DE3104007A1

DE3104007A1 - Projektions-druckgeraet

Info

Publication number: DE3104007A1
Application number: DE19813104007
Authority: DE
Inventors: Takashi Yokosuka Kanagawa Omata
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1980-02-06
Filing date: 1981-02-05
Publication date: 1981-12-03
Also published as: US4492459A; JPS56110234A; DE3104007C2; JPH0140490B2

Description

Proj ektions-Druckgerät

Die Erfindung bezieht sich auf ein Projektions-Druckgerät zum Drucken einer Photomaske auf einem Wafer unter Verwendung eines Projektionsobjektivs bei der Her-0 stellung von integrierten Schaltungen.

Als Druckverfahren für eine Photomaske beim Herstellungsvorgang von integrierten Schaltungen auf einem Wafer sind ein Verfahren, bei dem der Druckvorgang mit übereinanderliegender Maske und Wafer ausgeführt wird, ein Verfahren, bei dem ein Druck-Projektor zwischen der Ma_ke und dem Wafer angeordnet ist und die Projektionsbe-1Lchtung hierdurch durchgeführt wird, sowie ein Verfahren bekannt, bei dem die Maske und das Wafer zu einem Zeit-0 punkt auf einer gebogenen schlitzförmigen Bildebenen-Fläche unter Verwendung eines optischen Spiegelsystems abgetastet werden, wodurch die Belichtung durchgeführt wird. Insbesondere in der jüngsten Vergangenheit hat sich das Erfordernis,kleine Muster zu drucken,erhöht; aus diesem Grunde hat sich die Aufmerksamkeit einem Projektions-Belichtungssystern zugewandt, das ein Objektiv mit einem hohen Auflösungsvermögen verwendet. Es ist jedoch

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] zur Zeit vom Gesichtspunkt des Entwurfs und der Herstellung von Objektiven schwierig, ein Objektiv mit einem derart hohen Auflösungsvermögen, das einen Druckvorgang auf der ganzen Oberfläche nines Wafers mit Abmessungen c von vier oder fünf Inch erlaubt, zu realisieren.

Folgich ist dort, wo ein Wafer mit großem Durchmesser unter Verwendung dieses Systems zu bedrucken ist, ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem die Belichtungsfläche EA auf dem Wafer in mehrere rechteckige Flächen IQ RA unterteilt ist; ein Beiiipiel hierfür ist in Fig. 1 gezeigt; diese rechteckigen Flächen werden nacheinander der Belichtung ausgesetzt, um so die Belichtung auf der gesamten Waferoberfläche zu vollenden.

Wenn so eine Photomaske auf einem Wafer beim Herstellungsprozeß einer integrierten Schaltung gedruckt wird, ist es notwendig, ein bereits in einem früheren Schritt des Prozesses auf dem Wafer gebildetes Muster und eine als nächstes zu druckende Photomaske gleich-

2() zeitig zu beobachten und die Lage der Photomaske oder das Wafer einzujustieren, bis sie eine bestimmte Positionsbeziehung einnehmen, d. h. eine Ausrichtung durchzuführen. Zu diesem Zeitpunkt wird das Wafer durch ein Projektionsobjektiv beobachtet; das Beleuchtungslicht muß deshalb mit einer derartigen Wellenlänge leuchten, für die der auf dem Wafer aufgetragene Photolack nicht sensibilisiert ist. Wenn also ein Mechanismus zum automatischen Durchführen der Ausrichtung hinzugefügt wird, wird es notwendig, daß Licht unterschiedlicher Wellenlänge, wie beispielsweise Laserlicht, durch das Projektionsobjektiv abgebildet wird. Es ist jedoch erforderlich, daß das derart für die Herstellung von integrierten Schaltungen verwendete Druck-Projektionsobjektiv hoch aberrationskorrxgiert ist, um kleine Muster zu drucken; es ist deshalb schwierig, die Aberrationen (Bildfehler)

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völlig für zahlreiche Wellenlängen unter Verwendung der gegenwärtig verfügbaren optischen Materialien zu korrigieren.

r Aus diesem Grunde ist in der US-PS 3 897 138 ein Projektions-Druckverfahren vorgeschlagen, bei dem unterschiedliche optische Abbildungssysteme zwischen die Maske und das Wafer während des Druckvorgangs und während der Ausrichtung eingesetzt werden.

