JPH01184824A - 位置合わせ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電子ビーム又はイオンビーム等を用いて直接
露光することにより半導体デバイスを製造する場合にお
いて、下地のパターンに重ね合わせてパターンを露光す
る際に用いられろ位置合わせ方法に関するものである。

（従来の技術） 従来、電子ビーム又はイオンビーム等のｉ？Ｅｔビーム
を用いて直接露光することにより半４体デバイスを製造
する場合、下地のパターンにマスクのパターンを重ね合
わせて露光する必要がある。

この場合、二つのパターンを精度よく重ね合わせるため
、下地パターンの中に位置合わせ用マークを予め形成し
ておき、位置合わせする時には、最初に上記位置合わせ
マークを荷電ビームで走査し、そのときの反射電子信号
又は二次電子信号を検出することによりその位置を求め
る。続いて、求めたその値に基づいて、露光装置の座標
系に対する下地パターン座標のオフセット、回転、伸び
縮み量を計算し、露光に際してそれらの量の補正を行っ
て露光位置が調整され、下地パターンと露光パターンと
が精度よく重ね合わせられる。

第４図は上記重ね合わせ露光方法に用いられる位置合わ
せ用マークの例である。第４図（ａ）は十字状のマーク
、第４図（ｂ）は井桁状の形状のマークであり、これら
のマークの放射状に延びる直線部分を荷電ビームが走査
したときに上記反射電子信号又は二次電子信号が検出さ
れる。

この重ね合わせ露光を行うためには、下地パターンの少
なくとも三箇所に上記位置合わせ用マークを形成する必
要がある。

第５図はウェハ上の三箇所に位置合わせ用マークを形成
した例を示す。

図において、１はシリコンウェハであり、三箇所に十字
形状の位置合わせ用マーク２が形成されている。

第６図は位置合わせ用マークの配列の他の例を示す図で
ある。

この例においては、重ね合わせの精度を向上させるため
、ウェハ上に多数の位置合わせ用マーク２が形成されて
いる。この場合、各々の位置合わせ用マークで囲まれる
領域ごとに重ね合わせ露光が繰り返される。この露光方
法はグイ・パイ・ダ′イ重ね合わせ方法と称される。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、半導体デバイスの製造には、複数回の重ね合
わせ露光及び現像、エツチング等のパターン加工処理が
必要であり、これらの過程において位置合わせ用マーク
のエツジの形状が次第に劣化し、位置検出精度が低下す
るという問題が生じていた。

そこで、上記問題を解決するために、第７図に示すよう
な位置合わせ用マークの形成方法が提供されている。

この方法によれば、半導体デバイスの製造過程において
、必要に応じて、ウェハ上の別の箇所に新たに位置合わ
せ用マークが形成される。図において、３はすでに形成
されていた位置合わせ用マーク、４は新規に形成された
位置合わせ用マークである。

しかしながら、上記の位置合わせ用マークの形成方法に
おいては、なお以下のような問題点があった。すなわち
、 （１）位置合わせ用マークの位置検出方法には、オート
アライメント方法とマニュアルアライメント方法の二種
類があるが、両方法とも、位置合わせ用マークの大きさ
は、２０００〜８０００μｍ程度を必要とする。したが
って、上記方法のように半導体デバイスの製造過程にお
いて、ウェハ上の別の箇所に新たに位置合わせ用マーク
を形成するためには、大きい面積を必要とし、新たに位
置合わせ用マークを形成しただけデバイスチップの数を
削減せざるを得ず、その結果、製造コストが高くなって
しまう。

また、第６図に示すようなグイ・パイ・グイ重ね合わせ
方法においては、さらに−層大きい面積を必要とし、実
益上困難であった。

（２）半導体デバイスの製造過程において、ウェハ上の
別の箇所に新たに位置合わせ用マークが形成されると、
重ね合わせ露光の位置合わせの座標が変化するので、重
ね合わせ精度の不安定性の要因となる。

