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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer lateralen Position
eines Substrats in einer lithographischen Belichtungseinrichtung,
- – bei
dem an einem Substrat oder an einer Schicht auf einem Substrat eine
Positionsmarkierung ausgebildet wird, mit deren Hilfe die Position
des Substrats bestimmbar ist,
- – bei
dem durch eine Anordnung von Detektoren, die an verschiedenen Positionen
entlang einer ersten Richtung angeordnet sind, an der Positionsmarkierung
ein Verlauf einer Meßgröße entlang
der ersten Richtung gemessen wird,
- – wobei
die Positionsmarkierung erste Gebiete, in denen die Meßgröße einen
ersten Wert annimmt, und zweite Gebiete, in denen die Meßgröße einen anderen,
zweiten Wert annimmt, aufweist und wobei die Detektoren in der Nähe von Grenzen
zwischen ersten und zweiten Gebieten Meßwerte messen, die zwischen
dem ersten Wert und dem zweiten Wert liegen,
- – wobei
die Positionsmarkierung mindestens ein Paar von zwei Flächenbereichen
aufweist, die jeweils durch zwei senkrecht zur ersten Richtung verlaufende
Begrenzungen begrenzt und in der ersten Richtung voneinander beabstandet
sind und in denen zweite Gebiete angeordnet sind,
- – und
wobei zwischen den beiden voneinander beabstandeten Flächenbereichen
ein mittleres erstes Gebiet angeordnet ist.
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Ein
solches Verfahren wird bei der Halbleiterfertigung eingesetzt, um
ein zu belichtendes Halbleitersubstrat in beiden lateralen Richtungen
relativ zu einer Belichtungseinrichtung, insbesondere zu einer vorstrukturierten
Maske (Reticle) zu positionieren. Durch die Positionierung wird
die lagegenaue Abbildung auf dem für eine integrierte Halbleiterschaltung vorgesehenen
Bereich des Halbleitersubstrats gewährleistet.
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Zu
diesem Zweck besitzen Halbleitersubstrate in dem Sägerahmen,
d.h. demjenigen Bereich, der die für die integrierten Schaltungen
vorgesehenen Bereiche einzeln umgibt, Positionsmarkierungen vorgesehen,
durch deren Erfassung beispielsweise mit optischen Hilfsmitteln
die exakte Lage des Substrats erkennbar und korrigierbar ist. Bei
der optischen Lageerkennung besitzen die Positionsmarkierungen zwei
Arten von Gebieten, in denen die zur Lagebestimmung gemessene Meßgröße (beispielsweise
die Lichthelligkeit am Substrat reflektierten Lichts) unterschiedliche
Meßwerte
ergibt. Beispielsweise können neben
ersten Gebieten, die isolierte Gebiete, ein zusammenhängendes
oder mehrere teilweise zusammenhängende
Gebiete bilden, zweite Gebiete in Form von geätzten Gräben vorgesehen sein, in denen
reflektiertes Licht aufgrund geometrischer Effekte mit einer nur
sehr geringen Intensität
reflektiert wird. Durch die optische Erkennung mit Hilfe von Detektoren
läßt sich
beim Überfahren
oder Abtasten mehrerer erster und zweiter Gebiete nebeneinander als
Meßgrößenverlauf
eine örtlich
aufgelöste
Helligkeitsverteilung messen, die Aufschluß über die Lage etwa der zweiten
Gebiete und damit des Halbleitersubstrats relativ zur Belichtungseinrichtung
geben. Üblicherweise
ist auf einem Halbleitersubstrat für jede laterale Richtung jeweils
mindestens eine Positionsmarkierung angebracht.
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Die
Erfassung der Position in einer bestimmten, lateralen Richtung erfolgt üblicherweise
durch eine Messung an einem Linienmuster oder Streifenmuster, das
zwei voneinander in der zu vermessenden Richtung beabstandete Flächenbereiche
aufweist, in denen zweite Gebiete angeordnet sind, wobei der den
Abstand dieser beiden Flächenbereiche bestimmende
Zwischenraum als (mittleres) erstes Gebiet ausgebildet ist. Beispielsweise
kann dieses mittlere erste Gebiet frei von Gräben sein, wohingegen in den
beiden voneinander beabstandeten Flächenbereichen Gräben vorgesehen
sind. Eine Erfassung reflektierter Helligkeitswerte über beide
Flächenbereiche
sowie den Zwischenraum zwischen ihnen hinweg liefert eine Helligkeits verteilung
entlang der ersten lateralen Richtung, durch die sich die Position
der beiden Flächenbereiche
relativ zur ersten lateralen Richtung ablesen läßt. Die Mitte eines als Graben
ausgebildeten Flächenbereichs
ist beispielsweise anhand der Position eines Minimums im Verlauf
der gemessenen Strahlungsintensität erkennbar; der Vergleich
der Lage dieses Minimums mit der Sollposition der grabenförmigen Flächenbereiche
erlaubt eine Nachkorrektur der lateralen Substratposition.
