DE2905636A1

DE2905636A1 - Verfahren und einrichtung zum kopieren von masken auf ein werkstueck

Info

Publication number: DE2905636A1
Application number: DE19792905636
Authority: DE
Inventors: Ernst Dr Loebach
Original assignee: Censor Patent und Versuchsanstalt
Current assignee: Perkin Elmer Censor Anstalt
Priority date: 1979-02-14
Filing date: 1979-02-14
Publication date: 1980-08-21
Also published as: JPS56500197A; EP0025038A1; WO1980001722A1; DE2905636C2; US4362385A; JPS6028137B2

Description

I ♦■ Feb. 1979

CENSOR Patent- und Versuchs-Anstalt VADUZ (Fürstentum Liechtenstein)

Verfahren und Einrichtung zum Kopieren von_Masken_auf_ein_Werkstück

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Kopieren von Masken auf ein Werkstück, insbesondere zum Projektionskopieren auf ein Halbleitersubstrat zur Herstellung integrierter Schaltungen, wobei durch Verschieben des Werkstückes in der Bildebene ein Maskenmuster in aufeinanderfolgenden Schritten auf jeweils anderen, vorbestimmten Bereichen des Werkstückes abgebildet wird.

Für die Herstellung integrierter Schaltungen ist es notwendig, eine Anzahl von Masken mit verschiedenen Schaltungsmustern an jeweils derselben Stelle des Halbleitersubstrats abzubilden.

Dabei wird auf dem Substrat eine fotoempfindliche Schicht belichtet, welche nach ihrer Entwicklung zur Abdeckung des Substrates an gewünschten Stellen in zwischen den Abbildungen verschiedener Masken durchgeführten chemischen und physikalischen Behandlungsschritten, beispielsweise Ätz - und Diffusionsvorgängen, dient. An die Genauigkeit, mit der integrierte Schaltungen hergestellt werden, sind sehr hohe Anforderungen gestellt. Die zulässigen Abweichungen der aufeinanderfolgenden Abbildungen der Maskenmuster liegen beispielsweise unter einem yu m . Um eine solche Genauigkeit erreichen zu können, werden die auf der Maske angebrachten Schaltungsmuster meist über ein Projektionsobjektiv beispielsweise um den Faktor 1o verkleinert auf dem Substrat abgebildet. Insbesondere für hochintegrierte Schaltungen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn jedes

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Chip, d.h. jeder identische Schaltkreis einzeln belichtet wird.

Nach einem bekannten Verfahren wird hiezu das Halbleitersubstrat in bezug auf einen fest mit dem Projektionsbelichtungsgerät verbunden gedachtes Koordinatensystem hinjustiert. Mit Hilfe von präzisen Verschiebeeinrichtungen (z.B. mit Hilfe eines laserinterferometrisch kontrollierten X-Y-Tisches) werden die den einzelnen Schaltkreisen entsprechenden Bereiche des Substrats unter das Projektionsobjektiv geschoben, ohne daß eine Nachjustierung erfolgt. Der Nachteil dieser indirekten Justierung ist offensichtlich, da sich bei der ersten Belichtung bereits die Fehljustierung des entsprechenden Bereiches des Substrats relativ zu dem Koordinatensystem sowie die Fehljustierung der Maske relativ zu dem Koordinatensystem addieren. Abweichungen, die beispielswiese von TemperaturSchwankungen herrühren, werden nicht berücksichtigt.

Weiters ist es bekannt geworden, das Substrat vor der Belichtung der einzelnen, den jeweiligen Chips entsprechenden Bereiche in bezug auf die Maske direkt durch das Projektionsobjektiv hindurch zu justieren. Die Bewegung des Substrats zur Belichtung bzw. Abbildung des Maskenrausters auf den vorbestimmten Bereichen erfolgt dann wie vorangehend beschrieben. Als Nachteil bleibt jedoch bestehen, daß durch Störungen bedingte Abweichungen während des Durchfahrens der vorbestimmten Bereiche nicht berücksichtigt werden.

