レジストマ−ク及びそれを用いた半導体装置の製造方法
【課題】サ−マルフロ−の影響によるレジストマ−クの変形を抑制し、位置合わせ精度の向上するレジストマ−ク及びそれを用いた半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】層間膜、例えば二酸化シリコン膜520が、下地マ−ク510aとして働く開口部を有する下地膜、例えばポリシリコン膜510の上に形成される。層間膜の上には、レジストマ−ク530、540が形成されている。このレジストマ−クは、第1のパタ−ン540と第2のパタ−ン530からなる。両パタ−ンは、所定形状の枠からなる。第2のパタ−ンは、第1の枠の内側に離間して形成され、かつ、内側から外側に向かう方向の幅が第1のパタ−ンの寸法より小さい。露光により形成されたレジストパタ−ンとウエハとの絶対的な位置関係の確認は、レジストマ−クと、下地マ−ク510とのずれ量を重ね合わせ精度測定機により測定することにより行う。
【解決手段】層間膜、例えば二酸化シリコン膜520が、下地マ−ク510aとして働く開口部を有する下地膜、例えばポリシリコン膜510の上に形成される。層間膜の上には、レジストマ−ク530、540が形成されている。このレジストマ−クは、第1のパタ−ン540と第2のパタ−ン530からなる。両パタ−ンは、所定形状の枠からなる。第2のパタ−ンは、第1の枠の内側に離間して形成され、かつ、内側から外側に向かう方向の幅が第1のパタ−ンの寸法より小さい。露光により形成されたレジストパタ−ンとウエハとの絶対的な位置関係の確認は、レジストマ−クと、下地マ−ク510とのずれ量を重ね合わせ精度測定機により測定することにより行う。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造において、重ね合わせ精度測定のためのレジストマ−ク及びそれを用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、半導体集積回路装置のパタ−ン形成工程として、フォトリソグラフィ技術が用いられている。このフォトリソグラフィ技術は、ガラス基板上に露光光に対して遮光性を有するクロム等で集積回路パタ−ンを形成したフォトマスクを用いて、半導体基板（以下、ウエハと称す。）上に形成されたレジストを選択的に露光及び感光させる。
【０００３】次に、このレジストをアルカリ現像することによって、集積回路パタ−ンが転写されたレジストパタ−ンを得ることができる。このレジストパタ−ンの形成過程において、ウエハとレジストパタ−ンとの高精度の位置合わせが必要不可欠となる。この位置合わせを行うため、露光機においては、フォトマスク上に形成されたフォトマスクの位置計測マ−クと、ウエハ上に予め形成されたウエハの位置計測マ−クとの相互の位置関係を検知及び計測した後、露光を行う。この露光により形成されたレジストパタ−ンとウエハとの絶対的な位置関係の確認は、集積回路パタ−ンと同時に転写、形成された重ね合わせ精度測定用のレジストマ−クと、ウエハ上に予め形成されたウエハの位置計測マ−クとのずれ量を重ね合わせ精度測定機により測定することにより行われる。
【０００４】図3は、ウエハの位置計測マ−クの形成工程を説明するための断面工程図。
【０００５】図4は、重ね合わせ精度測定用のレジストマ−クの形成工程を説明するための断面工程図。これら図3及び図4を用いて、ウエハの位置計測マ−ク及び重ね合わせ精度測定用のレジストマ−クの形成工程を説明する。
【０００６】先ず、図3(a)及び図4(a)に示すように、例えば、ポリシリコンの下地膜11を成膜したウエハ上にレジスト12を塗布した状態である。このレジスト12を露光かつ、現像することにより、図3(b)及び図4(b)に示すウエハの位置計測マ−クのレジストパタ−ン13、及び重ね合わせ精度測定用のレジストマ−ク13を得る。図3(c)は、レジストパタ−ン13をエッチングマスクとして下地膜を選択除去することにより得られた下地膜の段差構造14を示し、図4(c)は、レジストパタ−ン13をエッチングマスクとして下地膜を選択除去することにより得られた下地マ−ク14を示す。図3(d)及び図4(d)は、ウエハ全面のレジストを除去した後の状態を示す。図3(e)及び図4(e)は、例えば酸化珪素15をウエハ全面に成膜した状態を示しており、図3(f)及び図4(f)は、レジストを塗布した状態を示している。図3(f)は、露光装置において使用するウエハの位置計測用マ−クの最終的な断面構造図である。図4(g)は、レジスト16を露光及び現像をすることにより得られた重ね合わせ精度測定用のレジストマ−クの最終的な断面構造図である。
【０００７】露光装置におけるウエハの位置検出は、図3(f)における下地膜の段差構造14のエッジ位置の検出をすることにより行われる。同様に重ね合わせ精度測定は、図4(g)における下地マ−ク14とレジストマ−ク17のエッジ位置の検出をすることにより行われる。ウエハの位置検出マ−クと重ね合わせ精度測定マ−クの両マ−クにおけるエッジ位置の検出方法は同様であるので、重ね合わせ精度測定マ−クのエッジ位置の検出方法を例に取り、その説明を以下行う。
【０００８】図5(a)は、重ね合わせ精度測定マ−ク100の平面図であり、図5(b)は、図5(a)中のA-A'線に沿って切った時の重ね合わせ精度測定マ−ク100の断面図である。図5(a)及び図5(b)は、下地マ−ク110が、膜厚の厚い酸化珪素膜120に覆われており、その上にレジストマ−ク130が形成されている重ね合わせ精度測定マ−ク100を示している。ここで、レジストマ−ク130の抜き領域幅である寸法(a)は15μｍ〜35μｍであり、レジスト領域の幅である寸法(b)は数10μｍである。
