JPH08153676A - アライメントマーク及びその製造方法と、このアライメントマークを用いた露光方法及びこの露光方法を用いて製造された半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高反射率の下地基板上でのアライメント信号
のＳ／Ｎを大きくし、高精度のアライメントを可能とす
るアライメントマークを提供する。 【構成】 段差部分を有するアライメントマーク領域が
所定位置に設けられた基板と、このアライメントマーク
領域で基板上に積層された金属膜を含む積層膜と、前記
段差部分の凸部分に比べて凹部分に、より多く残置され
た、前記アライメントマーク領域に照射するアライメン
ト光の一部の波長領域の光を吸収する光吸収層とを具備
することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造工程におけ
るリソグラフィー技術に代表されるパターン形成方法に
係り、特にレジストパターン形成あるいは直接加工に用
いられるアライメントマーク、及びその製造方法に関す
る。

【０００２】また、本発明は、前記アライメントマーク
を用いた露光方法、及びこの露光方法によって形成され
た半導体装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】半導体デバイス製造においては、デバイ
スを形成する単位構造（セル）の微細化が、高性能で大
規模なデバイスの製造コストの削減につながるので、現
在この目的に向かって半導体デバイス製造企業やその関
連企業は技術努力・研究努力を行なっている。

【０００４】このデバイスのセルを微細に加工するため
には、垂直異方性エッチング等の加工技術の進歩もさる
ことながら、光リソグラフィーに代表される微細レジス
トパターン形成技術の更なる開発が必須である。

【０００５】微細なレジストパターンの形成において
は、露光光をｇ線、ｉ線、極短紫外線、Ｘ線と短波長化
することによって解像度を高めることができる。また、
変形照明等の照明方法の改良や、透過光の強度分布だけ
でなく位相をもコントロールしたホトマスク等の開発に
より、現在、いっそうの高解像化が実現されつつある。

【０００６】これと同時に、微細なパターンを形成する
ためには、すでに形成された下地のパターンに対して位
置精度よくマスク上のパターンを重ねて露光する、すな
わち高精度なアライメント露光が必要であり、様々な方
式のアライメントシステムが開発されてきた。

【０００７】アライメント露光方式には、基板上の数チ
ップに分割された各露光領域毎にアライメントを行なう
方式と、基板全体をアライメントして全露光領域を露光
する方式とが挙げられる。前者の方式では、基板上の数
チップに分割された各露光領域に、それぞれアライメン
トマークが設けられており、各チップ毎に露光する直前
に、このアライメントマークの位置を検出してアライメ
ントを行う。その後、マスク上のパターンを転写するア
ライメント露光を、各チップの露光領域に順次移動して
繰り返す。一方、後者の方式では、基板上の２カ所以上
にアライメントマークが形成されており、まず、このマ
ークを検出が行える位置に次々に移動させる。次いで、
基板ステージの移動量をもとに、基板全体のアライメン
トを行った後、全露光領域を露光する。なお、アライメ
ントマークを検出する際には、ダストの発生という問題
を避けるために、針接触式等によらず光学的に検出する
のが一般的である。したがって、この点に関しては、上
述の２つのアライメント露光方式は、同じ光アライメン
トの範疇に入る。

【０００８】なお、一般的に用いられている光アライメ
ント法は画像処理法であり、この方法は、次のような工
程で行なわれる。すなわち、まず、マスクおよび基板の
アライメントマーク領域にアライメント光を照射し、こ
のアライメント光の反射光あるいは透過光の強度プロフ
ァイルを、エリアセンサー等で測定する。得られた強度
プロファイルから、マーク自身あるいはマークの段差に
相当する波形を検出し、これに基づいてマークの位置を
測定する。マスクマークおよびウエハマークについて位
置を測定し、それぞれの測定位置から両者の相対位置ず
れ量を決定する。また最近では、アライメントマークと
しての回折格子パターンまたは市松格子パターンが形成
されたマスクおよび基板上に、アライメント光を照射し
てその回折光を検出するヘテロダイン法も実用化されて
いる。この方法においては、特に検出された回折光の位
置情報から、マスクと基板との相対位置ずれ量を測定す
る。

【０００９】これら光アライメント法は、最上層にアル
ミニウム等の金属膜が形成された基板や、その上層に透
明物質の層がさらに形成された基板、あるいは金属膜上
に透明物質からなるアライメントマークが形成された基
板等のいわゆる高反射率基板に対して適用される場合も
ある。このような高反射率基板の場合には、アライメン
ト精度が、ＬＯＣＯＳ基板やゲート基板等の反射率の低
い基板よりも著しく劣ることが問題となっている。

【００１０】すなわち、高反射率基板においては、アラ
イメントマークを形成する凸部または凹部とその周辺と
での反射率がほぼ等しく、さらに反射強度に及ぼす金属
膜の表面粗さの影響も大きい。このため、高反射率基板
に対して画像処理法を採用した場合には、ノイズの大き
な反射強度プロファイルしか得られないので、プロファ
イルの中にマークの段差に相当する波形を検出すること
が困難となり、結果としてアライメント精度が劣化して
しまう。

【００１１】一方、回折光の強度や位相情報から位置検
出を行なう場合では、凸部分と凹部分との反射率差が小
さいと、段差の高さや断面形状の差による強度や位相の
変化が増大する。このために、アライメントマーク毎の
測定値にランダムなオフセット量が生じる。

【００１２】以下に、高反射率基板に対してヘテロダイ
ン法を採用した一例として、Ｘ線等倍露光をあげ、この
場合におけるアライメント精度の劣化の問題について説
明する。Ｘ線等倍露光におけるヘテロダインアライメン
ト法では、上記に挙げた問題点の他にも、基板とマスク
との間の多重反射が高反射率基板に対して顕著に現れる
傾向があり、精度劣化の原因の１つになっている。

【００１３】図１１に用いるアライメントシステムの模
式図を示す。また、図１２には、マスクマークと基板マ
ークとの間の入射光および回折光等を示す。

【００１４】図１１に示すように、まず、ＨｅＮｅレー
ザー光３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂをＸＺ面上に等入射角で
マスクアライメントマーク１と基板マーク２とに入射さ
せる。次いで、マスクアライメントマーク１で＋Ｙ方向
に１次回折した検出光５と、基板マーク２で＋Ｘ方向に
１次回折した検出光６との位相差を測定して、マスクと
基板との重ね合わせを行なう。すなわち、マスクマーク
およびアライメントマークからの検出光の位相差を正確
に測定することが、アライメント精度を向上させること
になる。

【００１５】しかしながら、このシステムでは、図１２
に示すように、マスク８と基板９との間で多重反射光１
４，１４ａが生じるので、外乱光１１および１２が発生
してしまう。外乱光１１および１２は、それぞれマスク
マークからの検出光５およびアライメントマークからの
検出光６に混入して、アライメントの信号精度を低下さ
せる。

【００１６】この外乱光１２が検出光６へ及ぼす影響
は、ＧＡＰ（マスクと基板との間隔）のみを変化させた
ときに現れるノイズによって確認することができる。な
お、ＧＡＰのみを変化させるには、マスクステージおよ
び基板ステージのＸＹ方向を固定し、この状態で基板ス
テージをＺ方向に移動させる等の方法が用いられる。図
１３には、本来一定値を示すアライメント信号にλ／２
の周期でノイズが生じることが示されており、この検出
光強度の振幅をアライメントでの位置ずれ量に換算する
と、０．１μｍ以上のずれに相当する。したがって、外
乱光が検出光に混入すると、マークの位置を正しく測定
することができないことがわかる。

【００１７】また、Ｘ線等倍露光以外の一般的な露光方
法全般においても、アライメントマークの断面形状の微
妙なばらつきは、アライメント精度の低下に反映されや
すいものである。以下にこの問題について説明する。

【００１８】高反射率基板では、アライメントマークの
凸部と凹部、さらに側壁において反射率がほぼ等しいの
で、回折光の位相情報は、マークの断面形状の変化の影
響を受けやすい。したがって、位相情報からマスクと基
板との相対位置ずれ量を検出しているヘテロダイン法に
おいて、マークの断面形状の変化は、アライメント精度
を低下させる原因になるおそれがある。

【００１９】以上のように、現在一般的にレジストパタ
ーン形成技術に用いられているアライメント法を用いる
と、アルミニウム等の金属膜を積層した高反射率の基板
に対しては、他の基板と比べて著しく劣るアライメント
精度しか達成できないのが現状である。このため、アル
ミニウム等の金属膜を金属配線形成に用いた半導体デバ
イスの製造において、精度よくアライメントを行なうた
めには、配線を太くする、あるいは配線数を増やす、あ
るいは配線形成の数を増加する等の対応策を講じる必要
がある。

【００２０】以上、高反射率基板の場合の問題点を説明
したが、極端に反射率の低い下地基板の場合にも、信号
対雑音比（Ｓ／Ｎ）の高いアライメント信号を得ること
が困難なため、十分なアライメント精度が得られないと
いう問題がある。

【００２１】低反射率な下地基板に反射光を用いた画像
処理法を採用する場合には、アライメント光を基板に照
射して反射強度プロファイルを得、アライメンマークの
段差近傍に現れる反射強度の最小値からマーク位置を検
出して、マスクとの位置合わせを行う。しかしながら、
低反射率基板ではバックグラウンドの反射強度が小さい
ため、最小値が埋もれてしまうために、マーク位置の検
出さえ困難になっているのが現状である。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、高反射
率な下地基板上では、アライメント信号のＳ／Ｎが他の
下地基板と比べて著しく劣り、特に半導体製造プロセス
の中で、金属配線形成を難しくかつ複雑なものにしてい
る。

【００２３】一方、低反射率な下地基板上でのアライメ
ント精度を高めるためには、アライメント光学系の改良
や検出装置の分解能を向上させることが考えられるが、
未だ十分ではない。

【００２４】そこで、本発明は、高反射率な下地基板上
でのアライメント検出信号のＳ／Ｎ比を増大させ、高精
度のアライメントを可能とするアライメントマークおよ
びその製造方法を提供することを目的とする。

【００２５】また、本発明は、このアライメントマーク
を用いた露光方法、およびこの露光方法を用いて製造さ
れた半導体装置を提供することを目的とする さらに、本発明は、従来のアライメント装置を用いて、
アライメント精度が劣る低反射率な下地基板上でのアラ
イメント信号のＳ／Ｎを増大させ、高精度のアライメン
トを可能とするアライメントマークおよびその製造方法
を提供することを目的とする。

【００２６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明（請求項１）は、段差部分を有するアライメ
ントマーク領域が所定位置に設けられた基板と、このア
ライメントマーク領域で基板上に積層された金属膜を含
む積層膜と、前記段差部分の凸部分または凹部分のいず
れかに、より多く残置された、前記アライメントマーク
領域に照射するアライメント光の一部の波長領域の光を
吸収する光吸収層とを具備することを特徴とするアライ
メントマークを提供する。

【００２７】また、本発明（請求項２）は、表面の所定
位置に段差部分を有するアライメントマーク領域が設け
られた基板において、前記マーク領域に照射するアライ
メント検出光の少なくとも一部の波長領域の光に対し
て、前記マーク領域を構成する材料よりも高い反射率を
有する光反射物質を、前記段差部分の凸部分あるいは凹
部分のどちらか一方に配置したことを特徴とするアライ
メントマークを提供する。

