知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024179674
(43)【公開日】2024-12-26
(54)【発明の名称】露光装置、露光方法、及び半導体装置の製造方法
(51)【国際特許分類】
G03F 9/00 20060101AFI20241219BHJP
G03F 7/20 20060101ALI20241219BHJP
H01L 21/02 20060101ALI20241219BHJP
H10B 43/27 20230101ALI20241219BHJP
H01L 21/336 20060101ALI20241219BHJP
【ＦＩ】
G03F9/00 H
G03F7/20 521
H01L21/02 B
H10B43/27
H01L29/78 371
【審査請求】未請求
【請求項の数】17
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023098698
(22)【出願日】2023-06-15
(71)【出願人】
【識別番号】318010018
【氏名又は名称】キオクシア株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003708
【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所
(72)【発明者】
【氏名】水田 吉郎
【テーマコード（参考）】
2H197
5F083
5F101
【Ｆターム（参考）】
2H197AA05
2H197AA10
2H197DA03
2H197EA11
2H197EB16
2H197EB23
2H197HA03
2H197JA17
5F083EP18
5F083EP22
5F083EP32
5F083EP76
5F083ER21
5F083GA10
5F083GA27
5F083JA37
5F083MA06
5F083MA16
5F083MA19
5F083ZA01
5F101BA46
5F101BB02
5F101BD16
5F101BD22
5F101BD30
5F101BD34
5F101BE07
(57)【要約】
【課題】半導体装置の歩留まりを改善する。
【解決手段】実施形態の露光装置は、露光処理を実行する制御装置を含む。制御装置は、露光処理において、基板に配置された３つ以上のアライメントマークの計測結果を直交座標系で関数近似して倍率成分の算出値を算出し、倍率成分のアライメント補正値について第１下限値及び／又は第１上限値を設定し、算出値が第１下限値以上及び／又は第１上限値以下である場合に、前記倍率成分のアライメント補正値を第１補正値に設定し、第１下限値を設定し且つ算出値が第１下限値未満である場合に、倍率成分のアライメント補正値を算出値よりも大きく且つ第１補正値よりも小さい第２補正値に設定し、第１上限値を設定し且つ算出値が第１上限値超である場合に、倍率成分のアライメント補正値を第１補正値よりも大きく且つ算出値よりも小さい第３補正値に設定する。
【選択図】図５
【解決手段】実施形態の露光装置は、露光処理を実行する制御装置を含む。制御装置は、露光処理において、基板に配置された３つ以上のアライメントマークの計測結果を直交座標系で関数近似して倍率成分の算出値を算出し、倍率成分のアライメント補正値について第１下限値及び／又は第１上限値を設定し、算出値が第１下限値以上及び／又は第１上限値以下である場合に、前記倍率成分のアライメント補正値を第１補正値に設定し、第１下限値を設定し且つ算出値が第１下限値未満である場合に、倍率成分のアライメント補正値を算出値よりも大きく且つ第１補正値よりも小さい第２補正値に設定し、第１上限値を設定し且つ算出値が第１上限値超である場合に、倍率成分のアライメント補正値を第１補正値よりも大きく且つ算出値よりも小さい第３補正値に設定する。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
露光処理を実行する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記露光処理において、
基板に配置された３つ以上のアライメントマークの計測結果を直交座標系で関数近似して倍率成分の算出値を算出し、
倍率成分のアライメント補正値について第１下限値及び／又は第１上限値を設定し、
前記算出値が第１下限値以上及び／又は第１上限値以下である場合に、倍率成分のアライメント補正値を第１補正値に設定し、
前記第１下限値を設定し且つ前記算出値が前記第１下限値未満である場合に、前記倍率成分のアライメント補正値を前記算出値よりも大きく且つ前記第１補正値よりも小さい第２補正値に設定し、
前記第１上限値を設定し且つ前記算出値が前記第１上限値超である場合に、前記倍率成分のアライメント補正値を前記第１補正値よりも大きく且つ前記算出値よりも小さい第３補正値に設定する、
露光装置。
前記制御装置は、前記露光処理において、
基板に配置された３つ以上のアライメントマークの計測結果を直交座標系で関数近似して倍率成分の算出値を算出し、
倍率成分のアライメント補正値について第１下限値及び／又は第１上限値を設定し、
前記算出値が第１下限値以上及び／又は第１上限値以下である場合に、倍率成分のアライメント補正値を第１補正値に設定し、
前記第１下限値を設定し且つ前記算出値が前記第１下限値未満である場合に、前記倍率成分のアライメント補正値を前記算出値よりも大きく且つ前記第１補正値よりも小さい第２補正値に設定し、
前記第１上限値を設定し且つ前記算出値が前記第１上限値超である場合に、前記倍率成分のアライメント補正値を前記第１補正値よりも大きく且つ前記算出値よりも小さい第３補正値に設定する、
露光装置。
【請求項2】
前記第２補正値は、前記第１補正値に前記算出値を加算し、さらに前記第１下限値を減算した値であり、
前記第３補正値は、前記第１補正値に前記算出値を加算し、さらに前記第１上限値を減算した値である、
請求項１に記載の露光装置。
前記第３補正値は、前記第１補正値に前記算出値を加算し、さらに前記第１上限値を減算した値である、
請求項１に記載の露光装置。
【請求項3】
前記第１下限値は、前記露光処理の対象工程における前記倍率成分の重ね合わせずれの下限管理値に前記第１補正値を加算した値であり、
前記第１上限値は、前記露光処理の対象工程における前記倍率成分の重ね合わせずれの上限管理値に前記第１補正値を加算した値である、
請求項１に記載の露光装置。
前記第１上限値は、前記露光処理の対象工程における前記倍率成分の重ね合わせずれの上限管理値に前記第１補正値を加算した値である、
請求項１に記載の露光装置。
【請求項4】
前記直交座標系は、第１方向と、前記第１方向と直交する第２方向とを含み、
前記第１補正値と前記第２補正値と前記第３補正値とのそれぞれは、前記第１方向の倍率成分のアライメント補正値であり、
前記制御装置は、前記露光処理において、
倍率成分のアライメント補正値について第２下限値及び／又は第２上限値をさらに設定し、
前記算出値が第２下限値以上及び／又は第２上限値以下である場合に、前記第２方向の倍率成分のアライメント補正値を第４補正値に設定し、
前記第２下限値を設定し且つ前記算出値が前記第２下限値未満である場合に、前記第２方向の倍率成分のアライメント補正値を前記算出値よりも大きく且つ前記第４補正値よりも小さい第５補正値に設定し、
前記第２上限値を設定し且つ前記算出値が前記第２上限値超である場合に、前記第２方向の倍率成分のアライメント補正値を前記第４補正値よりも大きく且つ前記算出値よりも小さい第６補正値に設定し、
前記第２下限値は、前記第１下限値と異なり、
前記第２上限値は、前記第２上限値と異なる、
請求項１に記載の露光装置。
前記第１補正値と前記第２補正値と前記第３補正値とのそれぞれは、前記第１方向の倍率成分のアライメント補正値であり、
前記制御装置は、前記露光処理において、
倍率成分のアライメント補正値について第２下限値及び／又は第２上限値をさらに設定し、
前記算出値が第２下限値以上及び／又は第２上限値以下である場合に、前記第２方向の倍率成分のアライメント補正値を第４補正値に設定し、
前記第２下限値を設定し且つ前記算出値が前記第２下限値未満である場合に、前記第２方向の倍率成分のアライメント補正値を前記算出値よりも大きく且つ前記第４補正値よりも小さい第５補正値に設定し、
前記第２上限値を設定し且つ前記算出値が前記第２上限値超である場合に、前記第２方向の倍率成分のアライメント補正値を前記第４補正値よりも大きく且つ前記算出値よりも小さい第６補正値に設定し、
前記第２下限値は、前記第１下限値と異なり、
前記第２上限値は、前記第２上限値と異なる、
請求項１に記載の露光装置。
【請求項5】
前記直交座標系は、第１方向と、前記第１方向と直交する第２方向とを含み、
前記第１補正値と前記第２補正値と前記第３補正値とのそれぞれは、前記第１方向の倍率成分のアライメント補正値であり、
前記制御装置は、前記露光処理において、前記第２方向の倍率成分のアライメント補正値を、前記算出値と略同じ値に設定する、
請求項１に記載の露光装置。
前記第１補正値と前記第２補正値と前記第３補正値とのそれぞれは、前記第１方向の倍率成分のアライメント補正値であり、
前記制御装置は、前記露光処理において、前記第２方向の倍率成分のアライメント補正値を、前記算出値と略同じ値に設定する、
請求項１に記載の露光装置。
【請求項6】
基板に配置された３つ以上のアライメントマークの計測結果を直交座標系で関数近似して倍率成分の算出値を算出することと、
倍率成分のアライメント補正値について第１下限値及び／又は第１上限値を設定することと、
前記算出値が第１下限値以上及び／又は第１上限値以下である場合に、倍率成分のアライメント補正値を第１補正値に設定することと、
前記第１下限値を設定し且つ前記算出値が前記第１下限値未満である場合に、前記倍率成分のアライメント補正値を前記算出値よりも大きく且つ前記第１補正値よりも小さい第２補正値に設定することと、
前記第１上限値を設定し且つ前記算出値が前記第１上限値超である場合に、前記倍率成分のアライメント補正値を前記第１補正値よりも大きく且つ前記算出値よりも小さい第３補正値に設定することと、を備える、
露光方法。
倍率成分のアライメント補正値について第１下限値及び／又は第１上限値を設定することと、
前記算出値が第１下限値以上及び／又は第１上限値以下である場合に、倍率成分のアライメント補正値を第１補正値に設定することと、
前記第１下限値を設定し且つ前記算出値が前記第１下限値未満である場合に、前記倍率成分のアライメント補正値を前記算出値よりも大きく且つ前記第１補正値よりも小さい第２補正値に設定することと、
前記第１上限値を設定し且つ前記算出値が前記第１上限値超である場合に、前記倍率成分のアライメント補正値を前記第１補正値よりも大きく且つ前記算出値よりも小さい第３補正値に設定することと、を備える、
露光方法。
【請求項7】
前記第２補正値は、前記第１補正値に前記算出値を加算し、さらに前記第１下限値を減算した値であり、
前記第３補正値は、前記第１補正値に前記算出値を加算し、さらに前記第１上限値を減算した値である、
請求項６に記載の露光方法。
前記第３補正値は、前記第１補正値に前記算出値を加算し、さらに前記第１上限値を減算した値である、
請求項６に記載の露光方法。
【請求項8】
前記第１下限値は、露光処理の対象工程における前記倍率成分の重ね合わせずれの下限管理値に前記第１補正値を加算した値であり、
前記第１上限値は、露光処理の対象工程における前記倍率成分の重ね合わせずれの上限管理値に前記第１補正値を加算した値である、
請求項６に記載の露光方法。
前記第１上限値は、露光処理の対象工程における前記倍率成分の重ね合わせずれの上限管理値に前記第１補正値を加算した値である、
請求項６に記載の露光方法。
【請求項9】
前記直交座標系は、第１方向と、前記第１方向と直交する第２方向とを含み、
前記第１補正値と前記第２補正値と前記第３補正値とのそれぞれは、前記第１方向の倍率成分のアライメント補正値であり、
倍率成分のアライメント補正値について第２下限値及び／又は第２上限値をさらに設定することと、
前記算出値が第２下限値以上及び／又は第２上限値以下である場合に、前記第２方向の倍率成分のアライメント補正値を第４補正値に設定することと、
前記第２下限値を設定し且つ前記算出値が前記第２下限値未満である場合に、前記第２方向の倍率成分のアライメント補正値を前記算出値よりも大きく且つ前記第４補正値よりも小さい第５補正値に設定することと、
前記第２上限値を設定し且つ前記算出値が前記第２上限値超である場合に、前記第２方向の倍率成分のアライメント補正値を前記第４補正値よりも大きく且つ前記算出値よりも小さい第６補正値に設定することと、をさらに備え、
前記第２下限値は、前記第１下限値と異なり、
前記第２上限値は、前記第１上限値と異なる、
請求項６に記載の露光方法。
前記第１補正値と前記第２補正値と前記第３補正値とのそれぞれは、前記第１方向の倍率成分のアライメント補正値であり、
倍率成分のアライメント補正値について第２下限値及び／又は第２上限値をさらに設定することと、
前記算出値が第２下限値以上及び／又は第２上限値以下である場合に、前記第２方向の倍率成分のアライメント補正値を第４補正値に設定することと、
前記第２下限値を設定し且つ前記算出値が前記第２下限値未満である場合に、前記第２方向の倍率成分のアライメント補正値を前記算出値よりも大きく且つ前記第４補正値よりも小さい第５補正値に設定することと、
前記第２上限値を設定し且つ前記算出値が前記第２上限値超である場合に、前記第２方向の倍率成分のアライメント補正値を前記第４補正値よりも大きく且つ前記算出値よりも小さい第６補正値に設定することと、をさらに備え、
前記第２下限値は、前記第１下限値と異なり、
前記第２上限値は、前記第１上限値と異なる、
請求項６に記載の露光方法。
【請求項10】
前記直交座標系は、第１方向と、前記第１方向と直交する第２方向とを含み、
前記第１補正値と前記第２補正値と前記第３補正値とのそれぞれは、前記第１方向の倍率成分のアライメント補正値であり、
前記第２方向の倍率成分のアライメント補正値を、前記算出値と略同じ値に設定することをさらに備える、
請求項６に記載の露光方法。
前記第１補正値と前記第２補正値と前記第３補正値とのそれぞれは、前記第１方向の倍率成分のアライメント補正値であり、
前記第２方向の倍率成分のアライメント補正値を、前記算出値と略同じ値に設定することをさらに備える、
請求項６に記載の露光方法。
【請求項11】
第１露光工程において、
基板に配置された３つ以上のアライメントマークの計測結果を直交座標系で関数近似して倍率成分の第１算出値を算出することと、
倍率成分のアライメント補正値について第１下限値及び／又は第１上限値を設定することと、
前記第１算出値が第１下限値以上及び／又は第１上限値以下である場合に、倍率成分のアライメント補正値を第１補正値に設定することと、
前記第１下限値を設定し且つ前記第１算出値が前記第１下限値未満である場合に、前記倍率成分のアライメント補正値を前記第１算出値よりも大きく且つ前記第１補正値よりも小さい第２補正値に設定することと、
前記第１上限値を設定し且つ前記第１算出値が前記第１上限値超である場合に、前記倍率成分のアライメント補正値を前記第１補正値よりも大きく且つ前記第１算出値よりも小さい第３補正値に設定することと、を備える、
半導体装置の製造方法。
基板に配置された３つ以上のアライメントマークの計測結果を直交座標系で関数近似して倍率成分の第１算出値を算出することと、
倍率成分のアライメント補正値について第１下限値及び／又は第１上限値を設定することと、
前記第１算出値が第１下限値以上及び／又は第１上限値以下である場合に、倍率成分のアライメント補正値を第１補正値に設定することと、
前記第１下限値を設定し且つ前記第１算出値が前記第１下限値未満である場合に、前記倍率成分のアライメント補正値を前記第１算出値よりも大きく且つ前記第１補正値よりも小さい第２補正値に設定することと、
前記第１上限値を設定し且つ前記第１算出値が前記第１上限値超である場合に、前記倍率成分のアライメント補正値を前記第１補正値よりも大きく且つ前記第１算出値よりも小さい第３補正値に設定することと、を備える、
半導体装置の製造方法。
【請求項12】
前記第２補正値は、前記第１補正値に前記第１算出値を加算し、さらに前記第１下限値を減算した値であり、
前記第３補正値は、前記第１補正値に前記第１算出値を加算し、さらに前記第１上限値を減算した値である、
請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
前記第３補正値は、前記第１補正値に前記第１算出値を加算し、さらに前記第１上限値を減算した値である、
請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項13】
前記第１下限値は、前記第１露光工程における前記倍率成分の重ね合わせずれの下限管理値に前記第１補正値を加算した値であり、
前記第１上限値は、前記第１露光工程における前記倍率成分の重ね合わせずれの上限管理値に前記第１補正値を加算した値である、
請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
前記第１上限値は、前記第１露光工程における前記倍率成分の重ね合わせずれの上限管理値に前記第１補正値を加算した値である、
請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項14】
前記直交座標系は、第１方向と、前記第１方向と直交する第２方向とを含み、
前記第１補正値と前記第２補正値と前記第３補正値とのそれぞれは、前記第１方向の倍率成分のアライメント補正値であり、
前記第１露光工程において、
倍率成分のアライメント補正値について第２下限値及び／又は第２上限値をさらに設定することと、
