JPH01154519A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH01154519A
JPH01154519A JP62311944A JP31194487A JPH01154519A JP H01154519 A JPH01154519 A JP H01154519A JP 62311944 A JP62311944 A JP 62311944A JP 31194487 A JP31194487 A JP 31194487A JP H01154519 A JPH01154519 A JP H01154519A
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blocks
pattern
semiconductor device
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JP62311944A
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Inventor
Shinichi Ikenaga
伸一 池永
Masakazu Aoki
正和 青木
Kiyoo Ito
清男 伊藤
Yoshifumi Kawamoto
川本 佳史
Norio Hasegawa
昇雄 長谷川
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、大規模集積回路を形成する製造方法に係り、
特に、縮少投影露光装置を用いたホトリソグラフィー工
程において微細なパターンを有する大面積の大規模集積
回路(以下LSIと略す)を露光するに好適な製造方法
に関する。
〔従来の技術〕
近年ますます微細化するLSIのパターン形成のために
、縮小投影露光装置を用いることが一般化している。こ
の装置には、4:1,5:1゜10:1など種々の縮小
率のみのがあるが、精度及び露光面積の関係から5:1
のものが多く用いられている。これらは、露光の範囲が
例えば5:1の装置では21mmφ程度(ウェハー上の
寸法)が限度である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
近年の半導体装置の高集積化に大容量化に伴い、パター
ンの微細化及び、チップの大面積化が進んでおり、前記
露光装置の性能を超えるような勢いである。すなわち縮
少投影露光装置の露光光学系に、高解像度と大きな投影
面積の両者を同時に満足させることが次第に困難になっ
てきており、露光装置の性能限界が、LSIの開発に重
大な障害になりつつある。
本発明の目的は、微細なパターンが転写でき、かつ大面
積のLSIが形成できる半導体装置の製造方法を提供す
ることにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明では、微細なパター
ンの転写が可能となるようにLSIを構成するトランジ
スタ群を回路ブロックに分け、この各回路ブロック間に
トランジスタを含まない非能動領域を設け、この領域で
それぞれの回路ブロック間を接続する粗い配線パターン
を接合することにより、大面積でかつ微細なパターンを
有するLSIを形成できるようにした。とくに工程の初
期に於いて位置合せマークをあらかじめ形成すること等
により、露光工程の最初の段階で問題になるブロック間
の相対的位置決めを、通常の位置合せと同様なプロセス
で行なえる。
〔作用〕
大面積の大規模集積回路のトランジスタ群を含む回路を
ブロック化し、各ブロックを別個にパターン形成するこ
とによって、微細なパターンの転写が可能となり、かつ
ブロック間に非能動領域を設けて、各ブロックを接合で
きる。したがって、御細なパターンを有する大面積の大
規模集積回路を形成することができる。またあらかじめ
形成された合せマークを用いることにより、露光工程の
最初の段階での位置基準を精度良く検出でき、ブロック
間の相対的位置決めを実用的な精度で実現できる。
〔実施例〕
以下本発明を実施例を用いて説明する。第1図は本発明
の実施例を示す製造工程を示す図であり、縮少投影露光
装置によるレジストパターンの露光工程を示したもので
ある。図中1は縮少投影露光装置の露光用光源、2はコ
