特開 2024-17321 半導体装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024017321

(43)【公開日】2024-02-08

(54)【発明の名称】半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/68 20060101AFI20240201BHJP

   G01B 11/00 20060101ALI20240201BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 F

G01B11/00 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022119876

(22)【出願日】2022-07-27

(71)【出願人】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】北原 和弘

(72)【発明者】

【氏名】兒玉 奈緒子

【テーマコード（参考）】

2F065

5F131

【Ｆターム（参考）】

2F065AA02

2F065AA03

2F065BB27

2F065CC19

2F065FF04

2F065GG21

2F065JJ09

2F065JJ19

2F065JJ26

5F131AA02

5F131BA11

5F131BA19

5F131DD42

5F131FA17

5F131FA33

5F131KA14

5F131KA43

5F131KA51

5F131KA63

5F131KB07

5F131KB55

(57)【要約】

【課題】位置検出用マークは、精度よく観察できることが好ましい。
【解決手段】半導体基板の上面の上方から上面マークを観察した上面画像、および、半導体基板の上面の上方から半導体基板を透過して下面マークを観察した下面画像を取得することで、上面マークおよび下面マークの位置ずれを検出する位置検出段階と、半導体基板に半導体素子を形成する素子形成段階とを備え、上面マークおよび下面マークを上面と平行な面に投影した上面視において、上面マークおよび下面マークの一方が他方よりも大きく、且つ、一方が他方の全体を覆っている、半導体装置の製造方法を提供する。
【選択図】図９

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体装置の製造方法であって、
半導体基板の上面に上面マーク、前記半導体基板の下面に下面マークを形成するマーク形成段階と、
前記半導体基板の前記上面の上方から前記上面マークを観察した上面画像、および、前記半導体基板の前記上面の上方から前記半導体基板を透過して前記下面マークを観察した下面画像を取得することで、前記上面マークおよび前記下面マークの位置ずれを検出する位置検出段階と、
前記半導体基板に半導体素子を形成する素子形成段階と
を備え、
前記上面マークおよび前記下面マークを前記上面と平行な面に投影した上面視において、前記上面マークおよび前記下面マークの一方が他方よりも大きく、且つ、前記一方が前記他方の全体を覆っている、半導体装置の製造方法。

【請求項2】

前記マーク形成段階において、前記下面マークよりも反射率の高い材料で、前記下面マークを覆うカバー部を形成する
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項3】

前記上面視において、前記上面マークが前記下面マークよりも大きい
請求項２に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項4】

前記上面視において、前記カバー部は前記下面マークより大きく前記上面マークよりも小さい
請求項３に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項5】

前記上面視において、前記カバー部の端部と前記下面マークの端部との距離は、前記カバー部の端部と前記上面マークの端部との距離よりも小さい
請求項４に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項6】

前記上面視において、前記下面マークが前記上面マークよりも大きい
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項7】

前記上面視において、前記下面マークの端部と前記上面マークの端部との距離が、２０μｍ以上である
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項8】

前記位置検出段階において、前記上面画像を取得する場合に前記半導体基板に照射する光の波長と、前記下面画像を取得する場合に前記半導体基板に照射する光の波長とが同一である
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項9】

前記上面マークは、前記半導体基板の前記上面に配置された凹部である
請求項１から８のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項10】

前記上面マークは、前記半導体基板の前記上面に配置された凸部である
請求項１から８のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項11】

前記上面視において、前記上面マークの端部から外側に向かって、少なくとも２０μｍの範囲に渡って、凹凸が設けられていない領域が配置されている
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項12】

前記下面マークは、前記上面視において、それぞれの長手方向が交差する２つ以上の直線部分を有する
請求項９に記載の半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体装置の製造工程において、半導体基板に位置検出用のマークを形成する技術が知られている（例えば特許文献１および２参照）。
特許文献１ 特開２０１２－２５３１４５号公報
特許文献２ 特開２０１９－１２０７６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

位置検出用マークは、精度よく観察できることが好ましい。

【課題を解決するための手段】

【0004】

上記課題を解決するために、本発明の一つの態様においては、半導体装置の製造方法を提供する。製造方法は、半導体基板の上面に上面マーク、前記半導体基板の下面に下面マークを形成するマーク形成段階を備えてよい。製造方法は、前記半導体基板の前記上面の上方から前記上面マークを観察した上面画像、および、前記半導体基板の前記上面の上方から前記半導体基板を透過して前記下面マークを観察した下面画像を取得することで、前記上面マークおよび前記下面マークの位置ずれを検出する位置検出段階を備えてよい。製造方法は、前記半導体基板に半導体素子を形成する素子形成段階を備えてよい。上記何れかの製造方法において、前記上面マークおよび前記下面マークを前記上面と平行な面に投影した上面視において、前記上面マークおよび前記下面マークの一方が他方よりも大きく、且つ、前記一方が前記他方の全体を覆っていてよい。

【0005】

上記何れかの製造方法は、前記マーク形成段階において、前記下面マークよりも反射率の高い材料で、前記下面マークを覆うカバー部を形成してよい。

【0006】

上記何れかの製造方法は、前記上面視において、前記上面マークが前記下面マークよりも大きくてよい。

【0007】

上記何れかの製造方法は、前記上面視において、前記カバー部は前記下面マークより大きく前記上面マークよりも小さくてよい。

【0008】

上記何れかの製造方法は、前記上面視において、前記カバー部の端部と前記下面マークの端部との距離は、前記カバー部の端部と前記上面マークの端部との距離よりも小さくてよい。

【0009】

上記何れかの製造方法は、前記上面視において、前記下面マークが前記上面マークよりも大きくてよい。

【0010】

上記何れかの製造方法は、前記上面視において、前記下面マークの端部と前記上面マークの端部との距離が、２０μｍ以上であってよい。

【0011】

上記何れかの製造方法は、前記位置検出段階において、前記上面画像を取得する場合に前記半導体基板に照射する光の波長と、前記下面画像を取得する場合に前記半導体基板に照射する光の波長とが同一であってよい。

