DE2309072B2 - Maskenprojektionskopiervorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Maskenprojektionskopiervorrichtung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1, die bei der Herstellung von integrierten Schaltungen benutzt werden kann.

Bei der Herstellung von integrierten Schaltungen werden Photomasken auf (Halbleiter-)Scheiben kopien, nachdem jeweils die Photomaske oder die Scheibe in einer vorher festgelegten Position genau justiert worden sind, und zwar bei gleichzeitiger Betrachtung der Photomaske und des Musters, das auf die Scheibe in einem vorausgehenden Arbeitsgang gebildet worden ist, d. h. nachdem die fluchtende Ausrichtung durchgeführt worden ist.

Bei den herkömmlichen Vorrichtungen für die Durchführung der fluchtenden Ausrichtungen und der Kopiervorgänge wird das Kontaktkopierverfahren verwendet, bei welchem die Photomaske mit der Scheibe in Berührung gebracht wird. Neuerdings hat man eine Vorrichtung entwickelt, bei der mittels Projektion kopiert wird. Diese Vorrichtung benutzt ein Projektionsobjekt mit hohem Auflösungsvermögen.

Durch dieses Objektiv wird ein Bild der Photomaske auf die Scheibe projiziert, so daß die fluchtende Ausrichtung und die Arbeitsgänge für das Kopieren ohne Schaden durchgeführt werden können, wie sie beim Kontaktkopierverfahren verursacht werden, wenn die Photomaske die Scheibe berührt

Die neuerdings verwendete Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß die für das Kopieren eingestellte Beleuchtung für die Durchführung einer zufnedenstel-ο lenden Ausrichtung unzureichend ist

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es dahr, eine Maskenprojektionskopiervorrichtung der vorausgesetzten Art verfügbar zu machen, mit der sich während des Kopiervorgangs die gesamte Maske gleichmäßig beleuchten läßt und bei der sich während des Maskenausrichtvorgangs einzelne Stellen der Maske besonders gut beobachten lassen.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentenspruch 1 gekennzeichnet und in den Unteransprüchen vorteilhaft weitergebildet

Bei der erfindungEgemäßsn Vorrichtung wird der Kopiervorgang unter Anwendung des Köhlerschen Beleuchtungsprinzips durchgeführt, während zur Maskenausrichtung auf kritische Beleuchtung umgestellt wird.

Die erfindungsgemäße Anordnung hat den Vorteil,

daß durch den ver^Tößerten Aperturwert der optischen Beleuchtungsanordnung an den Betrachtungsstellen das Ausrichten einfach ausgeführt werden kann und dort die

jo Intensität der Flächenhelligkeit des Bildes erhöht ist.

Anhand der Zeichnungen werden eine zum Stand der Technik gehörende Anordnung sowie beispielsweise Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnungen näher erläutert.

)5 F i g. 1 zeigt schematisch eine herkömmliche Vorrichtung zum Projektionskopieren.

F i g. 2 zeigt das Spektralverhalten von Filtern, wie sie bei der Vorrichtung von F i g. 1 benutzt werden.

F i g. 3 zeigt perspektivisch unc* abschnittsweise die Vorrichtung nach Fig. 1 in dem während des Ausrichtens von Scheibe und Maske benutzten Zustand.

F i g. 4 zeigt die bei der Vorrichtung nach F i g. 1 benutzte Beleuchtungsmethode.

Fig. 5 zeigt die optische Übertragungsfunktion der Beleuchtung gemäß F i g. 4.

Fig.6 zeigt schematisch eine Scheibe im Schnitt zur Zeit der Betrachtung.

F i g. 7, 8 und 9 zeigen schematisch eine Vorrichtung zum Projektionskopieren mit erfindungsgemäßer Be- V) !dichtungsanordnung.

