JPH07118441B2 - 位置合せマークの光学的コントラスト強化方法 - Google Patents

位置合せマークの光学的コントラスト強化方法

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JPH07118441B2
JPH07118441B2 JP61162210A JP16221086A JPH07118441B2 JP H07118441 B2 JPH07118441 B2 JP H07118441B2 JP 61162210 A JP61162210 A JP 61162210A JP 16221086 A JP16221086 A JP 16221086A JP H07118441 B2 JPH07118441 B2 JP H07118441B2
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Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、半導体製品の層間位置合せマークのコントラ
スト強化方法に関するものである。
B.従来技術 半導体の製造において、半導体製品の各層について行う
「臨界マスキング工程」の間に位置合せが必要であるこ
とが一般に知られている。「臨界マスキング工程」と
は、互いに位置合せをしなければならないマスクを通し
て行う工程（たとえばエツチング、イオン注入等）であ
る。これらのマスキングにずれを生じると、予期した機
能を行う工程の信頼性が極端に低下する。
この問題を解決するためには、従来は「ベンチ・マー
ク」と称する位置合せマークが使用された。このマーク
は、半導体基板の表面に形成した開口部である。後続の
マスキング工程はすべて、このベンチ・マークに位置合
せされる。
最近になつて、ベンチ・マークによる位置合せ方式は、
装置の寸法が小さくなるにつれて、十分な精度が得られ
ないことが判明した。所定の工程に４回の臨界マスキン
グ工程が使用されると仮定すると、第４のマスクは直接
ベンチ・マークに位置合せするため、これは他のマスキ
ング工程には間接的にしか位置合せができない。たとえ
ば、第４のマスキング工程を第２のマスキング工程に位
置合せする必要がある場合は、「二次的位置合せ」しか
得られない。すなわち、これらの２つのマスキング工程
の間の直接（すなわち「一次的」）位置合せは、２つの
マスキング工程およびベンチ・マークのそれぞれの間の
位置合せの精度による。このとき一時的位置合せ（すな
わち所定のマスキング工程間の直接位置合せ）以下の位
置合せを行うと、位置合せした構造の密度が極端に低下
することが分かつている。
一般に、一次的位置合せは、臨界マスキング工程を行う
層における位置合せマークを形成することにより維持さ
れる。酸化物層を基板上に成長させる場合、酸化物上で
行う臨界マスキング工程（たとえばマスクを通してのエ
ツチング）の位置を示す位置合せマークを形成するため
に、溝または同様な表面の不連続部分を酸化物層中に形
成させることができる。次に、工程中の次の臨界マスキ
ング工程が、酸化物中の位置合せマークに位置合せされ
る。従来のベンチ・マークと同様に、これらの「一次的
位置合せマーク」は、ウエーハ上の製品領域から分離さ
れた周辺位置、たとえば切込み領域に形成される。
本発明の発明者らは、一次的位置合せマークを自動位置
合せ装置で使用する場合困難があることに気付いた。こ
れらの位置合せ装置には、位置合せマークと、マークを
形成する層との間に高い目視コントラストを必要とす
る。一般に、目視コントラストは、所定の層の光の屈折
・反射特性、および周囲の層の光の透過特性の関数であ
り、これは、これらの層の厚みおよび組成に関係する。
コントラストはまた、層中に形成する位置合せマークの
深さおよび側壁形状を制御することによつても調整する
ことができる。
後者の方法は、従来のベンチ・マークの目視コントラス
トを強化することが知られている。基板にベンチ・マー
クを形成した後、入射光を散乱させ、マークと基板との
目視コントラストを増大させるためにマークの底面を粗
面にする。マークの底面は、基板にマークを形成するの
に用いるのと同じフオトレジスト・マスクを通してエツ
チングされる。この方法は非選択性である。すなわち、
位置合せマークはすべて同時に、同じ程度に強化され
る。同様な方法は、IBMテクニカル・デイスクロジヤ・
ブルテインVol.24,NO.9,（1982年２月）p.4731〜4732に
記載のヘルマイヤー（Helmeyer）らの「ピロカテコール
