DE4235702A1 - Substrate surface structuring - uses separate masks with partial patterns to expose separate photo sensitive layers to form a complete pattern as an etching mask - Google Patents

Substrate surface structuring - uses separate masks with partial patterns to expose separate photo sensitive layers to form a complete pattern as an etching mask

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DE4235702A1 DE19924235702 DE4235702A DE4235702A1 DE 4235702 A1 DE4235702 A1 DE 4235702A1 DE 19924235702 DE19924235702 DE 19924235702 DE 4235702 A DE4235702 A DE 4235702A DE 4235702 A1 DE4235702 A1 DE 4235702A1
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Abstract

To develop structures of a whole pattern on the substrate surface, at least one initial mask is used with a partial pattern and a second mask with a further partial pattern are used to expose two photo sensitive layers. The overlay of the two partial patterns gives the whole pattern. The interval between neighbouring structures in the two partial patterns is greater than the gap between neighbouring structures in the whole pattern. When the photo layer is exposed through the first mask, one photo layer structure is formed, and another structure is formed at the other layer through the second mask. The two structures together form an etching mask to form the whole pattern on the substrate surface. USE/ADVANTAGE - The substrate surface structure is formed for use in microelectronics or grids especially for surface wave filters or a semiconductor laser. The method gives a finer structure than can be achieved by conventional lithography.

Description

In vielen Anwendungen, z. B. der Herstellung von mikroelektro­ nischen Schaltungsstrukturen oder der Erzeugung von Gittern insbesondere für Oberflächenwellenfilter oder Halbleiterlaser werden zur Erzeugung von Strukturen in der Oberfläche eines Substrats lithographische Verfahren eingesetzt. Die Erhöhung der Packungsdichte durch Miniaturisierung der Schaltungsstruk­ turen und Erhöhung der Ortsfrequenz von Gitterstrukturen wird dabei zunehmend durch die Auflösungsgrenze von Belichtungsgerä­ ten begrenzt.In many applications, e.g. B. the production of microelectro African circuit structures or the generation of grids especially for surface wave filters or semiconductor lasers are used to create structures in the surface of a Substrate lithographic processes used. The increase the packing density by miniaturization of the circuit structure structures and increasing the spatial frequency of lattice structures thereby increasingly due to the resolution limit of exposure devices limited.

Es gibt daher vielfältige Bemühungen, diese Begrenzung z. B. durch Verwendung von Licht kürzerer Wellenlänge oder von Elek­ tronenstrahlung zu überwinden (s. z. B. B.J. Lin, Proc. SPIE 1264 (1990), pp 2-13; H. Fukuda et al, IEEE Trans. ED-38 (1991), pp 67-75).There are therefore various efforts to limit this z. B. by using light of shorter wavelength or by elec to overcome electron radiation (see e.g. B.J. Lin, Proc. SPIE 1264 (1990) pp 2-13; H. Fukuda et al, IEEE Trans. ED-38 (1991) pp 67-75).

Es ist bekannt (s. z. B. H. Fukuda et al, IEEE Trans. ED-38 (1991), pp 67-75; H. Watanabe et al, SPIE 1463 (1991), pp 101-110; H. Jinbo et al, IEDM Technical Digest (1990), 33.31-33.34), die Auflösungsgrenze des verwendeten Belichtungsgerätes durch Einsatz von Phasenmasken zu kleineren Werten zu verschie­ ben. Phasenmasken umfassen mehrere Bereiche, wobei Licht, das verschiedene Bereiche durchstrahlt hat, einen Phasenunterschied aufweist. Diese Bereiche sind so angeordnet, daß Verbreiterun­ gen der Strukturen durch Beugungseffekte durch destruktive In­ terferenz infolge der Phasenunterschiede reduziert werden.It is known (see e.g. H. Fukuda et al, IEEE Trans. ED-38 (1991) pp 67-75; Watanabe, H. et al. (1991) SPIE 1463; pp 101-110; H. Jinbo et al, IEDM Technical Digest (1990), 33.31-33.34), the resolution limit of the exposure device used to shift to smaller values by using phase masks ben. Phase masks span multiple areas, with light that different areas, a phase difference having. These areas are arranged to widen structures by diffraction effects by destructive In interference due to the phase differences can be reduced.

Weitere Ansätze zur Erzielung kleinerer Strukturen bestehen in einer Nachbehandlung der in dem Lithographieverfahren erzeugten Strukturen. Z. B. werden durch Überbelichtung des Fotolacks schärfere Strukturen erzielt (s. W. Arden, Siemens Forsch.- und Entwickl.-Ber. Bd11 (1982), pp 169-173). Eine weitere Mög­ lichkeit besteht in einem lateralen Unterätzen einer Hilfs­ schicht, die unter der Fotolackstruktur angeordnet ist. Auf diese Weise kann das Ausmaß der in der Hilfsschicht erzeugten Struktur um den Betrag der lateralen Unterätzungen gegenüber dem Ausmaß der Fotolackstruktur reduziert werden (s. R. Burme­ ster et al, Microcircuit Engineering 13 (1991), 473-476). Durch den Einsatz neuartiger Lacksysteme, die z. B. als Zweischichtlacksystem oder Dreischichtlacksystem vorgeschlagen wurden (s. z. B. R. Sezi et al, Proc. SPIE 811 (1987), pp 172-179; H. Anne et al, Siemens Review R & D Special (Spring 1991), pp 23-27; C. Nölscher et al, Proc. SPIE 920 (1988), pp 437-445) wird darüberhinaus der Einsatz von Lichtquellen kürzerer Wellenlänge in den Belichtungsgeräten, der ebenfalls zu einer Verschiebung der Auflösungsgrenze zu kleineren Werten führt, ermöglicht.Other approaches for achieving smaller structures exist in an aftertreatment of those produced in the lithography process  Structures. For example, by overexposing the photoresist sharper structures achieved (see W. Arden, Siemens Forsch.- und Develop area Vol 11 (1982) pp 169-173). Another possibility possibility is a lateral undercutting of an auxiliary layer, which is arranged under the photoresist structure. On this way the extent of that produced in the auxiliary layer Structure compared to the amount of lateral undercuts the extent of the photoresist structure can be reduced (see R. Burme ster et al., Microcircuit Engineering 13 (1991), 473-476). Through the use of new paint systems, e.g. B. as Two-layer paint system or three-layer paint system proposed (see e.g. R. Sezi et al, Proc. SPIE 811 (1987), pp 172-179; H. Anne et al, Siemens Review R&D Special (Spring 1991), pp 23-27; C. Nölscher et al, Proc. SPIE 920 (1988), pp 437-445) the use of light sources is also becoming shorter Wavelength in the exposure devices, which also becomes a Shifting the resolution limit leads to smaller values, enables.

