JPH0226368B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置の製造方法に関し、詳しく
は写真蝕刻工程でのウエハを露光装置に合わせる
時などに用いられるウエハの合わせマークを改良
した半導体装置の製造方法に係る。

近年、LSIの集積化が進むにつれてその製造工
程の一つである写真蝕刻工程でのマスクとウエハ
の位置合わせが非常に重要になりつつある。例え
ば、第１図に示す如くｐ型半導体基板１にn⁺型
のソース、ドレイン領域２，３を互に電気的に分
離して設け、これらソース、ドレイン領域２，３
間のチヤンネル領域上にゲート絶縁膜４を介して
ゲート電極５を設け、更に全面に層間絶縁膜６を
被覆すると共に、該絶縁膜６のコンタクトホール
７を介してドレイン領域３と接続したドレイン取
出しAl配線８等を設けた構造のMOS型トランジ
スタにおいて、ゲート電極５とコンタクトホール
７との合わせ等はLSIの微細化の点で非常に重要
である。即ち、ゲート電極５とドレイン領域３が
シヨートしないように、ゲート電極５とコンタク
トホール７が接触しないようにする必要がある。
このため、ゲート電極５とコンタクトホール７と
の間隔Ａをあける必要があるが、コンタクトホー
ル７を形成するためのマスクをゲート電極５に合
わせるとき、コンタクトホール７がずれてもゲー
ト電極５とコンタクトホール７が接触してゲー
ト、ドレイン間のシヨートを招かないように前記
間隔Ａは充分に余裕をとる必要がある。しかし、
このような合わせ精度がよくないと、前記間隔Ａ
は大きくなりLSIの集積化の障害となる。

ところで、従来のウエハの合わせ方法について
第２図に示すステツプアンドリピート式の露光装
置を例にして説明する。即ち、図中の１１はウエ
ハチヤツク１２を固定するXY方向に移動自在な
ステージである。このステージ１１の上方にはマ
スクのパターンを縮小する光学系を内蔵した鏡筒
１３が配設され、かつ該鏡筒１３の上部縁部には
マスクの合わせマークと位置合わせするための２
つのマーク１４ａ，１４ｂが付されている。ま
た、前記鏡筒１３の直上には、所定距離へだてて
光源１５が設けられている。更に、前記鏡筒１３
の側面には合わせ機構１６が付設されている。こ
の合わせ機構１６は前記鏡筒１３の側面に取付け
られる本体１７と、この本体１７の底部付近に付
され、ウエハの合わせマークと合わせるためのマ
ーク１８ａ，１８ｂと、前記本体１７に設けら
れ、ウエハの合わせマークと前記マーク１８ａ，
１８ｂとの照合状態を観察するための顕微鏡１９
ａ，１９ｂとから構成されている。なお、このし
た合わせ機構１６において前記本体１７内のマー
ク１８ａ，１８ｂと顕微鏡１９ａ，１９ｂの間に
ハーフミラー（図示せず）を介在させ、このハー
フミラーを介してウエハの合わせマークと前記マ
ーク１８ａ，１８ｂとの照合状態を観察するため
の合わせ用モニタ２０を付設する場合がある。ま
た、前記ステージ１１の側面及び鏡筒１３の側面
には、夫々ステージ１１と鏡筒１３のＹ方向の合
わせを行なうためのマーク２１，２１′が付され
ている。

