JPH0346318A - 金属層パターンニング時のマスクアライメント方法 - 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】 〔概要〕 半導体基板（ウェハ）に所定のパターンを形成するウェ
ハプロセスの内、特に金属層にパターンニングする際の
露光マスクのアライメント方法に関し、 金属層に影響されることなく露光マスクのアライメント
を行える方法を確立することによって、金属層パターン
ニングの際のマスクアライメント精度と再現性とを高め
ることを目的とし、ウェハ上の位置合わせ用ターゲット
パターンを基準位置として露光マスクの位置合わせを行
い、該ウェハ上の金属層をパターンニングするためのレ
ジストパターンの露光を行う露光プロセスにおいて、タ
ーゲットパターンの上層に金属層が有り、該金属層のパ
ターンニングのための露光を行う場合は、前記露光に先
立って、ターゲットパターン上部の金属層を除去し、そ
の後、ターゲットパターンに対する露光マスクの位置合
わせを行い、しシストパターンの露光を行うように構成
する。

（産業上の利用分野） 本発明は、半導体基板（ウェハ）に所定のパターンを形
成するウェハプロセスの内、特に金属層にパターンニン
グする際の露光マスクのアライメント方法に関する。

〔従来の技術〕

ウェハ上に集積回路を形成する場合、パターンニングと
ウェハ処理を繰り返して行い、必要とする半導体層や絶
縁層、配線層などを順次形成する。

そのため、各パターンニング工程相互間において、所定
パターンの露光を行う露光マスクの相対位置を一致させ
る必要がある。これがマスクアライメントである。

他方、集積回路の急速な微細加工化にともない、アライ
メント精度にも高水準の精度が要求されている。

（１）マスクアライメントの基本的な方法露光マスクの
アライメントは、ウェハ上に形成したターゲットパター
ンを基準位置として行っている。

第４図は、マスクアライメント用ターゲットパターンを
説明する図で、（ａ）はターゲットパターンの平面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、である。

同図に示すターゲットパターンｌｘ、　ｌｙは、ターゲ
ットパターンの一例である。

図上、縦方向に長方形をしたターゲットパターン１ｘで
露光マスクの図上横方向の位置を合わせ、横方向に長方
形をしたターゲットパターンｌｙで図上縦方向の位置を
合わせる。

前記位置合わせは、ターゲットパターンｌｘ、　ｌｙを
例えばＴＶカメラ等で撮影し、該ターゲットパターンｌ
ｘ＋　ｌｙのエツジ部すなわち輪郭位置を抽出して行っ
ている。

すなわち、ターゲットパターンｌｘ、　ｌｙの輪郭位置
が所定の位置になるようにウェハ２と露光マスクの相対
位置を制御し、その後露光を行っている。

尚、前記ターゲットパターンｌｘ、　ｌｙはウェハのス
クライブラインに設ける場合が多い。

（２）　Ｐ　Ｓ　Ｇ　（ｐｈｏｓｐｈｏ　５ｉｌｉｃａ
ｔｅ　ｇｌａｓｓ）層パターンニングの際のマスクアラ
イメントの例Ｐ２Ｏ層は、ウェハ上に多層の配線パター
ンを形成する場合の絶縁用として使用している。すなわ
ち、該Ｐ２Ｏ層を挟んで上下に例えばアルミニウム層を
形成し、配線を行っている。

また、前記上下間の配線を接続する必要がある場合は、
該接続箇所のＰ２Ｏ層に、該Ｐ２Ｏ層を貫通する窓穴を
開けて接続する。

すなわち、前記窓穴を開けるにはＰ２Ｏ層の選択エツチ
ングを行う必要があり、そのためのレジストパターンを
リソグラフィで形成する。

したがってその際に、露光マスクのアライメントを行う
必要がある。

第５図は、Ｐ２Ｏ層にパターンニングする際のマスクア
ライメントを説明する図で、（ａ）はターゲットパター
ンの断面図、（ｂ）はターゲットパターンをＴＶカメラ
で撮影した画像、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ間をＴＶカメ
ラが走査した際の映像信号、である。

同図は、Ｓｉウェハ２ａ上に蒸着などによりＰＳＧ層４
を形成した場合の例であり、この場合、該Ｓｉウェハ２
ａ上のターゲットパターン１ａはＰＯＬＹ（ｐｏｌｙｓ
ｉｌｉｃｏｎ）で形成し、その上層に前記Ｐ２Ｏ層４を
形成している。

