(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の複数のデバイスパターンを有し、該デバイスパターンを投影露光装置のウエハステージ上に載置されたウエハに投影することにより該ウエハを露光する半導体デバイス用マスクであって、
前記デバイスパターンが縦横それぞれ２個ずつ配置された１つの中央領域と、
前記中央領域の対向する２辺の外側に配置され、前記デバイスパターンが横に２個配置された２つの第１の周辺領域と、
前記中央領域の前記対向する２辺を除く２辺の外側に配置され、前記デバイスパターンが縦に２個配置された２つの第２の周辺領域と、
前記中央領域の対向する２辺の外側で、かつ、前記中央領域の前記対向する２辺を除く２辺の外側に配置され、前記デバイスパターンが１個配置された４つの第３の周辺領域と、
前記中央領域と前記第１、第２及び第３の周辺領域との間、並びに、隣接する前記第１、第２及び第３の周辺領域相互の間に配置され、照射される光を遮ることにより領域相互を画し、前記中央領域のデバイスパターンの間のスクライブ領域の幅よりも広い幅の遮光帯とを有することを特徴とする半導体デバイス用マスク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マルチチップ構成の半導体装置製造用マスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、露光装置により、マスクの微細なパターンでウエハを露光するには、ステップアンドリピート法とステップアンドスキャン法が広く用いられている。ステップアンドリピート法では、、２次元移動可能なウエハステージ上に円形のウエハを載置し、ウエハステージをＸＹ方向に順次ステッピングしながら、デバイスパターンが描画されたマスクを通して光をウエハに照射しそのデバイスパターンをウエハに転写し、縦横に多数のデバイスパターンを描画する。ステップアンドスキャン方式では、同様にウエハステージをＸＹ方向に順次ステッピングするとともに、スリット状の露光領域においてのみ光を照射しながら、デバイスパターンが描画されたマスクを保持するマスクステージとウエハステージとを同期させてスキャンさせることによって、マスクに描画されたデバイスパターンをウエハ上に転写し、縦横に多数のデバイスパターンを描画する。
【０００３】
しかしながら、ステップアンドリピート方式およびステップアンドスキャン方式何れの方法を用いる場合であっても、デバイスパターンが転写されるウエハは円形であるのに対し、露光されるショット領域は矩形であることから、ウエハ周辺部には、ショット領域の一部が欠け、デバイスパターンの１部が転写されない欠けチップが発生する。
【０００４】
また、この欠けショット領域においては、露光工程時に行なうフォーカス（ウエハステージ高さ）や、レベリング（ステージ傾き）調整に必要なウエハ表面高さ検出位置がウエハの外にはみ出すため、正確な調整ができないという問題がある。
【０００５】
この問題に対しては、露光対象のショット領域にステッピングする前に、隣接するショット領域で取得したウエハ表面高さの情報を、そのまま適用して便宜的に調整を行なう方法がある。
【０００６】
しかしながら、ウエハ周辺部分は、製造プロセスにおいて加えられた熱処理で反りが生じていたり、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）等の研磨プロセスの面内ばらつき等によって、ウエハ中央部分と較べ、凹凸状態が異なり、局所的な傾きの差が大きい。このため、隣接するショット領域の情報をそのまま適用する方法は必ずしも有効な方法とはいえない。
【０００７】
図１は、従来から一般的に用いられる半導体デバイス用マスクを示す図である。
【０００８】
図１に示すように、半導体デバイス用マスク１は、通常、複数のデバイスパターン２が描画されており、この複数のデバイスパターン２を一括してウエハに露光することにより、同時に複数のチップが形成されるように構成されている。
【０００９】
図２は、マスクに描画されたデバイスパターンが複数転写されたウエハの一例を示す図である。
【００１０】
図２において、円形のウエハ１０には、製品チップ製造のために利用されない無効領域１１ｂと、利用される有効領域１１ａとの境界（「ウエハエッジ」と呼ぶ。）がある。無効領域１１ｂの幅は、例えば４ｍｍである。円形のウエハ１０上には、マスクのデバイスパターンを露光した、実線で示される２４ｍｍｘ２４ｍｍのショット領域（１回のステッピング動作によって露光される領域）１２が５８個形成される。この内、無効領域１１ｂに掛からないショット領域１２ａには、それぞれ、１つのデバイスパターンが露光されるチップ領域（点線で示される）が１６個形成される。
【００１１】
しかし、ショット領域の一部がウエハエッジ１１からはみ出る、ウエハ周辺部に形成されるショット領域１２ｂでは、×印で示した欠けチップが発生する。周辺部のショット領域１２ｂでは、ショット領域全体にわたるフォーカスやレベリングの調整がなされていないため、デフォーカスが生じやすい。特に、△印で示したチップ１３はデフォーカスが生じやすい。
【００１２】
そこで、ステップアンドリピート方式の露光装置において、ウエハ周辺に一定幅の禁止帯を設け、その禁止帯の中に一部分が存在し、残りの部分がウエハの外側に存在するショット領域を露光するときは、禁止帯の境界位置までステージをシフトしてフォーカス調整を行ない、再び元の位置に戻して露光するものがある（特許文献１参照）。
【００１３】
また、ステップアンドスキャン方式の露光装置において、スループットの向上を主たる目的として、ウエハ周辺での露光を１ショット分行うのではなく、とれる（全体がウエハエッジ内に入る）チップ分のみ露光するものがある。これにより、ウエハ周辺におけるフォーカスの測定も、ウエハ外の露光領域が存在しないため、測定エラーが減少するとされている（特許文献２参照）。
【００１４】
【特許文献１】