【0012】

上記何れかの製造方法において、前記上面マークは、前記半導体基板の前記上面に配置された凹部であってよい。

【0013】

上記何れかの製造方法において、前記上面マークは、前記半導体基板の前記上面に配置された凸部であってよい。

【0014】

上記何れかの製造方法は、前記上面視において、前記上面マークの端部から外側に向かって、少なくとも２０μｍの範囲に渡って、凹凸が設けられていない領域が配置されていてよい。

【0015】

上記何れかの製造方法において、前記下面マークは、前記上面視において、それぞれの長手方向が交差する２つ以上の直線部分を有してよい。

【0016】

上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一つの実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を説明する図である。

【図2】半導体基板１０の一例を示す上面図である。

【図3】図２の領域Ａの拡大図である。

【図4】位置検出段階Ｓ１０２の一例を説明する図である。

【図5】参考例に係る上面画像２０２および下面画像２０４の一例を示す図である。

【図6】参考例に係る上面画像２０６－１および下面画像２０８－１の一例を示す図である。

【図7】参考例に係る上面画像２０６－２および下面画像２０８－２の一例を示す図である。

【図8】参考例に係る上面画像２０６－３および下面画像２０８－３の一例を示す図である。

【図9】実施例に係る半導体基板１０の構成例を示す断面図である。

【図10】上面画像２１２および下面画像２１４の一例を示す図である。

【図11】実施例に係る上面画像２１６－１および下面画像２１８－１の一例を示す図である。

【図12】上面画像２１６－２および下面画像２１８－２の一例を示す図である。

【図13】上面視における上面マーク３０および下面マーク５０の形状例を説明する図である。

【図14】上面マークおよび下面マークの形状およびサイズを変更した複数のサンプルについての、マーク位置の測定結果を示す表である。

【図15】各部材の膜厚を示す図である。

【図16】下面マーク５０の他の構造例を示す図である。

【図17】下面マーク５０の他の構造例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、又、本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。また、１つの図面において、同一の機能、構成を有する要素については、代表して符合を付し、その他については符合を省略する場合がある。

【0019】

本明細書においては半導体基板の深さ方向と平行な方向における一方の側を「上」、他方の側を「下」と称する。基板、層またはその他の部材の２つの主面のうち、一方の面を上面、他方の面を下面と称する。「上」、「下」の方向は、重力方向または半導体モジュールの実装時における方向に限定されない。

【0020】

本明細書では、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の直交座標軸を用いて技術的事項を説明する場合がある。直交座標軸は、構成要素の相対位置を特定するに過ぎず、特定の方向を限定するものではない。例えば、Ｚ軸は地面に対する高さ方向を限定して示すものではない。＋Ｚ軸方向と－Ｚ軸方向とは互いに逆向きの方向である。正負を記載せず、Ｚ軸方向と記載した場合、＋Ｚ軸および－Ｚ軸に平行な方向を意味する。本明細書では、半導体基板の上面および下面に平行な直交軸をＸ軸およびＹ軸とする。また、半導体基板の上面および下面と垂直な軸をＺ軸とする。本明細書では、Ｚ軸の方向を深さ方向と称する場合がある。また、本明細書では、Ｘ軸およびＹ軸を含めて、半導体基板の上面および下面に平行な方向を、水平方向と称する場合がある。

【0021】

本明細書において「同一」または「等しい」のように称した場合、製造ばらつき等に起因する誤差を有する場合も含んでよい。当該誤差は、例えば１０％以内である。

【0022】

図１は、本発明の一つの実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を説明する図である。図１では、製造方法における一部の製造工程を示している。半導体装置は、シリコン基板等の半導体基板に形成された半導体素子を含む。半導体素子は、例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のパワー半導体素子であるが、これに限定されない。

【0023】

半導体素子は、半導体基板の上面側の構造と、下面側の構造とを有してよい。例えば半導体基板の下面側には、ＩＧＢＴ等のトランジスタ素子のエミッタ領域と、還流ダイオード等のダイオード素子のアノード領域とが形成され、上面側にはトランジスタ素子のコレクタ領域と、ダイオード素子のカソード領域とが形成される。一例として半導体素子は半導体基板の上面および下面の間で電流が流れる縦型デバイスである。半導体素子は逆導通ＩＧＢＴ（ＲＣ－ＩＧＢＴ）であってよい。

【0024】

本例の製造方法は、マーク形成段階Ｓ１０１、位置検出段階Ｓ１０２、および、素子形成段階Ｓ１０３を備える。マーク形成段階Ｓ１０１では、半導体基板の上面に上面マークを形成し、且つ、半導体基板の下面に下面マークを形成する。本例の半導体基板は、円盤状の半導体ウエハである。半導体基板の上面および下面は、半導体基板において向かい合って配置された２つの主面である。

【0025】

上面マークおよび下面マークは、半導体基板の上面または下面に設けられたレジスト、酸化膜、窒化膜、その他の膜に形成された凹部または凸部であってよい。凹部は、これらの膜を貫通していてよく、貫通していなくてもよい。上面マークまたは下面マークは、半導体基板の上面または下面の一部を除去することで形成された、半導体基板自体の凹部または凸部であってもよい。

【0026】

位置検出段階Ｓ１０２では、上面マークおよび下面マークを観察した画像を取得し、上面視における上面マークおよび下面マークの位置ずれを検出する。上面視とは、半導体基板の上面と垂直な方向から各部材を観察することを指す。上面視では、各部材を半導体基板の上面と平行な面に投影した場合の、各部材の位置を観察してよい。

【0027】

素子形成段階Ｓ１０３では、半導体基板に半導体素子の少なくとも一部の構造を形成する。素子形成段階Ｓ１０３では、形成すべき構造のパターンに応じてパターニングされたレジストを用いて、半導体素子の少なくとも一部の構造を形成してよい。素子形成段階Ｓ１０３では、レジストパターンに基づいて、半導体基板の内部に不純物を注入し、半導体基板をエッチングし、半導体基板に絶縁膜を形成し、または、他の処理を行ってよい。

