JPH02197113A - 半導体装置の製造方法 - 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の製造方法に関し、特に詳細には、
半導装置の製造工程の１つである露光工程で露光用マス
ク（フォトマスク）上のパターンを半導体ウェーハ上に
転写する時、露光用マスクを半導体ウェーハに対して位
置合せする、いわゆるアライメント方法に特徴のある半
導体装置の製造方法に関する。

〔従来技術〕

半導体集積回路を製作する際、半導体集積回路の所定の
パターンを半導体ウェーハ上にフォトリソグラフィ技術
を利用して転写している。そして、このパターン転写に
おいては、半導体ウェーハ上に感光性のフォトレジスト
を塗布し、その上に所定ツバターンが形成されたフォト
マスクを置き、上方から遠紫外線等の光を照射すること
により、半導体ウェーハ上の感光性フォトレジストの所
定の部分のみを感光し、現像して、フォトマスク上の所
定のパターンを半導体ウェーハ上に転写し、エツチング
等を行い所望の回路パターンを半導体ウェーハ上に形成
している。そして、半導体集積回路を製作するには、こ
のフォトリソグラフィ作業を複数回行い、非常に多くの
パターンを互いに所定の関係となるように正確に転写し
なければならない。

一方、集積回路の集積度の向上及び高性能化を行うには
、集積回路全体のサイズを小さくしていかなければなら
ない。その為には、先の工程で半導体ウェーハ上に形成
しである回路パターンにフォトマスク上の転写パターン
を正確に位置合せを行なう際のアライメント精度を向上
させ、位置合せ余裕を小さくしなければならない。そこ
で、半導体ウェーハ上に先の工程で形成しである回路パ
ターンに対して正確に次の所定のパターンを重ね合せて
形成するため、先の工程で形成しておいた半導体ウェー
ハ上の所定のアライメントマークパターンに対して、フ
ォトマスクに形成したアライメントマークパターンを重
ね合わせ、これらのアライメントマークパターン同士が
所定の関係となるように半導体ウェー八とフォトマスク
とを調整し位置合せを行っている。

そして、従来は第４図に示すようなパターンを使用して
いた。第４図には、半導体ウェーハ上に形成するアライ
メントマークパターンを実線で示し、フォトマスク上に
形成するアライメントマークパターンを点線で示し、各
アライメントパターンを重ね合わせた状態を示す。そし
てこの様なアライメントマークパターンの一方を他方の
アライメントマークパターンの中に正確に入れるように
することにより、すなわち、第４図に示すような関係に
なるように調整することより、フォトマスク又は半導体
ウェーハの位置を調整し、位置合せを行っていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記のようなアライメントマークパターンを使
用していたのでは、Ｘ％Ｙ方向において約１μｍ１角度
θ方向において約１度程度のアライメントＨ度でしか位
置合せをすることができなかった。また、半導体ウェー
ハ上のパターンと転写パターンとの位置ズレは、露光・
現像後でしか分からず、後で位置ズレが判明した場合に
は、ホトレジストを除去し、再生しなければならず、非
常に手間が掛かっていた。

また、上記のような従来に位置合せ用マークパターンで
は、正確に位置合せされたかどうかしかわからず、正確
な位置合せがなされなかった場合には、フォトマスク又
は半導体ウェー八を微少に動かし、位置合せができてい
るかを目視し、ズしている場合には再度位置調整動作を
して、この動作を正確な位置合せが完了するまでトライ
・アンド・エラーで行っていた。すなわち、上記のよう
な従来に位置合せパターンを使用しているかぎり位置ズ
レ量を知ることができず、勘に頼って位置合せの微調整
を行わなければならず、位置合せに時間がかかっていた
。

そこで、本発明は上記問題点を解決し、位置合せの際、
位置ズレ量を知ることができるアライメントマークパタ
ーンを相互に位置合せすべきそれぞれの物体上に付し、
アライメント作業を行い、位置合せ精度を向上させるこ
とにより、フォトマスクのマスク設計の余裕を少なくし
、高集積化・高性能化を実現でき、更に、コストの低減
を可能にする半導体装置の製造方法を提供することを目
的とする 〔課題を解決するための手段〕 本発明の半導体装置の製造方法は、露光工程での半導体
ウェーハとフォトマスクとの位置合せで、半導体ウェー
ハ上に、第１の間隔で配列され、複数の略矩形部より構
成される第１のマークパターンを付し、露光用マスク上
に、第２の間隔で配列され、複数の略矩形部より構成さ
れる第２のマークパターンを付し、前記第１のマークパ
ターンを前記第２のマークパターンとを重ね合わせ、第
１及び第２のマークパターン中、互いに一致している略
矩形部の位置により、半導体ウェーハと露光用マスクと
の相対位置ズレ量をｉｌｌ定し、この測定された結果に
したがって位置合せを行うことを特徴とする。