Durch chemische Aufweitung von Fotolackstrukturen (s. H. Anne et al, Siemens Review R & D Special (Spring 1991), pp 23-27) oder durch Spacertechniken können darüberhinaus die Abstände benachbarter Fotolackstrukturen unter den durch das lithogra­ phische Verfahren bestimmten Wert reduziert werden.Through chemical expansion of photoresist structures (see H. Anne et al, Siemens Review R & D Special (Spring 1991), pp 23-27) or by spacer techniques, the distances can also Adjacent photoresist structures among those through the lithogra phic process certain value can be reduced.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein weiteres Verfah­ ren zur Erzeugung von Strukturen in der Oberfläche eines Substrats anzugeben, mit dem feinere Strukturen herstellbar sind, als dies der Auflösungsgrenze des dabei verwendeten Li­ thographieverfahrens entspricht.The invention is based on the problem, another method ren to create structures in the surface of a Specify substrate with which finer structures can be produced than the resolution limit of the Li used corresponds to the thography process.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1. According to the invention, this problem is solved by a method according to claim 1.  

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch additiv zu Phasenmasken sowie Tief-,UV-,Röntgen-, Elektronen- und Ionen-Lithographie einsetzbar.The method according to the invention is also additive to phase masks as well as deep, UV, X-ray, electron and ion lithography applicable.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Gesamtmuster der Strukturen in mindestens zwei Teilmuster zerlegt. Die Überlage­ rung der beiden Teilmuster ergibt dabei das Gesamtmuster. In den Teilmustern weisen benachbarte Strukturen einen größeren Abstand und ein größeres Raster als benachbarte Strukturen im Gesamtmuster auf. Wird das Gesamtmuster in zwei Teilmuster zer­ legt, so bedeutet dies bei einem eindimensionalen Gesamtmuster, daß jede zweite Struktur des Gesamtmusters dem einen Teilmuster und die dazwischenliegenden Strukturen des Gesamtmusters dem anderen Teilmuster zugeordnet werden.In the method according to the invention, the overall pattern of Structures broken down into at least two partial patterns. The overlay tion of the two partial patterns results in the overall pattern. In In the partial patterns, neighboring structures have a larger one Distance and a larger grid than neighboring structures in the Overall pattern on. If the overall pattern is divided into two partial patterns with a one-dimensional overall pattern, that every second structure of the overall pattern corresponds to one partial pattern and the intermediate structures of the overall pattern can be assigned to other sub-patterns.

Es wird eine erste Maske mit dem ersten Teilmuster und eine zweite Maske mit dem zweiten Teilmuster verwendet. Dabei wird zunächst eine erste Fotolackschicht durch die erste Maske be­ lichtet und entwickelt, so daß eine erste Fotolackstruktur ge­ bildet wird. Danach wird eine zweite Fotolackschicht durch die zweite Maske belichtet und entwickelt, so daß eine zweite Foto­ lackstruktur gebildet wird. Die erste Fotolackstruktur und die zweite Fotolackstruktur werden anschließend als Ätzmasken bei der Bildung der Strukturen in der Oberfläche des Substrats in einem oder mehreren Ätzprozessen verwendet.There will be a first mask with the first pattern and one second mask with the second partial pattern used. Doing so first be a first layer of photoresist through the first mask thins and develops, so that a first photoresist structure ge is forming. Then a second layer of photoresist is applied through the second mask exposed and developed so that a second photo lacquer structure is formed. The first photoresist structure and the second photoresist structure are then used as etching masks the formation of the structures in the surface of the substrate in one or more etching processes used.

