DE10329865B4

DE10329865B4 - A method for controlling a sequence of measuring steps for the adjustment of a semiconductor wafer in an exposure apparatus

Info

Publication number: DE10329865B4
Application number: DE2003129865
Authority: DE
Inventors: Jörg Schumann; Jens Seyfert
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2003-07-02
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2023-07-03
Also published as: JP2005101534A; DE10329865A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung einer Abfolge von Meßschritten für die Justage eines Halbleiterwafers (10) in einem Belichtungsapparat, wobei der Halbleiterwafer eine regelmäßige Anordnung von Belichtungsfeldern (12) aufweist, umfassend die Schritte:
a) Bereitstellen des Halbleiterwafers (10) in dem Belichtungsapparat,
b) Beginnen eines ersten Justagemeßschrittes,
c) Auswählen einer ersten Anzahl von Belichtungsfeldern (16) und Festlegen einer ersten Reihenfolge, in welcher die ausgewählten Belichtungsfelder (16) zur Durchführung jeweils wenigstens einer Messung herangezogen werden,
d1) Bewegen des Halbleiterwafers (10) zum Anfahren des ersten ausgewählten Belichtungsfeldes (16) mit Hilfe eines verfahrbaren Substrathalters in eine Justierposition gegenüber einer Justieroptik des Belichtungsapparates,
d2) Bewegen des Halbleiterwafers (10) zum Anfahren der weiteren ausgewählten Belichtungsfelder;
e) Speichern der Justierposition eines zuletzt angefahrener Belichtungsfeldes (16),
f1) Abschließen des Justagemeßschrittes und
f2) Beginnen eines unmittelbar folgenden Justagemeßschrittes,
g) Auswahl des zuletzt angefahrenen Belichtungsfeldes (16) mit der gespeicherten Justierposition als das Belichtungsfeld, in dem...A method for controlling a sequence of measuring steps for the adjustment of a semiconductor wafer (10) in an exposure apparatus, the semiconductor wafer having a regular arrangement of exposure fields (12), comprising the steps:
a) providing the semiconductor wafer (10) in the exposure apparatus,
b) starting a first adjustment measuring step,
c) selecting a first number of exposure fields (16) and determining a first order in which the selected exposure fields (16) are used to perform at least one measurement,
d1) moving the semiconductor wafer (10) for starting the first selected exposure field (16) by means of a movable substrate holder in an alignment position with respect to an alignment optics of the exposure apparatus,
d2) moving the semiconductor wafer (10) to start the further selected exposure fields;
e) storing the adjustment position of a last-applied exposure field (16),
f1) completing the Justagemeßschrittes and
f2) starting an immediately following adjustment measuring step,
g) Selection of the last approached exposure field (16) with the stored adjustment position as the exposure field in which ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Abfolge von Meßschritten für die Justage eines Halbleiterwafers in einem Belichtungsapparat sowie ein Verfahren zum schrittweisen Belichten eines Wafers jeweils mit einem Strukturmuster von einer Maske in einem Belichtungsapparat nach Beendigung der Anzahl von Meßschritten für die Justage.The The invention relates to a method for controlling a sequence of measuring steps for the Adjustment of a semiconductor wafer in an exposure apparatus as well a method of stepwise exposing a wafer each with a structural pattern of a mask in an exposure apparatus after completion of the number of measuring steps for the adjustment.

Bei der Herstellung von integrierten Schaltungen werden die auf einem Wafer zu bildenden Strukturen durch schrittweises Abbilden von Strukturmustern, welche auf Masken gebildet sind, in eine auf dem Halbleiterwafer angeordnete photoempfindliche Schicht erzeugt. Im allgemeinen sind aufgrund des Größenverhältnisses solcher Masken zu dem zu belichtenden Wafer und sowie aufgrund der verkleinernden Projektion von der Maske auf den Wafer mehrere mit einem jeweils identischen Strukturmuster versehene Belichtungsfelder auf dem Wafer vorgesehen. In den dazu verwendeten Belichtungsapparaten, Steppern oder Scannern wird daher Schritt für Schritt jedes Belichtungsfeld nacheinander auf den Wafer übertragen.at The production of integrated circuits will be on one Wafer-forming structures by step-by-step imaging of texture patterns, which are formed on masks, in one on the semiconductor wafer arranged arranged photosensitive layer. In general are due to the size ratio Such masks to the wafer to be exposed and and due to the shrinking projection from the mask to the wafer several with a respective identical pattern pattern provided exposure fields provided on the wafer. In the exposure apparatuses used for this, Steppers or scanners will therefore step by step each exposure field successively transferred to the wafer.

Üblicherweise sind die Belichtungsfelder als matrixförmige, regelmäßige Anordnung über die Waferoberfläche verteilt. Über den Waferrand jeweils hinausreichende Belichtungsfelder bewirken einen Ausfall zumindest der auf dem Waferrand projizierten Schaltungen.Usually are the exposure fields as a matrix-shaped, regular arrangement over the wafer surface distributed. about cause each of the wafer edge beyond sufficient exposure fields a failure of at least the circuits projected on the wafer edge.