この出願の第一の発明は、上記問題点を除去するために
、位置合わせ用マーク形成のために必要な面積を最小に
して、安定した重ね合わせ露光を可能にする位置合わせ
用マークを形成し、該位置合わせ用マークによって露光
位置を調整する方法を提供することを目的とする。

さて、前述した従来の位置合わせ方法においては、位置
合わせ用マークの位置を検出することによって露光位置
を調整することはできるが、重ね合わせ露光において発
生する位置合わせずれを、次の重ね合わせ露光ヘフィー
ドバソクする手段がないため、良好な重ね合わせ精度を
安定に得ることができない。

そこで、この問題を解決するため、位置合わせずれを評
価するためのパターンを、半導体デバイス製造工程の重
ね合わせ露光によって別のシリコン・ウェハ上に形成し
て、位置合わせずれを実験的に求め、その結果をオフセ
ット値として次の重ね合わせ露光ヘフィードバソクする
方法が提供されている。

しかしながら、位置合わせ精度に最も影響を与えるシリ
コン・ウェハの平面度、位置合わせ用マークのエツジ形
状が、半導体デバイス製造工程に依存して変化するため
、上記方法を採用する場合には、各工程に対してオフセ
ット値・を求める必要があり、そのため多大の時間を必
要としていた。

また、各シリコン・ウェハごとにその平面度及び位置合
わせ用マークのエツジ形状が異なるため、良好な重ね合
わせ精度を得ることが難しいといった問題があった。

この出願の第二の発明は、位置合わせずれを評価するた
めのパターンを、半導体デバイス製造工程の重ね合わせ
露光によって別のシリコン・ウェハ上に形成してオフセ
ット値を求める必要がなく、良好で安定した位置合わせ
精度を得ることのできる位置合わせ方法を提供すること
を目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、上記問題点を解決するために、第１の発明は
、下地パターンに形成した既存の位置合わせ用マークの
各先端部を中心座標を同一にして微小量延長することに
よって、該位置合わせ用マークを新規に形成し、該マー
クの位置を検出することによって下地パターンのずれ量
を求め露光位置の調整を行うものである。

第２の発明は、重ね合わせ露光ごとに、下地パターンに
形成した既存の位置合わせ用マークの各先端部を微小量
延長することによって該位置合わせ用マークを新規に形
成し、各重ね合わせ露光時に、その時点で形成されてい
るすべての位置合わせ用マークの位置を検出し、該検出
値によって下地パターンのずれ量を補正するものである
。

（作用） 本発明によれば、上記のように、既存の位置合わせ用マ
ークの各先端部を中心座標を同一にして微小量延長する
ことによって、該位置合わせ用マークを新規に形成する
ことにより、常に新しい位置合わせ用マークが下地パタ
ーン上に形成されることになり、露光位置の調整が正確
になる。

また、重ね合わせ露光ごとに、位置合わせ用マークが新
規に形成され、各重ね合わせ露光時に、その時点で形成
されているすべての位置合わせ用マークの位置を検出し
、該検出値によって下地パターンのずれ量を補正するた
め、重ね合わせ精度を安定して得ることができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細
に説明する。

第１図は第１の発明の位置合わせ方法に用いられる位置
合わせ用マークの形成の説明図である。

第１図軸）は当初下地パターン上に形成される位置合わ
せ用マークを示す。この図において、縦横それぞれａ　
　（２０００μｍ）の長さの十字形状体５で作られてい
る。

第１図（ｂ）は半導体デバイスの製造過程において、位
置合わせ用マークが劣化したとき等において、新たに形
成される位置合わせ用マークを示す。

十字形状体５の各先端部が微小！（１００ｐ＋ｍ）延長
されて、位置合わせ用マーク６が形成され、それ以降の
位置合わせに使用される。この場合、十字形状体５と位
置合わせ用マーク６とは、それぞれの中心がシリコン・
ウェハの上の同じ座標上で一致するように形成される。

