DE2723902A1

DE2723902A1 - Verfahren zur justierung einer halbleiterscheibe relativ zu einer bestrahlungsmaske bei der roentgenstrahl- fotolithografie

Info

Publication number: DE2723902A1
Application number: DE19772723902
Authority: DE
Inventors: Eckart Dr Phil Hundt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-05-26
Filing date: 1977-05-26
Publication date: 1978-11-30
Also published as: JPS53148285A; US4187431A; DE2723902C2; FR2392421B1; FR2392421A1

Description

Verfahren zur Justierung einer Halbleiterscheibe relativ zu einer Bestrahlungsmaske bei der Röntgenstrahl-Fotolithografie.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Justierung einer Halbleiterscheibe relativ zu einer Bestrahlungsmaske bei der Röntgenstrahl-Fotolithografie, wie es im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher angegeben ist.

In der Halbleitertechnologie v/erden bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen und integrierten Schaltungen fotolithografische Prozesse durchgeführt, bei denen Strukturen einer Bestrahlungsmaske auf eine strahlungsempfindliche Lackschicht auf einer Halbleiterscheibe übertragen werden. Im gesamten Herstellungsprozeß ist es notwendig, mehrere Lagen von Strukturen miteinander zur Deckung zu bringen. Aus diesem Grunde muß bei den verschiedenen Belichtungsschritten die Halbleiterscheibe gegenüber der jeweiligen Maske sehr genau justiert werden. Dabei muß der Fehler in der Justierung der Masken relativ zu den Halbleiterscheiben kleiner als die kleinste in der Halbleiterscheibe zu erzeugende Struktur sein. Bei dem derzeitigen Herstellungsverfahren für integrierte Schaltkreise erfolgt die Strukturübertragung meist lichtoptisch. Die Justierung wird durch gleichzeitige Beobachtung zweier Paare von Justiermarken ausgeführt, wobei sich das eine Justiermarkenpaar auf der Maske und das andere auf der Halbleiterscheibe befindet. Gewöhnlich geschieht die Beobachtung lichtoptisch mit einem Justiermikroskop. Für sehr genaue Justierungen im Bereich von 0,5/um erreicht man jedoch die Grenze des Auflösungs-

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Vermögens der üblichen lichtoptischen Mikroskope.

In der Röntgenstrahl-Fotolithografie wird ein für Röntgenstrahlen empfindlicher Lack sowie für die Abbildung der Maske Röntgenstrahlung verwendet. Aufgrund der kleinen Wellenlänge sind die Beugungserscheinungen bei dieser Art der Abbildung herabgesetzt, so daß die Strukturdimensionen, die abgebildet werden können, wesentlich kleiner sind als bei einer Abbildung mit sichtbarem Licht. Aus diesem Grund muß bei der Röntgenstrahl-Fotolithografie eine Justierung mit einer Genauigkeit von etwa 0,1 /um erreicht werden.

Bei der herkömmlichen Justierung mit einem Lichtmikroskop werden zunächst Maske und Halbleiterscheibe aufeinandergepreßt, um die Halbleiterscheibe parallel zur Maske auszurichten, den sogenannten Keilfehlerausgleich. Durch Oberflächenrauhigkeiten der Halbleiterscheibe kann dabei die Maske leicht zerstört werden.

Beim eigentlichen Justiervorgang wird je nach Tiefenschärfe des Mikroskopes ein kleiner Abstand zwischen Maske und Halbleiterscheibe eingehalten. Durch Oberflächenrauhigkeiten der Halbleiterscheibe kann auch hierbei die Maske sehr leicht zerstört werden. Dies ist ein wesentlicher Grund für eine schlechte Ausbeute bei der Halbleiterherstellung.

Weitere Schwierigkeiten können bei einem für die Röntgenstrahl-Fotolithografie verwendeten Justiersystem dadurch auftreten, daß das Material des Trägers, auf dem sich die zu justierenden Strukturen der Belichtungsmaske befinden, für Licht nicht oder nur sehr schwach durchlässig ist, so daß aufgrund dieses Umstandes eine gleichzeitige Scharfeinstellung des Justiermikroskopes auf die Justiermarke der Maske und den Justiermarken der Halbleiterscheibe erschwert wird.

