DE4108578A1 - Redn. of masking errors in semiconductor mfr. - using a control system based on prodn. of high-contrast adjustment marks - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung gerätebedingter Überdeckungsfehler einer nach dem on-axis- Überdeckungsprinzip arbeitenden Projektions-Justier- und Belichtungsanlage bei der Belichtung von Substraten und eine Schichtanordnung auf einem vorzugsweise halbleitenden Substrat zur Erzeugung kontrastreicher Justierfolgemarken, insbesondere in der Halbleitertechnik.The invention relates to a method for reduction device-related coverage error one according to the on-axis Overlapping principle working projection adjustment and exposure system for the exposure of substrates and a layer arrangement on a preferably semiconducting one Substrate for creating high contrast Alignment marks, especially in semiconductor technology.
Infolge der fortschreitenden Erhöhung der Integrationsdichte elektronischer und optoelektronischer Schaltkreise verringern sich die Toleranzen für den zulässigen Überdeckungsfehler von Justier- und Belichtungsanlagen. Das erfordert eine stetig verbesserte Qualität der Belichtungsanlagen durch hochverfeinerte Justier- und Steuerregimes und bedingt einen erhöhten Aufwand bei der Überwachung der exakten Funktion überdeckungsrelevanter Baugruppen.As a result of the progressive increase in integration density electronic and optoelectronic circuits the tolerances for the permissible decrease Overlap errors of adjustment and exposure systems. This requires a continuously improved quality of the Exposure systems through highly refined adjustment and Tax regime and requires an increased effort in the Monitoring the exact function of coverage-relevant Assemblies.
Benachteiligt in bezug auf die Stabilität von Überdeckungssystemen sind solche Anlagen, bei denen zur Abbildungen der Schablonenjustiermarke auf die Scheibe beziehungsweise für die Rückabbildung neben dem Projektionsobjektiv weitere optische Baugruppen verwendet werden.Disadvantaged in terms of the stability of covering systems are such systems where Images of the template alignment mark on the disc or for the reverse image next to the Projection lens used other optical assemblies will.
Das gilt im verstärkten Maße dann, wenn wie in DD-PS 1 58 824 beschrieben, Licht eines Spektralbereiches zur Signalgewinnung genutzt wird, der nicht mit dem des zur Abbildung benutzten Lichtes übereinstimmt. Infolgedessen sind die Koordinatensysteme für die Bilder, die bei der Abbildung mit aktinischem und mit Überdeckungslicht auf der Halbleiterscheibe erzeugt werden, gegeneinander versetzt und verdreht und weisen außerdem stark voneinander abweichende Maßstäbe und Verzeichnungen auf. This applies to an even greater extent if, as in DD-PS 1 58 824, light of a spectral range for Signal acquisition is used, which is not with that of the Illustration of used light matches. Consequently are the coordinate systems for the images used in the Figure with actinic and overlap light the semiconductor wafer are generated against each other offset and twisted and also show strong different scales and distortions.
Jede Projektions-, Justier- und Belichtungsanlage (PJuB) obengenannter Konstruktion hat bezüglich des Differenzvektorfeldes der für beide Spektralbereiche erzeugten, einander korrespondierenden Bildpunkte Individualcharakter. Zeitliche, zum Beispiel durch Änderungen des Luftdruckes verursachte Schwankungen der Abbildungsmaßstäbe für das aktinische und Überdeckungslicht und geringfügige, durch thermisch-mechanische Effekte oder Alterungserscheinungen bewirkte Änderungen der für die Überdeckung zusätzlich erforderlichen optischen Bauelemente verursachen im Prozeß der Schaltkreisherstellung Überdeckungsfehler.Any projection, adjustment and exposure system (PJuB) The above construction has with respect to the Difference vector field for the two spectral ranges generated, corresponding pixels Individual character. Temporal, for example through Changes in air pressure caused fluctuations in the Mapping standards for actinic and overlap light and minor, through thermal-mechanical Effects or signs of aging caused changes that additionally required for the coverage cause optical components in the circuit manufacturing process Misregistration.
Um luftdruckbedingte Schwankungen der Abbildungsmaßstäbe zu kompensieren sind verschiedene Verfahren und Anordnungen bekannt (z. B. DE-PS 37 33 823). In einem bekannten Verfahren wird die Brechzahl der Luft in einer maßstabskristischen Zone zwischen zwei Linsen im Projektionsobjektiv durch Änderung des Luftdruckes oder durch Spülen mit einem konzentrationsgesteuerten Edelgas- Luft-Gemisch geändert. Eine weitere Lösung besteht darin, daß das gesamte Projektionsobjektiv in einem luftdichten Behälter angeordnet ist, in welchem der Luftdruck gesteuert wird.About air pressure fluctuations in the image scales Different methods and Arrangements known (e.g. DE-PS 37 33 823). In one known method is the refractive index of the air in a scale-critical zone between two lenses in the Projection lens by changing the air pressure or by flushing with a concentration-controlled noble gas Air mixture changed. Another solution exists in that the entire projection lens in one airtight container is arranged, in which the Air pressure is controlled.
Nachteilig ist, daß aufgrund des hohen technischen Aufwandes diese aufgeführten Lösungen nicht zur Nachrüstung von konventionellen PJuB's geeignet sind. Weiterhin ist nachteilig, daß diese Maßnahmen nicht korrigierend auf die zusätzlich zum Projektionsobjektiv genutzten Baugruppen wirken. Damit wird nur eine der die Überdeckungsgenauigkeit beeinträchtigenden gerätebedingten Störungen beseitigt.The disadvantage is that due to the high technical Effort these listed solutions not for retrofitting of conventional PJuB's are suitable. Another disadvantage is that these measures are not corrective to that in addition to the projection lens used modules act. So only one of the Device-related impairment accuracy Faults eliminated.