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Bei
der Auswertung des gemessenen Meßwertverlaufs werden bevorzugt
Flanken hoher Steigung zwischen Bereichen, in denen der Meßwert den ersten
oder den zweiten Wert annimmt, ausgewertet; diese Flanken befinden
sich im Übergangsbereich zwischen
ersten und zweiten Gebieten der Substratoberfläche. Eine Auswertung der lateralen
Substratpositionen aufgrund von Extrema, d.h. Maxima oder Minima
des Meßgrößenverlaufs
wird herkömmlich nicht
vorgenommen, da die zur Ausbildung der zweiten Gebiete geätzten Gräben in der
Regel deutlich breiter sind als die Breite derjenigen Grenzbereiche zwischen
ersten und zweiten Gebieten, wo beide Helligkeitswerte ineinander übergehen.
Daher ist der Meßgrößenverlauf
an Extrempunkten sehr schwach gekrümmt bzw. Höhen und Tiefen des Meßgrößenverlaufs
sind sehr breit und eignen sich schlecht für eine laterale Justierung.
Die Flanken hingegen, wo die Helligkeitsunterschiede zwischen dem
ersten und dem zweiten Wert variieren, sind aufgrund ihres hohen
Kontrasts hierzu besser geeignet; beispielsweise kann ihr Durchlauf
durch eine Höhenlinie
im Bereich des Mittelwertes zwischen dem ersten und dem zweiten
Wert bereits näherungsweise
für die
laterale Position einer Grenze zwischen einem erhöhten und
einem als Graben ausgebildeten Bereich des Substrats herangezogen
werden.
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US
2002/0095234 A1 offenbart ein Verfahren zur lateralen Positionsbestimmung,
bei dem ein Streifenmuster aus vielen Erhebungen und Gräben als
Meßmarke
verwendet wird. Jede Erhebung und jeder Graben erzeugt ein Intensitätsmaxium.
Aufgrund der dichten Folge der Maxima ist die korrekte Zuordnung
eines Maximums zu einer Erhebung oder alternativ zu einem Graben
erschwert. Ferner liegt die Intensität auch an den Extrema zwischen
denjenigen Intensitätswerten,
die einer vollständigen
Reflexion oder Transmission entsprechen würden. Der maximale Kontrast
wird daher bei der offenbarten Meßmarke nicht ausgenutzt. Ferner
entfällt
die Möglichkeit,
die Genauigkeit der lateralen Positionsbestimmung durch zusätzliche
Messungen an besonders stark ausgeprägten Flanken zu bestimmen.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Genauigkeit des
eingangs beschriebenen Verfahrens weiter zu erhöhen. Insbesondere soll ohne
eine Veränderung
der Detektoren, ihrer Anzahl oder ihrer räumlichen Dichte eine feinere
Messung der lateralen Position eines Substrats in zumindest einer
Richtung ermöglicht
werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß bei
dem eingangs genannten Verfahren
- – die Positionsmarkierung
neben den voneinander abgewandten Begrenzungen der beiden voneinander
beabstandeten Flächenbereiche
jeweils ein äußeres erstes
Gebiet aufweist, das entlang der ersten Richtung so breit ist, daß im Bereich des äußeren ersten
Gebietes angeordnete Detektoren überwiegend
den ersten Wert als Meßwert für die Meßgröße messen,
- – wobei
die äußeren ersten
Gebiete entlang der ersten Richtung breiter sind als die beiden
voneinander beabstandeten Flächenbereiche,
- – und
daß das
mittlere erste Gebiet in der ersten Richtung so schmal ist, daß der durch
die Detektoren gemessene Verlauf der Meßgröße im Bereich des mittleren
ersten Gebietes ein lokales Maximum oder Minimum aufweist, dessen
Wert von dem ersten Wert verschieden ist und zwischen dem ersten
und dem zweiten Wert liegt,
- – wobei
das mittlere erste Gebiet in der ersten Richtung schmaler ist als
die beiden voneinander beabstandeten Flächenbereiche.
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Erfindungsgemäß wird bei
dem Meßverfahren,
bei dem herkömmlich
ausschließlich
Flanken starker Steigung innerhalb eines gemessenen Meßgrößenverlaufs
zur Positionsbestimmung des Substrats ausgewertet werden, die Positionsmarkierung auf
dem Substrat so gestaltet, daß zusätzlich zu
diesen Flanken ein Extremum ausgebildet wird, und im Gegensatz zu
herkömmlichen
Positionsmarkierungen, deren Strukturen (erste oder zweite Gebiete) stets
Abmessungen haben, die lediglich Extrema im Meßgrößenverlauf mit sehr schwacher
Krümmung erzeugen,
ist erfindungsgemäß vorgesehen,
daß das mittlere
erste Gebiet so schmal ist, daß der
in dessen Mitte (oder aufgrund von Fehlertoleranzen in der Nähe von dessen
Mitte) gemessene Extremwert nicht an den ersten Wert heranreicht,
der zumindest im mittleren Bereich des mittleren ersten Gebietes
als Meßwert
zu erwarten wäre.