特開平６−２９１８６号公報（段落番号００２９〜段落番号００３９、図７、図８）
【特許文献２】
特開平９−２２８６３号公報（段落番号０００７〜段落番号００１９、００３４〜００３８、図３，図５，図６，図１１）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示された方法でも欠けチップの発生を防ぐことはできない。欠けチップに形成された微細なパターンは、その後の製造工程中にはがれ、パーティクルの発生源となる。この結果、歩留りの低下が起きる。またこの方法では、複雑なステージ制御が必要となり、フォーカス制御を行った後に露光位置に戻す時に、フォーカスのずれが発生する可能性もある。
【００１６】
特許文献２に開示されている方法は、この文献の実施例に示されたように、スキャン方向に対してのみ複数のデバイスパターンが配列されたマスクを露光する場合には良好に適用できるとしても、スキャン方向に対して垂直な方向にも複数のデバイスパターンが配列された場合には、適用が困難である。すなわち、ウエハを無駄なく利用しようとすると欠けチップの発生を防止することができない。
【００１７】
さらに、スキャン方向に対して垂直な方向には一列にしかデバイスパターンが配列されない場合であっても、この文献の００３８段落に記されたように、完全には欠けチップの発生を防止することはできない。
【００１８】
また、特許文献２の方法では、デフォーカスの発生も完全には防止することができない。例えば、本願明細書図２において、図の上下方向にスキャンを行うとすると、特許文献２の方法を適用した場合であっても、△印のチップ１３ではデフォーカスが発生しやすい。これは、スリット状露光領域の両端に近接した位置に置かれるウエハ表面高さ検知位置（例えば、特許文献２の図６のＣＲ１、ＣＲ３）の一部が、ウエハエッジからはみ出るからである。
【００１９】
本発明は、上記事情に鑑み、パーティクルの発生源となる欠けチップの発生を回避する。また、パーティクルとともに、歩留まりを低下させる要因となるデフォーカスをできるだけ少なくすることが可能な半導体装置用マスクを提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の半導体デバイス用マスクは、同一の複数のデバイスパターンを有し、該デバイスパターンを投影露光装置のウエハステージ上に載置されたウエハに投影することにより該ウエハを露光する半導体デバイス用マスクであって
デバイスパターンが縦横それぞれ２個ずつ配置された１つの中央領域と、
上記中央領域の対向する２辺の外側に配置され、上記デバイスパターンが横に２個配置された２つの第１の周辺領域と、
上記中央領域の上記対向する２辺を除く２辺の外側に配置され、上記デバイスパターンが縦に２個配置された２つの第２の周辺領域と、
上記中央領域の対向する２辺の外側で、かつ、上記中央領域の前記対向する２辺を除く２辺の外側に配置され、上記デバイスパターンが１個配置された４つの第３の周辺領域と、
上記中央領域と上記第１、第２及び第３の周辺領域との間、並びに、隣接する上記第１、第２及び第３の周辺領域相互の間に配置され、照射される光を遮ることにより領域相互を画し、上記中央領域のデバイスパターンの間のスクライブ領域の幅よりも広い幅の遮光帯とを有することを特徴とする。
【００２１】
このように、半導体デバイス用マスクが複数の領域に分かれており、各領域の境界には遮光帯が設けてあり、所要の領域以外はブラインドで遮光することが可能である。このマスクを利用して、ウエハの中央部分と周辺部分とにそれぞれ適切な領域に設けられたデバイスパターンをウエハエッジより内側に投影して露光することにより、欠けチップの発生を防止することが可能である。またさらに、遮光帯の適切化により、それぞれの領域の寸法にかかわらず、露光装置の調整機能を適切に動作させ、デフォーカスの発生を防止することが可能である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００２７】
図３は、本発明の露光方法の実施形態に用いる露光装置の主要部を示す概略構成図である。
【００２８】
本露光装置５０は、本発明の露光方法の実施形態として用いるものであり、本露光装置に用いる半導体デバイス用マスクは、本発明の半導体デバイス用マスクの実施形態に相当する。
【００２９】
図３に示す露光装置５０の主要部は、光源およびレンズからなる照明系２０と、マスクブラインド２１と、同一のデバイスパターンが複数配置された半導体デバイス用マスク（以下、「マスク」と呼ぶ。）２２を保持するマスクホルダ２３と、マスクに描画されたデバイスパターンの縮小像をウエハ上に形成する投影光学系２４と、ＸＹＺステージ装置２５と、ＸＹＺステージ装置２５上にウエハ３０を保持するホルダ２６と、複数の発光部２７ａと複数の受光センサ２７ｂとを有し、ウエハ表面の位置の高さを検知するウエハ表面高さ検知系２７とを備えている。
【００３０】
マスクブラインド２１は、２組のブレードからなり、照明系からマスク２２を照明する矩形の照明領域を所定の大きさに規制する。投影光学系の縮小率は、例えば１／４である。ＸＹＺステージ装置２５は、光軸に垂直なＸ軸方向およびＹ軸方向に往復移動するＸＹステージ、および、ＸＹステージに載置され、光軸に平行なＺ軸方向に往復移動するとともに、傾きを制御できるＺステージからなる。このＸＹＺステージ装置２５上のウエハホルダ２６に載置することにより、ウエハ３０をＸＹ平面内およびＺ軸方向に自在に移動するとともに、光軸に対する傾きを調整することができる。ウエハ表面高さ検知系２７の複数の発光部２７ａのそれぞれは、ウエハ３０の表面の所定の位置（ウエハ表面高さ検知位置）に斜め方向からから光を照射する。そして、ウエハ３０の表面で斜め方向に反射された光を、それぞれの発光部２７ａに対応して設けられた受光センサ２７ｂで受光する。受光センサ２７ｂは、位置検出機能を有しており、反射光が検出される位置によって、ウエハ表面の照射された位置の高さを検知する。すなわち、複数組の発光部２７ａおよび受光センサ２７ｂを使って、ウエハ表面の複数の検知位置の高さを検知する。
