DE2346719B2 - Mehrschichtige Bestrahlungsmaske für die Röntgenstrahl-Fotolithografie - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine mehrschichtige Bestrahlungsmaske für die Röntgenstrahl-Fotolithografie aus einem Siliziumkörper, einer auf dem Siliziumkörper aufgebrachten Doppelschicht, bei der sich eine Oxidschicht zwischen dem Siliziumkörper und einer weiteren Schicht lifindet, und einer auf dieser weiteren Schicht aufgebrachten Absorpticsschicht aus einem Röntgenstrahlen absorbierenden Material, welches maskierende Strukturen und wenig·:'ens zwei Justiermarken bildet.

Eine derartige Bestrahlungsmaske ist aus der Literaturstelle »Solid State Technology«, Juli 1972, S. 21 bis 25, bekannt.

Sie wird bei fotolithografischen Prozessen zur Herstellung von Halbleitersystemen mit Strukturabmessungen im Mikrometerbereich bei der Belichtung des Fotolacks Röntgenstrahlen verwendet. Bei Benutzung von Röntgenstrahlen zur Belichtung werden Beugungserscheinungen bei der Projektion der der maskierenden Strukturen auf die Fotolackschicht herabgesetzt, insbesondere dann, wenn ein endlicher Abstand zwischen Bestrahlungsmaske und der Fotolackschicht beim Belichten eingehalten werden soll. Nach dem Stand der Technik benutzt man die Röntgenstrahlen auch gleichzeitig dazu, die Bestrahlungsmaske bezüglich der Halbleiterscheiben, auf denen sich die Fotolackschicht befindet, in ihrer geometrischen Position zu justieren.

Dazu werden in die Bestrahlungsmaske und in die zu belichtende Halbleiterscheibe Fenster als Justiermarken geätzt. Bei Bestrahlung mit Röntgenstrahlen werden dann die Fotomaske und zu belichtenden Halbleiterscheibe gegeneinander so verschoben, daß von einem unter den justiermarken angebrachten Röntgenstrahldetektor maximale Intensität angezeigt wird Bei Durchführung dieses Justierverfahrens wird zwangsläufig die zu belichtende Scheibe von Röntgenstrahlen durchdrungen und wenigstens zum Teil belichtet, sofern nicht durch geeignete Mittel die Röntgenstrahlen so fein gebündelt werden, daß sie nur den in unmittelbarer Nähe der Justiermarke befindlichen Teil der Halbleiterscheibe treffen. Damit verlangt die Verwendung von Röntgenstrahlen zur Justierung der Position der Halbleiterscheiben einen relativ großen Aufwand für die Röntgenapparaturen. Ferner sind weitere Arbeitsprozesse an den Halbleiterscheiben erforderlich, da die Scheiben an den entsprechenden Stellen dünn geätzt werden müssen. Schließlich sind, so lange die Justierung nicht von einem Automaten vorgenommen wird, beim Arbeiten und Justieren mit Röntgenstrahlen erhebliche Sicherheitsvorkehrungen für das Bedienungspersonal

ίο erforderlich, was wiederum einen weiteren Aufwand bedeutet

Weiterhin sind aus »Photographic und Film in Industrie und Technik III« Seiten 80 bis 82 semitransparente Masken bekannt welche eine Justierung bei

is sichtbaren Licht zulassen und für UV-Licht zum Aufbelichten der Struktur transparent sind. Die Justierung erfolgt entweder dadurch, daß mit einem Justiermikroskop die relative Lage zweier Justiermarken beobachtet wird, wobei die Justiermarke und die

>o Halbleiterscheibe zwischen Lichtquelle und Justiermikroskop angebracht sind oder dadurch, daß sowohl das Justiermuster der Halbleiterscheibe ais auch das Justiermuster der Fotolackmaske auf Sensorfelder abgebildet werden und nach Abtastung mit Hilfe von Stellmotoren zueinander ausgerichtet werden. Dabei werden besondere Anforderungen an die spektrale Zusammensetzung der Justierbeleuchtung gestellt

