DD278883A1 - Optische anordnung fuer einrichtungen der schrittweisen projektionslithografie - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung für Einrichtungen der schrittweisen Projektionsfotolithografie, die die gemeinsame und gleichzeitige Nutzung eines Beleuchtungs- und Abbildungssystems für die Ausrichtung von Schablone und Substrat zueinander anhand von Ausrichtmustern und für die Übertragung von Strukturen der Schablone auf das Substrat gestattet. Die Erfindung ist vorzugsweise bei der Herstellung mikroelektronischer Bauelemente in der Halbleiterindustrie anwendbar. In der erfindungsgemäßen Anordnung ist ein selektierendes optisches Mittel im Beleuchtungssystem in oder in der Nähe der Objektebene oder einer ihr konjugierten Ebene angeordnet, das in den Bereichen des Strahlenganges, die für die Belichtung genutzt werden, das aktinische Licht passieren lässt und das anaktinische Licht reflektiert und in den Bereichen des Strahlenganges, die für die Überdeckung genutzt werden, das anaktinische Licht in seiner Intensität ändern kann. Fig. 1{Projektionsfotolithografie; Beleuchtungssystem; Schablone; Substrat; Halbleiterindustrie; selektierendes Optisches Mittel; anaktinisches Licht; Überdeckung; Intensität}

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung für Einrichtungen der schrittweisen Projektionslithografie, die die gemeinsame und gleichzeitige Nutzung eines Beleuchtungs- und Abbildungssystems für die Ausrichtung von Schablone und Substrat zueinander anhand von Ausrichtmustern und für die Übertragung von Strukturen der Schablone auf das Substrat gestattet. Die Erfindung ist vorzugsweise bei der Herstellung mikroelektronischer Bauelemente in der Halbleiterindustrie anwendbar.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es sind Einrichtungen der schrittweisen Projektionslithografie bekannt, bei denen die Strukturierung durch verkleinernde Projektion des Strukturenfeldes der Schablone auf die mit Fotoresist beschichtete Substratoberfläche mittels aktinischen Lichtes erfolgt, und das Aneinanderreihen dieses Bildes geschieht durch Wiederholung des Prozesses nach Bewegung des Substrats in die jeweils neue Position. Dabei sind die Strukturen einer technologischen Ebene zu denen einer vorhergehenden, d.h. zu den bereits auf dem Substrat befindlichen Strukturen, auszurichten. Die Lage der Strukturen des Bildes wird durch Überdeckungsmarken der Schablone und die Lage der bereits auf dem Substrat befindlichen Strukturen durch prozeßstabile Überdeckungsmarken des Substrates repräsentiert (DE-OS 3104007). Es sind Einrichtungen der schrittweisen Projektionslithografie bekannt, bei denen das Meßsignal für die Überdeckung durch Bildanalyse mit Hilfe einer speziellen Fernsehkamera gewonnen wird. Das Ausrichten von Schablone und Substrat zueinander erfolgt jedoch vor der Belichtung. Aus Produktivitäts- und Genauigkeitsgründen wird das Überdecken schnell ausgeführt und während der Belichtung geregelt gehalten (DD-PS 151 231).

