JP3970546B2 - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、アライメントマークを有する半導体装置およびアライメントマークを有する半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、露光装置を用いて半導体基板上にマスクパターンに形成された回路パターンを転写する工程を繰り返して半導体装置が製造される。
【0003】
この露光工程では、下地層に設けられたアライメントマークを用いて位置合わせが行われる。このアライメントマークが、露光装置で認識され、マスクとのアライメントが行われた後に露光が行われる。
【0004】
アライメントマークは例えば、矩形形状の外形と、この外形を規定する辺部分の間に等間隔に設けられた3本のスリットとからなる形状のものがある。このスリットにより、照射されたレーザー光が回折、散乱される。
【0005】
このような、段差を有するアライメントマークは以下のように形成される。
【0006】
まず、シリコン基板上に被膜が形成され、その後、リソグラフィーエッチングのプロセスでこの被膜に回路パターンが形成されると同時にアライメントマークが形成される。
【0007】
アライメントマークの形成されたシリコン基板上には次工程で加工される被膜が形成され、その被膜上にホトレジストが塗布される。
【0008】
露光装置において、シリコン基板を載せたステージの移動によりシリコン基板に照射したレーザー光を移動させアライメントマークに照射する。その反射光はアライメントマークに設けられた3本のスリットでそれぞれ回折、散乱する。この反射光は、入射光と同じ光路を戻るが、途中で分離され、露光装置に設けられた検出器で検出される。この検出器に入射される回折光によりアライメントマークの位置が認識される。
【0009】
このようにして認識されたシリコン基板上のアライメントマーク位置とマスクの原点座標の差分を求め、露光する位置が補正される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のアライメントマークの形状の場合、複数のスリットのうち、アライメントマークの外形を規定する辺に最も近いスリットと外形を規定する辺との間隔が、互いに等間隔に設けられた3本のスリット間の間隔と等しくなる場合がある。この場合、外形を規定する辺による露光光の回折、散乱を、スリットによる露光光の回折、散乱と誤認識してしまう可能性がある。
【0011】
本発明では、アライメントマークの外形を規定する辺をアライメントマーク内に設けられたスリットと誤認識することなく、確実にアライメントできるアライメントマークを有する半導体装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置では、上記課題を解決するために、半導体基板上に形成されたアライメントマークが、外形を規定する1対の凹凸を有する辺と、この外形を規定する1対の辺間に1対の辺と実質的に平行な部分を有するパターンとを備えた構成となっている。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図1および図2を用いて本発明の第1の実施形態について説明する。
【0014】
図1は本願発明の第1の実施形態のアライメントマークを示す上面図である。この図1において、アライメントマーク1は、半導体ウエハ2に形成されたグリッドライン3上に形成される。グリッドライン3は、半導体ウエハ2に形成される複数の回路素子領域6間に形成される領域であり、個々の半導体チップに分割する際にはこのグリッドライン3の部分で切断される。このグリッドライン3は、例えば100μmの幅で形成される。
【0015】
また、アライメントマーク1は、回路素子領域6に形成される各層のパターンの位置合わせに用いられる。
【0016】
アライメントマーク1は、グリッドライン3の延在方向と実質的に平行に配置される1対の辺を有する長方形である。大きさは、例えば、180×70μm程度に形成される。この1対の辺には、凹部4および凸部5が連続的に設けられている。すなわち、1対の辺に凹部4と凸部5とが交互に連続してジグザグに設けられている。この凹部4と凸部5のピッチおよび、凹部4と凸部5との段差は例えば、それぞれ5〜10μm程度に形成される。
【0017】
この1対の辺は、例えば、互いに70μm程度の間隔を有しており、その間には例えば同じ形状の3本のアライメントパターン7が形成されている。本実施形態では、このアライメントパターン7は、アライメントマーク1内に形成されたスリットである。このアライメントパターン7は、互いに平行に、かつ、等間隔に配置される。さらに、これらアライメントパターン7は、凹部4、凸部5が形成された辺と実質的に平行に配置される。
【0018】
アライメントパターン7は、例えば、幅1〜5μm、長さ40μm程度で形成される。また、アライメントパターン7は、互いに12μm程度の幅で形成される。
【0019】
