DE2900921B1

DE2900921B1 - Verfahren zum Projektionskopieren von Masken auf ein Werkstueck

Info

Publication number: DE2900921B1
Application number: DE2900921A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Mayer Herbert E; Dr Rer Nat Loebach Ernst W
Original assignee: CENSOR PATENT- und VERSUCHS-ANSTALT VADUZ; Censor Patent und Versuchsanstalt
Current assignee: Perkin Elmer Censor Anstalt
Priority date: 1979-01-11
Filing date: 1979-01-11
Publication date: 1980-07-24
Also published as: JPS5924537B2; GB2041554A; NL8000166A; FR2446507B3; JPS55108743A; DE2900921C2; FR2446507A1; US4357100A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Projektionskopieren von Masken auf ein Werkstück, insbesondere auf ein Halbleitersubstrat zur Herstellung von integrierten Schaltungen, bei dem die Muster der Masken durch ein auf die verwendete Belichtungswellenlänge vollständig korrigiertes Projektionsobjektiv auf eine fotoempfindliche Schicht des Werkstückes abgebildet werden und bei dem Ausrichtmuster der Maske relativ zu auf dem Werkstück angebrachten Justiermarken ausgerichtet werden, nachdem Ausrichtmuster und Justiermarken unter Justierbeleuchtung mit einer die fotoempfindliche Schicht nicht belichtenden Wellenlänge durch das Projektionsobjektiv und gegebenenfalls eine Hilfsoptik in dieselbe Ebene abgebildet worden sind.

Die genaue Zuordnung der Lage des Substrates zu jener der Maske ist insbesondere dann unerläßlich, wenn das Substrat durch eine oder mehrere vorangegangene Belichtungen bereits mit Schaltungselementen bzw. -mustern versehen ist. In diesen Fällen genügt es nicht, das Substrat in eine durch Anschläge definierte Lage zu bringen und um vorbestimmte Werte zu verschieben, es muß vielmehr eine unmittelbare Kontrolle der tatsächlich erreichten Lage samt der Möglichkeit einer entsprechenden Korrektur vorgesehen werden. Diese Kontrolle erfolgt, indem Justiermarken auf dem Substrat und ein Ausrichtmuster auf der Maske in dieselbe Ebene abgebildet werden und ihre gegenseitige Zuordnung überprüft wird. Üblicherweise erfolgt diese Abbildung in die Ebene der Projektionsmaske. Wegen der Umkehrbarkeit des optischen Strahlenganges entspricht einer solchen Abbildung immer auch eine Abbildung des Ausrichtmusters auf der Maske in die Ebene des Substrats, in welcher der für die Justierung notwendige Lagevergleich ebenfalls erfolgen kann.

Wird bei einem derartigen Verfahren die Justierung mit der gleichen Wellenlänge durchgeführt wie die Belichtung, erbringt eine Korrektur des Projektionsobjektivs für diese Wellenlänge gleichzeitig die notwendige Genauigkeit bei der Abbildung der Maske auf das Substrat und der Justiermarkenbereiche von Maske und Substrat ineinander. Die während des Justiervorganges auf die fotoempfindliche Schicht fallende Lichtmenge darf aber einen bestimmten Wert (ca. 1% des

ίο Belichtungslichtes) nicht überschreiten. Dieses Verfahren ist etwa durch DE-OS 27 07 477 oder DE-OS 25 39 206, Seite 6, Absatz 3, bekannt. Nachteilig an diesem Verfahren ist die Schwäche des für die Justierung zur Verfügung stehenden Signals, welche die