Die Matrix von Belichtungsfeldern wird vor Beginn der Strukturierung einer ersten Schichtebene durch eine Maske auf dem Wafer festgelegt. Nach dem schrittweisen Belichten der ersten Ebene sind die nachfolgenden Ebenen jeweils auf die bereits vorher abgebildeten Schichtebenen, welche zusammen die Schal tung ergeben, zu adjustieren. Die Justage eines Wafers wird im allgemeinen in einer Abfolge von einzelnen vorbestimmten Justage-Meßschritten vollzogen. Jeder dieser Justage-Meßschritte liefert einen Beitrag zur Ermittlung der aktuellen Position und Ausrichtung des Halbleiterwafers einschließlich der darauf gebildeten Strukturen relativ zu den Projektionssystem in dem Belichtungsapparat.The Matrix of exposure fields will be before starting the structuring a first layer plane defined by a mask on the wafer. After the stepwise exposure of the first level are the following Layers in each case on the previously shown layer planes, which together make up the circuit, to adjust. The adjustment of one Wafers are generally determined in a sequence of individual ones Adjustment measuring steps completed. Each of these adjustment measuring steps provides a contribution to the determination of the current position and Alignment of the semiconductor wafer including the formed thereon Structures relative to the projection system in the exposure apparatus.

Für jeden der Meßschritte sind innerhalb der einzelnen Belichtungsfelder als Teil des jeweils projizierten Strukturmusters dedizierte Justiermarken vorgesehen. Sie entsprechen in Größe, Form und Ausrichtung den in dem einzelnen Justage-Meßschritten bestehenden Anforderungen. Solche Justiermarken sind im Regelfall im Bereich des Sägerahmens, d.h. in den Randbereichen eines Belichtungsfeldes oder beispielsweise im Zwischenraum zweier auf dem Wafer zu bildender integrierter Schaltungen, soweit mehrere Schaltungen sich in einem Belichtungsfeld befinden, positioniert.For each the measuring steps are within each exposure field as part of each projected structure pattern provided dedicated alignment marks. They correspond in size, shape and alignment existing in the individual adjustment measuring steps Conditions. Such alignment marks are usually in the range the saw frame, i.e. in the border areas of an exposure field or for example in the space between two integrated circuits to be formed on the wafer, as many circuits are in an exposure field, positioned.

Zur Durchführung jeweils eines der Justage-Meßschritte sind im Regelfall mehrere, jedoch nicht alle Belichtungsfelder auf dem Wafer heranzuziehen. Es reicht dabei meist aus, z.B. zwischen 1 und 8 auf der Oberfläche des Wafers verstreute Belichtungsfelder auszuwählen und die darin gebildeten Justiermarken nach einer Messung zur Bestimmung der Position auszuwerten.to execution each one of the adjustment measuring steps are usually several, but not all exposure fields to attract the wafer. It is usually sufficient, e.g. between 1 and 8 on the surface select the exposure fields scattered across the wafer and the alignment marks formed therein to evaluate after a measurement to determine the position.

Sind die Positionen einmal bestimmt, so können Korrekturen an dem verfahrbaren Substrathalter (englisch: wafer stage) vorgenommen werden, so etwa im Bezug auf unerwünschte Neigungswinkel, die der Wafer gegenüber einer idealen Bildebene des Projektionssystems einnehmen kann. Andererseits können mit den bestimmten Positionen das Koordinatensystem des verfahrbaren Substrathalters kalibriert werden, so daß im Falle einer Belichtung die exakten Positionen angefahren werden können.are Once the positions have been determined, corrections can be made to the movable one Substrate holder (English: wafer stage) are made, such as in terms of unwanted Inclination angle that the wafer faces an ideal image plane of the projection system. On the other hand, with the determined positions the coordinate system of the movable Substrate holder are calibrated so that in the case of exposure the exact positions can be approached.

Gemäß dem Stand der Technik werden insbesondere in dem Fall, daß eine größere Zahl von Belichtungsfeldern für einen Justage-Meßschritt verwendet werden, die jeweiligen Reihenfolgen, in welchem die Belichtungsfelder zur Messung herangezogen werden, in einer optimierten Weise festgelegt. Bei der Festlegung der Reihenfolge wird darauf geachtet, daß der Abstand zweier Belichtungsfelder, deren Justiermarken unmittelbar aufeinanderfolgend für die Justagemessung verwendet werden, möglichst gering ist. Beispielsweise wird bei vorwiegend im Randbereich des Wafers liegenden Belichtungsfeldern die Gruppe von Belichtungsfeldern in Form eines Kreises abgefahren, um die einzelnen Messungen durchzuführen. Der Vorteil besteht darin, daß dadurch lange Wege beim Verfahren des Substrathalters eingespart werden, so daß die unproduktive, nur für die Justage verwendete Gerätezeit erheblich verkürzt wird.According to the state The technique is particularly in the case that a larger number of exposure fields for one Adjustment measuring step are used, the respective orders, in which the exposure fields used for the measurement, set in an optimized manner. at the sequence is taken to ensure that the distance two exposure fields whose alignment marks directly successive for the adjustment measurement be used as possible is low. For example, is predominantly in the edge region of the Wafers exposure fields, the group of exposure fields traveled in the form of a circle to perform the individual measurements. Of the Advantage is that thereby long ways are saved in the process of substrate holder, So that the unproductive, only for the adjustment used device time considerably shortened becomes.

