JPH03257865A - マザー・ウェハ構造体の製造方法 - 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、基板と、この基板に設けられた複数の半導体
素子群とを備え、その所定部位に段差部を設けて区画形
成された矩形状構成部を有するマザー・ウェハ構造体の
製造方法に係り、特に、製造途上のマザー・ウェハ構造
体に形成されたアライメントマークの種類若しくはその
有無に拘らずフォトリソグラフィー工程におけるマザー
・ウェハ構造体の位置整合を確実に行うことが可能なマ
ザー・ウェハ構造体の製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

このマザー・ウェハ構造体とは、例えば第６図に示すよ
うに、単結晶シリコン基板（ａ）と、このシリコン基板
（ａ）に複数配列され図示外の半導体素子群と配線部等
から成る矩形状の半導体チップ（ｂ）〜（ｂ）群とでそ
の主要部が構成されているもので、各半導体チップ（ｂ
）間に設けられたスクライブ線と称する凹溝（Ｃ）に沿
ってマザー・ウェハ構造体（ｄ）を切断し個々の半導体
チップ（ｂ）が得られるものである。

ところで、近年、配線直前の工程までが施されたマザー
・ウェハを事前に多数作っておき、事後にユーザの要求
に合わせて適宜配線工程を行うことにより所望の論理回
路を迅速に完成させるｒゲートアレイ１と称するものが
着目されている。

すなわち、このゲートアレイと称するマザー・ウェハ構
造体とは、例えば、第７図に示すように４個のＭＯ３型
半導体素子（ｅ）〜（ｅ）にて形成される基本セル（ｆ
）〜（ｆ）が基板（ａ）上に複数配列された配線工程前
のマザー・ウェハを事前に製造しておき、ユーザの要求
により第８図に示すように基本セル（ｆ）を適宜配線し
て基本のＮＯＲ回路、ＮＡＮＤ回路等を作成すると共に
、各基本セル（ｆ）〜（ｆ）間を適宜接続させて所望の
論理回路が組み込まれた半導体チップ（ｂ）を迅速に提
供できるようにしたものである。

そして、このゲートアレイのマザー・ウェハ構造体は、
第９図〜第１０図（Ａ）に示すように基板（ａ）と、こ
の基板（ａ）に設けられた半導体素子（ｇ）〜（ｇ）群
より成る複数の基本セルと、基板（ａ）の全面に一様に
設けられた電気絶縁層（ｈ）とでその主要部が構成され
、これ等基本セルを配線して所望の論理回路が組み込ま
れた半導体チップを製造するに際しては、第１０図（Ｂ
）〜（Ｄ）に示すようにフォトリソグラフィー処理とエ
ツチング処理を施して所定の半導体素子（ｇ）〜（ｇ）
に対応した部位の電気絶縁層（ｈ）にこれ等半導体素子
（ｇ）の電極（ｉ）と連通ずる接続孔（ｊ）〜（ｊ）を
選択的に開設し、これ等接続孔（ｊ）〜（ｊ）を介して
上記基板（ａ）面上の所定領域に配列された配線部（ｋ
）と上記電極（ｉ）とを接続し、かつ、スクライブ線か
ら切断して所望の論理回路が組み込まれた半導体チップ
（ｂ）を得るものであった。

尚、図中、（Ｍ）はフォトマスク、（ｒ）はフォトレジ
ストをそれぞれ示している。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記マザー・ウェハ構造体（ｄ）面に形成さ
れたフォトレジスト（ｒ）をフォトリソグラフィー処理
に従ってバターニングする場合、上記フォトマスク（Ｍ
）とマザー・ウェハ構造体（ｄ）との位置関係がずれて
いると必要部位へのパターニングが行えなくなるため、
従来、第１１図に示すようにフォトマスク（Ｍ）とマザ
ー・ウェハ構造体（ｄ）の所定部位に予めそれぞれ一対
のアライメントマーク（ｍ）〜（ｍ）を形成しておき、
これ等アライメントマーク（ｍ）〜（ｍ）を顕微鏡等を
介し合致させることによりフォトマスク（Ｍ）とマザー
・ウェハ構造体（ｄ）との位置整合を行う方法が採られ
ている。

しかし、上記ｒゲートアレイ１のマザー・ウェハ構造体
の場合、配線工程前のマザー・ウェハを製造する者と配
線工程を行うユーザとは通常同一でないため、両者間に
おいてフォトリソグラフィー処理に適用される露光装置
の種類が相違することがあった。

