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DE2819698A1 - Verfahren zur herstellung von feststoffanordnungen und vorrichtung zur anwendung bei diesem verfahren - Google Patents

Verfahren zur herstellung von feststoffanordnungen und vorrichtung zur anwendung bei diesem verfahren

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Publication number
DE2819698A1
DE2819698A1 DE19782819698 DE2819698A DE2819698A1 DE 2819698 A1 DE2819698 A1 DE 2819698A1 DE 19782819698 DE19782819698 DE 19782819698 DE 2819698 A DE2819698 A DE 2819698A DE 2819698 A1 DE2819698 A1 DE 2819698A1
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DE
Germany
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substrate
mask
carrier
layer
arrangement
Prior art date
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DE19782819698
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Peter James Daniel
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Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Gloeilampenfabrieken NV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Philips Gloeilampenfabrieken NV filed Critical Philips Gloeilampenfabrieken NV
Publication of DE2819698A1 publication Critical patent/DE2819698A1/de
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Description

PHB. 32581
Va/FF/
4-4-1978
"Verfahren zur Herstellung von Feststoffanordnungen und Vorrichtung zur Anwendung bei diesem Verfahren"
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Mikrominiatur-Feststoffanordnungen, bei dem in einem ersten und in einem zweiten Schritt strahlungsempfindliches Material an einer ersten Hauptfläche des Substrats einer Anordnung mit einem von einer Maske herrührenden Strahlungsmuster belichtet wird, derart, dass Stellen an dieser Fläche für lokalisierte Bearbeitung definiert werden, während weiter mindestens ein Bearbeitungsschritt durchgeführt wird, durch den eine Massverformung des Gebietes
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-X- PHB.32581
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der genannten Substratoberfläche zwischen dem ersten und dem zweiten Belichtungsschritt erhalten wird. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Anwendung bei einem derartigen Verfahren.
Mikrominiatur-Fes ts toffanordnungen s ind Feststoffanordnungen, bei denen die Anbringung eines Teiles oder einiger Teile mit einer Genauigkeit innerhalb von /um oder Bruchteilen eines ,um stattfinden soll. Beispiele von Mikrominiatur-Feststoffanordnungen sind Halbleiteranordnungen (sowohl diskrete Schaltungselemente als auch integrierte Schaltungen), Oberflächenwellenfilter, magnetische "Bubble"-Anordnungen und Josephson-GrenzschichtanT Ordnungen. Derartige Anordnungen können unter Verwendung eines Strahlungsmusters hergestellt werden, das von einer Maske auf ein strahlungsempfindliches Material an einer Hauptfläche des Substrats einer Anordnung übertragen wird, um Stellen an der genannten Oberfläche für lokalisierte Bearbeitung des genannten Substrats zu definieren. Das Strahlungsmuster kann von der Maske auf die Substratoberfläche projiziert werden; auch können die Maske und das Substrat miteinander in Berührung sein. Das Strahlungs- muster kann z.B. aus sichtbarem oder ultraviolettem Licht, Röntgenstrahlen oder Elektronen bestehen. Die lokalisierte Bearbeitung kann z.B. lokalisiertes Aetzen von Metallschichten, Isolierschichten oder
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iff- FHB. 3258I
anderen Schichten auf der Substratoberfläche oder z.B. lokalisierte Dotierung des Substrats umfassen.
Bei dem bekannten sogenannten "planaren" Vorgang zur Herstellung diskreter Schaltungselemente und integrierter Schaltungen werden photolithographische Techniken allgemein dazu benutzt, gleichzeitig eine Anzahl identischer Halbleiteranordnungen auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat zu erhalten. Der Vorgang besteht aus mehreren Schritten zur Belichtung eines strahlungsempfindlichen Materials an einer ersten Hauptfläche des Substrats mit einem von einer Maske herrührenden Strahlungsmuster, um Stellen an der genannten Oberfläche für eine lokalisierte Bearbeitung des genannten Substrats zu definieren. Jedes Strahlungsmuster enthält im allgemeinen eine Matrix identischer Teilmuster, so dass die genannte Bearbeitung an einer Matrix von Stellen durchgeführt wird, um eine Matrix identischer Anordnungen auf dem Substrat zu bilden. Das Substrat wird nachher in gesonderte Körper für jede Halbleiteranordnung geteilt.
Bei diesem bekannten Vorgang kann jedoch die Substratoberfläche infolge der zur Bildung der Halbleiteranordnungsstrukturen auf dem Substrat verwendeten Bearbeitungsschritte verformt werden. Wenn eine derartige Verformung zwischen zwei Belichtungsschritten auftritt, kann das Strahlungsmuster des zweiten Schrittes wenigstens über einen Teil seines Gebietes in bezug auf die Stellen, die an der Sub-
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-J/ί- , ΡΗ3.32.581
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Stratoberfläche in dem ersten Belichtungsschritt definiert werden, falsch, ausgerichtet sein. Eine derartige Substratverformung kann sowohl durch plastische Verformung als auch durch elastische Beanspruchung des Halbleiterkristallgitters herbeigeführt werden.
Elastische Beanspruchungen können durch die Spannung herbeigeführt werden, die von der Aenderung der Gitterkonstante beim Einführen von Dotierungsmitteln in Halbleitermaterialien erzeugt wird. Sie werden auch durch Wärmeausdehnungsunterschiede herbeigeführt, wenn Isolierschichten oder andere Schichten auf dem Halbleitersubstrat bei erhöhten Temperaturen erzeugt werden. Manchmal können Schichten selber eingebaute Spannungen aufweisen, in Abhängigkeit von der Weise, in der sie erzeugt werden; so stehen z.B. aufgedampfte Metallschichten in der Regel unter Spannung, während sich durch ZeI1Stäubung aufgebrachte Schichten häufig in komprimiertem Zustand befinden.
Elastische Beanspruchung hat einen derartigen Charakter, dass sich die Struktur wiederherstellen kann, wenn die Spannung beseitigt wird, z.B. dadurch, dass eine abgelagerte Schicht entfernt wird.
Plastische Verformung hat einen derartigen Charakter, dass ein gewisser struktureller Schlupf auftritt, so dass sich die Struktur nicht wiederherstellt, wenn die Spannung beseitigt wird. Plastische Verformung kann durch Ursachen auftreten, die
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PHB. 32581
elastische Beanspruchung herbeiführen, wenn die Spannung die Elastizitätzgrenze bei einer Temperatur übersteigt, die genügend hoch ist, damit die plastische Masse flüssig wird. Eine solche plastische Verformung beseitigt im allgemeinen einen Teil der elastischen Spannung und hat somit die Neigung, die Massverformung des Substrats herabzusetzen, die sonst durch die zu hohe Spannung herbeigeführt werden würde; die Situationen, in denen eine solche zu hohe Spannung auftreten kann, sollen im allgemeinen auch vermieden werden, weil sie die Wirkung der Anordnungen beeinträchtigen können. Eine häufiger vorkommende Ursache plastischer Verformung ist thermische Beanspruchung infolge von Temperaturgradienten in dem Substrat während einer Bearbeitung bei hoher Temperatur z.B. während Ofenbehandlungen oder Epitaxie. Bei der heutigen Herstellung von Feststoffanordnungen wird dafür gesorgt, dass Temperaturgradienten und andere solche Feiktoren auf einen Pegel herabgesetzt werden, auf dem die plastische Verformung im allgemeinen unbedeutend ist.
