JPH02304914A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 半導体装置の製造方法、特にウェハの位置合わせマーク
の形成方法に関し、 基板に形成された位置合わせ段差マーク上にレジストが
厚く塗布されることを防ぎ、位置合わせ段差マークの検
出が正確に行われる半導体装置の製造方法を提供するこ
とを目的とし、 電子ビーム露光における位置合わせに用いるマークの形
成において、　（イ）基板に位置合わせ用の段差マーク
を形成する工程、　（ロ）段差マークの凹部内に発泡剤
を混入したポリマーを埋め込む工程、（ハ）発泡剤が分
解し気体を発泡して膨張するに足る温度で基板をベータ
する工程、および（ニ）基板全面にパターニングのため
のレジストを塗布する工程を含むことを特徴とする半導
体装置の製造方法を含み構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体装置の製造方法、特にウェハの位置合わ
せマークの形成方法に関する。

半導体の製造工程、例えばウェハ上に塗布されたレジス
トのパターニングプロセスにおけるウェハの位置合わせ
の精度は、日を追って精度の高いものが要求されている
。

〔従来の技術〕

例えば電子ビーム露光では、位置合わせ方法として、第
８図（ａ）に模式的に示すように、半導体ウェハ（以下
単に基板という。）３１に１μｍ程度の段差として形成
された位置合わせのための段差マーク３２の上にレジス
ト３３が塗布されている場合、電子ビーム３４を矢印１
方向に走査し、反射電子３５を検知器３６で検出し、同
図（ｂ）に示される反射電子波形を得ることによって位
置合わせを行っている。

位置合わせ段差マークとしては、第９図の平面図（ａ）
のバーコード型、（ｂ）の十字型、（Ｃ）の矩形型およ
び（ｄ）の矩形組合わせ型があり、これらのバー、十字
などが段差をもって基板３１に設けられるのである。電
子ビームでこれらの位置合わせ段差マーりを前記したよ
うに走査し、マークの段差部における反射電子を検出し
、位置合わせ段差マークを確認する。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記したレジストは１μｍ程度の膜厚で塗布されるが、
最近のウェハプロセスにおいては、レジストの十分な耐
性を得るためにレジストが厚く形成される傾向にあり、
膜厚の大なるレジストが塗布されると、レジストにより
電子ビームおよび反射電子がともに敗乱し吸収され、反
射電子の検出される量が少なくなる傾向にある。その状
態は模式的に第１０図（ａ）の断面図に示され、電子ビ
ーム３４は基板３１に到達する前に散乱しまたはレジス
トに吸収され、反射電子３５についても同様であるので
、得られる反射電子波形は同図（ｂ）に示されるような
ものになって位置合わせ段差マーク３３を反映しないの
で、それをｌＩＩ認することができなくなる。

そこで本発明は、基板に形成された位置合わせ段差マー
ク上にレジストが厚く塗布されることを防ぎ、位置合わ
せ段差マークの検出が正確に行われる半導体装置の製造
方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は、電子ビーム露光における位置合わせに用い
るマークの形成において、（イ）基板に位置合わせ用の
段差マークを形成する工程、（ロ）段差マークの凹部内
に発泡剤を混入したポリマーを埋め込む工程、（ハ）発
泡剤が分解し気体を発泡して膨張するに足る温度で基板
をベータする工程、および（ニ）基板全面にパターニン
グのためのレジストを塗布する工程を含むことを特徴と
する半導体装置の製造方法によって解決される。

〔作用〕

本発明の第１の実施例によると、位置合わせ段差マーク
の凹部に、発泡剤で膨張させた、すなわち、ふくらませ
てすかすかになったきわめて比重の小さいポリマーを形
成し、その後通常のレジストを塗布した。この原理を第
４図を参照して説明すると、同図（ａ）に示されるよう
に基板１１に位置合わせ段差マーク１２（以下単に段差
マークという。）が形成されている。

次に、同図ら）に示されるように、発泡剤を混入したポ
リマー（以下発泡剤混入ポリマーという。）１３を段差
マークの凹部内に埋め、次に、ベーク等の加熱処理で発
泡剤を作用させ、発泡剤混入ポリマーを第４図（Ｃ）に
膨張ポリマー１４として示すように膨張させ、続いて通
常のレジスト１５を塗布する。

