(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数回の重ね露光により基板側に転写された第１のアライメント精度測定マークの基板内の第１のマーク位置座標を求める第１のステップと、
求めた前記第１のマーク位置座標を、既に基板側に形成されている第２のアライメント精度測定マークの第２のマーク位置座標と比較し、前記複数回の重ね露光時のマスクアライメント精度を求める第２のステップとを有し、
前記第１のステップでは、前記第１のアライメント精度測定マークを構成する複数のマーク要素の転写パターンの中から、他の前記転写パターンと重ることなく１回の露光でそれぞれが形成された、少なくとも前記重ね露光の回数と同じ数の前記転写パターンを用いて、前記第１のマーク位置座標を求める
アライメント精度測定方法。
【請求項２】
複数回の重ね露光により基板側に転写された第１のアライメント精度測定マークの基板内の第１のマーク位置座標を求める第１のステップと、
求めた前記第１のマーク位置座標を、既に基板側に形成されている第２のアライメント精度測定マークの第２のマーク位置座標と比較し、前記複数回の重ね露光時のマスクアライメント精度を求める第２のステップとを有し、
前記第１のステップでは、前記基板側に形成された複数の前記第１のアライメント精度測定マークの中から、他のアライメント精度測定マークと重なることなく１回の露光でそれぞれが形成された少なくとも２つの前記第１のアライメント精度測定マークを用いて、マーク位置座標を前記重ね露光の露光ごとに求め、求めた複数の前記マーク位置座標を平均して前記第１のマーク位置座標を求める
アライメント精度測定方法。
【請求項３】
複数回の重ね露光により基板側に転写された第１のアライメント精度測定マークの基板内の第１のマーク位置座標を求める位置座標測定手段と、
求めた前記第１のマーク位置座標を、既に基板側に形成されている第２のアライメント精度測定マークの第２のマーク位置座標と比較し、前記複数回の重ね露光時のマスクアライメント精度を求める評価手段とを有し、
前記位置座標測定手段が、前記第１のアライメント精度測定マークを構成する複数のマーク要素の転写パターンの中から、他の前記転写パターンと重ることなく１回の露光でそれぞれが形成された、少なくとも前記重ね露光の回数と同じ数の前記転写パターンを用いて、前記第１のマーク位置座標を求める
アライメント精度測定装置。
【請求項４】
複数回の重ね露光により基板側に転写された第１のアライメント精度測定マークの基板内の第１のマーク位置座標を求める位置座標測定手段と、
求めた前記第１のマーク位置座標を、既に基板側に形成されている第２のアライメント精度測定マークの第２のマーク位置座標と比較し、前記複数回の重ね露光時のマスクアライメント精度を求める評価手段とを有し、
前記位置座標測定手段が、前記基板側に形成された複数の前記第１のアライメント精度測定マークの中から、他のアライメント精度測定マークと重なることなく１回の露光でそれぞれが形成された少なくとも２つの前記第１のアライメント精度測定マークを用いて、マーク位置座標を前記重ね露光の露光ごとに求め、求めた複数の前記マーク位置座標を平均して前記第１のマーク位置座標を求める
アライメント精度測定装置。
【請求項５】
半導体デバイスを基板に形成する際に前記基板上のレジストに複数回の重ね露光によりパターンを転写する装置の調整工程と、
調整後の前記装置を用いて、基板上のレジストに複数回の重ね露光により前記半導体デバイスのパターンを転写する露光工程と、
を含み、
前記調整工程が、
第２のアライメント精度測定マークが形成されている基板に、複数回の重ね露光により第１のアライメント精度測定マークを転写する露光ステップと、
転写された前記第１のアライメント精度測定マークの基板内の第１のマーク位置座標を求める第１のステップと、
求めた前記第１のマーク位置座標を、既に基板側に形成されている前記第２のアライメント精度測定マークの第２のマーク位置座標と比較し、前記露光ステップでの前記複数回の重ね露光時のマスクアライメント精度を求める第２のステップと、
を有し、
前記第１のステップでは、前記第１のアライメント精度測定マークを構成する複数のマーク要素の転写パターンの中から、他の前記転写パターンと重ることなく１回の露光でそれぞれが形成された、少なくとも前記重ね露光の回数と同じ数の前記転写パターンを用いて、前記第１のマーク位置座標を求める
半導体デバイスの製造方法。
【請求項６】
半導体デバイスを基板に形成する際に前記基板上のレジストに複数回の重ね露光によりパターンを転写する装置の調整工程と、
調整後の前記装置を用いて、基板上のレジストに複数回の重ね露光により前記半導体デバイスのパターンを転写する露光工程と、
を含み、
前記調整工程が、
