(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の所定の位置に彫りこみ形のアライメントマークを有するアライメントマーク付き半導体基板であって、
前記アライメントマークは、所定の間隔で複数個配列された凹状に彫りこまれた第一段目の彫りこみの底面にさらに第二段目の凹状の彫りこみを設け、
前記第一段目の彫りこみの底面から前記第二段目の彫りこみの底面までの距離は、前記アライメントマークを有する前記アライメントマーク付き半導体基板の表面に屈折率ｎの感光材料を塗布し波長λの露光用光源を照射して露光するにあたって、あらかじめλ／２ｎ以上としたことを特徴とするアライメントマーク付き半導体基板。
【請求項２】
表面に彫りこみ形のアライメントマークを有するアライメントマーク付き半導体基板のアライメントマークの製造方法であって、
半導体基板上に第１のフォトレジストを塗布して第１のフォトレジスト層を形成し、
この第１のフォトレジストよりはく離剤に対する溶解速度の遅い第２のフォトレジストを前記第１のフォトレジスト層の上に塗布して第２のフォトレジスト層を形成し、
これら第１及び第２のフォトレジスト層を形成した半導体基板に前記アライメントマークのマスクパターンを露光し、
前記マスクパターンを現像処理して前記アライメントマーク形成部位以外にレジスト膜を形成し、
前記アライメントマーク形成部位の前記第１及び第２のフォトレジスト層を前記はく離剤により除去し、前記第１のフォトレジスト層の開口が前記第２のフォトレジスト層の開口よりも大きい形状の開口部を形成し、
ＥＣＲエッチングにより前記開口部から前記半導体基板をエッチングして第１の凹状の彫りこみを形成するとともに、このエッチングの進行とともに前記凹状の彫りこみの周縁を覆うように前記開口部周縁の前記第２のフォトレジスト層のレジスト膜を変形させることによって前記開口部の開口を狭め、
この狭められた開口部に対しさらに所定の深さまでＥＣＲエッチングを継続して第２の凹状の彫りこみを形成し、
前記ＥＣＲエッチング終了後に前記レジスト膜をはく離する
ことを特徴とするアライメントマークの製造方法。
【請求項３】
前記狭められた開口部に対するＥＣＲエッチングの深さは、前記アライメントマークを有するアライメントマーク付き半導体基板の表面に屈折率ｎの感光材料を塗布し波長λの露光用光源を照射して露光するにあたって、あらかじめλ／２ｎ以上としたことを特徴とする請求項２に記載のアライメントマークの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アライメントマーク付き半導体基板及びアライメントマークの製造方法に係
り、特に透明な半導体基板上に加工時の位置検出に用いるアライメントマークを設けたア
ライメントマーク付き半導体基板及びアライメントマークの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子や半導体集積回路等の製造工程においては、いわゆるフォトリソグラフィ技
術により、フォトレジスト等が塗布された半導体基板上に、露光装置を用いてフォトマス
ク等に形成されたパターンを転写してレジストパターンを形成し、このレジストパターン
をマスクとしてドライエッチング等による加工がくり返し行なわれる。
【０００３】
特に、近年においては形成されるパターンがますます微細になっているため、所望の性
能を有する半導体素子や半導体集積回路等を製造する際には、加工の位置あわせの精度向
上が要求されている。
【０００４】
この位置あわせには、例えば、半導体基板上に位置情報検出用のアライメントマークを
形成しておき、露光装置がこのアライメントマークを検出することによって半導体基板の
位置を特定する。そして、その検出結果に基づいて加工工程に必要な所定の位置制御を行
なう手法が多用される。
【０００５】
図５に、アライメントマーク付き半導体基板におけるアライメントマークの部位の断面
形状の一例を示す。この図５に示した事例は、いわゆる彫りこみマーカと呼ばれる形状の
ものであり、ベースとなる半導体基板５１上に、凹状の彫りこみ５２が所定の方向に複数
個配列された構成としている。そして、半導体素子を製造する一連の工程中の比較的初期
段階において、例えば、素子形成のためのエッチング等による加工とあわせてあらかじめ
形成される。
【０００６】
フォトリソグラフィ技術により半導体基板を加工する際は、露光装置において所定の精
度で半導体基板の位置あわせが行なわれる。基板位置を特定するための手法は種々案出さ
れているが、アライメントマーカ付き半導体基板の場合には、例えば、以下に述べるよう
に、アライメントマーカからの反射光を用いる手法がある。
【０００７】
すなわち、レーザ光等を発する専用のアライメント光源を設け、このアライメント光源
からの照射光を、レンズやビームスプリッタ等を介して半導体基板上に設けられたアライ