図2(A)は、図1におけるA−A’すなわち、アライメントマーク1の、グリッドライン3の延在方向と平行に配置された辺における凹部5に対応する断面図である。
【0020】
また、図2(B)は、図1におけるB−B’すなわち、アライメントマーク1の、グリッドライン3の延在方向と平行に配置された辺における凸部4に対応する断面図である。
【0021】
アライメントマーク1は、下地層10上に形成される。下地層10は特に限定されるものではなく、例えばシリコン基板、導電層、層間絶縁膜等であっても構わない。下地層10上に、アライメントマーク1が形成される被膜、レジスト膜が順に形成され、このレジスト膜を露光、現像することにより、素子領域に所定のパターンのレジストを残存させるとともに、グリッドラインにアライメントマーク1に対応するレジストを残存させる。この残存するレジスト膜をマスクとしてアライメントマーク1が形成される被膜をエッチングすることにより、素子領域上に所定のパターンを形成するとともに、グリッドラインにアライメントマーク1が形成される。このアライメントマーク1が形成される被膜は、導電層、絶縁層何れでも構わないが、下地層10の材料、用途に合わせて適宜決められる。
【0022】
例えば、下地層10がゲート電極を形成する多結晶シリコンであれば、アライメントマーク1が形成される被膜は、例えば二酸化シリコンなどの層間絶縁膜が用いられる。
【0023】
図2(A)、図2(B)に示されるように、凹部4で切断した断面と、凸部5で切断した断面とでは、アライメントパターン7とアライメントマーク1の外形を規定する辺までの距離が異なっている。すなわち、凹部4で切断した断面では、アライメントパターン7からアライメントマークの外形を規定する辺までの距離が、凸部5で切断した断面よりもその距離が短くなっている。
【0024】
このアライメントマーク1を用いてアライメントを行う場合、露光装置は、アライメントパターン7に対して、一定の領域のデータを平均化してアライメント波形として検出する。図2(C)は、この検出した波形を示している。ここで、露光装置においては、例えば、アライメントマークを画像で取り込み、この取り込んだ画像の一定の領域におけるデータが認識され、平均化が行われる。この一定の領域には、凹部4、凸部5が含まれていなければならない。
【0025】
アライメントマーク1の外形を規定する辺部分については、図2(A)に示される凹部4に対応する領域の波形は、実線12で示される波形となる。
【0026】
また、図2(B)に示される凸部5に対応する領域の波形は、破線13で示される波形となる。ここで、縦軸は露光装置の検出するアライメント光の強度が示され、横軸はアライメントした位置が図2(A)および図2(B)に対応して示されている。
【0027】
これら凹部4および凸部5を含む一定の領域のデータを平均化したアライメント波形が図2(D)に示される。アライメントパターン7の部分は凹部4、凸部5ともに同じ位置であるため、平均化しても波形に変化はないが、周辺部分においては凹部4および凸部5に対応して波形にずれが生じるため、互いに波形が相殺される。
【0028】
したがって、露光装置の検出するアライメント波形は、アライメントマーク部の周辺領域の段差における検出波形のピーク高さH2が、アライメントパターン7部分におけるピーク高さH1よりも小さくなる。
【0029】
また、周辺領域の段差における検出波形のピーク幅W2が、アライメントパターン7部分におけるピーク幅W1よりも大きくなる。
【0030】
このため、露光装置においてアライメントを行う際に、アライメントパターン7とアライメントマークの外形を規定する辺部分における段差とを同じパターンと誤認識することがなくなる。
【0031】
次に、図3、図4、図5を用いて本発明の第2の実施形態を説明する。なお、第1の実施形態と同一構成については同一符号を付し、詳細な説明を省略する。
【0032】
図3は、露光マスクに形成されたマスクパターンの内、アライメントマーク部分のマスクパターン20が示されている。
【0033】
このマスクパターン20は、外形を規定する辺部分に凹部21および凸部22が連続的に設けられている。この凹部21および凸部22のピッチP1は、露光装置の解像限界以下に設定する。このピッチP1は、露光装置の解像力の半分程度に設定することが望ましい。例えば、0.50μmの解像力を有する露光装置であれば、その半分程度の0.20〜0.30μmに設定することが望ましい。
【0034】
また、マスクパターン20には、アライメントパターンに対応する開口部23も設けられている。
【0035】
このような露光マスクを用いてアライメントマークを形成する被膜上に形成されたホトレジストに対して露光、現像を行い、ホトレジストパターンを形成する。
【0036】
このホトレジストパターンは、外形を規定する辺部分において、解像限界以下のピッチで設けられた凹部21および凸部22の影響で完全には解像されずに膜べりして残る。
【0037】