Dabei ist durch die DE-OS 2733061 nahegelegt, die digitale Meßwerterfassung mittels Photonenzählung auszuführen. Aufgrund von Änderungen der Leuchtdichte der Lichtquelle, der Apertur im Beleuchtungs- und Abbildungsstrahlengang und des Reflexionsgrades des Schichtsystems auf dem Substrat im Laufe der technologischen Bearbeitung wird die Meßsignalgewinnung für die Überdeckung bei sehr unterschiedlichen Lichtverhältnissen ausgeführt. Das führt bei Asymmetrien der Überdeckungsmarken zu einem Kontrast- und helligkeitsabhängigen Versatz der Ausrichtung und beschränkt den zugelassenen Bereich für den Reflexionsgrad des Schichtsystems für das Überdeckungsmarkenumfeld auf dem Substrat.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, mit möglichst geringem Aufwand die Genauigkeit beim Überdecken der Strukturen von Schablone und Substrat zueinander für die unterschiedlichen technologischen Ebenen zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Anordnung für Einrichtungen der schrittweisen Projektionslithografie zu schaffen, die das geregelte Halten des Überdeckungszustandes von Schablone und Substrat zueinander auch während der Übertragung der Strukturen der Schablonen auf das Substrat ermöglicht, unabhängig da von, welcher Reflexionsgrad für das zur Überdeckung genutzte anaktinische Licht am Schichtsystem auf der Substratoberfläche vorliegt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer optischen Anordnung für Einrichtungen der schrittweisen Projektionslithografie, die eine aktinisches und anaktinisches Licht aussendende Lichtquelle, einen Verschluß, der in zwei Schaltstellungen und beim Schalten anaktinisches Licht und in einer dieser zwei Schaltstellungen aktinisches Licht passieren läßt, eine Anzahl von Schablonen mit Überdeckungsmarken entsprechend den notwendigen technologischen Schritten, ein Projektionsobjektiv und ein Substrat aufweisen, wobei in der Nähe der Schablone weiterhin optische Strahlenteiler und nachgeordnete fotoelektrische Mikroskope mit Photonenzähler vorgesehen sind, dadurch gelöst, daß ein selektierendes optisches Mittel, das in den Bereichen des Strahlenganges, die für die Belichtung genutzt werden, das aktinische Licht passieren läßt und das anaktinische Licht reflektiert, vorhanden ist und daß jeder Überdeckungsmarke ein Graufilter vorgeordnet ist.

Es ist von Vorteil, wenn der Graufilter als Stufengraukeil ausgebildet ist und dieser auf dem selektierenden optischen Mittel angeordnet ist. Dabei wird durch eine Stellvorrichtung, die mit dem Photonenzähler verbunden ist, stets dafür gesorgt, daß jeweils ein Graukeilfeld im Überdeckungsbereich derart plaziert ist, daß der annähernd gleiche Bereich der Photonenzählung genutzt werden kann. Das heißt überschreiten die Werte für die Lichtströme definierte Grenzen, wird die Stellvorrichtung betätigt, bis durch ein neues Graukeilfeld die Werte wieder in der Toleranz liegen. Der Stellvorgang wird vorzugsweise automatisch durch Steuern oder Regeln ausgeführt.

Im Gegensatz dazu kann es von Vorteil sein, das selektierende optische Mittel nicht in der Einrichtung, sondern auf der Schablone selbst zu realisieren. Zur Herstellung der mikroelektronischen Bauelemente wird ein Satz von Schablonen benötigt, von denen jede einer technologischen Ebene zugeordnet ist. Es ist dabei der Überdeckungsbereich der Schablone mit einem Graufilter zu versehen, dessen Transmissionsgrad für das zur Überdeckung genutzte anaktinische Licht dem Reflexionsgrad des Schichtsystems auf der Substratoberfläche der technologischen Ebene und den vorgesehenen Veränderungen im Beleuchtungssystem der Einrichtung entsprechend angepaßt ist. Der Belichtungsbereich ist für alle Schablonen einheitlich mit den gleichen dielektrischen Schichten belegt, so daß das aktinische Licht stets durchgelassen, jedoch das anaktinische Licht reflektiert wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich derart, daß nur Graufilter auf den Schablonen angeordnet sind und das selektierende optische Mittel gerätetechnisch installiert ist.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigt

Fig. 1: einen prinzipiellen erfindungsgemäßen Aufbau der optischen Anordnung für Einrichtungen der schrittweisen Projektionslithografie,

Fig.2: ein erfindungsgemäßes selektierendes optisches Mittel, Fig.3: ein weiteres erfindungsgemäßes selektierendes optisches Mittel und Fig.4: eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der Schablone.