しかるに、上述した縮小投影型のステツプアン
ドリピート方式の露光装置によるウエハの合わせ
及び露光方法を以下に説明する。

まず、所望のマスクパターンを有するマスク２
２を、そのマスク２２に付された合わせマーク２
３ａ，２３ｂを鏡筒１３の上部縁部に付されたマ
ーク１４ａ，１４ｂに照合させることにより、鏡
筒１３に合わせる。この合わせ操作において、縮
小投影露光系ではマスク２２のマスクパターンが
縮小され、マスク２２と鏡筒１３の合わせずれも
縮小されるので、マスク２２と鏡筒１３の多小の
合わせずれは殆んど問題にならない。つづいて、
ウエハチヤツク１２にウエハ２４を組み込み、鏡
筒１３に付設された合わせ機構１６の顕微鏡１９
ａ，１９ｂを通して本体１７のマーク１８ａ，１
８ｂにウエハ２４に付された合わせマーク２５
ａ，２５ｂが照合するようにウエハ２４を動かし
て合わせを行なうか、合わせ用モニタ２０を用い
て本体１７のマーク１８ａ，１８ｂにウエハ２４
の合わせマーク２５ａ，２５ｂが照合するように
ウエハ２４を動かして合わせを行なう。こうした
合わせ機構１６のマーク１８ａ，１８ｂとウエハ
２４の合わせマーク２５ａ，２５ｂとの照合によ
り、該合わせ機構１６は鏡筒１３に固定されてい
ることから、ウエハ２４が相対的に鏡筒１３、つ
まりマスク２２に合わされることになる。ウエハ
２４の合わせが完了した後、図示しないレールに
沿つてステージ１１をＹ方向に移動させ、第２図
の仮想線に示す如く鏡筒１３の直下にウエハ２４
が位置するように合わせ操作を行なう。このステ
ージ１１と鏡筒１３のＹ方向の合わせは、ステー
ジ１１及び鏡筒１３に付したマーク２１，２１′
を利用してレーザ干渉器で自動的に合わせる。次
いで、ウエハ２４をステージ１１ごとXY方向に
ステツプアンドリピートさせ、そのステツプ毎に
光源１５よりマスク２２に光を照射してそのマス
クパターンを鏡筒１３で縮小することにより、第
３図に示す如くウエハ２４上の所定領域２６…に
パターンを繰り返し転写する。露光終了後は、再
びステージ１１を元の位置（ウエハ２４の合わせ
を行なつた位置）まで戻し、次のウエハと交換す
る。

しかしながら、上記露光方法にあつてはウエハ
２４と光学系（合わせ機構１６）との合わせの点
で次のような問題があつた。

ウエハ２４の合わせマーク２５ａ，２５ｂは合
わせ精度を上げる目的からあまり小さいものは使
用できず、例えば130μｍ×130μｍ程度のものが
用いられている。また、この合わせマーク２５
ａ，２５ｂは通常ウエハ２４の中央部に所定の間
隔Ｂをもつて付されることが多く、このウエハ２
４部分のチツプパターンを除外せねばならない。
このため、ウエハからのLSIの生産効率が低下す
るという問題があつた。更に、合わせを自動的に
行なう場合、合わせマークは大きい方が望まし
く、有効なチツプの数を少なくするなどの恐れが
ある。これは現在の自動合わせの機構が次のよう
になつていることを考えると理解できる。

即ち、自動合わせは、まず前述した第２図のウ
エハ２４周辺のオリエンテーシヨンフラツト２７
を検知し、これを基準にしてウエハ２４を粗く合
わせる、いわゆるプリアラインを行なう。次に、
既述の如く顕微鏡１９ａ，１９ｂもしくは合わせ
用モニタ２０を用いて合わせ機構１６のマーク１
８ａ，１８ｂにウエハ２４の合わせマーク２５
ａ，２５ｂが一致するようにウエハ２４を移動し
て合わせを行なう。こうした合わせ操作におい
て、ウエハ２４の合わせマーク２５ａ，２５ｂの
検知は一般にはマーク２５ａ，２５ｂで段差があ
ることなどを利用し、光の反射率の違いなどによ
り検知する。しかしながら、合わせマーク２５
ａ，２５ｂが小さいと、合わせ機構１６の顕微鏡
１９ａ，１９ｂ等にそれらマーク２５ａ，２５ｂ
が横切るまで、ウエハを何度も色々な場所を移動
させねばならない。したがつて、合わせマーク２
５ａ，２５ｂを大きくする必要があるが、それに
伴なつて既述の如くウエハ中の有効チツプの数が
減少したり、チツプの配置を減らしたりしなけれ
ばならない欠点がある。

本発明は上記欠点を解消するためになされたも
ので、露光工程でのウエハと露光装置との自動合
わせ操作等に際し、ウエハ上に小さいマークを付
しても短時間で検知して自動合わせを行なうこと
ができ、ひいては半導体装置を効率よく量産的に
製造し得る方法を提供しようとするものである。

