DD151231A1

DD151231A1 - Optische anordnung fuer projektionslithografische einrichtungen

Info

Publication number: DD151231A1
Application number: DD22151080A
Authority: DD
Inventors: Dietmar Klingenfeld; Rainer Dastis; Reiner Hesse; Manfred Roessler; Wolfgang Seide
Original assignee: Dietmar Klingenfeld; Rainer Dastis; Reiner Hesse; Manfred Roessler; Wolfgang Seide
Priority date: 1980-06-02
Filing date: 1980-06-02
Publication date: 1981-10-08
Also published as: JPS5726840A; FR2483641A1; DE3112606A1

Abstract

Optische Anordnung fuer projektionslithografische Einrichtungen mit nur einer Lichtquelle, einem selektierenden optischen Glied, einem Kondensor, einer Schablone, optischen Strahlenteilern in der Naehe der Schablone. Die optische Anordnung wird bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen, zum Uebertragen von Schablonenstrukturen auf Substrate verwendet. Sie soll dazu beitragen, den Automatisierungsgrad, die Genauigkeit und die Arbeitsproduktivitaet von projektionslithografischen Einrichtungen zu steigern. Es ist die Aufgabe der Erfindung, die optische Anordnung so auszugestalten, dasz sie eine grosze Menge Licht der Justier- und Belichtungswellenlaenge zu uebertragen und gleichzeitig die Justierung und Belichtung eines Chips oder einer Chipgruppe gestattet. Dazu ist das selektierende optische Glied als bewegbarer Reflektor mit mindestens zwei unterschiedlichen Bereichen ausgebildet. Den Strahlenteilern sind selektierende optische Mittel zugeordnet, die das aktinische Licht staendig ausschalten.

Description

Titgl; Optische Anordnung für projektionslithografische Einrichtungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung für projektionslithografische Einrichtungen, die eine Lichtquelle und in dem von der Lichtquelle ausgehenden Strahlengang mindestens ein selektierendes optisches Glied, einen Kondensor, eine Schablone, ein Projektionsobjektiv und ein Substrat enthält. In der riähe der Schablone sind, optische Strahleiiteiler und nachgeordnete fctoelektrischs mikroskope für Teile des Strahlenganges vorgesehen. Das selektierende optische Glied kann mindestens zwei Schaltstellungen einnehmen und läßt in allen Schaltstellungen anaktinisches Licht und mindestens einer der Schaltstellungen nur aktinisches Licht passieren. Die Erfindung wird bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen zum übertragen von Schablonenstrukturen auf Substrate verwendet. Hierzu dienen Geräte der schrittwei s en Pr о j 3kt ions1ithogra fie.

Charakteristik der bekannten technischen Lösunrsri:

Es sind bereits Geräte der schrittweisen Projekuionslithcgrai mit visueller Überdackungseinstellung bekennt, bei donen zur Beleuchtung der Schablone und des Substrates ein und derselbe Pro.j sktionss trahiengcng verwandet und ein visuelles Bexrachtungssystem einen Tsil dieses Prcjektionsstrahlenganges vcr-ѵѵэпсзь. Beim bberrang von der Übeidsckung aur Belichtung muß dos der о о в тс. г- о '·" JV'" " " 1 hl- lsI ^ ^5v ^Ύ o^A ^*'" c-^uq vinuslj Q Ϊ.·ί1 kroskoo und mit in-: r. -!.::inae:;t ein feil dos Pro.jektionsob j e;:tivs sowie

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ein Filter aus dem Strahlengang entfernt und gegen auf die Belichtungswellenlängen und den Belichtungsstrahlengang abgestimmte gleichartige optische Bauteile ausgetauscht werden. Die visuelle überdeckung ist für die Herstellung sehr genauer Schaltkreise mit außerordentlich geringen Strichbreiten zu langsam und ungenau.

Es ist auch schon ein halbautomatisch wirkender überdeckungsrepeater bekannt, bei dem zwei Beleuchtungsstrahlengänge mit festen Filtern von einer Lichtquelle ausgehen. Die mit Projektionsobjektiven ineinander abgebildeten Justiermarken von Schablone und Substrat werden nach jedem Schritt automatisch zueinander ausgerichtet. Fotolithografische Geräte der schrittweisen Projektion werden zunehmend für die Fertigung integrierter Schaltkreise eingesetzt. Gleichzeitig steigen die Forderungen an die Anpaßfähigkeit dieser Geräte bezüglich der unterschiedlichen Chipgrößen und Strukturabmessungen. Die bisher erforderliche feste oder nur geringfügig variable gerätegebundene Justiermarkenlage führt zu Einschränkungen für Schaltungsanordnungen und zur Vergrößerung der Chips. Zur effektivsten Ausnutzung der Substrate und Chips ist es notwendig, die jedem Chip oder jeder Chipgruppe zugeordneten Justiermarken für den Ort (x-y-Lage) und den Winkel (f) innerhalb oder außerhalb des Chips am Chiprand anzuordnen. Diesen höheren Anforderungen muß insbesondere das uberdeckungssystem gerecht werden.

