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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Ausrichtung
einer Maske und eines Wafers und insbesondere auf ein Ausrichtsystem
und -verfahren, das in einem fotolithografischen Herstellungswerkzeug
verwendet wird.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
Herstellung von Halbleitervorrichtungen wird primär mit fotolithografischen
Techniken durchgeführt.
Während
des Herstellungsprozesses werden mehrere Schichten eines Schaltungsmusters
auf einem Halbleiterwafer aufgebaut. Dieses wird durch Projektion
eines Bildes auf einer Maske oder eines Fadenkreuzes, das das Schaltungsmuster
enthält, auf
ein Wafer, das mit einem Fotoresist beschichtet ist, ausgeführt. Die
Größen von
Einzelheiten, die auf dem Halbleiterwafer abgebildet werden, liegen
typischerweise im Bereich von 0,5 μm oder weniger. Aufgrund der
extrem kleinen Einzelheitgrößen und
dem Erfordernis, mehrere Schichten als Teil des Herstellungsprozesses
zu belichten, wird die Verwendung eines Ausrichtsystems zum Ausrichten
des Maskenbildes auf dem Halbleiterwafer erforderlich. Oft liegen die
erforderlichen Ausrichtgenauigkeiten im Bereich von 0,1 μm oder weniger.
Ein solches Ausrichtsystem ist im US-Patent 4 697 087 beschrieben,
das unter dem Titel "Reverse
Dark Field Alignment System For Scanning Lithographic Aligner" an Frederick Y.
Yu am 29. September 1987 ausgegeben wurde. Dort ist ein Ausrichtsystem
beschrieben, bei dem ein Wafer, das eine Waferzielmarke trägt, und
eine Maske, die eine Maskenzielmarke trägt, aufeinander ausgerichtet. Bei
der Herstellung von Halbleiterwafern machen Verarbeitungsvariable,
wie Wafereigenschaften, Anzahl, Dicke und Art der Oberflächenschichten,
die Ausrichtung häufig
schwierig. Die Schwankung in einem Ausrichtsignal ist eine Funktion
dieser Verarbeitungsvariablen und wird als Prozessempfindlichkeit bezeichnet.
Diese Prozessempfindlichkeit kompliziert häufig die Fähigkeit eines Ausrichtsystems,
die Position von auf einem Wafer befindlichen Ausrichtmarkierungen
mit Genauigkeit zu erhalten. Daher wird ein Ausrichtsystem benötigt, das
relativ prozessunempfindlich ist oder das eine genaue Positionierinformation
unabhängig
von Prozessschwankungen erhalten kann.
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ÜBERSICHT ÜBER DIE ERFINDUNG
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Es
ist dementsprechend eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die
Ausrichtgenauigkeit zwischen einem Wafer und einer Maske in einem
fotolithografischen System zu verbessern.
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Die
vorliegende Erfindung gibt ein Ausrichtsystem an, das die Merkmale
von Anspruch 1 enthält, und
ein Verfahren, das die Schritte von Anspruch 18 enthält, die
die Positioniergenauigkeit ohne Rücksicht auf Prozessvariable
stark verbessern. Es werden Optiken verwendet, ein vorbestimmtes
Muster einer elektromagnetischen Strahlung von einer Bestrahlungsquelle
auf ein Halbleiterwafer zu projizieren, das Ausrichtmarkierungen
trägt.
Die Ausrichtmarkierungen werden längs des vorbestimmten Beleuchtungsmusters
abgetastet und von den Rändern der
Ausrichtmarkierungen reflektiert oder gestreut. Ein Detektor sammelt
das reflektierte oder gestreute Licht und wandelt die elektromagnetische
Strahlung in elektrische Signale um. Ein Gleicher-Rand-Wähler bringt
gleiche Ränder
eines Paares oder mehrerer Ausrichtmarkierungen in Übereinstimmung.