【００３１】
実際にウエハ３０の露光が行われるに先だって、マスク２２に設けられたどのデバイスパターンを露光するショット領域を、ウエハ３０上にどのように配置するかを決める、ショット領域割り付けが行われる。そして、ウエハ３０がＸＹＺステージ装置２５上のウエハホルダ２６（以下、ＸＹＺステージ装置とウエハホルダとをあわせて「ウエハステージ」と呼ぶ））上に載置され、予め決められたショット領域割り付けに従って所定の位置に移動され、それぞれのショット領域の露光が行われる。この時、後から説明するように、マスクブラインド２１を調整し、マスク上に配置された複数のデバイスパターンの中から必要なもののみをウエハに投影する。また、それぞれのショット領域毎に、ウエハ表面高さ検知系２７によってウエハ表面の高さを検知し、その結果に基づいてウエハステージの高さおよび傾きの少なくとも一方を制御することにより、ショット領域内のウエハ表面に対し投影光学系のフォーカスが合うように調整（以下、ステージの高さ調整と傾き調整とをあわせて「フォーカス調整」と呼ぶ。）を行う。
【００３２】
以下、ステップアンドリピート方式とステップアンドスキャン方式とに分けて、露光の手順をより具体的に説明する。
【００３３】
ステップアンドリピート方式の露光装置の場合には、露光時には、マスクホルダ２３を所定の位置で固定し、マスク２２の、マスクブラインド２１によって規制された照明領域内の部分を照明する。そして、この照明領域内に設けられたマスク上のパターンを、投影光学系２４の縮小率で縮小したパターンを、投影光学系２４下に位置するウエハ３０表面上の、照明領域が縮小率で縮小された大きさの領域に投影する。これとともに、ウエハ３０を載置したウエハステージを、ショット領域割り付けに従って所定の位置に移動する。これにより、所定のパターンが所定のショット領域に投影され、ウエハの露光が行われる。そして、ウエハステージをＸＹ平面内でステップ移動させ、そのたびに同様に露光を行うことによって、ウエハ３０の全面を露光する。
【００３４】
ショット領域割り付けに従ってウエハステージを移動した位置において、それぞれのショット領域の露光を行うに先だって、ウエハ表面高さ検知系２７により、ウエハ表面の複数箇所の高さを検知する。そして、そのデータを用いて、ショット領域全面においてフォーカスが合うように、ウエハステージのＺ方向の高さもしくは傾きの少なくとも一方、好ましくは双方を制御する。
【００３５】
ステップアンドリピート方式の露光装置には、要求される寸法誤差の範囲内で露光を行うことが可能な最大の露光領域（露光可能領域）が定められている。そして、ウエハ表面高さ検知位置は、例えば、露光可能領域の中心、および、四隅からやや内側に入った位置の、合計５点に設けられる。この５点全てが、ウエハ３０のウエハエッジの内側にあり、全ての検知位置においてウエハ表面高さのデータが得られた場合に、所定の精度でフォーカス合わせを行うことができる。
【００３６】
ステップアンドスキャン方式の露光装置の場合には、図３に示したマスクブラインド２１に加えて、図示しない第２のマスクブラインドが設けられる。この第２のマスクブラインドでスリット状に成形された照明光によって、マスク２２が照明される。そして、このスリット状照明領域内に設けられたパターンを、投影光学系２４の縮小率で縮小したパターンを、投影光学系２４下に位置するウエハ３０表面上の、照明領域が縮小率で縮小されたスリット状露光領域に投影する。
【００３７】
そして、第２のマスクブラインドは固定したままで、マスクホルダ２３およびウエハステージを、スリット状露光領域の長手方向に交わる方向（通常は垂直に交わる方向）に、同期させて移動させ、マスク２３およびウエハ３０を移動（スキャン）させる。これにより、マスク２２のマスクブラインド２１によって規制された照明領域内のパターンを、ウエハ３０上のショット領域に投影し、ウエハの露光を行う。このとき、マスクブラインド２１もマスク２２に同期させて移動させる。実際には、スリット状露光領域の位置は固定されたままで、ウエハが移動することによって露光が行われるのであるが、実効的は、スリット状露光領域をウエハ上に移動（スキャン）させることによってショット領域内の露光を行うと考えることができる。
【００３８】
そしてさらに、ステッピングによってウエハ３０の全面を露光することは、ステップアンドリピート方式と同様である。
【００３９】
ステップアンドスキャン方式の場合、スリット状露光領域内、もしくは、スリット状露光領域に近接して、その移動方向側に複数のウエハ表面高さ検知位置を設け、ウエハ表面の高さを検知する。この結果を利用して、現在スリット状露光領域がある部分のウエハ表面にフォーカスが合うように、ステージの高さもしくは傾斜を制御する。ウエハ表面高さ検知位置は、スリット状露光領域の長手方向（通常は、スキャン方向に垂直に交わる方向）に、スリット状露光領域の長手方向の寸法に比較してやや短い範囲に、一列もしくは複数列に並べて配置され、スリット状露光領域のスキャンに同期して移動する。そして、ショット領域内の表面高さを検知する間に、検知位置が全て、ウエハ３０のウエハエッジの内側にある場合に、所定の精度でフォーカス調整を行うことができる。
【００４０】
なお、ステップアンドリピート方式においてもステップアンドスキャン方式においても、上記のように、個々のショット領域のウエハ表面高さの検知を、個々のショット領域の露光を行うために、ショット領域割り付けに従ってウエハステージが移動した位置で実施して、フォーカス調整を行うとともに、露光を行うことも可能である。
【００４１】
この場合には、図３に示されたように、投影光学系２４下の。露光が行われる位置にウエハ表面高さ検知系２７が設けられる。また、露光が行われる位置とは別の位置に、ウエハ表面高さ検知系２７を設けることも可能である。この場合、露光に先立って、この表面高さ検知系２７が設けられた位置において、ショット領域割り付けに従ってウエハステージの移動を行い、ショット領域毎のウエハ表面高さ検知を行い、その結果を記憶する。そして、個々のショット領域の露光の際には、この記憶した測定結果を利用して、フォーカス調整を行う。
