JP2001015413A - アライメントマーク及びアライメントマークの形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マークパターンの側壁面に形成される金属薄
膜の膜厚の差に起因する、反射信号の強度分布の非対称
性を抑制して、アライメントマークのエッジ部を精度良
く検出することができるアライメントマーク及びアライ
メントマークの形成方法並びにアライメントマークの検
出方法を提供する。 【解決手段】 アライメントマーク１０は、細分化され
たスリット形状を有する微小パターン１２、１２ａ〜１
２ｄが規則的かつ近接して配列され、これら微小パター
ン１２、１２ａ〜１２ｄの集合体により一単位の帯状の
マークパターン１１ａ〜１１ｄが構成され、さらに、マ
ークパターン１１ａ〜１１ｄ相互を直交するように配置
することにより、例えば、井桁形状のアライメントマー
ク１０が構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アライメントマー
ク及びアライメントマークの形成方法に関し、特に、電
子ビーム露光により所定の回路パターンを半導体基板等
の試料表面に露光するリソグラフィ工程において、試料
の位置合わせ処理に用いるアライメントマーク及びアラ
イメントマークの形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の半導体集積回路装置は、高集積
化、高機能化に伴う進歩がめざましく、このような進歩
は、回路パターンの微細加工技術、特に、リソグラフィ
技術の進歩によるところが大きい。すなわち、近年の半
導体集積回路装置は、半導体基板であるウェハ上に多数
層の回路パターンを、所定の位置関係で重ね合わせて露
光処理することにより形成されている。ここで、微細な
回路パターンをウェハ上に形成する方法としては、種々
の方法が知られているが、高集積化に伴って要求される
解像度に対応することができる電子ビーム露光法が注目
されている。

【０００３】電子ビーム露光法は、電子銃から放出され
た電子ビーム（荷電粒子線）の経路上に複数のマスクを
配置し、該マスクに電子ビームを照射して、透過するビ
ームのみを試料面上に照射することにより、マスクに形
成された回路パターンを縮小転写処理するものである。
以下に、電子ビーム露光法等において用いられる位置合
わせ処理（アライメント処理ともいう）について簡単に
説明する。

【０００４】上述したように、多数層の回路パターンを
露光処理する場合には、試料面上にすでに形成されてい
る回路パターンと、次に露光処理される回路パターンと
の整合性を確保するために、試料の位置に対する電子ビ
ームの照射位置を正確に整合させるアライメント処理を
実行する必要がある。そのため、ウェハ上の素子形成領
域（露光処理による回路パターンの転写領域）の近傍
に、アライメント処理に用いられるアライメントマーク
（位置合わせ用マーク）が形成されている。

【０００５】従来用いられているアライメントマーク
は、例えば、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、帯状パ
ターン１０１や矩形状パターン１１１を規則的に配列し
た集合体１００、１１０により構成され、このようなパ
ターンの集合体１００、１１０をＸ−Ｙ各方向に個別に
設けたものや、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、帯
状パターン１０１ａ、１０１ｂを相互に直交させて、Ｘ
−Ｙ各方向に走査される電子線に一つのマークで対応す
ることができる十字マーク１２０、Ｘ字マーク１３０、
井桁マーク１４０等の各種形状が知られている。なお、
このようなアライメントマークについては、例えば、特
開平１０−１７７９４４号公報や特開平７−１９２９９
４号公報等に記載されている。

【０００６】以下に、上記アライメントマークの形成方
法の一例について、図１１及び図１２を参照して説明す
る。ここで、図１１は、ウェハ上に酸化薄膜等により凸
状のマークパターンを形成する場合を示し、また、図１
２は、ウェハ表面をエッチング除去して凹状のマークパ
ターンを形成する場合を示す。図１１（ａ）、（ｂ）に
示すように、まず、ウェハ１表面に酸化膜２を形成した
後、パターン形成領域上にレジスト３を塗布、パターニ
ングする。次いで、図１１（ｃ）、（ｄ）に示すよう
に、パターン形成領域以外の上記酸化膜２をエッチング
した後にレジスト３を除去して、ウェハ１上に凸状のマ
ークパターン２ａを形成する。次いで、図１１（ｅ）に
示すように、マークパターン２ａ上に所定の金属薄膜４
を成膜することによりアライメントマーク１０′が形成
される。なお、マークパターン２ａは、酸化膜等により
形成する構成のほかに、ウェハ表面を直接エッチングし
て、凸状に形成するものもある。

【０００７】また、アライメントマークの形成方法の他
の例としては、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、ま
ず、ウェハ１表面にレジスト３を塗布し、パターン形成
領域以外のレジストをパターニング除去する。次いで、
図１２（ｃ）に示すように、パターン形成領域のウェハ
１表面をエッチングした後にレジスト３を除去して、ウ
ェハ１表面に凹状のマークパターン２ｂを形成する。次
いで、図１２（ｄ）に示すように、マークパターン２ｂ
上に所定の金属薄膜４を成膜することによりアライメン
トマーク２０′が形成される。なお、マークパターン２
ｂは、ウェハ表面をエッチングして形成する構成のほか
に、酸化膜等に開口部をエッチングして凹状に形成する
ものもある。ここで、凸状あるいは凹状のマークパター
ン２ａ、２ｂ上に成膜される金属薄膜４は、ウェハ１や
酸化膜２等の下地材料に対して電子線の散乱断面積が大
きい、例えば、タングステンやタンタル等の重金属をス
パッタ法等により成膜して形成される。