【０００９】図6(a)はＣＣＤカメラ等により取り込まれた重ね合わせ精度測定マ−ク100の画像デ−タ200の説明図である。エッジ位置の検出は、どの場所のエッジで行っても同様であるため、画像デ−タ200におけるレジストマ−クのエッジ210のX-X'方向を例にとって説明する。先ず、画像デ−タ200をX-X'方向に沿った明暗強度の波形信号へと変換する。図6(b)は、 X-X'方向に沿った明暗強度の波形信号211の説明図である。この波形信号211において極大、極小により挟まれた波形区間212を設定し、波形信号高さの半分となる位置213を求める。この位置213がエッジ認識位置となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述した従来の半導体装置の製造方法では、レジストパタ−ンの形成は、レジスト膜中に過剰に残留している有機溶媒を飛ばすため、または高分子の架橋反応によりレジストパタ−ンを硬化させるために１００℃を超える温度での熱処理を行う必要がある。しかしながら、この熱処理を行うことにより、サ−マルフロ−と言われるレジストパタ−ンのエッジ部の変形が起こる。このレジストパタ−ンのエッジ部の変形は、寸法の大きなレジストパタ−ン、つまり延在方向でのエッジ間の距離が長いレジストパタ−ンほど応力が大きいため顕著に起こる。ここで、例えば、エッジ間の距離は、20m〜30mである。
【００１１】図7は重ね合わせ精度測定マ−クのサ−マルフロ−による影響を示す説明図であって、図7(a)は重ね合わせ精度測定マ−ク300の上面からの説明図、図7(b)は図7(a)をＡ−Ａ‘線に沿って切った断面図である。図7(a)及び図7(b)には、下地マ−ク310が、二酸化珪素膜320により全面を覆われたウエハ（図示せず）に、レジストマ−ク330を形成した重ね合わせ精度測定マ−クを示している。レジストマ−ク330のエッジ部は、サ−マルフロ−の影響により変形している。
【００１２】図8は、レジストマ−ク330のエッジ位置の検出におけるサ−マルフロ−の影響を示す説明図である。図8(a)はCCDカメラなどにより取り込まれた重ね合わせ精度測定マ−ク300の上面からの画像デ−タ400の説明図である。図8(b)は、画像デ−タ400におけるレジストマ−ク、紙面上左側のエッジ410のX-X'方向に沿った明暗強度の波形信号411の説明図である。この波形信号411において極大、極小により挟まれた波形区間412を設定し、波形信号高さの半分となる位置413を求めることにより、レジストマ−ク330のエッジ位置を認識する。位置413は変形したレジストマ−ク330のエッジ部の波形信号411から算出されるため、もし、サ−マルフロ−の影響により変形したレジストマ−ク330のエッジ部を用いて位置検出すれば、位置合わせ精度が下がることは言うまでもない。
【００１３】本発明は、上記問題を解決し、サ−マルフロ−の影響によるレジストマ−クの変形を抑制し、位置合わせ精度の向上するレジストマ−ク及びそれを用いた半導体装置の製造方法を提供する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明のレジストマ−クは、所定形状の第1の枠からなり、かつこの第1の枠の内側から外側に向かう方向の幅が第1の寸法である第1のパタ−ンと、前記第1の枠の内側で前記第1のパタ−ンから離間して形成され、所定形状の第2の枠からなり、かつこの第2の枠の内側から外側に向かう方向の幅が第1の寸法より小さい第2の寸法からなる第2のパタ−ンとからなることを特徴とする。
【００１５】本発明の半導体装置の製造方法は、位置計測用マ−クを有する下地膜を準備する工程と、所定形状の第1の枠からなり、かつこの第1の枠の内側から外側に向かう方向の幅が第1の寸法である第1のパタ−ンと、前記第1の枠の内側で前記第1のパタ−ンから離間して形成され、所定形状の第2の枠からなり、かつこの第2の枠の内側から外側に向かう方向の幅が第1の寸法より小さい第2の寸法からなる第2のパタ−ンとからなるレジストマ−クを前記位置計測用マ−ク上方に形成する工程と、前記位置計測用マ−クと前記レジストマ−クとの相互位置を計測する工程とを有することを特徴とする。
【００１６】さらに、本発明の半導体装置の製造方法は、下地膜を準備する工程と、所定形状の第1の枠からなり、かつこの第1の枠の内側から外側に向かう方向の幅が第1の寸法である第1のパタ−ンと、前記第1の枠の内側で前記第1のパタ−ンから離間して形成され、所定形状の第2の枠からなり、かつこの第2の枠の内側から外側に向かう方向の幅が第1の寸法より小さい第2の寸法からなる第2のパタ−ンとからなるレジストマ−クを前記下地膜上に形成する工程と、前記レジストマ−クを用いて前記下地膜をエッチングする工程と、エッチングされた前記下地膜を用いてウエハの位置を検出する工程とを有することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第1の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の第1の実施形態のレジストマ−クの説明に供する図であり、図1(a)は第1の実施形態の重ね合わせ精度測定マ−ク500の平面図であり、図1(b)は、図1(a)中のＡ−Ａ'線に沿って切った時の第1の実施形態の重ね合わせ精度測定マ−ク500の断面図である。
【００１８】図1(a)及び図1(b)に示すように、層間膜、例えば二酸化シリコン膜520が、下地マ−ク510aとして働く開口部を有する下地膜、例えばポリシリコン膜510の上に形成される。このポリシリコン膜520の上には、レジストマ−ク530、540が形成されている。このレジストマ−ク530、540は、第1のパタ−ン540と第2のパタ−ン530からなる。 第1のパタ−ン540は、所定形状の第1の枠からなり、かつこの第1の枠の内側から外側に向かう方向の幅が第1の寸法である。第2のパタ−ンは、第1の枠の内側で第1のパタ−ンから離間して形成され、所定形状の第2の枠からなり、かつこの第2の枠の内側から外側に向かう方向の幅が第1の寸法より小さい第2の寸法からなる第2のパタ−ンとからなる。ここで、第1の実施形態では第1及び第2の枠を四角形状のものを用いる。ここで、第1のパタ−ン540の第1の寸法は20m〜30mで、第2のパタ−ンの第2の寸法（図中、a）は0.3m 〜10.0m、第1及び第2のパタ−ン間の寸法（図中、b）は0.3m 〜10.0mである。