前記第１算出値が第２下限値以上及び／又は第２上限値以下である場合に、前記第２方向の倍率成分のアライメント補正値を第４補正値に設定することと、
前記第２下限値を設定し且つ前記第１算出値が前記第２下限値未満である場合に、前記第２方向の倍率成分のアライメント補正値を前記第１算出値よりも大きく且つ前記第４補正値よりも小さい第５補正値に設定することと、
前記第２上限値を設定し且つ前記第１算出値が前記第２上限値超である場合に、前記第２方向の倍率成分のアライメント補正値を前記第４補正値よりも大きく且つ前記第１算出値よりも小さい第６補正値に設定することと、をさらに備え、
前記第２下限値は、前記第１下限値と異なり、
前記第２上限値は、前記第１上限値と異なる、
請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
前記第１補正値と前記第２補正値と前記第３補正値とのそれぞれは、前記第１方向の倍率成分のアライメント補正値であり、
前記第１露光工程において、
倍率成分のアライメント補正値について第２下限値及び／又は第２上限値をさらに設定することと、
前記第１算出値が第２下限値以上及び／又は第２上限値以下である場合に、前記第２方向の倍率成分のアライメント補正値を第４補正値に設定することと、
前記第２下限値を設定し且つ前記第１算出値が前記第２下限値未満である場合に、前記第２方向の倍率成分のアライメント補正値を前記第１算出値よりも大きく且つ前記第４補正値よりも小さい第５補正値に設定することと、
前記第２上限値を設定し且つ前記第１算出値が前記第２上限値超である場合に、前記第２方向の倍率成分のアライメント補正値を前記第４補正値よりも大きく且つ前記第１算出値よりも小さい第６補正値に設定することと、をさらに備え、
前記第２下限値は、前記第１下限値と異なり、
前記第２上限値は、前記第１上限値と異なる、
請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項15】
前記直交座標系は、第１方向と、前記第１方向と直交する第２方向とを含み、
前記第１補正値と前記第２補正値と前記第３補正値とのそれぞれは、前記第１方向の倍率成分のアライメント補正値であり、
前記第１露光工程において、前記第２方向の倍率成分のアライメント補正値を、前記第１算出値と略同じ値に設定することをさらに備える、
請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
前記第１補正値と前記第２補正値と前記第３補正値とのそれぞれは、前記第１方向の倍率成分のアライメント補正値であり、
前記第１露光工程において、前記第２方向の倍率成分のアライメント補正値を、前記第１算出値と略同じ値に設定することをさらに備える、
請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項16】
前記基板に対する前記第１露光工程の後の第２露光工程において、
前記基板に配置された３つ以上のアライメントマークの計測結果を直交座標系で関数近似して倍率成分の第２算出値を算出することと、
倍率成分のアライメント補正値について第３下限値及び／又は第３上限値を設定することと、
前記第２算出値が第３下限値以上及び／又は第３上限値以下である場合に、倍率成分のアライメント補正値を第７補正値に設定することと、
前記第３下限値を設定し且つ前記第２算出値が前記第３下限値未満である場合に、前記倍率成分のアライメント補正値を前記第２算出値よりも大きく且つ前記第７補正値よりも小さい第８補正値に設定することと、
前記第３上限値を設定し且つ前記第２算出値が前記第３上限値超である場合に、前記倍率成分のアライメント補正値を前記第７補正値よりも大きく且つ前記第２算出値よりも小さい第９補正値に設定することと、を備える、
請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
前記基板に配置された３つ以上のアライメントマークの計測結果を直交座標系で関数近似して倍率成分の第２算出値を算出することと、
倍率成分のアライメント補正値について第３下限値及び／又は第３上限値を設定することと、
前記第２算出値が第３下限値以上及び／又は第３上限値以下である場合に、倍率成分のアライメント補正値を第７補正値に設定することと、
前記第３下限値を設定し且つ前記第２算出値が前記第３下限値未満である場合に、前記倍率成分のアライメント補正値を前記第２算出値よりも大きく且つ前記第７補正値よりも小さい第８補正値に設定することと、
前記第３上限値を設定し且つ前記第２算出値が前記第３上限値超である場合に、前記倍率成分のアライメント補正値を前記第７補正値よりも大きく且つ前記第２算出値よりも小さい第９補正値に設定することと、を備える、
請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項17】
前記直交座標系は、第１方向と、前記第１方向と直交する第２方向とを含み、
前記第１補正値と前記第２補正値と前記第３補正値とのそれぞれは、前記第１方向の倍率成分のアライメント補正値であり、
前記第７補正値と前記第８補正値と前記第９補正値とのそれぞれは、前記第２方向の倍率成分のアライメント補正値である、
請求項１６に記載の半導体装置の製造方法。
前記第１補正値と前記第２補正値と前記第３補正値とのそれぞれは、前記第１方向の倍率成分のアライメント補正値であり、
前記第７補正値と前記第８補正値と前記第９補正値とのそれぞれは、前記第２方向の倍率成分のアライメント補正値である、
請求項１６に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
実施形態は、露光装置、露光方法、及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体回路基板を３次元に積層する３次元積層技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００７－１５８２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
半導体装置の歩留まりを改善する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
実施形態の露光装置は、露光処理を実行する制御装置を含む。制御装置は、露光処理において、基板に配置された３つ以上のアライメントマークの計測結果を直交座標系で関数近似して倍率成分の算出値を算出し、倍率成分のアライメント補正値について第１下限値及び／又は第１上限値を設定し、算出値が第１下限値以上及び／又は第１上限値以下である場合に、前記倍率成分のアライメント補正値を第１補正値に設定し、第１下限値を設定し且つ算出値が第１下限値未満である場合に、倍率成分のアライメント補正値を算出値よりも大きく且つ第１補正値よりも小さい第２補正値に設定し、第１上限値を設定し且つ算出値が第１上限値超である場合に、倍率成分のアライメント補正値を第１補正値よりも大きく且つ算出値よりも小さい第３補正値に設定する。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】半導体装置の製造方法の概要を示す概略図。
【図2】半導体装置の製造工程で使用されるアライメントマークの配置の一例を示す模式図。
【図3】接合オーバーレイで残存し得るウエハ面内の重ね合わせ成分に対する露光装置及び接合装置の補正性能の一例を示すテーブル。
【図4】第１実施形態に係る露光装置の構成の一例を示すブロック図。
【図5】第１実施形態に係る露光装置の露光方法の一例を示すフローチャート。
【図6】第１実施形態に係る露光装置の露光処理による重ね合わせ結果の一例を示す模式図。
【図7】第１実施形態に係る露光装置の露光処理によるウエハ倍率成分のアライメント補正値の一例を示すテーブル。
【図8】第１実施形態に係る露光装置の露光処理後のウエハ倍率成分の分布の一例を示す散布図。
【図9】第２実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示すフローチャート。
【図10】第２実施形態に係る半導体装置の製造方法によるウエハ倍率成分の分布の変化の一例を示す箱ひげ図。
【図11】第３実施形態に係る露光装置の露光方法の一例を示すフローチャート。
【図12】第３実施形態に係る露光装置の露光処理による重ね合わせ結果の一例を示す模式図。
【図13】第３実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示すフローチャート。
【図14】第３実施形態に係る半導体装置の製造方法によるウエハ倍率成分の分布の変化の一例を示す箱ひげ図。
【図15】第４実施形態に係るメモリデバイスの全体構成の一例を示すブロック図。
【図16】第４実施形態に係るメモリデバイスが備えるメモリセルアレイの回路構成の一例を示す回路図。
【図17】第４実施形態に係るメモリデバイスの構造の一例を示す斜視図。
【図18】第４実施形態に係るメモリデバイスが備えるメモリセルアレイの平面レイアウトの一例を示す平面図。
【図19】第４実施形態に係るメモリデバイスが備えるメモリセルアレイの断面構造の一例を示す断面図。
【図21】第４実施形態に係るメモリデバイスの断面構造の一例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下に、各実施形態について図面を参照して説明する。各実施形態は、発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示している。図面は、模式的又は概念的なものである。各図面の寸法や比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。構成の図示は、適宜省略されている。略同一の機能及び構成を有する構成要素には、同一の符号が付加されている。参照符号に付加された数字などは、同じ参照符号により参照され、且つ類似した要素同士を区別するために使用される。
【0008】
以下の説明では、互いに交差する２種類の水平方向のことを、それぞれ“Ｘ方向”及び“Ｙ方向”と呼ぶ。以下の説明では、Ｘ方向とＹ方向とのそれぞれと平行な平面のことを、“ＸＹ平面”と呼ぶ。以下の説明では、水平に載置された基板などに対する垂直方向のことを、“Ｚ方向”と呼ぶ。本明細書において、“上方”とは、水平に載置された層などの構成要素に対する垂直上方のことを意味する。本明細書において、“下方”とは、水平に載置された層などの構成要素に対する垂直下方のことを意味する。本明細書において、“平面視”とは、例えば、水平に載置された層などの構成要素を上方から視認ことを意味する。“視認”は、顕微鏡やカメラなどを用いて対象物を観察することを含む。
【0009】
本明細書における半導体装置は、それぞれに半導体回路が形成された２枚の半導体回路基板を接合し、接合された半導体回路基板をチップ毎に分離することにより形成される。以下では、半導体回路基板のことを“ウエハ”と呼ぶ。２枚のウエハを接合する処理のことを、“接合処理”と呼ぶ。接合処理を実行する装置のことを、“接合装置”と呼ぶ。接合処理の際に、上側及び下側に配置されるウエハのことを、それぞれ“上ウエハＵＷ”及び“下ウエハＬＷ”と呼ぶ。接合された上ウエハＵＷ及び下ウエハＬＷの組のことを、“接合ウエハＢＷ”と呼ぶ。“ウエハのおもて面”は、前工程により半導体回路が形成される側の面に対応する。“ウエハの裏面”は、ウエハのおもて面に対する反対側の面に対応する。
【0010】
【0011】
まず、ウエハがロットに割り当てられる（“ロット割当”）。ロットは、複数のウエハを含み得る。ロットは、例えば、上ウエハＵＷを含むロットと、下ウエハＬＷを含むロットとに分類される。各上ウエハＵＷは、１枚の下ウエハＬＷと関連付けられる。そして、上ウエハＵＷを含むロットと下ウエハＬＷを含むロットとのそれぞれに、前工程が実施される。前工程は、“露光処理”と“露光ＯＬ（オーバーレイ）計測”と“エッチング処理”との組み合わせを含む。
【0012】
露光処理は、マスク（レチクル）のパターンを、ショット単位でウエハ上のレジスト材料に転写する処理である。“ショット”は、露光処理における露光の区画領域に対応する。上ウエハＵＷのショットの配置と、下ウエハＬＷのショットの配置とは、同一に設定される。露光処理において、１ショットの露光は、位置をずらして繰り返し実行される。つまり、露光装置は、ステップアンドリピート方式によってウエハを露光する。その後、現像処理によってレジスト材料の一部が除去され、レジスト材料に所望のパターンが転写される。露光処理では、各ショットの配置や形状が、アライメントマークの計測結果や、様々な補正値などに基づいて補正される。これにより、下地のパターンと、露光処理により形成されるパターンとの重ね合わせ位置が調整（アライメント）される。
【0013】
露光ＯＬ計測は、下地のパターンと、露光処理によって形成されたレジスト材料のパターンとの重ね合わせのずれ量を計測する処理である。露光ＯＬ計測により得られた計測結果は、例えば、露光処理のリワーク判定や、後続のロットに適用されるアライメント補正値の算出などに使用される。
【0014】
エッチング処理は、露光処理により形成されたレジスト材料をマスクとして用いて、ウエハ上の部材を加工する処理である。エッチング処理によって、ウエハ上の部材が、レジスト材料のパターンに基づいた形状に加工される。層毎の回路パターンは、このような露光処理とエッチング処理との組み合わせによって形成され得る。
【0015】
なお、本明細書では説明を省略するが、前工程は、加熱工程、洗浄工程、成膜工程なども含み得る。そして、上ウエハＵＷ及び下ウエハＬＷのそれぞれの前工程が実施されることによって、上ウエハＵＷと下ウエハＬＷとのそれぞれのおもて面に、所望の半導体回路が形成される（“前工程完了”）。その後、関連付けられた上ウエハＵＷと下ウエハＬＷとの組を用いて、接合処理が実行される。
【0016】
接合処理において、接合装置は、上ウエハＵＷのおもて面と下ウエハＬＷのおもて面とを向かい合わせて保持する。そして、接合装置は、上ウエハＵＷのおもて面に形成されたパターンと、下ウエハＬＷのおもて面に形成されたパターンとの重ね合わせ位置を、アライメントマークの計測結果に基づいて調整（アライメント）する。それから、接合装置は、上ウエハＵＷのおもて面と下ウエハＬＷのおもて面とを接触させる。これにより、上ウエハＵＷのおもて面と下ウエハＬＷのおもて面とが接合され、接合ウエハＢＷが形成される。その後、接合ウエハＢＷに対して、接合ＯＬ（オーバーレイ）計測が実行される。
【0017】
接合ＯＬ計測は、上ウエハＵＷの接合面に形成されたパターンと、下ウエハＬＷの接合面に形成されたパターンとの重ね合わせのずれ量を計測する処理である。“接合層”は、上ウエハＵＷ及び下ウエハＬＷの境界部分と接する層に対応する。上ウエハＵＷ及び下ウエハＬＷのそれぞれは、接合層を有している。接合ＯＬ計測により得られた計測結果は、後続のロットの露光処理に適用されるアライメント補正値の算出などに使用され得る。
【0018】
その後、接合ウエハＢＷに対して配線工程が実施され、接合ウエハＢＷに設けられた回路との外部接続に使用される配線やパッドが形成される。そして、接合ウエハＢＷがダイシング処理によってチップ毎に分離されることにより、１枚の接合ウエハＢＷから、複数の半導体装置が形成される。
【0019】
なお、本明細書において、アライメントは、露光装置基準におけるウエハの形状に対応する。重ね合わせのずれ量は、重ね合わせ元のパターンと重ね合わせ先のパターンとの間の位置ずれに対応する。すなわち、アライメントの計測結果に基づいた露光処理により補正できない成分が、重ね合わせずれとなる。以下では、重ね合わせ位置のアライメントで使用される補正値のことを、“アライメント補正値”と呼ぶ。アライメントの補正に多項式が使用される場合の、各項の係数のことを“アライメント補正係数”と呼ぶ。アライメント補正値は、各項のアライメント補正係数と、露光位置とに基づいて算出され得る。
【0020】
露光処理及び接合処理のそれぞれにおいて発生し得る重ね合わせのずれ量は、種々の成分の組み合わせによって表現され得る。例えば、重ね合わせ（アライメント）の計測結果は、多項式回帰によりＫ値毎に分解される。Ｋ値で表現される重ね合わせ成分は、オフセット（シフト）成分、倍率成分、及び直交度成分を含む。以下に、各成分に対応する数式を羅列する。なお、以下の数式において、“ｘ”及び“ｙ”は、それぞれＸ方向の座標（Ｘ座標）とＹ方向の座標（Ｙ座標）とに対応する。“ｄｘ”及び“ｄｙ”は、それぞれＸ方向及びＹ方向の重ね合わせのずれ量に対応する。“Ｋ１”～“Ｋ６”のそれぞれは、アライメント補正係数（多項式回帰係数）に対応する。
【0021】
Ｘ方向のオフセット（シフト）成分：ｄｘ＝Ｋ１
Ｙ方向のオフセット（シフト）成分：ｄｙ＝Ｋ２
Ｘ方向の倍率成分：ｄｘ＝Ｋ３＊ｘ
Ｙ方向の倍率成分：ｄｙ＝Ｋ４＊ｙ
Ｘ方向の直交度成分：ｄｘ＝Ｋ５＊ｙ
Ｙ方向の直交度成分：ｄｙ＝Ｋ６＊ｘ
Ｙ方向のオフセット（シフト）成分：ｄｙ＝Ｋ２
Ｘ方向の倍率成分：ｄｘ＝Ｋ３＊ｘ
Ｙ方向の倍率成分：ｄｙ＝Ｋ４＊ｙ
Ｘ方向の直交度成分：ｄｘ＝Ｋ５＊ｙ
Ｙ方向の直交度成分：ｄｙ＝Ｋ６＊ｘ
【0022】
本例において、Ｘ方向の重ね合わせずれ量Ｅｘは、“Ｅｘ＝Ｋ１＋Ｋ３＊ｘ＋Ｋ５＊ｙ”により算出される。Ｙ方向の重ね合わせずれ量Ｅｙは、“Ｅｙ＝Ｋ２＋Ｋ４＊ｙ＋Ｋ６＊ｘ”により算出される。なお、重ね合わせ成分が多項式回帰により表現される場合、多項式回帰係数として、Ｋ１～Ｋ６だけでなく、さらに高次の重ね合わせ成分に割り当てられた係数が利用されてもよい。また、上述された重ね合わせのずれ量は、ショット単位と、ウエハの面内とのそれぞれにおいて算出され得る。以下では、ウエハの面内で発生する倍率成分の重ね合わせ成分のことを、“ウエハ倍率成分”とも呼ぶ。ウエハ倍率成分は、ウエハの大きさに対応している。ウエハ面内でランダムに発生する重ね合わせ成分のことを、“ランダム成分”と呼ぶ。