In Fig. 1 sind ein Beleuchtungssystem für die Belichtung und Überdeckung, ein Abbildungssystem für Belichtung und ein Abbildungssystem für Überdeckung dargestellt. Das Beleuchtungssystem besteht aus einer Quecksilberhochdrucklampe 1 als Lichtquelle, einem Ellipsoid-Reflektor 2 und zwei Ablenkspiegeln 3.1 und 3.2, die bevorzugt Licht der Belichtungs- und Überdeckungswellenlängen reflektieren, einen Verschluß 4, der in einer Schaltstellung geschlossen ist, in einer zweiten Schaltstellung Licht der Überdeckungswellenlängen und in einer dritten Schaltstellung Licht der Belichtungs- und Überdeckungswellenlängen hindurchläßt, einem Kondensatorsystem, das aus einer aspharischen Linse 5, einem Filter 6 zur Einengung des Belichtungswellenlängenbereichs, einem Wabenkondensator 7, einer Kohärenzblende 8, einer Linse 9 und einer Feldlinse 10 gebildet wird, einer Metallblende 11 zur Begrenzung der für die Belichtung und Überdeckung genutzten Bereiche, einem selektierenden optischen Mittel 12 und einer Schablone 13. Das selektierende optische Mittel 12 ist eine Glasscheibe, die für den Belichtungsbereich 12.2 mit dielektrischen Schichten belegt ist, die Licht der Belichtungswellenlängen passieren lassen und Licht der Überdeckungsweilenlängen reflektieren. Der Einfachheit halber ist eine ganze Fläche der Glasscheibe mit den dielektrischen Schichten belegt bis auf die Überdeckungsbereiche 12.1, die gemäß Fig,2 oder Fig.3 ausgestaltet sein können. Gemäß Fig. 2 ist ein selektierendes optisches Mittel 12 dargestellt, wobei zwei Stufengraukeile mit jeweils den Graustufen 12.1.0 bis 12.1.6 zu erkennen sind, wobei die Graustufe 12.1.3 jeweils im Überdeckungsbereich 12.1 positioniert ist. Somit kann, gemäß Fig. 2, der Transmissionsgrad des für die Überdeckung genutzten Lichtes in sechs Stufen verringert werden. Gemäß Fig.3 ist ein weiteres mögliches selektierendes optisches Mittel 12 dargestellt, wobei hiervon Vorteil ist, daß eine wesentlich höhere Anzahl von Grauabstufungen gewählt werden kann, ohne den Belichtungsbereich 12 damit einzuengen. Zum Abbildungssystem für die Belichtung gehören, gemäß Fig. 1, die Strukturen 13.2 einer Schablone 13, ein Projektionsobjektiv 17 und die fotoresistbeschichtete Oberfläche 18.2 eines Substrats 18. Das Abbildungssystem für die Überdeckung wird gebildet von Überdeckungsmarken 13.1 der Schablone 13, kippbaren Glasplatten 14 exemplarischer Dicke zur Restkompensation der Farblängsabweichung zwischen Beiichtungs- und Überdeckungsweilenlängen und von Justierfehlern, Strahlenteilerspiegel 15, Selektivspiegel 16, dem Projektionsobjektiv 17, Überdeckungsmarken 18.1 auf dem Substrat 18 und nicht näher beschriebenen fotoelektrischen Mikroskopen 19 mit Photonenzähler, in denen Licht der Belichtungswellenlängen gesperrt wird. Die Spiegel 15 sind mit dielektrischen Schichten belegt, die eine 1:1-Strahlenteilung des Lichtes der Überdeckungsweilenlängen ermöglichen und die Reflexion des Lichtes der Belichtungswellenlängen stark vermindern.

Die Selektivspiegel 16 tragen dielektrische Beläge, die in hohem Maße das anaktinische Licht reflektieren und die Reflexion des aktinischen Lichtes verhindern.

