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Feld der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung für die genaue
Ausrichtung oder Positionierung eines Objektes, und besonders die
Ausrichtung einer Maske und eines Wafers wie sie in der Fotolithografie
bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen verwendet wird.
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Hintergrund
der Erfindung
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Bei
der Herstellung von Halbleitervorrichtungen sind häufig vielfache
Verarbeitungsschritte erforderlich für die Herstellung eines Wafers.
Das Bild einer Maske wird auf einen Wafer projiziert, und der Wafer
wird für
die Herstellung einer Menge von Schichten eine Vielzahl von Malen
verarbeitet, um eine Halbleitervorrichtung zu produzieren, wie etwa einen
Mikroprozessor. Bei der Verarbeitung eines Wafers ist häufig die
genaue Positionierung und Ausrichtung des Wafers mit einer Maske
oder eines darauf abzubildenden Fadenkreuzes kritisch.
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Während es
viele Ausrichtungssensoren gibt, die optische Gitter verwenden,
neigen diese Ausrichtungssensoren dazu, ein optisches Gitter auf eines
Maske auf ein optisches Gitter auf einem Wafer abzubilden, um die
Ausrichtung zu erkennen. Ein solches Ausrichtungssystem ist in dem
U.S. Patent 4,631,416 mit dem Titel "Wafer/Mask Alignment System Using Diffraction
Gratings" offengelegt,
das am 23. Dezember 1996 an Trutna, Jr. erteilt wurde. Dort ist
ein Ausrichtungssensor und -verfahren mit Licht, das von einem Maskengitter
auf ein Wafergitter und zurück
durch das Maskengitter gebeugt wird, um Beugungsordnungen zu produzieren.
Die Intensität der
nullten Ordnung wird erkannt und Ausrichtung wird erreicht, wenn
die Intensität
der nullten Ordnung zu einem Extremum wird. Ein holographisches
Phasengitter wird auf der Maske verwendet, um die Produktion des
Gitters zu vereinfachen. Ein anderes Ausrichtungssystem unter Verwendung
optischer Gitter ist in dem U.S. Patent 4,848,911 mit dem Titel "Method for Aligning
First and Second Objects, Relative to Each Other, and Apparatus
for Practicing This Method" offengelegt,
das am 18. Juli 1989 an Uchida et al. erteilt wurde. Dort ist ein
Apparat und Verfahren für
die Ausrichtung einer Maske und eines Wafers offengelegt. Ein erstes
eindimensionales optisches Gitter wird auf der Maske ausgebildet,
und ein zweites optisches Gitter mit einem schachbrettartigen Muster wird
auf dem Wafer ausgebildet. Lichtstrahlen, die von dem ersten optischen
Gitter auf der Maske gebeugt werden, werden auf das zweite optische
Gitter auf dem Wafer geworfen. Die gebeugten Lichtstrahlen von dem
zweiten optischen Gitter auf dem Wafer werden auf das erste optische
Gitter auf der Maske geworfen und wieder durch das erste optische
Gitter auf der Maske gebeugt. Die Maske und der Wafer sind präzise relativ
zueinander ausgerichtet entsprechend der Intensität des erkannten
gebeugten Lichtstrahls. Ein anderes Ausrichtungssystem unter Verwendung
von optischen Gittern ist offengelegt in dem U.S. Patent 5,100,234
mit dem Titel "Method
And Apparatus For Aligning Two Objects, And Method And Apparatus
For Providing A Desired Gap Between Two Objects", das am 31. März 1992 an Ishibashi et al.
erteilt wurde. Dort ist ein erstes, auf einer Maske ausgebildetes
optisches Gitter und ein zweites, auf einem Wafer ausgebildetes
optisches Gitter offengelegt. Zwei Lichtstrahlen mit geringfügig unterschiedlichen
Frequenzen bilden Interferenzen miteinander und werden durch das
erste und das zweite optische Gitter gebeugt. Die gebeugten Lichtstrahlen
werden in ein Erkennungslicht kombiniert, das eine Phasenverschiebung
hat, welche die Versetzung zwischen dem Wafer und der Maske repräsentiert,
oder eine Phasenverschiebung hat, welche den Abstand zwischen dem
Wafer und der Maske repräsentiert.
