JP2000206668A - パタ―ン露光マスクおよびパタ―ン露光方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ウエハー上の感光剤に対してパターン露光する
際、スクライブライン領域のうちでチップ領域の四隅部
に対応する領域におけるウエハー上の感光剤の露光オー
バーを防止し、隅部の近傍でのマーク形成に悪影響を及
ぼさない。 【解決手段】位相シフト方式のハーフトーン型のパター
ン露光マスクであって、マスク基板の領域が、マスク基
板上の中央領域で半導体ウエハーのチップ領域に対応す
る所要のパターンが形成されたハーフトーン地を有する
第１の領域１１と、中央領域を囲む方形リング状の周辺
領域のうちの四隅部分以外の領域でハーフトーン地を有
する第２の領域１２と、周辺領域を囲む方形リング状の
外枠領域および第２の領域以外の周辺領域に遮光性を有
するように形成された第３の領域１３に区分されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
工程において半導体ウエハーの各チップ領域に所要のパ
ターンを露光するために使用されるパターン露光マスク
およびパターン露光方法に係り、特に過剰露光（露光オ
ーバー）を防止するように工夫されたパターン露光マス
クおよびパターン露光方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩの製造工程において多く用いられ
ているリソグラフィ技術は、感光剤（フォトレジスト）
を半導体基板上に薄く塗布し、微細な図柄（パターン）
を表現したパターン露光マスクを用いて、光などにより
マスクパターンを感光剤に感光させる技術である。

【０００３】図７は、従来の位相シフト方式のハーフト
ーン型のパターン露光マスクの一例を示している。

【０００４】このパターン露光マスク７０は、ハーフト
ーン地の中央領域７１および周辺領域７２と、露光不可
能なクロム（Ｃｒ）膜が形成された外枠領域７３に区分
される。

【０００５】ここで、中央領域７１には、ハーフトーン
材の膜に半導体ウエハーのチップ領域に対応する所要の
ＬＳＩパターンが形成されており、周辺領域７２には、
ハーフトーン材の膜に半導体ウエハーのスクライブライ
ン領域における隣接チップ領域の露光位置を調整するた
めの位置合わせマークやＴＥＧ（テストエレメントグル
ープ）のパターンが形成されている。

【０００６】図８は、パターン露光マスクを介して半導
体ウエハー８０に所要のパターンを露光（ショット）す
る際の様子を示している。

【０００７】即ち、ウエハー面内の露光領域を水平方向
あるいは垂直方向にステップ移動させる毎に、同じパタ
ーン露光マスクを用いてショットすることにより、半導
体ウエハー８０上に多数個の同種のチップ領域を配列形
成する。

【０００８】図９は、図７のパターン露光マスク７０を
用いて半導体ウエハー８０上にショットした場合に得ら
れるチップ領域およびスクライブライン領域について、
隣接する４個分のチップ領域９１およびスクライブライ
ン領域のショット状態を代表的に取り出して拡大して示
している。

【０００９】ウエハー面内の露光領域をステップ移動さ
せて各チップ領域毎にショットする時、図７のパターン
露光マスクの中央領域７１のＬＳＩパターンがショット
された部分（チップ領域９１）はショットが重ならな
い。

【００１０】これに対して、ウエハー面内の露光領域を
水平方向にステップ移動させて２個のチップ領域９１を
順にショットする時、図７のパターン露光マスクの周辺
領域７２の右側（図面上）部分に対応して１回ショット
された部分と周辺領域７２の左側（図面上）部分に対応
して１回ショットされた部分とは重なり、このショット
が重なった領域は、水平方向に隣接するチップ領域間の
スクライブライン領域となる。

【００１１】同様に、ウエハー面内の露光領域を垂直方
向にステップ移動させて２個のチップ領域９１を順にシ
ョットする時、図７のパターン露光マスクの周辺領域７
２の上側（図面上）部分に対応して１回ショットされた
部分と周辺領域７２の下側（図面上）部分に対応して１
回ショットされた部分とは重なり、このショットが重な
った領域は、垂直方向に隣接するチップ領域間のスクラ
イブライン領域となる。

