JP2585607B2 - 半導体ウエハ - Google Patents

半導体ウエハ

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JP2585607B2 JP62167626A JP16762687A JP2585607B2 JP 2585607 B2 JP2585607 B2 JP 2585607B2 JP 62167626 A JP62167626 A JP 62167626A JP 16762687 A JP16762687 A JP 16762687A JP 2585607 B2 JP2585607 B2 JP 2585607B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体ウエハに関し、特に、高集積の半導
体集積回路装置を製造するための半導体ウエハに適用し
て有効な技術に関するものである。
〔従来の技術〕
近年、高集積の半導体集積回路装置を製造する場合に
は、半導体ウエハの露光を縮小投影型露光装置により行
うことが多くなってきている。従来、この縮小投影型露
光装置により露光を行う際の半導体ウエハのアラインメ
ントは次のようにして行われている。すなわち、半導体
ウエハにヘリウム−ネオン(He−Ne)レーザーによるシ
ート状のレーザー光を当てつつこの半導体ウエハをその
面内で移動させ、この半導体ウエハのスクライブ領域に
周期的に配列された例えば7個の正方形状のパターンか
ら成るアラインメントマークが前記レーザー光に当たっ
た時に生ずる回折光を所定の検出系で検出することによ
りアラインメントが行われている(例えば、ジャーナ
ル オブ バキューム アンド テクノロジー、第16
巻、第6号、11月/12月、1979年、第1954頁から第1958
頁(J.Vac.Sci.Technol.,Vol.16,No.6,Nov./Dec.1979,p
p.1954−1958 エスピーアイイー、第538巻、オプテ
ィカル マイクロリソグラフィー IV(1985年)、第9
頁から第16頁(SPIE Vol.538 Optical Microlithograph
y IV(1985),pp.9−16)。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、本発明者の検討によれば、前記従来技
術は次のような問題を有する。すなわち、例えば半導体
集積回路装置の製造において配線形成用のアルミニウム
膜を例えばスパッタ法により形成する際に、下地の絶縁
膜に設けられているアラインメントマークのパターン端
部近傍におけるこのアルミニウム膜のステップカバレッ
ジ(段差被覆性)はパターンの配列方向に垂直な断面で
見た場合左右非対称となる。このため、アラインメント
マークによる回折光の強度分布が左右非対称となり、こ
の結果アラインメントの精度が低下してしまうという問
題があった。
本発明の目的は、アラインメントの精度の向上を図る
ことができる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、
本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであ
ろう。
〔問題点を解決するための手段〕
本願において開示される発明のうち、代表的なものの
概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、複数のパターンの配列方向に平行な端部に
これらのパターンの周期のほぼ1/5である小さな周期の
凹凸を設けたことによって、この端部による回折光が検
出系に取り込まれない形状としている。
〔作用〕
上記した手段によれば、複数のパターンの端部がそれ
らの配列方向に垂直な断面で見た場合に左右非対称性と
なった場合やパターン端部に平面形状の非対称性が生じ
た場合においても、この端部による回折光は検出系に取
り込まれることがなく、パターンの周期に応じて生ずる
本来の回折光だけが検出系で検出されるので、この回折
光の検出信号にもとづいて正確なアラインメントを行う
ことができ、従ってアラインメントの精度の向上を図る
ことができる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を図面を用いて具体的に説明
する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機
能を有するものには同一符号を付け、その繰り返しの説
明は省略する。
第1図は、本発明の一実施例による4メガビットのダ
イナミックRAM(Random Access Memory)の製造途中の
半導体ウエハを示す平面図であって、配線形成用のアル
ミニウム膜の上にフォトレジストを塗布した状態を示
す。
第1図に示すように、例えばp型シリコンウエハのよ
うな半導体ウエハ1にスクライブ領域1aにより互いに分
離された多数のチップ領域1bが設けられている。なお、
