JPS60206136A - Mask aligning process - Google Patents

Mask aligning process

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Publication number
JPS60206136A
JPS60206136A JP59063949A JP6394984A JPS60206136A JP S60206136 A JPS60206136 A JP S60206136A JP 59063949 A JP59063949 A JP 59063949A JP 6394984 A JP6394984 A JP 6394984A JP S60206136 A JPS60206136 A JP S60206136A
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JP
Japan
Prior art keywords
target
substrate
tapered
mask
fresnel zone
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP59063949A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenji Sugishima
賢次 杉島
Toshihiko Osada
俊彦 長田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
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Publication of JPS60206136A publication Critical patent/JPS60206136A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically

Abstract

PURPOSE:To make mask aligning process feasible regardless of the groove depth of Frestnel zone target as a condition of incident ray interference by a method wherein the sectional shape of a target provided on a substrate to be processed is formed into tapered shape. CONSTITUTION:When a Frestnel zone target 8 is formed by etching the surface of substrate 5 in a sectional structure of target 8, the sectional shape of target grooves 12 is changed into tapered shape by etching process. Through these procedures, any reflected ray from tapered parts causing diffraction displays bright points 11 since the tapered part to not conform to the requirement of specific expression even if the depth of groove 12 conforms to the requirement of said expression causing interference. When the Frestnel zone target on a substrate surface is provided with tapered step difference, the conventional condition of aligning process infeasibility may be eliminated.

Description

【発明の詳細な説明】 (a)発明の技術分野 本発明は被処理基板とマスクとを自動釣に位置合わせす
る方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (a) Technical Field of the Invention The present invention relates to a method for automatically aligning a substrate to be processed and a mask.

(b)技術の背景 IC,LSIなどの半導体素子は電算機の大容量化や高
速化を実現するために小型化と高密度化が進んでおり、
素子のパターン幅やパターン間隔は非常に微細化したも
のが用いられている。
(b) Technical background Semiconductor devices such as ICs and LSIs are becoming smaller and more dense in order to achieve higher capacity and higher speed computers.
The pattern width and pattern spacing of the element used are extremely fine.

そしてこれを実現する方法として、従来の紫外線露光に
代わって電子ビーム露光が使用されており、またイオン
ビーム露光やX線露光が実用化されつつある。
As a method for achieving this, electron beam exposure is used in place of conventional ultraviolet exposure, and ion beam exposure and X-ray exposure are being put into practical use.

いま半導体材料としてシリコン(Si )を例にとれば
半導体基板(ウェハ)の厚さは約500μmで直径は3
乃至6インチと各種あり、一方ICチップの寸法は最大
なものでも10mm角であるから、1枚の半導体基板か
ら数多くのICチップがとれることになる。
If we take silicon (Si) as an example of a semiconductor material, the thickness of the semiconductor substrate (wafer) is about 500 μm and the diameter is 3.
There are various types, from 6 inches to 6 inches, and the maximum size of an IC chip is 10 mm square, so a large number of IC chips can be obtained from one semiconductor substrate.

さてICチップは多層構成をとって形成されており、パ
ターン幅は1μm程度と微細化しているため、かかるパ
ターンを露光する光源およびマスクの位置合わせ法など
が問題となる。
Now, since an IC chip is formed with a multilayer structure, and the pattern width is reduced to about 1 μm, problems arise such as how to align a light source and a mask for exposing such a pattern.

すなわち従来の紫外線露光方式では使用波長による制限
から最小加工線幅は約1.5μmに限られるため、かか
る微細パターンの露光には使用することはできず、波長
の短い電子線やX線の使用が必要となる。
In other words, in the conventional ultraviolet exposure method, the minimum processing line width is limited to approximately 1.5 μm due to the limitations of the wavelength used, so it cannot be used to expose such fine patterns, and the use of electron beams or X-rays with short wavelengths is not possible. Is required.

また半導体素子は半導体基板上に薄膜形成技術と写真食
刻技術(ホトリソグラフィ)を用いて形成されるが、こ
の際に複数回のマスク合わせが必要であり、パターンが
微細化するに従って位置合わせが困難となる。
Furthermore, semiconductor elements are formed on semiconductor substrates using thin film formation technology and photolithography, but this requires multiple mask alignments, and as patterns become finer, alignment becomes more difficult. It becomes difficult.

本発明はマスク合わせ法の改良に関するものである。The present invention relates to improvements in mask alignment methods.

(C)従来技術と問題点 被処理基板に選択酸化1選択エツチング、導体パターン
の形成などを行う製造工程においては正確なマスク合わ
せが必要である。
(C) Prior Art and Problems Accurate mask alignment is required in the manufacturing process in which a substrate to be processed is subjected to selective oxidation, selective etching, and formation of a conductor pattern.

