JP2001083688A - フォトマスク、レジストパターンの形成方法、アライメント精度計測方法及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 下層の導電膜パターンに形成されているアラ
イメント精度計測マークを複数回利用できるようにす
る。 【解決手段】 フォトマスク１０１は、レジスト膜にメ
インパターンを形成するためのメインパターン部１０１
Ａと、レジスト膜に、該レジスト膜が現像されたときに
該レジスト膜を貫通しない断面形状を有するアライメン
ト精度計測マークを形成するためのアライメントマーク
部１０１Ｂとを備えている。メインパターン部１０１Ａ
には、レジスト膜にコンタクトホールを形成するための
コンタクトホール形成用開口部１０１ａが形成されてい
る。アライメントマーク部１０１Ｂには、露光光の解像
限界（結像限界）程度以下の開口径（最小幅）を持つ微
細な開口部１０１ｂが方形枠状に形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体プロセスの
フォトリソグラフィー工程に用いられるフォトマスク、
並びに該フォトマスクを用いる、レジストパターンの形
成方法、アライメント精度計測方法及び半導体装置の製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体プロセスのフォトリソグラフィー
工程においては、下層の膜に形成されている下層パター
ンと、上層の膜に形成される上層パターンとの位置ずれ
を防止するために、下層パターンに形成されている第１
のアライメント精度計測マークと、上層パターンを形成
するためのレジストパターンに形成されている第２のア
ライメント精度計測マークとの間の位置ずれの判定を行
なっている。第２のアライメント精度計測マークの第１
のアライメント精度計測マークに対する位置ずれ量が許
容範囲内であるときには、該レジストパターンを用いて
上層の膜に対してエッチングを行なって上層パターンを
形成する一方、第２のアライメント精度計測マークの第
１のアライメント精度計測マークに対する位置ずれ量が
許容範囲外であるときには、該レジストパターンを作成
し直すのが通常である。

【０００３】以下、第１の従来例として、下層の層間絶
縁膜にコンタクトホールの下部を形成すると共に、上層
の層間絶縁膜にコンタクトホールの下部と連通するコン
タクトホールの上部を形成する方法について説明する
が、その前提として、下層の層間絶縁膜にコンタクトホ
ールの下部を形成し且つ上層の層間絶縁膜にコンタクト
ホールの上部を形成する必要性について説明する。

【０００４】半導体集積回路の高集積化の進展に伴っ
て、層間絶縁膜に、開口径が小さく且つ深さが大きいつ
まりアスペクト比が高いコンタクトホール又は配線パタ
ーンなどからなる高アスペクト比の開口部を形成するこ
とが望まれ、高アスペクト比の開口部を形成できる技
術、例えば高アスペクト比を有する開口部の底部をエッ
チングできるようなエッチングガス及びプラズマエッチ
ング装置の開発などが進められている。

【０００５】ところが、コンタクトホールのアスペクト
比が極めて高くなってくると、現在開発されているドラ
イエッチング技術では、対応することができなくなって
きた。つまり、プラズマ中のイオンがコンタクトホール
の底部に到達できなくなる程度にまでアスペクト比が高
くなってくると、無限大のエッチング時間を掛けてドラ
イエッチングを行なってもコンタクトホールの底部をエ
ッチングすることができなくなる。言い換えると、無限
大のエッチング時間を掛けてドライエッチングを行なっ
ても、エッチングすることができない限界アスペクト比
が存在する。例えば、現在のドライエッチング技術にお
いては、限界アスペクト比は約６である。つまり、コン
タクトホールの開口径が０．２μｍのときにドライエッ
チングをすることができるホールの深さの限界は１．８
μｍ程度であるから、現在のエッチング技術によると、
開口径が０．２μｍのときに、深さが１．８μｍよりも
大きいコンタクトホールを形成することは困難である。

【０００６】ところが、一方では、半導体集積回路の一
層の微細化の要求に対応するため、層間絶縁膜に、限界
アスペクト比以上の深さを持つコンタクトホールを形成
することが望まれている。

【０００７】そこで、層間絶縁膜を下層の層間絶縁膜と
上層の層間絶縁膜とに分けて堆積すると共に、下層の層
間絶縁膜及び上層の層間絶縁膜の同じ位置に、限界アス
ペクト比以下の深さを持つコンタクトホールをそれぞれ
形成し、下層の層間絶縁膜に形成されたコンタクトホー
ルの下部と、上層の層間絶縁膜に形成されたコンタクト
ホールの上部とによって１つのコンタクトホールを形成
する方法が望まれる。この場合、下層の層間絶縁膜の膜
厚及び上層の層間絶縁膜の膜厚は、それぞれ、下層及び
上層の層間絶縁膜に形成されるコンタクトホールのアス
ペクト比が限界アスペクト比以下になるように設定す
る。

【０００８】以下、第１の従来例について、図１１
（ａ）〜（ｃ）及び図１２（ａ）〜（ｃ）を参照しなが
ら説明する。尚、図１１（ａ）、（ｃ）及び図１２
（ａ）〜（ｃ）において、破断線よりも右側の部分は、
配線パターン及びコンタクトホールなどが形成されるメ
インパターン領域（素子形成領域）であり、破断線より
も左側の部分はアライメント精度計測マークが形成され
るアライメント精度計測マーク領域を示している。

【０００９】まず、図１１（ａ）に示すように、半導体
基板１０の上に形成されている下地の絶縁膜１１の上
に、金属配線又はゲート電極などからなる配線パターン
１２を形成する。この場合、配線パターン１２には、凹
状部からなる第１のアライメント精度計測マーク１３を
形成しておく。次に、配線パターン１２の上に下層の層
間絶縁膜１４を堆積した後、該下層の層間絶縁膜１４の
上に第１のレジスト膜を形成し、その後、該第１のレジ
スト膜に対して、フォトマスク１５を用いて露光した
後、現像を行なって、第１のレジストパターン１６を形
成する。尚、第１のレジストパターン１６には、第１の
アライメント精度計測マーク１３と対応する位置に、第
１のアライメント精度計測マーク１３よりも一回り小さ
い平面形状を有する凸状部からなる第２のアライメント
精度計測マーク１７を形成しておく。

【００１０】次に、図１１（ｂ）に示すように、第２の
アライメント精度計測マーク１７の第１のアライメント
精度計測マーク１３に対する位置ずれの判定を行なう。
位置ずれの判定は、半導体基板１０の上面を光学的測定
装置で観察すると、下層の層間絶縁膜１４が可視光領域
において透明であるため、配線パターン１２及び第１の
レジストパターン１６のそれぞれの形状を認識すること
ができる。従って、第１のアライメント精度計測マーク
１３のエッジと第２のアライメント精度計測マーク１７
のエッジとのＸ方向の距離及びＹ方向の距離（位置ずれ
量）をそれぞれ測定することが可能であるから、第２の
アライメント精度計測マーク１７の第１のアライメント
精度計測マーク１３に対する位置ずれの良否の判定を行
なうことができる。

【００１１】第２のアライメント精度計測マーク１７の
第１のアライメント精度計測マーク１３に対する位置ず
れ量が許容範囲内であると判定されると、下層の層間絶
縁膜１４に対して第１のレジストパターン１６をマスク
としてエッチングを行なって、図１１（ｃ）に示すよう
に、下層の層間絶縁膜１４にコンタクトホールの下部１
８を形成した後、該コンタクトホールの下部１８に第１
の金属膜を埋め込んで、コンタクトの下部１９を形成す
る。この場合、アライメント精度計測マーク領域におい
ては、下層の層間絶縁膜１４における第２のアライメン
ト精度計測マーク１７の周辺部領域、つまり第１のアラ
イメント精度計測マーク１３の周縁部領域に開口部が形
成されるため、該開口部にも第１の金属膜２０が埋め込
まれる。

【００１２】次に、図１２（ａ）に示すように、下層の
層間絶縁膜１４の上に上層の層間絶縁膜２１を堆積した
後、該上層の層間絶縁膜２１の上に第２のレジスト膜を
形成し、その後、該第２のレジスト膜に対して、前回と
同じフォトマスク１５を用いて露光した後、現像を行な
って、第２のレジストパターン２２を形成する。この場
合にも、第２のレジストパターン２２には、第２のアラ
イメント精度計測マーク１７と同じ大きさの凸状部から
なる第３のアライメント精度計測マーク２３が形成され
る。

【００１３】ところが、前述したように、第１のアライ
メント精度計測マーク１３の周縁部領域に第１の金属膜
２０が埋め込まれているため、半導体基板１０の上面を
光学的測定装置で観察しても、第１のアライメント精度
計測マーク１３のエッジを認識することができないの
で、第３のアライメント精度計測マーク２３の第１のア
ライメント精度計測マーク１３に対する位置ずれ量を測
定することはできない。

【００１４】そこで、やむを得ず、第３のアライメント
精度計測マーク２３の第１のアライメント精度計測マー
ク１３に対する位置ずれの良否の判定を行なうことな
く、上層の層間絶縁膜２１に対して第２のレジストパタ
ーン２２をマスクとしてエッチングを行なって、図１２
（ｂ）に示すように、上層の層間絶縁膜２１にコンタク
トホールの上部２４を形成した後、該コンタクトホール
の上部２４に第２の金属膜を埋め込んで、コンタクトの
上部２５を形成する。この場合、上層の層間絶縁膜２１
における第３のアライメント精度計測マーク２３の周辺
部領域にも第２の金属膜２６が埋め込まれる。