In der Druckschrift US 5,856,054 A ist ein Justageverfahren für die Belichtung eines Halbleiterwafers beschrieben. Verschiedene Justagemeßschritte wie EGA (enhanced global alignment) oder LSA (laser step alignment) werden durchlaufen, wobei auch einzelne Belichtungsgfelder angefahren werden.In the publication US 5,856,054 A An adjustment method for the exposure of a semiconductor wafer is described. Various adjustment steps, such as EGA (enhanced global alignment) or LSA (laser step alignment), are run through, whereby individual exposure fields are also approached.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen weiteren Zeitvorteil zu erzielen, so dass der Anteil der für das Verfahren des Substrathalters bei der Justage verwendeten Zeit an der Gesamtzeitdauer, in welcher der Wafer einen Belichtungsapparat belegt, weiter reduziert wird.It the object of the present invention is a further time advantage to achieve, so that the proportion of the process of the substrate holder at the adjustment time used in the total period in which the wafer occupies an exposure apparatus, is further reduced.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung einer Abfolge von Meßschritten für die Justage eines Halbleiterwafers in einem Belichtungsapparat mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1, sowie durch ein Verfahren zum schrittweisen Be lichten eines Halbleiterwafers mit den Merkmalen gemäß dem nebengeordneten Anspruch 4.The problem is solved by a method for controlling a sequence of measuring steps for the adjustment of a semiconductor wafer in an exposure apparatus having the features according to claim 1, and by a method for the stepwise loading of a semiconductor wafer having the features according to the independent claim 4.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, daß weitere Zeit eingespart werden kann, in welcher ein Wafer einen Belichtungsapparat belegt, einer Substrathalter nach Beendigung eines Justage-Meßschrittes aus der Abfolge von Justage-Meßschritten nicht verfahren werden muß, um ein anderes als das zuletzt vermessene Belichtungsfeld in den Bereich der Justieroptik, welche die Justiermarke in den betreffenden Belichtungsfeldern vermißt, zu bringen.Of the Invention is based on the idea that further time can be saved can, in which a wafer occupies an exposure apparatus, one Substrate holder after completion of an adjustment measuring step from the sequence of adjustment measuring steps does not have to be moved to another than the last measured exposure field in the Area of the alignment optics, which the alignment mark in the relevant Missing exposure fields, bring to.

Der Erfindung zufolge wird daher sowohl bei der Auswahl von Belichtungsfeldern in einem unmittelbar nachfolgenden Justage-Meßschritt als auch bei der Festlegung der Reihenfolge der Belichtungsfelder, welche sukzessive zu vermessen sind, darauf geachtet wird, daß das zuletzt vermessene Belichtungsfeld in dem neuen Meßschritt als erstes zu vermessenes Belichtungsfeld verwendet wird. Dabei muß der neue Meßschritt nicht in einer kausalen Beziehung mit dem Vorgängerschritt stehen. Es müssen auch nicht die gleichen Justiermarken desselben Belichtungsfeldes in diesen beiden Teilschritten ausgemessen werden. Entscheidend ist, daß die Waferstage nicht oder nur um eine Distanz einer Größenordnung innerhalb des Belichtungsfeldes relativ zu der Justieroptik bewegt wird.Of the According to the invention, therefore, both in the selection of exposure fields in an immediately subsequent adjustment measuring step as well as in the determination the order of the exposure fields, which successively to measure care is taken that the last measured exposure field in the new measuring step the first to be measured exposure field is used. In doing so, the new one must measuring step not in a causal relationship with the previous step. It also has to not the same alignment marks of the same exposure field in These two sub-steps are measured. It is crucial that the Waferstage not or only by a distance of an order of magnitude moved within the exposure field relative to the alignment optics becomes.

Bei der Justieroptik kann es sich um eine separat zu dem Projektionslinsensystem innerhalb des Belichtungsapparates gegenüber dem Substrathalter angeordnetes Linsensystem mit Detektor, Steuereinheit und Beleuchtungseinrichtung handeln, es kann sich aber auch um eine das Linsensystem der Projektionsoptik nutzende Justieroptik handeln, die z.B. den von der Justiermarke in dem Belichtungsfeld kommenden Strahl durch einen Strahlteiler auskoppelt, etc.at The alignment optics may be a separate to the projection lens system disposed within the exposure apparatus relative to the substrate holder Lens system with detector, control unit and illumination device act, but it can also be a lens system of the projection optics using adjusting optics, which are e.g. that of the alignment mark in the exposure field coming beam through a beam splitter decouples, etc.

Die Auswahl der Gruppe von Belichtungsfeldern wie auch die Festlegung der Reihenfolge erfolgt in Abhängigkeit von der Gruppierung, d.h. der Auswahl von Belichtungsfeldern sowie deren Reihenfolge bei der Durchführung von Einzelmessungen in dem vorher durchgeführten Justage-Meßschritt. Im allgemeinen werden die vollständigen Justage-Sequenzen, d.h. die Gesamtheit der Justage-Meßschritte mit allen Einzelmessungen in den Belichtungsfeldern in einer Steuersequenz für das Belichtungsgerät vorab festgelegt. Die Erfindung schließt daher den Fall ein, daß zunächst für einen späteren oder den letzten Justage-Meßschritt die Reihenfolge und die Gruppierung bzw. Anzahl der Belichtungsfelder ausgewählt bzw. festgelegt wird, um erst danach schrittweise die Steuerung der vorhergehenden Justage-Meßschritte anzupassen.The Selection of the group of exposure fields as well as the definition the order is dependent from the grouping, i. the selection of exposure fields as well their order in the implementation of individual measurements in the previously performed adjustment measuring step. In general, the complete Adjustment sequences, i. the entirety of the adjustment measuring steps with all individual measurements in the exposure fields in a control sequence for the exposure unit determined in advance. The invention therefore includes the case that initially for a later or the last adjustment measuring step the order and grouping or number of exposure fields selected or is set to only then gradually the controller the previous adjustment measuring steps adapt.