Stattdessen sind die beiden voneinander beabstandeten Flächenbereiche,
in denen aufgrund der dort angeordneten zweiten Gebiete (etwa Vertiefungen
wie Gräben)
ein anderer, insbesondere der zweite Wert zu erwarten wäre, so dicht
nebeneinander angeordnet, daß zwischen
ihnen, d.h. im mittleren ersten Gebiet, der Meßgrößenverlauf infolge der seitlichen
Verschmierung der Meßergebnisse
den eigentlich zu erwartenden ersten Wert als Meßwert nicht mehr erreicht.
Das beobachtete Extremum ist dadurch zwar weniger stark ausgeprägt, d.h.
besitzt im Falle einer optischen Messung einen geringeren Kontrast
zu den Extrema oder den Meßwerten
in den voneinander beabstandeten Flächenbereichen, jedoch ist zwischen
ihnen der Kurvenverlauf im Bereich des zusätzlichen Extremums spitzer
und stärker
gekrümmt;
solch ein Extremum eignet sich gut für eine gemeinsame Auswertung
mit den voneinander abgewandten Außenflanken des Meßgrößenverlaufs
im Bereich der beiden voneinander beabstandeten Flächenbereiche.
Da erfindungsgemäß das mittlere
erste Gebiet so schmal ist, daß das
dort gemessene Extremum nicht an den ersten Wert heranreicht, ist
gewährleistet,
daß dieses
Extremum nicht etwa aufgrund eines zu großen Abstandes zwischen den
beabstandeten Flächenbereichen
unnötig
verbreitert ist und dann eine nur begrenzt genaue Aussage über die
seitliche Position des Substrats liefert.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass die Positionsmarkierung neben voneinander abgewandten äußeren Begrenzungen
der beiden voneinander beabstandeten Flächenbereiche jeweils ein äußeres erstes
Gebiet aufweist, das entlang der ersten Richtung so breit ist, daß im Bereich
der äußeren ersten Gebiete
angeordnete Detektoren überwiegend
dem ersten Wert als Meßwert
für die
Meßgröße messen. Dadurch
wird erreicht, daß zwischen
jeweils einem der voneinander beabstandeten Flächenbereiche und einem äußeren ersten
Gebiet eine Flanke starker Steigung der Meßgröße auftritt, die zur Positionsbestimmung
des Substrats besser geeignet sind als die inneren Flanken im Bereich
der einander zugewandten Begrenzungen der voneinander beabstandeten Flächenbereiche;
dort sind die Flanken kürzer,
da das erfindungsgemäß ausgebildete
Extremum im mittleren ersten Gebiet nicht an den ersten Wert heranreicht.
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Eine
erste Ausführungsform
sieht vor, daß die
zweiten Gebiete in den beiden voneinander beabstandeten Flächenbereichen
sich vollständig über die voneinander
beabstandeten Flächenbereiche
erstrecken. Hierbei sind die beiden Flächenbereiche zumindest über einen
wesentlichen Teil der Abmessung der Positionsmarkierung in Richtung
senkrecht zur ersten Richtung vollständig als Gräben (im Falle einer optischen
Helligkeitsmessung) oder als zweite Gebiete (im Falle einer beliebigen
Meßgröße) ausgebildet.
Dabei sind die voneinander beabstandeten Flächenbereiche zwei zweite Gebiete
und verlaufen streifenförmig
in Richtung senkrecht zur ersten Richtung, entlang welcher die Substratposition
gemessen wird.
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Eine
alternative Ausführungsform
sieht vor, daß die
zweiten Gebiete in beiden voneinander beabstandeten Flächenbereichen
gemeinsam mit ersten Gebieten in den voneinander beabstandeten Flächenbereichen
jeweils eine alternierende Folge von er sten und zweiten Gebieten
bilden, die senkrecht zur ersten Richtung verläuft. Hierbei sind die beiden voneinander
beabstandeten Flächenbereiche
einzeln jeweils als zebrastreifenartige Abfolge von ersten und zweiten
Gebieten ausgebildet. Deren zweite Gebiete sind vorzugsweise streifenförmig ausgebildet,
wobei hier die Haupterstreckungsrichtung der zweiten Gebiete nicht
senkrecht, sondern parallel zur ersten Richtung verläuft. Die
zweiten Gebiete in den voneinander beabstandeten Flächenbereichen
sind daher wesentlich kleiner als bei der ersten alternativen Ausführungsart.
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Da
auch bei der zweiten alternativen Ausführungsform die zweiten Gebiete
lediglich in den voneinander beabstandeten Flächenbereichen, nicht jedoch
in dem zwischen ihnen angeordneten mittleren ersten Bereich angeordnet
sind, mißt
die Detektorenanordnung entlang der ersten Richtung auch hier einen
Meßgrößenverlauf
mit einem örtlich
schwankendem Meßwert.