【００１５】以下、第２の従来例として、下層の配線パ
ターンの上に堆積された下層の層間絶縁膜にコンタクト
ホールを形成すると共に、上層の層間絶縁膜にコンタク
トホールと連通する配線溝を形成する方法について、図
１３（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。尚、図１
３（ａ）〜（ｄ）において、破断線よりも右側の部分
は、配線パターン及びコンタクトホールなどが形成され
るメインパターン領域（素子形成領域）であり、破断線
よりも左側の部分はアライメント精度計測マークが形成
されるアライメント精度計測マーク領域を示している。

【００１６】まず、図１３（ａ）に示すように、半導体
基板３０の上に形成されている下地の絶縁膜３１の上
に、金属配線又はゲート電極などからなる配線パターン
３２を形成する。この場合、配線パターン３２には、凹
状部からなる第１のアライメント精度計測マーク３３を
形成しておく。次に、配線パターン３２の上に下層の層
間絶縁膜３４を堆積した後、該下層の層間絶縁膜３４の
上に第１のレジスト膜を形成し、その後、該第１のレジ
スト膜に対して、第１のフォトマスク３５を用いて露光
した後、現像を行なって、第１のレジストパターン３６
を形成する。尚、第１のレジストパターン３６には、第
１のアライメント精度計測マーク３３と対応する位置
に、第１のアライメント精度計測マーク３３よりも一回
り小さい平面形状を有する凸状部からなる第２のアライ
メント精度計測マーク３７を形成しておくと共に、第２
のアライメント精度計測マーク３７と異なる位置に第１
のアライメント精度計測マーク３３と同程度の平面形状
を有する島状部３８を形成しておく。

【００１７】次に、第１の従来例と同様、第２のアライ
メント精度計測マーク３７の第１のアライメント精度計
測マーク３３に対する位置ずれの判定を行なって、第２
のアライメント精度計測マーク３７の第１のアライメン
ト精度計測マーク３３に対する位置ずれ量が許容範囲内
であると判定されると、下層の層間絶縁膜３４に対して
第１のレジストパターン３６をマスクとしてエッチング
を行なって、図１３（ｂ）に示すように、下層の層間絶
縁膜３４にコンタクトホール３９を形成した後、該コン
タクトホール３９に第１の金属膜を埋め込んで、コンタ
クト４０を形成する。

【００１８】この場合、アライメント精度計測マーク領
域においては、第１のアライメント精度計測マーク３３
の周縁部領域に開口部が形成されるため、該開口部に第
１の金属膜４１が埋め込まれるが、第１のレジストパタ
ーン３６に島状部３８が形成されているため、第１の金
属膜４１に凹状部からなる第３のアライメント精度計測
マーク４２が形成される。

【００１９】次に、図１３（ｃ）に示すように、下層の
層間絶縁膜３４の上に上層の層間絶縁膜４３を堆積した
後、該上層の層間絶縁膜４３の上に第２のレジスト膜を
形成し、その後、該第２のレジスト膜に対して、第２の
フォトマスク４４を用いて露光した後、現像を行なっ
て、第２のレジストパターン４５を形成する。尚、第２
のレジストパターン４５における第３のアライメント精
度計測マーク４２と対応する位置に、該第３のアライメ
ント精度計測マーク４２よりも一回り小さい平面形状を
有する凸状部からなる第４のアライメント精度計測マー
ク４６を形成しておく。

【００２０】次に、第１の従来例と同様、第４のアライ
メント精度計測マーク４６の第３のアライメント精度計
測マーク４２に対する位置ずれの判定を行なって、第４
のアライメント精度計測マーク４６の第１のアライメン
ト精度計測マーク４２に対する位置ずれ量が許容範囲内
であると判定されると、上層の層間絶縁膜４３に対して
第２のレジストパターン４５をマスクとしてエッチング
を行なって、図１３（ｄ）に示すように、上層の層間絶
縁膜４３に配線溝４７を形成した後、該配線溝４７に第
２の金属膜を埋め込んで、埋め込み配線４８を形成す
る。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、第１の従来
例においては、第３のアライメント精度計測マーク２３
の第１のアライメント精度計測マーク１３に対する位置
ずれの判定を行なうことなく、上層の層間絶縁膜２１に
対して第２のレジストパターン２２をマスクとしてエッ
チングを行なうため、図１２（ｃ）に示すように、上層
の層間絶縁膜２１に形成されるコンタクトホールの上部
２４が、下層の層間絶縁膜１４に形成されるコンタクト
ホールの下部１８に対して位置ずれを起こし、これによ
り、コンタクトの上部２５がコンタクトの下部１９に対
して位置ずれを起こしてしまうことがある。このため、
コンタクトの下部１９とコンタクトの上部２５とからな
るコンタクトにおいては、抵抗値が増大したり断線した
りしてしまうという問題が発生する。

【００２２】また、第２の従来例においては、埋め込み
配線４８のコンタクト４０に対する位置ずれは起こらな
いが、第１のアライメント精度計測マーク３３と対応す
る位置に第２のアライメント精度計測マーク３７を形成
すると共に、第３のアライメント精度計測マーク４２と
対応する位置に第４のアライメント精度計測マーク４６
を形成する必要があるため、アライメント精度計測マー
ク領域の占める面積が大きくなり、これに伴って、フォ
トマスクにおけるメインパターン領域の占める面積が低
減してしまうという問題がある。

【００２３】以上説明したように、第１の従来例のよう
に同一のフォトマスクを複数回用いてパターン露光を行
なって複数のレジストパターンを形成しようとすると、
２回目以降のパターン露光により形成されるレジストパ
ターンの位置ずれを確認することができないという問題
があり、また第２の従来例のように異なるフォトマスク
を用いてパターン露光を行なって複数のレジストパター
ンを形成する場合には、フォトマスク毎にアライメント
精度計測マークの位置を変えなければならないのでアラ
イメント精度計測マーク領域の面積が大きくなってしま
うという問題がある。

【００２４】ところで、第１の従来例の問題点及び第２
の従来例の問題点を検討すると、第１の従来例及び第２
の従来例には、第１層目の導電膜からなる第１の導電膜
パターン（第１の従来例における配線パターン１２又は
第２の従来例における配線パターン３２）に形成されて
いるアライメント精度計測マークは、第２層目の導電膜
からなる第２の導電膜パターン（第１の従来例における
コンタクトの下部１９又は第２の従来例におけるコンタ
クト３９）を形成するためのレジストパターンの位置ず
れの判定には用いることができるが、第３層目の導電膜
からなる第３の導電膜パターン（第１の従来例における
コンタクトの状部２５又は第２の従来例における埋め込
み配線４８）を形成するためのレジストパターンの位置
ずれの判定には用いることができないという共通の課題
を有している。

【００２５】言い換えると、第１の従来例及び第２の従
来例は、下層の導電膜パターンに形成されているアライ
メント精度計測マークを複数回利用することができない
という共通の課題を有している。

【００２６】前記に鑑み、本発明は、下層の導電膜パタ
ーンに形成されているアライメント精度計測マークを複
数回利用できるようにすることを目的とし、具体的に
は、第１層目の導電膜からなる第１の導電膜パターンに
形成されているアライメント精度計測マークを、第２層
目の導電膜からなる第２の導電膜パターンを形成するた
めのレジストパターンの位置ずれの判定のみならず、第
３層目の導電膜からなる第３の導電膜パターンを形成す
るためのレジストパターンの位置ずれの判定にも利用で
きるようにすることを目的とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、レジスト膜に、該レジスト膜を現像した
ときに該レジスト膜を貫通しない断面形状を有するアラ
イメント精度計測マークを形成することにより、下層の
導電膜パターンに形成されているアライメント精度計測
マークが導電膜により埋まらないようにするものであ
る。

【００２８】具体的には、本発明に係るフォトマスク
は、レジスト膜からなるレジストパターンを形成する際
に用いられるフォトマスクであって、レジスト膜にメイ
ンパターンを形成するためのメインパターン部と、レジ
スト膜に、該レジスト膜が現像されたときに該レジスト
膜を貫通しない断面形状を有するアライメント精度計測
マークを形成するためのアライメントマーク部とを備え
ている。

【００２９】レジスト膜に対して、本発明に係るフォト
マスクを用いてパターン露光した後に現像を行なってレ
ジストパターンを形成すると、該レジストパターンに
は、レジスト膜を貫通しない断面形状を有するアライメ
ント精度計測マークが形成されるため、該レジストパタ
ーンを用いて絶縁膜をエッチングすると、該絶縁膜にお
けるアライメント精度計測マークと対応する部位には開
口部が形成されない。このため、該絶縁膜の上に上層の
導電膜を堆積したときに、該絶縁膜におけるレジストパ
ターンのアライメント精度計測マークと対応する部位に
は上層の導電膜が埋め込まれないので、下層の導電膜に
形成されているアライメント精度計測マークを光学的に
観察することができる。つまり、絶縁膜の上に上層の導
電膜を堆積した後においても、下層の導電膜に形成され
ているアライメント精度計測マークを光学的に観察でき
るので、上層の導電膜の上に堆積される絶縁膜をパター
ニングするためのレジストパターンの位置ずれを判定す
る際に、下層の導電膜に形成されているアライメント精
度計測マークを再び利用することが可能になる。