本発明の第２実施例は段差マークの凹部に発泡剤混入ポ
リマーを塗布し、続いて通常のレジストを塗布し、レジ
ストのプレベータの前か後またはプレベークと同時に発
泡剤が分解しポリマーが膨張する温度でベータする。

第２実施例の原理は第５図に示される。同図（ａ）に示
される段差マーク１２の凹部に同図（ｂ）に示される如
くに発泡剤混入ポリマー１３を塗布し、レジスト１５を
塗布しく同図（Ｃ））、ベータすると、同図（ｄ）に示
されるように、通常のレジスト塗布ではレジストで埋ま
ってしまう段差マークが比重の小なる膨張したポリマー
１４でカバーされ、それに対応して電子の散乱や吸収が
抑えられる。第５図（ｄ）の左の図はレジスト１５がポ
リマー１４によって破られた状態を、また右の図はポリ
マー１４がレジスト１５でおおわれたままの状態を示す
。

本発明の第３実施例では、その原理を示す第６図を参照
すると、同図（ａ）に示されるように段差マーク１２が
形成された基板１１上に発泡剤混入ポリマー１３を基板
１１の全面に塗布して段差マーク１２を埋め（第６図（
ｂ）Ｌベータなどの処理で発泡剤を作用させてポリマー
を同図（Ｃ）に示されるように膨張させ、次に、同図（
ｄ）に示される如（段差マークおよびその周辺にのみ膨
張したポリマー１４が残るようにパターニングし、しか
る後に通常のレジスト１５を塗布する（同図（ｄ））。

上記したように段差マークの凹部を、発泡剤の作用によ
って膨張しすかすかになったポリマーで埋めることによ
って、従来技術でみられたレジストによる電子ビームと
反射電子の散乱、吸収が大幅に減少され、段差マークを
反映する反射電子波形が得られるのである。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の実施例により詳細に説明する。

本発明の第１実施例は第１図に示される。先ず、同図（
ａ）に示されるように、ウェハ（基板）１１に段差１−
の位置合わせのための段差マーク１２を形成する。この
工程は通常のリングラフィ技術を用いるエツチングでな
される。

次に、同図（ｂ）に示されるように、電子ビーム（ＥＢ
）用のレジストＰＭＭＡに、アゾ系発泡剤（アゾジカル
ボンアミド）を１０％混入した発泡側混入ポリマー１３
を基板１１の全面に０．８μｍの厚さに塗布する。

次いで、酸素（０□）を用いる反応性イオンエツチング
（ＲＩＥ）を行う。その条件は、 ０□流量−１００３ＣＣＭ パワ　・・−２００に 圧力　−０，０２Ｔｏｒｒ とし、６分間のＲＩＥを行うと、基板１１の平坦な表面
上の発泡剤混入ポリマーはすべて除去され、段差マーク
１２の凹部内にのみ発泡剤混入ポリマー１３が残る。

次に、基板１１を、１８０°Ｃ１２００秒ホットプレー
ト上でベータすると、発泡剤が働き、発泡剤混入ポリマ
ー１３は膨張して膨張ポリマー１４となって段差マーク
１２の凹部のほとんどを第１図（ｄ）に示されるように
埋める。

次に、同図（ｅ）に示されるように通常のパターニング
のためのレジスト１５を塗布する。このレジストは、例
えば市販の０ＥＢＲ−１０００（ＰＭＭＡ）、ＥＢＲ−
９、ＣＭＳ、、０ＦＰＲ，ＡＺなど（７）Ｌ／シストや
多層レジストでもよく、または最近注目されているシリ
ル化２層レジスト法によるものでもよい。このシリル化
２層レジスト法によると、凹凸のある基板上にポリイミ
ドなどの材料からなる下層レジストを塗布し、その上に
通常のレジストを塗布し、そのレジストをパターニング
した後に、クロロアルキルシランガス雰囲気中で遠紫外
線を照射し、シリル化し、シリル化したパターンを用い
て下層レジストをエツチングし、シリル化されたパター
ンとその下の下層レジストをマスクにエツチングを行う
ものであるが、本発明の方法にはこのシリル化法も適用
可能であることが確認された。引き続き、電子ビーム装
置を用いて電子ビームで段差マークを走査し、反射電子
を検出した。