Ein Signalanalysator analysiert das Signal von den in Übereinstimmung
gebrachten gleichen Rändern,
um Positionier- und Ausrichtinformation zu erhalten. Die Positionier-
und Ausrichtinformation wird dazu verwendet, die Schaltungsmerkmale
genau auszurichten, die nacheinander auf dem Halbleiterwafer belichtet werden,
um ein Schaltungsmuster zu bilden. Mit gleichen Rändern ist
der erste oder führende
Rand einer ersten Ausrichtmarkierung, der mit einem ersten oder führenden
Rand einer zweiten oder weiteren Ausrichtmarkierung in Übereinstimmung
gebracht wird, und ein zweiter oder hinterer Rand der ersten Ausrichtmarkierung,
der mit einem zweiten oder hinteren Rand der zweiten oder weiteren
Ausrichtmarkierung in Übereinstimmung
gebracht wird, die in einem Abtastbetrieb ermittelt werden, gemeint.
In einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden ein Vorwärtsdetektor und ein Rückwärtsdetektor
zusammen mit dem Gleicher-Rand-Selektor verwendet, um gestreute
oder reflektierte elektromagnetische Strahlung in einer Vorwärtsrichtung
oder einer Rückwärtsrichtung
bezüglich
einer Abtastrichtung selektiv zu erfassen.
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Es
ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass sie relativ unempfindlich
gegenüber
Prozessschwankungen ist.
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Es
ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass sie eine verbesserte
Erfassung von Wafermarkierungen oder -zielen liefert, dass sie an
unterschiedliche Substrate anpassbar ist.
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Es
ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass Sätze gleicher
Ränder
erfasst und in Übereinstimmung
gebracht werden, um Ausrichtinformation zu erhalten.
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Es
ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass ein Vorwärtsdetektor
und ein Rückwärtsdetektor
bei der Auswahl von Sätzen
gleicher Ränder verwendet
werden, die ein dominantes oder relativ starkes Signal haben.
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Diese
und andere Ziele, Vorteile und Merkmale werden aus der Betrachtung
der nachfolgenden detaillierten Beschreibung schnell klar.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Blockschaltbild, das allgemein die vorliegende Erfindung zeigt.
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2 ist
ein Teilquerschnitt eines Wafers, das Ausrichtmarkierungen und eine
Prozessbeschichtung trägt.
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3a bis 3d zeigen
grafisch die Signalanalyse der vorliegenden Erfindung.
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4 zeigt
schematisch eine weitere Ausführungsform
eines Ausrichtmusters.
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4a zeigt
schematisch eine weitere Ausführungsform
eines Ausrichtmusters.
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5 ist
ein Blockschaltbild, das allgemein eine weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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6a bis 6f zeigen
grafisch die Signalanalyse der Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, die in 5 dargestellt ist.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 ist
ein Blockschaltbild, das allgemein die vorliegende Erfindung zeigt.
Ein Ausrichtsystem ähnlich
dem der vorliegenden Erfindung ist im US-Patent 5 477 057 mit dem
Titel "Oft Axis
Alignment System For Scanning Photolithography" gezeigt, das am 19. Dezember 1995 an
David Angeley et al. ausgegeben wurde. Eine Beleuchtungsquelle 10 projiziert
elektromagnetische Strahlung durch ein Fadenkreuz 11 und
eine Optik 12 auf ein Halbleiterwafer 14. Auf
dem Halbleiterwafer 14 sind mehrere Waferausrichtmarkierungen 16 ausgebildet.
Die Waferausrichtmarkierungen 16 sind im Allgemeinen Linien,
die durch erhöhte
Abschnitte gebildet sind, die durch einen Spalt getrennt sind. Es
werden häufig auch
Gräben als
Ausrichtmarkierungen verwendet, und können anstelle der erhöhten Abschnitte
eingesetzt werden. Die Waferausrichtmarkierungen 16 können durch
jeden üblichen
Waferherstellungsprozess erstellt sein und können ein Gitter sein. Das Wafer 14 liegt
auf einem X-Y-Tisch 15. Der X-Y-Tisch 15 erlaubt
es, das Wafer 14 in der durch den Pfeil 17 gekennzeichneten
Richtung mit der elektromagnetischen Strahlung von der Strahlenquelle 10 abzutasten.
