DE3530439A1 - Vorrichtung zum justieren einer mit mindestens einer justiermarke versehenen maske bezueglich eines mit mindestens einer gitterstruktur versehenen halbleiterwafers - Google Patents
Vorrichtung zum justieren einer mit mindestens einer justiermarke versehenen maske bezueglich eines mit mindestens einer gitterstruktur versehenen halbleiterwafersInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Justieren einer
mit mindestens einer Justiermarke versehenen Maske bezüg
lich eines mit mindestens einer Gitterstruktur versehenen
Halbleiterwafers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Um die feinen Strukturen von integrierten Schaltkreisen in
der Großserie wirtschaftlich erzeugen zu können, verwendet
man heute durchwegs Lithografie-Verfahren. Die einfache
Schattenprojektion im lichtoptischen Bereich wird dabei zu
nehmend durch aufwendigere Verfahren ersetzt. Bis vor eini
gen Jahren konnte zur Erzeugung der Struktureinzelheiten in
tegrierter Schaltkreise auf der Oberfläche der Silizium
scheiben ein sehr einfaches Lithografie-Verfahren, nämlich
die 1 : 1-Schattenprojektion einer Maske auf die mit Resist
bedeckte Scheibe im Wellenlängenbereich um 400 nm, also im
Bereich weicher UV-Strahlung, angewendet werden. Dieses
Verfahren war durch geringe Kosten, hohen Scheibendurchsatz
und hervorragende Prozeßkompatibilität gekennzeichnet, doch
konnte das Auflösungsvermögen dieses Verfahrens mit den An
forderungen der Schaltkreistechnik nicht Schritt halten.
Beugungs- und Interferenzeffekte und insbesondere die Aus
bildung von stehenden Lichtwellen durch Reflexionen im
Schichtaufbau der Schaltkreise bewirken Strukturungenauig
keiten, die eine Anwendung dieses Verfahrens unter Produk
tionsbedingungen bei Bauelementestrukturen kleiner als 4 µm
ausschließen. Es werden zwar weiterhin lichtoptische Litho
grafie-Verfahren angewandt, die jedoch auf dem Prinzip der
Abbildung mit Hilfe von Spiegel- oder Linsenoptik beruhen.
Mit diesen viel präziseren Verfahren - Schlagwort "Optischer
Waferstepper" - konnte der Strukturbereich inzwischen bis
herunter zu 1 µm nutzbar gemacht werden. Damit ist die Auf
lösungsgrenze jedoch nicht erreicht. Mit dem optischen Wa
ferstepper können unter Produktionsbedingungen Strukturen
bis herunter zu mindestens 0,5 µm bewältigt werden.
Mit Hilfe der Röntgenstrahl-Lithografie ist bei Verwendung
von Synchrotron-Strahlung die einfache 1 : 1-Schattenprojek
tion bis in den extremen Submikrobereich (bis unterhalb
0,5 µm) möglich, ohne dabei Begrenzungen in der Struktur
auflösung durch Beugung, durch Interferenz oder durch man
gelnde Tiefenschärfe hinnehmen zu müssen. Die Synchrotron-
Strahlung, d. h. die relativistische Strahlungsemission von
Elektronen, die in einem Speicherring nahezu mit Lichtge
schwindigkeit umlaufen und mittels magnetischer Ablenkung
auf einer Kreisbahn gehalten werden, übertrifft alle ande
ren Röntgenquellen an Intensität und Parallelität beträcht
lich.
