(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レチクルの長方形又は正方形のショットエリアに、前記ショットエリアの内部に位置し、前記ショットエリアの一辺に垂直な方向の平行移動により重ね合わせ可能な位置に配置される複数のデバイスパターンと、第１の重ね合わせ点を有し、前記一辺側において前記ショットエリアの内部で前記複数のデバイスパターンの外部に配置される第１のマークと、前記第１の重ね合わせ点と結んだ直線が前記一辺に直交する第２の重ね合わせ点を有し、前記第１及び第２の重ね合わせ点間の距離が前記平行移動距離の整数倍であり、前記一辺に対向する前記ショットエリアの他辺側において前記ショットエリアの内部で前記複数のデバイスパターンの外部に配置され、前記第１のマークに対して識別可能な第２のマークとを形成する工程と、
前記レチクルを用いてウェーハ上に前記複数のデバイスパターン、前記第１のマーク及び前記第２のマークの露光と現像を行う工程と、
前記第１及び第２のマークの前記ウェーハ上での配列誤差を計測する工程と、
前記配列誤差から、前記ウェーハ表面内の直交する方向のそれぞれにおける倍率誤差成分、前記ショットエリアの中心を回転中心とする回転誤差成分、及び前記レチクル上の直角が前記ウェーハ上に直角に転写されない直交度誤差成分の４つの誤差成分を算出する工程と、
前記誤差成分を用いて前記露光を行う装置を補正する工程
とを含むことを特徴とする露光方法。
【請求項２】
前記第１及び第２のマークが、前記ショットエリアの４辺それぞれに少なくとも一つ以上形成されることを特徴とする請求項１記載の露光方法。
【請求項３】
前記第１及び第２のマークが、ボックスインボックス又はバーズインバーズを構成するアウターマークとインナーマークであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の露光方法。
【請求項４】
長方形又は正方形のショットエリアと、
前記ショットエリアの内部に位置し、前記ショットエリアの一辺に垂直な方向の平行移動により重ね合わせ可能な位置に配置される複数のデバイスパターンと、
第１の重ね合わせ点を有し、前記一辺側において前記ショットエリアの内部で前記複数のデバイスパターンの外部に配置される第１のマークと、
前記第１の重ね合わせ点と結んだ直線が前記一辺に直交する第２の重ね合わせ点を有し、前記第１及び第２の重ね合わせ点間の距離が前記平行移動距離の整数倍であり、前記一辺に対向する前記ショットエリアの他辺側において前記ショットエリアの内部で前記複数のデバイスパターンの外部に配置され、前記第１のマークに対して識別可能な第２のマーク
とを有することを特徴とするレチクル。
【請求項５】
前記第１及び第２のマークが、前記ショットエリアの４辺それぞれに少なくとも一つ以上形成されることを特徴とする請求項４記載のレチクル。
【請求項６】
前記第１及び第２のマークが、ボックスインボックス又はバーズインバーズを構成するアウターマークとインナーマークであることを特徴とする請求項４又は請求項５記載のレチクル。
【請求項７】
長方形又は正方形のショットエリアと、
前記ショットエリアの内部に位置し、前記ショットエリアの第１の辺に垂直な方向の平行移動により重ね合わせ可能な位置に配置される複数のデバイスパターンと、
第１の重ね合わせ点を有し、前記第１の辺及び前記第１の辺に接する第２の辺がなす角において前記ショットエリアの内部で前記複数のデバイスパターンの外部に配置される第１のマークと、
前記第１の重ね合わせ点と結んだ直線が前記第１の辺に直交する第２の重ね合わせ点を有し、前記第１及び第２の重ね合わせ点間の距離が前記平行移動距離の整数倍であり、前記第１の辺に対向する前記ショットエリアの第３の辺側において前記ショットエリアの内部で前記複数のデバイスパターンの外部に配置され、前記第１のマークに対して識別可能な第２のマークと、
前記第１の重ね合わせ点と結んだ直線が前記第１の辺に平行な第３の重ね合わせ点を有し、前記第２の辺に対向する前記ショットエリアの第４の辺側において前記ショットエリアの内部で前記複数のデバイスパターンの外部に配置され、前記第１及び第２のマークに対して識別可能な第３のマークと、
前記第２の重ね合わせ点と結んだ直線が前記第１の辺に平行な第４の重ね合わせ点を有し、前記第４の辺側において前記ショットエリアの内部で前記複数のデバイスパターンの外部に配置され、前記第１〜第３のマークに対して識別可能な第４のマーク
とを有することを特徴とするレチクル。
【請求項８】
前記請求項１記載の露光方法による露光の工程と、
前記露光の工程の後に、前記露光の工程でウェーハ上に形成したパターンに重ね合わさるように他のパターンを露光する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記他のパターンを露光する工程におけるショットエリアの大きさが前記露光の工程におけるショットエリアの大きさと異なることを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記露光の工程が、前記ウェーハ上への最初の露光の工程であることを特徴とする請求項８又は請求項９記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置や液晶表示板等の表示素子の製造方法の露光工程に係り、特に、配列誤差を低減する露光方法とレチクルと半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置や液晶表示板等の表示素子デバイス等を製造する際の露光工程に於いては、マスク（レチクル）上に形成されたパターンを露光装置にてウェーハ上に縮小投影し、逐次繰り返し（ステップアンドリピート）で転写いる。ウェーハ全面から最大数のチップが採れるようにウェーハ上の配置（チップレイアウト）が決められており、これに基づいて、露光装置での１回の露光単位（レチクル内のショットエリア）の配置（ショットレイアウト）が決定されている。ショットエリア内には複数個のチップを配置して同時に露光する事で生産性を上げている。
