フォトマスクおよび半導体装置の製造方法
【課題】 コスト上昇を招くことのない方法によってウェーハ上に形成される露光ショットの配列誤差を低減し、ショットエリアの大きさが異なる露光装置を混用しても上下のマスクパターンの重ね合わせ精度が向上できるフォトリソ工程を提供する。
【解決手段】 露光装置に露光ショットの配列誤差測定用マークを備えたフォトマスクを装着し、ウェーハ上に前記マークのレジストパターンを形成した後、前記マークを用いて露光ショット配列誤差に基づくズレに関する量を測定する。次に測定した量を上下パターンレイヤの重ね合わせ誤差と見なした時の誤差成分を算出し、さらにこの誤差成分から露光ショット配列誤差に関する誤差成分を算出する。次にこの結果を判定し、誤差成分値が所定の基準を満たさない場合は算出した露光ショット配列に関する誤差成分値を用いて露光装置のパラメータを補正し、基準を満たすようにする。
【解決手段】 露光装置に露光ショットの配列誤差測定用マークを備えたフォトマスクを装着し、ウェーハ上に前記マークのレジストパターンを形成した後、前記マークを用いて露光ショット配列誤差に基づくズレに関する量を測定する。次に測定した量を上下パターンレイヤの重ね合わせ誤差と見なした時の誤差成分を算出し、さらにこの誤差成分から露光ショット配列誤差に関する誤差成分を算出する。次にこの結果を判定し、誤差成分値が所定の基準を満たさない場合は算出した露光ショット配列に関する誤差成分値を用いて露光装置のパラメータを補正し、基準を満たすようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の一連の製造工程のうちフォトリソ工程に関し、特にウェーハ上への露光ショット配列精度を向上させる方法およびそのためのフォトマスクに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路装置や、液晶表示板に代表される表示素子デバイス等の製造にはフォトリソ工程が含まれている。特に半導体集積回路のフォトリソ工程を構成する露光工程においては、フォトマスク（レチクル）上に形成された回路素子パターンを、露光装置を用いて半導体基板（ウェーハ）上のレジスト膜に縮小投影し、露光ショットの逐次繰り返し（ステップ・アンド・リピート）を行うことで転写している。露光を行うに際しては、１枚のウェーハから最大数の半導体集積回路チップが採れるようにウェーハ上のチップ配置（チップレイアウト）が予め決められ、これに基づいてショットエリア（露光装置により１回の露光で露光されるウェーハ上の領域）の配置（ショットレイアウト）が決定される。
【０００３】
現在半導体製造に使用されている主要な縮小投影型露光装置にはステップ・アンド・リピートタイプの装置（ステッパ）とステップ・アンド・スキャンタイプの装置（スキャナ）がある。ステッパは投影光学系を介してレチクルを搭載するレチクルステージおよび被露光ウェーハを搭載するウェーハステージの相対位置を固定して露光するのに対して、スキャナは投影光学系を介してレチクルステージとウェーハステージとを同期を取って相対的に移動させながら露光する。これによりスキャナのショットエリアの方がステッパより広くなるという相違を生ずる。
【０００４】
従来の露光工程は、半導体集積回路の最初の回路パターンレイヤの露光から最後の回路パターンレイヤの露光まで終始一貫して同一タイプの露光装置を用い、同一のショット配列で行うのが普通であった。しかし近年例えば量産現場においては、生産設備の運用効率などから、１種類の半導体デバイスの製造に対してもショットエリアの大きさが異なる露光装置を混用して使用したいという要請が大きい。しかしこのような場合は、露光ショット配列誤差が原因となって上下層のマスクパターンレイヤの高精度重ね合わせに困難をきたす等の問題点の発生が予想され、これを回避するための方法が特許文献１に記載されている。
【０００５】
以下に特許文献１に記載された方法の概要を簡単に説明する。図１１〜図１３は特許文献１に記載された図面であり、図１１はショットエリアの異なる２台の露光装置を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。露光装置に用いる１枚のフォトマスク上には普通、同一のデバイスパターンが繰り返し複数個形成され、１露光ショットで複数個のデバイスパターンを同時に形成し、露光工程の生産効率を向上させている。図１１のパターン群１３、１４はショットエリアの大きい露光装置で形成されたパターンであり、その中に３つのデバイスパターン６が同時に形成される。パターン群１５、１６、１７はショットエリアの小さい露光装置で形成されたパターンであり、その中に２つのデバイスパターン８が同時に形成される。
【０００６】
図１１に示される例では、１回目の露光工程によりパターン群１３、１４がパターニングされるが、パターン群１３の底辺とパターン群１４の上辺が一致しないショット配列誤差が生じている。この状態で２回目の露光工程においてデバイスパターン６にデバイスパターン８ができるだけ正確に重ね合わさるように露光される。この時、パターン群１５および１７のデバイスパターン８はそれぞれパターン群１３および１４のデバイスパターン６に正確に重ね合わせることが可能であるが、パターン群１６のデバイスパターン８はパターン群１３、１４のいずれのデバイスパターン６にも正確に重ね合わせられない。
【０００７】
この問題に対応するために、特許文献１の技術では露光工程に図１２に示すレチクルを用いる。図１２はレチクルのショットエリア５内の平面図であり、中央部に３つのデバイスパターン６を具える。またショット配列誤差を測定するための組み合わせとなるアウターマークとインナーマークの２対（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）をデバイスパターン６の外部であって且つショットエリア５の各辺近傍に有している。
【０００８】
図１３は、レジストが塗布されたウェーハ上に図１２に示したレチクルのパターンを、露光装置のステッピングにより順次露光するときの、ショットエリア配列の設計位置を示す図である。図１３に示すようにショットエリアＡ〜Ｄのうち、隣接するショットエリア内のインナーマーク、アウターマークが形成された領域が重なるようにショットエリアが配列される。例えばショットエリアＤに注目すると、ショットエリアＤのアウターマーク１の中心点ＰＤ１とショットエリアＢのインナーマーク３の中心点ＰＢ３は一致するように設計され、ショットエリアＤのアウターマーク２の中心点ＰＤ２とショットエリアＣのインナーマーク４の中心点ＰＣ４は一致するように設計され、他のショットエリアおよびマークについても同様に設計されている。
【０００９】
しかし、実際の露光工程によるショット配列ではアウターマークおよびインナーマークの中心点がショット配列誤差に起因して一致せず、多少にかかわらずズレが発生するので、特許文献１の方法では１つのショットエリア内に設けられた２対のマークについて上記中心点間のズレ量を計測し、計測したズレ量を簡単な四則演算式に直接入力してショット配列誤差を回転誤差成分、倍率誤差成分、非直交誤差成分に分解して算出する。そして算出した誤差成分を用いて露光装置のパラメータを補正した後再度露光を行う。以上のようにして特許文献１の技術は、上下層のパターンレイヤ重ね合わせ誤差の許容範囲の小さい露光工程に、ショットエリアの大きさが異なる露光装置を混用できるように、露光ショットの配列誤差の低減を可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−１５４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１が開示するような従来の方法によれば、四則演算式にアウターマークとインナーマークとのズレ量測定値を入力して得られる露光ショット配列の各誤差成分の値は、ウェーハ上に配列された１つの特定ショットについて得られた値である。現実に露光ショット配列誤差の補正を行うにおいては、例えばウェーハ上の複数ショットに対して露光ショット配列誤差成分値のそれぞれを算出し、露光装置のパラメータを補正して露光ショット配列誤差を最小とするような１組の誤差成分補正値を得ることが必要であり、そのために前記算出した複数の誤差成分値に、少なくとも簡単ではない何らかの統計的演算を施すべきものと考えられる。
【００１２】
しかしながら特許文献１にはこの点についての開示がない。もし上記のような統計的処理を施そうとするならば、専用の演算プログラム作成、場合によっては当該演算プログラムを実行するシステムを導入することが必要でありコスト増加に繋がるので、特に半導体集積回路装置などの生産現場においては途中から採用しにくい。生産現場にあっては既存の設備やソフトウェアで対応できることが望ましい。
【００１３】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、コストをほとんど上昇させることなく露光ショット配列誤差を低減させることができる露光工程、およびそのためのフォトマスクを提供し、これにより１つの半導体装置の製造にショットエリアの大きさが異なる異種の露光装置を用いても、上下層のパターンレイヤの高精度な重ね合わせを実現させるものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために用いられる本発明に係るフォトマスクは、ガラス基板上の、露光光が照射されるショットエリアに、半導体装置の回路パターン形成領域と、前記ショットエリアの内側の周辺部に形成された露光ショットの配列誤差測定用マークとを備えたフォトマスクであって、前記露光ショットの配列誤差測定用マークは、互いに寸法または形状が異なるマークの対からなると共に、前記ショットエリア内に３対以上形成され、１対の前記マークのそれぞれが形成される前記ショットエリアにおける位置は、被処理基板上に２つの露光ショットを、前記露光ショットの配列誤差測定用マークが形成された前記ショットエリアの所定部分が重なるように隣接して形成した時に、前記１対のマークのそれぞれが互いに重なる位置となる構成を有する。
【００１５】
本フォトマスクのさらに具体的な形態においては、前記露光ショットの配列誤差測定用マークを構成する１対のマークのそれぞれが、前記半導体装置の回路パターン形成領域を挟んで互いに反対側の、対向する位置に形成される。
【００１６】
また、前記半導体装置の回路パターン形成領域は、場合により前記ショットエリアに複数形成され、それぞれが同一の回路パターンを有する。
【００１７】
本フォトマスクの望ましい形態は、前記ショットエリアが矩形であり、前記露光ショットの配列誤差測定用マークが前記ショットエリア内に４対形成され、前記４対のマークを構成するそれぞれのマークは前記ショットエリアのコーナー部近傍に形成されているものである。そして、前記露光ショットの配列誤差測定用マークを構成する１対のマークをボックス・イン・ボックス構造またはバーズ・イン・バーズ構造とすることができる。
【００１８】
次に上記課題を解決するための本発明に係る半導体装置の製造方法は、露光装置に上述の構成を有するフォトマスクを装着する工程と、前記露光装置を用いて被処理基板上に塗布されたレジスト膜に、互いに隣接する露光ショットを、前記露光ショットの配列誤差測定用マークが形成された前記ショットエリアの所定部分が重なるように配列して露光し、現像により前記レジスト膜に前記露光ショットの配列誤差測定用マークを形成する工程と、前記レジスト膜に形成された前記露光ショットの配列誤差測定用マークのズレに関する量を測定する工程と、前記測定された前記露光ショットの配列誤差測定用マークのズレに関する量を上層と下層のマスクパターンレイヤの重ね合わせ誤差と見なし、測定された当該ズレに関する量に基づいて前記重ね合わせ誤差に関する誤差成分を算出する工程と、前記算出された重ね合わせ誤差に関する誤算成分から露光ショット配列誤差に関する誤差成分を算出する工程とを含むものである。
【００１９】
本発明に係る半導体装置の製造方法の一形態においては、前記露光ショットの配列誤差測定用マークのズレに関する量の測定を、前記被処理基板上に形成された露光ショットから選択された複数の露光ショットに対して行い、前記重ね合わせ誤差に関する誤差成分の算出を、上層と下層のマスクパターンレイヤの重ね合わせを行うＥＧＡ法の露光ショット配列計算モデル式を用いて行う。
【００２０】
さらに、前記露光ショット配列誤差に関する誤差成分の算出に用いる前記重ね合わせに関する誤差成分は露光ショットに関する重ね合わせ誤差成分であり、前記露光ショットに対するＸ−Ｙ直交座標系を用いた時、回転誤差Ｘ成分Ｃｙ（ｒｏｔｓ）、回転誤差Ｙ成分Ｃｘ（ｒｏｔｓ）、倍率誤差Ｘ成分Ｃｘ（ｍａｇｓ）、倍率誤差Ｙ成分Ｃｙ（ｍａｇｓ）とすることができる。
【００２１】
この時、前記重ね合わせ誤差に関する誤算成分から露光ショット配列誤差に関する誤差成分を算出するための式は、前記露光ショット配列誤差に関する誤差成分を回転誤差Ｘ成分Ｘｒｏｔ、回転誤差Ｙ成分Ｙｒｏｔ、倍率誤差Ｘ成分Ｘｍａｇ、倍率誤差Ｙ成分Ｙｍａｇとして、
Ｘｒｏｔ＝−（Ｃｙ（ｍａｇｓ）−Ｃｙ（ｒｏｔｓ））／２
Ｙｒｏｔ＝−（Ｃｘ（ｍａｇｓ）−Ｃｘ（ｒｏｔｓ））／２
Ｘｍａｇ＝（Ｃｘ（ｍａｇｓ）＋Ｃｘ（ｒｏｔｓ））／２
Ｙｍａｇ＝（Ｃｙ（ｍａｇｓ）＋Ｃｙ（ｒｏｔｓ））／２
である。
【００２２】
また、本発明に係る製造方法において、前記レジスト膜に形成された前記露光ショットの配列誤差測定用マークのズレに関する量の測定は、上層と下層のマスクパターンレイヤの重ね合わせ誤差に関する量を測定するために設けられた測定装置を用いて行うことができる。
【００２３】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、前記算出された露光ショット配列誤差に関する各誤差成分の値が予め定められた基準を満たすか否かを判定する工程と、前記判定の結果、前記露光ショット配列誤差に関する誤差成分の値が前記基準を満たさない時は、前記露光ショット配列誤差に関する誤差成分の値に基づいて前記露光装置の露光ショット配列に関する制御パラメータを補正することにより、前記露光ショット配列誤差に関する誤差成分の値が前記基準を満たした状態で、前記露光装置が露光できるようにする工程とを含む形態とすることができる。
【００２４】
本発明に係る半導体装置の製造方法はさらに、前記露光ショット配列誤差に関する各誤差成分の値が前記基準を満たした状態で露光できるようにされた前記露光装置および上記のフォトマスクを用いて、被処理基板上に塗布されたレジスト膜を露光した後現像して第１のパターンを形成する工程と、前記第１のパターンが形成されたレジスト膜を用いて前記被処理基板を加工し、前記被処理基板に前記第１のパターンを形成する工程と、上記のフォトマスクより上層の前記半導体装置の回路パターンの形成領域を備えた第２のフォトマスクを用いて、前記第１のパターンが形成された前記被処理基板上に塗布されたレジスト膜を露光した後現像して第２のパターンを形成する工程とを含む形態とすることができる。
【００２５】
この形態においては、最初に述べたフォトマスクに対して用いる前記露光装置と前記第２のフォトマスクに対して用いる露光装置のショットエリアの大きさが互いに異なるものであってよい。あるいは、最初に述べたフォトマスクおよび前記第２のフォトマスクのそれぞれは、同一の回路パターンから構成される複数の前記半導体装置の回路パターン形成領域を有し、最初に述べたフォトマスクが備える前記半導体装置の回路パターン形成領域の数と前記第２のフォトマスクが備える前記半導体装置の回路パターン形成領域の数とは互いに異なるものであってよい。
【００２６】
また、最初に述べたフォトマスクを用いて前記被処理基板上に塗布された前記レジスト膜を露光する工程を前記被処理基板に対する最初の露光工程とすることが望ましい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明による製造方法のうち、露光ショット配列誤差測定用マークを用いて測定されたズレに関する量に基づいて重ね合わせ誤差に関する誤差成分を算出する工程は、重ね合わせ誤差の算出、評価用として製造ラインに常設されているシステム、演算プログラムを利用して行うことができ、従って上記ズレに関する量の測定も製造ラインに常設されている重ね合わせ誤差測定用の装置を利用することができる。また重ね合わせ誤差に関する誤算成分から露光ショット配列誤差に関する誤差成分を算出する式は、具体的には簡単な四則演算式である。
【００２８】
このため、本発明はコストをほとんど上昇させることなく露光ショット配列誤差を低減させることができ、１種類の半導体装置の製造にショットエリアの大きさが異なる露光装置を用いても上下のマスクパターンレイヤの高精度な重ね合わせが実現できる。また本発明に係るフォトマスクはショットエリア内に３対以上の露光ショット配列誤差測定用マークを備えているので、露光ショット内の重ね合わせ誤差と見なした時の誤差成分を容易に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係るフォトマスク上のパターンレイアウトを示す平面図。
【図２】本発明に係るフォトマスクを用いた露光ショット配列を示す図。
【図３】露光ショット配列誤差または重ね合わせ誤差の誤差成分を説明する図。