以下、本発明を半導体装置の製造における写真
蝕刻工程に適用した例について詳細に説明する。

まず、第４図に示す如くウエハ２４の周辺部に
適当な間隔をあけて小さな０〜180、−１〜−179
のマーク（番号）２７…を０と180を起点として
右側にプラス番号、左側にマイナス番号となるよ
うに対称的に付して番地を打つ。

次いで、ウエハ２４を前述した第２の露光装置
におけるステージ１１上のウエハチヤツク１２に
取付け、ウエハ２４のオリエンテーシヨンフラツ
トを基準として合わせるプリアラインを行なう。
この時のウエハ２４の位置を、第５図ａにＰ点を
中心にもつ実線で示す。なお、同第５図ａにはウ
エハの合つた位置をＱ点を中心にもつ点線で描い
たウエハ２４′を示す。同図の２８ａ，２８ｂは
合わせ機構１６の顕微鏡１９ａ，１９ｂの投影部
を示す。つづいて、ステージ１１を例えばＸ方向
に移動させてステージ１１上のウエハ２４の周辺
が前記顕微鏡１９ａ，１９ｂの投影部２８ａ，２
８ｂに照合するようにし、該顕微鏡１９ａ，１９
ｂによりウエハ２４周辺部の番号２７…を読み出
る。こうして読み出つた２つの番号２７，２７が
例えば118と−68の番地であつた場合、これら番
地にもとづいてウエハチヤツク１２を回転させウ
エハ２４周辺部の番地が付号を除いて等しく（例
えば88と−88）なるようにする。この場合、顕微
鏡１９ａ，１９ｂの投影部２８ａ，２８ｂに両方
の番地が完全にこないときは、両方の番地（88と
−88）が両方の投影部２８ａ，２８ｂに一番近い
場所にくるようにすればよい。かかる操作により
顕微鏡１９ａ，１９ｂの投影部２８ａ，２８ｂを
結ぶ軸と合わせようとするウエハ２４の一方の軸
（Ｘ軸）とが平行になる。つづいて、これら番地
（88と−88）からステージ１１をＹ方向に移動さ
せてウエハ２４のＹ軸を決めるその周辺部の番地
90と−90が顕微鏡１９ａ，１９ｂの投影部２８
ａ，２８ｂに入るようにすることによつてウエハ
２４の合わせを行なう。ウエハ２４の合わせが完
了した後、図示しないレールに沿つてステージ１
１をＹ方向に移動させ、第２図の仮想線に示す如
く鏡筒１３の直下にウエハ２４が位置するように
合わせ操作を行なう。ひきつづき、ウエハ２４を
ステージ１１ごとXY方向にステツプアンドリピ
ートさせ、そのステツプ毎に光源１５よりマスク
２２に光を照射してそのマスクパターンを鏡筒１
３で縮小することによつてウエハ２４の所定領域
にチツプパターンを繰り返し転写して露光を行な
う。

しかして、上記半導体装置の製造時の露光工程
においてはウエハの周辺部に番号を付して番地を
打ち、その任意の２つの番地が顕微鏡等の検知器
に照合するようにウエハを動かし、それら番地を
読み取り、これに基づいて予めウエハ周辺部の番
地を記憶させたコンピユータ等でウエハチヤツク
の回転、ステージの移動等を行なうことによつ
て、ウエハが無駄な動きをすることなく自動的に
合わせることができる。したがつて、番地となる
マークを小さくしても、従来の如くウエハを何度
も色々な場所に移動させるという操作を解消して
短時間でウエハ合わせを行なうことができ、かつ
ウエハ中にチツプを有効に形成でき、ひいては高
歩留りで生産性よく半導体装置を得ることができ
る。

また、上記実施例の如く番地のマークをウエハ
の周辺に打つたり、或いは後記の如くウエハのス
クライブライン、側面もしくは裏面に番地のマー
クを打つたりすれば、該ウエハ上のチツプパター
ンや堆積される種々の被膜の存在に影響されるこ
となく、それらマークの検出が可能となるため２
回目の写真蝕刻工程以降にもチツプパターンの形
成と共に新たな番地マークを打つという煩雑さを
解消でき、ひいては半導体装置の生産性を向上で
きる。