【０００３】
ショットエリアに入り得るチップ数は、そのチップと最大画角の大きさに依存する。大きなショットエリアを有する露光装置であれば１回の露光でより多くのチップを露光することができ、ひいてはより多くのデバイスを製造することが可能である。
【０００４】
従来の露光でのショットレイアウトは、デバイスの最初のレイヤから最後のレイヤまで同一の配置のものを使用していた。しかし、近年、装置価格や装置導入条件等により、ショットエリアの大きさの異なる露光装置を混用する場合があり、同一の半導体装置を製造する前後の露光工程に於いても、ショットエリアの大きさの異なる露光装置を混用して使用したいという要請がある。従来、この対応にはショットエリアが同一になるようにレチクル上の使用範囲を同一にして使用する方法がとられている。この方法は、ショットエリアの大きい露光装置の高い処理能力をショットエリアの小さい露光装置の処理能力に合わせているので、ショットエリア大きい露光装置はその性能を発揮できず、ショットエリアが小さい分ショット数が多くなりスループットが低下してしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ショットエリアの異なる２台の露光装置を異なったまま使用して半導体装置を製造することを考える。
【０００６】
図１３は、２台の露光装置のショットエリアと半導体装置のデバイスパターンの大きさの関係を示す図である。図１３（ａ）は露光装置１のショットエリアを示す。露光装置１のショットエリア１１の大きさは２５ｍｍ×３３ｍｍで、２２ｍｍ×１１ｍｍの大きさのデバイスパターン６を３つ配列する事ができる。露光装置２のショットエリア１２の大きさは２２ｍｍ×２２ｍｍで、同じ大きさのデバイスパターン８を２つ配列する事ができる。半導体装置を製造では、１回目の露光工程で露光装置１によりデバイスパターン６を露光し、２回目の露光工程で露光装置２によりデバイスパターン８を露光する。
【０００７】
図１４は、ショットエリアの異なる２台の露光装置を異なったまま使用して露光したデバイスパターンのウェーハ上の位置関係を示す図である。１回目の露光工程により３つのデバイスパターン６からなるパターン群１３と１４がパターニングされる。パターン群１３の底辺とパターン群１４の上辺は一致せず、この不一致がいわゆるパターン群の配列誤差である。
【０００８】
２回目の露光工程では、デバイスパターン６にデバイスパターン８が重ね合わさるように露光する。パターン群１３の上２つのデバイスパターン６に重ね合わさるようにパターン群１５の２つのデバイスパターン８を露光する。重ね合わせは、１回目の露光工程で位置合わせ用のパターン（アライメントマーク）を露光しておき、２回目の露光工程でこの１回目の露光工程のアライメントマークを計測し２回目の露光工程のアライメントマークに合わせることで行う。さらに重ね合わせの精度を上げるためには、１回目の露光工程のアライメントマークの位置を読んで配列誤差を算出し、その配列誤差に基づいて２回目の露光を修正するエンハンストグローバルアライメント（ＥＧＡ）を利用する。同様に、パターン群１３の下のデバイスパターン６とパターン群１４の上のデバイスパターン６に重ね合わさるようにパターン群１６の２つのデバイスパターン８を露光する。パターン群１４の下２つのデバイスパターン６に重ね合わさるようにパターン群１７の２つのデバイスパターン８を露光する。この時、パターン群１６では、上のデバイスパターン８を重ね合わせようとすると下のバイスパターン８が重ね合わせられない。この重ね合わさられないズレがいわゆる重ね合わせ誤差である。即ち１回目の露光工程に於いてウェーハ上のデバイスパターン６の配列に配列誤差があると、２回目の露光工程に於いて重ね合わせ誤差を生じてしまう。例えばポリイミド膜の開口の工程のように重ね合わせ誤差の許容範囲の大きい工程に於いては、ショットエリアの異なる２台の露光装置を異なったまま使用することは可能であるとしても、許容範囲の小さい露光工程においては不可能であると考えられる。
【０００９】
なお、従来の露光工程では、１回目の露光と２回目の露光の重ね合わせ誤差を小さくするのに、このパターン群の配列誤差を小さくする必要がなく、配列誤差があってもこれを小さくする試みは今日までされていない。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、重ね合わせ誤差の許容範囲の小さい工程に於いても露光装置のショットエリアを有効に使用できるように配列誤差の低減が可能な露光方法を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の目的は、重ね合わせ誤差の許容範囲の小さい工程に於いても露光装置のショットエリアを有効に使用できるように配列誤差の低減が可能な露光方法に使用するレチクルを提供することにある。
【００１２】