ンデンサレンズ、3R。
3A、3Bは各々レチクルR,レチクルA、レチクルB
、4Rは初期レジストレーションパターン。
4A、4Bは各々対応するレチクルステージのパターン
A、パターンB、5はレチクルステージ。
6は縮少レンズ、7はウェハー、8はウェハーステージ
である。第1図(b)、(d)、(f)は。
各々(a)、(c)、(e)工程途中におけるウェハー
上のパータン露光状態を示すものである。
また、パターン4A、4Bは、ウェハー7上で接続して
1つのチップになるパターンである。またXφ、Yφ、
XI、Yl、Y2はウェハーステージの送り方向である
第1図の工程の詳細を以下に示す。
(工程1) まず同図(a)に示すように、回路パターン形成に先立
ち、初期レジストレーションパターン4Rを有するレチ
クル3Rを使って、ポジレジストを塗布したウェハー7
上に、レジストレーションマーク10を露光し、現像後
エツチングによりウェハー上にマーク溝を形成する。但
し、露光工程にはポジレジストを用いているので、レチ
クル3Rは大部分黒で、パターン4Rが白抜きになって
いる。
(工程2) 次に酸化工程およびSi3N4膜デポ工程を経た後、(
c)に示すように、回路パターンAの最初の層4Aが描
かれたレチクル3Aを用いて、ポジレジストを塗布した
ウェハー7上に1列おきに、パターン4Aを露光する。
但しこの露光に先立つ位置合せには、(工程1)で形成
したレジストレーションマーク溝10Gの内、(d)に
示す11V、IIM、IILの3点を用いて、いわゆる
ウェハー・アライメントを行なう。
(工程3) 次に、(e)に示すように、レチクルを3Bに取替え、
回路パターンBの最初のM2Rを、前の工程(2)で空
けた行をうめるように露光する。
この場合も、位置合せは、(f)に示す12V、12M
、12Lの3点のマーク溝を用いて、あらかじめウェハ
ー・アライメントを行なう。
(工程2)、(工程3)の露光工程の後、レジスト現象
、エツチング加工の各工程により1回路パターンの最初
の層の形成が完了する。以下露光工程において、上記(
工程2)(工程3)と同様に、A、Bのパターンを1列
ずつ交互に配列し、最終的にはA、Bを合せて1つのチ
ップができ上る。
但し最初の層の露光時以外は、工程(1)で形成したレ
ジストレーションマーク溝を10Gを利用することは必
ずしも必要ではなく、途中の各工程で別途の各工程で別
途マークを形成して、パターンAとパターンB各々独酸
に位置合せを行なってもよい。また、位置合せは、ウェ
ハー・アライメントではなくチップ毎すなわちいわゆる
チップ・アライメントを行なっても差支えない。なお第
1図は露光工程途中の状態を示しているので、レジスト
レーションマーク10やパターンA、B等が見える訳で
はない。(d)(f)に示したレジストレーション溝1
0Gは、加工後であるので実パターンである。(見るこ
とができる。)レジストレーションマーク10は、図示
したような十字形に限らず縮少投影露光に用いられるマ
ークであれば何でもよい。
第1図に示した露光方法には次のような特長がある。
(1)まず最初にレジストレーシヨン・マーク溝10G
を、パターンA、Hのくり返しピッチに合せて、あらか
じめ形成するので、回路パターンの最初の層の形成、と
くに上記の例ではパターンBの形成が極めて容易で精度
高く行なえる。この場合、パターンAとパターンBのく
り返しピッチはY方向だけでなくX方向も等しくする方
が、レジストレージョン・マークの露光を等間隔で行な
えるので都合が良い。なおマーク溝は、全チップではな
く、一部のみ(極端な場合1箇所のみ)形成して使用す
ることも可能であるが、実際上は全チップに対応して形
成する方が、精度等の点で有利である。
(2)第1図の例のようにウェハ・アライメントをY方
向に行なう場合、A、Bのパターンの位置をX方向で接
続するよう列毎に交互すると、マーク溝11v〜11L
、12v〜12Lの選択が容易になる。すなわちY方向
の1列の中で、どのマーク溝を選んでも良く、実際上単
一パターンの露光時とほとんど変えらない手順で位置決
めができる。(逆にY方向で接続するように配列すると
、Y方向に1個おきに異なるパターンになる。異なるパ
ターン位置のレジストレーシヨン・マーク溝を用いると
