JPS582019A - 半導体装置の製造方法 - 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】 くけ写真蝕刻工程でのウェハを露光装置に合わせる時な
どに用いられるウェハの合わせマークを改良した半導体
装置の製造方法に係る。

近年、ＬＳＩの集積化が進むにつれてその製造工程の一
つである写真蝕刻工程でのマスクとウェハの位置合わせ
が非常に重ｌ！になシっつある。

例えば、第１図に示す如＜ｐｍ半導体基板７Ｋｎ＋型の
ソース，ドレイン領域２，３を互に電気的に分離して設
け、これらソース．ドレイン領域２．３間のチャンネル
領域上Ｋｌ”−）絶縁膜４を介してｆ−ト電極５を設け
、更に全［Ｃ層間絶縁膜６を被覆すると共に、該絶縁膜
６のコｒ。

ンタクトホール７を介してドレイン領域Ｓと接続したド
レイン取出しムｌ配線８等を設けた構造のＭＯ８型トラ
ンジスタにおいて、ｃ−）電極Ｊとコンタクトホールｒ
との合わせ等線Ｌ８１の微細化の点で非常に重要である
。即ち、ダート電極５とドレイン領域３がショートしな
いように、ｒ一ト電極５とコンタクトホール７が接触し
ないようにする必要がある。このため、ダート電極５と
コンタクトホール１との間隔Ａをあける必要があるが、
コンタクトホール１を形成するためのマスクをダート電
極５に合わせるとき、コンタクトホール１がずれてもｆ
−）電極５とコンタクトホール１が接触してデート，ド
レイン間のショートを招かないように前記間隔Ａは充分
に余裕をとる必要がある。しかし、このように合わせ精
度がよくないと、前記間隔Ａは大きくなりＬＳＩの集積
化の障害となる。

ところで、従来のウェハの合わせ方法について第２図に
示すステケグアンドリピート方式の露光装置を例にして
説明する。即ち、図中の１１はモータ等により回転可能
なウェハチャ。

ク１２を保持するｘｙＹ方向移動自在なステージである
。このステージｌ１の上方にはマスクのノ母ターンを縮
小する光学系を内蔵した鏡筒１３が配設され、かつ該鏡
筒１３の上部縁部には、マスクの合わせマークと位置合
わせするための２つのマーク１４＊，１４ｂが付されて
□いる。

また、前記鏡筒３の直上には、所定距離へだてて光源１
５が設けられている。更に、前記鏡筒３の側面には合わ
せ機構１６が付設されている。

この合わせ機構１６は前記鏡筒３の側面に取付けられる
本体１７と、この本体１７の底部付近に付され、ウェノ
・の合わせマークと合わせるためのマーク１８ｍ，１８
ｂと、前記本体Ｊ７に設けられ、ウェハの合わせマーク
と前記マーク１８ｍ　、１８ｂとの照合状態を観察する
ための顕微鏡１９ｍ，１９ｂとから構成されている。

なお、こうした合わせ機構１６において前記本体７内の
マークＩｌｌｍ，１８ｂと顕微鏡１９ａ。

１９ｂの間にノ・−フミラー（図示せず）を介在させ、
このノ・−フミラーを介してウェハーの合わせマークと
前記マーク１８ｍ，１ｌｂとの照合状態を観察するため
の合わせ用モニタ２０を付設する場合がある。また、前
記ステージ１ｌの側面及び鏡筒１３の側面には、夫々ス
テージ１１と一筒３のＹ方向の合わせを行なうためのマ
ーク２　Ｊ　、　Ｊ　Ｊ’が付されている。

