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Die
Erfindung betrifft einen Maskenhalter zum Halten einer lithografischen
Maske sowie ein Verfahren zum Anordnen einer lithografischen Maske auf
einem Maskenhalter.
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In
der Halbleiterfertigung werden Halbleiterprodukte mit einer Vielzahl
von Strukturebenen hergestellt, die jeweils durch ganzflächiges Abscheiden eines
Schichtmaterials auf dem Halbleiterprodukt und durch lithografisches
Strukturieren der abgeschiedenen Schicht hergestellt werden. Dabei
wird ein Maskenmuster einer lithografischen Maske, eines sogenannten
Reticles, in einer lithografischen Belichtungseinrichtung auf die
Oberfläche
des Halbleiterprodukts abgebildet. Durch anschließendes Ätzen werden
entweder nur die belichteten oder nur die unbelichteten Bereiche
der Oberfläche
des Halbleiterprodukts entfernt.
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Eine
Maske enthält
ein auf ein Halbleiterprodukt zu übertragene Strukturmuster in
vergrößertem Maßstab. Das
Strukturmuster auf der Maske wird hergestellt, indem eine intransparente
Schicht, etwa eine Chromschicht, auf ein Maskensubstrat abgeschieden
und mit Hilfe eines Maskenschreibers, beispielsweise eines Elektronenstrahlschreibers
oder eines Lasers, strukturiert wird. Die Maske wird als Reflexionsmaske
oder Transmissionsmaske in den optischen Strahlengang einer lithografischen
Belichtungseinrichtung eingesetzt und das Strukturmuster der Maske
wird verkleinert auf eine Vielzahl von Halbleiterprodukte übertragen.
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Die
hohe Integrationsdichte integrierter Halbleiterprodukte erfordert
eine lagegenaue Abbildung der Strukturen der Maske auf die Halbleiterprodukte. Voraussetzung
hierfür
ist, dass die Strukturen auf der Maske selbst innerhalb der Maskenfläche lagegenau positioniert
sind. Doch auch bei lagegenau gefertigten Maskenstrukturen können Höhentoleranzen
der Maskenoberfläche
zu Lageabweichungen der Bildstrukturen auf den Halbleiterprodukten
führen.
Eine Maske, die nicht exakt planparallel geformt ist, erzeugt bei
einer nicht telezentrischen Abbildung, bei der die elektramagnetische
Strahlung schräg
auf die Maske fällt,
als "in-plane-distortions" bezeichnete unerwünschte Lageabweichungen
der Bildstrukturen der belichteten Halbleiterprodukte. Insbesondere
bei Abbildungen im EUV-Bereich (extreme ultra-violet) von vorzugsweise
13,4 bis 13,5 nm Wellenlänge,
bei der nur Reflexionsmasken verfügbar sind, wird die Maske unter
einem Winkel von etwa 5° gegenüber dem
Lot auf die Maskenoberfläche
belichtet, so dass eine gewölbte
Maskenoberfläche
zu seitlichen Versetzungen der Bildstrukturen führt.
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Um
solchen Lagefehlern vorzubeugen, werden an die Ebenheit der Oberflächen von
Masken hohe Anforderungen gestellt. Maskenrohlinge dürfen Unebenheiten
von höchstens
50 nm besitzen, damit Lagefehler auf den Halbleiterprodukten unterhalb von
2 nm liegen. Die Einhaltung enger Toleranzen hinsichtlich der Ebenheit
von Maskensubstraten verteuert die Halbleiterfertigung erheblich.
Auch Maskenhalterchucks dürfen
keine Unebenheiten größer als
typischerweise 50 nm aufweisen.
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Aus
US 4,666,291 ist ein Substrathalter
bekannt, der eine Vielzahl von Stützelementen zum Stützen eines
Substrats aufweist. Hierbei werden Piezoelernente eingesetzt, um
die Höhe
einzelner Stützelemente
zu verändern.
Wenn solch ein Sub strathalter als Maskenhalter für eine lithografische Maske
eingesetzt wird, können
durch die Bewegungen der Piezoelemente an der Unterseite einer aufliegenden
Maske Kratzspuren entstehen. Dadurch werden Partikel erzeugt, die
zwischen den Maskenhalter und die Maske gelangen können und
die Maske von dem Maskenhalter abheben.
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Die
mit Piezoelementen ausgestatteten Maskenhalter sind außerdem nicht
geeignet, um eine aufliegende Maske an sich zu ziehen. Stattdessen
drücken
Piezoelemente lediglich gegen das Gewicht einer aufliegenden Maske.
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Maskenhalter,
die eine aufliegende Maske an sich ziehen, sind mithilfe von Unterdruck-
oder Vakuumleitungen einsetzbar, wenn die Maske in einer Reinraumatmosphäre auf dem
Maskenhalter ruht. Im Bereich der EUV-Lithografie (extreme ultraviolet)
mit Wellenlängen
von etwa 13,4 bis 13,5 nm erfolgt die Belichtung jedoch im Vakuum,
weshalb diese Art von Maskenhaltern nicht einsetzbar ist.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Maskenhalter bereitzustellen,
mit dem angesichts von Höhentoleranzen
einer aufliegenden Maske eine bessere Planlage der Maske erreichbar ist.
