JP2012114270A - 半導体チップの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、メインパターン領域内にマーク類を形成することなく、Ｎ×Ｎショットのサイズの半導体チップを製造することが可能な、半導体チップの製造方法の提供を目的とする。
【解決手段】本発明は、チップ領域５の寸法がイメージフィールドよりも大きい半導体チップの製造方法であって、（ａ）メインパターン５ａを形成するメインマスク１と、周辺パターン５ｂの中でメインパターン５ａの上下に位置する部分を形成する上下マスク２と、周辺パターン５ｂの中でメインパターン５ａの左右に位置する部分を形成する左右マスク３と、周辺パターン５ｂの中でメインパターン５ａの角部に位置する部分を形成する隅マスク４を準備する工程と、（ｂ）メインマスク１、上下マスク２、左右マスク３、隅マスク４を組み合わせてチップ領域５を含むショット配列を形成する工程と、（ｃ）当該ショット配列に従いマスク毎に露光する工程とを備える。
【選択図】図２

Description

この発明は、大面積の半導体チップの製造方法に関する。

３５ｍｍフルサイズのイメージセンサ（チップサイズが露光装置におけるイメージフィールド以上であるチップ）が搭載されたデジタル一眼レフカメラに代表されるように、近年、半導体チップの分野では複数のマスクを用いた繋ぎ露光によって、露光装置のイメージフィールド以上のサイズのチップを製造する技術が盛んに開発・研究されている。

例えば、特許文献１では、チップ中央用と周辺用の２組のマスクを用いて繋ぎ露光することにより、イメージフィールド以上のチップを製造する技術が開示されている。レイヤー間のパターン合わせに必要なマーク類はチップの両端に設けられている。

また、特許文献２では、チップ中央（画素）用、周辺左側用、周辺右側用の３組のマスクを用いて繋ぎ露光することにより、イメージフィールド以上のチップを製造する技術が開示されている。レイヤー間のパターン合わせに必要なマーク類は、チップ内の画素領域の外周に設けられている。

特開平２−５５６８号公報 特開２００３−２４９６４０号公報

露光装置のイメージフィールド以上のサイズのチップを上述のような繋ぎ露光で作成する場合、レイヤー間や同一レイヤーにおけるパターン合わせを高精度で実施するためには、複数のマーク類を各ショット領域の外周部分、例えば４隅に配置するのが一般的である。そのため、チップサイズがＮ×Ｎショット（Ｎは複数）のサイズになると、メインパターン領域（イメージセンサであれば画素領域）にマーク類が入りこんでしまうため、チップサイズは最大でも１×Ｎショットに制限されてしまう。

そこで、本発明は上述の問題点に鑑み、メインパターン領域内にマーク類を形成することなく、Ｎ×Ｎショットのサイズの半導体チップを製造することが可能な、半導体チップの製造方法の提供を目的とする。

本発明の半導体チップの製造方法は、矩形のメインパターンと前記メインパターンを囲う周辺パターンとで構成されるチップ領域を備え、前記チップ領域の寸法が露光装置のイメージフィールドの寸法よりも大きい半導体チップの製造方法であって、（ａ）前記メインパターンを形成するメインマスクと、前記周辺パターンの中で、前記メインパターンの上下に位置する部分を形成する上下マスクと、前記周辺パターンの中で、前記メインパターンの左右に位置する部分を形成する左右マスクと、前記周辺パターンの中で、前記メインパターンの角部に位置する部分を形成する隅マスクを準備する工程と、（ｂ）前記メインマスク、前記上下マスク、前記左右マスク、前記隅マスクを組み合わせて前記チップ領域を含むショット配列を形成する工程と、（ｃ）前記ショット配列に従い、前記マスク毎に露光する工程とを備える。

本発明の半導体チップの製造方法は、メインマスク、上下マスク、左右マスク、隅マスクを組み合わせることにより、Ｎ×Ｎショットのサイズの半導体チップを製造することが可能であり、３５ｍｍサイズ以上の中判や大判カメラに対応したフルサイズのイメージセンサも製造可能となる。

