DE102007024121A1

DE102007024121A1 - Ausrichten zweier Substrate mit jeweils zwei Justiermarken

Info

Publication number: DE102007024121A1
Application number: DE102007024121A
Authority: DE
Inventors: Sven Hansen
Original assignee: Suess Micro Tec Lithography GmbH; Suess Microtec Lithography GmbH
Current assignee: Suess Micro Tec Lithography GmbH; Suess Microtec Lithography GmbH
Priority date: 2007-05-24
Filing date: 2007-05-24
Publication date: 2008-11-27

Abstract

Durch die Erfindung wird ein Verfahren zum Ausrichten zweier flächiger, im Wesentlichen parallel zueinander angeordneter Substrate unter Verwendung einer Bilderkennungssoftware bereitgestellt. Gemäß der Erfindung weisen beide Substrate die jeweils zwei identischen, diagonal zueinander angeordneten Justiermarken auf. Die Justiermarken eines der beiden Substrate sind dabei so angeordnet, dass sie die Justiermarken des anderen Substrates im ausgerichteten Zustand nicht verdecken. Nachdem die Justiermarken durch eine Bilderkennungssoftware erkannt wurden, wird die Position der Justiermarken auf beiden Substraten bestimmt. Anschließend werden die Verbindungslinien zwischen den Justiermarken des einen Substrats und zwischen den Justiermarken des anderen Substrats und deren Mittelpunkte bestimmt. Die beiden Substrate werden zueinander durch Verschieben derart ausgerichtet, dass die Positionen der beiden Mittelpunkte übereinstimmen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausrichten zweier Substrate, insbesondere einer Maske zu einem Substrat in einem Maskaligner.
Vor dem Belichten eines Substrats durch eine Maske im Rahmen der Fertigung von Halbleiterbauelementen muss zunächst die Maske zum Substrat bzw. Wafer positioniert werden. Dies geschieht üblicherweise in einer Maskenpositioniereinrichtung bzw. einem Maskaligner. Sowohl die Maske als auch das Substrat weisen Justiermarken auf, mit deren Hilfe die Maske zum Substrat ausgerichtet werden kann. Während des Ausrichtvorgangs werden die Justiermarken mit einem Justiermikroskop beobachtet. Maske und Substrat sind dann ausgerichtet, wenn die beiden Justiermarken übereinander liegen.
Um beide Justiermarken auch im ausgerichteten Zustand von Maske und Wafer gleichzeitig beobachten zu können, kann beispielsweise eine der beiden Justiermarken größer ausgeführt sein. Ist also die Anordnung zum Ausrichten so, dass die Maske zwischen dem Justiermikroskop und dem Wafer angeordnet ist, so ist die Justiermarke des Wafers größer ausgeführt als diejenige der Maske. Die Justiermarke auf der Maske und die auf dem Wafer können auch unterschiedliche Geometrien besitzen, also beispielsweise komplementäre Geometrien auf Maske bzw. Wafer. Es ist lediglich wichtig, dass die Strukturkanten der einen Justiermarke nicht von denen der anderen Justiermarke abgedeckt werden.
In einem modernen Maskaligner wird zum Ausrichten der Maske zum Substrat ein Bilderkennungssystem mit einer Bilderkennungssoftware eingesetzt. Diese Software kann mit einer hohen Präzision gelernte Bilder wiedererkennen und deren Lage bestimmen. Die Software wird zunächst so trainiert, dass das Bild der Justiermarke auf dem Wafer bzw. auf der Maske erkannt wird. Dies erfordert zwei unabhängige Trainingssequenzen, da – wie oben beschrieben – die beiden Justiermarken unterschiedlich groß ausgeführt sein können. Zum Trainieren wird ein Bereich um die Justiermarke festgelegt. Das Bild innerhalb dieses Bereichs kann von der Software wiedererkannt werden. Zur Definition der Position der Justiermarken wird innerhalb des definierten Bereichs ein Bezugspunkt, der als "Ursprung" oder "Origin" (nachstehend: ORIGIN) bezeichnet wird, festgelegt. Die Lage eines wiedererkannten Bildes wird anhand von Koordinaten bezogen auf den ORIGIN des trainierten Bildes ausgegeben. Da das Trainieren der Justiermarken von Maske und Wafer unabhängig voneinander erfolgen muss, werden auch die jeweiligen Referenzpunkte unabhängig voneinander gesetzt.
Zum Ausrichten eines Wafers zu einer Maske wird die Justiermarke auf der Maske mit Hilfe der trainierten Bilderkennungssoftware erkannt. Die Lage bzw. Position der Masken-Justiermarke wird durch die Koordinaten des ORIGIN der Masken-Justiermarke wiedergegeben. Anschließend wird die gegebenenfalls größere oder anders gestaltete (z. B. komplementäre) Justiermarke auf dem Wafer anhand des in dem unabhängigen Trainingsvorgang trainierten Bildes wiedererkannt und danach dessen Position mit Hilfe des ORIGIN der Wafer-Justiermarke wiedergegeben. Wafer und Maske werden dann so zueinander ausgerichtet, dass die Positionen der jeweiligen Referenzpunkte identisch sind. Im allgemeinen werden mindestens je zwei Justiermarken auf Maske bzw. Wafer beim Ausrichten gleichzeitig zur Deckung gebracht, d. h. deren ORIGIN-Punkte müssen nach dem Ausrichten übereinstimmen. Haben jedoch Maske und Wafer unterschiedliche Abmessungen, was beispielsweise in Folge einer thermischen Ausdehnung der Fall sein kann, kann es sein, dass Maske und Wafer nicht so ausgerichtet werden können, dass die Positionen aller jeweiliger ORIGIN-Punkte auf Maske bzw. Wafer identisch sind. In einem solchen Fall wird dann nach dem kleinsten Fehlerquadrat positioniert.
