JPS633416A - 半導体装置 - 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、半導体装置に関する。特にフォトリソグラフ
ィ工程において、高い精度でマスク合わせが可能な半導
体装置に関する。

〔発明の概要〕

本発明の半導体装置は、回転塗布法によってウェハ上に
フォトレジストを形成する場合、回転中心と露光用位置
合わせパターンとの間に凸状あるいは凹状のパターンを
形成することにより、露光用位置合わせパターン上のフ
ォトレジストが均一で左右対称なステップカヴアレッジ
（被覆性）が得られるようにして、高精度なマスク合わ
せを可能とし、もって性能・信転性の向上した半導体装
置として得られるようにしたものである。

〔従来の技術〕

近年、半導体デバイスの集積化が進むにつれて、形成す
るパターンがますます微細化し、それに伴うマスクの位
置合わせ（以下「アライメント」ともいう）精度の向上
が求められている。

フォトリソグラフィにより微細なパターン形成を行う場
合、ウェハを回転させながらフォトレジストを塗布する
スピン・コーティング法（回転塗布法）などを用いてフ
ォトレジストをウェハ上に塗布し、マスク合わせを行っ
た後、レジスト露光用のステッパーで露光を行い、所望
の位置にレジストを残し、エツチング等によりウェハ上
にパターンを形成することが行われている。そして上記
マスクの位置合わせに用いるアライメント・マークは、
従来は第８図に示すように、単独のパターン３１するい
ハ複数のパターンのうちの端のパターン（例えば第４図
（ｂ）の２１′参照）を用いることなどが行われていた
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、上記のような従来のアライメント・マークを
使用してスピン・コーティング法でフォトレジスト３２
をウェハ３３上に塗布すると、第９図Ａｒ第１０図の従
来のアライメント・マーク断面図に示すように、アライ
メント・マークが単独パターンの場合、回転中心に近い
部分（ａ）ではパターン３１に対するフォトレジスト３
２のステップ力ヴアレッジは対称性を保ち、均一である
が、ウェハ周辺部（ｂ）では非対称で、不均一となって
しまう。

これはアライメント・マークが凸状パターンの場合（第
９図）でも、凹状パターンの場合（第１０図）でも同様
なレジストの非対称性が生じる。

また複数のパターンのうちの端のパターン（例えば第４
図（ｂｌの２１′参照）をアライメント・マークとして
用いる場合にも、ウェハ中心部（ａｌよりもウェハ周辺
部（ｂｌにおいて同様なステップカヴアレンジの非対称
性が生じてしまう　（第４図参照）。

上記のような場合、チップ上のアライメント・マーク（
×方向、Ｙ方向）をレーザー光でスキャンして、マーク
上で乱反射した回折光の一次光を検出する方法でマスク
の位置合わせを行うと、（ａｌのようにステソプカヴア
レンジが左右対称だと回折光が均一に出るが、（ｂｌの
ように非対称なレジストのステップカヴアレンジがアラ
イメント・マーク上で生じると、光屈折により一次光が
曲がって出てしまうため、このデータで位置合わせをす
るとマスクの位置がずれるという問題がある。

このため、ケー・ニー・チバース「コダソク・マイクロ
エレクトロ二フク・セミナーＪ　（Ｋ、Ａ。

Ｃｈｉｖｅｒｓ　　、　　Ｋｏｄａｋ　　Ｍｉｃｒｏｅ
ｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　　Ｓｅｍ１ｎａｒ　　）（１９８
４年１０月）　４４−５１に見られるようにスピン・コ
ーティングの回転時間を短くして、レジストのステノプ
力ヴアレソジの不均一性を小さくすることも考えられる
が、今度は逆にカバーが小さく、つまりコーティングが
充分でなく、安定性やプロセスの信頼性が悪くなるとい
う問題が生じてしまう。

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので
、アライメント・マーク上のフォトレジストのステソプ
カヴアレッジを均一で、左右対称とすることにより、精
度の高いマスクの位置合わせが可能な半導体装置を提供
することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記問題点を解決するため、以下の構成をと
る。すなわち本発明は基体表面に凸状あるいは凹状の露
光用位置合わせパターンを有する半導体装置において、
前記基体上にフォトレジストを回転塗布する場合の回転
中心と、前記露光用位置合わせパターンとの間に１本以
上の凸状あるいは凹状のパターンが形成され、且っ咳凸
状あるいは凹状のパターンが前記露光用位置合わせパタ
ーンの近傍に沿って形成されているものである。