位置合わせ用マークは、縦横それぞれｂ　　（２２００
μｌ１１）の長さになる。

第１図（ｃ）は位置合わせ用マークをさらに形成した状
態を示す。位置合わせ用マーク６のさらに外側に位置合
わせ用マーク７が形成され、それ以降の位置合わせに使
用される。この場合も十字形状体５と位置合わせ用マー
ク７とは、それぞれの中心がシリコン・ウェハの上の同
じ座標上で一致するように形成される。全体の位置合わ
せ用マークは、縦横それぞれＣ（２４００ｐ　ｓＩ）の
長さになる。

このように位置合わせ用マークを形成していくと、最終
的には位置合わせ用マークは、第２図に示すような形状
になる。

第２図において、８，９．１０は、それぞれ位置検出の
ため荷電ビームを走査させる位置を示している。新たに
位置合わせ用マークを延長形成するにつれて、荷電ビー
ムの走査位置は、外方向に変化させられる。

第１図において、寸法ａは、位置合わせ用マークの自動
検出、又は目視検出のために使用されるが、粗検出に使
用されるため２０００〜ａｏｏｏμ鋼程度必要になる。

しかし、第１図（ｂ）　、　（ｃ）の位置合わせ用マー
ク延長部分６．７は、粗検出に使用されないので、短く
することができる（１００μＩＩ＋）。したがって、位
置合わせ用マークの形成面積を小さくすることができる
。

次に、第３図に、第２の発明の実施例を示す。

この実施例においては、４回の重ね合わせ露光が行われ
る。第３図（ａ）は、当初の露光により形成される下地
の中の位置合わせ用マーク１０を示す。

位置検出のため、位置１４を荷電ビームによる走査が行
われる。その後、第３図（ｂ）　、　（Ｃ）　、　（ｄ
）のように順次重ね合わせ露光が実施され、そのつど新
たに位置合わせ用マーク１１．１２．１３が形成されて
行く、第３図（ｄ）は最終的に形成される位置合わせ用
マークであり、これが、第５図に示すように、シリコン
・ウェハ１上の三箇所に形成される。

ここで、第３図（ｂ）　、　（ｃ）　、　（ｄ）のよう
に重ね合わせ露光を行う場合、新規に形成される位置合
わせ用マーク１１．１２．１３は、既に形成した位置合
わせ用マークの中心に合わせて形成する必要があるが、
実際には、露光装置の精度やウェハのそり等のために図
に示すように既存の位置合わせ用マークと新規の位置合
わせ用マークとの間で中心がずれてしまうことがある。

そこで、本発明は、第３図（ｂ）において、二つの位置
合わせ用マーク１０．１１の位置の検出を行う。

そして、そのずれ量（ΔＸｌ＋　　Δｙ＋）を補正して
二回目の重ね合わせ露光を行う。このとき、第３図（ｃ
）に示すように位置合わせ用マーク１２を新たに形成す
る。

次いで、三つの位置合わせ用マーク１０．１１．１２の
位置を検出して、位置合わせ用マーク１０に対する位置
合わせ用マーク１１．１２のずれ量として、（ΔＸＩ＋
　　Δｙ＋）及び（ΔＸ２＋　　Δｙｚ）が求められる
。

そして、それらが平均化されて、 （２Δ×１＋ΔＸｇ）／２．　　（２Δｙｌ十Δ、、）
／２となり、これらの量を補正して３回目の重ね合わせ
露光を実施する。そしてこのとき、第３図（ｄ）の位置
合わせ用マーク１３が新たに形成される。

上記位置合わせ用マーク１３は、４回目の重ね合わせ露
光に使用する位置合わせ用マークとなる。

そのとき、上記と同様に、 （３Δχ１＋２Δｘ２＋ΔＸ３）／３゜（３Δｙ１＋２
Δｙ２＋Δｙｚ）／３ を補正して重ね合わせ露光を実施する。

なお、１４．１５．１６．１７は、それぞれ位置検出の
ため荷電ビームを走査させる位置を示している。

上記実施例においては、４回の重ね合わせ露光を行う例
としたが、任意の回数の重ね合わせ露光を実施してもよ
い、また、位置合わせ用マークの検出信号（反射電子信
号又は二次電子信号）に、闇値を設け、検出信号の良好
な位置合わせ用マークのみに基づいて補正を加えるよう
に構成することも可能である。

