JPS5928045B2 - パタ−ン形成用マスクの位置決め方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体装置、集積回路、薄膜回路などにおけ
るパターン形成用マスクの位置決め方法に関し、更に詳
細には既にパターンを形成した基板に第２、および第３
のパターン用マスクを位置決めする方法に関する。

従来、この種のパターン形成用マスクの位置決め方法に
おいて、２つのホトマスクによつて基板が既に形成され
たパターンに対して第３のパターンを当該基板に更に形
成すべく第３のホトマスクを基板の所定位置に重ね合わ
せる方法として用いられている代表的なものを第１図お
よび第２図に示す。

第１図に示される従来の方法は、第１層目のホトマスク
には、５．付号Ｍ，ｌ，Ｍｌ２で示す２つの合わせ用マ
ークが設けられ、これらの合わせマークは所定の方法に
よりそのパターンと共にウエハ一即ち基板上のフオトレ
ジストに露光転写され且つ現像処理後基板表面の酸化膜
をエツチングし凹部と こして形成される。

この基板表面の酸化膜に凹部として形成された前記合わ
せマークをＷｌｌ，Ｗｌ２の付号で示す。第２層目のホ
トマスタは、前記合わせマークＷ，，か或いはＷ，２の
いずれか一方（第１図の場合はＷｌ，）１に整合し且つ
当該合わせマークより僅かに小さい合わせマークＭ２ｌ
と、既に基板に形成されている他方の合わせマークＷｌ
２には整合しない別の合わせマークＭ２３とを有してい
る。

この第２層目のホトマスクは、その合わせマークＭ２，
と基板上の合 １わせマークＷｌ，とが整合するように
基板上に位置決めされ、当該第２層目のホトマスクのパ
ターンは、該基板上に再び塗布されたフオトレジストに
露光転写され、そしてそのパターンと共にこれらの合わ
せマークＭ２ｌ及びＭ２３も所定の方法により ２エツ
チングされ、基板上に刻印される。その際、合わせマー
クＭ２ｌは、合わせマークＷｌ，として形成された凹部
内において該凹部の基板表面に形成された酸化膜をエツ
チングして更に深い凹部として形成され、これがＷ２ｌ
として示される。また、別の合わせマークＭ２３は基板
上の所定位置における酸化膜をエツチングして凹部とし
て形成され、これはＷ２３で示される。次に、第３層目
のパターンを重ね合わせるのであるが、第３層目のホト
マスクには、既に基板上５に形成された合わせマークＷ
，２，Ｗ２３にそれぞれ整合し且つ当該合わせマークよ
り僅かに小さい合わせマークＭ３２，Ｍ３３が設けられ
ている。

この第３層目のホトマスクは、その合わせマークＭ３２
，Ｍ３３を基板に形成された合わせマークＷｌ２，Ｗ２
３．′に整合させるようにして基板上に位置決めし、そ
のパターンを基板に塗布されたフオトレジストに露光転
写していた。このような従来の重ね合わせ方法によると
、常に２つの合をせマークを同時に観察しなければな・
らない。

しかも、第１層目のパターンに対する第２層目のホトマ
スクの重ね合わせに誤差があると、第３層目のパターン
のホトマスクを重ね合わせる際にその合わせマークＭ３
２，Ｍ３３のそれぞれを既に基板に形成されている合わ
せマークＷｌ２，Ｗ２３に正確に整合させることが非常
に困難であつた。そのため、第３層目のパターンを有す
るホトマスクの基板への重ね合わせに比較的大きな誤差
を生じるおそれがあつた。また、第２図に示される従来
の他の方法としては、次のような方法があつた。

まず、第１層目のホトマスクに付号Ｍ，で示される合わ
せマークを設け、そのパターンと共に基板上のフオトレ
ジストに露光転写し且つ現像処理後所定の方法によりエ
ツチングして基板表面の酸化膜に凹部を形成する。この
ようにして形成した凹部を基板上の合わせマークＷ１と
して示す。次の２層目の−ホトマスクは前記合わせマー
クＷ，に整合し且つ当該合わせマーークより僅かに小さ
い合わせマークＭ２を有し、この合わせマークＭ２を合
わせマークＷ，に整合させることによつて第２層目のホ
トマスクを基板上に位置決めする。その後この第２層目
のホトマスクの合わせマークＭ２をそのパターンと共に
、基板上に再び塗布されたフオトレジストに露光転写し
、現像処理後エツチングして凹部とする。即ち合わせマ
ークＷ１と形成された最初の凹部内の底に更に深い凹部
が形成されて合わせマークＷ？なる。第３層目のホトマ
スクには、合わせマークＷｌ，Ｗ２に更に整合するよう
に、第２層目のホトマスクの合わせマークＭ２より僅か
に小さな合わせマークＭ３が設けられている。

