(57)【要約】【課題】ＣＡＤデータとのリンクを容易かつ正確に行なうことができ、かつ、リンクしたことを視覚的に捕えられる半導体装置を提供する。【解決手段】ＣＡＤデータとの位置合わせを行うための解析用合せマーク５を、複数個の相似形を同心状に配列して構成し、拡散層，分離層などに形成する。これによれば、リンクが正確に行われない間は半導体装置の解析用合せマーク５の光学像５ａとＣＡＤデータ５ｂとのずれ幅に応じた干渉縞が発生する一方で、リンクが正確に行われた時には前記光学像とＣＡＤデータが一致し、干渉縞がなくなるので、干渉縞を視覚的に捕らえて、ＣＡＤデータとのリンクを容易かつ正確に行なうことができる。【選択図】    図２
2005005626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＡＤデータとの位置合わせを行うための解析用合せマークを形成した半導体装置であって、
解析用合せマークは、複数個の相似形を同心状に配列して拡散層もしくは分離層に形成した半導体装置。
【請求項２】
ＣＡＤデータとの位置合わせを行うための解析用合せマークを形成した半導体装置であって、
解析用合せマークは、複数個の相似形を同心状に配列して最上層もしくは最上層配線層に形成し、保護膜で覆わないようにした半導体装置。
【請求項３】
ＣＡＤデータとの位置合わせを行うための解析用合せマークを形成した半導体装置であって、
解析用合せマークは、複数個の相似形を同心状に配列して全ての層に形成した半導体装置。
【請求項４】
解析用合せマークは、線幅が等しい複数個の相似形を等間隔にて配列した請求項１から請求項３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
解析用合せマークは、中央から何番目に位置する相似形であるかを示す位置表示符号を含んだ請求項４記載の半導体装置。
【請求項６】
解析用合せマークは、特定の方向に沿った一部のみ描画した請求項１から請求項５のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項７】
解析用合せマークは、方向表示符号を付加して非線対称に構成した請求項１から請求項６のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項８】
請求項１から請求項３に記載された解析用合せマークに代えて、複数個の相似形を互いに内外に中央の相似形の両側での間隔を相違させて配列してなる非線対称な解析用合せマークを形成した半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置に関し、特にＣＡＤデータの位置合わせを容易かつ正確に行うための解析用合せマークに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置を検査または加工する時には、光学的に、あるいはＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）やＳＩＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｉｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）などの解析装置では電子線やイオン線を照射して、画像生成し、観察、解析している（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図１５は従来の半導体装置の観察画像を示す。半導体装置１に形成された各種の内部パターン２，外部接続端子３，マスク合わせ用マーク４などが、装置表面における凹凸や組成の相違から検出されている。検出された内部パターン２の形状や配置に基いて半導体装置１の向きが判別され、マスク合わせ用マーク４を用いてマスク合わせが行なわれる。
【０００４】
近年、半導体装置は微細化、多層化の一途をたどっており、表面からの解析が困難になり、裏面からの解析を行うケースが増えてきた。解析には、半導体装置とＣＡＤデータとのリンクが必要な場合が多い。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２４３６９５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
光学系の観察装置を用いる場合、特に半導体装置裏面から解析する場合には光がシリコンを透過することになるため、像の分解能が低くなるのは避けられず、観察像から場所を把握するのは困難であり、半導体装置とＣＡＤデータとのリンクが必須となる。しかし像の分解能が低いがゆえに、半導体装置とＣＡＤデータとのリンクは難しかった。また、正確なポジションでリンクしたことを知る手段はなかった。
