DD206450A1 - ADJUSTMENT MARK FOR THE AUTOMATIC POSITIONING OF A SEMICONDUCTOR SUBSTRATE AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF - Google Patents

ADJUSTMENT MARK FOR THE AUTOMATIC POSITIONING OF A SEMICONDUCTOR SUBSTRATE AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF Download PDF

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DD206450A1
DD206450A1 DD24296382A DD24296382A DD206450A1 DD 206450 A1 DD206450 A1 DD 206450A1 DD 24296382 A DD24296382 A DD 24296382A DD 24296382 A DD24296382 A DD 24296382A DD 206450 A1 DD206450 A1 DD 206450A1
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Peter Westphal
Christian Beyer
Lothar Andritzke
Rainer Pforr
Georg Waldmann
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Mikroelektronik Zt Forsch Tech
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

DIE ERFINDUNG BETRIFFT EINE JUSTIERMARKE FUER DIE AUTOMATISCHE JUSTIERUNG EINES HALBLEITERSUBSTRATES MIT LACKMASKE RELATIV ZU EINER ZUGEORDNETEN SCHABLONE MITTELS OPTOELEKTRISCHER JUSTIERSYSTEME UNTER VERWENDUNG MONOCHROMATISCHER PROJEKTIONSABBILDUNG SOWIE EIN VERFAHREN ZU IHRER HERSTELLUNG. DIE JUSTIERMARKE BESTEHT ERFINDUNGSGEMAESS AUS WENIGSTENS ZWEI SICH KREUZENDEN, GRABENFOERMIGEN VERTIEFUNGEN, DIE SENKRECHT UND SYMMETRISCH ZU IHREN ACHSEN UNTERSCHIEDLICH LANGE STRUKTURELEMENTE IN PERIODISCHER WIEDERHOLUNG AUFWEISEN, DEREN BENACHBARTE STRUKTURKANTEN SICH BERUEHREN UND AUFGERAUHTE AETZFLANKEN BEI GEGENUEBER DER SUBSTRATOBERFLAECHE GLEICHEM ODER ABGESENKTEM PROFIL BESITZEN. DIE VORTEILE DER JUSTIERMARKE ERGEBEN SICH INSBESONDERE IN EINER GEZIELTEN AUSNUTZUNG BZW. UNTERDRUECKUNG VON INTERFERENZEFFEKTEN FUER EINE EXAKTE JUSTIERUNG UND POSITIONIERUNG DER SCHABLONE ZUM SUBSTRAT VOR JEDEM BELICHTUNGSSCHRITT. DAS ANWENDUNGSGEBIET ERSTRECKT SICH VORZUGSWEISE AUF DIE HALBLEITERINDUSTRIE, WOBEI ANDERE GEBIETE DER TECHNIK MOEGLICH SIND.THE INVENTION CONCERNS AN ADJUSTMENT MARK FOR THE AUTOMATIC ADJUSTMENT OF A SEMICONDUCTOR SUBSTRATE WITH LACQUER MASK RELATIVE TO AN ASSOCIATED TEMPLATE BY OPTOELECTRIC ADJUSTMENT SYSTEMS USING MONOCHROMATIC PROJECTION IMAGING AND A METHOD OF MANUFACTURING THE SAME. The alignment IS ERFINDUNGSGEMAESS FROM AT LEAST TWO ARE CRUISING, GRABENFOERMIGEN WELLS, THE VERTICAL AND BALANCED TO THEIR AXES DIFFERENT LONG STRUCTURE ELEMENTS IN PERIODIC REPEAT HAVING, THE ADJACENT STRUCTURE EDGE converge and roughened etched sidewalls FOR AGAINST ON THE SUBSTRATOBERFLAECHE SAME OR lowered PROFILE OWN. THE ADVANTAGES OF THE ADJUSTMENT BRAND ARE PARTICULARLY IN A TARGETED UTILIZATION OR SUPPRESSING INTERFERENCE EFFECTS FOR EXACT ADJUSTMENT AND POSITIONING THE TEMPLATE TO THE SUBSTRATE BEFORE EACH EXPOSURE STEP. THE FIELD OF APPLICATION IS PREFERRED TO THE SEMICONDUCTOR INDUSTRY WHICH OTHER FIELDS OF THE TECHNOLOGY ARE POSSIBLE.

Description

Justiermarke zur automatischen Positionierung eines Halbleitersubstrates und Verfahren zu ihrer HerstellungAlignment mark for automatic positioning of a semiconductor substrate and method for its production

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Justiermarke zur automatischen Positionierung eines Halbleitersubstrates relativ zu einer zugeordneten Maske oder Schablone mittels optoelektrischer Justiersysteme bei Anwendung monochromatischer Projektionsabbildung sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben.The invention relates to an alignment mark for the automatic positioning of a semiconductor substrate relative to an associated mask or template by means of opto-electrical adjustment systems using monochromatic projection imaging and a method for producing the same.