本発明の半導体チップの製造方法に用いるマスクを示す平面図である。 製品チップ領域を形成するショット配列を示す平面図である。 メインマスクの構成を示す平面図である。 製品チップ領域と合わせ確認領域を分離して形成するショット配列を示す平面図である。 製品チップ領域を形成するメインマスクの露光におけるマスクブラインドを説明する平面図である。 合わせ確認領域を形成するメインマスクの露光におけるマスクブラインドを説明する平面図である。 本発明の変形例に係るショット配列を示す平面図である。 パターン合わせずれ検査マークの具体例を示す図である。 パターン合わせずれ検査マークの具体例を示す図である。 パターン合わせずれ検査マークの具体例を示す図である。

（実施の形態１）
＜構成＞
図１に、本発明の半導体チップの製造方法において用いる４種類のマスク１〜４を示す。半導体チップは矩形のメインパターン５ａと、メインパターン５ａを囲う周辺パターン５ｂとを含む（図２右図参照）。メインパターン５ａを形成するためのメインマスク１、周辺パターン５ｂのメインパターン５ａの左右に位置する領域を形成するための左右マスク２、周辺パターン５ｂのメインパターン５ａの上下に位置する領域を形成するための上下マスク３、周辺パターン５ｂのメインパターン５ａの角部（隅）に位置する領域を形成するための隅マスク４が存在する。これらのマスク１〜４は正方形であり、露光装置のイメージフィールドに対応したサイズである。メインマスク１は全面がメインパターン５ａを形成するための領域である。左右マスク２は、左端と右端の領域が周辺パターン５ｂを形成するための領域である。上下マスク３は、上端と下端の領域が周辺パターン５ｂを形成するための領域である。隅マスク４は、４隅の正方形領域が周辺パターン５ｂを形成するための領域である。

これら４種類のマスク１〜４を用いた大面積の半導体チップの作成例を図２に示す。図２の左図は、マスク１〜４を組み合わせたショット配列の例である。複数のメインマスク１を中央に配置して矩形のメインパターン５ａを形成し、メインマスク１の上下、左右に上下マスク３、左右マスク２を夫々配置し、メインパターン５ａの角部には隅マスク４を配置する。このようなマスク配列に従って繋ぎ露光を行うことにより、大面積の製品チップ領域５が生成される。図２の右図に示すように、製品チップ領域５はメインパターン５ａとその周囲の周辺パターン５ｂとで構成される。例えば製品チップ領域５がイメージセンサである場合、メインパターン５ａは画素部に相当する。

＜マーク類＞
図３（ａ）に、メインマスク１の詳細を示す。図１では、メインマスク１の全面がメインパターンを形成する領域であると示したが、メインマスク１については、メインパターン５ａを形成するパターン領域１ａと、パターン領域１ａを囲う周辺領域１ｂを含むものとする。そして、パターン領域１ａから所定間隔（スリット）を介した周辺領域１ｂ上にパターン合わせずれ検査マーク６ａと露光装置のためのアライメントマーク６ｂが設けられる。ここでパターン合わせずれ検査マーク６ａとは、レイヤー間及び同一レイヤーでのマスクパターン合わせのずれを検査するためのマークのことであり、詳細は後述する。

露光装置はアライメントマーク６ｂをレーザーやＣＣＤカメラを用いて認識することにより、ウエハ上のパターン位置を把握し、その情報を元に露光を行う。

パターン合わせずれ検査マーク６ａはパターン領域１ａの４隅に設けられる。図３では、パターン領域１ａの一つの隅に対して、パターン領域１ａの各辺に沿った位置と、正方形であるパターン領域１ａの対角線を延長した位置の計３箇所にパターン合わせずれ検査マーク６ａの集団が設けられた様子を示しており、これら３集団のパターン合わせずれ検査マーク６ａがパターン領域１ａの４隅に配置されるので、計１２集団のパターン合わせずれ検査マーク６ａが１つのメインマスク１に配置されることになる。また、露光装置用のアライメントマーク６ｂは、パターン領域１ａの４辺のうちの隣接する２辺に配置されているが、配置箇所や配置個数はこれに限定されない。なお、パターン合わせずれ検査マーク６ａとパターン領域１ａとの間隔は、アライメントマーク６ｂとパターン領域１ａとの間隔とは異なってもいても良い。また、パターン領域１ａは正方形に限定されず、長方形など他の形状であっても良い。