【００１９】露光により形成されたレジストパタ−ンとウエハとの絶対的な位置関係の確認は、集積回路パタ−ンと同時に転写、形成された重ね合わせ精度測定用のレジストマ−ク、つまり第1のパタ−ン540と第2のパタ−ン530からなるレジストマ−クと、ウエハ上に予め形成されたウエハの位置計測マ−ク、つまり下地膜に形成された下地マ−ク510とのずれ量を重ね合わせ精度測定機により測定することにより行われる。 具体的には、重ね合わせ精度測定は、下地マ−ク510aと、第2のパタ−ン530の内側の両エッジ位置を検出することによって行われる。
【００２０】図１(c)、(d)は本発明の第1の実施形態の変形例のレジストマ−クの説明に供する図であり、図1(c)は第1の実施形態の変形例の重ね合わせ精度測定マ−ク500の平面図であり、図1(d)は、図1(c)中のＡ−Ａ'線に沿って切った時の第1の実施形態の変形例の重ね合わせ精度測定マ−ク500の断面図である。
【００２１】本発明の第1の実施形態の変形例のレジストマ−クは、第2のパタ−ン530の枠内の二酸化シリコン膜520上に第3のパタ−ン550を有することを特徴とする。本発明の第1の実施形態の変形例のレジストマ−クは、第3のパタ−ン550を有するので、位置合わせ後のレジストパタ−ンをマスクとするエッチング工程により、重ね合わせ精度測定マ−ク500部における不要な二酸化シリコン膜520のエッチングを防止することができる。
【００２２】上述した本発明のレジストマ−ク530、540は、第1のパタ−ン540と第2のパタ−ン530からなり、位置検出の際には第2のパタ−ン530のエッジを使用する。サ−マルフロ−によるエッジ部の変形は、レジストマ−クのエッジ間、つまり幅の寸法に依存する。従って、この第2のパタ−ン530は、サ−マルフロ−の影響を受けない程度の幅、例えば0.3m 〜10.0mに設定されているため、エッジ部の変形が起きづらく、さらにマスクしたい部分は、第2のパタ−ン530から所定距離離れた所に形成された、幅の広い第1のパタ−ン540で二酸化シリコン膜520が覆われているので、不要なエッチングが避けられる。 このように、本発明のレジストマ−クは、サ−マルフロ−の影響によるレジストマ−クの変形を低減し、かつ本来のレジストパタ−ンのマスクとしての機能も保持される。これによって位置合わせ精度が向上するレジストマ−ク530、540が得られる。また、本発明のレジストマ−クを用いた半導体装置の製造方法は、上述したレジストマ−クを用いて行われるため、半導体製造工程全体における位置合わせ精度を向上することができ、これに伴ない、歩留まりを向上させることが可能になる。また、このレジストマ−クを用いて下地膜に形成される位置計測マ−クも精度良く、形成されるため、位置計測の精度も向上する。
【００２３】以下、本発明の第2の実施形態について図面を参照しながら説明する。図2は本発明の第2の実施形態のレジストマ−クの説明に供する図であり、図2(a)は第2の実施形態の重ね合わせ精度測定マ−ク600の平面図であり、図2(b)は、図2(a)中のＡ−Ａ'線に沿って切った時の第2の実施形態の重ね合わせ精度測定マ−ク600の断面図である。
【００２４】図2(a)及び図2(b)に示すように、層間膜、例えば二酸化シリコン膜620が、下地マ−ク610aとして働く開口部を有する下地膜、例えばポリシリコン膜610の上に形成される。この二酸化シリコン膜620の上には、レジストマ−ク630、640が形成されている。
【００２５】本発明の第2の実施形態のレジストマ−クは、レジストマ−クを構成する第1のパタ−ン640と第2のパタ−ン630を各枠の隅で接続した構成660を特徴とする。
【００２６】露光により形成されたレジストパタ−ンとウエハとの絶対的な位置関係の確認は、集積回路パタ−ンと同時に転写、形成された重ね合わせ精度測定用のレジストマ−ク、つまり第1のパタ−ン640と第2のパタ−ン630からなるレジストマ−クと、ウエハ上に予め形成されたウエハの位置計測マ−ク、つまり下地膜に形成された下地マ−ク610aとのずれ量を重ね合わせ精度測定機により測定することにより行われる。 具体的には、重ね合わせ精度測定は、下地マ−ク610aと、第2のパタ−ン630の内側の両エッジ位置を検出することによって行われる。
【００２７】本発明の第2の実施形態の変形例のレジストマ−クは、第2のパタ−ン630の枠内の二酸化シリコン膜上に第3のパタ−ン650を有することを特徴とする。本発明の第2の実施形態の変形例のレジストマ−クは、第3のパタ−ン650を有するので、位置合わせ後のレジストパタ−ンをマスクとするエッチング工程により、重ね合わせ精度測定マ−ク600部における不要な二酸化シリコン膜のエッチングを防止することができる。
【００２８】上述した本発明のレジストマ−ク630、640は、第1のパタ−ン640と第2のパタ−ン630からなり、位置検出の際には第2のパタ−ン630のエッジを使用する。サ−マルフロ−によるエッジ部の変形は、レジストマ−クのエッジ間、つまり幅の寸法に依存する。従って、この第2のパタ−ン630は、サ−マルフロ−の影響を受けない程度の幅、例えば0.3m 〜10.0mに設定されているため、エッジ部の変形が起きづらく、さらにマスクしたい部分は、第2のパタ−ン630から所定距離離れた所に形成された、幅の広い第1のパタ−ン640で二酸化シリコン膜620が覆われているので、不要なエッチングが避けられる。このように、本発明のレジストマ−クは、サ−マルフロ−の影響によるレジストマ−クの変形を低減し、かつ本来のレジストパタ−ンのマスクとしての機能も保持される。これによって位置合わせ精度が向上するレジストマ−ク630、640が得られる。
【００２９】また、本発明の第2の実施形態のレジストマ−クは、レジストマ−クを構成する第1のパタ−ン640と第2のパタ−ン630を各枠の隅で接続した構成660であるため、第2のパタ−ン630が、二酸化シリコン膜620から剥がれる、つまり膜剥がれの問題を防止することができる。また、本発明のレジストマ−クを用いた半導体装置の製造方法は、上述したレジストマ−クを用いて行われるため、半導体製造工程全体における位置合わせ精度を向上することができ、これに伴ない、歩留まりを向上させることが可能になる。また、このレジストマ−クを用いて下地膜に形成される位置計測マ−クも精度良く、形成されるため、位置計測の精度も向上する。
