(57)【要約】【課題】ウェハ１枚あたりの半導体素子数を多くする。 【解決手段】半導体チップパターンと露光精度測定用パターンとが形成されたマスクと縮小投影型露光装置とを用いて、ウェハ上に複数の半導体チップパターンを露光すると共に、ウェハ上における半導体チップパターンが露光される領域の外側の領域のみに露光精度測定用パターンを露光し、該露光工程において露光されたパターンに基づき加工を施すことにより、複数の半導体チップパターンと露光精度測定用パターンとを含む第１レイヤを形成する。同様に、マスクと縮小投影型露光装置とを用いて露光を行い、該露光工程において露光されたパターンに基づき第２レイヤを形成する。【選択図】図２
2014183287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハ上にパターンを形成する方法であって、
半導体チップパターンと、前記ウェハ上に形成される単一レイヤの位置精度と複数レイヤ間の重ね合わせ精度とを測定可能な露光精度測定用パターンと、が形成された少なくとも１つのマスクを準備する工程と、
１つの前記マスクと縮小投影型露光装置とを用いて、前記ウェハ上に複数の前記半導体チップパターンを露光すると共に、前記ウェハ上における前記半導体チップパターンが露光される領域の外側の領域のみに前記露光精度測定用パターンを露光する第１レイヤのための露光工程と、
前記第１レイヤのための露光工程において前記ウェハ上に露光されたパターンに基づき加工を施すことにより、前記ウェハ上に複数の前記半導体チップパターンと前記露光精度測定用パターンとを含む前記第１レイヤを形成する工程と、
１つの前記マスクと縮小投影型露光装置とを用いて、前記ウェハ上に複数の前記半導体チップパターンを露光すると共に、前記ウェハ上における前記半導体チップパターンが露光される領域より外側の領域のみに前記露光精度測定用パターンを露光する第２レイヤのための露光工程と、
前記第２レイヤのための露光工程において前記ウェハ上に露光されたパターンに基づき加工を施すことにより、前記ウェハ上に複数の前記半導体チップパターンと前記露光精度測定用パターンとを含む前記第２レイヤを形成する工程と、を備えることを特徴とする、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記第１レイヤのための露光工程と前記第２レイヤのための露光工程とは、それぞれ、前記マスクと前記ウェハとのアンロードを実行することなく、前記半導体チップパターンと前記露光精度測定用パターンとを露光する工程であることを特徴とする、方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の方法であって、
前記第１レイヤのための露光工程と前記第２レイヤのための露光工程とは、それぞれ、少なくとも前記ウェハの中心を対角線の交点とする矩形の各頂点の位置に前記露光精度測定用パターンを露光する工程であることを特徴とする、方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の方法であって、
前記露光精度測定用パターンは、十字形状のパターンと矩形のパターンとの少なくとも一方であることを特徴とする、方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の方法であって、
前記第１レイヤのための露光工程と前記第２レイヤのための露光工程とは、それぞれ、前記縮小投影型露光装置として、縮小投影露光倍率が１／２．５であるステッパを用いて実行され、
前記マスクに形成された前記露光精度測定用パターンの中心と前記半導体チップパターンの外縁との最短距離は、２．１２５ｍｍ以上であることを特徴とする、方法。
【請求項６】
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の方法であって、
前記第１レイヤのための露光工程と前記第２レイヤのための露光工程とは、それぞれ、前記縮小投影型露光装置として、縮小投影露光倍率が１／４であるステッパを用いて実行され、
前記マスクに形成された前記露光精度測定用パターンの中心と前記半導体チップパターンの外縁との最短距離は、１．５８ｍｍ以上であることを特徴とする、方法。
【請求項７】
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の方法であって、
前記第１レイヤのための露光工程と前記第２レイヤのための露光工程とは、それぞれ、前記縮小投影型露光装置として、縮小投影露光倍率が１／５であるステッパを用いて実行され、
前記マスクに形成された前記露光精度測定用パターンの中心と前記半導体チップパターンの外縁との最短距離は、１．６ｍｍ以上であることを特徴とする、方法。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の方法であって、
前記露光精度測定用パターンは、パターン寸法の精度を測定可能なパターンである、方法。
【請求項９】
縮小投影露光倍率が１／２．５であるステッパを用いてウェハ上にパターンを露光するために用いられるマスクであって、
半導体チップパターンと、前記ウェハ上に形成される単一レイヤの位置精度と複数レイヤ間の重ね合わせ精度とを測定可能な露光精度測定用パターンと、が形成されており、
前記露光精度測定用パターンの中心と前記半導体チップパターンの外縁との最短距離は、２．１２５ｍｍ以上であることを特徴とする、マスク。
【請求項１０】
