(57)【要約】【課題】既存のフォトマスクの転写パターンを形成する層構造を変更することなく、位置合わせマークの転写による二重露光されて半導体装置の性能劣化、特に固体撮像装置などの撮像ムラが生ずるのを防止するフォトマスクを実現する。【解決手段】フォトマスク１００を構成するマスク基板１０８を、半導体ウエハ１の隣接する複数のチップ領域１ａに対応し、１つのチップ領域１ａに対応する転写パターンが形成されたチップ対応領域Ｒｐ１〜Ｒ４を含むパターン形成領域１１０と、マスク基板１０８のパターン形成領域１１０内に、隣接するチップ対応領域を分離するよう形成され、半導体ウエハ１のスクライブ領域Ｈｓ及びＶｓに対応するスクライブ対応領域１４０及び１５０とを有する構造とし、フォトマスクの位置合わせマーク１１０ａを、マスク基板１０８上の、パターン形成領域１１０の外側に、スクライブ対応領域１４０の延長線上に位置するよう配置した。【選択図】図１
2013045094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過部材により構成されたマスク基板を有し、半導体ウエハの各チップ領域に転写する転写パターンを、該マスク基板上に形成したフォトマスクであって、
該マスク基板は、
該半導体ウエハの隣接する複数のチップ領域に対応し、１つのチップ領域に対応する転写パターンが形成されたチップ対応領域を複数含むパターン形成領域と、
該マスク基板のパターン形成領域内に、隣接するチップ対応領域を分離するよう形成され、該半導体ウエハのスクライブ領域に対応するスクライブ対応領域とを有し、
該フォトマスクの位置合わせマークを、該マスク基板上の、該パターン形成領域の外側に、該スクライブ対応領域の延長線上に位置するよう配置したものである、フォトマスク。
【請求項２】
請求項１に記載のフォトマスクにおいて、
前記マスク基板のパターン形成領域には、１つのチップ領域に対応する転写パターンが形成されたチップ対応領域が、偶数行偶数列の行列状に配置されており、
前記位置合わせマークは、該マスク基板における該パターン形成領域の外側の部分であって、行方向あるいは列方向に沿った中央のスクライブ対応領域の延長線上に配置されている、フォトマスク。
【請求項３】
請求項２に記載のフォトマスクにおいて、
前記マスク基板のパターン形成領域には、１つのチップ領域に対応する描画パターンが形成されたチップ対応領域が２行２列配置されており、
前記位置合わせマークは、該マスク基板上の該パターン形成領域の外側の部分であって、第１行のチップ領域と第２行のチップ領域との間のスクライブ対応領域の延長線上に、該パターン形成領域を挟むよう該パターン形成領域の両側に配置されている、フォトマスク。
【請求項４】
請求項１に記載のフォトマスクにおいて、
前記マスク基板のパターン形成領域には、１つのチップ領域に対応する転写パターンが形成されたチップ対応領域が、偶数行奇数列あるいは奇数行偶数列の行列状に配置されており、
前記位置合わせマークは、該マスク基板における該パターン形成領域の外側の部分であって、行方向あるいは列方向に沿った中央のスクライブ対応領域の延長線上に配置されている、フォトマスク。
【請求項５】
請求項４に記載のフォトマスクにおいて、
前記マスク基板のパターン形成領域には、１つのチップ領域に対応する転写パターンが形成されたチップ対応領域が３行２列配置されており、
前記位置合わせマークは、該マスク基板上の該パターン形成領域の外側の部分であって、第１行あるいは第３行のチップ領域と第２行のチップ領域との間のスクライブ対応領域の延長線上に、該パターン形成領域を挟むよう該パターン形成領域の両側に配置されている、フォトマスク。
【請求項６】
請求項１に記載のフォトマスクにおいて、
前記マスク基板上に形成され、前記露光パターンを有する遮光膜を備えた、フォトマスク。
【請求項７】
請求項１に記載のフォトマスクを用いて半導体ウエハの感光性材料層に該フォトマスクの転写パターンを転写する露光装置であって、
露光光を発生する光源と、
該半導体ウエハを載置するウエハ載置台と、
該フォトマスクを、該ウエハ載置台と該光源との間に位置するよう保持するマスク保持部とを備え、
該ウエハ載置台を該フォトマスクに対して、該チップ領域の配列ピッチの整数倍の移動ピッチで相対移動させて、該半導体ウエハの複数のチップ領域毎に繰り返し該転写パターンを転写する露光装置。
【請求項８】
請求項７に記載の露光装置において、
前記マスク保持部を移動可能に保持する移動機構を備え、
前記フォトマスクの転写パターンを前記半導体ウエハのチップ領域に転写する際、該フォトマスクを通過した露光光により該半導体ウエハのチップ領域がスキャンされるよう、該マスク保持部を、該光源に対して該ウエハ載置台とともに相対的に移動させる、露光装置。
【請求項９】
請求項７または８に記載の露光装置において、
前記フォトマスクは、半導体装置を構成する半導体層、絶縁層及び金属層の少なくとも１つの平面パターンを、前記半導体ウエハ上に形成した感光性材料層に転写するものである、露光装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の露光装置において、
前記半導体装置は、
複数の画素を配列してなり、被写体の撮像を行う撮像部を有し、該撮像部の各画素で光電変換により生成した信号電荷を画像信号として出力する固体撮像装置であり、
該撮像部は、各チップ領域の中央部に位置し、該チップ領域の周辺部には、該撮像部の各画素からの信号電荷が画像信号として読み出されるよう該撮像部を制御する周辺回路が配置されている、露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトマスクおよび露光装置に関し、特に、フォトマスクを半導体ウエハに対して位置合わせするための位置合わせマークのレイアウトに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から半導体装置の製造では、半導体基板上に所望のレジストパターンを形成する方法として縮小投影露光法が一般に用いられている。
【０００３】
図１１は、縮小投影露光法で用いる一般的な露光装置を示している。
【０００４】
この露光装置１０００は、フォトマスク（以下レチクルともいう。）２００を用いて半導体ウエハ１の感光性材料層に該レチクル２００の転写パターンを転写するものである。この露光装置１０００は、露光光を発生する光源５０と、該半導体ウエハを載置するウエハ載置台（ステージ）２０と、ウエハ載置台２０をＸ方向及びＹ方向に移動可能に保持する固定基台１０と、該レチクル２００を、該ウエハ載置台２０と該光源５０との間に位置するよう保持するマスク保持部２０１と、該光源５０とレチクル２００との間に位置し、光源５０からの光を平行光束に変換するコンデンサレンズ４０と、該レチクル２００とウエハ１との間に位置し、レチクル２００の転写パターンを半導体ウエハ１上に投影する投影レンズ３０とを備えている。
【０００５】
現在の露光方式はステージを移動して逐次露光を行うステッピングアンドリピート方式が主流であり、この露光装置１０００も、ウエハ載置台２０をレチクル２００に対して、該チップ領域の配列ピッチの整数倍の移動ピッチで相対移動させて、該半導体ウエハの複数のチップ領域毎に繰り返し該転写パターンを転写するよう構成されている。
【０００６】
ここでは、この露光装置１０００では、半導体装置の１つである固体撮像装置を構成する半導体層などを選択的に加工する場合に用いるレジストマスクを形成する場合について説明する。
【０００７】
図１２は、近年の固体撮像装置を説明する図であり、図１２（ａ）は全体構成を示す概略図、図１２（ｂ）は、この固体撮像装置が形成される半導体ウエハのチップ領域を示している。
【０００８】
この固体撮像装置１０ａは、複数の画素を配列してなり、被写体の撮像を行う撮像部１１を有し、撮像部１１の各画素で光電変換により生成した信号電荷を画像信号として出力する固体撮像装置である。