【0023】
図２は、半導体装置の製造工程で使用されるアライメントマークＡＭの配置の一例を示す模式図である。図２の（Ａ）は、露光処理時に計測されるウエハＷＦ上の複数のアライメントマークＡＭの配置を例示している。図２の（Ｂ）は、接合処理時に計測されるウエハＷＦ上の複数のアライメントマークＡＭの配置を例示している。
【0024】
図２の（Ａ）に示すように、露光処理時に、露光装置は、ウエハＷＦ（すなわち、上ウエハＵＷ又は下ウエハＬＷ）に配置された多点のアライメントマークＡＭを計測する。アライメントマークＡＭの計測数は、３つ以上であることが好ましい。露光装置は、多点のアライメントマークＡＭの計測結果を直交座標系で関数近似することによって、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれのシフト成分、倍率成分、直交度成分などのアライメント補正値を算出し得る。また、露光装置は、多点のアライメントマークＡＭの計測結果に基づいて、ショット単位の重ね合わせと、ウエハの面内の重ね合わせとのそれぞれを補正できる。
【0025】
図２の（Ｂ）に示すように、接合処理時に、接合装置は、例えば、上ウエハＵＷ及び下ウエハＬＷのそれぞれに配置された３点のアライメントマークＡＭ＿Ｃ、ＡＭ＿Ｌ及びＡＭ＿Ｒを計測する。アライメントマークＡＭ＿Ｃは、ウエハの中心近傍に配置される。アライメントマークＡＭ＿Ｌ及びＡＭ＿Ｒは、それぞれウエハＷＦの外周の一方側と他方側とに配置される。接合装置は、上ウエハＵＷ及び下ウエハＬＷのそれぞれのアライメントマークＡＭ＿Ｃ、ＡＭ＿Ｌ及びＡＭ＿Ｒの計測結果に基づいて、シフト成分及び回転成分のアライメント補正値を算出し得る。なお、接合装置は、ウエハを保持するステージを変形させることによって、Ｘ方向及びＹ方向で共通のウエハ倍率成分を補正することもできる。
【0026】
図３は、接合ＯＬで残存し得るウエハ面内の重ね合わせ成分に対する露光装置及び接合装置の補正性能の一例を示すテーブルである。図３に示すように、シフト成分は、露光装置及び接合装置のいずれも補正できる。Ｘ方向及びＹ方向で共通のウエハ倍率成分（ＸＹ共通倍率成分）は、露光装置及び接合装置のいずれも補正できる。Ｘ方向及びＹ方向で差があるウエハ倍率成分（ＸＹ差倍率成分）は、露光装置において補正できる。一方で、ＸＹ差倍率成分は、接合装置において補正困難である。回転成分（すなわち、Ｘ方向及びＹ方向で共通の直交度成分）は、露光装置及び接合装置のいずれも補正できる。直交度成分は、露光装置において補正できる。一方で、直交度成分は、接合装置において補正困難である。ランダム成分は、露光装置においてショット単位で補正できる。一方で、ランダム成分は、接合装置において補正困難である。
【0027】
例えば、接合処理において、接合装置は、上ウエハＵＷと下ウエハＬＷとの重ね合わせのウエハ倍率成分（ＸＹ共通倍率成分）を、下ウエハＬＷを保持するステージを変形させて、下ウエハＬＷのウエハ倍率成分を大きくすることによって調整し得る。しかしながら、重ね合わせのランダム成分の傾向は、下ステージの変形量に合わせて変化する。このため、下ステージによるウエハ倍率成分の補正量に応じて、接合ＯＬのランダム成分が悪化するおそれがある。一方で、接合面のパターン形成時の露光処理で上ウエハＵＷ及び下ウエハＬＷのそれぞれのウエハ倍率成分を揃えることによって、接合ＯＬを改善することも考えられる。しかしながら、接合面におけるウエハ倍率成分を合わせることは、基準とされる一方のウエハのウエハ倍率成分に合わせて接合面の露光処理が実行される他方のウエハにおいて、接合面のパターンとその下地のパターンとの重ね合わせを悪化させるおそれがある。
【0028】
＜１＞第１実施形態
第１実施形態は、接合処理におけるウエハ倍率成分の重ね合わせを改善し、且つ接合層とその下地との重ね合わせを改善することが可能な露光装置及び露光方法に関する。以下に、第１実施形態の詳細について説明する。
第１実施形態は、接合処理におけるウエハ倍率成分の重ね合わせを改善し、且つ接合層とその下地との重ね合わせを改善することが可能な露光装置及び露光方法に関する。以下に、第１実施形態の詳細について説明する。
【0029】
＜１－１＞露光装置１の構成
第１実施形態に係る露光装置１は、塗布現像装置との間でウエハＷＦを受け渡しできるように構成される。“塗布現像装置”は、露光処理の前処理と後処理とを実行する装置である。露光処理の前処理は、ウエハにレジスト材料（感光材）を塗布する処理を含む。露光処理の後処理は、ウエハに露光されたパターンを現像する処理を含む。露光処理の前処理及び後処理で使用される装置として、複数の半導体製造装置が利用されてもよい。
第１実施形態に係る露光装置１は、塗布現像装置との間でウエハＷＦを受け渡しできるように構成される。“塗布現像装置”は、露光処理の前処理と後処理とを実行する装置である。露光処理の前処理は、ウエハにレジスト材料（感光材）を塗布する処理を含む。露光処理の後処理は、ウエハに露光されたパターンを現像する処理を含む。露光処理の前処理及び後処理で使用される装置として、複数の半導体製造装置が利用されてもよい。
【0030】
【0031】
制御装置１１は、露光装置１の全体の動作を制御するコンピュータなどである。制御装置１１は、記憶装置１２、搬送装置１３、通信装置１４、及び露光ユニット１５のそれぞれを制御する。制御装置１１は、図示が省略されているが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを備える。ＣＰＵは、装置の制御に関する様々なプログラムを実行するプロセッサである。ＲＯＭは、装置の制御プログラムを記憶する不揮発性の記憶媒体である。ＲＡＭは、ＣＰＵの作業領域として使用される揮発性の記憶媒体である。
【0032】
記憶装置１２は、データやプログラムなどの記憶に使用される記憶媒体である。記憶装置１２は、例えば、露光レシピ２１及び補正値情報２２を記憶する。なお、記憶装置１２は、露光装置１に外部接続されてもよい。
【0033】
露光レシピ２１は、露光処理の設定が記録されたテーブルである。露光レシピ２１は、露光工程毎に、ショットの形状及びレイアウトや、露光量（Dose）や、フォーカスの設定や、アライメントの設定などの情報を含む。アライメントの設定は、通常モード及び上下限補正モードの選択を含む。通常モードのアライメントでは、複数のアライメントマークＡＭの計測結果に基づいて、下地のパターンと露光処理のパターンとの重ね合わせが可能な範囲でゼロに近づくように調整される。上下限補正モードのアライメントでは、複数のアライメントマークＡＭの計測結果に基づいて、露光処理対象のウエハにおけるウエハ倍率成分が、上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ及び／又は下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔを考慮しつつ、可能な範囲で目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧに近づくように調整される。
【0034】
補正値情報２２は、上下限補正モードが適用される工程における目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧ、上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ及び下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔの情報を含む。目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧは、関連付けられた上ウエハＵＷ及び下ウエハＬＷの組のうち、既に前工程が完了した一方のウエハのウエハ倍率成分の数値に対応する。例えば、前工程が完了した上ウエハＵＷのウエハ倍率成分が、目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧとして使用される。この場合、下ウエハＬＷの接合面に関連付けられた露光処理において、アライメント時のウエハ倍率成分のアライメント補正値が、上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ及び／又は下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔを考慮しつつ、上ウエハＵＷのウエハ倍率成分に近づくように調整される。
【0035】
上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ及び下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔは、ウエハ倍率成分を目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧに調整することが許容されるアライメント計測値の範囲を示している。上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ及び下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔは、下地のパターンと露光処理のパターンとの間で許容されるウエハ倍率成分の重ね合わせずれの管理スペックに基づいている。管理スペックは、“管理値”と言い換えられてもよい。上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔは、目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧに対して、管理スペックの上限値（上限管理値）を加算した値に対応する。下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔは、目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧに対して、管理スペックの下限値（下限管理値）を加算した値に対応する。なお、管理スペックの上限値は、正の数値であり、管理スペックの下限値は、負の数値である。例えば、管理スペックが±２ｐｐｍであり、且つ目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧが０．５ｐｐｍである場合、上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔは２．５ｐｐｍに設定され、下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔは－１．５ｐｐｍに設定される。なお、ｐｐｍは、百万部率（parts per million）を表している。例えば、露光装置による直径３００ｍｍのウエハに対するアライメント計測の結果、ウエハ倍率成分が１ｐｐｍであった場合、そのウエハの直径が露光装置の基準で３００．０００３ｍｍであったことを示している。同様に、露光装置による直径３００ｍｍのウエハに対するアライメント計測の結果、ウエハ倍率成分が－１ｐｐｍであった場合、そのウエハの直径が露光装置の基準で２９９．９９９７ｍｍであったことを示している。
【0036】
搬送装置１３は、ウエハＷＦを搬送することが可能な搬送アームや、複数のウエハを一時的に載置するためのトランジションなどを備える装置である。例えば、搬送装置１３は、外部の塗布現像装置から受け取ったウエハＷＦを、露光ユニット１５に搬送する。また、搬送装置１３は、露光処理後に、露光ユニット１５から受け取ったウエハＷＦを、外部の塗布現像装置に搬送する。
【0037】
通信装置１４は、図示が省略されたネットワークに接続可能な通信インターフェースである。露光装置１は、ネットワーク上の端末による操作に基づいて動作してもよい。露光レシピ２１及び補正値情報２２は、ネットワーク上のサーバーに記憶されてもよい。
【0038】
露光ユニット１５は、露光処理で使用される構成の集合である。露光ユニット１５は、例えば、ウエハステージ３１、レチクルステージ３２、光源３３、投影光学系３４、及びカメラ３５を含む。ウエハステージ３１は、ウエハＷＦを保持する機能を有する。レチクルステージ３２は、レチクルＲＴ（マスク）を保持する機能を有する。ウエハステージ３１とレチクルステージ３２とのそれぞれのステージ位置は、制御装置１１により制御され得る。光源３３は、生成した光をレチクルＲＴに照射する。投影光学系３４は、レチクルＲＴを透過した光を、ウエハＷＦの表面に集める。カメラ３５は、アライメントマークＡＭの計測に使用される撮影機構である。なお、ウエハＷＦには、レチクルＲＴを反射した光が照射されてもよい。この場合、投影光学系は、複数のミラーを有する。
【0039】
＜１－２＞露光方法
図５は、第１実施形態に係る露光装置１の露光方法の一例を示すフローチャートである。以下に、図５を参照して、第１実施形態に係る露光装置１の露光方法として、上下限補正モードが有効である露光工程の露光処理が実行される場合について説明する。
図５は、第１実施形態に係る露光装置１の露光方法の一例を示すフローチャートである。以下に、図５を参照して、第１実施形態に係る露光装置１の露光方法として、上下限補正モードが有効である露光工程の露光処理が実行される場合について説明する。
【0040】
露光装置１は、塗布現像装置からウエハＷＦの前処理が完了したことが通知されると、露光処理を開始する（開始）。
【0041】
まず、露光装置１は、ウエハＷＦをロードする（Ｓ１０１）。ロードされたウエハＷＦは、ウエハステージ３１によって保持される。
【0042】
次に、露光装置１は、露光レシピ２１を確認する（Ｓ１０２）。具体的には、制御装置１１が、ロードされたウエハＷＦに適用する処理条件を、露光レシピ２１に基づいて決定する。処理条件は、例えば、ショットの形状及びレイアウトや、露光量（Dose）や、フォーカスの設定や、アライメントの設定を含む。本例では、上下限補正モードのアライメントが有効である処理条件が読み出される。
【0043】
次に、露光装置１は、補正値情報２２を確認する（Ｓ１０３）。具体的には、制御装置１１は、上下限補正モードにおけるアライメントの詳細な設定、すなわち当該露光工程における、目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧと、上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔと、下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔとを取得する。
【0044】
次に、露光装置１は、アライメントマークＡＭを計測する（Ｓ１０４）。具体的には、ウエハステージ３１が適宜移動して、カメラ３５がウエハＷＦ上の所定の位置に配置された複数のアライメントマークＡＭを撮影する。例えば、少なくとも３つ以上のアライメントマークＡＭを撮影する。Ｓ１０４の処理において撮影対象とされるアライメントマークＡＭの位置は、露光レシピ２１に基づいて決定される。
【0045】
次に、露光装置１は、下地のウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿Ｂを算出する（Ｓ１０５）。具体的には、制御装置１１が、複数のアライメントマークＡＭの計測結果を直交座標系で関数近似することによって、下地のウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿Ｂを算出する。ウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿Ｂの値は、プロセスばらつきに応じてウエハＷＦ毎に変わり得る。
【0046】
次に、露光装置１は、ウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿Ｂの値を確認する（Ｓ１０６）。
【0047】
ウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿Ｂの値が下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔ未満である場合（Ｓ１０６：Ｌ＿Ｌｉｍｉｔ未満）、露光装置１は、ウエハ倍率成分のアライメント補正値を“目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧ＋ウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿Ｂ－下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔ”に設定して（Ｓ１０７）、Ｓ１１０の処理に進む。
【0048】
ウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿Ｂの値が下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔ以上上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ以下の範囲内である場合（Ｓ１０６：Ｌ＿Ｌｉｍｉｔ以上Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ以下の範囲内）、露光装置１は、ウエハ倍率成分のアライメント補正値を“目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧ”に設定して（Ｓ１０８）、Ｓ１１０の処理に進む。