【０００７】
本発明は上記問題を解決するもので、ＣＡＤデータとのリンクを容易かつ正確に行なうことができ、かつ、リンクしたことを視覚的に捕えられる半導体装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の半導体装置は、ＣＡＤデータとの位置合わせを行うための解析用合せマークを、複数個の相似形を同心状に配列して拡散層もしくは分離層に形成したものである。
【０００９】
これによれば、解析用合せマークが拡散層もしくは分離層に存在するため、半導体装置裏面から観察してＣＡＤデータとリンクさせる際に、半導体装置の光学像を分解能よく取得することができる。リンクが正確に行われない間は半導体装置の光学像とＣＡＤデータとのずれ幅に応じた干渉縞が発生する一方で、リンクが正確に行われた時には半導体装置の光学像とＣＡＤデータが一致し、干渉縞がなくなるので、干渉縞を視覚的に捕らえて、ＣＡＤデータとのリンクを容易かつ正確に行なうことができる。
【００１０】
また、ＣＡＤデータとの位置合わせを行うための解析用合せマークを、複数個の相似形を同心状に配列して最上層もしくは最上層配線層に形成し、保護膜で覆わないようにしたものである。これによれば、解析用合せマークが最上層に露出状態で存在するため、半導体装置の光学像を分解能よく取得することができる。干渉縞を視覚的に捕らえてＣＡＤデータとのリンクを容易かつ正確に行なえるのは、上記と同様である。
【００１１】
また、ＣＡＤデータとの位置合わせを行うための解析用合せマークを、複数個の相似形を同心状に配列して全ての層に形成したものである。これによれば、製造途中および製造終了時に常に、解析用合せマークが最上層に存在することになり、解析用合せマークにマスク合わせ用マークを兼用させることが可能になる。干渉縞を視覚的に捕らえてＣＡＤデータとのリンクを容易かつ正確に行なえるのは、上記と同様である。
【００１２】
解析用合せマークは、線幅が等しい複数個の相似形を等間隔にて配列したものとすることができる。それにより干渉縞が観察し易くなる。
解析用合せマークは、中央から何番目に位置する相似形であるかを示す位置表示符号を含んだものとすることができる。半導体装置の光学像とＣＡＤデータとで倍率が一致しない場合に、両者の中央の相似形どうしが一致した状態で他に一致する相似形を探し、それぞれ中心から何番目であるか数え、両者間の比率（倍率）を求め、ＣＡＤデータの倍率を変更することになるが、その際の相似形の計数が容易になる。
【００１３】
解析用合せマークは、特定の方向に沿った一部のみ描画したものとすることができる。それにより半導体装置の縦横などの特定の方向を認識しつつ位置合わせできる。
【００１４】
解析用合せマークは、方向表示符号を付加して非線対称に構成したものとすることができる。半導体装置を表面側から観察しているか、裏面側から観察しているかを誤っている場合には、半導体装置の光学像とＣＡＤデータとが重ならないので、誤った状態で位置合わせするミスを回避できる。
【００１５】
複数個の相似形を同心状に配列した解析用合せマークに代えて、複数個の相似形を互いに内外に中央の相似形の両側での間隔を相違させて配列してなる非線対称な解析用合せマークを形成してもよい。これによっても、半導体装置を表面側から観察しているか、裏面側から観察しているかを誤った状態で位置合わせするミスを回避できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の一実施形態における半導体装置を光学的観察装置によって表面側から観察した観察画像である。
【００１７】
半導体装置１は、先に図１０を用いて説明した従来の半導体装置と同様の構成を有しており、各種の内部パターン２，周縁部に配列された外部接続端子３，４隅に形成された製造工程マスク合わせ用マーク４などを備えている。内部パターン２は、半導体装置１が平坦化されている場合などは観察できないことがある。
【００１８】
この半導体装置１が従来のものと相違するのは、ＣＡＤデータとの位置合わせを行うための解析用合せマーク５が形成されている点である。この解析用マーク５の位置は、マスク合わせ用マーク４の内側であって外部接続用端子３と同列をなす位置である。
【００１９】