・エツチングによるＥビーム位置決めマークの強化（Ｅ
−Beam Registration Mark Enhancement By Pyrocatechol Etch）」と題する
記事に示されている。
上記の方法は、一次的位置合せマークには適切ではな
い。これらのマークでは、選択されたマークのコントラ
ストを選択的に強化できる強化方法を必要とする。すな
わち、マークによつては強化をほとんど、または全く必
要としないのに対して、大幅に強化を必要とするマーク
がある。たとえば、下の層へのエツチングを含まない臨
界マスキング工程（たとえばイオン注入）を行うことも
あるのであり、この場合、この層中に一次的位置合せマ
ークを形成するために、余分にエツチングを行う必要が
ある。上記の方法では、このような選択的強化能力がな
い。
C.発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、半導体装置を形成するのに使用する臨
界マスキング工程間の位置合せを強化することにある。
本発明の他の目的は、選択した層に形成した位置合せマ
ークのコントラストを選択的に強化する方法を提供する
ことにある。
さらに本発明の他の目的は、臨界マスキング工程が行わ
れる層のそれぞれに形成した一次的位置合せマークの選
択したもののコントラストを選択的に強化する方法を提
供することにある。
D.問題点を解決するための方法 本発明の目的は、ウエーハ上に形成され、エツチング処
理される層（以下、エツチング処理層という）の一次的
位置合せマークを選択的に強化することにより達成され
る。本発明では、位置合せマークは、次のように形成さ
れる。すなわち、ウエーハ上にエツチング処理層を形成
する毎に、製品形成領域および前記製品形成領域以外の
領域に設けられた位置合せマーク形成領域を覆うように
エツチング・マスク形成層（例えば、フオトレジスト
層）を設ける。各エツチング処理層の領域のうち、製品
形成領域内のエツチング処理されるべき領域部分および
位置合せマーク形成領域内の位置合せマークが形成され
るべき領域部分を露出させる開口をエツチング・マスク
形成層に形成してエツチング・マスクを形成する。この
エツチング・マスクの開口を通して製品形成領域の前記
エツチング処理層をエツチングするとともに位置合せマ
ーク形成領域の前記エツチング処理層をエツチングし、
各エツチング処理層のそれぞれに位置合せマークを形成
する。
本発明では、位置合せマークの光学的コントラストを選
択的に強化するため、上述したように位置合せマークを
各エツチング処理層に形成する毎に、位置合せマークの
光学的コントラストをテストする。光学的コントラスト
が正確な位置合せを行うには不十分である場合には、ブ
ロツク・マスク形成層（例えば、フオトレジスト層）を
前記エツチング・マスクの上から各エツチング処理層上
に形成する。次に、各エツチング処理層に形成されるす
べての位置合せマークに対応する領域部分に、位置合せ
マークのそれぞれをエツチングするのに用いられるエツ
チング・マスクの開口を含む大きさの開口を有し、かつ
製品形成領域には開口を有しない、すべての位置合せマ
ークの強化に共通の開口パターンをブロツク・マスク形
成層に形成してブロツク・マスクを形成する。最後に、
前記ブロツク・マスクの開口と前記エツチング・マスク
の開口とを通して位置合せマークをさらにエツチング
し、位置合せマークの光学的コントラストを強化する。
E.実施例 第１図および第２図は、ウエーハ10上の第１のエツチン
グ処理される層（エツチング処理層）である二酸化シリ
コン層12の位置合せマーク形成領域に形成された位置合
マークAM1の光学的コントラストを強化する、本発明に
従う方法を例示している。先ず、第１図に示すように、
シリコン・ウエーハ10の露出した表面上に、二酸化シリ
コン層12を（酸化雰囲気中における熱成長、または熱分
解付着）により形成させる。図に示す構造は、位置合せ
マスクのためのウエーハの切込み領域上に形成され、ウ
エーハの他の部分と同様の処理工程が行われる。ここで
述べる工程は、説明の目的のみのものであり、たとえば
層12は、半導体装置構造を形成させるために使用する他
の材料であつてもよい。
本工程の第１の臨界マスキングは、酸化物層12の選択し
た部分をエツチングすることである。酸化物層12の上
に、フオトレジスト層PR1を形成させる。ウエーハの製
品領域に、エツチングする酸化物12の選択した部分を露
出させるためのパターンをつける。ウエーハの位置合せ