Das Anwendungsgebiet der Erfindung erstreckt sich auf die Herstellung mikroelektronischer Bauelemente in der Halbileiterindustrie·The field of application of the invention extends to the production of microelectronic components in the semi-conductor industry ·

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

·. ' ·. '

Mittels optoelektrischer Justiersysteme werden auf einem Halbleitersubstrat definiert angeordnete Markierungen durch das Projektionsobjekt, beispielsweise einer Projektionsrlithografieanlage, welches das zur Abbildung des auf einer Maske oder Schablone befindlichen, dem jeweiligen Verfahrensschritt entsprechende Strukturbild auf das Substrat überträgt, beleuchtet, wobei die Justiermarkenbeleuchtung mittels monochromatischem Licht erfolgt, welches sich durch die Wellenlänge von dem für die Belichtung verwendeten Licht unterscheidet· Durch die Beleuchtung der Justiermarke wird diese in transparente Markierungen der Zwischenschablone abgebildeteBy means of opto-electrical adjusting systems, markings arranged on a semiconductor substrate are illuminated by the projection object, for example a projection lithography apparatus, which transmits the structural image corresponding to the respective method step to the substrate on a mask or stencil, the alignment mark illumination being effected by means of monochromatic light. which differs by the wavelength of the light used for the exposure · By the illumination of the alignment mark this is imaged in transparent markers of the intermediate template

H-> . λ λγγ jnon*AQOR$ H ->. λ λγγ jnon * AQOR $

Bas entstehende Bild wird senkrecht zur Meßrichtung optisch in zwei Bildhälften unterteilt und fotoelektrisch verglichen» Die für den Vergleich der Teilbilder erforderliche Überdeokung erfolgt durch eine Verschiebung der Justiermarke in x~ oder y^Richtung* bis der reflektierte Lichtstrom der Teilbilder gleich groß ist0 Die zur Aufnahme des reflektierten Lichtstromes eingesetzten fotoelektrischen Meßköpfe dienen dabei als Meßglieder für einen Regelkreis, dessen Stellglied das Tischsystem mit dem Halbleitersubstrat darstellt» Die Regelkreisverstärkung wird durch die Meßsignalgrb'ße automatisch eingestellt, wobei die Justiergenauigkeit vom Anstieg des Meßsignals in der Umgebung des Nulldurchganges abhängig ist0 Der Anstieg des Meßsignals wird durch den Kontrast der Marke sum Umfeld, durch das Verhältnis des Reflexionsgrades der Fläche um die Justiermarke sum Reflexionsgrad im Markenbereich selbst, bestimmt«Bas resulting image is optically divided perpendicularly to the measuring direction in two image halves and photoelectrically compared "The time required for the comparison of the partial images Überdeokung is effected by a displacement of the alignment mark in x ~ or y ^ direction * to the reflected light output of the partial images is equal to 0. The for Recording the reflected luminous flux used photoelectric measuring heads serve as measuring elements for a control loop whose actuator represents the table system with the semiconductor substrate »The loop gain is automatically adjusted by the Meßsignalgrb'ße, the adjustment accuracy of the rise of the measuring signal in the vicinity of the zero crossing is dependent 0 The increase in the measurement signal is determined by the contrast of the mark sum environment, by the ratio of the reflectance of the area around the alignment mark and reflectance in the mark area itself. "

Es ist bekannt (DB»OS 25 39 206), durch einen anisotropen Ätzprozeß in alkalischer Ätzlösung auf einer kristallografisch orientierten (100)-Oberfläche eines Siliziumsubstrates pyramiden«· bzw, V-förmige Ätzstrukturen bzw0 Vertiefungen zu erzeugen, die für kontrastreiche und prozeßstabile Justierstrukturen ausgenutzt werden können©It is known (DB »OS 25 39 206), by an anisotropic etching process in an alkaline etching solution on a crystallographically oriented (100) surface of a silicon substrate pyramids« · or to produce V-shaped etching structures or 0 wells for high-contrast and process-stable Adjustment structures can be exploited ©

Durch die Beleuchtung derartiger, mit einem Fotolack be~ schichteter Reliefmarken mit Licht enger sprektraler Bandbreite j entstehen im Bereich der Justiermarke Interferenzfigurens die durch die Überlagerung einfallender und reflektierter Lichtwellen hervorgerufen werden«, Die Umfelder der auf diese Weise hergestellten Markenstrukturen können so stark ausgebildet sein, daß ihr Kontrast für einen präzisen Justiervorgang nicht ausreicht, da die Ätzgruben im Silizium einen relativ hohen Reflexionsgrad aufweisenBy illuminating such relief marks with light of narrow spectral bandwidth j which are coated with a photoresist, interference patterns s produced by the superposition of the reflected light waves are produced in the region of the alignment mark. The surroundings of the brand structures produced in this way can be so strongly developed in that their contrast is not sufficient for a precise adjustment process, since the etching pits in the silicon have a relatively high degree of reflection