Justierarbeit erschwert und verzögert. Üblicherweise erfolgen daher, wie bei dem bekannten Verfahren der eingangs genannten Art (vergl. z. B. US-PS 36 95 758), die Justierung einerseits und die anschließende Belichtung andererseits mit zwei verschiedenen Lichtwellenlängen, der Justierwellenlänge und der Belichtungswellenlänge, damit während des Justiervorganges eine erratische Vorbelichtung des nur auf der Belichtungswellenlänge sensibilisierten Fotolacks unterbleibt.
Das Projektionsobjektiv muß nun auf der Belichtungswellenlänge die Maske scharf auf das Substrat abbilden und auf der Justierwellenlänge das Ausrichtmuster der Maske scharf auf den Justiermarkenbereich des Substrates und/oder umgekehrt. Dies wäre ohne weiteres mit einem Projektionsobjektiv möglich, das sowohl auf der Justierwellenlänge als auch auf der Belichtungswellenlänge korrigiert ist. In diesem Falle sind Maskenebene und Substratebene, in denen Ausrichtmuster bzw. Justiermarken liegen, auf beiden Wellenlängen zueinander konjugiert und für beide Wellenlängen identisch. Aus diesem Grund ist auch die begriffliche Trennung zwischen Abbildung der eigentlichen Maske und ihres Ausrichtmusters hier überflüssig und auch nicht üblich. Der Hauptnachteil dieser Lösung liegt darin, daß beugungsbegrenzte Höchstleistungsobjektive mit sehr hoher numerischer Aperatur und gleichzeitig großem Bildfeld bis heute nur auf einer Wellenlänge korrigiert und somit bei diesem Verfahren nicht eingesetzt werden können.

Bei einem vor einiger Zeit hergestellten Gerät wurde zum Zwecke der Justierung zum eigentlichen Projektionsobjektiv ein Hilfsobjektiv hinzugeschaltet, das die Korrektur auf der Justierwellenlänge herstellte. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß das Hilfsobjektiv in den Strahlengang ein- und ausgeschwenkt werden muß, und daß dadurch Zeit verlorengeht, Erschütterungen verursacht werden und eine aufwendige Mechanik erforderlich ist.

Die Erfindung geht demgegenüber von der Erkenntnis aus, daß die Forderung nach scharfer Abbildung des eigentlichen Musters der Maske auf das Substrat und nach scharfer Abbildung des Ausrichtmusters der Maske und der Justiermarken auf dem Substrat ineinander nicht im selben Sinne verstanden werden müssen. Nur die Lage einer Justierlinie in bezug auf die zu ihr senkrechten Richtung wird nämlich als Information für die Justierung ausgewertet und nur in dieser Richtung ist somit eine scharfe Abbildung der Linie erforderlich. Eine Unscharfe der Abbildung, die sich lediglich in Längsrichtung des abgebildeten Linienstükkes bemerkbar macht, ist somit für die Genauigkeit der Justierung unschädlich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art unter Anwen-

dung dieser Erkenntnis weiterzubilden.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs genannten Merkmale gelöst.

Die Erfindung kombiniert demgemäß eine perfekte Abbildung bei der Belichtungswellenlänge, also eine Abbildung, bei der die geometrisch-optischen Fehler von geringerer Bedeutung sind als Beugungseffekte, mit einer bewußt in Kauf genommenen unvollständigen Korrektur des Ausrichtmusters und Justiermarken ineinander abbildenden Systems. Es darf sich dabei nicht ι ο um beliebige Abbildungsfehler handeln, doch sind erfahrungsgemäß gerade Abbildungsfehler, welche nach Art des Astigmatismus Punkte zu sagittal oder meridional zur optischen Achse verlaufenden Linienstrichen verändern, am schwersten zusätzlich zur ohnedies bereits erfolgten Korrektur des Projektionsobjektivs auf der Belichtungswellenlänge auch noch für die Justierwellenlänge zu korrigieren. Gerade dieser Abbildungsfehler kann aber nun bestehen bleiben, wenn für die Justierung herangezogene Linien im abzubildenden Ausrichtmuster die abzubildende Justiermarke bzw. entsprechend dem vorliegenden Abbildungsfehler sagittal bzw. meridional verlaufen. Der Abbildungsfehler führt in diesem Fall lediglich zu einer Unscharfe des Endbereiches der Linie, die für die Justierung bedeutungslos ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anschließend anhand der Zeichnung erläutert. Dabei stellt

F i g. 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dar,

F i g. 2 ist eine Darstellung des Strahlenganges eines Systems mit den bei der Abbildung der Justiermarken bzw. Ausrichtmuster zulässigen Abbildungsfehlern,

