DE1564290C3 - Verfahren zum Ausrichten von Kopiermasken bei der Halbleiterfertigung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Bei der Herstellung von elektrischen Halbleitern werden auf Kopiermasken befindliche, einander ähnliche Strukturen aufeinander abgebildet und kopiert. Dabei ist es wesentlich, daß die Einzelheiten der Strukturen einer Maske zu den Strukturen, die bereits auf dem Halbleiterkristall aufgebracht sind, während des Kopierens ausgerichtet sind, so daß ihre Kopie zum bereits Vorhandenen eine ganz bestimmte Lage aufweist.

Zum Ausrichten wurden Anlagestifte od. dgl. benutzt, jedoch ist diese Art der Ausrichtung für heute nicht genau genug. Auch wurde die Ausrichtung unter Verwendung eines Einfachmikroskopes im Zusammenwirken mit zwei Richtmarken bereits versucht (CH-PS 444).

Das Ausrichten der Masken im Hinblick auf die Kopierfläche wird bekanntlich heute unter mikroskopischer Beobachtung zweier möglichst weit voneinander entfernter Stellen sowohl der Maske als auch der Kopierfläche unter Zuhilfenahme eines sogenannten »split-field«-Mikroskopes durchgeführt.

Mit fortschreitender Miniaturisierung der Halbleiter und der mit ihnen aufgebauten Schaltungen werden die Strukturen auf den Masken immer feiner und damit die Anforderungen an die Abbildungsoptik im Hinblick auf Apertur und Vergrößerung immer höher. Ein befriedigendes Resultat bringt hier schließlich nur die Anwendung von Spezialoptiken, die aber natürlich den Aufwand für ein solches Ausricht-Mikroskop beachtlich in die Höhe schrauben.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen und einen Weg aufzuzeigen, wie man auch bei weiterer Miniaturisierung der Strukturen der Kopiermasken mit relativ einfachen optischen Mitteln eine einwandfreie Ausrichtung erzielen kann.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Ausrichten von Kopiermasken bei der Halbleiterfertigung, das sich dadurch auszeichnet, daß die Maske zur Kopierfläche grob ausgerichtet wird, daß dann unter Verwendung der Beugungsbilder der Strukturen auf Maske und Kopierfläche diese Teile durch Drehung in ihren Strukturrichtungen zueinander parallel gestellt werden und daß schließlich unter Verwendung der auftretenden Interferenzstreifen zunächst der ersten Beugungsordnung und anschließend einer möglichst hohen Beugungsordnung die Ausrichtung beendet wird.
Die sich periodisch wiederholenden Strukturen von Halbleitern stellen, optisch gesehen, Beugungsgitter, und zwar meist Kreuzgitter dar. Dabei ist jede einzelne Halbleiterstruktur ein kompliziertes beugendes Zentrum. Bei genauer Ausrichtung der Maske in bezug auf die Kopierfläche decken sich die homologen Punkte dieser beugenden Zentren genau. Man benutzt daher gemäß der Erfindung das vorzugsweise in monochromatischem Licht betrachtete Beugungsspektrum von der Kopierfläche und der Maske zum Ausrichten. Sowohl das Kreuzgitter der Kopierfläche als auch das Kreuzgitter der Maske entwerfen unabhängig voneinander zueinander kohärente Bilder der Lichtquelle in den verschiedenen Beugungsordnungen. Stimmen die Kreuzgitterrichtungen der beiden Beugungsbildersysteme nicht überein, so ist das ein Anzeichen dafür, daß Kopierfläche und Maske noch nicht in ihrer gegenseitigen Soll-Lage sind. Durch Drehen werden daher zunächst die Beugungsbildersysteme von Kopierfläche und Maske zur Deckung gebracht.

Wegen der Kohärenz der jeweiligen Beugungsordnungen zueinander sind diese Beugungsbilder dann von Interferenzstreifen durchzogen. Abstand und Richtung dieser Streifen können nun dazu verwendet werden, die Relativlage zwischen Kopierfläche und Maske weiter zu verbessern. Unter Zuhilfenahme der Beugungsbilder

1. Ordnung erfolgt dabei zunächst eine »Grob«-ausrichtung, während die Interferenz in einer möglichst hohen Beugungsordnung zur Feineinstellung ausgenutzt wird.

