートの第一レジストパターン形成工程において、バーニア近傍にずれ量を示すパターンを形成するためのレジストパターンを別途設けた。ＳｉＯ２のエッチングを行い、レジストを除去して光学顕微鏡により観察したところ、バーニア付近にずれ量を示すパターンが形成されていることが判別でき、マスク合わせのずれ量と、パターンに示されたバーニアのずれ量とが一致していることが確認された。
【００５０】
すなわち、本実施の形態におけるバーニアパターンの周辺に、さらに設計値からのずれ量を示すパターン４を形成することにより、視覚的にずれ量を判別することが可能となり、マスク合わせのずれ量とレジストパターン精度を同時かつ高精度に測定することが可能なバーニアパターンを提供することができる。
【００５１】
なお、ずれ量を示すパターンにおいて、ずれ量の表示は、符号あるいは記号によりずれ量の判別が可能であれば、実数に限定されるものではない。
【００５２】
【発明の効果】
本発明のバーニアパターンを用いることにより、互いに直交するＸ方向とＹ方向のバーニアパターンを各々独立して形成した場合に比べて、測定精度を落とすことなく、かつバーニアの占有面積を小さくすることができる。
【００５３】
また、マスク合わせのずれ量とレジストパターン精度を同時かつ高精度に測定することが可能なバーニアパターンを提供することができ、半導体製造プロセスの簡便化が図れ、コストの低減につながる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるバーニアパターンの構造模式図
【図２】従来の技術におけるバーニアパターンの構造模式図
【図３】本発明の実施の形態１におけるマスク合わせ方法の説明図
【図４】従来の技術におけるマスク合わせ方法の説明図
【図５】本発明の実施の形態１におけるバーニアパターン形成用拡散フローチャート
【図６】本発明の実施の形態２におけるバーニアパターンを用いたマスクパターンの寸法測定方法を示す図
【図７】本発明の実施の形態３における合わせずれ量を示すパターンを設けたバーニアパターンの構造模式図
【符号の説明】
１　バーニアパターン
１ａ　第一の腕部
１ｂ　第二の腕部
１ｃ　階段パターン
２　従来のバーニアパターン
２ｃ　スケールパターン（バーニア側）
３　マスクパターン
３ｃ　スケールパターン（マスクパターン側）
４　設計値からのマスクずれ量を示すパターン
【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５】
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【図６】
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【図７】
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