【００４２】
次に、本発明の半導体デバイス用マスクについて詳細に説明する。図４は、本発明の半導体デバイス用マスク２２の実施形態を示す図である。
【００４３】
図４に示す半導体デバイス用マスク２２には、ウエハを露光する同一のデバイスパターン２が複数配置されている。デバイスパターン２が縦横それぞれ２個ずつ配置された１つの中央領域（第１領域）１０１と、その中央領域の外側に配置された周辺領域（第２領域２〜第９領域）１０２〜１０９とがある。周辺領域は、デバイスパターンが横に２個配置された２つの周辺領域（第３領域、第８領域）１０３，１０８、デバイスパターンが縦に２個配置された２つの周辺領域（第５領域、第６領域）１０５，１０６、デバイスパターンが１個配置された４つの周辺領域（第２領域、第４領域、第７領域、第９領域）１０２，１０４，１０７，１０９がある。また、中央領域（第１領域）１０１と中央領域に隣接する周辺領域（第３、第６，第８，第５領域）１０３，１０５，１０８，１０５との間、および相互に隣接する周辺領域相互の間には、光を遮ることにより領域相互を画する遮光帯１００が配置されている。
【００４４】
遮光帯１００の幅は、例えば３００μｍである。これに対して、同一の領域に配置された複数のデバイスパターン２の間には、例えば１００μｍ以下の、遮光帯の幅に比較して狭い幅のスクライブ領域が設けられている。前述のように、本発明の露光方法において用いられる露光装置５０は、照明領域を規制するマスクブラインド２１を有している。このマスクブラインド２１の設定位置には１００μｍ以上の誤差がある。遮光帯１００の幅は、マスクブラインド２１の位置設定誤差よりも大きい。
【００４５】
なお、これらの寸法はいずれも、ウエハ３０上に投影した時の寸法である。すなわち、実際の寸法は、これらの寸法に縮小率の逆数を乗じたものである。以下、特に注記しない限り、マスク上の寸法もウエハ上に投影した寸法で表す。
【００４６】
このように、半導体デバイス用マスク２２が複数の領域に分かれ、中央部にはデバイスパターン２が一番多く配列された第１領域１０１が１つ、外側には、中央部よりも少数のデバイスパターン２が配列された第２〜第９領域１０２〜１０９が設けてある。特に図４の例では、中央領域１０１の周囲を取り囲むように、複数の周辺領域１０２〜１０９が配置されている。そして、各領域間の境界には、幅が、デバイスパターン相互間の間隔よりも広く、また、露光装置５０の照明領域を規制するマスクブラインド２１の位置設定誤差よりも広い遮光帯１００が設けられる。従って、所要の領域以外はブラインドで照明光を完全に遮ることが可能であることから、何れかの領域に限定して露光を行うことができる。
【００４７】
ここでは、同一のデバイスパターン２が１６個配列された半導体デバイス用マスク２２の例について説明したが、デバイスパターン２は１６個に限定されない。また、中央領域、周辺領域におけるデバイスパターンの配列個数についても本例に限定されるものではない。
【００４８】
図５は、本発明の露光方法の実施形態を示す図である。
【００４９】
図５において、ショット領域間の境界は実線で、チップ間の境界は細い破線で表す。後から示す図６，８，１０においても同様である。
【００５０】
図５に示すように、ウエハ３０の、ウエハエッジ３１に隣接した部分を除いた内側（中央部）には、マスク２２の第１領域が投影されて４つのデバイスパターン２が転写される中央ショット領域２０１が、複数、縦横それぞれに一定ピッチで割り付けらている。しかし、中央ショット領域２０１を割り付けると、デバイスパターンの一部だけが転写された欠けチップが生じる、ウエハ周辺部には、欠けチップが形成されないように、マスク２２の、１つのデバイスパターン２が配置された、又は縦もしくは横に２つのデバイスパターン２が配列された第２〜第９領域の何れかが投影される、周辺ショット領域２０２ａ〜２０２ｃが割り付けられる。
【００５１】
中央ショット領域２０１が割り付けられている、ウエハ中央部には、図３に示した露光装置５０に図４に示したマスク２２およびウエハ３０を載置し、予め割り付けられたショット領域割り付けにしたがって、マスクブラインド２１でマスク２２の周辺領域第２〜第９領域を覆って、中央領域１０１を投影して露光を行う。
【００５２】
ウエハ周辺部では、例えば図５において斜線で示した周辺ショット領域２０２ａを露光するときは、マスク２２の第３領域がこの周辺ショット領域２０２ａに投影されて露光される位置、すなわち、マスク２２の第１〜第９領域の外側を囲う遮光帯１０の位置にまでマスクブラインド２１を広げて、マスクブラインド２１による照明領域規制を行わない場合には、図７に２１０ａで示した範囲にマスク２２の中央領域および周辺領域（第１〜第９領域）の全体が投影される位置にウエハ３０が位置するようにウエハステージを移動させる。そして、マスク２２の第３領域以外の領域をマスクブラインド２１で覆い、第３領域を投影してウエハを露光する。その結果、斜線で示した周辺ショット領域２０２ａに、マスク２２の第３領域に配列された、横に並んだ２つのデバイスパターンが転写される。
【００５３】
同様に、例えば、図５において斜線で示した周辺ショット領域２０２ｂを露光するときは、マスクブラインド２１による照明領域規制を行わない場合には２１０ｂの範囲にマスク２２の中央領域および周辺領域が投影される位置にウエハステージを移動させた後、マスク２２の第２領域以外の領域をマスクブラインド２１で覆い、第２領域を投影してウエハを露光する。その結果、斜線で示した周辺ショット領域２０２ｂに、第２領域に配列された、１つのデバイスパターンが転写される。また、周辺ショット領域２０２ｃを露光するときは、マスクブラインドによる証明領域規制を行わない場合には２０１ｃの範囲にマスク２２の中央領域および周辺領域が投影される位置にウエハステージを移動させた後、第５領域を投影し、第５領域に配列された、縦に２つ並んだデバイスパターンを転写する。
