JP3485481B2 - 半導体装置の製造方法 - 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、コンタクト方式露
光によるフォトリソグラフィ工程の後に、投影方式露光
によるフォトリソグラフィ工程を行うミックス・アンド
・マッチ方式の半導体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体装置の製造方法におけ
るフォトリソグラフィ工程での露光装置としては、一般
的にステッパーが用いられている。ステッパーは、ウエ
ハとマスクとの間にギャップを設け投影光学系（等倍光
学系、縮小光学系いずれもあり）を用いた投影方式の露
光を行うものであり、レチクルに等倍又は拡大されて描
画されたＩＣチップパターンをウエハ全域に分割して露
光していくものである。

【０００３】ここで、ステッパーのアライメントシステ
ムについて、説明する。ステッパーでは、上記のような
分割露光を行うのに、アライメントが暗視野光（以下、
アライメント光と記載する）を使用して全て自動的に行
われる。そして、分割露光の前に、ステッパーのアライ
メントでは、まず、与えられた座標データをもとにし
て、ウエハとレチクルの基点を合わせる粗調アライメン
トが行われる。

【０００４】 その粗調アライメントは、粗調アライメ
ントを概念的に示した図２に示すように、前工程でウエ
ハ上に長さ４ｍｍ程度の十字パターンの粗調アライメン
トターゲット４を形成しておき、レチクル１に透過パタ
ーンで描画された２つの微調アライメントキー２のうち
の一方に、アライメント光３を通過させ、そのアライメ
ント光３が粗調アライメントターゲット４上をＸ方向、
Ｙ方向に２ｍｍφの範囲内でスキャンするように光照射
を行う。そして、そのアライメント光３が粗調アライメ
ントターゲット４のエッジ上に照射されると、反射し散
乱した光の一部が、クロスマスク５を通過して、その光
の進行方向に配置されたディテクタ（図示なし）で検知
される。このようにして検知された光を電気信号として
システム側で受け取り、粗調アライメントが行われると
いうものである。

【０００５】なお、レチクル１に透過パターンで描画さ
れた２つの微調アライメントキー２のうちの他方につい
ても、同様にして粗調アライメントが行われ、粗調アラ
イメントが完了する。

【０００６】このような粗調アライメントの後、ウエハ
が分割露光部に移され、与えられた座標データをもと
に、微調アライメントが行われる。微調アライメント
も、上記の粗調アライメントと同様にアライメント光を
用いて行われる。

【０００７】微調アライメントにおいては、微調アライ
メントを概念的に示した図３に示すように、前工程でウ
エハ上に長さ９０μｍ程度の十字パターンの微調アライ
メントターゲット６を形成しておき、レチクル１に透過
パターンで描画された２つの微調アライメントキー２の
うちの一方に、アライメント光３を通過させ、そのアラ
イメント光３が微調アライメントターゲット６上をＸ方
向、Ｙ方向に４０μｍφの範囲内でスキャンするように
光照射を行う。そして、そのアライメント光３が微調ア
ライメントターゲット６のエッジ上に照射されると、反
射し散乱した光の一部が、クロスマスク５を通過して、
その光の進行方向に配置されたディテクタ（図示なし）
で検知される。このようにして検知された光を電気信号
としてシステム側で受け取り、微調アライメントが行わ
れるといものである。

【０００８】なお、微調アライメントにおいて用いるレ
チクル１及びクロスマスク５は、上記の粗調アライメン
トにおいて用いるレチクル１及びクロスマスク５と同様
のものを用いることができる。

【０００９】 そして、レチクル１に透過パターンで描
画された２つの微調アライメントキー２のうちの他方に
ついても、同様にして微調アライメントが行われ、微調
アライメントが完了し、この後に分割露光部での露光が
行われる。

【００１０】以上のように、ステッパーでは、粗調アラ
イメントの後に、微調アライメントと分割露光部での露
光が繰り返し行われ、ウエハ全域を分割露光していくも
のである。