Dieses Verfahren leidet jedoch unter dem Problem

der Justierung der optischen Achsen, das von dem Austausch der optischen Abbiidungssysteme herrührt.

Die Erfindung ist im Hinblick auf das vorstehend erläuterte Problem gemacht worden und hat zur Aufgabe, ein verbessertes Projektions-Druckgerät zu schaffen, das während des Ausrichtens und des Druckvorgangs unterschiedliche optische Abbildungssysteme verwendet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Gerät

gelöst, bei dem ein optisches System zum Drucken und ein optisches System zum Ausrichten in eine feste Beziehung gebracht sind, und die Beleuchtung des Markierungsabschnittes einer Maske mit nichtsensitivem Licht durch ^qas optische System zur Ausrichtung und die Beleuchtung de. Schaltungsmusterabschnittes durch sensitives Licht durch das optische System zum Drucken durchgeführt wird.

Die Erfindung wird neichstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 ein bei dem Teil-Belichtungssystem

verwendetes Wafer,

Fig. 2 das Sichtfeld eines Objektivs,

Fig. 3 die optische Anordnung gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 die Maske gemäß Fig. 3,

Fig. 5 und 6 ein zweites erfindungsgemäßes

Ausführungsbei spiel,

Fig. 7 die optische Anordnung gemäß einem dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,

Fig. 8 die optische Anordnung gemäß einem vierten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, und
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Fig. 9 die optische Anordnung gemäß einem fünften erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.

Ausdrücklich wird darauf hingewiesen, daß die folgende Beschreibung exemplarisch erfolgt.. Es ist zu

beachten, daß die folgenden Ausführungsbeispiele solche sind, bei denen das optische Drucksystem und das optische Ausrichtsystem nicht vollständig voneinander getrennt sind, sondern zum Teil gemeinsame Elemente haben. 30

Bei dem Druckgerät des folgenden Ausführungsbeispieles sind, wie bereits beschrieben, die zu einem Zeitpunkt zu bedruckenden Flächen beispielsweise einzelne Rechtecke, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Im allgemeinen ^UJ ist die nutzbare Bildebenen-Fläche eines Objektivs kreisförmig, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, aber es wird ledig-

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] lich die mit A bezeichnete Fläche für den Druckvorgang benutzt. Dies bedeutet, daß ein Schaltungsmuster auf der Fläche einer Maske, die dieser Fläche entspricht, gebildet wird und das Schaltungsmuster der Maske wird auf

c dem Abschnitt eines Wafers gebildet, der dieser Ebene entspricht.

Im folgenden soll ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben IQ werden.

Mit 1 ist eine sensitive Druck-Lichtquelle, wie eine Ultrahochdruck-Quecksilberlampe bezeichnet. Diese . Lichtquelle 1 beleuchtet eine Maske während des Druck-

]5 Vorgangs. Mit 2 ist eine Kondensorlinse bzw. ein Kondensorobjektiv bezeichnet. Die Bezugszeichen 3 und 3¹ bezeichnen optische Beobachtungssysteme, von denen jede eine nichtsensitive Beleuchtunsquelle und ein Beobachtungssystem zum Beleuchten und Beobachten des Ausrichtmarkie- rungsabschnittes der Maske aufweist. Mit 4 ist die Maske bezeichnet. Diese in Fig. 4 gezeigte Maske hat ein auf einer Fläche A gebildetes Schaltungsmuster und auf den Flächen B₁, B₂ gebildete Ausrichtmarkierungen M. Die Fläche A wird von sensitivem Licht von der Kondensorlinse beleuchtet; der Ausrichtmarkierungsabschnxtt wird während c.i Ausrichtens von nichtsensitivem Licht durch das optische Beleuchtungssystem 3 beleuchtet. Mit 5 ist ein Linsenelement bzw. ein optisches Korrekturelement bezeichnet, das mit einer gewöhnlichen Abbildungslinse 6 bzw. einem Abbildungsobjektiv ein optisches Ausrichtmarkierungs-Projektionssystem bildet. Dieses Element muß außerhalb des Projektionslichtweges der Schaltungsmuster-Fläche A der Maske 4 angeordnet sein. Folglich ist es wünschenswert, daß es unmittelbar vor der Maske und dem Wafer und gegenüber dem Markierungsabschnitt M angeordnet ist. Mit 6 ist eine Projektions linse bzw. ein Projektionsobjektiv bezeichnet. Diese Linse ist für sensitives Licht

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■ι ausreichend aberrationskorrigiert (bildfehlerkorrigiert) .

