DE3402178A1

DE3402178A1 - Vorrichtung zum projektionskopieren von masken auf ein werkstueck

Info

Publication number: DE3402178A1
Application number: DE19843402178
Authority: DE
Inventors: Herbert E. Eschen Mayer; Werner Dr. Vaduz Tabarelli
Original assignee: Individual
Current assignee: Perkin Elmer Censor Anstalt
Priority date: 1984-01-23
Filing date: 1984-01-23
Publication date: 1985-07-25
Also published as: US4619524A; JPS60164325A

Description

Dr. Werner Tabarelli Vaduz (Fürstentum Liechtenstein)

Vorrichtung zum Projektionskopieren von Masken auf ein Werkstück

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Projektionskopieren von Masken auf ein Werkstück, insbesondere auf ein Halbleitersubstrat zur Herstellung von integrierten Schaltungen, wobei die Muster der Masken über ein Projektionsobjektiv ein- oder mehrmals auf einer photoempfindlichen Schicht des Werkstückes abgebildet werden, und Maske und Werkstück relativ zueinander ausgerichtet werden, indem Ausrichtmuster der Maske und Justiermarken des Werkstückes dadurch in eine vorbestimmte räumliche Zuordnung gebracht werden, daß zunächst die Relativlage eines Detektors

sowie des Ausrichtmusters der Maske zu

mindestens einer auf dem Tragtisch für das Werkstück angeordneten Referenzmarke bestimmt und dann die Justiermarke des Werkstückes auf den Detektor abgebildet wird.

Grundsätzlich besteht die einfachste Art der gegenseitigen Ausrichtung einer Maske und eines Werkstückes darin, eine auf der Maske angeordnete Marke mit einer Marke auf dem Werkstück durch das Projektionsobjektiv zur Deckung zu bringen. In Abhängigkeit von den ein zur Herstellung integrierter Schaltungen dienendes Werkstück bedeckenden Lackschichten kommt es dabei jedoch gelegentlich zu Interferenzerscheinungen, welche eine verläßliche Beurteilung der Genauigkeit der Abbildung der beiden Marken aufeinander erschweren. In solchen Fällen muß auf Verfahren der eingangs skizzierten Art zurückgegriffen werden, welche . rel.ativ zeitraubend sind und daher nicht für jedes Einzelfeld des Werkstückes, sondern möglichst nur einmal bei der schrittweisen Belichtung eines ganzen Werkstückes, also zur sogenannten Globaljustierung, verwendet werden.

Aus der europäischen Patentanmeldung 0035113 ist ein solches Verfahren bekannt geworden, bei welchem eine dem Detektor zugeordnete Marke durch eine dem Projektionsobjektiv parallelgeschaltete Hilfsoptik auf die am Tragtisch ange-

ordnete Referenzmarke bzw. auf die Justiermarke des Werkstückes projiziert wird. Durch die selbe Hilfsoptik wird die Genauigkeit dieser Abbildung überprüft. Da die Hilfsoptik im Gegensatz zum Projektionsobjektiv eine breitbandige Belichtung erlaubt, treten hiebei keine wesentlichen Interferenzerscheinungen mehr auf. Die ungenaue Kenntnis der gegenseitigen Zuordnung von Hilfsoptik und Projektionsobjektiv bildet jedoch eine Fehlerquelle.

Die Erfindung vermeidet bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art die Verwendung einer dem Projektionsobjektiv parallelgeschalteten Hilfsoptik und erlaubt es, die hohe Präzision des Projektionsobjektivs auch für die Justierung nutzbar zu machen. Dabei wird von der Überlegung ausgegangen, daß bei einer Beobachtung im Dunkelfeld das von den Justiermarken zurückgeworfene Licht wesentlich höhere Ortsfrequenzen der Justiermarkenstruktur überträgt und die auftretenden Interferenzerscheinungen entsprechend weniger störend sind. Allerdings wäre es nicht möglich, die Abbildung einer Öffnung in der Maske auf eine Justiermarke des Werkstückes entweder durch die Öffnung in der Maske oder durch einen eigenen Spalt abzutasten, da die Beobachtungsdauer durch die geringe Lichtstärke des Dunkelfeldes hiedurch zu stark ansteigen würde. Das von der Justiermarke zurückgeworfene Licht muß somit nach Ausblendung des direkt reflektierten Strahles auf einen positionsempfindlichen Detektor, beispielsweise eine Vierquadranten-Diode geworfen werden. Die Anordnung dieses Detektors am Maskenrahmen erlaubt es, die zur richtigen Einstellung erforderliche Verschiebung maskenseitig anstatt werkstückseitig durchzuführen, was den an sich bekannten Vorteil hat, daß die Verschiebung um einen Betrag erfolgt, der um so viel größer ist, wie die Maske im Vergleich zu ihrem durch das verkleinernde Projektionsobjektiv erzeugten Abbild.