、パターン領域外周々の中での層間の合わせ精度が下が
るので、マーク溝の選択に制限が付く。)後続の工程で
も事情は同じである。
第2図は、第1図で示した製造方法で製造されたLSI
の、より具体的なパターン構成を示す図であるり、LS
Iとしては大容量DRAMを製造した。図中21A、2
1Bはチップ、22A。
22Bはメモリアレー、23A、23BはY系のデコー
ダ、24A、24BはX系のデコーダ。
25A、25Bはセンスアンプを坊区動するトランジス
タ、26A、26Bは各種信号、電源などの発生回路で
ある。図中22A、23A、24A。
25A、26Aが回路ブロン、りA、22B、23B、
24B、25B、26Bが回路ブロックBをそれぞれ連
成している。27A、27BはブロックA、B間の接合
領域、28はその接合境界であり、2LA、21Bのパ
ターンを接合してDRAMの1つのチップのパターンが
構成される。
第2図に示したDRAMの特長は、チップ全体をA、B
2つのブロックに分け、微細パターンから成るトランジ
スタおよび配線は、各ブロック内に収め、両者の接合領
域27A、27Bは非能動領域とし、比較的粗い(例え
ば〜6μmピッチ)配線のみとしたことである。このよ
うにすることにより、第1図で示した製造工程において
、位置合せはA、B各ブロック内で精度良く行なえばよ
く、これは実際第1図で説明した如く容易に行なえる。
ブロック間の合せ精度は、3層々間以上になるが上記の
ように、粗いピッチ配線パターンの接続であるので、現
在の装置の性能で十分実現できる。
第3図(a)、(b)は、本発明による製造方法におけ
る配線パターンの露光工程で用いるレチクルの接合領域
の一部を示す図である。図中40A、40Bは各々回路
ブロックA、Bに対応したレチクル、41A、41Bは
配線、44A、44Bはパターン領域外周を遮光する黒
ワク部、45A、45Bは接合境界である。図中46A
、46Bに示したように、それぞれのレチクルのパター
ン境界を接合境界よりも広げ(広がり量a)露光領域を
重なり合せ、さらに、接合領域の配線幅を太くすること
によって、両者のレチクルの合せずれに対処できる。第
4図は、これを説明するために第3図に示したレチクル
上のパターンA、Bを接合した拡大図である。図中44
A、44Bは第3図で示したレチクルパターンの遮光領
域、45A、45Bは接合境界である。この例では、レ
チクルパターンAに対してBが左上にずれを生じた場合
について示している。前記のような露光工程ではポジレ
ジストを用いるので1図中のハツチングが重なり合った
部分41A、41Bのレジストが現像後、配線として残
る。すなわち、重なり部分の配線パターンを太くすると
、パターンがずれても配線の太さW2を確保できる。さ
らに、遮光部を接合境界より後退させることにより、レ
ジスト残りをなくし、配線間のショートを防ぐことがで
きる。ここで、接合境界からの遮光部の後退量をa、必
要な配線の太さをW。、境界部の太さをWit太さW、
とする部分の長さをL 1 +相対的な合せずれ量をX
方向Tx、Y方向TY、合せずれの最大値をl TXM
 l 、  l TYM lと、それぞれしたとき、 2 a> l TXM l          (1)
とすることが必要であり、また Wl〉Wo+ITYM1       (2)Ll〉2
 a +Wo+ I TXM l     (3)とす
ることが望ましい。
なお露光工程により、重ね合せて露光される領域の幅を
b (x方向)とすると、 b =2a+Tx           (4)であり
、上記式(3)から Ll>b+Wo          (3)である。
第5図(a)、(b)は、本発明による露光工程で用い
るレチクルの別の接合領域を示す図である。図中61A
、61Bは横方向の合せ検査パターン、62A、62B
は縦方向の合せ検査パターン、45A、45Bは接合境
界である。このように、それぞれのレチクルの重なる部
分を利用して、位置合せ精度検査パターン(ここではバ
ーニア)を設けることによって、横、縦方向の合せ精度
を確認することができる。
第6図(a)、(b)は、本発明による露光工程で形成
しと配線層の接合領域の平面図(1)および断面図(2
)を示す図である。図中70は第1配線層、71は第2