Da in dem erfindungsgemäßen Verfahren die erste Fotolackschicht und die zweite Fotolackschicht jeweils in getrennten Belich­ tungsschritten durch verschiedene Masken belichtet werden, ist es ausreichend, wenn jedes Teilmuster die Auflösungsgrenze des Belichtungsgerätes berücksichtigt. Das bedeutet, daß der Ab­ stand benachbarter Strukturen in jedem Teilmuster durch die Auflösungsgrenze des Belichtungsgerätes bestimmt wird. Bei Zer­ legung des Gesamtmusters in zwei Teilmuster bedeutet dies, daß der Abstand und damit das Raster benachbarter Strukturen in dem Gesamtmuster um einen Faktor 2 kleiner sein kann, als dies durch die Auflösungsgrenze des Belichtungsgerätes gegeben wäre. Bei Zerlegung des Gesamtmusters in mehr als zwei, z. B. drei oder vier, Teilmuster, was ebenfalls im Rahmen der Erfindung liegt, bedeutet dies eine Verbesserung um den Faktor 3 bzw. 4.Since in the method according to the invention the first photoresist layer and the second photoresist layer in separate exposures steps are exposed through different masks it is sufficient if each sub-pattern exceeds the resolution limit of the Exposure device considered. This means that the Ab stood by neighboring structures in each sub-pattern Resolution limit of the exposure device is determined. At Zer placing the overall pattern in two sub-patterns means that the distance and thus the grid of neighboring structures in the  Overall pattern can be a factor of 2 smaller than this would be given by the resolution limit of the exposure device. If the overall pattern is broken down into more than two, e.g. B. three or four, partial patterns, which is also within the scope of the invention is an improvement by a factor of 3 or 4.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch die Tatsache ermög­ licht, daß in vielen Belichtungsgeräten die Justiergenauigkeit einen kleineren Wert als die praktische Auflösung des Belich­ tungsgerätes zeigt. In heutigen Belichtungsgeräten hoher numme­ rischer Apertur wird bei Belichtung wird einer Lichtwellenlänge um 200 nm eine praktische Auflöstung von 0,5 um erreicht. Die Justiergenauigkeit in diesen Geräten ist dagegen besser als +/- 0,1 µm.The method according to the invention is made possible by the fact light that the adjustment accuracy in many exposure devices a smaller value than the practical resolution of the Belich device shows. In today's exposure devices of high numbers The optical aperture becomes a light wavelength when exposed around 200 nm achieved a practical resolution of 0.5 µm. The Adjustment accuracy in these devices, however, is better than +/- 0.1 µm.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird auf die Oberflä­ che des Substrats ganz flächig die erste Fotolackschicht aufge­ bracht. Nach Bildung der ersten Fotolackstruktur durch Belich­ tung durch die erste Maske und Entwicklung wird ganz flächig auf die mit der ersten Fotolackstruktur versehene Oberfläche des Substrats die zweite Fotolackschicht aufgebracht. Nach Bildung der zweiten Fotolackstruktur durch Belichtung der zweiten Foto­ lackschicht durch die zweite Maske und Entwicklung werden die erste Fotolackstruktur und die zweite Fotolackstruktur gemein­ sam als Ätzmaske in einem Ätzprozeß zur Bildung der Strukturen des Gesamtmusters verwendet. Zur Bildung feinerer Linien, als es dem Abstand benachbarter Photolackstrukturen entspricht, kann z. B. die Methode der Überbelichtung oder Überentwicklung oder der Phasenmasken eingesetzt werden.According to one embodiment of the invention, the surface surface of the substrate over the entire surface of the first photoresist layer brings. After the first photoresist structure was created by Belich development through the first mask and development is very extensive the surface of the surface provided with the first photoresist structure Substrate applied the second photoresist layer. After education the second photoresist structure by exposing the second photo paint layer through the second mask and development will be the first photoresist structure and the second photoresist structure common sam as an etching mask in an etching process to form the structures of the overall pattern used. To form finer lines than it corresponds to the distance between neighboring photoresist structures, can e.g. B. the method of overexposure or overdevelopment or the phase masks are used.

In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfah­ rens wird auf die Oberfläche des Substrats ganz flächig die er­ ste Fotolackschicht aufgebracht. Nach Bildung der ersten Foto­ lackstruktur durch Belichten der ersten Fotolackschicht durch die erste Maske wird unter Verwendung der ersten Fotolackstruk­ tur als Ätzmaske ein Ätzprozeß durchgeführt, bei dem in der Oberfläche des Substrats die Strukturen des ersten Teilmusters gebildet werden. Nach Entfernung der ersten Fotolackstruktur wird ganzflächig die zweite Fotolackschicht aufgebracht. Nach Bildung der zweiten Fotolackstruktur durch Belichtung der zwei­ ten Fotolackschicht durch die zweite Maske und Entwicklung wird unter Verwendung der zweiten Fotolackstruktur als Ätzmaske ein Ätzprozeß durchgeführt, in dem die Strukturen des zweiten Teil­ musters in der Oberfläche des Substrats gebildet werden. Die Strukturen des ersten Teilmusters und des zweiten Teilmusters ergeben insgesamt das Gesamtmuster.In another embodiment of the method according to the invention rens becomes very flat on the surface of the substrate Most photoresist layer applied. After formation of the first photo through the exposure of the first photoresist layer the first mask is made using the first photoresist structure  an etching process is carried out as an etching mask, in which Surface of the substrate the structures of the first partial pattern be formed. After removing the first photoresist structure the second photoresist layer is applied over the entire surface. To Formation of the second photoresist structure by exposure of the two layer of photoresist through the second mask and development using the second photoresist structure as an etching mask Etching process carried out in which the structures of the second part Patterns are formed in the surface of the substrate. The Structures of the first partial pattern and the second partial pattern result in the overall pattern.

Eine weitere Verfeinerung der erzielten Strukturen ist dadurch möglich, daß bei der Bildung der Strukturen des Gesamtmusters isotrope Ätzprozesse eingesetzt werden, die so geführt werden, daß Unterätzungen unter die Fotolackstrukturen entstehen. Da­ durch können schmalere Stege gebildet werden.This further refines the structures achieved possible that in the formation of the structures of the overall pattern isotropic etching processes are used, which are carried out in such a way that undercuts appear under the photoresist structures. There by narrower webs can be formed.

Zur Bildung schmalerer Gräben, als es dem Abstand benachbarter Fotolackstrukturen entspricht, liegt es im Rahmen der Erfin­ dung, die Fotolackstrukturen durch eine chemische Aufweitung oder durch Spacer zu verbreitern.To form trenches narrower than the distance between them Corresponds to photoresist structures, it is within the scope of the Erfin the photoresist structures through chemical expansion or broaden it with spacers.

Durch Aufbringen einer Hilfsschicht auf die Oberfläche des Substrats vor dem Aufbringen der ersten Fotolackschicht ist ebenfalls die Erzielung feinerer Strukturen möglich. Die Hilfs­ schicht ist selektiv zur Oberfläche des Substrats ätzbar. Unter Verwendung der Fotolackstrukturen als Ätzmaske wird die Hilfs­ schicht strukturiert, wobei Unterätzungen unter die erste Foto­ lackstruktur und die zweite Fotolackstruktur vorgenommen wer­ den. Dabei wird eine Hilfsstruktur gebildet, die in einem wei­ teren Ätzprozeß als Ätzmaske zur Strukturierung der Oberfläche des Substrats verwendet wird. By applying an auxiliary layer on the surface of the Substrate is before the application of the first photoresist layer it is also possible to achieve finer structures. The auxiliary layer is selectively etchable to the surface of the substrate. Under Using the photoresist structures as an etching mask will help layered structure, with undercuts under the first photo lacquer structure and the second photoresist structure made the. An auxiliary structure is formed, which in a white etching process as an etching mask for structuring the surface of the substrate is used.  

