DE3104007C2

DE3104007C2 -

Info

Publication number: DE3104007C2
Application number: DE3104007A
Authority: DE
Inventors: Takashi Yokosuka Kanagawa Jp Omata
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1980-02-06
Filing date: 1981-02-05
Publication date: 1990-10-25
Also published as: US4492459A; JPS56110234A; JPH0140490B2; DE3104007A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Projektionsvorrichtung zur Projektion eines Schaltungsmusterbildes einer Maske auf ein Wafer gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Eine solche Projektionsvorrichtung findet Anwendung bei der Herstellung von integrierten Schaltungen.

Im Rahmen der Herstellung von integrierten Schaltungen ist es bekannt, während des Druck- bzw. Belichtungsvorgangs des Wafers Maske und Wafer in Kontakt miteinander zu halten. Ferner ist es bekannt, zwischen dem Wafer und der Maske ein Projektionsobjektiv anzuordnen und eine Projektionsbelich tung durchzuführen. Der Wunsch, möglichst kleine integrierte Schaltungen herzustellen, hat dazu geführt, das Schaltungs muster auf der Maske mittels des Projektionsobjektives verkleinert abzubilden, was ein Projektionsobjektiv mit einem hohen Auflösungsvermögen erfordert. Es ist jedoch verhältnismäßig schwierig, ein Projektionsobjektiv mit einem derart hohen Auflösungsvermögen zu schaffen, das es erlaubt, die gesamte Oberfläche eines Wafers mit Abmessungen von 4 oder 5 Zoll Durchmesser gleichzeitig zu belichten. Demzu folge ist es üblich, dann, wenn ein Wafer W (siehe Fig. 1) mit großem Durchmesser unter Verwendung einer Projektions vorrichtung belichtet werden soll, die Belichtungsfläche EA auf dem Wafer in mehrere rechteckige Flächen RA zu unterteilen und diese rechteckigen Flächen nacheinander der Belichtung auszusetzen, um auf diese Weise zu einer Belichtung der gesamten Waferoberfläche zu gelangen.

Sowohl bei einer solchen Projektionsvorrichtung vom Teil belichtungstyp als auch bei einer Projektionsvorrichtung vom Einmalbelichtungstyp werden die Maske und das Wafer, zwischen denen das Projektionsobjektiv angeordnet ist, unter Zuhilfenahme von jeweils auf ihnen angeordneten Ausrichtmar kierungen relativ zueinander positioniert. Hierfür eignet sich eine Projektionsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, wie sie durch die US-PS 38 97 138 bekannt ist. Die Ausrichtmarkierungen werden mit Hilfe des Lichtes der zweiten Lichtquelle, die Licht einer zweiten Wellenlänge liefert, für das das auf dem Wafer befindliche fotoempfind liche Medium, beispielsweise Fotolack, unempfindlich ist, beleuchtet und mittels der Auswerteeinrichtung beobachtet und ausgewertet. Nachdem dann die gegenseitige Positionie rung von Wafer und Maske, d. h. die Ausrichtung, abgeschlos sen ist, wird mittels der ersten Lichtquelle, die Licht der ersten Wellenlänge liefert, für das das auf dem Wafer befindliche fotoempfindliche Medium empfindlich ist, das auf der Maske befindliche Schaltungsmuster auf das Wafer übertragen. Aufgrund der unterschiedlichen Wellenlängen können jedoch Bildfehler bzw. Aberrationen auftreten, die bei den üblicherweise geringen Abmessungen der Schaltungs muster einen nachteiligen Einfluß auf die Bildqualität auf dem Wafer haben.

Bei der gattungsbildenden Projektionsvorrichtung gemäß der US-PS 38 97 138 ist daher vorgesehen, unterschiedliche optische Abbildungssysteme zwischen Maske und Wafer während des Ausrichtvorgangs einerseits und des Belichtungsvorgangs andererseits einzusetzen. Dabei treten jedoch Schwierigkei ten aufgrund der Notwendigkeit auf, die optischen Achsen der gegeneinander ausgetauschten Abbildungssysteme genau auszu richten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsbil dende Projektionsvorrichtung dahingehend weiterzubilden, daß trotz der Verwendung von Licht unterschiedlicher Wellenlängen zum Ausrichten und zum Belichten auf einfache Weise eine gute Abbildungsqualität erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Projektionsvor richtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst, d. h. im wesentlichen dadurch, daß zwischen der Maske und dem Wafer der Belich tungsstrahlengang und der Ausrichtstrahlengang räumlich voneinander getrennt ausgebildet sind, so daß ein Austausch verschiedener Abbildungssysteme nicht erforderlich ist, und daß die Aberrationskorrektion mittels eines Korrektionsele mentes in zumindest einem der Strahlengangabschnitte erfolgt. Dies ermöglicht sowohl einwandfreie Belichtung einerseits als auch fehlerfreie Ausrichtung andererseits, wozu das Einleiten des Lichtes von der zweiten Lichtquelle zwischen Maske und Wafer beiträgt.

