JPH02150014A - 露光位置合わせ方法 - 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、半導体装置、特にゲートアレイ、例えばＤ−
ＲＡＭ　（、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモ
リ）の製造過程で用いられる複数のリングラフィ工程で
の露光パターンの位置合Ｉｔに適用して好適な露光位置
合＆ｈト方法に係わる。

〔発明の概要〕

本発明は、半導体装置の製造過程で用いられる複数のリ
ングラフィ工程での露光パターンの位置合せを行なう露
光位置合せ方法に係わり、その半導体装置の製造工程に
おける第１の工程で作られる第１の方向の位置検出用の
第１のマークと、第２の工程で作られる上記第１の方向
と直交する第２の方向の位置検出用の他の第２のマーク
とが形成され、これに対するマーク検出照射によって位
置検出を行なうようにして、上述の第１及び第２の工程
後の第３の工程におけるリングラフィ工程の露光の位置
合せを高精度に行なうことができるようにする。

〔従来の技術〕

半導体装置を製造する場合、微細パターンの形成の組合
せによって目的とする半導体装置を得ることが一般的で
あり、各微細パターンの製造工程においては、それぞれ
フォトリングラフィが適用されることから、各種半導体
装置の製造においては、複数のフォトリングラフィ工程
を伴なう。この場合、そのフォトリソグラフィ工程は先
に形成したパターンと相対的に所定の位置を保持して形
成することが必要であることから、フォトリングラフィ
における露光パターンの位置合せの精度が重要となる。

フォトリングラフィ工程においては、半導体ウェファ上
に塗布したフォトレジストに対して所定のパターンの露
光を行ない、その後これを現像して所定のパターンのフ
ォトレジスト膜を形成し、これを例えばエツチングレジ
ストとして選択的エツチングを行なってゲート電極のパ
ターン化、絶縁層に対する電極ないしは配線のコンタク
ト窓の穿設、不純物導入マスクの形成などを行′なうと
いう方法がとられる。

第３図は縮小投影露光装置の路線的構成図を示し、この
場合圧いに直交する第１及び第２の方向、すなわちＸ方
向及びＹ方向に移動し得るステージ（１）上に半導体ウ
ェファ（２）が載置され、これに対して投影レンズ系（
３）を介して露光パターン（４）いわゆるチクルが配置
される。ステージ（１）は、露光処理に先立って露光パ
ターン（４）との相対的位置間係が所定の基準位置とな
るようにＸ及びＹ方向に関して移動調整される。この状
態で露光光源からの光りを露光パターン（４）を介して
ウェファ（２）上に形成したフォトレジストに対して照
射する露光処理が行われる。この露光処理はステージ（
１）を順次Ｘ方向及びＹ方向にステップ移動してウェフ
ァ（２）上に縦横にそれぞれに配列される半導体装置の
チップ形成部（５）に対して繰り返し行われる。

例えば、ＭＯＳ（絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）
によるメモリ素子を形成する場合について、第４図の平
面図と第５図に示した第４図のＡＡ線の断面図とを参照
して説明すると、この場合半導体フェファ（２）のＭＯ
３素子の形成部、すなわち活性領域（１０）以外のいわ
ゆるフィールド部（１１）に第４図に斜線を付して示す
ように局部的熱酸化によって形成した厚い酸化膜より成
る表面絶縁層（１２）が形成される。そして活性領域（
１０）上には例えばゲート絶縁層を構成する薄い５ｉｎ
２絶縁膜（１３）が熱酸化等によって形成され、この絶
縁膜（１３）上に活性領域（１０）上を横切って、例え
ば多結晶シリコンより成るゲート電極（１４）が被着形
成される。

また、活性領域（１０）上のゲート電極（１４）を挟ん
でその両側、すなわちソース及びドレイン領域となる部
分上に、ソース及びドレインの各電極ないしは配線層を
オーミックにコンタクトするためのコンタクト窓（１５
）が絶縁膜（１３）に穿設される。

