(57)【要約】【課題】相補分割マスク、又は複数枚のマスクからなる組み合わせマスクを用いて露光する際に、高精度でマスクをアライメントできるようにした露光方法を提供する。【解決手段】本方法のステップＳ1 では先行露光を行う。露光装置、重ね合わせ測定器等のオフセットのパラメータを全て０にリセットし、設計パターンがＭ個のブロックに分割された相補分割マークを使って試験ウエハに先行露光する。Ｓ2 で重ねあわせ測定器を使ってターゲット層Ｘn （１≦ｎ≦Ｍ）及びアライメント層Ｙn のアライメント・マークの位置を測定して測定データＡn とする。Ｓ3 でターゲット層Ｘn 及びアライメント層Ｙn のマーク情報を層データとして測定データＡn に付与する。Ｓ4 では、ステップＳ3 で付与した層データが同じもの（Ｘn ＝Ｙn ）のみ、つまりｎ個目のブロックの測定データＡn に基づいてアライメントずれ量が最小になるように位置情報の計算を行い先行情報Ａn を作成する。Ｓ5 では先行情報Ａn に基づいてオフセット値を決定し、露光装置に入力して再びアライメント層をターゲット層に対してアライメントして本番露光する。【選択図】        図１
2004193487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相補分割マスク、又は複数枚のマスクからなる組み合わせマスクを用いて露光する方法であって、露光する際のアライメントに当たり、
前記相補分割マスク又は前記組み合わせマスクを用いてウエハを露光する先行露光ステップと、
重ね合わせ測定器を用いて、前記相補分割マスク又は前記組み合わせマスク（以下、アライメント層と言う）の前記ウエハ上に転写したアライメント・マークの位置測定を行い、前記アライメント層に対応するターゲット層のアライメント・マークに対するアライメントずれ量を検出するずれ量検出ステップと、
前記アライメントずれ量に基づいてオフセット値を計算して、露光の際に、前記オフセット値を露光装置に入力して前記アライメントずれを補償する入力ステップと
を有することを特徴とする露光方法。
【請求項２】
前記ずれ量検出ステップでは、前記アライメント層と前記ターゲット層との組み合わせのうち、
前記相補分割マスクによる露光では、前記相補分割マスクを構成するいずれか一つのブロックからなる一のアライメント層のアライメント・マーク及び前記一のアライメント層に対応するターゲット層のアライメント・マークのそれぞれの位置測定値を用いて前記アライメントずれ量を計算し、
前記組み合わせマスクによる露光では、前記組み合わせマスクを構成するいずれか一つのマスクからなる一のアライメント層のアライメント・マーク及び前記一のアライメント層に対応するターゲット層のアライメント・マークのそれぞれの位置測定値を用いて前記アライメントずれ量を計算することを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
【請求項３】
相補分割マスク又は複数枚のマスクからなる組み合わせマスクを用いて露光する方法であって、露光する際のアライメントに当たり、
前記相補分割マスク又は前記組み合わせマスクを用いてウエハを露光する先行露光ステップと、
前記相補分割マスクを構成するいずれか一つのブロックからなる一のアライメント層と前記一のアライメント層に対応するターゲット層との組み合わせのうち、
前記相補分割マスクによる露光では、前記相補分割マスクを構成する２個以上のブロックのそれぞれからなるアライメント層及びターゲット層をグルーピングしてグループとし、重ね合わせ測定器を用いて前記グループの各アライメント・マークの位置測定を行って、前記アライメントずれ量を求め、
前記組み合わせマスクによる露光では、前記組み合わせマスクを構成する少なくとも２枚以上のマスクのそれぞれからなるアライメント層及びターゲット層をグルーピングしてグループとし、重ね合わせ測定器を用いて前記グループの各アライメント・マークの位置測定を行って、前記アライメントずれ量を求めるずれ量検出ステップと、
前記アライメントずれ量に基づいてオフセット値を計算して、露光の際に、前記オフセット値を露光装置に入力してアライメントずれを補償する入力ステップと
を有することを特徴とする露光方法。
【請求項４】
前記入力ステップの前に、前記アライメントずれ量が許容ずれ量以内かどうかシミュレーションにより判断するステップを有することを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか１項に記載の露光方法。
【請求項５】
前記ずれ量検出ステップでは、前記グループ内のアライメント層とターゲット層との組み合わせの数を１から始めて、前記アライメントずれ量が前記許容ずれ量以内になるまで前記グループ内のアライメント層とターゲット層との組み合わせの数を１づつ増やして前記アライメントずれ量を求めて、前記アライメントずれ量が前記許容ずれ量以内になったときのグループ内の最小数の組み合わせのアライメント層とターゲット層との前記アライメントずれ量を選出し、
前記入力ステップでは、前記アライメントずれ量に基づいてオフセット値を計算して、露光の際に、前記オフセット値を露光装置に入力して前記アライメントずれを補償することを特徴とする請求項４に記載の露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置等の製造工程で使用される露光方法に関し、更に詳細には、相補分割マスク、又は複数枚のマスクからなる組み合わせマスクを用いて高精度で露光する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の高集積化及びチップサイズの縮小化に伴い、半導体装置を構成する配線等の構成要素の一層の微細化が必要になって来ている。