Das Abbildungsprinzip der Röntgenstrahl-Lithografie ist
äußerst einfach: Paralleles Röntgenlicht trifft im nutzba
ren Wellenlängenbereich zwischen 0,2 und 2 nm auf eine zu
einander justierte Anordnung, bestehend aus abzubildender
Maske und zu belichtender Siliziumscheibe (Wafer). Zwischen
Maske und Wafer ist ein Spalt von typischerweise 50 µm Breite,
der sogenannte Proximity-Abstand, damit sich Maske und Wafer
gegenseitig nicht berühren. Die Belichtung einer Silizium
scheibe erfolgt auch bei der hochauflösenden Röntgenstrahl
lithografie, ähnlich dem optischen Waferstepper, in mehreren
Teilschritten, d. h. im sogenannten "step- and repeat-"-Ver
fahren. Die Größe der Teilfelder, also diejenige Fläche,
die sinnvollerweise mit einem einzigen Belichtungsschritt
strukturiert werden kann, wird durch die prozeßbedingten
Längenverzüge der Siliziumscheibe zwischen den einzelnen Be
lichtungsschritten bestimmt. Aus heutiger Sicht werden die
nutzbaren Teilfeldgrößen auch bei hoher Strukturauflösung
bei einigen cm-Kantenlänge liegen, da nicht das Bildfeld
einer Objektivlinse (typisch 1 cm2) als Begrenzung wirkt.
Bei aller Einfachheit des Abbildungsprinzips der Röntgen
strahl-Lithografie sind jedoch vor einer breiteren Anwendung
noch erhebliche technologische Probleme zu lösen. Ein Pro
blemkreis ist dabei die Justierung von Maske und Wafer zuein
ander. Im Strukturbereich um 0,5 µm ist die geforderte Ju
stiergenauigkeuit mindestens 0,01 µm. Sinnvollerweise wird
zur Justierung nicht Röntgenstrahlung, sondern sichtbares
Licht verwendet, da es eigentlich nur für diesen Wellenlän
genbereich leistungsfähige optische Komponenten gibt und da
die Energiedichte der Strahlung von Lasern, die zur Justie
rung verwendet werden können, so hoch ist, daß mit sehr klei
nen Justiermarkenfeldern gearbeitet werden kann.
In einer bekannten Vorrichtung erfolgt die Justierung von
Maske und Wafer zueinander mittels einer Abbildung im Auf
lichtmikroskop. Die gleichzeitige Beobachtung von Marken
sowohl auf dem Wafer als auch auf der Maske bringt Tiefen
schärfenprobleme mit sich.
In einer weiteren bekannten Vorrichtung erfolgt die Justie
rung von Maske und Wafer zueinander mittels Beugung mit In
terferenzeffekt. Gitterstrukturen, die sowohl auf der Maske
als auch auf dem Wafer angeordnet sind, ergeben bei Ver
schiebung von Maske und Wafer gegeneinander Intensitätsände
rungen der gemeinsamen Beugungsreflexe. Diese Intensitäts
änderungen, die sich aufgrund der Verschiebung von Maske und
Wafer gegeneinander ergeben, lassen sich jedoch nicht von
solchen Intensitätsänderungen trennen, die sich aufgrund
von Schwankungen des Abstands zwischen Maske und Wafer er
geben und die gleichfalls stark sind.
In einer weiteren bekannten Vorrichtung erfolgt die Justie
rung von Maske und Wafer zueinander mittels Beugung mit Aus
leuchtungseffekt. Dabei werden Gitterstrukturen, die auf
dem Wafer angeordnet sind, mit einer "Frenel"-Zylinderlinse,
die in der Maske angeordnet ist, ausgeleuchtet. Auch die
ses Verfahren ist störempfindlich.
