DE19945690C1 - Ausrichtungssystem einer Wafer-Kaskade - Google Patents

Abstract

Ein Ausrichtungssystem und ein Verfahren für eine Wafer-Kaskade. Ein Chopper wird verwendet. Eine Wafer-Kaskade ist an einem Ende des Choppers vorgesehen, während ein Detektor auf der anderen Seite des Choppers angeordnet ist. Der Chopper rotiert mit konstanter Winkelfrequenz. Der Detektor soll die Wafer-Kaskade erfassen, während die Wafer-Kaskade von dem Flügel des Choppers bedeckt ist, wobei das erfaßte Signal Null ist, während dann, wenn die Wafer-Kaskade nicht von den Flügeln bedeckt ist und von dem Detektor erfaßt wird, ein Signal erhalten wird. Ein Arbeitszyklus und eine Phase kann daher von dem Detektor erfaßt werden. Bei einer konstanten Rotations-Winkelfrequenz kann daher die tatsächliche Lage des gemessenen Objekts gemessen werden, um die Wafer-Kaskade auszurichten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Stepper und ein Verfahren zum Ausrichten von Positionen einer Wafer-Kaskade oder eine Wafers auf der Wafer- Kaskade. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Ausrichtungssystem und ein Verfahren, bei dem anstelle eines Interferometers ein Chopper eingesetzt wird.

Aus der DE 34 28 408 C2 ist bereits ein Ausrichtsystem mit Lage- und Bewegungsaufnehmern für zu belichtende Substrate bekannt.

Bei einem Herstellungsverfahren von Halbleitern spielt das Photolitograhpie-Verfahren eine wichtige Rolle für eine weitere Reduktion der Abmessungen von Bauelementen und der weiteren Integration von mehr Bauelementen. Bei dem Photolitographie- Verfahren bestimmt die Tatsache, ob die Wafer-Kaskade oder der Wafer auf der Wafer-Kaskade genau ausgerichtet ist, direkt die Genauigkeit des Musters und somit die Qualität der Bauelemente. In einem derzeit verbreitet zum Einsatz kommenden Stepper bestimmen einige untergeordnete Systeme, wie die Wafer-Kaskade, das Ausrichtungssystem, die Lichtquelle und die Linse die Leistungsfähigkeit des Steppers und demzufolge die Eigenschaften und Charakteristika der Endprodukte.

Ein typischer Stepper besitzt eine Hochgeschwindigkeits-Kaskade, die den Wafer be­ züglich der bildgebenden Optik und IC Retikel (Photomaske) exakt "im Tritt hält", und die zur exakten Wiederholung des Bildfelds im kartesischen Gitter erforderlichen Ent­ fernungen zurücklegt und somit die Waferoberfläche füllen. Bei einem typischen Re­ duktions-Stepper wandert die Kaskade in der horizontalen Ebene unter einer fest ange­ brachten, vertikal befestigten Linse. Wenn der Wafer auf dem Belichtungsfutter ange­ bracht ist und unter die Linse bewegt wird, wird er durch automatische Systeme ausge­ richtet, die Ziele auf dem Wafer optisch erfassen und die Kaskade in kleinen Schritten bewegen, um die Position des Wafers bezüglich des idealen Bildfelds zu korrigieren. Der Wafer wird zudem in der vertikalen Achse durch Autofokus-Systeme positioniert, die, bei modernen Steppern, auch das Vakuum-Futter, das den Wafer während der Belichtung hält, kippen kann, um jegliche Neigung der Wafer-Oberfläche aufgrund von Fehlern der ebenen Ausrichtung des Futters oder des Wafers zu verringern.

