DE2845603A1

DE2845603A1 - Verfahren und einrichtung zum projektionskopieren

Info

Publication number: DE2845603A1
Application number: DE19782845603
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl Phys Mayer
Original assignee: Censor Patent und Versuchsanstalt
Current assignee: Perkin Elmer Censor Anstalt
Priority date: 1978-10-19
Filing date: 1978-10-19
Publication date: 1980-04-24
Also published as: JPS5830736B2; FR2447050B1; JPS5570025A; GB2034059B; GB2034059A; US4269505A; NL7907710A; DE2845603C2; FR2447050A1

Description

PATENTANWÄLTE

HENKEL-KERN-FEILER-HÄNZEL ._

MöMstraße 37 - SOOO Münc&en 80

CENSOR Patent und Versuchsanstalt Vaduz/Fürstentum Liechtenstein

Verfahren und Einrichtung zum Projektionskopieren .

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Die lErfJuiadung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung· zum Projektionskopieren "von Masken eines Maskensatzes auf ein Werkstück, insbesondere auf ein Halbleiter substrat zur Herstellung toii integrierten Schaltungen,, wobei die Master der Masken über e±n Projektionsobjektiv ein oder mehrmals auf einer photiDempfiimdlichen Schicht des Werkstückes abgebäJLdet werden,, und zumindest tot der Belichtung eines bereits einmal markierten Werkstuckes bzw,

Werkstüclteabsclknittes Äusriehfasuster

der Maske relativ zu gegebenenfalls jeweils denselben, auf dee Werkstück angebrachten »Justiermarken wieder— liolgeiiau ausgerichtet werden.

Für die Herstellung integrierter Schaltungen ist es notwendig, aaaclieiiiander eine Anzahl von Masken mit verschiedenen Schaltungsmustem an jeweils derselben Stelle des Substrats abzubilden- Die dabei auf dem Substrat belichtete, photoempfi-ndliche Schicht dient nach ihrer Entwicklung zur Abdeckung des Substrates

in
an gewünschten Stellen/zwischen den aufeinanderfolgenden Abbildungen durchgeführten chemischen und physikalischen Behandlungsschritten, beispielsweise Ätz- und Diffusionsvorgängen. An die Genauigkeit, mit der integrierte Schaltungen hergestellt werden, sind sehr hohe Anforderungen gestellt. Die zulässigen Abweichungen der aufeinanderfolgenden Abbildungen der Schaltungsmuster liegen beispielsweise unter 1 ixm. Um eine solche Genauigkeit erreichen zu können, werden die auf der Maske angebrachten Schaltungsmuster, meist über ein Projektionsobjektiv beispielsweise um den Faktor verkleinert, auf dem Substrat abgebildet. Vor der Belichtung eines bereits mit Schaltungselementen versehenen Substrates bzw. Substratabschnittes ist es notwendig, Ausrichtmuster der Maske relativ zu auf dem Werkstück angebrachten Justiermarken durch Justierung

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der Marke, oder gegebenenfalls des Substrates, wiederholgenau auszurichten₇ um die gewünschte Deckung der Schaltungsmuster zu erreichen.

Nach einem bekannten Verfahren werden in einem ersten Schritt mit Hilfe einer Maske und nachfolgender Ätzung oder eines Lasers auf dem jungfräulichen Substrat für jedes Chip eigene Justiermarken erzeugt, auf welche die für die nachfolgenden Abbildungen der einzelnen Schaltungsmuster notwendigen Masken ausgerichtet werden. Bei diesem Verfahren wird jedes Chip einzeln belichtet.

Ebenso ist es bekannt, die Schaltungsmuster für eine Mehrzahl bzw. alle der auf dem Substrat herzustellenden Chips gemeinsam abzubilden.