Ein anderes Ausrichtungssystem ist offengelegt in dem U.S. Patent
5,151,754 mit dem Titel "Method
and Apparatus for Measuring A Displacement Between Two Objects,
And A Method and Apparatus for Measuring A Gap Distance Between
Two Objects", das
am 29. November 1992 an Ishibashi et al. erteilt wurde. Zwei Objekte,
wie eine Maske und ein Wafer, haben jedes mindestens ein optisches
Gitter darauf. Zwei Lichtstrahlen unterschiedlicher Frequenzen werden
durch die optischen Gitter gebeugt. Ein Lichtstrahl einer spezifischen
Ordnung wird von jedem der gebeugten Interferenzlichtstrahlen erkannt
und in ein Interferenzsignal umgewandelt. Die Versetzung wird ermittelt
nach der Phasendifferenz zwischen diesen Interferenzsignalen. Ein
anderer Ausrichtungssensor oder Positionserkennungsapparat ist offengelegt
in dem U.S. Patent 5,171,999 mit dem Titel "Adjustable Beam And Interference Fringe
Position", das am
15. Dezember 1992 an Komatsu et al. erteilt wurde. Dort ist ein
Positionserkennungsapparat oder Ausrichtungssensor offengelegt,
der ein optisches Gitter auf einem Substrat und ein optisches Ausrichtungs system
für die
Beleuchtung des optischen Gitters mit einem Paar kohärenter Lichtstrahlen
unterschiedlicher Frequenzen und unterschiedlicher Richtungen hat. Noch
ein anderer Ausrichtungssensor ist offengelegt in dem U.S. Patent
5,559,601 mit dem Titel "Mask And
Wafer Diffraction Grating Alignment System Wherein The Diffracted
Light Beam Return Substantially Along An Incident Angle", das am 24. September
1996 an Gallatin et al. erteilt wurde. Dort ist ein interferometrisches
Gitter-Gitter-Wafer-Ausrichtungssystem mit einem optischen Gitter
auf einer Maske und einem optischen Gitter auf einem Wafer offengelegt.
Eine Beugungsordnung wird in einem vorbestimmten Winkel erkannt,
und die Phase und Amplitude einer bekannten Frequenzkomponente der
Intensität
wird bestimmt, um die Ausrichtungsinformation über die Maske und den Wafer
zu ermitteln.
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US 534735 beschreibt eine
Ausrichtungsvorrichtung für
die Ausrichtung eines Substrats mit einem vorbestimmten Punkt unter
Verwendung von Interferenzlicht, das durch zwei Strahlen erzeugt
wird, die ein optisches Gitter beleuchten. Die Vorrichtung umfasst
auch ein Referenzgitter, um die Erkennung einer Phasendifferenz
zu ermöglichen,
welche einen Positionsversatz anzeigt.
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Alle
obigen Ausrichtungsvorrichtungen oder -sensoren haben für die Ausrichtung
eines Wafers und einer Maske angemessen funktioniert. Während Ausrichtungsmarkierungen
auf der Maske oder Strichplatte und dem Wafer mit akzeptablem Ergebnis
verwendet wurden, führt
die stets abnehmende, auf dem Wafer produzierte Merkmalgröße oder
Linienbreite zu einem Bedarf an verbesserten Ausrichtungssensoren.
Die Schwierigkeit genauer Ausrichtung ist vergrößert, wenn verschiedene Verarbeitungsschritte
vielfache, auf dem Wafer gebildete Schichten ergeben, welche die
Ausrichtungsmarkierungen überziehen
oder verschleiern, was ihre Erkennung mit konventionellen Ausrichtungssensoren schwierig
macht. Die Produktion von Ausrichtungsmarkierungen auf der Maske
oder Strichplatte mit hoher Qualität erhöht unerwünschter Weise die Kosten der
Strichplatte oder Maske und deshalb des gesamten Herstellungsprozesses.
Es besteht ein Bedarf an verbessertem Ausrichtungssensor und Ausrichtungsverfahren
für eine
verbesserte Ausrichtung zwischen einer Maske und einem Wafer und
für eine
bessere Zuverlässigkeit
unabhängig
von Prozessschritten in einer Menge von Anwendungen. Zusätzlich besteht ein
fortgesetzter Bedarf, bei Fortschreiten der Halbleiterherstellungstechnologien
Ausrichtungssensoren sowohl in der Genauigkeit als auch Geschwindigkeit
zu verbessern.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Dementsprechend
ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Ausrichtung eines
Wafers und einer Strichplatte unabhängig von Prozessvariablen zu
verbessern.
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Es
ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine redundante
Ausrichtungsinformation vorzusehen.
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Die
vorliegende Erfindung erreicht ihre Ziele durch Vorsehen eines Ausrichtungssystems,
welches die in Anspruch 1 oder alternativ in Anspruch 10 beanspruchten
Merkmale umfasst. Die vorliegende Erfindung sieht auch ein Ausrichtungssystem
vor, welche die in Anspruch 12 beanspruchten Merkmale umfasst.
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Auch
sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren der Ausrichtung einer
Maske vor, welches die in Anspruch 14 vorgestellten Schritte umfasst.
