Реперный знак и способ совмещения рисунка маски с рисунком подложки Советский патент 1983 года по МПК G03F9/00 

2, Способ совмещения рисунка маски с рисунком подложки, включающий освещение реперного знака когерентным излучением, грубую и точную ориентацию подложки относительно маски, причем точную ориентацию подлолки относительно маски проводят путем измерения и выравнивания интенсивностей симметричных дифракци рнцых максимумов излучения, дифрагируемого на дифракционных решетках реперного знака, о т л и чающий с я тем, что, с целью повышения точности и произв одительности процесса, грубую ориентацию осуществляют путем измерения и вырав 1ивания интенсивностей излучения.

дифрагируемого на неперекрытых зонах периферийных участков, расположенных на подложке, при этом маске сообщают вынужденные.колебания в диагональном направлении с амплитудой, меньшей половины периода дифракционных решеток центральных участков, а точную ориентацию проводят в два этапа, причем на первом этапе ориентацию осуществляют по дифракционным решеткам центральных участков, а на втором этапе - по перекрытым областям дифракционных решеток на периферийных участках путем выравнивания интенсивностей максимумов одного и того же порядка от всех участков.

1. Реперный знак, содержащий выполненные на маске и подложке дифракционные решетки, о т л и гч а.ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности и производительности процесса совмещения, дифракционные решетки размещены в виде квадрата на подложке и квадрата меньшего размера на маске, разделенных диагоналями на секторы, каждалй из которые содержит центральный и периферийный участки, причем центральные участки на подложке и маске идентичны и содержат дифракционные решетки, параллельные-соответствующим сторонам квадратов, а периферийные участки содержат попарно непараллельные между собой и непараллельные сторонам квадратов диI фракционные решетки, период которых меньше периода дифракционных реше(Л ток в центральных участках. О) со 4;:

- Г -1

Изобретение относится к производству интегральных схем и, полупроводниковых приборов, а именно- к технологии фото- и рентгенолитографии, и может быть использрвано-при проведении операций совмещения рисунка маски с рисунком интегральной схемы на подложке,

Известен реперный знак, содержащий выполненные на маске и подложке фигуры в виде прямоугольных полосок.

Известен также способ совмещения рисунка маски с рисунком подД1ОЖКИ, основанный на измерении с помощью фотоэлектрического микроскопа расстояния между фотометрическими осями фигур реперного знака на маске и подлол ке и приведении ег к заданной величине перемещением подложки относительно маскИ СД

Недостаток указанных реперного з.нака и способа совмещения с помощью фотоэлектрического микроскопа заключается в низкой точности совмещения, .обусловленной уходом фотометрических осей и изменением контрастности реперных знаков в процессе технологической обработки подложки,

Наиболее близким к предлагаемым являются реперный знак, содержащий выполненные на маске и подложке идентичные ди фракционные решетки, а способ, основанный на применении данного знака.и включающий освещение реперного знака когерентным излучением, грубую и точную ориентацию подложки относительно маски, при этом грубую ориентацию осуществляют визуально с помощью микроскопа, а точную ориентацию проводят путем измерения и выравнивания интенсив.ностей излучения-, дифрагируемого на дифракционных решетках реперного знака 2,

Известные реперный знак и спосо обеспечивают возможность 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 тоности и производительности процесс совмещения.