Die zweite Ausführungsart
hat den Vorteil, daß der
mittlere Meßwert
im jeweiligen Flächenbereich
neben dem mittleren ersten Gebiet näher an den Wert, der im mittleren
ersten Gebiet gemessen wird, heranreicht. Im Falle einer optischen Intensitätsmessung
wird dadurch etwa der Kontrastumfang gemindert.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, daß die
Detektoren entlang der ersten Richtung nebeneinander aufgereiht
sind. Sie sind somit im wesentlichen entlang einer durchgehenden
Linie entlang der zu vermessenden Richtung der Substratposition
aufgereiht und allenfalls geringfügig vor oder hinter diese Linie zurückversetzt,
um eine räumlich
dichtere Anordnung vieler kleiner Detektorzellen zu ermöglichen. Wird
eine solche Detektorleiste zur Messung über die Positionsmarkierung
gehalten, so genügt
ein schmaler Meßstreifen
innerhalb der Positionsmarkierung für eine eindeutige Positionsbestimmung
des Substrats.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, daß die
Anordnung der Detektoren und das Substrat in Richtung senkrecht
zur ersten Richtung relativ zueinander bewegt werden und dabei die
Detektoren eine zeitliche integrierende Messung der Meßgröße durchführen. Hierbei
fährt die
Detektorleiste über
die Positionsmarkierung in einer lateralen Richtung senkrecht zur ersten
lateralen Richtung hinweg, wodurch mit Blick auf lokale Strukturdefekte
oder Maskenungenauigkeiten eine präzisere, weil zeitlich integrierte
und dadurch räumlich
gemittelte Messung ausgeführt
wird. Diese Meßmethode
führt in
Verbindung mit der zweiten alternativen Ausführungsart außerdem zu
einer idealen Mittelwertbildung in Richtung senkrecht zur ersten
Richtung, und zwar unabhängig
davon, ob die Detektoranordnung anfangs über ersten oder über zweiten
Bereichen innerhalb der beabstandeten Flächenbereiche angeordnet ist.
Dadurch wird diesen beiden Flächenbereichen
ein mittlerer Meßwert,
der zwischen dem ersten und dem zweiten Wert liegt, zugeordnet;
der Kontrastumfang wird halbiert.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, daß bei
der Bewegung der Anordnung der Detektoren und des Substrats relativ
zueinander zwei disjunkte Mengen von Detektoren über die voneinander beabstandeten Flächenbereiche
hinwegfahren. Somit verändert
die zusätzliche
Bewegung, die während
der Messung ausgeführt
wird, die Relativposition der einzelnen Detektoren bzw. ihrer Meßzellen
relativ zur Substratposition zumindest entlang der ersten zu vermessenden
Richtung nicht; die Meßbewegung
führt somit
zu einer räumlichen
Mittelung angesichts zu erwartender statistischer Strukturdefekte,
führt andererseits aber
nicht zu einer zusätzlichen
Unschärfe
oder Verschmierung des Meßgrößenverlaufs.
Die Meßwerte einander
benachbarter Detektoren erfahren somit keine zusätzliche Nivellierung auf einen
gemeinsamen Mittelwert.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, daß die
beiden voneinander beabstandeten Flächenbereiche in der ersten
Richtung zwischen 1 und 2 μm
breit sind und daß das
mittlere erste Gebiet in der ersten Richtung zwischen 0,5 und 1 μm breit ist.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, daß der
entlang der ersten Richtung gemessene Verlauf der Meßgröße von dem
ersten Wert im Bereich der beiden äußeren ersten Gebiete ausgehend
jeweils über ein
Minimum oder Maximum im Bereich der beiden voneinander beabstandeten
Flächenbereiche
zu dem Maximum oder Minimum im Bereich des mittleren ersten Gebietes
führt,
wobei die lokale Krümmung
des Verlaufs der Meßgröße bei dem
Maximum oder Minimum im Bereich des mittleren ersten Gebietes entgegengesetzt
zur lokalen Krümmung
an den Minima oder Maxima im Bereich der voneinander beabstandeten
Flächenbereiche
ist. Beispielsweise ist das erfindungsgemäß ausgebildete mittlere Extremum
ein Maximum, wohingegen die Extrema im Bereich der voneinander beabstandeten
Flächenbereiche
Minima sind oder umgekehrt. Sofern der Meßgrößenverlauf in den äußeren ersten
Gebieten im wesentlichen den ersten Wert annimmt, haben die Minima
den zweiten Wert angenommen; das erfindungsgemäß ausgebildete Maximum zwischen
ihnen hat einen Wert, der zwischen dem ersten und dem zweiten Wert
liegt.
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Mit
Hilfe der beiden zusätzlichen äußeren ersten
Gebiete wird eine zusätzliche Überprüfung der ausreichend
starken Krümmung
des Kurvenverlaufs im Bereich des mittleren Extremums möglich, denn die
Messung des ersten Wertes in den beiden äußeren ersten Gebieten erlaubt
eine Messung des Gesamtkontrasts und einen Vergleich, wie weit der
Wert des mittleren Extremums von dem ersten Wert entfernt ist. Reicht
der Wert des mittleren Extremums an den ersten Wert heran, so sind
die beiden voneinander beabstandeten Flächenbereiche, in denen zweite Gebiete,
etwa die Gräben,
ausgebildet sind, zu weit voneinander entfernt.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, daß als
Meßgröße die Intensität elektromagnetischer
Strahlung gemessen wird. Alternativ kom men Phasenmessungen elektromagnetischer
Strahlung oder auch nicht-optische Messungen in Betracht.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, daß die
ersten Gebiete Gebiete höherer
Strahlungsintensität
und die zweiten Gebiete Gebiete niedrigerer Strahlungsintensität sind.
