JPS6227729B2 - - Google Patents

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JPS6227729B2
JPS6227729B2 JP5171283A JP5171283A JPS6227729B2 JP S6227729 B2 JPS6227729 B2 JP S6227729B2 JP 5171283 A JP5171283 A JP 5171283A JP 5171283 A JP5171283 A JP 5171283A JP S6227729 B2 JPS6227729 B2 JP S6227729B2
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JP
Japan
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mask
alignment
field
masks
centroid
Prior art date
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JP5171283A
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JPS58216422A (ja
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Deiru Kingu Buruusu
Piitaa Reuin Jeemuzu
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International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
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Publication date
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Publication of JPS6227729B2 publication Critical patent/JPS6227729B2/ja
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7073—Alignment marks and their environment
    • G03F9/7076—Mark details, e.g. phase grating mark, temporary mark
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/38—Masks having auxiliary features, e.g. special coatings or marks for alignment or testing; Preparation thereof
    • G03F1/42—Alignment or registration features, e.g. alignment marks on the mask substrates
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/68—Preparation processes not covered by groups G03F1/20 - G03F1/50
    • G03F1/70—Adapting basic layout or design of masks to lithographic process requirements, e.g., second iteration correction of mask patterns for imaging

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
この発明は集積回路製造、より詳細には集積回
路を製造するために用いられる複数のマスクを有
するマスク組及びその位置合せの方法に関する。 現在、フオトリソグラフイツク技術が半導体ウ
エフア上に集積回路や回路のフイールドを製断す
るために用いられている。これらのウエフアは２
百以上の個別のフイールドを含むことができる。
各フイールドの回路を形成する素子はフオト技術
を用いてマスクの一組又は一続きの使用により製
造される。各マスクは回路又はフイールドの一部
を形成するために使用される。マスクの適当な連
続的使用により回路又はフイールドが最終的に形
成される。 例えば、バイポーラ・トランジスタを製造する