Aus der US-Patentschrift 23 82 674 ist eine Bestrahlungsmaske für Röntgenstrahlen mit einer maskieren- den Struktur und einem Träger bekannt, der aus Glas besteht und sowohl für Röntgenstrahlen als auch für Strahlen aus dem Gebiet des sichtbaren Spektralbereiches durchdringbar ist. Die Dicke des Trägermaterials beträgt etwa 1 mm, wodurch die Abbildungsschärfe bei einer lichtoptischen Justierung erheblich gegenüber einer dünnen Schicht vermindert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Bestrahlungsmaske für fotolitografische Verfahren, bei denen eine auf einer Halbleiterscheibe aufgebrachte fotoemp findliche Schicht mit Röntgenstrahlen belichtet wird, zu schaffen, die es ermöglicht, die Justierung der Fotomaske und der zu belichtenden Halbleiterscheibe mit sichtbarem Licht und einem Auflichtmikroskop vorzunehmen, ohne daß auf die erforderliche Abbildungs-

Vj schärfe verzichtet werden muß und bei der außerdem auch die notwendige mechanische Stabilität des Trägers vorhanden ist.

Diese Aufgabe wird mit einer wie oben angegebenen mehrschichtigen Beurahlungsmaske gelöst, die erfin dungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß der Siliziumkörper in den Bereichen, die über den maskierten Strukturen und den Justiermarken liegen, bis zur Oxidschicht durchgeätzt ist, und daß die Oxidschicht eine Siliziumdioxidschicht und die weitere Schicht eine aus Polyimidharz bestehende Stützschicht ist.

Gegenüber der Bestrahlungsmaske aus der Zeitschrift, »Solid State Technology«, Juli 1972, S. 21 bis S. 25, hat die Bestrahlungsmaske nach der Erfindung den Vorteil, daß die Doppelschicht, auf der die Justiermar-

w) ken und die Röntgenstrahlen absorbierenden Strukturen aufgebracht sind, eine wesentlich größere mchanische Festigkeit aufweist als das als Träger verwendete dünngeätzte Siliziumplättchen. Eine Doppelschicht aus Siliziumdioxid vereinigt insbesondere die Temperatur-

b5 beständigkeit des Siliziumdioxids mit der Zähigkeit und Festigkeit des Polyimidharzes, so daß eine solche Bestrahlungsmaske sowohl gegenüber thermischen als auch gegenüber mechanischen Beanspruchungen sehr

widerstandsfähig ist.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß beim Betrachten der Justiermarken mit desm Mikroskop im Auflicht die mit dem Fotolack versehene Halbleiterscheibe nicht durchstrahlt werden muß. Zur Justierung kann ein Mikroskop für Licht aus dem sichtbaren Spektralbereich verwendet werden, wenn der Träger auch für diese Strahlung durchdringbar ist

In der Fig. 1 ist im Prinzip die Wirkungsweise der Belichtung mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Bestrahlungsmaske erläutert Dabei ist der besseren Übersicht wegen auf die Abbildung der in Fig.3 dargestellten Doppelschichten verzichtet Die Bestrahlungsmaske 1 besteht aus einem Siliziumkörper, der auf der einen Breitseile einer Oberfläche mit einem Träger 2 aus Polyimidharz beschichtet ist Dieser Träger 2 ist etwa 1 bis 5 μπι dick. An den Stellen 3 und 4 ist die Bestrahlungsmaske mit Hilfe eines selektiven Ätzmittels, das nur Silizium aber nicht das Polyimid angreift, durchgeätzt An der Stelle 3 ist auf den Träger 2 die Justiermarke 5 aus Gold mit einer Dicke von etwa 1 μίτι angeordnet An der Steile 4 sind auf dem Träger 2 nie maskierenden Strukturen 6 angeordnet Auf der zu bearbeitenden Halbleiterscheibe 7, die die Fotolackschicht 22 trägt, ist eine komplementäre Justiermarke 8 2'. angebracht, die mit Hilfe der senkrecht auf den Träger einfallenden Lichtstrahlen 9 und des Mikroskops 10 in Opposition zu der Justiermarke 5 gebracht wird. Die Justierung der Position der Halbleiterscheibe 7 ist dann erreicht, wenn die Umrisse der Justierrr.arke 8 jo vollständig im Auflicht durch das Mikroskop beobachtet werden können.