半導体装置の構成要素、例えば配線層のパターニングに必要なレジストパターンを形成するリソグラフィ処理の際では、現在は、露光光としてＫｒＦ、ＡｒＦなどを使った光露光が中心であるものの、将来、微細化の要請に応じて、回路パターンの線幅が１００ｎｍ以下になったときのパターニングに必要な光リソグラフィとして、Ｆ2 による電子線露光技術、Ｘ線露光技術、ＥＵＶ（極紫外光）などを適用した様々な露光方式が提案されている。
【０００３】
本来であれば、光リソグラフィの延長という観点から、Ｆ2 が本命になりそうなものであるが、露光装置の部品に対する腐食を抑制し難いということ、また１５７ｎｍという短波長であるが故に空気中で吸収され易いこと等の理由から、従来の光学系をそのまま利用して露光装置を構成することが難しい。その結果、Ｆ2 による電子線露光技術は、次世代の露光技術の１候補としての位置付けで開発が進められている。
【０００４】
電子線露光技術は、現状開発が進められている直描方式に加えて、１９９８年、Takao  Utsumi 氏が考案し、特許公報２９５１９４７号に開示された、低エネルギー電子ビームのリソグラフィ技術の開発もはじまっている。Takao  Utsumi 氏の考案による方式は、２ｋｅＶ程度の加速電圧を用いて、等倍のステンシルマスクで近接露光する、ＬＥＥＰＬと呼ばれる方式であって、線幅１００ｎｍ以降の半導体装置のパターニングのための有力な方式として注目されている。
また、１／４倍に縮小される電子光学系を利用し、１００ｋｅＶの加速電圧を用いて露光するＥＰＬ技術なども開発されている。
更には、ＥＵＶは、１３ｎｍの極紫外光を用いて露光する方法で、日本ではＡＳＥＴが中心となって開発を進めている。
【０００５】
ＬＥＥＰＬ、或いはＥＰＬのような次世代電子線リソグラフィでは、今まで用いられていた石英マスクにかわり、描画エリアであるメンブレン領域の材料としてＳｉ、ＳｉＣ、或いはダイヤモンドなどの薄膜を用い、メンブレン領域に直接溝或いは開口を形成したステンシルマスクを用いる。
【０００６】
ステンシルマスクを用いたときには、電子線は、ステンシルマスクの溝（開口）を通りウエハ上のレジスト膜上に到達してレジスト材を感光させる。レジスト材がポジ型レジスト材であれば、電子線により描画された部分が、アルカリに溶解して除去され、描画されない部分がレジスト膜からなるパターンとして形成される。
ところで、ステンシルマスクでは、メンブレン領域に溝又は開口を作製するためにドーナツ状のパターン或いは変形し易いパターンを作製することができない。
そこで、設計データに基づく一つのパターンを２ブロック以上に分割し、１枚のマスク上に分離して別々に配置してなる相補分割型ステンシルマスクを用い、相補分割型ステンシルマスクを移動させつつウエハ上の露光領域に各ブロックを重ね露光する相補分割技術が必須となる。
【０００７】
ここで、図４を参照して、相補分割型ステンシルマスクでない通常のステンシルマスクを使って電子線リソグラフィによりパターニングする際、設計データ通りにパターニングできない例を説明する。図４（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、１枚のステンシルマスクを使って電子線リソグラフィにより環状パターン及びＵ字状パターンを転写しようとしも転写できないことを説明する概念的斜視図である。
パターンの設計データが、図４（ａ）に示すように、四角形の環状パターン１２及びＵ字状パターン１４である場合、環状パターン１２及びＵ字状パターン１４の開口パターンを有するステンシルマスク１６を形成することはできない。
【０００８】
つまり、環状パターン１２の場合、図４（ｂ）に示すように、環状パターン１２の外側輪郭１２ａ又は内側輪郭１２ｂのみの開口パターンを形成することはできるものの、外側輪郭１２ａ及び内側輪郭１２ｂの双方からなる開口パターンをマスク面１３に形成することはできない。
外側輪郭１２ａ又は内側輪郭１２ｂのみの開口パターンを有するステンシルマスク１６でウエハＷ上に露光すると、図４（ｃ）に示すように、転写されたパターン１８は、設計データのパターン１２とは異なるものとなる。
【０００９】
また、パターンの設計データが、図４（ａ）に示すように、Ｕ字状パターン１４である場合、仮にＵ字状パターン１４の開口パターンをステンシルマスク１６に形成したとしても、図４（ｂ）に示すように、Ｕ字状パターン１４の内側輪郭１４ａを形成する部分１４ｂが長いために変形する。従って、内側輪郭１４ａを形成する部分１４ｂを短くせざるを得ない。
内側輪郭１４ａを形成する部分１４ｂが短いパターン開口のステンシルマスク１６でウエハＷ上に露光すると、図４（ｃ）に示すように、転写されたパターン２０は、設計データのＵ字状パターン１４とは異なるパターンとなる。
【００１０】
そこで、上述した相補分割型ステンシルマスクが開発されている。図５（ａ）から（ｄ）は、それぞれ、相補分割型ステンシルマスクを使って電子線リソグラフィにより環状パターン及びＵ字状パターンを転写するときの工程を説明する概念的斜視図である。
相補分割型ステンシルマスクでは、図５（ａ）に示す環状パターン１２とＵ字状パターン１４とが、それぞれ、図５（ｂ）に示す第１のブロック２２と、図５（ｃ）に示す第２のブロック２４とに２分割され、かつ第１のブロック２２と第２のブロック２４とが相互に分離して別々の位置で一枚の相補分割型ステンシルマスクに設けられている。
第１のブロック２２は、図５（ｂ）に示すように、環状パターン１２の環状開口を分割したパターンのうち上下の２本の帯状開口２６ａ、２６ｂの開口パターンと、Ｕ字状パターン１４のＵ状開口を分割したパターンのうちの２本の帯状開口２８ａ、２８ｂの開口パターンとからなるパターン３４を備えている。
【００１１】