【０００８】次に、井桁形状を有するアライメントマー
クにおけるアライメント処理について、図１３及び図１
４を参照して説明する。アライメント処理は、まず、図
１３（ａ）に示すように、試料表面の所定の位置に形成
されたアライメントマーク１０′上を矩形に成形された
電子ビーム（走査ビーム）５ａ、５ｂによりＸ−Ｙ各方
向に走査する。ここで、電子ビーム５ａ、５ｂによる走
査は、一般に、試料に対して直交する２軸方向（Ｘ方向
及びＹ方向）について行われ、電子ビーム５ａ、５ｂが
上記金属薄膜４において散乱する際の反射信号を走査位
置毎に検出する。

【０００９】ここで、図１３（ｂ）に示すように、アラ
イメントマーク１０′を構成する凸状のマークパターン
２ａの側壁面６ａ、６ｂには、金属薄膜４が厚く形成さ
れているため、電子ビーム５ａ、５ｂの走査により検出
される反射信号は、図１４に示すように、アライメント
マーク１０′のエッジ部、すなわち、マークパターン２
ａの側壁面６ａ、６ｂにおいて、他の領域よりも電子の
散乱強度の大きい信号強度分布７が観測される。

【００１０】これは、タングステンやタンタル等の重金
属の薄膜により散乱する電子の個数（すなわち、反射信
号の強度）は、Rutherford散乱の原理により、金属薄膜
の原子番号の２乗と原子数密度との積に比例するため、
金属薄膜４の膜厚が大きいマークパターン２ａの側壁面
６ａ、６ｂにおいて、反射信号の強度が大きく観測され
るものである。そして、走査位置に対する反射信号の強
度分布７に基づいて、アライメントマーク１０′のエッ
ジ部の位置を判別することにより、露光される回路パタ
ーンとウェハとの相対的な位置関係が把握され、電子ビ
ームの照射パラメータが適切に補正されて、良好な露光
処理が実現される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たアライメントマークの形成方法において、電子散乱断
面積の大きい金属薄膜をスパッタ法等により形成する場
合、マークパターンの形状やアライメントマークの形成
位置等によって、均一な膜厚の薄膜が形成されないとい
う問題を有している。例えば、図１３（ａ）に示したよ
うな井桁形状を有するアライメントマーク１０′におい
ては、スパッタ法によりタングステン薄膜を成膜する場
合、プラズマイオンの衝突によりターゲットから弾き出
される成膜材料物質の原子(タングステン原子)に対し
て、ウェハ上のパターン形成領域の面が直接晒されるよ
うに位置しているか、あるいは、陰側に位置しているか
により、形成される膜厚に差が生じる。

【００１２】特に、帯状のマークパターンにより構成さ
れ、ウェハ中心から離間した領域に形成されるアライメ
ントマークにおいては、図１３（ｂ）、（ｃ）に示すよ
うに、ウェハ表面に凸状あるいは凹状に形成されたマー
クパターン２ａの対向する側壁面６ａ、６ｂのうち、一
方（側壁面６ａ）がタングステン原子に直接晒される面
となり、他方（側壁面６ｂ）が陰側の面となる場合（す
なわち、図面右方にウェハ中心がある場合）には、側壁
面６ａに形成されるタングステン薄膜（金属薄膜４）の
膜厚が、側壁面６ｂに形成される膜厚に比較して厚く形
成され、差が生じる。

【００１３】そのため、電子ビームを走査してアライメ
ントマーク１０′を検出する処理において、マークパタ
ーン２ａの両側壁面６ａ、６ｂからの反射信号の強度分
布が、金属薄膜４の膜厚に依存するため、対称とはなら
ず、しかも、反射信号の強度は、凸状あるいは凹状に形
成されたマークパターン２ａの段差分だけ積算されるた
め、強度分布７の非対称性が一層顕著になる。すなわ
ち、凸状に形成されたマークパターン２ａにより構成さ
れるアライメントマークの場合、図１４に示すように、
金属薄膜４が厚く形成される側壁面６ａに対応する走査
位置においては、信号強度の大きなピークが観測され、
一方、金属薄膜４が薄く形成される側壁面６ｂに対応す
る走査位置においては、比較的小さなピークが観測され
て、信号強度分布７の対称性が損なわれることになる。

【００１４】また、凹状に形成されたマークパターン２
ｂにより構成されるアライメントマークの場合において
は、図１５に示すように、タングステン原子に直接晒さ
れる側壁面６ａには、陰側となる側壁面６ｂに比較し
て、金属薄膜４が厚く形成され、かつ、マークパターン
２ｂ（断面）の幾何学的形状が反映されるため、電子ビ
ームの走査位置に対する反射信号の強度分布は、側壁面
６ａ及び側壁面６ｂで大きなピークが観測されるととも
に、凹状断面内部の底面領域における電子ビームの散乱
等による信号強度の低減により、信号強度分布７に示す
ような非対称性を示す。