Da die ORIGIN-Punkte der Justiermarken von Maske bzw. Wafer, die in zwei unterschiedlichen Trainingsschritten manuell vom Anwender definiert werden, die Lage des wiedererkannten Bildes definieren, ist es wichtig, dass diese ORIGIN-Punkte sowohl für die Justiermarke der Maske als auch für die Justiermarke des Wafers an äquivalenten Positionen bezüglich der Justiermarken liegen. So bietet sich an, die ORIGIN-Punkte möglichst in der Mitte der Justiermarke, die typischerweise als Justierkreuz ausgeführt ist, zu definieren. Jedoch kann es durch die manuelle Definition der ORIGIN-Punkte zu Fehlern in deren Definition und somit zu Fehlern in der Ausrichtung kommen. Ein solcher Fehler kann zwar im Nachhinein mittels eines sogenannten „Offsets", d. h. Versatzes, korrigiert werden. Hierzu wird das Belichtungsergebnis auf den belichteten Wafern untersucht und daraus die zu korrigierende Abweichung bestimmt. Dies kann jedoch erst nachträglich, d. h. unter Verursachung zusätzlicher Kosten, und auch dann nur eingeschränkt geschehen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Ausrichten zweier flächiger Substrate zueinander, insbesondere einer Maske und eines Wafers in einem Maskaligner anzugeben, das die Nachteile des bekannten Verfahrens überwindet. Insbesondere soll das Verfahren die Bestimmung der Position eines definierten Bezugspunktes (ORIGIN) der Justiermarken erlauben, der zum Ausrichten verwendet werden kann.
Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der Ansprüche gelöst.
Bei der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von dem Grundgedanken aus, auf den beiden auszurichtenden Substraten jeweils eine Anordnung von zwei identischen Justiermarken vorzusehen, die diagonal zueinander angeordnet sind. Die Justiermarken eines der beiden Substrate sind dabei so angeordnet, dass sie die Justiermarken des anderen Substrats im ausgerichteten Zustand nicht verdecken. Der Mittelpunkt der Verbindungslinie jeweils zwischen den beiden Justiermarken, die sich auf einem Substrat befinden, kann gemäß der vorliegenden Erfindung als Bezugspunkt (ORIGIN) verwendet werden, der bei Ausrichtung der beiden Substrate übereinander gelegt wird.
Zum Erkennen der Justiermarken wird eine Bilderkennungssoftware verwendet. Diese sucht in einem ihr vorliegenden digitalen Bild die Justiermarke. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass zunächst ein großer Bildausschnitt gewählt wird, in dem alle auf den Substraten vorhandenen Justiermarken fallen, und so eine grobe Positionsbestimmung der Justiermarken durchgeführt wird. Um die Position der Justiermarken anschließend genauer zu bestimmen, kann der Bildausschnitt entsprechend verkleinert werden, so dass nur eine einzelne Justiermarke in dem durch die Bilderkennungssoftware untersuchten Bildausschnitt liegt. Dieses Vorgehen ist besonders bei einer Verwendung symmetrischer Justiermarken bevorzugt. Werden asymmetrische Justiermarken verwendet, ist es bevorzugt, diese so anzuordnen, dass beide Justiermarken auf einem Substrat um 180° zueinander gedreht sind, wobei die Justiermarken auf dem anderen Substrat wiederum um jeweils 90° gegenüber der Anordnung der Justiermarken auf dem einen Substrat gedreht sind. Somit kann die Bilderkennungssoftware direkt nach den einzelnen Justiermarken suchen, wobei diese in ihrer entsprechend gedrehten Anordnung gesucht werden.
Die Bilderkennungssoftware kann vor dem Erkennen auf die jeweilig verwendeten Justiermarken trainiert werden, beispielsweise indem ein Bildausschnitt um die zu erkennende Justiermarke festgelegt wird. Bei der Verwendung von asymmetrischen Justiermarken kann dann zur Unterscheidung der einzelnen Justiermarken der Bilderkennungssoftware der entsprechende Drehwinkel mitgeteilt werden.