〔作用〕

本発明の半導体装置の製造方法では、露光工程での位置
合せにおいて、いわゆるバーニア目盛りの原理を利用し
たアライメントマークパターンヲ使用することにより、
アライメントの際の位置ズレを定量的に知ることができ
る。その結果、位置合せ：Ａ整を容易になり、位置合せ
時間の短縮及び位置合せ精度の向上、ひいては半導体装
置の製造のコストの低減を可能にしている。

〔実施例〕

以下図面を参照しつつ本発明に従う実施例について説明
する。

同一符号を付した要素は同一機能を有するためｒｆｚｇ
する説明は省略する。

第１図は本発明に従う半導体装置の製造方法の露光工程
で使用するアライメントマークパターンの一例を示す。

第１図（ａ）に示すアライメントマークパターンＡは、
半導体ウェーハ上に前の工程で形成されている。そして
第１図（ｂ）に示すアライメントマークパターンＢはフ
ォトマスク上に転写するパターンと共に形成されている
。

そして、第１図（ａ）に示すアライメントマークパター
ンＡは、図に示すように複数のＷＪ歯部１．２．３．４
．５．６．７．８．９により構成されている。ここでこ
れらの櫛歯部は互いに平行に構成されている。そして、
この櫛歯部１等は、中心軸０１対して所定のピッチ間隔
ｐ１例えば２μｍで配置されている。そして、この櫛歯
部１等の幅は例えば１μｍに設定しである。

一方、第１図（ｂ）に示すアライメントマークパターン
Ｂも第１図（ａ）に示すアライメントマークパターンＡ
と同様に、櫛歯部１１．１２．１３．１４．１５．１６
．１７．１．１８．１９．２０により構成されているが
、その櫛歯部１１等のピッチ間隔ｑがアライメントパタ
ーンＡのピッチ間隔ｐと異なっている。そして、そのピ
ッチ間隔ｑは例えば１．９μｍになっている。そして、
この櫛歯１１等の歯幅は０．９μｍにしである。

そして、この第１図（ｂ）に示すアライメントマークパ
ターンでは、その櫛歯１１等の耐波は部１１ａ、１２ａ
、１３ａ、１４ａ％　１５ａ。

１６ａ、１７ａ、１８ａ、１９ａがピッチ間隔ｑで配置
され、その耐波は部の幅は、例えば１μｍとなるように
構成されている。ここで、このピッチ間隔の差が後で述
べるように、これらの位置合せ用アライメントマークパ
ターンを用いて位置決めしたときの、位置ズレ量検知精
度となる。

ここで、第１図（ｂ）に示すように両波は部１５ａの中
心をこのアライメントマークパターンＢの中心１６０２
としておく。

この様な第１図（ａ）及び第１図（ｂ）に示すアライメ
ントマークパターンＡ、Ｂの各中心軸Ｏ１，０２が互い
に一致したとき、半導体ウェーハ上に形成された回路パ
ターン上に正確にマスク上の転写パターンを投影できる
ような位置に形成されている。そして、先に説明したよ
うに半導体ウェーハ上に形成される第１図（ａ）に示す
アライメントマークパターンＡは、先の工程で、回路パ
ターン等をフォトリソグラフィ技術を用いて形成する際
、同時に形成してお（。

更に、この様な組み合わせのアライメントマークパター
ン対ＡＳＢを２組、それぞれ直交する方向、Ｘ、Ｙ方向
にその長手方向がくるように形成しておくことが好まし
い。このようにすることにより、ｘＳＹ方向の両方向で
のアライメント作業を同時に行うことができる。

次に、このアライメントマークパターンを利用して、位
置合せを行った。とき、位置合わせズレ量を定量的に知
ることができる原理について説明する。

まず、第２図（ａ）に示す状態で、アライメントマーク
パターンＡの中心軸０゜■が、アライメントマークパタ
ーンＢの中心軸０２に一致した状態であり、この様な状
態で露光を行うと、フォトマスク上の転写パターンが、
正確に半導体ウェーハ上に形成されている回路パターン
上に投影、転写される。そしてこの状態では第２図（ａ
）に示すように、アライメントマークパターンＡの櫛歯
部５が、アライメントマークパターンＢの対応する出抜
は部１５ａ内に嵌まり込み、この部分では隙間がなくな
っている。そしてその他の部分、例・えばアライメント
マークパターンＡの櫛歯部２はアライメントマークパタ
ーンＢの出抜は部１２ａに嵌まり込んでいない。