Die elektromagnetische Strahlung wird abgebildet, um ein vorbestimmtes
Beleuchtungsmuster zu bilden, das nicht dargestellt ist. Das vorbestimmte Beleuchtungsmuster
ist im Allgemeinen ein X. Es kann jedoch jedes Beleuchtungsmuster
verwendet werden, das ein detektierbares Signal liefert, wenn es auf
eine Waferausrichtmarkierung 16 trifft. Das vorbestimmte
Beleuchtungsmuster wird durch einen Teil eines Fadenkreuzes oder
Maske 11 geschaffen, durch das bzw. die die elektromagnetische
Strahlung von der Beleuchtungsquelle 10 läuft. Von
der Oberfläche
des Wafers 14 und den Waferausrichtmarkierungen 16 reflektierte
oder gestreute elektromagnetische Strahlung wird durch die Optik 12 gesammelt und
auf einen Detektor 18 geleitet. Der Detektor 18 kann
jeder Detektor sein, der in der Lage ist, eine elektromagnetische
Strahlung in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Der Detektor 18 kann
auch so angeordnet sein, dass er reflektierte oder gestreute elektromagnetische
Strahlung von jeder Seite der Waferausrichtmarkierungen 16 sammelt.
Es können mehrere
Detektoren 18 verwendet werden, die an unterschiedlichen
Stellen angeordnet sind. Ein Gleicher-Rand-Selektor 20 ist
mit dem Detektor 18 gekoppelt. Der Gleicher-Rand-Selektor 20 wählt gleiche Ränder von
Paaren oder Sätzen
von Waferausrichtmarkierungen 16. Signale, die für gleiche
Ränder
repräsentativ
sind, die von dem Gleicher-Rand-Selektor 20 ausgewählt wurden,
werden vom Signalanalysator 22 analysiert. Der Signalanalysator 22 verwendet
eine beliebige konventionelle Signalanalysiertechnik, um den Ort
gleicher Ränder
der Waferausrichtmarkierungen 16 zu bestimmen. Aus dieser
Information ermittelt der Signalanalysator 22 die Position
des Wafers 14 und bestimmt die Ausrichtung des Wafers 14 und
des Fadenkreuzes 11. Der Wafertisch 15 wird entsprechend
bewegt, um die Ausrichtung zu erzielen oder aufrechtzuerhalten.
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2 ist
ein Teil des Wafers 14 und zeigt klarer die darauf befindlichen
Ausrichtmarkierungen 16. Das Wafer 14 und die
Waferausrichtmarkierungen sind von einer Prozessbeschichtung 24 bedeckt.
Es ist nur eine Prozessbeschichtung 24 dargestellt. Typischerweise
werden jedoch viele Prozessbeschichtungen bei der Herstellung von
Halbleitern verwendet. Jede Waferausrichtmarkierung 16 hat
einen ersten, vorderen oder linken Rand 26 und einen zweiten, hinteren
oder rechten Rand 28. Linke Ränder 26 gleiche Ränder und
bilden einen Satz gleicher Ränder. Rechte
Ränder 28 sind
ebenfalls gleiche Ränder
und bilden einen Satz gleicher Ränder.
Mit gleicher Rand ist ein Rand einer Ausrichtmarkierung gemeint,
der ähnliche
oder gleiche Konfiguration oder Position hat, wie ein anderer Rand
an einer anderen Ausrichtmarkierung. Dementsprechend wird zwischen
linken gleichen Rändern 26 ein
Teilungsabstand 30 gebildet. In gleicher Weise wird zwischen
rechten gleichen Rändern 28 ein
Teilungsabstand 32 gebildet. Die scheinbare Breite der
Waferausrichtmarkierungen 16 variiert als Funktion der
Prozessbeschichtung 24. Dementsprechend nimmt die erfasste
Linienbreite, die zu einer einzelnen Waferausrichtmarkierung 16 gehört, mit
der Anzahl der Prozessbeschichtungen 24 zu, die nacheinander
auf den Waferausrichtmarkierungen 16 und der Oberfläche des
Wafers 14 aufgebracht werden. Als Folge variiert die scheinbare oder
erfasste Linienbreite zwischen Rändern 26 und 28 in
Abhängigkeit
von den Prozessvariablen, was es schwierig macht, die Mitte einer
Waferausrichtmarkierung 16 genau zu ermitteln und eine
Signalanalyse an den Signalen auszuführen, die bei der Erfassung
der reflektierten oder gestreuten elektromagnetischen Strahlung
erzeugt werden. Bei der vorliegenden Erfindung wird durch die Paarung
gleicher Ränder
von Waferausrichtmarkierungspaaren 16 die Erfassung und
Analyse der erzeugten Signale unabhängig von der scheinbaren Linienbreite.
