DE2922017A1

DE2922017A1 - Ausrichtverfahren mit hoher aufloesung und vorrichtung dafuer

Info

Publication number: DE2922017A1
Application number: DE19792922017
Authority: DE
Inventors: Addison B Jones; Sigfried G Plonski; John Peter Reekstin
Original assignee: Rockwell International Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1978-06-05
Filing date: 1979-05-30
Publication date: 1979-12-06
Also published as: GB2022289A; US4193687A; CA1119396A; GB2022289B; FR2428274A1; NL7903676A; IT1118102B; JPS54159878A; JPS598058B2; IT7949289A0

Description

79-T-358O 75E166

ROCKWELL INTERNATIONAL CORPORATION

Ausrichtverfahren mit hoher Auflösung und Vorrichtung dafür

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Ausrichtverfahren, und insbesondere auf Aus-richtverfahren, welche eine extrem hohe Präzision besitzen, wobei relativ einfache Verfahrensweisen Anwendung finden.

Auf dem Gebiet der Halbleitervorrichtungen, insbesondere von Submikronvorrichtungen, werden Ausrichtverfahren immer kritischer. Im Hinblick auf die verminderten Größen ist es außerordentlich erwünscht, eine so genaue Ausrichtung wie möglich zu erhalten. Bei vielen Anwendungsfällen der derzeitigen Technologie befinden sich die Vorrichtungen auf dem Mikro- oder Submikron-Niveau. Infolgedessen muß die Ausrichtung in gleicher Weise präzise erfolgen. Es wurden bereits viele Konzepte vorgeschlagen, um Ausrichtverfahren und -Vorrichtungen vorzusehen. Zu diesen Verfahren gehören optische Verfahren, Schattenmasken und zahlreiche andere Vorrichtungen. Es besteht jedoch weiterhin ein Bedürfnis für eine Vorrichtung sowie ein Verfahren für die Präzisions-Submikronausrichtung.

Zusammenfassung der Erfindung. Die Erfindung sieht ein Ausrichtverfahren sowie eine Vorrichtung vor, wobei zwei Muster einander überlagernd vorgesehen sind. Ein Muster ist auf dem Substrat angeordnet, wohingegen das andere Muster auf der Maske sich befindet. Eines der Muster weist horizontale und vertikale Linien mit einer bestimmten Breite d auf. Das andere Muster weist Horizontal- und Vertikallinien mit einer Breite d + A auf. Die Überlagerung der Muster erzeugt Moire-

9 09 8A9/0823

©RIß-MAI ^SPECTED

Überlagerungen. Ein vorbeschriebenes Muster von Moire-Effekten wird definiert für den Fall, wo die ersten und zweiten Muster ausgerichtet sind. Unterschiedliche Muster werden dann erzeugt, wenn die ersten und zweiten Muster fehlausgerichtet sind. Das fehlausgerichtete Muster verändert sich derart, daß angezeigt wird, ob die Fehlausrichtung, in der X-, Y- oder Θ-Koordinate erfolgt.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Darstellung eines ersten Musters mit horizontalen und vertikalen Linien mit einer Breite D;

Fig. 2 eine Darstellung eines zweiten Musters.mit horizontalen und vertikalen Linien mit einer Breite d + Δ. ;

Fig. 3 eine Darstellung des Musters des Moire-Effekts, erzeugt, wenn die Muster der Fig. 1 und 2 ausgerichtet sind;

Fig. 4 eine Darstellung des Musters des Moire-Effekts, welches dann erzeugt wird, wenn die Muster der Fig. 1 und 2 fehlausgerichtet sind;

Fig. 5 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei eine Vielzahl von Masken aufeinanderfolgend einander überlagert werden, um deren Ausrichtung bei einem typischen Herstellungsverfahren vorzusehen;

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines fertigen Produkts einschließlich der durch die entsprechenden Ausrichtmuster während der Verarbeitung erzeugten Muster.

