DE2642634A1

DE2642634A1 - Verfahren zum justieren von belichtungsmasken relativ zu einer substratscheibe

Info

Publication number: DE2642634A1
Application number: DE19762642634
Authority: DE
Inventors: Hans Binder
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-09-22
Filing date: 1976-09-22
Publication date: 1978-03-23
Also published as: US4118230A; GB1551631A; JPS5341984A; FR2365824B1; NL7710358A; BE858958A; FR2365824A1; IT1086953B

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT 7 Unser Zeichen

Berlin und München VPA 75 V 7 12 7 Br?D

Verfahren zum Justieren von Belichtungsmasken relativ zu einer Substratscheibe

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Justinen von Belichtungsmasken relativ zu einer Substratscheibe bei der Photolithographie, wie es im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher angegeben ist.

Zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und integrierten Schaltkreisen werden in der Regel nacheinander auf ein Halbleitersubstrat mehrere Schichten, z.B. Isolatorschichten und Leiterbahnschichten, aufgebracht, wobei mit photolithographischen Verfahren diese Schichten mit einer Struktur versehen werden. Besonders bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen, bei denen die einzelnen Bauelemente eine Ausdehnung von nur einigen yum aufweisen, ist es notwendig, daß die erzeugten Strukturen mit einer hohen Lagegenauigkeit zueinander hergestellt werden. Dazu ist es notwendig, die bei den aufeinanderfolgenden photolithographischen Verfahrensschritten verwendeten Photomasken sehr genau auf die Substratscheibe zu justieren. Zur Justierung wird gewöhnlich mit dem ersten photolithographischen Schritt von der ersten Photomaske eine Justiermarke in die Substratscheibe übertragen, z.B. ein Justierkreuz. Die Justierung der folgenden zweiten Maske erfolgt dadurch, daß eine in dieser zweiten Photomaske befindliche Justiermarke, die der in der Substratscheibe befindlichen Justiermarke geometrisch ähnlich ist, abgebildet wird. Ob für die zweite Maske ein gegenüber der Justiermarke der Substratscheibe

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vergrößerte oder verkleinerte Justiermarke verwendet wird, hängt bei den üblichen Justierverfahren davon ab, ob die zweite Maske im wesentlichen lichtundurchlässig oder lichtdurchlässig ist. Bei Verwendung von Positiv-Photolack ist z.

B. bei einer Maske, die zur Herstellung von einzelnen Diffusionsfenstern in einer Oxidschicht verwendet werden soll, diese Photomaske im wesentlichen lichtundurchlässig. In einem solchen Fall wird gewöhnlich als Justiermarke ein transparentes Rasterkreuz gewählt, das in seinen Abmessungen etwas größer ist als das entsprechende Kreuz auf der Substratscheibe. In diesem Beispiel wird bei dem mit der zweiten Photomaske durchgeführten photolithographischen Ätzprozeß die Oxidschicht teilweise entfernt und anschließend das freigelegte Silizium wieder zu Siliziumdioxid aufoxidiert. Bei diesem Prozeß wird das in der zweiten Photomaske zur Justierung befindliche Kreuz ebenfalls in die Substratscheibe übertragen. Man erhält daher bei dem zweiten photolithographischen Ätzprozeß in der Substratscheibe ein Kreuz, das die Abmessungen des Kreuzes der zweiten Maske besitzt, und damit gegenüber dem ursprünglichen, in der Substratscheibe befindlichen Kreuz vergrößert ist. Dementsprechend muß daher bei dem gewöhnlich angewendeten Verfahren die dritte Maske mit einem noch größeren transparenten Kreuz ausgestattet sein, damit für die Justierung das jetzt in der Substratscheibe befindliche Kreuz im ganzen Umfang durch das Kreuz der dritten Maske hindurch sichtbar ist. Aufgrund dieses Umstandes sind bei der Herstellung der Photomasken Kreuze vorzusehen, deren Balkenstärke bei der ersten Maske am geringsten und bei der lebzten Maske am größten ist· Entsprechendes gilt für Justiermarken, bei denen zur Justierung andere geometrische Formen verwendet werden. Aufgrund dieses Umstandes ist aber gleichzeitig die Reihenfolge der Masken in dem Herstellungsverfahren festgelegt. Eine Änderung in der Reihenfolge der Masken würde zur Folge haben, daß beispielsweise auf ein großes Kreuz des Substrates ein kleineres transparentes Kreuz einer Maske justiert werden müßte. Dies würde aber zu Justierungenauigkeiten führen. Entsprechendes gilt auch für die Verwendung von Masken, die im wesentlichen transparent sind, und bei denen die Justiermarken aus dunklen Strichen auf transparenten Untergrund bestehen.

