DE10142593B4

DE10142593B4 - Verfahren zur gegenseitigen Justierung von Strukturen auf einer Mehrebenen-Phasenschiebemaske

Info

Publication number: DE10142593B4
Application number: DE10142593A
Authority: DE
Inventors: Dirk Löffelmacher; Gernot Goedl; Timo Wandel
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2001-08-31
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2021-09-01
Also published as: US20030044698A1; DE10142593A1; US6821693B2

Abstract

Verfahren zur gegenseitigen Justierung von Strukturen auf einer Mehrebenen-Phasenschiebemaske anhand wenigstens einer auf der Maske angebrachten Justiermarke (2a, 2b), dadurch gekennzeichnet,
dass in einem ersten Schritt vor dem ersten Belichtungsschritt der Maske mindestens zwei Justiermarken (2a, 2b) der Maske auf das Substrat (1) abgeschieden oder in dem Substrat (1) eingeätzt werden,
dass in einem zweiten Schritt wenigstens die im ersten Schritt erzeugten Justiermarken (2a, 2b) und die sie unmittelbar umgebenden Bereiche mit einer dünnen leitenden Schicht (3) überzogen werden, und
dass für alle folgenden Justierschritte der mehreren Maskenebenen diese im ersten Schritt aufgebrachten Justiermarken (2a, 2b) mit einem geladenen Teilchenstrahl (5) abgerastert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gegenseitigen Justierung von Strukturen auf einer Mehrebenen-Phasenschiebemaske anhand wenigstens einer auf der Maske aufgebrachten Justiermarke.

Grundlage zur Belichtung der Ebenen einer Mehrebenen-Phasenschiebemaske ist die korrekte Justage (Alignment) auf Justierstrukturen. Ein Abrastern der Maskeldes Reticles zur Auffindung dieser Justierstrukturen mit einem Elektronenstrahl ist bislang aufgrund der elektrischen Aufladung des mit geladenen Teilchen bestrahlten Substrats nicht möglich oder führt zu unsicheren Justierungen wegen einer Verringerung der Auflösung. Eine optische Erkennung der Alignmentmarken ist für zukünftige Technologiegenerationen nicht mit der erforderlichen Auflösung möglich.

Bislang wurden im ersten Belichtungsschritt der Maske Alignmentmarken geschrieben, die beim Belichten ab der zweiten Ebene mit einem Laserstrahl optisch ausgewertet wurden.

JP 2000-252204 A befasst sich mit der Anbringung von Justiermarken auf die Stage (in diesem Fall der Träger oder Halter des Maskensubstrats an einem Maskenbelichtungsgerät oder einem Gerät, welches Masken belichtet, um deren Strukturen auf einen Wafer abzubilden), nicht aber direkt auf dem Maskensubstrat. Die in dieser Druckschrift beschriebene Form der Justiermarken wird benutzt, um eine Ausrichtung der Maske relativ zum Koordinatensystem des Belichtungsgerätes auszuführen. Wenn diese Marken dazu dienen, Strukturen auf der Maske zu justieren, kann dies nur im relativen Koordinatensystem des die Maske belichtenden Gerätes geschehen.

US 2002/0081815 A1 beschreibt eine gegenseitige Justage von Wafer und Maske, also von zwei Substraten zueinander. Die Referenzmarkenstruktur entsteht bei dem in dieser Druckschrift beschriebenen Justierverfahren durch abwechselnd dicke und dünnere Abschnitte von Schwermetall, so dass unterschiedliche Mengen von Elektronen eines Elektronenstrahls beim Abrastern der Referenzmarke reflektiert werden. Eine leitende Schicht bewirkt, dass keine Aufladung durch die eingestrahlten Elektronen geschieht. Gemäß 8b dieser Druckschrift kann die leitende Schicht geerdet sein.

JP 2002-223404 A hat als Gegenstand die Reduzierung der Dosis während des Scannens der Alignmentmarken, um den darüber liegenden Resist vor zu starker Belichtung zu schützen und damit eine spätere Zerstörung der Marken durch die folgenden Prozessschritte zu verhindern. Die darin beschriebenen Justiermarken sind nicht substratimanent und können damit durch nachfolgende Prozessschritte zerstört werden.

US 4,871,919 A befasst sich mit der Justage von Prozessschritten am Wafer und der Herstellung und Abtastung von Justiermarken mittels Elektronenstrahlbelichtung. Zur Erfassung der Justiermarken induziert der die Oberfläche des Wafers abtastende Elektronenstrahl Ladungsträger in Form von Elektronen und Löchern im Wafer, die dann in Form eines Stroms gemessen werden können.

US 5,733,708 A beschreibt speziell die Herstellung einer Phasenschiebemaske. In dieser Druckschrift ist ausgeführt, dass die Justiermarken, die hier „fiducials" genannt werden, bei jedem Schritt, bei dem eine Ebene der Phasenschiebemaske hergestellt wird, geschützt werden, so dass sie zum Ausrichten bei der Herstellung nachfolgender Muster der Maske verwendet werden können. In Spalte 6, Zeile 62 bis 64 beschreibt diese Druckschrift, dass in Elektronenstrahllithographiesystemen ein Elektronenstrahl sowohl eine Abbildung als auch eine Mustererzeugung ausführt. Ein wesentliches Merkmal dieser Druckschrift ist, dass die Justiermarken nicht vor dem ersten Belichtungsschritt der Maske aufgebracht werden.