これに対して、上記例においてアライメントマークパタ
ーンＡの中心軸０１がアライメントマークパターンＢの
中心軸０２に対して、例えば０．１μｍずれている場合
には、第２図（ｂ）に示すような状態になる。この状態
では、アライメントマークパターンＡの櫛歯部４がアラ
イメントマークパターンＢの出抜は部１４ａ内に嵌まり
込む。そしてその他の櫛歯部では、対応する出抜は部に
は嵌まり込まず、隙間ができてしまうのである。

また更に、アライメントマークパターンＡの中心軸０１
がアライメントマークパターンＢの中心軸０２に対して
例えば０．３μｍだけずれた状態では、第２図（Ｃ）に
示すような状態になる。この様な状態では、アライメン
トマークパターンＡの櫛歯部２がアライメントマークパ
ターンＢの対応する出抜は部１２ａに嵌まり込んだ状態
になる。

すなわちアライメントマークパターンＡでいえば中心軸
０１から３番目の櫛歯部がアライメントマークパターン
Ｂの対応する出抜は部に嵌まり込むことになる。このよ
うなことより、アライメントマークパターンＡの中心軸
０１から何番目に位置する櫛歯部がアライメントマーク
パターンＢの出抜は部に嵌まり込んだかを観察し、（嵌
まり込んだ櫛歯部の中心軸からの番数）Ｘ（アライメン
トマークパターンＡの櫛歯部の配置ピッチｐ−アライメ
ントマークパターンＢの出抜は部の配置ピッチｑ）を計
算することにより、アライメントマークパターンＡとア
ライメントマークパターンＢとの間の位置ずれ量、すな
わち、それらのアライメントマークパターンが形成され
ている半導体つ工−ハとフォトマスクとの位置ズレ量を
知ることができる。

このような原理により、アライメントマークパターンへ
の櫛歯部とアライメントマークパターンＢの出抜は部と
の配置ピッチが異なり、その配置ピッチの差により、ア
ライメントマークパターンＡとアライメントマークパタ
ーンＢとの位置ズレ量を定量的に知ることができる。こ
の様な原理はいわゆるバーニア目盛りとして知られてい
る。

更に、上記例では、直線方向のアライメントマークパタ
ーン間、すなわち、それらが形成されている半導体ウェ
ーハ及びフォトマスク間の位置ズレ量を定量的に知るこ
とができるが、このアライメントマークパターンＡ及び
Ｂを第３図に示すように円弧状に曲げて使用すれば、回
転角の位置ズレ量についても、容易に知ることができる
。この場合にアライメントマークパターンＡ′の各櫛歯
の配置ピッチ角αとアライメントマークパターンＢ′・
の配置ピッチ角βとを異ならしめて配置しておけば、先
に説明したアライメントマークパターンＡ及びアライメ
ントマークパターンＢの場合と同様な原理により、（配
置ピッチ角α−配置ピッチ角β）の角度精度例えば、ｄ
−０，５°　　β−〇、４°とすると０．１°の角度精
度で、アライメントマークパターン同士、すなわちこれ
らが形成されている半導体ウェーハ及びフォトマスク同
士の位置ズレ量を定量的に知ることができる。

そして上記のような円弧状の櫛歯パターンを半導体ウェ
ーハ及びフォトマスクにそれぞれ形成し、更に、先に説
明した直線状のアライメントマークパターン対を互いに
直交する方向に長平方向がくるように半導体ウェーハ及
びフォトマスクのそれぞれに形成しておくことにより、
Ｘ、Ｙ方向及びθ方向での位置ズレ；を容易にかつ定量
的に知ることができる。

次にこのような、アライメントマークパターンを用いて
半導体装置の製造工程の一つである露光工程での半導体
ウェーハとフォトマスクとの位置合せを行う方法につい
て説明する。

