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JP3654011B2 - Mask and method for manufacturing semiconductor device using the same - Google Patents
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JP3654011B2 - Mask and method for manufacturing semiconductor device using the same - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子、超伝導体素子、磁性体素子、光集積回路素子、等の各種固体素子の製造で用いるマスク及びそのマスクを用いた半導体装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、大規模半導体集積回路等の固体素子における極微細パタンの形成には、主に光リソグラフィ法の一つである縮小投影露光法が用いられてきた。本方法は、マスクあるいはレチクル(以下、マスクと総称する)上に形成されたマスクパタンを結像光学系を用いて基板上に縮小転写する方法である。
【0003】
半導体素子等の固体素子を製造するには複数層の回路パタンを高精度に重ね合わせて基板上に形成することが必要である。マスクパタンを基板上のパタンに対して位置決めして重ね合わせ転写する場合、基板上に形成されたマークパタンの位置を検出し、この検出結果からマスクパタン転写位置を決定して位置決めして重ね合わせ転写する。ここで、マークパタン位置の検出方法としては、基板上に形成されたパタンをレーザ光、白色光等の検出光を用いて検出し、得られた検出信号からマークパタンエッジ位置を検出してマークパタン位置を求める方法、マークパタンの2次元検出像を検出系であらかじめ記憶している基準パタンと比較することでマークパタン位置を求める方法等がある。
【0004】
上記マークパタンは露光ショット内に配置されるが、その配置位置はパタン転写に用いる露光装置に依存して配置できない領域が存在する場合もあるが基本的には露光領域内の任意の位置でよかった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
プロセス裕度拡大等を目的にケミカル・メカニカル・ポリシング技術(CMP技術)、ケミカル・メカニカル・ラッピング技術(CML技術)等の基板平坦化技術を用いて基板表面を研磨して平坦化する技術が用いられている。平坦化の際、基板上に形成されたパタンの配置、パタン密度、装置特性等に依存して基板表面研磨量の基板面内分布が生じる。このため、リソグラフィで重ね合わせ露光する際に用いる位置決め用のマークパタンや重ね合わせ転写した結果の重ね合わせずれ量を測定する重ね合わせずれ量測定パタン(重ね合わせ検査パタン)がパタン配置等に依存して非対称に研磨されてしまい、この結果測定ばらつきや測定誤差が生じてデバイスパタンの重ね合わせずれが生じてしまうという問題があった。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記問題は、基体上にレジスト膜を塗布する工程と、マスクを用いて露光して、前記レジスト膜をパターニングする工程と、その後、前記基体を平坦化する工程とを有し、前記マスクは、矩形状の第1の素子領域と第2の素子領域を含むチップ領域と、前記チップ領域を取り囲んで配置されたスクライブライン領域と、前記スクライブライン領域内に配置された位置決め用のマークパタンとを有し、前記位置決め用のマークパタンは、前記第1の素子領域と前記第2の素子領域との中間位置となるように前記スクライブライン領域内に配置され、前記第1の素子領域のパタン配置密度と前記第2の素子領域のパタン配置密度とが前記位置決め用のマークパタンに対して対称となるような位置に前記位置決め用のマークパタンが配置されている半導体装置の製造方法により、さらに、前記平坦化する工程は、ケミカル・メカニカル・ポリッシング法、もしくはケミカル・メカニカル・ラッピング法であることにより解決される。
【0007】
さらに上記問題は上記の露光用マスクにより、さらに前記露光用マスクを用いて回路パタンを転写することにより、さらに前記パタン転写方法を用いて製造する固体素子の製造方法により解決される。
【0008】
【発明の実施の形態】
(実施例1)
以下、本発明を実施例を用いて説明する。
【0009】
ここでは最小設計寸法0.2μmの256メガビットDRAM(ダイナミックランダムアクセスメモリ)級の大規模集積回路記憶素子の製造工程を例に説明する。
【0010】
本実施例では開口数NA=0.60の縮小比5:1のKrFエキシマレーザ(露光波長248nm)縮小投影露光装置とハーフトーン位相シフトマスクを用い、露光装置の照明条件を輪帯照明条件(コヒーレンシ(sigma)値で外径sigma値0.8、内径sigma値0.4のドーナツ状照明光源形状条件)やコヒーレンシ値0.3の小sigma照明条件等を用いて最小設計寸法0.2μmのパタンを基板上に転写した。
【0011】
図2に露光ショット内のマスクパタン配置状態を模式的に示す。露光ショット3内にレイアウトの同じ2つのチップ10−1、10−2が並んで配置されている。重ね合わせ露光で位置決めに用いる露光装置用のマークパタン、重ね合わせずれ量を測定するための重ね合わせずれ検査パタン、その他の検査用パタン、QCパタンは通常スクライブ領域と呼ばれるチップ10−1、10−2以外の領域11内に配置されている。露光装置用のマークパタンは、図13に模式的に示したような十字形状のマーク33、あるいは図14、図15に模式的に示したようなラインパタン群からなるマークパタン34、35等が用いられる。重ね合わせずれ検査パタンとしては例えば図12に模式的に示したようなbox in boxパタン等が用いられる。図12の重ねあわせずれ検査パタンは基板上に形成された被重ね合わせ層パタン31に対して重ね合わせ層パタン32が転写された状態を示している。重ね合わせずれ量は被重ね合わせ層パタン31に対する重ね合わせ層パタン32の相対的な位置ずれ量から求めることができる。
【0012】
各チップ内のパタンは記憶素子パタンがまとめて配置されたメモリセルブロック13、記憶素子に記憶したデータの読み書き等を制御するためのパタンが配置された周辺回路パタン領域12に大別できる。又、両者のパタン密度は異なっていた。
【0013】
露光装置で使用する位置決め用のマークパタンはX、Y両方向用の1つを配置する場合、X方向用、Y方向用の2つのマークパタンを配置する場合、X方向用、Y方向用、ショット回転計測用の3つのマークパタンを配置する場合、等がある。
【0014】
一方、CMP法等を用いた基板平坦化工程では、基板上に形成されたパタンのパタン密度、パタン配置、研磨装置に依存してチップ内、ウエハ内で研磨量分布が生じる。例えば、基板上に穴パタンを形成し、この穴をタングステン膜で埋め込んだ後に穴部分に埋め込まれた部分以外のタングステン膜をCMP法で研磨して平坦化する場合、タングステン膜が埋め込まれた穴パタンのパタン密度が高い場合とパタン密度が低い場合とでは研磨速度が異なってくる。この場合、穴パタン密度に依存してCMP研磨後の基板表面凹凸が発生する。このため、周辺の穴パタン密度が変化している部分のようなCMP研磨速度が変化するような場所にマークパタンが配置されていると、マークパタンが研磨速度分布に応じて非対称に研磨されてしまう。CMP法のような基板平坦化工程では、このようなパタン密度に依存した研磨分布に加えてウエハ面内での研磨分布も生じるため、研磨速度変化があるような部分に配置されたマークパタンの研磨ばらつき、非対称性はさらに大きくなってしまう恐れがある。以上で述べたような研磨の非対称性や研磨ばらつきはマークパタンの検出誤差を発生させるため、結果として重ね合わせ精度の劣化を生じさせてしまう。
【0015】
上記問題を解決するには、マークパタンや検査用パタンを基板平坦化工程による基板表面凹凸の分布、ばらつきの影響を受けにくい位置に配置することが必要である。例えば、あるマークパタンの配置位置が、そのマークパタン周辺の基板上のパタン密度、配置が対称的になるようにすればよい。以下において、このようなパタン配置を実現した例について説明する。
【0016】
例えば図2の例では、露光装置用のXマークパタン14を2つのチップ間の中心位置17に重なるように配置している。XマークパタンはX方向の位置決めに用いるものであり、例えば図14に示したようにY方向に平行な直線パタンが複数個配置されたパタン等を用いることができる。通常は図1に模式的に示したようにウエハ上に露光ショットを繰り返して配置するので、同一のパタンが上下左右に繰り返して隣接して配置される。すなわち、Xマークパタン14の上下及び左右方向について、配置されたパタンのパタン密度は対称的になる。これによりXマークパタン14配置位置付近の研磨速度変化が抑えられるので、Xマークパタン14は上下方向及び左右方向に対して対称的に平坦化研磨されるようになる。
【0017】
同様に、Y方向マークについても周辺に配置されたパタンのパタン密度が対称的になるような位置に配置することが好ましい。図2に示した例ではYマークパタン15をチップの中央付近のメモリセルブロック13の中間位置18に重なるように配置している。YマークパタンはY方向の位置決めに用いるものであり、例えば図15に示したように図14のマークパタンを90度回転したものを用いることができる。
【0018】
なお、マークパタン14、15は基板平坦化工程で直接研磨されるような断面構造であった。
【0019】
