DE2722397C2

DE2722397C2 - Verfahren zur Justierung einer Halbleiterscheibe relativ zu einer Belichtungsmaske bei der Röntgenstrahl- Fotolithografie und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE2722397C2
Application number: DE19772722397
Authority: DE
Inventors: Eckart Dr.phil. 8013 Haar Hundt; Hans 8000 München Treml
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-05-17
Filing date: 1977-05-17
Publication date: 1983-06-23
Also published as: DE2722397A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Justierung einer Halbleiterscheibe relativ zu einer Belichtungsmaske bei der Röntgenstrahl-Fotolithografie, wie es im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher angegeben ist, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

In der Halbleitertechnologie werden bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen und integrierten Schaltungen fotohthografische Prozesse durchgeführt, bei denen Strukturen einer Belichtungsmaske auf eine strahlungsempfindliche Lackschicht einer Halbleiterscheibe übertragen werden. Im gesamten Herstellungspiozeß ist es notwendig, mehrere Lagen von Strukturen miteinander zur Deckung zu bringen. Aus diesem Grund muß bei den verschiedenen Belichtungsschritten die Halbleiterscheibe gegenüber der jeweiligen Maske sehr genau justiert werden. Dabei muß der Fehler in der Justierung der Masken relativ zu den Halbleiterscheiben kleiner als die kleinste in der Halbleiterscheibe zu erzeugende Struktur sein. Bei den derzeitigen Hers'ellungsverfahren für integrierte Schaltkreise erfolgt die b^r, Strukturübertragung meist lichtoptisch. Die Justierung wird durch gleichzeitige Beobachtung zweier Paare von (ustiermarken ausgeführt, wobei sich das eine Justiermarkenpaar auf der Maske und das andere auf der Halbleiterscheibe befindet. Die Beobachtung geschieht mit einem Justiermikroskop, Für sehr genaue Justierung im Bereich von 0,5 μπι erreicht man die Grenze der Tiefenschärfe der üblichen lichtoptischen Mikroskope. Insbesondere soll der Abstand zwischen Maske und Halbleiterscheibe eine Beschädigung der Maske vermeiden. Aufgrund der notwendigen Tiefenschärfe wird bei Einhalten eines solchen Abstandes das Auflösungsvermögen für die Justierung begrenzt

In der Röntgenstrahl-Fotolithografie wird ein für Röntgenstrahlen empfindlicher Lack sowie für die Abbildung der Maske Röntgenstrahlung verwendet Aufgrund der kleinen Wellenlänge sind die Beugungserscheinungen bei dieser Art der Abbildung herabgesetzt, so daß die Strukturdimensionen, die abgebildet werden können, wesentlich kleiner sind als bei einer Abbildung mit sichtbarem Licht Aus diesem Grund muß bei der Röntgenstrahl-Fotolithografie eine Justierung mit einer Genauigkeit von etwa 0,1 μπι erreicht werden. Da bei der Röntgenstrahl-Fotolithografie eine sogenannte »proximity«-Kopie gemacht wird, bei der zwischen der Halbleiterscheibe und der Belichtungsmaske ein Abstand von beispielsweise 50 μπι eingehalten wird, reicht die Tiefenschärfe eines Lichtmikroskopes im allgemeinen nicht aus, um gleichzeitig die Justiermarke auf der Halbleiterscheibe und die Justiermarke auf der Belichtungsmaske scharf zu sehen. Weitere Schwierigkeiten können bei einem für die Röntgenstrahl-Fotolithografie verwendeten Justiersystem dadurch auftreten, daß das Material des Trägers, auf dem sich die als Justiermarken dienenden Strukturen der Belichtungsmaske befinden, für Licht nicht oder nur sehr schwach durchlässig ist so daß aufgrund dieses Umstandes eine gleichzeitige Scharfeinstellung des Justiermikroskopes auf die Justiermarken der Maske und den Justiermarken der Halbleiterscheibe erschwert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, für ein Verfahren zur Justierung einer Halbleiterscheibe relativ zu einer Belichtungsmaske bei der Röntgenstrahl-Fotolithografie, bei der die Halbleiterscheibe und die Belichtungsmaske in einem festen, vorgegebenen Abstand voneinander gehalten werden, Möglichkeiten anzugeben, mit denen eine Justierung mit einer Genauigkeit von etwa 0,1 μπι erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein wie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenes Verfahren gelöst das erfindungsgemäß nach der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Weise ausgeführt wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.

Von Schichtdicken-Meßgeräten ist bekannt, daß mit induktiven Weggebern (induktiven pick-up-Systemen) eine Ortsauflösung von einigen Nanometern erreicht werden kann. Von der Erfindung wird dieses hohe, auf Höhenverschiebungen bezogene Auflösungsvermögen für die seitliche Verschiebung der Halbleiterscheiben bzw. der Belichtungsmasken ausgenutzt So wird beispielsweise gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung in das Trägermaterial der Maske sowie auch in die Halbleiterscheibe eine Justiermarke eingeätzt. Der induktive Weggeber wird in diesem Fall mit einer Abtastnadel versehen. Wird nun entweder die Abtastnadel über die zu justierende Halbleiterscheibe oder die Halbleiterscheibe unter einer ortsfest angebrachten

Abtastnadel verschoben, so gibt bei Einrasten der Abtastnadel in die Justiermarke das induktive Weggebersystem ein Signal ab, das für die Lagebestimmung der Halbleiterscheibe bzw. der Justiermarke verwendet wird. Wird beispielsweise die Halbleiterscheibe auf einem Justiertisch befestigt, mit dem die Halbleiterscheibe lateral in zwei Richtungen verschoben werden kann, so ist die Genauigkeit der Lageerkennung begrenzt durch die Genauigkeit, mit der der Justiertisch verschoben werden kann, da die Genauigkeit nach Lageerkennung der Justiermarke durch den induktiven Weggeber eine wesentlich höhere Genauigkeit aufweist Ein Justiervorgang wird beispielsweise so vorgenommen, daß zuerst mit der Abtastnadel die Lage der Halbleiterscheibe ex?kt bestimmt wird.