Fig.3a bis d beschreiben die Orientierung der Justiermarken. 3-5

Fig. 4 ist die schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispieles,

F i g. 5 skizziert das zugehörige Ausrichtmuster. F i g. 1 stellt ein Projektionsbelichtungsgerät dar, dessen wesentlicher Teil ein Projektionsobjektiv 4 mit Brennweite F ist, welches bei Belichtung der auf ein Trägerglas 1 aufgebrachten Maskenschicht 2 diese auf die Oberfläche eines mit Fotolack beschichteten Halbleitersubstrats 3 abbildet. Die Einrichtung 7 zur Belichtung der Projektionsmaske hat mit der Erfindung nichts zu tun und ist deshalb hier nicht näher dargestellt. Zum Zweck der genauen Einstellung der relativen Lage von Maske 2 und Substrat 3 sind in einem durchlässigen Bereich der Maske 2 Ausrichtmuster 5 angebracht. Bei Belichtung auf dem Substrat 3 angebrachter Justiermarken 6 durch eine Einrichtung 17, welche Licht mit der von der Belichtungswellenlänge verschiedenen Justierwellenlänge aussendet, sollen diese in die Ebene der Ausrichtmuster 5 abgebildet werden, wo anhand ihrer Lage zu den Ausrichtmustern 5 die Richtigkeit der vorgenommenen Positionierung beurteilt werden kann.

Die Maske 2 ist mit einem Schutzglas 20 versiegelt. Auf der freien Oberfläche dieses Schutzglases 20 befindet sich eine Lichtteilerschicht 21, welche im ω wesentlichen durchlässig ist für die Belichtungswellenlänge (z. B. λ = 436 nm), die Justierwellenlänge (z. B. λ = 547 nm) hingegen reflektiert.

Das von der Justierlichtquelle 17 erzeugte Licht durchdringt zum Teil einen halbdurchlässigen Spiegel 16 und wird von der Lichtteilerschicht 21 auf dem Schutzglas 20 durch das Projektionsobjektiv 4 auf die Justiermarke 6 des Substrates 3 geworfen. Mit Hilfe dieses Lichtes wird nun die Justiermarke 6 über das Projektionsobjektiv 4, den Lichtteilerspiegel 21 und den halbdurchlässigen Spiegel 16 im Bereich des Ausrichtmusters 5 der Maske 2 abgebildet. Die Bilder der Marken von Substrat und Maske werden nun gleichzeitig über einen weiteren Umlenkspiegel 13 und eine Optik 14 auf die fotoelektrische Auswerteeinrichtung 18 abgebildet.

Eine Besonderheit bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Verlängerung des Strahlenganges im Justierlicht. Diese Verlängerung kompensiert einen Teil der Abbildungsfehler, die durch den Übergang von der Belichtungswellenlänge zur Justierwellenlänge Zustandekommen.

Es ist vorgesehen, daß bei Bestrahlung der Justiermarken 6 mit Licht der die an sich sensitive Oberfläche des Substrates 3 nicht beeinflussenden Justierwellenlänge die Justiermarken 6 nur mit einem Abbildungsfehler in die Ebene des Ausrichtmusters 5 abgebildet werden. Die Art dieses Fehlers ist in F i g. 2 dargestellt, in der am Beispiel des gewöhnlichen Astigmatismus gezeigt wird, wie ein Punkt P in der sagittalen Brennebene zu einer meridional (radial) verlaufenden Linie Lm und in der meridionalen Brennebene zu einer sagittal (in Umfangsrichtung) verlaufenden Linie Ls verwandelt wird. Bei den tatsächlich zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung in Frage kommenden Objektiven liegen die Verhältnisse nur insofern etwas komplizierter, als bei diesen der gewöhnliche Astigmatismus als Bildfehler dritter Ordnung auch für die Justierwellenlänge weitgehend korrigiert ist. Wesentlich für das Verfahren nach der Erfindung ist aber ja nur, daß der verbleibende Abbildungsfehler eine Wirkung der dargestellten Art hat, also das von einem Punkt ausgehende Strahlenbündel in eine meridional oder sagittal zur optischen Achse verlaufenden Linie verwandelt.