【００１５】なお、図１４及び図１５のいずれの例にお
いても、図面右方向がウェハの中心であるものとする。
したがって、アライメントマークの検出処理において、
電子ビームの走査位置に対する反射信号の強度分布特性
は、マークパターンの側壁面に形成される金属薄膜の膜
厚によって、非対称な偏った分布状態を示すため、アラ
イメントマークのエッジ部の正確な位置を検出すること
ができず、前回露光された回路パターンと次回露光され
る回路パターンを精度よく位置合わせすることができな
いという問題を有していた。

【００１６】そこで、本発明は、このような問題点に鑑
み、マークパターンの側壁面に形成される金属薄膜の膜
厚の差に起因する、反射信号の強度分布の非対称性を抑
制して、アライメントマークのエッジ部を精度良く検出
することができるアライメントマーク及びアライメント
マークの形成方法を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明に係るアライメン
トマークは、帯状のマークパターン相互を直交して配置
したアライメントマークであって、前記帯状のマークパ
ターンを複数の微小パターンの集合配列により構成した
ことを特徴としている。そのため、本発明に係るアライ
メントマークは、アライメントマークを構成する帯状の
マークパターンを、複数の微小パターンにより分割構成
することにより、電子ビームによる走査に対して強い反
射信号強度を生じる薄膜層を、各微小パターンの全周、
あるいは、全域に略均一に形成するようにし、電子ビー
ムによる走査に対する反射信号の強度分布の対象性を高
める作用を有している。

【００１８】また、本発明に係るアライメントマークの
形成方法は、帯状のマークパターン相互を直交して配置
したアライメントマークの形成方法であって、試料表面
に帯状のマークパターンを構成する微小パターンを規則
的に配列して形成した後、該マークパターンの形成領域
に、試料よりも電子散乱断面積が大きい薄膜層を形成す
ることを特徴としている。そのため、本発明に係るアラ
イメントマークの形成方法は、アライメントマークを構
成する帯状のマークパターンを、複数の微小パターンに
より分割構成することにより、電子ビームによる走査に
対して強い反射信号強度を生じる薄膜層を、各微小パタ
ーンの全周、あるいは、全域に略均一に形成するように
し、微小パターンの側壁面毎の膜厚差を抑制する作用を
有している。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して詳しく説明する。 （第１の実施形態）図１は、本発明に係るアライメント
マークの第１の実施形態を示す図である。図１（ａ）、
（ｂ）に示すように、本実施形態に係るアライメントマ
ーク１０は、細分化されたスリット形状を有する微小パ
ターン１２、１２ａ〜１２ｄが規則的かつ近接して配列
され、これら微小パターン１２、１２ａ〜１２ｄの集合
体により一単位の帯状のマークパターン１１ａ〜１１ｄ
が構成され、さらに、このようなマークパターン１１ａ
〜１１ｄ相互を直交するように配置することにより、例
えば、井桁形状のアライメントマーク１０が構成され
る。ここで、微小パターン１２、１２ａ〜１２ｄは、後
述する電子ビームの走査方向に沿って微小パターン１
２、１２ａ〜１２ｄを形成するスリット形状の長辺が配
置され、電子ビームの走査方向に垂直方向に短辺が配置
される。

【００２０】次に、上記微小パターン１２、１２ａ〜１
２ｄの構成及びその形成方法について、図１（ｂ）、
（ｃ）を参照して詳しく説明する。なお、凸状のマーク
パターンの形成工程は、従来技術（図１１参照）におい
て示した手順と略同等であるので、その説明を簡略化す
る。図１（ｃ）に示すように、微小パターン１２は、例
えば、ウェハ１表面に形成された凸部上に、ウェハ１の
基材よりも電子散乱断面積が大きい物質層、例えば、タ
ングステンやタンタル等の重金属の薄膜（以下、薄膜層
１３と記す）をスパッタ法等により成膜することにより
形成される。このとき、スパッタ法により形成される薄
膜層１３は、図１（ｂ）に示すように、微小パターン１
２ａ〜１２ｄの全周に位置する側壁面１３ａ〜１３ｄに
成膜される。

【００２１】このような微小パターン１２ａ〜１２ｄへ
の薄膜層１３の形成処理によれば、図１の右方がウェハ
１中心である場合には、成膜材料物質（例えば、タング
ステン原子）に直接晒される図面右側の側壁面１３ａ
と、陰側となる図面左側の側壁面１３ｂに形成される薄
膜層１３の膜厚は、一体的に形成された帯状のマークパ
ターン（図１３参照）に比較して、均一化が促進され、
膜厚の差が小さくなるように成膜される。

【００２２】すなわち、一体的に形成された帯状のマー
クパターンの側壁面（図１３の側壁面６ａ、６ｂ参照）
が微小パターン１２ａ〜１２ｄによって細分化されるこ
とにより、微小化（小面積化）され、図面右方に面する
側壁面１３ａに形成される薄膜層１３が実質的に減少
し、一方、図面左方に面する側壁面１３ｂでは、成膜材
料物質の回り込みが生じて薄膜層１３の膜厚が増加する
ため、薄膜層１３の膜厚の均一化が促進される。また、
微小パターン１２ａ〜１２ｄによって、新たに形成され
た微小パターン１２ａ〜１２ｄ相互の間隙領域に面する
側壁面１３ｃ、１３ｄにも、薄膜層１３が形成されるた
め、図面の左右方向に位置する側壁面１３ａ、１３ｂは
もとより、微小パターン１２ａ〜１２ｄ相互の間隙領域
に面する側壁面１３ｃ、１３ｄにも略均一な薄膜層１３
が形成される。

