DE3530439A1 - Vorrichtung zum justieren einer mit mindestens einer justiermarke versehenen maske bezueglich eines mit mindestens einer gitterstruktur versehenen halbleiterwafers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Justieren einer mit mindestens einer Justiermarke versehenen Maske bezüg­ lich eines mit mindestens einer Gitterstruktur versehenen Halbleiterwafers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Um die feinen Strukturen von integrierten Schaltkreisen in der Großserie wirtschaftlich erzeugen zu können, verwendet man heute durchwegs Lithografie-Verfahren. Die einfache Schattenprojektion im lichtoptischen Bereich wird dabei zu­ nehmend durch aufwendigere Verfahren ersetzt. Bis vor eini­ gen Jahren konnte zur Erzeugung der Struktureinzelheiten in­ tegrierter Schaltkreise auf der Oberfläche der Silizium­ scheiben ein sehr einfaches Lithografie-Verfahren, nämlich die 1 : 1-Schattenprojektion einer Maske auf die mit Resist bedeckte Scheibe im Wellenlängenbereich um 400 nm, also im Bereich weicher UV-Strahlung, angewendet werden. Dieses Verfahren war durch geringe Kosten, hohen Scheibendurchsatz und hervorragende Prozeßkompatibilität gekennzeichnet, doch konnte das Auflösungsvermögen dieses Verfahrens mit den An­ forderungen der Schaltkreistechnik nicht Schritt halten. Beugungs- und Interferenzeffekte und insbesondere die Aus­ bildung von stehenden Lichtwellen durch Reflexionen im Schichtaufbau der Schaltkreise bewirken Strukturungenauig­ keiten, die eine Anwendung dieses Verfahrens unter Produk­ tionsbedingungen bei Bauelementestrukturen kleiner als 4 µm ausschließen. Es werden zwar weiterhin lichtoptische Litho­ grafie-Verfahren angewandt, die jedoch auf dem Prinzip der Abbildung mit Hilfe von Spiegel- oder Linsenoptik beruhen. Mit diesen viel präziseren Verfahren - Schlagwort "Optischer Waferstepper" - konnte der Strukturbereich inzwischen bis herunter zu 1 µm nutzbar gemacht werden. Damit ist die Auf­ lösungsgrenze jedoch nicht erreicht. Mit dem optischen Wa­ ferstepper können unter Produktionsbedingungen Strukturen bis herunter zu mindestens 0,5 µm bewältigt werden.

Mit Hilfe der Röntgenstrahl-Lithografie ist bei Verwendung von Synchrotron-Strahlung die einfache 1 : 1-Schattenprojek­ tion bis in den extremen Submikrobereich (bis unterhalb 0,5 µm) möglich, ohne dabei Begrenzungen in der Struktur­ auflösung durch Beugung, durch Interferenz oder durch man­ gelnde Tiefenschärfe hinnehmen zu müssen. Die Synchrotron- Strahlung, d. h. die relativistische Strahlungsemission von Elektronen, die in einem Speicherring nahezu mit Lichtge­ schwindigkeit umlaufen und mittels magnetischer Ablenkung auf einer Kreisbahn gehalten werden, übertrifft alle ande­ ren Röntgenquellen an Intensität und Parallelität beträcht­ lich.