【0028】

マーク形成段階Ｓ１０１では、半導体基板の上面または下面に形成したレジストに、上面マークまたは下面マークを形成してよい。マーク形成段階Ｓ１０１では、形成すべき半導体素子の構造に応じた素子パターンを形成するレジストに、上面マークまたは下面マークを形成してよい。同一のレジストに形成されるマークと素子パターンとの相対位置は予め定められている。このため、上面マークおよび下面マークの位置ずれを検出することで、上面の素子パターンと下面の素子パターンとの位置ずれを検出できる。位置ずれ量が許容範囲を超えた場合、当該レジストを除去し、新たなレジストを塗布してよい。マーク間の位置ずれ量が小さくなるように、新たなレジストにマークおよび素子パターンを形成してよい。

【0029】

一例として、半導体基板の下面には、トランジスタ素子のゲート構造およびｎ型のエミッタ領域と、ダイオード素子のｐ型のアノード領域が形成される。半導体基板の上面には、トランジスタ素子のｐ型のコレクタ領域と、ダイオード素子のｎ型のカソード領域が形成される。本例では半導体基板の下面の各構造を形成した後に、上面のコレクタ領域およびカソード領域を形成する。図１に示した各工程は、一例としてコレクタ領域およびカソード領域を形成する工程である。マーク形成段階Ｓ１０１において、半導体基板の上面に形成したレジストに、上面マークの構造と、コレクタ領域およびカソード領域の一方の構造をパターニングする。素子形成段階Ｓ１０３では、当該レジストをマスクとして不純物を注入することで、コレクタ領域およびカソード領域の一方を形成する。ここで、位置検出段階Ｓ１０２において上面マークおよび下面マークの間の位置ずれを検出することで、当該レジストを用いて形成されるコレクタ領域およびカソード領域と、基板の下面側の構造との位置ずれを検出できる。

【0030】

半導体装置の製造工程は、上述した内容に限定されない。例えば素子形成段階Ｓ１０３では、上面マークの位置を基準位置として、半導体基板の上面に不純物を注入する位置を制御してよく、下面マークの位置を基準位置として、半導体基板の下面に不純物を注入する位置を制御してもよい。この場合、素子形成段階Ｓ１０３では、位置検出段階Ｓ１０２において検出した上面マークおよび下面マークの位置ずれに基づいて、上面マークを基準として形成される構造の位置と、下面マークを基準として形成される構造の位置とを調整してよい。いずれの製造工程においても、上面マークおよび下面マークの位置ずれの検出精度が、半導体素子の上面の構造と下面の構造との位置ずれに影響を与えるので、位置検出段階Ｓ１０２において精度よく位置ずれを検出できることが好ましい。

【0031】

製造方法では、半導体素子の構造毎に、マーク形成段階Ｓ１０１、位置検出段階Ｓ１０２および素子形成段階Ｓ１０３を繰り返してもよい。例えば位置または形状が異なる第１の構造および第２の構造を形成する場合に、第１の構造を形成する場合と、第２の構造を形成する場合のそれぞれで、マーク形成段階Ｓ１０１、位置検出段階Ｓ１０２および素子形成段階Ｓ１０３を行ってよい。

【0032】

図２は、半導体基板１０の一例を示す上面図である。半導体基板１０には、複数の半導体チップ２２が形成されてよい。半導体チップ２２は、半導体装置の一例である。半導体基板１０の上面１２におけるスクライブライン２０に沿って半導体基板１０を切断することで、それぞれの半導体チップ２２を切り出すことができる。本明細書では、半導体基板１０の上面１２と平行な２つの直交軸をＸ軸およびＹ軸とし、上面１２と直交する軸をＺ軸とする。スクライブライン２０は、Ｘ軸と平行な部分と、Ｙ軸と平行な部分とを有してよい。

【0033】

図３は、図２の領域Ａの拡大図である。領域Ａは、スクライブライン２０と、スクライブライン２０で分離される２つの半導体チップ２２とを含む。マーク形成段階Ｓ１０１では、半導体基板１０の上面１２におけるスクライブライン２０に、上面マーク３０を形成してよい。また、半導体基板１０の下面において上面マーク３０と重なる位置に、下面マーク５０を形成してよい。図３においては下面マーク５０を破線で示している。

【0034】

図４は、位置検出段階Ｓ１０２の一例を説明する図である。本例では、図３において説明した上面マーク３０に代えて、上面マーク１３０を形成している。本例の上面マーク１３０は、レジスト３２に形成されている。レジスト３２は、半導体基板１０の上面１２の上に塗布されている。本例の上面マーク１３０は、レジスト３２に形成された溝部１３２である。上述したように、レジスト３２には、上面マーク１３０のパターンの他に、半導体素子を形成するためのパターンが設けられてよい。レジスト３２は、スクライブライン２０と、半導体チップ２２の両方に形成されてよい。

【0035】

本例の下面マーク５０は、膜５４に形成されている。膜５４は、半導体基板１０の下面１４に形成されている。膜５４は、酸化膜、窒化膜、レジスト等の絶縁性の膜であってよい。本例の下面マーク５０は、膜５４に形成された溝部５２を有する。膜５４は、半導体素子の構造の一部として、半導体チップ２２にも形成されてよい。例えば膜５４は、半導体素子の絶縁膜として、半導体チップ２２にも形成されてよい。溝部５２は、半導体基板１０自体に設けられていてもよい。

【0036】

マーク形成段階Ｓ１０１では、下面マーク５０を覆うカバー部５６を形成してもよい。カバー部５６は、下面マーク５０（本例では膜５４）よりも反射率の高い材料で形成される。例えばカバー部５６は、アルミニウム等の金属材料で形成される。カバー部５６を設けることで、下面マーク５０の溝部５２における照射光の反射率と、溝部５２以外における照射光の反射率との差を大きくできる。このため、下面マーク５０を撮像した画像における、溝部５２とそれ以外の部分とのコントラストを大きくできる。