場合、第１マスクがトランジスタのコレクタ領域
を画定するのに用いられ、第２マスクがベース領
域を画定するのに用いられ、第３マスクがエミツ
タ領域を画定するのに用いられ、第４マスクがこ
れら領域上を覆うパツシベーシヨン（不動態）層
に接続孔を画定するのに用いられ、そして第５マ
スクが種々の領域への接続配線を画定するのに用
いられる。これらや他のマスクがFET素子や抵
抗などの他の回路素子を製造するためにも用いら
れる。 一組内のマスクの数が増加するにつれて、又こ
のマスク組によつて製造される回路の密度が増加
するにつれて、各マスクを前のマスクの使用によ
りウエフア内に製造された先の素子に一層正確に
位置合せをすることが大変重要になつてくる。現
在、各マスクには２つの対称な分離したアライメ
ント領域が設けられており、各領域は１又はそれ
以上のアライメント・マークを含んでいる。ウエ
フアはマスク組の第１マスクを介して照射され、
ウエフアの表面上に第１マスクのアライメント・
マークを画定する。 マスクが、その上の各フイールドが独立に作ら
れるいわゆるステツプアンドリピート技術により
形成されるため、一組内の各マスクの対応するフ
イールドは互いにわずかに位置が不揃いとなる。
現在の技術に於ては、この位置不揃いは各マスク
の回路素子を電気的条件から必要とされるよりも
大きく形成することで補償している。マスク組の
対応する各々のフイールドの前述のような不揃い
をできるだけ減少することは、このことにより回
路素子が小さくなりそして回路密度及び速度が増
大し、コストを減少することができるため有益な
ことである。 この発明はこのようなマスク組の対応する各々
のフイールドの不揃いをできるだけ減少すること
を目的としている。以下、この発明を図示の実施
例に基づいて説明する。 第１図には、半導体集積回路の製造に使用され
る典型的なマスクが示されている。マスクは、取
扱われる半導体ウエフアの大きさに実質的に等し
い大きさの円１１により画定されるイメージ領域
を持つた正方形ガラス板１０上に形成される。こ
のようなマスクは、多数のイメージ・フイールド
１２を持つ。イメージ・フイールド１２は、マス
クを通して照射されて半導体基板上に被着された
ホトレジト層内に形成されるイメージを有する。
このイメージは、使用されるホトレジストのタイ
プに依りポジテイブ又はネガテイブのどちらでも
あることができる。イメージ領域１１内にはイメ
ージ・フイールド１２に加えて少なくとも２つの
アライメント・フイールド１３ａ及び１３ｂがあ
る。 このようなマスクは普通、イメージ・フイール
ドをチツプの底端及び左端に対して非常に正確に
位置づけるように設計されたいわゆるステツプア
ンドリピートカメラを使用して製造される。例示
のために板１０は縦横が20.32cm×20.32cm（８イ
ンチ×８インチ）であり、各フイールドは真中に
アライメント・マークを有する。このマークは理
想的にはマスク上のインチ座標軸が交差する箇所
に置かれる。例えば、フイールド１３ａの中心の
アライメント・マークはＹ＝4.000000（インチ、
以下同じ）、Ｘ＝1.000000；フイールド１２ａの
マークはＹ＝4.000000、Ｘ＝4.000000；フイール
ド１３ｂのマークはＹ＝4.000000、Ｘ＝
7.000000；フイールド１２ｂのマークはＹ＝
2.000000、Ｘ＝3.000000及びフイールド１２ｃの
マークはＹ＝3.000000、Ｘ＝6.000000にあるよう
に設計される。しかし、ステツプアンドリピート
カメラの機械的な不正確さにより、これらのフイ
ールドの中心はその所望の位置から20ミクロン又
はそれ以上あらゆる方向にずれる。したがつて、
この発明の目的は特にマスクが組として使用され
る時に上述したフイールドの位置の不正確さの影
響を最小にすることである。 アライメント・フイールド１３ａ及び１３ｂの
各々は少くとも１つのアライメント・マークを有
し、普通、最終組の各マスクに対しては少くとも
１つのマークを有する。これらのマークは多くの
形を取ることができる。第２図には第１のマスク
のアライメント・フイールド１３ａ及び１３ｂの
各々に用いられるようなアライメント・マーク１
４ａ及び１４ｂの１つの組が示されている。アラ
イメント・マーク１４ａはフイールド１３ａにあ
り、マーク１４ｂはフイールド１３ｂにある。各
マークは他のマークの鏡像であり、いくつかの重
ね合せられた大きさの異なるギリシア十字形１
５，１６及び１７を有し、腕には等間隔に並べら
れた多数の平行なバー１８を有する。 第３図には、第１図の第１のマスクに位置合せ
される第２のマスク（図示せず）のアライメン
ト・フイールド１３ａ及び１３ｂにそれぞれ設け
られる一組のアライメント・マーク１９ａ及び１
９ｂが示されている。これらのアライメント・マ