【０００９】
なお、図１２（ａ）に示す固体撮像装置１０ａは、図１２（ｂ）に示す半導体ウエハ１のチップ領域１ａの中央に撮像部１１が位置しており、チップ領域１ａの周辺部には、撮像部１１の各画素からの信号電荷が画像信号として読み出されるよう撮像部１１を制御する周辺回路が配置されている。
【００１０】
ここで、周辺回路は、具体的には、垂直走査信号に基づいて撮像部１１における１行の画素を選択する垂直走査回路１２と、垂直走査回路１２により選択された画素行から、水平走査信号に基づいて順次信号電荷を読み出す水平走査回路１３と、該水平走査回路１３により読み出された各画素の信号電荷を画素信号に変換して出力する出力部１４と、垂直走査回路１２、水平走査回路１３、及び出力部１４を制御する制御部１５などである。
【００１１】
なお、図１２（ｂ）中、Ｈｓは水平方向スクライブライン、Ｖｓは垂直方向スクライブラインである。なお、半導体装置としての固体撮像装置は図１２（ａ）に示すＣＣＤイメージセンサの他にＣＭＯＳイメージセンサがある。
【００１２】
図１３は、従来のレチクルを説明する図であり、図１３（ａ）は平面図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＣ−Ｃ’線部分の断面図である。
【００１３】
レチクル２００は、ガラスなどの光透過部材により構成されたマスク基板２０８と、マスク基板２０８の下面に形成され、露光パターンを有する遮光膜２０７と、該遮光膜２０７の下面に形成された反射防止膜２０６とを有している。遮光膜２０７は通常クロムで構成されており、半導体ウエハ１の各チップ領域１ａに転写する転写パターンを有している。
【００１４】
マスク基板２０８は、半導体ウエハ１の隣接する複数のチップ領域に対応し、１つのチップ領域に対応する転写パターンが形成されたチップ対応領域を複数含むパターン形成領域２１０と、マスク基板２０８のパターン形成領域２１０内に、隣接するチップ対応領域を分離するよう形成され、半導体ウエハのスクライブ領域Ｈｓ及びＶｓに対応するスクライブ対応領域２４０及び２５０とを有している。
【００１５】
ここで、マスク基板２０８は３行２列の行列状に配列された６つのチップ対応領域Ｒｐ１〜Ｒｐ６を有し、各チップ対応領域には１つのチップ領域に対応する転写パターン（図示せず）が形成されており、このレチクル２００では、レチクル２００と露光装置あるいは半導体ウエハ１との位置合わせに用いる位置合わせマーク２１０ａは、２行目の左右のチップ対応領域Ｒｐ３及びＲｐ４を挟むよう、パターン形成領域２１０の外側領域２２０に配置されている。この位置合わせマーク２１０ａは、遮光膜２０７及び反射防止膜２０６に所定の平面パターンを有する開口を形成してなるものである。
【００１６】
なお、図１３（ｂ）では、図１３（ａ）に示すレチクル２００を図１１に示す露光装置１０００に取付付けて、レジスト膜２を塗布した半導体ウエハ１をウエハ載置台２０上に載置し、半導体ウエハ１とレチクル２００とを相対的に位置決めして、露光装置による露光を開始する準備をした状態を示している。
【００１７】
次に、図１１に示す露光装置により半導体ウエハのチップ領域にレチクルの転写パターンを投影して、半導体ウエハ上に形成したレジスト膜２を露光する動作について説明する。
【００１８】
ここでは、図１３（ａ）に示すレチクル２００の水平方向（紙面左右方向）に沿って、半導体ウエハ１上で３ショット分の露光を行う場合を説明する。
【００１９】
図１４は１ショット目の露光処理後の露光状態を示す図であり、図１４（ａ）は断面図、図１４（ｂ）は平面図であり、図１４（ａ）では、露光光の経路とともに、レジスト膜の露光状態を示し、図１４（ｂ）では、１ショット目で露光される半導体ウエハのチップ領域を示している。
【００２０】
図１３（ｂ）に示すようにレチクル２００を半導体ウエハ１に対して位置決めした状態で、光源５０からの露光光をコンデンサレンズ４０を介してレチクル２００に照射すると（１ショット目）、レチクル２００のパターン形成領域２１０に露光光が導入され、このパターン形成領域２１０に形成されている、３行２列のチップ対応領域Ｒｐ１〜Ｒｐ６の転写パターンの像が、半導体ウエハ１上の３行２列のチップ領域２１ａ１〜２１ａ６に形成される。ここで、チップ領域２１ａ１〜２１ａ６は１ショット目の露光領域２１である。
【００２１】
露光装置１０００は、光源５０からの露光光Ｌｅはレチクル２００のパターン形成領域２１０にのみ入射する構造としているが、パターン形成領域２１０の周縁部では、一部の光がレチクル２００の遮光膜２０７としてのクロム膜に入射すると、クロム膜は反射率が高いことから、反射した光はレンズ４０に向かい、さらにレンズ４０の表面で反射され、レンズ４０の表面からの反射光Ｌｒは、通常、露光光が通過しない位置合わせマーク２１０ａを通過し、半導体ウエハ１上のレジスト２中の、露光対象となっている３行２列のチップ領域の外側の領域に露光部分２１ｂ１及び２１ｂ２を形成することとなる。
【００２２】
上記のとおり、現在の露光方式はステージ（ウエハ載置台）を移動して逐次露光を行うステッピングアンドリピート方式が主流であるため、２回目以降の露光が行われる。
【００２３】
図１５は２ショット目の露光処理後の露光状態を示す図であり、図１５（ａ）は断面図、図１５（ｂ）は平面図であり、図１５（ａ）では、露光光の経路とともに、レジスト膜の露光状態を示し、図１５（ｂ）では、２ショット目で露光される半導体ウエハのチップ領域を示している。
【００２４】
１ショット目の露光後に、ウエハ載置台２０をＸ方向に２チップ領域に相当する距離だけ移動させた状態で、光源５０からの露光光をコンデンサレンズ４０を介してレチクル２００に照射すると（２ショット目）、レチクル２００のパターン形成領域２１０に露光光が導入され、このパターン形成領域２１０に形成されている、３行２列のチップ対応領域Ｒｐ１〜Ｒｐ６の転写パターンの像が、半導体ウエハ１上の３行２列のチップ領域２２ａ１〜２２ａ６に形成される。ここで、チップ領域２２ａ１〜２２ａ６は２ショット目の露光領域２２である。
【００２５】
この場合、３行２列のチップ対応領域Ｒｐ１〜Ｒｐ６の転写パターンの像が、半導体ウエハ１上の３行２列のチップ領域２２ａ１〜２２ａ６に形成される。このとき、位置合わせマーク部２１０ａからの露光光により露光され、露光部分２２ｂ１および２２ｂ２が形成され、露光部分２２ｂ１は、前回露光されたチップ領域２１ａ４内にあり、二重露光されることとなる。露光部分２１ｂ２は、今回露光されたチップ領域２２ａ３内にあり、二重露光されることとなる。
【００２６】
図１６は３ショット目の露光処理後の露光状態を示す図であり、図１６（ａ）は断面図、図１６（ｂ）は平面図であり、図１６（ａ）では、露光光の経路とともに、レジスト膜の露光状態を示し、図１６（ｂ）では、３ショット目で露光される半導体ウエハのチップ領域を示している。
【００２７】
２ショット目の露光後に、ウエハ載置台２０をＸ方向に２チップ領域に相当する距離だけ移動させた状態で、光源５０からの露光光をコンデンサレンズ４０を介してレチクル２００に照射すると（３ショット目）、レチクル２００のパターン形成領域２１０に露光光が導入され、このパターン形成領域２１０に形成されている、３行２列のチップ対応領域Ｒｐ１〜Ｒｐ６の転写パターンの像が、半導体ウエハ１上の３行２列のチップ領域２３ａ１〜２３ａ６に形成される。ここで、チップ領域２３ａ１〜２３ａ６は３ショット目の露光領域２３である。
【００２８】
この場合、３行２列のチップ対応領域Ｒｐ１〜Ｒｐ６の転写パターンの像が、半導体ウエハ１上の３行２列のチップ領域２３ａ１〜２３ａ６に形成される。このとき、位置合わせマーク部２１０ａからの露光光により露光され、露光部分２３ｂ１および２３ｂ２が形成され、露光部分２３ｂ１は、前回露光されたチップ領域２２ａ４内にあり、二重露光されることとなる。露光部分２２ｂ２は、今回露光されたチップ領域２３ａ３内にあり、二重露光されることとなる。