Eine gewisse elastische Beanspruchung scheint jedoch unvermeidlich zu sein, weil es bei diesen Anordnungen erforderlich ist, dass für das Substrat und für die Oberflächen verschiedene Materialien verwendet werden. Eine solche während der Bearbeitung der Anordnung eingeführte Beanspruchung ergibt eine Massverformung des Gebietes einer Hauptfläche des
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Substrats, dadurch., dass die Querabmessungen der genannten Oberfläche entweder vergrössert oder verringert werden. Die Aenderung der genannten Querabmessungen kann z.B. mehr als 0,2 /um sein und ist häufig grosser. ¥ie oben erwähnt wurde, kann, wenn eine solche Verformung zwischen zwei Belichtungsschritten auftritt, das in dem zweiten Schritt verwendete Strahlungsmuster falsch ausgerichtet sein. Dies ist insbesondere von Bedeutung, wenn eine Matrix von Anordnungen auf einem gemeinsamen Substrat mit grossen Hauptflächen gebildet wird. So werden z.B., obgleich in einem Gebiet der Substratoberfläche ein Teilmuster des genannten Strahlungsmusters in bezug auf Stellen ausgerichtet sein kann, die in dem ersten Belichtungsschritt definiert waren, Teilmuster in von dem genannten Gebiet entfernten Gebieten im allgemeinen in bezug auf die entsprechenden Stellen falsch ausgerichtet sein; dies kann zur Folge haben, dass eine Vielzahl der hergestellten Anordnungen unerwünschte Eigenschaften aufweist oder sogar unbrauchbar ist; dies ist umso akuter, als es jetzt einen Trend zu noch kompakteren Mustern und zu noch kleineren Abmessungen für viele dieser Mikrominiaturanordnungen gibt,
Durch dieses Massverformungsproblem, das eine falsche Ausrichtung des Musters herbeiführt, kann somit die Auflösung beschränkt werden, die in z.B. Bildprojektionssystemen angewandt werden kann,
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in denen eine grosse Substratoberfläche völlig zu gleicher Zeit z.B. einem Elektronenstrahl oder einem Röntgenstrahlungs- oder einem Ultraviolettstrahlungsmuster ausgesetzt wird. Ein Vorteil solcher Systeme zur Projektion auf die ganze Oberfläche ist jedoch, der, dass eine grosse Matrix von Mikrominiatur-Feststoffanordnungen zugleich auf dem Substrat in einer Zeitspanne hergestellt werden kann, die erheblich kürzer als die Zeitspanne ist, die erforderlich ist, wenn gesonderte Schritte angewandt werden, um jedes Gebiet oder jeden Teil der Anordnung zu belichten. Daher sind solche Systeme im allgemeinen attraktiver für Herstellungszwecke, vorausgesetzt, dass die genannten Fehlausrichtungsprobleme verringert werden können.
Die Erfindung hat den Zweck, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Mikrominiatur-Feststoffanordnungen zu schaffen, bei denen der Fehlausrichtungseffekt einer derartigen Massverformung herabgesetzt wird. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine derartige Herabsetzung auf verhältnismässig einfache Weise bei der Herstellung der Anordnungen dadurch erreicht werden kann, dass die relativen Grossen des Gebietes der verformten Substratoberfläche und des Gebietes der Maske nahezu gleichmässig eingestellt werden} dies kann erzielt werden, weil die meisten auftretenden elastischen Beanspruchungen im allgemeinen in der
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Ebene des Substrats isotrop sind, was eine nahezu gleichmässige Expansion oder Kontraktion der Grosse der Substratoberfläche ergibt.
So ist nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Mikrominiatur-Feststoffanordnung, das aus einem ersten und einem zweiten Schritt zur Belichtung eines strahlungsempfindlichen Materials an einer ersten Hauptfläche des Substrats einer Anordnung mit einem von einer Maske stammenden Strahlungsmuster, um Stellen an der genannten Oberfläche für eine lokalisierte Bearbeitung zu definieren, und aus mindestens einem Bearbeitungsschritt besteht, durch den eine Massverformung des Gebietes der genannten Substratoberfläche zwischen dem ersten und dem zweiten Belichtungsschritt erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass für den zweiten Belichtungsschritt die relativen Grossen des Gebietes der genannten Substratoberfläche und des Gebietes der verwendeten Maske nahezu gleichmässig derart eingestellt werden, dass der Effekt der genannten Massverformung auf die durch den genannten ersten und den genannten zweiten Belichtungsschritt definierten relativen Stellen herabgesetzt wird.
Ein derartiges Verfahren kann somit bei grossen Substratoberflächen in Systemen, in denen die Strahlungsmuster auf die ganze Substratoberfläche mit kleinen Musterdetails und einer hohen Auflösung
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projiziert oder auf andere Weise übertragen werden, besonders vorteilhaft sein. Bei einem derartigen System kann die Bildprojektion z.B. mit Hilfe von Röntgenstrahlung, Elektronenstrahlen oder Ultra-Violettstrahlung stattfinden. Ein derartiges Verfahren ist besonders vorteilhaft, wenn die Massverformung zwischen den Belichtungsschritten genügend ist, um zu bewirken, dass die Grösstquerabmessung der genannten Substratoberfläche um mehr als z.B. 0,1 /um zu- oder abnimmt. Mit einem derartigen Verfahren kann eine gewisse Verbesserung in der Ausrichtung erzielt werden, sogar wenn eine gewisse plastische Verformung neben elastischer Beanspruchung vorhanden ist.
Wenigstens ein Teil der Massverformung kann durch elastische Beanspruchung herbeigeführt werden, die in dem unterliegenden Teil des genannten Substrats von einer Schicht erzeugt wird, die in der Nähe wenigstens einer Hauptfläche des Substrats angebracht ist; eine solche Situation ergibt sich häufig bei der Herstellung von Mikrominiatur-Feststoffanordnungen; eine solche Schicht kann z.B. eine Metallschicht oder eine andere leitende Schicht oder Isolierschicht sein, die auf dem Substrat angebracht ist; sie kann eine dotierte Schicht sein, die in dem Substrat angebracht ist, z.B. wenigstens wenn das Substrat Halbleitermaterial für die Herstellung einer Halbleiteranordnung enthält. Die die elastische
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Beanspruchung erzeugende Schicht kann oft in der Nähe wenigstens einer ganzen Hauptfläche des Substrats angebracht sein.
Um den Effekt der genannten Massverformung herabzusetzen, kann die Grosse des Gebietes des zu projizierenden Maskenmusters dadurch eingestellt werden, dass die anzuwendende Maske für eine erhöhte oder verringerte Vergrösserung hergestellt wird. Dadurch kann jedoch die Maskenherstellung kompliziert werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die relativen Grossen der Maske und des Substrats dadurch eingestellt, dass während verschiedener BeIichtungsschritte entweder die Maske oder das Substrat oder beide auf einer verschiedenen Temperatur gehalten werden. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform werden der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials der Maske und/oder des Substrats und der nahezu isotrope Charakter der Wärmeausdehnung oder -kontraktion benutzt. Es wurde gefunden, dass in vielen Fällen ein Temperaturunterschied von nur einigen 0C erforderlich ist. Die Temperatur der Maske oder des Substrats kann von Hand eingestellt werden, wobei vorher der Temperaturunterschied berechnet wird, der erforderlich ist, um die Massverformung auszugleichen. Ein Vorteil der thermischen Ausgleichstechnik ist jedoch der, dass die Temperatureinstellung automatisch dadurch stattfinden kann, dasa ein die genannte Massverformung anzeigendes
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-yC- rim. 32.581
Ag W
Signal abgeleitet und benutzt wird.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Belichtung des Substrats einer Anordnung mit Strahlungsmustern gemäss einem Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass sie enthält: Mittel zur Befestigung des Substrats der Anordnung, Mittel zur Befestigung der Maske vor dem Substrat, Mittel zur Belichtung der Substratoberfläche mit einem Strahlungsmuster über die Maske und weiter Mittel zur Einstellung der Temperatur und/oder der Maske und des Substrats, damit einer dieser Teile oder beide auf einer verschiedenen Temperatur während verschiedener Belichtungsschritte gehalten werden können.
Während der Belichtung können die Maske und das Substrat miteinander in Berührung gehalten werden; auch kann die Vorrichtung eine Projektionsvorrichtung sein.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Projizieren von Strahlungsmustern gemäss einem Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung verwendet. Eine solche Vorrichtung kann einen wärmeleitenden Träger für die Befestigung des Substrats der Anordnung, Mittel zur Befestigung der Maske vor dem Substrat und Heizmittel enthalten, die derart mit dem Substratträger zusammenarbeiten, dass das Substrat während verschiedener Projektionsschritte auf einer verschiedenen
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ΓΪΙΒ. 32581
Temperatur gehalten werden kann. ? R 1 Q R Q R
Eine derartige Vorrichtung ermöglicht es, unter Verwendung der obenbeschriebenen bevorzugten Ausftihrungsform des erfindungsgemässen Verfahrens die relativen Grossen der Maske und des Substrats einzustellen.
Um eine automatische Einstellung der genannten relativen Grossen zu ermöglichen, können Detektionsmittel mit dem genannten Substratträger derart zusammenarbeiten, dass ein Signal erzeugt wird, das die genannte Massverformung anzeigt, während die Heizmittel, die mit dem Substratträger zusammenarbeiten, von Steuermitteln gesteuert werden, die einen Eingang für das genannte Signal aufweisen und es ermöglichen, die Temperatur des genannten Substratträgers auf einen durch das genannte Signal bestimmten Wert zu bringen.
Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine graphische Darstellung zur Illustrierung der Aenderung d des Durchmessers von Siliziumscheiben verschiedener Dicken infolge der Tatsache, dass darauf thermisches Oxid mit einer Gesamtdicke t angewachsen wird;
Fig. 2 eine graphische Darstellung zur Illustrierung der Aenderung d des Durchmessers einer Siliziumscheibe infolge der Tatsache, dass darin
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verschiedene Dotierungsmittel in einer Dosis von N Dotierungsatomen pro Oberflächeneinheit eingebaut werden;
Fig. 3 schematisch eine Draufsicht auf eine Hauptfläche einer Siliziumscheibe für die Herstellung einer Anzahl von Halbleiteranordnungen;
Fig. 4 schematisch eine Draufsicht auf eine Maske, deren Muster auf die Hauptfläche der Scheibe nach Fig. 3 projiziert werden soll; Figuren 5 bis 10 schematische Querschnitte durch einen Teil einer Siliziumscheibe in aufeinanderfolgenden Schritten bei der Herstellung einer Halbleiteranordnung, und
Fig. 11 und 12 schematisch, teilweise im Schnitt, verschiedene Ausführungsformen von Bildprojektionsvorrichtungen zur Belichtung des Substrats einer Anordnung mit einem von einer Maske stammenden Strahlungsmus ter.
Obgleich der Einfachheit halber nur Ausführungsformen der Erfindung in bezug auf die Herstellung von Halbleiteranordnungen beschrieben werden, dürfte es einleuchten, dass sich die Erfindung auch bei anderen Mikrominiatur-Feststoffanordnungen,z.B. magnetischen "Bubble"-Anordnungen, Oberflächenwellenfiltern und Josephson-Grenzschichtanordnungen, anwenden lässt. In diesem Falle sind im allgemeinen andere Substrate für die Anordnungen und andere Materialien erforderlich.
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' PHB. 32581
Λ k-k-^8
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Auch ist es einleuchtend, dass Figuren 3 bis 12 nicht massgerecht gezeichnet sind und dass die relativen Abmessungen und Verhältnisse unterschiedlicher Teile in diesen Figuren der Deutlichkeit halber übertrieben gross oder verkleinert dargestellt sind.
Siliziumoxidschichten, die auf Siliziumscheiben durch thermische Oxidation des Siliziums gewachsen werden, weisen einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das unterliegende Silizium auf. Der Vorgang ist derart, dass die Oxidschicht im allgemeinen über die ganze Scheibe einschliesslich ihrer beiden gegenüberliegenden Hauptflächen gebildet wird. Wenn die oxidierte Scheibe auf Zimmertemperatur gekühlt wird, bewirken die Oxidschichten auf ihren beiden Hauptflächen, dass sich die Querabmessungen dieser Hauptflächen ausdehnen; in diesem Falle bleibt die Ebene der Scheibe nahezu flach, aber ihre Querabmessungen dehnen sich aus.
Die graphische Darstellung nach Fig. 1 zeigt Beispiele der Beziehung zwischen der Aenderung d des Durchmessers von 75 mm einer kreisförmigen Siliziumscheibe, der Dicke der Scheibe, und der Gesamtdicke t dieses thermisch gewachsenen Oxids. Die verschiedenen Linien deuten verschiedene Scheibendicken von 200 bis 5OO/um an. Die Werte der Aenderung d nach Fig. 1 sind berechnete Werte und sowohl d als auch t sind in /um angegeben. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass
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durch, das Anwachsen einer thermischen Oxidschicht mit einer Dicke von 0,5/um auf den beiden Hauptflächen einer Siliziumscheibe mit einer Dicke von 3OO/um und einem Durchmesser von 75 nun bewirkt wird, dass der Durchmesser der Scheibe um 0,3 bis 0,4/um vergrössert wird. Die Massverformung ist über den Durchmesser der Scheibe nahezu gleichmässig.
Venn die Oxidschicht von einer der gegenüberliegenden Hauptflächen entfernt wird, aber auf dem ganzen oder nahezu dem ganzen Gebiet der anderen Hauptfläche erhalten bleibt, krümmt sich die Ebene der Scheibe derart, dass eine Hauptflache konvex wird, während die andere konkav ist. Diese Krümmung kann gemessen werden und ist direkt auf den Dehnungsgrad einer Hauptfläche der Scheibe im Vergleich zu der gegenüberliegenden Hauptfläche bezogen. Es ist üblich, die Ebene einer derartigen gekrümmten Scheibe flach zu machen, wenn ein lithographischer Belichtungsschritt durchgeführt wird. Die Vergrösserung des Durchmessers der flach gemachten Scheibe ist nahezu gleich der Hälfte der Vergrösserung, die erhalten wird, wenn eine derartige Oxidschicht auf den beiden Hauptflächen der Scheibe vorhanden ist. Im allgemeinen ist diese Massverformung, die an einer Hauptfläche einer derartigen Scheibe infolge einer Oxidschicht auf einer oder den beiden gegenüberliegenden Hauptflächen der Scheibe auftritt, dem Durchmesser der Scheibe gerade proportional und
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der Dicke der Scheibe umgekehrt proportional. Je stärker somit die Massverformung ist, je grosser ist der Durchmesser der Scheibe und je kleiner ist ihre Dicke.
Die graphische Darstellung nach Fig. 2 zeigt Beispiele der Beziehung zwischen der Aenderung d (in Mikrons) des Durchmessers einer kreisförmigen Siliziumscheibe und der Gesamtmenge N (in Dotierungsatomen pro QuadratZentimeter) eines in die Scheibe eingebauten Dotierungsmittels. Das Dotierungsmittel ist annahmeweise über wenigstens eine Hauptfläche der Scheibe entweder in einer ununterbrochenen Schicht oder in einer Matrix von Teilmustern vorhanden, die sich in Abständen wiederholen, die kleiner (z.B.
eine Grössenordnung kleiner) als der Durchmesser der Scheibe sind. Die Yerte von N sind die Gesamtmenge des Dotierungsmittels in der Scheibe geteilt durch das Gesamtgebiet einer Hauptfläche der Scheibe. Die Linien Sb, P und B sind Beispiele von Linien für Antimon, Phosphor bzw. Bor. Die Scheibe nach Fig. 2 weist einen Durchmesser von 75 mni und eine Dicke von 300/um auf. Yie aus Fig. 2 ersichtlich ist, kann der Effekt einer Dotxerungsmitteldosis Von z.B. 4 . 10 Dotierungsatomen/cm eine Zunahme von nahezu 0,3/um des Durchmessers bei Anwendung von Antimon als Dotierungsmittel, eine Abnahme von nahezu 0,2<um bei Anwendung von Phosphor und eine Abnahme von 0,4 bis 0,5/um bei Anwendung von Bor
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sein. Die Massverformung ist wieder nahezu gleichmassig über den Durchmesser der Scheibe und ist wieder dem Durchmesser gerade proportional und der Dicke der Scheibe umgekehrt proportional. Wenn die beiden ganzen Hauptflächen auf gleiche Weise dotiert sind, bleibt die Ebene der Scheibe flach, aber wenn nur eine der Hauptflächen auf diese Weise dotiert ist, krümmt sich die Ebene der Scheibe wiederum, bis sie für lithographische Belichtung flach gemacht wird..
Derartige MassVerformungen, die durch das Wachstum thermischen Oxids und Dotierung von Halbleiterscheiben herbeigeführt werden, können einen starken Einfluss auf die Herstellung von HaIbleiteranordnungen ausüben. Fig. 3 zeigt eine Siliziumscheibe 1, auf der eine Matrix von Halbleiteranordnungen hergestellt werden kann. Jede Anordnung kann z.B. eine integrierte Schaltung mit Feldeffekttransistoren mit isolierter Gate-Elektrode sein; beispielsweise wird nachstehend an Hand der Figuren 5 bis 10 die Herstellung solcher Anordnungen beschrieben. Die Scheibe nach Fig. 3 kann einen Durchmesser von z.B. 75 mm aufweisen. Eine flache Schicht 2 kann auf ihrem kreisförmigen Rand zur groben Positionierung der Scheibe in der Bearbeitungsvorrichtung angebracht werden.