909849/0823

Es sei nunmehr ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten ersten Musters 10. Das Muster 10 ist entweder auf dem Substrat oder der Maske, die im Verarbeitungsverfahren verwendet wird, angeordnet. Das Material der Maske oder des Substrats ist durch den in Rede stehenden Prozeß bestimmt. Das Muster ist in seiner Form im wesentlichen quadratisch mit einer Länge und Breite w. Zudem weist das Muster 10 eine Vielzahl von durch Räume 14 getrennten Vertikallinien 12 auf. Im Muster ist ebenfalls eine Vielzahl von Horizontallinien 11 getrennt durch Räume vorgesehen. Die Vertikallinien und Räume oder Abstände haben eine Breite d. In gleicher Weise besitzen die Horizontallinien und Räume oder Abstände eine Breite d. Durch die N-fache Wiederholung der Linien und Räume wird im Muster 10 ein schachbrettartiges Muster erzeugt. Das Schachbrettmuster weist die gekreuzten Horizontal- bzw. Vertikallinien 11 bzw. 12 auf, die eine Vielzahl von Quadraten 13 bilden. Die Quadrate haben eine Länge und Breite d.

In Fig. 2 ist das Muster 20 gezeigt, welches eine im wesentlichen quadratische Form aufweist, und zwar mit der gleichen Länge und Breite w wie beim Muster 10. Das Muster 20 weist ferner eine Vielzahl von Vertikallinien 22 sowie eine Vielzahl von Horizontallinien 21 auf, die in dem Muster in einer geeigneten Weise ausgebildet ist. In gleicher Weise sind Abstände oder Zwischenräume 24 und 25 zwischen den Vertikallinien 22 bzw. Horizontallinien 21 vorgesehen. Dieses Muster aus Linien und Räumen erzeugt einen Schachbretteffekt mit einer Vielzahl von Quadraten 23, definiert durch die Horizontal- bzw. Vertikallinien.

Im Muster 20 besitzen die Linien und Räume eine Breite d + A. Das Muster ist N - 2-mal wiederholt, wobei Muster ähnlich zu dem Muster 10 vorgesehen werden, wobei aber die Linien und

9 0984 9/0823

ORiGlNAL SUSPECTED

Räume um eine kleine kumulative Größe versetzt sind.

Es -kann gezeigt werden, daß Δ ausgedrückt durch die Linien/-Raum-Breite d wie folgt definiert ist:

A= d[(N/N-2) -

Es ist offensichtlich/ daß dann, wenn N ansteigt/Δ als eine Funktion der Linien/Raum-Breite d abnimmt.

Die Muster 10 und 20 sind auf dem Substrat und der Maske (und umgekehrt) angeordnet, und zwar derart, daß sie während der Verarbeitung einander überlagert werden.

In Fig. 3 ist ein "Tic-Tac-Toe"-Muster (ein aus vier paar- und kreuzweise zueinander angeordneten Balken gebildetes Muster) dargestellt, welches hinsichtlich der X-. und der Y-Koordinate symmetrisch ist. Bei diesem Muster sind die Vertikallinien 31 und die Horizontallinien 32 symmetrisch innerhalb des Musterfeldes orientiert, welches definiert wird durch die Abmessungen der Muster, wobei dann, wenn die Maske in X- oder Y-Richtung fehlausgerichtet ist, die Horizontal- oder Vertikal linien (oder beide) gegenüber der symmetrischen Position fehlausgerichtet wären. Das heißt, die Vertikallinien 31 könnten zur linken oder rechten Seite des Musters hin fehlausgerichtet sein, wohingegen die Horizontallinien 32 zum oberen Ende oder zum unteren Ende des Musters hin fehlausgerichtet sein können. Durch Beobachtung der Richtung der Fehlausrichtung kann die Fehlausrichtung der X- oder Y-Achse festgestellt werden und eine entsprechende Korrektur vorgenommen werden.