縮小投影露光倍率が１／４であるステッパを用いてウェハ上にパターンを露光するために用いられるマスクであって、
半導体チップパターンと、前記ウェハ上に形成される単一レイヤの位置精度と複数レイヤ間の重ね合わせ精度とを測定可能な露光精度測定用パターンと、が形成されており、
前記露光精度測定用パターンの中心と前記半導体チップパターンの外縁との最短距離は、１．５８ｍｍ以上であることを特徴とする、マスク。
【請求項１１】
縮小投影露光倍率が１／５であるステッパを用いてウェハ上にパターンを露光するために用いられるマスクであって、
半導体チップパターンと、前記ウェハ上に形成される単一レイヤの位置精度と複数レイヤ間の重ね合わせ精度とを測定可能な露光精度測定用パターンと、が形成されており、
前記露光精度測定用パターンの中心と前記半導体チップパターンの外縁との最短距離は、１．６ｍｍ以上であることを特徴とする、マスク。
【請求項１２】
請求項９から請求項１１までのいずれか一項に記載のマスクであって、
前記露光精度測定用パターンは、パターン寸法の精度を測定可能なパターンである、マスク。
【請求項１３】
ウェハ上にパターンを露光する方法であって、
半導体チップパターンと、前記ウェハ上に形成される単一レイヤの位置精度と複数レイヤ間の重ね合わせ精度とを測定可能な露光精度測定用パターンと、が形成された少なくとも１つのマスクを準備する工程と、
１つの前記マスクと縮小投影型露光装置とを用いて、前記ウェハ上に複数の前記半導体チップパターンを露光すると共に、前記ウェハ上における前記半導体チップパターンが露光される領域より外側の領域のみに前記露光精度測定用パターンを露光する工程と、を備えることを特徴とする、方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、
前記露光精度測定用パターンは、パターン寸法の精度を測定可能なパターンである、方法。
【請求項１５】
露光装置であって、
半導体チップパターンと、ウェハ上に形成される単一レイヤの位置精度と複数レイヤ間の重ね合わせ精度とを測定可能な露光精度測定用パターンと、が形成されたマスクを用いて、前記ウェハ上に複数の前記半導体チップパターンを露光すると共に、前記ウェハ上における前記半導体チップパターンが露光される領域より外側の領域のみに前記露光精度測定用パターンを露光することを特徴とする、露光装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の露光装置であって、
前記露光精度測定用パターンは、パターン寸法の精度を測定可能なパターンである、露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェハ上へのパターン形成方法、マスク、露光方法および露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウェハ上に半導体チップパターンを形成する際には、マスク（レチクルとも呼ばれる）に形成された半導体チップパターンがウェハ上（より詳細には、ウェハに塗布された感光性レジスト上）に露光され、露光されたパターンに基づき、現像、エッチング、レジスト除去といった加工が施される。ウェハ上への半導体チップパターンの露光は、例えば、マスクに形成された半導体チップパターンを縮小してウェハ上に焼き付けることを、マスクに対してウェハを相対的に移動させつつ繰り返すことにより行われる。従来、ウェハ上に露光・形成される各半導体チップパターンの周囲に露光精度測定用パターンを露光・形成し、形成された露光精度測定用パターンを用いて露光精度（単一レイヤの位置精度や複数レイヤ間の重ね合わせ精度）を測定し、測定結果に基づき露光条件の補正を行う技術が知られている（例えば、特許文献１，２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１３４３９７号公報
【特許文献２】特開平１１−３１７３４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の技術では、それぞれの半導体チップパターンの周囲に露光精度測定用パターンが露光・形成されるため、ウェハ上において半導体チップパターンの露光・形成のために使用できる領域が狭くなり、ウェハ１枚あたりの半導体素子数が少なくなるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、ウェハ上にパターンを形成する方法が提供される。この方法は、半導体チップパターンと、前記ウェハ上に形成される単一レイヤの位置精度と複数レイヤ間の重ね合わせ精度とを測定可能な露光精度測定用パターンと、が形成された少なくとも１つのマスクを準備する工程と、１つの前記マスクと縮小投影型露光装置とを用いて、前記ウェハ上に複数の前記半導体チップパターンを露光すると共に、前記ウェハ上における前記半導体チップパターンが露光される領域の外側の領域のみに前記露光精度測定用パターンを露光する第１レイヤのための露光工程と、前記第１レイヤのための露光工程において前記ウェハ上に露光されたパターンに基づき加工を施すことにより、前記ウェハ上に複数の前記半導体チップパターンと前記露光精度測定用パターンとを含む前記第１レイヤを形成する工程と、１つの前記マスクと縮小投影型露光装置とを用いて、前記ウェハ上に複数の前記半導体チップパターンを露光すると共に、前記ウェハ上における前記半導体チップパターンが露光される領域より外側の領域のみに前記露光精度測定用パターンを露光する第２レイヤのための露光工程と、前記第２レイヤのための露光工程において前記ウェハ上に露光されたパターンに基づき加工を施すことにより、前記ウェハ上に複数の前記半導体チップパターンと前記露光精度測定用パターンとを含む前記第２レイヤを形成する工程と、を備えることを特徴とする。