Desweiteren ist ein Nachteil dahingehend zu verzeichnen, als infolge der durch den Ätzprozeß in den ÄtzgrubenFurthermore, there is a drawback in that as a result of the etching process in the etching pits

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technologisch bedingt verbliebenen Plateaus zwischen einzelnen Ätsgrubenrastern ebenfalls Interferenzerscheinungen auftreten* die au einer weiteren Schwächung des Flächenkontrastes führen.,due to technological reasons remaining plateaus between individual squares of the grotto also interference phenomena occur * which lead to a further weakening of the surface contrast.,

Die Ausbildung von Interferenzstrukturen im Justiermarkenumfeld und innerhalb der Justiermarke können gemäß der DE-OS 24 22 982 vermieden und die Justiergenauigkeit erhöht werden, wenn durch einen fotolithografischen Zwischenschritt eine Belichtung und Freientwicklung des Justiermarkengebietes z.B0 im 1 : 1 Kontakt- bzw0 Proximity-Verfahren erfolgt«, Durch die Lackentfernung und die damit verbundene Beseitigung der Interferenzstrukturen im Justiermarkenbereich wird die Uberdeckungsgenauigkeit aufeinanderfolgender Strukturierungen verbessert, weil die Überdeckungsfehler entfallen, die bei der Justierung an anisotrop geätzten Maskierungsmustern mit wechselnder Lackmaske hervorgerufen werden«, Als Bedingung für die Anwendung dieses Verfahrens ist es jedoch erforderlich, die Schichtherstellung auf der Substratoberfläche auf relativ kleine zulässige Schwankungen zu optimieren und gleichzeitig die Schichtdicken auf optisch gut reflektierende Bereiche für die Technologie einzuschränken. Desweiteren sind Maßnahmen zur Erzeugung eines hohen Reflexionsgrades im Markenumfeld, zum Beispiel durch Aufbringen von kontrastfördernden Schichten, erforderlich, wodurch eine erhebliche Komplizierung der Technologie der Strukturierung eintritt, die dem Anliegen einer defektarmen Strukturerzeugung für den Projjektiorisbelichtungsprozeß widerspricht. £üs den angeführten Gründen ist ein automatisches Justieren mit der erforderlichen technologischen Uberdeckungsgenauigkeit nicht möglich.The formation of interference structures in Justiermarkenumfeld and within the Justiermarke can be avoided according to DE-OS 24 22 982 and the Justiergenauigkeit be increased if by a photolithographic intermediate step, an exposure and free development of Justiermarkengebietes eg 0 in 1: 1 contact or 0 proximity method The delamination removal and consequent elimination of the interference features in the alignment mark region improves the registration accuracy of successive patterns by eliminating the coverage errors caused by the adjustment to anisotropically etched mask patterns with alternating resist mask. As a condition for the application of this method However, it is necessary to optimize the layer production on the substrate surface to relatively small permissible fluctuations and at the same time to use the layer thicknesses on optically well-reflecting regions for the technology refill ink. Furthermore, measures to produce a high degree of reflectivity in the brand environment, for example by applying contrast-promoting layers, are required, whereby a considerable complication of the structuring technology occurs, which contradicts the concern of low-defect structure generation for the projectile exposure process. For the reasons given, an automatic adjustment with the required technological coverage accuracy is not possible.

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- 4 Ziel der Erfindung- 4 Object of the invention

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Das Ziel der Erfindung besteht darin» eine automatische Justierung von Halbleiterscheiben relativ zu einer Maske oder Schablone unter der Anwendung monochromatischer Projektionsabbildung und ohne Lackentfernung im Justiermarkenumfeld zu ermöglichen.The object of the invention is to allow "automatic adjustment of semiconductor wafers relative to a mask or stencil using monochromatic projection imaging and without paint removal in the alignment mark environment.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Justiermarke sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben zu entwickeln, die es ermöglichen, den Justierprozeß zwischen Maske oder Schablone und dem Halbleitersubstrat mittels opto-elektrischer Justiersysteme unter Verwendung monochromatischer Projektionsabbildung mit höchster Präzision und Reproduzierbarkeit bei lackbedeckter Justiermarke zu gestalten«The object of the invention is to develop an alignment mark and a method for producing the same, which make it possible to adjust the alignment process between the mask or stencil and the semiconductor substrate by means of opto-electrical alignment systems using monochromatic projection imaging with the highest precision and reproducibility at varnish-covered alignment mark "