【００１２】従って、スクライブライン領域（後工程で
個々のチップ領域に分割するための領域）のうちでチッ
プ領域９１の四隅部に対応するスクライブライン領域９
２ａは、隣接する４個のチップ領域９１のショット時に
それぞれショットされるので合計４回ショットされるこ
とになる。

【００１３】また、スクライブライン領域のうちで上記
周辺領域の四隅部に対応する領域以外のスクライブライ
ン領域９２ｂは、水平方向あるいは垂直方向に隣接する
２個のチップ領域９１のショット時にそれぞれショット
されるので合計２回ショットされることになる。

【００１４】一方、図７のパターン露光マスク７０のハ
ーフトーン地は、パターンが存在しない状態でもショッ
トの際に僅かながら光が透過するので、ウエハー上の感
光剤のうちでチップ領域の四隅部に対応するスクライブ
ライン領域９２ａが合計４回ショットされた部分は、露
光オーバーとなり、意図しない図柄が形成されることに
なる。

【００１５】この場合、スクライブライン領域９２ａ、
９２ｂの幅が例えば１５０μｍであると、四隅部の面積
は１５０μｍ×１５０μｍの如く大きい。そして、感光
剤を現像した時に、四隅部の面積に対応して大きな凹部
（段差部）が発生し、このようなレジストパターンをマ
スクとして下層の層間絶縁膜をエッチングした時に層間
絶縁膜にも大きな凹部が発生する。

【００１６】このように層間絶縁膜に大きな凹部が発生
すると、後工程でＣＭＰ（化学的機械研磨）法により研
磨する際に、凹部の周辺部まで研磨される（デッシン
グ）ことになる。

【００１７】従って、ＣＭＰ後にスクライブライン領域
のうちでチップ領域の四隅部の近傍に位置合わせマーク
を形成する際にマークを正確に形成することが困難にな
り、また、位置合わせマーク形成後のＣＭＰに際して凹
部の近傍の位置合わせマークを不要にも研磨してしまう
などの問題が発生する。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
パターン露光マスクは、スクライブライン領域のうちで
チップ領域の四隅部に対応する比較的大きな面積の領域
に対応するウエハー上の感光剤は、隣接する４個のチッ
プ領域のショット時にそれぞれショットされるので合計
４回ショットされることになり、露光オーバーとなり、
感光剤の下層の絶縁膜をエッチングした時に大きな凹部
が発生し、四隅部近傍におけるマーク形成に悪影響を及
ぼすという問題があった。

【００１９】本発明は上記の問題点を解決すべくなされ
たもので、ウエハー上の感光剤に対してスクライブライ
ン領域のうちでチップ領域の四隅部のうちの少なくとも
１つの隅部に対応する領域におけるウエハー上の感光剤
の露光オーバーを防止でき、感光剤の下層膜をエッチン
グした時に隅部に対応する部分に凹部が発生しなくな
り、チップ領域の隅部の近傍でのマーク形成に悪影響を
及ぼさなくなるパターン露光マスクおよびパターン露光
方法を提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】第１の発明のパターン露
光マスクは、位相シフト方式のハーフトーン型のパター
ン露光マスクであって、マスク基板上の中央領域で半導
体ウエハーのチップ領域に対応する所要のパターンが形
成されたハーフトーン地を有する第１の領域と、前記中
央領域を囲む方形リング状の周辺領域のうちの少なくと
も一隅部分以外の領域でハーフトーン地を有する第２の
領域と、前記周辺領域を囲む方形リング状の外枠領域お
よび前記第２の領域以外の周辺領域に遮光性を有するよ
うに形成された第３の領域に区分されていることを特徴
とする。

【００２１】第２の発明のパターン露光マスクは、第１
の発明のパターン露光マスクにおいて、前記第２の領域
は、前記周辺領域のうちの四隅部分以外の領域であるこ
とを特徴とする。

【００２２】第３の発明のパターン露光マスクは、位相
シフト方式のハーフトーン型のパターン露光マスクであ
って、マスク基板の領域が、マスク基板上の中央領域で
半導体ウエハーのチップ領域に対応する所要のパターン
が形成されたハーフトーン地を有する第１の領域と、前
記中央領域を囲む方形リング状の周辺領域のうちの１組
の隣接する二辺部分からなるＬ字形部分以外の領域でハ
ーフトーン地を有する第２の領域と、前記周辺領域を囲
む方形リング状の外枠領域および前記第２の領域以外の
周辺領域に遮光性を有するように形成された第３の領域
に区分されていることを特徴とする。

