DE2520147C2

DE2520147C2 - Radiation mask for X-ray exposure of photoresist layers and process for their manufacture

Info

Publication number: DE2520147C2
Application number: DE19752520147
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Phys. 8011 Pöring Friedrich
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1975-05-06
Publication date: 1977-06-23

Description

Die Erfindung betrifft eine wie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebene Bestrehlungsmaske und ein Verfahren ?Ü ihrer Herstellung.The invention relates to one as in the preamble of Claim 1 specified irradiation mask and a method? Ü of their production.

Aus der Literaturstelle »Solid-State Technology«, juli 1972 S 21-25 und aus der französischen Patentschrift 2168 053 ist bekannt, bei fotolithografischen Prozessen, mit denen Halbleitersysteme mit Stirukturabmessungen m Mikrometer-Bereich hergestellt werden, die Belichtune des Fotolackes mit Röntgenstrahlen vorzunehmen, Bei der Benutzung von Röntgenstrahlen zur Belichtung werden störende Beugungserscheinungen bei der Projektion der maskierenden Strukturen auf die Fotolackschicht herabgesetzt, Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn ein Abstand zwischen der 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,From the reference "Solid-State Technology", July 1972 S 21-25 and from the French patent specification 2168 053 is known in photolithographic processes, with which semiconductor systems with structural dimensions be produced in the micrometer range, to make the exposure of the photoresist with X-rays, When using X-rays for exposure, disruptive diffraction phenomena are caused by the Reduced projection of the masking structures onto the photoresist layer, this is particular advantageous when there is a distance between the exposure mask and the photoresist layer Exposure should be adhered to. According to the state of the art, X-rays are also used at the same time, the irradiation mask with respect to the semiconductor wafers on which the photoresist layer is located is to be adjusted in their geometrical position,

Die Verwendung von Röntgenstrahlen zur Justierung der Position der Halbleiterscheiben relativ zur Maske verlangt einen verhältnismäßig großen Aufwand für die Justierapparaturen, da diese mit Röntgenstrahldetekto· ren ausgerüstet werden müssen. Ferner sind weitere Arbeitsprozesse an den Halbleiterscheiben erforderlich, da sie bei der Justierung von Röntgenstrahlen durchdrungen werden und aus diesem Grunde an entsprechenden Stellen geätzt werden müssen. Weiterhin sind beim Arbeiten mit Röntgenstrahlen erhebliche Sicherheitsvorkehrungen für das Bedienungspersonal erforderlich, so daß auch hierdurch zusätzlicher Arbeitsaufwand entsteht.The use of X-rays to adjust the position of the wafers relative to the mask requires a relatively large amount of effort for the adjustment equipment, since it is equipped with an X-ray detector need to be equipped. Furthermore, further work processes are required on the semiconductor wafers, since they are penetrated by X-rays during the adjustment and for this reason on appropriate places must be etched. Furthermore, when working with X-rays are considerable Safety precautions for the operating personnel are required, so that additional Workload arises.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, für fotolithografische Prozesse, bei denen in Fotolacken mittels Röntgenstrahlen Strukturen erzeugt werden sollen, eine Bestrahlungsmaske anzugeben, die es ermöglicht, die Verwendung von Röntgenstrahlen für die Justierung der Halbleiterscheiben bezüglich der Bestrahlungsmaske zu umgehen.The object of the present invention is for photolithographic processes in which in photoresists Structures are to be generated by means of X-rays, to indicate a radiation mask, which it enables the use of X-rays for the alignment of the semiconductor wafers with respect to the Bypass radiation mask.

Diese Aufgabe wird bei einer wie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Bestrahlungsmaske erfindungsgemäß nach der im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Weise gelöst.This object is achieved with an irradiation mask as specified in the preamble of claim 1 solved according to the invention in the manner indicated in the characterizing part of claim 1.

