DE10154981A1

DE10154981A1 - Markenanordnung, Wafer mit mindestens einer Markenanordnung und ein Verfahren zur Herstellung mindestens einer Markenanordnung

Info

Publication number: DE10154981A1
Application number: DE10154981A
Authority: DE
Inventors: Gerd Krause; Reiner Trinowitz; Antje Laessig; Heike Langnickel; Hans-Georg Froehlich; Johannes Kowalewski; Udo Goetschkes; Frank Huebinger
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2001-10-31
Filing date: 2001-10-31
Publication date: 2003-05-15
Also published as: US6982495B2; US20030092204A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Markenanordnung zur Ausrichtung und/oder Bestimmung der relativen Lage mindestens zweier Ebenen zueinander in einem Substrat (10) und/oder in Schichten auf einem Substrat (10) bei einer lithographischen Belichtung, insbesondere bei einem Wafer bei der Herstellung von DRAMs, mit einer Markenstruktur, gekennzeichnet durch mindestens eine Schicht (1) definierbarer Dicke (A) unterhalb der Markenstruktur (2) zur Einstellung der räumlichen Lage der Markenstruktur (2) relativ zu einer Bezugsebene (11) in/oder auf dem Substrat (10). Damit ist es möglich, eine Markenanordnung zu schaffen, deren Markenstrukturen unabhängig von Design oder der Prozessbedingungen einen guten Kontrast aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Markenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, einen Wafer nach Anspruch 8 mit mindestens einer Markenanordnung und ein Verfahren zur Herstellung einer Markenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
Bei der Herstellung von Halbleiter-Bauelementen werden Strukturen in verschiedenen Ebenen gebildet, die nacheinander auf einem Substrat aufgebracht und dann jeweils durch weitere Bearbeitungsschritte verändert werden. Diese Bearbeitungsschritte umfassen z. B. Abscheide-, Fotomaskier-, Lackentwicklungs-, Lackstrukturierungs- und Ätzschritte.
Durch die immer kleiner werdenden Abmessungen der Strukturen ist es notwendig, sequentiell aufgebrachte Schichten exakt aufeinander auszurichten, da ansonsten die Funktion der Halbleiter-Bauelemente nicht gewährleistet ist.

Die Herstellung der Strukturen erfolgt mit einem Belichtungstool, wobei die Belichtung auf einen photosensitiven Lack (Photoresist) einwirkt, der auf das Substrat (z. B. Wafer) aufgebracht wird. Dieses Substrat wird in das Belichtungstool geladen. Anhand von Justiermarken (Alignmentmarks) auf dem Substrat erkennt das Belichtungstool definierte Positionen. Das Substrat wird aufgrund der mit den Justiermarken ermittelten Werte ausgerichtet und belichtet, hierbei werden Overlay-Tragets (Overlay-Messtrukturen) mitgeprintet, die eine Lagebestimmung ermöglichen.

Eine Möglichkeit, die Lage mindestens zweier Ebenen zu erkennen, besteht in einer optischen Auswertung der Marken (Overlay-Targets, Alignmentmarken) auf und/oder in den betreffenden Ebenen. Dazu wird monochromatisches oder weißes Licht auf das Substrat gestrahlt und das reflektierte Licht z. B. durch eine Bilderkennung ausgewertet. Die Effizienz der Auswertung hängt dabei von den Kontrastunterschieden im Bild ab. Der Kontrast ist dabei als das Verhältnis der Differenz der maximalen und der minimalen Intensität zur Summe der maximalen und minimalen Intensität definiert.

Häufig werden die Kontrastunterschiede auf dem Substrat durch Stufenhöhen (z. B. eines Grabens in der Substratoberfläche) Markenstruktur und Umgebung erzeugt. Die Einstellung der Stufenhöhen hängt dabei stark vom Design des Halbleiter- Bauelementes ab. Für eine sichere Erkennung der Markenstruktur sind scharf definierte Kanten der Stufe erforderlich. Allerdings können die Stufenkanten der Markenstrukturen nicht so gewählt werden, dass diese mit optischen Methoden optimal erfassbar sind, da Prozessparameter, wie Schichtdicken und Ätzzeiten durch das Design vorgegeben sind. Somit sind die Stufen entweder zu flach oder zu tief, um in vielen Fällen einen guten Kontrastunterschied aufzuweisen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Markenanordnung, einen Wafer mit einer Markenanordnung und ein Verfahren zur Herstellung einer Markenanordnung zu schaffen, so dass Markenstrukturen unabhängig von Design oder der Prozessbedingungen einen guten Kontrast aufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Markenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die Einführung mindestens einer Schicht definierbarer Dicke unterhalb der Markenstruktur ist die räumliche Lage der Markenstruktur relativ zu einer Bezugsebene in/oder auf dem Substrat einstellbar. Durch die Veränderung der räumlichen Lage kann der Kontrastunterschied in gewünschter Weise verändert werden, um eine Erkennung bei einer optischen Auswertung der Markenstruktur zu erleichtern.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Bezugsebene eine Ebene ist, an der eine Messung an der Markenstruktur vornehmbar ist. Dadurch wird die optische Auswertung besonders erleichtert.