Das Abbildungsprinzip der Röntgenstrahl-Lithografie ist äußerst einfach: Paralleles Röntgenlicht trifft im nutzba­ ren Wellenlängenbereich zwischen 0,2 und 2 nm auf eine zu­ einander justierte Anordnung, bestehend aus abzubildender Maske und zu belichtender Siliziumscheibe (Wafer). Zwischen Maske und Wafer ist ein Spalt von typischerweise 50 µm Breite, der sogenannte Proximity-Abstand, damit sich Maske und Wafer gegenseitig nicht berühren. Die Belichtung einer Silizium­ scheibe erfolgt auch bei der hochauflösenden Röntgenstrahl­ lithografie, ähnlich dem optischen Waferstepper, in mehreren Teilschritten, d. h. im sogenannten "step- and repeat-"-Ver­ fahren. Die Größe der Teilfelder, also diejenige Fläche, die sinnvollerweise mit einem einzigen Belichtungsschritt strukturiert werden kann, wird durch die prozeßbedingten Längenverzüge der Siliziumscheibe zwischen den einzelnen Be­ lichtungsschritten bestimmt. Aus heutiger Sicht werden die nutzbaren Teilfeldgrößen auch bei hoher Strukturauflösung bei einigen cm-Kantenlänge liegen, da nicht das Bildfeld einer Objektivlinse (typisch 1 cm²) als Begrenzung wirkt.

Bei aller Einfachheit des Abbildungsprinzips der Röntgen­ strahl-Lithografie sind jedoch vor einer breiteren Anwendung noch erhebliche technologische Probleme zu lösen. Ein Pro­ blemkreis ist dabei die Justierung von Maske und Wafer zuein­ ander. Im Strukturbereich um 0,5 µm ist die geforderte Ju­ stiergenauigkeuit mindestens 0,01 µm. Sinnvollerweise wird zur Justierung nicht Röntgenstrahlung, sondern sichtbares Licht verwendet, da es eigentlich nur für diesen Wellenlän­ genbereich leistungsfähige optische Komponenten gibt und da die Energiedichte der Strahlung von Lasern, die zur Justie­ rung verwendet werden können, so hoch ist, daß mit sehr klei­ nen Justiermarkenfeldern gearbeitet werden kann.

In einer bekannten Vorrichtung erfolgt die Justierung von Maske und Wafer zueinander mittels einer Abbildung im Auf­ lichtmikroskop. Die gleichzeitige Beobachtung von Marken sowohl auf dem Wafer als auch auf der Maske bringt Tiefen­ schärfenprobleme mit sich.

In einer weiteren bekannten Vorrichtung erfolgt die Justie­ rung von Maske und Wafer zueinander mittels Beugung mit In­ terferenzeffekt. Gitterstrukturen, die sowohl auf der Maske als auch auf dem Wafer angeordnet sind, ergeben bei Ver­ schiebung von Maske und Wafer gegeneinander Intensitätsände­ rungen der gemeinsamen Beugungsreflexe. Diese Intensitäts­ änderungen, die sich aufgrund der Verschiebung von Maske und Wafer gegeneinander ergeben, lassen sich jedoch nicht von solchen Intensitätsänderungen trennen, die sich aufgrund von Schwankungen des Abstands zwischen Maske und Wafer er­ geben und die gleichfalls stark sind.

In einer weiteren bekannten Vorrichtung erfolgt die Justie­ rung von Maske und Wafer zueinander mittels Beugung mit Aus­ leuchtungseffekt. Dabei werden Gitterstrukturen, die auf dem Wafer angeordnet sind, mit einer "Frenel"-Zylinderlinse, die in der Maske angeordnet ist, ausgeleuchtet. Auch die­ ses Verfahren ist störempfindlich.

Aus den US-Patentschriften 42 11 489 und 44 22 763 ist eine Vorrichtung bekannt, in der die Justierung von Maske und Wafer zueinander mittels Beugung mit Abschattungseffekt er­ folgt. Dabei werden Gitterstrukturen, die auf dem Wafer angeordnet sind, durch Marken, die auf der Maske angeordnet sind, abgedeckt, wodurch sich je nach der gegenseitigen Lage von Maske und Wafer zueinander die Reflexintensität ändert. Bei dieser bekannten Vorrichtung zur Justierung von Maske und Wafer zueinander mittels Beugung mit Abschattungs­ effekt ist auf einem Wafer eine Gitterstruktur angeordnet, die vier Gitter mit vier verschiedenen Gitterrichtungen auf­ weist. Auf der Maske ist eine Justiermarke angeordnet, deren äußere Abmessungen ein wenig kleiner sind als die äußeren Abmessungen der Gitterstruktur auf dem Wafer. Wenn Laserlicht eine auf der Maske befindliche Justiermarke und eine Gitterstruktur auf dem Wafer bestrahlt, entsteht ein Beugungsbild von der durch die Justiermarke abgedeckten Git­ terstruktur.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der die Fläche einer Justiermarke auf der Maske sehr klein gehalten werden kann und bei der eine Richtung, in der eine Dejustierung vorhanden ist, eindeutig erkannt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung nach dem Anspruch 1 gelöst. Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung dargestellt.