Insgesamt ist die Erfindung somit dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildung der Justiermarke des Werkstückes auf den Detektor durch das Projektionsobjektiv hindurch erfolgt, wobei die direkt reflektierten Strahlen des die Justiermarke sichtbar machenden Lichtes ausgeblendet werden, und daß der positionsempfindliche Detektor an der Unterseite des die Maske tragenden Rahmens angeordnet ist.

Die Lichtstärke des auf den Detektor fallenden Lichtes kann erhöht werden, indem vorgesehen wird, daß die Justiermarken des Werkstückes als- Beugungsgitter mit sich kreuzenden Linien ausgebildet sind und die Gitterkonstante so gewählt wird, daß möglichst viele Beugungsordnungen vom Projektions-, objektiv erfaßt werden.

Der positionsempfindliche Detektor wird vorzugsweise als Vierquadranten-Diode ausgebildet. Auch die Verwendung einer Rasterdiode käme in Frage. Vorteilhaft ist auch die Verwendung einer Halbleiterbrückendiode (vgl. Markt & Technik Nr. 34, August 1983, S.28).

Die Ausblendung des von der Justiermarke direkt reflektierten Lichtes könnte prinzipiell durch Verwendung eines Lochspiegels erfolgen, der den direkt reflektierten Strahl durchläßt und nicht zum Detektor ablenkt. Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, daß die Belichtung der Justiermarke des. Werkstückes über einen Umlenkspiegel erfolgt, welcher das Zentrum des von der Justiermarke ausgehenden Lichtkegels ausblendet.

Wird ein Justierlicht verwendet, dessen Wellenlänge von der des zur Entwicklung des Photolacks verwendeten Lichtes abweicht, wird vorzugsweise vorgesehen, daß durch ein Paar von Spiegeln der Unterscheid der Brennweite des Projektionsobjektivs bei Justierlicht und Belichtungslicht kompensiert wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anschließend anhand der Zeichnung erläutert. In dieser zeigt Fig. 1 schaubildlich die Gesamtanordnung einer erfindungs-

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gemäßen Einrichtung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die die Referenzmarke tragende Justierplatte,

Fig. 3 eine bekannte Einrichtung zur direkten Ausrichtung von Maske und Substrag,
Fig. 3a ein Detail von Fig. 3,

Fig. 4 das von der Einrichtung nach Fig. 3 aufgenommene Signal Fig. 5 stellt in schematischer Vereinfachung den Strahlengang des Lichtes dar, welches zur Abbildung einer Justiermarke des Werkstückes auf den am Maskenrahmen befestigten Detektor führt.

In Fig. 1 sind die wesentlichen Teile einer Einrichtung zum partiellen Belichten eines Halbleitersubstrats dargestellt. Das Werkstück 3 liegt hiezu auf einem Tragtisch 6, der als Schlitten ausgebildet und parallel zur mit Y bezeichneten Richtung verschiebbar ist. Er wird durch einen Schlitten 5 getragen, der seinerseits in X-Richtung verstellt werden kann. Kontrolliert werden diese Bewegungen durch Interferometer 12 und 13, welche Teil eines an sich bekannten Laser-Interferometers mit dem.Laser 10 und dem Strahlteiler 11 bilden. Die Belichtung des Werkstückes 3 erfolgt, indem ein iYluster der Maske 2 über d.e.ⁿ Umlenkspiegel 4 und das Projektionsobjektiv 1 auf das Werkstück projiziert wird. Während dieses Belichtungsvorganges, welcher den auf dem Werkstück 3 befindlichen Photolack entsprechend dem Muster der Maske verändert, befinden sich sowohl die Spiegel 24 und 15, wie auch der Spiegel 25, welche lediglich zur Einstellung der gegenseitigen Lage von Maske 2 und Werkstück 3 dienen, außerhalb des Strahlenganges des Belichtungslichtes.

