DE2163856B2 - Vorrichtung zur Einstellung einer Maske in bezug auf ein Halbleitersubstrat - Google Patents
Vorrichtung zur Einstellung einer Maske in bezug auf ein HalbleitersubstratInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Einstellung einer eine Vielzahl gleicher Elemente
enthaltenden Maske in bezug auf ein Halbleitersubstrat.
Eine derartige Vorrichtung ist aus Proceedings Kodak Photoresist Seminar, May 19-20, 1969, S. 62,
bekannt.
In der bekannten Vorrichtung wird sowohl auf der Maske als auch auf dem Substrat ein Muster geeigneter
Form angebracht, und zwar auf dem Substrat ein reflektierendes Quadrat und auf der Maske ein
strahlungsdurchlässiger Rahmen, dessen Umrisse konzentrische Quadrate sind. Die Seite des inneren
Quadrats auf der Maske ist etwas kleiner als die Seite des reflektierenden Quadrats auf dem Substrat, die
ihrerseits etwas kleiner als die Seite des äußeren Quadrats auf der Maske ist
Zwei photoempfindliche Detektorenpaare sind derart angeordnet, daß die Verbindungslinie zwischen den
Detektoren eines Paares senkrecht zu der zwischen den Detektoren des anderen Paares liegt. Ein durch den
Rahmen hindurchfallendes Lichtbündel wird an dem reflektierenden Quadrat auf dem Substrat reflektiert
und erzeugt in jedem der photoempfindlichen Detektoren ein elektrisdches Signal. Wenn das Differenzsignal
zweier zu demselben Paar gehöriger Detektoren für jedes der Paare gleich null ist, nimmt die Maske in bezug
auf das Substrat die gewünschte Lage ein, von einer Drehung der Maske in bezug auf das Substrat
abgesehen. Mit Hilfe eines in einer geeigneten Entfernung von dem Mustersatz auf der Maske und auf
dem Substrat liegenden zweiten Mustersatzes, das mit dem zuerst erwähnten Satz kongruent ist, wird eine
gegenseitige Drehung der Maske und des Substrats eliminiert Zu diesem Zweck muß das Differenzsignal,
das aus den zu einem dritten Paar gehörigen photoempfindlichen Detektoren erhalten ist, deren
Verbindungslinie zu der zwischen den Detektoren eines der anderen Paare parallel ist, wieder gleich null sein.
Mit Hilfe Jer bekannten Vorrichtung werden nacheinander eine Anzahl von Masken, bei denen die
gleichen Elemente für jede Maske eine verschiedene Form aufweisen, an derselben Stelle auf dem Substrat
abgebildet. Zwischen den aufeinanderfolgenden Abbildungen erfährt das Substrat die gewünschten physikalischen
und chemischen Änderungen. Auf diese Weise wird ein passives und/oder aktives Element gebildet, das
unter der Bezeichnung »integrierte Schaltung« bekannt ist.
An die Genauigkeit, mit der integrierte Schaltungen hergestellt werden müssen, werden stets höhere
Anforderungen gestellt. Die SU'IIp, an der aufeinanderfolgende
Masken auf dem Substrat abgebildet werden, muß daher mit stets größerer Genauigkeit festliegen.
Abweichungen von z. B. mehr als 1 μπι können prohibitiv sein. Die bekannte Vorrichtung entspricht
nicht der besonders strengen Anforderung, daß aufeinanderfolgende Masken mit dieser äußerst kleinen
Toleranz und mit hoher Zuverlässigkeit an der vorgeschriebenen Stelle auf dem Halbleitersubstrat
abgebildet werden.
Während verschiedener chemischer und physikalischer Vorgänge, denen das Substrat unterworfen wird,
ändert sich ja der Reflexionskoeffizient des Substrats. Die Möglichkeit ist nicht ausgeschlossen, daß diese
Änderung nicht auf gleiche Weise über die ganze Oberfläche des Substrats erfolgt. Demzufolge wird ein
Differenzsignal null zweier zu demselben Paar gehöriger Detektoren nicht sicherstellen, daß die Maske und
das Substrat die gewünschte gegenseitige Lage einnehmen.
