DD160539A1

DD160539A1 - Verfahren zur ueberdeckungspositionierung einer schablone zu einer halbleiterscheibe

Info

Publication number: DD160539A1
Application number: DD21897280A
Authority: DD
Inventors: Reinhard Springer; Mathias Irmscher
Original assignee: Reinhard Springer; Mathias Irmscher
Priority date: 1980-02-11
Filing date: 1980-02-11
Publication date: 1983-09-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ueberdeckungspositionierung einer Schablone zu einer Halbleiterscheibe im Lithografieprozess, indem die Schablonenstruktur der Halbleiterscheibenstruktur angepasst wird. Ziel der Erfindung ist eine vollkommene Ueberdeckungspositionierung zwischen Halbleiterscheibenstruktur und Schablonenstruktur an mindestens zwei Messpunkten, die sich durch einfache Verschiebung der Scheibe zur Schablone in x-y-beta-Richtung nicht erreichen laesst, weil durch technologische, thermische oder andere material- und herstellungsbedingte Einfluesse zwischen Halbleiterscheibenstruktur und Schablonenstruktur keine Passung besteht. Die Aufgabe wird dadurch geloest, dass eine elastische Deformation der Schablonen vorgenommen wird, wodurch eine Massaenderung der Schablonenstruktur bewirkt wird. Die dazu geeigneten Schablonen bestehen aus einem duennen, elastischen, auf einem Tragring gespannten Substrat, das die Schablonenstruktur als duenne, absorbierende Schichten traegt. Aehnliche Schablonen kommen in der Roentgenlithografie zur Anwendung. Die elastische Deformation der Schablone laesst sich entweder durch Aenderung des Tragringdurchmessers oder durch unterschiedlich tiefes Eindruecken eines Spannringes in das Substrat bewirken. Zur Gewinnung der Eingangsgroesse zur automatischen Regelung der Passung zwischen Schablone und Halbleiterscheibe eignen sich im allgemeinen Messeinrichtungen der automatischen x-y-beta-Ueberdeckungspositionierung.

Description

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Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Verfahren bezieht sich auf die Überdeckungspositionierung einer Schablone zu einer Halbleiterscheibe im Lithografieprozeß bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Überdeckungspositionierung zwischen Schablone und Halbleiterscheibe erfolgt in Justier- und Belichtungseinrichtungen« Zur Justierung werden im allgemeinen an zwei Meßpunkten mit.Hilfe eines speziellen Mikroskopes Justiermarken, die dafür auf der Scheibe und der Schablone vorgesehen sind, anvisiert und durch Verschiebung von Scheibe und/oder Schablone zueinander zur Deckung gebracht. An dem einen Meßpunkt erfolgt ein Justierschritt in zwei zueinander orthogonalen Koordinatenrichtungen, im folgenden als x-y-Justierung bezeichnet, während der zweite Meßpunkt zur Korrektur einer bereits am ersten Meßpunkt justierten Koordinatenrichtung dient. Der Justierschritt am zweiten Meßpunkt wird im folgenden als <f -Justierung bezeichnet. In modernen Justier- und Belichtungseinrichtungen wurde die visuelle mikroskopische Betrachtung