なお、上記実施例ではウエハの周辺部にマーク
（番号）を付して番地を打ち、これを検出してウ
エハの合わせを行なつたが、第６図に示す如くウ
エハ２４のチツプ２９…間のスクライブライン３
０上に１〜83の番号（マーク）２７′…を付して
番地を打ち、ウエハ２４全体から任意の番地を検
出してウエハの自動合わせを行なつてもよい。

上記実施例ではウエハ上面の周辺部にマークを
付して番地を打つたが、ウエハの下面に番地を打
つたり、或いは第７図に示す如くウエハ２４の厚
みとなる側面に番号（マーク）２７′…を付して
番地を打つてもよい。このようにウエハ２４の側
面にマーク２７″…を付して番地を打つ場合は、
例えば一直線上に対向して配置される検知器３１
ａ，３１ｂ及びこれら光軸と直角に光軸が交差す
る検知器３１ｃ、合計３つの検知器を用いてウエ
ハ２４の３つの番地を読み出し、これにもとづい
てウエハ２４の自動合わせを行なえばよい。

上記実施例では縮小投影型ステツプアンドリピ
ート方式の露光装置による露光方法（写真蝕刻工
程）を説明したが、他の露光装置による写真蝕刻
にも同様に適用できる。

本発明に係る半導体装置の製造工程におけるウ
エハの合わせは上述した写真蝕刻法のみならず、
レーザなどによるトリミング、ウエハ特性の評価
のためのプローブカードとの合わせ、ウエハのダ
イシングに際しての合わせにも同様に適用でき
る。

以上詳述した如く、本発明によれば露光工程で
のウエハと露光装置との自動合わせ操作等に際
し、ウエハに小さいマークを付しても容易にマー
クの検出を行なう、短時間の自動合わせが可能と
なり、ひいては半導体装置を効率よく量産的に製
造できる等顕著な効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はMOSトランジスタの要部断面図、第
２図は縮小投影型ステツプアンドリピート方式の
露光装置を示す概略斜視図、第３図は第２図の露
光装置によるウエハへのステツプアンドリピート
露光過程を示す概略斜視図、第４図は本発明の実
施例における半導体装置の製造工程に用いられる
ウエハの平面図、第５図ａ〜ｄは半導体装置の製
造時におけるウエハの合わせ工程を示す平面図、
第６図は本発明における半導体装置の製造工程に
用いられるウエハの他の形態を示す平面図、第７
図は本発明における半導体装置の製造工程に用い
られる更に他の形態のウエハ及びその検出器を示
す斜視図である。 １１……ステージ、１２……ウエハチヤツク、
１３……鏡筒、１６……合わせ機構、１９……顕
微鏡、２２……マスク、２４……ウエハ、２７，
２７′，２７″……番号（マーク）、２８ａ，２８
ｂ……顕微鏡の投影部、３０……スクライブライ
ン、３１ａ〜３１ｃ……検知器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ウエハの全面もしくは一部に複数のマークを
   付して番地を打ち、これらマークのうちの任意の
   マークを検出し、これによつてウエハのずれ量を
   求めると共に、該ずれ量に応じてウエハ位置を修
   正してウエハを半導体製造用装置もしくは試験装
   置に合わせた後、該ウエハの加工もしくは評価を
   行なうことを特徴とする半導体装置の製造方法。 ２ マークが文字もしくは数字であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装置の
   製造方法。 ３ 複数のマークをウエハのの周縁部付近に付す
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半
   導体装置の製造方法。 ４ 半導体製造用装置が露光装置であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項いずれ
   か記載の半導体装置の製造方法。 ５ 半導体製造用装置がエネルギービーム照射装
   置であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   乃至第３項いずれか記載の半導体装置の製造方
   法。 ６ 半導体製造用装置がイオン注入装置であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項
   いずれか記載の半導体装置の製造方法。 ７ 半導体製造用装置がダイシング装置であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項
   いずれか記載の半導体装置の製造方法。 ８ 試験装置がプローブであることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項乃至第３項いずれか記載の
   半導体装置の製造方法。