DE2635275C2

DE2635275C2 - Verfahren zur Justierung eines scheibenförmigen Substrates relativ zu einer Fotomaske in einem Röntgenstrahlbelichtungsgerät

Info

Publication number: DE2635275C2
Application number: DE19762635275
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Phys. 8011 Pöring Friedrich
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-08-05
Filing date: 1976-08-05
Publication date: 1984-09-06
Also published as: NL7708652A; DE2635275A1; JPS5318970A; FR2360916A1; FR2360916B1; IT1081184B; GB1589286A; BE857539A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Justierung eines scheibenförmigen Substrates relativ zu einer Fotomaske in einem Röntgenstrshlbelichtungsgerät, wie es im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher bezeichnet ist.

In der Halbleitertechnik, insbesondere in der Technik der integrierten Schaltungen, werden mit Hilfe fotolithografischer Ätzprozesse in Halbleitersubstrat^ bzw. in auf Halbleitersubstraten aufgebrachten Schichten sehr feine Strukturen erzeugt. Insbesondere zur Erhöhung der Integrationsdichte ist es notwendig, die Linienbreite solcher Strukturen sehr klein zu halten. Bei der Abbildung von Fotomasken mit Licht, z. B. bei der Projektionskopierung von Fotomasken auf Fotolackschichten, erreicht man durch die Beugungsweite des abbildenden Objektivs eine Grenze, die nicht weiter unterschritten werden kann. Aus diesem Grunde sind andere Verfahren entwickelt worden, bei denen die Fotomasken nicht mehr mit sichtbarem oder ultraviolettem Licht belichtet werden, sondern bei denen zur Abbildung der Fotomasken auf den Substraten Elektronen- oder Röntgenstrahlen verwendet werden, da deren Wellenlänge so kurz ist, daß die durch Beugungserscheinungen verursachte Linienverbreiterung bei der Abbildung der Masken sich nicht störend auf die Breite der zu erzeugenden Linien bzw. Strukturen auswirkt. Das Röntgenstrahl-Verfahren ist z. B. in der Lage, sehr feine Strukturen von einer Bestrahlungsmaske auf eine Fotolackschicht abzubilden, die kleiner als 1 μπι sind. Sollen integrierte Schaltungen mit solchen Strukturabmessungen hergestellt werden, sind mehrere aufeinanderfolgende fotolithografische Ätzschritte notwendig; die jeweils verwendeten Fotomasken müssen dabei zu dem im vorhergehenden Ätzverfahren erzeugten Ätzmuster justiert werden. Die Justierung muß dabei so genau erfolgen, daß der bei einer Justierung auftretende Fehler weniger als etwa 20% der minimalen Länge der abzubildenden Strukturen beträgt (vergl. DE-AS 23 33 902).

Die Justierung einer Fotomaske auf eine in einer Halbleiterscheibe befindliche Struktur, die dort mit einem vorangehenden fotolithografischen Schritt erzeugt worden ist, wird dadurch erschwert, daß im Verlauf des Herstellungsverfahrens sich die behandelte Halbleiterscheibe in ihren Dimensionen ändert, z. B. sich dehnt, und daß demzufolge die Fotomaske nicht mehr dekkungsgleich auf die auf der Substratscheibe vorhandene Struktur justiert werden kann. Ursache für solches Ver halten der Halbleiterscheiben ist beispielsweise ein Hochtemperaturprozeß, mit dem eine Oxidation des aus Silizium bestehenden Substrates bzw. eine Eindiffusion von Dotierstoff in das Halbleitersubstrat vorgenommen wird. Solche Dehnungen oder auch Schrumpfun- gen für Halbleiterscheiben liegen beispielsweise bei einer Hatbleiterscheibe mit 75 mm Durchmesser bei einer Größe von 0,5 μΐη. Dieses Verhalten ist in der Literatur unter dem Begriff »wafer instability« bekannt. Um die durch die »wafer instability« verursachten

is Ungenauigkeiten in der justierung herabzusetzen, werden Belichtungsverfahren angewendet, bei denen nicht die gesamte Halbleiterscheibe, die beispielsweise einen Durchmesser von 75 mm besitzt, in einem einzigen Schritt belichtet, entwickelt und anschließend geätzt wird, sondern es wird jeder einzelne der auf einer solchen Halbleiterscheibe befindlichen Chips, die gewöhnlich eine Größe von 5 bis 10 mm Durchmesser haben, gesondert und jeder für sich strukturiert.