【００３０】
【発明の効果】本発明のレジストマ−クは、サ−マルフロ−の影響によるレジストマ−クの変形を低減し、かつ本来のレジストパタ−ンのマスクとしての機能も保持される。これによって位置合わせ精度が向上するレジストマ−クが得られる。また、本発明のレジストマ−クを用いた半導体装置の製造方法は、上述したレジストマ−クを用いて行われるため、半導体製造工程全体における位置合わせ精度を向上することができ、これに伴ない、歩留まりを向上させることが可能になる。また、このレジストマ−クを用いて下地膜に形成される位置計測マ−クも精度良く、形成されるため、位置計測の精度も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図1(a)は第1の実施形態の重ね合わせ精度測定マ−クの平面図であり、図1(b)は、図1(a)中のＡ−Ａ'線に沿って切った時の第1の実施形態の重ね合わせ精度測定マ−クの断面図である。
【図２】図2(a)は第2の実施形態の重ね合わせ精度測定マ−クの平面図であり、図2(b)は、図2(a)中のＡ−Ａ'線に沿って切った時の第2の実施形態の重ね合わせ精度測定マ−クの断面図である。
【図３】図3は、ウエハの位置計測マ−クの形成工程を説明するための断面工程図。
【図４】図4は、重ね合わせ精度測定用のレジストマ−クの形成工程を説明するための断面工程図。
【図５】図5(a)は、重ね合わせ精度測定マ−クの平面図であり、図5(b)は、図5(a)中のA-A'線に沿って切った時の重ね合わせ精度測定マ−クの断面図である。
【図６】図6(a)はＣＣＤカメラ等により取り込まれた重ね合わせ精度測定マ−クの画像デ−タの説明図である。図6(b)は、 X-X'方向に沿った明暗強度の波形信号の説明図である。
【図７】図7(a)は重ね合わせ精度測定マ−ク300の上面からの説明図、図7(b)は図7(a)をＡ−Ａ‘線に沿って切った断面図である。
【図８】図8は、レジストマ−クのエッジ位置の検出におけるサ−マルフロ−の影響を示す説明図である。図8(a)はCCDカメラなどにより取り込まれた重ね合わせ精度測定マ−クの上面からの画像デ−タの説明図である。図8(b)は、画像デ−タにおけるレジストマ−ク、紙面上左側のエッジのX-X'方向に沿った明暗強度の波形信号の説明図である。
【符号の説明】
500：重ね合わせ精度測定マ−ク500
510：ポリシリコン膜510
510a：下地マ−ク510a
520：二酸化シリコン膜520
530：第2のパタ−ン530（レジストマ−ク）
540：第1のパタ−ン540（レジストマ−ク）
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造において、重ね合わせ精度測定のためのレジストマ−ク及びそれを用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、半導体集積回路装置のパタ−ン形成工程として、フォトリソグラフィ技術が用いられている。このフォトリソグラフィ技術は、ガラス基板上に露光光に対して遮光性を有するクロム等で集積回路パタ−ンを形成したフォトマスクを用いて、半導体基板（以下、ウエハと称す。）上に形成されたレジストを選択的に露光及び感光させる。
【０００３】次に、このレジストをアルカリ現像することによって、集積回路パタ−ンが転写されたレジストパタ−ンを得ることができる。このレジストパタ−ンの形成過程において、ウエハとレジストパタ−ンとの高精度の位置合わせが必要不可欠となる。この位置合わせを行うため、露光機においては、フォトマスク上に形成されたフォトマスクの位置計測マ−クと、ウエハ上に予め形成されたウエハの位置計測マ−クとの相互の位置関係を検知及び計測した後、露光を行う。この露光により形成されたレジストパタ−ンとウエハとの絶対的な位置関係の確認は、集積回路パタ−ンと同時に転写、形成された重ね合わせ精度測定用のレジストマ−クと、ウエハ上に予め形成されたウエハの位置計測マ−クとのずれ量を重ね合わせ精度測定機により測定することにより行われる。
【０００４】図3は、ウエハの位置計測マ−クの形成工程を説明するための断面工程図。
【０００５】図4は、重ね合わせ精度測定用のレジストマ−クの形成工程を説明するための断面工程図。これら図3及び図4を用いて、ウエハの位置計測マ−ク及び重ね合わせ精度測定用のレジストマ−クの形成工程を説明する。
【０００６】先ず、図3(a)及び図4(a)に示すように、例えば、ポリシリコンの下地膜11を成膜したウエハ上にレジスト12を塗布した状態である。このレジスト12を露光かつ、現像することにより、図3(b)及び図4(b)に示すウエハの位置計測マ−クのレジストパタ−ン13、及び重ね合わせ精度測定用のレジストマ−ク13を得る。図3(c)は、レジストパタ−ン13をエッチングマスクとして下地膜を選択除去することにより得られた下地膜の段差構造14を示し、図4(c)は、レジストパタ−ン13をエッチングマスクとして下地膜を選択除去することにより得られた下地マ−ク14を示す。図3(d)及び図4(d)は、ウエハ全面のレジストを除去した後の状態を示す。図3(e)及び図4(e)は、例えば酸化珪素15をウエハ全面に成膜した状態を示しており、図3(f)及び図4(f)は、レジストを塗布した状態を示している。図3(f)は、露光装置において使用するウエハの位置計測用マ−クの最終的な断面構造図である。図4(g)は、レジスト16を露光及び現像をすることにより得られた重ね合わせ精度測定用のレジストマ−クの最終的な断面構造図である。
【０００７】露光装置におけるウエハの位置検出は、図3(f)における下地膜の段差構造14のエッジ位置の検出をすることにより行われる。同様に重ね合わせ精度測定は、図4(g)における下地マ−ク14とレジストマ−ク17のエッジ位置の検出をすることにより行われる。ウエハの位置検出マ−クと重ね合わせ精度測定マ−クの両マ−クにおけるエッジ位置の検出方法は同様であるので、重ね合わせ精度測定マ−クのエッジ位置の検出方法を例に取り、その説明を以下行う。