【0037】

位置検出段階Ｓ１０２では、半導体基板１０の上面１２の上方から上面マーク１３０を観察した上面画像と、半導体基板１０の上面１２の上方から半導体基板１０を透過して下面マーク５０を観察した下面画像とを取得する。図４の例では、上面１２の上方に配置された撮像部２００により、上面画像および下面画像を取得する。

【0038】

撮像部２００は、撮像素子と、半導体基板１０に照射する照射光を生成する光源と、照射光を半導体基板１０に向けて通過させ、且つ、半導体基板１０からの反射光を撮像素子に向けて通過させる光学系とを有する。光学系は、撮像素子の焦点位置を調整する調整部を含んでよい。

【0039】

撮像部２００は、上面画像を取得する場合と、下面画像を取得する場合とで、同一波長の照射光を照射してよい。照射光は、半導体基板１０を透過できる波長成分を含む。照射光は一例として赤外光の波長成分を含む。

【0040】

上面画像を取得する場合、撮像部２００は、半導体基板１０の上面１２の位置に焦点を合わせてよい。上面画像を取得する場合、撮像部２００は、上面マーク１３０からの反射光を受光する。しかし、撮像部２００は、半導体基板１０を透過して下面マーク５０において反射した光も受光するので、上面画像には、上面マーク１３０に加えて、下面マーク５０が映り込む場合がある。

【0041】

下面画像を取得する場合、撮像部２００は、半導体基板１０の下面１４の位置に焦点を合わせてよい。下面画像を取得する場合、撮像部２００は、半導体基板１０を透過して、下面マーク５０で反射した反射光を受光する。しかし、撮像部２００は、上面マーク１３０で反射した光も受光するので、下面画像には、下面マーク５０に加えて、上面マーク１３０が映り込む場合がある。

【0042】

図５は、参考例に係る上面画像２０２および下面画像２０４の一例を示す図である。図５に示す上面画像２０２および下面画像２０４は、上面視における同一の領域の画像である。上面画像２０２には上面マーク１３０が含まれており、下面画像２０４には下面マーク５０が含まれている。上述したように、上面画像２０２には下面マーク５０が含まれる場合があるが、図５の上面画像２０２では省略している。また下面画像２０４には上面マーク１３０が含まれる場合があるが、図５の下面画像２０４では省略している。

【0043】

本例の上面マーク１３０は、上面視において下面マーク５０の周囲に配置された溝部１３２を有する。本例の溝部１３２は、上面視において下面マーク５０を囲んでいる。上面視における溝部１３２の最小幅をＷｔとする。幅Ｗｔは、２０μｍより小さくてよい。

【0044】

本例の下面マーク５０は、溝部５２を有する。上面視における溝部５２の幅は１０μｍ以下であってよく、５μｍ以下であってもよい。溝部５２は、上面視において交差する２つ以上の直線部分５１を有してよい。図５の例では、溝部５２は、Ｙ軸方向に延伸する１つ以上の直線部分５１－１と、Ｘ軸方向に延伸する１つ以上の直線部分５１－２とを有する。本例の直線部分５１－１と直線部分５１－２とは、互いの中央部分で交差している。直線部分５１－１は、Ｘ軸方向に並んで複数配置されてよい。直線部分５１－１の間には、膜５４が残存している。直線部分５１－２は、Ｙ軸方向に並んで複数配置されてよい。直線部分５１－２の間には、膜５４が残存している。

【0045】

下面画像２０４には、カバー部５６も含まれてよい。カバー部５６は、上面視において下面マーク５０よりも大きい。カバー部５６は、下面マーク５０の全体を覆っている。

【0046】

図６は、参考例に係る上面画像２０６－１および下面画像２０８－１の一例を示す図である。上述したように、上面画像２０６－１には上面マーク１３０の画像が含まれ、下面画像２０８－１には下面マーク５０の画像が含まれる。

【0047】

本例の上面画像２０６－１には、下面マーク５０およびカバー部５６の画像が更に含まれている。図６では、上面画像２０６－１に映り込んだ下面マーク５０およびカバー部５６を破線で示している。下面マーク５０およびカバー部５６は、上面画像２０６－１を撮像するときの焦点位置から離れて配置されているので、上面画像２０６－１における下面マーク５０およびカバー部５６の画像は、実際の構造物のサイズよりも拡がり、ぼやけて観察される。下面マーク５０およびカバー部５６の画像の拡がり方は、半導体基板１０の厚みＴ１（図４参照）に応じて変化する。また、下面マーク５０およびカバー部５６からの反射光は、半導体基板１０を通過するので、減衰する。このため、下面マーク５０およびカバー部５６の画像の強度は、半導体基板１０の厚みＴ１に応じて変化する。本例の半導体基板１０の厚みＴ１は６０μｍである。

【0048】

本例の下面画像２０８－１には、上面マーク１３０の画像が更に含まれている。図６では、下面画像２０８－１に映り込んだ上面マーク１３０を破線で示している。上面マーク１３０は、下面画像２０８－１を撮像するときの焦点位置から離れて配置されているので、下面画像２０８－１における上面マーク１３０の画像は、実際の構造物のサイズよりも拡がり、ぼやけて観察される。上面マーク１３０の画像の拡がり方は、半導体基板１０の厚みＴ１に応じて変化する。上面マーク１３０からの反射光は、半導体基板１０を通過しないので、下面画像２０８－１における上面マーク１３０の画像は、上面画像２０６－１における下面マーク５０等の画像に比べて、明瞭に観察される場合がある。