Das von der Quecksilberhochdrucklampe 1 ausgesandte Licht wird überEllipsoid-Reflektor 2 und Spiegel 3.1 auf den-Verschluß 4 geführt. In der zweiten und dritten Schaltstellung des Verschlusses 4 zwischen beiden Schaltstellungen wird Licht der Überdeckungswellenlängen hindurchgelassen, das mit Hilfe einer gleichmäßigen Ausleuchtung des Objektfeldes dienenden optischen Bauelemente über den Spiegel 3.2 und durch die von einer Metallblende 11 freigegebenen Bereiche auf das selektierende optische Mittel 12 gelenkt wird. Dieses anaktinische Licht wird vom selektierenden optischen Mittel 12 nur in dem Überdeckungsbereich 12.1 mehroder weniger geschwächt hindurchgelassen, um die Überdeckungsmarken 13.1 der Schablone 13 zu beleuchten. In dem Belichtungsbereich 12.2 wird dem anaktinischen Licht der Durchgang verwehrt, so daß auf diesem Wege kein anaktinisches Streulicht vornehmlich von den Linsen des Projektionsobjektivs 17 in die fotoelektrischen Mikroskope 19 gelangen kann. Die so beleuchteten Überdeckungsmarken 13.1 -es sind je Koordinate x, y, ρ zwei Fenster in opaker Umgebung-werden im Abbildungssystem für Überdeckung über die Glasplatten 14, dieStrahlenteilerspiegel 15, die Selektivspiegel 16 und das Projektionsobjektiv 17 auf die Überdeckungsmarken 18.1 des vorausgerichteten Substrates 18scharf abgebildet, die gemeinsame Rückabbildung der Überdeckungsmarken 18.1 und der Bilder der Überdeckungsmarken 13.1 erfolgt über das Projektionsobjektiv 17, Selektivspiegel 16, durch die Strahlenteilerspiegel 15 hindurch in eine Zwischenbildebene und die weitere Abbildung in den fotoelektronischen Mikroskopen 19. In den fotoelektronischen Mikroskopen 19 werden eine linke und eine rechte Hälfte der Überdeckungsmarkenbilder abgetastet und mittels Photonenzähler fotometrisch bewertet. Das erfolgtfortlaufend in kurzen Zeitintervallen. Die genaue Messung der Lichtströme von der linken und der rechten Hälfte wird mittels Photonenzählung ausgeführt. Die Anzahl der so je Abtastzyklus gewonnenen elektrischen Impulse ist ein Maß für die Größe der Lichtströme und geeignet, die Drehstellung, gemäß Fig. 2, des selektierenden optischen Mittels 12 zu bestimmen. An einer ersten Überdeckungsmarkenposition auf einem ersten Substrat 18 eines in einer solchen Einrichtung der schrittweisen Projektionslithografie eingesetzten Magazins mit Substraten werden während des Ausrichtens der Überdeckungsmarken 13.1 und 18.1 zueinander mit Hilfe eines Rechenwerkes 21 von einem Photonenzählkanal die Impulszahlen von beispielsweise 100 Abtastzyklen aufsummiert und mit einem Sollwert verglichen. Liegt diese Summenzahl außerhalb der durch Eingabe ins Rechenwerk 21 definierten Grenzen, wird das selektierende optische Mittel 12 mit Hilfe einer Stellvorrichtung mit Schrittmotor 22 gedreht, bis die Graustufe 12.10 bis 12.1.6 im Überdeckungsbereich 12.1 liegt, für die die Summenzahl wieder in Toleranz liegt. Als Toleranz ist hier ±7,5% gewählt, wobei der Sollwert dem niedrigsten Reflexionsgrad für Licht der Überdeckungswellenlängen der Schichtsysteme auf dem Substrat 18 aller technologischer Ebenen bei Darstellung des selektierenden optischen Mittels 12 mit der Graustufe 12.1.0 im Überdeckungsbereich 12.1 angepaßt ist. Der Transmissionsgrad für Licht der Überdeckungswellenlängen durch die Graustufen 12.1.0 bis 12.1.6 nimmt in Stufen von jeweils 15% des Ausgangswertes ab.