【０００８】図5(a)は、重ね合わせ精度測定マ−ク100の平面図であり、図5(b)は、図5(a)中のA-A'線に沿って切った時の重ね合わせ精度測定マ−ク100の断面図である。図5(a)及び図5(b)は、下地マ−ク110が、膜厚の厚い酸化珪素膜120に覆われており、その上にレジストマ−ク130が形成されている重ね合わせ精度測定マ−ク100を示している。ここで、レジストマ−ク130の抜き領域幅である寸法(a)は15μｍ〜35μｍであり、レジスト領域の幅である寸法(b)は数10μｍである。
【０００９】図6(a)はＣＣＤカメラ等により取り込まれた重ね合わせ精度測定マ−ク100の画像デ−タ200の説明図である。エッジ位置の検出は、どの場所のエッジで行っても同様であるため、画像デ−タ200におけるレジストマ−クのエッジ210のX-X'方向を例にとって説明する。先ず、画像デ−タ200をX-X'方向に沿った明暗強度の波形信号へと変換する。図6(b)は、 X-X'方向に沿った明暗強度の波形信号211の説明図である。この波形信号211において極大、極小により挟まれた波形区間212を設定し、波形信号高さの半分となる位置213を求める。この位置213がエッジ認識位置となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述した従来の半導体装置の製造方法では、レジストパタ−ンの形成は、レジスト膜中に過剰に残留している有機溶媒を飛ばすため、または高分子の架橋反応によりレジストパタ−ンを硬化させるために１００℃を超える温度での熱処理を行う必要がある。しかしながら、この熱処理を行うことにより、サ−マルフロ−と言われるレジストパタ−ンのエッジ部の変形が起こる。このレジストパタ−ンのエッジ部の変形は、寸法の大きなレジストパタ−ン、つまり延在方向でのエッジ間の距離が長いレジストパタ−ンほど応力が大きいため顕著に起こる。ここで、例えば、エッジ間の距離は、20m〜30mである。
【００１１】図7は重ね合わせ精度測定マ−クのサ−マルフロ−による影響を示す説明図であって、図7(a)は重ね合わせ精度測定マ−ク300の上面からの説明図、図7(b)は図7(a)をＡ−Ａ‘線に沿って切った断面図である。図7(a)及び図7(b)には、下地マ−ク310が、二酸化珪素膜320により全面を覆われたウエハ（図示せず）に、レジストマ−ク330を形成した重ね合わせ精度測定マ−クを示している。レジストマ−ク330のエッジ部は、サ−マルフロ−の影響により変形している。
【００１２】図8は、レジストマ−ク330のエッジ位置の検出におけるサ−マルフロ−の影響を示す説明図である。図8(a)はCCDカメラなどにより取り込まれた重ね合わせ精度測定マ−ク300の上面からの画像デ−タ400の説明図である。図8(b)は、画像デ−タ400におけるレジストマ−ク、紙面上左側のエッジ410のX-X'方向に沿った明暗強度の波形信号411の説明図である。この波形信号411において極大、極小により挟まれた波形区間412を設定し、波形信号高さの半分となる位置413を求めることにより、レジストマ−ク330のエッジ位置を認識する。位置413は変形したレジストマ−ク330のエッジ部の波形信号411から算出されるため、もし、サ−マルフロ−の影響により変形したレジストマ−ク330のエッジ部を用いて位置検出すれば、位置合わせ精度が下がることは言うまでもない。
【００１３】本発明は、上記問題を解決し、サ−マルフロ−の影響によるレジストマ−クの変形を抑制し、位置合わせ精度の向上するレジストマ−ク及びそれを用いた半導体装置の製造方法を提供する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明のレジストマ−クは、所定形状の第1の枠からなり、かつこの第1の枠の内側から外側に向かう方向の幅が第1の寸法である第1のパタ−ンと、前記第1の枠の内側で前記第1のパタ−ンから離間して形成され、所定形状の第2の枠からなり、かつこの第2の枠の内側から外側に向かう方向の幅が第1の寸法より小さい第2の寸法からなる第2のパタ−ンとからなることを特徴とする。
【００１５】本発明の半導体装置の製造方法は、位置計測用マ−クを有する下地膜を準備する工程と、所定形状の第1の枠からなり、かつこの第1の枠の内側から外側に向かう方向の幅が第1の寸法である第1のパタ−ンと、前記第1の枠の内側で前記第1のパタ−ンから離間して形成され、所定形状の第2の枠からなり、かつこの第2の枠の内側から外側に向かう方向の幅が第1の寸法より小さい第2の寸法からなる第2のパタ−ンとからなるレジストマ−クを前記位置計測用マ−ク上方に形成する工程と、前記位置計測用マ−クと前記レジストマ−クとの相互位置を計測する工程とを有することを特徴とする。
【００１６】さらに、本発明の半導体装置の製造方法は、下地膜を準備する工程と、所定形状の第1の枠からなり、かつこの第1の枠の内側から外側に向かう方向の幅が第1の寸法である第1のパタ−ンと、前記第1の枠の内側で前記第1のパタ−ンから離間して形成され、所定形状の第2の枠からなり、かつこの第2の枠の内側から外側に向かう方向の幅が第1の寸法より小さい第2の寸法からなる第2のパタ−ンとからなるレジストマ−クを前記下地膜上に形成する工程と、前記レジストマ−クを用いて前記下地膜をエッチングする工程と、エッチングされた前記下地膜を用いてウエハの位置を検出する工程とを有することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第1の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の第1の実施形態のレジストマ−クの説明に供する図であり、図1(a)は第1の実施形態の重ね合わせ精度測定マ−ク500の平面図であり、図1(b)は、図1(a)中のＡ−Ａ'線に沿って切った時の第1の実施形態の重ね合わせ精度測定マ−ク500の断面図である。