一方、第２のブロック２４は、図５（ｃ）に示すように、環状パターン１２の環状開口を分割したパターンのうち左右の２本の帯状開口３０ａ、３０ｂの開口パターンと、Ｕ字状パターン１４のＵ状開口を分割したパターンのうちの２本の帯状開口２８ａ、２８ｂを連結する帯状開口３２とからなる開口パターン３６を備えている。
露光する際には、先ず、相補分割型ステンシルマスクの第１のブロック２２を露光位置に位置合わせして第１のブロックのパターン３４を露光して転写し、次いで相補分割型ステンシルマスクを移動させて第２のブロック２４を露光位置に位置合わせして第２のブロック２４のパターン３６を露光して転写する。
これにより、図５（ｄ）に示すように、設計データの環状パターン１２及びＵ字状パターン１４をウエハＷ上に露光することができる。
【００１２】
更には、電子線リソグラフィで用いる相補分割ステンシルマスクとは別に、現在の光リソグラフィでも、パターンサイズの微細化、寸法精度の要求精度が厳しくなっていることに伴い、パターン密度の違ったパターンを同一の露光条件で行うことは難しくなってきている。
そこで、１つの露光工程であるにもかかわらずパターン密度に応じて２枚以上のマスクからなる組み合わせマスクを用いて露光することがある。例えば、一つのマスクのパターン密度が領域毎に異なるとき、パターン密度の高いマスクとパターン密度の低いマスクの２枚の組み合わせマスクを使用する。
【００１３】
相補分割型ステンシルマスク（以下、相補分割マスクと言う）、或いは複数枚のマスクからなる組み合わせマスクを用いて露光を行った場合、マスクアライメントは、通常の下地層との重ね合わせに加えて、同層同士の重ね合わせ、つまりターゲット層同士、或いはアライメント層同士の重ね合わせを考慮しなくてはならない。
ここで、ターゲット層とは、マスクと下地層とをアライメントする場合には下地層を言い、つまり相補分割マスクの第２のブロックを第１のブロックにアライメントする場合、或いは組み合わせマスクの第２のマスクを第１のマスクにアライメントする場合には第１のブロック又は第１のマスクを言う。
また、アライメント層とは、ターゲット層にアライメントする層、即ちマスクと下地層とをアライメントする場合にはマスクを言い、ブロック同士或いはマスク同士をアライメントする場合には、例えば相補分割マスクの第２のブロックを第１のブロックにアライメントする場合、或いは組み合わせマスクの第２のマスクを第１のマスクにアライメントする場合には第２のブロック又は第２のマスクを言う。
ここで、例えば、要求される重ねあわせ精度が±２０ｎｍであるとすると、1 枚マスクの場合は、アライメント工程は±２０ｎｍの重ね合わせを行うターゲット工程のみであるが、同層同士の重ね合わせがある場合、同層同士の重ね合わせ精度も加味してアライメントずれを±２０ｎｍ以内に抑える必要が生じる。従って、より高精度な重ね合わせが必要になる。
【００１４】
アライメント法は、グローバルアライメント法と、チップアライメント（ダイバイダイ・アライメント）法とに大別される。
グローバルアライメント法とは、ウエハがロードされた後、前もって複数点ウエハ上でアライメント計測し、その結果を統計処理することにより、ウエハ全面のアライメント位置を決定する方法である。
グローバルアライメント法では、特定のチップ、例えば図６に示すウエハを例に挙げると、太線のチップの４隅のＣＭでアライメントを実施し、ウエハ単位で折り返して、ストライプ単位で露光する。アライメントを行うチップの数及びチップの位置は任意である。ＣＭとは、各チップのアライメントマークである。
【００１５】
グローバルアライメント法は、アライメントの際の検出マークの数が少ないので、露光作業の効率が高く、高スループットを実現することができる。また、統計処理によりアライメント係数を高精度化できるので、アライメント・マークの測定再現性が悪い場合でも対応できるという長所を有する。
グローバルアライメント法の短所は、熱膨張、ウエハスリップ等の描画中の経時変化に対応できないこと、及び下地ウエハのチップ配列が複雑にずれていると精度が上がらないということである。
【００１６】
一方、チップアライメント法とは、図７に示すように、ウエハ上の全てのチップについて各チップの４隅のＣＭでアライメントを実施し、チップ単位で露光する方法である。
チップアライメント法は、熱膨張、ウエハスリップ等の描画中の経時変化に対応することができ、更には下地ウエハのチップ配列が複雑にずれている場合でも対応できるという長所を有する。
チップアライメント法の短所は、アライメントの際の検出マークの数が多いので、マーク検出に要する時間が長くなること、及びアライメント・マークの測定再現性が悪い場合にはその影響が大きいということである。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、通常、アライメントの補正は、下地層（以下、ターゲット層と言う）のボックスマーク（アライメント・マーク）と露光している層（以下、アライメント層と言う）のボックスマークとの間の位置ずれを測定し、オフセット、回転、倍率などを求めている。アライメント・マークには、ボックスマークに加えてバーマークを含む。
しかし、相補分割マスク、および複数枚のマスクからなる組み合わせマスクを用いた場合、例えばＸ個のブロックからなる相補分割マスク、又はＸ枚のマスクからなる組み合わせマスクのときには、１つの露光エリアに対して最大Ｘ個の層が重なっており、Ｘ層のうちのいずれかの層の重ね合わせが、許容値以上の位置ずれになっても、アライメントの高精度化を阻み、半導体装置として電気的な不具合が生じる。
【００１８】
現在、相補分割マスク及び複数枚のマスクからなる組み合わせマスクのアライメントは、研究が開始されたばかりであり、高精度なアライメント技術を実現できるブレークスルーが望まれている。