Brinkmann, Sven: Entwurf und Herstellung von Frenel-Zonen-Linsen; Diplomarbeit, Lehrstuhl für Angewandte Optik, Univer sität Erlangen-Nürnberg, Juni 1993, Kapitel 5.4 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung mehrstufiger Fresnel-Zonen-Linsen, bei dem zur Justage der einzelnen Belichtungen relativ zueinander vor der ersten Belichtung mit einer FZL-Struktur auf dem Substrat eine Justiermarke erzeugt wird. Diese Justiermarke besteht aus einer dünnen, durch einen Ätzvorgang in eine zweckmäßige Form gebrachte Chromschicht auf Quarzglas. Die Abtastung dieser Justiermarke, die sich über eine Länge von 5,5 cm und eine Breite von 400 μm erstreckt, erfolgt durch eine Photonenbestrahlung mit einem Laserstrahl und die Detektion der von der Chromschicht reflektierten Photonen. Somit bestehen bei dem aus dieser Druckschrift bekannten Verfahren die Justiermarken selbst aus einer leitfähigen Schicht, bei deren Abtastung mit dem Photonenstrahl lediglich die Reflexion, nicht jedoch die Ausbildung einer Topologiestufe verwendet wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Justierung einer Mehrebenen-Phasenschiebemaske zu ermöglichen, welches die Detektion von Justiermarken mit sehr hoher Genauigkeit unter Zuhilfenahme von geladenen Teilchenstrahlen und dadurch eine sehr genaue Positionierung mehrerer Ebenen einer Maske übereinander ermöglicht.

Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung zeichnet sich ein die obige Aufgabe lösendes Justierverfahren dadurch aus, dass in einem ersten Schritt vor dem ersten Belichtungsschritt der Maske mindestens zwei Justiermarken der Maske auf das Substrat abgeschieden oder in dem Substrat eingeätzt werden, dass in einem zweiten Schritt wenigstens die im ersten Schritt erzeugten Justiermarken und die sie unmittelbar umgebenden Bereiche mit einer dünnen leitenden Schicht überzogen werden, und dass für alle folgenden Justierschritte der mehreren Maskenebenen diese im ersten Schritt aufgebrachten Justiermarken mit einem geladenen Teilchenstrahl abgerastert werden.

Bevorzugt und vorteilhafterweise wird für die Justierschritte derselbe Teilchenstrahl verwendet wie für die Belichtung. Als Teilchenstrahl verwendet die Erfindung bevorzugt einen Elektronenstrahl.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Dosis und Stromdichte des für die Abrasterung der im ersten Schritt aufgebrachten Justiermarken verwendeten Teilchenstrahls wesentlich niedriger eingestellt als bei den Belichtungsschritten der Maske.

Während der Abrasterung der Alignmentmarken wird die dünne leitende Schicht bevorzugt geerdet.

Bevorzugt kann die dünne leitende Schicht ganzflächig über dem Substrat, das heißt auch über den zuvor gebildeten Alignmentmarken aufgebracht werden. Dies ermöglicht es, dass der Hersteller des Maskenblanks dieses mit den Alignmentmarken und der darüber aufgebrachten dünnen leitenden Schicht liefern kann.

In einem weiteren dritten Schritt kann die dünne leitende Schicht über den Justiermarken mit einer Resistschicht bedeckt und die Abrasterung durch diese Resistschicht hindurch ausgeführt werden.

Insgesamt ermöglicht die vorliegende Erfindung die Detektion von vor dem ersten Belichtungsschritt auf dem Substrat aufgebrachten oder in das Substrat eingebrachten Justiermarken mit einer sehr hohen Genauigkeit unter Zuhilfenahme von geladenen Teilchenstrahlen und dadurch eine sehr genaue Positionierung mehrerer übereinander liegender Ebenen einer Maske zueinander.

Die folgende Beschreibung erläutert anhand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Justierverfahrens. Die Zeichnungsfiguren zeigen im einzelnen:

1A und 1B schematisch ein mit Justiermarken versehenes Maskenblank jeweils in einer perspektivischen Ansicht und im Schnitt;

2 schematisch eine Schnittdarstellung eines mit einer dünnen leitenden Schicht überzogenen Maskenblanks gemäß 1A und 1B;

3 eine Schnittansicht für einen weiteren Schritt, bei dem die in 2 dargestellte Maskenstruktur mit einer Resistschicht bedeckt wird, und

4 perspektivisch einen Schritt der zur Justage stattfindenden Abrasterung der Justiermarken mittels eines geladenen Teilchenstrahls.

Obwohl nachstehend von einer Phasenschiebemaske die Rede ist, sollte dem Fachmann einleuchten, dass es sich dabei ebenso um ein Reticle oder eine Stencilmaske handeln kann.