本発明の目的は、重ね合わせ誤差の許容範囲の小さい工程に於いても露光装置のショットエリアを有効に使用できるように配列誤差の低減が可能な半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するための本発明の第１の特徴は、レチクルの長方形又は正方形のショットエリアに、ショットエリアの内部に位置し、ショットエリアの一辺に垂直な方向の平行移動により重ね合わせ可能な位置に配置される複数のデバイスパターンと、第１の重ね合わせ点を有し、一辺側においてショットエリアの内部で複数のデバイスパターンの外部に配置される第１のマークと、第１の重ね合わせ点と結んだ直線が一辺に直交する第２の重ね合わせ点を有し、第１及び第２の重ね合わせ点間の距離が平行移動距離の整数倍であり、一辺に対向するショットエリアの他辺側においてショットエリアの内部で複数のデバイスパターンの外部に配置され、第１のマークに対して識別可能な第２のマークとを形成する工程と、レチクルを用いてウェーハ上に複数のデバイスパターン、第１のマーク及び第２のマークの露光と現像を行う工程と、第１及び第２のマークのウェーハ上での配列誤差を計測する工程と、配列誤差から、ウェーハ表面内の直交する方向のそれぞれにおける倍率誤差成分、ショットエリアの中心を回転中心とする回転誤差成分、及びレチクル上の直角がウェーハ上に直角に転写されない直交度誤差成分の４つの誤差成分を算出する工程と、誤差成分を用いて露光を行う装置を補正する工程とを含む露光方法であることである。このことにより、配列誤差が低減できる。
【００１４】
また、本発明の第１の特徴は、マークが、ショットエリアの４辺それぞれに少なくとも一つ以上形成されることにより効果的である。このことにより、各辺毎に隣接するショットエリアとの配列誤差が測定できるので精度が向上でき、２次元的に広がるウェーハ全面に敷き詰めたような場合の評価が可能になる。
【００１５】
さらに、本発明の第１の特徴は、マークが、ボックスインボックス又はバーズインバーズを構成するアウターマークとインナーマークであることにより効果的である。ここで、「ボックスインボックス」とは、位置合わせ用のマークのことで、四角形（ボックス）の中に小さい四角形が入り、その位置関係で位置合わせを行う。「バーズインバーズ」では、上記四角形の代わりに複数の線（バーズ）を用いる。「アウターマーク」とは、ボックスインボックスを例に取れば大きい四角形のことであり、「インナーマーク」とは、小さい四角形のことである。このことにより、位置ずれの測定が可能になり、配列誤差が測定できる。
【００１６】
本発明の第２の特徴は、長方形又は正方形のショットエリアと、ショットエリアの内部に位置し、ショットエリアの一辺に垂直な方向の平行移動により重ね合わせ可能な位置に配置される複数のデバイスパターンと、第１の重ね合わせ点を有し、一辺側においてショットエリアの内部で複数のデバイスパターンの外部に配置される第１のマークと、第１の重ね合わせ点と結んだ直線が一辺に直交する第２の重ね合わせ点を有し、第１及び第２の重ね合わせ点間の距離が平行移動距離の整数倍であり、一辺に対向するショットエリアの他辺側においてショットエリアの内部で複数のデバイスパターンの外部に配置され、第１のマークに対して識別可能な第２のマークとを有するレチクルであることである。ここで、「重ね合わせ点」とは、ボックスインボックスを例に取れば大小の四角形の中心点のことで、配列誤差がゼロの時に一致する点のことである。このことにより、配列誤差の低減が可能な露光方法に使用するレチクルを提供できる。
【００１７】
また、本発明の第２の特徴は、マークが、ショットエリアの４辺それぞれに少なくとも一つ以上形成されることにより効果的である。このことにより、各辺毎に隣接するショットエリアとの配列誤差が測定できるので精度が向上でき、２次元的に広がるウェーハ全面に敷き詰めたような場合の評価が可能になる。
【００１８】
さらに、本発明の第２の特徴は、マークが、ボックスインボックス又はバーズインバーズを構成するアウターマークとインナーマークであることにより効果的である。このことにより、位置ずれの測定が可能になり、配列誤差が測定できる。
【００１９】
そして、本発明の第３の特徴は、長方形又は正方形のショットエリアと、ショットエリアの内部に位置し、ショットエリアの第１の辺に垂直な方向の平行移動により重ね合わせ可能な位置に配置される複数のデバイスパターンと、第１の重ね合わせ点を有し、第１の辺及び第１の辺に接する第２の辺がなす角においてショットエリアの内部で複数のデバイスパターンの外部に配置される第１のマークと、第１の重ね合わせ点と結んだ直線が第１の辺に直交する第２の重ね合わせ点を有し、第１及び第２の重ね合わせ点間の距離が平行移動距離の整数倍であり、第１の辺に対向するショットエリアの第３の辺側においてショットエリアの内部で複数のデバイスパターンの外部に配置され、第１のマークに対して識別可能な第２のマークと、第１の重ね合わせ点と結んだ直線が第１の辺に平行な第３の重ね合わせ点を有し、第２の辺に対向するショットエリアの第４の辺側においてショットエリアの内部で複数のデバイスパターンの外部に配置され、第１及び第２のマークに対して識別可能な第３のマークと、第２の重ね合わせ点と結んだ直線が第１の辺に平行な第４の重ね合わせ点を有し、第４の辺側においてショットエリアの内部で複数のデバイスパターンの外部に配置され、第１〜第３のマークに対して識別可能な第４のマークとを有することによっても同様な効果が得られる。ここで、「識別可能」とは、マーク同士が重なっても位置関係がわかることで、例えば形状や大きさを異なったものにすることである。このことにより、より精度の高い配列誤差の測定が可能になる。
【００２０】
本発明の第４の特徴は、本発明の第１の特徴に記載の露光方法による露光の工程と、この露光の工程の後に、この露光の工程でウェーハ上に形成したパターンに重ね合わさるようにパターンを露光する工程とを含む半導体装置の製造方法であることである。このことにより、配列誤差の低減が可能な半導体装置の製造方法を提供できる。
【００２１】