マーク切込み部分には、酸化物12の単一部分がフオトレ
ジストPR1を通して露出する。次に、切り込み部分の酸
化物の露出部分は、製品領域の選択した部分とともにエ
ツチングされる。切込部分ではこのようにして位置合せ
マークAM1が酸化物12中に形成される。本工程の次の臨
界マスキングは、酸化物12中の位置合せマークAM1と位
置合せすることができる。本実施例では、二酸化シリコ
ンとフオトレジストのエツチング比が高ければ、どのエ
ツチング法を用いてもよい。かかるエツチング法の例と
しては、四フツ化炭素（CF4）雰囲気中でのRIEエツチン
グが挙げられる。本発明の方法に用いられる他のエツチ
ング剤としては、フロロホルム（CHF3）、三フツ化窒素
（NF3）またはCF4に少量の酸素または二酸化炭素を含有
するもの等がある。
位置合せマークAM1を形成した後、目視コントラストの
テストを行う。マークが十分なコントラストを有する場
合は、テストをそのまま続けられる。コントラストのテ
ストでは、位置合せの目的に用いる光を、ウエーハの位
置合せマークの部分に照射する。検出装置により、位置
合せマークAM1と、その周囲の酸化物12の表面とが十分
区別された場合は、次の強化手順は開始されない。本方
法における「検出装置」は、手動検査によるものでも、
自動位置合せ工具の光学的モニタによるものでもよい。
AM1と、酸化物12の上面との目視コントラストが次の臨
界マスキングのため正確に位置合せを行うのに不十分な
場合は、第２図に示すように、フオトレジストPM1の表
面上にブロツク・マスクBMを設ける。ブロツク・マスク
はフオトレジスト層であり、すべての位置合せマーク
（これは、既に形成された位置合せマークおよびこれか
ら形成される位置合せマークの両者を含み、両者を含め
て、以下「位置合せ目標」という）に対応する開口部の
パターンを形成するように、露光処理される。同じブロ
ツク・マスクのパターンが、どの位置合せ目標を選択的
に強化する場合にも用いられる。ブロツク・マスクBMの
開口部は、下のフオトレジストPR1の開口部より大きい
ことに注意されたい。これは、２つのマスキング層のず
れの程度を考慮して行う。また、フオトレジストPR1
は、ブロツク・マスクBMを形成する前には除去しないこ
とに注目されたい。これは、フオトレジストPR1は、強
化エツチングの間にエツチングされてはならない位置合
せ目標を保護するために用いられる。
第２図に示すように、位置合せマークAM1は次に、酸化
物層12との目視コントラストを高めるために、ブロツク
・マスクBMを通してさらにエツチングされる。強化エツ
チングの程度は、位置合せマークの目視コントラストの
不足の程度により決める。これにより、位置合せマーク
の深さを選択的に増大する効果が得られ、位置合せマー
クから反射される光と、周囲の表面から反射される光と
の位相差を増大する。第２図で、強化エツチングは、下
のシリコン10にわずかに凹みを生じるまで続けられる。
強化エツチング剤は、実質的に垂直方向成分（すなわち
実質的に垂直な側面を形成する）を有するもので、フオ
トレジストを目立つて侵食することなく、下の層（たと
えば酸化物およびシリコン）をエツチングするものでな
ければならない。かかるエツチングの例として、CF4雰
囲気中でのRIEエツチングが挙げられるが、他のエツチ
ング剤も使用できる。このエツチング方式は、製品領域
のエツチング中に位置合せエツチングを形成するのに用
いたものと同じである。一般に、所定の臨界マスキング
にエツチングが含まれる場合、強化エツチングによつ
て、このエツチング剤によりエツチングされない下の層
が露出されなければ、強化エツチングのために同じエツ
チング剤が使用できる。
強化エツチングが終了した後、慣用的なフオトレジスト
除去技術（たとえば酸素雰囲気中でのプラズマ・ストリ
ツピング）を用いてブロツク・マスクBMを除去する。必
要があれば、この除去工程を引続き行つて、下のフオト
レジストPR1を除去することができる。
次に、ウエーハ処理を次の臨界マスキングまで続ける。
前述のとおり、このマスキングは、一次的位置合せマー
クAM1を用いてウエーハに位置合せされる。第２の酸化
物層14が付着されており、ドーパント・イオンが２つの
酸化物層12および14を通じて下のシリコン10の予め選定
した区域に注入されると仮定すると、第３図に示すよう
に、フオトレジストPR1に同様に、フオトレジストPR2が
形成され、パターンを付けられる。しかし、この工程で
はエツチングではなく、イオン注入を用いる。したがつ