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Vor allem für die versuchsweise Durchführung von Herstellungsprozessen für integrierte Schaltungen ist es wünschenswert, daß die Reihenfolge der einzelnen photolithographischen Prozesse verändert werden kann. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Justieren von Belichtungsmasken relativ zu einer Substratscheibe bei der Photolithographie anzugeben, mit dem es möglich ist, ohne Einbuße an Justiergenauigkeit die Reihenfolge der im Herstellungsverfahren verwendeten Photomasken zu verändern.

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

Die von der Erfindung verwendeten Justierstrukturen unterliegen einem starren System. Dies hat den Vorteil, daß bei dem Entwurf eines Schaltkreises keine gesonderten Überlegungen über Justierkreuze anzustellen sind. Es ist ferner auchKeine Verwechslung der einzelnen Justierkreuze möglich. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß bei Verwendung der beschriebenen Justierstrukturen Hasken, die für eine Positiv-Photolacktechnik ausgearbeitet sind, durch Umkopieren auch für eine Negativ-Photolacktechnik oder auch eine ' Abhebeteehnik -verwendet werden können, ohne daß neue Justierkreuze angefertigt werden müssen. Weiter ist es auch möglich, ohne Neuanfertigung der vorhandenen Masken die Reihenfolge der photolithographischen Schritte zu ändern.

Bei einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden als Justiermarken Justierkreuze verwendet, deren Ausgestaltung entsprechend der folgenden Prinzipien getroffen wird: Wenn die Balkenbreite beider Justierkreuze auf einer ersten Maske kleiner oder größer ist als bei der folgenden Maske,so ist jeweils eine dieser Justiermarken ein transparentes Kreuz auf dunklem Untergrund und die andere Justiermarke ein undurchsichtiges Kreuz auf transparentem Untergrund. Ist dagegen die Balkenbreite einer dieser Justiermarken der ersten Maske größer

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und die Balkenbreite der anderen Justiermarke kleiner als bei den Justiermarken der folgenden Maske, so werden entweder beide Justiermarken der ersten Maske als transparente Kreuze auf dunklem Untergrund oder als dunkle Kreuze auf transparentem Untergrund ausgebildet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer in den Figuren schematisch dargestellten, bevorzugten Ausführungsform beschrieben und näher erläutert.

In den Fig. 1 bis 8 ist schematisch dargestellt, wie mit einem photolithographischen Schritt eine Justiermarke von einer ersten Maske in eine Substratscheibe übertragen wird, wie eine zweite Maske auf die Substratscheibe justiert wird, und wie bei dem mit der zweiten Maske durchgeführten photolithographischen Schritt die Justierstruktur der zweiten Maske der Justierstruktur der Substratscheibe überlagert wird. Die Fig. 9a - 9e zeigen schematisch, wie bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens die Justierung der Photomasken relativ zu der Substratscheibe erfolgt, Fig. 10a - 1Oe zeigen ebenfalls eine schematische Darstellung dieses Verfahrens, wobei gegenüber dem in Fig. 9 dargestellten Verfahren eine komplanentäre Maske verwendet wird.