Zur Erfassung von durch das Überdeckungssystem, bestehend aus dem Signalerfassungs-, Übertragungs- und Auswertesystem, bedingte Überdeckungsfehler, ist aus DD-PS 2 73 132 ein Verfahren zur Untersuchung der Charakteristik von Überdeckungsmeßsystemen bekannt. Damit wird im wesentlichen der Einfluß halbleitertechnologischer Schichten auf den Überdeckungsfehler und die zeitliche Stabilität des Überdeckungsmeßsystems erfaßt. Mit dem Verfahren wird auf einer Halbleiterscheibe ein Raster von Justiergrundmarken ausgebildet, deren Abstände untereinander zum Beispiel mit der interessierenden PJuB vermessen werden. Anschließend wird bearbeitet. Dabei werden verschiedene Klassen von Justiergrundmarken ausgebildet, die sich im Schichtaufbau über den Justiergrundmarken und in den optischen Eigenschaften voneinander unterscheiden. Danach erfolgt eine weitere Abstandsmessung der Justiergrundmarken mit der PJuB. Bei Berücksichtigung der aus beiden Messungen ermittelten Abstandsunterschiede werden der Justierzustand des Überdeckungssystems und dessen zeitliche Stabilität bewertet. Nachteilig ist, daß Änderungen der Abbildungsmaßstäbe für die Strukturabbildung mit aktinischem und Überdeckungslicht sowie das durch Änderung der mechanischen und optischen Eigenschaften der zur Justiermarkenabbildung benutzten optischen Bauelemente bewirkte Driften der Schwerpunkte der Bildfelder des aktinischen und des Überdeckungslichtes, welches maßgeblich den Überdeckungsfehler beeinflußt, nicht erfaßt werden.To capture through the coverage system, consisting of the signal acquisition, transmission and Evaluation system, conditional coverage errors, is from DD-PS 2 73 132 a procedure for examining the Characteristic of coverage measurement systems known. In order to becomes essentially the influence of semiconductor technology Layers on the overlap error and the temporal stability of the coverage measurement system is recorded. The method is used on a semiconductor wafer Grid formed by basic alignment marks, their spacing among themselves, for example, with the PJuB of interest be measured. Then it is processed. Here are different classes of adjustment basic marks trained in the layer structure above the basic alignment marks and in the optical properties differentiate from each other. Then there is another Distance measurement of the alignment basic marks with the PJuB. At Taking into account those determined from both measurements Distance differences are the adjustment state of the Coverage system and its temporal stability rated. The disadvantage is that changes in the image scales for structure mapping with actinic and Cover light as well as by changing the mechanical and optical properties of the for alignment marks used optical components caused Drifting the focal points of the image fields of the actinic and the overlap light, which significantly determines the Coverage errors are affected, not recorded.
Außerdem wird gelegentlich ein Verfahren angewandt, bei dem das in einem Fotolack erzeugte Bild einer Meßschablone mittels eines hochgenauen elektronen- oder lichtoptischen Zweikoordinatenmeßsystems vermessen wird. Nachteilig hierbei sind die erhöhten Kosten, der erhöhte Zeitaufwand (und damit keine prozeßsteueraktive Rückkopplung) und der nicht vernachlässigbare Meßfehler.In addition, a procedure is sometimes used for which is the image created in a photoresist Measuring template using a highly accurate electron or light-optical two-coordinate measuring system is measured. The disadvantage here is the increased costs, the increased Time expenditure (and therefore no process tax-active feedback) and the non-negligible measurement error.
Aus US-PS 48 75 076 ist eine Belichtungsanordnung und ein Belichtungsverfahren zur Reduzierung von Überdeckungsfehlern bekannt. Die Anordnung besteht aus einem Projektionssystem mit zugehörigem Beleuchtungssystem, welches lediglich aktinisches Licht überträgt und nicht zur Überdeckung der abzubildenden Schablonenstrukturen an Justiergrundmarken auf der Scheibe benutzt wird. Zur Durchführung der Überdeckung wird ein externes Überdeckungssystem (off-axis-Verfahren) verwendet. Darüber hinaus verfügt die Anordnung über ein schreib- und löschfähiges Speichermaterial, mit dem ein Teil des Substrattisches beschichtet ist. Zur Messung des Abstandes der optischen Achsen des Projektionssystems und des zur Überdeckungsmessung verwendeten optischen Systems, wird eine auf einer Schablone befindliche Marke auf das photochrome Speichermaterial abgebildet. Dabei wird über ein externes Beleuchtungssystem die auf einer Schablone befindliche Marke mit Licht einer Spektralverteilung belichtet, die der zur Abbildung benutzten entspricht. Durch Registrierung der Koordinaten des hochgenau steuerbaren Kreuztisches bei der Markenbelichtung mit dem Projektionssystem und beim Überdecken dieser Marke mit dem Überdeckungssystem können Abstandsschwankungen der optischen Achsen des Projektions- und Überdeckungssystems erfaßt und partiell kompensiert werden. Der Abbildungsmaßstab des Überdeckungssystems und die relative Verdrehung der Bilder des Überdeckungsmeß- und Projektionssystems sowie zeitabhängige Schwankungen dieser Größen werden nachteiligerweise nicht ermittelt und sind somit auch nicht kompensierbar. Nachteilig ist ferner, daß der technologisch wirksame Überdeckungsfehler in starkem Maße von der Reproduzierbarkeit der Positionierung des Kreuztisches und dem bei der Positionsbestimmung der Justiergrundmarken verursachten Überdeckungsfehler beeinflußt wird. Weiterhin wirken sich irreversible laterale Verzerrungen der Scheibe infolge üblicher halbleitertechnologischer Prozesse auf den Überdeckungsfehler äußerst nachteilig aus. Die zeitabhängigen metrischen Beziehungen zwischen dem Bild des aktinischen Lichtes und der optischen Abtastfläche des Überdeckungssystems werden nur zwischen zwei Punkten erfaßt.From US-PS 48 75 076 is an exposure arrangement and a Exposure process to reduce misregistration known. The arrangement consists of a Projection system with associated lighting system, which only transmits actinic light and not to cover the template structures to be displayed Adjustment basic marks on the disc is used. To Implementation of the coverage will be an external coverage system (off-axis method) is used. About that In addition, the arrangement has a write and erasable storage material with which part of the Substrate table is coated. To measure the Distance of the optical axes of the projection system and the optical used for coverage measurement Systems, becomes a brand on a template mapped onto the photochromic storage material. Here is an external lighting system on a Mark located template with light of a spectral distribution exposed, that of the used for the picture corresponds. By registering the coordinates of the high-precision controllable cross table for brand exposure with the projection system and when covering this mark with the coverage system can fluctuate in distance the optical axes of the projection and Coverage system recorded and partially compensated will. The image scale of the covering system and the relative distortion of the images of the coverage measurement and projection system as well as time-dependent Fluctuations in these sizes are not disadvantageous determined and are therefore not compensable. Another disadvantage is that the technologically effective Coverage errors to a large extent on the reproducibility the positioning of the cross table and the the determination of the position of the basic alignment marks Coverage error is affected. Farther irreversible lateral distortions of the Slice due to usual semiconductor technology Processes on the coverage error extremely disadvantageous out. The time-dependent metric relationships between the image of actinic light and optical Coverage system scan area will only be between two points.
Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Reduzierung gerätebedingter Überdeckungsfehler einer nach dem on-axis-Überdeckungsprinzip arbeitenden Projektions-, Justier- und Belichtungsanlage und eine Schichtanordnung zur Erzeugung kontrastreicher Justierfolgemarken zur zeitaufwendigen Reduzierung der gerätebedingten Überdeckungsfehler bei niedrigen Selbstkosten und mit einem geringen Materialeinsatz.The aim of the invention is a method for reduction device-related coverage error one after the on-axis coverage principle working projection, Adjustment and exposure system and a layer arrangement for generating high-contrast alignment marks for time-consuming reduction of device-related coverage errors at low cost and with one low use of materials.
Dabei ist es Aufgabe der Erfindung, die aus den zeitabhängigen metrischen Beziehungen zwischen den Bildern des aktinischen und des Überdeckungslichtes resultierenden Überdeckungsfehler zu reduzieren.It is an object of the invention, which from the time-dependent metric relationships between the images of the actinic and overlap light resulting Reduce coverage errors.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren, bei dem halbleitertechnisch auf einem Probesubstrat eine Anordnung von x-, y- und ϕ-Justiergrundteilmarken, die Justiergrundmarken bilden, erzeugt wird, anschließend das Substrat mit halbleitertechnischen und Abbildungsprozessen bearbeitet wird, im Anschluß die Justiergrundmarken nacheinander mit dem Überdeckungssystem der Belichtungsanlage überdeckt werden und nachfolgend im ausgerichteten Zustand die Positionsbestimmung der Ortskoordinaten des Stellgliedes im überdeckungsgeregelten Zustand mittels einer Positionsmeßvorrichtung durchgeführt wird, wobei die ermittelten Werte im Speicher eines Steuerrechners abgelegt und anschließend die Relativabstände aus den ermittelten Werten unter Verwendung des Steuerrechners bestimmt und abgespeichert werden, nachfolgend die daraus abgeleiteten Kalibrierwerte für die Verstimmung der x-, y- und ϕ-Kanäle des Überdeckungssystems ermittelt werden und die Kalibrierwerte Steuersignale für ein hochgenau positionierbares Stellglied bilden, welches vorzugshalber ein mit dem Substrattisch gekoppeltes Laserwegmeßsystem ist, und kalibriert wird, dadurch gelöst, daß nach der Erzeugung der Justiergrundmarken (2.21 und 2.22) auf dem Substrat mit bekannten halbleitertechnischen Prozessen, einmalig zumindest zwei aufeinanderliegenden Schichten, die eine Schichtanordnung zur Erzeugung kontrastreicher Justierfolgemarken bilden, aufgebracht werden, wobei die oberste Schicht fotoempfindlich ist, daß in mindestens einem Überdeckungs- und Belichtungszyklus eine Schablone mit einer Anordnung von Justierfolgemarken zwischen Schablonenjustiermarken an den Justiergrundmarken eines beliebigen Bildfeldes ausgerichtet wird und anschließend die Justierfolgemarken in die fotoempfindliche Schicht abgebildet werden, wobei sich das Reflexionsvermögen der Schichtanordnung durch den Abbildungsprozeß verändert und kontrastreiche Justierfolgemarken erzeugt werden, daß zur Positionsbestimmung der Ortskoordinaten des Stellgliedes für die Justiergrund- und die erzeugten Justierfolgemarken mindestens ein Meßzyklus mit folgenden Teilschritten durchgeführt wird:According to the invention, the object is achieved by a method the semiconductor technology on a test substrate Arrangement of x, y and ϕ adjustment base marks, the alignment basic marks are created, then the substrate with semiconductor technology and imaging processes is processed, then the adjustment basic marks successively with the coverage system of the Exposure system are covered and subsequently in aligned state determining the position of the Location coordinates of the actuator in the overlap controlled Condition by means of a position measuring device is carried out, the values determined in Storage of a control computer filed and then the relative distances from the determined values below Use of the control computer determined and saved below, the derived calibration values for detuning the x, y and ϕ channels of the Coverage system are determined and the calibration values Control signals for a highly precise positionable Form actuator, which preferably a with the Laser path measuring system coupled to the substrate is, and is calibrated, solved in that after generation the alignment basic marks (2.21 and 2.22) on the substrate with known semiconductor technology processes, unique at least two superimposed layers, one Layer arrangement for creating high-contrast alignment marks form, are applied, the top Layer is photosensitive that in at least one Overlap and exposure cycle using a template an arrangement of alignment marks between Template adjustment marks on the adjustment base marks of a any image field is aligned and then the alignment marks in the photosensitive Layer are mapped, which is the Reflectivity of the layer arrangement by the Mapping process changed and high-contrast alignment marks generated that for position determination the position coordinates of the actuator for the basic adjustment and the generated alignment marks at least one Measurement cycle is carried out with the following sub-steps:
- a) Ausrichten der Justiergrundmarken zum Überdeckungssystem in einem beliebigen Bildfeld auf dem Substrat,a) Alignment of the basic alignment marks to the covering system in any image field on the substrate,
- b) Inaktivieren des Überdeckungssystems bis auf einen x- und einen y-Kanal,b) Deactivating the coverage system except for one x and a y-channel,
- c) aufeinanderfolgende Überdeckung an den x-y-Justiergrundteilmarken des Bildfeldes, wobei jeweils eine Positionsbestimmung durchgeführt wird,c) successive overlap at the x-y adjustment base marks of the image field, one at a time Position determination is carried out
- d) nacheinanderfolgende Ausrichtung der Justierfolgemarken zu dem Überdeckungssystem, wobei jeweils eine Positionsbestimmung durchgeführt wird,d) successive alignment of the alignment marks to the coverage system, one each Position determination is carried out
daß im Anschluß eine arithmetische Mittelwertbildung der aus den Positionsbestimmungen in den Bildfedern ermittelten Relativabstände der ermittelten Justierfolgemarken zu den Justiergrundmarken durchgeführt wird, und anschließend das Differenzvektorfeld durch Bildung der Differenz der ermittelten arithmetischen Mittelwerte und der abgespeicherten Sollwerte für die Relativabstände der erzeugten Justierfolgemarken (2.31 bis 2.34) zu den korrespondierenden Justiergrundteilmarken bestimmt wird, aus dem die Kalibrierwerte abgeleitet und die gerätebedingten Überdeckungsfehler bei der Kalibrierung regulativ fehlerreduzierend auf das Stellglied rückgekoppelt werden.that subsequently arithmetic averaging of the from the position determinations in the image springs Relative distances between the determined alignment marks to the basic alignment marks is carried out, and then the difference vector field by forming the Difference between the arithmetic mean values and the stored setpoints for the relative distances of the generated alignment marks (2.31 to 2.34) to the corresponding basic alignment marks are determined, from which the calibration values are derived and the device-related ones Coverage error during calibration regulatory error-reducing feedback on the actuator will.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens werden im Meßzyklus zur Positionsbestimmung alle Kanäle des Überdeckungssystems aktiviert.In one embodiment of the method, the measuring cycle all channels of the covering system for position determination activated.