【００３０】本発明に係るフォトマスクにおいて、アラ
イメントマーク部は、露光光の解像限界程度以下の開口
幅を持つ微細な開口パターンを有していることが好まし
い。

【００３１】このようにすると、現像されたレジスト膜
に凹状部からなるアライメント精度計測マークを形成す
ることができる。このため、現像されたレジスト膜から
なるレジストパターンを用いて絶縁膜をエッチングした
ときに、該絶縁膜におけるレジストパターンのアライメ
ント精度計測マークと対応する部位には、開口部が形成
されず導電膜が埋め込まれないので、該絶縁膜の下側の
導電膜パターンに形成されているアライメント精度計測
マークを光学的に観察することができる。

【００３２】本発明に係るフォトマスクにおいて、メイ
ンパターン部はハーフトーン型位相シフトマスクからな
り、アライメントマーク部は、露光光を減衰させず且つ
位相差を与えることなく通過させる複数の非遮光部と、
露光光を減衰させ且つ位相を反転させて通過させる複数
の遮光部とが交互に形成されてなる位相シフトマスク領
域を有していることが好ましい。

【００３３】このようにすると、位相シフトマスク領域
を通過する光のエネルギーと位相シフトマスク領域の周
辺部を通過する光のエネルギーとの差に基づいて、現像
されたレジスト膜に、段差部を有するアライメント精度
計測マークを形成することができる。このため、現像さ
れたレジスト膜からなるレジストパターンを用いて絶縁
膜をエッチングしたときに、該絶縁膜におけるレジスト
パターンのアライメント精度計測マークと対応する部位
には、開口部が形成されず上層の導電膜が埋め込まれな
いので、下層の導電膜に形成されているアライメント精
度計測マークを光学的に観察することができる。

【００３４】本発明に係るフォトマスクにおいて、メイ
ンパターン部はハーフトーン型位相シフトマスクからな
り、アライメントマーク部は、ハーフトーン型フォトマ
スクに形成されている遮光膜を有していることが好まし
い。

【００３５】このようにすると、ハーフトーン型フォト
マスクに形成されている遮光膜を通過する光のエネルギ
ーと遮光膜の周辺部を通過する光のエネルギーとの差に
基づいて、現像されたレジスト膜に、段差部を有するア
ライメント精度計測マークを形成することができる。こ
のため、現像されたレジスト膜からなるレジストパター
ンを用いて絶縁膜をエッチングしたときに、該絶縁膜に
おけるレジストパターンのアライメント精度計測マーク
と対応する部位には、開口部が形成されず導電膜が埋め
込まれないので、該絶縁膜の下側の導電膜パターンに形
成されているアライメント精度計測マークを光学的に観
察することができる。

【００３６】本発明に係るレジストパターンの形成方法
は、素子形成領域とは異なるアライメントマーク形成領
域に第１のアライメント精度計測マークを有する導電膜
パターンの上に絶縁膜を介してレジスト膜を形成する工
程と、レジスト膜にフォトマスクを介して露光光を照射
した後、レジスト膜を現像することにより、レジスト膜
の素子形成領域にメインパターンを形成すると共に、レ
ジスト膜のアライメントマーク形成領域に、レジスト膜
を貫通しない断面形状を有する第２のアライメント精度
計測マークを形成する工程とを備えている。

【００３７】本発明に係るレジストパターンの形成方法
によると、レジスト膜のアライメントマーク形成領域
に、レジスト膜を貫通しない断面形状を有するアライメ
ント精度計測マークを形成するため、該レジスト膜から
なるレジストパターンを用いて絶縁膜をエッチングする
と、該絶縁膜におけるアライメント精度計測マークと対
応する部位には開口部が形成されない。このため、該絶
縁膜の上に上層の導電膜を堆積したときに、該絶縁膜に
おけるレジストパターンのアライメント精度計測マーク
と対応する部位には上層の導電膜が埋め込まれないの
で、下層の導電膜に形成されているアライメント精度計
測マークを光学的に観察することができる。つまり、絶
縁膜の上に上層の導電膜を堆積した後においても、下層
の導電膜に形成されているアライメント精度計測マーク
を光学的に観察できるので、上層の導電膜の上に堆積さ
れる絶縁膜をパターニングするためのレジストパターン
の位置ずれを判定する際に、下層の導電膜に形成されて
いるアライメント精度計測マークを再び利用することが
可能になる。

【００３８】本発明に係るレジストパターンの形成方法
において、第２のアライメント精度計測マークの平面形
状は第１のアライメント精度計測マークの平面形状より
も小さいと共に、上方から見たときに第２のアライメン
ト精度計測マークは第１のアライメント精度計測マーク
の内部領域に形成されていることが好ましい。

【００３９】このようにすると、第１のアライメント精
度計測マークと第２のアライメント精度計測マークとの
位置関係を光学的に計測できるので、第２のアライメン
ト精度計測マークの第１のアライメント精度計測マーク
に対する位置ずれを確実に計測することができる。

【００４０】本発明に係るレジストパターンの形成方法
において、第２のアライメント精度計測マークは、レジ
スト膜に形成された凹状部からなることが好ましい。

【００４１】このようにすると、現像されたレジスト膜
からなるレジストパターンを用いて絶縁膜をエッチング
したときに、該絶縁膜におけるレジストパターンのアラ
イメント精度計測マークと対応する部位には、開口部が
形成されず上層の導電膜が埋め込まれないので、下層の
導電膜に形成されているアライメント精度計測マークを
光学的に観察することができる。

【００４２】本発明に係るレジストパターンの形成方法
において、第２のアライメント精度計測マークは、レジ
スト膜に形成された段差部を有していることが好まし
い。

【００４３】このようにすると、現像されたレジスト膜
からなるレジストパターンを用いて絶縁膜をエッチング
したときに、該絶縁膜におけるレジストパターンのアラ
イメント精度計測マークと対応する部位には、開口部が
形成されず上層の導電膜が埋め込まれないので、下層の
導電膜に形成されているアライメント精度計測マークを
光学的に観察することができる。

【００４４】本発明に係るアライメント精度計測方法
は、素子形成領域とは異なるアライメントマーク形成領
域に第１のアライメント精度計測マークを有する導電膜
パターンの上に絶縁膜を介してレジスト膜を形成する工
程と、レジスト膜にフォトマスクを介して露光光を照射
した後、レジスト膜を現像することにより、レジスト膜
の素子形成領域にメインパターンを形成すると共に、レ
ジスト膜のアライメントマーク形成領域に、レジスト膜
を貫通しない断面形状を有する第２のアライメント精度
計測マークを形成する工程と、第１のアライメント精度
計測マークと第２のアライメント精度計測マークとの位
置関係を光学的に計測することにより、第２のアライメ
ント精度計測マークの第１のアライメント精度計測マー
クに対する位置ずれを計測する工程とを備えている。

【００４５】本発明に係るアライメント精度計測方法に
よると、レジスト膜のアライメントマーク形成領域に、
レジスト膜を貫通しない断面形状を有するアライメント
精度計測マークを形成するため、該レジスト膜からなる
レジストパターンを用いて絶縁膜をエッチングすると、
該絶縁膜におけるアライメント精度計測マークと対応す
る部位には開口部が形成されない。このため、該絶縁膜
の上に上層の導電膜を堆積したときに、該絶縁膜におけ
るレジストパターンのアライメント精度計測マークと対
応する部位には上層の導電膜が埋め込まれないので、下
層の導電膜に形成されているアライメント精度計測マー
クを光学的に観察することができる。従って、第１のア
ライメント精度計測マークと第２のアライメント精度計
測マークとの位置関係を光学的に計測することにより、
第２のアライメント精度計測マークの第１のアライメン
ト精度計測マークに対する位置ずれを確実に計測するこ
とができる。

【００４６】本発明に係る半導体装置の製造方法は、半
導体基板上に、第１の導電膜からなり、第１のアライメ
ント精度計測マークを有する第１の導電膜パターンを形
成する工程と、第１の導電膜パターンの上に第１の絶縁
膜を形成する工程と、第１の絶縁膜の上に第１のレジス
ト膜を形成する工程と、第１のレジスト膜に第１のフォ
トマスクを介して露光光を照射した後、第１のレジスト
膜を現像することにより、第１のレジスト膜からなり、
第１のアライメント精度計測マークと対応する部位に、
第１のレジスト膜を貫通しない断面形状を持つ第２のア
ライメント精度計測マークを有する第１のレジストパタ
ーンを形成する工程と、第２のアライメント精度計測マ
ークの第１のアライメント精度計測マークに対する位置
ずれ量を光学的に計測し、位置ずれ量が許容範囲内であ
るときに、第１の絶縁膜に対して第１のレジストパター
ンをマスクとしてエッチングを行なって、第１の絶縁膜
からなる第１の絶縁膜パターンを形成する工程と、第１
の絶縁膜パターンの上に第２の導電膜を堆積して、該第
２の導電膜からなる第２の導電膜パターンを形成する工
程と、第２の導電膜パターンの上に第２の絶縁膜を形成
する工程と、第２の絶縁膜の上に第２のレジスト膜を形
成する工程と、第２のレジスト膜に第２のフォトマスク
を介して露光光を照射した後、第２のレジスト膜を現像
することにより、第２のレジスト膜からなり、第１のア
ライメント精度計測マークと対応する部位に、第２のレ
ジスト膜を貫通しない断面形状を持つ第３のアライメン
ト精度計測マークを有する第２のレジストパターンを形
成する工程と、第３のアライメント精度計測マークの第
１のアライメント精度計測マークに対する位置ずれ量を
光学的に計測し、位置ずれ量が許容範囲内であるとき
に、第２の絶縁膜に対して第２のレジストパターンをマ
スクとしてエッチングを行なって、第２の絶縁膜からな
る第２の絶縁膜パターンを形成する工程と、第２の絶縁
膜パターンの上に第３の導電膜を堆積して、該第３の導
電膜からなる第３の導電膜パターンを形成する工程とを
備えている。