Durch die ältere, jedoch nachveröffentlichte Anmeldung P 30 22 606.3 gehört eine Projektionsvorrichtung zum Stand der Technik, die alle Merkmale der erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung mit Ausnahme des Merkmals aufweist, daß das Licht von der zweiten Lichtquelle mittels einer teildurchlässigen Spiegelfläche, die zwischen der Maske und dem Wafer angeordnet ist, in den Ausrichtstrahlengang eingeleitet wird. In diesem bekannten Fall wird das Licht von der zweiten Lichtquelle durch die Maske hindurch auf das Wafer gerichtet.

Aufgrund der älteren, jedoch nachveröffentlichten Patent anmeldungen P 28 45 603.3 und P 29 00 921.0 gehören Projek tionsvorrichtungen zum Stand der Technik, die alle Merkmale der erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung aufweisen mit Ausnahme des Merkmals, daß zwischen der Maske und dem Wafer der Belichtungsstrahlengang und der Ausrichtstrahlengang räumlich voneinander getrennte Strahlengangabschnitte auf weisen.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß das Korrektionselement eine planparallele Glas platte ist, die in dem getrennten Strahlengangabschnitt des Ausrichtstrahlenganges angeordnet ist und deren mit der optischen Achse eingeschlossener Winkel veränderbar ist. Dies ermöglicht eine laterale Korrektur der Bildlage des vom Wafer reflektierten Bildes der Ausrichtmarkierung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein bei der Projektionsvorrichtung verwendetes Wafer;

Fig. 2 das Sichtfeld eines Projektionsobjektivs;

Fig. 3 eine bei der Projektionsvorrichtung verwendete Maske;

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel der Projektionsvorrichtung und

Fig. 5 einen Ausschnitt einer Abwandlung der Ausführungsform gemäß Fig. 4.

Bei der Projektionsvorrichtung gemäß dem zu beschreibenden Ausführungsbeispiel sind, wie bereits erwähnt, die zu einem Zeitpunkt zu belichtenden Flächen beispielsweise einzelne Rechtecke, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Im allgemeinen ist die nutzbare Bildebenen-Fläche eines Objektivs, d. h. dessen Sichtfeld, kreisförmig, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, aber es wird lediglich die mit A bezeichnete Fläche für den Druck- bzw. Belichtungsvorgang benutzt. Dies bedeutet, daß ein Schaltungsmuster auf einer Fläche C einer Maske 4 (siehe Fig. 3), die dieser Fläche A entspricht, gebildet wird und dieses Schaltungsmuster auf die Fläche A des Wafers abgebildet wird. Für das Bild des Schaltungsmusters unge nutzt bleiben Bereiche B₁, B₂, B₃ und B₄ des Sichtfeldes (siehe Fig. 2), denen mit gleichen Bezugszeichen bezeichnete Bereiche auf der Maske 4 (siehe Fig. 3) entsprechen.

Bei der Vorrichtung gemäß Fig. 4 ist mit 1 eine erste Lichtquelle bezeichnet, beispielsweise eine Ultrahochdruck- Quecksilberlampe. Diese Lichtquelle 1 beleuchtet die Maske 4 während des Druckvorgangs mit Licht einer ersten Wellen länge. Mit 2 ist eine Kondensorlinse bezeichnet. Die Bezugszeichen 11 und 11′ bezeichnen optische Auswerteein richtungen zum Beobachten und Ausrichten von Ausrichtmarkie rungen auf der Maske 4 und einem Wafer 7. Die Maske 4 (siehe Fig. 3) hat ein auf der Fläche C gebildetes Schaltungsmuster und auf den Flächen B₁ und B₂ ausgebildete Ausrichtmarkie rungen M. Die Fläche C wird mit Licht von der Kondensorlinse 2 beleuchtet. Mit 6 ist ein Projektionsobjektiv bezeichnet. Dieses Projektionsobjektiv ist für das Licht der ersten Wellenlänge ausreichend aberrationskorrigiert. Beispiels weise ist das Projektionsobjektiv 6 gut für die Wellenlänge 436 nm oder 405 nm korrigiert, welche die Wellenlängen des hellen Linienspektrums der Ultrahochdruck-Quecksilberlampe sind, oder für das Licht beider Wellenlängen. Folglich wird das Schaltungsmuster der Maske 4 auf das Wafer 7 im wesentlichen aberrationsfrei abgebildet.