【００２８】さらに、本発明（請求項３）は、表面の所
定位置に段差部分を有するアライメントマーク領域が設
けられた基板において、前記マーク領域に積層された前
記マーク領域の位置を検出する目的で、前記マーク領域
に照射するアライメント検出光の少なくとも一部の波長
領域の光に対して、前記マーク領域を構成する物質より
も高い反射率を有する光反射物質と、前記段差部分の凸
部分よりも凹部分に多く残置した前記アライメント光を
吸収する光吸収物質とを順次形成したことを特徴とする
アライメントマークを提供する。

【００２９】本発明のアライメントマークは、段差部分
を有するアライメントマーク領域が所定位置に設けら
れ、少なくともこのアライメントマーク領域に金属膜を
含む膜が積層された基板上に前記アライメントマーク領
域に照射するアライメント光の一部の波長領域の光を吸
収する光吸収層を、前記段差部分の凸部分または凹部分
のいずれかにより多く残置する工程を含むことを特徴と
する方法により製造することができる。

【００３０】また、本発明のアライメントマークは、表
面の所定位置に段差部分を有するアライメントマーク領
域が設けられた基板において、前記マーク領域に照射す
るアライメント検出光の少なくとも一部の波長領域の光
に対して、前記マーク領域を構成する材料よりも高い反
射率を有する光反射物質を、前記段差部分の凸部分ある
いは凹部分のどちらか一方に配置する工程を含むことを
特徴とする方法により製造することができる。

【００３１】本発明（請求項６）は、基板とマスクとの
アライメント後、このマスク上のパターンを基板上に形
成するアライメントマークを用いた露光方法において、
前記基板と前記マスクのアライメントを行なう際に、所
定の波長領域を含むアライメント用光源と、所定位置に
段差部分を有するアライメントマーク領域で、金属膜を
含む膜が積層され、少なくとも前記所定の波長領域の光
を吸収する光吸収層を前記段差部分の凸部分に比べて凹
部分により多く残置した構造を有する前記基板とを具備
し、前記アライメント用光源から前記アライメントマー
ク領域に前記アライメント光を照射し、前記アライメン
トマーク領域の全面あるいは一部からの反射あるいは回
折した光を用いてアライメントを行なうことを特徴とす
るアライメントマークを用いた露光方法を提供する。

【００３２】またさらに、本発明（請求項７）は、全面
に金属膜を含む膜が形成された下地基板上に、この下地
基板とマスクとのアライメント後、このマスク上のパタ
ーンを転写し、転写されたレジストパターンをマスクに
して前記金属膜をエッチングし、形成された半導体装置
において、前記基板と前記マスクとのアライメントを行
なう際に、所定の波長領域を含むアライメント用光源
と、表面の所定位置に段差部分を有するアライメントマ
ーク領域で、少なくとも前記所定の波長領域の光を吸収
する光吸収層を、前記段差部分の凸部分に比べて凹部分
に多く残置した構造を有する前記基板とを具備し、前記
アライメント用光源から前記アライメントマーク領域に
前記アライメント光を照射し、前記アライメントマーク
領域の全面あるいは一部からの反射あるいは回折した光
を用いてアライメントを行なうアライメントマークを用
いた露光方法を用いて、形成されたことを特徴とする半
導体装置を提供する。

【００３３】以下、本発明を詳細に説明する。

【００３４】本発明において、高反射率の下地基板上で
のアライメント精度を改善するためのアライメントマー
クは、アライメント光の一部の波長領域の光を吸収する
材料をマークの段差部分の凹部分または凸部分のいずれ
かにより多く配置して光吸収層が形成されている。

【００３５】アライメント光を吸収する材料を、段差部
分の凹部分に凸部分よりも多く残置する場合には、この
材料として、特定の波長の光を吸収する吸収剤を添加し
たレジスト、または特定の波長の光に対して本来的に吸
収する性質を有するレジストを使用することができる。

【００３６】吸収剤は、アライメント光の種類に応じて
選択することができるが、例えば、アントラキノン系色
素、およびジスアゾ系色素等が挙げられる。また、本来
的に吸収する性質を有するレジストとしては、ノボラッ
ク系樹脂とナフトキノン系化合物とを含有するｉ線用レ
ジストが挙げられる。

【００３７】なお、色素をレジストに添加する場合に
は、レジストに対して０．１〜５．０重量％の割合で添
加するこが好ましい。０．１重量％未満では、吸収作用
を十分に発揮することが困難となり、５．０重量％を越
えると、色素が沈殿したり、転写されたレジストパター
ンの形状が劣化するおそれがある。

【００３８】アントラキノン系色素としては、下記化１
に示す一般式（１）で表わされる化合物が挙げられる。

【００３９】

【化１】 （上記一般式（１）中、Ｒ¹ は水素原子、水酸基、また
はハロゲン原子であり、Ｒ² およびＲ³ は、水素原子お
よび下記化２に示す群から選択された官能基であり、Ｒ
² とＲ³ とは、同一でも異なっていてもよい。Ｒ⁴ は、
水素原子または水酸基である。）

【００４０】

【化２】 このアントラキノン系色素は、６４０ｎｍ近傍に吸収波
長を有しているので、ＨｅＮｅレーザー光等の６００〜
６５０ｎｍに波長を有する光に対する吸収材料として、
特に有効である。さらに、２１５〜２１７℃に融解点を
有するので、露光前後の熱処理に対して安定である。

【００４１】ノボラック樹脂とナフトキノン系化合物と
を含有するレジストは、通常のｉ線用レジストを使用す
ることができ、例えば、ＴＳＣＲ−９７（東京応化製）
等が挙げられる。なお、このｉ線用レジストは、４００
〜５００ｎｍの波長帯に吸収帯を有しているので、Ｈｅ
Ｃｄレーザー光等の４００〜５００ｎｍに波長を有する
光に対する吸収材料として、特に有効である。

【００４２】ジスアゾ系色素としては、下記化３に示す
一般式（３）で表わされる化合物が挙げられる。

【００４３】

【化３】 （上記一般式（３）中、Ｘは、下記化４に示す群から選
択された置換基であり、Ｙは、下記化５に示す群から選
択された置換基である。）

【００４４】

【化４】

【００４５】

【化５】 このジスアゾ系色素は、５１０ｎｍ近傍に広い吸収帯を
有しているので、Ａｒレーザー光等の５００〜５５０ｍ
に波長を有する光に対する吸収材料として、特に有効で
ある。さらに、１８４〜１８５℃に融解点を有してお
り、露光前後の熱処理に対して安定である。

【００４６】なお、アントラキノン系色素およびジスア
ゾ系色素を添加する場合に用いられるレジストとして
は、ｉ線、ディープＵＶ光、または放射線に感光するレ
ジストを使用することができる。

【００４７】かかる材料からなる光吸収材料を、アライ
メントマークの少なくとも凹部に配置するには、以下の
ような手法が挙げられる。

【００４８】例えば、光吸収材料をアライメントマーク
領域全体に積層した後、マークの凸部分が露出するま
で、光吸収材料を除去することによって、マークの凹部
分に光吸収材料を残置することができる。なお、必ずし
もマークの凸部分表面から光吸収材料を完全に除去する
必要はなく、凸部分からの信号強度が検出できる程度に
残留していてもよい。具体的には、線吸収係数が３μｍ
^-1程度の材料の場合、０．７μｍ程度の厚さであれば、
凸部分からの信号強度を検出することができる。

【００４９】光吸収材料の積層法としては、スピンコー
ト法、マグネトロンスパッター法等を使用することがで
き、除去にあたっては、エッチング処理、研磨処理等の
手法を用いることができる。

【００５０】なお、光吸収材料を除去する前に、この層
の上にエッチング補助物質を積層した後、エッチング処
理を行なってもよい。

【００５１】また、アライメントマーク領域全体に光吸
収材料を積層した後、特定の紫外線を照射することによ
って、マークの凸部表面に到達する深さまで透明化処理
を施して、アライメント光に対する吸収率を低下させて
もよい。なお、積層する材料は適宜選択することがで
き、その層厚は、使用する紫外線の強度等に応じて決定
することができる。

【００５２】さらに、光吸収材料として、特定の温度で
軟化する材料を使用し、マーク領域全体にこの材料を塗
布した後、加熱処理を行なって凸部の材料を凹部に流れ
込ませることによって、マークの凹部分に光吸収材料を
配置してもよい。使用し得る材料としては、具体的に
は、炭素樹脂等の樹脂が挙げられる。

【００５３】なお、光吸収層は、次のような工程によっ
て、段差部分の凸部分に比べて凹部分により多く残置す
ることができる。すなわち、光吸収層を段差部分に平滑
に積層する、あるいは段差部分を光吸収層で覆った後、
エッチングあるいは研磨あるいは表面の透明化処理ある
いは軟化させて凹部分の前記光吸収層を流れ込ませるこ
とにより実現する、あるいは透明物質を前記段差部分の
凸部分よりも凹部分により多く残置した後、不透明化処
理を行ない、前記アライメント光に対する吸収を増加さ
せる。

【００５４】不透明化処理は、レジスト等の透明物質を
段差部分の凹部分に凸部分より多く残置し、ハードベイ
ク等を施すことによって行なうことができる。

【００５５】上述のような方法を用いることによって、
アライメントマークの段差部分の凹部分に、光吸収物質
をより多く残置することができる。

【００５６】光吸収層を、マークの段差部分の凹部分ま
たは凸部分のいずれかに多く配置するためには、集光光
または集束した荷電粒子ビームを用いてもよい。具体的
には、ＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）
装置、またはＩＢＳ（ＩｏｎＢｅａｍ Ｓｐｕｔｔｅ
ｒ）装置を使用して、炭素膜を形成することができる。

【００５７】すなわち、孔の開いたマスク板でアライメ
ントマーク領域を被覆し、このマスク板の上方から所定
の角度で、アライメント光の一部の波長領域の光を吸収
する物質を飛散させ、あるいは、所定のガスを導入した
雰囲気中で、このマスクの上方から所定の角度で荷電粒
子ビームを照射することによって、炭素膜を製造するこ
とができる。

【００５８】かかる方法により形成された光吸収層を有
するアライメントマークは、極短紫外線用レジストを用
いたレジストパターン転写において、特にアライメント
精度を向上させる。

【００５９】本発明のアライメントマークは、アライメ
ント用光源からマーク領域に照射されたアライメント光
の反射または回折を用いて位置合わせを行なう露光方法
に適用することができる。

【００６０】本発明のアライメントマークを用いた露光
方法は、全面に金属膜を含む膜が形成された下地基板上
に、この下地基板とマスクとのアライメント後、このマ
スク上のパターンを転写し、転写されたレジストパター
ンをマスクとして用いて前記金属膜をエッチングするこ
とによって形成されるすべての半導体装置の製造に適用
することができる。