図３のメインマスク１及び図１のマスク２〜４を用いたショット配列の例を図４に示す。図４のショット配列では、マスク１〜４の組み合わせにより、４つの製品チップ領域５と、製品チップ領域５の上下左右に６つの合わせ確認領域８が形成されている。

マスク１は、周辺パターン１ｂの一定領域をマスクブラインドして露光される。製品チップ領域５（図５の左図）を形成する場合は、図５の右図に示すように、周辺領域１ｂが全てマスキングされて露光される。これにより、図５の左図に示すように、製品チップ領域５ではメインパターン５ａ内にマーク類が一切形成されない。一方、合わせ確認領域８を形成する場合は、図６の右図に示すように、パターン合わせずれ検査マーク６ａおよび露光装置用アライメントマーク６ｂを残すよう開口を拡げてマスクブラインドし、露光を行う。これにより、図６の左図に示すように、合わせ確認領域８の周辺パターン５ｂにはパターン合わせずれ検査マーク６ａ等のマーク類が形成される。

図４の拡大図に示すように、１×１ショットのサイズの合わせ確認領域８ではパターン合わせずれ検査マーク６ａ等のマーク類が形成されており、合わせ確認領域８のマーク類を用いてレイヤー間や同一レイヤーにおいてパターンがずれているか否かの検査を行う。一方、製品チップ領域５では上記のマーク類を形成しないため、パターン領域１ａにマーク類が入り込むことなくＮ×Ｎショットのサイズの製品チップ領域を形成することが可能である。

すなわち、製品チップ領域５におけるメインパターン５ａにパターン合わせずれ検査マーク６ａを形成しなくても、合わせ確認領域８にて各種パターン合わせずれ検査が実施可能である。また、メインパターン５ａ領域においては、ショットとショット繋ぎ目が発生するが、ずれ量としては露光装置のステージ精度に依存するため、比較的高精度でつなぎ合わせることが可能である。

パターン合わせずれ検査の具体例を以下に示す。パターン合わせずれ検査マーク６ａは、例えば図８に示すインナーマーク６ａｉとアウターマーク６ａｏからなり、インナーマーク６ａｉとアウターマーク６ａｏの重なり間隔を検査装置で計測することにより、ずれ量を算出する。

同一レイヤーにおいて隣り合うマスク（Ａマスク、Ｂマスク）のパターン合わせずれ検査を行う場合には、図９に示すようにＡマスクにインナーマーク６ａｉ、Ｂマスクにアウターマーク６ａｏを配置する。そして、両マーク６ａｉ，６ａｏが重なるようにＡマスクとＢマスクを配置し、両マーク６ａｉ，６ａｏの間隔を測定することにより、マスク間のパターンずれ量を測定する。

また、図１０に示すように、レイヤー間でパターン合わせずれ検査を行う場合は、上層マスクにインナーマスク６ａｉ、下層マスクにアウターマスク６ａｏを配置することにより、レイヤー間のパターンずれ量が測定可能である。

検査の結果、ずれ量が規格値を超えている場合にはパターン形成をやり直す。

＜変形例＞
図４では、ショット配列において４つの製品チップ領域５の寸法を同一にしたが、マスク１〜４の組み合わせにより、サイズが異なる複数の製品チップ領域５を同一ウエハ上に形成することも可能である。図７にそのショット配列を示す。これにより、チップサイズが異なる複数の製品チップを同一ウエハ上に製造することができる。

＜効果＞
本実施の形態の半導体チップの製造方法は、矩形のメインパターン５ａと前記メインパターンを囲う周辺パターン５ｂとで構成されるチップ領域５，８を備え、チップ領域５，８の寸法が露光装置のイメージフィールドの寸法よりも大きい半導体チップの製造方法であって、（ａ）メインパターン５ａを形成するメインマスク１と、周辺パターン５ｂの中で、メインパターン５ａの上下に位置する部分を形成する上下マスク２と、周辺パターン５ｂの中で、メインパターン５ａの左右に位置する部分を形成する左右マスク３と、周辺パターン５ｂの中で、メインパターン５ａの角部に位置する部分を形成する隅マスク４を準備する工程と、（ｂ）メインマスク１、上下マスク２、左右マスク３、隅マスク４を組み合わせてチップ領域５，８を含むショット配列を形成する工程と、（ｃ）前記ショット配列に従い、各マスク１〜４毎に露光する工程とを備えるので、露光装置のイメージフィールドの寸法よりも大きい半導体チップを製造することが可能である。