ここでマスク合わせを行うに当たって、使用される露光
法として密着露光法と投影露光法があるが、前者のほう
が解像性能が高く、またX線露光のような非荷電休養使
用するものに就いては密着露光法が適している。
There are two types of exposure methods used for mask alignment: contact exposure method and projection exposure method, but the former has higher resolution performance and is also more suitable for methods that use non-charged rest, such as X-ray exposure. The contact exposure method is suitable for this.

本発明はかかる目的に使用される位置合わせ方法に関す
るものである。
The present invention relates to an alignment method used for such purpose.

従来より位置合わせ法として各種の方法が実用化されて
いるが、第1図(A)、(B)は代表的な位置合わせマ
ークである。
Various methods have been put to practical use as alignment methods, and FIGS. 1(A) and 1(B) are typical alignment marks.

すなわち被処理基板(以下略して基板)上に小型の位置
合わせマーク1を作っておき、これにマスクに作られて
いる相似形の大型位置合わせマーク2を両者の中心が一
致するように移動させることにより位置合わせが行われ
ている。
That is, a small alignment mark 1 is made on the substrate to be processed (substrate for short), and a large alignment mark 2 of a similar shape made on the mask is moved to this so that the centers of both coincide. Positioning is performed by this.

この方法は小型の位置合わせマーク1と大型位置合わせ
マーク2との間の余白部が均等になるように基板あるい
はマスクを移動させるもので何れもマニュアル操作であ
る。
In this method, the substrate or mask is moved so that the margins between the small alignment mark 1 and the large alignment mark 2 are evenly spaced, and both operations are performed manually.

一方光学的に位置合わせを行う方法がある。On the other hand, there is a method of performing optical alignment.

その方法はフレネルゾーンターゲットを使用するもので
、第2図に示すような複数個の同心円からなるパターン
を基板とマスクの両方に作り、これを位置合わせマーク
として回折光の輝点を一致させることにより位置合わせ
を行う。
This method uses a Fresnel zone target, in which a pattern consisting of multiple concentric circles as shown in Figure 2 is created on both the substrate and the mask, and this is used as an alignment mark to align the bright spots of the diffracted light. Perform positioning by

ここで第2図に平面図を示すフレネルゾーンターゲット
3の各々の同心円は R・−(・AF)”・・・・・・・・・・・・(1)但
し R・・・・・・半径 n・・・・・・正数 A・・・・・・使用光の波長 F・・・・・・焦点距離 の関係があり、実施例の場合はR1とR2の間、および
R3とR4との間にクローム(Cr )などの金属パタ
ーンが設けられている。
Here, each concentric circle of the Fresnel zone target 3 whose plan view is shown in Fig. 2 is R・-(・AF)'' (1) However, R... Radius n...Positive number A...Wavelength F of the light used...There is a relationship between the focal length, and in the example, between R1 and R2, and between R3 and R4 A metal pattern such as chrome (Cr) is provided between the two.

そしてこのような条件が満たされており、光が平行に入
射される場合は光は回折をおこして基板面よりFの位置
に焦点を結ぶ。
If these conditions are met and the light is incident in parallel, the light will be diffracted and focused at a position F from the substrate surface.

第3図はこのフレネルゾーンターゲット3を位置合わせ
に使用する方法を示すもので、マスク4および基板5よ
り任意の距離を焦点距離に設定し、これからR1、R2
+’R3・・・・・・の値をめ、マスク4および基板5
の上にフレネルゾーンターゲットを作る。
FIG. 3 shows a method of using this Fresnel zone target 3 for positioning.The focal length is set to an arbitrary distance from the mask 4 and the substrate 5, and from this point R1, R2
+'R3......, mask 4 and substrate 5.
Create a Fresnel zone target above.

ここでマスクは使用光として従来のように紫外線を使用
する場合は石英基板にOrなどの蒸着膜をパターン形成
して用いれば良いし、X線を使用する場合には窒化硼素
(B N)膜に金(Au )やクンタル(Ta)膜をパ
ターン形成して用いるのがよい。
Here, the mask can be used by patterning a vapor-deposited film such as Or on a quartz substrate when ultraviolet rays are used as in the past, or by forming a pattern of a vapor-deposited film such as Or on a quartz substrate, or by using a boron nitride (BN) film when using X-rays. It is preferable to use a patterned gold (Au) or quintal (Ta) film.

また基板5の上へのフレネルゾーンターゲットの位置合
わせマークは選択エツチングにより作られる。
Alignment marks for the Fresnel zone target on the substrate 5 are also made by selective etching.