【００１１】ステッパーは、レチクルに等倍又は拡大さ
れて描画されたＩＣチップパターンをウエハ上を複数に
分割して露光していくので、パターン解像度、アライメ
ント精度に優れている。これにより、現在では、容易に
ＩＣチップを縮小してコストを低減できるものとして多
用されており、さらに既存のコンタクト方式の露光装置
等と併用するようなミックス・アンド・マッチ方式のも
のにもよく用いられている。

【００１２】 特に、ミックス・アンド・マッチ方式
は、エピタキシャル−拡散法によるバイポーラＩＣの標
準的製造工程においてよく用いられている。これは、例
えば、比較的微細性を必要としない第１フォトリソグラ
フィ工程の埋込層パターンニングに、ウエハとマスクと
を密着させて露光を行う露光装置である既存のコンタク
トアライナーを用い、ベース・エミッタ拡散等の微細性
を必要とするそれ以降のフォトリソグラフィ工程におい
て、ステッパーを使用するといものである。この場合、
コンタクトアライナーによる第１露光（第１フォトリソ
グラフィ工程）のときに、粗調アライナーターゲット
（図２の符号４）のパターニングも行う。

【００１３】このような第１フォトリソグラフィ工程で
コンタクトアライナーを用い、それ以降のフォトリソグ
ラフィ工程でステッパーを用いるというミックス・アン
ド・マッチ方式においては、コンタクトアライナーでの
ウエハとマスクパターンとの高いアライメント精度（ウ
エハ中心とマスクパターン中心との位置合わせ精度）が
要求されている。

【００１４】 なぜならば、先に述べたように、ステッ
パーのアライメントは、始めに、与えられた座標データ
をもとにしてウエハの基点となる粗調アライメントター
ゲット（図２の符号４）を探しに行くため、コンタクト
アライナーによる第１露光（第１フォトリソグラフィ工
程）でパターニングされる粗調アライメントターゲット
が与えられた座標データによるものの近隣に存在しない
と、アライメントのシステムエラーが発生し、生産効率
が低下するからである。

【００１５】 その対策として、従来では、コンタクト
アライナーによる第１露光時のアライメント精度を考慮
し、大きなサイズの粗調アライメントターゲットをウエ
ハ上にパターニングしていた。

【００１６】次に、従来のミックス・アンド・マッチ方
式でのコンタクトアライナーによる第１露光時におけ
る、ウエハとマスクパターンとのアライメント方法につ
いて説明する。

【００１７】 図４に示すように、従来のものでは、マ
スク１７上に方形配置された複数のＩＣチップパターン
１８が描画され、マスク１７の中心部近傍にステッパー
のアライメント時に使用する粗調アライメントターゲッ
ト１４が描画されている。これらのパターンは、透過パ
ターン又は遮光パターンで描画されている。なお、図４
はウエハ１９上にマスク１７を重ねたときのマスク１７
側上部から見た様子を示す平面図であり、ここでの粗調
アライメントターゲット１４は図２を用いて説明した粗
調アライメントターゲット４と同様のものである。

【００１８】図４に示した従来のものでは、このような
マスク１７を使用して、ウエハ１９とマスクパターン１
７’とのアライメントを行うのに、オペレータ（操作
者）が上下、左右に対してウエハ１９外の残りＩＣチッ
プ数が均等になるようにアライメントしていた。

【００１９】 他の従来技術として、図５に示すよう
に、ＩＣチップをサーキュラー配置するようにしたマス
クパターンを用いたものもあった。図５に示した従来の
ものでは、マスク１７上にサーキュラー配置された複数
のＩＣチップパターン１８が描画され、マスク１７の中
心部近傍にステッパーのアライメント時に使用する粗調
アライメントターゲット１４が描画されている。なお、
マスク１７のサーキュラー領域外の部分は、全て遮光パ
ターンで覆われている。なお、図５はウエハ１９上にマ
スク１７を重ねたときのマスク１７側上部から見た様子
を示す平面図であり、ここでの粗調アライメントターゲ
ット１４は図２を用いて説明した粗調アライメントター
ゲット４と同様のものである。