【００２３】また、本発明のパターン露光方法は、半導
体ウエハーの各チップ領域に所要のパターンを露光する
際、前記ウエハー上の感光剤のうちでパターン露光マス
クの周辺領域の少なくとも一隅に対応する部分が露光オ
ーバーにならないように当該部分の露光を禁止すること
を特徴とする。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。

【００２５】＜第１実施例＞図１は、本発明の第１実施
例に係る位相シフト方式のハーフトーン型のパターン露
光マスクを示している。

【００２６】このパターン露光マスク１０は、マスク基
板（例えばガラス基板）の中央領域（内部領域）、上記
中央領域を囲む方形リング状の周辺領域（半導体ウエハ
ーのチップ領域の周辺のスクライブライン領域に対応す
る領域）、上記周辺領域を囲む方形リング状の外枠領域
が、ハーフトーン地を有する第１の領域１１および第２
の領域１２と、遮光性を有する（通常、遮光膜としてク
ロム膜が形成されている、クロム地を有する）第３の領
域１３に区分されている。

【００２７】即ち、ハーフトーン地を有する第１の領域
１１は、マスク基板上の中央領域（内部領域）であり、
半導体ウエハーのチップ領域に対応する所要のパターン
が形成されている。

【００２８】ハーフトーン地を有する第２の領域１２
は、周辺領域のうちの四隅部分以外の中央領域の左右両
側部分および上下両側部分であり、チップ領域の露光位
置を調整するための位置合わせマークや必要に応じてＴ
ＥＧのパターンが形成されている。

【００２９】遮光性を有する第３の領域１３は、周辺領
域のうちの第２の領域以外の四隅部分および外枠領域で
あり、露光不可能になっている。

【００３０】なお、ハーフトーン地のパターンは、ハー
フトーン材（例えばＭｏＳｉＯＮ）の膜にパターンが形
成されている。

【００３１】上記第１実施例のパターン露光マスクを介
して半導体ウエハー上にパターンをショットする際は、
図８を参照して前述したように、ウエハー面内の露光領
域を水平方向あるいは垂直方向にステップ移動させる毎
に、同じパターン露光マスクを用いてショットすること
により、半導体ウエハー上に多数個の同種のチップ領域
を配列形成する。

【００３２】図２は、図１のパターン露光マスク１０を
用いて半導体ウエハー上にショットした場合に得られる
チップ領域およびスクライブライン領域について、隣接
する４個分のチップ領域２１およびスクライブライン領
域のショット状態を代表的に取り出して拡大して示して
いる。

【００３３】即ち、ウエハー面内の露光領域をステップ
移動させて各チップ領域毎にショットする時、図１のパ
ターン露光マスクの第１の領域１１のＬＳＩパターンが
ショットされた部分（チップ領域２１）はショットが重
ならない。

【００３４】これに対して、ウエハー面内の露光領域を
水平方向あるいは垂直方向にステップ移動させてチップ
領域２１を順にショットする時、図１のパターン露光マ
スクの第２の領域１２に対応してショットされた部分２
２はショットが２回重なる。

【００３５】即ち、パターン露光マスクの周辺領域の右
側（図面上）部分に対応して１回ショットされた部分と
周辺領域の左側（図面上）部分に対応して１回ショット
された部分２２（水平方向に隣接するチップ領域間のス
クライブライン領域、幅は例えば１５０μｍ）はショッ
トが２回重なる。

【００３６】同様に、パターン露光マスク１０の周辺領
域の上側（図面上）部分に対応して１回ショットされた
部分とパターン露光マスクの周辺領域の下側（図面上）
部分に対応して１回ショットされた部分２２（垂直方向
に隣接するチップ領域間のスクライブライン領域、幅は
例えば１５０μｍ）はショットが２回重なる。

【００３７】しかし、図１のパターン露光マスク１０の
周辺領域の四隅部は、露光不可能になっているので、上
記四隅部に対応するショット部分２３は露光されない。
また、外枠領域も露光不可能になっており、ショットさ
れない。

