JP3615430B2

JP3615430B2 - 認識マーク

Info

Publication number: JP3615430B2
Application number: JP23369799A
Authority: JP
Inventors: 俊之青山; 文男岩本
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-08-20
Filing date: 1999-08-20
Publication date: 2005-02-02
Anticipated expiration: 2019-08-20
Also published as: JP2001060543A

Description

【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た、長方形状の枠（ワク）を有するメインパターンと、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，３Ｃ，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５μｍ〜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３１Ａ〜３１Ｄ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３Ａ〜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４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄ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７１Ａ，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，７Ａ〜７Ｄ認識マークのメインパターン
２Ｘ，３Ｘ，４Ｘ，５Ｘ，７Ｘ認識マーク
６埋め込み材
３１Ａ〜３１Ｄ，４１Ａ〜４１Ｄ，５１Ａ〜５１Ｄ，７１Ａ〜７１Ｄ認識マークのサブパターン

Claims

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、長方形状の枠を有するメインパターンと、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。
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。
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１記載の認識マーク。