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der Justiermarken durch objektive Meßverfahren ersetzt, die vom Überdeckungsfehler abhängige Meßwerte liefern. Diese Meßwerte dienen als Eingangsgrößen für Regelkreise, die eine automatische Überdeckung der Justiermarken an den zwei Meßpunkten bewirken. Bedingt durch Technologie- und Temperatureinflüsse und den daraus resultierenden unterschiedlich großen Dehnungen bzw. Schrumpfungen von Halbleiterscheibe und Schablone ist eine ideale Passung von Schablonenstruktur zu Halbleiterscheibenstruktur, auch bei sehr empfindlichen objektiven Meßverfahren und annähernd fehlerfrei arbeitenden Regelkreisen, nicht möglich. Um den so verbleibenden Überdeckungsfehler zu verringern, werden folgende Wege beschritten. Man bestimmt die Größe des Überdeckungsfehlers, der am Meßpunkt zur ^p-Justierung in Richtung der Verbindungslinie beider Meßpunkte nach an beiden Meßpunkten abgeschloseener Überdeckungspositionierung bestehen bleibt. Der aus der Größe des Überdeckungsfehlers abgeleitete Meßwert dient entweder als Ausgangsgröße für eine nochmalige Verschiebung der Scheibe zur Schablone, damit der Überdeckungsfehler jeweils nur zur Hälfte an den beiden Meßpunkten auftritt, oder zur Temperaturregelung zwecks Maßanpassung der Schablonenstruktur an die Struktur der Halbleiterscheibe. Somit wird im ersten Fall der Überdeckungsfehler nur gleichmäßig verteilt, aber nicht grundsätzlich beseitigt. Für den Fall der Temperaturregelung müßte mit einer sehr komplizierten und zeitaufwendigen Regelung, d.h. einer unproduktiven Lösung gearbeitet werden» Derartige Temperaturregelkreise finden daher keine Anwendung, sondern in modernen Justier- und Belichtungseinrichtungen erfolgt lediglich eine Regelung zur Konstanthaltung der Temperatur. Damit ist das Problem der Beseitigung des Überdeckungsfehlers, zwischen Scheibe und Schablone bei der Über-

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deckungspositionierung ungelöst.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine vollkommene Überdeckungspositionierung zwischen einer Schablone und einer Halbleiterscheibe zu erreichen.

Darlegung des Y/esens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Überdeckungspositionierung einer Schablone zu einer Halbleiterscheibe zur Verfügung zu stellen, bei dem infolge von Maßdifferenzen zwischen der Halbleiterscheibenstruktur und der Schablonenstruktur hervorgerufene Überdeckungsfehler durch Maßänderungen der Schablonenstruktur beseitigt werden*

Die Erfindung besteht darin, daß eine elastisch deformierbare Schablone im Lithografieprozeß verwendet wird«. Die Schablone besteht aus einem dünnen elastischen und über einen Tragring gespannten Foliensubstrat, das die Schablonenstruktur als dünne, absorbierende Schicht trägt. Das Schablonensubstrat muß eine hohe Dickenkonstanz und eine homogene mechanische Spannungsverteilung aufweisen, damit bei der elastischen Deformation, d.ru Dehnung als auch Schrumpfung des Foliensubstrates in radialer Richtung, eine in beiden Koordinatenrichtungen der Schablonenebene gleiche, lineare Maßänderung der Schablonenstruktur resultiert.

Schablonensubstrate aus homogenen, isotropen Hochpolymerfolien, die auf kreisrunden Tragringen aufgespannt sind, erfüllen diese Voraussetzungen. Damit lassen sich alle diejenigen Überdeckungsfehler korrigieren, die durch in beiden Koordinatenrichtungen der Scheiben-CTO?)

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bzw. Schablonenebene gleiche, lineare Maßänderungen der Scheiben- und/oder der Schablonenstruktur verursacht werden.

Die Änderung des Tragringdurchmessers kann entweder durch rein mechanische Kräfte oder unter Verwendung spezieller Tragringmaterialien durch elektrische bzw

magnetische Felder erfolgen₀

Meßeinrichtungen zur automatischen x-y-</> -Überdeckungspositionierung eignen sich im allgemeinen auch zur Gewinnung einer Eingangsgröße zur automatischen Regelung der Passung zwischen Schablonenstruktur und Halbleiterscheibenstruktur· Das am ^-Meßpunkt in Richtung der Verbindungslinie beider Meßpunkte nach erfolgter x-y-jf-Überdeckungspositionierung gewonnene Signal kann hierfür unmittelbar verwendet werden