ーク１９ａ及び１９ｂは大略Ｌ字形の線２０の連
続を持つている。適正な位置合せとずれの修正及
び差動重ね合せを可能にする為第２のマスクのア
ライメント・マーク１９ａ及び１９ｂは、第１の
マスクのマーク１４ａ及び１４ｂの間隔とは異な
りこれよりも大きい又は小さい間隔の周期性を持
つている。第２のマークの組１９ａ及び１９ｂの
線２０の間隔が第１のマークの組１４ａ及び１４
ｂのバー１８の間隔とは、異なる上述のような周
期性を持つことにより、副尺（バーニヤ）が形成
される。 従来においては、このようなマークの異なる周
期性が用いられる時、このようなマークの組の真
中にあるマークは零位置を表し、従つて、これら
の組が互いに正確に位置合せされると組１９ａの
中心のマーク２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄが
組１４ａのそれぞれのマーク２１ａ，２１ｂ，２
１ｃ，２１ｄの中心に位置する。 この発明では従来とは異なり第２組のアライメ
ント・マーク１９ａ及び１９ｂが副尺として働
き、マスク間の不揃いを最小にするために副尺の
どのマークが第１組１４ａ及び１４ｂの相当する
マークの中心に置かれるかを示すように取扱われ
る。 例えば第６図に示されるように、右腕の第４番
目の副尺マーク２３ａ及び下腕の第６番目の副尺
マーク２３ｂは第１のマスクの相当するマーク２
４ａ及び２４ｂの中心に来る。このことは以下の
説明から明らかとなるであろう。 この発明を実行するためには各フイールドの実
際の中心位置及び各マスク上の全フイールドに対
する図心が決定されなければならない。 これを行うために第１のマスクはＸ−Ｙ座標測
定システム、例えばニコン・コーポレーシヨンか
ら2Iのモデル名で売られているシステム内に置か
れる。別の同様なＸ−Ｙ座標測定システムが、
1978年10月１−３日カリフオルニア、サンデイエ
ゴでのコダツク・マイクロエレクトロニツク・セ
ミナーの報告書の１−14ページのピー・エツチ・
コフイによる論文「Ｘ−Ｙ測定システム」に詳細
に記載されている。 第４図に示されるように第１のマスク３８は測
定システムの台３９内に置かれる。このような測
定システムは良く知られており又商業的に入手可
能であるので詳細は省略する。 説明の便宜上、マスク３８はわずかにずれて置
かれ、台３９に対して斜めになつている。従つ
て、マスク３８の左下の角４０は、角４０がきち
んと合うべき台１９の内角４１から離れて示され
ている。 一旦、マスク３８が台３９上に置かれると、ア
ライメント・フイールド４２のアライメント・マ
ークの中心のＸ及びＹ座標は正確に装置により測
定され、そして装置の零位置４１に関して即ち装
置座標X′，Y′として示される。同様に、他のア
ライメント・フイールド４３内のアライメント・
マークの中心もこの装置座標で測定される。 これらの測定から、マスク３８の端と台３９の
端との間の角度θを決定することができる。一
旦、この角度θが決定されると、２つのアライメ
ント・フイールド４２及び４３中心の位置がマス
ク座標により下に次の方程式に従つてＸ及びＹと
表されるように計算できる。 Ｘ−X0＝X′COSθ−Y′SINθ Ｙ−Y0＝Y′COSθ＋X′SINθ tanθ＝Ｘ′４３−Ｙ′４２／Ｙ′４３−Ｙ′４２ ここで、Ｘ及びＹはマスク座標、X′及びY′は
装置座標、X0及びY0は２つの座標系の変位であ
る。 従つて、アライメント・フイールド４２及び４
３の各々の中心はフイールドが設けられたマスク
の角４０に関係している。 一旦、フイールド４２及び４３のマスク座標が
マスク零位置、即ちマスク３８の角４０に対して
固定されると、マスク３８上の他のフイールドの
各々の中心もマスク零位置に対して測定され確定
される。 アライメント・フイールドのマスク座標は、
【表】 である。以下に、選ばれたフイールド４４から５
４までの中心位置マスク座標が示されている。
【表】 全てのフイールドの中心位置がこのようにして
測定されることが理解される。これらの測定が完
了すると、これらの測定値を相加平均してこのデ
ータの中心点、即ち全ての測定されたフイールド
に対しての実際の図心がマスク板の設計中心に関
連して計算される。 この場合、測定された全フイールドの図心がＸ
＝4.000008及びＹ＝4.000002、設計上の中心がＸ
＝4.000000及びＹ＝4.000000と仮定する。 一旦、これらの値が決定されると、設計上の中
心の位置から測定された図心の位置が引算され、
必要な補正デルタが次のように得られる。 ΔＸ＝4.000000−4.000008＝−0.000008 ΔＹ＝4.000000−4.000002＝−0.000002 このデルタは今度はアライメント・フイールド
４２及び４３の測定された値に加えられて測定さ
