DE2905636C2 - Verfahren zum Kopieren von Masken auf ein Werkstück - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kopieren von Masken auf ein Werkstück, insbesondere zum Projektionskopieren auf ein Halbleitersubstrat zur Herstellung integrierter Schaltungen, wobei durch Verschieben des Werkstückes in der Bildebene ein Maskenmuster in aufeinanderfolgenden Schritten auf jeweils andere, vorbestimmte Bereiche des Werkstückes abgebildet wird, nachdem ein allfälliger Ausrichtfehler zwischen Maske und Werkstück anhand einzelnen Bereichen zugeordneter Justiermarken festgestellt worden ist

Für die Herstellung integrierter Schaltungen ist es notwendig, eine Anzahl von Masken mit verschiedenen Schaltungsmustern an jeweils derselben Stelle des Halbleitersubstrats abzubilden.

ίο 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-

handlungsschritten, beispielsweise Ätz- und Diffusionsvofgängen, 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 μπι. 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 Iiochintegrierte Schaltungen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn jedes Chip, d. h. jeder identische Schaltkreis einzeln belichtet wird.

Nach einem bekannten Verfahren (vgl. DE-AS 12 35 725) wird hierzu das Halbleitersubstrat in bezug auf einen 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 Substrats unter das Projektionsobjektiv geschoben, ohne daß eine Nachjustierung erfolgt. Der Nachteil dieser indirekten Justierung ist offensichtlich, da sich bei der ersten Belichtung bereits die Fehljustierung des entsprechenden Bereiches des Substrats relativ zu dem Koordinatensystem sowie die Fehljustierung der Maske relativ zu dem Koordinatensystem addieren. Abweichungen, die beispielsweise von Temperaturschwankungen herrühren, werden nicht berücksichtigt.

Weiters ist es bekanntgeworden (vgl. gesamte DE-PS 26 51 430), das Substrat vor der Belichtung der einzelnen, den jeweiligen Chips entsprechenden Bereiche in bezug auf die Maske direkt durch das Projektionsobjektiv hindurch zu justieren. Die Bewegung des Substrats zur Belichtung bzw. Abbildung des Maskenmusters auf den vorbestimmten Bereichen erfolgt dann wie vorangehend beschrieben. AJs Nachteil bleibt jedoch bestehen, daß durch Störungen bedingte Abweichungen während des Durchfahrens der vorbestimmten Bereiche nicht berücksichtigt werden.

Schließlich hat man auch schon vorgeschlagen (vgl. US-PS 41 53 371), daß dem Substrat für jeden Abbildungsbereich, d. h. für jedes Chip, eigene Justiermarken zugeordnet sind. Nach jeder Abbildung des Schaltungsmusters und dem darauf folgenden Verschieben des Substrats zu dem nächsten vorbestimmten Bereich werden das Substrat und die Maske durch das Projektionsobjektiv hindurch justiert. Dieses Verfahren vermeidet nun zwar die dem vorstehend genannten anhaftenden Nachteile, doch erhöht sich die gesamte Bearbeitungszeit für ein Substrat um die Summe der einzelnen Justierzeiten. Dies bewirkt eine unwirtschaftliche Reduzierung des Durchsatzes.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung vorzuschlagen, welches eine höchstmögliche Genauigkeit der Abbildungen der Masken auf den vorbestimmten Bereich des Substrates ermöglicht, ohne die Bearbeitungszeit beträchtlich zu erhöhen. Erfindungsgemäß wird hierzu vorgeschlagen, daß die Bestimmung 4es Ausrichtfehlers begonnen und soweit wie möglich durchgeführt wird, während der zugeordnete Bereich entsprechend dem Maskenmuster belichtet wird und daß der vorbest.mmte Wert osi· Verschiebung des Werkstückes zum Bereich für eine folgende Abbildung und/oder die Position der Maske für eine folgende Abbildung um den Ausrichtfehler korrigiert wird.