【００５４】
このように、マスク２２を、露光装置５０のマスクブラインド２１の位置設定誤差以上の幅を有する遮光帯によって、複数の領域１０１〜１０９に分割するとともに、欠けチップが生じ得るウエハ周辺部は、マスク２２の周辺領域の中から欠けチップを生じさせない領域を選択し、選択された領域以外はマスクブラインドで遮光し、選択された領域によってウエハを露光する。これにより、欠けチップの発生が防止され、膜剥がれによるパーティクルの発生が防止できる。
【００５５】
以上で説明した本発明の露光方法の実施形態では、図４に示したように、矩形の中央領域１０１の４つの辺および４つの頂点全ての外側に周辺領域１０２〜１０９を配置したマスク２２を利用した。すなわち、図４に示したマスク２２には、横方向に複数のデバイスパターン２が配列された周辺領域が１０３および１０８の２つ、縦方向に複数のデバイスパターンが２が配列された周辺領域が１０５および１０６の２つ形成され、さらに、１つのデバイスパターンが配置された周辺領域が１０２，１０４，１０７，１０９の４つ形成されている。しかし、欠けチップの発生を防ぐために、周辺領域１０２〜１０９の全てを利用することは必須ではない。例えば、横方向に複数のデバイスパターンが配列された周辺領域、縦方向に複数のデバイスパターンが配列された周辺領域、および１つのデバイスパターンが配置された周辺領域を、それぞれ１つずつ、中央領域１０１の２つの辺および１つの頂点の外側に配置したマスクを利用しても、欠けチップの発生を防ぐことができる。
【００５６】
しかし、後から述べるように、デフォーカスの発生を防ぐためには、図４に示したように、中央領域１０１の全ての辺および頂点の外側に周辺領域を配置したマスクを利用することが好ましい。
【００５７】
また、図４に示されたマスク２２では、同一の基板上に中央領域１０１と周辺領域１０２〜１０９の全てが配置されている。このように、同一基板上に中央領域と複数の周辺領域との両方を配置したマスクを利用することにより、１枚のウエハ３０，もしくは、ウエハ３０を含めた複数（例えば２５枚）のウエハから構成される１ロットの露光処理の過程で、マスクの交換の必要を無くして、露光時間を短縮することができる。
【００５８】
しかし、本発明の露光方法は、中央領域が配置された中央領域用マスクと、周辺領域の全てもしくは一部がそれぞれ配置された周辺領域用マスクとを、必要に応じて交換しながら実施することもできる。
【００５９】
この場合、例えば、中央領域用マスクにはデバイスパターン２が縦横それぞれに４個、合計１６個配列された中央領域を設けておけば、ウエハ３０の中央部分を露光する際に、各ステップ毎に１６個のデバイスパターンを転写することができる。これにより、１つのウエハを露光するために必要なステップ数および露光時間を削減することができる。
【００６０】
また、このような中央領域用マスクに加えて、周辺領域用マスクとして、図４に示されたようなマスクを利用することもできる。そして、図４のマスク２２の中央領域１０１を、デバイスパターンが１６個配列された中央領域用マスクに比較すると少ない個数ではあるが、縦横それぞれに複数のデバイスパターンが配列された中間領域として利用することができる。すなわち、中央領域用マスクを使って露光する中央部分を除いた、周辺部分の内、最外周の部分を、第２〜第９の周辺領域のいずれかを使用して露光するとともに、この最外周部と中央部分との間の中間部分を、中間領域を利用して露光することができる。
【００６１】
なお、この場合、最外周部および中間部分の露光処理に注目すると、図５を用いて説明した実施形態と同様に、１つのマスク上に配置された中央領域と周辺領域の中の適切なものを利用して、ウエハの中央部分および周辺部分を露光する実施形態に相当する。すなわち、この場合の中間部分および最外周部は、それぞれ、図５を用いて説明した実施形態の場合の中央部分および周辺部分に対応する。
【００６２】
図６は、本発明の露光方法の実施形態によって露光した、加工済みウエハの一例を示す概略構成図である。
【００６３】
図６に示す加工済みウエハ４０は、円形をなし、周囲端より数ｍｍ内側に、ウエハエッジ４１が形成されている。
【００６４】
加工済みウエハ４０の中央部には、マスク２２の第１領域が投影されて露光されたそれぞれ４つのチップを構成する１７３個の中央ショット領域２０１が形成されている。
【００６５】
一方、ウエハの周辺部には、欠けチップが生じないようにマスク２２の第２領域が投影されて露光された５つの周辺ショット領域２０２、第３領域が露光された５つの周辺ショット領域２０３、第４領域が露光された５つの周辺ショット領域２０４、第５領域が露光された２つの周辺ショット領域２０５、第６領域が露光された２つの周辺ショット領域２０６、第７領域が露光された５つの周辺ショット領域２０７、第８領域が露光された４つの周辺ショット領域２０８、および第９領域が露光された５つの周辺ショット領域２０９がそれぞれ形成されている。
【００６６】
このように、本実施形態の露光方法によって露光を行った加工済みウエハは、欠けチップが発生せず、膜剥がれによるパーティクルが生じない。
【００６７】
ただし、欠けチップが発生しない場合でも、必ずしも、デフォーカス発生が防止できるわけではない。デフォーカスの発生を完全に防止するためには、使用する露光装置の方式、およびウエハ表面高さ検知位置の配置を考慮して、適切にショット領域割り付けを行うことが必要である。またそのために、使用するマスクの配置の最適化を行うことが必要な場合もある。
【００６８】
まず、ステップアンドリピート方式の場合について述べる。
【００６９】