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Die
vorliegende Erfindung verwendet eine Interferometer-Anordnung, um
die Masken- und Wafer-Ausrichtung zu bestimmen. Eine Beleuchtungsquelle
liefert eine kohärente
elektromagnetische Bestrahlung, die vielfache diskrete Wellenlängen haben kann,
an einen Strahlteiler. Der Strahlteiler teilt die kohärente elektromagnetische
Bestrahlung, um bei nahezu normalem Einfall ein erstes feststehendes oder
stationäres
optisches Gitter und ein zweites optisches Gitter zu beleuchten,
das auf einem mobilen Wafer plaziert ist. Die gebeugten Ordnungen
von dem feststehenden Referenzgitter werden zusammen mit den gebeugten
Ordnungen von dem mobilen Wafergitter gesammelt. Die Bewegung des
mobilen Wafergitters verursacht eine messbare Phasenverschiebung.
Die gesammelten Beugungsordnungen werden erkannt und die Phasenverschiebung
bestimmt. Ein Signalprozessor berechnet eine Fehlausrichtung auf
der Basis der Phasenverschiebung und anderer Information und liefert
Steuerungssignale an eine Tisch-Steuerung. Die Ausrichtung wird
deshalb zwischen dem Wafergitter und dem feststehenden Gitter beibehalten.
Mit einer anderen Einrichtung wird ein Masken-Tisch hinsichtlich
des feststehenden Gitters akkurat positioniert. Die Verwendung vielfacher Kanäle, die
unterschiedliche Beugungsordnungen und unterschiedliche Wellenlängen oder
Farben der elektromagnetischen Strahlung von der Beleuchtungsquelle enthalten,
helfen, Ausrichtungsinformation ohne Rücksicht auf Prozessvariablen
zu erlangen, welche unterschiedlichen Schichten oder Überzügen auf
einem Wafer zugeordnet sind. Durch selektives Polarisieren der Beleuchtungsquelle
und Vorsehen eines zentralen polarisierenden Abschnitts auf dem Strahlteiler
können
die unterschiedlichen Kanäle oder
Beugungsordnungen und Wellenlängen
für einen
optimalen Kontrast abgewogen werden. Alternativ kann der Kontrast
minimiert werden, was die Interferenz unterdrückt und ermöglicht, dass der Ausrichtungssensor
in einem Mode arbeitet, um die Verwendung von Latentbild-Metrologie-(LIM)-Verfahren durch
Messung der Beugungsintensität
zuzulassen.
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Es
ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass die für die Bestimmung
von Ausrichtung erforderliche Phasenerkennung relativ einfach ist.
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Es
ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass die Kosten
für das
Vorsehen eines Gitters auf einer Maske oder Strichplatte vermieden werden.
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Es
ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass es eine Interferometer-Geometrie
hat.
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Es
ist ein anderes Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass ein feststehendes
optisches Gitter verwendet wird.
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Es
ist ein noch anderes Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass vielfache
diskrete Wellenlängen
verwendet werden können,
um die notwendige Ausrichtungsinformation zu ermitteln, ohne Rücksicht
auf Prozessvariablen.
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Diese
und andere Ziele, Vorteile und Merkmale werden leichter offenkundig
unter Beachtung der folgenden, detaillierteren Beschreibung.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Darstellung eines Teils eines fotolithografischen
Systems, das die vorliegende Erfindung nutzt.
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2 ist
eine schematische Darstellung, die den Ausrichtungssensor der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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3 ist
eine Aufsichtdarstellung, welche die Beugungsordnungen zeigt, die
von den optischen Gittern gesammelt wurden.
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4A und 4B zeigen
schematisch die Veränderung
der Phase einer ebenen Welle aufgrund von horizontalem Versetzen
der optischen Gitter.
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5 ist
ein Blockdiagramm, das ein Verfahren für die Vergrößerung von Herstellungseffizienzen bei
der Ausrichtung einer Maske und eines Wafers darstellt.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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1 ist
eine vereinfachte, schematische Darstellung eines Ausrichtungssystems
in einem fotolithographischen System. Ein Wafer 10 wird
auf einen Wafer-Tisch 12 plaziert, der sowohl in X-Richtung
als auch in Y-Richtung beweglich ist. Der Wafer-Tisch 12 hat
neben sich und an ihm angebracht einen Auto-Kalibrierungsdetektor 14.
Eine Maske 20 ist an einem Masken-Tisch 22 angebracht.
Der Masken-Tisch 22 bewegt sich typisch entlang einer einzigen
Achse in einer Ebene parallel zu der der Bewegung des Wafer-Tischs 12.
Typisch ist dies in der Y-Richtung. Zwischen dem Wafer 10 und
der Maske 20 sind Projektionsoptiken 16 positioniert.