同図（ａ）に示すように、ＰＯＬＹターゲットパターン
ｌａ上のＰ２Ｏ層は、該ターゲットパターン１ａの形に
倣って形成される。

同図（ｂ）は、Ｓｉウェハ２ａを白色光で照明し、前記
ターゲットパターン１ａを該Ｓｉウェハ２ａ上部からＴ
Ｖカメラで撮影したときの画像であり、該ターゲットパ
ターン１ａの輪郭すなわちエツジ部５ａを明瞭に確認す
ることができる。

また同図（ｃ）は、ＴＶカメラから得られた映像信号を
示しているが、図上横向き直線部分が白レベル７であり
、縦方向に鋭く突出している部分がエツジ部信号６ａを
示している。すなわち、（ｂ）図に示すエツジ部５ａは
、前記白レベル７よりも明るさの低いレベルとしてとら
えている。

そして、前記エツジ部信号６ａの時間軸上の位置を利用
して露光マスクのアライメントを行っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、特に配線用等として用いる金属層のパターンニ
ングを行う際に、ターゲットパターンのエツジ部が不明
瞭になり、露光マスクのアライメント精度が低下すると
いう問題がある。

第６図は、アルごニウム層にパターンニングする際のマ
スクアライメントを説明する図で、（ａ）はターゲット
パターンの断面図、（ｂ）はターゲットパターンをＴＶ
カメラで撮影した画像、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ間をＴ
Ｖカメラが走査した際の映像信号、である。

同図は、Ｓｉウェハ２ａ上に蒸着やスパッタリングなど
によりアルミニウム層３を形成した場合であり、この場
合、該Ｓｉウェハ２ａ上のターゲットパターンｌｂはＰ
ＳＧで形成し、その上層に前記アルミニウム層３を形成
している。

ここで問題となる点は、同図（ａ）に示すように、ター
ゲットパターンｌｂ上のアルミニウムＮ３は、該ターゲ
ットパターン１ｂのエツジ部で膨らんでしまうことであ
る。すなわち、該エツジ部の膨らみ１７がターゲットパ
ターンのエツジ部を不明瞭にする。

また、前記膨らみ１７は、アルミニウム以外の金属にお
いても発生しやすい。

同図（ｂ）は、前記ターゲットパターン１ｂを］゛Ｖカ
メラで撮影したときの画像であるが、該ターゲットパタ
ーン１ｂの輪郭すなわちエツジ部５ｂの境界線が不明瞭
であり、どの位置が正確な輪郭であるかを判別すること
が困難である。尚、図上クロスハンチングで示した部分
は、全体的に黒っぽく見えることを表している。

また同図（ｃ）は、ＴＶカメラから得られた映像信号を
示しているが、図上横向き直線部分が白レベル７であり
、縦方向に突出している部分がエツジ部信号６ｂを示し
ている。すなわち、（ｂ）図に示すエツジ部５ｂは、前
記白レベル７よりも明るさの低いレベルとしてとらえて
いる。

しかし、第５図（ｃ）に示したエツジ部信号６ａが非常
にシャープであるのにかかわらず、第６図（ｃ）に示す
エツジ部信号６ｂは非常にブロードである。

すなわち、エツジ部信号６ｂがブロードであるために、
該エツジ部信号６ｂからターゲットパターンｌｂの正確
な輪郭位置を読み取ることができず、露光マスクのアラ
イメント精度が低下するのである。

本発明の技術的課題は、金属層パターンニングの際の以
上のような問題を解消し、金属層に影響されることなく
露光マスクのアライメントを行える方法を確立すること
によって、金属層パターンニングの際のマスクアライメ
ント精度と再現性とを高め、よって集積回路の微細加工
化と信頼性の確保を実現することにある。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は、本発明の基本原理を説明する図で、（ａ）は
ターゲットパターン上に金属層がある断面図、（ｂ）は
ターゲットパターン上の金属層を除去した断面図、であ
る。

本発明は、ターゲットパターン上の金属層を除去した後
に、露光マスクのアライメントを行う方法である。

すなわち、ウェハ２上の位置合わせ用ターゲットパター
ンｌを基準位置として露光マスクの位置合わせを行い、
該ウェハ２上の金属層をパターンニングするためのレジ
ストパターンの露光を行う露光プロセスにおいて、ター
ゲットパターンｌの上層に金属層３ａが有り、該金属層
３ａのパターンニングのための露光を行う場合は、まず
、前記露光に先立って、ターゲツトパターン１上部の金
属層３ａを除去し、その後、ターゲットパターン１に対
する露光マスクの位置合わせを行い、レジストパターン
の露光を行うのである。

