(57)【要約】【課題】歩留まりを向上させることができる半導体装置の製造方法および露光補正方法を提供すること。【解決手段】実施形態によれば、露光工程、検出工程および補正工程を含む半導体装置の製造方法が提供される。露光工程は、基板上に形成される層毎に、ショット領域の合わせズレを測定するための合わせズレ測定用パターンが外周側に形成されたフォトマスクによって、複数のショット領域のそれぞれを順次露光する。検出工程は、各層毎に、フォトマスクによってショット領域に形成された合わせズレ測定用パターンの位置を検出する。補正工程は、検出工程によって検出された合わせズレ測定用パターンの位置に基づいて、各層毎に露光工程における露光条件の補正を行う。【選択図】図１
2013055306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成される複数の層の各層毎に、ショット領域の合わせズレを測定するための測定用パターンが外周側に形成されたフォトマスクによって、複数のショット領域のそれぞれを順次露光する露光工程と、
前記各層毎に、前記フォトマスクによって前記ショット領域に形成された前記測定用パターンの位置を検出する検出工程と、
前記検出工程による検出結果に基づいて、前記各層毎に前記露光工程における露光条件の補正を行う補正工程と
を含む半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記露光工程は、
複数の基板に対して露光処理を順次行い、
前記検出工程は、
前記露光工程によって前記複数の基板に形成された前記測定用パターンの位置に基づいて、前記露光工程における前記フォトマスクの熱膨張によって生じる前記ショット領域の合わせズレを検出し、
前記補正工程は、
前記フォトマスクの熱膨張によって生じている場合、前記露光処理が行われる順番に応じて前記基板毎に露光条件の補正を行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記検出工程は、
前記フォトマスクの熱膨張によって生じる前記ショット領域の合わせズレを、前記基板に対する露光処理の数が増加するほど、前記ショット領域の合わせズレが増加する傾向にあるか否かによって判定することを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記補正工程は、
前記各層毎に、前記検出工程による検出が行われる度に前記露光工程における露光条件の補正を行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
基板上に形成される複数の層の各層毎に、ショット領域の合わせズレを測定するための測定用パターンの位置を検出する検出工程と、
前記検出工程によって検出された前記ズレ測定用パターンの位置に基づいて、前記各層毎に前記露光工程における露光補正値を算出する算出工程と、
を含むことを特徴とする露光補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置の製造方法および露光補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ショット領域毎に基板上の領域を順次露光するステップアンドリピート方式の露光装置が知られている。
【０００３】
かかる露光装置により形成された下層パターンおよび上層パターンのショット重ね合わせ精度を求めるために、下層パターンと上層パターンとのズレ量を測定することが行われている。
【０００４】
そして、その測定結果が許容値を満足するか否かで、基板上に形成される回路パターンの良否が判定される。したがって、ショット領域の下層パターンと上層パターンとの重ね合わせ精度が悪いと、歩留まりが低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１５５９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の一つの実施形態の目的は、歩留まりを向上させることができる半導体装置の製造方法および露光補正方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態によれば、半導体装置の製造方法が提供される。前記半導体装置の製造方法は、露光工程、検出工程および補正工程を含む。前記露光工程は、基板上に形成される複数の層の各層毎に、測定用パターンが外周側に形成されたフォトマスクによって、複数のショット領域のそれぞれを順次露光する。前記検出工程は、前記各層毎に、前記フォトマスクによって前記ショット領域に形成された前記測定用パターンの位置を検出する。前記補正工程は、前記検出工程によって検出された前記測定用パターンの位置に基づいて、前記各層毎に前記露光工程における露光条件の補正を行う。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態にかかる製造方法の説明図。