【００６１】次に、低反射率の被露光基板上でのアライ
メント精度を改善するためのアライメントマークについ
て、詳細に説明する。

【００６２】低反射率の被露光基板上でのアライメント
精度を改善するためには、被露光基板上のアライメント
マークの段差の所定の領域に高反射率物質を配置する。
配置し得る高反射物質としては、アライメント光に対す
るフレネル反射率が高く、かつ吸収の大きな物質であれ
ば、任意のものを使用することができ、具体的には、ア
ルミニウムおよびタングステン等が挙げられる。

【００６３】本発明においては、上記高反射物質を基板
マークの所定の領域に配置することによって、前記基板
マークの凹部分と凸部分との反射率比を２倍以上にする
ことが好ましく、反射率比の増加につれてアライメント
信号のＳ／Ｎが大きくなる。なお、画像処理法やヘテロ
ダイン法においては、アライメント信号のＳ／Ｎは上記
反射率比にほぼ比例している。

【００６４】本発明のアライメントマークを用いたアラ
イメント露光方法においては、１）基板マークの凹部分
のみ、２）基板マークの凸部分のみ、または、３）基板
マーク全体のいずれかの領域に高反射物質を配置した被
露光基板を使用する。

【００６５】被露光基板上のアライメントマークの凹部
分のみに高反射物質を配置するためには、段差部分を光
反射物質で覆った後、エッチングあるいは研磨、あるい
は軟化させて前記光反射物質を凹部分に流れ込ませる等
の方法が挙げられる。

【００６６】以下に具体的な手法を説明する。

【００６７】例えば、高反射物質をアライメントマーク
領域全体に積層した後、マークの凸部表面が露出するま
で、高反射物質を除去することによって、マークの凹部
分に高反射物質を残置することができる。

【００６８】高反射物質の積層法としては、スパッター
法、ＣＶＤ法、および電子ビーム蒸着法等を使用するこ
とができ、この際の層厚は、被露光基板上のアライメン
トマークの凸部表面を越えるレベルで任意の厚さとする
ことができる。ただし、後の工程でこの高反射物質を除
去することを考慮すると、凹凸の深さの１．２〜２．０
倍程度の層厚で積層することが望ましい。

【００６９】アライメントマーク上に積層された高反射
物質の除去にあたっては、エッチング処理、または研磨
処理等の手法を用いることができる。

【００７０】このように被露光基板上のアライメントマ
ークの凹部分に、高反射物質を埋め込むことによって、
凹部分のみの反射率が増加するので、結果として凹部分
と凸部分との反射率比が増大する。すなわち、画像処理
法においては、アライメント信号のＳ／Ｎが増大し、ま
た、ヘテロダイン法においては、回折効率が増大するこ
とによって、同様にアライメント信号のＳ／Ｎが増大す
る。

【００７１】上述の方法は、アライメントマークの凹部
分の形状の方が、理想形状から離れている被露光基板に
対して、特に有効である。すなわち、崩れの大きな凹部
分を高反射物質で覆うことで、アライメント信号のノイ
ズを大幅に低減することができる。

【００７２】さらに、上述の工程においては、被露光基
板上に高反射物質を積層した後、これを除去する前に、
所定の材料からなる被エッチング膜をエッチング補整物
質として、高反射物質上に平滑に形成してもよい。被エ
ッチング膜としては、前記高反射物質とエッチングレー
トが同等な物質であれば、任意の材料を使用することが
でき、レジスト膜等が挙げられる。この場合には、例え
ばスピンコート法を用いて、約０．３〜０．７μｍ程度
の膜厚で形成することができる。

【００７３】このように、高反射物質を積層した被露光
基板上に被エッチング膜を形成した後、アライメントマ
ークの凸部分に積層された高反射物質とともに、被エッ
チング膜を除去することによって、アライメントマーク
の凹部分のみに高反射物質を配置することができる。被
エッチング膜等の除去に当たっては、所定のガスを用い
たＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎ
ｇ）等を使用することができる。

【００７４】上述のように、高反射物質上に被エッチン
グ膜を形成することによって、高反射物質として用いら
れる材料の選択の幅が広がるという効果がある。

【００７５】被露光基板上のアライントマークの凹部分
に高反射物質を配置するほかの方法としては、アライメ
ントマーク領域全体に凹凸の１／２程度の膜厚で前記高
反射物質を積層した後、この高反射物質を軟化させて凹
部分に流れ込ませる方法が挙げられる。例えば、前記高
反射物質としてアルミニウムを用いた場合、約５００℃
に加熱することによって軟化し、凹部分に流れ込ませる
ことができる。

【００７６】被露光基板上のアライメントマークの凸部
分のみに高反射物質を配置するためには、溶解性物質か
らなる膜を段差部分の凹部分に選択的に形成し、マーク
領域の全面に光反射物質を積層した後に、前記溶解性物
質を溶解して凸部分にのみ前記光反射物質を配置する等
の方法が挙げられる。

【００７７】以下に具体的な手法を説明する。

【００７８】まず、アライメントマーク領域の凹部分お
よび凸部分全体に溶解性物質を積層した後、凹部分にの
み所定の厚さで残置するようにこれを除去する。その
際、凸部分からは前記溶解性材料を完全に除去する必要
がある。また、残置した溶解性材料の表面と凸部分との
段差は、後の工程で積層される高反射物質の膜厚よりも
大きいことが望ましい。なお、ここで、溶解性材料と
は、被露光基板や高反射物質に何等影響を与えることな
く溶解できる材料を表わす。

【００７９】次に、マークの凸部分および溶解性物質が
残置されたマークの凹部分に、均一に高反射物質を積層
し、その後、前記溶解性物質を溶解させることによっ
て、凹部分に積層された高反射物質を除去する。以上の
工程によって、マークの凸部分のみに高反射物質を配置
することができる。

【００８０】なお、溶解性物質としてレジストを用いる
と、平滑に塗布することができ、しかも酸素プラズマ処
理を施すことによって、マークの凹部分にのみ所定の厚
さで残置させることができるので好ましい。また、レジ
ストは、有機溶媒で容易に溶解除去することもできる。

【００８１】上述の方法は、アライメントマークの凸部
分を高反射物質で覆うので、アライメントマークの凸部
分の形状の方が、理想形状から離れている被露光基板に
対して、特に有効である。

【００８２】次に、被露光基板上のアライメントマーク
領域全体に高反射物質を積層し、凹部分と凸部分との反
射率比を増加させる方法について説明する。

【００８３】まず、被露光基板上のアライメントマーク
領域全体に、スパッター法等を用いて高反射物質を積層
し、マーク領域全体の反射率を増加させる。このとき、
この高反射物質の膜厚は、凸部分及び凹部分のいずれに
おいても均一であることが望ましく、例えば、高反射物
質としてアルミニウム膜を用いる場合、膜厚は０．１μ
ｍ程度で十分である。

【００８４】次に、アラメント光を吸収する光吸収物質
をアライメントマーク上に、凸部表面を覆う程度の層厚
で平滑に積層する。なお、アライメント光を吸収する物
質としては、レジストの感度や解像度を低下させること
のない色素を使用することができ、その添加量は、適宜
選択することができる。

【００８５】この方法で得られたアライメントマークに
アライメント光を入射した場合には、マークの凹部分か
らの反射光の強度は、凹凸の段差分の距離を往復するた
めに、凸部分からの反射光の強度よりも弱められる。し
たがって、アライメントマークの、凹部分と凸部分との
反射率比を増加させることができる。

【００８６】

【作用】本発明では、アライメント光に対する反射率の
高い被露光基板の場合には、アライメント光の一部の波
長を吸収する物質を、被露光基板上のアライメントマー
クの凹部分または凸部分のいずれかにより多く配置する
ことによって、アライメントマークのコントラストを高
めている。したがって、アライメント検出信号の精度を
著しく向上させることができた。

【００８７】特に、この技術を金属配線形成におけるレ
ジストパターン転写に適用した場合、配線を太くする、
あるいは配線数を増やす、あるいは配線工程数を増やす
等の必要がなく、従来よりも工程数を削減し、同じ最小
線幅でも一世代進んだ半導体装置を製造することができ
る。

【００８８】一方、アライメント光に対する反射率の低
い被露光基板の場合には、被露光基板上のアライメント
マークの凹部分あるいは凸部分のいずれか一方に、アラ
イメント光に対して高反射率な物質を配置することによ
って、マーク部分の反射率比を増加させている。

【００８９】アライメントマークの凹部分または凸部分
のいずれかに高反射物質を配置した場合、この高反射物
質が配置された部分のみの反射率を選択的に増加させる
ことができる。また、アライメントマーク領域の全体に
高反射物質を配置した場合には、更に高反射物質上にア
ライメント光を吸収する物質を平滑に積層することで、
凹部分と凸部分との反射率比を増加させることができ
る。

【００９０】従って、前記高反射物質を配置した領域の
反射率比を増加させ、検出しようとするアライメント信
号を強調するとともにＳ／Ｎを改善することができる。

【００９１】すなわち、本発明を適用することにより、
反射率の高い被露光基板および反射率の極端に低い被露
光基板のいずれに対しても、アライメント信号のＳ／Ｎ
を改善して、アライメント精度を向上させることができ
る。

【００９２】

【実施例】以下、実施例を示して、本発明を詳細に説明
する。 （実施例Ｉ）本実施例においては、高反射率な下地基板
上でのアライメントマークの検出精度を向上させた例に
ついて説明する。 （実施例Ｉ−１）Ｘ線等倍露光において、アライメント
マーク領域の少なくとも凹部分に色素入りレジストを配
置してアライメント精度を向上させる。

【００９３】用いるＸ線等倍露光におけるアライメント
システムを、図１１に示す。

【００９４】このシステムを用いるアライメントにおい
ては、まず、音響光学変調素子（ＡＯＭ）によって、Ｈ
ｅＮｅレーザー光３ａ，３ｂおよび４ａ，４ｂを、ＸＺ
面上に等入射角でマスクアライメントマーク１および基
板マーク２に入射する。このＨｅＮｅレーザー光３およ
び４は、それぞれ７９．９ＭＨｚおよび８０．０ＭＨｚ
に変調されたものである。なお、マスク上には、ＨｅＮ
ｅレーザー光４を基板マーク２に入射するためのメンブ
レン窓７が形成されている。マスクアライメントマーク
１に入射されたレーザー光３ａおよび３ｂは、＋Ｙ方向
に一次に回折して検出光５が得られ、一方、ウェハアラ
イメントマーク２に入射されたレーザー光４ａ，および
４ｂは、＋ｙ方向に１次に回折して検出光６が得られ
る。これらの検出光５と検出光６との位相差を測定し
て、マスクとウェハとの位置合わせを行なう。

【００９５】すでに説明したように、このシステムを用
いたアライメントでは、基板とマスクとの間での多重反
射により検出光に外乱光が混入して、アライメント精度
を低下させる原因となっていた。外乱光１２を除去する
ための本実施例のアライメントマークについて、図面を
参照して説明する。