また、工程（ａ）において、パターンを形成するパターン領域１ａと、パターン領域１ａを囲う周辺領域１ｂとで構成され、パターン領域１ａから所定間隔を介した周辺領域１ｂ上に、レイヤー間および同一レイヤーにおけるマスク間の位置合わせを行うパターン合わせずれ検査マーク６ａと、露光装置用のアライメントマーク６ｂが形成されたメインマスク１を準備する。パターン領域１ａ外にある程度の間隔を空けてマークを配置することで、マスクブラインドによりマーク類をウエハ上に形成する場合としない場合を選択することができる。

さらに、工程（ｂ）において、同一ウエハ上で製品チップ領域５と合わせ確認領域８を分離してショット配列を形成し、工程（ｃ）において、製品チップ領域５ではメインマスク１の周辺領域１ｂを全てブラインドして露光し、合わせ確認領域８ではメインマスク１の周辺領域１ｂを、マーク類を残してブラインドして露光するので、製品チップ領域５におけるメインパターン５ａにマーク類を形成することなく、合わせ確認領域８にて各種パターン合わせずれ検査を実施することが出来る。

また、工程（ｂ）において、寸法の異なる複数の製品チップ領域５を含むショット配列を形成することにより、チップサイズが異なる複数の製品チップを同一ウエハ上に製造することが可能である。

１ メインマスク、１ａ パターン領域、１ｂ 周辺領域、２ 左右マスク、３ 上下マスク、４ 隅マスク、５ 製品チップ領域、５ａ メインパターン、５ｂ 周辺パターン、６ａ パターン合わせずれ検査マーク、６ｂ アライメントマーク、７ マスクブラインド領域、８ 合わせ確認領域。

Claims (4)

1. 矩形のメインパターンと前記メインパターンを囲う周辺パターンとで構成されるチップ領域を備え、前記チップ領域の寸法が露光装置のイメージフィールドの寸法よりも大きい半導体チップの製造方法であって、
   （ａ）前記メインパターンを形成するメインマスクと、前記周辺パターンの中で、前記メインパターンの上下に位置する部分を形成する上下マスクと、前記周辺パターンの中で、前記メインパターンの左右に位置する部分を形成する左右マスクと、前記周辺パターンの中で、前記メインパターンの角部に位置する部分を形成する隅マスクを準備する工程と、
   （ｂ）前記メインマスク、前記上下マスク、前記左右マスク、前記隅マスクを組み合わせて前記チップ領域を含むショット配列を形成する工程と、
   （ｃ）前記ショット配列に従い、前記マスク毎に露光する工程と
   を備える半導体チップの製造方法。
2. 前記工程（ａ）は、パターンを形成するパターン領域と、前記パターン領域を囲う周辺領域とで構成され、前記パターン領域から所定間隔を介した前記周辺領域上に、レイヤー間および同一レイヤーにおけるマスク間の位置合わせずれ検査を行うパターン合わせずれ検査マークと、露光装置用のアライメントマークが形成された前記メインマスクを準備する工程である、
   請求項１に記載の半導体チップの製造方法。
3. 前記工程（ｂ）は、同一ウエハ上で製品チップ領域と合わせ確認領域を分離してショット配列を形成する工程であり、
   前記工程（ｃ）は、前記製品チップ領域では前記メインマスクの周辺領域を全てブラインドして露光し、前記合わせ確認領域では前記メインマスクの周辺領域を、前記マークを残してブラインドして露光する工程である、
   請求項２に記載の半導体チップの製造方法。
4. 前記工程（ｂ）は、寸法の異なる複数の前記製品チップ領域を含むショット配列を形成する工程である、
   請求項３に記載の半導体チップの製造方法。