Die Lagegenauigkeit der Teilmuster kann in jedem Fall dadurch verbessert werden, daß die Belichtung mit jeder Maske mehrfach mit jeweils reduzierter Belichtungsdosis erfolgt. Dabei wird die Maske jeweils zwischen zwei Belichtungen neu justiert. Auf diese Weise kann der statistische Fehler der Maskenjustierung reduziert werden.In any case, the positional accuracy of the sub-patterns can be changed be improved that the exposure with each mask several times with a reduced exposure dose. Doing so the mask is readjusted between two exposures. On this way the statistical error of mask adjustment be reduced.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, als Substrat eine Halbleiter­ scheibe, insbesondere aus Silizium, mit einer oder mehreren darauf angeordneten Schichten zu verwenden. Die Strukturen wer­ den in der obersten Schicht erzeugt. Dieser Fall ist für die Herstellung von Schaltungsstrukturen mit Abmessungen unter 0,3 µm wichtig.It is within the scope of the invention to use a semiconductor as a substrate wafer, in particular made of silicon, with one or more to use layers arranged on it. The structures who generated in the top layer. This case is for the Manufacture of circuit structures with dimensions less than 0.3 µm important.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist geeignet zur Erzeugung fei­ ner Gitter z. B. für Oberflächenwellenfilter. Durch Einsatz von i-line-Lithographie und frequenzverdoppelten Phasenmasken sind 125 nm Linien/Spalt Gitter nach diesem Verfahren herstellbar. Damit können konventionelle, gechirpte und mit Phasensprung versehene Gitter für Halbleiterlaser in der optischen Nach­ richtentechnik hergestellt werden.The method according to the invention is suitable for producing fei ner grid z. B. for surface acoustic wave filters. By using i-line lithography and frequency doubled phase masks are 125 nm lines / slit gratings can be produced using this method. This allows conventional, chirped and with phase shift provided grating for semiconductor lasers in the optical after leveling technology can be manufactured.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den übrigen An­ sprüchen hervor.Further refinements of the invention can be found in the remaining An sayings.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren und der Aus­ führungsbeispiele näher erläutert.In the following the invention with reference to the figures and the examples of management explained in more detail.

Fig. 1 bis Fig. 3 zeigt die Zerlegung eines Gesamtmusters in zwei Teilmuster. Fig. 1 to Fig. 3 shows the decomposition of an overall pattern into two patterns.

Fig. 4 und Fig. 5 zeigt jeweils die Zerlegung eines Gesamtmu­ sters in drei Teilmuster. Fig. 4 and Fig. 5 each show the decomposition of a total pattern into three sub-patterns.

Fig. 6 und Fig. 7 zeigt die Herstellung von ersten Fotolack­ strukturen und von zweiten Fotolackstrukturen, die zur Struktu­ rierung der Oberfläche des Substrats in nur einem Ätzprozeß ge­ eignet sind. Fig. 6 and Fig. 7 shows the production of first photoresist structures and of second photoresist structures that are suitable for structuring the surface of the substrate in only one etching process.

Fig. 8 bis Fig. 10 zeigt die Herstellung von ersten Fotolack­ strukturen und zweiten Fotolackstrukturen zur Strukturierung einer Hilfsschicht, die als Ätzmaske zur Strukturierung der Substratoberfläche verwendet wird. Fig. 8 to Fig. 10 illustrates the preparation of structures of the first photoresist and second photoresist patterns to structure an auxiliary layer that is used as an etching mask for structuring the substrate surface.

In Fig. 1 ist ein Ausschnitt eines Gesamtmusters dargestellt, in dem Strukturen 1 angeordnet sind. Das Gesamtmuster 1 wird in ein erstes Teilmuster mit Strukturen 11 und in ein zweites Teilmuster mit Strukturen 12 zerlegt. In dem Gesamtmuster 1 sind die Strukturen 11 des ersten Teilmusters alternierend mit den Strukturen 12 des zweiten Teilmusters angeordnet. Der Ab­ stand benachbarter Strukturen 11 des Teilmusters ist dabei dop­ pelt so groß wie der Abstand benachbarter Strukturen 1 des Ge­ samtmusters.In Fig. 1 a section of an overall pattern is shown, are arranged in the structures 1. The overall pattern 1 is broken down into a first partial pattern with structures 11 and into a second partial pattern with structures 12 . In the overall pattern 1 , the structures 11 of the first partial pattern are arranged alternately with the structures 12 of the second partial pattern. The distance from adjacent structures 11 of the partial pattern is twice as large as the distance between adjacent structures 1 of the overall pattern.

In Fig. 2 ist der Fig. 1 entsprechende Ausschnitt des ersten Teilmusters 11 dargestellt. Eine erste Maske mit dem ersten Teilmuster 11 wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwen­ det.In FIG. 2 1 corresponding section of the first partial pattern 11 is shown in FIG.. A first mask with the first partial pattern 11 is used in the method according to the invention.

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt des zweiten Teilmusters 12, der dem in Fig. 1 gezeigten Ausschnitt des Gesamtmusters 1 ent­ spricht. Eine zweite Maske mit dem zweiten Teilmuster 12 wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet. Fig. 3 shows a section of the second sub-pattern 12 , which speaks ent the section of the overall pattern 1 shown in Fig. 1. A second mask with the second partial pattern 12 is used in the method according to the invention.

Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt aus einem Gesamtmuster mit Struk­ turen 2, das in drei Teilmuster zerlegt wird. Alternierend wer­ den jeweils die ersten Strukturen 21 einem ersten Teilmuster, die zweiten Strukturen 22 einem zweiten Teilmuster und die dritten Strukturen 23 einem dritten Teilmuster zugeordnet. Der minimale Abstand benachbarter Strukturen 21 des ersten Teilmusters sowie benachbarter Strukturen 22 des zweiten Teilmusters und benachbarter Strukturen 23 des dritten Teilmu­ sters ist dabei dreimal so groß wie der minimale Abstand zwi­ schen benachbarten Strukturen 2 des Gesamtmusters. In dem er­ findungsgemäßen Verfahren wird eine erste Maske mit dem ersten Teilmuster, eine zweite Maske mit dem zweiten Teilmuster und eine dritte Maske mit dem dritten Teilmuster verwendet. Die einzelnen Masken zu diesem Ausführungsbeispiel sind nicht im einzelnen dargestellt. Fig. 4 shows a section of an overall pattern with structures 2 , which is broken down into three sub-patterns. The first structures 21 are alternately assigned to a first partial pattern, the second structures 22 to a second partial pattern and the third structures 23 to a third partial pattern. The minimum distance between adjacent structures 21 of the first partial pattern and adjacent structures 22 of the second partial pattern and adjacent structures 23 of the third partial pattern is three times as large as the minimum distance between adjacent structures 2 of the overall pattern. In the method according to the invention, a first mask with the first partial pattern, a second mask with the second partial pattern and a third mask with the third partial pattern are used. The individual masks for this exemplary embodiment are not shown in detail.

Fig. 5 zeigt einen Ausschnitt aus einem zweidimensionalen Ge­ samtmuster mit Strukturen 3. Das Gesamtmuster 3 wird in drei Teilmuster zerlegt. Die Strukturen 31 werden dabei einem ersten Teilmuster, die Strukturen 32 einem zweiten Teilmuster und die Strukturen 33 einem dritten Teilmuster zugeordnet. In dieser Zerlegung beträgt der minimale Abstand zwischen benachbarten Strukturen eines Teilmusters das Doppelte des minimalen Abstan­ des zwischen Strukturen 3 des Gesamtmusters. Die Strukturen 31 des ersten Teilmusters und die Strukturen 33 des dritten Teil­ musters weisen einen Überlappbereich 34 auf, in dem benachbarte Strukturen des ersten Teilmusters und des dritten Teilmusters dieselbe Fläche des Gesamtmusters umfassen. Das Vorsehen des Überlappbereiches 34 ist erforderlich zur Zerlegung konkaver Strukturen 3 des Gesamtmusters. In dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren werden eine erste Maske mit dem ersten Teilmuster 31, eine zweite Maske mit dem zweiten Teilmuster 32 und eine dritte Maske mit dem dritten Teilmuster 33, die nicht im einzelnen dargestellt sind, verwendet. Fig. 5 shows a detail of a two-dimensional Ge samtmuster with structures 3. The overall pattern 3 is broken down into three partial patterns. The structures 31 are assigned to a first partial pattern, the structures 32 to a second partial pattern and the structures 33 to a third partial pattern. In this decomposition, the minimum distance between adjacent structures of a partial pattern is twice the minimum distance between structures 3 of the overall pattern. The structures 31 of the first partial pattern and the structures 33 of the third partial pattern have an overlap region 34 in which neighboring structures of the first partial pattern and the third partial pattern comprise the same area of the overall pattern. The provision of the overlap area 34 is necessary for the decomposition of concave structures 3 of the overall pattern. In the method according to the invention, a first mask with the first partial pattern 31 , a second mask with the second partial pattern 32 and a third mask with the third partial pattern 33 , which are not shown in detail, are used.

Auf ein Substrat 41 wird ganz flächig eine erste Fotolackschicht aufgebracht (s. Fig. 6). Das Substrat 41 umfaßt z. B. eine Si­ liziumscheibe mit einem darauf angeordneten Schichtaufbau, der als oberste Schicht z. B. eine SiO2-Schicht aufweist. Dieses kann auch zur Herstellung von Gittern verwendet werden. Die erste Fotolackschicht besteht z. B. aus einem Positivlack. A first photoresist layer is applied to the entire surface of a substrate 41 (see FIG. 6). The substrate 41 comprises e.g. B. a Si silicon wafer with a layer structure arranged thereon, the z. B. has an SiO 2 layer. This can also be used to make grids. The first photoresist layer consists e.g. B. from a positive paint.

Die erste Fotolackschicht wird durch eine erste Maske mit einem ersten Teilmuster belichtet. Im oberen Teil der Fig. 6 ist die Verteilung der Lichtintensität I über die Lateralkoordinate x aufgetragen. Durch Entwickeln der belichteten ersten Fotolack­ schicht entsteht eine erste Fotolackstruktur 42. Durch eine thermische, chemische oder strahlungsinduzierte Nachbehandlung wird die erste Fotolackstruktur 42 gehärtet.The first photoresist layer is exposed through a first mask with a first partial pattern. The distribution of the light intensity I over the lateral coordinate x is plotted in the upper part of FIG. 6. A first photoresist structure 42 is produced by developing the exposed first photoresist layer. The first photoresist structure 42 is cured by a thermal, chemical or radiation-induced aftertreatment.