また、本発明の第４の特徴は、パターンを露光する工程におけるショットエリアの大きさが露光の工程におけるショットエリアの大きさと異なることにより効果的である。このことにより、ショットエリアの異なる２台の露光装置を異なったまま使用して半導体装置を製造することができるようになる。
【００２２】
さらに、本発明の第４の特徴は、露光の工程が、ウェーハ上への最初の露光の工程であることにより効果的である。このことにより、すべての露光工程で、配列誤差に起因する重ね合わせ誤差を低減できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態として配列誤差を低減する露光方法を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。
【００２４】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係る配列誤差を低減する露光方法のフロチャート図である。
【００２５】
（イ）まず、ステップＳ１においてレチクルのショットエリアに隣接パターンに対する配列誤差の測定用のマークを形成する。レチクル内の、スクライブライン上の１辺に自己重ね用のマーク（インタロックマーク）を少なくとも一組以上入れておく。このマークは所定の繰り返し露光によりウェーハ上にショット配列が形成されたときに、それぞれ隣接する辺同士で合わせズレ検出用のマーク（ボックスインボックス（Box in Box）又はバーズインバーズ（Bars in Bars））を形成する。
【００２６】
（ロ）ステップＳ２においてウェーハにレジストを塗布し、マークを形成したレチクルを用いて露光と現像を行う。
【００２７】
（ハ）ステップＳ３においてウェーハ上に現像されたマークの配列誤差を計測する。このマークの合わせズレが零になるとき、この第１層目の配列は正確な正方格子状に形成されている。すなわち、このマークの合わせズレを計測することで第１層目の配列の誤差（正方格子からのズレ）を算出することができる。
【００２８】
（ニ）ステップＳ４において計測した配列誤差から４つの誤差成分である倍率誤差ｘ成分（Ｍｘ）、倍率誤差ｙ成分（Ｍｙ）、回転誤差成分（ΘＲ）、直交度誤差成分（ΘＯ）を算出する。
【００２９】
（ホ）ステップＳ５において算出したすべての誤差成分が許容値以下か判定する。
【００３０】
（へ）すべての誤差成分が許容値以下であれば、ステップＳ８に進み配列誤差を低減する露光方法を終了する。
【００３１】
（ト）一方、ひとつでも誤差成分が許容値を超えるものがあれば、ステップＳ６に進みウェーハからレジストを剥離する。
【００３２】
（チ）ステップＳ７において算出した４つの誤差成分を用いてステップＳ２で使用した露光装置のパラメータを補正する。そして、ステップＳ２に戻る。ここで形成されるループはステップＳ５において算出したすべての誤差成分が許容値以下になるまで繰り返される。
【００３３】
図２は本発明の第１の実施の形態に係るレチクルのショットエリア内の平面図である。このレチクルは図１のステップＳ１において配列誤差の測定用のマークを形成したレチクルである。この本発明の第１の実施の形態に係るレチクルは、長方形あるいは正方形のショットエリア５と、ショットエリア５の内部に位置するデバイスパターン６と、ショットエリア５の内部でデバイスパターン６の外部に位置する対となるアウターマーク（第１のマーク）とインナーマーク（第２のマーク）の２組（アウターマーク１とインナーマーク３、アウターマーク２とインナーマーク４）を有している。
【００３４】
そして、アウターマーク１の中心点Ｐ１（第１の重ね合わせ点）とインナーマーク３の中心点Ｐ３（第２の重ね合わせ点）とを結ぶ直線がショットエリア５の辺と平行になる。同様にアウターマーク２の中心点Ｐ２（第１の重ね合わせ点）とインナーマーク４の中心点Ｐ４（第２の重ね合わせ点）とを結ぶ直線がショットエリア５の辺と平行になる。
【００３５】
対となるアウターマークとインナーマークの方向に、デバイスパターン６が複数行あるいは複数列形成されている場合は、デバイスパターン６の間の距離はどれも等しく、この距離とアウターマークの中心点からデバイスパターン６までの距離とインナーマークの中心点からデバイスパターン６までの距離の和は等しい。すなわち、デバイスパターン６は、３行１列に配置されている図２の場合、対となるアウターマーク１とインナーマーク３の間に、デバイスパターン６が３行形成されているので、デバイスパターン６の間の距離は距離ｄ５で統一され、かつ、距離ｄ５と、アウターマーク１の中心点Ｐ１からデバイスパターン６までの距離ｄ１とインナーマーク３の中心点Ｐ３からデバイスパターン６までの距離ｄ３の和が等しくなるように設定されている。このように設定する事で、デバイスパターン６の転写された際の間隔を距離ｄ５に統一することができる。
【００３６】
対となるアウターマーク２とインナーマーク４の間に、デバイスパターン６が１列形成されているので、アウターマーク２の中心点Ｐ２からデバイスパターン６までの距離ｄ２とインナーマーク４の中心点Ｐ４からデバイスパターン６までの距離ｄ４の和がデバイスパターン６が転写された際のデバイスパターン間の間隔になる。
【００３７】
なお、図２中のようにｘ−ｙ座標を設定する。ゼロ点はショットエリア５の中心とし、ｘ軸とｙ軸はショットエリア５の辺と平行にする。アウターマーク１の中心点Ｐ１の座標を（Ｘ１、Ｙ１）とし、アウターマーク２の中心点Ｐ２の座標を（Ｘ２、Ｙ２）とする。これらの座標は図１のステップＳ４における誤差成分の算出に使用する。
【００３８】
