JPH07283117A

JPH07283117A - マスクの位置合わせ方法

Info

Publication number: JPH07283117A
Application number: JP7512894A
Authority: JP
Inventors: Taiji Tsuruoka; 泰治鶴岡; Tsutomu Tajima; 勉多嶋
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1994-04-13
Filing date: 1994-04-13
Publication date: 1995-10-27

Abstract

(57)【要約】【目的】精度良くＳｉウエハを結晶学的基準方位を決
めることが可能なマスク位置合わせ方法を提供する。【構成】Ｓｉウエハ１０に、オリエンテーションンフ
ラットのカットラインとほぼ平行なライン上に互いに離
間させた２つのエッチングピット１８を形成する。この
エッチングピット１８は、それぞれ互いに平行なピット
辺１９を有している。一方、ピット辺の間隔（エッチピ
ット幅ともいう。）よりも狭い間隔の２つの互いに平行
なパタン辺２２ａ，２２ｂをそれぞれ有するホトマスク
パタンを離間して設けたホトマスクを用意しておき、ピ
ット辺１９とパタン辺２２ａ、２２ｂとを平行に位置合
わせする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、マスクの位置合わせ
方法、特に、シリコン（Ｓｉ）ウエハに対してホトマス
クの位置合わせを行う際のマスク位置合わせ方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、Ｓｉウエハの結晶方位に対してホ
トマスクのホトマスクパタンを合わせる際に、まず、Ｓ
ｉ単結晶のインゴットを所定の面方位に切断し、その後
研磨、エッチング、及びポリッシングなどの工程を経て
Ｓｉウエハが形成される。このとき形成されたＳｉウエ
ハは、デバイス製造に必要な面方位をもつように切り出
されている。一般に、マイクロマシーニング（微細加工
技術）においては、Ｓｉウエハの上面或いは下面の面方
位として（１００）面とか（１１１）面などが多く用い
られる。

【０００３】また、Ｓｉウエハには、通常、リソグラフ
ィにおけるマスク位置合わせを容易にするため、Ｓｉウ
エハ面内の結晶学的基準を示すオリエンテーションフラ
ットが形成される。このオリエンテーションフラット
は、円形のＳｉウエハの一部分をカットラインに沿って
切り落して形成している。

【０００４】また、Ｓｉウエハ上には、例えばシリコン
酸化膜（ＳｉＯ₂ 膜）、レジスト層を順次形成した後、
ホトリソグラフィ工程によりＳｉＯ₂ 膜のパタ−ニング
を行ない、然る後、ＳｉＯ₂ 膜をマスクとして用いてＳ
ｉウエハをエッチングし、Ｓｉウエハに設計通りのパタ
ンを形成していた。このとき、ホトマスクの基準線（一
般に、ホトマスクにオリエンテーションフラットと位置
合わせするためのマスク合わせ線が設けられている。）
とＳｉウエハのオリエンテーションフラットのカットラ
インとを位置合わせしてＳｉウエハの結晶方位を決定し
ている。このとき、通常はＳｉウエハのエッチング液と
して、ＫＯＨ溶液が用いられている。

【０００５】ところで、Ｓｉウエハに形成されるエッチ
ピット形状は、Ｓｉウエハの結晶面によって変化するこ
とが周知の技術として良く知られている（文献Ｉ：応用
物理、第６０巻、第３号、１９９１年、Ｐ２２７〜２３
８）。文献Ｉに開示されているように、例えば、Ｓｉウ
エハの表面が（１００）面の場合、この表面に対しＳｉ
ウエハを水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液中でエッチング
すると、Ｓｉウエハに形成されるエッチピットはＶ字型
の溝形状となる。一方、Ｓｉウエハの表面が（１１０）
面の場合、この表面に対しエッチングすると、Ｓｉウエ
ハに形成されるエッチピットは垂直な側壁を有する溝形
状になる。

