JP5011359B2 - アラインメントマーク配置 - Google Patents

Description

本発明はアラインメントマーク配置及びアラインメントマーク構造に関し、特にウエハーアラインメントコントラストを改善するためのアラインメントマーク配置及びアラインメントマーク構造に関する。

ウエハーなどの半導体基板に集積回路（ＩＣ）を製造するために、複数層の導体と絶縁体とをパターン化し、互いに重なり合うように形成する必要がある。装置の正常動作を確保するために、ウエハーに先に形成した回路パターンに、各回路パターンをできるだけ精密に合わせて形成する必要がある。

レイヤーのアラインメントは通常、ウエハーステッパーにより行われる。ウエハーステッパーは、固定波長のレーザービームを用いて、半導体ウエハーにあるアラインメントマークの位置を感知する。レーザービーム光は、アラインメントマークにより回折され、その回折パターンを検出し、検出した回折パターンに基づいてウエハーとフォトマスクとの相対位置が調整される。

アラインメントマークからの回折光の性質は、アラインメントマークの構造、例えば材質、ステップ高さ（ｓｔｅｐ ｈｅｉｇｈｔ）、またはマークの大きさに直接関係している。

しかしながら、回路パターンを形成するためにウエハーに種々のプロセスを行わなければならず、これによりウエハー上のアラインメントマークの集積度は損なわれる。例えば、アラインメントマークがＣＭＰ（化学的機械的研磨）などの研磨技術により損傷し、アラインメントマークのステップ高さが減少したり破壊されたりすることがありうる。さらに、不透明または反射型のポリシリコン、金属シリサイド、または金属層が設けられると、アラインメントマークが検出できなくなる。アラインメントマークの反射率が低いかステップ高さが足りない場合、マークは検出しにくい。このようなマークの上に他のレイヤーが重ねられると、これによりマークの判別が妨げられる。

損傷したアラインメントマークを復旧または修復するための解決策が数多く提案されている。例えば、本来のアラインメントマークと重ならない新しいアラインメントマークを形成する方法、アラインメントマークにマスクを形成してアラインメントマークを研磨から守る方法などが挙げられる。

しかしながら、前述の解決策では、時間がかかり、空間の浪費となる。そのため、半導体ウエハーの空間浪費を減少し、アラインメントマークの画像コントラストを向上させることが望ましい。

本発明はアラインメントコントラスト及び正確性を改善するための新しい解決策を提供する。

本発明の一実施形態によれば、アラインメントマーク配置は、基板上にある複数の互いに平行な第一ストライプを含み、各第一ストライプは第一サイズを有する、第一アラインメントパターンと、第一アラインメントパターンの真上に設けられ、第一アラインメントパターンに重なる複数の互いに平行な第二ストライプを含み、各第二ストライプは第一アラインメントパターンの各第一ストライプの第一サイズより大きい第二サイズを有する、第二アラインメントパターンとを含む。

本発明の他の実施形態によれば、アラインメントマーク構造は、基板上に設けられた第一反射層と、反射層上に設けられた透明層と、透明層上に設けられたアラインメントパターンとを含む。

本発明によれば、アラインメントマークは特殊な配置を有し、前レイヤーのアラインメントパターンのサイズが現レイヤーのアラインメントパターンのサイズよりも小さい。アラインメントパターンのステップ高さは、現レイヤーのアラインメントパターンの表面と、前レイヤーのアラインメントパターンが設けられた基板上の反射層の表面とによって定められる。

アラインメントマーク配置の平面図である。 図１に示す線Ａ−Ａに沿って切断した、本発明の第１実施形態に係るアラインメントマークの断面図である。 図１に示す線Ａ−Ａに沿って切断した、本発明の第２実施形態に係るアラインメントマークの断面図である。 本発明の第３実施形態に係るアラインメントマーク構造の断面図である。 本発明の第４実施形態に係るアラインメントマーク構造の断面図である。

本発明に係る構造の特徴を詳述するために、具体的な実施形態を挙げ、図面を参照して以下に説明する。

図１はアラインメントマーク配置の平面図であり、図２は図１に示す線Ａ−Ａに沿って切断した、本発明の第１実施形態に係るアラインメントマークの断面図である。図１及び図２に示すように、アラインメントマーク配置１０は、基板２０上に設けられた複数の互いに平行な第一ストライプ１４を含む、第一アラインメントパターン１２を含む。各第一ストライプ１４は、第一サイズを有する。図１では第一アラインメントパターン１２と第一ストライプ１４とは破線で示されている。