Aus den US-Patentschriften 42 11 489 und 44 22 763 ist eine
Vorrichtung bekannt, in der die Justierung von Maske und
Wafer zueinander mittels Beugung mit Abschattungseffekt er
folgt. Dabei werden Gitterstrukturen, die auf dem Wafer
angeordnet sind, durch Marken, die auf der Maske angeordnet
sind, abgedeckt, wodurch sich je nach der gegenseitigen
Lage von Maske und Wafer zueinander die Reflexintensität
ändert. Bei dieser bekannten Vorrichtung zur Justierung von
Maske und Wafer zueinander mittels Beugung mit Abschattungs
effekt ist auf einem Wafer eine Gitterstruktur angeordnet,
die vier Gitter mit vier verschiedenen Gitterrichtungen auf
weist. Auf der Maske ist eine Justiermarke angeordnet,
deren äußere Abmessungen ein wenig kleiner sind als die
äußeren Abmessungen der Gitterstruktur auf dem Wafer. Wenn
Laserlicht eine auf der Maske befindliche Justiermarke und
eine Gitterstruktur auf dem Wafer bestrahlt, entsteht ein
Beugungsbild von der durch die Justiermarke abgedeckten Git
terstruktur.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der
die Fläche einer Justiermarke auf der Maske sehr klein
gehalten werden kann und bei der eine Richtung, in der eine
Dejustierung vorhanden ist, eindeutig erkannt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung
nach dem Anspruch 1 gelöst. Ausgestaltungen und Vorteile
der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung
und der Zeichnung dargestellt.
Bei einer Vorrichtung nach der Erfindung wird für die Ju
stierung von Maske und Wafer zueinander, die durch Beugung
mit Abschattungseffekt erfolgt, ein Muster verwendet, bei
dem für jede Richtung (links, rechts, oben, unten bzw. nega
tive und positive x-Richtung, positive und negative y-Rich
tung in einem zweidimensionalen kartesischen Koordinatensy
stem) mehrere Abschattungskanten benutzt werden. Dadurch
wird die Fläche einer Justiermarke besser ausgenutzt und
wird die Intensität der Reflexe des gebeugten Lichtes ge
steigert.
Zur Unterscheidung der Richtungen links gegen rechts (nega
tive gegen positive x-Richtung) und der Richtung oben gegen
unten (positive gegen negative y-Richtung) werden unter
schiedliche Gitterabstände benutzt. Dadurch wird ein Über
sprechen von Intensitäten des gebeugten Lichtes, die die
Justierungen in verschiedene Richtungen anzeigen können,
verhindert. Bei einer Vorrichtung nach der Erfindung gibt
es kein Übersprechen von Intensitäten, die eine Dejustie
rung nach links anzeigen, und von Intensitäten, die eine
Dejustierung nach rechts anzeigen, und ebenso wenig ein
Übersprechen von Intensitäten, die eine Dejustierung nach
oben anzeigen, und von Intensitäten, die eine Dejustierung
nach unten anzeigen.
Die Gitter, die für die Anzeige von Dejustierungen in ent
gegengesetzte Richtungen von Bedeutung sind, liegen eng
nebeneinander. Es liegen also die Gitter, die für die An
zeige von Dejustierungen in positive und negative x-Rich
tung von Bedeutung sind, eng nebeneinander. Ebenso liegen
die Gitter, die für eine Anzeige von Dejustierungen in po
sitive und negative y-Richtung von Bedeutung sind, eng
nebeneinander. Dadurch werden Lackeinflüsse und Proximity-
Einflüsse klein gehalten.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung nach der Erfin
dung.
Fig. 2 mit 7 zeigen Gitterstrukturen mit den zugehörigen
Beugungsbildern nach dem Stand der Technik.
Fig. 8 mit 13 zeigen Gitterstrukturen mit den zugehörigen Beugungs
bildern nach der Erfindung.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung nach der Erfin
dung. Auf einem Justiertisch T befindet sich eine Silizium
scheibe (Wafer) W. Auf diesem Wafer W befindet sich eine
Gitterstruktur G. Oberhalb des Wafers befindet sich in einer
in der Zeichnung nicht dargestellten Maskenhalterung die
Maske M. An der Unterseite der Maske M ist eine Justiermarke
J angeordnet. Der Wafer W und die Maske M besitzen einen Pro
ximity-Abstand zwischen beispielsweise 30 und 100 µm. Auf die
Maske M trifft Laserlicht R so auf, daß die Gestalt der Ju
stiermarke J auf die Gitterstruktur G, die auf der Oberfläche
des Wafers W angeordnet ist, abgebildet wird. Die Justiermarke
J besitzt mehrere Rechtecke, die für den Lichtstrahl R undurch
lässig sind und die Kanten K beispielsweise an den Längsseiten
der Rechtecke aufweisen. Das Laserlicht R, das aus dem Laser
L emittiert wird, wird an der durch die Justiermarke J abgedeck
ten Gitterstruktur G gebeugt. Die Intensität des gebeugten
Lichtes wird als Funktion des Ortes in einer Detektoranord
nung (Detektor-Array) D nachgewiesen.
