DE2346720C3 - Device for aligning semiconductor wafers with respect to an irradiation mask - Google Patents
Device for aligning semiconductor wafers with respect to an irradiation maskInfo
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Description
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Justieren von Halbleiterscheiben bezüglich einer Bestrahlungsmaske zur Strukturerzeugung in Fotolacken mit Röntgenstrahlbelichtung, wobei die maskierenden Strukturen aus für Röntgenstrahlen stark undurchlässigem Material und der Träger dieser maskierenden Strukturen aus einem für Röntgenstrahlen durchlässigem Material bestehen, und wobei die komplementären Justriermarken auf der Bestrahlungsmaske und der Halbleiterscheibe zur Deckung miteinander gebracht werden.The invention relates to a device for aligning semiconductor wafers with respect to an irradiation mask for creating structures in photoresists with X-ray exposure, the masking Structures made of material that is highly impermeable to X-rays and masking the wearer Structures consist of a material that is transparent to X-rays, and the complementary Adjustment marks on the irradiation mask and the semiconductor wafer are brought to coincide with one another will.
Aus der Literaturstelle »Solid State Technology«, Bd. 15 (1972), Heft 7, S. 21 bis 25 ist bekannt, bei fotolithografischen Prozessen zur Herstellung von Halbleitersy-Sternen mit Strukturabmessungen im Mikrometerbereich bei der Belichtung des Fotolackes Röntgenstrahlen zu verwenden. Die Benutzung von Röntgenstrahlung zur Belichtung liefert eine exaktere Abbildung der maskierenden Strukturen auf die Fotolackschicht, da Beugungserscheinungen herabgesetzt werden, insbesondere dann, wenn ein endlicher Abstand zwischen Bestrahlungsmaske und der Fotolackschicht beim Belichten eingehalten werden soll. Nach dem aus der US-PS 37 42 229 bekannten 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.From the literature "Solid State Technology", Vol. 15 (1972), Issue 7, pp. 21 to 25 is known for photolithographic Processes for the production of semiconductor sy-stars with structure dimensions in the micrometer range to use X-rays when exposing the photoresist. The use of X-rays for exposure provides a more exact image of the masking structures on the photoresist layer, since Diffraction phenomena are reduced, especially when there is a finite distance between The irradiation mask and the photoresist layer should be adhered to during exposure. After that from the US-PS 37 42 229 known prior art one uses the X-rays at the same time to the Irradiation mask in relation to the semiconductor wafers on which the photoresist layer is located to adjust the geometric position.
Die Verwendung von Röntgenstrahlen zur Justierung der Position der Halbleiterscheiben verlangt relativ großen Aufwand an Röntgenapparaturen. Ferner sind weitere Arbeitsprozesse an den Halbleiterscheiben erforderlich, da die Scheiben an entsprechenden Stellen dünn geätzt werden müssen. Darüber hinaus sind beim ia«:t;eren mittels Röntgenstrahlen weitere Sicherheitsvorkehrungen für das Bedienungspersonal erforderlich. The use of x-rays to adjust the position of the semiconductor wafers requires a relatively large amount of x-ray equipment. Furthermore, further work processes are required on the semiconductor wafers, since the wafers have to be thinly etched at corresponding points. In addition, the i a «: t ; If using X-rays, additional safety precautions for the operating personnel are required.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei lithografischen Prozessen, bd denen Strukturen mittels Röntgenbestrahlung im Fotolack erzeugt werden soll, die Verwendung von Röntgenstrahlen für die Zeitdauer der Justierarbeiten zur Positionierung der Halbleiterscheiben bezüglich der Bestrahlungsmaske zu umgeben. . .The object of the present invention is, in lithographic processes, bd which structures by means of X-rays should be generated in the photoresist, the use of X-rays for the period of time the adjustment work for positioning the semiconductor wafers with respect to the irradiation mask. . .