【図２】第１の実施形態にかかる製造方法の手順を示す図。
【図３】第１の実施形態にかかるショット領域の配列の模式図。
【図４】第１の実施形態にかかる各層を形成するフォトマスクの構成を示す模式図。
【図５】図４に示すフォトマスクによって形成されるＡＡ層の状態を示す模式図。
【図６】主尺パターンと副尺パターンの位置関係の一例を示す模式図。
【図７】合わせズレを構成する各成分を模式的に示した図。
【図８】図４に示すフォトマスクによって形成されるＧＣ層の状態を示す模式図。
【図９】図４に示すフォトマスクによって形成されるＣＳ層の状態を示す模式図。
【図１０】同一ロット内における各半導体基板の合わせズレ量の一例を示す図。
【図１１】露光装置におけるフォトマスクの保持状態の一例を示す模式図。
【図１２】露光条件を補正した後の同一ロット内における各半導体基板の合わせズレ量の一例を示す図。
【図１３】第２の実施形態にかかる製造方法の手順を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法および露光補正方法を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下では、半導体装置の製造方法を単に「製造方法」と記載する。
【００１０】
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態にかかる製造方法について、図１を用いて説明する。図１は、第１の実施形態にかかる製造方法の説明図である。
【００１１】
第１の実施形態にかかる製造方法では、ステップアンドリピート方式の露光装置が用いられる。かかる露光装置は、フォトマスク（レクチル）を介して、半導体基板上のショット領域のそれぞれを順次露光する。そして、現像処理等を行うことによって、フォトマスクに形成されたパターン（以下、マスクパターンと記載する）が半導体基板上の各ショット領域に形成される。
【００１２】
図１（ａ）は、このような露光処理が３層以上に対して行われるショット領域１０の配列の模式図である。図１（ａ）に示すように、ショット領域１０のうち重複領域１１には、ショット領域１０の合わせズレ（配列誤差）を測定するための複数の合わせズレ測定用パターン２０，３０，４０が形成される。
【００１３】
合わせズレ測定用パターン２０，３０，４０は、ショット領域１０に対するマスクパターンの転写精度を検出するためのパターンである。重複領域１１は、隣接するショット領域１０同士が重なる領域であり、デバイス領域１２の周囲に形成される。なお、図１（ａ）では、各層に形成された合わせズレ測定用パターン２０，３０，４０の位置が分かるように各合わせズレ測定用パターン２０，３０，４０を透かした状態で模式的に表している。
【００１４】
合わせズレ測定用パターン２０は、大きさの異なる矩形状パターン２１，２２が互いに対向した位置に形成される。具体的には、合わせズレ測定用パターン２０は、相対的に大きめの矩形状パターン２１（以下、主尺パターン２１と記載する）と、相対的に小さめの矩形状パターン２２（以下、副尺パターン２２と記載する）とにより形成される。かかる合わせズレ測定用パターン２０は、重複領域１１に対する２回の露光処理によって形成される。すなわち、合わせズレ測定用パターン２０は、互いに隣接して一部の領域が重複する２つのショット領域１０への露光処理によって、その重複する領域である重複領域１１に形成される。 
【００１５】
そして、主尺パターン２１の位置に対する副尺パターン２２の位置のズレ量（以下、合わせズレ量と記載する）を検出した後、かかる検出結果に基づいて、露光装置による各ショット領域１０への転写精度を判断し、露光装置の露光条件を補正する。すなわち、合わせズレ量が低減する露光条件となるように露光装置の露光条件を補正する。これにより、各ショット領域１０への転写精度を向上させることができる。なお、合わせズレ測定用パターン３０，４０も合わせズレ測定用パターン２０と同様の構成であり、合わせズレ測定用パターン２０の場合と同様に、合わせズレ測定用パターン３０，４０の合わせズレ量を検出し、露光装置の露光条件を補正する。