Der Maskenhalter soll die als "in-planedistortions" bekannten Abbildungsfehler
verringern und auch für Belichtungen
im EUV-Bereich geeignet sein. Es ist ferner die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem die Planlage lithografischer
Masken und die Lagegenauigkeit lithografisch erzeugter Bildstrukturen
auf Halbleiterprodukten verbessert wird.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Maskenhalter gemäß Anspruch 1 zum Halten einer
lithografischen Maske gelöst,
- – wobei
der Maskenhalter mindestens eine Auflagefläche zum Auflegen einer lithografischen
Maske und elektrisch vorspannbare Elektroden aufweist,
- – wobei
die Elektroden mithilfe elektrischer Vorspannungen Abstände zwischen
einer auf den Maskenhalter aufgelegten lithografischen Maske und
den Elektroden durch elektrostatische Anziehung der lithografischen
Maske verringern und
- – wobei
eine Vielzahl der Elektroden jeweils an individuell einstellbare
elektrische Vorspannungen anschließbar ist.
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Erfindungsgemäß wird ein
Maskenhalter bereitgestellt, mit dem Höhentoleranzen einer Maske durch
lokale elektrostatische Anziehung zwischen der Maske und dem Maskenhalter
kompensiert werden. Die elektrisch vorspannbaren Elektroden des Maskenhalters
erzeugen elektrische Felder, die zu lokalen Ladungsverschiebungen
in einer leitfähigen Schicht
einer aufliegenden Maske führen.
Die Ladungsverschiebungen führen
zu einer Ansammlung von über
den Elektroden konzentrierten Ladungsmengen, deren Ladungstyp zu
der Vorspannung der jeweiligen Elektrode entgegengesetzt ist. In
der leitfähigen
Schicht der Maske werden daher durch die Elektroden Gegenelektroden
induziert, die durch die jeweilige Elektrode angezogen werden. Durch
die Anziehungskraft zwischen der Elektrode des Maskenhalters und
der Maske wird der Abstand zwischen Maske und Maskenhalter lokal
geringfügig
verringert. Die elektrischen Vorspannungen der Elektroden werden
erfindungsgemäß eingesetzt,
um eine aufliegende Maske an den Maskenhalter zu ziehen, wobei die Stärke der
lokalen Anziehung durch das elektrische Potential der Elektroden
einstellbar ist. Das individuelle elektrische Vorspannen der Elektroden
des erfindungsgemäßen Maskenhalters
ermöglicht
ein gezieltes Ausgleichen lokaler Höhenunterschiede, wodurch eine
auf dem Maskenhalter angeordnete Maske so verformt wird, dass fertigungsbedingte Höhentoleranzen
der Maskenoberfläche
ausgeglichen werden. Dadurch werden Lagefehler (in-plane-distortions),
die herkömmlich
beim Belichten von Halbleiterprodukten mit einer nicht exakt planparallelen
Maske entstehen, verringert.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Maskenhalter wird
der Abstand einer aufliegenden Maske von den Elektroden mithilfe
der elektrisch vorspannbaren Elektroden selbst verringert. Diese
Verringerung geschieht nicht etwa in der Weise, dass die Elektroden die
Position einer Auflagefläche
zum Auflegen einer Maske verändern,
sondern dadurch, dass die Maske selbst durch die elektrostatische
Anziehung zum Maskenhalter hin gezogen wird, wodurch sich die Maske
verformt. Durch die Vielzahl von Elektroden, die jeweils an individuell
einstellbare elektrische Vorspannungen anschließbar sind, kann die Stärke der lokal über den
jeweiligen Elektroden wirkende Anziehungskraft so dosiert und über die
Maskenfläche
verteilt werden, dass fertigungsbedingte Höhentoleranzen der Oberfläche der
Maske kompensiert werden. Erfindungsgemäß wird eine Oberfläche der
Maske, die zunächst
uneben ist, so verformt, dass die Unebenheiten vorübergehend
ausgeglichen werden. In diesem Zustand wird die Maske zum Belichten
eingesetzt, wodurch eine präzisere
optische Abbildung erzielt wird.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Maskenhalter bewirkt
das Anlegen elektrischer Vorspannungen an die Elektroden keine Veränderung
der Höhe
der Auflagefläche
für die
Maske wie etwa bei Piezoelementen. Dadurch werden Kratzspuren an
der Maskenunterseite vermieden.
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Gegenüber Maskenhaltern
mit Piezoelementen kann der erfindungsgemäße Maskenhalter die Maske außerdem an
sich ziehen, wohingegen ein Piezoelement nur gegen das Gewicht der
Maske drückt.
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Die
elektrischen Vorspannungen der Elektroden sind zum Einstellen lokaler
Anziehungskräfte
individuell veränderbar.
Beispielsweise kann jede Elektrode einzeln mit einem individuell
einstellbaren elektrischen Potential vorspannbar sein, um die Stärke der
lokal über
der jeweiligen Elektrode wirkenden elektrostatischen Anziehungskraft
zu vergrößern oder
zu verkleinern.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass jede Elektrode einen eigenen Spannungsanschluss
aufweist, durch den die jeweilige Elektrode individuell vorspannbar
ist.