しかるに、上述した縮小投影型のステッゾアンドリピー
ト方式の露光装置によるウェノ・の合わせ及び露光方法
を以下に説明する。

まず、所望のマスジノ９ターンを有するマスク２２を、
そのマスク１２に付された合わせマークＪＪｍ　、２３
ｂを鏡筒１３の上部縁部に付されたマーク１４ｍ，１４
ｂに照合させることにより鏡筒１３に合わせる。この合
わせ操作において、縮小投影露光系ではマスク２２のマ
スジノ９ターンが縮小され、マスク２２と鏡筒１３の合
わせずれも縮小されるので、マスク２２と鏡筒３の多少
の合わせずれは殆んど問題にならない。つづいて、ウェ
ハチャ，り１２にウェノ・２４を組み込．み、鏡筒１３
に付設された合わせ機構１６の顕微９１９ｍ，１９ｂを
通して本体１１のマーク１８ｍ，１８ｂにウニ／−　２
　４に付された合わせマーク２５鳳，２５ｂが照合する
ようにウェハ２４を動かして合わせを行なうか、合わせ
用モニタ２０を用いて本体１７のマーク１８ａ、１８ｂ
にウェハ２４の合わせマーク２５ｍ　、２５ｂが照合す
るようにウェハ２４を動かして合わせを行なう。こうし
た合わせ機構１６のマークＩＪｉａ　、１ｌｌｂとウェ
ハ２４の合わせマーク２５ｍ、：１６ｂとの照合により
、該合わせ機構１６は鏡筒１３に固定されていることか
ら、ウェハ２４が相対的に鏡筒１３．つまりマスク２２
に合わされることになる。ウェハ２４の合わせが完了し
た後、図示しないレールに沿ってステー５）１１をＹ方
向に移動させ、第２図の仮想線に示す如く鏡筒１３の直
下にウェハ２４が位置するように合わせ操作を行なう。

このステージＩＩと鏡筒１３のＹ方向の合わせ番Ｊ、ス
テージ１１及び鏡筒１ＢＫ付したマーク２１　、　ｊ　
１’を利用してレーザ干渉器で自動的に合わせる。次い
で、ウェハ２４をステージ１１ごとＸＹ方向にステツブ
アンドリピートさせ、そのステツブ毎に光源１５よりマ
スク２２に光を照射してそのマスクツ９ターンを鏡筒１
３で縮小することによシ、第３図に示す如くウェハ２４
上の所定領域２６・・・にパターンを繰り返し転写する
。露光終了後は、再びステージ１１を元の位置（ウェハ
２４の合わせを行なった位置）壕で戻し、次のウェハと
交換する。− しかしながら、上記霧光方法にあってはウェハ２４と光
学系（合わせ機構１６）との合わせの点で次のような問
題があった。

ウェハ２４の合わせマーク２６ｍ、２５ｂは合わせ精度
を上げる目的からあまり小さいものは使用できず、例え
ば１３０μｍＸ１３０μｍ程度の４のが用いられている
。また、この合わせマＺ　２５　ａ　ｅ　Ｊ　５　ｂけ
通常ウェハ２４の中央部に所定の間隔Ｂをもって付され
ることが多く、このウェハ２４部分のチップパターンを
除外せねばならない、このため、ウェハからのＬＳＩの
生産効率が低下するという問題があった。これは合わせ
マーク２５ｍ、２５ｂ上のチップパターンが重なると、
該マーク２５ｍ、２５ｂが識別１．難くなり、合わせ精
度が低下するためである。こうした問題はマニアルの合
わせ時のみならず、自動合わせでも同様に生じる。

また、９１７２２４０合わせマーク２５ｍ、２５ｂ−ヒ
にチップ・ぐターンが形成されない場合でも、第４図に
示す如くウェノ・２４上の酸化膜２６の蝕刻により合わ
せマーク２５が形成され、このＥに種々の膜；ｊ７．２
ｇが堆積される（％に溶融し易い物質の膜２８が堆積さ
れる）と、マーク２５の段差がなくなってしまい、１−
り２１ｉの検知が困難となる。これを避けるためには、
マーク２５上の種々の膜２７．２８を選択的に除去しな
ゆればならず、合わせ操作の煩雑化を招き、ひいては半
導体装置の生産性が低下する。

また、別の手段としては第２回目以降にもチップパター
ンの形成と共に新た表合わせマークを形成する方法があ
る。この合わせマーク形成に１１通常、チップパターン
内に合わせマークを入れる方法とチップパターン以外の
ウェハ領域に合わせマークを形成する方法とがある。前
者の方法は各チップパターン内に合わせマークを入れる
ためチップパターンの縮小化、ひいてはＬＳＩ　／＃タ
ーンの設計に大きな制約を受けることになる。また後者
の方法はチップ内にマークを入れる必要がなくなる・が
、別の合わせマーク専用マスクが必要となり、露光装置
の複雑化、操作上の煩雑化を招く欠点がある。