Zwischen Maske M und Wafer W kann grundsätzlich auch eine
Einrichtung angeordnet sein, mit deren Hilfe die Justier
marke J verkleinert auf die Gitterstruktur G abgebildet
wird.
Der Lichtstrahl R der monochromatischen Lichtquelle L wird
durch die Justiermarke J der Maske M auf ein Beugungsmuster
G des Substrats W gerichtet. Dadurch wird ein Muster von
Lichtpunkten erzeugt. Die Intensität einzelner oder aller
dieser Lichtpunkte wird ermittelt. In einer Rückkopplungs
schaltung kann durch Relativbewegung von Justiermarke J und
Beugungsgitter G die gemessene Intensität der Lichtpunkte
abgeglichen werden. Zum Ausführen einer Relativbewegung
zwischen dem auf die Halbleiterscheibe W projezierten Bild
der Maske M und der Halbleiterscheibe W selbst wird ein die
Halbleiterscheibe W tragender Repetier-Objekttisch T be
nutzt. In der Rückkopplung können Fotozellen und Servomo
toren zum Ausrichten der Maske M auf diejenigen Stellen der
Halbleiterscheibe W verwendet werden, an denen auf der Halb
leiterscheibe W Bauelemente herzustellen sind. Mit Hilfe
der Rückkopplung kann das Bild der Maske M in jedem Falle
auf die richtige Stelle des Halbleiterkörpers W ausgerich
tet werden.
Wenn die Maske M eine dünne, d. h. wenige µm starke Folie aus
Materialien - wie beispielsweise Silizium, Siliziumverbin
dungen, Bornitrid oder Leichtmetallen - ist und wenn die
Justiermarke J aus Gold oder aus Wolfram besteht, kann eine
Vorrichtung nach Fig. 1 für Röntgenstrahl-Lithografie verwen
det werden. Die Dicke der Justiermarke J soll dabei zwi
schen 0,3 und 1 µm liegen.
Die Maske M ist auf einem in der Zeichnung nicht darge
stellten Maskentisch befestigt, der mit Servomotoren zum
Bewegen der Maske M in der x- und y-Richtung ausgestattet
ist.
Für die Detektoranordnung D können Halbleiter-Arrays ver
wendet werden, wie sie aus der Meßtechnik wohlbekannt sind.
Als Detektoranordnung D können auch Faserbündel verwendet
werden, die mit einem Lichtleitstab gekoppelt werden. Eine
Fernsehkamera kann schließlich optisch mit diesem Lichtleit
stab gekoppelt werden. Ein solches System, bestehend aus
Faserbündel, Lichtleitstab und Fernsehkamera, bildet genauso
eine ortsempfindliche Detektoranordnung D wie beispielsweise
ein Halbleiter-Array-Detektor. Wichtig ist, daß das ge
beugte Licht beim Auftreffen auf eine Detektoranordnung D
genügend Signalintensität auslöst. Lichtleiter können daher
an demjenigen Ende, an dem die zu detektierende Strahlung
auftreffen soll, eine Einrichtung zur Verstärkung der Licht
intensität aufweisen, wie z. B. einen Film aus Material mit
starker Lumineszenz, beispielsweise einem Plastikszintilla
tor. Zusätzlich kann zwischen Lichtleitstab und Fernseh
kamera auch noch eine Einrichtung zur Signalverstärkung an
geordnet werden.