In den Fig. 1 bis 8 ist schematisch dargestellt, wie von einer Photomaske 4 eine Justiermarke in eine Substratscheibe 1, die beispielsweise aus Silizium besteht, und die mit einer Siliziumdioxidschicht 2 überzogen ist, übertragen wird. Die Photomaske 4 besteht aus einem lichtdurchlässigen Träger 5, auf dem eine Schicht 6 aufgebracht ist, die aus lichtundurchlässigem Material besteht und die mit einer Struktur versehen ist. Diese erste Maske 4 kann beispielsweise dazu verwendet werden, in der Substratscheibe ausschließlich Justierstrukturen zu erzeugen, es können aber auch gleichzeitig mit der Erzeugung der Justierstrukturen weitere Prozeßschritte, z.B. Einätzen von Diffusionsfenstern 10 in die Siliziumdioxidschicht 2 durchgeführt werden. Nach Belichten und Entwickeln des Positiv-Photolackes 3 wird an den beim Entwickeln des Photolackes freigelegten Stellen die

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Siliziumdioxidschicht 2 durchgeätzt. Nach dem Durchätzen wird ggf. ein Diffusionsprozeß durchgeführt, bei dem im Bereich der Fenster TO Dotierstoff in die Siliziumscheibe 1 eindiffundiert wird. Im Anschluß daran wird durch Erhitzen in Gegenwart von Sauerstoff auf der Siliziumscheibe wieder eine Siliziumdioxidschicht 2 erzeugt. Dabei entstehen in der Siliziumscheibe Vertiefungen 11, die die Justiermarken darstellen und deren Flanken 13 bei der Justierung im Auflicht als Striche sichtbar werden (vgl. Fig. 9a, 10a). Im weiteren Herstellungsverfahren wird sodann auf diese Justiermarke 11 eine weitere Photomaske 41 justiert. Diese Photomaske 41 besteht ebenfalls aus einem lichtdurchlässigen Träger 51, auf dem eine mit einer Struktur versehene lichtundurchlässige Schicht 61 aufgebracht ist. Als Justiermarke dient bei dieser Photomaske 41 eine als Kreuz ausgebildete Öffnung 17. Diese Justiermarke 17 wird auf die in der Substratscheibe befindliche Justiermarke 11, deren Flanken 13 im Auflicht sichtbar sind, so justiert, daß durch die Justiermarke 17 die Justiermarke 11 sichtbar ist. Aus diesem Grunde hat die Justiermarke 17 eine etwas größere Ausdehnung als die Justiermarke 7 der ersten Maske 4. Die Photolackschicht 31 besteht ebenfalls aus Positiv-Photolack. Die Photomaske 41 weist weiterhin öffnungen 18 auf, die für weitere Fenster in der Siliziumdioxidschicht 2 vorgesehen sind. Nach Belichten und Entwickeln des Photolackes 31 erhält man eine Struktur, wie sie in Fig. 6 gezeigt ist. An den vom Photolack befreiten Stellen wird die Siliziumdioxidschicht 2 sodann durchgeätzt. Dabei entstehen in der SiOp-Schicht Fenster 20 und ein Abbild 19 der Justiermarke 17 der Maske, die über der Justiermarke 11 liegt. Nach dem Tsfederaufoxidieren der Siliziumscheibe erhält man eine wie in Fig. 8 dargestellte Struktur. Die ursprüngliche Justiermarke 11 ist durch diesen zweiten photolithographischen Prozeß und dem damit verbundenen Wiederaufoxidieren der Siliziumdioxidschicht 2 gegenüber ihrer ursprünglichen Form auf eine andere Justiermarke 21 erweitert worden, die aus zwei ineinanderliegenden Kreuzen besteht. Zur Justierung können die im Auflicht sichtbaren Flanken 14 verwendet werden. Eine nachfolgende, dritte Maske müßte aber, wenn sie auf diese Justiermarke 21 justiert werden soll, für die 'Justiermarke eine