【００３８】即ち、スクライブライン領域のうちで、パ
ターン露光マスク１０の周辺領域の四隅部に対応する領
域２３以外の領域２２は、水平方向あるいは垂直方向に
隣接する２個のチップ領域２１のショット時にそれぞれ
ショットされるので合計２回ショットされることになる
が、スクライブライン領域のうちでチップ領域の四隅部
に対応する領域２３はショット時に露光されない。

【００３９】この際、パターン露光マスク１０のハーフ
トーン地は、パターンが存在しない状態でもショットの
際に僅かながら光が透過するが、２回ショットされた部
分２２のウエハー上の感光剤は、露光オーバーになるこ
とはなく、意図しない図柄が形成されることはない。ま
た、周辺領域の四隅部に対応する領域２３のウエハー上
の感光剤も、露光されないので、意図しない図柄が形成
されることはない。

【００４０】従って、感光剤を現像した時に、パターン
露光マスク１０の周辺領域の四隅部に対応して大きな凹
部（段差部）が発生することはなく、このようなレジス
トパターンをマスクとして下層の層間絶縁膜をエッチン
グした時に層間絶縁膜にも大きな凹部が発生することは
ない。

【００４１】このように層間絶縁膜に大きな凹部が発生
しないので、後工程でＣＭＰ法により研磨する際に、支
障なく研磨して平坦化することが可能になる。

【００４２】従って、ＣＭＰ後にスクライブライン領域
のうちでチップ領域の四隅部の近傍に位置合わせマーク
を形成する際にマークを正確に形成することが可能にな
り、また、位置合わせマーク形成後のＣＭＰに際してチ
ップ領域の四隅部の近傍の位置合わせマークを不要にも
研磨してしまうなどの問題が発生することもない。

【００４３】＜第２実施例＞図３は、本発明の第２実施
例に係る位相シフト方式のハーフトーン型のパターン露
光マスクを示している。

【００４４】第２実施例のパターン露光マスク３０は、
第１実施例のパターン露光マスク１０と比べて、周辺領
域が異なり、その他は同じである。即ち、周辺領域の四
隅部分のうちの一部（本例では一隅部分）はクロム地の
第３の領域１３であり、残りの三隅部分はハーフトーン
地の第２の領域１２である。

【００４５】図４は、図３のパターン露光マスク３０を
用いて半導体ウエハー上にショットした場合に得られる
チップ領域およびスクライブライン領域について、隣接
する４個分のチップ領域２１およびスクライブライン領
域のショット状態を代表的に取り出して拡大して示して
いる。

【００４６】即ち、ウエハー面内の露光領域をステップ
移動させて各チップ領域毎にショットする時、第１実施
例のパターン露光マスク１０を使用してショットする時
と同様に、図３のパターン露光マスクの第１の領域１１
のＬＳＩパターンがショットされた部分（チップ領域４
１）はショットが重ならない。

【００４７】また、ウエハー面内の露光領域を水平方向
あるいは垂直方向にステップ移動させてチップ領域４１
を順にショットする時、図３のパターン露光マスクの第
２の領域１２に対応してショットされた部分４２はショ
ットが２回重なる。

【００４８】即ち、パターン露光マスクの周辺領域の右
側（図面上）部分に対応して１回ショットされた部分と
周辺領域の左側（図面上）部分に対応して１回ショット
された部分４２（水平方向に隣接するチップ領域間のス
クライブライン領域、幅は例えば１５０μｍ）とはショ
ットが２回重なる。

【００４９】同様に、パターン露光マスク１０の周辺領
域の上側（図面上）部分に対応して１回ショットされた
部分とパターン露光マスクの周辺領域の下側（図面上）
部分に対応して１回ショットされた部分４２（垂直方向
に隣接するチップ領域間のスクライブライン領域、幅は
例えば１５０μｍ）はショットが２回重なる。

【００５０】これに対して、パターン露光マスク３０の
周辺領域の四隅部のうちのクロム地の一隅部分（第３の
領域１３の一部）に対応するショットはされないが、パ
ターン露光マスク３０の周辺領域の四隅部のうちのハー
フトーン地の三隅部分（第２の領域１２の一部）に対応
してそれぞれ１回ショットされた部分４３はショットが
３回重なることになる。