Die Erfindung hat den Zweck, eine Vorrichtung der obenerwähnten Art zu schaffen, die den Nachteil, der
der bekannten Vorrichtung anhaftet, nicht aufweist.
Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei Muster verwendet werden, die aus je mindestens drei
rasterförmigen Konfigurationen bestehen, von denen izwei zueinander senkrecht orientiert sind und in einem
gegenseitigen Abstand liegen, der klein ist in bezug auf den Abstand der beiden Konfigurationen von einer
dritten Konfiguration, deren Nutenrichtung zu der
Verbindungslinie zwischen dieser Konfiguration und den beiden ersteren Konfigurationen nahezu parallel ist,
wobei das eine Muster starr mit dem Substrat und das andere starr mit der Maske verbunden ist, während
Abbildungen der beiden Muster etwa an der Stelle eines Referenzmusters erzeugt werden, das ebenfalls aus
mindestens drei rasterförmigen Konfigurationen besteht,
von denen zwei zu der dritten senkrecht orientiert sind, dersvt, daß der gegenseitige Abstand zweier der
rasterförmigen Konfigurationen klein ist in bezug auf ι ο den Abstand der beiden zueinander senkrecht orientierten
Konfigurationen von der dritten Konfiguration, und daß die für die Abbildung verwendete Strahlung nach
Wechselwirkung mit dem Referenzmuster drei Detektorenpaaren zugeführt wird, in welchen Detektorenpaaren
elektrische Signale erzeugt werden, deren gegenseitiger Phasenunterschied ein MaB für die gegenseitige
Lage der beiden Muster ist
Es ist vorteilhaft, stets eine Wechselspannung in den
Detektoren zu erzeugen. Nach einem Merkmal der Erfindung wird zu diesem Zweck dem Referenzmusier
in bezug auf die Abbildungen eine Bewegung erteilt, die eine Geschwindigkeitskomponente in den Periodenrichtungen
der rasterförmigen Konfigurationen des Referenzmusters aufweist Nach einem weiteren Merkmal
der Erfindung wird in dem Strahlengang einer linear polarisierten Lichtquelle zu jedem der Detektoren ein
elektrooptischen Modulator angeordnet und sind die durch Beugung an den rasterförmigen Kcnfigurationen
erhaltenen Teilbündel verschiedener Beugungsordnungen dadurch verschieden polarisiert, daß ein phasenanisotropes
Element in mindestens einem der Teilbündel angebracht wird.
Es ist günstig, jede der rasterförmigen Konfigurationen
aus mindestens zwei Teilen aufzubauen, deren Ji Perioden etwas voneinander verschieden sind.
Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher
beschrieben. Es zeigt
Fig. : eine erste Ausführungsform der Vorrichtung
nach der Erfindung,
F i g. 2 einen Teil der Vorrichtung nach Fig. 1,
F i g. 3 eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung
nach der Erfindung, und
F i g. 4 eine geometrische Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise der Vorrichtung nach F i g. 3.
In der Vorrichtung nach Fig. 1 fällt ein kollimiertes
Strahlungsbündel aus einer (nicht dargestellten) Strahlungsquelle auf ein Teilprisma 3. An der Trennfläche 4
des Teilprismas wird das Strahlungsbündel reflektiert
und fällt über die Photomaske 2 auf das Halbleitersubstrat 1. Am Rande der Photomaske befindet sich ein
Raster 6, während sich am Rande des Substrats ein Raster 5 befindet. Das Raster 6 ist als ein Amplitudenraster
ausgebildet, während das Raster 5 als ein r> Phasenraster ausgebildet ist. Es ist erforderlich, das
Raster 5 als ein Phasenraster auszubilden. Fremdstoffe,
die an dem Substrat haften, stören ja die Diffusionsvorgänge, denen das Substrat zur Bildung der gewünschten
integrierten Schaltung unterworfen wird. ho
Von dem Raster 6 wird über das Teilprisma 3 und die Linse 7 eine Abbildung 8 erzeugt, während von dem
Raster 5 über das Teilprisma 3 und die Linse 7 eine Abbildung 9 erzeugt wird. Die beiden Abbildungen
liegen in einer flachen Ebene beiderseits der Achse hi
<7-O'derLinse7.