Die Fig. 1 zeigt eine herkömmliche Technik, bei der ein Überlagerungsinterferometer zur Messung der Position der Wafer-Kaskade eingesetzt wird. Ein von einer Laser­ lichtquelle 102 emittierter Laserstrahl erreicht einen Strahlteiler 108. Idealerweise passiert die Hälfte des Laserstrahls den Strahlteiler 108, während die andere Hälfte des Laserstrahls auf einen Referenzspiegel 106 reflektiert wird. Diese beiden Strahlen vereinigen sich dann auf einem Detektor 104. Die Vereinigung dieser beiden Strahlen ist, in Abhängigkeit von der Phase der Strahlen, entweder ein Ergebnis einer konstruktiven oder einer destruktiven Interferenz. Die Intensität des durch den Detektor 104 erfaßten Signals spiegelt die Position der Wafer-Kaskade 100 wieder. Die Verschiebungsrichtung der Wafer-Kaskade 100 kann gemäß der Theorie der Dopplerverschiebung aus dem von dem Kaskaden-Spiegel reflektierten Licht erhalten werden.

Zusätzlich kann durch die Anbringung eines Überlagerungsinterferometers in jeder Richtung, wie der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse die Verschiebung oder Rotation der Kaskade bestimmt werden.

In dem vorstehend beschriebenen herkömmlichen Aufbau eines Ausrichtungssystems für Wafer-Kaskaden wird die Genauigkeit des Interferometers hauptsächlich durch Schwingungen, die Stabilität der Lichtquelle und die Schwankung der Energiequelle beeinträchtigt. Insbesondere für das Abtasten der Photomaske und des Wafers ist die Steuerung der Schwingungen der Hauptfaktor zur Bestimmung des Durchsatzes des Steppers.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Aufgabe eines Ausrichtsystems und -verfahrens zur genauen und störungssicheren Ausrichtung von Wafer-Kaskaden.

Die vorliegende Erfindung liefert ein Ausrichtungssystem für eine Wafer-Kaskade gemäß Anspruch 1. Ein Chopper ist zwischen der Wafer-Kaskade und einem Detektor angeordnet. Die Wafer- Kaskade wird innerhalb der Abtaster-Abdeckung des Choppers angeordnet, während der Detektor einen Arbeitszyklus und ein Beobachtungsphase des Objekts an der anderen Seite des Choppers erfaßt. Gemäß dem erfaßten Arbeitszyklus kann bestimmt werden, ob die Wafer-Kaskade ausgerichtet ist. Dieses Ausrichtungssystem wird nicht durch Schwingungen, die Stabilität der Lichtquelle oder der Energiequelle beeinträchtigt. Daher kann sogar dann die Position der Wafer-Kaskade genau korrigiert werden, wenn die Wafer-Kaskade oder das Systems stark schwingt, oder wenn die Lichtquelle oder die Energiequelle instabil ist.

Ferner wird nach Anspruch 6 auch ein Verfahren zur genauen Ausrichtung einer Wafer-Kaskade geliefert. Ein Chopper wird auf der Wafer-Kaskade angeordnet, insbesondere auf der Ausrichtungsmarkierung auf der Wafer-Kaskade, während die Wafer-Kaskade zur Ausrichtung oder ein Objekt auf der Wafer-Kaskade, das ausgerichtet werden soll, innerhalb der Abdeckung des Choppers liegt. Der Chopper rotiert mit konstanter Geschwindigkeit, während ein Detektor hinter dem Chopper angeordnet ist. Der Arbeitszyklus und die Beobachtungs­ phase für die Wafer-Kaskade vor dem Chopper werden von dem Detektor erfaßt. Obwohl der Arbeitszyklus und die vom Detektor erfaßte Phase bei genauer Aus­ richtung der Wafer-Kaskade nicht mit einem vorbestimmten Arbeitszyklus überein­ stimmen, können anhand des Unterschieds von Arbeitszyklus und Phase die genauen Positionen der Wafer-Kaskade erhalten werden.

Sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die nachfolgende ausführliche Erläuterung sind lediglich als Beispiel gedacht und erläuternd und sollen die Erfindung, wie beansprucht, nicht einschränken.

Die Fig. 1 zeigt ein herkömmliches Ausrichtungssystem einer Wafer-Kaskade;

Die Fig. 2 zeigt ein herkömmliches Ausrichtungssystem einer Wafer-Kaskade mit einer Funktion, die die Ausrichtung in drei Dimensionen ermöglicht;

Die Fig. 3a zeigt einen in einem erfindungsgemäßen Ausrichtungssystem für eine Wafer-Kaskade verwendeten Chopper;

Die Fig. 3b zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ausrichtungs­ systems für eine Wafer-Kaskade; und

Die Fig. 4a bis 4c zeigen die Leistungszyklen verschiedener Positionen eines gemessenen Objekts.