この形態の方法によれば、第１レイヤおよび第２レイヤに関して、ウェハ上における半導体チップパターンが露光・形成される領域の外側の領域のみに露光精度測定用パターンが露光・形成されるため、ウェハ上の各半導体チップパターンが露光・形成される領域間に挟まれた領域に露光精度測定用パターンが露光・形成される場合と比較して、ウェハ上における半導体チップパターンを露光・形成するために使用できる領域を広くとることができ、露光精度測定結果のフィードバックによる露光精度の向上を実現しつつウェハ１枚あたりの半導体素子数を多くすることができる。
【０００７】
（２）上記形態の方法において、前記第１レイヤのための露光工程と前記第２レイヤのための露光工程とは、それぞれ、前記マスクと前記ウェハとのアンロードを実行することなく、前記半導体チップパターンと前記露光精度測定用パターンとを露光する工程であるとしてもよい。この形態の方法によれば、半導体チップパターンと露光精度測定用パターンとがマスクやウェハのアンロードを挟むことなく連続的に露光されるため、半導体チップパターンに対する露光精度測定用パターンの位置精度を高く保つことができ、露光精度測定用パターンをウェハ上における半導体チップパターンが露光される領域の外側の領域のみに露光するものとしても、形成された露光精度測定用パターンを用いて単一レイヤの位置精度を精度良く測定することができる。
【０００８】
（３）上記形態の方法において、前記第１レイヤのための露光工程と前記第２レイヤのための露光工程とは、それぞれ、少なくとも前記ウェハの中心を対角線の交点とする矩形の各頂点の位置に前記露光精度測定用パターンを露光する工程であるとしてもよい。この形態の方法によれば、形成された露光精度測定用パターンを用いて単一レイヤの位置精度および複数レイヤ間の重ね合わせ精度を精度良く測定することができる。
【０００９】
（４）上記形態の方法において、前記露光精度測定用パターンは、十字形状のパターンと矩形のパターンとの少なくとも一方であるとしてもよい。この形態の方法によれば、露光精度測定用パターンを、単一レイヤの位置精度と複数レイヤ間の重ね合わせ精度とを測定可能なものとすることができる。
【００１０】
（５）上記形態の方法において、前記第１レイヤのための露光工程と前記第２レイヤのための露光工程とは、それぞれ、前記縮小投影型露光装置として、縮小投影露光倍率が１／２．５であるステッパを用いて実行され、前記マスクに形成された前記露光精度測定用パターンの中心と前記半導体チップパターンの外縁との最短距離は、２．１２５ｍｍ以上であるとしてもよい。この形態の方法によれば、半導体チップパターンの露光のためのショットとは別のショットで露光精度測定用パターンを精度良く露光することができる。
【００１１】
（６）上記形態の方法において、前記第１レイヤのための露光工程と前記第２レイヤのための露光工程とは、それぞれ、前記縮小投影型露光装置として、縮小投影露光倍率が１／４であるステッパを用いて実行され、前記マスクに形成された前記露光精度測定用パターンの中心と前記半導体チップパターンの外縁との最短距離は、１．５８ｍｍ以上であるとしてもよい。この形態の方法によれば、半導体チップパターンの露光のためのショットとは別のショットで露光精度測定用パターンを精度良く露光することができる。
【００１２】
（７）上記形態の方法において、前記第１レイヤのための露光工程と前記第２レイヤのための露光工程とは、それぞれ、前記縮小投影型露光装置として、縮小投影露光倍率が１／５であるステッパを用いて実行され、前記マスクに形成された前記露光精度測定用パターンの中心と前記半導体チップパターンの外縁との最短距離は、１．６ｍｍ以上であるとしてもよい。この形態の方法によれば、半導体チップパターンの露光のためのショットとは別のショットで露光精度測定用パターンを精度良く露光することができる。
【００１３】
（８）上記形態の方法において、前記露光精度測定用パターンは、パターン寸法の精度を測定可能なパターンであるとしてもよい。この形態の方法によれば、露光精度測定結果のフィードバックによるパターン寸法精度の向上を実現しつつウェハ１枚あたりの半導体素子数を多くすることができる。
【００１４】
上述した本発明の各形態の有する複数の構成要素はすべてが必須のものではなく、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、適宜、前記複数の構成要素の一部の構成要素について、その変更、削除、新たな他の構成要素との差し替え、限定内容の一部削除を行うことが可能である。また、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、上述した本発明の一形態に含まれる技術的特徴の一部又は全部を上述した本発明の他の形態に含まれる技術的特徴の一部又は全部と組み合わせて、本発明の独立した一形態とすることも可能である。
【００１５】