れた図心が設計上の中心と一致するように補正す
る。 したがつて、アライメント・フイールドの座標
は次の値に移る。
【表】 同様にして、マスク組の次の第２のマスクが測
定されて各フイールドの実際の中心位置が再び決
定され、そしてマスク上の全フイールドに対する
図心が決定される。 この第２のマスクもＸ−Ｙ座標測定システムに
置かれる。 第５図に示すように第２のマスク５８は測定シ
ステムの台３９に置かれる。 説明の便宜上、マスク５８は図示するように台
３９上に適正に置かれており、従つて、マスク板
５８の左下角４０は図示するように台３９の内角
４１にきちんと合つている。 一旦、マスク５８が台３９上に置かれると、ア
ライメント・フイールド５９のアライメント・マ
ークの中心の装置座標が正確に装置により装置の
零位置４１に対して測定される。同様にして他の
アライメント・フイールド６０のアライメント・
マークの中心も装置座標で測定される。マスク５
８の端と台３９の端の間の角はこの場合は零であ
る。従つて、アライメント・フイールドの各々の
中心はフイールドが設けられているマスクの角４
０に対してのみ関係しているのではなく、マスク
零位置にも同様に関係している。 アライメント・フイールドのマスク座標は
【表】 次に選ばれたフイールド６１から７１までの中
心位置のマスク座標が示されている。
【表】
【表】 全てのフイールドの中心位置がこのようにして
測定されることが理解される。この測定が完了す
ると、これらの測定値を相加平均してこのデータ
の中心点即ち実際の測定された全フイールドに対
する図心がマスク板の設計上の中心に関連して計
算される。 この場合、測定されたフイールドの図心はＸ＝
4.000000、Ｙ＝4.000002と決定される。設計上の
中心はＸ＝4.000000、Ｙ＝4.000000である。 再び必要な補正デルタが次のように計算され
る。 ΔＸ＝4.000000−4.000000＝0.000000 ΔＹ＝4.000000−4.000002＝−0.000002 このデルタは今度はアライメント・フイールド
５９及び６０の測定値に加えられてこれらのアラ
イメント・フイールドの測定値を移して測定され
た図心が設計上の中心と一致するようにする。 したがつて、アライメント・フイールドの座標
は次に移る。
【表】 したがつて、マスク３８のアライメント・フイ
ールド４２及び４３の移された座標値及びマスク
５８のアライメント・フイールド５９及び６０の
移された座標値により、このマスク組に対して正
味の変位又は補正値が次のように計算される。 X42−X59＝ΔX59 1.000007−1.000004＝0.000003 Y42−Y59＝ΔY59 3.999991−3.999997＝−0.000006 X43−X60＝ΔX60 6.999997−6.999997＝0.000000 Y43−Y60＝ΔY60 4.000002−4.000000＝0.000002 次の工程はアライメント・マークの副尺に印を
付けてどの副尺が位置合せされるかを示す。この
ように印が付けられた副尺は第６図に示すように
第１のマスクのアライメント・マークに重ね合せ
られる。 第２のマスクのフイールド５９のアライメン
ト・マークは第１マスクのアライメント・マーク
上に重ね合せられて処置されたマーク２３ａが確
実にアライメント・フイールド４２のマークの４
番目のマーク２４ａ上に位置し、処置されたマー
ク２３ｂがアライメント・フイールド４２のマー
クの第６番目のマーク２４ｂ上に位置するように
する。 同様にして、フイールド６０のマークはフイー
ルド４３のマーク上に置かれる。この場合は、フ
イールド６０のアライメント・マークの副尺７３
はフイールド４３のアライメント・マーク７７と
位置が合せられ、同様に副尺７４はアライメン
ト・マーク７８と位置が合せられる。 このように副尺のマークを合せることにより、
各マスク組上のマスク・フイールドの全体の平均
の誤差は零に近づき、フイールド間の全体の位置
の不揃いは最小になり、最良の重ね合せが達成で
きる。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の一実施例のマスク組の１つ
のマスクを示す平面図、第２図はこの実施例の第
１のマスクに設けられた右側及び左側のアライメ
ント・マークを示す平面図、第３図はこの実施例
の第２のマスクに設けられた副尺を構成する右側
及び左側のアライメント・マークを示す平面図、
第４図及び第５図は第１及び第２のマスクの各フ
イールドの位置を測定する装置と各マスクを示す
平面図、第６図は第３図のアライメント・マーク
を第２図のアライメント・マークに位置不揃いが
最小になるように重ね合せた状態を示す部分平面
図である。 １０……ガラス板、１２，１２ａ，１２ｂ，１