【００５１】即ち、スクライブライン領域は、左右両
側、上下両側の合計２回ショットされた部分４２と、四
隅の合計３回ショットされた部分４３に区分される。

【００５２】この際、２回ショットされた部分４２およ
び合計３回ショットされた部分４３が露光オーバーにな
らないとすれば、スクライブライン領域のウエハー上の
感光剤に意図しない図柄が形成されることはない。

【００５３】従って、第１実施例と同様の効果が得られ
る。即ち、感光剤を現像した時に、パターン露光マスク
３０の周辺領域の一隅部に対応して大きな凹部（段差
部）が発生することはなく、このようなレジストパター
ンをマスクとして下層の層間絶縁膜をエッチングした時
に層間絶縁膜にも大きな凹部が発生することはない。

【００５４】このように層間絶縁膜に大きな凹部が発生
しないので、後工程でＣＭＰ法により研磨する際に、支
障なく研磨して平坦化することが可能になる。

【００５５】従って、ＣＭＰ後にスクライブライン領域
のうちでチップ領域の隅部の近傍に位置合わせマークを
形成する際にマークを正確に形成することが可能にな
り、また、位置合わせマーク形成後のＣＭＰに際してチ
ップ領域の隅部の近傍の位置合わせマークを不要にも研
磨してしまうなどの問題が発生することもない。

【００５６】＜第３実施例＞図５は、本発明の第３実施
例に係る位相シフト方式のハーフトーン型のパターン露
光マスクを示している。

【００５７】第３実施例のパターン露光マスク５０は、
第１実施例のパターン露光マスク１０と比べて、方形リ
ング状の周辺領域のうちの１組の隣接する二辺部分（第
１のＬ字形部分）はクロム地の第３の領域１３になって
おり、残りの領域（第１のＬ字形部分より小さい第２の
Ｌ字形部分）はハーフトーン地の第２の領域１２になっ
ている点が異なり、その他は同じである。

【００５８】図６は、図５のパターン露光マスク５０を
用いて半導体ウエハー上にショットした場合に得られる
チップ領域およびスクライブライン領域について、隣接
する４個分のチップ領域６１およびスクライブライン領
域のショット状態を代表的に取り出して拡大して示して
いる。

【００５９】即ち、ウエハー面内の露光領域をステップ
移動させて各チップ領域毎にショットする時、第１実施
例のパターン露光マスク１０を使用してショットする時
と同様に、図５のパターン露光マスクの第１の領域１１
のＬＳＩパターンがショットされた部分（チップ領域６
１）はショットが重ならない。

【００６０】また、ウエハー面内の露光領域を水平方向
あるいは垂直方向にステップ移動させてチップ領域４１
を順にショットする時、図５のパターン露光マスクの第
２の領域１２に対応してショットされた部分６２は、１
回ショットされるだけであり、ショットが重ならない。

【００６１】即ち、パターン露光マスク５０の周辺領域
のうちのクロム地の第１のＬ字形部分（周辺領域の四隅
部のうちの三隅部分を含む。第３の領域１３の一部）に
対応するショットはされないが、パターン露光マスク５
０の周辺領域のうちのハーフトーン地の第２のＬ字形部
分（周辺領域の四隅部のうちの一隅部分を含む。第２の
領域１２）に対応してショットされた部分６２は、１回
ショットされるだけである。

【００６２】換言すれば、図６中のスクライブライン領
域６２は、チップ領域６１と同様に１回ショットされる
だけである。この際、１回ショットされた部分は露光オ
ーバーにならないので、感光剤に意図しない図柄が形成
されることはなく、第１実施例および第２実施例と同様
の効果が得られる。

【００６３】また、本発明のパターン露光方法は、例え
ば各実施例のようなパターン露光マスクを用いることに
より、ウエハー上の感光剤のうちでパターン露光マスク
の周辺領域の少なくとも一隅に対応する部分が露光オー
バーにならないように当該部分の露光を禁止することを
特徴とするものである。このようなパターン露光方法に
よれば、各実施例で述べたような効果が得られる。