【図４】露光ショット配列の回転誤差Ｘ成分と露光ショット配列誤差測定用マークのズレとの関係を示す図。
【図５】露光ショット配列の回転誤差Ｙ成分と露光ショット配列誤差測定用マークのズレとの関係を示す図。
【図６】露光ショット配列の倍率誤差Ｘ成分と露光ショット配列誤差測定用マークのズレとの関係を示す図。
【図７】露光ショット配列の倍率誤差Ｙ成分と露光ショット配列誤差測定用マークのズレとの関係を示す図。
【図８】本発明に係る露光ショット配列誤差の各誤差成分算出法の検証結果を示す図。
【図９】本発明に係る露光ショット配列誤差の各誤差成分算出法の検証結果を示す図。
【図１０】本発明に係るフォトリソ工程を示すフローチャート。
【図１１】露光ショット配列誤差に起因する問題点を示す図。
【図１２】従来のレチクルの平面図。
【図１３】従来のショットエリア配列を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明に係るフォトリソ工程の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３１】
（フォトマスク）
図１は本発明に係るフォトリソ工程で使用するフォトマスク上のパターンレイアウトの一例を示す図である。このパターンはガラス基板上に形成されており、露光光が照射されるフォトマスク上の矩形をした領域１０１はウェーハに形成されたレジストが１回の露光で露光されるショットエリアに対応するので、以降便宜的にショットエリア１０１ということにする。このフォトマスクの例ではショットエリア１０１内の中央部に、完成品として機能する半導体デバイスの回路全体が形成される回路パターン形成領域１０２が３行１列で繰り返し配置される。この３個の半導体デバイスの回路パターン形成領域１０２からなる群の周囲であり、またショットエリア１０１の周辺部でもある位置の各辺に沿って露光ショット配列誤差測定用のマークが複数設けられる。なお図示していないが上層および下層マスクパターンレイヤの重ね合わせ誤差測定用のマークは別途これとは異なる箇所に設けられる。
【００３２】
露光ショット配列誤差測定用のマークは、上層と下層のフォトマスクパターンの重ね合わせズレ量を測定するための、一般的に知られたマークと同一の構造、いわゆるボックス・イン・ボックス構造を有するものであり、アウターマークＯＭ１、ＯＭ２、ＯＭ３、ＯＭ４、およびインナーマークＩＭ１、ＩＭ２、ＩＭ３、ＩＭ４で構成される。本フォトマスクは、３個の回路パターン形成領域１０２の群を挟んで互いに対向するアウターマークとインナーマークの対４組（ＯＭ１、ＩＭ３）、（ＯＭ２、ＩＭ４）、（ＯＭ３、ＩＭ１）、（ＯＭ４、ＩＭ２）を有する。
【００３３】
これらのマークは少なくとも矩形、通常正方形であり、図のように正方形の対角線の交点をその中心とする。本発明の実施形態ではマークをボックス・イン・ボックス構造としているが、いわゆるバーズ・イン・バーズ構造など他の形態を有するものでもよい。
【００３４】
アウターマークおよびインナーマークの各位置は、ショットエリア１０１の辺に平行な軸を有するＸ−Ｙ座標系（図１参照）を設定し、各マークの中心座標で表すと下記の通りとなる。
【００３５】
アウターマーク インナーマーク
ＯＭ１ （Ｘ４、Ｙ３） ＩＭ１ （Ｘ４、Ｙ２）
ＯＭ２ （Ｘ２、Ｙ４） ＩＭ２ （Ｘ３、Ｙ４）
ＯＭ３ （Ｘ１、Ｙ２） ＩＭ３ （Ｘ１、Ｙ３）
ＯＭ４ （Ｘ３、Ｙ１） ＩＭ４ （Ｘ２、Ｙ１）
各マークの中心位置の座標が以上のようになることから、インナーマークＩＭ２の中心とアウターマークＯＭ４の中心を結んだ直線、およびインナーマークＩＭ４の中心とアウターマークＯＭ２の中心を結んだ直線はショットエリア１０１のＹ軸方向の辺と平行である。また、インナーマークＩＭ３の中心とアウターマークＯＭ１の中心を結んだ直線、およびインナーマークＩＭ１の中心とアウターマークＯＭ３の中心を結んだ直線はショットエリア１０１のＸ軸方向の辺と平行である。従って上記４本の直線で形成される四辺形はショットエリア１０１と平行な辺を有する矩形となる。
【００３６】
また、インナーマークＩＭ２の中心とアウターマークＯＭ２の中心を結んだ直線、およびインナーマークＩＭ４の中心とアウターマークＯＭ４の中心を結んだ直線はショットエリア１０１のＸ軸方向の辺と平行であり、インナーマークＩＭ３の中心とアウターマークＯＭ３の中心を結んだ直線、およびインナーマークＩＭ１の中心とアウターマークＯＭ１の中心を結んだ直線はショットエリア１０１のＹ軸方向の辺と平行である。従って上記４本の直線で形成される四辺形はショットエリア１０１と平行な辺を有する矩形となる。インナーマーク、アウターマークとも図１に示すようにショットエリア１０１の各コーナー部近傍に配置するのが望ましい。
【００３７】
次にフォトマスクに形成された各パターンの相対的位置関係を説明すると、回路パターン形成領域１０２間のＹ軸方向の間隔はｄで等しい。またインナーマーク１Ｍ２またはアウターマークＯＭ２の中心と回路パターン形成領域１０２との距離ｄ１、およびインナーマークＩＭ４またはアウターマークＯＭ４と回路パターン形成領域１０２との距離ｄ２の和ｄ１＋ｄ２はｄとなるように設計されている。このことにより、例えば図１のショットにおけるアウターマークＯＭ４およびインナーマークＩＭ４の中心が、それぞれ当該ショットの下方に隣接するショットにおけるインナーマークＩＭ２およびアウターマークＯＭ２の中心に一致するよう配列された場合には、当該ショットの回路パターン形成領域１０２と下方に隣接するショットの回路パターン形成領域１０２との距離がｄとなる。このようにして、ウェーハ全面に渡ってすべての回路パターン形成領域１０２をＹ軸方向に等距離ｄで配置することができる。
【００３８】
また、回路パターン形成領域１０２とインナーマークＩＭ３の中心およびアウターマークＯＭ３の中心との距離はｗ１、アウターマークＯＭ１の中心およびインナーマークＩＭ１の中心との距離はｗ２に設定されている。従って図１のショットにおけるアウターマークＯＭ１およびインナーマークＩＭ１の中心が、それぞれ例えば当該ショットの右側に隣接するショットにおけるインナーマークＩＭ３およびアウターマークＯＭ３の中心に一致するように配列された場合は、当該ショットの回路パターン形成領域１０２と右側に隣接するショットの回路パターン形成領域１０２との距離はｗ１＋ｗ２となる。このようにしてウェーハ全面に渡ってすべての回路パターン１０２をＸ軸方向に等距離ｗ１＋ｗ２で配置することができる。
【００３９】
（露光工程におけるショット配列方法）
図２は、図１に示したフォトマスクを用いてウェーハ表面上に塗布されたレジストを露光する時、どのように露光ショットを配列していくか、その露光ショットの設計上の配列を示す図である。図２では注目する露光ショットｓとその四方に配置する露光ショットａ、ｂ、ｃ、ｄのみを示し、また煩雑性を避けるために重要性の低いマークの符号は省略している。必要な場合は図１を参照することによって理解できる。図２に示すようにショット配列誤差測定用マークが形成されたショットエリアの部分を各ショットエリアについて互いに重ねて露光し、露光ショットを配列する。
【００４０】
具体的に説明すると、露光ショットｓの上方に隣接する露光ショットａの配列については、露光ショットｓのインナーマークＩＭ２（ｓ）の中心と露光ショットａのアウターマークＯＭ４（ａ）の中心が一致し、且つ露光ショットｓのアウターマークＯＭ２（図１)の中心と露光ショットａのインナーマークＩＭ４の中心が一致するように配列する。露光ショットｓの左に隣接する露光ショットｂの配列については、露光ショットｓのインナーマークＩＭ３（ｓ）の中心と露光ショットｂのアウターマークＯＭ１（ｂ）の中心が一致し、且つ露光ショットｓのアウターマークＯＭ３（図１)の中心と露光ショットｂのインナーマークＩＭ１の中心が一致するように配列する。
【００４１】
露光ショットｓの下方に隣接する露光ショットｃの配列については、露光ショットｓのインナーマークＩＭ４（ｓ）の中心と露光ショットｃのアウターマークＯＭ２（ｃ）の中心が一致し、且つ露光ショットｓのアウターマークＯＭ４（図１)の中心と露光ショットｃのインナーマークＩＭ２の中心が一致するように配列する。露光ショットｓの右に隣接する露光ショットｄの配列については、露光ショットｓのインナーマークＩＭ１（ｓ）の中心と露光ショットｄのアウターマークＯＭ３（ｄ）の中心が一致し、且つ露光ショットｓのアウターマークＯＭ１（図１)の中心と露光ショットｄのインナーマークＩＭ３の中心が一致するように配列する。
【００４２】
上記ショット配列で露光し、現像したレジストパターンも図２と同じショット配列を有する。こうして形成されるレジストパターン上の露光ショット配列誤差測定用マークは８個すべてがアウターマークにインナーマークを内蔵する形状となり、どの露光ショット間の重ね合わせによって形成されたかは見かけ上特定できないが、後に説明する通り、予め決定した図２に示す円内の４箇所のマーク対を露光ショット配列誤差測定に使用する。
【００４３】
以上の露光ショット配列方法から分かるように、本発明によるフォトマスクの露光ショット配列誤差測定用マークは次のような特徴を有する。すなわち露光ショット配列誤差測定用マークは互いにサイズや形状が異なる２個のマークの対を構成する。そして図２に示したように、露光ショット配列誤差測定用マークが形成されたショットエリアの所定部分が重なるように隣接する露光ショットが被処理基板上に配列されるのであるが、この時前記マークの対のそれぞれが互いに重ね合わさるようにフォトマスク上に配置される。さらにフォトマスクにはこの対が３対以上設けられる。
【００４４】
（露光ショット配列誤差の算出方法）
図２に示す露光ショット配列は理想としての設計上の配列であるからすべてのアウターマークとインナーマークの中心が一致するが、現実の露光ショット配列ではト配列誤差が存在するために中心が一致せず、アウターマークとインナーマークの中心にズレが生ずる。本発明に係る露光ショット配列誤差の算出方法は第１に、図２に示すような所定のアウターマークとインナーマークの複数（４つ）の組み合わせ（ＩＭ２（ｓ）、ＯＭ４（ａ））、（ＩＭ３（ｓ）、ＯＭ１（ｂ））、（ＩＭ４（ｓ）、ＯＭ２（ｃ））、（ＩＭ１（ｓ）、ＯＭ３（ｄ））につきそれらマークの中心の相対的位置ズレ量を測定するステップを含む。
【００４５】
測定された相対的位置ズレ量は当然のことながら露光ショット配列誤差に起因するものであるが、本発明による露光ショット配列誤差の算出方法は第２に、このズレ量を上層および下層のマスクパターンレイヤ間の重ね合わせズレ量とみて、上記相対的位置ズレ量の測定値から重ね合わせ誤差に関する複数の誤差成分を求めるステップを含む。この複数の誤差成分は、それらを合成することによって元の誤差を再現できるものである。図２を参照すると、露光ショットａ、ｂ、ｃ、ｄを下層のマスクパターンレイヤとみなし、露光ショットｓを下層マスクパターンレイヤに重ね合わせるべき上層マスクパターンレイヤとみなすことができる。フォトマスクパターンの重ね合わせを行う時、例えば下層のマスクパターンレイヤのアウターマークに上層のマスクパターンレイヤのインナーマークを合わせるのが普通であり、従って重ね合わせズレ量とみなして測定するときは、露光ショットｓのインナーマーク位置にある円内のマークの組み合わせを使用することになる。
【００４６】
また、重ね合わせズレ量とした測定結果から重ね合わせ誤差に関する複数の誤差成分を求める方法として、本発明においては例えば露光工程において上層および下層のマスクパターンレイヤ間の重ね合わせを行うエンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）の手法を用いることができる。ＥＧＡ方式の基本的な考え方は、ウェーハ上に２次元状に配列形成された下層マスクパターンレイヤに関する露光ショットのうち、複数の露光ショットを選択し、選択された露光ショットについて実測した重ね合わせズレ結果を統計処理してウェーハ上の全露光ショットの配列を求め、この配列に従って上層マスクパターンレイヤに関する露光ショットの位置合わせを行うものである。
【００４７】
最も基本的なＥＧＡ方式では、ウェーハ自体の露光装置ステージ上での回転誤差、ステージ座標系またはショット配列の直交度誤差（配列の菱形変形誤差）、ウェーハの伸縮誤差（倍率誤差）、ウェーハのオフセット（ウェーハの露光装置ステージ上での所定位置からの平行位置ズレ）など、ウェーハ上全体としての配列、および設計上の配列からの配列誤差成分を求めることができる。しかしながら露光工程において、ショットエリアの大きさが異なる露光装置を混用したときには、実際にはウェーハ全体としての露光ショット配列誤差よりも露光ショット領域自体の変形に基づいて隣接する露光ショットとの間で発生する相対的配列ズレのほうが、上層マスクパターンレイヤの重ね合わせズレに対する影響が大きいと考えられる。
【００４８】
このことから上記ウェーハレベルの誤差に加えて、本発明では少なくとも重ね合わせ誤差成分として露光ショット領域自体の回転誤差、直交度誤差（露光ショット領域自体の菱形変形）、線形伸縮誤差（倍率誤差）をも考慮したＥＧＡ方式の手法を用いる。本発明に係るフォトマスクは図２に示したように、アウターマークおよびインナーマークの中心の相対的位置ズレ量の測定に円内の４個の露光ショット配列誤差測定用マーク、すなわち少なくともショットエリア１０１内に３個のマーク対を備えているので露光ショット領域自体の誤差も考慮したＥＧＡ方式を用いることが可能である。
【００４９】
このＥＧＡ方式において、重ね合わせ誤差としての各種誤差成分を求めるための代表的なモデルが１０パラメータ線形モデルである。計算式は以下のように表される。ズレ量や各マークの中心の位置はＸ−Ｙ直交座標系で表される。
【００５０】
ΔＸ＝Ｃｘ（ｍａｇｗ）Ｘｗ＋Ｃｘ（ｒｏｔｗ）Ｙｗ＋Ｃｘ（ｍａｇｓ）Ｘｓ＋Ｃｘ（ｒｏｔｓ）Ｙｓ＋Ｃｘ００ ・・・・・ （１）
ΔＹ＝Ｃｙ（ｒｏｔｗ）Ｘｗ＋Ｃｙ（ｍａｇｗ）Ｙｗ＋Ｃｙ（ｒｏｔｓ）Ｘｓ＋Ｃｙ（ｍａｇｓ）Ｙｓ＋Ｃｙ００ ・・・・・ （２）
【００５１】
ここで
ΔＸ、ΔＹ：露光ショット配列誤差測定用マークで測定した相対的位置ズレ量のＸ成分およびＹ成分
Ｘｗ、Ｙｗ：ウェーハ中心を原点としたマーク中心位置のＸ座標およびＹ座標
Ｘｓ、Ｙｓ：露光ショット中心を原点としたマーク中心位置のＸ座標およびＹ座標
Ｃｘ（ｍａｇｗ）：ウェーハレベルの倍率誤差のＸ成分
Ｃｘ（ｒｏｔｗ）：ウェーハレベルの回転誤差のＹ成分
Ｃｘ（ｍａｇｓ）：露光ショットの倍率誤差のＸ成分
Ｃｘ（ｒｏｔｓ）：露光ショットの回転誤差のＹ成分
Ｃｘ００：オフセットのＸ成分
Ｃｙ（ｍａｇｗ）：ウェーハレベルの倍率誤差のＹ成分
Ｃｙ（ｒｏｔｗ）：ウェーハレベルの回転誤差のＸ成分
Ｃｙ（ｍａｇｓ）：露光ショットの倍率誤差のＹ成分
Ｃｙ（ｒｏｔｓ）：露光ショットの回転誤差のＸ成分
Ｃｙ００：オフセットのＹ成分
【００５２】
ウエハレベルの直交度誤差についてはＣｘ（ｒｏｔｗ）、Ｃｙ（ｒｏｔｗｆ）、露光ショットの直交度誤差についてはＣｘ（ｒｏｔｓ）、Ｃｙ（ｒｏｔｓ）により計算される。上記の式（１）、（２）の１０個のパラメータ、Ｃｘ（ｍａｇｗ）、Ｃｘ（ｒｏｔｗ）、Ｃｘ（ｍａｇｓ）、Ｃｘ（ｒｏｔｓ）、Ｃｘ００、Ｃｙ（ｍａｇｗ）、Ｃｙ（ｒｏｔｗ）、Ｃｙ（ｍａｇｓ）、Ｃｙ（ｒｏｔｓ）、Ｃｙ００が重ね合わせに対する誤差成分となる。これら誤差成分はＥＧＡ方式によれば次のようにして具体的に求められる。
【００５３】
すなわち、ウェーハ上に塗布したレジストに形成された露光ショットのうち、予め決められた露光ショットを複数個選択し、それぞれの露光ショットについてアウターマークおよびインナーマークの中心の相対的位置ズレ量のＸ成分ΔＸ、Ｙ成分ΔＹを、図２に示す円内の４個の組み合わせマークに対して測定する。測定の対象とした全ての露光ショット内マークの中心位置のＸ座標およびＹ座標Ｘｗ、Ｙｗ、Ｘｓ、Ｙｓは既知であるから、これらの位置座標と対応するΔＸ、ΔＹとを式（１）および（２）に代入して連立方程式を構成し、ΔＸ、ΔＹの二乗の総和が最小となる条件下で演算を行い、１０個のパラメータ値（誤差成分値）を決定する。
【００５４】
以上、重ね合わせ誤差に関する各種誤差成分を求めるための計算モデル式としての１０パラメータ線形モデル式および当該式を用いた誤差成分算出方法を述べた。しかしこれ以外のモデル式として、マーク中心位置に関するウェーハレベルのＸ座標およびＹ座標の２次以上の項を含むより精密な高次非線形計算モデルも、露光ショットに関する誤差成分としてのパラメータを含むものであれば使用することができる。
【００５５】
このように決定される上下層マスクパターンレイヤの重ね合わせに関する１０個の誤差成分のうち、回転誤差成分Ｃｘ（ｒｏｔｓ）、Ｃｙ（ｒｏｔｓ）、倍率誤差成分Ｃｘ（ｍａｇｓ）、Ｃｙ（ｍａｇｓ）は露光ショット内の重ね合わせ誤差を支配する成分である。これらの量の意味は式（１）、（２）の形から理解されるが定性的に説明すると次のようになる。図３は露光ショットの回転誤差成分および倍率誤差成分の概念を図式的に示したものであり、点線の矩形は下層のパターンに正確に重ね合わせが実現したときの上層のパターンに関する設計上のショットエリア配置を示す。図においてＸ−Ｙ座標軸の原点を露光ショットの中心にとっている。
【００５６】