図７に、ステップアンドリピート方式露光装置の、露光可能領域内の中央および四隅におかれたウエハ表面高さ検知位置５ａ〜５ｅと、マスク２２が投影される位置との関係を模式的に示した。図７（ｂ）に示した場合では、マスクブラインド２１による照明領域規制を行わない場合にマスク２２の中央領域１０１および周辺領域１０２〜１０９が投影される範囲の中央、および、四隅に、ウエハ表面高さ検知位置５ａ〜５ｅが位置する。従って、この中央領域および周辺領域全体が投影される範囲２１０がウエハエッジ内にあれば、全てのウエハ表面高さ検知位置がウエハエッジ３１の内側に位置し、全てのウエハ表面高さ検知位置においてウエハエッジ内のウエハ表面高さを測定することができる。そして、その測定結果を利用して、ウエハステージの高さおよび傾きを調整して、正確にフォーカス合わせを行うことができる。
【００７０】
図５に示されたようにショット領域割り付けを行った場合、ウエハ３０の中心に近い部分ではこの条件が満たされ、デフォーカスは発生しない。しかし、ウエハエッジ３１に近い部分では、図５においてマスク２２の中央領域を露光するように割り付けたショットであっても、複数のウエハ表面高さ検知位置のいくつかウエハエッジ３１の外側になり、デフォーカスが発生する場合がある。
【００７１】
例えば、図８（ａ）には、このようにデフォーカスが発生する場合の例を示した。図８（ａ）において、斜線で示した位置Ｐ１にマスク２２の中央領域１０１を露光する場合、マスクブラインド２１による照明領域の規制を行わない時に中央領域および周辺領域全体が投影される範囲２１０を、太い破線で示す。図８（ａ）に示されたように、中央領域および周辺領域全体が投影される範囲２１０の一部がウエハエッジ３１の外側にはみ出し、四隅におかれるウエハ表面高さの第１〜第５検知位置５ａ〜５ｅのうち第１検知位置５ａが、ウエハエッジ３１の外側に出る。従って、このショット領域ではデフォーカスが発生する可能性がある。
【００７２】
これに対して、デフォーカスが発生しないようにショット領域割り付けを変更した例を図８（ｂ）に示す。
【００７３】
図８（ａ）ではマスクの中央領域１０１を露光するようにショット領域割り付けがなされていた斜線で示す位置Ｐ１を、図８（ｂ）では、３つに分けて露光するように割り付けの変更がなされる。
【００７４】
すなわち、下側半分の、左上りの斜線で示す位置Ｐ２は、マスク２２の第３領域１０３で露光する。この場合に中央領域および周辺領域全体が投影される範囲２１０を太い破線で示す。すなわち、左上りの斜線で示す位置Ｐ２に第３領域１０３で露光を行うためには、マスク２２の中央領域および周辺領域全体が投影される範囲２１０が太い破線で示す位置になるようにウエハステージを移動させる。図からわかるように、この場合には中央領域および周辺領域全体が投影される範囲２１０がウエハエッジ３１の内部に収まる。従って、ウエハ表面高さ検知位置５ａ〜５ｅ全てがウエハエッジ３１の内側に配置され、デフォーカス発生を防止することができる。また、上側半分の、右上りの斜線で示す位置Ｐ３は、さらに左右２つに分割し、それぞれをマスク２２の第２領域１０２で露光するように割り付けを行うことにより、この部分においてもデフォーカスの発生を防止することができる。
【００７５】
さらに、図８（ｂ）においては、その他のショット領域についても、デフォーカスが発生しないように割り付けの変更を行った。例えば、クロスの斜線で示す位置Ｐ４は、マスク２２の第５領域１０５で露光するように割り付けの変更を行った。
【００７６】
なお、露光装置が持つウエハ表面高さ検知位置の個数およびそのそれぞれの役割によっては、その全てがウエハエッジ３１内に位置するようにショット領域割り付けを行うことは、必ずしも必須ではない。例えば、所定のフォーカス精度を保証するために必要な個数のウエハ表面高さ検知位置を、露光可能領域内の比較的内側に設けるとともに、さらにその外側に、付加的なウエハ表面高さ検知位置を設け、そこでの測定データが得られた場合には、それも利用して、さらに精度を高めるようなフォーカス制御機能を有した露光装置を利用する場合を考える。
【００７７】
この場合、所定の精度を保証するために必要なウエハ表面位置検知位置は、内側に設けられたもののみであるのだから、その必要なウエハ表面高さ検知位置のみの全てが、ウエハエッジ３１の内側に位置するように、ショット領域割り付けを行えばよい。ステップアンドスキャン方式の露光装置を利用する場合においても同様に考えることができる。
【００７８】
以上の説明においては、図７（ｂ）に示されたように、マスク２２の中央領域および周辺領域が投影される範囲２１０内にウエハ表面高さ検知位置５ａ〜５ｅが全て入ることを前提にした。しかし、デバイスパターン２の寸法やウエハ表面高さ検知位置の配置によっては、図７（ａ）に示されたように、マスク２２の遮光帯１００ａ〜１００ｄの幅を、露光装置のマスクブラインド２１の設定位置誤差を吸収するために十分な寸法にした場合にも、露光可能領域の四隅におかれるウエハ表面高さ検知位置５ａ，５ｂ，５ｄ，５ｅが、中央領域および周辺領域全体が投影される範囲２１０の外側になる場合がある。このような場合、ウエハエッジ３１に近接する部分においては、いずれの周辺領域を使って露光しても、ウエハ表面高さ検知位置５ａ〜５ｅの全てをウエハエッジ３１内に入れることができない場合がある。
【００７９】
この対策として、図７（ｂ）に示されたように、遮光帯１００ａ〜１００ｄの幅を広げ、全てのウエハ表面高さ検知位置５ａ〜５ｅが中央領域および周辺領域の全体が投影される範囲２１０内になるように、マスク２２内の周辺領域の配置の適正化を行うことが可能である。
【００８０】
次に、ステップアンドスキャン方式の場合について述べる。
【００８１】
図９に、ステップアンドスキャン方式の露光装置の、スリット状露光領域１５およびウエハ表面高さ検知位置５ａ〜５ｅと、マスク２２の中央領域および周辺領域（第２〜第９領域）が投影される位置との関係を模式的に示した。
【００８２】