Während also gemäß dem Stand der Technik, wie er z. B. aus US-PS 41 53 371 hervorgeht, zunächst das Werkstück mittels des ΛΓ-V-Tisches um ein Belichtungsfeld verschoben und anschließend festgestellt wird, wie weit die Lage der Justiermarken von der Idealposition entfernt ist und der Fehler korrigiert wird, geht die Erfindung den umgekehrten Weg: der festgestellte Fehler in der Position der Justiermarken wird nicht durch sofortiges Verschieben des Wafers aufgehoben; vielmehr wird dieser Fehler bei der Bemessung des nächsten Verschiebungsschrittes berücksichtigt, was dazu führt, daß der neuerlich auftretende Fehler klein genug ist, um nicht vor der Belichtung des Wafers korrigiert werden zu müssen. Naheliegend wäre sicher die Feineinstellung nach Durchführung des um viele Zehnerpotenzen das Ausmaß der Feinjustierung übersteigenden Verschiebungsschrittes um ein ganzes Belichtungsfeld. Wenn die erfindungsgemäße Maßnahme dennoch sinnvoll ist, so kommt dies daher, daß sie es erlaubt, die Zeit, während der die Belichtung eines Waferabschnittes erfolgt, zusätzlich zur Fehlerkorrektur auszunützen, während nach den bekannten Verfahren die benötigten Zeiten sich addieren. Entscheidend an der Erfindung ist also das Merkmal, daß bereits während des Belichtungsvorgangs die Fehlerbestimmung begonnen wird, welche den Fehler nach dem nächsten Verschiebungsschritt möglichst gering machen soll. Diese Fehlerbestimmung kann natürlich bereits gänzlich abgeschlossen sein, wenn die Belichtung beendet ist.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird also während der Belichtung bzw. der Abbildung des Maskenmusters auf dem Substrat der vorhandene, jedoch zulässige Ausrichtfehler festgestellt. Man erhält eine Ausregelung größerer Abweichungen von der Sollposition, ohne daß wesentliche Zeitverluste eintreten. Wenn die zur Feststellung des Ausrichtrichtfehlers erforderliche Zeit kleiner oder gleich der Belichtungszeit ist, so entsteht kein Zeitverlust. Wird die Meßzeit zur Bestimmung des Ausrichtfehlers hingegen größer als die Belichtungszeit so besteht ein Zeitverlust lediglich aus der Differenz zwischen der Belichtungszeit und der Meßzeit. Hierbei kann es vorteilhaft sein, wenn der Ausrichtfehler nach einer vorbestimmten Anzahl, beispielsweise nach jeder zweiten oder dritten der Abbildungen bzw. Verschiebungen des Werkstückes bestimn.t wird. Es ist weiterhin in vorteilhafter Weise möglich, innerhalb einer Folge von Abbildungen des Maskenmusters die Bestimmung der Ausrichtfehler in jeweils anderen Koordinaten, beispielsweise in den Koordinaten der Bildebene und normal zu dieser, durchzuführen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren näher erläutert. Die

Fig. 1 zeigt eine schematische Schrägansicht einer Einrichtung zum Projektionskopieren von Masken auf ein Halbleitersubstrat,

Fig.2 das Prinzip der Bestimmung des Ausrichtfehlers, und

F i g. 3 ein Schema der Einrichtung nach F i g. 1 in Funktionsblöcken.

In F i g. 1 sind die wesentlichen Teile einer Einrichtung zum Projektionskopieren von Masken dargestellt. Das nach dem bekannten step- and repeat-Verfahren zu

