JPS598058B2 - 整合方法、ならびにこの整合方法で用いるマスクおよびサブストレ−ト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は一般的には整合技術に関し、より特定的には
、非常に高精度を示すが比較的簡単な技術を用いる整合
技術に関する。

半導体装置特にサブミクロン素子の進歩に伴つて、整合
技術がだんだん重要になつてきた。

減じられた寸法を考慮して、できるだけ精度のよい整．
合を得ることが大いに望ましい。現在の科学技術の多く
の応用において、素子はミクロンもしくはサブミクロン
レベルにある。結果的に、整合が精度よく均一であるべ
きである。整合技術卦よび装置を確立するために多くの
概念が提案されている。，これらの技術は光学的な技術
、シヤドウマスク卦よび多くの他の装置を含む。しかし
ながら、精確にサブミクロン整合を可能にする装置およ
び技術を追及することが続けられている。この発明を要
約すれば、互いに重畳される２つ・のパターンを含む整
合技術卦よび装置が提供される。

１つのパターンはサブストレート上に位置され、他のパ
ターンはマスク上に位置される。

パターンの１つは特定の幅ｄの水平訃よび垂直ラインを
含む。他のパターンは幅ｄ＋Δの水平および垂直ライン
を含む。パターンの重畳はモアレ縞効果を発生する。第
１卦よび第２のパターンが整合されるとき、モアレ縞効
果の所定のパターンが形成される。第１卦よび第２のパ
ターンが誤整合されるとき、異なつたパターンが発生さ
れる。誤整合されたパターンは、その誤整合がＸ，Ｙま
たはθ方向座標であるかどうかを示すように変化する。
より特定的には、上述した互いに直角に交差する２組の
ラインを含む各パターンは、同じ大きさの正方形を占有
し、そして一方のパターンの各組のラインは他のパター
ンの各組のラインより２本少ないラインを有するように
設定されている。したがつて、２つのパターンが互いに
重ねられたとき、それが整合状態であろうと誤整合状態
であるにかかわらず、縦横２本ずつのモアレ縞、すなわ
ち典型的には「井」状のモアレ縞が現われる。この「井
」状のモアレ縞カ２つのパターンが占有する正方形内に
卦いて対称的に現われるならば、それは適正な整合状態
であると判断できる。そして、それ以外の場合には、誤
整合であると判断され、上述の整合状態となるように、
２つのパターン間の相対的な位置が修正される。すなわ
ち、この発明では、縦横２本ずつのモアレ縞が必ず現わ
れ、これを上述したような対称的な位置に持つてくるよ
うに整合作業が行なわれるので、整合の結果に誤差が生
じる余地がなく、極めて精度の高い整合を達成すること
ができる。今、第１図を参照して、実施例の装置卦よび
技術に用いられる第１のパターン１０の概略的な描写が
示されている。

そのパターンはプロセス技術に卦いて用いられているサ
ブストレートまたはマスクのいずれかの上に配置される
。マスクまたはサブストレートの材料は必要とされるプ
ロセスによつて決められている。パターンは、形状にお
いて、ｗの長さおよび幅をもつ実質的に正方形である。
さらにパターン１０はスペース１４で分離された複数の
垂直ライン１２を含む。また、スペ一・ス１５で分離さ
れた複数の水平ライン１１がパターン中に確立されてい
る。垂直ライン卦よびスペースは幅ｄを有する。同様に
、水平ラインおよびスペースが幅ｄを有する。ライン卦
よびスペースをＮ回繰返すことによつて、パターン１０
に卦いてチエツカ盤（ＣｈｅｃｋｅｒｂＯａｒｄ）様の
パターンが作られる。チエツカ盤パターンは交差された
水平卦よび垂直ライン１１および１２をそれぞれ含み、
これらライン１１卦よび１２はそれらの間に複数の正方
形１３を作る。正方形１３はｄの長さ卦よび幅を有する
。今第２図を参照して、パターン１０と同じ長さおよび
幅ｗを有する実質的に正方形状を有するパターン２０が
示される。また、パターン２０は複数の垂直ライン２２
および水平ライン２１を含み、これらライン２１卦よび
２２は任意の適宜の態様でパターン中に作られる。同様
に、スペース２４１卦よび２５が垂直ライン２２卦よび
水平ライン２１の間にそれぞれ設けられる。ライン卦よ
びスペースのこのパターンは水平卦よび垂直ラインによ
つて規定される複数の正方形２３とともに、それぞれチ
エツカ盤効果を生じる。パターン２０において、ライン
およびスペースは幅Ｄ．＋Δを有する。