Ziel der Erfindim.=c:

Durch die Erfindung sollen die aufgezeigten Nachteile beseitigt und der Automatisierungsgrad, die Genauigkeit und die Arbeitsproduktivität gesteigert werden.

Parleyung des V/esens der Erfindung:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Anordnung für einen überdeckungsrepeater zu schaffen, die eine große Menge Licht der Justier- und Belichtungswellenlängen zu übertragen gestattet und, gleichseitig die Justierung und. Belichtung einec Chips oder einer Chipgruppe ermöglicht.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dsdurcn gelöst, daß das selektierende optische Giied als bewegbarer rieilektor mit

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mindestens zwei unterschiedlichen Bereichen ausgebildet ist, und daß den Strahlenleilern selektierende optische Mittel zugeordnet sind, die das aktinische Licht ständig ausschalten. Vorteilhaft ist es, zu Anpassungszwecken die optischen Strah-. lenteiler parallel zur Schablone verschiebbar anzuordnen. Der Reflektor kann vortsilhafterweise als Sektorenscheibe ausgebildet sein.

Zum Selektieren der benötigten t'/ellenlängentereiche werden dielektrische Schichten benutzt, an denen das Licht reflektiert wird. Dadurch ergibt sich gegenüber der Verwendung von Absorptionsfiltern eine wesentlich höhere Lichtausbeute und eine Verkürzung der Zeiten für Belichten und Justieren sowie für kurzzeitige Justierungen eine schnelle Meßsignalgewinnung. Durch die Erfindung ist es möglich, für die Belichtung, die Überdeckung und die Justierung ein und dasselbe Beleuchtungssystem zu verwenden. Damit wird außerdem erreicht, daß bei optimaler Anpassung des Beleuchtungssysteas an das Abbildungssystem für die Strukturübeztragung automatisch auch das Beleuchtungssystem dem Abbildungssystem der Justierautomatik optimal angepaßt ist. Der Sektorspiegel gewährleistet erst die überdeckung won Schablone und Substrat und. dann die Übertragung der Struktur (Belichtung). Dabei wird in allen Stellungen das Licht der Justierweilenlängen und in einer Stellung das Licht derBelichtungswellenlängen reflektiert. Damit ist es auch möglich, während der Belichtung den Jberdeckungszustand geregelt zu halten und somit ein Verschieben der Schablone und des Chips aueinander während der Belichtung auszuschließen. Das ist besonder" bei der übertragung feiner Struktur bedeutungsvoll. Das Konstanthalten der Xohärenzparameter ist besonders dann gewährleistet, wenn durch Verändern der Größe der Aperturblende eines Projektionsob.j ektivs und Austausch von Teilen des Kondensorsystems die Auflösung in Abhängigkeit von der Feldgröße variiert werden kann, um so Cüipgi'b'ße und Elementauflösung besser anpassen zu können. I.iit höherer Apertur wird, neben der höheren Elementauflösung automatisch eine höhere Auflösung der Justiermarkenbilder verwirklicht, so daß bei der übertragung feiner Strukturen auch eine höhere Ubsrdeckungsganauigkeit erzielt wird, die beim Belichten erhalten bleibt. Das PeId der strukturen liegt in der ?eldmixte und ist in dor Regel rechteckig. Da durch die

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optische Einordnung kreisförmige Felder beleuchtet und abgebildet werden, steht für die Justiermarken in den am Rande liegenden Kreissegmenten noch ein relativ großes Feld zur .Verfügung. Uq die ungenutzte Fläche des Chips möglichst klein zu halten, müssen auch die Justiermarken und ihr Umfeld möglichst klein bleiben; die Lage der Justiermarken kann auf einem relativ großen Feld variiert werden. Aus diesem Grund wird der Strahlengang einer ersten AbbiIdungsstufe der Justierautomatik durch Verschieben optischer Elemente, ausgestattet mit selektierenden optischen Mitteln, in x- und y-Richtung innerhalb des für die Strukturübertragung ungenutzten linken bzw. rechten Segments des abzubildenden Feldes so verändert, daß die Justiermarken an Orten der benachbarten Strukturfelder zu liegen kommen, die ungenutzt sind, z,B. am.Chipfeldrand oder im Rit2Tgraben. Diese optischen Elemente sind Strahlenteiler zur Beleuchtung und Abbildung der Justiermarken und Kompensationsaiittel wie Doppelspiegel oder Rhombcidprismen zum Ausgleich der chromatischen Langsabweichung des ?roj ektionsob.j ektivs für Justier- zu Belichtungswellenlängen. Strahlenteiler und Kompensationsmittel lassen sich vorteilhaft in einem optischen Bauteil vereinen.