第２のアライメント精度測定マークが形成されている基板に、複数回の重ね露光により第１のアライメント精度測定マークを転写する露光ステップと、
求めた前記第１のマーク位置座標を、既に基板側に形成されている前記第２のアライメント精度測定マークの第２のマーク位置座標と比較し、前記露光ステップでの前記複数回の重ね露光時のマスクアライメント精度を求める第２のステップと、
を有し、
前記第１のステップでは、前記基板側に形成された複数の前記第１のアライメント精度測定マークの中から、他のアライメント精度測定マークと重なることなく１回の露光でそれぞれが形成された少なくとも２つの前記第１のアライメント精度測定マークを用いて、マーク位置座標を前記重ね露光の露光ごとに求め、求めた複数の前記マーク位置座標を平均して前記第１のマーク位置座標を求める
半導体デバイスの製造方法。
【請求項７】
複数回の重ね露光によりパターンを基板側に転写するときに用いる複数のマスクにアライメント精度測定マークが配置され、当該アライメント精度測定マーク内で四方に配置されて当該マークを構成する４の倍数個のマーク要素が、前記複数回の重ね露光を経たときに１つの完成したアライメント精度測定マークとして前記基板側に転写されるような相補関係を維持したまま、前記複数のマスクの少なくとも２つのマスクに分かれて配置され、かつ、各マスクにおけるマーク要素は、前記四方のうち、隣接する二方に配置される２つのマーク要素を含む
マスク。
【請求項８】
前記複数のマスクは、
前記アライメント精度測定マークの形成領域が複数存在し、
前記形成領域の１つにつき前記マーク要素が少なくも１つ配置され、かつ、
互いに相補関係にある前記パターンの一部をそれぞれが有する
請求項７に記載のマスク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数回の重ね露光によりパターンを基板側に転写するときに用いる複数のマスクとパターンの転写方法、並びに、複数回の重ね露光時のマスクアライメント精度を測定する方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体デバイスのリソグラフィにおいて、微細なパターンの転写が１回の露光で困難な場合に、用いるマスクを変えながら連続して行う複数回の重ね露光技術（以下、多重露光とも呼ぶ）が知られている。
代表的な多重露光として、位相シフタを配置して微細パターンを解像するためのマスクと、比較的広い面積のパターンを解像するマスクを用いて２度の重ね露光を行う技術が知られている。また、位相シフト法に限らず疎密度が高い、あるいは微細部分の解像のために露光条件が異なる場合があり、このような場合に、複数のマスクを用いた多重露光技術が用いられることがある。
【０００３】
ところで、電子線露光技術の１つに、１９９８年に考案された低エネルギー電子ビームのリソグラフィ（ＬＥＥＰＬ）が知られている（特許第２９５１９４７号公報）。ＬＥＥＰＬでは、２ｋｅＶ程度の低い加速エネルギーの電子線を等倍のステンシルマスクを通して照射し、ステンシルマスクに近接配置させたウエーハを露光する。この技術は、最小線幅が１００ｎｍ以降の半導体製造に対応できるリソグラフィ技術の有力な候補の１つである。
次世代のリソグラフィの他の候補として、４倍に縮小される電子光学系を利用し１００ＫｅＶの加速エネルギーの電子線を用いて露光するＥＰＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｂｅａｍ  ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）が知られている。
【０００４】
光露光マスクは、石英などの光透過性マスク基板上にＣｒなどからなる光遮蔽パターンを形成しているため、マスク基板に孔を開ける必要がない。
電子線を用いるＬＥＥＰＬ，ＥＰＬなどのマスクは、電子線を照射する描画エリアをシリコンＳｉ、炭化シリコンＳｉＣ、ダイヤモンドなどの薄膜（メンブレン）から形成し、これに電子線が透過する孔を形成したステンシルマスクを用いる。電子線はステンシルマスクの孔の部分を通りウエーハ上に予め塗布されたレジストに到達し、レジストを感光する。レジストがポジ型の場合、電子線が照射されたレジスト部分が現像時にアルカリ溶液に溶解し、パターンが形成される。
【０００５】
しかし、孤立したレジストパターンを形成するためには、対応したマスク部分において電子線の透過領域が閉環状（いわゆる、ドーナツ状）になったパターンが必要となるが、このようなパターンは孔によってパターンが形成された１枚のステンシルマスクを用いて作製することができない。孔に囲まれたメンブレン部分が抜け落ちてしまうからである。
【０００６】
