DE2726173C2

DE2726173C2 - Verfahren und Schaltung zur automatischen Positionierung eines Werkstückes relativ zu einem Abtastfeld bzw. zu einer Maske, sowie Verwendung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2726173C2
Application number: DE2726173A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dipl.-Ing. Frosien; Helmut Ing.(grad.) 1000 Berlin Reschke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-06-08
Filing date: 1977-06-08
Publication date: 1982-05-27
Also published as: JPS605221B2; NL7805320A; FR2394115B1; US4219719A; DE2726173A1; JPS544574A; FR2394115A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Positionierung eines mit mindestens einer Marke versehenen Werkstückes, insbesondere eines in einem Korpuskularstrahlgerät zu bearbeitendes Wafers für integrierte Schaltkreise, relativ zu einem Abtastfeld oder zu einer Maske, bei der ein Abtaststrahl das auszurichtende Werkstück entlang einer Zeile abtastet (line scan) und ein der Position der Marke entsprechendes Signal erzeugt wird, das eine Einrichtung steuert, die daraus ein zur Abweichung der Markenlage von einer Sollage proportionales Regelsignal erzeugt, das zur Ansteuerung einer Einrichtung zur Lagekorrektur des Werkstückes relativ zum Abtastfeld bzw. zur Maske dient, und bei dem das Werkstück mit dem Abtaststrahl nacheinander in entgegengesetzten Richtungen mit gleicher Geschwindigkeit abgetastet wird (Hin- und Rücklauf).

Bei der korpuskellithographischen Herstellung von Strukturen auf halbleitenden Werkstücken (Wafern) ist es notwendig, das Werkstück relativ zum strukturerzeugenden Korpuskularstrahl oder relativ zu einer Maske auszurichten. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn in Mehrlagenprozessen die einzelnen Sirukmrdetails paßgerecht aufeinandergelegt werden müssen. Mit fortschreitender Miniaturisien.mg der Strukturen wachsen die Anforderungen an die Positioniergenauigkcii. Für einen weitgehend maschinell ablaufenden Fertigungsvorgang sind daher automatische Positionierverfahren besonders interessant.

Es ist bereits ein automatisches Positionierverfahren bekannt, bei dem ein mit Marken versehenes Werkstück mit einem fokussierten Elektronenstrahl entlang einzelner Zeilen abgetastet wird (US-PS 36 44 700). Ein durch die Wechselwirkung des Elektronenstrahls mit der Werkstücksoberfläche entstehendes Signal, z. B. Sekundärelektronen, wird registriert und in einer Signalbecinflussungselektronik, z. B. einem Schwellwertdiskriminator, in ein für die weitere Verarbeitung geeignetes Positioniersignal umgewandelt. Durch die eindeutige Zuordnung zwischen dem Positioniersignal und der Ortskoordinate der Marke auf dem Werkstück über die Ablenkparameter des Elektronenstrahls (ζ. Β. Ablenkspannung oder Ablenkstrom) wird mittels eines Rechners die Lage der Marke auf der abgetasteten Zeile ermittelt. Durch Vergleich mit einer Sollage liefert der Rechner ein zur Abweichung von dieser Sollage proportionales Regelsignal. Dieses Regelsignal dient dann zur Ansteuerung entsprechender Korrekturelemente, beispielsweise ehes zusatzlichen Ablenksystems.

Es ist auch ein automatisches Positionierverfahren der eingangs genannten Art bekannt. (JEEE Transaction on Electron Devices, Bd. ED-17, 1970, Nr. 6, Seiten 450--457.) Dabei erfolgt die Abtastung des Werkstücks mit dem Abtaststrahl nacheinander in entgegengesetzten Richtungen mit gleicher Geschwindigkeit in äquidistanten Schritten und die Schrittzahl bis zum Erreichen der Marke wird durch einen Zähler gezählt. Wiederum wird durch Vergleich mit einem Sollwert in einem Rechner die Lageabweichung ermittelt. Durch arithmetische Mittelwertbildung der Werte der Markenlage von Hin- und Rücklauf wird die in einer Signalverarbeitungselektronik verursachte Phasenschiebung beseitigt. Der Abstand der Marke wird bei diesem Verfahren stets nur von einem Bezugspunkt gemessen. Die unterschiedliche Lage der Markensignale beim Hin- und Rücklauf hängt lediglich von der Phasenschiebung ab, nicht jedoch von der Abweichung der Markenlage von der Sollage.

Beide Verfahren erfordern einen erheblichen elektronischen Aufwaid, da die Regelgröße von einem Rechner bestimmt werden muß. Außerdem steht das Regelsignal nicht sofort nach einem Durchlauf des abtastenden Elektionenstrahls, sondern erst nach Abschluß der rechnerischen Ermittlung zur Verfügung.

In einem weiteren bekannten automatischen Positionierverfahren wird eine quadratische Marke mil finer feinen Elektronenstra.ilsonde auf einer sinusförmigen Bahn abgetastet (US-PS 35 19 788). Die Bahn wird dabei so gelegt, daß die Sonde die Marke sowohl auf der positiven als auch auf der negativen Halbwelle verläßt. Durch unterschiedliche Sekundärelektronenausbeutc auf der Marke und auf dem übrigen Werkstück, hervorgerufen durch unterschiedliche Materialien, wird erreicht, daß im Posilioniersigna! ein deutlicher Signalsprung zwischen Orten auf der Marke und in ihrer Umgebung auftritt. Während eines Durchlaufs einer Sinuswelle entstehen so zwei Signalsprüngc, die zu den Gebieten gehören, in denen der Elektronenstrahl die quadratische Marke verläßt. Die Breiten der Signalsprüngc während der positiven und der negativen Halbwelle sind ein Maß für den Positionierzustand der Marke in P.elation zum Abtastfeld. Nur bei ausgerichteter Marke sind beide Signalsprüngc gleich groß. Zur Automatisierung dieses Verfahrens werden die während der beiden Halbwellen erzeugten Signale einem Differenzverstärker zugeführt, in welchem deren gleichgerichtete Werte subtrahiert werden. Die so gewonnene Gleichspannung dient als Regelsignal, mit dem ein Mittenabgleich der Marke erfolgen kann.

