DE3231447A1 - Verfahren zum projektionskopieren von masken auf ein werkstueck - Google Patents

Verfahren zum projektionskopieren von masken auf ein werkstueck

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DE3231447A1
DE3231447A1 DE19823231447 DE3231447A DE3231447A1 DE 3231447 A1 DE3231447 A1 DE 3231447A1 DE 19823231447 DE19823231447 DE 19823231447 DE 3231447 A DE3231447 A DE 3231447A DE 3231447 A1 DE3231447 A1 DE 3231447A1
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DE19823231447
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Ernst W. 9492 Eschen Löbach
Herbert E. Mayer
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Perkin Elmer Censor Anstalt
Original Assignee
Censor Patent und Versuchs Anstalt 9490 Vaduz
Censor Patent und Versuchsanstalt
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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7073Alignment marks and their environment
    • G03F9/7076Mark details, e.g. phase grating mark, temporary mark

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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

  • Verfahren zum Projektionskopieren
  • von Masken auf ein Werkstück Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Projektionskopieren von Masken auf ein Werkstück, insbesondere auf ein Halbleitersubstrat zur Herstellung integrierter Schaltungen, wobei Maskenmuster mittels eines Belichtungslichtes über ein Projektionsobjektiv auf einer photoempfindlichen Schicht des Werkstückes ausgebildet werden und zumindest vor der Belichtung eines bereits einmal markierten Werkstückes Ausrichtmuster der Maske und Justiermarken des Werkstückes relativ zueinander ausgerichtet werden, indem korrespondierende Justiermarken und Ausrichtmuster mittels vom Werkstück reflektierten Justierlichts ineinander abgebildet werden.
  • Bei der Herstellung von integrierten Schaltungen ist es unter anderem notwendig, daß auch mit einer photoempfindlichen Schicht überzogene, scheibenförmige Halbleitersubstrate Masken mit bestimmten Mustern kopiert werden. Vor dem Kopiervorgang muß zumindest dann, wenn das Substrat bereits Schaltungselemente aufweist, Maske und Substrat zueinander ausgerichtet werden, um die Abbildung an einem genau vorbestimmten Bereich durchführen zu können.
  • Für diesen Ausrichtvorgang bringt man auf der Maske Ausrichtmuster an, welche beispielsweise die Form eines transparenten Fensters haben, während auf dem Halbleitersubstrat Justiermarken ausgebildet sind. Diese Justiermarken bestehen beispielsweise aus einer linienförmigen Kerbe in einer SiO2-Schicht des Halbleitersubstrates. Zur Bildung eines Ausrichtkriteriums werden korrespondierende Justiermarken und Ausrichtmuster mittels vom Werkstück reflektierten Justierlicht ineinander abgebildet.
  • Für die meisten visuell - manuellen Justierverfahren ist es bekannt, als Justierbeleuchtung polychromatisches Justierlicht zu verwenden. Die Lichtquelle ist dann beispielsweise eine Glühlampe oder eine Xenonlampe, sodaß das Spektrum des Justierlichts von etwa 500 nm bis ins Infrarote reicht. Grundsätzlich haftet dem Justieren mit polychromatischem Licht jedoch eine Reihe von Nachteilen nach.
  • Das Justiersignal soll nicht nur hohe Intensität, sondern insbesondere hohen Kontrast aufweisen, woraus folgt, daß das Justierlicht von der Justiermarke auf der Halbleiterscheibe gut moduliert sein soll. Man kann eine Justiermarke auf dem Halbleitersubstrat als scharf voneinander abgegrenzte Regionen hohen und niedrigen, von der Wellenlänge abhängigen Reflexionsvermögens auffassen, wobei sich diese Regionen durch den Schichtaufbau des Halbleitersubstrats unterscheiden. Bei breitbandiger Beleuchtung sind nun dem vom Halbleitersubstrat reflektierten Justierlicht nicht oder schwächer modulierte Anteile beigemischt, wodurch der Kontrast leidet.
  • Aus den oben genannten Gründen, und deshalb weil die Abbildungsleistung der für das Justieren verwendeten Objektive für monochromatisches Licht besser ist, verwendet man insbesondere bei den meisten automatischen Justierverfahren Justierlicht mit einem relativ schmalen Spektrum. (In der Größenordnung von einigen nm) Ein solches, bekanntes System verwendet für die Justierung die Belichtungslichtquelle, welche meist eine Quecksilberdampflampe ist. Die Justierung erfolgt dann schitalbandig entweder bei 547 nm oder bei 579 nm mit schwacher Intensität, um eine Vorbelichtung der photoempfindlichen Schicht auf dem Halbleitersubstrat zu vermeiden.
  • Ebenso ist es bekannt, für die Justierung eine eigene Justierlichtquelle mit einem schmalen Spektrum zu verwenden.