Auf diese Lage der Halbleiterscheibe muß die Lage der Belichtungsniaske ausgerichtet werden. Dazu wird die Belichtungsrnaske in das Belichtungsgerät eingeschoben und in eine Ausgangslage gebracht. Diese Ausgangslage wird ebenfalls mit einer Tastnadel exakt bestimmt. Aus dem Vergleich der Lage der Halbleiterscheibe und der zuletzt bestimmten Lage der Belichtungsmaske ergibt sich, um welche Strecke die Belichtungsmaske zu einer exakten Justierung verschoben werden muß. Diese Verschiebung wird in an sich bekannter Weise mittels eines Justiertisches vorgenommen. Eine Möglichkeit zur gleichzeitigen Bestimmung der Lage der Halbleiterscheibe und der Belichtungsmaske besteht darin, die Justiermarken auf den voneinander abgewandten Seiten der Halbleiterscheibe bzw. der Belichtungsmaske anzubringen, und von diesen Seiten her jeweils mit Abtastnadeln die Lage von Halbleiterscheibe und Belichtungsmaske zu bestimmen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben und näher erläutert. In der Figur ist schematisch dargestellt, wie mit Hilfe eines induktiven Weggebers die Justierung einer Halbleiterscheibe, in der eine Justiermarke eingeäm wird, vorgenommen werden kann.

Zur Justierung wird eine Halbleiterscheibe l, die beispielsweise mit einer Siliziumdioxidschicht 2 versehen ist und in die eine Justiermarke 3 eingeätzt ist, in dem Belichtungsgerät auf einem Justiertisch 4 befestigt. Dieser Justiertisch 4 kann mit Hilfe eines Feintriebes 15 oder auch beispielsweise mit einem piezoelektrischen Vortrieb verschoben werden. Zur Justierung wird auf die Oberfläche der mit der Siliziumdioxidschicht versehenen Halbleiterscheibe eine Abtastnadel 5 aufgesetzt, die eine Diamantspitze 6 besitzt Diese Abtastnadel 5 ist in einem Schaft 7 beweglich und wird mittels einer Feder 8 gegen die Oberfläche der Halbleiterscheibe angedrückt Diese Nadel ist gleichzeitig Bestandteil eines induktiven Weggebers, der beispielsweise aus einer mit Hochfrequenz erregten Spule 9 sowie einem ferromagnetischen Material 10 besteht, und der bei einer Verschiebung des ferromagnetischen Materials 10 gegen die Spule 9 el;i Signal abgibt Zur Justierung wird der Justiertisch mittels des Vortriebes 15 in Richtung des Pfeiles 11 bewegt, so daß die in der Scheibe eingeätzte Vertiefung 3, die als Justiercriarke dient, unter die Nadelspitze gerät Die Abtastnadel 5 gerät dadurch in eine veränderte Lage, die durch den induktiven Weggeber am Anzeigegerät 12 festgestellt werden kann. Soll für die Justierung die Lage der Belichtungsmaske verändert werden, so erfolgt die Lagebestimmung der Belichtungsmaske entsprechend dem für die Halbleiterscheibe beschriebenen Verfahren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Justierung einer Halbleiterscheibe relativ zu einer Belichtungsmaske bei der Röntgenstrahl-Fotolithografie, bei der Halbleiterscheibe und Belichtungsmaskt in einem festen, vorgegebenen Abstand voneinander gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Halbleiterscheibe (1) und die Lage der Belichtungsmaske mittels einer oder mehreren, mit induktiven Weggebern verbundenen Abtastnadeln (5) bestimmt werden, wobei eine oder mehrere, in die Halbleiterscheibe (1) und in die Belichtungsmaske eingeätzte Vertiefungen als Justiermarken (3) verwendet werden und wobei die Halbleiterscheibe (1) bzw. die Belichtungsmaske und die Abtastnadel (5) gegeneinander verschoben werden bis beim Hineingleiten der Abtastnadel (5) in die als Justiermarke (3) dienende Vertiefung das induktive Weggebersystem ein dementsprechendes Signal abgibt, d^s für die Lagebestimmung der Halbleiterscheibe \t) bzw. der Justiermarke (3) verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastnadeln (5) ortsfest gehalten werden und daß zur Justierung die Halbleiterscheibe (1) und die Belichtungsmaske verschoben werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Verschieben einer ersten Abtastnadel (5) die Lage der Halbleiterscheibe bestimmt wird, daß sodann durch Verschieben einer zweiten Abtastnadel die Abweichung der Lage der Belichtungsmaske von der Soll-Lage festgestellt wird, und daß sodann die kelichtungsmaske mittels eines Justiertisches in uie Soll-Lage verschoben wird.

4. Vorrichtung zur Durchfi. ,lrung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung wenigstens eine mit einem induktiven Weggeber versehene Abtastnadel (5) aufweist