そして、この合わせマークＭ３を基板の合わせマークＷ
２に整合するように第３層目のホトマスクを基板上に位
置決めする。この方法によると、重ね合わせの際のマー
クの観察は１つの合わせマークですむのであるが、第３
層目に設けられた合わせマークＭ３に対する、合わせマ
ークＷ，，Ｗ２の整合余裕が異なるという欠点があつた
。

更に、第１層目のホトマスクによるパターンと第２層目
のホトマスクによるパターンとの重ね合わせに誤差が生
じていた場合、第３層目のホトマスクは、第２層目のホ
トマスクの合わせマークを基準にして位置決めされるた
め第１層目のパターンとの誤差が非常に大きくなる。こ
のように第３層目のホトマスクを前２層によるパターン
のそれぞれに対して最も誤差を生じないように基板に重
ね合わせることは非常に困難であつた〇従つて、本発明
の目的は、前述した従来のパターン形成用マスクの位置
決め方法における欠点を解決し、１つの合わせマークで
もつて２つのホトマスクで作られた合わせマークに対し
て等しい余裕を持ち且つ１層目と２層目で生じた重ね合
わせ誤差に対しても容易に第３層目のホトマスクの重ね
合わせを行なえるように基板の位置決めする方法を提供
することにある。

以下、本発明に係るパターン形成用マスクの位置決め方
法を、本発明の好適な実施例を示す第３図および第４図
を参照して更に説明する。

なお、本発明の各実施例において、基板上への合わせマ
ークそれ自体の形成方法は従来と同様であるが、その点
についても更に詳細に説明する。また、本発明において
、基板に塗布されるレジストはネガレジスト又はポジレ
ジストのいずれでも可能であるが、以下に説明する実施
例ではネガレジストを用いた場合について説明する。第
３図は本発明の１つの実施例を示したものである。

第１層目のホトマスクに合わせマークＭｌｌ，Ｍ，２を
設け、該合わせマークを所定の方法によりそのホトマス
クのパターンと共に基板上のフオトレジストに露光転写
し、現像処理後基板表面の酸化膜をエツチングして該基
板表面を露出させ該合わせマークを凹部として形成する
。このように、基部に凹部として形成された合わせマー
クは付号Ｗ，，，Ｗ，２で示される。ところで、この合
わせマークＷｌｌ，Ｗｌ２を形成している基板表面の凹
部には、その底の基板露出表面に酸素との化学作用によ
つて再び酸化膜が成長する（勿論、これに代えて酸化膜
を基板にコーテイングしてもよい）。しかし、この酸化
膜の成長は前記凹部を塞ぐ程ではなくエツチングされな
かつた酸化膜上にも多少の酸化膜が成長することと相俟
つて、全体として、当該合わせマークＷ，ｌ，Ｗｌ２は
その表面に段差を有する凹部として構成される。このよ
うな合わせマークＷｌｌ，Ｗｌ２の凹部、換言すれば段
部分は、基板上から見ると干渉色として認識できる。第
２層目のホトマスクには、既に基板に形成された合わせ
マークＷｌ，或いはＷｌ２のいずれか一方（第３図では
Ｗ，，）に整合し、且つ該合わせマークより僅かに小さ
い合わせマークＭ２ｌと、他方の合わせマークＷｌ２に
整合する合わせマークＭ２２でノあつて、前記合わせマ
ークＷｌ２よりも小さいが前記合わせマークＷｌ２と前
記合わせマークＭ２２によつて形成される合わせマーク
Ｗ２２とで区画される環状部分に、後述する第３層目の
ホトマスクの合わせマークＭ３，が整合できる程度の大
きさの合わせマークＭ２２とが設けられている。

このような合わせマークＭ２，，Ｍ２２を備える第２層
目のホトマスクを基板に重ね合わせる際には、この第２
層目のホトマスクを、前述した干渉色として認識される
基板上の合わせマークＷ，，，Ｗ，２に第２層目のホト
マスクの合わせマークＭ２ｌ，Ｍ２２を整合させるよう
にして位置決めする。