Ein Referenzmus er 10 ist in der unmittelbaren Nähe der Abbildungsebene angebracht. Die Periode der
Abbildung 8, die Gitterkonstante der Abbildung <* und
die des Rasters 10 sind untereinander gleich. Bei Verschiebung des Rasters 10 wird in den Detektoren 11
bzw. 12 ein sinusförmiges Signal mit der Größe
a sin Ω ί
ό sin (Ωι f+φι)
ό sin (Ωι f+φι)
erzeugt, wenn ßj die Geschwindigkeit in Perioden/sec
des Rasters 10 darstellt Diese Signale werden miteinander verglichen. Ein Phasenunterschied φι= φοι
wird 7. B. auf elektrischem Wege oder von Hand eingestellt
Der Einfachheit halber ist nur ein einziger Satz von drei Rastern (ein Raster auf dem Substrat, ein Raster auf
der Maske bzw. ein Referenzraster) in der Figur dargestellt Es ist einleuchtend, daß noch zwei Sätze von
drei Rastern vorhanden sind. Die Rasterlinien des einen Satzes, der in der Nähe des ersten Satzes (5, 6,10) liegt,
liegen senkrecht zu den RasterViien des ersten Satzes;
die Rasteriinien des anderen Sa'zes, der in einiger Entfernung von den übrigen Sätzen liegt, stehen quer
auf der Zeichnungsebene. Es ist vorteilhaft daß man die Mitte M der einander nahe liegenden Raster auf dem
Substrat und auf der Maske mit dem Drehpunkt des Bewegungsmechanismus zusammenfallen läßt
Fig.2 ist eine Draufsicht auf die drei, bei der Einstellung der Photomaske verwendeten Sätze von
drei Rastern auf der Maske und uuf dem Substrat. Die Raster 5,15 und 17 sind jeweils auf dem Halbleitersubstrat
und die Raster 6, 16 und 18 auf der Photomaske angeordnet. Das Strahlungsbündel, das die Raster 15
und 16 abbildet, erzeugt nach Wechselwirkung mit dem zugehörigen Referenzraster Signale in (nicht dargestellten)
Detektoren, die durch:
c sin Ω21
dun (Ω2 '+1)02)
dargestellt werden können, wenn Ω2 die Geschwindigkeit
in Perioden/sec des erwähnten zugehörigen Referenzrasters ist. Das Strahlungsbündel, das die
Raster 17 und 18 abbildet, erzeugt nach Wechselwirkung mit dem zugehörigen Referenzraster Signale in
(nicht dargestellten) Detektoren, die durch:
ρ sin Ωί t
<? sin
dargestellt werden können, wenn Ω3 die Geschwindigkeit
in Perioden/sec des erwähnten zugehörigen Referenzrasters ist. Die richtige Einstellung der iviaske
in bezug auf das Substrat ist erreicht, wenn φτ, <jP2 und φι
die Sollwerte φοι, φο2 und φ,υ erreicht haben. Um den
Mittelwert etwaiger Formänderungen zu btstimmen. kann es günstig sein, mehrere rasterförmige Konfigurationen
auf dem Substrat und auf der Maske anzubringen und den Mittelwert der verschiedenen Phasen zu
bestimmen. D^ φι, q>2 und φ>
periodisch sind (die Periode ist der zugehörigen Rasterperiode proportional), ist das
Gebiet, innerhalb dessen φοι, Ψ02 und φοι eindeutig sind,
kleiner als die Rasterperiode. Zur Vergrößerung dieses
Gebietes wird jedem Rastermuster noch ein Muster mit einer etwas verschiedenen Periode zugesetzt. Die
richtige Einstellung der Maske in bezug auf das Substrat ist nun erreicht, wenn nicht nur φι, ψ2 und <pj die
Sollwerte φηι, φ«2 und φοι erreicht haben, sondern wenn
gleichzeitig auch φΊ, φ'ι und φ' ι (die zu den zugesetzten
Mustern gehören) ihre Sollwerte qp'oi, φ'02 und qp'oj
erreicht haben.