In Fig. 3 ist jedes Gebiet der Scheibe 1, auf dem eine einzelne integrierte Schaltung hergestellt
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werden soll, als ein rechteckiges Gebiet (z.B. Gebiete 3 t>is 7) angegeben, das an seinen vier Seiten von punktierten Linien begrenzt wird. Diese Teilungslinien liegen in zwei orthogonalen Sätzen, von denen ein Satz zu der flachen Schicht 2 parallel ist (siehe Fig. 3). Di© Halbleiterscheibe 1 wird anschliessend längs dieser Linien geteilt, um die einzelnen Körper jeder integrierten Schaltung zu erhalten. Im allgemeinen ist es erwünscht, auf jedem der rechteckigen Gebiete eine einzelne integrierte Schaltung herzustellen. Die anderen Gebiete, die teilweise von dem Rand der Scheibe begrenzt werden, bilden keine nützlichen Gebiete für Anordnungen. Wenigstens zwei der rechteckigen Gebiete können aber von Markierungen 8 und 9 eingenommen werden, die, wie nachstehend
beschrieben werden wird, für Maskenausrichtung verwendet werden können; in diesem Falle wird auf diesen zwei Gebieten keine integrierte Schaltung gebildet. Mehrere Schritte in der Herstellung der integrierten Schaltungen dienen zur Uebertragung eines Strahlungsmusters von einer Maske auf strahlungsempfindliches Material auf einer Hauptfläche des durch die Siliziumscheibe 1 gebildeten Substrats der Anordnung. Dies kann mit Hilfe einer Projektionstechnik erfolgen. Durch die Projektionsschritte wird selektiv das strahlungsempfindliche Material belichtet, um Stellen an der genannten Fläche für lokalisierte Bearbeitung zur Herstellung der Halb-
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leiteranordnungen zu definieren. Fig. 4 zeigt eine für einen dieser Projektionsschritte verwendete Maske. Die Maske selber besteht aus einem Maskenmuster, das im allgemeinen aus Metall besteht und auf einem Substrat gebildet wird, das aus Quarz bestehen kann. Das zu projizierende Maskenmuster besteht aus einer Anzahl identischer Teilmuster (z.B. Teilmuster 13 bis 17) in einer Matrix, die der gewünschten Matrix von Anordnungen für die Scheibe 1 entspricht.
Die Eigenschaften jedes gesonderten Teilmusters werden in ;um gemessen und sind in Fig. 4 nicht dargestellt .
Jede Maske dient zum Definieren der Stellen über die ganze Oberfläche des Substrats der Anordnung für einen einzigen Verfahrensschritt, z.B.
lokale Entfernung einer Oxid- oder Metallschicht. Die verschiedenen für verschiedene Verfahrensschritte verwendeten Masken weisen im allgemeinen dieselben Gesamtabmessungen für die Matrix von Teilmustern auf, aber die Teilmuster jeder Maske weisen gewöhnlich verschiedene Eigenschaften für jeden gesonderten Verfahrensschritt auf. Wenn Massverformung des Gebietes der Oberfläche des Substrats der Anordnung zwischen zwei Projektionsschritten unter Verwendung von zwei solcher Masken auftritt, wird, wenn nicht irgendein Ausgleich vorgenommen wird, das in dem zweiten Schritt projizierte Strahlungsmuster in bezug auf die Stellen, die an der Substratoberfläche in
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dem ersten Projektionsschritt definiert waren, falsch ausgerichtet. So kann z.B. zwischen den zwei Projektionsschritten Kontraktion der Oberfläche des Substrats der Anordnung aufgetreten sein, während die Maske 10 nach Fig. h die in dem zweiten Projektionsschritt verwendete Maske sein kann. Wenn das Teilmuster 17 der Maske 10 nahezu genau in bezug auf das Anordnungsgebiet 7 der kontrahierten Scheibe 1 ohne Ausgleich ausgerichtet wäre, wären die Teilmuster 13» 1^-j 15 und 16 nicht in bezug auf die Gebiete 3» ^> 5 bzw. 6 ausgerichtet, sondern würden sich etwas zu dem kreisförmigen Rand der Scheibe 1 hin verschieben. Dies kann zu unerwünschten Eigenschaften der Anordnungen und sogar zu fehlerhaften Anordnungen führen.
Nach der Erfindung werden jedoch für den zweiten Projektionsschritt die relativen Grossen des Gebietes der Substratoberfläche der Anordnung und des Gebietes der Maske 10 nahezu gleichmässig eingestellt, derart, dass der Effekt der genannten Massverformung auf die durch den ersten und den zweiten Projektionsschritt definierten Stellen herabgesetzt wird. Dies kann auf einfache Weise dadurch erzielt werden, dass z.B. die Wärmeausdehnung des Substrats dazu benutzt wird, wenigstens teilweise die Masskontraktion auszugleichen, die durch die Bearbeitung eingeführt wird. Für diesen Zweck kann z.B. die Px'ojektionsvorrichtung nach Fig. 11
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oder nach Fig. 12 verwendet werden.
Die Anwendung einer die Verformung ausgleichenden Technik in einem bekannten Verfahren zur Herstellung von Anordnungen wird nun beispielsweise an Hand der Figuren 5 bis 10 beschrieben.
Fig. 5 zeigt einen Teil des Substrats einer Anordnung mit einem Teil einer p—leitenden einkristallinen Siliziumscheibe 1, auf deren beiden gegenüberliegenden Oberflächen Isolierschichten und 22 aus Siliziumoxid vorhanden sind. Beispielsweise werden Schritte in der Herstellung eines n-Kanal-Anreicherungsfeldeffekttransistors mit isolierter Gate-Elektrode beschrieben. Im allgemeinen wird ein einziger Transistor nur eines von vielen Schaltungselementen einer integrierten Schaltung sein, so dass der in Fig. 5 dargestellte Teil des Substrats einer Anordnung nur einen Bruchteil eines Anordnungsgebietes (z.B. das Gebiet 6) einer Scheibe 1 der in Fig. 1 dargestellten Art bildet. Daher dürfte es einleuchten, dass eine an dem in Figuren 5 bis 10 dargestellten Substratteil durchgeführte Bearbeitung auch im allgemeinen an anderen Stellen im Anordnungsgebiet 6 und an den anderen Anordnungsgebieten (z.B. Gebieten 3, h, 5 und 7) durchgeführt wird.
Die Siliziumoxidschichten 21 und 22 wurden auf der Scheibe 1 durch thermische Oxidation der SiliKJumoberflache erzeugt, derart, dass sie eine
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Dicke von z.B. je 1 /um aufwiesen. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, dass die Scheibe 1in Wasserdampf während etwa 100 Minuten auf 1150°C erhitzt wird. Wie aus Pig. 1 ersichtlich ist, wird durch diese Oxidation der Durchmesser von 75 mn* einer /um dicken Scheibe 1 um etwa 0,7/um vergrössert.
Die Schicht 21 auf einer Hauptfläche des Substrats der Anordnung wird dann auf bekannte Weise mit einem strahlungsempfindlichen Material überzogen, um eine Resistschicht 23 zu bilden. Ein Strahlungsmuster 2k wird dann von einer Maske auf die Resistschicht 23 auf dem Substrat der Anordnung projiziert.
Die in den Projektionsschritten dieses Herstellungsverfahrens verwendete Strahlung kann z.B.
violettes oder ultraviolettes Licht, Elektronen oder Röntgenstrahlung sein, während die Resistschicht aus einem entsprechend empfindlichen Material besteht. Während der Projektionsschritte kann das Substrat auf einem wärmeleitenden Träger, wie dem Träger 50 nach Fig. 11 und Fig. 12, befestigt werden.
Das in dem ersten Projektionsschritt projizierte Strahlungsmuster 2k enthält Teilmuster, die die Resistschicht 23 selektiv belichten, um Stellen zu definieren, an denen die Oxidschicht 21 örtlich entfernt werden soll, um Feldeffekttransistoren fcu bilden. Die Ränder eines solchen Gebietes sind in Fig. 5 mit 25 bezeichnet. Der Resist wird dann dort, wo er mit der Strahlung- 2k an den Stellen 25 belichtet
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wird, auf bekannte Weise entwickelt und entfernt, so dass der verbleibende Teil der Resistschicht ein Maskenmuster auf der Oxidschicht 21 bildet. Das Substrat der Anordnung wird dann auf bekannte Weise einer Aetzbehandlung unterworfen, um Fenster 26 in der Oxidschicht 21 in den Gebieten 25 zu öffnen, während der verbleibende Teil der Schicht 21 vor dem Aetzmittel durch das Resistmuster geschützt wird. Die Oxidschicht 21 verbleibt in der Praxis auf wenigstens 70 oder 80<$ der Vorderfläche des Substrats der Anordnung. Die Teilmuster der Fenster 26 sind nahezu gleichinässig als eine Matrix über die genannte Oberfläche verteilt. Die Aetzbehandlung entfernt aber auch die Oxidschicht 22 an der ungeschützten hinteren Fläche des Substrats der Anordnung. Eine derartige Situation kommt bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen häufig vor. Die erhaltene Struktur ist in Fig. 6 dargestellt. Wie oben an Hand der Fig. 1 beschrieben wurde, wird also durch den Aetschritt die Ausdehnung des Substrats der Anordnung herabgesetzt, so dass der Dtirchmesser des Substrats der Anordnung nach Pig. 6, wenn es flachgemacht ist, um wenigstens 0,35/um im Vergleich zu seiner Grosse während des Projektions-Schrittes nach Fig. 5 abgenommen',hat. Diese Massverformung ist nahezu linear und gleichmässig über die Vorderfläche des Substrats der Anordnung.