Für den Ausrichtvorgang werden die entsprechenden Justiermarkenbereiche auf dem Substrat und die Bereiche der Ausrichtmuster auf der Maske über das Projektionsobjektiv ineinander abgebildet, wobei die relative Abweichung visuell oder meßtechnisch festgestellt wird. Aus der Abweichung werden Stellbefehle für die Justiermechanik, beispielsweise für einen Koordinatentisch, abgeleitet. In ausgerichteter Stellung liegen die Justiermarken und Ausrichtmuster konjugiert zueinander.

Ein beiden Verfahren gemeinsames Problem besteht nun darin, daß die Ausrichtmuster der Maske während der Belichtung auf das Substrat projiziert werden und dort die photoempfindliche Schicht im Bereich der Justiermarken belichten. Nach der Entwicklung und dem Entfernen der belichteten bzw. nicht belichteten, photoempfindlichen Schichtbereiche liegt somit auch ein dem Ausrichtmuster entsprechender Bereich auf dem Substrat frei und die Justiermarke wird bei einem Ätzvorgang für die Justierung der nächsten Maske meist unbrauchbar oder völlig weggeätzt.

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Wird eine negative photoempfindliche Schicht auf dem Substrat verwendet, so ist es bekanntgeworden, das optische Drucken des Ausrichtmusters durch eine Vorbelichtung des Bereiches der Justiermarke auf dem Substrat zu verhindern.

Wird hingegen eine positive photoempfindliche Schicht verwendet, so wird die belichtete Schichte nach der Entwicklung entfernt und das Ausrichtmuster beim Ätzen zerstört. Es muß daher bei jeder Abbildung einer Maske für die nächste Maske eine eigene Justiermarke auf das Substrat gedruckt werden. Dadurch kommt es jedoch zu einer nachteiligen Addition der Ausrichtfehler der einzelnen Masken.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, die zwangsweise Beeinflussung der Justiermarke bzw. des Justiermarkenbereiches des Substrates durch das Ausrichtmuster der Maske zu vermeiden.

Erfindungsgemäß wird hiezu vorgesehen, daß Ausrichtmuster von Masken und Justiermarken des Werkstückes in bezug auf das Projektionsobjektiv in zueinander nicht konjugierten, d.h. mit dem Projektionsobjektiv nicht ineinander abbildbaren Bereichen liegen, und eine Hilfsoptik vorgesehen ist, die die Justiermarken des Werkstückes und die Ausrichtmuster der Maske für den Ausrichtvorgang ineinander abbildet.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, daß der Entwickler der integrierten Schaltung einen Verfahrensspielraum erhält. Er kann die über das Projektionsobjektiv zu den Justiermarken des Substrates konjugierten Bereiche der Maske so ausbilden, daß die Justiermarken unbeeinflußt bleiben. Es ist möglich, die Justiermarken in bestimmter Weise zu verändern, z.B. kleinere Marken einzuschreiben, ohne von der Form der auf der Maske befindlichen Ausrichtmuster abhängig zu sein. Es kann aber auch mit beliebig wählbaren Masken eine Justiermarke bewußt ausgelöscht und in einem nächsten Verfahrensschritt dort eine neue erzeugt werden.

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Sollen die Justiermarken unbeeinflußt bleiben, so ist es vorteilhaft, wenn die in bezug auf das Projektionsobjektiv zu den Justiermarken des Werkstücks konjugierten Bereiche der Maske bzw. des Belichtungsweges im Falle einer positiven, photoempfindlichen Schicht auf dem Werkstück lichtundurchlässig und im Falle einer negativen, photoempfindlichen Schicht lichtdurchlässig sind.

Auch ist es möglich, daß Ausrichtmuster an Masken außerhalb des Projektionsbereiches des Projektionsobjektivs angeordnet sind.

Vorteilhaft ist, daß die Hilfsoptik zwischen dem Projektionsobjektiv und der Maske angeordnet ist.

Die Hilfsoptik kann zumindest zwei Umlenkspiegel und gegebenenfalls eine Korrekturlinse aufweisen.

Die Hilfsoptik läßt sich auch vorteilhaft dadurch realisieren, daß die Maske an ihrer dem Projektionsobjektiv zugewandten Seite mit einem Schutzglas versehen ist, an dessen Oberfläche in zu Justiermarken des Substrats konjugierten Bereichen Spiegel angeordnet sind.

