DE3247560C2 - Verfahren zur Einstellung einer Abtastungsbelichtungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Einstellung einer Abtastungsbelichtungsvorrichtung.

Bei der Herstellung von Halbleitern wie integrierten Schaltungen ist das Übertragen eines Maskenbildmusters auf ein Halbleiterplättchen erforderlich; als Markierungen für das Ausrichten einer Maske und eines Halbleiterplättchens für die Übertragung werden Masken-Richtmarkierungen 1 gemäß der Darstellung in Fig. 1A der Zeichnung sowie Halbleiterplättchen-Richtmarkierungen 2 gemäß der Darstellung in Fig. 1B der Zeichnung verwendet. Die Masken-Richtmarkierungen 1 und die Halbleiterplättchen-Richtmarkierungen 2 werden gemäß der Darstellung in Fig. 1C ausgerichtet. Das heißt, diese Richtmarkierungen bzw. Ausrichtmarkierungen müssen so ausgerichtet werden, daß die Halbleiterplättchen-Ausrichtmarkierungen 2 unter gleichen Abständen zwischen den Ausrichtmarkierungen 1 liegen. Diese Überdeckung bzw. Ausrichtung muß äußerst genau sein, damit Übertragungsverformungen auf der ganzen Fläche des Halbleiterplättchens verringert werden; daher ist die Einstellung der Übertragungseinrichtung bzw. Abtastungsbelichtungsvorrichtung außerordentlich schwierig.

Wenn ferner eine Übertragungsverformung dem optischen Projektionssystem bzw. Übertragungssystem für die Übertragung zuzuschreiben ist, werden durch die Übertragungsverformung die Eigenschaften der Produkte beeinträchtigt, so daß daher unbrauchbare Produkte in großen Mengen hergestellt werden.

Aus der US-A-4 011 011 ist ein optisches Projektionsgerät zur Verwendung bei der Belichtung von Halbleiterplättchen mit Maskenbildmustern bekannt.

Bei diesem Gerät sind eine Lichtquelle und ein Abbildungssystem relativ zu einem eine Maske und Halbleiterplättchen tragenden Apparatetisch beweglich, wobei diese Relativbewegung durch einen Bediener vorgenommen wird, der die gegenseitige Ausrichtung von auf der Maske und dem Halbleiterplättchen ausgebildeten Ausrichtmarkierungen durch ein Okular beobachtet und entsprechend einstellt.

Bei einem derartigen Vorgehen bei der Einstellung einer Abtastungsbelichtungsvorrichtung hängt die erzielte Ausrichtungsgenauigkeit stark vom Erfahrungsgrad des Bedieners ab. Zudem erfordert ein solches manuelles Einstellen der Vorrichtung eine ziemlich lange Einstellzeit.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Einstellung einer Abtastungsbelichtungsvorrichtung zu schaffen, mit dem bedienerunabhängig eine hohe Ausrichtungsgenauigkeit schnell erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zur Einstellung einer Abtastungsbelichtungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Dadurch ist es möglich, schnell eine hohe Ausrichtungsgenauigkeit zu erzielen, den Durchsatz im Fertigungsprozeß zu erhöhen, und somit preiswertere Produkte herzustellen.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1A zeigt bekannte Richtmarkierungen, die auf einer Maske ausgebildet sind.

Fig. 1B zeigt bekannte Richtmarkierungen, die auf einem Halbleiterplättchen ausgebildet sind.

Fig. 1C zeigt die Richtmarkierungen bei deren Ausrichtung.

Fig. 2 zeigt ein bestimmtes Lageverhältnis zwischen zwei Richtmarkierungen während eines Ausrichtvorgangs sowie ein dementsprechendes elektrisches Ausgangssignal.

Fig. 3 zeigt die Beziehungen zwischen Richtmarkierungen bei der gegenseitigen Überdeckung einer Normal-Maske und eines Normal-Halbleiterplättchens.

Fig. 4 ist eine schematische Darstellung, die als Ausführungsbeispiel der Abtastungsbelichtungsvorrichtung eine Kombination aus einem optischen System und einem Kompensationssystem zeigt.

Fig. 5 veranschaulicht einen Übertragungsfehler.

Fig. 6A zeigt ein Bildmuster an einer Maske.