Schließlich hat man auch schon vorgeschlagen, daß dem Substrat für jeden Abbildungsbereich, d.h. für jedes Chip, eigene Justiermarken zugeordnet sind.

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Nach jeder Abbildung des Schaltungsmusters und dem darauf folgenden Verschieben des Substrates zu dem nächsten vorbestimmten Bereich, werden das Substrat und die Maske durch das Projektionsobjektiv hindurch justiert. Dieses Verfahren vermeidet nun zwar die dem vorstehend genannten anhaftenden Nachteile, doch erhöht sich die gesamte Bearbeitungszeit für ein Substrat um die Summe der einzelnen Justierzeiten. Dies bewirkt eine unwirtschaftliche Reduzierung des Durchsatzes.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung der eingangs genannten Gattung vorzuschlagen, welches eine höchstmögliche Genauigkeit der Abbildungen der Masken auf den vorbestimmten Bereich des Substrates ermöglicht, ohne die Bearbeitungszeit beträchtlich zu erhöhen. Erfindungsgemäß wird hiezu vorgeschlagen, daß zumindest während einer Anzahl von Abbildungen des Maskenmusters auf dem Werkstück eine Bestimmung des Ausrichtfehlers zwischen dem Abbild des Maskenmusters und dem entsprechend vorbftimmten Bereich auf dem Werkstück begonnen wird, und daß der vorbestimmte Wert der Verschiebung des Werkstückes zum Bereich für eine folgende Abbildung und/oder die Position der Maske für eine folgende Abbildung um den Ausrichtfehler korrigiert wird.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird also während der Belichtung bzw. der Abbildung des Maskenmusters auf dem Substrat der vorhandene, jedoch

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zulässige Ausrichtfehler festgestellt. Man erhält eine Ausregelung größerer Abweichungen von der Sollposition, ohne daß wesentliche Zeitverluste eintreten. Wenn die zur Feststellung des Ausrichtfehlers erforderliche Zeit kleiner oder gleich der Belichtungszeit ist, so entsteht kein Zeitverlust. Wird die Meßzeit zur Bestimmung des Ausrichtfehlers hingegen größer als die Belichtungszeit, so besteht ein Zeitverlust lediglich aus der Differenz zwischen der Belichtungzeit und der Meßzeit. Hiebei kann es vorteilhaft sein, wenn der Ausrichtfehler nach einer vorbestimmten Anzahl, beispielsweise nach jeder zweiten oder dritten der Abbildungen bzw. Verschiebungen des Werkstückes bestimmt wird. Es ist weiterhin in vorteilhafter Weise möglich, innerhalb einer Folge von Abbildungen des Maskenmusters die Bestimmung der Ausrichtfehler in jeweils anderen Koordinaten, beispielsweise in den Koordinaten der Bildebene und normal zu dieser, durchzuführen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt eine schematische Schrägansicht einer Einrichtung zum Projektionskopieren von Masken auf ein Halbleitersubstrat, Fig. 2 das Prinzip der Bestimmung des Ausrichtfehlers und Fig. 3 ein Schema der Einrichtung nach Fig. 1 in Funktionsblöcken.