【０００６】このように、従来は、Ｓｉウエハとホトマ
スクの結晶方位合わせる際のＳｉウエハ側の基準線とし
て、オリエンテーションフラットのカットラインが用い
られていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｓｉウ
エハのオリエンテーションフラットの面には、所定の結
晶方位にＳｉウエハを切断するとき、凹凸が生じてしま
い、このため、オリエンテーションフラットの面を所定
の結晶方位に設計通りに決めることが難しい。オリエン
テーションフラットの面を形成する際、設計の結晶方位
に対して角度として数１０分から数度の“ずれ”を生じ
てしまうというのが現状である。この“ずれ”のため、
エッチングマスク層を用いてＳｉウエハに設計通りのパ
タンを形成した場合、オリエンテーションフラットの面
の方位に対して、ある角度をもって回転したパタンが形
成されてしまう。

【０００８】また、異方性エッチングによりＳｉウエハ
の深さ方向にエッチピットを形成した場合、Ｓｉウエハ
が厚く（例えば数１００μｍ以上）なると、エッチピッ
トの側壁面が階段状に形成され、均一な側壁面が形成で
きないという問題がある。

【０００９】また、オリエンテーションフラットの結晶
方位ずれによりパタン形状が非対称になり、設計通りの
パタン形状が作製できないという問題もあった。

【００１０】このため、オリエンテーションフラットの
カットラインを結晶方位合わせの規準線として用いず
に、精度良くＳｉウエハの結晶学的規準方位を決めるマ
スク位置合わせ方法が望まれていた。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明によれば、Ｓｉ
ウエハに、オリエンテーションフラットのカットライン
とほぼ平行なライン上に互いに離間させた２つのエッチ
ングピットを形成する。このとき、２つのエッチングピ
ットの中心を結んだ線が仮の基準線となる。また、各エ
ッチングピットの上辺は、互いに２つの平行なピット辺
を有する形状（通常は、四角形）になる。また、Ｓｉウ
エハにエッチングピットを形成する際は、先ず、Ｓｉウ
エハ上にエッチングマスク層を形成しておき、その後、
エッチングマスク層にエッチングピットを形成するため
の２つのエッチングピット用穴を設けるのが良い。

【００１２】一方、ピット辺の間隔（ここでは互いに平
行なピット辺の間隔をエッチピット幅と称する。）より
も狭い間隔の２つの互いに平行なパタン辺をそれぞれ有
するホトマスクを用意しておく。このとき、それぞれの
パタン辺の中心点を結んだ線（パタン中心線と称す
る。）を結晶方位線として用いることができる。そし
て、Ｓｉウエハのピット辺とホトマスクのパタン辺とを
それぞれ平行に位置合わせするため、パタン中心線は、
仮の基準線に対してある角度だけずれる。このずれたパ
タン中心線が設計通りの結晶方位を示す真の基準線にな
る。

【００１３】

【作用】上述したこの発明では、先ず、Ｓｉウエハに、
オリエンテーションフラットのカットラインとほぼ平行
なライン上に互いに離間させた２つのエッチングピット
を形成する。このとき形成されたエッチングピットは、
それぞれが互いに平行な２つのピット辺を有している。
このとき、２つのエッチングピットが設計通りの結晶方
位に合っていれば、それぞれのピット辺は２つのエッチ
ングピット間を結んだ仮の基準線に対して垂直又は平行
に形成される。しかし、実質的には、それぞれのピット
辺は、設計通りの結晶方位からずれているので、その
分、ピット辺はエッチングピット間を結んだ仮の基準線
に対してある角度だけずれて形成される。