Beispielsweise sind die Bildfehler der Projektionslinse 6 gut für die Wellenlänge 436 nm oder 405 nm korrigiert, welche die Wellenlängen des hellen Linienspektrums der c Ültrahochdruck-Quecksilberlampe sind, oder für das Licht beider Wellenlängen. Folglich wird das Schaltungsmuster der Maske auf ein Wafer 7 im wesentlichen aberrationsfrei abgebildet. Wenn andererseits die Markierung M auf das Wafer 7 lediglich durch die Projektionslinse 6 projiziert

^q wird, tritt eine Defokussierung oder eine Vergrößerungsabweichung entsprechend der Wellenlänge des nichtsensitiven Lichtes auf. Das optische Element 5 korrigiert diese Vergrößerungsabweichung bzw. Defokussierung. Das optische . Korrekturelement 5 besteht aus einer Einzellinse, einem Doublet oder manchmal lediglich aus einer planparallelen Platte. Das optische Korrekturelement 5 und die Projektionslinse 6 sind einstückig an einer nicht gezeigten Linsenfassung angebracht. Mit 8 ist ein Träger bezeichnet, auf dem das Wafer 7 angeordnet ist und der in den Richtungen X/ y und θ justierbar ist.

Aufgrund des vorstehend beschriebenen Aufbaus des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird der Markierungsabschnitt M mit nichtsensitivem Licht beleuchtet. Die Projektionslinse 6 und die Korrekturlinse 5 sind in bezug auf die Maske feststehend. Durch die Beleuchtung werden die Markierungen M auf das Wafer 7 durch die optischen Ausrichtsysteme 5 und 6 projiziert. Die Ausrichtmarkierungen und die Bilder der Markierungen M auf dem Wafer 7 werden durch das Beobachtungssystem 3 beobachtet, wobei der Träger 8 für das Wafer in den Richtungen x, y und Q bewegt wird, wodurch die Ausrichtung durchgeführt wird. Nachdem die Ausrichtung beendet worden ist, wird die Lichtquelle 1 angeschaltet und das Schaltungsmuster durch das optische Drucksystem 6 projiziert, wodurch der Druckvorgang durchgeführt wird.

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•9.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Ausrichtmarkierungen M lediglich an den Stellen B- und B₂ in Fig. 4 vorgesehen, sie können jedoch alternativ an den Stellen B₃ und B₄ vorgesehen werden.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist das optische Korrektursystem in dem optischen Ausrichtsystem vorgesehen; alternativ kann das optische Korrektursystem jedoch sowohl in dem optischen Ausrichtsystem als auch in dem optischen Drucksystem vorgesehen werden. Ein derartiges Ausführungsbeispiel soll unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben werden.

Mit 9 und 10 sind planparallele Platten bezeichnet, die das optische Korrektursystem bilden. Das Drucklicht geht durch die planparallele Platte 10 und das die Ausrichtmarkierungen abbildende Licht durch die planparallele Platte 9. Die planparallelen Platten 9 und 10 unterscheiden sich in ihrer Dicke; ihre Dicken sind so bestimmt, daß sie den Unterschied in der Brennpunktlage der Projektionslinse für das zum Druckvorgang verwendete Licht und das zur Ausrichtung verwendete Licht korrigieren, welche von dem Wellenlängenunterschied zwischen Druck- und Ausrichtlicht herrührt. Die Abbildungslage der Ausrichtmuster kann von der vorgegebenen Lage auf der Ab- ^i Idungsebene aufgrund der chromatischen Aberration der Pro3 iktionslinse oder eines Zusammenbaufehlers des optischen Systems abweichen. Eine derartige laterale Abweichung der Musterlage kann durch Einstellen der Neigung

^OL der planparallelen Platte 9 korrigiert werden. Dieses Verfahren soll im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben werden. Die planparallele Platte 9 ist im allgemeinen so angeordnet, daß ihre Ebenennormale parallel zu der optischen Achse ist; durch Neigen der Ebenennormale in bezug auf die optische Achse kann das auf der Maske gebildete Bild der Ausrichtmuster lateral

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auf der Bildebene bewegt werden. Wenn die Neigung der Ebenennormale ausreichend klein ist, kann die Größe der Bewegung Y (mm) des Musterbildes durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

Hierbei ist θ (Radian) der Neigungswinkel der Ebenennormale, d (mm) die Dicke der planparallelen Platte und N der Brechungsindex der planparallelen Platte.

Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Mit 11 und 11' sind optische Meßsysteme für Ausrichtmuster bezeichnet. Mit 12 und 12' sind optische Beleuchtungssysteme für die Ausrichtmuster-Messung bezeichnet. 13 und 13' bezeichnen im Lichtweg zwischen der Maske 4 und der Projektionslinse 6 angeordnete Strahlenteiler, um das Beleuchtungslicht von den optischen Beleuchtungssystemen 12 und 12' auf das Wafer 7 zu richten. 14 und 14' bezeichnen optische Aberrations-Korrekturelemente. Die weiteren Elemente sind auf dieselbe Weise wie bei dem vorigen Ausführungsbeispiel aufgebaut. Bei dem vorigen Ausführungsbeispiel wird die Beleuchtung zur Ausrichtmuster-Messung dadurch durchgeführt, daß das Licht von der oberen Oberfläche durch die Maske geht; hierbei wird aber ein Teil des Beleuchtungslichtes von der Masken oberfläche reflektiert und kommt direkt zum Meßsystem

zurück; durch dieses Licht wird die Fähigkeit,das Wafer's f)

^ου muster zu messen, verringert. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist zur Lösung dieses Problems der Strahlenteiler 13 in dem Lichtweg zwischen der Maske 4 und der Projektionslinse 6 angeordnet; die Waferoberfläche wird durch das optische Beleuchtungssystem 12

durch den Strahlteiler 13 beleuchtet. Auf diese Weise

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] wird das von der Maskenoberfläche reflektierte Licht nicht auf das optische Meßsystem 11 gerichtet und die Fähigkeit zur Messung des Waferrausters nicht reduziert.

Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Mit 15 und 15' sind optische Beleuchtungssysteme zur Ausrichtung bezeichnet. 16 und 16' sind optische Muster-Meßsysteme zur Ausrichtung. Die weiteren Elemente sind wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 aufgebaut.

]Q Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Beleuchtung der Ausrichtmuster dadurch durchgeführt, daß das Licht von der oberen Oberfläche der Maske durch die Maske hindurchgeht; die Messung der Ausrichtmuster wird durch « das optische Meßsystem 16 über den Strahlteiler 13 durchgeführt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird, wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7, das von der Maskenoberfläche reflektierte Licht nicht in das optische Meßsystem 16 gerichtet und somit die Fähigkeit zur Wafermuster-Messung nicht verringert.

Fig. 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Dieses Ausführungsbeispiel· unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 dadurch, daß kein optisches Aberrations-Korrektursystem in dem Lichtstrahl zur Abbildung der Ausrichtmarkierung angeordnet ist, und daß t.'n optisches Aberrationskorrektursystem in dem für den Druc'vorgang verwendeten Lichtstrahl angeordnet ist; das restliche System entspricht dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Objektiv, dessen Bildfehler für die Wellenlänge des Lichtes zur Abbildung der Ausrichtmarkierung korrigiert sind, als Projektionsobjektiv 6 verwendet. Folglich sind die Bildfehler des Projektionsobjektivs 6 unzureichend für die Wellenlänge des zum Druckvorgang verwendeten Lichtes korrigiert; deshalb ist ein optisches Bildfehler-Korrektursystem im Druck-Lichtstrahl zur Durchführung der

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■x Aberrationskorrektur angeordnet. Das optische Aberrations-Korrektursystem ist in der Praxis aus einer Einzellinse oder einem Doublet oder einem Element aus gewöhnlichem optischen Glas, wie einer planparallelen Platte aufgebaut, c Durch einen derartigen Aufbau des optischen Bildfehler-Korrektursystems kann eine gute Aberrationskorrektur sowohl für den Druck-Lichtstrahls als auch für den Lichtstrahl zur Abbildung der Ausrichtmarkierung wie bei dem früher beschriebenen Ausführungsbeispiel erzielt werden, IQ wodurch die Aufgabe der Erfindung gelöst ist.

Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen ist das optische Aberrations-Korrektursystem in dem . Lichtweg zwischen der Maske und der Druck-Projektions-

j5 linse angeordnet; alternativ kann das optische Aberrations-Korrektursystem auch in dem Lichtweg zwischen dem Wafer und der Projektionslinse angeordnet sein, um denselben Effekt zu erzielen. Bei der vorstehenden Beschreibung ist im wesentlichen die Anwendung der Erfindung auf ein Projektions-Druckgerät vom Teilbelichtungstyp beschrieben worden; es versteht sich jedoch von selbst, daß die vorliegende Erfindung auch auf Projektions-Druckgeräte vom Einmalbelichtungstyp axnwendbar ist.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Projektions-Druckgerät für Maskenmuster, das die wirksame Bildebenenfläche des Projektionsobjektivs,.die nicht zur Belichtung bei einem Druckgerät für Maskenmuster verwendet wird, benutzt und das mit einer Einrichtung zur Durchführung der Aberrationskorrektur.für das Licht mit einer unterschiedlichen Wellenlänge von der des für den Druckvorgang verwendeten Lichtes versehen ist und das einen schnellen Belichtungsvorgang ermöglicht und bei dem eine hohe Ausrichtgenauigkeit möglich ist.

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3.

Beschrieben wird ein Projektions-Druckgerät, das unterschiedliche Linsensysteme während des Ausrichtvorgangs und während des Druckvorgangs verwendet. Das Linsensystem zur Ausrichtung bewirkt, daß die Ausrichtmarkierung der Maske auf der Ausrichtmarkierung eines Wafers gut abgebildet wird, wenn die Maske mit nichtsensitivem LichL beleuchtet wird. Das Linsensystem für den Druckvorgang bewirkt, daß das mit sensitivem Licht beleuchtete Schaltungsmuster der Maske gut auf dem Wafer abgebildet wird. Das Linsensystem zur Ausrichtung ist als Ganzes oder zum Teil außerhalb des Abbildungslichtweges für das Schaltungsmuster angeordnet, damit keine nachteilige Wirkung auf das Bild des Schaltungsmusters auf • den Wafer ausgeübt wird, wenn die Maske mit- sensitivem Licht beleuchtet wird.

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Leerseite

Claims

TlS=OTKE - BüHUNkV:KlHNJsV . I": " Patentanwälte und RUPE - Pell Vertreter beim EPA Dipl.-Ing. H.Tiedtke MAN N Dipl.-Chem. G. Bühling Dipl.-Ing. R. Kinne 3104007 Dipl.-Ing. R Grupe Dipl.-Ing. B. Pellmann Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2 Tel.: 089-539653 Telex: 5-24 845 tipat cable: Germaniapatent München 05. Februar 1981 DE 1023 η Patentansprüche

1.) Projektions-Druckgerät zum Bilden eines Schaltungsmusterbildes einer Maske auf einem Wafer und zum Drucken dieses Schaltungsmusterbildes auf dem Wafer, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle zur Beleuchtung der Maske mit nichtsensitivem Licht während des Ausrichtvorgangs und zum Beleuchten der Maske mit sensitivem Licht während des Druckvorgangs, ein optisches Druck-Abbildungssystem zum Bilden des mit sensitivem Licht beleuchteten Schaltungsmusterbildes der Maske auf dem Wafer, und ein Ausricht-Abbildungssystem zum Bilden des mit nichtsensitivem Licht beleuchteten Ausrichtbildes der Maske auf dem Wafer, wobei mindestens ein Abschnitt des Abbildungssystems außerhalb des das Schaltungsmusterbild 5 bildenden Lichtweges des optischen Druck-Abbildungssystems \meordnet ist und eine feste Beziehung zu dem optischen Druck-Abbildungssystem hat.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

0 daß das Ausricht-Abbildungssystem und das optische Druckr Abbildungssystem zumindest Teile gemeinsam haben.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht gemeinsamen Teile des Ausricht-Abbildungssystems und des optischen Druck-Abbildungssystems benach-

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Deiil-'i: ^;ir- Bank (München) Kto. 51/61070 Dresdner Bank (München) Kto. 3**39844 Postscheck (München) Kto. 670-43-804

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ι bart zu zumindest der Maske oder dem Wafer angeordnet sind.

4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, c daß mindestens die Maske oder das Wafer relativ zueinander bewegbar sind.

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