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In Fig. 1 sind die wesentlichen Teile einer Einrichtung zum Projektionskopieren von Masken dargestellt. Das nach dem bekannten step- and repeat-Verfahren zu belichtende Halbleitersubstrat 16 ist mittels Unterdruck auf einem Substrattisch 15 festgehalten. Dieser Substrattisch 15 ist in den Koordinaten X und Y der Bildebene und längs der optischen Achse der Projektionseinrichtung mit Hilfe von Schrittmotoren 2o, 19 und 24 bewegbar. Oberhalb des Substrates 16 ist ein Projektionsobjektiv angeordnet, über dem sich wiederum die auf der Maskenbühne 3 gehaltene Maske 4 befindet. Die Maskenbühne 3 weist ebenfalls Schrittmotoren 1o, 11 und 12 auf, welche zur Einstellung der Maske 4 in den Koordinaten der Objektebene X ,Y und Jf dienen. Zum Kopieren des Schaltungsmusters 5 wird die Maske 4 mit einer Belichtungseinrichtung 2 belichtet, sodaß das Schaltungsmuster 5 über das Projektionsobjektiv 14 auf dem dem jeweiligen Chip zugeordneten Bereich 17 des Substrats 16 abgebildet wird. Um eine exakte Deckung des Schaltungsmusters 5 mit bereits auf den Bereichen 17 des Substrats 16 vorhandenen Schaltungselementen zu erreichen, sind jedem der Bereiche 17 Justiermarken 18 zugeordnet. Ebenso weist die Maske 4 Ausrichtmuster 6 auf. Mit der vorliegenden Einrichtung kann eine Justierung, bzw. eine Feststellung des Ausrichtfehlers zwischen dem Abbild des Maskenmusters 5 und dem jeweils vorbestimmten Bereich 17 auf dem Substrat im Belichtungslicht vorgenommen werden. Die Ausrichtmuster 6 der Maske 4 sind beispielsweise für das Belichtungslicht durchlässige Fenster, sodaß die entsprechenden Strahlen der Belichtungseinrichtung 2 durch diese Fenster 6 auf halbdurchlässige Spiegel 22 fallen, und von diesen zurück zur Maske reflektiert werden. An den entsprechenden Stellen der Maske sind Spiegel 7 angebracht, welche diese Strahlen über das Projektionsobjektiv 14 auf die Justiermarken 18 des jeweiligen Bereichs 17 auf dem Substrat werfen. Das Abbild der Ausrichtmuster 6 auf dem

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Substrat 16 und die Justiermarken 18 werden nun über das Projektionsobjektiv 14, die Spiegel 7 sowie die halbdurchlässigenSpiegel 22 auf Auswerteeinrichtungen 21 rückprojiziert. Diese Auswerteeinrichtungen können den Ausrichtfehler zwischen den Justiermarken 18 und dem Abbild der Ausrichtmuster 6 der Maske 4 feststellen, wodurch auch der Ausrichtfehler des Abbildes des Maskenmusters 5 relativ zu dem vorbestimmten Bereich 17 bzw. darauf bereits vorhandenen Schaltungselementen bestimmt ist. Die Ausrichtmuster , Justiermarken, die Mittel zum Abbilden derselben ineinander sowie die Auswerteeinrichtungen können in beliebiger, bekannter Weise ausgebildet sein.

Die Fig. 2 zeigt in schematischer Weise eine Realisierungsmöglichkeit. Eine Justiermarke 18 auf dem Substrat ist dabei als reflektierendes oder nicht reflektierendes Kreuz ausgebildet, dem ein aus einem Fenster 6 bestehendes Ausrichtmuster der Maske 4 zugeordnet ist. Die Maske 4 besteht aus zwei Glasplatten 8 , zwischen denen sich die Maskenschicht befindet. Auf der dem Substrat zugewandten Seite der unteren Glasplatte 8 ist in einem in bezug auf das Projektionsobjektiv zur Justiermarke 18 konjugierten Bereich ein Spiegel 7 ausgebildet . Dieser Spiegel 7 reflektiert das Abbild des Fensters 6 auf dem Substrat 16 und die Justiermarke 18 durch den halbdurchlässigen Spiegel 22 auf eine Detektionsebene 28 der Auswerteeinrichtung 21. Durch Abtasten der Intensitätswerte auf dieser Detektionsebene 28 können beispielsweise Zeitsignale ti und t2 gewonnen werden, die dem jeweiligen Ausrichtfehler proportional sind.

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Mit Hilfe zwei derartiger Auswerteeinrichtungen 21 und den zugeordneten Ausrichtmustern 6 der Maske und Justiermarken des Substrats können also die Ausrichtfehler in den Koordinaten X,Y und 'f bestimmt werden. Die Bestimmung des Ausrichtfehlers

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in Z-Richtung , d.h. der Schärfeneinsteilung des Abbildes auf dem Substrat erfolgt in bekannter, nicht dargestellter Weise. Ein solches bekanntes Verfahren ist beispielsweise in der DE-OS 26 33 297 erläutert. Es sei jedoch nochmals darauf hingewiesen, daß die Art und Weise der Bestimmung des Ausrichtfehlers in den gewünschten Koordinaten nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist und daher auf beliebige Art erfolgen kann.

