DD245504A1 - ARRANGEMENT FOR POSITIONING A STRUCTURED SUBSTRATE SURFACE - Google Patents

Abstract

Mit der Anordnung zur Positionierung einer strukturierten Substratoberflaeche in die Bildebene eines Projektionsobjektives, insbesondere fuer die foto- oder elektronenlithographische Uebertragung von Strukturen auf Halbleiterbauelemente, soll eine einfache und genau arbeitende Positionieranordnung geschaffen werden, die unabhaengig von den vertikalen Verkippungen der Substratoberflaeche sowie unabhaengig von Intensitaetsunterschieden, die auf Grund der strukturierten Substratoberflaeche entstehen, arbeitet. Aus diesem Grunde war die Wirkung der Strukturen auf der Substratoberflaeche auf die Aenderung des Lichtschwerpunktes eines abzubildenden Markenbildes zu eliminieren, um die Genauigkeit einer Nachfokussierung zu erhoehen. Erfindungsgemaess werden die Marke und der Fotoempfaenger in ihrer Groesse so dimensioniert, dass das Bild der Marke auf die strukturierte Substratoberflaeche in ein Gebiet konstanten Reflexionsgrades, insbesondere in den Ritzgraben bei Wafern, ohne Aenderung der Positionierung in der z-Richtung abbildbar ist. Fig. 1With the arrangement for positioning a structured Substratoberflaeche in the image plane of a projection lens, in particular for the photo or electron lithographic transmission of structures on semiconductor devices, a simple and accurate positioning arrangement is to be created, which is independent of the vertical tilting of the substrate surface and independent of Intensitaetsunterschieden, which arise due to the structured substrate surface works. For this reason, the effect of the structures on the substrate surface was to be eliminated by changing the center of gravity of a mark image to be imaged in order to increase the accuracy of refocusing. According to the invention, the size and size of the mark and the photoreceptor are such that the image of the mark on the structured substrate surface can be imaged in a region of constant reflectance, in particular in the scribing trench in wafers, without changing the positioning in the z-direction. Fig. 1

Description

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Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Positionierung einer strukturierten Substratoberfläche in die Bildebene eines Projektionsobjektives, mit einer eine Marke auf die Substratoberfläche abbildenden ersten Abbildungsoptik und einer die Marke auf eine Empfängeranordnung übertragende zweite Abbildungsoptik, wobei die Empfängeranordnung mit einem die Signale der Empfängeranordnung verarbeitenden und die Nachführung der Anordnung in eine vorgegebene Bildebene ermöglichenden Regelkreis verbunden ist.The invention relates to an arrangement for positioning a structured substrate surface in the image plane of a projection objective, with a first imaging optics imaging a mark on the substrate surface and a second imaging optics transmitting the mark to a receiver arrangement, wherein the receiver arrangement processes the signals of the receiver arrangement and the tracking the arrangement is connected in a predetermined image plane enabling control loop.