Fig. 6B zeigt eine Abbildung des Bildmusters, die einen Übertragungsfehler enthält.

Es wird nun ein Ausführungsbeispiel der Abtastungsbelichtungsvorrichtung beschrieben. Die Fig. 4 zeigt die optische Anordnung der Abtastungsbelichtungsvorrichtung, bei der als optisches Übertragungssystem ein Spiegelprojektionssystem eingesetzt ist. Eine Normal-Maske 16 und ein Normal-Halbleiterplättchen 18 sind miteinander über einen Träger 30 verbunden, wobei das optische Übertragungssystem zwischengesetzt ist.

Die Normal-Maske 16 und das Normal-Halbleiterplättchen 18 werden zur Einstellung an der Übertragungseinrichtung angebracht und zur tatsächlichen Übertragung durch eine andere Maske bzw. ein anderes Halbleiterplättchen ersetzt.

Das optische Übertragungssystem 17 weist einen Trapezoidspiegel 31, einen Konkavspiegel 32 und einen Konvexspiegel 33 auf und ist parallel zu den Flächen der Normal-Maske 16 und des Normal-Halbleiterplättchens 18 mittels eines Spiegelstellmechanismus 34 drehbar. Der Konkavspiegel 32 ist Spiegelflächen 31a und 31b des Trapezoidspiegels 31 gegenübergesetzt, während der Konvexspiegel 33 so zwischen den Trapezoidspiegel 31 und den Konkavspiegel 36 gesetzt ist, daß er zu dem Konkavspiegel 32 hin gewandt ist. Das von einer Laserlichtquelle 10 abgegebene Laserlicht l tritt durch eine Sammellinse 11 hindurch und wird mittels eines Polygonalspiegels 12 abgelenkt, wonach zwischen eine f-Θ-Linse 13 und einen Halbspiegel 14 ein Teilungsprisma 35 für das Zweiteilen des Laserlichts l eingesetzt ist, wodurch Messungen an den Ausrichtmarkierungen 1 und 2 gleichzeitig an zwei voneinander um eine Strecke C in Abstand stehenden Stellen herbeigeführt werden. Ein Objektiv 15, eine Sammellinse 19 und ein fotoelektrisches Wandlerelement 20 sind paarweise vorgesehen, wobei die Ausgangssignale der beiden fotoelektrischen Wandlerelemente 20 einer Verarbeitungsschaltung bzw. Rechenschaltung 21 zugeführt werden, deren Ausgangssignal dem Spiegelstellmechanismus bzw. Spiegelkippmechanismus 34 sowie einem Trägerstellmechanismus 36 zum Bewegen des Trägers 30 in der Richtung eines Pfeils B zugeführt wird.

Folglich trifft ein Lichtstrahlenbündel des durch das Teilungsprisma 35 aufgeteilten Laserlichts l über den Halbspiegel 14, das Objektiv 15 und die Normal-Maske 16 auf die eine Spiegelfläche 31a des Trapezoidspiegels 31, wonach es unter aufeinanderfolgendem Reflektieren durch den Konkavspiegel 32, den Konkavspiegel 33, den Konkavspiegel 32 und die andere Spiegelfläche 31b des Trapezoidspiegels 31 zu dem Normal-Halbleiterplättchen 18 gelangt. Das Laserlicht l, das die Information bezüglich der Ausrichtmarkierungen 1 und 2 der Normal-Maske 16 und des Normal-Halbleiterplättchens 18 enthält, kehrt längs seines ursprünglichen Lichtwegs zurück und wird mittels des Halbspiegels 14 dem fotoelektrischen Wandlerelement 20 zugeführt. Dieser Lichtweg liegt gemäß den vorangehenden Ausführungen paarweise bzw. doppelt vor, so daß daher an die Rechenschaltung 21 gleichzeitig die Ausgangssignale von zwei fotoelektrischen Wandlerelementen 20 angelegt werden.