【００９６】図１に、本実施例のアライメントマークの
断面図を示す。

【００９７】図１に示すように、このアライメントマー
クにおいては、酸化シリコン膜等からなるアライメント
マーク１６が０．９５μｍの段差で基板１５上に形成さ
れており、段差部分の凹部および凸部には、アルミニウ
ム等の金属膜１７が、厚さ０．４μｍの厚さで形成され
ている。さらに、この金属膜の上には、アライメント光
に対する線吸収係数ｋが２．７μｍ^-1の色素入りレジス
ト層１８が積層されている。この色素入りレジストは、
アライメント光であるＨｅＮｅレーザー光の波長である
６３３ｎｍの近傍に吸収波長を有するアントラキノン系
有機物色素を２．０％含有している。

【００９８】このような表面にレジスト層を有する基板
に入射したアライメント光１９は、色素入りレジスト層
１８表面で反射する部分光２０と、色素入りレジスト層
中で強度が減衰した後、アルミニウム膜１７の界面で反
射し再び色素入りレジスト中で強度が減衰する部分光２
１および２２とに分けられる。凹部上での部分光２１の
強度は、凸部上での部分光と比較すると、段差の高さｈ
×２の割合だけ低下し、アライメントマークのコントラ
ストが増加する。したがって、色素入りレジスト１８の
吸収係数ｋと段差ｈとを調整することによって、アライ
メントマークのコントラストをコントロールすることが
できる。

【００９９】このようにして、アライメントマークのコ
ントラストを増加させたアルミニウム基板において、マ
スクと基板との間隔を変化させて検出光強度を測定した
結果を図２に示す。なお、測定に使用した装置は、１５
ｎｍの露光領域を想定しており、その露光領域中の３カ
所（Ｘ，Ｙ１，Ｙ２）にアライメントシステムを備えて
いる。図２に示すように、ノイズの成分２３の振幅は非
常に小さく、このノイズ成分によるアライメント精度の
誤差は、位置に換算して±０．０１μｍ以下までに抑え
られている。すなわち、基板マークのアライメントがほ
ぼ正確に達成されていることがわかる。

【０１００】上述の結果は、基板中心に位置するチップ
中のアライメントマークに対して測定したものである
が、基板の周辺部に位置するチップのアライメントマー
クに対しても、同様にノイズ成分の振幅が減少する結果
も得られ、アライメントマークに対する測定値のばらつ
きも減少した。

【０１０１】以上の結果が得られた理由を、本発明者ら
は以下のように考察した。

【０１０２】まず、基板上のアライメントマーク２にＸ
Ｚ平面の＋Ｘ方向からアライメント光を入射した際の２
次元的な回折次数（Ｘ，Ｙ）への回折効率を、ｇ_X,Y と
表記した。なお、正反射率よりも−Ｘ方向に大きな出射
角で回折する回折光の次数をプラスとし、＋Ｙ方向に回
折する回折光の次数をプラスとした。例えば、＋Ｘ方向
から入射されたアライメント光４ｂが、回折次数（−
１，１）へ回折した時、その回折効率を、ｇ_-1,1と表わ
す。一方、ＸＺ平面の−Ｘ方向からアライメント光４ａ
が同じ方向に回折するためには、プラスの方向が逆向き
になるため、その回折次数は（−１，１）となり、回折
効率は、ｇ_-1,-1 で表わす。

【０１０３】Ｘ線のマスクのメンブレン窓７の反射率ｒ
_m 、および透過率ｔ_m が、全ての回折光に対して一定で
あると仮定すると、±Ｘ方向から入射されたアライメン
ト光４ａおよび４ｂが基板マーク２で回折し、＋Ｙ方向
に回折して検出器に到達する光の電気ベクトルＥ₊ およ
びＥ_- は、時間依存の係数を無視すると下記式（１）で
表わされる。

【０１０４】

【数１】 ここで、Ｅ_i+およびＥ_i-は、入射光の電気ベクトル、δ
＝４πｄ／λ、ｄはマスクと基板との間の距離（ＧＡ
Ｐ）、λはアライメント光の波長である。

【０１０５】式（１）中の第１項の振幅および第２項の
振幅を、それぞれＥ_ｄ±およびＥ_ｏ±で表わし、下記式
（２）および（３）で定義すると、Ｅ₊ およびＥ_- は、
下記式（４）で表わされる。

【０１０６】

【数２】

【０１０７】

【数３】

【０１０８】

【数４】 なお、式（３）中のΣは、（ｉ＋ｊ＝−１，ｊ＋ｌ＝
１）または（ｉ＋ｋ＝−１，ｊ＋ｋ＝−１）を満たす全
ての異なるｇ_i,j ×ｇ_k,l の総和を表わす。また、この
式（４）の第１項は、検出光６に対応し、第２項以降が
外乱光１２の総和である。Ｅ_d およびＥ_o を、下記式
（５）および（６）のように規定すると、検出器に到達
する光の強度Ｉは、下記式（７）で表わされる。

【０１０９】

【数５】

【０１１０】

【数６】

【０１１１】

【数７】 ここで、検出器に到達する光の強度Ｉは、式（７）の第
１項と第２項との直流成分、および周期的なノイズであ
る第３項の交流成分によって表わされる。先に述べた外
乱光１２が、この交流成分を生じさせ、ひいては、図１
３に示す周期的なノイズを発生させていると思われる。

【０１１２】次に、＋Ｘ方向と−Ｙ方向とから入射され
たアライメント光の強度が同程度であって、アライメン
トマークの断面形状や光軸倒れ等による回折光の非対称
性がないと仮定すると、ｇ_X,Y ＝ｇ_X,-Yとなるため、式
（７）に示される周期的なノイズ成分を低減するために
は、下記式（８）に示す値を最小にすることが望ましい
ことがわかる。

【０１１３】

【数８】 したがって、式（８）に示す値を最小にするには、メン
ブレン窓７の反射率ｒ_m を十分低く抑え、検出器方向へ
の回折効率ｇ_-1,1を大きくする必要がある。特に、ｇ
_-1,1が０に近付くと、式（８）は発散してしまうので、
ノイズが増大する。このため、アライメントマークの断
面形状が変化しても、ｇ_-1,1が０近傍以外の値で安定し
ていることが重要であり、また、取り得る限り大きな値
であることが望ましい。

【０１１４】本実施例では、基板マーク上に形成された
アルミニウム膜の上に、色素入りレジストを塗布してい
るので、基板マークからの回折光のうち、レジストを介
して凸部で反射する部分光２２の強度と、凹部で反射す
る部分光２１の強度との差を大きくすることができた。
すなわち、色素入りレジストを塗布することによって、
基板マークのコントラストが増加した。さらに、コント
ラストが１に近付くほど、マークの断面形状の違いによ
る回折効率ｇ_-1,1の変化が小さくなり、０から離れて一
定値に落ち着いて安定することから、式（７）中の交流
成分が減少し、ノイズのない測定波長が得られる。

【０１１５】なお、回折効率は、主として、アライメン
トマークの回折格子としての特性に依存するので、たと
えアライナーを改良しても、回折効率を著しく改善する
ことは困難である。したがって、回折効率の改善に有効
である本実施例は、アライメント信号におけるノイズを
低減する効果が大きい。

【０１１６】このようにして、アライメントマークのコ
ントラストを増大させたアルミニウム基板において、ア
ライメントマークの段差の高さと検出器方向への回折効
率ｇ_-1,1とに関して計算した結果を図３に示す。ここ
で、レジスト膜１８の入射光に対する線吸収係数を２．
７μｍ^-1とすると、図３に示すように、段差の高さが大
きくなるにしたがって、アライメントマークの凹部から
の反射率が凸部からの反射率に比べ十分小さくなるた
め、コントラストが増大し回折効率ｇ_-1,1が安定する。

【０１１７】比較例として、アルミニウム基板に塗布し
たレジストの線吸収係数を０μｍ^-1とした場合、すなわ
ち、コントラストが０の場合の段差の高さと回折効率と
の計算結果を図４に示す。図４に示すように、段差の高
さの変化に対する回折効率の変化は大きく、具体的に
は、高さが（０．１５／ｎ）μｍ変化する毎に、回折効
率ｇ_-1,1は、０から最大へ、さらに０まで変化してい
る。なお、ｎは表面に塗布したレジスト膜１８の屈折率
である。このように、ある特定の高さの場合には回折効
率が０に近い値をとるために、この高さにおけるアライ
メント信号の精度が著しく劣化していたものと思われ
る。

【０１１８】図４に示すように、コントラストが０の場
合には、段差の高さがわずか０．１μｍ程度の変化する
間に、回折効率は０から最大へ変化しているので、段差
の高さを約±０．０５μｍの範囲内で制御しなければ、
いずれかの基板マークにおける回折効率が低下してしま
うことがわかる。しかしながら、マークを形成する際に
は、全ウエハ面内でのそのような制御は困難であるため
に、高さのわずかな違いにより、回折効率の小さいマー
クが形成されることは避けられない。

【０１１９】さらに、図３に示すように、本実施例にお
ける回折効率の最小値は、線吸収係数を０μｍ^-1とした
場合の図４とは異なって０ではないことに注目される。
特に、高さｈが０．６μｍより大きくなると、回折効率
の変動は小さくなって安定した値が得られており、マー
ク段差高さの誤差による検出光のばらつきが改善された
ことがわかる。

【０１２０】次に、異なるチップの同一位置（例えば
Ｘ）を示す基板マークの断面形状が均一でない場合に、
本実施例による色素入りレジストを用いて、オフセット
値のばらつきを低減した例について述べる。

【０１２１】ＸＺ平面上のプラス方向から入射されたア
ライメント光が、アライメントマークで回折して検出器
に到達する光束の複素振幅をＷ₊₁とし、同じ平面上のマ
イナス方向から入射されたアライメント光に対する回折
光の複素振幅をＷ_-1とすると、これらは下記式（９）お
よび（１０）で表わされる。

【０１２２】

【数９】

【０１２３】

【数１０】 ここで、Ｐはマスク格子のピッチ、δ_w はマーク位置、
γ₁ およびγ₂ は、音響光学変調素子（ＡＯＭ）を用い
て変調した２つのアライメント光の変調周波数である。
また、Ｂ₊₁およびＢ_-1は、回折光の複素振幅を表わし、
それぞれ式（１１）および（１２）で表わされる。

【０１２４】

【数１１】

【０１２５】

【数１２】 なお、ｂ₊₁およびｂ_-1は回折光の振幅を表わし、β₊₁お
よびβ_-1は、位相を表わす。

【０１２６】したがって、検出器方向に回折する光の強
度Ｉ_w 、およびマスク側から検出器方向に回折する光の
強度Ｉ_m は、それぞれ式（１３）および（１４）で表わ
される。

【０１２７】

【数１３】

【０１２８】

【数１４】 実際の測定では、基板マークおよびウェハマークのＹ方
向におけるピッチを変えることで回折方向させることが
できるため、Ｉ_w とＩ_m とは、別個の検出器を用いて測
定することが可能である。この強度振幅の位相差４π
（δ_w −δ_m ）／Ｐ＋（β₊₁−β_-1）−（α₊₁−α_-1）
から基板マークとマスクマークとの相対位置を測定す
る。なお、（β₊₁−β_-1）−（α₊₁−α_-1）が、測定の
オフセット量に相当する。ここで、マスクマークの断面
形状に依存する（α₊₁−α_-1）は、同一マスクを使用し
ている場合には、当然、常に一定であるが、基板マーク
毎に断面形状が異なる場合には、以下のような理由から
アライメント精度を低下させてしまう。すなわち、基板
マークに２つのレーザー光４ａおよび４ｂを入射する
と、入射光４ａからの回折光と４ｂからの回折光との間
に位相差（β₊₁−β_-1）が生じる。なお、各入射光から
の回折光は、検出光６におけるその入射光の寄与分とい
うことができる。断面形状の異なると基板マークでは、
この位相差も基板マーク毎に異なるために、測定した相
対位置にばらつきを生じさせ、アライメント精度の劣化
の原因になる。