  • es Wie bereits erwähnt, ist für ein gut auswertbares Justiersignal notwendig, daß dieses neben hoher Intensität auch hohen Kontrast aufweist. Beide Größen werden durch die herstellungsprozeßbedingte Schichtenfolge auf der Halbleiterscheibe mitbestimmt. Die Schichten auf der Halbleiterscheibe sind in ihren Eigenschaften durchaus mit optischen Schichten vergleichbar. Wenn auch die Schichtdicken ein Vielfaches der Justierwellenlänge sind, so kommt es doch wegen der großen Kohärenzlänge des Justierlichtes zu störenden Interferen erscheinungen, d.h. das vom Halbleitersubstrat reflektierte Justierlicht wird in vielen Fällen sehr stark geschwächt.
  • Dadurch leidet sowohl die Intensität als auch der Kontrast des Justiersignals.
  • Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Projektionskopieren von Masken insbesondere auf ein Halbleitersubstrat dahingehend zu verbessern, daß weitgehend unabhängig von der Schichtenfolge auf dem Halbleitersubstrat ein intensitätsstarkes und kontrastreiches Justiersignal zum Ausrichten von Maske und Halbleitersubstrat relativ zueinander gegeben ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich hiezu dadurch aus, daß das Justierlicht zumindest zwei voneinander beabstandete, schmale Wellenlängenbereicht umfaßt, in denen die photoempfindliche Schicht des Werkstückes nicht oder nur geringfügig absorbierend bzw. empfindlich ist, daß die Intensität des vom Werkstück reflektierten Justierlichts bestimmt und daß ein Ausrichsignal von dem Justierlicht des Wellenlängenbereichs mit der größeren Intensität erzeugt wird.
  • Dadurch wird sichergestellt, daß weitgehend unabhängig von der Schichtenfolge bzw. Schichtdickenkombination auf dem Halbleitersubstrat stets ein hinsichtlich Intensität und Kontrast optimales Justiersignal erreicht wird.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren näher erläutert.
  • Dabei zeigen dieFig. 1 ein Blockschema der erfindungsgemäßen Anordnung zum Projektionskopieren von Masken auf ein Halbleitersubstrat, die Fig la das Schema einer Maske, deren Muster auf dem Halbleitersubstrat abzubilden ist, die Fig. 1b einen Ausschnitt aus dem Halbleitersubstrat, die Fig. 2a einen Querschnitt des Halbleitersubstrats im Bereich einer Justiermarke, die Fig. 2b das Abbild der Justiermarke auf dem Halbleitersubstrat und des Ausrichtmusters auf der Maske, die Fig. 2c die Intensität des vom Halbleitersubstrat reflektierten Justierlichts in der Richtung normal zu der linienförmigen Justiermarke, die Fig. 3 die Intensität des vom Halbleitersubstrat reflektierten Justierlichts in Abhängigkeit von der Dicke prozeßbedingter Schichten und die Fig. 4 die Intensität des vom Halbleitersubstrat reflektierten Justierlichtes, welches zwei bevorzugt vorgesehene, voneinander beabstandete Spektrallinien umfaßt.
  • In der Fig. 1 ist eine Einrichtung zum Projektionskopieren von Masken auf ein Halbleitersubstrat dargestellt, welche aus einer Belichtungslichtquelle 1, der Maske 2, dem Projektionsobjektiv 3 und dem Halbleitersubstrat 4 besteht Vor der Abbildung des Maskenmusters auf einer photoempfindlichei Schicht des Halbleitersubstrats müssen Maske und Halbleitersubstrat relativ zueinander ausgerichtet werden. Wie in der Fig. 1a dargestellt, weist die Maske 2 hiezu außerhalb des Schaltungsmusters 11 angeordnete Ausrichtmuster 5 auf, welche im vorliegenden Fall aus einem rechteckigen, transparenten Fenster bestehen. Nach Fig. 1b sind auf dem Halbleitersubstrat 4 im Projektionsbereich 13 des Projektionsobjektivs 3 entsprechende, linienförmige Justiermarken 12 angeordnet. Die Ausrichtmuster und Justiermarken können aber selbstverständlich auch innerhalb des für das Schaltungsmuster vorgesehenen Bereichs angeordnet sein.
  • Nach der Erfindung ist nun für den Justiervorgang eine Justierlichtquelle 10 vorgesehen, welche Justierlicht in zumindest zwei voneinander beabstandeten, schmalen Wellenlängenbereichen emittiert. Dieses Justierlicht wird über einen Spiegel 14 auf die Ausrichtmuster 5 der Maske 2 geworfen und beleuchtet über das Projektionsobjektiv 3 die entsprechenden Bereiche auf dem Halbleitersubstrat 4, in denen die zugeordneten Justiermarken 12 liegen. In Rückprojektion werden nun mittels vom Werkstück reflektierten Justierlichts, welches einen semitransparenten Spiegel 6 durchdringt, zugeordnete Justiermarken 12 und Ausrichtmuster 5 auf eine photoelektrische Auswerteeinrichtung 7 abgebildet.