Die Erfindung findet insbesondere Anwendung bei der foto- oder elektronenlithographischen Übertragung von Strukturen auf Halbleiterbauelemente.The invention has particular application in the photo or electron lithographic transfer of structures to semiconductor devices.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Anordnungen zur Positionierung von Substratoberflächen in die Bildebene eines Projektionsobjektives, bei denen der Strahlengang außerhalb des Projektionsobjektives verläuft und eine Marke oder ein Lichtfleck auf die Substratoberfläche abgebildet, deren Lage auf eine Empfängeranordnung übertragen und in einer elektronischen Schaltung ausgewertet wird, sind aus der DE-OS 302T612 und DE-OS 2656730 bekannt. In der DE-OS 2656730 dient dabei das Korrektursignal zur Objektivverstellung und in der DE-OS 3021612 zur Lagebestimmung einer Fläche in bezug auf das Linsensystem. Nachteilig bei diesen Systemen ist, daß bei der Übertragung von Strukturen auf die Halbleiterbauelemente Fehler aufgrund von Intensitätsunterschieden innerhalb des Markenbildes, hervorgerufen durch die strukturierte Oberfläche, entstehen. Es sind weiterhin Anordnungen bekannt, die eine Marke am Ort der zweiten Abbildung derart in sich reflektieren, daß sich durch die zweimalige Abbildung am selben Ort der Substratoberfläche Intensitätsunterschiede innerhalb des Markenbildes ausgleichen (DE-OS 3021622). Der Nachteil bei diesen Anordnungen besteht darin, daß durch den geringen Reflexionsgrad und der doppelten Reflexion an der Substratoberfläche und infolge der Multiplikationen der Intensitäten Fehler und ein niedriges, schlecht zu verarbeitendes Signal entsteht. In der DD-PS 159377 wird eine Anordnung zur Positionierung einer Substratoberfläche unter Berücksichtigung der vertikalen Verschiebung und Verkippung des Substrats beschrieben und Fehler, die durch Reflexion entstehen, werden ausgenutzt, um ohne eine optische Abbildung die Substratoberfläche zu positionieren.Arrangements for positioning of substrate surfaces in the image plane of a projection lens, in which the beam path extends outside the projection lens and imaged a mark or a light spot on the substrate surface whose position is transferred to a receiver array and evaluated in an electronic circuit, are known from DE-OS 302T612 and DE-OS 2656730 known. In DE-OS 2656730 serves the correction signal for lens adjustment and in DE-OS 3021612 for determining the position of a surface with respect to the lens system. A disadvantage of these systems is that in the transfer of structures to the semiconductor devices errors due to intensity differences within the brand image, caused by the structured surface arise. Arrangements are further known that reflect a mark at the location of the second image in such a way that compensate for differences in intensity within the brand image by the two-time imaging at the same location of the substrate surface (DE-OS 3021622). The disadvantage with these arrangements is that, due to the low reflectance and the double reflection at the substrate surface and due to the multiplications of the intensities, errors and a low, poorly processed signal are produced. DD-PS 159377 describes an arrangement for positioning a substrate surface taking into account the vertical displacement and tilting of the substrate, and errors resulting from reflection are exploited to position the substrate surface without optical imaging.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, eine einfache und genau arbeitende Anordnung zur Positionierung einer strukturierten Substratoberfläche in die Bildebene eines Projektionsobjektives zu schaffen, die unabhängig von den vertikalen Verkippungen der Substratoberfläche sowie unabhängig von Intensitätsunterschieden, die aufgrund der strukturierten Substratoberfläche entstehen, arbeitet.The aim of the invention is to provide a simple and accurate arrangement for positioning a structured substrate surface in the image plane of a projection lens, which works independently of the vertical tilting of the substrate surface and independent of intensity differences that arise due to the structured substrate surface.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Positionierung einer strukturierten Substratoberfläche in die Bildebene eines Projektionsobjektives so zu gestalten, daß eine vertikale Verschiebung der Substratoberfläche bezüglich einer vorgegebenen Belichtungsebene, die über einen Regelkreis ausgeregelt und dessen Signale zur Nachfokussierung in die Bildebene eines Projektionsobjektives oder eines Elektronenstrahles auf die Substratoberfläche verwendet werden, so durchgeführt wird, daß die Wirkungen der Strukturen auf der Substratoberfläche auf die Änderung des Lichtschwerpunktes eines abgebildeten Markenbildes eleminiert werden, um die Genauigkeit einer Nachfokussierung zu erhöhen. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die abzubildende Marke und ein Fotoempfänger in ihrer Größe so dimensioniert sind, daß das Bild der Marke auf der strukturierten Substratoberfläche in ein Gebiet konstanten Reflexionsgrades,The invention has for its object to make an arrangement for positioning a structured substrate surface in the image plane of a projection lens so that a vertical displacement of the substrate surface with respect to a given exposure plane, regulated via a loop and its signals for refocusing in the image plane of a projection lens or of an electron beam are used on the substrate surface is performed so that the effects of the structures on the substrate surface are eliminated on the change of the light center of a pictured brand image to increase the accuracy of Nachfokussierung. According to the invention, this object is achieved in that the mark to be imaged and a photoreceiver are dimensioned in size so that the image of the mark on the structured substrate surface in a region of constant reflectance,

insbesondere in den Ritzgraben bei Wafern ohne Änderung der Positionierung in der z-Richtung abbildbar ist. Durch die Erfindung ist es möglich, ein einfache, aber sehr genaue Positionierung einer strukturierten Substratoberfläche zu erhalten, durch Eleminierung der Auswirkungen von Reflexionsunterschieden des Substrates infolge vorhandener Oberflächenstrukturen.especially in the scribing trench in wafers without changing the positioning in the z-direction is mapped. By means of the invention it is possible to obtain a simple but very accurate positioning of a structured substrate surface by eliminating the effects of reflection differences of the substrate as a result of existing surface structures.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Es zeigen:The invention will be explained below with reference to an exemplary embodiment. Show it:

Fig. 1: eine Anordnung zur Positionierung von Substratoberflächen für eine fotolithographische Übertragung Fig. 2: eine Anordnung zur Positionierung von Substrafoberflächenfür eine elektronenlithographische ÜbertragungFig. 1: an arrangement for positioning of substrate surfaces for a photolithographic transmission Fig. 2: an arrangement for positioning of substrate surfaces for an electron lithographic transmission

In Fig. 1 und 2 beleuchtet eine Lichtquelle 1 eine Marke 2, die über eine erste Abbildungsoptik 3 auf eine strukturierte Substratoberfläche 4 abgebildet und über eine zweite Abbildungsoptik 5 auf einen Fotoempfänger 6 übertragen wird, wobei das erhaltene Signal in einem an sich bekannten, nicht näher dargestellten Regelkreis 7 im Null-Abgleichsverfahren verarbeitet wird. Ein nachgeordnetes Stellsystem 8 regelt die Nachfokussierung der Substratoberfläche 4 in eine vorgegebene Bildebene, wie in Fig. 1 in die Bildebene eines Projektionsobjektives 9, oder wie in Fig. 2 die Nachfokussierung eines Elektronenstrahles 11 auf die strukturierte Substratoberfläche 4. Aufgrund der zweimaligen Abildung der Marke 2 bleibt eine Verkippung der Substratoberfläche 4 ohne Einfluß auf die Fokussierung. Der ortsanflösende Fotoempfänger 6 besteht dabei vorzugsweise aus zwei lichtempfindlichen Flächen, die durch einen Steg getrennt sind und je eine Anode und eine gemeinsame Kathode besitzen. Dadurch ist der Fotoempfänger 6 in der Lage, neben der Intensität einer Marke 2 auch eine Ortsveränderung dieser Marke 2 in einer Richtung senkrecht zum Trennsteg zu erkennen, da sich dabei die Anteile, die beide lichtempfindliche Flächen zum Gesamtsignal liefern, verändern. Befindet sich die zu fokussierende Substratoberfläche 4 in der Bildebene des Projektionsobjektives 9, dann sind die Marke 2 und der Fotoempfänger 6 so justiert, daß die Signale beider lichtempfindlichen Flächen einen gleichgroßen Anteil am Gesamtsignal liefern und in einer entsprechenden Differenzschaltung den Wert Null erzeugen. Wandert die Bildebene des Projektionsobjektivs 9 weg und liefert damit ein Differenzsignal von Null verschieden, so istdas Differenzsignal ein Maßfürden Abstand der Marke 2 zur Bildebene des Projektionsobjektivs 9 und wird als Regelsignal zur Einstellung der geforderten Höhe der Oberfläche verwendet. Ändert sich über die Größe des Markenbildes 2 auf der zu fokussierenden strukturierten Substratoberfläche 4 der Reflexionsgrad, so kann die Regelung der Nachfokussierung verfälscht werden, da dann im Sollzustand das Markenbild 2 auf beiden Flächen des Fotoempfängers 6 gleichgroße Flächen bedeckt und infolge des Reflexionsgradienten das Signal von beiden Flächen unterschiedlich ist, erfolgt eine weitere Verschiebung der Substratoberfläche 4 entsprechend den Forderungen des Nullabgleiches in die Richtung, die bewirkt, daß das Markenbild 2 auf der Fläche, die einen geringeren Anteil zum Signal liefert, größer wird und den Beitrag zum Gesamtsignal vergrößert. Im Maximalfall kann dadurch das Markenbild 2 auf der Seite, die den höheren Reflexionsgradienten besitzt, fast gegen Null (in der Größe der bedeckten Fläche) verschoben werden, ehe ein Nullabgleich erreicht ist. Der dadurch entstandene Fehler wird durch die Ausdehnung des Markenbildes 2 auf der lichtempfindlichen Fläche 4 in Richtung senkrecht zur Bildebene des Projektionsobjektives 9 charakterisiert. Durch die Dimensionierung der Marke 2 oder einer Abdeckmaske auf dem Fotoempfänger 6 kann die Breite des Markenbildes 2 so minimiert werden, daß der Fehler in der geforderten Meßgenauigkeit liegt.In FIGS. 1 and 2, a light source 1 illuminates a mark 2, which is imaged on a structured substrate surface 4 via a first imaging optic 3 and transmitted to a photoreceiver 6 via a second imaging optic 5, the signal obtained not being known per se Closer circuit 7 is processed in the zero-balance method. A downstream adjusting system 8 regulates the refocusing of the substrate surface 4 in a predetermined image plane, as in Fig. 1 in the image plane of a projection lens 9, or as in Fig. 2, the refocusing of an electron beam 11 on the structured substrate surface 4. Due to the two-fold Abbildung the mark 2 remains a tilt of the substrate surface 4 without influence on the focus. The locating photosensitive receiver 6 preferably consists of two photosensitive surfaces, which are separated by a web and each have an anode and a common cathode. As a result, the photoreceiver 6 is able to detect, in addition to the intensity of a mark 2, a change in the location of this mark 2 in a direction perpendicular to the divider, since the proportions which supply both photosensitive surfaces to the overall signal change. If the substrate surface 4 to be focused is in the image plane of the projection objective 9, then the mark 2 and the photoreceiver 6 are adjusted so that the signals of both photosensitive surfaces produce an equal proportion of the total signal and produce the value zero in a corresponding differential circuit. If the image plane of the projection lens 9 moves away and thus delivers a difference signal different from zero, then the difference signal is a measure of the distance of the mark 2 to the image plane of the projection lens 9 and is used as a control signal for setting the required height of the surface. If the reflectance changes over the size of the mark pattern 2 on the structured substrate surface 4 to be focussed, then the regulation of the refocusing can be falsified, since then the mark image 2 covers surfaces of equal size on both surfaces of the photoreceiver 6 and, as a result of the reflection gradient, the signal from If the two surfaces are different, there is a further shift of the substrate surface 4 in accordance with the requirements of the zero balance in the direction that causes the brand image 2 on the surface, which provides a lesser proportion to the signal, and increases the contribution to the overall signal. In the maximum case, the mark image 2 on the side which has the higher reflection gradient can thereby be displaced almost to zero (in the size of the covered area), before a zero balance is achieved. The resulting error is characterized by the extent of the brand image 2 on the photosensitive surface 4 in the direction perpendicular to the image plane of the projection lens 9. By dimensioning the brand 2 or a mask on the photoreceptor 6, the width of the brand image 2 can be minimized so that the error is in the required accuracy.