Fig. 4 zeigt Muster 40 mit schrägen Linien 41 und 42, die von links unten nach rechts oben und von rechts unten nach links oben des Musters bei dieser Darstellung verlaufen. Dieses Muster zeigt eine Fehlausrichtung zwischen den Mustern und 20 in der Θ-Richtung an. Das heißt, Maske und Substrat sind bezüglich einander verdreht. Durch Verdrehung der Maske

909849/0823

1- 28220:17

oder des Substrats kann die Θ-Verformung eliminiert werden. Wenn notwendig, kann auch die X- und Y-Verformung oder Fehlausrichtung korrigiert werden.

Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung der Position einer Vielzahl von Masken bezüglich des Substrats. Wie bekannt, wird bei den meisten mit Halbleiter in Beziehung stehenden Verfahren eine Vielzahl von Masken aufeinanderfolgend auf das Substrat aufgebracht, um unterschiedliche Merkmale oder Teile der Vorrichtung im Substrat während des Herstellungsvorgangs zu definieren» Bei diesem Beispiel ist Substrat 50 sowie Masken 51, 52, 53 und 54 vorgesehen. Es sei bemerkt, daß die in der gleichen Figur gezeigten Masken in der Praxis der Reihe nach verwendet werden. Das heißt, die Maske 51 wird zur Ausführung einer Funktion oder eines Prozesses verwendet und sodann entfernt und/oder ersetzt durch Maske 52. In gleicher Weise ersetzt die Maske 53 die Maske 52, die Maske 54 ersetzt die Maske 53 und so fort. Natürlich können einige der Masken vorausgegangenen Masken überlagert werden. Ferner können mehr oder weniger Masken benutzt werden. Diese Einzelheiten sind jedoch vom Verfahren abhängig und ohne Bedeutung für die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Typischerweise ist auf das Substrat 50 ein geeignetes Muster 510 aufgebracht, welches beispielsweise gleichartig zum Muster 10 in Fig. 1 definiert ist. Die über dem Substrat 50 während des Verfahrens zu überlagernde Maske 51 besitzt eine Vielzahl von Mustern 520 darauf angeordnet. Die Muster 520 sind den Mustern 20 in Fig. 2 gleichartig. Im tatsächlichen Betrieb wird eines der Muster 520 dem Muster 510 zur Bestimmung der Ausrichtung überlagert. In einem typischen Betriebszustand würde das am weitesten links gelegene Muster 520 mit dem Muster 510 ausgerichtet werden. Wenn sich die Ausrichtung als ordnungsgemäß herausstellt, so wird der durch die Maske 51 definierte Arbeitsvorgang vorgenommen. Darüber hinaus werden die Muster 520 zum Substrat 50 übertragen. Infolgedessen wird das duale

909849/0 8 23

(übereinandergelagerte) Bild der Muster 510 und 520 in dem Gebiet des Musters 510 vorgesehen, wobei ein klares Bild des Musters 520 auf dem Substrat 50 gebildet wird.

Darauffolgend wird die Maske 52 über dem Substrat 50 in einer solchen Weise angeordnet, daß die Muster 510 A (die identisch zu den Mustern 510 sind) dem Muster 520 überlagert werden. Die Fläche oder das Gebiet mit dem gestrichelten Umriß 510 X ist das Gebiet repräsentiert oder assoziiert mit Muster 510 auf Substrat 50. Natürlich kann ein zusätzliches Muster auf der Maske 52 vorgesehen sein, aber dieses ist unnötig und hilft nicht bei der Ausrichtung. Das am weitesten links gelegene Muster 510 A wird nunmehr benutzt, um die Ausrichtung mit dem am weitesten rechts gelegenen Muster 520 vorzusehen, welches zuvor von Maske 51 auf Substrat 50 übertragen wurde. Die gleiche Arbeitsweise setzt sich mit Maske 53 und 54 fort, wobei sequentiell die Masken 51 und 52 ersetzt werden. Die Muster werden kontinuierlich auf das Substrat 50 aufgebracht, wobei überlagerte Muster wegfallen und ein klares Muster erzeugt wird.