このスクライブ領域1aの幅は例えば70μmである。この
チップ領域1bが1個のダイナミックRAMを構成する。ま
た、互いに隣接するチップ領域1bの間の各スクライブ領
域1aには、アラインメントマーク2が設けられている。
第2図に示すように、このアラインメントマーク2
は、互いに隣接して周期P1で配列された例えば7個のア
ラインメントマーク2a〜2gにより構成されている。各ア
ラインメントマーク2a〜2gは、周期P2で周期的に配列さ
れた例えば7個のパターン2hから成る。なお、前記周期
P1は例えば20μmであり、前記周期P2は例えば8μmで
ある。
第3図に示すように、前記パターン2hの二辺の長さは
a、bである。また、このパターン2hには、それらの配
列方向に平行な端部に凹凸2iが設けられている。この凹
凸2iの周期P3は、前記パターン2hの周期P2の1/5、すな
わちP2/5である。なお、前記長さa、bはそれぞれ例え
ば4μm、7.2μmであり、前記周期P3は例えば1.6μm
である。また、この凹凸2iの深さdは例えば1.6μmで
ある。
第4図は、第3図のA−A線に沿っての断面図であ
る。
第4図に示すように、前記半導体ウエハ1の表面には
例えばSiO2膜のような絶縁膜3が設けられ、この絶縁膜
3上に例えばプラズマCVD法により形成されたSiO膜のよ
うな絶縁膜4、例えばスピンオンガラス(SOG)膜のよ
うな絶縁膜5及び例えばプラズマCVD法により形成され
たSiO膜のような絶縁膜6が設けられている。そして、
これらの絶縁膜4、5、6に設けられた開口により前記
パターン2hが構成されている。なお、これらの絶縁膜
4、5、6の膜厚は、それぞれ例えば2000Å、1400Å及
び4000Åである。また、符号7は例えばアルミニウム膜
であり、このアルミニウム膜7の上にフォトレジスト8
が塗布されている。なお、このアルミニウム膜7の膜厚
は例えば8000Åである。この場合、前記アルミニウム膜
7は、スパッタ法等により形成する際にアルミニウム原
子が前記パターン2hに対して左右対称的に入射しなこと
に起因して、このパターン2hの近傍におけるステップカ
バレッジが左右非対称となっている。
なお、第4図には絶縁膜4、5、6に設けられた開口
により構成されたパターン2hを示したが、第5図に示す
ように、これらの絶縁膜4、5、6をパターン2hの形状
に残すことによりこのパターン2hを構成してもよい。
第6図は、半導体ウエハ1のチップ領域1bに設けられ
ているMOSFETを示す平面図であり、第7図は、第6図の
B−B線に沿っての断面図である。
第6図及び第7図に示すように、チップ領域1bにおい
ては、半導体ウエハ1の表面に例えばSiO2膜のようなフ
ィールド絶縁膜9が選択的に設けられ、これによって素
子間分離が行われている。符号10は、例えば多結晶シリ
コン膜から成るゲート電極である。前記フィールド絶縁
膜9で囲まれた活性領域中には、このゲート電極10に対
して自己整合的に例えばn+型のソース領域11及びドレイ
ン領域12が設けられている。そして、これらのゲート電
極10、ソース領域11及びドレイン領域12によりnチャネ
ルMOSFETが構成されている。なお、符号13は、前記ゲー
ト電極10の側面に設けられた例えばSiO2のような絶縁物
から成る側壁であり、前記nチャネルMOSFETをLDD(Lig
htly Doped Drain)構造とするためのものである。ま
た、符号14は、前記ゲート電極10を覆うように設けられ
ている例えばSiO2膜のような絶縁膜であり、符号15は、
この絶縁膜14上に設けられている例えばリンシリケート
ガラス(PSG)膜のような絶縁膜である。なお、これら
の絶縁膜14、15の膜厚は、それぞれ例えば2000Å及び50
00Åである。これらの絶縁膜14、15にはコンタクトホー
ルC1が設けられ、このコンタクトホールC1を通じて例え
ば一層目のアルミニウム膜から成る配線16が前記ゲート
電極10に接続されている。さらに、絶縁膜4、5、6に
はコンタクトホールC2が設けられ、アルミニウム膜7は
このコンタクトホールC2を通じて前記配線16に接続され
ている。
次に、縮小投影露光装置を用いて半導体ウエハ1を露
光する際のアラインメントを行う方法について説明す
る。
第8図は、縮小投影型露光装置のアラインメント光学
系を示す図である(エスピーアイイー、第538巻、オプ
ティカル マイクロリソグラフィー IV(1985年)、第
9頁から第16頁(SPIE Vol.538 Optical Microlithogra
phy IV(1985),pp.9−16)。
第8図に示すように、このアラインメント光学系にお
いては、例えばHe−Neレーザー17からレーザー光18が発
振される。このレーザー光18は、レンズL1、L2によりシ
ート状の断面形状(第9図参照)とされた後、ビームス
プリッタBSでX、Y方向のレーザー光に分割される。こ
れらのレーザー光18は、レンズL3を通って反射鏡19で反
射された後、縮小投影レンズ20により半導体ウエハ1の
