(57)【要約】本発明は、ウェハ基板の結晶面４０を該基板上のリソグラフィ構造にアライメントするためのアライメント方法において、以下のステップ：（ａ）基板４０の周辺にあるフラット２００の角度方位の測定；（ｂ）基板４０の結晶学的な面方位の測定；（ｃ）フラット２００の角度方位と結晶学的方位の間の誤差角の特定；（ｄ）リソグラフィツール内でのフラット２００に対する角度的な位置合わせ；（ｅ）基板４０の誤差角による回転；及び（ｆ）リソグラフィツールを用いた基板４０上における一つ以上の構造層の形成、ならびにそのための結晶学的な面方位に対する上記一つ以上の構造層の角度的なアライメントのステップを有していることを特徴とするアライメント方法に関する。
2004523114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハ基板の結晶面を該結晶面上のリソグラフィの構造にアライメントするためのアライメント方法であって、次のステップ：
（ａ）基板の周辺にあるフラットの角度方位の測定；
（ｂ）前記基板の結晶学的な面方位の測定；
（ｃ）前記フラットの前記角度方位と前記結晶学的方位との間の誤差角の特定；
（ｄ）リソグラフィツール内での前記フラットに対する角度的な位置合わせ；
（ｅ）前記誤差角による前記基板の回転；及び
（ｆ）前記リソグラフィツールを用いた前記基板上における一つ以上の構造層の形成、ならびにそのための前記一つ以上の構造層の前記結晶学的な面方位に対する角度的なアライメント
を有していることを特徴とするアライメント方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記結晶学的な面方位をＸ線回折手段を用いて測定することを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の方法において、
前記Ｘ線回折手段を、前記基板の周辺縁部を調べるように動作可能にすることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１または請求項３に記載の方法において、
前記Ｘ線回折手段に、Ｘ線放射線を生成するためのＸ線源、該Ｘ線放射線を前記基板に向けられたＸ線ビームに成形するためのビーム調整器、及び前記基板から放射される、前記ビームの回折された部分を受けるためのＸ線検出器を設けることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、
前記基板を回す際に、前記検出器におけるＸ線放射線のカウント数を最大にすることによって、前記基板の結晶学的方位を特定することを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載のアライメント方法を実施するための装置であって、
（ａ）ウェハ基板上の周辺にある一つ以上のフラットの角度方位を測定するための第１の測定手段；
（ｂ）基板の結晶学的方位を測定するための第２の測定手段；及び
（ｃ）前記第１及び第２の測定手段に対して前記基板を相対的に回転するための基板回転手段
を備えている装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置において、
前記第２の測定手段は、Ｘ線回折装置とされていることを特徴とする装置。
【請求項８】
図１に関して概ね明細書に記載されたアライメント方法。
【請求項９】
ウェハ基板をアライメントするための装置であって、図１に関して概ね明細書に記載された装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アライメント方法に関し、特に、とは言えこれだけに限るものではないが、半導体デバイスの製造に伴う半導体リソグラフィプロセスの間、半導体ウェハの角度のアライメントを行なうための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハは、通常、例えばステップアンドリピートカメラといったリソグラフィツール内では、ウェハに形成された１箇所以上のオリエンテーションフラット（フラット）に対してアライメントすることによって、角度位置が調整される。例えば、ダイナミックメモリのようなロジックデバイスといった多種類の半導体デバイスを製造する際には、ドーピングされた電極領域及び金属導体トラックといった集積回路構造のウェハ結晶面に対するアライメントは、基本的にはデバイス性能に対してそれほどクリティカルなものではない。しかしながら、デバイス層のオーバレイ精度が高いことが、デバイスの十分な歩留まりと動作を得るのにかなり効いてくる。
【０００３】
マイクロマシン装置の場合、例えば、鏡面様の壁開面が動作上の主要構成要素となる固体レーザといったような電気光学装置の場合には、ウェハ結晶面に対して高い精度でデバイス構造の角度アライメントを行なうことが重要である。この角度アライメントが正確に得られないと、デバイスの寸法公差を達成することが困難になり、デバイス性能に悪影響を及ぼすような段差のある構造が壁開面に現れてしまうおそれが往々にしてある。