【００２３】次に、本実施形態に係るアライメントマー
クの検出方法について、図面を参照して説明する。図２
は、本実施形態に係るアライメントマークの検出方法を
示す図である。本実施形態に係るアライメントマークの
検出方法は、まず、図２（ａ）に示すように、試料表面
の所定の位置に、井桁形状に形成されたアライメントマ
ーク１０のＸ方向側のマークパターン１１ａ、１１ｂ上
と、Ｙ方向側のマークパターン１１ｃ、１１ｄ上を所定
の矩形形状に成形された電子ビーム１５ａ、１５ｂで走
査することにより行われる。そして、電子ビームの走査
に対して試料表面（マークパターン）で散乱し、反射信
号として検出される信号強度を走査位置毎に観測するこ
とにより、図２（ｂ）に示すような信号強度分布１６が
得られる。

【００２４】ここで、電子ビームによる走査に対する反
射信号の信号強度分布１６について、図面を参照して詳
しく説明する。図３は、本実施形態に係るアライメント
マークにおける信号強度分布と、従来技術（図１３、図
１４参照）に示した一体的な帯状のアライメントマーク
における信号強度分布を示す図である。なお、ここで
は、従来技術に対する本発明の有効性を明確にするため
に、まず、従来技術における信号強度分布について説明
した後、本発明における信号強度分布について説明する
ことにする。

【００２５】従来技術（図１３（ｂ）参照）に示した一
体的な帯状のアライメントマークにおいては、図３
（ａ）に示すように、凸状に形成されたマークパターン
１１の側壁面１３ａ′、１３ｂ′に形成される薄膜層
（斜線にて図示）の膜厚ｔ１１、ｔ１２が、スパッタ時
の位置条件等により不均一（ｔ１１≠ｔ１２）に成膜さ
れ、加えて、電子ビームの走査に対する反射信号の強度
が、マークパターン１１の段差分だけ積算されて増強さ
れるため、薄膜層の膜厚の差に起因する非対称な信号強
度成分（以下、非対称成分という）１６ｂ′が増大され
る。

【００２６】一方、マークパターン１１上に形成された
薄い均一な薄膜層（図示を省略）は、電子ビームの走査
に対して、比較的信号強度の弱い成分（以下、対称成分
という）１６ａ′として検出される。そのため、これら
の非対称成分１６ｂ′及び対称成分１６ａ′が合成され
た成分が、図３（ａ）に示したように、アライメントマ
ークの幅方向（図面左右方向）に沿って著しく非対称な
信号強度分布１６′として観察される。

【００２７】これに対して、上述した本実施形態に係る
アライメントマークにおいては、図３（ｂ）に示すよう
に、マークパターン１１を構成する微小パターン１２の
側壁面１３ａ〜１３ｄのうち、図面左右方向に位置する
側壁面１３ａ、１３ｂでは、図３（ａ）に示した側壁面
１３ａ′、１３ｂ′に比較して、薄膜層が形成される面
積が削減されて、かつ、膜厚ｔ１、ｔ２が略均一（ｔ１
≒ｔ２）に成膜されるため、膜厚の差に起因する信号強
度が低減され、略均一化されて、非対称成分１６ｂとし
て検出される。

【００２８】一方、図面上下方向に位置する側壁面（微
小パターン１２相互の間隙領域に面する側壁面）１３
ｃ、１３ｄでは、薄膜層が膜厚ｔ３、ｔ４で厚く形成さ
れるため、電子ビームの走査に対して、微小パターン１
２上及び間隙領域に形成される薄膜層（図示を省略）に
よる信号強度の弱い対称成分に加え、膜厚ｔ３、ｔ４及
び微小パターン１２の段差に対応する信号強度の強い対
称成分が合成されて、増大された対称成分１６ａとして
検出される。そのため、これらの非対称成分１６ｂ及び
対称成分１６ａが合成された成分が、図３（ｂ）に示す
ように、アライメントマークの幅方向（図面左右方向）
に沿って比較的対称な信号強度分布１６として観察され
る。

【００２９】（第２の実施形態）図４は、本発明に係る
アライメントマークの第２の実施形態を示す図である。
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態に係るア
ライメントマーク２０は、細分化された長尺のスリット
形状を有する微小パターン２２、２２ａ〜２２ｄが規則
的かつ近接して配列され、これら微小パターン２２、２
２ａ〜２２ｄの集合体により一単位の帯状のマークパタ
ーン２１ａ〜２１ｄが構成され、さらに、このようなマ
ークパターン２１ａ〜２１ｄ相互を直交するように配置
することにより、例えば、井桁形状のアライメントマー
クが構成される。ここで、微小パターン２２、２２ａ〜
２２ｄは、後述する電子ビームの走査方向に沿って微小
パターン２２、２２ａ〜２２ｄを形成するスリット形状
の短辺が配置され、電子ビームの走査方向に垂直方向に
長辺が配置される。