Auch ist es vorteilhaft, wenn mittels der Schicht definierbarer Dicke eine Einstellung der räumlichen Lage der Markenstruktur senkrecht zu der Bezugsebene, z. B. in Form von Stufen erfolgt. Diese Einstellung lässt sich optisch leicht nachweisen und ist relativ leicht herstellbar.

Vorteilhaft ist es, wenn die Markenstruktur mindestens einen Graben in der Fläche und/oder mindestens eine Erhebung auf der Fläche aufweist.

Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung liegt vor, wenn mindestens eine Schicht definierbarer Dicke als ein Ätzstopp ausgebildet ist. Durch das Einbringen des Ätzstopps kann die Lage Markenstruktur genau, insbesondere unabhängig von Schwankungen der Prozessbedingungen (z. B. Konzentration Ätzgas) eingestellt werden.

Auch ist es vorteilhaft, wenn mindestens eine Schicht definierbarer Dicke als Metallschicht, insbesondere aus Wolfram ausgebildet ist.

Die Aufgabe wird auch durch einen Wafer mit einer Markenanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7 gelöst.

Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zur Herstellung einer Markenanordnung nach Anspruch 1 gelöst, bei dem mindestens eine Schicht definierbarer Dicke unterhalb des Bereiches auf ein Substrat aufgebracht wird, in dem eine Markenstruktur angeordnet werden soll, und dann eine Markenstruktur auf dem Substrat angeordnet wird.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Markenanordnung;
Fig. 2a Durchzeichnung einer Aufnahme mit einer Markenanordnung nach dem Stand der Technik mit einer zu flachen Stufenhöhe;
Fig. 2b Schnittansicht durch Fig. 2a;
Fig. 3a Durchzeichnung einer Aufnahme mit einer Markenanordnung nach dem Stand der Technik mit einer zu großen Stufenhöhe;
Fig. 3b Schnittansicht durch Fig. 3a.
In Fig. 1 ist ein Ausschnitt aus einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Markenanordnung dargestellt. Diese weist hier als Markenstruktur 2 einen Graben auf, der sich von einer Fläche 11 einer Metallschicht 3 vertikal in Richtung des Substrats 10 erstreckt. Der Graben 2 ist hier Teil eines Overlay-Targets in der ersten Metallschicht 3. Die Breite des Grabens beträgt hier ca. 2 µm.
Die seitlichen Stufen des Grabens 2 erzeugen bei einer optischen Untersuchung der Fläche 11, den für die optische Erkennung erforderlichen Kontrastunterschied.
Die Fläche 11 ist hier die Ebene (Oberfläche), an der optische Messungen an der Markenstruktur 2 vorgenommen werden, um z. B. die Position des Wafers bei einem Bearbeitungsschritt zu ermitteln. Diese Fläche 11 dient im folgenden als Bezugsebene 11 für die Definition der nachfolgenden Schichten im Zusammenhang mit der Erfindung.
Grundsätzlich kann aber auch eine andere, tieferliegende Schicht eine Fläche aufweisen, die als Bezugsebene 11 dienen kann.
Erfindungsgemäß weist die Markenanordnung eine Schicht 1 definierbarer Dicke A unterhalb der Markenstruktur 2 auf. Diese Schicht ist in horizontaler Ausdehnung etwas breiter als der Graben 2, hier ca. 4 µm.
Diese Schicht 1 ist hier aus Wolfram ausgebildet und dient als Ätzstopp. Da diese Schicht 1 zusätzlich in einer Vorebene aufgebracht wird, kann die Stufenhöhe des Grabens 2 unabhängig von anderen Prozessparametern eingestellt werden. Über die Stufenhöhe kann dann der Kontrast des Grabens 2 als Teil der Markenstruktur eingestellt werden.
Oberhalb der Schicht 1 definierbarer Dicke A ist unterhalb des Grabens 2 eine Wolframschicht 6 angeordnet.
Die Erfindung wird hier am Beispiel der Kontraststufeneinstellung für einen Graben 2 beschrieben.
Alternativ kann die Schicht 1 definierbarer Dicke A auch in Zusammenhang mit einer Erhöhung als Teil einer Markenstruktur 2 verwendet werden. In einer Vorebene wird dann unterhalb der Erhöhung die Schicht 1 definierbarer Dicke A aufgebracht, um die seitliche Stufenhöhe der Erhöhung gegenüber der Fläche 11 festzulegen. Auch kann die Schicht 1 definierbarer Dicke A auf Markenstrukturen 2 angewandt werden, die Gräben und Erhöhungen aufweisen. Die Stufenhöheneinstellung verläuft analog zu der beschriebenen Weise.
Auch ist es grundsätzlich möglich, mehrere Schichten 1 definierbarer Dicke A oder Wolframschichten 6 zu verwenden, um weitere Freiheitsgrade bei der Gestaltung der Markenstrukturen zu erhalten.
Anhand der Fig. 2 und 3 soll dargestellt werden, welche Probleme durch die zuvor dargestellte Schicht 1 definierbarer Dicke gelöst werden sollen. Die Fig. 2a und 3a zeigen Durchzeichnungen von elektronenmikroskopischen Abbildungen von Teilen einer Markenstruktur. Die Fig. 2b und 3b zeigen jeweils Schnittansichten dazu. Die Bezugszeichen entsprechen dabei denen der Fig. 1.
In der Fig. 2a, 2b ist ein Graben 2 der Markenstrukur erkennbar, der aber aufgrund der Prozessbedingungen zu Tief geworden ist. Es hat sich herausgestellt, dass ein solch tiefer Graben 2 bei der Messung keinen guten, definierten Kontrastunterschied ergibt. Vielmehr stören Lichtschwankungen und Streulicht.
In Fig. 3 ist der Graben aufgrund der Prozessbedingungen kaum ausgebildet, so dass hier auch kein ausreichender Kontrastunterschied erhalten wird.
Dies zeigt, dass es notwendig ist, genau definierbare Grabentiefe zur Erzeugung eines guten Kontrastunterschiedes zu erzeugen, wie dies in Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert wurde.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, die von der erfindungsgemäßen Markenanordnung, einem Wafer mit der Markenanordnung oder dem Verfahren zur Herstellung der Markenanordnung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen. Bezugszeichenliste 1 Schicht definierbarer Dicke
2 Markenstruktur
3 Metallschicht
6 Wolframschicht
10 Substrat
11 Bezugsebene
A Dicke der Schicht definierbarer Dicke

