DE3239829A1

DE3239829A1 - Einrichtung zum projektionskopieren von masken auf ein werkstueck

Info

Publication number: DE3239829A1
Application number: DE19823239829
Authority: DE
Inventors: Herbert E. 9492 Eschen Mayer
Original assignee: Censor Patent und Versuchs Anstalt 9490 Vaduz; Censor Patent und Versuchsanstalt
Current assignee: Perkin Elmer Censor Anstalt
Priority date: 1981-11-25
Filing date: 1982-10-27
Publication date: 1983-06-01
Also published as: JPS58154846A; US4431304A; DE3239829C2

Description

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,Henkel, Pfenning, Feiler, HänzelÄ Meinig ^ . Patentanwälte

E'irope3n Paten; Aücrvi.-, Zugelassene Vert^et-sr -.or Europaischen Patentamt

Dr. Dim G Henkel Dip! -mg J Pfenrvng Berih Dr rer rat L Feiler Muncr Dipl Ing W Harzer Müder

CENSOR - D.pl -Phys K H Ue.n.g. Ee

Patent- und Versuchs-Anstalt Dr ing A 3,.tenschor. Ber

FL-9490 Vaduz Mohlsi-aße 37

D-8000 München 80

Tel 039/932085-87 Teiex 0529802 hnkl 1 rrie ellipsoid

27. Oktober Ί982

Einrichtung zum Projektionskopieren von Masken auf ein Werkstück

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Projektionskopieren von Masken auf ein Werkstück _f insbesondere eine Halbleiterscheibe zur Herstellung integrierter Schaltungen, wobei durch Verschieben des Werkstückes in dar Bildebene ein Maskenmuster in aufeinanderfolgenden Schritten auf verschiedene Bereiche des Werkstückes abgebildet wird, mit einem die zum Verschieben des Werkstückes in * der Bildebene dienenden Schlitten od. dgl. tragenden Tisch, der auf drei höhenverstellbaren Stützen ruht.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

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 Behandlungs-

schritten, 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 μΐη. Um eine solche Genauigkeit erreichen zu können, werden die auf der Maske angebrachten Schaltungsmuster meist über ein Projektionsobjektiv beispielsweise um den Faktor 10 verkleinert auf dem Substrat abgebildet. Insbesondere für hochintegrierte Schaltungen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn jedes Chip, d.h. jeder identische Schaltkreis,einzeln belichtet wird.

Nach bekannten Verfahren wird hiefeu das Halbleitersubstrat in bezug auf ein 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 Substrates unter das Projektionsobjektiv geschoben.

Problematisch ist beim Stand der Technik die genaue Ausrichtung der Waferoberfläche in einer bestimmten, normal zur optischen Achse stehenden Ebene. Es ist aus der EU-PS 27570 eine Einrichtung bekannt geworden, bei welcher der den Wafer tragende. Chuck um eine Achse schwenkbar sein soll, die durch den Mittelpunkt des Wafers geht. Eine solche Einstellung wäre dann brauchbar, wenn eine einmal durchgeführte Nivellierung des Wafers während dessen gesamter schrittweiser Belichtung hinreichend gut bliebe.

Zur Erzielung maximaler Bildschärfe ist aber eine globale Nivellierung nicht ausreichend. Bei hohem Auflösungsver-

mögen (<£11,5 μπι) ist die Schärfentiefe nur ca. 2 μπα. Diese Schärfentiefe wird aber zum Teil von Substratstufen und Lackdicke schon aufgezehrt, so daß für die Wafer-Verbiegung kaum noch eine Reserve verbleibt. Um also die Objektivleistung voll auszuschöpfen, muß jedes Bildfeld einzeln nivelliert werden.

Würde nun mit einer Einrichtung nach der EU-PS 27570 ein außerhalb der Waferebene liegendes Teilfeld nivelliert, käme es zu einer ungewollten Verschiebung dieses Feldes in Z-Richtung, es wäre somit eine neuerliche Fokussierung notwendig» Weit gravierender ist der Nachteil, daß es mechanisch kaum möglich ist, die erforderlichen rasch funktionierenden Höhenverstelleinrichtungen auf dem zur Verschiebung des Wafers dienender.