図には、マスクブラインド２１による照明領域規制を行わない状態が示されている。この例では、各検知点５は、スリット状露光領域１５が移動するスキャン方向Ａに交わる（直交する）方向、すなわちスリット状露光領域１５の長手方向に一列に配置され、スリット状露光領域１５の移動と同期して、スキャン方向Ａに移動する。そして、所定のタイミングでそれぞれの検知点５のウエハの表面の高さを計測する。例えば、スリット状露光領域１５の移動方向Ａ側の先端部、もしくは、わずかに先行する位置にウエハ表面高さ検知位置５を設ける。そして、スリット状露光領域１５のスキャンが行われる期間内に、各検知位置でのウエハ表面高さの測定を繰り返して行い、その結果に基づいて、ＸＹＺステージ装置２５の高さおよび傾きの調整を連続的に行う。これによって、ウエハ３０の表面の、スリット状露光領域内にある、現に露光されつつある部分に対してフォーカスが合った状態が維持される。
【００８３】
実際には、スリット状露光領域１５およびウエハ表面高さ検知位置５は固定されており、ウエハ３０およびマスク２２が同期して移動するのであるが、便宜上、スリット状露光領域１５およびウエハ表面高さ検知位置５が移動するとして説明を行う。
【００８４】
ここで、正確なフォーカス調整が行えるためには、ウエハ表面高さ検知位置５ａ〜５ｅの全てがウエハ３０のウエハエッジ３１の内側にあり、ウエハ表面の高さを正確に測定できることが必要である。ただし、ステップアンドリピート方式の場合とは異なり、ウエハ表面高さ検知位置５ａ〜５ｅが移動する範囲の全域に渡って、すなわち、マスクブラインド２１による照明領域規制を行わない場合に、マスク２２の中央領域および周辺領域が投影される領域の全体において、常に、全ての検知位置５ａ〜５ｅがウエハエッジ３１の内側にあることは必須ではない。
【００８５】
例えば、図９（ｂ）に示された例において、マスク２２の中央領域、もしくは、中央領域の左右に配置された第５、第６の周辺領域のいずれかを投影するショット領域に露光する場合を考える。この場合、正確なフォーカス調整を行うためには、露光される中央領域、もしくは第５，６の周辺領域が投影される範囲内をウエハ表面高さ検知位置が移動している間は、５点の検知位置の全てが、ウエハエッジ３１の内側にあることが必要である。しかし例えば、露光される領域の上側に配置された第２，３，４の周辺領域が（マスクブラインド２１による照明領域規制を行わない場合に）投影される範囲内をウエハ表面高さ検知位置５が移動している間には、検知位置の一部もしくは全てが、ウエハエッジ３１の外側にあっても問題はない。すなわち、露光すべき領域の外に検知位置がある期間内に、ウエハエッジ３１の外側に位置した検知位置において異常な測定結果が得られたとしても、露光すべき領域内に検知位置がある期間内に得られた測定結果のみを利用してフォーカス調整を行うようにすれば、デフォーカスの発生を防止することが可能である。
【００８６】
図１０（ａ）には、図５で説明したショット領域割り付けにおいて、ステップアンドスキャン方式でスリット状露光領域を上下方向にスキャンさせて露光した場合、デフォーカスが発生する場合の例を示した。図１０（ａ）において、図の斜線で示した位置Ｐ１にマスク２２の中央領域１０１を露光する場合、マスクブラインド２１による照明領域の規制を行わない時に、中央領域１０１およびその左右に配置された第５および第６の周辺領域１０５，１０６が投影される範囲２２０を、太い破線で示す。図１０（ａ）に示されたように、破線で囲まれた領域内のウエハ表面高さを測定する場合に、左端のウエハ表面高さ検知位置５ａがウエハエッジ３１の外側にはみ出す。従って、このショット領域ではデフォーカスが発生する可能性がある。
【００８７】
これに対して、デフォーカスが発生しないようにショット領域割り付けを変更した例を図１０（ｂ）に示す。図１０（ａ）ではマスクの中央領域１０１を露光するようにショット領域割り付けがなされていた斜線で示した位置Ｐ１を、図１０（ｂ）では、左右に２つに分けて露光するように割り付の変更がなされている。
【００８８】
まず、左側半分の、クロスの斜線で示す位置Ｐ４は、マスク２２の第５領域１０５で露光するようにショット領域割り付けを行う。位置Ｐ４を第５領域で露光するためには、マスク２２の中央領域１０１および第５領域１０５、第６領域１０６が投影される範囲２３０が太い破線で示す位置になるようにウエハステージを移動させる。図からわかるように、この場合にはウエハ表面高さ検知位置５ａ〜５ｅ全てがウエハエッジ３１の内部に収まり、デフォーカス発生を防止することができる。
【００８９】
そして、右側半分の、同じくクロスの斜線で示す位置Ｐ５は、同じく第５領域１０５を投影する別のショット領域として割り付ける。さらに、図１０（ｂ）においては、その他のショット領域についても、デフォーカスが発生しないようにショット領域割り付けの変更を行う。すなわち、クロスの斜線で示す位置には第５領域１０５を投影するショット領域を割り付け、右上がりの斜線で示す位置Ｐ３には第２領域１０２を投影するショット領域を割り付ける。
【００９０】
このように、ステップアンドリピート方式、ステップアンドスキャン方式のいずれにおいても、ウエハ表面高さ検知位置の配置を考慮して図８（ｂ）、１０（ｂ）のようなショット領域割り付けを行うことにより、周辺ショット領域においてもデフォーカスの発生を防止することができる。すなわち、図８（ｂ）、１０（ｂ）のようなショット領域割り付けを行うことにより、周辺ショット領域においても、高いフォーカス精度を保証するために必要なウエハ表面高さ検知位置の全てにおいてウエハエッジの内側の表面の高さを検知し、その検知結果を利用してステージの高さおよび傾きを調整することができる。
【００９１】
ただし、図５のようなショット領域割り付けを行った場合であってもデフォーカスの発生量を低減することは可能である。すなわち、ショット領域の割り付けを行った段階で、複数のウエハ表面高さ検知位置のいずれがウエハエッジ３１の外側になるかが判別できるので、その検知位置での測定データを除いた他の位置での測定データのみを利用して、ステージの制御を行うことが可能である。利用できるデータ点が少ないため、全検知点のデータが利用できる場合に比較してフォーカス精度が低下する。また、ステージの高さと傾きの一方しか制御できない場合もある。しかし、大きなデフォーカスが発生することは防止することできる。
【００９２】
