DE3239829C2

DE3239829C2 - Einrichtung zum Projektionskopieren von Masken auf ein Werkstück

Info

Publication number: DE3239829C2
Application number: DE3239829A
Authority: DE
Inventors: Herbert E. Eschen Mayer
Original assignee: Perkin Elmer Censor Anstalt
Current assignee: Perkin Elmer Censor Anstalt
Priority date: 1981-11-25
Filing date: 1982-10-27
Publication date: 1986-05-15
Also published as: US4431304A; JPS58154846A; DE3239829A1

Abstract

Einrichtung zur Positionierung eines Werkstückes (1) unterhalb eines Projektionsobjektivs, mit einer die zum Verschieben des Werkstückes in der Bildebene dienenden Schlitten (3, 4) tragenden Grundplatte (10), die auf drei höhenverstellbaren Stützen (14) ruht. Die durch infinitesimale Verstellung jeder einzelnen Stütze (14) bewirkte Drehung der Grundplatte (10) ist durch an der Grundplatte (10) vorgesehene Führungsflächen bzw. -linien (17Δ) definiert, deren Normale sich wenigstens annähernd in der Werkstückebene schneiden, so daß die Drehung um eine wenigstens annähernd in der Werk stück ebene liegende Drehachse erfolgt.

Description

die Drehung um eine wenigstens annähernd in der 20 handlungsschritten, beispielsweise Atz- und Diffusions-Werkstücfceeene liegende Drehachse erfolgt vorgängen, dient An die Genauigkeit, mit der integrier-

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- te Schaltungen hergestellt werden, sind sehr hohe Anzeichnet, daß die Drehachse die optische Achse des forderungen gestellt Die zulässigen Abweichungen der Projektionsobjektivs schneidet aufeinanderfolgenden Abbildungen der Maskenmuster

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 25 liegen beispielsweise unter einem μηι. Um eine solche gekennzeichnet, daß an der Unterseite der Grund- Genauigkeit erreichen zu können, werden die auf der platte drei zur Werkstückebane im wesentlichen Maske angebrachten. Schaltungsmuster meist über ein parallele Führungsflächen vorgesehen sind, die mit Projektionsobjektiv beispielsweise um den Faktor 10 den drei Stützen über Gleitlager oder Kugeln zu- verkleinert auf dem Substrat abgebildet Insbesondere sammenwirken, und daß seitlich an der Grundplatte 30 für hochintegrierte Schaltungen hat es sich als vorteilin Höhe der Werkstückebene eine Führung in Form haft erwiesen, wenn jedes Chip, d. h. jeder identische

Schaltkreis, einzeln belichtet wird

Nach bekannten Verfahren wird hierzu das Halbleitersubstrat in bezug auf ein fest mit dem Projektionsbelichtungsgerät verbunden gedachtes Koordinatensystem hinjustiert Mit Hilfe von präzisen Verschiebeeinrichtungen (z. B. mit Hiife eines iaserinterferometrisch kontrollierten ^f-y-Tisches) werden die den einzelnen Schaltkreisen entsprechenden Bereiche des Substrates

wobei zwei Zylinder an einem hochgezogenen Teil 40 unter das Projektionsobjektiv geschoben,
der Grundplatte und zwei Zylinder an einem hoch- Problematisch ist beim Stand der Technik die genaue

gezogenen Teil des die Stützen tragenden Tragti- Ausrichtung der Werkstück- oder Waferoberfläche in sches angeordnet sind, die gegeneinander federbela- einer bestimmten, normal zur optischen Achse stehenstet sind. den Ebene. Es ist aus der EU-PS 27 570 eine Einrichtung

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn- 45 bekanntgeworden, bei welcher der den Wafer tragende zeichnet, daß zur Ausschaltung von horizontalen Chuck um eine Achse schwenkbar sein soll, die durch Drehbewegungen um die in Höhe der Werkstück- den Mittelpunkt des Wafers geht Eine solche Einstelebene vorgesehene Führung zwischen den hochge- lung wäre dann brauchbar, wenn eine einmal durchgezogenen Teilen des Tragtisches und der Grundplatte führte Nivellierung des Wafers während dessen gesamein weiteres, in einer Vertikalebene verlaufendes 5c ter schrittweiser Belichtung hinreichend gut bliebe.
Gleit-bzw. Kugellager vorgesehen ist. Zur Erzielung maximaler Bildschärfe ist aber eine

6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch globale Nivellierung nicht ausreichend. Bei hohem Aufgekennzeichnet, daß an der Unterseite der Grund- lösungsvermögen (< 1,5 μπι) ist die Schärfentiefe nur ca. platte wenigstens drei Führungsflächen angeordnet 2 μπι. Diese Schärfentiefe wird aber zum Teil von Subsind, die auf einer Kugelfläche liegen, deren Mittel- 55 stratstufen und Lackdichte schon aufgezehrt, so daß für punkt etwa der Durchstoßpunkt der optischen Ach- 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 27 570 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 dienenden Schlitten anzuordnen. Aus diesem Grunde ist auch der Vorschlag gemäß der DE-OS 29 05 635 zwar theo-

eines Gleit- oder Kugellagers vorgesehen ist welches eine lotrechte Bewegung· des geführten Bereiches, nicht aber dessen Bewegung in der Werkstückebene erlaubt

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in Höhe der Werkstüekebene an der Grundplatte vorgesehene Führung aus vier Zylindern besteht, zwischen denen eine Kugel abrollt,

se durch das Werkstück 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 Werkstüekebene eine Anschlagfläche vorgesehen ist, die etwa in einer durch die optische Achse gehenden Ebene liegt.

retisch 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 Waferteilfelder geschwenkt wird. Nachteilig ist hierbei, daß jede Höhenverstellung der den Tisch tragenden Stützen aufgrund des Vertikalabstandes zwischen der Waferebene und jener Ebene, in der die Stützen am Tisch angreifen, zu erheblichen Auslenkungen des Wafers normal zur Richtung der optischen Achse führen kann.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen 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.