Merkmale der ErfindungFeatures of the invention

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Justiermarke wenigstens zwei sich kreuzende, grabenförmige Vertiefungen aufweists in denen zu ihren Achsen senkrecht und symmetrisch angeordnetes unterschiedlich lange Struk— turelemente in periodischer Wiederholung vorgesehen sind, wobei sich deren benachbarte Strukturkanten berühren und die Oberfläche der Ätzflanken aufgerauht ist. Eine vorteilhafte Gestaltung für den Anwendungsfall ergibt sich daraus, wenn die Anzahl der Xtzgrabenflenken durch eine Teilung der langen Gräben oder durch eine Verdoppelung der kurzen Gräben erhöht ist.According to the invention, the object is achieved in that the alignment mark has at least two intersecting, trench-shaped recesses s in which their axes orthogonal and symmetrically arranged s differently structured elements are provided in periodic repetition, with touching the adjacent structural edges and the surface of the Etched edges is roughened. An advantageous design for the application results from the fact that the number of Xtzgrabenflenken is increased by a division of the long trenches or by a doubling of the short trenches.

Desweiteren weist der sich kreuzende Bereich der Ätzgräben mit der übrigen Substratoberfläche gleiches Niveau auf. Die erfindungsgemäßen Ätzgräben der Justiermarke weisen vorzugsweise eine Breite von 3yH^n und einen Quergrabenab- stand von 2 Mm auf, wobei die Länge der langen Gräben nachFurthermore, the intersecting region of the etching trenches has the same level with the rest of the substrate surface. The calibration trenches of the alignment mark according to the invention preferably have a width of 3yH ^ n and a transverse trench spacing of 2 μm , the length of the long trenches after

dem Ätzprozeß vorzugsweise 2 + 0,5 iun kleiner ala die Breite der transparenten Markierung in der Zwischenschablone ist βthe etch process is preferably 2 + 0.5 iun less than the width of the transparent mark in the intermediate template is β

In einer Ausgestaltung der Erfindung sind in der Achsrichtung der Ätzgräben paarweise hintereinandergereihte kurze Gräben vorgesehen, die mit jeweils neben diesen axial und symmetrisch angeordneten langen Gräben korrespondieren»In one embodiment of the invention in the axial direction of the etch trenches in pairs lined up short trenches are provided, which correspond with each adjacent to these axially and symmetrically arranged long trenches »

Desweiteren ist es mö'glichi die kurzen Gräben so zu gestalten» daß sie radial eine Einheit bilden oder daß sie in einfacher Anordnung in axialer Richtung vorgesehen sind©Furthermore, it is possible to make the short trenches so that they form a unit radially or that they are provided in a simple arrangement in the axial direction ©

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Profil der sich axial berührenden Strukturkanten gegenüber der Oberfläche des Substrates abgesenkt, und die abgesenkten, profilhöchsten Punkte weisen gleiches Niveau auf.In a further embodiment of the invention, the profile of the axially touching structural edges is lowered relative to the surface of the substrate, and the lowered, profile-highest points have the same level.

Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die mittels lithografischer Abbildungsverfahren auf die Oberfläche des mit einem schichtfö'rmigen Material versehenen Substrates übertragene, als Maske auf dem Halbleitermaterial strukturierte und einer anisotropen Ätzung ausgesetzte Justiermarke isotrop nachgeätzt bis zur Berührung benachbarter Strukturkanten oder unter gezielter Absenkung des Profils, wobei mit der isotropen Nachätzung gleichzeitig eine Aufrauhung der Siliziumoberfläche in den Ätzgräben verbunden ist. Als Ätzmittel wird dabei vorzugsweise Polysiliziumätzer eingesetzt.In accordance with the method according to the invention, the alignment mark transferred to the surface of the substrate provided with a layered material by means of lithographic imaging methods is etched isotropically etched as a mask on the semiconductor material and exposed to an anisotropic etching until adjacent structural edges are touched or under targeted lowering of the profile a roughening of the silicon surface in the etching trenches is simultaneously connected with the isotropic after-etching. The etchant used here is preferably polysilicon etcher.

Es ist auch möglich, die isotrope Nachätzung gleichzeitig mit der anisotropen Ätzung durchzuführen, indem die Komponenten des anisotropen Ätzers mit dem isotropen Ätzer eingesetzt werden.It is also possible to perform the isotropic post etching simultaneously with the anisotropic etching by using the components of the anisotropic etcher with the isotropic etcher.

