JPS5910577B2 - 半導体ウエ−ハの位置合わせ方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子ビームによる直接露光法に於ける半導体ウ
ェハの回転方向の位置合わせ方法の改良に関するもので
ある。

半導体装置の製造に於いて、不純物の導入、電１０極配
線の形成等のウェーハプロセスにより半導体ウェーハに
対し最初にチップパターンの形成をするに際し、チップ
パターンが半導体ウェーハのファセット面に平行になる
ように、パターンマスクの位置合わせを行うことが必要
とされるが、この１５際１／１００ラジアン程度の回転
誤差が生じる事は避けられない現状である。

この様にファセット面に対しチップパターンの回転誤差
を有する半導体ウェーハのチップ上に電子ビーム直接露
光により微細パターンを形成させ２０るに当つては、更
に厳密な電子ビーム系の座標軸（以下ビーム系座標軸と
称する）とチップパターンの座標軸（以下ウェーハ系座
標軸と称する）との回転方向の位置合わせが必要となる
。

従来この回転方向の位置合わせに際しては、回２５転角
微調整機構を具備した試料台にファセット面を基準にし
て半導体ウェーハをセットして光学顕微鏡を備えたプレ
アライメント装置を使用して、予めビーム系座標軸と平
行する様に作られた試料台の基準面に対し、ウェーハ系
座標軸を厳密に平ｘ 行させるように、試料台の回転角
微調整機構により手動でプレアライメントと称する回転
位置合わせを行い、半導体ウェーハはそのまま試料台に
セットせしめた状態で、露光装置のステージに固定する
方法が行われていた。

３５然しながらこのような方法はプレアライメントに時
間がかゝる事と、又更に露光装置への半導体ウェーハの
自動繰入を困難にする等の問題点があつた。

本発明は、これ等の問題点を除去することを目的とし、
露光装置のステージ上にフアセツト面を基準にして、直
接配置された半導体ウエーハに対し、電子ビームを走査
させることにより自動的にウエーハ系座標軸とビーム系
座標軸との回転位置合わせを行なわしめる方法を提供す
るものである。

即ち本発明によれば、半導体ウエーハの表面に、該半導
体ウエーハのフアセツト面にほぼ平行な半導体ウエーハ
系座標の一つの軸に対し平行で、相へだたつた位置に、
直角を頂点とし前記ウエーハ系座標の一つの軸に対し正
置された直角二等辺三角形を形成するところの直角をは
さむ二辺よりなる溝状の位置合わせマークを配設し、該
位置合わせマークを電子ビームにより走査せしめること
により該半導体ウエーハ系座標軸と電子ビーム系座標軸
との回転方向の位置合わせを行なうことを特徴とする、
半導体ウエーハの位置合わせ方法が提供される。以下本
発明の実施例を図面に従つて説明する。

第１図はウエーハプロセス工程により、初めてチツプパ
ターンが形成せしめられた際の半導体ウエーハ１の平面
図の一例で、ウエーハ上に複数個の半導体チツプ２が形
成されており、ウエーハのフアセツト面３に対してほぼ
平行なウエーハ系座標のＸ４ｌｌＯ′ｘ′に対し平行で
、可能な限り相へだたつた位置に形成せしめられた同一
ウエーハ内の二個のチツプ４ａ，４ｂの表面に、直角を
頂点としてウエーハ系座標のＸｍｌＯ′Ｘ′に対して正
置された直角二等辺三角形を形成するところの直角をは
さむ二辺による位置合わせマーク５ａ，５ｂが形成せし
められている状態を示している。第２図は位置合わせマ
ークの一辺の断面拡大図で、マークはウエーハ面６に対
し幅７が５〔μ〕乃至１０〔μ〕、深さ８が１〔μ〕程
度のエツチング溝により形成せしめるが、実際に位置合
わせを行うに際しては、エツチング溝上にレジスト膜、
電極金属膜等が載置されているので、この様な状態での
マークの検出感度を上げるために、エツチング溝の角９
ａ，９ｂを出来得る限りシヤープにする必要があり、そ
のためには該位置合わせマークは化学エツチングよりも
プラズマエツチング等所謂ドライエツチングで形成する
事が好ましい。