【００１６】
上記補正対象となる露光条件は、たとえば、フォトマスクに形成されたパターンの半導体基板上への結像特性である。かかる結像特性の補正には、フォトマスクのパターンを半導体基板上に投影する投影光学系のパラメータの設定がある。たとえば、投影光学系の半導体基板に対する光軸方向の距離に関するパラメータや投影光学系の光軸方向に直交する二方向のそれぞれに関する傾きに関するパラメータがある。また、ショット領域に対する像面湾曲に関するパラメータ、ショット領域に対する像面倍率に関するパラメータ、ショット領域に対する光軸周りの回転に関するパラメータなどがある。
【００１７】
ここで、合わせズレ量の検出は、全ての層を形成した後に行うようにしてもよく、また、各層毎にそれぞれ露光した後に行うようにしてもよい。各層毎にそれぞれ露光した後に合わせズレ量の検出を行う場合、露光処理および現像処理によってレジストパターンに形成される合わせズレ測定用パターン２０，３０，４０を検出対象とすることができる。
【００１８】
また、全ての層を形成した後や各層毎にそれぞれ露光した後に合わせズレ量の検出を行う場合、レジストパターンを用いた選択的なエッチングやイオン注入の後に半導体基板Ｗ上に形成される合わせズレ測定用パターン２０，３０，４０を検出対象とすることができる。
【００１９】
かかる合わせズレ量の検出は、ＳＥＭ（Scanning  Electron  Microscope）式測定機、光学式測定機、ＳＥＭ、ＡＦＭ（Atomic  Force  Microscope）、ＦＩＢ（Focused  Ion  Beam）等の断面測定機を用いて行うことができる。
【００２０】
また、各合わせズレ測定用パターン２０，３０，４０は、たとえば、ＯＰＣ（Optical  Proximity  Correction）やＭＤＰ（Mask  Data  Preparation）等のシミュレーションまたは手書きによって作成することができる。
【００２１】
図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す領域１３の拡大図（上図）およびＩ−Ｉ線断面図（下図）を模式的に表した図である。図１（ｂ）に示すように、ショット領域１０のうち重複領域１１には、半導体基板Ｗ上に形成された第１層Ｌ１〜第３層Ｌ３にそれぞれ合わせズレ測定用パターン２０，３０，４０が形成される。
【００２２】
そして、第１層Ｌ１〜第３層Ｌ３のそれぞれの合わせズレ測定用パターン２０，３０，４０について、合わせズレ量を検出し、各層Ｌ１〜Ｌ３毎に露光装置の露光条件を補正する。すなわち、露光処理によって第１層Ｌ１に形成された合わせズレ測定用パターン２０から検出された合わせズレ量に基づいて、第１層Ｌ１に対する露光条件を補正する。
【００２３】
また、露光処理によって第２層Ｌ２に合わせ形成された合わせズレ測定用パターン３０から検出された合わせズレ量に基づいて第２層Ｌ２に対する露光条件を補正する。さらに、露光処理によって第３層Ｌ３に形成された合わせズレ測定用パターン４０から検出された合わせズレ量に基づいて、第３層Ｌ３に対する露光条件を補正する。
【００２４】
このように、第１の実施形態にかかる製造方法では、露光処理を行う各層に対して合わせズレ測定用パターン２０，３０，４０を形成し、各層毎に露光装置の露光条件を補正する。そのため、層間のパターンの重ね合わせをより精度よく行うことが可能となり、歩留まりを向上させることができる。
【００２５】
たとえば、第１〜第３層のそれぞれに層間の重ね合わせを検出するためのパターン（以下、層間測定用パターンと記載する）を用いて、各層毎に露光装置の露光条件を補正した場合、設計値に対するズレ量が上層のパターンほど大きくなる。これは、ズレ量を有する第１層の層間測定用パターンに対して第２層の層間測定用パターンの位置合わせが行われ、さらにこの第２層の層間測定用パターンに対して第３層の層間測定用パターンの位置合わせが行われて、ズレ量が累積するためである。
【００２６】
一方、第１の実施形態にかかる製造方法では、露光処理を行う各層Ｌ１〜Ｌ３に対して合わせズレ測定用パターン２０，３０，４０を形成し、各層Ｌ１〜Ｌ３において合わせズレ量を検出することになる。そのため、下層のパターンのズレ量に依存せず、層間のパターンの重ね合わせをより精度よく行うことができる。
【００２７】
また、合わせズレ測定用パターン２０，３０，４０は重複領域１１のうちダイシングラインとなる部分に形成されることから、チップ領域の妨げとなることがない。なお、重複領域１１のうちダイシングラインとならない部分に合わせズレ測定用パターン２０，３０，４０を形成するようにしてもよい。