ステップアンドスキャン方式の場合にも、ステップアンドリピート方式の場合と同様に、マスクの適正化を行うことが好ましい場合がある。例えば、図９（ａ）に示されたように、マスク２２の遮光帯１００ａ〜１００ｄの幅を、露光装置のマスクブラインド２１の設定位置誤差を吸収するために十分な寸法にした場合にも、両端におかれたウエハ表面高さ検知位置５ａ，５ｅが、スリット状露光領域１５の長手方向（図の横方向）に、マスク２２の中央領域および周辺領域が投影される範囲よりもさらに外側になる場合がある。このような場合、ウエハエッジ３１に近接する部分においては、いずれの周辺領域を使って露光するようにショット領域割り付けを行っても、ウエハ表面高さ検知位置の全てのウエハエッジ３１内に入れることができないことがある。
【００９３】
この対策として、図９（ｂ）に示されたように、スリット状露光領域１５の長手方向に領域間を画する遮光帯（図の縦方向の遮光帯）１００ａ、１００ｂの幅を広げ、全てのウエハ表面高さ検知位置が中央領域および周辺領域が投影される範囲内になるように、マスク２２内の適正化を行うことが可能である。
【００９４】
なお図９（ｂ）において、ウエハ表面高さ検知位置５が、ウエハ２２の上端のさらに上側に位置するように描かれている。しかし、この検知位置は、スリット状露光領域１５の移動に伴って図の下方向に移動し、適切な位置に到達した時に、必要な位置のウエハ表面高さの測定を行う。すなわち、ステップアンドスキャン方式の場合には、スリット状露光領域１５の長手方向（図の左右方向）の遮光帯幅の適正化を行う場合であっても、スキャン方向（図の上下方向）の遮光帯幅の適正化を行う必要はない。
【００９５】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の半導体デバイス用マスクによれば、遮光帯によって個別に投影可能な複数の領域に分割されている。また本発明の露光方法によれば、ウエハの中央部と周辺部のそれぞれにマスクの適切な領域を投影するショット領域割り付けを行って露光を行う。このため、ウエハ周辺部に生じやすい欠けチップを防止し、半導体チップの歩留まりを向上させることができる。また、ウエハ周辺部に生じやすいデフォーカスの発生を防止して、半導体チップの歩留りをさらに向上させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来から一般的に用いられる半導体デバイス用マスクを示す図である。
【図２】ウエハを露光することにより形成されたデバイスの例を示す図である。
【図３】本発明の露光方法の実施形態に用いる露光装置の主要部を示す概略構成図である。
【図４】本発明の半導体デバイス用マスクの実施形態を示す図である。
【図５】本発明の露光方法の実施形態を示す図である。
【図６】本発明の加工済みウエハの実施形態を示す概略構成図である。
【図７】本実施形態の半導体デバイス用マスクが投影される位置と、ウエハの表面高さ検知位置との関係を示す図である。
【図８】ステップアンドリピート方式で露光する場合にデフォーカスの発生を防ぐショット領域割り付けを示す図である。
【図９】本実施形態の半導体デバイス用マスクが投影される位置と、スリット状露光領域およびウエハ表面高さ検知位置との関係を示す図である。
【図１０】ステップアンドスキャン方式で露光する場合にデフォーカスの発生を防ぐショット領域割り付けを示す図である。
【符号の説明】
１，２２  半導体デバイス用マスク
２  デバイスパターン
５  ウエハ表面高さ検知位置
５ａ  第１検知位置
５ｂ  第２検知位置
５ｃ  第３検知位置
５ｄ  第４検知位置
５ｅ  第５検知位置
１０，３０，４０  ウエハ
１１，３１，４１  ウエハエッジ
１１ａ  有効領域
１１ｂ  無効領域
１２  ショット領域
１２ａ  無効領域に掛からないショット領域
１２ｂ  ウエハ周辺部に形成されるショット領域
１３  チップ
１５  スリット状露光領域
２０  照明系
２１  マスクブラインド
２２  マスク
２２ａ  フレーム
２３  マスクホルダ
２４  投影光学系
２５  ＸＹＺステージ装置
２６  ホルダ
２７  ウエハ表面高さ検出系
２７ａ  発光部
２７ｂ  受光センサ
５０  露光装置
１００  遮光帯
１０１  第１領域
１０２  第２領域
１０３  第３領域
１０４  第４領域
１０５  第５領域
１０６  第６領域
１０７  第７領域
１０８  第８領域
１０９  第９領域
２０１  中央ショット領域
２０２  第２領域が露光された周辺ショット領域
２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃ  斜線で示したショット領域
２０３  第３領域が露光された周辺ショット領域
２０４  第４領域が露光された周辺ショット領域
２０５  第５領域が露光された周辺ショット領域
２０６  第６領域が露光された周辺ショット領域
２０７  第７領域が露光された周辺ショット領域
２０８  第８領域が露光された周辺ショット領域
２０９  第９領域が露光された周辺ショット領域
２１０  中央領域および周辺領域全体が投影される範囲
２１０ａ  第３領域が投影されて露光される位置
２１０ｂ  第２領域が投影されて露光される位置
２１０ｃ  第５領域が投影されて露光される位置
２２０  中央領域および第５領域、第６領域が投影される範囲
【図１】
0004481561.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004481561.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0004481561.tif 000007
【図７】
0004481561.tif 000008
【図８】
0004481561.tif 000009
【図９】
0004481561.tif 000010
【図１０】
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