JP2007287989A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に各チップ上に識別情報を有する半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device having identification information on each chip.
半導体プロセスでは、半導体ウエハ上に多数の半導体チップをステッパ露光装置を用いて作製し、ダイシングすることによってチップ分割される。オンウエハ測定でのチップ不良の場合は、その場所が半導体ウエハ上のどの位置であるかがわかるので問題はないが、チップをダイシングした後において不良が発生した場合、その位置が分からなくなってしまう。また複数のチップを組み合わせてある均一な性能を得ようとすると、ウエハのどの部分にどのような特性分布のチップがあるかが重要になる。半導体ウエハ上のチップ位置と不良や特性ばらつきの関係を把握することは、半導体製品の不良解析と歩留まり向上に不可欠である。このため、従来では専用のレーザマーキング装置を使用してレーザビームを半導体ウエハに照射してチップ識別情報を刻印する場合もある。しかしこのようなレーザビームマーキング装置を使用すると、工程が別工程になるのでコスト高になり工程時間も多くかかる。そのため、フォトリソグラフィの手法を用い、ステッパ露光装置のマスク設置上部に4つの可変遮光ブレードを配し、各半導体チップ毎に識別情報を刻印するものがあるが装置が特殊となってしまう。(特許文献1参照) また、従来のステッパ露光装置を用いて各半導体チップに識別情報を刻印することも可能であるが、露光ショット数のマスクが必要となってしまう。(例えば、特許文献2参照)
図6は従来のステッパ露光装置を用いたチップ識別パターン形成方法の模式図である。図6に示すように半導体ウェハ内の半導体チップにステップ&リピート式露光にて識別パターンを形成する場合、露光ショットと同じ枚数のマスクが必要となる上、マスクの入れ替え作業が必要となる。この為、従来の技術にて半導体ウェハ内の半導体チップにステップ&リピート式露光にて識別パターンを形成するにはマスク費用がかかる他、露光作業においてもマスクの入れ替え作業が発生し、非常に時間がかかってしまうという問題点があった。
FIG. 6 is a schematic diagram of a chip identification pattern forming method using a conventional stepper exposure apparatus. As shown in FIG. 6, when an identification pattern is formed on a semiconductor chip in a semiconductor wafer by step-and-repeat exposure, the same number of masks as exposure shots are required, and mask replacement work is required. For this reason, it takes a mask cost to form an identification pattern on a semiconductor chip in a semiconductor wafer by a step-and-repeat exposure with a conventional technique, and a mask replacement work occurs in the exposure work, which is very time consuming. There was a problem that it took.
したがって本発明は前記に鑑みてなされたものでその目的とするところは、チップ上に識別情報を付与した半導体装置の製造方法において、露光マスクの数を減らし、露光にかかる工程の工数と時間を大幅に短縮した半導体装置の製造方法を提供することにある。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to reduce the number of exposure masks and reduce the number of steps and time required for exposure in a method for manufacturing a semiconductor device in which identification information is provided on a chip. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device which is greatly shortened.
前記課題を解決するために、本願発明の一態様によれば、半導体ウェハ上にステッパ露光装置を使用して半導体チップを形成する工程と、該半導体ウェハ上の各露光ショット内に存在する複数の各半導体チップに対して、露光ショット内のチップ位置を識別可能な露光ショット内位置パターンを形成する工程と、露光ショット別に該露光ショット位置を識別可能な露光ショット位置パターンを形成する工程とを備え、該半導体ウェハ内の複数の半導体チップそれぞれに異なる識別パターンを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。 In order to solve the above-described problem, according to one aspect of the present invention, a step of forming a semiconductor chip using a stepper exposure apparatus on a semiconductor wafer and a plurality of exposure shots present in each exposure shot on the semiconductor wafer are provided. For each semiconductor chip, a step of forming an exposure shot position pattern capable of identifying the chip position in the exposure shot, and a step of forming an exposure shot position pattern capable of identifying the exposure shot position for each exposure shot are provided. There is provided a method for manufacturing a semiconductor device, wherein different identification patterns are formed on each of a plurality of semiconductor chips in the semiconductor wafer.