【００２９】
このようにステージ（ウエハ載置台）を移動して逐次露光を行う処理を、半導体ウエハの全領域に対して行い、その後、レジスト膜の現像処理を行い、さらに、現像して得られたレジストマスクを用いて、半導体層、絶縁層、あるいは金属膜のパターニングを行う。
【００３０】
図１７は、従来の露光方法を説明する図であり、図１７（ａ）は、半導体ウエハに対する３ショット目の露光処理後の、水平方向に並ぶ３つのチップ領域での露光状態を示し、図１７（ｂ）は、二重露光領域と１回しか露光されていない領域とで、レジスト膜のパターン幅の違いを説明する図である。
【００３１】
図１７（ａ）に示すように、レジスト膜のパターンがスペースの場合、２回露光されている領域２２ｂ１におけるレジスト膜Ｒ２のスペースは、１回しか露光されていない領域２１ａ４におけるレジスト膜Ｒ１のスペースに比べてスペース幅が大きくなり、通常のパターン部より蓄える電荷の量が多くなる。
【００３２】
その結果、図１７（ａ）に示すように、チップ領域２１ａ４における撮像部１１に相当する領域に、２回露光されている領域２２ｂ１が含まれると、図１８に示すように、固体撮像装置１０ａの表示画像Ｄでは、二重露光された領域２２ｂ１に相当する部分Ｄａが、それ以外の部分に比べて輝度が異なるといった画質劣化が生ずる。
【００３３】
そこで、従来から位置合わせマークのパターンが半導体ウエハに転写されないよう、レチクルを構成する遮光膜の光源側にも反射防止膜を形成したものがある（特許文献１および文献２）。
【００３４】
図１９は、特許文献１あるいは２に開示のレチクルを説明する図であり、図１９（ａ）は平面図、図１９（ｂ）は図１９（ａ）のＤ−Ｄ’線部分の断面図である。
【００３５】
レチクル３００は、ガラスなどの光透過部材により構成されたマスク基板３０８と、該マスク基板３０８の下面に形成された第１の反射防止膜３０６ａと、第１の反射防止膜３０６ａの下面に形成され、露光パターンを有する遮光膜３０７と、該遮光膜３０７の下面に形成された第２の反射防止膜３０６ｂを有している。
【００３６】
ここで遮光膜３０７は通常クロムで構成されており、半導体ウエハ１の各チップ領域１ａに転写する転写パターンを有している。
【００３７】
マスク基板３０８は、半導体ウエハ１の隣接する複数のチップ領域に対応し、１つのチップ領域に対応する転写パターンが形成されたチップ対応領域を複数含むパターン形成領域３１０と、マスク基板３０８のパターン形成領域３１０内に、隣接するチップ対応領域を分離するよう形成され、半導体ウエハのスクライブ領域Ｈｓ及びＶｓに対応するスクライブ対応領域３４０及び３５０とを有している。
【００３８】
ここで、マスク基板３０８は３行２列の行列状に配列された６つのチップ対応領域Ｒｐ１〜Ｒｐ６を有し、各チップ対応領域には１つのチップ領域に対応する転写パターン（図示せず）が形成されており、このレチクル３００では、レチクル３００と半導体ウエハ１との位置合わせに用いる位置合わせマーク３１０ａは、２行目の左右のチップ対応領域Ｒｐ３及びＲｐ４を挟むよう、パターン形成領域３１０の外側領域３２０に配置されている。この位置合わせマーク３１０ａは、遮光膜３０７及び反射防止膜３０６に所定の平面パターンを有する開口を形成してなるものである。
【００３９】
なお、図１９（ｂ）では、図１９（ａ）に示すレチクル２００を図１１に示す露光装置１０００に取付付けて、レジスト膜２を塗布した半導体ウエハ１をウエハ載置台２０上に載置し、半導体ウエハ１とレチクル３００とを相対的に位置決めして、露光装置による露光を開始する準備をした状態を示している。
【００４０】
次に、図１１に示す露光装置により半導体ウエハのチップ領域にレチクルの転写パターンを投影して、半導体ウエハ上に形成したレジスト膜２を露光する動作について説明する。
【００４１】
ここでは、図１９（ａ）に示すレチクル３００の水平方向（紙面左右方向）に沿って、半導体ウエハ１上で３ショット分の露光を行う場合を説明する。
【００４２】
図２０は１ショット目の露光処理後の露光状態を示す図であり、図２０（ａ）は断面図、図２０（ｂ）は平面図であり、図２０（ａ）では、露光光の経路とともに、レジスト膜の露光状態を示し、図２０（ｂ）では、１ショット目で露光される半導体ウエハのチップ領域を示している。
【００４３】
図１９（ｂ）に示すようにレチクル３００を半導体ウエハ１に対して位置決めした状態で、光源５０からの露光光をコンデンサレンズ４０を介してレチクル３００に照射すると（１ショット目）、レチクル３００のパターン形成領域３１０に露光光が導入され、このパターン形成領域３１０に形成されている、３行２列のチップ対応領域Ｒｐ１〜Ｒｐ６の転写パターンの像が、半導体ウエハ１上の３行２列のチップ領域３１ａ１〜３１ａ６に形成される。ここで、チップ領域３１ａ１〜３１ａ６は１ショット目の露光領域３１である。
【００４４】
露光装置１０００は、光源５０からの露光光Ｌｅはレチクル３００のパターン形成領域３１０にのみ入射する構造としているが、パターン形成領域３１０の周縁部では、一部の光がレチクル３００の遮光膜３０７上の第１の反射防止膜３０６ａに入射する。
【００４５】
ところが、第１の反射防止膜３０６ａは反射率が低いことから、光の反射はない。
【００４６】
従って、図１３に示すレチクル２００のように、反射した光がレンズ４０に向かい、さらにレンズ４０の表面で反射され、レンズ４０の表面からの反射光Ｌｒが、通常、露光光が通過しない位置合わせマーク２１０ａを通過し、半導体ウエハ１上のレジスト２中の、露光対象となっている３行２列のチップ領域の外側の領域に露光部分２１ｂ１及び２１ｂ２を形成するのを回避できる。
【００４７】
図２１は２ショット目の露光処理後の露光状態を示す図であり、図２１（ａ）は断面図、図２１（ｂ）は平面図であり、図２１（ａ）では、露光光の経路とともに、レジスト膜の露光状態を示し、図２１（ｂ）では、２ショット目で露光される半導体ウエハのチップ領域を示している。
【００４８】
１ショット目の露光後に、ウエハ載置台２０をＸ方向に２チップ領域に相当する距離だけ移動させた状態で、光源５０からの露光光をコンデンサレンズ４０を介してレチクル３００に照射すると（２ショット目）、レチクル３００のパターン形成領域３１０に露光光が導入され、このパターン形成領域３１０に形成されている、３行２列のチップ対応領域Ｒｐ１〜Ｒｐ６の転写パターンの像が、半導体ウエハ１上の３行２列のチップ領域２２ａ１〜２２ａ６に形成される。ここで、チップ領域２２ａ１〜２２ａ６は２ショット目の露光領域２２である。
【００４９】
この場合、３行２列のチップ対応領域Ｒｐ１〜Ｒｐ６の転写パターンの像が、半導体ウエハ１上の３行２列のチップ領域３２ａ１〜３２ａ６に形成される。このとき、位置合わせマーク部３１０ａからの露光光はなく、前回露光されたチップ領域が二重露光されることはない。
【００５０】
図２２は３ショット目の露光処理後の露光状態を示す図であり、図２２（ａ）は断面図、図２２（ｂ）は平面図であり、図２２（ａ）では、露光光の経路とともに、レジスト膜の露光状態を示し、図２２（ｂ）では、３ショット目で露光される半導体ウエハのチップ領域を示している。
【００５１】
２ショット目の露光後に、ウエハ載置台２０をＸ方向に２チップ領域に相当する距離だけ移動させた状態で、光源５０からの露光光をコンデンサレンズ４０を介してレチクル３００に照射すると（３ショット目）、レチクル３００のパターン形成領域３１０に露光光が導入され、このパターン形成領域３１０に形成されている、３行２列のチップ対応領域Ｒｐ１〜Ｒｐ６の転写パターンの像が、半導体ウエハ１上の３行２列のチップ領域３３ａ１〜３３ａ６に形成される。ここで、チップ領域３３ａ１〜３３ａ６は３ショット目の露光領域３３である。
【００５２】