Die Fig. 3a zeigt einen in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform verwendeten Chopper, und die Fig. 3b ein für eine Wafer-Kaskade verwendetes Ausrichtungs­ system. Wie in Fig. 3a gezeigt ist, wird in der Erfindung ein Chopper 302 verwendet. Die Abmessung und die Anzahl der Flügel sind unterschiedlich und abhängig von spezifischen Erfordernissen. Ein Erfordernis der Abmessung des Choppers 302 ist, daß die Abtaster-Abdeckung das zu messende oder zu erfassende Objekt einschließt. Für eine herkömmlich verwendete Wafer-Kaskade und kürzlich hergestellte Wafer kann der Durchmesser des Choppers 302 etwa 200 mm betragen. Die Anzahl der Flügel kann von einer bis zu einer Vielzahl von Flügeln schwanken. In Fig. 3a ist der Chopper 302 beispielsweise mit acht Flügeln gezeigt. Wenn ein Objekt 300 an einer Seite des Choppers 302 angeordnet ist, dann kann das Objekt 300, wenn es von der anderen Seite des Choppers 302 betrachtet wird, interstitiell beobachtet werden. D. h., es gibt einen Arbeitszyklus für die Beobachtung des Objekts 300 von der anderen Seite des Choppers 302. Obwohl der Chopper mit einer konstanten Winkelfrequenz ω rotiert, hat somit die Frequenz, mit der das Objekt 300 an der anderen Seite des Choppers 302 beobachtet werden kann, einen konstanten Arbeitszyklus. Neben der Winkelfrequenz ω des Choppers 302 beeinflußt auch die Position des Objekts 300 den so erhaltenen Arbeitszyklus. Wenn beispielsweise das Objekt 300 nicht in Richtung der zentralen Achse des Choppers 302 angebracht ist, dann ist der Arbeitszyklus zur Beobachtung des Objekts 300 verändert. Daher kann die Position des Objekts 300 durch den Arbeitszyklus des Choppers 302 erfaßt werden. Wenn umgekehrt ein Azimuth des Objekts 300 verändert wird, dann wird die Änderung direkt in einer Änderung der Phase wiedergespiegelt.

Unter Bezug auf Fig. 3b, wird ein Objekt 300, beispielsweise eine Wafer-Kaskade, eine Ausrichtungsmarkierung auf einer Wafer-Kaskade oder sogar ein Wafer auf einer Seite eines Choppers 302 innerhalb der Abtaster Abdeckung des Choppers 302 angeordnet. Der Chopper 302 umfaßt mindestens einen Flügel, und sehr oft mehr als einen Flügel. An der anderen Seite des Choppers 302 ist ein Detektor 304 zum Nachweis des Vor­ handenseins des Objekts 300 angebracht. Während das Objekt 300 durch einen Flügel des Choppers 302 bedeckt ist, erfaßt der Detektor 304 nichts, so daß unter Bezug zu den Fig. 4a bis Fig. 4b die Signalintensität Null beträgt. Wenn umgekehrt der Chopper in einen Zustand rotiert, bei dem das Objekt 300 nicht durch einen seiner Flügel abgedeckt ist, dann erfaßt der Detektor ein Signal mit der in den Fig. 4a bis Fig. 4c gezeigten Intensität.

Wenn man davon ausgeht, daß das Objekt 300 ohne Bewegung genau ausgerichtet ist, dann ist bei konstanter Winkelgeschwindigkeit des Choppers 302 ein von dem Detektor 304 erfaßter Arbeitszyklus konstant, wie in Fig. 4b gezeigt ist. Wird das Objekt 300 bezüglich der Zentrumsachse des Choppers 302 nach außen bewegt wird, dann ist der von dem Detektor 304 erfaßte ein Arbeitszyklus wie in Fig. 4b gezeigt. Wenn das Objekt dagegen bezüglich der Zentrumsachse des Choppers 302 nach innen bewegt wird, dann ist der von dem Detektor 304 erfaßte Arbeitszyklus wie in Fig. 4c gezeigt. Aufgrund des Unterschieds der von dem Detektor 304 erfaßten Arbeitszyklen kann ohne Beeinträchtigung durch Faktoren, wie Schwingungen, die Stabilität der Lichtquelle oder der Energiequelle bestimmt werden, ob eine Wafer-Kaskade, ein Ausrichtungssystem einer Wafer-Kaskade oder ein Wafer genau ausgerichtet ist.