この問題を回避すべく、ステンシルマスクの設計では、１つのデータを２ブロック以上に相補的に分割して２枚以上のマスクに振り分け、振り分けたデータを基にそれぞれのマスクに相補分割パターンの孔を形成する。実際の露光では、相補分割パターンが形成されたマスクを適宜切り換えながら複数回の重ね露光を行う。重ね露光を終えて、初めて所望のパターンのレジストへの転写が完了する。この技術は位相シフト法の場合と同様に多重露光技術の一種である。ステンシルマスクの場合、とくに、この技術を相補分割という。
【０００７】
ステンシルマスクを用いた露光を前提とした半導体製造工程では、例えばポジ型レジストを用いる場合、配線などの孤立した残しパターンがある工程では複数枚の相補分割マスクを用いる。コンタクトホールなどの孤立した除去パターンがある工程では、相補分割は不要であり、１枚のマスクを用いる。
【０００８】
微細パターンを形成するためのリソグラフィでは、１つ前の工程で既に基板に形成されたパターンに対し、次のパターンが形成されたマスクを精度よく合わせて露光しなければならない。この合わせ精度はデータ上でレイヤー（層）が異なるパターン間の合わせ精度であることから、以下、“層間のアライメント精度”という。
相補分割パターンが形成された複数のマスクを用いて露光を１つの工程内で行う場合、層間のアライメント精度に加えて、所望のパターンをほぼデータ通りに転写するには複数のマスクの重ね合わせ精度を考慮しなくてはならない。この合わせ精度はデータ上で同じレイヤー内の相補分割パターンの合わせ精度であることから、以下、“同一層のアライメント精度”という。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
多重露光を前提としないリソグラフィでは、最終的に必要なパターンのアライメント精度が±２０ｎｍであると仮定した場合、エッチング等のプロセスの影響を無視すると、層間のアライメント精度を凡そ±２０ｎｍ以内に抑えれば良い。
【００１０】
相補分割技術を用いた、電子線等の荷電粒子による多重露光あるいは光による多重露光では、例えば要求される最終的な層間のアライメント精度が±２０ｎｍである場合、それぞれの露光で±２０ｎｍのアライメント精度を許すと、多重露光後に形成されたパターンが所望のパターンの形状の規格を満足できない。異なる複数のマスクを用いる多重露光では、マスクパターンの形成誤差や露光条件の僅かな違いがパターン誤差に影響するためである。このため多重露光では、前述した同一層のアライメント精度が別に要求され、それを満足するために、個々の露光時のアライメント精度（層間のアライメント精度）を±２０ｎｍより厳しく設定する必要がある。
【００１１】
アライメント精度の測定では、デバイスパターンとは別にチップごと、或いはマスク内の複数箇所にアライメント精度測定マークを設ける。露光後に、アライメント精度測定マークの転写パターン同士の位置ずれをウエーハ上で測定する。通常は、露光で新たに形成されたボックスマークの中心座標を求め、下地に既に形成されているボックスマークの中心座標と比較して中心座標同士の位置ずれを計算する。それぞれのアライメント精度測定マークにおいて求めた位置ずれの方向と量から、アライメント精度（オフセット、回転、倍率など）を求める。ここで、オフセットとは、ウエーハステージの進行方向と電子線の走査方向のずれから生じる位置ずれである。
【００１２】
多重露光後のアライメント精度測定では、通常の１回の露光後の測定精度より誤差が大きいという課題がある。これは、相補分割パターンを有する複数のマスクを用いた多重露光、或いは光による多重露光では、ボックスマークが露光回数Ｎだけウエーハ上で重なり、中心座標の特定があいまいになるからである。このことが、多重露光後のアライメント精度測定の高精度化を阻む一つの原因となっている。
【００１３】
アライメント精度測定では、高精度の測定を高いスループットで行う必要がある。とくに、電子線などの荷電粒子を用いた露光では、露光装置の仕様で決まる荷電粒子の偏向誤差の規格を満足するために、ステージを固定した状態で連続して行う描画領域がある範囲に決められている。１つの描画領域の露光を１ショット露光という。ショット露光間でステージ移動があり、アライメント精度測定もショット露光ごとに行う必要がある。このため荷電粒子を用いた露光工程では、スループットを出来るだけ向上させたいという要求が強い。
【００１４】
ところが、相補分割を含む多重露光後のアライメント精度測定を高精度に行おうとすると、Ｎ回の露光のうち任意の２つの露光の組み合わせ全てにおいてアライメント精度を求める必要がある。このため、特別にアライメントマークを設計し、その転写パターンの中心座標の位置ずれをＮＣ２通りの組み合わせで確認しなければならない。したがって測定時間が非常に長い。また、ショットごとに測定が必要な場合があることを考慮すると、この方法は実用的でない。
【００１５】
本発明の第１の目的は、高精度で短時間に測定ができる構成のアライメント精度測定マークを有しているマスクを提供することである。