【００１４】また、Ｓｉウエハのピット辺の間隔（エッ
チングピット幅ともいう。）よりも狭い間隔のパタン辺
を有するホトマスクを用意しておき、ピット辺とパタン
辺とを平行に位置合わせを行うので、ピット辺のエッチ
ングピット幅の中にパタン辺が重なり、したがって、ピ
ット辺とパタン辺とをそれぞれ平行に位置決めすること
ができる。このとき、ホトマスクの２つのパタン辺の中
心をそれぞれ結んだ線、すなわち、パタン中心線が真の
基準線となる。したがって、このパタン中心線が設計通
りのオリエンテーションフラットの結晶方位となる。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明のマスク位
置合わせ方法について説明する。なお、この実施例で
は、Ｓｉウエハにマイクロマシン用パタンを形成する場
合のマスク位置合わせ方法を例にとって説明するが、何
らこの例に限定されるものではなく、デバイス素子等の
形成にも応用できる。また、図１〜図５の（Ａ）、
（Ｂ）及び（Ｃ）は、この発明が理解できる程度に、各
構成成分の形状、大きさ及び配置を概略的に示してある
にすぎない。

【００１６】図１、図２の（Ａ）〜（Ｃ）、図３、図４
及び図５の（Ａ）〜（Ｃ）を参照してこの発明のマスク
位置合わせ方法の第１及び第２実施例について説明す
る。

【００１７】［１］この発明の第１実施例まず、図１、図２の（Ａ）〜（Ｂ）、及び図５を参照し
て第１実施例のマスク合わせ方法について説明する。な
お、図１は、Ｓｉウエハの平面図であり、図２の（Ａ）
及び（Ｂ）は、ホトマスク及びＳｉウエハの平面図であ
る。また、図２の（Ｃ）は、ホトマスクとＳｉウエハの
マスク合わせ方法の説明に供する平面図である。図５
は、エッチングピットの方位ずれを説明するために供す
るＳｉウエハの平面図である。また、図１及び図２の
（Ｂ）及び（Ｃ）の平面図の一部の斜線は断面を表すも
のではなく、図面の理解を明確にするために付したもの
である。

【００１８】Ｓｉウエハ１０の面方位として、上面及び
下面の結晶面を例えば（１００）面とする。このＳｉウ
エハには、オリエンテ−ションフラット１２が形成され
ている。

【００１９】このＳｉウエハ１０にエッチングピット
（エッチピットともいう。）を形成するには、例えば熱
酸化法を用いてＳｉウエハ１０にエッチングマスク層
（以下、ＳｉＯ₂ 層という。）１４を形成する。ここで
は、ＳｉＯ₂ 層１４の膜厚を例えば２００ｎｍとする。

【００２０】次に、任意好適な方法（例えばリソグラフ
ィ法）を用いて、ＳｉＯ₂ 層１４のエッチングを行な
い、ＳｉＯ₂ 層１４に２つのエッチングピット用穴１６
ａ及び１６ｂを設けて図１の構造体を得る。このとき形
成されたエッチングピット用穴１６ａ及び１６ｂを第１
エッチング用穴及び第２エッチング用穴と称する。

【００２１】この第１及び第２エッチング用穴１６ａ、
及び１６ｂは、オリエンテーションフラット１２のカッ
トラインとほぼ平行なライン上に互いに離間させて形成
してあり、また、第１及び第２エッチング用穴１６ａ，
１６ｂ間の中心を結んだ線を仮の基準線１７と称する。
なお、エッチング用穴１６を形成する場合のエッチング
液として、例えばふっ化水素（ＨＦ）溶液を用いる。こ
のとき形成された第１及び第２エッチング用穴１６ａ及
び１６ｂの直径を例えば１００μｍとする。また、第１
及び第２エッチング用穴１６ａ及び１６ｂの形状は、円
形とする。

【００２２】次に、図１の構造体を、例えば水酸化カリ
ウム（ＫＯＨ）溶液に浸漬してエッチングピット１８を
形成する（図２の（Ｂ））。このとき用いるＫＯＨ溶液
のエッチャントの条件は、以下の通りとする。

【００２３】ＫＯＨ溶液：５００Ｇ／Ｌ（水１リットル
（Ｌ）に対しＫＯＨ溶液を５００グラム（Ｇ）混合した
溶液である。）エッチング液の温度：約８０℃ エッチング時間：約１５分このとき、第１及び第２エッチング用穴１６ａ、１６ｂ
の下部のＳｉウエハ１０には、互いに２つの辺を有する
四角形のエッチピット１８が形成される。このこき形成
された一対の辺をピット辺１９と称する。