In einer weiteren Ausgestaltung wird nach der Abbildung der Justierfolgemarken die bestrahlte fotoempfindliche Schicht entwickelt. Vorteilhafterweise wird dabei die fotoempfindliche Schicht durch physikalische beziehungsweise naßchemische Entfernung und anschließende Neubeschichtung mit einer fotoempfindlichen Schicht regeneriert. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die fotoempfindliche Schicht durch Temperung regeneriert wird, wobei die optisch-physikalischen Eigenschaften der unbestrahlten Schicht wiederhergestellt werden. In a further embodiment, according to the illustration of the alignment marks the irradiated photosensitive Layer developed. Advantageously, the photosensitive layer by physical respectively wet chemical removal and subsequent New coating with a photosensitive layer regenerates. In particular, it is advantageous if the Photosensitive layer regenerated by tempering being, the optical-physical properties of the unirradiated layer.
Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Schichtanordnung dadurch gelöst, daß auf einer technologischen Schicht zumindest eine weitere Schicht angeordnet ist, wobei die oberste Schicht mit einer Absorptionskonstante α für die Überdeckungswellenlänge λ, einer Brechzahl n und einer Dicke d fotoempfindlich ist und das Produkt aus der Dicke d der fotoempfindlichen Schicht und der Änderung der Absorptionskonstante Δα durch die Abbildung der Justierfolgemarken 0,2 ist und/oder das Produkt aus der Dicke d und dem Realteil der Brechzahländerung λ/20 ist, wobei λ die Überdeckungswellenlänge ist. In Ausgestaltung der Schichtanordnung besteht die fotoempfindliche Schicht aus einem schreib- und löschbarem Material, vorzugsweise aus AsxSey oder AsvSw.The object is further achieved by a layer arrangement in that at least one further layer is arranged on a technological layer, the uppermost layer having an absorption constant α being photosensitive for the coverage wavelength λ, a refractive index n and a thickness d and the product of the thickness d of the photosensitive layer and the change in the absorption constant Δα due to the mapping of the alignment marks is 0.2 and / or the product of the thickness d and the real part of the refractive index change is λ / 20, where λ is the coverage wavelength. In an embodiment of the layer arrangement, the photosensitive layer consists of a writable and erasable material, preferably As x Se y or As v S w .
In einer weiteren Ausgestaltung ist die fotoempfindliche Schicht eine Resistschicht. Insbesondere ist es vorteilhaft wenn auf dem Substrat eine Siliciumdioxidschutzschicht und darauf eine Siliciumnitridschutzschicht angeordnet ist, welche partiell mit einer Resistschicht bedeckt ist, wobei die Periodizität der SiliciumdioxidschutzschichtdickeIn a further embodiment, the photosensitive Layer a resist layer. In particular it is advantageous if a silicon dioxide protective layer on the substrate and a protective silicon nitride layer on top is arranged, which is partially with a Resist layer is covered, the periodicity of the Silicon dioxide protective layer thickness
dOx = 192 nm + q (λ/2 nOx)d Ox = 192 nm + q (λ / 2 n Ox )
der Siliciumnitridschutzschichtdickethe silicon nitride protective layer thickness
dNi = 85 nm + p (λ/2 nNi)d Ni = 85 nm + p (λ / 2 n Ni )
und der Resistschichtdickeand the resist layer thickness
dRe = 1070 nm + r (λ/2 nRe)d Re = 1070 nm + r (λ / 2 n Re )
ist und hierbei p, q und r ganzzahlige Faktoren sind, die Wellenlänge des Überdeckungslichtes und nRe, nOx und nNi die Realteile der Brechzahlen des Resistes, Oxides und Nitrides sind. Damit werden besonders kontrastreiche Justierfolgemarken erzeugt. Die aus den zeitabhängigen metrischen Beziehungen zwischen den Bildern des aktinischen und des Überdeckungslichtes resultierenden Übertragungsfehler werden reduziert. Die Strukturüberdeckung wird bei hoher Genauigkeit, mit geringen Selbstkosten und geringem Materialeinsatz zeitunaufwendig gesichert. Bei der Schaltkreisherstellung auftretende gerätebedingte Überdeckungsfehler werden reduziert.and where p, q and r are integer factors, the wavelength of the covering light and n Re , n Ox and n Ni are the real parts of the refractive indices of the resist, oxides and nitrides. This creates particularly high-contrast alignment marks. The transmission errors resulting from the time-dependent metric relationships between the images of the actinic and the covering light are reduced. The structure coverage is secured in a time-consuming manner with high accuracy, with low cost and low use of materials. Device-related coverage errors that occur during circuit manufacture are reduced.