【００４７】本発明に係る半導体装置の製造方法による
と、第２のアライメント精度計測マークの第１のアライ
メント精度計測マークに対する位置ずれ量を光学的に計
測することにより、第１のレジストパターンの位置ずれ
を判定すると共に、第３のアライメント精度計測マーク
の第１のアライメント精度計測マークに対する位置ずれ
量を光学的に計測することにより、第２のレジストパタ
ーンの位置ずれを判定するため、第２のアライメント精
度計測マークと第３のアライメント精度計測マークとを
ほぼ同じ位置に形成することができる。

【００４８】このため、第１のフォトマスク及び第２の
フォトマスクとして同一のマスクを用いることができ
る。また、第１のフォトマスクと第２のフォトマスクと
が異なるマスクの場合には、第１及び第２のフォトマス
クにおけるアライメント精度計測マーク領域の面積を低
減することができるので、第１及び第２のフォトマスク
におけるメインパターン領域の面積を増大することがで
きる。

【００４９】本発明に係る半導体装置の製造方法におい
て、第１のフォトマスクはコンタクトホール形成用開口
部を有し、第２のフォトマスクは配線溝形成用開口部を
有し、第１の絶縁膜パターンにはコンタクトホールが形
成されており、第２の導電膜パターンはコンタクトホー
ルに形成されたコンタクトを有し、第２の絶縁膜パター
ンには、コンタクトホールと連通する配線溝が形成され
ており、第３の導電膜は配線溝に形成された埋め込み配
線を有していることが好ましい。

【００５０】このようにすると、ダマシン構造を有する
多層配線を形成するためのフォトマスクにおけるメイン
パターン領域の面積を増大することができる。

【００５１】本発明に係る半導体装置の製造方法におい
て、第１のフォトマスク及び第２のフォトマスクは、同
一のマスクであってコンタクトホール形成用開口部を有
し、第１の絶縁膜パターンにはコンタクトホールの下部
が形成されており、第２の導電膜パターンはコンタクト
ホールの下部に形成されたコンタクトの下部を有し、第
２の絶縁膜パターンには、コンタクトホールの下部と連
通するコンタクトホールの上部が形成されており、第３
の導電膜パターンはコンタクトの上部に形成されたコン
タクトの上部を有していることが好ましい。

【００５２】このようにすると、同一のフォトマスクを
用いて、限界アスペクト比を超える深さを持つコンタク
トホールを、第１の絶縁膜パターンに形成されたコンタ
クトホールの下部と第２の絶縁膜パターンに形成された
コンタクトホールの上部との位置ずれを招くことなく形
成することができる。

【００５３】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下、第１の
実施形態に係るフォトマスクについて、図１（ａ）〜
（ｄ）を参照しながら説明する。尚、図１（ａ）〜
（ｄ）において、破断線よりも右側の部分は、配線パタ
ーン及びコンタクトホールなどが形成されるメインパタ
ーン領域（素子形成領域）を示し、破断線よりも左側の
部分はアライメント精度計測マークが形成されるアライ
メント精度計測マーク領域を示している。

【００５４】図１（ａ）は、第１の実施形態に係るフォ
トマスク１０１の平面構造を示し、図１（ｂ）は、図１
（ａ）におけるＩｂ−Ｉｂ線の断面構造を示し、図１
（ｃ）は、フォトマスク１０１を用いてレジストパター
ンを形成したときの断面構造を示し、図１（ｄ）は、フ
ォトマスク１０１を用いてレジストパターンを形成した
ときの平面構造を示している。

【００５５】図１（ａ）、（ｂ）に示すように、フォト
マスク１０１は、レジスト膜にメインパターンを形成す
るためのメインパターン部１０１Ａと、レジスト膜に、
該レジスト膜が現像されたときに該レジスト膜を貫通し
ない断面形状を有するアライメント精度計測マークを形
成するためのアライメントマーク部１０１Ｂとを備えて
いる。

【００５６】メインパターン部１０１Ａには、レジスト
膜にコンタクトホールを形成するためのコンタクトホー
ル形成用開口部１０１ａが形成されていると共に、アラ
イメントマーク部１０１Ｂには、露光光の解像限界（結
像限界）程度以下の開口径（最小幅）を持つ微細な開口
部１０１ｂが方形枠状に形成されている。尚、第１の実
施形態においては、メインパターン部１０１Ａには、コ
ンタクトホール形成用開口部１０１ａが形成されている
が、これに代えて、配線溝を形成するための配線溝形成
用開口部が形成されていてもよい。

【００５７】図１（ｃ）に示すように、半導体基板１１
０の上に堆積されている被エッチング膜１１１の上にレ
ジスト膜１１２を形成し、該レジスト膜１１２に対して
第１の実施形態に係るフォトマスク１０１を介して露光
光を照射してパターン露光を行なった後、パターン露光
されたレジスト膜１１２を現像すると、図１（ｃ）、
（ｄ）に示すように、レジスト膜１１２におけるメイン
パターン領域にはコンタクトホール１１３が形成される
と共に、レジスト膜１１２におけるアライメント精度計
測マーク領域には、レジスト膜１１２を貫通しない断面
形状を有する方形枠状のアライメント精度計測マーク１
１４が形成される。

【００５８】フォトマスク１０１に形成されている微細
な開口部１０１ｂの開口径としては、プロセスの条件に
よっても異なるが、メインパターン領域に形成されるコ
ンタクトホール１１３の最小径Ｈ₀ が０．２μｍである
ときには、該最小径Ｈ₀ の６０％〜９０％程度であるこ
とが好ましい。その理由は次の通りである。すなわち、
フォトマスク１０１の微細な開口部１０１ｂの開口径が
コンタクトホール１１３の最小径Ｈ₀ の６０％未満であ
ると、レジスト膜１１２にマスクパターン１０１Ｂが殆
ど転写されないため、アライメント精度計測マーク１１
４を光学的測定装置により認識することが困難になるか
らである。これに対して、フォトマスク１０１の微細な
開口部１０１ｂの開口径がコンタクトホール１１３の最
小径Ｈ₀の９０％を超えると、アライメント精度計測マ
ーク１１４が凹状溝にならず、レジスト膜１１２に方形
枠状の開口部が形成されてしまい、被エッチング膜１１
１に対してエッチングを行なったときに、被エッチング
膜１１１のアライメント精度計測マーク領域に開口部が
形成されてしまうためである。

【００５９】図２（ａ）は、第１の実施形態の第１の変
形例に係るフォトマスクのアライメントマーク部１０２
Ｂの平面構造を示しており、該アライメントマーク部１
０２Ｂには、露光光の解像限界程度以下の開口幅を持つ
方形枠状のスペースパターン１０２ｂが形成されてい
る。このようにすると、レジストパターン１１２のアラ
イメント精度計測マーク領域には、第１の実施形態と同
様、方形枠状の凹状溝からなりレジストパターン１１２
を貫通しない断面形状を持つアライメント精度計測マー
ク１１４を形成することができる。

【００６０】図２（ｂ）は、第１の実施形態の第２の変
形例に係るフォトマスクのアライメントマーク部１０３
Ｂの平面構造を示しており、該アライメントマーク部１
０３Ｂには、露光光の解像限界程度以下の開口径を持つ
微細な開口部１０３ｂがアレイ状に形成されている。こ
のようにすると、図示は省略しているが、レジスト膜１
１２のアライメント精度計測マーク領域には、方形の凹
状部からなりレジスト１１２を貫通しない断面形状を持
つアライメント精度計測マークを形成することができ
る。

【００６１】図２（ｃ）は、第１の実施形態の第３の変
形例に係るフォトマスクのアライメントマーク部１０４
Ｂの平面構造を示しており、該アライメントマーク部１
０４Ｂには、０次の干渉光のみを露光装置の集光レンズ
に入射させるようなラインアンドスペース１０４ｂが形
成されている。このようにすると、レジスト膜１１２の
アライメント精度計測マーク領域には、方形の凹状部か
らなりレジスト膜１１２を貫通しない断面形状を持つア
ライメント精度計測マークを形成することができる。こ
の場合、０次の干渉光のみを集光レンズに入射させる理
由は、１次の干渉光が混入すると、レジスト膜１１２に
到達する光のエネルギーが飛躍的に増大し、レジスト膜
１１２を部分的に貫通する（不完全に貫通する）アライ
メント精度計測マークが形成されてしまうからである。