Dementsprechend ist die Erfassung der Waferausrichtmarkierungen 16 unabhängig oder
unempfindlich von bzw. gegen die scheinbare Breite der Waferausrichtmarkierungen 16.
Daher ist die Ausrichtsystem der vorliegenden Erfindung in der Lage,
die Mitte einer Ausrichtmarkierung unabhängig von der scheinbaren Linienbreite
der Ausrichtmarkierung, die in Abhängigkeit von Prozessvariablen
variiert, genau zu ermitteln. Wie in 2 angegeben,
ist die erfasste Mitte abhängig
von der Gruppierung der Ausrichtmarkierungen 16. Wenn beispielsweise
die Mitte C von zwei Ausrichtmarkierungen 16 zu ermitteln
ist, wird ein Paar gleicher Ränder 26 und 28 von
nur zwei Ausrichtmarkierungen 16 verwendet. Wenn die Mitte
C1 der fünf
Ausrichtmarkierungen 16 zu ermitteln ist, dann wird ein
Satz gleicher Ränder 26 und 28 aus den
fünf Ausrichtmarkierungen 16 verwendet.
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Die 3a bis 3d zeigen
den Betrieb der vorliegenden Erfindung, einschließlich der
Erfassung und Analyse eines Signals, das für die Waferausrichtmarkierungen 16 der 1 und 2 repräsentativ
ist. 3a zeigt grafisch die Waferoberfläche 14' und die Waferausrichtmarkierungsoberfläche 16'. Die Waferausrichtmarkierungsoberfläche 16' hat einen linken
Rand 26' und
einen rechten Rand 28'. Ein
Beleuchtungsmuster mit einem Beleuchtungsprofil, das durch die Wellenform 34 dargestellt
ist, tastet von links nach rechts in Richtung des Pfeils 17' die Waferoberfläche 14' und die Waferausrichtungsmarkierungsoberfläche 16' ab. Typischerweise,
aber nicht notwendig, sind die Waferausrichtmarkierungen und das
Beleuchtungsmuster unter Bildung eines Winkels gewinkelt. Das vorbestimmte
Beleuchtungsmuster, das durch die Wellenform 34 dargestellt
wird, wird vom linken Rand 26' reflektiert oder gestreut und vom
Detektor 18 gesammelt, der in 1 dargestellt ist,
um ein Signal zu bilden, das durch die Wellenform 36 in 3b dargestellt
ist. In gleicher Weise stellt die Wellenform 38 das Signal
entsprechend der elektromagnetischen Strahlung dar, die vom rechten Rand 28' reflektiert
oder gestreut wird. Die Wellenformen 36', 38' und 36'' in 3b stellen
in gleicher Weise die elektromagnetische Strahlung dar, die von den
entsprechenden linken Rändern 26' und vom rechten
Rand 28' reflektiert
oder gestreut wird. Die Wellenformen, 36, 38, 36', 38' und 36'' sind als Folge der Prozessvariablen
sämtlich
leicht unterschiedlich. Die Wellenformen 36 und 36' stellen ein
Paar gleicher Ränder
dar, wie es die Wellenformen 38 und 38' tun. 3c stellt
eine Wellenform 40 dar, die eine Korrelatorfunktion erläutert. Ein
Korrelator wird im Wesentlichen dazu verwendet, schwache Signale
im Rauschen zu erfassen, indem ein elektronischer Vorgang ausgeführt wird,
der die Berechnung einer Korrelationsfunktion angenähert. Die
Korrelatorwellenform 40 hat eine Periode von etwa der Distanz
zwischen den Paaren gleicher Ränder 26' oder 28'. Die Wellenform 42 und 42' in 3d zeigen
den Teilausgang, der vom Anwenden der Korrelatorfunktion, dargestellt
durch die Wellenform 40, an den Detektorsignalen resultiert,
die durch die Wellenformen 38 und 36' dargestellt
werden. Die Korrelatorausgangswellenform 42 und 42' identifizieren
beim Kreuzen eines Nullbezugs 44 die Stellen 46 und 46', die die Mitten erfasster
Ränder
darstellen, die entsprechenden gleichen Ränder 26' und 28' eines Paares Wafermarkierungen 16' zugeordnet
sind. Bei Erfassung von Paaren von gleicher Rändern 26' und 28' wird ein Mittelwert
genommen, der die erfasste Mitte der Distanz zwischen Waferausrichtmarkierungen 16' bildet. Dementsprechend
wird Positions- und Ausrichtinformation beispielsweise für die Mitten
C oder C1 erhalten, wie in 2 dargestellt.