Infolgedessen wird, wie in Fig. 6 gezeigt, die Anordnung aus Mustern 60 bis 65 an der Kante des Substrats 50 erzeugt. Die Muster 60 bis 64 können überlagert sein und sind daher im wesentlichen unbrauchbar für die Ausriehtzwecke der Muster. Muster 65 kann ein klares Muster sein, welches durch den letzten Verfahrensschritt hergestellt wird. Es kann natürlich zweckmäßig sein, daß die letzte Maske nur ein einziges Muster aufweist. Daher könnte das Muster 65 ebenfalls überlagert sein. Die Muster 60 bis 65 sind in einem Teil des Substrats 50 plaziert, der für den Vorrichtungsbetrxeb nicht wesentlich ist, wobei das Feld oder Gebiet 66 den brauchbaren Teil des Chip oder der Vorrichtung auf dem Substrat 50 repräsentiert.

Es sei bemerkt, daß natürlich das erfindungsmäße Muster sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung in gleicher Weise brauchbar ist für durchgelassenes oder reflektiertes Licht, weißes Licht,

909849/0823

ultraviolettes Licht, infrarotes Licht od.dgl. Das heißt, wenn das Substrat 50 aus einem Isoliermaterial, wie beispielsweise Saphir, Granat od.dgl. hergestellt, ist, so hat die Strahlung, für die es transparent ist, eine charakteristische Fotonenenergie, die kleiner ist als der Bandabstand des Materials, wie beispielsweise sichtbares Licht. Wenn das Substrat 50 ein Halbleitermaterial, wie beispielsweise Silizium, Galliumarsenid od.dgl. ist, so liegt die Strahlung, für die dieses Material transparent ist, typischerweise im Infrarotbereich. Infolgedessen ist es möglich, durch das Substrat und die Maske durchgelassenes Licht (geeignete Energie) zu verwenden. Das durchgelassene oder transmittierte Licht wird stark durch die Bezugsmarkierungen absorbiert, die während des vorausgehenden Maskier- und/oder Ätzschritts erreicht wurden, um die Ausrichtung durch das Moire-Verfahren zu erlangen.

Die durchgelassene Strahlung kann optisch mit Hilfe im Handel verfügbarer Vorrichtungen festgestellt werden. Die durchgelassene Strahlung kann sichtbares Licht sein, oder aber, wie oben bemerkt, Infrarotlichtenergie. In diesem Fall wird die durchgelassene Strahlung optisch detektiert, und zwar mit Hilfe eines im Handel verfügbaren Infrarot-zu-sichtbarem-Licht-Umwandler, angeordnet auf der Ausrichtungsoptik in einer geeigneten Weise. Die Lichtquelle hinter dem Wafer oder Substrat kann typischerweise ein Wolframfaden, eine Infrarotlaserdiode od.dgl. sein. Natürlich müssen die Muster auf der Maske und dem Substrat zusammenpassende Bezüge besitzen. Die Maske und das Substrat müssen auch für Infrarotstrahlung im Fall von Glas, Mylar oder Silizium transparent sein.

Es wurde somit eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Erreichung der Ausrichtung zwischen mehrlagigen Mustern beschrieben, und zwar mit einer Genauigkeit, die in der Größenordnung von 0,1 Mikron liegt. Die Ausrichtung kann mit Ausrichtvorrichtungen geschehen. Die Verwendung der Erfindung

909849/08 23

kann mit Beiich.tungssystemen erfolgen, die Röntgenstrahlen, Ε-Strahlen, sichtbares Licht, ultraviolettes Licht od.dgl. verwenden. Zudem kann die Erfindung sowohl mit. transmittiertem als auch reflektiertem Licht verwendet werden, obwohl angenommen wird, daß transmittiertes Licht zu bevorzugen ist. Die Materialarten für Maske und Substrat sind allein durch Umgebungsaspekte der Vorrichtung, wie beispielsweise der Lichtquelle od.dgl., begrenzt.