メントマークに照射し、その表面からの反射光を、同様にレンズやビームスプリッタ等を
介してアライメント検出器で受光し、アライメントマークの位置を検出する。そして、そ
の検出結果に基づいて、半導体基板が載置されているステージをＸ、Ｙ、Ｚ、及びθ方向
にそれぞれ移動制御して位置調整を行なう。
【０００８】
なお、上述のような手法により半導体基板の位置あわせを行なう事例は、例えば、特許
文献１に開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２８９０２９号公報（第８ページ、図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、半導体素子の製造には、ベースとなる半導体基板としてガラス、サファイア
、炭化シリコン等の透明な基板が用いられる。また、特に高周波用の素子を形成する場合
には、この透明な基板上に窒化ガリウムや窒化アルミニウムガリウムといった、同じく透
明な薄膜が積層される。そして、このような積層された薄膜層も含めて透明な半導体基板
上に、図５のようなアライメントマーク５２を形成し、このアライメントマーク５２の位
置を特定しながら、フォトリソグラフィ技術による製造工程を進行させ、所望する半導体
素子を形成する。
【００１０】
しかしながら、加工対象の半導体基板が透明の場合、その位置あわせのために図５に例
示したような、凹状の彫りこみ５２を所定の方向に配列した従来の彫りこみ形のアライメ
ントマークでは、アライメント光源から照射されたレーザ光は基板表面での散乱によりわ
ずかに反射するのみで、そのほとんどが半導体基板を透過してしまう。このため、アライ
メント検出器側で十分な反射光を得ることができず、半導体基板の位置、及び基板上の所
定位置を安定に検出し特定することができないという課題があった。
【００１１】
また、透明な半導体基板に対しては、上述したような彫りこみマーカではなく、金属膜
で形成した、いわゆるメタルマーカを用いる手法もある。しかし、このためには、金属蒸
着によりメタルマーカを形成するための独自の工程を必要とするため、製造工程数が増加
し複雑化する要因となっていた。
【００１２】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、半導体基板の加工時にお
ける位置決めの際に、透明な基板に対しても良好な位置検出を実現するアライメントマー
クを設けたアライメントマーク付き半導体基板及びアライメントマークの製造方法を提供
することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明のアライメントマーク付き半導体基板は、表面の所定の位置に彫りこみ形のアライメントマークを有するアライメントマーク付き半導体基板であって、前記アライメントマークは、所定の間隔で複数個配列された凹状に彫りこまれた第一段目の彫りこみの底面にさらに第二段目の凹状の彫りこみを設け、前記第一段目の彫りこみの底面から前記第二段目の彫りこみの底面までの距離は、前記アライメントマークを有する前記アライメントマーク付き半導体基板の表面に屈折率ｎの感光材料を塗布し波長λの露光用光源を照射して露光するにあたって、あらかじめλ／２ｎ以上としたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明のアライメントマークの製造方法は、表面に彫りこみ形のアライメントマ
ークを有するアライメントマーク付き半導体基板のアライメントマークの製造方法であっ
て、半導体基板上に第１のフォトレジストを塗布して第１のフォトレジスト層を形成し、
この第１のフォトレジストよりはく離剤に対する溶解速度の遅い第２のフォトレジストを
前記第１のフォトレジスト層の上に塗布して第２のフォトレジスト層を形成し、これら第
１及び第２のフォトレジスト層を形成した半導体基板に前記アライメントマークのマスク
パターンを露光し、前記マスクパターンを現像処理して前記アライメントマーク形成部位
以外にレジスト膜を形成し、前記アライメントマーク形成部位の前記第１及び第２のフォ
トレジスト層を前記はく離剤により除去し、前記第１のフォトレジスト層の開口が前記第
２のフォトレジスト層の開口よりも大きい形状の開口部を形成し、ＥＣＲエッチングによ
り前記開口部から前記半導体基板をエッチングして第１の凹状の彫りこみを形成するとと
もに、このエッチングの進行とともに前記凹状の彫りこみの周縁を覆うように前記開口部
周縁の前記第２のフォトレジスト層のレジスト膜を変形させることによって前記開口部の
開口を狭め、この狭められた開口部に対しさらに所定の深さまでＥＣＲエッチングを継続
して第２の凹状の彫りこみを形成し、前記ＥＣＲエッチング終了後に前記レジスト膜をは
く離することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、半導体基板の加工時における位置決めの際に、透明な基板に対しても