Ebenso kann die Strahlungsintensität im Bereich der ersten Gebiete
niedriger und im Bereich der zweiten Gebiete höher sein.
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Die
zweiten Gebiete sind vorzugsweise als Gräben in dem Substrat oder in
der Schicht auf dem Substrat ausgebildet. Im Falle einer Meßgrößenmessung
mit Hilfe schräg
zur Substratoberfläche
auftreffender elektromagnetischer Strahlung, die durch das Substrat
in Richtung der Detektoren reflektiert wird, ist im Wege der Helligkeitsmessung
die laterale Substratposition bestimmbar.
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Als
Substrat wird vorzugsweise ein Halbleitersubstrat verwendet, dies
kann eine oder mehrere integrierte Halbleiterschaltungen aufweisen.
Wenn jedoch die Belichtung in der lithographischen Belichtungseinrichtung
zur Strukturierung einer ersten Schicht der Halbleiterschaltung
dient, ist das Substrat während
der Positionierung noch unstrukturiert und besitzt zu diesem Zeitpunkt
noch keine integrierte Halbleiterschaltung.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren erläutert. Es
zeigen:
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1 das
Prinzip der lithographischen Strukturierung eines Substrats mit
Hilfe in einer lithographischen Belichtungseinrichtung,
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2 eine
schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt eines Substrats,
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3 eine
Anordnung von Detektoren über einer
Positionsmarkierung eines Substrats,
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4A eine
Detailansicht aus 3 gemäß einer ersten alternativen
Ausführungsart,
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4B eine
Detailansicht aus 3 gemäß einer zweiten alternativen
Ausführungsart,
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5 einen
an einer erfindungsgemäße gestalteten
Positionsmarkierung gemessenen Verlauf einer Meßgröße,
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6 einen
Verlauf der Meßgröße im Falle einer
unzureichend angepassten sowie einer herkömmlichen Positionsmarkierung,
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7 eine
perspektivische Detailansicht eines Substrats und
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8 den
zeitlichen Verlauf einer zeitlich integrierenden Messung.
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1 zeigt
eine lithographische Belichtungseinrichtung 2, in der ein
Halbleitersubstrat 1 oder eine Schicht 1a auf
dem Substrat mit Hilfe beispielsweise einer Lichtquelle 7 und
eines optischen Systems 8 lithographisch strukturiert wird.
Dadurch wird ein vorstrukturiertes Muster einer Maske 4 optisch
auf das Substrat übertragen.
Eine solche Strukturübertragung
von einer Maske 4 (Reticle) in verkleinertem Maßstab auf
das Substrat 1 muß für jede lithographische
Ebene einer integrierten Halbleiterschaltung durchgeführt werden.
Da die herzustellenden Strukturen aller Ebenen bzw. Schichten auf
dem Substrat in lateraler Richtung zueinander justiert sein müssen, ist
vor jeder lithographischen Belichtung eine Kontrolle und gegebenenfalls
eine Korrektur der lateralen Position des Substrats 1 erforderlich.
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2 zeigt
eine Draufsicht auf einen Ausschnitt eines Substrats 1,
bei dem zwischen rechteckförmigen
Bereichen, die für
integrierte Halbleiterschaltungen 21 vorgesehen sind, der
Sägerahmen angeordnet
ist, welcher später
beim Vereinzeln der Halbleiterchips entfernt wird. In diesem Sägerahmen sind
Positionsmarkierungen 3 untergebracht, und zwar mindestens
jeweils eine Positionsmarkierung für jede laterale Richtung x
und y.