このような半導体装置を構成する場合、まず表面絶縁層
（１２）を活性領域（１０）以外のフィールド部（１１
）に形成するには、活性領域（１０）に耐酸化マスク例
えば５ｉＪ４　マスクを選択的に形成する。すなわち先
ず耐酸化マスクを全面的に形成し、第１のフォトリング
ラフィによってその耐酸化マスクのパターン化が行なわ
れ、これによって覆われた部分以外を例えば熱酸化する
いわゆるＬＯＣＯＳ　によって表面絶縁層（１２）の形
成が行われる。次にゲート電極（１４）の形成にあたっ
ては、例えば多結晶シリコン層を全面的に形成し、不要
部分を第２のフォトリングラフィの適用による選択的エ
ツチングによって除去してゲート電極（１４）を形成す
る。さらにまた、活性領域（１０）上に形成された薄い
絶縁膜（１３）に対するコンタクト窓（１５）の穿設も
第３のフォ）　ＩＪソゲラフイエ程によって選択的エツ
チングによって行なわれる。このように繰り返えしフォ
トリソグラフィによる微細パターンの形成が行なわれる
ものであるが、例えば第２のフォトリングラフィ工程に
よるゲート電極（１４）の形成にあたっては、先に形成
した表面絶縁層（１２）のパターンを基準にして第２図
で説明した露光パターン（４）のウェファ（２）に対す
る相対的位置合せを必要とし、また、コンタクト窓（１
５）の形成にあたっては表面絶縁層（１２）とゲート電
極（１４）の両者との位置関係においてその位置合せを
行なうことが必要となる。

この各工程の露光パターンの位置合せは、通常第６図に
示すようにウェファ（２）上のそれぞれ半導体装置が形
成されるべき縦横に配列されて最終的に分断されるチッ
プ形成部（５）間のその分断線、いわゆるスクライブラ
イン部分すなわちウェファ（２）の実質的無効部分に位
置合せのためのマークの形式を行う。この場合、露光装
置が例えばＸ方向及びＹ方向に関してそれぞれ独立に位
置検出を行うようにされた露光装置を用いる場合、第７
図にその要部を拡大して示すように、Ｘ方向位置検出用
とＹ方向検出用の各１組の露光マスク位置合せ用の第１
のマーク（１７）を第１の工程、例えば表面絶縁層（１
２）のパターン形成の第１のフォトリングラフィ工程と
同時に例えばＸ方向及びＹ方向の各スクライブライン（
１６）上に形成する。これら第１のマーク（１７）は、
第８図Ａに示すように、例えばＹ（またはＸ）方向に配
列された複数（図においては７個）の凹部または凸部に
よるマークパターン（１９）が配列されたシングルマー
ク（２０）がＸ（またはＹ）方向に複雑列（図において
は４列）に配列されて成るマルチマークよりなる。

そして第２の工程、例えばゲート電！（１４）のパター
ン化のフォトリングラフィ時の位置合せに当っては第１
のマーク（１７）にマーク検出線例えばレーザー光をＸ
方向及びＹ方向にそれぞれ相対的にスキャンし、回折光
によって第８−８に示すようなシングルマーク（２０）
の配列数に対応する信号ピーク数と位置関係を有する電
気信号を取り出し、この電気信号のピーク位置ａ、ｂ、
ｃ、ｄの平均化によってそのＸ及びＹの位置検出を行い
、これによって第２図におけるウェファ（２）と露光パ
ターン（４）との相対的位置関係をＸ及びＹ方向に関し
て調整してゲート電極（１４）の形成における第２のリ
ングラフィ工程の露光位置合せ、すなわち露光パターン
（４）の位置合せを行なう。

そして、この第２のフォトリングラフィ工程において、
これと同時に第７図に示すように、同様にＸ及びＹ方向
のスクライブライン（１６）上に第２のマーク（１８）
を、第８図Ａで説明したと同様のパターンに形成し、同
様の方法によって位置検出を行ってこれによって第３の
フォトリングラフィ工程、例えばコンタクト窓　（１５
ンの穿設のための作業を行う。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上述した方法による場合、第２のフォトリソ
グラフィ工程での第１のマーク（１７）を用いたＸ及び
Ｙ方向の各位置合せの誤差、すなわちＸ及びＹ方向の各
位置ずれ量をａとし、また第３のフォトリングライフイ
エ程での第２のフォトリングラフィ工程によって形成し
た第２のマーク（１８）を用いた位置合せの位置ずれ里
を例えば上述の位置ずれ量とほぼ同等のａであるとする
と、第３の工程°によって形成したコンタクト窓（１５
）の、表面絶縁層（１２）とゲート電極（１４）との両
者に対するＸ及びＹ方向の各位置合せのばらつきの各平
均はそれぞれ、 ム】コ５７−通ａ　　　・・・・・・（１）となる。