〔作用〕

第１図（ｂ）に示すように、ターゲットパターンｌ上の
金属層３ａを除去することによって、該金属層３ａの下
に隠れていたターゲットパターン１が直接露呈すること
になり、該ターゲットパターン１のエツジ部に生じてい
た金属層の膨らみ１７の影響は皆無となる。

第２図は、作用を説明する図で、（ａ）は金属層除去前
のターゲットパターンをＴＶカメラで撮影した画像、（
ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ間をＴＶカメラが走査した際の映
像信号、（ｃ）は金属層除去後のターゲットパターンを
ＴＶカメラで撮影した画像、（ｄ）は（ｃ）のＡ−Ａ間
をＴＶカメラが走査した際の映像信号、である。

尚、同図（ａ）において、クロスハツチングで示した部
分は、全体的に黒っぽく見えることを表している。

すなわち、金属層除去前においては、ターゲットパター
ン１の輪郭すなわちエツジ部５ｃの境界線が不明瞭であ
り、どの位置が正確な輪郭であるかを判別することが困
難で、その映像信号においてもエツジ部信号６ｃはブロ
ードである。しかし、金属層除去後においては、ターゲ
ットパターン１の輪郭すなわちエツジ部５ｄの境界線が
極めて明瞭となり、その映像信号においてもエツジ部信
号６ｄは極めてシャープである。

したがって、露光マスクのアライメントを極めて高精度
に、しかも再現性良く行うことが可能となる。

［実施例］ 次に、本発明による露光マスクのアライメント方法が、
実際上どのように具体化されるかを実施例で説明する。

（１）実施例−１ 第３図は、実施例を説明する図で、（ａ）は側面図、（
ｂ）は装置全容を説明する斜視図、である。

本実施例は、配線用金属層としてアルミニウムを用いた
場合の例であり、アルミニウム層の融点とＰＳＧターゲ
ットパターンの融点の違いを利用するものである。

すなわち、アルミニウムの融点は約６００〜７００°Ｃ
であるが、ＰＳＧの融点は約１０００″Ｃである。

したがって、同図（ａ）に示すように、レーザ光源８か
らウェハ２のターゲットパターン上部ヘレーザ光９を照
射・加熱し、該照射位置の温度を例えば８００°Ｃに制
御することにより、該ターゲットパターン上部のアルミ
ニウム層のみを溶融・蒸発させることができ、ＰＳＧタ
ーゲットパターンはそのままの形で残すことができる。

他方、レーザ光９をターゲットパターン上部に照射する
ためには、露光マスクと同様の位置合わせを行う必要が
ある。しかし、この位置合わせは、アルミニウム層除去
前のターゲットパターンを用いて行うことが可能であり
、露光マスクのアライメントを行う時程の精度は必要な
い。すなわち、ターゲットパターンはウェハ２のスクラ
イブラインに設けられており、該ターゲットパターンの
周囲にはスペース上の十分な余裕がある。

ステージ駆動装置１１は、前記レーザ光９の照射位置を
合わせるための装置で、ステージ１０の位置を制御する
ことによって、該ステージ１０に真空吸着したウェハ２
の位置を所定位置に制御する。

また、ステージ駆動装置１１の制御は、ウェハ２上のタ
ーゲットパターンをＴＶカメラで撮影することによって
行う。

次に、同図（ｂ）に示す装置の作動を説明する。

■ローダ１２に、アルミニウム層を除去したいウェハを
セットする。

■ロータ１２中のウェハを、トランスファアーム１４で
プリアライメント装置１５へ搬送する。

■プリアライメント装置１５では、ウェハのオリフラを
利用して該ウェハのプリアライメントを行う。

■前記プリアライメントしたウェハを、チェンジングア
ーム１６でウェハステージ１０上に搬送する。

■ウェハステージ１０上のウェハ２を、そのターゲット
パターンを基準位置としてファインアライメントする。

また、スクライブラインを利用してファインアライメン
トを行うことも可能である。

■位置合わせを完了したウェハ２に、レーザ光源８から
レーザ光を照射し、ターゲットパターン上部のアルミニ
ウム層を溶融・蒸発させる。

■前記■のアルミニウム層の除去が完了したウェハ２を
、チェンジングアーム１６でプリアライメント装置１５
へ搬送した後、トランスファアーム１４でアンローダ１
３へ搬送する。