Durch die Regenerierung der fotoempfindlichen Schicht wird der Ausgangszustand der Schichtanordnung, welcher sich durch die Bestrahlung mit aktinischem Licht und gegebenenfalls anschließenden Verfahrensschritten verändert, wiederhergestellt.By regenerating the photosensitive layer becomes the initial state of the layer arrangement, which by exposure to actinic light and if necessary subsequent process steps changed, restored.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn bei Verwendung einer Chalgogenidschicht die Schichtanordnung so ausgebildet ist, daß das Reflexionsvermögen für die Überdeckungswellenlänge ein Maximum annimmt.It is also advantageous if when using a Chalgogenidschicht the layer arrangement so formed is that the reflectivity for the coverage wavelength assumes a maximum.
Außerdem ist es vorteilhafterweise möglich, den Abbildungsmaßstab für das aktinische und Überdeckungslicht und den in einem Bildfeld des aktinischen Lichtes auftretenden Vesatz des Ideal- gegenüber dem Realbild (Verzeichnung) und die Verdrehung der Bilder zu bestimmen.In addition, it is advantageously possible to Image scale for actinic and overlap light and that in an image field of actinic light occurring vesatz of the ideal versus the real image (Distortion) and the distortion of the images too determine.
Wird als fotoempfindliche Schicht ein Material benutzt, das bei Bestrahlung mit aktinischem Licht ein Ausbleichen der fotoempfindlichen Schicht für das Überdeckungslicht bewirkt, können ebenfalls kontrastreiche Justierfolgemarken hergestellt werden. Hierfür ist die Dicke der Schichten so einzustellen, daß sich nach der Bestrahlung in den bestrahlten Gebieten der Schichtanordnung ein Maximum an Reflexionsvermögen für das Überdeckungslicht einstellt.If a material is used as the photosensitive layer, fading when irradiated with actinic light the photosensitive layer for the cover light can also cause high-contrast alignment marks getting produced. For this the thickness is the Adjust layers so that after irradiation in the irradiated areas of the layer arrangement Maximum reflectivity for the cover light sets.
Um den Justiermarkenkontrast zu verbessern, können weiterhin solche fotoempfindlichen Materialien zur Ausbildung der fotoempfindlichen Schicht eingesetzt werden, die eine Änderung des Realteiles der komplexen Brechzahl für den zur Überdeckung benutzten, eng begrenzten Spektralbereich des Lichtes bewirken. Das sind beispielsweise für den Spektralbereich von 500 bis 800 nm Chalgogenide mit einer Schichtdicke von 500 nm. Die Dicken der fotoempfindlichen und der Schutzschicht sind in diesem Fall so aufeinander abzustimmen, daß schon bei geringen Brechzahländerungen eine hohe Änderung des Reflexionsvermögens der bestrahlten Schichtgebiete eintritt. Werden Schablonen mit einer äquidistanten Verteilung der Anordnung der Justierfolgemarken über das Bildfeld bei Einwirkung von aktinischem Licht eingesetzt, kann die Verzeichnung der Abbildung mit aktinischem Licht untersucht werden.To improve the alignment mark contrast, continue to use such photosensitive materials Formation of the photosensitive layer used be a change in the real part of the complex Refractive index for the narrow used for covering cause limited spectral range of light. These are for example for the spectral range from 500 to 800 nm Chalgogenide with a layer thickness of 500 nm Thicknesses of the photosensitive and protective layers are in this case to coordinate so that already at small changes in refractive index a high change in Reflectivity of the irradiated layer regions entry. Be stencils with an equidistant Distribution of the alignment of the alignment marks over the Image field used when exposed to actinic light, can the distortion of the figure with actinic light to be examined.
Die Erfindung soll anhand des nachfolgenden Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.The invention is intended to be illustrated by the following exemplary embodiment are explained in more detail.
In der zugehörigen Zeichnung zeigen:In the accompanying drawing:
Fig. 1: Schichtanordnung auf einem Substrat mit Justiergrundteilmarken und Justierfolgemarken Fig. 1: Layer arrangement on a substrate with alignment base marks and alignment sequence marks
Fig. 2: Anordnung von Justiergrundteil- und Justierfolgemarken in einem Ausschnitt auf dem Substrat Fig. 2: Arrangement of Justiergrundteil- and Justier sequence marks in a cutout on the substrate
Fig. 3: Geometrische Angaben zur Berechnung der Positionskorrektur Fig. 3: Geometrical information for calculating the position correction
Fig. 4: Justierfolgemarkenanordnung auf einer Schablone Fig. 4: Justification sequence mark arrangement on a template
Bei der Durchführung des Verfahrens wird vorausgesetzt, daß das Überdeckungssystem der PJuB auf der Grundlage eines fotometrischen Symmetrieabgleiches an x-, y- und ϕ- Justiergrundteilmarken 2.211 bis 2.221 von Justiergrundmarken 2.21 und 2.22 (Fig. 2) auf dem Substrat 1.1 (Fig. 1) unter Verwendung eines Zweikoordinatentisches mit einer hochgenauen Positionsmeßvorrichtung in Verbindung mit einem Steuerrechner arbeitet. Auf dem Substrat 1.1 wird eine Schichtanordnung bestehend aus einer technologischen Schicht 1.3 aus CVD-Silicumdioxid und einer darauf angeordneten fotoempfindlichen Schicht 1.4 aus As₂Se₃ ausgebildet. Die technologische Schicht 1.3 ist die Schutzschicht des Substrates 1.1. Die Dicke der Schutzschicht beträgt 30 nm und die Dicke der As₂Se₃- Schicht beträgt 800 nm.In carrying out the method is provided that the covering system of PJuB on the basis of a photometric symmetry Abgleiches to x, y and φ- Justiergrundteilmarken 2211-2221 of Justiergrundmarken 2.21 and 2.22 (Fig. 2) on the substrate 1.1 (Fig. 1 ) works using a two-coordinate table with a highly accurate position measuring device in connection with a control computer. A layer arrangement consisting of a technological layer 1.3 made of CVD silicon dioxide and a photosensitive layer 1.4 made of As₂Se₃ arranged thereon is formed on the substrate 1.1 . The technological layer 1.3 is the protective layer of the substrate 1.1 . The thickness of the protective layer is 30 nm and the thickness of the As₂Se₃ layer is 800 nm.