Die in Fig. 1 gezeigte herkömmliche Vorrichtung zum Projektionskopieren umfaßt eine Lichtquelle 1, beispielsweise eine mit überhoher Spannung betriebene Quecksilberdampflampe, eine erste Kondensorlinsenan-Ordnung 2, eine zweite Kondensorlinsenanordnung 3 sowie ein Wärmefilter, dessen Spektralkennlinie 15 in F i g. 2 gezeigt ist, das nur während der Betrachtung in die optische Beleuchtungsanordnung eingefügt ist und das bei der Durchführung des Kopierens als Verschluß M) wirkt. Die Vorrichtung besitzt weiterhin ein Ultraviolettfilter 6, dessen Spektralkennlinie 16 in F i g. 2 gezeigt ist und das schädliche Ultraviolettstrahlung ausfiltert, ferner eine Photomaske 7 und eine Projektionslinse 8, bei welcher die chromatische Aberration für zwei (Spektral-)Linien korrigiert ist, nämlich für die g-Linie mit einer Wellenlänge von 435,8 mm, die beim Kopieren verwendet wird, und für die e-Linie mit einer Wellenlänge von 546,1 nm, die beim fluchtenden

Ausrichten verwendet wird. Zu der Vorrichtung gehören weiterhin eine Scheibe 9, die bezüglich der Photomaske 7 so positioniert ist, daß jeweils die Objekt-zu-Bild-Beziehung hinsichtlich der Projektionslinse 8 gegeben ist, ein halbdurchlässiger Spiegel 10, der aus dem Strahlengang des Projektionslichtes entfernbar oder in diesen einfügbar ist und der das bildformende Licht zu einem Mikroskop 13, durch das der Vorgang des fluchtenden Ausrichtens beobachtet werden kann, so reflektiert, daß das bereits auf der Scheibe 9 befindliche Muster und das auf die Scheibe fokussierte Photomaskenbild durch das Mikroskop 13 beobachtet werden können. Zu diesem Mikroskop 13 gehören eine Objektivlinsenanordnung 11, ein Okular 14 und Filter 12, deren Spektralkennlinie 17 in F i g. 2 gezeigt ist und die nur für die zur Beobachtung verwendete e-Linie lichtdurchlässig sind.

F i g. 3 zeigt perspektivisch den Zustand auf und über der Scheibenoberfläche während der Beobachtung des Ausrichtens, wobei das fluchtende Ausrichten durch Feineinstellung der Scheibenlage erfolgt, während man zwei Punkte A und B, die voneinander beab tandet auf der Scheibe 9 abgebildet sind, und zwei entsprechende Punkte des Photomaskenbildes gleichzeitig durch die beiden Objektivlinsen 11 betrachtet. Die Feineinstellung erfolgt so, daß die gesamte Oberfläche der Scheibe zur Photomaske fluchtend ausgerichtet wird. Dieser Ausrichtvorgang wird bei Beleuchtung mit Licht der e-Linie, also mit einer Wellenlänge von 546,1 nm, durchgeführt, wobei das bloße Auge gegenüber diesem Licht sehr empfindlich, der Photolack jedoch unempfindlich ist. Nach Vollendung des Ausrichtens wird das Gerät für die Ausrichtung gleichzeitig mit dem Filter τ aus dem optischen Strahlengang entfernt, so daß das Kopieren des Photomaskenbildes mit Licht der g-Linie, also mit einer Wellenlänge von 435,8 nm, erfolgen kann.

Diese Vorrichtung verwendet das Köhlersche Beleuchtungsprinzip. Es hat den Vorteil, daß man über dem ganzen Gesichtsfeld eine gleichförmige Fiächenhelligkeit hat. D's Anwendung des Köhlerschen Beleuchtungsprinzips ist in Fig.4 gezeigt, wobei die Projektionslinse 8 eine Eintrittsöffnung 18 und eine Austrittsöffnung 19 hat. Wenn der Sichtwinkel der Eintrittsöffnung an einer Stelle der Photomaske 7 2 «o, der Sichtwinkel der Austrittsöffnung an einer Stelle der Scheibe 9 2«o, der Winkel der dive -gierend von einem Punkt auf der Photomaske ausgehenden Lichtstrahlen 2 λ und der Winkel der konvergierend zu einem Punkt auf der Scheibe gehenden Lichtstrahlen 2 <x' ist, ergibt sich folgendes Verhä!^<-nis 5 aus der Apertur der Objektivlinse 8 (mit N. A. abgekürzt) und aus der Apertur d°.r optischen Belcuchtungsanordnung:

sin -t sin *'
sin to sin *ό

Bekanntlich hängt die Qualität des Bildes stark vom Verhältnis σ ab. F i g. 5 zeigt die optische Übertragungsfunktion (O. T. P.) einer idealen Linse bzw. eines idealen Objektivs bezogen auf ein σ, das von α ™ 0, also von der Beleuchtung mit kohärentem Strahl, bis zu σ = <», also der inkohärenten Beleuchtung reicht. Wenn σ klein ist, folgt daraus, daß das begrenzende Auflösungsvermögen verringert wird bei Erhöhung des niederfrequenten Kontrastes, während bei großem σ das begrenzende Auflösungsvermögen /",nimmt bei Verringerung des Kontrastes.