配線層、72はそれぞれをつなぐコンタクト孔である。
(2)は(1)のA−A’部の断面の概略図である。図
中80は基板。
81は第1配線層、82は第2配線層、83はシリコン
酸化膜などの絶縁膜である。同図に示したように、接合
領域で第1配線層を1本おきに第2配線層につなぎ換え
ることによって、接合領域で配線のピッチを一定に保っ
たまま、配線幅を太くすることができ、配線パターンの
接合が容易になる。
第7図(a)〜(f)は本発明の他の実施例を示す図で
あって、近年盛んに開発、製造がされているA S I
 C(Application 5pecific I
ntegratedCircuits)を製造するもの
である。第7図(a)は完成したLSIのブロックを示
す図であって同図に示すように製造するLSIは、コア
となるCPV (104;F)L/ジスタ(103;E
)、キャッシュメモリ(102:D)の各ブロックから
成るマイクロプロセッサ−(以下MPと略す)である。
ASICとは、たとえばFには既存の汎用マイクロプロ
セッサ−2Dにはやはり既存の汎用DRAMやSRAM
のパターン情報を利用して現成し、特定用途向けのLS
Iとするものである。
合成は通常レチクルパターン作成時に行なうが、本発明
では、以下に説明する如くチップ上で合成する。さてチ
ップ101の周辺部分(c)は、比較的粗いピッチの配
線と緩いレイアウトルールで構成したトランジスタとか
ら成っている。一方F。
E、Dの各部分は微細パターンで構成され、各々の縁1
02p、103p、104pで周辺Cと粗い配線で接続
されている。102p、IQ3p。
104Pは、非能動領域である。
第7図(b)は上記LSIの製造方法を示す図であって
、レチクル113上に、C,D、E、Fの各ブロックの
パターンが114G、114D。
114E、114Fに示すように別の場所に作成されて
いる。114Cでは、D、E、Fのパターンが入る位置
を黒く遮光しておく。第7図(c)〜(f)は、ウェハ
ー117上に形成されたチップの1つに注目して、露光
される領域を順に示したものである。まず(3−a)1
10のように、D、E、Fの領域を除いて露光する。(
2)は頂度この工程を示している。次にレチクルステー
ジ115をY11方向に移動し、ウェハステージ118
の位置も調整して、パターン114Dをレンズ6の中心
を付近を使って露光する(3−b)。
以下同様にして、114E、114Fを露光する(e)
、(f)。
この製造方法の特長は、比較的粗い周辺パターンは、レ
ンズ6の有効面を広く用いて大チップを露光し、微細パ
ターン領域り、E、Fは、解像度の高いレンズ中心は付
近を用いて露光することにより、微細パターンを有する
大形のLSIパターンでも、現状のレンズで解像できる
ことである。
周辺パターンと微細パターンブロックの接続は、非能動
領域上の粗い配線で行ない、露光を重ね合せることは、
前記の実施例と同じである。
なお第1図に示した実施例と同様に少くとも微細パター
ン回路ブロック(上記の例ではり、E。
F)の露光工程の前に、レジストレーションマークを形
成しておくことは、ブロック間の相対精度を高める上で
重要である。
上記第1図、第7図の実施例の説明においては、現在微
細パターンの光による露光工程で主に用いられるポジレ
ジストを使用したが、これはネガレジストを用いて本発
明の本質は変らない。但しレチクル上のパターンは、周
辺の遮光領域44A。
44Bやチップ内の非露光領域110をそのまま黒にし
て、他の白・黒反転することはもちろんである。また第
3図で示したような配線を接続部で太くすることは、位
置合せ精度を緩くするには効果的であるが、隣接配線と
のショートに注意する必要があり、最大台せずれITY
MIに対し、配線の間隙dを d> l TYM I           (6)と
するべきである。
第7図では、比較的粗いパターンのブロックも縮少投影
により露光したが、これは例えば1:1の等倍の投影に
よりウェハ全体を一括露光することもパターンによって
は可能である。また微細パターンD、E、Fは各々別の
レチクル上に形成してもよい。
本発明の実施例では、レチクル上に必要な他のパターン
、例えばレチクルとステージとの合せマーク等は省略し
たが、これらが必要なことは従来と変らない。またレチ