【０００４】
従来の半導体ウェハの製造の際には、ウェハ結晶面に対してアライメントされた溝がウェハ上に刻設され、次にウェハは、このウェハ内にフラットが形成されるようにこの溝に沿って壁開される。ウェハには、その後研磨作業が施される。というのも、急に終端する壁開面によって、ウェハが弱くなり、例えば高温でのドーパント導入プロセスといった後続の処理過程の間、粉々に砕けてしまいかねないからであり、さらには、結晶の局所的な欠陥がウェハ中を伝ってしまう結果になる可能性があるためである。研磨プロセスは、急に終端する壁開面を滑らかにするのに役立つ。
【０００５】
本発明者は、対応するウェハ結晶面に対して、研磨されたフラットをアライメントするときの精度が、この研磨されたウェハ・フラットに位置合わせすることで製造されるマイクロマシン化電気光学装置の製造歩留まりに悪い影響を及ぼすことの重要性を認識するに至った。さらに、本発明者は、実際には、研磨されたウェハ・フラットに対する位置合わせが、ウェハ結晶面に対して要求される精度と同等の精度で繰り返し実現可能であるということの重要性を認識するに至った。かくして、本発明者は、これらのことから、本発明に係るアライメント方法を発明するに至った。
【０００６】
こうして、本発明の第一の観点により、ウェハ基板の結晶面を前記ウェハ基板上のリソグラフィ構造にアライメントするためのアライメント方法において：
（ａ）基板の周辺にあるフラットの角度方位を測定するステップ；
（ｂ）基板の結晶学的な面方位を測定するステップ；
（ｃ）フラットの角度方位と結晶学的方位との間の誤差角を特定するステップ；
（ｄ）リソグラフィツール内においてフラット対する角度的な位置合わせするステップ；
（ｅ）誤差角だけ基板を回転するステップ；及び
（ｆ）リソグラフィツールを用いて基板上に一つ以上の構造層（feature layer）を形成し、このとき当該構造層を結晶学的な面方位に対して角度的にアライメントするステップ；
を有していることを特徴とするアライメント方法が提供される。
【０００７】
本方法により、結晶学的な面方位に対して構造層を一層正確に角度的にアライメントすることが可能になるという利点が得られる。
【０００８】
結晶学的な面方位は、Ｘ線回折手段を用いて測定されることが好ましい。Ｘ線回折技術により、非接触かつ非侵撃な結晶面方位の測定という長所が得られる。その上、半導体製造環境において重要なこういった技術は、速やかに実行することができる。とりわけ好ましいのは、Ｘ線回折手段が、基板の周辺縁部に応答信号を発信させるように動作可能とされていることである。
【０００９】
本発明者は、Ｘ線放射線を生成するためのＸ線源、Ｘ線放射線を基板に向けられたＸ線ビームに成形するためのビーム調整器、そして、基板から放出される回折ビームの一部を受け取るためのＸ線検出器とを備えているＸ線回折手段を使用して上述の方法を実施することが好ましいことを見出した。加えて、本発明者は、基板が回される際に検出器におけるＸ線放射線のカウント数を最大にすることによって基板の結晶学的方位が決定されるように回折手段が設けられていることが好ましいことを見出した。
【００１０】
本発明の第二の観点においては、第一の観点によるアライメント方法を実施するための装置が提供される。この装置は、
（ａ）ウェハ基板上における、周辺にある一つ以上のフラットの角度方位を測定するための第１の測定手段；
（ｂ）基板の結晶学的方位を測定するための第２の測定手段；及び
（ｃ）第１及び第２の測定手段に対して相対的に基板を回転するための基板回転手段；
を備えている。
【００１１】
第２の測定手段は、Ｘ線回折装置とされていることが好ましい。このような装置によって、非接触かつ非侵撃でしかも迅速な結晶学的方位の測定が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、図面に基づき本発明の実施形態を単なる一例によってのみ述べることにする。
【００１３】
良く知られているように、半導体ウェハは、結晶成長装置内で成長した単結晶インゴットから切り分けられる。このインゴットは、幾つかの異なる結晶方位で成長させることができる。そのため、ウェハにマークを付してこれらの結晶方位のそれぞれを表示させる方法を持っている必要性が半導体産業内に生じてくる。このようなマーク付けは、通常、ウェハの周辺縁部にオリエンテーションフラット（フラット）を形成することによって行なわれる。このフラットは、半導体デバイス製造の間、自動プロセス装置（automatic processing equipment）内でウェハの方位を大まかに調整するのに用いられ、この粗い調整の後、一つもしくは複数のウェハ研磨面上の表面構造を光学的に検査することに基づいた正確な位置合わせが行なわれ、その結果、正確なデバイス層オーバーレイ位置合わせが確実に行なわれるようになる。問題が生じるのは、上記複数の面の一つ以上の面に最初の構造層が形成されなければならないときに、これらの面に、上述したフラット以外、位置合わせの構造が何も無い場合である。