Auf bekannte Weise wird nun wieder durch
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thermische Oxidation mehr Oxid auf dem Substrat der Anordnung angewachsen, um eine Oxidschicht 30 zu bilden, die eine Dicke von z.B. 400 bis 1000 Ä (0,04 bis 0,10/um) aufweisen kann. Sie wächst nicht nur an dem Fenster 26 in der dicken Oxidschicht 231 sondern auch an der belichteten hinteren Fläche der Scheibe 1. Diese geringe Dicke des Oxids vergrössert nur in sehr geringem Masse den Durchmesser der Scheibe 1.
Polykristallines Silizium wird dann auf bekannte Weise auf der Oxidschicht 23 und der Oxidschicht 30 an der Vorderfläche der Scheibe 1 abgelagert, um eine Schicht 3I mit einer Dicke von z.B. 0,5 bis 0,8/um zu bilden. Auf der Schicht 30 auf der hinteren Fläche wird kein polykristallines Silizium abgelagert. Die abgelagerte Siliziumschicht hat keinen wesentlichen Effekt auf die Massverformung der Scheibe 1.
Die polykristalline Siliziumschicht 3I wird anschliessend auf bekannte Weise mit einer Resistschicht 33 überzogen und einem zweiten Projektionsschritt unterworfen. Das von der Maske (wie der Maske 10 nach Fig. k) projizierte Strahlungsmuster enthält Teilmuster 3h, die selektiv die Resistschicht 33 belichten, um Stellen zu definieren, an denen das polykristalline Silizium entfernt werden soll, derart, dass Silizium-Gates für die Transistoren und Siliziumleiterbahnen zurückbleiben. Während diese Pro-
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jektionsschrittes kann das gekrümmte Substrat der Anordnung unter Verwendung der nachstehend an Hand der Figuren 11 und 12 zu beschreibenden Technik gegen den Träger 50 flachgezogen werden. Die Maske 10 und/oder das Substrat 1, 30, 23, 31 der Anordnung werden während dieses Projektionsschrittes auf einer von den entsprechenden Temperaturen während des Projektionsschrittes nach Fig. 5 verschiedenen Temperatur gehalten; auf diese einfache Weise werden die relativen Grossen der Maske und des Substrats durch die thermische Expansion oder Kontraktion derart eingestellt, dass der Effekt der Massverformung des Substrats der Anordnung, der sich nach dem ersten in Fig. 5 dargestellten Projektionsschritt ergab, herabgesetzt wird. Dies kann dadurch erzielt werden, dass das Substrat 1, 30, 23, 31 der Anordnung erhitzt wird. Der Temperaturunterschied T, der erforderlich ist, um eine lineare Masaänderung d des Durchmessers D einer Siliziumscheibe 1 herbeizuführen, ist durch die Formel
T = £—
CL.B
gegeben, wobei öd. der Yärmeasudehnungskoeff izient von Silizium ist. Wenn ein Wert von 3,8 . 10 / C für oL gewählt wird, erfordert eine Scheibe mit einem Durchmesser von 75 mm eine Abnahme ihrer Temperatur von nahezu Λη- C, um eine Kontraktion von etwa 0,35/um auszugleichen.
Indem auf diese Weise die Temperatur des
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Substrats der Anordnung geregelt wird, wird eine Verbesserung für alle Anordnungsgebiete 4 bis 7 dadurch erzielt, dass die durch das Strahlungsmuster 34 definierten Stellen in bezug auf die 5j Ränder der Fenster 26, die durch das Strahlungsmuster 24 in dem Projektionsschrxtt nach Fig. 5 definiert werden, ausgerichtet werden.
Der belichtete Resist wird dann entwickelt und entfernt und die verbleibende Resistschicht 33 wird als eine Aetzmaske für die polykristalline Siliziumschicht 31 verwendet. Fig. 8 zeigt beispielsweise zwei verbleibende Teile 33a und 33b der Schicht 33; der Teil 33a liegt auf der dünnen Oxidschicht innerhalb des Fensters 26, um ein Gate eines Transistors zu bilden; der Teil 33b befindet sich auf der dicken Oxidschicht 23> um z.B. eine Verbindungsbahn zu bilden.
Nach der Bildung der Gates und Leiterbahnen aus der Siliziumschicht 33 wird das Substrat der Anordnung einer weiteren Aetzbehandlung unterworfen, um die belichteten Gebiete der dünnen Oxidschicht 30 zu entfernen. Die Siliziumschichtteile schützen das unterliegende Oxid vor dem Aetzmittel. Die erhaltene Struktur ist in Fig. 8 dargestellt.
Das Substrat der Anordnung kann nun einer Phosphordiffusion unterworfen werden, um die Source- und Drainzonen der Transistoren zu bilden und die Siliziumschicht-Gates und Leiterbahnen zu dotieren.
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Dies kann auf bekannte Weise dadurch, erzielt werden, dass die Struktur nach. Fig. 8 während einer halben Stunde in einem Gasstrom aus Stickstoff mit 2,5 $ Sauerstoff auf 9OO C erhitzt wird, wobei der Sauerstoff durch flüssiges POCl.- bei 26°C hindruchgeblasen worden ist, damit er mit POCl„-Dampf gesättigt wird. Der Phosphor diffundiert in Gebiete 37,38 und 39 der Siliziunischeibe über die belichteten Siliziumoberflächenteile an der Vorderfläche und über die ganze belichtete hintere Fläche. Diese Gebiete 37, 38 und 39 sind in Fig. 8 durch, punktierte Linien und in Fig. 9 als η-leitende Zonen dargestellt; die lokalisierten η-leitenden Zonen 37 und 38 bilden die Transistor-Source- und -Drainzonen; die Zone 39 erstreckt sich Über die ganze hintere Fläche der Scheibe 1 und kann in einer späteren Stufe entfernt werden. Dieser Phosphor-diffusionsvorgang ergibt eine Konzentration N in den Gebieten von nahezu 2 . 10 Phosphoratomen/cm . Infolge dieser Dotierung wird der Durchmesser des Substrats der Anordnung weiter um etwa 0,1 /um herabgesetzt, wenn die Ebene des Substrats flachgemacht wird. Wiederum ist die Massverformung nahezu gleichmässig und linear über die Vorderflache des Substrats der Anordnung.
Dann wird auf bekannte Weise Siliziumoxid über nur die Vorderfläche des Substrats der Anordnung abgelagert, um eine Schicht kO mit einer Dicke von z.B. 0,5 bis 0,8mm zu bilden. Die Ablagerung
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kann z.B. durch Oxidation bei niedriger Temperatur von Silan erfolgen und die so gebildete Schicht kann anschliessend auf übliche Weise zur Verbesserung ihrer Eigenschaften erhitzt werden. Eine derartige Schicht 4o kann den Durchmesser des kontrahierten Substrats der Anordnung um z.B. 0,15/um vergrössern.
Eine Resistschicht 43 wird dann auf der Vorderfläche des erhaltenen Substrats angebracht und ein Strahlungsmuster 44 von einer dritten Maske wird auf die Schicht 43 projiziert, um Stellen zu definieren, an denen Kontaktfenster in die Oxidschicht 4o geätzt werden müssen; diese Kontaktfenster ermöglichen die Kontaktierung der Source- und Drainzonen 37 und 38 und der polykristallinen Silizium-Gates 33a und -bahnen 33*>· Während dieses Projektionsschrittes, der in Fig. 9 dargestellt ist, kann nun die Temperatur des Substrats der Anordnung um 1·£ bis 1^- C im Vergleich zu seiner Temperatur in dem Projektionsschritt nach Fig. 5 erhöht werden. Diese Temperaturänderung verringert den Effekt der Kontraktion von nahezu 0,3/um, die in dem Durchmesser des Substrats seit dem Projektionsschritt nach Fig. 5 aufgetreten ist. Die Maskentemperatur wird nahezu gleich wie in den vorhergehenden Projektionsschritten nach Fig. 5 sowie nach Fig. 7 gehalten und vorzugsweise wird das Maskensubstrat in jedem Falle aus einem Material mit einem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, z.B. Quarz, hergestellt, um die
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Massänderungen, in der Maske auf einen Mindestwert zu b e s ehränke ii.