Указанная цель достигается тем, что в реперном знаке, содержащем выпо.пненные на маске и подложке дифракционные решетки, дифракционные решетки размещены в виде квадрата на подложке и квадрата меньшего размера на маске, разделенных диагоналями на секторы, каждый из которых содержит центральный и периферийньзй участки, причем центральные участки на подложке и маск идентичны и содержат дифракционные решетки, параллельные соответствующим сторонам квадратов, а периферийные участки содержат попарно непараллегльные между собой и непараллельные сторонам квадратов диракционные решетки, период которых меньше периода дифракционных решеток в центральных участках. Указанная цель достигается такж тем, что согласно способу совмещения рисунка, маски с рисунком под ложки, включающему освещение репер ного знака когерентным излучением, грубую и точную ориентацию подложки относительно маски, причем точную ор ентацию подложки относительно маск проводят путем измерения и выравни вания интенсивностей симметричных дифракционных максимумов излучения дифрагируемого на дифракционных решетках реперного знака, грубую ориентацию осуществляют путем измерения и выравнивания интенсивностей излучения, дифрагируемого на неперекрытых зонах периферийных участков, расположенных на подложк при этом маске сообщают вынужденные колебания- в диагональном напра лении с амплитудой, меньшей полови периода дифракционных решеток цент ральных участков, а точную ориента цию проводят в два этапа, причем н первом этапе ориентацию осуществляю по дифракционным решеткам центральных участков, а на втором этапе по перекрытым областям дифракционных решеток на периферийных участках путем выравнивания интенсивностей максимумов одного и того же порядка от всех участков. На фиг. 1 приведен реперный знак совмещения; на фиг. 2 - схема, поясняющая процесс совмещения; на фиг. 3 - изменение сигналов от неперекрытых зон периферийных участков в процессе совмещения; на фиг. то же, от перекрытых зон периферийных участков; на фи-г. 5 - суммарный сигнал; на фиг. б - схема устройства совмещения; на фиг. 7 вид А на фиг. 6; на фиг. 8 - вид Б на фиг. 6. Реперный знак совмещения предста ляет собой образованный совокупностью -дифракционных решеток квадрат 1 (фиг. 1), разделенныйпо диагоналям на четыре сектора, каждый из которых состоит из центрального 2 и периферийного 3 участков (зон } Дифракционные решетки центральных участков 2 расположены симметрично относительно центра (О ) реперного знака, взаимно перпендикулярны и параллельны сторонам .квадрата. 1 и имеют одинаковый период d. Дифракционные решетки периферийных участков имеют период dj меньший периода dv,, и расположенны таким образом, ч они не параллельны друг другу и решеткам в зонах 2. Размер а централь ных участков на подложке и маске одинаков, а размер Ъ периферийных участков на маске меньше этого размера на подложке. Так как дифракция излучения происходит в плоскости, перпендикулярной линиям дифракционных решеток, то при наложении маски и подложки и освещении реперного знака когерентным излучением возникает дифракционная картина, особенностью которой является пространственное разделение лучей, дифрагированных на периферийных участках знака, и лу- чей, дифрагированных на взаимно, перпендикулярных решетках центральных участков. Измеряя и сравнивая интенсивность симметричных дифракционных максимумов излучения, получают информацию о величине рассовмещения центров реперного знака по координатам X, У и углу Ч. При этом один и тот же знак используется как для грубого, так и для точного совмещения. Процесс совмещения выполняют следующим образом. На подложке и маске на базовом расстоянии (фиг. 2 -формируют два одинаковых реперных знака 4 и 5. Знак 4 предназначен для совмещения рисунков маски-и подложки по координатам X и У, а знак 5 - для совмещения по углу Ч . Далее накладывают маску на подложку таким образом, чтобы квадраты реперных знаков частично перекрывались, и освещают их когерентным излучением, например лазерным лучом. Затем проводят собственно процесс совмещения путем грубой и точной ориентации маски и подложки. Процесс грубой ориентации осуществляют по принципу сравнения площадей периферийных участков 3 на подложке, неперекрытых квадратом маски. Поскольку интенсивность дифрагированного излучения пропорциональна освещаемой световым пучком площади этой решетки, то величину смещения d X, ЛУ, а центров квадратов на маске (0)и подложке (Oj)можно определить, измеряя фотоприемниками и сравнивая интенсивность излучения, дифрагированного на периферийных участках 3 в секторах знаков 4. и 5. Разностью сигналов фотоприемников б и 7 определяют величину и знак смещения X, фотоприемников 8 и 9 величину и знак У и фотоприемнйков 10 и 11 - величину и знак углового смещения (фиг. 2). Фотоприемникн эти установлены так, что регистрируют интенсивность симметричных максимумов дифракции, например (+1, -1). Полученые с фотоприемников разностные сигна.лы используют для управления приводами, осуществляющими перемещение маски относительно подложки, пока эти сигналы не.станут равными нулю. При перемещении маски относительно подложки основной сигнал, снимаемый с фотоприемников 6-11, модулируется синусоидальным сигналом, обусловленным интерференцией лучей дифрагированных перекрывающимися участками периферийных участков 3 знака на подложке и маске. Существе ной особенностью использования реперного знака для предварительного совмещения является измерение разности сигналов фотоприемников при колебательном, движении маски относи тельно подложки в направлении диаго нали реперного знака с амплитудой, равной половине периода решеток центральной зоны 2 знака. Этим достигается усреднение снимаемых с фотоприемников 6-11 сигналов и устраняется влия.