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Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles und von 13 Zeichnungen näher erläuterte Dabei zeigen Pig, 1 die Geometrie einer Justiermarke, schematisch;The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment and of 13 drawings in which: Pig, 1 shows the geometry of an alignment mark, schematically;

Figo 2 die Anordnung der kurzen und langen Quergräben im Entwurf 5Fig. 2 shows the arrangement of the short and long transverse trenches in the design 5

Pig·. 20.1 den Schnitt durch ein anisotrop geätztes Halbleitersubstrat;Pig x. 20.1 shows the section through an anisotropically etched semiconductor substrate;

Figo 3 die Lateralstruktur der Quergräben nach dem Ätzvorgang;FIG. 3 shows the lateral structure of the transverse trenches after the etching process; FIG.

Fig· 3d den Schnitt durch die Quergräben entlang der Ätzgrubenachse;FIG. 3d shows the section through the transverse trenches along the etch pit axis; FIG.

Fig. 4.1 ' bis 4·7 Varianten der Quergräben;Fig. 4.1 'to 4 · 7 variants of the transverse trenches;

Fig* 5 den Schnitt durch die Quergräben mit aufliegender Maske nach dem anisotropen Ätzprozeß;5 shows the section through the transverse trenches with a resting mask after the anisotropic etching process;

Figo 5o1 eine Profilabsenkung nach dem isotropen Ätzprozeß im Schnitt·Fig. 5o1 a profile reduction after the isotropic etching process in section ·

Die Fig. 1 zeigt die schematische Darstellung einer Justiermarke 1 gemäß der vorliegenden Erfindung mit in x- und y-Richtung senkrecht aufeinanderstehenden und sich kreuzenden Achsen, die als Ätzgruben 3; 3·1 bezeichnet sind und wie sie für die automatische Positionierung eines (100)-orientierten Halbleitersubstrates mittels monochromatischer Projektionsabbildung eingesetzt wird·Fig. 1 shows the schematic representation of an alignment mark 1 according to the present invention with in the x- and y-direction perpendicular to each other and intersecting axes, as the etching pits 3; 3 × 1 and how it is used for the automatic positioning of a (100) -oriented semiconductor substrate by means of monochromatic projection imaging.

Die Ätzgruben 3; 3·1 der Justiermarke 1 bestehen aus radial zu den Achsen x; y wechselseitig hintereinander angeordneten kurzen und langen Markierungen, die mittels eines geeigneten Abbildungsverfahrens auf das mit einer Oxidmaske 9 versehene Halbleitersubstrat 2 übertragen werden. Die Justiermarke ist dabei im Entwurfsstadium ao ausgeführt, daß der sich kreuzende Bereich der Ätzgräben 3; 3·1 frei bleibt. Bei der Vergrößerung eines Ausschnittes der Ätzgruben 3 oder 3d ist ersichtlich, daß die Markierungen aus kurzenThe etching pits 3; 3 · 1 of the alignment mark 1 consist of radially to the axes x; y mutually consecutively arranged short and long marks, which are transmitted by means of a suitable imaging method on the provided with an oxide mask 9 semiconductor substrate 2. The alignment mark is executed in the design stage ao that the intersecting region of the etching trenches 3; 3 · 1 remains free. When enlarging a section of the etching pits 3 or 3d, it can be seen that the markings consist of short ones

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Gräben 4 und aus langen Gräben 5 bestehen, die in Pig«, 2 ira. Entwurf dargestellt sind«, Die Abmessungen der Gräben 4? 5 werden erfindungsgemäß so gewählt9 daß sie untereinander einen Abstand von vorzugsweise 2 Lm und eine Breite von 3l»m aufweisen» Die Länge des langen Grabens ist so groß ausgebildet, daß sie vorzugsweise nach einem anschließenden Bearbeitungsprozeß 2 + 0*5 M^- kleiner als die Breite der transparenten Markierung in einer nicht dargestellten Zwischenschablone ist.Trenches 4 and consist of long trenches 5, which in Pig «, 2 ira. Draft ", The dimensions of the trenches 4? 5 are selected according to the invention 9 so that they have a distance of preferably 2 Lm and a width of 3l » m with each other» The length of the long trench is formed so large that preferably after a subsequent machining process 2 + 0 * 5 M ^ - smaller as the width of the transparent mark is in an intermediate template, not shown.