【００２８】
以下、第１の実施形態にかかる製造方法について、さらに具体的に説明する。なお、以下においては、ＭＯＳＦＥＴ（Metal  Oxide  Semiconductor  Field  Effect  Transistor）を備える半導体装置を製造する例を挙げて説明する。また、ＡＡ（アクティブ）層Ｌａａが上記第１層に対応し、ＧＣ（ゲート）層Ｌｇｃが上記第２層に対応し、ＣＳ（ホール）層Ｌｃｓが上記第３層に対応する。
【００２９】
図２は、第１の実施形態にかかる製造方法の手順を示す図、図３は、ショット領域１０の配列の模式図、図４は、各層を形成するフォトマスクの構成を示す模式図である。
【００３０】
図２に示すように、第１の実施形態にかかる製造方法では、半導体基板Ｗ（たとえば、シリコンウェハ）上にＡＡ層Ｌａａを形成する（ステップＳ１０）。半導体基板Ｗには、図３に示すように、露光処理の単位であるショット領域１０が配列される。なお、ショット領域１０には、隣接するショット領域１０と重複する重複領域１１（図１（ａ）参照）がある。また、ショット領域１０は、複数個のチップ形成領域を有する。たとえば、ショット領域１０には、３行×３列で配列されたチップ形成領域がデバイス領域１２（図１（ａ）参照）として含まれる。
【００３１】
ステップＳ１０では、ＡＡ層Ｌａａを形成するために、まず、半導体基板Ｗ上にレジストを塗布し、ＡＡ層Ｌａａ用フォトマスクを用いた露光処理および現像処理を行う。具体的には、ＡＡ層Ｌａａ用フォトマスクによる半導体基板Ｗ上の露光位置を順次移動させつつ露光処理を行い、ショット領域１０の全ての露光処理が終了した後に、現像処理を行う。これにより、ＡＡ層Ｌａａ用のレジストパターンが形成され、かかるレジストパターンをマスクとしてイオン注入装置により不純物を注入することによって、半導体基板Ｗに不純物層を形成する。
【００３２】
図４（ａ）に示すように、ＡＡ層用フォトマスク５０は、右側および下側の重複領域１１に対応する位置に主尺パターン５１が形成され、左側および上側の重複領域１１に対応する位置に副尺パターン５２が形成される。また、ＡＡ層用フォトマスク５０には、重複領域１１に対応する位置に層間測定用パターン５３が形成されている。かかる層間測定用パターン５３は、ＡＡ層ＬａａとＧＣ層Ｌｇｃとの重ね合わせ精度を検出するために設けられている。なお、図示していないが、ＡＡ層用フォトマスク５０には、デバイス領域１２に対応する位置に複数のチップのパターンが形成される。たとえば、３行×３列で配列されたチップのパターンがデバイス領域１２に対応する位置に形成される。
【００３３】
このように形成されたＡＡ層用フォトマスク５０によって、半導体基板Ｗ上の領域が露光されて現像された様子を図５に示す。図５に示す例では、説明を分かり易くするために、半導体基板Ｗ上に形成される複数のショット領域１０のうち、２行×２列で配列される４つのショット領域１０を示している。
【００３４】
図５に示すように、ＡＡ層Ｌａａにおいて、各ショット領域１０の重複領域１１には、主尺パターン２１と副尺パターン２２とによって合わせズレ測定用パターン２０が形成される。かかる主尺パターン２１と副尺パターン２２との位置関係によって合わせズレ量を検出することができる。なお、主尺パターン２１は主尺パターン５１によって形成され、副尺パターン２２は副尺パターン５２によって形成される。
【００３５】
次に、ＡＡ層Ｌａａの合わせズレ成分を検出する（図２に示すステップＳ１１）。すなわち、ステップＳ１０において露光および現像された各ショット領域１０間の合わせズレ成分を検出する。合わせズレ成分の検出は、たとえば、次のように行われる。
【００３６】
図６は、主尺パターン２１と副尺パターン２２の位置関係の一例を示す模式図である。まず、重なり合う関係にある主尺パターン２１と副尺パターン２２との距離Ｘａ，Ｘｂ，Ｙａ，Ｙｂを測定する。そして、Ｘ方向のパターンの合わせズレ量Ｘｄを（Ｘａ−Ｘｂ）とし、Ｙ方向のパターンの合わせズレ量Ｙｄを（Ｙａ−Ｙｂ）とする。
【００３７】
そして、合わせズレ測定用パターン２０毎に検出された合わせズレ量Ｘｄ，Ｙｄに基づいて、設計値に対する各ショット領域１０の合わせズレ成分を検出する。合わせズレ成分には、回転誤差成分θR、Ｘ方向倍率誤差成分Ｍｘ、Ｙ方向倍率誤差成分Ｍｙ、および直交度誤差成分θoなどがあり、これらのうち一つ以上の誤差成分によって、ショット領域１０の合わせズレ成分が形成される。