重ね合わせの回転誤差成分は図３（ａ）左端図のように座標軸の原点を中心にして設計上の配置から微小な回転がかかったとみなされる位置ズレである。この回転誤差は回転誤差Ｘ成分と回転誤差Ｙ成分に分解され、回転誤差Ｘ成分は図３（ａ）中央図のようにＸ軸のみがＸ‘軸の位置まで回転することによってＹ軸方向に菱形変形を起こす成分である。従って露光ショット中心を原点としたマーク中心位置のＸ座標をＸｓとすると回転誤差Ｘ成分によるマーク中心位置のＹ軸方向へのズレ量はＣｙ（ｒｏｔｓ）Ｘｓとなる。
【００５７】
また回転誤差Ｙ成分は図３（ａ）右端図のようにＹ軸のみがＹ‘軸の位置まで回転することによってＸ軸方向に菱形変形を起こす成分である。従って露光ショット中心を原点としたマーク中心位置のＹ座標をＹｓとすると回転誤差Ｙ成分によるマーク中心位置のＸ軸方向へのズレ量はＣｘ（ｒｏｔｓ）Ｙｓとなる。これで分かるようにＣｘ（ｒｏｔｓ）、Ｃｙ（ｒｏｔｓ）は角度の単位（ｒａｄ）を持つ。なお、上記モデル式から計算される回転誤差Ｘ成分およびＹ成分を合成しても図３（ａ）左端図に示すような真の回転誤差とならない場合があるが、それはＸ成分、Ｙ成分いずれかに余分な誤差が含まれているためであり、この余剰誤差が純粋な菱形変形である直交度誤差とみなされる。
【００５８】
次に重ね合わせの倍率誤差は図３（ｂ）左端図のように設計上のサイズから座標軸の原点を中心にして伸縮がかかったものとみなされるズレである。この倍率誤差は倍率誤差Ｘ成分と倍率誤差Ｙ成分とに分解されることは明らかである。露光ショット中心を原点としたマーク中心位置のＸ座標をＸｓとすると倍率誤差Ｘ成分によるマーク中心位置のＸ軸方向へのズレ量はＣｘ（ｍａｇｓ）Ｘｓとなり、また露光ショット中心を原点としたマーク中心位置のＹ座標をＹｓとすると倍率誤差Ｙ成分によるマーク中心位置のＹ軸方向へのズレ量はＣｙ（ｍａｇｓ）Ｙｓとなる。従ってＣｘ（ｍａｇｓ）、Ｃｙ（ｍａｇｓ）は倍率の単位（例えばｐｐｍ）を持つことが分かる。
【００５９】
以上は重ね合わせ誤差成分についての説明であるが、図３（ａ）、（ｂ）に示した回転誤差成分、倍率誤差成分は露光ショット配列誤差の誤差成分についても成り立つ。露光ショット配列誤差の場合、図の点線で示す矩形はウェーハ上のレジストに露光された設計上の露光ショット領域となる。そして回転誤差は図３（ａ）では露光ショットの設計上の配置からＸ−Ｙ座標軸の原点を中心にして微小回転ズレを起こして配置される誤差であり、この誤差を有したまま露光ショットが一定のピッチでウェーハ全面に縦横に配列されることになる。
【００６０】
回転誤差成分はＸ成分およびＹ成分で構成され、それぞれ露光ショット領域の菱形変形である。回転誤差Ｘ成分が現れると露光ショット領域の左右の辺は露光ショット領域の中心を原点とし、Ｙ軸に沿って互いに反対方向へ同距離だけずれる。従って例えば注目している露光ショットの右辺とその右側に隣接する露光ショットの左辺とは相対的に反対方向にずれ、その相対的ズレ量はＸ軸に対する辺のズレ量の２倍である。回転誤差Ｙ成分が現れたときもＸ軸に沿って露光ショットの上下の辺が同様なずれ方をする。
【００６１】
露光ショット配列の倍率誤差は図３（ｂ）によればＸ−Ｙ座標軸の原点を中心にして設計上の配置から露光ショット領域の伸縮ズレを起こして配置される誤差であり、この誤差を有したまま露光ショットが一定のピッチでウェーハ全面に縦横に配列されることになる。倍率誤差成分はＸ成分およびＹ成分で構成され、それぞれ露光ショット領域のＸ軸方向、Ｙ軸方向への伸縮である。倍率誤差Ｘ成分が現れると露光ショット領域の左右の辺は露光ショット領域の中心を原点とし、Ｘ軸に沿って互いに反対方向へ同距離だけ伸縮する。従って例えば注目している露光ショットの右辺とその右側に隣接する露光ショットの左辺とは相対的に反対方向にずれ、その相対的ズレ量はＹ軸に対する辺のズレ量の２倍である。倍率誤差Ｙ成分が現れたときもＹ軸に沿って露光ショットの上下の辺が同様なずれ方をする。
【００６２】
本発明に係る露光工程では、重ね合わせ誤差に関するモデル計算式からその誤差に対応する誤差成分を求めることを述べたが、本発明に係るフォトマスクに配置された露光ショット配列誤差測定用のマークの計測から求められる重ね合わせに関する回転、倍率などの誤差成分と露光ショット配列に関する回転、倍率などの誤差成分はその値が異なるため、上記計算式から得られた各誤差成分から露光ショット配列の各誤差成分に換算しなければならない。露光ショット配列に関する、回転誤差Ｘ成分：Ｘｒｏｔ、回転誤差Ｙ成分：Ｙｒｏｔ、倍率誤差Ｘ成分：Ｘｍａｇ、倍率誤差Ｙ成分：Ｙｍａｇを求める式は結果として、
Ｘｒｏｔ＝−（Ｃｙ（ｍａｇｓ）−Ｃｙ（ｒｏｔｓ））／２ ・・・・・（３）
Ｙｒｏｔ＝−（Ｃｘ（ｍａｇｓ）−Ｃｘ（ｒｏｔｓ））／２ ・・・・・（４）
Ｘｍａｇ＝（Ｃｘ（ｍａｇｓ）＋Ｃｘ（ｒｏｔｓ））／２ ・・・・・（５）
Ｙｍａｇ＝（Ｃｙ（ｍａｇｓ）＋Ｃｙ（ｒｏｔｓ））／２ ・・・・・（６）
となる。次にこれらの式につき図４〜図７を用いて説明する。
【００６３】
図４は、露光ショット配列に回転誤差Ｘ成分のみが生じた場合にレジスト上に転写された露光ショット配列誤差測定用のインナーマークおよびアウターマークの位置ズレ状態を示す図である。図は位置ズレを明確にするためにマーク寸法を強調した模式図であり、現実のパターンを示すものではない。またこの図は、図２において配列の回転誤差Ｘ成分が生じた状態を示すもので、注目する露光ショットｓの左右上下に隣接して図２の露光ショットａ、ｂ、ｃ、ｄが配列されている。これらは図５〜図７についても同様である。
【００６４】
図４において回転誤差Ｘ成分がある場合、露光ショットｓは設計上の露光ショット１０３から菱形変形をし、それに伴い、露光ショットｓの中心Ｃを中心としてインナーマークＩＭ１（ｓ）、ＩＭ２（ｓ）はＸ−Ｙ座標系のＹ軸の正方向、ＩＭ３（ｓ）、ＩＭ４（ｓ）はＹ軸の負方向へ設計位置から移動する。露光ショット配列においては露光ショットｓの右側に隣接する露光ショットｄ、左側に隣接する露光ショットｂも同様に変形するのでアウターマークＯＭ３（ｄ）はＹ軸の負方向に、ＯＭ１（ｂ）はＹ軸の正方向に移動し、ＩＭ１（ｓ）の中心Ｐ１とＯＭ３（ｄ）の中心Ｑ１、およびＩＭ３（ｓ）の中心Ｐ３とＯＭ１（ｂ）の中心Ｑ３にそれぞれ相対的位置ズレが生じる。
【００６５】
また、露光ショットｓの上側に隣接する露光ショットａ、および下側に隣接する露光ショットｃも同様に変形するが、露光ショットｓのＩＭ２（ｓ）と露光ショットａのＯＭ４（ａ）は共にＹ軸の正方向に同量移動し、また露光ショットｓのＩＭ４（ｓ）と露光ショットｃのＯＭ２(ｃ)は共にＹ軸の負方向に同量移動する。このためＩＭ２(ｓ)の中心Ｐ２とＯＭ４（ａ）の中心Ｑ２、およびＩＭ４（ｓ）の中心Ｐ４とＯＭ２（ｃ）の中心Ｑ４は一致したままとなる。
【００６６】
これに対し、露光ショットｓに重ね合わせに関する回転誤差Ｘ成分が生じたと想定した場合は、下層パターンレイヤのマークとみなされるＯＭ３（ｄ）、ＯＭ４（ａ）それぞれに対し、ＩＭ１（ｓ）、ＩＭ２（ｓ）が共にＹ軸の正方向に移動し、ＯＭ１（ｂ）、ＯＭ２（ｃ）それぞれに対しＩＭ３（ｓ）、ＩＭ４（ｓ）が共にＹ軸の負方向に移動する。このように同じ誤差成分であっても露光ショット配列誤差と重ね合わせ誤差ではマークの相対的位置ズレの挙動が異なるのである。
【００６７】
図４のマーク配置を重ね合わせによって生じた誤差とみなした場合、下層パターンレイヤ（露光ショットａ、ｂ、ｃ、ｄ）の４つのマークの中心で構成される四角形Ｑ１Ｑ２Ｑ３Ｑ４（四角形１０４）の各頂点に上層パターンレイヤ（露光ショットｓ）の４つのマークの中心を合わせるようにすべきところ、四角形Ｐ１Ｐ２Ｐ３Ｐ４（四角形１０５）で示される重ね合わせ誤差が生じたことになる。式（１）および（２）はこのようなインナーマークの中心Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４の重ね合わせ誤差分布に対応したパラメータ、すなわち誤差成分を算出するものである。四角形１０５の４辺は四角形１０４の４辺に対して回転角を有しているため露光ショット配列に関する回転誤差Ｘ成分は重ね合わせ誤差の反時計回りの回転誤差Ｘ成分Ｃｙ（ｒｏｔｓ）を含む。しかし四角形１０４の辺Ｑ１Ｑ２、辺Ｑ３Ｑ４に対し四角形１０５の辺Ｐ１Ｐ２、辺Ｐ３Ｐ４がＹ軸方向に収縮していることから、露光ショット配列に関する回転誤差Ｘ成分は重ね合わせに関する負の倍率誤差Ｙ成分Ｃｙ（ｍａｇｓ）を含む。従って露光ショット配列の回転誤差Ｘ成分はＣｙ（ｒｏｔｓ）−Ｃｙ（ｍａｇｓ）に比例し、この値は図３を参照して説明したように露光ショット配列の回転誤差Ｘ成分の２倍であるから、
Ｘｒｏｔ＝−（Ｃｙ（ｍａｇｓ）−Ｃｙ（ｒｏｔｓ））／２
となる。
【００６８】
図５は、露光ショット配列に回転誤差Ｙ成分のみが生じた場合にレジスト上に転写された露光ショット配列誤差測定用のインナーマークおよびアウターマークの位置ズレ状態を示す図であり、回転誤差Ｘ成分と同様に説明できる。図５において露光ショットｓはＸ軸方向の菱形変形をし、露光ショットｓの中心Ｃを中心としてインナーマークＩＭ２（ｓ）、ＩＭ３（ｓ）はＸ軸の負方向、ＩＭ１（ｓ）、ＩＭ４（ｓ）はＸ軸の正方向へ設計位置から移動する。露光ショットｓの上側に隣接する露光ショットａ、下側に隣接する露光ショットｃも同様に変形し、アウターマークＯＭ４（ａ）はＸ軸の正方向に、ＯＭ２（ｃ）はＸ軸の負方向に移動し、点Ｐ２と点Ｑ２、および点Ｐ４と点Ｑ４にそれぞれ相対的位置ズレが生じる。
【００６９】
また、露光ショットｓの右側に隣接する露光ショットｄ、および左側に隣接する露光ショットｂも同様に変形するが、露光ショットｓのＩＭ１（ｓ）と露光ショットｄのＯＭ３（ｄ）は共にＸ軸の正方向に同量移動し、また露光ショットｓのＩＭ３（ｓ）と露光ショットｂのＯＭ１(ｂ)は共にＸ軸の負方向に同量移動する。このため点Ｐ１と点Ｑ１、および点Ｐ３と点Ｑ３は一致したままとなる。
【００７０】
図５のマーク配置を重ね合わせによって生じた誤差とみなした場合、下層パターンレイヤ（露光ショットａ、ｂ、ｃ、ｄ）の４つのマークの中心で構成される四角形Ｑ１Ｑ２Ｑ３Ｑ４（四角形１０６）に対して上層パターンレイヤ（露光ショットｓ）の４つのマークの中心で構成される四角形Ｐ１Ｐ２Ｐ３Ｐ４（四角形１０７）の重ね合わせ誤差が生じたことになる。四角形１０７の４辺は四角形１０６の４辺に対して回転角を有しているため露光ショット配列に関する回転誤差Ｙ成分は重ね合わせ誤差の反時計回りの回転誤差Ｙ成分Ｃｘ（ｒｏｔｓ）を含む。しかし辺Ｑ２Ｑ３、辺Ｑ４Ｑ１に対し辺Ｐ２Ｐ３、辺Ｐ４Ｐ１がＸ軸方向に収縮していることから、露光ショット配列に関する回転誤差Ｙ成分は重ね合わせに関する負の倍率誤差Ｘ成分Ｃｘ（ｍａｇｓ）を含む。従って露光ショット配列の回転誤差Ｙ成分はＣｘ（ｒｏｔｓ）−Ｃｘ（ｍａｇｓ）に比例し、この値は図３を参照して説明したように露光ショット配列の回転誤差Ｙ成分の２倍であるから、
Ｙｒｏｔ＝−（Ｃｘ（ｍａｇｓ）−Ｃｘ（ｒｏｔｓ））／２
となる。
【００７１】
図６は、露光ショット配列に倍率誤差Ｘ成分のみが生じた場合にレジスト上に転写された露光ショット配列誤差測定用のインナーマークおよびアウターマークの位置ズレ状態を示す図である。図６において、露光ショットｓは設計上の露光ショット１０３から露光ショットｓの中心Ｃを中心としてＸ軸に沿い互いに反対方向に伸縮するが、図は伸張する場合を示す。これに伴い、前記中心Ｃを中心としてインナーマークＩＭ１（ｓ）、ＩＭ２（ｓ）はＸ軸の正方向、ＩＭ３（ｓ）、ＩＭ４（ｓ）はＸ軸の負方向へ設計位置から移動する。露光ショットｓの右側に隣接する露光ショットｄ、左側に隣接する露光ショットｂも同様に伸張するのでアウターマークＯＭ３（ｄ）はＸ軸の負方向に、ＯＭ１（ｂ）はＸ軸の正方向に移動し、点Ｐ１と点Ｑ１、および点Ｐ３と点Ｑ３にそれぞれ相対的位置ズレが生じる。
【００７２】
また、露光ショットｓの上側に隣接する露光ショットａ、および下側に隣接する露光ショットｃも同様な伸張をするが、露光ショットｓのＩＭ２（ｓ）と露光ショットａのＯＭ４（ａ）は共にＸ軸の正方向に同量移動し、また露光ショットｓのＩＭ４（ｓ）と露光ショットｃのＯＭ２(ｃ)は共にＸ軸の負方向に同量移動する。このため点Ｐ２と点Ｑ２、および点Ｐ４と点Ｑ４は一致したままとなる。
【００７３】
図６のマーク配置を重ね合わせによって生じた誤差とみなした場合、下層パターンレイヤ（露光ショットａ、ｂ、ｃ、ｄ）の４つのマークの中心で構成される四角形Ｑ１Ｑ２Ｑ３Ｑ４（四角形１０８）に対して上層パターンレイヤ（露光ショットｓ）の４つのマークの中心で構成される四角形Ｐ１Ｐ２Ｐ３Ｐ４（四角形１０９）の重ね合わせ誤差が生じたものと考えることができる。四角形１０８の辺Ｑ２Ｑ３、辺Ｑ１Ｑ４の長さに対し四角形１０９の辺Ｐ２Ｐ３、辺Ｐ１Ｐ４の長さがＸ軸方向に伸張しており、露光ショット配列に関する倍率誤差Ｘ成分は重ね合わせに関する倍率誤差Ｘ成分Ｃｘ（ｍａｇｓ）を含む。しかし四角形１０９の４辺は四角形１０８の４辺に対して回転角を有しているため、露光ショット配列に関する倍率誤差Ｘ成分は重ね合わせ誤差に関する反時計回りの回転誤差Ｙ成分Ｃｘ（ｒｏｔｓ）を含む。従って露光ショット配列に関する倍率誤差Ｘ成分はＣｘ（ｍａｇｓ）＋Ｃｘ（ｒｏｔｓ）に比例し、この値は図３を参照して説明したように露光ショット配列の回転誤差Ｘ成分の２倍であるから、
Ｘｍａｇ＝（Ｃｘ（ｍａｇｓ）＋Ｃｘ（ｒｏｔｓ））／２
となる。
【００７４】
図７は、露光ショット配列に倍率誤差Ｙ成分のみが生じた場合にレジスト上に転写された露光ショット配列誤差測定用のインナーマークおよびアウターマークの位置ズレ状態を示す図であり、倍率誤差Ｘ成分と同様に説明できる。この場合露光ショットｓは露光ショットｓの中心Ｃを中心としてＹ軸に沿い互いに反対方向に伸縮するが、図は伸張する場合を示す。インナーマークＩＭ２（ｓ）、ＩＭ３（ｓ）はＹ軸の正方向、ＩＭ１（ｓ）、ＩＭ４（ｓ）はＹ軸の負方向へ設計位置から移動する。露光ショットｓの上側に隣接する露光ショットａ、下側に隣接する露光ショットｃのそれぞれにおいてアウターマークＯＭ４（ａ）はＹ軸の負方向に、ＯＭ２（ｃ）はＹ軸の正方向に移動し、こうして点Ｐ２と点Ｑ２、および点Ｐ４と点Ｑ４にはそれぞれ倍率誤差Ｙ成分による相対的位置ズレが生じる。
【００７５】
また、露光ショットｓの右側に隣接する露光ショットｄ、および左側に隣接する露光ショットｂも同様に伸張をするが、露光ショットｓのＩＭ１（ｓ）と露光ショットｄのＯＭ３（ｄ）は共にＹ軸の負方向に同量移動し、また露光ショットｓのＩＭ３（ｓ）と露光ショットｂのＯＭ１(ｂ)は共にＹ軸の正方向に同量移動する。このため点Ｐ１と点Ｑ１、および点Ｐ３と点Ｑ３は一致したままとなる。
【００７６】
図７のマーク配置を重ね合わせによって生じた誤差とみなした場合、下層パターンレイヤ（露光ショットａ、ｂ、ｃ、ｄ）の４つのマークの中心で構成される四角形Ｑ１Ｑ２Ｑ３Ｑ４（四角形１１０）に対して上層パターンレイヤ（露光ショットｓ）の４つのマークの中心で構成される四角形Ｐ１Ｐ２Ｐ３Ｐ４（四角形１１１）の重ね合わせ誤差が生じたことになる。四角形１１０の辺Ｑ１Ｑ２、辺Ｑ３Ｑ４の長さに対し四角形１１１の辺Ｐ１Ｐ２、辺Ｐ３Ｐ４の長さがＹ軸方向に伸張していることから、露光ショット配列に関する倍率誤差Ｙ成分は重ね合わせに関する倍率誤差Ｙ成分Ｃｙ（ｍａｇｓ）を含む。しかし四角形１１１の４辺は四角形１１０の４辺に対して回転角を有しているため、露光ショット配列に関する倍率誤差Ｙ成分は重ね合わせ誤差に関する反時計回りの回転誤差Ｘ成分Ｃｙ（ｒｏｔｓ）を含む。従って露光ショット配列の倍率誤差ｙ成分はＣｙ（ｍａｇｓ）＋Ｃｙ（ｒｏｔｓ）に比例し、この値は図３を参照して説明したように露光ショット配列の回転誤差Ｘ成分の２倍であるから、
Ｙｍａｇ＝（Ｃｙ（ｍａｇｓ）＋Ｃｙ（ｒｏｔｓ））／２
となる。
【００７７】
（露光ショット配列誤差の算出方法の検証）
図８および図９は、本発明による露光ショット配列誤差算出方法の検証結果を示すグラフである。図８は、露光装置に露光ショット配列制御パラメータとしてその配列に関する回転誤差Ｘ成分（Ｘｒｏｔ０）、Ｙ成分（Ｙｒｏｔ０）、倍率誤差Ｘ成分（Ｘｍａｇ０）、Ｙ成分（Ｙｍａｇ０）の値を故意に入力して設定することにより配列誤差が生じるようにした後、前述の本発明に係るフォトマスクを用いて形成したレジストパターン上の露光ショット配列誤差測定用マークにより上記誤差に基づくマークのズレ量を測定し、測定されたマークのズレ量からＥＧＡ方式のモデル計算式を用いて重ね合わせに関する回転誤差Ｘ成分（Ｃｙ（ｒｏｔｓ））、Ｙ成分（Ｃｘ（ｒｏｔｓ））、倍率誤差Ｘ成分（Ｃｘ（ｍａｇｓ））、Ｙ成分（Ｃｙ（ｍａｇｓ））を求めた結果を示す。
【００７８】
図８の横軸は露光装置の配列誤差設定条件であり、縦軸は求められた各誤差成分値である。各誤差成分値のプロットはその垂直下方に示された露光装置設定条件表の４つの誤差成分の１つの組み合わせに対応する。図からわかるように設定された露光ショット配列に関する誤差成分と重ね合わせとしてみた誤差成分とは必ずしも一致しない。
【００７９】
図９は、求められた重ね合わせに関する各誤差成分（図８）を用い、上に説明した式（３）〜（６）を用いて算出した露光ショット配列誤差成分Ｘｍａｇ、Ｙｍａｇ、Ｘｒｏｔ、Ｙｒｏｔと、露光装置に故意に入力・設定した露光ショット配列誤差成分の組み合わせとの関係を示す。横軸は図８と同じであり、縦軸は算出された露光ショット配列誤差成分値である。図９のように配列誤差の設定値と算出された値との一致は良好であり、本発明に係るフォトマスクおよび算出方法によって露光ショット配列誤差の各成分をほぼ正しく求めることができる。
