JPH02273914A - フォトリソグラフィにおけるマスク合わせ方法 - 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】 ｌ鼠上二肌里豆■ 本発明は、ウェハ内に形成されたアライメント・マーク
・パターンを用いて、フォトリソグラフィにおけるマス
ク合わせを行なう方法に関する。

灸米五芸ｌ 半導体素子は、何層にも重なり合ったパターンにより構
成されており、例えばＭＯＳ型半導体素子では素子分離
領域間の半導体基板上にゲート絶縁膜、ゲート電極が形
成され、ゲート電極両側の半導体基板表面層にはソース
・ドレイン領域拡散層が形成された構造となってる。こ
のような半導体素子は、フォトリソグラフィ工程におけ
る露光およびエツチング、この後の不純物拡散、酸化、
ＣＶ　Ｄ　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ　）などからなるプロセスの繰り返しによ
り製造される。半導体基板上に素子分離領域、ゲート絶
縁膜、ゲート電極などの層を形成する工程では、各層ご
とにレジスト塗布、露光、現像、エツチング、レジスト
除去などの工程からなるリソグラフィにより、所望の形
状にパターンを形成する。このうち、露光工程は、所望
の形状のレジストパターンを所望の位置に形成するため
にマスク合わせをした後に露光を行ない、つぎに行なう
現像工程において不用な部分を除去できるようにするも
のである。上記マスク合わせを行なう場合、マスクは下
地パターンに対して正確に位置合わせがされていなけれ
ばならない。このため、ウェハに形成された多数の製品
チップのうちいくつかの製品チップ内にアライメント・
マーク・パターンを形成したり、製品チップパターンの
外にアライメント・マーク・パターンを形成しておき、
このアライメント・マーク・パターンを利用してマスク
合わせをしている。アライメント・マーク・パターンを
用いたマスク合わせ方法は、第３図（ａ）〜（Ｃ）に示
すように、相似形のアライメント・マーク１１．１２　
（（ａ）（ｂ））を（ｃ）のように重ね合わせ、相対的
なずれを目測によって判断することにより、ずれを修正
していた。

日が角？しようとする課題 しかしながら、上記のようなアライメント・マーク・パ
ターン１１．１２を用いたマスク合わせ方法は、露光・
現像後の検査段階で行なわれる定量的なマスク合わせの
ずれの測定方法に比べ、定性的な測定に基づく位置合わ
せしができない。従って測定できるようになるには熟練
が要求され、また測定値に個人差が生じるなどの欠点が
あった。しかもマスク合わせ工程中に高精度の位置合わ
せな行なうことができないため、マスク合わせを半導体
素子設計上のデザインルールに組み込むことが困難であ
った。

本発明は、上記のような問題点に鑑みなされたものであ
り、マスク合わせ工程においても定量的な位置合わせが
できる、フォトリソグラフィにおけるマスク合わせ方法
を提供することを目的としている。

課題を　決　るための　丁 上記目的を達成するため本発明は、ウェハ内に形成され
たアライメント・マーク・パターンを用いたフォトリソ
グラフィにおけるマスク合わせ方法において、下地パタ
ーンとマスクとにそれぞれ形成された一対のアライメン
ト・マーク・パターンのうち、一方に所定間隔を有する
目盛りパターンを、他方に前記目盛りパターンの間隔と
は異なる目盛りパターンを形成し、これら目盛りパター
ンの重ね合わせによりマスク合わせを行なうことを特徴
としている。

１里 上記した方法によれば、下地パターンとマスクとにそれ
ぞれ形成された一対のアライメント・マーク・パターン
のうち、一方に所定間隔を有する目盛りパターンを、他
方に前記目盛りパターンの間隔とは異なる目盛りパター
ンを形成しており、いずれか一方の目盛りパターンを副
尺とし他方の目盛りパターンを主尺とし、副尺を゛主尺
に咬合するように重ね合わせる。この後、副尺を移動さ
せ、適宜目盛りに設定しておいた主尺の基準位置と副尺
の基準位置とが一致したとき、マスク合わせのずれが「
０」ということになり、このときにはマスク合わせを終
了してフォトリソグラフィの次工程に進む。