Die Erfindung berücksichtigt, daß statt einer Justierung, bei der die Bestrahlungsmaske und die mit dem Fotolack versehene Halbleiterscheibe durchstrahlt werden, die Justierung auch im Auflicht mit Hilfe eines Mikroskops durchgeführt werden kann, wenn der Trägerkörper, der bei dem nach dem Stand der Technik verwendeten Bestrahlungsmaske für sichtbares Licht undurchlässig ist, an den für die Justiermarken und die Beobachtung der Justiermarken vorgesehenen Stellen durchsichtige Fenster aufweist. Bei einer solchen Bestrahlungsmaske kann dann wie mit einer Fotomaske auf einem Glassubstrat justiert werden. Als Justiermarke der Bestrahlungsmaske kann auch der Rand der öffnungen selbst verwendet werden.The invention takes into account that instead of an adjustment in which the exposure mask and with the Photoresist provided semiconductor wafers are irradiated, the adjustment also in incident light with the help of a Microscope can be carried out if the support body, which in the case of the prior art The irradiation mask used is opaque to visible light, at the for the alignment marks and the Observation of the alignment marks provided places has transparent windows. With such a The irradiation mask can then be adjusted like a photo mask on a glass substrate. The edge of the openings themselves can be used.

Zweckmäßigerweise befindet sich auf den Inseln im Bereich der öffnungen jeweils eine Justiermarke, deren Rand von dem Rand der öffnung wenigstens um eine Strecke entfernt ist, die gleich der größten, für die Justierung der Maske erforderlichen VerschiebungsstreckeistExpediently there is an alignment mark on each of the islands in the area of the openings Edge is removed from the edge of the opening at least by a distance equal to the largest for which Adjustment of the mask is necessary displacement distance

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung und ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemlßen Bestrahlungsmaske gehen aus den Unteransprüchen hervor.Further developments of the invention and a preferred method for producing the radiation mask according to the invention emerge from the subclaims.

Im folgenden wird ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung beschrieben und es wird anhand der Figuren erläutert, wie es aufgebaut und wie es hergestellt wird.The following is an exemplary embodiment of the Invention described and it is based on the figures explains how it's built and how it's made.

F i g, I zeigt schematisch einen QMcrschnitt durch eine Bestrahlungsmaske; inF i g, I schematically shows a QM section through a Radiation mask; in

. Fig,2 ist schematisch der Vcrfahrcn&gang zur Herstellung der Bestrahlungsmaske dargestellt.. Fig. 2 is a schematic of the process for Production of the radiation mask shown.

Die Bestrahlungsmaske besteht aus einer etwa 3 μηι dicken, bordotierten Siliziumschicht I, die mit Öffnungen 2 versehen ist, Über den Öffnungen 2 befinden sich Inseln 3 aus einer für sichtbares Licht durchlässigen Schicht, wobei diese Inseln die öffnungen 2 zudecken, Auf dem Trilgerkörper 1 befindet sich die mit einer Struktur versehene Schicht 4, die für Röntgenstrahlen absorbierend ist. Auf den Inseln 3 befinden sich Justiermarken 5, deren Größe so bemessen ist, daß an ihnen vorbei Licht durch die öffnung 2 hindurchtreten kann.The irradiation mask consists of an approximately 3 μm thick, boron-doped silicon layer I, which has openings 2 is provided, over the openings 2 there are islands 3 of a transparent to visible light Layer, with these islands covering the openings 2 Structured layer 4 which is X-ray absorbent. On the islands 3 there are Adjustment marks 5, the size of which is such that light passes them through the opening 2 can.