この場合、３行２列のチップ対応領域Ｒｐ１〜Ｒｐ６の転写パターンの像が、半導体ウエハ１上の３行２列のチップ領域３３ａ１〜３３ａ６に形成される。このとき、位置合わせマーク部３１０ａからの露光光はなく、前回露光されたチップ領域が二重露光されることはない。
【００５３】
このようにステージ（ウエハ載置台）を移動して逐次露光を行う処理を、半導体ウエハの全領域に対して行い、その後、レジスト膜の現像処理を行い、さらに、現像して得られたレジストマスクを用いて、半導体層、絶縁層、あるいは金属膜のパターニングを行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５４】
【特許文献１】特開平４−５１２４０号公報
【特許文献２】特開平５−１８８５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００５５】
以上説明したように、レチクルの反射光によるレチクルの非転写部（転写されるパターンではない部分）のパターンが露光された固体撮像装置は、該非転写部の露光による２重部分とこの２重露光部分以外の部分で、露光後のパターンの線幅の違いが影響し、それぞれの場所で溜まる電荷量の違いから、レチクルの非転写部分のレイアウトが転写された撮像ムラとなる。
【００５６】
その撮像ムラを無くすために、特許文献１あるいは２のように、レチクルの反射光によるレチクルの非転写部のパターンの露光を防止する対策が必要であるが、従来技術を取り入れた対策レチクルの場合、撮像ムラが発生するレチクルの構造は、反射防止膜、遮光膜、ガラスの３層構造であるのに対し、反射防止膜、遮光膜、反射防止膜、ガラスの４層構造となり、レチクル作成時に発生する工程数が増えるため、製造期間が長くなる、材料費が増加する、描画する膜厚の厚膜化に伴い描画精度が低下する等の問題点がある。
【００５７】
このように、特許文献１あるいは２では、レチクルの遮光膜３０７を上下の反射防止膜３０６ａ及び３０６ｂで挟み、レンズへの反射を防止することで、露光光の反射による位置合わせマークの転写の問題を解決しているが、レチクルの作成時の遮光膜の下側だけでなく上側にも反射防止膜を形成しているため、上側の反射防止膜の形成工程が必要となり、工程数、コストの増加に繋がる。
【００５８】
また、レチクルを構成するマスク基板上でのパターニングの際、エッチングする膜が、反射防止膜、遮光膜、及び反射防止膜の３層構造となってるため、その膜厚が厚くなり、描画精度が悪くなるといった問題もある。
【００５９】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、転写パターンを形成する既存の層構造を変更することなく、位置合わせマークの転写による二重露光により半導体装置の性能劣化を回避して、特に固体撮像装置などの撮像ムラを防止することができるフォトマスク及びこのようなフォトマスクを用いた露光装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００６０】
本発明に係るフォトマスクは、光透過部材により構成されたマスク基板を有し、半導体ウエハの各チップ領域に転写する転写パターンを、該マスク基板上に形成したフォトマスクであって、該マスク基板は、該半導体ウエハの隣接する複数のチップ領域に対応し、１つのチップ領域に対応する転写パターンが形成されたチップ対応領域を複数含むパターン形成領域と、該マスク基板のパターン形成領域内に、隣接するチップ対応領域を分離するよう形成され、該半導体ウエハのスクライブ領域に対応するスクライブ対応領域とを有し、該フォトマスクの位置合わせマークを、該マスク基板上の、該パターン形成領域の外側に、該スクライブ対応領域の延長線上に位置するよう配置したものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００６１】
本発明は、上記フォトマスクにおいて、前記マスク基板のパターン形成領域には、１つのチップ領域に対応する転写パターンが形成されたチップ対応領域が、偶数行偶数列の行列状に配置されており、前記位置合わせマークは、該マスク基板における該パターン形成領域の外側の部分であって、行方向あるいは列方向に沿った中央のスクライブ対応領域の延長線上に配置されていることが好ましい。
【００６２】
本発明は、上記フォトマスクにおいて、前記マスク基板のパターン形成領域には、１つのチップ領域に対応する描画パターンが形成されたチップ対応領域が２行２列配置されており、前記位置合わせマークは、該マスク基板上の該パターン形成領域の外側の部分であって、第１行のチップ領域と第２行のチップ領域との間のスクライブ対応領域の延長線上に、該パターン形成領域を挟むよう該パターン形成領域の両側に配置されていることが好ましい。
【００６３】
本発明は、上記フォトマスクにおいて、前記マスク基板のパターン形成領域には、１つのチップ領域に対応する転写パターンが形成されたチップ対応領域が、偶数行奇数列あるいは奇数行偶数列の行列状に配置されており、前記位置合わせマークは、該マスク基板における該パターン形成領域の外側の部分であって、行方向あるいは列方向に沿った中央のスクライブ対応領域の延長線上に配置されていることが好ましい。
【００６４】
本発明は、上記フォトマスクにおいて、前記マスク基板のパターン形成領域には、１つのチップ領域に対応する転写パターンが形成されたチップ対応領域が３行２列配置されており、前記位置合わせマークは、該マスク基板上の該パターン形成領域の外側の部分であって、第１行あるいは第３行のチップ領域と第２行のチップ領域との間のスクライブ対応領域の延長線上に、該パターン形成領域を挟むよう該パターン形成領域の両側に配置されていることが好ましい。
【００６５】
本発明は、上記フォトマスクにおいて、前記マスク基板上に形成され、前記露光パターンを有する遮光膜を備えていることが好ましい。
【００６６】
本発明に係る露光装置は、上述した本発明に係るフォトマスクを用いて半導体ウエハの感光性材料層に該フォトマスクの転写パターンを転写する露光装置であって、露光光を発生する光源と、該半導体ウエハを載置するウエハ載置台と、該フォトマスクを、該ウエハ載置台と該光源との間に位置するよう保持するマスク保持部とを備え、該ウエハ載置台を該フォトマスクに対して、該チップ領域の配列ピッチの整数倍の移動ピッチで相対移動させて、該半導体ウエハの複数のチップ領域毎に繰り返し該転写パターンを転写するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００６７】
本発明は、上記露光装置において、前記マスク保持部を移動可能に保持する移動機構を備え、前記フォトマスクの転写パターンを前記半導体ウエハのチップ領域に転写する際、該フォトマスクを通過した露光光により該半導体ウエハのチップ領域がスキャンされるよう、該マスク保持部を、該光源に対して該ウエハ載置台とともに相対的に移動させることが好ましい。
【００６８】
本発明は、上記露光装置において、前記フォトマスクは、半導体装置を構成する半導体層、絶縁層及び金属層の少なくとも１つの平面パターンを、前記半導体ウエハ上に形成した感光性材料層に転写するものであることが好ましい。
【００６９】
本発明は、上記露光装置において、前記半導体装置は、複数の画素を配列してなり、被写体の撮像を行う撮像部を有し、該撮像部の各画素で光電変換により生成した信号電荷を画像信号として出力する固体撮像装置であり、該撮像部は、各チップ領域の中央部に位置し、該チップ領域の周辺部には、該撮像部の各画素からの信号電荷が画像信号として読み出されるよう該撮像部を制御する周辺回路が配置されていることが好ましい。
【００７０】
次に作用について説明する。
【００７１】