図３は、ショットエリアが露光時にステッピングするウェーハ上の位置を示す図である。この露光は図１のステップＳ２における露光に対応するものである。４つのショットエリアＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、図２のショットエリア５と同一である。まず、レジストが塗布されたウェーハを図２のショットエリア５を有するレチクルを用いて１回の露光を行う。この時のウェーハ上のショットエリア５の位置をショットエリアＡとする。次に、レチクルのショットエリア５をウェーハ上のショットエリアＢの位置までレチクルを移動して露光する。そして、同様にショットエリアＣの位置と、ショットエリアＤの位置にレチクルを移動して露光する。さらにこれらのことを繰り返す事によりウェーハ全面にショットエリア５を敷き詰める事ができる。
【００３９】
これらのレチクルの移動の制御は露光装置で行われ、制御量である左隣のショットエリアまでの移動距離に基づいて、ショットエリアＡに対するショットエリアＢの位置を決定したり、ショットエリアＣに対するショットエリアＤの位置を決定する。また、下段のショットエリアから上段のショットエリアまでの移動距離を制御量として、ショットエリアＡに対するショットエリアＣの位置と、ショットエリアＢに対するショットエリアＤの位置とを決定する。
【００４０】
これらの制御量は原理的にはレチクル上にデバイスパターン６を配置する際に、ウェーハ上のデバイスパターン６の配置（いわゆるチップレイアウト）も考慮して決定される絶対値である。しかし、露光装置の経時変化やレチクルとウェーハの反り等により、ウェーハ上に現像されるショットエリアひいてはデバイスパターンの配置は、原理的に予想される位置からずれてしまう。このずれがいわゆる設計に対する配列誤差であり、配列誤差を減少させるために制御量を補正する必要がある。配列誤差の測定には、図２のアウターマーク１、２とインナーマーク３、４を使用する。すなわち、図３においてショットエリアＡのインナーマーク４の中心点ＰＡ４と、ショットエリアＢのアウターマーク２の中心点ＰＢ２は一致するように設計されており、中心点ＰＡ４とＰＢ２の距離がショットエリアＡに対するショットエリアＢの配列誤差になる。ショットエリアＡのインナーマーク３の中心点ＰＡ３と、ショットエリアＣのアウターマーク１の中心点ＰＣ１は一致するように設計されており、中心点ＰＡ３とＰＣ１の距離がショットエリアＡに対するショットエリアＣの配列誤差になる。ショットエリアＢのインナーマーク３の中心点ＰＢ３と、ショットエリアＤのアウターマーク１の中心点ＰＤ１は一致するように設計されており、中心点ＰＢ３とＰＤ１の距離がショットエリアＢに対するショットエリアＤの配列誤差になる。ショットエリアＣのインナーマーク４の中心点ＰＣ４と、ショットエリアＤのアウターマーク２の中心点ＰＤ２は一致するように設計されており、中心点ＰＣ４とＰＤ２の距離がショットエリアＣに対するショットエリアＤの配列誤差になる。これらの距離を測定して配列誤差を求める。
【００４１】
特に、ショットエリアＤは、ショットエリアＢに対する配列誤差と、ショットエリアＣに対する配列誤差の２つの配列誤差を有する。このことにより、ショットエリアＤは、平行移動の距離だけでなく、回転、倍率と非直交による配列誤差が評価可能である。以下では、ショットエリアＤについて、ショットエリアＢに対する配列誤差と、ショットエリアＣに対する配列誤差の計測方法と、これら２つの配列誤差から、回転、倍率と非直交のそれぞれの配列誤差成分の算出方法を説明する。
【００４２】
図４はウェーハ上に現像されたアウターマークとインナーマークから配列誤差を計測する方法を説明するための図である。この図は図１のステップＳ２における現像とステップＳ３における配列誤差の計測に対応するものである。図３の露光後に現像を行う事により、ウェーハ上にレジストによる図４のようなデバイスパターン６とアウターマーク１、２とインナーマーク３、４が形成される。
【００４３】
中心点ＰＤ１と中心点ＰＢ３は一致しておらず配列誤差を有する。まず、図２と同じ方向にｘ座標の方向とｙ座標の方向を定める。中心点ＰＢ３に対する中心点ＰＤ１のｘ座標の差分Ｅｘ１（いわゆる中心点ＰＤ１での配列誤差のｘ成分）と、ｙ座標の差分Ｅｙ１（いわゆる中心点ＰＤ１での配列誤差のｙ成分）を測定する。同様に、中心点ＰＣ４に対する中心点ＰＤ２のｘ座標の差分Ｅｘ２（いわゆる中心点ＰＤ２での配列誤差のｘ成分）と、ｙ座標の差分Ｅｙ２（いわゆる中心点ＰＤ２での配列誤差のｙ成分）を測定する。なお、実際には合わせずれを計測できる装置（たとえば光学式合わせずれ検査装置等）でＥｘ１、Ｅｙ１は計測可能である。
【００４４】
図５は配列誤差を構成する各成分を模式的に示す図である。これより、配列誤差は主に回転誤差成分ΘＲ、倍率誤差ｘ成分Ｍｘ、倍率誤差ｙ成分Ｍｙ、直交度誤差成分ΘＯで構成されると考えられる。ここで、平行移動の誤差成分を省略しているのは、露光装置の動作機構に起因し、平行移動の誤差の発生要因となるウェーハのステッピング機構は通常他の誤差成分の発生要因にならないからである。すなわち平行移動の誤差を区別して考える目的で省略した。ここで、回転誤差成分ΘＲは、ショットエリアの中心を回転中心として回転移動した誤差成分のことで、この成分によりレチクルに対して回転した像がウェーハに転写される。したがって、この回転誤差成分ΘＲに対する、露光装置における補正は、例えばショットエリアの配列方向（ウェーハのステッピング方向）とショットエリアの辺とを平行にすることである。倍率誤差ｘ成分Ｍｘによっては、レチクル内の任意の２点間の距離のｘ成分がウェーハ上で一定倍率に転写される。倍率誤差ｙ成分Ｍｙによっては、レチクル内の任意の２点間の距離のｙ成分がウェーハ上で一定倍率に転写される。直交度誤差成分ΘＯによるとレチクル上の直角がウェーハ上に直角に転写されない。これら倍率誤差ｘ成分Ｍｘ、倍率誤差ｙ成分Ｍｙと直交度誤差成分ΘＯに対する露光装置における補正は、例えばウェーハ上へショットエリアを結像させる光学的機構の調整による。