Es ist experimentell ermittelt worden, dass die Paarung gleicher
Ränder entsprechend
den Lehren der vorliegenden Erfindung eine um bis zu fünfzig Prozent
(50%) verminderte mittlere Pegelschwankungsbreite hat.
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Im
Allgemeinen wird der Korrelator dazu verwendet, Maximumsignalbereiche
zu ermitteln. Die Korrelatorfunktion enthält sowohl positive als auch negative
Werte und ist eine Annäherung
der Ableitung eines Schätzwerts
des erwarteten Signals aus den Rändern
der mathematisch verschobenen Ausrichtmarkierung, multipliziert
und integriert längs
der Länge
des erfassten oder aufgenommen Signals. Bereiche, die ein Signal
merklich über
null haben, werden durch das Ansteigen der Funktion wegen der Verwendung
einer positiven Korrelation und dann durch das Abfallen der Funktion
aufgrund der negativen Korrelation erfasst. Die Signalposition wird
dann an dem Punkt ermittelt, wo die Funktion zwischen hoch und niedrig
einen Nulldurchgang hat. Die Signale werden auf ihre Neigung gegenüber der
Nullreferenz analysiert. Gleiche Ränder werden aus einer früheren Kenntnis
erwarteter Positionen des Linienrandes ermittelt und indem ein Korrelator
mit dem gleichen Teilungsabstand versehen wird. Mit dem vorbestimmten
Teilungsabstand des Korrelators zeigt die Betrachtung von N Linienrändern das
N-fache der wirklichen Signalstärke,
weil die vielen Linien gleichzeitig erfasst werden. Während eine
Korrelationsfunktions-Signalverarbeitungstechnik beschrieben worden
ist, kann jede andere geeignete oder äquivalente Signalverarbeitungstechnik
verwendet werden, solang die erforderliche Signalerfassung erreicht wird.
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4 zeigt
eine weitere Ausführungsform
eines Musters von Waferausrichtmarkierungen, die bei der vorliegenden
Erfindung verwendet werden können.
Das Wafer 14 trägt
Ausrichtmarkierungen 116, 116' und 116''.
Die Breiten der Waferausrichtmarkierungen 116, 116' und 116'' sind unterschiedlich, und bei
dieser Ausführungsform
nehmen die Breiten vom einen Ende zum anderen Ende zu. Die Breite
der Ausrichtmarkierung 116' ist
das Doppelte von der der Ausrichtmarkierung 116, und die
Breite der Ausrichtmarkierung 116'' ist
das Dreifache von der der Ausrichtmarkierung 116. Daher
nimmt die Breite in ganzzahligen Vielfachen der Anfangsbreite am
einen Ende zu. Die Ausrichtmarkierung 116 hat einen ersten,
vorderen oder linken Rand 126 und einen zweiten, hinteren
oder rechten Rand 128. In gleicher Weise hat die Ausrichtmarkierung 116' einen ersten,
vorderen oder linken Rand 126' und einen zweiten, hinteren oder
rechten Rand 128'.
Die Ausrichtmarkierung 116'' hat einen ersten,
vorderen oder linken Rand 126'' und
einen zweiten, hinteren oder rechten Rand 128''. Bei dieser Ausführungsform
ist ein erster Satz gleicher Ränder
mit 126, 126' und 126'' bezeichnet. Ein zweiter Satz gleicher
Ränder
ist mit 128, 128' und 128'' bezeichnet. Ein Teilungsabstand 130 wird zwischen
benachbarten gleichen Rändern 126 und 126' gebildet. Ein
Teilungsabstand 130' wird
zwischen gleichen Ränder 126' und 126'' gebildet. Ein Teilungsabstand 130'' wird zwischen dem gleichen Rand 126'' und einem gleichen Rand 126 eines
zweiten Satzes im Wesentlichen identischer Waferausrichtmarkierungen
gebildet. Dementsprechend bilden die Waferausrichtmarkierungen 116, 116' und 116'' eine Periode P. Ein Teilungsabstand 132 wird
zwischen gleichen Rändern 128 und 128' gebildet. Ein Teilungsabstand 132' wird zwischen
gleichen Rändern 128' und 128'' gebildet. Ein Teilungsabstand 132'' wird zwischen gleichen Rändern 128' und 128 eines
zweiten Satzes nahezu identischer Ausrichtmarkierungen gebildet.