【0049】

図７は、参考例に係る上面画像２０６－２および下面画像２０８－２の一例を示す図である。本例では、半導体基板１０の厚みＴ１が１２０μｍであること以外は、図６と同一の条件で上面画像２０６および下面画像２０８を撮像している。上述したように、半導体基板１０の厚みＴ１が増大すると、上面画像２０６－２における下面マーク５０等の画像は更に拡がり、下面画像２０８－２における上面マーク１３０の画像は更に拡がる。

【0050】

それぞれの画像（例えば下面画像２０８－２）において、観察対象のマーク（例えば下面マーク５０）の画像と、映り込んだマーク（例えば上面マーク１３０）の画像とが重なると、観察対象のマークの位置を精度よく観察できなくなる。特に、互いのマークの画像のエッジ位置が近くなると、観察対象のマークのエッジを精度よく観察できなくなり、観察対象のマークの位置検出精度が劣化してしまう。本例のように、上面マーク１３０が溝部１３２で形成されている場合、溝部１３２は２つのエッジ（レジスト３２において溝部１３２を構成する２つの側壁）を近接して有する。このため、上面マーク１３０の画像がぼやけて溝部１３２が下面マーク５０と重なると、溝部１３２の２つのエッジの画像が下面マーク５０の画像に強く干渉して、下面マーク５０の画像を精度よく検出できなくなる。これは、上面画像２０６－２においても同様である。ただし、上述したように、上面画像２０６－２においては、観察対象でない下面マーク５０等の画像の強度は、半導体基板１０の厚みＴ１に応じて減衰する。一方で、下面画像２０８－２においては、観察対象の下面マーク５０等の画像の強度が、半導体基板１０の厚みＴ１に応じて減衰する。このため上述したマーク画像間の干渉は、下面画像２０８－２で発生する場合が多い。

【0051】

図８は、参考例に係る上面画像２０６－３および下面画像２０８－３の一例を示す図である。本例では、半導体基板１０の厚みＴ１が１８０μｍであること以外は、図６と同一の条件で上面画像２０６および下面画像２０８を撮像している。上述したように、半導体基板１０の厚みＴ１が増大すると、上面画像２０６－２における下面マーク５０等の画像は更に拡がり、下面画像２０８－２における上面マーク１３０の画像は更に拡がる。また、下面画像２０８－２においては、観察対象の下面マーク５０等の画像の強度が、半導体基板１０の厚みＴ１に応じて減衰するので、更に下面マーク５０が観察しにくくなる。本例では、図６に示したように半導体基板１０の厚みＴ１が６０μｍの場合は各マークの位置を精度よく検出できたが、厚みＴ１が１２０μｍおよび１８０μｍの例では、下面画像２０８に対するコンピュータによる画像処理によっては、下面マーク５０を検出できなかった。

【0052】

図９は、実施例に係る半導体基板１０の構成例を示す断面図である。本例の半導体基板１０には、図４から図８に示した上面マーク１３０に代えて、上面マーク３０が設けられている。他の構造は、図４から図８において説明した例と同様である。本例の上面マーク３０は、レジスト３２に設けられた凹部である。

【0053】

図１０は、上面画像２１２および下面画像２１４の一例を示す図である。図１０に示す上面画像２１２および下面画像２１４は、上面視における同一の領域の画像である。上面画像２１２には上面マーク３０が含まれており、下面画像２１４には下面マーク５０が含まれている。上述したように、上面画像２１２には下面マーク５０が含まれる場合があるが、図１０の上面画像２１２では省略している。また下面画像２１４には上面マーク３０が含まれる場合があるが、図１０の下面画像２１４では省略している。

【0054】

上面視において、上面マーク３０および下面マーク５０の一方が他方よりも大きく、且つ、当該一方のマークが、当該他方のマークの全体を覆っている。図９および図１０の例では、上面マーク３０が下面マーク５０よりも大きく、上面マーク３０が下面マーク５０の全体を覆っている。他の例では、上面マーク３０および下面マーク５０の構造は、逆になっていてもよい。つまり、下面マーク５０が上面マーク３０よりも大きく、下面マーク５０が上面マーク３０の全体を覆っていてもよい。

【0055】

本例の上面マーク３０は、半導体基板１０の上面１２に配置された凹部である。例えば凹部は、レジスト３２を部分的に除去することで形成した空間である。上面マーク３０の凹部は、上面視において下面マーク５０の全体を覆っている。上面マーク３０は、半導体基板１０の上面１２に配置された凸部であってもよい。例えば凸部は、上面マーク３０以外のレジスト３２を除去することで残存したレジスト３２である。この場合も、上面マーク３０の凸部は、上面視において下面マーク５０の全体を覆っている。このように、上面マーク３０の全体を凹部または凸部として、下面マーク５０を覆うように形成することで、上面画像２１２および下面画像２１４における、互いのマーク画像間の干渉を低減できる。つまり、上面マーク３０は一様な凹部または凸部なので、図５等に示した溝部１３２を有する上面マーク１３０に比べてエッジが少ない。このため、マーク画像間の干渉を低減できる。

【0056】

上面視において、下面マーク５０を覆う上面マーク３０の凹部または凸部の端部から上面マーク３０の外側に向かって、所定の距離Ｄｔに渡って、半導体基板１０の上面１２には凹凸が設けられていないことが好ましい。当該距離Ｄｔは、２０μｍ以上であってよく、３０μｍ以上であってよく、４０μｍ以上であってよく、５０μｍ以上であってもよい。

【0057】

図１０に示すように、上面マーク３０がレジスト３２に設けられた凹部の場合、上面マーク３０の端部から距離Ｄｔ以上の範囲に渡って、レジスト３２が設けられている。レジスト３２は、上面マーク３０の端部から、スクライブライン２０の端部まで、凹凸を有さずに連続して設けられてもよい。上面マーク３０が凹部の場合、下面画像２１４を撮像する場合における照射光の減衰を抑制できる。このため、マーク画像どうしが干渉しやすい下面画像２１４において、下面マーク５０をより精度よく観察できる。