以上で述べたようにしてマークパタンを配置したマスクパタンを基板上に転写した例を図3、図4に模式的に示す。図3ではマークパタン15、15”の中心がチップとチップの境界の中心線21−1、21−2上で、かつ、メモリセルブロック13、13’、13”の中心線上19−3に転写されている。図4では中心線21−1、21−2上で、かつ、メモリセルブロック間の中心線18−2上にマークパタン15、15”の中心が重なるように転写されている。いずれの例でもマークパタン15、15”近傍に配置されたパタンのパタン密度分布は上下方向、左右方向に対して対称になるので、マークパタン15、15”は対称的に平坦化研磨されるようになる。
【0020】
一方、重ね合わせずれ検査パタン16−1〜16−4についても同様に、各パタンの配置位置がそのマークパタン周辺のパタン密度、配置が対称的になるように配置すればよい。検査パタン16−1〜16−4も基板平坦化工程で表面が直接研磨されるような断面構造であった。図2に示した例では各メモリセルブロック13のY方向中心19−1、19−2に重なるように配置している。
【0021】
図2に示した例において、マークパタン14、15は重ね合わせずれ検査パタンについても例えば基板上に転写した結果チップとチップの境界の中心に配置することが好ましい。しかし、各ショットの左右に同じように重ね合わせずれ検査パタンを配置すると、基板上で左右の重ね合わせずれ検査パタンが重ね合わされて転写されてしまうので、重ね合わせずれ検査パタンとして用いることができなくなってしまう。そこで、周辺パタンの対称性をできるだけ保ちながら、かつ、左右の重ね合わせずれ検査パタンが基板上で重なって転写されないようにするために、例えば図5に模式的に示したように中心線19−4が重ね合わせずれ検査パタン20−1、20−2の境界となるように重ね合わせずれ検査パタン20−1、20−2を配置すればよい。このとき、チップとチップの境界の中心となる中心位置21−1、21−2と各検査パタンの中心とを重ねて配置することはできる。図5に示したように配置したマスクパタンを基板上に転写すると、図6に模式的に示したように図1チップEとチップF及びチップFとチップGとのそれぞれの境界の中央線21−1、21−2と各検査パタン20−1、20−2、20−1’、20−2’の中心が重なり、また、メモリセルブロックの中央線19−4の上下位置に各検査パタンが配置される。重ね合わせずれ検査パタンをメモリセルブロック13の間に配置した場合も同様である。
【0022】
図7はメモリセルブロックの中心線19−6上に重ね合わせずれ検査パタン20−1、20−2を横に並べて配置した例である。この例ではチップEとチップF、チップFとチップGとの境界の中心線21−1、21−2の両側に各中心線について対称に配置した。この場合にはY方向に対して対称に、X方向に対してもほぼ対称なパタン配置となる。これにより検査パタンはほぼ対称的に平坦化研磨されるので、研磨分布等に起因した検出誤差を抑えることができる。
【0023】
ところで、実際のデバイス製造では複数層で基板平坦化工程を行なう場合がある。この場合、すべてのマークパタンを最適な位置に配置することが困難になってくる。そこで、転写パタン層に優先順位をつけて、最適配置位置から順に配置していくことになる。ここで優先順位としては、基板平坦化研磨ばらつきの影響を受けやすい方から、さらに、必要重ね合わせ精度が高い方から配置すればよい。例えば図8に示した例では、重ね合わせずれ検査パタンがメモリセルブロック13のY方向中心線19−4を中心に上下に片側3個づつ配置されているが、重ね合わせずれ検査パタン20ー1及び20−2が研磨の影響をもっとも受けやすく、かつ、最も高い重ね合わせ精度が要求される層間の重ね合わせずれを測定する際に用いるパタンとした。なお、ここでは検査パタン20ー1、20−2は同一のパタンである。パタン20−3、20−4はパタン20−1の次に研磨の影響を受けやすく、また、パタン20−1と同じ重ね合わせ精度が要求される層間の合わせずれ測定パタンとした。パタン20−5はパタン20−3と同程度に研磨の影響を受けやすいが要求重ね合わせ精度はパタン20−3よりも大きな層間の合わせずれ測定パタンとした。チップの左右で中心線19−4の上下に分けて配置しているのは、図5で説明したようにウエハ上で左右のパタンが重ならないようにするためである。パタン20−3とパタン20−4は同一、パタン20−5とパタン20−6は同一パタンである。
【0024】
露光装置で重ね合わせ露光する際に用いる位置決め用のマークパタンについても同様に優先順位をつけて最適位置から順に配置していけばよい。例えば図9に示した例では、マークパタン15−1、15−2、15−3、15−4の順に平坦化研磨のばらつき等の影響を受けやすい順番となっている。
【0025】
図10に示した例ではショット内のパタン密度がショット中心に対してX、Y方向に対してほぼ対称に分布するようにパタンが配置されている。このため、例えばメモリセルブロック13の中心線19−7〜19−10上、メモリセルブロック13の間の中心線18−1〜18−3上、チップとチップの境界の中心線17上、ショットの四隅位置において、基板上にパタンを転写したときに周辺のパタン密度がほぼ対称になる。そこで、重ね合わせ露光で用いるXマークパタン27、28をショット下部のスクライブ領域の中心21−4と中心線19−7、17との交点上に、Yマークパタン25、26をショット左側のスクライブ領域の中心21−1と中心線19−9、18−1との交点上に配置した。また、重ね合わせずれ検査パタン16−1〜16−4はショット左右のスクライブ領域に、パタンを基板上に転写した際に重ならないようにメモリセルブロック13の中心線19−8、19−10の上下に、かつ、スクライブ領域の中心線21−1、21−2上に配置した。
【0026】
また、ショットの四隅にも重ね合わせずれ検査パタン24−1〜24−4を配置した。ショットコーナー部の基板上に転写されたパタンの模式図を図11に示す。図1のショット配置を例に用いて説明すると、チップA、B、C、Dが接するショットのコーナー部分に重ね合わせずれ検査パタン24−1〜24−4が転写されている。ここで、24−1はチップBの左下隅、24−2はチップDの左上隅、24−3はチップCの右上隅、24−4はチップAの右下隅にそれぞれ配置されたものである。各チップとチップの境界の中央線21−3、19−8はショット4辺のスクライブ領域の中心線と一致している。図10に示した例ではチップ内のパタン密度が上下、左右方向に対してほぼ対称であったので、ショットの四隅位置に対する周辺のパタン密度はほぼ対称になる。従って、検査パタン24−1〜24−4は基板平坦化工程で対称的に研磨されるようになる。
【0027】
なお、図10に示した例では、マークパタン25、27は基板平坦化工程でマークパタン上に積層されたシリコン酸化膜が研磨されるような断面構造であった。すなわち、基板平坦化工程後のマークパタン上のシリコン酸化膜厚が均一になるようにすることでマークパタン検出誤差を抑えるようにしたものである。
【0028】
(実施例2)
次に、最小設計寸法0.2μmの64メガビットDRAM(ダイナミックランダムアクセスメモリ)級の半導体メモリ素子とゲート寸法0.25μmの半導体論理素子の両方を同一チップ上に集積した大規模集積回路素子の製造工程用マスクのマスクパタンを例に説明する。パタン配置を図16に模式的に示す。露光ショット3内にスクライブ領域11、メモリ素子領域41、論理素子領域40が配置されている。ここで、基板平坦化工程時に基板上に形成されて平坦化研磨されるパタンのパタン密度はメモリ素子領域41と論理素子領域40とで異なっていた。また、各領域内でのパタン配置密度はほぼ一様で、各領域内のパタン密度の変化は基板平坦化研磨の研磨速度変化が十分小さい範囲内となる程度であった。
【0029】
露光装置で重ねあわせ露光する際に用いるYマークパタン29の中心がメモリ素子領域41のY方向の中心線42上に重るように、Xマークパタン30の中心がチップのX方向の中心線44上に重なるように配置した。また、重ね合わせずれ検査パタン16−1〜16−4は中心線42および中心線43の上下に配置した。ここで、中心線42上にはYマークパタン29を優先して配置したため、基板上に形成された回路パタンとYマークパタン29を検出して位置決めして転写した回路パタンとの重ね合わせずれ量を測定するための重ね合わせずれ検査パタン16−1と16−2をYマークパタン29の上下に配置した。なお、マークパタン29、30は基板平坦化工程であるCMP工程により研磨されるパタン断面構造であった。また、重ね合わせ検査パタン16−1〜16−4の基準側パタンも同様にCMP工程で研磨される断面構造であった。
【0030】
各マークパタンおよび重ね合わせ検査パタンを配置した位置は周辺に配置されたパタンのパタン密度分布の対称軸近傍位置とした。
【0031】
(実施例3)
図17はメモリ素子と論理素子を同一チップ上に形成した別のメモリ・ロジック混載型半導体装置のパタン配置を模式的に示した図である。チップ3内に論理素子領域40、メモリ素子領域41−1、41−2が配置されている。基板平坦化工程で研磨、平坦化されるパタンの密度は論理素子領域40とメモリ素子領域41−1,41−2間で異なっていた。また、その他の層のパタンのパタン密度についても、論理素子領域40とメモリ素子領域40−1、40−2とで異なっていた。
【0032】
この例ではYマークパタン29を論理素子領域の中心線43上で、かつ、スクライブ領域の中心線21−1上に配置した。同様にXマークパタン30をチップ中心線44上で、かつ、スクライブ領域の中心線21−4上に配置した。重ね合わせずれ検査パタン24−1〜24−4はチップの四隅位置に配置した。この場合もマークパタンおよび重ね合わせ検査パタン配置位置は周辺パタン配置がほぼ対称になるような位置である。