２ｃ……イメージ・フイールド、１３ａ，１３ｂ
……アライメント・フイールド、１４ａ，１４ｂ
……アライメント・マーク、１８……バー、１９
ａ，１９ｂ……アライメント・マーク、２０……
線、３８……第１のマスク、４２，４３……アラ
イメント・フイールド、４４〜５４……イメー
ジ・フイールド、５８……第２のマスク、５９，
６０……アライメント・フイールド、６１〜７１
……イメージ・フイールド。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ イメージが設けられた複数のイメージ・フイ
    ールドとアライメント・マークが設けられた複数
    のアライメント・フイールドとが同様な位置に対
    応して設けられた複数枚のマスクから成り、これ
    らマスクを順次用いて半導体基板上にイメージを
    重ね合せて集積回路を製造するマスク組の連続す
    るマスク相互間を位置合せする方法に於て、 第１のマスクの各イメージ・フイールド内の所
    定位置を任意の座標系で測定し、 得られた測定値を相加平均して第１のマスクの
    図心を求め、 この図心に対するアライメント・マークの相対
    的位置を求め、 第１のマスクの次に用いられる第２のマスクの
    各イメージ・フイールド内の前記所定位置に対応
    する位置を任意の座標系で測定し、 得られた測定値を相加平均して第２のマスクの
    図心を求め、 この第２のマスクの図心に対する第２のマスク
    のアライメント・マークの相対的位置を求め、 第２のマスクを、第２のマスクのアライメン
    ト・マークが第１のマスクの図心に対して第２の
    マスクの図心に対しての相対的位置と等しい相対
    的位置にあるように第１のマスクに対して位置合
    せすることを特徴とするマスク組の位置合せ方
    法。 ２ イメージが設けられた複数のイメージ・フイ
    ールドとアライメント・マークが設けられた複数
    のアライメント・フイールドとが同様な位置に対
    応して設けられた複数枚のマスクから成り、これ
    らマスクを順次用いて半導体基板上にイメージを
    重ね合せて集積回路を製造するマスク組の連続す
    る２つのマスクに於て、 第１のマスクのアライメント・マークが、アラ
    イメント・フイールドの中心位置から直交する２
    方向へ等間隔に配された複数のバーを有し、 第１のマスクの次に用いられる第２のマスクの
    アライメント・マークが、アライメント・フイー
    ルドの中心位置から前記直交する２方向へ前記バ
    ーの間隔とは異なる間隔で周期的に配された線を
    有し、 これら第１のマスクのアライメント・マークと
    第２のマスクのアライメント・マークとにより副
    尺を構成することを特徴とする集積回路製造用マ
    スク組。
JP58051712A 1982-06-07 1983-03-29 集積回路製造用マスク組の位置合せ方法及びそのマスク組 Granted JPS58216422A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/385,591 US4388386A (en) 1982-06-07 1982-06-07 Mask set mismatch
US385591 1982-06-07

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Publication Number Publication Date
JPS58216422A JPS58216422A (ja) 1983-12-16
JPS6227729B2 true JPS6227729B2 (ja) 1987-06-16

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ID=23522055

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58051712A Granted JPS58216422A (ja) 1982-06-07 1983-03-29 集積回路製造用マスク組の位置合せ方法及びそのマスク組

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US (1) US4388386A (ja)
EP (1) EP0096224B1 (ja)
JP (1) JPS58216422A (ja)
DE (1) DE3367286D1 (ja)

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