Es ist günstig, wenn Spiegel für die Wellenlänge des Belichtungslichtes durchlässig und für die Wellenlänge des Justier- bzw. Ausrichtlichtes reflektierend ausgebildet sind.

Bevorzugt ist weiterhin, wenn im Abstand vom Schutzglas weitere Spiegel angeordnet sind, welche die von den Spiegeln des Schutzglases reflektierten Bilder der Justiermarken des Substrats in den zugehörigen Ausrichtmustern der Maske abbilden.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Hilfsoptik oder Teile derselben in den Projektionsbereich des Projektionsobjektivs einschieb- oder schwenkbar.

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MadtEolgead wird die Erfindung anhand von Ausführungsjbeispielen imü lauter Bezugnahme auf die Zeichirangsflgiiaren naher erläutert, olme daß dem einschränkende Bedeutung foeikoimen soll.

=.Die Fig. 1 zeigt eine sdaeaaatiscke Schrägansicnt einer Einrichtung zoi Projektionskopieren von Masken auf ein Halbleitersubstrat,
Fig. 2 die Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispieles.

In Fig. 1 sind die wesentlichen Teile einer Einrichtung zum partiellen Belichten eines Halbleitersubstrates dargestellt. Das Substrat 9 liegt hiezu auf einem Substrattisch 8 auf, welcher in Richtung der XY-Koordinaten -durch nicht dargestellte Mittel schrittweise bewegbar ist. Oberhalb des Substrattisches 8 befindet sich ein Maskentisch 3, welcherdie Maske 2 aufnimmt und ebenfalls in Richtung der X- und Y-Koordinaten kontinuierlich bewegbar sowie gegebenenfalls verdrehbar ist. Zwischen dem Substrattisch 8 und dem Maskentisch 3 ist ein Projektionsobjektiv 10 angeordnet, welches das Schaltungsmuster

4 der Maske 2 im Maßstab 10:1 auf dem Substrat 9 abbildet. Oberhalb des Maskentisches 3 ist eine Belichtungseinrichtung 1 vorgesehen. Da zumindest ab jeder zweiten Belichtung derselben Stelle des Substrates mit einer Maske eine genaue Ausrichtung derselben relativ zu bereits auf dem Substrat vorhandenen Schaltungselementen bzw.-mustern vorgenommen werden muß, sind auf der Maske 2 Ausrichtmuster

5 und auf dem Substrat 9 Justiermarken 6 angeordnet. Die Justiermarken 6 können zugleich mit der ersten Belichtung aber beispielsweise mit Hilfe eines Lasers auf dem Substrat ausgebildet werden. Gemäß der Erfindung sind nun die Ausrichtmuster der Maske 2 und die Justiermarken des Substrates 9 in bezug auf das Projektionsobjektiv 10 in zueinander nicht konjugierten Bereichen angeordnet.

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Um für den Justiervorgang die Bereiche der Justiermarken und der Ausrichtrauster ineinander abbilden zu können, ist eine Hilfsoptik 11 vorgesehen, welche aus zwei Utalenkspiegelii 13 und einer Korrekturlinse 14 besteht. Diese Hilfsoptik bewirkt bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Parallelverschiebung der von der Justiermarke reflektierten Lichtstrahlen. Zur Beleuchtung der Ausrichtmuster 5 und Justiermarken 6 während des Ausrichtvorganges ist eine Lichtquelle 17 vorgesehen, deren Licht keine Veränderung der auf dem Substrat 9 befindlichen, photoempfindlichen Schicht bewirkt.