Erfindungsgemäß wird zur Lösung der ^estelhen Aufgabe vorgeschlagen, 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 Werkstückebene schneiden, so daß die Drehung um eine wenigstens annähernd in der Werkstückebene liegende Drehachse erfolgt.

Diese Maßnahme führt bereits dazu, daß horizontale Verschiebungen des Werkstückes oder 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 erfindungsgemäße Einrichtung 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.

Die Erfindung wird anschließend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt

F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel in teilweise geschnittener Seitenansicht,

F i g. 2 dasselbe Ausführungsbeispiel in Draufsicht,

F i g. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel in teilweise geschnittener Seitenansicht, F i g. 4 die zugehörige Draufsicht und

F i g. 5 einen Schnitt nach der Linie B-Bm F i g. 4.

Die dargestellte Einrichtung dient zum Kopieren von Masken auf einem Wafer I mittels eines bekannten, nicht Gegenstand der Erfindung bildenden Projektions-Objektivs, 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 V-Richtung verschiebbar ist. Die Verschiebung in V-Richtung erfolgt durch einen Motor 5 über die Spindel 7, die Verschiebung in X-Richtung aurch einen Motor 6 über die Spindel 8. Der Schlitten 4 bewpgt sich in einer Führung 9 der Grundplatte 10, deren Nivellierung Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist

Zur Höhenverstellung der Grundplatte SO 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 Grundplatte 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 jeder Teilbereich des Wafers, durch den gerade die optische Achse 24 geht, keine unbeabsichtigten Horizontalauslenkungen erfährt Diesem Zweck dient die in Höhe des Wafers I angeordnete, aus einer Kugel 16 und vier Zylindern 17, 17' bestehende Führung. Da die Kv^eI 16 lediglich in vertikaler Richtung gegenüber dem hochgezogenen Fortsatz 27 des die Stützen 14 tragenden TragtLsches beweglich ist, sind auch die Zylinder 17' am gegenüberliegenden hochgezogenen Teil der Grundplatte, der als Bügel 1 ϊ ausgebildet 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 Kippachs; der Grundplatte 10 oberhalb der Verbindungslinie der Z\- und Z₂-Stütze 14 in der Waferebene durch den Punkt 22. Umgekehrt verläuft die Kippachse oberhalb der Z₂-Stütze 14, wenn die mit Z\ und Z3 bezeichneten Stützen gleichzeitig gehoben oder gelenkt werden. Durch gegenläufige Bewegung der Stützen Z\ und Z3 einerseits und der Stütze Zi andererseits läßt sich die Kippachse leicht in jenen Bereich verlegen, in welchem die optische Achse 24 verläuft. Soll die Grundplatte 10 um eine Achse verschwenkt werden, die parallel zur V-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 Z₃ gegenläufig um den gleichen Betrag bewegt werden.

Die Lage der Kippachse bei Verstellung einer Stütze 14 läßt sich jeweils eruieren, wenn man bedenkt, daß dic 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, weiche mit Z3 bezeichnet ist, so muß die Achse, um die sieh die Grundplatte 10 bewegt, auf einer Normalen zu den Führungsflächen 25 liegen, welche den Stützen 14 mit den Bezeichnungen Z₂ und Zi zugeordnet sind. Da sie gleichzeitig m der Waferebene liegen muß, ist sie durch die Punkte 22 und 23 bestimmt.

Die hier angestellup 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. Γη der Praxis sind Wafer mit einer Welligkeit von mehr als 5 μΓη/cm kaum brauchbar. Von Feld zu Feld (1 cm χ 1 cm) kann also im ungünstigsten Falle eine Variation von 10 μπι/cm auftreten, d. h. ein Drehwinkel von

10

⁰·⁰⁵⁷'

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 darüberliegenden Auf-

s bauten 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 Bestimmung des Systems ist es nur noch notwendig, Drehungen der Grundplatte 10 um die optische Achse zu verhindern. Zu diesem Zweck ist die Grundplatte 10 wieder mit einem hochgezogenen Bügel 11 versehen, dem ein hochgezogener Teil 27 des Tragtisches 20 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.

oder ca. 3,5 Winkelminuten.

Die bisher beschriebenen Teile der Einrichtung nach F i g. 1 und F i g. 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 Kugeln IS 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) and ein iranslatorischer (Z) werden durch Zr, Z₂-, Zj-Triebe definiert, zwei translatorische (X, Y)UUTCh die Kugel 16, der verbleibende rotatorische (Drehung um ZJdurch 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

Beim zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in F i g. 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 F i g. 5 hervorgeht unterscheidet sich die zweite Ausführungsform der Erfindung vor allem dadurch von der einfacheren Anordnung nach Fig.I und 2, daß hier zwischen dem Tragtisch 20 und der Grundplatte 10 eine Stützplatte 29 angeordnet ist welche über Kugeln 28 auf Führungsflächen 26 an der Unterseite der Grundplatte 10 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 1 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 Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Kopieren von Masken auf ein Werkstück, insbesondere 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 einen zum Verschieben des Werkstückes in der Bildebene dienenden Schlitten tragenden Grundplatte, die auf drei hohenvers'sllbaren Stützen ruht 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 Be-

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 einen zum Verschieben des Werkstückes in der Bildebene dienenden Schlitten 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 Werkstückebene schneiden, so daß