【００６２】（第２の実施形態）以下、第２の実施形態
に係るフォトマスクについて、図３（ａ）〜（ｄ）、図
４（ａ）〜（ｄ）及び図５（ａ）〜（ｃ）を参照しなが
ら説明する。尚、図３（ａ）〜（ｄ）において、破断線
よりも右側の部分は、配線パターン及びコンタクトホー
ルなどが形成されるメインパターン領域（素子形成領
域）を示し、破断線よりも左側の部分はアライメント精
度計測マークが形成されるアライメント精度計測マーク
領域を示している。

【００６３】図３（ａ）は、第２の実施形態に係るフォ
トマスク２０１の平面構造を示し、図３（ｂ）は、図３
（ａ）におけるIIIｂ−IIIｂ線の断面構造を示し、図３
（ｃ）は、フォトマスク２０１を用いてレジストパター
ンを形成したときの断面構造を示し、図３（ｄ）は、フ
ォトマスク２０１を用いてレジストパターンを形成した
ときの平面構造を示している。

【００６４】フォトマスク２０１は、ハーフトーン型位
相シフトマスクからなり、図３（ａ）、（ｂ）に示すよ
うに、レジスト膜にメインパターンを形成するためのメ
インパターン部２０１Ａと、レジスト膜に、該レジスト
膜が現像されたときに凸状部からなるアライメント精度
計測マークを形成するためのアライメントマーク部２０
１Ｂとを備えている。

【００６５】メインパターン部２０１Ａは、ハーフトー
ン型位相シフトマスクからなり、レジスト膜にコンタク
トホールを形成するためのコンタクトホール形成用開口
部２０１ａが形成されている。尚、第２の実施形態にお
いては、メインパターン部２０１Ａには、コンタクトホ
ール形成用開口部２０１ａが形成されているが、これに
代えて、配線溝を形成するための配線溝形成用開口部が
形成されていてもよい。

【００６６】アライメントマーク部２０１Ｂには位相シ
フトマスク領域２０１ｂが形成されており、該位相シフ
トマスク領域２０１ｂには、入射光を実質的に減衰させ
ず且つ位相差を生じさせずに通過させる複数の非遮光部
（図４（ａ）、（ｂ）及び図５（ａ）においてハッチン
グを付していない部分）と、入射光を減衰させ且つ１８
０度の位相差を生じさせて通過させる複数の遮光部（図
４（ａ）、（ｂ）及び図５（ａ）において破線のハッチ
ングを付している部分）とがピッチｐで交互に設けられ
ている。

【００６７】図３（ｃ）に示すように、半導体基板２１
０の上に堆積されている被エッチング膜２１１の上にレ
ジスト膜２１２を形成し、該レジスト膜２１２に対して
第２の実施形態に係るフォトマスク２０１を介して露光
光を照射してパターン露光を行なった後、パターン露光
されたレジスト膜２１２を現像すると、図３（ｃ）、
（ｄ）に示すように、レジスト膜２１２におけるメイン
パターン領域にはコンタクトホール２１３が形成される
と共に、レジスト膜２１２におけるアライメント精度計
測マーク領域には、周囲に段差部を有する凸状部からな
るアライメント精度計測マーク２１４が形成される。

【００６８】ところで、非遮光部を通過する光と遮光部
を通過する光とが干渉を起こさない最大のピッチｐ_MAX
は、露光光の波長をλ、露光光の可干渉率をσ、集光レ
ンズの開口数をＮＡとすると、ｐ_MAX ＝λ／（ＮＡ＋Ｎ
Ａσ）で表される。つまり、非遮光部及び遮光部のピッ
チｐが最大ピッチｐ_MAX 以下であると、レジスト膜に到
達する光は０次の干渉光のみになる。

【００６９】図４（ｃ）は、非遮光部を通過する光（実
線の矢印で示す）の振幅Ｅ_a 及び位相、並びに遮光部を
通過する光（破線の矢印で示す）の振幅Ｅ_a ×√Ｔ（但
し、Ｔは遮光部の透過率である）及び位相を示してお
り、非遮光部を通過する光と遮光部を通過する光とは互
いに逆の位相を持っている。

【００７０】ここで、図４（ｄ）に示すように、ピッチ
ｐに対する非遮光部の幅寸法ｄの比率をａ（＝ｄ／ｐ）
とすると、レジスト膜２１２に到達する光は、［数１］
に示す振幅Ｅを持つ定在波となる。

【００７１】

【数１】

【００７２】［数１］において、レジスト膜２１２に到
達する光のエネルギーが０になる条件、つまり振幅Ｅ＝
０になる条件を求めると、比率ａは、［数２］に示され
る。

【００７３】

【数２】

【００７４】ところで、例えば、開口数ＮＡ＝０．６、
露光光の可干渉率σ＝０．７５のＫｒＦエキシマレーザ
ステッパ（露光光の波長λ＝０．２４８μｍ）を露光光
源として、遮光部の透過率が６％である位相シフトマス
クを用いてパターン露光した場合において、レジスト膜
２１２上に０次の干渉光のみが入射する条件となるピッ
チの最大値は、ｐ_MAX ＝０．２４μｍである。

【００７５】従って、［数２］において、ｐ＝０．２４
μｍとなる非遮光部の開口幅ｄ（＝ｐ×ａ）は、［数
３］から０．１１μｍとなる。

【００７６】

【数３】

【００７７】尚、実際には、位相シフトマスク領域２０
１ｂの加工精度に限界があるので、遮光部の実効ピッチ
ｐ₀ としては、０．８ｐ_MAX ＜ｐ₀ ＜１．２ｐ_MAX の範
囲内になる。

【００７８】また、［数１］において、レジスト膜２１
２に到達する光のエネルギーが０になる条件つまり振幅
Ｅ＝０になる条件を求めたが、位相シフトマスク領域２
０１ｂを通過してレジスト膜２１２に到達する光のエネ
ルギーは０でなくてもよい。すなわち、振幅Ｅとして
は、位相シフトマスク領域２０１ｂを通過してレジスト
膜２１２に到達する光のエネルギーと、位相シフトマス
ク領域２０１ｂの周辺部を通過してレジスト膜２１２に
到達する光のエネルギーとの差によって、レジスト膜２
１２に凸状部からなるアライメント精度計測マーク２１
４が形成される（周囲に段差部が形成される）値であれ
ばよい。

【００７９】第２の実施形態によると、微細なパターン
を持つ位相シフトマスク領域２０１ｂを形成する必要が
あるため、高度な加工精度が要求されるが、位相シフト
マスク領域２０１ｂは、メインパターン領域に形成され
る位相シフトマスク領域と同一の工程で形成できるの
で、工程数の増加を招くことなく、アライメントマーク
部２０１Ｂを形成することができる。

【００８０】尚、位相シフトマスク領域２０１ｂとして
は、図５（ａ）に示すように、遮光部と非遮光部とがＸ
方向及びＹ方向に交互に設けられているパターン形状、
図５（ｂ）に示すように、遮光部がドット状に点在して
なるパターン形状、又は、図５（ｃ）に示すように、遮
光部と非遮光部とがラインアンドスペース状に交互に形
成されてなるパターン形状であってもよい。

【００８１】（第３の実施形態）以下、第３の実施形態
に係るフォトマスクについて、図６（ａ）〜（ｄ）を参
照しながら説明する。尚、図６（ａ）〜（ｄ）におい
て、破断線よりも右側の部分は、配線パターン及びコン
タクトホールなどが形成されるメインパターン領域（素
子形成領域）を示し、破断線よりも左側の部分はアライ
メント精度計測マークが形成されるアライメント精度計
測マーク領域を示している。

【００８２】図６（ａ）は、第３の実施形態に係るフォ
トマスク３０１の平面構造を示し、図６（ｂ）は、図６
（ａ）におけるVIｂ−VIｂ線の断面構造を示し、図６
（ｃ）は、フォトマスク３０１を用いてレジストパター
ンを形成したときの断面構造を示し、図６（ｄ）は、フ
ォトマスク３０１を用いてレジストパターンを形成した
ときの平面構造を示している。

【００８３】フォトマスク３０１は、ハーフトーン型位
相シフトマスクからなり、図６（ａ）、（ｂ）に示すよ
うに、レジスト膜にメインパターンを形成するためのメ
インパターン部３０１Ａと、レジスト膜に、該レジスト
膜が現像されたときに凸状部からなるアライメント精度
計測マークを形成するためのアライメントマーク部３０
１Ｂとを備えている。

【００８４】メインパターン部３０１Ａ及びアライメン
トマーク部３０１Ｂは、ハーフトーン型位相シフトマス
クからなり、メインパターン部３０１Ａにはレジスト膜
にコンタクトホールを形成するためのコンタクトホール
形成用開口部３０１ａが形成されていると共に、アライ
メントマーク部３０１Ｂには遮光膜３０１ｂが形成され
ている。尚、第３の実施形態においては、メインパター
ン部３０１Ａには、コンタクトホール形成用開口部３０
１ａが形成されているが、これに代えて、配線溝を形成
するための配線溝形成用開口部が形成されていてもよ
い。