【0049】
ウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿Ｂの値が上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ超である場合（Ｓ１０６：Ｌ＿Ｌｉｍｉｔ超）、露光装置１は、ウエハ倍率成分のアライメント補正値を“目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧ＋ウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿Ｂ－上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ”に設定して（Ｓ１０９）、Ｓ１１０の処理に進む。
【0050】
Ｓ１１０の処理において、露光装置１は、露光シーケンスを実行する（Ｓ１１０）。具体的には、制御装置１１は、Ｓ１０７、Ｓ１０８及びＳ１０９のいずれかの処理で決定されたウエハ倍率成分のアライメント補正値に基づいてウエハステージ３１を制御するとともに、光源３３を用いて、レチクルＲＴを透過した光を適宜ウエハＷＦに照射する。
【0051】
Ｓ１１０の処理が完了すると、露光装置１は、ウエハＷＦをアンロードする（Ｓ１１１）。露光装置１は、ウエハＷＦがアンロードされると、露光処理を終了する（終了）。
【0052】
図６は、第１実施形態に係る露光装置１の露光処理による重ね合わせ結果の一例を示す模式図である。図６には、例えば、下ウエハＬＷのウエハ倍率成分（２ｐｐｍ、１ｐｐｍ、０ｐｐｍ、－１ｐｐｍ、及び－２ｐｐｍの５条件）に応じた下地のショット形状と、“補正有り”の場合と“補正無し”の場合と“上下限補正”の場合との３条件における露光処理のショット形状とが示されている。また、本例において、上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔは１ｐｐｍとし、下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔは－１ｐｐｍとし、目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧは０ｐｐｍとする。
【0053】
“補正有り”は、通常モードのアライメントが適用された場合の露光処理の結果に対応する。下地のウエハ倍率成分が２ｐｐｍ、１ｐｐｍ、０ｐｐｍ、－１ｐｐｍ、及び－２ｐｐｍである場合、露光処理におけるウエハ倍率成分のアライメント補正値は、下地のウエハのアライメント計測値に基づいて、２ｐｐｍ、１ｐｐｍ、０ｐｐｍ、－１ｐｐｍ、及び－２ｐｐｍにそれぞれ設定される。これにより、下地のウエハ倍率成分が２ｐｐｍ、１ｐｐｍ、０ｐｐｍ、－１ｐｐｍ、及び－２ｐｐｍの場合のそれぞれの下地に対する露光パターンの重ね合わせ（露光ＯＬ）ずれが、０ｐｐｍとなる。従って、補正有りの場合の露光処理は、下地のウエハ倍率成分が２ｐｐｍ、１ｐｐｍ、０ｐｐｍ、－１ｐｐｍ、及び－２ｐｐｍのいずれの場合においても、下地パターンと露光パターンとのウエハ倍率成分の重ね合わせ（露光ＯＬ）ずれを管理スペック内に収めることができる（図６の“ＯＫ”）。
【0054】
“補正無し”は、アライメント計測値に基づくウエハ倍率成分の補正が適用されない場合の露光処理の結果に対応する。つまり、露光処理におけるウエハ倍率成分のアライメント補正値は、下地のウエハ倍率成分が２ｐｐｍ、１ｐｐｍ、０ｐｐｍ、－１ｐｐｍ、及び－２ｐｐｍのいずれである場合も、予め設定されたアライメント補正値に基づいて、例えば、０ｐｐｍに設定される。この予め設定されるアライメント補正値は、例えば、上ウエハＵＷのウエハ倍率成分の数値に基づいて設定される。すなわち、本例では、上ウエハＵＷのウエハ倍率成分の数値が、０ｐｐｍである。この場合、下地のウエハ倍率成分が２ｐｐｍ、１ｐｐｍ、０ｐｐｍ、－１ｐｐｍ、及び－２ｐｐｍの場合の、下地に対する露光パターンの重ね合わせ（露光ＯＬ）ずれは、それぞれ－２ｐｐｍ、－１ｐｐｍ、０ｐｐｍ、１ｐｐｍ、及び２ｐｐｍとなる。従って、補正無しの場合の露光処理は、下地のウエハ倍率成分が１ｐｐｍ、０ｐｐｍ、及び－１ｐｐｍの場合において、下地パターンと露光パターンとのウエハ倍率成分の重ね合わせずれを管理スペック内に収めることができる（図６の“ＯＫ”）。一方で、補正無しの場合の露光処理は、下地のウエハ倍率成分が２ｐｐｍ及び－２ｐｐｍの場合において、下地パターンと露光パターンとのウエハ倍率成分の重ね合わせずれを管理スペック内に収めることができない（図６の“ＮＧ”）。
【0055】
“上下限補正”は、上下限補正モードのアライメントが適用された場合の露光処理の結果に対応する。下地のウエハ倍率成分が２ｐｐｍ、１ｐｐｍ、０ｐｐｍ、－１ｐｐｍ、及び－２ｐｐｍである場合、露光処理におけるウエハ倍率成分のアライメント補正値は、１ｐｐｍ、１ｐｐｍ、０ｐｐｍ、－１ｐｐｍ、及び－１ｐｐｍにそれぞれ設定される。具体的には、下地のウエハ倍率成分が－１ｐｐｍ以上１ｐｐｍ以下の範囲内にある場合、目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧに基づいて、露光処理時のウエハ倍率成分のアライメント補正値が０ｐｐｍに設定される。一方で、下地のウエハ倍率成分が２ｐｐｍである場合、上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔに基づいて、露光処理時のウエハ倍率成分のアライメント補正値が０ｐｐｍ（目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧ）＋２ｐｐｍ（ウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿Ｂ）－１ｐｐｍ（上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ）＝１ｐｐｍに設定される。同様に、下地のウエハ倍率成分が－２ｐｐｍである場合、下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔに基づいて、露光処理時のウエハ倍率成分のアライメント補正値が０ｐｐｍ（目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧ）＋（－２ｐｐｍ）（ウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿Ｂ）－（－１ｐｐｍ）（上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ）＝－１ｐｐｍに設定される。これにより、下地のウエハ倍率成分が２ｐｐｍ、１ｐｐｍ、０ｐｐｍ、－１ｐｐｍ、及び－２ｐｐｍの場合のそれぞれに対する露光パターンの重ね合わせ（露光ＯＬ）ずれが、それぞれ－１ｐｐｍ、－１ｐｐｍ、０ｐｐｍ、１ｐｐｍ、及び１ｐｐｍとなる。従って、上下限補正の場合の露光処理は、下地のウエハ倍率成分が２ｐｐｍ、１ｐｐｍ、０ｐｐｍ、－１ｐｐｍ、及び－２ｐｐｍのいずれの場合においても、下地パターンと露光パターンとのウエハ倍率成分の重ね合わせずれを管理スペック内に収めることができる（図６の“ＯＫ”）。
【0056】
図７は、第１実施形態に係る露光装置１の露光処理によるウエハ倍率成分のアライメント補正値の一例を示すデーブルである。図７は、１０枚のウエハＷＦに対して上下限補正モードのアライメントが適用された露光処理が実行された結果の一例を示し、これらの結果に対するアライメント計測値（下地のウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿Ｂ）と、適用されたウエハ倍率成分のアライメント補正値と、重ね合わせずれ予測値とを示している。本例において、上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔは２ｐｐｍとし、下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔは－２ｐｐｍとし、目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧは０．５ｐｐｍとする。
【0057】
図７に示すように、１０枚のウエハ（Ｎｏ．１～Ｎｏ．１０）のアライメント計測値は、それぞれ２．３ｐｐｍ、－１．１ｐｐｍ、１．２ｐｐｍ、３．２ｐｐｍ、１．６ｐｐｍ、０．５ｐｐｍ、－１．４ｐｐｍ、－２．３ｐｐｍ、－０．３ｐｐｍ、１．５ｐｐｍである。本例では、Ｎｏ．４のウエハが上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔを超過しており（上限ＮＧ）、Ｎｏ．８のウエハが下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔを下回っている（下限ＮＧ）。
【0058】
この場合、Ｎｏ．４のウエハに適用されたウエハ倍率成分のアライメント補正値は、Ｓ１０９の処理に基づいて、０．５ｐｐｍ（目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧ）＋３．２ｐｐｍ（ウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿Ｂ）－２．５ｐｐｍ（上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ）＝１．２ｐｐｍに設定される。Ｎｏ．８のウエハに適用されたウエハ倍率成分のアライメント補正値は、Ｓ１０７の処理に基づいて、０．５ｐｐｍ（目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧ）＋（－２．３ｐｐｍ）（ウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿Ｂ）－（－１．５ｐｐｍ）（下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔ）＝－０．３ｐｐｍに設定される。Ｎｏ．４及びＮｏ．７以外のウエハに適用されたウエハ倍率成分のアライメント補正値は、Ｓ１０８の処理に基づいて、０．５ｐｐｍに設定される。
【0059】
以上で説明されたウエハ倍率成分の補正が適用されることによる、Ｎｏ．１～Ｎｏ．１０のウエハの重ね合わせずれ予測値は、それぞれ－１．８ｐｐｍ、１．６ｐｐｍ、－０．７ｐｐｍ、－２．０ｐｐｍ、－１．１ｐｐｍ、０ｐｐｍ、１．９ｐｐｍ、２．０ｐｐｍ、０．８ｐｐｍ、－１．０ｐｐｍである。このように、Ｎｏ．１～Ｎｏ．１０のウエハのそれぞれの重ね合わせずれ予測値は、管理スペック内に収まっている。すなわち、Ｎｏ．１～Ｎｏ．１０のウエハのそれぞれのウエハ倍率成分は、下地に対する重ね合わせずれが管理スペック内に調整された上で、目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧに可能な限り近い値に調整されている。
【0060】
図８は、第１実施形態に係る露光装置１の露光処理後のウエハ倍率成分の分布の一例を示す散布図である。図８は、図７に示された１０枚のウエハＷＦに対して、通常モードのアライメントが適用された場合のウエハ倍率成分の分布と、上下限補正モードのアライメントが適用された場合のウエハ倍率成分の分布とを示している。図８に示すように通常モードのアライメントが適用された場合のウエハ倍率成分の３σは、５．３ｐｐｍとなる。一方で、上下限補正モードが適用された場合のウエハ倍率成分の３σは、１．１ｐｐｍとなる。このように、上下限補正モードが適用された場合のウエハ倍率成分のばらつきは、通常モードのアライメントが適用された場合のウエハ倍率成分のばらつきよりも小さくなっている。
【0061】
＜１－３＞第１実施形態の効果
第１実施形態に係る露光装置１は、接合層の露光処理において、下地のウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿Ｂと、目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧと、上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔと、下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔとに基づいたアライメントを実行する。具体的には、接合層のウエハ倍率成分は、ウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿Ｂが下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔ以上上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ以下の範囲内にある場合に、目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧに補正される。さらに、接合層のウエハ倍率成分は、ウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿Ｂが上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ以上下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔ以下の範囲外である場合に、下地のパターンと露光処理のパターンとの間の重ね合わせの管理スペック内で目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧに近づくように補正される。
第１実施形態に係る露光装置１は、接合層の露光処理において、下地のウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿Ｂと、目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧと、上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔと、下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔとに基づいたアライメントを実行する。具体的には、接合層のウエハ倍率成分は、ウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿Ｂが下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔ以上上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ以下の範囲内にある場合に、目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧに補正される。さらに、接合層のウエハ倍率成分は、ウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿Ｂが上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ以上下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔ以下の範囲外である場合に、下地のパターンと露光処理のパターンとの間の重ね合わせの管理スペック内で目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧに近づくように補正される。
【0062】
これにより、第１実施形態に係る露光装置１は、接合層とその下地との間の重ね合わせを歩留まりへの影響が小さい範囲で補正し、且つ接合層におけるウエハ倍率成分のばらつきを抑制することができる。接合処理におけるウエハ倍率成分の補正量を略一定に調整することは、ウエハ倍率成分のばらつきに基づくランダム成分の悪化を抑制することができる。従って、第１実施形態に係る露光装置１は、接合層とその下地との重ね合わせと、接合処理における上ウエハＵＷ及び下ウエハＬＷの重ね合わせとの双方を改善することができ、半導体装置の歩留まりを改善することができる。
【0063】
なお、露光処理におけるアライメントは、通常、下地のパターンと露光処理のパターンとの重ね合わせずれを極力ゼロに追い込む、すなわち倍率成分の算出値に合わせるように設定される。また、ウエハ倍率成分の目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧが設定された場合には、ウエハ倍率成分のアライメント補正値を目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧに設定することが想定される。これに対して、第１実施形態の露光方法における倍率成分のアライメント補正値は、目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧと算出値（ウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿Ｂ）とのいずれの値とも異なり得る。
【0064】