Vorteilhaft ist, daß die Lösung die erhöhten Anforderungen an die Überdeckungsgenauigkeit bei der Herstellung von Submikrometerstrukturen erfüllen kann, insbesondere auch bei großen Scheibendurchmessern. Außerdem wird durch die vollkommene Überdeckungspositionierung zwischen Schablonenstruktur und Halbleiterscheibenstruktur direkter Einfluß auf die Ausbeute bei.der Bauelementeherstellung und auf die Optimierung des Schaltungsentwurfes genommen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Pig. 1: eine Anordnung von Scheiben- und Schablonen-

justiermarken an zwei Meßpunkten im unüberdeckten Zustand,

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— AS —

Pig. 2: dieselbe Anordnung von Justiermarken nach erfolgter Überdeckungspositionierung mit verbleibendem Überdeckungsfehler,

Pig· 3: eine aus Tragring, Foliesubstrat und Justiermarkenstruktur bestehende Schablone in Draufsicht und als Schnitt,

pig. 4: eine Schablone gemäß Pig. 3 im Ausgangszustand und durch den Tragring elastisch deformierten Zustand, —

pig. 5: eine Schablone gemäß Pig. 3 im Ausgangszu- . stand und. im durch den Spannring elastisch deformierten Zustand,

Pig. 6; Varianten zur Regelung der Positionierung und Passung zwischen Halbleiterscheiben- und Schablonenstruktur an zwei Meßpunkten.

In Pigur 1 sind die Seheibenjustiermarken3(Koordinatensystem x,y,) und die Schablonen;] ustiermarken 4-(Koordinatensystem x^fy') an den Meßpunkten 1 und 2 in nicht positioniertem Zustand dargestellt. Das entsprechende Bild der Justiermarken an den beiden Meßpunkten nach abgeschlossener x-y-y-Überdeckungapositionierung zeigt Pig. 2. Da keine Passung zwischen Halbleiterscheibenstruktur und Schablonenstruktur besteht, bleibt ein Überdeckungsfehler am Meßpunkt 2 bestehen, der sich durch die x-y-jf-Überdeckungspositionierung nicht beseitigen läßt. Uur durch eine in x- und y-Richtung gleiche, lineare Maßänderung der Schablonenstruktur, d.h. also auch in Richtung der Verbindungslinie beider Meßpunkte durch elastische Deforma-

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tion des Foliesubstrates läßt sich eine vollkommene Überdeckung an beiden Meßpunkten erreichen. Fig. 3 zeigt den prinzipiellen Aufbau der dafür geeigneten Schablone, Sie besteht aus einem dünnen, elastischen auf einem Tragring 5 aufgespannten Foliesubstrat 6, das die Absorberstrukturen trägt. Als elastische Foliesubstrate kommen dünne,· thermostabile Hochpolymere zur Anwendung. Schablonen dieser Art werden beispielsweise in der Röntgenlithografie eingesetzt. Als Absorberstrukturen sind in der Figur 3 der'Einfachheit halber.lediglich die Schablonenjustiermarken 4 an den der Fig* 1 und. 2 entsprechenden Meßpunkten dargestellt.

Figur 4 zeigt, wie eine Verschiebung der Schablonen;]ustiermarken 4 und damit eine Maßänderung der Schablonenstruktur erfolgt, indem am gesamten Umfang des Tragringes gleichmäßig die Kraft 7 wirkt und dadurch der Durchmesser des Tragringes verändert wird. Die Kraft 7 kann entweder rein mechanisch oder elektro- bzw. magnet ome chanisch erzeugt werden· Beispielsweise kann der Tragring aus einem piezoelektrischen Material bestehen und durch Anlegen eines entsprechend gepolten Feldes kontrahiert oder ausgedehnt werden.

Figur 5 zeigt eine Möglichkeit der elastischen Deformation der Folie und damit der Maßänderung der Schablonenstruktur ohne Änderung—des Tragringdurchmessers· Ein Spannring 8, auf dem das Substrat 6 aufliegt, wird unterschiedlich tief in den Tragring eingeschoben, wodurch eine beliebige elastische Deformation der Folie erreicht wird. Eine Verschiebung des Spannringes 8 in Pfeilrichtung 9 bewirkt eine stärkere Dehnung des Substrates 6 und damit eine Vergrößerung der Abmessungen der Schablonenstruktur, d.h.» die Justiermarken werden in Richtung Schablonenrand verschoben.