【００１８】図1(a)及び図1(b)に示すように、層間膜、例えば二酸化シリコン膜520が、下地マ−ク510aとして働く開口部を有する下地膜、例えばポリシリコン膜510の上に形成される。このポリシリコン膜520の上には、レジストマ−ク530、540が形成されている。このレジストマ−ク530、540は、第1のパタ−ン540と第2のパタ−ン530からなる。 第1のパタ−ン540は、所定形状の第1の枠からなり、かつこの第1の枠の内側から外側に向かう方向の幅が第1の寸法である。第2のパタ−ンは、第1の枠の内側で第1のパタ−ンから離間して形成され、所定形状の第2の枠からなり、かつこの第2の枠の内側から外側に向かう方向の幅が第1の寸法より小さい第2の寸法からなる第2のパタ−ンとからなる。ここで、第1の実施形態では第1及び第2の枠を四角形状のものを用いる。ここで、第1のパタ−ン540の第1の寸法は20m〜30mで、第2のパタ−ンの第2の寸法（図中、a）は0.3m 〜10.0m、第1及び第2のパタ−ン間の寸法（図中、b）は0.3m 〜10.0mである。
【００１９】露光により形成されたレジストパタ−ンとウエハとの絶対的な位置関係の確認は、集積回路パタ−ンと同時に転写、形成された重ね合わせ精度測定用のレジストマ−ク、つまり第1のパタ−ン540と第2のパタ−ン530からなるレジストマ−クと、ウエハ上に予め形成されたウエハの位置計測マ−ク、つまり下地膜に形成された下地マ−ク510とのずれ量を重ね合わせ精度測定機により測定することにより行われる。 具体的には、重ね合わせ精度測定は、下地マ−ク510aと、第2のパタ−ン530の内側の両エッジ位置を検出することによって行われる。
【００２０】図１(c)、(d)は本発明の第1の実施形態の変形例のレジストマ−クの説明に供する図であり、図1(c)は第1の実施形態の変形例の重ね合わせ精度測定マ−ク500の平面図であり、図1(d)は、図1(c)中のＡ−Ａ'線に沿って切った時の第1の実施形態の変形例の重ね合わせ精度測定マ−ク500の断面図である。
【００２１】本発明の第1の実施形態の変形例のレジストマ−クは、第2のパタ−ン530の枠内の二酸化シリコン膜520上に第3のパタ−ン550を有することを特徴とする。本発明の第1の実施形態の変形例のレジストマ−クは、第3のパタ−ン550を有するので、位置合わせ後のレジストパタ−ンをマスクとするエッチング工程により、重ね合わせ精度測定マ−ク500部における不要な二酸化シリコン膜520のエッチングを防止することができる。
【００２２】上述した本発明のレジストマ−ク530、540は、第1のパタ−ン540と第2のパタ−ン530からなり、位置検出の際には第2のパタ−ン530のエッジを使用する。サ−マルフロ−によるエッジ部の変形は、レジストマ−クのエッジ間、つまり幅の寸法に依存する。従って、この第2のパタ−ン530は、サ−マルフロ−の影響を受けない程度の幅、例えば0.3m 〜10.0mに設定されているため、エッジ部の変形が起きづらく、さらにマスクしたい部分は、第2のパタ−ン530から所定距離離れた所に形成された、幅の広い第1のパタ−ン540で二酸化シリコン膜520が覆われているので、不要なエッチングが避けられる。 このように、本発明のレジストマ−クは、サ−マルフロ−の影響によるレジストマ−クの変形を低減し、かつ本来のレジストパタ−ンのマスクとしての機能も保持される。これによって位置合わせ精度が向上するレジストマ−ク530、540が得られる。また、本発明のレジストマ−クを用いた半導体装置の製造方法は、上述したレジストマ−クを用いて行われるため、半導体製造工程全体における位置合わせ精度を向上することができ、これに伴ない、歩留まりを向上させることが可能になる。また、このレジストマ−クを用いて下地膜に形成される位置計測マ−クも精度良く、形成されるため、位置計測の精度も向上する。
【００２３】以下、本発明の第2の実施形態について図面を参照しながら説明する。図2は本発明の第2の実施形態のレジストマ−クの説明に供する図であり、図2(a)は第2の実施形態の重ね合わせ精度測定マ−ク600の平面図であり、図2(b)は、図2(a)中のＡ−Ａ'線に沿って切った時の第2の実施形態の重ね合わせ精度測定マ−ク600の断面図である。
【００２４】図2(a)及び図2(b)に示すように、層間膜、例えば二酸化シリコン膜620が、下地マ−ク610aとして働く開口部を有する下地膜、例えばポリシリコン膜610の上に形成される。この二酸化シリコン膜620の上には、レジストマ−ク630、640が形成されている。
【００２５】本発明の第2の実施形態のレジストマ−クは、レジストマ−クを構成する第1のパタ−ン640と第2のパタ−ン630を各枠の隅で接続した構成660を特徴とする。
【００２６】露光により形成されたレジストパタ−ンとウエハとの絶対的な位置関係の確認は、集積回路パタ−ンと同時に転写、形成された重ね合わせ精度測定用のレジストマ−ク、つまり第1のパタ−ン640と第2のパタ−ン630からなるレジストマ−クと、ウエハ上に予め形成されたウエハの位置計測マ−ク、つまり下地膜に形成された下地マ−ク610aとのずれ量を重ね合わせ精度測定機により測定することにより行われる。 具体的には、重ね合わせ精度測定は、下地マ−ク610aと、第2のパタ−ン630の内側の両エッジ位置を検出することによって行われる。
【００２７】本発明の第2の実施形態の変形例のレジストマ−クは、第2のパタ−ン630の枠内の二酸化シリコン膜上に第3のパタ−ン650を有することを特徴とする。本発明の第2の実施形態の変形例のレジストマ−クは、第3のパタ−ン650を有するので、位置合わせ後のレジストパタ−ンをマスクとするエッチング工程により、重ね合わせ精度測定マ−ク600部における不要な二酸化シリコン膜のエッチングを防止することができる。
