JPH0480913A - アライメントマークの検出方法 - 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】 以下の順序に従って本発明を説明する。

Ａ、産業上の利用分野 Ｂ１発明の概要 Ｃ１従来技術 り１発明が解決しようとする問題点 Ｅ０問題点を解決するための手段 Ｆ６作用 Ｇ２実施例［第１図乃至第７図］ Ｈ１発明の効果 （Ａ、産業上の利用分野） 本発明はアライメントマークの検出方法、特にアライメ
ントマーク上に略平坦化された配線層を有する半導体基
板の上記アライメントマークを検出するアライメントマ
ークの検出方法に関する。

（Ｂ、発明の概要） 本発明は、上記のアライメントマークの検出方法におい
て、 アライメントマーク上の配線層を除去することなくアラ
イメントマークを検出できるようにするため、 記配線層を透過するビームを上記半導体基板に照射して
その反射ビーム又は透過ビームを検知することによりア
ライメントマークを検出するものであり、 あるいは、ビームでアライメントマーク形成部分上を走
査したとき得られるビーム反射強度分布を予め記憶して
おき、実際にビームで半導体基板上を走査して上記予め
記憶されたビーム反射強度分布と合致したビーム反射強
度分布が得られたときアライメントマークが存在すると
認識するものである。

（Ｃ，従来、技術） ＩＣ，ＬＳＩ、ＶＬＳ　Ｉ等半導体装置においては集積
度が向上の一途を辿っており、半導体素子は微細化する
一方である。この半導体素子の微細化にはレジストパタ
ーニング工程におけるアライメント精度の向上が必要で
あるが、これが非常に困難となりつつある。

というのは、半導体素子の微細化に伴って表面の平坦化
、特に配線層の平坦化の必要性が生じ、その必要性に応
えて平坦化技術が発達したため、アライメントマークに
よる凹凸がアライメントマーク上の配線層に凹凸となっ
て反映されなくなりつつあるからである。

そのため、アライメントマークが形成された部分上の配
線層をエッチグにより除去することによりアライメント
マークを検知できるようにし、その上でアライメントを
していた。

（Ｄ、発明が解決しようとする問題点）しかしながら、
アライメントマークが形成された部分上の配線層をエツ
チングにより除去することは製造工程の増加を招き、延
いてはＩＣ１ＬＳＩ、ＶＬＳＩの高価格化につながり好
ましくない。

本発明はこのような問題点を解決すべ（為されたもので
あり、アライメントマーク上の配線層を除去することな
くアライメントマークを検出できるようにすることを目
的とする。

（Ｅ、問題点を解決するための手段） 請求項（１）のアライメントマークの検出方法は、アラ
イメント上の配線層を透過するビームを半導体基板に照
射してその反射ビーム又は透過ビームを検知することに
よりアライメントマークを検出することを特徴とする 請求項（２）のアライメントマークの検出方法は、ビー
ムでアライメントマーク形成部分上を走査したとき得ら
れるビーム反射強度分布を予め記憶しておき、実際にビ
ームで半導体基板上を走査し、上記の予め記憶されたビ
ーム反射強度分布と合致したビーム反射強度分布が得ら
れたときアライメントマークが存在すると認識すること
を特徴とする。

（Ｆ、作用） 請求項（１）のアライメントマークの検出方法によれば
、ビームとして配線層を透過するビーム、例えばＸ線あ
るいはオージェ電子を用い、アライメントマークを透過
したビームあるいはアライメントマーク表面で反射した
ビームを検知するので、配線層を除去しなくてもアライ
メントマークを検出することができる。

請求項（２）のアライメントマークの検出方法によれば
、半導体基板上をビームで走査して得たビーム反射強度
の分布がアライメントマーク形成部分を走査したとき得
られるところの予め記憶されたビーム反射強度分布のパ
ターンと合致するか否かによってアライメントマークの
有無を検出するので、アライメントマーク上の配線膜表
面が平坦化されていて反射ビームにアライメントマーク
の輪郭がはっきり反映しな（でも記憶しておいたビーム
反射強度分布との照合によりアライメントマークを正確
に認識することができ、延いては正確なアライメントが
可能になる。