Nach der Bildung der Kontaktfenster in der Oxidschicht kO wird Aluminium abgelagert, um eine Metallschicht zu bilden, die dann mit einer weiteren Resistschicht überzogen wird. Eine weitere lithographische und Aetzbehandlung wird dann durchgeführt, um ein Metallkontakt&chichtmuster zu definieren, von dem zwei Teile in Fig. 10 dargestellt sind.
Während des Projektionsschrittes in dieser weiteren lithographischen Behandlung wird das Substrat auf nahezu der gleichen Temperatur wie in dem Projektionsschritt nach Fig. 9 gehalten, weil gefunden wurde, dass die Aluminiumschicht nur wenig Effekt auf die Massverformung hat. Die Siliziumscheibe 1 kann anschliessend von ihrer hinteren Fläche her dünner gemacht werden; auf diese Weise kann die n-leitende Zone 39 entfernt werden, bevor die hintere Fläche metallisiert wird. Anschliessend wird die Scheibe 1 auf bekannte Weise in einzelne Körper für jede integrierte Schaltung unterteilt. Ein Teil eines solchen Körpers ist in Fig. 10 dargestellt.
Dieses Verfahren kann z.B. mit Hilfe der Projektionsvorrichtung nach Fig. 11 oder nach Fig.
12 durchgeführt werden. Fig. 11 zeigt einen Teil eines Elektronenstrahl-Bildprojektionssystems. Projektionssysteme und Elektronenstrahl-Bildprojektion anwendende Techniken sind bereits bekannt und sind
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z.B. in den USA-Patentschriften 3.679.497 und 3.7IO.IOI, dem Aufsatz von T.¥. O'Keefe, J. Vine und R.M. Handy in "Solid State Electronics", Band 12 (1969), S. 841-848, und den Aufsätzen von J.P. Scott in "Journal of Applied Physics", Band 46, Nx-. 2 (Februar 1975), S. 661-664 und in "Proceedings of Sixth International Conference Electron and Ion Beam Science and Technology" (Electrochemical Society, Princeton, N.J.) S. I23-I36 beschrieben. Der ganze Inhalt dieser veröffentlichten Patentschriften und Aufsätze ist als in der vorliegenden Anmeldung enthalten zu betrachten.
Die Vorrichtung nach Fig. 11 enthält einen elektrisch und thermisch leitenden Träger 50 zur Befestigung des Substrats 1 und elektrisch und thermisch leitende Mittel 5I zur Befestigung der Maske 10 vor dem Substrat 1. Die Maske 10 enthält auf bekannte Weise eine photoemittierende Schicht über ihre ganze dem Substrat 1 zugekehrte Hauptfläche. Ihre gegenüberliegende Hauptfläche wird mit einer Ultraviolettlanrpe beleuchtet, wobei das von dieser Lampe stammende ultraviolletee Licht 53 bewirkt, dass die photoemittierende Maske 10 Elektronen in einem Muster emittiert, das durch das Muster der Maske bestimmt wird. Ein Vakuum ist zwischen den Trägern 50 und 5I vorhanden und ein hohes positives Potential V wird zwischen dem Maskenträger 5I und dem Substrat 1 angelegt, um den
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Elektronenstrahl von der Maske 10 zu dem Substrat zu beschleunigen. Der ein bestimmtes Muster aufweisende Elektronenstrahl wird auf das Substrat 1 von einem Magnetfeld fokussiert, das von Elektromagneten erzeugt wird, die in Fig. 11 der Deutlichkeit halber nicht dargestellt sind.
Während der Projektion des von der Maske herrührenden Elektronenbildes wird die Ebene des Substrats 1 auf einfache vorteilhafte Weise nahezu flach gehalten, wobei elektrostatische Kraft benutzt wird, um das Substrat gegen eine dielektx'ische Schicht 55 auf der Oberfläche des Trägers 50 zu drücken. Die elektrostatische Kraft wird dadurch erzeugt, dass das Potential V auch über der Schicht 55 zwischen dem Substrat 1 und dem Träger 50 angelegt wird. Aehnliche die elektrostatische Kraft benutzende Klemmtechniken sind bereits in z.B. der britischen Patentschrift 1.443.215 und in dem Aufsatz von G.A.Wardly in Rec. Scientific Instruments, Band 44, Nr, 10, S.I506-I509 beschrieben. Der ganze Inhalt dieser britischen Patentschrift und des eben genannten Aufsatzes ist als in der vorliegenden Anmeldung enthalten zu betrachten.
Wie oben in bezug auf Fig. 3 erwähnt wurde, kann das Substrat der Anordnung zwei in einiger Entfernung voneinander liegende Ausrichtmarkierungen 8 und 9 enthalben. Diese Markierungen können z.B. von dem in den erwähnten Aufsätzen von J.P.Scott
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und in der DE-OS 26 ^2 770 beschriebenen Typ sein. Die photokathodenmaske 10 kann zwei entsprechend positionierte Ausrichtteilmuster enthalten, deren Muster zu dem der Markierungen 8 und 9 komplementär 5- ist, so dass diese Maskengebiete ein dem Muster der Markierungen 8 und 9 entsprechendes Elektronenmuster emittieren. Die Emission von Brem&strahlung im ¥ellenlängenbereich der Röntgenstrahlung· von den Markierungen 9 und 8 kann dann auf bekannte ¥eise dazu benutzt werden, die Ausrichtung der Markierungen 8 und 9 in bezug auf die Maskengebiete '8 und 19 anzuzeigen. Röntgenstrahlungsdetektoren 58 und 59 die mit dem Träger 50 zusammenarbeiten, können das Röntgenstrahlungssignal über Oeffnungen in dem Träger 50 detektieren und erzeugen elektrische Signale , die auf bekannte Weise von einer Schaltung derart verarbeitet werden können, dass elektrische Signal X, Y,θ und 61 erhalten werden. In der US-PS 3.7IO.IOI ist ein geeigneter Typ einer Schaltung 60 zum Ableiten solcher Ausgangssignale beschrieben. Die X- und Ύ- Signale stellen den Fehler in der Ausx"ichtung einer Markierung (z.B. der Markierung 8) in zwei senkrechten Richtungen dar. Das Θ-Signal stellt den Fehler in der Ausrichtung der anderen Markierung (9) als eine Winke!Verdrehung um die Markierung 8 dar. Die Signale X, Y und θ werden den Elektromagneten zugeführt, um die Fehlausrichtung auf bekannte Weise zu korrigieren. Das Signal 61
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entspricht dem Grossenfehlersignal nach der US-PS 3.7IO.IOI, das den Fehler in der Grosse oder der Vergrösserung des projizierten Elektronenstrahls darstellt, wie er an der Oberfläche des Substrats der Anordnung gemessen wird. Dieses Signal 61 zeigt auch die Massverformung des Gebietes der Substratoberfläche an, wenn eine solche Verformung infolge der Bearbeitung der Anordnung auftritt. So kann das Signal 61 dazu benutzt werden, eine Wärmequelle 62 für ein Heizelement 63 zu regeln, das mit dem Substratträger 50 zusammenarbeitet} auf diese Weise kann die Temperatur des Trägers 50 auf einen Wert gebracht werden, der durch das Signal 61 bestimmt wird, so dass die Vorrichtung automatisch die Tem— peratur des Substrats 1 derart einstellen kann, dass der Effekt der Massverformung des Substrats 1 herabgesetzt wird.