Die auf Photolack kopierten Muster müssen unbedingt einen ausreichend hohen Kontrast aufweisen, so daß das Verhältnis σ der optischen Ausleuchtanordnung der vorstehenden Vorrichtung klein gemacht wird. Andererseits ist das verringerte Verhältnis von α nicht immer günstig, weil dadurch die Beobachtung der Scheibe erschwert wird. Darüber hinaus ist ein derart starker Kontrast, wie er aufgrund des Photolacks erforderlich ist, für das Auge nicht nötig.

An Hand vnn F i g. 6 wird der nachteilige Effekt des verringerten ο weiter erläutert. Fig. 6 zeigt in einer Schnittansicht eine Scheibe, auf die gerade ein Muster kopien wird. Die Scheibe 9 umfaßt ein Siliciumsubstrat 20, eine Siliciumoxidschicht 21 und eine Photolackschicht 22. Auf das Siliciumsubstrat 20 ist ein Bild der Photomaske scharf eingestellt Das das Bild erzeugende Licht wird, nachdem es die Scheibe beleuchtet hat, von der Oberfläche des Siliciumsubstrats reflektiert und dann über den halbdurchlässigen Spiegel 10 zum Gerät für die Ausrichtung geführt Das Siliciumoxid und der Photolark sind transparent, so rr-«^ der aiif dem Siliciumsubsirat geformte Musterkörper kein üblicher Gegenstand, sondern ein sogenanntes Phasenobjekt ist. Bei der Betrachtung erscheint daher das Muster, .venn es durch gewöhnliche, inkohärente mehrfarbige Lichtstrahlen ausgeleuchtet wird, mit schwarzen Rändern um die erhabenen Photolackteile, und zwar infolge der von diesen ausgehenden Lichtstreuung, und gleichzeitig mit sogenannten Interferenzfarben, deren unterschiedliche Farben unterschiedlichen Dicken zugeordnet sind, da die Dicke der transparenten Schicht in der Größenordnung von Lichtwellen liegt. Trotzdem verursacht ein geringer Dickenunterschied der Photolackschicht keine feststellbare Farbänderung, so daß ein klares, scharfes Bild betrachtet werden kann, das für das Ausrichten recht günstig ist. In der Praxis kann man jedoch, wenn die in eine Vorrichtung der vorstehenden Art eingesetzte Scheibe betrachtet wird, die Interferenzfarben nicht sehen, da das Beleuchtungslicht monochromatisch ist, während man geringe Dickenunterschiede der Ph/Molackschicht als Bilder sehen kann, was auf einem Prinzip beruht, das zu dem des Phasenkontrastmikroskops analog ist, da die Beleuchtung mit einem nahezu kohärenten Strahlenbündel erfolgt. Somit betrachtet man übereinanderliegende Bilder, was fü: die fluchtende Ausrichtung ungünstig ist.

Diese Nachteile werden nun durch die Erfindung ausgeschaltet. Ausführungsformen solcher optischer Ausleuchtsysteme sind in den F i g. 7, 8 und 9 gezeigt, wobei jeweils die linken Bilder einer jeden Figur die Anordnung währe.id des Kopierens und die rechten Bilder die Anordnung während des fluchtenden Ausrichtens zeigen.

Bei der in Fig. 7 gezeigten optischen Beleuchtungsanordnung besteht die Kondensorlinsenanordnung nur aus einer ersten Kondcnsorlinse. Während des Ausrichtvorgangs wird eine exzentrische konvexe Linse 23 in den optischen Strahlengang gebracht, und zwar in Verbindung mit d°m Einfügen aines Filters 5. Dadurch wird von einer Köhlerschen Beleuchtung, die ein Beleuchten der ganzen Oberfläche der Photomaske gestattet, auf eine Beleuchtungsmethode umgeschaltet, die zu einer kritischen Beleuchtung nur bei zwei Beobachtungsstellen führt, was zur Folge hat, daß der Aperturwert der optischen Releuchtungsanordnung erhöht wird. Dadurch können die vorstehenden Nachteile, die zum Zeitpunkt des Ausrichtens auftreteii, beseitigt werden, so daß man ein besser betrachihares

Bild der Scheibe erhält und die Helligkeit des Bildes erhöht werden kann.