本発明は、ウェハ上にパターンを形成する方法以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、露光に用いられるマスク、ウェハ上にパターンを露光する方法、露光装置、半導体チップ製造装置、半導体チップ製造方法等の形態で実現することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、第１レイヤおよび第２レイヤに関して、ウェハ上における半導体チップパターンが露光・形成される領域の外側の領域のみに露光精度測定用パターンが露光・形成されるため、ウェハ上の各半導体チップパターンが露光・形成される領域間に挟まれた領域に露光精度測定用パターンが露光・形成される場合と比較して、ウェハ上における半導体チップパターンを露光・形成するために使用できる領域を広くとることができ、露光精度測定結果のフィードバックによる露光精度の向上を実現しつつウェハ１枚あたりの半導体素子数を多くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態における露光装置１０の構成を模式的に示す説明図である。
【図２】本実施形態の露光装置１０において用いられるマスク２０の構成を概略的に示す説明図である。
【図３】マスク２０における露光精度測定用パターン２２０の詳細構成を示す説明図である。
【図４】本実施形態における半導体チップ製造処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】露光処理の流れを示すフロ−チャートである。
【図６】ウェハＷ上に半導体チップパターン２１０が露光された様子を示す説明図である。
【図７】ウェハＷ上に露光精度測定用パターン２２０が露光された様子を示す説明図である。
【図８】単一レイヤの位置精度の測定方法の概要を示す説明図である。
【図９】複数レイヤ間の重ね合わせ精度の測定方法の概要を示す説明図である。
【図１０】変形例における露光精度測定用パターン２２０の構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
Ａ．実施形態：
Ａ−１．露光装置の構成：
図１は、本発明の実施形態における露光装置１０の構成を模式的に示す説明図である。本実施形態の露光装置１０は、マスク２０（レチクルとも呼ばれる）に形成されたパターンを縮小してウェハＷ上（より詳細には、ウェハＷに塗布された感光性レジスト上）に焼き付ける縮小投影型の露光装置である。より詳細には、露光装置１０は、縮小投影露光倍率が１／２．５であるステッパと呼ばれる露光装置である。図１に示すように、露光装置１０は、照明光学系１１０と、マスクステージ１３０と、縮小投影光学系１４０と、ウェハステージ１５０とを備える。
【００１９】
マスクステージ１３０は、マスク２０を載置するための台であり、ウェハステージ１５０は、ウェハＷを載置するための台である。照明光学系１１０は、所定の光（例えばｇ線、ｉ線、ＫｒＦ、ＡｒＦ等）を発する光源を有し、光源から発せられた光を露光に適した照明光に変換して、マスクステージ１３０に向けて出力する。縮小投影光学系１４０は、複数のレンズを有し、マスク２０を透過した照明光を縮小してウェハステージ１５０上のウェハＷに照射する。これにより、マスク２０に形成されたパターンが縮小されてウェハＷ上に焼き付けられる。
【００２０】
ウェハステージ１５０は、縮小投影光学系１４０の光軸に略直交する水平面に沿って移動可能である。ウェハステージ１５０が水平面に沿って移動することにより、水平面に沿ったマスク２０に対するウェハＷの相対位置を変更させることができる。露光装置１０は、ウェハＷに対する１ショットの露光が完了すると、ウェハステージ１５０を水平面に沿って移動させてマスク２０に対するウェハＷの相対位置を変更し、次のショットの露光を行う、という動作を繰り返し実行する。これにより、ウェハＷ上の各領域に、マスク２０に形成されたパターンを露光することができる。
【００２１】
Ａ−２．マスクの構成：
図２は、本実施形態の露光装置１０において用いられるマスク２０の構成を概略的に示す説明図である。図２に示すように、本実施形態のマスク２０には、半導体チップパターン２１０と露光精度測定用パターン２２０とが形成されている。なお、図２では、半導体チップパターン２１０の外形を単なる白抜きの矩形で示し、半導体チップパターン２１０の内部の実際のパターン構成については図示を省略している。マスク２０における半導体チップパターン２１０および露光精度測定用パターン２２０以外の領域は、光を遮蔽する遮蔽領域２３０とされている。
【００２２】
図３は、マスク２０における露光精度測定用パターン２２０の詳細構成を示す説明図である。図３には、図２に示したマスク２０のＸ部を拡大して示している。図３に示すように、露光精度測定用パターン２２０は、Ｌ１×Ｌ１のサイズの矩形の透過領域内に十字形状の遮蔽領域２２２が配置されたパターンである。また、図２および図３に示すように、露光精度測定用パターン２２０の周囲には、幅Ｌｍの遮蔽領域２３０が存在する。
【００２３】
ここで、本実施形態の露光装置１０は、縮小投影露光倍率が１／２．５であるステッパであり、装置性能上の最小ショットサイズは０．２５ｍｍ×０．２５ｍｍである。また、このステッパでは、パターンの周囲に少なくとも２ｍｍの遮蔽領域が存在しないと、パターンの露光精度が低下する可能性がある。露光精度測定用パターン２２０の外形サイズ（Ｌ１×Ｌ１）が露光装置１０の最小ショットサイズである０．２５ｍｍ×０．２５ｍｍに等しく、かつ、露光精度測定用パターン２２０の周囲の遮蔽領域２３０の幅（Ｌｍ）が２ｍｍである場合、露光精度測定用パターン２２０の中心と半導体チップパターン２１０の外縁との最短距離（Ｌ１／２＋Ｌｍ）は２．１２５ｍｍとなる。そのため、本実施形態で用いられるマスク２０は、露光精度測定用パターン２２０の中心と半導体チップパターン２１０の外縁との最短距離が２．１２５ｍｍ以上となるように設計・製造される。このようにすれば、露光精度測定用パターン２２０を単独で露光する場合にも、パターンの露光精度の低下を抑制することができる。