Die Fig. 3 zeigt ein Schema der erfindungsgemäßen Einrichtung in Funktionsblöcken. Die Schrittmotoren 1o,11 und 12 zur Positionierung der Maske, die Auswerteeinrichtungen 21 zur Bestimmung des Ausrichtfehlers und die Schrittmotoren 19, 2o und 24 zur Bewegung des Substrats sind über eine Schnittstelle 25, welche die notwendigen Anpassungsschaltungen enthält ,mit einem Rechner verbunden, welcher wiederum mit einem Speicher 27 korrespondiert. Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit Hilfe dieser Einrichtung realisiert werden. Soll das Maskenmuster 5 einer Maske 4 in aufeinanderfolgenden Schritten auf den Bereichen 17, welche den zu erzeugenden Chips entsprechen, abgebildet werden, so werden das Substrat 16 und die Maske 4 in den Koordinaten X,Y,Z und 0 über das Projektionsobjektiv 14 aufeinander eingerichtet. Sodann verfährt der Substrattisch 15 den ersten zu belichtenden Bereich 17 unter den Projektionsbereich des Projektionsobjektivs, worauf die Abbildung des Maskenmusters durchgeführt wird. Gemäß der Erfindung wird nun während dieser Abbildung, d.h. während der Belichtung, der Ausrichtfehler zwischen dem Abbild des Maskenmusters auf dem Substrat und dem entsprechend vorbestimmten Bereich 17 auf dem Substrat durch Vergleich der Lage der Ausrichtmuster relativ zu den Justiermarken bestimmt. Diese Bestimmung

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des Ausrichtfehlers wird vorteilhaft im selben Licht der Belichtungseinrichtung, welches auf für die Abbildung des Maskenmusters verwendet wird, durchgeführt. Es ist jedoch festzuhalten, daß ebenso eine eigene Lichtquelle für die Abbildung der Ausrichtmuster 6 und Justiermarken ineinander verwendet v/erden kann. Nach dem Ende der Belichtung wird der Substrattisch 15 mit Hilfe der Schrittmotoren 19 bzw. 2o soweit verschoben, daß der nächste Bereich 17 in den Projektionsbereich des Projektionsobjektivs gelangt. Diese Verschiebung erfolgt gemäß den vorprogrammierten Werten. Um eine Addition von FehlJustierungen zu vermeiden, die beispielsweise von Temperaturschwankungen und Verschiebetoleranzen der Schrittmotoren herrühren können, wird nun die Position der Maske 4 um den vorangehend gemessenen Ausrichtfehler korrigiert. Daran anschließend kann die Belichtung des neuen Bereichs 17 durchgeführt werden, wobei wiederum der aktuelle Ausrichtfehler bestimmt wird. Es ist leicht ersichtlich, daß man mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren eine Addition von Justierfehlern vermeiden kann, ohne den Verfahrensablauf im Vergleich zu einer Belichtung ohne Justierung zu verlangsamen. Lediglich für den Fall , daß die Bestimmung des Ausrichtfehlers langer als die vorgesehene Belichtungszeit für die Abbildung des Maskenmusters dauert, muß die Verschiebung zum jeweils nächsten Bereich solange verzögert werden, bis die Bestimmung des Ausrichtfehlers abgeschlossen ist. In diesem Fall kann man aber auch, falls abhängig von der Auswerteeinrichtung dadurch Zeit gewonnen werden könnte, den Ausrichtfehler innerhalb einer Folge von Abbildungen in jeweils anderen Koordinaten bestimmen und die Korrekturen jeweils dementsprechend durchführen. Es ist aber auch

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denkbar, daß der Ausrichtfehler nur nach einer vorbestimmten Anzahl, beispielsweise nach jeder zweiten der Abbildungen bzw. Verschiebungen des Substrates bestimmt wird.