In F i g, 2 ist der Verfahrensgang zur Herstellung einer solchen Bestrahlungsmaske schematisch dargestellt. Auf einem Siliziumkörper 21 wird eine Siliziumdioxidschicht 22 aufgebracht (F i g. 2a). Diese Siliziumdioxidschicht ist etwa 2μπι dick. Sodann wird die Schicht 2 bis auf Inseln 3 mittels eines fotolithografischen Ätzprozesses entfernt (Fig.2b). Anschließend wird ein oberflächennaher Bereich 1 des Siliziumkörpers 21 in einem Diffusionsverfahren mit Bor dotiert. Die Dotierstoffkonzentration beträgt mehr als etwa IO^ie/cm', vorzugsweise etwa |0^Z£tem'. Dabei dienen die Inseln 3 als Diffusionsmssken, Per mit Bor dotierte Bereich I reicht etwas unter clielnscln 3 aufgrund dar auftretenden Unterdiffusion der Diffusionsmafiken (F i g. 2c), In einem Ätzverfahrerwird anschließend der nichldoiierte Teil des Siliziumkkpcrs fortgcätzl, Als Ätzmittel kann eine alkalisch! Lösung verwendet werden, die aus 300 Teilen Wass-ir, 90 Teilen KOH und 180 Teilen Isopropano! besteht. Die Ätzung erfolgt beiIn F ig, 2 the process sequence for the production of such an irradiation mask is shown schematically. A silicon dioxide layer 22 is applied to a silicon body 21 (FIG. 2a). This silicon dioxide layer is about 2μπι thick. The layer 2 is then removed except for islands 3 by means of a photolithographic etching process (FIG. 2b). Subsequently, a region 1 of the silicon body 21 close to the surface is doped with boron in a diffusion process. The dopant concentration is greater than about IO ^IU / cm ', preferably about | ^Z 0 ^£ tem'. The islands 3 serve as diffusion masks, area I doped with boron extends slightly below clielnscln 3 due to the underdiffusion of the diffusion mafics (Fig. 2c). Solution can be used, which consists of 300 parts of water, 90 parts of KOH and 180 parts of isopropano! consists. The etching takes place at

ίο Zimmertemperatur; die ÄUdauei hängt von der Dicke des Siliziumkörpers ab und beirägt einige Minuten. Aufgrund der Tatsache, daß dai bordotierte Silizium wesentlich langsamer abgeätzt wird, verbleibt nach diesem Ät'/prozcß eine mit Öffnungen verseheneίο room temperature; the duration depends on the thickness of the silicon body and contributes a few minutes. Due to the fact that there is boron-doped silicon is etched away much more slowly, after this etching process one remains provided with openings

bordotierte Siliziumschicht, wobii sich auf den öffnungen die Inseln 3 befinden (F i g. 21), Sodann wird auf die bordotierte Siliziumschicht, die Jen Trügerkörper der Maske darstellt, eine röntgerotrablenabsorbiercnde Schicht 4 aufgebracht und dies« Schicht mittels eines fotolithografischen Verfahrens rrit Strukturen versehen (F i g, 2e), Die Schicht 4 besteht vorzugsweise aus Gold, Für den Fall, daß auf die Inseln 3 Justiermarken 5 aufgebracht werden sollen, werjen diese im gleichen Verfahren mit der Herstellung «ler röntgenstrahlenabsorbierenden Schicht hergestellt-boron-doped silicon layer, whereby the openings the islands 3 are located (Fig. 21), then the boron-doped silicon layer, which represents the carrier body of the mask, an X-ray tube absorbent Layer 4 is applied and this layer is provided with structures by means of a photolithographic process (F i g, 2e), the layer 4 is preferably made of gold, in the event that 3 alignment marks 5 are to be applied, who do this in the same process as the manufacture of X-ray absorbing Layer made-

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claims;

1. Bestrahlungsmaske für die Strukturerzeugung in Fotolaeksehiebten mittels Röntgenstrahlen, mit einem Tragerkörper und mit einer auf dem Trögerkörper befindlichen, Röntgenstrahlen absorbierenden Schicht, welche mit der Struktur versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der f rägerkörper (1) eine oder mehrere öffnungen (2) aufweist und daß sich auf der Oberfläche des Trägerkörpers (1) Inseln (3) aus einer für sichtbares Eicht durchlässigen Schicht befinden, welche jeweils eine öffnung (2) bedecken und über den Rand (6) dieser öffnung hinausragen,1. Irradiation mask for the creation of structures in photolex slips by means of X-rays, with a carrier body and with an X-ray absorbing layer located on the carrier body, which layer is provided with the structure is, characterized in that the carrier body (1) has one or more openings (2) has and that there are on the surface of the support body (1) islands (3) from a visible Easily permeable layer are located, each of which covers an opening (2) and over the edge (6) protrude from this opening,