Die Fig. 2 mit 7 zeigen Gitterstrukturen G und die zugehöri
gen Beugungsbilder nach dem Stand der Technik. Die Gitter
struktur G nach Fig. 2 besteht aus einem Quadrat, welches
durch die Diagonalen des Quadrats in vier Segmente unter
teilt wird. Jedes dieser vier Segmente besitzt ein Beu
gungsgitter, dessen Linien in einer bestimmten Winkelrich
tung orientiert sind, so daß das Muster G nach Fig. 2 sowohl
eine x-Achseninformation als auch eine y-Achseninformation
liefern kann. Die vier Beugungsgitter im Muster G nach
Fig. 2 besitzen jeweils denselben Gitterabstand.
Fig. 3 zeigt das zu Fig. 2 gehörende Beugungsbild. Das Beu
gungsbild nach Fig. 3 erhält man dann, wenn in einer Vor
richtung nach Fig. 1 keine Maske M vorhanden ist und wenn
daher der Lichtstrahl R völlig frei und unbeeinflußt von
einer Justiermarke J auf die Gitterstruktur G auftreffen
und dort gebeugt werden kann. Jedes der vier Beugungsgit
ter von Fig. 2 liefert bei einem zentral auf das Muster von
Fig. 2 auftreffenden Lichtstrahl R in jeder Beugungsordnung
je zwei zum Zentrum des Musters nach Fig. 2 symmetrisch an
geordnete Intensitätmaxima. Die Erzeugung des Beugungsbil
des nach Fig. 3 mit Hilfe des Lichtstrahls R stellt eine
Fourier-Transformation des Musters nach Fig. 2 dar.
Wenn in der Vorrichtung nach Fig. 1 eine Gitterstruktur G,
das als Muster nach Fig. 2 ausgebildet ist, für den Licht
strahl R zentrisch von einer quadratischen, für den Licht
strahl undurchlässigen Justiermarke J abgedeckt ist, er
hält man im Endeffekt eine Gitterstruktur nach Fig. 4, an
der der Lichtstrahl R gebeugt wird.
Fig. 5 ist das zur Gitterstruktur von Fig. 4 gehörende Beu
gungsbild. Im Beugungsbild nach Fig. 5 sind die Intensi
tätsverteilungen, die von den vier Gittern des Musters nach
Fig. 4 herrühren, gleichgewichtig verteilt. Da jedes der
vier Teilgitter des Musters nach Fig. 2 eine mögliche Deju
stierung in eine der Richtungen oben, unten, links, rechts
bzw. positive und negative y-Achse, negative x-Achse reprä
sentieren, bedeutet die gleichgewichtige Verteilung der von
den vier Teilgittern des Musters nach Fig. 4 herrührenden
Intensitäten, daß die quadratische Justiermarke nach dem
Stand der Technik zentrisch bezüglich des Musters nach Fig. 4
justiert ist.
Fig. 6 zeigt wiederum ein Muster nach Fig. 2, das für den
Lichtstrahl R von einer quadratischen, für den Lichtstrahl
R undurchlässigen Justiermarke abgedeckt ist. Die Abdek
kung des Musters durch die Justiermarke ist jedoch bei der
Anordnung nach Fig. 6 nicht zentrisch.
Im Beugungsbild nach Fig. 7, das zur Anordnung nach Fig. 6 ge
hört, dominieren daher die Intensitäten, die vom unteren und
vom linken Beugungsgitter herrühren. Da vom oberen und vom
rechten Beugungsgitter praktisch nur noch Punkte übriggeblie
ben sind, werden diese Punkte nach der Fourier-Transforma
tion im Beugungsbild nach Fig. 7 durch Striche repräsentiert.
Diese Linien führen im Beugungsbild nach Fig. 7 zu einem
Übersprechen von Intensitäten, die von verschiedenen Beu
gungsgittern im abgedeckten Muster nach Fig. 6 herrühren. Da
durch ist eine Unterscheidung von links, rechts, oben, unten
erschwert.