Anschließend wird eine PJuB mit dem Substrat 1.1 und einer Schablone 4.1 (Fig. 4) bestückt. Die Schablone 4.1 enthält eine Anordnung von Justierfolgemarken 4.21 bis 4.24, die sich zwischen Schablonenjustiermarken 4.11 und 4.12 befinden. Die x-, y- und ϕ-Justiergrundteilmarken 2.211 bis 2.221 eines Bildfeldes werden nachfolgend an den Schablonenjustiermarken 4.11 und 4.12 ausgerichtet.A PJuB is then fitted with the substrate 1.1 and a template 4.1 ( FIG. 4). The template 4.1 contains an arrangement of alignment sequence marks 4.21 to 4.24 , which are located between the template alignment marks 4.11 and 4.12 . The x-, y- and φ-Justiergrundteilmarken 2211-2221 of an image field are subsequently aligned with the Schablonenjustiermarken 4.11 and 4.12.
Die Anordnung von Justierfolgemarken 4.21 bis 4.24 wird anschließend in die fotoempfindliche Schicht 1.4 bei einer Wellenlänge von 436 ± 5 nm abgebildet. Dabei werden Justierfolgemarken 2.31 bis 2.34 in der fotoempfindlichen Schicht 1.4 ausgebildet. Die Überdeckung und Abbildung der Anordnung von Justierfolgemarken 4.21 bis 4.24 in die fotoempfindliche Schicht 1.4 wird nachfolgend für 11 weitere Bildfelder durchgeführt.The arrangement of alignment sequence marks 4.21 to 4.24 is then imaged in the photosensitive layer 1.4 at a wavelength of 436 ± 5 nm. In this case, alignment sequence marks 2.31 to 2.34 are formed in the photosensitive layer 1.4 . The covering and mapping of the arrangement of alignment sequence marks 4.21 to 4.24 in the photosensitive layer 1.4 is subsequently carried out for 11 further image fields.
In einem Meßzyklus werden danach für das oben genannte erste Bildfeld die x-y-Justiergrundteilmarken 2.211 und 2.222 mit dem x- und y-Kanal des Überdeckungssystems und die ϕ-Justiergrundteilmarke 2.221 mit dem ϕ-Kanal überdeckt.In a measuring cycle are then covered for the above first frame, the xy-Justiergrundteilmarken 2,211 and 2,222 with the x- and y-channel of the system coverage and the φ-φ Justiergrundteilmarke 2,221 with the channel.
Bei abgeschaltetem ϕ-Kanal des Überdeckungssystems werden anschließend die x-y-Justiergrundteilmarken 2.211, 2.212 beziehungsweise 2.221, 2.222 mit dem x- und dem y-Kanal überdeckt, wobei im überdeckungsgeregeltem Zustand jeweils eine Positionierbestimmung durchgeführt wird.Φ switch off the channel of the covering system then be the xy Justiergrundteilmarken 2,211, 2,212, or 2,221, 2,222 covered by the x- and the y-channel, wherein one Positionierbestimmung is performed in überdeckungsgeregeltem state.
Danach erfolgt die Festlegung des Ursprungs eines zu bestimmenden Koordinatensystems zur Berechnung der Relativabstände der Justierfolgemarken 2.31 bis 2.34 zu den Justiergrundmarken 2.21 und 2.22. Auf der Mitte der Verbindungslinie beider Double von Justiergrundteilmarken 2.211 und 2.212 sowie 2.221 und 2.222 wird der Ursprung I fixiert (Fig. 3).The origin of a coordinate system to be determined for calculating the relative distances of the alignment marks 2.31 to 2.34 from the alignment basic marks 2.21 and 2.22 is then determined . In the center of the line connecting both Double Justiergrundteilmarken of 2,211 and 2,212, and 2,221 and 2,222, the originating I fixed (Fig. 3).
Anschließend werden die in die fotoempfindliche Schicht 1.4 abgebildeten Justierfolgemarken 2.31 bis 2.34 mit dem x- und y-Kanal überdeckt, wobei jeweils eine Positionsbestimmung durchgeführt wird, und die Relativabstände der abgebildeten Justierfolgemarken 2.31 bis 2.34 zu dem Ursprung I berechnet sowie der Abstand der abgebildeten Justierfolgemarken 2.31 bis 2.34 zu den Justiergrundmarken 2.21 und 2.22 bestimmt. Der Meßzyklus wird für alle Bildfelder wiederholt. The alignment sequence marks 2.31 to 2.34 shown in the photosensitive layer 1.4 are then covered with the x and y channels, a position determination being carried out in each case, and the relative distances between the alignment sequence marks 2.31 to 2.34 shown and the origin I are calculated, and the distance between the alignment sequence marks shown 2.31 to 2.34 determined for the adjustment basic marks 2.21 and 2.22 . The measurement cycle is repeated for all image fields.
Im Anschluß daran werden die arithmetischen Mittelwerte Δq[p], Δq[p] der für die Bildfelder ermittelten Relativabstände der abgebildeten Justierfolgemarken 2.31 bis 2.34 zu den korrespondierenden Justiergrundmarken 2.21 und 2.22 bestimmt. Durch Berechnung der Differenz Δxq[p], yq[p] aus den arithemtischen Mittelwerten und vorgegebenen Sollwerten Δxq s [p] und Δyq s [p] wird das Differenzvektorfeld (Δxq[p], Δyq[p]) ermittelt (q, p = 1 bis 4; Fig. 3).The arithmetic mean values .DELTA.q [p] , .DELTA.q [p] of the relative distances of the depicted adjustment sequence marks 2.31 to 2.34 to the corresponding adjustment basic marks 2.21 and 2.22 determined for the image fields are then determined. From the arithemtischen mean values and predetermined nominal values Ax q s [p] and Ay q s [p] is by calculating the difference Ax q [p], y q [p] the difference vector field (Ax q [p], Ay q [p] ) determined (q, p = 1 to 4; Fig. 3).