以上で、一連の作業が完了する。

尚、加熱のためのレーザ光の代わりに、電子ビームを用
いることも有効である。

（２）実施例−２ ターゲットパターン上部の金属層は、選択エツチングに
よって除去することもできる。

すなわち、金属層のパターンニングに先立って、まずタ
ーゲットパターン上部の金属層を除去するためのりソグ
ラフイとエツチングを行い、該ターゲットパターンを露
呈させ、その後に該金属層のパターンニングを行えばよ
い。

（３）アライメント精度 配線用金属層としてアルミニウムを用い、ステッパ露光
装置を使用した従来のアライメント方法では、±０．５
μｍ程度のアライメント精度であった。

しかし、ターゲットパターン上部のアルミニウム層を除
去してからアライメントを行った場合、約±０．３μｍ
のアライメント精度を得ることができた。また、アライ
メントの再現性も極めて良好である。

〔発明の効果〕

以上のように本発明の露光マスクのアライメント方法に
よれば、ターゲットパターン上部の金属層を除去してか
らアライメントを行う。

したがって、金属層パターンニングの際のマスクアライ
メント精度が高く、その再現性も高い。

その結果、集積回路の微細加工化を、高い歩留りと信頼
性で実現することできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の基本原理を説明する図で、（ａ）は
ターゲットパターン上に金属層がある断面図、（ｂ）は
ターゲットパターン上の金属層を除去した断面図、 第２図は、作用を説明する図で、（ａ）は金属層除去前
のターゲットパターンをＴＶカメラで撮影した画像、（
ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ間をＴＶカメラが走査した際の映
像信号、（ｃ）は金属層除去後のターゲットパターンを
ＴＶカメラで撮影した画像、（ｄ）は（ｃ）のＡ−Ａ間
をＴＶカメラが走査した際の映像信号、 第３図は、実施例を説明する図で、（ａ）は側面図、（
ｂ）は装置全容を説明する斜視図、第４図は、マスクア
ライメント用ターゲットパターンを説明する図で、（ａ
）はターゲットパターンの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ
−Ａ断面図、第５図は、Ｐ２Ｏ層にパターンニングする
際のマスクアライメントを説明する図で、（ａ）はター
ゲットパターンの断面図、（ｂ）はターゲットパターン
をＴＶカメラで撮影した画像、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ
間をＴＶカメラが走査した際の映像信号、第６図は、ア
ルミニウム層にパターンニングする際のマスクアライメ
ントを説明する図で、（ａ）はターゲットパターンの断
面図、（ｂ）　はターゲットパターンをＴＶカメラで撮
影した画像、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ間をＴＶカメラが
走査した際の映像信号、である。 図において、１．　ｌｘ、　ｌｙはターゲットパターン
、１ａはＰＯＬＹターゲットパターン、１ｂはＰＳＧタ
ーゲットパターン、２はウェハ、３はアルミニウム層、
３ａは金属層、４はＰ２Ｏ層、５ａ、　５ｂ、　５ｃ、
　５ｄはエツジ部、６ａ、　６ｂ、　６ｃ、　６ｄはエ
ツジ部映像信号、７は白レベル、８はレーザ光源、９は
レーザ光、１０はステージ、１１はステージ駆動装置、
１２はローダ、１３はアンローダ、１４はトランスファ
アーム、１５はプリアライメント装置、１６はチェンジ
ングアーム、１７は膨らみ、をそれぞれ示している。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ウェハ（２）上の位置合わせ用ターゲットパターン（１
   ）を基準位置として露光マスクの位置合わせを行い、該
   ウェハ（２）上の金属層（３ａ）をパターンニングする
   ためのレジストパターンの露光を行う露光プロセスにお
   いて、 ターゲットパターン（１）の上層に金属層（３ａ）が有
   り、該金属層（３ａ）のパターンニングのための露光を
   行う場合は、 前記露光に先立って、ターゲットパターン（１）上部の
   金属層（３ａ）を除去し、 その後、ターゲットパターン（１）に対する露光マスク
   の位置合わせを行い、レジストパターンの露光を行うこ
   と、 を特徴とする金属層パターンニング時のマスクアライメ
   ント方法。