また、本願発明の一態様によれば、露光ショット内の複数の半導体チップに対して、該露光ショット内の半導体チップ位置を露光刻印するための露光ショット内位置パターンのマスク位置合わせに第1のアライメントマークを半導体ウェハ上に形成する第1の工程と、前記半導体チップに対して、露光ショット別に該露光ショット位置を露光刻印するための露光ショット位置パターンのマスク位置合わせに第2のアライメントマークを前記半導体ウェハ上に形成する第2の工程と、前記第1のアライメントマークを基準として露光し、前記露光ショット内位置パターンをフォトレジストにて形成する第3の工程と、前記第3の工程で形成されたレジストパターンから前記半導体チップのそれぞれに前記露光ショット内位置パターンを刻印する第4の工程と、前記第1のアライメントマークを基準として露光し、レジストパターン形成可能領域と形成不可能領域とを形成する第5の工程と、前記第2のアライメントマークを基準として露光し、前記レジストパターン形成可能領域上に前記露光ショット位置パターンをフォトレジストにて形成する第6の工程と、前記第6の工程で形成されたレジストパターンから前記半導体チップのそれぞれに前記露光ショット位置パターンを刻印する第7の工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。 Further, according to one aspect of the present invention, a first mask alignment of a position pattern in an exposure shot for exposing and marking the position of the semiconductor chip in the exposure shot is performed for a plurality of semiconductor chips in the exposure shot. A first step of forming an alignment mark on a semiconductor wafer; and a second alignment mark for mask alignment of an exposure shot position pattern for exposing and marking the exposure shot position for each exposure shot with respect to the semiconductor chip. A second step of forming on the semiconductor wafer; a third step of exposing with reference to the first alignment mark; and forming a position pattern in the exposure shot with a photoresist; and the third step. The position pattern in the exposure shot is imprinted on each of the semiconductor chips from the formed resist pattern. Exposing the first alignment mark as a reference, a fifth step of forming a resist pattern formable region and a non-formable region, and exposing the second alignment mark as a reference, A sixth step of forming the exposure shot position pattern on the resist pattern formable region with a photoresist; and the exposure shot position pattern is engraved on each of the semiconductor chips from the resist pattern formed in the sixth step. And a seventh method of manufacturing the semiconductor device.
本発明によれば、露光ショット内の半導体チップ位置を識別する露光ショット内位置パターンマスクと、半導体ウェハ上に塗布されたレジストにパターン形成可能領域と不可能領域を形成するマスクと、露光ショット毎の露光ショット位置パターンを形成するマスクの合計3枚のマスクにて半導体ウェハ内の全半導体チップに異なった識別パターンを形成できる。これにより、マスク費用およびマスク交換にかかるコストを低減できる。従来露光ショットと同じ数だけ必要であったマスクの入れ替え作業が大幅に低減され、工程にかかる時間を大幅に短縮できる。 According to the present invention, an exposure shot position pattern mask for identifying a position of a semiconductor chip in an exposure shot, a mask for forming a pattern formable area and an impossible area in a resist coated on a semiconductor wafer, and each exposure shot Different identification patterns can be formed on all the semiconductor chips in the semiconductor wafer by using a total of three masks for forming the exposure shot position pattern. As a result, mask costs and mask replacement costs can be reduced. The mask replacement work, which is required in the same number as the number of conventional exposure shots, is greatly reduced, and the time required for the process can be greatly shortened.
以下本発明の実施形態につき詳細に説明する。図1は本発明の一実施形態における半導体チップの概念図を表したものである。まず、半導体チップ11には素子形成領域12とその素子形成領域12外にチップ位置識別パターン13があり、このチップ識別パターン13は露光ショット内位置情報14と、露光ショット位置情報15とから構成される。露光ショット内位置情報14とは、ステッパ露光に使用するマスク内の複数からなるチップパターンの位置を表す情報であり、一回の露光ショット内に含まれるチップ位置を識別できる情報と言い換えることができる。また、露光ショット情報とは半導体ウエハ上に渡って繰り返された露光ショットの位置を表している。この2つの情報をチップ識別パターン13に示すことによって、何ショット目の何番目のチップというようにチップを特定できるようになる。なお、チップ位置識別パターン13は素子形成に問題を生じさせないならば素子形成領域12内に形成しても全く構わない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. FIG. 1 is a conceptual diagram of a semiconductor chip according to an embodiment of the present invention. First, the
図2は本発明の一実施形態における半導体ウエハ上におけるチップ位置と露光ショットの関係を示した概念図である。本発明においてマスク内のチップ分割数や、露光ショット回数は任意数であるが、ここでは説明のため数を少なくして説明を行う。半導体ウェハ20には一回の露光ショット21として2×2=4つのチップパターン11を露光でき、3×3=9回の露光ショット21を繰り返して該半導体ウエハ20上に半導体チップ11が36個形成されるとする。また、半導体ウェハ20には後述する2種類のアライメントマーク22,23が形成されている。
