Реперный знак и способ совмещения рисунка маски с рисунком подложки

,БО УБЛИН 3 Г 9/00 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЬйьЛМ.ц Н АВТОРСКОМ ТЕЛЬСТВУ знанияя техрибоВМЕ- ПОДи - . Ю ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ(56) 1. Цветков Ю.Б. РЕперныеки для автоматического совмещепри фотолитографии. Электроннаника. Сер. Полупроводниковые пры, вып, 5 (131), 1979, с. 21 2. Патент ФРГ Р 2819400,кл, 6 01 О 5/26, 1978.(54) РЕПЕРНЫЙ ЗНАК И СЯ СОБ СОЩЕНИЯ РИСУНКА МАСКИ С РИ ОМЛОЖКИ(57) 1. Реперный знак, содержавыполненные на маске и подложкдифракционные решетки, о т л ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности и производитель-ности процесса совмещения, дифракционные решетки размещены в видеквадрата на подложке и квадратаменьшего размера на маске, разделенных диагоналями на секторы, каждый из которых содержит центральныйи периферийный участки, причем центральные участки на подложке и маске идентичны и содержат дифракционные решетки, параллельные соответствующим сторонам квадратов, а периферийные участки содержат попарнонепараллельные между собой и непараллельные сторонам квадратов диФракционные решетки, период которыхменьше периода дифракционных решеток в центральных участках.10 46734 5 30 2, Способ совмещения рисунка маски с рисунком подложки, включающий освещение реперного знака когерентным излучением, грубую и точную ориентацию подложки относительно маски, причем точную ориентацию подлодки относительно маски проводят путем измерения и выравнивания интенсивностей симметричных дифракцирнных максимумов излучения, дифрагируемого на дифракционных решетках реперного знака, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и производительности процесса, грубую ориентацию осуществляют путем измерения и выравнивания интенсивностей излучения,1Изобретение относится к производству интегральных схем и полупроводниковых приборов, а именно. к технологии Фото- и рентгенолитографии,и может быть использованопри проведении операций совмещения рисункамаски с рисунком интегральной схемы на подложке,Известен реперный знак, содержащий выполненные на маске и подложкефигуры в виде прямоугольных полосок.Известен также способ совмещения рисунка маски с рисунком подложки,основанный на измерении спомощью фотоэлектрического микроскопа расстояния между фотометрическими осями Фигур реперного знакана маске и поцложке и приведении егок заданной величине перемещениемподложки относительно маски 1 .Недостаток указанных реперногознака и способа совмещения с помощью Фотоэлектрического микроскопазаключается в низкой точности совмещения, обусловленной уходом фотометрических осей и изменениемконтрастности реперных знаков впроцессе технологической обработкиподложки,Наиболее близким к предлагаемымявляются реперный знак, содержащийвыполненные на маске и подложкеидентичные дифракционные решетки,а также способ, основанный на применении данного знака,и включающийосвещение реперного знака когерентным излучением, грубую и точную ориентацию подложки относительно маски, при этом грубую ориентацию осуществляют визуально с помощью микроскопа, а точную ориентацию проводифрагируемого на неперекрытых зонах периферийных участков, рас"положенных на подложке, при этоммаске сообщают вынужденные. колебанияв диагональном направлении с амплитудой, меньшей половины периода дифракционных решеток центральныхучастков, а точную ориентацию проводят в два этапа, причем на первомэтапе ориентацию осуществляют подифракционным решеткам центральныхучастков, а на втором этапе - поперекрытым областям дифракционныхрешеток на периферийных участкахпутем выравнивания интенсивностеймаксимумов одного и того же порядка от всех участков. 2дят путем измерения и выравнивания интенсивностей излучения, дифрагируемого на дифракционных решетках реперного знака 2 1.Известные реперный знак и способ обеспечивают воэможность совмещения рисунка маски с рисунком подложки с очень высокой точностью.Однако необходимо проводить грУбую ориентацию маски и подложки с погрешностью менее половины периода дифракционных решеток знака, Эта операция трудно поддается автоматизации, предполагает использование дополнительных реперных знаков и систем совмещения, что усложняет процесс и снижает его точность и производительность. Цель изобретения - повышение точности и производительности процессасовмещения.