  • Diese Ausdwerteeinrichtung 7 enthält zwei Filter 8 und 8', welche auf beiden, voneinander beabstandeten Wellenlängenbereichen A l und\ 2 abgestimmt sind. Den Filtern8 und 8'ist ein Auswahlschalter 9 nachgeordnet, welcher von dem Justierlicht des Wellenlängenbereichs mit der größeren Intensität ein Ausrichtsignal X erzeugt.
  • In der Fig. 2a ist ein häufiger Schichtaufbau des Halbleitersubstrats 4 im Bereich einer Justiermarke 12 dargestellt.
  • Demnach besteht das Halbleitersubstrat 4 aus einem Grundkörper 17 aus Silizium, auf dessen Oberfläche eine SiO2-Schicht 15 angeordnet ist. Die linienförmige Justiermarke 12 ist von einer Kerbe in der SiO2-Schicht 15 gebildet. Das gesamte Halbleitersubstrat ist von einer photoempfindlichen Schicht 16 bedeckt, in welche das Schaltungsmuster der Maske übertragen werden soll. Da die optischen Eigenschaften der photoempfindlichen Schicht und der SiO2-Schicht 15 ähnlich sind, kann das Halbleistersubstrat 4 als reflektierender Körper 17, der von einer teilweisen reflektierenden Schicht mit der Dicke a bedeckt ist, aufgefaßt werden. Ein intensitätsstarkes und kontrastreiches Justiersignal kann man nur dann erhalten, wenn das Reflexionsvermögen der auf dem Halbleitersubstrat 4 befindlichen Schichtkoinbination mit der Dicke d ausreichend groß ist,d.h. wenn die Bedingung für konstruktive Interferenz erfüllt ist. Diese Bedingung lautet d = j . & wobei j eine natürliche Zahl, x die Vakuumwellenlänge des Justierlichtes und n der Brechungsindex der Schicht ist.
  • Mit anderen Worten ist also die Intensität des vom Halbleitersubstrats reflektierten Justierlichts 1o' nur dann ausreichend groß, wenn die Schichtdicke d eine geradzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge des Justierlichts ist.
  • Eine wesentliche Schwächung des vom Halbleitersubstrats reflektierten Justierlichts tritt dann ein, wenn die Schichtdicke d in einem Bereich liegt, der durch folgende Formel gekennzeichnet ist : d = ( 2j + 1) .
  • 4n Man erkennt leicht, daß sich die Interferenzbedingung für eine Schwächung des vom Halbleitersubstrat reflektierten Justierlichts periodisch mit der Schichtdicke (Periode = &/2n) wiederholt. Eine Schwächung des vom Halbleitersubstrat reflektierten Justierlichts bedeutet aber gleichzeitig eine ungewünschte Verringerung des Kontrastes. Um diesen Nachteil zu vermeiden, verwendet die Erfindung ein Justierlicht mit zumindest zwei voneinander beabstandeten,schmal# Wellenlängenbereichen. Wie in der Fig.3 dargestellt, können diese beiden schmalen Wellenlängenbereiche 1 i und 2 nun so gewählt werden, daß jeweils bei Schwächung eines Wellenlängenbereiches das Reflexionsvermögen der auf dem Halbleitersubstrat befindlichen Schichtkombination für den zweiten Wellenlängenbereich 2 ein Maximum. Da es bei relativ großen Dicken-schwankungen der Schichtenkombination auf dem Halbleitersubstrat in größeren Abständen zu einer überlappung der Minima bzw. Maxima beider Wellenlängen \ 1 undh 2 kommen kann, ist erfindungsgemäß auch vorgesehen, daß ein dritter Wellenlängenbereich 3 in dem Justierlicht vorgesehen ist. Bei Auswertung jeweils jenes Wellenlängenbereiche welcher die größte Intensität aufweist, erhält man insbesondere hinsichtlich des Kontrastes des Justiersignales und dementsprechend auch hinsichtlich der Genauigkeit der Justierung optimale Werte. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn die Justierung nicht nur in der Ebene des Halbleiter~ substrats 4 bzw. der Maske 2 sondern auch in Richtung der optischen Achse des Projektionsobjektivs 3 erfolgen soll.
  • Die Fig. 2b zeigt hiezu das Abbild des transparenten, fensterförmigen Ausrichtmusters 5 und der linienförmigen Justiermarke 12 auf der photoelektrischen Auswerteeinrichtung 7, wobei beispielsweise ein Justiersignal für die in der Ebene des Halbleitersubstrats liegende Koordinate X durch Abtasten dieses Abbildes normal zu der linienförmigen Justiermarke gewonnen wird. Die Fig. 2czeigt hiebei den Intensitätsverlauf dieses Abbildes. Aus diesem Abbild kann zudem ein Justiersignal in Richtung der optischen Achse gewonnen werden, indem der Kontrast bzw. der Intensitätswechsel ausgewertet werden.
  • Nach Fig. 4 wird als Justierlichtquelle lo bevorzugt ein Argon-Ionenlaser verwendet, wobei das Justierlicht zumindest die Spektrallinien#1 gleich 488 nm und \2 gleich 514,5 nm enthält. Es ist leicht ersichtlich, daß damit bei Schichtdicken zwischen 1 und 2,5 Fm ein gut auswertbares, kontrastreiches Justiersignal erhältlich ist. Wie bereits erwähnt, ist es hiefür wesentlich, daß nicht die Summe der Intensität beider Spektrallinien sondern nur die intensitätsstärkere zur Bildung des Justiersignals ausgewertet wird.