Mit Hilfe des neuen Verfahrens wird die Einstellung unter Zuhilfenahme der geamten Maskenfläche, d. h. unter Verwendung eines Mittelwertes, durchgeführt. An die Dicke der Maskenplatte werden im Gegensatz zum Arbeiten mit großen Aperturen, bei dem die Dicke der Platte in den Korrekturzustand empfindlich eingeht, hier keine besonderen Anforderungen gestellt.

In der Figur ist eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens schematisch dargestellt. Das Licht einer Lampe 10 beleuchtet über ein Spektralfilter 11 sowie einen Kondensor 12 eine Blende 13. Die Form und Größe der Blendenöffnung ist einstellbar und wird der jeweiligen Kreuzgitterstruktur des Objektes angepaßt. Die Blendenöffnung .wird über einen Teiler 14 durch das Objektiv 15 nach °° abgebildet. Hinter dem Objektiv 15 ist in einer Halterung 16a die Maske 36 angeordnet, die unter Verwendung bekannter, hier nicht dargestellter Mittel sowohl linear verstellbar als auch um die optische Achse drehbar ist, und zwar relativ zu dem Tisch 18, auf dem das Objekt 17 liegt, auf welches die

Kopie der Maske 16 orientiert aufzubringen ist. Das Objekt 17 wird auf dem Tisch durch einen leichten Unterdruck an seiner Unterseite gehalten. Dieser Unterdruck wird durch eine Pumpe 19 erzeugt.

Sowohl das Objekt 17 als auch die Maske 16 wirken als Spiegel und erzeugen in dem als Kollimator wirkenden optischen System je ein Bild der Blende 13. Wegen der periodischen Strukturen mit gleichen Gitterkonstanten auf Objekt 17 und Maske 16 entstehen gleiche Beugungswinkel für die an dem Objekt und der Maske reflektierten Lichtanteile. Dadurch enstehen in der Brennebene 15a des Objektivs 15 zwei sich druchdringende Kreuzgitter-Beugungssysteme, die im allgemeinen Fall nicht zusammenfallen. Sie werden mittels eines Okulars 20 beobachtet. Durch relative Drehung zwisehen Objekt 17 und Maske 16 werden die Gitterrichtungen in Übereinstimmung gebracht. Da die beiden zu jeweils einer Beugungsordnung gehörenden, abgebeugten Lichtbündel zueinander kohärent sind, stelllen sich Interferenzerscheinungen gleicher Neigung ein; diese sind von der Phasenlage der jeweils miteinander interferierenden Strahlenbündel abhängig. Die Phasenlage läßt sich durch eine relative Verschiebung längs der Gitterrichtungen zwischen Objekt und Maske beeinflussen. In den höheren Beugungsordnungen prägt sind besonders die Feinstruktur der gitterartig angeordneten Streuzentren aus (Gittergeister). Diese werden zur Überwachung der Feinausrichtung zwischen Objekt und Maske verwendet.

Es ist zweckmäßig, das optische System relativ zur Maske und zum Objekt neigbar zu machen, um stark geneigte höhere Beugungsordnungen noch erfassen zu können. Dem gleichen Zweck kann die Aufspaltung des Gerätes in Beleuchtungskollimator und Beobachtungsfernrohr dienen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen '

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Ausrichten von Kopiermasken bei der Halbleiterfertigung, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske zur Kopierfläche zunächst grob ausgerichtet wird, daß dann unter Beobachtung der Beugungsbilder Strukturen auf Maske und Kopierfläche diese Teile durch Drehung in ihren Strukturrichtungen zueinander parallel gestellt werden, und daß schließlich mit Hilfe der dann auftretenden Interferenzerscheinungen zunächst der ersten Beugungsordnung und anschließend einer möglichst hohen Beugungsordnung die endgültige Ausrichtung vorgenommen wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Ausrichten von Kopiermasken bei der Halbleiterfertigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine von einer Lampe (10) über ein Spektralfilter (11) sowie einen Kondensor (12) beleuchtete, in ihrer Öffnung nach Größe und Form einstellbare oder auswechselbare Blende (13) vorhanden ist, die über einen Teiler (14) durch ein Objektiv (15) nach <=o abgebildet wird, daß in dem Strahlengang eine die Maske (16) tragende Haltevorrichtung (16a) sowie ein das Objekt (17) tragender Tisch (18) steht, daß Maske und Tisch gegeneinander verschiebbar und drehbar sind und daß über dem Teiler (14) im direkten Strahlengang ein Okular angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tisch ein Vakuumtisch ist, dessen Unterdruck von einer Pumpe (19) erzeugt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System relativ zur Maske und zum Objekt neigbar ist.