そこで、本発明の目的は、相補分割マスク、又は複数枚のマスクからなる組み合わせマスクを用いて露光する際に、高精度でマスクをアライメントできるようにしたアライメント方法を備える露光方法を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る露光方法（以下、第１の発明方法と言う）は、相補分割マスク、又は複数枚のマスクからなる組み合わせマスクを用いて露光する方法であって、露光する際のアライメントに当たり、
相補分割マスク又は組み合わせマスクを用いてウエハを露光する先行露光ステップと、
重ね合わせ測定器を用いて、相補分割マスク又は組み合わせマスク（以下、アライメント層と言う）のウエハ上に転写したアライメント・マークの位置測定を行い、アライメント層に対応するターゲット層のアライメント・マークに対するアライメントずれ量を検出するずれ量検出ステップと、
アライメントずれ量に基づいてオフセット値を計算して、露光の際に、オフセット値を露光装置に入力してアライメントずれを補償する入力ステップと
を有することを特徴としている。
【００２０】
第１の発明方法の好適な実施態様のずれ量検出ステップでは、アライメント層とターゲット層との組み合わせのうち、
相補分割マスクによる露光では、相補分割マスクを構成するいずれか一つのブロックからなる一のアライメント層のアライメント・マーク及び一のアライメント層に対応するターゲット層のアライメント・マークのそれぞれの位置測定値を用いてアライメントずれ量を計算し、
組み合わせマスクによる露光では、組み合わせマスクを構成するいずれか一つのマスクからなる一のアライメント層のアライメント・マーク及び一のアライメント層に対応するターゲット層のアライメント・マークのそれぞれの位置測定値を用いてアライメントずれ量を計算する。
【００２１】
つまり、第１の発明方法の上述の実施態様のずれ量検出ステップでは、設計パターンを第１から第Ｘのブロックに分割し、Ｘ個のブロックを１枚のマスクに有する相補分割マスクを用いるとき、任意のブロック、即ち第ｎ（１≦ｎ≦Ｘ）のブロックの対象ターゲット層、つまり下地層又は第ｎ−１のブロックを転写した層のアライメント・マーク（ボックスマーク又はバーマーク）と第ｎのブロックのアライメント・マークのみの位置ずれ計測を行い、その値に基づいて補正を行う。アライメント・マークは、ボックスマークに加えてバーマークを含む。以下のアライメント・マークも同様である。
また、設計パターンを第１から第Ｘのマスクに分割したＸ枚のマスクからなる組み合わせマスクを用いるとき、任意のマスク、即ち第ｎ（１≦ｎ≦Ｘ）枚目のマスクの対象ターゲット層、つまり下地層又は第ｎ−１枚目のマスクを転写した層のアライメント・マーク（ボックスマーク）と第ｎ枚目のマスクのアライメント・マークのみの位置ずれ計測を行い、その値に基づいて補正を行う。
【００２２】
本発明に係る別の露光方法（以下、第２の発明方法と言う）は、相補分割マスク又は複数枚のマスクからなる組み合わせマスクを用いて露光する方法であって、露光する際のアライメントに当たり、
相補分割マスク又は組み合わせマスクを用いてウエハを露光する先行露光ステップと、
相補分割マスクを構成するいずれか一つのブロックからなる一のアライメント層と一のアライメント層に対応するターゲット層との組み合わせのうち、
相補分割マスクによる露光では、相補分割マスクを構成する２個以上のブロックのそれぞれからなるアライメント層及びターゲット層をグルーピングしてグループとし、重ね合わせ測定器を用いてグループの各アライメント・マークの位置測定を行って、アライメントずれ量を求め、
組み合わせマスクによる露光では、組み合わせマスクを構成する少なくとも２枚以上のマスクのそれぞれからなるアライメント層及びターゲット層をグルーピングしてグループとし、重ね合わせ測定器を用いてグループの各アライメント・マークの位置測定を行って、アライメントずれ量を求めるずれ量検出ステップと、
アライメントずれ量に基づいてオフセット値を計算して、露光の際に、オフセット値を露光装置に入力してアライメントずれを補償する入力ステップと
を有することを特徴としている。
【００２３】
第２の発明方法の好適な実施態様のずれ量検出ステップでは、ずれ量検出ステップでは、グループ内のアライメント層とターゲット層との組み合わせの数を１から始めて、アライメントずれ量が許容ずれ量以内になるまでグループ内のアライメント層とターゲット層との組み合わせの数を１づつ増やしてアライメントずれ量を求めて、アライメントずれ量が許容ずれ量以内になったときのグループ内の最小数の組み合わせのアライメント層とターゲット層とのアライメントずれ量を選出し、
入力ステップでは、アライメントずれ量に基づいてオフセット値を計算し、露光の際に、オフセット値を露光装置に入力してアライメントずれを補償する。
【００２４】
また、第１及び第２の発明方法の好適な実施態様では、入力ステップの前に、アライメントずれ量が許容ずれ量以内かどうかシミュレーションにより判断するステップを有する。
【００２５】
通常より高精度にアライメントを行うために、第１及び第２の発明方法を実施する露光装置は、ダイバイダイアライメント法やグローバルアライメント法等のアライメント機能を備えていることに加えて、本番露光の前にウエハを事前に露光し、重ね合わせ測定器を用いてアライメント測定を行い、アライメントずれ量を本番露光の際にオフセットとして入力することにより精度を向上させることができるようにした露光装置である。
【００２６】
第１及び第２の発明方法は、マスクパターンの形状に制約無く適用できる。また、第１及び第２の発明方法のアルゴリズムを従来の露光装置、及び重ねあわせ測定器にソフトウエア−として導入することも可能である。更には、トータルオーバーレイのうちアライメントで高精度な管理が実現でき線幅管理マージンが大きくなる。
また、第１及び第２の発明方法を適用することにより、電子線描画においては、電子線の入射角を各相補ブロックごとに補正することにより位置合わせが可能となる。