【００３８】
なお、ここでは、合わせズレ測定用パターン２０をショット領域１０毎に配置することによって、ショット領域１０の合わせズレ成分を検出することとしたが、これに限定されるものではない。たとえば、合わせズレ測定用パターン２０を一部のショット領域１０に配置して、ショット領域１０の合わせズレ成分を検出することもできる。また、合わせズレ測定用パターン２０を半導体基板Ｗ上にランダムに配置し、これらの合わせズレ測定用パターン２０に基づいてショット領域１０の合わせズレ成分を検出することもできる。
【００３９】
図７は合わせズレを構成する各成分を模式的に示した図である。図７に示すように、回転誤差成分θRは、各ショット領域１０の中心を軸とする回転方向の誤差、Ｘ方向倍率誤差成分Ｍｘは、設計値に対するＸ方向の誤差、Ｙ方向倍率誤差成分Ｍｙは、設計値に対するＹ方向の誤差、直交度誤差成分θoは、設計値に対する直交度の誤差である。なお、設計値とは、たとえば、ＧＤＳ（Graphic  Data  System）に基づく値である。
【００４０】
なお、上述においては、ＡＡ層用フォトマスク５０に基づく露光処理および現像処理によってレジストパターンに形成される合わせズレ測定用パターン２０を検出対象として、設計値に対する各ショット領域１０の合わせズレ成分を検出するが、これに限定されるものではない。たとえば、ＡＡ層Ｌａａにおいて、イオン注入によって形成された不純物層によって形成された合わせズレ測定用パターン２０に基づいて設計値に対する各ショット領域１０の合わせズレ成分を検出するようにしてもよい。
【００４１】
次に、上述のように形成されたＡＡ層Ｌａａ上にＧＣ層Ｌｇｃを形成する（図２に示すステップＳ１２）。ＧＣ層Ｌｇｃを形成するために、まず、半導体基板Ｗ上にゲート絶縁膜およびポリシリコンを順に形成した後、ポリシリコン上にレジストを塗布する。その後、ＧＣ層用フォトマスクを用いた露光処理および現像処理を行う。具体的には、ＧＣ層用フォトマスクによる半導体基板Ｗ上の露光位置を順次移動させつつ露光処理を行い、ショット領域１０の全ての露光処理が終了した後に、現像処理を行う。これにより、ＧＣ層Ｌｇｃ用のレジストパターンが形成される。その後、ＧＣ層Ｌｇｃ用のレジストパターンを用いてポリシリコンおよびゲート絶縁膜を選択的に除去してＧＣ層Ｌｇｃを形成する。
【００４２】
図４（ｂ）に示すように、ＧＣ層用フォトマスク６０は、右側および下側の重複領域１１に対応する位置に主尺パターン６１が形成され、左側および上側の重複領域１１に対応する位置に副尺パターン６２が形成される。また、ＧＣ層用フォトマスク６０には、層間測定用パターン６３が形成される。かかる層間測定用パターン６３は、ＧＣ層ＬｇｃおよびＣＳ層Ｌｃｓとの重ね合わせ精度を検出するために設けられ、層間測定用パターン５３と層間測定用パターン６３とにより、ＡＡ層Ｌａａに対するＧＣ層Ｌｇｃの位置ズレが検出される。かかる検出方法は、合わせズレ測定用パターン２０，３０，４０と同様である。そして、ＡＡ層Ｌａａに対するＧＣ層Ｌｇｃの位置ズレに基づいて、露光条件が補正される。
【００４３】
なお、図示していないが、ＧＣ層用フォトマスク６０には、ＡＡ層用フォトマスク５０と同様に、デバイス領域１２に対応する位置に複数のチップのパターンが形成される。
【００４４】
このように形成されたＧＣ層用フォトマスク６０によって、半導体基板Ｗ上の領域が露光されて現像された様子を図８に示す。図８に示すように、ＧＣ層Ｌｇｃにおいて、各ショット領域１０の重複領域１１には、合わせズレ測定用パターン３０が形成される。
【００４５】
合わせズレ測定用パターン３０は、主尺パターン６１（図４（ｂ）参照）による主尺パターンと副尺パターン６２（図４（ｂ）参照）による副尺パターンとが重なり合ったものである。かかる合わせズレ測定用パターン３０の主尺パターンと副尺パターンとの位置関係によって合わせズレ量を検出することができる。なお、図８では、ＡＡ層Ｌａａに形成された合わせズレ測定用パターン２０の位置が分かるように合わせズレ測定用パターン２０を透かした状態で模式的に表している。
【００４６】
次に、ＧＣ層Ｌｇｃの合わせズレ成分を検出する（図２に示すステップＳ１３）。すなわち、ステップＳ１２において露光および現像された各ショット領域１０間の合わせズレ成分を検出する。合わせズレ成分の検出は、ＡＡ層Ｌａａにおける処理（図２に示すステップＳ１１の処理）と同様の処理である。
【００４７】
