DE3503290A1 - Verfahren zum herstellen von justiermarken, eich- und messstrukturen im sub(my)m-bereich fuer die elektronen- und ionenstrahl-schreib- und -messtechnik - Google Patents

Description

• Verfahren zum Herstellen von Justiermarken, Eich- und Meß
• strukturen im subpm-Bereich für die Elektronen- und Ionen strahl-Schreib- und -Meßtechnik.
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Justiermarken, Eich- und Meßstrukturen im sub#m-Bereich, wie sie insbesondere bei der Erzeugung von integrierten Halbleiterschaltungen in der Elektronen- und Ionenstrahl-Schreib- und -Meßtechnik verwendet werden.
• Zur Strukturerzeugung auf Halbleitermaterialien werden Elektronenstrahlschreiber oder Ionenstrahlschreiber eingesetzt, bei denen mit Hilfe einer feinen Sonde ein Resist bestrahlt und dadurch ein Strukturmuster, zum Beispiel das einer integrierten Schaltung, erzeugt wird.
• Hierbei ist es notwendig, bestimmte Positionen auf dem Substrat oder dem Substrathalter erkennen zu können und nach diesen mit Genauigkeiten bis unterhalb des Sondendurchmessers und/oder einem sehr guten Signal zu Rausch-Verhältnis messen zu können.
• Die Aufgabe, die der Erfindung zugrundeliegt, besteht in der Herstellung von Markierungen für folgende Zwecke: 1. als Marken für das Erkennen der Tischpositionen beim Elektronen- oder lonenstrahlschreiben, 2. für die Erstellung von beliebigen Referenz- und Meßstrukturen in der Elektronenstrahlmeßtechnik, 3. für das Ausmessen von Sondenprofilen bei Elektronen-und lonenstrahlgeräten und 4. als Justiermarke in Mehrlagensystemen und bei Mischlithographien Aus einem Aufsatz von Davis im IBM J. Res. Develop., Vol. 24, Nr. 5 (1980), Seiten 545 - 553, ist es bekannt, für die Tischpositionierung in der Elektronenstrahlschreibtechnik V-Gräben in Silizium zu verwenden. Bei sehr kleinen Sondenströmen ( <lnA) reicht aber bei sehr feinen Sonden das Signal- zu Rausch-Verhältnis bei diesem Verfahren nicht mehr aus (siehe auch Aufsatz von Friedrich, Zeitler und Bierhenke in J. Electrochem. Soc.: Solid State Science and Technology, April 1977, Vol. 124, Nr. 4, Seiten 627 -629).
• Für die Erstellung von Referenz- und Meßstrukturen sind Standards im Handel erhältlich. Die kleinste Strukturbreite, die erhältlich ist, liegt im Bereich von 1 pm.
• Bei vielen Anwendungen der Elektronen- und Ionenstrahltechnik ist es wichtig, den Durchmesser der Sonde zu kennen. Dazu wird der Elektronen- oder Ionenstrahl über ein kontrastreiches Substrat gerastert und der zeitliche Intensitätsverlauf der rückgestreuten Elektronen analysiert. Als Streuzentrum wäre hierzu ein stark rückstreuender Punkt ideal, dessen Ausdehnung klein ist gegen die der zu messenden Sonde. Dieses ist jedoch, unter anderem auch aus Intensitätsgründen, bei Sondengrößen im Bereich von 50 ... 500 nm nicht realisierbar. Daher wird üblicherweise der Strahl über eine Kante gerastert. Abgesehen davon, daß das Rückstreusignal hierbei über die Intensitätsverteilung der Sonde in eine Richtung integriert wird, erhält man noch zusätzlich Verfälschungen durch Faltung des Intensitätsverlaufs mit der Geometrie (Rauhigkeit) bzw. der Topographie der Kante. So ist für das Ausmessen von Sondenprofilen bei Elektronenstrahlgeräten ein Ver- fahren bekannt, bei dem mit dem Elektronenstrahl über eine Platinblende gerastert und dann der Signalanstieg ausgewertet wird. Diese Blenden weisen eine Stufe bzw.
• eine rauhe Flanke auf, die zu den bereits angedeuteten Signalverfälschungen führt. Daher sind auch Schwermetallmarken, wie von D. E. Davis beschrieben, nur bedingt einsetzbar.