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3 zeigt
eine vergrößerte Darstellung
einer solchen Positionsmarkierung 3 sowie eine über dieser
Positionsmarkierung angeordnete Anordnung 6 vieler Detektoren 5,
die zur Messung der Substratposition entlang einer lateralen Richtung
x vorgesehen ist. Die Positionsmarkierung 3 besitzt erste
Bereiche 11, in denen die von den Detektoren 5 gemessene
Meßgröße, zumindest
in ausreichendem Abstand zu Grenzen zu zweiten Bereichen 12,
einen ersten Wert annimmt. Dieser Wert ist beispielsweise eine hohe
Lichtintensität,
die nur in dem breiteren, in 3 weiß dargestellten
Flächenbereichen
gemessen wird. In der Mitte der zweiten Gebiete 12, die
beispielsweise Gräben
mit verminderter Reflexion elektromagnetischer Strahlung sein können, messen
die Detektoren hingegen einen anderen Wert der Meßgröße. In der
Nähe von
Grenzen, die in 3 dem Umfang der zweiten Gebiete 12 entsprechen,
messen die Detektoren 5 aufgrund einer durch Streuung oder
andere lichtverteilende Effekte hervorgerufene Verschmierung von
Meßwerten
Werte mittlerer Höhe, so
daß der
durch die Detektoren 5 entlang der Richtung x gemessene
Meßgrößenverlauf
von links nach rechts nicht abrupt springt, sondern einen sanften Kurvenverlauf
erzeugt. Die Anordnung 6 der Detektoren 5 kann,
wie durch den Pfeil dargestellt, senkrecht zur Meßrichtung
x bewegt werden, in welchem Falle eine zeitlich integrierte Messung
durchgeführt
wird. Diese Messung erfolgt über
die Länge
der zweiten Gebiete 12 in Richtung y senkrecht zur Meßrichtung x,
wodurch etwaige Defekte an der Grenze zwischen ersten 11 und
zweiten Bereichen 12 korrigiert werden.
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Zur
Messung der Substratposition in der Richtung x genügt die Vermessung
eines einzigen zweiten Gebietes 12. Wird bei spielsweise
die Intensität
reflektierten Lichts gemessen und ist jedes Gebiet 12 ein
Graben, so enthält
der gemessene Verlauf der Meßgröße im Bereich
des Grabens ein Intensitätsminimum,
dessen Lage zur Lagebestimmung und -korrektur des Substrats nutzbar
ist.
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Die
in 3 dargestellten zweiten Gebiete 12 sind
relativ breit im Vergleich zur Wellenlänge des zu ihrer Strukturierung
verwendeten Lichts, sie sind insbesondere viel breiter als die typische
Strukturbreite in den zu fertigenden integrierten Halbleiterschaltungen 21.
Daher werden herkömmlich
die Flanken des Helligkeitsverlaufs entlang der x-Richtung, nicht
jedoch die Lage der relativ breiten Intensitätsminima zur Berechnung der
Substratposition ausgewertet.
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Um
eine präzisere
Positionsbestimmung des Substrats zu ermöglichen, sind die zweiten Gebiete 12 aus 3 erfindungsgemäß in besonderer
Weise weitergebildet, wie in dem kreisförmig umgebenden Ausschnitt
aus 3 lediglich angedeutet. Erkennbar sind zwei voneinander
in der Richtung x beabstandete Gebiete 13, die mit Bezug
auf die 4A und 4B in
zwei zueinander alternativen Ausführungsarten nachstehend beschrieben
werden.
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4A zeigt
einen vergrößerten Ausschnitt des
kreisförmig
umgebenden Ausschnitts auf 3. Anstelle
der herkömmlich
etwa 4 μm
breiten, entlang der Richtung x durchgehend ausgebildeten zweiten Gebietes
bzw. Grabens 12 sind erfindungsgemäß zwei voneinander in x-Richtung
beabstandete Flächenbereiche 13 vorgesehen;
diese sind bei der Ausführungsart
gemäß 4A vollständig als
zweite Gebiete 12, also etwa als Gräben ausgebildet. Der Zwischenraum
zwischen beiden voneinander beabstandeten Flächenbereichen 13 ist
vollständig
als erstes Gebiet 14 ausgebildet; weitere äußere erste Gebiete 15 grenzen
an zwei voneinander abgewandte äußere Begrenzungen
R der Flächenbereiche 13 an.
Dadurch entsteht eine Folge von drei Stegen mit zwei Gräben zwischen
ihnen, wobei der mittle re Steg 14 so schmal ist, daß sein gemessenes
Intensitätsprofil
in der Mitte zwischen beiden Flächenbereichen 13 nicht
mehr den Wert erreicht, der in den beiden äußeren ersten Gebieten 15 in
ausreichendem Abstand von den Flächengebieten 13 gemessen
wird. Die Detektoren 5, die in 3 oberhalb
des kreisförmig
markierten Grabens 12 angeordnet sind, sind in 4A als
Mengen M zusammengefaßt.
Werden sie in Richtung y über
die zweiten Gebiete bzw. Gräben 12 bewegt,
messen sie stets eine geringe reflektierte Lichtintensität. Durch
die Relativbewegung der Anordnung 6 der Detektoren 5 in
Richtung y über
die Positionsmarkierung hinweg werden somit Maskenungenauigkeiten
in den Rändern
bzw. Begrenzungen R zwischen den voneinander beabstandeten Flächenbereichen 13 und
den ersten Gebieten 14, 15 außerhalb von ihnen statistisch
korrigiert.
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Bei
der alternativen Ausführungsart
gemäß 4B sind
die voneinander beabstandeten Flächenbereiche 13 selbst
als in y-Richtung
verlaufende alternierende Folge von ersten Gebieten 16 und zweiten
Gebieten 12 ausgebildet. Die ersten Gebiete 14, 15 sind
gegenüber 4A unverändert. Sie
stellen beispielsweise Stege dar, die in 4B mit
den Stegen 16 verbunden sind und die Gräben 12 jeweils allseitig
umschließen.