【００８５】図６（ｃ）に示すように、半導体基板３１
０の上に堆積されている被エッチング膜３１１の上にレ
ジスト膜３１２を形成し、該レジスト膜３１２に対して
第３の実施形態に係るフォトマスク３０１を介して露光
光を照射してパターン露光を行なった後、パターン露光
されたレジスト膜３１２を現像すると、図６（ｃ）、
（ｄ）に示すように、レジスト膜３１２におけるメイン
パターン領域にはコンタクトホール３１３が形成される
と共に、レジスト膜３１２におけるアライメント精度計
測マーク領域には、周囲に段差部を有する凸状部からな
るアライメント精度計測マーク３１４が形成される。

【００８６】第３の実施形態によると、アライメントマ
ーク部３０１Ｂには、ハーフトーン型位相シフトマスク
の上に遮光膜３０１ｂが形成されているため、遮光膜３
０１ｂを通過する光のエネルギーと、遮光膜３０１ｂの
周辺部を通過する光のエネルギーとの差に基づいて、レ
ジスト膜３１２におけるアライメント精度計測マーク領
域には、周囲に段差部を有する凸状部からなるアライメ
ント精度計測マーク３１４が形成される。

【００８７】第３の実施形態によると、第２の実施形態
に比べて、遮光膜３０１ｂを形成するための工程が増加
するが、遮光膜３０１ｂを形成するのみでよいから、高
度な加工精度は要求されない。

【００８８】尚、遮光膜３０１ｂは、光を完全に遮断し
なくてもよく、遮光膜３０１ｂを通過してレジスト膜３
１２に到達する光のエネルギーと、遮光膜３０１ｂの周
辺部を通過してレジスト膜３１２に到達する光のエネル
ギーとの差によって、レジスト膜３１２に凸状部に形成
される程度に光を遮断すればよい。

【００８９】（第４の実施形態）以下、第４の実施形態
として、第１の実施形態に係るフォトマスクを用いるア
ライメント精度計測方法及び半導体装置の製造方法につ
いて、図７（ａ）〜（ｃ）及び図８（ａ）、（ｂ）を参
照しながら説明する。

【００９０】まず、図７（ａ）に示すように、半導体基
板４００の上に形成されている下地の絶縁膜４０１の上
に、金属配線又はゲート電極などからなる配線パターン
４０２を形成する。この場合、配線パターン４０２に
は、凹状部からなる第１のアライメント精度計測マーク
４０３を形成しておく。

【００９１】次に、配線パターン４０２の上に下層の層
間絶縁膜４０４を堆積した後、該下層の層間絶縁膜４０
４の上に第１のレジスト膜を形成し、その後、第１のレ
ジスト膜に対して、第１の実施形態に係るフォトマスク
４０５を用いてパターン露光した後、現像を行なって、
第１のレジストパターン４０６を形成する。このように
すると、第１のレジストパターン４０６のアライメント
精度計測マーク領域における第１のアライメント精度計
測マーク４０３と対応する部位には、方形枠状の凹状溝
からなり、第１のアライメント精度計測マーク４０３よ
りも一回り小さい第２のアライメント精度計測マーク４
０７が形成される。

【００９２】次に、第２のアライメント精度計測マーク
４０７の第１のアライメント精度計測マーク４０３に対
する位置ずれ量を光学的測定装置を用いて測定し、位置
ずれ量が許容範囲内であると判定されると、図７（ｂ）
に示すように、下層の層間絶縁膜４０４に対して第１の
レジストパターン４０６をマスクとしてエッチングを行
なって、下層の層間絶縁膜４０４にコンタクトホールの
下部４０８を形成した後、該コンタクトホールの下部４
０８に第１の金属膜を埋め込んで、コンタクトの下部４
０９を形成する。この場合、アライメント精度計測マー
ク領域においては、下層の層間絶縁膜４０４に開口部が
形成されないので、第１のアライメント精度計測マーク
４０３には第１の金属膜が埋め込まれない。

【００９３】次に、図７（ｃ）に示すように、下層の層
間絶縁膜４０４の上に上層の層間絶縁膜４１０を堆積し
た後、該上層の層間絶縁膜４１０の上に第２のレジスト
膜を形成し、その後、該第２のレジスト膜に対して、前
回と同じフォトマスク４０５を用いてパターン露光した
後、現像を行なって、第２のレジストパターン４１１を
形成する。このようにすると、第１のレジストパターン
４１１におけるアライメント精度計測マーク領域におけ
る第１のアライメント精度計測マーク４０３と対応する
部位には、方形枠状の凹状溝からなり、第１のアライメ
ント精度計測マーク４０３よりも一回り小さい第３のア
ライメント精度計測マーク４１２が形成される。

【００９４】次に、第３のアライメント精度計測マーク
４１２の第１のアライメント精度計測マーク４０３に対
する位置ずれ量を光学的測定装置を用いて測定し、位置
ずれ量が許容範囲内であると判定されると、図８（ａ）
に示すように、上層の層間絶縁膜４１０に対して第２の
レジストパターン４１１をマスクとしてエッチングを行
なって、上層の層間絶縁膜４１０にコンタクトホールの
上部４１３を形成する。

【００９５】次に、コンタクトホールの上部４１３に第
２の金属膜を埋め込むと、図８（ｂ）に示すように、コ
ンタクトの上部４１４が形成される。これによって、コ
ンタクトの下部４０９とコンタクトの上部４１４とから
なりアスペクト比が極めて高いコンタクトを確実に形成
することができる。

【００９６】第４の実施形態によると、第１のレジスト
パターン４０６のアライメント精度計測マーク領域に
は、凹状溝からなり第１のレジストパターン４０６を貫
通しない第２のアライメント精度計測マーク４０７が形
成されるため、アライメント精度計測マーク領域におい
ては、下層の層間絶縁膜４０４に開口部が形成されない
ので、第１のアライメント精度計測マーク４０３には第
１の金属膜が埋め込まれない。このため、第１の金属膜
を堆積した後においても、第１のアライメント精度計測
マーク４０３を光学的測定装置により認識することがで
きるので、第３のアライメント精度計測マーク４１２の
第１のアライメント精度計測マーク４０３に対する位置
ずれ量を光学的に測定することができる。

【００９７】また、アライメント精度計測マーク領域に
おいては、凹状溝からなり第２のレジストパターン４１
１を貫通しない第３のアライメント精度計測マーク４１
２が形成されるため、上層の層間絶縁膜４１０に開口部
が形成されないので、第２の金属膜を堆積してコンタク
トの上部４１４を形成する工程においても、第１のアラ
イメント精度計測マーク４０３に第２の金属膜が埋め込
まれない。従って、上層の層間絶縁膜４０４の上に、フ
ォトマスク１０５と異なるフォトマスクを用いて、他の
パターンを持つレジストパターンを形成する場合に、第
１のアライメント精度計測マーク４０３を再び用いるこ
とができる。

【００９８】尚、第４の実施形態においては、第１の実
施形態に係るフォトマスクを用いたが、これに代えて、
第２又は第３の実施形態に係るフォトマスクを用いても
よい。

【００９９】（第５の実施形態）以下、第５の実施形態
として、第１の実施形態に係るフォトマスクを用いるア
ライメント精度計測方法及び半導体装置の製造方法につ
いて、図９（ａ）〜（ｃ）及び図１０（ａ）〜（ｃ）を
参照しながら説明する。

【０１００】まず、図９（ａ）に示すように、半導体基
板５００の上に形成されている下地の絶縁膜５０１の上
に、金属配線又はゲート電極などからなる配線パターン
５０２を形成する。この場合、配線パターン５０２に
は、凹状部からなる第１のアライメント精度計測マーク
５０３を形成しておく。その後、配線パターン５０２の
上に下層の層間絶縁膜５０４を堆積した後、該下層の層
間絶縁膜５０４の上に第１のレジスト膜５０５を形成す
る。

【０１０１】次に、図９（ｂ）に示すように、第１のレ
ジスト膜５０５に対して、メインパターン領域にコンタ
クトホール形成用開口部を有する第１の実施形態に係る
フォトマスク５０６を用いてパターン露光した後、現像
を行なって、第１のレジスト膜５０５からなる第１のレ
ジストパターン５０７を形成する。このようにすると、
第１のレジストパターン５０７のアライメント精度計測
マーク領域における第１のアライメント精度計測マーク
５０３と対応する部位には、方形枠状の凹状溝からな
り、第１のアライメント精度計測マーク５０３よりも一
回り小さい第２のアライメント精度計測マーク５０８が
形成される。

【０１０２】次に、第２のアライメント精度計測マーク
５０８の第１のアライメント精度計測マーク５０３に対
する位置ずれ量を光学的測定装置を用いて測定し、位置
ずれ量が許容範囲内であると判定されると、図９（ｃ）
に示すように、下層の層間絶縁膜５０４に対して第１の
レジストパターン５０７をマスクとしてエッチングを行
なって、下層の層間絶縁膜５０４にコンタクトホール５
０９を形成する。