Das von der Laserlichtquelle 10 abgegebene Laserlicht l wird von dem Polygonalspiegel 12 abgelenkt, tritt durch den Halbspiegel 14 hindurch und gelangt zu der Normal-Maske 16 usw. Mit dem Laserlicht l werden die Ausrichtmarkierungen 1 der Normal-Maske 16 und über das optische Übertragungssystem 17 die Ausrichtmarkierungen 2 des Normal-Halbleiterplättchens 18 abgetastet bzw. überstrichen, wonach das Licht wieder den Halbspiegel 14 erreicht, an dem ein Teil des Lichts zu dem fotoelektrischen Wandlerelement 20 hin reflektiert wird. Dabei werden die Ausrichtmarkierungen 1 der Normal-Maske 16 und die Ausrichtmarkierungen 2 des Normal-Halbleiterplättchens 18 miteinander gemäß der Darstellung in Fig. 2(a) überlagert. Zwischen Ausrichtmarkierungen 1a und 1b der Normal-Maske 16 liegen Ausrichtmarkierungen 2a des Normal-Halbleiterplättchens 18, während zwischen Ausrichtmarkierungen 1c und 1d Ausrichtmarkierungen 2b liegen; das Laserlicht l überstreicht die Ausrichtmarkierungen von links nach rechts in einer Abtastrichtung A. Das fotoelektrische Wandlerelement 20 gibt an den Stellen, an denen das Laserlicht l nach Fig. 2(a) die Richtmarkierungen 1 und 2 schneidet bzw. überstreicht, impulsartige Ausgangssignale ab, so daß eine Ausgangsspannungs-Kurvenform gemäß der Darstellung in der Fig. 2(b) erzielt wird. W₁, W₂, . . . , W₅ sind Zeitabstände zwischen Impulssignalen, durch deren Messung eine Ausrichtungs-Abweichung ermittelt werden kann. Falls nämlich nach Fig. 2(a) eine Abweichung in der x-Richtung gleich Δx ist, und eine Abweichung in der y-Richtung gleich Δy ist, so gilt

Δx = (W₁ - W₂ + W₄ - W₅)/4 (1)

Δy = (-W₁ + W₂ + W₄ - W₅)/4 (2)

Im ausgerichteten Zustand gilt W₁ = W₂ = W₄ = W₅, so daß daher beide Abweichungen Δx und Δy gleich 0 sind.

Die Fig. 5 zeigt die Zusammenhänge zwischen Achsen x′ und y′ des optischen Übertragungssystems 17 in der Horizontalebene und der Abtast- bzw. Bewegungsrichtung B des Trägers 30, nämlich einer Achse y sowie einer Achse x. In diesem Fall entsteht als Ergebnis der Bildumkehrung durch das optische Übertragungssystem 17 sowie einer dabei hervorgerufenen Bildebenenverzeichnung zwischen den Achsen x′ und y′ des optischen Übertragungssystems 17 und den Abtastungs-Achsen x und y ein Winkel bzw. Fehlerdrehwinkel von 2Θ. In Abständen von 10 mm in Fig. 5 gezeigte Pfeile 37 geben die Richtung und die Größe der Übertragungsverformung an. Dabei wird ein L-förmiges Muster 38 gemäß der Darstellung in Fig. 6A als Bild des optischen Übertragungssystems 17 auf dem Halbleiterplättchen unter Vertauschung von links und rechts umgekehrt gemäß der Darstellung in der Fig. 6B abgebildet, wobei ferner die Achse y um 2Θ geneigt ist.

Falls die Anordnung so getroffen ist, daß gemäß der Darstellung in Fig. 3 zwei Sätze von Ausrichtmarkierungen 1 und 2 in der x-Richtung auf den optischen Achsen der beiden Objektive 15 angeordnet sind, wird der Ausrichtungszustand mittels der fotoelektrischen Wandlerelemente 20 und der Rechenschaltung 21 erfaßt, wobei die Größen ΔxL₁ und ΔyL₁ der linksseitigen Ausrichtungsabweichung und die Größen ΔxR₁ und ΔyR₁ der rechtsseitigen Ausrichtungsabweichung ermittelt werden können. Darauffolgend wird durch einen Befehl der Rechenschaltung 21 über den Trägerstellmechanismus 36 der Träger 30 um die Strecke D in der Richtung x′ gemäß dem Pfeil B versetzt und der Ausrichtungszustand anderer Ausrichtmarkierungen 1 und 2 gemessen, um auf gleichartige Weise die Abweichungsgrößen ΔxL₂, ΔyL₂, ΔxR₂ und ΔyR₂ zu ermitteln. Ein Horizontalabweichungswinkel Θx der von einander in dem Abstand C in der x-Richtung entfernten Ausrichtmarkierungen 1 und 2 der Normal-Maske 16 bzw. des Normal-Halbleiterplättchens 18 kann annähernd durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