このようにＧＣ層Ｌｇｃにおけるショット領域１０の合わせズレ成分を検出した後、層間絶縁膜等を形成して、ＧＣ層Ｌｇｃの形成を終了する。なお、上述においては、ＧＣ層Ｌｇｃにおいて、ポリシリコンおよびゲート絶縁膜によって形成された合わせズレ測定用パターン３０に基づいて設計値に対する各ショット領域１０の合わせズレ成分を検出したがこれに限定されるものではない。たとえば、ＧＣ層用フォトマスク６０に基づく露光処理および現像処理によってレジストパターンに形成される合わせズレ測定用パターン３０を検出対象として、設計値に対する各ショット領域１０の合わせズレ成分を検出することもできる。
【００４８】
次に、上述のように形成されたＧＣ層Ｌｇｃ上にＣＳ層Ｌｃｓを形成する（図２に示すステップＳ１４）。ＣＳ層Ｌｃｓを形成するために、まず、ＧＣ層Ｌｇｃ上にメタル層および絶縁膜を順次形成した後、絶縁膜上にレジストを塗布し、ＣＳ層用フォトマスクを用いた露光処理および現像処理を行う。具体的には、ＣＳ層用フォトマスクによる半導体基板Ｗ上の露光位置を順次移動させつつ露光処理を行い、ショット領域１０の全ての露光処理が終了した後に、現像処理を行う。これにより、ＣＳ層Ｌｃｓ用のレジストパターンが形成される。
【００４９】
図４（ｃ）に示すように、ＣＳ層用フォトマスク７０は、右側および下側の重複領域１１に対応する位置に主尺パターン７１が形成され、左側および上側の重複領域１１に対応する位置に副尺パターン７２が形成される。また、ＣＳ層用フォトマスク７０には、層間測定用パターン７３が形成される。かかる層間測定用パターン７３は、ＧＣ層ＬｇｃとＣＳ層Ｌｃｓとの重ね合わせ精度を検出するために設けられ、層間測定用パターン６３と層間測定用パターン７３とにより、ＧＣ層Ｌｇｃに対するＣＳ層Ｌｃｓの位置ズレが検出される。かかる検出方法は、合わせズレ測定用パターン２０，３０，４０と同様である。そして、ＧＣ層Ｌｇｃに対するＣＳ層Ｌｃｓの位置ズレに基づいて、露光条件が補正される。
【００５０】
なお、図示していないが、ＣＳ層用フォトマスク７０には、他のフォトマスク５０，６０と同様に、デバイス領域１２に対応する位置に複数のチップのパターンが形成される。
【００５１】
このように形成されたＣＳ層用フォトマスク７０によって、半導体基板Ｗ上の領域が露光されて現像された様子を図９に示す。図９に示すように、ＣＳ層Ｌｃｓにおいて、各ショット領域１０の重複領域１１には、合わせズレ測定用パターン２０，３０と同様に、合わせズレ測定用パターン４０が形成される。
【００５２】
合わせズレ測定用パターン４０は、主尺パターン７１（図４（ｃ）参照）による主尺パターンと副尺パターン７２（図４（ｃ）参照）による副尺パターンとが重なり合ったものである。かかる合わせズレ測定用パターン４０の主尺パターンと副尺パターンとの位置関係によって合わせズレ量を検出することができる。なお、図９では、ＡＡ層ＬａａおよびＧＣ層Ｌｇｃに形成された合わせズレ測定用パターン２０，３０の位置が分かるように合わせズレ測定用パターン２０，３０を透かした状態で模式的に表している。
【００５３】
次に、ＣＳ層Ｌｃｓの合わせズレ成分を検出する（図２に示すステップＳ１５）。すなわち、ステップＳ１４において露光された後現像された各ショット領域１０間の合わせズレ成分を検出する。合わせズレ成分の検出は、ＡＡ層ＬａａやＧＣ層Ｌｇｃにおける処理（ステップＳ１１，Ｓ１３の処理）と同様に行われる。
【００５４】
ステップＳ１５の処理が終了すると、１ロットの半導体基板Ｗに対する処理が終了したか否かを判定する（ステップＳ１６）。たとえば、１ロットが１００枚の半導体基板Ｗから構成される場合、１００枚の半導体基板Ｗに対してステップＳ１０〜Ｓ１５の処理が行われたか否かを判定する。１ロットの半導体基板Ｗに対する処理が終了していない場合（ステップＳ１６：Ｎｏ）、残りの半導体基板Ｗに対してステップＳ１０〜Ｓ１５の処理を繰り返す。
【００５５】
一方、１ロットの半導体基板Ｗに対する処理が終了した場合（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、各層のズレ成分に基づいて、各層の露光条件を設定する（ステップＳ１７）。すなわち、今回のロットに対して適用された露光条件に対して、各層のズレ成分に基づいた補正を行って、次のロットに対して適用する各層の露光条件を設定する。具体的には、主に回転誤差成分θR、Ｘ方向倍率誤差成分Ｍｘ、Ｙ方向倍率誤差成分Ｍｙ、および直交度誤差成分θoなどが許容値になるように露光条件の補正を行う。なお、誤差成分の補正は、たとえば、露光装置を構成する光学系のパラメータなどを変更することによって行うことができる。
【００５６】