また、上記実施例においては、当初に形成した下地パタ
ーンに良好な位置合わせを行うための補正を行ったが、
途中の露光で形成した位置合わせ用マークを基準にし、
その露光で形成されたパターンに対して良好な重ね合わ
せ露光をするために同様の補正を行うことも可能である
。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これ
らを本発明の範囲から排除するものではない。

（発明の効果） 以上、詳細に説明したように、第１の発明によれば、以
下の効果を奏することができる。

（１）位置合わせ用マークを新たに形成していくことに
より、位置合わせ用マーク形成面積を最小限に留めるこ
とができ、シリコン・ウェハ上にデバイスチップをより
多くとることが可能になる。その結果、ダイ・パイ・グ
イ重ね合わ上方法を採用することもでき、重ね合わせ精
度の向上が可能となる。

（２）位置合わせ用マークの中心座標は、シリコン・ウ
ェハ上で変わらないので、デバイス製造時における全て
の直接露光工程において、同一条件で重ね合わせ露光を
することが可能となり、重ね合わせ精度の安定を図るこ
とができるとともに、逆に、重ね合わせ精度の悪化原因
を調べることが容易になる。

また、第２の発明によれば、以下の効果を奏することが
できる。

（３）重ね合わせ露光による位置合わせずれを次回の露
光にフィードバックして補正を加えることが可能になる
ので、良好でかつ安定した位置合わせ精度を得ることが
できる。

（４）位置合わせずれをフィードバックするためのパタ
ーン（新たに形成する位置合わせ用マーク）は、半導体
デバイスを製造するシリコン・ウェハ上にあり、別のシ
リコン・ウェハを用い、位置合わせずれを実験的に求め
これを補正する従来の方法に比べて、補正誤差が少なく
なる。

（５）位置合わせ用マーク形成面積を従来方法に比べて
非常に小さくすることができるため、半導体デバイス形
成面積を削減することがない。

（６）すべての露光工程において、位置合わせ用マーク
を形成し、かつその検出信号を求めるため、複数の位置
合わせ用マークの中から、位置検出精度を良好にする位
置合わせ用マークを選定して組み合わせることができる
ため、どの露光工程で形成した位置合わせ用マークを用
いたらよいかの選択決定が容易になる。

（７）位置合わせ用マークは、−点を中心にして微小領
域に形成されているため、従来の位置合わせと同程度の
所要時間ですべての位置合わせ用マークを検出すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の位置合わせマークの形成の説明図、第
２図はその位置置台わせ用マークの最終的な状態を示す
図、第３図は本発明の位置合わせマークの他の例を示す
回、第４図は従来の位置合わせ用マークを示す図、第５
図は同位置合わせ用マークの配列を示す図、第６図は同
位置合わせ用マークの配列の他の例を示す図、第７図は
同位置合わせ用マークの配列の更に別の例を示す図であ
１・・・シリコン・ウェハ、２・・・位置合わせ用マー
ク、５・・・既存の位置合わせ用マーク、６．　７．１
１゜１２、１３・・・新規の位置合わせ用マーク、８．
　９．１０゜１４、１５．１６．１７・・・荷電ビーム
の走査位置。 特許出願人　沖電気工業株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）下地パターンに形成した既存の位置合わせ用マー
   クの各先端部を中心座標を同一にして微小量延長するこ
   とによって該位置合わせ用マークを新規に形成し、該マ
   ークの位置を検出することによって下地パターンのずれ
   量を求め露光位置の調整を行うことを特徴とする位置合
   わせ方法。
2. （２）重ね合わせ露光ごとに、下地パターンに形成した
   既存の位置合わせ用マークの各先端部を微小量延長する
   ことによって該位置合わせ用マークを新規に形成し、各
   重ね合わせ露光時に、その時点で形成されているすべて
   の位置合わせ用マークの位置を検出し、該検出値によっ
   て下地パターンのずれ量を補正することを特徴とする位
   置合わせ方法。