Statt das Referenzmuster eine Bewegung vollführen zu lassen, kann auch in dem Strahlengang zwischen der
Lichtquelle und den Detektoren ein elektro-optischer Modulator angeordnet werden. Das Referenzmuster ist
dann während der Positionierung in bezug auf die Maske oder das Substrat unbeweglich. Es wird linear
polarisiertes Licht verwendet, das über die Rastermuster auf der Maske und auf dem Substrat in Teilbündel
u. a. der Ordnungen —1,0 und + 1 gespaltet wird. Eines der von dem Rastermuster auf dem Substrat ausgehenden
Teilbündel. z.B. das Teilbündel der Ordnung -1, durchläuft ein phasenanisotropes Element, z. B. eine
Λ/2-Platte mit einer derartigen Orientierung, daß die Polarisationsebene des betreffenden Teilbiindels sich
um 90° dreht. An der Stelle des Referenzrasters werden die zueinander senkrecht polarisierten Teilbündel, und
zwar das Teilbündel der Ordnung +1 bzw. das Teilbündel der Ordnung — I, vereinigt. (Das Teilbündel
der Ordnung 0 wird durch einen Schirm abgedeckt.)
Die aus dem Referenzmuster austretenden, in Richtung zusammenfallenden, aber zueinander senkrecht
polarisierten Teilbündel der Ordnungen (+1, +1) und (—1, —1) werden in einem isotropen Teilprisma
gespaltet und dann in dem elektrooptischen Modulator einer Polarisationsmodulation unterwo-fen und von
zwei polarisationsempfindlichen Detektoren aufgefangen.
Das in den Detektoren erzeugte elektrische Signal ist, nach Filterung rund ω, proportional mit:
cos ω t cos (kz+7 ψ)
sin ο; I sin (kr.+ 2 q).
sin ο; I sin (kr.+ 2 q).
Fig. 3 zeigt schematisch eine Vorrichtung, die mit einem Referenzraster versehen ist, das in bezug auf die
Maske oder das Substrat eine feste Lage einnimmt. Ein kollimiertes Bündel linear polarisierten Lichtes fällt auf
eines der drei Raster auf dem Substrat. Die an diesem (in
der Figur mit 30 bezeichneten) Raster reflektierten Teilbünciel a, b und c der Ordnung +1, 0 bzw. -1
■•.erden von der Linse 31 etwa an der Stelle des
Referenzrasters 32 zusammengefügt. (Der Einfachheit halber sind die Teilbündel in der Zeichnung als an dem
Raster durchgelassene Teilbündel dargestellt.) In dem Gang des Teilbündels a befindet sich eine λ/2-Platte 33.
deren Hauptrichtungen einen Winkel von 45" mit der
Polarisationsrichtung des auffallenden linear polarisierten Teilbündels einschließen. Die λ/2-Platte 33 verdreht
die Polarisationsebene des Teilbündels a über 90°. In dem Gang de.. Teilbündels Z>befindet sich der Schirm 34,
der dieses Teilbündel absorbiert. Das Teilbündel c(der Ordnung -1) läuft unbehindert zu dem Referenzraster
32. Von dem Referenzraster werden in Richtung zusammenfallende Teübündel durchgelassen, und zwar
das Teübündel a' der Ordnung (+1, +1) und ein Teübündel c'der Ordnung(— 1, — 1). Die Polarisationsrichtung des linear polarisierten Teilbündels a' liegt
senkrecht zu der des linear polarisierten Teilbündels c'. Das resultierende Bündel weist einen elliptischen
Polarisationszustand auf, dessen Parameter durch den Phasenunterschied der betreffenden Teübündel bestimmt werden. Der Phasenunterschied der Teilbündei
wird seinerseits durch die Lagen der Raster 30 und 32 bestimmt.