第二アラインメントパターン１６は、第一アラインメントパターン１２と重なるように、第一アラインメントパターン１２の真上に設けられている。第二アラインメントパターン１６は、複数の互いに平行な第二ストライプ１８を含む。注意すべきは、第二アラインメントパターン１６のサイズである第二サイズは、第一アラインメントパターン１２の第一ストライプ１４の第一サイズよりも大きい点である。本発明の第１実施形態では、第一サイズと第二サイズとはそれぞれ、第一ストライプ１４と第二ストライプ１８の幅を指す。

第１実施形態では、第一ストライプ１４と第二ストライプ１８とはいずれも長方形である。第一ストライプ１４及び第二ストライプ１８をより詳しく説明するために、図２を参照する。図２では第一アラインメントパターン１２に含まれる第一ストライプ１４のうちの１本と、第二アラインメントパターン１６に含まれる第二ストライプ１８のうちの１本のみ示しており、他の第一ストライプ１４及び第二ストライプ１８は簡素化のために省略されている。第一アラインメントパターン１２は、図２に示す第一ストライプ１４を複数設置して形成したものであり、第二アラインメントパターン１６は、図２に示す第二ストライプ１８を複数設置して形成したものであることを、当業者は理解する。

図２に示すように、第一ストライプ１４は基板２０上に設けられ、望ましくは基板２０上にある長方形の突起である。第一ストライプ１４は反射層１５により被覆され、反射層１５は第一ストライプ１４から基板２０の表面にまで広がっている。反射層１５は、ポリシリコン、金属、炭素、金属シリサイド、及び窒化シリコンからなる群から選ばれる少なくとも１種類の材料で形成したものである。

反射層１５上には、実質的に透明な第１材料層１７が設けられている。第１材料層１７は、検知器から発せられたレーザービームなどの光を通過させることができる任意の材料で形成されており、望ましくは酸化シリコンにより形成されている。第二ストライプ１８は第１材料層１７の上に設けられ、望ましくは反射材料を含む長方形の突起である。例えば、第二ストライプ１８は、ポリシリコン、金属、炭素、金属シリサイド、及び窒化シリコンからなる群から選ばれる材料で形成したものである。

第一ストライプ１４は第一幅Ｗ_１を有し、第二ストライプ１８は第二幅Ｗ_２を有する。第二幅Ｗ_２は第一幅Ｗ_１より大きい。本実施形態では、第二幅Ｗ_２は第一幅Ｗ_１と反射層１５の厚さとの和より大きい。また、第一ストライプ１４は第一エッジＥ_１を有し、第二ストライプ１８は第二エッジＥ_２を有する。第一エッジＥ_１は第二エッジＥ_２から大きく離れた位置にある。

第一エッジＥ_１と第二エッジＥ_２との間には距離Ｄがあり、換言すれば第一エッジＥ_１と第二エッジＥ_２とは距離Ｄをもって離間している。第二ストライプ１８は、第一ストライプ１４の真上にあり、幅方向に沿って第一ストライプ１４に完全に重なっている。プロセスウィンドウをできれば大きくするために、距離Ｄは２００ｎｍ以上であることが望ましい。本実施形態では、第一幅Ｗ_１は１．２μｍであり、第二幅Ｗ_２は１．６μｍである。したがって、アラインメントプロセスの実行時、基板２０上にある第二ストライプ１８の表面と反射層１５の表面とはステッパーの検知器（図示せず）から発せられた光に露光されることによって、基板２０上の第二ストライプ１８の表面と反射層１５の表面との間のステップ高さＨ_１が検出される。これにより、プロセスにおけるアラインメントコントラストは改善される。第二幅Ｗ_２を第一幅Ｗ_１より大きくしなければならない理由は、検知器から発せられた光が第一ストライプ１４のトポグラフィーによって干渉されるのを防ぐためである。

前述した実施形態では、長方形の突起を第一ストライプ１４の例としているが、他の実施形態として基板２０に形成するトレンチパターンを第一ストライプ１４とすることもできる。