【００８０】
（フォトリソ工程）
以上に説明した本発明に係る露光ショット配列誤差成分算出方法を一工程として含むフォトリソ工程を次に説明する。図１０は本発明によるフォトリソ工程を示す代表的な工程フロー図である。まず、図１に示したフォトマスク（レチクル）を準備し、露光装置のレチクルステージに装着する（工程Ｓ１）。露光装置はステップ・アンド・スキャン方式の縮小投影型露光装置（スキャナ）であり、フォトマスクはウェーハに最初の露光工程を行うための最下層（第１層）パターンレイヤのものとする。次に未だ半導体集積回路パターンが形成されていないシリコンからなるウェーハ上にレジスト膜を塗布し、図１のフォトマスク上に繰り返し配列された複数の回路パターン形成領域１０２および８個の露光ショット配列誤差測定用マーク（ＩＭ１〜ＩＭ４、ＯＭ１〜ＯＭ４）をスキャナを用いてレジスト膜に転写し、現像する（工程Ｓ２）。この時のウェーハはロットを構成する複数のウェーハのうちの少なくとも特定の一つとする。
【００８１】
またこの工程では図２に示すように、露光ショット上の各マークが互いに隣接して配列される露光ショットの対応するマークと重なるように露光することによって露光ショットを配列していく。これによりショットエリアの各マークが形成された領域は通常スクライブレーンとなる。
【００８２】
次に、パターン形成されたウェーハを例えばコータ・デベロパ内に配置された重ね合わせ測定装置に搬送し、この重ね合わせ測定装置で例えば図２に示す円内の４個の露光ショット配列誤差測定用マークの組のそれぞれについて、露光ショット配列誤差に起因して発生した相対的位置ズレに関する量を測定する（工程Ｓ３）。この重ね合わせ測定装置は、フォトリソ工程において上層および下層のマスクパターンレイヤ間の例えばアライメントマーク位置ズレ量のような重ね合わせ誤差に関する量を測定するためにフォトリソ工程ラインに標準的に設けられたものである。
【００８３】
マークの相対的位置ズレ量を測定するための露光ショットの数およびウェーハ上の位置は予め決められており、露光ショット数は５ショット以上、望ましくは１０ショット〜３０ショット程度であり、ウェーハ上にできる限り均一に分布するように選択する。また重ね合わせ測定装置はこの例ではコータ・デベロパにインライン接続されたものであるが、露光系のラインと切離されたオフラインの装置であってもよい。
【００８４】
次いで、マークの相対的位置ズレ量の測定データをＬＡＮなどを通じて例えば露光装置が具備する露光制御装置に伝達し、測定データを元に式（１）、（２）などのＥＧＡの計算式を用いた複雑な演算を露光制御装置を通じて実施し、上下のマスクパターンレイヤの重ね合わせ誤差に関する回転誤差Ｘ成分Ｃｙ（ｒｏｔｓ）、Ｙ成分Ｃｘ（ｒｏｔｓ）、倍率誤差Ｘ成分Ｃｘ（ｍａｇｓ）、Ｙ成分Ｃｙ（ｍａｇｓ）を求める（工程Ｓ３）。続いて露光制御装置により、求めた重ね合わせに関する各種誤差成分値を式（３）〜（６）に代入して１組の露光ショット配列誤差成分Ｘｍａｇ、Ｙｍａｇ、Ｘｒｏｔ、Ｙｒｏｔを算出する（工程Ｓ４）。
【００８５】
次に得られた配列誤差の各成分を、半導体集積回路の製造歩留りや電気特性の許容範囲などから予め定められた露光ショット配列誤差成分の基準値と比較して露光ショット配列の良否を判定する（工程Ｓ５）。そして算出した誤差成分のすべてが基準値以下となっていれば、露光装置の露光ショット配列を制御するパラメータを補正せずに少なくとも前記露光ショット配列誤差成分算出に用いたウェーハ以外の、そのロットに属する残り全ウェーハに露光・現像処理を施してフォトリソ工程を終了する（工程Ｓ８）。さらに必要に応じてこのようにウェーハ上に形成されたレジストパターンを用いて次工程の処理（例えば、エッチング工程やイオン注入工程など）を行なう。
【００８６】
反対に算出された配列誤差の各成分のうち一成分でも基準値を超えていれば、その配列誤差成分値の正負の符号反転値を露光装置に入力し、露光ショット配列に関する制御パラメータを補正する（工程Ｓ６）。この制御パラメータは、露光装置がその光学系や機械系などのハードウェアを通じて、露光ショットを、設定されたとおりの回転成分、倍率成分などを有する状態で露光できるようにするパラメータである。この後ウェーハからレジスト膜を剥離し（工程Ｓ７）、工程Ｓ２に戻って再度工程Ｓ２〜工程Ｓ５を行い、露光ショット配列の良否を判定する。そして算出される配列誤差成分値が基準値以下になるまで工程Ｓ２〜工程Ｓ７を繰り返す。
【００８７】
こうして最終的に露光ショット配列誤差成分値が全て基準値以下となれば、そのロットに属し、少なくとも前記露光所と配列誤差成分算出に用いたウェーハ以外の残り全ウェーハに露光・現像処理を施してフォトリソ工程を終了する。その後ウェーハ上に形成された第１層目の回路パターンを有するレジスト膜をマスクとして例えばエッチング工程やイオン注入工程など次工程の処理によりウェーハ表面に加工を施す。
【００８８】
次に、第２層目の回路パターンを形成するための２回目のフォトリソ工程を行う。２回目のフォトリソ工程に用いる露光装置は、スキャナよりショットエリアが小さいステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型露光装置（ステッパ）とする。従って用いるフォトマスクに繰り返し形成される回路パターン形成領域の数は、最初（第１回目）の回路パターン形成に用いたフォトマスクより少ないものとする。
【００８９】
ウェーハ表面には第１回目のフォトリソ工程後の加工により、第１層目のパターンレイヤに対応する回路パターンが形成され、また従来の重ね合わせ用のアライメントマークが露光ショット配列誤差測定用マークとは別に形成されており、２回目のフォトリソ工程において基本的には、このアライメントマークと第２層目のフォトマスク上のアライメントマークが重なるようにショットエリア位置を調整して露光する。実際には第１層目のアライメントマーク位置を読み、その結果に基づいて重ね合わせるべきショット領域の位置を演算によって算出し、ショット領域の位置が算出された位置となるようにステッパの重ね合わせを補正する前述のＥＧＡ法を採用することができる。これにより第１層目のパターンレイヤに属する回路パターンに対して第２層目のパターンレイヤに属する回路パターンを精度良く合わせることができる。
【００９０】
上記ＥＧＡ法における演算で算出された重ね合わせ誤差成分がすべて重ね合わせ精度に関する基準値以下であればステッパを補正することなくエッチング工程やイオン注入工程などの次工程に進む。この露光工程において、先行ウェーハで重ね合わせズレ量を測定しているならば、ロットの残りウェーハについても同条件でレジスト塗布から現像処理までを行う。もし重ね合わせ誤差成分のうち一成分でも基準値を超えていれば、ウェーハからレジスト膜を剥離し、ステッパの露光ショット配列制御パラメータとして前記算出された重ね合わせ誤差成分の符号反転値をステッパに入力して補正し、再度レジストパターンを形成する。最終的に重ね合わせ誤差成分値の全てが基準値以下となったならば、その条件でロットの残りウェーハに露光・現像を施す。以降、所定の半導体集積回路装置の製造工程フローに基づいて第２層目以上のパターンレイヤのフォトリソ工程と加工工程等を順次繰返し、半導体装置を製造する。
【００９１】
以上が本発明に係るフォトリソ工程の実施形態であるが、本発明では（１）重ね合わせ測定装置を用い、ウェーハ上から選択された複数の露光ショットについて露光ショット配列誤差測定用マークの相対的位置ズレに関する量を測定し、（２）測定された複数の相対的位置ズレに関する量とＥＧＡ法において用いられているモデル式を利用して演算を行い、重ね合わせに関する誤差成分を求め、（３）求めた重ね合わせに関する誤差成分を露光ショット配列に関する誤差成分に換算するものである。
【００９２】
（１）の重ね合わせ測定装置および相対的位置ズレに関する量を測定するプログラム、（２）の演算プログラムは最近のフォトリソ工程ラインには標準装備されているものであり、新たな追加労力やコストが不要である。また、（３）の換算式は式（３）〜（６）の通り簡単な四則演算であるので、極めて容易にフォトリソ工程ラインの何らかの設備、例えば露光装置の露光制御装置に内蔵する演算プログラムの変更・追加を行って換算可能にすることができる。このように本発明は、コストをほとんど上昇させることなく露光ショット配列誤差を低減させることができる露光工程、フォトリソ工程を実現でき、また本発明に係るフォトマスクはその実現に寄与するものである。
【００９３】
最初に述べたように（図１参照）ショットエリアの大きさの異なる露光装置を用いる場合は、第２層目のショットエリアの一部は第１層目の２つのショットエリアに跨って配置される。本発明によれば第１層目パターンレイヤの露光ショットが配列誤差成分の基準値を満たすように精度よく配列されるので、ショットエリアの大きさが異なる露光装置を採用しても第２層目以降のパターンレイヤの重ね合わせ精度をコスト上昇をほとんど伴うことなく向上させることができる。
【００９４】
上記フォトリソ工程例では第１層目のパターンレイヤをスキャナで形成し、第２層目のパターンレイヤをステッパで形成した。一般的にもウェーハ上に半導体集積回路装置の回路パターンを配列する基準となる最初の露光工程はショットエリアが大きく配列精度のよいスキャナを用いることが多い。しかし下層のパターンレイヤにステッパを、上層のパターンレイヤにスキャナ用いてもよい。また第１層目のパターンレイヤに対して露光ショット配列誤差を補正する工程を採用したが、露光ショット配列誤差が影響するパターンレイヤあれば第２層目以上のレイヤを本発明による方法で補正してもよい。その場合下層パターンレイヤとの重ね合わせ誤差と合わせて補正を行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明にかかる技術は主として半導体集積回路のフォトリソ工程に用いるが、その他液晶表示素子などフォトリソ工程を必要とする各種のデバイスの製造に適用することができる。
【符号の説明】
【００９６】
１０１ ショットエリア
１０２ 半導体集積回路装置の回路パターン形成領域
１０３ 設計上の露光ショット
１０４、１０６、１０８、１１０ ４つのアウターマークの中心を結んでできる四角形
１０５、１０７、１０９、１１１ ４つのインナーマークの中心を結んでできる四角形
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の一連の製造工程のうちフォトリソ工程に関し、特にウェーハ上への露光ショット配列精度を向上させる方法およびそのためのフォトマスクに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路装置や、液晶表示板に代表される表示素子デバイス等の製造にはフォトリソ工程が含まれている。特に半導体集積回路のフォトリソ工程を構成する露光工程においては、フォトマスク（レチクル）上に形成された回路素子パターンを、露光装置を用いて半導体基板（ウェーハ）上のレジスト膜に縮小投影し、露光ショットの逐次繰り返し（ステップ・アンド・リピート）を行うことで転写している。露光を行うに際しては、１枚のウェーハから最大数の半導体集積回路チップが採れるようにウェーハ上のチップ配置（チップレイアウト）が予め決められ、これに基づいてショットエリア（露光装置により１回の露光で露光されるウェーハ上の領域）の配置（ショットレイアウト）が決定される。
【０００３】
現在半導体製造に使用されている主要な縮小投影型露光装置にはステップ・アンド・リピートタイプの装置（ステッパ）とステップ・アンド・スキャンタイプの装置（スキャナ）がある。ステッパは投影光学系を介してレチクルを搭載するレチクルステージおよび被露光ウェーハを搭載するウェーハステージの相対位置を固定して露光するのに対して、スキャナは投影光学系を介してレチクルステージとウェーハステージとを同期を取って相対的に移動させながら露光する。これによりスキャナのショットエリアの方がステッパより広くなるという相違を生ずる。
【０００４】
従来の露光工程は、半導体集積回路の最初の回路パターンレイヤの露光から最後の回路パターンレイヤの露光まで終始一貫して同一タイプの露光装置を用い、同一のショット配列で行うのが普通であった。しかし近年例えば量産現場においては、生産設備の運用効率などから、１種類の半導体デバイスの製造に対してもショットエリアの大きさが異なる露光装置を混用して使用したいという要請が大きい。しかしこのような場合は、露光ショット配列誤差が原因となって上下層のマスクパターンレイヤの高精度重ね合わせに困難をきたす等の問題点の発生が予想され、これを回避するための方法が特許文献１に記載されている。
【０００５】
以下に特許文献１に記載された方法の概要を簡単に説明する。図１１〜図１３は特許文献１に記載された図面であり、図１１はショットエリアの異なる２台の露光装置を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。露光装置に用いる１枚のフォトマスク上には普通、同一のデバイスパターンが繰り返し複数個形成され、１露光ショットで複数個のデバイスパターンを同時に形成し、露光工程の生産効率を向上させている。図１１のパターン群１３、１４はショットエリアの大きい露光装置で形成されたパターンであり、その中に３つのデバイスパターン６が同時に形成される。パターン群１５、１６、１７はショットエリアの小さい露光装置で形成されたパターンであり、その中に２つのデバイスパターン８が同時に形成される。
【０００６】
図１１に示される例では、１回目の露光工程によりパターン群１３、１４がパターニングされるが、パターン群１３の底辺とパターン群１４の上辺が一致しないショット配列誤差が生じている。この状態で２回目の露光工程においてデバイスパターン６にデバイスパターン８ができるだけ正確に重ね合わさるように露光される。この時、パターン群１５および１７のデバイスパターン８はそれぞれパターン群１３および１４のデバイスパターン６に正確に重ね合わせることが可能であるが、パターン群１６のデバイスパターン８はパターン群１３、１４のいずれのデバイスパターン６にも正確に重ね合わせられない。
【０００７】
この問題に対応するために、特許文献１の技術では露光工程に図１２に示すレチクルを用いる。図１２はレチクルのショットエリア５内の平面図であり、中央部に３つのデバイスパターン６を具える。またショット配列誤差を測定するための組み合わせとなるアウターマークとインナーマークの２対（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）をデバイスパターン６の外部であって且つショットエリア５の各辺近傍に有している。
【０００８】
図１３は、レジストが塗布されたウェーハ上に図１２に示したレチクルのパターンを、露光装置のステッピングにより順次露光するときの、ショットエリア配列の設計位置を示す図である。図１３に示すようにショットエリアＡ〜Ｄのうち、隣接するショットエリア内のインナーマーク、アウターマークが形成された領域が重なるようにショットエリアが配列される。例えばショットエリアＤに注目すると、ショットエリアＤのアウターマーク１の中心点ＰＤ１とショットエリアＢのインナーマーク３の中心点ＰＢ３は一致するように設計され、ショットエリアＤのアウターマーク２の中心点ＰＤ２とショットエリアＣのインナーマーク４の中心点ＰＣ４は一致するように設計され、他のショットエリアおよびマークについても同様に設計されている。
【０００９】
しかし、実際の露光工程によるショット配列ではアウターマークおよびインナーマークの中心点がショット配列誤差に起因して一致せず、多少にかかわらずズレが発生するので、特許文献１の方法では１つのショットエリア内に設けられた２対のマークについて上記中心点間のズレ量を計測し、計測したズレ量を簡単な四則演算式に直接入力してショット配列誤差を回転誤差成分、倍率誤差成分、非直交誤差成分に分解して算出する。そして算出した誤差成分を用いて露光装置のパラメータを補正した後再度露光を行う。以上のようにして特許文献１の技術は、上下層のパターンレイヤ重ね合わせ誤差の許容範囲の小さい露光工程に、ショットエリアの大きさが異なる露光装置を混用できるように、露光ショットの配列誤差の低減を可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−１５４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１が開示するような従来の方法によれば、四則演算式にアウターマークとインナーマークとのズレ量測定値を入力して得られる露光ショット配列の各誤差成分の値は、ウェーハ上に配列された１つの特定ショットについて得られた値である。現実に露光ショット配列誤差の補正を行うにおいては、例えばウェーハ上の複数ショットに対して露光ショット配列誤差成分値のそれぞれを算出し、露光装置のパラメータを補正して露光ショット配列誤差を最小とするような１組の誤差成分補正値を得ることが必要であり、そのために前記算出した複数の誤差成分値に、少なくとも簡単ではない何らかの統計的演算を施すべきものと考えられる。
【００１２】