第１実施形態における倍率成分のアライメント補正値は、少なくとも、重ね合わせずれの管理スペックに応じて、ウエハ倍率成分の算出値（ウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿Ｂ）が下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔ以上上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ以下の範囲内である場合に第１補正値（目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧ）に設定され、ウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿Ｂが下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔ未満である場合にウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿Ｂよりも大きく且つ目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧよりも小さい第２補正値に設定され、ウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿Ｂが上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ超である場合に目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧよりも大きく且つウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿Ｂよりも小さい第３補正値に設定されていればよい。第２補正値は、第１補正値に算出値を加算しさらに下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔを減算した値であることがより好ましい。第３補正値は、第１補正値に算出値を加算し、さらに前記第２値を減算した値であることがより好ましい。
【0065】
＜２＞第２実施形態
第２実施形態は、第１実施形態で説明された露光方法を接合層の近傍の複数層に適用し、目標値に対するウエハ倍率成分のばらつきを段階的に抑制する半導体装置の製造方法に関する。以下に、第２実施形態の詳細について、第１実施形態と異なる点を主に説明する。
第２実施形態は、第１実施形態で説明された露光方法を接合層の近傍の複数層に適用し、目標値に対するウエハ倍率成分のばらつきを段階的に抑制する半導体装置の製造方法に関する。以下に、第２実施形態の詳細について、第１実施形態と異なる点を主に説明する。
【0066】
＜２－１＞半導体装置の製造方法
図９は、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示すフローチャートである。以下に、図９を参照して、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法として、上下限補正モードを利用した露光処理が、所定のウエハＷＦに対する３つの露光工程において実行される場合について説明する。
図９は、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示すフローチャートである。以下に、図９を参照して、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法として、上下限補正モードを利用した露光処理が、所定のウエハＷＦに対する３つの露光工程において実行される場合について説明する。
【0067】
まず、第１層に関連付けられた露光工程において、上下限補正モードを用いた露光処理が実行される（Ｓ２０１）。次に、第２層に関連付けられた露光工程において、上下限補正モードを用いた露光処理が実行される（Ｓ２０２）。次に、第３層（接合層）に関連付けられた露光工程において、上下限補正モードを用いた露光処理が実行される（Ｓ２０３）。そして、Ｓ２０１～Ｓ２０３のそれぞれの処理が実行されたウエハＷＦを用いて、接合処理が実行される（Ｓ２０４）。なお、Ｓ２０１～Ｓ２０３のそれぞれにおけるアライメント補正値の算出の際には、組み合わされるウエハＷＦが同じであるため、同じウエハ倍率成分の目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧが利用される。一方で、ウエハ倍率成分の上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ及び下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔは、露光工程毎に個別に設定され得る。
【0068】
図１０は、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法によるウエハ倍率成分の分布の変化の一例を示す箱ひげ図である。図１０は、所定のロットにおいて第１層～第３層のそれぞれで図９で説明されたように上下限補正モードのアライメントが適用された露光処理が実行された場合のウエハ倍率成分のばらつきの変化を示している。なお、本例において、目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧは、０ｐｐｍである。
【0069】
図１０に示すように、第１層の下地におけるウエハ倍率成分のばらつき（３σ）は、３．０ｐｐｍである（計測（１））。
【0070】
第１層では、ウエハ倍率成分のずれの許容値（管理スペック）が±１．０ｐｐｍである。第１層の露光処理は、この数値に基づいて設定された上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ及び下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔを用いて実行される（露光（１））。その結果、第１層におけるウエハ倍率成分のばらつき（３σ）は、１ｐｐｍ改善し、２．０ｐｐｍとなる（計測（２））。
【0071】
第２層では、ウエハ倍率成分のずれの許容値（管理スペック）が±０．４ｐｐｍである。第２層の露光処理は、この数値に基づいて設定された上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ及び下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔを用いて実行される（露光（２））。その結果、第２層におけるウエハ倍率成分のばらつき（３σ）は、０．４ｐｐｍ改善し、１．６ｐｐｍとなる（計測（３））。
【0072】
第３層では、ウエハ倍率成分のずれの許容値（管理スペック）が±０．５ｐｐｍである。第３層の露光処理は、この数値に基づいて設定された上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ及び下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔを用いて実行される（露光（３））。その結果、第３層におけるウエハ倍率成分のばらつき（３σ）は、０．５ｐｐｍ改善し、１．１ｐｐｍとなる（計測（３））。
【0073】
＜２－２＞第２実施形態の効果
以上のように、第１実施形態で説明された上下限補正モードのアライメントは、接合層以外の層に使用されてもよいし、複数の工程で使用されてもよい。そして、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法は、複数の工程で上下限補正モードが適用されたアライメントを実行することによって、ウエハ倍率成分を段階的に目標値近傍まで到達させる。
以上のように、第１実施形態で説明された上下限補正モードのアライメントは、接合層以外の層に使用されてもよいし、複数の工程で使用されてもよい。そして、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法は、複数の工程で上下限補正モードが適用されたアライメントを実行することによって、ウエハ倍率成分を段階的に目標値近傍まで到達させる。
【0074】
その結果、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法は、接合層とその下地との重ね合わせの補正量を小さくすることができ、接合層のみに上下限補正モードのアライメントを適用する場合よりも接合層とその下地との重ね合わせを改善することができる。また、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法は、第１実施形態と同様に、接合処理におけるランダム成分の悪化を抑制することができる。従って、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法は、半導体装置の歩留まりを改善することができる。
【0075】
＜３＞第３実施形態
第３実施形態では、露光装置１が、Ｘ方向とＹ方向とで独立にウエハ倍率成分の上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ及び下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔが設定可能に構成される。そして、Ｘ方向とＹ方向とのそれぞれの重ね合わせマージンに応じて、Ｘ方向とＹ方向とのそれぞれの上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ及び下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔが設定され、目標値に対するウエハ倍率成分のばらつきが段階的に抑制される。以下に、第３実施形態の詳細について、第１及び第２実施形態と異なる点を主に説明する。
第３実施形態では、露光装置１が、Ｘ方向とＹ方向とで独立にウエハ倍率成分の上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ及び下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔが設定可能に構成される。そして、Ｘ方向とＹ方向とのそれぞれの重ね合わせマージンに応じて、Ｘ方向とＹ方向とのそれぞれの上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ及び下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔが設定され、目標値に対するウエハ倍率成分のばらつきが段階的に抑制される。以下に、第３実施形態の詳細について、第１及び第２実施形態と異なる点を主に説明する。
【0076】
＜３－１＞露光方法
図１１は、第３実施形態に係る露光装置の露光方法の一例を示すフローチャートである。以下に、図１１を参照して、第３実施形態に係る露光装置１の露光方法として、上下限補正モードが有効である露光工程の露光処理が実行される場合について説明する。
図１１は、第３実施形態に係る露光装置の露光方法の一例を示すフローチャートである。以下に、図１１を参照して、第３実施形態に係る露光装置１の露光方法として、上下限補正モードが有効である露光工程の露光処理が実行される場合について説明する。
【0077】
露光装置１は、塗布現像装置からウエハＷＦの前処理が完了したことが通知されると、露光処理を開始する（開始）。
【0078】
まず、露光装置１は、第１実施形態と同様に、Ｓ１０１～Ｓ１０４の処理を実行する。つまり、露光装置１は、ウエハＷＦをロードする（Ｓ１０１）。そして、露光装置１は、露光レシピ２１を確認し（Ｓ１０２）、補正値情報２２を確認する（Ｓ１０３）。それから、露光装置１は、アライメントマークＡＭを計測する（Ｓ１０４）。
【0079】
次に、露光装置１は、下地のウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿ＢＸ及びＷ＿Ｍａｇ＿ＢＹを算出する（Ｓ３０２）。具体的には、制御装置１１が、複数のアライメントマークＡＭの計測結果を直交座標系で関数近似することによって、下地のＸ方向のウエハ倍率成分（Ｗ＿ＭａｇＢＸ）と、下地のＹ方向のウエハ倍率成分（Ｗ＿ＭａｇＢＹ）とを算出する。
【0080】
次に、露光装置１は、ウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿ＢＸ、目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧ、下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔ＿Ｘ、及び上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ＿Ｘに基づいて、Ｘ方向のウエハ倍率成分のアライメント補正値を設定する（Ｓ３０２）。具体的には、露光装置１は、Ｘ方向のウエハ倍率成分のアライメント補正値の算出に、図５のＳ１０６～Ｓ１０９と同様の処理を実行する。上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ＿Ｘは、当該露光工程におけるＸ方向のウエハ倍率成分の上限管理値に基づいた値である。下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔ＿Ｘは、当該露光工程におけるＸ方向のウエハ倍率成分の下限管理値に基づいた値である。例えば、Ｗ＿ＭａｇＢＸの値が下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔ＿Ｘ未満である場合、露光装置１は、Ｘ方向のウエハ倍率成分のアライメント補正値を“目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧ＋ウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿ＢＸ－下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔ＿Ｘ”に設定する。Ｗ＿ＭａｇＢＸの値が下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔ＿Ｘ以上上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ＿Ｘ以下の範囲内である場合、露光装置１は、Ｘ方向のウエハ倍率成分のアライメント補正値を“目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧ”に設定する。Ｗ＿ＭａｇＢＸの値が上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ＿Ｘ超である場合、露光装置１は、Ｘ方向のウエハ倍率成分のアライメント補正値を“目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧ＋ウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿ＢＸ－上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ＿Ｘ”に設定する。
【0081】
次に、露光装置１は、ウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿ＢＹ、目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧ、下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔ＿Ｙ、及びＵ＿Ｌｉｍｉｔ＿Ｙに基づいて、Ｙ方向のウエハ倍率成分のアライメント補正値を設定する（Ｓ３０３）。具体的には、露光装置１は、Ｙ方向のウエハ倍率成分のアライメント補正値の算出に、図５のＳ１０６～Ｓ１０９と同様の処理を実行する。上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ＿Ｙは、当該露光工程におけるＹ方向のウエハ倍率成分の上限管理値に基づいた値である。下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔ＿Ｙは、当該露光工程におけるＹ方向のウエハ倍率成分の下限管理値に基づいた値である。上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ＿Ｙは、上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ＿Ｘと同じであってもよいし、異なっていてもよい。下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔ＿Ｙは、下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔ＿Ｘと同じであってもよいし、異なっていても良い。例えば、Ｗ＿ＭａｇＢＹの値が下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔ＿Ｙ未満である場合、露光装置１は、Ｙ方向のウエハ倍率成分のアライメント補正値を“目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧ＋ウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿ＢＹ－下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔ＿Ｙ”に設定する。Ｗ＿ＭａｇＢＹの値が下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔ＿Ｙ以上上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ＿Ｙ以下の範囲内である場合、露光装置１は、Ｙ方向のウエハ倍率成分のアライメント補正値を“目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧ”に設定する。Ｗ＿ＭａｇＢＹの値が上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ＿Ｙ超である場合、露光装置１は、Ｙ方向のウエハ倍率成分のアライメント補正値を“目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧ＋ウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿ＢＹ－上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ＿Ｙ”に設定する。