尚、第１及び第２の発明方法で、重ね合わせ測定器とは、重ね合わせ測定器及び重ね合わせ測定器に準ずる測定器を含む概念である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照し、実施形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明する。
実施形態例１
本実施形態例は第１の発明に係る露光方法の実施形態の一例であって、図１は本実施形態例に従って露光する際のアライメント手順を示すフローチャートである。
本実施形態例では、図１に示すように、以下のステップＳ1 からステップＳ5 の手順で露光の際のアライメントを行う。
【００２８】
（１）ステップＳ1 では、設計パターンをＭ個のブロックに分割してなる第１のブロックから第ＭのブロックのＭ個のブロックを有する相補分割マスクを使って試験ウエハに先行露光する。
先行露光では、露光装置、重ね合わせ測定器等に由来するターゲット層とアライメント層との間のアライメントずれ量を求めるために、露光装置、重ね合わせ測定器等のオフセットのパラメータを全て０にリセットする。
（２）ステップＳ2 で、重ねあわせ測定器を使ってターゲット層Ｘn （ｎ：１、２、・・・・、Ｍ）のアライメント・マークの位置及びアライメント層Ｙn （ｎ：１、２、・・・・、Ｍ）のアライメント・マークの位置を測定して、測定データＡn （ｎ：１、２、・・・・、Ｍ）とする。
ここで、ターゲット層Ｘn とは相補分割マスクの第ｎ（１≦ｎ≦Ｍ）のブロックのターゲット層領域を意味し、アライメント層Ｙn とは相補分割マスクの第ｎのブロックのアライメント層領域を意味する。
【００２９】
（３）ステップＳ3 で、アライメント・マークの位置の測定データＡn を識別するために、ターゲット層Ｘn のマーク情報及びアライメント層Ｙn のマーク情報を層データとして測定データＡn に付与する。
これにより、測定データＡn を層データにより識別することができる。
【００３０】
（４）ステップＳ4 では、ステップＳ3 で付与した層データが同じもの（Ｘn ＝Ｙn ）のみ、つまり第ｎのブロックで露光したターゲット層Ｘn 及びアライメント層Ｙn のアライメント・マークの測定データＡn に基づいて、アライメントずれ量が最小になるように、位置情報の計算を行い、アライメントに関する先行情報Ａn を作成する。ここで、位置情報とは、ターゲット層とアライメント層の相対的な位置ずれを言う。
【００３１】
（５）ステップＳ5 では、ステップＳ4 で求めた先行情報Ａn に基づいてウエハ上のオフセット値を決定し、オフセット値を露光装置に入力し、再びアライメント層Ｙn をターゲット層Ｘn に対してアライメントしてウエハ上に本番露光する。
先行情報Ａn は、ターゲット層Ｘn のマーク情報とアライメント層Ｙn のマーク情報との組み合わせ毎に、シフト、倍率、回転、直交度などのオフセット値等のデータからなる露光ファイルであって、情報入力および補正が可能なものである。
【００３２】
本実施形態例では、以上のステップＳ1 からステップＳ5 の手順を経て本番露光に必要なアライメントを行うので、ターゲット層に対してアライメント層を高精度でアライメントすることができる。
【００３３】
実施形態例２
本実施形態例は第２の発明に係る露光方法の実施形態の一例であって、図２及び図３は本実施形態例に従って露光する際のアライメント手順を示すフローチャートである。
本実施形態例では、図２に示すように、以下のステップＳ1 からステップＳ14の手順で露光の際のアライメントを行う。
【００３４】
（１）ステップＳ1 で、相補分割マスクの重ね合わせ精度に対する要求仕様（スペシフィケーション）を予め露光装置、または重ね合わせ測定器に入力する。
（２）ステップＳ2 では、設計パターンをＭ個のブロックに分割してなる第１のブロックから第ＭのブロックのＭ個のブロックを有する１枚の相補分割マークを使って試験ウエハに先行露光する。
先行露光では、露光装置、重ね合わせ測定器等に由来するターゲット層とアライメント層との間のアライメントずれ量を求めるために、露光装置のオフセットのパラメータを全て０にリセットする。
【００３５】
（３）ステップＳ3 で、重ねあわせ測定器を使ってターゲット層Ｘn （ｎ：１、２、・・・Ｍ）のアライメント・マーク及びアライメント層Ｙn （ｎ：１、２、・・・Ｍ）のアライメント・マークの位置を測定して、測定データＢn （ｎ：１、２、・・・Ｍ）を得る。
ここで、ターゲット層Ｘn とは相補分割マスクの第ｎ（１≦ｎ≦Ｍ）のブロックのターゲット層領域を意味し、アライメント層Ｙn とは相補分割マスクの第ｎのブロックのアライメント層領域を意味する。
【００３６】
（４）ステップＳ4 で、アライメント・マークの位置の測定データＢn の識別情報として、ターゲット層Ｘn のマーク情報と、アライメント層Ｙn のマーク情報を測定データＢn に付与する。
【００３７】
（５）ステップＳ5 で、ステップＳ4 で付与した層データが同じもの、つまりＸm ＝Ｙm 、Ｘm+1 ＝Ｙm+1 、Ｘm+2 ＝Ｙm+2 、・・・・・・Ｘm+k ＝Ｙm+k （Ｍ＞ｍ＋ｋ、ｍ及びｋは任意の数字）のみ、つまり第ｍのブロック、第ｍ＋１のブロック、・・・、第ｍ＋ｋブロックに関するアライメント・マークの測定値Ｂm 、Ｂm+1 、Ｂm+2 、・・・・Ｂm+k を用いて第ｍのブロック、第ｍ＋１のブロック、・・・、第ｍ＋ｋのブロックのアライメントずれ量を計算する。
【００３８】
（６）ステップＳ6 では、ステップＳ5 で求めたアライメントずれ量に基づいて先行情報（補正値）Ｂm 、Ｂm+1 、Ｂm+2 、・・・・・・・・Ｂm+k を求め、求めた先行情報に基づいて、アライメント層Ｙm 、Ｙm+2 、・・・・・・・・、Ｙm+k 同士の重ね合わせ精度Ｇをシミュレーションにより計算する。
【００３９】