又、ビーム走査により該位置合わせマークを検知せしめ
る位置は、該マーク溝の一方向の角（例えば９ａ）に限
定し溝幅による誤差の発生を防止させることが必要であ
る。第１図第２図により説明したようにして位置合わせ
マークを形成せしめた半導体ウエーハは、ウエーハプロ
セスの各工程に於いてレジストの全面塗布を行い、電子
ビームの直接露光により不純物導入領域パターン、配線
パターン等の焼付けを行うが、此の際露光に先だつて行
う本発明によるウエーハ系座標軸とビーム系座標軸との
回転方向の位置合わせ方法を第３図に示した模式図によ
り説明する。

なお、第３図に於いては説明に便利なようにウエーハ系
座標軸０′ｘ′とビーム系座標軸０ｘの回転誤差αは実
際（１／１００ラジアン程度）よりは拡大して表わして
ある。先づ半導体ウエーハ１０をそのフアセツト面１１
を基準にして露光装置のステージ上にセツトする。

この際ステージの座標軸は電子ビームの座標軸に合致せ
しめられているから、フアセツト面１１とビーム系座標
軸０ｘとは平行にセツトされる。次に電子ビームのＸ軸
方向の一本の走査線１２により、ウエーハ１０上の２個
のチツプ１３，１４上に形成せしめられた位置合わせマ
ークＡ，Ｂ，，ＡｌＣ，，Ａ２Ｂ２，Ａ２Ｃ２上を走査
する。

この時電子ビームがウエーハ上の位置合わせ用チツプ以
外のチツプ上のレジストを感光せしめぬよう、該位置合
わせ用チツプ１３，１４上のみへのステツプ露光（走査
）を行なう。そして走査線１２はビーム系座標軸のｏか
らｘ方向へと走査せしめ、先づチツプ１３上の位置合わ
せマークＡ暫蓬，Ａ，７Ｕ，との交点Ｒ，，Ｓｌを反射
電子検出器により検出し、信号処理装置を経て計算機に
送り、交点間の距離ＲｌＳ，の垂直二等分線上の木Ｒ７
Ｓ，の点Ｐ１の座標（Ｘ，，ｙ，）を計算する。

次にもう一個のマークを形成せしめてあるチツプ１４が
電子ビームの走査範囲に入るまでステージをビーム系座
標のＸ軸に溢つてｘ→ｏ方向に移動し、この移動距離を
レーザー測長器により測定し該距離データを計算機へ送
り込む。

続いて電子ビーム１２によりチツプ１４上を走査し、位
置合わせマークＡ２Ｂ２，Ａ２Ｃ２との交点Ｒ２Ｓ２を
反射電子検知器で検知し、信号処理装置を経てデータを
計算機に送り込み、ステージの移動距離を含めて位置合
わせマークの交点間の距離Ｒ２Ｓ２の垂直二等分線上の
ＫＲ２″Ｓ！の点Ｐ２の座標（Ｘ２，ｙ２）を計算させ
、先きに計算させたチツプ１３上のＰ，の座標（Ｘｌ，
ｙｌ）とより、下記（１）式の関係によりウエーハ系座
標軸０′ｘｌとビーム系座標軸０ｘとの回転角αを算出
させる。

以上の操作を連続的に行はしめ、求めた回転角αの値を
露光装置のビーム制御装置へ送り込み、ビーム系の座標
軸を回転せしめウエーハ系の座標軸と平行になるように
回転方向の位置合わせを行なう。

なお、上記（１）式によつてウエーハ系座標軸０／ｘ′
とビーム系座標軸０ｘとの回転角αが求められるのは、
図中Ｐ，，Ｐ２点が二個の位置合わせマークの頂点Ａｌ
，Ａ２を結ぶウエーハ系座標軸０１ｘ′と平行な直線１
５上にあるからで、このことは第４図により幾何学的に
証明される。

即ち図中、ウエーハの位置合わせマークに相当する直角
二等辺三角形Ｂ３Ａ３Ｃ３にＣ３を通り電子ビームに相
当する線分Ｒ３Ｃ３が底辺Ｂ３Ｃ３に対しα３の角度で
交わつているとする。