Dieses Verfahren ist zwar vom elektronischen Aufwand her.einfacher als die vorher beschriebenen: es ist jedoch sehr störempfindlich. Da das Regelsignal praktisch durch Integration des Positioniersignals gewonnen wird, wirken sich Schwankungen in diesem Signal, wie sie z. B. durch Verunreinigungen auf dem Werkstück oder auf der Marke oder aber auch durch Strahlstromschwankungen der abtastenden Elektronenstrahlsonde hervorgerufen werden, sehr stark aus. Jede Abweichung des Positioniersignals vom Idealsignal liefert einen Beitrag zum Regelsignal und bewirkt daher eine Fehlpositionierung.

Weiterhin besteht bei diesem Verfahren wegen der sinusförmigen Markenabtastung kein linearer Zusammenhang zwischen dem Regelsignal und der Depositionierung. Daher sind für eine zur Ausbreitungsrichtung der abtastenden Elektronenstrahlsonde senkrechte

Ausrichtung der Marke auf die Rasterbereichsmitte, die Sollage, mehrere Durchlaufe erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem eingangs beschriebenen Verfahren zur automatischen Positionierung des Werkstückes mit geringem elektronischen Aufwand ein Regelsignal zu erzeugen, das unmittelbar nach jedem Abtastdurchlauf und in linearem Zusammenhang mit der Depositionierung zur Verfügung steht und das darüber hinaus unempfindlich gegen Intensitätsschwankungen des Positioniersignals ist.

Eine erste Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß entweder während des Hinlaufs vom Beginn der Zeile bis zum Erreichen der Marke eine positive Referenzgleichspannung und während des Rücklaufs vorn Cnde der Zeile bis zürn Erreichen der Marke eine negative Referenzspannung gleichen Betrages oder während des Hinlaufs vom Erreichen der Marke bis zum Ende der Zeile eine positive Referenzgleichspannung und während des Rücklaufs vom Erreichen der Marke bis zum Anfang der Zeile eine negative Referenzgleichspannung gleichen Betrages auf einen Integrator geschaltet wird, und daß nach einem vollen Hin-und Rücklauf des Abtaststrahls das Ausgangssignal des Integrators als Regelsignal zur Lagekorrektur verwendet wird.

Bei diesem Verfahren ist die korrekle Markenlage die Mitte der abgetasteten Zeile. Dabei ist es klar, daß die Marke und auch die Zeile, entlang der abgetastet wird, sich keineswegs auch in der Mitte des Werkstückes befinden müssen. Vielmehr wird man die Marke in einen Randbereich des Werkstückes verlegen, der nicht für die eigentliche Herstellung der elektronischen Bauelemente benötigt wird. Für die Positionierung wird man dann durch eine zusätzliche konstante Erregung des Ablenksystems den Korpuskularstrahl in den Bereich der Marke auslenken. Anschließend wird der Korpuskularstrahl entlang einer Zeile in beiden Richtungen mit konstanter gleicher Geschwindigkeit über die Marke geführt. Die Länge der Zeile kann dabei sehr viel kleiner sein als beispielsweise die Ausdehnung des Abtastfeldes bei einem Korpuskulai strahlschreiber in gleicher Richtung.

Die grundlegende Idee des Verfahrens ist eine Abstandsmessung zwischen der Marke und den beiden Enden der abgetasteten Zeile. Bei exakter Ausrichtung der Marke sind diese beiden Abstände gleich. Bei einer Depositionierung der Marke ist die Differenz der beiden Abstände gleich dem doppelten Betrag des Abstandes der Marke von ihrer Sollage. Zur Verdeutlichung zeigen die Fig. la und Ib den zeitlichen Verlauf des Abtaststrahl und den dazugehörenden Pos>tionipr<;ignalverlauf. In F i g. 1 a ist dabei mit 1 ein Bereich auf dem Werkstück bezeichnet, der eine Marke 2 enthält und dessen Breite gleich der Länge der Zeile ist auf der der abtastende Korpuskularstrahl die Marke überstreicht. Die Marke liegt um die Strecke ό rechts neben der durch die strichpunktierte Linie 4 angedeuteten Mitte des Bereiches 1. Der Abtaststrahl 3 startet in diesem Beispiel zur Zeit ii am linken Rand des Bereiches 1, überstreicht diesen Bereich bis zur Zeit f2 und kehrt bis zur Zeit f3 auf gleichem Wege wieder zu seinem Ausgangspunkt zurück. In F i g. 1 a sind der Hin- und der Rückweg der besseren Übersichtlichkeit halber untereinandergezeichnet. Ausgehend von diesem Prinzip des gleichmäßigen Hin- und Herführens des abtastenden Korpuslcularstrahls und einer Auftragung des dabei entstehenden Positioniersignals in nur einer Richtung

ergibt sich ein Signalverlauf, wie er in Fig. Ib dargestellt ist. Eine Marke, die sich in der rechten Hälfte de^r Zeile befindet, erscheint während des Hinlaufs ebenfalls rechts von der Mitte der zeitlichen Darstellung des Positioniersignals. Während des Rücklaufs haben sich die Verhältnisse umgekehrt. Die Marke liegt nun links von der Mitte. Die Abstandsdifferenz 20 vom Start bis zu einem Punkt des Markensignals zwischen Hin- und Rücklauf oder, was dem äquivalent ist, die Zeitdifferenz vom Start bis zum Erreichen dieses Punktes zwischen Hin- und Rücklauf ist das Maß für den Positionierzustand der Marke bezüglich der abgetasteten Zeile. Die eigentliche Abstands- bzw. Zeildifferenzmessung erfolgt über die Integration einer konstanten Referenzspannung. Die Integration beginnt am Anfang der abzutastenden Zeile und endet mit dem Erreichen der Marke. Der so gewonnene Integrationsweit wird dann während des weiteren Hinlaufs gehalten. Beim Rücklauf wird vom Ende der Zeile bis zum Erreichen der Marke die negative Referenzspannung gleichen Betrages integriert. Der erreichte Integrationswert wird bis zum Ende des Durchlaufs gespeichert. Er ist mit Vorzeichen ein Maß für die Abweichung der Marke von der Zeilenmitte und kann direkt als Regelsignal verwendet werden. Das Regelsignal ist eine lineare Funktion der Depositionierung.