Die Projektionsoptiken 16 bilden die Maske 20 auf
Teile des Wafers 10 ab. Die optische Achse der Projektionsoptiken 16 wird
durch die gestrichelte Linie 32 veranschaulicht. Zur Vereinfachung
ist das Beleuchtungssystem für
die Abbildung der Maske 20 auf den Wafer 10 nicht
veranschaulicht. Zwischen der Maske 20 und dem Wafer 10 ist
ein Strahlteiler 18. Grobausrichtungskanäle 25 sind
dem Strahlteiler 18 zugeordnet. Die Grobausrichtung 26 bestimmt
die Ausrichtung des Wafers auf einen relativ großen Wert, z.B. auf einige Mikron.
Ein Maskentargetdetektor 24 wird verwendet, um Targets
auf der Maske zu erkennen, und kann in Kombination mit Wafer-Targets
verwendet werden. Weil viele optische Ausrichtungskanäle verwendet
werden können,
die beweglich sind, um unterschiedliche Feldhöhen aufzunehmen, muss ein Auto-Kalibrierungsdetektor 14 auf
dem Wafer-Tisch 12 montiert sein und wird verwendet, um
die Versätze zwischen
den Feinausrichtungssen sorlichtausrichtungskanalpfaden und den aktinischen
optischen Belichtungsprojektionspfaden für unterschiedliche Kanalpositionen
und Ausrichtungsmarkierungen zu messen. Die Ausrichtungsinformation
wird gekoppelt und der Steuerung 28 bereitgestellt, welche
die Bewegung des Wafer-Tischs 12 und des Masken-Tischs 22 steuert,
wodurch die Ausrichtung während
der Abtastung des Masken-Tischs und des Wafer-Tischs beibehalten
wird. Der Feinausrichtungssensor 30, auf den die vorliegende
Erfindung ausgerichtet ist, liefert Ausrichtung und Positionsinformation
auf weniger als ein Mikron, wodurch die Feinausrichtung erzeugt
wird, die in der Herstellung von Halbleitervorrichtungen mit kleinen
Merkmalausmaßen
erforderlich ist. Zusätzlich
liefert der Feinausrichtungssensor 30 verbesserte Feinausrichtung
ohne Rücksicht
auf Prozessvariablen.
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2 veranschaulicht
schematisch den Feinausrichtungssensor 30, der allgemein
in 1 veranschaulicht ist. Eine Ausrichtungsbeleuchtungsquelle 34 richtet
elektromagnetische Strahlung auf die Faseroptik 36. Die
von der Ausrichtungsbeleuchtungsquelle 34 bereitgestellte,
elektromagnetische Strahlung sollte im Wesentlichen kohärent sein.
Jedoch kann die Beleuchtungsquelle 34 eine Vielzahl diskreter
Wellenlängen
haben. Z.B. können
die Wellenlängen
im Bereich von 630 bis 870 nm liegen, und haben vorzugsweise mindestens
vier diskrete Wellenlängen,
die gleichmäßig zwischen
630 nm und 870 nm verteilt sind. Die Faseroptik 36 kann
eine einmodale, die Polarisation erhaltende Faser sein. Am Ende
der Faseroptik 36 ist eine polarisierende Ausgabevorrichtung 38.
Die elektromagnetische Strahlung von der Beleuchtungsquelle 34 ist über die
Linsen 42 und 46 und die Blende 44 auf
den Strahlteiler 50 gerichtet, und wird durch den Strahlumlenker 48 umgelenkt.
Der Strahlteiler 50 hat eine Beschichtung 54 auf
seiner Oberfläche,
um die Teilung des Strahls zu bewirken. Der Strahl der elektromagnetischen Strahlung
kann durch die Verwendung eines Strahlteilers vom Amplitudentyp
oder vom Polarisierungstyp geteilt oder verdoppelt werden. Auf gleiche Weise
kann der zentrale Abschnitt 52 des Strahlteilers 50 durch
die Verwendung einer Beschichtung vom Amplitudentyp oder vom Polarisierungstyp
geteilt oder verdoppelt werden. Bis zu vier Wellenplatten 54A können erforderlich
sein abhängig
von dem ausgewählten
Verfahren der Strahlteilung. Dementsprechend werden die sich ergebenden
zwei Strahlen der elektromagnetischen Strahlung gegenseitig verriegelte
Phasen haben. Die Oberfläche 56 absorbiert
ungebeugtes Licht und ist in Nachbarschaft zur einen Seite des Strahlteilers 50 plaziert.