図4には、このホトレジストパターンを用いてアライメントマークを形成する被膜をエッチングした状態が示されている。アライメントマーク25の外形を規定する辺部分26は、なだらかな段差を有する形状となっている。また、第1の実施形態と同様に、外形を規定する辺部分26間には、複数のスリット状のアライメントパターン7が互いに平行に、かつ、等間隔に形成されている。
【0038】
図5(A)は、図4におけるA−A’で切断した断面図である。アライメントマーク25は下地層28上に形成されている。アライメントマーク25の外形を規定する辺部分26においては、アライメントパターン7部分の段差と比較してなだらかな段差を有している。
【0039】
このような段差を有するアライメントパターン7を露光装置において検出する場合、アライメントマーク25の外形を規定する辺部分26においてはコントラストがぼやけて認識される。
【0040】
これにより、露光装置の検出するアライメント波形は、図5(B)に示すように、アライメントマーク25の外形を規定する辺部分26における段差部分に対応するピーク高さH3は、アライメントパターン7のピーク高さH1よりも小さくなる。
【0041】
また、辺部分26における段差部分に対応するピーク幅W3は、アライメントパターン7におけるピーク幅W1よりも大きくなる。
【0042】
このため、露光装置においてアライメントを行う際に、アライメントパターン7とアライメントマークの外形を規定する辺部分における段差とを同じパターンと誤認識することがなくなる。
【0043】
第2の実施形態では、アライメントマークの外形を規定する辺部分になだらかな段差を設けるために、なだらかな段差を設けたい部分に対応する露光マスクの部分に解像限界以下のピッチを有する凹部および凸部を設けた。
【0044】
なだらかな段差を設ける方法としては上述した方法以外にも、例えば以下のような方法がある。
【0045】
図6は、この変形例を示す図であり、露光マスクのアライメントマーク部分が示されている。
【0046】
この図6に示すように、アライメントマークを形成するマスクパターン30の外形を規定する辺に沿って、ラインパターン32を設ける。このラインパターン32とマスクパターン30とのピッチP1およびラインパターンの幅W4を解像限界以下とすることにより、外形を規定する辺がなだらかなアライメントマークを形成することができる。
【0047】
また、図7に示すように、ラインパターン32を複数設けることも可能である。この場合、ラインパターン32とマスクパターン30とのピッチP3およびラインパターン32間のピッチP3、およびラインパターン32の幅W5はいずれも解像限界以下とする。
【0048】
このように、ラインパターン32を複数設けることにより、アライメントマークの外形を規定する辺部分における段差を、よりなだらかにすることができる。また、解像限界の小さい露光装置を用いる場合には、ラインパターン32が一本では十分になだらかにできない場合もある、その場合は、ラインパターン32を複数設けることが有用である。
【0049】
【発明の効果】
本発明に係る半導体装置では、アライメントマークにおける、アライメントパターンと平行する辺に凹凸を設けている。このため、露光装置においてアライメントを行う際に、アライメントパターンとアライメントマークの外形を規定する辺部分における段差とを同じパターンと誤認識することがなくなる。
【0050】
また、アライメントマークの外形を規定する辺部分における段差を、アライメントパターン部分における段差よりもなだらかになるようにしている。このため、露光装置においてアライメントを行う際に、アライメントパターンとアライメントマークの外形を規定する辺部分における段差とを同じパターンと誤認識することがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態におけるアライメントマークを示す平面図である。
【図2】本発明の第1の実施形態におけるアライメントマークの断面図である。
【図3】本発明の第2の実施形態におけるマスクパターンを示す図である。
【図4】本発明の第2の実施形態におけるアライメントマークを示す平面図である。
【図5】本発明の第2の実施形態におけるアライメントマークの断面図である。
【図6】本発明の第2の実施形態におけるマスクパターンの変形例を示す図である。
【図7】本発明の第2の実施形態におけるマスクパターンの変形例を示す図である。
【符号の説明】
1 アライメントマーク
2 半導体ウエハ
3 グリッドライン
4 凹部
5 凸部
6 回路素子領域
7 アライメントパターン
10 下地層
12 凹部に対応する波形
13 凸部に対応する波形
Claims (16)
- 半導体基板上にアライメントマークが形成された半導体装置において、
前記アライメントマークは、凹凸を有する互いに平行に配置される1対の辺と、前記1対の辺間に前記1対の辺と実質的に平行に配置される前記アライメントマーク内に設けられた複数のスリット状のアライメントパターンとを備えている連続する外周辺を有する膜から構成されることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、前記複数のアライメントパターンは前記1対の辺間に実質的に等間隔に配置されることを特徴とする半導体装置。