【０１０３】次に、図１０（ａ）に示すように、コンタ
クトホール５０９に第１の金属膜を埋め込んで、コンタ
クト５１０を形成する。この場合、アライメント精度計
測マーク領域においては、下層の層間絶縁膜５０４に開
口部が形成されないので、第１のアライメント精度計測
マーク５０３には第１の金属膜が埋め込まれない。次
に、下層の層間絶縁膜５０４の上に、該下層の層間絶縁
膜５０４と異なる材料つまり下層の層間絶縁膜５０４に
対してエッチング選択性を有する材料からなる上層の層
間絶縁膜５１１を堆積した後、該上層の層間絶縁膜５１
１の上に第２のレジスト膜５１２を形成する。尚、上層
の層間絶縁膜５１１を下層の層間絶縁膜５０４と同じ材
料により形成する場合には、下層の層間絶縁膜５０４と
上層の層間絶縁膜５１１との間にエッチングストッパー
膜を介在させておく。

【０１０４】次に、図１０（ｂ）に示すように、メイン
パターン領域に配線溝形成用開口部を有する第１の実施
形態に係るフォトマスク５１３を用いてパターン露光し
た後、現像を行なって、第２のレジスト膜５１２からな
る第２のレジストパターン５１４を形成する。このよう
にすると、第２のレジストパターン５１４のアライメン
ト精度計測マーク領域における第１のアライメント精度
計測マーク５０３と対応する部位には、方形枠状の凹状
溝からなり、第１のアライメント精度計測マーク５０３
よりも一回り小さい第３のアライメント精度計測マーク
５１５が形成される。

【０１０５】次に、第３のアライメント精度計測マーク
５１５の第１のアライメント精度計測マーク５０３に対
する位置ずれ量を光学的測定装置を用いて測定し、位置
ずれ量が許容範囲内であると判定されると、図１０
（ｃ）に示すように、上層の層間絶縁膜５１１に対して
第２のレジストパターン５１４をマスクとしてエッチン
グを行なって、上層の層間絶縁膜５１１に配線溝５１６
を形成した後、配線溝５１６に第２の金属膜を埋め込ん
で、埋め込み配線５１７を形成する。これによって、ダ
マシン構造を有する配線を確実に形成することができ
る。

【０１０６】第５の実施形態によると、第１のレジスト
パターン５０７のアライメント精度計測マーク領域に
は、凹状溝からなり第１のレジストパターン５０７を貫
通しない第２のアライメント精度計測マーク５０８が形
成されるため、アライメント精度計測マーク領域におい
ては、下層の層間絶縁膜５０４に開口部が形成されない
ので、第１のアライメント精度計測マーク５０３には第
１の金属膜が埋め込まれない。このため、第１の金属膜
を堆積した後においても、第１のアライメント精度計測
マーク５０３を光学的測定装置により認識することがで
きるので、第３のアライメント精度計測マーク５１５の
第１のアライメント精度計測マーク５０３に対する位置
ずれ量を光学的に測定することができる。

【０１０７】また、アライメント精度計測マーク領域に
おいては、凹状溝からなり第２のレジストパターン５１
４を貫通しない第３のアライメント精度計測マーク５１
５が形成されるため、上層の層間絶縁膜５１１に開口部
が形成されないので、第２の金属膜を堆積して埋め込み
配線５１７を形成する工程においても、第１のアライメ
ント精度計測マーク５０３に第２の金属膜が埋め込まれ
ない。従って、上層の層間絶縁膜５１１の上に、第３の
フォトマスクを用いて、他のパターンを持つレジストパ
ターンを形成する場合に、第１のアライメント精度計測
マーク５０３を再び用いることができる。

【０１０８】尚、第５の実施形態においては、第１の実
施形態に係るフォトマスクを用いたが、これに代えて、
第２又は第３の実施形態に係るフォトマスクを用いても
よい。

【０１０９】

【発明の効果】本発明に係るフォトマスクによると、レ
ジストパターンのアライメントマーク形成領域にレジス
ト膜を貫通しないアライメント精度計測マークが形成さ
れるため、該レジストパターンを用いてエッチングされ
た絶縁膜の上に上層の導電膜を堆積した後においても、
下層の導電膜に形成されているアライメント精度計測マ
ークを光学的に観察できるので、下層の導電膜に形成さ
れているアライメント精度計測マークを再利用すること
が可能になる。従って、同一のフォトマスクを用いて複
数回のエッチングを行なうことができると共に、異なる
フォトマスクを用いる場合には同じ位置にアライメント
マークを形成することができ、フォトマスクにおけるメ
インパターン領域の面積を増大することができる。

【０１１０】本発明に係るレジストパターンの形成方法
によると、レジストパターンのアライメントマーク形成
領域にレジスト膜を貫通しないアライメント精度計測マ
ークを形成するため、前述のように、同一のフォトマス
クを用いて複数回のエッチングを行なうことができると
共に、異なるフォトマスクを用いる場合には同じ位置に
アライメントマークを形成することができ、フォトマス
クにおけるメインパターン領域の面積を増大することが
できる。

【０１１１】本発明に係るアライメント精度計測方法に
よると、レジストパターンのアライメントマーク形成領
域にレジスト膜を貫通しないアライメント精度計測マー
クを形成するため、第１のアライメント精度計測マーク
と第２のアライメント精度計測マークとの位置関係を光
学的に計測できるので、第２のアライメント精度計測マ
ークの第１のアライメント精度計測マークに対する位置
ずれを確実に計測することができる。

【０１１２】本発明に係る半導体装置の製造方法による
と、第２のアライメント精度計測マークと第３のアライ
メント精度計測マークとをほぼ同じ位置に形成すること
ができるため、第１のフォトマスク及び第２のフォトマ
スクとして同一のマスクを用いることができると共に、
第１のフォトマスクと第２のフォトマスクとが異なるマ
スクの場合には、第１及び第２のフォトマスクにおける
メインパターン領域の面積を増大することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は第１の実施形態に係るフォトマスクの
平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＩｂ−Ｉｂ線の
断面図であり、（ｃ）は第１の実施形態に係るフォトマ
スクを用いて形成されたレジストパターンの断面図であ
り、（ｄ）は第１の実施形態に係るフォトマスクを用い
て形成されたレジストパターンの平面図である。

【図２】（ａ）は第１の実施形態の第１の変形例に係る
フォトマスクの平面図であり、（ｂ）は第１の実施形態
の第２の変形例に係るフォトマスクの平面図であり、
（ｃ）は第１の実施形態の第３の変形例に係るフォトマ
スクの平面図である。

【図３】（ａ）は第２の実施形態に係るフォトマスクの
平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるIIIｂ−IIIｂ線
の断面図であり、（ｃ）は第２の実施形態に係るフォト
マスクを用いて形成されたレジストパターンの断面図で
あり、（ｄ）は第２の実施形態に係るフォトマスクを用
いて形成されたレジストパターンの平面図である。

【図４】（ａ）は第２の実施形態に係るフォトマスクの
アライメントマーク部の拡大平面図であり、（ｂ）及び
（ｃ）は前記アライメントマーク部の位相シフトマスク
領域に形成される非遮光部及び遮光部を通過する光の動
作を説明する図であり、（ｄ）は前記アライメントマー
ク部の位相シフトマスク領域に形成される遮光部の寸法
を説明する図である。

【図５】（ａ）〜（ｃ）は第２の実施形態に係るフォト
マスクのアライメントマーク部における位相シフトマス
ク領域の部分平面図である。

【図６】（ａ）は第３の実施形態に係るフォトマスクの
平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるVIｂ−VIｂ線の
断面図であり、（ｃ）は第３の実施形態に係るフォトマ
スクを用いて形成されたレジストパターンの断面図であ
り、（ｄ）は第３の実施形態に係るフォトマスクを用い
て形成されたレジストパターンの平面図である。

【図７】（ａ）〜（ｃ）は第４の実施形態に係るアライ
メント精度測定方法及び半導体装置の製造方法の各工程
を示す断面図である。

【図８】（ａ）、（ｂ）は第４の実施形態に係るアライ
メント精度測定方法及び半導体装置の製造方法の各工程
を示す断面図である。

【図９】（ａ）〜（ｃ）は第５の実施形態に係るアライ
メント精度測定方法及び半導体装置の製造方法の各工程
を示す断面図である。

【図１０】（ａ）〜（ｃ）は第５の実施形態に係るアラ
イメント精度測定方法及び半導体装置の製造方法の各工
程を示す断面図である。

【図１１】（ａ）、（ｃ）は第１の従来例に係る半導体
装置の製造方法の各工程を示す断面図であり、（ｂ）は
第１の従来例に係る半導体装置の製造方法において位置
ずれ量を測定する方法を説明する平面図である。

