DD231452A1

DD231452A1 - Verfahren zur projektion von mikrostrukturen

Info

Publication number: DD231452A1
Application number: DD26935884A
Authority: DD
Inventors: Christian Beyer; Klaus Walther; Rokhard Roll; Roll
Original assignee: Mikroelektronik Zt Forsch Tech
Priority date: 1984-11-12
Filing date: 1984-11-12
Publication date: 1985-12-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Projektion von Mikrostrukturen auf Halbleitersubstrate zur Herstellung mikroelektronischer Bauelemente. Das erfindungsgemaesse Verfahren ist gekennzeichnet durch die mehrfache Belichtung einer Schablone und Abbildung deren Strukturen auf das Halbleitersubstrat, wobei entsprechend der Vervielfachung der Belichtungsschritte die Licht- oder Strahlenmenge je Belichtungsschritt reduziert wird. Als Schablonen koennen dabei solche eingesetzt werden, die bei gleichem technologischem Bildinhalt eine unterschiedliche Oberflaechenbeschaffenheit, wie beispielsweise Staubpartikel oder innerhalb der Schablone Poren oder Relikte aufweisen koennen. Der Vorteil des Verfahrens tritt insbesondere dadurch ein, dass Fehlabbildungen vermieden und somit eine Ausbeutesteigerung erzielt werden kann.

Description

Verfahren zur Projektion von Mikrostrukturen Anv/endungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Projektion von Mikrostrukturen auf Halbleitersubstrate zur Herstellung mikroelektronischer Bauelemente.

Das Verfahren ist anwendbar zur Strukturierung von Halbleitersubstraten mittels Projektionslithografieanlagen mit Abbildungsmaßstäben von 1 i x.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Mit den bekannten Geräten für die 1 : χ - Projektionslithografie wird der Strukturinhalt einer Einzelbildschablone verkleinert auf ein Halbleitersubstrat mit einem Belichtungsschritt übertragen. Die Übertragung erfolgt dabei durch einzelne Belichtungen in dem Schablonenbildfeld entsprechenden Abständen auf das Halbleitersubstrat, bis dessen gesamte Oberfläche ausgefüllt und die darauf aufgebrachte strahlenempfindliche Schicht belichtet ist. Derartige Belichtungsverfahren bedingen, daß vorhandene Schablonenfehler, wie Poren oder Relikte, und auf der Schablone aufliegende Staubpartikel mit abgebildet werden und demzufolge in jedem Bildfeld auftreten. Zur Vermeidung dieser Wiederholfehler sind an die Herstellung der Schablonen hohe Anforderungen zu stellen und während der gesamten Einsatzdauer der Schablone muß eine absolute Staubfreihaltung gerät etechnisch gewähr-

leistet sein. Besonders kritisch ist dabei das staubfreie Einbringen der Schablone in die Projektionslithografieanlage, wozu nochmals spezielle Einrichtungen zur Filtration der die Schablone umgebenden Luft erforderlich sind.

