DE2722958A1

DE2722958A1 - Verfahren zur justierung einer halbleiterscheibe relativ zu einer bestrahlungsmaske bei der roentgenstrahl-fotolithografie

Info

Publication number: DE2722958A1
Application number: DE19772722958
Authority: DE
Inventors: Eckart Dr Phil Hundt; Peter Dr Rer Nat Tischer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-05-20
Filing date: 1977-05-20
Publication date: 1978-11-23
Also published as: FR2391494A1; FR2391494B1; JPS53144681A; US4176281A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT ^ Unser Zeichen 3erlin und München VPA 77 ρ 7 O 5 4 BRD

Verfahren zur Justierung einer Halbleiterscheibe relativ zu einer Bestrahlungsmaske bei der Röntgenstrahl-Fotolithografie.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Justierung einer Halbleiterscheibe relativ zu einer Bestrahlungsmaske bei der Röntgenstrahl-Fotolithografie, wie es im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher angegeben ist.

In der Halbleitertechnologie werden bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen und integrierten Schaltungen fotolithografische Prozesse durchgeführt, bei denen Strukturen einer Bestrahlungsmaske auf eine strahlungsempfindliche Lackschicht auf einer Halbleiterscheibe übertragen werden. Im gesamten Herstellungsprozeß ist es notwendig, mehrere Lagen von Strukturen miteinander zur Deckung zu bringen. Aus diesem Grunde 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 dem derzeitigen Herstellungsverfahren für integrierte Schaltkreise erfolgt die Strukturübertragung meist lichtoptisch. Die Justierung wird durch gleichzeitige Beobachtung zweier Paare von Justiermarken ausgeführt, wobei sich das eine Justiermarkenpaar auf der Maske und das andere auf der Halbleiterscheibe befindet. Gewöhnlich geschieht die Beobachtung lichtoptisch mit einem Justiermikroskop. Für sehr genaue Justierungen im

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Bereich von 0,5/um erreicht man jedoch die Grenze der Tiefenschärfe der üblichen lichtoptischen Mikroskope.

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/um 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/um 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 die Justiermarken der Halbleiterscheibe erschv/ert wird.

Aus "Solid-State Technology" (1972), Seiten 21-26 ist ein Justierverfahren für die Röntgenstrahl-Fotolithografie bekannt, bei dem die Justierung mit Hilfe von Röntgenstrahlen erfolgt. Dazu v/erden auf die Halbleiterscheibe sowie auf die Bestrahlungsmaske jeweils Justiermarken aus Röntgenstrahlen absorbierendem Material aufgebracht. Nach Durchdringung der Röntgenstrahlen durch diese Justiermarken wird mittels eines Detektors die Intensität der Strahlung gemessen und je nach Gestaltung der beiden Justiermarken auf Strahlungsmaximum oder Strahlungs-

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minimum im Detektor justiert. Dabei treten jedoch Schwierigkeiten auf, da die Justiermarken relativ dick sein müssen, um die Strahlung genügend stark zu absorbieren. Die durch die Justiermarken durchdringende Strahlung ergibt einen hohen Untergrund und vermindert die Justiergenauigkeit. Eine weitere Schwierigkeit resultiert daraus, daß die Halbleiterscheibe selbst sehr viel Strahlung absorbiert und somit die Signalintensität im Detektor verringert wird. Um dieses Problem zu umgehen, ist in "Solid-State Technology" (1972), Seiten 21-26 vorgeschlagen, die Halbleiterscheibe im Bereich der Justiermarken sowie die Bestrahlnngsmaske im Bereich der Justiermarken und der abzubildenden, Röntgenstrahlen absorbierenden Strukturen dünn zu ätzen, so daß für die Justierung eine ausreichende Röntgenstrahlintensität zur Verfügung steht. Für das Dünnätzen der Halbleiterscheibe sind jedoch zusätzliche Yerfahrensschritte notwendig, so z.B. eine Bor-Dotierung mit einer Tiefe von etwa 5/um, die beim Dünnätzen für einen Ätzstop und damit für eine gleichmäßige Dicke des abgeätzten Bereiches sorgt. Abgesehen davon, daß somit für das Dünnätzen ein zusätzlicher Aufwand betrieben werden muß, sind derartige Halbleiterscheiben an den dünngeätzten Bereichen empfindlich gegen mechanische Einwirkung, so z.B. gegen die beim Einlegen in die Belichtungsapparatuf auftretenden Erschütterungen. Entsprechendes gilt für das Dünnätzen der Bestrahlungsmaske.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Justierverfahren für die Anwendung in der Röntgenstrahl-Fotolithografie anzugeben, bei dem ein Dünnätzen der Halbleiterscheiben bzw. der Bestrahlungsmasken nicht notwendig ist, und bei dem eine Justiergenauigkeit von etwa 0,1 /um erreicht werden kann.