【００２８】上述した本発明のレジストマ−ク630、640は、第1のパタ−ン640と第2のパタ−ン630からなり、位置検出の際には第2のパタ−ン630のエッジを使用する。サ−マルフロ−によるエッジ部の変形は、レジストマ−クのエッジ間、つまり幅の寸法に依存する。従って、この第2のパタ−ン630は、サ−マルフロ−の影響を受けない程度の幅、例えば0.3m 〜10.0mに設定されているため、エッジ部の変形が起きづらく、さらにマスクしたい部分は、第2のパタ−ン630から所定距離離れた所に形成された、幅の広い第1のパタ−ン640で二酸化シリコン膜620が覆われているので、不要なエッチングが避けられる。このように、本発明のレジストマ−クは、サ−マルフロ−の影響によるレジストマ−クの変形を低減し、かつ本来のレジストパタ−ンのマスクとしての機能も保持される。これによって位置合わせ精度が向上するレジストマ−ク630、640が得られる。
【００２９】また、本発明の第2の実施形態のレジストマ−クは、レジストマ−クを構成する第1のパタ−ン640と第2のパタ−ン630を各枠の隅で接続した構成660であるため、第2のパタ−ン630が、二酸化シリコン膜620から剥がれる、つまり膜剥がれの問題を防止することができる。また、本発明のレジストマ−クを用いた半導体装置の製造方法は、上述したレジストマ−クを用いて行われるため、半導体製造工程全体における位置合わせ精度を向上することができ、これに伴ない、歩留まりを向上させることが可能になる。また、このレジストマ−クを用いて下地膜に形成される位置計測マ−クも精度良く、形成されるため、位置計測の精度も向上する。
【００３０】
【発明の効果】本発明のレジストマ−クは、サ−マルフロ−の影響によるレジストマ−クの変形を低減し、かつ本来のレジストパタ−ンのマスクとしての機能も保持される。これによって位置合わせ精度が向上するレジストマ−クが得られる。また、本発明のレジストマ−クを用いた半導体装置の製造方法は、上述したレジストマ−クを用いて行われるため、半導体製造工程全体における位置合わせ精度を向上することができ、これに伴ない、歩留まりを向上させることが可能になる。また、このレジストマ−クを用いて下地膜に形成される位置計測マ−クも精度良く、形成されるため、位置計測の精度も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図1(a)は第1の実施形態の重ね合わせ精度測定マ−クの平面図であり、図1(b)は、図1(a)中のＡ−Ａ'線に沿って切った時の第1の実施形態の重ね合わせ精度測定マ−クの断面図である。
【図２】図2(a)は第2の実施形態の重ね合わせ精度測定マ−クの平面図であり、図2(b)は、図2(a)中のＡ−Ａ'線に沿って切った時の第2の実施形態の重ね合わせ精度測定マ−クの断面図である。
【図３】図3は、ウエハの位置計測マ−クの形成工程を説明するための断面工程図。
【図４】図4は、重ね合わせ精度測定用のレジストマ−クの形成工程を説明するための断面工程図。
【図５】図5(a)は、重ね合わせ精度測定マ−クの平面図であり、図5(b)は、図5(a)中のA-A'線に沿って切った時の重ね合わせ精度測定マ−クの断面図である。
【図６】図6(a)はＣＣＤカメラ等により取り込まれた重ね合わせ精度測定マ−クの画像デ−タの説明図である。図6(b)は、 X-X'方向に沿った明暗強度の波形信号の説明図である。
【図７】図7(a)は重ね合わせ精度測定マ−ク300の上面からの説明図、図7(b)は図7(a)をＡ−Ａ‘線に沿って切った断面図である。
【図８】図8は、レジストマ−クのエッジ位置の検出におけるサ−マルフロ−の影響を示す説明図である。図8(a)はCCDカメラなどにより取り込まれた重ね合わせ精度測定マ−クの上面からの画像デ−タの説明図である。図8(b)は、画像デ−タにおけるレジストマ−ク、紙面上左側のエッジのX-X'方向に沿った明暗強度の波形信号の説明図である。
【符号の説明】
500：重ね合わせ精度測定マ−ク500
510：ポリシリコン膜510
510a：下地マ−ク510a
520：二酸化シリコン膜520
530：第2のパタ−ン530（レジストマ−ク）
540：第1のパタ−ン540（レジストマ−ク）
【特許請求の範囲】
【請求項１】所定形状の第1の枠からなり、かつこの第1の枠の内側から外側に向かう方向の幅が第1の寸法である第1のパタ−ンと、前記第1の枠の内側で前記第1のパタ−ンから離間して形成され、所定形状の第2の枠からなり、かつこの第2の枠の内側から外側に向かう方向の幅が第1の寸法より小さい第2の寸法からなる第2のパタ−ンとからなることを特徴とするレジストマ−ク。
【請求項２】前記第2の寸法が０．３μｍ〜１０μｍであることを特徴とする請求項１記載のレジストマ−ク。
【請求項３】前記第1のパタ−ンは、前記第2のパタ−ンと少なくとも一部で接続されていることを特徴とする請求項１記載のレジストマ−ク。
【請求項４】前記第1及び第2のパタ−ンは、四角いリング状からなることを特徴とする請求項１記載のレジストマ−ク。
【請求項５】前記第1及び第2のパタ−ンは、前記四角いリング状の角部で接続されていることを特徴とする請求項４記載のレジストマ−ク。
【請求項６】位置計測用マ−クを有する下地膜を準備する工程と、所定形状の第1の枠からなり、かつこの第1の枠の内側から外側に向かう方向の幅が第1の寸法である第1のパタ−ンと、前記第1の枠の内側で前記第1のパタ−ンから離間して形成され、所定形状の第2の枠からなり、かつこの第2の枠の内側から外側に向かう方向の幅が第1の寸法より小さい第2の寸法からなる第2のパタ−ンとからなるレジストマ−クを前記位置計測用マ−ク上方に形成する工程と、前記位置計測用マ−クと前記レジストマ−クとの相互位置を計測する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】前記第2の寸法が０．３μｍ〜１０μｍであることを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】前記第1のパタ−ンは、前記第2のパタ−ンと少なくとも一部で接続されていることを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】前記第1及び第2のパタ−ンは、四角いリング状からなることを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】前記第1及び第2のパタ−ンは、前記四角いリング状の角部で接続されていることを特徴とする請求項９記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】下地膜を準備する工程と、所定形状の第1の枠からなり、かつこの第1の枠の内側から外側に向かう方向の幅が第1の寸法である第1のパタ−ンと、前記第1の枠の内側で前記第1のパタ−ンから離間して形成され、所定形状の第2の枠からなり、かつこの第2の枠の内側から外側に向かう方向の幅が第1の寸法より小さい第2の寸法からなる第2のパタ−ンとからなるレジストマ−クを前記下地膜上に形成する工程と、前記レジストマ−クを用いて前記下地膜をエッチングする工程と、エッチングされた前記下地膜を用いてウエハの位置を検出する工程とを有することを特徴とする半導体装置の形成方法。