Durch die Verwendung einer konstanten Referenzspannung zur Erzeugung des Regelsignals wirken sich Störungen des Positioniersignals im Unterschied zu dem bekannten Verfahren aus der US-PS 35 19 788 nicht weiter aus.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß aus dem Markensignal ein rechteckiges Posi'ioniersignal erzeugt wird, dessen Breite von der Einstellung einer Triggerschwelle abhängt, und daß das Erreichen der Marke durch die Flanken des rechteckigen Positioniersignals angezeigt wird. In diesem Falle wird zur Beendigung der Integration nur der Markenrand, der durch einen Sprung des geformten Posilioniersignals angezeigt wird, verwendet, wodurch die Störbeeinflussung des Regelsignais durch das Positioniersignal noch weiter herabgesetzt wird. Anhand von Zeitdiagrammen entsprechend den F i g. 2a bis 2f werden die Möglichkeiten des Verfahrens noch einmal näher erläutert. Dabei zeigt Fi g. 2a für einen Hin- und Rücklauf das Positioniersignal, wie es bei einer Marke entsprechend der F i g. 1 erhalten wird. Die Glockenform des Positioniersignals im Bereich der Marke ist darauf zurückzuführen, daß der Abtaststrahl, also die Sonde, nicht punktförmig, sondern flächenhaft ausgebildet ist. Die gestrichelte Linie 6 stellt die einstellbare Triggerschwelle dar, deren Schnittpunkte mit den Markensignalen die Sprungpunkte für das geformte rechteckige Positioniersignal bilden, wie es in der darunterliegenden F i g. 2b dargestellt ist Die Fig.2c bis 2f zeigen vier unterschiedliche Abstands- bzw. Zeitdifferenzmessungen. Bei der F i g. 2c beginnt die Integration mit dem Start des Hinlaufs des Abtastsirahls am Anfang der Zeile und endet mit dem Erreichen der ansteigenden Flanke des geformten Positioniersignals. Bei der F i g. 2d endet die Integration beim Erreichen der abfallenden Flanke des geformten Positioniersignals. Diese Integrationswerte werden dann während des weiteren Hinlaufs gehalten. Beim Beginn des Rücklaufs, d. h. also am Ende der Zeile, wird die Integration der negativen Referenzspannung gleichen Betrages wiederum bis zum Erreichen der ansteigenden Flanke (Fig.2c) oder der abfallenden

Flanke (Fig. 2d) des geformten Positioniersignals fortgesetzt. Der insgesamt erreichte Integrationswert wird bis zum Ende des Durehlaufs gespeichert und kann anschließend direkt als Regelsignal verwendet werden.

Ebenso ist auch denkbar, daß die Integration an einer Flanke des geformten Positinniersignals gestartet wird und am Ende des Hin- bzw. Rücklaufs beendet wird, wie es in den F i g. 2e und 2f dargestellt ist.

Um die Störunempfindlichkeit des Regelsignals von Schwankungen des Positioniersignals, die beispielsweise durch Stromschwankungen oder Drifterscheinungen hervorgerufen werden können, zu steigern, kann man bei der soeben erläuterten Ausführungsform des Verfahrens vorsehen, daß die Triggerschwelle als Bruchteil des Maximums des Markensignals festgelegt und in jedem Strahldurchlauf für den nachfolgenden Durchlauf neu bestimmt wird. Dies kann z. B. durch die Verwendung eines Spitzenwertdelektors geschehen. Während eines ersten Durehlaufs wird das Maximum des Posilioniersignals bestimmt und die Triggerschwelle auf einen festen Bruchteil des Maximums eingestellt. Alle folgenden Durchläufe beziehen ihre Triggerschwelle dann auf den vorhergehenden Durchlauf.

Wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art das Werkstück mit dem Abtaststrahl nacheinander in entgegengesetzten Richtungen in äquidistanten Schritten (digital) abgetastet und werden die Abtastschritte durch einen Zähler gezählt, so kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe nach demselben Grundgedanken auch dadurch gelöst werden, daß jeweils entweder am Anfang und Ende der Zeile ein Vorwärts-Rückwärts-Zähler gestartet wird, der die Abtastschriue bis zum Erreichen der Marke während des Hinlaufs hoch- und während des Rücklaufs herunterzählt oder beim Erreichen der Marke ein Vorwärts-Rückwärts-Zähler gestartet wird, der die Abtastschritte bis zum Ende der Zeile während des Hinlaufs hoch- und bis zum Anfang der Zeile während des Rücklaufs herunterzählt, und daß der Endwert des Zählers nach einem vollen Hin- und Rücklauf über einen Digital-Analog-Wandler als Regelsigna! zur Lagekorrektur verwendet wird.

In diesem Verfahren erfolgt die Ablenkung des abtastenden Korpuskularstrahls durch ein drcicckförmiges Stufensignal, so daß der Korpuskularstrahl in äquidistanten Schritten über das Werkstück geführt wird. Jeweils bei Beginn des Hin- und des Rücklaufs wird ein Zähler gestartet, der die Schritte bis zum Erreichen der Marke zählt. Die Differenz der beiden Schnttzahlen für den Hin- bzw. den Rücklauf gibt die doppelte Abweichung der Marke von der Zeilenmitte, also der Sollage, an. Ein Vorwärts-Rückwärts-Zähler. der während des Hinlaufs hoch- und während des Rücklaufs herunterzählt, liefert als Endwert direkt die Differenz der beiden Schnttzahlen und damit das Regelsignal, das über einen Digital-Analog-Wandler auf ein Korrektursystem gegeben werden kann.