その結果は第７図を参照して後述する。

本発明の第２実施例は第２図に示される。第１実施例の
場合と同様に基板１１に段差マーク１２を１．０−の深
さに形成しく第２図（ａ））、次いで、ＥＢレジストＰ
ＭＭＡにニトロン系発泡剤（アゾビスイソブチルニトリ
ルド）を８％混入した発泡剤混入ポリマー１３を基板１
１の全面に０．８−の厚さに塗布し、段差マークの凹部
を埋める（第２図（ｂ））。

次に、 ０２流量−１００ＳＣＣＭ パワ　・−・２００Ｗ 圧力　・−０，０２Ｔｏｒｒ の条件でＯ，ＲｒＥを６分間行い、発泡剤混入ポリマー
１３を第２図（Ｃ）に示されるように段差マーク１２の
凹部内を残して除去する。第１実施例とは異なり、発泡
剤混入ポリマー１３は段差マーク１２の凹部のほとんど
すべてを埋める。

次いで、同図（ｄ）に示されるように、通常のパターニ
ングのためのレジスト１５を塗布する。このレジストは
第１実施例のレジスト１５と同じものとすることができ
る。続いて、基板を、１２０″Ｃ１２００秒ホットプレ
ート上でベータすると、発泡剤が働き、発泡剤混入ポリ
マー１３が膨張して膨張ポリマー１４となり、この膨張
によってレジスト１５は第２図（ｅ）に示されるように
膨張ポリマー１４の上方で破れた。しかし第５図（ｄ）
の右の図に示されるように、膨張ポリマー１４の上のレ
ジスト１５が盛り上がるだけで破れない例も発生した。

続いて電子ビーム露光装置を用い電子ビームで段差マー
クを走査し、反射電子を検出した。その結果は第７図を
参照して後述する。

本発明の第３実施例は第３図に示され、先ず同図（ａ）
に示されるように基板１１に段差１，０如の位置合わせ
用の段差マーク１２を第１実施例の場合と同様に形成す
る。

レジスト０ＦＰＲに発泡剤として４．４′オキシビスを
１０％混入した発泡剤混入ポリマー１３を、基板１１全
面に１．０−の厚さに塗布する（第３図（ｂ））。

次に、基板１１を、１２０°Ｃ，２００秒ホットプレー
ト上で加熱し、発泡剤混入ポリマーを膨張させ（第３図
（Ｃ））、膨張ポリマーで基板１１全而をおおう。

基板１１上の段差マークとその約１０１Ｊｎの周辺を除
く領域を、第３図（ｄ）に示す如くフォトアライナ−１
６で露光し、アルカリ現像液で現像すると、露光された
ポリマー１３は剥離し、他方発泡剤が働いてポリマー１
３は膨張して膨張ポリマー１４が段差マーク１２とその
１０−の周辺部が膨張ポリマー１４でおおわれる。

続いて、第１実施例の場合と同様に通常のパターニング
のためのレジストを塗布しく第３図（ｆ））、電子ビー
ム露光装置を用い電子ビームで段差マーク１２を走査し
、反射電子を検出した。その結果は第７図を参照して後
述する。

本発明の第４実施例においては、基板１１に段差マーク
１．Ｏｊ！ｍで位置合わせ用の段差マーク１２を形成し
〔第３図（ａ）参照〕、レジスト０ＦＰＲにアゾ系発泡
剤（アゾジカルボンアミド）を１０％混入して発泡剤混
入ポリマー１３を作り、このポリマーを基板１１に塗布
する〔第３図ら）参照〕。ここまでの工程は第３実施例
の場合と同様である。

次に、基板１１上の段差マーク１２とその周辺１０μｍ
を除く領域をフォトアライナ−１６で露光し、アルカリ
現像液で現像し、露光された発泡剤混入ポリマーを剥離
する。続いて、基板１１を、１６０’Ｃ１２００秒ホッ
トプレート上で加熱すると、発泡剤が働き発泡剤混入ポ
リマーが膨張する。従って、露光と現像が第３実施例の
場合とは逆になる。続いて、通常のパターニングのため
のレジストを塗布しく第１実施例の場合と同じ）、電子
ビームで段差マークを走査し、反射電子を検出した。