本発明は上記事情に鑑みなされた本ので、ウェハに放射
性物質からなる合わせマークを形成することによって、
露光工程でのウェノ・と無光装置との合わせ操作等に際
し、該合わせマーク上に種々の被膜が堆積されていても
同マークを高解像度で検知でき、ひいてはマーク上の種
々の被膜の除去工程を解消でき半導体装置を生産性よく
製造し得る方法を提供しようとするものである。

すなわち、本発明はウェノ・に放射性物質からなる合わ
せマークを形成し、このマークを用いてウェハを半導体
用製造装置もしくは試験装置に合わせ、該ウェハの加工
もしくは評価を行なうことを特徴とするものである。

本発明における放射性物質としては、例えばα線を放出
するアメリシウム、或いはβ線やγ線を放出するラジウ
ム。ウラニウム、トリウム等を使用できる。特にα線を
放出するアメリシウム等を用いた場合、α線は２０μｍ
の膜厚被膜を通過するものの、物質中や空気中ですぐに
減衰するため、ウェハ（素子も含む）への損傷防止、安
全性の面から有益である。また、半導体本発明において
ウェハに：ｔ＝ｉｎ放＾質の合法等を採用し得る。こう
して形成された合わせマークの深さくイオン注入深さ）
は、ウェハからの半導体装置ケ製造する際、ウェハ自体
が工７テングされることは少ないが、酸化膜形成、酸化
膜除去等によりウニ凸表面の喰われることを考慮して、
１μｍ＠度にする−のが望ましい。

次に、本発明の実施例を脱明する。

実施例 厚さ４００μｍの４インチのウェハ２４上に微細に絞っ
たアメリシウムのビームを走査してイオン注入し、寸法
１００μｍＸ１００μｍで深さ１μｍのアメリシウムか
らなる十字状合わせマーク３０ｍ、３０ｂを形成した。

この場合、レジストノ臂ターンをマスクとしてアメリシ
ウムをウェハに選択的にイオン注入して合わせマークを
形成してもよい。

次いで、合わせマーク３０ｍ　、３０ｂを有するウェハ
２４を前述した第２図の露光装置のウェハチャック１２
に取付け、合わせ機構１６を用いてウェハ２４の合わせ
マーク８０　ｍ、　３０ｂから放出される放射線（Ｘ線
）を検知して該機構１６のマーク１８ｍ、１８ｂに照合
させてウェハ２４の合ｉせを行なう。ウェハ２４の合わ
せが完゛了した後、図示しないレールに沿ってステージ
１１をＹ方向に移動させ第２図の仮想線に示・す如く鏡
筒１３の直下にウェハ２４が位置するように合わせ操作
を行なう。ひきつづき、ウェハ２４をステージ１１ごと
ＸＹ方向にステアｆアンドリピートさせ、そのステ、グ
毎に光源１５よりマスク２２に光を照射してそのマスク
・Ｐターンを錠筒ＺＳで縮小することＫよってウェハ２
４上の所定領域にチップパターンを繰り返し転写して露
光を行なう。

しかして、上記半導体装置の露光工程においてはウェハ
２４に形成したアメリシウムなどのｔ−Ｓ放＾質からな
る合わせマーク３０ｍ。

３０ｂからの放射線の検出によってウェノ・２４の合わ
せを行なうため、該合わせマーク３０ａ。

３０ｂ上にチップパターンが形成されたり、種種の被膜
が堆積されたりしても、これらの存在に関係なく合わせ
マーク３０ｍ、３０ｂの位置検出が可能となり、高精度
のウェノ１合わせを遂行できる。しかも、ウェノ１上の
チップ数を減らｔことなく、チップの面積を大きくする
ことなく、充分大きな合わせマークをウェノ１に形成で
きる点からもウェハを高精度で合わせることが可能とな
る。したがって、従来の如くウニ”の合わせマーク領域
がガツトスペースとなるのを解消でき、かつマーク上に
被膜された穐々の膜を選択的に除去するという工程が不
要となり、ウェハの歩留り向上による低価格化と量産化
を質を選択することによって、波長の短かい放射線の放
出が可能となシ、合わせマークの別号１」。