解析用マーク５が存在することで、ＣＡＤデータとの位置合わせを容易かつ正確に行うことができる。それにより、観察しているのが半導体装置１上のどの部分であるかを完全に把握して、検査や加工を実施することが可能となる。その時には、ＣＡＤ上で位置を指定することにより、半導体装置１上の対応位置に焦点を合わせることができる。具体的には、エミッション顕微鏡などの解析・検査装置で発光部位をＣＡＤと照らし合わせ、正確に知ることができる。そしてたとえば、配線修正したい個所の修正を行うことができる。
【００２０】
以下、解析用マーク５について詳述する。
解析用マーク５は、図２（ａ）に示すように、径の異なる複数個の円を同心状に配列して形成されている（以下、同心円図形と言う）。これは、ＣＡＤデータと半導体装置１との一致を、半導体装置１の光学像とＣＡＤデータとのずれ幅による干渉縞から判断するためである。
【００２１】
解析用合せマーク５の観察画像の一例を図２（ｂ）に示す。二組の同心円図形が重なっているが、一組は半導体装置１上の解析用合せマーク５の光学像５ａ、もう一組はＣＡＤデータ５ｂである。光学像とＣＡＤデータとがずれ、干渉縞が起こっている。
【００２２】
このような場合には、二組の同心円図形が重なるようにＣＡＤデータもしくは半導体装置１を移動させる。二組の同心円図形が完全に重なって干渉縞のない状態、つまり図２（ａ）と同等の状態になった時に、ＣＡＤデータと半導体装置１とが一致したと判断できる。
【００２３】
解析用合せマーク５に代えて、図３（ａ）に示すような、同心円図形を構成する各円が等間隔で並びかつ線幅が等しい解析用合せマーク６を用いると、光学像の波長により干渉縞が観察し易い。これは、等間隔でマークが並ぶことにより、各図形でずれの量が等しくなり、視覚的に強調されるためである。
【００２４】
図３（ｂ）〜（ｄ）は、解析用合せマーク６の観察画像を示す。図３（ｂ），図３（ｃ），図３（ｄ）へと順次に、ＣＡＤデータと半導体装置１上の解析用合せマーク６の光学像とのずれ幅が次第に大きくなり、干渉縞が起こっているのが容易に観察できる。
【００２５】
図４（ａ）に示すような、同心円図形を構成する各円の間隔がより密な解析用合せマーク７を用いると、光学像の波長により干渉縞がさらに観察し易い。これは、図形がずれた部分の面積あたりの量が増え、強調されて観察しやすくなるためである。
【００２６】
図４（ｂ）〜（ｄ）は、解析用合せマーク７の観察画像を示す。図４（ｂ），図４（ｃ），図４（ｄ）へと順次にずれ幅が大きくなり、干渉縞が起こっているのが容易に観察できる。
【００２７】
しかし各円の間隔を密にしすぎると観察系の分解能が線幅に追いつかなくなり、観察しにくくなる。半導体装置裏面から観察する場合は分解能がさらに悪くなるため、考慮が必要である。
【００２８】
半導体装置の表面からの光学像波長と裏面からの光学像波長とは異なる。上記したような解析用合せマーク５，６，７を表面からのみ観察する場合には、解析用合せマークの大きさは１０ｕｍ×１０ｕｍ程でよいが、裏面から観察する場合には、５０ｕｍ×５０ｕｍ程の大きさにするとよい。これは、裏面から光学像波長で観察する場合は、シリコンを光が通過しなければならず、通過できるのは赤外領域であって、波長が長くなると像の分解能が悪くなるため、細かいパターンの認識が困難になるからである。経験的に、裏面からは５０ｕｍ×５０ｕｍ程の大きさがよいのである。
【００２９】
解析用合せマークは必ずしも円でなくともよく、干渉縞を起こす図形であれば使用できる。
図５（ａ）は、複数個の正五角形を同心状に等間隔で配列した解析用合せマーク８を示す。図５（ｂ）〜（ｄ）は、解析用合せマーク８の観察画像を示す。図５（ｂ），図５（ｃ），図５（ｄ）へと順次にずれ幅が大きくなり、干渉縞が起こっているのが観察できる。
【００３０】
図６（ａ）は、複数個の星形を同心状に等間隔で配列した解析用合せマーク９を示す。図６（ｂ），図６（ｃ），図６（ｄ）へと順次にずれ幅が大きくなり、干渉縞が起こっているのが観察できる。
【００３１】
ところで現実には、半導体装置１の光学像とＣＡＤデータとで倍率が一致しないことがしばしばある。実際に双方の大きさが異なっていることもあれば、半導体装置１が観察装置に対して斜めにセットされている等で倍率が一致しないこともある。
【００３２】
そのような場合、ＣＡＤデータの倍率を変更する機能を持ったＣＡＤ装置であれば、半導体装置１とＣＡＤデータとを一致させることが可能である。そのためには、半導体装置１の光学像とＣＡＤデータとの倍率を求めることが必要になる。
【００３３】
本発明では以下のようにして半導体装置１とＣＡＤデータとの倍率を求める。
図７は、同心円図形を構成する各円が等間隔で並びかつ線幅が等しい解析用合せマークを用い、半導体装置上の解析用合せマークの光学像とＣＡＤデータとで倍率が一致しないレイアウトを示す。