Aus "Solid-State Technology" (1972), Seiten 21-26 ist ein Justierverfahren für die Röntgenstrahl-Fotolithografie bekannt,

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bei dem die Justierung mit Hilfe von Röntgenstrahlen erfolgt. Dazu werden auf die Halbleiterscheibe sowie auf die 3estrah-Iungsm3ske jeweils Justiermarken aus Röntgenstrahlen absorbierendem Material aufgebracht. Nach Durchdringung der Röntgenstrahlen durch diese Justiermarken wird mittels eines Detektors die Intensität der Strahlung gemessen und je nach Gestaltung der beiden Justiermarken auf Strahlungsmaximum oder Strahlungsminimum im Detektor justiert.

Bei diesem bekannten Verfahren ist nachteilig, daß keine Möglichkeit für eine Kontrolle des gegenseitigen Abstandes von Halbleiterscheibe und Justiermarke besteht. Für ein paralleles Ausrichten von Halbleiterscheibe und Bestrahlungsmaske ist es auch bei diesem Verfahren notwendig, Halbleiterscheibe und Bestrahlungsmaske aneinanderzupressen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Justierung einer Halbleiterscheibe relativ zu einer Bestrahlungsmaske bei der Röntgenstrahl-Fotolithografie anzugeben, bei dem für die Justierung Röntgenstrahlung verwendet wird und bei dem eine Parallel-Ausrichtung von Halbleiterscheibe und Bestrahlungsmaske ermöglicht wird, ohne daß Bestrahlungsmaske und Halbleiterscheibe aneinandergepreßt werden müssen.

Diese Aufgabe wird bei einem wie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Verfahren gemäß der Erfindung nach der im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen V/eise gelöst.

Gemäß der Erfindung wird vorgesehen, die Justierung mit Hilfe eines Röntgenstrahlbündels vorzunehmen, welches beispielsweise durch eine Justiermarke auf der Belichtungsmaske hindurchtritt und auf eine reflektierende Justiermarke der Halbleiterscheibe trifft, und das von der reflektierenden Justiermarke der Halbleiterscheibe in einen Röntgenstrahldetektor gelangt. 3efindet sich in diesem Fall die Halbleiterscheibe nicht in der

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Soll-Entfernung von der Bestrahlungsmaske, so trifft das Röntgenstrahlbündel nicht auf die reflektierende Justiermarke, so daß in diesem Fall auch keine Röntgenstrahlung in den Detektor gelangt. Zur Justierung wird der Abstand zv/ischen der Halbleiterscheibe und der Bestrahlungsmaske verändert, so daß die in den Detektor fallende Röntgenstrahlung maximiert wird. Die Justierung kann auch in umgekehrter Weise erfolgen, indem die reflektierende Justiermarke auf der Bestrahlungsmaske angebracht wird, und das zur Justierung verwendete Röntgenstrahlbündel zuerst die Halbleiterscheibe und eine darauf befindliche Justiermarke durchdringt, sodann auf die reflektierende Justiermarke der Bestrahlungsmaske trifft und von dort in den Detektor gelangt.

Es wird für die Justierung ein Röntgenstrahlbündel verwendet, das gegenüber der Oberflächennormalen von Halbleiterscheibe bzv/. Bestrahlungsmaske geneigt ist, da dann die Abstandskontrolle zwischen Halbleiterscheibe und Bestrahlungsmaske genauer vorgenommen werden kann als mit einem fast senkrecht auf Halbleiterscheibe oder Bestrahlungsmaske einfallenden Strahlenbündel. Zweckmäßigerweise wird zur Parallel-Ausrichtung von Halbleiterscheibe und Bestrahlungsmaske die Halbleiterscheibe verschoben. Dazu wird die reflektierende Justiermarke auf der Halbleiterscheibe angebracht. In diesem Fall ist es notwendig, ein Röntgenstrahlbündel .unter einen solchen Winkel auf die Halbleiterscheibe auftreffen zu lassen, unter dem an dem Kristallgitter der Halbleiterscheibe eine Reflexion der Röntgenstrahlung auftritt. Als Justiermarke wird in einem solchen Fall ein von absorbierendem Material umgebener Fleck der Halbleiterscheibe verwendet. Sofern an der Halbleiterscheibe keine ausreichend starken Reflexe auftreten, kann als Justiermarke auf der Halbleiterscheibe auch ein die Röntgenstrahlung reflektierender Kristall als Justierraarke aufgebracht werden. Die Justiergenauigkeit läßt sich erhöhen, wenn als Justiermarken periodische Strukturen vervyendet werden, beispielsweise eine Folge von äquidistanten reflektierenden Streifen auf der Halbleiterscheibe und ein entsprechend aufgelöstes Absorptionsmuster mit äqui-