（７）ステップＳ7 では、ステップＳ6 で求めた重ね合わせ精度ＧがステップＳ1 で設定したアライメント対する要求仕様を満足するかどうか判定する。
重ね合わせ精度Ｇが、アライメント対する要求仕様を満足すれば、ステップＳ8 に移行し、アライメント対する要求仕様を満足しないのであれば、ステップＳ9 に移行する。
（８）ステップＳ8 で、先行情報Ｂm 、Ｂm+1 、Ｂm+2 、・・・・・・・・Ｂm+k に基づいてウエハ上のオフセット値を決定し、露光装置に入力してウエハ上でアライメントを行い、本番の露光を行う。
【００４０】
（９）ステップＳ9 では、Ｘm 、Ｘm+1 、Ｙm 、Ｙm+1 を同じグループとして先行情報Ｂm 、Ｂm+1 を計算し、Ｂm 、Ｂm+1 に基づいて、アライメント層Ｙm 、Ｙm+1 同士の重ね合わせ精度量Ｇ′を求める。
（１０）ステップＳ10で、重ね合わせ精度Ｇ′がステップＳ1 で設定したアライメント対する要求仕様を満足するかどうか判定する。
重ね合わせ精度Ｇ′が、アライメント対する要求仕様を満足すれば、ステップＳ11に移行し、アライメント対する要求仕様を満足しないのであれば、ステップＳ12に移行する。
（１１）ステップＳ11では、先行情報Ｂm 、Ｂm+1 に基づいてウエハ上のオフセット値を決定し、露光装置に入力してウエハ上でアライメントを行い、本番の露光を行う。
【００４１】
（１２）ステップＳ12では、グループに更にそれぞれ別のターゲット層の層データ及びアライメント層の層データを追加して、例えばＸm 、Ｘm+1 、Ｘm+2 、Ｙm 、Ｙm+1 、Ｙm+2 を同じグループとして、先行情報Ｂm 、Ｂm+1 、Ｂm+2 を計算し、アライメントずれ量Ｇ′を求める。
（１３）ステップＳ13で、重ね合わせ精度Ｇ′がステップＳ1 で設定したアライメント対する要求仕様を満足するかどうか判定する。
重ね合わせ精度Ｇ′が、アライメント対する要求仕様を満足すれば、ステップＳ11に戻り、アライメント対する要求仕様を満足しないのであれば、ステップＳ14に移行する。
【００４２】
（１４）ステップＳ14では、グループに更にそれぞれ別のターゲット層の層データ及びアライメント層の層データを追加して、ステップＳ12に戻り、重ね合わせ精度Ｇ′がステップＳ1 で設定したアライメント対する要求仕様を満足するまで、ステップＳ13及びステップＳ14を繰り返す。
【００４３】
先行情報は、露光グループ設定（Ｘn ・・・・, Ｙn ・・・・）毎のシフト、倍率、回転、直交度などのスペックオフセット値からなる露光ファイルであって、情報入力および補正が可能なものとする。
また、重ね合わせ精度をシミュレーションにより判定できない場合は、露光して確認するなど別途方法も考えられる。
【００４４】
本実施形態例では、先ず、アライメント層同士の重ね合わせ精度Ｇをシミュレーションにより計算し、仕様の重ね合わせ精度を満足しておれば、次の段階に進むようにしているので、アライメント精度が高くなる。
ステップＳ1 からステップＳ14の手順で露光の際のアライメントを行うことにより、相補分割マスク、又は複数枚のマスクからなる組み合わせマスクを用いて露光するに当たり、高精度なアライメントが可能となる。
また、本実施形態例では、相補分割マスクを例に挙げて本発明方法を説明しているが、組み合わせマスクを使ったときには、Ｍ個のブロックをＭ枚のマスクと、またブロックをマスクと読み替えることにより、本発明方法を適用することができる。
尚、実施形態例で、重ね合わせ測定器とは、重ね合わせ測定器及び重ね合わせ測定器に準ずる測定器を含む概念である。
【００４５】
【発明の効果】
第１及び第２の発明方法によれば、相補分割マスク、又は複数枚のマスクからなる組み合わせマスクを用いて露光する際のアライメントに当たり、本番露光の前にウエハを事前に露光し、重ね合わせ測定器を用いてアライメント測定を行い、アライメントずれ量を本番露光の際にオフセットとして入力することにより精度を向上させることができる。
第１及び第２の発明方法によれば、ターゲット層とアライメント層との重ね合わせ精度のみならず、相補分割マスク同士或いは組み合わせマスクのマスク同士の合わせ精度も向上し、マスクが１枚のときのマスクアライメントと同等の重ね合わせを達成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１に従って露光する際のアライメント手順を示すフローチャートである。
【図２】実施形態例２に従って露光する際のアライメント手順を示すフローチャートである。
【図３】図２に続いて、実施形態例２に従って露光する際のアライメント手順を示すフローチャートである。
【図４】図４（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、１枚のステンシルマスクを使って電子線リソグラフィにより環状パターン及びＵ字状パターンを転写しようとしも転写できないことを説明する概念的斜視図である。
【図５】図５（ａ）から（ｄ）は、それぞれ、相補分割マスクを使って電子線リソグラフィにより環状パターン及びＵ字状パターンを転写するときの工程を説明する概念的斜視図である。
【図６】グローバルアライメント法を説明するウエハ図である。
【図７】チップアライメント法を説明するウエハ図である。
【符号の説明】
１２……四角形の環状パターン、１４……Ｕ字状パターン、１６……ステンシルマスク、１８、２０……転写されたパターン。
【図１】
2004193487.tif 000003
【図２】
2004193487.tif 000004
【図３】
2004193487.tif 000005
【図４】
2004193487.tif 000006
【図５】
2004193487.tif 000007
【図６】
2004193487.tif 000008
【図７】