Um das Werkstück 3 gegenüber der Maske 2 auszurichten, sind sowohl auf der Maske Marken 27 als auch auf dem Werkstück Marken 9 angebracht. Weitere Marken befinden sich auf der mit dem Tragtisch 6 verbundenen Justierplatte 8 und das

Zentrum des Detektors 16, welcher an der Unterseite des Rahmens 17 der Maske 2 angebracht ist, kann ebenfalls als Marke aufgefaßt werden.

Die gegenseitige Ausrichtung der Maske 2 und des Werkstückes 3 mittels der dargestellten Einrichtung erfolgt, indem zunächst die Marken 27 der Maske 2 mittels Justierlicht, das von einer nicht dargestellten Lichtquelle hinter der Maske 2 kommt, auf die Justierplatte 8 abgebildet wird. Diese wird hiezu unter das Projektionsobjektiv 1 geschoben. Details dieses an sich bekannten Justiervorganges werden anschließend anhand von Fig. 2-4 erläutert.

Nach der Ausrichtung der Maske 2 relativ zur Justierplatte 8 werden die Spiegel 24 und 15 mittels der Schwenkeinrichtung 14 und der Spiegel 25 mittels einer ähnlichen, aus Übersichtsgründen nicht dargestellten, Schwenkeinrichtung in die in Fig. 1 dargestellte Position gebracht. Eine im Zentrum der Justierplatte 8 angebrachte Marke wird daraufhin mittels des Justierlasers 7 über den Umlenkspiegel 25 und das Projektionsobjektiv 1 belichtet. Der Spiegel 25 ist elliptisch, wodurch seine Projektion in Richtung der optischen Achse kreisförmig ist. Das von der Marke auf der Justierplatte 8 direkt reflektierte Licht gelangt nun in einer später anhand von Fig. 5 genauer beschriebenen Weise nur insoweit über die Spiegel 24 und 15 zum Detektor 16, als es nicht vom Umlenkspiegel 25 ausgeblendet wird. Der Detektor 16 ist positionsempfindlich, d.h. das von ihm abgegebene Signal liefert eine Anzeige dafür, wie genau das auftreffende Licht mit dem Zentrum des Detektors zusammenfällt.

Da die relative Lage der bei den beschriebenen Vorgängen verwendeten Marken auf der Justierplatte 8 bekannt ist, wird durch die Ausrichtung der Maske 2 zur Justierplatte 8 und durch die Feststellung der Relativlage des Detektors 16 zur Justierplatte 8 die Relativlage von Maske 2 und Rahmen 17

eindeutig festgelegt. Falls dabei der Tragtisch 6 oder der Rahmen 17 samt der Maske 2 bewegt werden müssen, werden die entsprechenden Verschiebungen durch das Laser-Interferometer 10 - 13 oder durch die Längentaster 21 - 23, welche die Lage des Rahmens parallel zu den Rahmenkanten und in Drehrichtung festhalten, registriert und gespeichert. Die Ausrichtung des Werkstückes 3 kann nun erfolgen, indem die Justiermarken 9 auf dem Werkstück 3 unter das Projektionsobjektiv 1 gefahren werden. Die genaue Ausrichtung des Werkstückes 3 erfolgt dann nicht durch Verschiebungen der Schlitten 5 und 6, die wegen der Verkleinerungswirkung des Projektionsobjektivs äußerst klein sein müßten, sondern durch Verschiebung des Rahmens 17 mittels der Antriebe 18 - 20. Diese verändern die Lage des Rahmens 17 parallel zu seinen Kanten sowie dessen Winkellage in der Rahmenebene so lange, bis das von der Justiermarke 9 auf dem Werkstück 3 gestreute Licht auf den Detektor 16 zentriert ist. Diese Zentrierung erfolgt ebenfalls unter Belichtung durch den Laser 7, wobei der Umlenkspiegel 25 wiederum die direkt reflektierten Strahlen ausblendet. Wie erwähnt, dient zur an sich konventionellen gegenseitigen Ausrichtung von Maske 2 und Justierplatte 8, welche den ersten Schritt des beschriebenen Justiervorganges bildet, eine Justierplatte 8, wie sie in Fig. 2 im einzelnen dargestellt ist. Es handelt sich um eine Glasplatte, deren Kantenlänge beispielsweise 10 mm betragen kann und deren Dicke in der Größenordnung von 1 mm liegt. Auf dieser Glasplatte befindet sich eine 0,5 μηη dicke Chromschicht in welche lieh tdurchlässige Zonen 26 eingeätzt sind» auf welche die Ausnehmungen 27 der Maske 2 durch das Projektionsobjektiv 1 abgebildet werden sollen. Die Breite der lichtdurchlässigen Zonen 26 kann beispielsweise 1,5 ρ betragen, deren Länge 2 mm. Die Abmessungen der zugehörigen Ausnehmungen 27 der Maske sind bei einem Projektionsverhältnis von 10 : 1 natürlich zehnmal größer.

