(57)【要約】【課題】下地基板上に複数の層が積層された半導体装置を製造するに当たり、同一のパターンが形成される場合に、一つのマスクを共通して用いる。【解決手段】下地用マスク１１は、マーク領域３４に第１アウターマーク用パターン４１と、第１アウターマーク用パターンを行方向にｓ×（Ｘ１＋ｄＸ）、又は、−（ｎ−ｓ）×（Ｘ１＋ｄＸ）移動し、かつ、列方向にｔ×（Ｙ１＋ｄＹ）、又は、−（ｍ−ｔ）×（Ｙ１＋ｄＹ）移動した位置に第２アウターマーク用パターン４６とを備えている。【選択図】図８
2008096665.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地基板上に２以上の層が積層されて構成される半導体装置を製造する際に用いられる、下地用マスク及び積層用マスクを備える一組のフォトマスクであって、
前記下地用マスク及び積層用マスクの各々は、矩形状の露光領域に四角枠状の周辺領域と、該周辺領域で画成される矩形状の中央領域と、該中央領域に、ｍ行ｎ列（ｍ、ｎはそれぞれ２以上の整数）の行列状に配列されている、複数の矩形状のデバイスパターン領域とを備え、
該デバイスパターン領域の各々は、行方向の一辺の長さが第１の長さＸ１であり、及び列方向の一辺の長さが第２の長さＹ１の矩形状であって、行方向に第１の間隔ｄＸ及び列方向に第２の間隔ｄＹで配列されており、
前記露光領域の４つの頂点の座標が、それぞれ（０、０）、（ｎ×Ｘ１＋（ｎ＋１）×ｄＸ、０）、（０、ｍ×Ｙ１＋（ｍ＋１）×ｄＹ）及び（ｎ×Ｘ１＋（ｎ＋１）×ｄＸ、ｍ×Ｙ１＋（ｍ＋１）×ｄＹ）であり、
前記中央領域の４つの頂点の座標が、それぞれ（ｄＸ、ｄＹ）、（ｎ×Ｘ１＋ｎ×ｄＸ、ｄＹ）、（ｄＸ、ｍ×Ｙ１＋ｍ×ｄＹ）及び（ｎ×Ｘ１＋ｎ×ｄＸ、ｍ×Ｙ１＋ｍ×ｄＹ）であり、
前記周辺領域の前記中央領域を行方向に挟む位置、及び列方向に挟む位置にそれぞれ２対の同一形状及び大きさの重ね合わせ領域が設けられており、
各対の重ね合わせ領域の一方が遮光領域であり、かつ他方がマーク領域であり、
前記中央領域に対して同じ側にマーク領域と遮光領域の双方が設けられ、かつ、中央領域の各頂点を挟む位置にマーク領域と遮光領域の双方が設けられており、
前記積層用マスクは、前記マーク領域にレジスト合わせマーク用パターンを備え、
前記下地用マスクは、
前記マーク領域に第１基準合わせマーク用パターンと、
該第１基準合わせマーク用パターンを行方向にｓ×（Ｘ１＋ｄＸ）、又は、−（ｎ−ｓ）×（Ｘ１＋ｄＸ）移動し、かつ、列方向にｔ×（Ｙ１＋ｄＹ）、又は、−（ｍ−ｔ）×（Ｙ１＋ｄＹ）移動した位置（ｓは０又は１以上ｎ−１以下の整数、及びｔは０又は１以上ｍ−１以下の整数であって、ｓ及びｔのいずれか一方又は双方が１以上）に第２基準合わせマーク用パターンと
を備え、
フォトリソグラフィにより前記レジスト合わせマーク用パターンがレジストに転写された第１レジスト合わせマークと、フォトリソグラフィ及びエッチングにより前記第１基準合わせマーク用パターンが前記下地基板に転写された第１基準合わせマークとが相俟って、第１重ね合わせマークを構成し、及び
フォトリソグラフィにより前記レジスト合わせマーク用パターンがレジストに転写された第２レジスト合わせマークと、フォトリソグラフィ及びエッチングにより前記第２基準合わせマーク用パターンが前記下地基板に転写された第２基準合わせマークとが相俟って、第２重ね合わせマークを構成する
ことを特徴とするフォトマスク。
【請求項２】
下地基板上に２以上の層が積層されて構成される半導体装置を製造する際に用いられる、下地用マスク、積層用マスク及び消去用マスクを備える一組のフォトマスクであって、
前記下地用マスク、積層用マスク及び消去用マスクの各々は、矩形状の露光領域に四角枠状の周辺領域と、該周辺領域で画成される、矩形状の中央領域とを備え、
前記下地用マスク及び積層用マスクは、該中央領域に、ｍ行ｎ列（ｍ、ｎはそれぞれ２以上の整数）の行列状に配列されている、複数の矩形状のデバイスパターン領域を備えており、
該デバイスパターン領域の各々は、行方向の一辺の長さが第１の長さＸ１であり、及び列方向の一辺の長さが第２の長さＹ１の矩形状であって、行方向に第１の間隔ｄＸ及び列方向に第２の間隔ｄＹで配列されており、
前記周辺領域の前記中央領域を行方向に挟む位置、及び列方向に挟む位置にそれぞれ２対の同一形状及び大きさの重ね合わせ領域が設けられており、
各対の重ね合わせ領域の一方が遮光領域であり、かつ他方がマーク領域であり、
前記中央領域に対して同じ側にマーク領域と遮光領域の双方が設けられ、かつ、中央領域の各頂点を挟む位置にマーク領域と遮光領域の双方が設けられており、
前記積層用マスクは、前記マーク領域にレジスト合わせマーク用パターンを備え、
前記下地用マスクは、前記マーク領域に基準合わせマーク用パターンを備え、
フォトリソグラフィにより前記レジスト合わせマーク用パターンがレジストに転写されたレジスト合わせマークの潜像と、フォトリソグラフィ及びエッチングにより前記基準合わせマーク用パターンが前記下地基板に転写された基準合わせマークとが相俟って、重ね合わせマークを構成し、
前記消去用マスクは、中央領域が不透明であり、及び周辺領域が透明である
ことを特徴とするフォトマスク。
【請求項３】
請求項１に記載のフォトマスクを用いて、半導体装置を製造するに当たり、
下地基板を用意する工程と、
該下地基板上にレジストを塗布し、前記下地基板の座標原点をウエハステージ原点に一致させるとともに、前記下地用マスクの座標原点をレチクルステージ原点に一致させるアライメントを行った後、前記下地用マスクを用いた露光及び現像を行って、下地用レジストパターンを形成する工程と、
該下地用レジストパターンを用いて下地基板をエッチングし、前記下地用レジストパターンを前記下地基板に転写して第１及び第２基準合わせマークを含む下地パターンを得る工程と、
前記下地パターン上に、第１層を形成する工程と、
前記第１層上にレジストを塗布する工程と、
前記下地基板の座標原点をウエハステージ原点に一致させるとともに、前記下地用マスクの座標原点をレチクルステージ原点に一致させるアライメントを行う工程と、
前記積層用マスクを用いた露光及び現像を行って、第１レジスト合わせマークを含む積層用レジストパターンを形成する工程と、
前記第１基準合わせマークと前記第１レジスト合わせマークとが相俟って構成される第１重ね合わせマークを用いた重ね合わせ測定を行う工程と、
重ね合わせ測定の結果、前記積層用レジストパターンの位置ずれが予め設定した基準値よりも大きい場合は、前記積層用レジストパターンを除去した後、再びレジストを塗布する工程を行い、一方、前記位置ずれが前記基準値以内である場合は、該積層用レジストパターンを用いて第１層をエッチングして、前記積層用レジストパターンを前記第１層に転写して第１層パターンを得る工程と、
前記第１層パターン上に、第２層を形成する工程と、
前記第２層上にレジストを塗布し、前記下地基板の座標原点をウエハステージ原点に一致させるとともに、前記下地用マスクの座標原点をレチクルステージ原点に対して、行方向に−（ｎ−ｓ）×（Ｘ１＋ｄＸ）、及び列方向に−（ｍ−ｔ）×（Ｙ１＋ｄＹ）移動した位置に一致させるアライメントを行う工程と、
前記積層用マスクを用いた露光及び現像を行って、第２レジスト合わせマークを含む積層用レジストパターンを形成する工程と、
前記第２基準合わせマークと前記第２レジスト合わせマークとが相俟って構成される第２重ね合わせマークを用いた重ね合わせ測定を行う工程と、
重ね合わせ測定の結果、前記積層用レジストパターンの位置ずれが予め設定した基準値よりも大きい場合は、前記積層用レジストパターンを除去した後、再びレジストを塗布する工程を行い、一方、前記位置ずれが前記基準値以内である場合は、該積層用レジストパターンを用いて第２層をエッチングして、前記積層用レジストパターンを前記第２層に転写して第２層パターンを得る工程と
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項２に記載のフォトマスクを用いて、半導体装置を製造するに当たり、
下地基板を用意する工程と、
該下地基板上にレジストを塗布し、前記下地基板の座標原点をウエハステージ原点に一致させるとともに、前記下地用マスクの座標原点をレチクルステージ原点に一致させるアライメントを行った後、前記下地用マスクを用いた露光及び現像を行って、下地用レジストパターンを形成する工程と、
該下地用レジストパターンを用いて下地基板をエッチングし、前記下地用レジストパターンを前記下地基板に転写して基準合わせマークを含む下地パターンを得る工程と、
前記下地パターン上に、第１層を形成する工程と、
前記第１層上にレジストを塗布する工程と、
前記下地基板の座標原点をウエハステージ原点に一致させるとともに、前記下地用マスクの座標原点をレチクルステージ原点に一致させるアライメントを行う工程と、
前記積層用マスクを用いた露光を行って、前記第１層上のレジストにレジスト合わせマークの潜像を形成する工程と、
前記レジスト合わせマークの潜像と前記基準合わせマークとが相俟って構成される重ね合わせマークを用いた重ね合わせ測定を行う工程と、
重ね合わせ測定の結果、前記レジストの位置ずれが予め設定した基準値よりも大きい場合は、前記レジストを除去した後、再びレジストを塗布する工程を行い、一方、基準値以内である場合は、消去用マスクを用いて周辺領域の露光を行う工程と、
露光されたレジストを現像して、積層用レジストパターンを形成する工程と、
該積層用レジストパターンを用いて第１層をエッチングして、前記積層用レジストパターンを前記第１層に転写して第１層パターンを得る工程と、
前記第１層パターン上に、第２層を形成する工程と、
前記第２層上にレジストを塗布する工程と、
前記下地基板の座標原点をウエハステージ原点に一致させるとともに、前記下地用マスクの座標原点をレチクルステージ原点に一致させるアライメントを行う工程と、
前記積層用マスクを用いた露光を行って、前記第２層上のレジストにレジスト合わせマークの潜像を形成する工程と、
前記レジスト合わせマークの潜像と前記基準合わせマークとが相俟って構成される重ね合わせマークを用いた重ね合わせ測定を行う工程と、
重ね合わせ測定の結果、前記レジストの位置ずれが予め設定した基準値よりも大きい場合は、前記レジストを除去した後、再びレジストを塗布する工程を行い、一方、基準値以内である場合は、消去用マスクを用いて周辺領域の露光を行う工程と、
露光されたレジストを現像して、積層用レジストパターンを形成する工程と、
該積層用レジストパターンを用いて第２層をエッチングして、前記積層用レジストパターンを前記第２層に転写して第２層パターンを得る工程と
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記下地用マスク及び前記積層用マスクを用いた露光では、行方向の移動単位をｎ×（Ｘ１＋ｄＸ）とし、及び列方向の移動単位をｍ×（Ｙ１＋ｄＹ）として、行方向又は列方向に隣接する領域の露光を行う
ことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記下地用マスク、前記積層用マスク及び前記遮光用マスクを用いた露光では、行方向の移動単位をｎ×（Ｘ１＋ｄＸ）とし、及び列方向の移動単位をｍ×（Ｙ１＋ｄＹ）として、行方向又は列方向に隣接する領域の露光を行う
ことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、フォトマスク及び当該フォト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。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置を製造するにあたり、一般にフォトリソグラフィ工程及びドライエッチング工程により、半導体基板に所定のパターンを形成している。
【０００３】
フォトリソグラフィ工程では、先ず、半導体基板上にレジストを塗布してレジスト層を形成する。次に、フォトマスクを用いてレジスト層に対する露光を行った後、現像を行ってレジストパターンを得る。ドライエッチング工程では、得られたレジストパターンをマスクとして用いた異方性のエッチングを行うことにより、レジストパターンを半導体基板に転写して、半導体基板に所定のパターンを形成する。
【０００４】
フォトマスクを用いた露光の際には、半導体基板を保持したウエハステージと、露光用のフォトマスク（レチクル）を保持したレチクルステージとの相対的な位置調整、すなわちアライメントを行っている。アライメントでは、半導体基板とフォトマスクの双方に形成したアライメントマークを光学的に検出して、半導体基板とフォトマスクとの位置合わせを行っている。
【０００５】
多層構造の半導体装置を製造する場合には、各層の間の重ね合わせの位置精度が歩留まりに影響を与える。そこで、各層に対するフォトリソグラフィ工程でレジストの現像を行った後に、アライメントマークとは別に、半導体基板と各層に形成した重ね合わせマークを用いて、重ね合わせ測定を行う。重ね合わせ測定の結果、ウエハステージとレチクルステージの位置ずれが、半導体装置で所望の特性が得られる、設計上定めた基準値より大きい場合は、レジストパターンをアッシングにより除去した後、再びフォトリソグラフィ工程を行う。このとき、重ね合わせ測定の結果をフィードバックして、ウエハステージとレチクルステージの位置調整を行う。
【０００６】
図１〜図５を参照して、半導体基板である下地基板上に、第１層及び第２層を階層状に形成する例について、重ね合わせマークに注目して説明する。この場合、下地基板、第１層及び第２層のそれぞれに対するフォトリソグラフィ工程では、それぞれ異なるフォトマスクが用いられる。下地基板、第１層及び第２層に対する露光を行う際に用いられるフォトマスクを、それぞれ、下地用マスク、第１層用マスク及び第２層用マスクと称する。ここで、半導体基板には、複数の行列状に配列されたチップが形成されるものとする。
【０００７】
図１は、従来の下地用マスクを説明するための図である。図１（Ａ）は、下地用マスクの模式的な拡大平面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面の切り口を示す端面図である。
【０００８】
図２は、従来の第１層用マスクを説明するための図である。図２（Ａ）は、第１層用マスクの模式的な拡大平面図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面の切り口を示す端面図である。
【０００９】
図３は、従来の第２層用マスクを説明するための図である。図３（Ａ）は、第２層用マスクの模式的な拡大平面図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面の切り口を示す端面図である。
【００１０】
図４及び図５は、従来の半導体装置の製造方法を説明するための工程図である。図４（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、各工程で形成される構造体の模式的な拡大平面図である。図５（Ａ）、（Ｃ）及び（Ｅ）は、それぞれ下地用マスク２１１、第１層用マスク２１３及び第２層用マスク２１４の断面の切り口を示す端面図である。図５（Ｂ）は、図４（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面の切り口を示す端面図であり、図５（Ｄ）は、図４（Ｂ）のＢ−Ｂ線に沿った断面の切り口を示す端面図であり、図５（Ｆ）は、図４（Ｃ）のＣ−Ｃ線に沿った断面の切り口を示す端面図である。
【００１１】
先ず、下地用マスク２１１を用いたフォトリソグラフィ及びドライエッチングを行って、下地基板３００をパターニングして下地パターン３０１を形成する（図５（Ａ）及び（Ｂ））。
【００１２】
この下地パターン３０１を形成するために使用する下地用マスク２１１は、図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、非露光領域２２２で画成される矩形状の露光領域２２４を備えている。露光領域２２４は、四角枠状の周辺領域２２６と、周辺領域２２６で画成される中央領域２２８を備えている。周辺領域２２６は、中央領域２２８の周辺を一定幅で囲む四角い枠状領域である。中央領域２２８は、行列状にデバイスパターン領域２３０を備えている。デバイスパターン領域２３０は、下地基板に形成される各チップに対応するチップ用マスクパターン領域であって、チップに形成されるデバイスパターンに対応するマスクパターンが形成されている。
【００１３】
下地用マスク２１１の周辺領域２２６には、下地パターン３０１（図５（Ｂ）参照）を形成するために用いられる３つのパターン、すなわち、第１アウターマーク用パターン２４１、第２アウターマーク用パターン２４６及び遮光用パターン２５１が設けられている。これら第１及び第２アウターマーク用パターン２４１及び２４６と遮光用パターン２５１は、露光領域２２４の各辺に対する枠状領域中に、同一サイズでしかも同一の配置関係で、それぞれ設けられている。下地用マスク２１１は、例えば、石英基板２２０で構成される。第１アウターマーク用パターン２４１、第２アウターマーク用パターン２４６及び遮光用パターン２５１と、デバイスパターン領域２３０に形成されるマスクパターンは、石英基板２２０上に蒸着されたクロムで形成されている。また、非露光領域２２２の石英基板２２０上にも、クロムが蒸着されている。
【００１４】
周知の通り、マスクパターンを転写すべき下地基板の表面領域は、１回の露光ショットで露光される領域よりもはるかに広い。そこで、下地パターンを下地基板の全面に形成するために、下地基板上のレジスト層に対する露光を、露光ショットごとに下地用マスク２１１の投影領域を順次に隣接させながらずらして行っている。四角枠状の周辺領域２２６の４つの辺に対応するぞれぞれの領域を辺領域と称するとき、下地用マスク２１１の移動は、対向する一方の辺領域の投影位置に、他方の辺領域の投影位置が重なるようにして行っている。従って、前の露光では、第１及び第２アウターマーク用パターン２４１及び２４６に対応する、レジスト層の領域が分離されて露光され、かつ、遮光用パターン２５１に対応するレジスト層の領域は、非露光とされる。次の隣接領域の露光では、前の露光では非露光であったレジスト層の領域に、第１及び第２アウターマーク用パターン２４１及び２４６が分離されて露光される。他方、前の露光で分離露光されていたレジスト層の領域が、遮光用パターン２５１に対応する領域となるので、非露光とされる。その結果、辺領域の前の露光で分離露光された領域は、次の露光では非露光とされ、一方、前の露光で非露光とされた領域は、次の露光で分離露光される。従って、この２重露光によって、遮光用パターン２５１に対応するパターンはレジスト層に形成されない。
【００１５】
この下地用マスク２１１を用いたフォトリソグラフィ工程により、下地用マスク２１１のマスクパターン（下地マスクパターン）が転写された下地用レジストパターン（図示を省略する。）が、下地基板上に形成される。その後、下地用レジストパターンを用いたエッチング工程により、下地基板に下地用レジストパターンが転写されて、下地パターン３０１が形成される（図４（Ａ）、図５（Ａ）及び（Ｂ））。すなわち、下地マスクパターンの第１アウターマーク用パターン２４１及び第２アウターマーク用パターン２４６が下地基板に転写されて、第１アウターマーク３４１及び第２アウターマーク３４６が得られる。また、デバイスパターン領域に対応する領域にデバイスパターン３３０が得られる。
【００１６】
次に、下地用レジストパターンをアッシングにより除去した後、下地パターン３０１上に、シリコン酸化膜を堆積して第１層３０３を形成し、第１層用マスク２１３を用いたフォトリソグラフィ工程を行う（図２（Ａ）及び（Ｂ）、図５（Ｃ）及び（Ｄ））。
【００１７】
このとき使用する第１層用マスク２１３は、上述した第１アウターマーク用パターンと第２アウターマーク用パターンの代わりに、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように四角枠状の周辺領域２２６に第１インナーマーク用パターン２６３が設けられている点が下地用マスク２１１と異なっていて、他の部分は、下地用マスク２１１と同様である。
【００１８】
この第１層用マスク２１３を用いたフォトリソグラフィ工程により、最終的には全ての周辺領域が下地用マスク２１１を用いて下地パターン３０１を形成する場合と同様に、２重露光される。この結果、第１層用マスク２１３のマスクパターン（第１層マスクパターン）が、第１層３０３上に塗布形成されているレジスト層に転写されて、第１層用レジストパターン３０５が形成される（図５（Ｃ）及び（Ｄ））。このとき、第１層マスクパターンに含まれる第１インナーマーク用パターン２６３がレジスト層に転写されて第１インナーマーク３６３が得られる（図４（Ｂ）及び図５（Ｄ））。
【００１９】
この第１インナーマーク３６３と第１アウターマーク３４１が相俟って、第１重ね合わせマーク３７３としてボックスインボックスマークを構成する。ボックスインボックスマークは、それぞれ直角四辺形である、第１アウターマーク３４１と、第１アウターマーク３４１より辺の長さが短い第１インナーマーク３６３とによって構成される。第１アウターマーク３４１は下地パターン３０１に含まれて形成されている。また、第１インナーマーク３６３は、下地パターン３０１上に設けられた第１層３０３上に、第１層用レジストパターン３０５に含まれて形成されている。下地パターン３０１と第１層用レジストパターン３０５との重ね合わせの位置精度を知るために、第１アウターマーク３４１と第１インナーマーク３６３を重ね合わせたときの両者の間の位置ずれを観察する。上面に第１層用レジストパターン３０５が形成された半導体基板を上方から見た時に、第１アウターマーク３４１内に第１インナーマーク３６３が入り込んだ状態がボックスインボックスの状態になる。ボックスインボックスマークでは、第１アウターマーク３４１と第１インナーマーク３６３の対応する辺同士の距離に基づいて位置ずれが得られる。
【００２０】
下地パターン３０１と第１層用レジストパターン３０５の位置ずれが設計上定めた基準値以内の場合は、この第１層用レジストパターン３０５を用いたドライエッチング工程を行い、第１層３０３をパターニングして第１層パターン３０４を形成する。
【００２１】