Θx = (1/2C) (ΔyL₁ - ΔyR₁ + ΔyL₂ - ΔyR₂) (3)

während ein Vertikalabweichungswinkel Θy der jeweils um die Strecke D in der y-Richtung in Abstand stehenden Richtmarkierungen 1 und 2 annähernd durch die folgende Gleichung gegeben ist:

Θy = (1/2D) (ΔxR₁ + ΔxL₁ - ΔxR₂ - ΔxL₂) (4)

Zur Verkleinerung dieser Abweichungswinkel und damit zum Unterdrücken irgendwelcher Übertragungsverformungsfehler werden mittels der Rechenschaltung 21 diese Berechnungen ausgeführt, wonach mit dem Spiegelstellmechanismus 34 das optische Übertragungssystem 17 gedreht wird. Der Winkel, um den das optische Übertragungssystem zu verstellen ist, beträgt

Θ = (Θy - Θx)/2 (5)

wobei Θx eine Komponente ist, bei der die Fehlausrichtung, die optische Achse und die Abtastungsachse in der Horizontalebene nicht parallel sind. Für eine etwas preiswertere Einrichtung ist ein Verfahren geeignet, bei dem das Rechenergebnis der Rechenschaltung 21 angezeigt und entsprechend dem Anzeigewert der Spiegelkipp- bzw. Spiegelstellmechanismus 34 von Hand eingestellt wird.

Gemäß der vorangehenden Beschreibung ist die Übertragungseinrichtung mit der Fehlerkorrektur so gestaltet, daß das zwischen der Maske und dem Halbleiterplättchen eingesetzte optische Übertragungssystem mittels eines auf einem vorbestimmten Rechenvorgang beruhenden Einstellsignals verstellbar ist, so daß sich der Vorteil ergibt, daß die Maske und das Halbleiterplättchen schnell mit einem sehr hohen Genauigkeitsgrad ausgerichtet werden können.

Claims (2)

1. Verfahren zur Einstellung einer Abtastungsbelichtungsvorrichtung mit
einem optischen Übertragungssystem (17) zum Durchführen einer Abtastungsbelichtung,
einem Photodetektor (20) zum photoelektrischen Erfassen der Position von Ausrichtmarkierungen auf einer Maskenseite und Ausrichtmarkierungen auf einer Waferseite über das optische Übertragungssystem, und
einer Bewegungsvorrichtung (30, 36) zum Bewegen der Maske und des Wafers in der Abtastungsrichtung in einer X-Y-Ebene mit Bezug auf das optische Übertragungssystem (17), wobei
die Ausrichtmarkierungen (1) auf der Maskenseite und die Ausrichtmarkierungen (2) auf der Waferseite in der Abtastungsrichtung jeweils mehrfach vorgesehen sind;
die Position des ersten Satzes (L₁, R₁) der Ausrichtmarkierungen auf der Wafenseite mittels des Photodetektors (20) über das optische Übertragungssystem (17) erfaßt wird, wodurch Positionsfehler (ΔxL₁, ΔyL₁, ΔxR₁, ΔyR₁) zwischen Markierungen des ersten Satzes erhalten werden;
woraufhin die Maske und der Wafer mit Bezug auf das optische Übertragungssystem in der Abtastungsrichtung um eine Strecke D bis zum zweiten Satz von Ausrichtmarkierungen bewegt werden;
die Position des zweiten Satzes von Ausrichtmarkierungen (L2, R2) mittels des Photodetektors (20) über das optische Übertragungssystem (17) erfaßt wird, wodurch Positionsfehler (ΔxL₂, ΔyL₂, ΔxR₂, ΔyR₂) zwischen Markierungen des zweiten Satzes erhalten werden;
ein Fehlerdrehwinkel (Θx, Θy, Θ) in der X-Y-Ebene unter Verwendung der Positionsfehler zwischen den Markierungen des ersten und zweiten Satzes erhalten wird; und
der Fehlerdrehwinkel korrigiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Fehlerdrehwinkel durch eine Relativdrehung zwischen dem optischen Übertragungssystem (17) und einer Halteeinrichtung (30) der Bewegungsvorrichtung korrigiert wird.