【0058】

上面マーク３０が残存したレジスト３２である場合、上面マーク３０の端部から距離Ｄｔ以上の範囲に渡って、レジスト３２が設けられていない。上面マーク３０の端部から、スクライブライン２０の端部まで、レジスト３２が配置されていなくてよい。

【0059】

図１１は、実施例に係る上面画像２１６－１および下面画像２１８－１の一例を示す図である。本例の半導体基板１０の厚みＴ１は６０μｍである。上述したように、上面画像２１６－１には上面マーク３０の画像が含まれ、下面画像２１８－１には下面マーク５０の画像が含まれる。

【0060】

本例の上面画像２１６－１には、下面マーク５０およびカバー部５６の画像が更に含まれている。本例の下面画像２０８－１には、上面マーク１３０の画像が更に含まれている。下面画像２０８－１では、下面マーク５０の画像と、映り込んだ上面マーク３０の画像とが重なっているが、上面マーク３０の画像は、下面マーク５０の全体を覆うほぼ一様な画像なので、下面マーク５０の画像のエッジへの影響は少ない。このため、下面マーク５０の位置を精度よく検出できる。

【0061】

図１２は、上面画像２１６－２および下面画像２１８－２の一例を示す図である。本例では、半導体基板１０の厚みＴ１が３８０μｍであること以外は、図１１と同一の条件で上面画像２１６および下面画像２１８を撮像している。上述したように、半導体基板１０の厚みＴ１が増大すると、上面画像２１６－２における下面マーク５０等の画像の強度が減衰する。本例では、上面画像２１６－２に対する下面マーク５０の映り込みはほとんど観察されなかった。

【0062】

半導体基板１０の厚みＴ１が増大すると、下面画像２０８－２における上面マーク３０の画像は更に拡がる。しかし、上面マーク３０の画像は、下面マーク５０の全体を覆うほぼ一様な画像なので、下面マーク５０の画像のエッジへの影響は少ない。本例では、半導体基板１０の厚みＴ１を３８０μｍにしても、コンピュータによる画像処理で下面マーク５０を精度よく検出できた。半導体基板１０の厚みＴ１が１２０μｍまたは１８０μｍの場合についても、同様に下面マーク５０を精度よく検出できた。本例によれば、半導体基板１０の厚みＴ１を大きくしても、下面マーク５０の位置を精度よく検出できるので、半導体装置を精度よく製造できる。

【0063】

図１３は、上面視における上面マーク３０および下面マーク５０の形状例を説明する図である。図１３では、上面画像２１２の上面マーク３０および下面画像２１４の下面マーク５０を示している。それぞれのマークは焦点位置に設けられているので、それぞれの画像におけるマークの大きさは、実際のマークの大きさを示している。

【0064】

本例の上面マーク３０は、下面マーク５０よりも大きい。下面マーク５０を小さくすることで、カバー部５６を小さくできる。上面マーク３０のＸ軸方向における幅をＷ１、下面マーク５０のＸ軸方向における幅をＷ２とする。一例としてＸ軸方向は、これらのマークが設けられたスクライブライン２０の延伸方向と垂直な方向である。本例の幅Ｗ１は幅Ｗ２よりも大きい。幅Ｗ１は、幅Ｗ２よりも４０μｍ以上大きくてよく、５０μｍ以上大きくてよく、６０μｍ以上大きくてもよい。幅Ｗ１は、スクライブライン２０のＸ軸方向の幅よりも小さい。幅Ｗ１を大きくすることで、上面視における上面マーク３０の端部と、下面マーク５０の端部との距離Ｄ１を大きくでき、画像におけるマークのエッジどうしの干渉を抑制できる。距離Ｄ１は、２０μｍ以上であってよく、２５μｍ以上であってよく、３０μｍ以上であってもよい。半導体基板１０の厚みＴ１が大きいほど、各画像において観察対象でないマークが拡がるので、距離Ｄ１を厚みＴ１に応じて決定してもよい。例えば距離Ｄ１は、厚みＴ１の３０％以上であってよく、４０％以上であってよく、５０％以上であってもよい。距離Ｄ１は、厚みＴ１以下であってよい。他の例では、上面視において下面マーク５０が、上面マーク３０より大きくてもよい。図１３において説明した下面マーク５０を上面マークとして用い、上面マーク３０を下面マークとして用いてよい。

【0065】

上面視において、カバー部５６は下面マーク５０より大きく上面マーク３０よりも小さい。カバー部５６は、下面マーク５０を覆っていればよいので、下面マーク５０よりもわずかに大きければよい。上面視においてカバー部５６の端部と下面マーク５０の端部との距離Ｄ２は、カバー部５６の端部と上面マーク３０の端部との距離Ｄ３よりも小さくてよい。距離Ｄ２は、距離Ｄ３の半分以下であってよく、１／４以下であってよく、１／１０以下であってもよい。距離Ｄ２は、５μｍ以下であってもよい。ただし、カバー部５６と下面マーク５０との端部間の距離が小さすぎると、下面マーク５０の端部位置が観察しにくくなる場合がある。距離Ｄ２は、１μｍ以上であってよく、３μｍ以上であってもよい。距離Ｄ３は、２０μｍ以上であってよく、３０μｍ以上であってよく、４０μｍ以上であってもよい。

【0066】

上面視においてカバー部５６の形状は、下面マーク５０の形状と同一でなく、相似でもないことが好ましい。これにより、カバー部５６と、下面マーク５０とを区別しやすくなる。本例のカバー部５６は、上面視において矩形である。

【0067】

一例として、上面マーク３０の幅Ｗ１は、８０μｍ以上である。幅Ｗ１は、スクライブライン２０の幅よりも小さい。幅Ｗ１は、１００μｍ以下であってよい。下面マーク５０の幅Ｗ２は、２０μｍ以上、４０μｍ以下である。カバー部５６の幅Ｗ３は、４０μｍ以上、６０μｍ以下である。