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Voraussetzung für einen eindeutigen Zusammenhang zwischen der Lage der Absorberstrukturen bzw· den Abmessungen der Schablonenstruktur und der elastischen Deformation ist ein homogenes, lineares Dehnungsverlialten der Substratfolie» pur das thermostabile Polymer Polyphenylchinoxalin (PCO), das sich gut als Schablonensubstrat eignet, wurde das homogene, lineare Dehnungsverhalten nachgewiesen· Die Gewinnung der Eingangsgröße für einen Regelkreis zur Anpassung der Schablonenstruktur an die Scheibenstruktur soll nicht näher dargestellt werden» Prinzipiell kann von Meßsystemen ausgegangen werden, wie sie zur automatischen x-y-y-Überdeckungspositionierung erforderlich sind· Während für die Überdeckungspositionierung am ersten Meßpunkt die beiden orthogonalen Koordinatenrichtungen x, y und am zweiten Meßpunkt nur die Koordinatenrichtung orthogonal zur Verbindungslinie der beiden Meßpunkte gemessen v/erden muß, ist für die Regelung der Passung auch am zweiten Meßpunkt die Messung der Koordinatenrichtung parallel zur Verbindungslinie der beiden Meßpunkte erforderlich· Das bedeutet für die Meßeinrichtung lediglich, daß sie auch am zweiten Meßpunkt für zwei Koordinatenrichtungen ausgelegt sein muß. In Pig· 6 sind Möglichkeiten der Schrittfolge für die Regelung der Passung durch Positionierung und elastische Deformation des Schablonensubstrates dargestellt. Im Pall A erfolgt zunächst die Überdeckungspositionierung in x, y und ^-Richtung, wobei der Überdeckungsfehler voll am Meßpunkt 2 auftritt« Durch eine bestimmte, von der Anordnung der Meßpunkte und Größe des Überdeckungsfehlers abhängigen Verschiebung zwischen Halbleiterscheibe und Schablone wird dieser Überdeckungsfehler auf beide Meßpunkte so verteilt, daß bei anschließender Regelung der Passung, d.h. der elastischen Deformation des Poliesubstrates, eine annähernd

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vollkommene überdeckung erreicht wird. Je nach Erfordernis kann dieser Ablauf mehrmals wiederholt und damit eine immer bessere Annäherung an den idealen Überdeckungszustand erreicht verden·

Im Pall B wird nach erfolgter x-y-y-Überdeckungspositionierung zunächst eine elastische Deformation des Foliesubstrates um einen von der Anordnung der Meßpunkte und der Größe des Überdeckungsfehlers abhängigen Betrag vorgenommen. Anschließend erfolgt eine erneute Überdeckungspositionierung. Auch bei dieser Schrittfolge ist durch mehrmalige Wiederholung des Ablaufes eine iterative Annäherung an den vollkommenen Überdeckungszustand möglich.

Besonders zweckmäßig erweist sich eine zum Schablonenmittelpunkt symmetrische Anordnung der Meßpunkte. Für diesen Fall wäre der Betrag der Verschiebung im Fall A bzw· die Abstandsänderung der Schablonen^ustiermarken durch die elastische Deformation im pall B gerade die Hälfte des verbliebenen Überdeckungsfehlers» Im Pall G wird nach erfolgter x-y-y-Überdeckungspositionierung der Überdeckungsfehler durch elastische Deformation des Foliesubstrates beseitigt, wobei kontinuierlich die Regelung der Überdeckungspositionierung am Meßpunkt weiterläuft. Dadurch bleibt der Überdeckungszustand am Meßpunkt 2 immer erhalten und am Meßpunkt 2 wird eine vollkommene Überdeckung erreicht.