本発明においては、このような第１及び第２の工程にお
ける位置合せの精度を少なくともＸまたはＹに関して前
述したａａより減少させることを目的とする。

すなわち本発明においては、特定のパターンによる半導
体装置の製造において、或いは目的とする半導体装置を
特定のパターンにすることによって本発明方法を適用し
て精度の向上をはかろうとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明にふいては、例えば第１図に示すように、半導体
装置の製造工程における第１の工程で作られる第１の方
向の図においてＸ方向の位置検出用の第１のマーク（３
１）と、第２の工程で作られる上記第１の方向と直交す
る第２の方向図においてＹ方向の位置検出用の第２のマ
ーク（３２）とが形成され、マーク（３１）及び（３２
〉に対するマーク検出線照射すなわちＸ方向及びＹ方向
の相対的スキャンによって位置検出を行なって、第３の
工程の露光パターンの位置合せを行なう。

〔作用〕

本発明方法によれば、第３の工程におけるマスク合せに
おいて一方向すなわち例えばＸ方向に関しては、第１の
工程で形成した第１のマーク（３１）によって位置合せ
を行うので第２の工程で生じるマスク合せのずれを排除
できる。

〔実施例〕

本発明方法の一例を説明する。この場合、露光装置とし
ては、１層（ル−ヤー）のマークのみを検出できる例え
ばニコン製のステッパー（ＮＳＲ）を用いる場合である
。

本発明においては、例えば第２図にその平面図を示すよ
うに、一方向例えばＹ方向に延在する共通の活性領域（
１０）に、多数のゲート電極り１４）が平行配列されて
各ゲート電極（１４）の両側にそれぞれ第３の工程によ
るパターン例えばコンタクト窓（１５）が穿設されるゲ
ートアレイ型構成とするか、或いはこの構成をとるゲー
トアレイ型半導体装置を得る場合に適用する。第２図に
おいて、第４図と対応する部分には同一符号を付して重
複説明を省略する。すなわち、この場合、コンタクト窓
（１５）はＹ方向に関してゲート電極（１４）の縁！（
１４ａ）との間隔ｄ、を最小設計ルールに、またＸ方向
に関して表面絶縁層（１２）の縁部（１２ａ）　　との
間隔ｄ８を最小設計ルールにするものである。この場合
について、その製造手順を説明する。

第１のフォトリングラフィ工程を伴う第１の工程、すな
わち表面絶縁層（１２）を形成する。この表面絶縁層（
１２）の形成は例えばいわゆるＬＯＣ［ｌＳ　によって
行う。すなわち活性領域（１０）となる部分に耐酸化の
Ｓｉ、Ｎ、マスクを形成し、これを酸化マスクとして熱
酸化してフィールド部（１１）に厚いＳｉＯ□表面絶！
！層（１２）を形成する。そして、このＬｏｇ：Ｏ３工
程において、第１図に示すように通常のようにＸ方向及
びＹ方向に沿うスクライブライン上に第１のマーク（３
１）を形成する。これら第１のマーク（３１）は例えば
第７図Ａで説明したと同様にそれぞれＹ方向にまたはＸ
方向に例えば７個のＸ方向またはＹ方向に例えば４列配
列されたマークパターン（１９）を絶縁層（１２）によ
る凸部として形成される。

そして活性領域（１０）に酸化処理を行ってゲート絶縁
膜となる絶縁膜（１３）を形成する。

次に第２の工程すなわち、第３図及び第４図で示したゲ
ート電極（１４）の形成を行う。

すなわち、ゲート電極（１４）を形成する例えば多結晶
シリコンの全面的Ｃｖ１３（化学的気相成長）と、これ
の上に全面的にフォトレジストを塗布する工程を経てこ
のフォトレジスト層に対する第３図で示したパターン露
光をＮＳＲ装置によって行う。

この場合、上述した第１の工程で形成した第１のマーク
（３１）にマーク検出線、例えばレーザー光をＸ及びＹ
方向にスキャンして、その回折光を光−電気変換によっ
て検出して第８図で説明した作業によって位置検出と、
これによる光パターン（４）とウヱファ（２）の位置合
せをＸ及びＹ方向について行って、フォトレジスト層に
対する露光処理を行う。

そしてフォトレジスト層の現像を行ってこれをパターン
化し、これをエツチングレジストとして用いて多結晶シ
リコン層に対する選択的ウェットエツチング或いはドラ
イエツチングを行って所要のパターンとされたゲート電
極（１４）を形成する。そして、この場合このゲート電
極（１４）の形成と同時に例えば第８図で説明したパタ
ーンの多結晶シリコン層の被着による凸部によるＹ方向
位置合せのだめの第２のマーク（３２）を例えば第１図
に示すようにＹ方向に沿うスクライブライン（１６）上
に形成する。このマーク（３２）は例えば第８図Ａに示
すようなパターンとなし得るが、この場合Ｙ方向に７個
、Ｘ方向に４列となし得る。