【0068】

上面マーク３０および下面マーク５０は、上面視において同一または相似の形状でないことが好ましい。これにより、マーク画像のエッジどうしの干渉を抑制できる。本例の上面マーク３０は、４つの辺を有する矩形である。本例の下面マーク５０は、２つの長方形が交差した形状を有する。下面マーク５０は、交差した２つの長方形を有するので、上面マーク３０よりも辺の数が多い。上述したように、下面画像２１４等における上面マーク３０の画像の強度は比較的に強くなり、下面マーク５０の画像と干渉しやすい。このため、上面マーク３０を、矩形等の辺（エッジ）の数が少ないシンプルな形状とすることで、下面画像２１４等における上面マーク３０の画像の干渉を抑制できる。

【0069】

図１４は、上面マークおよび下面マークの形状およびサイズを変更した複数のサンプルについての、マーク位置の測定結果を示す表である。図１４に示す表における数値の単位はμｍである。図１４では、上面画像において上面マークの位置を検出でき、且つ、下面画像において下面マークの位置を検出できた測定結果を、丸印で示している。

【0070】

サンプルＡは、図５に示した上面マーク１３０を有する。上面マーク１３０の幅Ｗ１は１６０μｍであり、溝部１３２の幅Ｗｔは５μｍである。上面マーク１３０の幅Ｗ１は、上面マーク１３０の溝部１３２で囲まれた領域の幅である。またサンプルＡでは、カバー部５６を設け、下面マーク５０を設けていない。サンプルＡについては、カバー部５６を下面マークとして用いている。サンプルＡについては、下面画像においてカバー部５６が検出でき、且つ、上面画像において上面マーク１３０が検出できた場合の測定結果を、丸印で示している。

【0071】

サンプルＡでは、上面マーク１３０が細い溝部１３２を有しているので、下面画像における干渉が比較的に大きい。更に、下面マークとして、上面マーク１３０と相似形のカバー部５６を用いている。このため、下面画像におけるカバー部５６の画像と、上面マーク１３０の映り込み画像とが干渉しやすい。サンプルＡでは、上面マーク１３０の幅Ｗ１を１６０μｍまで大きくし、上面マーク１３０とカバー部５６との距離Ｄ３を５５μｍまで大きくすると、半導体基板１０の厚みＴ１が６０μｍ～３８０μｍの範囲で、各マークを検出できた。しかし、幅Ｗ１を１６０μｍより小さくし、距離Ｄ３を５５μｍより小さくすると、各マークを検出することが困難になる。

【0072】

サンプルＢは、図１０に示した上面マーク３０を有する。上面マーク３０の幅Ｗ１は８０μｍ、下面マーク５０の幅Ｗ２は３６μｍ、上面マーク３０と下面マーク５０との距離Ｄ１は２２μｍである。本例では、上面マーク３０が一様な凹部なので、下面画像に対する干渉は比較的に小さい。このため、サンプルＡよりも各マークを容易に検出できる。距離Ｄ１が概ね２０μｍ以上になると、半導体基板１０の厚みＴ１を１８０μｍまで大きくしても、各マークを検出できた。しかし、半導体基板１０の厚みＴ１が３８０μｍより大きくなると、各マークを検出することが困難な場合がある。

【0073】

サンプルＥは、図１０に示した上面マーク３０を有する。上面マーク３０の幅Ｗ１は９０μｍ、下面マーク５０の幅Ｗ２は３０μｍ、上面マーク３０と下面マーク５０との距離Ｄ１は３０μｍである。本例では、サンプルＢに比べて、上面マーク３０を大きくし、下面マーク５０を小さくすることで、距離Ｄ１を大きくしている。本例では、半導体基板１０の厚みＴ１を３８０μｍまで大きくしても、各マークを検出できた。距離Ｄ１は、３０μｍ以上であってよい。または、距離Ｄ１は、半導体基板１０の厚みＴ１の７％以上であってよく、８％以上であってよく、１０％以上であってもよい。

【0074】

サンプルＣ、Ｄは、いずれも図５に示した上面マーク１３０を有する。ただし、サンプルＣの溝部１３２の幅Ｗｔは１０μｍであり、サンプルＤの溝部１３２の幅Ｗｔは５μｍである。サンプルＣの距離Ｄ１は２２μｍであり、サンプルＤの距離Ｄ１は３０μｍである。サンプルＣの距離Ｄ１は、サンプルＤの距離Ｄ１より小さいので、サンプルＣのほうが、マーク間の画像は干渉しやすいとも考えられる。しかし基板厚Ｔ１が６０μｍの場合に、サンプルＣでは下面マークを検出できているが、サンプルＤでは下面マークを検出できなかった。これは、サンプルＣの溝部１３２の幅Ｗｔが大きく、干渉が抑制されたためと考えられる。図１０に示した距離Ｄｔは、２０μｍ以上であってよい。

【0075】

サンプルＤ、Ｅは、距離Ｄ１が同一である。しかし、サンプルＤでは、いずれの基板厚Ｔ１でも各マークを検出できなかったのに対し、サンプルＥでは、いずれの基板厚Ｔ１においても各マークを検出できている。従って、図４から図８において説明した上面マーク１３０よりも、図９から図１３において説明した上面マーク３０を用いたほうが、各マークを検出しやすいことがわかる。また、サンプルＡと比べて、サンプルＢ、Ｅは、上面マーク３０を小さくできる。例えばサンプルＢ，Ｅでは、スクライブライン２０よりも各マークを容易に小さくできる。このため、半導体基板１０の多様な位置に、各マークを配置することができる。上面マーク３０および下面マーク５０は、半導体基板１０に複数組配置されてよい。

