JP2922198B2 - 半導体装置製造用の重ね合わせ精度測定マークの製造方法。 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置を製造
する際のフォトマスクの重ね合わせ工程におけるフォト
マスクの重ね合わせ精度を測定するための半導体装置製
造用の重ね合わせ精度測定マークおよびその製造方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】回路パターンをシリコン基板上に転写す
るフォトリソグラフィー工程は、シリコン基板上に感光
性材料を塗布して乾燥する膜形成工程と、フォトマスク
の位置合わせマークを用いて、前工程で形成した感光性
材料上の被重ね合わせ領域にフォトマスクを重ね合わせ
る工程と、このフォトマスクを介して前記感光性膜に光
または電子線またはＸ線の照射を行って露光させる工程
と、露光後に不要な部分の感光性材料を除去する工程と
からなり、感光性材料パターンをシリコン基板上に形成
するものである。

【０００３】半導体装置を製造する際には、前記のよう
にフォトマスクの重ね合わせ工程が実施される。従来、
前記フォトマスクの重ね合わせ工程における、被重ね合
わせ領域に対するフォトマスクの重ね合わせ精度は、半
導体装置を構成する本パターン部を直接光学顕微鏡によ
り目視観察することによって測定していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、微細化が進む
半導体装置では、上記の目視観察ではフォトマスクの重
ね合わせ精度を正確に測定することができなくなってい
る。特に、本パターン部により重ね合わせ精度を測定す
ることは、この本パターン部が本来測定を目的としたパ
ターンではないために、正確さを期待できないという欠
点がある。

【０００５】さらに、たとえばフォトマスクの重ね合わ
せ工程時に、不純物注入工程や不純物拡散工程などの不
純物導入工程により、基板に不純物導入領域を形成する
場合に、この不純物導入領域に対するフォトマスクの重
ね合わせ精度を測定しようとすると、この場合は被重ね
合わせ領域と周辺領域とはコントラストがなく、フォト
マスクの重ね合わせ精度を直接的に測定をすることはで
きなかった。

【０００６】これを解決する手法として、特開平８−２
９３４４８号公報に示されているような測定マークによ
り、電流測定による被重ね合わせ領域の位置認識とコン
トラストによる感光性材料パターンの位置認識とを組み
合わせて、重ね合わせ精度を測定する方法がある。

【０００７】一方、本発明は、上記従来の問題点に鑑
み、不純物導入領域へのフォトマスクの重ね合わせ工程
時に、被重ね合わせ領域と感光性材料パターンとの重ね
合わせ測定をコントラストにより行えるようにして、求
める被重ね合わせ領域の重ね合わせ精度をより正確に測
定可能な測定マークおよびその製造方法を提供するもの
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項１に記載の発明は、半導体基板上に所定領
域に開口部を持つ第１の感光性材料パターンを前記半導
体基板上に形成する工程と、前記第１の感光性材料パタ
ーンが形成された前記半導体基板における特定の所定領
域の開口部に不純物を導入して不純物導入領域を形成す
る工程と、前記不純物導入領域に前記第１の感光性材料
パターンの開口部よりも大きな開口部を持ち、前記第１
の感光性材料パターンとは光反応が起きる選択波長領域
が異なる第２の感光性材料パターンを前記第１の感光性
材料パターンの上に形成する工程と、基板を前記第１お
よび第２の感光性材料パターンで被覆した状態で前記不
純物導入領域の表面部をエッチングする工程と、を有し
ている。

【０００９】前記構成によって、同一の感光性材料を用
いた場合のように、第１の感光性材料パターンとその上
の第２の感光性パターンとの開口の大きさの違いのため
に、光または電子線またはＸ線の照射を行ったときに第
１の感光性材料パターンの一部が除去されて不純物導入
領域と段差部が整合しなくなるといったことを、確実に
防止することができる。

【００１０】請求項２に記載の発明は、半導体基板上に
所定領域に開口部を持つ第１の感光性材料パターンを前
記半導体基板上に形成する工程と、第１の感光性材料パ
ターンを形成後、加熱処理によりその感光性を低下また
は消去させる工程と、前記第１の感光性材料パターンが
形成された前記半導体基板における特定の所定領域の開
口部に不純物を導入して不純物導入領域を形成する工程
と、前記不純物導入領域に第１の感光性材料パターンの
開口部よりも大きな開口部を持つ第２の感光性材料パタ
ーンを前記第１の感光性材料パターンの上に形成する工
程と、基板を前記第１および第２の感光性材料パターン
で被覆した状態で前記不純物導入領域の表面部をエッチ
ングする工程と、を有している。