【０１２９】このような例として、矩形状の市松格子の
凹部分に傾きがある場合について、位相差Δβ（＝β₊₁
−β_-1）を計算した。

【０１３０】図５に、凹部分の底に傾きがある基板マー
ク上に、従来の吸収のないレジストが塗布されている場
合について、段差ｈを変化させた際の位相差Δβを示
す。なお、凹部分の傾きは、Ｘ方向に（０．１／２．２
５）とした。図５に示すように、底に傾きがある場合に
は、段差の高さｈに応じて位相差Δβが変化する。すな
わち、基板内で基板マークの段差高さが均一でない場合
には、各基板マークでΔβが０にならず、異なる値をも
つため、アライメント精度を低下させることがわかる。

【０１３１】また、本実施例を用いてアルミニウム基板
上に塗布するレジストの線吸収係数を大きくした場合、
すなわち基板マークのコントラストを増加させた場合に
ついて、同様に位相差Δβの計算し、得られた結果を図
６に示す。なお、段差の高さは、０．４〜１．０μｍの
間で、０．１μｍ刻みとした。図６に示すように、いず
れの段差高さの場合も、コントラストが１に近付くほ
ど、Δβは０に近付いている。図５および図６の結果か
ら、吸収レジスト膜を塗布することによってコントラス
トが０．５に調整された基板では、コントラストが０の
基板と比較すると、段差の高さむらによる位相差Δβの
ばらつきが約１／２に減少することがわかる。特に、基
板マークのコントラストが０．９５に調整された基板で
は、位相差Δβを約１／１０に減少させることができ
る。

【０１３２】以上説明したように、色素入りレジストを
アルミニウム膜の上に塗布することによって、基板マー
クの断面形状の違いに起因した検出光の位相差のばらつ
きを減少させることができる。すなわち、各基板マーク
を通じて、オフセット量を一定とすることができるた
め、アライメント精度を向上させることができる。

【０１３３】次に、図１１に示すアライメントシステム
を用いて、本実施例のアライメントマークが形成された
基板にＸ線等倍露光を行なった。なお、基板としては、
約０．９５μｍの段差を有するアライメントマークの上
に、厚さ約０．４μｍのアルミニウムと銅の合金を成膜
した基板を使用し、この金属膜の上にアントラキノン系
有機物色素を１．０重量％添加した感放射線ネガレジス
トを塗布した。

【０１３４】さらに、同様の金属膜が形成された基板の
上に、色素を添加しない従来のレジストを塗布して、同
様のアライメントシステムを用いてＸ線等倍露光を行な
った。

【０１３５】その結果、色素を添加したレジストを用い
た本実施例のアライメントマークが形成された基板で
は、アライメント精度は２５ｎｍ（３σ）であり、本シ
ステムをＬＯＣＯＳ工程やゲート工程等の、反射率の低
い基板に適用した場合とほぼ同等であった。また、この
色素を添加したレジスト感度は、従来のレジストと比較
して約５％程度低下したが、解像性の低下はまったく見
られず、線幅０．１５μｍの微細パターンまでの解像を
確認することができた。

【０１３６】これに対して、色素を添加していない従来
のレジストを用いたアライメント露光方法では、アライ
メント精度が２６０ｎｍ（３σ）程度であり、本実施例
により、アライメント精度を約１／１０まで改善するこ
とができたことがわかる。

【０１３７】さらに、本実施例をＸ線等倍露光技術に適
用し、金属配線の形成を行なって、デバイスを製造した
例を、従来技術と比較して説明する。

【０１３８】従来の技術を用いて金属配線を行なった場
合には、最少でも０．４μｍという線幅で配線を形成せ
ざるを得ないので、高い解像性があっても意味を成さな
い。加えて、１回の工程で配線を形成するのでは十分な
信頼性が得られないために、複数回の工程によって形成
しなければならない。

【０１３９】一方、本実施例を適用すると、０．１５μ
ｍの微細なパターンが形成でき、重ね合わせのばらつき
も小さい。しかも、１回の工程で信頼性の高い配線を形
成することができる。結果として、従来のデバイスのセ
ルより少なくとも１０％以上縮小化することができ、配
線形成の工程数も削減することができる。

【０１４０】なお、本実施例においては、アライメント
光としてＨｅＮｅレーザーを使用し、このＨｅＮｅレー
ザー光の波長である６３３ｎｍ近傍に吸収波長を有する
アントラキノン系有機物色素を含有したレジストを金属
膜の上に塗布したが、これに限定されるものではない。
使用するアライメント光に応じて、そのアライメント光
の波長近傍に吸収波長を有するレジスト、または色素入
りレジストを用いることができる。また、これとは逆
に、使用するレジストを先に決定し、それに応じてアラ
イメント光を決めてもよい。

【０１４１】例えば、赤色に着色したｉ線用レジストを
使用する場合には、アライメント光として、赤に吸収さ
れるＨｅＣｄレーザー等を用いることによって、本実施
例の効果を得ることができる。

【０１４２】具体的には、下記表１に示すようにアライ
メント光源と、レジストとの組み合わせることができ
る。

【０１４３】

【表１】 さらに、アントラキノン系色素およびジスアゾ系色素と
して、それぞれ下記化６に示す式（ III）で表わされる
化合物、および下記化７に示す式（IV）で表わされる化
合物を使用し、いずれも１．０重量％の割合でレジスト
に添加して本実施例のアライメントマークを形成し、こ
のアライメントマークに対してＸ線を用いて露光を行な
った。

【０１４４】

【化６】

【０１４５】

【化７】 その結果、具体例１では、５％以下の感度低下は見られ
たものの、０．１５μｍパターンまでのパターンを形成
することができた。また、具体例３の場合も、１０％以
下の感度低下はみられたものの、０．１５μｍパターン
までのパターン形成を確認した。

【０１４６】下記表２に、各アライメント光の波長と、
この波長に対するアルミニウムの反射率、およびレジス
トの線吸収係数を示す。

【０１４７】

【表２】 表２に示すように、各具体例におけるレジストは、アラ
イメント光に対する吸収が大きいため、アルミニウム膜
が成膜されたマークの段差上に塗布した場合、凸部分と
凹部分との反射率比を増加させることができる。例え
ば、０．５μｍの段差を有するアライメントマークの場
合では、いずれの例においても反射率比は２以上とな
る。さらに、アライメントシステムによって若干の差は
あるが、アライメント精度も５０％以上向上すると考え
られる。

【０１４８】以下、（実施例Ｉ−２）〜（実施例Ｉ−
６）においては、本発明のアライメントマークにおける
光吸収層の製造方法を詳細に説明する。 （実施例Ｉ−２）図７を参照して、色素入りレジストを
用いた光吸収層が配置されたアライメントマークについ
て説明する。

【０１４９】光吸収物質２７は、以下のような工程で基
板マークの凹部に埋め込むことができる。

【０１５０】まず、図７（ａ）に示すように、酸化シリ
コン等からなる基板マーク２６の上にアルミニウム膜が
形成された基板２５の表面に、スピンコート法等を用い
てエッチング可能なアライメント光吸収物質２７を平滑
に積層する。なお、光吸収層は、基板マークの凸部表面
が覆われる程度であれば、任意の厚さで積層することが
できるが、後の工程で除去することを考慮すると、０．
５μｍ以下であることが好ましい。

【０１５１】次に、図７（ｂ）に示すように凸部の表面
が現れるまで、酸素プラズマ２８でエッチング処理、あ
るいは研磨処理を行なって、光吸収物質を除去する。な
お、必ずしも基板マーク２６の凸部表面が現れるまでエ
ッチング処理、または研磨処理を行なう必要はなく、凸
部からの信号強度が検出できるところで処理を終了して
もよい。

【０１５２】なお、段差の高さが０．３μｍ以下の低段
差化した基板マークに対しては、図７（ｂ）に示すよう
に、基板マーク２６の凹部にのみアライメント光吸収物
質２７を埋め込むことで、コントラストの向上が図れる
ため、アライメント信号の検出が容易になる。また、従
来では段差が低いために全くアライメント信号が検出で
きなかった場合にも、本実施例により検出が可能にな
り、精度向上にも効果的である。 （実施例Ｉ−３）本実施例では、光吸収物質として、特
定の紫外線を照射することによって被照射領域のアライ
メント光に対する吸収率が低下する性質を有する材料を
使用する。かかる材料は、紫外線の波長に応じて適宜選
択することができる。

【０１５３】まず、図８（ａ）に示すように、アライメ
ント光吸収物質３０を、スピンコード法等を用いて基板
マーク３１の表面に平滑に積層する。このアライメント
光吸収物質３０は、特定の紫外線に対する侵入深さが約
０．５μｍ程度であり、基板マークの凸部表面から、
０．５μｍ程度の厚さを有するように積層する。

【０１５４】さらに、基板マーク上に積層したアライメ
ント光吸収物質の表面に、上述の特定の紫外線３２を照
射し、図８（ｂ）に示すように凸部上の膜厚程度まで透
明化処理を施す。これによって、基板マークのコントラ
ストを増加させたまま、アライメント信号強度も増加さ
せることができる。

【０１５５】本実施例では、先の実施例と同様の効果が
得られ、さらに特定紫外線の強度や照射時間を変えるこ
とで、アライメント信号強度をコントロールすることが
できるという利点がある。 （実施例Ｉ−４）本実施例においては、アライメント光
吸収物質として、特定の温度で軟化する性質を有する材
料を使用する。光吸収物質としては、例えば、炭素樹脂
等を使用することができる。

【０１５６】図９を参照して、その形成方法を説明す
る。

【０１５７】まず、アライメント光吸収物質３４を、凹
凸の１／２程度の膜厚で基板マーク領域全体に積層し、
この物質が軟化する温度以上で熱処理を行なう。アライ
メント光吸収物質が軟化し、凹部３５に流れ込むことを
利用して、凹部３５にアライメント光吸収物質を埋め込
む。

【０１５８】このようにして基板マークのコントラスト
を高めた場合にも、アライメント信号のＳ／Ｎが増加
し、先の実施例と同様な効果が得られる。 （実施例Ｉ−５）基板マークの凹部にアライメント光吸
収物質を積層した後、これを除去する前に、所定の被エ
ッチング膜をエッチング補正物質として積層して、光吸
収物質上に積層してもよい。エッチング補正物質として
は、光吸収物質とエッチングレートが同等の物質であれ
ば、任意の材料を使用することができる。

【０１５９】図１０を参照して、この形成方法を説明す
る。

【０１６０】まず、図１０（ａ）に示すように、スパッ
ター等で炭素膜３８等のアライメント光吸収物質を、ア
ライメントマーク領域に積層する。さらに、その上層に
図１０（ｂ）に示すように、酸化シリコン膜３９等のエ
ッチング補助物質を十分厚く積層し、ほぼ平滑な表面を
得る。