しかしながら特許文献１にはこの点についての開示がない。もし上記のような統計的処理を施そうとするならば、専用の演算プログラム作成、場合によっては当該演算プログラムを実行するシステムを導入することが必要でありコスト増加に繋がるので、特に半導体集積回路装置などの生産現場においては途中から採用しにくい。生産現場にあっては既存の設備やソフトウェアで対応できることが望ましい。
【００１３】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、コストをほとんど上昇させることなく露光ショット配列誤差を低減させることができる露光工程、およびそのためのフォトマスクを提供し、これにより１つの半導体装置の製造にショットエリアの大きさが異なる異種の露光装置を用いても、上下層のパターンレイヤの高精度な重ね合わせを実現させるものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために用いられる本発明に係るフォトマスクは、ガラス基板上の、露光光が照射されるショットエリアに、半導体装置の回路パターン形成領域と、前記ショットエリアの内側の周辺部に形成された露光ショットの配列誤差測定用マークとを備えたフォトマスクであって、前記露光ショットの配列誤差測定用マークは、互いに寸法または形状が異なるマークの対からなると共に、前記ショットエリア内に３対以上形成され、１対の前記マークのそれぞれが形成される前記ショットエリアにおける位置は、被処理基板上に２つの露光ショットを、前記露光ショットの配列誤差測定用マークが形成された前記ショットエリアの所定部分が重なるように隣接して形成した時に、前記１対のマークのそれぞれが互いに重なる位置となる構成を有する。
【００１５】
本フォトマスクのさらに具体的な形態においては、前記露光ショットの配列誤差測定用マークを構成する１対のマークのそれぞれが、前記半導体装置の回路パターン形成領域を挟んで互いに反対側の、対向する位置に形成される。
【００１６】
また、前記半導体装置の回路パターン形成領域は、場合により前記ショットエリアに複数形成され、それぞれが同一の回路パターンを有する。
【００１７】
本フォトマスクの望ましい形態は、前記ショットエリアが矩形であり、前記露光ショットの配列誤差測定用マークが前記ショットエリア内に４対形成され、前記４対のマークを構成するそれぞれのマークは前記ショットエリアのコーナー部近傍に形成されているものである。そして、前記露光ショットの配列誤差測定用マークを構成する１対のマークをボックス・イン・ボックス構造またはバーズ・イン・バーズ構造とすることができる。
【００１８】
次に上記課題を解決するための本発明に係る半導体装置の製造方法は、露光装置に上述の構成を有するフォトマスクを装着する工程と、前記露光装置を用いて被処理基板上に塗布されたレジスト膜に、互いに隣接する露光ショットを、前記露光ショットの配列誤差測定用マークが形成された前記ショットエリアの所定部分が重なるように配列して露光し、現像により前記レジスト膜に前記露光ショットの配列誤差測定用マークを形成する工程と、前記レジスト膜に形成された前記露光ショットの配列誤差測定用マークのズレに関する量を測定する工程と、前記測定された前記露光ショットの配列誤差測定用マークのズレに関する量を上層と下層のマスクパターンレイヤの重ね合わせ誤差と見なし、測定された当該ズレに関する量に基づいて前記重ね合わせ誤差に関する誤差成分を算出する工程と、前記算出された重ね合わせ誤差に関する誤算成分から露光ショット配列誤差に関する誤差成分を算出する工程とを含むものである。
【００１９】
本発明に係る半導体装置の製造方法の一形態においては、前記露光ショットの配列誤差測定用マークのズレに関する量の測定を、前記被処理基板上に形成された露光ショットから選択された複数の露光ショットに対して行い、前記重ね合わせ誤差に関する誤差成分の算出を、上層と下層のマスクパターンレイヤの重ね合わせを行うＥＧＡ法の露光ショット配列計算モデル式を用いて行う。
【００２０】
さらに、前記露光ショット配列誤差に関する誤差成分の算出に用いる前記重ね合わせに関する誤差成分は露光ショットに関する重ね合わせ誤差成分であり、前記露光ショットに対するＸ−Ｙ直交座標系を用いた時、回転誤差Ｘ成分Ｃｙ（ｒｏｔｓ）、回転誤差Ｙ成分Ｃｘ（ｒｏｔｓ）、倍率誤差Ｘ成分Ｃｘ（ｍａｇｓ）、倍率誤差Ｙ成分Ｃｙ（ｍａｇｓ）とすることができる。
【００２１】
この時、前記重ね合わせ誤差に関する誤算成分から露光ショット配列誤差に関する誤差成分を算出するための式は、前記露光ショット配列誤差に関する誤差成分を回転誤差Ｘ成分Ｘｒｏｔ、回転誤差Ｙ成分Ｙｒｏｔ、倍率誤差Ｘ成分Ｘｍａｇ、倍率誤差Ｙ成分Ｙｍａｇとして、
Ｘｒｏｔ＝−（Ｃｙ（ｍａｇｓ）−Ｃｙ（ｒｏｔｓ））／２
Ｙｒｏｔ＝−（Ｃｘ（ｍａｇｓ）−Ｃｘ（ｒｏｔｓ））／２
Ｘｍａｇ＝（Ｃｘ（ｍａｇｓ）＋Ｃｘ（ｒｏｔｓ））／２
Ｙｍａｇ＝（Ｃｙ（ｍａｇｓ）＋Ｃｙ（ｒｏｔｓ））／２
である。
【００２２】
また、本発明に係る製造方法において、前記レジスト膜に形成された前記露光ショットの配列誤差測定用マークのズレに関する量の測定は、上層と下層のマスクパターンレイヤの重ね合わせ誤差に関する量を測定するために設けられた測定装置を用いて行うことができる。
【００２３】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、前記算出された露光ショット配列誤差に関する各誤差成分の値が予め定められた基準を満たすか否かを判定する工程と、前記判定の結果、前記露光ショット配列誤差に関する誤差成分の値が前記基準を満たさない時は、前記露光ショット配列誤差に関する誤差成分の値に基づいて前記露光装置の露光ショット配列に関する制御パラメータを補正することにより、前記露光ショット配列誤差に関する誤差成分の値が前記基準を満たした状態で、前記露光装置が露光できるようにする工程とを含む形態とすることができる。
【００２４】
本発明に係る半導体装置の製造方法はさらに、前記露光ショット配列誤差に関する各誤差成分の値が前記基準を満たした状態で露光できるようにされた前記露光装置および上記のフォトマスクを用いて、被処理基板上に塗布されたレジスト膜を露光した後現像して第１のパターンを形成する工程と、前記第１のパターンが形成されたレジスト膜を用いて前記被処理基板を加工し、前記被処理基板に前記第１のパターンを形成する工程と、上記のフォトマスクより上層の前記半導体装置の回路パターンの形成領域を備えた第２のフォトマスクを用いて、前記第１のパターンが形成された前記被処理基板上に塗布されたレジスト膜を露光した後現像して第２のパターンを形成する工程とを含む形態とすることができる。
【００２５】
この形態においては、最初に述べたフォトマスクに対して用いる前記露光装置と前記第２のフォトマスクに対して用いる露光装置のショットエリアの大きさが互いに異なるものであってよい。あるいは、最初に述べたフォトマスクおよび前記第２のフォトマスクのそれぞれは、同一の回路パターンから構成される複数の前記半導体装置の回路パターン形成領域を有し、最初に述べたフォトマスクが備える前記半導体装置の回路パターン形成領域の数と前記第２のフォトマスクが備える前記半導体装置の回路パターン形成領域の数とは互いに異なるものであってよい。
【００２６】
また、最初に述べたフォトマスクを用いて前記被処理基板上に塗布された前記レジスト膜を露光する工程を前記被処理基板に対する最初の露光工程とすることが望ましい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明による製造方法のうち、露光ショット配列誤差測定用マークを用いて測定されたズレに関する量に基づいて重ね合わせ誤差に関する誤差成分を算出する工程は、重ね合わせ誤差の算出、評価用として製造ラインに常設されているシステム、演算プログラムを利用して行うことができ、従って上記ズレに関する量の測定も製造ラインに常設されている重ね合わせ誤差測定用の装置を利用することができる。また重ね合わせ誤差に関する誤算成分から露光ショット配列誤差に関する誤差成分を算出する式は、具体的には簡単な四則演算式である。
【００２８】
このため、本発明はコストをほとんど上昇させることなく露光ショット配列誤差を低減させることができ、１種類の半導体装置の製造にショットエリアの大きさが異なる露光装置を用いても上下のマスクパターンレイヤの高精度な重ね合わせが実現できる。また本発明に係るフォトマスクはショットエリア内に３対以上の露光ショット配列誤差測定用マークを備えているので、露光ショット内の重ね合わせ誤差と見なした時の誤差成分を容易に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係るフォトマスク上のパターンレイアウトを示す平面図。
【図２】本発明に係るフォトマスクを用いた露光ショット配列を示す図。
【図３】露光ショット配列誤差または重ね合わせ誤差の誤差成分を説明する図。
【図４】露光ショット配列の回転誤差Ｘ成分と露光ショット配列誤差測定用マークのズレとの関係を示す図。
【図５】露光ショット配列の回転誤差Ｙ成分と露光ショット配列誤差測定用マークのズレとの関係を示す図。
【図６】露光ショット配列の倍率誤差Ｘ成分と露光ショット配列誤差測定用マークのズレとの関係を示す図。
【図７】露光ショット配列の倍率誤差Ｙ成分と露光ショット配列誤差測定用マークのズレとの関係を示す図。
【図８】本発明に係る露光ショット配列誤差の各誤差成分算出法の検証結果を示す図。
【図９】本発明に係る露光ショット配列誤差の各誤差成分算出法の検証結果を示す図。
【図１０】本発明に係るフォトリソ工程を示すフローチャート。
【図１１】露光ショット配列誤差に起因する問題点を示す図。
【図１２】従来のレチクルの平面図。
【図１３】従来のショットエリア配列を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明に係るフォトリソ工程の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３１】
（フォトマスク）
図１は本発明に係るフォトリソ工程で使用するフォトマスク上のパターンレイアウトの一例を示す図である。このパターンはガラス基板上に形成されており、露光光が照射されるフォトマスク上の矩形をした領域１０１はウェーハに形成されたレジストが１回の露光で露光されるショットエリアに対応するので、以降便宜的にショットエリア１０１ということにする。このフォトマスクの例ではショットエリア１０１内の中央部に、完成品として機能する半導体デバイスの回路全体が形成される回路パターン形成領域１０２が３行１列で繰り返し配置される。この３個の半導体デバイスの回路パターン形成領域１０２からなる群の周囲であり、またショットエリア１０１の周辺部でもある位置の各辺に沿って露光ショット配列誤差測定用のマークが複数設けられる。なお図示していないが上層および下層マスクパターンレイヤの重ね合わせ誤差測定用のマークは別途これとは異なる箇所に設けられる。
【００３２】
露光ショット配列誤差測定用のマークは、上層と下層のフォトマスクパターンの重ね合わせズレ量を測定するための、一般的に知られたマークと同一の構造、いわゆるボックス・イン・ボックス構造を有するものであり、アウターマークＯＭ１、ＯＭ２、ＯＭ３、ＯＭ４、およびインナーマークＩＭ１、ＩＭ２、ＩＭ３、ＩＭ４で構成される。本フォトマスクは、３個の回路パターン形成領域１０２の群を挟んで互いに対向するアウターマークとインナーマークの対４組（ＯＭ１、ＩＭ３）、（ＯＭ２、ＩＭ４）、（ＯＭ３、ＩＭ１）、（ＯＭ４、ＩＭ２）を有する。
【００３３】
これらのマークは少なくとも矩形、通常正方形であり、図のように正方形の対角線の交点をその中心とする。本発明の実施形態ではマークをボックス・イン・ボックス構造としているが、いわゆるバーズ・イン・バーズ構造など他の形態を有するものでもよい。
【００３４】
アウターマークおよびインナーマークの各位置は、ショットエリア１０１の辺に平行な軸を有するＸ−Ｙ座標系（図１参照）を設定し、各マークの中心座標で表すと下記の通りとなる。
【００３５】
アウターマーク インナーマーク
ＯＭ１ （Ｘ４、Ｙ３） ＩＭ１ （Ｘ４、Ｙ２）
ＯＭ２ （Ｘ２、Ｙ４） ＩＭ２ （Ｘ３、Ｙ４）
ＯＭ３ （Ｘ１、Ｙ２） ＩＭ３ （Ｘ１、Ｙ３）
ＯＭ４ （Ｘ３、Ｙ１） ＩＭ４ （Ｘ２、Ｙ１）
各マークの中心位置の座標が以上のようになることから、インナーマークＩＭ２の中心とアウターマークＯＭ４の中心を結んだ直線、およびインナーマークＩＭ４の中心とアウターマークＯＭ２の中心を結んだ直線はショットエリア１０１のＹ軸方向の辺と平行である。また、インナーマークＩＭ３の中心とアウターマークＯＭ１の中心を結んだ直線、およびインナーマークＩＭ１の中心とアウターマークＯＭ３の中心を結んだ直線はショットエリア１０１のＸ軸方向の辺と平行である。従って上記４本の直線で形成される四辺形はショットエリア１０１と平行な辺を有する矩形となる。
【００３６】
また、インナーマークＩＭ２の中心とアウターマークＯＭ２の中心を結んだ直線、およびインナーマークＩＭ４の中心とアウターマークＯＭ４の中心を結んだ直線はショットエリア１０１のＸ軸方向の辺と平行であり、インナーマークＩＭ３の中心とアウターマークＯＭ３の中心を結んだ直線、およびインナーマークＩＭ１の中心とアウターマークＯＭ１の中心を結んだ直線はショットエリア１０１のＹ軸方向の辺と平行である。従って上記４本の直線で形成される四辺形はショットエリア１０１と平行な辺を有する矩形となる。インナーマーク、アウターマークとも図１に示すようにショットエリア１０１の各コーナー部近傍に配置するのが望ましい。
【００３７】
次にフォトマスクに形成された各パターンの相対的位置関係を説明すると、回路パターン形成領域１０２間のＹ軸方向の間隔はｄで等しい。またインナーマーク１Ｍ２またはアウターマークＯＭ２の中心と回路パターン形成領域１０２との距離ｄ１、およびインナーマークＩＭ４またはアウターマークＯＭ４と回路パターン形成領域１０２との距離ｄ２の和ｄ１＋ｄ２はｄとなるように設計されている。このことにより、例えば図１のショットにおけるアウターマークＯＭ４およびインナーマークＩＭ４の中心が、それぞれ当該ショットの下方に隣接するショットにおけるインナーマークＩＭ２およびアウターマークＯＭ２の中心に一致するよう配列された場合には、当該ショットの回路パターン形成領域１０２と下方に隣接するショットの回路パターン形成領域１０２との距離がｄとなる。このようにして、ウェーハ全面に渡ってすべての回路パターン形成領域１０２をＹ軸方向に等距離ｄで配置することができる。
【００３８】
また、回路パターン形成領域１０２とインナーマークＩＭ３の中心およびアウターマークＯＭ３の中心との距離はｗ１、アウターマークＯＭ１の中心およびインナーマークＩＭ１の中心との距離はｗ２に設定されている。従って図１のショットにおけるアウターマークＯＭ１およびインナーマークＩＭ１の中心が、それぞれ例えば当該ショットの右側に隣接するショットにおけるインナーマークＩＭ３およびアウターマークＯＭ３の中心に一致するように配列された場合は、当該ショットの回路パターン形成領域１０２と右側に隣接するショットの回路パターン形成領域１０２との距離はｗ１＋ｗ２となる。このようにしてウェーハ全面に渡ってすべての回路パターン１０２をＸ軸方向に等距離ｗ１＋ｗ２で配置することができる。
【００３９】
（露光工程におけるショット配列方法）
図２は、図１に示したフォトマスクを用いてウェーハ表面上に塗布されたレジストを露光する時、どのように露光ショットを配列していくか、その露光ショットの設計上の配列を示す図である。図２では注目する露光ショットｓとその四方に配置する露光ショットａ、ｂ、ｃ、ｄのみを示し、また煩雑性を避けるために重要性の低いマークの符号は省略している。必要な場合は図１を参照することによって理解できる。図２に示すようにショット配列誤差測定用マークが形成されたショットエリアの部分を各ショットエリアについて互いに重ねて露光し、露光ショットを配列する。
【００４０】
具体的に説明すると、露光ショットｓの上方に隣接する露光ショットａの配列については、露光ショットｓのインナーマークＩＭ２（ｓ）の中心と露光ショットａのアウターマークＯＭ４（ａ）の中心が一致し、且つ露光ショットｓのアウターマークＯＭ２（図１)の中心と露光ショットａのインナーマークＩＭ４の中心が一致するように配列する。露光ショットｓの左に隣接する露光ショットｂの配列については、露光ショットｓのインナーマークＩＭ３（ｓ）の中心と露光ショットｂのアウターマークＯＭ１（ｂ）の中心が一致し、且つ露光ショットｓのアウターマークＯＭ３（図１)の中心と露光ショットｂのインナーマークＩＭ１の中心が一致するように配列する。
【００４１】
露光ショットｓの下方に隣接する露光ショットｃの配列については、露光ショットｓのインナーマークＩＭ４（ｓ）の中心と露光ショットｃのアウターマークＯＭ２（ｃ）の中心が一致し、且つ露光ショットｓのアウターマークＯＭ４（図１)の中心と露光ショットｃのインナーマークＩＭ２の中心が一致するように配列する。露光ショットｓの右に隣接する露光ショットｄの配列については、露光ショットｓのインナーマークＩＭ１（ｓ）の中心と露光ショットｄのアウターマークＯＭ３（ｄ）の中心が一致し、且つ露光ショットｓのアウターマークＯＭ１（図１)の中心と露光ショットｄのインナーマークＩＭ３の中心が一致するように配列する。