このパターンは、パターン１０に卦いて与えられたもの
と同じパターンで、Ｎ−２回繰返されるが、しかしライ
ン卦よびスペースは累積された小さな量Δだけずらされ
ている。２そのΔは以下のようなライン／スペースの幅
ｄで規定された式で示される。

明らかに、Ｎが増加するとき、△がライン／スペースの
幅ｄの関数として減少する。

すなわち、第１図に卦いて、ライン１１，１２およびス
ペース１４，１５は、ｗの長さ卦よび幅を有する正方形
内において、それぞれＮ回繰返されるので、ライン１１
，１２およびスペース１４１５の各幅ｄは、次の式で表
わされる。

また、第２図に卦いて、ライン２１，２２卦よびスペー
ス２４，２５は、同じくｗの長さ卦よび幅を有する正方
形内に卦いて、それぞれＮ−２回繰返されるので、ライ
ン２１，２２およびスペース２４，２５の各幅ｄ＋Δは
、次の式で表わされる。

これら上式（２）卦よび（３）から、Δが前述の式（１
）のように求められる。

パターン１０および２０は、それぞ江サブストレート卦
よびマスク（またはその逆）上に形成され、かつプロセ
スの間、互いの上に重畳されるように整列される。

第３図を参照して、「３目並べ（Ｔｉｃ−Ｔａｃ−ＴＯ
ｅ）」パターン３０が示されていて、そのパターン３０
はＸ−Ｙ座標において対称である。

このパターン３０において、垂直ライン３１卦よび水平
ライン３２は、第１図卦よび第２図のパターン１０およ
び２０の寸法によつて規定されるパターンフイールド内
に対称的に配向される。他方、もし、パターンすなわち
サブストレートおよびマスクがＸまたはＹ方向に誤整合
されていれば、水平ライン３２または垂直ライン３１（
もしくはこれら両方）が対称位置からずれることになる
。すなわち、垂直ライン３１はパターン３０の左側もし
くは右側に向かつてずれ、一方、水平ライン３２はパタ
ーン３０の頂部もしくは底部に向かつてずれることにな
る。このずれの方向を観察することによつて、ずれの方
向がＸ軸方向であるのか、またはＹ軸の方向であるのか
、またはこの両方の方向であるのかが確認することがで
き、それによつて、適当な修正を行なうことができる。
第３図に示すように、パターン３０内に訃いて、２本の
垂直ライン３１卦よび２本の水平ライン３２が形成され
る原理は次のとおりである。

なお、第３図は、第１図のパターン１０と第２図のパタ
ーン２０とが整合されるときに発生されるモアレ縞効果
をモデル的に示したものであつて、このようなモアレ縞
効果によつて、垂直ライン３１卦よび水平ライン３２で
表わされる領域が相対的に暗くなり、それ以外の領域が
相対的に明るいことを示している。したがつて、巨視的
に見たとき、パターン３０から２本の垂直ライン３１お
よび２本の水平ライン３２が浮き出るものと理解すれば
よい前述したように、第１図のパターン１０においては
、ｗの幅卦よび長さを有する正方形内に卦いて、ｄの幅
をもつて水平ライン１１が、同じくｄの幅のスペース１
５を挟みながら、Ｎ回繰返され、他方、ｄの幅を有する
垂直ライン１２も、ｄの幅のスペース１４を挟んで、Ｎ
回繰返される。