図３は、図１に示す線Ａ−Ａに沿って切断した、本発明の第２実施形態に係るアラインメントマークの断面図である。図２と同様に、第一アラインメントパターン１２に含まれる第一ストライプ１４のうちの１本と、第二アラインメントパターン１６に含まれる第二ストライプ１８のうちの１本のみとが示されており、他の第一ストライプ１４と第二ストライプ１８とは簡素化のために省略されている。第一アラインメントパターン１２は図３に示す第一ストライプ１４を複数設置して形成したものであり、第二アラインメントパターン１６は図３に示す第二ストライプ１８を複数設置して形成したものであることを、当業者は理解する。第１実施形態と第２実施形態との主な相違点は、第２実施形態における第一ストライプ１４と第二ストライプ１８とは長方形の突起でなく、トレンチパターンであることにある。

図３に示すように、第一ストライプ１４は基板２０をエッチングして形成した、凹状のトレンチパターンである。第一ストライプ１４は反射層１５により被覆され、反射層１５は第一ストライプ１４から、第一ストライプ１４の外側にある基板２０の表面にまで広がっている。第一ストライプ１４及び反射層１５上には、実質的に透明な第１材料層１７が設けられている。第１材料層１７は、望ましくは酸化シリコンにより形成されており、その上には第２材料層２１が設けられている。第二ストライプ１８はこの第２材料層２１に形成されたトレンチパターンである。第１材料層１７は、第二ストライプ１８を介して露光される。第２材料層２１は、ポリシリコン、金属、炭素、金属シリサイド、窒化シリコンなど反射性のある材料で形成したものである。第一ストライプ１４は第一幅Ｗ_１を有し、第二ストライプ１８は第二幅Ｗ_２を有する。第二幅Ｗ_２は第一幅Ｗ_１より大きい。

また、第一ストライプ１４は第一エッジＥ_１を有し、第二ストライプ１８は第二エッジＥ_２を有する。第一エッジＥ_１は第二エッジＥ_２から大きく離れた位置にある。第一エッジＥ_１と第二エッジＥ_２との間には距離Ｄがあり、換言すれば第一エッジＥ_１と第二エッジＥ_２とは距離Ｄをもって離間している。プロセスウィンドウの十分なサイズを確保するために、距離Ｄは２００ｎｍ以上であることが望ましい。本実施形態では、第一幅Ｗ_１は１．２μｍであり、第二幅Ｗ_２は１．６μｍである。したがって、アラインメントプロセスの実行時、基板２０上にある第２材料層２１の表面と反射層１５の表面とは、ステッパーの検知器（図示せず）から発せられた光に露光されることによって、基板２０上の第２材料層２１の表面と反射層１５の表面との間のステップ高さＨ_２は検出される。これにより、プロセスにおけるアラインメントコントラストは改善される。以上は、トレンチパターンを第一ストライプ１４の例としているが、他の実施形態として基板２０上の長方形の突起を第一ストライプ１４とすることもできる。

図４は本発明の第３実施形態に係るアラインメントマーク構造の断面図である。図４に示すように、反射層５５が設けられた基板６０にはアラインメントマーク構造５０が設けられている。反射層５５の上には透明層５７が設けられており、透明層５７の上には、少なくとも１つの長方形突起５８を含むアラインメントパターンが設けられている。アラインメントパターンは、図４に示す長方形突起５８を複数設置して形成したものである。反射層５５は、ポリシリコン、金属、炭素、金属シリサイド、及び窒化シリコンからなる群から選ばれる少なくとも１種類の材料で形成したものである。透明層５７は、検知器から発せられたレーザービームなどの光を通過させることができる任意の材料で形成されており、望ましくは酸化シリコンで形成されている。長方形突起５８は反射性を有し、換言すれば長方形突起５８は検知器からのレーザービームを反射することができる。ある状況においては、長方形突起５８のエッジは、レーザービームを回折することができる。

アラインメントプロセスにおいて、基板６０上にある長方形突起５８と反射層５５とは、ステッパーの検知器（図示せず）から発せられた光に露光されることによって、基板６０上の長方形突起５８の表面と反射層５５の表面との間のステップ高さＨ_３が検出される。これにより、アラインメントコントラストは改善される。