Bei einer Vorrichtung nach der Erfindung wird für die Ju­ stierung von Maske und Wafer zueinander, die durch Beugung mit Abschattungseffekt erfolgt, ein Muster verwendet, bei dem für jede Richtung (links, rechts, oben, unten bzw. nega­ tive und positive x-Richtung, positive und negative y-Rich­ tung in einem zweidimensionalen kartesischen Koordinatensy­ stem) mehrere Abschattungskanten benutzt werden. Dadurch wird die Fläche einer Justiermarke besser ausgenutzt und wird die Intensität der Reflexe des gebeugten Lichtes ge­ steigert.

Zur Unterscheidung der Richtungen links gegen rechts (nega­ tive gegen positive x-Richtung) und der Richtung oben gegen unten (positive gegen negative y-Richtung) werden unter­ schiedliche Gitterabstände benutzt. Dadurch wird ein Über­ sprechen von Intensitäten des gebeugten Lichtes, die die Justierungen in verschiedene Richtungen anzeigen können, verhindert. Bei einer Vorrichtung nach der Erfindung gibt es kein Übersprechen von Intensitäten, die eine Dejustie­ rung nach links anzeigen, und von Intensitäten, die eine Dejustierung nach rechts anzeigen, und ebenso wenig ein Übersprechen von Intensitäten, die eine Dejustierung nach oben anzeigen, und von Intensitäten, die eine Dejustierung nach unten anzeigen.

Die Gitter, die für die Anzeige von Dejustierungen in ent­ gegengesetzte Richtungen von Bedeutung sind, liegen eng nebeneinander. Es liegen also die Gitter, die für die An­ zeige von Dejustierungen in positive und negative x-Rich­ tung von Bedeutung sind, eng nebeneinander. Ebenso liegen die Gitter, die für eine Anzeige von Dejustierungen in po­ sitive und negative y-Richtung von Bedeutung sind, eng nebeneinander. Dadurch werden Lackeinflüsse und Proximity- Einflüsse klein gehalten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung nach der Erfin­ dung.

Fig. 2 mit 7 zeigen Gitterstrukturen mit den zugehörigen Beugungsbildern nach dem Stand der Technik.

Fig. 8 mit 13 zeigen Gitterstrukturen mit den zugehörigen Beugungs­ bildern nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung nach der Erfin­ dung. Auf einem Justiertisch T befindet sich eine Silizium­ scheibe (Wafer) W. Auf diesem Wafer W befindet sich eine Gitterstruktur G. Oberhalb des Wafers befindet sich in einer in der Zeichnung nicht dargestellten Maskenhalterung die Maske M. An der Unterseite der Maske M ist eine Justiermarke J angeordnet. Der Wafer W und die Maske M besitzen einen Pro­ ximity-Abstand zwischen beispielsweise 30 und 100 µm. Auf die Maske M trifft Laserlicht R so auf, daß die Gestalt der Ju­ stiermarke J auf die Gitterstruktur G, die auf der Oberfläche des Wafers W angeordnet ist, abgebildet wird. Die Justiermarke J besitzt mehrere Rechtecke, die für den Lichtstrahl R undurch­ lässig sind und die Kanten K beispielsweise an den Längsseiten der Rechtecke aufweisen. Das Laserlicht R, das aus dem Laser L emittiert wird, wird an der durch die Justiermarke J abgedeck­ ten Gitterstruktur G gebeugt. Die Intensität des gebeugten Lichtes wird als Funktion des Ortes in einer Detektoranord­ nung (Detektor-Array) D nachgewiesen.