Diese Aufgabe wird mit einer wie oben angegebenen Vorrichtung gelöst, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß zur Justierung der Halbleiterscheiben eine Quelle für Infrarotstrahlen und ein Empfänger für diese Strahlen vorgesehen sind, wobei die Frequenz der für die Justierung verwendeten Strahlung in einem Bereich liegt, in dem das Material des Trägers und dasjenige der Halbleiterscheiben noch durchlässigThis object is achieved with a device as specified above, which is characterized according to the invention is that for adjusting the semiconductor wafers a source for infrared rays and a receiver for these beams are provided, with the frequency of the radiation used for the adjustment lies in a region in which the material of the carrier and that of the semiconductor wafers are still permeable
De Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß Halbleitermaterial jenseits der Absorptionskante in Richtung zum langwelligeren Spektralbereich für elektromagnetische Strahlung durchdringbar wird. Ferner lassen sich die durch Beugungseffekte bedingten Unscharfen der Justiermarken durch Verwendung von geeigneten Querschnittsformen der Justiermarken, wie z. B. bei konzentrischen und komplementären Anordnungen, in ihren Auswirkungen umgehen. Eine Justiergenauigkeit bei Verwendung von IR-Licht ist bis auf 0,2 μίτι möglich.The invention is based on the knowledge that semiconductor material beyond the absorption edge in Direction to the longer-wave spectral range for electromagnetic radiation is penetrable. Further The blurring of the alignment marks caused by diffraction effects can be eliminated by using suitable Cross-sectional shapes of the alignment marks, such as. B. with concentric and complementary arrangements, deal with their effects. Adjustment accuracy when using IR light is up to 0.2 μίτι possible.
In der F i g. 1 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Die Bestrahlungsmaske 1 besteht aus Silizium, das an den Stellen 2 und 3 auf eine Dicke von etwa 3 bis ΙΟμίπ, vorzugsweise 5 μΐπ, dünn geätzt ist. Diese Stellen 2 und 3 sind die Träger für die Justiermarken 4 bzw. die maskierenden Strukturen 5. Die Justiermarken 4 sowie die Strukturen 5 bestehen aus einer etwa 1 μΐη dikken Beschichtung aus Gold, so daß diese für Röntgenstrahlen und Infrarotlicht praktisch undurchdringbar sind. Auf der Halbleiterscheibe 6 befinden sich die Justiermarke 7, die komplementär zi:r Justierrnarke 4 ist, sowie die zu belichtende Fotolackschicht 8. Die Strahlen 10 der schmalbandigen Infrarotlichtquelle 9 durchdringen die Halbleiterscheibe 6 sowie die dünn geätzte Stelle 2 auf der Bestrahlungsmaske und können in einem Infrarot-Empfänger 11 nachgewiesen werden. Die Justierung der Halbleiterscheibe ist dann erreicht, wenn die vom Infrarot-Empfänger 11 aufgenommene Infrarot-Lichtmenge ein Minimum erreicht hat bzw. unter die Nachweisgrenze des Infrarot-Empfängers gefallen ist. Vorzugsweise stellt der Infrarot-Empfänger U ein Infrarot-Mikroskop dar, das üblicherweise aus einem Objektiv, Säule, Okular und einem Bildwandler besteht. Das Justieren erfolgt durch Symmetrieabgleich kreuzförmiger Justiermarken 4 und 7 mit visueller Kontrolle. In FIG. 1 is a preferred embodiment the device according to the invention shown. The irradiation mask 1 is made of silicon, which is an the points 2 and 3 is etched thin to a thickness of about 3 to ΙΟμίπ, preferably 5 μΐπ. These places 2 and 3 are the carriers for the alignment marks 4 and the masking structures 5. The alignment marks 4 as well the structures 5 consist of an approximately 1 μm thick Coating of gold, making it practically impenetrable for X-rays and infrared light are. The alignment mark 7, which is complementary to the alignment mark 4, is located on the semiconductor wafer 6, and the photoresist layer 8 to be exposed. The rays 10 of the narrow-band infrared light source 9 penetrate the semiconductor wafer 6 and the thinly etched point 2 on the irradiation mask and can in an infrared receiver 11 can be detected. The adjustment of the semiconductor wafer is then achieved, when the amount of infrared light received by the infrared receiver 11 has reached a minimum or below the detection limit of the infrared receiver has fallen. Preferably, the infrared receiver U an infrared microscope, which usually consists of an objective, column, eyepiece and an image converter consists. The adjustment is carried out by balancing the symmetry of cross-shaped adjustment marks 4 and 7 with visual control.
