DD156302A1 - Verfahren zur ueberdeckung in der schrittweisen projektionslithographie - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ueberdecken zweier flaechenhafter Gegenstaende in der schrittweisen Projektionslithografie.Ziel der Erfindung ist es, ein genaues Ausrichten der Strukturen von Schablone und Substrat zueinander in hochprojektiven,automatischen Einrichtungen zu ermoeglichen, wobei die Aufgabe besteht, diese Einrichtungen so zu konzipieren, dass in Ruhestellung des Substrates fuer jede Position eine genaue Ortsbestimmung der Strukturen von Schablone und Substrat zueinander ausgefuehrt und die jeweilige Folgeposition nach Berechnung der Schrittkorrektur laut Messergebnis erreicht wird. Erfindungsgemaess erfolgt die Loesung dadurch, dass die Koordinaten waehrend der Belichtung eines Chips fuer den Folgechip des Substrates und die Korrektur der Schrittlaenge im Positionierschritt waehrend des Ueberganges von einem Chip zum naechsten ermittelt werden und die Bewegung des Substrates entsprechend der korrigierten Schrittlaenge erfolgt.

Description

Titel? Verfahren zur überdeckung in der schrittweisen Projektionslithografie Γ.

Anwendungsgebiet der Erfindung;

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum überdecken zweier flächenhafter Gegenstände in der schrittweisen Projektionslithografie, die bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen zum Übertragen von Schablonenstrukturen auf Substrate verwendet werden· . =.;.

Charakteristik der bekannten technischen lösungen:

jO Die Fotolithografie erfolgt durch verkleinernde Projektion des Strukturfeldes und dessen Aneinanderreihen geschieht durch Bewegung des Substrates in die jeweils neue Position· Dabei sind die Strukturen jeder technologischen Schicht zu denen der vorhergehenden, d.h. zu den bereits auf dem Substrat befindlichen Strukturen auszurichten. Die Lege der Strukturen wird durch die Lage von prozeßstabilen Justiermarken repräsentiert, wobei zwischen Flächen- und Kantenmarken zu unterscheiden ist· Pur hohe Strukturdichten und hohe Ausbeuten an gebrauchsfähigen Chips ist das automatische Überdecken der Justiermarken von Schablone und Substrat bei jedem Positionierschritt erforderlich· Die Bewertung der Lage der Justiermarken zueinander wird von fotoelektrischen Mikroskopen ausgeführt und die Überdeckung in Abhängigkeit davon mittels Präzisionspositioniersysteme vollzogen« Es sind Verfahren zur automatischen Überdeckung in der schrittweisen Projektionslithografie bekannt, bei denen die Justiermarken des Substrates im Auflicht als dunkle Flächen im hellen, von der Justiermarke der Schah!™-»» hA«

grenzten Umfeld erscheinen und die Überdeckung auf dem Symmetrieren der beiden Umfeldgrößen anhand dea Abgleiche der von diesen Flächen kommenden Lichtströme beruht» Dieses Verfahren setzt voraus, daß sich das Reflexionsverhältnis von Flächemarke und Umfeld über die verschiedenen ..·. technologischen Schritte nicht verändert· Bei dünnen optischen Schichten (z„B_e Fotoresist und Siliziumdioxid oder -nitrid auf Silizium) ist diese Voraussetzung nicht immer in befriedigendem Maße gegeben* Es sind weiterhin Verfahren bekannt, bei denen quadratische Flächeninarken und dazugehörige gleich große Fenster in der Schablone überdeckt werden, so daß sich im tiberdeckungszustand ein minimaler Lichtstrom ergibt« Hachteilig ist, daß die zu fordernde Maßhaltigkeit der Flächenmarke über die einzelnen technologischen Schritte hin nicht gewährleistet werden kann«