第２・図のパターン２０に卦いては、Ｗの幅および長さ
を有する正方形内において、幅ｄ＋△の水平ライン２１
が、同じｄ＋Δの幅のスペース２５を挟んで、Ｎ−２回
繰返さ江他方、ｄ＋Δの幅の垂直ライン２２も、幅ｄ＋
Δのスペース２４を挟んで、Ｍ−２回湯仮される８これ
らのパターン１０とバターン２０とが互いに重ね合わさ
れ、適正に整合されたとき、すなわち、Ｘ軸方向にもＹ
軸方向にもθ方向にもずれていないとすれば、水平ライ
ン１１と水平ライン２１との間、および垂直ライン１２
と垂直ライン２２との間で、次のような重なりの態様が
実現される。なお、水平ライン１１，２１において生じ
る現象は、垂直ライン１２，２２においても生じるので
以下の説明は水平ライン１１，２１のみに関連して行な
う。今、説明の便宜上、水平ライン１１および２１なら
びにスペース１５および２５について、図による最も上
にあるものを第１番目とする。

・くターン１０と２０とが整合状態で重ね合わされたと
き、第１番目の水平ライン２１の下端縁は、第１番目の
水平ライン１１の下端縁から△だけ下方へずれた位置に
ある。次に、第１番目のスペース２５の下端縁は、第１
番目のスペース１５の下端縁からΔ＋Δ＝２Δだけ下方
へずれた位置にある。このようにして、以下、第２番目
以降のライン２１卦よびスペース２５の下端縁は、ライ
ン１１およびスペース１５の各下端縁に対して、下方へ
進むに従つて、ずれがΔ分ずつ累積されることになる。
たとえば、第５番目のライン２１の下端縁について言え
ば、そこまで５本のライン２１と４個のスペース２５と
が存在するので、第５番目のラインニ１１の下端縁に対
して、５×Δ＋４ＸΔ＝９×Δのずれが生じてきている
。このずれの大きさが、ちようど幅ｄになつたときには
、パターン１０のスペース１５とパターン２０のライン
２１とが重なり合う状態となり、この付近では光が全く
通過５し得ない状態とされる。この部分が、第３図の上
側の水平ライン３２に対応するものである。この領域を
通り過ぎて、上述のずれが２ｄ分に達したとき、ライン
１１と２１およびスペース１５と２５が一致ないしはほ
ぼ一致する状態が得られ、この付近では、両スペース１
５，２５を通つて光が通過することができ、第３図の２
本の水平ライン３２間の領域を与える。さらに、下方へ
進んで、前記ずれが３ｄに達したときには、その付近で
は、ライン１１とスペース２５およびスペース１５と４
１ライン２１が重なｂ合う状態が得られ、光が通過し得
ず、第３図の下側の水平ライン３２を生み出すことにな
る。さらに下方へ進んで、前記ずれが４ｄに達したとき
には、この付近で再びラインＪｌｌとライン２１卦よび
スペース１５とスペース２５が重なり合う状態となり、
光の通過を許容する。

この部分は、第３図の下側の水平ライン３２の下方の領
域に対応する。なお、パターン２０は、パターン１０よ
り１ライン卦よびスペースの繰返し回数がそれぞれ２回
ずつ少ないので、ライン卦よびスペースの合計での繰返
しで言えば４回少ないことになる。

したがつて、前述のようにずれが４ｄに達するのは、最
終の第Ｎ−２番目のスペース２５と第Ｎ−２番目のスペ
ース１５との間であり、前述したような典型的な２種類
の状態ｑ操返しはここで終了する。このように、パター
ン１０におけるＮ回の繰返しに対して、パターン２０を
Ｎ−２回の繰返しにすれば、それらの整合状態での重ね
合わせにおいて、ｘ軸およびＹ軸方向に、順次、「明」
、「暗」、「明］、「暗」、「明」の領域が現われ、２
つの「暗」の領域に対応して、第３図に示すように、２
本の垂直ライン３１卦よび２本の水平ライン３２が現わ
れる。そして、Ｎ−２回繰返されるパターン２０におい
て、ライン２１，２２卦よびスペース２４，２５が幅ｄ
＋△とされるのは、必ずライン２１，２２がそれぞれス
ペース１４，１５上に重なつたとき、確実に光の通過を
禁止できるようにするためである。すなわち、モアレ縞
効果が明確に現われるようにするためである。結果とし
て、第３図に示すような「井」のモアレ縞効果がパター
ン３０内に現われ、この「井」状のモアレ縞効果がパタ
ーン３０内に訃いて対称的に表われるならば、それは適
正な整合状態であると判断できる。