Einer der Strahlen der elektromagnetischen Strahlung von dem Strahlteiler 50 beleuchtet
bei nahezu normalem Einfall ein feststehendes optisches Refe renzgitter 60. Das
feststehende optische Referenzgitter 60 kann von irgendeinem
Gittertyp sein. Das feststehende optische Referenzgitter 60 ist
an einer feststehenden Referenz 62 angebracht. Die feststehende
Referenz 62 ist stationär
und ist an einer bekannt stabilen Position mit Bezug auf den Masken-Tisch,
wie dem in 1 veranschaulichten Masken-Tisch. Ein zweiter Strahl
elektromagnetischer Strahlung von dem Strahlteiler 50 beleuchtet
ein optisches Wafergitter 68, das an dem Wafer 10 angebracht
oder ihm zugeordnet ist. Das Wafergitter 68 kann von irgendeinem Gittertyp
sein, ist aber vorzugsweise ein zweidimensionales Gitter mit derselben
Periode, das Achsen hat, die hinsichtlich der Bewegungsrichtung
des Wafers 10 um 45° orientiert
sind. Das feststehende optische Referenzgitter 60 kann
ein ähnliches
zweidimensionales optisches Gitter sein. Die optischen Gitter 60 und 62 sollten
Gitter mit derselben Periode und Orientierung enthalten. Die Bewegungsrichtung
des Wafers 10 wird durch den Pfeil 69 veranschaulicht. Der
Pfeil 69 veranschaulicht die Bewegung in der X-Richtung.
Der erste Strahl oder Teil der elektromagnetischen Strahlung von
dem Strahlteiler 50, der das feststehende optische Gitter 60 beleuchtet,
ergibt Beugungsordnungen 64A, 64B, 64C und 64D, die
von der Objektivlinse 58 gesammelt werden. Die Linien 64B und 64C repräsentieren
eine Beugung erster Ordnung, und die Linien 64A und 64D repräsentieren
eine Beugung zweiter Ordnung. Während nur
zwei Ordnungen als von der Linse 58 gesammelt gezeichnet
sind, können
mehr als zwei Ordnungen gesammelt werden. Die gestrichelte Linie 65 repräsentiert
eine Beugungsordnung von einer unterschiedlichen Wellenlänge oder
Farbe der elektromagnetischen Strahlung, wenn eine Beleuchtungsquelle mit
vielfacher Wellenlänge
verwendet wird. Die von den Linien 64A–64D repräsentierten
Beugungsordnungen dringen in den Strahlteiler 50 ein und
sind auf optische Fasersammler 72A–72D und 74A–74D gerichtet.
Der zweite Strahl oder Teil elektromagnetischer Strahlung, der das
beweglich optische Wafergitter 68 beleuchtet, wird gebeugt
und durch die achromatische Objektivlinse 66 gesammelt,
die ähnlich
der Objektivlinse 58 ist, und dringt in den Strahlteiler 50 ein.
Jede Beugungsordnung 70A–70D ist auf jeweilige
optische Fasersammler 72A–72D gerichtet. Die
sich ergebende elektromagnetische Strahlung von den optischen Fasersammlern 72A–72D wird
durch den Detektor 76A gesammelt. Der Detektor 76A wandelt
die elektromagnetische Strahlung in ein Signal um, das in einen
Signalprozessor 78 eingegeben wird. Ähnlich wird die von den optischen
Fasersammlern 74A–74D gesammelte elektromagnetische
Strahlung durch den Detektor 76B erkannt. Der Detektor 76B wandelt
die elektromagnetische Strahlung in ein Signal um, das in den Signalprozessor 78 eingegeben
wird. Während
zwei Detektoren veranschaulicht sind, können die Detektoren 76A und 76B ein
Detektorfeld sein oder in einen einzigen Detektor eingebracht sein.
Der Signalprozessor 78 wandelt die jeweiligen Signale von
Detektor 76A und 76B in ein Signal um, das repräsentativ
ist für
den Versatz oder die Fehlausrichtung des optischen Wafergitters 68 bezüglich des
feststehenden optischen Referenzgitters 60. Eine jede Fehlausrichtung
zwischen dem beweglichen optischen Wafergitter 68 und dem
feststehenden optischen Gitter 60 während der Wafer 10 bewegt
oder abgetastet wird, wird eine Phasenverzögerung ergeben, das Interferenzsignale
auftreten lässt,
die durch den Signalprozessor 78 mit wohlbekannten Techniken
verarbeitet werden. Dementsprechend können die Detektoren 76A und 76B einfach
ein Viel-Element-Detektor für
die Erkennung zeitweiser Signale sein, die bei allen Ordnungen und
Farben auftreten. Deshalb liegt alle Information über eine
Ordnung in der Phase des Interferenzsignals, die mit den Laser-Metrologie-Daten
von der Tisch-Abtastung getaktet sind.