（Ｇ、実施例）［第１図乃至第７図コ 以下、本発明アライメントマークの検出方法を図示実施
例に従って詳細に説明する。

第１図及び第２図（Ａ）、（Ｂ）は本発明アライメント
マークの検出方法の一つの実施例を示すを説明するため
のもので、第１図はアライメントマーク検出装置の概略
図、第２図（Ａ）、（Ｂ）はアライメントマークが形成
された半導体基板の各別の例を示す断面図である。

１はＸ線照射部で、Ｘ線を発生するＸ線源と、該Ｘ線源
から発生したＸ線を収束する収束系からなる。このＸ線
照射部ｌから出射されたＸ線は半導体基板２に照射され
、該半導体基板２を透過したＸ線は受Ｘ線部３において
検出される。アライメントマークを検出するときはＸｌ
！照射部１を移動してＸ線で半導体基板２を走査すると
共に受Ｘ線部３をＸ線照射部１に連動させてＸ線を支障
なく受けられるようにする。

検出用ビームとしてＸ線を用いるのは、Ｘ線がアルミニ
ウム配線層に対して強い透過性を有するためである。

アライメントマーク部の第１の例は第２図（Ａ）に示す
ようにシリコン半導体基板２の表面部にＳｉＯｘからな
る絶縁膜４を形成し、該絶縁膜４にアライメントマーク
を成すコタツクトホール５を形成し、表面に平坦化され
たアルミニウム配線層６を有するものである。このよう
なアライメントマークの検出は、アルミニウム６の厚さ
がアライメントマークをなすホール５のある部分で厚く
、ない部分で薄くなり、透過Ｘ線にその厚さの違いによ
るコントラストが生じることを利用して行う。

アライメントマーク部の第２の例は、第２図（Ｂ）に示
すように、半導体基板２表面の絶縁膜４上にタングステ
ンシリサイド（ＷＳｉｘ）膜７からなるアライメントマ
ークを形成し、該タングステンシリサイド膜７上を平坦
化絶縁膜４ａで覆い、該平坦化絶縁膜４ａ上にアルミニ
ウム膜６を形成したものである。このようなアライメン
トマークの検出は、タングステンシリサイド膜７をＸ線
が透過しにくく、アライメントマークのある部分とない
部分とで透過Ｘ線に強いコントラストが生じることを利
用して行う。

第３図はアライメントマーク検出装置の別の例を示すも
のである。１ａはＸ線源と、該Ｘ線源からのＸ線を広角
に広げるブロード系とからなるＸ線照射部である。８は
半導体ウェハ２を透過したＸ線を受ける受Ｘ線部で、裏
面に蛍光剤９が塗布されており、１０は該蛍光剤９を励
起光により走査するスキャナである。

アライメントマーク検出装置は蛍光剤９付き受Ｘ線部８
で半導体ウェハ２を透過したＸ線を受け、蛍光剤９をス
キャナ１０により励起光で走査するという方法によりア
ライメントマークの検出を行う。

尚、ＥＰＭＡ等の特性Ｘｌｌあるいはオージェ電子を半
導体ウェハに垂直に照射し、そこから発生する被照射体
の元素に特有の特性Ｘ線あるいはオージェ電子をアナラ
イザで分析し、それによってアライメントマークを検出
するようにしても良い。即ち、ＥＰＭＡ等の特性ＸＩ！
、オージェ電子を用いて元素分布を知る分析技術がある
ので、これを積極的に利用するためアライメントマーク
部をそのまわりの物質と異なる物質により形成すること
とし、そして、アライメントマークを構成する物質の残
存を示す特性Ｘ線あるいは電子線を検知したときアライ
メントマークがあると判断するようにするのである。第
４図は元素分析によるアライメントマークの検出をした
場合の出力信号の波形図の一例を示すものであり、パル
ス状の部分がアライメントマークの存在を示している。