Anschließend wird ganz flächig eine zweite Fotolackschicht 43 aus z. B. Positivlack aufgebracht. Die zweite Fotolackschicht 43 wird durch eine zweite Maske mit einem zweiten Teilmuster belichtet. Die Verteilung der Lichtintensität I in Abhängigkeit der Lateralkoordinate x für diese Belichtung ist im oberen Teil von Fig. 7 dargestellt. Die belichtete zweite Fotolackschicht wird entwickelt. Dabei entsteht die zweite Fotolackstruktur 44 (s. Fig. 7). Die Stege der ersten Fotolackstruktur 42 und der zweiten Fotolackstruktur 44 greifen dabei kammartig ineinander. Die erste Fotolackstruktur 42 und die zweite Fotolackstruktur 44 werden gemeinsam als Ätzmaske in einem nachfolgenden Ätzpro­ ze verwendet, indem in die Oberfläche des Substrats 41 Struktu­ ren geätzt werden. Die Strukturen in der Oberfläche des Substrats 41 sind in dem Gesamtmuster angeordnet, das sich durch Überlagerung des ersten Teilmusters und des zweiten Teil­ musters ergibt.A second photoresist layer 43 made of z. B. applied positive varnish. The second photoresist layer 43 is exposed through a second mask with a second partial pattern. The distribution of the light intensity I as a function of the lateral coordinate x for this exposure is shown in the upper part of FIG. 7. The exposed second photoresist layer is developed. This creates the second photoresist structure 44 (see FIG. 7). The webs of the first photoresist structure 42 and the second photoresist structure 44 intermesh like a comb. The first photoresist structure 42 and the second photoresist structure 44 are used together as an etching mask in a subsequent etching process by etching structures into the surface of the substrate 41 . The structures in the surface of the substrate 41 are arranged in the overall pattern, which results from the superimposition of the first partial pattern and the second partial pattern.

Falls die bei der Strukturierung der Oberfläche des Substrats 41 entstehenden Stege einen geringeren Querschnitt aufweisen sollen, als es dem Querschnitt der Stege der Fotolackstrukturen 42, 44 entspricht, liegt es im Rahmen der Erfindung, mit Hilfe einer isotropen Ätzung laterale Unterätzungen unter die Foto­ lackstrukturen 42, 44 zu erzeugen.If the ridges formed during the structuring of the surface of the substrate 41 to have a smaller cross-section than it, it is the cross section of the webs of the photoresist structures 42, 44 corresponds in the present invention, with the aid of an isotropic etching lateral undercuts beneath the photoresist patterns 42 To generate 44 .

Die in dem Ausführungsbeispiel verwendeten Fotolackschichten bestehen z. B. aus naßentwickelbarem Lack. Alternativ wird für die Fotolackschichten trockenentwickelbarer oder Zwei- oder Dreilagenlack verwendet. In diesem Fall müssen die Fotolack­ strukturen 42, 44 mit einer Lackätzmaske aus z. B. Spin-on- glass oder silyliertem Lack versehen werden. Durch Verwendung eines Trockenlackverfahrens kann die Auflösung und Lackflanken­ steilheit verbessert werden.The photoresist layers used in the embodiment consist, for. B. from wet developable paint. Alternatively, dry-developable or two- or three-layer lacquer is used for the photoresist layers. In this case, the photoresist structures 42 , 44 with a lacquer etching mask from z. B. spin-on-glass or silylated paint. By using a dry paint process, the resolution and the slope of the paint flanks can be improved.

Auf ein Substrat 51 wird ganzflächig eine Hilfsschicht aufge­ bracht. Das Substrat 51 besteht z. B. aus einer Siliziumscheibe mit einem darauf angeordneten Schichtaufbau, der als oberste Schicht z. B. eine Polysiliziumschicht umfaßt. Die Hilfsschicht ist selektiv zur Oberfläche des Substrats 51 ätzbar und besteht z. B. aus SiO2. Auf die Oberfläche der Hilfsschicht wird ganz­ flächig eine erste Fotolackschicht aufgebracht.An auxiliary layer is applied to the entire surface of a substrate 51 . The substrate 51 consists, for. B. from a silicon wafer with a layer structure arranged thereon, the z. B. comprises a polysilicon layer. The auxiliary layer is selectively etchable to the surface of the substrate 51 and consists, for. B. from SiO 2 . A first photoresist layer is applied to the entire surface of the auxiliary layer.

Durch eine erste Maske mit einem ersten Teilmuster wird die er­ ste Fotolackschicht belichtet. Im oberen Teil der Fig. 8 ist die Lichtintensität I als Funktion der Lateralkoordinate x auf­ getragen. Die erste Fotolackschicht besteht z. B. aus einem Ne­ gativlack. Durch Entwickeln der ersten Fotolackschicht wird ei­ ne erste Fotolackstruktur 52 erzeugt.The first photoresist layer is exposed through a first mask with a first partial pattern. In the upper part of FIG. 8, the light intensity I is plotted as a function of the lateral coordinate x. The first photoresist layer consists e.g. B. from a Ne gativlack. A first photoresist structure 52 is produced by developing the first photoresist layer.

Die erste Fotolackstruktur 52 wird zur Ätzung der Hilfsschicht als Ätzmaske verwendet. Die Hilfsschichtätzung erfolgt z. B. mit CHF3/O2-Plasma. Durch Unterätzen der Hilfsschicht selektiv zur Substratoberfläche unter die erste Fotolackstruktur 52 ent­ steht aus der Hilfsschicht eine erste Hilfsstruktur 531. Die Stege der ersten Hilfsstruktur 531 können dadurch schmaler sein als die Stege der ersten Fotolackstruktur 52 (s. Fig. 8). Die Strukturen der ersten Hilfsstruktur 531 sind dabei entsprechend dem ersten Teilmuster angeordnet.The first photoresist structure 52 is used as an etching mask for etching the auxiliary layer. The auxiliary layer etching takes place e.g. B. with CHF 3 / O 2 plasma. By etching the auxiliary layer selectively to the substrate surface under the first photoresist structure 52 , a first auxiliary structure 531 arises from the auxiliary layer. The webs of the first auxiliary structure 531 can thereby be narrower than the webs of the first photoresist structure 52 (see FIG. 8). The structures of the first auxiliary structure 531 are arranged in accordance with the first partial pattern.