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3 veranschaulicht
schematisch eine Darstellung verschiedener Beugungsordnungen auf einer
Pupille 80. Von der Aufsicht der Pupille 80 werden
die Beugungsordnungen erzeugt durch das zweidimensional bewegliche
optische Gitter 68, das in 2 veranschaulicht
ist. Die Kreise 82 repräsentieren
die Beugungen erster Ordnung als Ergebnis einer Dimension des zweidimensionalen
optischen Gitters für
eine bestimmte Farbe oder Wellenlänge. Die Kreise 82A repräsentieren
die Beugungen erster Ordnung als Ergebnis einer Dimension des zweidimensionalen
optischen Gitters für
eine andere, zweite Farbe oder Wellenlänge. Die Kreise 84 repräsentieren
die Beugungen zweiter Ordnung als Ergebnis einer Dimension des zweidimensionalen
optischen Gitters für
die erste Wellenlänge
oder Farbe. Die Kreise 84A repräsentieren die Beugungen zweiter Ordnung
als Ergebnis einer Dimension des zweidimensionalen optischen Gitters
für die
zweite Wellenlänge
oder Farbe. Auf ähnliche
Weise repräsentieren die
Kreise 86 die Beugungen erster Ordnung als Ergebnis der
anderen Dimension des zweidimensionalen optischen Gitters für ein zweites
optisches Gitter, orthogonal zu dem ersten optischen Gitter, für die erste
Wellenlänge
oder Farbe. Die Kreise 86A repräsentieren die Beugungen erster
Ordnung als Ergebnis der anderen Dimension des zweidimensionalen optischen
Gitters für
eine zweite Wellenlänge
oder Farbe. Die Kreise 88 repräsentieren die Beugungen zweiter
Ordnung als Ergebnis der anderen Dimension des zweidimensionalen
optischen Gitters für
die erste Wellenlänge
oder Farbe. Die Kreise 88A repräsentieren die Beugungen zweiter
Ordnung als Ergebnis der anderen Dimension des zweidimensionalen optischen
Gitters für
das zweite optische Gitter für eine
zweite Wellen länge
oder Farbe. Das erste und das zweite optische Gitter sind vorzugsweise
senkrecht zueinander und in einem 45°-Winkel relativ zu der Richtung
der Abtastung oder Bewegung positioniert. Eine große Menge
an Information ist in der Amplitude und Phase der Beugungsordnungen
eines optischen Gitters verfügbar.
Während
nur zwei Ordnungen veranschaulicht wurden, können natürlich mehr als zwei Ordnungen
gesammelt werden. Während
nur Ordnungen für
zwei unterschiedliche Farben oder Wellenlängen veranschaulicht wurden,
können
natürlich
mehr verwendet werden, und vorzugsweise werden mindestens vier diskrete
Wellenlängen oder
Farben elektromagnetischer Strahlung genutzt.
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4A und 4B veranschaulichen
graphisch die Phasenveränderung
oder -verschiebung als Ergebnis der Bewegung des optischen Wafergitters
relativ zu dem feststehenden optischen Gitter. Eine im Wesentlichen
kohärente
Beleuchtung beleuchtet die optischen Gitter 168, was zu
gebeugter elektromagnetischer Strahlung führt, die sich in einer Richtung
von θ Grad
zum Beleuchtungsstrahl 90 ausbreitet. Der Pfeil 94 veranschaulicht
die Ausbreitungsrichtung der ebenen Wellen 92 als Ergebnis
der Beugung des Beleuchtungsstrahls 90. 4B veranschaulicht
die sich ergebende Phasenveränderung als
Ergebnis einer horizontalen Verschiebung des optischen Gitters 168 entlang
der X-Achse hinsichtlich 4A. 4B veranschaulicht
eine Verschiebung des optischen Gitters 168 um angenähert ein Viertel
einer Periode P, angezeigt als ΔX.
Als Ergebnis ergibt sich eine verschobene oder verzögerte ebene
Welle 96, was zu einer Phasenverschiebung von Δϕ der
Position 92 der ursprünglichen
ebenen Welle führt.
Dementsprechend kann diese Phasenverschiebung erkannt und gemessen
werden, was sich direkt auf die horizontale Positionierung und Ausrichtung
des optischen Gitters 168 und in Korrespondenz eines Wafers
bezieht, der an dem optischen Gitter 168 angebracht ist.