Für die Elektronenstrahllithographie ist die Anordnung zur Positionierung der Substratoberfläche im Hochvakuum angeordnet. Deshalb können Schwankungen des äußeren Luftdruckes zu Durchbiegungen der gesamten Positionieranordnung und damit zu Fehlern führen. Durch zusätzliche Verstellelemente kann eine Winkelkorrektur der ersten und zweiten Abbildungsoptik (3, 5) vorgenommen werden.For electron beam lithography, the arrangement for positioning the substrate surface is arranged in a high vacuum. Therefore, fluctuations in the external air pressure can lead to deflections of the entire positioning arrangement and thus to errors. By additional adjusting an angle correction of the first and second imaging optics (3, 5) can be made.

Claims (2)

Patentanspruch:Claim: 1. Anordnung zur Positionierung einer strukturierten Substratoberfläche in die Bildebene eines Projektionsobjektivs, mit einer eine Marke auf die strukturierte Oberfläche abbildenden ersten Abbildungsoptik und einer die Marke auf eine Empfängeranordnung übertragenden zweiten Abbildungsoptik, wobei die Empfängeranordnung mit einem die Signale der Empfängeranordnung verarbeitenden und die Nachführung der Anordnung in eine vorgegebene Bildebene ermöglichenden Regelkreis verbunden ist, gekennzeichnet dadurch, daß die Marke und ein Fotoempfänger so dimensioniert sind, daß das Bild der Marke auf die strukturierte Substratoberfläche in ein Gebiet konstanten Reflexionsgrades, insbesondere in den Ritzgraben bei Wafern, ohne Änderung der Positionierung in der z-Richtung abbildbar ist.An arrangement for positioning a structured substrate surface in the image plane of a projection lens, with a first imaging optics imposing a mark on the structured surface and a second imaging optics transmitting the mark to a receiver arrangement, wherein the receiver arrangement processes the signals of the receiver arrangement and the tracking of the second imaging optics Arrangement is connected to a predetermined image plane enabling control loop, characterized in that the mark and a photoreceiver are dimensioned so that the image of the mark on the patterned substrate surface in a region of constant reflectance, especially in the Ritzgraben at wafers, without changing the positioning in the z-direction is mapped. 2. Anordnung zur Positionierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Marke und der Fotoempfänger in der Größe dimensioniert sind.2. Arrangement for positioning according to claim 1, characterized in that the mark and the photoreceiver are dimensioned in size.