本発明においては、フォトマスクを構成するマスク基板を、該半導体ウエハの隣接する複数のチップ領域に対応し、１つのチップ領域に対応する転写パターンが形成されたチップ対応領域を複数含むパターン形成領域と、該マスク基板のパターン形成領域内に、隣接するチップ対応領域を分離するよう形成され、該半導体ウエハのスクライブ領域に対応するスクライブ対応領域とを有する構造とし、該フォトマスクと該半導体ウエハとの位置合わせに用いる位置合わせマークを、該マスク基板上の、該パターン形成領域の外側に、該スクライブ対応領域の延長線上に位置するよう配置したので、このフォトマスクを用いてステップアンドリピートにより半導体ウエハのチップ領域を順次露光する際に、位置合わせマークのパターンはスクライブライン上に転写されることとなり、位置合わせマークの転写による二重露光により半導体装置の性能劣化、特に固体撮像装置などの撮像ムラを防止することができる。
【００７２】
また、本発明では、フォトマスクの転写パターンを形成する層構造としては既存の構造、つまりマスク基板の下側に形成した遮光膜の表面を反射防止膜で被覆した構造を変更する必要がなく、フォトマスクの作成時の複雑な工程はなく、また転写パターンを形成する層構造の厚膜化に伴う描画精度の低下も回避することができる。
【発明の効果】
【００７３】
以上のように、本発明によれば、フォトマスクを構成するマスク基板を、該半導体ウエハの隣接する複数のチップ領域に対応し、１つのチップ領域に対応する転写パターンが形成されたチップ対応領域を複数含むパターン形成領域と、該マスク基板のパターン形成領域内に、隣接するチップ対応領域を分離するよう形成され、該半導体ウエハのスクライブ領域に対応するスクライブ対応領域とを有する構造とし、該フォトマスクと該半導体ウエハとの位置合わせに用いる位置合わせマークを、該マスク基板上の、該パターン形成領域の外側に、該スクライブ対応領域の延長線上に位置するよう配置したので、転写パターンを形成する既存の層構造を変更することなく、位置合わせマークの転写による二重露光により半導体装置の性能劣化を回避して、特に固体撮像装置などの撮像ムラを防止することができるフォトマスク及びこのようなフォトマスクを用いた露光装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】図１は、本発明の実施形態１によるフォトマスク（レチクル）を説明する図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’線部分の断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態１によるフォトマスクを用いた露光方法を説明する図であり、半導体ウエハに対する１ショット目の露光処理後の露光状態を示す断面図（図１（ａ））及び平面図（図１（ｂ））を示している。
【図３】図３は、本発明の実施形態１によるフォトマスクを用いた露光方法を説明する図であり、半導体ウエハに対する２ショット目の露光処理後の露光状態を示す断面図（図３（ａ））及び平面図（図３（ｂ））を示している。
【図４】図４は、従本発明の実施形態１によるフォトマスクを用いた露光方法を説明する図であり、半導体ウエハに対する３ショット目の露光処理後の露光状態を示す断面図（図４（ａ））及び平面図（図４（ｂ））を示している。
【図５】図５は、本発明の実施形態２によるフォトマスクを用いた露光装置を説明する図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態２によるフォトマスクを用いた露光装置における光源、半導体ウエハ及びレチクルの位置関係を示す平面図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態２によるフォトマスク（レチクル）を説明する図であり、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＢ−Ｂ’線部分の断面図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態２によるフォトマスクを用いた露光方法を説明する図であり、半導体ウエハに対する１ショット目の露光処理後の露光状態を示す断面図（図８（ａ））及び平面図（図８（ｂ））を示している。
【図９】図９は、本発明の実施形態２によるフォトマスクを用いた露光方法を説明する図であり、半導体ウエハに対する２ショット目の露光処理後の露光状態を示す断面図（図９（ａ））及び平面図（図９（ｂ））を示している。
【図１０】図１０は、従本発明の実施形態２によるフォトマスクを用いた露光方法を説明する図であり、半導体ウエハに対する３ショット目の露光処理後の露光状態を示す断面図（図１０（ａ））及び平面図（図１０（ｂ））を示している。
【図１１】図１１は、縮小投影露光法で用いる一般的な露光装置を示している。
【図１２】図１２は、近年の固体撮像装置を説明する図であり、図１２（ａ）は全体構成を示す概略図、図１２（ｂ）は、この固体撮像装置が形成される半導体ウエハのチップ領域を示している。
【図１３】図１３は、従来のレチクルを説明する図であり、図１３（ａ）は平面図、図１３（ｂ）は断面図である。
【図１４】図１４は、従来の露光方法を説明する図であり、半導体ウエハに対する１ショット目の露光処理後の露光状態を示す断面図（図１４（ａ））及び平面図（図１４（ｂ））を示している。
【図１５】図１５は、従来の露光方法を説明する図であり、半導体ウエハに対する２ショット目の露光処理後の露光状態を示す断面図（図１５（ａ））及び平面図（図１５（ｂ））を示している。
【図１６】図１６は、従来の露光方法を説明する図であり、半導体ウエハに対する３ショット目の露光処理後の露光状態を示す断面図（図１６（ａ））及び平面図（図１６（ｂ））を示している。
【図１７】図１７は、従来の露光方法を説明する図であり、図１７（ａ）は、半導体ウエハに対する３ショット目の露光処理後の、水平方向に並ぶ３つのチップ領域での露光状態を示し、図１７（ｂ）は、二重露光領域と１回しか露光されていない領域とで、レジスト膜のパターン幅の違いを説明する図である。
【図１８】図１８は、従来の露光方法における問題点を説明する図であり、チップ領域の撮像部の二重露光された領域が表示画面上で目立つことを示している。
【図１９】図１９は、特許文献１あるいは２に開示のレチクルを説明する図であり、図１９（ａ）は平面図、図１９（ｂ）は断面図である。
【図２０】図２０は、特許文献１あるいは２に開示のレチクルを用いた露光方法を説明する図であり、半導体ウエハに対する１ショット目の露光処理後の露光状態を示す断面図（図２０（ａ））及び平面図（図２０（ｂ））を示している。
【図２１】図２１は、特許文献１あるいは２に開示のレチクルを用いた露光方法を説明する図であり、半導体ウエハに対する２ショット目の露光処理後の露光状態を示す断面図（図２１（ａ））及び平面図（図２１（ｂ））を示している。
【図２２】図２２は、特許文献１あるいは２に開示のレチクルを用いた露光方法を説明する図であり、半導体ウエハに対する３ショット目の露光処理後の露光状態を示す断面図（図２２（ａ））及び平面図（図２２（ｂ））を示している。
【発明を実施するための形態】
【００７５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００７６】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１によるフォトマスク（レチクル）を説明する図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’線部分の断面図である。
【００７７】
本発明の実施形態１によるレチクル１００は、ガラスなどの光透過部材により構成されたマスク基板１０８と、マスク基板１０８の下面に形成され、露光パターンを有する遮光膜１０７と、該遮光膜１０７の下面に形成された反射防止膜１０６とを有している。遮光膜１０７は通常クロムで構成されており、半導体ウエハ１の各チップ領域１ａ（図１２（ｂ）参照）に転写する転写パターンを有している。ここでは、レチクル１００は固体撮像装置の製造に用いるものとしている。