Nach Entfernen der ersten Fotolackstruktur 52 wird ganz flächig eine zweite Fotolackschicht aus z. B. Negativlack aufgebracht. Die zweite Fotolackschicht wird durch eine zweite Maske mit ei­ nem zweiten Teilmuster belichtet. Die Verteilung der Lichtin­ tensität I als Funktion der Lateralkoordinate x bei dieser Be­ lichtung ist im oberen Teil von Fig. 9 dargestellt. Durch Ent­ wickeln der zweiten Fotolackschicht entsteht eine zweite Foto­ lackstruktur 54 (s. Fig. 9).After removal of the first photoresist structure 52 , a second photoresist layer made of e.g. B. negative varnish applied. The second photoresist layer is exposed through a second mask with a second partial pattern. The distribution of the light intensity I as a function of the lateral coordinate x in this exposure is shown in the upper part of FIG. 9. By developing the second photoresist layer, a second photoresist structure 54 is created (see FIG. 9).

Die zweite Fotolackstruktur 54 wird als Ätzmaske verwendet zur Ätzung der ersten Hilfsstruktur 531. Bei der Ätzung der ersten Hilfsstruktur 531 wird zunächst die Oberfläche des Substrats 51 freigelegt. Anschließend erfolgt eine laterale Unterätzung un­ ter die zweite Fotolackstruktur 54. Dabei entsteht eine zweite Hilfsstruktur 532 (s. Fig. 10).The second photoresist structure 54 is used as an etching mask for etching the first auxiliary structure 531 . When the first auxiliary structure 531 is etched, the surface of the substrate 51 is first exposed. Subsequently, there is a lateral undercut under the second photoresist structure 54 . This creates a second auxiliary structure 532 (see FIG. 10).

Nach Entfernen der zweiten Fotolackstruktur 54 wird die zweite Hilfsstruktur 532 als Ätzmaske zur Strukturierung der Oberflä­ che des Substrats 51 verwendet. Die zweite Hilfsstruktur 532 enthält die Strukturen des Gesamtmusters, das sich durch Über­ lagerung des ersten Teilmusters und des zweiten Teilmusters ergibt.After removal of the second photoresist structure 54 , the second auxiliary structure 532 is used as an etching mask for structuring the surface of the substrate 51 . The second auxiliary structure 532 contains the structures of the overall pattern, which results from the superposition of the first partial pattern and the second partial pattern.

Die erste Maske und die zweite Maske, die zur Strukturierung der ersten bzw. zweiten Fotolackschicht verwendet werden, sind z. B. Phasenmasken. Dadurch können sehr schmale Gräben erzeugt werden.The first mask and the second mask used for structuring of the first and second photoresist layers are used e.g. B. phase masks. This can create very narrow trenches become.

Alternativ kann das Ausführungsbeispiel mit einer ersten Foto­ lackschicht und einer zweiten Fotolackschicht aus Positivlack durchgeführt werden. Dann müssen die Intensitätsverteilungen jeweils um die halbe Periode lateral verschoben werden.Alternatively, the embodiment with a first photo lacquer layer and a second photoresist layer made of positive lacquer be performed. Then the intensity distributions are laterally shifted by half the period.

In dieser Ausführungsform können die schmalen Gräben z. B. nach dem aus H. Anne et al, Siemens Review R & D Special (Spring 1991), pp. 23-27 bekannten Si-CARL-Prozeß erzeugt werden.In this embodiment, the narrow trenches can e.g. B. after from H. Anne et al, Siemens Review R & D Special (Spring 1991), pp. 23-27 known Si-CARL process can be generated.

Die in diesem Ausführungsbeispiel verwendete Hilfsschicht kann z. B. die Zwischenschicht eines Dreischichtlacksystems sein. The auxiliary layer used in this embodiment can e.g. B. be the intermediate layer of a three-layer coating system.  

Das Substrat umfaßt dann als oberste Schicht die Bottom-resist- Schicht des Dreischichtlacksystems. Als weitere Alternative be­ steht die Hilfsschicht aus der Bottom-resist-Schicht eines Zweischichtlacksystems.The substrate then comprises the bottom-resistant Layer of the three-layer paint system. As another alternative be stands the auxiliary layer from the bottom-resist layer Two-layer paint system.

Durch die Übertragung des Gesamtmusters zunächst in die Hilfs­ schicht wird der Kantenkontrast erhöht. Dieses kann zur Verbes­ serung der Justiergenauigkeit ausgenutzt werden.By transferring the overall pattern to the auxiliary first edge contrast is increased. This can lead to verbs adjustment accuracy can be exploited.

Claims (10)