Es sind weiterhin Verfahren bekannt, die die Bewertung des Überdeckungszustandes zweier Justiermarken anhand der Bestimmung ihres Ortes gewinnen.» So wird die Bildortbe» Stimmung unter Zuhilfenahme der Signa!gewinnung durch eine Videokamera vollzogen, wobei durch Bildung eines eine Referenzzone anzeigenden Signals, die Änderung dieses Signals nach Vergleich mit einem den ersten Gegenstand anzeigenden Signal, bei der eine neue ortsfeste Heßbasis für die Vorrichtung geschaffen wird, die Bildung eines den zweiten Gegenstand anzeigenden Signals und durch den Vergleich zwischen diesem Signal und der neuen Meßbasis ein Symmetrieabgleich der Gegenstände zueinander be·» wirkt wird. Nachteilig ist, daß aus energetischen Gründen .bei der Bildortbestimmung relativ lange Meßzeiten benötigt werden und der Genauigkeit der Messungen die Unscharfe der Konturen der Marken bei der Ausrichtbewegung entgegensteht· -

Alle bekannten technischen Lösungen zum automatischen : Überdecken in der schrittweisen Projektionslithografie ist gemein, daß in zeitlicher Folge erst die überdeckung

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nach Justiermarken, d.h. das Ausrichten von Schablonen- und Substratfeldern zueinander und daran anschließend die Strukturübertragung (Belichtung) erfolgt· Das bedeutet, daß hochproduktive G_eräte ungenau überdecken und Gerate rait genauer überdeckung unproduktiv sind«

,Ziel der Erfindung;

Ziel der Erfindung ist es, ein genaues Ausrichten der Strukturen von Schablone und Substrat zueinander bei den unterschiedlichen technologischen Schritten in Einrichtungen der schrittweisen Projektionslithografie ohne Beschränkung der Arbeitsproduktivität zu ermöglichen·

Darlegung,des Wesens der Erfindung:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, automatische Einrichtungen der schrittweisen Projektionslithografie so zu konzipieren, daß in Ruhestellung des Substrates für , jede Position (d.h. für jedes Bildfeld auf dem Substrat) eine genaue Ortsbestimmung der Strukturen von Schablone' und Substrat zueinander durch Bildanalyse ausgeführt und die jeweilige Polgeposition nach Berechnung der Korrektur laut Meßergebnis erreicht wird.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Überdeckung zweier Gegenstände, vorzugsweise in der schrittweisen Projektionslithografie, gelöst, bei dem mittels Lagevergleich von auf Schablone und Substrat befindlichen Justiermarken zunächst eine Positionierung und danach eine Belichtung durchgeführt wird, das dadurch gekennzeichnet ist, ' daß die. Lageabweichung vom Überdeckungszustand der auf Schablone und Substrat befindlichen Justiermarken zuein- ander in mindestens einer Koordinate während der Belich-

3,0 tung eines Chips für mindestens einen nachfolgenden Chip gemessen wird und die zur Herstellung des Überdeckungs-

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zustandes erforderliche Korrektur bei der Bewegung des - Substrates in die Position-des Polgechips berücksichtigt wird· ~ _ä

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Es ist von Vorteil, wenn die Bewertung der Justiermar- . . ken bezüglich Orts- und Winkelabweichung vom Überdeckungs«· zustand in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung des Substrates erfolgt*

Vorteilhaft ist ferner, daß eine Messung und Korrektur des Winkels für mehrere Chips gleichzeitig erfolgt. Der ÜberdeckungsVorgang wird somit auf ein genaues Positionieren zurückgeführts bei dem mindestens in der ersten Position die Lageabweichung vorn Überdeckungszustand vor dem Belichten zu korrigieren ist. Pur jeden der Folge-, chips steht zur Messung der Lageabweichung die gesamte Zeit für die Belichtung des vorhergehenden Chips zur Verfügung· Die Korrektur erfolgt vor Erreichen der Position . des Folgechips, so daß die Zeiten für die Messung und Kor« rektur der Position nicht zur Verlängerung der Bearbeitungszeiten des Substrates führen*