【００２４】エッチピット１８は、実際にはＳｉウエハ
の厚み方向に対しＶ溝型に形成されているが、この図２
の（Ｂ）ではＳｉウエハの上面縁又は上辺のみを表して
いる。また、図２の（Ｂ）のＺ−Ｚ線に沿って切断した
ときの断面を図３に示す。このとき、Ｓｉウエハ１０に
は、Ｖ溝が形成されており、ＳｉＯ₂ 層１４には２つの
第１及び第２エッチング用穴１６ａ及び１６ｂが形成さ
れている。

【００２５】ここで、図６の（Ａ）〜（Ｃ）を参照し
て、Ｓｉウエハに形成されるエッチピットの形状と結晶
方位との関係について簡単に説明しておく。

【００２６】図６の（Ａ）は、図１のＳｉウエハと同一
の平面図である。この平面は、３次元直交座標系のＸ−
Ｙ座標の平面内にあるとする。また、Ｓｉウエハ１０の
表面及び裏面の結晶面は、（１００）面になっている。
このＳｉウエハ１０に対して〈１−１０〉方位（ただ
し、「−１」の記号は、１の上にバーを付したことを意
味し、３次元直交座標系でのＹ軸の負の方位を表す。）
にオリエンテーションフラット１２を設けてある。今、
ここでは、このフラット１２のカットラインがＹ軸と一
致していると仮定する。このとき、オリエンテーション
フラット１２のカットラインが〈１−１０〉方位に正確
に合っている場合、第１及び第２エッチング用穴１６ａ
及び１６ｂの仮の基準線１７は〈１−１０〉方位となる
ため、エッチピット１３のピット辺１９は仮の基準線１
７対して直交している（図６の（Ｂ）参照）。これに対
して、オリエンテーションフラット１２のカットライン
が〈１ー１０〉方位より角度（θ）ずれている場合、す
なわちＹ軸と〈１−１０〉方位とがθだけずれている場
合ピット辺１９は仮の基準線１７に対して直交せず、こ
れら辺１９が第１及び第２エッチング用穴１６ａ及び１
６ｂを中心にしてある角度（この場合はθの角度）だけ
回転した状態のエッチピット３８がそれぞれ形成される
（図６の（Ｃ）参照）。すなわち、Ｓｉウエハの上面を
平面的に見た場合、エッチピット３８の上辺はＹ軸に対
して傾向いて形成されることになる。

【００２７】次に、ホトマスクパタンとエッチピットと
の関係について説明する。

【００２８】図２の（Ａ）は、ホトマスクのホトマスク
パタンを示す平面図である。このホトマスク２３は、ピ
ット辺１９の間隔（エッチピット幅ともいう。）よりも
狭い間隔の２つの互いに平行なパタン辺２２ａ、２２ｂ
を有するホトマスクパタン２０ａ及び２０ｂとして形成
する。そして、第１エッチング用穴１６ａ側のホトマス
クパタン２０ａは、エッチピット１８と相似形をしてお
り、第２エッチング用穴１６ｂ側のホトマスクパタン２
０ｂは長方形のパタン形状をしている。このとき、対向
するホトマスクパタン２０ａ及び２０ｂのパタン辺の中
心を結ぶ線をパタン中心線２５と称する。

【００２９】次に、図２の（Ｃ）を参照して、ホトマス
ク２３とＳｉウエハ１０のマスク位置合わせ方法につい
て説明する。

【００３０】まず、第１エッチング用穴１６ａ側のピッ
ト辺１９に、ホトマスクパタンのパタン辺２２ａを平行
に合わせる。このとき、第２エッチング用穴１６ｂ側の
ピット辺１９とパタン辺２２ｂも互いに平行に合わせる
ことにより、高精度のピット辺１９とパタン辺２２ａ、
２２ｂとの位置合わせが可能になる。このようにして、
マスク位置合わせを行うことによって、パタン中心線２
５は、仮の基準線１７に対して所定の角度分ずれる。こ
のときのパタン中心線２５が、真の基準線、すなわち、
Ｓｉウエハ１０の〈１−１０〉方位となる。