表面に入射する。
このようにしてレーザー光18を半導体ウエハ1に入射
させた状態でXYステージ(図示せず)により半導体ウエ
ハ1を移動させることにより、第9図に示すように、ア
ラインメントマーク2がレーザー光18に向かって移動す
る。このアラインメントマーク2がレーザー光18に当た
ると、第8図に示すように、このアラインメントマーク
2から回折光21が生じる。
この回折光21は、縮小投影レンズ20内を上述と逆向き
に進行し、反射鏡19、レンズL3、ビームスプリッタBS、
レンズL4及び空間フィルター22を通った後、レンズL5
より例えばフォトダイオードのような光電センサSの受
光面に収束されて検出される。この光電センサSによる
回折光21の検出信号は、図示省略した信号処理系により
処理され、その結果にもとづいて半導体ウエハ1のアラ
インメントが行われる。なお、前記空間フィルター22
は、0次の回折光21のみをカットする役割を果たす。
前記回折光21の回折角θは次式で示される。
θ=sin-1(Nλ/P2) ここで、Nは回折の次数、λはHe−Neレーザー光18の
波長である。上式にP2=8μm、λ=633nmを代入し、
N=1、2、3、4、5に対するθnを計算するとそれ
ぞれ4.5゜、9.1゜、13.7゜、18.5゜、23.3゜となる。通
常は、1次から4次までの回折光21が検出されるように
アラインメント光学系が設計されている。
この場合、第4図又は第5図に示すように、アライン
メントマーク2を構成するパターン2hの端部近傍におい
ては既述のようにアルミニウム膜7のステップカバレッ
ジが左右非対称であるが、この非対称性があっても次の
ような理由により回折光21の強度分布に左右非対称性が
生ずることがない。すなわち、本実施例においては、第
2図及び第3図に示すように、パターン2hの端部にP2/5
の周期の凹凸2iが設けられているので、この端部ではこ
の凹凸2iによる1次回折光の回折角度は周期P2の場合の
5次回折光の回折角度(23.3゜)と等しい。既述のよう
に、この5次回折光は検出系に取り込まれないようにア
ラインメント光学系が設計されているので、上述の凹凸
2iによる1次回折光は検出系に取り込まれない。従っ
て、パターン2hの端部近傍におけるアルミニウム膜7の
ステップカバレッジが左右非対称であっても回折光21の
強度分布に左右非対称性が生ずることがない。これによ
って、この回折光21の検出信号にもとづいて半導体ウエ
ハ1を移動させることによりアラインメントを正確に行
うことができる。このため、アラインメントの精度の向
上を図ることができる。例えば、従来のアラインメント
精度は、3σ(σは位置ずれ量の標準偏差)で約0.4μ
mであったのに対し、本実施例によれば、これを例えば
約0.15μm以下と著しく小さくすることができ、アライ
ンメントの精度が著しく向上することがわかる。なお、
パターン2hの端部近傍に平面形状の左右非対称性が生じ
た場合も上述と同様に回折光21の強度分布に左右非対称
性が生ずることがなく、従ってアラインメントの精度の
向上を図ることができる。また、第2図に示すように、
前記アラインメントマーク2は7個のアラインメントマ
ーク2a〜2gから成るので、これらのアラインメントマー
ク2a〜2gによる回折光21の検出により得られたアライン
メント位置としてこれらの平均値をとることができ、こ
れによってアラインメントの精度をより一層向上させる
ことができる。
上述のようにしてX、Y方向のアラインメントを精度
良く行った後、第8図に示すように、レチクル23の上方
に設けられた例えば水銀ランプ(図示せず)のg線(波
長436nm)によりステップアンドリピートで半導体ウエ
ハ1表面のフォトレジスト8の露光を行う。なお、用い
る縮小投影露光装置は例えば5:1のものであり、その結
像レンズの開口数NAは例えば0.42又は0.45であり、前記
g線のコヒーレンシは例えば0.5である。
この後、前記フォトレジスト8の現像を行い、これに
よって形成されたフォトレジストパターンをマスクとし
て前記アルミニウム膜7をエッチングすることにより配
線を形成する。
以上、本発明を実施例にもとづき具体的に説明した
が、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、
その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である
ことは言うまでもない。
例えば、第10図に示すようなアラインメントマーク2
を用いても上述の実施例と同様の効果がある。また、第
11図に示すように各パターン2hの端部をそれらの配列方
向に対して傾斜した面のみにより構成してもよい。この
場合には、パターン2hの端部による反射光及び回折光の
方向はこれらのパターン2hの配列方向からずれるので、
前記反射光及び回折光21は上述の実施例と同様に回折光
の検出系に取り込まれず、従ってアラインメントの精度