Werden die äußeren Abmessungen eines Musters nach Fig. 2 we
sentlich größer gewählt als die äußeren Abmessungen einer
zugehörigen quadratischen Justiermarke nach dem Stand der
Technik, so ist die Gefahr, daß von einem abgedeckten Beu
gungsgitter nur mehr Punkte übrigbleiben, zwar vermindert.
Es bleiben dann beim abgedeckten Muster mit großer Wahrschein
lichkeit von jedem der vier Gitter für die vier Richtungen
jeweils breite Ränder übrig. Diese breiten Ränder haben je
doch den Nachteil, daß bei kleinen Verschiebungen der Ju
stiermarke bezüglich des Musters nach Fig. 2 sich nur kleine
relative Änderungen im jeweils zugehörigen Beufungsbild er
geben.
Fig. 8 zeigt eine Gitterstruktur G nach der Erfindung. Eine
Gitterstruktur nach Fig. 8 besteht aus 2 mal sieben Gittern,
wobei jedes Gitter zwei verschiedene Gitterabstände aufweist.
Eine Justiermarke J nach der Erfindung ist so ausgebildet,
daß sie im justierten Fall bei eingeschaltetem Lichtstrahl
R die Gitter der Gitterstruktur G nach Fig. 8 vollständig
abschattet. Die Vervielfachung der Gitteranzahl bei einer
Gitterstruktur G nach Fig. 8 im Vergleich zu einer Gitter
struktur nach Fig. 2 ergibt eine Vervielfachung der Intensi
tät der Lichtpunkte im Beugungsbild nach Fig. 9, das zur
Gitterstruktur G nach Fig. 8 gehört. Bei jeder Dejustierung
der Maske M bezüglich des Wafers W in eine der Richtungen
oben, unten, links, rechts werden für diejenige Richtung,
in der dejustiert worden ist, mehrere Abschattungskanten AK
wirksam. Diese Abschattungskanten AK entstehen dadurch, daß
die Justiermarke J im dejustierten Fall die Gitterstruktur G
nicht vollständig abschattet. Die Gitter der Gitterstruktur
nach Fig. 8 werden dann nur teilweise abgedeckt. Dort, wo die
Abschattung eines Gitters der Gitterstruktur G nach Fig. 8
aufgrund einer Abdeckung durch die Justiermarke J endet, ver
läuft eine Abschattungskante AK. Jedes der 2 mal sieben Git
ter der Gitterstruktur G nach Fig. 8 besitzt zwei verschie
dene Gitterabstände. Da bei einer Dejustierung der Maske M
bezüglich des Wafers W im Beugungsbild das an den Teilgit
tern, die unterschiedliche Gitterabstände aufweisen, ge
beugte Licht für unterschiedliche Gitterabstände unterschied
liche Intensitäten aufweist, kann leicht unterschieden wer
den, ob eine Dejustierung nach oben oder nach unten bzw. nach
links oder nach rechts vorliegt.
Die Teilgitter mit den unterschiedlichen Gitterabständen
eines jeden Gitters liefern Information über eine mögliche
Dejustierung in entgegengesetzten Richtungen. Da diese
Teilgitter, die Informationen über eine mögliche Dejustie
rung in entgegengesetzten Richtungen liefern, eng neben
einanderliegen, werden Lackeinflüsse und Proximity-Ein
flüsse klein gehalten.
Anstelle von sieben Gittern für jede Raumdimension kann
auch eine andere Anzahl von Gittern gewählt werden. An
stelle von nur zwei verschiedenen Gitterabständen können
auch drei oder vier verschiedene Gitterabstände gewählt wer
den. Die Gitterfinger eines jeden Gitters müssen auch nicht
unbedingt senkrecht zur Längsachse eines Gitters ausgebildet
sein. Diese Gitterfinger können für jede Richtung, in der
eine Dejustierung vorgenommen werden kann, jeweils einen
Winkel mit der Längsachse eines Gitters bilden. Wichtig
ist, daß ein Gitter mit einer bestimmten Struktur in der
Gitterstruktur G mehrfach vorhanden ist, um die Intensität
zu vervielfachen. Die Gitteranordnung für die Richtungsin
formation Links/Rechts kann anders gestaltet sein als die
Gitteranordnung für die Richtungsinformation Oben/Unten.