【００３１】［２］第２実施例次に、図４及び図５の（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、この
発明の第２実施例について説明する。

【００３２】Ｓｉウエハ１０の結晶面は、第１実施例と
同一の（１１０）面を用いている。まず、このＳｉウエ
ハ１０にＳｉＯ₂ 層１４を形成する。その後、オリエン
テーションフラット１２のカットラインとほぼ平行なラ
イン上に２つのエッチングピット用穴２６及び２８を形
成して図４の構造体を得る。このとき形成されたエッチ
ング用穴２６を第１エッチング用穴、２８を第２エッチ
ング用穴と称する。

【００３３】そして、第１エッチング用穴２６は、第１
実施例のときと同様な丸形（直径１００μｍ程度）形状
とし、第２エッチング用穴２８は例えば２０００μｍ×
１００μｍの線形の形状とする。

【００３４】次に、図４の構造体をＫＯＨ溶液のエッチ
ャント液に浸漬して、異方性エッチングを行うことによ
り、エッチピット３０及び３２が形成される。このと
き、一方のエッチピット３０は、四角形となり、もう一
方のエッチピット３２は長方形となる。このエッチピッ
ト３０、３２のピット辺２７ａ及び２７ｂは、仮の基準
線２９に対して直交するピット辺とならず、仮の基準線
２９に対し、ある傾きをもって形成される（図５の
Ｂ））。

【００３５】図５の（Ａ）は、第２実施例に用いるホト
マスクを説明するための平面図である。

【００３６】ホトマスク２３には、エッチピット３０及
び３２と相似形のホトマスクパタン３４及び３６が形成
されている。このときのホトマスクパタン３４及び３６
のパタン辺をそれぞれ３５ａ、３５ｂとする。そして、
パタン辺３５ａ及び３５ｂの間隔は、ピット辺２７ａ及
び２７ｂの間隔（エッチピット幅ともいう。）よりも狭
くしてある。また、マスク辺３５ａ及び３５ｂの中心を
それぞれ結んだ線をパタン中心線３１と称する。

【００３７】上述したホトマスク２３とＳｉウエハ１０
を用いてマスク合わせ方法を説明する。

【００３８】まず、第１エッチング用穴２６側のピット
辺２７ａとパタン辺３５ａとが平行になるようにマスク
合わせを行う。このとき、第２エッチング用穴２８側の
エッチピット３２の上辺は、長方形に形成されているの
で、第２エッチング用穴２８側のマスク合わせが正確に
できる。Ｓｉウエハ１０をホトマスク２３のマスク合わ
せを行ったときのパタン中心線３１が、真の基準線、す
なわち設計通りの〈１−１０〉方位となる（図５の
（Ｃ））。

【００３９】上述した第１及び第２実施例を用いてマス
ク位置合わせを行うことにより、Ｓｉウエハのオリエン
テーションフラット１２のカットラインの結晶方位やオ
リエンテーションフラット１２の面の状態に全く影響を
受けずに精度良くＳｉウエハの結晶方位合わせが可能と
なる。したがって、ホトマスクのパタン中心線３１と所
望の設計パタンを平行に合わせを行うことにより、設計
パタンがＳｉウエハの結晶方位に自動的に合うため、高
精度のエッチング加工を行うことができる。したがっ
て、Ｓｉウエハ１０に形成されたＶ溝の側壁面は、段差
のない平滑な面が形成される。

【００４０】また、このようにして形成された設計パタ
ンは、設計通りの結晶方位に正確に合っているので、パ
タンの上辺が真の基準線に対して傾いたり、回転したり
することがなくなる。

【００４１】また、Ｓｉウエハに形成されるパタンが非
対称になることも回避できるため、高精度のエッチング
加工が可能となる。したがって、例えばマイクロマシン
を作製する場合、工程中の歩留が著しく改善される。