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Die bei der Dunkelfeldjustierung verwendete Marke 29 auf der Justierplatte 8 wird erst in Zusammenhang mit Fig. 5 im Detail beschrieben.

Die direkte Ausrichtung der Ausnehmungen 27 der Maske 2 und der Marken 26 auf der Justierplatte 8 erfolgt beispielsweise mittels der bekannten Einrichtung nach Fig. 3, indem ein Paar von Spiegeln 30,38 in jenen Bereich geschwenkt wird, welcher bei der Projektionsbelichtung des Substrats 3 freigehalten werden muß, um den Belichtungsvorgang nicht zu stören. Justierlicht, welches typischerweise eine Wellenlänge von 547 oder 578 nm aufweist und daher den Photolack auf dem Substrat 3 nicht wesentlich beeinflußt, wird auf ein Fenster 27 in der Maske 2 gerichtet. Das Justierlicht gelangt über den halbdurchlässigen Spiegel 38 und den Umlenkspiegel 30 durch das Projektionsobjektiv 1 auf die Justierplatte 8. Wird nun auf deren Marken 26 ein Fenster 27 in der Maske projiziert, entsteht das Urbild des in Fig. 4 dargestellten Musters auf der Justierplatte 8. Dieses wird mittels des Spiegels 30 durch den halbdurchlässigen Spiegel 38 hindurch auf den Drehspiegel 36 geworfen. Dieser dreht sich um die Achtie 37 , wodurch das rückprojizierte Bild 27" der Marke und das Bild 26' der Marke 26 über die Detektorebene 41 des Detektors 31 geführt wird, v/elche einen Spalt 42 aufweist. Über eine Linse 40 wird der Spalt 42 auf einen Sensor 39 abgebildet, welcher ein der empfangenen Lichtstärke proportionales elektrisches Signal abgibt. Das in Fig. 4 dargestellte Bild wird dabei in Querrichtung überstrichen. Das entsprechende Signal steigt zunächst an, wenn das rückprojizierte Bild des Fensters 27 in den Bereich des Spaltes 42 gelangt und sinkt nach der Zeit t. ab, wenn das Bild der Marke 26 den Spalt 42 verdunkelt. Aus dem Verhältnis ^₁:t_? läßt sich die Abweichung der Marke 26 von der Ideallage bestimmen, in welcher diese Marke genau in der Mitte des Bildes 27' des Fensters 27 auf der Justierplatte 8 liegt.

Die Bestimmung der Lage des Detektors 16 relativ zur Justierplatte 8 erfolgt in gleicher Weise wie die Bestimmung der Lage des Werkstückes 3 relativ zum Detektor 16. Was bei der folgenden Beschreibung von Fig. 5 im Zusammenhang mit der Justiermarke 9 auf dem Werkstück 3 gesagt wird, gilt also in gleicher Weise für die Marke 29 auf der Justierplatte 8.