【0033】
なお、基板上にパタンが転写された状態では左右に隣接したショットのスクライブ領域の中心線21−1と中心線21−2とは重なって転写されている。同様に上下に隣接したショットのスクライブ領域の中心線21−3と中心線21−4とは重なって転写されている。また、ターゲットパタン29、30及び重ね合わせずれ検査パタン24−1〜24−4は基板平坦化工程で平坦化研磨されるパタン断面構造となっていた。また、重ね合わせずれ検査パタン16−9、16−10は検査パタン16−9、16−10の被重ね合わせ層で形成したパタン上に積層されたシリコン酸化膜が基板表面平坦化工程で研磨されるような断面構造であった。重ね合わせずれ検査パタン24−1〜24−4、16−1、16−2はいずれもマークパタン29、30を検出して基板上に形成された被重ね合わせ層パタンに対して位置決めして重ね合わせ露光した重ね合わせ層パタンと、被重ね合わせ層パタンとの重ね合わせ精度を測定する際に用いるものである。
【0034】
以上で説明したようにマークパタンを配置する際、配置するマークパタンが複数個ある場合、マークパタンが対称的に研磨されるような位置あるいはその近傍で非対称研磨量が十分小さくなるような位置に必ずしも配置できるとは限らない。このような場合、例えば図18に模式的に示したようにマークパタン36の周辺にダミーパタン37を配置して、マークパタン36の研磨対称性を改善することもできる。この場合のダミーパタンの配置は、研磨によるマークパタン非対称削れが十分に抑えられるようなパタン形状、パタン密度、配置領域サイズに設定することが望ましい。
【0035】
(実施例3)
図19は本発明のマスクパタンレイアウト方法を用いて製造したマスクを用いたマスクパタン露光方法を実現する露光装置の構成例である。光源71から発する光は、フライアイレンズ72、アパーチャ70、コンデンサレンズ73、75及びミラー74を介してマスク77を照明する。光学条件のうち、コヒーレンシはアパーチャ76の開口部の大きさを変化させることにより調整した。
【0036】
マスク77上には異物付着によるパタン転写不良を防止するためのペリクル78が設けられている。マスク77上に描かれたマスクパタンは、投影レンズ80を介して試料基板であるウエハ81上に投影される。なお、マスク77はマスク位置制御手段91で制御されたマスクステージ79上に載置され、その中心と投影レンズ80の光軸とは正確に位置合わせがなされている。
【0037】
ウエハ81は、試料台82上に真空吸着されている。試料台82は、投影レンズ80の光軸方向すなわちZ方向に移動可能なZステージ83上に載置され、さらにXYステージ84上に搭載されている。Zステージ83及びXYステージ84は、主制御系89からの制御命令に応じてそれぞれの駆動手段87、88によって駆動されるので、所望の露光位置に移動可能である。その位置はZステージ83に固定されたミラー86の位置として、レーザ測長機85で正確にモニタされている。また、ウエハ81の表面位置は、通常の露光装置が有する焦点位置検出手段で計測される。計測結果に応じてZステージ83を駆動させることにより、ウエハ81の表面は常に投影レンズ80の結像面と一致させることができる。
【0038】
ウエハ81上に形成された回路パタンに対してマスク77上の回路パタンを重ね合わせ露光する場合、ウエハ81上に形成されたマークパタンの位置をアライメント検出光学系93を用いて検出し、検出結果からウエハ81を位置決めして重ね合わせ転写する。
【0039】
主制御系89はネットワーク装置94と接続されており、露光装置状態の遠隔監視等が可能である。
【0040】
(実施例4)
図20は、本実施例で製造した半導体集積回路素子の一部分を示した断面模式図である。図は蓄積電極形成後に絶縁膜を積層した工程での断面を示した。P型のSi半導体101を基板に用い、その表面に公知の素子分離技術を用いて埋め込み型素子分離領域102を形成する。次に、例えば厚さ150nmの多結晶シリコンと厚さ200nmの酸化シリコンを積層した構造のワード線105を形成する。通常の工程を経て素子領域100とデータ線109を接続するデータ線コンタクトパタン108を形成し、さらに多結晶シリコン又は高融点金属シリサイド、あるいはこれらの積層膜などから成るデータ線109を形成し、さらに多結晶シリコンからなる蓄積電極114を形成する。その後、五酸化タンタルを被着してキャパシタ用絶縁膜115を形成する。キャパシタ用絶縁膜としては、五酸化タンタル以外にも窒化シリコン、酸化シリコン、強誘電体、あるいはこれらの複合膜などを用いることもできる。ひきつづき多結晶シリコン、高融点金属、高融点金属シリサイド、あるいはAl、Cu等の低抵抗な導体を被着しプレート電極116を形成する。ここでは代表的な製造工程のみを説明したが、これ以外は通常の素子製造工程を用いた。
【0041】
ここに示した例では、例えばデータ線コンタクトパタン108を形成するために、レジストパタンをマスクにコンタクト孔を形成した後タングステン膜を積層し、CMP法により基板表面を研磨してコンタクト孔内にのみタングステン膜が残るようにした。データ線109を形成するためのレジストパタン転写工程ではデータ線コンタクトパタン108を形成する際に同時に形成したマークパタンを用いたので、基板平坦化工程で研磨される断面構造であった。そこで、このとき用いるマークパタンおよび重ね合わせ検査パタンを上記で説明したように周辺パタンのパタン密度が対称になるような位置に配置した。
【0042】
次に、上述の半導体集積回路素子を製造するためのリソグラフィ工程で形成したパタンについて説明する。図21に製造した半導体集積回路素子を構成する代表的なパタンのメモリ部のパタン配置を示す。ワード線122、データ線124、アクティブ領域121、データ線コンタクト孔123、蓄積電極126、電極取り出し孔125のパタンが配置されている。本実施例では、ワード線122、データ線124のパタン転写にハーフトーン位相シフトマスクを、蓄積電極126のパタン転写にレベンソンタイプの位相シフトマスクを用いた。また、データ線コンタクト孔123、電極取り出し孔125のパタン転写にもハーフトーン位相シフトマスクを用いた。
【0043】
データ線コンタクト孔123と同時に転写されるマークパタンおよび重ね合わせ検査パタンはデータ線126のパタン転写時に用いられるため、前述のようにこれらパタンを周辺パタンのパタン密度が対称になるような位置に配置した。
【0044】
以上で説明したようにして製造したマスクを用いることにより基板平坦化工程でのマークパタンおよび重ね合わせ検査パタンの非対称研磨を抑えることができるため、マークパタン検出だまされ、検出ばらつきを抑制することができる。これにより重ね合わせ精度を向上し、結果として上記大規模集積回路素子を高い歩留まりで製造することができる。
【0045】
なお、露光手段はKrFやArF等のエキシマレーザーに限らず、EBやEUBを用いても良いことは言うまでもない。
【0046】
【発明の効果】
以上本発明によれば基板平坦化工程でのマークパタンや重ね合わせ検査パタンの非対称研磨を抑制することができるため、マークパタンの検出誤差を抑え、高精度な重ね合わせを実現できる。さらにこれにより、固体素子を高い歩留まりで製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】基板上の露光ショット配列例を示した模式図。
【図2】本発明の一実施例を示した模式図。
【図3】本発明によるパタン配置の一例を示した模式図。
【図4】本発明によるパタン配置の一例を示した模式図。
【図5】本発明によるパタン配置の一例を示した模式図。
【図6】本発明によるパタン配置の一例を示した模式図。
【図7】本発明によるパタン配置の一例を示した模式図。
【図8】本発明によるパタン配置の一例を示した模式図。
【図9】本発明によるパタン配置の一例を示した模式図。
【図10】本発明によるパタン配置の一例を示した模式図。
【図11】本発明によるパタン配置の一例を示した模式図。
【図12】重ね合わせずれ検査パタンの一例を示した模式図。
【図13】重ね合わせ露光用ターゲットパタンの一例を示した模式図。
【図14】重ね合わせ露光用X方向ターゲットパタンの一例を示した模式図。
【図15】重ね合わせ露光用Y方向ターゲットパタンの一例を示した模式図。
【図16】本発明によるパタン配置の一例を示した模式図。
【図17】本発明によるパタン配置の一例を示した模式図。
【図18】本発明によるターゲットパタンの一例を示した模式図。
【図19】露光装置の構成を示した模式図。
【図20】実施例で製造した半導体装置の断面の一部分を示した模式図。
【図21】実施例で製造した半導体装置のパタン配置模式図。
【符号の説明】