【００３４】
図８は図７の点線部分（半径方向）に対応する半導体装置の光学像（上段）およびＣＡＤデータ（下段）を示す。光学像とＣＡＤデータとは、中央の円１０ａ，１０Ａを一致させており、それにより他に円１０ｂ，円１０Ｂの線が一致している。
【００３５】
円１０ａから円１０ｂまで、また円１０Ａから円１０Ｂまで、円の本数をそれぞれ数えると、その本数の比率が（半導体装置の光学像／ＣＡＤデータ）の倍率を表わす。円１０ｂは９番目、円１０Ｂは１０番目なので、倍率＝９／１０と容易に求めることができる。
【００３６】
この原理によれば、円どうしの間隔が狭いほど正確に倍率を求めることができる。ただし間隔を狭くすると、円の数を視覚で数えるのが困難になる。
そこで、図９に示す解析用合せマークのように、中央の円から所定数ごとの円にその円の位置の目安となる位置表示符号、たとえば数字，記号，印を付しておくことで、計数を容易にする。
【００３７】
図９（ａ）の解析用合せマーク１１では、５番目ごとの円に位置表示符号１１ａとしての数字５，１０，１５，２０を付している。図９（ｂ）の解析用合せマーク１２では、５番目ごとの円に位置表示符号１２ａとしての印◇を付している。
【００３８】
半導体装置１の縦方向と横方向など、任意の方向にそれぞれ独立に倍率を知りたい場合には、前記任意の方向を示し得る形状の解析用合せマークを形成しておくと、その方向について倍率が求め易くなる。
【００３９】
図１０（ａ）に示す解析用合せマーク１３は、図３（ａ）に示した解析用合せマーク６の内、特定の方向に沿った一部のみ描画して前記特定の方向を認識可能に構成したものである。言い換えると、曲率中心が等しい複数の円弧を半径方向に沿って等間隔で配列するとともに、その配列をその間が等角をなすように４組配置したものである。配列の１つを所定方向に沿わせておくことで、前記所定方向はもちろん、それと直交する方向の倍率を容易に求めることができる。
【００４０】
同様に、図１０（ｂ）に示す解析用合せマーク１４は、曲率中心が等しい複数の円弧を半径方向に沿って等間隔で配列するとともに、その配列をその間が等角をなすように５組配置したものである。配列の１つを所定方向に沿わせて配置しておくことで、前記所定方向はもちろん、それと７２度をなす方向の倍率を容易に求めることができる。
【００４１】
このようにして解析用合せマークのレイアウトパターンを描画する方向を選択しておくことで、選択した任意の方向についての倍率を容易に求めることが可能となる。半導体装置１の縦方向と横方向とで倍率が異なる場合なども、画像処理ソフトにより倍率を算出して、利用することが可能である。
【００４２】
裏面からの半導体装置１の光学像とＣＡＤデータとを重ね合せる場合には、ＣＡＤデータを左右反転させる必要がある。またこのＣＡＤデータの左右反転を確実に視覚的に知る必要がある。
【００４３】
そこで、解析用合せマークに左右方向を示す方向表示符号を含ませることで、あるいは、解析用合せマークを構成する相似形の間隔を左右方向に沿って相違させることで、左右方向を認識可能とする。
【００４４】
図１１（ａ）に示す解析用合せマーク１５では、複数の円を同心状に配列した同心円図形の中央線上、最外周の円に接するように、左右非対称な方向表示符号１５ａとしての「Ｆ」を付加している。
【００４５】
図１１（ｂ）に示す解析用合せマーク１６では、複数の正五角形を同心状に配列した同心五角形図形の中央線上、最外周の正五角形に接するように、左右非対称な方向表示符号１６ａとしての木の葉を付加している。
【００４６】
図１１（ｃ）に示す解析用合せマーク１７では、複数の星形を同心状に配列した同心星形図形の左側凸部に円１７ａを付加することで、左右非対称としている。
【００４７】
図１１（ｄ）に示す解析用合せマーク１８では、複数の正三角形を中央の正三角形の左右で間隔を相違させて配列することで、左右非対称としている。
図１１（ｅ）に示す解析用合せマーク１９は、図１０（ａ）に示した解析用合せマーク１３とほぼ同様の図形の中央線上、最外周の円弧に接するように、左右非対称な方向表示符号１９ａとしての「Ｆ」を付加している。
【００４８】
このようにすることにより、左右反転を誤解している場合に、半導体装置１の光学像とＣＡＤデータとで解析用合せマークを一致させることが不可能になり、誤った操作を未然に防ぐことができ、画像処理を適正かつ容易に行うことが可能となる。
【００４９】
図１２に、図１１（ａ）に示した解析用合せマーク１５を挿入した半導体装置１を示す。内部パターンの図示は省略している。この半導体装置１では４隅に解析用合せマーク１５を挿入しているが、必ずしも全ての隅に挿入されなくてもよく、また隅でなくてもよい。あるいは、用途に応じてより多くの解析用合せマークを挿入してもよい。