Wird die Anordnung 6 von Detektoren 5 in Richtung
y über
die erfindungsgemäß 4B ausgebildete
Positionsmarkierungen 3 bewegt, so führt eine zeitliche Integralmessung
in den Detektoren 5 der Teilmengen M gleicher Position
wie in 4A zu einem mittleren gemessenen
Helligkeitswert für
die beabstandeten Flächenbereiche 13, wodurch
sich der Gesamtkontrast der Positionsmarkierung vermindert, und
zwar halbiert. Hierbei wird zusätzlich
ausgenutzt, daß aufgrund
der durch Lichtstreuung und andere Effekte bewirkten Verschmierung
der Lichtintensitäten
nah nebeneinander angeordneter Strukturen beim Überfahren der Flächenbereiche 13 zu
einem weitgehend monotonen Helligkeitswert führt.
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5 zeigt
einen mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens gemessenen Meßgrößenverlauf einer
Meßgröße H, die
im Be reich der beiden äußeren ersten
Gebiete 15 der Positionsmarkierung 3 in Höhe eines
ersten Wertes h1 verläuft
und im Bereich der beiden voneinander beabstandeten Flächenbereiche 13,
die jeweils zweite Gebiete, vorzugsweise Gräben 12 aufweisen, über eine
jeweils steile Flanke F zu einem Extremum in Höhe eines zweiten Wertes h2
führen.
Erfindungsgemäß ist zwischen
beiden Extrema M2 infolge eines mittleren ersten Gebietes 14 größerer Helligkeit
ein weiteres Extremum M1 entgegengesetzter Krümmung beobachtbar, welches
anstelle oder zusätzlich
zu den steilen Außenflanken
F zur Positionserkennung des Substrats auswertbar ist. Idealerweise
befindet sich das Maximum M1 in der Mitte des mittleren ersten Gebietes 14,
woraus die Lage der Begrenzungen R der beiden voneinander beabstandeten
Flächenbereiche 13 in
der zu vermessenden Richtung x errechenbar ist.
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Erfindungsgemäß ist die
Breite des mittleren ersten Gebietes 14 so klein, daß das in
diesem Bereich gemessene Extremum M1 nicht bis an den ersten Wert
h1 heranreicht. Dadurch ist gewährleistet, daß der Verlauf
der Meßgröße H im
Bereich des Extremums M1 ausreichend "spitz" bzw. die Krümmung in diesem Bereich ausreichend
hoch ist, um eine ausreichend präzise
Positionsbestimmung anhand dieses Extremums zu ermöglichen.
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6 zeigt
den Verlauf der Meßgröße H im Falle
einer nicht ausreichend angepassten Positionsmarkierung (durchgezogene
Linie) sowie im Falle einer herkömmlichen
Positionsmarkierung (strichpunktierte Linie). Bei der herkömmlich ausgebildeten
Positionsmarkierung sind beide Gebiete 13, die voneinander
beabstandet sind, sowie der zwischen ihnen liegende Bereich 14 zu
einem einheitlich strukturierten, und zwar beispielsweise als einheitlicher
Graben ausgebildeten zweiten Gebiet verbunden. Dieser breite Graben
liefert ein Meßgrößenprofil,
das, wie durch den strichpunktierten mittleren Teil dargestellt, ein
sehr breites Minimum mit nur sehr geringer Krümmung des Kurvenverlaufs aufweist.
Aufgrund solch eines Extremums ist eine Substratposition nur bedingt
präzise
bestimm bar, weshalb herkömmlich
lediglich die Flanken F des Meßgrößenverlaufs
zur Positionserkennung herangezogen werden.
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Auch
im Falle einer Abwandlung dieses Profils, bei dem der mittlere Bereich 14 als
erstes Gebiet, etwa als Steg ausgebildet wird, entsteht im allgemeinen
ein Maximum in der Mitte des Kurvenverlaufs, das in derselben Höhe wie der
rechts und links gemessene erste Wert h1 liegt und bei dem die Krümmung des
Kurvenverlaufs ebenfalls zu gering und die seitliche Lage des Maximums
zu unbestimmt ist, um eine sinnvolle Auswertung zum Zwecke der Positionsbestimmung
des Substrats zu unterstützen.
Der Bereich, in dem bei der durchgezogenen Meßkurve in 6 das
mittlere Extremum vermutet werden kann, ist durch den dargestellten
Doppelpfeil dargestellt.
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Infolge
der erfindungsgemäß sehr dicht
aneinandergrenzenden Flächenbereiche 13 liefert
die Messung im Bereich 14 ein Extremum M1, dessen Lage
bezüglich
der Richtung x mit hoher Genauigkeit ablesbar ist und dadurch die
Genauigkeit der Positionsbestimmung erhöht.
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7 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Halbleitersubstrats, bei dem
zwischen vier Bereichen für
integrierte Halbleiterschaltungen 21 eine Positionsmarkierung 3 ausgebildet
ist. Diese besitzt jeweils zwei Paare von Flächenbereichen 13,
die beispielsweise vollständig
als Gräben
ausgebildet sein können
und durch einen nur schmalen Steg 14 zwischen ihnen getrennt
sind.