【図１２】（ａ）〜（ｃ）は第１の従来例に係る半導体
装置の製造方法の各工程を示す断面図である。

【図１３】（ａ）〜（ｄ）は第２の従来例に係る半導体
装置の製造方法の各工程を示す断面図である。

【符号の説明】

１０１ フォトマスク １０１Ａ メインパターン部 １０１Ｂ アライメントマーク部 １０１ａ コンタクトホール形成用開口部 １０１ｂ 微細な開口部 １０２Ｂ アライメントマーク部 １０２ｂ スペースパターン １０３Ｂ アライメントマーク部 １０３ｂ 微細な開口部 １０４Ｂ アライメントマーク部 １０４ｂ ラインアンドスペース １１０ 半導体基板 １１１ 被エッチング膜 １１２ レジスト膜 １１３ コンタクトホール １１４ アライメント精度計測マーク ２０１ フォトマスク ２０１Ａ メインパターン部 ２０１ａ コンタクトホール形成用開口部 ２０１Ｂ アライメントマーク部 ２０１ｂ 位相シフトマスク領域 ２１０ 半導体基板 ２１１ 被エッチング膜 ２１２ レジスト膜 ２１３ コンタクトホール ２１４ アライメント精度計測マーク ３０１ フォトマスク ３０１Ａ メインパターン部 ３０１ａ コンタクトホール形成用開口部 ３０１Ｂ アライメントマーク部 ３０１ｂ 位相シフトマスク領域 ３１０ 半導体基板 ３１１ 被エッチング膜 ３１２ レジスト膜 ３１３ コンタクトホール ３１４ アライメント精度計測マーク ４００ 半導体基板 ４０１ 絶縁膜 ４０２ 配線パターン ４０３ 第１のアライメント精度計測マーク ４０４ 下層の層間絶縁膜 ４０５ フォトマスク ４０６ 第１のレジストパターン ４０７ 第２のアライメント精度計測マーク ４０８ コンタクトホールの下部 ４０９ コンタクトの下部 ４１０ 上層の層間絶縁膜 ４１１ 第２のレジストパターン ４１２ 第３のアライメント精度計測マーク ４１３ コンタクトホールの上部 ４１４ コンタクトの上部 ５００ 半導体基板 ５０１ 絶縁膜 ５０２ 配線パターン ５０３ 第１のアライメント精度計測マーク ５０４ 下層の層間絶縁膜 ５０５ 第１のレジスト膜 ５０６ フォトマスク ５０７ 第１のレジストパターン ５０８ 第２のアライメント精度計測マーク ５０９ コンタクトホール ５１０ コンタクト ５１１ 上層の層間絶縁膜 ５１２ 第２のレジスト膜 ５１３ 第２のレジストパターン ５１４ フォトマスク ５１５ 第３のアライメント精度計測マーク ５１６ 配線溝 ５１７ 埋め込み配線

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レジスト膜からなるレジストパターンを
   形成する際に用いられるフォトマスクであって、 前記レジスト膜にメインパターンを形成するためのメイ
   ンパターン部と、 前記レジスト膜に、該レジスト膜が現像されたときに該
   レジスト膜を貫通しない断面形状を有するアライメント
   精度計測マークを形成するためのアライメントマーク部
   とを備えていることを特徴とするフォトマスク。
2. 【請求項２】 前記アライメントマーク部は、露光光の
   解像限界程度以下の開口幅を持つ微細な開口パターンを
   有していることを特徴とする請求項１に記載のフォトマ
   スク。
3. 【請求項３】 前記メインパターン部はハーフトーン型
   位相シフトマスクからなり、 前記アライメントマーク部は、露光光を減衰させず且つ
   位相差を与えることなく通過させる複数の非遮光部と、
   前記露光光を減衰させ且つ位相を反転させて通過させる
   複数の遮光部とが交互に形成されてなる位相シフトマス
   ク領域を有していることを特徴とする請求項１に記載の
   フォトマスク。
4. 【請求項４】 前記メインパターン部はハーフトーン型
   位相シフトマスクからなり、 前記アライメントマーク部は、前記ハーフトーン型フォ
   トマスクに形成されている遮光膜を有していることを特
   徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
5. 【請求項５】 素子形成領域とは異なるアライメントマ
   ーク形成領域に第１のアライメント精度計測マークを有
   する導電膜パターンの上に絶縁膜を介してレジスト膜を
   形成する工程と、 前記レジスト膜にフォトマスクを介して露光光を照射し
   た後、前記レジスト膜を現像することにより、前記レジ
   スト膜の素子形成領域にメインパターンを形成すると共
   に、前記レジスト膜のアライメントマーク形成領域に、
   前記レジスト膜を貫通しない断面形状を有する第２のア
   ライメント精度計測マークを形成する工程とを備えてい
   ることを特徴とするレジストパターンの形成方法。
6. 【請求項６】 前記第２のアライメント精度計測マーク
   の平面形状は前記第１のアライメント精度計測マークの
   平面形状よりも小さいと共に、上方から見たときに前記
   第２のアライメント精度計測マークは前記第１のアライ
   メント精度計測マークの内部領域に形成されていること
   を特徴とする請求項５に記載のレジストパターンの形成
   方法。
7. 【請求項７】 前記第２のアライメント精度計測マーク
   は、前記レジスト膜に形成された凹状部からなることを
   特徴とする請求項５に記載のレジストパターンの形成方
   法。
8. 【請求項８】 前記第２のアライメント精度計測マーク
   は、前記レジスト膜に形成された段差部を有しているこ
   とを特徴とする請求項５に記載のレジストパターンの形
   成方法。
9. 【請求項９】 素子形成領域とは異なるアライメントマ
   ーク形成領域に第１のアライメント精度計測マークを有
   する導電膜パターンの上に絶縁膜を介してレジスト膜を
   形成する工程と、 前記レジスト膜にフォトマスクを介して露光光を照射し
   た後、前記レジスト膜を現像することにより、前記レジ
   スト膜の素子形成領域にメインパターンを形成すると共
   に、前記レジスト膜のアライメントマーク形成領域に、
   前記レジスト膜を貫通しない断面形状を有する第２のア
   ライメント精度計測マークを形成する工程と、 前記第１のアライメント精度計測マークと前記第２のア
   ライメント精度計測マークとの位置関係を光学的に計測
   することにより、前記第２のアライメント精度計測マー
   クの前記第１のアライメント精度計測マークに対する位
   置ずれを計測する工程とを備えていることを特徴とする
   アライメント精度計測方法。
10. 【請求項１０】 半導体基板上に、第１の導電膜からな
    り、第１のアライメント精度計測マークを有する第１の
    導電膜パターンを形成する工程と、 前記第１の導電膜パターンの上に第１の絶縁膜を形成す
    る工程と、 前記第１の絶縁膜の上に第１のレジスト膜を形成する工
    程と、 前記第１のレジスト膜に第１のフォトマスクを介して露
    光光を照射した後、前記第１のレジスト膜を現像するこ
    とにより、前記第１のレジスト膜からなり、前記第１の
    アライメント精度計測マークと対応する部位に、前記第
    １のレジスト膜を貫通しない断面形状を持つ第２のアラ
    イメント精度計測マークを有する第１のレジストパター
    ンを形成する工程と、 前記第２のアライメント精度計測マークの前記第１のア
    ライメント精度計測マークに対する位置ずれ量を光学的
    に計測し、前記位置ずれ量が許容範囲内であるときに、
    前記第１の絶縁膜に対して前記第１のレジストパターン
    をマスクとしてエッチングを行なって、前記第１の絶縁
    膜からなる第１の絶縁膜パターンを形成する工程と、 前記第１の絶縁膜パターンの上に第２の導電膜を堆積し
    て、該第２の導電膜からなる第２の導電膜パターンを形
    成する工程と、 前記第２の導電膜パターンの上に第２の絶縁膜を形成す
    る工程と、 前記第２の絶縁膜の上に第２のレジスト膜を形成する工
    程と、 前記第２のレジスト膜に第２のフォトマスクを介して露
    光光を照射した後、前記第２のレジスト膜を現像するこ
    とにより、前記第２のレジスト膜からなり、前記第１の
    アライメント精度計測マークと対応する部位に、前記第
    ２のレジスト膜を貫通しない断面形状を持つ第３のアラ
    イメント精度計測マークを有する第２のレジストパター
    ンを形成する工程と、 前記第３のアライメント精度計測マークの前記第１のア
    ライメント精度計測マークに対する位置ずれ量を光学的
    に計測し、前記位置ずれ量が許容範囲内であるときに、
    前記第２の絶縁膜に対して前記第２のレジストパターン
    をマスクとしてエッチングを行なって、前記第２の絶縁
    膜からなる第２の絶縁膜パターンを形成する工程と、 前記第２の絶縁膜パターンの上に第３の導電膜を堆積し
    て、該第３の導電膜からなる第３の導電膜パターンを形
    成する工程とを備えていることを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記第１のフォトマスクはコンタクト
    ホール形成用開口部を有し、 前記第２のフォトマスクは配線溝形成用開口部を有し、 前記第１の絶縁膜パターンにはコンタクトホールが形成
    されており、 前記第２の導電膜パターンは前記コンタクトホールに形
    成されたコンタクトを有し、 前記第２の絶縁膜パターンには、前記コンタクトホール
    と連通する配線溝が形成されており、 前記第３の導電膜は前記配線溝に形成された埋め込み配
    線を有していることを特徴とする請求項１０に記載の半
    導体装置の製造方法。
12. 【請求項１２】 前記第１のフォトマスク及び第２のフ
    ォトマスクは、同一のマスクであってコンタクトホール
    形成用開口部を有し、 前記第１の絶縁膜パターンにはコンタクトホールの下部
    が形成されており、 前記第２の導電膜パターンは前記コンタクトホールの下
    部に形成されたコンタクトの下部を有し、 前記第２の絶縁膜パターンには、前記コンタクトホール
    の下部と連通するコンタクトホールの上部が形成されて
    おり、 前記第３の導電膜パターンは前記コンタクトの上部に形
    成されたコンタクトの上部を有していることを特徴とす
    る請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。