Auf diesem Differenzvektorfeld basierend, werden die Kalibrierwerte Δys, Δxs, Δy′s für die Justiergrundmarken 2.21 und 2.22 gegenüber den Schablonenjustiermarken 4.11 und 4.12 durch folgende Gleichungen ermitteltBased on this difference vector field, the calibration values Δy s , Δx s , Δy ′ s for the alignment basic marks 2.21 and 2.22 compared to the template alignment marks 4.11 and 4.12 are determined by the following equations
a und b sind die Abstände von Justierfolgemarken auf dem Substrat 1.1 in einem Bildfeld.a and b are the distances between alignment marks on the substrate 1.1 in an image field.
a′ ist der x-Abstand der Justiergrundmarken auf dem Substrat 1.1.a 'is the x distance of the alignment basic marks on the substrate 1.1 .
b′ ist der substratbezogene y-Abstand der Justierfolgemarken von der Gerade zwischen den Justiergrundmarken (Fig. 3).b 'is the substrate-related y distance of the alignment marks from the straight line between the alignment marks ( Fig. 3).
Die Kalibrierwerte (off-set) werden in nachfolgenden Überdeckungs- und Abbildungsprozessen von Halbleiterscheiben zur Positionskorrektur und dadurch zur Reduzierung des Überdeckungsfehlers benutzt, wobei der symmetrisch überdeckte Zustand der Justiergrundmarken als Ausgangszustand definiert wird.The calibration values (off-set) are shown in the following Covering and imaging processes of semiconductor wafers for position correction and thereby for Reduction of the coverage error used, the symmetrically covered state of the alignment basic marks as Initial state is defined.
Die Überdeckungskorrektur zur Reduzierung des gerätebedingten Überdeckungsfehlers wird vorzugsweise durch Ausführung eines Korrekturschrittes mit den Kalibrierwerten Δxs, Δys und Δy′s nach der symmetrischen Überdeckung und Positionsbestimmung durchgeführt, wobei die Kalibrierwerte Steuersignale für das Stellglied des Tischsystems bilden und womit die Anlage kalibriert wird. Für Folgebelichtungen wird dadurch ein geringer Überdeckungsfehler gewährleistet.The coverage correction to reduce the device-related coverage error is preferably carried out by performing a correction step with the calibration values Δx s , Δy s and Δy ' s after the symmetrical coverage and position determination, the calibration values forming control signals for the actuator of the table system and with which the system is calibrated. This ensures a low overlap error for subsequent exposures.
In einem Ausführungsbeispiel wird die Positionskorrektur an den Marken beim Überdecken mit dem obengenannten Überdeckungssystem durch elektronisches Verstimmen der Signalauswertekanäle durchgeführt. Der die notwendige Verstimmung (z. B. des x-Kanales) beschreibende sogenannte AssymmetriefaktorIn one embodiment, the position correction on the brands when covering with the above Coverage system by electronic detuning Signal evaluation channels carried out. The necessary Descriptive (e.g. of the x-channel) descriptive so-called asymmetry factor
(Ix rechts, Ix links sind die Fotoströme, die in den Teilkanälen
des x-Auswertkanales erzeugt werden müssen)
ergibt sich aus der Gleichung Qx = s × Δxs, wobei s
die Signalsteilheit beim Fotometrieren der x-Justiergrundteilmarke
darstellt.(I x right , I x left are the photo streams that have to be generated in the subchannels of the x evaluation channel)
results from the equation Q x = s × Δx s , where s represents the signal steepness when photometring the x-adjustment base mark.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird nach der Kalibrierung das Substrat 1.1 20′ bei 200°C bis 250°C getempert, wobei die Chalgogenidschicht in ihren optischen Eigenschaften regeneriert wird und für weitere Kalibrierprozesse wiederverwendet werden kann. Vorteilhaft ist, daß Chalgogenide (wie auch UV-Fotolack) nur für den UV-Spektralbereich (kleiner 450 nm) lichtempfindlich sind und somit mit dem für die Strukturabbildung in Fotolack üblicherweise benutzten Spektralbereich belichtet werden können. Da für die Überdeckung überwiegend für fotoempfindliche Schichten nicht aktinisch wirkendes Licht benutzt wird (typischer Wellenlängenbereich 500 bis 650 nm), erfolgt beim Überdecken an den Justierfolgemarken zur Positionsbestimmung vorteilhafterweise keine Veränderung der optischen Eigenschaften der fotoempfindlichen Schicht und somit keine Verfälschung der ermittelten Markenpositionen. In der Schichtanordnung (Fig. 1), bestehend aus einer auf dem Substrat 1.1 angeordneten technologischen Schicht 1.3 und einer daraufliegenden fotoempfindlichen Schicht 1.4 hat die fotoempfindliche Schicht 1.4 vor der Bestrahlung eine Absorptionskonstante von 0,1 µm-1 für die Überdeckungswellenlänge von 578 nm und eine Brechzahl von ca. 2,6. Durch die Abbildung der Justierfolgemarken erhöht sich die Absorptionskonstante der bestrahlten Gebiete für das Überdeckungslicht auf 0,7 µm-1. In a further embodiment, after calibration, the substrate 1.1 20 'is annealed at 200 ° C to 250 ° C, the optical properties of the chalgogenide layer being regenerated and reusable for further calibration processes. It is advantageous that chalgogenides (as well as UV photoresist) are only light-sensitive for the UV spectral range (less than 450 nm) and can thus be exposed with the spectral range normally used for the structure imaging in photoresist. Since non-actinic light is typically used for the coverage for photosensitive layers (typical wavelength range 500 to 650 nm), when covering the alignment marks for position determination, there is advantageously no change in the optical properties of the photosensitive layer and therefore no falsification of the determined mark positions. In the layer arrangement ( FIG. 1), consisting of a technological layer 1.3 arranged on the substrate 1.1 and a photosensitive layer 1.4 thereon, the photosensitive layer 1.4 has an absorption constant of 0.1 μm -1 for the coverage wavelength of 578 nm and before the irradiation a refractive index of approx. 2.6. By mapping the alignment marks, the absorption constant of the irradiated areas for the overlap light increases to 0.7 µm -1 .