Die an einer ersten Überdeckungsmarkenposition auf einem ersten Substrat 18 eingestellte Drehstellung des selektierenden optischen Mittels 12 wird für alle Überdeckungsmarkenpositionen auf allen Substraten 18 eines Magazins beibehalten. Eine Änderung dieser Drehstellung ist angezeigt, wenn ein nächstes Magazin mit Substraten 18 eingesetzt wird, vornehmlich dann, wenn die Leuchtdiode der Quecksilberhochdrucklampe 1 herabgesetzt ist oder wenn die Substrate 18 Schichtsysteme einer anderen technologischen Ebene tragen, so daß für alle technologischen Ebenen das Ausrichten der Überdeckungsmarken 13.1 durch Verschiebung von Schablone 13 und Substrat 18 zueinander in Ort (Translation χ und y) und Winkel (Rotation p) mittels geregelt arbeitender Stellsysteme 20.1 und 20.2 anhand der in den fotoelektronischen Mikroskopen 19 gebildeten Meßsignale durch Bewertung bis auf ±7,5% gleich heller Überdeckungsmarkenbilder an den Abtastvorrichtungen erfolgen kann. Diese Überdeckung von Schablone 13 und Substrat 18 zueinander wird an jeder Überdeckungsmarkenposition geregelt gehalten, wenn in der dritten Schaltstellung des Verschlusses 4 die Erzeugung der Strukturen durch Abbildung der Strukturen 13.2 der Schablone 13 durch das Projektionsobjektiv 17 mit aktinischem Licht auf die fotoresist beschichtete Oberfläche 18.2 des Substrates 18 ausgeführt wird.

Mit Fig.4 ist eine Möglichkeit aufgezeichnet, wie das selektierende optische Mittel 12 und der Graufilter auf der Schablone 13 untergebracht werden können. Dabei besteht die Schablone wie üblich aus einer Glasplatte mit den Sturkturen 13.2 im Belichtungsbereich 12.2 und den Überdeckungsmarken 13.1 im Überdeckungsbereich 12.1. Auf der Vorderseite der Glasplatte, gemäß Fig.4, sind die Überdeckungsbereiche 12.1 mit einer Metallschicht belegt. Diese Metallschicht, die den Graufilter darstellt, ist in ihrer Dicke dem Transmissionsgrad für das anaktinische Licht der jeweiligen technologischen Ebene angepaßt, so daß in Einrichtungen der schrittweisen Projektionslithografie an den Abtastvorrichtungen fotoelektrischer Mikroskope 19 stets annähernd gleich helle Überdeckungsmarkenbilder zur Auswertung kommen. Die übrigen Bereiche sind mit dieelektrischen Schichten belegt und stellen somit den Belichtungsbereich 12.2 dar, der das aktinische Licht passieren läßt und das anaktinische Licht reflektiert. Selbstverständlich können diese Schichten statt auf der Schablone 13 auf einen unbeweglichen vorgeordneten Glasträger in den Einrichtungen der schrittweisen Projektionslithografie realisiert sein.

Claims (4)

1. Optische Anordnung für Einrichtungen der schrittweisen Projektionslithografie, die eine aktinisches und anaktinisches Licht aussendende Lichtquelle, einen Verschluß, der in zwei Schaltstellungen und beim Schalten anaktinisches Licht und in einer dieser zwei Schaltstellungen aktinisches Licht passieren läßt, eine Anzahl von Schablonen mit Überdeckungsmarken entsprechend den notwendigen technologischen Schritten, ein Projektionsobjektiv und ein Substrat aufweisen, wobei in der Nähe der Schablone weiterhin optische Strahlenteiler und nachgeordnete fotoelektrische Mikroskope mit Photonenzähler vorgesehen sind, gekennzeichnet dadurch, daß ein selektierendes optisches Mittel, das in den Bereichen des Strahlenganges, die für die Belichtung genutzt werden, das aktinische Licht passieren läßt und das anaktinische Licht reflektiert, vorhanden ist und daß jeder Überdeckungsmarke ein Graufilter vorgeordnet ist.

2. Optische Anordnung nach Anspruch !,gekennzeichnet dadurch, daß die Graufilter auf den Schablonen angeordnet sind.

3. Optische Anordnung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß das selektierende optische Mittel als Schichtsystem auf der Schablone selbst ausgebildet ist.

4. Optische Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Graufilter als ein Stufengraukeil ausgebildet ist, wobei jeweils ein Graukeilfeld mittels Stellvorrichtung, die eine Verbindung zum Photonenzähler aufweist, im Bereich der Überdeckung einer Überdeckungsmarke vorgeordnet wird.