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5 ist
ein Blockdiagramm, das ein bevorzugtes Verfahren oder Prozess des
Praktizierens der vorliegenden Erfindung in einem Lernmode veranschaulicht,
um eine optimierte Ausrichtung zu erreichen, ohne Rücksicht
auf Prozessvariablen wie Asymmetrien oder Beschichtungen auf dem
optischen Wafergitter aufgrund der Verarbeitung eines Wafers während der
Herstellung einer Vorrichtung. In 5 repräsentiert
der Block 200 den Akt oder Schritt der Beleuchtung eines
ersten Wafers mit einem optischen Gitter darauf mit einer Ausrichtungsbeleuchtung
mit vielfachen diskreten Wellenlängen. Die
diskreten Wellenlängen
können
mindestens vier sein und im Bereich zwischen sechshundertdreißig nm und
achthundert siebzig nm liegen. Der Block 202 repräsentiert
den Akt oder Schritt der Identifizierung der Beugungsordnungen und
Wellenlängen
mit der besten Ausrichtungsinformation. Bei der Bestimmung der besten
Ausrichtungsinformation können die
stärksten
Signale verwendet oder es kann eine Kombination der Signalstärke und
vorheriger Information bezüglich
erwarteter Beugungsordnungen oder Wellenlängen beachtet werden. Dementsprechend
wird eine Optimierung der Erkennung der besten Ausrichtungsinformation
bestimmt durch Auswahl sowohl der Farbe oder Wellenlänge als
auch der Beugungsordnung, welche die beste Anzeige von Ausrichtung
bezüglich
der Prozessvariablen vorsieht. Z.B. können einige Farben oder Wellenlängen ein
besseres Signal abgeben abhängig
von Metallkörnungsrauschen,
und anderer Interferenz- oder Randeffekte. Der Block 204 repräsentiert
den Akt oder Schritt der Bestimmung des Zustands des Wafers. Der
Block 206 repräsentiert
den Akt oder Schritt der Speicherung der identifizierten Ordnungen
und Wellenlängen
und Zuständen
des Wafers aufgrund der Prozessvariablen. Der Block 208 repräsentiert den
Akt oder Schritt der Verwendung der gespeicherten Information, um
die identifizierten Ordnungen und Wellenlängen auszuwählen, die bei der nachfolgenden
Wafer-Verarbeitung von Wafern verwendet wird, welche ähnliche
Zuständen
oder Prozessvariablen haben.
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Die
obigen Prozessschritte oder Verfahren machen es für das System
möglich,
die Ausrichtungsprozedur zu lernen oder zu optimieren durch Suchen
nach spezifischen Wellenlängen
oder Farben und Beugungsordnungen, welche die zuverlässigste
Information ohne Beachtung der Wafer-Verarbeitungsvariablen für das Erreichen
der genauesten Ausrichtung vorsehen. Dementsprechend ist als Ergebnis
des Apparats und des Verfahrens der vorliegenden Erfindung die Ausrichtung
von Wafern mit einer Maske oder Strichplatte verbessert, was die
Ausrichtungsgenauigkeit und den Durchsatz verbessert.
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Der
Betrieb der vorliegenden Erfindung kann mit Bezug auf 1 bis 5 leicht
erkannt werden. Mit Bezug auf 1 ist die
Grobausrichtung 26 in der Lage, die Ausrichtung zwischen
dem Wafer 10 und der Maske 20 auf weniger als
eine Periode der optischen Wafergitter 60 und 68 zu
erkennen, dargestellt in 2. Die Periode der in 2 gezeigten,
optischen Wafergitter 60 und 68 sollte im Bereich
von einem bis fünf
Mikron liegen und ist vorzugsweise 2,5 Mikron. Dementsprechend wird
der in 1 und 2 veranschaulichte Feinausrichtungssensor 30 genutzt,
um eine Ausrichtungsgenauigkeit von wesentlich weniger als 2,5 Mikron
und in der Größenordnung
von einem nm zu erreichen. Diese Ausrichtungsgenauig keit wird erreicht
durch Nutzung eines relativ konsistenten und genauen optischen Referenzgitters 60,
das sehr genau hergestellt werden kann, und das dieselbe Periode
hat wie ein bewegliches optisches Gitter 68, das auf einem
Wafer plaziert ist, der mit einer Strichplatte oder Maske auszurichten
ist. Eine jede Fehlausrichtung des beweglichen optischen Wafergitters 68 hinsichtlich
dem optischen Referenzgitter 60 und einer Grobausrichtungsposition
wird als eine Phasenverschiebung von einem Referenzsignal erkannt.
Diese Phasenverschiebung wird von dem in 2 veranschaulichten
Signalprozessor 78 genutzt, um eine Fehlausrichtungsinformation
an eine Tisch-Steuerung 128 vorzusehen. Die Tisch-Steuerung 128 bewirkt,
dass der in 1 veranschaulichte Wafer-Tisch 12 und
Masken-Tisch 22 sich
entsprechend bewegen, um so die Ausrichtung einzuhalten. Die Bewegung
des Masken-Tischs 22 wird allgemein bezogen auf einen Abstand
von der feststehenden Referenz 62, auf der das optische
Referenzgitter 60 montiert ist, und eine Grobausrichtungsposition
wird durch die in 1 veranschaulichte Grobausrichtung 26 bestimmt.