Die durch die »wafer instability« verursachten Unge-

nauigkciten werden dann im Verhältnis des Chip-Durchmessers zum Scheibendurchmesser herabgesetzt, so daß die aufgrund von »wafer instability« innerhalb eines Chips hervorgerufenen Ungenauigkeiten kleiner als 0,1 |'m bind, und damit nicht mehr störend wirken.

Bei diesem sogenannten »Einzelchip-Verfahren« werden zur Belichtung des Chips eine verkleinernde Projektion. z.B. im Verhältnis von 1/10, mit sichtbarem Licht oder auch mit einem Elektronenstrahl durch das sogenannte Elektronenstrahlschreiben verwendet. Bei diesem »Einzelchip-Verfahren« ist die Bestrahlungsmaske bezüglich jedes einzelnen Chip zu justieren und für jeden einzelnen Chip eine gesonderte Belichtung vorzunehmen. Aus diesem Grunde sind die »Einzelchip· Verfahren« sehr aufwendig, insbesondere dann, wenn eine Halbleiterscheibe insgesamt etwa 150 bis 200 Einzelchips enthält. Ein weiterer Nachteil des »Einzelchip-Verfahrcns« besteht darin, daß bei seiner Durchführung die Belichtung des Fotolackes nicht mit Röntgenstrahlen erfolgen kann, da die Belichtungszeiten wegen der geringen Absorption von Röntgenstrahlen in den dafür empfindlichen Lackschichten sehr lang sind (mehrere Minuten für eine Belichtung), was bei 100 bis 200 Einzelbelichtungen zu unwirtschaftlich langen Zeiten führen würde.

Die Röntgenstrahlbelichtung ist daher bisher nur zur Belichtung einer gesamten Halbleiterscheibe (sogenanntes »full wafer-Verfahren«) eingesetzt worden. Da aufgrund der »wafer instability« beim »full wafer-Verfahren« justierungenauigkeiten bis zu 2 μπι auftreten, ist auch das Rontgenstrahlbelichtungsverfahren bisher als ein Verfahren angesehen worden, das nur zur Strukturerzeugung für Strukturen geeignet ist, die größer als 2 μπι sind, obgleich aufgrund der kleinen Wellenlänge der Röntgenstrahlen grundsätzlich sehr viel feinere

bo Strukturen damit erzeugt werden könnten.

Aufgabe der Erfindung ist es, Maßnahmen anzugeben, durch die eine Röntgenstrahlbelichtung auch bei dem Auftreten des »wafer instability-Effekts« für die Strukturerzeugung mit Strukturabmessungen kleiner

μ als I μιτι einsetzbar wird, und durch die weiter erreicht wird, daß der Ausgleich der durch »wafer instability« hervorgerufenen Ungenauigkeiten auch in einem »full wafer-Vcrfahrcn« vorgenommen werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem wie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Verfahren erfindungsgemäß nach der im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Weise gelöst

Die Erfindung beruht auf der Feststellung, daß die als s »wafer instability« bekannten Veränderungen der Substratscheiben in der Scheibenebene isotrop sind, und daß sie demzufolge durch eine lineare Vergrößerung oder Verkleinerung der Maske bei der Abbildung kompensiert werden können. Weiter wird der Umstand ausgenutzt, daß bei einer Röntgenstrahlbelichtung die Röntgenstrahlquelle punktförmig ist und daß also die Abbildung mittels einer zentralen Projektion erfolgt. Der Abbildungsmaßstab kann bei einer zentralen Projektion einmal dadurch verändert werden, daß der Abstand zwischen der Substratscheibe und der Fotomaske konstant gehalten wird und daß der Abstand zwischen der Röntgenstrahlquelle und der Fotomaske variiert wird. Die Anpassung kann aber auch so ertolgen, daß bei festem Abstand zwischen Röntgenstrahlquelle und Halbleitersubstrat der Abstand zwischen der Fotomaske und der Substratoberfläche variiert wird. Es ist aber vorzuziehen, zur Justierung die Entfernung der Röntgenquelle von der Fotomaske zu variieren. Dies ergibt sich daraus, daß bei der üblichen Röntgenstrahlbelichtung die Röntgenmaske von der Substratoberfläche in einem Abstand von etwa 50 μπι gehalten wird, und die Röntgenquelle sich in einer Entfernung von etwa 500 mm von der Fotomaske entfernt befindet. Zum Ausgleich einer Längenänderung der Substratscheibe von 0,15 μίτι ist dann eine Verschiebung der Röntgenquelle um etwa 10 mm ausreichend. Eine Verschiebung von 10 mm kann mit großer Genauigkeit eingestellt werden. Würde man dagegen den Abstand zwischen der Fotomaske und der Substratoberfläche zum Ausgleich der Substrat-Längenänderung variieren, so müßte diese Variation im μπι-Be'eich erfolgen, was erfahrungsgemäß sehr schwierig und im Verhältnis zur Verschiebung der Röntgenquelle sehr viel ungenauer erfolgt.