Unter einem Justage-Meßschritt wird hier eine in sich abgeschlossene Sequenz von Messungen in einer Anzahl von Belich tungsfeldern verstanden, in welchen ein Teilaspekt der Bestimmung der Ausrichtung bzw. Orientierung des Wafers mit seinen Belichtungsfeldern relativ zu dem Bezugssystem des Projektionsapparates, insbesondere der Justieroptik bestimmt wird. Beispiele für erfindungsgemäße Justage-Meßschritte sind die Grobjustage, die üblicherweise als erstes nach der rein mechanischen Justage anhand der oftmals bei Halbleiterwafern vorgesehenen Einkerbungen durchgeführt werden (englisch: preliminary alignment).Under an adjustment measuring step Here is a self-contained sequence of measurements in one Number of Belich tungsfeldern understood in which a partial aspect the determination of the orientation or orientation of the wafer with its exposure fields relative to the frame of reference of the projection apparatus, in particular the alignment optics is determined. Examples of adjustment measuring steps according to the invention are the rough adjustments that are customary First, after the purely mechanical adjustment on the basis of often notches provided on semiconductor wafers (English: preliminary alignment).

Weitere Beispiele betreffen die sog. globale Tilt-Messung, d.h. die Messung des Neigungswinkels und die Ausrichtung der Neigung des Wafers auf dem Substrathalter (stage) relativ zu einer idealen Bildebene der Justieroptik bzw. des Projektionssystems. Weitere wichtige Justage-Schritte (alignment steps) betreffen die Feinjustierung, die sich auch in weitere Unterschritte aufteilen kann.Further Examples relate to the so-called global tilt measurement, i. the measurement of the tilt angle and the orientation of the tilt of the wafer the substrate holder (stage) relative to an ideal image plane of the Alignment optics or the projection system. Further important adjustment steps (alignment steps) affect the fine adjustment, which is also in can divide further sub-steps.

Die Erfindung bezieht sich vor allem auf global für den Wafer durchzuführende Justage-Meßschritte. Besonders in diesem Falle werden Belichtungsfelder sukzessive auf einen bestimmten Teilaspekt der Justage hin abgefahren, um nach Abschluß der Bestimmung dieses Teilaspektes mit einer Sequenz von Messungen einen folgenden Teilaspekt zu untersuchen.The The invention relates above all to global adjustment for the wafer to be performed. Especially in this case, exposure fields are successively on traversed a certain aspect of the adjustment in order to Conclusion of the Determination of this sub-aspect with a sequence of measurements to investigate the following sub-aspect.

Die Erfindung ist daher weniger anwendbar in Fällen, in denen beispielsweise zwischen den einzelnen, schrittweisen Belichtungen feldspezifische Justage-Meßschritte durchgeführt werden, welches vor allem die Bestimmung von Fokuswerten betrifft. Die Fokuseinstellungen können jedoch grundsätzlich auch in einem globalen Schritt vor den Belichtungen durch Messung in mehreren Belichtungsfeldern bestimmt werden, so daß hier wiederum das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar ist.The Invention is therefore less applicable in cases where, for example between the individual, stepwise exposures field-specific adjustment measuring steps carried out which mainly concerns the determination of focus values. The Focus settings can but basically too in a global step before the exposures by measuring in several exposure fields are determined, so here again the inventive method is applicable.

Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert werden. Darin zeigen:The Invention will now be described with reference to an embodiment with the aid of a Drawing closer explained become. Show:

1 eine Reihenfolge von Justage-Meßschritten mit jeweils einer Auswahl von für eine Messung heranzuziehenden Belichtungsfeldern sowie die Reihenfolge der Messungen nach einem beispielhaften Verfahren gemäß dem Stand der Technik, 1 a sequence of adjustment measuring steps, each with a selection of exposure fields to be used for a measurement, and the order of measurements according to an exemplary method according to the prior art,

2 wie 1, jedoch nach einem beispielhaften Verfahren gemäß der Erfindung. 2 as 1 but according to an exemplary method according to the invention.

1 zeigt in einer Abfolge von beispielhaften Verfahrensschritten zur Justage eines Wafers 10 mit 200 mmm Durchmesser jeweils in Draufsicht auf den Wafer 10 eine matrixförmige, regelmäßige Anordnung von Belichtungsfeldern 12. Die genaue Positionierung der Anordnung auf dem Wafer 10 erfolgt im Regelfall in einem Optimierungverfahren, das eine möglichst große Zahl von plazierbaren Belichtungfeldern bzw. Schaltungen/Chips auf der produktiven Waferoberfläche gewährleistet. 1 shows in a sequence of exemplary method steps for adjusting a wafer 10 with 200 mm diameter in each case in plan view of the wafer 10 a matrix-shaped, regular arrangement of exposure fields 12 , The exact positioning of the arrangement on the wafer 10 is usually done in an optimization process that ensures the largest possible number of placeable exposure fields or circuits / chips on the productive wafer surface.