また、副尺の基準位置が主尺の基準位置からずれている
ときは、副尺の目盛りパターンがつぎに主尺の目盛りパ
ターンと一致するまでの間に存在する目盛りの数により
、その「ずれ」を検量することができる。このようにし
て検量した「ずれ」が許容範囲内であれば、検査合格と
なり、マスク合わせを終了して次工程に進む、一方、「
ずれ」が許容範囲外の時は、副尺を移動させて、その「
ずれ」を許容範囲内とした後、マスク合ゎせを終了して
次工程に進む。

衷且困 以下、本発明にかかるフォトリングラフィにおけるマス
ク合わせ方法の一実施例を、図面に基づいて説明する。

第１図（ａ）（ｂ）に示すように、ウェハ上の下地パタ
ーン２１（（ａ））およびマスク２２（（ｂ））には、
アライメント・マーク・パターン２３．２４が形成され
ている。ウェハの下地パターン２１におけるアライメン
ト・マーク・パターン２３の形成は、今対象としている
マスク合わせの前の段階におけるフォトリソグラフィ工
程により行なわれ、ウェハ上に凹部または凸部を形成す
ることにより行なわれる。アライメント・マーク・パタ
ーン２３は、例えばウェハ内のチップ形成エリア、チッ
プ形成外エリアあるいはダイシングエリアなどに形成さ
れている。

アライメント・マーク・パターン２３．２４の形状は、
第１図（ａ）（ｂ）に示すように、下地パターン２１側
のアライメント・マーク・パターン２３は鉤形であり（
（ａ））、マスク２２側のアライメント・マーク・パタ
ーン２４は同じく鉤形であるがやや小さくなっている（
　（ｂ））。アライメント・マーク・パターン２３には
内周に等ピッチＴ、（１，２μｍ）で多数の凹部２７が
形成されることにより目盛りパターン２５が形成され、
マスク上のアライメント・マーク・パターン２４にはそ
の外周に等ピッチＴ２　（１，０μｍ）間隔で多数の凸
部２８がポジパターンまたはネガパターンで形成される
ことにより目盛りパターン２６が形成されている（第２
図（ａ）（ｂ）１．そして、目盛りパターン２５と目盛
りパターン２６を重ね合わせることによりマスク合わせ
のずれ量を測定することができる（第２図（Ｃ））。

次に、前記アライメント・マーク・パターン２３．２４
を用いて、下地パターン２１とマスク２２とのマスク合
わせのずれを検量しながらマスク合わせを行ない、レジ
ストパターンを形成してゆく方法について説明する。

フォトレジストが塗布された下地パターン２１上には、
対象としているマスク合わせの前の工程におけるフォト
リソグラフィ工程により形成されたアライメント・マー
ク・パターン２３が確認できるようになっている。

つぎに、下地パターン２１上にマスク２２を被せ、マス
ク２２に形成されたアライメント・マク・パターン２４
外周の目盛りパターン２６がアライメント・マーク・パ
ターン２３内周の目盛りパターン２５に重なり合うよう
に配置する（第２図（Ｃ））。

次に、目盛りパターン２５と目盛りパターン２６との重
ね合わせ精度を検査する。すなわち、目盛りパターン２
５をいわばノギスの主尺として、目盛りパターン２６を
副尺として使用し、目盛りパターン２５の基準位置と目
盛りパターン２６の基準位置とのずれ量を測定する。こ
の測定によりＸ軸方向及びＹ軸方向の重ね合わせによる
設計値からのずれ量を同時に検査し、この検査データに
基づきマスク合わせのずれを修正する。

本実施例においては、第２図（ａ）（ｃ）に示すように
、コーナ一部におけるＸ軸方向およびＹ軸方向の凹部２
７．２７をそれぞれＸ軸方向およびＹ軸方向の基準凹部
２７ａ、２７ｂとし、この基準凹部２７ａ、２７ｂのそ
れぞれコーナー側の側壁２９．３０を基準位置としてい
る。第２図（ｃ）では、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向ともに凸部
２８は基準位置２９．３０に一致している。

そして、この状態のときは、マスク合わせのずれが「０
」ということとなって検査合格となり、マスク合わせを
終了して次工程である露光、現像工程に進み、所定のレ
ジストパターンを形成する。

他方、Ｘ軸方向あるいはＹ軸方向の凸部２８．２８が、
Ｘ軸方向の基準位置２９あるいはＹ軸方向の基準位置３
０からずれているときは、凸部２８がつぎに凹部２７の
側壁と一致するまでの間に存在する凸部２８の個数によ
り、その「ずれ」を検量することができる。このように
して検量した「ずれ」が許容範囲内であれば、検査合格
となり、マスク合わせを終了して次工程に進む。