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Insbesondere
ist vorgesehen, dass der Maskenhalter eine Vielzahl individuell
einstellbarer Spannungsquellen aufweist, wobei jeweils an einen
positiven Pol eine erste Elektrode und an einen negativen Pol eine
zweite Elektrode angeschlossen ist. Die Spannungen der Spannungsquellen
sind unabhängig
voneinander einstellbar und steuern die Stärke der lokal wirkenden elektrostatischen
Anziehung zwischen Maskenhalter und Maske im Bereich der angeschlossenen
zwei Elektroden.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass jeweils eine erste Elektrode und eine unmittelbar
neben der ersten Elektrode angeordnete zweite Elektrode an dieselbe
Spannungsquelle angeschlossen sind. Da sowohl die an den positiven
Polen als auch die an den negativen Polen angeschlossene Elektrode
jeweils entgegengesetzte Ladungsmengen in der Maske induzieren,
wirken beide Elektroden anziehend. Die Stärke der Anziehungskraft wird
unter anderem durch die Spannung zwischen dem positiven und dem
negativen Pol der jeweiligen Spannungsquelle eingestellt.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass die Elektroden in Form eines Musters von abwechselnd
positiv und negativ vorspannbaren Elektroden angeordnet sind, wobei
jede positiv vorspannbare Elektrode von jeweils vier nächstbenachbarten
negativ vorspannbaren Elektroden umgeben ist und die jede negativ
vorspannbare Elektrode von jeweils vier nächstbenachbarten positiv vorspannbaren
Elektroden umgeben ist. Dadurch entsteht eine beispielsweise schachbrettartige
Anordnung alternierend positiv und negativ vorspannbarer Elektroden.
Je eine negativ vorspannbare und eine positiv vorspannbare Elektrode
können
an die entgegengesetzten Pole jeweils einer Spannungsquelle angeschlossen
sein. Dadurch sind die elektrischen Potentiale aller negativ vorspannbaren
Elektroden unabhängig
voneinander einstellbar, insbesondere unterschiedlich hoch. Ebenso
sind die elektrischen Vorspannungen der positiv einstellbaren Elektroden
unterschiedlich hoch, je nach erforderlicher lokaler Anziehungskraft
zum Ausgleichen der bestehenden Maskenunebenheiten.
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Alternativ
ist vorgesehen, dass jede Elektrode einzeln an einen eigenen Vorspannungsregler
angeschlossen ist. Dadurch kann die Vorspannung jeder einzelnen
Elektrode unmittelbar gegenüber
einer externen Spannungsversorgung eingestellt werden, ohne dass
der Maskenhalter eine Vielzahl einzelner Spannungsquellen aufweisen
muss, durch welche jeweils zwei oder mehr Elektroden gegeneinander
vorgespannt werden.
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Beispielsweise
können
die elektrischen Vorspannungen der Elektroden jeweils einzeln gegenüber einem
einheitlichen Referenzpotential einstellbar sein. Das Referenzpotential
wieder um kann beispielsweise gegenüber einem Potential einer leitfähigen Schicht
eines Maskensubstrats einstellbar sein. Die Spannungen zwischen
dem einheitlichen Referenzpotential und dem individuellen Potential
einer einzelnen Elektrode reguliert dann die Stärke der lokalen Anziehung zwischen
der Elektrode und dem über
ihr angeordneten Bereich der Maskenunterseite.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass der Maskenhalter einen Grundkörper aufweist.
Die Elektroden können
an einer Unterseite des Grundkörpers angeordnet
sein.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Maskenhalter eine
Vielzahl von Stützelementen
aufweist, die aus dem Grundkörper
herausragen und jeweils eine eigene Auflagefläche zum Auflegen einer lithografischen
Maske aufweisen.
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In
den Zwischenräumen
zwischen den Stützelementen
können
von Verunreinigungen stammende Partikel gesammelt werden, damit
sie nicht zwischen die Oberseiten der Stützelemente und die Unterseite
der Maske gelangen und die Maske abheben. Beim erfindungsgemäßen Maskenhalter
ist Länge
der Stützelemente
nicht durch die Stärke
der an die Elektroden angelegten Spannungen veränderlich, so dass eine Partikelbildung
durch Reibung an der Maskenunterseite verhindert wird.
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Die
Stützelemente
sind vorzugsweise in einer Oberseite des Grundkörpers angeordnet und besitzen
eine jeweils identische, vorzugsweise konstante Länge, die
unabhängig
von den an den Elektroden angelegten Vorspannungen ist. Zwar können zusätzlich mithilfe
weiterer Elektroden verformbare Piezoelemente vorgesehen sein, die
die Länge
der Stützelemente
zusätzlich
verändern.
Die erfindungsgemäße Anpassung
einer zunächst
un ebenen Maskenoberfläche
erfolgt jedoch mithilfe von solchen Elektroden, die, ohne die Länge der
Stützelemente
unmittelbar zu beeinflussen, die Maske an den Maskenhalter ziehen.
Diese elektrostatischen Zugkräfte
wirken in die entgegengesetzte Richtung wie die durch Piezoelemente
ausgeübten
Druckkräfte.
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Vorzugsweise
ist jedoch vorgesehen, dass die Auflageflächen der Stützelemente jeweils in konstantem
Abstand von den Elektroden angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform,
bei der keine Piezoelemente vorgesehen sind, sind alle Elektroden des
Maskenhalters ausschließlich
nebeneinander angeordnet und wirken jeweils als Einzelelektrode, die
in einer darüberliegenden
Maske eine Gegenelektrode induziert und elektrostatisch anzieht.