Zwischen Maske M und Wafer W kann grundsätzlich auch eine Einrichtung angeordnet sein, mit deren Hilfe die Justier­ marke J verkleinert auf die Gitterstruktur G abgebildet wird.

Der Lichtstrahl R der monochromatischen Lichtquelle L wird durch die Justiermarke J der Maske M auf ein Beugungsmuster G des Substrats W gerichtet. Dadurch wird ein Muster von Lichtpunkten erzeugt. Die Intensität einzelner oder aller dieser Lichtpunkte wird ermittelt. In einer Rückkopplungs­ schaltung kann durch Relativbewegung von Justiermarke J und Beugungsgitter G die gemessene Intensität der Lichtpunkte abgeglichen werden. Zum Ausführen einer Relativbewegung zwischen dem auf die Halbleiterscheibe W projezierten Bild der Maske M und der Halbleiterscheibe W selbst wird ein die Halbleiterscheibe W tragender Repetier-Objekttisch T be­ nutzt. In der Rückkopplung können Fotozellen und Servomo­ toren zum Ausrichten der Maske M auf diejenigen Stellen der Halbleiterscheibe W verwendet werden, an denen auf der Halb­ leiterscheibe W Bauelemente herzustellen sind. Mit Hilfe der Rückkopplung kann das Bild der Maske M in jedem Falle auf die richtige Stelle des Halbleiterkörpers W ausgerich­ tet werden.

Wenn die Maske M eine dünne, d. h. wenige µm starke Folie aus Materialien - wie beispielsweise Silizium, Siliziumverbin­ dungen, Bornitrid oder Leichtmetallen - ist und wenn die Justiermarke J aus Gold oder aus Wolfram besteht, kann eine Vorrichtung nach Fig. 1 für Röntgenstrahl-Lithografie verwen­ det werden. Die Dicke der Justiermarke J soll dabei zwi­ schen 0,3 und 1 µm liegen.

Die Maske M ist auf einem in der Zeichnung nicht darge­ stellten Maskentisch befestigt, der mit Servomotoren zum Bewegen der Maske M in der x- und y-Richtung ausgestattet ist.

Für die Detektoranordnung D können Halbleiter-Arrays ver­ wendet werden, wie sie aus der Meßtechnik wohlbekannt sind. Als Detektoranordnung D können auch Faserbündel verwendet werden, die mit einem Lichtleitstab gekoppelt werden. Eine Fernsehkamera kann schließlich optisch mit diesem Lichtleit­ stab gekoppelt werden. Ein solches System, bestehend aus Faserbündel, Lichtleitstab und Fernsehkamera, bildet genauso eine ortsempfindliche Detektoranordnung D wie beispielsweise ein Halbleiter-Array-Detektor. Wichtig ist, daß das ge­ beugte Licht beim Auftreffen auf eine Detektoranordnung D genügend Signalintensität auslöst. Lichtleiter können daher an demjenigen Ende, an dem die zu detektierende Strahlung auftreffen soll, eine Einrichtung zur Verstärkung der Licht­ intensität aufweisen, wie z. B. einen Film aus Material mit starker Lumineszenz, beispielsweise einem Plastikszintilla­ tor. Zusätzlich kann zwischen Lichtleitstab und Fernseh­ kamera auch noch eine Einrichtung zur Signalverstärkung an­ geordnet werden.