一方、下地パターン３０１と、第１層用レジストパターン３０５の位置ずれが設計上定めた基準値より大きい場合は、第１層用レジストパターン３０５をアッシングにより除去し、得られた位置ずれの値をフィードバックして、ウエハステージとレチクルステージのアライメント、すなわち位置合せを行って、再び第１層用レジストパターン３０５の形成を行う。
【００２２】
なお、第１層パターン３０４の形成の際に、第１インナーマーク３６３が転写された第１層マーク４６３が第１層パターン３０４に含まれて形成される。
【００２３】
第１層パターン３０４を形成した後、残存する第１層用レジストパターン３０５をアッシングにより除去し、第１層パターン３０４上にシリコン酸化膜を堆積して第２層３０７を形成する。その後、第２層用マスク２１４を用いたフォトリソグラフィを行う（図３（Ａ）及び（Ｂ）、図５（Ｅ）及び（Ｆ））。
【００２４】
第２層用マスク２１４は、周辺領域２２６に第１インナーマーク用パターンに代えて、第２インナーマーク用パターン２６５が設けられている点が第１層用マスク２１３と異なっていて、他の部分は、第１層用マスク２１３と同様である。
【００２５】
この第２層用マスク２１４を用いたフォトリソグラフィ工程により、下地用マスク２１１を用いて下地パターン３０１を形成する場合と同様な２重露光が行われ、第２層用マスク２１４のマスクパターン（第２マスクパターン）が、第２層３０７上に塗布形成されているレジスト層に転写されて、第２層用レジストパターン３０９が形成される（図５（Ｅ）及び（Ｆ））。このとき、第２マスクパターンに含まれる第２インナーマーク用パターン２６５がレジスト層に転写されて、第２インナーマーク３６５が得られる（図４（Ｃ）及び図５（Ｆ））。
【００２６】
この第２インナーマーク３６５と第２アウターマーク３４６が相俟って、第２重ね合わせマーク３７５としてボックスインボックスマークを構成する。下地パターン３０１と第２層用レジストパターン３０９との位置精度を知るために、第２アウターマーク３４６と第２インナーマーク３６５を重ね合わせたときの両者の間の位置ずれを観察する。
【００２７】
下地パターン３０１と第２層用レジストパターン３０９の位置ずれが設計上定めた基準値以内の場合は、この第２層用レジストパターン３０９を用いたドライエッチング工程を行い、第２層３０７をパターニングして第２層パターンを形成する。
【００２８】
一方、下地パターン３０１と、第２層用レジストパターン３０９の位置ずれが設計上定めた基準値より大きい場合は、第２層用レジストパターン３０９をアッシングにより除去し、得られた位置ずれの値をフィードバックして、ウエハステージとレチクルステージのアライメント、すなわち位置合せを行って、再び第２層用レジストパターン３０９の形成を行う。
【００２９】
なお、重ね合わせ測定を行う際に、レジストの現像を行わず、インナーマークの潜像を用いる方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【００３０】
また、フォトリソグラフィ処理で得られる以上の精度が要求される場合、電子線リソグラフィが行われるが、その露光方法やアライメント方法が提案されている（例えば、特許文献２又は３参照）。
【特許文献１】特開平３−１６６７１２号公報
【特許文献２】国際公開第２００３／０４６９６３号パンフレット
【特許文献３】特開２００５−１２９６４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
図１〜３を参照して説明した従来の各フォトマスクを用いる場合、第１層のチップ領域に形成されるデバイスパターンと、第２層のチップ領域に形成されるデバイスパターンとが同一であっても、第１層及び第２層のパターニングに共通のマスクを用いることができない。この理由は以下の通りである。共通のマスクを用いると、第１層用レジスト合わせマークである第１層用インナーマークが第１層に転写されて形成される第１層マークと第２層用レジスト合わせマークである第２層用インナーマークとが平面的に同じ位置に形成される。このため、第２層用レジストパターンを形成して重ね合わせ測定を行う際に、第１層マークと第２層用インナーマークが重なってしまい、下地パターンと第２層レジストパターンの重ね合わせ測定を行うことができない。
【００３２】
従って、第１層及び第２層の各チップ領域に、同一のデバイスパターンを形成する場合であっても、レジスト合わせマークであるインナーマークの位置が異なるだけのマスクパターンを形成する必要があり、非効率的である。
【００３３】
そこで、この出願に係る発明者が、鋭意研究を行ったところ、下地マスクパターンに形成される基準合わせマークであるアウターマークの位置を工夫することによって、第１層と第２層に同一のパターンをパターニングするための積層用マスクをひとつの共通のマスクとして構成できることを見出した。
【００３４】
この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、従って、この発明の目的は、下地基板をパターニングするための下地用マスクと、パターニングされた下地基板上に、階層的に積層される各層を、層ごとに位置決め精度良くパターニングできる、各層に共通の一枚の積層用マスクを一組として含むフォトマスクを提供することにある。また、この発明の他の目的は、当該フォトマスクを用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
上述した目的を達成するために、この発明のフォトマスクは、下地基板上に２以上の層が積層されて構成される半導体装置を製造する際に用いられる、下地用マスク及び積層用マスクを一組として含むフォトマスクである。
【００３６】
下地用マスク及び積層用マスクは、いずれも、矩形状の露光領域に四角枠状の周辺領域と、周辺領域で画成される矩形状の中央領域と、中央領域に、ｍ行ｎ列（ｍ、ｎはそれぞれ２以上の整数）の行列状に配列されている、複数の矩形状のデバイスパターン領域とを備えている。
【００３７】
デバイスパターン領域の各々は行方向の一辺の長さが第１の長さＸ１であり、及び列方向の一辺の長さが第２の長さＹ１の矩形状であって、行方向に第１の間隔ｄＸ及び列方向に第２の間隔ｄＹで配列されている。
【００３８】
露光領域の４つの頂点の座標が、それぞれ（０、０）、（ｎ×Ｘ１＋（ｎ＋１）×ｄＸ、０）、（０、ｍ×Ｙ１＋（ｍ＋１）×ｄＹ）及び（ｎ×Ｘ１＋（ｎ＋１）×ｄＸ、ｍ×Ｙ１＋（ｍ＋１）×ｄＹ）である。また、中央領域の４つの頂点の座標が、それぞれ（ｄＸ、ｄＹ）、（ｎ×Ｘ１＋ｎ×ｄＸ、ｄＹ）、（ｄＸ、ｍ×Ｙ１＋ｍ×ｄＹ）及び（ｎ×Ｘ１＋ｎ×ｄＸ、ｍ×Ｙ１＋ｍ×ｄＹ）である。
【００３９】
周辺領域の中央領域を行方向に挟む位置、及び列方向に挟む位置にそれぞれ２対の同一形状及び大きさの重ね合わせ領域が設けられていて、各対の重ね合わせ領域の一方が遮光領域であり、他方がマーク領域である。さらに、中央領域に対して同じ側にマーク領域と遮光領域の双方が設けられ、かつ、中央領域の各頂点を挟む位置にマーク領域と遮光領域の双方が設けられている。
【００４０】
積層用マスクは、マーク領域にレジスト合わせマーク用パターンを備えている。下地用マスクは、マーク領域に第１基準合わせマーク用パターンと、第１基準合わせマーク用パターンを行方向にｓ×（Ｘ１＋ｄＸ）、又は、−（ｎ−ｓ）×（Ｘ１＋ｄＸ）移動し、かつ、列方向にｔ×（Ｙ１＋ｄＹ）、又は、−（ｍ−ｔ）×（Ｙ１＋ｄＹ）移動した位置に第２基準合わせマーク用パターンとを備えている。ここで、ｓは０又は１以上ｎ−１以下の整数、及びｔは０又は１以上ｍ−１以下の整数であるものとし、ｓ及びｔのいずれか一方又は双方が１以上であるものとする。
【００４１】
フォトリソグラフィによりレジスト合わせマーク用パターンがレジストに転写された第１レジスト合わせマークと、フォトリソグラフィ及びエッチングにより第１基準合わせマーク用パターンが下地基板に転写された第１基準合わせマークとが相俟って、第１重ね合わせマークを構成する。フォトリソグラフィによりレジスト合わせマーク用パターンがレジストに転写された第２レジスト合わせマークと、フォトリソグラフィ及びエッチングにより第２基準合わせマーク用パターンが下地基板に転写された第２基準合わせマークとが相俟って、第２重ね合わせマークを構成する。
【００４２】
この発明の半導体装置の製造方法は、半導体装置を製造するに当たり、上述のフォトマスクを用いて実施され、以下の工程を備えている。
【００４３】
先ず、下地基板を用意する。次に、下地基板上にレジストを塗布し、下地基板の座標原点をウエハステージ原点に一致させるとともに下地用マスクの座標原点をレチクルステージ原点に一致させるアライメントを行った後、下地用マスクを用いた露光及び現像を行って、下地用レジストパターンを形成する。
【００４４】
次に、下地用レジストパターンを用いて下地基板をエッチングし、下地用レジストパターンを下地基板に転写して第１及び第２基準合わせマークを含む下地パターンを得る。
【００４５】
次に、下地パターン上に、第１層を形成する。次に、第１層上にレジストを塗布する。
【００４６】
次に、下地基板の座標原点をウエハステージ原点に一致させるとともに下地用マスクの座標原点をレチクルステージ原点に一致させるアライメントを行う。その後、積層用マスクを用いた露光及び現像を行って、第１レジスト合わせマークを含む積層用レジストパターンを形成する。
【００４７】
次に、第１基準合わせマークと第１レジスト合わせマークとが相俟って構成される第１重ね合わせマークを用いた重ね合わせ測定を行う。
【００４８】
重ね合わせ測定の結果、積層用レジストパターンの位置ずれが予め設定した基準値よりも大きい場合は、積層用レジストパターンを除去した後、再びレジストを塗布する工程を行い、一方、位置ずれが基準値以内である場合は、積層用レジストパターンを用いて第１層をエッチングして、積層用レジストパターンを第１層に転写して第１層パターンを得る。
【００４９】
次に、第１層パターン上に、第２層を形成する。
【００５０】
次に、第２層上にレジストを塗布し、下地基板をウエハステージ原点に一致させるとともに、下地用マスクの座標原点をレチクルステージ原点に対して、行方向に−（ｎ−ｓ）×（Ｘ１＋ｄＸ）、及び列方向に−（ｍ−ｔ）×（Ｙ１＋ｄＹ）移動した位置に積層用マスクの座標原点を一致させるアライメントを行う。その後、積層用マスクを用いた露光及び現像を行って、第２レジスト合わせマークを含む積層用レジストパターンを形成する。
【００５１】
次に、第２基準合わせマークと第２レジスト合わせマークとが相俟って構成される第２重ね合わせマークを用いた重ね合わせ測定を行う。
【００５２】
重ね合わせ測定の結果、積層用レジストパターンの位置ずれが予め設定した基準値よりも大きい場合は、積層用レジストパターンを除去した後、再びレジストを塗布する工程を行い、一方、基準値以内である場合は、積層用レジストパターンを用いて第２層をエッチングして、積層用レジストパターンを第２層に転写して第２層パターンを得る。
【発明の効果】
【００５３】
この発明のフォトマスク及び当該フォトマスクを用いた半導体装置の製造方法によれば、下地用マスクは、マーク領域に第１基準合わせマーク用パターンと、第１基準合わせマークを行方向にｓ×（Ｘ１＋ｄＸ）、又は、−（ｎ−ｓ）×（Ｘ１＋ｄＸ）移動し、かつ、列方向にｔ×（Ｙ１＋ｄＹ）、又は、−（ｍ−ｔ）×（Ｙ１＋ｄＹ）移動した位置に第２基準合わせマーク用パターンとを備えている。
【００５４】
