JPH07111231A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ａｌ等アライメント光に対して不透明でかつ
厚さの大きい金属膜が形成されたＳｉウエハでも高精度
の位置合わせを行う。 【構成】 各要素パターンが、同時に形成する半導体装
置のパターンと同等寸法の複数個のパターンより構成さ
れているアライメントマーク５を形成する。ウエハアラ
イメントマーク５を、半導体装置パターンと同時にエッ
チングすることにより形成しても、半導体装置パターン
と同様の十分に制御された断面形状のパターンを形成す
ることができる。したがって、この上に厚いＡｌ膜等を
形成したときに、ウエハアライメントマーク５のパター
ン端部を均一に覆うため、アライメント時にこのＡｌ膜
の段差により生じる回折光はウエハアライメントマーク
５との位置ずれを生じることがない。そのためＳｉウエ
ハ１とマスクとを高精度に位置合わせすることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置およびそ
の製造方法に関するもので、半導体装置の製造工程の中
の特に写真触刻工程で用いるアライメントマークの構造
およびその形成のための方法に係る。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置、特に大規模集積回路
（ＬＳＩ）の高密度化、高速化に伴い、素子の微細化が
要求されている。ＬＳＩの製造工程においては、写真蝕
刻工程で使われる光の波長が短いほど微細な素子が形成
できるため、露光用の光として遠紫外光や軟Ｘ線（以下
単にＸ線と呼ぶ）等が用いられている。同時に写真触刻
（以下、アライメント露光）工程において、すでにパタ
ーンが形成されている半導体基板とマスクとを精度よく
位置合わせする必要があるが、このとき両者の位置ずれ
検出には通常可視光が用いられる。例えばレーザー光の
回折光を利用して半導体基板とマスクとの位置ずれ検出
を行う光ヘテロダイン検出法は、最も精度の高い方法の
一つとして利用されている。

【０００３】以下に、上記光ヘテロダイン検出法を、ウ
エハとマスクを近接して対向させてアライメント露光を
行うプロキシミティ露光に用いる従来例について図３の
断面模式図を参照して説明する。図３において、５はＳ
ｉウエハ１上に積層した層間絶縁膜３に形成したウエハ
アライメントマーク、５０はＳｉウエハ１の表面に形成
したウエハアライメントマーク、６はＡｌ膜、７はレジ
スト、８はマスク、９はマスクアライメントマーク、１
０はアライメント用のレーザー光、１１，１２は反射回
折光である。また、図４は図３の従来例のアライメント
マーク５上に形成したＡｌ膜６の断面模式図を示す。

【０００４】アライメント露光においては、半導体基板
であるＳｉウエハ１とマスク８を近接して対向させる。
両者を位置合わせする際には、ウエハアライメントマー
ク５とマスクアライメントマーク９にレーザー光１０を
照射する。これらのアライメントマーク５，９からの反
射回折光１１，１２を検出し、両反射回折光１１，１２
の位相の差から両者の位置ずれ量を求める。このとき、
上記アライメントマーク５，９のパターンのピッチが小
さいほど、精度よく位置ずれ量を測定できるが、波長が
６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザーを用いる場合には、４
ミクロンピッチのアライメントマークを用いることによ
って、５ｎｍ程度の分解能で位置ずれ検出を行うことが
できる。したがって、ウエハアライメントマーク５およ
びマスクアライメントマーク９の各要素パターンは２ミ
クロンの線幅の直線パターンであり、２ミクロンの間隔
で格子状に配置されている。このうちウエハアライメン
トマーク５，５０は、酸化膜（層間絶縁膜３）等をエッ
チングしたりＳｉウエハ１をエッチングしたりすること
によって形成される。

【０００５】つぎに、電極配線を形成するためのアライ
メント露光工程についてさらに詳しく説明する。Ａｌ膜
６により電極配線を形成する際には、コンタクト窓を開
口した層間絶縁膜３上にＡｌ膜６を形成し、レジスト７
を塗布した後アライメント露光を実施する。このとき、
Ｓｉウエハ１とマスク８との位置ずれを検出するために
上記の光ヘテロダイン検出法を用いる。