- 請求項1記載の半導体装置において、さらに前記1対の辺と直交する方向に延在する辺間に、この直交する辺と実質的に平行な複数のアライメントパターンを含むことを特徴とする半導体装置。
- 請求項1記載の半導体装置において、前記凹凸は、前記一対の辺の一端から他端に亙って凹部と凸部とが交互に繰り返して形成されることを特徴とする半導体装置。
- 基板上に、凹凸を有する互いに平行に配置される1対の辺と、前記1対の辺間に前記1対の辺と実質的に平行に配置される複数のスリット状のアライメントパターンとを備えたアライメントマークを形成する工程と、
前記アライメントパターンにおける前記1対の辺の前記凹部に対応する部分と、前記アライメントパターンにおける前記1対の辺の前記凸部に対応する部分とを用いて前記アライメントマークの位置合わせ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。 - 請求項5記載の半導体装置の製造方法において、前記アライメントマークの位置合わせを行う工程は、前記アライメントパターンにおける前記1対の辺の前記凹部に対応する部分と、前記アライメントパターンにおける前記1対の辺の前記凸部に対応する部分とを含む領域の複数箇所における検出結果を平均化して行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 基板上に第1の層を形成する工程と、
前記第1の層上に第1のレジスト層を形成する工程と、
互いに平行な1対の辺部分に露光装置の解像限界以下のパターンと、前記前記1対の辺部分間に前記1対の辺部分と略平行な部分を有する複数のスリット状のパターンとを有するマスクパターンの形成されたマスクを用いて前記第1のレジスト層を露光する工程と、
露光された前記第1のレジスト層を現像し、前記マスクパターンの前記1対の辺部分に対応する前記第1のレジスト層の領域に完全に解像されずに膜べりして残る部分を有するレジストパターンを得る工程と、
前記レジストパターンをマスクにして前記第1の層をエッチングすることにより前記第1の層にアライメントマークを形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項7記載の半導体装置の製造方法において、前記解像限界以下のパターンは、前記辺部分に設けられた解像限界以下のピッチを有する凹凸であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項7記載の半導体装置の製造方法において、前記解像限界以下のパターンは、前記辺部分と略平行に設けられるとともに、前記辺部分と解像限界以下の間隔で設けられた解像限界以下の幅を有するラインパターンであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項7記載の半導体装置の製造方法において、前記解像限界以下のパターンは、前記辺部分とそれぞれ略平行に設けられるとともに、前記辺部分とそれぞれ解像限界以下の間隔で設けられたそれぞれ解像限界以下の幅を有する複数のパターンであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項7記載の半導体装置の製造方法において、前記1対の辺部分間に設けられたパターンは、互いに平行に延在し、かつ、互いに等間隔に配置された複数のラインパターンからなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項7記載の半導体装置の製造方法において、さらに、エッチングされた前記第1の層上に第2の層を形成する工程と、前記第2の層上に第2のレジスト層を形成する工程とを含み、前記アライメントマークを用いて前記第2のレジスト層に対する露光マスクの位置合わせを行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 半導体基板上にアライメントマークが形成された半導体装置において、
前記アライメントマークは、互いに平行に配置される1対の辺と、前記1対の辺間に前記1対の辺と実質的に平行に配置される複数のスリット状のアライメントパターンとを備え、
前記1対の辺部分における段差は前記アライメントパターン部分の段差と比較してなだらかな段差であることを特徴とする半導体装置。 - 請求項13記載の半導体装置において、前記複数のアライメントパターンは前記1対の辺間に実質的に等間隔に配置されることを特徴とする半導体装置。
- 請求項13記載の半導体装置において、さらに前記1対の辺と直交する方向に延在する辺間に、この直交する辺と実質的に平行な複数のアライメントパターンを含むことを特徴とする半導体装置。
- 請求項13記載の半導体装置において、前記複数のアライメントパターンは前記1対の辺間に実質的に等間隔に配置され、最外側の前記アライメントパターンと前記辺との間隔は前記辺間の間隔と実質的に等しいことを特徴とする半導体装置。
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