Schlitten anzuordnen. Aus diesem Grunde.ist a-jtch der Vorschlag gemäß der DE-OS 29 05 635 zwar theoretisch richtig, insofern als er die Verlegung der Nivellierungsachse in das jeweils auszurichtende Teilfeld erlaubt, die praktische Durchführung des Vorschlages ist jedoch schwierig.

Die Erfindung geht also von einem Stand der Technik aus, bei dem nicht nur der den Wafer tragende Chuck, sondern der gesamte Tisch, der die zur Verschiebung des Wafers dienenden Schlitten trägt, bei der Nivellierung der einzelnen Waferteilfeider geschwenkt wird. Nachteilig ist hierbei, daß jede Höhenverstellung der den Tisch tragenden Stützen aufgrund des Vertikalabstandes zwischen der Waferebene und jener Ebene, in de^" die Stützen am Tisch angreifen, zu erheblichen Auslenkungen des Wafers normal zur Richtung der optischen Achse führen kann.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen

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die zur Verschiebung des Wafers dienenden Schlitten tragenden Tisch in einer Weise zu verschwenken/ die zu einer Nivellierung der Teilfelder des Wafers führt, ohne daß diese normal zur optischen Achse verschoben werden.

Darlegung des Wesens.der Erfindung

Erfindungsgemäß. wird zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagen, daß die durch infinitesimale Verstellung jeder einzelnen Stütze bewirkte Drehung des Tisches durch Führungsflächen bzw. -linien definiert ist, deren Normale sich wenigstens annähernd in der Waferebene schneiden, sobaß die Drehung um eine wenigstens annähernd in der Waferebene liegende Drehachse erfolgt.

Diese Maßnahme führt bereits dazu, daß horizontale Verschiebungen des Wafers als Folge der Nivellierung der einzelnen Teilfelder vernachlässigbar klein werden. Verläuft nun aber die Schwenkachse mit wesentlichem Abstand von. der optischen Achse, so besteht immer noch die Möglichkeit, daß im Zuge der Nivellierung eine so starke lotrechte Verschiebung des nivellierten Teilfeldes erfolgt, daß. die Fokussierung darunter leidet. Es ist also wünschenswert, die erfindungsgemäß in der Waferebene liegende Kippachse durch die optische Achse des Projektionsobjektivs verlaufen zu lassen. Je nach der Ausführungsform, die für die erfindungsgemäßeEinrichtung gewählt-,wird, wird dies entweder durch geeignete Koordinierung der höhenverstellbaren Stützen erreicht, oder aber dadurch, daß die an der Grundplatte vorgesehenen Führungsflächen auf jeden Fall eine Drehbewegung der Grundplatte um eine nicht die optische Achse schneidende Achse verhindern.

Beschreibung der Zeichnungsfiguren

Die Erfindung wird anschließend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel in teilweise geschnittener Seitenansicht, Fig. 2 dasselbe Aus.führungsbeispiel in Draufsicht, Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel in teil-· . weise geschnittener Seitenansicht, Fig. 4 die zugehörige Draufsicht und Fig. 5 einen Schnitt nach der.Linie B^B in Fig. 4.-

Die dargestellte Einrichtung dient.zum Kopieren von Masken auf einem Wafer 1 mittels eines bekannten, nicht Gegenstand der Erfindung bildenden Projektionsobjektivs/ dessen optische Achse mit 24 bezeichnet ist. Der Wafer 1 befindet sich auf einem Vakuum-Chuck 2, der durch Schlitten 4 und 3 in X- und Y-Richtung verschiebbar ist. Die Verschiebung in Y-Richtung erfolgt durch, einen Motor 5 über die Spindel 7, die Verschiebung in X-Richtung durch einen Motor 6 über die Spindel 8. Der Schlitten 4 bewegt sich in einer Führung 9 der Grundplatte 10, deren Nivellierung Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist..