本発明の第２の目的は、高精度で短時間に測定ができる構成のアライメント精度測定マークを基板側に転写する露光方法を提供することである。
本発明の第３の目的は、アライメント精度測定マークの転写パターンを用いて高精度で効率よく行えるアライメント精度測定方法を提供することである。
本発明の第４の目的は、アライメント精度測定マークの転写パターンを用いて高精度で効率よく行えるアライメント精度測定装置を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の観点に係るアライメント精度測定方法は、複数回の重ね露光により基板側に転写された第１のアライメント精度測定マークの基板内の第１のマーク位置座標を求める第１のステップと、求めた前記第１のマーク位置座標を、既に基板側に形成されている第２のアライメント精度測定マークの第２のマーク位置座標と比較し、前記複数回の重ね露光時のマスクアライメント精度を求める第２のステップとを有し、前記第１のステップでは、前記第１のアライメント精度測定マークを構成する複数のマーク要素の転写パターンの中から、他の前記転写パターンと重ることなく１回の露光でそれぞれが形成された、少なくとも前記重ね露光の回数と同じ数の前記転写パターンを用いて、前記第１のマーク位置座標を求める。
【００１７】
本発明の第１の観点に係るアライメント精度測定装置は、複数回の重ね露光により基板側に転写された第１のアライメント精度測定マークの基板内の第１のマーク位置座標を求める位置座標測定手段と、求めた前記第１のマーク位置座標を、既に基板側に形成されている第２のアライメント精度測定マークの第２のマーク位置座標と比較し、前記複数回の重ね露光時のマスクアライメント精度を求める評価手段とを有し、前記位置座標測定手段が、前記第１のアライメント精度測定マークを構成する複数のマーク要素の転写パターンの中から、他の前記転写パターンと重ることなく１回の露光でそれぞれが形成された、少なくとも前記重ね露光の回数と同じ数の前記転写パターンを用いて、前記第１のマーク位置座標を求める。
【００１８】
本発明の第１の観点に係る半導体デバイスの製造方法は、半導体デバイスを基板に形成する際に前記基板上のレジストに複数回の重ね露光によりパターンを転写する装置の調整工程と、調整後の前記装置を用いて、基板上のレジストに複数回の重ね露光により前記半導体デバイスのパターンを転写する露光工程と、を含み、前記調整工程が、第２のアライメント精度測定マークが形成されている基板に、複数回の重ね露光により第１のアライメント精度測定マークを転写する露光ステップと、転写された前記第１のアライメント精度測定マークの基板内の第１のマーク位置座標を求める第１のステップと、求めた前記第１のマーク位置座標を、既に基板側に形成されている前記第２のアライメント精度測定マークの第２のマーク位置座標と比較し、前記露光ステップでの前記複数回の重ね露光時のマスクアライメント精度を求める第２のステップと、を有し、前記第１のステップでは、前記第１のアライメント精度測定マークを構成する複数のマーク要素の転写パターンの中から、他の前記転写パターンと重ることなく１回の露光でそれぞれが形成された、少なくとも前記重ね露光の回数と同じ数の前記転写パターンを用いて、前記第１のマーク位置座標を求める。
【００１９】
本発明に係るマスクは、複数回の重ね露光によりパターンを基板側に転写するときに用いる複数のマスクにアライメント精度測定マークが配置され、当該アライメント精度測定マーク内で四方に配置されて当該マークを構成する４の倍数個のマーク要素が、前記複数回の重ね露光を経たときに１つの完成したアライメント精度測定マークとして前記基板側に転写されるような相補関係を維持したまま、前記複数のマスクの少なくとも２つのマスクに分かれて配置され、かつ、各マスクにおけるマーク要素は、前記四方のうち、隣接する二方に配置される２つのマーク要素を含む。
【００２０】
上記構成のマスクでは、マスクに配置された１つのアライメント精度測定マーク内で、４の倍数個のマーク要素が四方に配置されている。４の倍数個のマーク要素は、露光時に、複数回の重ね露光を経たときに１つの完成したアライメント精度測定マークとして基板側に転写される相補関係を維持したまま、複数の前記マスクの少なくとも２つのマスクに分かれて配置されている。
複数のマスクを用いた重ね露光では、１回目の露光でマーク要素の幾つかが転写され、２回目以降の露光で残りのマーク要素が基板側に転写されて１つのアライメント精度測定マークの転写が完結する。１回目の露光で転写されるマーク要素数は複数でもよいが、上記相補関係があるので、それぞれのマーク要素の転写パターンは他のマーク要素の転写パターンと重ならない。