【００２０】周知のとおり、バイポーラＩＣの標準的な
製造方法において、微細性を必要としない第１フォトリ
ソグラフィ工程の埋込層パターンニングには、パターン
解像度に優れた高価なポジ型のフォトレジストよりも、
パターン解像度の低い安価なネガ型のフォトレジストを
用いる。そして、サーキュラー領域外を遮光パターンに
することにより、製造上品質の劣るウエハ外周領域は窓
明け、拡散（埋込層）され、最終ウエハテストでその領
域内にあるＩＣチップを全て不良として除去することが
できる。

【００２１】図５に示した従来のものでは、このような
マスク１７を使用して、ウエハ１９とマスクパターン１
７’とのアライメントは、サーキュラー領域外が遮光パ
ターンにより覆われており、ウエハ外形が確認できない
ため、アライメントができない。従って、事前に、試行
してパターンニングした基準ウエハを作製し、始めにそ
の基準ウエハをアライメントした後、ウエハをコンタク
トアライナーのプリアライメントをもって第１露光を行
っていた。

【００２２】すなわち、図５に示した従来のものでは、
基準ウエハをアライメントしたときの位置にウエハを配
置してコンタクトアライナーによる第１（ファースト）
露光を行っていた。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の技術では、下記のような課題があった。図４に示
した従来技術では、ウエハ１９とマスクパターン１７’
とのアライメントを行うのに、オペレータ（操作者）が
上下、左右に対してウエハ１９外の残りＩＣチップ数が
均等になるようにアライメントしていたので、当然なが
ら、アライメント精度が非常に悪く、その上、アライメ
ント時の作業性が非常に悪いものであった。

【００２４】また、図５に示した従来技術では、図４の
ものよりもアライメント精度は良くなるが、事前に基準
ウエハを作製しなければならず、それだけ製造プロセス
が増加することになった。

【００２５】さらに、図４及び図５のいずれのもので
も、コンタクトアライナーで使用していたマスクでは、
ウエハとマスクパターンとのアライメント精度が２ｍｍ
φ程度と悪い上、アライメント時の作業性も著しく悪か
った。

【００２６】しいては、アライメント精度が２ｍｍφと
大きいということは、長さ４ｍｍ程度のステッパーの粗
調アライメントターゲット１４を必要とし、ウエハのＩ
Ｃチップ収率を低減させる要因となっていた。

【００２７】また、図示はしていないが、一般的に、バ
ックアップ用も含めて、ウエハ面内の３箇所に粗調アラ
イメントターゲットを設けるので、ウエハのＩＣチップ
収率を低減させる要因となっていた。

【００２８】本発明は、ミックス・アンド・マッチ方式
の半導体装置の製造方法において、コンタクト方式露光
によるフォトリソグラフィ工程でのマスクとウエハとの
アライメントを容易とすると共に、アライメント精度を
向上させることが可能な半導体装置の製造方法を提供す
ることを目的とする。

【００２９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、ウエハとマスクとを密着させるコンタク
ト方式の露光によるフォトリソグラフィ工程を施した後
に、ウエハとマスクとの間にギャップを設け投影光学系
を用いた投影方式の露光によるフォトリソグラフィ工程
を行うミックス・アンド・マッチ方式の半導体装置の製
造方法において、前記コンタクト方式露光によるフォト
リソグラフィ工程にて使用するマスクに、ウエハの外形
にほぼ相似しかつ該ウエハ外形よりも大きな内周形状を
有する遮光パターンを設け、前記遮光パターンをリング
形状とし、ウエハのオリエンテーションフラット側に相
当するマスクの部分に、ＩＣチップパターンの配列方向
と平行に、階段状の遮光パターンを設けることを特徴と
する半導体装置の製造方法である。