Указанная цель достигается тем,что в реперном знаке, содержащемвыполненные на маске и подложкедифракционные решетки, дифракционные решетки размещены в виде квадрата на подложке и квадрата меньшего размера на маске, разделенныхдиагоналями на секторы, каждый изкоторых содержит центральный и периферийный участки, причем центральные участки на подложке и маскеидентичны и содержат дифракционныерешетки, параллельные соответствующим сторонам квадратов, а периферийные участки содержат попарнонепараллельные между собой и непараллельные сторонам квадратов дифракционные решетки, период которыхменьше периода дифракционных реше ток в центральных участках.40 Указанная цель достигается такжетем, что согласно способу совмещения рисунка, маски с рисунком подложки, включающему освещение реперного знака когерентным излучением,грубую и точную ориентацию подложки 5относительно маски, причем точную ориентацию подложки относительно маскипроводят путем измерения и выравнивания интенсивностей симметричных.дифракционных максимумов излучения, 10дифрагируемого на дифракционныхрешетках реперного знака, грубуюориентацию осуществляют путем измерения и выравнивания интенсивностей излучения, дифрагируемого 15на неперекрытых зонах периферийныхучастков, расположенных на подложке,при этом маске сообщают вынужденные колебания в диагональном направ-.лении с амплитудой, меньшей половиныпериода дифракционных решеток центральных участков, а точную Ориентацию проводят в два этапа, причем напервом этапе ориентацию осуществляютпо дифракционным решеткам центральных участков, а на втором этапе -по перекрытым областям дифракционных решеток на периферийных участках путем выравнивания интенсивностей максимумов одного и того жепорядка от всех участков,На фиг. 1 приведен реперный знаксовмещения; на Фиг. 2 . - схема, поясняющая процесс совмещения; нафиг. 3 - изменение сигналов от не"перекрытых зон периферийных участков в процессе совмещения; на фиг.4 то же, от перекрытых зон периферийных участков; на фиг. 5 - суммарный сигнал; на фиг. б - схемаустройства совмещения; на Фиг. 7вид А на фиг, б; на фиг. 8 - нид Бна фиг. б.Реперный знак совмещения представляет собой образованный совокупностью дифракционных Решеток квадрат 1 (фиг, 1 ), разделенный по диагоналям на четыре сектора, каждыйиз которых состоит из центрального2 и периферийного 3 участков (зон ).Дифракционные решетки центральныхучастков 2 расположены симметричноотносительно центра (О ) реперногознака, взаимно перпендикулярны ипараллельны сторонам .квадрата. 1 иимеют одинаковый период с 1. Дифракционные решетки перифериййых участкон имеют период д 2 меньший периода31, и расположенны таким образом, чтоони не параллельны друг другу и решеткам в зонах 2, Размер ц центральных участков на подложке и маске 60одинаков, а размер Ь периФерийныхучастков на маске меньше этого раз-,мера на подложке.Так как дифракция излучения происходит в плоскости, перпендикуляр ной линиям дифракционных решеток, топри наложении маски и подложки и освещении реперного знака когерентным излучением возникает дифракционная картина, особенностью которой является пространственное разделение лучей, дифрагированных напериферийных участках знака, и лучей, дифрагированных на взаимно перпендикулярных решетках центральныхучастков. Измеряя и сравнивая интенсивность симметричных дифракционных максимумов излучения, получают информацию о величине рассонмещения центров реперного знака покоординатам Х, У и углу М . При этомодин и тот же знак используетсякак для грубого, так и для точногосовмещения.Процесс совмещения выполняют следующим образом,На подложке и маске на базовомрасстоянии (фиг. 2 ) формируют днаодинаковых реперных знака 4 и 5.Знак 4 предназначен для совмещениярисунков маски и подложки по координатам Х и У, а знак 5 - для совмещения по углу М . Далее накладываютмаску на подложку таким образом,чтобы квадраты реперных знаковчастично перекрывались, и освещают ихкогерентным излучением, напримерлазерным лучом. Затем проводят собственно процесс совмещения путем грубой и точной ориентации маски иподложки.