の向上を図ることができる。さらに、第12図に示すよう
に、各パターン2hの配列方向に垂直な方向の長さを徐々
に変化させ、P2=∞となるようにすることによっても上
述の実施例と同様な効果がある。
また、上述の実施例においては、本発明を4メガビッ
トのダイナミックRAMを製造する場合に適用した場合に
ついて説明したが、これと異なる集積度のダイナミック
RAMは勿論、例えば高速のバイポーラメモリのようなバ
イポーラLSIを製造する場合に本発明を適用することが
できる。
〔発明の効果〕
本願において開示される発明のうち代表的なものによ
って得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりで
ある。
すなわち、アラインメントの精度の向上を図ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例による4メガビットのダイ
ナミックRAMの製造途中の半導体ウエハを示す平面図、 第2図は、第1図に示す半導体ウエハのスクライブ領域
に設けられたアラインメントマークを拡大して示す平面
図、 第3図は、第2図に示すアラインメントマークを構成す
るパターンを拡大して示す平面図、 第4図及び第5図は、第3図のA−A線に沿っての断面
図、 第6図は、第1図に示す半導体ウエハのチップ領域に設
けられたMOSFETを示す平面図、 第7図は、第6図のB−B線に沿っての断面図、 第8図は、縮小投影型露光装置のアラインメント光学系
を示す図、 第9図は、半導体ウエハに設けられたアラインメントマ
ークがレーザー光に向かって移動する状態を示す平面
図、 第10図〜第12図は、本発明の変形例を説明するための平
面図である。 図中、1……半導体ウエハ、1a……スクライブ領域、1b
……チップ領域、2……アラインメントマーク、2h……
パターン、2i……凹凸、7……アルミニウム膜、8……
フォトレジスト、17……He−Neレーザー、18……レーザ
ー光、20……縮小投影レンズ、21……回折光、S……光
電センサである。

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】周期的に配列された複数のパターンから成
    るアラインメントマークを有し、前記アラインメントマ
    ークによる回折光を検出系で検出することによりアライ
    ンメントを行うようにした半導体ウエハであって、前記
    複数のパターンの前記配列方向に平行な端部にこれらの
    パターンの周期のほぼ1/5である小さな周期の凹凸を設
    けたことによって、この端部による回折光が前記検出系
    に取り込まれない形状としたことを特徴とする半導体ウ
    エハ。
  2. 【請求項2】前記パターンの個数が7個であることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体ウエハ。
  3. 【請求項3】前記アラインメントマークを互いに隣接し
    て複数組設けたことを特徴とする特許請求の範囲第1項
    又は第2項記載の半導体ウエハ。
  4. 【請求項4】前記アラインメントマークの個数が7個で
    あることを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第3項
    のいずれか一項記載の半導体ウエハ。
  5. 【請求項5】前記アラインメントマークの検出に用いる
    光がヘリウム−ネオンレーザーによるレーザー光である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第4項のい
    ずれか一項記載の半導体ウエハ。
  6. 【請求項6】前記アラインメントマークが縮小投影型露
    光装置により露光を行う際に用いるアラインメントマー
    クであることを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第
    5項のいずれか一項記載の半導体ウエハ。
  7. 【請求項7】前記アラインメントマークが配線形成のた
    めの露光を行う際に用いるアラインメントマークである
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第6項のい
    ずれか一項記載の半導体ウエハ。
  8. 【請求項8】前記アラインメントマークを前記半導体ウ
    エハのスクライブ領域に設けたことを特徴とする特許請
    求の範囲第1項乃至第7項のいずれか一項記載の半導体
    ウエハ。
  9. 【請求項9】前記半導体ウエハがダイナミックRAMを製
    造するための半導体ウエハであることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項乃至第8項のいずれか一項記載の半導
    体ウエハ。
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