Fig. 10 zeigt ein Muster nach Fig. 8, das von einer Justier
marke nach der Erfindung in dejustierter Weise abgedeckt
ist. Die Abschattungskanten AK sind dabei so angeordnet,
daß in jeder Raumdimension jeweils nur noch ein Teilgitter
mit einem einzigen konstanten Gitterabstand für das Beu
gungsbild wirksam ist.
Fig. 11 zeigt das zur Anordnung nach Fig. 10 zugehörige Beu
gungsbild.
Fig. 12 zeigt eine Gitterstruktur G nach Fig. 8, die von
einer Justiermarke J nach der Erfindung nunmehr so abgedeckt
ist, daß die Abschattungskanten AK so liegen, daß für jede
Raumrichtung wiederum nur jeweils ein Teilgitter mit einem
einzigen konstanten Gitterabstand für das Beugungsbild wirk
sam ist und daß nunmehr so dejustiert ist, daß genau die bei
der Anordnung nach Fig. 10 nicht wirksamen Teilgitter bei der
Anordnung nach Fig. 12 wirksam sind.
Fig. 13 zeigt das zur Anordnung nach Fig. 12 zugehörende Beu
gungsbild.
Ein Vergleich zwischen den Beugungsbildern nach Fig. 11 und
nach Fig. 13 zeigt deutlich, daß bei einer Vorrichtung nach
der Erfindung ein Übersprechen von verschiedenen Richtungen,
in denen dejustiert werden kann, nicht möglich ist, und daß
sofort angegeben werden kann, in welchen Richtungen eine
Dejustierung vorliegt.
Eine Gitterstruktur G kann auf einer Halbleiterscheibe W
auf verschiedene Weise hergestellt werden. Die Beugungs
linien können in einer Fotolackschicht, in einer Oxidschicht,
in einer Halbleiterschicht oder in einer Metallschicht de
finiert werden. Es ist nur wichtig, daß die Gitterstruktur
G auf oder in der Halbleiterscheibe W so ausgebildet ist,
daß sie bei Beleuchtung mit Hilfe des Lichtstrahls R genü
gend Lichtintensität in der Detektoranordnung D zur Erstel
lung eines Beugungsbildes liefert.
Wenn zwei Gitterstrukturen G und zwei Justiermarken J in der
angegebenen Weise übereinander justiert werden, kann die Ju
stierung der Maske M bezüglich des Wafers W sowohl durch
Translationen als auch durch Verdrehen von Maske M und Wafer
W zueinander erfolgen.
Die Justiermarke J muß im justierten Fall nicht unbedingt
die Gitter der Gitterstruktur G abschatten. Wichtig ist,
daß die Lage der Justiermarke J bezüglich der Gitterstruktur
G für den justierten Fall definiert ist und daß die Justier
marke J mindestens soviele Kanten K aufweist, wie bei einer
möglichen Justierung oder auch bei einer möglichen Dejustie
rung der Maske M bezüglich des Wafers W Abschattungskanten
AK wirksam sein sollen.
Der Justierfall kann auch so definiert sein, daß bei der Ab
deckung der Gitterstruktur G durch die Justiermarke J die
dabei entstehenden Abschattungskanten AK beispielsweise an
den Rändern der Gitter der Gitterstruktur G liegen und daß
in diesem Beispiel für den justierten Fall ein Beugungsbild
nach Fig. 9 vorliegt.
Bei der Abschattungsmethode wird der beugende Flächenanteil
des Gitters G durch Lage-Änderungen der Justiermarke J ver
ändert.
Eine Gitteranordnung nach Fig. 2 (Stand der Technik) kann für
Genauigkeiten von unter 0,1 µm nicht verwendet werden, weil
die Meßsignal-Änderungen bei Verschiebungen um 0,1 µm klei
ner sind als sie durch Schwankungen im Lack oder im Proxi
mity-Abstand verursacht werden.