Nach der Übertragung des Entwurfsrausters der Justiermarke in die Fotolackschicht mittels eines geeigneten Belichtungs* Verfahrens und nachfolgenden Entwicklungsvorganges und nach Erzeugung der Ätzmaske durch Entfernen der in einem vorangegangenen Verfahrensschritt auf die Halbleiteroberfläche aufgebrachten technologischen Schicht « vorzugsweise einer dünnen Oxidschicht - in den freientwickelten Gebieten der Lackmaske wird die unter den jeweiligen Öffnungen liegende Oberfläche des Halbleitersubstrates 2 anisotrop geätzt, so daß aufgrund der (100)-Orientierung der Kristall struktur eine V-förmige Vertiefung 10 unter jeder öffnung der Oxidmaske 9 entsteht, die vier schräge (111)-Plächen bzw, Itzflanken 6 aufweisen, deren Winkel zur Oberfläche des Halbleitersubstrates 2 etwa 55° beträgt (Fig. 2,1)·After the transfer of the design pattern of the alignment mark into the photoresist layer by means of a suitable exposure * process and subsequent development process and after generation of the etch mask by removing the applied in a previous step on the semiconductor surface technological layer «preferably a thin oxide layer - in the free-wound areas of the resist mask etched the underlying surface of the semiconductor substrate 2 under the respective openings anisotropically, so that due to the (100) orientation of the crystal structure, a V-shaped recess 10 is formed under each opening of the oxide mask 9, the four oblique (111) surfaces or, Itzflanken 6, whose angle to the surface of the semiconductor substrate 2 is about 55 ° (FIG. 2.1)

Während eines ablaufenden Justiervorganges wird die Oberfläche des Halbleitersubstrates 2 über eine nicht dargestellte optische Justiereinrichtung beleuchtet, wobei die auf die Halbleiterscheibe einfallenden Strahlen 11 von der unstrukturierten Oberfläche nahezu senkrecht in das nicht dargestellte Objektiv reflektiert werden. An den Ätzflanken 6 dagegen werden die Strahlen 11 entsprechend dem Einfallswinkel so reflektiert, daß nur noch ein geringer Anteil an Lichtintensität in das Objekt gelangt, so daß im Abbildungsstrahlengang zur Justierung die Ätzflanken gegenüber der Halbleiteroberfläche optisch dunkel erscheinen, bei jedoch relativ hohem Reflexionsgrad.During a running adjustment process, the surface of the semiconductor substrate 2 is illuminated via an optical adjustment device, not shown, wherein the incident on the wafer rays 11 are reflected by the unstructured surface almost perpendicular to the lens, not shown. On the Ätzflanken 6, however, the beams 11 are reflected according to the angle of incidence so that only a small amount of light intensity enters the object, so that in the imaging beam path for adjustment, the Ätzflanken against the semiconductor surface appear optically dark, but at a relatively high reflectance.

42963 142963 1

Zur Erhöhung des Kontrastes wird die anisotrop vorgeätzte Struktur isotrop nachgeätzt„To increase the contrast, the anisotropically etched structure is etched isotropically "

Bei kurzzeitiger Einwirkung des Ätzers auf die Ätzflanken 6 erfolgt eine Aufrauhung 601 derselben, so daß der Anteil an in das Objektiv reflektiertem Licht infolge von Streureflexionen innerhalb der Ätzgräben 3? 3<>1 wesentlich vermindert wird,, wodurch eine Herabsetzung des Reflexionsgrades erreicht wird.During brief action of the etchant on the Ätzflanken 6 is a roughening 6 0 1 thereof, so that the proportion of light reflected in the lens due to scattered reflections within the etch trenches 3? 3 <> 1 is significantly reduced, whereby a reduction in the reflectance is achieved.

Der Ätzprozeß wird vorteilhaft so weit geführt, daß die Ätzmaske 9 ohne Beeinflussung des Profilquerschnittes unterätzt wird, bis sich benachbarte Strukturkanten berühren (Pig0 3*1).The etching process is advantageously carried out so far that the etching mask 9 is undercut without influencing the profile cross-section until adjacent structural edges touch (Pig 0 3 * 1).

Eine Weiterätzung bewirkt ein Absenken des Profils unter die Oberfläche des Halbleitersubstrates 2 (Mg« 5) für die Justiermarken gemäß Pig· 4« 5} 4o6; 4*7 derart, daß ein Gesamtprofil gemäß Pig« 5*1 erkennbar wird. Die Profilabsenkung führt desweiteren zu einer Abflachung des Profils, wobei der Winkel, den die (111)-Plächen einschließen, so verändert wird, daß das einfallende Licht annähernd wieder in die Ursprungsrichtung reflektiert wird und dadurch optisch eine Aufhellung erfolgt. Dadurch heben sich die das angrenzende Gebiet einschließenden Ätzflanken 6 kontrastreich von dem aufgehellten Bereich ab. Bei Anwendung der Justiermarken im technologischen Halbleiterherstellungsprozeß wirkt es sich vorteilhaft aus, wenn in jeder Bearbeitungsebene gleichzeitig mit der Belichtung des Bildfeldes das Justiermarkengebiet so belichtet wird, daß durch die nachfolgenden Präparationsschritte ein Schichtaufbau über dem Justiermarkengebiet verhindert wird, der zu einer Schwächung des Markenkontrastes führen würde«Further etching causes the profile to be lowered below the surface of the semiconductor substrate 2 (Mg.sup.-5) for the alignment marks according to Pig.sup.4.sup.-4. 4 * 7 such that an overall profile according to Pig «5 * 1 becomes apparent. The profile lowering further leads to a flattening of the profile, wherein the angle, which include the (111) surfaces, is changed so that the incident light is reflected approximately in the original direction and thus visually brightened. As a result, the etching edges 6 enclosing the adjacent area contrast in high contrast with the brightened area. When using the alignment marks in the technological semiconductor manufacturing process, it is advantageous if the alignment mark area is exposed in each processing plane simultaneously with the exposure of the image field so that a layer structure over the alignment mark area is prevented by the subsequent preparation steps, which would lead to a weakening of the brand contrast "