Durch das Verfahren wird es möglich, sowohl dynamische als auch statische Meßverfahren zur Ermittlung der Lageabwaichung dsr auf Schablone und Substrat befindlichen Justierinarken vom Überdeckungszustand einzusetzen©

Aj^sjfjjhru ngsb β i spiel:

Die Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigens Pig* Λ Automatische Einrichtung der schrittweisen Projektionslithografie zur Realisierung des

erfindungsgemäßen Verfahrens Fig. 2 Justierraarken im Überdeckungszustand Die automatische Einrichtung, dargestellt in. Fig« 1, besteht aus einem Beleuchtungssystem 1, einer Schablone 2, aus Strahlenteilern 3»1 und 3·2, einem Projektionsobjektiv 4» einem Substrat 5, fotoelektrischen Mikroskopen 6*1 und 6.2 mit Meßsystemen 6.1.1, 6*1.2, 6.2.1 und 6.2.2, einem Rechner 7 und einem Präzisionspositioniersystem 8.

Das Beleuchtungssystem 1- beleuchtet die Schablone 2, die mittels Projektionsobjektiv 4 auf das. Substrat 5 verklei-

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nert abgebildet wird. Im Strahlengang 9 werden Strukturen der Schablone 2 mit aktinischem Licht auf die mit Potoresist beschichtete Oberfläche des Substrates 5 abgebildet· und so die Belichtung durchgeführt· In den Strahlengängen 10 und 11 erfolgt eine Abbildung von Justiermarken der Schablone 2 über dis Strahlenteiler 3·1 und 3·2 (die auch die Parblängsabweichung des Projektionsobjektivs korrigieren) auf Justiermarken des Substrates 5 mit anaktini-• schem Licht und eine gemeinsame Abbildung von Justiermarken« bild der Schablone 2 und Justierniarken des Substrates 5 über die Strahlenteiler 3·1 und 3·2 in die fotoelektrischen Mikroskope 6.1 und 6.2. Die Justierraarken sind für beide Strahlengänge 10 und 11 gleich und als Doppelmarke (für die x- und y-Koordinate) ausgelegt (s.Pig.2). Die Strahlenteiler 3·1 und 3·2 sind in den Koordinaten χ und y beweglich, so daß die Justiermarkenlage im benachbarten Strukturfeld oder in dessen Nähe angeordnet werden kann·

In den fotoelektrischen Mikroskopen 6.1 und 6*2 werden die Justiermarkenbilder (s.Pig. 2) auf die Meßsysteme 6.1»1 und 6.2.1, die die χ-Richtung und auf Meßsysteme 6.1.2 und 6.2.2, die die y-Richtung erfassen, abgebildet· Jedes der Meßsysteme 6,1.1, 6,1.2, 6·2.1 und 6.2·2 ist gleichgestaltet und als dynamisches Meßsystem mit einem bewegten Spalt ausgeführt, so daß die Lageabweichung der Justieraarken von Schablone 2 und Substrat 5 zueinander durch Aufnahme der ortsabhängigen Potometerk.urve und nachfolgender korrelativer Analyse in bekannter Weise durch den Rechner 7 erfaßt wird. Damit ist die genaue Bestimmung der Kantenlage der Justiermarkenbilder und der Abweichung vom überdeckungszustand unabhängig von den durch die Technologie bedingten Schwankungen der Reflexionsver- hältnisae auf dem Substrat 5 gegeben. Die so von den Meßsystemen. 6.1,1 , 6.1.2, 6,2.1, 6.2.2 gewonnenen Ergebnisse werden vom R_echner 7 zu Korrekturbefehlen verarbeitet, die an das Präzisionspositioniersystem 8 gegeben werden, das

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die entsprechende Bewegung des Substrates in den Ortskoordinaten χ und y sowie der Winkelkoordinate' V ausführt·

In Pig« 2 sind die Bilder der Justiermarken 12 (Fenster) der Schablone 2 und 13 (Flächenmarke) des Substrates 5 für die x-Koordinate und der Justiermarken 15 der Schablone 2 und 16 des Substrates 5 für die y-Koordinate im Überdeckungszustand dargestellt, der durch gleiche Abstände der die Karken begrenzenden Kanten (gleiche Breite der Flächen 17 und 18 zueinander) gegeben ist· xTachfolgend wird das erfindungsgemäße.Verfahren erläutert· •Zunächst ist eine Vorausrichtung von Schablone 2 und Substrat 5 nach in Pig«, 1 nicht dargestellten mechanischen Anschlägen in der Art notwendig, daß die Bilder der Justiersarken 12₉ 13 und 15₅ 16 der ersten Position (Chip) auf dem Substrat 5 im Meßbereich 14 (Pig· 2) der fotoelektrischen Mikroskope 6*1 und 6_e2 liegen· Der anschließend auszuführende Justierschritt zur Überdeckung der Justiermarken 12, 13 und 15, 16 von Schablone 2 und Substrat 5 wird so ausgeführt, daß die Abweichung in Ort x, y und Winkel Ψ aus den Meßergebnissen x.f y.. und yp gewonnen und nachfolgend die erste Position (Chip) kor» rigiert wird* Danach erfolgt die Belichtung des ersten Chips bei gleichzeitiger Messung der Abweichung vom Überdeckungszustand für die zweite Position (Chip)« Es folgt die Bewegung in die zweite Position mit anschließender Belichtung, während der r^iederum für den Folgechip die Abweichung vom überdeckungszustand gemessen wird und die erforderliche Korrektur bei der Bewegung des Substrates 5 in die Folgeposition berücksichtigt wird, bis eine Substratzeile vollständig bearbeitet ist· Am ersten Chip der • Folgezeile erfolgt wiederum eine Messung der Abweichung vom überdeckungszustand und eine Koorektur vor der Belichtung, während für alle Folgechips der Bearbeitungsprozeß in der beschriebenen Y/eise fortgesetzt wird· Von Zeile zu Zeile erfolgt ein Wechsel der Bewegungsrichtung des Sub-

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stratea 5· Damit die Justiermarken 13 und 16> die den Ort das Folgechips am besten charakterisieren, jeweils im oder in der llähe des Folgechips liegen, wird bei Zeilenwechsel die Bewertung der für beide Strahlengänge 10 und 11 gleichgeatalteten Justiermarken 12, 13 und 15, 16 hinsichtlich Ort und Winkel vertauscht. So werden in der zweiten Zeile die Meßergebnisse x„> y? ^uni^ ^i weiterverarbeitet, in der dritten Zeile wiederum die Meßergebnisse Xj, J₁ und y₂.

Das Verfahren wird fortgesetzt, bis das gesamte Substrat bearbeitet ist. Es ist nicht an die Anordnungen in Pig. 1 und Pig· 2 gebunden·

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Claims (1)

1. Er f indungs ansp.ru ch t

   1* Verfahren zur Überdeckung zweier Gegenstände, vorzugsweise in der schrittweisen Projektionslithografie, bei dem mittels Lagevergleich von auf Schablone und Substrat befindlichen Justiermarken zunächst eine Posi-

   . tionierung und danach eine Belichtung durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Lageabweichung vom Überdeckungszustand der auf Schablone und Substrat befindlichen Justiermarken zueinander in mindestens einer Koordinate während der Belichtung eines Chips für mindestens einen nachfolgenden Chip gemessen wird und die zur Herstellung des Überdeckungszustandes erforderliche Korrektur bei der Bewegung des Substrates in die Position des Folgechips berücksichtigt wird· . 2«. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertung der Justiermarken bezüglich Ort- und Winkelabweichung vom überdeckungszustand in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung des Substrates erfolgte

   3» Verfahren nach Punkt 2_r dadurch gekennzeichnet, daß eine Messung und Korrektur des Winkels für mehrere

   Chips gleichzeitig erfolgt« - I ' ·

   28.1.1981

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