Die vorliegende Erfindung liefert daher einen Chopper, der vor einer Wafer-Kaskade angeordnet ist, mit einer Abtaster-Abdeckung, die die Abmessung einer Wafer- Kaskade oder einer Ausrichtungsmarkierung an einer Wafer-Kaskade abdecken kann. An der anderen Seite des Choppers ist ein Detektor angebracht und mit dem Objekt, das gemessen werden soll, ausgerichtet. Durch den Detektor erfaßt wird ein Signal interstitiell erhalten, das zu einem Arbeitszyklus führt. Bei Bereitstellung eines vorbe­ stimmten Arbeitszyklus, bei dem der Wafer genau ausgerichtet ist, und Erfassen eines von dem vorbestimmten Arbeitszyklus abweichenden Arbeitszyklusses, muß der Wafer bewegt werden, d. h., die Position der Wafer-Kaskade muß angepaßt werden, bis sie genau ausgerichtet ist.

Andere erfindungsgemäße Ausführungsformen werden dem Fachmann unter Berück­ sichtigung der Beschreibung und der praktischen Anwendung der hier offenbarten Er­ findung erkennbar. Die Beschreibung und die Beispiele sollen lediglich als Beispiel an­ gesehen werden, wobei der wahre Bereich und Geist der Erfindung in den folgenden Ansprüchen angegeben ist.

Claims (11)

1. Ausrichtungssystem einer Wafer-Kaskade umfassend:
die Wafer-Kaskade,
einen Chopper, und
einen Detektor, worin die Wafer-Kaskade an einer ersten Seite des Choppers angeordnet ist, während der Detektor an einer zweiten Seite des Choppers angeordnet ist.

2. Ausrichtungssystem nach Anspruch 1, worin der Chopper mindestens einen Flügel umfaßt.

3. Ausrichtungssystem nach Anspruch 1, worin der Chopper mehrere Flügel umfaßt, die jeweils gleichen Abstand voneinander aufweisen.

4. Ausrichtungssystem mach Anspruch 1, worin der Chopper einen Durchmesser von etwa 200 mm aufweist.

5. Ausrichtungssystem nach Anspruch 1, worin der Chopper eine Abtaster- Abdeckung aufweist, die einen Bereich abdeckt, für den die Wafer-Kaskade erfaßt werden muß.

6. Ausrichtungsverfahren einer Wafer-Kaskade, umfassend:
Bereitstellung der Wafer-Kaskade,
Bereitstellung eines Choppers auf der Wafer-Kaskade, wobei der Chopper mit konstanter Winkelfrequenz rotiert,
Bereitstellung eines vorbestimmten Arbeitszyklusses und einer Beobachtungs­ phase der Wafer-Kaskade, bei der die Wafer-Kaskade genau ausgerichtet ist,
und
Erfassen eines aktuellen Arbeitszyklusses und einer Beobachtungsphase der Wafer-Kaskade über den Chopper und Bestimmung einer tatsächlichen Position der Wafer-Kaskade gemäß eines Unterschieds zwischen dem vorbestimmten und dem tatsächlichen Arbeitszyklusses und der Phase.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der gegenwärtige Arbeitszyklus von einem vor dem Chopper angebrachten Detektor erfaßt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Chopper mindestens einen Flügel umfaßt.

9. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Chopper mehrere Flügel umfaßt, wobei jeder von dem jeweils benachbarten Flügel den gleichen Abstand aufweist.

10. Verfahren nach Anspruch 6, worin der Chopper einen Durchmesser von etwa 200 mm besitzt.

11. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Chopper eine Abtaster-Abdeckung aufweist, die einen Bereich vollständig abdeckt, für den die Wafer-Kaskade erfaßt werden soll.