Bei einer Belichtung und Freientwicklung des Justiermarkengebietes ist eine Freiätzung von der technologischen Schicht der jeweiligen Strukturierungsebene gegeben, während bei Lackabdeckung ein Aufwachsen einer nachfolgenden Schicht verhindert wird.In the case of exposure and free development of the alignment mark region, a free etching is given by the technological layer of the respective structuring plane, while in the case of paint covering, growth of a subsequent layer is prevented.

Claims (3)

Erfindungsanspruchinvention claim 1β Justiermarke zur automatischen Positionierung eines Halbleitersubstrates relativ zu einer zugeordneten Maske oder Schablone mittels opto-elektrischer Justiersysteme, bestehend aus in der Halbleitersubstratoberfläche durch entsprechende Verfahrensschritte der Begichtung, Entwicklung und Itzung zur Strukturierung von beschichtetem Halbleitermaterial erzeugten, vorzugsweise pyramidenförmigen Vertiefungen» gekennzeichnet dadurch, daß die Vertiefungen als mindestens zwei vorzugsweise senkrecht aufeinanderstellende, gekreuzte Ätzgruben (3; 3*1) ausgebildet sind, wobei die Ätzgruben (3; 3«1) senkrecht und symmetrisch zu ihren Achsen periodisch aneinandergereihte Vertiefungen verschiedener Abmessungen aufweisen, deren benachbarte Strukturkanten sich berühren·1β alignment mark for the automatic positioning of a semiconductor substrate relative to an associated mask or template by means of opto-electrical Justiersysteme consisting of in the semiconductor substrate surface by appropriate process steps of the Beschichtung, development and Itzung for patterning of coated semiconductor material generated, preferably pyramidal depressions »characterized in that the Recesses are formed as at least two, preferably vertically stacked, crossed etch pits (3; 3 * 1), wherein the etching pits (3; 3 «1) have perpendicular and symmetrical to their axes periodically juxtaposed recesses of different dimensions, touching the adjacent structural edges · Justiermarke gemäß Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Vertiefungen in den Ätzgruben (3; 3d) als kurze Gräben (4) und lange Gräben (5) ausgebildet sind, deren Ätzflanken (6) mit einer Aufrauhung versehen sindoAdjusting mark according to item 1, characterized in that the recesses in the etching pits (3; 3d) are formed as short trenches (4) and long trenches (5) whose etching flanks (6) are provided with a roughening 3. Justiermarke gemäß Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Anzahl von Planken durch Teilung der langen Gräben (5) in der Achse der Ätzgräben (3; 3*1) erhb'ht ist.3. Justiermarke according to item 2, characterized in that the number of planks by dividing the long trenches (5) in the axis of the etching trenches (3; 3 * 1) erhb'ht. 4ο Justiermarke gemäß Punkt 2 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Anzahl der Planken durch Doppelung der kurzen Gräben (4) erhöht ist.4o alignment mark according to items 2 and 3, characterized in that the number of planks by doubling the short trenches (4) is increased. Justiermarke gemäß Punkt 2, gekennzeichnet daduroh, daß die Ätzgräben (4; 5) nach dem Ätzprozeß vorzugsweise eine Breite von 5 Am aufweisen, wobei die Länge der Gräben (5) vorzugsweise 2 ± 0,5Mm kleiner als die Breite der transparenten Markierung in der Zwischenschablone istAlignment mark according to item 2, characterized in that the etching trenches (4; 5) preferably have a width of 5 μm after the etching process, the length of the trenches (5) being preferably 2 ± 0.5 μm smaller than the width of the transparent marking in FIG the intermediate template is 242963 I242963 I 6. Justiermarke gemäß der Punkte 2 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß das Profil von zwischen den langen Gräben (5) angeordneten kurzen Gräben (4) gegenüber der Oberfläche des Substrates (2) gleiches Niveau aufweist,,6. Justiermarke according to the points 2 to 5, characterized in that the profile of between the long trenches (5) arranged short trenches (4) relative to the surface of the substrate (2) has the same level, Justiermarke gemäß Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß in Achsrichtung der Ätzgruben (3; 3·1 ) hintereinander und paarweise angeordnete kurze Gräben (4) vorgesehen sind, die mit jeweils neben diesen axial und symmetrisch