1:基板、2:露光ショット、3:チップパタン領域、4:スクライブ領域、10−1、10−2:チップ、11:スクライブ領域、12、12’、12”:第1のパタン領域、13、13’、13”:第2のパタン領域、14:Xマークパタン、15、15’、15−1〜15−4、15−1’〜15−4’:Yマークパタン、16−1〜16−10:重ね合わせずれ検査パタン、17:チップ境界中心線、18−1:第2のパタン領域間の中心線、19−1〜19−10:第2のパタン領域の中心線、20−1〜20−6:重ね合わせずれ検査パタン、21−1〜21−3:チップ境界の中心線、24−1〜24−4:重ね合わせずれ検査パタン、25、26、29:Yマークパタン、27、28、30:Xマークパタン、31:被重ね合わせ層パタン、32:重ね合わせ層パタン、33、34、35:マークパタン、36:マークパタン、37:ダミーパタン、40:論理素子回路領域、41:メモリ素子回路領域、42:メモリ素子領域のY方向中心線、43:論理素子領域のY方向中心線、44:チップのX方向中心線、70:アパーチャ、71:光源、72:フライアイレンズ、73、75:コンデンサレンズ、74:ミラー、77:マスク、76:アパーチャ、78:ペリクル、80:投影レンズ、81:ウエハ91:マスク位置制御手段、79:マスクステージ、82:試料台、83:Zステージ、84:XYステージ、89:主制御系、87、88:駆動手段、86:ミラー、85:レーザ測長機、93:アライメント検出光学系、94:ネットワーク装置、101:半導体基板、102:埋め込み型素子分離領域、105:ワード線、108:データ線、114:蓄積電極、115:キャパシタ用絶縁膜、116:プレート電極、122:ワード線、124:データ線、121:アクティブ領域、123:データ線コンタクト孔、126:蓄積電極、125:電極取り出し孔。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a mask used in manufacturing various solid-state elements such as a semiconductor element, a superconductor element, a magnetic element, and an optical integrated circuit element, and a method for manufacturing a semiconductor device using the mask.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a reduction projection exposure method, which is one of photolithography methods, has been mainly used to form ultrafine patterns in solid-state devices such as large-scale semiconductor integrated circuits. This method is a method in which a mask pattern formed on a mask or a reticle (hereinafter collectively referred to as a mask) is reduced and transferred onto a substrate using an imaging optical system.
[0003]
In order to manufacture a solid element such as a semiconductor element, it is necessary to superimpose a plurality of layers of circuit patterns on the substrate. When the mask pattern is positioned and transferred with respect to the pattern on the substrate, the position of the mark pattern formed on the substrate is detected, and the mask pattern transfer position is determined from this detection result and positioned and superimposed. Transcript. Here, as a method for detecting the mark pattern position, the pattern formed on the substrate is detected using detection light such as laser light or white light, and the mark pattern edge position is detected from the obtained detection signal. There are a method for obtaining a pattern position, a method for obtaining a mark pattern position by comparing a two-dimensional detection image of a mark pattern with a reference pattern stored in advance in a detection system, and the like.
[0004]
Although the mark pattern is arranged in the exposure shot, there may be a region where the mark pattern cannot be arranged depending on the exposure apparatus used for pattern transfer, but basically it may be at an arbitrary position in the exposure region. .
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
For the purpose of expanding process tolerance, etc., the technology used to polish and flatten the substrate surface using substrate flattening technology such as chemical mechanical polishing technology (CMP technology) and chemical mechanical wrapping technology (CML technology). It has been. During planarization, an in-plane distribution of the substrate surface polishing amount occurs depending on the arrangement of patterns formed on the substrate, pattern density, device characteristics, and the like. For this reason, the positioning mark pattern used for overlay exposure in lithography and the overlay deviation measurement pattern (overlay inspection pattern) for measuring the overlay deviation amount as a result of overlay transfer depend on the pattern arrangement and the like. As a result, there is a problem that the measurement pattern variation and measurement error occur, resulting in misalignment of device patterns.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The above problem includes a step of applying a resist film on a base, a step of patterning the resist film by exposure using a mask, and a step of flattening the base after that. A rectangular chip region including a first element region and a second element region; a scribe line region disposed surrounding the chip region; and a positioning mark pattern disposed in the scribe line region. And the positioning mark pattern is arranged in the scribe line region so as to be an intermediate position between the first element region and the second element region, and the pattern arrangement of the first element region The density and the pattern arrangement density of the second element region are symmetric with respect to the positioning mark pattern. The mark pattern for positioning Further, the flattening step is solved by a chemical mechanical polishing method or a chemical mechanical lapping method.