【００３０】 本発明に従えば、コンタクト方式露光に
よるフォトリソグラフィ工程にて使用するマスクに、ウ
エハの外形にほぼ相似しかつ該ウエハ外形よりも大きな
内周形状を有する遮光パターンを設けているので、アラ
イメント時にウエハの外形を容易に確認でき、アライメ
ント精度を向上させることができると共に、サーキュラ
ー配置を用いた場合にも基準ウエハを作製することなく
アライメントが可能となる。

【００３１】

【００３２】 また遮光パターンをリング形状としてい
るので、よりアライメント時にウエハの外形の確認が容
易となり、さらにウエハの外形に沿って遮光パターンを
設けられるので、いずれの方向に対しても高いアライメ
ント精度を確保できる。さらに、ウエハのオリエンテー
ションフラット側に相当するマスクの部分に、ＩＣチッ
プパターンの配列方向と平行して、階段状の遮光パター
ンを設けていので、その遮光パターンを指標にして、ウ
エハのオリエンテーションフラットと平行になるように
アライメントすれば、θ方向（回転方向）に対しても、
アライメント精度を高めることができる。

【００３３】 また本発明は、マスクをＩＣチップのサ
ーキュラー配置とし、該サーキュラー配置した領域の外
周の周縁部分から前記遮光パターンの内周部分までの領
域に、前記マスクを透かしてウエハ外形を確認できる範
囲の大きさで島状に遮光パターンを設けることを特徴と
する。

【００３４】 本発明に従えば、マスクをＩＣチップの
サーキュラー配置とし、そのサーキュラー配置した領域
の外周の周辺部分から遮光パターンの内周部分までの領
域に、マスクを透かしてウエハ外形を確認できる範囲の
大きさで島状に遮光パターンを設けることとしている。

【００３５】 さらに、本発明は、前記遮光パターン内
周とウエハとのクリアランスを１．５ｍｍ以下とするこ
とを特徴とする。

【００３６】 本発明に従えば、遮光パターン内周とウ
エハとのクリアランスを１．５ｍｍ以下としているの
で、高精度でかつ容易にアライメント時のウエハの外形
の確認が可能となる。

【００３７】

【００３８】

【００３９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて、図面を参照して説明する。本実施形態について、
ウエハ上にマスクを重ねたときのマスク側上部から見た
様子を示す平面図である図５を用いて説明する。なお、
図１（ａ）はウエハ全体を示す図であり、図１（ｂ）は
ウエハのオリエンテーションフラット周辺部におけるそ
の部分拡大図である。

【００４０】 本実施形態では、図１に示すように、４
インチサイズのウエハ９に対して、マスク７のアライメ
ントを行うものである。そして、マスク７上には複数の
ＩＣチップパターン８がサーキュラー配置され、マスク
７の中心部近傍には後のステッパーのアライメント時に
使用する粗調アライメントターゲット４が描画されてい
る。また、ウエハ９の外周部近傍に対応するマスク７の
部分にはウエハ外形（図中ウエハ９の外周実線部分）に
沿うように、ウエハ外形にほぼ相似し、かつウエハ外形
よりも大きな内周形状を有する遮光パターン７ａが設け
られている。なお、図１において、遮光パターン７ａ
は、マスク７の外周部分の白抜きの部分である。

【００４１】その遮光パターン７ａの内周は、１０１ｍ
ｍφに設定されている。これは、４インチウエハの外形
寸法（誤差含む）が１００±０．５ｍｍφであるので、
最大１００．５ｍｍφのウエハに対して０．５ｍｍのク
リアランス（最小９９．５ｍｍのウエハに対して１．５
ｍｍのクリアランス）を確保し、アライメント時にウエ
ハ外形が確認できるようにするためである。

【００４２】このような遮光パターン７ａを有するマス
ク７を用いて、ウエハ９が遮光パターン７ａの内側に入
るようにアライメントを行うことにより、上下、左右そ
れぞれの方向に対してのアライメント精度は、１.５ｍ
ｍφ以下に抑えることが可能となる。なお、このアライ
メント精度１．５ｍｍは、遮光パターン７ａの内径１０
１ｍｍφから、上記４インチウエハの外形寸法（誤差含
む）の最小の径サイズである９９．５ｍｍφを引いた値
である。