angeordneten langen Gräben (8) korrespondiereno Alignment mark according to item 1, characterized in that in the axial direction of the etching pits (3; 3 · 1) are provided one behind the other and paired short trenches (4) corresponding respectively to these axially and symmetrically arranged long trenches (8) o 8e Justiermarke gemäß Punkt 7, gekennzeichnet dadurch, daß die kurzen Gräben (4) radial eine Einheit (7o1) bilden<,8 e alignment mark according to point 7, characterized in that the short trenches (4) radially form a unit (7o1) < 9. Justiermarke gemäß Punkt 8, gekennzeichnet dadurch, daß die kurzen Gräben (4) axial in einfacher Anordnung vorgesehen sind.9. alignment mark according to item 8, characterized in that the short trenches (4) are provided axially in a simple arrangement. 1Oo Justiermarke gemäß der Punkte 7 bis 9i gekennzeichnet dadurch, daß das Profil zwischen den axial und symmetrisch angeordneten langen Gräben (8) gegenüber der Oberfläche des Substrates (2) abgesenkt ist und die abgesenkten Profile (4«1) innerhalb der Ätzgruben (3; 3·1) gleiches Niveau aufweisen1Oo Justiermarke according to the points 7 to 9i characterized in that the profile between the axially and symmetrically arranged long trenches (8) relative to the surface of the substrate (2) is lowered and the lowered profiles (4 «1) within the etching pits (3; 3 · 1) have the same level ο Justiermarke gemäß Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daßο registration mark according to item 1, characterized in that der sich kreuzende Bereich (1<>1) der A'tzgruben (3; 3*1)the intersecting area (1 <> 1) of the pits (3; 3 * 1) mit der Oberfläche des Substrates (2) gleiches Niveau aufweist. ;with the surface of the substrate (2) has the same level. ; 12» Verfahren zur Herstellung einer Justiermarke zur automatischen Positionierung eines Halbleitersubstrates relativ zu einer Schablone mittels optoelektrischer Justier- ; systeme unter Anwendung monochromatischer Projektions-; abbildung, wobei die Struktur der Justiermarke durch eine Maske hindurch mittels lithografischer Abbildungsverfahren auf die Oberfläche des mit einem schichtförmi-12 »method for producing an alignment mark for the automatic positioning of a semiconductor substrate relative to a template by means of opto-electrical adjustment; systems using monochromatic projection; 1, wherein the structure of the alignment mark is passed through a mask by means of lithographic imaging methods onto the surface of the layered layer. gen Material versehenen (100)-Halbleitersubstrates übertragen und die abgebildeten Strukturen anschließend einem anisotropen Ätzprozeß ausgesetzt werden, gekennzeichnet dadurch, daß die erzeugte Struktur isotrop nachgeätst wird, bis sich benachbarte Strukturkanten innerhalb der Ätzgruben (3; 3*1) berühren und die Oberfläche der Ätzflanken (6) eine Aufrauhung (6e1) aufweist,transferring the imaged structures to an anisotropic etching process, characterized in that the produced structure is isotropically replenished until adjacent structural edges within the etching pits (3; 3 * 1) touch and the surface of the Etching flanks (6) has a roughening (6 e 1), 13o Verfahren zur Herstellung einer Justiermarke gemäß Punkt 12j gekennzeichnet dadurch, daß die isotrope .Nachätzung mittels Polysiliziumätzer durchgeführt wir do13o method for producing an alignment mark according to item 12j, characterized in that the isotropic. Nachätzung performed by polysilicon etcher we do 14» Verfahren zur Herstellung einer Justiermarke gemäß Punkt 12, gekennzeichnet dadurch, daß die isotrope Ätzung in Verbindung mit der anisotropen Ätzung durchgeführt wird. 14 »method for producing an alignment mark according to item 12, characterized in that the isotropic etching is carried out in conjunction with the anisotropic etching. Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings
DD24296382A 1982-09-02 1982-09-02 ADJUSTMENT MARK FOR THE AUTOMATIC POSITIONING OF A SEMICONDUCTOR SUBSTRATE AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF DD206450A1 (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4134291A1 (en) * 1991-10-17 1993-04-22 Bosch Gmbh Robert METHOD FOR EXACTLY ALIGNING MASKS FOR ANISOTROPICALLY ETCHING THREE-DIMENSIONAL STRUCTURES FROM SILICON WAFERS

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