【０１６１】次に、十分な信号強度が得られるまで、Ｒ
ＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ ＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）法等
のエッチング処理を行なって、エッチング補正物質とと
もに光吸収物質を除去する。この際、マークの凹部にお
ける光吸収膜の表面が、マークの凸部表面と同一のレベ
ルとなるようにエッチング処理を制御する必要はない。
例えば、若干の吸収膜がマークの凸部表面に残っていて
もよく、また、吸収膜の表面が、凸部の表面より下方と
なるようにエッチングを行なってもよい。なお、エッチ
ングを研磨処理に置き換えても同様である。

【０１６２】本実施例においては、基板マークの凹部３
７に平滑にアライメント光吸収物質３８が形成され、十
分に高いＳ／Ｎ比が得られる。特に、この方法は、平滑
に積層することが困難な吸収物質でも、凹部に埋め込む
ことが可能であり、吸収物質の選択の幅を広げ、先の実
施例と同等な効果が期待できる。

【０１６３】またさらに、アライメント光吸収材料は、
本来吸収しない材料をアライメントマーク上に平滑に塗
布した後、不透明化処理を行なって実現してもよい。例
えば、通常用いられるレジスト材料のような有機物材料
を高反射率基板上に塗布し、ハードベイク等により不透
明化することもできる。

【０１６４】上述の各実施例においては、Ｘ線等倍露光
について説明したが、本発明は、これに限定されるもの
ではない。他の電子線やイオンビーム等の光学系により
露光を行なう技術全般について適用可能である。

【０１６５】なお、上述の実施例Ｉ−１では、位相信号
から位置検出を行なうシステムにおいて、本発明の効果
を説明したが、本発明は、位相情報から位置検出を行な
うシステムのみならず、光強度信号から位置検出を行な
うシステムにおいてもアライメント信号のＳ／Ｎを改善
することができる。

【０１６６】その一例を図１４を参照しつつ説明する。

【０１６７】光強度信号から位置検出を行なうシステム
においては、まず、アライメント光をアライメントマー
クに入射し、このアライメントマークからの正反射光強
度をラインセンサーあるいはエリアセンサーで測定す
る。次に、測定した信号から、アライメントマーク全体
の反射強度プロファイルを得、このプロファイル中か
ら、段差に相当する波形を検出して、段差の位置を算出
する。

【０１６８】（実施例Ｉ−１）で説明したアライメント
光を吸収するレジストを、金属膜を有する基板上に塗布
してアライメントマークを形成し、このマークにアライ
メント光を入射して反射強度を測定した。

【０１６９】得られたアライメントマークの反射強度プ
ロファイルを、アライメントマークの断面図とともに図
１４（ａ）に示す。図１４（ａ）にしめすように、表面
にアルミニウム膜が成膜されたアライメントマーク４２
の上層には、光吸収物質４３が平滑に配置されている。
このように、光吸収物質４３をアライメントマーク４２
の少なくとも凹部に配置することによって、図４（ａ）
のグラフに示すように、ノイズを低減することができ
る。さらに、基板マークの凸部分と凹部分との反射強度
比が大きくなるために、段差位置を容易に検出すること
ができる。

【０１７０】なお、従来の表面にアルミニウム等の金属
膜が形成された基板マークにおける反射強度プロファイ
ルを、アライメントマークの断面とともに図１４（ｂ）
に示す。このように、表面に光吸収物質が配置されてい
ない場合には、金属膜の表面粗さ等の影響のために、Ｓ
／Ｎの悪い反射強度プロファイルしか得られず、しか
も、金属の高い反射率に起因して段差位置の検出が困難
である。

【０１７１】したがって、アライメント光吸収物質をマ
ークの上に配置することによって、光強度信号から位置
検出を行なうシステムにおいても、アライメント精度を
著しく向上させることができる。 （実施例Ｉ−６）本実施例では、露光光として極短紫外
線を用いる場合のアライメント精度を向上させるアライ
メントマークおよびその製造方法について説明する。

【０１７２】光吸収物質を得るためにレジスト中に添加
される材料は、アライメント光を吸収するという特性に
加えて、次のような特性を有することが同時に要求され
る。すなわち、レジストを感光させる露光光に対して吸
収率が小さく、レジストの感光特性に与える影響が小さ
いことである。

【０１７３】露光光がｇ線またはｉ線の場合、すなわ
ち、ｇ線用レジストやｉ線用レジストを用いる場合に
は、アライメント光の波長領域を可視領域とすると、ア
ライメント光の波長と露光光の波長との差は大きいの
で、アライメント光のみを吸収する材料を容易に選択す
ることができる。したがって、レジスト中にアライメン
ト光を吸収する材料を添加して光吸収物質を得ることが
できる。また、Ｘ線用の感放射線レジストの場合には、
ほとんど全ての物質のＸ線に対する吸収が０に近いの
で、光吸収物質を形成するためにレジストに添加可能な
材料の幅は、ｇ線用やｉ線用のレジストの場合以上に広
くなる。

【０１７４】露光光の波長によっては、レジスト中への
色素添加によって、解像性に若干の悪影響を与えてしま
う場合もあり、このような場合には、アライメントマー
ク上に部分的に吸収材料を形成することでコントラスト
を増大させる方が全体的にみて有利な場合がある。

【０１７５】本実施例においては、集光光や集束された
荷電粒子ビームを用いて、アライメントマーク領域の凸
部または凹部にアライメント光を吸収する薄層を形成
し、アライメントマークのコントラストを増加させる。

【０１７６】薄層としては、例えば、炭素膜を形成する
ことができる。 （実施例Ｉ−６−ａ）まず、ＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ
Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）装置を用いて、表面をアルミニウム
膜で被覆されたアライメントマーク領域の凹部分に炭素
膜を形成した例を説明する。

【０１７７】図１５に、ＦＩＢ装置の概略図を示す。図
１５に示すように、この装置では、スチレンガスがノズ
ル５２により試料室５７内へ導入され、一方、ガリウム
イオンビーム発生装置５１からの３０ｋＶに加速された
イオンビームが、試料５３上で集束されている。なお、
試料５３は、Ｘ−Ｙステージ５４にマウントされている
ため、任意の位置に集束されたイオンビームを照射する
ことができる。イオンビームのエネルギーによってスチ
レン分子の炭素原子がはずれ、試料５３上の任意の位置
に炭素膜が形成される。

【０１７８】試料として、酸化シリコンからなるアライ
メントマークの上にアルミニウム膜が形成された高反射
率下地基板を用い、上述の方法によってマーク領域に炭
素膜をして本実施例のアライメントマークを得た。

【０１７９】得られたアライメントマークの検出光強度
プロファイルを、炭素膜が形成されたマークの断面図と
ともに、図１６（ａ）に示す。

【０１８０】図１６（ａ）に示すように、アライメント
マーク凹部には、炭素膜６１が形成されており、この凹
部分の検出光強度は著しく低下していることがわかる。
したがって、マークの段差位置を精度よく検出すること
ができる。

【０１８１】さらに、従来のアライメントマークの検出
光強度と、このマーク領域の断面を図１６（ｂ）に示
す。このように、従来のアライメントマークでは被覆さ
れたアルミニウム膜の表面粗さに起因して、検出信号は
ノイズが大きく、しかも、アルミニウム膜の反射率が大
きいために、段差の検出が困難である。

【０１８２】なお、炭素膜は、アライメントマーク領域
のみに成されているので、デバイス領域には、炭素膜形
成工程によって何等影響を与えるものではない。

【０１８３】（実施例Ｉ−１−ｂ）次に、アライメント
領域上に穴の開いたマスク板を用い、ＩＢＳ（Ｉｏｎ
Ｂｅａｍ Ｓｐｕｔｔｅｒ）装置を用いて、表面をアル
ミニウム膜で被覆されたアライメントマーク領域に対し
て所定の角度で、炭素膜を形成した例について説明す
る。

【０１８４】図１７に、ＩＢＳ装置の概略図を示す。図
１７に示すように、この装置では、まず、クライストロ
ン７２からＥＣＲイオンガン７１へ注入されたマイクロ
波と電磁石７９とによってアルゴンガスをイオン化す
る。得られたアルゴンイオンを平行加速板８１へ加速し
て、４５度に傾けてマウントされた炭素ターゲット７５
に衝突させ、所定の角度でマウントされた試料７６に向
けて炭素原子または炭素分子をターゲットから弾き飛ば
す。試料７６には、アライメントマーク領域上のみに穴
の開いたマスク板が取り付けられているので、マーク部
分の所定の領域に炭素膜が形成される。

【０１８５】試料として、酸化シリコンからなるアライ
メントマークの上にアルミニウム膜が形成された高反射
率下地基板を用い、上述の方法によってマーク領域に炭
素膜をして本実施例のアライメントマークを得た。

【０１８６】得られたアライメントマークの検出光強度
プロファイルを、炭素膜が形成されたマークの断面図と
ともに、図１８（ａ）に示す。

【０１８７】図１８（ａ）に示すように、アライメント
マークの凸部の右側には、炭素膜６１が成膜されてお
り、これによって凸部分の左側の段差が強調されている
ことがわかる。したがって、マークの段差位置を精度よ
く検出することができる。

【０１８８】なお、図１８（ａ）には、凸部分の右側か
ら炭素膜を成膜した場合を示したが、これに限定される
ものではなく、任意の方向から成膜することができる。

【０１８９】さらに、従来のアライメントマークの検出
光強度と、このマーク領域の断面を図１８（ｂ）に示
す。このように、従来のアライメントマークでは被覆さ
れたアルミニウム膜の表面粗さに起因して、検出信号は
ノイズが大きく、しかも、アルミニウム膜の反射率が大
きいために、段差の検出が困難である。

【０１９０】なお、前述の例と同様に、炭素膜は、アラ
イメントマーク領域のみに成されているので、デバイス
領域には、炭素膜形成工程によって何等影響を与えるも
のではない。

【０１９１】本実施例によれば、アライメント光を吸収
する材料をレジストへ添加するのが困難な場合に、デバ
イス領域に光吸収物質を残置させることなく、アライメ
ントマークのコントラストを増加させることができる。
本実施例は、特に、極短紫外線用レジストを用いたレジ
ストパターン転写において、金属配線形成等に代表され
る金属膜上でのアライメント精度を向上させ、半導体デ
バイスを１０％以上高密度化することができる。 （実施例II）本実施例においては、低反射率な被露光基
板上でのアライメントマークの検出精度を向上させた例
について説明する。 （実施例II−１）Ｘ線等倍転写に用いられたヘテロダイ
ンアライメントシステムにおいて、アライメントマーク
領域の凹部分に高反射物質を配置した例について、詳細
に説明する。