Zur Höhenverstellung der Grundplatte 10 dienen drei Stützen 14, die jeweils einen Motor 13 aufweisen, der auf einen Keiltrieb einwirkt. An der Oberseite jeder Stütze 14 befindet sich eine Kugel 12, die in horizontaler Richtung in einem für.die durchzuführenden Niveaukorrekturen ausreichenden Ausmaß frei beweglich ist.

Eine gleichmäßige Bewegung der drei Stützen 14 führt zu einer lotrechten Parallelverschiebung der Grund-

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platte 10, gegen die Wirkung der Feder 21. Werden jedoch die drei Stützen 14 in verschiedenem Ausmaß betätigt, so ändert sich die Lage der Grundplatte 10 und damit die des Wafers 1 relativ zur Horizontalebene. Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer solchen Lageänderung unabhängig von der momentanen Stellung der Schlitten 3 und 4 sicherzustellen, daß jener Teilbereich des Wafers,,durch den gerade die optische Achse 24 geht, keine unbeabsichtigten Horizontalauslenkungen erfährt. Diesem Zweck dient die in Höhe des Wafers 1 angeordnete, aus einer Kugel 16 und vier Zylindern 17,17' bestehende Führung. Da die Kugel 16 lediglich in vertikaler Richtung gegenüber dem hochgezogenen Fortsatz 27 des die Stützen 14 tragenden Tragtisches beweglich ist, sind auch die Zylinder 17' am gegenüberliegenden hochgezogenen Teil der Grundplatte, der als Bügel 11 ausgebilder sein kann, nur vertikal beweglich. Ein Verschwenken der Zylinder 17' kann somit nur um eine Achse erfolgen, die in der Waferebene liegt.

Wo die Drehachse tatsächlich verläuft hängt davon ab, wie die Stützen 14 relativ zueinander bewegt werden. Betrachtet man beispielsweise eine Verschwenkung um eine Drehachse, die parallel zur X-Achse verläuft, so kann diese durch ausschließliche Verstellung der mit Z₂ bezeichneten Stütze 14 erfolgen. In diesem Falle verläuft die Kippachse der Grundplatte 10 oberhalb der Verbindungslinie der Z₁- und Z₃-StUtZe 14 in der Waferebene durch den Punkt 22 . Umgekehrt verläuft die Kippachse oberhalb der Z₃-StUtZe 14, wenn die mit Z₁ und Z- bezeichneten Stützen gleichzeitig gehoben oder gelenkt werden. Durch gegenläufige Bewegung der Stützen Z₁ und Z₃ einerseits und der Stütze Z_ andererseits, läßt sich die Kippachse leicht in jenen Bereich verlegen, in welchem die optische Achse 24 verläuft.

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Soll die Grundplatte .10 um eine Achse verschwenkt werden, die parallel zur Y-Achse verläuft, so ist ebenfalls leicht einzusehen, daß eine symmetrische Anordnung mit durch die optische Achse verlaufender Kippachse dann gegeben ist, wenn die Stützen 14 mit den Bezeichnungen Z und Z~ gegenläufig um den gleichen Betrag bewegt werden.

Die Lage der Kippachse bei Verstellung einer Stütze 14 läßt sich jeweils eruieren, wenn man bedenkt, daß die an den beiden nicht bewegten Stützen über die entsprechenden Kugeln 12 anliegenden Führungsflächen 25 der Grundplatte 10 sich nicht normal zu ihrer Richtung bewegen können und daß die Zylinder 17' entlang der Kugel 16 nur lotrecht beweglich sind. Betätigt man also beispielsweise jene Stütze 14, welche mit Z_ bezeichnet ist, so muß die Achse« um die sich die Grundplatte10 bewegt, auf einer Normalen zu den Führungsflächen 25 liegen, welche den Stützen 14 mit den Bezeichnungen Z₂ und Z₁ zugeordnet sind- D.a sie gleichzeitig in der Waferebene liegen muß, ist sie durch die Punkte 22 und 23 bestimmt.