第５図乃至第７図は本発明アライメントマークの検出方
法の他の実施例を示すものであり、第５図はアライメン
ト装置の概略構成図である。

２はステッパ内部に置かれた半導体ウェハ、１１はアラ
イメントマーク検出用センサで、測定用ビームを半導体
ウェハ２へ照射するビーム照射手段を内蔵しており、イ
ンターフェイス１２を介してコンピュータ１３に接続さ
れている。該センサ１１は、コンピュータ１３により制
御されると共に、反射ビームの検出信号をコンピュータ
１３ヘインターフエイス１２を介して伝送する。１４は
コンピュータ１３内蔵のＲＡＭであり、諸データを記憶
する。特に、アライメントマークの形状、ビーム反射強
度分布、そのビーム反射強度分布における位置合せのポ
イントになるところをアライメントマーク照合用データ
として記憶する重要な役割を果たす。コンピュータ１３
はＲＡＭのほかＣＰＬｌ、ＲＯＭ、Ｉ１０ボート等を有
するが、ＲＡＭ１４のみを図示する。

該コンピュータ１３はステッパ１５を制御するが、その
制御に必要なアライメントマークの検圧を新しい方法で
行う。第６図及び第７図（Ａ）乃至（Ｃ）はその新しい
アライメントマークの検出方法の説明をするためのもの
であり、第６図はアライメントマークの断面形状と、ア
ライメントマークにビームを照射した場合のビーム反射
強度分布を示すものである。第７図（Ａ）乃至（Ｃ）は
各別のアライメントマークの断面図と、ビームでアライ
メントマークを走査した場合におけるビーム反射強度分
布とを示すもので、この各種アライメントマークの形状
と、ビーム反射強度分布と、ビーム反射強度分布におけ
るどの部分を位置合せのポイントとするかについて予め
ＲＡＭ１４に記憶してお（。

そして、実際にセンサ１１によりビームで半導体基板上
を走査しながらビーム反射強度を検出する。そして、検
出したビーム反射強度の分布と予め記憶しておいた各照
合用ビーム反射強度分布とを照射し、合致すればアライ
メントマークがあると認識し、その実際に検出したビー
ム反射強度の分布における位置合せのポイントとなる部
分をＲＡＭ１４から読み出したデータに基づいて決め、
それを位置合せのポイントとして位置合せを行う。具体
的にはビーム反射強度の低くなる部分がアライメントマ
ークのエツジに相当するので、ビーム反射強度分布の最
もビーム反射強度の低いところを位置合せのポイントと
して記憶しておき、実際に検出したビーム反射強度の分
布が予めＲＡＭ１４に記憶されていた照射用ビーム反射
強度分布と合致したときアライメントマークがあると認
識し、そして、実際に検出したビーム反射強度の分布か
ら最もビーム反射強度の低いところを位置合せのポイン
トとして位置合せを行う。

このアライメント装置のアライメントマーク検出に関す
るプログラムは基本的には、検出の前提としての照合用
データの記憶をするプログラムと、実際にアライメント
マークの検出をするプログラムからなる。

照合用データの記憶に関するプログラムについて簡単に
説明すると、平坦化していない状態のＩＣのアライメン
トマークの場所、形状を記憶し、次に、そのアライメン
トマークをビームで走査した場合のビーム反射強度分布
を記憶し、次に、平坦化した場合におけるビーム反射強
度分布を記憶し、更にそのビーム反射強度分布における
どの部分を位置合せのポイントとするかを記憶する。こ
の平坦化したものデータは平坦度を変えて何種類、信士
種類ものケースについて記憶する。