Das von der Lichtquelle 17 erzeugte Licht entwirft über die Korrekturlinse 14, die Umlenkspiegel 13 und 16 und das Projektionsobjektiv 10 auf dem Substrat 9 ein Bild des Ausrichtmusters 5, welches zusammen mit der Justiermarke 6 in Rückprojektion über die Spiegel 13 und 16 einer photoelektrischen Auswerteeinrichtung 18 zugeführt wird, welche aus der relativen Verschiebung der Marken Signale ableitet, die zur Steuerung der nicht dargestellten Stellglieder für die Ausrichtung der Maske und/oder des Substrates herangezogen werden können. Der Umlenkspiegel 16 ist hiebei halbdurchlässig ausgebildet. Der Einfachheit halber ist die Beleuchtungs- und Auswerteeinrichtung sowie die Hilfsoptik nur für ein einziges Markenpaar 5 und 6 dargestellt.

Nach dem Ausrichtvorgang wird die Hilfsoptik 11 entfernt und das Substrat 9 belichtet. Dabei wird das Schaltungsmuster 4 auf eines der Chips 7 übertragen. Nach der Belichtung wird der Substrattisch 8 zu dem nächsten Chip verfahren, neuerlich der notwendige Justiervorgang unter Zuhilfenahme der Hilfsoptik 11 vorgenommen und anschließend wiederum belichtet.

Mit Hilfe der kurz zitierten Einrichtung können also die Ausrichtmuster 5 an jeder beliebigen Stelle der Maske

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angeordnet werden. Auch ist eine beliebige Konfiguration der Ausrichtmuster möglich, da diese während der Belichtung nicht mehr auf den Bereich der Justiermarken 6 des Substrates übertragen werden. Die in bezug auf das Projektionsobjektiv 1O zu den Justiermarken 6 konjugierten Bereiche 19 der Maske 2 können so ausgebildet werden, daß die Justiermarke während der weiteren Behandlungsschritte des Substrates nicht verändert wird. Hiezu ist es möglich, daß im Falle einer positiven, photoempfindlichen Schicht auf dem Substrat, die Bereiche 19 der Maske lichtundurchlässig, und im Falle einer negativen, photoempfindlichen Schicht die Bereiche 19 lichtdurchlässig sind. Dadurch bleibt bei einem dem Belichtungsvorgang folgenden Entwicklungsvorgang die auf den Justiermarken 6 befindliche photoempfindliche Schicht bestehen und schützt diese.

Bei der in Fig. 2 dargestellten^Einrichtung ist die Maske 2 mit einem Schutzglas 20 versiegelt. Auf der freien Oberfläche dieses Schutzglases 20 befindet sich eine Lichtteilerschicht 21, welche im wesentlichen durchlässig ist für die Belichtungswellenlänge (z.B.λ = 436 nm), die Justierwellenlänge (z.B.% =547 nm) hingegen reflektiert.

Das von der Justierlichtquelle 17 erzeugte Licht durchdringt zum Teil einen halbdurchlässigen Spiegel 16 und wird von der Lichtteilerschicht 21 auf dem Schutzglas durch das Projektionsobjektiv 10 auf die Justiermarke 6 des Substrates 9 geworfen. Mit Hilfe dieses Lichtes wird nun die Justiermarke 6 über das Projektionsobjektiv 10, den Lichtteilerspiegel 21 und den halbdurchlässigen Spiegel 16 im Bereich des Ausrichtmusters 5 der Maske 2 abgebildet. Hiefür ist wesentlich, daß die Verlängerung des Lichtweges gegenüber dem nicht umgelenkten Strahlengang des Belichtungslichtes ein bestimmtes Maß beträgt.

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Die Bilder der Marken von Substrat und Maske werden nun gleichzeitig über einen weiteren umlenkspiegel 13 und eine Optik 14 auf die photoelektrische Auswerteeinrichtung 18 abgebildet.

Eine wesentliche Besonderheit bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Tatsache, daß die Verlängerung des Strahlengangs so bemessen ist, daß im Justierlicht eine Abbildung von hinreichend guter Qualität zustandekommt. Die Verlängerung kompensiert also im wesentlichen die Abbildungsfehler, die durch den Übergang von der Belichtungswellenlänge zur Justierwellenlänge Zustandekommen.