Das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel entspricht einem herkömmlich angewendeten Verfahren zur Steuerung von Justage-Meßschritten. Als Belichtungsapparat soll hier ein Canon FPA 5000–ES2+ eingesetzt werden. In den Strukturmustern, die in den Vorebenen bereits in die Belichtungsfelder projiziert wurden, sind bereits im Design enstprechende gerätespezifische Justiermarken eingearbeitet worden.This in 1 embodiment shown corresponds to a conventionally used method for controlling adjustment measuring steps. As exposure apparatus, a Canon FPA 5000-ES2 + should be used here. In the structural patterns, which were already projected into the exposure fields in the preliminary planes, device-specific alignment marks have already been incorporated in the design.

Dem auf dem technischen Gebiet der lithographischen Projektion kundigen Fachmann ist klar, daß das hier erläuterte Verfahren analog auch Belichtungsapparaten anderer Hersteller, insbesondere der Firmen Nikon oder ASML anwendbar ist und daß dazu auch 300 mm Wafer oder Wafer mit noch größeren Durchmessern eingesetzt werden können, soweit mehrere Belichtungsfelder auf einem Wafer Platz finden.the in the technical field of lithographic projection It is clear to the expert that the explained here Analogous method also exposure apparatuses from other manufacturers, in particular the company Nikon or ASML is applicable and that in addition also 300 mm Wafer or Wafers with even larger diameters can be used as far as several exposure fields find space on a wafer.

Im aktuellen Beispiel finden 56 Belichtungsfelder zumindest teilweise Platz auf dem Wafer. In den Figuren sind in Zeilen und Spalten jeweils die Nummern zur Bestimmung einzelner Beliechtungsfelder angegeben. in the In the current example, there are 56 exposure fields at least partially Space on the wafer. In the figures are in rows and columns respectively the numbers for determining individual Beliechtungsfelder indicated.

Ein erster, hier nicht gezeigter Justageschritt ohne eigentliche Messung besteht in der mechanischen Einlagerung des Wafers 10 auf den Substrathalter, wobei eine Einkerbung am Waferrand auf eine entsprechende Vorrichtung auf dem Substrathalter trifft, so daß sich der Wafer in noch sehr grober Weise zunächst rein mechanisch vorjustiert.A first, not shown here adjustment step without actual measurement is the mechanical storage of the wafer 10 on the substrate holder, wherein a notch on the wafer edge strikes a corresponding device on the substrate holder, so that the wafer initially rough pre-adjusted in a very rough manner.

Ein erster Justage-Meßschritt ist in 1a illustriert. Aus der Gesamtheit ansonsten hell gezeichneter Belichtungsfelder sind durch dunkle Schattierung zwei für diesen Meßschritt ausgewählte Belichtungsfelder gekennzeichnet. Der Meßschritt wird als vorläufige oder Grobjustierung (aber zu unterscheiden von der mechanischen Justierung, im Verhältnis zu welcher sie schon viel genauere Resultate liefert) bezeichnet (TV-preliminary alignment, TVPA).A first adjustment measuring step is in 1a illustrated. From the totality of otherwise brightly drawn exposure fields, dark shading marks two exposure fields selected for this measuring step. The measuring step is referred to as preliminary or coarse adjustment (but to be distinguished from the mechanical adjustment in relation to which it already gives much more accurate results) (TV-preliminary alignment, TVPA).

Es werden bei diesem Justage-Meßschritt Justiermarken untersucht und ihre im Design bekannten Positionen verwendet, um die Koordinaten des Substrathalters in der XY-Bildebene der Projektionsoptik zu kalibrieren. Die hier für eine Messung ausgewählten Belichtungfelder 14 werden nach einem Kriterium ausgewählt, wonach sie voneinander entfernt, jedoch nicht unmittelbar am Rand des Wafers 10 plaziert sein sollen. Die Reihenfolge der Einzelmessung ist willkürlich.Alignment marks are examined and their positions known in the design used to calibrate the coordinates of the substrate holder in the XY image plane of the projection optics in this adjustment measuring step. The exposure fields selected here for a measurement 14 are selected according to a criterion, after which they are removed from each other, but not directly at the edge of the wafer 10 should be placed. The order of the single measurement is arbitrary.

1b zeigt einen weiteren, auf den ersten Justage-Meßschritt folgenden zweiten Justage-Meßschritt (GTILT, „global tilt"), der nur für den ersten Wafer 10 eines z.B. 25 nahezu identische Wafer umfassenden Loses durchfahren wird. Für alle weiteren Wafer entspricht der Folgeschritt dem in 1e gezeigten Beispiel, welches im folgenden noch zu erläutern ist und eine Feinjustierung bezeichnet. 1b shows a second, following the first adjustment measuring step second adjustment-measuring step (GTILT, "global tilt"), which only for the first wafer 10 For example, one passes through 25 almost identical wafers comprising the lot. For all other wafers, the subsequent step corresponds to that in 1e shown example, which will be explained below and denotes a fine adjustment.

Der zweite Justage-Meßschritt wird hier durch die sog. Tiltmessung repräsentiert. Beispielsweise wird mittels Lasern die Oberfläche des Wafers an definierten Positionen innerhalb ausgewählter Belichtungsfelder 14' (dunkel schattiert) und unter einem vorbestimmten Winkel bestrahlt. Die Positionen sind bereits durch den ersten Meßschritt hinreichend genau auffindbar. Mittels Sensoren kann der von der Oberfläche reflektierte Strahl detektiert werden, woraus sich der Neigungswinkel der Oberfläche und damit die Verkippung des Wafers errechnen läßt. In Abhängigkeit von dem Ergebnis kann der Substrathalter adjustiert werden.The second adjustment measuring step is represented here by the so-called tilt measurement. For example, by means of lasers, the surface of the wafer at defined positions within selected exposure fields 14 ' (dark shaded) and irradiated at a predetermined angle. The positions can already be found with sufficient accuracy by the first measurement step. By means of sensors, the beam reflected from the surface can be detected, from which the inclination angle of the surface and thus the tilting of the wafer can be calculated. Depending on the result, the substrate holder can be adjusted.