Dementsprechend zeigt 4 einen Satz unterschiedlicher
Ausrichtmarkierungen, die mit gleichen Rändern verwendet werden können. Die
vorliegende Erfindung soll nicht so verstanden werden, dass sie
auf die dargestellten Formen von Wafermarkierungen beschränkt ist.
Die unterschiedlichen Formen von Wafermarkierungen müssen nur
gleiche Ränder
haben, die in Übereinstimmung
gebracht werden können,
um Positions- und Ausrichtinformation zu erhalten. Beispielsweise zeigt 4a ein
Wafer 14, das einen anderen Satz Ausrichtmarkierungen 316, 316' und 316'' hat. Die zwei Ausrichtmarkierungen 316 haben
gleiche Breiten, wie auch die zwei Ausrichtmarkierungen 316'. Die Breite
der Ausrichtmarkierung 316'' ist größer als die
Breite der Ausrichtmarkierungen 316', die größer als die Breite der Ausrichtmarkierungen 316 ist.
Der Satz gleicher Ränder 326, 326', 326'' und der Satz gleicher Ränder 328, 328', 328'' wird dazu verwendet, den Ort der
Mitte C2 in gleicher Weise zu erhalten, wie für die Ausführungsformen beschrieben.
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5 ist
ein Blockschaltbild, das allgemein eine weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. 5 ist ähnlich der
in 1 gezeigten Ausführungsform. Jedoch enthält 5 mehrere Detektoren
zur Erfassung unterschiedlicher Abschnitte der elektromagnetischen
Strahlung, die von den Waferausrichtmarkierungen 16 auf
das Wafer 14 gestreut oder reflektiert werden. Ähnlich 1 wird eine
Beleuchtungswelle 10 dazu verwendet, ein Fadenkreuz 11 auf
dem Wafer 14 abzubilden, der Waferausrichtmarkierungen 16 trägt. Ein
Tisch 15, der das Wafer hält, wird in Richtung des Pfeiles 17 bewegt
oder abgetastet. Als Ergebnis wird ein Beleuchtungsmuster über die
Ausrichtmarkierungen 16 abgetastet. Elektromagnetische
Strahlung von dem Beleuchtungsmuster wird von den Ausrichtmarkierungen 16,
speziell von deren Rändern,
reflektiert oder gestreut und wird von der Optik 212 gesammelt.
Reflektierte oder gestreute elektromagnetische Strahlung in gleicher
Richtung wie die Abtastrichtung oder in Vorwärtsrichtung wird durch den
Vorwärtsdetektor 218 gesammelt,
und reflektierte oder gestreute elektromagnetische Strahlung in
einer Richtung entgegengesetzt zur Abtastrichtung oder in Rückwärtsrichtung
wird durch den. Rückwärtsdetektor 219 gesammelt.
Ein Gleicher-Rand-Selektor 220 wird dazu verwendet, die
Signale zu erfassen, die für
gleiche Ränder
repräsentativ
sind. Ein Signalanalysator 222 analysiert die Signale und
berechnet eine Position oder einen Ort in Abhängigkeit davon.
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6a bis 6f zeigen
vollständiger
die Erfassung und Analyse von Signalen, die in der in 5 gezeigten
Ausführungsform
verwendet werden. 6a zeigt ein Substrat oder einen
Wafer 14', der
mehrere Waferausrichtmarkierungen 16' trägt. Die Waferausrichtmarkierungen 16' bilden ein
Ziel mit einer linearen Abmessung T. Die lineare Abmessung T kann
auch die Periode eines sich wiederholenden Musters von Ausrichtmarkierungen
sein. Die Dimension T hat eine Mitte C. Ein elektromagnetisches
Beleuchtungsmuster mit einem durch die Wellenform 34 gezeigten
Beleuchtungsprofil tastet die Waferoberfläche 14' von links nach rechts in Richtung
des Pfeiles 17' ab.