Dadurch wird zwar die Maske verformt und bewegt, der Abstand der
Auflageflächen
auf der Oberseite der Stützelemente
von den Elektroden bleibt jedoch konstant. Der Abstand zwischen
den Enden der Stützelemente,
auf denen die Maske aufliegen soll, und den Elektroden ist insbesondere
unabhängig
von der Höhe
der jeweils eingestellten Vorspannung der Elektrode.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass zentral unter jedem Stützelement genau eine Elektrode
angeordnet ist. Sie befindet sich vorzugsweise in der Verlängerung
der Mittelachse des Stützelementes, das über ihm
angeordnet ist.
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Die
Stützelemente
bestehen vorzugsweise aus einem dielektrischen Material und sind
insbesondere stiftförmig
ausgebildet.
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Eine
alternative Ausführungsform
sieht vor, dass die Auflagefläche
eine Fläche
des Grundkörpers
ist. Somit dient die Oberseite des Grundkörpers selbst als Auflagefläche zum
Auflegen einer lithografischen Maske; bei dieser Ausführungsform sind
keine Stützelemente
vorgesehen. Die Elektroden können
an der Unterseite des Grundkörpers
angeordnet sein.
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Der
erfindungsgemäße Maskenhalter
ist insbesondere zum Halten einer lithografischen Maske verwendbar,
die mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht aufweist. In der
Regel ist die zu strukturierende Maskenschicht der Maske aus Chrom
gefertigt und daher leitfähig.
Für eine
noch bessere elektrostatische Anziehung durch den Maskenhalter kann
auf der Unterseite einer Maske auch noch eine weitere elektrisch
leitfähige
Schicht aufgebracht sein.
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Der
erfindungsgemäße Maskenhalter
kann sowohl in einem Maskenschreiber, in einer lithografischen Belichtungseinrichtung
zum Belichten von Halbleiterprodukten als auch in einer Maskenvermessungseinrichtung
zum Vermessen der Lagegenauigkeit der Maskenstrukturen oder der
Ebenheit der Maske eingesetzt werden.
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Durch
den erfindungsgemäßen Maskenhalter
wird gemeinsam mit einer lithografischen Maske, die eine elektrisch
leitfähige
Schicht aufweist, eine Anordnung bereitgestellt, die ein lagegenaueres
Abbilden von Maskenstrukturen auf Halbleiterprodukte ermöglicht.
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Die
Anordnung kann ferner eine Messeinrichtung zum Messen von Höhentoleranzen
einer Oberfläche
der Maske aufweisen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die
elektrischen Vorspannungen der Elektroden durch einen mit der Messeinrichtung
verbundenen Rückkopplungsschaltkreis einstellbar
sind. Die Messeinrichtung kann ein Interferometer zur interferometrischen
Vermessung des Höhenverlaufs
der Maskenoberfläche
oder einen kapazitiven Sensor aufweisen. Mit Hilfe des Rückkopp lungsschaltkreises
lassen sich die elektrischen Vorspannungen der einzelnen Elektroden
so einstellen, dass zunächst
bestehende Unebenheiten der vermessenen Maskenoberfläche durch
leichtes Verspannen der Maske kompensiert werden.
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Die
der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner gelöst durch
ein Verfahren zum Anordnen einer lithografischen Maske auf einem
Maskenhalter, der mindestens eine Auflagefläche zum Auflegen einer lithografischen
Maske und eine Vielzahl elektrisch vorspannbarer Elektroden aufweist,
wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- – Auflegen
der lithografischen Maske auf den Maskenhalter,
- – Messen
von Höhentoleranzen
einer Oberfläche der
Maske und
- – elektrostatisches
Anziehen der lithografischen Maske an den Maskenhalter durch Anlegen
individuell eingestellter elektrischer Vorspannungen an die Elektroden.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
werden zunächst
die bestehenden Höhentoleranzen
einer auf den Maskenhalter aufgelegten lithografischen Maske vermessen.
Das Messen von Höhentoleranzen
kann je nach Messverfahren sowohl eine direkte Höhenmessung oder eine Messung
einer anderen Größe sein,
aus deren Wert anschließend
die Höhentoleranzen
errechnet werden. Nachdem die tatsächlich bestehenden Höhentoleranzen
bekannt sind, werden an die Elektroden elektrische Vorspannungen
angelegt, deren Höhe
individuell für
jede einzelne Elektrode oder für
kleinere Gruppen von Elektroden einstellbar und veränderbar
ist. Auf diese Weise wird in unterschiedlichen Flächenbereichen
der Maskenfläche
die Stärke
der lokal wirkenden elektrischen Anziehungskraft durch die elektrische
Vorspannung der Elektrode, die unter dem jeweiligen Flächenbereich
angeordnet ist, dosiert. Dazu werden die elektrischen Vorspannungen
der Elektroden in Abhängigkeit
von den gemessenen Höhentoleranzen
eingestellt, so dass nach dem Anlegen der Vorspannungen die Höhentoleranzen
weitgehend ausgeglichen sind.
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Vorzugsweise
wird nach dem Anlegen der Vorspannungen an die Elektroden der Höhenverlauf der
Maskenoberfläche
nochmals vermessen; vorzugsweise kann auch eine wiederholte Rückkopplung
zwischen dem gemessenen Höhenverlauf
und der Einstellung der individuellen Elektrodenpokentiale erfolgen,
bis eine optimale Planlage einer strukturierten Maskenschicht der
Maske erreicht ist.
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Der
Höhenverlauf
der Maskenoberfläche wird
beispielsweise interferometrisch oder kapazitiv vermessen.
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Die
Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die 1 bis 10 beschrieben.