Die Fig. 2 mit 7 zeigen Gitterstrukturen G und die zugehöri­ gen Beugungsbilder nach dem Stand der Technik. Die Gitter­ struktur G nach Fig. 2 besteht aus einem Quadrat, welches durch die Diagonalen des Quadrats in vier Segmente unter­ teilt wird. Jedes dieser vier Segmente besitzt ein Beu­ gungsgitter, dessen Linien in einer bestimmten Winkelrich­ tung orientiert sind, so daß das Muster G nach Fig. 2 sowohl eine x-Achseninformation als auch eine y-Achseninformation liefern kann. Die vier Beugungsgitter im Muster G nach Fig. 2 besitzen jeweils denselben Gitterabstand.

Fig. 3 zeigt das zu Fig. 2 gehörende Beugungsbild. Das Beu­ gungsbild nach Fig. 3 erhält man dann, wenn in einer Vor­ richtung nach Fig. 1 keine Maske M vorhanden ist und wenn daher der Lichtstrahl R völlig frei und unbeeinflußt von einer Justiermarke J auf die Gitterstruktur G auftreffen und dort gebeugt werden kann. Jedes der vier Beugungsgit­ ter von Fig. 2 liefert bei einem zentral auf das Muster von Fig. 2 auftreffenden Lichtstrahl R in jeder Beugungsordnung je zwei zum Zentrum des Musters nach Fig. 2 symmetrisch an­ geordnete Intensitätmaxima. Die Erzeugung des Beugungsbil­ des nach Fig. 3 mit Hilfe des Lichtstrahls R stellt eine Fourier-Transformation des Musters nach Fig. 2 dar.

Wenn in der Vorrichtung nach Fig. 1 eine Gitterstruktur G, das als Muster nach Fig. 2 ausgebildet ist, für den Licht­ strahl R zentrisch von einer quadratischen, für den Licht­ strahl undurchlässigen Justiermarke J abgedeckt ist, er­ hält man im Endeffekt eine Gitterstruktur nach Fig. 4, an der der Lichtstrahl R gebeugt wird.

Fig. 5 ist das zur Gitterstruktur von Fig. 4 gehörende Beu­ gungsbild. Im Beugungsbild nach Fig. 5 sind die Intensi­ tätsverteilungen, die von den vier Gittern des Musters nach Fig. 4 herrühren, gleichgewichtig verteilt. Da jedes der vier Teilgitter des Musters nach Fig. 2 eine mögliche Deju­ stierung in eine der Richtungen oben, unten, links, rechts bzw. positive und negative y-Achse, negative x-Achse reprä­ sentieren, bedeutet die gleichgewichtige Verteilung der von den vier Teilgittern des Musters nach Fig. 4 herrührenden Intensitäten, daß die quadratische Justiermarke nach dem Stand der Technik zentrisch bezüglich des Musters nach Fig. 4 justiert ist.

Fig. 6 zeigt wiederum ein Muster nach Fig. 2, das für den Lichtstrahl R von einer quadratischen, für den Lichtstrahl R undurchlässigen Justiermarke abgedeckt ist. Die Abdek­ kung des Musters durch die Justiermarke ist jedoch bei der Anordnung nach Fig. 6 nicht zentrisch.

Im Beugungsbild nach Fig. 7, das zur Anordnung nach Fig. 6 ge­ hört, dominieren daher die Intensitäten, die vom unteren und vom linken Beugungsgitter herrühren. Da vom oberen und vom rechten Beugungsgitter praktisch nur noch Punkte übriggeblie­ ben sind, werden diese Punkte nach der Fourier-Transforma­ tion im Beugungsbild nach Fig. 7 durch Striche repräsentiert. Diese Linien führen im Beugungsbild nach Fig. 7 zu einem Übersprechen von Intensitäten, die von verschiedenen Beu­ gungsgittern im abgedeckten Muster nach Fig. 6 herrühren. Da­ durch ist eine Unterscheidung von links, rechts, oben, unten erschwert.