まず先の工程でフォトリソグラフィ技術を利用して、ア
ライメントマークパターンＡ、Ａ’を半導体ウェーハの
所定の位置にそれぞれ形成し、その上にアライメントマ
ークパターンＢ、Ｂ’が形成されているフォトマスクを
重ね密着させる。そして、アライメントマークパターン
ＡＳＡ’　とアライメントマークパターンＢ、Ｂ’　と
の重なり状態を観察する。そして、これらのアライメン
トマークパターン間の重なり状態から先に説明した方法
で位置ズレ二を検知する。次に、半導体ウェーハとフォ
トマスクを離間させ、検知した位置ズレ二に基づいて、
位置ズレがなくなる方向に、半導体ウェーハまたはフォ
トマスクのいずれか一方または双方を移動させる。次に
、この移動が終了したら、半導体ウェーハとフォトマス
クとを重ね密着させる。この状態では、半導体ウェーハ
状の回路パターンとフォトマスク上の転写パターンとは
正確に位置決めされた状態になっている。

そして、この状態で露光を行う。

この方法により位置合せを行うことによりアライメント
精度をＸＸＹ方向において０．３μｍ以下、回転角θ方
向において約０．１度以下にすることができた。

なお、その他の半導体装置の製造工程は、従来の方法を
使用することができるため、詳細な説明は省略する。

本発明は上記実施例に限定されるものでなく、種々の変
形例が考えられ得る。

具体的には、上記実施例では、櫛歯ピッチの長いアライ
メントマークパターンＡ、Ａ’　を半導体ウェーハに、
歯抜は部ピッチの短いアライメントマークパターンＢ、
Ｂ’　をフォトマスクに形成しているがこの逆でもよい
。

また更に、上記実施例では一方のアライメントマークパ
ターンの櫛歯部に他方のアライメントマークパターンの
歯抜は部が嵌まり込むように構成しているが、これらの
アライメントマークパターンが櫛歯部同士が重なるよう
に構成してもよい。

〔発明の効果〕

本発明の半導体装置の方法では、先に説明したように、
露光工程での位置合せにおいて、位置ズレ量を定量的に
検知できるアライメントマークパターンを使用して行う
ことにより、位置合せ精度の向上、位置合せ工数の低減
、ひいては半導体装置の製造コストの低減を実現できる
。更に、この様な位置合せ精度の向上により、半導体ウ
ェーハへのフォトマスク合わせ余裕を小さくすることが
でき、これにより製造される半導体装置の高性能、高集
積化が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従う半導体装置の製造方法で使用する
アライメントアライメントマー２の一例を示す図、第２
図は第１図に示すアライメントアライメントマークを使
用して位置ズレ量を定量的に検知する原理を説明する図
、第３図は本発明に従う半導体装置の製造方法で使用す
るアライメントアライメントマークの別の例を示す図、
及び第４図は従来のアライメントアライメントマークの
例を示す図である。 ＡＳＢＳＡ’　　　Ｂ’　・・・アライメントマークパ
ターン、１．２．３．４．５．６．７．８．９．１１．
１２．１３．１４．１５．１６．１７．１８．１９．２
０・・・櫛歯部、ｌｌａ、１２ａ。 １３ａ、１４ａ、１５ａｓ　１６ａ、１７ａｓ１８ａ、
１９ａ・・・歯抜は部、０．０　・・・中心軸。 特許出願人　　住友電気工業株式会社 代理人弁理士　　　長浴用　　芳　　樹間　　　　　　
　　　寺　　　嶋　　　史　　　朗第２図 アライメントマークパターンの別のイ列第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体装置の製造方法において、 露光工程での半導体ウェーハとフォトマスクとの位置合
   せで、半導体ウェーハ上に、第１の間隔で配列され複数
   の略矩形部より構成される第１のマークパターンを付し
   、露光用マスク上に、第２の間隔で配列され複数の略矩
   形部より構成される第２のマークパターンを付し、 前記第１のマークパターンを前記第２のマークパターン
   とを重ね合わせ、第１及び第２のマークパターン中、互
   いに一致している略矩形部の位置により、半導体ウェー
   ハと露光用マスクとの相対位置ズレ量を測定し、この測
   定された結果にしたがって位置合せを行う半導体装置の
   製造方法。 ２、前記第１及び第２のマークパターンが、互いに平行
   な略矩形部より構成され、この第１及び第２のマークパ
   ターンを使用し直線方向での位置合せを行う請求項１記
   載の半導体装置の製造方法。 ３、前記第１及び第２のマークパターンが、放射状に伸
   びる略矩形部より構成され、この第１及び第２のマーク
   パターンを使用して回転方向の位置合せを行う請求項１
   記載の半導体装置の製造方法。