Es zeigen:
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1 eine
Querschnittsansicht eines Maskensubstrats mit einem unebenen Höhenverlauf
einer Oberfläche,
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2 den
Höhenverlauf
eines auf einem Maskenhalter angeordneten Maskensubstrats im freischwebenden
und im aufliegenden Zustand,
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3 eine
schematische Darstellung einer Messung von Höhentoleranzen einer Oberfläche einer
auf einem Maskenhalter aufliegenden Maske,
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4 eine
Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Maskenhalters und einer
Maske,
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5 eine
Draufsicht auf eine Anordnung elektrisch vorspannbarer Elektroden
eines erfindungsgemäßen Maskenhalters
mit schematischer Darstellung der elektrischen Verschaltung gemäß einer
ersten Ausführungsform,
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6 eine
schematische Darstellung einer elektrischen Verschaltung der Elektroden
des erfindungsgemäßen Maskenhalters
gemäß einer
zweiten Ausführungsform,
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7 eine
Anordnung mit einem erfindungsgemäßen Maskenhalter, einem Maskensubstrat
und einer Messeinrichtung zum Vermessen einer Substratoberfläche,
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8 eine
Anordnung mit einem erfindungsgemäßen Maskenhalter gemäß einer
alternativen Ausführungsform
und einer Maske,
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9 eine
schematische Darstellung von Höhentoleranzen
einer auf einem Maskenhalter aufliegenden Maske und
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10 eine
Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt
einen Querschnitt durch eine Maske 20, die eine obere Oberfläche 20a und
eine untere Oberfläche 20b besitzt.
Die Oberflächen
besitzen einen wellenförmigen,
unebenen Höhenverlauf,
wobei in 1 der wellenförmige Höhenverlauf der
oberen Oberfläche 20a übertrieben
groß dargestellt
ist. Der wellenförmige
Höhenverlauf
entsteht durch fertigungsbedingte Höhentoleranzen h gegenüber einer
Ebene 1. Bei einer Reflexion elektromagnetischer Strahlung 2 an
der Oberfläche 20a entstehen
dadurch laterale Verschiebungen l der reflektierten Strahlung. Dadurch
werden Maskenstrukturen der Maske nicht lagegenau, sondern in lateraler
Richtung versetzt lithografisch auf die mit der Maske belichteten
Halbleiterprodukte übertragen.
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2 zeigt
den Höhenverlauf
einer oberen Oberfläche 20a und
einer unteren Oberfläche 20b einer
Maske 20, wobei die jeweiligen Oberflächenverläufe durch durchgezogene, dicke
Linien dargestellt sind. Die Unebenheiten sind übertrieben groß dargestellt
und dienen nur zur Illustration. Durch die unebenen Maskenflächen entstehen
insbesondere bei nicht telezentrischer optischer Abbildung seitliche Versetzungen
von Bildstrukturen auf den belichteten Halbleitersubstraten. Wird
die in 2 dargestellte Maske 20 mit ihrer Unterseite 20b gegen
einen Maskenhalter 10 gedrückt oder von diesem angezogen, so
kann eine absolute Planlage der Unterseite 20b die Unebenheiten
im Verlauf der oberen Maskenfläche 20a noch
verstärken.
Die obere Maskenfläche
einer auf einem Maskenhalter 10 aufliegendem Maske 20 ist
in 2 gestrichelt dargestellt und zeigt, dass in der
Mitte des dargestellten Maskenausschnitts die Vertiefung der Oberseite
der Maske 20 noch größer ist
als vor dem Aufsetzen auf den Maskenhalter. Die Verschiebungen der
Oberflächenbereiche
beim Aufsetzen auf die Oberfläche 11 des
Maskenhalters 10 sind in 2 durch
Pfeile gekennzeichnet.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung einer Messung von Höhentoleranzen
einer Maskenoberfläche 20a einer
Maske 20 in Richtung z vertikal zur Flächenausdehnung x, y der Maske 20.
Die Maske 20 ist hier auf einem Maskenhalter 10 angeordnet, der
mehrere Stützelemente 16 zum
Stützen
der Maske 20 aufweist. Infolge der Unebenheiten ihrer Unterseite 20b liegt
die Maske 20 nicht gleichzeitig auf allen Stützelementen 16 auf.
Der Höhenverlauf
einer Oberfläche 20a der
Maske 20, etwa ihrer Oberseite, kann mit Hilfe einer Messeinrichtung 26,
beispielsweise eines Interferometers, vermessen werden. Auf der
Unterseite 6 eines Grundkörpers 5 des Maskenhalters 10 sind
jeweils die erfindungsgemäßen Elektroden
angeordnet.
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4 zeigt
einen erfindungsgemäßen Maskenhalter 10 sowie
eine Maske 20 mit einem Maskensubstrat 15, einer
elektrisch leitfähigen
Schicht 22 und einer strukturierten Maskenschicht 21.
Der erfindungsgemäße Maskenhalter
besitzt einen Grundkörper 5,
an dem eine Vielzahl von Elektroden 13 angebracht ist,
die jeweils elektrisch vorspannbar sind und mit denen elektrische
Felder E zum elektrostatischen Anziehen der leitfähigen Schicht 22 der
Maske 20 erzeugt werden. Bei der in 4 dargestellten
Ausführungsform
sind die Elektroden 13 jeweils paarweise an entgegengesetzte
Pole p, n individueller Spannungsquellen 14 angeschlossen,
wobei jeweils eine erste Elektrode 13a positiv vorgespannt
und eine zweite Elektrode 13b negativ vorgespannt wird.