Im folgenden wird beschrieben und anhand der Figur näher erläutert, wie das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt wird.

In der Figur ist schematisch dargestellt, wie eine Belichtung mit Röntgenstrahlen vorgenommen wird. Die Figur ist nicht maßstabsgerecht.

In der Röntgenstrahl-Belichtungsapparatur befindet sich das Substrat 1_: das mit Justiermarken 2 versehen ist. Diese Justiermarken 2 sind aufgrund einer »wafer instability« gegenüber ihrer Soll-Lage 22 um eine Sirecke χ verschoben. Auf der Substratoberfläche und auf den lustiermarken 2 befindet sich die zu belichtende Fotolackschicht 3. Zwischen dem Substrat und der Röntgenstrahlquelle 4 ist parallel zur Oberfläche des Substrates

1 die Fotomaske 5 angebracht. Diese Fotomaske 5 besteht aus einem für Röntgenstrahlen durchlässigen Träger 6, auf dem eine Röntgenstrahlen absorbierende Schicht 7 aufgebracht ist, die mit der abzubildenden Struktur versehen ist. Zugleich befinden sich in dieser Röntgenstrahlen absorbierenden Schicht als lustiermarken dienende Fenster 30, die die korrespondieren- m> den lustiermarken der Fotomaske zu den )usliermarken

2 des Substrates sind. Der Abstand zwischen der Fotomaske 5 und der Oberfläche des Substrates 1 bzw. der Oberfläche der Fotolackschicht 3 beträgt etwa 50 μηι. Zu Beginn der Justierung befindet sich die Röntgen- bS sirahlquelle in der gestrichelt gezeichneten Ausgangsluge 41. Bei einer Röntgenstrahlbelichtung würden die von der Röntgcnquelle ausgehenden Strahlen durch die Justierfenster 20 hindurchtreten und neben den Justiermarken 2, die aufgrund der »wafer instability« aus den Soll-Lagen 22 entfernt sind, auftreffen. Zur Justierung wird nun die Röntgenquelle aus dieser Position 41 so lange verschoben, bis das von ihr ausgehende Röntgenstrahlenbündel durch die Fenster 20 hindurch wieder auf die Justiermarken 2 des Substrates trifft. Die Röntgenquelle wird dabei in die Position 40 geschoben. Auf diese Weise ist die aufgrund der »wafer instability« aufgetretene Meßaufweitung der Substratscheibe gegenüber der Fotomaske ausgeglichen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Justierung eines scheibenförmigen Substrats relativ zu einer Photomaske in einem Röntgenstrahlbelichtungsgerät, wobei eine Photomaske auf die Substrateberfläche abgebildet wird und wobei die Justierstrukturen der Photomaske auf korrespondierende Justierstrukturen des Substrates abgebildet und mit ihnen zur Deckung gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Justierung zum Ausgleich von Maßstabsabweichungen der Abbildungsmaßstab der Zeniralprojektion bei Verwendung einer punktförmigen Röntgenquelle durch Verschiebung der Röntgenquelle so verändert wird, daß das von der Röntgenquelle ausgehende Strahlenbündel durch die justiermarken auf der Photomaske und auf dem Substrat durchtritt, wobei die Justiermarken entsprechend dem gewünschten Abbildungsmaßstab auf Maske und Substrat angeordnet sind.