ίο belichtende Halbleitersubstrat 16 ist mittels Unterdruck auf einem Substrattisch 15 festgehalten. Dieser Substrattisch 15 ist in den Koordinaten X und Y der Bildebene und längs der optischen Achse der Projektionseinrichtung mit Hilfe von Schrittmotoren 20,19 und 24 bewegbar. Oberhalb des Substrates 16 ist ein Projektiorsobjektiv 14 angeordnet, über dem sich wiederum die auf der Maskenbühne 3 gehaltene Maske 4 befindet Die Maslcenbühne 3 weist ebenfalls Schrittmotoren 10, 11 und 12 auf, welche zur Einstellung der Maske 4 in den Koordinaten der Objektivebene X, Y und φ dienen. Zum Kopieren des Schaltungsmusters 5 wird die Maske 4 mit einer Belichtungseinrichtung 2 belichtet, so daß das Schaltungsmuster 5 über das Projektionsobjekiv 14 auf dem dem jeweiligen Chip zugeordneten Bereich 17 des Substrats 16 abgebildet wird. Um eine exakte Dekkung des Schaltungsmusters 5 mit bereits auf den Bereichen 17 de-; Substrats 16 vorhandenen Schaltungselementen zu erreichen, sind jedem der Bereiche 17 Justiermarken 18 zugeordnet. Ebenso weist die Maske 4 Ausrichtmuster 6 auf. Mit der vorliegenden Einrichtung kann eine Justierung, bzw. eine Feststellung des Ausrichtfehlers zwischen dem Abbild des Maskenmusters 5 und dem jeweils vorbestimmten Bereich 17 auf dem Substrat im Belichtungslicht vorgenommen werden. Die Ausrichtmuster 6 der Maske 4 sind beispielsweise für das Belichtungslicht durchlässige Fenster, so daß die entsprechenden Strahlen der Belichtungseinrichtung 2 durch diese Fenster 6 auf halbdurchlässige Spiegel 22 fallen, und von diesen zurück zur Maske reflektiert werden. An den entsprechenden Stellen der Maske sind Spiegel 7 angebracht, welche diese Strahlen über das Projektionsobjektiv 14 auf die Justiermarken 18 des jeweiligen Bereichs 17 auf dem Substrat werfen. Das Abbild der Ausrichtmuster 6 auf dem Substrat 16 und die Justiermarken 18 werden nun über das Projektionsobjektiv 14, die Spiegel 7 sowie die halbdurchlässigen Spiegel 22 auf Auswerteeinrichtungen 21 rückprojiziert. Diese Auswerteeinrichtungen können den Ausrichtfehler zwischen den Justiermarken 18 und dem Abbild der Ausrichtmuster 6 der Maske 4 feststellen, wodurch auch der Ausrichtfehler des Abbildes des Maskenmusters 5 relativ zu dem vorbestimmten Bereich 17 bzw. darauf bereits vorhandenen Schaltungselementen bestimmt ist. Die Ausrichtmuster, die Justiermarken, die Mittel zum Abbilden derselben ineinander sowie die Auswerteeinrichtungen können in beliebiger, bekannter Weise ausgebildet sein.

Die F i g. 2 zeigt in schematischer Weise eine Realisierungsmöglichkeit. Eine Justiermarke 18 auf dem Substrat ist dabei als reflektierendes oder nicht reflektierendes Kreuz ausgebildet, dem ein aus einem Fenster 6 bestehendes Ausrichtmuster der Maske 4 zugeordnet ist. Die Maske 4 besteht aus zwei Glasplatten 8, zwischen denen sich die Maskenschicht 9 befindet. Auf der dem Substrat zugewandten Seite der unteren Glasplatte 8 ist in einem in bezug auf das Projektionsobjektiv zur Justiermarke 18 konjugierten Bereich ein Spiegel 7 ausgebildet. Dieser Spiegel 7 reflektiert das Abbild des

Fensters 6 auf dem Substrat 16 und die justiermarke 18 durch den halbdurchlässigen Spiegel 22 auf eine Detektionsebene 28 der Auswerteeinrichtung 21. Durch Abtasten der Intensitätswerte auf dieser Detektionsebene 2S können beispielsweise Zeitsignale r1 und f 2 gewonnen werden, die dem jeweiligen Ausrichtfehler proportional sind.