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distanten durchlässigen Streifen auf der Bestrahlungsmaske.

Im folgenden wird die Erfindung beschrieben und anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Fig.1 zeigt schematisch den Strahlengang zur Durchfuhrung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig.2 zeigt, wie mit Hilfe von periodisch ausgebildeten Justiermarken die exakte Ausrichtung von Halbleiterscheibe und Bestrahlungsmaske erreicht wird,

Fig.3 zeigt schematisch den Intensitätsverlauf der von den Röntgenstrahl-Detektoren aufgenommenen Röntgenstrahlung.

Die Justierung von Halbleiterscheibe und Bestrahlungsmaske erfolgt z.B. in der Weise, daß in der Justiervorrichtung die Bestrahlungsmaske 1 fest montiert wird. Die Halbleiterscheibe 2 wird in einem Substrathalter 3 eingespannt. Dieser Substrathalter 3 kann mit einer Verschiebungsvorrichtung 40 in horizontaler Richtung und mit weiteren Verschiebungsvorrichtungen 41, 42, 43 in der vertikalen Richtung bewegt werden. Mit Hilfe der Vorrichtungen 41, 42 und 43 kann eine Parallel-Ausrichtung der Halbleiterscheibe relativ zu der Bestrahlungsmaske 1 durchgeführt werden. Auf der Bestrahlungsmaske 1 befinden sich Justiermarken 5, die aus einem absorbierenden Material, beispielsweise aus Gold, bestehen, und die beispielsweise zwei Öffnungen aufweisen, so daß durch diese Öffnungen Röntgenstrahlung durchtreten kann. Zu diesen Justiermarken 5 befinden sich auf der Halbleiterscheibe 2 korrespondierende Justiermarken 6, und diese Justiermarken 6 be'stehen aus einem Röntgenstrahlen absorbierenden Material, beispielsweise Gold, und sind so strukturiert, daß das Röntgenstrahlen absorbierende Material um einen freien Fleck der Halbleiterscheibe herum angeordnet ist. Die Justierung erfolgt mittels Röntgenstrahlen, die aus einer Röntgenquelle 7 austreten. In Fig.1 sind zwei mögliche Strahlverläufe dargestellt. Ein Strahlenbündel 8tritt durch eine in der Justiermarke 5 der Bestrahlungsmaske 1 befindlichen Öffnung hindurch,

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trifft auf die Halbleiterscheibe 2, wird dort reflektiert, wobei die reflektierten Röntgenstrahlen durch eine andere Öffnung in der Justierinarke 5 der Bestrahlungsmaske 1 hindurchtreten und in einen Detektor 9 gelangen. Kit Hilfe der 'Verschiebevorrichtungen 40 bis 43 wird die Halbleiterscheibe so verschoben, daß die in den Detektor 9 einfallende Röntgenstrahlintensität maximal wird. Sofern der Einfallswinkel des Strahlenbündels 8 zu einer Reflexion an der Halbleiterscheibe 2 zu groß ist, kann mit Hilfe eines Eeugungskristalles 10 ein anderes Strahlenbündel 11 in entsprechender V/eise· zur Justierung verwendet werden. Der Beugungskristall 10 wird dabei so angeordnet, daß das auf die Halbleiterscheibe fallende Strahlenbündel 11 im Reflexionswinkel auf die Halbleiterscheibe auftrifft.

