Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Kopieren von Masken auf ein Werk- stück, insbesondere zum Projektionskopieren auf ein Halbleitersubstrat zur Herstellung integrierter Schaltungen, wobei durch Verschieben des Werkstückes in der Bildebene ein Maskenmuster in aufeinander¬ folgenden Schritten auf jeweils anderen, vorbestimmten Bereichen des Werkstückes abgebildet wird.

Charakteristik ^' des bekannten Standes der Technik

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

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

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durchgeführten chemischen und physikalischen Behand¬ lungsschritten, beispielsweise Ätz- und Diffusionsvor¬ gängen, dient. An die Genauigkeit, mit der integrierte Schaltungen hergestellt werden, sind sehr hohe Anfor- derungen gestellt. Die zulässigen Abweichungen der aufeinanderfolgenden Abbildungen der Maskenmuster liegen beispielsweise unter einem -m. 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 hochintegrierte Schaltungen hat es sich als vorteil¬ haft erwiesen, wenn jedes Chip, d.h. jeder identische Schaltkreis, einzeln belichtet wird.

Nach einem bekannten Verfahren wird hiezu das Halbleiter substrat in bezug auf ein fest mit dem Projektions- belichtungsgerät verbunden gedachtes Koordinatensystem hinjustiert.. Mit Hilfe von präzisen Verschiebeein¬ richtungen (z.B. mit Hilfe eines laserinterferometrisch kontrollierten X-Y-Tisches) werden die den einzelnen Schaltkreisen entsprechenden Bereiche des Substrates unter das Projek ^" tionsobjektiv geschoben, ohne daß eine NachJustierung erfolgt. Der Nachteil dieser indirekten Justierung ist offensichtlich, da sich bei der ersten Belichtung bereits die Fehljustierung des entsprechen¬ den Bereiches des Substrates relativ zu dem Koordinatensystem sowie die FehlJustierung der Maske relativ zu dem Koordinatensystem addieren. Abweichungen, die beispielsweise von TemperaturSchwankungen her- rühren, werden nicht berücksichtigt.

Weiters. ist es bekannt geworden, das Substrat vor der Belichtung der einzelnen, den jeweiligen Chips ent¬ sprechenden Bereiche in bezug auf die Maske direkt

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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. Als Nachteil bleibt jedoch bestehen, daß durch

Störungen bedingte Abweichungen während des Durch- -fahrens der vorbestimmten Bereiche nicht berücksichtigt werden.

Schließlich hat man auch schon vorgeschlagen, daß dem Substrat für jeden Abbildungsbereich, d.h. für jedes Chip, eigene Justiermarken zugeordnet sind.

Nach jeder Abbildung des Schaltungsmusters und dem darauffolgenden Verschieben des Substrates zu dem nächsten vorbestimmten Bereich werden das Substrat und die Maske durch das Projektionsobjektiv hindurch justiert. Dieses Verfahren vermeidet riύή 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.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung 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.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Erfindungsgemäß wird hiezu vorgeschlagen, daß

zumindest während einer Anzahl von Abbildungen des Maskenmusters auf dem Werkstück eine Bestimmung des Ausrichtfehlers zwischen dem Abbild des Maskenmusters und dem entsprechend vorbestimmten Bereich auf dem Werkstück begonnen wird, und daß der 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.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird also während der Belichtung bzw. der Abbildung des Masken¬ musters auf dem Substrat der vorhandene, jedoch zulässige Ausrichtfehler festgestellt. Man erhält eine Ausregelung größerer Abweichungen von der Soll- position, ohne daß wesentliche Zeitverluste eintreten. Wenn die zur Feststellung des Ausrichtfehlers erforder¬ liche Zeit kleiner oder gleich der Belichtungszeit ist, so entsteht kein Zeitverlust. Wird die Meßzeit zur Bestimmung des Ausrichtfehlers hingegen größer als die Belichtungszeit, so besteh-t ein Zeitverlust lediglich aus der Differenz zwischen der Belichtungszeit und der Meßzeit- Hiebei kann es vorteilhaft sein, wenn der Ausrichtfehler nach einer vorbestimmten Anzahl, beispielsweise nach jeder zweiten oder dritten, der Abbildungen bzw. Verschiebungen des Werkstückes bestimmt 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 Ausführungs beispiels und unter Bezugnahme auf die Zeichnungs¬ figuren näher erläutert.

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Beschreibung der Zeichnungsfiguren

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 Fig. 3 ein Schema der Einrichtung nach Fig. 1 in Funktionsblöcken.

Beschreibung von bevorzugten A.usführungsbeispielen

In Fig. 1 sind die wesentlichen Teile einer Einrichtung zum Projektionskopieren von Masken dargestellt. -Das nach dem bekannten step-and-repeat-Verfahren zu belichtende Halbleitersubstrat 16 ist mittels Unter¬ druck 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 Projektionsobjektiv 14 angeordnet, über dem sich wiederum die auf der Maskenbühne 3 gehaltene Maske 4 befindet. Die Maskenbühne 3 weist ebenfalls Schrittmotoren 10, 11 und 12 auf, welche zur Ein¬ stellung der Maske 4 in den Koordinaten der Objekt¬ ebene X, Y und ^ dienen. Zum Kopieren des Schaltungs¬ musters 5 wird die Maske 4 mit einer Belichtungsein- richtung 2 belichtet, sodaß das Schaltungsmuster 5 über das Projektionsobjektiv 14.auf dem dem jeweiligen Chip zugeordneten Bereich 17 des Substrats 16 abge¬ bildet wird. Um eine exakte Deckung des Schaltungs¬ musters 5 mit bereits auf den Bereichen 17 des 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