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

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Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß bei einer Silizium-Halbleiterscheibe, die üblicherweise in der Silizium-Technologie eine Dicke von etwa 0,5 mm besitzt, diese Halbleiterscheibe Röntgenstrahlen sehr gut absorbiert. Das gleiche gilt für die üblicherweise verwendeten Träger für die Bestrahlungsmaske, die aus etwa 1 mm dickem Quarzglas bestehen. Die Löcher in der Maske und in der Halbleiterscheibe weisen daher einen wesentlich besseren Kontrast auf, als dies durch andere Justiermarken unter gleichzeitigem Dünnätzen des Trägers erreicht werden kann. Bei der geforderten Justiergenauigkeit von etwa 0,1 /um wird gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung die Größe der Löcher zu etwa 10/um gewählt. Bevorzugt werden diese Löcher mit einem Hochleistungslaser in die Halbleiterscheibe bzw. in die Bestrahlungsmaske gebohrt. Wesentlich ist die gegenseitige Lage dieser als Justiermarken verwendeten Löcher, die sowohl bei allen Bestrahlungsmasken, die für die Herstellung einer Schaltung benötigt werden, wie auch bei allen Halbleiterscheiben, auf denen diese Schaltungen .entstehen sollen, gleichbleiben muß. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden daher die Justiermarken mit einem einzigen Gerät, insbesondere mit einem oder zwei Hochleistungslasern, in einer festen Montage auf den Halbleiterscheiben sowie auf den Substraten der Bestrahlungsmasken vor deren weiterer Bearbeitung mit den als Justiermarken dienenden Löchern versehen. Bei der Herstellung der maskierenden Strukturen auf der Maske wird dann beispielsweise mit einem Elektronenstrahl zuerst die Lage der Justiermarke ermittelt und anschließend das in dem Fotolack mittels der Röntgenstrahlen abzubildende Muster hergestellt.

Verlaufen die als Justiermarken verwendeten Löcher auf der Bestrahlungsmaske bzw. auf der Halbleiterscheibe jeweils senkrecht, zu deren Oberfläche, so kann eine exakte Justierung

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nur bei einem senkrechten Einfall der zur Justierung verwendeten Röntgenstrahlung erreicht werden. Die üblicherweise bei der Röntgenstrahl-Lithografie verwendete punktförmige Röntgenquelle erfüllt diese Forderung nicht. Parallele Röntgenstrahlbündel können mit zwei Röntgenquellen, die mit entsprechenden Blenden ausgestattet sind und entsprechend positioniert sind, gewonnen werden. Zweckmäßiger ist es, gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung zwei Beugungskristalle für Röntgenstrahlung so anzubringen, daß die von der Röntgenquelle kommende Strahlung an diesen Kristallen reflektiert wird und somit zwei Röntgenstrahlbündel entstehen, die senkrecht auf die Halbleiterscheibe bzw. auf die Bestrahlungsmaske auftreffen. Eine alternative Lösung hierzu besteht darin, die Justiermarken in der Bestrahlungsmaske und in der Halbleiterscheibe so anzuordnen, daß die Achse dieser Löeher im justierten Zustand auf die zur Justierung verwendete punktförmige Röntgenquelle gerichtet ist. Die Erzeugung derartiger Justiermarken erfolgt beispielsweise mit zwei Lasern, die so angeordnet sind, als ob die aus ihnen austretenden Strahlen von dem vorgesehenen Ort der Röntgenquelle kämen. Dadurch entsteht zwischen den Orten der Justiermarken in dem Träger der Bestrahlungsmaske sowie in der Halbleiterscheibe eine Beziehung, die der Zentralprojektion für die aus der punktförmigen Röntgenquelle austretenden Strahlung entspricht.

Zweckmäßig ist ferner, zur Justierung Röntgenstrahlung zu verwenden, deren Wellenlänge kleiner ist als die der für die Belichtung des Fotolackes verwendeten Röntgenstrahlung. Damit wird wegen der höheren Absorption des Halbleitermaterials für harte Röntgenstrahlung ein höherer Kontrast bei der Justierung erreicht. Ferner ist der Fotolack für harte Röntgenstrahlung weniger empfindlich, so daß eine Belichtung des Fotolackes bei der Justierung vermieden wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben und näher erläutert.

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Fig.1 zeigt schematisch eine Anordnung, bei der die zur Justierung verwendete Röntgenstrahlung senkrecht auf die Oberfläche der Bestrahlungsmaske bzw. der Halbleiterscheibe auftrifft,

Fig.2 zeigt schematisch eine Anordnung, bei der zur Justierung eine punktförmige Röntgenstrahlquelle verwendet werden kann.