【００３０】次に、上記微小パターン２２、２２ａ〜２
２ｄの構成及びその形成方法について、図４（ｂ）を参
照して詳しく説明する。なお、凹状のマークパターンの
形成工程は、従来技術（図１２参照）において示した手
順と略同等であるので、その説明を簡略化する。図４
（ｂ）に示すように、微小パターン２２は、例えば、ウ
ェハ１表面に形成された凹部に、上述した第１の実施形
態と同様に、ウェハ１の基材よりも電子散乱断面積が大
きい薄膜層１３をスパッタ法等により成膜することによ
り形成される。このとき、スパッタ法により形成される
薄膜層１３は、図４（ｂ）に示すように、微小パターン
２２ａ〜２２ｄの内部を完全に埋め込むように成膜さ
れ、さらに、各微小パターン２２ａ〜２２ｄ上及び微小
パターン２２ａ〜２２ｄ相互間に形成された間隙領域に
も薄い薄膜層１３が形成される。

【００３１】このような微小パターン２２ａ〜２２ｄへ
の薄膜層１３の形成処理によれば、マークパターン２１
ａ〜２１ｄの形状やアライメントマーク２０の形成位置
に関わらず、微小パターン２２ａ〜２２ｄの内部に完全
かつ均一に薄膜層１３が充填される。これは、長尺のス
リット形状を有する微小パターン２２ａ〜２２ｄによ
り、微小パターン２２ａ〜２２ｄ内部の対向する側壁面
相互が互いに近接して形成されているため、スパッタ時
に成膜材料物質が微小パターン２２ａ〜２２ｄ内部の側
壁面及び底面に均一に付着して、内部を埋め込むように
薄膜層１３が形成されることによるものである。

【００３２】次に、本実施形態に係るアライメントマー
クの検出方法について、図面を参照して説明する。図５
は、本実施形態に係るアライメントマークの検出方法を
示す図である。本実施形態に係るアライメントマークの
検出方法は、上述した実施形態と同様に、まず、図５
（ａ）に示すように、試料表面の所定の位置に、井桁形
状に形成されたアライメントマーク２０のＸ方向側のマ
ークパターン２１ａ、２１ｂ上と、Ｙ方向側のマークパ
ターン２１ｃ、２１ｄ上を所定の矩形形状に成形された
電子ビーム２５ａ、２５ｂで走査することにより行われ
る。そして、電子ビームの走査に対して試料表面（マー
クパターン）で散乱し、反射信号として検出される信号
強度を走査位置毎に観測することにより、図５（ｂ）に
示すような信号強度分布２６が得られる。

【００３３】ここで、電子ビームによる走査に対する反
射信号の強度分布２６について、図面を参照して詳しく
説明する。図６は、本実施形態に係るアライメントマー
クにおける信号強度分布と、従来技術（図１３、図１５
参照）に示したような、一体的な帯状のアライメントマ
ークにおける信号強度分布を示す図である。なお、ここ
では、従来技術に対する本発明の有効性を明確にするた
めに、まず、従来技術における信号強度分布について説
明した後、本発明における信号強度分布について説明す
ることにする。

【００３４】従来技術（図１３（ｃ）参照）に示した一
体的な帯状のアライメントマークにおいては、図６
（ａ）に示すように、凹状に形成されたマークパターン
２１内部の側壁面２３ａ′、２３ｂ′に形成される薄膜
層１３の膜厚ｔ２１、ｔ２２が、スパッタ時の位置条件
等により不均一（ｔ２１≠ｔ２２）に成膜され、電子ビ
ームの走査に対する反射信号の強度が、薄膜層１３の膜
厚の差に加えて、マークパターン２１の段差分だけ積算
されて増強されるため、薄膜層１３の膜厚の差に起因す
る非対称成分が増大される。

【００３５】加えて、マークパターン２１内部の底面領
域においては、電子ビームの散乱等により、反射信号の
強度が極端に落ち込む。このように、マークパターン２
１の幾何学的形状に影響されて、電子ビームの走査位置
に対する反射信号の強度分布は、図６（ａ）に示したよ
うに、側壁面６ａ及び側壁面６ｂに対応して不均一な大
きなピークが観測されるとともに、底面領域に起因して
顕著に落ち込んだピークが観測されることになり、アラ
イメントマークの幅方向（図面左右方向）に沿って著し
く非対称な信号強度分布２６′として観察される。

【００３６】これに対して、上述した本実施形態に係る
アライメントマークにおいては、図６（ｂ）に示すよう
に、マークパターン２１を構成する微小パターン２２ａ
〜２２ｄの内部に、薄膜層１３が均一に充填形成される
ため、図６（ａ）に示したように、微小パターン２１の
側壁面２３ａ′、２３ｂ′に形成される薄膜層１３の膜
厚に依存して増大する非対称成分が除去される。一方、
電子ビームの走査に対して、各微小パターン２２ａ〜２
２ｄに均一に埋め込まれた薄膜層１３の膜厚、及び、各
微小パターン２２ａ〜２２ｄの段差に対応して比較的強
い信号強度の第１の対称成分２６ａが検出され、さら
に、各微小パターン２２ａ〜２２ｄ相互の間隙領域に均
一に形成された薄膜層１３による比較的弱い信号強度の
第２の対称成分２６ｂが検出される。そのため、第１の
対称成分２６ａ及び第２の対称成分２６ｂが合成された
成分が、図６（ｂ）に示すように、アライメントマーク
の幅方向（図面左右方向）に沿って対称性の高い信号強
度分布２６として観察される。