Verwandelt ein solcher Abbildungsfehler das vom Punkt P ausgehende Strahlenbündel in ein meridional (radial) verlaufendes Linienstück Lm, so verwandelt er auch ein meridional zur optischen Achse verlaufendes Linienstück wieder in ein solches. Der Abbildungsfehler führt nur zu einer Unscharfe der Endbereiche des Linienstückes, die für Justierzwecke nicht weiter stört. Solche meridional verlaufenden Justiermarken 6 sind in F i g. 3a und 3b dargestellt. Im Falle von F i g. 3a sind sie der gesamten Halbleiterscheibe (Wafer) zugeordnet, Fig.3b bezieht sich auf einen Fall, in welchem eine Halbleiterscheibe 3 in Einzelstücke (Chips) 3' unterteilt ist, die schrittweise nacheinander belichtet werden. In diesem Fall sind jeder Einzelfläche auf den Mittelpunkt dieser Fläche, der bei der Belichtung in die optische Achse gerückt wird, ausgerichtete Justiermarken 6 zugeordnet.

Analog liegen die Verhältnisse, wenn der Abbildungsfehler des die Justiermarken 6 in die Ebene des Ausrichtmusters 5 abbildenden Projektionsobjektivs die von einem Punkt ausgehenden Strahlen in ein sagittales Linienstück abbildet. In diesem Fall sind die Justiermarken 6 ebenfalls, bezogen auf die optische Achse, sagittal anzuordnen, wie dies in F i g. 3c und 3d dargestellt ist.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig.4 liegen die Verhältnisse insofern etwas anders, als die Einrichtung 17 zur Lieferung von Justierlicht sich oberhalb der Maske 2 befindet. Das Bild der Ausrichtmuster 5 wird durch das Justierlicht über den halbdurchlässigen Spiegel 16 und das Projektionsobjektiv 4 auf das Substrat 3 abgebildet, und mit den dort angeordneten Justiermarken 6 zur Deckung gebracht. Die richtige

gegenseitige Lage des Ausrichtmusters 5 und der Justiermarken 6 kann dabei in üblicher Weise dadurch definiert sein, daß eine Justiermarke 6 mittig in dem die Abbildung des Ausrichtmusters 5 darstellenden rechtekkigen Fleck liegen soll.

Die Beobachtung der in der Substratebene aufeinander abgebildeten Marken erfolgt im vorliegenden Fall wieder unter Zuhilfenahme des Projektionsobjektivs 4, wobei hier die vom Schutzglas 20 bzw. von dessen nicht dargestellter Verspiegelung auf den Spiegel 16 geworfenen Strahlen hinter diesem Spiegel über die Optik 14 beobachtet werden, soweit sie diesen Spiegel durchdringen.

Je nach der Art der Korrektur des Projektionsobjektivs 4 auf der Justierwellenlänge werden die sagittal oder meridional verlaufenden Begrenzungslinien des in F i g. 5 dargestellten Ausrichtmusters 5 zum Vergleich mit den parallel dazu verlaufenden Justiermarken 6 herangezogen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

1
Patentanspruch:

Verfahren zum Projektionskopieren von Masken auf ein Werkstück, insbesondere auf ein Halbleitersubstrat zur Herstellung von integrierten Schaltungen, bei dem die Muster der Masken durch ein auf die verwendete Belichtungswellenlänge vollständig korrigiertes Projektionsobjektiv auf eine fotoempfindliche Schicht des Werkstückes abgebildet werden und bei dem Ausrichtmuster der Maske relativ zu auf dem Werkstück angebrachten Justiermarken ausgerichtet werden, nachdem Ausrichtmuster und Justiermarken unter Justierbeleuchtung mit einer die fotoempfindliche Schicht nicht belichtenden Wellenlänge durch das Projektionsobjektiv und gegebenenfalls eine Hilfsoptik in dieselbe Ebene abgebildet worden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildung der Justiermarken (6) in die Ebene des Ausrichtmusters (5) bzw. des Ausrichtmusters (5) in die Ebene der Justiermarken (6) mittels des Projektionsobjektivs (4) und gegebenenfalls der Hilfsoptik (21, 16) mit einem Abbildungsfehler erfolgt, der Punkte zu sagittal oder meridional zur optischen Achse verlaufenden Linienstrichen verändert, und daß die Justiermarken (6) bzw. das Ausrichtmuster (5) entsprechend sagittal bzw. meridional zur optischen Achse verlaufende Linienstriche (F i g. 4a, b bzw. F i g. 4c, d) umfassen.