このため、ユーザ側が使用する露光装置の種類如何によ
っては予め配線工程前のマザー・ウェハに形成されてい
るアライメントマークを利用できなくなることがあり、
ユーザ側の使用できる露光装置の種類が上記アライメン
トマークにより著しく制限を受けるといった問題点があ
った。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は以上の問題点に着目してなされたもので、その
課題とするところは、製造途上のマザー・ウェハ構造体
に形成されたアライメントマークの種類若しくはその有
無に拘らずフォトリソグラフィー工程におけるマザー・
ウェハ構造体の位置整合を確実に行うことができるマザ
ー・ウェハ構造体の製造方法を提供することにある。

すなわち本発明は、 基板と、この基板に設けられた複数の半導体素子群とを
備え、その所定部位に段差部を設けて区画形成された矩
形状構成部を有するマザー・ウェハ構造体の製造方法を
前提とし、 製造途上のマザー・ウェハ構造体に対しビームを縦横に
走査して上記段差部から矩形状構成部の縦横エツジライ
ン情報を検出すると共に、これ等エツジライン情報から
矩形状構成部のエツジコーナ座標を求めてフォトリソグ
ラフィー工程におけるマザー・ウェハ構造体の位置整合
を行うことを特徴とするものである。

このような技術的手段において上記ビームとしては、マ
ザー・ウェハ構造体面へ縦横に走査しながらビームを照
射した場合にその照射面から反射ビームを放出可能なビ
ームなら任意であり、例えば、レーザビーム、χ線ビー
ム、電子ビーム等が適用できる。

一方、上記矩形状構成部としては、基板又は電気絶縁層
等の所定部位に段差部を設けて区画形成された矩形状の
構成部材なら任意であり、例えば、スクライブ線を介し
て区画形成された矩形状の半導体チップ等がある。

また、上記ビームを縦横に走査して矩形状構成部の縦横
エツジライン情報を検出し、かつ、これ等エツジライン
情報から上記矩形状構成部のエツジコーナー座標が求め
られる原理は以下の通りである。

すなわち、例えば、上記ビームとして電子ビームを縦横
に走査しながらマザー・ウェハ構造体面へ照射した場合
、その照射面において２次電子が放出される。そして、
この２次電子を電気的に測定することで上記段差部が検
出され、これによってマザー・ウェハ構造体が置かれて
いるステージ上における矩形状構成部の縦横エツジライ
ン上の任意座標が検出される。

次に、上記縦エツジライン及び横エツジライン上の座標
を少なくともそれぞれ２点求めることにより、上記ステ
ージ上における各縦横エツジラインの直線式 ％式％ なる縦横エツジライン情報が求められ、かつ、上記■■
で示される縦横エツジライン情報の連立−次方程式を解
くことにより、これ等直線が交わる点に相当する矩形状
構成部のエツジコーナー座標が求められものである。

そして、上記矩形状構成部のエツジコーナー座標を少な
くとも２点求め、これ等座標値と、上記マザー・ウェハ
構造体がステージ上の適正位置に置かれた場合を想定し
て予め設定された基準座標値とを比較することで適正位
置からのマザー・ウェハ構造体のずれ量が算出され、こ
のずれ量を基にマザー・ウェハ構造体の相対位置を修正
することによりフォトリソグラフィー工程におけるマザ
ー・ウェハ構造体の位置整合が可能となるものである。

尚、この技術的手段が適用できるマザー・ウェハ構造体
としては、従来技術において例示された「ゲートアレイ
１のマザー・ウェハ構造体に限られるものではなく、例
えば、ＲＯＭ、その他のＬＳＩにおいて途中の工程まで
施されたマザー・ウェハについても当然のことながら適
用可能である。

また、この技術的手段において上記フォトリソグラフィ
ー工程に適用できる露光装置としては、フォトマスクを
必要とする光又はχ線露光装置やフォトマスクを必要と
しない電子ビーム露光装置等が利用できる。

〔作用〕

上述したような技術的手段によれば、 製造途上のマザー・ウェハ構造体に対しビームを縦横に
走査して段差部から矩形状構成部の縦横エツジライン情
報を検出すると共に、これ等エツジライン情報から矩形
状構成部のエツジコーナ座標を求めてフォトリソグラフ
ィー工程におけるマザー・ウェハ構造体の位置整合を行
うため、製造途上のマザー・ウェハ構造体に予め形成さ
れたアライメントマークの種類若しくはその有無に拘ら
ずフォトリソグラフィー工程におけるマザー・ウェハ構
造体の位置整合を確実に行うことが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明を複数の半導体チップが配列された「ゲー
トアレイ１のマザー・ウェハ構造体に適用した実施例に
ついて図面を参照して詳細に説明する。