【0082】
次に、露光装置１は、第１実施形態と同様に、露光シーケンスを実行する（Ｓ１１０）。具体的には、制御装置１１は、Ｓ３０２及びＳ３０３の処理で決定されたウエハ倍率成分のアライメント補正値に基づいてウエハステージ３１を制御するとともに、光源３３を用いて、レチクルＲＴを透過した光を適宜ウエハＷＦに照射する。
【0083】
Ｓ１１０の処理が完了すると、露光装置１は、ウエハＷＦをアンロードする（Ｓ１１１）。露光装置１は、ウエハＷＦがアンロードされると、露光処理を終了する（終了）。
【0084】
なお、Ｓ３０２及びＳ３０３の処理において、下地のウエハ倍率成分の値として、Ｘ方向及びＹ方向のウエハ倍率成分の共通成分（ウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿Ｂ）が使用されてもよい。Ｘ方向及びＹ方向のうち一方のウエハ倍率成分のアライメント補正値の算出に上下限補正モードが適用され、他方のウエハ倍率成分のアライメント補正値の算出に通常モードが適用されてもよい。この場合、Ｓ３０２及びＳ３０３のうち一方の処理が省略される。また、上下限補正モードにおいて、管理スペックの上限値及び下限値のそれぞれが略ゼロである場合のアライメントは、通常モードと同様である。つまり、露光装置１は、上下限補正モードにおいて、Ｘ方向及びＹ方向のうち一方の管理スペックの上限値及び下限値を略ゼロに設定し、Ｘ方向及びＹ方向のうち他方の管理スペックの上限値及び下限値を適宜設定することによって、実質的に一方向に対してのみ上下限補正モードを適用したアライメントを実行することができる。
【0085】
図１２は、第３実施形態に係る露光装置の露光処理による重ね合わせ結果の一例を示す模式図である。図１２には、ウエハ倍率成分（２ｐｐｍ、１ｐｐｍ、０ｐｐｍ、－１ｐｐｍ、及び－２ｐｐｍの５条件）に応じた下地のショット形状と、“Ｘ通常／Ｙ上下限補正”の場合と“Ｘ上下限補正／Ｙ通常”の場合と“Ｘ／Ｙ上下限補正”の場合との３条件における露光処理のショット形状とが示されている。また、本例において、上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ＿Ｘ及びＵ＿Ｌｉｍｉｔ＿Ｙは１ｐｐｍとし、下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔ＿Ｘ及びＬ＿Ｌｉｍｉｔ＿Ｙは－１ｐｐｍとし、目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧは０ｐｐｍとする。以下では、露光処理におけるＸ方向／Ｙ方向のウエハ倍率成分のアライメント補正値のことを、“補正値Ｘ／Ｙ”と呼ぶ。また、露光パターンのＸ方向／Ｙ方向の重ね合わせずれのことを、“ＯＬずれＸ／Ｙ”と呼ぶ。
【0086】
“Ｘ通常／Ｙ上下限補正”は、Ｘ方向において通常モードのアライメントが適用され、Ｙ方向において上下限補正モードのアライメントが適用された場合の露光処理の結果に対応する。下地のウエハ倍率成分が２ｐｐｍ、１ｐｐｍ、０ｐｐｍ、－１ｐｐｍ、及び－２ｐｐｍである場合、補正値Ｘ／Ｙは、２／１ｐｐｍ、１／０ｐｐｍ、０／０ｐｐｍ、－１／０ｐｐｍ、及び－２／－１ｐｐｍにそれぞれ設定される。
【0087】
具体的には、Ｘ方向のウエハ倍率成分のアライメント補正値は、通常モードのアライメントが適用されていることに基づいて、下地のＸ方向のウエハ倍率成分と同じ値に設定される。一方で、Ｙ方向のウエハ倍率成分のアライメント補正値は、下地のＹ方向のウエハ倍率成分が－１ｐｐｍ以上１ｐｐｍ以下の範囲内である場合、目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧに基づいて、０ｐｐｍに設定される。Ｙ方向のウエハ倍率成分のアライメント補正値は下地のＹ方向のウエハ倍率が２ｐｐｍである場合、上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ＿Ｙ超であることに基づいて、０ｐｐｍ（目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧ）＋２ｐｐｍ（ウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿Ｂ）－１ｐｐｍ（上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ＿Ｙ）＝１ｐｐｍに設定される。Ｙ方向のウエハ倍率成分のアライメント補正値は、下地のウエハ倍率成分が－２ｐｐｍである場合、下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔ＿Ｙ未満であることに基づいて、０ｐｐｍ（目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧ）＋（－２ｐｐｍ）（ウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿Ｂ）－（－１ｐｐｍ）（上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ＿Ｙ）＝－１ｐｐｍに設定される。その結果、下地のウエハ倍率成分が２ｐｐｍ、１ｐｐｍ、０ｐｐｍ、－１ｐｐｍ、及び－２ｐｐｍの場合のそれぞれに対するＯＬずれＸ／Ｙは、それぞれ０／－１ｐｐｍ、０／－１ｐｐｍ、０／０ｐｐｍ、０／１ｐｐｍ、及び０／１ｐｐｍとなる。従って、Ｘ通常／Ｙ上下限補正の場合の露光処理は、下地のウエハ倍率成分が２ｐｐｍ、１ｐｐｍ、０ｐｐｍ、－１ｐｐｍ、及び－２ｐｐｍのいずれの場合においても、下地パターンと露光パターンとのウエハ倍率成分の重ね合わせずれを管理スペック内に収めることができる。
【0088】
“Ｘ上下限補正／Ｙ通常”は、Ｘ方向において上下限補正モードのアライメントが適用され、Ｙ方向において通常モードのアライメントが適用された場合の露光処理の結果に対応する。下地のウエハ倍率成分が２ｐｐｍ、１ｐｐｍ、０ｐｐｍ、－１ｐｐｍ、及び－２ｐｐｍである場合、補正値Ｘ／Ｙは、１／２ｐｐｍ、０／１ｐｐｍ、０／０ｐｐｍ、０／－１ｐｐｍ、及び－１／－２ｐｐｍにそれぞれ設定される。
【0089】
具体的には、Ｙ方向のウエハ倍率成分のアライメント補正値は、通常モードのアライメントが適用されていることに基づいて、下地のＹ方向のウエハ倍率成分と同じ値に設定される。一方で、Ｘ方向のウエハ倍率成分のアライメント補正値は、下地のＸ方向のウエハ倍率成分が－１ｐｐｍ以上１ｐｐｍ以下の範囲内である場合、目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧに基づいて、０ｐｐｍに設定される。Ｘ方向のウエハ倍率成分のアライメント補正値は、下地のＸ方向のウエハ倍率成分が２ｐｐｍである場合、上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ＿Ｘに基づいて、０ｐｐｍ（目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧ）＋２ｐｐｍ（ウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿Ｂ）－１ｐｐｍ（上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ＿Ｘ）＝１ｐｐｍに設定される。Ｘ方向のウエハ倍率成分のアライメント補正値は、下地のウエハ倍率成分が－２ｐｐｍである場合、下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔ＿Ｘに基づいて、０ｐｐｍ（目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧ）＋（－２ｐｐｍ）（ウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿Ｂ）－（－１ｐｐｍ）（上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ＿Ｘ）＝－１ｐｐｍに設定される。その結果、下地のウエハ倍率成分が２ｐｐｍ、１ｐｐｍ、０ｐｐｍ、－１ｐｐｍ、及び－２ｐｐｍの場合のそれぞれに対するＯＬずれＸ／Ｙは、それぞれ－１／０ｐｐｍ、－１／０ｐｐｍ、０／０ｐｐｍ、１／０ｐｐｍ、及び１／０ｐｐｍとなる。従って、Ｘ上下限補正／Ｙ通常の場合の露光処理は、下地のウエハ倍率成分が２ｐｐｍ、１ｐｐｍ、０ｐｐｍ、－１ｐｐｍ、及び－２ｐｐｍのいずれの場合においても、下地パターンと露光パターンとのウエハ倍率成分の重ね合わせずれを管理スペック内に収めることができる。
【0090】
“Ｘ／Ｙ上下限補正”は、Ｘ方向とＹ方向とのそれぞれにおいて上下限補正モードのアライメントが適用された場合の露光処理の結果に対応する。下地のウエハ倍率成分が２ｐｐｍ、１ｐｐｍ、０ｐｐｍ、－１ｐｐｍ、及び－２ｐｐｍである場合、補正値Ｘ／Ｙは、１／１ｐｐｍ、０／０ｐｐｍ、０／０ｐｐｍ、０／０ｐｐｍ、及び－１／－１ｐｐｍにそれぞれ設定される。すなわち、Ｘ／Ｙ上下限補正が使用するウエハ倍率成分のアライメント補正値は、Ｘ通常／Ｙ上下限補正の場合におけるＹ方向のウエハ倍率成分のアライメント補正値と、Ｘ上下限補正／Ｙ通常の場合におけるＸ方向のウエハ倍率成分のアライメント補正値とを組み合わせたものと同様である。その結果、下地のウエハ倍率成分が２ｐｐｍ、１ｐｐｍ、０ｐｐｍ、－１ｐｐｍ、及び－２ｐｐｍの場合のそれぞれに対するＯＬずれＸ／Ｙは、それぞれ－１／－１ｐｐｍ、－１／－１ｐｐｍ、０／０ｐｐｍ、１／１ｐｐｍ、及び１／１ｐｐｍとなる。従って、Ｘ／Ｙ上下限補正の場合の露光処理は、下地のウエハ倍率成分が２ｐｐｍ、１ｐｐｍ、０ｐｐｍ、－１ｐｐｍ、及び－２ｐｐｍのいずれの場合においても、下地パターンと露光パターンとのウエハ倍率成分の重ね合わせずれを管理スペック内に収めることができる。
【0091】
＜３－２＞半導体装置の製造方法
図１３は、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示すフローチャートである。以下に、図１３を参照して、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法として、２つの方向で通常モードと上下限補正モードを使い分けることが可能な露光処理が、所定のウエハＷＦに対する３つの露光工程において実行される場合について説明する。
図１３は、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示すフローチャートである。以下に、図１３を参照して、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法として、２つの方向で通常モードと上下限補正モードを使い分けることが可能な露光処理が、所定のウエハＷＦに対する３つの露光工程において実行される場合について説明する。
【0092】
まず、第１層に関連付けられた露光工程において、第１方向（例えば、Ｘ方向）のウエハ倍率成分が通常モードにより設定され、且つ第２方向（例えば、Ｙ方向）のウエハ倍率成分が上下限補正モードにより設定された露光処理が実行される（Ｓ３１１）。次に、第２層に関連付けられた露光工程において、第２方向（例えば、Ｙ方向）のウエハ倍率成分が通常モードにより設定され、且つ第１方向（例えば、Ｘ方向）のウエハ倍率成分が上下限補正モードにより設定された露光処理が実行される（Ｓ３１２）。次に、第３層（接合層）に関連付けられた露光工程において、第１方向及び第２方向のそれぞれのウエハ倍率成分が上下限補正モードにより設定された露光処理が実行される（Ｓ３１３）。そして、Ｓ３１１～Ｓ３１３のそれぞれの処理が実行されたウエハＷＦを用いて、接合処理が実行される（Ｓ３１４）。なお、Ｓ３１１～Ｓ３１３のそれぞれにおけるアライメント補正値の算出の際には、組み合わされるウエハＷＦが同じであるため、同じウエハ倍率成分の目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧが利用される。一方で、第１方向及び第２方向のそれぞれにおけるウエハ倍率成分の上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ及び下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔは、露光工程毎に個別に設定され得る。
【0093】
図１４は、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法によるウエハ倍率成分の分布の変化の一例を示す箱ひげ図である。図１４は、所定のロットにおいて第１層～第３層のそれぞれで図１３で説明されたように上下限補正モードのアライメントが適用された露光処理が実行された場合のＸ方向のウエハ倍率成分（Ｗ＿Ｍａｇ＿Ｘ）とＹ方向のウエハ倍率成分（Ｗ＿Ｍａｇ＿Ｙ）とのそれぞれのばらつきの変化を示している。なお、本例において、目標値Ｗ＿Ｍａｇ＿ＴＧは、０ｐｐｍである。
【0094】
図１４に示すように、第１層の下地において、Ｘ方向のウエハ倍率成分のばらつき（３σ）は３．０ｐｐｍであり、Ｙ方向のウエハ倍率成分のばらつき（３σ）は３．０ｐｐｍである（計測（１））。つまり、ウエハ倍率成分ばらつき３σＸ／Ｙは、３．０／３．０ｐｐｍである。
【0095】
第１層では、Ｘ方向のウエハ倍率成分のずれの許容値（管理スペック）が±１．５ｐｐｍである一方で、Ｙ方向で高精度な重ね合わせが要求されている。このため、第１層の露光処理では、管理スペックに基づいて、Ｘ方向において上下限補正モードが適用され、Ｙ方向において通常モードが適用されたアライメントが実行される（露光（１））。その結果、第１層の露光処理では、Ｘ方向のウエハ倍率成分のばらつき（３σ）のみ、１．５ｐｐｍ改善する。その結果、第１層の処理後のウエハ倍率成分ばらつき３σＸ／Ｙは、１．５／３．０ｐｐｍとなる（計測（２））。
【0096】
第２層では、Ｙ方向のウエハ倍率成分のずれの許容値（管理スペック）が±１．５ｐｐｍである一方で、Ｘ方向で高精度な重ね合わせが要求されている。このため、第２層の露光処理では、管理スペックに基づいて、Ｙ方向において上下限補正モードが適用され、Ｘ方向において通常モードが適用されたアライメントが実行される（露光（２））。その結果、第２層の露光処理では、Ｙ方向のウエハ倍率成分のばらつき（３σ）のみ、１．５ｐｐｍ改善する。その結果、第２層の処理後のウエハ倍率成分ばらつき３σＸ／Ｙは、１．５／１．５ｐｐｍとなる（計測（３））。
【0097】
第３層では、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれのウエハ倍率成分のずれの許容値（管理スペック）が±０．５ｐｐｍである。このため、第３層の露光処理では、管理スペックに基づいて、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれにおいて上下限補正モードが適用される（露光（３））。その結果、第３層の露光処理では、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれのウエハ倍率成分のばらつき（３σ）が、０．５ｐｐｍ改善する。その結果、第３層の処理後のウエハ倍率成分ばらつき３σＸ／Ｙは、１．０／１．０ｐｐｍとなる（計測（４））。
【0098】
なお、本例では、高精度な重ね合わせが要求された方向において、通常モードのアライメントが適用された場合について説明したが、これに限定されない。高精度な重ね合わせが要求された方向において、上下限補正モードのアライメントが適用されてもよい。この場合、高精度な重ね合わせが要求された方向における管理スペックは、ゼロ、若しくは可能な範囲で小さい値に設定される。
【0099】
＜３－３＞第３実施形態の効果
以上のように、第１実施形態で説明された上下限補正モードのアライメントには、Ｘ方向とＹ方向とのそれぞれに個別に上限値及び下限値が設けられてもよい。そして、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法は、Ｘ方向の重ね合わせの管理スペックとＹ方向の重ね合わせの管理スペックとに基づいて、管理スペックに余裕がある方向に上下限補正モードのアライメントを適用する。そして、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法は、第２実施形態と同様に、ウエハ倍率成分を段階的に目標値近傍まで到達させる。
以上のように、第１実施形態で説明された上下限補正モードのアライメントには、Ｘ方向とＹ方向とのそれぞれに個別に上限値及び下限値が設けられてもよい。そして、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法は、Ｘ方向の重ね合わせの管理スペックとＹ方向の重ね合わせの管理スペックとに基づいて、管理スペックに余裕がある方向に上下限補正モードのアライメントを適用する。そして、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法は、第２実施形態と同様に、ウエハ倍率成分を段階的に目標値近傍まで到達させる。