【０００６】ウエハアライメントマーク５はマスク８に
形成されたパターンを露光、エッチングすることにより
転写する。通常、このウエハアライメントマーク５は、
前記コンタクト窓を開口すると同時に層間絶縁膜３をエ
ッチングすることによって形成する。これは、Ａｌ膜６
が可視光に不透明であるため層間絶縁膜３下のアライメ
ントマーク５０を直接には検出できず、またコンタクト
窓と電極配線との位置を精度よく合わせるためにも、コ
ンタクト窓と同時に形成するものである。

【０００７】しかしながら、このウエハアライメントマ
ーク５は、Ｓｉウエハ１に形成するコンタクト窓等の半
導体装置回路パターンの寸法に比べて大きな要素パター
ンより構成されている。例えば、厚さ０．７ミクロンの
絶縁膜をエッチングして、寸法が０．４ミクロンのコン
タクト窓を開口する場合でも、ウエハアライメントマー
ク５は２ミクロン幅の格子状パターンが形成される。

【０００８】微細なパターンを精度よく所望の形状にエ
ッチングするためには、パターン寸法や、パターン密度
に最適な条件を与えてエッチングする必要がある。しか
しながら、この微細なパターンをエッチングする条件は
線幅の大きいウエハアライメントマーク５をエッチング
するのに必ずしも適した条件とはならない。そのために
上記のようにコンタクト窓と同時に形成したアライメン
トマークの各要素パターンの断面形状は、図４に示すよ
うに、端部が負の傾斜をもつ逆テーパになったり（ウエ
ハアライメント要素パターン５１）、左右の端部形状が
異なったり（ウエハアライメント要素パターン５２）す
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このようにして形成し
たウエハアライメントマーク５上に厚さ０．８ミクロン
のＡｌ膜６を形成すると、ウエハアライメントマーク５
のパターンの断面形状によってＡｌ膜６のカバレッジが
大きく影響を受ける。このようなＳｉウエハ１を前記の
方法によりＸ線マスク８との位置合わせを行うときに、
レーザー光１０の照射によりウエハアライメントマーク
５の上のＡｌ膜６の凹凸パターンにより生じる回折光１
２は、本来のウエハアライメントマーク５の位置に対し
て数十ｎｍ、あるいはそれ以上のずれを生じる。

【００１０】このように、ウエハアライメントマーク５
と位置がずれた回折光１２と、マスクアライメントマー
ク９からの回折光１１とを比較して検出されるＳｉウエ
ハ１とマスク８との位置ずれは、実際の位置ずれと異な
ることになる。したがって、検出された位置ずれを０に
するようにマスク８に対するＳｉウエハ１の相対位置を
補正しても、前記回折光１２のずれた量だけは補正され
ずに残るため、精度の高い位置合わせを行うことができ
ない。

【００１１】なお、上記の光ヘテロダイン法に限らず、
ウエハアライメントマークの光学的画像により位置を認
識するような他の方法も同様に、上記の課題を有してい
る。この発明は、Ａｌ等のアライメント光に対して不透
明でかつ厚さが大きい金属膜が形成されたＳｉウエハ等
の半導体基板でも、高精度の位置合わせを行うことを目
的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明の半導体装置
は、半導体基板上に半導体装置回路パターンと略同等寸
法の複数の要素パターンよりなるアライメントマークを
有することを特徴とする。アライメントマークは、半導
体装置回路パターンと同時にエッチングにより形成され
る。

【００１３】この発明の半導体装置の製造方法は、半導
体基板表面に形成された薄膜を選択的にエッチングする
ことにより、半導体装置回路パターンの形成と同時に、
半導体装置回路パターンと略同等寸法の複数の要素パタ
ーンより構成されたアライメントマークを形成する工程
と、アライメント光に対して不透明な薄膜を形成する工
程と、アライメントマーク上の不透明な薄膜の凹凸パタ
ーンからの反射光によりマスクとの位置ずれ検出を行う
アライメント露光を行う工程とを含むことを特徴とす
る。

【００１４】

【作用】ウエハアライメントマークを、半導体装置回路
パターンと同時にエッチングすることにより形成して
も、半導体装置回路パターンと同様の十分に制御された
断面形状の要素パターンを形成することができる。した
がって、この上に厚いＡｌ膜等を形成したときに、ウエ
ハアライメントマークのパターン端部を均一に覆うた
め、アライメント時にこのＡｌ膜の段差により生じる回
折光はウエハアライメントマークとの位置ずれを生じる
ことがない。そのためＳｉウエハ等の半導体基板とマス
クとを高精度に位置合わせすることができる。