Mit 12 und 12′ sind zwei Lichtquellen für Licht einer zweiten Wellenlänge bezeichnet, die Licht für den Ausricht vorgang liefern. 13 und 13′ bezeichnen jeweils im Ausricht strahlengang zwischen der Maske 4 und dem Projektionsobjek tiv 6 angeordnete Strahlenteiler mit einer teildurchlässigen Spiegelfläche, um das Licht von der zweiten Lichtquelle 12 und 12′ auf das Wafer 7 zu richten. Mit 14 sind optische Aberrations-Korrektionselemente bezeichnet, die zusammen mit dem Projektionsobjektiv 6 ein optisches Ausrichtmarkie rungs-Projektionssystem bilden. Das Projektionsobjektiv 6 und das Korrektionselement 14 sind in bezug auf die Maske 4 feststehend. Jedes Korrektionselement 14 ist außerhalb des Belichtungsstrahlenganges für die Schaltungsmuster-Fläche C der Maske 4 angeordnet. Folglich ist es zweckmäßig, daß es unmittelbar vor dem Strahlenteiler 13 bzw. 13′ und gegenüber der jeweiligen Ausrichtmarkierung M angeordnet ist.

Mit 8 ist ein Träger bezeichnet, auf dem das Wafer 7 angeordnet ist und der in mehreren Richtungen justierbar ist.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Strahlen teiler 13 bzw. 13′ in dem Ausrichtstrahlengang zwischen der Maske 4 und dem Projektionsobjektiv 6 angeordnet. Dabei wird die Waferoberfläche durch das mittels der zweiten Licht quelle 12 bzw. 12′ durch den Strahlteiler 13 bzw. 13′ hindurch aufgestrahlte Licht beleuchtet, ohne daß dieses Licht zuvor durch die Maske 4 gegangen ist. Auf diese Weise wird vermieden, daß von der Maskenoberfläche reflektiertes Licht während des Ausrichtens zu den Auswerteeinrichtungen 11 und 11′ gelangt, so daß die Markierungserkennung erleichtert ist.

Auf dem Wafer 7 befinden sich die nicht dargestellten, den Ausrichtmarkierungen M der Maske 4 entsprechenden Ausricht markierungen, die mit dem Licht der zweiten Lichtquelle 12 bzw. 12′ beleuchtet werden. Aufgrund dieser Beleuchtung wird ein Bild der Ausrichtmarkierungen auf dem Wafer 7 mittels des Projektionsobjektivs 6 und des Korrektionselementes 14 rückprojiziert. Die Ausrichtmarkierungen M und die Bilder der Ausrichtmarkierungen auf dem Wafer 7 werden durch die Auswerteeinrichtungen 11 bzw. 11′ beobachtet, wobei der Träger für das Wafer verlagert wird, bis die Ausrichtung durchgeführt worden ist. Nachdem die Ausrichtung beendet worden ist, wird die Lichtquelle 1 angeschaltet und wird das Schaltungsmuster durch das Projektionsobjektiv 6 projiziert, wodurch der Druck- bzw. Belichtungsvorgang durchgeführt wird.