2004193487.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成15年3月6日(2003.3.6)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相補分割マスク、又は複数枚のマスクからなる組み合わせマスクを用いて露光する方法であって、露光する際のアライメントに当たり、
前記相補分割マスク又は前記組み合わせマスクを用いてウエハを露光する先行露光ステップと、
重ね合わせ測定器を用いて、前記相補分割マスク又は前記組み合わせマスク（以下、アライメント層と言う）の前記ウエハ上に転写したアライメント・マークの位置測定を行い、前記アライメント層に対応するターゲット層のアライメント・マークに対するアライメントずれ量を検出するずれ量検出ステップと、
前記アライメントずれ量に基づいてオフセット値を計算して、露光の際に、前記オフセット値を露光装置に入力して前記アライメントずれを補償する入力ステップと
を有することを特徴とする露光方法。
【請求項２】
前記ずれ量検出ステップでは、前記アライメント層と前記ターゲット層との組み合わせのうち、
前記相補分割マスクによる露光では、前記相補分割マスクを構成するいずれか一つのブロックからなる一のアライメント層のアライメント・マーク及び前記一のアライメント層に対応するターゲット層のアライメント・マークのそれぞれの位置測定値を用いて前記アライメントずれ量を計算し、
前記組み合わせマスクによる露光では、前記組み合わせマスクを構成するいずれか一つのマスクからなる一のアライメント層のアライメント・マーク及び前記一のアライメント層に対応するターゲット層のアライメント・マークのそれぞれの位置測定値を用いて前記アライメントずれ量を計算することを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
【請求項３】
相補分割マスク又は複数枚のマスクからなる組み合わせマスクを用いて露光する方法であって、露光する際のアライメントに当たり、
前記相補分割マスク又は前記組み合わせマスクを用いてウエハを露光する先行露光ステップと、
前記相補分割マスクを構成するいずれか一つのブロックからなる一のアライメント層と前記一のアライメント層に対応するターゲット層との組み合わせのうち、
前記相補分割マスクによる露光では、前記相補分割マスクを構成する２個以上のブロックのそれぞれからなるアライメント層及びターゲット層をグルーピングしてグループとし、重ね合わせ測定器を用いて前記グループの各アライメント・マークの位置測定を行って、アライメントずれ量を求め、
前記組み合わせマスクによる露光では、前記組み合わせマスクを構成する少なくとも２枚以上のマスクのそれぞれからなるアライメント層及びターゲット層をグルーピングしてグループとし、重ね合わせ測定器を用いて前記グループの各アライメント・マークの位置測定を行って、アライメントずれ量を求めるずれ量検出ステップと、
前記アライメントずれ量に基づいてオフセット値を計算して、露光の際に、前記オフセット値を露光装置に入力してアライメントずれを補償する入力ステップと
を有することを特徴とする露光方法。
【請求項４】
前記入力ステップの前に、前記アライメントずれ量が許容ずれ量以内かどうかシミュレーションにより判断するステップを有することを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか１項に記載の露光方法。
【請求項５】
前記ずれ量検出ステップでは、前記グループ内のアライメント層とターゲット層との組み合わせの数を１から始めて、前記アライメントずれ量が前記許容ずれ量以内になるまで前記グループ内のアライメント層とターゲット層との組み合わせの数を１づつ増やして前記アライメントずれ量を求めて、前記アライメントずれ量が前記許容ずれ量以内になったときのグループ内の最小数の組み合わせのアライメント層とターゲット層との前記アライメントずれ量を選出し、
前記入力ステップでは、前記アライメントずれ量に基づいてオフセット値を計算して、露光の際に、前記オフセット値を露光装置に入力して前記アライメントずれを補償することを特徴とする請求項４に記載の露光方法。
【請求項６】
相補分割マスク、又は複数枚のマスクからなる組み合わせマスクを用いて露光する装置であって、
前記相補分割マスク又は前記組み合わせマスクを用いてウエハを露光する露光手段と、
前記相補分割マスク又は前記組み合わせマスク（以下、アライメント層と言う）の前記ウエハ上に転写したアライメント・マークの位置測定を行う重ね合わせ測定器と、
前記アライメント・マークの位置測定に基づいて、前記アライメント層に対応するターゲット層のアライメント・マークに対するアライメントずれ量を検出するずれ量検出手段と、
前記アライメントずれ量に基づいてオフセット値を計算する手段と、
前記オフセット値を入力する手段と
を備え、露光の際に、前記オフセット値を入力して前記アライメントずれを補償するようにしたことを特徴とする露光装置。
【請求項７】
相補分割マスク又は複数枚のマスクからなる組み合わせマスクを用いて露光する装置であって、
前記相補分割マスク又は前記組み合わせマスクを用いてウエハを露光する露光手段と、
前記相補分割マスクを構成するいずれか一つのブロックからなる一のアライメント層と前記一のアライメント層に対応するターゲット層との組み合わせのうち、前記相補分割マスクによる露光では、前記相補分割マスクを構成する２個以上のブロックのそれぞれからなるアライメント層及びターゲット層をグルーピングしてグループとし、前記グループの各アライメント・マークの位置測定を行う重ね合わせ測定器と、
前記グループの各アライメント・マークの位置測定に基づいて、アライメントずれ量を検出するずれ量検出手段と、
前記アライメントずれ量に基づいてオフセット値を計算する計算手段と、
前記オフセット値を入力する手段と