【００４５】
次に、倍率誤差ｘ成分Ｍｘ、倍率誤差ｙ成分Ｍｙ、回転誤差成分ΘＲと直交度誤差成分ΘＯを求める。倍率誤差ｘ成分Ｍｘは式１で表される。倍率誤差ｙ成分Ｍｙは式２で表される。回転誤差成分ΘＲは式３で表される。直交度誤差成分ΘＯは式４で表される。
【００４６】
【数１】
Ｍｘ＝（Ｅｘ２−Ｅｙ２×｜Ｙ２／Ｘ２｜）／２／Ｘ２    ・・・・式１
Ｍｙ＝（Ｅｙ１−Ｅｘ１×｜Ｘ１／Ｙ１｜）／２／Ｙ１    ・・・・式２
ΘＲ＝Ｅｙ２／２／Ｘ２                                 ・・・・式３
ΘＯ＝−Ｅｘ１／２／Ｙ１−Ｅｙ２／２／Ｘ２             ・・・・式４
ここで、Ｘ１は図２のアウターマーク１の中心点Ｐ１のｘ座標、Ｙ１はＰ１のｙ座標、Ｘ２はアウターマーク２の中心点Ｐ２のｘ座標、Ｙ２はＰ２のｙ座標、Ｅｘ１は図４の中心点ＰＤ１での配列誤差のｘ成分、Ｅｙ１はＰＤ１での配列誤差のｙ成分、Ｅｘ２は点ＰＤ２での配列誤差のｘ成分、Ｅｙ２はＰＤ２での配列誤差のｙ成分である。
【００４７】
次に、図１のステップＳ５の算出したすべての誤差成分が許容値以下か判定する。許容値は、露光装置の再現性や補正の精度等の性能と、露光装置を利用して製造される半導体製品のスペックに基づき決定する。許容値の大きさによるが、１回目の露光現像ではいずれかの誤差成分が許容値を超えてしまう。そこで、ステップＳ６でウェーハからレジストを剥離し、ステップＳ７で算出した４つの誤差成分に基づいて露光装置の補正を行う。そして、ステップＳ２に戻る。ここで形成されるフローのループはステップＳ５の算出したすべての誤差成分が許容値以下になるまで繰り返される。
【００４８】
図６はすべての誤差成分が許容値以下である場合の、ウェーハ上に現像されたアウターマークとインナーマークの配置図である。この図は図１の終了時に対応するものである。ショットエリアＡによるインナーマーク４Ａと、ショットエリアＢによるアウターマーク２Ｂは中心が重なるように配置されている。ショットエリアＡによるインナーマーク３Ａと、ショットエリアＣによるアウターマーク１Ｃは中心が重なるように配置されている。ショットエリアＢによるインナーマーク３Ｂと、ショットエリアＤによるアウターマーク１Ｄは中心が重なるように配置されている。ショットエリアＣによるインナーマーク４Ｃと、ショットエリアＤによるアウターマーク２Ｄは中心が重なるように配置されている。このように、各誤差成分を露光装置の補正値として再度露光を行うことで、マークの合わせズレ誤差が零、即ちウェーハ上にデバイスパターン６を正方格子状に配置することができる。
【００４９】
図７は本発明の第１の実施の形態に係る配列誤差を低減する半導体装置の製造方法のフローチャート図である。以下に、チャートに沿って製造方法を説明する。
【００５０】
（イ）まず、ステップＳ１１においてウェーハを用意する。
【００５１】
（ロ）次に、ステップＳ１２において最初の露光を図１のフローに沿って実行する。露光には露光装置１を使用する。図１３（ａ）に示すように露光装置１の最大のショットエリアは２５ｍｍ×３３ｍｍであるので、デバイスパターンのサイズ（いわゆるチップサイズ）が２２ｍｍ×１１ｍｍのデバイスを３つ配置する図２のようなショットエリアを有するレチクルを作製する。そして、図６のようにウェーハ上に配列誤差を低減したデバイスパターン６を形成する。
【００５２】
（ハ）図７のステップＳ１３においてウェーハのエッチングや不純物拡散等の加工を行う。
【００５３】
（ニ）ステップＳ１４において１回目の露光現像によるパターンとの重ね合わせ誤差を小さくする補正方法を用いる新たなパターンによる２回目の露光を行う。露光には露光装置２を使用する。図１３（ｂ）に示すように露光装置２の最大のショットエリアは２２ｍｍ×２２ｍｍであるので、デバイスパターンのサイズが２２ｍｍ×１１ｍｍのデバイスを２つ配置するショットエリアを有するレチクルを作成する。
【００５４】
図８は、露光装置２で２回目の露光を行う際のステップアンドリピートするショットエリアの配置を１回目の露光によるデバイスパターンに対して示す図である。２回目の露光では、１回目の露光現像によるデバイスパターン６に２回目の露光のデバイスパターン８を重ね合わせる。この重ね合わせには、１回目の露光のショットエリアと、２回目の露光のショットエリアに位置合わせ用のパターン（いわゆるアライメントマーク）設けておき、ウェーハ上で互いのアライメントマークが重なるように２回目の露光のショットエリアの位置を動かして露光している。さらに、１回目の露光によるデバイスパターンに対して、精度良く２回目の露光によるデバイスパターンを合わせるため、１回目の露光で形成したアライメントマーク位置を読んでその誤差を２回目の露光の時に補正することができるエンハンストグローバルアライメント（ＥＧＡ）を用いてもよい。そして、１回目の露光で配列誤差が小さくなるようにデバイスパターン６が配列されているので、２回目の露光ではすべてのショットエリア９で精度の高い重ね合わせができる。
【００５５】
（ホ）図７のステップＳ１５において半導体装置の製造工程に基づいてウェーハのエッチングや不純物拡散等の加工を行う。
【００５６】
（ヘ）そして、半導体装置の製造工程に基づいて適宜ステップＳ１４に戻り３回目の露光に使用するパターンを用いた露光と、ステップＳ１５で３回目の露光に応じたウェーハの加工を行う。以降、同様に半導体装置の製造工程に基づいて露光等を行い、半導体装置を完成させこのフローが終了する。なお、適宜ステップＳ１２に戻ってもよい。