つぎに、その合わせマークＭ２，，Ｍ？！２をそのパタ
ーンと共に、基板上に再び塗布されたフオトレジストに
露光転写し、現像処理の後エツチングする。これにより
、これらの合わせマークＭ２ｌ，Ｍ２２は、第３図ｂに
示されるように更に深い凹部として合わせマークＷ２ｌ
，Ｗ２２となる。この合わせマークＷ２ｌ，Ｗ２２とし
ての凹部の底にも再び酸化膜が形成されるので先の合わ
せマークＷ，ｌ，Ｗｌ２を含めた全体としては内周囲に
段差が形成された階段状の凹部となる。特に、合わせマ
ークＷ，２およびＷ２２として形成された階段状の凹部
の段差部分は比較的にその幅が大きく、従つてこの基板
上に再びフオトレジストを塗布しても、基板上からは干
渉色によつて環状部分として明瞭に認識される。すなわ
ち、例えば、合わせマークＷ２２は紫、その周囲に環状
部分として残る合わせマークＷｌ２は赤、そしてその周
囲は黄というようにである。第３層目のホトマスクには
、基板に既に形成された合わせマークＷｌ２，Ｗ２２に
よつて区画された段差部分である環状部分に整合し得る
対応した形状、例えば中の抜けている合わせマークＭ３
ｌが設けられている。

この第３層目のホトマスクは、その合わせマークＭ３ｌ
が基板に既に形成されている合わせマークＷｌ２および
Ｗ２２による前記環状部分に整合するように、基板に重
ね合わされる。その後第３層目のパターンは、基板上に
再び塗布されたフオトレジストに露光転写され、現像、
エツチング処理を経て基板上に刻印される。この第３層
目のホトマスクの基板への位置決めの際、このような環
状の合わせマークＭ３ｌは、合わせマークＭｌ２および
Ｗ２２のいずれに対してもその余裕を等しくなるように
整合させることができる。このように、本発明によれば
、第３層目のパターンを有するホトマスクの合わせマー
クは、既に基板に形成された第１層目のホトマスクによ
る合わせマークＷｌ２と第２層目のホトマスクによる合
わせマークＷ２２とに対して等しく余裕を持たせること
ができるのでその整合が速やかに行なえる。

また、第３層目のホトマスクを基板に重ね合わせる際、
観察する合わせマークは１つで足りる。しかも、前記合
わせマークＭ３ｌは、合わせマークＷｌ２とＷ２２とに
よつて区画された環状部分に整合させることになるので
、第１層目のホトマスクと第２層目のホトマスクの基板
に対する重ね合わせの際の位置決めに誤差があつたとし
ても、第３層目のホトマスクの重ね合わせに際して、そ
の合わせマークＭ３ｌを合わせマークＷ，２，Ｗ２２の
両者を基準として整合させれば、前記誤差に更に付加し
た誤差の発生がなくなり、極めて正確に基板に位置決め
することができる。第４図は、本発明の他の実施例を示
したものである。

第３図に示された実施例と比較して第１層目のホトマス
クに設けられた合わせマークＭｌ２と第２層目のホトマ
スクに設けられた合わせマークＭ２２との大きさが逆に
なつた例である。この場合、特に第２層目の合わせマー
クＭ２２の基板への刻印過程を簡単に説明する。既に基
板には小さな合わせマークＷ，２が凹部として形成され
ており、該基板上に塗布されたフオトレジストに前記合
わせマークＭ２２を露光転写し、現像処理後エツチング
する。その際、第２層目のホトマスクの大きな合わせマ
ークＭ２２と基板の小さな合わせマークＷｌ２との整合
に際して、当該ホトマスクにシースルーマスクを用いれ
ば、大きな合わせマークＭ２２を基板上の小さな合わせ
マークＷ，２を整合させることに問題は生じない。そし
て、この合わせマークＭ２２に対応する基板部分のエツ
チングにより、小さな合わせマークＷｌ２の底の基板表
面および該表面下に浸蝕して形成された酸化膜が除去さ
れるため、更に深い凹部となり、しかも該凹部の周囲の
酸化膜も合わせマークＭ２２に対応する形状で当該凹部
より浅く除去されるため、結襲的に第３図の実施例の場
合と同様に合わせマークＷ，２とＷ２２とによる階段状
の凹部が形成され、その段差部分が干渉色によつて環状
部分に認識できる。従つて、このような実施例において
も、第３層目のホトマスクの合わせマークＭ３ｌを既に
基板に形成された合わせマークＷ，２とＷ２２に対して
等しく余裕を持たせるようにしてその間に整合するよう
に位置決めし、当該ホトマスクを基板に重ね合わせれば
第３図で示された実施例の場合と同様な効果を生じる。