クル上の遮光材料(クロム等)は露光装置の光源に対し
て裏側に設けるのが通常であるが、本発明の説明図面で
は判り易くする為に表側にあるかのように書かれている
第8図は、本発明によって製造したLSIの別の例を示
すものであって、いずれも大容量のDRAMである。図
中120はチップ、121はメモリアレー122はカラ
ム(列:Y系)のデコーダ。
123はロウ(行:X系)のデコーダ、124゜125
はタイミング発生回路などを含む間接周辺回路である。
131はパターンを接合した箇所を示すものであり、1
32でも同様な接合が可能である。
第9図は上記接合部分の回路を示す図であり、第10図
は同じく接合部分のチップパターンの概略を示す図であ
る。第9図において141はメモリアレー、142はセ
ンスアンプ、143はセンスアンプを含む信号伝送系で
第8図ではメモリアレーに含めて示した。144はカラ
ムデコーダ。
145はロウデコーダでワードドライバ146を含んで
いる。またφXO〜φx3はプリデコード信号。
147はワード線である。第8図でパターン接合させた
131は第9図131Aに示す如くXアドレスデコーダ
からインバータ150を介してワードドライバ146へ
信号が伝送される部分である。
第10図に上記部分のパターン構成を示す。図中150
が上記インバータ、接合部131Bの上がPMO8のド
ライバ群、151がワード線である0層の構造としては
、160がトランジスタを形成する能動領域、161が
ゲート、162〜164が各々第1〜第3の配線層、1
71は第2配線層と能動領域、172は第1ii!線層
とゲート。
173は第1配線層と能動領域174は第1配線層と第
3配線層の各々コンタクトホールである。
但し実際は第1配線層と第3配線層は、第2配線層を介
して接続しているが、ここでは省略し174で示した。
第9図、第10図から判るように、ワード線147.1
51のピッチは極めて細かく、ここでブロック間接合は
容易ではないが、アドレスデコーダからワードドライバ
への配線は、プリデコーダ方式をとっているので比較的
粗く、接合が可能である。すなわち、第8図に示す如く
、機能としては1つの回路ブロックであっても、これを
分割して、本発明による回路ブロックを構成することが
できる。
〔発明の効果〕
以上説明した如く、本発明では、縮少投影露光によりL
SIのパターン形成をする際、LSIを微細パターンか
ら成る複数のブロックに分け、ブロック間は非能動領域
と、粗いピッチの配線のみの構造とし、各ブロックを別
個に露光し上記非能動領域でブロック間を接合する。こ
れにより縮小投影露光装置のレンズの露光有効範囲を越
えるような大きなチップのLSIでも十分な精度で解像
でき、また、とくに高解像度を要求する微細パターンを
有するLSIでは、微細パターンのブロックを別個にレ
ンズ中心付近の解像度の高い部分を用いて露光できるの
で、微細パターンを有する超大形LSIを、露光装置の
大幅な性能向上なしに実現でき、LSI製造上極めて効
果が大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す製造工程の説明図、第
2図は本発明の製造方法で製造したLSIのパターン構
成図、第3図は本発明による露光工程で用いるレチクル
の接合領域を示す図、第4図は本発明による露光工程で
用いるレチクルの接合領域の拡大図である。第5図は本
発明による露光工程で用いるレチクルの別の接合領域を
示す図、第6図は本発明による露光工程で形成した配線
層の接合領域の平面及び断面図である。第7図は本発明
の別の一実施例を示す同第8図は本発明により製造した
別のLSIの回路ブロックを示す図、第9図は第8図に
示したLSIの接合部分の回路図、第10図は第8図に
示したLSIの接合部分のパターン構成を示す図である
。 符号の説明 28.45A、45B・・・接合境界、3R,3A。 3B、40A、40B・・・レチクル、27・・・接合
領域、44A、44B・・・黒ワク部。 第7図 第7目 215 ノT;?) 第2詞 2夕A ゛    −一工−−フロックA フロックε   1 第3目 第4図 第乙圃 JJ       Fρ 第7圃 $8目 ノー、3− 第7目 (O)       (リ        (e)  