Das Heizelement 63 kann z.B. ein mäanderförmiges Widerstandselement in einem Isoliermantel sein, das zwischen der Masse des Trägers 50 und einer Trägerplatte 64 angeordnet ist, die durch Bolzen oder auf andere Weise an diesem Träger befestigt ist. Erwünschtenfalls können auch Kühlmittel mit dem Träger 50 zusammenarbeiten, derart, dass, wenn der Träger JJO nicht erhitzt wird, er auf einer Temperatur gehalten wird, die unter der Temperatur des Trägers 5I liegt. Soiche Kühlmittel können Kanäle im Träger 50 enthalten, durch die ein flüssiges
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Kühlmedium fliessen kann. Erwünschtenfalls kann, statt ein Heizelement 63 und eine Wärmequelle 62 anzuwenden, eine durch die Kanäle im Träger 50 fliessende Flüssigkeit den gewünschten Erhitzungs- oder KUhlungseffekt für den Träger 50 hervorrufen, dadurch, dass die Temperatur einer derartigen Flüssigkeit in Abhängigkeit von dem Signal 61 geregelt wird. Die Projektionsvorrichtung wird in einer Umgebung mit geregelter Temperatur betrieben, um externe Temperatureffekte auf die Abmessungen der Maske und der Anordnung während der Projektionsschritte auf ein Mindestmass zu beschränken. Vorzugsweise enthalten alle verwendeten Masken ein Quarzsubstrat, das einen sehr niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, so dass eine etwaige geringe Aenderung in der Maskentemperatur während verschiedener Projektionsschritte oder sogar während desselben Schrittes die Abmessungen des Maskenmusters nicht in wesentlichem Masse beeinflussen wird. Die . thermische Kapazität des Trägers 50 soll genügend gross sein, um etwaige Erhitzung des Substrats der Anordnung durch den auffallenden Elektronenstrahl selber unbedeutend zu machen.
Fig. 12 zeigt einen Teil einer abgewandelten Ausftthrungsform einer Vorrichtung, deren Teile, die denen der Fig. 11 entsprechen, im allgemeinen mit denselben Bezugsziffern bezeichnet sind. In der Schaltungsanordnung nach Fig. 12 wird ein die Mass-
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verformung anzeigendes Signal nicht dazu benutzt, automatisch die Temperatur des Trägers %0 einzustellen} stattdessen wird die Wärmequelle 62 Tür das Element 63 von manuell einstellbaren Steuermitteln 70 geregelt. Die Einstellung der Steuermittel 70 kann derart geregelt werden, dass die Temperatur des Trägers in Abhängigkeit von einem bekannten Massverformungsgrad und von einer vorherigen Berechnung für die zur Herabsetzung der Verformung notwendige Temperatur bestimmt wird. Ein Thermoelement 71» das in den Träger 50 eingebettet ist, kann auch dazu benutzt werden, ein Rückkopplungssignal den Steuermitteln 70 zuzuführen, damit sichergestellt wird, dass die Temperatur des Trägers 50 auf einem Wert gehalten wird, der durch die manuelle Einstellung der Steuermittel 70 bestimmt wird.
Die Vorrichtung nach Fig. 12 kann auch von dem Elektronenstrahl-Bildprojektionstyp sein. Stattdessen kann sie aber auch von dem Röntgenstrahlungs- oder Ultraviolett-Bildprojektionstyp sein: In diesem Falle enthält die Maske 10 keine photoemittierende Schicht mehr, sondern weist verschiedene Gebiete auf, die undurchsichtig sind und für die Röntgen- oder Ultraviolettstrahlung 73 durchlässig sind, so dass ein Röntgen- oder Ultraviolettstrajüungsmuster auf das Substrat 1 der Anordnung übertragen wird. Das Substrat 1 kann durch elektrostatische Klemmkraft gegen den Träger 50 flachgezogen werden}
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erwünschtenfalls kann eine übliche Vakuumlehre statt dieser elektrostatischen Lehre in z.B. einem System zur Belichtung mit Ultraviolettstrahlung verwendet werden, weil in diesem Falle kein Vakuum zwischen dem Träger 50 und dem Träger 5I notwendig ist, so dass z.B. atmosphärischer Druck angewandt wird, um das Substrat 1 gegen die Vakuumlehre zu drücken.
Es leuchtet ein, dass viele andere Abwandlungen im Rahmen der Erfindung möglich sind. So kann z.B. in dem System nach Fig. 11 der Effekt der genannten Massverformung dadurch herabgesetzt werden, dass das Signal 61 teilweise zur Einstellung der Vergrösserung des projezierten Strahlungsmuster und teilweise zur Einstellung der Temperatur des Substratträgers 50 verwendet wird. In einem System, in dem das Maskensubstrat einen grossen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, kann der Effekt der Massverformung des Substrats 1 der Anordnung durch Einstellung der Temperatur der Maske 10 statt oder neben der Einstellung der Temperatur des Substrates 1 herabgesetzt werden.
Bei dem an Hand der Figuren 5 *>*β 1° beschriebenen Herstellungsverfahren kann eine p-Typ Diffusion oder Implantation auf bekannte ¥eise örtlieh in die Vorderfläche der Scheibe 1 durchgeführt werden, bevor die Oxidschicht 21 angewachsen wird, so dass die Bildung von Inversxonskanälen unter dem Oxid 21 in der endgültigen Anordnung verhindert wird.
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In diesem Falle ist es erwünscht, den Projektionsschritt nach Fig. 5 (zum Definieren der Fenster 26) in bezug auf diese örtlich angebrachte p-leitende Zone auszurichten. Zwischen dem zum Definieren der örtlich angebrachten p-leitenden Zone angewandten Projektionsschritt und dem in Fig. 5 dargestellten Projektionsschritt hat sich der Durchmesser der Scheibe 1 infolge des Wachstums des dicken Oxids vergrössert. So kann zur Herabsetzung des Effekts der Massverformung zwischen diesen beiden Projektionsschritten die Scheibe 1 wahrend des ersten dieser Projektionsschritte auf eine höhere Temperatur als während anschliessender Schritte erhitzt werden.
Aus Fig. 2 geht hervor, dass die Einführung
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von 10 Boratomen/cm in eine Siliziumscheibe eine grössere Massverformung der Scheibe als die Ein-
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führung von 2.10 Phosphoratomen/cm herbeiführen kann, so dass ein gewisser Ausgleich der Massverformung oft auch für diese niedrigere Bordosis wünschenswert ist. In der vorgenannten De-OS 26 42 ist eine Herstellung einer integrierten Schaltung mit Bipolartransistoren beispielsweise beschrieben, für die ein Bildprojektionssystem verwendet wird. Es ist einleuchtend, dass die Erfindung mit Vorteil bei der Herstellung von Bipolartransistorschaltungen verwendet werden kann; in diesem Zusammenhang kann
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eine Menge von mehr als 2.10 Boratomen/cm in die
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ORIGINAL INSPECTED^
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Siliziumscheibe infolge einer Bordiffusion zur Bildung p-leitender Isolierwände zur elektrischen Isolierung von Schaltungselementen in der integrierten Schaltung eingeführt werden. Auch kann durch eine Phosphordiffusion, die zur Anbringung der Emitterzone des Bipolartransistors verwendet wird, in das Substrat der Anordnung eine Menge von mehr als 2.10 Phosphoratomen/cm eingeführt werden. Die Anwendung der vorliegenden Erfindung zur Hei-absetzung der resultierenden Grössenverringerung des Halblei teranordnungssubstrats ist daher vorteilhaft • für Belichtungsschritte, die nach den Bor- und Phosphordiffusionen durchgeführt werden. In diesen beiden Fällen werden die Dotierung und die Massverringerung grösstenteils durch Diffusion in die ganze belichtete hintere Fläche des Substrats der Anordnung herbeigeführt. Eine derartige Situation, in der lokalisierte Bearbeitung an der Vorderfläche eines Substrats einer Anordnung die ganze hintere Fläche beeinflusst, kann sich häufig bei der Herstellung von Mikrominiatur-Feststoffanordnungen ergeben und kann häufig Massverformung des Gebietes der Substratoberfläche zwischen zwei Beüchtuiigsschritten herbeiführen.
Statt ein Projektionssystem anzuwenden, in dem das strahlungsempfindliche Material auf dem Substrat 1 der Anordnung über eine Maske 10 belichtet wird, die in einiger Entfernung von dem Substrat 1
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liegt, kann ein System verwendet werden, in dem das Substrat der Anordnung und die Maske während der Belichtung miteinander in Berührung sind. In diesem Falle weist das Substrat der Anordnung dieselbe Temperatur wie die Maske auf, aber der Wärmeausdehnungsunterschied zwischen der Maske und dem Substrat kann zum Ausgleichen der genannten Massverformung des Substrats der Anordnung benutzt werden, dadurch, dass in verschiedenen Belichtungsschritten eine verschiedene Temperatur für die Maske und für das Substratgebilde der Anordnung gewählt wird.