本発明の構成を後記詳述する本発明の一実施例を示す第
１図を用いて説明すると、次のとおりである。

本発明は、第１図に例示するように、基体１表面に凸状
あるいは凹状の露光用位置合わせパターン２を有する半
導体装置において、前記基体１上にフォトレジスト４を
回転塗布する場合の回転中心５と、前記露光用位置合わ
せパターン３との間に１本以上の凸状あるいは凹状のパ
ターン２ａ、２ｂが形成され、且つ該凸状あるいは凹状
のパターン２ａ、２ｂが前記露光用位置合わせパターン
３の近傍に沿って形成されてなるものである。

このように、本発明は回転塗布法を用いてフォトレジス
トの塗布を行う場合、回転中心と、露光用位置合わせパ
ターンとの間に凸状あるいは凹状のパターンを形成する
ことにより、露光用位置合わせパターン上のレジストの
ステソブカヴアレンジが左右対称となるものである。

本発明の知見によれば、第９図及び第１０図のように、
アライメント・マークが単独パターンの場合には、ウェ
ハ周辺に行くに従ってレジストのステップ力ヴアレッジ
が非対称となり、また第４図（ｂｌに示すように、ライ
ン・アンド・スペースの場合には、レジストの流れてく
る方向に対して最前列にあるパターン２１’上のステッ
プカヴアレッジは非対称となるが、次のライン２２′上
からは対称になりやすい。その原理は必ずしも明らかで
はないが、最前列のパターン２１′でレジストの流れが
緩和され、内部応力によって変化する粘性が均一化され
る為と考えられる。本発明は、このような発明者により
発見された現象を利用したものである。　　゛ なお、本発明のアライメント・マークの構造を検討した
結果、第３図Ａ−ｔｉ第４図に示すように、アライメン
ト・マークのパターン２３．２３　　’とフォトレジス
トのステップカヴアレンジの非対称性を防ぐ凸状あるい
は凹状パターン２Ｌ２２，２４．２５．２１２２　　’
、２４’、　２５′との距離（スペース）は、近すぎる
とアライメント精度が低下する傾向があり、また、非対
称性を防ぐ凸状凹状パターンの本数が多い程、幅が広い
程アライメント精度が良くなる１頃向にあることがわか
った。

〔作用〕

このように、本発明はアライメント・マークの周囲にレ
ジストの流れを緩和するパターンを形成することにより
、アライメント・マーク上のレジストのステップカヴア
レンジが対称となり、精度の高いマスクの位置合わせが
可能となった。

〔実施例〕

本発明の一実施例について、以下図面を参照しながら詳
細に説明する。なお、当然のことであるが、以下の実施
例は本発明の一例を示すもので、本発明はこの例にのみ
限定されムい。

第１図は、本実施例の説明図であり、第２図は、本実施
例のアライメント・マーク部分拡大図であり、第３図は
別の実施例のアライメント・マークの部分拡大図である
。第４図は、第３図のアライメント・マーク部分のｒＶ
−ＩｔＺ線断面図で、（ａＪはウェハ中心部を示し、（
ｂｌはウェハ周辺部を示す。

本実施例では、レジスト露光用に日本光学株式会社製の
ステッパーを使用した。第２図あるいは第１図に示すよ
うに、基体であるウェハ１表面に、凸状のアライメント
・マーク用のパターン３を形成し、さらにそのウェハ１
上にレジスト４を回転塗布する場合の回転中心５とアラ
イメント・マーク３との間で、且つアライメント・マー
クの近傍に沿って凸状のパターン２ａを２本形成し、さ
らにアライメント・マーク３の回転中心５と反対の側に
も凸状パターン２ｂを２木を形成している。

なお第１図は図示の明瞭のためパターン２ａ　、２ｂ及
びマーク３を太き（示しであるが、実際は細密に形成さ
れることが多い。

また、別の実施例では、上記と同様の配置で、アライメ
ント・マークおよびその両側に各２本ずつ配したパター
ンをそれぞれ凹状パターンとした。

上記の場合の凸状（あるいは凹状）パターン幅およびア
ライメント・マークのパターン幅は、それぞれ４μｍと
し、ライン間のスペース幅は、８μｍとした。

下地部分は、５ｉ０２を使用し、垂直段差は６０００人
という厳しい条件で行った。

フォトレジストは、叶ＰＲ８００−３０ｃｐ　（東京応
化（株）製）を使用し、フォトレジストの塗布条件は、
スピン・コーティング法を用い、５０００ｒｐｍ　。

２０ｓｅｃで行った。

（ａ）はウェハ中心部分、（ｂ）はウェハの周辺部分を
示したものである。この図から明らかなように、ステソ
プカヴアレンジが問題となる周辺部分（ｂｌにおいて、
回転中心からのレジストの流れに一番近い凸状パターン
２１′のステソプカヴアレノジは非対称となるが、二番
目以降のパターン（２２′・・・・）のステップカヴア
レッジは対称で均一になり易い傾向にあることがわかる
。特に三番目のパターンはアライメント・マーク２３′
である。