【００５７】
このように、１回目の露光のショットエリアが上記の如く正方あるいは長方格子状に配置されていれば、それ以降どの様な配置のショットを合わせても精度良く重ね合わせることが可能になる。
【００５８】
露光装置はウェーハ上に逐次ショットエリアを露光処理している。そのため露光装置の処理速度はウェーハ上に形成すべきショットの数に大きく依存する。ウェーハ１枚あたりの処理時間Ｔtotalは式５で表すことができる。この式５はウェーハ上を行方向に露光を続けていったと仮定している。
【００５９】
【数２】
Ｔtotal＝Ｔload＋Ｔxstep×Ｎshot＋Ｔystep×Ｎrow      ・・・・式５
ここで、Ｔloadはウェーハを所定の位置まで移動あるいは除去する時間、Ｔxstepは横方向に逐次移動する際の一回の時間（チップサイズにより決まる）、Ｔshotはウェーハ上に形成すべきショット数、Ｔystepは縦方向に逐次移動する際の一回の時間（チップサイズにより決まる）、Ｎrowはウェーハ上に形成すべきショットの行数である。これから明らかなようにウェーハ上に露光装置にて形成するショットの数が減るとウェーハ一枚あたりの処理時間が大幅に短縮することができる。
【００６０】
ウェーハ上に形成すべきショットの数（即ちショットマップ）は、通常最大のチップが取れるものが使われる。しかしながらこの配置は露光装置が最大の処理速度を発揮する配置とは同じではない。デバイスのチップサイズが決定すると、ウェーハ上にチップを最大限に取得し得るチップ配置が決まる。この配置が与えられたときにＴtotalを最小にし得るＮshotとＮrowが存在しうる。
【００６１】
本発明によると、デバイスの製造の露光工程、特に最初の露光工程に於いてショット配置を正方あるいは長方格子状に形成することで、その露光のパターンに合わせる後の全て露光工程で露光装置の処理速度が最大となるショット配置（すなわちＴtotalを最小にし得るＮshotとＮrowによるショット配置）にてウェーハの処理をすることが可能になる。このことで露光装置の生産性を大幅に向上させることが可能になる。
【００６２】
（第２の実施形態）
図９は、１回目の露光と２回目の露光でショットエリア内のデバイスパターンの数が異なる場合の、２回目の露光でのステップアンドリピートするショットエリアの配列の自由度を示す図である。図９（ａ）のように１回目の露光ではショットエリア６内にデバイスパターンが１２こ形成されている。２回目の露光では図９（ｂ）のようにショットエリア８内にデバイスパターンが６こ形成されている。
【００６３】
まず、１回目の露光を行うために、図１の配列誤差を低減する露光のフローを実施する。ウェーハ上には図９（ｃ）のようにショットエリア６内のデバイスパターンが正方格子状あるいは長方格子状に形成される。その後、２回目の露光は図９（ｃ）のようにショットエリア８の内のデバイスパターンを、ショットエリア６内のデバイスパターンに重ね合わせる。ショットエリア６内のデバイスパターンが正方格子状あるいは長方格子状に形成されていることにより、ウェーハ上のすべてのデバイスパターンで１回目に対する２回目の露光の高精度な重ね合わせが可能になる。図９（ｄ）では、（ｃ）に比べて２回目の露光のショットエリア８の配置のみを変更している。このようにショットエリア８を配置しても、ウェーハ上のすべてのデバイスパターンで１回目と２回目の露光の高精度な重ね合わせが可能である。このように、２回目の露光のショットエリア８の配置は任意に設定できるのでステップアンドリピートの回数を最も少なくできる配置の選択が可能である。
【００６４】
（第３の実施形態）
図１０は、円形のウェーハに１回目の露光がされた場合の、２回目の露光でステップアンドリピートするショットエリアの配列の自由度を示す図である。まず、１回目の露光を行うために、図１の配列誤差を低減する露光のフローを実施する。ウェーハ上には図１０（ａ）のようにショットエリア６内のデバイスパターンが正方格子状あるいは長方格子状に形成される。ただし、円形のウェーハ上に四角形のチップを配置していくと、ウェーハ外周部に於いてはショットエリア内の一部のデバイスパターン６のみが有効になる。このときにも、被アライメント層が前記のような自己補正をかけることで正方格子状に配置されていれば、その後の全てのレイヤに於いて、自由なショットレイアウトを選ぶことが可能である。その後、２回目の露光は図１０（ａ）のようにショットエリア８の内のデバイスパターンを、ショットエリア６内のデバイスパターンに重ね合わせる。ショットエリア６内のデバイスパターンが正方格子状あるいは長方格子状に形成されていることにより、ウェーハ上のすべてのデバイスパターンで１回目と２回目の露光の高精度な重ね合わせが可能になる。図１０（ｂ）では、（ａ）に比べて２回目の露光のショットエリア８の配置のみを変更している。このようにショットエリア８を配置しても、ウェーハ上のすべてのデバイスパターンで１回目と２回目の露光の高精度な重ね合わせが可能である。このように、２回目の露光のショットエリア８の配置は任意に設定できるので、ステップアンドリピートの回数を最も少なくできる配置の選択が可能になり、１回目と２回目の露光のショットエリアの大きさの異同にかかわらず、２回目以降の露光でスループットが最高になるような配置（いわゆるショットマップ）を用いることができ、高速な露光処理が可能になる。
【００６５】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は１つの実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００６６】