Au si' Uhr ungsb e i go i e 1:

Die Erfindung wird nachstehend an Hand, der schematischen Zeichnung näher erläutert. Ss zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße optische Anordnung und

Fig. 2 einen Reflektor mit unterschiedlichen Bereichen 2n Fig. 1 sind ein Beleuchtungssystem 1 bis 5 für Belichtung und Justierung, ein Abbildungssystem 6,9,10 für die Belichtung und ein Abbildungssystem 6 bis 11 für die Justierung dargestellt.

Das Beleuchtungssystem besteht aus dem von einer nicht dargestellten Lichtquelle, vorzugsweise einer Quecksilberhochdrucklampe, erzeugten Bild 1 (Sekundärlichtquelle), einer Zwischenabbildungsoptik 2 mit Linsen 2.1, 2.2, 2.3» 2.4, einem Selektivspiegel p,einer von einem Motor in Drehungen versetzten Reflektorscheibe 4.1 und einem Kondensorsystem 5 mit Linsen 5.1.,5.2, einem V/abankondensor 5.3 und einer Y/echselcptik 5«4 mit einer Linse 5·4·1 und einer I?eld.linse 5·4«2. Zu-.л .Vbbildungssyste:.! ....:

für die Belichtung gehören die Strukturen 6.3 einer Schablone 6, ein Projektionsobjektiv 9 und die fotoresistbeschichtete Oberfläche eines Substrates 10. Das Abbildungssystem für die Justierung, in Ort und V/inkel wird gebildet von Justiermarken 6.1 und 6.2, Strahlenteilerspiegeln 7.1 und 7.2, Selektivspiegeln 8.1 und 8.2, einem Projektionsobjektiv 9 und. Justiermarken 10.1. und 10.2 auf dem Substrat 10. Die Spiegel 7.1 und 7·2 sind mit dielektrischen Schichten belegt, die eine 1:1-Strahlenteilung des anaktinischen Lichtes ermöglichen und die Reflexion des elektrischen Lichtes stark vermindern. Die Selektiv.'.-spiegel 8.1 und 8.2 tragen dielektrische Beläge, die in hohem Maße das anaktinische Licht reflektieren und die Reflexion des aktinischen Lichtes verhindern.

In Fig. 2 ist die Reflektorscheibe 4·1 des selektiven"Ver-Schlusses dargestellt. Sie besteht aus vier Sektoren, 4·1.1. bis 4.1.4«) vondeBEn immer zwei diametral liegende gleich sind. Die beiden Sektoren 4«1·1· und 4.1·2 sind mit dielektrischen Schichten belegt, die nur anaktinisches Licht reflektieren. Die beiden Sektoren 4.1.3 und 4.1.4 tragen dielektrische Beläge, die aktinisches und anaktinisches Licht reflektieren.

Das Bild des Lichtquellenbilde3 1 auf der Reflektorscheibe ist mit 4*1.0 gekennzeichnet.

Das vom Lichtquellenbild 1 ausgesandte, von seinen roten und infraroten Anteilen befreite Licht wird im Beleuchtungssystem über den festen Selektivspiegel 3 geführt. Dabei reflektieren die Spiegelschichten nur noch Licht der Belichtungsweilenlänge (aktinisches Licht) und Licht der Justierwellenlänge (anaktisches Licht), so daß nach Zwischenabbildung mit Hilfe des Linsensystems 2 auf der Reflektorscheibe 4.1 das Lichtquellenbild 4.1.0 in den selektierten V/allenlängenbereichen entsteht. 1st der Sektor 4.1.1 der Reflektorscheibe 4.1 im Strahlengang, so wird nur das anaktinische Licht reflektiert und über das Kondensorsystem 5 zur gleichmäßigen Beleuchtung der Justiermarken 6.1 und 6.2,aber auch der Strukturen 6.3 auf die Schablone 6 geführt. Im Abbildungsstrahlengang für die Justieruiig erfolgt jetzt die exakte Abbildung der'Justiermarken 6.1 und 6.2 mit Hilfe der otrahlentsilGrspiegel 7.1 und 7·2, der Seiektivspiegel 8.1 und 8.2 und das Pi ojektionsobj ektivs 9 auf die Justier-τ

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marken 10.1 und 10.2 des Substrates 10, die gemeinsame Rückabbildung der Justiermarkeri 10.1 und 10.2 und der Bilder der Justiermarken 6.1 und 6.2 über Projektionsobjektiv 9, Selektiv spiegel 8.1 und 8,2, durch die Strahlenteilerspiegel 7.1 und 7.2 hindurch in eine konjugierte Ebene und die weitere Abbildung -in nicht näher beschriebenen fotoelektrischen LIi- . kroskopen Tl .1 und 11.2.