【００１１】前記構成によっても、第１の感光性材料パ
ターンとその上の第２の感光性パターンとの開口の大き
さの違いのために、光または電子線またはＸ線の照射を
行ったときに第１の感光性材料パターンの一部が除去さ
れて不純物導入領域と段差部が整合しなくなることを、
確実に防止することができる。

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は、露光装置の模式図であっ
て、図において１はＸＹステージを示し、このＸＹステ
ージ１の上にウェーハ２が乗せられている。ランプ３か
ら出た光は、集光レンズ４、レチクル（フォトマスク）
５、縮小投影レンズ６を通って前記ウェーハ２のチップ
７上に投影される。チップ７上に投影された光は、チッ
プ７に塗布された感光性材料を感光する。感光した感光
性材料を薬品で処理することにより、感光性材料パター
ンがチップ７に形成される。そして、さらに、複雑な工
程を経てチップ７上に半導体回路パターンが形成され
る。

【００１７】次に、本発明の実施例について、図面を参
照しながら説明する。図２は、チップ（以下、基板７と
言う）に形成された、本発明の実施例における重ね合わ
せ精度測定マークの部分拡大断面図である。この重ね合
わせ精度測定マークは、基板７上の本パターン部の外周
部、例えばスクライブ領域８に形成される。図中の９は
精度測定マークの被重ね合わせ領域、１０は感光性材料
パターン、１１は基準位置、１２は不純物導入領域、１
３は段差部である。

【００１８】重ね合わせ精度測定マークの被重ね合わせ
領域９では、図２に示すように、不純物導入領域１２の
上面が基板７の上面より下部に位置し、凹状に形成され
た被重ね合わせ領域９の外周縁部に段差が形成されてい
る。即ち、段差部１３は、基板７の不純物導入領域１２
の上部周辺部との境界の位置に形成されている。

【００１９】被重ね合わせ領域９は、不純物導入領域で
あるため、境界の判別が不可能でありながら、段差部１
３の形成によるコントラストにより基準位置１１に対す
る位置の認識をすることができる。被重ね合わせ領域９
および感光性材料パターン１０については膜質の差によ
るコントラストにより位置の認識をすることができる。
そして、同一の基準位置１１に対する被重ね合わせ領域
９の位置認識をすることにより、被重ね合わせ領域９に
対する感光性材料パターン１０の相対位置を計算する。
そして、最終的に被重ね合わせ領域９に対するフォトマ
スクの重ね合わせ精度を直接に測定することができる。

【００２０】次に、重ね合わせ精度測定マークの製造方
法を、図３（ａ）〜（ｅ）を用いて説明する。はじめ
に、図３（ａ）に示すように、基板７の表面上に感光性
材料の層を形成した後、半導体装置を構成する本パター
ン部１４と、精度測定マークの被重ね合わせ領域となる
部分、すなわち被重ね合わせ領域形成部１５との感光性
材料を除去する。これによって、本パターン部１４およ
び被重ね合わせ領域形成部１５に開口を持つ第１の感光
性材料パターン１６を形成する。

【００２１】次に、図３（ｂ）に示すように、本パター
ン部１４および被重ね合わせ領域形成部１５に不純物導
入工程により不純物導入領域１２を形成する。次に、図
３（ｃ）に示すように、第１の感光性材料パターン１６
の上に第２の感光性材料パターン１８を形成する。この
第２の感光性材料パターン１８は、本パターン部１４の
表面上はすべて感光性材料により覆うように、また被重
ね合わせ領域形成部１５の表面上はマスク（図示せず）
で覆って、開口を持つようにする。

【００２２】第１の感光性材料パターン１６の開口部
と、第２の感光性材料パターン１８の開口部を同じ大き
さにすることが好ましい。しかし、開口部を同じ大きさ
にするのは極めて困難であるため、被重ね合わせ領域形
成部１５の表面上においては、図示のように第１の感光
性材料パターン１６よりも感光性材料を除去する領域を
拡大させ、第２の感光性材料パターン１８の開口部の大
きさが、第１の感光性材料パターン１６の開口部の大き
さよりも大きくなるようにする。

【００２３】すなわち基板上面から見ると、第２の感光
性材料パターン１８の開口部が、第１の感光性材料パタ
ーン１６の開口部を囲むように形成する。これにより、
後のエッチング処理等の段差形成工程により不純物導入
領域１２と基板７との間に形成される段差部１３が、被
重ね合わせ領域形成部１５の上の第１の感光性材料パタ
ーン１６の開口部により決定され、不純物導入領域１２
と整合した段差部１３が形成される。