【0100】
その結果、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法は、第２実施形態と同様に、接合層とその下地との重ね合わせの補正量を小さくすることができ、接合層のみに上下限補正モードのアライメントを適用する場合よりも接合層とその下地との重ね合わせを改善することができる。また、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法は、第１実施形態と同様に、接合処理におけるランダム成分の悪化を抑制することができる。従って、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法は、半導体装置の歩留まりを改善することができる。
【0101】
＜４＞第４実施形態
第４実施形態は、上記実施形態で説明された露光方法を利用して製造される半導体装置の具体例に関する。以下に、半導体装置の具体例として、接合構造を有するメモリデバイスについて説明する。
第４実施形態は、上記実施形態で説明された露光方法を利用して製造される半導体装置の具体例に関する。以下に、半導体装置の具体例として、接合構造を有するメモリデバイスについて説明する。
【0102】
＜４－１＞メモリデバイス１００の全体構成
図１５は、第４実施形態に係るメモリデバイス１００の全体構成の一例を示すブロック図である。図１５に示すように、メモリデバイス１００は、例えば、メモリインターフェース（メモリＩ／Ｆ）１０１、シーケンサ１０２、メモリセルアレイ１０３、ドライバモジュール１０４、ロウデコーダモジュール１０５、及びセンスアンプモジュール１０６を含む。
図１５は、第４実施形態に係るメモリデバイス１００の全体構成の一例を示すブロック図である。図１５に示すように、メモリデバイス１００は、例えば、メモリインターフェース（メモリＩ／Ｆ）１０１、シーケンサ１０２、メモリセルアレイ１０３、ドライバモジュール１０４、ロウデコーダモジュール１０５、及びセンスアンプモジュール１０６を含む。
【0103】
メモリＩ／Ｆ１０１は、チャネルＣＨを介して外部のメモリコントローラと接続されるハードウェアインターフェースである。メモリＩ／Ｆ１０１は、メモリデバイス１００とメモリコントローラとの間のインターフェース規格に従った通信を行う。メモリＩ／Ｆ１０１は、例えば、ＮＡＮＤインターフェース規格をサポートする。
【0104】
シーケンサ１０２は、メモリデバイス１００の全体の動作を制御する制御回路である。シーケンサ１０２は、メモリＩ／Ｆ１０１を介して受信したコマンドに基づいてドライバモジュール１０４、ロウデコーダモジュール１０５、及びセンスアンプモジュール１０６などを制御して、読み出し動作、書き込み動作、消去動作などを実行する。
【0105】
メモリセルアレイ１０３は、複数のメモリセルの集合を含む記憶回路である。メモリセルアレイ１０３は、複数のブロックＢＬＫ０～ＢＬＫｎ（ｎは１以上の整数）を含む。ブロックＢＬＫは、例えば、データの消去単位として使用される。メモリセルアレイ１０３には、複数のビット線及び複数のワード線が設けられる。各メモリセルは、例えば、１本のビット線ＢＬと１本のワード線ＷＬとに関連付けられる。各メモリセルは、ワード線ＷＬを識別するアドレスと、ビット線ＢＬを識別するアドレスとに基づいて識別される。
【0106】
ドライバモジュール１０４は、読み出し動作、書き込み動作、消去動作などで使用される電圧を生成するドライバ回路である。ドライバモジュール１０４は、複数の信号線を介してロウデコーダモジュール１０５に接続される。ドライバモジュール１０４は、メモリＩ／Ｆ１０１を介して受信したページアドレスに基づいて、複数の信号線の各々に印加する電圧を変更し得る。
【0107】
ロウデコーダモジュール１０５は、メモリＩ／Ｆ１０１を介して受信したロウアドレスをデコードするデコーダである。ロウデコーダモジュール１０５は、デコード結果に基づいて１つのブロックＢＬＫを選択する。そして、ロウデコーダモジュール１０５は、選択したブロックＢＬＫに設けられた複数の配線（ワード線ＷＬなど）に、複数の信号線に印加された電圧をそれぞれ転送する。
【0108】
センスアンプモジュール１０６は、読み出し動作において、ビット線ＢＬの電圧に基づいて、選択されたブロックＢＬＫから読み出されたデータをセンスするセンス回路である。センスアンプモジュール１０６は、読み出したデータを、メモリＩ／Ｆ１０１を介してメモリコントローラに送信する。また、センスアンプモジュール１０６は、書き込み動作において、ビット線ＢＬ毎に、メモリセルに書き込むデータに応じた電圧を印加し得る。
【0109】
＜４－２＞メモリセルアレイ１０３の回路構成
図１６は、第４実施形態に係るメモリデバイス１００が備えるメモリセルアレイ１０３の回路構成の一例を示す回路図である。図１６は、メモリセルアレイ１０３に含まれた複数のブロックＢＬＫのうち１つのブロックＢＬＫを表示している。図１６に示すように、ブロックＢＬＫは、例えば、４つのストリングユニットＳＵ０～ＳＵ３を含む。
図１６は、第４実施形態に係るメモリデバイス１００が備えるメモリセルアレイ１０３の回路構成の一例を示す回路図である。図１６は、メモリセルアレイ１０３に含まれた複数のブロックＢＬＫのうち１つのブロックＢＬＫを表示している。図１６に示すように、ブロックＢＬＫは、例えば、４つのストリングユニットＳＵ０～ＳＵ３を含む。
【0110】
各ストリングユニットＳＵは、複数のＮＡＮＤストリングＮＳを含む。ＮＡＮＤストリングＮＳは、それぞれビット線ＢＬ０～ＢＬｍ（ｍは１以上の整数）に関連付けられている。ビット線ＢＬ０～ＢＬｍには、それぞれ異なるカラムアドレスが割り当てられる。各ビット線ＢＬは、複数のブロックＢＬＫ間で同一のカラムアドレスが割り当てられたＮＡＮＤストリングＮＳによって共有される。各ＮＡＮＤストリングＮＳは、例えば、メモリセルトランジスタＭＴ０～ＭＴ７、並びに選択トランジスタＳＴＤ及びＳＴＳを含む。
【0111】
各メモリセルトランジスタＭＴは、制御ゲート及び電荷蓄積層を含み、データを不揮発に記憶する。各ＮＡＮＤストリングＮＳのメモリセルトランジスタＭＴ０～ＭＴ７は、直列に接続される。メモリセルトランジスタＭＴ０～ＭＴ７の制御ゲートは、それぞれワード線ＷＬ０～ＷＬ７に接続される。ワード線ＷＬ０～ＷＬ７のそれぞれは、ブロックＢＬＫ毎に設けられる。同一のストリングユニットＳＵで共通のワード線ＷＬに接続された複数のメモリセルトランジスタＭＴの集合は、例えば、“セルユニットＣＵ”と呼ばれる。各メモリセルトランジスタＭＴが１ビットデータを記憶する場合、セルユニットＣＵは、“１ページデータ”を記憶する。セルユニットＣＵは、メモリセルトランジスタＭＴが記憶するデータのビット数に応じて、２ページデータ以上の記憶容量を有し得る。
【0112】
選択トランジスタＳＴＤ及びＳＴＳのそれぞれは、ストリングユニットＳＵの選択に使用される。選択トランジスタＳＴＤのドレインは、関連付けられたビット線ＢＬに接続される。選択トランジスタＳＴＤのソースは、直列に接続されたメモリセルトランジスタＭＴ０～ＭＴ７の一端に接続される。ストリングユニットＳＵ０～ＳＵ３に含まれた選択トランジスタＳＴＤのゲートは、選択ゲート線ＳＧＤ０～ＳＧＤ３にそれぞれ接続される。選択トランジスタＳＴＳのドレインは、直列に接続されたメモリセルトランジスタＭＴ０～ＭＴ７の他端に接続される。選択トランジスタＳＴＳのソースは、ソース線ＳＬに接続される。選択トランジスタＳＴＳのゲートは、選択ゲート線ＳＧＳに接続される。ソース線ＳＬは、例えば、複数のブロックＢＬＫで共有される。
【0113】
＜４－３＞メモリデバイス１００の構造
以下に、第４実施形態に係るメモリデバイス１００の構造の一例について説明する。第４実施形態において、Ｘ方向は、例えば、ワード線ＷＬの延伸方向に対応する。Ｙ方向は、例えば、ビット線ＢＬの延伸方向に対応する。Ｚ方向は、メモリデバイス１００の形成に使用される半導体基板（ウエハ）のおもて面に対する鉛直方向に対応する。
以下に、第４実施形態に係るメモリデバイス１００の構造の一例について説明する。第４実施形態において、Ｘ方向は、例えば、ワード線ＷＬの延伸方向に対応する。Ｙ方向は、例えば、ビット線ＢＬの延伸方向に対応する。Ｚ方向は、メモリデバイス１００の形成に使用される半導体基板（ウエハ）のおもて面に対する鉛直方向に対応する。
【0114】
図１７は、第４実施形態に係るメモリデバイス１００の構造の一例を示す斜視図である。図１７に示すように、メモリデバイス１００は、メモリチップＭＣ及びＣＭＯＳチップＣＣを含む。メモリチップＭＣは、例えば、メモリ領域ＭＲ、引出領域ＨＲ１及びＨＲ２、並びにパッド領域ＰＲ１を含む。ＣＭＯＳチップＣＣは、例えば、センスアンプ領域ＳＲ、周辺回路領域ＰＥＲＩ、転送領域ＸＲ１及びＸＲ２、並びにパッド領域ＰＲ２を含む。
【0115】
メモリ領域ＭＲは、メモリセルアレイ１０３を含む。引出領域ＨＲ１及びＨＲ２は、メモリチップＭＣに設けられた積層配線とＣＭＯＳチップＣＣに設けられたロウデコーダモジュール１０５との間の接続に使用される配線などを含む。パッド領域ＰＲ１は、メモリデバイス１００とメモリコントローラとの接続に使用されるパッドなどを含む。引出領域ＨＲ１及びＨＲ２は、メモリ領域ＭＲをＸ方向に挟んでいる。パッド領域ＰＲ１は、メモリ領域ＭＲ並びに引出領域ＨＲ１及びＨＲ２のそれぞれとＹ方向に隣り合っている。
【0116】
センスアンプ領域ＳＲは、センスアンプモジュール１０６を含む。周辺回路領域ＰＥＲＩは、シーケンサ１０２やドライバモジュール１０４などを含む。転送領域ＸＲ１及びＸＲ２は、ロウデコーダモジュール１０５を含む。パッド領域ＰＲ２は、メモリＩ／Ｆ１０１を含む。センスアンプ領域ＳＲ及び周辺回路領域ＰＥＲＩは、Ｙ方向に隣り合って配置され、メモリ領域ＭＲとＺ方向に重なっている。転送領域ＸＲ１及びＸＲ２は、センスアンプ領域ＳＲ及び周辺回路領域ＰＥＲＩの組をＸ方向に挟み、それぞれ引出領域ＨＲ１及びＨＲ２と重なっている。パッド領域ＰＲ２は、メモリチップＭＣのパッド領域ＰＲ１とＺ方向に重なっている。
【0117】
メモリチップＭＣは、メモリ領域ＭＲ、引出領域ＨＲ１及びＨＲ２、並びにパッド領域ＰＲ１のそれぞれの下部に、複数の接合パッドＢＰを有する。メモリ領域ＭＲの接合パッドＢＰは、関連付けられたビット線ＢＬに接続される。引出領域ＨＲの接合パッドＢＰは、メモリ領域ＭＲに設けられた積層配線のうち関連付けられた配線（例えば、ワード線ＷＬ）に接続される。パッド領域ＰＲ１の接合パッドＢＰは、メモリチップＭＣの上面に設けられたパッド（図示せず）に接続される。メモリチップＭＣの上面に設けられたパッドは、例えば、メモリデバイス１００とメモリコントローラと間の接続に使用される。
【0118】
ＣＭＯＳチップＣＣは、センスアンプ領域ＳＲ、周辺回路領域ＰＥＲＩ、転送領域ＸＲ１及びＸＲ２、並びにパッド領域ＰＲ２のそれぞれの上部に、複数の接合パッドＢＰを有する。センスアンプ領域ＳＲの接合パッドＢＰは、メモリ領域ＭＲの接合パッドＢＰとＺ方向に重なっている。転送領域ＸＲ１及びＸＲ２の接合パッドＢＰは、それぞれ引出領域ＨＲ１及びＨＲ２の接合パッドＢＰとＺ方向に重なっている。パッド領域ＰＲ１の接合パッドＢＰは、パッド領域ＰＲ２の接合パッドＢＰとＺ方向に重なっている。
【0119】
メモリデバイス１００は、メモリチップＭＣの下面（メモリチップＭＣが形成される半導体基板のおもて面）とＣＭＯＳチップＣＣの上面（ＣＭＯＳチップＣＣが形成される半導体基板のおもて面）とが接合された構造を有する。メモリデバイス１００に設けられた複数の接合パッドＢＰのうち、メモリチップＭＣとＣＭＯＳチップＣＣとの間で対向する２つの接合パッドＢＰは、接合されることによって電気的に接続される。これにより、メモリチップＭＣ内の回路とＣＭＯＳチップＣＣ内の回路との間が、接合パッドＢＰを介して電気的に接続される。メモリチップＭＣとＣＭＯＳチップＣＣとの間で対向する２つの接合パッドＢＰの組は、境界を有していてもよいし、一体化していてもよい。
【0120】
＜４－３－１＞メモリセルアレイ１０３の構造
以下に、メモリセルアレイ１０３の構造について説明する。
以下に、メモリセルアレイ１０３の構造について説明する。
【0121】
（メモリセルアレイ１０３の平面レイアウト）
図１８は、第４実施形態に係るメモリデバイス１００が備えるメモリセルアレイ１０３の平面レイアウトの一例を示す平面図である。図１８は、メモリ領域ＭＲのうち１つのブロックＢＬＫを含む領域を表示している。図１８に示すように、メモリデバイス１００は、例えば、複数のスリットＳＬＴと、複数のスリットＳＨＥと、複数のメモリピラーＭＰと、複数のビット線ＢＬと、複数のコンタクトＣＶとを含む。メモリ領域ＭＲでは、以下で説明される平面レイアウトが、Ｙ方向に繰り返し配置される。
図１８は、第４実施形態に係るメモリデバイス１００が備えるメモリセルアレイ１０３の平面レイアウトの一例を示す平面図である。図１８は、メモリ領域ＭＲのうち１つのブロックＢＬＫを含む領域を表示している。図１８に示すように、メモリデバイス１００は、例えば、複数のスリットＳＬＴと、複数のスリットＳＨＥと、複数のメモリピラーＭＰと、複数のビット線ＢＬと、複数のコンタクトＣＶとを含む。メモリ領域ＭＲでは、以下で説明される平面レイアウトが、Ｙ方向に繰り返し配置される。
【0122】
各スリットＳＬＴは、例えば、絶縁部材が埋め込まれた構造を有する。各スリットＳＬＴは、当該スリットＳＬＴを介して隣り合う配線（例えば、ワード線ＷＬ０～ＷＬ７、並びに選択ゲート線ＳＧＤ及びＳＧＳ）を絶縁している。各スリットＳＬＴは、Ｘ方向に沿って延伸して設けられた部分を有し、メモリ領域ＭＲ並びに引出領域ＨＲ１及びＨＲ２をＸ方向に沿って横切っている。複数のスリットＳＬＴは、Ｙ方向に並んでいる。スリットＳＬＴによって区切られた領域は、ブロックＢＬＫに対応している。
【0123】
各スリットＳＨＥは、例えば、絶縁部材が埋め込まれた構造を有する。各スリットＳＨＥは、当該スリットＳＬＴを介して隣り合う配線（少なくとも、選択ゲート線ＳＧＤ）を絶縁している。各スリットＳＨＥは、Ｘ方向に沿って延伸して設けられた部分を有し、メモリ領域ＭＲを横切っている。複数のスリットＳＨＥは、Ｙ方向に並んでいる。本例では、３つのスリットＳＨＥが、隣り合うスリットＳＬＴの間に配置されている。スリットＳＬＴ及びＳＨＥによって区切られた複数の領域は、それぞれストリングユニットＳＵ０～ＳＵ３に対応している。
【0124】
各メモリピラーＭＰは、例えば、１つのＮＡＮＤストリングＮＳとして機能する。複数のメモリピラーＭＰは、隣り合う２つのスリットＳＬＴの間の領域において、例えば、１９列の千鳥状に配置される。そして、紙面の上側から数えて、５列目のメモリピラーＭＰと、１０列目のメモリピラーＭＰと、１５列目のメモリピラーＭＰとのそれぞれに、１つのスリットＳＨＥが重なっている。
【0125】
各ビット線ＢＬは、Ｙ方向に沿って延伸して設けられた部分を有し、複数のブロックＢＬＫが設けられた領域をＹ方向に沿って横切っている。複数のビット線ＢＬは、Ｘ方向に並んでいる。各ビット線ＢＬは、ストリングユニットＳＵ毎に少なくとも１つのメモリピラーＭＰと重なるように配置される。本例では、２本のビット線ＢＬが、各メモリピラーＭＰと重なっている。
【0126】
各コンタクトＣＶは、メモリピラーＭＰと重なっている複数のビット線ＢＬのうち１本のビット線ＢＬと、当該メモリピラーＭＰとの間に設けられる。コンタクトＣＶは、メモリピラーＭＰとビット線ＢＬとの間を電気的に接続する。なお、スリットＳＨＥと重なったメモリピラーＭＰと、ビット線ＢＬとの間のコンタクトＣＶは、省略される。
【0127】
（メモリセルアレイ１０３の断面構造）
図１９は、第４実施形態に係るメモリデバイス１００が備えるメモリセルアレイ１０３の断面構造の一例を示す断面図である。図１９は、メモリ領域ＭＲ内でメモリピラーＭＰとスリットＳＬＴとを含み且つＹ方向に沿った断面を表示している。図１９に示すように、メモリデバイス１００は、例えば、絶縁体層１１０～１１８、導電体層１２０～１２６、並びにコンタクトＶ１及びＶ２を含む。
図１９は、第４実施形態に係るメモリデバイス１００が備えるメモリセルアレイ１０３の断面構造の一例を示す断面図である。図１９は、メモリ領域ＭＲ内でメモリピラーＭＰとスリットＳＬＴとを含み且つＹ方向に沿った断面を表示している。図１９に示すように、メモリデバイス１００は、例えば、絶縁体層１１０～１１８、導電体層１２０～１２６、並びにコンタクトＶ１及びＶ２を含む。
【0128】
絶縁体層１１０は、例えば、メモリチップＭＣの最下層に設けられる。絶縁体層１１０が形成された層には、導電体層１２０やパッドＰＤの接続に使用される配線が設けられてもよい。絶縁体層１１０上に、導電体層１２０が設けられる。導電体層１２０上に、絶縁体層１１１が設けられる。絶縁体層１１１上に、導電体層１２１及び絶縁体層１１２が交互に設けられる。最上層の導電体層１２１上に、絶縁体層１１３が設けられる。絶縁体層１１３上に、導電体層１２２と絶縁体層１１４とが交互に設けられる。最上層の導電体層１２２上に、絶縁体層１１５が設けられる。絶縁体層１１５上に、導電体層１２３及び絶縁体層１１６が交互に設けられる。最上層の導電体層１２３上に、絶縁体層１１７が設けられる。絶縁体層１１７上に、導電体層１２４が設けられる。導電体層１２４上に、絶縁体層１１８が設けられる。絶縁体層１１８が形成された層は、コンタクトＶ１及びＶ２、並びに導電体層１２５及び１２６を含む。コンタクトＶ１は、導電体層１２４上に設けられる。コンタクトＶ１上に、導電体層１２５が設けられる。導電体層１２５の上に、コンタクトＶ２が設けられる。コンタクトＶ２上に、導電体層１２６が設けられる。
【0129】