【００４３】また、上記遮光パターン７ａは、ある一定
の幅をもったリング形状としても良い。そうすると、遮
光パターンをリング形状としているので、よりアライメ
ント時にウエハの外形の確認が容易となり、さらにウエ
ハの外形に沿って遮光パターンを設けられるので、いず
れの方向に対しても高いアライメント精度を確保でき
る。

【００４４】また、本実施形態では、図１（ｂ）に示す
ように、ウエハ９のオリエンテーションフラット９ａ側
に相当するマスク７の部分に、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ
の段差をもつ階段状の遮光パターン１０を、ＩＣチップ
パターン８の配列方向と平行して設けている。このこと
により、この遮光パターン１０を指標として、ウエハ９
のオリエンテーションフラット９ａと平行になるように
アライメントすれば、θ方向（図面回転方向）に対して
も、アライメント精度を高めることができる。

【００４５】 以上のように説明したような構成によれ
ば、ＩＣチップパターンが方形配置されたマスクに対し
ては、充分に本発明による効果が得られる。しかしなが
ら、ＩＣチップパターン８をサーキュラー配置したマス
ク７に対しては、図１（ａ），（ｂ）に示すように、そ
のサーキュラー配置した領域の外周の周辺部分１１から
遮光パターン７ａの内周部分１２までの領域に、マスク
７の透過パターンを透かしてウエハ９の外形を確認でき
る範囲の大きさで島状に遮光パターン１０’を設ければ
良い。この遮光パターン１０’により、サーキュラー配
置した場合でも、ウエハ９とマスク７のパターンとのア
ライメントを容易に行うことができ、特にこの構成はサ
ーキュラー配置した場合に有効なものである。

【００４６】以上のような本実施形態の構成によれば、
マスク上にウエハ外形を利用したアライメントパターン
を設けるようにして、容易にアライメントを行うことが
可能となる。このことにより、本実施形態によれば、コ
ンタクトアライナーによる第１露光におけるウエハ中心
とマスクパターン中心とのアライメント精度が、従来で
は２ｍｍφであったのに対して、１．５ｍｍφまで改善
することが可能となった。

【００４７】 さらに、このようにアライメント精度が
向上することにより、コンタクトアライナーによる第１
露光以降のステッパーのアライメントに必要な粗調アラ
イメントターゲット（図１（ａ）の符号４）の長さを、
従来が４ｍｍであるのに対して、本実施形態では３ｍｍ
まで縮小することが可能となった。この結果、ＩＣチッ
プの収率を向上させることができ、コスト低減が可能と
なる。

【００４８】 なお、上記実施形態では４インチウエハ
について説明したが、本発明がこれに限定されるもので
はなく、どのようなウエハ径のものにも適用可能なもの
である。例えば、５インチウエハ（外形寸法（誤差含
む）１２５±０．５ｍｍφ）に対しては、図１の遮光パ
ターン７ａの内径を１２６ｍｍφに設定すれば、上記実
施形態と同様の効果を得ることができる。

【００４９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、コンタ
クト方式露光によるフォトリソグラフィ工程にて使用す
るマスクに、ウエハの外形にほぼ相似しかつ該ウエハ外
形よりも大きな内周形状を有する遮光パターンを設けて
いるので、アライメント時にウエハの外形を容易に確認
でき、アライメント精度を向上させることができると共
に、サーキュラー配置を用いた場合にも基準ウエハを作
製することなくアライメントが可能となる。しいては、
ウエハのＩＣチップ収率を向上させることができ、コス
ト低減を実現することが可能となる。また、コンタクト
アライナーで第１露光を行う際、ウエハとマスクパター
ンとのアライメント作業が格段に改善され、生産効率が
大幅に向上し、コストの大幅な削減に非常に有効であ
る。

