DE2708674C3

DE2708674C3 - Verfahren zum Justieren einer Belichtungsmaske relativ zu einer Substratscheibe bei der Fotolithografie

Info

Publication number: DE2708674C3
Application number: DE19772708674
Authority: DE
Inventors: Hans Ing.(Grad.) 8034 Unterpfaffenhofen Binder; Dietrich Dr.-Ing. 8025 Unterhaching Widmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-02-28
Filing date: 1977-02-28
Publication date: 1980-07-24
Also published as: DE2708674A1; DE2708674B2

Description

Die Erfindung betriff! ein Verfahren zum Justieren einer Belichtungsmaske relativ zu einer Substratscheibc bei der Fotolithografie, wie es im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher angegeben ist.

Zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und integrierten Schaltkreisen werden in der Regel nachefnander auf ein Halbleitersubstrat mehrere Schichten, z. B. Isolatorschichten, Leiterbahnschichten, aufgebracht und diese Schichten mit fotolithografischem Verfahren mit einer Struktur versehen. Besonders bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen, bei denen die einzelnen Bauelemente eine Ausdehnung von nur einigen μπι aufweisen, ist es notwendig, daß die erzeugten Strukturen mit einer hohen Lagegenauigkeit zueinander hergestellt werden. Dazu ist es notwendig, die bei den aufeinanderfolgenden fotolithografischen Verfahrensschritten verwendeten Belichtungsmasken sehr genau auf die Substratscheibe zu justieren. Zur Justierung wird gewöhnlich mit einem fotolithografischen Schritt eine Justiermarke, beispielsweise ein Kreuz, von einer Fotomaske in die Substratscheibe übertragen. Die justierung einer folgenden Belichlungsmaske erfolgt dadurch, daß eine in dieser Belichtungsmaske befindliche Justiermarke auf die in der Substratscheibe befindliche, korrespondierende Justiermarke abgebilde! wird. Bei der Verwendung von Positiv-Fotolack ist beispielsweise eine Belichtungsmaske, die zur Herstellung von einzelnen Dirfusionsfenstern in einer auf einem Halbleitersubstrat befindlichen Oxidschicht verwendet werden soll, im wesentlichen lichtundurchlässig. In einem solchen Fall wird gewöhnlich als Justiermarke für die Belichtungsmaske ein transparentes Kreuz gewählt, das in seinen Abmessungen etwas größer ist als das korrespondierende Kreuz auf der Substratscheibc In diesem Beispiel wird bei dem mit Hilfe dieser Belichtungsmaske durchgeführten fotolithografischen Schritt die Oxidschicht bereichsweise entfernt, und es wird anschließend das freigelegte Siliziumsubstrat thermisch mit einer Siliziumdioxidschicht überzogen. Bei diesem Prozeß wird das in tier Bevkhtungsmaske zur Justierung befindliche Kreuz ebenfalls in die Substratscheibe übertragen. Man erhält daher bei diesem fotolithografischen Ätzprozeß in der Subslratscheibe ein Kreuz, das die Abmessungen des Kreuzes der Belichtungsmaske besitzt, und damit gegenüber dem ursprünglichen, in der Subst^atscheibe befindlichen Kreuz vergrößert ist. Dementsprechend muß daher bei dem gewöhnlich angewendeten Verfahren eine weitere Belichtungsmaske mit einem noch größeren, transparenten Kreuz ausgestattet sein, damit für die Justierung das jetzt in der Substratscheibe befindliche korrespondierende Kreuz im ganzen Umfang durch das Kreuz der weiteren Belichtungsmaske hindurch sichtbar ist. Entsprechendes gilt für die Belichtungsmasken, die für die darauffolgenden fotolithografischen Prozesse verwendet werden. Aufgrund dieses Umstandes ist aber gleichzeitig die Reihenfolge der Masken in den Herstellungsverfahren festgelegt. Eine Änderung der Reihenfolge der Masken würde zur Folge haben, daß beispielsweise auf ein relativ großes Kreuz des Substrates ein kleineres transparentes Kreuz einer Belichtungsmaske justiert werden müßte. Dies würde aber zu Justierungsungenauigkeiten führen. Entsprechendes gilt auch für die Verwendung von Belichtungsmasken, die im wesentlichen transparent sind, und bei denen die Justiermarken aus dunklen Strichen auf transparentem Untergrund bestehen.

in der älteren Anmeldung 26 42 634 (VPA 76 P 7 i27) ist ein Justierverfahren beschrieben, das einen Wechsel in der Reihenfolge der Belichtungsmasken erlaubt. Bei

diesem Justierverfahren werden allerdings Justierstrukturen verwendet, die für jede einzelne Maske ein Paar von Kreuzen vorsehen. Dementsprechend erfordern diese Justierstrukturen auf den Belichtungsmasken einen relativ großen Platzbedarf, Weiterhin ist es selbst bei solchen Jusiierstrukturen möglich, daß aufgrund von Lagefehlern, welche beim Justieren auf ein jeweils anderes Kreuz der Substratscheibe auftreten können, eine zusätzliche Ungenauigkeit in der Herstellung der integrierten Schaltung resultiert.