Bei einem Gitter nach den Fig. 2, 4, 6 wird während der Ju
stierung nur eine schmale Randzone des Gitters von 10% der
Gitterfläche genutzt. Hinzukommt, daß die Beugungsintensi
tät eines schmalen Gitters sich wie bei einer Punktreihe
nicht in Beugungspunkten sammelt, sondern in Strichen ver
schmiert ist.
Bei einer Vorrichtung nach Fig. 8 sind die Gitterstege vor
zugsweise senkrecht zu den Abdeckkanten AK ausgerichtet, da
mit bei kleiner Gitterkonstante und bei großem Proximity-
Abstand keine Abschattung von Reflexen erfolgt.
Bei einer Vorrichtung nach Fig. 8 erfolgt die Aufspaltung
in Plus- und Minus-Richtung bezüglich der x-Achse bzw. der
y-Achse durch zwei unterschiedliche Gitterkonstanten. Die
x-Felder und die y-Felder sind in verschiedenen Bereichen
des Gitters G zusammengefaßt.
Die Stopp-Struktur (Justiermarke J) in der Maske M besteht
aus Streifen, die in der justierten Soll-Lage vorteilhaf
terweise die einzelnen Gitter der Gitterstruktur G abdecken.
Mit einer Justierstruktur nach den Fig. 8, 10, 12 sind gegen
über dem Stand der Technik folgende Vorteile zu erwarten:
- - Es werden mehrere Abschattungskanten für jede Koordinaten achse genützt; dies bewirkt einen Intensitätsanstieg entsprechend den beugenden Flächen.
- - Die Periodizität der Gitterstreifen führt bei kleiner Ab weichung von der Soll-Lage, bei der die Streifen der Ju stiermarke J die Gitter der Gitterstruktur G abdecken, zu einem "Kreuz-Punkt-Gitter", dessen Beugungsintensitäten nicht in Strichen, sondern in Maxima gesammelt werden. Daraus ergibt sich eine weitere Intensitätssteigerung.
- - Positive und negative Richtungsgitter liegen eng nebenein ander, so daß sich Lackeinflüsse und Proximity-Einflüsse klein halten.
Claims (4)
1. Vorrichtung zum Justieren einer mit mindestens einer
Justiermarke (J) versehenen Maske (M) bezüglich eines mit
mindestens einer Gitterstruktur (G) versehenen Halbleiter
wafers (W), wobei die Gitterstruktur (G) Gitter mit ver
schiedenen Gitterrichtungen aufweist, mit einer Einrichtung
(L) zur Beugung von Licht (R) an mindestens einer durch
mindestens eine Justiermarke (J) abgedeckten Gitterstruktur
(G),
dadurch gekennzeichnet,
- - daß mindestens eine Gitterstruktur (G) mindestens zwei Gitter mit verschiedenen Gitterrichtungen aufweist,
- - daß zur Unterscheidung von Dejustierungen, die in entge gengesetzten Richtungen auftreten, unterschiedliche Git terabstände vorgesehen sind, und
- - daß für jede Richtung (links, rechts, oben, unten), in der dejustiert werden kann, mehr als eine Kante (K) der mindestens einen Justiermarke (J) vorhanden sind zur Er zeugung von Abschattungskanten (AK) auf der Gitterstruktur (G).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß Gitter, die zur Unterscheidung von in
entgegengesetzten Richtungen (links und rechts, oben und un
ten) erfolgenden Dejustierungen dienen, eng nebeneinanderlie
gen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Abbildung mindestens einer Ju
stiermarke (J) auf mindestens eine Gitterstruktur (G) eine
1 : 1-Schattenabbildung ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Abbildung mindestens einer
Justiermarke (J) auf mindestens eine Gitterstruktur (G)
eine verkleinernde Abbildung ist.
Priority Applications (3)
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