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Justierung bzw. eine Feststellung des Ausrichtfehlers zwischen dem Abbild des Maskenmusters 5 und dem jeweil vorbestimmten Bereich 17 auf dem Substrat im Belich¬ tungslicht vorgenommen werden. Die Ausrichtmuster 6 der Maske 4 sind beispielsweise für das Belichtungslic durchlässige Fenster, sodaß die entsprechenden Strahle der Belichtungseinrichtung 2 durch diese Fenster 6 auf halbdurchlässige Spiegel 22 fallen und von diesen zurück zur Maske reflektiert werden. An den entspreche den Stellen der Maske sind Spiegel 7 angebracht, welch diese Strahlen über das Projektionsobjektiv 14 auf die Justiermarken 18 desjeweiligen Bereiches 17 auf dem Substrat werfen. Das Abbild der Ausrichtmuster 6 auf d 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 de,n Ausrichtfehler zwischen den Justiermarken 18 und dem Abbild der Ausrichtmuster 6 der Maske 4 feststelle wodurch auch der Ausrichtfehler des Abbildes des Maske musters 5 relativ zu dem vorbestimmten Bereich 17 bzw. darauf bereits vorhandenen Schaltungselementen bestimmt ist. Die Ausrichtmuster, Justiermarken, die Mittel zum Abbilden derselben ineinander sowie die Auswerteein- richtungen können in beliebiger, bekannter Weise aus¬ gebildet sein.

Die Fig. 2 zeigt in schematischer Weise eine Realisie¬ rungsmöglichkeit. Eine Justiermarke 18 auf dem Substrat ist dabei als reflektierendes oder nicht reflektieren- des 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 Detektions¬ ebene 28 können beispielsweise Zeitsignale t1 und t2 gewonnen werden, die dem jeweiligen Ausrichtfehler propor ional sin .

Mit Hilfe zweier derartiger Auswerteeinrichtungen 21 und den zugeordneten Ausrichtmustern 6 der Maske und Justiermarken 18 des Substrates können also die -Aus¬ richtfehler in den Koordinaten X, Y und ^* bestimmtwerden. 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 Verf hren ist ^' beispielsweise in der DE-OS 26 33 297 erläutert. -Es sei jedoch nochmals darauf hingewiesen, daß die Art und Weise der Bestimmung des Ausrichtfehlers in den gewünschten Koordinaten nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist und daher auf beliebige Art erfolgen kann.

Die Fig. 3 zeigt ein Schema der erfindungsgemäßen Einrichtung in Funktionsblöcken. Die Schrittmotoren 10, 11 und 12 zur Positionierung der Maske, die Aus¬ werteeinrichtungen 21 zur Bestimmung des Ausricht¬ fehlers und die Schrittmotoren 19, 20 und 24 zur Bewegung des Substrates sind über eine Schnittstelle 25, welche die notwendigen Anpassungsschaltungen ent-. hält, mit einem Rechner 26 verbunden, welcher wiederum mit einem Speicher 27 korrespondiert. Das erfindungs¬ gemäße 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 de Koordinaten X, Y, Z und 0 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 w.ird nun während dieser Abbildung, d.h. während der Belichtung, der Ausricht- fehler zwischen dem Abbild des Maskenmusters auf dem Substrat und dem entsprechend vorbestimmten Bereich 17 auf dem Substrat durch Vergleich der Lage der Ausricht¬ muster relativ zu.den Justiermarken bestimmt. Diese Bestimmung des Ausrichtfehlers wird vorteilhaft im selben Licht der Belichtungseinrichtung, welches auch für die Abbildung des Maskenmusters verwendet wird, durchgeführt. Es ist jedoch festzuhalten, daß ebenso eine eigene Lichtquelle für die Abbildung der Ausricht¬ muster 6 und Justiermarken 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 Projektionsberei-ch 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 voran¬ gehend gemessenen Ausrichtfehler korrigiert. Daran an- schließend 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

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die Bestimmung des Ausrichtfehlers länger als die vorgesehene Belichtungszeit für die Abbildung des Maskenmusters dauert, muß die Verschiebung zum jeweils nächsten Bereich solange 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 Folgevon Abbildungen in jeweils anderen Koordinaten ^• bestimmen und die Korrekturen jeweils dementsprechend durch¬ führen. Es ist aber auch denkbar, daß der Ausricht¬ fehler nur nach einer vorbestimmten Anzahl, beispiels¬ weise nach jeder zweiten, der Abbildungen bzw. Ver¬ schiebungen des Substrates bestimmt wird.

Voraussetzung für die Durchführung des erfindungs¬ gemäßen Verfahrens ist lediglich eine gewisse Grund¬ genauigkeit der Verschiebeeinrichtungen, d.h. die Verschiebung des Substrats 16 um einen Bereich 17 muß innerhalb der zulässigen Toleranzgrenze für den Ausrichtfehler möglich sein. Um ein ständiges Korri¬ gieren 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 stattdessen der vorbestimmte Wert für die Verschiebung des Substrats korrigiert wird.

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

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