上記第１の観点に係るアライメント精度の測定方法（装置）では、第１のステップで（位置座標測定手段が）他の転写パターンと重なっていない転写パターンを用いてマーク中心座標を求める。このため、ステップ２で（評価手段によって）求めたアライメント精度の信頼性が高い。上記マスクでは、各マスクにおけるマーク要素は、四方のうち、隣接する二方に配置される２つのマーク要素を含む。このため得られたマーク中心座標におけるＸ方向とＹ方向の各座標が、全てのマスクに対応したものとなる。よって、この構成のマスクを用いると、アライメント精度の信頼性がより高い。
【００２１】
本発明の第２の観点に係るアライメント精度測定方法は、複数回の重ね露光により基板側に転写された第１のアライメント精度測定マークの基板内の第１のマーク位置座標を求める第１のステップと、求めた前記第１のマーク位置座標を、既に基板側に形成されている第２のアライメント精度測定マークの第２のマーク位置座標と比較し、前記複数回の重ね露光時のマスクアライメント精度を求める第２のステップとを有し、前記第１のステップでは、前記基板側に形成された複数の前記第１のアライメント精度測定マークの中から、他のアライメント精度測定マークと重なることなく１回の露光でそれぞれが形成された少なくとも２つの前記第１のアライメント精度測定マークを用いて、マーク位置座標を前記重ね露光の露光ごとに求め、求めた複数の前記マーク位置座標を平均して前記第１のマーク位置座標を求める。
【００２２】
本発明の第２の観点に係るアライメント精度測定装置は、複数回の重ね露光により基板側に転写された第１のアライメント精度測定マークの基板内の第１のマーク位置座標を求める位置座標測定手段と、求めた前記第１のマーク位置座標を、既に基板側に形成されている第２のアライメント精度測定マークの第２のマーク位置座標と比較し、前記複数回の重ね露光時のマスクアライメント精度を求める評価手段とを有し、前記位置座標測定手段が、前記基板側に形成された複数の前記第１のアライメント精度測定マークの中から、他のアライメント精度測定マークと重なることなく１回の露光でそれぞれが形成された少なくとも２つの前記第１のアライメント精度測定マークを用いて、マーク位置座標を前記重ね露光の露光ごとに求め、求めた複数の前記マーク位置座標を平均して前記第１のマーク位置座標を求める。
【００２３】
本発明の第２の観点に係る半導体デバイスの製造方法は、半導体デバイスを基板に形成する際に前記基板上のレジストに複数回の重ね露光によりパターンを転写する装置の調整工程と、調整後の前記装置を用いて、基板上のレジストに複数回の重ね露光により前記半導体デバイスのパターンを転写する露光工程と、を含み、前記調整工程が、第２のアライメント精度測定マークが形成されている基板に、複数回の重ね露光により第１のアライメント精度測定マークを転写する露光ステップと、求めた前記第１のマーク位置座標を、既に基板側に形成されている前記第２のアライメント精度測定マークの第２のマーク位置座標と比較し、前記露光ステップでの前記複数回の重ね露光時のマスクアライメント精度を求める第２のステップと、を有し、前記第１のステップでは、前記基板側に形成された複数の前記第１のアライメント精度測定マークの中から、他のアライメント精度測定マークと重なることなく１回の露光でそれぞれが形成された少なくとも２つの前記第１のアライメント精度測定マークを用いて、マーク位置座標を前記重ね露光の露光ごとに求め、求めた複数の前記マーク位置座標を平均して前記第１のマーク位置座標を求める。
【００２５】
第２の観点に係るアライメント精度の測定方法（装置）においては、ステップ１で（中心座標測定手段が）互いに重なっていない転写パターンを用いてマーク中心座標を求めること自体は第１の観点と共通する。第２野観点では、マーク位置座標を重ね露光の露光ごとに求め、求めた複数のマーク位置座標を平均して第１のマーク位置座標を求める。このため、ステップ２で（評価手段によって）求めたアライメント精度の信頼性が高い。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、ステンシルマスクを用いた重ね露光を例に説明する。
【００２７】
［第１実施形態］
図１（Ａ−１）〜図１（Ａ−４）は、相補分割の説明図である。また、図１（Ｂ−１）〜図１（Ｂ−３）は、相補分割しない場合の説明図である。
設計データが、図１（Ａ−１）と図１（Ｂ−１）のように与えられている。斜線部分２，３がステンシルマスクで電子線などの荷電粒子が透過する孔となるデータ（以下、孔データという）である。設計データ１は、周囲を孔データ２に囲まれた孤立パターン４と、３方を孔データ３に囲まれたパターン５とを含む。
【００２８】
図１（Ｂ−１）に示す設計データを用いて、相補分割しないで１枚のステンシルマスクを作製する。このとき、図１（Ｂ−２）に示すメンブレン領域１０に、周囲にドーナツと同じように閉環状の孔が形成されるため中心部のメンブレン領域１４が抜け落ちた欠陥パターンが形成される。また、３方が凹状パターンの孔に囲まれた舌状部分１５が形成される。舌状部分１５は周囲のメンブレン領域１０からの支持が不十分で不安定なため、マスクの形成時あるいは使用時に動きやすい。