図５は本発明の第４実施形態に係るアラインメントマーク構造の断面図である。第４実施形態の第３実施形態との相違点は、アラインメントパターンが第３実施形態のような長方形突起でなく、複数のトレンチパターンを含むことにある。図５において、図４と同様の特性を有する部材には、図４と同じ番号が付されており、詳しくは図４を参照する。図５に示すように、透明層５７の上には反射層６２が設けられている。反射層６２は、ポリシリコン、金属、炭素、金属シリサイド、及び窒化シリコンからなる群から選ばれる少なくとも１種類の材料で形成したものである。透明層５７の上にある反射層６２には、少なくとも１つのトレンチパターン５８を含むアラインメントパターンが設けられている。アラインメントパターンは図５に示すトレンチパターン５８を複数設置して形成したものである。

アラインメントプロセスにおいて、反射層６２の表面と基板６０上の反射層５５とはステッパーの検知器（図示せず）から発せられた光に露光されることによって、反射層６２の表面と基板６０上の反射層５５の表面との間のステップ高さＨ_４が検出される。これにより、アラインメントプロセスにおいてアラインメントコントラストは改善される。

本発明の第１実施形態と第２実施形態とによれば、第一アラインメントパターンの幅は第二アラインメントパターンの幅より小さい。そのため、第二アラインメントパターンと基板上の反射層とは検知器により検出できる。検知器から発せられた光は第一アラインメントパターンのトポグラフィーにより妨げられない。

本発明の第３実施形態と第４実施形態とによれば、現レイヤーの上には１つのアラインメントパターンしかなく、前レイヤーにアラインメントパターンを設けるかどうかは任意である。したがって、アラインメントパターンと基板上の反射層との間のステップ高さは検知器により検出され、アラインメントコントラストは改善される。

以上は本発明の好ましい実施形態であって、本発明の実施の範囲を限定するものではない。よって、当業者のなし得る修正、もしくは変更であって、本発明の精神の下においてなされ、本発明に対して均等の効果を有するものは、いずれも本発明の特許請求の範囲に属するものとする。

１０ アラインメントマーク配置
１２ 第一アラインメントパターン
１４ 第一ストライプ
１５ 反射層
１６ 第二アラインメントパターン
１７ 第１材料層
１８ 第二ストライプ
２０ 基板
２１ 第２材料層

Claims (9)

1. アラインメントマーク配置であって、
   基板上にある複数の互いに平行な第一ストライプを含み、各第一ストライプは第一サイズを有する第一アラインメントパターンと、
   前記第一アラインメントパターンの真上に設けられ、前記第一アラインメントパターンと重なる、複数の互いに平行な第二ストライプを含み、各第二ストライプは、前記第一アラインメントパターンの前記各第一ストライプの前記第一サイズより大きい第二サイズを有する第二アラインメントパターンとを含み、
   前記各第一ストライプ及び前記各第二ストライプは長方形であり、前記各第一ストライプは第一幅を有し、前記各第二ストライプは第一幅より大きい第二幅を有し、
   前記第二ストライプは反射材料を含み、
   前記第二ストライプは第一材料層に直接形成されており、
   前記第一材料層は実質的に透明であり、
   前記各第一ストライプは反射層により被覆され、反射層は基板の表面に広がっており、
   前記反射層の表面と前記各第二ストライプの表面との間に、ステップ高さが設けられている、アラインメントマーク配置。
2. 前記第一幅は１．２μｍであり、前記第二幅は１．６μｍである、請求項１に記載のアラインメントマーク配置。
3. 前記各第二ストライプは第二エッジを含み、前記第一ストライプは第二エッジから離れている第一エッジを含む、請求項１に記載のアラインメントマーク配置。
4. 前記第一エッジと前記第二エッジとは２００ｎｍ以上の距離で離間している、請求項３に記載のアラインメントマーク配置。
5. 前記反射材料は、ポリシリコン、金属、炭素、金属シリサイド、及び窒化シリコンからなる群から選ばれる、請求項１に記載のアラインメントマーク配置。
6. 前記第二ストライプは、前記第一材料層の上にある第二材料層の中に形成されたトレンチパターンである、請求項１に記載のアラインメントマーク配置。
7. 前記第二ストライプは前記第一材料層の上に形成された突起である、請求項１に記載のアラインメントマーク配置。
8. 前記反射層は、ポリシリコン、金属、炭素、金属シリサイド、及び窒化シリコンからなる群から選ばれた少なくとも１種類の材料で形成されている、請求項１に記載のアラインメントマーク配置。
9. 前記第一材料層は酸化シリコンを含む、請求項１に記載のアラインメントマーク配置。

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