Für diesen Justage-Meßschritt sind 8 Belichtungsfelder 14' vorgesehen. Auch sie liegen jeweils nicht unweit vom Rande des Wafers 10 entfernt, so daß durch diese ringförmige Plazierung der Auswahl auch eine Durchbiegung der Scheibe festgestellt werden kann (unterschiedliche Neigungswinkel in den Belichtungsfeldern).For this adjustment measuring step there are 8 exposure fields 14 ' intended. Again, they are not far from the edge of the wafer 10 removed, so that by this annular placement of the selection, a deflection of the disc can be determined (different angles of inclination in the exposure fields).

Die Justieroptik besteht hier in der Anordnung von Sensoren für die Tilt-Messung, d.h. der Messung des lokalen Neigungswinkels in dem Belichtungsfeld. Der Substrathalter fährt hier jedes der Belichtungsfelder sukzessive zu den Tilt-Sensoren hin, so daß diese eine Tilt-Messung bewirken können. Zur Minimierung der Fahrweg und somit zur Zeitersparnis für diesen Justageschritt fährt der Substrathalter die ringförmig angeordnete Auswahl in einer Kreisform im Uhrzeigersinn ab. Die Reihenfolge der Belichtungsfelder für den Meßschritt ist – wie in allen anderen Abbildungen auch – durch Zahlen innerhalb des ausgewählten Belichtungsfeldes 14, 14', etc. angegeben.The alignment optics here consists in the arrangement of sensors for the tilt measurement, ie the measurement of the local inclination angle in the exposure field. The substrate holder moves each of the exposure fields successively towards the tilt sensors, so that they can effect a tilt measurement. To minimize the travel and thus to save time for this adjustment step, the substrate holder moves the annularly arranged selection in a circular shape in a clockwise direction. The order of the exposure fields for the measuring step is - as in all other figures - by numbers within the selected exposure field 14 . 14 ' , etc. specified.

Das erste zu vermessende Belichtungsfeld wird willkürlich in der Anordnung rechts unten plaziert. Von dem letzten vermessenen Belichtungsfeld 14 der TVPA-Messung (1a: Nummer 2 in der Reihenfolge, Position in der Matrixanordnung: Reihe 5, Spalte 7) wird daher der Substrathalter um eine Distanz zu dem ersten zu vermessenden Belichtungsfeld 14' der GTILT-Messung (1b: Nummer 1 in der Reihenfolge, Position in der Matrixanordnung: Reihe 2, Spalte 6) verfahren. Dies entspricht einer Distanz von etwa 100 mm.The first exposure field to be measured is placed arbitrarily in the arrangement at the bottom right. From the last measured exposure field 14 the TVPA measurement ( 1a : Number 2 in the order, position in the array: row 5, column 7) therefore becomes the substrate holder at a distance to the first exposure field to be measured 14 ' the GTILT measurement ( 1b : Number 1 in the order, position in the matrix arrangement: row 2, column 6). This corresponds to a distance of about 100 mm.

Im folgenden werden als weitere Justage-Meßschritte eine Linsenkontrolle (LCVC, „lens control value check"; 1c) mit nur einem Belichtungsfeld und eine Überprüfung der Abweichung des Abstandes zwischen Sensoren und Justiermarken von einem Referenzwert (SPOC, „sensor – pattern offset check": 1d) durchgeführt, wozu wiederum eine größere Anzahl von ausgewählten Belichtungsfeldern 14'' benötigt wird. Auch in diesem Fall wird die Meßsequenz auf dem Wafer 10 in einem Belichtungsfeld begonnen, das rechts unten plaziert ist und eine willkürliche Startposition darstellt.In the following, as a further adjustment measuring steps, a lens control (LCVC, "lens control value check"; 1c ) with only one exposure field and a check of the deviation of the distance between sensors and alignment marks from a reference value (SPOC, "sensor-pattern offset check"): 1d ), which in turn results in a larger number of selected exposure fields 14 '' is needed. Also in this case the measuring sequence is on the wafer 10 started in an exposure field, which is placed on the lower right and represents an arbitrary starting position.

Die 1e und 1f zeigen den Schritt der Feinjustierung (advanced global alignment, AGA_prel and AGA_main), wobei die in 1e gezeigte Konfiguration eine getrennt durchgeführte Vorjustierung darstellt. Die mit einem Stern markierten Felder kennzeichnen dabei die Positionen der zusätzlich in der Hauptjustierung (1f) verwendeten Felder. Bei diesen Meßschritten wird der Substrathalter für die anschließende Belichtung auf wenige Nanometer genau innerhalb der XY-Bildebene adjustiert. Die Justiermarken in den Belichtungsfeldern haben hier die Form länglicher paralleler Balken entweder in X- oder Y-Richtung. Dabei werden Abweichungen zu einer Referenzposition (z.B. Referenzmarke) durch eine Justieroptik mit Linsensystem gemessen. Die Justieroptik umfaßt hier ein hochauflösendes Linsensystem.The 1e and 1f show the step of fine tuning (AGA_prel and AGA_main), where the in 1e shown configuration represents a separately performed pre-adjustment. The fields marked with an asterisk characterize the positions of the additional ones in the main adjustment ( 1f ) fields used. In these measuring steps, the substrate holder is adjusted for the subsequent exposure to a few nanometers exactly within the XY image plane. The alignment marks in the exposure fields here take the form of elongated parallel bars in either the X or Y direction. Deviations from a reference position (eg reference mark) are measured by an alignment lens with lens system. The alignment optics here comprises a high-resolution lens system.