【０１９２】なお、用いるアライメントシステムは、
（実施例Ｉ−１）の場合と同様である。すなわち、図１
１を参照して説明すると、ＸＺ面上等入射角でマスクマ
ーク１およびウエハマーク２に、ＨｅＮｅレーザー光３
および４を入射する。なお、前記ＨｅＮｅレーザー光３
および４は、音響光学変調素子（ＡＯＭ）によって、７
９．９ＭＨｚと８０．０ＭＨｚとに変調されたものであ
る。入射光３および４は、回折の理論に基づき様々な方
向に回折するが、マスクマーク１でＹＺ平面上の＋Ｙ方
向に１次に回折した検出光５と、基板マーク２でＹＺ平
面上の＋Ｙ方向に１次に回折した検出光６との位相差を
測定して、マスクと基板との位置合わせを行なう。

【０１９３】したがって、反射率の小さい下地基板で検
出信号強度を増加させるためには、検出器方向への回折
効率を高めることが必要となる。ここでの回折効率は、
市松格子状のウエハアライメントマーク２の凸部あるい
は凹部のどちらか一方の反射率を増加させることによっ
て、改善することができる。なお、凹部分と凸部分との
反射率比が大きいほど、回折効率は高くなる。

【０１９４】本実施例では、被露光基板上のアライメン
トマーク領域の凹部分に高反射物質を埋め込み、凹部の
反射率を増加させることによって回折効率を高める。

【０１９５】まず、図１９（ａ）に示すように、酸化シ
リコンからなるアライメントマーク９１が形成されたシ
リコン基板９２の上に、高反射物質としてアルミニウム
膜９３を積層した。なお、アライメントマーク９１の段
差は、０．２μｍであり、アルミニウム膜９３の厚さは
約０．３μｍとなるように、ＤＣスパッター法により成
膜した。

【０１９６】次に、エッチング補整物質としてレジスト
をスピンコート法によりアルミニウム膜９３の上に塗布
し、図１９（ｂ）に示すようにレジスト膜９４を形成し
た。なお、用いたレジストは、塩素系ガスを用いたＲＩ
Ｅによるエッチングレートが、アルミニウムとほぼ等し
い材料である。

【０１９７】続いて、塩素系ガス９５によるエッチング
を行なうことにより、アライメントマーク９２の凸部分
の表面を露出させ、図１９（ｃ）に示すように、アライ
メントマーク９２の凹部にアルミニウム膜９３を埋め込
んだ。

【０１９８】これにより、アライメントマークの凸部分
と凹部分との反射率比は、凹部分にアルミニウム膜を埋
め込む以前の１．３から１０程度に増加し、アライメン
ト信号のＳ／Ｎは、１．５から７程度に改善された。 （実施例II−２）本実施例においては、被露光基板上の
アライメントマーク領域に照射したアライメント光の反
射光をエリアセンサーで観察し、画像処理によってアラ
イメントを行うシステムに本実施例を適用した例につい
て説明する。

【０１９９】こシステムでは、エリアセンサーで観察し
たアライメントマークの反射強度プロファイルからマー
クの段差位置に相当する反射強度の極小値を検出し、ア
ライメントを行うものである。基板の反射率が小さい場
合には、バックグラウンドの反射率も小さいため、アラ
イメント信号である強度プロファイルのＳ／Ｎが小さ
く、アライメント精度も劣っている。

【０２００】本実施例では、以下の工程によって、高反
射物質を基板マークの凹部に埋め込み、アライメント精
度を改善した。

【０２０１】まず、図２０（ａ）に示すように、酸化シ
リコンからなるアライメントマーク９２が形成されたシ
リコン基板９１の上に、高反射物質として、アルミニウ
ム膜９３を積層した。なお、アライメントマーク９２の
段差は０．４μｍであり、アルミニウム膜９３の厚さは
約０．２μｍとなるように、ＤＣスパッター法により成
膜した。

【０２０２】次に、アルミニウムの軟化点よりもやや高
い温度（約５００℃）で加熱処理を行なうことによっ
て、アルミニウムをいったん軟化させ、アライメントマ
ークの凸部分に蒸着されたアルミニウムを凹部分に流し
込んだ後、平滑化したまま再固化させた。これによっ
て、図２０（ｂ）に示すように、アライメントマークの
凹部分にアルミニウムが埋め込まれた下地基板を得た。

【０２０３】以上のようにして得られた下地基板の、ラ
インセンサーに検出される反射強度プロファイルを図２
１（ａ）に示す。このように、アライメントマークの凹
部分に高反射物質を埋め込んで、凹部分と凸部分との反
射率比を増加させたことにより、段差位置の検出が容易
になった。

【０２０４】なお、従来の下地基板における反射強度プ
ロファイルを、図２１（ｂ）に示す。このように、低反
射率基板では、段差位置を示す極小値がノイズに埋もれ
ており不明瞭である。したがって、凹部分と凸部分との
反射率比を増加させることによって、アライメント精度
を著しく向上させることができる。

【０２０５】また、本実施例は、アライメントマークか
らの回折光を用いたアライメント方法に適用することも
でき、実施例II−１と同様な効果が得られる。 （実施例II−３）本実施例においては、加熱処理と研磨
処理とを組み合わせた下地基板の作成方法について説明
する。

【０２０６】まず、図２２（ａ）に示すように、酸化シ
リコンからなるアライメントマーク９２（段差深さ０．
４μｍ）が形成されたシリコン基板９１の上に、研磨ス
トッパーとして作用する炭素膜９６を、ＲＦスパッター
法により約０．０１μｍの膜厚で成膜し、続いてＤＣス
パッター法を用いて、図２２（ｂ）に示すように段差よ
りもやや厚い約０．５μｍの膜厚でアルミニウム膜９３
を成膜した。

【０２０７】次に、アルミニウムの軟化点よりもやや高
い温度（約５００℃）で加熱処理を行うことによって、
アルミニウムをいったん軟化させ、アライメントマーク
の凸部分に蒸着されたアルミニウムを凹部に溶け込ませ
た後、図２２（ｃ）に示すように平滑化したまま再固化
させた。

【０２０８】更に、このアルミニウム膜９３の表面に、
図２２（ｄ）に示すようにコロイダルシリカ９７（粒径
０．０３〜０．１μｍ）を研磨材として用いて研磨処理
を施し、最後に、図２２（ｅ）に示すように酸素プラズ
マ９８でエッチング処理を行うことにより、アライメン
トマーク９２の凸部分表面に残留している炭素膜９６を
除去した。

【０２０９】上述の工程で下地基板を加工することによ
り、実施例II−２の場合よりもアルミニウム膜表面の平
滑性を向上させることができ、しかも、アライメントマ
ークの凸部分のアルミニウムを完全に除去することがで
きる。したがって、実施例II−２よりもアルミニウム膜
の表面粗さや凸部分に残存したアルミニウムによるアラ
イメント信号のノイズが減少され、この実施例に対し、
約１．５倍程度Ｓ／Ｎの大きなアライメント信号が得ら
れた。 （実施例II−４）本実施例においては、アライメントマ
ークの凸部に高反射物質を積層した例について説明す
る。

【０２１０】まず、図２３（ａ）に示すように、酸化シ
リコンからなるアライメントマーク９２（段差深さ０．
４μｍ）が形成されたシリコン基板９１の上に、スピン
コート法によりレジスト膜９９を形成した。なお、レジ
スト膜の膜厚は、凸部上で、約０．３μｍ程度とした。

【０２１１】次に、図２３（ｂ）に示すように、酸素プ
ラズマ９８によるエッチング処理を施し、アライメント
マーク９２の凸部分に形成されたレジスト膜を完全に除
去し、凹部分のみにレジスト９９膜を残置させた。な
お、残置したレジスト膜９９の膜厚は約０．２μｍであ
り、従って、レジスト膜９９の表面と凸部分との間に
は、依然として約０．２μｍ程度の段差が存在してい
る。また、このレジスト膜は、上記のエッチング処理に
対して、下地基板を構成するシリコンや酸化シリコン膜
と十分な選択比があり、この処理によって下地の構造に
何等影響を与えるものではない。

【０２１２】続いて、ＤＣスパッター法を用いて、図２
３（ｃ）に示すように、アライメントマーク９２の凸部
分および凹部分に、厚さ約０．２μｍで均一にアルミニ
ウム膜９３を成膜した。

【０２１３】最後に、有機溶媒を用いて、アライメント
マーク９２の凹部分に残置したレジスト膜９９を溶解さ
せることによって、レジスト膜９９上のアルミニウム膜
９３を除去し、図２３（ｄ）に示すようにアライメント
マークの凸部分のみにアルミニウム膜を形成した。

【０２１４】これによって、凹部分と凸部分との反射率
比は、凸部分にアルミニウム膜を形成する以前の１．３
から１０程度に増加し、アライメント信号のＳ／Ｎは、
１．５から７程度に改善された。

【０２１５】本実施例では、アライメントマークの凸部
の形状が比較的崩れている場合において、凸部の表面を
平滑なアルミニウムで覆うことができ、信号強度を強調
するだけでなく、崩れた凸部の形状によるアライメント
信号のノイズも低減する効果を有する。 （実施例II−５）本実施例においては、アライメントマ
ーク領域の全面に高反射物質を積層した例について説明
する。

【０２１６】まず、図２４（ａ）に示すように、酸化シ
リコンからなるアライメントマーク９２（段差深さ０．
４μｍ）が形成されたシリコン基板９１の上に、ＤＣス
パッター法を用いてアルミニウム膜９３を積層した。な
お、アルミニウム膜９３の膜厚は、アライメントマーク
の凹部分および凸部分のいずれの上でも、均一に約０．
１μｍとし、これによって、アライメントマーク領域全
体の反射率を高めた。

【０２１７】次に、図２４（ｂ）に示すように、このア
ルミニウム膜９３の上に、所定の色素を添加したレジス
ト９９をスピンコート法により平滑に塗布した。なお、
レジスト中には、アライメント光に対して吸収の大きな
色素としてアントラキノン系有機化合物を、約１．０重
量％程度添加した。本実施例において用いたアライメン
ト光源は、ＨｅＮｅレーザー（波長０．６３３μｍ）で
あるため、この赤色光を吸収させる色素として、上記の
アントラキノン系有機化合物を採用した。この色素を添
加することによって、レジストの感度や解像度といった
特性を低下させることはない。また、凸部分からの反射
強度と凹部分からの反射強度との比が約８割程度になる
ように、添加色素の濃度を調節した。

【０２１８】本実施例は、実施例II−４と同様に、アラ
イメントマークの凸部分の反射率を凹部分よりも増加さ
せ、アライメント信号のＳ／Ｎを改善するものである
が、凸部分および凹部分の両方の形状の崩れに対するノ
イズを低減することができる。

【０２１９】また、本実施例においては、アライメント
光源としてＨｅＮｅレーザーを採用し、このレーザー光
を吸収させるために、レジストへの添加色素としてアン
トラキノン系有機化合物を用いたが、この組み合わせに
限定されるものではなく、本来的に特定の波長に対して
吸収の大きなレジストを用いる場合には、この特定の波
長にアライメント光を合わせればよい。例えば、赤色に
着色されたｉ線ステッパー用のレジストを用いる場合
は、ＨｅＣｄレーザー等の光源を使用することで、本発
明を実施することができる。