【００６４】

【発明の効果】上述したように本発明のパターン露光マ
スクおよびパターン露光方法によれば、ウエハー上の感
光剤に対してスクライブライン領域のうちでチップ領域
の四隅部のうちの少なくとも１つの隅部に対応する領域
におけるウエハー上の感光剤の露光オーバーを防止で
き、感光剤の下層膜をエッチングした時に隅部に対応す
る部分に凹部が発生しなくなり、隅部の近傍でのマーク
形成に悪影響を及ぼさなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るパターン露光マスク
を示す平面図。

【図２】図１のパターン露光マスクを介して半導体ウエ
ハー上にパターンをショットした際に隣接する４個分の
チップ領域およびスクライブライン領域のショット状態
を代表的に取り出して拡大して示す図。

【図３】本発明の第２実施例に係るパターン露光マスク
を示す平面図。

【図４】図３のパターン露光マスクを介して半導体ウエ
ハー上にパターンをショットした際に隣接する４個分の
チップ領域およびスクライブライン領域のショット状態
を代表的に取り出して拡大して示す図。

【図５】本発明の第３実施例に係るパターン露光マスク
を示す平面図。

【図６】図５のパターン露光マスクを介して半導体ウエ
ハー上にパターンをショットした際に隣接する４個分の
チップ領域およびスクライブライン領域のショット状態
を代表的に取り出して拡大して示す図。

【図７】従来のパターン露光マスクを示す平面図。

【図８】パターン露光マスクを介して半導体ウエハーの
各チップ領域にパターンをショットする様子を説明する
ために示す図。

【図９】図７のパターン露光マスクを介して半導体ウエ
ハー上にパターンをショットした際に隣接する４個分の
チップ領域およびスクライブライン領域のショット状態
を代表的に取り出して拡大して示す図。

【符号の説明】

１０…パターン露光マスク、 １１…ハーフトーン地を有する第１の領域、 １２…ハーフトーン地を有する第２の領域、 １３…クロム地を有する第３の領域。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 位相シフト方式のハーフトーン型のパタ
   ーン露光マスクであって、マスク基板の領域が、 マスク基板上の中央領域で半導体ウエハーのチップ領域
   に対応する所要のパターンが形成されたハーフトーン地
   を有する第１の領域と、 前記中央領域を囲む方形リング状の周辺領域のうちの少
   なくとも一隅部分以外の領域でハーフトーン地を有する
   第２の領域と、 前記周辺領域を囲む方形リング状の外枠領域および前記
   第２の領域以外の周辺領域に遮光性を有するように形成
   された第３の領域とに区分されていることを特徴とする
   パターン露光マスク。
2. 【請求項２】 請求項１記載のパターン露光マスクにお
   いて、 前記第２の領域は、前記周辺領域のうちの四隅部分以外
   の領域であることを特徴とするパターン露光マスク。
3. 【請求項３】 位相シフト方式のハーフトーン型のパタ
   ーン露光マスクであって、マスク基板の領域が、 マスク基板上の中央領域で半導体ウエハーのチップ領域
   に対応する所要のパターンが形成されたハーフトーン地
   を有する第１の領域と、 前記中央領域を囲む方形リング状の周辺領域のうちの１
   組の隣接する二辺部分からなるＬ字形部分以外の領域で
   ハーフトーン地を有する第２の領域と、 前記周辺領域を囲む方形リング状の外枠領域および前記
   第２の領域以外の周辺領域に遮光性を有するように形成
   された第３の領域とに区分されていることを特徴とする
   パターン露光マスク。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の
   パターン露光マスクにおいて、 前記周辺領域は、半導体ウエハーのチップ領域の周辺の
   スクライブライン領域に対応する領域であり、前記第２
   の領域には位置合わせマークパターンが形成されている
   ことを特徴とするパターン露光マスク。
5. 【請求項５】 半導体ウエハーの各チップ領域に所要の
   パターンを露光する際、前記ウエハー上の感光剤のうち
   でパターン露光マスクの周辺領域の少なくとも一隅に対
   応する部分が露光オーバーにならないように当該部分の
   露光を禁止することを特徴とするパターン露光方法。