まず、第１図はこの実施例において適用された露光装置
としての電子ビーム直接描画装置を示しており、この装
置は、電子ビームを放出する電子銃（１）と、この放出
された電子ビーム（２）を絞る照射レンズ（３）と、こ
の絞られた電子ビーム（２）の断面を整形する第一アパ
ーチャ（４）及び整形偏向電極（５）と、整形された電
子ビーム（２）を絞る投影レンズ（６）と、絞られた電
子ビーム（２）の断面を矩形状に整形する第ニアパーチ
ャ（７）と、この矩形状電子ビーム（２）を絞って結像
する縮小結像レンズ（８）と、この矩形状電子ビーム（
２）を横方向（矢印Ｘで示す方向）と縦方向（矢印Ｙで
示す方向）へ偏向させる走査偏向電極（９）と、マザー
・ウェハ構造体（２０）を置くためのステージ（］０）
とでその主要部が構成されているものである。

また、第２図は、上記ステージ（１０）に載置される「
ゲートアレイ１のマザー・ウェハ構造体を示しており、
従来のものと同様に、単結晶シリコン基板（２１）と、
このシリコン基板（２２）に整列配置された矩形状の半
導体チップ（２２）〜（２２）群とでその主要部が構成
されているものである。

そして、上記電子ビーム直接描画装置を用いてフォトリ
ソグラフィー工程におけるマザー・ウェハ構造体（２０
）の位置整合を行うには、まず、第１図に示すように上
記ステージ（１０）上の基準位置（図示せず）にマザー
・ウェハ構造体（２０）をそのオリエンテーションフラ
ット（２３）の位置合せをした状態で載置し、かつ、上
記電子銃（１）から放出された電子ビーム（２）をＸ方
向、Ｙ方向へ偏向走査することにより、第３図及び第４
図（Ａ）に示すようにマザー・ウェハ構造体（２ｏ）表
面が電子ビーム（２）により照射される。

この電子ビーム（２）が照射されるとその照射面におい
て２次電子が放出されるため、この２次電子を電気的に
測定することにより第４図（Ｂ）に示すような信号波形
が求められる。そして、この信号波形においては、その
ピーク部（３ｏ）がマザー・ウェハ構造体（２０）の半
導体チップ（２２）とスクライブ線と称する凹溝（２４
）間の段差部の位置を示しているため、このピーク部（
３ｏ）から上記ステージ（１０）上における所定半導体
チップ（２２）の縦横エツジライン（２５）　　（２６
）上の任意座標を求めることができる。

次に、上記方法に従い所定半導体チップ（２２）の横エ
ツジライン（２６）と縦エツジライン（２５）上の座標
を少なくとも２点、 すなわち、第５図に示すように横エツジライン（２６）
上の　座標Ｘ＋　　（Ｘ＋　、Ｖ＋　）座標Ｘｔ　　（
Ｘ２　、　　）’２　）及び、縦エツジライン（２５）
上の 座標Ｙｌ　（Ｘ＋　、’／ｓ　） 座標Ｙ！　　（Ｘ　ｔ　＋　　Ｙ　＋　）を求め、これ
等座標値ＸＩ　、Ｘ２．Ｙ、、Ｙ−、から上記ステージ
（ｌＯ）上における各縦横エツジライン（２５）　　（
２６）の直線式、 Ｙ　　＝　　ａｔ　Ｘ　　＋　　ｂ＋　　−■Ｙ　　＝
　　ａ、Ｘ　　＋　　ｂ、　　・・・■なる縦横エツジ
ライン情報を求める。

次いで、上記■■で示される縦横エツジライン情報の連
立−次方程式を解くことにより、これ等直線■■が交わ
る点に相当する所定半導体チップ（２２）のエツジコー
ナー座標Ｚ　（ｘｓ　、ｙｓ　）を求めることができる
。

そして、上記半導体チップ（２２）のエツジコーナー座
標を少な（とも２点求め、かつ、これ等座標値と、上記
マザー・ウェハ構造体（２０）がステージ（１０）上の
適正位置に載置された場合を想定して予め設定された基
準座標値とを比較することで適正位置からのマザー・ウ
ェハ構造体（２ｏ）のずれ量を算出でき、このずれ量を
基にマザー・ウェハ構造体（２０）の相対位置を修正し
て、すなわち、上記ステージ（１０）を所定ずれ量分だ
け移動させるか、あるいは、上記ずれ量分を考慮して電
子ビーム（２）の偏向走査を行う等の修正をしてフォト
リソグラフィー工程におけるマザー・ウェハ構造体（２
０）の位置整合を行う。