Durch die beim Ausführungsbeispiel der Erfindung gewählte Dicke läßt sich die Abbildungsschärfe und insbesondere die Tiefenschärfe bei einer lichtoptischen Justierung wesentlich verbessern.

Der Vorteil der Justierung der Halbleiterscheibe im Auflicht liegt darin, daß die Lichtstrahlen 9 die Halbleiterscheibe 7 im Gegensatz zur Justierung mit Hilfe von Röntgenstrahlen nicht durchdringen müssen. Durch diese Tatsache wird eine Ätzung zur Reduzierung der Dicke der Halbleiterscheibe in der näheren Umgebung der Justiermarke 8 vermieden. Ein weiterer Vorteil liegt in der Verwendung handelsüblicher optischer Justiergeräte, wie z. B. Justiermikroskope, die lediglich mit einer zusätzlichen Vorrichtung zur Röntgenstrahlbelichtung gekoppelt werden müßten.

Da die Halbleiterscheibe 7 in zwei linearen Freiheitsgraden (x,y)sov/\e einem Rotationsfreiheitsgrad (β) auf seiner Unterlage beweglich ist, so sind zur eindeutigen Positionierung der Halbleiterscheibe 7 zwei gleichartige Paare von Justiermarken zur Justierung der Scheibe erforderlich. In F i g. 2 ist die Anordnung der Justiermarken auf der Oberfläche der Halbleiterscheibe 7 dargestellt Dabei dienen die Justiere irken 5 und 8 z. B. zur Fixierung in x-Richtung bzw. y-Richtung und die Justiermarken 50 und 80 z. B. zur Fixierung bei Drehung in Θ-Richtung.

In F i g. 3 ist ein Querschnitt der Bestrahlungsmaske 1 im Det&il dargestellt Dabei besteht der Träger (11, 12) für die Bestrahlungsmaske 1 aus einer SiOj-Schicht 11 und einer Stützschicht 12 aus Polyimid. Die Stützschicht 12 hat eine Dicke, die zwischen 3 und 10 μπι liegt Auf dieser Stützschicht 12 befinden sich dan.i die maskierenden Strukturen 6 sowie die Justiermarke 5. Die SiOrSchicht ist etwa 5 μπι dick und wird entweder thermisch oder mit Hilfe eines Sputterverfahrens hergestellt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Mehrschichtige Bestrahlungsmaske für die Röntgenstrahl-Fotolithografie aus einem Siliziumkörper, einer auf dem Siliziumkörper aufgebrachten Doppelschicht, bei der sich eine Oxidschicht zwischen dem Siliziumkörper und einer weiteren Schicht befindet, und einer auf dieser weiteren Schicht aufgebrachten Absorptionsschicht aus einem Röntgenstrahlen absorbierenden Material, welche maskierende Strukturen und wenigstens zwei Justiermarken bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliziumkörper (1) in den Bereichen, die über den maskierenden Strukturen (6) und den Justiermarken (5) liegen, bis zur Oxidschicht durchgeätzt ist, und daß die Oxidschicht eine Siliziumdioxidschicht (11) ist und die weitere Schicht eine aus Polyimidharz bestehende Stützschicht (12) ist

2. Bestrahlungsmaske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliziumdioxidschicht (U) thermisch oder im Sputter-Verfahren erzeugt ist