[0007]
Further, the above problem is solved by a method of manufacturing a solid element, which is manufactured by transferring the circuit pattern using the exposure mask, and further using the exposure mask.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Example 1)
Hereinafter, the present invention will be described using examples.
[0009]
Here, a manufacturing process of a 256 megabit DRAM (Dynamic Random Access Memory) class large-scale integrated circuit memory element having a minimum design size of 0.2 μm will be described as an example.
[0010]
In this embodiment, a KrF excimer laser (exposure wavelength 248 nm) reduced projection exposure apparatus with a numerical aperture NA = 0.60 and an exposure wavelength of 248 nm and a halftone phase shift mask are used, and the exposure conditions of the exposure apparatus are annular illumination conditions (coherency ( A pattern having a minimum design dimension of 0.2 μm was transferred onto the substrate using a sigma) outer diameter sigma value of 0.8, an inner diameter sigma value of 0.4 and a small sigma illumination condition of a coherency value of 0.3.
[0011]
FIG. 2 schematically shows a mask pattern arrangement state in an exposure shot. In the exposure shot 3, two chips 10-1, 10-2 having the same layout are arranged side by side. A mark pattern for an exposure apparatus used for positioning in overlay exposure, an overlay displacement inspection pattern for measuring an overlay displacement amount, other inspection patterns, and a QC pattern are chips 10-1, 10- which are usually called scribe areas. It is arranged in the area 11 other than 2. The mark pattern for the exposure apparatus includes a cross-shaped mark 33 as schematically shown in FIG. 13, or mark patterns 34 and 35 consisting of a line pattern group as schematically shown in FIGS. Used. As the overlay displacement inspection pattern, for example, a box in box pattern schematically shown in FIG. 12 is used. 12 shows a state where the overlay layer pattern 32 is transferred to the overlay layer pattern 31 formed on the substrate. The overlay deviation amount can be obtained from the relative positional deviation amount of the overlay layer pattern 32 with respect to the overlay layer pattern 31.
[0012]
The patterns in each chip can be roughly divided into a memory cell block 13 in which memory element patterns are collectively arranged and a peripheral circuit pattern area 12 in which patterns for controlling reading and writing of data stored in the memory elements are arranged. Moreover, the pattern density of both was different.
[0013]
The positioning mark pattern used in the exposure apparatus is one for both X and Y directions, when two mark patterns for X direction and Y direction are arranged, and for X direction, Y direction, and shot. For example, there are three mark patterns for rotational measurement.
[0014]
On the other hand, in the substrate flattening process using the CMP method or the like, a polishing amount distribution is generated in the chip and in the wafer depending on the pattern density, pattern arrangement, and polishing apparatus of the pattern formed on the substrate. For example, when a hole pattern is formed on a substrate and the hole is filled with a tungsten film, and then a tungsten film other than the part buried in the hole is polished and planarized by CMP, the hole filled with the tungsten film The polishing rate differs depending on whether the pattern density of the pattern is high or low. In this case, substrate surface irregularities after CMP polishing occur depending on the hole pattern density. For this reason, if the mark pattern is arranged at a location where the CMP polishing rate changes, such as a portion where the peripheral hole pattern density is changing, the mark pattern is asymmetrically polished according to the polishing rate distribution. End up. In the substrate flattening process such as the CMP method, in addition to the polishing distribution depending on the pattern density, a polishing distribution in the wafer surface also occurs. Therefore, the mark pattern arranged in the portion where the polishing speed changes is changed. Polishing variation and asymmetry may be further increased. The polishing asymmetry and the polishing variation as described above cause a mark pattern detection error, and as a result, the overlay accuracy deteriorates.
[0015]
In order to solve the above problem, it is necessary to arrange the mark pattern and the inspection pattern at a position that is not easily affected by the distribution and unevenness of the substrate surface unevenness in the substrate flattening process. For example, the arrangement position of a certain mark pattern may be made symmetrical with respect to the pattern density and arrangement on the substrate around the mark pattern. Hereinafter, an example in which such a pattern arrangement is realized will be described.
[0016]
For example, in the example of FIG. 2, the X mark pattern 14 for the exposure apparatus is disposed so as to overlap the center position 17 between the two chips. The X mark pattern is used for positioning in the X direction. For example, as shown in FIG. 14, a pattern in which a plurality of linear patterns parallel to the Y direction are arranged can be used. Usually, as schematically shown in FIG. 1, exposure shots are repeatedly arranged on a wafer, so the same pattern is repeatedly arranged vertically and adjacently. That is, the pattern density of the arranged pattern is symmetrical with respect to the vertical and horizontal directions of the X mark pattern 14. As a result, a change in the polishing rate near the position where the X mark pattern 14 is arranged is suppressed, and the X mark pattern 14 is flattened and polished symmetrically in the vertical direction and the horizontal direction.
[0017]
Similarly, it is preferable to arrange the Y direction mark at a position where the pattern density of the patterns arranged in the periphery is symmetrical. In the example shown in FIG. 2, the Y mark pattern 15 is arranged so as to overlap the intermediate position 18 of the memory cell block 13 near the center of the chip. The Y mark pattern is used for positioning in the Y direction. For example, as shown in FIG. 15, the mark pattern of FIG. 14 rotated 90 degrees can be used.
[0018]
The mark patterns 14 and 15 had a cross-sectional structure that was directly polished in the substrate planarization process.
[0019]
An example in which the mask pattern having the mark pattern arranged thereon as described above is transferred onto the substrate is schematically shown in FIGS. In FIG. 3, the centers of the mark patterns 15 and 15 ″ are transferred onto the center lines 21-1 and 21-2 of the chip-to-chip boundary and onto the center lines 19-3 of the memory cell blocks 13, 13 ′ and 13 ″. Has been. In FIG. 4, the marks are transferred so that the centers of the mark patterns 15 and 15 ″ overlap on the center lines 21-1 and 21-2 and on the center line 18-2 between the memory cell blocks. Since the pattern density distribution of the patterns arranged in the vicinity of the mark patterns 15 and 15 ″ is symmetrical with respect to the vertical direction and the horizontal direction, the mark patterns 15 and 15 ″ are symmetrically flattened and polished.
[0020]
On the other hand, the overlay misalignment inspection patterns 16-1 to 16-4 may be similarly arranged so that the arrangement positions of the patterns are symmetrical with respect to the pattern density and arrangement around the mark pattern. The inspection patterns 16-1 to 16-4 also have a cross-sectional structure in which the surface is directly polished in the substrate flattening process. In the example shown in FIG. 2, the memory cell blocks 13 are arranged so as to overlap the Y-direction centers 19-1 and 19-2.