Zur Vermeidung von irreparablen Fehlern bei der Strukturübertragung auf die Halbleitersubstrate im Produktionsprozeß müssen deshalb vor dem Einsatz der Schablonen deren wiederholfehlerfreie Struktur an Sestscheiben nachgewiesen werden. Dazu ist ein außerordentlich hoher Kontrollaufwand erforderlich und die für diesen Nachweis benötigte Zeit geht für die produktive Sinsatzzeit des Belichtungsgerätes verloren. Sine Möglichkeit zur Vermeidung von Abbildungsfehlern besteht darin, daß die Schablonen mit einer speziellen Staubschutzfolie (Pellicle) versehen werden,: die die Oberfläche der Schablonen abdecken und eventuell auf dieser befindliche Partikel keinen direkten Einfluß auf die Abbildung mehr ausüben. Der Aufwand für die Herstellung derartiger Folien sowie deren Verbindung mit der Schablone ist jedoch sehr hoch. Eine weitere Möglichkeit zur Vermeidung von Abbildungsfehlern besteht darin, für jeden Maskierungsschritt zwei verschiedene Masken mit demselben Muster zu verwenden, die aufeinanderfolgend an derselben Stelle justiert und belichtet werden. Dabei besteht die Wahrscheinlichkeit, daß eventuell vorhandene Partikel oder Fehler an verschiedenen Stellen liegen und bei dem folgenden zweiten Maskierungsschritt ausgeschaltet werden. Dazu ist es jedoch erforderlich, daß die nach dem ersten Belichtungsschritt erzeugte Maske entwickelt und erneut mit einer Fotoresistschicht bedeckt und anschließend an derselben Stelle nochmals belichtet und entwickelt werden muß.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, durch den Einsatz von Schablonen im Belichtungsprozeß auf das zu belichtende Halbleitersubstrat übertragene und sich wiederholende Fehler aufgrund von Schablonenfehlern oder darauf befindlichen Staubpartikeln zu vermeiden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das es ermöglicht, sich wiederholende Abbildungsfehler, die aufgrund von Fehlern innerhalb der Struktur einer Schablone oder dem Schablonenmaterial oder durch auf der Schablone befindliche Staubpartikel im Belichtungsprozeß auf das Halbleitersubstrat übertragen werden, zu vermeiden.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die zur Belichtung der licht- oder strahlenempfindlichen Schicht auf der Oberfläche des Halbleitersubstrates erforderliche Licht- oder Strahlenmenge je Belichtungsschritt auf eine Anzahl gleicher Teilmengen reduziert wird. Die reduzierte Teilmenge wird so groß gewählt, daß noch eine maßhaltige Abbildung möglich ist und die eingesetzte Mindestlichtmenge bei konstanten Entwicklungsbedingungen ausreicht, die Strukturen ohne Lackreste zu entwickeln. Die reduzierte Teilmenge wird anschließend vervielfacht, indem die Anzahl der Abbildungen je Belichtungsschritt entsprechend dem reduzierten Anteil der Teilmengen zur Erzielung der erforderlichen Licht- oder Strahlenmenge erhöht wird, wobei eine Anzahl von Schablonen mit gleichem technologischen Bildinhalt eingesetzt wird, die der Anzahl der erforderlichen Abbildungen je Belichtungsschritt entspricht. Die Anzahl gleicher Teilmengen wird dabei größer als 2 gewählt, wobei vorzugsweise 3 Schritte zur Belichtung ausgeführt werden.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird nur eine Schablone benutzt, deren Struktur mehrfach in dem Licht- oder Strahlengang der Pro.j ektionslithograf ieanlage positioniert und mit dem dritten Teil der erforderlichen Licht- oder Strahlenmenge je Teilschritt abgebildet wird· Es ist ebenfalls möglich, beispielsweise drei Schablonen gleichen technologischen Bildinhaltes mit unterschiedlichen Defekt- oder/und Oberflächenzuständen in den Lichtoder Strahlengang einzusetzen, wobei der technologische Bildinhalt der einzelnen Schablonen jeweils mit dem Betrag der Teilmenge nacheinander auf der gleichen Position auf der lichtempfindlichen Schicht der Oberfläche des Halbleitersubstrates abgebildet wird. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die drei Schablonen gleichen technologischen Bildinhaltes auf einem Schablonensubstrat angeordnet.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der gleiche technologische Bildinhalt einer Anzahl von Schablonen jeweils einzeln mittels entsprechender Strahlenquellen gleichzeitig bestrahlt, wobei die Licht- oder Strahlenmenge der Sinzelquellen dem Teilbetrag der erforderlichen Licht- oder Strahlenmenge entspricht. Der aus den Schablonen austretende Strahlengang wird anschließend mittels eines geeigneten optischen Systems vereinigt und der vereinigte Strahlengang wird zur Bestrahlung der licht- oder strahlenempfindlichen Schicht auf der Oberfläche des Halbleitersubstrates der zu belichtenden Stelle zugeführt. Die Größe des vereinigten Strahlenganges entspricht dabei wiederum der für den Belichtungsprozeß erforderlichen Licht- oder Strahlenmenge.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläuterts

In einer vorhandenen Projektionslithografieanlage ist für die maßhaltige Abbildung einer Schablonenstruktur auf die mit einer licht- oder strahlenempfindlichen Schicht versehene Oberfläche eines Halbleitersubstrates eine lichtmenge H erforderlich. Die Lichtmenge H, die für eine Abbildung erforderlich ist, ergibt sich aus

H - a . H₀, (1)

wobei a einen Belichtungsfaktor darstellt und H₀ die Mindest lichtmenge ist, die bei konstanten Entwicklungsbedingungen eine Entwicklung der Strukturen ohne Reste von licht- oder strahlenempfindlichen Schichtmaterial ermöglicht .

Die Lichtmenge H wird nunmehr in eine Anzahl η gleicher Belichtungsschritte E^ aufgeteilt und eine Schablone wird mit einem bestimmten technologischen Bildinhalt und einem beliebigen Schablonenzustand an der entsprechenden Position in der Projektionslithografieanlage angeordnet. ITach der Beziehung

^E Vl₁H₁ - η . H₁ , (2)

in der i * 1 bis η eingesetzt wird, wird erreicht, daß jeder zu belichtende Punkt des licht- oder strahlenempfindlichen Schichtmaterials im Bereich des Schablonenfeldes bei jedem Belichtungsschritt mit der Mindestlichtmenge H bestrahlt wird, wobei sich die Mindest lichtmenge H aus

n^J, _Hi , (_n . >,) H₁ ^ H₀ (3)

i » -1

ergibt und nur die Strukturelemente vollständig und richtig übertragen werden, die bei allen Belichtungsschritten gleichen Schabloneninhaltes sind. Die Fehler der Einzelschritte werden somit im Ergebnis der Gesamtbelichtung nur als punktförmige Maßschwankung wirksam und führen nicht

zum Ausfall von Chips, da ein oder mehrere auf der Schablonenoberfläche vorhandene Staubpartikel mit Sicherheit nicht an derselben Position auftreten, beziehungsweise die Mindestlichtmenge H nicht ausreicht, einen abgebildeten Fehler im anschließenden Entwicklungsprozeß, wegen der bewußt durchgeführten Unterbelichtung während eines ersten oder folgenden Belichtungsschrittes zu entwickeln.

Durch die Unterbelichtung oder Belichtung der licht- oder strahlenempfindlichen Schicht mit der Mindestlichtmenge H muß die Anzahl der Belichtungsschritte gemäß

vervielfacht werden, wozu die für die Einzelbildbelichtung eingesetzte und fehlerfreie Schablone durch η Schablonen mit einem jeweils zugeordneten anderen Schablonenzustand, jedoch gleichen technologischen Bildinhaltes, ersetzt wird. Die Unterteilung der erforderlichen Lichtmenge H in η gleiche Belichtungsschritte H^ erfordert nunmehr, die Anzahl der Belichtungsschritte Η* mit

» - V^T (5)

zu erhöhen, wobei a größer als 1 eingesetzt wird. Pur den Pail, daß a 4 2 > dann wird η >2 > wobei jeweils der nächstgrößere, ganzzahlige Wert gewählt wird und wenn a ^2 ι dann ist η Z einzusetzen, usw. Bei einer erforderlichen Lichtmenge von H » i',5 E_Q ergibt sich die Möglichkeit, gemäß der vorstehenden Bedingungen, das Erfordernis, die Belichtung in η 3 Schritte gemäß der Gleichung (5) mit H₁ » 0,5 H₀, wobei i » 1, 2, eingesetzt wird, zu unterteilen und jedem Belichtungsschritt eine Schablone gleichen technologischen Bildinhaltes, jedoch anderen Oberflächenzustandes oder 3 verschiedene Schablonen gleichen technologischen Bildinhaltes, zuzuordnen.

Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß auf der Oberfläche der Schablone aufliegende Staubpartikel oder zufällig verteilte Schablonenfehler, wie Poren oder Relikte, im Trägerwerkstoff oder der Struktur, durch diese Mehrschritt belichtung unterdrückt werden und somit Ausschuß an Schaltkreisen vermieden wird. Insbesondere kann das Verfahren in solchen Belichtungsgeräten eingesetzt werden, die über eine maschineninterne Schablonenwech.se 1-einrichtung verfügen. Bin weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß an die Schablonenherstellung geringere Forderungen zu stellen sind und somit Kosten gesenkt werden können.

Claims

- 8 Erfindungs ans ρ ruch

1. Verfahren zur Projektion von Mikrostrukturen auf Halbleitersubstrate zur Herstellung mikroelektronischer Bauelemente, wobei zwischen einer entsprechenden Lichtoder Strahlenquelle und der mit einer strahlenempfindlichen Schicht versehenen und zu bestrahlenden Oberfläche des Halbleitersubstrates eine die abzubildenden Strukturen aufweisende Schablone vorgesehen ist, deren technologischer Bildinhalt durch jeweils einen Bestrahlungs- oder Belichtungsschritt entsprechend der Anzahl der technologischen Bildinhalte ein- oder mehrfach mit einer Licht- oder Strahlenmenge H auf der beschichteten Oberfläche des Halbleitersubstrates abgebildet wird, gekennzeichnet dadurch, daß die zur Belichtung der licht— oder strahlenempfindlichen Schicht erforderliche Licht- oder Strahlenmenge (H) je Belichtungsschritt auf η gleiche Teilmengen (H.) reduziert und die Anzahl der Abbildungen je Belichtungsschritt entsprechend dem reduzierten Anteil der Teilmengen (Hj) zur Erzielung der erforderlichen Licht- oder Strahlenmenge (H) durch den Einsatz von η Schablonen gleichen technologischen Bildinhaltes vervielfacht wird.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Anzahl (n) gleicher Teilmengen (E^) η ^ 2 eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Anzahl (n) der gleichen Teilmengen (H.) von Π m 3 gewählt wird.
4. Verfahren nach den Punkten 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß eine Schablone mehrfach abgebildet wird, deren Oberfläche eine unterschiedliche Partikelverteilung aufweisen kann und daß die Licht- oder Strah-

TT

lenmenge je Teilschritt # beträgt.
5. Verfahren nach den Punkten 1 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß vorzugsweise 3 Schablonen gleichen technologischen Bildinhaltes mit unterschiedlichen Defekt- und/oder Oberflächenzuständen eingesetzt werden, wobei der technologische Bildinhalt der einzelnen Schablonen mit dem Betrag der Teilmenge (H.) nacheinander auf die gleiche Position auf der lichtempfindlichen Schicht der Oberfläche des Halbleitersubstrates abgebildet wird.
6. Verfahren nach den Punkten 1 und 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Anzahl der Schablonen für eine Mehrschrittbelichtung auf einem Schablonensubstrat angeordnet wird.
7. Verfahren nach Punkt 5 oder 6, gekennzeichnet dadurch, daß der gleiche technologische Bildinhalt von einer Anzahl von Schablonen jeweils einzeln mittels entsprechender Strahlenquellen gleichzeitig mit dem 'Teilbetrag der Licht- oder Strahlenmenge (H) bestrahlt, die erhaltenen Strahlengänge mittels eines optischen Systems vereinigt und der vereinigte Strahlengang zur Bestrahlung der strahlenempfindlichen Oberfläche des Halbleitersubstrat es zugeführt wird.
8. Verfahren nach Punkt 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Licht- oder Strahlenmenge der einzelnen Lichtoder Strahlenquellen einem Teilbetrag der Licht-

oder Strahlenmenge (Hj) entspricht, deren vereinigter Strahlengang zur Bestrahlung der strahlenempfindlichen Oberfläche des Halbleitersubstrates die erforderliche Licht- oder Strahlenmenge (H) ergibt.