本発明の第１の実施の形態に係るレチクルでは、配列誤差の測定用のマークとしてアウターマークとインナーマークの２組を配置したが、図１１のようにショットエリア１８の４角に大きさのすべて異なる４つのマーク１、２、３、４を配置してもよい。図１２のように、ショットエリアが露光時にステッピングするウェーハ上の位置を示す。４つのショットエリアＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、図１１のショットエリア１８と同一のものである。そして、ショットエリアＡのマークＡ１の中心と、ショットエリアＢのマークＢ２の中心は一致するように設計されている。ショットエリアＡのマークＡ３の中心と、ショットエリアＣのマークＣ２の中心は一致するように設計されている。ショットエリアＢのマークＢ４の中心と、ショットエリアＤのマークＤ１の中心は一致するように設計されている。ショットエリアＣのマークＣ４の中心と、ショットエリアＤのマークＤ３の中心は一致するように設計されている。ショットエリアＡのマークＡ４の中心と、ショットエリアＢのマークＢ３と、ショットエリアＣのマークＣ１の中心と、ショットエリアＤのマークＤ２の中心は一致するように設計されている。ショットエリア間の配列誤差は図４と同様に測定できるが、その数は１０個に上り４個である第１の実施の形態と比べ２倍以上に増える事から一層の精度の向上が可能である。
【００６７】
また、本発明の実施の形態では、ショットエリア内に複数のデバイスパターンが形成される場合を示したが、本発明によれば複数のショットエリアにまたがるような大きな半導体装置の製造も可能である。
【００６８】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、重ね合わせ誤差の許容範囲の小さい工程に於いても露光装置のショットエリアを有効に使用できるように配列誤差の低減が可能な露光方法を提供できる。このことにより、露光装置の処理速度を最大にしうるショットレイアウトを選択することが可能になり、露光装置の使用効率そして生産性を向上できる。
【００７０】
また、本発明によれば、重ね合わせ誤差の許容範囲の小さい工程に於いても露光装置のショットエリアを有効に使用できるように配列誤差の低減が可能な露光方法に使用するレチクルを提供できる。
【００７１】
本発明によれば、重ね合わせ誤差の許容範囲の小さい工程に於いても露光装置のショットエリアを有効に使用できるように配列誤差の低減が可能な半導体装置の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る配列誤差を低減する露光方法のフロチャート図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るレチクルのショットエリア内の平面図である。
【図３】ショットエリアが露光時にステッピングするウェーハ上の位置を示す図である。
【図４】ウェーハ上に現像されたアウターマークとインナーマークから配列誤差を計測する方法を説明するための図である。
【図５】配列誤差を構成する各成分を模式的に示した図である。
【図６】すべての誤差成分が許容値以下である場合の、ウェーハ上に現像されたアウターマークとインナーマークの配置図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る配列誤差を低減する半導体装置の製造方法のフロチャート図である。
【図８】露光装置２で２回目の露光を行う際のステップアンドリピートするショットエリアの配置を１回目の露光によるデバイスパターンに対して示す図である。
【図９】１回目の露光と２回目の露光でショットエリア内のデバイスパターンの数が異なる場合の、２回目の露光でステップアンドリピートするショットエリアの配列の自由度を示す図である。
【図１０】円形のウェーハに１回目の露光がされた場合の、２回目の露光でステップアンドリピートするショットエリアの配列の自由度を示す図である。
【図１１】本発明のその他の実施の形態に係るレチクルのショットエリア内の平面図である。
【図１２】ショットエリアが露光時にステッピングするウェーハ上の位置を示す図である。
【図１３】２台の露光装置のショットエリアと半導体装置のデバイスパターンの大きさの関係を示す図である。
【図１４】ショットエリアの異なる２台の露光装置を異なったまま使用して露光したデバイスパターンのウェーハ上の位置関係を示す図である。
【符号の説明】
１、２  アウターマーク
３、４  インナーマーク
５、１１、１２、１８  ショットエリア
６、８  デバイスパターン
７  スクライブライン
８  ２回目の露光のデバイスパターン
９  ２回目の露光のショットエリア
１０  ウェーハエッジ
１３、１４、１５、１６、１７  パターン群
【図１】
0004040210.tif 000002
【図２】
0004040210.tif 000003
【図３】
0004040210.tif 000004
【図４】
0004040210.tif 000005
【図５】
0004040210.tif 000006
【図６】
0004040210.tif 000007
【図７】
0004040210.tif 000008
【図８】
0004040210.tif 000009
【図９】
0004040210.tif 000010
【図１０】
0004040210.tif 000011
【図１１】
0004040210.tif 000012
【図１２】
0004040210.tif 000013
【図１３】
0004040210.tif 000014
【図１４】
0004040210.tif 000015