【０２２０】本発明は、半導体製造において複数回行な
われるアライメント工程の中で、特にアライメント精度
が劣る金属配線形成のためのアライメント露光に有効で
ある。金属配線の形成に当たっては、まず、ウエハ上に
酸化シリコン膜を形成してその所定の領域を除去し、ウ
エハの全面にアルミニウム等の金属膜をマグネトロンス
パッタ法等を用いて積層する。次いで、金属膜の上にレ
ジスト膜を堆積し、アライメント露光を行なってホトマ
スクのパターンを転写・現像する。最後に、パターン転
写されたレジスト膜をエッチングマスクとして用いて、
ＥＣＲエッチング等で上述の金属膜をエッチングするこ
とにより配線が形成される。したがって、配線の形成に
おいては、アライメント精度が劣る金属膜上でのアライ
メント露光が不可欠である。このように低いアライメン
ト精度でも十分な信頼性が得られる金属配線を形成する
ために、従来は、レジスト本来の解像力を落とした条件
でパターニングせざるを得なかった。また、一度の金属
配線形成では不十分なため複数回同じ工程を行なう必要
があるなどの問題があった。

【０２２１】結果として、半導体デバイスの微細化は、
レジストの解像性能の向上もさることながら、金属配線
形成におけるアライメント精度に負うところが大きい。

【０２２２】本発明は、従来からアライメント露光装置
に装備されているアライメントシステムの能力を十分に
発揮できるように、アライメント精度の劣るアライメン
トマークを加工する方法である。本発明のアライメント
露光方法により、金属配線を形成する際に、少なくとも
他の基板でのアライメント露光と同程度まではアライメ
ント精度を向上させることが可能となった。これによ
り、金属配線形成においても、露光方法やレジストによ
る限界解像力を十分に発揮した条件でアライメント露光
が可能となり、一度の形成工程で十分な信頼性が得られ
るため、工程の簡素化・工程数の削減が実施できる。

【０２２３】また、金属配線形成でのアライメント精度
の向上は、上で説明したように半導体デバイスの微細化
を可能にする。具体的には、金属配線形成でのアライメ
ント精度を、他の基板でのアライメント精度と同程度ま
で向上させたことによって、ＤＲＡＭ等の半導体装置で
は約１５％程度の微細化が可能であり、これは、要求さ
れるデザインルール（最小線幅）を大幅にゆるめ、従来
のデザインルールでも一世代分集積化を進めたことにな
る。

【０２２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
アライメント精度の劣る高反射率基板に対して、高精度
なアライメント露光を行なうことができ、さらに、従来
の半導体デバイスと比較して、５％以上も集積化したデ
バイスの製造が可能となる。

【０２２５】また、本発明によれば、アライメント精度
の劣る低反射率な下地基板に対して、アライメント精度
を飛躍的に向上させることができる。また、本発明は、
アライメントを行って形成したパターンを観察して、ア
ライメント精度を評価するシステムに適用する場合も、
測定精度の改善を図ることができる。

【０２２６】かかるアライメントマークは、半導体装置
の微細加工等のアライメント露光技術において有効であ
り、その工業的価値は絶大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の（実施例Ｉ−１）を適用したアライメ
ントマークの断面図。

【図２】（実施例Ｉ−１）を説明するための信号強度の
測定図。

【図３】（実施例Ｉ−１）の回折効率の解析結果を示す
グラフ図。

【図４】比較例の回折効率の解析結果を示すグラフ図。

【図５】比較例の位相差の解析結果を示すグラフ図。

【図６】（実施例Ｉ−１）の位相差の解析結果を示すグ
ラフ図。

【図７】（実施例Ｉ−２）のアライメントマークの製造
方法を示す工程図。

【図８】（実施例Ｉ−３）のアライメントマークの製造
方法を示す工程図。

【図９】（実施例Ｉ−４）のアライメントマークの製造
方法を示す工程図。

【図１０】（実施例Ｉ−５）のアライメントマークの製
造方法を示す工程図。

【図１１】本発明および従来技術において用いたアライ
メントシステムの概略図。

【図１２】（実施例Ｉ−１）および従来技術において用
いたマスクと基板の光路とを示す概略図。

【図１３】従来技術による検出信号を示す測定図。

【図１４】（実施例Ｉ−１）と従来技術とを適用した際
の検出信号を示す測定図。

【図１５】ＦＩＢ装置の構成を示す概略図。

【図１６】（実施例Ｉ−６）と従来技術とを適用した際
の検出信号を示す測定図。

【図１７】ＩＢＳ装置の構成を示す概略図。

【図１８】（実施例Ｉ−６）と従来技術とを適用した際
の検出信号を示す測定図。

【図１９】（実施例II−１）のアライメントマークの製
造方法を示す工程図。

【図２０】（実施例II−２）のアライメントマークの製
造方法を示す工程図。

【図２１】アライメント信号の反射強度プロファイルを
示す図。

【図２２】（実施例II−３）のアライメントマークの製
造方法を示す工程図。

【図２３】（実施例II−４）のアライメントマークの製
造方法を示す工程図。

【図２４】（実施例II−５）のアライメントマークの製
造方法を示す工程図。

【符号の説明】

１…マスクマーク，２…ウエハマーク，３…アライメン
ト光 ４…アライメント光，５…検出光，６…検出光，７…メ
ンブレン窓，８…基板 ９…アライメントマーク，１０…光反射物質，１１…外
乱光，１２…外乱光 １４…多重反射光，１５…基板，１６…酸化シリコン膜 １７…アルミニウム膜，１８…色素入りレジスト，１９
…アライメント光 ２０…部分光，２１…部分光，２２…部分光，２３…ノ
イズ成分 ２５…基板，２６…基板マーク，２７…アライメント光
吸収物質 ２８…酸素プラズマ，２９…基板，３０…アライメント
光吸収物質 ３１…基板マーク，３２…紫外線照射，３３…基板 ３４…アライメント光吸収物質，３５…基板マークの凹
部，３６…基板 ３７…基板マークの凹部，３８…炭素膜，３９…酸化シ
リコン膜 ４０…ＲＩＥ，４１…基板，４２…基板マーク ４３…アライメント光吸収物質，４４…基板，４５…基
板マーク ５１…ガリウムイオンビーム発生装置，５２…ノズル，
５３…試料 ５４…Ｘ−Ｙステージ，５５…遮蔽板，５６…クライオ
ポンプ，５７…試料室 ５８…シリコンウエハ，５９…酸化シリコン，６０…ア
ルミニウム膜 ６１…炭素膜，６２…レジスト，６３…シリコンウエ
ハ，６４…酸化シリコン ６５…アルミニウム膜，６６…レジスト，７１…ＥＣＲ
イオンガン ７２…クライストロン，７３…アルゴンガス，７４…タ
ーゲット室 ７５…炭素ターゲット，７６…マスク板を取り付けた試
料，７７…サンプル室 ７８…クライオポンプ，７９…導波管，８０…電磁石，
８１…平行加速板、９１…シリコン基板，９２…アライ
メントマーク，９３…アルミニウム膜 ９４…レジスト膜，９５…塩素ガスによるＲＩＥ，９６
…炭素膜，９７…コロイダルシリカ，９８…酸素ガスに
よるＲＩＥ ９９…色素入りレジスト膜，１００…基板，１０１…ア
ライメントマ−ク。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 段差部分を有するアライメントマーク領
   域が所定位置に設けられた基板と、このアライメントマ
   ーク領域で基板上に積層された金属膜を含む積層膜と、
   前記段差部分の凸部分または凹部分のいずれかに、より
   多く残置された、前記アライメントマーク領域に照射す
   るアライメント光の一部の波長領域の光を吸収する光吸
   収層とを具備することを特徴とするアライメントマー
   ク。
2. 【請求項２】 表面の所定位置に段差部分を有するアラ
   イメントマーク領域が設けられた基板において、前記マ
   ーク領域に照射するアライメント検出光の少なくとも一
   部の波長領域の光に対して、前記マーク領域を構成する
   材料よりも高い反射率を有する光反射物質を、前記段差
   部分の凸部分あるいは凹部分のどちらか一方に配置した
   ことを特徴とするアライメントマーク。
3. 【請求項３】 表面の所定位置に段差部分を有するアラ
   イメントマーク領域が設けられた基板において、前記マ
   ーク領域に積層された前記マーク領域の位置を検出する
   目的で、前記マーク領域に照射するアライメント検出光
   の少なくとも一部の波長領域の光に対して、前記マーク
   領域を構成する物質よりも高い反射率を有する光反射物
   質と、前記段差部分の凸部分よりも凹部分に多く残置し
   た前記アライメント光を吸収する光吸収物質とを順次形
   成したことを特徴とするアライメントマーク。
4. 【請求項４】 段差部分を有するアライメントマーク領
   域が所定位置に設けられ、少なくともこのアライメント
   マーク領域に金属膜を含む膜が積層された基板上に前記
   アライメントマーク領域に照射するアライメント光の一
   部の波長領域の光を吸収する光吸収層を、前記段差部分
   の凸部分または凹部分のいずれかの部分により多く残置
   する工程を含むことを特徴とするアライメントマークの
   製造方法。
5. 【請求項５】 表面の所定位置に段差部分を有するアラ
   イメントマーク領域が設けられた基板において、前記マ
   ーク領域に照射するアライメント検出光の少なくとも一
   部の波長領域の光に対して、前記マーク領域を構成する
   材料よりも高い反射率を有する光反射物質を、前記段差
   部分の凸部分あるいは凹部分のどちらか一方に配置する
   工程を含むことを特徴とするアライメントマークの製造
   方法。
6. 【請求項６】 基板とマスクとのアライメント後、この
   マスク上のパターンを基板上に形成するアライメントマ
   ークを用いた露光方法において、前記基板と前記マスク
   のアライメントを行なう際に、所定の波長領域を含むア
   ライメント用光源と、所定位置に段差部分を有するアラ
   イメントマーク領域で、金属膜を含む膜が積層され、少
   なくとも前記所定の波長領域の光を吸収する光吸収層を
   前記段差部分の凸部分に比べて凹部分により多く残置し
   た構造を有する前記基板とを具備し、前記アライメント
   用光源から前記アライメントマーク領域に前記アライメ
   ント光を照射し、前記アライメントマーク領域の全面あ
   るいは一部からの反射あるいは回折した光を用いてアラ
   イメントを行なうことを特徴とするアライメントマーク
   を用いた露光方法。
7. 【請求項７】 全面に金属膜を含む膜が形成された下地
   基板上に、この下地基板とマスクとのアライメント後、
   このマスク上のパターンを転写し、転写されたレジスト
   パターンをマスクにして前記金属膜をエッチングし、形
   成された半導体装置において、 前記基板と前記マスクとのアライメントを行なう際に、
   所定の波長領域を含むアライメント用光源と、表面の所
   定位置に段差部分を有するアライメントマーク領域で、
   少なくとも前記所定の波長領域の光を吸収する光吸収層
   を、前記段差部分の凸部分に比べて凹部分に多く残置し
   た構造を有する前記基板とを具備し、前記アライメント
   用光源から前記アライメントマーク領域に前記アライメ
   ント光を照射し、前記アライメントマーク領域の全面あ
   るいは一部からの反射あるいは回折した光を用いてアラ
   イメントを行なうアライメントマークを用いた露光方法
   を用いて、形成されたことを特徴とする半導体装置。