[0021]
In the example shown in FIG. 2, the mark patterns 14 and 15 are also preferably arranged at the center of the boundary between chips as a result of transferring the overlay displacement inspection pattern onto the substrate, for example. However, if the overlay misalignment inspection patterns are similarly arranged on the left and right of each shot, the left and right overlay misalignment inspection patterns are superimposed and transferred on the substrate, and thus cannot be used as overlay misalignment inspection patterns. End up. Therefore, in order to keep the symmetry of the peripheral pattern as much as possible and prevent the left and right overlay displacement inspection patterns from being superimposed and transferred on the substrate, for example, as shown schematically in FIG. The overlay displacement inspection patterns 20-1 and 20-2 may be arranged so that 4 is the boundary between the overlay displacement inspection patterns 20-1 and 20-2. At this time, the center positions 21-1 and 21-2 that are the centers of the boundaries between the chips and the centers of the respective inspection patterns can be arranged to overlap each other. When the mask pattern arranged as shown in FIG. 5 is transferred onto the substrate, as shown schematically in FIG. 6, the center lines 21 of the boundaries between the chip E and the chip F and between the chip F and the chip G in FIG. -1, 21-2 and the center of each test pattern 20-1, 20-2, 20-1 ′, 20-2 ′ overlap, and each test pattern is located above and below the center line 19-4 of the memory cell block. Is placed. The same applies to the case where the overlay shift inspection pattern is arranged between the memory cell blocks 13.
[0022]
FIG. 7 shows an example in which overlay displacement inspection patterns 20-1 and 20-2 are arranged side by side on the center line 19-6 of the memory cell block. In this example, the center lines 21-1 and 21-2 at the boundaries between the chip E and the chip F and the chip F and the chip G are arranged symmetrically with respect to the center lines. In this case, the pattern arrangement is symmetrical with respect to the Y direction and substantially symmetrical with respect to the X direction. As a result, the inspection pattern is flattened and polished almost symmetrically, so that detection errors due to the polishing distribution and the like can be suppressed.
[0023]
By the way, in actual device manufacturing, a substrate planarization process may be performed with a plurality of layers. In this case, it becomes difficult to arrange all the mark patterns at optimal positions. Therefore, priorities are assigned to the transfer pattern layers, and the transfer pattern layers are arranged in order from the optimum arrangement position. Here, as a priority order, it may be arranged from the one that is easily influenced by the substrate flattening polishing variation and the one that has a higher required overlay accuracy. For example, in the example shown in FIG. 8, the overlay misalignment inspection patterns are arranged three on one side up and down about the Y-direction center line 19-4 of the memory cell block 13, but the overlay misalignment inspection pattern 20-1 is arranged. And 20-2 are patterns that are most easily affected by polishing and are used when measuring overlay deviation between layers that require the highest overlay accuracy. Here, the inspection patterns 20-1 and 20-2 are the same pattern. Patterns 20-3 and 20-4 were easily affected by polishing after pattern 20-1, and were used as interlayer misalignment measurement patterns that required the same overlay accuracy as pattern 20-1. The pattern 20-5 is easily affected by polishing to the same extent as the pattern 20-3, but the required overlay accuracy is a layer misalignment measurement pattern larger than the pattern 20-3. The reason why the right and left sides of the chip are arranged separately above and below the center line 19-4 is to prevent the left and right patterns from overlapping on the wafer as described with reference to FIG. The pattern 20-3 and the pattern 20-4 are the same, and the pattern 20-5 and the pattern 20-6 are the same pattern.
[0024]
Similarly, the positioning mark patterns used for overlay exposure by the exposure apparatus may be arranged in order from the optimum position with priorities. For example, in the example shown in FIG. 9, the mark patterns 15-1, 15-2, 15-3, and 15-4 are in order of being easily affected by variations in planarization polishing.
[0025]
In the example shown in FIG. 10, the patterns are arranged so that the pattern density in the shot is distributed almost symmetrically with respect to the X and Y directions with respect to the shot center. For this reason, for example, on the center lines 19-7 to 19-10 of the memory cell block 13, on the center lines 18-1 to 18-3 between the memory cell blocks 13, on the center line 17 of the chip-chip boundary, shot When the pattern is transferred onto the substrate at the four corner positions, the peripheral pattern density becomes substantially symmetrical. Therefore, the X mark patterns 27 and 28 used in the overlay exposure are placed on the intersection of the center 21-4 and the center lines 19-7 and 17 of the scribe area below the shot, and the Y mark patterns 25 and 26 are placed on the scribe area on the left side of the shot. The center 21-1 and the center lines 19-9 and 18-1 are arranged on the intersections. Further, the overlay misalignment inspection patterns 16-1 to 16-4 are arranged on the center lines 19-8 and 19-10 of the memory cell block 13 so as not to overlap the scribe areas on the left and right sides of the shot when the pattern is transferred onto the substrate. It arrange | positioned up and down and on the centerlines 21-1 and 21-2 of a scribe area | region.
[0026]
In addition, overlay misalignment inspection patterns 24-1 to 24-4 were also arranged at the four corners of the shot. A schematic diagram of the pattern transferred onto the substrate at the shot corner is shown in FIG. The shot arrangement shown in FIG. 1 will be described as an example. Overlay displacement inspection patterns 24-1 to 24-4 are transferred to corner portions of shots where chips A, B, C, and D are in contact. Here, 24-1 is arranged at the lower left corner of chip B, 24-2 is arranged at the upper left corner of chip D, 24-3 is arranged at the upper right corner of chip C, and 24-4 is arranged at the lower right corner of chip A. . The center lines 21-3 and 19-8 at the boundary between the chips coincide with the center line of the scribe area on the four sides of the shot. In the example shown in FIG. 10, since the pattern density in the chip is substantially symmetric with respect to the vertical and horizontal directions, the peripheral pattern density with respect to the four corner positions of the shot is substantially symmetric. Therefore, the inspection patterns 24-1 to 24-4 are polished symmetrically in the substrate flattening process.
[0027]
In the example shown in FIG. 10, the mark patterns 25 and 27 have a cross-sectional structure in which the silicon oxide film laminated on the mark pattern is polished in the substrate planarization process. That is, the mark pattern detection error is suppressed by making the silicon oxide film thickness on the mark pattern after the substrate flattening step uniform.
[0028]
(Example 2)
Next, for the manufacturing process of a large-scale integrated circuit device in which both a 64 megabit DRAM (dynamic random access memory) grade semiconductor memory device with a minimum design size of 0.2 μm and a semiconductor logic device with a gate size of 0.25 μm are integrated on the same chip. The mask pattern of the mask will be described as an example. The pattern arrangement is schematically shown in FIG. A scribe area 11, a memory element area 41, and a logic element area 40 are arranged in the exposure shot 3. Here, the pattern density of the pattern formed on the substrate and planarized and polished during the substrate planarization process is different between the memory element region 41 and the logic element region 40. Further, the pattern arrangement density in each region was substantially uniform, and the change in the pattern density in each region was such that the change in the polishing rate of the substrate flattening polishing was within a sufficiently small range.
[0029]
The center of the X mark pattern 30 is the center line 44 in the X direction of the chip so that the center of the Y mark pattern 29 used for the overlay exposure by the exposure apparatus overlaps the center line 42 in the Y direction of the memory element region 41. It arranged so that it might overlap. The overlay displacement inspection patterns 16-1 to 16-4 are arranged above and below the center line 42 and the center line 43. Here, since the Y mark pattern 29 is preferentially arranged on the center line 42, the amount of misalignment between the circuit pattern formed on the substrate and the circuit pattern transferred by detecting and positioning the Y mark pattern 29 is determined. The overlay displacement inspection patterns 16-1 and 16-2 for measuring the above are arranged above and below the Y mark pattern 29. The mark patterns 29 and 30 have a pattern cross-sectional structure polished by a CMP process which is a substrate flattening process. Similarly, the reference side patterns of the overlay inspection patterns 16-1 to 16-4 have a cross-sectional structure polished in the CMP process.
[0030]
The positions where the mark patterns and the overlay inspection pattern are arranged are the positions near the symmetry axis of the pattern density distribution of the patterns arranged in the periphery.