【0076】

また本例では、半導体基板１０の上面から、上面マーク３０および下面マーク５０の両方を観察する。半導体基板１０の上面から上面マーク３０を観察し、下面から下面マーク５０を観察する場合、半導体基板１０を載置するステージに、下面マーク５０を観察するための観察孔を設けなければならない。製造工程により半導体基板１０に反りが生じている場合、ステージに観察孔を設けると、観察孔を設けた部分では、半導体基板１０をステージに吸着できないため、半導体基板１０がステージ上で反った状態となり測定精度が悪化してしまう虞がある。また、マークを配置する位置も、当該観察孔の位置に限定されてしまう。本例では、ステージに観察孔を設けずともよいため、半導体基板１０をステージにしっかり吸着して平坦にすることで、測定精度の悪化を減らすことができる。また、上面マーク３０および下面マーク５０を多様な位置に配置できる。このため、半導体基板１０が反っている場合でも、マーク間の位置ずれを検出できる。また、半導体基板１０の任意の箇所でマーク間の位置ずれを検出できる。

【0077】

図１５は、各部材の膜厚を示す図である。図１５では、半導体基板１０の厚みＴ１、レジスト３２の膜厚Ｔ２、膜５４の膜厚Ｔ３、および、カバー部５６の膜厚Ｔ４を示している。一例として半導体基板１０の厚みＴ１は、６０μｍ以上、３８０μｍ以下である。厚みＴ１は、半導体装置が有するべき耐圧に応じて定めてよい。

【0078】

一例としてレジスト３２の膜厚Ｔ２は、１μｍ以上、６μｍ以下である。つまり上面マーク３０の高さは、１μｍ以上、６μｍ以下である。一例として膜５４の膜厚Ｔ３は、０．３μｍ以上、１．２μｍ以下である。つまり下面マーク５０の高さは、０．３μｍ以上、１．２μｍ以下である。一例としてカバー部５６の膜厚Ｔ４は、０．５μｍ以上、６μｍ以下である。膜厚Ｔ４は、膜５４よりも下側に形成された部分の厚みであってよい。また、半導体基板１０自体に溝を形成して、いずれかのマークを形成する場合、当該溝の深さは５μｍ以上、６μｍ以下であってよい。

【0079】

図１６は、下面マーク５０の他の構造例を示す図である。本例の下面マーク５０は、溝部５２の構造が、図１から図１５における下面マーク５０と相違する。他の構造は、図１から図１５において説明したいずれかの例の下面マーク５０と同様である。

【0080】

本例の下面マーク５０は、溝部５２－１、溝部５２－２および溝部５２－３を有する。溝部５２－１は、２つの直線部分５１の外形に沿って配置されている。本例の溝部５２－１は、Ｘ軸方向に長手を有する長方形と、Ｙ軸方向に長手を有する長方形とが交差した形状の外形に沿って配置されている。

【0081】

溝部５２－２および溝部５２－３は、溝部５２－１が囲む領域に配置されている。本例の溝部５２－２はＹ軸方向に延伸しており、溝部５２－３はＸ軸方向に延伸している。溝部５２－２および溝部５２－３は、互いの中央部分において交差している。

【0082】

図１から図１５の例では、溝部５２－２のＹ軸方向の両端と、溝部５２－３のＸ軸方向の両端は、溝部５２－１と接続している。本例の溝部５２－２のＹ軸方向の両端と、溝部５２－３のＸ軸方向の両端は、溝部５２－１と分離している。溝部５２－２および溝部５２－３と、溝部５２－１との間には膜５４が残存している。本例によれば、溝部５２どうしの交差部分を少なくできる。

【0083】

レジストを用いたエッチング等により溝部５２を形成する場合、形成すべき溝部５２のパターンに応じてレジストを成形する。溝部５２どうしの交差部分が存在すると、レジストが小さい領域に分割されてしまい、レジストが剥離しやすくなる。本例では、溝部５２の交差部分を少なくできるので、レジストの剥離を抑制して、溝部５２を精度よく形成できる。

【0084】

エッチング等により溝部５２を形成する場合、溝部５２どうしの交差部分は、他の部分に比べて溝部５２の幅が大きくなる場合がある。溝部５２にポリシリコン等の材料を埋め込むような場合、溝部５２の幅の広い部分には、当該材料が十分に埋め込めない場合がある。溝部５２に対する当該材料の埋込が十分でない部分が存在すると、当該部分にレジスト等が入り込んでしまい、レジスト等が残存する場合がある。また、当該部分が、異物の発生源となる可能性もある。本例によれば、溝部５２の交差部分を少なくできるので、溝部５２の埋込を精度よく行える。

【0085】

図１７は、下面マーク５０の他の構造例を示す図である。本例の下面マーク５０は、溝部５２－２および溝部５２－３の構造が、図１６の例と相違する。他の構造は、図１６の例と同様である。

【0086】

本例の溝部５２－２は、Ｙ軸方向の中央部分に配置された膜５４により２つに分離している。溝部５２－３は、Ｘ軸方向の中央部分に配置された膜５４により２つに分離している。溝部５２－２および溝部５２－３も、交差部分に配置された膜５４により、互いに分離している。本例によれば、溝部５２の交差部分を更に少なくできる。

【0087】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【符号の説明】

【0088】

１０・・・半導体基板、１２・・・上面、１４・・・下面、２０・・・スクライブライン、２２・・・半導体チップ、３０・・・上面マーク、３２・・・レジスト、５０・・・下面マーク、５１・・・直線部分、５２・・・溝部、５４・・・膜、５６・・・カバー部、１３０・・・上面マーク、１３２・・・溝部、２００・・・撮像部、２０２、２０６、２１２、２１６・・・上面画像、２０４、２０８、２１４、２１８・・・下面画像

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【手続補正書】

【提出日】2023-05-24

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６０

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0060】

本例の上面画像２１６－１には、下面マーク５０およびカバー部５６の画像が更に含まれている。本例の下面画像２１８－１には、上面マーク１３０の画像が更に含まれている。下面画像２１８－１では、下面マーク５０の画像と、映り込んだ上面マーク３０の画像とが重なっているが、上面マーク３０の画像は、下面マーク５０の全体を覆うほぼ一様な画像なので、下面マーク５０の画像のエッジへの影響は少ない。このため、下面マーク５０の位置を精度よく検出できる。