Als Material der Halbleiterscheibe 6 ist im Ausführungsbeispiel Silizium angezeigt, jedoch ist die erfindungsgemäße Vorrichtung auch für Halbleitermaterialien mit Bandlückenenergien, die größer als 1, 1 eV sind, geeignet, wie z. B. für Galliumarsenid und für Galliumphosphid. In the exemplary embodiment, silicon is indicated as the material of the semiconductor wafer 6, but that according to the invention Device also for semiconductor materials with band gap energies that are greater than 1.1 eV, suitable, such as B. for gallium arsenide and for gallium phosphide.
Da die Halbleiterscheibe 6 in zwei linearen Freiheitsgraden (x, y) sowie einem Rotationsfreiheitsgrad (Θ) auf seine Unterlage beweglich ist, so sind zur eindeutigen Positionierung der Halbleiterscheibe zwei gleichartigeSince the semiconductor wafer 6 can be moved on its base in two linear degrees of freedom (x, y) and one degree of freedom of rotation (Θ), two identical types of semiconductor wafer are required for unambiguous positioning of the semiconductor wafer
Paare von Justiermarken zur Justierung der Scheibe erforderlich. In F i g. 2 ist die Anordnung der Justiermarken auf der Oberiläche der Halbleiterscheibe 6 dargestellt. Dabei dienen die Justiermarxen 4 und 7 z. B. zur Fixierung in x- bzw. y-Richtung und die Justiermarken 40 und 70 z. B. zur Fixierung bei Drehung um den Winkel Θ.Pairs of alignment marks required to align the disc. In Fig. 2 shows the arrangement of the alignment marks on the surface of the semiconductor wafer 6. The Justiermarxen 4 and 7 z. B. for fixing in the x or y direction and the alignment marks 40 and 70 z. B. for fixing when rotating through the angle Θ.
Gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird mit Vorteil ein Träger für die maskierenden Strukturen aus einer 3 bis 10 μη% insbesondere 5 μΐη, dicken SiCh-Sehicht verwendet, die durch thermische Oxydation des Siliziums hergestellt wird. Die F i g. 3 zeigt einen Querschnitt der Bestrahlungsmaske 1, die einen Träger, bestehend aus einer etwa 5 μηη dikken SiO2-Schicht 12, besitzt. Auf dieser SiCh-Schicht 12 befinden sich dann die maskierenden Strukturen 5 sowie die Justiermarken 4. Die ir? F i g. 3 dargestellte Bestrahlungsmaske hat den Vorteil, daß das Trägermaterial SiCh eine höhere Festigkeit besitzt als das vorher verwendete Silizium. Außerdem läßt sich durcn Verwendung von selektiven Ätzmitteln, die nur Silizium, aber nicht Siliziumdioxid angreifen, die Bestrahlungsmaske einfacher und präziser herstellen. According to a further development of the device according to the invention, a carrier for the masking Structures from a 3 to 10 μη%, in particular 5 μΐη, thick SiCh layer used by thermal Oxidation of silicon is produced. The F i g. 3 shows a cross section of the irradiation mask 1, which thicken a carrier consisting of an approximately 5 μm SiO2 layer 12 has. On this SiCh layer 12 are then the masking structures 5 and the alignment marks 4. The ir? F i g. 3 shown irradiation mask has the advantage that the SiCh carrier material has a higher strength than the previous one used silicon. In addition, by using selective etchants, which only contain silicon, but do not attack silicon dioxide, make the radiation mask easier and more precise.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich die Festigkeit des Trägers weiter erhöhen, wenn auf der S1O2-Schicht 12 eine weitere Schicht aus Kunstharz angebracht ist. In F i g. 4 ist ein Querschnitt der Bestrahlungsmaske 1 dargestellt, die auf der SiCh-Schicht 12 eine weitere Stützschicht 13 besitzt, die etwa 3 bis 10 μηι dick ist und aus dem Kunststoff Poiyimid besteht. Auf dieser Stützschicht 13 befinden sich dann die maskierenden Strukturen 5 sowie die Justiermarke 4.According to a further embodiment of the device according to the invention, the strength of the carrier increase further if there is a another layer of synthetic resin is attached. In Fig. 4 shows a cross section of the irradiation mask 1, which has a further support layer 13 on the SiCh layer 12, which is about 3 to 10 μm thick and consists of Plastic is made of polyimide. The masking structures 5 as well as are then located on this support layer 13 the alignment mark 4.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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