【００５０】
図１３に、図１１（ａ）に示した解析用合せマーク１５にマスク合せ用マークを兼用させた半導体装置１を示す。内部パターンの図示は省略している。解析用合せマーク１５をその「Ｆ」が同心円図形の片側、この図では上側に位置するように形成することで、従来の十字状のマスク合せ用マークを廃している。
【００５１】
この解析用合せマーク１５によれば、Ｆの向きを観察することで半導体装置１の上下左右を判別することができ、また複数の円の重なりを観察することでマスク合わせ、ＣＡＤデータとの位置合わせを行うことができる。ただしこの場合、全てのマスク工程で利用できるように半導体装置１の各層に解析用合せマーク１５を形成しておく必要がある。
【００５２】
図１４に、半導体装置１の各層における解析用マークの配置を示す。図１４（ａ）は、解析用マーク２０を最上層もしくは最上層配線層に形成し、保護膜２１で覆わないようにした状態、図１４（ｂ）は、解析用マーク２０を拡散層（もしくは分離層）に形成した状態、図１４（ｃ）は、解析用マーク２０を全ての層に形成した状態を示す。解析用マーク２０の形成は、マスクを作成する際に、パターンとして入れておくのが都合よい。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、半導体装置に解析用合せマークを入れるようにしたため、半導体装置とＣＡＤデータとでリンクを行う場合に、半導体装置とＣＡＤデータの重ね合わせを視覚的に、かつ正確、容易に行なうことが可能となった。また、レイアウトリンク時に取得画像から任意の方向の倍率を知ることができる。裏面からのリンク時にＣＡＤデータの左右反転を確実に行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における半導体装置であって、解析用合せマークが形成された半導体装置の観察画像を示す説明図
【図２】本発明で使用可能な解析用合せマークの第１例およびそれより起こる干渉縞を示す説明図
【図３】本発明で使用可能な解析用合せマークおよびそれより起こる干渉縞を示す説明図
【図４】本発明で使用可能な他の解析用合せマークおよびそれより起こる干渉縞を示す説明図
【図５】本発明で使用可能なさらに他の解析用合せマークおよびそれより起こる干渉縞を示す説明図
【図６】本発明で使用可能なさらに他の解析用合せマークおよびそれより起こる干渉縞を示す説明図
【図７】半導体装置の解析用合せマークの光学像とＣＡＤデータの倍率が一致しない状態を示す説明図
【図８】図７に対応する模式図
【図９】本発明で使用可能な解析用合せマークであって、各円の位置を示す符号を付した解析用合せマークの説明図
【図１０】本発明で使用可能な解析用合せマークであって、特定の方向を示す解析用合せマークの説明図
【図１１】本発明で使用可能な解析用合せマークであって、非線対称に構成された解析用合せマークの説明図
【図１２】本発明の他の実施形態における半導体装置であって、非線対称な解析用合せマークが形成された半導体装置の観察画像を示す説明図
【図１３】本発明の他の実施形態における半導体装置であって、非線対称な解析用合せマークがマスク合わせ用マークを兼用して形成された半導体装置の観察画像を示す説明図
【図１４】本発明の半導体装置の各層における解析用マークの配置を示す説明図
【図１５】従来の半導体装置の観察画像を示す説明図
【符号の説明】
１    半導体装置
２    内部パターン
３    外部接続端子
４    マスク合わせ用マーク
５    解析用合せマーク
５ａ  光学像
５ｂ  ＣＡＤデータ
【図１】
2005005626.tif 000003
【図２】
2005005626.tif 000004
【図３】
2005005626.tif 000005
【図４】
2005005626.tif 000006
【図５】
2005005626.tif 000007
【図６】
2005005626.tif 000008
【図７】
2005005626.tif 000009
【図８】
2005005626.tif 000010
【図９】
2005005626.tif 000011
【図１０】
2005005626.tif 000012
【図１１】
2005005626.tif 000013
【図１２】
2005005626.tif 000014
【図１３】
2005005626.tif 000015
【図１４】
2005005626.tif 000016
【図１５】
2005005626.tif 000017