Eine vorteilhafte Schaltung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der ersten Lösung, besteht aus einem Dreieckgenerator, der ein Ablenksystem für die Auslenkung des Abtaststrahls und einen Rechteckgenerator steuert, zwei Gleichspannungsquellen gleichen Betrages, aber entgegengesetzter Polarität, die von dem Rechteckgenerator über zwei Schalter gesteuert auf einen Integrator schaltbar sind, zwei himereinandergeschalteten monostabilen Kippstufen, die ebenfalls von dem Rechteckgenerator gesteuert nach jedem Strahldurchlauf (Hin- und Rücklauf) nacheinander kurzzeitig zwei weitere Schalter schließen, wodurch zunächst der Integratorausgang auf einen speichernden Regler zur Lagekorrektur geschaltet ist und anschließend der Integrator kurzgeschlossen und der Dreicckgeneraior zu einem neuen Durchlauf gestartet wird, sowie einem Detektor zur Registrierung des Markensignals, das über Vorverstärker und einen Komparator mit über eine Vergleichsspannung und einen Spannungsteiler einstellbarer Triggerschwelle in ein Signal zur weiteren Steuerung der bistabilen Kippstufen umgeformt wird.

Eine weitere vorteilhafte Schaltung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der zweitgenannten Lösung besteht aus einem Digital-Generator, der einerseits über einen Digital-Analog-Wandler ein Ablenksystem für die schrittweise Auslenkung des Abtaststrahls und andererseits einen Rechteckgenerator steuert, einem Vorwärts-Rückwärts-Zähler zum Zählen der Abtastschritte, dessen Zählrichtung und Zählbeginn durch den Rechteckgenerator gesteuert werden, einem Steuerglied, das nach jedem vollen Hin- und Rücklauf für kurze Zeil einen Schalter schließt, wodurch der Zählerendwert auf einen speichernden Regler zur Lagekorrektur über einen Digiial-Analog-Wandlet geschaltet ist, und das nach dieser Zeit den Zähler auf Null zurücksetzt und den Digital-Generator für einen neuen Durchlauf startet, sowie einem Detektor zur Registrierung des Markensignals, das über Vorverstärker und einen Komparator mit über eine Vergleichsspannung und einen Spannungsteiler einstellbarer Triggerschwelle in ein Signal zum Stoppen des Zählers umgeformt wird.

Eine vorteilhafte Weiterbildung dieser Schaltungen ergibt sich durch zwei Kondensatoren, die vom Rechteckgenerator über eine bistabile Kippstufe und vier Schalter gesteuert abwechselnd jeweils für einen Strahldurchlauf mit dem Detektor oder dem Spannungsteiler verbunden sind, sowie zwei von der bistabilen Kippstufe über zwei monostabile Kippstufen gesteuerte Schalter zum Kurzschließen der Kondensatoren. In diesem Falle wird die Triggerschwelle des Komparators nicht mehr über eine feste Vergleichsspannung und einen Spannungsteiler vorgegeben, sondern in jedem Strahldurchlauf als Bruchteil des Maximums des Positioniersignals festgelegt.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich mit Vorteil bei einem Korpuskularstrahlschreiber, einem Korpuskularstrahlmikroprojektor oder einem Korpuskularstrahlschattenprojektor verwenden. Bei letzterem ist die Länge der abgetasteten Zeile durch die Größe einer Justieröffnung in der Maske festgelegt.

AusführungsbeispHe der Erfindung werden nachstehend erläutert. Dabei zeigt bzw. zeigen

F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens für eine analoge Abtastung des Werkstückes,

Fig.4 Impulsdiagramme von unterschiedlichen Orten innerhalb der Schaltung nach F i g. 3,

F i g. 5 eine Schaltung zur Durchführung des Verfahrens bei schrittweiser Abtastung des Werkstückes, die

F i g. 6 bis 8 drei unterschiedliche Anwendungsbeispiele des Verfahrens und

Fig.9 ein Signaldiagramm für einen Elektronenstrahlschattenprojektor.

Die F i g. 3 zeigt eine Schaltung für das automatische Positionierverfahren, bei dem der das Werkstück abtastende Korpuskularstrahl durch ein Ablenksystem 8 ausgelenkt wird. Dabei kann es sich, wie in diesem Beispiel dargestellt um ein magnetisches Ablenksystem handeln; ebenso ist aber auch ein elektrostatisches

System denkbar. Das Ablenksystem 8 wird von einem Dreieckgenerator 9 derart angesteuert, daß der Abtaststrahl das Werkstück auf seinem Hinlauf mit gleicher Geschwindigkeit ablastet wie auf seinem Rücklauf. Gleichzeitig steuert der Dreieckgenerator 9 einen Rechteckgenerator 10 an, der sich während der abfallenden Spannungsflanken des Dreieckgencrators in einem hohen Spannungszustand befindet, während der übrigen Zeit in einem niedrigen, beispielsweise bei 0 V. Der Rechteckgenerator 10 wiederum steuert zwei bistabile Kippstufen (Fliflops) 11 und 12, von denen die Kippstufe 11 während der ansteigenden Flanke des Dreieckgenerators durch Schließen des Schalters 51 eine positive Referenzspannung auf den Meßintegrator 15 schaltet, der diese Referenzspannung so lange integriert, solange der Schalter S 1 geschlossen ist.

Ein Detektor 20, beispielsweise ein für Sekundärelektronen empfindlicher Deieklor, regisiriei i während des Abtastcnsdie auf dein Werkstück ausgelösten Sekundärelektronen. Das Detektorsignal wird mit einem Vorverstärker 21 verstärkt und auf einen Komparator 22 gegeben. In diesem Komparator 22 wird das Signal mit einer einstellbaren Gleichspannung verglichen, die über einen Spannungsteiler von einer Konstanzspannungsquelle abgegriffen werden kann. Übersteigt die Signalspannung die Vergleichsspannung, so liefert der Komparator (Trigger) ein Signal, mit dem die bistabile Kippstufe 11 wieder in ihren Ausgangszustand zurückgeführt wird. Dadurch öffnet der Schaher 5 1 und die Integration der positiven Referenzspannung Uk ist beendet. Während der abfallenden Flanke des Dreieckgenerators, also während des Rücklaufs, ist entsprechend der Schalter 52 geschlossen und damit die negative Referenzspannung -Ur auf den integrator 15 geschaltet. Auch dies wird so lange integriert, bis das verstärkte Detektorsignai die Triggerschwelie des Komparators 22 überschreitet. Der bis dahin erreichte Integrationswert wird bis zum Ende des Durchlaufs gehalten. Am Ende des Durchlaufs springt der Rechteckgenerator wieder in seinen niedrigen Spannungszustand zurück und schaltet damit die monostabile Kippstufe 13. über die für die Zeit η die Schalter S3 und S4 geschlossen werden. Dadurch wird der Ausgang des Meßintegrators 15 über den Schalter S4 auf den Regelverstärker 16 und gleichzeitig über den Schalter 53 auf den Kondensator 18 gegeben. Der Ausgang A des Regelverstärkers 16 führt zu einem Korrektursystem, mit dem die exakte Lage des Werkstückes relativ zum Abtastfeld oder zu einer Maske eingestellt wird. Der sich am Kondensator 18 einstellende Spannungswert wird über einen Verstärker 17 einem Meßgerät 19 zugeführt, das die aktuelle Deposiiionierung anzeigt. Nach der Zeit Γι springt die monostabile Kippstufe 13 m ihren Auogangszusiarid zurück und schaltet damn J;c monostabile Kippstufe 14 durch, wodurch für die Zeil r_: der Schalter S 5 geschlossen wird, der parallel zum Meßintegrator 15 liegt und diesen wieder auf Null zurücksetzt Da die Schalter S3 und S4 bereits wieder geöffnet sind, werden die Werte am Regler 16 und auch am Anzeigegerät 19 nicht verändert. Gleichzeitig mit dem Zurücksetzen des Meßintegrators 15 wird der Dreieckgenerator 9 für einen neuen Durchlauf gestartet.

Die Triggerschwelle am Komparator 22 ist im einfachsten Fall durch einen verstellbaren Spannungsteiler 23 und eine konstante Vergleichsspannung Uv festgelegt Ober den Schalter S 6 kann der Spannungsteiler 23 jedoch auch an eine automatische Pegelanpassung 25 angeschlossen werden, die als Vergleichsspan nung jeweils das Maximum des Posiiioniersignals liefert. Die automatische Pegelanpassung 25 besteh aus zwei parallelen identischen Zweigen, in denen das vorverstärkte Deteklorsignal über einen Verstärker 27, 28 ι einen Kondensator 29, 30 auflädt. Die Kondensaiorspannung dient dann als Vergleichsspannung. Eine vom Rechteckgenerator 10 gesteuerte bistabile Kippstufe 31 (Flipflop) steuert vier Schalter 57 bis 510 derart, daß für je einen vollen Durchlauf abwechselnd ein

Hi Kondensator aufgeladen wird, während der Wert des anderen als Vergleichsspannungsquclle dient; beispielsweise sind während eines vollen Durchlaufs die Schalter 57 und 510 geschlossen, die Schalter 58 und 59 hingegen offen. Die bistabile Kippstufe 31 steuert

ii darüber hinaus zwei monostabile Kippstufen 32 und 33, über die für die kurze Zeit η jeweils ein Schalter 5 Il bzw. 5 12 geschlossen wird. Dadurch wird erreicht, daß die entsprechenden zu diesen Schaltern 511 b/.w 5i2 parallel liegenden Kondensatoren entladen werden,

jo bevor sie in einem neuen Durchlauf wieder aufgeladen werden.

Da durch diese automatische Pegelanpassung 25 die Triggerschwelle für jeden Durchlauf als Bruchteil des maximalen Positioniersignals des vorangegangenen

:"i Durchiaufs festgelegt wird, wird das ganze Positionierverfahren unanfällig gegen Strahlstromschwankungen des abtastenden Korpuskularstrahl oder Drifterscheinungen in der Verstärkerelektronik.

Zum besseren Verständnis der Schallung nach der

■ . F i g. 3 sind in der F i g. 4 die zeitlichen Spannungsverläufe an mehreren mit den kleinen Buchstaben n bis /' bezeichneten Orten in der Schaltung nach F i g. 3 wiedergegeben. Dabei wurde nur Wert auf die zeitliche Korrelation gelegt, die .Spannungsamplitude hingegen

ι·; ist willkürlich festgelegt. Die gestrichelten Linien bei den Spannungsverläufen r und d, die am Ausgang der beiden bistabilen Kippstufen H und 12 vorliegen. deuten an. daß dieser Schahvorgang je nach der Depositionierung zu unterschiedlichen Zeiten erfolgen

id kann.

Die Fig. 5 zeigt als Blockschaltbild einer Schaltung zur automatischen Positionierung bei digitaler Abtastung des Werkstückes. Gleiche Teile sind in dieser Figur mit gleichen Bezugszeichen wie in der F i g. 3

·', versehen. Über einen Digitalgenerator 40 und eineii Digiial-Analog-Wandler 41 wird das Ablenksystem 8 zur schrittweisen Auslenkung des Abtaststrahl angesteuert. Gleichzeitig wird von dem Digitalgenerator 40 der Rechteckgenerator 10 angesteuert. Dieser Recht-

■-,ο eckgenerator 10 startet an seinen Rechteckflanken jeweils einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler 42 und legt gleichzeitig die Zählrichtung so fest, daß während des Hinlaufs des Abtaststrahls, d. h. während der ansteigen

den riaiike 'Jcn
positiv gezählt werden und während des Rücklaufs, d. h. während der abfallenden Flanke des Digitalgenerators, negativ gezählt werden. Über den Detektor 20, den Vorverstärker 21 sowie den Komparator 22, dessen Triggerschwelie durch die Vergleichsspannungsquelle u_v und den Spannungsteiler 23 eingestellt ist wird der Zähler 42 jeweils bei Erreichen des entsprechenden Markensignals gestoppt Ein Steuerglied 43 sorgt nach jedem vollen Durchlauf durch Schließen der Schalter S3 und S4 für die Übernahme des Zählerendwertes auf einen speichernden Regler 44 und auf einen einfachen Speicher 45. Da der Zählerendwert nach jedem vollen Durchlauf der doppelten Abweichung der Marke von der Sollage entspricht kann dieser Wert direkt als

Regelsignal verwendet werden. Daher ist der Ausgang des speichernden Reglers über einen weiteren Digital-Analog-Wandler 46 direkt auf das Korrekuirsystem 57, in diesem Fall ein zusätzliches magnetisches Ablenksystem für die Korpuskularsirahlen, geschaltet. Natürlich sind andere Korrektursysteme, wie beispielsweise eine Tischverstellung, denkbar. Von dem einfachen Speicher 45 führt das Signal auf eine Anzeigevorrichtung 47. Nach der Übernahme des Zählerendwertes wird der Zähler 42 durch das Steuerglied 43 auf Null zurückgesetzt und gleichzeitig der Digitalgenerator 40 für einen neuen Durchlauf gestartet.

Fig. 6 zeigt die Anwendung des Positionierverfahrens in einem Elektronenstrahlschreiber. Der Elektronenstrahlschreiber, der hier nur in einer einfachen Form schematisch dargestellt ist, besteht aus einer Elektronenquelle 51, beispielsweise einer thermischen Kathode üder aber auch einer Feldemissionskathode, einei Linse 52 (in Wirklichkeit einem Linsensystem), die so erregt ist, daß der von der Elektronenquelle 51 ausgehende Elektronenstrahl 53 auf das Werkstück 54 fokussiert wird. Auf diesem Werkstück 54 (dem Wafer) befindet sich eine Marke 55. Mittel des Ablenksystems 8 kann der Elektronenstrahl 53 in beiden Richtungen entlang einer Zeile über den Wafer 54 geführt werden. Anstelle der magnetischen Ablenkspulen für das Ablenksystem 8 kann auch eine elektrostatische Ablenkeinheit verwendet werden. Für die Ablenkung in andere Richtungen ist mindestens ein weiteres, hier nicht dargestelltes Ablenksystem notwendig. Über den Dreieckgenerator 9 wird neben dem Ablenksystem 8 der Rechteckgenerator 10 angesteuert, der wiederum dafür sorgt, daß über den Schalter 56 für die eine Abtastrichtung eine positive und für die andere Abtastrichtung eine negative Referenzspannung Ur auf einen Integrator 15 gegeben wird. Der Rechteckgenerator 10 liefen ebenfalls das Startsignal für den Integrator 15. Das Stopsigrial für den Integrator 15 liefert ein Komparator 22 (Trigger), der das von einem Detektor 20 aufgenommene und von einem Vorverstärker 21 verstärkte Positioniersigna! mit einer konstanten einsteilbaren Spannung vergleicht. Nach jedem Durchlauf wird das Integrationssignal des Integrators 15 auf einen integrierenden Regler 16 gegeben, der zur Korrektur ein weiteres Ablenksystem 57 ansteuert. 1st beispielsweise nach einem ersten Durchlauf die Deposiiiouierung noch nicht vollständig beseitigt, d. h. ergibt sich nach dem zweiten Durchlauf in dem Integrator 15 wiederum ein von Null abweichender Integrationswert, so wird dieser zu dem ersten Integrationswert in dem integrierenden Regler 16 hinzuaddiert. Der Gesamtintegrationswert bestimmt dann die Korrekturgröße. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis der geforderte Positionierzustand

Damit ist die Positionierung in einer Richtung abgeschlossen. In entsprechender Weise muß anschließend die Positionierung noch für mindestens eine weitere Richtung, beispielsweise orthogonal zum ersten durchgeführt werden. Zur korrekten Winkelpositionie rung ist unter Umständen dann auch noch eine weitere Positionierung in einer dritten Richtung erforderlich.

Anhand der F i g. 7 ist das Positionierverfahren für einen Elektronenstrahlschattenprojektor beschrieben, in dem das Werkstück relativ zu einer Maske ausgerichtet werden soll. Für gleiche Teile werden dabei wieder gleiche Bezugszeichen wie in den vorangegangenen Figuren verwendet Mit 51 ist wiederum die Elektronenquelle bezeichnet mit 52 wiederum die Elektronenlinse. Eine Projektionsmaske 60 befindet sich unmittelbar oberhalb des Werkstückes 54. Hier nicht dargestellt ist die integrale 1 : 1-Abbildung der Maske 60 auf das Werkstück 54, wozu die Linse 52 derart erregt wird, daß das von der Elektronenquelle 51 kommende Elektronenstrahlbündel 53 die Linse als annähernd paralleles Bündel verläßt. Mit diesem parallelen Elektronenstrahlbündel wird die Maske integral bestrahlt und als Schattenprojektion auf das Werkstück 54 abgebildet. Zur Positionierung von Maske und Präparat zueinander wird die Linse 52 so erregt, daß der Elektronenstrahl 53 auf das Werkstück 54 fokussiert wird. Mit Hilfe des von dem Dreieckgenerator 9 angesteuerten Ablenksystems 8 kann der Elektronenstrahl zellenförmig über das Werkstück 54 und damit über die Marke 55 geführt werden. Der Dreieckgenerator 9 steuert wiederum auch den Rechteckgenerator 10, über den der Schalter 56 betätigt wird. Als Positioniersignal wird in diesem Beispiel der Probenstrom des Werkstückes verwendet, der wiederum über einen Vorverstärkei 21 gleichzeitig auf zwei Trigger 61 bzw. 62 gegeben wira Im Gegensatz zum vorher beschriebenen Beispiel des Elektronenstrahlschreibers, bei dem der Integrator 15 vom Rechteckgenerator gestariet wurde, erfolgt in diesem Beispiel der Start des Integrators 15 durch den Trigger 61, der Stop dieses Integrators durch den Trigger 62. Dadurch erfolgt die Integration nicht mehr beim Beginn des Hin- bzw. Rücklaufs des abtastenden Elektronenstrahls, sondern erst am Rand einer Justieröffnung in der Maske 60. Erst bei Erreichen dieses Randes durchdringt der Elektronenstrahl die Maske und erzeugt bei seinem Auftreffen auf das Werkstück 54 ein Probenstromsignal, das die Triggerschwelle des Triggers 61 übersteigt und damit den Start des Integrators 15 bewirkt. Dieses Probenstromsignal bleibt bis /um Erreichen der Marke auf einem nahezu konstanten Wert und steigt beispielsweise beim Erreichen der Marke noch einmal an. so daß dann auch die Triggerschwelle des Triggers 62 überschritten wird, wodurch der Integrator 15 wieder gestoppt wird. Der Ausgangswert des Integrators 15 wird wiederum auf einen integrierenden Regler 16 gegeben. Da in diesem Beispiel das Werkstück 54 relativ zu der Maske 60 ausgerichtet werden muß, muß zur Positionierung eines dieser Teile verschoben werden. Der Regler 16 steuert daher einen Tischantrieb 63 :ur Verschiebung des Werkstückes 54.

Die Fig. 9 zeigt ein diesem Beispiel des Elektronen-Strahlschattenprojektors entsprechendes Signaldiagramm. In F i g. 9a ist das Probenstromsignal aufgetragen, in dem deutlich das Erreichen des jeweiligen Justieröffnungsrandes und auch das Erreichen der Marke zu erkennen ist Außerdem sind gestrichelt die

ι ngg

CrSCiiWCnCri CingCZCICi

^ίΙΠ^Γι,ΟΓ

liegenden F i g. 9b ist das daraus geformte Positioniersignal dargestellt- Die F i g. 9c zeigt einen möglichen Integrationsweg.

Mit Hilfe der F i g. 8 soll das Positionierverfahren für einen Elektronenstrahlmikroprojektor beschrieben werden. Wie beim Beispiel des Elektronenstrahlschat- tenprojektors gemäß der F i g. 7 soll hier das Werkstück 54 relativ zu einer Maske 60 ausgerichtet werden, jedoch mit dem Unterschied, daß sich zwischen der Maske 60 und dem Werkstück 54 eine Abbildungsoptik 65 befindet Die Ausrichtung des Werkstücks 54 relativ zur Maske 60 erfolgt wie in dem anhand der F i g. 6 beschriebenen Beispiel des Elektronenstrahlschreibers, mit dem einzigen Unterschied, daß hier keine

punktförmige, sondern eine durch eine Maskenmarke 66 geformte Abtastsonde verwendet wird. Anstelle einer einzigen Maskenma.ke 66 können auch mehrere Maskenmarken gleichzeitig verwendet werden. Als Positioniersignal dient hier wiederum die von dem Werkstück ausgehende Strahlung, also die Sekundärelektronen oder die Rückstreuelekironen. Ebenso ist es jedoch auch möglich, wiederum den Probensirom als Positioniersignal zu verwenden.

In den beschriebenen Beispielen wurden zur Positionierung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Elektronenstrahlen benutzt. Anstelle dieser Elektronenstrahlen können darüber hinaus auch andere Korpuskularstrahlen verwendet werden. Auch zur Positionierung mit Licht ist das Verfahren geeignet. Im letzteren Fall kann die Ablenkung des Abtaststrahls beispielsweise

mit Hilfe eines Drehspiegels erfolgen.

Bei dem automatischen Positionierverfahren, wie e: anhand dieser Beispiele beschrieben wird, ist es auch möglich, die automatische Positionierung auf einerr Monitor zu überwachen und beim Eintreten vor Störungen durch eine manuelle Positionierung abzulö sen. Dazu wird der Schreibstrahl des Monitors für beide Richtungen der Bewegung des Abtaststrahls je einma in bestimmter Phasenlage zum Abtaststrahl in dei gleichen Richtung über den Monitor geführt und die Intensität des Positioniersignals in der dazu senkrechter Richtung aufgetragen. Dadurch entstehen zwei Positioniersignale, wie sie in Fig. Ib dargestellt sind. Be; exakter Positionierung überdecken sich diese beider Bilder.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur automatischen Positionierung eines mit mindestens einer Marke versehenen Werkstückes, insbesondere eines in einem Korpuskularstrahlgerät zu bearbeitenden Wafers für integrierte Schaltkreise, relativ zu einem Abtastfeld oder zu einer Maske, bei dem ein Abtaststrahl das auszurichtende Werkstück entlang einer Zeile abtastet (line scan) und ein der Position der Marke entsprechendes Signal erzeugt wird, das eine Einrichtung steuert, die daraus ein zur Abweichung der Markenlage von einer Soll-Lage proportionales Regelsignal erzeugt, das zur Ansteuerung einer Einrichtung zur Lagekorrektur des Werkstückes relativ zum Abtastfeld bzw. zur Maske dient, und bei dem das Werkstück mit dem Abtaststrahl nacheinander in entgegengesetzten Richtungen mit gleicher Geschwindigkeit abgetastet wird (Hin- und Rücklauf), dadurch gekennzeichnet, daß entweder während des HirrJaufs vom Beginn der Zeile bis zum Erreichen der Marke (55) eine positive Referenzgleichspannung (Ur) und während des Rücklaufs vom Ende der Zeile bis zum Erreichen der Marke (55) eine negative Referenzgleichspannung (_ u_R) gleichen Betrages oder während des Hinlaufs vom Erreichen der Marke (55) bis zum Ende der Zeile eine positive Referenzgleichspannung (Ur) und während des Rücklaufs vom Erreichen der Marke (55) bis zum Anfang der Zeile eine negative Referenzgleichspannung (-Ur) gleichen Betrages auf einen Integrator (15) geschaltet wird, und daß nach einem vollen Hin- und Rücklauf des Abtaststrahles (53) das Ausgangssignal des Integrators (15) als Regelsignal zur Lagekorrektur verwendet wird (Fig. 3,6,7 u. 8).

2. Verfahren zur automatischen Positionierung eines mit mindestens einer Marke versehenen Werkstückes, insbesondere eines in einem Korpuskularstrahlgerät zu bearbeitenden Wafers für w integrierte Schaltkreise, relativ zu einem Abtastfeld oder zu einer Maske, bei dem ein Abtaststrahl das auszurichtende Werkstück entlang einer Zeile abtastet (line scan) und ein der Position der Marke entsprechendes Signal erzeugt wird, das eine Einrichtung steuert, die daraus ein zur Abweichung der Markenlage von einer Soll-Lage proportionales Regelsignal erzeugt, das zur Ansteuerung einer Einrichtung zur Lagekorrektur des Werkstückes relativ zum Abtastfeld bzw. zur Maske dient, bei dem 3d das Werkstück mit dem Abtaststrahl nacheinander in entgegengesetzten Richtungen in äquidistanten Schritten (digital) abgetastet wird und bei dem die Abtaslschritte durch einen Zähler gezählt werden, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils entweder am Anfang und Ende der Zeile ein Vorwärts-Rückwärts-Zähler (42) gestartet wird, der die Abtastschritte bis zum Erreichen der Marke (55) während des Hinlaufs hoch- und während des Rücklaufs herunterzählt oder beim Erreichen der Marke (55) ω ein Vorwärts-Rückwärts-Zähler (42) gestartet wird, der die Abtastschritte bis zum Ende der Zeile während des Hinlaufs hoch- und bis zum Anfang der Zeile während des Rücklaufs herunterzählt, und daß der Endwert des Zählers (42) nach einem vollen M Hin-und Rücklauf über einen Digital-Analog-Wandler (46) als Regelsignal zur Lagekorrektiir verwendet wird (F ig. 5).

3. Verfahren zur automatischen Positionierung eines Werkstückes nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Markensignal ein rechteckiges Positioniersignal erzeugt wird, dessen Breite von der Einstellung einer Triggerschwelle abhängt, und daß das Erreichen der Marke (55) durch die Flanken des rechteckigen Positioniersignals angezeigt wird.

4. Verfahren zur automatischen Positionierung eines Werkstückes nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerschwelle als Bruchteil des Maximums des Markensignals festgelegt und in jedem Strahldurchlauf für den nachfolgenden Durchlauf neu bestimmt wird.

5. Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 3, gekennzeichnet durch einen Dreieckgenerator (9), der ein Ablenksystem (8) für die Auslenkung des Abtaststrahls (53) und einen Rechteckgenerator (10) steuert, zwei Gleichspannungsquellen (Ur, -Ur) gleichen Betrages, aber entgegengesetzter Polarität, die von dem Rechteckgenerator (10) über zwei bistabile Kippstufen (11,12) und zwei Schalter (Sl, S2) gesteuert auf einen In;egrator (15) schaltbar sind, zwei hintereinander geschaltete monoslabile Kippstufen (13, 14), die ebenfalls von dem Rechteckgenerator (10) gesteuert nach jedem Strahldurchlauf (Hin und Rücklauf) nacheinander kurzzeitig zwei weitere Schalter (S4, 55) schließen, wodurch zunächst der Integratorausgang auf einen speichernden Regler (16) zur Lagekorrektur geschaltet ist und anschließend der Integrator (15) kurzgeschlossen und der Dreieckgenerator (9) zu einem neuen Durchlauf gestartet wird, sowie einen Delektor (20) /ur Registrierung des Markensignals, das über Vorverstärker (21) und einen Komparator (22) mit über eine Vergleichsspannung Uv und einen Spannungsteiler (23) einstellbarer Triggerschwelle in ein Signal zur weiteren Steuerung der bistabilen Kippstufen (11, 12) umgeformt wird (Fi g. 3).

6. Schallung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 2 und 3, gekennzeichnet durch einen Digitalgenerator (40), der einerseits über einen Digital-Analog-Wandler (41) ein Ablenksystem (8) für die schrittweise Auslenkung des Abtaststrahls (53) und andererseits einen Rechteckgenerator (10) steuert, einen Vor\vär:s-Rückwäris-Zühler (42) zum Zählen der Abiastschritte, dcssL-n Zählrichtung und Zählbeginn durch den Rechteckgenerator (10) gesteuert werden, ein Steuerglied (43), das nach jedem vollen Hin- und Rücklauf für kurze Zeit einen Schalter (S4) schließt, wodurch der Zählerendwert auf einen speichernden Regler (44) zur Lagekorrektur über einen Digital-Aiialog-Wandler (46) geschaltet ist, das nach dieser Zeit den Zähler (42) auf Null zurücksetzt und den Digitalgenerator (40) für einen neuen Durchlauf startet, sowie einen Detektor (20) zur Registrierung des Markensignals, das über Vorverstärker (21) und einen Komparator (22) mii über eine Vergleichsspannung Uv und einen Spannungsteiler (23) einstellbarer Triggerschwelle in ein Signal zum Stoppen des Zählers (42) umgeformt win! (Fi g. 5).

7. Schaltung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch zwei Kondensatoren (29,30), die vom Rechteckgenerator (10) über eine bistabile Kippstufe (31) und vier Schalter (S7 bis 510) gesteuert abwechselnd jeweils für einen Strahldurchlauf mit

dem Detektor (20) oder dem Spannungsteiler (23) verbunden sind, sowie zwei von der bistabilen Kippstufe (31) über zwei monostabil Kippstufen (32, 33) gesteuerte Schalter (SU, 512) zum Kurzschließen der Kondensatoren \'29,30).

8. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 bei einem Korpuskularstrahlschreiber (F ig. 6).

9. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 bei einem Korpuskularstrahl-Schattenprojektor, wobei die Länge der abgetasteten Zeile durch die Größe einer Justieröffnung in der Maske (60) festgelegt wird (F i g. 7).

10. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 bei einem Korpuskularstrahl!!!!- in kroprojektor (Fig. 8).