【００４２】
上記ショット配列で露光し、現像したレジストパターンも図２と同じショット配列を有する。こうして形成されるレジストパターン上の露光ショット配列誤差測定用マークは８個すべてがアウターマークにインナーマークを内蔵する形状となり、どの露光ショット間の重ね合わせによって形成されたかは見かけ上特定できないが、後に説明する通り、予め決定した図２に示す円内の４箇所のマーク対を露光ショット配列誤差測定に使用する。
【００４３】
以上の露光ショット配列方法から分かるように、本発明によるフォトマスクの露光ショット配列誤差測定用マークは次のような特徴を有する。すなわち露光ショット配列誤差測定用マークは互いにサイズや形状が異なる２個のマークの対を構成する。そして図２に示したように、露光ショット配列誤差測定用マークが形成されたショットエリアの所定部分が重なるように隣接する露光ショットが被処理基板上に配列されるのであるが、この時前記マークの対のそれぞれが互いに重ね合わさるようにフォトマスク上に配置される。さらにフォトマスクにはこの対が３対以上設けられる。
【００４４】
（露光ショット配列誤差の算出方法）
図２に示す露光ショット配列は理想としての設計上の配列であるからすべてのアウターマークとインナーマークの中心が一致するが、現実の露光ショット配列ではト配列誤差が存在するために中心が一致せず、アウターマークとインナーマークの中心にズレが生ずる。本発明に係る露光ショット配列誤差の算出方法は第１に、図２に示すような所定のアウターマークとインナーマークの複数（４つ）の組み合わせ（ＩＭ２（ｓ）、ＯＭ４（ａ））、（ＩＭ３（ｓ）、ＯＭ１（ｂ））、（ＩＭ４（ｓ）、ＯＭ２（ｃ））、（ＩＭ１（ｓ）、ＯＭ３（ｄ））につきそれらマークの中心の相対的位置ズレ量を測定するステップを含む。
【００４５】
測定された相対的位置ズレ量は当然のことながら露光ショット配列誤差に起因するものであるが、本発明による露光ショット配列誤差の算出方法は第２に、このズレ量を上層および下層のマスクパターンレイヤ間の重ね合わせズレ量とみて、上記相対的位置ズレ量の測定値から重ね合わせ誤差に関する複数の誤差成分を求めるステップを含む。この複数の誤差成分は、それらを合成することによって元の誤差を再現できるものである。図２を参照すると、露光ショットａ、ｂ、ｃ、ｄを下層のマスクパターンレイヤとみなし、露光ショットｓを下層マスクパターンレイヤに重ね合わせるべき上層マスクパターンレイヤとみなすことができる。フォトマスクパターンの重ね合わせを行う時、例えば下層のマスクパターンレイヤのアウターマークに上層のマスクパターンレイヤのインナーマークを合わせるのが普通であり、従って重ね合わせズレ量とみなして測定するときは、露光ショットｓのインナーマーク位置にある円内のマークの組み合わせを使用することになる。
【００４６】
また、重ね合わせズレ量とした測定結果から重ね合わせ誤差に関する複数の誤差成分を求める方法として、本発明においては例えば露光工程において上層および下層のマスクパターンレイヤ間の重ね合わせを行うエンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）の手法を用いることができる。ＥＧＡ方式の基本的な考え方は、ウェーハ上に２次元状に配列形成された下層マスクパターンレイヤに関する露光ショットのうち、複数の露光ショットを選択し、選択された露光ショットについて実測した重ね合わせズレ結果を統計処理してウェーハ上の全露光ショットの配列を求め、この配列に従って上層マスクパターンレイヤに関する露光ショットの位置合わせを行うものである。
【００４７】
最も基本的なＥＧＡ方式では、ウェーハ自体の露光装置ステージ上での回転誤差、ステージ座標系またはショット配列の直交度誤差（配列の菱形変形誤差）、ウェーハの伸縮誤差（倍率誤差）、ウェーハのオフセット（ウェーハの露光装置ステージ上での所定位置からの平行位置ズレ）など、ウェーハ上全体としての配列、および設計上の配列からの配列誤差成分を求めることができる。しかしながら露光工程において、ショットエリアの大きさが異なる露光装置を混用したときには、実際にはウェーハ全体としての露光ショット配列誤差よりも露光ショット領域自体の変形に基づいて隣接する露光ショットとの間で発生する相対的配列ズレのほうが、上層マスクパターンレイヤの重ね合わせズレに対する影響が大きいと考えられる。
【００４８】
このことから上記ウェーハレベルの誤差に加えて、本発明では少なくとも重ね合わせ誤差成分として露光ショット領域自体の回転誤差、直交度誤差（露光ショット領域自体の菱形変形）、線形伸縮誤差（倍率誤差）をも考慮したＥＧＡ方式の手法を用いる。本発明に係るフォトマスクは図２に示したように、アウターマークおよびインナーマークの中心の相対的位置ズレ量の測定に円内の４個の露光ショット配列誤差測定用マーク、すなわち少なくともショットエリア１０１内に３個のマーク対を備えているので露光ショット領域自体の誤差も考慮したＥＧＡ方式を用いることが可能である。
【００４９】
このＥＧＡ方式において、重ね合わせ誤差としての各種誤差成分を求めるための代表的なモデルが１０パラメータ線形モデルである。計算式は以下のように表される。ズレ量や各マークの中心の位置はＸ−Ｙ直交座標系で表される。
【００５０】
ΔＸ＝Ｃｘ（ｍａｇｗ）Ｘｗ＋Ｃｘ（ｒｏｔｗ）Ｙｗ＋Ｃｘ（ｍａｇｓ）Ｘｓ＋Ｃｘ（ｒｏｔｓ）Ｙｓ＋Ｃｘ００ ・・・・・ （１）
ΔＹ＝Ｃｙ（ｒｏｔｗ）Ｘｗ＋Ｃｙ（ｍａｇｗ）Ｙｗ＋Ｃｙ（ｒｏｔｓ）Ｘｓ＋Ｃｙ（ｍａｇｓ）Ｙｓ＋Ｃｙ００ ・・・・・ （２）
【００５１】
ここで
ΔＸ、ΔＹ：露光ショット配列誤差測定用マークで測定した相対的位置ズレ量のＸ成分およびＹ成分
Ｘｗ、Ｙｗ：ウェーハ中心を原点としたマーク中心位置のＸ座標およびＹ座標
Ｘｓ、Ｙｓ：露光ショット中心を原点としたマーク中心位置のＸ座標およびＹ座標
Ｃｘ（ｍａｇｗ）：ウェーハレベルの倍率誤差のＸ成分
Ｃｘ（ｒｏｔｗ）：ウェーハレベルの回転誤差のＹ成分
Ｃｘ（ｍａｇｓ）：露光ショットの倍率誤差のＸ成分
Ｃｘ（ｒｏｔｓ）：露光ショットの回転誤差のＹ成分
Ｃｘ００：オフセットのＸ成分
Ｃｙ（ｍａｇｗ）：ウェーハレベルの倍率誤差のＹ成分
Ｃｙ（ｒｏｔｗ）：ウェーハレベルの回転誤差のＸ成分
Ｃｙ（ｍａｇｓ）：露光ショットの倍率誤差のＹ成分
Ｃｙ（ｒｏｔｓ）：露光ショットの回転誤差のＸ成分
Ｃｙ００：オフセットのＹ成分
【００５２】
ウエハレベルの直交度誤差についてはＣｘ（ｒｏｔｗ）、Ｃｙ（ｒｏｔｗｆ）、露光ショットの直交度誤差についてはＣｘ（ｒｏｔｓ）、Ｃｙ（ｒｏｔｓ）により計算される。上記の式（１）、（２）の１０個のパラメータ、Ｃｘ（ｍａｇｗ）、Ｃｘ（ｒｏｔｗ）、Ｃｘ（ｍａｇｓ）、Ｃｘ（ｒｏｔｓ）、Ｃｘ００、Ｃｙ（ｍａｇｗ）、Ｃｙ（ｒｏｔｗ）、Ｃｙ（ｍａｇｓ）、Ｃｙ（ｒｏｔｓ）、Ｃｙ００が重ね合わせに対する誤差成分となる。これら誤差成分はＥＧＡ方式によれば次のようにして具体的に求められる。
【００５３】
すなわち、ウェーハ上に塗布したレジストに形成された露光ショットのうち、予め決められた露光ショットを複数個選択し、それぞれの露光ショットについてアウターマークおよびインナーマークの中心の相対的位置ズレ量のＸ成分ΔＸ、Ｙ成分ΔＹを、図２に示す円内の４個の組み合わせマークに対して測定する。測定の対象とした全ての露光ショット内マークの中心位置のＸ座標およびＹ座標Ｘｗ、Ｙｗ、Ｘｓ、Ｙｓは既知であるから、これらの位置座標と対応するΔＸ、ΔＹとを式（１）および（２）に代入して連立方程式を構成し、ΔＸ、ΔＹの二乗の総和が最小となる条件下で演算を行い、１０個のパラメータ値（誤差成分値）を決定する。
【００５４】
以上、重ね合わせ誤差に関する各種誤差成分を求めるための計算モデル式としての１０パラメータ線形モデル式および当該式を用いた誤差成分算出方法を述べた。しかしこれ以外のモデル式として、マーク中心位置に関するウェーハレベルのＸ座標およびＹ座標の２次以上の項を含むより精密な高次非線形計算モデルも、露光ショットに関する誤差成分としてのパラメータを含むものであれば使用することができる。
【００５５】
このように決定される上下層マスクパターンレイヤの重ね合わせに関する１０個の誤差成分のうち、回転誤差成分Ｃｘ（ｒｏｔｓ）、Ｃｙ（ｒｏｔｓ）、倍率誤差成分Ｃｘ（ｍａｇｓ）、Ｃｙ（ｍａｇｓ）は露光ショット内の重ね合わせ誤差を支配する成分である。これらの量の意味は式（１）、（２）の形から理解されるが定性的に説明すると次のようになる。図３は露光ショットの回転誤差成分および倍率誤差成分の概念を図式的に示したものであり、点線の矩形は下層のパターンに正確に重ね合わせが実現したときの上層のパターンに関する設計上のショットエリア配置を示す。図においてＸ−Ｙ座標軸の原点を露光ショットの中心にとっている。
【００５６】
重ね合わせの回転誤差成分は図３（ａ）左端図のように座標軸の原点を中心にして設計上の配置から微小な回転がかかったとみなされる位置ズレである。この回転誤差は回転誤差Ｘ成分と回転誤差Ｙ成分に分解され、回転誤差Ｘ成分は図３（ａ）中央図のようにＸ軸のみがＸ‘軸の位置まで回転することによってＹ軸方向に菱形変形を起こす成分である。従って露光ショット中心を原点としたマーク中心位置のＸ座標をＸｓとすると回転誤差Ｘ成分によるマーク中心位置のＹ軸方向へのズレ量はＣｙ（ｒｏｔｓ）Ｘｓとなる。
【００５７】
また回転誤差Ｙ成分は図３（ａ）右端図のようにＹ軸のみがＹ‘軸の位置まで回転することによってＸ軸方向に菱形変形を起こす成分である。従って露光ショット中心を原点としたマーク中心位置のＹ座標をＹｓとすると回転誤差Ｙ成分によるマーク中心位置のＸ軸方向へのズレ量はＣｘ（ｒｏｔｓ）Ｙｓとなる。これで分かるようにＣｘ（ｒｏｔｓ）、Ｃｙ（ｒｏｔｓ）は角度の単位（ｒａｄ）を持つ。なお、上記モデル式から計算される回転誤差Ｘ成分およびＹ成分を合成しても図３（ａ）左端図に示すような真の回転誤差とならない場合があるが、それはＸ成分、Ｙ成分いずれかに余分な誤差が含まれているためであり、この余剰誤差が純粋な菱形変形である直交度誤差とみなされる。
【００５８】
次に重ね合わせの倍率誤差は図３（ｂ）左端図のように設計上のサイズから座標軸の原点を中心にして伸縮がかかったものとみなされるズレである。この倍率誤差は倍率誤差Ｘ成分と倍率誤差Ｙ成分とに分解されることは明らかである。露光ショット中心を原点としたマーク中心位置のＸ座標をＸｓとすると倍率誤差Ｘ成分によるマーク中心位置のＸ軸方向へのズレ量はＣｘ（ｍａｇｓ）Ｘｓとなり、また露光ショット中心を原点としたマーク中心位置のＹ座標をＹｓとすると倍率誤差Ｙ成分によるマーク中心位置のＹ軸方向へのズレ量はＣｙ（ｍａｇｓ）Ｙｓとなる。従ってＣｘ（ｍａｇｓ）、Ｃｙ（ｍａｇｓ）は倍率の単位（例えばｐｐｍ）を持つことが分かる。
【００５９】
以上は重ね合わせ誤差成分についての説明であるが、図３（ａ）、（ｂ）に示した回転誤差成分、倍率誤差成分は露光ショット配列誤差の誤差成分についても成り立つ。露光ショット配列誤差の場合、図の点線で示す矩形はウェーハ上のレジストに露光された設計上の露光ショット領域となる。そして回転誤差は図３（ａ）では露光ショットの設計上の配置からＸ−Ｙ座標軸の原点を中心にして微小回転ズレを起こして配置される誤差であり、この誤差を有したまま露光ショットが一定のピッチでウェーハ全面に縦横に配列されることになる。
【００６０】
回転誤差成分はＸ成分およびＹ成分で構成され、それぞれ露光ショット領域の菱形変形である。回転誤差Ｘ成分が現れると露光ショット領域の左右の辺は露光ショット領域の中心を原点とし、Ｙ軸に沿って互いに反対方向へ同距離だけずれる。従って例えば注目している露光ショットの右辺とその右側に隣接する露光ショットの左辺とは相対的に反対方向にずれ、その相対的ズレ量はＸ軸に対する辺のズレ量の２倍である。回転誤差Ｙ成分が現れたときもＸ軸に沿って露光ショットの上下の辺が同様なずれ方をする。
【００６１】
露光ショット配列の倍率誤差は図３（ｂ）によればＸ−Ｙ座標軸の原点を中心にして設計上の配置から露光ショット領域の伸縮ズレを起こして配置される誤差であり、この誤差を有したまま露光ショットが一定のピッチでウェーハ全面に縦横に配列されることになる。倍率誤差成分はＸ成分およびＹ成分で構成され、それぞれ露光ショット領域のＸ軸方向、Ｙ軸方向への伸縮である。倍率誤差Ｘ成分が現れると露光ショット領域の左右の辺は露光ショット領域の中心を原点とし、Ｘ軸に沿って互いに反対方向へ同距離だけ伸縮する。従って例えば注目している露光ショットの右辺とその右側に隣接する露光ショットの左辺とは相対的に反対方向にずれ、その相対的ズレ量はＹ軸に対する辺のズレ量の２倍である。倍率誤差Ｙ成分が現れたときもＹ軸に沿って露光ショットの上下の辺が同様なずれ方をする。
【００６２】
本発明に係る露光工程では、重ね合わせ誤差に関するモデル計算式からその誤差に対応する誤差成分を求めることを述べたが、本発明に係るフォトマスクに配置された露光ショット配列誤差測定用のマークの計測から求められる重ね合わせに関する回転、倍率などの誤差成分と露光ショット配列に関する回転、倍率などの誤差成分はその値が異なるため、上記計算式から得られた各誤差成分から露光ショット配列の各誤差成分に換算しなければならない。露光ショット配列に関する、回転誤差Ｘ成分：Ｘｒｏｔ、回転誤差Ｙ成分：Ｙｒｏｔ、倍率誤差Ｘ成分：Ｘｍａｇ、倍率誤差Ｙ成分：Ｙｍａｇを求める式は結果として、
Ｘｒｏｔ＝−（Ｃｙ（ｍａｇｓ）−Ｃｙ（ｒｏｔｓ））／２ ・・・・・（３）
Ｙｒｏｔ＝−（Ｃｘ（ｍａｇｓ）−Ｃｘ（ｒｏｔｓ））／２ ・・・・・（４）
Ｘｍａｇ＝（Ｃｘ（ｍａｇｓ）＋Ｃｘ（ｒｏｔｓ））／２ ・・・・・（５）
Ｙｍａｇ＝（Ｃｙ（ｍａｇｓ）＋Ｃｙ（ｒｏｔｓ））／２ ・・・・・（６）
となる。次にこれらの式につき図４〜図７を用いて説明する。
【００６３】
図４は、露光ショット配列に回転誤差Ｘ成分のみが生じた場合にレジスト上に転写された露光ショット配列誤差測定用のインナーマークおよびアウターマークの位置ズレ状態を示す図である。図は位置ズレを明確にするためにマーク寸法を強調した模式図であり、現実のパターンを示すものではない。またこの図は、図２において配列の回転誤差Ｘ成分が生じた状態を示すもので、注目する露光ショットｓの左右上下に隣接して図２の露光ショットａ、ｂ、ｃ、ｄが配列されている。これらは図５〜図７についても同様である。
【００６４】
図４において回転誤差Ｘ成分がある場合、露光ショットｓは設計上の露光ショット１０３から菱形変形をし、それに伴い、露光ショットｓの中心Ｃを中心としてインナーマークＩＭ１（ｓ）、ＩＭ２（ｓ）はＸ−Ｙ座標系のＹ軸の正方向、ＩＭ３（ｓ）、ＩＭ４（ｓ）はＹ軸の負方向へ設計位置から移動する。露光ショット配列においては露光ショットｓの右側に隣接する露光ショットｄ、左側に隣接する露光ショットｂも同様に変形するのでアウターマークＯＭ３（ｄ）はＹ軸の負方向に、ＯＭ１（ｂ）はＹ軸の正方向に移動し、ＩＭ１（ｓ）の中心Ｐ１とＯＭ３（ｄ）の中心Ｑ１、およびＩＭ３（ｓ）の中心Ｐ３とＯＭ１（ｂ）の中心Ｑ３にそれぞれ相対的位置ズレが生じる。
【００６５】
また、露光ショットｓの上側に隣接する露光ショットａ、および下側に隣接する露光ショットｃも同様に変形するが、露光ショットｓのＩＭ２（ｓ）と露光ショットａのＯＭ４（ａ）は共にＹ軸の正方向に同量移動し、また露光ショットｓのＩＭ４（ｓ）と露光ショットｃのＯＭ２(ｃ)は共にＹ軸の負方向に同量移動する。このためＩＭ２(ｓ)の中心Ｐ２とＯＭ４（ａ）の中心Ｑ２、およびＩＭ４（ｓ）の中心Ｐ４とＯＭ２（ｃ）の中心Ｑ４は一致したままとなる。
【００６６】
これに対し、露光ショットｓに重ね合わせに関する回転誤差Ｘ成分が生じたと想定した場合は、下層パターンレイヤのマークとみなされるＯＭ３（ｄ）、ＯＭ４（ａ）それぞれに対し、ＩＭ１（ｓ）、ＩＭ２（ｓ）が共にＹ軸の正方向に移動し、ＯＭ１（ｂ）、ＯＭ２（ｃ）それぞれに対しＩＭ３（ｓ）、ＩＭ４（ｓ）が共にＹ軸の負方向に移動する。このように同じ誤差成分であっても露光ショット配列誤差と重ね合わせ誤差ではマークの相対的位置ズレの挙動が異なるのである。
【００６７】
図４のマーク配置を重ね合わせによって生じた誤差とみなした場合、下層パターンレイヤ（露光ショットａ、ｂ、ｃ、ｄ）の４つのマークの中心で構成される四角形Ｑ１Ｑ２Ｑ３Ｑ４（四角形１０４）の各頂点に上層パターンレイヤ（露光ショットｓ）の４つのマークの中心を合わせるようにすべきところ、四角形Ｐ１Ｐ２Ｐ３Ｐ４（四角形１０５）で示される重ね合わせ誤差が生じたことになる。式（１）および（２）はこのようなインナーマークの中心Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４の重ね合わせ誤差分布に対応したパラメータ、すなわち誤差成分を算出するものである。四角形１０５の４辺は四角形１０４の４辺に対して回転角を有しているため露光ショット配列に関する回転誤差Ｘ成分は重ね合わせ誤差の反時計回りの回転誤差Ｘ成分Ｃｙ（ｒｏｔｓ）を含む。しかし四角形１０４の辺Ｑ１Ｑ２、辺Ｑ３Ｑ４に対し四角形１０５の辺Ｐ１Ｐ２、辺Ｐ３Ｐ４がＹ軸方向に収縮していることから、露光ショット配列に関する回転誤差Ｘ成分は重ね合わせに関する負の倍率誤差Ｙ成分Ｃｙ（ｍａｇｓ）を含む。従って露光ショット配列の回転誤差Ｘ成分はＣｙ（ｒｏｔｓ）−Ｃｙ（ｍａｇｓ）に比例し、この値は図３を参照して説明したように露光ショット配列の回転誤差Ｘ成分の２倍であるから、