を備え、露光の際に、前記オフセット値を入力してアライメントずれを補償するようにしたことを特徴とする露光装置。
【請求項８】
相補分割マスク又は複数枚のマスクからなる組み合わせマスクを用いて露光する装置であって、
前記相補分割マスク又は前記組み合わせマスクを用いてウエハを露光する露光手段と、
前記相補分割マスクを構成するいずれか一つのブロックからなる一のアライメント層と前記一のアライメント層に対応するターゲット層との組み合わせのうち、前記組み合わせマスクによる露光では、前記組み合わせマスクを構成する少なくとも２枚以上のマスクのそれぞれからなるアライメント層及びターゲット層をグルーピングしてグループとし、前記グループの各アライメント・マークの位置測定を行う重ね合わせ測定器と、
前記グループの各アライメント・マークの位置測定に基づいて、前記アライメントずれ量を求めるずれ量検出手段と、
前記アライメントずれ量に基づいてオフセット値を計算する手段と、
前記オフセット値を入力する手段と
を備え、露光の際に、前記オフセット値を入力して、アライメントずれを補償するようにしたことを特徴とする露光装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置等の製造工程で使用される露光方法及びその露光方法を実施する露光装置に関し、更に詳細には、相補分割マスク、又は複数枚のマスクからなる組み合わせマスクを用いて高精度で露光する方法及びその露光方法を実施する露光装置に関するものである。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
現在、相補分割マスク及び複数枚のマスクからなる組み合わせマスクのアライメントは、研究が開始されたばかりであり、高精度なアライメント技術を実現できるブレークスルーが望まれている。
そこで、本発明の目的は、相補分割マスク、又は複数枚のマスクからなる組み合わせマスクを用いて露光する際に、高精度でマスクをアライメントできるようにしたアライメント方法を備える露光方法及びその露光方法を実施する露光装置を提供することである。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
第１及び第２の発明方法は、マスクパターンの形状に制約無く適用できる。また、第１及び第２の発明方法のアルゴリズムを従来の露光装置、及び重ねあわせ測定器にソフトウエア−として導入することも可能である。更には、トータルオーバーレイのうちアライメントで高精度な管理が実現でき線幅管理マージンが大きくなる。
また、第１及び第２の発明方法を適用することにより、電子線描画においては、電子線の入射角を各相補ブロックごとに補正することにより位置合わせが可能となる。
尚、第１及び第２の発明方法で、重ね合わせ測定器とは、重ね合わせ測定器及び重ね合わせ測定器に準ずる測定器を含む概念である。
また、第１及び第２の発明方法のアルゴリズムを導入した露光装置、つまり、本発明に係る露光装置は、相補分割マスク、又は複数枚のマスクからなる組み合わせマスクを用いて露光する装置であって、
前記相補分割マスク又は前記組み合わせマスクを用いてウエハを露光する露光手段と、
前記相補分割マスク又は前記組み合わせマスク（以下、アライメント層と言う）の前記ウエハ上に転写したアライメント・マークの位置測定を行う重ね合わせ測定器と、
前記アライメント・マークの位置測定に基づいて、前記アライメント層に対応するターゲット層のアライメント・マークに対するアライメントずれ量を検出するずれ量検出手段と、
前記アライメントずれ量に基づいてオフセット値を計算する手段と、
前記オフセット値を入力する手段と
を備え、露光の際に、前記オフセット値を入力して前記アライメントずれを補償するようにしたことを特徴としている。
また、本発明に係る別の露光装置は、相補分割マスク又は複数枚のマスクからなる組み合わせマスクを用いて露光する装置であって、
前記相補分割マスク又は前記組み合わせマスクを用いてウエハを露光する露光手段と、
前記相補分割マスクを構成するいずれか一つのブロックからなる一のアライメント層と前記一のアライメント層に対応するターゲット層との組み合わせのうち、前記相補分割マスクによる露光では、前記相補分割マスクを構成する２個以上のブロックのそれぞれからなるアライメント層及びターゲット層をグルーピングしてグループとし、前記グループの各アライメント・マークの位置測定を行う重ね合わせ測定器と、
前記グループの各アライメント・マークの位置測定に基づいて、アライメントずれ量を検出するずれ量検出手段と、
前記アライメントずれ量に基づいてオフセット値を計算する計算手段と、
前記オフセット値を入力する手段と
を備え、露光の際に、前記オフセット値を入力してアライメントずれを補償するようにしたことを特徴としている。
更に本発明に係る別の露光装置は、相補分割マスク又は複数枚のマスクからなる組み合わせマスクを用いて露光する装置であって、
前記相補分割マスク又は前記組み合わせマスクを用いてウエハを露光する露光手段と、
前記相補分割マスクを構成するいずれか一つのブロックからなる一のアライメント層と前記一のアライメント層に対応するターゲット層との組み合わせのうち、前記組み合わせマスクによる露光では、前記組み合わせマスクを構成する少なくとも２枚以上のマスクのそれぞれからなるアライメント層及びターゲット層をグルーピングしてグループとし、前記グループの各アライメント・マークの位置測定を行う重ね合わせ測定器と、
前記グループの各アライメント・マークの位置測定に基づいて、前記アライメントずれ量を求めるずれ量検出手段と、
前記アライメントずれ量に基づいてオフセット値を計算する手段と、
前記オフセット値を入力する手段と
を備え、露光の際に、前記オフセット値を入力して、アライメントずれを補償するようにしたことを特徴としている。