Mit Hilfe zweier derartiger Auswerteeinrichtungen 21 und den zugeordneten Ausrichtmustern 6 der Maske und Justiermarken 18 des Substrats können also die Ausrichtfehler in den Koordinaten X, Kund ^bestimmt werden. Die Bestimmung des Ausrichtfehlers in Z-Richtung, d. h. der Schärfeneinstellung des Abbildes auf dem Substrat erfolgt in bekannter, nicht dargestellter Weise. Ein solches bekanntes Verfahren ist beispielsweise in der DE-OS 26 33 297 erläutert. Es sei jedoch nochmals darauf hingewiesen, daß die Art unci Weise der Bestimmung des Ausrichtfehlers in den gewünschten Koordinaten nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist und daher auf beliebige Art erfolgen kann.

Die F i g. 3 zeigt ein Schema der erfindungsgemäßen Einrichtung in Funktionsblöcken. Die Schrittmotoren 10, 11 und 12 zur Positionierung der Maske, die Auswerteeinrichtungen 21 zur Bestimmung des Ausrichtfehlers und die Schrittmotoren 19,20 und 24 zur Bewegung des Substrats sind über eine Schnittstelle 25, welche die notwendigen Anpassungsschaltungen enthält, mit einem Rechner 26 verbunden, welcher wiederum mit einem Speicher 27 korrespondiert Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit Hilfe dieser Einrichtung realisiert werden. Soll das Maskenmuster 5 einer Maske 4 in aufeinanderfolgenden Schritten auf den Bereichen 17. welche den zu erzeugenden Chips entsprechen, abgebildet werden, so werden das Substrat 16 und die Maske 4 in den Koordinaten X, Y, Z und Φ über das Projektionsobjektiv 14 aufeinander eingerichtet. Sodann verfährt der Substrattisch 15 den ersten zu belichtenden Bereich 17 unter den Projektionsbereich des Projektionsobjektivs, worauf die Abbildung des Maskenmusters 5 durchgeführt wird. Gemäß der Erfindung wird nun während dieser Abbildung, d. h. während der Belichtung, der Ausrichtfehler zwischen dem Abbild des Maskenmusters auf dem Substrat und dem entsprechend vorbestimmten Bereich 17 auf dem Substrat durch Vergleich der Lage der Ausrichtmuster relativ zu den Justiermarken bestimmt. Diese Bestimmung des Ausrichtfehlers wird vorteilhaft im selben Licht der Belichtungseinrichtung, weiches auf für die Abbildung des Maskenmusters verwendet wird, durchgeführt Es ist jedoch festzuhalten, daß ebenso eine eigene Lichtquelle für die Abbildung der Ausrichtmuster 6 und lustiermarken 18 ineinander verwendet werden kann. Nach dem Ende der Belichtung wird der Substrattisch 15 mit Hilfe der Schrittmotoren 19 bzw. 20 so weit verschoben, daß der nächste Bereich 17 in den Projektionsbereich des Projektionsobjektivs gelangt Diese Verschiebung erfolgt gemäß den vorprogrammierten Werten. Um eine Addition von Fehljustierungen zu vermeiden, die beispielsweise von Temperaturschwankungen und Verschiebetoleranzen der Schrittmotoren herrühren können, wird nun die Position der Maske 4 um den vorangehend gemessenen Ausrichtfehler korrigiert Daran anschließend kann die Belichtung des neuen Bereichs 17 durchgeführt werden, wobei wiederum der aktuelle Ausrichtfehler bestimmt wird. Es ist leicht ersichtlich, daß man mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren eine Addition von Justierfehlern vermeiden kann, ohne den Verfahrensablauf im Vergleich zu einer Belichtung ohne Justierung zu verlangsamen. Lediglich für den Fall, daß die Bestimmung des Ausrichtfehlers länger als die vorgesehene Belichtungszeit für die Abbildung des Maskenmusters dauert, muß die Verschiebung zum jeweils nächsten Bereich so lange verzögert werden, bis die Bestimmung des Ausrichtfehlers abgeschlossen ist. In diesem Fall kann man aber auch, falls abhängig von der Auswerteeinrichtung dadurch Zeit gewonnen werden könnte, den Ausrichtfehler innerhalb einer Folge von Abbildungen in jeweils anderen Koordinaten bestimmen und die Korrekturen jeweils dementsprechend durchführen. Es ist aber auch denkbar, daß der Ausrichtfehler nur nach einer vorbestimmten Anzahl, beispielsweise nach jeder zweiten der Abbildungen bzw. Verschiebungen des Substrates bestimmt wird.