前述した２つの実施例ともネガレジストを用いて合わせ
マークを基板に形成するものであつたが、ポジレジスト
を用いた場合でも前述した凹部が凸部になるだけであり
合わせマークを階段状に形成することができる。

また、前述の２つの実施例共に合わせマークをエツチン
グによつて基板に形成したが、本発明は、従来と同様に
ホトマスクの合わせマークに対応する形状が基板に凹凸
として刻印されればよく、その刻印手段をエツチングに
限定する必要はない。更に、その形状についても、図に
示されているような正方形の形状に限定されるものでは
なく、一般に用いられている重ね合わせ用マークのいか
なる形状のものにも応用できるものである。いずれの場
合も、第１層目および第２層目のホトマスクにより刻印
された整合する２つの合わせマークに対して、第３層目
のホトマスクにその２つのマークの下間に整合し得るよ
うな合わせマークを設けることにより本発明の効果を生
じるものである。前述したように、本発明のパターン形
成用マスクの位置決め方法によれば、第１層、第２層お
よび第３層に形成されたパターンをそれぞれ基板に露光
転写し且つ刻印形成する際、基板に対する各層のホトマ
スクの位置決めが極めて容易に且つ正確に行えるため、
最終的に基板に形成されたパターンは非常に精度の高い
ものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来のパターン形成用マスクの位
置決め方法を説明する図、第３図および第４図は本発明
に係るパターン形成用マスクの位置決め方法をそれぞれ
の実施例について説明する図である。 Ｍｌ，，Ｍ，２・・・・・・第１層目のホトマスクに形
成され合わせマーク、Ｗｌｌ，Ｗｌ２・・・・・・基板
に刻印された第１層目の合わせマーク、Ｍ２ｌ，Ｍ２２
・・・・・・第２層目のホトマスクに設けられた合わせ
マーク、Ｗ２ｌ，Ｗ２２・・・・・・基板に刻印された
第２層目の合わせマーク、Ｍ３ｌ・・・・・・第３層目
のホトマスクに設けられた合わせマーク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１と第２の合わせマークを有する第１のマスクを
   基板に重ね合わせて前記第１のマスクのパターンと共に
   前記第１および第２の合わせマークを該基板に刻印する
   工程と、前記第１の合わせマークより小さい第３の合わ
   せマークと前記第２の合わせマークより小さい第４の合
   わせマークとを有する第２のマスクを前記基板に対して
   当該第３および第４の合わせマークのそれぞれが前記基
   板上の前記第１および第２の合わせマークに整合するよ
   うに重ね合わせて該第２のマスクのパターンと共に前記
   第３および第４の合わせマークを該基板に刻印する工程
   と、前記第２の合わせマークより小さく且つ前記第４の
   合わせマークより僅かに大きい部分を除去した形状の第
   ５の合わせマークを有する第３のマスクを前記基板に対
   して該第５の合わせマークが前記基板上の前記第２およ
   び第４の合わせマークに更に整合するように重ね合わせ
   て該第３のマスクのパターンと共に前記第５の合わせマ
   ークを該基板に刻印する工程とを含むパターン形成用マ
   スクの位置決め方法。 ２ 第１と第２の合わせマークを有する第１のマスクを
   基板に重ね合わせて該第１のマスクのパターンと共に前
   記第１および第２の合わせマークを該基板に刻印する工
   程と、前記第１の合わせマークより小さい第３の合わせ
   マークと前記第２の合わせマークより大きい第４の合わ
   せマークとを有する第２のマスクを前記基板に対して前
   記第３および第４の合わせマークのそれぞれが前記基板
   上の前記第１および第２の合わせマークに整合するよう
   に重ね合わせて該第２のマスクのパターンと共に前記第
   ３および第４の合わせマークを該基板に刻印する工程と
   、前記第４の合わせマークより小さく且つ前記第２の合
   わせマークより僅かに大きい部分を除去した形状の第５
   の合わせマークを有する第３のマスクを前記基板に対し
   て当該第５の合わせマークが前記基板上の前記第２およ
   び第４の合わせマークに更に整合するように重ね合わせ
   て該第３のマスクのパターンと共に前記第５の合わせマ
   ークを該基板に刻印する工程とを含むパターン形成用マ
   スクの位置決め方法。