FIG. 2 is a conceptual diagram showing the relationship between the chip position on the semiconductor wafer and the exposure shot in one embodiment of the present invention. In the present invention, the number of chip divisions in the mask and the number of exposure shots are arbitrary. However, for the sake of explanation, the number will be reduced. The
以下図3から図5は、本発明における一実施形態におけるチップ識別パターン13を形成するための3種類のマスクと半導体ウエハのプロセス過程を示した図である。
FIG. 3 to FIG. 5 are views showing process steps of three types of masks and a semiconductor wafer for forming the
図3(a)は露光ショット内位置パターンを刻印するためのマスクを表し、図3(b)は、このマスクを使用して露光した半導体ウエハのプロセス後の様子を示した図である。説明のため素子形成領域は図示せず、チップ位置識別パターン13のみを示している。、露光ショット内位置パターンマスク31には1回の露光ショットにより一括露光される各チップ位置に対応して連続番号01〜04が形成されている。この露光ショット内位置パターンマスク31を使用して半導体ウエハ20上に形成されたアライメントマーク22に位置合わせを行い、X方向にショット寸法Lsx、Y方向にショット寸法LSYだけ露光ショットをステップ&リピートすると、半導体ウエハ20上の全半導体チップ11に露光ショット内位置を表すレジストパターンを形成できる。次にこのレジストパターンをエッチングマスクとして半導体ウエハ基板または事前に成長した保護膜をエッチングしたり、所望のメタルを蒸着後リフトオフなどの加工プロセスにより露光ショット内位置パターンを形成する。この結果、図3(b)に示すように露光ショット内位置情報が数字となって刻印される。なお、露光ショット内位置を示すものは識別可能であれば数字でなくとも構わない。
FIG. 3A shows a mask for imprinting a position pattern in an exposure shot, and FIG. 3B shows a state after a process of a semiconductor wafer exposed using this mask. For explanation, the element formation region is not shown, and only the chip
この工程については、アライメントマーク22のピッチは、素子形成領域12に半導体回路を形成するプロセスの露光ショット寸法と同じなので、半導体回路パターン形成マスクに組み込むことにより半導体回路プロセスと同時に形成することも出来る。
In this step, since the pitch of the
図4(a)はレジストパターン形成可能領域と形成不可能領域とを形成するマスクを表し、図4(b)は、このマスクを使用して露光した半導体ウエハのプロセス後の様子を示した図である。レジストパターン形成可能領域作製マスク41は、露光ショット位置情報を刻印するためのレジストパターンを作製するために使用される。先と同様に、アライメントマーク22を使用して、半導体ウエハ20上に全面塗布されたイメージリバースタイプのフォトレジストに対して、ステップ&リピート露光を行い、熱処理による反転ベークにより半導体ウエハ上に塗布されたフォトレジストに図4(b)のようなパターン形成可能領域42が形成される。
FIG. 4A shows a mask for forming a resist pattern formable region and a non-formable region, and FIG. 4B shows a state after a process of a semiconductor wafer exposed using this mask. It is. The resist pattern formable
図5(a)は露光ショット位置パターンを刻印するためのマスクを表し、図5(b)は、このマスクを使用して露光した半導体ウエハのプロセス後の様子を示した図である。露光ショット位置パターンマスク51には露光ショット位置を区別する識別情報が書かれている。露光ショット位置を識別する情報として、本一実施形態においては行と列で表し、行を数字、列にアルファベットを使用している。すなわちA1からC3までの文字がある一定の間隔で配列されている。この露光ショット位置パターンマスク51を使用し、半導体ウエハ20上に形成されたアライメントマーク23で位置合わせを行い、X方向にショット寸法L’sx、Y方向にショット寸法L’SYだけ露光ショットをステップ&リピートすると半導体ウエハ20上の全半導体チップ11に露光ショット位置を表すレジストパターンを形成できる。
FIG. 5A shows a mask for imprinting an exposure shot position pattern, and FIG. 5B shows a state after a process of a semiconductor wafer exposed using this mask. In the exposure shot
素子形成とは異なるショット寸法にて図5(a)で示すマスク51のパターンをステップアンドリピート露光する理由は、露光ショット毎に異なる識別パターンをパターン形成可能領域42に刻印するためである。すなわち、マスク51にて素子形成で用いたのと同じショット寸法にて次のショットを行うとパターン形成可能領域42に同じ露光ショット位置識別情報が露光されてしまう。これを回避するためには、図5(a)に示すようにX方向には露光ショット位置情報間のピッチΔXだけ多くまたは少なく移動させて露光すればパターン形成可能領域XXに次の露光ショット識別情報を刻印することができる。Y方向についても同様でΔYだけ多くまたは少なく露光ショット距離を移動させて露光すれば次の露光ショット識別情報が刻印されることになる。数式にて表すと以下のようになる。
The reason why the pattern of the
L’sx=Lsx±ΔX (1)
L’sY=LsY±ΔY (2)
上式の±のどちらか選択することによって、露光ショット位置識別情報を昇順もしくは降順に刻印できる。当然アライメントマーク23もこの露光ショット寸法によって形成される。
L'sx = Lsx ± ΔX (1)
L's Y = Ls Y ± ΔY (2)
By selecting one of ± in the above formula, the exposure shot position identification information can be marked in ascending or descending order. Of course, the
この形成されたレジストパターンをエッチングマスクとして半導体ウエハ基板または事前に成長した保護膜をエッチングしたり、所望のメタルを蒸着後リフトオフなどの加工プロセスにより露光ショット内位置パターンを形成する。 Using the formed resist pattern as an etching mask, the semiconductor wafer substrate or the protective film grown in advance is etched, or a position pattern in the exposure shot is formed by a processing process such as lift-off after depositing a desired metal.