Voraussetzung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist lediglich eine gewisse Grundgenauigkeit der Verschiebeeinrichtungen, d. h. die Verschiebung des Substrates 16 um einen Bereich 17 muß innerhalb der zulässigen Toleranzgrenze für den Ausrichtfehler möglich sein. Um ein ständiges Korrigieren der Maske innerhalb des Meßfehlers zu vermeiden, kann es vorteilhaft sein, wenn der Ausrichtfehler mit diesem Grenzwert verglichen wird und lediglich bei Überschreiten desselben eine Korrektur erfolgt. Es ist vorgesehen, daß bei einem zu großen Korrekturwert für die Position der Maske diese nicht verschoben wird und statt dessen der vorbestimmte Wert für die Verschiebung des Substrates korrigiert wird.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bestehen weiterhin die Möglichkeiten, die Position der Maske stets unverändert zu lassen und die Korrektur des Ausrichtfehlers durch Veränderung des Verschiebeweges für das Substrat durchzuführen oder Maske und Substrat in jeweils gewünschten Koordinaten zu korrigieren.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Kopieren von Masken auf ein Werkstück, insbesondere zum Projektionskopieren auf ein Hableitersubstrat zur Herstellung integrierter Schaltungen, wobei durch Verschieben des Werkstückes in der Bildebene ein Maskenmuster in aufeinanderfolgenden Schritten auf jeweils andere, vorbestimmte Bereiche des Werkstückes abgebildet wird, nachdem ein allfälliger Ausrichtfehler zwischen Maske und Werkstück anhand einzelnen Bereichen zugeordneter Justiermarken festgestellt worden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung des Ausrichtfehlers begonnen und so weit wie möglich durchgeführt wird, während der zugeordnete Bereich entsprechend dem Maskenmuster belichtet wird und daß Jer vorbestimmte Wert der Verschiebung des Werkstückes zum Bereich für eine folgende Abbildung und/oder die Position der Maske für eine folgende Abbildung um den Ausrichtfehler korrigiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausrichtfehler mit einem Grenzwert verglichen wird, und bei Überschreiten des Grenzwertes der vorbestimmte Wert der Verschiebung des Werkstückes zum Bereich für die folgende Abbildung und/oder die Position der Maske für die folgende Abbildung um den Ausrichtfehler korrigiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausrichtfehler nach einer vorbestimmten Anzahl, beispielsweise nach jeder zweiten der Abbildungen bzw. Verschiebungen des Werkstückes bestimmt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Abbildung eines Maskenmusters, während der die Bestimmung des Ausrichtfehlers begonnen wurde, die Verschiebung des Werkstückes für die folgende Abbildung so lange verzögert wird, bis die Bestimmung des Ausrichtfehlers abgeschlossen ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß während einer Folge von Abbildungen des Maskenmusters die Bestimmung der Ausrichtfehler in jeweils anderen Koordinaten, beispielsweise in den Koordinaten der Bildebene und normal zu dieser, begonnen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Position der Maske in der Objektebene zwischen aufeinanderfolgenden Abbildungen um den jeweiligen Ausrichtfehler korrigiert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten des Korrekturwertes für die Position der Maske über einen vorbestimmten Grenzwert der vorbestimmte Wert für die Verschiebung des Werkstückes zum Bereich für die folgende Abbildung korrigiert wird.