JP2001060543A - 認識マーク - Google Patents

認識マーク

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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体装置の露光工程における回路パターン
の重ね合わせ精度を向上することができる認識マークを
提供する。 【解決手段】 基板1上に形成されたパターン重ね合わ
せ用の認識マークであって、前記基板1の凹部または凸
部によって形成され、認識マーク3Xに照射する光の波
長またはこの波長に近い長さを有すると共に、前記光の
波長またはこの波長に近い一定の間隔で規則正しく配列
された多数のサブパターン31A〜31Dを備えたもの
である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は認識マーク、特に、
半導体装置の露光工程時に、画像認識を通じて重ね合わ
せを行なう際に用いるパターン重ね合わせ用の認識マー
クに関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路装置を製造するための回
路パターン形成用露光工程では、ガラス基板(以下レチ
クルという)上に露光に用いる光を遮るクロム膜で形成
した回路パターンをレジストが塗布された半導体基板上
に縮小投影し、各ショット(露光)領域毎に回路パター
ンを形成する装置(以下ステッパーという)が使用され
ている。
【0003】半導体集積回路装置では半導体基板上に複
数回露光する工程とエッチングの工程を繰り返すことに
よってパターンが形成される。ここで、1層目のパター
ンを形成した後、2層目以降のパターンを半導体基板上
に形成するには、各ショット領域とレチクルの回路パタ
ーン像の重ね合わせを正確に行なう必要がある。重ね合
わせを正確に行なうためには、1層目のパターンに認識
マークを回路パターンと同時に形成し、この認識マーク
の位置を認識して2層目のパターンの重ね合わせ位置を
決定し、露光を行なうのが一般的である。
【0004】認識マークの位置を認識する方法は、レー
ザー光を該当認識マークに照射してその回折光により検
出する方法や、マークの画像認識により検出する方法が
ある。前記画像認識により検出する認識マークは凸部も
しくは凹部によって作られたライン状パターンが一定の
間隔で並んでいる場合が殆どである。
【0005】以下、従来の画像認識に用いられている認
識マークの構成について図面を参照しながら説明する。
図5は従来の認識マークの構成図であり、図5(a)は
凹型の画像認識に用いる認識マークの平面図、図5
(b)は図5(a)のX−X’線に沿う断面図である。
【0006】図5に示すように、半導体基板1の表面上
には凹型溝からなるメインパターン2A,2B,2C,
2Dが形成され、このメインパターン2A〜2Dは複数
本平行に一定の間隔で配置されており、これによって画
像認識に用いる凹型の認識マーク2Xが構成されてい
る。このように構成された認識マーク2Xは前記ステッ
パーにおいて、認識マークの中心部、すなわち凹部と認
識マークの周辺部とのコントラストを電気信号に変換し
たものとして検出され、認識される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成では、半導体集積回路装置のパターンの微細化
と共に要求される露光工程における各パターンの重ね合
わせ精度に対して、画像認識時の認識マークの画像コン
トラストが弱いため、ステッパーで検知する画像信号波
形の形状が悪く、従って重ね合わせ精度が低いという問
題点があった。
【0008】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
であり、半導体装置の露光工程における回路パターンの
重ね合わせ精度を向上することができる認識マークを提
供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の認識マークは、
基板上に形成されたパターン重ね合わせ用の認識マーク
であって、前記基板の凹部または凸部によって形成さ
れ、認識マークに照射する光の波長またはこの波長に近
い長さを有すると共に、前記光の波長またはこの波長に
近い一定の間隔で規則正しく配列された多数のサブパタ
ーンを備えたものである。
【0010】この発明によれば、認識のために認識マー
クに照射される光はサブパターンで反射、干渉、散乱し
て認識マーク画像のコントラストを向上させるので、回
路パターン重ね合わせ精度を向上することが可能とな
る。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施の形態につ
いて図面を参照しながら説明する。なお、前記従来のも
のと同一の部分については同一符号を用いるものとす
る。
【0012】(実施の形態1)図1は本発明の認識マー
クの実施の形態1における構成図であり、図1(a)は
凹型の認識マークの平面図、図1(b)は図1(a)の
A〜A’線に沿う断面図である。