【００１５】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照しなが
ら説明する。図１はウエハアライメントマークを形成し
たＳｉウエハ（半導体基板）の一部分の断面模式図であ
り、２は酸化膜、３は層間絶縁膜、４はコンタクト窓、
５はウエハアライメントマークである。また、図２はＡ
ｌ膜を形成したＳｉウエハのウエハアライメントマーク
の要素パターンの断面模式図を示し、５３はウエハアラ
イメントマーク５のパターンを構成する要素パターン、
６はＡｌ膜である。

【００１６】この実施例のウエハアライメントマーク５
は、ピッチが４ミクロンの格子であり、その格子は、寸
法０．４ミクロンのパターンが０．４ミクロン間隔で配
置された２．８ミクロンの要素パターンと、エッチング
されない１．２ミクロンの要素パターンとによって構成
されている。このウエハアライメントマーク５はコンタ
クト窓４を形成する工程で形成される。すなわち、酸化
膜２で分離されたＭＯＳＦＥＴ等の能動素子が形成さ
れ、厚さ０．７ミクロンの層間絶縁膜３が形成されたＳ
ｉウエハ１の、層間絶縁膜３を選択的にエッチングして
寸法０．４ミクロンのコンタクト窓４を開口するが、こ
れと同時に寸法が０．４ミクロンのパターンがエッチン
グされてウエハアライメントマーク５を形成する。

【００１７】つぎに、電極配線を形成するためにＡｌ膜
６を形成するが、アライメントマーク５のエッチングパ
ターンの端部の形状はよく制御されているため、Ａｌ膜
６により均一に覆われる。したがって、このＡｌ膜６に
形成される凹凸パターンで構成される格子にアライメン
ト光であるレーザー光を照射すると、生じる回折光は層
間絶縁膜３にエッチングで形成したウエハアライメント
マーク５と位置ずれを生じることはない。

【００１８】この実施例は、Ａｌ配線形成のアライメン
ト露光時に用いるアライメントマーク、およびその形成
方法を説明したが、アライメント法はこの実施例の光ヘ
テロダイン法に限らず、基板の段差パターンの光学的な
画像を認識するような他の方法にも同様の効果が期待で
きる。また、露光方法はマスクとウエハを対抗させるプ
ロキシミティ露光に限ることはなく、またＡｌ配線を形
成する際だけでなくアライメント光に不透明な他の膜を
形成した後で露光を行う場合にも、同様の効果を得るこ
とができる。

【００１９】

【発明の効果】この発明により、微細なパターンを有す
る半導体装置の製造にあたって、Ａｌ等のアライメント
光に不透明な膜を形成した後も、半導体基板とマスクと
の位置ずれを高精度に検出ができ、高密度の半導体装置
の製造を可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例におけるアライメントマー
クを有するＳｉウエハの断面模式図である。

【図２】この発明の一実施例におけるアライメントマー
クの要素パターンの断面模式図である。

【図３】従来例においてアライメントマークを有するＳ
ｉウエハを用いるアライメントの断面模式図である。

【図４】従来のアライメントマークパターンの断面模式
図である。

【符号の説明】

１ Ｓｉウエハ ２ 酸化膜 ３ 層間絶縁膜 ４ コンタクト窓 ５ ウエハアライメントマーク ６ Ａｌ膜 ７ レジスト ８ マスク ９ マスクアライメントマーク ５３ ウエハアライメントマーク要素パターン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に半導体装置回路パターン
   と略同等寸法の複数の要素パターンよりなるアライメン
   トマークを有することを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 半導体基板表面に形成された薄膜を選択
   的にエッチングすることにより、半導体装置回路パター
   ンの形成と同時に、前記半導体装置回路パターンと略同
   等寸法の複数の要素パターンより構成されたアライメン
   トマークを形成する工程と、 アライメント光に対して不透明な薄膜を形成する工程
   と、 前記アライメントマーク上の前記不透明な薄膜の凹凸パ
   ターンからの反射光によりマスクとの位置ずれ検出を行
   うアライメント露光を行う工程とを含むことを特徴とす
   る半導体装置の製造方法。