1. Verfahren zur Erzeugung von Strukturen eines Gesamtmusters in der Oberfläche eines Substrats,
  • - bei dem mindestens eine erste Maske mit einem ersten Teilmu­ ster und eine zweite Maske mit einem zweiten Teilmuster zur Be­ lichtung einer ersten Fotolackschicht und einer zweiten Foto­ lackschicht verwendet werden, wobei die Überlagerung des ersten Teilmusters mit dem zweiten Teilmuster das Gesamtmuster ergibt und wobei benachbarte Strukturen sowohl im ersten Teilmuster als auch im zweiten Teilmuster einen größeren Abstand aufweisen als benachbarte Strukturen im Gesamtmuster,
  • - bei dem durch Belichtung unter Verwendung der ersten Maske und Entwicklung der ersten Fotolackschicht eine erste Fotolack­ struktur gebildet wird,
  • - bei dem durch Belichtung unter Verwendung der zweiten Maske und Entwicklung der zweiten Fotolackschicht eine zweite Foto­ lackstruktur gebildet wird,
  • - bei dem unter Verwendung der ersten Fotolackstruktur und der zweiten Fotolackstruktur als Ätzmasken in mindestens einem Ätz­ prozeß die Strukturen des Gesamtmusters in der Oberfläche des Substrats gebildet werden.
1. Method for producing structures of an overall pattern in the surface of a substrate,
  • - Are used in the at least one first mask with a first partial pattern and a second mask with a second partial pattern for exposure of a first photoresist layer and a second photo lacquer layer, the overlay of the first partial pattern with the second partial pattern giving the overall pattern and being adjacent Structures both in the first partial pattern and in the second partial pattern are at a greater distance than neighboring structures in the overall pattern,
  • in which a first photoresist structure is formed by exposure using the first mask and development of the first photoresist layer,
  • in which a second photoresist structure is formed by exposure using the second mask and development of the second photoresist layer,
  • - In which the structures of the overall pattern are formed in the surface of the substrate using the first photoresist structure and the second photoresist structure as etching masks in at least one etching process.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
  • - bei dem auf die Oberfläche des Substrats ganz flächig die er­ ste Fotolackschicht aufgebracht wird,
  • - bei dem nach der Bildung der ersten Fotolackstruktur ganzflä­ chig auf die mit der ersten Fotolackstruktur versehene Oberflä­ che des Substrats die zweite Fotolackschicht aufgebracht wird,
  • - bei dem die erste Fotolackstruktur und die zweite Fotolack­ struktur gemeinsam als Ätzmaske in dem Ätzprozeß zur Bildung der Strukturen des Gesamtmusters verwendet werden.
2. The method according to claim 1,
  • - in which the first photoresist layer is applied to the entire surface of the substrate,
  • in which the second photoresist layer is applied over the entire surface of the substrate provided with the first photoresist structure after the formation of the first photoresist structure,
  • - In which the first photoresist structure and the second photoresist structure are used together as an etching mask in the etching process to form the structures of the overall pattern.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
  • - bei dem auf die Oberfläche des Substrats ganz flächig die er­ ste Fotolackschicht aufgebracht wird,
  • - bei dem nach der Bildung der ersten Fotolackstruktur unter Verwendung der ersten Fotolackstruktur als Ätzmaske ein Ätzpro­ zeß zur Bildung der Strukturen des ersten Teilmusters durchge­ führt wird,
  • - bei dem nach Entfernung der ersten Fotolackstruktur ganzflä­ chig die zweite Fotolackschicht aufgebracht wird,
  • - bei dem nach Bildung der ersten Fotolackstruktur unter Ver­ wendung der zweiten Fotolackstruktur als Ätzmaske ein Ätzprozeß zur Bildung der Strukturen des zweiten Teilmusters durchgeführt wird.
3. The method according to claim 1,
  • - in which the first photoresist layer is applied to the entire surface of the substrate,
  • in which, after the formation of the first photoresist structure using the first photoresist structure as an etching mask, an etching process is carried out to form the structures of the first partial pattern,
  • - After the removal of the first photoresist structure, the second photoresist layer is applied over the entire surface,
  • - In which, after the formation of the first photoresist structure using the second photoresist structure as an etching mask, an etching process for forming the structures of the second partial pattern is carried out.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem zur Bildung der Strukturen des Gesamtmusters isotrope Ätzprozesse eingesetzt werden, die so geführt werden, daß Un­ terätzungen unter die erste Fotolackstruktur und unter die zweite Fotolackstruktur entstehen.4. The method according to any one of claims 1 to 3, in which isotropic to form the structures of the overall pattern Etching processes are used, which are carried out so that Un etching under the first photoresist structure and under the second photoresist structure are created. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
  • - bei dem auf die Oberfläche des Substrats vor dem Aufbringen der ersten Fotolackschicht eine Hilfsschicht aufgebracht wird, die selektiv zur Oberfläche des Substrats ätzbar ist,
  • - bei dem in mindestens einem Ätzprozeß unter Verwendung der ersten Fotolackstruktur und der zweiten Fotolackstruktur als Ätzmasken die Hilfsschicht strukturiert wird, wobei Unterätzun­ gen unter die erste Fotolackstruktur und die zweite Fotolack­ struktur vorgenommen werden und wobei eine Hilfsstruktur gebil­ det wird,
  • - bei dem in einem Ätzprozeß unter Verwendung der Hilfsstruktur als Ätzmaske die Oberfläche des Substrats strukturiert wird.
5. The method according to any one of claims 1 to 3,
  • an auxiliary layer is applied to the surface of the substrate before the first photoresist layer is applied, said auxiliary layer being selectively etchable to the surface of the substrate,
  • in which the auxiliary layer is structured in at least one etching process using the first photoresist structure and the second photoresist structure as etching masks, undercutting being carried out under the first photoresist structure and the second photoresist structure and an auxiliary structure being formed,
  • - In which the surface of the substrate is structured in an etching process using the auxiliary structure as an etching mask.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Belichtung mit jeder Maske mehrfach mit jeweils re­ duzierter Belichtungsdosis erfolgt, wobei jeweils zwischen zwei Belichtungen die Maske neu justiert wird.6. The method according to any one of claims 1 to 5,  where the exposure with each mask is repeated several times with reduced exposure dose takes place, each between two Exposures the mask is readjusted. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Belichtung und/oder Entwicklung der Fotolackschich­ ten bei einer Überbelichtungsdosis und/oder Überentwicklungs­ zeit erfolgt.7. The method according to any one of claims 1 to 6, in which the exposure and / or development of the photoresist layer overexposure dose and / or overdevelopment time is done. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Fotolackschichten aus trocken entwickelbarem Foto­ lack oder aus einem Zweischichtlacksystem oder aus einem Drei­ schichtlacksystem bestehen und bei dem an der Oberfläche der Fotolackstrukturen jeweils eine Lackätzmaske gebildet wird.8. The method according to any one of claims 1 to 7, in which the photoresist layers are made of dry-developable photo lacquer or from a two-layer lacquer system or from a three layered paint system exist and in which on the surface of the A resist etching mask is formed for each photoresist structure. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem als Masken Phasenmasken verwendet werden.9. The method according to any one of claims 1 to 8, where phase masks are used as masks. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem als Substrat eine Halbleiterscheibe mit mindestens ei­ ner darauf angeordneten Schicht verwendet wird und bei dem die Strukturen in der an der Oberfläche angeordneten Schicht er­ zeugt werden.10. The method according to any one of claims 1 to 9, in which a semiconductor wafer with at least one egg is used as the substrate ner layer arranged thereon is used and in which the Structures in the layer arranged on the surface be fathered.
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