Ein Vergleich der 1e und 1f zeigt, daß auch hierunter der willkürlichen Maßgabe, eine Meßsequenz in der Matrixanordnung unten oder rechts unten zu beginnen, der Substrathalter von der Position Reihe 2, Spalte 3 (Nummer 2 in 1e) zu der Position Reihe 2, Spalte 6 (Nummer 1 in 1f) gefahren werden muß, welches wiederum einen langen Fahrweg bedeutet.A comparison of 1e and 1f shows that even below this the arbitrary stipulation to start a measuring sequence in the matrix arrangement at the bottom or bottom right, the substrate holder from the position row 2, column 3 (number 2 in 1e ) to the row 2, column 6 (number 1 in 1f ), which in turn means a long route.

Die Belichtung (vgl. 1g) wird über alle Felder der gebildeten Matrixanordnung ausgeführt, d.h. auch über alle den Randbereich überstreichende Belichtungsfelder 12. Aus der willkürlichen Erwägung, ein einheitliches Verfahrschema für den Substrathalter zu schaffen beginnt auch die Belichtungssequenz rechts unten in der Matrixanordnung, d.h. an der Position Reihe 1, Spalte 6, wiederum unterschiedlich von der zuletzt bei der Feinjustierung vermessenen Position Reihe 2, Spalte 3. Der Substrathalter muß daher zu Beginn der Belichtung verfahren werden.The exposure (cf. 1g ) is carried out over all fields of the formed matrix arrangement, ie also over all exposure areas sweeping over the edge area 12 , From the arbitrary consideration, to create a uniform trajectory for the substrate holder also begins the exposure sequence in the bottom right in the matrix arrangement, ie at the position row 1, column 6, again different from the last measured in the fine adjustment position row 2, column 3 Substrate holder must therefore be moved at the beginning of the exposure.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in 2 illustriert. Die Justage-Meßschritte der 2a bis 2g entsprechen den oben beschriebenen der 1a bis 1g. Unterschiede ergeben sich erfindungsgemäß in der Auswahl und in der Reihenfolge der Belichtungsfelder.The inventive method is in 2 illustrated. The adjustment measuring steps of 2a to 2g correspond to those described above 1a to 1g , Differences result according to the invention in the selection and in the order of the exposure fields.

So besitzt beispielsweise das in dem Justage-Meßschritt der GTILT-Messung (2b) zuerst (Nummer 1) für eine Messung herangezogene Belichtungsfeld 16' die gleiche Position in der Matrixanordnung wie das zuletzt (Nummer 2 von zwei Belichtungsfeldern in der Auswahl) in der Reihenfolge der TVPA-Messung (2a) vermessene Feld. Beim Übergang vom ersten zum zweiten Justage-Meßschritt wird der Substrathalter somit auf vorteilhafte Weise nicht verfahren.For example, in the adjustment measuring step of the GTILT measurement ( 2 B ) first (number 1) used for a measurement exposure field 16 ' the same position in the matrix arrangement as the last one (number 2 of two exposure fields in the selection) in the order of the TVPA measurement ( 2a ) measured field. In the transition from the first to the second adjustment measuring step, the substrate holder is thus advantageously not moved.

Das gleiche gilt, wenn beispielsweise der zweite oder spätere Wafer 10' (angedeutet durch Pfeil in 2) eines Loses adjustiert werden soll. In diesem Fall wird nach der TVPA-Messung (1a) unmittelbar mit der Feinjustierung (1e) begonnen. Das erste Belichtungsfeld nimmt ebenfalls diese Position ein.The same applies if, for example, the second or later wafer 10 ' (indicated by arrow in 2 ) of a lot should be adjusted. In this case, after the TVPA measurement ( 1a ) directly with the fine adjustment ( 1e ) began. The first exposure field also assumes this position.

Erfindungsgemäß ist somit die Auswahl der Belichtungsfelder von -derjenigen des Vorprozesses abhängig, denn das letzte Belichtungsfeld des vorherigen Justage-Meßschrittes muß wenigstens auch hier von der Auswahl umfaßt sein. Zudem ist auch die Reihenfolge des aktuellen Justage-Meßschrittes abhängig von der Reihenfolge des vorherigen Justage-Meßschrittes.According to the invention is thus the selection of the exposure fields of -the one of the pre-process depends, because the last exposure field of the previous adjustment measuring step at least also included here from the selection be. In addition, the order of the current adjustment measuring step is also dependent from the order of the previous adjustment measuring step.

Auch bei dem nur ein ausgewähltes Belichtungsfeld 16'' umfassenden Justage-Meßschritt der Linsenkontrolle (2c) wird die Position des einen ausgewählten Belichtungsfeldes an diese Bedingung angepaßt. Da die Vormessung (Nummer 8 in 2b) nahe dem Randbereich des Wafers lag, ist auch die Position des hier zu vermessenden Belichtungsfeldes (Nummer 1 in 2c) nahe dem Randbereich und identisch mit der Position des zuletzt vermessenen Belichtungsfeldes (Nummer 8).Even with only one selected exposure field 16 '' comprehensive adjustment measuring step of the lens control ( 2c ), the position of the one selected exposure field is adapted to this condition. Since the pre - measurement (number 8 in 2 B ) was close to the edge area of the wafer, the position of the exposure field to be measured here (number 1 in 2c ) near the edge area and identical to the position of the last measured exposure field (number 8).