[0031]
(Example 3)
FIG. 17 is a diagram schematically showing a pattern arrangement of another memory / logic mixed semiconductor device in which a memory element and a logic element are formed on the same chip. A logic element area 40 and memory element areas 41-1 and 41-2 are arranged in the chip 3. The density of the pattern polished and planarized in the substrate planarization process was different between the logic element region 40 and the memory element regions 41-1 and 41-2. Further, the pattern density of the patterns of the other layers was also different between the logic element region 40 and the memory element regions 40-1 and 40-2.
[0032]
In this example, the Y mark pattern 29 is arranged on the center line 43 of the logic element region and on the center line 21-1 of the scribe region. Similarly, the X mark pattern 30 was arranged on the chip center line 44 and on the center line 21-4 of the scribe area. The overlay displacement inspection patterns 24-1 to 24-4 were arranged at the four corner positions of the chip. Also in this case, the mark pattern and overlay inspection pattern arrangement positions are positions where the peripheral pattern arrangement is substantially symmetric.
[0033]
In the state where the pattern is transferred onto the substrate, the center line 21-1 and the center line 21-2 of the scribe area of the shots adjacent to the left and right are transferred in an overlapping manner. Similarly, the center line 21-3 and the center line 21-4 of the scribing area of shots adjacent to each other in the vertical direction overlap and are transferred. The target patterns 29 and 30 and the overlay displacement inspection patterns 24-1 to 24-4 have a pattern cross-sectional structure that is flattened and polished in the substrate flattening process. In addition, the overlay displacement inspection patterns 16-9 and 16-10 are polished in the substrate surface flattening step by the silicon oxide film laminated on the pattern formed by the overlay layers of the inspection patterns 16-9 and 16-10. The cross-sectional structure was as follows. The overlay misregistration inspection patterns 24-1 to 24-4, 16-1, and 16-2 all detect the mark patterns 29 and 30 and are positioned and overlapped with respect to the overlay layer pattern formed on the substrate. This is used when measuring the overlay accuracy of the overlay layer pattern subjected to the alignment exposure and the overlay layer pattern.
[0034]
As described above, when a mark pattern is arranged, if there are a plurality of mark patterns to be arranged, the mark pattern is symmetrically polished or at a position where the asymmetric polishing amount is sufficiently small in the vicinity thereof. It cannot always be arranged. In such a case, for example, as schematically shown in FIG. 18, a dummy pattern 37 may be arranged around the mark pattern 36 to improve the polishing symmetry of the mark pattern 36. In this case, the arrangement of the dummy pattern is desirably set to a pattern shape, a pattern density, and an arrangement region size that can sufficiently suppress the asymmetric shaving of the mark pattern due to polishing.
[0035]
(Example 3)
FIG. 19 shows an example of the configuration of an exposure apparatus that realizes a mask pattern exposure method using a mask manufactured using the mask pattern layout method of the present invention. The light emitted from the light source 71 illuminates the mask 77 via the fly-eye lens 72, the aperture 70, the condenser lenses 73 and 75, and the mirror 74. Of the optical conditions, the coherency was adjusted by changing the size of the opening of the aperture 76.
[0036]
A pellicle 78 is provided on the mask 77 to prevent pattern transfer failure due to foreign matter adhesion. The mask pattern drawn on the mask 77 is projected onto a wafer 81 that is a sample substrate via a projection lens 80. The mask 77 is placed on the mask stage 79 controlled by the mask position control means 91, and the center of the mask 77 and the optical axis of the projection lens 80 are accurately aligned.
[0037]
The wafer 81 is vacuum-sucked on the sample stage 82. The sample stage 82 is mounted on a Z stage 83 that can move in the optical axis direction of the projection lens 80, that is, the Z direction, and is further mounted on the XY stage 84. Since the Z stage 83 and the XY stage 84 are driven by the respective driving means 87 and 88 in accordance with a control command from the main control system 89, they can be moved to a desired exposure position. The position is accurately monitored by the laser length measuring machine 85 as the position of the mirror 86 fixed to the Z stage 83. In addition, the surface position of the wafer 81 is measured by a focus position detection unit included in a normal exposure apparatus. By driving the Z stage 83 according to the measurement result, the surface of the wafer 81 can always coincide with the image plane of the projection lens 80.
[0038]
When the circuit pattern on the mask 77 is superimposed and exposed on the circuit pattern formed on the wafer 81, the position of the mark pattern formed on the wafer 81 is detected using the alignment detection optical system 93, and the detection result Then, the wafer 81 is positioned and superimposed and transferred.
[0039]
The main control system 89 is connected to the network device 94 and can remotely monitor the exposure apparatus status.
[0040]
(Example 4)
FIG. 20 is a schematic cross-sectional view showing a part of the semiconductor integrated circuit device manufactured in this example. The figure shows a cross section in the step of laminating an insulating film after forming the storage electrode. A P-type Si semiconductor 101 is used as a substrate, and a buried element isolation region 102 is formed on the surface using a known element isolation technique. Next, for example, a word line 105 having a structure in which polycrystalline silicon having a thickness of 150 nm and silicon oxide having a thickness of 200 nm is stacked is formed. A data line contact pattern 108 for connecting the element region 100 and the data line 109 is formed through a normal process, and further, a data line 109 made of polycrystalline silicon, refractory metal silicide, or a laminated film thereof is formed. A storage electrode 114 made of polycrystalline silicon is formed. Thereafter, tantalum pentoxide is deposited to form a capacitor insulating film 115. As the capacitor insulating film, in addition to tantalum pentoxide, silicon nitride, silicon oxide, ferroelectric, or a composite film thereof can be used. Subsequently, a plate electrode 116 is formed by depositing a low-resistance conductor such as polycrystalline silicon, refractory metal, refractory metal silicide, or Al or Cu. Here, only a typical manufacturing process has been described, but a normal element manufacturing process is used except for this.
[0041]
In the example shown here, for example, in order to form the data line contact pattern 108, a contact hole is formed using a resist pattern as a mask, and then a tungsten film is laminated. Then, the substrate surface is polished by CMP and only in the contact hole. A tungsten film was left. In the resist pattern transfer process for forming the data line 109, the mark pattern formed simultaneously with the formation of the data line contact pattern 108 was used, so that the cross-sectional structure was polished in the substrate planarization process. Therefore, the mark pattern and overlay inspection pattern used at this time are arranged at positions where the pattern densities of the peripheral patterns are symmetric as described above.
[0042]
Next, the pattern formed in the lithography process for manufacturing the above-described semiconductor integrated circuit device will be described. FIG. 21 shows a pattern arrangement of a memory part of a typical pattern constituting the manufactured semiconductor integrated circuit element. The patterns of the word line 122, the data line 124, the active region 121, the data line contact hole 123, the storage electrode 126, and the electrode extraction hole 125 are arranged. In this embodiment, a halftone phase shift mask is used for pattern transfer of the word line 122 and the data line 124, and a Levenson type phase shift mask is used for pattern transfer of the storage electrode 126. A halftone phase shift mask was also used for pattern transfer of the data line contact hole 123 and the electrode extraction hole 125.
[0043]
Since the mark pattern and overlay inspection pattern transferred simultaneously with the data line contact hole 123 are used when transferring the pattern of the data line 126, these patterns are arranged at positions where the pattern densities of the peripheral patterns are symmetric as described above. did.
[0044]
By using the mask manufactured as described above, it is possible to suppress asymmetric polishing of the mark pattern and the overlay inspection pattern in the substrate flattening process. it can. Thereby, the overlay accuracy is improved, and as a result, the large-scale integrated circuit element can be manufactured with a high yield.
[0045]
Needless to say, the exposure means is not limited to an excimer laser such as KrF or ArF, but EB or EUB may be used.
[0046]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to suppress the asymmetric polishing of the mark pattern and the overlay inspection pattern in the substrate flattening step, so that it is possible to suppress the mark pattern detection error and realize highly accurate overlay. Furthermore, this makes it possible to manufacture solid elements with a high yield.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an exposure shot arrangement on a substrate.