Beim Justiervorgang erfolgt die Belichtung der Marke 9 mittels Justierlichtes, das von einem He-Ne-Laser 7 ausgeht, wobei der Lichtstrahl zunächst durch eine optische Einrichtung 33 verbreitert und dann durch einen kleinen Umlenkspiegel 25 in die Richtung der optischen Achse des Projektionsobjektivs 1 umgelenkt wird. Das vom Laser 7 kommende Licht fällt als paralleles Strahlenbündel auf die Marke 9 und wird von dieser einerseits reflektiert, andererseits gestreut. In der Ebene des Umlenkspiegels 25 entsteht dadurch das in Fig. 5 vereinfacht dargestellte Beugungsbild, dessen nullte Ordnung mittels des Spiegels 25 ausgeblendet wird. Damit diese Ausblendung symmetrisch erfolgt, ist der schräggestellte Spiegel 25 elliptisch ausgebildet. Das von der Marke 29 in den achsfernen Bereich des Projektionsobjektivs 1 gestreute Licht fällt innerhalb des vom Spiegel 25 erzeugten Dunkelfeldes auf den Detektor 16.

Wenn die Marke 9 so wie in der Darstellung nach Fig. 5 durch ein quadratisches Muster gebildet ist, ist auch ihr Abbild 35 auf dem Detektor 16 quadratisch. Von jedem der vier Quadranten der Diode 16 wird nun ein Signal ausgesandt, welches von der Lichtstärke und der Größe der belichteten Fläche abhängt. Die Marke 9 ist dann in bezug auf die Diode ausgerichtet, wenn die Signale, die von den einzelnen Quadranten 34 ausgesandt werden, gleich groß sind.

Wie erwähnt, besteht ein besonderer Vorteil der Erfindung darin, daß die Ausrichtung der Maske 2 zum Wafer 3 mit einer Verschiebung der Maske 2 abgeschlossen werden kann. Hiezu

ist es nur nötig, zur Ausrichtung des Detektors 16 gegenüber der Marke 9 den Detektor 16 zu verschieben, welcher ja an dem die Maske 2 tragenden Rahmen 17 befestigt ist.

Um eine möglichst hohe Lichtstärke der Abbildung 35 zu erhalten, empfiehlt es sich, die Marken 9 bzw. 29 in der in Fig. 5 dargestellten Weise als Gitter mit sich kreuzenden Linien auszubilden, doch ist die Erfindung nicht auf diese besondere Art von Marken eingeschränkt.

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Claims

Patentansprüche :

1. Vorrichtung zum Projektionskopieren von Masken auf ein Werkstück, insbesondere auf ein Halbleitersubstrat zur Herstellung von integrierten Schaltungen, wobei die Muster der Masken über ein Projektionsobjektiv ein- oder mehrmals auf einer photoempfindlichen Schicht des Werkstückes abgebildet werden, und Maske und Werkstück relativ zueinander ausgerichtet werden, indem Ausrichtmuster der Maske und Justiermarken des Werkstückes dadurch in eine vorbestimmte räumliche Zuordnung gebracht werden, daß zunächst die Relativlage eines

Detektors sowie des Ausrichtmusters

der Maske zu mindestens einer auf dem Tragtisch für das Werkstück angeordneten Referenzmarke bestimmt und dann die Justiermarke des Werkstückes auf den Detektor

abgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildung der Justiermarke (9) des Werkstückes (3) auf den Detektor (16) durch das Projektionsobjektiv (1) hindurch erfolgt, wobei die direkt reflektierten Strahlen des die Justiermarke (9) sichtbar machenden Lichtes ausgeblendet werden, und daß der positionsempfindliche Detektor an der Unterseite des die Maske (2) tragenden Rahmens (17) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Justiermarken (9) des Werkstückes (3) als Beugungsgitter mit sich kreuzenden Linien ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (16) als Quadrantendiode ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Belichtung der Justiermarke (9)

des Werkstückes (3) über einen Umlenkspiegel (25) erfolgt, welcher das Zentrum des von der Justiermarke (9) ausgehenden Lichtkegels ausblendet.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein Paar von Spiegeln (15,24) der Unterschied der Brennweite des Projektionsobjektivs (1) bei Justierlicht und Belichtungslicht kompensiert wird.