【００７８】
マスク基板１０８は、半導体ウエハ１の隣接する複数のチップ領域１ａに対応し、１つのチップ領域に対応する転写パターンが形成されたチップ対応領域Ｒｐ１〜Ｒｐ４を複数含むパターン形成領域１１０と、マスク基板１０８のパターン形成領域１１０内に、隣接するチップ対応領域を分離するよう形成され、半導体ウエハの水平スクライブ領域Ｈｓ及び垂直スクライブ領域Ｖｓ（図１２（ｂ）参照）に対応するスクライブ対応領域１４０及び１５０とを有している。
【００７９】
ここで、マスク基板１０８は２行２列の行列状に配列された４つのチップ対応領域Ｒｐ１〜Ｒｐ４を有し、各チップ対応領域には１つのチップ領域１ａ（図１２（ｂ））に対応する転写パターン（図示せず）が形成されており、このレチクル１００では、レチクル１００と半導体ウエハ１との位置合わせに用いる位置合わせマーク１１０ａは、第１行のチップ領域Ｒｐ１及びＲｐ２と第２行のチップ領域Ｒｐ３及びＲｐ４との間のスクライブ対応領域１４０の延長線上に、該パターン形成領域１１０を挟むよう該パターン形成領域１１０の両側に配置されている。
【００８０】
この位置合わせマーク１１０ａは、遮光膜１０７及び反射防止膜１０６に所定の平面パターンを有する開口を形成してなるものである。
【００８１】
なお、図１（ｂ）では、図１（ａ）に示すレチクル１００を図１１に示す露光装置１０００に取付付けて、レジスト膜２を塗布した半導体ウエハ１をウエハ載置台２０上に載置し、半導体ウエハ１とレチクル１００とを相対的に位置決めして、露光装置による露光を開始する準備をした状態を示している。
【００８２】
次に、図１１に示す露光装置により半導体ウエハのチップ領域にレチクルの転写パターンを投影して、半導体ウエハ上に形成したレジスト膜２を露光する動作について説明する。
【００８３】
ここでは、図１（ａ）に示すレチクル１００の水平方向（紙面左右方向）に沿って、半導体ウエハ１上で３ショット分の露光を行う場合を説明する。
【００８４】
図２は１ショット目の露光処理後の露光状態を示す図であり、図２（ａ）は断面図、図２（ｂ）は平面図であり、図２（ａ）では、露光光の経路とともに、レジスト膜の露光状態を示し、図２（ｂ）では、１ショット目で露光される半導体ウエハのチップ領域を示している。
【００８５】
図１（ｂ）に示すようにレチクル１００を半導体ウエハ１に対して位置決めした状態で、光源５０からの露光光をコンデンサレンズ４０を介してレチクル１００に照射すると（１ショット目）、レチクル１００のパターン形成領域１１０に露光光が導入され、このパターン形成領域１１０に形成されている、２行２列のチップ対応領域Ｒｐ１〜Ｒｐ４の転写パターンの像が、半導体ウエハ１上の２行２列のチップ領域１１ａ１〜１１ａ４に形成される。ここで、チップ領域１１ａ１〜１１ａ４は１ショット目の露光領域１１である。
【００８６】
露光装置１０００（図１１参照）は、光源５０からの露光光Ｌｅはレチクル１００のパターン形成領域１１０にのみ入射する構造としているが、パターン形成領域１１０の周縁部では、一部の光がレチクル１００の遮光膜１０７としてのクロム膜に入射すると、クロム膜は反射率が高いことから、反射した光はレンズ４０に向かい、さらにレンズ４０の表面で反射され、レンズ４０の表面からの反射光Ｌｒは、通常、露光光が通過しない位置合わせマーク１１０ａを通過し、半導体ウエハ１上のレジスト２中の、露光対象となっている２行２列のチップ領域の外側の領域に露光部分１１ｂ１及び１１ｂ２を形成することとなる。ただし、これらの露光部分１１ｂ１及び１１ｂ２は、水平スクライブ領域Ｈｓ上に位置している。
【００８７】
この露光装置は、ステージ（ウエハ載置台）２０を移動して逐次露光を行うステッピングアンドリピート方式であるため、続いて、２回目以降の露光が行われる。
【００８８】
図３は２ショット目の露光処理後の露光状態を示す図であり、図３（ａ）は断面図、図３（ｂ）は平面図であり、図３（ａ）では、露光光の経路とともに、レジスト膜の露光状態を示し、図３（ｂ）では、２ショット目で露光される半導体ウエハのチップ領域を示している。
【００８９】
１ショット目の露光後に、ウエハ載置台２０をＸ方向に２チップ領域に相当する距離だけ移動させた状態で、光源５０からの露光光をコンデンサレンズ４０を介してレチクル１００に照射すると（２ショット目）、レチクル１００のパターン形成領域１１０に露光光が導入され、このパターン形成領域１１０に形成されている、２行２列のチップ対応領域Ｒｐ１〜Ｒｐ４の転写パターンの像が、半導体ウエハ１上の２行２列のチップ領域１２ａ１〜１２ａ４に形成される。ここで、チップ領域１２ａ１〜１２ａ４は２ショット目の露光領域１２である。
【００９０】
この場合、２行２列のチップ対応領域Ｒｐ１〜Ｒｐ４の転写パターンの像が、半導体ウエハ１上の２行２列のチップ領域１２ａ１〜１２ａ４に形成される。このとき、位置合わせマーク部１１０ａからの露光光により露光され、露光部分１２ｂ１および１２ｂ２が形成され、露光部分１２ｂ１は、水平スクライブ領域Ｈｓ上に形成され、前回露光されたいずれのチップ領域の撮像部に相当する領域が二重露光されることはない。前回の位置合わせマークに転写部分（露光部分）１１ｂ２も、水平スクライブ領域Ｈｓ上に形成されているので、今回露光されたチップ領域の撮像部に相当する領域に二重露光されることはない。
【００９１】
図４は３ショット目の露光処理後の露光状態を示す図であり、図４（ａ）は断面図、図４（ｂ）は平面図であり、図４（ａ）では、露光光の経路とともに、レジスト膜の露光状態を示し、図４（ｂ）では、３ショット目で露光される半導体ウエハのチップ領域を示している。
【００９２】
２ショット目の露光後に、ウエハ載置台２０をＸ方向に２チップ領域に相当する距離だけ移動させた状態で、光源５０からの露光光をコンデンサレンズ４０を介してレチクル１００に照射すると（３ショット目）、レチクル１００のパターン形成領域１１０に露光光が導入され、このパターン形成領域１１０に形成されている、２行２列のチップ対応領域Ｒｐ１〜Ｒｐ４の転写パターンの像が、半導体ウエハ１上の２行２列のチップ領域１３ａ１〜１３ａ４に形成される。ここで、チップ領域１３ａ１〜１３ａ４は３ショット目の露光領域１３である。
【００９３】
この場合、２行２列のチップ対応領域Ｒｐ１〜Ｒｐ４の転写パターンの像が、半導体ウエハ１上の２行２列のチップ領域１３ａ１〜１３ａ４に形成される。このとき、位置合わせマーク部１１０ａからの露光光により露光され、露光部分１３ｂ１および１３ｂ２が水平スクライブ領域Ｈｓ上に形成され、前回露光されたいずれのチップ領域の撮像部に相当する領域が二重露光されることはない。前回の位置合わせマークに転写部分（露光部分）１２ｂ２も、水平スクライブ領域Ｈｓ上に形成されているので、今回露光されたチップ領域の撮像部に相当する領域に二重露光されることはない。
【００９４】
このようにステージ（ウエハ載置台）を移動して逐次露光を行う処理を、半導体ウエハの全領域に対して行い、その後、レジスト膜の現像処理を行い、さらに、現像して得られたレジストマスクを用いて、半導体層、絶縁層、あるいは金属膜のパターニングを行う。
【００９５】
このように本実施形態１のフォトマスク（レチクル）１００を用いた露光では、フォトマスク１００を構成するマスク基板１０８を、半導体ウエハ１の隣接する複数のチップ領域１ａに対応し、１つのチップ領域１ａに対応する転写パターンが形成されたチップ対応領域Ｒｐ１〜Ｒ４を含むパターン形成領域１１０と、該マスク基板１０８のパターン形成領域１１０内に、隣接するチップ対応領域を分離するよう形成され、該半導体ウエハ１のスクライブ領域Ｈｓ及びＶｓに対応するスクライブ対応領域１４０及び１５０とを有する構造とし、該フォトマスクと該半導体ウエハとの位置合わせに用いる位置合わせマーク１１０ａを、該マスク基板１０８上の、該パターン形成領域１１０の外側に、該スクライブ対応領域１４０の延長線上に位置するよう配置したので、レチクル１００の位置合わせマーク１１０ａに対応する露光部分は、半導体ウエハの水平スクライブ領域上に形成されることとなる。このため、チップ領域の撮像部に対応する部分に、位置合わせマークの転写による二重露光されて半導体装置の性能劣化、特に固体撮像装置などの撮像ムラが生ずるのを防止することができる。