FIG. 2 is a schematic diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a pattern arrangement according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a pattern arrangement according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of a pattern arrangement according to the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of a pattern arrangement according to the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of a pattern arrangement according to the present invention.
FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of a pattern arrangement according to the present invention.
FIG. 9 is a schematic diagram showing an example of a pattern arrangement according to the present invention.
FIG. 10 is a schematic diagram showing an example of a pattern arrangement according to the present invention.
FIG. 11 is a schematic diagram showing an example of a pattern arrangement according to the present invention.
FIG. 12 is a schematic diagram showing an example of a registration error inspection pattern.
FIG. 13 is a schematic diagram showing an example of a target pattern for overlay exposure.
FIG. 14 is a schematic diagram showing an example of an X-direction target pattern for overlay exposure.
FIG. 15 is a schematic diagram showing an example of a Y-direction target pattern for overlay exposure.
FIG. 16 is a schematic diagram showing an example of a pattern arrangement according to the present invention.
FIG. 17 is a schematic diagram showing an example of a pattern arrangement according to the present invention.
FIG. 18 is a schematic diagram showing an example of a target pattern according to the present invention.
FIG. 19 is a schematic diagram showing the configuration of an exposure apparatus.
FIG. 20 is a schematic view showing a part of a cross section of a semiconductor device manufactured in an example.
FIG. 21 is a pattern diagram schematically showing a semiconductor device manufactured in an example.
[Explanation of symbols]
1: substrate, 2: exposure shot, 3: chip pattern area, 4: scribe area, 10-1, 10-2: chip, 11: scribe area, 12, 12 ′, 12 ″: first pattern area, 13 , 13 ′, 13 ″: second pattern area, 14: X mark pattern, 15, 15 ′, 15-1 to 15-4, 15-1 ′ to 15-4 ′: Y mark pattern, 16-1 to 16-10: Overlay displacement inspection pattern, 17: Chip boundary center line, 18-1: Center line between second pattern areas, 19-1 to 19-10: Center line of second pattern area, 20- 1-20-6: Overlay displacement inspection pattern, 21-1 to 21-3: Center line of chip boundary, 24-1-24-4: Overlay displacement inspection pattern, 25, 26, 29: Y mark pattern, 27, 28, 30: X mark pattern, 31: Overlaid Pattern, 32: Superposed layer pattern, 33, 34, 35: Mark pattern, 36: Mark pattern, 37: Dummy pattern, 40: Logic element circuit area, 41: Memory element circuit area, 42: Center in Y direction of memory element area Line: 43: Y direction center line of logic element region, 44: X direction center line of chip, 70: Aperture, 71: Light source, 72: Fly eye lens, 73, 75: Condenser lens, 74: Mirror, 77: Mask 76: Aperture, 78: Pellicle, 80: Projection lens, 81: Wafer 91: Mask position control means, 79: Mask stage, 82: Sample stage, 83: Z stage, 84: XY stage, 89: Main control system, 87, 88: Driving means, 86: Mirror, 85: Laser length measuring machine, 93: Alignment detection optical system, 94: Network device, 101: Half Conductor substrate, 102: buried element isolation region, 105: word line, 108: data line, 114: storage electrode, 115: capacitor insulating film, 116: plate electrode, 122: word line, 124: data line, 121: Active region, 123: data line contact hole, 126: storage electrode, 125: electrode extraction hole.

Claims (4)

基体上にレジスト膜を塗布する工程と、
マスクを用いて露光して、前記レジスト膜をパターニングする工程と、
その後、前記基体を平坦化する工程とを有し、
前記マスクは、矩形状の第1の素子領域と第2の素子領域を含むチップ領域と、前記チップ領域を取り囲んで配置されたスクライブライン領域と、前記スクライブライン領域内に配置された位置決め用のマークパタンとを有し、前記位置決め用のマークパタンは、前記第1の素子領域と前記第2の素子領域との中間位置となるように前記スクライブライン領域内に配置され、前記第1の素子領域のパタン配置密度と前記第2の素子領域のパタン配置密度とが前記位置決め用のマークパタンに対して対称となるような位置に前記位置決め用のマークパタンが配置されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Applying a resist film on the substrate;
Exposing with a mask and patterning the resist film;
And then flattening the substrate,
The mask includes a rectangular chip region including a first element region and a second element region, a scribe line region disposed around the chip region, and a positioning chip disposed in the scribe line region. And the positioning mark pattern is disposed in the scribe line region so as to be an intermediate position between the first element region and the second element region, and the first element The positioning mark pattern is arranged at a position where the pattern arrangement density of the region and the pattern arrangement density of the second element region are symmetric with respect to the positioning mark pattern. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記平坦化する工程は、ケミカル・メカニカル・ポリッシング法、もしくはケミカル・メカニカル・ラッピング法によることを特徴とする請求項記載の半導体装置の製造方法。It said step of planarization method according to claim 1, wherein the by chemical mechanical polishing method or chemical mechanical lapping. 基体上にレジスト膜を塗布する工程と、
マスクを用いて露光して、前記レジスト膜をパターニングする工程と、
その後、前記基体を研磨により平坦化する工程とを有し、
前記マスクは、矩形状の複数の素子領域を含む第1のチップ領域及び第2のチップ領域と、前記第1のチップ領域及び前記第2のチップ領域を取り囲んで配置されたスクライブライン領域と、前記スクライブライン領域内に配置された位置決め用のマークパタンとを有し、前記位置決め用のマークパタンは、前記第1のチップ領域及び前記第2のチップ領域の中間位置となる前記スクライブライン領域内に配置され、前記第1のチップ領域内で前記位置決め用のマークパタン近傍に配置された第1の素子領域のパタン配置密度と、前記第2のチップ領域内で前記位置決め用のマークパタン近傍に配置された第2の素子領域のパタン配置密度とは、前記位置決め用のマークパタンに対して対称となるような位置に前記位置決め用のマークパタンが配置されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Applying a resist film on the substrate;
Exposing with a mask and patterning the resist film;
And then flattening the substrate by polishing,
The mask includes a first chip region and a second chip region including a plurality of rectangular element regions, a scribe line region disposed so as to surround the first chip region and the second chip region, A positioning mark pattern disposed in the scribe line area, the positioning mark pattern in the scribe line area being an intermediate position between the first chip area and the second chip area. And the pattern arrangement density of the first element region disposed in the vicinity of the positioning mark pattern in the first chip region, and in the vicinity of the positioning mark pattern in the second chip region. the second and the pattern arrangement density of the device region, the mark pattern for the positioning to a position so as to be symmetrical with respect to the mark pattern for the positioning arranged The method of manufacturing a semiconductor device characterized by being arranged.
基体上にレジスト膜を塗布する工程と、
マスクを用いて露光して、前記レジスト膜をパターニングする工程と、
その後、前記基体を研磨により平坦化する工程とを有し、
前記マスクは、矩形状の第1の素子領域と第2の素子領域を含むチップ領域と、前記チップ領域を取り囲んで配置されたスクライブライン領域と、前記スクライブライン領域内に配置された位置決め用のマークパタンとを有し、前記第1の素子領域内のパタン配置密度はほぼ一様であり、前記位置決め用のマークパタンは、前記第1の素子領域の互いに対向する辺と辺との中間位置となるように前記スクライブライン領域内に配置されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Applying a resist film on the substrate;
Exposing with a mask and patterning the resist film;
And then flattening the substrate by polishing,
The mask includes a rectangular chip region including a first element region and a second element region, a scribe line region disposed around the chip region, and a positioning chip disposed in the scribe line region. A pattern arrangement density in the first element region is substantially uniform, and the positioning mark pattern is an intermediate position between sides facing each other in the first element region. The method for manufacturing a semiconductor device is characterized in that the semiconductor device is disposed in the scribe line region so that
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