【００２９】
図１（Ａ−１）に示す設計データを用いて、相補２分割により２枚のステンシルマスクを作製する。２枚のステンシルマスクを、図１（Ａ−２）と図１（Ａ−３）に示す。
本例では、閉環状の孔パターンを、平行な２つのパターンからなる２つの組に相補分割し、それぞれの組を１組ずつ２枚のステンシルマスクに振り分ける。これによって、第１相補に対応したマスクのメンブレン領域１０ａに、平行な２つの孔１４ａが形成される。また、第２相補に対応したマスクのメンブレン領域１０ｂに、第１相補に対応したマスクの２つの孔１４ａと直交し互いに平行な２つの孔１４ｂが形成される。同様に、凹状の孔パターン３を、平行な２つのパターンの組と、１つのパターンとに相補分割し、２枚のステンシルマスクに振り分ける。これによって、第１相補に対応したマスクのメンブレン領域１０ａに、平行な２つの孔１５ａが形成される。また、第２相補に対応したマスクのメンブン領域１０ｂに、第１相補に対応したマスクの２つの孔１５ａと直交する１つの孔１５ｂが形成される。
【００３０】
図１（Ｂ−２）に図解したマスクを用いて１回の露光でパターンをウエーハ１００に形成する。このとき図１（Ｂ−３）に示すように、荷電粒子が矩形領域の全てに照射されて欠陥転写パターン１０２’がウエーハ１００に形成される。また、荷電粒子が凹に照射されるが、その一部１０５の形状が設計データ５とは異なる欠陥転写パターン１０３’がウエーハ１００に形成される。
相補分割の場合は、２回の露光を２枚のステンシルマスクを切り替えて行う。このとき図１（Ａ−４）に示すように、設計データ２とほぼ同じ転写パターン１０２と、設計データ３とほぼ同じ転写パターン１０３がウエーハ１００に形成される。
【００３１】
図２に、第１実施形態で用いたステンシルマスク内のアライメント精度測定マークを示す。本例では、相補４分割に対応したバーマーク（以下、相補４分割バーマークという）を説明する。
相補４分割バーマーク２０は、マーク要素として４つのバー２１，２２，２３，２４を有し、これらが四方に配置されている。バー２１は相補１に対応した第１のステンシルマスクに形成され、バー２２は相補２に対応した第２のステンシルマスクに形成され、バー２３は相補３に対応した第３のステンシルマスクに形成され、バー２４は相補４に対応した第４のステンシルマスクに形成される。
【００３２】
図３および図４に、採用可能な２つのアライメント方法を示す。これらの図で、ウエーハ１００に形成された正方形部分は、描画ショット領域またはチップを示す。なお、以下では図示した正方形部分がチップであると仮定する。
【００３３】
図３に、いわゆるグローバル・アライメントと称される方法を示す。
例えば、ストライプ単位でＹ方向に露光を繰り返すことを基本とする。１本のチップ列の露光が終了すると、露光対象列をＸ方向に１チップ分ずらして、次のチップ列をＹ方向に繰り返し露光する。このＹ方向のストライプ単位の露光とＸ方向の移動を繰り返してウエーハ１００のほぼ全域を露光する。４分割相補の場合、このような露光を４回、マスクを順次切り替えて行う。
グローバル・アライメントでは、全チップの半分、あるいは３分の１といった所定割合で、ほぼウエーハ１００の全域をカバーするマスク位置にアライメント精度測定マークが配置されている。具体的に、位置合わせおよび測定用のチップ（以下、アライメントチップ）内にアライメント精度測定マークが組み込まれている。ここでは、アライメントチップを図中の斜線部で示す。それぞれの露光時でステージ移動がある度に、全てのアライメントチップで図示を省略した既存のアライメントマークを用いた位置合わせを行う。そして、露光が終了すると、レジストを現像してパターンを形成し、当該露光により形成されたアライメント精度測定マークの下地マークとの中心位置ずれを全てのアライメントチップで測定する。その測定結果を基に、ウエーハ全体で誤差を一番小さくするような最小２乗法等で統計処理を行ってオフセット、回転、倍率に関するアライメント係数を算出する。
その後、このアライメント係数を用いてオフセット、回転、倍率に関する装置の調整値を変えて、本番ウエーハを露光する。
【００３４】
図４に、いわゆるダイ・バイ・ダイ・アライメントと称される方法を示す。
露光はチップ単位で位置合わせした後に行う。アライメント精度測定マークがチップごとに複数、例えば四隅に配置されている。アライメント精度の測定は、チップごとにでき、それぞれのチップ位置に対応したオフセット、回転、倍率に関するアライメント係数を算出する。
その後、このアライメント係数を用いて、それぞれのチップごとに、オフセット、回転、倍率に関する装置の調整値を変えて、本番ウエーハを露光する。