1A zeigt perspektivisch ein mit zwei Justiermarken (im folgenden: Alignmentmarken) 2a, 2b versehenes Substrat 1 eines Maskenblanks. 1B zeigt dasselbe Maskenblank, das heißt das mit den Alignmentmarken 2a, 2b versehene Substrat 1 in einem schematischen Querschnitt. Es muss hier bemerkt werden, dass erfindungsgemäß mindestens zwei Alignmentmarken vor dem ersten Belichtungsschritt der Maske oder des Reticles in dem Substrat 1 angebracht werden. Das heißt, es können auch mehr als zwei Alignmentmarken angebracht werden. Die Alignmentmarken 2a, 2b können entweder in das Substrat 1 geätzt werden oder darauf abgeschieden werden.
Gemäß 2 wird das Substrat 1 mit den darin eingeätzten oder darauf abgeschiedenen Alignmentmarken 2a, 2b ganzflächig mit einer dünnen leitenden Schicht 3 überzogen, die, falls die Alignmentmarken 2a, 2b in das Substrat 1 geätzt sind, auch die Wände und den Boden der die Alignmentmarken bildenden Vertiefungen bedeckt.
Anschließend wird gemäß 3 die in 2 gezeigte Struktur mit einer Resistschicht 4 überzogen.
In allen folgenden Schritten werden dann die Alignmentmarken 2a, 2b mittels eines nicht geladenen oder geladenen Teilchen- oder Photonenstrahls abgerastert, um ein Alignment der Maske durchzuführen. Durch einen über der Maske bzw. über dem bei der Abrasterung der Marken bestrahlten Bereich derselben angebrachten Ringdetektor lassen sich die Marken durch die Resistschicht 4 hindurch detektieren und ihre Position erfassen.
Bevorzugt verwendet die Erfindung für die Abrasterung der Alignmentmarken 2a, 2b den auch für die Belichtung verwendeten Strahl. Die Dosis und die Stromdichte des Strahls ist bei der Abrasterung jedoch deutlich niedriger als beim Belichten der Maske oder des Reticles.
Nach dem oben Gesagten werden erfindungsgemäß wenigstens zwei Alignmentmarken 2a, 2b auf das Substrat 1 der Maske oder des Reticles zum Beispiel durch Ätzen der Marken in das Substrat vor der ersten Belichtung der Maske oder des Reticles angebracht. Vorteilhafterweise können diese Alignmentmarken bereits beim Maskenblankhersteller gebildet werden. In allen späteren Schritten werden dann diese Alignmentmarken mittels eines nicht geladenen oder geladenen Teilchen- oder Photonenstrahls abgerastert, um ein Alignment der Maske durchzuführen. Die Dosis und die Stromdichte des Strahls sind dabei deutlich niedriger als im Belichtungsschritt der Maske oder des Reticles. Durch eine Erdverbindung der über den Alignmentmarken liegenden dünnen leitenden Schicht 3 wird ein Aufladen des Substrats beim Abrastern der Alignmentmarken mit Hilfe des Teilchen- oder Photonenstrahls vermieden.

1: Maskensubstrat
2a, 2b: Alignmentmarken
3: dünne leitende Schicht
4: Resistschicht
5: Teilchen- oder Photonenstrahl

Claims

Verfahren zur gegenseitigen Justierung von Strukturen auf einer Mehrebenen-Phasenschiebemaske anhand wenigstens einer auf der Maske angebrachten Justiermarke (2a, 2b), dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt vor dem ersten Belichtungsschritt der Maske mindestens zwei Justiermarken (2a, 2b) der Maske auf das Substrat (1) abgeschieden oder in dem Substrat (1) eingeätzt werden, dass in einem zweiten Schritt wenigstens die im ersten Schritt erzeugten Justiermarken (2a, 2b) und die sie unmittelbar umgebenden Bereiche mit einer dünnen leitenden Schicht (3) überzogen werden, und dass für alle folgenden Justierschritte der mehreren Maskenebenen diese im ersten Schritt aufgebrachten Justiermarken (2a, 2b) mit einem geladenen Teilchenstrahl (5) abgerastert werden.
Justierverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Justierschritte derselbe Teilchenstrahl verwendet wird wie für die Belichtung.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der für die Abrasterung der Justiermarken (2a, 2b) verwendete Strahl ein Elektronenstrahl ist.
Justierverfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosis und die Stromdichte des für die Abrasterung der Justiermarken (2a, 2b) verwendeten Teilchenstrahls (5) wesentlich niedriger eingestellt werden als bei den Belichtungsschritten der Maske.
Justierverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne leitende Schicht (3) während der Abrasterung der Justiermarken (2a, 2b) geerdet wird.
Justierverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne leitende Schicht (3) im zweiten Schritt ganzflächig über dem Substrat (1) aufgebracht wird.
Justierverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten Schritt die dünne leitende Schicht (3) über den Justiermarken (2a, 2b) mit einer Resistschicht (4) bedeckt und die Abrasterung durch diese Resistschicht (4) hindurch ausgeführt wird.