導電体層１２０、１２１、１２２及び１２３のそれぞれは、例えば、ＸＹ平面に沿って広がった板状に形成された部分を有する。導電体層１２４は、例えば、Ｙ方向に延伸したライン状に形成された部分を有する。導電体層１２０、１２１及び１２３は、それぞれソース線ＳＬ、選択ゲート線ＳＧＳ、及び選択ゲート線ＳＧＤとして使用される。複数の導電体層１２３は、下方から順に、それぞれワード線ＷＬ０～ＷＬ７として使用される。導電体層１２４は、ビット線ＢＬとして使用される。導電体層１２４と１２５との間は、コンタクトＶ１を介して接続される。導電体層１２５と導電体層１２６との間は、コンタクトＶ２を介して接続される。導電体層１２６は、メモリチップＭＣの界面（接合面）に接し、接合パッドＢＰとして使用される。導電体層１２６は、例えば、銅を含む。
【0130】
スリットＳＬＴは、ＸＺ平面に沿って広がった板状に形成された部分を有し、絶縁体層１１１～１１６及び導電体層１２１～１２３を分断している。各メモリピラーＭＰは、Ｚ方向に沿って延伸して設けられ、絶縁体層１１１～１１６、及び導電体層１２１～１２３を貫通している。各メモリピラーＭＰは、例えば、コア部材１３０、半導体層１３１、及び積層膜１３２を含む。コア部材１３０は、Ｚ方向に沿って延伸して設けられた絶縁体である。半導体層１３１は、コア部材１３０を覆っている。半導体層１３１の下部は、導電体層１２０と接している。積層膜１３２は、半導体層１３１の側面を覆っている。半導体層１３１上に、コンタクトＣＶが設けられる。半導体層１３１は、コンタクトＣＶを介して導電体層１２４と電気的に接続される。
【0131】
なお、図示された領域には、２つのメモリピラーＭＰのうち、１つのメモリピラーＭＰに対応するコンタクトＣＶが示されている。当該領域においてコンタクトＣＶが接続されていないメモリピラーＭＰには、図示されない領域においてコンタクトＣＶが接続される。メモリピラーＭＰと複数の導電体層１２１とが交差した部分は、選択トランジスタＳＴＳとして機能する。メモリピラーＭＰと導電体層１２２とが交差した部分は、メモリセルトランジスタＭＴとして機能する。メモリピラーＭＰと複数の導電体層１２３とが交差した部分は、選択トランジスタＳＴＤとして機能する。以下では、導電体層１２４、１２５及び１２６を含む配線層のことを、それぞれ“Ｍ０”、“Ｍ１”及び“Ｍ２”と呼ぶ。
【0132】
（メモリピラーＭＰの断面構造）
図２０は、第４実施形態に係るメモリデバイス１０が備えるメモリピラーＭＰの断面構造の一例を示す、図１９のＸＸ－ＸＸ線に沿った断面図である。図２０は、メモリピラーＭＰと導電体層１２２とを含み且つＸ方向とＹ方向とのそれぞれと平行な断面を表示している。図２０に示すように、積層膜１３２は、例えば、トンネル絶縁膜１３３、絶縁膜１３４、及びブロック絶縁膜１３５を含む。
図２０は、第４実施形態に係るメモリデバイス１０が備えるメモリピラーＭＰの断面構造の一例を示す、図１９のＸＸ－ＸＸ線に沿った断面図である。図２０は、メモリピラーＭＰと導電体層１２２とを含み且つＸ方向とＹ方向とのそれぞれと平行な断面を表示している。図２０に示すように、積層膜１３２は、例えば、トンネル絶縁膜１３３、絶縁膜１３４、及びブロック絶縁膜１３５を含む。
【0133】
コア部材１３０は、例えば、メモリピラーＭＰの中心部に設けられる。半導体層１３１は、コア部材１３０の側面を囲っている。トンネル絶縁膜１３３は、半導体層１３１の側面を囲っている。絶縁膜１３４は、トンネル絶縁膜１３３の側面を囲っている。ブロック絶縁膜１３５は、絶縁膜１３４の側面を囲っている。導電体層１２２は、ブロック絶縁膜１３５の側面を囲っている。半導体層１３１は、メモリセルトランジスタＭＴ０～ＭＴ７並びに選択トランジスタＳＴＤ及びＳＴＳのチャネル（電流経路）として使用される。トンネル絶縁膜１３３及びブロック絶縁膜１３５のそれぞれは、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を含む。絶縁膜１３４は、メモリセルトランジスタＭＴの電荷蓄積層として使用され、例えば、窒化ケイ素（ＳｉＮ）を含む。これにより、メモリピラーＭＰの各々が、１つのＮＡＮＤストリングＮＳとして機能する。
【0134】
＜４－３－２＞メモリデバイス１００の断面構造
図２１は、第４実施形態に係るメモリデバイス１００の断面構造の一例を示す断面図である。図２１は、メモリ領域ＭＲ及びセンスアンプ領域ＳＲを含む断面、すなわちメモリチップＭＣとＣＭＯＳチップＣＣとを含む断面を表示している。図２１に示すように、メモリデバイス１００は、センスアンプ領域ＳＲにおいて、例えば、半導体基板１４０、導電体層ＧＣ及び１４１～１４４、並びにコンタクトＣＳ及びＣ０～Ｃ３を含む。
図２１は、第４実施形態に係るメモリデバイス１００の断面構造の一例を示す断面図である。図２１は、メモリ領域ＭＲ及びセンスアンプ領域ＳＲを含む断面、すなわちメモリチップＭＣとＣＭＯＳチップＣＣとを含む断面を表示している。図２１に示すように、メモリデバイス１００は、センスアンプ領域ＳＲにおいて、例えば、半導体基板１４０、導電体層ＧＣ及び１４１～１４４、並びにコンタクトＣＳ及びＣ０～Ｃ３を含む。
【0135】
半導体基板１４０は、ＣＭＯＳチップＣＣの形成に使用される基板である。半導体基板１４０は、複数のウェル領域（図示せず）を含む。複数のウェル領域のそれぞれには、例えば、トランジスタＴＲが形成される。複数のウェル領域の間は、例えば、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）によって分離される。半導体基板１４０の上に、ゲート絶縁膜を介して導電体層ＧＣが設けられる。センスアンプ領域ＳＲ内の導電体層ＧＣは、センスアンプモジュール１０６に含まれたトランジスタＴＲのゲート電極として使用される。導電体層ＧＣの上には、コンタクトＣ０が設けられる。トランジスタＴＲのソース及びドレインに対応して、半導体基板１４０の上に２つのコンタクトＣＳが設けられる。
【0136】
コンタクトＣＳの上とコンタクトＣ０の上とのそれぞれに、導電体層１４１が設けられる。導電体層１４１の上に、コンタクトＣ１が設けられる。コンタクトＣ１の上に、導電体層１４２が設けられる。導電体層１４１及び１４２の間は、コンタクトＣ１を介して電気的に接続される。導電体層１４２の上に、コンタクトＣ２が設けられる。コンタクトＣ２の上に、導電体層１４３が設けられる。導電体層１４２及び１４３の間は、コンタクトＣ２を介して電気的に接続される。導電体層１４３の上に、コンタクトＣ３が設けられる。コンタクトＣ３の上に、導電体層１４４が設けられる。導電体層１４３及び１４４の間は、コンタクトＣ３を介して電気的に接続される。以下では、導電体層１４１～１４４が設けられた配線層のことを、それぞれ“Ｄ０”、“Ｄ１”、“Ｄ２”、及び“Ｄ３”と呼ぶ。
【0137】
導電体層１４４は、ＣＭＯＳチップＣＣの界面（接合面）に接し、接合パッドＢＰとして使用される。センスアンプ領域ＳＲ内の導電体層１４４は、対向して配置されたメモリ領域ＭＲ内の導電体層１２６（すなわち、メモリチップＭＣの接合パッドＢＰ）と貼り合わされる。そして、センスアンプ領域ＳＲ内の各導電体層１４４は、１本のビット線ＢＬと電気的に接続される。導電体層１４４は、例えば、銅を含む。メモリデバイス１００では、ＣＭＯＳチップＣＣの配線層Ｄ３とメモリチップＭＣの配線層Ｍ２とが、メモリチップＭＣ及びＣＭＯＳチップＣＣとが接合されることにより隣接している。
【0138】
本例では、メモリチップＭＣの形成に使用された半導体基板が、接合処理後のパッドの形成などの工程に伴い除去されている。なお、メモリチップＭＣの形成に使用された半導体基板は、残っていてもよい。また、メモリチップＭＣ及びＣＭＯＳチップＣＣのそれぞれの配線層の数は、メモリデバイス１００の構成に応じて適宜変更され得る。
【0139】
＜４－４＞第４実施形態の効果
以上で説明された第４実施形態に係るメモリデバイス１００の製造に、第１実施形態で説明された露光方法や、第２及び第３実施形態で説明された半導体装置の製造方法が適用され得る。以下に、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法が第４実施形態に係るメモリデバイス１００に適用される場合について説明する。
以上で説明された第４実施形態に係るメモリデバイス１００の製造に、第１実施形態で説明された露光方法や、第２及び第３実施形態で説明された半導体装置の製造方法が適用され得る。以下に、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法が第４実施形態に係るメモリデバイス１００に適用される場合について説明する。
【0140】
例えば、配線層Ｍ０では、Ｙ方向に延伸して設けられた部分を有するビット線ＢＬが主要なパターンであり、Ｘ方向の重ね合わせの難易度が高く、Ｙ方向の重ね合わせの管理スペックに余裕がある。配線層Ｍ１では、Ｘ方向に延伸して設けられた部分を有する導電体層１２５が設けられ、Ｙ方向の重ね合わせの難易度が高く、Ｘ方向の重ね合わせの管理スペックに余裕がある。配線層Ｍ０では、比較的ラフなパターンが取り扱われるため、Ｘ方向及びＹ方向の両方で重ね合わせの管理スペックに余裕がある。
【0141】
この場合、配線層Ｍ０に関連付けられた露光処理のアライメントにおいて、Ｙ方向に上下限補正モードが適用され、Ｘ方向に通常モードが適用されることが好ましい。同様に、配線層Ｍ１に関連付けられた露光処理のアライメントにおいて、Ｘ方向に上下限補正モードが適用され、Ｙ方向に通常モードが適用されることが好ましい。配線層Ｍ２に関連付けられた露光処理のアライメントにおいて、Ｘ方向及びＹ方向の両方に上下限補正モードが適用されることが好ましい。
【0142】
以上のように、Ｘ方向及びＹ方向の一方若しくは両方に対する上下限補正モードのアライメントが、各層に設けられるパターンに応じて適用される。その他の配線層においても、Ｘ方向とＹ方向の重ね合わせの管理スペックに基づいて、上下限補正モードのアライメントが適宜適用され得る。その結果、第４実施形態に係るメモリデバイス１００の歩留まりは、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法が適用されることによって改善し得る。 なお、第１実施形態で説明された露光方法や、第２及び第３実施形態で説明された半導体装置の製造方法が適用される対象は、メモリデバイス１００のみに限定されない。第１実施形態で説明された露光方法や、第２及び第３実施形態で説明された半導体装置の製造方法が適用される対象は、接合構造を有する半導体装置であればよい。
【0143】
＜５＞変形例など
上記実施形態において、露光方法や半導体装置の製造方法の説明に用いたフローチャートは、あくまで一例である。フローチャートを用いて説明された各動作は、処理の順番が可能な範囲で入れ替えられてもよいし、その他の処理が追加されてもよいし、一部の処理が省略されてもよい。第２実施形態で説明された図９では、上下限補正モードが適用される露光処理が３層で実行される場合が例示されているが、これに限定されない。第２実施形態では、上下限補正モードが適用される露光処理が２層以上で実行されていればよい。同様に、第３実施形態で説明された図１３では、Ｘ方向及び／又はＹ方向において上下限補正モードが適用される露光処理が３層で実行される場合が例示されているが、これに限定されない。第３実施形態では、Ｘ方向及び／又はＹ方向において上下限補正モードが適用される露光処理が２層以上で実行されていればよい。
上記実施形態において、露光方法や半導体装置の製造方法の説明に用いたフローチャートは、あくまで一例である。フローチャートを用いて説明された各動作は、処理の順番が可能な範囲で入れ替えられてもよいし、その他の処理が追加されてもよいし、一部の処理が省略されてもよい。第２実施形態で説明された図９では、上下限補正モードが適用される露光処理が３層で実行される場合が例示されているが、これに限定されない。第２実施形態では、上下限補正モードが適用される露光処理が２層以上で実行されていればよい。同様に、第３実施形態で説明された図１３では、Ｘ方向及び／又はＹ方向において上下限補正モードが適用される露光処理が３層で実行される場合が例示されているが、これに限定されない。第３実施形態では、Ｘ方向及び／又はＹ方向において上下限補正モードが適用される露光処理が２層以上で実行されていればよい。
【0144】
上記実施形態では、上下限補正モードにおいて、ウエハ倍率成分の上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔと下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔとの両方が設定されたアライメント補正が実行される場合について説明したが、これに限定されない。上下限補正モードにおいて、ウエハ倍率成分の上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔのみが設定されてもよいし、ウエハ倍率成分の下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔのみが設定されてもよい。例えば、上下限補正モードにおいて下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔのみが設定される場合、図５のＳ１０６の処理において、下地のウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿Ｂの値がＬ＿Ｌｉｍｉｔ以上である場合に、Ｓ１０８の処理が実行される。また、上下限補正モードにおいて上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔのみが設定される場合、図５のＳ１０６の処理において、下地のウエハ倍率成分Ｗ＿Ｍａｇ＿Ｂの値がＵ＿Ｌｉｍｉｔ以下である場合に、Ｓ１０８の処理が実行される。このようにウエハ倍率成分の上限値Ｕ＿Ｌｉｍｉｔ又は下限値Ｌ＿Ｌｉｍｉｔのみが設定されるアライメント補正は、第３実施形態のように、Ｘ方向とＹ方向とで独立に適用されてもよい。
【0145】
制御装置１１としては、ＣＰＵの替わりに、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、あるいはＦＰＧＡ（field-programmable gate array）などが使用されてもよい。また、上記実施形態において説明された処理のそれぞれは、専用のハードウェアによって実現されてもよい。上記実施形態で説明された処理は、ソフトウェアにより実行される処理と、ハードウェアによって実行される処理とが混在していてもよいし、どちらか一方のみであってもよい。
【0146】
第４実施形態で説明されたメモリデバイス１００の回路構成、平面レイアウト、及び断面構造は、メモリデバイス１００のデザインに応じて適宜変更され得る。例えば、第４実施形態では、ＣＭＯＳチップＣＣ上にメモリチップＭＣが設けられる場合について例示したが、メモリチップＭＣの上にＣＭＯＳチップＣＣが設けられてもよい。第４実施形態では、下ウエハＬＷにメモリチップＭＣが割り当てられ、上ウエハＵＷにＣＭＯＳチップＣＣが割り当てられる場合について説明したが、上ウエハＵＷにメモリチップＭＣが割り当てられ、下ウエハＬＷにＣＭＯＳチップＣＣが割り当てられてもよい。
【0147】
本明細書において、“接続”は、電気的に接続されている事を示し、別の素子を介することを除外しない。“電気的に接続される”は、電気的に接続されたものと同様に動作することが可能であれば、絶縁体を介していてもよい。“領域”は、半導体基板によって含まれる構成と見なされてもよい。例えば、半導体基板１４０がメモリ領域ＭＲを含むと規定された場合、メモリ領域ＭＲは、半導体基板１４０の上方の領域に関連付けられる。接合パッドＢＰは、“接合金属”と呼ばれてもよい。露光装置１のカメラ３５は、光学系（顕微鏡）と受光センサとが分かれた構成を有していてもよい。カメラ３５に相当する計測機構は、露光装置１に外部接続されてもよい。本明細書において、“重ね合わせずれ”は、“位置ずれ”と言い換えられてもよい。“視認”は、顕微鏡やカメラなどを介して対象物を所望の方向から観察することを含む。
【0148】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0149】
１…露光装置、１１…制御装置、１２…記憶装置、１３…搬送装置、１４…通信装置、１５…露光ユニット、２１…露光レシピ、２２…補正値情報、３１…ウエハステージ、３２…レチクルステージ、３３…光源、３４…投影光学系、３５…カメラ、１００…メモリデバイス、１０１…メモリインターフェース、１０２…シーケンサ、１０３…メモリセルアレイ、１０４…ドライバモジュール、１０５…ロウデコーダモジュール、１０６…センスアンプモジュール、１１０～１１８…絶縁体層、１２０～１２６…導電体層、１３０…コア部材、１３１…半導体層、１３２…積層膜、１３３…トンネル絶縁膜、１３４…絶縁膜、１３５…ブロック絶縁膜、１４０…半導体基板、ＧＣ，１４１～１４４…導電体層、ＭＰ…メモリピラー、ＳＬＴ，ＳＨＥ…スリット、ＴＲ…トランジスタ、ＢＬＫ…ブロック、ＳＵ…ストリングユニット、ＮＳ…ＮＡＮＤストリング、ＭＴ…メモリセルトランジスタ、ＳＴＤ，ＳＴＳ…選択トランジスタ、ＢＬ…ビット線、ＷＬ…ワード線、ＳＧＤ，ＳＧＳ…選択ゲート線、ＳＬ…ソース線、ＭＣ…メモリチップ、ＣＣ…ＣＭＯＳチップ、Ｃ０～Ｃ３，Ｖ１，Ｖ２，ＣＶ…コンタクト、ＢＰ…接合パッド、Ｍ０～Ｍ２，Ｄ０～Ｄ３…配線層、ＭＲ…メモリ領域、ＨＲ１，ＨＲ２…引出領域、ＸＲ１，ＸＲ２…転送領域、ＳＲ…センスアンプ領域、ＰＲ１，ＰＲ２…パッド領域、ＰＥＲＩ…周辺回路領域
【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14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