Zur Bestimmung der Position der Justiermarken wird vorzugsweise ein charakteristischer Punkt der Justiermarken ausgewählt und die Position dieses Punktes stellvertretend für die Position der Justiermarke bestimmt. Ein solcher charakteristischer Punkt bzw. Referenzpunkt kann beispielsweise der Schnittpunkt zweier Kanten der Justiermarke sein, den die Bilderkennungssoftware mit hoher Genauigkeit identifizieren kann. Anschließend wird jeweils für die beiden auf einem Substrat befindlichen Justiermarken die Verbindungslinie bestimmt. Wird die Position der Justiermarke durch die Position eines Referenzpunktes dargestellt, ist dies die Verbindungslinie zwischen jeweils diesen Referenzpunkten der beiden Justiermarken. Der Mittelpunkt der Verbindungslinie ist der gesuchte Bezugspunkt, bezüglich dem die beiden Substrate ausgerichtet werden. Dies geschieht durch Verschieben zumindest eines der beiden Substrate gegenüber dem anderen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt zum Ausrichten einer Maske zu einem Wafer in einem Maskaligner verwendet. Das Verfahren kann jedoch auch beim Ausrichten mehrerer Substrate zueinander verwendet werden; dies ist beispielsweise beim Bonden von Substraten notwendig.
Während in dem bekannten Verfahren zum Ausrichten zweier Substrate die Bestimmung des Mittelpunktes der Justiermarke nur mit einer Pixel-Auflösung erfolgen kann, arbeitet die Bilderkennungssoftware mit einer Subpixelauflösung. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann diese hohe Genauigkeit der Bilderkennungssoftware nicht nur für die Bestimmung der Position einer Justiermarke sondern auch zum Ausrichten zweier Substrate zueinander genutzt werden.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1(a) und (b) die Anordnung von gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten symmetrischen Justiermarken und
2 die Verwendung asymmetrischer Justiermarken, wobei diese gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Form zueinander gedreht sind.
In den 1(a) und (b) sind beispielhaft mögliche Anordnungen von Justiermarken gezeigt, wie sie in dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. In den gezeigten Beispielen sind die Justiermarken symmetrische Justierkreuze. Im in 1(b) gezeigten Beispiel sind die Jusstierkreuze gegenüber dem in 1(a) gezeigten Beispiel um etwa 45° gedreht.
Die Justiermarken 10 und 11, die sich diagonal gegenüberliegen, sind auf einem der beiden Substrate angeordnet. Auf dem anderen Substrat sind die Justiermarken 20 und 21 angeordnet. Um die Position der jeweiligen Justiermarken durch die Bilderkennungssoftware genau bestimmen zu können, wird ein eindeutiger Referenzpunkt der Justiermarken gewählt, im vorliegenden Beispiel die Punkte 101, 111, 201 und 211, der für alle Justiermarken äquivalent sein muß. Die Positionen dieser Punkte werden nach dem Erkennen der Justiermarke durch die Bilderkennungssoftware bestimmt.
Anschließend werden die Mittelpunkte 30 der Verbindungslinien 12 und 22 bestimmt. Hierbei ist die Verbindungslinie 12 die Verbindung zwischen den Referenzpunkten der Justiermarken 10 und 11, die sich auf dem einen Substrat befinden; die Verbindungslinie 22 verbindet die Referenzpunkte der Justiermarken 20 und 21 auf dem anderen Substrat. In den gezeigten Beispielen fallen die Mittelpunkte 30 der beiden Verbindungslinien 12 und 22 zusammen, da sich die beiden Substrate bereits in ihrem ausgerichteten Zustand befinden.
2 zeigt die Anordnung von asymmetrischen Justiermarken, wie sie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Wiederum befinden sich die Justiermarken 10 und 11 auf einem der beiden Substrate und die Justiermarken 20 und 21 auf dem anderen der beiden Substrate. Gemäß der in 2 gezeigten Ausführungsform sind die Justiermarken 10 und 11 um 180° zueinander gedreht. Gleiches gilt für die Justiermarken 20 und 21. Weiterhin sind die Justiermarken 20 und 21 um 90° gegenüber den Justiermarken 10 und 11 gedreht, so dass alle vier verwendeten Justiermarken einen unterschiedlichen Drehwinkel besitzen, der jedoch jeweils ein Vielfaches von 90° beträgt. Eine solche Anordnung erleichtert der Bilderkennungssoftware die Erkennung und Zuordnung der einzelnen Justiermarken.
Wie bereits mit Bezug auf die in den 1(a) und (b) gezeigten Beispiele erläutert, werden als Referenzpunkte Schnittpunkte zweier charakteristischer Kanten der Justiermarken verwendet, im vorliegenden Beispiel ein Eckpunkt der die Justiermarken darstellenden Dreiecke. Wie in 2 gezeigt, muss für jede Justiermarke 10, 11, 20 und 21 ein äquivalenter Referenzpunkt 101, 111, 201 und 211 verwendet werden. Auch in dem in der 2 dargestellten Anordnung fallen die jeweiligen Mittelpunkte 30 der Verbindungslinien 12 und 22 zusammen, da sich auch die in 2 gezeigte Anordnung auf bereits ausgerichtete Substrate bezieht.

Claims

Verfahren zum Ausrichten zweier flächiger, im wesentlichen parallel zueinander angeordneter Substrate, wobei beide Substrate jeweils zwei identische, diagonal zueinander angeordnete Justiermarken aufweisen, wobei die Justiermarken eines der beiden Substrate so angeordnet sind, dass sie die Justiermarken des anderen Substrats im ausgerichteten Zustand nicht verdecken, mit den Schritten: (a) Erkennen der Justiermarken durch eine Bilderkennungssoftware und Bestimmen der Position der Justiermarken auf beiden Substraten, (b) Bestimmen der Verbindungslinie zwischen den Justiermarken des einen Substrats und zwischen den Justiermarken des anderen Substrats, (c) Bestimmen der Mittelpunkte der beiden Verbindungslinien und (d) Ausrichten der beiden Substrate zueinander durch Verschieben, vorzugsweise paralleles Verschieben zumindest eines der beiden Substrate, so, dass die Positionen der beiden in Schritt (c) bestimmten Mittelpunkte übereinstimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Position der Justiermarken jeweils durch die Position eines Referenzpunkts der jeweiligen Justiermarke gegeben ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Referenzpunkt durch den Schnittpunkt zweier Kanten der Justiermarke gegeben ist.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Bilderkennungssoftware auf die zu erkennende Justiermarke trainiert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Bilderkennungssoftware durch Festlegen eines Bildausschnitts um die zu erkennende Justiermarke trainiert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Justiermarke im wesentlichen vollständig in dem Bildausschnitt liegt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Bilderkennungssoftware in Schritt (a) in einem ersten Schritt den Bildausschnitt derart wählt, dass in einem ersten Schritt beide Justiermarken eines Substrats in dem Bildausschnitt liegen und in einem zweiten Schritt zum Bestimmen der Position der Justiermarken der Bildausschnitt verkleinert, so dass jeweils nur eine Justiermarke im Bildausschnitt liegt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Justiermarken symmetrisch sind.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Justiermarken Justierkreuze sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Justiermarken asymmetrisch sind.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die auf einem der beiden Substrate diagonal angeordneten Justiermarken um 180° zueinander gedreht sind.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Justiermarken auf dem anderen Substrat gegenüber den Justiermarken auf dem einen Substrat um 90° gedreht sind.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Bilderkennungssoftware in Schritt (a) jeweils Justiermarken erkennt, die um den entsprechenden Winkel gedreht sind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eines der Substrate eine Maske und das andere Substrate ein Wafer ist.