Werden die äußeren Abmessungen eines Musters nach Fig. 2 we­ sentlich größer gewählt als die äußeren Abmessungen einer zugehörigen quadratischen Justiermarke nach dem Stand der Technik, so ist die Gefahr, daß von einem abgedeckten Beu­ gungsgitter nur mehr Punkte übrigbleiben, zwar vermindert. Es bleiben dann beim abgedeckten Muster mit großer Wahrschein­ lichkeit von jedem der vier Gitter für die vier Richtungen jeweils breite Ränder übrig. Diese breiten Ränder haben je­ doch den Nachteil, daß bei kleinen Verschiebungen der Ju­ stiermarke bezüglich des Musters nach Fig. 2 sich nur kleine relative Änderungen im jeweils zugehörigen Beufungsbild er­ geben.

Fig. 8 zeigt eine Gitterstruktur G nach der Erfindung. Eine Gitterstruktur nach Fig. 8 besteht aus 2 mal sieben Gittern, wobei jedes Gitter zwei verschiedene Gitterabstände aufweist. Eine Justiermarke J nach der Erfindung ist so ausgebildet, daß sie im justierten Fall bei eingeschaltetem Lichtstrahl R die Gitter der Gitterstruktur G nach Fig. 8 vollständig abschattet. Die Vervielfachung der Gitteranzahl bei einer Gitterstruktur G nach Fig. 8 im Vergleich zu einer Gitter­ struktur nach Fig. 2 ergibt eine Vervielfachung der Intensi­ tät der Lichtpunkte im Beugungsbild nach Fig. 9, das zur Gitterstruktur G nach Fig. 8 gehört. Bei jeder Dejustierung der Maske M bezüglich des Wafers W in eine der Richtungen oben, unten, links, rechts werden für diejenige Richtung, in der dejustiert worden ist, mehrere Abschattungskanten AK wirksam. Diese Abschattungskanten AK entstehen dadurch, daß die Justiermarke J im dejustierten Fall die Gitterstruktur G nicht vollständig abschattet. Die Gitter der Gitterstruktur nach Fig. 8 werden dann nur teilweise abgedeckt. Dort, wo die Abschattung eines Gitters der Gitterstruktur G nach Fig. 8 aufgrund einer Abdeckung durch die Justiermarke J endet, ver­ läuft eine Abschattungskante AK. Jedes der 2 mal sieben Git­ ter der Gitterstruktur G nach Fig. 8 besitzt zwei verschie­ dene Gitterabstände. Da bei einer Dejustierung der Maske M bezüglich des Wafers W im Beugungsbild das an den Teilgit­ tern, die unterschiedliche Gitterabstände aufweisen, ge­ beugte Licht für unterschiedliche Gitterabstände unterschied­ liche Intensitäten aufweist, kann leicht unterschieden wer­ den, ob eine Dejustierung nach oben oder nach unten bzw. nach links oder nach rechts vorliegt.

Die Teilgitter mit den unterschiedlichen Gitterabständen eines jeden Gitters liefern Information über eine mögliche Dejustierung in entgegengesetzten Richtungen. Da diese Teilgitter, die Informationen über eine mögliche Dejustie­ rung in entgegengesetzten Richtungen liefern, eng neben­ einanderliegen, werden Lackeinflüsse und Proximity-Ein­ flüsse klein gehalten.

Anstelle von sieben Gittern für jede Raumdimension kann auch eine andere Anzahl von Gittern gewählt werden. An­ stelle von nur zwei verschiedenen Gitterabständen können auch drei oder vier verschiedene Gitterabstände gewählt wer­ den. Die Gitterfinger eines jeden Gitters müssen auch nicht unbedingt senkrecht zur Längsachse eines Gitters ausgebildet sein. Diese Gitterfinger können für jede Richtung, in der eine Dejustierung vorgenommen werden kann, jeweils einen Winkel mit der Längsachse eines Gitters bilden. Wichtig ist, daß ein Gitter mit einer bestimmten Struktur in der Gitterstruktur G mehrfach vorhanden ist, um die Intensität zu vervielfachen. Die Gitteranordnung für die Richtungsin­ formation Links/Rechts kann anders gestaltet sein als die Gitteranordnung für die Richtungsinformation Oben/Unten.