In 4 ist jeweils zentral unter jedem Stützelement
in Verlängerung
von dessen Mittelachse eine einzige Elektrode ohne Gegenelektrode
angeordnet. Die Gegenelektrode wird in der leitfähigen Schicht 22 der aufliegenden
Maske 20 durch lokale Anhäufung von Gegenladungen erzeugt.
Unabhängig
davon, ob eine bestimmte Elektrode 13 an einen positiven
oder einen negativen Pol einer Spannungsquelle 14 angeschlossen
ist, besitzt die in der leitfähigen
Schicht 22 induzierte Gegenladung stets den entgegengesetzten
Ladungstyp (positive oder negative Ladung) zu der unter ihr angeordneten
Elektrode; in beiden Fällen
entsteht somit eine elektrostatische Anziehung. von links nach rechts
sind die Elektroden in 4 alternierend an einen positiven
und einen negativen Pol einer Spannungsquelle 14 angeschlossen.
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5 zeigt
eine Draufsicht auf die Anordnung 12 der Elektroden 13; 13a, 13b,
die in verschiedenen Positionen in lateraler Richtung x, y innerhalb einer
Grundfläche
des Maskenhalters angeordnet sind. Die Elektroden sind ebenso wie
in 4 paarweise an einzelne Spannungsquellen 14 angeschlossen,
die individuell einstellbare Vorspannungen Vxy erzeugen und jeweils
eine erste Elektrode 13a positiv vorspannen und eine zweite
Elektrode 13b negativ vorspannen. Der Höhenverlauf der Oberseite des Maskenhalters,
beispielsweise die Höhe
einzelner Auflageflächen 17 auf
den Oberseiten der Stützelemente 16 in 4,
wird durch die elektrischen Vorspannungen der Elektroden nicht verändert. Die Elektroden
des erfindungsgemäßen Maskenhalters dienen
somit ausschließlich
zum Influenzieren elektrischer Ladungen in einer leitfähigen Schicht
eines aufliegenden Maskensubstrats, um eine elektrostatische Anziehung
zu bewirken. In 5 ist erkennbar, dass beispielsweise
die psoitiv vorspannbare Elektrode 13c der Position x =
3 und y = 3 von vier nächstbenachbarten
negativ vorspannbaren Elektroden 13d umgeben ist. Umgekehrt
ist beispielsweise negativ vorspannbare die Elektrode 13d an
der Position x = 2 und y = 3 von vier nächstbenachbarten positiv vorspannbaren
Elektroden 13c umgeben. Das in 5 abgebildete
Muster aus abwechselnd positiv und negativ vorspannbaren Elektroden
setzt sich außerhalb
der sechszehn abgebildeten Elektroden fort, so dass eine schachbrettartige
Anordnung alternierend positiv und negativ vorspannbarer Elektroden entsteht,
die eine sehr kompakte Bauweise ermöglicht. Die in der Draufsicht
der 5 quadratisch dargestellten Elektroden 13 sind
im Querschnitt vorzugsweise stiftförmig ausgebildet, wobei die
Länge der
Elektroden vorzugsweise wesentlich größer ist als ihre Breite, die
in 5 übertrieben
groß dargestellt
ist. Jede Elektrode 13 ist mit einem positiven oder negativen
Pol einer Spannungsquelle 14 verbunden. Dadurch ist an
jeder einzelnen Elektrode ein jeweils unterschiedliches elektrisches
Potential anlegbar, das von den elektrischen Potentialen aller übrigen Elektroden
abweichen kann. In 5 sind exemplarisch die elektrischen
Vorspannungen von vier Elektroden dargestellt. Die Elektrode mit
den (x, y)-Koordinaten
(1, 1) besitzt ein positives Potential von 1100 Volt, wohingegen
die an dieselbe Spannungsquelle 14 angeschlossene Elektrode
unter ihr (mit den Koordinaten x = 1 und y = 2) eine Vorspannung
von –1100
Volt besitzt. Die beiden Elektroden rechts davon in 5 mit
den Koordinaten (x, y) (2,1) und (2,2) besitzen elektrische Vorspannungen
von 1150 Volt und –1150
Volt. Somit erzeugen die Elektroden mit den Koordinaten (2, 1) und
(2, 2) jeweils eine stärkere
elektrostatische Anziehung als die Elektroden mit den Koordinaten
(1, 1) und (1, 2). Die vier Elektroden bilden zwei Elektrodenpaare,
die jeweils an die Pole zweier Spannungsquellen 14 angeschlossen
sind. Durch eine einzelne Spannungsquelle ist jeweils eine Elektrode
positiv und eine weitere Elektrode negativ gegenüber einem (nicht dargestellten)
Referenzpotential vorspannbar. Die Höhe der durch die Spannungsquellen 14 erzeugten
Spannungen zwischen benachbarten Elektroden beträgt beispielsweise jeweils zwischen
1 und 3 kV. Die Maske ist vorzugsweise nicht elektrisch vorgespannt.
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6 zeigt
eine schematische Darstellung der elektrischen Verschaltung von
Elektroden eines erfindungsgemäßen Maskenhalters
gemäß einer
anderen Ausführungsform.