【００２４】
Ａ−３．半導体チップ製造処理：
図４は、本実施形態における半導体チップ製造処理の流れを示すフローチャートである。半導体チップ製造処理は、ウェハＷ上に複数の半導体チップを形成する処理である。以下の説明では、形成される半導体チップは、２つのレイヤ（層）から構成されるものとする。
【００２５】
最初に、半導体チップの第１レイヤのための露光処理が実行される（ステップＳ１１０）。図５は、露光処理の流れを示すフロ−チャートである。露光処理では、最初にマスクステージ１３０上にマスク２０がロード（設置）され（ステップＳ２１０）、マスク遮蔽板の位置が設定される（ステップＳ２２０）。このとき、マスク遮蔽板の位置は、マスク２０上の領域の内、露光されるべき半導体チップパターン２１０の領域が露出され、残りの領域が遮蔽されるように設定される。次に、ウェハステージ１５０上にウェハＷがロード（設置）される（ステップＳ２３０）。マスク２０のロードおよび遮蔽板位置設定とウェハＷのロードとは、実行順序が逆であってもよいし、同時に実行されてもよい。
【００２６】
次に、ウェハＷ上に半導体チップパターン２１０が露光される（ステップＳ２４０）。半導体チップパターン２１０の露光は、照明光学系１１０から発せられマスク２０上の半導体チップパターン２１０を透過した照明光を、縮小投影光学系１４０により縮小してウェハステージ１５０上のウェハＷに照射することを、マスク２０に対してウェハＷを水平面に沿って相対的に移動させつつ繰り返すことにより行われる。図６は、ウェハＷ上に半導体チップパターン２１０が露光された様子を示す説明図である。なお、以下では、ウェハＷ上に露光された（または形成された）半導体チップパターン２１０を、半導体チップパターン３１０とも呼ぶ。図６に示すように、ウェハＷ上には、複数の半導体チップパターン３１０が連続的に露光される。
【００２７】
半導体チップパターン２１０の露光が完了すると、マスク遮蔽板の位置が変更される（図５のステップＳ２５０）。このとき、マスク遮蔽板の位置は、マスク２０上の領域の内、露光精度測定用パターン２２０の領域が露出され、残りの領域が遮蔽されるように変更される。また、このときマスク２０およびウェハＷがマスクステージ１３０およびウェハステージ１５０からアンロードされることはない。
【００２８】
次に、ウェハＷ上に露光精度測定用パターン２２０が露光される（ステップＳ２６０）。露光精度測定用パターン２２０の露光は、照明光学系１１０から発せられマスク２０上の露光精度測定用パターン２２０を透過した照明光を、縮小投影光学系１４０により縮小してウェハステージ１５０上のウェハＷに照射することを、マスク２０に対してウェハＷを水平面に沿って相対的に移動させつつ繰り返すことにより行われる。図７は、ウェハＷ上に露光精度測定用パターン２２０が露光された様子を示す説明図である。なお、以下では、ウェハＷ上に露光された（または形成された）露光精度測定用パターン２２０を、露光精度測定用パターン３２０とも呼ぶ。本実施形態では、ウェハＷ上の半導体チップパターン３１０が露光された領域の外側の領域に、４つの露光精度測定用パターン３２０（露光精度測定用パターン３２０ａ，３２０ｂ，３２０ｃ，３２０ｄ）が露光される。各露光精度測定用パターン３２０は、ウェハＷ上における各半導体チップパターン３１０が露光された領域間に挟まれた領域には露光されない。すなわち、露光精度測定用パターン３２０は、ウェハＷ上における半導体チップパターン３１０が露光される領域の外側の領域のみに露光される。なお、本実施形態では、４つの露光精度測定用パターン３２０は、ウェハＷの中心を対角線の交点とする矩形（より詳細には正方形）の各頂点の位置に露光される。露光精度測定用パターン３２０ａと３２０ｂとはＸ方向に沿って並ぶべき関係にあり、露光精度測定用パターン３２０ａと３２０ｃとはＸ方向に直交するＹ方向に沿って並ぶべき関係にあり、露光精度測定用パターン３２０ａと３２０ｄとは上記矩形の対角線上に位置すべき関係にある。
【００２９】
露光精度測定用パターン２２０の露光が完了すると、ウェハＷがウェハステージ１５０からアンロードされ、次の工程の装置に向けて搬送される（ステップＳ２７０）。
【００３０】
半導体チップの第１レイヤのための露光処理（図４のステップＳ１１０）が完了すると、第１レイヤのためのパターニング処理が実行される（ステップＳ１２０）。パターニング処理は、露光処理においてウェハＷ上に露光されたパターンに基づき、現像、エッチング、レジスト除去、成膜といった加工を施して、ウェハＷ上にパターン（半導体チップパターン３１０および露光精度測定用パターン３２０）を形成する処理である。なお、第１レイヤに形成されるパターンは、エッチングによる凹パターンであってもよいし、成膜による凸パターンであってもよい。
【００３１】
第１レイヤのためのパターニング処理が完了すると、半導体チップの第１レイヤの測定処理が実行される（ステップＳ１３０）。この測定処理では、単一レイヤ（第１レイヤ）の位置精度（ピッチや直交度）およびパターン寸法の精度が測定される。本実施形態では、測定処理は、画像によるパターン認識を用いる画像認識型露光精度測定装置を用いて実行される。これにより、装置の構造上、露光精度測定用パターンを大きくする必要がある上にパターンの形状が直線的な形状に制約されるレーザスキャニングによるパターン認識を用いる画像認識型露光精度測定装置を用いる場合と比較して、限られたウェハＷ上の領域を有効に利用して露光精度測定用パターン３２０を形成することができる。ただし、レーザスキャニングによるパターン認識を用いてもよい。