【００２４】ただし、第１と第２の感光性材料パターン
１６、１８が同一の感光性材料の場合、第２の感光性材
料パターン１８の開口部の大きさが、第１の感光性材料
パターン１６の開口部の大きさよりも大きいために、光
または電子線またはＸ線の照射を行うと、感光性材料パ
ターン１６の一部が除去される領域、すなわち感光性材
料除去領域１９で感光性材料が除去される可能性があ
る。感光性材料が除去されると、第１の感光性材料パタ
ーン１６の開口部が拡大して、不純物導入領域１２に整
合した形状の段差部が形成されなくなる。

【００２５】そこで、この感光性材料除去領域１９の発
生を防止するために、感光性材料パターン１６を形成す
る感光性材料と、感光性材料パターン１８を形成する感
光性材料とで、それぞれ光反応が起きる選択波長領域の
異なる材料を用い、異なる波長でそれぞれのパターンを
形成することが好ましい。

【００２６】また、他の方法として、第１の感光性材料
パターン１６を形成した後に、加熱処理等の特殊処理に
よりその感光性を低下または消去させて、感光性材料除
去領域１９が発生しないようにしてもよい。この方法
は、第１の感光性材料パターン１６と第２の感光性材料
パターン１８とを形成するために同一の感光性材料を用
いることが可能となる。

【００２７】次に、図３（ｄ）に示すように、被重ね合
わせ領域形成部１５にエッチング処理等の段差形成工程
を施すことにより不純物導入領域１２を掘り下げ、不純
物導入領域１２と基板７との間に段差を形成する。即
ち、エッチング処理では感光性材料パターン１６と被重
ね合わせ領域形成部１５との接触位置２０に段差が形成
される。エッチング処理は、不純物導入領域１２から外
れた位置に段差が形成されることはない。またこのと
き、本パターン部１４の表面上は第２の感光性材料パタ
ーン１８にて覆われているため、被重ね合わせ領域形成
部１５以外の部分ではエッチング処理による段差形成は
行われない。

【００２８】さらに、図３（ｅ）に示すように、第１お
よび第２の感光性材料パターン１６、１８を除去する。
上述のように、半導体装置を構成する本パターン部１４
では、不純物導入領域１２の面と基板７の面とが同一平
面であって、段差は形成されていない。このため、基板
７のどの位置に不純物が導入されたのかわからない。し
かし、被重ね合わせ領域９は、エッチングされることに
より段差部１３が形成されている。感光性材料パターン
１６の開口によって、被重ね合わせ領域９の不純物導入
領域と段差部１３とに位置ずれは全く発生しない。

【００２９】最後に、図３（ｅ）の基板７上に新しい感
光性材料を塗布し（図示せず）、フォトマスクを重ね合
わせて露光する。そして、感光性材料を除去して、図２
のように不純物導入領域１２上に感光性材料パターン１
０を形成する。

【００３０】上記の構成によって、基準位置１１に対す
る被重ね合わせ領域９の位置を、段差部１３によるコン
トラストにより認識できることになり、不純物導入領域
である本パターン部１４の位置を正確に測定することが
できる。また感光性材料パターン１０については、被重
ね合わせ領域９との膜質の差によるコントラストにより
基準位置１１に対する位置を認識できる。即ち、被重ね
合わせ領域９および感光性材料パターン１０は、それぞ
れ同一の基準位置１１によって位置認識をしている。さ
らに、被重ね合わせ領域９に対する感光性材料パターン
１０の相対位置を計算することにより、不純物導入領域
に対するフォトマスクの重ね合わせ精度を直接に測定す
ることができる。

【００３１】本発明によれば、被重ね合わせ領域９が不
純物導入領域であるにもかかわらず、フォトマスクの重
ね合わせ工程時のマスクの重ね合わせ精度の測定を行う
ことができる。このため、任意枚数のウェハーの先行処
理を行い、重ね合わせ精度を先行測定することにより、
残りのウェハーを処理するときに先行測定から得られた
重ね合わせずれの補正を行うことができる。

【００３２】また、フォトマスクの重ね合わせずれによ
り半導体装置の特性低下が発生すると判断された場合
は、感光性材料パターン１０を除去して再度フォトマス
クの重ね合わせ工程を実施することもできる。したがっ
て、フォトマスクの重ね合わせずれによる半導体装置の
特性低下をフォトマスクの重ね合わせ工程時に防止し
て、半導体装置の良品率を高めることができる。