Bei einer 0,8 µm dicken Chalgogenidschicht verringert sich somit das Reflexionsvermögen der bestrahlten Substratgebiete gegenüber den unbestrahlten Gebieten für das Überdeckungslicht um den Faktor 0,3, womit ein hoher Markenkontrast für die Überdeckung der Justierfolgemarken gewährleistet ist.Reduced with a 0.8 µm thick chalgogenide layer the reflectivity of the irradiated Substrate areas compared to the unirradiated areas for the overlap light by a factor of 0.3, making it a high one Brand contrast for the overlap of the alignment marks is guaranteed.
In der weiteren Ausgestaltung der Schichtanordnung ist
die Schichtdicke der technologischen Schicht 1.3 dOxid = 30 nm
und der auf derselben liegenden fotoempfindlichen
Schicht 1.4 dChalgogenid = 410 nm. Dadurch wird die maximale
Reflexion der unbelichteten Schichtanordnung für das
Überdeckungslicht der Wellenlänge 578 nm und damit eine
zur Durchführung der Überdeckung an den Justierfolgemarken
ausreichende Signalstärke gesichert.
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen zur Patentanmeldung
"Verfahren zur Reduzierung gerätebedingter
Überdeckungsfehler und Schichtanordnung zur Erzeugung
kontrastreicher Justierfolgemarken"In the further configuration of the layer arrangement, the layer thickness of the technological layer is 1.3 d oxide = 30 nm and the photosensitive layer 1.4 d chalgogenide = 410 nm lying on the same. As a result, the maximum reflection of the unexposed layer arrangement for the overlapping light of wavelength 578 nm and thus one Sufficient signal strength is ensured to carry out the overlap at the alignment marks.
List of the reference symbols used for the patent application "Method for reducing device-related coverage errors and layer arrangement for generating high-contrast alignment marks"
1.1 Substrat
1.3 technologische Schicht
1.4 fotoempfindliche Schicht
2.21 und 2.22 Justiergrundmarken
2.31 bis 2.34 Justierfolgemarken
a und b Abstände von Justierfolgemarken
auf dem Substrat in einem Bildfeld
a′ x-Abstand der Justiergrundmarken
untereinander auf dem Substrat
b′ y-Abstand der Justierfolgemarken
von der Gerade zwischen den
Justiergrundmarken
I Ursprung des Koordinatensystems
4.1 Schablone
4.11 und 4.12 Schablonenjustiermarken
4.21 bis 4.24 Anordnung von Justierfolgemarken
2.212, 2.222 x-Justiergrundteilmarken
2.211 y-Justiergrundteilmarke
2.221 ϕ-Justiergrundteilmarke
q[p] und q[p] arithmetische Mittelwerte
Δxq[p] und Δyq[p] Differenz aus den arithmetischen
Mittelwerten und vorgegebenen
Sollwerten
Δx, Δy, Δy′ Kalibrierwerte zur Positionskorrektur
Δxq s [p], yq s [p] vorgegebene Sollwerte 1.1 substrate
1.3 technological layer
1.4 photosensitive layer
2.21 and 2.22 adjustment basic marks
2.31 to 2.34 alignment marks
a and b Spacing of alignment marks on the substrate in an image field
a ′ x distance of the basic alignment marks from one another on the substrate
b ′ y distance of the alignment marks from the straight line between the alignment marks
I origin of the coordinate system
4.1 template
4.11 and 4.12 template alignment marks
4.21 to 4.24 Arrangement of alignment marks
2,212, 2,222 x adjustment base marks
2,211 y adjustment base brand
2,221 ϕ adjustment base mark
q [p] and q [p] arithmetic mean values
Δx q [p] and Δy q [p] difference between the arithmetic mean values and predetermined target values
Δx, Δy, Δy ′ calibration values for position correction
Δx q s [p] , y q s [p] predefined setpoints
Claims (10)
- a) Ausrichten der Justiergrundmarken (2.21 und 2.22) zum Überdeckungssystem in einem beliebigen Bildfeld auf dem Substrat (1.1),
- b) Inaktivieren des Überdeckungssystem bis auf einen x- und einen y-Kanal,
- c) aufeinanderfolgende Überdeckung an den x-y- Justiergrundteilmarken (2.211, 2.212 und 2.221, 2.222) des Bildfeldes, wobei jeweils eine Positionsbestimmung durchgeführt wird,
- d) nacheinanderfolgende Ausrichtung der Justierfolgemarken (2.31 bis 2.34) zu dem Überdeckungssystem, wobei jeweils eine Positionsbestimmung durchgeführt wird,
- a) Alignment of the basic alignment marks ( 2.21 and 2.22 ) to the covering system in any image field on the substrate ( 1.1 ),
- b) deactivating the covering system except for one x and one y channel,
- c) consecutive coverage to the xy Justiergrundteilmarken (2,211, 2,212 and 2,221, 2,222) of the image field, wherein one position determination is carried out,
- d) successive alignment of the alignment marks ( 2.31 to 2.34 ) to the overlap system, a position determination being carried out in each case,
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19914108578 DE4108578A1 (en) | 1991-03-14 | 1991-03-14 | Redn. of masking errors in semiconductor mfr. - using a control system based on prodn. of high-contrast adjustment marks |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19914108578 DE4108578A1 (en) | 1991-03-14 | 1991-03-14 | Redn. of masking errors in semiconductor mfr. - using a control system based on prodn. of high-contrast adjustment marks |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4108578A1 true DE4108578A1 (en) | 1992-09-17 |
Family
ID=6427450
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19914108578 Withdrawn DE4108578A1 (en) | 1991-03-14 | 1991-03-14 | Redn. of masking errors in semiconductor mfr. - using a control system based on prodn. of high-contrast adjustment marks |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE4108578A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4414369A1 (en) * | 1993-04-26 | 1994-10-27 | Mitsubishi Electric Corp | Method of forming a structure of a multilayer type semiconductor device |
-
1991
- 1991-03-14 DE DE19914108578 patent/DE4108578A1/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4414369A1 (en) * | 1993-04-26 | 1994-10-27 | Mitsubishi Electric Corp | Method of forming a structure of a multilayer type semiconductor device |
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| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |