DE3510961A1

DE3510961A1 - Justiervorrichtung

Info

Publication number: DE3510961A1
Application number: DE19853510961
Authority: DE
Inventors: Susumu Hachiohji Tokio/Tokyo Goto; Takao Akikawa Tokio/Tokyo Kariya; Masahiko Tokio/Tokyo Okunuki
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1984-03-27
Filing date: 1985-03-26
Publication date: 1985-10-10
Also published as: US4785187A; DE3510961C2; JPS60201626A

Description

ΓΐΕΟΤΚΕ - BüHLING - KlN^E. " OrUPE^: =»_: KSSK^SmSSL

!■Ι Γ* " " O - - - - ----- Dipl.-lng. H Tiedtke I

HELLMANN - URAMS - OTRUIF Dipl.-Chem. G. Buhling

Dipl.-lng. R. Kinne Dipl.-lng. R Grupe Dipl.-lng. B. Pellmann - 3 - Dipl.-lng. K. Grams

3510961 w-ch-aDr. asm»

Bavariaring 4, Postfach 20240C 8000 München 2

Tel.: 0 89-539653 Telex: 5-24845 tipat Telecopier: O 89-537377 cable: Germaniapatent Münche^ Canon Kabushiki Kaisha

26. März 1985

Tokio, Japan DE 4719

Justiervorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Justiervorrichtung und insbesondere auf eine Justiervorrichtung, die in Geräten zur Herstellung von Halbleiterschaltkreisen mit einem Auflösungsvermögen, das die übertragung eines feinen Schemas (Leiterbildes) mit einer minimalen Linienbreite in der Größenordnung von Submikron ermöglicht, zur Anwendung kcrr.nt.

Unter verschiedenen Arten von 3elichtungsgeräten, die als Fertigungsgeräte von Halbleiterschaltkreisen verwendbar sind, haben Röntgenstrahlen-Belichtungsceräie besondere Aufmerksamkeit auf sich gezogen, weil sie in der Lage sind, sehr kleine Leiterbilder mit einer minimalen Linienbreite in der Größenordnung von 0,5/uoder darunter zu übertragen, und weil ihre Durchsätze so hoch veranschlagt werden können, wie das für herkömmliche optische Belichtungsgeräte gilt.

Dresdner Bank (München) Kto. 3939 W4 DeUsche Bank iMG"cHen) Kto 2861060 Pis!sc*ecka—i IMOiC^e^1-I <;o €70-*3-SW

Die Anwendung von Röntgenstrahlen ist auch auf dem Gebiet der Justierung (Ausrichtung) zwischen einer Maske und einem Wafer in üblichen optischen Belichtungsgeräten oder in Röntgenstrahlen-Belichtungsgeräten vorgeschlagen worden. Die Justierung durch Röntgenstrahlen ist jedoch noch nicht praktikabel, und üblicherweise kommt eine Reflexion oder Diffraktion von Licht zur Anwendung. Bei der optischen Justierung hat der zum Justieren verwendete Lichtstrahl einen großen Durchmesser von annähernd 10μ, und die Waferoberfläche weist üblicherweise Unregelmäßigkeiten auf, die eine Streuung oder eine unregelmäßige Lichtreflexion hervorrufen. Aus diesen Gründen ist es schwierig, beständig ein geeignetes Reflexionslicht von Justiermarken zu erhalten, woraus die Schwierigkeit erwächst, eine Ausrichtung mit hoher Genauigkeit in der Größenordnung von 0,01u zu erreichen. Das wiederum führt zu Schwierigkeiten in ganz genau übereinander liegenden Leiterbildern oder Mustern mit einer minimalen Linienbreite in der Größenordnung von Submikrcn.

Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Justiervorrichtung zu schaffen, mit der man in der Lage ist, ein Wafer mit einer Maske, auf der ein feines Leiterbild mit einer minimalen Linienbreite in der Größenordnung von Submikron ausgebildet ist, genau auszurichten.

Ein Ziel der Erfindung ist in einer verbesserten Justiervorrichtung zu sehen, die bei einem Röntgenstrahlen-Belichtungsgerät zum Ausrichten einer Maske unc eines Wafers Anwendung finden kann.

Ein weiteres Ziel liegt in der Schaffung einer verbesserten Justiervorrichtung, die einen Elektronenstahl zum genauen Ausrichten einer Maske und eines Wafers bei der Herstellung von Halbleiterschaltkreisen oder -vorrichtungen verwendet.

Gemäß der Erfindung wird, kurz gesagt, eine Justiervorrichtung geschaffen, die eine Elektronenkanone zum Aussenden eines Elektronenstrahls, eine Ablenkelektrode, die den von der Elektronenkanone ausgesandten Elektronenstrahl in abtastender Weise ablenkt, einen ein Objekt in einer Abtastebene haltenden Träger, eine Bezugsmarke, mit der das Objekt auszurichten ist, und einen Detektor (Fühler) umfaßt, der die von der Bezugsmarke sowie dem Objekt, die durch den abtastenden Elektronenstrahl bestrahlt werden, austretenden Elektronen erfaßt, um die Lage sowohl der Bezugsmarke wie auch des Objekts zu ermitteln. Auf der Grundlage des vom Detektor ermittelten Ergebnisses bezüglich der erfaßten Elektronen wird das Objekt von einer Antriebsquelle verschoben, so daß es genau mit der Bezugsmarke ausgerichtet wird.

Die Aufgabe und deren Lösung sowie weitere Ziele wie euch die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus cer folgenden, auf die Zeichnungen Bezug nehmenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes deutlich. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Justiervorrichtung in einer ersten Ausführungsfcrm gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische perspektivische, teilweise abgebrochene Darstellung einer Justiervorrichtung in einer zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung.

Die in Fig. 1 gezeigte Justiervorrichtung dient dazu, eine Maske M mit einem bzw. auf ein Wafer W bei der Fertigung von Halbleiterschaltelementen auszurichten, und sie unfaßt ein Elektronenmikroskop A für die Maskenjustierung sowie ein weiteres Elektronenmikroskop für die Waferjustierung. Diese Elektronenmikroskope A und B sind zu einer Einheit zusammengefaßt, um das Auftreten jeglichen Lagefehlers in

bezug zueinander auszuschalten. In ihrem Aufbau sind cie beiden Mikroskope A und B einander im wesentlichen gleich.

Jedes der Elektronenmikroskope A und B weist eine Elektronenkanone (Elektronenstrahlerzeuger) 1, die einen Elektronenstrahl 2A bzw. 2B aussendet, eine Kondensorlinse 3, ein Objektiv 4 und eine Ablenkelektrode 5 auf. Der von der Kanone 1 ausgesandte Elektronenstrahl 2A oder 2B wird durch die Kondensorlinse 3 und durch das Objektiv 4 konvergiert sowie durch die Ablenkelektrode 5 in abtastender Weise in der X-Richtung abgelenkt. Mit dieser Anordnung kann ietzr Elektronenstrahl 2A, 23 leicht se fokussiert werden, daß er einen Durchmesser in der Größenordnung von etwa 0,iu hat, was einem Zehntel des Durchmessers des Lichtstrahls bei der optischen Justierung gleich ist oder sogar darunter liegt. Die abtastend abgelenkten Elektronenstrahlen 2A, 2B bestreichen jeweils die Oberflächen der Maske M bzw. des Wafers W, um eine Fehlausrichtung oder relative Lageabweichung zwischen der Maske und dem Wafer festzustellen, worauf noch eingegangen werden wird. Die Maske M besteht aus einerr. Material, das für die Röntgenstrahlen durchlässig, für die Elektronenstrahlen jedoch undurchlässig ist.

It. unteren Teil der Mikroskope £ und 3 ist eine einzige Bezugsplatte 6 fest angebracht, in izr Schlitze (Aperturen) 6a sowie 6b zum Durchtritt der von cen ieicei Kanten 1 ausgesandten Elektronenstrahlen 2A bzw. 23 und Schlitze 7a scwie 7b zum Durchtritt von reflektierten £1 ektrcr.enstranien, was noch erläutert werden wird, ausgebildet sind. Die 5ezugsplatte 6 besteht aus einem Material, des einen niecrigen Wärmedehnungskoeffizienten hat und gegenüber Hitze beständig ist, z.B. aus Quarz (SiOp) oder Invar.

Die Bezugsplatte 6 ist ferner mit Bezugsmarken 8a und 8b versehen, die an den Schlitzen 6a und 6b nahegelegenen Stel-

len ganz genau ausgebildet sind. Die Strecke zwischen den Bezugsmarken 8a und 8b bestimmt einen Bezugsabstand.

An den unteren Teilen der Mikroskope A und B sind jeweils Detektoren (Fühler) 9a und 9b paarweise angeordnet, die die reflektierten Elektronenstrahlen erfassen, und zwar dienen die Fühler 9a zur Erfassung der von der Bezugsmarke 8a sowie der Maske M reflektierten Elektronenstrahlen, während die Fühler 9b die von der Bezugsmarke 8b sowie vom Wafer W reflektierten Elektronenstrahlen erfassen.

Unter Berücksichtigung der Orte der Fühler 9a und 9b, der Abmessungen des verwendeten Wafers W usw. werden die Bezugsmarken 8a und 8b präzis an genauen Stellen an der Bezugsplatte 6 ausgebildet, um somit einen genauen Bezugsabstand festzulegen. Jede der Bezugsmarken 8a, 8b wird aus einem Material gefertigt, das bezüglich des Elektronenstrahls reflektierend ist und eine ausreichende Festigkeit gegen ein auf der wiederholten Einstrahlung des Elektronenstrahls beruhendes Brechen hat, also z.B. Gold oder ähnliches Material .

An der Maske M wird eine Ausricht- oder Justiermarke Ma ausgebildet, und die Maske wird von einer (nicht gezeigten) Spannvorrichtung in zum Wafer W naher Lagebeziehung gehalten. Die Maske M ist aus Gründen einer Chip-für-Chip-Belichtung (die-by-die) des Wafers W horizontal, d.h. in der X- sowie Y-Richtung, bewegbar. Gleicherweise wird am Wafer W eine entsprechende Justiermarke Wa ausgebildet, und das Wafer kann mittels einer es tragenden Waferbühne 11 horizontal, d.h. in der X- und Y-Richtung, bewegt werden.

Im Betrieb tritt jeder von den Elektronenkanonen 1 ausgesandte Elektronenstrahl 2A und 2B durch die Kondensorlinse 3 sowie das Objektiv 4 und wird abtastend von der Ablenk-

elektrode 5 abgelenkt, so daß er die Bezugsmarke 8a (oder 8b) auf der Bezugsplatte 6 und die Justiermarke Ma an der Maske M (oder die Justiermarke Wa am Wafer W) abtastet. Hierbei werden den Ablenkelektroden 5 der Mikroskope A und B zuzuführende Strahlabtastsignale jeweils miteinander synchronisiert.

Während der Elektronenstrahlabtastung treten Reflexionselektronen, die von der Bezugsmarke 8a sowie der Justiermarke Ma der Maske M im Fall des Elektronenmikroskops A kommen, und Reflexionselektronen, die von der Bezugsmarke 8b sowie der Justiermarke Wa des Wafers W im Fall des Elektronenmikroskops B stammen, auf. Diese Reflexionselekironen werden von dem jeweils zugeordneten Fühlerpaar 9a bzw. 9b erfaßt, was zum Ergebnis hat, daß der Abstand zwischen eier Bezugsmarke 8a sowie der Justiermarke Ma und aer Abstand zwischen der Bezugsmarke 8b sowie der Justiermarke W= als eine Funktion der Abtastgeschwindigkeit des Elektronenstrahls ermittelt werden. Da der Bezugsabstend zwischen den Bezugsmarken 8a und 8b bestimmt oder fest ist, kann ei'-e Fehlausrichtung (Richtungsabweichung) zwischen der Maske M und dem Wafer W in der X-Richtung festgestellt werden.

Um die Richtungsabweichung zwischen Maske M und Wafer w in der Y-Richtung sowie Θ-Richtung (Drehrichtung) zu ermitteln, ist jedes der Mikroskope A und B mit einer zusätzlichen (nicht gezeigten) Ablenkelektrode für ein Ablenken des Elektronenstrahls 2A oder 2B in der Y-Richtung in abtastender Weise ausgestattet. Nach Feststellen einer Ricntungsabweichung zwischen Maske und Wafer in der X-, Y- sowie G-Richtung werden entweder die (nicht gezeigte) Maskenbühne oder die Waferbühne 11 oder beide Bühnen in bezug zor Bezugsplatte 6 verschoben, bis eine korrekte Lagebeziehung zur Bezugsplatte 6 besteht. Wenn das erreicht ist, dann sine durcn die Bezugsplatte 6 die Maske M und das Wafer W miteinander in einer vorbestimmten Lagebeziehung justiert.

Anschließend werden Maske M und Wafer W unter Beibehaltung der Relativlagenbeziehung zwischen ihnen zur Belichtungsstation verbracht.

Die Fig. 2 zeigt eine Justiervorrichtung in einer zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung. Um noch höhere Genauigkeiten in der Justierung zu erzielen, wird eine Richtungsabweichung zwischen Maske und Wafer vorzugsweise mit Bezug auf zwei Punkte jeweils für Maske und Wafer, also insgesamt mit Bezug auf vier Punkte für Maske und Wafer, ermittelt.

Im Hinblick hierauf ist die Justiervorrichtung von Fig. 2 mit vier Elektronenmikroskopen ausgestattet, die zu einer Einheit zusammengefaßt und in einem genieinsamen Gehäuse 20 untergebracht sind. Jedes dieser vier Mikroskope hat irr. wesentlichen den gleichen Aufbau wie jedes Mikroskop der Vorrichtung von Fig. 1, so daß die Justiervorrichtung vcn Fig. 2 vier Elektronenstrahlen 2A, 23, 2C und 2D liefert, von denen jeder in der X-Richtung abtastend abgelenkt werden kann.

Die Justiervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform hat eine einzige (nicht gezeigte) Bezugsplatte, die der Bezugsplatte 6 von Fig. 1 ähnlich ist, jedoch vier Schlitze (wie die Schlitze 6a und 6b in Fig. 1) für den jeweiligen Durchgang der Elektronenstrahlen 2A - 2D wie auch vier Schlitze (wie die Schlitze 7a und 7b in Fig. 1) zum Durchtritt der Reflexionselektronen aufweist. Ferner sind auf uer Bezugsplatte vier Bezugsmarken (wie die Bezugsmarken 8a und 8b in Fig. 1) ausgebildet, die genau in exakt rechtwinkliger Beziehung angeordnet sind. Somit wird ein genauer Bezugsabstand in der X-Richtung durch jedes Paar von in dieser Richtung nebeneinander liegenden Bezugsmarken bestimmt, während ein exakter Bezugsabstand in der Y-Richtung durch je-

des Paar von in der Y-Richtung nebeneinander befindlichen Bezugsmarken festgelegt wird.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, sind auf der Maske M zwei Justiermarken Ma-1 und Ma-2 ausgestaltet, die vorzugsweise um einen solchen Abstand auseinander liegen, der genau dem zwischen zwei Bezugsmarken eines jeden in der Y-Richtung nebeneinander liegenden Paars bestimmten Bezugsabstand gleich ist. Andererseits sind auf dem Wafer W Justiermarken Wa-1 und Wa-2 ausgebildet, die in der Y-Richtung nebeneinander liegen und zueinander einen Abstand haben, der dem Abstand zwischen den Justiermarken Ma-1 und Ma-2 auf der Maske gleich ist.

Im Betrieb tastet der Elektronenstrahl 2A eine zugeordnete der vier Bezugsmarken auf der Bezugsplatte und die Justiermarke Ma-2 auf der Maske in der X-Richtung ab. In gleichartiger Weise tastet der Elektronenstrahl 2B eine zugeordnete aus den Bezugsmarken auf der Bezugsplatte wie auch die Justiermarke Wa-2 auf dem Wafer W ab. Der Strahl 2C tastet eine zugeordnete der Bezugsmarken und die Justiermarke Ma-1 auf der Maske M ab. Schließlich tastet der Elektronenstrahl 2D die verbleibende Bezugsmarke sowie die Justiermarke Wa-1 am Wafer ab. All diese Abtastungen erfolgen in der X-Richtung. Die von den vier Bezugsmerken und den vier Jus-tier^iarken reflektierten Elektronen werden jeweils von vier Sätzen von an den unteren Teilen ier vier Mikroskope fest angebrachten Fühlern erfaßt, so daß der Abstand zwischen jecer der Bezugsmarken und einer zugeordneten der Justiermarken in der X-Richtung ermittelt wird. Auf diese Weise kann jegliche Richtungsabweichung zwischen der Maske M und den-, Wafer in der X-, Y- sowie Θ-Richtung ermittelt werden.

Auf der Grundlage der bezüglich der Richtungsabweichung ermittelten Ergebnisse werden die Maske M oder cas Wafer W

BAD ORIGINAL

oder beide relativ zur Bezugsplatte verschoben, bis eine korrekte Lagebeziehung in bezug auf diese Platte erreicht ist, wonach die Maske M und das Wafer W miteinander in einer vorbestimmten Lagebeziehung durch die Bezugsplatte ausgerichtet sind, wie das auch bei o^r vorher beschriebenen Ausführungsform der Fall ist.

Anschließend werden Maske M und Wafer W unter Beibehaltung ihrer gegenseitigen Lagebeziehung zur Belichtungsstation bewegt.

Soweit die Ausrichtung zwischen der Maske M und dem Wafer W in bezug auf einen in der Y-Richtung in Fig. 2 neben dem Leiterbild-Übertragungsbereich, der sich derzeit unter der Maske M in der Stellung von Fig. 2 befindet, liegenden weiteren Leiterbild-Übertragungsbereich betroffen ist, wird das Wafer W in der Y-Richtung mit Bezug zur Maske M sowie zur Bezugsplatte bewegt, worauf die Justierung unter Verwendung der Justiermarken Wa-3 und Wa-4 des Wafers W wie auch der Justiermarken Ma-1 und Ma-2 derselben Maske in einer zur vorher erläuterten Weise gleichartigen Weise cusgeführt wird.

Am Wafer sind noch weitere vier Ausrichtrcarken, von dene,n in Fig. 2 nur eine Marke, nämlich die Merke Wb-4, gezeigt ist, ausgebildet. Diese zusätzlichen Marken werden zurr= Zweck einer Ausrichtung mit Bezug auf ein weiteres Paar von Übertragungsbereichen jeweils verwendet, die in der Y-Richtung nebeneinander und den Leiterbild-Übertragungsbereichen auf der linken Seite -bei Betrachtung von Fig. 2- des Wafers W gegenüber liegen.

Jeder der vier Sätze von Justiermarken auf dem Wafer W, von denen jeder Satz zwei Justiermarken umfaßt, kann am Wafer beispielsweise unter Verwendung einer Maske, die Justiermarken trägt, welche exakt dieselben wie die Justiermarken Ma-1

und Ma-2 sind, ausgebildet werden. Zuerst werden aie beiden Justiermarken dieser Maske jeweils mit zwei entsprechenden Bezugsmarken auf der Bezugsplatte, die in der Y-Richtur.g nebeneinander angeordnet sind, ausgerichtet, worauf die Maske und das Wafer unter Beibehaltung einer festen Legebeziehung zueinander zur Belichtungsstation verbracht werden. Nach der Belichtung sind dann die Masken-Justier~arken auf das Wafer übertragen. In gleichartiger Weise kann am Wäfer ein anderer Satz von Ausrichtmarken ausgebildet werden, indem das Wafer mit der Bezugsplatte mit Hilfe der übertragenen Justiermarken justiert und die Maske in oezug auf c'ie verbleibenden beiden Bezugsmarken, die sich in osr Y-Richtung nebeneinander befinden, ausgerichtet wird. In diesem Fall kann die zwei Justiermarken aufweisende Maske mit einem Leiterbild oder Schaltungsschema versehen werden.

Bei den beschriebenen Ausführungsformen werden die vcn c'en Marken reflektierten Elektronen erfaßt, un irgendeine Ric'ntungsabweichung (Fehlausrichtung) zwischen der Maske unc dem Wafer festzustellen; an Stelle der Reflexionselektrcnen können jedoch auch Sekundärelektronen erfaßt werden. Ferner ist die Bezugsplatte zur Einstellung des Bezugsabstandes nicht immer notwendig, und die Bezugsnarken kennen jeweils an den unteren Teilen üer Elekfcner.-ikrcskcpe in ^er :;~ne der Maske oder des Wafers unmittelbar ejscebilce* wercen.

Darüber hinaus können an Stelle von Eiektrcrerist^ihlen =.;:·*- Ionenstrahlen zur Anwendung kommen.

Gemäß der Erfindung, wie sie bisher offenbart wjrde, wird eine Justierung mit einer Genauigkeit in cer Größenordnung von etwa 0,01u gewährleistet. Ferner können renrere Punkte, die mit einem den Abtastbereich eines Elektrcren-.ikroskcpsystems überschreitenden Abstand zueinander angeordnet sind, erfaßt werden. Aus diesen Gründen ist die erfindungsgemäße

BAD ORIGINAL

Justiervorrichtung wirksam und leistungsfähig bei einem Röntgenstrahlen-Belichtungsgerät od.dgl. für die übertragung eines sehr feinen Schemas (Bildes) anwendbar.

Bei Kenntnis der offenbarten Lehre sind den Fachmann i-'oclcihkeiten für Abwandlungen und Abänderungen an die Hand gegeben, die als in den Rahmen der Erfindung, die nicht auf die beschriebenen Einzelheiten begrenzt ist, fallend anzusehen sind.

AH

- Leerseite -

Claims

Patentansprüche

- durch eine einen Elektronenstrahl (2A, 2B, 2C, 2D) erzeugende Einrichtung (1),

- durch einen ein Objekt (M₁W) haltenden Träger,

- durch eine den erzeugten Elektronenstrail abtastend über die Oberfläche des vcir. Träger gehaltenen Objekts führende Einrichtung (5),

- durch eine Bezucsmarke (8a, 8b),mit der das Objekt auszurichten ist,

- durch eine Elektronen von der Bezugsmarke und vom Objekt erfassende Einrichtung (9a, 9b) und

- durch eine das Objekt auf der Grundlage einer von der erfassenden Einrichtung gelieferten Information verschiebende Einrichtung.
2. Justiervorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine den erzeugten Elektronenstrahl konvergierende Einrichtung (3, 4).

Dresdner Bank (Mönchen) Klo 3939 SU Deutsche Bank (Manchen) Kto 296 '

i*>; iMü'che-· Kto 6TO-«3-8W
3. Justiervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konvergierende Einrichtung eine Kondensorlinse (3) sowie ein Objektiv (4) umfaßt.
4. Justiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Elektronenstrahl abtastend führende Einrichtung eine Ablenkelektrode (5)
umfaßt.
5. Justiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt eine Maske (M) ist.
6. Justiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt ein Wafer (W) ist.