このようにして素子形成に用いたショット寸法と違うショット寸法を用いることで露光ショット内情報15が形成出来、前述した露光ショット位置情報14と組み合わせることで全半導体チップ11にチップ識別パターン13を刻印することができる。
In this way, exposure shot
以上のべたように、このように構成された本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、従来露光ショットの数と同じ枚数分必要であったマスクを3枚にすることが出来る他、従来露光ショットと同じ数だけ必要であったマスクの入れ替え作業も3回にすることが出来、安価で短時間に半導体ウェハ内の半導体チップに各々異なる識別パターンを形成できる。また、ステッパ露光装置によるショット内位置情報と半導体ウエハに対するショット位置情報を同時に具備しているのでスクライブされ分割された後でもそのチップの位置情報を見ただけで該半導体ウエハのどこにあったチップなのかを瞬時に容易に認識することができる。これにより各チップの特性分布を解析できチップの特性を選別して組み立てを行うことができる。また不良が起きたときにもその不良がマスクに起因するものか、ステッパのレンズ光学系または機械駆動系に起因するか等の不良箇所の特定と分析の切り分けが容易に行える。 As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present invention configured as described above, it is possible to reduce the number of masks that are conventionally required to be the same as the number of exposure shots to three. In addition, it is possible to replace the masks, which is required for the same number as the conventional exposure shots, three times, and to form different identification patterns on the semiconductor chips in the semiconductor wafer at a low cost in a short time. Further, since the position information in the shot by the stepper exposure apparatus and the shot position information with respect to the semiconductor wafer are simultaneously provided, the chip on the semiconductor wafer can be found only by looking at the position information of the chip even after being scribed and divided. Can be recognized instantly and easily. Thus, the characteristic distribution of each chip can be analyzed, and the chip characteristics can be selected and assembled. Further, even when a defect occurs, it is possible to easily identify a defect location and analyze it, such as whether the defect is caused by a mask, a lens optical system of a stepper, or a mechanical drive system.
本発明は前記実施形態をそのままに限定されるものではなく、実施段階でその要旨を逸脱しない範囲で具体化できる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied without departing from the spirit of the invention at the stage of implementation.
11…半導体チップ
12…素子形成領域
13…チップ位置識別パターン
14…露光ショット内位置情報
15…露光ショット位置情報
20…半導体ウエハ
21…露光ショット
22,23…アライメントマーク
31,41,51…マスク
42…レジスト形成可能領域
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記半導体チップに対して、露光ショット別に該露光ショット位置を露光刻印するための露光ショット位置パターンのマスク位置合わせに第2のアライメントマークを前記半導体ウェハ上に形成する第2の工程と、
前記第1のアライメントマークを基準として露光し、前記露光ショット内位置パターンをフォトレジストにて形成する第3の工程と、
前記第3の工程で形成されたレジストパターンから前記半導体チップのそれぞれに前記露光ショット内位置パターンを刻印する第4の工程と
前記第1のアライメントマークを基準として露光し、レジストパターン形成可能領域と形成不可能領域とを形成する第5の工程と、
前記第2のアライメントマークを基準として露光し、前記レジストパターン形成可能領域上に前記露光ショット位置パターンをフォトレジストにて形成する第6の工程と、
前記第6の工程で形成されたレジストパターンから前記半導体チップのそれぞれに前記露光ショット位置パターンを刻印する第7の工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A first alignment mark is formed on a semiconductor wafer for mask alignment of an exposure shot position pattern for exposing and marking the semiconductor chip positions in the exposure shot for a plurality of semiconductor chips in the exposure shot. And the process of
A second step of forming a second alignment mark on the semiconductor wafer for mask alignment of an exposure shot position pattern for exposing and marking the exposure shot position for each exposure shot with respect to the semiconductor chip;
A third step of exposing with reference to the first alignment mark and forming the exposure shot position pattern with a photoresist;
A fourth step of marking the position pattern in the exposure shot on each of the semiconductor chips from the resist pattern formed in the third step; and exposure with reference to the first alignment mark, and a resist pattern formable region; A fifth step of forming a non-formable region;
A sixth step of exposing with reference to the second alignment mark and forming the exposure shot position pattern with a photoresist on the resist pattern formable region;
And a seventh step of imprinting the exposure shot position pattern on each of the semiconductor chips from the resist pattern formed in the sixth step.
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