Ｘｒｏｔ＝−（Ｃｙ（ｍａｇｓ）−Ｃｙ（ｒｏｔｓ））／２
となる。
【００６８】
図５は、露光ショット配列に回転誤差Ｙ成分のみが生じた場合にレジスト上に転写された露光ショット配列誤差測定用のインナーマークおよびアウターマークの位置ズレ状態を示す図であり、回転誤差Ｘ成分と同様に説明できる。図５において露光ショットｓはＸ軸方向の菱形変形をし、露光ショットｓの中心Ｃを中心としてインナーマークＩＭ２（ｓ）、ＩＭ３（ｓ）はＸ軸の負方向、ＩＭ１（ｓ）、ＩＭ４（ｓ）はＸ軸の正方向へ設計位置から移動する。露光ショットｓの上側に隣接する露光ショットａ、下側に隣接する露光ショットｃも同様に変形し、アウターマークＯＭ４（ａ）はＸ軸の正方向に、ＯＭ２（ｃ）はＸ軸の負方向に移動し、点Ｐ２と点Ｑ２、および点Ｐ４と点Ｑ４にそれぞれ相対的位置ズレが生じる。
【００６９】
また、露光ショットｓの右側に隣接する露光ショットｄ、および左側に隣接する露光ショットｂも同様に変形するが、露光ショットｓのＩＭ１（ｓ）と露光ショットｄのＯＭ３（ｄ）は共にＸ軸の正方向に同量移動し、また露光ショットｓのＩＭ３（ｓ）と露光ショットｂのＯＭ１(ｂ)は共にＸ軸の負方向に同量移動する。このため点Ｐ１と点Ｑ１、および点Ｐ３と点Ｑ３は一致したままとなる。
【００７０】
図５のマーク配置を重ね合わせによって生じた誤差とみなした場合、下層パターンレイヤ（露光ショットａ、ｂ、ｃ、ｄ）の４つのマークの中心で構成される四角形Ｑ１Ｑ２Ｑ３Ｑ４（四角形１０６）に対して上層パターンレイヤ（露光ショットｓ）の４つのマークの中心で構成される四角形Ｐ１Ｐ２Ｐ３Ｐ４（四角形１０７）の重ね合わせ誤差が生じたことになる。四角形１０７の４辺は四角形１０６の４辺に対して回転角を有しているため露光ショット配列に関する回転誤差Ｙ成分は重ね合わせ誤差の反時計回りの回転誤差Ｙ成分Ｃｘ（ｒｏｔｓ）を含む。しかし辺Ｑ２Ｑ３、辺Ｑ４Ｑ１に対し辺Ｐ２Ｐ３、辺Ｐ４Ｐ１がＸ軸方向に収縮していることから、露光ショット配列に関する回転誤差Ｙ成分は重ね合わせに関する負の倍率誤差Ｘ成分Ｃｘ（ｍａｇｓ）を含む。従って露光ショット配列の回転誤差Ｙ成分はＣｘ（ｒｏｔｓ）−Ｃｘ（ｍａｇｓ）に比例し、この値は図３を参照して説明したように露光ショット配列の回転誤差Ｙ成分の２倍であるから、
Ｙｒｏｔ＝−（Ｃｘ（ｍａｇｓ）−Ｃｘ（ｒｏｔｓ））／２
となる。
【００７１】
図６は、露光ショット配列に倍率誤差Ｘ成分のみが生じた場合にレジスト上に転写された露光ショット配列誤差測定用のインナーマークおよびアウターマークの位置ズレ状態を示す図である。図６において、露光ショットｓは設計上の露光ショット１０３から露光ショットｓの中心Ｃを中心としてＸ軸に沿い互いに反対方向に伸縮するが、図は伸張する場合を示す。これに伴い、前記中心Ｃを中心としてインナーマークＩＭ１（ｓ）、ＩＭ２（ｓ）はＸ軸の正方向、ＩＭ３（ｓ）、ＩＭ４（ｓ）はＸ軸の負方向へ設計位置から移動する。露光ショットｓの右側に隣接する露光ショットｄ、左側に隣接する露光ショットｂも同様に伸張するのでアウターマークＯＭ３（ｄ）はＸ軸の負方向に、ＯＭ１（ｂ）はＸ軸の正方向に移動し、点Ｐ１と点Ｑ１、および点Ｐ３と点Ｑ３にそれぞれ相対的位置ズレが生じる。
【００７２】
また、露光ショットｓの上側に隣接する露光ショットａ、および下側に隣接する露光ショットｃも同様な伸張をするが、露光ショットｓのＩＭ２（ｓ）と露光ショットａのＯＭ４（ａ）は共にＸ軸の正方向に同量移動し、また露光ショットｓのＩＭ４（ｓ）と露光ショットｃのＯＭ２(ｃ)は共にＸ軸の負方向に同量移動する。このため点Ｐ２と点Ｑ２、および点Ｐ４と点Ｑ４は一致したままとなる。
【００７３】
図６のマーク配置を重ね合わせによって生じた誤差とみなした場合、下層パターンレイヤ（露光ショットａ、ｂ、ｃ、ｄ）の４つのマークの中心で構成される四角形Ｑ１Ｑ２Ｑ３Ｑ４（四角形１０８）に対して上層パターンレイヤ（露光ショットｓ）の４つのマークの中心で構成される四角形Ｐ１Ｐ２Ｐ３Ｐ４（四角形１０９）の重ね合わせ誤差が生じたものと考えることができる。四角形１０８の辺Ｑ２Ｑ３、辺Ｑ１Ｑ４の長さに対し四角形１０９の辺Ｐ２Ｐ３、辺Ｐ１Ｐ４の長さがＸ軸方向に伸張しており、露光ショット配列に関する倍率誤差Ｘ成分は重ね合わせに関する倍率誤差Ｘ成分Ｃｘ（ｍａｇｓ）を含む。しかし四角形１０９の４辺は四角形１０８の４辺に対して回転角を有しているため、露光ショット配列に関する倍率誤差Ｘ成分は重ね合わせ誤差に関する反時計回りの回転誤差Ｙ成分Ｃｘ（ｒｏｔｓ）を含む。従って露光ショット配列に関する倍率誤差Ｘ成分はＣｘ（ｍａｇｓ）＋Ｃｘ（ｒｏｔｓ）に比例し、この値は図３を参照して説明したように露光ショット配列の回転誤差Ｘ成分の２倍であるから、
Ｘｍａｇ＝（Ｃｘ（ｍａｇｓ）＋Ｃｘ（ｒｏｔｓ））／２
となる。
【００７４】
図７は、露光ショット配列に倍率誤差Ｙ成分のみが生じた場合にレジスト上に転写された露光ショット配列誤差測定用のインナーマークおよびアウターマークの位置ズレ状態を示す図であり、倍率誤差Ｘ成分と同様に説明できる。この場合露光ショットｓは露光ショットｓの中心Ｃを中心としてＹ軸に沿い互いに反対方向に伸縮するが、図は伸張する場合を示す。インナーマークＩＭ２（ｓ）、ＩＭ３（ｓ）はＹ軸の正方向、ＩＭ１（ｓ）、ＩＭ４（ｓ）はＹ軸の負方向へ設計位置から移動する。露光ショットｓの上側に隣接する露光ショットａ、下側に隣接する露光ショットｃのそれぞれにおいてアウターマークＯＭ４（ａ）はＹ軸の負方向に、ＯＭ２（ｃ）はＹ軸の正方向に移動し、こうして点Ｐ２と点Ｑ２、および点Ｐ４と点Ｑ４にはそれぞれ倍率誤差Ｙ成分による相対的位置ズレが生じる。
【００７５】
また、露光ショットｓの右側に隣接する露光ショットｄ、および左側に隣接する露光ショットｂも同様に伸張をするが、露光ショットｓのＩＭ１（ｓ）と露光ショットｄのＯＭ３（ｄ）は共にＹ軸の負方向に同量移動し、また露光ショットｓのＩＭ３（ｓ）と露光ショットｂのＯＭ１(ｂ)は共にＹ軸の正方向に同量移動する。このため点Ｐ１と点Ｑ１、および点Ｐ３と点Ｑ３は一致したままとなる。
【００７６】
図７のマーク配置を重ね合わせによって生じた誤差とみなした場合、下層パターンレイヤ（露光ショットａ、ｂ、ｃ、ｄ）の４つのマークの中心で構成される四角形Ｑ１Ｑ２Ｑ３Ｑ４（四角形１１０）に対して上層パターンレイヤ（露光ショットｓ）の４つのマークの中心で構成される四角形Ｐ１Ｐ２Ｐ３Ｐ４（四角形１１１）の重ね合わせ誤差が生じたことになる。四角形１１０の辺Ｑ１Ｑ２、辺Ｑ３Ｑ４の長さに対し四角形１１１の辺Ｐ１Ｐ２、辺Ｐ３Ｐ４の長さがＹ軸方向に伸張していることから、露光ショット配列に関する倍率誤差Ｙ成分は重ね合わせに関する倍率誤差Ｙ成分Ｃｙ（ｍａｇｓ）を含む。しかし四角形１１１の４辺は四角形１１０の４辺に対して回転角を有しているため、露光ショット配列に関する倍率誤差Ｙ成分は重ね合わせ誤差に関する反時計回りの回転誤差Ｘ成分Ｃｙ（ｒｏｔｓ）を含む。従って露光ショット配列の倍率誤差ｙ成分はＣｙ（ｍａｇｓ）＋Ｃｙ（ｒｏｔｓ）に比例し、この値は図３を参照して説明したように露光ショット配列の回転誤差Ｘ成分の２倍であるから、
Ｙｍａｇ＝（Ｃｙ（ｍａｇｓ）＋Ｃｙ（ｒｏｔｓ））／２
となる。
【００７７】
（露光ショット配列誤差の算出方法の検証）
図８および図９は、本発明による露光ショット配列誤差算出方法の検証結果を示すグラフである。図８は、露光装置に露光ショット配列制御パラメータとしてその配列に関する回転誤差Ｘ成分（Ｘｒｏｔ０）、Ｙ成分（Ｙｒｏｔ０）、倍率誤差Ｘ成分（Ｘｍａｇ０）、Ｙ成分（Ｙｍａｇ０）の値を故意に入力して設定することにより配列誤差が生じるようにした後、前述の本発明に係るフォトマスクを用いて形成したレジストパターン上の露光ショット配列誤差測定用マークにより上記誤差に基づくマークのズレ量を測定し、測定されたマークのズレ量からＥＧＡ方式のモデル計算式を用いて重ね合わせに関する回転誤差Ｘ成分（Ｃｙ（ｒｏｔｓ））、Ｙ成分（Ｃｘ（ｒｏｔｓ））、倍率誤差Ｘ成分（Ｃｘ（ｍａｇｓ））、Ｙ成分（Ｃｙ（ｍａｇｓ））を求めた結果を示す。
【００７８】
図８の横軸は露光装置の配列誤差設定条件であり、縦軸は求められた各誤差成分値である。各誤差成分値のプロットはその垂直下方に示された露光装置設定条件表の４つの誤差成分の１つの組み合わせに対応する。図からわかるように設定された露光ショット配列に関する誤差成分と重ね合わせとしてみた誤差成分とは必ずしも一致しない。
【００７９】
図９は、求められた重ね合わせに関する各誤差成分（図８）を用い、上に説明した式（３）〜（６）を用いて算出した露光ショット配列誤差成分Ｘｍａｇ、Ｙｍａｇ、Ｘｒｏｔ、Ｙｒｏｔと、露光装置に故意に入力・設定した露光ショット配列誤差成分の組み合わせとの関係を示す。横軸は図８と同じであり、縦軸は算出された露光ショット配列誤差成分値である。図９のように配列誤差の設定値と算出された値との一致は良好であり、本発明に係るフォトマスクおよび算出方法によって露光ショット配列誤差の各成分をほぼ正しく求めることができる。
【００８０】
（フォトリソ工程）
以上に説明した本発明に係る露光ショット配列誤差成分算出方法を一工程として含むフォトリソ工程を次に説明する。図１０は本発明によるフォトリソ工程を示す代表的な工程フロー図である。まず、図１に示したフォトマスク（レチクル）を準備し、露光装置のレチクルステージに装着する（工程Ｓ１）。露光装置はステップ・アンド・スキャン方式の縮小投影型露光装置（スキャナ）であり、フォトマスクはウェーハに最初の露光工程を行うための最下層（第１層）パターンレイヤのものとする。次に未だ半導体集積回路パターンが形成されていないシリコンからなるウェーハ上にレジスト膜を塗布し、図１のフォトマスク上に繰り返し配列された複数の回路パターン形成領域１０２および８個の露光ショット配列誤差測定用マーク（ＩＭ１〜ＩＭ４、ＯＭ１〜ＯＭ４）をスキャナを用いてレジスト膜に転写し、現像する（工程Ｓ２）。この時のウェーハはロットを構成する複数のウェーハのうちの少なくとも特定の一つとする。
【００８１】
またこの工程では図２に示すように、露光ショット上の各マークが互いに隣接して配列される露光ショットの対応するマークと重なるように露光することによって露光ショットを配列していく。これによりショットエリアの各マークが形成された領域は通常スクライブレーンとなる。
【００８２】
次に、パターン形成されたウェーハを例えばコータ・デベロパ内に配置された重ね合わせ測定装置に搬送し、この重ね合わせ測定装置で例えば図２に示す円内の４個の露光ショット配列誤差測定用マークの組のそれぞれについて、露光ショット配列誤差に起因して発生した相対的位置ズレに関する量を測定する（工程Ｓ３）。この重ね合わせ測定装置は、フォトリソ工程において上層および下層のマスクパターンレイヤ間の例えばアライメントマーク位置ズレ量のような重ね合わせ誤差に関する量を測定するためにフォトリソ工程ラインに標準的に設けられたものである。
【００８３】
マークの相対的位置ズレ量を測定するための露光ショットの数およびウェーハ上の位置は予め決められており、露光ショット数は５ショット以上、望ましくは１０ショット〜３０ショット程度であり、ウェーハ上にできる限り均一に分布するように選択する。また重ね合わせ測定装置はこの例ではコータ・デベロパにインライン接続されたものであるが、露光系のラインと切離されたオフラインの装置であってもよい。
【００８４】
次いで、マークの相対的位置ズレ量の測定データをＬＡＮなどを通じて例えば露光装置が具備する露光制御装置に伝達し、測定データを元に式（１）、（２）などのＥＧＡの計算式を用いた複雑な演算を露光制御装置を通じて実施し、上下のマスクパターンレイヤの重ね合わせ誤差に関する回転誤差Ｘ成分Ｃｙ（ｒｏｔｓ）、Ｙ成分Ｃｘ（ｒｏｔｓ）、倍率誤差Ｘ成分Ｃｘ（ｍａｇｓ）、Ｙ成分Ｃｙ（ｍａｇｓ）を求める（工程Ｓ３）。続いて露光制御装置により、求めた重ね合わせに関する各種誤差成分値を式（３）〜（６）に代入して１組の露光ショット配列誤差成分Ｘｍａｇ、Ｙｍａｇ、Ｘｒｏｔ、Ｙｒｏｔを算出する（工程Ｓ４）。
【００８５】
次に得られた配列誤差の各成分を、半導体集積回路の製造歩留りや電気特性の許容範囲などから予め定められた露光ショット配列誤差成分の基準値と比較して露光ショット配列の良否を判定する（工程Ｓ５）。そして算出した誤差成分のすべてが基準値以下となっていれば、露光装置の露光ショット配列を制御するパラメータを補正せずに少なくとも前記露光ショット配列誤差成分算出に用いたウェーハ以外の、そのロットに属する残り全ウェーハに露光・現像処理を施してフォトリソ工程を終了する（工程Ｓ８）。さらに必要に応じてこのようにウェーハ上に形成されたレジストパターンを用いて次工程の処理（例えば、エッチング工程やイオン注入工程など）を行なう。
【００８６】
反対に算出された配列誤差の各成分のうち一成分でも基準値を超えていれば、その配列誤差成分値の正負の符号反転値を露光装置に入力し、露光ショット配列に関する制御パラメータを補正する（工程Ｓ６）。この制御パラメータは、露光装置がその光学系や機械系などのハードウェアを通じて、露光ショットを、設定されたとおりの回転成分、倍率成分などを有する状態で露光できるようにするパラメータである。この後ウェーハからレジスト膜を剥離し（工程Ｓ７）、工程Ｓ２に戻って再度工程Ｓ２〜工程Ｓ５を行い、露光ショット配列の良否を判定する。そして算出される配列誤差成分値が基準値以下になるまで工程Ｓ２〜工程Ｓ７を繰り返す。
【００８７】
こうして最終的に露光ショット配列誤差成分値が全て基準値以下となれば、そのロットに属し、少なくとも前記露光所と配列誤差成分算出に用いたウェーハ以外の残り全ウェーハに露光・現像処理を施してフォトリソ工程を終了する。その後ウェーハ上に形成された第１層目の回路パターンを有するレジスト膜をマスクとして例えばエッチング工程やイオン注入工程など次工程の処理によりウェーハ表面に加工を施す。
【００８８】
次に、第２層目の回路パターンを形成するための２回目のフォトリソ工程を行う。２回目のフォトリソ工程に用いる露光装置は、スキャナよりショットエリアが小さいステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型露光装置（ステッパ）とする。従って用いるフォトマスクに繰り返し形成される回路パターン形成領域の数は、最初（第１回目）の回路パターン形成に用いたフォトマスクより少ないものとする。
【００８９】
ウェーハ表面には第１回目のフォトリソ工程後の加工により、第１層目のパターンレイヤに対応する回路パターンが形成され、また従来の重ね合わせ用のアライメントマークが露光ショット配列誤差測定用マークとは別に形成されており、２回目のフォトリソ工程において基本的には、このアライメントマークと第２層目のフォトマスク上のアライメントマークが重なるようにショットエリア位置を調整して露光する。実際には第１層目のアライメントマーク位置を読み、その結果に基づいて重ね合わせるべきショット領域の位置を演算によって算出し、ショット領域の位置が算出された位置となるようにステッパの重ね合わせを補正する前述のＥＧＡ法を採用することができる。これにより第１層目のパターンレイヤに属する回路パターンに対して第２層目のパターンレイヤに属する回路パターンを精度良く合わせることができる。
【００９０】
上記ＥＧＡ法における演算で算出された重ね合わせ誤差成分がすべて重ね合わせ精度に関する基準値以下であればステッパを補正することなくエッチング工程やイオン注入工程などの次工程に進む。この露光工程において、先行ウェーハで重ね合わせズレ量を測定しているならば、ロットの残りウェーハについても同条件でレジスト塗布から現像処理までを行う。もし重ね合わせ誤差成分のうち一成分でも基準値を超えていれば、ウェーハからレジスト膜を剥離し、ステッパの露光ショット配列制御パラメータとして前記算出された重ね合わせ誤差成分の符号反転値をステッパに入力して補正し、再度レジストパターンを形成する。最終的に重ね合わせ誤差成分値の全てが基準値以下となったならば、その条件でロットの残りウェーハに露光・現像を施す。以降、所定の半導体集積回路装置の製造工程フローに基づいて第２層目以上のパターンレイヤのフォトリソ工程と加工工程等を順次繰返し、半導体装置を製造する。
【００９１】
以上が本発明に係るフォトリソ工程の実施形態であるが、本発明では（１）重ね合わせ測定装置を用い、ウェーハ上から選択された複数の露光ショットについて露光ショット配列誤差測定用マークの相対的位置ズレに関する量を測定し、（２）測定された複数の相対的位置ズレに関する量とＥＧＡ法において用いられているモデル式を利用して演算を行い、重ね合わせに関する誤差成分を求め、（３）求めた重ね合わせに関する誤差成分を露光ショット配列に関する誤差成分に換算するものである。
【００９２】
（１）の重ね合わせ測定装置および相対的位置ズレに関する量を測定するプログラム、（２）の演算プログラムは最近のフォトリソ工程ラインには標準装備されているものであり、新たな追加労力やコストが不要である。また、（３）の換算式は式（３）〜（６）の通り簡単な四則演算であるので、極めて容易にフォトリソ工程ラインの何らかの設備、例えば露光装置の露光制御装置に内蔵する演算プログラムの変更・追加を行って換算可能にすることができる。このように本発明は、コストをほとんど上昇させることなく露光ショット配列誤差を低減させることができる露光工程、フォトリソ工程を実現でき、また本発明に係るフォトマスクはその実現に寄与するものである。