Zur SPOC-Messung (2d) ist wiederholt keine Fahrbewegung des Substrathalters notwendig. Vom Abschluß der Tilt-Messung (2b) bis zum Beginn der SPOC-Messung (2d) wird überhaupt keine Fahrbewegung ausgeführt. Der anteilsmäßige Beitrag der eingesparten Zeit ist hier besonders hoch.For SPOC measurement ( 2d ) repeatedly no travel movement of the substrate holder is necessary. From the completion of the tilt measurement ( 2 B ) until the beginning of the SPOC measurement ( 2d ) no movement is carried out at all. The proportionate contribution of the saved time is particularly high here.

Die 2e und 2f zeigen, daß das erfindungsgemäße verfahren bzgl. der Auswahl und der Reihenfolge der Belichtungsfelder konsequent auch für die Feinjustierung eines ersten Wafers eines Loses eingehalten wird.The 2e and 2f show that the method according to the invention with respect to the selection and the sequence of the exposure fields is consistently maintained for the fine adjustment of a first wafer of a lot.

Auch die Belichtung (2g) ist durch das erfindungsgemäße Verfahren an die neue Situation angepaßt: da Belichtungsfelder, die über den Rand des Wafers teilweise hinausragen für eine Justierung nahezu unbrauchbar sind, wird das erste Belichtungsfeld (Nummer 1 in 2g) in das Innere der Matrixanordnung an die entsprechende Position der letzten Mes sung (Nummer 6: Reihe 7, Spalte 5) bei der Feinjustage gezogen und die Reihenfolge der restlichen 55 Belichtungsfelder angepasst.Also the exposure ( 2g ) is adapted by the inventive method to the new situation: since exposure fields, over the edge of the wafer partially protruding are almost unusable for adjustment, the first exposure field (number 1 in 2g ) in the interior of the matrix assembly to the corresponding position of the last measurement Mes (number 6: row 7, column 5) pulled in the fine adjustment and adjusted the order of the remaining 55 exposure fields.

1010: HalbleiterwaferSemiconductor wafer
1212: Belichtungfelder in matrixförmiger Anordnung auf Waferexposure fields in a matrix-like arrangement on wafers
14, 14', 14''14 14 ', 14' ': ausgewählte Belichtungsfelder (Stand der Technik)selected exposure fields (stand of the technique)
16, 16', 16''16 16 ', 16' ': ausgewählte Belichtungsfelder (erfindungsgemäß)selected exposure fields (Invention)

Claims

Method for controlling a sequence of measuring steps for the adjustment of a semiconductor wafer ( 10 ) in an exposure apparatus, wherein the semiconductor wafer has a regular arrangement of exposure fields ( 12 ), comprising the steps of: a) providing the semiconductor wafer ( 10 ) in the exposure apparatus, b) starting a first Justagemeßschrittes, c) selecting a first number of exposure fields ( 16 ) and defining a first order in which the selected exposure fields ( 16 ) are used to carry out at least one measurement, d1) moving the semiconductor wafer ( 10 ) to approach the first selected exposure field ( 16 ) by means of a movable substrate holder in an alignment position with respect to an alignment optics of the exposure apparatus, d2) moving the semiconductor wafer ( 10 ) for starting the further selected exposure fields; e) Saving the adjustment position of a last-used exposure field ( 16 ), f1) completing the adjustment measuring step and f2) starting an immediately following adjustment measuring step, g) selecting the last exposure field ( 16 ) with the stored adjustment position as the exposure field in which a first measurement is performed within a second sequence of exposure fields, h) selection of a further number of exposure fields ( 16 ' ) and determining the second order in which the further selected exposure fields ( 16 ' ) are used for a further measurement after the first measurement, i) repeating the steps d2) to f1) for the immediately following Justagemeßschritt.

A method according to claim 1, characterized in that the first and / or the second Justagemeßschritt each one of the group comprising: first coarse adjustment of the semiconductor wafer within an image plane of the exposure apparatus; Determination of the slope of the semiconductor wafer ( 10 ) relative to the image plane; Fine adjustment of the semiconductor wafer ( 10 ) within the picture plane.

Method according to Claim 2, characterized in that the steps d2) to f1) are carried out for all adjustment measuring steps before the exposure of the semiconductor wafer ( 10 ) be repeated.

Method for stepwise exposing a semiconductor wafer ( 10 ) each having a pattern of a mask in an exposure apparatus after completion of a number of adjustment measuring steps, wherein the semiconductor wafer ( 10 ) a regular arrangement of exposure fields ( 12 ), characterized in that the exposure field to be exposed in the sequence of exposures on the semiconductor wafer ( 10 ) is identical to that exposure field ( 16 ), which is the last exposure field in the adjustment measuring step performed immediately before the exposure step ( 16 ) was used to carry out a measurement.

Method according to Claim 4, characterized in that the adjustment measuring step carried out immediately before the exposure step comprises a step of fine adjustment of the semiconductor wafer ( 10 ) in the image plane of the exposure apparatus.