Gemäß 6 sind
die Elektroden 13 jeweils einzeln mit individuellen Vorspannungen
Vxy elektrisch vorspannbar, die relativ zu einem einheitlichen Referenzpotential
V0 einstellbar und variierbar sind. Die Vorspannungen Vxy können individuell
so eingestellt werden, dass bestehende oder durch das Auflegen auf
den Maskenhalter entstehende Unebenheiten einer Maskenoberfläche 20a kompensiert
werden. Die Kompensation geschieht dadurch, dass eine leitfähige Schicht
der Maske lokal über
den Elektroden jeweils mehr oder weniger stark elektrostatisch angezogen
wird, je nach Stärke
des angelegten individuellen Elektrodenpotentials Vxy. Bei der Ausführungsform
der 6 sind die Elektroden 13 nicht paarweise
gegeneinander, sondern einzeln gegenüber einem einheitlichen Referenzpotential
V0 vorgespannt. Zur Einstellung der individuellen Elektrodenpotentiale
sind Vorspannungsregler Rxy vorgesehen, mit denen die Vorspannung
Vxy der jeweiligen Elektrode 13 individuell einstellbar
ist, wie durch die Pfeile gekennzeichnet. Beispielsweise sind die
obersten vier Elektroden in 6 mit regelbaren Spannungen
von +1150 Volt, –1100
Volt, 800 Volt und –850
Volt gegenüber
einem Referenzpotential V0 (von vorzugsweise 0 Volt) vorgespannt.
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7 zeigt
eine Anordnung mit einem erfindungsgemäßen Maskenhalter 10 und
einer aufliegenden lithografischen Maske 20, die ein Maskensubstrat 15,
eine elektrisch leitfähige
Schicht 22 sowie eine weitere, noch unstrukturierte Maskenschicht 21 aufweist.
Ferner ist eine Messeinrichtung 26 vorgesehen, um eine
Oberfläche 20a der
Maske 20 interferometrisch zu vermessen.
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Der
Maskenhalter 10 besitzt unterhalb eines Maskenkörpers 5 paarweise
gegeneinander vorspannbare Elektroden 13, über denen
jeweils Stützelemente 16 angeordnet
sind. Die Maske 20 ist auf den erfindungsgemäßen Maskenhalter 10 aufgesetzt.
Der Grundkörper 5 und
die Stützelemente 16 des
erfindungsgemäßen Maskenhalters
bestehen vorzugsweise aus einem Material mit einem niedrigen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten. Solche ULE-Materialien (ultralow expansion)
sind beispielsweise hochdotierte Gläser, beispielsweise Quarzgläser oder
kerami sche Materialien, etwa Zerodur. Innerhalb der elektrisch leitfähigen Schicht 22 der
Maske 20 werden Ladungen 19 influenziert, wobei
in 7 die Höhe
der induzierten Ladungsverteilung 19 die Dichte der induzierten
Ladungen andeutet.
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Mit
Hilfe des erfindungsgemäßen Maskenhalters
wird somit eine lokale Gegenelektrode in der aufliegenden Maske
induziert. Dieser Effekt wird bei herkömmlich eingesetzten Maskenhaltern
nicht technisch ausgenutzt und ist allenfalls als Effekt untergeordneter
Größenordnung
vorhanden. Die mit dem erfindungsgemäßen Maskenhalter zu haltenden
Maskensubstrate können
auf ihrer Unterseite mit einer leitfähigen Schicht 22 beschichtet
sein. Die leitfähige Schicht
kann ganzflächig
auf ein Maskensubstrat 15 einer Maske 20 aufgebracht
sein oder nur dort, wo der Maskenhalter 10 die Elektroden 13 aufweist, 10 auf
der Maske 20 ausgebildet sein. Im Gegensatz zu Maskenhaltern
mit Piezoelementen wird die Vorspannung der Elektroden 13 des
erfindungsgemäßen Maskenhalters
nicht durch eine weitere Elektrode des Maskenhalters über ihr,
sondern durch die induzierte Gegenladung in der Maske kompensiert.
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7 zeigt
ferner einen Rückkopplungsschaltkreis 27,
durch den die Elektroden 13 mit einer Messeinrichtung 26 zum
Vermessen eines Höhenverlaufs
einer Maskenoberfläche 20a verbunden sind.
Mit Hilfe des Rückkopplungsschaltkreises 27 lassen
sich die Elektrodenpotentiale Vxy ihrer Stärke nach variieren, um eine
möglichst
ebene Form der Oberfläche 20a der
Maske 20 zu erzielen. Ist die Oberfläche 20a in einem Teilbereich
beispielsweise zu hoch, kann die Vorspannung der unter ihr angeordneten
Elektrode verstärkt
werden, bis die entstehende Anziehungskraft einen kleineren Abstand
der Oberfläche 20a zur
Elektrode erzwingt.
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Der
erfindungsgemäße Maskenhalter
ist beispielsweise in einem Maskenschreiber 23, in einer
lithografischen Belichtungseinrichtung 24 zum Belichten
von Halbleiterprodukten oder in einer Maskenvermessungseinrichtung 25 einsetzbar.