       <f)第7目 第702 7名ノ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、複数個のトランジスタと、複数体の配線とを少くと
    も有する大規模集積回路を形成する工程の少くとも一部
    において、縮小投影露光装置を用いレチクル上のパター
    ンを転写する工程を含む製造方法において、上記トラン
    ジスタ群を少くとも2個以上のブロックに分け、上記ブ
    ロック間にはトランジスタが存在しない非能動領域を設
    け、上記ブロックの内の少くとも1つをレチクルを用い
    てホトレジストパターン形成を行ない、上記非能動領域
    において他のブロックのレジストパターンと接合させて
    大規模集積回路を形成することを特徴とする半導体装置
    の製造方法。 2、上記ブロック間の接合領域で、互いに一部重ね合っ
    てパターン転写露光をすることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の半導体装置の製造方法。 3、上記ブロック間の接合領域で、互いに一部重ね合っ
    て露光する部分の重なり量をbとするとき、重ね合う部
    分の少くとも一部のパターンに於て、重ね合う方向にL
    _1(<b)の範囲にわたって、重ね合う方向に直角の
    方向のパターン幅を太くしたことを特徴とする特許請求
    の範囲第2項記載の半導体装置の製造方法。 4、上記ブロック間を重ね合う方向の最大位置合せ誤差
    を|T_X_M|とするとき、上記ブロック間の接合領
    域で、レチクル上のパターン境界の外周を遮光する黒わ
    く部を、接合部境界からa(>1/2|T_X_M|)
    だけ後退させたレチクルを用いることを特徴とする特許
    請求の範囲第2頁記載の半導体装置の製造方法。 5、上記ブロック間の接合領域で、接合の位置合せ精度
    を検出するパターンを、首記露光の重なり部分に設けた
    ことを特徴とする特許請求の範囲の第2項記載の半導体
    装置の製造方法。 6、上記ブロック間の接合領域におけるパターンを、配
    線層のみとしたことを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の半導体装置の製造方法。 7、上記レチクルの接合領域の配線層として、少くとも
    その一部において、接合境界の直外で他の配線層につな
    ぎ換えを行ない、接合領域で配線のピッチを全体として
    一定に保ち、層毎には接合境界で緩いピッチとしたこと
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体装置の
    製造方法。 8、特許請求の範囲第1項記載の半導体装置の製造方法
    において、上記大規模集積回路をブロック毎に分けて露
    光する工程に先立ち、あらかじめレジストレーシヨン・
    マークをウェハー上に形成する工程を含むことを特徴と
    する半導体装置の製造方法。 9、特許請求の範囲第1項記載の半導体装置の製造方法
    において、上記縮少投影露光装置による露光に先立つレ
    ジストレーションが、ウェハ上の縦(横)方向に複数箇
    所のマーク検出を行なう方法であるとき、半導体装置を
    横(縦)方向に分割してブロックとし、ウェハ上にて別
    個に露光して横(縦)方向に接合させることを特徴とす
    る半導体装置の製造方法。 10、微細パータンから成る回路ブロックと該ブロック
    を除くチップ全体のブロックとに半導体装置を分け、上
    記微細パターンブロックはチップの全体のブロックとは
    別個に縮少投影露光装置の中心部分を使って露光するこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体装置
    の製造方法。
JP62311944A 1987-12-11 1987-12-11 半導体装置の製造方法 Pending JPH01154519A (ja)

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