ここで第７図を参照すると、その（ａ）〜（ｅ）におい
て、それぞれの上方には段差マークとそれを埋めるレジ
ストが断面図で示され、それぞれの図の下方にはこの段
差マークを電子ビームで走査したときに得られる反射電
子波形が示される。

同図（ａ）は第１０図を参照して説明した従来例の場合
で比重の大なるレジストで段差マークの凹部がすべて埋
められ、電子ビームの散乱、吸収によって反射電子波形
は段差を明確に示さなかった。

同図（ｂ）は本発明の第１実施例の場合で、段差マーク
１２の凹部は比重の小さい膨張ポリマー１４ですかすか
の状態で埋められているので、従来例にみられた電子ビ
ームの散乱、吸収が抑えられ、反射電子波形は同図の下
に示される如きもので段差マークを正確に反映した。

同図（Ｃ）は本発明第２実施例、同図（ｄ）は通常のレ
ジスト１５が破れない場合を示し、また同図（ｅ）は本
発明第３実施例の場合を示し、これらの例における反射
電子波形は、第１実施例の場合と同じ原理によって段差
マークの針状を正確に反映したことを示す。

〔発明の効果］ 以上のように本発明によれば、基板に段差として形成さ
れた位置合わせ用の段差マークは、レジスト膜厚が大き
なプロセスにおいても、検出が容易になされ、正確な位
置合わせができ、信頼性の高い半導体製品を得るに効果
がある。なお、本発明の適用範囲は、例示したレジスト
、発泡剤を用いる場合に限定されるものでなく、類似の
他の製品を用いる場合にも及ぶものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｅ）は本発明第１実施例断面図、第２
図（ａ）〜（ｅ）は本発明第２実施例断面図、第３図（
ａ）〜（ｆ）は本発明第３実施例断面図、第４図（ａ）
〜（ｄ）は本発明第１実施例の原理を説明するための断
面図、 第５図（ａ）〜（ｄ）は本発明第２実施例の原理を説明
するための断面図、 第６図（ａ）〜（ｅ）は本発明第３実施例の原理を説明
するための断面図、 第７図（ａ）〜（ｅ）は位置合わせ用の段差マークのレ
ジストのカバー形状と反射電子波形の図、第８図は電子
ビームによる段差マーク検出ヲ示す図で、その（ａ）は
断面図、（ｂ）は波形図、第９図（ａ）〜（ｄ）は位置
合わせ用の段差マークの平面図、 第１０図は従来例の問題点を示す図で、その（ａ）は断
面図、（ｂ）は波形図である。 図中、 １１は基板、 １２は段差マーク、 １３は発泡剤混入ポリマー、 １４は膨張ポリマー、 １５はレジスト、 １６はフォトアライナ− を示す。 本発明第１叉池伊１町面図 第１図 本掩η、１２　叉ズを至乙イク１１すｎｔｉ　図第２図 本うイ≦ロＩＡ制５３プεｈ行とイク１１ｔｆｆｌｃＴ
）Ｉｆｆｉ参掩唱第２ｘ歳伊１の肩θ里襲孔朗丁ゐ１＝
ｒ’、の由Ｔ面図 第５図 第６図 １１　羞」反 １２　段差マーク １３　　％’ｉ芭伸１シ駄ポリマー １４　ル映張本゛リマ− １５レジ゛スト （０）　　　　　　（ｂ）　　　　　　（Ｃ）第７図 １１　基板 １２　あし番マーク １３　　、≧４に輛ン１２２．青弓３でＬ入Ａてリマ−
１４八に、５次男でリマー Ｉ５　　しｉスト （ｄ）　　　　　　　　　　　　　（ｅ）第７図 イな置台ねと用の段層マークの平面図 第９図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電子ビーム露光における位置合わせに用いるマー
   クの形成において、 （イ）基板（１１）に位置合わせ用の段差マーク（１２
   ）を形成する工程、 （ロ）段差マーク（１２）の凹部内に発泡剤を混入した
   ポリマー（１３）を埋め込む工程、 （ハ）発泡剤が分解し気体を発泡して膨張するに足る温
   度で基板（１１）をベークする工程、および （ニ）基板（１１）全面にパターニングのためのレジス
   ト（１５）を塗布する工程を含むことを特徴とする半導
   体装置の製造方法。
2. （２）前記（ハ）と（ニ）の工程を逆にした請求項１記
   載の方法。