【0013】図1に示すように、半導体基板1上には大
きい長方形で構成されたメインパターン3A,3B,3
C,3Dと、これらメインパターン3A〜3Dの長方形
の中に小さい長方形で構成されたサブパターン31A,
31B,31C,31Dが設けられ、認識マーク3Xが
構成されている。ここで、メインパターン3A〜3Dの
各辺の長さは縦が50μm〜100μm程度、横が5μ
m〜10μmであり、パターンの間隔も横幅と同程度で
ある。サブパターン31A〜31Dは島状に形成されて
メインパターン3A〜3Dの中に複数本平行に配置され
る。メインパターン3A〜3Dの長方形とサブパターン
31A〜31Dの島との間は凹部となっており、例えば
半導体基板1上に形成された絶縁膜や導電膜をエッチン
グして得ることができる。従って凹部の深さはこれら膜
厚に依存して決定されることになる。
【0014】サブパターン31A〜31Dの短辺方向の
長さあるいは島の間隔は、この認識に用いるステッパー
に装備された可視光域の光を発するハロゲンランプのよ
うな単色光の波長に近い寸法を有している。半導体装置
の製造工程に用いられるステッパーは、0.5μm以下
のパターン形成が可能な能力を持っているから、サブパ
ターン31A〜31Dは小さくても充分加工することが
できるものである。
【0015】以上のように本実施の形態によれば、露光
工程における回路パターンの重ね合わせ時において認識
マークにマーク画像認識用の光を照射すると、メインパ
ターン内に配置された重ね合わせ時の個々の島からの反
射光は干渉もしくは散乱され、認識マーク領域とその周
辺領域とのコントラストが向上し、画像認識時の信号波
形の形状が明瞭化して、重ね合わせ測定の精度を向上さ
せることができる。
【0016】なお、図1に示した認識マーク3Xでは基
板上に形成された膜をエッチングした凹型の認識マーク
を用いたが、基板上に1層もしくは複数層、堆積及び成
長した被膜をエッチングしてサブパターン51A〜51
Dの島だけを図1(a)と同様に配列したものを認識マ
ークにすることができる。すなわち、メインパターン3
A〜3Dに相当する「ワク」がなく、サブパターンの多
数の配列が1つの群をなして、さらにこの群が一定の間
隔で並べられたものになる。この場合も図1の認識マー
ク3Xと同様サブパターン31A〜31Dの島からの反
射光が干渉もしくは散乱され、認識マーク領域とその周
辺領域とのコントラストが向上する。しかし、メインパ
ターン3A〜3Dが存在する認識マークの方が、その
「ワク」も認識するのでマーク画像に対応する信号が明
瞭になり、望ましいといえる。
【0017】また、図1(a)において凹部溝であった
領域を反対に凸部とし、それ以外の部分を凹部にした認
識マークも可能である。この場合は図1のサブパターン
の島の間が凸部となり、画像認識用の光を反射、散乱
し、認識マーク領域とその周辺領域とのコントラストが
向上する。
【0018】(実施の形態2)図2は本発明の認識マー
クの実施の形態2における構成図であり、凹部からなる
メインパターン内のサブパターンが、凸パターンで形成
されている認識マークの平面図、図3は本発明の認識マ
ークの実施の形態2における他の構成図であり、凹部か
らなるメインパターン内のサブパターンが、凹凸部で形
成されている認識マークの平面図である。
【0019】図2に示す認識マーク4Xは凹部からなる
メインパターン4A,4B,4C,4D内のサブパター
ンが、2次元のほぼ正方形の島を縦横に規則正しく配列
した凸パターン41A,41B,41C,41Dで形成
されたものであり、また、図3に示す認識マーク5Xは
凹部からなるメインパターン5A,5B,5C,5D内
のサブパターン51A,51B,51C,51Dが、メ
インパターン5A〜5Dに対し非平行な凹凸部で形成さ
れたもので、この認識マーク5Xでは斜めになった凹部
の幅および間隔が画像認識用の光の波長に近いものとな
っている。
【0020】以上のように本実施の形態によれば、露光
工程における回路パターンの重ね合わせ時において、認
識マーク4Xまたは5Xにマーク画像認識用の光を照射
すると、メインパターン内に配置されるサブパターンは
ある一定の法則で規則正しく並べられ、しかもその1つ
の長さがマーク認識に用いられる光の波長に近いので、
サブパターンからの反射干渉光、散乱光によって認識画
像コントラスト信号強度の向上が図られる。
【0021】なお、図2および図3のようなサブパター
ンの形状であって、例えばメインパターンの内部に小さ
い円形の島を多数縦横に規則正しく配列したものも同様
の効果を発揮する。
【0022】(実施の形態3)図1の実施の形態1に示
した凹型の認識マークは、通常半導体基板上の回路パタ
ーンを加工するために形成した膜をエッチングする工程
と同時に得られるものであり、そしてこのエッチングの
次の工程がフォトリソグラフ工程である場合には、この
実施の形態1に示した凹型の認識マークを用いてステッ
パーで重ね合わせが行われる。しかし、このようなエッ
チング工程の次工程が露光工程ではなく成膜工程などが
来る場合は本実施の形態に示すような構成となる。
【0023】図4は本発明の認識マークの実施の形態3