Claims

Erf indungsanspruch

1.0. Verfahren nach Punkt δ oder 9» dadurch gekennzeichnet, daß bei symmetrischer Anordnung der Meßpunkte auf der Schablone der bestimmte, von der Anordnung der Meßpunkte und der Größe des Passungsfehlers abhängige Betrag gerade halb so groß ist wie "'.der durch Längenunterschiede am ^-Meßpunkt verursachte überdeckungsfehler.

1. Verfahren zur Überdeckungspositionierung einer Schablone zu einer Halbleiterscheibe im Lithografieprozeß, bei dem eine χ-y-f-Justierung anhand mindestens zweier sowohl auf der Halbleiterscheibe als auch auf der Schablone befindlicher Justiermarken vorgenommen wird, indem die Justiermarken der Schablone mit denen der Halbleiterscheibe zur Deckung gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus einem dünnen, elastischen, die Absorberschichten tragenden und auf einen Tragring gespannten Substrat bestehende Schablone verwendet wird und daß zur x-y-^P-Jüstierung, bei der die auf der Schablone befindlichen Justiermarken mit denen der Halbleiterscheibe annähernd zur Deckung gebracht werden, zusätzlich eine elastische Deformation des Schablonensubstrates zur vollkommenen Überdeckungspositionierung vorgenommen wird.

1« Verfahren zur Überdeckungspositionierung einer Schablone zu einer Halbleiterscheibe im Lithografieprozeß, bei dein eine x-y-y-Jus tie rung anhand mindestens zweier sowohl auf da? Halbleiterscheibe als auch auf der Schablone befindlicher; Justiermarken vorgenommen wird, indem die Justiermarken der Schablone mit denen der Halbleiterscheibe zur Deckung gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus einem dünnen, elastischen, die Absorberschichten tragenden und auf einen Tragring gespannten Substrat bestehende Schablone verwendet wird und. daß zur x—y-if-Justierung, bei der die auf der Schablone befindlichen Justiermarken mit denen der Halbleiterscheibe annähernd zur Deckung gebracht werden, zusätzlich eine elastische Deformation des
Schablonensubstrates air vollkommenen Überdeckungspositionierung vorgenommen wird·

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2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schablone verwendet wird, die aus einem thermostabilen und chemisch resistenten Polymer, insbesondere Polyphenylchinoxalin besteht.

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dung spezieller Tragringmaterialien, beispielsweise Piezokeramik, erfolgt*

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schablone verwendet wird, die aus einem thermostabilen und chemisch resistenten Polymer, insbesondere Polyphenylchinoxalin besteht.

3· Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Deformation durch Veränderung des Tragringdurchmessers der Schablone bewirkt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die elastische Deformation durch Veränderung des Tragringdurchmessers der Schablone bewirkt wird.

4. Verfahren nach Punkt 1 und 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung des Tragringdurchmessers durch mechanische Kräfte erfolgt.

4« Verfahren nach Anspxch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung des Tragringdurchmessers durch mechanische Kräfte erfolgt.

5. Verfahren nach Punkt 1 und 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung des Tragringdurchmessers durch elektrische und/oder magnetische Felder unter Verwendung spezieller Tragringmaterialien, beispielsweise Piezokeramik, erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung des Tragringdurchmessers durch elektrische und/oder magnetische Felder unter Verwen-

6. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Deformation durch unterschiedlich tiefes Eindrücken eines Spannringes in das Schablonensubstrat erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Deformation durch unterschiedlich tiefes Eindrücken eines Spannringes in das Schablonensubstrat erfolgt·-.

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7· Verfahren nach Punkt 1 oder Punkt 1 und. 2, dadurch gekennzeichnet, daß die- elastische Deformation des Schablonensubstrates automatisch geregelt wird, wobei das in Sichtung der Verbindungslinie der beiden Meßwerte am Meßpunkt^⁷ gewonnene Signal als Eingangsgröße für einen Regelkreis dient,

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Deformation des Schablonensubstrates automatisch geregelt wird, wobei das in Richtung der Verbindungslinie der beiden Meßpunkte am Meßpunkt ,y gewonnene Signal als Eingangsgröße für einen Regelkreis dient.