Процесс грубой ориентации осуществляют по принципу сравнения площадей периферийных участков 3 наподложке, неперекрытых квадратоммаски, Поскольку интенсивность дифрагированного излучения пропорциональна освещаемой световым пучком площади этой решетки, то величину смещения ДХ, ЬУ, йУцентров квадратовна маске (01)и подложке (02)можноопределить, измеряя Фотоприемникамии сравнивая интенсинность излучения, .дифрагированного на периферийныхучастках 3 в секторах знаков 4 и 5,Разностью сигналов фотоприемников6 и 7 определяют величину и знаксмещения Х, фотоприемников 8 и 9величину и знак У и фотоприемников10 и 11 - величину и знак угловогосмещения Ч (фиг. 2). Фотоприемникиэти установлены так, что регистрируют интенсивность симметричныхмаксимумов дифракции, например (+1,-1). Полученые с Фотоприемниковразностные сигналы используют дляуправления приводами, осуществляющими перемещение маски относительноподложки, пока эти сигналы не станутравными нулю.При перемещении маски относительно подложки основной сигнал, снимаемый с фотоприемников 6-11, модули 1046734руется синусоидальным сигналом,обусловленным интерференцией лучейдифрагированных перекрывающимисяучастками периферийных участков 3знака на подложке и маске. Существенной особенностью использования реперного знака для предварительногосовмещения является измерение разности сигналов фотоприемников приколебательном.движедии маски относительно подложки в направлении диагонали реперного знака с амплитудой,равной половине периода д решетокцентральноф эоны 2 знака. Этим достигается Усреднение снимаемых сУФфотоприемников 6-11 сигналов и устраняется влияние на результаты измерений вышеуказанной модуляциисигналаНа фиг, 3-5 показаны изменениясигналов на фотоприемниках б и 7в процессе совмещения по координате Х. Аналогичные изменения сигналовпроисходят и на фотоприемниках 8, 9и 10, 11 для координат У и 9В начальный момент времени составляющая 31 (Фиг. 3) сигнала на фотоприемнике 6, обусловленная излучением, дифрагиронанным на неперекрытой зоне решеток периферийного участка подложки, имеет максимальное значение, .Составляющая Э сигнала на ЗОфотоприемнике 7 имеет нулевое значение, так как периферийный участокподложки для этого фотоприемникаполностью перекрыт знаком маски.При перемещении маски относительно 35подложки в направлении уменьшениявеличины йХ сигнал 31 на фотоприемнике б уменьшается, а сигнал 3на фотоприемнике 7 увеличивается.Составляющие на обоих фотоприемниках будут равны при аХ = О.При перемещении маски относительно подложки происходит также интерференциялучей, дифрагированных наперекрывающихся зонах периферийных 45участков на маске и подложке, которая приводит к модуляции основныхсигналов 3 и Э на Фотоприемникахб и 7 сигналами 3 и 7 (Фиг, 4)синусоидальной формы с периодом,равным периоду д 2 решеток периферийных зон. Изменение суммарных сигналов 3 и Эб на фотоприемнике би 7 при измейевии величины. д Х по. казано на фиг. 5.При колебаниях подложки относительно маски сигнал модулируетсяво времени непрерывно. Благодаряэтому возможно проведение совмещения по средним значениям сигналовЭ и 56. Процесс грубой ориентации 6 Опрекращают, когда 5 будет равно 56,При этом максимальная погрешностьсовмещения равна амплитуде вынужденных колебаний маски относительноподложки, т.е. величине д 2 . Ана- у логичным образом проводят пРедварительное совмещение по координатам У и У, После завершения грубой ориентации вынужденные колебания прекращают и проводят перный этап точной ориентации по сигналам Фотоприемников 12 и 13 (координата У), фотоприемников 14 и 15 (координата Х) и Фотоприемников 16 и 17 (координата У )Каждой парой этих фотоприемников измеряют интенсивность излучения, дифрагированного на решетках центральных участков 2 на маске и. подложке в симметричных порядках, При наличии оассовмещения д Х, Ь У, а 9 интенсивность излучения,дифрагированного решетками центральных зон знака в симметричных порядках, неодинакова и разностный сигнал, снимаемый с фотоприемников 12 и 13, 14 и 15, 16 и 17 не ранен нулю. Используя этот разностный сигнал, осуществляют управление приводами и перемещают маску относительно подложки в направлении уменьшения сигнала, пока он не достигНет минимального значения.