【００３７】このように、上述したいずれの実施形態に
係るアライメントマーク及びその検出方法においても、
電子ビームによる走査に対して対称性の高い信号強度分
布を検出することができるため、この信号強度の分布波
形を用いたしきい値比較法や自己相関法等の周知のエッ
ジ位置判別法により、アライメントマークのＸ方向及び
Ｙ方向のエッジ部の位置を精度良く検出して、露光され
る回路パターンとウェハとの相対的な位置関係が正確に
把握することができ、良好な露光処理を実現することが
できる。

【００３８】なお、上述した各実施形態においては、ア
ライメントマークの形状として井桁形状を示して説明し
たが、本発明は、これに限定されるものではなく、従来
技術において図１０に示したように、十字形状、Ｘ字形
状等に構成されたものであっても良い。要するに、一体
的に形成された帯状のマークパターンを直交して配置す
ることにより構成されていたアライメントマークを、微
小パターンによって細分化して、側壁面に形成される薄
膜層の膜厚の偏りを抑制することができるものであれ
ば、上記例示した構成に限られず、種々の形状を有する
アライメントマークに適用することができる。

【００３９】また、上述した第１の実施形態において
は、アライメントマークをウェハ表面に形成された凸状
の微小パターンにより構成する例を示し、また、第２の
実施形態においては、凹状の微小パターンにより構成す
る例を示して説明したが、本発明は、これに限定される
ものではなく、各実施形態において凸状あるいは凹状の
いずれの形状を有する微小パターンにより構成するもの
であっても良いことは言うまでもない。

【００４０】

【実施例】次に、上述した実施形態に示したアライメン
トマークの具体的な実施例について、図面を参照して説
明する。 （第１の実施例）図７は、第１の実施形態に係るアライ
メントマーク１０の具体的な実施例を示す図である。な
お、ここでは、１×５μｍの矩形形状に成形された電子
ビームを用いて、Ｘ方向及びＹ方向に電子線走査を行う
場合について、詳細な寸法を示して説明する。

【００４１】図７（ａ）、（ｂ）に示すように、アライ
メントマーク１０を構成する複数の微小パターン１２
は、ウェハ基板表面に形成された０．５μｍの段差を有
するスリット形状の凸部により構成され、その長手方向
が、電子ビームによる走査方向に沿って並行に配置さ
れ、かつ、電子ビームによる走査方向に垂直方向に所定
の寸法間隔で規則的に配列されている。ここで、例えば
微小パターン１２、１２ａ〜１２ｄの長辺の寸法は３μ
ｍ、短辺（幅）の寸法は０．３μｍにそれぞれ設定され
ている。

【００４２】このような寸法を有する微小パターン１２
ａ〜１２ｄを、例えば配置間隔（ピッチ）０．７μｍで
規則的に配列することにより、３μｍ幅の帯状の一体的
なマークパターン１１ａ〜１１ｄに相当する微小パター
ンの集合体が構成される。そして、このようなマークパ
ターン１１ａ〜１１ｄ相互を、Ｘ−Ｙ方向に直交するよ
うに構成することにより、図７（ａ）に示すような井桁
形状を有する微細なアライメントマーク１０が構成され
る。

【００４３】このような寸法を有するアライメントマー
クによれば、タングステン等の薄膜層のスパッタ形成に
際し、微小パターン１２ａ〜１２ｄの各側壁面に略均一
な膜厚を有するタングステン薄膜が成膜される。すなわ
ち、マークパターン１１が微小パターン１２ａ〜１２ｄ
により細分化され、短辺寸法が０．３μｍに設定されて
いるため、スパッタ工程においてタングステン原子に直
接晒される側壁面においては、タングステン薄膜の成膜
が抑制されて膜厚が削減され、一方、微小パターン１２
ａ〜１２ｄが０．７μｍのピッチで互いに離間して配列
されているため、タングステン原子に対して陰側となる
側壁面においては、タングステン原子の回り込みが生じ
て、タングステン薄膜の成膜が促進されて膜厚が増加す
る。そのため、微小パターン１２ａ〜１２ｄを構成する
全側壁面において、タングステン薄膜が略均一な膜厚で
成膜される。

【００４４】したがって、１×５μｍの矩形形状に成形
された電子ビームを用いてアライメントマーク１０を走
査すると、少なくとも４乃至５本の微小パターンが走査
対象となり、これらの微小パターン１２の全周の側壁面
に形成されたタングステン膜、微小パターン１２上及び
間隙領域に形成されたタングステン膜により、第１の実
施形態において説明したように、反射信号に含まれる非
対称成分が抑制され、かつ、対称成分が増大されるた
め、対象性に優れた信号強度分布が観測される。よっ
て、アライメントマーク１０のエッジ部を精度良く検出
することができ、半導体集積回路の微細化に対応した製
造技術を提供することができる。

【００４５】（第２の実施例）図８は、第２の実施形態
に係るアライメントマーク２０の具体的な実施例を示す
図である。なお、本実施例においても、１×５μｍの矩
形に成形された電子ビームを用いて、Ｘ方向及びＹ方向
に電子線走査を行う場合について、詳細な寸法を示して
説明する。