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noch größere Balkenbreite als die Justiermarke der zweiten Maske haben, wodurch - wie beim Stand der Technik - die Reihenfolge der Masken festgelegt ist. Um gerade diese Festlegung der Maskenreihenfolge zu vermeiden, wird erfindungsgemäß gleich mit der ersten Maske 4 in die Substratscheibe eine Justierstruktur 110 abgebildet, die die in Fig. 9a, 10a dargestellte Form aufweist. Sollen in dem Herstellungsverfahren nach Erzeugen der Justierstruktur 110 weitere vier Masken auf die Substratscheibe justiert werden, so besteht diese Justierstruktur aus 2 Reihen 111, 112 mit je vier Justierkreuzen 101, 102, 103, 104 bzw. 105, 106, 107, 108, wobei die Justierkreuze der ersten Reihe 111 gegenüber den Justierkreuzen der zweiten Reihe 112 eine etwas größere Balkenbreite aufweisen. Die zweite Maske, die dann auf die so erzeugten Justierstrukturen justiert werden soll, weist ebenfalls ein Paar von Justierkreuzen 121 und 125 auf, die beispielsweise aus dunklen Balken auf transparentem Grund bestehen. Zur Justierung wird das Kreuz 121 auf das Kreuz 101 der Substratscheibe justiert. Nach Durchführung des mit der zweiten Photomaske (Fig. 9b) durchgeführten photolithographischen Schrittes ) wird sodann wieder Photolack auf die Substratscheibe aufgebracht und es wird die dritte Maske 130 (Fig. 9c) auf die Substratscheibe justiert. Diese dritte Photomaske weist ebenfals zwei Justierkreuze 132 bzw. 136 auf,die beispielsweise ebenfalls aus dunklen Balken auf transparentem Grund bestehen. Diese beiden Justierkreuze unterscheiden sich ebenfalls in ihrer Balkenbreite. Zur Justierung wird das Justierkreuz mit der kleineren Balkenbreite 132 auf das Justierkreuz mit der größeren Balkenbreite 102 der Substratscheibe justiert. Nach Durchführung des mit der dritten Photomaske verknüpften photolithographischen Schrittes werden im weiteren Herstellungsverfahren eine vierte Photomaske (Fig. 9d) und eine fünfte Photomaske (Fig. 9e) auf die Justiermarken 103, 107 bzw. 104, 108 justiert. Aus der Darstellung der Fig. 9a bis 9e läßt sich erkennen, daß die einzelnen Masken untereinander vertauschbar sind, ohne daß zur Justierung eine Justiermarke der Substratscheibe mehrfach verwendet wird, da jeder der folgenden Photomasken eindeutig ein Paar von Justierkreuzen der Substratscheibe zugeordnet ist. In Fig. 10 ist dargestellt, daß auch eine Photomaske 230 mit

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einer komplementären Justierstruktur auf die Justierstruktur der Substratscheibe justiert werden kann. Zur Justierung wird in diesem Fall das Justierkreuz 236 der Photomaske 239 auf das Justierkreuz 106 der Substratscheibe abgebildet . Da das Justierkreuz 106 der Substratscheibe eine geringere Balkenbreite als das transparente Justierkreuz 236 der Photomaske aufweist, kann durch das Justierkreuz 236 hindurch das Justierkreuz 106 der Substratscheibe beobachtet und die Justierung durchgeführt werden. Anhand der Fig. 10a - e ist ebenfalls zu erkennen, daß aufgrund der gewählten Justierstrukturen jede der Photomasken auch in einer zu ihr komplementären Photomaske umkopiert werden kann, und daß mit dieser so gewonnen komplementären Photomaske die Justierung in gleicher Weise wie mit der ursprünglichen Maske erfolgen kann.