• Ein Verfahren, wie es beispielsweise in einem Aufsatz von Rishton et. al. im J. Phys. E: Sci. Instr. Vol. 17, 1984, auf den Seiten 296 - 303 beschrieben ist, vermeidet diesen Nachteil, ist aber mit den meisten Prozeßschritten der Halbleitertechnik nicht verträglich, bzw. läßt sich nur für Sonderfälle verwenden.
• Justiermarken innerhalb von Mehrlagensystemen sind bislang nicht bekannt. Bei Mischlithographien wird bisher nur zu Strukturen auf dem Substrat justiert.
• Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe der Herstellung von Markierungen für die oben genannten Zwecke durch ein Verfahren, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß a) als zu strukturierendes Material ein Material mit einer relativen Atommasse größer 100 verwendet wird, b) die Dicke der zu strukturierenden Schicht im Bereich von 20 bis 100 nm eingestellt wird, c) die Strukturierung durch Trockenätzung unter Zuhilfenahme einer Lackmaske durchgeführt wird, d) das zu strukturierende Material mit der relativen Atommasse größer 100 auf einem elektrisch leitenden Material mit einer relativen Atommasse kleiner 50 aufgebracht wird und e) für das Substrat oder für die Schichtenfolge darunter ein Material mit geringer Elektronenrückstreuung verwendet wird.
• Die Lackmaske nach Verfahrensschritt c) entfällt, wenn die Strukturierung durch direktes Ionenstrahlschreiben durchgeführt wird.
• In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß als zu strukturierendes Material vorzugswel se Gold verwendet wird, die Trockenätzung mittels reaktiven Ionenätzens und/oder mittels Ionenstrahlätzens oder direktes lonenstrahischreiben durchgeführt wird und als Unterlage für das zu strukturierende Material vorzugsweise eine Aluminiumschicht verwendet wird, die eine Schichtdicke in einem Bereich von 50 bis 200 nm aufweist.
• Die Belichtung der zur Maskierung vorgesehenen Lackschicht erfolgt gemäß einem Ausführungsbeispiel nach der Lehre der Erfindung mit Elektronen-, Ionen- oder Röntgenstrahlen mit Linienbreiten bis in den Bereich von 1/10 um.
• Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß sich die Schichtenfolge der durch Trockenätzung zu strukturierenden Schicht mit der hohen relativen Atommasse, zum Beispiel aus Gold, und der Schicht aus einem Material mit einer niedrigen reaktiven Atommasse und einer für die Abführung der Elektronen ausreichenden elektrischen Leitfähigkeit, zum Beispiel aus Aluminium, direkt auf einem Substrat mit einer niedrigen relativen Atommasse, zum Beispiel Silizium, oder aber auf einer Schicht aus Polyimid oder einem Fotoresist mit einer Dicke von mindestens 1 um befindet, um den Einfluß von am Substrat rückgestreuten Elektronen auszuschließen. Die Polyimid- oder Resistschicht kann entfallen, wenn die Erfindung für Eichstrukturen oder für das Ausmessen von Sondenprofilen in Elektronenstrahlgeräten verwendet wird. Dabei muß das Substrat eine geringe rela- tive Atommasse t C 50) aufweisen.
• Bei der Anwendung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Justiermarken in Mehrlagensystemen wurde festgestellt, daß bereits dünnste, das heißt 30 nm dicke Goldschichten auf dem genannten Aufbau einen guten Kontrast, das heißt ein Signalzu Rauschverhältnis, von #2:1 ermöglichen.
• Der Schichtenaufbau einer zum Beispiel als Justiermarke dienenden Markierung gemäß der Lehre der Erfindung ist aus der Figur ersichtlich. Dabei gelten folgende Bezugszeichen: 1 = Substrat, zum Beispiel bestehend aus Halbleitermaterial oder Röntgenmasken-Trägerfolie, 2 = Polyimid- oder Resistschicht (2 pm dick) = Bottom Resist 3 = elektrisch leitfähige, wenig rückstreuende Schicht aus zum Beispiel Aluminium (100 nm dick) 4 = zu strukturierende Schicht für die Marke, zum Beispiel aus Gold (30 nm dick) und 5 = elektronenempfindlicher Lack als Maskierungsschicht (0,5 pm dick). Dieser entfällt, wenn das Gold durch direktes Ionenstrahlschreiben strukturiert wird.