In Fig.1 ist schematisch dargestellt, wie mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Justierung vorgenommen wird. In der Belichtungsapparatur befinden sich die Halbleiterscheibe 1, die mit einer röntgenstrahl-empfindlichen Fotolackschicht 2 versehen ist. Durch die Halbleiterscheibe und durch die Fotolackschicht hindurch verlaufen zwei Bohrungen 5, deren Durchmesser beispielsweise 10/um beträgt. Über der Halbleiterscheibe ist die Bestrahlungsmaske angebracht, die aus einem Quarz- oder Glasträger 4 besteht, auf dem sich die zu Justierenden Strukturen 5 aus einem Röntgenstrahlen absorbierenden Material, beispielsweise aus Gold, befinden. Durch den Träger 4 verlaufen Bohrungen 13, die als Justiermarken der Bestrahlungsmaske verwendet werden. Diese Justiermarken 13 haben ebenfalls einen Durchmesser kleiner als 50 /um, vorzugsweise etwa 10/um. Über der Bestrahlungsmaske befindet sich eine Abschirmung 6, die verhindern soll, daß bei der Justierung die Fotolackschicht 2 auf der Halbleiterscheibe belichtet wird. Aus der aus der Röntgenstrahlquelle 7 austretenden Strahlung 8 werden mit Hilfe von zwei Beugungskristallen 9 zwei Strahlenbündel 10 herausgeblendet, die senkrecht zu der Oberfläche der Bestrahlungsmaske und der Halbleiterscheibe gerichtet sind. Zur Justierung werden nun die Halbleiterscheibe bzw. die Bestrahlungsmaske so verschoben, daß in den unter den Bohrungen 3 befindliche Detektoren für die in die einfallende Strahlung maximale Intensität anzeigen.

In Fig.2 ist eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, bei der die Justierung mit Hilfe

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einer punktföriaigen Röntgenquelle erfolgt. Als Justiermarken der Halbleiterscheibe bzw. der Bestrahlungsmaske dienen dabei Bohrungen 23 bzw. 33, die so angeordnet sind, daß deren Achse in der Soll-Lage von Halbleiterscheibe bzw. Bestrahlungsmaske auf die punktförmige Röntgenquelle zeigt. In diesem Fall zeigen die Detektoren 11 maximale Intensität für die durch sie hindurchtretenden Röntgenstrahlbündel 18.

7 Patentansprüche
2 Figuren

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zur Justierung einer Halbleiterscheibe relativ zu einer Bestrahlungsinaske bei der Röntgenstrahl-Fotolithografie, bei dem die Halbleiterscheibe und die Bestrahlungsinaske mit zueinander korrespondierenden Justiermarken versehen v/erden und wobei die Justierung mittels Röntgenstrahlung und einem oder mehreren für Röntgenstrahlen empfindlichen Detektoren erfolgt, dadurch gekennzeichnet , daß für die Halbleiterscheibe (1) und die Bestrahlungsmaske (4) als Justierinarken Bohrungen (3, 13) verwendet werden, die die Halbleiterscheibe und die auf ihr befindliche Fotolackschicht bzw. die Belichtungsmaske ganz durchsetzen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Justiermarken Bohrungen (3, 13) mit einem Durchmesser von weniger als 50/um verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzei chn e t , daß als Justiermarken Bohrungen verwendet v/erden, die derart angeordnet sind, daß deren Achse im justierten Zustand auf die Quelle der zur Justierung verwendeten Röntgenstrahlung gerichtet ist, und daß die Justierung mit einer punktförmigen Röntgenquelle erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzei chn e t , daß als Justiermarken Bohrungen verwendet werden, deren Achse senkrecht zur Oberfläche der Halbleiterscheibe bzw. der Bestrahlungsmaske verläuft, und daß die Justierung mittels eines Paares von zueinander parallelen und zur Oberfläche der Halbleiterscheibe bzw. der Bestrahlungsmaske senkrechten Röntgenstrahlbündel erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Justierung eine punktförmige Röntgenquelle verwendet

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wird und daß mittels zweier 3eugungskristalle zwei parallele Röntgenstrahlbündel erzeugt werden.
6. Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die als Justiermarken verwendeten Bohrungen mittels eines Lasers in die Halbleiterscheibe bzw. in die Bestrahlungsmaske gebohrt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Halbleiterscheibe bzw. in der Bestrahlungsmaske mittels einer Anordnung mehrerer Laser gleichzeitig mehrere Bohrungen erzeugt werden.

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