Используемый принцип совмещения обеспечивает возможность совмещения реперных знаков с погрешностью лучше 0,1 периода д решеток центральных зон. Период д решеток периферийных зон знака выбирают таким, чтобы после первого этапа точной ориентации зти решетки на маске и подложке были совмещены с погреш ностью не хуже д 2)2. После выполнения этого условия приступают к второму этапу точной ориентации. Этот этап проводят аналогично первому с той разницей, что для получения информации о величинах Д Х, Л У, диспользуют периферийные участки. Так как период этих решеток д 2 меньше периода д решеток центральных зон, достигается более высокая точность совмещения. В качестве приемников излучения на этом этапе применяют те же приемнИки, что и при грубой ориентации: б и 7 (координата Х ), 8 и 9 (координата У ), 10 и 11 (координата 9). Это возМожно по-тому, что приемники установлены в симметричных максимумах дифракции.Разностные сигналы, снимаемые с этих фотоприемникон, используют для управления приводами маски и уменьшают величины д Х, Д У, а 8 до минимальных значений. П р и м е р В качестве маски используют стеклянный хромированный Фотошаблон со слоем хрома толщиной 0,1 мм. Реперный знак на маске имеет размеры 0,7 х 0,7 мм, Центральный участок знака 0,3 бх 0,36 мм. Период решеток центральных участков 12 мкм, а периферийных участков 5 мкм. Отношение ширины линий рееток к периоду для всех решетоквыбирают равным 1:4.В качеств: подложки используюткремниевую пластину. Релерный знакна подложке выполняют путем травления в кремнии линий решетки на глубину 0,1-0,2 мкм.Реперный знак имеет размеры 0,8 х 0,8 мм, Базовое расстояние между реперными знаками выбирают равным 56 мм. Зазор между маской и подложкой в процессе совме-, Ощения поддерживают постоянным и равным 5 мкм. Совмещение проводят спомощью специального устройства( фиг. 4 ), устанавливаемого на серийную установку ЭМ. 5Устройство состоит из лазера 18,в качестве которого используют лазер ЛГ-2 с длиной волны излучения 0,6328 мкм мощностью 10 Вт,модулятора 19 зеркала 20, телескопического устройства 21 для расширения лазерного пучка, зеркала 22,светоделительного кубика 23, зеркала 24, зеркал 25 и 26 с отверстиями для прохождения лазерного луча,кронштейна 27 для размещения фотоприемников 6, 7, 8) 9, 12, 13, 14и 15 и кронштейна 28 для размещенияфотоприемников 10, 11, 16 и 17, пьезопривода 29 для вибрации маски 30относительно подложки 31. В качестве фотоприемников используют Фотодиоды ФДК,Устройство. работает следующим образом, 35Луч лазера 18 прерывается модулятором 19 с частотой 800 Гц, расширяется устройством 21 до диаметра 1,5 мм, делится кубиком 23 на два равных потока, которые через отвер стия в зеркалах 25 и 26 освещают реперные знаки на маске 30 и подложке 31.Дифрагированные решетками знаков лазерныелучи отражаются зеркалами 25 и 26 на Фотоприемники 6-17, расположенные таким образом, что обеспечивают измерение интенсивности излучения во вторых порядках дифракции. Пьезопривод 29 осуществляет вибрацию маски 30 относительно пластины 32 на этапе предварительного совмещения. В качестве,пьеэопривода в устройстве для совмещения применен пьеэокерамический столбик, обеспечивающий амплитуду вибрации 5 мкм при частоте 10 Гц.Разностный сигнал от каждой пары фотоприемников регистрируется микровольтметром В 2-11, Контроль эа воспроизводимостью процесса совмещения производится с помощью микрокатора ГОСТ 6933-72 с ценой деления 0,1 мкм и по показаниям микровольтметра,Проведенные эксперименты показывают, что предлагаемые реперный знак и способ совмещения рисунка маски и подложки обеспечиваЮт воэможность совмещения с точностью не хуже 0,1 мкм. При этом грубое совмещение при использовании описанного в примере реализации реперного знака возможно при начальном рассовмещении центров знака до 0,2 мм.Таким образом, использование изобретения позволяет на базе имеющихся установок полностью автоматизировать процесс совмещения, повысИть его пройэводительность, а также сущест,венно повысить точность совмещения (до 0,1 мкм ). При этом обеспечивается высокая надежность Функционирования оборудования.к филиал ППП "Патент", г. Уагород, ул. Проектная,7727/46 Тирам 473 ВНИИПИ Государственного комите по делам изобретений и откр 113035, Москва, Ж, Раушская