このようにマスク4と基板5を位置決めし、上方より、
光6を並行に投射すると、マスク4と基板5のフレネル
ゾーンターゲット7.8からの反射光は回折して設定距
離に焦点が結ばれ輝点9が現れる。
Positioning the mask 4 and substrate 5 in this way, from above,
When the light 6 is projected in parallel, the reflected light from the Fresnel zone target 7.8 of the mask 4 and substrate 5 is diffracted and focused at a set distance, and a bright spot 9 appears.

ここで回折光の強度分布は第5図に示すようにフレネル
ゾーンクーゲットの中心位置イを中心に分布しており、
回折光の強度が最大となる位置が輝点10および11で
ある。
Here, the intensity distribution of the diffracted light is distributed around the center position A of the Fresnel zone Kuget, as shown in Figure 5.
Bright spots 10 and 11 are the positions where the intensity of the diffracted light is maximum.

然しマスク4のフレネルゾーンターゲット7からの回折
光の輝点位置10と基板5のフレネルゾーンターゲット
8からの輝点位置11は第5図(A)に示すように離れ
ているのが通常であり、位置合わせは一般にマスク4を
固定し、基板5を移動して第5図(B)に示すように両
者が一致して回折光の強度が最大となるようにすればよ
い。
However, the bright spot position 10 of the diffracted light from the Fresnel zone target 7 of the mask 4 and the bright spot position 11 of the Fresnel zone target 8 of the substrate 5 are usually separated as shown in FIG. 5(A). In general, the positioning can be carried out by fixing the mask 4 and moving the substrate 5 so that they are aligned and the intensity of the diffracted light is maximized, as shown in FIG. 5(B).

このようにフレネルゾーンターゲットを使用すると共に
光検出器を使用すれば従来のようにマニュアルでな(、
自動的に位置合わせすることが可能となる。
If you use a Fresnel zone target and a photodetector in this way, you will not have to do it manually like in the past.
Automatic alignment becomes possible.

然し第4図(A)に示すように基Fi5に形成されてい
るフレネルゾーンターゲット8の溝の深さHが H= (A/2 n、) xM ・−(2)但し Δ・・・・・・入射光の波長 n・・・・・・媒体の屈折率 M・・・・・・正数 の関係を満足する場合は基板5のフレネルゾーンターゲ
ット8からの反射光が相互に干渉して消し合うために回
折光が現れず、そのため位置合わせが出来ないと云う問
題があった。
However, as shown in FIG. 4(A), the depth H of the groove of the Fresnel zone target 8 formed in the base Fi5 is H= (A/2 n,) xM ・-(2) However, Δ... ...Wavelength n of the incident light ...Refractive index M of the medium ...If the relation of positive numbers is satisfied, the reflected light from the Fresnel zone target 8 of the substrate 5 interferes with each other. There was a problem in that the diffracted light did not appear because of cancellation, and therefore alignment could not be performed.

(d)発明の目的 本発明の目的は基板上に形成されるフレネルゾーンター
ゲットの溝の深さが入射光の干渉を起こす条件であって
もマスクとの位置合わ廿を可能とする方法を提供するに
ある。
(d) Object of the Invention The object of the present invention is to provide a method that enables alignment with a mask even if the depth of the groove of a Fresnel zone target formed on a substrate causes interference of incident light. There is something to do.

(e)発明の構成 本発明の目的はフレネルゾーンターゲットを使用して基
板と微細パターン形成用マスクとの位置合わせを行うに
当たり、前記被処理基板に設けられるターゲットの断面
形状をテーパー状に形成することを特徴とするマスク位
置合わせ方法により達成することができる。
(e) Structure of the Invention An object of the present invention is to form a tapered cross-sectional shape of the target provided on the substrate to be processed when aligning a substrate and a mask for forming a fine pattern using a Fresnel zone target. This can be achieved by a mask alignment method characterized by the following.

(f)発明の実施例 第4図(B)は本発明にかがるフレネルゾーンターゲッ
トの断面構造を示すものである。
(f) Embodiment of the Invention FIG. 4(B) shows a cross-sectional structure of a Fresnel zone target according to the present invention.

ここで基板5をエツチングしてその表面にフレネルゾー
ンターゲット8を形成する場合にエツチング深さHを正
確に調節して H=(Δ/2n)XM ・・・・・・・・・(2)の関
係から外れるように保つことは実際的には困難である。
Here, when etching the substrate 5 to form the Fresnel zone target 8 on its surface, the etching depth H is accurately adjusted so that H=(Δ/2n)XM (2) In practice, it is difficult to maintain this relationship.