【００９６】
その結果、マスク作成工程の削減により、経費削減、描画精度の向上、ＴＡＴ短縮の効果がえられる。
【００９７】
なお、上記実施形態１では、マスク基板のパターン形成領域には、１つのチップ領域に対応する転写パターンが形成されたチップ対応領域が、２行２列配置されているものを示したが、このパターン形成領域でのチップ対応領域の配列は２行２列に限定されるものではなく、４行４列などの配列でもよく、基本的には偶数行偶数列の配列であれば、同様の効果が得られる。
【００９８】
さらに、露光装置におけるレチクルの位置合わせマークを検知するカメラが、露光装置の光源に対して相対的に固定され、カメラの位置がレチクルの縦側辺の中央部に配置されているものでは、上記のとおり、パターン形成領域でのチップ対応領域の配列は、偶数行偶数列が望ましいが、露光装置の構成によっては、パターン形成領域でのチップ対応領域の配列は、偶数行偶数列の配列に限定されるものではなく、例えば、２行３列などの偶数行奇数列あるいは３行２列などの奇数行偶数列の行列状配列でもよい。
（実施形態２）
図５は、この本発明の実施形態２によるフォトマスクを用いる露光装置を説明する図である。
【００９９】
この露光装置１０００ａは、本実施形態２によるフォトマスク（以下レチクルともいう。）１００ａ（図７参照）を用いて半導体ウエハ１の感光性材料層に該レチクル１００ａの転写パターンを転写するものである。この露光装置１０００ａは、露光光を発生するライン状光源５０ａと、該半導体ウエハを載置するウエハ載置台２０と、ウエハ載置台２０をＸ方向及びＹ方向に移動可能に保持する固定基台１０と、該レチクル１００ａを、該ウエハ載置台２０と該光源５０との間に位置するよう保持するマスク保持部２０１と、該光源５０とレチクル１００ａとの間に位置し、光源５０ａからの光を平行光束に変換するシリンドリカルコンデンサレンズ４０ａと、該レチクル１００ａと半導体ウエハ１との間に位置し、レチクル１００ａの転写パターンを半導体ウエハ１上に投影する投影レンズ３０とを備えている。
【０１００】
この露光装置１０００ａも、図１１に示す露光装置１０００と同様、その露光方式はステージ移動して逐次露光を行うステッピングアンドリピート方式としているが、この露光装置１０００ａでは、１ショットの露光を行う際に、レチクル１００ａがその縦方向（Ｙ方向）に移動するようマスク保持部２０１を、ウエハ載置台２０と同期させて移動させる構成となっている。
【０１０１】
図６は、本発明の実施形態２によるフォトマスクを用いた露光装置における光源、半導体ウエハ及びレチクルの位置関係を示す平面図である。
【０１０２】
この露光装置１０００ａでは、レチクル保持部２０１及びウエハ載置台２０は駆動系１０１０に接続されており、レチクル保持部２０１も移動可能となっている。
【０１０３】
そして、この露光装置１０００ａは、レチクル１００ａをレチクル保持部２０１に載置したとき、レチクル保持部２０１をＹ方向に移動させて、レチクルの位置合わせマーク１１１ａの位置を認識し、この露光装置１０００ａとの位置関係を保持するよう構成されている。
【０１０４】
また、この露光装置１０００ａは、１ショットの露光を行う際には、レチクル保持部２０１とウエハ載置台２０とが、半導体ウエハ１の、３行２列のチップ領域がレチクルの転写パターンで露光されるよう駆動系１０１０により駆動される構成となっている。
【０１０５】
なお、この露光装置１０００ａも、ウエハ載置台２０をレチクル１００ａに対して、該チップ領域の配列ピッチの整数倍の移動ピッチで相対移動させて、該半導体ウエハの複数のチップ領域毎に繰り返し該転写パターンを転写するよう構成されている。
【０１０６】
次に、この露光装置１０００ａは、実施形態１のレチクルのように位置合わせマークが、レチクルの縦辺の中央部に位置するものだけでなく、図５及び図６に示すように、位置合わせマークが、レチクルの縦辺の中央部から一方の側辺側にずれて位置するものも用いることができる。
【０１０７】
図７は、本発明の実施形態２によるフォトマスク（レチクル）を説明する図であり、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＢ−Ｂ’線部分の断面図である。
【０１０８】
本発明の実施形態２によるレチクル１００ａは、ガラスなどの光透過部材により構成されたマスク基板１０８と、マスク基板１０８の下面に形成され、露光パターンを有する遮光膜１０７と、該遮光膜１０７の下面に形成された反射防止膜１０６とを有している。遮光膜１０７は通常クロムで構成されており、半導体ウエハ１の各チップ領域１ａに転写する転写パターンを有している。ここでは、レチクル１００ａは固体撮像装置の製造に用いるものとしている。
【０１０９】
マスク基板１０８は、半導体ウエハ１の隣接する複数のチップ領域に対応し、１つのチップ領域に対応する転写パターンが形成されたチップ対応領域を複数含むパターン形成領域１１０ｂと、マスク基板１０８のパターン形成領域１１０ｂ内に、隣接するチップ対応領域を分離するよう形成され、半導体ウエハのスクライブ領域Ｈｓ及びＶｓに対応するスクライブ対応領域１４０ａ及び１５０ａとを有している。
【０１１０】
ここで、マスク基板１０８は３行２列の行列状に配列された６つのチップ対応領域Ｒｐ１〜Ｒｐ６を有し、各チップ対応領域には１つのチップ領域に対応する転写パターン（図示せず）が形成されており、このレチクル１００ａでは、レチクル１００ａと半導体ウエハ１との位置合わせに用いる位置合わせマーク１１１ａは、１行目の左右のチップ対応領域Ｒｐ１及びＲｐ２と、２行目の左右のチップ対応領域Ｒｐ３及びＲｐ４との間のスクライブ対応領域１４０ａの延長線上に、該パターン形成領域１１０ｂを挟むよう配置されている。この位置合わせマーク１１１ａは、遮光膜１０７及び反射防止膜１０６に所定の平面パターンを有する開口を形成してなるものである。
【０１１１】
なお、図７（ｂ）では、図７（ａ）に示すレチクル１００ａを図５に示す露光装置１０００ａに取付付けて、レジスト膜２を塗布した半導体ウエハ１をウエハ載置台２０上に載置し、半導体ウエハ１とレチクル２００とを相対的に位置決めして、露光装置による露光を開始する準備をした状態を示している。
【０１１２】
次に、図５に示す露光装置１０００ａにより半導体ウエハ１のチップ領域１ａにレチクルの転写パターンを投影して、半導体ウエハ１上に形成したレジスト膜２を露光する動作について説明する。
【０１１３】
ここでは、図７（ａ）に示すレチクル１００ａの水平方向（紙面左右方向）に沿って、半導体ウエハ１上で３ショット分の露光を行う場合を説明する。
【０１１４】
図８は１ショット目の露光処理後の露光状態を示す図であり、図８（ａ）は断面図、図８（ｂ）は平面図であり、図８（ａ）では、露光光の経路とともに、レジスト膜の露光状態を示し、図８（ｂ）では、１ショット目で露光される半導体ウエハのチップ領域を示している。
【０１１５】
図７（ｂ）に示すようにレチクル１００ａを半導体ウエハ１に対して位置決めした状態で、ライン状光源５０ａからの露光光をシリンドリカルコンデンサレンズ４０ａを介してレチクル１００に照射し、この状態で、図５及び図６に示すように、レチクル保持部２０１及びウエハ載置台２０をＹ方向に移動させると（１ショット目）、レチクル１００ａのパターン形成領域１１０ｂに形成されている、３行２列のチップ対応領域Ｒｐ１〜Ｒｐ６の転写パターンの像が、半導体ウエハ１上の３行２列のチップ領域１２１ａ１〜１２１ａ６に形成される。ここで、チップ領域１２１ａ１〜１２１ａ６は１ショット目の露光領域１２１である。