'8. Verfahren nach Punkt 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach erfolgter χ-y-f-Überdeckungspositionierung der durch Längenunterschiede am f-Meßpunkt verursachte Überdeckungsfehler durch Verschiebung der Schablone zur Halbleiterscheibe um einen bestimmt en, von der Anordnung der Meßpunkte und der Größe des Passungsfehlers abhängigen Betrag an diesem Meßpunkt verringert wird und daß anschließend eine elastische Deformation des Schablonensubstrates vorgenommen wird und dieser Ablauf gegebenenfalls bis zur Erreichung der vollkommenen überdeckung wiederholt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach erfolgter x-y-^f-Überdeckungspositionierung der durch Längenunterschiede am ^f-Meßpunkt verursachte Überdeckungsfehler durch Verschiebung der Schablone zur Halbleiterscheibe um einen bestimmten, von der Anordnung der Meßpunkte und der Größe des Passungsfehlers abhängigen Betrag an diesem Meßpunkt verringert wird und daß anschließend eine elastische Deformation des Schablonens-ubstrates vorgenommen wird und dieser Ablauf gegebenenfalls bis zur Erreichung der vollkommenen Überdeckung wiederholt wird.

9. Verfahren nach Punkrt—i-and—7-_r dadurehr-gekennYreichnet, daß nach erfolgter s-y-f-überdeckungspositionierung der durch Längenunterschiede amf-Meßpunkt verursachte Überdeckungsfehler durch elastische Deformation des Schablonensubstrates um einen bestimmten, von der Anordnung der Meßpunkte und d er Größe des Passungsfehlers abhängigen Betrag verringert wird und anschließend erneut eine Xrjf-Überdeckungspositionierung und erforderlichenfalls eine weitere elastische Deformation des Substrates vorgenommen werden und dieser Ablauf gegebenenfalls bis zur Erreichung der vollkommenen Überdeckung wiederholt wird»

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9. Verfahren nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach erfolgter x-y-y -Überdeckungspositionierung der durch Längenunterschiede am jf-Meßpunkt verursachte Überdeckungsfehler durch elastische Deformation des Schablonensubstrates um einen bestimmten, von der Anordnung der Meßpunkte und der Größe des Passungsfehlers abhängigen Betrag verringert wird und

anschließend erneut eine x-y-_jf -Überdeckungspositionierung und erforderlichenfalls eine- weitere elastische Deformation des -Substrates vorgenommen werden und dieser Ablauf gegebenenfalls bis zur Erreichung der vollkommenen Überdeckung wiederholt wird«

10· Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei symmetrischer Anordnung der Meßpunkte auf der Schablone der bestimmte, von der Anordnung der Meßpunkte und der Größe des Passungsfehlers abhängige Betrag gerade halb so groß ist wie der durch Längenunterschiede am Jp-Meßpunkt verursachte Überdeckungsfehler.

11. Verfahren nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach erfolgter x-y-y-Überdeckungspositionierung der durch Längenunterschiede am j?-Meßpunkt verursachte Üb erdeckungsfehler durch eine elastische Deformation des Schablonensubstrates beseitigt wird und durch gleichzeitige Überdeckungsregelung die x-yrlf-Überdeckungspositionierung kontinuierlich erhalten bleibt.

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Erfindungsanspr'uch

11. Verfahren nach Punkt 1 und 7j dadurch gekennzeichnet, daß nach erfolgter z-y-f-Überdeckungspositionierung der durch Längenunterschiede am ^-Meßpunkt verursachte überdeckungsfehler durch eine elastische Deformation des Schablonensubstrates beseitigt wird und durch gleichzeitige Überdeckungsregelung die x-y-^-Überdeckungspositionierung kontinuierlich erhalten bleibt.

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