• Das System kann verwendet werden, um Mischlithographien auf Mehrlagensystemen durchzuführen. Zum Beispiel kann mit Hilfe eines beliebigen Belichtungssystems ein erstes Markenmuster nach der Lehre der Erfindung erzeugt werden.
• Anschließend werden die zum Beispiel aus Gold bestehenden Marken durch einen Trockenätzprozeß strukturiert.
• Bei der Zweitstrukturierung werden die Marken aus der Erststrukturierung zur Orientierung verwendet. Diese können auch durch einen erneut aufgetragenen Resist hindurch gelesen werden.
• Die weitere Strukturierung des Mehrlagensystems durch ein Trockenätzverfahren wird durch die Marken aus der ersten Belichtung nicht behindert. Systematische Unterschiede bei der Verwendung verschiedener Belichtungsanlagen oder -systeme wie zum Beispiel Orthogonalitätsfehler können damit ausgeglichen oder in einer weiteren Anwendung vermessen werden.
• Ein Anwendungsbeispiel für Justiermarken nach der Lehre der Erfindung ist die Mustergenerierung auf 1:1 Röntgenmaskensubstraten mit Submikrongatestrukturen für die Galliumarsenid-Technik.
• Die beim Ausmessen der Elektronensonde bei den bekannten Verfahren auftretenden Signalverfälschungen lassen sich bei Verwendung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Markierungen durch die dünne Schichte mit hoher Elektronenrückstreuung auf Unterlagen mit geringer Rückstreuung vermeiden. Normalerweise wird hierbei über Kanten von Flächen mit größerer Ausdehnung gerastert. Mit diesem Verfahren lassen sich aber auch sehr feine Linien um 0,1 um Breite herstellen. Rastert man eine Sonde über einen so feinen Schwermetallsteg, dann erhält man genauere Aussagen über den Intensitätsverlauf in der Sonde.
• 10 Patentansprüche 1 Figur - Leerseite -

Claims (10)

1. Patentansprüche Verfahren zum Herstellen von Justiermarken, Eich und Meßstrukturen im subpm-Bereich, wie sie insbesondere bei der Erzeugung von integrierten Halbleiterschaltungen in der Elektronen- und lonenstrahischreib- und -Meßtechnik verwendet werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t ,daß a) als zu strukturierendes Material (4) ein Material mit einer relativen Atommasse => 100 verwendet wird, b) die Dicke der zu strukturierenden Schichten (4) im Bereich von 20 bis 100 nm eingestellt wird, c) die Strukturierung (4) durch Trockenätzung unter Zuhilfenahme einer Lackmaske (5) durchgeführt wird, d) das zu strukturierende Material (4) mit der relativen Atommasse )o 100 auf einem elektrisch leitenden Material (3) mit einer relativen Atommasse C 50 aufgebracht wird und daß e) für das Substrat (2) oder für die Schichtenfolge (2, 3) darunter ein Material mit geringer Elektronenrückstreuung verwendet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Lackmaske (5) nach Verfahrensschritt c) entfällt, wenn die Strukturierung durch Ionenstrahlschreiben durchgeführt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als zu strukturierendes Material (4) vorzugsweise Gold verwendet wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Trockenätzung nach Verfahrensschritt c) mittels reaktiven Ionenätzens (RIE = reaktive ion etching) und/oder mittels reaktiven Ionenstrahlätzens (IBE = ion beam etching) durchgeführt wird.
5. 5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Belichtung der zur Maskierung vorgesehenen Lackschicht (5) nach Verfahrensschritt c) mit Elektronen-, Ionen-oder Röntgenstrahlen mit Linienbereiten bis in den Bereich von 1/10 um erfolgt.
6. 6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Unterlage für das zu strukturierende Material (4) vorzugsweise eine Aluminiumschicht (3) verwendet wird.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schichtdicke (3) auf einen Bereich von 50 bis 200 nm eingestellt wird.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d ad u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Substrat (1, 2) ein Siliziumkristall, ein Galliumarsenidkristall, oder eine Glasplatte oder eine Trägerfolie für Röntgenmasken, zum Beispiel aus Polyimid, Siliziumnitrid, Titan, Bornitrid, Magnesium oder Silizium verwendet wird.
9. 9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Substrat (2) eine Polyimid- oder Fotoresistschicht verwendet wird.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Schichtdicke (2) auf mindestens 1 µm eingestellt wird.