Die Strukturen 6.3 der Schablone 6 werden mit dem Projektionsobjektiv 9 auf die Oberfläche des Substrates 10 sehr unscharf abgebildet. Dieser Vorgang mit anaktinischem Licht führt nicht zur Belichtung des Fotoresists.

Ist die Überdeckung der Justierinarken 6.1 und 6.2 zu den Justiermarken 10.1 und 10.2 durch Verschiebung von Schablone 6 und Substrat 10 zueinander in Ort (Translation χ und. y) und Winkel (Rotation φ) mittels geregelter Stellsysteme 13·1 und 13.2 durch die fotoelektrischen Mikroskope 11.1 und 11.2 erreicht, wird zum Zweck der Belichtung die Reflektorscheibe 4·1 vom Motor 4,z.B. Schrittmotor, um 90° gedreht, so daß nun der Sektor 4·1·2 im Strahlengang ist und aktinisches und anaktinisches Licht reflektiert wird. Dabei ist es vorteilhaft, daß sich die Reflektorscheibe 4*1 in einer zur Aperturblende 9.1 des Projektionsobjektivs?konjugierten Ebene befindet, so daß keine hohen Forderungen an die Gleichmäßigkeit der Reflexion über die Fläche 4*1.0 und an die GLeichförmigkeit der Drehung der Reflexionsscheibe 4.1 zum öffnen und Schließen des selektiven Verschlusses 4 gestellt werd.en brauchen. Das aktinische und anaktinische Licht wird über d_as Kondensorsystem 5 zur gleichmäßigen Beleuchtung der Strukturen 6,3» aber auch der Justiermarken 6.1 und 6.2 auf die Schablone 6 geführt. Mit dem aktinischen Licht werden die Strukturen 6,3 vom Projektionsobjektiv 9 scharf auf die fotoresistbeschichtets Oberfläche des Substrates abgebildet und so de Belichtung ausgeführt, während die sehr unscharfe Abbildung mit anaktinischem Licht ohne Einfluß auf die Belichtung bleibt. Gleichseitig erfolgt im Abbildungsstrahlengang für die Justierung die scharfe Abbildung der Justiermarken 6.1 und 6.2 der Schablone 6 auf die Justierraarken 10.1 und 10.2 auf dem Substrat 10 mit anaktinischem Licht und wie oben beschrieben die Rüclcabbiidung in eine konjugierte Ebene und die weitere Abbildung in cU.u iotoelektririschen Liikroskop 11.1 und 11.2. Das aktinische Licht wird im Abbildungsstrahlengang

für die Justierung durch Unterdrückung der Refelxion an den dielektrischen Schichten der Strahlenteilerspiegel 7.1 und und. der Selektiv3piegel 8.1 und 8.2 beseitigt, um solche Wirkungen wie die zusätzliche, sehr unscharfe Abbildung der Justiermarken mit aktinischem Licht oder das Belichten der Justiermarken 10.1 und 10.2 auf dem Substrat 10 auszuschalten. Der Belichtungsvorgang wird nach Maßgabe durch eine Belichtungsautomatik 12 abgeschlossen, indem die Reflektorscheibe ura weitere 90 gedreht wird, so daß sich der Sektor 4· 1.3 im Strahlengang befindet und nur anaktinisches Licht zur Beleuchtung verwendet wird.

Anstatt als drehbare Scheibe kann der Reflektor 4.1 auch als rechteckige, zum Strahlengang quer verstellbare Platte mit aktinischen und anaktinischen Bereichen ausgebildet sein.

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Claims

cn stir u с h:

1. Optische Anordnung fur projektionslithografiscbe Einrichtungen, die eine Lichtquelle und in dem von der Lichtquelle ausgehenden Strahlengang mindestens ein selektierendes optisches Glied, einen Kondensor, eine Schablone, ein Projektionsobjektiv und ein Substrat enthält, bei denen in der Nähe der Schablone optische Strahlenteiler und nachgeordnete fotoelektrische Mikroskope für T_eils des Strohlengange* vorgesehen sind und bei denen das selektierende optische

tO Glied zwei Schaltstellungen einnimmt, das in beiden Schaltstellungen und Ьеіщ Schalten anaktinisches Licht und in einer der beiden Schaltstellungen alrtinisches Licht passieren läßt, gekennzeichnet dadurch, daß das selektierende optische Glied als bewegbarer Reflektor mit mindestens swei unterschiedlichen Bereichen ausgebildet ist und daß den Strahlenteilern selektierende optische Mittel zugeordnet sind, die dsa aktinischa Licht ständig ausschalten.

2> Optische Anordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Reflektor als drehbare Sektorenocheibe ausgebildet ist.

3. Optische Anordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die optischen Strahlenteiler im wesentlichen parallel zur Schablone verschiebbar angeordnet sind.

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