6 Patentansprüche
10 Figuren

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Claims

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Patentansprüche

.) Verfahren zum Justieren voirT3elichtungsmasken relativ zu einer Substratscheibe bei der¹ Photolithographie, bei dem die Substratscheibe mittels eines photolithographischen Schrittes unter Verwendung einer ersten Maske mit Justierstrukturen versehen wird, und bei dem sodann nacheinander mehrere Folgemasken auf diese Substratscheibe justiert werden, indem korrespondierende Justierstrukturen der Folgemasken auf die jeweils zugeordneten Justierstrukturen der Substratscheibe abgebildet und mit ihnen zur Deckung gebracht werden, dadurch gekennzeich net , daß als Justierstrukturen (110) für die Substratscheibe (1) eine oder mehrere Anordnungen aus Paaren von Justiermarken verwendet werden, wobei die Anzahl dieser Paare wenigstens gleich der Zahl der Folgemasken ist, und daß als korrespondierende Justierstruktur der Folgemasken ein einzelnes Paar aus einer ersten und einer zweiten Just'iermarke verwendet wird, wobei die räumliche Anordnung der Justiermarken der Substratscheibe (1) und der Justiermarken der Folgemasken so getroffen ist, daß jedem Paar von Justiermarken der Substratscheibe genau ein Paar korrespondierender Justiermarken der Folgemasken zugeordnet und für die Justierung darauf deckungsgleich abgebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net , daß die Substratscheibe (1) mit Justierstrukturen (110) versehen wird, die aus zwei nebeneinanderliegenden,, parallelen Reihen (111, 112) von Justiermarken (101, 102, 103, 104 bzw. 105, 106, 107, 108) bestehen, und bei denen die Justiermarken der ersten Reihe (111) eine zu den Justiermarken der zweiten Reihe (112) geometrisch ähnliche, vergrößerte Form aufweisen, und daß als korrespondierende Struktur (120, 130, 140,-150) der Folgemasken zwei nebeneinänderliegende Justiermarken (121, 125; 132, 136; 143, 147; 154, 158) verwendet werden, wobei die eine zu einer der Justiermarken aus der ersten Reihe (111), die zweite zu einer der Justiermarken aus der zweiten Reihe (112) der Justierstrukturen (110) der Substratscheibe der geometrischen Form nach ähnlich ist, und wobei die erste Justiermarke (121, 1'32, 143, 154) der Folgemasken die Abmessungen der Justier-

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marken aus der zweiten Reihe (112) der Justierstrukturen der Substratscheibe und die zweite Justiermarke (125, 136, 147, 158) der Folgemasken die Abmessungen der Justiermarke aus der ersten Reihe (111) der Justiermarken (110) der Substratscheibe besitzen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net , daß als Justiermarken Rasterkreuze verwendet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net , daß als Justierstruktur (110) der Substratscheibe eine erste Reihe (111) aus Kreuzen mit einer Balkenbreite von 15 /um in einem Quadrat von 100 /um Kantenlänge und eine zweite Reihe (112) von Kreuzen mit einer Balkenbreite von 10 /um in einem Quadart von 100 /um Kantenlänge verwendet wird (Fig. 9a, 10a).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,dadurch ge kennzeichnet , daß für die Folgemasken als erste Justiermarke (121, 132, 143, 154) ein dunkles Kreuz mit einer Balkenbreite von etwa 15 /Um in einem transparenten Quadrat von etwa 100 /Um Kantenlänge und als zweite Justiermarke (125, 136, 147, 158) ein dunkles Kreuz mit einer Balkenbreite von 10 /Um in einem transparenten Quadrat von etwa 100 /Um Kantenlänge verwendet werden (Fig. 9b - 9e).
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet , daß für die Folgemasken als erste Justiermarke (232) ein helles Kreuz mit einer Balkenbreite von etwa 10 ,um in einem sonst dunklen Quadrat von etwa 100 /Um Kantenlänge und als zweite Justiermarke (236) ein helles Kreuz mit einer Balkenbreite von etwa 15 /Um in einem sonst dunklen Quadrat von etwa 100 /Um Kantenlänge verwendet werden (Fig. 10c).

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