における構成図であり、図4(a)は凹型の認識マーク
の平面図、図4(b)は図4(a)のB〜B’線に沿う
断面図である。
【0024】図4に示す認識マーク7Xは、そのメイン
パターン7A,7B,7C,7Dおよびサブパターン7
1A,71B,71C,71Dの凹部を絶縁物もしくは
金属等の埋め込み材6を成長もしくは堆積することで埋
め込んだものである。このようにメインパターン7A〜
7Dおよびサブパターン71A〜71Dの凹部を埋め込
み材6で埋め込みした認識マーク7Xを用いて、画像認
識による重ね合わせ測定を行なった際に得られる効果は
前記実施の形態1による認識マークと同様の結果とな
り、従来と比較して認識マークのコントラストを向上さ
せることができる。
【0025】この認識マーク7Xが形成される具体的な
半導体装置での工程は複数工程存在する。まず、半導体
基板に素子絶縁分離用溝を形成する工程では素子絶縁分
離用溝を半導体基板にエッチングで形成すると同時に認
識マーク7Xの凹部が形成され、次に絶縁分離溝を絶縁
膜で埋め込むと同時に認識マーク7Xの凹部が同じ絶縁
膜で埋め込まれて図4に示す構成が完成する。また、半
導体基板にMOS型半導体装置のゲート電極を形成する
工程ではゲート電極をエッチングで形成すると共に認識
マーク7Xの凹部が形成され、ゲート電極のサイドウオ
ール絶縁膜形成工程でその凹部が埋め込まれる。これは
凹部の幅が非常に狭いためである。このほか、コンタク
トホール形成工程で認識マーク7Xの凹部ができ、コン
タクトホールのタングステンなどの埋め込みでその凹部
が埋め込まれる。さらに、金属配線エッチングで認識マ
ーク7Xの凹部が形成され、配線上の層間絶縁膜形成で
その凹部埋め込みがなされるのである。
【0026】以上のように本実施の形態によれば、露光
工程における回路パターンの重ね合わせ時において、認
識マークにマーク画像認識用の光を照射すると、前記各
実施の形態と同様、メインパターン内のサブパターンか
らの反射干渉光、散乱光によって認識画像コントラスト
信号強度の向上が図られ、画像認識時の信号波形の形状
が明瞭化して、重ね合わせ測定の精度を向上させること
ができる。
【0027】なお、上記の各実施の形態において述べた
認識マークは、ステッパー方式の露光装置だけでなく、
レチクルとウェハとを相対的に走査して露光を行なうス
キャン方式の露光装置にも同様に適用することができ
る。また、上記の各実施の形態も前記の態様に限られる
ものではない。
【0028】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、基板上に
認識用の光源の波長に近い長さの多数のサブパターンを
形成すると共に、これを前記光源の波長に近い一定の間
隔で規則正しく配列することにより、認識マークの画像
認識時のコントラスト信号波形の形状を明瞭化すること
ができ、これによって重ね合わせ精度を向上することが
できるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の認識マークの実施の形態1における構
成図
【図2】本発明の認識マークの実施の形態2における構
成図
【図3】本発明の認識マークの実施の形態3における構
成図
【図4】本発明の認識マークの実施の形態3における他
の構成図
【図5】従来の認識マークの構成図
【符号の説明】
1 基板 2A〜2D,3A〜3D,4A〜4D,5A〜5D,7
A〜7D 認識マークのメインパターン 3X,4X,5X,7X 認識マーク 6 埋め込み材 31A〜31D,41A〜41D,51A〜51D,7
1A〜71D 認識マークのサブパターン

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に形成されたパターン重ね合わせ
    用の認識マークであって、前記基板の凹部または凸部に
    よって形成され、認識マークに照射する光の波長または
    この波長に近い長さを有すると共に、前記光の波長また
    はこの波長に近い一定の間隔で規則正しく配列された多
    数のサブパターンを備えたことを特徴とする認識マー
    ク。
  2. 【請求項2】 基板上に形成されたパターン重ね合わせ
    用の認識マークであって、前記基板の凹部または凸部に
    よって形成されたメインパターンと、前記メインパター
    ンのそれぞれの内部領域に前記基板の凹部または凸部に
    よって形成され、認識マークに照射する光の波長または
    この波長に近い長さを有すると共に、前記光の波長また
    はこの波長に近い一定の間隔で規則正しく配列された多
    数のサブパターンを備えたことを特徴とする認識マー
    ク。
  3. 【請求項3】 多数のサブパターンは、その配列の群が
    複数個一定の間隔で配置されていることを特徴とする請
    求項1記載の認識マーク。
  4. 【請求項4】 メインパターンは、複数個一定の間隔で
    配置されていることを特徴とする請求項2記載の認識マ
    ーク。
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