アライメント・マーク上でのレジストのステップカヴア
レンジが良（なると、高いアライメント精度を得ること
ができる。

そこで、上記した本実施例の条件下において、従来のア
ライメント・マークだけの場合（第７図）と、凸状パタ
ーンを使用した本実施例の場合（第５図）と、凹状パタ
ーンを使用した本実施例の場合（第６図）とでアライメ
ント精度を比較し、ウェハ上の各部分でのずれ方向と大
きさを示したのが第５図乃至第７図である。

これらの図かられかるように、従来のアライメント・マ
ークだけの場合は、ウェハ周辺部に行くに従ってずれが
大きくなっている。これに比べて、凸状パターンを使用
した本実施例の場合には、ウェハ中心部とウェハ周辺部
とのずれの差が小さく、アライメント精度が向上してい
る。また、凹状パターンを使用した本実施例の場には、
その効果が大きく、さらにアライメント精度が向上して
いることがわかる。

このマスク合わせのずれのバラツキをＸ方向、Ｙ方向の
偏差（３グ、−１）で見ると、 （従来のアライメント・マークの場合）Ｘ：３σ、−＋
＝　０．１９１μｎ　、　　Ｙ：３σｎ−＋＝０．１８
７μｍ（凸状パターンの本実施例の場合） Ｘ：３σ＋＋−１”　０．１１６μｍ　、　　Ｙ：３（
’ｎ−＋＝Ｏ，１５８μｍ（凹状パターンの本実施例の
場合） Ｘ：３σｎ−＋＝　０．０６８７μｍ　、　Ｙ：３σｎ
−＋”０．１２４／’というように本実施例の場合には
明らかにアライメント精度が向上していることがわかる
。

上記例ではアライメント・マーク３の両側にパターン２
ａ、２ｂを形成したが、少なくともアライメント・マー
ク３からみて回転中心５側にあればよい。但し、位置に
よって必ずしも回転中心５側を特定するのは容易ではな
い場合があるので、両側に形成しておけば、中心側がい
ずれでも、効果を得ることができる。

また、凸状のアライメント・マークについては凸状のパ
ターン、凹状のアライメント・マークについては凹状の
パターンを使用するのが製作上好ましいが、この逆の組
み合わせでも有効である。

〔発明の効果〕

上記のように、本発明の半導体装置を用いることによっ
て、アライメント・マーク上のフォトレジストのステッ
プカヴアレンジが均一で、左右対称となるため、精度の
高いマスクの位置合わせが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本実施例の説明図であり、第２図は、本実施
例のアライメント・マーク部分拡大図であり、第３図は
別の実施例のアライメント・マークの部分拡大図であり
、第４図は、第３図のアライメント・マーク部分のＴＶ
−ＩＶ線断面図で、ｔａ＋はウェハ中心部を示し、［ｂ
）はウェハ周辺部を示す。 第５図（ａ）　（ｂ）　（Ｃ１は、それぞれ凸状パター
ンの本実施例のアライメント・マークのずれ方向を示す
ヘクトル図であり、第６図（ａ）（１））（Ｃ）は、そ
れぞれ凹状パターンの本実施例のアライメント・マーク
のずれ方向を示すベクトル図であり、第７図（ａｔ　（
ｂ）　（ｃｌは、それぞれ従来のアライメント・マーク
の場合のずれ方向を示すベクトル図である。第８図乃至
第１０図は従来のアライメント・マークを示す図である
。 １・・・・ウェハ、２ａ、２ｂ・・・・凹状又は凸状パ
ターン、３・・・・・・アライメント・マーク、４・・
・・レジスト、５・・・・・・回転中心。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基体表面に凸状あるいは凹状の露光用位置合わせパ
   ターンを有する半導体装置において、前記基体上にフォ
   トレジストを回転塗布する場合の回転中心と、前記露光
   用位置合わせパターンとの間に１本以上の凸状あるいは
   凹状のパターンが形成され、 且つ該凸状あるいは凹状のパターンが前記露光用位置合
   わせパターンの近傍に沿って形成されていることを特徴
   とする半導体装置。