【００３２】
図８は、単一レイヤの位置精度およびパターン寸法精度の測定方法の概要を示す説明図である。図８（ａ）には、ウェハＷ上に形成された４つの露光精度測定用パターン３２０（３２０ａ，３２０ｂ，３２０ｃ，３２０ｄ）の実際の位置と、それぞれ対応する設計上の位置４２０（４２０ａ，４２０ｂ，４２０ｃ，４２０ｄ）とを示している。また、図８（ｂ）には、１つの露光精度測定用パターン３２０（３２０ａ）を拡大して示している。
【００３３】
測定処理の際には、ウェハＷの中心Ｏから見た各露光精度測定用パターン３２０上の所定の点（例えば十字形状の中心点）の座標が測定される。また、各露光精度測定用パターン３２０の上記所定の点の設計上の位置４２０の座標は予め決められている。そのため、各露光精度測定用パターン３２０について、設計上の位置４２０に対するＸ方向のずれＸａ，Ｘｂ，Ｘｃ，ＸｄとＹ方向のずれＹａ，Ｙｂ，Ｙｃ，Ｙｄとが算出される。これらに基づき、単一レイヤにおけるＸ方向の位置ずれＸ−Ｐｉｔｃｈ、Ｙ方向の位置ずれＹ−Ｐｉｔｃｈ、および、回転ずれＲｏｔは、それぞれ以下の式（１）−（３）により算出される。すなわち、式（１）から明らかなように、Ｘ方向の位置ずれＸ−Ｐｉｔｃｈは、２つの露光精度測定用パターン３２０の各組み合わせ（３２０ａと３２０ｂとの組み合わせ、および、３２０ｃと３２０ｄとの組み合わせ）から算出されるＸ方向の位置ずれ（Ｘａ＋Ｘｂ）および（Ｘｃ＋Ｘｄ）の平均である。また、Ｙ方向の位置ずれＹ−Ｐｉｔｃｈは、２つの露光精度測定用パターン３２０の各組み合わせ（３２０ａと３２０ｃとの組み合わせ、および、３２０ｂと３２０ｄとの組み合わせ）から算出されるＹ方向の位置ずれ（Ｙａ＋Ｙｃ）および（Ｙｂ＋Ｙｄ）の平均である。また、回転ずれＲｏｔは、２つの露光精度測定用パターン３２０の各組み合わせ（３２０ａと３２０ｃとの組み合わせ、および、３２０ｂと３２０ｄとの組み合わせ）から算出される回転ずれ（Ｘａ−Ｘｃ）および（Ｘｂ−Ｘｄ）の平均である。
Ｘ−Ｐｉｔｃｈ＝（（Ｘａ＋Ｘｂ）＋（Ｘｃ＋Ｘｄ））／２・・・（１）
Ｙ−Ｐｉｔｃｈ＝（（Ｙａ＋Ｙｃ）＋（Ｙｂ＋Ｙｄ））／２・・・（２）
Ｒｏｔ        ＝（（Ｘａ−Ｘｃ）＋（Ｘｂ−Ｘｄ））／２・・・（３）
【００３４】
また、測定処理の際には、各露光精度測定用パターン３２０の寸法ＬｘおよびＬｙが測定され、設計上の寸法との比較によってパターン寸法精度が測定される。
【００３５】
半導体チップの第１レイヤの測定処理（図４のステップＳ１３０）の完了後、第２レイヤのための露光処理（ステップＳ１４０）および第２レイヤのためのパターニング処理（ステップＳ１５０）が実行される。第２レイヤのための露光処理は、上述した第１レイヤのための露光処理と同様に実行されるため、説明を省略する。また、第２レイヤのためのパターニング処理は、露光処理においてウェハＷ上に露光されたパターンに基づき、現像、エッチング、レジスト除去、成膜といった加工を施して、ウェハＷ上にパターンを形成する処理である。なお、第２レイヤに形成されるパターンは、エッチングによる凹パターンであってもよいし、成膜による凸パターンであってもよい。また、第１レイヤに形成されるパターンと第２レイヤに形成されるパターンとは、共に、エッチングによる凹パターンであってもよいし、成膜による凸パターンであってもよい。あるいは、第１レイヤに形成されるパターンがエッチングによる凹パターンであり、第２レイヤに形成されるパターンが成膜による凸パターンであってもよいし、反対に、第１レイヤに形成されるパターンが成膜による凸パターンであってもよいし、第２レイヤに形成されるパターンがエッチングによる凹パターンであってもよい。
【００３６】
次に、半導体チップの第２レイヤの測定処理が実行される（ステップＳ１６０）。第２レイヤの測定処理では、上述した第１レイヤの測定処理と同様に、第２レイヤ（単一レイヤ）の位置精度（具体的には、単一レイヤにおけるＸ方向の位置ずれＸ−Ｐｉｔｃｈ、Ｙ方向の位置ずれＹ−Ｐｉｔｃｈ、および、回転ずれＲｏｔ）およびパターン寸法精度が測定される。
【００３７】
さらに、第２レイヤの測定処理では、第１レイヤと第２レイヤとの間の重ね合わせ精度が測定される。図９は、複数レイヤ間の重ね合わせ精度の測定方法の概要を示す説明図である。図９には、ウェハＷ上に形成された第１レイヤの露光精度測定用パターン３２０ａの実際の位置と、第１レイヤの露光精度測定用パターン３２０ａの実際の位置から導き出される第２レイヤの露光精度測定用パターンの設計上の位置６２０（６２０ａ）と、第２レイヤの露光精度測定用パターン５２０（５２０ａ）の実際の位置とを示している。第１レイヤと第２レイヤとの間の重ね合わせずれ量は、Ｘ方向のずれ量が図９に示すＥＸａであり、Ｙ方向のずれ量が図９に示すＥＹａである。
【００３８】
第２レイヤの測定処理（図４のステップＳ１６０）が完了すると、露光補正処理が実行される（ステップＳ１７０）。露光補正処理は、第１レイヤの測定処理において測定された単一レイヤにおける位置ずれおよび回転ずれと、第２レイヤの測定処理において測定された複数レイヤ間における位置ずれとに基づき、測定されたずれが低減されるように露光装置１０の設定が補正される。
【００３９】
その後、次のウェハＷに対する処理を実行するか否かが判定され（ステップＳ１８０）、実行すると判定された場合には、上述した第１レイヤのための露光処理（ステップＳ１１０）以降の処理が実行される。このとき、前回のループにおける露光補正処理（ステップＳ１６０）において露光装置１０の設定が補正されているため、露光処理の精度が前回と比較して向上する。次のウェハＷに対する処理は実行されないと判定された場合には、処理は終了される。なお、図４に示した処理の後、所定の工程（例えば、ダイシング、ボンディング、モールディング等）を経ることにより、個々の半導体チップが製造される。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態の半導体チップの製造処理では、半導体チップパターン２１０と露光精度測定用パターン２２０とが形成されたマスク２０が用意される。露光精度測定用パターン２２０は、ウェハＷ上に形成される単一レイヤの位置精度と複数レイヤ間の重ね合わせ精度とを測定可能なパターンである。また、露光装置１０を用いた露光処理では、マスク２０に形成された半導体チップパターン２１０がウェハＷ上に複数露光されると共に、マスク２０に形成された露光精度測定用パターン２２０が、ウェハＷ上における半導体チップパターン２１０が露光される領域の外側の領域のみに露光される。そのため、本実施形態では、ウェハＷ上の各半導体チップパターン２１０が露光される領域間に挟まれた領域に露光精度測定用パターン２２０が露光される場合と比較して、ウェハＷ上における半導体チップパターン２１０を露光・形成するために使用できる領域を広くとることができ、露光精度測定結果のフィードバックによる露光精度の向上を実現しつつウェハＷ１枚あたりの半導体素子数を多くすることができる。
【００４１】
また、本実施形態では、露光処理の際に、マスク２０およびウェハＷのアンロードが実行されることなく、半導体チップパターン２１０と露光精度測定用パターン２２０とが連続的に露光されるため、半導体チップパターン２１０に対する露光精度測定用パターン２２０の位置精度を高く保つことができ、上述のように露光精度測定用パターン２２０をウェハＷ上における半導体チップパターン２１０が露光される領域の外側の領域のみに露光するものとしても、単一レイヤの位置精度を精度良く測定することができる。
【００４２】
また、本実施形態では、ウェハＷの中心を対角線の交点とする矩形の各頂点の位置に露光精度測定用パターン２２０が露光・形成されるため、露光精度測定用パターン２２０を用いて単一レイヤの位置精度および複数レイヤ間の重ね合わせ精度を精度良く測定することができる。
【００４３】
また、本実施形態では、露光装置１０として縮小投影露光倍率が１／２．５であるステッパが用いられると共に、露光精度測定用パターン２２０の中心と半導体チップパターン２１０の外縁との最短距離が２．１２５ｍｍ以上であるマスク２０が用いられるため、半導体チップパターン２１０の露光のためのショットとは別のショットで露光精度測定用パターン２２０を精度良く露光することができる。これにより、ウェハＷ上における半導体チップパターン２１０が露光・形成される領域の外側の領域のみに、露光精度測定用パターン２２０を精度良く露光・形成することができる。
【００４４】
また、本実施形態では、露光精度測定用パターン２２０は、パターン寸法の精度も測定可能なパターンである。そのため、本実施形態では、露光精度測定結果のフィードバックによるパターン寸法精度の向上を実現しつつウェハＷ１枚あたりの半導体素子数を多くすることができる。
【００４５】
Ｂ．変形例：
この発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００４６】
上記実施形態における露光精度測定用パターン２２０の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。図１０は、変形例における露光精度測定用パターン２２０の構成を示す説明図である。図１０（ａ）には、矩形の透過領域内に十字形状の遮蔽領域２２２が配置された上記実施形態の露光精度測定用パターン２２０を示している。露光精度測定用パターンは、図１０（ｂ）に示すように、矩形の遮蔽領域内に十字形状の透過領域２４２が配置されたパターン２４０であってもよい。また、露光精度測定用パターンは、図１０（ｃ）に示すように、矩形の透過領域内に矩形の遮蔽領域２５２が配置されたパターン２５０であってもよいし、図１０（ｄ）に示すように、矩形の遮蔽領域内に矩形の透過領域２６２が配置されたパターン２６０であってもよい。露光精度測定用パターンとして、図１０（ｃ）または図１０（ｄ）に示すパターンを使用する場合には、測定処理の際に、露光精度測定用パターン上の所定の点（例えば矩形の中心点）の座標が測定され、設計上の位置とのずれが算出される。また、露光精度測定用パターンとしては、ウェハＷ上のある点の位置（座標）を測定可能なパターンであれば、図１０に示すパターン以外にもあらゆる公知のパターンが使用可能である。また、露光精度測定用パターン２２０は、必ずしもパターン寸法の精度も測定可能なパターンである必要はない。
【００４７】
また、上記実施形態におけるマスク２０の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、マスク２０に形成される露光精度測定用パターン２２０の数は複数であるとしてもよいし、マスク２０に形成される半導体チップパターン２１０の数は１つであるとしてもよい。また、マスク２０に形成される露光精度測定用パターン２２０は、ポジ型でもネガ型でもよいし、マスク２０に両者が形成されていてもよい。
【００４８】