今電子ビームによる操作の場合と同様Ｒ３Ｃ３の垂直二
等分線上にＲ３Ｃ３の中点Ｈ３からＲ３Ｈ３−Ｐ７Ｈ３
の点Ｐ３を求めるとＺＲ３Ｐ３Ｃ３＝９０−となる。

従つてＺＲ３Ａ３Ｃ３とＺＲ３Ｐ３Ｃ３は直径Ｒ３Ｃ３
の円周上にありＺＰ３Ａ３Ｃ３と／Ｐ３Ｒ３Ｃ３とはＧ
Ｃ３を共有する円周角で等しくなり／Ｐ３Ａ３Ｃ３＝４
５をとなり、直角二等辺三角形Ｂ３Ａ３Ｃ３の錯角／Ｅ
３Ａ３Ｃ３と等しくなるからＰ３点はＡを通りＢ３Ｃ３
に平行な直線即ちウエーハ系座標軸０／ｘ／に平行な直
線上にある。

以上説明したように、本発明は上述の如き位置合せマー
クを用いての位置合せ法により、半導体ウエーハを、そ
のフアセツト面を基準にして電子ビーム露光装置のステ
ージ上にセツトし、ウエーハ上に形成せしめられた二個
の位置合わせマーク上を一本の電子ビームにより走査せ
しめるのみで、ウエーハ系座標軸に対しビーム系座標軸
の回転方向位置合わせを、自動的に行はせることを可能
にするので、位置合わせの時間を大幅に短縮し得ると共
に、電子ビーム直接露光に際して半導体ウエーハの自動
供給を可能にする効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる位置合わせマークを有するチツ
プパターンを形成せしめた半導体ウエーハの平面図、第
２図は位置合わせマークの一辺の断面図、第３図は本発
明にかかる位置合わせ方法の模式図、第４図は本発明に
よる位置合わせ方法の幾何学的証明図である。 第１図及び第３図において、１，１０・・・・・・半導
体ウエーハ、４ａ，４ｂ，１３及び１４・・・・・・位
置合わせマークを有する半導体チツプ、５ａ，５ｂ・・
・・・・位置合わせマーク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体ウェーハの表面に、該半導体ウェーハのファ
   セット面に、ほぼ平行な半導体ウェーハ系座標の一つの
   軸に対し平行で、相へだたつた位置に直角を頂点とし、
   半導体ウェーハ系座標の一つの軸に対し正置された直角
   二等辺三角形を形成するところの直角をはさむ二辺より
   なる溝状の位置合わせマークを配設し、該位置合わせマ
   ークを電子ビームにより走査せしめ第１の位置合わせマ
   ークとの交点Ｒ＿１、Ｓ＿１を反射電子検出器により検
   出し、交点間の距離Ｒ＿１Ｓ＿１の垂直二等分線上の１
   ／２Ｒ＿１Ｓ＿１の点Ｐ＿１の座標（ｘ＿１、ｙ＿１）
   を計算し、次いで第２の位置合せマークが電子ビームの
   走査範囲に入るまでステージをビーム系座標のＸ軸に沿
   つてｘ→ｏ方向に移動し、この移動距離を測定し電子ビ
   ームにより走査し、第２の位置合わせマークとの交点Ｒ
   ＿２、Ｓ＿２を反射電子検知器で検知しステージの移動
   距離を含めて位置合わせマークの交点間の距離Ｒ＿２Ｓ
   ＿２の垂直二等分線上の１／２Ｒ＿２Ｓ＿２の点Ｐ＿２
   の座標（ｘ＿２、ｙ２）を計算させ、下記（１）式の関
   係によりウェーハ系座標軸ｏ′ｘ′とビーム系座標軸ｏ
   ｘとの回転角αを算出させることにより、半導体ウェー
   ハ系座標軸と電子ビーム系座標軸との回転方向の位置合
   わせを行なうことを特徴とする、半導体ウェーハの位置
   合わせ方法。 ｔａｎα＝（ｙ＿２−ｙ＿１）／（ｘ＿２／ｘ＿１）…
   ………………（１）５