Aufgabe der Erfindung ist es, für ein wie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenes Justierverfahren Möglichkeiten anzugeben, die einen Wechsel der Reihenfolge der einzelnen Belichtungsmasken bei gleichzeitigem kleinen Platzbedarf für die Justierstrukturen erlauben und bei dem stets auf die gleiche Justiermarke in der Substratscheibe justiert werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem wie im Oberbegriff des Patentanspruches i angegebenen Justierverfahren erfindungsgemäß nach dem im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Weise gelöst.

Besondere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung baut darauf auf, daß bei einem fotolithogi afischen Verfahren von einer Belichtungsmaske Strukturen, deren Linienbreite kleiner als etwa 1 μίτι ist, nicht mehr in das unter dem Fotolack liegende Substrat übertragen werden können. Dies ergibt sich daraus, daß beispielsweise bei einem »proximityw-Kopierverfahren aufgrund von Beugungserscheinungen sehen dunkle Strukturen der Belichtungsmaske mit Linienbreiten von etwa 2 μίτι mit einem so schlechten Kontrast abgebildet werden, daß nach dem Entwickeln des Fotolackes die Oberfläche des unter dem Fotolack liegenden Substrates nicht mehr strukturiert wird. Auch bei einer Kontaktkopie, bei der die Auswirkung solcher Beugungserscheinungen herabgesetzt wird, werden Strukturen mit Linienbreiten unterhalb von 1 μΐη nicht mehr in das Substrat übertragen, selbst wenn beim Entwickeln noch derartige Strukturen in de\> Fotolack übertragen werden könnten. Dies ergibt sich daraus, daß bei dem naßchemischen Ätzen des vom Fotolack befreiten Substrates an den Fotolackstrukturen Unterätzungen auftreten, die etwa 1 μιη weit unter die Fotolackflanken reichen. Bei dünnen Fotolack-Linien mit Breiten von weniger als 1 μίτι wird eine solche Linie von beiden Seiten her unterätzt und daher nicht in das darunterliegende Substrat übertragen. Die Erfindung macht sich diesen Umstand zunutze, indem als Justiermarken Strukturen mit gerade solchen Linienbreiten verwendet werden, die beim fotolithografischen Ätzprozeß nicht in das Substrat übertragen werden. Auf diese Weise ist es möglich, sämtliche Belichtungsmasken auf die gleiche, korrespondierende Justiermarke des Substrates zu justieren, ohne daß dadurch diese korrespondierende Justiermarke der Substratscheibe verändert wird. Dadurch ist es möglich, die Reihenfolge der einzelnen Belichtungsmasken beliebig zu ändern, Ein weiterer Vorteil dieses Justierverfahrens besteht darin, daß jede Belichtungsmaske mit nur einer Justierstruktur versehen werden muß und auf diese Weise der für die Justierstruktur benötigte Platzbedarf erheblich verringert <vird.

Besteht die Justierstruktur der Belichturigsmaske der Erfindung gemäß beispielsweise aus einem Kreuz mit dunklen Balken, deren Linienbreite weniger als 1 μπι beträgt, so erweist es sich weiterhin als zweckmäßig, die Überkreuzungsstelle dieser Balken transparent zu lassen, da dabei mit Sicherheit verhindert wird, daß diese Oberkreuzungsstelle in das Substrat übertragen wird. Bei einer komplementär aufgebauten Maske, bei der dem entsprechend die Justierstruktur aus einem Kreuz mit hellen Balken auf undurchsichtigem Grund besteht, wird dieser Überkreuzungspunkt der Balken in

ίο entsprechender Weise undurchsichtig gelassen. Die Substratscheibe wird mit einem Kreuz versehen, bei dem die Ealkenbreite etwa das 5-fache der Balkenbreite der Justierstrukturen auf den Belichtungsmasken beträgt

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben und näher erläutert.