【請求項１２】前記第2の寸法が０．３μｍ〜１０μｍであることを特徴とする請求項１１記載のレジストマ−ク。
【請求項１３】前記第1のパタ−ンは、前記第2のパタ−ンと少なくとも一部で接続されていることを特徴とする請求項１１記載のレジストマ−ク。
【請求項１４】前記第1及び第2のパタ−ンは、四角いリング状からなることを特徴とする請求項１１記載のレジストマ−ク。
【請求項１５】前記第1及び第2のパタ−ンは、前記四角いリング状の角部で接続されていることを特徴とする請求項１４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】所定形状の第1の枠からなり、かつこの第1の枠の内側から外側に向かう方向の幅が第1の寸法である第1のパタ−ンと、前記第1の枠の内側で前記第1のパタ−ンから離間して形成され、所定形状の第2の枠からなり、かつこの第2の枠の内側から外側に向かう方向の幅が第1の寸法より小さい第2の寸法からなる第2のパタ−ンとからなることを特徴とするレジストマ−ク。
【請求項２】前記第2の寸法が０．３μｍ〜１０μｍであることを特徴とする請求項１記載のレジストマ−ク。
【請求項３】前記第1のパタ−ンは、前記第2のパタ−ンと少なくとも一部で接続されていることを特徴とする請求項１記載のレジストマ−ク。
【請求項４】前記第1及び第2のパタ−ンは、四角いリング状からなることを特徴とする請求項１記載のレジストマ−ク。
【請求項５】前記第1及び第2のパタ−ンは、前記四角いリング状の角部で接続されていることを特徴とする請求項４記載のレジストマ−ク。
【請求項６】位置計測用マ−クを有する下地膜を準備する工程と、所定形状の第1の枠からなり、かつこの第1の枠の内側から外側に向かう方向の幅が第1の寸法である第1のパタ−ンと、前記第1の枠の内側で前記第1のパタ−ンから離間して形成され、所定形状の第2の枠からなり、かつこの第2の枠の内側から外側に向かう方向の幅が第1の寸法より小さい第2の寸法からなる第2のパタ−ンとからなるレジストマ−クを前記位置計測用マ−ク上方に形成する工程と、前記位置計測用マ−クと前記レジストマ−クとの相互位置を計測する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】前記第2の寸法が０．３μｍ〜１０μｍであることを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】前記第1のパタ−ンは、前記第2のパタ−ンと少なくとも一部で接続されていることを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】前記第1及び第2のパタ−ンは、四角いリング状からなることを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】前記第1及び第2のパタ−ンは、前記四角いリング状の角部で接続されていることを特徴とする請求項９記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】下地膜を準備する工程と、所定形状の第1の枠からなり、かつこの第1の枠の内側から外側に向かう方向の幅が第1の寸法である第1のパタ−ンと、前記第1の枠の内側で前記第1のパタ−ンから離間して形成され、所定形状の第2の枠からなり、かつこの第2の枠の内側から外側に向かう方向の幅が第1の寸法より小さい第2の寸法からなる第2のパタ−ンとからなるレジストマ−クを前記下地膜上に形成する工程と、前記レジストマ−クを用いて前記下地膜をエッチングする工程と、エッチングされた前記下地膜を用いてウエハの位置を検出する工程とを有することを特徴とする半導体装置の形成方法。
【請求項１２】前記第2の寸法が０．３μｍ〜１０μｍであることを特徴とする請求項１１記載のレジストマ−ク。
【請求項１３】前記第1のパタ−ンは、前記第2のパタ−ンと少なくとも一部で接続されていることを特徴とする請求項１１記載のレジストマ−ク。
【請求項１４】前記第1及び第2のパタ−ンは、四角いリング状からなることを特徴とする請求項１１記載のレジストマ−ク。
【請求項１５】前記第1及び第2のパタ−ンは、前記四角いリング状の角部で接続されていることを特徴とする請求項１４記載の半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０００−１８８２５０（Ｐ２０００−１８８２５０Ａ）
【公開日】平成１２年７月４日（２０００．７．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平１０−３６２７１６
【出願日】平成１０年１２月２１日（１９９８．１２．２１）
【出願人】（００００００２９５）沖電気工業株式会社 (6,645)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１２年７月４日（２０００．７．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１０年１２月２１日（１９９８．１２．２１）
【出願人】（００００００２９５）沖電気工業株式会社 (6,645)
【Ｆターム（参考）】
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