そこで図(B)に示すようにターゲットの溝部12の断
面形状がテーパー状となるようにエツチング形状を変え
る。
Therefore, the etching shape is changed so that the cross-sectional shape of the groove portion 12 of the target becomes tapered as shown in FIG. 3(B).

このようにすると溝部12の底部の深さが式(2)の条
件を満たして干渉が生じても、ティパ一部分ではこの条
件から外れるため、この位置がらの反射光は回折を起こ
して、輝点11が現れることになる なお、このようなテーパー状の溝部12を作るには結晶
面のエツチング異方性を用いてもよい。
In this way, even if the depth of the bottom of the groove 12 satisfies the condition of equation (2) and interference occurs, a part of the tipper deviates from this condition, so the reflected light from this position will undergo diffraction and become a bright spot. Note that in order to create such a tapered groove portion 12, etching anisotropy of the crystal plane may be used.

例えばSi結晶の110面は100方向に優先的にエン
チングされるが、この性質を利用すればテーパー状の断
面をもつフレネルゾーンクーゲットを形成することがで
きる。
For example, the 110 plane of a Si crystal is preferentially etched in the 100 direction, and by utilizing this property, a Fresnel zone cugett with a tapered cross section can be formed.

このように基板面のフレネルゾーンターゲットをテーパ
ー状の段差をもつように作るとS/N比は低下するが従
来のように位置合わせ不能な条件を解消することができ
る。
If the Fresnel zone target on the substrate surface is made to have a tapered step in this way, the S/N ratio will be lowered, but the condition that alignment cannot be achieved as in the conventional method can be solved.

また回折光の輝度検出を光検出器を用いて行うことによ
り、精度の高い自動位置合わせが可能となる。
Furthermore, by detecting the brightness of the diffracted light using a photodetector, highly accurate automatic positioning becomes possible.

(g)発明の効果 本発明はLSIなど半導体素子の製造に当たってパター
ン幅が微細化し、マニュアルによるマスクの位置合わせ
は益々難しくなっており、この点から自動位置合わせが
可能なフレネルゾーンターゲットの使用は望ましいが、
光の干渉が生じる条件では使用出来ないという問題があ
った。
(g) Effects of the Invention The present invention is based on the fact that in the manufacture of semiconductor devices such as LSIs, pattern widths have become finer and manual mask alignment has become increasingly difficult. Although desirable,
There was a problem in that it could not be used under conditions where light interference occurred.

然し本発明の実施により、この問題を解決することがで
き、量産効率の向上が可能となる。
However, by implementing the present invention, this problem can be solved and mass production efficiency can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図(A)、(B)は従来の位置合わせ法の説明図、
第2図はフレネルゾーンターゲ・ットの平面図、第3図
はプレネルゾーンターゲットを使用した位置合わせ方法
の説明図、第4図(A)と(B)はターゲットの断面図
、また第5図(A)。 (B)は回折光の強度分布図である。 図において 3,7.8はフレネルゾーンターゲット、
4はマスク、5は被処理基板、6は入射光、9.10.
11は輝点、12は溝部。
Figures 1 (A) and (B) are explanatory diagrams of the conventional alignment method;
Figure 2 is a plan view of the Fresnel zone target, Figure 3 is an explanatory diagram of the positioning method using the Fresnel zone target, Figures 4 (A) and (B) are cross-sectional views of the target, and Figure 4 (A) and (B) are cross-sectional views of the target. Figure 5 (A). (B) is an intensity distribution diagram of diffracted light. In the figure, 3, 7.8 is the Fresnel zone target,
4 is a mask, 5 is a substrate to be processed, 6 is incident light, 9.10.
11 is a bright spot, and 12 is a groove.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] フレネルゾーンターゲットを使用して被処理基板と微細
パターン形成用マスクとの位置合わせを行うに当たり、
前記被処理基板に設けられるターゲットの断面形状をテ
ーパー状に形成し、位置合わせすることを特徴とするマ
スク位置合わせ方法。
When aligning the substrate to be processed and the mask for forming fine patterns using a Fresnel zone target,
A method for aligning a mask, comprising forming a cross-sectional shape of a target provided on the substrate to be processed into a tapered shape and aligning the target.
JP59063949A 1984-03-30 1984-03-30 Mask aligning process Pending JPS60206136A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59063949A JPS60206136A (en) 1984-03-30 1984-03-30 Mask aligning process

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JPS60206136A true JPS60206136A (en) 1985-10-17

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JP (1) JPS60206136A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL9302118A (en) * 1992-12-14 1994-07-01 Samsung Electronics Co Ltd Color filter for liquid crystal display device and method of manufacturing it.

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL9302118A (en) * 1992-12-14 1994-07-01 Samsung Electronics Co Ltd Color filter for liquid crystal display device and method of manufacturing it.

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