Elektromagnetische Strahlung wird von den Rändern 26' und 28' reflektiert
oder gestreut. Die Ränder 26' und 28' werden komplementär genannt,
weil einer von ihnen bei einer einzelnen Waferausrichtmarkierung 16' verwendet wird. Die
elektromagnetische Strahlung wird in einer Vorwärtsrichtung, die durch den
Pfeil 250 gekennzeichnet ist, reflektiert und gestreut,
sowie in einer Rückwärtsrichtung,
die durch den Pfeil 252 gekennzeichnet ist. Der Vorwärtsdetektor 218 von 5 ist
so angeordnet, dass er die durch die Pfeile 250 bezeichnete
reflektierte oder gestreute elektromagnetische Beleuch tung sammelt,
und der Rückwärtsdetektor 219 ist
so positioniert, dass er die durch die Pfeile 252 gekennzeichnete
gestreute oder reflektierte elektromagnetische Strahlung sammelt.
Es ist entdeckt worden, dass auf einigen Substraten entweder die
vorwärts
reflektierte oder gestreute elektromagnetische Strahlung oder die
rückwärts reflektierte
oder gestreute elektromagnetische Strahlung vorherrscht oder ein
starkes Signal für
einen entsprechenden Satz gleicher Ränder 26' oder 28' liefert. Beispielsweise zeigt 6b die
Vorwärtsdetektorausgabe
für ein
spezielles Substrat mit einem relativ starken Signal, das für elektromagnetische
Strahlung kennzeichnend ist, die von dem Vorwärtsdetektor 218 von 5 für den Satz 26' linker gleicher
Ränder
gesammelt wurde. Dieses wird durch eine relativ hohe Amplitude für die Signalwellenform 236 und 236' vom linken
Rand dargestellt, was für
die elektromagnetische Strahlung steht, die vom Vorwärtsdetektor 218 von 5 aufgefangen
wurde. Die entsprechende rückwärts reflektierte
oder gestreute elektromagnetische Strahlung, die durch den Pfeil 252 gezeigt
ist, für
den Satz 26' gleicher
Ränder
ist weniger stark, wie durch die niedrige Amplitude der Wellenformen 237 und 237' in 6c gezeigt.
In gleicher Weise zeigt elektromagnetische Strahlung, die von dem
rechten, komplementären
Satz 28' gleicher
Ränder
reflektiert oder gestreut wird, ein Verhältnis zwischen der vorwärts gestreuten
oder reflektierten elektromagnetischen Strahlung, dargestellt durch
Pfeile 250',
und der rückwärts reflektierten
oder gestreuten elektromagnetischen Strahlung, dargestellt durch
Pfeile 252',
dass die vorwärts
gestreute oder reflektierte elektromagnetische Strahlung, die vom
Vorwärtsdetektor 218 von 5 aufgefangen
wird, zu einem schwächeren
Signal führt,
das durch die niedrige Amplitude des Wellenformen 238 und 238' in 6b gezeigt
wird. Die entsprechende rückwärts reflektierte oder
gestreute elektromagnetische Strahlung, dargestellt durch die Pfeile 252', vom Gleicher-Rand-Satz 28' ist stärker, wie
durch die relativ große
Amplitude der Wellenformen 239 und 239' in 6c gezeigt. Während einige
Substrate gleichförmig
starke Signale liefern können,
die kein klares Verhältnis
zwischen der vorwärts
reflektierten oder gestreuten elektromagnetischen Strahlung und
der rückwärts reflektierten oder
gestreuten elektromagnetischen Strahlung ergeben, tun dies viele
Substrate. Bei vielen der Substrate, die untersucht worden sind,
beispielsweise Klassen von Schichten auf Substraten, die in der Halbleiterherstellung
verwendet werden und als Kontaktschichten, Metallschichten, Durchgangsschichten,
Polyschichten und Oxidschichten bekannt sind, ergibt, entweder in
Vorwärts-
oder Rückwärtsrichtung reflektiert
oder gestreut, für
einen Satz gleicher Ränder
der komplementäre
andere Satz gleicher Ränder im
Allgemeinen ein stärkeres
Signal in der anderen Richtung. Beispielsweise, wie in 6a bis 6c gezeigt,
da der Gleicher-Rand-Satz 26' zu
einer relativ starken vorwärts
reflektierten oder gestreuten elektromagnetischen Strahlung führt, erzeugt
der komplementäre
Gleicher-Rand-Satz 28' relativ
starke rückwärts reflektierende
oder streuende elektromagnetische Strahlung. Abhängig von dem Substrat ist entdeckt
worden, dass entweder die vorwärts
oder rückwärts reflektierte
oder gestreute elektromagnetische Beleuchtung für einen speziellen Gleicher-Rand-Satz
dominiert, was gewöhnlich
zu einer entgegengesetzten dominanten reflektierten oder gestreuten
elektromagnetischen Strahlung für
den komplementären
Gleicher-Rand-Satz führt.