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8 zeigt
für den
Fall der zweiten alternativen Ausführungsform, bei der diese Gebiete 13 in Richtung
y abwechselnd als in Richtung x orientierte Gräben und Stege ausgebildet sind,
das zeitliche Zustandekommen des Meßwertes derjenigen Detektoren 5 im
Bereich der Menge M, die bei der Relativbewegung der Messung die
Flächenbereiche 13 in y-Richtung überfahren.
Mit zunehmender Zeit t erhöht
sich die mit Hilfe der Detektoren gemessene Lichthelligkeit jeweils
stückweise
um einen gewissen Wert, der beim Überfahren der Stege 16 aus 4B zustande
kommt. Dazwischen liegen im Kurvenverlauf aus 8 Bereiche
geringer Steigung oder im Extremfall ohne jede Steigung, die beim Überfahren der
Stege 12 aus 4B die bereits gemessene Helligkeit
nicht weiter erhöhen.
Dadurch wird nach dem vollständigen Überfahren
jeweils eines der Flächenbereiche 13 ein
mittlerer Meßwert
erreicht, der zwischen dem ersten Wert h1 und dem zweiten Wert h2 der
Meßgröße H liegt.
Im falle starker Lichtstreuung bzw. Verschmierung der Lichtintensität wird der
in 8 gestrichelt dargestellte Kurvenverlauf einheitlicher
Steigung zum gleichen Meßresultat
führen.
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Die
Erfindung ermöglicht
eine noch präzisere Bestimmung
der lateralen Position eines Substrats. Das Detektieren von Strahlungsintensitäten kann beispielsweise
mit Hilfe von ccd-Detektorzellen (Charge
Coupled Device) durchgeführt
werden. Dadurch werden präzisere
Overlay-Korrekturen aufeinander abgeschiedener oder strukturierter
Ebenen integrierter Halbleiterschaltungen erzielbar. Die Erfindung
ist auf alle Substratbearbeitungen, bei denen eine Strukturierung
erforderlich ist, etwa auch bei Dotiervorgängen oder Ätzprozessen, sowie bei jedem anderen
Vorgang einsetzbar, zu dessen Vorbereitung das Substrat seitlich
positioniert werden kann. Das Substrat kann mit Hilfe eines Substratträgers (Chuck) oder
zusätzlich
relativ zu diesem positioniert werden; als Referenzposition können beliebige
Markierungen von Teilen der Belichtungsvorrichtung oder anderer Gerätschaften
eingesetzt werden. Die Abmessungen der ersten und zweiten Gebiete,
insbesondere der voneinander beabstandeten Flächenbereiche der Positionsmarkierungen
hängen
lediglich von der verwendeten Herstellungstechnologie ab. Als spezielles Beispiel
sei eine Breite der voneinander beabstandeten Flächenbereiche in x-Richtung von zwischen
1 und 2 μm,
beispielsweise 1,5 μm
genannt bei einem Abstand zwischen ihnen von zwischen 0,5 und 1 μm. In der
Regel werden mehrere Paare voneinander beabstandeter Flächenbereiche
vorgesehen sein; ihr Abstand beträgt bei spielsweise 15 bis 25 μm. Die Optimierung
der geometrischen Abmessungen erfolgt jedoch anhand der Vorgabe
des erfindungsgemäßen Meßgrößenverlaufs,
insbesondere der Lage und des Meßwerts des Extremwerts im mittleren
ersten Gebiet. Entsprechend der häufig verwendeten Hartmaskentechnik
kann die Positionsmarkierung in einer Resistschicht wie auch in
einer mit Hilfe einer solchen Schicht bereits strukturierten Hartmaskenschicht
vorgesehen sein. Die Auflösung
in x-Richtung, die mit Hilfe der Vielzahl von ccd-Detektorzellen
erreicht wird, kann zwischen beispielsweise 0,005 und 0,2 μm betragen
bei typischen Ausdehnungen der Anordnung von Detektorzellen in x-Richtung von 100
bis 150 μm.
-
- 1
- Substrat
- 1a
- Schicht
- 2
- Belichtungseinrichtung
- 3
- Positionsmarkierung
- 4
- Maske
- 5
- Detektor
- 6
- Anordnung
von Detektoren
- 7
- Lichtquelle
- 8
- optisches
System
- 11
- erstes
Gebiet
- 12
- zweites
Gebiet
- 13
- Flächenbereich
- 14
- mittleres
erstes Gebiet
- 15
- äußeres erstes
Gebiet
- 16
- erstes
Gebiet im Flächenbereich 13
- 21
- integrierte
Halbleiterschaltung
- F
- äußere Flanke
- H
- Meßgröße
- h1
- erster
Wert
- h2
- zweiter
Wert
- M
- Menge
von Detektoren
- R
- Begrenzung
- t
- Zeit
- x
- erste
Richtung
- y
- zweite
Richtung