Würde das Bild der Ausrichtmarkierungen auf dem Wafer 7 lediglich mittels des Projektionsobjektivs 6 projiziert werden, würde eine Defokussierung oder eine Vergrößerungsabweichung entsprechend der Wellenlänge des Lichtes der zweiten Lichtquelle auftreten. Das Korrektionselement 14 korrigiert diese Vergrößerungsabweichung bzw. Defokussierung. Das Korrektionselement besteht aus einer Einzellinse, einem Duplet oder manchmal lediglich aus einer planparallelen Platte. Ein Beispiel dafür zeigt Fig. 5. Mit 9 (Fig. 5) ist eine planparallele Glasplatte bezeichnet, die das optische Korrektionselement bildet und jeweils die Stelle des Korrektionselementes 14 in Fig. 4 einnehmen kann. Das die Ausrichtmarkierungen auf dem Wafer 7 beleuchtende Licht tritt durch die planparallele Platte 9 hindurch. Die Dicke der Platte 9 ist so bestimmt, daß sie den Unterschied in der Brennpunktlage des Projektionsobjektivs 6 für das zum Druckvorgang verwendete Licht der ersten Wellenlänge und das zur Ausrichtung verwendete Licht der zweiten Wellenlänge korrigiert. Die Bildlage der Ausrichtmuster auf dem Wafer kann von der vorgegebenen Lage in der Bildebene aufgrund der chromatischen Aberration des Projektionsobjektivs oder eines Zusammenbaufehlers des optischen Systems abweichen. Eine derartige laterale Abweichung der Bildlage kann durch Einstellen der Neigung der planparallelen Platte 9 korri giert werden. Dieses Verfahren soll im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 5 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 Ausrichtmarkierun gen lateral in der Bildebene bewegt werden. Wenn die Neigung der Ebenennormale ausreichend klein ist, kann die Größe der Bewegung Y (mm) des Bildes der Ausrichtmarkierungen durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

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

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Ausricht markierungen M der Maske lediglich auf den Flächen B₁ und B₂ (siehe Fig. 3) vorgesehen, sie können jedoch alternativ auf den Flächen B₃ und B₄ vorgesehen werden. Bei dem beschriebe nen Ausführungsbeispiel ist das Korrektionselement in dem optischen Ausrichtstrahlengang vorgesehen; alternativ kann das optische Korrektionselement jedoch sowohl in dem optischen Ausrichtstrahlengang als auch in dem optischen Belichtungsstrahlengang vorgesehen sein.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das optische Korrektionselement im Strahlengang zwischen der Maske 4 und dem Projektionsobjektiv 6 angeordnet; alternativ kann das Korrektionselement auch im Strahlengang zwischen dem Wafer 7 und dem Projektionsobjektiv 6 angeordnet sein, um denselben Effekt zu erzielen.

In der vorstehenden Beschreibung ist im wesentlichen die Anwendung der Erfindung auf eine Projektionsvorrichtung vom Teilbelichtungstyp beschrieben. Es versteht sich jedoch, daß die vorliegende Erfindung auch auf Projektionsvorrichtung vom Einmalbelichtungstyp anwendbar ist.

Claims

1. Projektionsvorrichtung zur Projektion eines Schal tungsmusterbildes einer Maske auf ein Wafer, mit einem Projektionsobjektiv, das zwischen der Maske und dem Wafer angeordnet ist, einem Belichtungsstrahlengang, entlang dem Licht einer ersten Wellenlänge von einer ersten Lichtquelle zur Übertragung des Schaltungsmusterbildes der Maske auf das Wafer verläuft, einem Ausrichtstrahlengang, entlang dem am Wafer reflektiertes Licht einer von der ersten Wellenlänge unterschiedlichen zweiten Wellenlänge nach dem Durchlaufen der Maske zur gegenseitigen Ausrichtung und Beobachtung von auf der Maske und dem Wafer angeordneten Ausrichtmarkierun gen einer Auswerteeinrichtung zugeleitet wird, und einer zweiten Lichtquelle für das Licht der zweiten Wellenlänge, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Maske (4) und dem Wafer (7) der Belichtungsstrahlengang und der Ausrichtstrah lengang räumlich voneinander getrennte Strahlengangabschnit te aufweisen, daß zur Aberrationskorrektion in einem oder beiden der getrennten Strahlengangabschnitte ein Korrek tionselement (14) angeordnet ist, und daß das Licht von der zweiten Lichtquelle mittels einer teildurchlässigen Spiegel fläche (13, 13′), die zwischen der Maske (4) und dem Wafer (7) angeordnet ist, in den Ausrichtstrahlengang eingeleitet wird.

2. Projektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrektionselement eine planparal lele Glasplatte (9) ist, die in dem getrennten Strahlengang abschnitt des Ausrichtstrahlenganges angeordnet ist und deren mit der optischen Achse eingeschlossener Winkel veränderbar ist.