【００３３】特に、固体撮像装置用の半導体装置の場合
は、転送チャンネル領域、フォトダイオード領域、分離
領域等の不純物導入工程により形成された領域は、不純
物導入領域の相対位置が変化すると固体撮像装置の特性
低下が生じる。このため、フォトマスクの重ね合わせ工
程では、転送チャンネル領域またはフォトダイオード領
域または分離領域を被重ね合わせ領域として、他の領域
の重ね合わせを行わなければならない。

【００３４】この点は、バイポーラトランジスタにおい
ても同様である。バイポーラトランジスタは、フォトマ
スクの重ね合わせの工程と不純物導入工程とにより形成
されたベース領域中にエミッタ領域を形成しなければな
らない。この場合、ベース領域に対するエミッタ領域の
相対的位置が変化すると、バイポーラトランジスタの特
性低下が生じる。

【００３５】したがって、固体撮像装置用の半導体装置
やバイポーラトランジスタのように、互いに異なる不純
物導入領域どうしの重ね合わせ精度が必要な半導体装置
には、本発明の重ね合わせ精度の測定マークが特に有用
である。

【００３６】なお、上記においては本発明の理解を明瞭
にするために特定の図および例にもとづいて詳細に説明
したが、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内での
変化および変形を行い得ることは明かである。すなわ
ち、半導体基板の主面上における段差部の位置が半導体
基板の主面上における不純物導入領域の境界の位置と一
致し、感光性材料が不純物導入領域の主面上にあるなら
ば、複数の段差部が不純物導入領域にあってもよいこと
は明かである。

【００３７】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
構成によって、被重ね合わせ領域が不純物導入領域であ
るにもかかわらず、フォトマスクの重ね合わせ工程時の
マスクの重ね合わせ精度の測定を行うことができる。こ
のため、被重ね合わせ領域が不純物導入領域であるウェ
ハーの重ね合わせ精度を先行測定することにより、残り
のウェハーを処理するときに先行測定から得られた重ね
合わせずれの補正を行うことができる。

【００３８】また、かかるウェハーにおいて、フォトマ
スクの重ね合わせずれにより半導体装置の特性低下が発
生すると判断された場合は、感光性材料パターンを除去
して再度フォトマスクの重ね合わせ工程を実施すること
もできる。したがって、フォトマスクの重ね合わせずれ
による半導体装置の特性低下をフォトマスクの重ね合わ
せ工程時に防止して、半導体装置の良品率を高めること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】露光装置の模式図である。

【図２】本発明の実施例における重ね合わせ精度測定マ
ークの部分拡大断面図である。

【図３】図２の重ね合わせ精度測定マークの製造方法を
示す概略図である。

【符号の説明】

７ 半導体基板 ９ 被重ね合わせ領域 １２ 不純物導入領域 １３ 段差部 １６ 第１の感光性材料パターン １８ 第２の感光性材料パターン

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に所定領域に開口部を持つ
   第１の感光性材料パターンを前記半導体基板上に形成す
   る工程と、 前記第１の感光性材料パターンが形成された前記半導体
   基板における特定の所定領域の開口部に不純物を導入し
   て不純物導入領域を形成する工程と、 前記不純物導入領域に前記第１の感光性材料パターンの
   開口部よりも大きな開口部を持ち、前記第１の感光性材
   料パターンとは光反応が起きる選択波長領域が異なる第
   ２の感光性材料パターンを前記第１の感光性材料パター
   ンの上に形成する工程と、 基板を前記第１および第２の感光性材料パターンで被覆
   した状態で前記不純物導入領域の表面部をエッチングす
   る工程と、 を有していることを特徴とする半導体装置製造用の重ね
   合わせ精度測定マークの製造方法。
2. 【請求項２】 半導体基板上に所定領域に開口部を持つ
   第１の感光性材料パターンを前記半導体基板上に形成す
   る工程と、第１の感光性材料パターンを形成後、加熱処理によりそ
   の感光性を低下または消去させる工程と、 前記第１の感光性材料パターンが形成された前記半導体
   基板における特定の所定領域の開口部に不純物を導入し
   て不純物導入領域を形成する工程と、 前記不純物導入領域に第１の感光性材料パターンの開口
   部よりも大きな開口部を持つ第２の感光性材料パターン
   を前記第１の感光性材料パターンの上に形成する工程
   と、 基板を前記第１および第２の感光性材料パターンで被覆
   した状態で前記不純物導入領域の表面部をエッチングす
   る工程と、 を有していることを特徴とする半導体装置製造用の重ね
   合わせ精度測定マークの製造方法。