このように、第１の実施形態にかかる製造方法では、１ロットの各半導体基板Ｗに対して順次行った各層の合わせズレ成分の検出に基づいて、各層の露光条件を設定するため、次回以降のロットに対して適切な露光条件で露光処理を行うことができる。そのため、デザインルールの微細化によって合わせズレ成分の影響が大きくなる層間のパターンの重ね合わせをより精度よく行うことが可能となり、歩留まりを向上させることができる。
【００５７】
ところで、上述のように、１ロットの各半導体基板Ｗに対して順次行った各層の合わせズレ成分を検出することで、図１０に示すように、処理する半導体基板Ｗの枚数が増加する程、各層の合わせズレ量が大きくなる傾向となる場合がある。図１０は、同一ロット内における各半導体基板Ｗの合わせズレ量の一例を示す図である。
【００５８】
かかる傾向は、露光によってフォトマスクが膨張するために発生する。たとえば、図１１に示すように、ＡＡ層Ｌａａの露光処理において、ＡＡ層用フォトマスク５０が露光装置の固定部材８０によりＸ方向の面が固定されて保持される場合を考える。
【００５９】
この場合、露光装置において露光を行うことによって光の一部がＡＡ層用フォトマスク５０に当たってＡＡ層用フォトマスク５０が発熱して膨張する。ＡＡ層用フォトマスク５０のＸ方向の面は固定されているため、ＡＡ層用フォトマスク５０はＹ方向に膨張する。かかる膨張度合いは、ＡＡ層用フォトマスク５０への照射量に応じて増加するため、図１０に示すように、処理する半導体基板Ｗの枚数が増加する程、各層の合わせズレ量が大きくなる傾向となる。
【００６０】
特に、被覆率の高いフォトマスクでは光を吸収する割合が高いため発熱量が大きく、また、露光量の高い場合にもフォトマスクへの照射量が増加することから熱膨張割合が高い。そのため、これらの場合には、ロット内の半導体基板Ｗ間でフォトマスク膨張による変化量が大きくなる。
【００６１】
そこで、１ロットの各半導体基板Ｗに対して順次行った各層の合わせズレ成分を検出し、図１０に示す合わせズレ量の傾向を検出することにより、ステップＳ１７において、検出した合わせズレ量の傾向に基づいて合わせズレ量が低減するように各層の露光条件を設定する。
【００６２】
具体的には、合わせズレ測定用パターン２０の位置に基づいて検出された倍率誤差成分の情報を、半導体基板Ｗの露光順番に対応させて記憶手段に記憶する。そして、記憶手段に記憶された所定方向の倍率誤差成分の情報が露光順番の増加に伴って増加する傾向にある場合、ＡＡ層用フォトマスク５０の熱膨張によって生じるショット領域１０の合わせズレであると判定する。そして、記憶手段に記憶された倍率誤差成分の情報に基づいて、倍率誤差成分を低減するように露光条件を補正する。
【００６３】
たとえば、１００枚の半導体基板Ｗを１ロットとすると、これらの半導体基板Ｗのうち、最初に露光される半導体基板Ｗの露光順番は、１番となり、最後に露光される半導体基板Ｗの露光順番は１００番となる。したがって、上記記憶手段には、倍率誤差成分の情報と半導体基板Ｗの露光順番の情報とが関連付けて記憶される。そして、露光順番毎に露光条件の補正値（露光補正値）を演算し、かかる露光補正値によって露光条件の補正が行われる。これにより、ＡＡ層用フォトマスク５０の熱膨張による合わせズレを精度よく補正することができる。このことは、ＧＣ層用フォトマスク６０およびＣＳ層用フォトマスク７０についても同様である。
【００６４】
このように、各層の露光条件が各層に形成される合わせズレ測定用パターン２０，３０，４０に基づいて補正されることから、下層パターンにおける合わせズレの影響とは無関係に各層の露光条件を補正することが可能となる。
【００６５】
図１２に各層の露光条件が各層に形成される合わせズレ測定用パターン２０，３０，４０に基づいて補正した場合の合わせズレ量を示す。図１２に示すように、第１の実施形態にかかる製造方法では、図１０に示す場合に比べて各層の合わせズレ量を大幅に低減することができる。
【００６６】
以上のように、第１の実施形態にかかる製造方法では、各層Ｌａａ，Ｌｇｃ，Ｌｃｓに、合わせズレ測定用パターン２０，３０，４０が外周側に形成されたフォトマスク５０，６０，７０によって、複数のショット領域１０のそれぞれを順次露光する。そして、各層Ｌａａ，Ｌｇｃ，Ｌｃｓにショット領域１０に形成された合わせズレ測定用パターン２０，３０，４０の位置を検出し、合わせズレ測定用パターン２０，３０，４０の位置に基づいて、各層Ｌａａ，Ｌｇｃ，Ｌｃｓ毎に露光工程の露光条件の補正を行う。
【００６７】