分解能が高くなシ、更に合わせ精度を向上できる。

なお、上記実施例ではつｚ’・２４の上面に放射性物質
からなる合わせマーク３０ｍ、３０ｂ質からなる合わせ
マーク３０ｍ’、３０ｂ’を形成してもよい。こうした
構造によれば、合わせマーク３０ａ′、３０ｂ’からの
放射線によるウエノ・２４表面の素子への損傷を防止で
きる。また、ウェハ２４が載置されるステージ自体にウ
エノ＼２４０合わせマーク３０ｍ’、３０ｂ’を検知す
るセンサを組み込むことが可能となり、合わせ操−り３
０鳳”、３０ｂ“を形成してもよい、こうした構造によ
れば、マークをウェハの裏面に設けたものと同様、合わ
せマーク３０ｍ’、３０ｂ“からの放射線によるウェハ
２４表面の素子への損傷を防止できる効果を有する。但
し、ウェハ２４側面へのマーク形成箇所は、最終的に研
摩除去される所を選ぶことが望ましい。

上記実施例では縮小投影型ステツブアンドリピート方式
の露光装置による露光方法（写真蝕刻工程）を説明した
が、他の露光装置による写真蝕刻−にも同様に適−用で
きる。

本発明に係る半導体装置の製造工程におけるウェハの合
わせは上述した写真”・蝕刻法めみならず、レーザ入と
によるトリミング、ウェハ特性の評価のためのグロー！
カードとの合わせ、ウェハのダイ７ングに際しての合わ
せにも同様にることによって、露光工程でのウェハと露
光装置との合わせ操作等に際して、該合わせマーク上に
チッグノリーンの一部が重なったり、種々の被膜が堆積
されていても同マークを高解像度で検知でき、ひいては
ウェハの有効利用とマーク上の種々の被膜の除去工程を
解消でき、半導体装置を安価にかつ一産、的に製造でき
る等顕著な効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はＭＯ８）ランジスタの要部断面図、第２図は縮
小投影型ステップアンドリピート一式の露光装置を示す
斜視図４、第３図は第２図の露光装置に〜よるウェハへ
のステップアンドリピート露光過程を示す概略斜視図、
第４図は従来のウェハに形成された合わせマーク付近の
断面図、第５図は本発明の実施例における半導体装置の
製造工程で用いられるウェハの斜視図、第６図。 第７図は夫々本発明の半導体装置の製造工程に用いられ
るウェハの他の形態を示す斜視図である。 １１・・・ステージ、１３・・・鏡筒、１６・・・合わ
せ機構、２２・・・マスク、２４・・・ウェハ、：１０
ａｅ３０ｂ　、３０ｍ’、３０ｂ’、３０ｍ“、３０ｂ
”・・・合わせマーク。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第１　図 第２図 節３図 第４図 第５図 第６図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　ウェノ）に放射性物質からなる合わせマーク
   を形成し、このマークを用いてつ、ハを半導体用製造装
   置もしくは試験装置に合わせ、該クエへの加工もしくは
   評価を行なうことを特徴とする半導体装置の製造方法。 （２）放射性物質がα線を放射する物質であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装置の製造
   方法。 （３）　　合わせマークをウェハの上面に形成したこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の半
   導体装置の製造方法。 （４）合わせマークをつ、ハの側面に形成することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の半導体
   装置の製造方法。　　　　　、（５）合わせマークなつ
   、ハの裏面に形成することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項又は第２項記載の半導体装置の製造方法。 （６）合わせマークを用いてウェハを露光装置に合わせ
   、皺ウェハを写真蝕刻することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項乃至第５項いずれか１項記載の半導体装置の
   製造方法。 （７）合わせマークを用いてウェハをグローブに合わせ
   、誼ウェハの特性計測を行なうことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項乃至第５項いずれか１項記載の半導体装
   置の製造方法。 （８）合わせ！−りを用いてウェハをエネルギービーム
   照射装置に合わせ、該ウェハにエネルギービームを照射
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第５項
   いずれか１項記載の半導体装置の製造方法。 （９）合わせマークを用いてウェハをイオン注入装置に
   合わせ、骸ウェハにイオン注入することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項乃至第５項いずれか１項記載の半導
   体装置の製造方法。 （至）合わせマークを用いてウェハをダイシング装置に
   合わせ、該ウェハをダイシングすることを特徴とするＩ
   Ｖｆ！？！Ｆ精求の範囲第１項乃至第５項いずれか１項
   記載の半導体装置の製造方法。