次に、実際にアライメントマークの検出をするプログラ
ムについて説明すると、実際に半導体基板上をビームで
走査し、それと同時にビーム反射強度を検出し、ビーム
反射強度分布をＲＡＭ１４に配憶されている配線膜表面
の平坦化度が異なる各アライメントマークのビーム反射
強度分布と照合する。そして、いずれかと合致すればア
ライメントマークがあるとしビーム反射強度分布の位置
合せのポイントとなる部分の位置を判断し、これをアラ
イメントの基準にする。

このようなアライメントマークの検圧一方法によっても
配線層の表面が平坦化しているに拘らずアライメントマ
ークが支障なく検出できるようにすることができる。

（Ｈ発明の効果） 以上に述べたように、請求項（１）のアライメントマー
クの検出方法は、アライメントマーク上の配線層を透過
するビームを半導体基板に照射してその反射ビーム又は
透過ビームを検知することにより上記アライメントマー
クを検出することを特徴とするものである。

従って、請求項（１）のアライメントマークの検出方法
によれば、ビームとして配線層を透過するビーム、例え
ばＸ線あるいはオージェ電子を用い、アライメントマー
クを透過したビームあるいはアライメントマーク表面で
反射したビームを検知するので、配線層を除去しなくて
もアライメントマークを検出することができる。

請求項（２）のアライメントマークの検出方法は、ビー
ムでアライメントマーク形成部分上を走査したとき得ら
れるビーム反射強度分布を予め記憶しておき、実際にビ
ームで半導体基板上を走査し、上記予め記憶されたビー
ム反射強度分布と合致したビーム反射強度の変化が得ら
れたときアライメントマークが存在すると認識すること
を特徴とする。

従って、請求項（２）のアライメントマークの検出方法
によれば、半導体基板上をビームで走査して得たビーム
反射強度の変化のパターンがアライメントマーク形成部
分を走査したとき得られるところの予め記憶されたビー
ム反射強度分布のパターンと合致するか否かによってア
ライメントマークの有無を検出するので、アライメント
マーク上の配線膜表面が平坦化されていて反射ビームに
アライメントマークの輪郭がはっきり反映しなくても記
憶しておいたビーム反射強度分布との照合によりアライ
メントマークを正確に認識することができ、延いては正
確なアライメントが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明アライメントマークの検出方法
の一つの実施例を説明するためのもので、第１図は検出
装置の概略図、第２図（Ａ）、（Ｂ）はアライメントマ
ーク部の各別の例を示す断面図、第３図は別の検出装置
の概略図、第４図は本発明アライメントマークの検出方
法の別の実施例を説明するための出力波形図、第５図乃
至第７図は本発明アライメントマークの検出方法の更に
別の実施例を説明するためのもので、第５図はアライメ
ント装置の概略図、第６図はアライメントマークの１１
図とビーム反射強度分布図、第７図（Ａ）乃至（Ｃ）は
予めＲＡＭにインプットしておく各別のビーム反射強度
分布例を示す図である。 符号の説明 ２・・・半導体基板、 ５、 ・アライメントマーク。 型ｐ←−−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）アライメントマーク上に略平坦化された配線層を
   有する半導体基板の上記アライメントマークを検出する
   アライメントマークの検出方法において、 上記配線層を透過するビームを上記半導体基板に照射し
   てその反射ビーム又は透過ビームを検知することにより
   アライメントマークを検出することを特徴とするアライ
   メントマークの検出方法
2. （２）アライメントマーク上に略平坦化された配線層を
   有する半導体基板の上記アライメントマークを検出する
   アライメントマークの検出方法において、 ビームによってアライメントマーク形成部分上を走査し
   たとき得られるビーム反射強度の分布を予め記憶してお
   き、 実際に上記ビームによって上記半導体基板上を走査しな
   がらビーム反射強度の検知をし、検知したビーム反射強
   度の分布と上記予め記憶されたアライメントマークを走
   査したとき得られるビーム反射強度分布との照合をし、 合致したときアライメントマークが存在すると認識する ことを特徴とするアライメントマークの検出方法