Метки совмещения на полупроводниковой подложке с обратным контрастом для электронной литографии
Полезная модель относится к технологии электронно-лучевой литографии, в частности к способу прецизионного совмещения экспонируемых топологических элементов с имеющимся на пластине топологическим рисунком. Технический результат предлагаемой полезной модели, заключается в улучшении точности вписывания элементов топологии полупроводниковых приборов при электронно-лучевой литографии. Технический результат достигается тем, что метки выполняются в виде углублений расположенных в металлическом слое контактов, причем углубления меток выполнены на всю толщину металлического слоя вплоть до последующего нижележащего неметаллического слоя и расположены в непосредственной близости от вписываемого элемента, что повышает качество вписывания и позволяет снизить время, затрачиваемое на совмещение.
Полезная модель относится к технологии электронно-лучевой литографии, в частности к способу прецизионного совмещения экспонируемых топологических элементов с имеющимся на пластине топологическим рисунком.
Цель процесса совмещения состоит в координатной привязке одного или более слоев топологии к уже сформированным на поверхности пластины топологическим элементам. Процедура совмещения топологий состоит из сканирования нескольких меток, определения их координат и вычисления линейных преобразований системы координат путем сдвига, поворота и масштабирования для точного соответствия координат элементов топологии. Таким образом, точность процедуры совмещения топологий в значительной степени определяется точностью исполнения меток совмещения.
Например, при формировании затворов СВЧ гетероструктурных транзисторов высокая точность совмещения топологий должна обеспечить экспонирование топологии затворов в системе резистов, расположенной в заданном участке между стоком и истоком транзистора. Точность процесса совмещения в современных СВЧ гетероструктурных транзисторах должна быть не хуже 0,1×HDS, где HDS - расстояние между истоком и стоком транзистора.
В большинстве топологий метка имеет крестообразную или квадратную форму и выступает над поверхностью полупроводника, поэтому метки располагают по краям топологии. Это ухудшает качество вписывания из-за возможного наличия загрязнений подложки или неровности металла метки, и требует больших временных затрат на совмещение.
В патенте US 5640053 «Inverse open frame alignment mark and method of fabrication» метка является трехслойным образованием и требует дополнительных технологических операций напыления и травления диэлектрика для ее создания.
В качестве прототипа был выбран патент SU 1567030 «Метка совмещения на подложке из арсенида галлия для электронной литографии». В этом патенте метка совмещения выполняется в виде углубления в подложке арсенида галлия, имеет плоское дно и выступы на дне углубления. Недостатком данного изобретения является то, что метка располагается на пластине далеко от вписываемых элементов топологии, что увеличивает время экспонирования и ухудшает точность вписывания, топологическая ступенька (ступень травления, выступы в полупроводнике) выполнена в одном материале подложки GaAs и обеспечивает меньший контраст отраженного электронного пучка по сравнению с контрастом металл -неметалл за счет Z-контраста отраженного электронного пучка (контраст относительно заряда ядра элемента).
Технический результат предлагаемой полезной модели, заключается в улучшении точности вписывания элементов топологии полупроводниковых приборов при электронно-лучевой литографии.
Технический результат достигается тем, что метки выполняются в виде углублений расположенных в металлическом слое контактов, причем углубления меток выполнены на всю толщину металлического слоя вплоть до последующего нижележащего неметаллического слоя и расположены в непосредственной близости от вписываемого элемента, что повышает качество вписывания и позволяет снизить время, затрачиваемое на совмещение.
Чертеж метки с углублением в металле приведен на фиг. 1, где 1 - неметалл, 2 - металл. При чтении меток время затрачивается на переезд от метки к метке и непосредственно сканирование метки. Сокращение площади расположения меток с 200 мкм до 50 мкм уменьшает время совмещения в четыре раза.
Точность совмещения зависит от расстояния метки до экспонируемого элемента. Таким образом, предложенный метод размещения меток в металлических контактах позволяет увеличить точность вписывания по сравнению с меткой, расположенной на больших расстояниях от вписываемого элемента. Степень улучшения точности зависит от близости расположения метки к экспонируемому элементу. Минимальное расстояние в предлагаемой полезной модели от метки до экспонируемого элемента, достигает 0,5 мкм.
Отличительными характеристиками меток является степень сложности изготовления, возможность вписывания на структурах различного типа и влияние метки на эффективность работы прибора. Предложенная метка практически не вносит дополнительных емкостей/индуктивностей в структуру за счет малого размера и расположения. Метка с углублением в металле обеспечивает снятие электростатического заряда за счет окружения неметаллической области метки металлом, следовательно, можно проводить процессы совмещения на плохо проводящих материалах (например, широкозонных полупроводниках GaN, SiC, AIN, ZnO, GaP, CdS).
Стандартная процедура считывания меток проводится следующим образом: измеряется интенсивность I на фиг. 2 отраженного электронного пучка от поверхности, на основе этих данных строится график. Интенсивность отраженного пучка от подложки берется за I 0. Координаты границ метки - левая х1 и правая х2 - вычисляются на заданном значении интенсивности, в большинстве случаев это полувысота пика максимальной интенсивности. Координаты центра рассчитываются как полусумма координат x 0=0.5(x1+x2) фиг. 2. Данная процедура определения координат центра метки проводится в двух перпендикулярных направлениях (x, y). Таким образом, для одной или нескольких меток считываются координаты положений меток, и производится преобразование координат, необходимое для совмещения топологических слоев при электронной литографии.
Процедура считывания меток с углублением в металле проводится аналогично, фиг. 3. В отличие от метки, выполненной в виде металлического выступа, предлагаемая конструкция метки в виде углубления при сканировании электронным лучом образует картину обращенного контраста. Границы контраста профиля интенсивности (x1 и x2 ) отражения от метки соответствуют границам метки. Координата левой и правой границы определяются на уровне I*. Imin соответствует уровню неметалла (например, полупроводниковой подложки), а 
0 верхнему уровню металла.
В предложенной полезной модели метки совмещения на полупроводниковой подложке с обратным контрастом для электронной литографии изготавливаются методом взрывной фотолитографии.
В топологии шаблона задаются метки, и формируются в одном процессе с фотолитографией и напылением металлических контактов, что позволяет улучшить точность вписывания и уменьшить время совмещения при электронной литографии.
Метки совмещения на полупроводниковой подложке с обратным контрастом для электронной литографии, выполненные в виде углубления, отличающиеся тем, что углубления расположены в металлическом слое контактов, причем углубления меток выполнены на всю толщину металлического слоя, вплоть до последующего нижележащего неметаллического слоя.