An einem isotropen Teilspiegel 35 wird ein Teil der
beiden Teilbündel zu dem Spiegel 36 reflektiert während ein weiterer Teil durchgelassen wird. Das ar
dem Spiegel 36 reflektierte Lichtbündel (das in der Figui mit 50 bezeichnet ist) passiert den elektro-optischer
Modulator 38. Das von dem Teilspiegel 35 durchgelasse
r> ne Lichtbündel (in der Figur mit 51 bezeichnet) passier
den elektro-optischen Modulator 37. Die beider elektro-optischen Modulatoren können z. B. KDDP
Kristalle sein. An den elektro-optischen Modulator 31 wird aus der Wechselspannungsquelle 39 ein axiale:
in elektrisches Feld mit der Größe A<,coso}t angelegt
während an den elektro-optischen Modulator 37 au: derselben Quelle 39 unter Zwischenschaltung de:
Phasenverschiebungsnetzwerks 40 ein axiales elektri sches feld mit der Größe ß» sin ω /angelegt wird.
ii Der Polarisationszustand der elliptisch polarisierter
Lichtbündel, die auf die Modulatoren auffallen, wird vor den Modulatoren gemäß der cos ω t- bzw. dei
sin ω r-Funktion beeinflußt. In der λ/4-Platte 45 bzw. 4f
wird das eliiptisch polarisierte Lichtbündel in ein lineal
Jn polarisiertes Lichtbündel umgewandelt. Zu dieserr
Zweck schließen die Hauptrichtungen der Platter Winkel von 45° mit den Polarisationsrichtungen der au!
das Referenzraster 32 auffallenden Teübündel ein. Die
aus den λ/4-Platten 45 und 46 austretenden lineal
j-, polarisierten Lichtbündel, deren Polarisationsebene sich
gemäß einer cos to t- bzw. einer sin ω r-FunKtion dreht
fallen auf Analysatoren 41 bzw. 42, deren Polarisations richtungen einen Winkel von 45° miteinander einschlie
ßen.
in Die auf die Detektoren 43 und 44 auffallenden Bunde
können durch
Pcos i'.f sin ·! k: + 2
P sin -.( sin (Ze; + 2-0
4" dargestellt werden. Dabei ist k= -— , während ζ die
Lage des Rasters 30 und λ den Winkel zwischen der
Polarisationsrichtung des auf das Raster 30 auffallenden Lichtbündels und der Polarisationsrichtung des Polari-
-T) sators 42 darstellt.
Die in den Detektoren 43 und 44 erzeugten elektrischen Signale lassen sich nun elektrisch einfach
verarbeiten. Addition ergibt eine elektrische Größe, die mit:
~'° sin (ω t + kz+2oi)
proportional ist.
In Fig.4 ist der Polarisationszustand jedes der
Teilbündel auf der Poincareschen Kugel dargestellt Die einander gegenüber auf dem Äquator liegenden Punkte
D und E stellen die Polarisationszustände der linear polarisierten Teilbündel an der Stelle des Referenzrasters 32 dar. Der Punkt F auf dem großen Kreis, dessen
Ebene quer auf der Linie D-E steht stellt den Polarisationszustand der in Richtung zusammenfallenden Teübündel, die das Raster 32 durchlaufen haben,
dar. In den elektro-optischen Kristallen 37 und 38 wird dieser Polarisationszustand moduliert F\ und F2
bezeichnen die Enden der Linie, die diesen modulierten Polarisationszustand darstellt Nach dem Durchlaufen
der Λ/4-PIatte 45 bzw. 46 wird der Polarisationszustand
der Teübündel durch den Linienteil G\Gi auf dem Äquator dargestellt
Es ist einleuchtend, daß für jedes der sechs Raster (siehe F i g. 2) ein System der in F i g. 3 dargestellten Art
benötigt wird.