従って、第１層パターンを形成する際には、下地基板の座標原点をウエハステージ原点に一致させるとともに積層用マスクの座標原点をレチクルステージ原点に一致させるアライメントを行い、第２層パターンを形成する際には、下地基板の座標原点をウエハステージ原点に一致させるとともに積層用マスクの座標原点をレチクルステージ原点に対して、行方向に−（ｎ−ｓ）×（Ｘ１＋ｄＸ）、及び列方向に−（ｍ−ｔ）×（Ｙ１＋ｄＹ）移動した位置に一致させるアライメントを行えば、第１層と第２層について、それぞれ異なる位置に形成される重ね合わせパターンを用いて重ね合わせ測定を行うことができる。
【００５５】
その結果、第１層と第２層に、同一のデバイスパターンを形成する場合に、一つのマスクを共通に用いて、層ごとに精度良く位置決めができるので、効率的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の位置、大きさ及び配置関係についてはこの発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されない。なお、図を明確にするために、平面図に一部ハッチングを付している部分があるが、断面を示すものではなく、構成要素を強調して示しているに過ぎない。
【００５７】
（第１実施形態のフォトマスク）
第１実施形態のフォトマスクは、第１フォトマスクとしての下地用マスクと第２フォトマスクとしての積層用マスクとを含む一組のフォトマスクである。このフォトマスクの下地用マスクは、トランジスタ等の素子が作りこまれている下地基板上に重ね合わせマークの一方のマーク、すなわち、下地側マークとその他の所要のパターンとを形成する際に使用される。他方の積層用マスクは、下地側マークが形成された下地基板上に２以上の層を階層的に積層させるとき、層ごとに重ね合わせマークの他方のマーク、すなわち、層側マークとその他の所要のパターンとを形成する際に使用される。
【００５８】
なお、以下の説明では、従来周知のフォトリソグラフィ技術を用いて、下地基板すなわち半導体基板全体に行列状に、同一デバイスパターンの複数の回路チップを形成する例につき説明する。また、一例として、下地基板上に階層的に形成される層の数を２とし、第１層と第２層のチップ領域には、同一のデバイスパターンがそれぞれ形成されるものとして説明する。また、トランジスタ等の素子が形成された下地基板と、その下地基板上に直前までの処理によって形成された構造体をそれぞれ半導体ウエハと総称する。
【００５９】
先ず、図６を参照して、上述の露光に用いる第１実施形態の下地用マスク及び積層用マスクの両マスクに共通の構成部分について説明する。図６は第１実施形態の両マスクを一つの共通のフォトマスクとして示した、模式的な拡大平面図であって、第１実施形態の下地用マスクと積層用マスクとに共通する構成要素を示している。なお、以下の説明において、図６に示したフォトマスクを共通フォトマスクとして説明し、さらに、特に言及する場合を除いて、半導体ウエハ側の各部分の寸法としてフォトマスクにおける寸法に換算したものを用いている。例えば、レジストにおける寸法は、縮小投影倍率が５倍の場合は、フォトマスクにおける寸法の１／５になる。
【００６０】
共通フォトマスク１０は、それぞれ非露光領域２２で囲まれて画成される矩形状の露光領域２４と、露光領域２４内に、四角枠状の周辺領域２６と、周辺領域２６で囲まれて画成される矩形状の中央領域２８を備えている。なお、これら各領域を有する共通フォトマスク１０の面は、ＸＹ直交座標系のＸＹ平面内にあるとする。ここで、四角枠状の周辺領域２６の４つの辺に対応するそれぞれの領域を辺領域と称する。
【００６１】
中央領域２８には、ｍ行ｎ列（ｍ、ｎはいずれも２以上の整数）の行列状に、ｍ×ｎ個のデバイスパターン領域３０が設けられている。これらデバイスパターン領域３０は、周辺領域２６の辺に平行な、互いに直交する格子状領域２６ＸＧ及び２６ＹＧによって、互いに分離されている。ここでは、ｍ＝ｎ＝３として、中央領域２８に９（＝３×３）個のデバイスパターン領域３０が設けられている場合について説明するが、何らこの例に限定されるものではない。この場合には、格子状領域は、Ｘ方向に延在する２つの横格子２６ＹＧとＹ方向に延在する２つの縦格子２６ＸＧとを備えている。これら横格子の幅をｄＹとし、かつ、縦格子の幅をｄＸとする。
【００６２】
なお、露光領域２４、中央領域２８及びデバイスパターン領域３０の、頂点を挟む二辺は、互いに直交する行方向（Ｘ方向）及び列方向（Ｙ方向）である。
【００６３】
各デバイスパターン領域３０の行方向の一辺の長さを第１の長さＸ１とし、及び列方向の一辺の長さを第２の長さＹ１としている。デバイスパターン領域３０は、行方向及び列方向に、それぞれ第１の間隔ｄＸ及び第２の間隔ｄＹで配列されている。
【００６４】
また、露光領域２４の行方向の一辺の長さを、ｎ×Ｘ１＋（ｎ＋１）×ｄＸとし、列方向の一辺の長さを、ｍ×Ｙ＋（ｍ＋１）×ｄＹとする。また、中央領域２８の行方向の一辺の長さを、ｎ×Ｘ１＋（ｎ−１）×ｄＸとし、列方向の一辺の長さを、ｍ×Ｙ＋（ｍ−１）×ｄＹとする。中央領域２８は、露光領域２４を行方向及び列方向について同じ倍率で縮小した領域に対応しており、かつ、中央領域２８と露光領域２４の中心は一致している。ここで、四角い露光領域２４の一つの隅の頂点（例えば、図中、左下の頂点）を座標原点Ａ１（０、０）とした場合に、対応する中央領域２８の一つの頂点、すなわち、図中、左下の頂点を、Ｂ１（ｄＸ、ｄＹ）とする。
【００６５】
このとき、露光領域２４の４つの頂点の座標は、それぞれＡ１（０、０）、Ａ２（ｎ×Ｘ１＋（ｎ＋１）×ｄＸ、０）、Ａ３（０、ｍ×Ｙ１＋（ｍ＋１）×ｄＹ）及びＡ４（ｎ×Ｘ１＋（ｎ＋１）×ｄＸ、ｍ×Ｙ１＋（ｍ＋１）×ｄＹ）になる。また、中央領域２８の４つの頂点の座標は、それぞれＢ１（ｄＸ、ｄＹ）、Ｂ２（ｎ×Ｘ１＋ｎ×ｄＸ、ｄＹ）、Ｂ３（ｄＸ、ｍ×Ｙ１＋ｍ×ｄＹ）及びＢ４（ｎ×Ｘ１＋ｎ×ｄＸ、ｍ×Ｙ１＋ｍ×ｄＹ）になる。
【００６６】
一般に、半導体ウエハの全面にレジスト層が設けられており、レジスト層が１回の露光で露光される領域の面積は、半導体ウエハの面積よりも小さいので、通常は、第１又は第２フォトマスクに対する半導体ウエハの位置を相対的に移動させて、レジスト層の全面に露光を行っていく。このとき、半導体ウエハ面において、直前に露光された領域に隣接する領域を露光する際には、一部分が重なるように、レジスト層に対する露光を行っていく。
【００６７】
例えば、図６を参照して説明した共通フォトマスク１０を用いて露光を行う場合には、１回の露光を行った後、共通フォトマスク１０のＸ方向の位置を、ｎ×（Ｘ１＋ｄＸ）ずらして露光を行っていく。さらに、Ｙ方向の位置については、ｍ×（Ｙ１＋ｄＹ）ずらして露光を行っていく。例えば、Ｘ方向及びＹ方向についてそれぞれ共通フォトマスク１０と下地基板の位置を相対的にずらして露光を行うと、隣接する投影領域に対する露光の際には、周辺領域２６の部分が２重露光される。
【００６８】
今、周辺領域２６のＸ方向に対向する２つの辺領域を２６Ｘ１及び２６Ｘ２とし、及びＹ方向に対向する２つの辺領域を２６Ｙ１及び２６Ｙ２とする。
【００６９】
図７を参照して、この隣接する領域の露光について説明する。図７（Ａ）〜（Ｄ）は、隣接する領域の露光を説明するための模式図である。図７（Ａ）及び（Ｃ）は、共通フォトマスク１０の露光領域を抜き出して概略的に示す平面図である。図７（Ｂ）は先の露光後の半導体ウエハの露光状態を説明するための概略的平面図であり、図７（Ｄ）は、後の露光後の半導体ウエハの露光状態を説明するための概略的平面図である。
【００７０】
レジスト層のある領域を、フォトマスク１０を用いて先の露光を行ったとき、辺領域２６Ｘ１及び２６Ｘ２に対応するレジスト層の投影領域を２６Ｘ１１及び２６Ｘ２１とする（図７（Ａ）及び（Ｂ））。また、先の露光での投影領域に隣接するレジスト層の領域を、フォトマスク１０を用いて後の露光を行ったとき、辺領域２６Ｘ１及び２６Ｘ２に対応するレジスト層の投影領域を２６Ｘ１２及び２６Ｘ２２とする（図７（Ｃ）及び（Ｄ））。レジスト層に対して先の露光領域に隣接する領域の露光を行うとき、先の露光領域２６Ｘ２１を、後の露光によって辺領域２６Ｘ１で露光するように、フォトマスク１０と下地基板の位置を相対的にＸ方向にずらす。その結果、先の露光で露光される辺領域２６Ｘ２に対応する領域２６Ｘ２１と、後の露光で露光される辺領域２６Ｘ１に対応する領域２６Ｘ１２とが一致する。
【００７１】
このように前後の２回の露光で周辺領域２６の一つの辺領域に対応するレジスト層の領域は、２回ずつ露光される。最終的には、周辺領域２６の４つの辺領域２６Ｘ１、２６Ｘ２、２６Ｙ１及び２６Ｙ２に対応するレジスト層の領域は、全て２重露光される。
【００７２】
再び、図６を参照して説明する。周辺領域２６は、中央領域２８をＸ方向に挟む位置、及び、中央領域２８をＹ方向に挟む位置にそれぞれ２対の計４対の同じ形状及び同じ大きさの重ね合わせ領域３２を備えている。
【００７３】
各対の重ね合わせ領域３２の一方をマーク領域３４とし、及び他方を遮光領域３６とする。このとき、中央領域２８に対して同じ側の辺領域内に、マーク領域３４と遮光領域３６の双方を備え、かつ、２つの辺領域の交差領域付近、すなわち、中央領域２８の各頂点を挟む周辺領域のコーナー付近の位置にマーク領域３４と遮光領域３６の双方を備えるように、マーク領域３４及び遮光領域３６が設けられている。すなわち、各辺領域２６Ｘ１、２６Ｘ２、２６Ｙ１及び２６Ｙ２には、マーク領域３４及び遮光領域３６が一つずつ設けられている。マーク領域３４は、下地パターンと下地基板上に階層的に形成される各層との重ね合わせ測定に用いられる。重ね合わせ領域３２が設けられている周辺領域２６は、隣接する領域の露光の際に２重以上の多重露光がなされる。隣接する領域の露光時に、マーク領域３４が不要に露光されるのを防ぐために、遮光領域３６が設けられている。
【００７４】
より具体的に説明すると、前回の露光時にレジスト層は、周辺領域の一方の辺領域２６Ｙ２のマーク領域３４で露光されるが、遮光領域３６の部分は露光されない。次の露光時には、対向する他方の辺領域２６Ｙ１の遮光領域３６で前回のマーク領域３４の露光領域が、覆われて露光されないが、辺領域２６Ｙ１の周囲の前回の遮光領域で露光されなかった領域がマーク領域３４で露光される。
【００７５】
また、マーク領域３４は、フォトマスク１０を用いて投影される領域、すなわち露光領域２４の四隅付近に配置されるのが一般的である。これは、露光機のレンズの歪みなどによる位置ずれが、投影領域の四隅付近で最も大きいためである。しかし、投影領域の四隅付近、すなわち、辺領域が重なる、露光領域２４の４隅の正方形の領域及びその近傍領域を含めたコーナー領域Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３及びＣ４は、４重に露光される部分であるため、マーク領域３４は、この４重に露光される部分を除いた２重に露光される辺領域２６Ｘ１、２６Ｘ２、２６Ｙ１及び２６Ｙ２の中間領域に形成されている。
【００７６】