このような「井」状のモアレ縞効果に基づく適正な整合
状態の判断は、極めて正解に行なうことができるといえ
る。なぜなら、一定の正方形内において、その中心に「
井」を正確に位置決めすることは、「井」の周囲に形成
される８個の四角形の大きさを互いに比較することによ
つて、容易に行なうことができるためである。次に、第
４図を参照して、斜めのライン４１および４２を有する
パターン４０が示されていて、これらライン４１および
４２は、この図に卦いて、パターン４０の左部分下方か
ら右部分上方へおよび右部分下方から左部分上方へ、そ
れぞれ延びている。ここで図示されたパターン４０は、
第１図および第２図のパターン１０および２０の重ね合
わせに｝いて、少なくともθ方向にずれが生じた場合で
ある。すなわち、マスク卦よびサブストＶ一トは、互い
に対して回転方向のずれが生じているのである。この場
合、パターン１０とパターン２０との間で、どれほどの
大きさの角度だけずれているかは明らかではない力くそ
のようなずれの角度の大きさを知ることは必要でない。
すなわち、マスクまたはサブストレートの回転によつて
、θ方向のずれをなくすようにすればよく、このような
ずれがなくなつたことは、ライン４１および４２が、パ
ターン４０に卦いて、水平または垂直に延びた状態とな
ることによつて確認されることができる。そして、必要
に応じて、ＸＩｌｌ卦よびＹ軸方向のずれが修正されれ
ば、前述の第３図のようなパターン３０が現わ江 この
状態をもつて、パターン１０とパターン２０とが適正に
整合され、ひいてはマスクとサブストレートとが適正に
整合されたことが確認される。今、第５図を参照して、
サブストレートに関連する複数のマスクの位置の概略的
な描写が示される。

よく知られているように、大抵の半導体関連プロセスに
卦いて、プロセス操作中のサブストレートに素子の異な
る特徴または部分を形成するために、複数のマスクが順
次サブストレートに当てられる。この例では、サブスト
レート５０が用意され、一方マスク５１，５２，５３卦
よび５４がまた用意される。マスクは実際に用いられる
同じ形状で順に示されていることが理解される。すなわ
ち、マスク５１は機能またはプロセスを達成するために
用いられかつ次いで除去され、および／またはマスク５
２によつて置換えられる。同様にマスク５３はマスク５
２に代り、マスク５４はマスク５３に代り、以下同様で
ある。もちろん、いくつかのマスクは前に置かれたマス
ク上に載せられる。また、より多いまたはより少ないマ
スクが用いられ得る。しかしながら、それらの詳細はプ
ロセスの関数であり、かつこの発明の装置および技術の
動作にとつて重要でない。典型的に、サブストレート５
０はそこに適宜のパターン５１０が与えられていて、そ
れは例示の目的のために、第１図に卦けるパターン１０
と同じように形成されている。

プロセス中のサブストレート５０上に載せられるマスク
５１は、そこに配置された複数のパターン５２０を有す
る。パターン５２０は第２図に卦けるパターン２０と同
様である。実際の操作においては、パターン５２０の１
つはパターン５１０上に載せられて整合を決定する。典
型的な操作に卦いて、最も左のパターン５２０はパター
ン５１０と整合される。整合が適当であることがわかつ
たとき、マスク５１で規定される操作が着手される。な
卦、パターン５２０はサブストレート５０に写される。
結果として、パターン５１０卦よび５２０の二重（重畳
）像がパターン５１０のその領域に形成され、一方パタ
ーン５２０の鮮明な像がサブストレート５０上に形成さ
れる。続いて、パターン５１０と同じパターン５１０Ａ
がパターン５２０上に重ねられるそのような態様で、マ
スク５２がサブストレート５０上に置かれる。