良好な位置情報の検出を実現することのできるアライメントマークを設けたアライメント
マーク付き半導体基板及びアライメントマークの製造方法を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明に係るアライメントマーク付き半導体基板及びアライメントマークの製
造方法を実施するための最良の形態について、図１乃至図４を参照して説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明に係るアライメントマーク付き半導体基板の一実施例を示す平面図であ
る。この図１に示した事例では、このアライメントマーク付き半導体基板１上に複数の半
導体素子を形成する場合をモデル化して示している。
【００１８】
すなわち、図１（ａ）に示すように、アライメントマーク付き半導体基板１のベースと
なる半導体基板２上には、半導体素子を形成するための素子形成領域３が複数設けられて
いる。これら素子形成領域３のそれぞれには、図１（ｂ）に示すように、Ｘ方向の位置情
報を検出するためのアライメントマーク４、及びＹ方向の位置情報を検出するためのアラ
イメントマーク５が形成されている。これらアライメントマーク４、及び５は、いずれも
彫りこみ形に形成されており、方形の彫りこみ６がそれぞれX方向及びY方向に所定の間隔
で複数個配列されている。
【００１９】
図２は、このアライメントマーク付き半導体基板１上のひとつのアライメントマークで
ある図１（ｂ）におけるアライメントマーク４のＡ−Ａ面に沿った断面をモデル化して示
す断面図である。なお、Y方向のアライメントマーク５も同様の断面を有する。
【００２０】
図２に例示したように、このアライメントマーク４は、ベースとなる半導体基板２を彫
りこんで形成した５個の彫りこみ６が所定の間隔で配列されている。これらの彫りこみ６
のそれぞれは、凹状に彫りこまれた第一段目の彫りこみの底面６１に、さらに凹状の彫り
こみ６２が設けられており、その断面形状は、二段の階段状をなしている。ここに、第一
段目の彫りこみの底面６１までの深さは、１μｍ程度としている。
【００２１】
また、第一段目の彫りこみの底面６１から第二段目の彫りこみ６２の底面までの距離ｄ
は、あらかじめ次のような値の範囲となるように設定している。すなわち、このアライメ
ントマーク付き半導体基板１上に半導体素子を形成する工程中において、その表面に塗布
される感光材料の屈折率をｎ、照射する露光用光源の波長をλとしたときに、ｄはλ／２
ｎ以上としている。
【００２２】
次に、上記した構造のアライメントマークを有するアライメントマーク付き半導体基板
１の加工工程中において、例えば、アライメントマーク４に対してアライメント光源から
の照射光を照射し、その反射光によってその位置情報を検出する場合について説明する。
なお、アライメント光源用からの照射光としては、例えば波長６３３ｎｍのレーザ光が用
いられる。
【００２３】
このアライメントマーク４を構成するそれぞれの彫りこみ６は、図２の断面図に示した
ように二段の階段状に形成されている。このため、図５に例示したような従来のアライメ
ントマークの場合に比較して、アライメント光源を照射したときに散乱による反射を起こ
しやすい。従って、ベースとなる半導体基板２が不透明な場合はもちろん、透明な場合に
おいても従来よりも十分な安定した反射光を得ることができ、良好な位置情報の検出を行
なうことができる。
【００２４】
また、例えばこのアライメントマーク付き半導体基板１上に半導体素子を形成する加工
工程中においてフォトエッチング等を行なう際は、これらアライメントマークを含む基板
表面に屈折率ｎの感光材料が塗布された上で波長λの照射光が露光用光源から照射される
。この場合には、第一段目の彫りこみの底面６１から第二段目の彫りこみ６２の底面まで
の距離ｄは、λ／２ｎ以上に設定しているので、第一段目の彫りこみの底面６１からの反
射光と第二段目の彫りこみ６２の底面からの反射光との感光材料内での光路差が、照射光
の１波長以上になる。従って、ベースとなる半導体基板２が透明な場合においても、この
光路差により反射光の強度の高まった距離で十分な安定した反射光を検出することができ
、良好な位置情報の検出を行なうことができる。
【００２５】
次に、本発明に係るアライメントマーク付き半導体基板１のアライメントマークの製造
方法について、図２乃至図４を参照して説明する。このアライメントマークは、図２の断
面図に例示したように、ベースとなる半導体基板２を彫りこんで二段の階段状に形成した
５個の彫りこみ６が所定の間隔で配列されている。以下の説明では、これら彫りこみ６の
ひとつを取りあげ、その製造方法について説明する。
【００２６】
図３及び図４は、この彫りこみ６の製造方法の一実施例を工程順に示す断面図である。