Claims

1. Markenanordnung zur Ausrichtung und/oder Bestimmung der relativen Lage mindestens zweier Ebenen zueinander in einem Substrat und/oder in Schichten auf einem Substrat bei einer lithographischen Belichtung, insbesondere bei einem Wafer bei der Herstellung von DRAMs, mit einer Markenstruktur, gekennzeichnet durch mindestens eine Schicht (1) definierbarer Dicke (A) unterhalb der Markenstruktur (2) zur Einstellung der räumlichen Lage der Markenstruktur (2) relativ zu einer Bezugsebene (11) in/oder auf dem Substrat (10).

2. Markenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugsebene (11) eine Ebene ist, an der eine Messung an der Markenstruktur (2) vornehmbar ist.

3. Markenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Schicht (1) definierbarer Dicke (A) eine Einstellung der räumlichen Lage der Markenstruktur (2) senkrecht zu der Bezugsebene (11) erfolgt.

4. Markenanordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Markenstruktur mindestens einen Graben (2) in der Bezugsebene (11) aufweist.

5. Markenanordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Markenstruktur (2) mindestens eine Erhebung auf der Bezugsebene (11) aufweist.

6. Markenanordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schicht (1) definierbarer Dicke (A) als ein Ätzstopp ausgebildet ist.

7. Markenanordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schicht (1) definierbarer Dicke (A) als Metallschicht, insbesondere aus Wolfram ausgebildet ist.

8. Wafer mit einer Markenanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7.

9. Verfahren zur Herstellung einer Markenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

a) mindestens eine Schicht (1) definierbarer Dicke (A) unterhalb des Bereiches auf ein Substrat (10) aufgebracht wird, in dem eine Markenstruktur (2) angeordnet werden soll, und dann

b) eine Markenstruktur (2) auf dem Substrat (10) angeordnet wird.