【００４２】上述した実施例では、Ｓｉウエハの上面及
び下面の結晶面を（１００）面としたが、この面に何ら
限定されるものではなく、例えば（１１０）面を用いて
も良い。Ｓｉウエハの表面を（１１０）面とした場合、
オリエンテーションフラットのカットラインの切断面
は、（１００）面とするのが好適である。このとき、エ
ッチング加工されたＳｉウエハの溝は、（１１０）面に
対して垂直な側壁面を有する溝形状になる。

【００４３】また、この発明の実施例では、エッチング
マスク層としてＳｉＯ₂ 層を用いたがＳｉＯ₂ 層の代わ
りにシリコン窒化層（ＳｉＮ層）を用いても良い。

【００４４】

【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明のマスク位置合わせ方法は、Ｓｉウエハのオリエ
ンテーションフラットのカットラインを用いずに、Ｓｉ
ウエハのエッチピットのピット辺とホトマスクのパタン
辺とを平行に位置合わせ行うことができるため、設計パ
タンに対して正確な結晶方位合わせが可能になる。ま
た、エッチング用穴の形状は、一方を円形とし、他方を
長方形としてあるため、それぞれのピット辺の間隔が離
れていてもパタン辺とのマスク合わせを正確に行うこと
ができるので、Ｓｉウエハの結晶方位合わせが容易にな
る。したがって、Ｓｉウエハに対して設計通りのエッチ
ング加工を行うことにより、製品を作製する際における
工程の歩留が著しく向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例に供するシリコン（Ｓ
ｉ）ウエハの概略的平面図である。

【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は、第１実施例のマスク位置合
わせ方法を説明するために供するホトマスク及びＳｉウ
エハの平面図である。

【図３】第１実施例のＳｉウエハのＺ−Ｚ線に沿って切
断したときの断面図である。

【図４】この発明の第２実施例に供するシリコン（Ｓ
ｉ）ウエハの概略的平面図である。

【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は、第２実施例のマスク位置合
わせ方法を説明するために供するホトマスク及びＳｉウ
エハの平面図である。

【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は、Ｓｉウエハに形成されたエ
ッチピットの結晶方位ずれを説明するためのＳｉウエハ
の平面図である。

【符号の説明】

１０：Ｓｉウエハ１２：オリエンテーションフラット１４：エッチングマスク層（ＳｉＯ₂ 層）１６：エッチングピット用穴１６ａ：第１エッチング用穴１６ｂ：第２エッチング用穴１７、２９：仮の基準線１８：エッチングピット１９：ピット辺２０、２０ａ、２０ｂ：ホトマスクパタン２２、２２ａ，２２ｂ：パタン辺２３：ホトマスク２５、３１：パタン中心線２６、２８：エッチング用穴２７ａ，２７ｂ：ピット辺３０、３２：エッチピット３４、３６：ホトマスクパタン３５ａ，３５ｂ：パタン辺

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｓｉウエハに、オリエンテーションフラ
ットのカットラインとほぼ平行なライン上に互いに離間
させた２つのエッチングピットであって、それぞれが互
いに平行な２つのピット辺を有する当該エッチングピッ
トを形成し、前記ピット辺の間隔（エッチピット幅と称する。）より
も狭い間隔の２つの互いに平行なパタン辺をそれぞれ有
するホトマスクパタンを離間して設けたホトマスクを用
意しておき、前記ピット辺と前記パタン辺とを平行に位置合わせする
ことを特徴とするマスクの位置合わせ方法。
【請求項２】請求項１のマスク位置合わせ方法におい
て、前記Ｓｉウエハ上にエッチングマスク層を形成し、該エ
ッチングマスク層に、前記エッチングピットを形成する
ための２つのエッチングピット用穴を形成することを特
徴とするマスクの位置合わせ方法。
【請求項３】請求項２のマスク位置合わせ方法におい
て、前記エッチングピット用穴の形状は、一方を円形とし、
他方を長方形とすることを特徴とするマスクの位置合わ
せ方法。