【００９３】
最初に述べたように（図１参照）ショットエリアの大きさの異なる露光装置を用いる場合は、第２層目のショットエリアの一部は第１層目の２つのショットエリアに跨って配置される。本発明によれば第１層目パターンレイヤの露光ショットが配列誤差成分の基準値を満たすように精度よく配列されるので、ショットエリアの大きさが異なる露光装置を採用しても第２層目以降のパターンレイヤの重ね合わせ精度をコスト上昇をほとんど伴うことなく向上させることができる。
【００９４】
上記フォトリソ工程例では第１層目のパターンレイヤをスキャナで形成し、第２層目のパターンレイヤをステッパで形成した。一般的にもウェーハ上に半導体集積回路装置の回路パターンを配列する基準となる最初の露光工程はショットエリアが大きく配列精度のよいスキャナを用いることが多い。しかし下層のパターンレイヤにステッパを、上層のパターンレイヤにスキャナ用いてもよい。また第１層目のパターンレイヤに対して露光ショット配列誤差を補正する工程を採用したが、露光ショット配列誤差が影響するパターンレイヤあれば第２層目以上のレイヤを本発明による方法で補正してもよい。その場合下層パターンレイヤとの重ね合わせ誤差と合わせて補正を行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明にかかる技術は主として半導体集積回路のフォトリソ工程に用いるが、その他液晶表示素子などフォトリソ工程を必要とする各種のデバイスの製造に適用することができる。
【符号の説明】
【００９６】
１０１ ショットエリア
１０２ 半導体集積回路装置の回路パターン形成領域
１０３ 設計上の露光ショット
１０４、１０６、１０８、１１０ ４つのアウターマークの中心を結んでできる四角形
１０５、１０７、１０９、１１１ ４つのインナーマークの中心を結んでできる四角形
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板上の、露光光が照射されるショットエリアに、
半導体装置の回路パターン形成領域と、
前記ショットエリアの内側の周辺部に形成された露光ショットの配列誤差測定用マークとを備えたフォトマスクであって、
前記露光ショットの配列誤差測定用マークは、互いに寸法または形状が異なるマークの対からなると共に、前記ショットエリア内に３対以上形成され、
１対の前記マークのそれぞれが形成される前記ショットエリアにおける位置は、被処理基板上に２つの露光ショットを、前記露光ショットの配列誤差測定用マークが形成された前記ショットエリアの所定部分が重なるように隣接して形成した時に、前記１対のマークのそれぞれが互いに重なる位置であることを特徴とするフォトマスク。
【請求項２】
前記露光ショットの配列誤差測定用マークを構成する１対のマークのそれぞれは、前記半導体装置の回路パターン形成領域を挟んで互いに反対側の、対向する位置に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
【請求項３】
前記半導体装置の回路パターン形成領域は前記ショットエリアに複数形成され、それぞれが同一の回路パターンを有することを特徴とする請求項１または２に記載のフォトマスク。
【請求項４】
前記ショットエリアが矩形であり、前記露光ショットの配列誤差測定用マークは前記ショットエリア内に４対形成され、前記４対のマークを構成するそれぞれのマークは前記ショットエリアのコーナー部近傍に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のフォトマスク。
【請求項５】
前記露光ショットの配列誤差測定用マークを構成する１対のマークはボックス・イン・ボックス構造またはバーズ・イン・バーズ構造であることを特徴とする請求項１または２に記載のフォトマスク。
【請求項６】
露光装置に請求項１に記載のフォトマスクを装着する工程と、
前記露光装置を用いて被処理基板上に塗布されたレジスト膜に、互いに隣接する露光ショットを、前記露光ショットの配列誤差測定用マークが形成された前記ショットエリアの所定部分が重なるように配列して露光し、現像により前記レジスト膜に前記露光ショットの配列誤差測定用マークを形成する工程と、
前記レジスト膜に形成された前記露光ショットの配列誤差測定用マークのズレに関する量を測定する工程と、
前記測定された前記露光ショットの配列誤差測定用マークのズレに関する量を上層と下層のマスクパターンレイヤの重ね合わせ誤差と見なし、測定された当該ズレに関する量に基づいて前記重ね合わせ誤差に関する誤差成分を算出する工程と、
前記算出された重ね合わせ誤差に関する誤算成分から露光ショット配列誤差に関する誤差成分を算出する工程
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７】
前記露光ショットの配列誤差測定用マークのズレに関する量の測定は、前記被処理基板上に形成された露光ショットから選択された複数の露光ショットに対して行い、前記重ね合わせ誤差に関する誤差成分の算出は、上層と下層のマスクパターンレイヤの重ね合わせを行うＥＧＡ法の露光ショット配列計算モデル式を用いて行うことを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記露光ショット配列誤差に関する誤差成分の算出に用いる前記重ね合わせに関する誤差成分は露光ショットに関する重ね合わせ誤差成分であり、前記露光ショットに対するＸ−Ｙ直交座標系を用いた時、回転誤差Ｘ成分Ｃｙ（ｒｏｔｓ）、回転誤差Ｙ成分Ｃｘ（ｒｏｔｓ）、倍率誤差Ｘ成分Ｃｘ（ｍａｇｓ）、倍率誤差Ｙ成分Ｃｙ（ｍａｇｓ）であることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記重ね合わせ誤差に関する誤算成分から露光ショット配列誤差に関する誤差成分を算出するための式は、前記露光ショット配列誤差に関する誤差成分を回転誤差Ｘ成分Ｘｒｏｔ、回転誤差Ｙ成分Ｙｒｏｔ、倍率誤差Ｘ成分Ｘｍａｇ、倍率誤差Ｙ成分Ｙｍａｇとして、
Ｘｒｏｔ＝−（Ｃｙ（ｍａｇｓ）−Ｃｙ（ｒｏｔｓ））／２
Ｙｒｏｔ＝−（Ｃｘ（ｍａｇｓ）−Ｃｘ（ｒｏｔｓ））／２
Ｘｍａｇ＝（Ｃｘ（ｍａｇｓ）＋Ｃｘ（ｒｏｔｓ））／２
Ｙｍａｇ＝（Ｃｙ（ｍａｇｓ）＋Ｃｙ（ｒｏｔｓ））／２
であることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記レジスト膜に形成された前記露光ショットの配列誤差測定用マークのズレに関する量の測定は、上層と下層のマスクパターンレイヤの重ね合わせ誤差に関する量を測定するために設けられた測定装置を用いて行うことを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記算出された露光ショット配列誤差に関する各誤差成分の値が予め定められた基準を満たすか否かを判定する工程と、
前記判定の結果、前記露光ショット配列誤差に関する誤差成分の値が前記基準を満たさない時は、前記露光ショット配列誤差に関する誤差成分の値に基づいて前記露光装置の露光ショット配列に関する制御パラメータを補正することにより、前記露光ショット配列誤差に関する誤差成分の値が前記基準を満たした状態で、前記露光装置が露光できるようにする工程とを含むことを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記露光ショット配列誤差に関する各誤差成分の値が前記基準を満たした状態で露光できるようにされた前記露光装置および請求項１に記載のフォトマスクを用いて、被処理基板上に塗布されたレジスト膜を露光した後現像して第１のパターンを形成する工程と、
前記第１のパターンが形成されたレジスト膜を用いて前記被処理基板を加工し、前記被処理基板に前記第１のパターンを形成する工程と、
請求項１に記載のフォトマスクより上層の前記半導体装置の回路パターンの形成領域を備えた第２のフォトマスクを用いて、前記第１のパターンが形成された前記被処理基板上に塗布されたレジスト膜を露光した後現像して第２のパターンを形成する工程と
を含むことを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１に記載のフォトマスクに対して用いる前記露光装置と前記第２のフォトマスクに対して用いる露光装置のショットエリアの大きさは互いに異なることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１に記載のフォトマスクおよび前記第２のフォトマスクのそれぞれは、同一の回路パターンから構成される複数の前記半導体装置の回路パターン形成領域を有し、請求項１に記載のフォトマスクが備える前記半導体装置の回路パターン形成領域の数と前記第２のフォトマスクが備える前記半導体装置の回路パターン形成領域の数とは互いに異なることを特徴とする請求項１２または１３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１に記載のフォトマスクを用いて前記被処理基板上に塗布された前記レジスト膜を露光する工程は前記被処理基板に対する最初の露光工程であることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
ガラス基板上の、露光光が照射されるショットエリアに、
半導体装置の回路パターン形成領域と、
前記ショットエリアの内側の周辺部に形成された露光ショットの配列誤差測定用マークとを備えたフォトマスクであって、
前記露光ショットの配列誤差測定用マークは、互いに寸法または形状が異なるマークの対からなると共に、前記ショットエリア内に３対以上形成され、
１対の前記マークのそれぞれが形成される前記ショットエリアにおける位置は、被処理基板上に２つの露光ショットを、前記露光ショットの配列誤差測定用マークが形成された前記ショットエリアの所定部分が重なるように隣接して形成した時に、前記１対のマークのそれぞれが互いに重なる位置であることを特徴とするフォトマスク。
【請求項２】
前記露光ショットの配列誤差測定用マークを構成する１対のマークのそれぞれは、前記半導体装置の回路パターン形成領域を挟んで互いに反対側の、対向する位置に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
【請求項３】
前記半導体装置の回路パターン形成領域は前記ショットエリアに複数形成され、それぞれが同一の回路パターンを有することを特徴とする請求項１または２に記載のフォトマスク。
【請求項４】
前記ショットエリアが矩形であり、前記露光ショットの配列誤差測定用マークは前記ショットエリア内に４対形成され、前記４対のマークを構成するそれぞれのマークは前記ショットエリアのコーナー部近傍に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のフォトマスク。
【請求項５】
前記露光ショットの配列誤差測定用マークを構成する１対のマークはボックス・イン・ボックス構造またはバーズ・イン・バーズ構造であることを特徴とする請求項１または２に記載のフォトマスク。
【請求項６】
露光装置に請求項１に記載のフォトマスクを装着する工程と、
前記露光装置を用いて被処理基板上に塗布されたレジスト膜に、互いに隣接する露光ショットを、前記露光ショットの配列誤差測定用マークが形成された前記ショットエリアの所定部分が重なるように配列して露光し、現像により前記レジスト膜に前記露光ショットの配列誤差測定用マークを形成する工程と、
前記レジスト膜に形成された前記露光ショットの配列誤差測定用マークのズレに関する量を測定する工程と、
前記測定された前記露光ショットの配列誤差測定用マークのズレに関する量を上層と下層のマスクパターンレイヤの重ね合わせ誤差と見なし、測定された当該ズレに関する量に基づいて前記重ね合わせ誤差に関する誤差成分を算出する工程と、
前記算出された重ね合わせ誤差に関する誤算成分から露光ショット配列誤差に関する誤差成分を算出する工程
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７】
前記露光ショットの配列誤差測定用マークのズレに関する量の測定は、前記被処理基板上に形成された露光ショットから選択された複数の露光ショットに対して行い、前記重ね合わせ誤差に関する誤差成分の算出は、上層と下層のマスクパターンレイヤの重ね合わせを行うＥＧＡ法の露光ショット配列計算モデル式を用いて行うことを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記露光ショット配列誤差に関する誤差成分の算出に用いる前記重ね合わせに関する誤差成分は露光ショットに関する重ね合わせ誤差成分であり、前記露光ショットに対するＸ−Ｙ直交座標系を用いた時、回転誤差Ｘ成分Ｃｙ（ｒｏｔｓ）、回転誤差Ｙ成分Ｃｘ（ｒｏｔｓ）、倍率誤差Ｘ成分Ｃｘ（ｍａｇｓ）、倍率誤差Ｙ成分Ｃｙ（ｍａｇｓ）であることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記重ね合わせ誤差に関する誤算成分から露光ショット配列誤差に関する誤差成分を算出するための式は、前記露光ショット配列誤差に関する誤差成分を回転誤差Ｘ成分Ｘｒｏｔ、回転誤差Ｙ成分Ｙｒｏｔ、倍率誤差Ｘ成分Ｘｍａｇ、倍率誤差Ｙ成分Ｙｍａｇとして、
Ｘｒｏｔ＝−（Ｃｙ（ｍａｇｓ）−Ｃｙ（ｒｏｔｓ））／２
Ｙｒｏｔ＝−（Ｃｘ（ｍａｇｓ）−Ｃｘ（ｒｏｔｓ））／２
Ｘｍａｇ＝（Ｃｘ（ｍａｇｓ）＋Ｃｘ（ｒｏｔｓ））／２
Ｙｍａｇ＝（Ｃｙ（ｍａｇｓ）＋Ｃｙ（ｒｏｔｓ））／２
であることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記レジスト膜に形成された前記露光ショットの配列誤差測定用マークのズレに関する量の測定は、上層と下層のマスクパターンレイヤの重ね合わせ誤差に関する量を測定するために設けられた測定装置を用いて行うことを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記算出された露光ショット配列誤差に関する各誤差成分の値が予め定められた基準を満たすか否かを判定する工程と、
前記判定の結果、前記露光ショット配列誤差に関する誤差成分の値が前記基準を満たさない時は、前記露光ショット配列誤差に関する誤差成分の値に基づいて前記露光装置の露光ショット配列に関する制御パラメータを補正することにより、前記露光ショット配列誤差に関する誤差成分の値が前記基準を満たした状態で、前記露光装置が露光できるようにする工程とを含むことを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記露光ショット配列誤差に関する各誤差成分の値が前記基準を満たした状態で露光できるようにされた前記露光装置および請求項１に記載のフォトマスクを用いて、被処理基板上に塗布されたレジスト膜を露光した後現像して第１のパターンを形成する工程と、
前記第１のパターンが形成されたレジスト膜を用いて前記被処理基板を加工し、前記被処理基板に前記第１のパターンを形成する工程と、
請求項１に記載のフォトマスクより上層の前記半導体装置の回路パターンの形成領域を備えた第２のフォトマスクを用いて、前記第１のパターンが形成された前記被処理基板上に塗布されたレジスト膜を露光した後現像して第２のパターンを形成する工程と
を含むことを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１に記載のフォトマスクに対して用いる前記露光装置と前記第２のフォトマスクに対して用いる露光装置のショットエリアの大きさは互いに異なることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１に記載のフォトマスクおよび前記第２のフォトマスクのそれぞれは、同一の回路パターンから構成される複数の前記半導体装置の回路パターン形成領域を有し、請求項１に記載のフォトマスクが備える前記半導体装置の回路パターン形成領域の数と前記第２のフォトマスクが備える前記半導体装置の回路パターン形成領域の数とは互いに異なることを特徴とする請求項１２または１３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１に記載のフォトマスクを用いて前記被処理基板上に塗布された前記レジスト膜を露光する工程は前記被処理基板に対する最初の露光工程であることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−２２１４５１（Ｐ２０１１−２２１４５１Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９３２３６（Ｐ２０１０−９３２３６）
【出願日】平成２２年４月１４日（２０１０．４．１４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１４日（２０１０．４．１４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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