Die hier angestellten Überlegungen gelten streng nur für kleine Drehungen. Es bedarf daher noch einer Erläuterung, inwieweit in der Praxis der schrittweisen Projektionsbelichtung die Nivellierbewegung beim Ausrichten des einzelnen Teilfeldes des Wafers tatsächlich als"klein" bezeichnet werden kann.

Es ist klar, daß nur die Bewegungen zu betrachten sind, die beim Weiterfahren von Feld zu Feld erforderlich sind. Denn beim Einstellen des ersten Feldes wird immer eine größere und damit zeitraubende Korrektur erforderlich sein, d.h. eine zusätzlich durch die Nivellierung verursachte

laterale Fehljustierung fällt im Vergleich zur ohnehin vorhandenen nicht so sehr ins Gewicht, obschon auch das Auffinden des ersten Feldes noch erschwert wird.

Für das Abschätzen der Korrekturbewegung muß man also von praktischen Waferprofilen ausgehen, wobei die Welligkeit entscheidender ist als der Keilfehler. Inder Praxis sind Wafer mit einer Welligkeit von mehr als 5_/um/cm kaum brauchbar. Von Feld zu Feld (1 cm χ 1 cm) kann also im ungünstigsten Falle eine Variation von 10 Aim /cm auftreten, d.h. ein Drehwinkel von

f 10
10000

arc tg 10 = 0,057 oder ca. 3,5 Winkelminuten.

Die bisher beschriebenen Teile· der Einrichtung nach Fig.1 und Fig. 2 schließen.eine horizontale Schwenkung der Grundplatte 10 um die Kugel 16 noch nicht aus. Um das System vollständig zu bestimmen, ist daher eine Kugel 15 vorgesehen, die entlang von Führungsflächen am Bügel 11 und am hochgezogenen Teil 27 des Tragtisches 20 beweglich ist, wobei einerseits die Federn 19, andererseits die Anschläge 18 ein Herausfallen der Kugel 15 verhindern.

Faßt man den gesamten Block 1 bis 11 als starren Körper mit drei translatorischen und drei rotatorischen Freiheitsgraden auf, so kann man folgendes sagen:

Zwei rotatorische Freiheitsgrade (Verdrehungen um X-resp. Y-Achsen) und ein translatorischer (Z) werden durch Z-, Z„-, Z_ - Triebe definiert, zwei translatorische (X, Y) durch die Kugel 16., der verbleibende rotatorische (Drehung um Z) durch die Kugel 15. Das System ist also vollständig bestimmt und, da alle fünf Kugeln innerhalb des Verstellbereiches nach einigen Einfahrbewegungen frei sind, auch nicht überbestimmt.

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Beim zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in Fig. 3 bis 5 beschrieben ist, wird durch" die Anordnung der Führungsflächen der Grundplatte 10 von vorneherein sichergestellt, daß die optische Achse von der Kippachse geschnitten wird, unabhängig davon, in welchem Verhältnis die Bewegung der einzelnen Stützen 14 zueinander steht.

Wie insbesondere aus Fig. 5 hervorgeht, unterscheidet sich die zweite Ausführungsform der Erfindung vor allem dadurch von der einfacheren Anordnung nach Fig. 1 und 2, daß hier zwischen dem.Tragtisch 2O und der Grundplatte eine Stützplatte 29 angeordnet ist, welche über Kugeln auf Führungsflächen 26 an der Unterseite der Grundplatte 1O einwirkt. Da die Führungsflächen 26 auf dem Mittelpunkt einer Kugel liegen, in deren Zentrum der Durchstoßpunkt der optischen Achse 24 durch die Ebene des Wafers 1 liegt, wird die zentrale Teilfläche des Wafers beim Nivelliervorgang offensichtlich keiner Translation unterworfen. Wäre die Stützplatte 29 jedoch starr, so wäre das System überbestimmt, d.h. es könnte nicht funktionieren, weil eine Bewegung der Grundplatte 10 nach oben nur unter Ablösung derselben von der Stützplatte 29 möglich wäre..Die Stützplatte 29 muß daher in lotrechter Richtung beweglich sein, nicht jedoch in irgendeiner anderen Richtung. Aus diesem Grund ist sie an zwei Blattfedern 32 angelenkt, die durch eine zusätzliche Feder 34 vom Gewicht der Stützplatte und der darüber liegenden Aufbauten entlastet ist.