【００３５】
つぎに、図２に図解したアライメント精度測定マークの転写パターンからマーク中心座標を測定し、上記アライメント計数を算出する方法を説明する。
図５は、この方法の手順と測定装置の機能を示す図である。また、図６（Ａ）および図６（Ｂ）はマーク中心座標と中心位置ずれとの求め方を示す図であり、図６（Ａ）は下地マークがバーマークである場合、図６（Ｂ）はボックスマークである場合を示す。
図５におけるステップ１では、位置座標測定手段５１が、複数回の重ね露光により形成された相補４分割バーマークの転写パターンのウエーハ内のマーク中心位置座標（第１のマーク位置座標）を求める。図６（Ａ）、図６（Ｂ）において、バーパターンＰ２１は相補１に対応したマスクを用いた１回目の露光により形成され、バーパターンＰ２２は相補２に対応したマスクを用いた２回目の露光により形成され、バーパターンＰ２３は相補３に対応したマスクを用いた３回目の露光により形成され、バーパターンＰ２４は相補４に対応したマスクを用いた４回目の露光により形成された。転写パターンを構成する４つのバーパターンＰ２１，Ｐ２２，Ｐ２３，Ｐ２４の位置座標を平均化して、マーク中心座標Ｃを求める。位置の検出方法は任意であるが、例えば、転写パターンを撮像したときの画像の輝度信号からエッジ位置を求めて、エッジ位置から得られるバー中心位置を平均化する方法が採用できる。
図５に示すステップ２では、評価手段５２が、求めた上記マーク中心座標Ｃを、下地のバーマークまたはボックスマークの中心座標（第２のマーク位置座標）Ｃ０と比較し、両者の位置ずれの方向と量を算出する。マーク位置座標の位置ずれの算出を、ウエーハ内の全ての相補４分割バーマークについて実行し、その後、評価手段５１が、最小２乗法、その他の方法を用いて前記アライメント係数を算出する。
【００３６】
以上は相補４分割を説明したが、例えば相補２分割や相補３分割の場合のバーマークでは、複数のバーが１つのマスクに配置される。また、相補分割して配置されるアライメント精度測定マークはバーマークに限定されない。露光ごとに転写されるマーク要素が、他のマーク要素の転写パターンおよび下地マークと重ならないマスク位置に配置されていることを要件とする。
本実施形態のアライメント精度測定の方法および装置は、１つの層内で相補が異なるパターン転写精度を個々に判断する必要がなく、相補分割数が多い場合でも１つのアライメント精度測定マーク内で平均化された座標を求め、ずれ量を算出する。このため、アライメント精度測定のスループットが高く、実用的である。
【００３７】
［第２実施形態］
アライメント精度測定マークのマーク要素の数は４に限定されず、４の整数倍である。第２実施形態は、バーマークが８個の場合を例に、マーク中心座標の算出方法の他の例を示す。なお、アライメント方法は第１実施形態と同じである。図７に、第２実施形態に用いた相補４分割バーマークを示す。バーマーク３０は、８個のバー３１〜３８から構成され、四方のそれぞれに２個のバーが配置されている。
【００３８】
図８に、８個のバーからなるバーマークの中心座標を求める方法を図解する。この方法では、四方のそれぞれに配置された２つのバーの転写パターンの中心線を求める。転写パターンＰ３１とＰ３２の中心線をＬ１、転写パターンＰ３３とＰ３４の中心線をＬ２、転写パターンＰ３５とＰ３６の中心線をＬ３、転写パターンＰ３７とＰ３８の中心線をＬ４とする。対向する中心線Ｌ１とＬ２のＹ座標の平均値からマーク中心座標ＣのＹ座標が求まり、対向する中心線Ｌ３とＬ４のＸ座標の平均値からマーク中心座標ＣのＸ座標が求まる。
なお、相補４分割の仕方は任意であるが、Ｘ座標とＹ座標のそれぞれを相補４分割の平均値とするには、図示のように、例えば、転写パターンＰ３２とＰ３４を相補１に対応したマスクを用いた露光により形成し、転写パターンＰ３１とＰ３３を相補２に対応したマスクを用いた露光により形成し、転写パターンＰ３５とＰ３７を相補３に対応したマスクを用いた露光により形成し、転写パターンＰ３６とＰ３８を相補４に対応したマスクを用いた露光により形成する。相補８分割の場合は、それぞれの相補マスクで１つのバーを転写する。また、他の相補分割数の場合は、全体の平均値がマーク中心座標に、より反映されるような配置を行うことが望ましい。
【００３９】
［第３実施形態］
上述した２つの実施形態では、１つのアライメント精度測定マークが少なくとも２枚の相補マスクを用いて転写された。第３実施形態では、１つのアライメント精度測定パターンが複数の相補マスクの何れか１枚を用いて転写される。
図９（Ａ）に、ウエーハ内のアライメント精度測定マーク転写位置を示す。また、図９（Ｂ）に、その１つの拡大図を示す。