ние на результаты измерений вьпиеуказанной модуляции . сигнала. На фиг. 3-5 показаны изменения сигналов на фотоприемниках 6 и 7 в процессе совмещения по координате X. Аналогичные изменения сигнал происходят и на фотоприемниках 8, и 10, 11 для координат У и Ч. В начальный момент времени сост . ляющая 3 (фиг. 3) сигнала на фото приемнике 6, обусловленная излучением, дифрагированным на неперекры той зоне решеток периферийного уча ка подложки, имеет максимальное зн чение. Составляющая 2 сигнала на фотоприемнике 7 имеет нулевое значение, так как периферийный участо подложки для этого фотоприемника полностью перекрыт знаком маски. При перемещении маски относительно подложки в направлении уменьшения величины ЛХ сигнал 0 на фотоприемнике 6 уменьшается, а сигнал 2 .на фотоприемнике 7 увеличивается. Составляющие на обоих фотоприемниках будут равны при Х 0. При перемещении маски относител но подложки происходит также интер ференция лучей, дифрагированных на перекрывающихся зонах периферийных участков на маске и подложке, кото рая приводит к модуляции основных сигналов 3 и 2 на фотоприемниках 6 и 7 сигналами .J и :. (фиг. 4) синусоидальной формы с периодом, равным периоду d решеток периферийных зон. Изменение суммарных си налов Jj и J, на фотоприемнике б и 7 при изменении величины, л X по- казано на фиг. 5. При колебаниях подложки относительно маски сигнал модулируется во времени непрерывно. Благодаря этому возможно проведение совмещения по средним значениям сигналов 3j и 3,. Процесс грубой ори антации прекращают, когда 5 будет равно. 5 При этом максимальная погрешность совмещения равна амплитуде вынужде ных колебаний маски относительно подложки, т.е. величине d 4/2 Аналогичным образом проводят предварительное совмещение по координатам У и У. После завершения грубой ориентации вынужденные колебания прекращают и проводят первый этап точной ориентации по сигналам фотоприемников 12 и 13 (координата У), фотоприемников 14 и 15 (координата X) и фотоприемников 16 и 17 (координата f/ Каждой парой этих фотоприемников измеряют интенсивность излучения, дифрагированного на р.ешетках центральных участков 2 на маске и. подложке в симметричных порядках. При наличии оассовмещения л X, АУ,лЧ 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 равен 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 d. решеток центральных зон. Период Й2 решеток периферийных зон знака выбирают таким, чтобы после первого этапа точной ориентации эти решетки на маске и подложке были совмещены с погреш-ностью не хуже d После выполнения этого условия приступают к второму этапу тонной ориентации. Этот этап проводят аналогично первому с той разницей,.что для получения информации о величинах АХ,ЛУ, Л Ч используют периферийные участки. Так как период этих решеток dj меньше периода d решеток центральных зон, достигается более высокая точность совмещения. В качестве приемников излучения на этом этапе применяют те же приемнйки, что и при грубой ориентации: 6 и 7 (координата Х), 8 и 9 (координата У/, 10 и 11(координата-Ч ;. Это возможно по- тому, что приемники установлены в симметричных максимумах дифракции. Разност.ьые сигналы, снимаемые с этих фотоприемников, используют для управления приводами маски и уменьшают величины АК, У, л Ч до минимальных значений. Пример В качестве маски используют стеклянный хромированный фотошаблон со слоем хрома толщиной 0,1 мм, Реперный знак на маске имеет размеры 0,7x0,7 мм. Центральный участок знака 0,36x0,36 мм. Период решеток центральных участков 12мкм, а периферийных участков 5 мкм. Отношение ширины линий ре.шеток к периоду для всех решеток (выбирают равным 1:4. В качестве подложки используют кремни.евую пластину. Реперный знак на подложке выполняют путем травл.ения в кремнии линий решетки на глубину 0,1-0,2 мкм. Реперный знак име ет размеры 0,8x0,8 мм. Базовое расстояние между реперными знаками выбирают равным 56 мм. Зазор между ма кой и подложкой в процессе сонме-, щения поддерживают постоянным и рав ным 5 мкм. Совмещение проводят с помощью специального устройства (фиг. 4 )f устанавливаемого на серий ную установку ЭМ-526. Устройство состоит из лазера 18, в качестве которого используют лазер ЛГ-76-2 с длиной волны излучения 0,6328 мкм мощностью 10 Вт, модулятора 19,, зеркала 20, телескопического устройства 21 для расшире ния 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, 13,14 и 15 и кронштейна 28 для размещения фотоприемников 10, 11, 16 и 17, пье зопривода 29 для вибрации маски 30 относительно подложки 31. В качестве фотоприемников используют фотодиоды ФД-11К. Устройство, работает следующим об разом. . Луч лазера 18 прерывается модуля тором 19 с частотой 800 Гц, расширя ется устройством 21 до диаметра 1,5 мм, делится кубиком 23 на два равных потока, которые через отверстия в зеркалах 25 и 26 освещают реперные знаки на маске 30 и подложке 31. Дифрагированные решетками знаков лазерные лучи отражаются зеркалами 25 и 26 на фотоприемники 617, расположенные таким образом, что обеспечивают измерение интенсив.ности излучения во вторых порядках дифракции. Пьезопривод 29 осуществляет вибраци о маски 30 относительно пластины 32 на этапе предварительного совмещения. В качествепьезопривода в устройстве для совмещения применен пьезокерамический столбик, обеспечивающий амплитуду вибрации 5 мкм при частоте. 10 Гц. Разностный сигнал от каждой пары фотоприемников регистрируется микровольтметром В2-11, Контроль за воспроизводимостью процесса совмещения производится с помощью микрокатора ГОСТ 6933-72 с ценой деления 0,1 мкм и по показаниям тиикровольтметра. Проведенные эксперименты показывают, что предлагаемые реперный знак и способ совмещения рисунка маски и подложки обеспечивают возможность 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 производительность, а также существенно повысить точность совмещения (до 0,1 мкм/. При этом обеспечивается высокая надежность функционирования оборудования.

vj.

/cf

72

г7г//./