Das in Fig. 5 dargestellte System hat somit erfindungsgemäß bei Betätigung der drei Stützen 14 die Kippachse in der Waferebene, und zwar in jenem Bereich,- durch den.die

optische.. Achse hindurchgeht. Zur vollständigen Best iramung des Systems ist es nur noch notwendig, Drehungen der Grundplatte 10 um die optische Achse zu verhindern. Zu diesem Zwecke ist die Grundplatte 10 wieder mit einem hochgezogenen Bügel 11 versehen, dem ein hochgezogener Teil 27 des Tragtisches 2O gegenübersteht. Zwischen diesen Teilen befindet sich ein Anschlag, der durch eine Kugel 30 gebildet wird, gegen die mittels einer Feder 31 sowohl der Bügel 11 als auch der Teil 27 gepreßt werden. Die Kugel 30 ist offensichtlich um die optische Achse 24 nicht verschwenkbar, behindert andererseits aber nicht die Höhenverstellung oder Nivellierung der Grundplatte 10.

Claims

Patentansprüche :

( 1.) Einrichtung zum Kopieren von Masken auf ein Werkstück mittels eines Projektionsobjektivs, insbesondere auf eine Halbleiterscheibe zur Herstellung integrierter Schaltungen, wobei durch Verschieben des Werkstückes in der Bildebene ein Maskenmuster in aufeinanderfolgenden Schritten auf verschiedene Bereiche des Werkstückes abgebildet wird, mit einer die zum Verschieben des Werkstückes in der Bildebene dienenden Schlitten od. dgl. tragenden Grundplatte,die auf drei höhenverstellbaren Stützen ruht, dadurch gekennzeichnet, daß die durch infinitesimale Verstellung jeder einzelnen Stütze bewirkte Drehung der Grundplatte durch an der Grundplatte vorgesehene Führungsflächen bzw. -linien definiert ist, deren Normale sich wenigstens annähernd in der Waferebene schneiden, sopaß die Drehung um eine wenigstens annähernd in der Waferebene liegende Drehachse erfolgt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1-, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse die optische Achse des Projektions-Objektivs schneidet.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite der Grundplatte drei zur Waferebene im wesentlichen parallele Führungsflächen vorgesehen sind, die mit den drei Stützen

j über Gleitlager oder Kugeln zusammenwirken, \i^A daß seitlich an der Grundplatte in Höhe der Waferebene eine Führung in Form eines Gleit- oder Kugellagers vorgesehen ist, welches eine lotrechte Bewegung des geführten Bereiches, nicht aber dessen Bewegung in

JO der Waferebene erlaubt.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in Höhe der Waferebene an der Grundplatte vorgesehene Führung aus vier Zylindern besteht, zwischen denen eine Kugel abrollt, wobei zwei Zylinder an einem hochgezogenen Teil der Grundplatte und zwei Zylinder an einem hochgezogenen Teil des die Stützen' tragenden Tragtisches angeordnet sind, die gegeneinander federbelastet sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausschaltung von horizontalen Drehbewegungen um die in Höhe der Waferebene vorgesehene Führung zwischen den hochgezogenen Teilen des Tragtisches und der Grundplatte ein. weiteres, in einer Vertikalebene verlaufendes Gleit- bzw. Kugellager vorgesehen ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite der Grundplatte wenigstens drei Führungsflächen angeordnet sind, die auf einer Kugelfläche liegen, deren Mittelpunkt etwa der Durchstoßpunkt der optischen Achse durch den Wafer ist, und daß.an diesen Führungsflächen ein gegen Federkraft ausschließlich lotrecht beweglicher Stützteil gleitend oder über Kugeln anliegt.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung von Drehungen der Grundplatte um die optische Achse an einem hochgezogenen Teil der Grundplatte in Höhe der Waferebene eine Anschlagfläche vorgesehen ist, die etwa in einer durch die optische Achse gehenden Ebene liegt.