Voraussetzung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist lediglich eine gewisse Grundgenauigkeit der Verschiebeeinrichtungen, d.h. die Verschiebung des Substrates 16 um einen Bereich muß innerhalb der zulässigen Toleranzgrenze für den Ausrichtfehler möglich sein. Um ein ständiges Korrigieren der Maske innerhalb des Meßfehlers zu vermeiden, kann es vorteilhaft sein,

wenn der Ausrichtfehler mit diesem Grenzwert verglichen wird und lediglich bei Überschreiten des-selben eine Korrektur erfolgt. Es ist vorgesehen, daß bei einem

die zu großen Korrekturwert für Position der Maske diese nicht verschoben wird und statt dessen der vorbestimmte Wert für die Verschiebung des Substrates korrigiert wird.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bestehen weiterhin die Möglichkeiten, die Position der Maske stets unverändert zu lassen und die Korrektur des Ausrichtfehlers durch Veränderung des Verschiebeweges für das Substrat durchzuführen oder Maske und Substrat in jeweils gewünschten Koordinaten zu korrigieren.

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Claims

Patentansprüche :

Verfahren und Einrichtung zum Kopieren von Masken auf ein Werkstück, insbesondere zum Projektionskopieren auf ein Halbleitersubstrat zur Herstellung integrierter Schaltungen, wobei durch Verschieben des Werkstückes in der Bildebene ein Maskenmuster in aufeinanderfolgenden Schritten auf jeweils anderen, vorbestimmten Bereichen des Werkstückes abgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest während einer Anzahl von Abbildungen des Maskenmusters auf dem Werkstück eine Bestimmung des Ausrichtfehlers zwischen dem Abbild des Maskenmusters und dem entsprechend vorbestimmten Bereich auf dem Werkstück begonnen wird, und daß der vorbestimmte Wert der Verschiebung des Werkstückes zum Bereich für eine folgende Abbildung und/oder die Position der Maske für eine folgende Abbildung um den Ausrichtfehler korrigiert wird.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aussichtfehler mit einem Grenzwert verglichen wird, und bei Überschreiten des Grenzwertes der vorbestimmte Wert der Verschiebung des Werkstückes zum Bereich für die folgende Abbildung und/oder die Position der Maske für die folgende Abbildung um den Ausrichtfehler korrigiert v/ird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausrichtfehler nach einer vorbestimmten Anzahl,

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beispielsweise nach jeder zweiten der Abbildungen bzw. Verschiebungen des Werkstückes bestimmt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausrichtfehler durch Vergleich der Lage von Ausrichtmustern der Maske relativ zu den jeweiligen vorbestimmten Bereichen auf dem Werkstück zugeordneten Justiermarken in an sich bekannter Weise im Belichtungslicht für die Abbildung des Maskenmusters bestimmt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausrichtfehler durch Vergleich der Lage von Ausrichtmustern der Maske relativ zu den jeweiligen vorbestimmten Bereichen auf dem Werkstück zugeordneten Justiermarken bestimmt wird, wobei für die Abbildung der Ausrichtmuster und Justiermarken ineinander eine Lichtquelle vorgesehen ist, deren Wellenlänge von dem Belichtungslicht für die Abbildung des Maskenmusters unterschiedlich ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Abbildung eines Maskenmusters, während der die Bestimmung des Ausrichtfehlers begonnen wurde, die Verschiebung des Werkstückes für die folgende Abbildung so lange verzögert wird, bis die Bestimmung des Ausrichtfehlers abgeschlossen ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch

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gekennzeichnet, daß während einer Folge von Abbildungen des Maskenmusters die Bestimmung der Ausrichtfehler in jeweils anderen Koordinaten, beispielsweise in den Koordinaten der Bildebene und normal zu dieser, begonnen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Position der Maske in der Objektebene zwischen aufeinanderfolgenden Abbildungen um den jeweiligen Ausrichtfehler korrigiert wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten des Korrekturwertes für die Position der Maske über einen vorbestimmten Grenzwert der vorbestimmte Wert für die Verschiebung des Werkstückes zum Bereich für die folgende Abbildung korrigiert wird.

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