Der Fachmann erkennt, daß verschiedene Abwandlungen im Rahmen der Erfindung an der Vorrichtung vorgenommen werden können.

Zusammenfassend sieht die Erfindung somit ein Verfahren sowie eine Vorrichtung vor, um eine Maske auf einem Substrat mit hoher Genauigkeit auszurichten, und zwar unter Verwendung von Moire-Effekten, die durch überlagerung von Beugungsgittern erzeugt werden. Die Gitter weisen erste und zweite Muster aus horizontalen und vertikalen Linien sowie aus Abständen auf. Das erste Muster weist horizontale und vertikale Linien sowie Abstände mit einer ersten Breite auf. Das zweite Muster weist horizontale und vertikale Linien mit einer zweiten Breite auf, die sich von den Linien im ersten Muster um eine kleine Größe Δ. unterscheiden. Die Muster werden überlagert, um einen Moire-Effekt zu erzeugen. Wenn die Ausrichtung auftritt, so wird ein symmetrisches Muster vorgesehen. Wenn eine Fehlausrichtung in X-, Y- oder Θ-Koordinaten auftritt, so werden asymmetrische oder schräge Muster der Moire-Effekte erzeugt.

- Patentansprüche -

909849/0823

Claims

Patentansprüche

Vorrichtung zum Ausrichten einer Vielzahl von Gegenständen, gekennzeichnet durch erste Mustermittel (10) aus einer Vielzahl von Linien und Räumen, wobei jede der Linien und Räume der ersten Mustermittel (10) eine vorgeschriebene Breite besitzt, zweite Mustermittel (20) aus einer. Vielzahl von Linien und Räumen, wobei die erwähnten' Linien und Räume der zweiten Mustermittel (20) eine zweite vorgeschriebene Breite aufweisen, und wobei ferner die ersten und zweiten Mustermittel zur Erzeugung von Bildern aus einer Funktion der relativen Ausrichtung der ersten und zweiten Mustermittel vorsehen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Mustermittel die entsprechenden Linien und Räume senkrecht zueinander angeordnet aufweisen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linien und Räume der ersten Mustermittel eine vorgeschriebene Breite (d) besitzen, und daß die Linien und Räume der zweiten Mustermittel eine vorgeschriebene Breite (d +Δ) aufweisen.
4. Vorrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Mustermittel Quadrate mit Seitenabmessungen (w) sind.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Mustermittel eine Vielzahl von n-Linien und Räumen aufweisen, und daß die zweiten Mustermittel eine Vielzahl von n-2-Linien und Räumen aufweisen.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden

90 9849/08 23

ORfGfNAL IMSFECTEO

Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Mustermittel eine Vielzahl von orthogonalen Linien und Räumen aufweisen, die ein erstes Gitter bilden, daß die zweiten Mustermittel eine Vielzahl von orthogonalen Linien und Räumen aufweisen, die ein zweites Gitter bilden.
7. Verfahren zum Ausrichten einer Vielzahl von Gegenständen, gekennzeichnet durch die Schritte der Ausbildung der Vorrichtung gemäß Anspruch 1, überlagerung der ersten und zweiten Mustermittel bezüglich einander, und Beobachtung des durch die überlagerten Mustermittel erzeugten Bildes, bis ein bevorzugtes Bild erzeugt wird, welches eine bevorzugte Ausrichtung anzeigt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenstände Substrate sind, die gegenüber Strahlung transparent sind, wobei die Strahlung eine charakteristische Fotonenenergie aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenstände mindestens eine Maske aufweisen, die transparent für Strahlung ist, welche eine charakteristische Energie besitzt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenstände mindestens ein Substrat aufweisen, welches für eine charakteristische Energie aufweisende Strahlung transparent ist.

909849/0823