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Claims (24)

  1. R-V. Fh^J-V "V; -■·:'.'■-": -:" ' ™ PHB. 32581
    PATENTANSPRUECIIE i
    Verfahren zur Herstellung einer Miki'ominiiitur-Fe s t s toff anordnung, das aus einein ersten und einem zweiten Schritt zur Belichtung eines strahlungsempfindlichen Materials an einer ersten Hauptfläche des Substrats einer Anordnung mit einem von einer Maske stammenden Strahlungsmuster, um Stellen an der genannten Oberfläche für lokalisierte Bearbeitung zu definieren, und aus mindestens einem Bearbeitiingsschx'itt besteht, durch den Massverformung des Gebietes der genannten Substratoberflache zwischen • dem ersten und dem zweiten Belichtungsschritt auftritt, dadurch gekennzeichnet, dass für den zweiten Belichtungsschritt die relativen Grossen des Gebietes der genannten Substratoberfläche und des Gebietes der verwendeten Maske nahezu gleichmässig derart eingestellt werden, dass -der Effekt der genannten Massverformung auf die relativen durch den genannten ersten und den genannten zweiten Belichtungsschritt definierten Stellen herabgesetzt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der genannten Massverformung durch elastische Beanspruchung herbeigeführt wird, die in einem unterliegenden Teil des genannten Substrats von einer Schicht erzeugt wird, die in der Nähe wenigstens einer Hauptfläche des genannten Substrats angebracht ist.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn-
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    zeichnet, dass vor dem genannten ersten Belichtungs— schritt Isolierschichten an der ersten Hauptfläche sowie an einer gegenüberliegenden Hauptfläche des Substrats gebildet werden und zwischen dem ersten und dem zweiten Belichtungsschritt die Isolierschicht an der genannten gegenüberliegenden Hauptfläche entfernt wird, derart, dass die genannte Schicht an der genannten ersten Hauptfläche erhalten bleibt.
    h. Verfahren nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet dass der erste Belichtungsschritt zum Definieren der Lage eines Fensters in der genannten Schicht an der genannten ersten Hauptflache dient, wobei die Isolierschicht an der genannten gegenüberliegenden Hauptfläche entfernt wird, während das genannte Fenster dadurch angebracht wird, dass örtlich ein Teil der genannten Schicht an der genannten ersten Hauptfläche entfernt wird.
  5. 5· Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis h, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Substrat wenigstens in der Nähe der genannten ersten Hauptfläche ausSilizium besteht und die genannte Schicht durch Oxidation der genannten Siliziumoberfläche erhalten wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Siliziumoberfläche derart oxidiert wird, dass die genannte Schicht mit einer Dicke von mindestens 0,5/um gebildet wird.
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    2813698
    sTeheiiden An
  7. 7. Verfahren nach einem der vors
    sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Substrat Halbleitermaterial für die Herstellung einer Halbleiteranordnung enthält und zwischen dem ersten und dem zweiten Belichtungsschritt ein Dotierungsmittel in das Halbleitersubstrat eingeführt wird und wenigstens einen Teil der genannten Massverformung herbeiführt.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Dotierungsmittel in die genannte erste Hauptfläche an Stellen, die durch den genannten ersten Belichtungsschritt definiert werden, und in die ganze gegenüberliegende Hauptfläche eingeführt wird.
  9. 9. .Verfahren nach Anspruch J oder 8, dadurch
    16 '
    gekennzeichnet, dass wenigsten 2.10 Phosphoratomen/cm'
    örtlich in das genannte Substrat als das genannte Dotierungsmittel eingeführt werden.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens 10 Boratome/cm örtlich in das genannte Substrat als das genannte Dotierungsmittel eingeführt werden.
  11. 11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Massverformung genügend ist, um zu bewirken, dass die Grösstquerabmessung der genannten Substratoberfläche zwischen dem ersten und dem zweiten Belichtungsschritt um' mehr als 0,1 /um zu- oder abnimmt.
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  12. 12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten relativen Grossen der Maske und des Substrats dadurch eingestellt werden, dass die Maske und/oder das Substrat während verschiedener Belichtungsschritte auf einer verschiedenen Temperatur gehalten werden.
  13. 13· Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass während der Belichtungsschritte das Substrat auf einem wärmeleitenden Träger vorhanden ist, mit dem Erhitzungsmittel zusammenarbeiten, die es ermöglichen, dass das Substrat auf verschiedenen Temperaturen gehalten wird.
  14. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem genannten Träger zusammenarbeitenden Erhitzungsmittel von Steuermitteln derart geregelt werden, dass die Temperatur des genannten Trägers auf einen ¥ert gebracht werden kann, der durch eine einstellbare Regelung der genannten Steuermittel bestimmt wird.
  15. 15· Verfahren nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, dass, wenn sich das Substrat auf dem genannten Träger befindet, mit diesem Träger zusammenarbeitende Detektormittel ein Signal erzeugen, das die genannte Massverformung anzeigt, und dass die mit dem genannten Träger zusammenarbeitenden Erhitzungsmittel von Stuermitteln geregelt werden, die einen Eingang für das genannte Signal aufweisen und es ermöglichen, die Temperatur des genannten Trägers
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    auf einen ¥ert zu bringen, der durch das genannte Signal bestimmt wird.
  16. 16. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Belichtungsschritt darin bestehen, dass ein Elektronenbildmuster auf ein elektronenempfindliches Material an der genannten Substratoberfläche projiziert wird.
  17. 17· Verfahren nach den Ansprüchen 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Substat Ausrichtmarkierungen enthält, die in einiger Entfernung voneinander auf der genannten ersten Hauptfläche liegen und ein Röntgenstrahlungssignal erzeugen, wenn sie in bezug auf entsprechende Gebiete des auffallenden Elektronenbildmusters ausgerichtet werden, wobei dieses Röntgenstrahlungssignal von Röntgenstrahlungsdetektoren detektiert wird, die mit dem genannten Träger zusammenarbeiten und als Reaktion auf das Röntgenstrahlungssignal ein elektrisches Eingangssignal an die genannten Steuermittel liefern.
  18. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15» dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Belichtungsschritt darin bestehen, dass ein röntgenstrahlungsempfindliches Material an der genannten Substratoberfläche mit einem Röntgenstrahlungsbildmuster belichtet wird.
  19. 19· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15i dadurch'gekennzeichnet, dass der erste und der zweite
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    ooι QCQg
    s" "in pxioto-
    Belichtungsschritt darin bestehen, das empfindliches Material an der genannten Substratoberfläche mit einem Ultraviolettetrahlungsmuster belichtet wird.
  20. 20. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Maskenmuster eine Matrix identischer Teilmuster enthält, so dass die genannte lokalisierte Bearbeitung an einer Matrix von Stellen durchgeführt wird, um eine Matrix identischer Anordnungen auf dem Substrat zu bilden.
  21. 21. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Bearbeitung, die die genannte Massverformung herbeiführt, auch eine Verformung der Ebene des genannten Substrats herbeiführt, und dass während des genannten zweiten Belichtungsschrittes die Ebene des genannten Substrats nahezu flach gehalten wird, dadurch, dass das Substrat gegen einen Träger gedrückt wird.
  22. 22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat und der Träger elektrisch leitendes Material enthalten, und dass das Substrat gegen eine dielektrische Schicht auf dem Träger durch eine elektrostatische Kraft gedrückt wird, die dadurch erzeugt wird, dass ein Potentialunterschied zwischen dem Substrat und dem Träger angelegt wird.
  23. 23. Anordnung, die durch ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche hergestellt ist.
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  24. 24. Vorrichtung zur Belichtung eines Substrats einer Anordnung mit Strahlungsmustern gemäss einem Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie enthält: Mittel zur Befestigung des Substrats der Anordnung, Mittel zur Befestigung der Maske vor dem Substrat, Strahlungsmittel zur Belichtung der Substratoberfläche mit einem Strahlungsmuster über die Maske, sowie Mittel zur Einstellung der Temperatur der Maske und/odex" des Substrats, derart, dass diese Maske und/oder dieses Substrat auf einer verschiedenen Temperatur während verschiedener BeIichtungsschritte gehalten werden können. 25· Vorrichtung zum Projizieren von Strahlungsmustern gemäss einem Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie enthält: einen wärmeleitenden Träger zur Befestigung des Substrats der Anordnung, Mittel zur Befestigung der Maske vor dem Substrat und Erhitzungsmittel, die derart mit demSubstratträger zusammenarbeiten, dass das Substrat aufeiner von der der Maske verschiedenen Temperatur gehalten werden kann.
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DE2819698A 1977-05-11 1978-05-05 Verfahren zum Herstellen eines Festkörpermikrobauelementes und Vorrichtung zur Anwendung bei diesem Verfahren Expired DE2819698C2 (de)

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