点線の外形線５１０Ｘで示される領域がサブストレート
５０上のパターン５１０を表わすもしくはそれに関連す
る領域である。もちろん、付加的なパターンがマスク５
２上に設けられてもよいが、しかしながらそれは必要で
はなくかつ整合を助けない。最も左のパターン５１０Ａ
力く今、先にマスク５１からサブストレート５０へ写さ
れた最も右のパターン５２０と整合するために用いられ
ている。同じ形式の操作が、マスク５１および５２と順
次代わるマスク５３卦よび５４で続く。パターンは、重
畳されたパターンが捨てられかつ鮮明なパターンが作ら
れながら、サブストレート５０へ連続的に与えられる。
結果として、第６図に示すように、パターン６０ないし
６５のアレイがサブストレート５０の縁に作られる。

パターン６０ないし６４は重畳されそしてそれゆえに本
質的にパターンの整合目的に役立たない。パターン６５
は、鮮明なパターンでありえて、それは最後の処理ステ
ツプによつて作られる。もちろん、最後のマスクは１つ
のパターンを含むだけであることが適当である。それゆ
えに、パターン６５はまた重畳されうる。パターン６０
ないし６５はサブストレート５０のわずかな部分に位置
されるが、そのことは、フイールドないし領域６６がサ
ブストレート５０上のチツプないし素子の有効な部分を
表わすということで、この素子の動作にとつて本質的な
ものではない。もちろん、実施例のパターン卦よび装置
が、透過光もしくは反射光、白色光、紫外光、赤外光な
いしその類似のものに対して等しく有効であることが理
解されなければならない。

すなわち、もしサブストレート５０がサフアイア、ガー
ネツトもしくはその類似のもののような絶縁材料で作ら
れていれば、それを透過する光の放射は、町視光のよう
な、材料のバンドギヤツプより少ない固有の光子エネル
ギを有する。もし、サブストレート５０がシリコン、ひ
化ガリウムもしくはその類似のもののような半導体材料
であれば、それを透過する光の放射は、典型的に赤外領
域にある。結果として、サブストレート卦よびマスクを
透過する光（適宜のエネルギ）を用いることが可能であ
る。透過光は、先のマスキング卦よび／またはエツチン
グステツプ中で作られた基準のマークによつて強く吸収
され、モアレ技術によつて整合を達成する。透過された
光の放射は商業的に利用可能な装置の助けによつて光学
的に検出されうる。透過された光の放射は可視光であつ
てよくもしくは上に挙げたような赤外光エネルギであつ
てもよい。この例では、透過放射線は任意の適宜の態様
で整合光学系上に取付けられた商業的に利用可能な赤外
−可視光変換器の助けで光学的に検出される。ウエ・・
もしくはサブストレートの後ろの光源は、典型的には、
タングステンフイラメント、赤外レーザダイオードもし
くはその類似のものであつてよい。もちろん、マスクお
よびサブストレート上のパターンは対になつた基準を持
たなければならない。マスクおよびサブストレートは、
また、ガラス、マイラ一もしくはシリコンの場合のよう
に、赤外線に対して透明でなければならない。このよう
にして、０．１ミクロンのオーダで示された精密度で、
多層パターン間の位置揃えを達成するための装置および
技術が示されかつ説明される。

位置揃えは整合装置によつて行なわれうる。それはＸ線
、電子ビーム、町視光、紫外光もしくはその類似のもの
を用いる露光システムで用いられうる。さらに、それは
、透過光および反射光の両方で用いられうるカヌ透視光
が望ましいと信じられている。マスクおよびサブストレ
ートのための材料の形式は、光源｝よびその類似のもの
のような装置の環境上の様相によつてのみ限定される。
当業者は装置になされうるある修正を認めるであろう。
しかしながら、この記述の範囲内にあるどのような修正
も、同様に、ここに含まれるものと意図される。記述は
例示にすぎず限定を意図するものではない。むしろ、こ
の発明の範囲は前掲の特許請求の範囲によつてのみ規定
される。