Fig. 10 zeigt ein Muster nach Fig. 8, das von einer Justier­ marke nach der Erfindung in dejustierter Weise abgedeckt ist. Die Abschattungskanten AK sind dabei so angeordnet, daß in jeder Raumdimension jeweils nur noch ein Teilgitter mit einem einzigen konstanten Gitterabstand für das Beu­ gungsbild wirksam ist.

Fig. 11 zeigt das zur Anordnung nach Fig. 10 zugehörige Beu­ gungsbild.

Fig. 12 zeigt eine Gitterstruktur G nach Fig. 8, die von einer Justiermarke J nach der Erfindung nunmehr so abgedeckt ist, daß die Abschattungskanten AK so liegen, daß für jede Raumrichtung wiederum nur jeweils ein Teilgitter mit einem einzigen konstanten Gitterabstand für das Beugungsbild wirk­ sam ist und daß nunmehr so dejustiert ist, daß genau die bei der Anordnung nach Fig. 10 nicht wirksamen Teilgitter bei der Anordnung nach Fig. 12 wirksam sind.

Fig. 13 zeigt das zur Anordnung nach Fig. 12 zugehörende Beu­ gungsbild.

Ein Vergleich zwischen den Beugungsbildern nach Fig. 11 und nach Fig. 13 zeigt deutlich, daß bei einer Vorrichtung nach der Erfindung ein Übersprechen von verschiedenen Richtungen, in denen dejustiert werden kann, nicht möglich ist, und daß sofort angegeben werden kann, in welchen Richtungen eine Dejustierung vorliegt.

Eine Gitterstruktur G kann auf einer Halbleiterscheibe W auf verschiedene Weise hergestellt werden. Die Beugungs­ linien können in einer Fotolackschicht, in einer Oxidschicht, in einer Halbleiterschicht oder in einer Metallschicht de­ finiert werden. Es ist nur wichtig, daß die Gitterstruktur G auf oder in der Halbleiterscheibe W so ausgebildet ist, daß sie bei Beleuchtung mit Hilfe des Lichtstrahls R genü­ gend Lichtintensität in der Detektoranordnung D zur Erstel­ lung eines Beugungsbildes liefert.

Wenn zwei Gitterstrukturen G und zwei Justiermarken J in der angegebenen Weise übereinander justiert werden, kann die Ju­ stierung der Maske M bezüglich des Wafers W sowohl durch Translationen als auch durch Verdrehen von Maske M und Wafer W zueinander erfolgen.

Die Justiermarke J muß im justierten Fall nicht unbedingt die Gitter der Gitterstruktur G abschatten. Wichtig ist, daß die Lage der Justiermarke J bezüglich der Gitterstruktur G für den justierten Fall definiert ist und daß die Justier­ marke J mindestens soviele Kanten K aufweist, wie bei einer möglichen Justierung oder auch bei einer möglichen Dejustie­ rung der Maske M bezüglich des Wafers W Abschattungskanten AK wirksam sein sollen.

Der Justierfall kann auch so definiert sein, daß bei der Ab­ deckung der Gitterstruktur G durch die Justiermarke J die dabei entstehenden Abschattungskanten AK beispielsweise an den Rändern der Gitter der Gitterstruktur G liegen und daß in diesem Beispiel für den justierten Fall ein Beugungsbild nach Fig. 9 vorliegt.

Bei der Abschattungsmethode wird der beugende Flächenanteil des Gitters G durch Lage-Änderungen der Justiermarke J ver­ ändert.

Eine Gitteranordnung nach Fig. 2 (Stand der Technik) kann für Genauigkeiten von unter 0,1 µm nicht verwendet werden, weil die Meßsignal-Änderungen bei Verschiebungen um 0,1 µm klei­ ner sind als sie durch Schwankungen im Lack oder im Proxi­ mity-Abstand verursacht werden.