【００１４】
メモリデバイスといった半導体デバイスを製造する場合には、ウェハ結晶面に対するデバイス構造の角度アライメントを行なうことはそれほどクリティカルに効いてくることはない。もっとも、電子とホールの移動度がシリコンならびにIII−V化合物半導体内で僅かに非等方的であるため、所定の結晶方位に作られる高速のロジックデバイスは、比較的速く動作する傾向にはある。このようなメモリデバイスを製造する場合には、最初の層を形成する際、研磨されたウェハ・フラットによっても十分正確な角度アライメントが得られる。
【００１５】
最初の構造層の角度アライメントが特に問題になってくるのは、マイクロマシン化された半導体デバイスが、ウェハ結晶面に正確に合わせられているデバイス構造を前提に構成される場合である。この問題が関係してくるのは、デバイス構造を形成するのに、例えば、水酸化カリウム溶液を用いて非等方的にエッチングされるシリコンウェハの場合であり、また、この問題は、電気光学装置に用いられる鏡面様の平面を作るのに壁開されるIII-V化合物ウェハの場合にも顕著になる。
【００１６】
ウェハ・フラットの位置と大きさに関しては、幾つかの決められた規則がある。５０ｍｍの直径のウェハに対しては、この規則に従って、ウェハは、＜１１０＞結晶面に概ね平行な１６±２ｍｍの長さの主フラット（major flat）と、＜１１０＞結晶面に概ね平行な８±１ｍｍの長さの副フラット（minor flat）をそれぞれ備えている。既に述べたように、これらのフラットは、壁開された鏡面様の面を含んでいる電気光学装置の最初のデバイス層を描出する場合には、角度位置合わせの際に依拠すべき結晶面に対して、実際には十分正確にアライメントされていないことが本発明者によって明らかになっている。しかしながら、本発明者は、本願のウェハ・フラットの光学的ないし機械的な位置合わせツールを用いることによって、研磨されたウェハ・フラットに対する位置合わせを高い精度と再現性で行なうことができることを図らずも見出した。
【００１７】
かくして、本発明者は、半導体ウェハ上に最初のデバイス層を描写する前に、ウェハの一つないし複数のウェハ・フラット及びウェハの結晶方位の間の誤差角を測定することが可能であるとの重要性を認識するに至った。この誤差角は、後続のウェハの製造プロセスのステップにおいて、ウェハに関するデータ・パラメータとして使うことができる。この誤差角は、一つ以上のフラットに対して角度的な位置合わせが行なわれた後に適用されるべき補正角として用いることができ、これにより、フラットに対する位置合わせだけに頼っていた場合にできることに比べて、ウェハ上に形成された最初の描写構造をウェハの結晶面に対して一層正確に角度的にアライメントすることが保証される。
【００１８】
以下に、本発明の方法を図１に基づきさらに詳しく説明する。図１には、本方法で用いられるアライメント装置が示されている。この装置は、大まかに符号１０によって示されている。装置１０は、従来の光学的なフラット位置合わせ装置２０と、符号３０によって示されるＸ線回折装置を備えている。位置合わせ装置２０は、例えば、半導体機器メーカーによって製造される独自の類の装置とされている。回折装置３０は、ウェハ４０の回折装置３０に対する相対的な結晶面方位を測定するために、回折自在のウェハ・チャック５０上にマウントされたウェハ４０に対して相対的に位置決めされて配置されている。
【００１９】
回折装置３０は、弓形のトラック１００を備え、このトラックの上に、第１のアセンブリ及び第２のアセンブリが取り付けられている。上記第１のアセンブリは、付随のＸ線ビーム調整器１３０と組み合わされたＸ線放射線源１２０を備えている。上記第２のアセンブリは、Ｘ線検出器１５０を備えている。これらのアセンブリは、角度θを変更するよう、トラック１００に沿って摺動自在に調整することができる。第１のアセンブリから放射されてウェハ４０の周辺縁部から反射されるＸ線ビーム１４０は、図１に示されるような中心軸線１６０に対し、上記角度θをなして下方に延びている。軸線１６０は、ウェハ４０ならびに該ウェハに付随するチャック５０の中心Ｃを基準に半径方向に向けられている。上記角度は、使用時には、用いられるＸ線回折次数、ビーム１４０を形作っているＸ線放射線の自由空間波長、及びウェハ４０が形成されている材料に応じて変更される。
【００２０】
ウェハ上のウェハ・フラット２００とウェハ結晶方位の間の角度誤差を決定するための装置１０の操作について、図１を参照しながら以下に述べる。
【００２１】
ステップ１：