アライメント精度測定マークの転写パターン４０−１がバーマークの場合、図９（Ｂ）に図解するように、バーの転写パターンＰ４１，Ｐ４２，Ｐ４３，Ｐ４４の全てが相補１に対応したマスクを用いた１回の露光により形成される。同様な、相補１に対応したバーマークの転写パターン４０−１が、ウエーハ内で、バーマーク転写パターン４０−１と対称な位置に形成されている。
同様に、ウエーハ内で、相補２に対応した２つのバーマーク転写パターン４０−２が対称な位置に形成され、相補３に対応した２つのバーマーク転写パターン４０−３が対称な位置に形成され、相補４の２つのバーマーク４０−４が対称な位置に形成されている。これらのバーマーク転写パターンは、同じ相補同士だけでなく、異なる相補間でもウエーハ内の対称性が保たれるように配置されている。
【００４０】
アライメント方法は、第１実施形態と同じとする。
アライメント精度の測定では、バーマーク転写パターンごとにマーク中心座標を求めてもよい。この場合、バーマークを４つ重ねて転写した場合に比べ測定箇所は増えるが、重ねられていない分、測定精度が向上するという利点がある。また、図９（Ａ）に示すように、相補４分割を全て含む複数の領域（図示の場合、領域１と領域２）に分けて、それぞれの領域内でマーク中心座標を平均化し、対応する下地マークの平均値と比較しても良い。
以上は、ウエーハ内で相補の対照性を維持した配置であったが、図９（Ａ）に示す配置を１つのショット内配置とすれば、ショット内のアライメント精度測定に応用できる。また、アライメント精度測定マークが１枚のマスクを用いて形成されるため、ボックスマークであっても良い。なお、合わされる下地マークはバーマーク、ボックスマークの何れでも良い。
【００４１】
第１〜第３実施形態ではＬＥＥＰＬ，ＥＰＬなどのステンシルマスクを用いたが、位相シフト多重露光など光露光への適用も可能である。
これにより、多重露光のアライメント精度の測定が精度よく、かつ効率よく行うことが可能となった。その結果、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、また線幅管理マージン拡大ができるようになった。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、アライメント精度測定マークが相補的に複数のマスクに配分されて形成されていることから、複数回の重ね露光後に基板側にできた転写パターンは、その要素パターンレベルでも、全体でも、複数回の重ね露光のうち何れか１回の露光で形成される。そのため、アライメント精度測定において、複数回の重ね露光の平均値としてマーク中心座標が正しく求まる。よって高精度なアライメント精度が求まり、これを用いてマスク上の微細パターンをウエーハ上の所望の位置に、より正しく形成できる。
また、アライメント精度の算出は複数回の重ね露光のそれぞれの露光ごとに最小で１回とすることができ、測定時間が短縮して効率化が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ−１）〜（Ａ−４）は相補分割の説明図、（Ｂ−１）〜（Ｂ−３）は相補分割しない場合の説明図である。
【図２】第１実施形態に用いたステンシルマスク内のアライメント精度測定マークを示す図である。
【図３】グローバル・アライメント法の説明図である。
【図４】ダイ・バイ・ダイ・アライメント法の説明図である。
【図５】第１実施形態に用いたアライメント精度測定方法の手順と測定装置の機能を示す図である。
【図６】中心座標と位置ずれの求め方を示す図であり、（Ａ）は下地にバーマークがある場合、（Ｂ）は下地にボックスマークがある場合である。
【図７】第２実施形態に用いた８バー構成の相補４分割バーマークを示す図である。
【図８】８バー構成のバーマークの中心座標を求める方法を示す図である。
【図９】（Ａ）は第３実施形態において、ウエーハ内のアライメント精度測定マーク転写位置を示す図であり、（Ｂ）は、その１つの拡大図である。
【符号の説明】
１‥‥設計データ、２，３‥‥孔データ、４，５‥‥パターン、１０，１０ａ，１０ｂ，１４，１５‥‥メンブレン領域、１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ‥‥孔、１００‥‥ウエーハ、１０２，１０２’，１０３，１０３’ ‥‥転写パターン、２０，３０，４０−１〜４０−４‥‥バーマーク、５０‥‥アライメント精度測定装置、５１‥‥位置座標測定手段、５２‥‥評価手段
【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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【図８】
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【図９】
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