2. Bestrahlungsmaske nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf den Inseln (3) über den öffnungen (2) Justiermarken befinden, wobei der2. Irradiation mask according to claim I, characterized in that on the islands (3) on the openings (2) are alignment marks, whereby the

'Rand (7) der Justiermarken von dem Rand der jeweiligen Öffnung (2) wenigstens um eine Strecke entfernt ist, die gleich der größten für die Justierung erforderlichen Verschiebungsstrecke der Maske ist.'Edge (7) of the alignment marks from the edge of the respective opening (2) at least by a distance is removed, which is equal to the largest displacement distance of the mask required for the adjustment.

3. Bestrahlungsmaske nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (1) aus bordotiertem Silizium besteht.3. Irradiation mask according to one of claims 1 or 2, characterized in that the Carrier body (1) consists of boron-doped silicon.

4. Bestrahlungsmaske nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Inseln (3) aus S1O2 bestehen.4. Irradiation mask according to one of claims 1 to 3, characterized in that the islands (3) consist of S1O2.

5. Bestrahlungsmaske nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die röntgenstrahlenabsorbierende Schicht (4) und die Justiermarken (5) aus dem gleichen Material bestehen.5. Irradiation mask according to one of claims 1 to 4, characterized in that the X-ray absorbing layer (4) and the alignment marks (5) consist of the same material.

6. Bestrahlungsmaske nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die röntgenstrahlenabsorbierende Schicht (4) aus Gold besteht.6. Irradiation mask according to one of claims 1 to 5, characterized in that the X-ray absorbing layer (4) consists of gold.

7. Verfahren zur Herstellung einer Bestrahlungsmaske nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch den Ablauf der folgenden Verfahrensschritte:7. A method for producing an irradiation mask according to any one of claims 1 to 6, characterized by the sequence of the following process steps:

1. Aufbringen einer für sichtbares Licht durchlassigen Schicht (22) auf der Oberfläche eines scheibenförmigen Siliziumkörpers (21),1. Applying a layer (22) permeable to visible light on the surface of a disk-shaped silicon body (21),

2. Erzeugen von Inseln (23) der durchlässigen Schicht (22) durch Entfernen der übrigen Teile dieser Schicht (22) von der Oberfläche des Siliziumkörpers (21),2. Creation of islands (23) of the permeable layer (22) by removing the remaining parts this layer (22) from the surface of the silicon body (21),

3. Bor-Dotierung eines oberflächennahen Bereiches (24) des Siliziumkörpers (21) mittels Diffusion, wobei die Inseln (23) als Diffusionsmasken verwendet werden,3. Boron doping of a near-surface area (24) of the silicon body (21) by means of Diffusion, the islands (23) being used as diffusion masks,

4. Entfernen des nichtdotierten Teiles des SiIi-,' ziumkörpers,4. Removal of the undoped part of the silicon, zium body,

5. Aufbringen der mit einer Struktur versehenen, runigensirahieriabscrbicrenden Schicht (25) auf der Oberfläche des Siüzsumkörpers.5. Application of the structured, runic-sirahieriabscrbicrenden layer (25) the surface of the Siüzsumkörpers.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Bor-Dotierung eine Dotierstoffdichte von etwa lO^/cm³ erreicht wird.8. The method according to claim 7, characterized in that a dopant density of about 10 ^ / cm ^{3 is} achieved with the boron doping.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Inseln (23) Justiermarken (27) aufgebracht werden.9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that alignment marks (27) are applied to the islands (23).