このようにマザー・ウェハ構造体（２ｏ）の位置整合を
終えた後は、上記電子ビーム直接描画装置における電子
ビームをマザー・ウェハ構造体（２０）に設けられたＰ
ＭＭＡ等のフォトレジスト面に通常の方法に従って照射
し、その照射部位のフォトレジストを硬化させてそのパ
ターニング処理を行うものである。

尚、このエツジコーナー座標を用いた位置整合操作時に
おいて、マザー・ウェハ構造体（２ｏ）の適宜部位に電
子ビーム直接描画装置に適合可能なアライメントマーク
を形成することで、次工程からの位置整合をこの形成し
たアライメントマークにより行うことができる。

また、上記エツジコーナー座標を用いた位置整合操作時
において、その求められたエツジコーナー座標が所定半
導体チップ（２２）のエツジコーナー座標であるかどう
かの確認は、上記電子ビームを偏向走査した時に求めら
れる信号波形のピーク部をカウントすることにより行う
ことができる。

このように、この実施例に係る方法によれば、ｒゲート
アレイ１のマザー・ウェハ構造体（２０）に対し電子ビ
ームを縦横に走査して所定半導体チップ（２２）の縦横
エツジライン情報を検出すると共に、これ等エツジライ
ン情報から所定半導体チップ（２２）のエツジコーナー
座標を求めてフォトリソグラフィー工程におけるマザー
・ウェハ構造体（２０）の位置整合を行っているため、
配線工程前のマザー・ウェハ構造体（２０）に予め形成
されていたアライメントマークの種類若しくはその有無
に拘らず上記位置整合を確実に行うことができる。

従って、配線処理の際に必要となる露光装置の種類が制
限を受けなくなって適用される露光装置の選択範囲を拡
大できるため、その製造に最も敵した露光装置の適用が
可能となる等の利点を有している。

〔発明の効果〕

本発明によれば、 製造途上のマザー・ウェハ構造体に対しビームを縦横に
走査して段差部から矩形状構成部の縦横エツジライン情
報を検出すると共に、これ等エツジライン情報から矩形
状構成部のエツジコーナ座標を求めてフォトリソグラフ
ィー工程におけるマザー・ウェハ構造体の位置整合を行
うため、製造途上のマザー・ウェハ構造体に予め形成さ
れたアライメントマークの種類若しくはその有無に拘ら
ずフォトリソグラフィー工程におけるマザー・ウェハ構
造体の位置整合を確実に行うことが可能となる。

従って、フォトリソグラフィー工程の際に必要となる露
光装置の種類が制限を受けなくなるため、適用される露
光装置の選択範囲を拡大できる効果を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明の実施例を示しており、第１図
はこの実施例において適用された電子ビーム直接描画装
置の概略斜視図、第２図は適用されたマザー・ウェハ構
造体の概略斜視図、第３図は第２図の部分拡大図、第４
図（Ａ）は第３図の■■面断面図、第４図（Ｂ）は電子
ビームを偏向走査した時に求められる信号波形図、第５
図はエツジライン情報からエツジコーナー座標を求める
方法の説明図であり、また、第６図〜第１１図は従来例
を示しており、第６図は「ゲートアレイ１のマザー・ウ
ェハ構造体の概略斜視図、第７図は配線工程前のマザー
・ウェハ構造体の説明図、第８図は配線工程後のマザー
・ウェハ構造体の説明図、第９図は上記マザー・ウェハ
構造体の部分拡大斜視図、第１０図（Ａ）〜（Ｅ）はマ
ザー・ウェハ構造体の配線工程を示す工程説明図、第１
１図は従来におけるマザー・ウェハ構造体とフォトマス
クとの位置整合の方法を示す斜視図である。 〔符号説明〕 （１）・・・電子銃 （２）・・・電子ビーム （９）・・・走査偏向電極 （ｌＯ）・・・ステージ （２０）・・・マザー・ウェハ構造体 （２１）・・・基板 （２２）・・・半導体チップ （２４）・・・凹溝 （２５）・・・縦エツジライン （２６）・・・横エツジライン （Ｚ）・・・エツジコーナー座標

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　基板と、この基板に設けられた複数の半導体素子群と
   を備え、その所定部位に段差部を設けて区画形成された
   矩形状構成部を有するマザー・ウェハ構造体の製造方法
   において、 製造途上のマザー・ウェハ構造体に対しビームを縦横に
   走査して上記段差部から矩形状構成部の縦横エッジライ
   ン情報を検出すると共に、これ等エッジライン情報から
   矩形状構成部のエッジコーナ座標を求めてフォトリソグ
   ラフィー工程におけるマザー・ウェハ構造体の位置整合
   を行うことを特徴とするマザー・ウェハ構造体の製造方
   法。