装置１０の初期校正が必要である。斯かる校正を校正用ウェハを用いて行う。次のように校正用ウェハを用意する。先ず、副フラット（例えば５０ｍｍ直径のウェハに設けられた８±１ｍｍ長のフラット）を備えている半導体ウェハを選び、このフラットに平行でさらにウェハの中心Ｃに向かう溝を刻み、次に、上記溝の位置で校正用ウェハを壁開して、鏡面性状の急に終端する＜１１０＞壁開エッジ２００をウェハに対して設ける。このとき、このエッジは、ウェハ内の結晶面に対して正確にアライメントされている。この壁開エッジを１６±２ｍｍ（すなわち、規準主ウェハ・フラットと同程度の寸法）の長さにすることが好ましい。
【００２２】
上記校正用ウェハをチャック１００上に取り付ける。次に、壁開エッジ２００をフラット位置合わせ装置２０に向け、壁開エッジが角度的に該装置２０に対してアライメントされるまで、つまりエッジ２００がＸ−Ｙ軸線に対して平行になるまでチャック１００を回す。それから、検出器１５０のＸ線計測率が最大になる（これは、校正用ウェハの＜１１０＞結晶面に回折装置３０がアライメントされたことに対応する）まで、回折装置３０を中心Ｃ周りに装置ごと回転させる。
【００２３】
このステップ１により、フラット位置合わせ装置２０及び回折装置３０の両方が校正用ウェハの結晶面にアライメントされるので、これらフラット位置合わせ装置２０及び回折装置３０が確実に相互に角度的にアライメントされる。
【００２４】
ステップ２：
次に、校正用ウェハの代わりに、研磨されたフラットを自身の面上に有している製造用ウェハ４０を、チャック１００上にマウントする。位置合わせ装置２０によって、ウェハ４０の研磨されたフラット２００のアライメントを測定し、研磨されたフラットが装置２０のＸ−Ｙ軸線にアライメントされるまでチャック１００を回転する。それから、チャック１００を所定の角度φだけ回転して、この角度φでＸ線検出器１５０のＸ線計測率が最大になるようにする。このときの角度φが、製造用ウェハ４０の＜１１０＞結晶面と該結晶面に対応するフラット２００の間の誤差角である。
【００２５】
製造用ウェハ４０に関するこの角度が、ウェハ４０の後続の製造プロセスを通じて該ウェハ４０に付随する一つのパラメータとなる。
【００２６】
このようにして、上述のステップ１及びステップ２が終了する。
【００２７】
電気光学装置の作製においては、描出される構造が確実にウェハの結晶面にアライメントされるのに重要なのは、最初のリソグラフィのステップである。そこで、製造用ウェハ４０上に第１層の構造を描出するために、リソグラフィツール（例えばステップアンドリピートカメラ）内で第１層のマスク像を投影する際には、ツールのウェハチャック上にウェハ４０が載置され、ツールのウェハ・フラット位置合わせ装置が起動して、ウェハ４０の研磨されたフラット２００を装置に対してアライメントする。ツールのウェハチャックは、上記の角度だけ回され、その結果、ウェハ４０上の第１層の構造を描出するためにツール内に搬入されるリソグラフィのマスクの構造に対してウェハ４０の結晶面がアライメントされる。こうして、リソグラフィツール内で上記角度だけウェハ４０を回転することによって、構造対結晶面アライメントの改善が図られる。このような改善されたアライメントは、ウェハ４０から得られる電気光学装置の歩留まりの改善を図る際に重要である。もしこのような補正が用いられないとすれば、装置のウェハ４０からの歩留まりはもっと低いものとなろう。
【００２８】
ウェハ上に投影され、形成される後続の構造層は、上記第１の構造層に対して位置合わせされ、その結果、ウェハ４０の結晶面に対して角度的な位置が合わされる。
【００２９】
本発明の観点を逸脱することなく、上記装置１０、ならびに本発明の方法にも変更を加えることができるのは明らかである。例えば、回折装置３０の構成は、装置がウェハ結晶面方位を測定できるのであれば、変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の方法に用いるアライメント装置の概略図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０・・・アライメント装置
２０・・・位置合わせ装置（第１の測定手段）
３０・・・Ｘ線回折装置（第２の測定手段）
４０・・・ウェハ（基板）
５０・・・ウェハ・チャック（基板回転手段）
１００・・・トラック
１２０・・・Ｘ線放射線源
１３０・・・Ｘ線ビーム調整器
１４０・・・Ｘ線ビーム
１５０・・・Ｘ線検出器
１６０・・・中心軸線
２００・・・フラット
【国際公開パンフレット】
2004523114.tif 000003
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【国際調査報告】
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2004523114.tif 000015
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