次に第３の工程、すなわち第４図及び第５図で示したコ
ンタクト窓（１５）の穿設を行なう。このコンタクト窓
（１５）の穿設は同様に全面的にフォトレジストの塗布
を行って後に、Ｎ　Ｓ　Ｒ装置による第３図で示したパ
ターン露光を行うが、特に本発明においては、この第３
の工程で、Ｘ方向に関しては第１の工程で形成した第１
のマーク（３１）に対して、またＹ方向に関しては第２
の工程で形成した第２のマーク（３２）に対してそれぞ
れマーク検出線例えばレーザー光の照射すなわちＸ方向
及びＹ方向スキャンによって行う。すなわち例えばその
回折光によって第１及び第２のマーク（３１）及び（３
２）についてそれぞれ第８図に示したようにその本数に
応じた信号ピークが得られ、これの位置を平均化するこ
とによって位置検出がなされるので、これによって前述
したと同様にマスク合せをなしフォトレジストに対する
露光処理を行なう。その後はフォトレジストの現像処理
を行いこれをエツチングレジストとしてウェットエツチ
ング或いはＲＩＥ（反応性イオンエツチング）等のドラ
イエララングによる選択的エツチングを行って絶縁膜（
１３）に対するコンタクト窓（１５）の穿設を行う。

ここに上述の第１及び第２の各マーク（３１）　（３２
）のマークパターンは、例えば各辺を４μｍ程度とする
正方形パターンとすることができ各シングルマークのピ
ッチは２０μｍ程度に選定し得るものであり、マーク検
出線としては例えば６３３１ｍのレーザ光が用いられる
。

上述の本発明によれば、第３のフォトリングラフィ工程
で一方向、例えばＹ方向に関しては、第２の工程で形成
された第２のマーク（３２）が用いられることから、従
来と同様に前記間隔ｄｙのずれは前記（１）式のずれＩ
＆ａとなるが、Ｘ方向に関しては前記間隔ｄｙのずれは
第１の工程で形成されたマーク（３２）が用いられるこ
とから、第２の工程でのマスク合せで生ずるずれが排除
され、そのマスク合せのずれはａとなる。したがって、
各コンタクト窓（１５）は、第２図を参照して明らかな
ようにＹの両側方のずれ、つまり ａ×２　　　　・・・・・・（３） となる。そして、Ｙ方向に関しては、つまり間隔ｄｙに
ついては従来と同様の（ａとなる。

〔発明の効果〕

上述したように本発明によれば例えばゲートの配列方向
をＹ方向とすれば、これと直交するＸ方向についてのマ
スク合せの精度の向上をはかることができ、これにより
、ゲートアレイの方向（Ｙ方向）の間隔の縮小、しいて
は半導体装置の小型化をはかることができることになる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の一例の説明に供する位置合せマー
クの配列態様の説明図、第２図は本発明方法を適用する
半導体装置ないしは本発明方法を適用して得る半導体装
置の路線的拡大平面、第３図は縮小投影露光装置の構成
図、第４図は従来方法の説明に供する半導体装置の一例
の拡大平面図第５図はそのＡ−Ａ線上の拡大断面図、第
６図はウェファの平面図、第７図はその要部の拡大図、
第８図は従来の方法説明図である。 （２月よウェファ、（１０）は活性領域、（１２）は表
面絶縁層、（１４）はゲート電極、（１５）はコンタク
ト窓、（３１）及び（３２）は第１及び第２マークであ
る。 代　　理　　人 伊　　藤 貞 同 松　　隈　　秀　　盛 輝／Ｊ＼投影露光侵！功Ｂ各緑的構成図第３図 第６図 第７図 第４図 口 口 口 口 １７（７８）−・マーク 従来の露光位量合亡マーク乙 一、我による位！＠也信号と爪オ圓 第８図 手続補正書

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 半導体装置の製造工程における第１の工程で作られる第
   １の方向の位置検出用の第１のマークと、第２の工程で
   作られる上記第１の方向と直交する第２の方向の位置検
   出用の第２のマークとが形成され、 マーク検出線照射によって位置検出を行なって第３の工
   程の露光パターンの位置合わせを行なうことを特徴とす
   る露光位置合わせ方法。