方、「ずれ」が許容範囲外の時は、前記検量したずれ量
に基づき副尺となる目盛りパターン２６を移動させて、
その゛「ずれ」を許容範囲内とした後、マスク合わせを
終了して次工程に進む。

このように積層を形成する度に行なうマスク合わせにお
いて、上記のような検量・修正を行ないつつマスク合わ
せを行ない、ウェハ上にレジストパターンを形成してい
く。

上述したように本実施例にかかるフォトリソグラフィに
おけるマスク合わせ方法は、下地パターン２１とマスク
２２とにそれぞれ形成されたアライメント・マーク・パ
ターン２３．２４に間隔の異なる目盛りパターン２５．
２６を形成し、これらを主尺および副尺として用い、副
尺を主尺に咬合するように重ね合わせることにより、副
尺の基準位置と、主尺の基準位置２９．３０との「ずれ
」を検量することができる。したがって、従来のマスク
合わせに比べ、定量的な測定に基づく位置合わせが可能
になり、熟練を要さず、個人差が生じないマスク合わせ
が可能になるとともに、高精度のマスク合わせができる
ようになる。その結果、マスク合わせを半導体素子設計
上のデザインルールに組み込むことも可能となる。

なお、実施例では、アライメントパターン２３には多数
の凹部２７を、マスク上のアライメントパターン２４に
は多数の凸部２８を形成させたが、凹部２７を凸に、凸
部２８を凹にしても差し支えない。

また、アライメント・マーク・パターン２３．２４の目
盛りは凹部２７と凸部２８とにより構成されているが、
線状であってもよいことはもちろんである。

さらに、アライメント・マーク・パターン２３．２４の
形状は本実施例のものに限られるものではなく、他の形
状、例えば十字形状あるいは正方形形状であってもよい
。

凡囲五力呈 以上の説明により明らかなように、本発明にかかるマス
ク合わせ方法にあっては、下地パターンとマスクとにそ
れぞれ形成された一対のアライメント・マーク・パター
ンに間隔の異なる目盛りパターンを形成し、これらを副
尺および主尺として用い、下地パターンに対してマスク
を重ね合わせるので、副尺の主尺からの「ずれ」を、換
言するば下地パターンに対するマスクのずれを正確かつ
容易に検量・修正することができる。したがって、従来
のマスク合わせに比べ、熟練を要さず、個人差の少ない
マスク合わせが可能になるとともに、高精度のマスク合
わせができるようになる。

その結果、マスク合わせを半導体素子設計上のデザイン
ルールに組み込むことも可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）（ｂ）は本発明にかかるフォトリソグラフ
ィにおけるマスク合わせ方法の一実施例を示す平面図で
あって、（ａ）は下地パターンに形成されたアライメン
ト・マーク・パターンを示し、（ｂ）はマスクに形成さ
れたアライメント・マーク・パターンを示し、第２図（
ａ）〜（Ｃ）はアライメント・マーク・パターンに形成
された目盛りパターンを示す平面図であって、（ａ）は
下地パターンにおけるアライメント・マーク・パターン
の目盛りパターンを示し、　（ｂ）はマスクにおけるア
ライメント・マーク・パターンの目盛りパターンを示し
、　（Ｃ）は一対の目盛りパターンを重ね合わせた状態
を示し、第３図（ａ）〜（Ｃ）は従来のマスク合わせ方
法を示す平面図である。 ２１・・・下地パターン、２２川マスク、２３・・・下
地パターンのアライメント・マーク・パターン、２４・
・・マスクのアライメント・マーク・パターン、２５・
・・アライメント・マーク・パターンの目盛りパターン
、２６・・・アライメント・マーク・パターンの目盛り
パターン 第１図 （ａ） （ｂ） 第３図 （ａ） （ｂ） （Ｃ） （ａ） 第２図 （ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ウェハ内に形成されたアライメント・マーク・パターン
   を用いたフォトリソグラフィにおけるマスク合わせ方法
   において、下地パターンとマスクとにそれぞれ形成され
   た一対のアライメント・マーク・パターンのうち、一方
   に所定間隔を有する目盛りパターンを、他方に前記目盛
   りパターンの間隔とは異なる目盛りパターンを形成し、
   これら目盛りパターンの重ね合わせによりマスク合わせ
   を行なうことを特徴とするフォトリソグラフィにおける
   マスク合わせ方法。