【００４６】図８（ａ）、（ｂ）に示すように、アライ
メントマーク２０を構成する複数の微小パターン２２
は、ウェハ基板表面に形成された０．５μｍの段差を有
するスリット形状の凹部により構成され、その長手方向
が、電子ビームによる走査方向に垂直方向に配置され、
かつ、電子ビームによる走査方向に沿って並行に所定の
寸法間隔で規則的に配列されている。ここで、例えば微
小パターン２２、２２ａ〜２２ｄの短辺（幅）の寸法は
０．３μｍ、長辺の寸法はアライメントマークの全長に
それぞれ設定され、かつ、微小パターン相互の配置間隔
（ピッチ）は、例えば０．６μｍに設定されている。

【００４７】このような寸法を有する微小パターン２２
ａ〜２２ｄを、例えばピッチ０．６μｍで規則的に配列
することにより、３μｍ幅の帯状の一体的なマークパタ
ーン２１ａ〜２１ｄに相当する微小パターンの集合体が
構成される。そして、このようなマークパターン２１ａ
〜２１ｄ相互を、Ｘ−Ｙ方向に直交するように構成する
ことにより、図８（ａ）に示すような井桁形状を有する
微細なアライメントマーク１０が構成される。

【００４８】このような寸法を有するアライメントマー
クによれば、タングステン等の薄膜層のスパッタ形成に
際し、凹状に形成された微小パターン２２ａ〜２２ｄの
内部に均一にタングステン薄膜が成膜される。すなわ
ち、マークパターン２１が微小パターン２２ａ〜２２ｄ
により細分化され、かつ、微小パターン２２ａ〜２２ｄ
の凹（溝）形状を規定する短辺寸法が０．３μｍに設定
されているため、スパッタ工程においてタングステン薄
膜が、極めて近接して形成された側壁面及び底面に均一
に成膜し、微小パターン２２ａ〜２２ｄ内部に均一に埋
め込まれる。

【００４９】したがって、１×５μｍの矩形形状に成形
された電子ビームを用いてアライメントマーク２０を走
査すると、少なくとも２乃至３本の微小パターンが走査
対象となり、これらの微小パターン２２の内部に埋め込
み形成されたタングステン膜、及び、間隙領域に形成さ
れたタングステン膜により、第２の実施形態において説
明したように、反射信号に含まれる非対称成分が除去さ
れるとともに、対称成分が増大されるため、極めて対象
性に優れた信号強度分布が観測される。よって、アライ
メントマーク２０のエッジ部を精度良く検出することが
でき、半導体集積回路の微細化に対応した製造技術を提
供することができる。

【００５０】なお、上述した各実施例における微小パタ
ーンの各寸法は、一例を示したものにすぎず、上記寸法
に限定されないことは言うまでもない。すなわち、タン
グステン薄膜のスパッタ成長において、微小パターンを
構成する側壁面や溝底面に略均一に薄膜層を成膜するこ
とができ、電子ビームによるアライメントマークの走査
に対して、対象性に優れた信号強度分布が得られるもの
であれば、スパッタ工程の成膜条件等に応じて適宜設定
されるものであっても良い。

【００５１】

【発明の効果】請求項１又は７記載の発明によれば、帯
状のマークパターンを直交させて配置したアライメント
マークが、複数の微小パターンの配列により構成される
マークパターンにより形成されているため、微小パター
ンの側壁面に形成される薄膜層の膜厚の偏りを抑制する
ことができる。そのため、電子ビームによる走査におい
て観測される反射信号の信号強度分布の非対称性を抑制
することができるので、アライメントマークのエッジ部
を精度良く検出することができる。したがって、露光さ
れる回路パターンとウェハとの相対的な位置関係が正確
に把握されるため、電子線の照射パラメータを適切に補
正することができ、良好な露光処理を実現することがで
きる。

【００５２】また、請求項２記載の発明によれば、マー
クパターンが、試料表面に形成された凸状又は凹状の微
小パターンの規則的な配列により構成されているため、
マークパターンの側壁面に形成される薄膜層の膜厚の偏
りを抑制して、電子ビームによる走査において観測され
る反射信号に含まれる非対称成分を抑制しつつ、反射信
号の信号強度分布の均一性を確保することができるの
で、アライメントマークのエッジ部を精度良く検出する
ことができる。また、請求項３又は４記載の発明によれ
ば、マークパターンが、試料表面にスリット状に形成さ
れた微小パターンの配列により構成され、かつ、微小パ
ターンが、電子線の走査方向に対して所定の方向に配置
され配列されているため、微小パターンの側壁面や微小
パターン内部に形成される薄膜層の膜厚を均一化して、
電子ビームによる走査において観測される反射信号に含
まれる非対称成分を抑制しつつ、対称成分を増大するこ
とができるので、アライメントマークのエッジ部を一層
精度良く検出することができる。

【００５３】また、請求項５又は８記載の発明によれ
ば、微小パターンを凸状に形成することにより、微小パ
ターンの全周の側壁面に薄膜層が形成されるため、薄膜
層の膜厚を均一化して、電子ビームによる走査において
観測される反射信号に含まれる非対称成分を抑制しつ
つ、対称成分を増大することができるので、アライメン
トマークのエッジ部を一層精度良く検出することができ
る。さらに、請求項６又は９記載の発明によれば、微小
パターンを凹状に形成することにより、微小パターンの
内部に薄膜層が埋め込み形成されるため、電子ビームに
よる走査において観測される、薄膜層の膜厚に依存する
非対称成分を除去しつつ、対称成分を増大することがで
きるので、アライメントマークのエッジ部を一層精度良
く検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るアライメントマークの第１の実施
形態を示す図である。