【０１１６】
このとき、露光装置１０００ａ（図５及び図６参照）は、光源５０ａからの露光光Ｌｅはレチクル１００ａのパターン形成領域１１０ｂにのみ入射する構造としているが、パターン形成領域１１０ｂの周縁部では、一部の光がレチクル１００ａの遮光膜１０７としてのクロム膜に入射すると、クロム膜は反射率が高いことから、反射した光はレンズ４０に向かい、さらにレンズ４０の表面で反射され、レンズ４０の表面からの反射光Ｌｒは、通常、露光光が通過しない位置合わせマーク１１１ａを通過し、半導体ウエハ１上のレジスト２中の、露光対象となっている３行２列のチップ領域の外側の領域に露光部分１２１ｂ１及び１２１ｂ２を形成することとなる。ただし、これらの露光部分１２１ｂ１及び１２１ｂ２は、水平スクライブ領域Ｈｓ上に位置している。
【０１１７】
続いて、この露光装置１０００ａは、ステージ（ウエハ載置台）２０を移動して逐次露光を行うステッピングアンドリピート方式であるため、２回目以降の露光が行われる。
【０１１８】
図９は２ショット目の露光処理後の露光状態を示す図であり、図９（ａ）は断面図、図９（ｂ）は平面図であり、図９（ａ）では、露光光の経路とともに、レジスト膜の露光状態を示し、図９（ｂ）では、２ショット目で露光される半導体ウエハ１のチップ領域を示している。
【０１１９】
１ショット目の露光後に、ウエハ載置台２０をＸ方向に２チップ領域に相当する距離だけ移動させた状態で、ライン状光源５０ａからの露光光をシリンドリカルコンデンサレンズ４０ａを介してレチクル１００ａに照射し、この状態で、図５及び図６に示すように、レチクル保持部２０１及びウエハ載置台２０をＹ方向に移動させると（２ショット目）、レチクル１００ａのパターン形成領域１１０ｂに露光光が導入され、このパターン形成領域１１０ｂに形成されている、３行２列のチップ対応領域Ｒｐ１〜Ｒｐ６の転写パターンの像が、半導体ウエハ１上の３行２列のチップ領域１２２ａ１〜１２２ａ６に形成される。ここで、チップ領域１２２ａ１〜１２２ａ６は２ショット目の露光領域１２２である。
【０１２０】
この場合、３行２列のチップ対応領域Ｒｐ１〜Ｒｐ６の転写パターンの像が、半導体ウエハ１上の３行２列のチップ領域１２２ａ１〜１２２ａ６に形成される。このとき、位置合わせマーク部１１１ａからの露光光により露光され、露光部分１２２ｂ１および１２２ｂ２が形成され、露光部分１２２ｂ１は、水平スクライブ領域Ｈｓ上に形成され、前回露光されたいずれのチップ領域の撮像部に相当する領域が二重露光されることはない。前回の位置合わせマークに転写部分（露光部分）１２１ｂ２も、水平スクライブ領域Ｈｓ上に形成されているので、今回露光されたチップ領域の撮像部に相当する領域に二重露光されることはない。
【０１２１】
図１０は３ショット目の露光処理後の露光状態を示す図であり、図１０（ａ）は断面図、図１０（ｂ）は平面図であり、図１０（ａ）では、露光光の経路とともに、レジスト膜の露光状態を示し、図１０（ｂ）では、３ショット目で露光される半導体ウエハのチップ領域を示している。
【０１２２】
２ショット目の露光後に、ウエハ載置台２０をＸ方向に２チップ領域に相当する距離だけ移動させた状態で、光源５０からの露光光をコンデンサレンズ４０を介してレチクル１００に照射し、この状態で、図５及び図６に示すように、レチクル保持部２０１及びウエハ載置台２０をＹ方向に移動させると（３ショット目）、レチクル１００ａのパターン形成領域１１０ｂに露光光が導入され、このパターン形成領域１１０ｂに形成されている、３行２列のチップ対応領域Ｒｐ１〜Ｒｐ６の転写パターンの像が、半導体ウエハ１上の３行２列のチップ領域１２３ａ１〜１２３ａ６に形成される。ここで、チップ領域１２３ａ１〜１２３ａ６は３ショット目の露光領域１２３である。
【０１２３】
この場合、３行２列のチップ対応領域Ｒｐ１〜Ｒｐ６の転写パターンの像が、半導体ウエハ１上の３行２列のチップ領域１２３ａ１〜１２３ａ６に形成される。このとき、位置合わせマーク部１１１ａからの露光光により露光され、露光部分１２３ｂ１および１２３ｂ２が水平スクライブ領域Ｈｓ上に形成され、前回露光されたいずれのチップ領域の撮像部に相当する領域が二重露光されることはない。前回の位置合わせマークに転写部分（露光部分）１２２ｂ２も、水平スクライブ領域Ｈｓ上に形成されているので、今回露光されたチップ領域の撮像部に相当する領域に二重露光されることはない。
【０１２４】
このようにステージ（ウエハ載置台）を移動して逐次露光を行う処理を、半導体ウエハの全領域に対して行い、その後、レジスト膜の現像処理を行い、さらに、現像して得られたレジストマスクを用いて、半導体層、絶縁層、あるいは金属膜のパターニングを行う。
【０１２５】
このように本実施形態２のフォトマスク（レチクル）１００ａを用いた露光では、フォトマスク１００ａを構成するマスク基板１０８を、半導体ウエハ１の隣接する複数のチップ領域１ａに対応し、１つのチップ領域１ａに対応する転写パターンが形成されたチップ対応領域Ｒｐ１〜Ｒｐ６含むパターン形成領域１１０ｂと、該マスク基板１０８のパターン形成領域１１０ｂ内に、隣接するチップ対応領域を分離するよう形成され、該半導体ウエハ１のスクライブ領域Ｈｓ及びＶｓに対応するスクライブ対応領域１４０ａ及び１５０ａとを有する構造とし、該フォトマスクと該半導体ウエハとの位置合わせに用いる位置合わせマーク１１１ａを、該マスク基板１０８上の、該パターン形成領域１１０の外側に、１行目のチップ対応領域と２行目のチップ対応領域との間の該スクライブ対応領域１４０ａの延長線上に位置するよう配置したので、レチクル１００ａの位置合わせマーク１１１ａに対応する露光部分は、半導体ウエハの水平スクライブ領域上に形成されることとなる。このため、チップ領域の撮像部に対応する部分に、位置合わせマークの転写による二重露光されて半導体装置の性能劣化、特に固体撮像装置などの撮像ムラが生ずるのを防止することができる。
【０１２６】
なお、上記実施形態では、レチクルの位置合わせマークは、水平方向のスクライブ対応領域の延長上に配置しているが、これに限らず、レチクルの位置合わせマークは、垂直方向のスクライブ対応領域の延長線上に配置していもよい。
【０１２７】
また、レチクルの位置合わせマークは、レチクルにおける３行２列のチップ対応領域の配列において、２行目のチップ対応領域と３行目のチップ対応領域の間の水平方向のスクライブ対応領域の延長上に配置してもよい。
【０１２８】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【０１２９】
本発明は、フォトマスク及び露光装置の分野において、転写パターンを形成する既存の層構造を変更することなく、位置合わせマークの転写による二重露光により半導体装置の性能劣化を回避して、特に固体撮像装置などの撮像ムラを防止することができるフォトマスク及びこのようなフォトマスクを用いた露光装置を実現することができる。
【符号の説明】
【０１３０】
１  半導体ウエハ
１ａ  チップ領域
１０  固定基台
１０ａ  固体撮像装置
１１  撮像部
１２  垂直走査回路
１３  水平走査回路
１４  出力部
１５  制御部
２０  ウエハ載置台
４０  コンデンサレンズ
３０  投影レンズ
５０  光源
２００  レチクル（フォトマスク）
２０１  マスク保持部
２０６  反射防止膜
２０７  遮光膜
２０８  マスク基板
２１０  パターン形成領域
２１０ａ  位置合わせマーク
２２０  外側領域
２４０、２５０  スクライブ対応領域
１０００  露光装置
Ｈｓ、Ｖｓ  スクライブ領域
Ｒｐ１〜Ｒｐ６  チップ対応領域
【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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