Bei einem Gitter nach den Fig. 2, 4, 6 wird während der Ju­ stierung nur eine schmale Randzone des Gitters von 10% der Gitterfläche genutzt. Hinzukommt, daß die Beugungsintensi­ tät eines schmalen Gitters sich wie bei einer Punktreihe nicht in Beugungspunkten sammelt, sondern in Strichen ver­ schmiert ist.

Bei einer Vorrichtung nach Fig. 8 sind die Gitterstege vor­ zugsweise senkrecht zu den Abdeckkanten AK ausgerichtet, da­ mit bei kleiner Gitterkonstante und bei großem Proximity- Abstand keine Abschattung von Reflexen erfolgt.

Bei einer Vorrichtung nach Fig. 8 erfolgt die Aufspaltung in Plus- und Minus-Richtung bezüglich der x-Achse bzw. der y-Achse durch zwei unterschiedliche Gitterkonstanten. Die x-Felder und die y-Felder sind in verschiedenen Bereichen des Gitters G zusammengefaßt.

Die Stopp-Struktur (Justiermarke J) in der Maske M besteht aus Streifen, die in der justierten Soll-Lage vorteilhaf­ terweise die einzelnen Gitter der Gitterstruktur G abdecken.

Mit einer Justierstruktur nach den Fig. 8, 10, 12 sind gegen­ über dem Stand der Technik folgende Vorteile zu erwarten:

• - Es werden mehrere Abschattungskanten für jede Koordinaten­ achse genützt; dies bewirkt einen Intensitätsanstieg entsprechend den beugenden Flächen.
• - Die Periodizität der Gitterstreifen führt bei kleiner Ab­ weichung von der Soll-Lage, bei der die Streifen der Ju­ stiermarke J die Gitter der Gitterstruktur G abdecken, zu einem "Kreuz-Punkt-Gitter", dessen Beugungsintensitäten nicht in Strichen, sondern in Maxima gesammelt werden. Daraus ergibt sich eine weitere Intensitätssteigerung.
• - Positive und negative Richtungsgitter liegen eng nebenein­ ander, so daß sich Lackeinflüsse und Proximity-Einflüsse klein halten.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Justieren einer mit mindestens einer Justiermarke (J) versehenen Maske (M) bezüglich eines mit mindestens einer Gitterstruktur (G) versehenen Halbleiter­ wafers (W), wobei die Gitterstruktur (G) Gitter mit ver­ schiedenen Gitterrichtungen aufweist, mit einer Einrichtung (L) zur Beugung von Licht (R) an mindestens einer durch mindestens eine Justiermarke (J) abgedeckten Gitterstruktur (G), dadurch gekennzeichnet,

• - daß mindestens eine Gitterstruktur (G) mindestens zwei Gitter mit verschiedenen Gitterrichtungen aufweist,
• - daß zur Unterscheidung von Dejustierungen, die in entge­ gengesetzten Richtungen auftreten, unterschiedliche Git­ terabstände vorgesehen sind, und
• - daß für jede Richtung (links, rechts, oben, unten), in der dejustiert werden kann, mehr als eine Kante (K) der mindestens einen Justiermarke (J) vorhanden sind zur Er­ zeugung von Abschattungskanten (AK) auf der Gitterstruktur (G).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Gitter, die zur Unterscheidung von in entgegengesetzten Richtungen (links und rechts, oben und un­ ten) erfolgenden Dejustierungen dienen, eng nebeneinanderlie­ gen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abbildung mindestens einer Ju­ stiermarke (J) auf mindestens eine Gitterstruktur (G) eine 1 : 1-Schattenabbildung ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abbildung mindestens einer Justiermarke (J) auf mindestens eine Gitterstruktur (G) eine verkleinernde Abbildung ist.