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Die
vorliegende Erfindung hat auch den Vorteil, dass sie leicht umgewandelt
werden kann zu einem Latentbild-Metrologie-(LIM)-Mode durch Beseitigung
des Phasenmessungsaspektes. Dies wird ermöglicht durch Verwendung der
polarisierenden Ausgabevorrichtung 38 und dem zentralen
polarisierenden Abschnitts 52 des Strahlteilers 50.
Durch Drehen der polarisierenden Ausgabevorrichtung 38 kann
die für
das feststehende optische Referenzgitter 60 bereitgestellte,
elektromagnetische Strahlung reduziert und/oder beseitigt werden.
Dies hat den Vorteil der Transformation der vorliegenden Erfindung
auf Kommando in einen Latentbild-Metrologie-Sensor. Latentbild-Metrologie
ist eine bekannte Diagnostik, die in einigen Anwendung erwünscht ist
für die
Reduzierung verschiedener kritischer Dimensionsfehler, Asymmetrien
und Abweichungen durch Vergleichen verschiedener Ordnungsintensitäten für verschiedene
latente Gitterbilder. Deshalb ist in einigen Anwendungen die Fähigkeit
vorteilhaft, einen Ausrichtungssensor in einen Latentbild-Metrologie-Sensor
umzuwandeln.
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Die
Referenzphase in dem Ausrichtungssensor der vorliegenden Erfindung
kommt von dem feststehenden optischen Gitter 60. Für jede Ordnung
und Wellenlänge
kollimiert die Objektivlinse 58 einen kohärenten,
monochromatischen Strahl von dem optischen Referenzgitter 60.
Eine jede dieser Referenzordnungen ist phasenstarr mit einem Strahl
derselben Wellenlänge,
der von dem Strahlteiler 50 erzeigt wird. Diese Strahlen
testen das optische Wafergitter 68 und werden in einer
identischen Geometrie gebeugt. Beim Abtasten des Wafers 10 in der
X-Richtung wird die Phasenverzögerung
sich verändern und
Interferenzsignale werden auftreten. Mit der Verwendung von verlustfreien
Beschichtungen 54 wegen der Konservierung von Energie müssen die
Interferenzsignale in orthogonalen Strahlen derselben Beugungsordnung
komplementär
sein, und so wird immer irgendwo Licht oder elektromagnetische Strahlung
erkannt. Wie bei jedem Interferometer ist die Phase willkürlich, aber
die Differenzen sind signifikant. Der Ausrichtungssensor misst die
Phasendifferenz unter Verwendung der Grobausrichtung, um jede Mehrdeutigkeit
wegen des modulo-pi-Fehlers oder einer Verschiebung um einer ganze
Wellenlänge
zu beseitigen. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass
das optische Referenzgitter 60 immer dieselben vorhersagbaren
Beugungseffizienzen hat. Jedoch hat das optische Wafergitter 68 Verluste
und Neuverteilung der Effizienzen unter den Ordnungen. In einigen
Anwendungen kann es nützlich
sein, die Referenzamplitude für
höchsten
Randkontrast auszugleichen. Um diese Ausgleichsmöglichkeit ohne Phasenveränderung
vorzusehen, kann der zentrale Teil 52 des Strahlteilers 50 polarisiert
sein, während der
Rest des Strahlteilers 50 eine Amplitudenaufteilungsbeschichtung
ist. Dementsprechend kann durch Drehen der polarisierenden Ausgabevorrichtung 38 ein
Ausgleich ohne unnötigen
Lichtverlust erreicht werden. Dies wird erreicht durch Verdrehen
der polarisierenden Ausgabevorrichtung 38, die der Beleuchtungsquelle 34 zugeordnet
ist. Zusätzlich
kann die polarisierende Ausgabevorrichtung 38 verwendet werden,
um die Amplitude auf Null herunter zu bringen, was effektiv den
Latentbild-Metrologie-Mode erzeugt, der vorstehend diskutiert wurde.
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Dementsprechend
hat die vorliegende Erfindung viele Vorteile bei der Verbesserung
der Ausrichtung zwischen einer Maske und einem Wafer, die in der
Fotolithographie für
die Herstellung von Halbleitern verwendet wird. Die Verwendung eines
feststehenden optischen Referenzgitters macht es entbehrlich, auf
jede benutzte Maske oder Strichplatte ein optisches Gitter hoher
Qualität
zu plazieren. Eine getrennte und distinkte Maskenausrichtung ist
zulässig. Zusätzlich kann
der Ausrichtungssensor der vorliegenden Erfindung leicht für Latentbild-Metrologie-Verwendung
umgewandelt werden. Zusätzlich wird
die Verwendung vielfacher Wellenlängen möglich gemacht, was zu einem
Verfahren der optimierten Erkennung und Ausrichtung in Übereinstimmung mit
verschiedenen Prozessvariablen und Asymmetrien führt, wodurch der Durchsatz
verbessert wird.