Fig. 1 zeigt als Beispiel eine Justierstruktur, die für die Substra'scheibe verwendet wird,

Fig.2 zeigt eine Justierstruktiv die gemäß der Erfindung für die Beliehiungsmasken verwendet wird.
F i g. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel.
Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Justierverfahrens wird beispielsweise mit einer ersten Belichtungsmrwke und einem fotolithografischen Schritt eine Justierstruktur in die Substratscheibe übertragen, die als Kreuz mit einer Balkenbreite von etwa 5 μηι ausgebildet ist. Wird bei dem fotolithografischen Verfahren Positiv-Fotolack verwendet, so ist die zur Erzeugung dieses Justierkreuzes vorgesehene Belichtungsmaske mit einem Justierkreuz aus dunklen Balken auf transparentem Grund versehen, im Falle von Negativ-Fotolack mit hellen Balken auf dunklem Grund. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, können diese beiden zueinander komplementären Justiermarken auch gleichzeitig auf der Belichtungsmaske vorhanden sein. Von dieser ersten Belichtungsmaske wird das in F i g. I dargestellte Justierkreuz in einem fotolithografischen Schritt in die Substratscheibe eingeätzt. Da die seitlichen Begrenzungskanten des eingeätzten Kreuzes nicht exakt senkrecht zur Substratoberfläche verlaufen, wird einfallendes Licht von diesen schräg verlaufenden Begrenzungsflächen reflektiert, so da3 dieses Kreuz im Auflicht sichtbar ist.

In F i g. 2 ist dargestellt, wie im Vergleich zu der in der

*5 Substratscheibe eingeätzten Justierstruktur die Justierstruktur der folgenden Belichtungsmasken ausgestaltet ist. Bei Verwendung von Positiv-Fotolack besteht diese Justierstruktur aus einem dunklen Kreuz auf transparentem Grund. Soll diese Maske durch Umkopieren für

■>o Negativ-Fotolack oder für die sogenannte »Lift-ofl«- Technik verwendet werden, so wird das im umkopierten Zustand dunkle Kreuz (unteres Kreuz in Fig. 2) verwendet. Die Balkenbreite dieser Kreuze ist beispielsweise 0,8 μιη, die Länge dieser Balken z. B. 30 μιη. Soll

^r>5 wahlweise Positiv-Fotolack oder Negativ-Fotolack verwendbar sein, so können auch beide Justierkreuze nebeneinander als Justierstruktur für die weiteren Belichtungsmaskeii verwendet werden.

Die Fig,3 zeigt ein weiteres Beispiel für eine

w Justierstruktur gemäß dem Unteranspruch 10, das sich auch für eine automatisierte Justierung eignet. Das dargestellte Kreuz 3 wird in einem ersten fotolithografischen Schritt in die Substratscheibe übertragen, die weiteren Belichtungsmasken weisen als Justiermarke

^f> ein dunkles Quadrat auf, das auf den Überkreuzungsbereich des Kreuzes justiert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungea

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Justieren einer Belichtungsmaske relativ zu einer Substratscheibe bei der Fotolithografie, bei dem eine Justiermarke der Belichtungsmaske auf eine korrespondierende Justiermarke der Substratscheibe abgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Justiermarke der Belichtungsmaske eine Justierstruktur verwendet wird, deren Linienbreite geringer ist als die kleinste, bei dem fotolithografischen Verfahren in das Substrat übertragbare Linienbreite.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Fotolithografie, bei der die Belichtungsmaske in einer Kontaktkopie auf die Substratscheibe abgebildet wird, als Justiermarke eine Struktur verwendet wird, deren Linienbreite weniger als I μηι beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Fotolithografie, bei der die Belichtungsmaske mit einem Abstand von etwa 5 μιη bis etwa 50 μιη zwischen der Belichtungsmaske und der Substratscheibe mit Licht auf die Substratscheibe abgebildet wird, als Justiermarke eine Struktur verwendet wird, deren Linienbreite weniger als 2 μπι beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Fotolithografie, bei der die Belichtungsmaske in einer Projektionskopie n-fach verkleinert ai;^r die Substratscheibe abgebildet wird, als Juslicrmarke der Belichtunp^maske eine Struktur verwendet wird, deren Linienbreite weniger als etwa η μιη beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Justiermarken Kreuze verwendet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für ein fotolilhografisches Verfahren mit Positiv-Fotolack als Justiermarke dunkle Kreuze auf transparentem Untergrund verwendet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß bei einem fotolithografischen Verfahren mit Negativ-Fotolack eine umkopierte positive Bclichlungsmaske verwendet wird, die ein transparentes Kreuz auf undurchsichtigem Untergrund und ein undurchsichtiges Kreuz auf transparentem Untergrund enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kreuz mit undurchsichtigen Balken verwendet wird, bei dem der Überkreuzungsbereich der Balken transparent ist.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kreuz mit durchsichtigen Balken verwendet wird, bei dem der Überkreuzungsbereich der Balken undurchsichtig ist.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Justiermarke der Belichtungsmaske ein dunkles Quadrat mit einer Kantenlänge von 1,5 um auf transparentem Grund, und als lusticrmarke der Substratscheibc ein Kreuz mit 6 μιη Balkenbrcite verwendet wird, bei dem im Überkreuzungsbereich der Balken ein Quadrat von 4 μπι Kantenlänge ausgespart ist.

ίο