Als Folge wird der in 6d gezeigte Korrelator, der
für die
Erfassung eines Signals verwendet wird, auf gleiche Randsätze abgeglichen
und dazu verwendet, das dominante oder stärkere Signal zu bestimmen.
Dementsprechend sucht, wie in den 6b bis 6d gezeigt,
der Korrelator, dargestellt durch die Wellenform 240, nach
dem erwarteten relativ starken Signal, das durch die Wellenform 239 und 239' dargestellt ist,
und liefert eine Ausgabewellenform 242', in der die Nullreferenz 244 eine
Mittenstelle 246' zwischen den
Wellenformen 239 und 239' identifiziert, die für das Paar
oder den Satz 28' gleicher
Ränder
repräsentativ
sind. In gleicher Weise kann die Korrelatorwellenform 240 dazu
verwendet werden, die relativ starken Signale 236 und 236' zu erfassen,
die dem Paar oder Satz 26' gleicher
Ränder
zugeordnet sind, was zu einer Korrelatorausgabewellenform 242 führt, in
der die Nullreferenz 244 dazu verwendet wird, eine Mittenstelle 246 zwischen
den Wellenformen 236 und 236' zu erhalten, die für das Paar
oder den Satz 26' gleicher
Ränder
repräsentativ
sind. Die ermittelten Stellen 246 und 246' werden gemittelt,
um eine bestimmte zentrale Stelle 248, die in 6f gezeigt
ist, einzurichten, die ermittelte Mitte oder der Ort der Mitte C
des von den Wafermarkierungen 16' gebildeten Ziels ist.
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Dementsprechend
hat die vorliegende Erfindung gemäß der obigen Ausführungsform
zu dem ganz unerwarteten Ergebnis geführt, dass die Genauigkeit der
Erfassung von Wafermarkierungen oder -zielen ohne Rücksicht
auf das Substrat, die Klasse oder die Art der Wafermarkierung oder
des Ziels gesteigert wurde. Es sollte beachtet werden, dass wegen
der vielen Prozessschritte bei der Halbleiterherstellung die Signale,
die man von den Waferzielen oder -markierungen erhält, häufig relativ schwach
sind und häufig
sehr schwer zu erfassen sind. Die vorliegende Erfindung bietet einen
Vorteil, als sie das stärkere
der relativ schwachen Signale auswählt und in der Lage ist, sie
aus starken Störungen
zu ermitteln, um den Ort oder die Mitte eines Waferzieles zu erfassen,
der bzw. die ansonsten nicht erfassbar oder unsicher wäre.
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Außerdem sollte
sogleich zur Kenntnis genommen werden, dass die vorliegende Erfindung durch
Abgleich gleicher Ränder
eine genauere und relativ prozessunempfindliche Positions- und Ausrichtinformation
liefert, die dazu verwendet wird, ein Fadenkreuz oder eine Maske
und einen Wafer während
der aufeinanderfolgenden Halbleiterherstellungsprozessschritte genauer
auszurichten. Die Technik der Herstellung von Halbleitervorrichtungen wird
daher verbessert, was die immer mehr abnehmende Linienbreite oder
Detailgröße immer
kleiner und dichter besetzter Halbleitervorrichtungen unterstützt, wodurch
zur Herstellung wirksamerer und schnellerer Halbleiterschaltungen
beigetragen wird.
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Obgleich
die bevorzugte Ausführungsform dargestellt
und beschrieben worden ist, ist es doch außerdem für den Fachmann klar, dass zahlreiche Modifikationen
vorgenommen werden können,
ohne von der Erfindung, wie sie beansprucht wird, abzuweichen.