図８（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、第１実施形態のフォトマスクを下地用マスク及び積層用マスクとして機能させる例について説明する。図８（Ａ）及び（Ｂ）は、第１実施形態のフォトマスクを下地用マスク及び積層用マスクとして、それぞれを説明するための模式的な拡大平面図であり、図８（Ａ）は下地用マスクを示し、図８（Ｂ）は積層用マスクを示している。なお、下地用マスク及び積層用マスクは、図１〜３を参照して説明した従来のフォトマスクと、ＸＹ平面内のパターンが異なり、断面形状も僅かに異なるが、断面形状の差異は本質的なことではなく、全体的には同様であるので、ここでは、断面の図示を省略する。
【００７７】
下地用マスク１１は、下地基板をパターニングして下地パターンを形成するために用いられる。積層用マスク１３は、下地基板上に階層的に順次に形成される各層をパターニングして、第１層パターン又は第２層パターンを形成するために用いられる。下地用マスク１１と積層用マスク１３がそれぞれ備えている遮光領域３６（斜線を付してある。）及びマーク領域３４（境界を破線で示してある。）は、下地用マスク１１と積層用マスク１３に設定されたそれぞれのＸＹ平面上の同じ座標に形成されている。
【００７８】
下地用マスク１１のマーク領域３４の各々には、第１基準合わせマーク用パターン（以下、第１アウターマーク用パターンと称することもある。）４１ａ、４１ｂ、４１ｃ及び４１ｄが１対１の関係で形成されている。また、下地用マスク１１の遮光領域３６には、遮光用パターン５１が形成されている。
【００７９】
下地用マスク１１のデバイスパターン領域３０間の格子状領域２６ＸＧ及び２６ＹＧには、さらに第２基準合わせマーク用パターン（以下、第２アウターマーク用パターンと称することもある。）４６ａ、４６ｂ、４６ｃ及び４６ｄが形成されている。第２アウターマーク用パターン４６（４６ａ、４６ｂ、４６ｃ及び４６ｄ）は、第１アウターマーク用パターン４１（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ及び４１ｄ）と同じ形状及び同じ大きさで形成されている。
【００８０】
第２アウターマーク用パターン４６は、下地用マスク１１の露光領域２４内であって第１アウターマーク用パターン４１をＸ方向にｓ×（Ｘ１＋ｄＸ）、又は、−（ｎ−ｓ）×（Ｘ１＋ｄＸ）移動し、かつ、Ｙ方向にｔ×（Ｙ１＋ｄＹ）、又は、−（ｍ−ｔ）×（Ｙ１＋ｄＹ）移動した位置に設けられる。ここで、ｓは０、又は１以上ｎ−１以下の整数であり、ｔは０、又は１以上ｍ−１以下の整数である。また、ｓ及びｔのいずれか一方又は双方が１以上である。図８（Ａ）では、ｍ＝ｎ＝３かつｓ＝ｔ＝１の場合を示している。すなわち、第２アウターマーク用パターン４６は、第１アウターマーク用パターン４１をＸ方向にＸ１＋ｄＸ、又は、−２×（Ｘ１＋ｄＸ）移動し、かつ、Ｙ方向にＹ１＋ｄＹ、又は、−２×（Ｙ１＋ｄＹ）移動した位置に設けられている。
【００８１】
具体的には、第２アウターマーク用パターン４６ａは、第１アウターマーク用パターン４１ａをＸ方向にＸ１＋ｄＸ、かつ、Ｙ方向にＹ１＋ｄＹ移動（図８（Ａ）中、矢印Ｉで示す）した位置に設けられている。第２アウターマーク用パターン４６ｂは、第１アウターマーク用パターン４１ｂをＸ方向に−２×（Ｘ１＋ｄＸ）、かつ、Ｙ方向にＹ１＋ｄＹ移動（図８（Ａ）中、矢印ＩＩで示す）した位置に設けられている。第２アウターマーク用パターン４６ｃは、第１アウターマーク用パターン４１ｃをＸ方向に−２×（Ｘ１＋ｄＸ）、かつ、Ｙ方向に−２×（Ｙ１＋ｄＹ）移動（図８（Ａ）中、矢印ＩＩＩで示す）した位置に設けられている。第２アウターマーク用パターン４６ｄは、第１アウターマーク用パターン４１ｄをＸ方向にＸ１＋ｄＸ、かつ、Ｙ方向に−２×（Ｙ１＋ｄＹ）移動した位置（図８（Ａ）中、矢印ＩＶで示す）に設けられている。
【００８２】
図８（Ａ）では、第２アウターマーク用パターン４６ａ、４６ｂ、４６ｃ及び４６ｄが格子状領域２６ＸＧ及び２６ＹＧに形成されている例が示されているが、この例に限定されない。例えば、ｓ及びｔのいずれか一方が０の場合など、第２アウターマーク用パターン４６が周辺領域２６に形成されることもある。このとき、第２アウターマーク用パターン４６が形成されている領域が不要に露光されるのを防ぐために、中央領域２８を挟んで反対側の周辺領域２６に、第２遮光領域が形成される。
【００８３】
一方、積層用マスク１３のマーク領域３４には、レジスト合わせマーク用パターン（以下、インナーマーク用パターンと称することもある。）６３が形成されている。インナーマーク用パターン６３は、第１アウターマーク用パターン４１及び第２アウターマーク用パターン４６と同じ形状で、面積が小さい。
【００８４】
後述するように、下地用マスク１１の第１及び第２アウターマーク用パターン４１及び４６が下地基板に転写されて形成される第１及び第２アウターマークと、積層用マスク１３のインナーマーク用パターン６３がレジスト層に転写されて形成されるインナーマークとが相俟って、重ね合わせマークを形成する。
【００８５】
次に、図９（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、上述の第１及び第２アウターマーク用パターン４１及び４６とインナーマーク用パターン６３とを用いて形成される、重ね合わせマークの構成例について説明する。重ね合わせマークとして、いわゆるボックスインボックスマークを用いることができる。
【００８６】
図９（Ａ）は、ボックスインボックスマークの概略的な平面図であり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った面の切り口を示す概略的な断面図である。
【００８７】
ボックスインボックスマークでは、インナーマーク１６０及びアウターマーク１４０が正方形状に形成される。アウターマーク１４０は、インナーマーク１６０よりも大きく形成される。アウターマーク１４０とインナーマーク１６０の位置のずれが、アウターマーク１４０が形成されている下地パターン１０１とインナーマーク１６０が形成されているレジストパターン１０５の位置ずれとして与えられる。ボックスインボックスマークでは、アウターマーク１４０とインナーマーク１６０の対応する辺同士の距離に基づいて位置ずれが得られる。例えば、インナーマーク１６０とアウターマーク１４０の、対応する辺同士の距離の差Ｄａ＝（ａ１−ａ２）／２が位置ずれとして得られる。
【００８８】
なお、重ね合わせマークは、図９（Ａ）及び（Ｂ）を参照して説明したボックスインボックスマークに限定されない。
【００８９】
図９（Ｃ）〜（Ｉ）を参照して、重ね合わせマークの他の構成例について説明する。図９（Ｃ）、（Ｅ）、（Ｇ）及び（Ｈ）は、重ね合わせマークの平面図であり、図９（Ｄ）、（Ｆ）及び（Ｉ）は、それぞれ、図９（Ｃ）のＢ−Ｂ線、図９（Ｅ）のＣ−Ｃ線及び図９（Ｈ）のＤ−Ｄ線に沿った断面の切り口を示す端面図である。
【００９０】
重ね合わせマークとして、アウターマーク１４０ａを平面的に見て中央の矩形状の領域をくりぬいたフレーム状に形成しても良い（図９（Ｃ）及び（Ｄ））。また、インナーマーク１６０ａをフレーム状に形成しても良い（図９（Ｅ）及び（Ｆ））。さらに、アウターマーク１４０ｂとインナーマーク１６０ｂのフレームを辺ごとに分離してバー状に形成しても良い（図９（Ｇ））。なお、Ｘ方向の位置ずれと、Ｙ方向の位置ずれの測定を行うことが目的であるので、アウターマーク１４０ｃとインナーマーク１６０ｃをＬ字形のマークとしても良い（図９（Ｈ）及び（Ｉ））。
【００９１】
フォトマスクは、アウターマーク用パターン及びインナーマーク用パターンの配置を除けば、従来周知の通りに形成することができる。例えば、フォトマスクを石英ガラスなどの透明基板で形成し、遮光領域や、マスクパターンの遮光される部分には、クロム等を蒸着すれば良い。
【００９２】
また、フォトマスクには、重ね合わせ測定用のマークのほかに、アライメント用マークを備えているが、アライメントマーク及びそのアライメントマークを用いたアライメント方法については従来周知であるので、ここでは図示及び説明を省略している。
【００９３】
（第１実施形態のフォトマスクを用いた半導体装置の製造方法）
図１０〜図１８を参照して、第１実施形態のフォトマスクを用いた半導体装置の製造方法について説明する。図１０〜１８は、半導体装置の製造工程を示す工程図である。
【００９４】
なお、以下の説明では、ｓ及びｔをともに１として説明する。
【００９５】
先ず、図１０〜１２を参照して、下地処理の工程について説明する。図１０（Ａ）及び（Ｂ）は、下地用マスクと各工程で形成される構造体の模式的な拡大平面図である。図１１は下地処理で形成される構造体の模式的な拡大平面図である。図１２（Ａ）は、図１０（Ａ）のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線に沿った断面の切り口を示す端面図である。図１２（Ｂ）は、図１０（Ｂ）のＣ−Ｃ線及びＤ−Ｄ線に沿った断面の切り口を示す端面図である。図１２（Ｃ）及び（Ｄ）は、図１１のＥ−Ｅ線に沿った断面の切り口を示す端面図である。
【００９６】
下地処理は、下地基板に下地パターンを得る処理であり、以下のＳ１１０〜Ｓ１６０の工程を備えている。
【００９７】
先ず、Ｓ１１０において、下地基板１０１を用意する。ここで、下地基板１０１とは、例えば、トランジスタ等の素子が形成された半導体基板上に、上面が平坦化されているシリコン酸化膜の下地層が形成されたものをいう。
【００９８】
次に、Ｓ１２０において、下地基板１０１上に、レジストを塗布してレジスト層１０２ａを形成する。
【００９９】
次に、Ｓ１３０において、下地用マスクと、半導体ウエハ（ここでは、下地基板）の位置合わせを行う。この位置合せは、従来フォトリソグラフィで行われているアライメントマークを用いた位置合せ、すなわちアライメントで行われる。具体的には半導体ウエハのデバイスパターンが形成される領域外に、予め設けてあるアライメントマークを用いて、半導体ウエハ、ここではウエハステージの位置を設定する。さらに、例えば、下地用マスクの非露光領域に設けてあるアライメントマークを用いて、下地用マスク、ここではレチクルステージの位置を設定する。このアライメントが行われた結果、下地用マスクの座標原点Ａ１がレチクルステージ面内に設定されたレチクルステージ原点Ｏに一致する。また、下地基板の座標原点が、ウエハステージ面内に設定されたウエハステージ原点に一致している（図１０（Ａ）及び図１２（Ａ））。
【０１００】
半導体ウエハと下地用マスク１１の位置合わせを行った後、Ｓ１４０において、下地用マスク１１を用いて露光及び現像を行う。
【０１０１】
具体的には、図７を参照して説明したと同様に下地パターンを下地基板の全面に形成するために、下地基板上のレジスト層に対する露光を、下地パターンの投影領域を順次に隣接させながらずらして行う。図１０（Ａ）及び図１２（Ａ）と、図１０（Ｂ）及び図１２（Ｂ）は、行方向に隣接する領域の順次の露光を示している。下地用マスク１１の移動により、四角枠状の周辺領域の、互いに対向する一方の辺領域の投影位置に、他方の辺領域の投影位置が重なる。隣接する領域の今回の露光により、前回の露光時の遮光用パターン５１に対応するレジストの領域が露光されて前駆遮光マーク１５２が形成される。同様に、積層用マスクの遮光領域２２に対応するレジストの領域１２２も、隣接する領域の露光の際に、露光される。なお、半導体ウエハと下地用マスクとの相対的な位置の移動は、下地用マスクが固定されているレチクルステージ及び半導体ウエハが固定されているウエハステージのいずれか一方又は双方を動かすことで行うことができ、通常、レチクルステージの位置を固定して、ウエハステージをレチクルステージに対して移動することで行われる。
【０１０２】
１つの行について行方向に隣接する領域の順次の露光を行った後、列方向に隣接する他の行の領域の露光を行い、さらに、行方向に隣接する領域の順次の露光を行う。このように順次に隣接する領域の露光を行って、最終的に半導体ウエハ全体の露光を行う。なお、露光の順序はこの例に限定されない。また、隣接する領域を露光する場合、半導体ウエハと下地用マスクの相対的な位置の移動は、行方向の移動単位をｍ×（Ｘ１＋ｄＸ）（ここでは、３×（Ｘ１＋ｄＸ））とし、列方向の移動単位をｎ×（Ｙ１＋ｄＹ）（ここでは、３×（Ｙ１＋ｄＹ））として、列方向または行方向に行われるが、位置をずらす度にアライメントマークを用いたアライメントを行っても良い。
【０１０３】
レジストとしては、従来周知のものを用いればよく、ポジ型のレジスト及びネガ型のレジストのいずれを用いても良い。ここでは、ポジ型のレジストを用いる場合について説明するが、ネガ型のレジストを用いる場合は、ポジ型のレジストを用いる場合のレジストパターンを反転させたパターンにすればよい。
【０１０４】
半導体ウエハ全体の露光を行った後、レジストの現像を行い、レジスト層１０２ａの残部からなる下地用レジストパターン１０２を得る。その結果、チップ領域に対応する、レジスト層の領域に、デバイスパターンの形状が転写され、かつ、チップ領域間に対応するレジスト領域に、第１及び第２アウターマーク用パターン４１及び４６に基づいて、第１前駆アウターマーク１４２及び第２前駆アウターマーク１４７が形成される(図１２（Ｃ）)。
【０１０５】
次に、Ｓ１５０において、レジストパターンを用いて、下地基板に対して、任意好適な従来周知の異方性ドライエッチングを行う。その結果、下地基板にレジストパターンが転写されて、下地パターンが得られる。具体的には、前駆デバイスパターンにより、デバイスパターンが形成され、かつ、第１及び第２前駆アウターマーク１４２及び１４７によって第１及び第２アウターマーク１４１及び１４６が下地側マークとしてそれぞれ形成される（図１１及び図１２（Ｄ））。
【０１０６】
次に、Ｓ１６０において、下地用レジストパターン１０２をアッシング等により除去して、下地処理を終了する。なお、以下の説明において、下地基板とは、全面に下地パターンが形成されたものを含むものとする。
【０１０７】
続いて、図１３〜１５を参照して、第１層処理の工程について説明する。図１３（Ａ）及び（Ｂ）は、積層用マスクと各工程で形成される構造体の模式的な拡大平面図である。図１４は第１層処理で形成される構造体の模式的な拡大平面図である。図１５（Ａ）は、図１３（Ａ）のＦ−Ｆ線及びＧ−Ｇ線に沿った断面の切り口を示す端面図である。図１５（Ｂ）は、図１３（Ｂ）のＨ−Ｈ線及びＩ−Ｉ線に沿った断面の切り口を示す端面図である。図１５（Ｃ）は、図１４のＪ−Ｊ線に沿った断面の切り口を示す端面図である。
【０１０８】
第１層処理は、下地基板１０１上に図８（Ｂ）に示すような、遮光パターン５１及びインナーマーク用パターン６３を有する積層用マスク１３を利用して第１層パターンを得る処理であり、以下のＳ２１０〜Ｓ２９０の工程を備えている。
【０１０９】
先ず、Ｓ２１０において、下地基板１０１上に第１層１０３を形成する。第１層１０３は、例えば、ＣＶＤ法で形成された透明なシリコン酸化膜である。
【０１１０】
次に、Ｓ２２０において、第１層１０３上に、レジストを塗布してレジスト層１０６を形成する。
【０１１１】
次に、Ｓ２３０において、積層用マスクと半導体ウエハのアライメントが行われる。この位置合せは、従来フォトリソグラフィで行われているアライメントマークを用いた位置合せ、すなわちアライメントで行われる。具体的には半導体ウエハのデバイスパターンが形成される領域外に、予め設けてあるアライメントマークを用いて、半導体ウエハ、ここではウエハステージの位置を設定する。さらに、例えば、積層用マスクの非露光領域に設けてあるアライメントマークを用いて、積層用マスク、ここではレチクルステージの位置を設定する。
【０１１２】
このとき、積層用マスク１３の座標原点Ａ１と、レチクルステージ原点Ｏが一致するようにアライメントが行われる。また、半導体ウエハの座標原点が、ウエハステージ原点に一致するようにアライメントが行われる。この結果、Ｓ２３０のアライメントにおける半導体ウエハに対する積層用マスク１３の位置は、Ｓ１３０のアライメントにおける下地基板に対する下地用マスクの位置と同じになる(図１３（Ａ）)。
【０１１３】
半導体ウエハと積層用マスク１３のアライメントを行った後、Ｓ２４０において、積層用マスク１３を用いて露光及び現像を行って第１層用レジストパターン１０５を得る。この現像処理によって、インナーマーク用パターン６３が転写されて第１層用インナーマーク１６３が形成される。
【０１１４】
具体的には、図７を参照して説明したと同様に、積層用パターンの投影領域を行方向の移動単位を３×（Ｘ１＋ｄＸ）とし、列方向の移動単位を３×（Ｙ１＋ｄＹ）として、順次に隣接させながら行方向又は列方向にずらして露光を行う。図１３（Ａ）及び図１５（Ａ）と、図１３（Ｂ）及び図１５（Ｂ）は、列方向に隣接する領域の露光を示している。このとき、積層用マスク１３の移動により、四角枠状の周辺領域の、互いに対向する一方の辺領域の投影位置に、他方の辺領域の投影位置が重なる。隣接する領域の今回の露光により、前回の露光時の遮光用パターン５１に対応するレジストの領域１５１が露光される。同様に、積層用マスクの遮光領域２２に対応するレジストの領域１２２も、隣接する領域の露光の際に、露光される。
【０１１５】
このとき、下地用マスク１１を用いた露光と、積層用マスク１３を用いた露光とは、露光ごとの投影領域のＸＹ平面内での位置が一致している。
【０１１６】
半導体ウエハ全体の露光を行った後、レジストの現像が行われる。その結果、チップ領域に対応する、レジスト層の領域にデバイスパターンの形状が転写され、かつ、チップ領域間のレジスト層に積層用マスク１３のインナーマーク用パターン６３に基づいて第１インナーマーク１６３が層側マークとして形成される。このとき、レジスト層がパターン形成されて得られた第１インナーマーク、すなわち層側マーク１６３と下地基板に既にパターン形成されている第１アウターマークすなわち下地側マーク１４１とが相俟って第１重ね合わせマーク１７３を形成する（図１４及び１５（Ｃ））。
【０１１７】
次に、Ｓ２５０において、重ね合わせ測定を行う。重ね合わせ測定は、例えば、光学顕微鏡で重ね合わせマークを観察することで行われる。光学顕微鏡の出力は、ＣＣＤカメラに送られ、ＣＣＤカメラの出力が、コンピュータに取り込まれる。ＣＣＤカメラの出力を受け取ったコンピュータは、従来周知のエッジ検出などの画像処理を行って、第１インナーマーク１６３の位置と、透明なシリコン酸化膜を経て下側の第１アウターマーク１４１の位置を測定する。この重ね合わせ測定は、一般に１〜２ｎｍ程度の精度で行うことができる。一方、ステージの位置決定精度は、３０ｎｍ程度であり、また、通常のアライメントでの重ね合わせ精度は、１００〜２００ｎｍ程度である。
【０１１８】
次に、Ｓ２６０において、重ね合わせ測定の結果、位置ずれが予め設定された基準値以内であるか否かの判定を行う。この基準値として、例えば、ステージの位置決定精度の値を用いることができる。
【０１１９】
位置ずれが基準値よりも大きい場合、Ｓ２９０において、レジストパターンをアッシングにて除去した後、再びＳ２２０〜Ｓ２６０の処理が行われる。この場合、Ｓ２３０のアライメントにおいては、位置ずれの大きさの分だけ、ウエハステージを移動させる。すなわち、Ｓ２５０においての重ね合わせ測定の結果がフィードバックされる。
【０１２０】
一方、位置ずれが基準値以内に収まっている場合は、Ｓ２７０において、第１層レジストパターン１０５を用いて、任意好適な従来周知の異方性ドライエッチングを行う。その結果、第１層１０３に、第１層レジストパターン１０５が転写されて第１層パターンを得る。
【０１２１】
次に、Ｓ２９０において、第１層レジストパターン１０５をアッシング等により除去して、第１層処理を終了する。なお、以下の説明において、第１層とは、全面に第１層パターンが形成されたものを含むものとする。
【０１２２】
続いて、図１６〜１８を参照して、第２層処理の工程について説明する。図１６（Ａ）及び（Ｂ）は、積層用マスクと各工程で形成される構造体の模式的な拡大平面図である。図１７は第２層処理で形成される構造体の模式的な拡大平面図である。図１８（Ａ）は、図１６（Ａ）のＫ−Ｋ線及びＬ−Ｌ線に沿った断面の切り口を示す端面図である。図１８（Ｂ）は、図１６（Ｂ）のＭ−Ｍ線及びＮ−Ｎ線に沿った断面の切り口を示す端面図である。図１８（Ｃ）は、図１７のＰ−Ｐ線に沿った断面の切り口を示す端面図である。
【０１２３】
第２層処理は、第１層パターン１０４上に第１層処理に用いたマスクと同じ積層用マスクを利用して第２層パターンを得る処理であり、以下のＳ３１０〜Ｓ３９０の工程を備えている。
【０１２４】
先ず、Ｓ３１０において、第１層１０３上に、第２層１０７を形成する。第２層１０７は、例えば、ＣＶＤ法で形成された透明なシリコン酸化膜である。
【０１２５】
次に、Ｓ３２０において、第２層１０７上に、レジストを塗布してレジスト層１０８を形成する。
【０１２６】
次に、Ｓ３３０において、積層用マスクと、半導体ウエハのアライメントが行われる。この位置合せは、従来フォトリソグラフィで行われているアライメントマークを用いた位置合せ、すなわちアライメントで行われる。具体的には半導体ウエハのデバイスパターンが形成される領域外に、予め設けてあるアライメントマークを用いて、半導体ウエハ、ここではウエハステージの位置を設定する。さらに、例えば、積層用マスクの非露光領域に設けてあるアライメントマークを用いて、積層用マスク、ここではレチクルステージの位置を設定する。このとき、積層用マスク１３の座標原点Ａ１が、レチクルステージ原点Ｏに対して、行方向に−２×（Ｘ１＋ｄＸ）移動し、列方向に−２×（Ｙ１＋ｄＹ）移動した位置になるようにアライメントが行われる。また、半導体ウエハの座標原点は、ウエハステージ原点に一致するようにアライメントが行われる。この結果、Ｓ３３０のアライメントにおける半導体ウエハに対する積層用マスクの位置は、Ｓ１３０のアライメントにおける下地基板に対する下地用マスクの位置に比べて、行方向に−２×（Ｘ１＋ｄＸ）、かつ列方向に−２×（Ｙ１＋ｄＹ）だけずれている。
【０１２７】
半導体ウエハと積層用マスクとのアライメントを行った後、Ｓ３４０において、積層用マスク１３を用いて露光及び現像を行って第２層用レジストパターン１０９を得る。
【０１２８】
積層用パターン１３を第２層１０７の全面に形成するために、第２層１０７上のレジスト層１０８に対する露光を、図７を参照して説明したと同様に、積層用パターンの投影領域を順次に隣接させながらずらして行う。
【０１２９】
具体的には、１つの行について行方向に隣接する領域の順次の露光を行った後、列方向に隣接する他の行の領域の露光を行い、さらに、行方向に隣接する領域の順次の露光を行う。このように順次に隣接する領域の露光を行って、最終的に半導体ウエハ全体の露光を行う。なお、露光の順序はこの例に限定されない。また、隣接する領域を露光する場合、半導体ウエハと下地用マスクの相対的な位置の移動は、行方向に３×（Ｘ１＋ｄＸ）、又は、列方向に３×（Ｙ１＋ｄＹ）だけずらして行うが、位置をずらす度にアライメントマークを用いたアライメントを行っても良い。このとき、チップが形成されない領域のレジスト層に対して露光が行われることもある。
【０１３０】
図１６（Ａ）及び１８（Ａ）と、図１６（Ｂ）及び１８（Ｂ）は、列方向に隣接する領域の露光を示している。このとき、積層用マスク１３の移動は、四角枠状の周辺領域の、互いに対向する一方の辺領域の投影位置に、他方の辺領域の投影位置が重なるようにして行っている。隣接する領域の今回の露光により、前回の露光時の遮光用パターン５１に対応するレジストの領域が露光される。同様に、積層用マスクの遮光領域２２に対応するレジストの領域１２２も、隣接する領域の露光の際に、露光される。なお、半導体ウエハと積層用マスク１３との相対的な位置の移動は、レチクルステージに対して、ウエハステージを移動することで行われる。
【０１３１】
図１６（Ａ）では、積層用マスク１３の座標原点Ａ１が、レチクルステージ原点Ｏに対して、行方向にＸ１＋ｄＸ移動し、列方向にＹ１＋ｄＹ移動した位置にある場合を示している。また、図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）に対して、行方向に１の移動単位である３×（Ｘ１＋ｄＸ）移動した位置に積層用マスク１３の座標原点Ａ１がある場合を示している。
【０１３２】
半導体ウエハ全体の露光を行った後、レジストの現像が行われる。その結果、各チップに対応するレジストのチップ領域に、デバイスパターンの形状が転写され、チップ領域間のレジスト層に第２インナーマーク１６５が層側マークとして形成される。このとき、レジスト層がパターン形成されて得られた第２インナーマーク、すなわち層側マーク１６５と第２アウターマークすなわち下地側マーク１４６とが相俟って第２重ね合わせマーク１７５を形成する（図１７及び１８（Ｃ））。
【０１３３】
次に、Ｓ３５０において、重ね合わせ測定を行う。
【０１３４】
次に、Ｓ３６０において、重ね合わせ測定で得られる、位置ずれが予め設定された基準値以内であるか否かの判定を行う。
【０１３５】
位置ずれが基準値よりも大きい場合、Ｓ３８０において、レジストをアッシングにて除去した後、再びＳ３２０〜Ｓ３６０の処理が行われる。この場合、Ｓ３３０の位置合せにおいては、Ｓ３５０においての重ね合わせ測定の結果がフィードバックされる。
【０１３６】
一方、位置ずれが基準値以内に収まっている場合は、Ｓ３７０において、第２層用レジストパターン１０９を用いて、任意好適な従来周知の異方性ドライエッチングを行う。その結果、第２層に、第２層用レジストパターン１０９が転写されて第２層パターンを得る。
【０１３７】
次に、Ｓ３９０において、第２層用レジストパターン１０９をアッシング等により除去して、第２層処理を終了する。
【０１３８】
なお、ここでは、ｍ及びｎを３とし、かつｓ及びｔを１として、第２アウターマーク用パターンを、第１アウターマーク用パターンをＸ方向に、Ｘ１＋ｄＸ、又は−２×（Ｘ１＋ｄＸ）ずらし、かつＹ方向に、Ｙ１＋ｄＹ、又は−２×（Ｙ１＋ｄＹ）ずらした位置に設ける例について説明したが、これに何ら限定されるものではない。ｍ、ｎを２以上の整数とし、ｓを０又は１以上ｎ−１の整数とし、及びｔを０又は１以上ｍ−１以下の整数として、第１アウターマークをＸ方向にｓ×（Ｘ１＋ｄＸ）、又は、−（ｎ−ｓ）×（Ｘ１＋ｄＸ）ずらし、及びＹ方向にｔ×（Ｙ１＋ｄＹ）、又は、−（ｍ−ｔ）×（Ｙ１＋ｄＹ）ずらした位置に第２アウターマークを形成することができる。ただし、ｓ及びｔのいずれか一方又は双方は１以上とする。
【０１３９】
さらに、下地用マスクが、第１アウターマーク用パターンと第２アウターマーク用パターンの２つのアウターマーク用パターンを備える例について説明したが、下地用マスクが備えるアウターマーク用パターンの数は２に限定されない。アウターマーク用パターンは、露光領域に形成されるデバイスパターン領域の数に応じて、第１アウターマーク用パターンから、第ｍ×ｎアウターマーク用パターンまで、ｍ×ｎまで形成可能である。下地用マスクがｍ×ｎのアウターマーク用パターンを備える場合、ｍ×ｎの層の形成を一つの積層用マスクで行うことができる。
【０１４０】
ただし、下地基板上に形成される積層体の厚さは、重ね合わせ測定の際に、下地に形成されているアウターマークが必要な精度で測定できる厚さ以内に形成される必要がある。これまで、積層体の厚さは２μｍ程度であれば、重ね合わせ測定が行えることが確かめられている。この場合、積層体の各層の厚みを５００ｎｍとすれば、４つの層の形成を一つのマスクで行うことができる。
【０１４１】
なお、例えば、第１層を形成して、その上面を平坦化した場合、第１層の上面が完全に平坦化されずに、アウターマークに対応する場所が凸状になる場合がある。このように、後の積層工程において、アウターマークの形状が積層体の上面に転写されている場合は、積層体の厚みが２μｍより大きくても、第１層の上面の凸形状を用いて重ね合わせ測定を行うことができる。また、光学顕微鏡の測定において不透明な層が、下地上に形成されている場合でも、不透明な層の上面にアウターマークが転写されていれば、重ね合わせ測定を行うことができる。
【０１４２】
また、全ての層を一つのフォトマスクで行わず、複数のフォトマスクを用いて行っても良い。例えば、第１層と第３層とが同じパターンで、第２層が異なるパターンである場合は、第１層と第３層のパターニングには、第１の積層用マスクを用いて、第２層のパターニングには、第１の積層用マスクとは異なる第２の積層用マスクを用いることができる。このとき、第２の積層用マスクのインナーマークの位置は、第１の積層用マスクのインナーマークと同じ位置に形成し、下地用マスクに第１〜３のアウターマークを形成しておくことができる。
【０１４３】
上述の説明においては、下地層、第１層及び第２層を、シリコン酸化膜として説明したが、シリコン酸化膜に限られず、シリコン窒化膜やアルミニウム膜が形成されていても良い。
【０１４４】
第１実施形態のフォトマスク及び当該フォトマスクを用いた半導体装置の製造方法によれば、下地用マスクは、マーク領域に第１アウターマーク用パターンと、第１アウターマークを行方向にｓ×（Ｘ１＋ｄＸ）、又は、−（ｎ−ｓ）×（Ｘ１＋ｄＸ）移動し、かつ、列方向にｔ×（Ｙ１＋ｄＹ）、又は、−（ｍ−ｔ）×（Ｙ１＋ｄＹ）移動した位置に第２アウターマーク用パターンとを備えている。
【０１４５】
従って、下地パターン及び第１層パターンを形成する際には、下地用マスクの座標原点及び積層用マスクの座標原点を、レチクルステージ原点に一致させるアライメントを行い、第２層パターンを形成する際には、積層用マスクの座標原点を、レチクルステージ原点に対して行方向にｓ×（Ｘ１＋ｄＸ）、及び列方向にｔ×（Ｙ１＋ｄＹ）移動した位置に一致させるアライメントを行えば、それぞれ異なる位置に形成される重ね合わせパターンを用いて重ね合わせ測定を行うことができる。
【０１４６】
その結果、第１層と第２層に、同一のデバイスパターンを形成する場合に、一つの積層用マスクを共通に用いて、層ごとに精度良く位置決めができるので、効率的である。
【０１４７】
（第２実施形態）
第２実施形態のフォトマスクは、下地基板上に、複数の層の積層体を形成するために用いられ、下地用マスク、積層用マスク及び消去用マスクの一組のフォトマスクを備えている。
【０１４８】
図１９を参照して、第２実施形態のフォトマスクについて説明する。図１９（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、第２実施形態の下地用マスク、積層用マスク及び消去用マスクを説明するための模式的な平面図であり、図１９（Ａ）は下地用マスクを示し、図１９（Ｂ）は積層用マスクを示し、図１９（Ｃ）は消去用マスクを示している。
【０１４９】
下地用マスク１５は、アウターマーク用パターンのうち、第１アウターマーク用パターン４１のみを備え、第２アウターマーク用パターンを備えない点が、図８（Ａ）を参照して説明した第１実施形態の下地用マスクと異なっている。それ以外の点は、第１実施形態の下地用マスクと同様なので、説明を省略する。なお、以下の説明では、第１アウターマーク用パターン４１を単にアウターマーク用パターン４１と称することもある。
【０１５０】
第２実施形態の積層用マスク１４では、周辺領域２６のインナーマーク用パターン６４の部分を光が透過し、それ以外の部分が遮光される。その他の構成は、図８（Ｂ）を参照して説明した第１実施形態の積層用マスクと同様なので、説明を省略する。
【０１５１】
消去用マスク１７は、中央領域を遮光する消去用パターン６７を備えていて、周辺領域２６には、遮光膜となるクロムが蒸着されていない。すなわち、消去用マスク１７は中央領域２８が不透明であり、周辺領域２６が透明である。
【０１５２】
（第２実施形態のフォトマスクを用いた半導体装置の製造方法）
図２０〜図２５を参照して、第２実施形態のフォトマスクを用いた半導体装置の製造方法について説明する。
【０１５３】
先ず、図２０〜２２を参照して、下地処理の工程について説明する。図２０（Ａ）及び（Ｂ）は、下地用マスクと各工程で形成される構造体の模式的な拡大平面図である。図２１は下地処理で形成される構造体の模式的な拡大平面図である。図２２（Ａ）は、図２０（Ａ）のＱ−Ｑ線及びＲ−Ｒ線に沿った断面の切り口を示す端面図である。図２２（Ｂ）は、図２０（Ｂ）のＳ−Ｓ線及びＴ−Ｔ線に沿った断面の切り口を示す端面図である。図２２（Ｃ）及び（Ｄ）は、図２１のＵ−Ｕ線に沿った断面の切り口を示す端面図である。
【０１５４】
第２実施形態の製造方法は、図１０〜１２を参照して説明した、第１実施形態の下地処理と同様の工程で行われる。第２アウターマークが形成されない点が第１実施形態と異なっているので、第１実施形態と同じ構成要素については、図１０〜１２と同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
【０１５５】
下地基板上のレジスト層に対する露光を、下地パターンの投影領域を順次に隣接させながら行う（図２０（Ａ）及び２２（Ａ）、図２０（Ｂ）及び２２（Ｂ））。その後、レジスト層を現像して下地用レジストパターンを得る（図２２（Ｃ））。さらに、下地用レジストパターンを用いたドライエッチングにより、下地パターンが得られる（図２１及び図２２（Ｄ））。
【０１５６】
次に、図２３〜２５を参照して、第１層処理の工程について説明する。図２３（Ａ）及び（Ｂ）は、積層用マスクと各工程で形成される構造体の模式的な拡大平面図である。図２４は消去用マスクと消去用マスクを用いた工程で形成される構造体の模式的な拡大平面図である。図２５（Ａ）は、図２２（Ａ）のＶ−Ｖ線及びＷ−Ｗ線に沿った断面の切り口を示す端面図である。図２５（Ｂ）は、図２２（Ｂ）のＸ−Ｘ線及びＹ−Ｙ線に沿った断面の切り口を示す端面図である。図２５（Ｃ）は、図２４のＺ−Ｚ線及びＺＺ−ＺＺ線に沿った断面の切り口を示す端面図である。
【０１５７】
第１層処理は、下地パターン上に第１層パターンを得る処理であり、以下のＳ２１０〜Ｓ２９０の工程を備えている。
【０１５８】
Ｓ２１０の第１層１０３を形成する工程から、Ｓ２３０のアライメントを行う工程までは、第１実施形態と同様なので説明を省略する。
【０１５９】
半導体ウエハと積層用マスクのアライメントを行った後、Ｓ２４２において、積層用マスクを用いて露光を行う。具体的には、積層用パターンを第１層の全面に形成するために、下地基板上のレジスト層に対する露光を、積層用パターンの投影領域を順次に隣接させながらずらして行う。このとき、積層用マスクの移動は、対向する一方の辺領域の投影位置に、他方の辺領域の投影位置が重なるようにして行っている。なお、半導体ウエハと積層用マスクとの相対的な位置の移動は、レチクルステージに対して、ウエハステージを移動することで行われる（図２３（Ａ）及び２５（Ａ）、図２３（Ｂ）及び２５（Ｂ））。
【０１６０】
このとき、下地用マスクを用いた露光と、積層用マスクを用いた露光とは、露光ごとの投影領域のＸＹ平面内での位置が一致している。
【０１６１】
半導体ウエハ全体の露光を行った後、Ｓ２５２において、重ね合わせ測定を行う。重ね合わせ測定は、特許文献１に記載されているのと同様に行われ、インナーマークの潜像１６４と、アウターマーク１４１で構成される重ね合わせマークを観察することで行われる。
【０１６２】
次に、Ｓ２６０において、重ね合わせ測定の結果、位置ずれが予め設定された基準値以内であるか否かの判定を行う。
【０１６３】
位置ずれが基準値よりも大きい場合、Ｓ２９０において、レジストパターンをアッシングにて除去した後、再びＳ２２０〜Ｓ２６０の処理が行われる。この場合、Ｓ２３０のアライメントにおいては、Ｓ２５２における重ね合わせ測定の結果がフィードバックされる。
【０１６４】
一方、位置ずれが基準値以内に収まっている場合は、Ｓ２６５において、消去用マスク１７を用いた露光及び現像を行う。消去用マスク１７では、露光領域２４内の周辺領域２６に対応する領域のみが露光されるので、インナーマークが消去される（図２４及び図２５（Ｃ））。
【０１６５】
Ｓ２７０において、現像の結果得られる第１層レジストパターン１１６を用いて、任意好適な従来周知の異方性ドライエッチングを行う。その結果、第１層に、第１層レジストパターン１１６が転写されて第１層パターンを得る。
【０１６６】
次に、Ｓ２９０において、第１層レジストパターンをアッシング等により除去して、第１層処理を終了する。
【０１６７】
第２層処理は、第１層パターン１０４上に第２層パターンを得る処理であり、以下のＳ３１０〜Ｓ３９０の工程を備えている。
【０１６８】
Ｓ３１０の第２層を形成する工程から、Ｓ３３０のアライメントを行う工程までは、第１実施形態と同様なので説明を省略する。第２層処理でのアライメントにおいて、積層用マスクの座標原点は、レチクルステージ原点Ｏに一致するように位置合わせがなされ、半導体ウエハの座標原点は、ウエハステージ原点に一致するように位置合わせがなされる。
【０１６９】
半導体ウエハと積層用マスクのアライメントを行った後、Ｓ３４２において、積層用マスクを用いて露光を行う。具体的には、積層用パターンを第２層の全面に形成するために、下地基板上のレジスト層に対する露光を、積層用パターンの投影領域を順次に隣接させながらずらして行う。このとき、積層用マスク１３の移動は、対向する一方の辺の枠状領域の投影位置に、他方の辺の枠状領域の投影位置が重なるようにして行っている。なお、半導体ウエハと積層用マスクとの相対的な位置の移動は、レチクルステージに対して、ウエハステージを移動することで行われる。
【０１７０】
このとき、下地用マスクを用いた露光と、積層用マスクを用いた露光とは、露光ごとの投影領域のＸＹ平面内での位置が一致している。
【０１７１】
半導体ウエハ全体の露光を行った後、Ｓ３５２において、重ね合わせ測定を行う。重ね合わせ測定は、特許文献１に記載されているのと同様に行われ、インナーマークの潜像と、アウターマークで構成される重ね合わせマークを観察することで行われる。
【０１７２】
次に、Ｓ３６０において、重ね合わせ測定の結果、位置ずれが予め設定された基準値以内であるか否かの判定を行う。
【０１７３】
位置ずれが基準値よりも大きい場合、Ｓ３９０において、レジストパターンをアッシングにて除去した後、再びＳ３２０〜Ｓ３６０の処理が行われる。この場合、Ｓ３３０のアライメントにおいては、Ｓ３５２における重ね合わせ測定の結果がフィードバックされる。
【０１７４】
一方、位置ずれが基準値以内に収まっている場合は、Ｓ３６５において、消去用マスクを用いた露光及び現像を行う。消去用マスク１７では、露光領域２４内の周辺領域２６に対応する領域のみが露光されるので、インナーマークが消去される。
【０１７５】
Ｓ３７０において、現像の結果得られる第２層レジストパターンを用いて、任意好適な従来周知の異方性ドライエッチングを行う。その結果、第２層に、第２層レジストパターンが転写されて第２層パターンを得る。
【０１７６】
次に、Ｓ３９０において、第２層レジストパターンをアッシング等により除去して、第２層処理を終了する。
【０１７７】
第２実施形態のフォトマスク及び当該フォトマスクを用いた半導体装置の製造方法によれば、第１層パターンを形成する際には、第１層パターン用のレジストパターンの重ね合わせ測定に用いられる重ね合わせマークが消去されている。第２層パターンの重ね合わせ測定の際に、第１層にインナーマークが残存していないので、第１層パターンの生成と、同一のマスクを用いて、同一の場所で露光を行っても、第２層の重ね合わせ測定を行うことが可能になる。
【０１７８】
また、第１実施形態と同様に、３層以上の各層に、同一のデバイスパターンを形成する場合であっても、一組の積層用マスクと消去用マスクを共通に用いて、層ごとに精度良く位置決めができるので効率的である。
【図面の簡単な説明】
【０１７９】
【図１】従来の下地用マスクの概略図である。
【図２】従来の第１層用マスクの概略図である。
【図３】従来の第２層用マスクの概略図である。
【図４】従来の半導体装置の製造方法を説明するための工程図（その１）である。
【図５】従来の半導体装置の製造方法を説明するための工程図（その２）である。
【図６】第１実施形態のフォトマスクを説明するための模式的な平面図である。
【図７】隣接する領域の露光を説明するための模式図である。
【図８】第１実施形態の下地用マスク及び積層用マスクを説明するための模式的な平面図である。
【図９】重ね合わせマークを説明するための概略図である。
【図１０】第１実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための工程図（その１）である。
【図１１】第１実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための工程図（その２）である。
【図１２】第１実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための工程図（その３）である。
【図１３】第１実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための工程図（その４）である。
【図１４】第１実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための工程図（その５）である。
【図１５】第１実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための工程図（その６）である。
【図１６】第１実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための工程図（その７）である。
【図１７】第１実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための工程図（その８）である。
【図１８】第１実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための工程図（その９）である。
【図１９】第２実施形態の下地用マスク、積層用マスク及び消去用マスクの平面図である。
【図２０】第２実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための工程図（その１）である。
【図２１】第２実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための工程図（その２）である。
【図２２】第２実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための工程図（その３）である。
【図２３】第２実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための工程図（その４）である。
【図２４】第２実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための工程図（その５）である。
【図２５】第２実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための工程図（その６）である。
【符号の説明】
【０１８０】
１０    共通フォトマスク
１１、１５、２１１    下地用マスク（第１フォトマスク）
１３、１４    積層用マスク（第２フォトマスク）
１７    消去用マスク
２０、２２０    石英基板
２２、２２２    非露光領域
２４、２２４    露光領域
２６、２２６    周辺領域
２８、２２８    中央領域
３０、２３０    デバイスパターン領域
３２    重ね合わせ領域
３４    マーク領域
３６    遮光領域
４１、２４１    第１アウターマーク用パターン
４６、２４６    第２アウターマーク用パターン
５１、２５１    遮光用パターン
６３、６４    インナーマーク用パターン
６７    消去用パターン
１０１    下地パターン（下地基板）
１０２    下地用レジストパターン
１０３    第１層
１０４    第１層パターン
１０５    第１層レジストパターン
１０６、１０８    レジスト層
１０７    第２層
１０９    第２層レジストパターン
１４０、１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ    アウターマーク
１４１、３４１    第１アウターマーク
１４６、３４６    第２アウターマーク
１６０、１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃ    インナーマーク
１６３、３６３    第１インナーマーク
１６５    第２インナーマーク
１７３、３７３    第１重ね合わせマーク
１７５    第２重ね合わせマーク
２１３    第１層用マスク
２１４    第２層用マスク
２６３    第１インナーマーク用パターン
２６５    第２インナーマーク用パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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