て、エツチングを伴わない場合は、この臨界マスキング
の相対位置を示す一次的位置合せマークは形成されな
い。
したがつて、前に用いたものと同じフオトレジストのブ
ロツク・マスクBMがフオトレジストPR2の上に形成さ
れ、一次的位置合せマークAM2を形成するためにエツチ
ングが行われる。フオトレジストPR2は、位置合せマー
クAM1がさらにエツチングされないように保護する。
この位置合せマークを形成し、このマークの選択された
ものを選択的に強化する方法は、ウエーハの処理工程を
通じて続けられる。この方法により、所要の等級の位置
合せを行うための、複数のコントラストの高い位置合せ
マークが得られる。たとえば、次の臨界マスキングは、
AM1またはAM2のいずれかに位置合せをすればよい。
上記の、本発明による構造および方法に変形または変更
を行うことが可能であり、かかる変更は本発明の特許請
求の範囲に記載する原理および範囲内に入るものであ
る。
F.発明の効果 以上のように、この発明によれば、ウエーハ上の位置合
せマークの目視コントラストが高められるので、位置合
せマークを用いたウエーハの位置合せの精度を向上する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、一次的位置合せマークを有する基板の断面
図、第２図は、第１図の基板の一次的位置合せマークを
強化したものの断面図、第３図は第２図の基板におい
て、本発明によりさらに位置合せマークを形成し、処理
したものの断面図である。 10……シリコン・ウエーハ、12……二酸化シリコン層、
14……第２酸化物層、AM1、AM2……位置合せマーク。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート・ウエイン・スウイーツア アメリカ合衆国バーモント州エセツクス・ ジヤンクシヨン、ブラウンズ・リバー・ロ ード199番地 (56)参考文献 特開 昭51−147179（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ウエーハ上に、エツチング処理される層
    （以下、エツチング処理層という）を形成する毎に、製
    品形成領域および前記製品形成領域以外の領域に設けら
    れた位置合せマーク形成領域を覆うようにエツチング・
    マスク形成層を設け、各前記エツチング処理層の領域う
    ち、前記製品形成領域内のエツチング処理されるべき領
    域部分および前記位置合せマーク形成領域内の前記位置
    合せマークが形成されるべき領域部分を露出させる開口
    を前記エツチング・マスク形成層に形成してエツチング
    ・マスクを形成し、前記エツチング・マスクの前記開口
    を通して前記製品形成領域の前記エツチング処理層をエ
    ツチングするとともに前記位置合せマーク形成領域の前
    記エツチング処理層をエツチングして、前記エツチング
    処理層のそれぞれに形成される位置合せマークの光学的
    コントラストを選択的に強化する方法であって、 （ａ）前記位置合せマークを各前記エツチング処理層に
    形成する毎に前記位置合せマークの光学的コントラスト
    をテストし、 （ｂ）前記光学的コントラストが正確な位置合せを行う
    には不十分である場合には、ブロツク・マスク形成層を
    前記エツチング・マスクの上から各前記エツチング処理
    層上に形成し、 （ｃ）各前記エツチング処理層に形成されるすべての位
    置合せマークに対応する領域部分に、前記位置合せマー
    クのそれぞれをエツチングするのに用いられる前記エツ
    チング・マスクの開口を含む大きさの開口を有し、かつ
    前記製品形成領域には開口を有しない、すべての位置合
    せマークの強化に共通の開口パターンを前記ブロツク・
    マスク形成層に形成してブロツク・マスクを形成し、 （ｄ）前記ブロツク・マスクの開口と前記エツチング・
    マスクの開口とを通して前記位置合せマークをさらにエ
    ツチングして前記位置合せマークの光学的コントラスト
    を強化する ことを特徴とする、位置合せマークの光学的コントラス
    ト強化方法。
JP61162210A 1985-08-19 1986-07-11 位置合せマークの光学的コントラスト強化方法 Expired - Lifetime JPH07118441B2 (ja)

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