In Fig.2 ist schematisch dargestellt, wie eine Justierung des Abstandes zwischen Halbleiterscheibe und Bestrahlungsmaske erfolgen kann. Als Justiermarken dienen bei der Bestrahlungsmaske aquidistante Streifen 25 aus Röntgenstrahlen absorbierendem Material, beispielsweise aus Gold. Die Justiermarken der Halbleiterscheibe 2 bestehen beispielsweise aus streifenförmig angeordneten Reflexionskristallen 26, wobei der Abstand dieser Reflexionskristalle 26 gleich dem Abstand der Streifen 25 auf der Bestrahlungsmaske ist. In dem Fall, in dem die Bestrahlungsnaske sowohl in der horizontalen x-Richtung v/ie auch in der vertikalen genau zur Bestrahlungsmaske justiert ist, wird von dem einfallenden Strahlenbündel S ein Anteil 18 mit maximaler Intensität reflektiert.

In Fig.2a ist der Fall dargestellt, daß die Halbleiterscheibe ι und die 3estrahlungsnaske genau aufeinander ausgerichtet sind.

In Fig.2b ist schematisch dargestellt, wie die Intensität des reflektierten Strahlenbündels 18 abnimmt, wenn die Halbleiterscheibe 2 um eine Strecke S aus ihrer Soll-Lage verrückt ist. j In diesem Fall trifft nicht das gesamte Röntgenlicht, das von den Justiermarken 25 auf der Bestrahlungsmeske durchgelassen

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v/ird, auf entsprechende Reflexionsmarken 26, so daß ein Anteil dieses Röntgenstrahlbündels nicht mehr reflektiert wird und somit nicht mehr in den Detektor 9 gelangt.

In Fig.3 ist der Intensitätsverlauf dargestellt, den man bei einer Verschiebung der Halbleiterscheibe in der horizontalen x-Richtung erhält. Dabei zeigt die Fig.3a den Intensitätsverlauf, den man in dem Fall erhält, in dem die Halbleiterscheibe im Soll-Abstand von der 3estrahlungsmaske entfernt ist. Fig.3b zeigt den Intensitätsverlauf für eine Verschiebung der Halbleiterscheibe in der x-Richtung, wobei in diesem Fall die Halbleiterscheibe um eine Strecke ;,S aus ihrem Soll-Abstand von der Bestrahlungsmaske entfernt ist.

6 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims

- ^- 77 P 7 0 5 6 BRO Patentansprüche

1. Verfahren zur Justierung einer Halbleiterscheibe relativ au einer 3eStrahlungsmaske bei der Röntgenstrahl-Fotolithografie, bei dem zur Bestimmung der gegenseitigen Lage von Halbleiterscheibe und Bestrahlungsmaske die Intensität eines Röntgenstrahlbür.dels festgestellt wird, welches auf ein Paar aus einer Justiermarke auf der Halbleiterscheibe und einer Justiermarke auf der Bestrahlungsmaske auftrifft, dadurch g ekennaeichnet , daß für eine der Justiermarken (5,6) eines solchen Paares eine reflektierende Justiermarke verwendet wird, die wenigstens einen Anteil des auf sie auftreffenden Röntgenstrahlbündels (8) reflektiert, und daß die Intensität des reflektierten Anteils festgestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterscheibe (2) und die Bestrahlungsmaske (1) mit jeweils drei, einander paarweise zugeordneten Justiermarken (5,6) versehen wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die reflektierende Justiermarke auf der Halbleiterscheibe (2) angebracht wird und daß zur Parallel-Ausrichtung von Halbleiterscheibe (2) und Bestrahlungsmaske (1) die Halbleiterscheibe (2) verschoben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß ein Röntgenstrahlbündel verwendet wird, das unter einem solchen Winkel auf die Halbleiterscheibe (2) auftrifft, unter dem die Halbleiterscheibe reflektiert.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Halbleiterscheibe (2) 3ls Justiermarken (6) Röntgenstrahlen reflektierende Einkristalle (26) angebracht werden.

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6. Verfahren nach einen der Ansprüche 2 bis 5> dadurch gekennzeichnet , daß Justiermarken verwendet v/erden, welche eine periodische Struktur aufweisen.

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