【図２】第１の実施形態に係るアライメントマークの検
出方法を示す図である。

【図３】第１の実施形態に係るアライメントマークにお
ける信号強度分布と、一体的な帯状のアライメントマー
クにおける信号強度分布を示す図である。

【図４】本発明に係るアライメントマークの第２の実施
形態を示す図である。

【図５】第２の本実施形態に係るアライメントマークの
検出方法を示す図である。

【図６】第２の実施形態に係るアライメントマークにお
ける信号強度分布と、一体的な帯状のアライメントマー
クにおける信号強度分布を示す図である。

【図７】第１の実施形態に係るアライメントマークの具
体的な実施例を示す図である。

【図８】第２の実施形態に係るアライメントマークの具
体的な実施例を示す図である。

【図９】従来用いられている、帯状パターンや矩形状パ
ターンを規則的に配列したアライメントマークの例を示
す図である。

【図１０】従来用いられている、帯状パターンを直交さ
せて配置したアライメントマークの例を示す図である。

【図１１】凸状のマークパターンにより構成されるアラ
イメントマークの形成方法を示す工程図である。

【図１２】凹状のマークパターンにより構成されるアラ
イメントマークの形成方法を示す工程図である。

【図１３】井桁形状を有するアライメントマークにおけ
るアライメント処理を示す図である。

【図１４】凸状のマークパターンにより構成されるアラ
イメントマークにおける反射信号の強度分布を示す図で
ある。

【図１５】凹状のマークパターンにより構成されるアラ
イメントマークにおける反射信号の強度分布を示す図で
ある。

【符号の説明】

１……ウェハ、１０、２０……アライメントマーク、１
１、１１ａ〜１１ｄ、２１、２１ａ〜２１ｄ……マーク
パターン、１２、１２ａ〜１２ｄ、２２、２２ａ〜２２
ｄ……微小パターン、１３……薄膜層、１３ａ〜１３
ｄ、２３ａ、２３ｂ……側壁面、１４ａ、１４ｂ……側
壁面、１５ａ、１５ｂ、２５ａ、２５ｂ……電子ビー
ム、１６、２６……信号強度分布、１６ａ、２６ａ、２
６ｂ……対称成分、１６ｂ……非対称成分

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料表面に形成されたマークパターンに、
   前記試料よりも電子散乱断面積が大きい薄膜層を成膜し
   て形成され、電子ビームによる位置合わせ処理に用いる
   アライメントマークにおいて、 前記マークパターンは、前記試料表面に形成された複数
   の微小パターンの配列により帯状に構成され、かつ、該
   帯状に構成された前記マークパターン相互を、直交して
   配置したことを特徴とするアライメントマーク。
2. 【請求項２】前記マークパターンは、前記試料表面に凹
   状又は凸状に形成された前記複数の微小パターンの規則
   的な配列により構成されていることを特徴とする請求項
   １記載のアライメントマーク。
3. 【請求項３】前記マークパターンは、前記試料表面にス
   リット形状に形成された前記複数の微小パターンの配列
   により構成され、 前記複数の微小パターンは、前記電子ビームの走査方向
   に対して、前記スリット形状の長辺が並行に配置されて
   いることを特徴とする請求項１又は２記載のアライメン
   トマーク。
4. 【請求項４】前記マークパターンは、前記試料表面にス
   リット形状に形成された前記複数の微小パターンの配列
   により構成され、 前記複数の微小パターンは、前記電子ビームの走査方向
   に対して、前記スリット形状の長辺が垂直に配置されて
   いることを特徴とする請求項１又は２記載のアライメン
   トマーク。
5. 【請求項５】前記薄膜層は、少なくとも、前記試料表面
   に凸状に形成された前記微小パターンの全周の側壁面に
   形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいず
   れかに記載のアライメントマーク。
6. 【請求項６】前記薄膜層は、少なくとも、前記試料表面
   に凹状に形成された前記微小パターン内に埋め込み形成
   されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか
   に記載のアライメントマーク。
7. 【請求項７】帯状のマークパターン相互を、直交して配
   置したアライメントマークの形成方法において、 試料表面に規則的に配列され、かつ、前記帯状のマーク
   パターンを構成する微小パターンを形成する工程と、 少なくとも、前記マークパターンの形成領域に、前記試
   料よりも電子散乱断面積が大きい薄膜層を形成する工程
   と、を含むことを特徴とするアライメントマークの形成
   方法。
8. 【請求項８】前記微小パターンは、前記試料表面に凸状
   に形成され、 前記薄膜層が、少なくとも、該微小パターンの全周の側
   壁面に形成されることを特徴とする請求項７記載のアラ
   イメントマークの形成方法。
9. 【請求項９】前記微小パターンは、前記試料表面に凹状
   に形成され、 前記薄膜層が、少なくとも、前記微小パターン内に埋め
   込み形成されることを特徴とする請求項７記載のアライ
   メントマークの形成方法。