Claims (4)

  1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Projektionskopieren von Masken auf ein Werkstück, insbesondere auf ein Halbleitersubstrat zur Herstellung integrierter Schaltungen, wobei Masken~ muster mittels eines Belichtungslichtes über ein Projektionsobjektiv auf einer photoempfindlichen Schicht des Werkstückes ausgebildet werden und vor der Belichtung eines bereits einmal markierten Werkstückes Ausrichtmuster der Maske und Justiermarken des Werkstückes relativ zueinander ausgerichtet werden, indem korrespondierende Justiermarken und Ausrichtmuster mittels vom Werkstück reflektrierten Justierlichts ineinander abgebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Justierlicht zumindest zwei voneinander beabstandete, schmale Wellenlängenbereiche umfaßt, in denen die photoempfindliche Schicht des Werkstückes nicht oder nur geringfügig absorbierend bzw. empfindlich ist, daß die Intensität des vom Werkstück reflektierten Justierlichts bestimmt und daß ein Ausrichtsignal von dem Justierlicht des Wellenlängenbereichs mit der größeren Intensität erzeugt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Justierlicht drei oder mehrere, voneinander beabstandete, schmale Wellenlängenbereiche umfaßt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schmalen Wellenlängenbereiche des Justierlichts über etwa 45o nm liegen.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Argon-Ionenlaser das Justierlicht emittiert, welches zumindest die Spektrallinsen bei 488 nm und 514,5 nm umfaßt.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4124203A1 (de) * 1991-07-20 1993-01-21 Krupp Ag Holographische messmarken

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0017759A2 (de) * 1979-04-03 1980-10-29 Eaton-Optimetrix Inc. Verbessertes System der Ausrichtung und Belichtung durch schrittweise Projektion

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