【図面の簡単な説明】

第１図は幅ｄを有する水平および垂直ラインを含む第１
のパターンの描写である。 第２図は幅ｄ＋Δを有する水平卦よび垂直ラインを含む
第２のパターンの描写である。第３図は第１図卦よび第
２図のパターンが整合されるとき発生されるモアレ縞効
果のパターンの描写である。第４図は第１図および第２
図のパターンが誤整合されるとき発生されるモアレ縞効
果のパターンの描写である。第５図は複数のマスクが典
型的な製作プロセスにおいてその整合を確立するために
連続して１つを他の上に重畳するこの発明の技術の概略
的な描写である。第６図はプロセス中のそれぞれの整合
パターンによつて発生されるパターンを含む最終製品の
概略的な描写である。図に訃いて、１０は第１のパター
ン手段、２０は第２のパターン手段、１１，２１は水平
ライン、１２，２２は垂直ライン、１４，１５，２４，
２５はスペースを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一方の部材がマスクであり、他方が写真製版技術に
   よつて製造される半導体素子のサブストレートである。 そのような２つの部材を整合する方法であつて、異なる
   周期を有する格子状パターンがこれら２つの部材に対し
   て適用され、そしてこれらの部材は、可視光または他の
   光の放射で作られるモアレ縞干渉が予め定められた形態
   をとるまで、互いに他のものに対して調整され、かつ各
   パターンは互いに直角に交差する２組のラインを含み、
   ２つのパターンは同じ大きさの正方形を占有し、そして
   一方のパターンの各組のラインは他のパターンの各組の
   ラインより２本少ないラインを有する、整合方法。 ２ サブストレートは前記光の放射に対して透過性であ
   る、特許請求の範囲第２項記載の方法。 ３ 光の放射は赤外線放射であり、かつ干渉パターンは
   赤外から可視光への変換器を用いることによつて観察さ
   れる、特許請求の範囲第２項記載の方法。 ４ 一連のマスクが用いられ、かつ少なくとも１個のマ
   スクは、サブストレート上に既にあるパターンと整合を
   達成するように用いられる第１のパターンと、一連の後
   に続くマスクについてサブストレート上に既にあるパタ
   ーンとなるようにサブストレートへ写される第２のパタ
   ーンとを含む、特許請求の範囲第１項、第２項または第
   ３項記載の方法。 ５ 超小型電子素子の製造のためのマスクおよびサブス
   トレートであつて、第１の格子を形成するように、互い
   に直角に交差し、２組のｎ個の間隔のおかれたラインを
   含む第１のパターンであつて、第１のパターンのライン
   およびスペースの各々は第１の所定の幅を有する、その
   ような第１のパターンと、第２の格子を形成するように
   、互いに直角に交差する２組のｎ−２個の間隔のおかれ
   たラインを含む第２のパターンであつて、第２のパター
   ンのラインおよびスペースの各々は第２の所定の幅を有
   する、そのような第２のパターンとを含み、第１のパタ
   ーンおよび第２のパターンは等しい大きさの正方形を占
   有し、第１および第２のパターンの一方はマスク上に形
   成されかつ他方のパターンはサブストレート上に形成さ
   れ、第１のパターンおよび第２のパターンは、マスクお
   よびサブストレート上において、第１のパターンと第２
   のパターンとの相対的な整合のいかんを決定するモアレ
   像を作り出すようにされた、マスクおよびサブストレー
   ト。 ６ サブストレートは、特有の光子エネルギを有する光
   の放射に対して透過性である、特許請求の範囲第５項記
   載のマスクおよびサブストレート。 ７ モアレ像は、第１のパターンと第２のパターンとが
   整合状態にあるとき、対称であり、第１のパターンと第
   ２のパターンとが誤整合状態にあるとき、非対称である
   、特許請求の範囲第５項または第６項記載のマスクおよ
   びサブストレート。 ８ マスクは複数個のパターンを含む、特許請求の範囲
   第５項ないし第７項のいずれかに記載のマスクおよびサ
   ブストレート。