Wichtig ist hierbei auch, daß die Justiermarken aus radial auf die optische Achse zulaufenden Strichen bzw. Strichgruppen bestehen.

Die in bezug auf das Projektionsobjektiv 10 zu den Justiermarken 6 konjugierten Bereiche 19 der Maske können, wie oben beschrieben, entsprechend lichtdurchlässig oder lichtundurchlässig ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich., beim folgenden Belichtungsvorgang die Justiermarke 6 freizulegen, sodaß sie in bekannter Weise mit dem folgenden Ätzen entfernt wird. Auch ist das Einschreiben einer weiteren Justiermarke in die ursprüngliche Marke 6 denkbar.

Der Entwickler hat also mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Einrichtung bzw. des entsprechenden Verfahrens nahezu völlige Freiheit in der Formung und Anordnung des Ausrichtmusters auf der Maske 2 und kann für die Ausrichtung der Maske stets dieselben oder aber nach einer frei wählbaren Anzahl von Belichtungen neue Justiermarken des Substrats verwenden.

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Claims

Patentansprüche :

(I- ^erfaüarem ütnö. SimricIhtacHiig zehe iProJektionskopieren "^%—' von Maskeia eines Maskensatzes auf ein Werkstück, insbesondere auf ein HallsXeitersaabstrat zur Herstellung -von integrierten Sctoaltmigeia, wobei die Master der Masken Silber ein ProjjektiGinsolöektiv ein oder mehrmals auf einer pübotoenpf indlicfeen Scnicht des Werkstückes abgebildet werden, mad zumindest vor der Belichtung eines bereits einmal markierten Werkstückes bzw. Werkstiickabschnittes Ausrichtsnister der Maske relativ zu gegebenenfalls jeweils denselben, auf dem Werkstück angebrachten «Tustiermarken ausgerichtet werden, dadurch gekennzeichnet, daß Ausrichtlauster (5) von Masken (2) und Justiermarken (6) des Werkstückes (9) in bezug auf das Projektionsobjektiv (-1O) in zueinander nicht konjugierten, d.h. mit dem Projektionsobjektiv (10) nicht ineinander abbildbaren Bereichen liegen, und eine Hilfsoptik (11) vorgesehen ist, die die Justiermarken (6) des Werkstückes (9) und die Ausrichtmuster (5) der Maske (2) für den Ausrichtvorgang ineinander abbildet.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in bezug auf das Projektionsobjektiv (10) zu den Justiermarken (6) des Werkstückes (9) konjugierten Bereiche (19) der Maske (2) bzw. des Belichtungsweges im Falle einer positiven, photoempfindlichen Schicht auf dem Werkstück (9) lichtundurchlässig und im Falle einer negativen, photoempfindlichen Schicht lichtdurchlässig sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Ausrichtmuster (5) an Masken (2)

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außerhalb des Projektionsbereich.es {12) des Projektionsobjektivs (10) angeordnet sind.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsoptik (11) zwischen dem Projektionsobjektiv (10) und der Maske (2) angeordnet ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsoptik (11) zumindest zwei Umlenkspiegel {13) und gegebenenfalls eine Korrekturlinse (14) aufweist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske (2) an ihrer dem Projektionsobjektiv (10) zugewandten Seite mit einem Schutzglas (20) versehen ist, an dessen Oberfläche in zu Justiermarken (6) des Substrats (9) konjugierten Bereichen Spiegel (21) angeordnet sind.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Spiegel (21) für die Wellenlänge des Belichtungslichtes durchlässig und für die Wellenlänge des Justier- bzw. Ausrichtlichtes reflektierend ausgebildet sind.
8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Abstand vom Schutzglas (20) weitere Spiegel (16) angeordnet sind, welche die von den Spiegeln (21) des Schutzglases (20) reflektierten Bilder der Justiermarken (6) des Substrats (9) in den zugehörigen Ausrichtmustern (5) der Maske (2) abbilden.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsoptik (11)

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oder Teile derselben in den Projektionsbereich (12) des Projektionsobjektivs (10) einschieb- oder schwenkbar ist.

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