まず、図３（ａ）に示すように、ベースとなる半導体基板２上に第１のフォトレジストを
塗布し、第１のフォトレジスト層７を形成する。さらにその上層に、第１のフォトレジス
トよりはく離剤に対する溶解速度の遅い第２のフォトレジストを塗布し、第２のフォトレ
ジスト層８を形成する。
【００２７】
次に、これら第１のフォトレジスト層７及び第２のフォトレジスト層８を形成した半導
体基板の上面に、アライメントマークのマスクパターンを露光後、これを現像処理する。
そして、図３（ｂ）に示すように、アライメントマーク形成部位９以外にレジスト膜１０
を形成する。
【００２８】
次に、アライメントマークの形成部位９の２層のフォトレジスト層７及び８を、はく離
剤により除去する。このときに除去を開始した直後は、図３（ｃ）に示すように、第１の
フォトレジスト層７及び第２のフォトレジスト層８は、どちらも同じようにはく離される
。ここで、さらにはく離を継続すると、時間経過とともに、２層のフォトレジストの剥離
剤に対する溶解速度の差によって第１のフォトレジスト層７のはく離が進行し、図３（ｄ
）に示すように、第１のフォトレジスト層７の開口が第２のフォトレジスト層８の開口よ
りも大きな形状の開口部１１が形成される。
【００２９】
これに続けて、ＥＣＲエッチングにより開口部１１からベースとなる半導体基板２をエ
ッチングし、図４（ａ）に示すように彫りこみ１２を形成する。ここで形成された彫りこ
み１２は第一段目の彫りこみとなり、その底面６１までの深さは、例えば１μｍ程度とし
ている。
【００３０】
また、このＥＣＲエッチング時の加熱によって、開口部１１にオーバーハングしていた
第２のフォトレジスト層８によるレジスト膜をＥＣＲエッチングの進行とともに次第に垂
下させ、図４（ｂ）に示すように、彫りこみ１２の周縁を覆うように変形させて、ＥＣＲ
エッチングの対象となる開口部を狭める。
【００３１】
そして、この狭められた開口部１３に対して、あらかじめ設定した所定の深さに達する
までＥＣＲエッチングを継続し、図４（ｃ）に示すように、第二段目の彫りこみ６２を形
成する。このときの第二段目の彫りこみ６２の底面までの深さｄは、例えばこのアライメ
ントマーク付き半導体基板１上に半導体素子を形成する工程中において、その表面に塗布
される感光材料の屈折率をｎ、照射する露光用光源の波長をλとしたときに、λ／２ｎ以
上の値としている。
【００３２】
この後、図４（ｄ）に示すように、すべてのレジスト膜を有機溶剤等によりはく離して
、所望の彫りこみ６を得る。
【００３３】
以上説明したように、本実施例に示したアライメントマーク付き半導体基板１において
は、彫りこみ形のアライメントマーク４及び５を構成するそれぞれの彫りこみ６は、第一
段目の彫りこみの底面６１にさらに第二段目の彫りこみ６２を設けた、二段の階段状に形
成されている。これにより、アライメント光源等を照射したときに散乱による反射を発生
しやすく、十分な安定した反射光を得ることができるので、透明な基板に対しても良好な
位置情報の検出を実現することができる。
【００３４】
また、第二段目の彫りこみ６２の深さｄは、このアライメントマーク付き半導体基板１
上に半導体素子等を形成する工程中においてフォトエッチング等を行なう際に使用される
露光用光源及び感光材料の特性値に基づいて、あらかじめλ／２ｎ以上としている。これ
により、露光用光源に対する第一段目の彫りこみの底面からの反射光と第二段目の彫りこ
みの底面からの反射光との光路差を、露光用光源の１波長以上とし、強度の高まった距離
において十分な安定した反射光を得ることができるので、透明な半導体基板に対しても良
好な位置情報の検出を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係るアライメントマーク付き半導体基板の一実施例を示す平面図。
【図２】図１（ｂ）のＡ−Ａ面に沿った断面をモデル化して示す断面図。
【図３】本発明に係るアライメントマークの製造方法の一実施例における第１段階の工程を示す断面図。
【図４】本発明に係るアライメントマークの製造方法の一実施例における第２段階の工程を示す断面図。
【図５】従来のアライメントマーク付き半導体基板におけるアライメントマークの部位の断面形状の一例を示す断面図。
【符号の説明】
【００３６】
１  アライメントマーク付き半導体基板
２  ベースとなる半導体基板
３  素子形成領域
４、５  アライメントマーク
６、１２、６２  彫りこみ
７  第１のフォトレジスト層
８  第２のフォトレジスト層
９  アライメントマークの形成部位
１０  レジスト膜
１１、１３  開口部
６１  第一段目の彫りこみの底面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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