Bei der in Fig. 8 gezeigten optischen Beleuchtungsanordnung sind eine erste und eine zweite Kondensorlinsenanordnung 2 bzw. 3 vorgesehen, wobei beim Kopieren die von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahlen durch die erste Kondensorlinsenanordnung 2 und dann durch die zweite Kondensorlinsenanordnung 3 auf die Eintrittsöffnung der Projektionslinse 8 fokussiert werden, so daß man eine Köhlerschc Beleuchtung erhält. Für das Ausrichten wird in Verbindung mit dem Einsetzen des Filters 5 eine exzentrische konvexe Linse 23 in den optischen Strahlengang eingeführt, wodurch auf eine kritische Beleuchtung umgestellt wird, was dazu führt, daß die Aperturwand in gleicher Weise wie bei der Ausfüh rungsform nach F i g. 7 zunimmt. Bei der Ausführungsform nach Fig.8 kann die exzentrische konvexe Linse jedoch so klein gemacht werden, daß deren Einführen in den Strahlengang in Verbindung mit dem Einführen des Filters 5 leichter durchgeführt werden kann.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 9 ist an der Position des Lichtquellenbildes eine Feldlinse 24 zwischengeschaltet, die zwischen der ersten und der zweiten Kondensorlinsenanordnung 2 bzw. 3 liegt. Bei dieser Ausfiihrungsform ist die exzentrische Linse 23. clic für den Ausrichtvorgang eingeführt wird, konkav.

Die konvexe, bzw. konkave, exzentrische Linse 23 hat zwei oder mehrere optische Achsen, wobei der Abstand /wischen jeweils zwei optischen Achsen mit dem Abstand /wischen zwei entsprechenden Punkten des Bildes, das durch die exzentrische Linse 23 auf die Photomaske fokussiert wird, übereinstimmt.

I lici/u I Hkitt

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Maskenprojektionskopiervorrichtung mit einer eine Lichtquelle umfassenden Beleuchtungsanordnung, mit der eine Maske auf eine lichtempfindliche Oberfläche einer Schicht abgebildet wird, wobei die Scheibenoberfläche während des Vorgangs des Ausrichtens der Maske gegenüber der Scheibe mit Licht, demgegenüber sie nicht empfindlich ist, und während des Kopiervorgangs mit Licht, demgegenüber sie empfindlich ist, beleuchtbar ist, wobei die Beleuchtungsanordnung ein Bild der Lichtquelle auf der Eingangsöffnung einer das Maskenbild auf die Scheibenoberfläche projizierenden Projektionslinse erzeugt, und wobei die Beleuchtungsanordnung während des Kopiervorgangs gleichmäßig die gesamte Scheibenoberfläche beleuchtet, dadurch gekennzeichnet, daß für den Ausrichtvorgang in den Sei ihlengang der Beleuchtungsanordnung (1, 2) wenigstens zwei exzentrische Linsen (23) einfügbar sind, deren optische Achsen in seitlicher Versetzung parallel zur optischen Achse der Beleuchtungsanordnung verlaufen und die eine Abbildung der Lichtquelle (1) in wenigstens zwei Punkten auf der Scheibenoberfläche (9) bewirken.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Filter (5), das eine beim Kopieren wirksame Lichtwellenkomponente ausfiltert, jedoch für das Ausrichten günstige Lichtwellenkomponenten durchlaßt, und das, synchron mit den exzentrischen Linsen (23), für den Ausrichtvorgang in den Strahlengang der 3eleuch<ungsanordnung (1, 2) einfügbar und tür don Kopiei'vorgang aus dem Strahlengang der Beleuchtu.^gsanordnung (I, 2) herausnehmbar ist

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die exzentrischen Linsen (23) und das Filter (5) als Baueinheit in den und aus dem optischen Strahlengang bewegbar sind, wobei ihre Lagen nach dem Einfügen in den optischen Strahlengang auf Positionen festgelegt sind, in denen der Lichtstrom in der Anordnung schmaler ist.