また、上記実施形態では、半導体チップが２つのレイヤ（層）から構成されるとしているが、本発明は、半導体チップが複数のレイヤから構成される場合一般に適用可能である。例えば、半導体チップが３つのレイヤから構成される場合には、上述した第１レイヤと第２レイヤとの間の重ね合わせ精度測定と同様に、半導体チップパターン２１０を用いて第２レイヤと第３レイヤとの間の重ね合わせ精度測定を実行可能である。
【００４９】
また、上記実施形態では、半導体チップパターン２１０の露光が完了した後に露光精度測定用パターン２２０の露光を実行するとしているが、反対に、露光精度測定用パターン２２０の露光が完了した後に半導体チップパターン２１０の露光を実行するものとしてもよい。あるいは、半導体チップパターン２１０の露光と露光精度測定用パターン２２０の露光とを分離して実行するのではなく、ウェハステージ１５０が効率的に移動されるように両者が交互に実行されるとしてもよい。
【００５０】
また、上記実施形態では、４つの露光精度測定用パターン３２０がウェハＷの中心を対角線の交点とする正方形の各頂点の位置に露光・形成されるとしているが、それらの位置は厳密に正方形の各頂点の位置である必要は無く、正方形の各頂点付近の位置であればよい。また、４つの露光精度測定用パターン３２０は、ウェハＷの中心を対角線の交点とする長方形の各頂点の位置（付近）に露光・形成されるとしてもよい。また、露光精度測定用パターン３２０が露光・形成される数は、４つに限られず、２つ以上の任意の数であってよい。なお、露光精度測定用パターン３２０が露光・形成される数が４つ以上であれば、露光精度を精度良く測定することができるため好ましい。
【００５１】
また、上記実施形態では、露光装置１０は、縮小投影露光倍率が１／２．５であるステッパであるとしているが、これに代えて、縮小投影露光倍率が１／４であるステッパであるとしてもよい。この場合において、ウェハＷ上に露光・形成される露光精度測定用パターン２２０のサイズを０．０４ｍｍ×０．０４ｍｍとすると、最小ショットサイズは０．１６ｍｍ×０．１６ｍｍとなる。また、このステッパでは、パターンの周囲に少なくとも１．５ｍｍの遮蔽領域が存在しないと、パターンの露光精度が低下する可能性がある。露光精度測定用パターン２２０の外形サイズ（Ｌ１×Ｌ１）が露光装置１０の最小ショットサイズである０．１６ｍｍ×０．１６ｍｍに等しく、かつ、露光精度測定用パターン２２０の周囲の遮蔽領域２３０の幅（Ｌｍ）が１．５ｍｍである場合、露光精度測定用パターン２２０の中心と半導体チップパターン２１０の外縁との最短距離（Ｌ１／２＋Ｌｍ）は１．５８ｍｍとなる。そのため、この場合には、露光精度測定用パターン２２０の中心と半導体チップパターン２１０の外縁との最短距離が１．５８ｍｍ以上となるようにマスク２０を設計・製造すれば、露光精度測定用パターン２２０を単独で露光する場合にもパターンの露光精度の低下を抑制することができる。
【００５２】
あるいは、露光装置１０は、縮小投影露光倍率が１／５であるステッパであるとしてもよい。この場合において、ウェハＷ上に露光・形成される露光精度測定用パターン２２０のサイズを０．０４ｍｍ×０．０４ｍｍとすると、最小ショットサイズは０．２０ｍｍ×０．２０ｍｍとなる。また、このステッパでは、パターンの周囲に少なくとも１．５ｍｍの遮蔽領域が存在しないと、パターンの露光精度が低下する可能性がある。露光精度測定用パターン２２０の外形サイズ（Ｌ１×Ｌ１）が露光装置１０の最小ショットサイズである０．２０ｍｍ×０．２０ｍｍに等しく、かつ、露光精度測定用パターン２２０の周囲の遮蔽領域２３０の幅（Ｌｍ）が１．５ｍｍである場合、露光精度測定用パターン２２０の中心と半導体チップパターン２１０の外縁との最短距離（Ｌ１／２＋Ｌｍ）は１．６ｍｍとなる。そのため、この場合には、露光精度測定用パターン２２０の中心と半導体チップパターン２１０の外縁との最短距離が１．６ｍｍ以上となるようにマスク２０を設計・製造すれば、露光精度測定用パターン２２０を単独で露光する場合にもパターンの露光精度の低下を抑制することができる。
【００５３】
また、本発明は、露光装置としてスキャナを使用する場合にも同様に適用可能である。
【００５４】
本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１０…露光装置
２０…マスク
１１０…照明光学系
１３０…マスクステージ
１４０…縮小投影光学系
１５０…ウェハステージ
２１０…マスク上の半導体チップパターン
２２０…マスク上の露光精度測定用パターン
２２２…遮蔽領域
２３０…遮蔽領域
２４０…パターン
２４２…透過領域
２５０…パターン
２５２…遮蔽領域
２６０…パターン
２６２…透過領域
３１０…ウェハ上の半導体チップパターン
３２０…ウェハ上の露光精度測定用パターン
４２０…露光精度測定用パターンの設計上の位置
５２０…ウェハ上の第２レイヤの露光精度測定用パターン
６２０…露光精度測定用パターンの設計上の位置
Ｗ…ウェハ
【図１】
2014183287.tif 000003
【図２】
2014183287.tif 000004
【図３】
2014183287.tif 000005
【図４】
2014183287.tif 000006
【図５】
2014183287.tif 000007
【図６】
2014183287.tif 000008
【図７】
2014183287.tif 000009
【図８】
2014183287.tif 000010
【図９】
2014183287.tif 000011
【図１０】
2014183287.tif 000012