そのため、デザインルールの微細化によって合わせズレ成分の影響が大きくなる層間のパターンの重ね合わせをより精度よく行うことが可能となり、歩留まりを向上させることができる。
【００６８】
なお、上述の例では、主尺パターンおよび副尺パターンを矩形状パターンとしたが、ショット領域１０の合わせズレを測定できるものであればよく、主尺パターンおよび副尺パターンの形状はこれに限定されない。たとえば、主尺パターンおよび副尺パターンの形状を円形や多角形にしてもよい。
【００６９】
また、上述の例では、フォトマスクの熱膨張に伴って発生する合わせズレについて説明したが、その他の要因で発生する合わせズレに対しても同様にその合わせズレ量を低減することができる。
【００７０】
また、上述の例では、１ロットの半導体基板Ｗの合わせズレ測定用パターン２０，３０，４０の位置に基づいて、露光条件の補正を行うこととしたが、これに限定されるものではない。たとえば、複数のロットについて検出した半導体基板Ｗの合わせズレ測定用パターン２０，３０，４０の位置に基づいて、露光条件の補正を行うようにしてもよい。たとえば、露光によるフォトマスクの膨張による合わせズレに対しては、複数のロットについて検出した半導体基板Ｗの合わせズレ測定用パターン２０，３０，４０の位置から、ロット内における露光順番毎に合わせズレ量の平均値を算出し、かかる算出結果に基づいて露光条件の補正を行うようにしてもよい。
【００７１】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態にかかる製造方法について説明する。第２の実施形態にかかる製造方法では、ロット単位ではなく半導体基板Ｗ単位で合わせズレ量を検出した結果に基づいて露光条件の補正を行う点で第１の実施形態にかかる製造方法と異なる。図１３は第２の実施形態にかかる製造方法の手順を示す図である。
【００７２】
図１３に示すように、第２の実施形態にかかる製造方法では、第１の実施形態にかかる製造方法と同様にＡＡ層Ｌａａを形成し（ステップＳ２０）、その後、ＡＡ層Ｌａａにおけるショット領域１０の合わせズレ成分を検出する（ステップＳ２１）。そして、検出されたショット領域１０の合わせズレ成分に基づいて、ＡＡ層Ｌａａの露光条件が設定される（ステップＳ２２）。かかる露光条件は、次の半導体基板Ｗの露光処理に用いられる。
【００７３】
次に、第１の実施形態にかかる製造方法と同様にＧＣ層Ｌｇｃを形成し（ステップＳ２３）、その後、ＧＣ層Ｌｇｃにおけるショット領域１０の合わせズレ成分を検出する（ステップＳ２４）。そして、検出されたショット領域１０の合わせズレ成分に基づいて、ＧＣ層Ｌｇｃの露光条件が設定される（ステップＳ２５）。かかる露光条件は、次の半導体基板Ｗの露光処理に用いられる。
【００７４】
次に、第１の実施形態にかかる製造方法と同様にＣＳ層Ｌｃｓを形成し（ステップＳ２６）、その後、ＣＳ層Ｌｃｓにおけるショット領域１０の合わせズレ成分を検出する（ステップＳ２７）。そして、検出されたショット領域１０の合わせズレ成分に基づいて、ＣＳ層Ｌｃｓの露光条件が設定される（ステップＳ２８）。かかる露光条件は、次の半導体基板Ｗの露光処理に用いられる。
【００７５】
以上のように、第２の実施形態にかかる製造方法では、半導体基板Ｗ単位で合わせズレ量を検出する度に露光条件の補正を行う。そのため、様々な合わせズレ傾向を有する要因などに対して対応することができ、これにより、各層の合わせズレ量を低減して層間のパターンの重ね合わせをより精度よく行うことが可能となる。
【００７６】
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００７７】
たとえば、上述の実施形態においては、３層以上の露光処理について説明したが、これに限定されるものではなく、２層の露光処理であってもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１０  ショット領域、１１  重複領域、１２  デバイス領域、２０，３０，４０  合わせズレ測定用パターン、２１，５１，６１，７１  主尺パターン、２２，５２，６２，７２  副尺パターン、５０，６０，７０  フォトマスク、Ｗ  半導体基板、Ｌ１  第１層、Ｌ２  第２層、Ｌ３  第３層、Ｌａａ  ＡＡ層、Ｌｇｃ  ＧＣ層、Ｌｃｓ  ＣＳ層
【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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