In der Vorrichtung nach F i g. 3 kann der Schirm 34 in
dem Teilbündel c der Ordnung -1 statt in dem Teilbündel b der Ordnung 0 angebracht werden. Auch
kann, statt eine λ/2-Platte in dem Teilbündel a anzubringen, sowohl in diesem Teilbündel als auch in
Jem Teilbündel c eine λ/4-Platte angebracht werden,
wobei die Hauptrichtungen dieser Platten einen Winkel von +45° bzw. einen Winkel 'on —45° mit der
Richtung des einfallenden Teilbündels einschließen. Es ist dann erforderlich, daß in dem Gang der in Richtung
zusammenfallenden Teilbündel für jeden der elektrooptischen Kristalle eine λ/4-Platte angeordnet ist, deren
entsprechende Hauptrichtungen einen Winkel von 90° mit denen der Platten 45 bzw. 46 einschiießen. Diese
λ/4-Platten können auch durch eine einzige zwischen
dem Referenzraster 32 und dem Teilspiegel 35 angebrachte λ/4-Platte ersetzt werden. Es ist einleuchtend,
daß das Maskenmuster nicht durch das Kontaktverfahren dem Substrat zugesetzt zu werden braucht;
dies kann auch durch Abbildung erfolgen. In diesem Falle wird der gleiche Positionierungsvorgang angewandt.
Hierzu 2 Blatl Zeichnungen
Claims (4)
1. Vorrichtung zur Einstellung einer eine Vielzahl gleicher Elemente enthaltenden Maske in bezug auf
ein Halbleitersubstrat, dadurch gekennzeichnet,
daß zwei Muster verwendet werden, die aus je mindestens drei rasterförmigen Konfigurationen
(5, 6; 15, 16; 17, 18) bestehen, von denen zwei (5, 6; 15, 16) senkrecht zueinander orientiert
sind und in einem gegenseitigen Abstand liegen, der klein ist in bezug auf den Abstand dieser beiden
Konfigurationen von einer dritten Konfiguration (17,18), deren Nutenrichtung zu der Verbindungslinie
zwischen dieser Konfiguration und den beiden erstgenannten Konfigurationen nahezu parallel ist
wobei das eine Muster (5; 15; 17) starr mit dem Substrat (1) und das andere (6; 16; 18) starr mit der
Maske (2) verbunden ist daß Abbildungen der beidea Muster etwa an der Stelle eines Referenzmu- 2η
sters erzeugt werden, das ebenfalls aus mindestens drei rasterförmigen Konfigurationen besteht, von
denen zwei zu der dritten senkrecht orientiert sind, derart, daß der gegenseitige Abstand zweier der
rasterförmigen Konfigurationen klein ist in bezug auf den Abstand der beiden senkrecht zueinander
orientierten Konfigurationen von der dritten Konfiguration, und daß die für die Abbildung verwendete
Strahlung nach Wechselwirkung mit dem Referenzmuster drei Detektorenpaaren zugeführt wird, in
denen e'ektrische Signale erzeugt werden, deren gegenseitiger Phasenunterschied ein Maß für die
gegenseitige Lage der be.Uen Muster ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Refererü-inuster in bezug auf die
Abbildung eine Bewegung erteilt wird, die eine Geschwindigkeitskomponente in den Periodenrichtungen
der rasterförmigen Konfigurationen des Referenzmusters aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Strahlengang einer linear
polarisierten Lichtquelle zu jedem der Detektoren ein elektrooptischer Modulator angeordnet ist und
die durch Beugung an den rasterförmigen Konfigurationen erhaltenen Teilbündel verschiedener Beugungsordnungen
dadurch verschieden polarisiert sind, daß ein phasenanisotropes Element in mindestens
einem der Teilbündel angebracht wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der rasterförmigen Konfi- ,n
gurationen aus mindestens zwei Teilen aufgebaut ist, deren Perioden etwas voneinander verschieden sind.
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