【００５０】 また、遮光パターンをリング形状として
いるので、よりアライメント時にウエハの外形の確認が
容易となり、さらにウエハの外形に沿って遮光パターン
を設けられるので、いずれの方向に対しても高いアライ
メント精度を確保できる。

【００５１】

【００５２】 さらに、ウエハのオリエンテーションフ
ラット側に相当するマスクの部分に、ＩＣチップパター
ンの配列方向と平行して、階段状の遮光パターンを設け
たこととしている。

【００５３】 さらに、ウエハのオリエンテーションフ
ラット側に相当するマスクの部分に、ＩＣチップパター
ンの配列方向と平行して、階段状の遮光パターンを設け
ていので、その遮光パターンを指標にして、ウエハのオ
リエンテーションフラットと平行になるようにアライメ
ントすれば、θ方向（回転方向）に対しても、アライメ
ント精度を高めることができる。また本発明によれば、
島状の遮光パターンを設けるので、サーキュラー配置し
た場合でも、島状の遮光パターンが形成される領域の透
過パターンを透かしてウエハとマスクのパターンとのア
ライメントを容易に行うことができる。

【００５４】 さらに本発明によれば、遮光パターン内
周とウエハとのクリアランスを１．５ｍｍ以下としてい
るので、高精度でかつ容易にアライメント時のウエハの
外形の確認が可能となる。

【００５５】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の本実施形態の半導体装置の製造方法を
説明するための図であり、（ａ）はウエハ上にマスクを
重ねたときのマスク側上部から見た様子を示す平面図で
あり、図１（ｂ）はウエハのオリエンテーションフラッ
ト周辺部におけるその部分拡大図である。

【図２】ステッパーのアライメントシステムにおける粗
調アライメントを概念的に示した略図である。

【図３】ステッパーのアライメントシステムにおける微
調アライメントを概念的に示した略図である。

【図４】従来のミックス・アンド・マッチ方式でのコン
タクトアライナーによる第１露光時におけるＩＣチップ
パターンを方形配置したマスクとウエハとのアライメン
ト方法を説明ための平面図である。

【図５】従来のミックス・アンド・マッチ方式でのコン
タクトアライナーによる第１露光時におけるＩＣチップ
パターンをサーキュラー配置したマスクとウエハとのア
ライメント方法を説明ための平面図である。

【符号の説明】 ４ 粗調アライメントターゲット ７ マスク ７ａ，１０，１０’ 遮光パターン ８ ＩＣチップパターン ９ ウエハ ９ａ オリエンテーションフラット

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウエハとマスクとを密着させるコンタク
   ト方式の露光によるフォトリソグラフィ工程を施した後
   に、ウエハとマスクとの間にギャップを設け投影光学系
   を用いた投影方式の露光によるフォトリソグラフィ工程
   を行うミックス・アンド・マッチ方式の半導体装置の製
   造方法において、 前記コンタクト方式露光によるフォトリソグラフィ工程
   にて使用するマスクに、ウエハの外形にほぼ相似しかつ
   該ウエハ外形よりも大きな内周形状を有する遮光パター
   ンを設け、 前記遮光パターンをリング形状とし、 ウエハのオリエンテーションフラット側に相当するマス
   クの部分に、ＩＣチップパターンの配列方向と平行に、
   階段状の遮光パターンを設けることを特徴とする半導体
   装置の製造方法。
2. 【請求項２】 マスクをＩＣチップのサーキュラー配置
   とし、該サーキュラー配置した領域の外周の周縁部分か
   ら前記遮光パターンの内周部分までの領域に、前記マス
   クを透かしてウエハ外形を確認できる範囲の大きさで島
   状に遮光パターンを設けることを特徴とする請求項１記
   載の半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 前記遮光パターン内周とウエハとのクリ
   アランスを１．５ｍｍ以下とすることを特徴とする請求
   項１または２記載の半導体装置の製造方法。