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8 zeigt
eine Maske und einen erfindungsgemäßen Maskenhalter 10 gemäß einer
anderen Ausführungsform,
bei der anstelle von Stützelementen
der Grundkörper 5 die
Auflagefläche 17b zum
Auflegen der lithografischen Maske 20 bildet. Die Maske 20 wird
mit ihrer Unterseite, auf der sich vorzugsweise eine leitfähige Schicht 22 befindet,
unmittelbar auf die Auflagefläche 17b aufgelegt,
wobei jedoch aufgrund von Unebenheiten der Maskenunterseite die
Maske 20 nur in Teilbereichen der Auflagefläche 17b auf
dieser aufliegt. Insbesondere ist auch die Oberseite der Maske,
auf der sich die strukturierte Schicht 21 befindet, nicht
plan, sondern besitzt Höhentoleranzen,
die durch die erfindungsgemäß angeordneten
Elektroden 13 zumindest während der lithografischen Belichtung
kompensiert werden. Die in 8 dargestellte
Ausführungsform
hat den Vorteil, dass die Elektroden 13 näher an der Maskenunterseite
angeordnet sind. Jedoch können Partikel
zwischen den aufeinanderliegenden Flächen des Maskenhalters 10 und
der Maske 20 die Maske abheben. Außerdem sind die elektrischen
Felder, die durch die Elektroden erzeugt werden, in vertikaler Richtung
nicht so stark gebündelt
wie mithilfe der aus einem dielektrischen Material bestehenden Stützelemente
der Ausführungsformen
der 4 und 7.
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9 zeigt
eine vergrößerte Darstellung
der auftretenden Abstände
zwischen der Maskenunterseite und der Auflagefläche, wobei zur einfacheren Darstellung
diskreter Messwerte der Maskenhalter 10 in der Ausführungsform
gemäß 4,
d.h. mit Stützelementen 16 dargestellt
ist. Zusätzlich
sind auf der Unterseite der Elektroden 13 Spannungsanschlüsse 3 dargestellt,
durch welche jede Elektrode einzeln von der Unterseite des Maskenhalters 10 her einzeln
elektrisch kontaktierbar ist. Die dargestellten fünf Stützelemente 16 besitzen
auf ihrer Oberseite jeweils eine Auflagefläche, die in einem konstanten
Abstand D0 zur zentral unter dem jeweiligen Stützelement 16 angeordneten
Elektrode 13 angeordnet ist. Die Oberseiten der Stützelemente 16 sind
somit nicht höhenbeweglich.
Der dargestellte Verlauf der Maskenunterseite der Maske 20 jedoch
besitzt einen Abstand D von den Elektroden 13, der aufgrund
fertigungsbedingter Unebenheiten teilweise größer ist, wodurch ein freier
Zwischenraum d über
den meisten der Elektroden entsteht. In 9 liegt
die Maske 20 auf dem Stützelement 16 unmittelbar
auf, wohingegen über
dem zweiten Stützelement
von links ein Zwischenraum d2 von 500 nm und über weiteren drei Stützelementen
ein Zwischenraum von 350, von 50 und 450 nm verbleibt. Eine Anpassung
an einen möglichst
einheitlichen Abstand von den Elektroden erfolgt erfindungsgemäß durch
eine geeignete Einstellung der individuellen Elektrodenpotentiale über die
Anschlussleitungen 3, um die Maske 20 so zu deformieren,
dass die auf ihrer Oberseite angeordnete strukturierte Schicht 21 möglichst
eben ist. In 9 sind die dargestellten Unebenheiten
der Oberseite und der Unterseite der Maske 20 übertrieben
dargestellt, um die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Maskenhalters
besser zu verdeutlichen. Die derzeit erforderlichen Toleranzen von
Maskensubstraten liegen unterhalb von 50 nm. Mit dem erfindungsgemäßen Maskenhalter
können
jedoch auch weitaus höhere
Höhentoleranzen
von bis zu beispielsweise 500 nm kompensiert werden. Dazu ist der
erfindungsgemäße Maskenhalter
vorzugsweise mit bis zu 1.000 Elektroden ausgestattet.
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10 zeigt
einen schematischen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Gemäß 10 wird
zunächst
eine Maske 20 auf den erfindungsgemäßen Maskenhalter 10 aufgelegt,
wobei die Maske in der Regel keine exakte plane Oberfläche 20a,
sondern einen unebenen Oberflächenverlauf
H aufweist, der Höhentoleranzen
h von etwa 50 bis 500 nm aufweisen kann. Bei herkömmlichen
Maskenhaltern dürfen
die Höhentoleranzen
höchstens
50 nm betragen. Bei dem erfindungsgemäßen Maskenhalter jedoch können Höhenschwankungen
durch gezielt veränderbare
Elektrodenpotentiale ausgeglichen werden. Hierzu wird zunächst der
Höhenverlauf
einer Oberfläche 20a der
Maske 20 vermessen, beispielsweise mit Hilfe der interferometrischen
Messeinrichtung 26 aus 7, Dabei
wird ein zweidimensionales Höhenprofil erstellt,
dessen Messpunkte den lateralen Positionen der Elektroden 13 des
Maskenhalters 10 entsprechen. Über diesen Messpunkten besitzt
die Oberfläche 20a Höhenpositionen,
die nach oben oder unten korrigiert werden müssen. Dazu werden die Elektrodenpotentiale
Vxy so verändert,
dass die lokal über der
jeweiligen Elektrode 13 entstehende elektrostatische Anziehung
zwischen der Elektrode und der in der leitfähigen Schicht 22 influenzierten
Ladungsmenge die Höhenabweichung
unmittelbar über
der jeweiligen Elektrode ausgleicht. Nach dieser Korrektur wird
die Vermessung der Maskenfläche
wiederholt, vorzugeweise auch mehrfach, wobei nach jeder Vermessung
eine weitere Feinkorrektur der Elektrodenpotentiale erfolgen kann.
Dabei werden die elektrischen Vorspannungen der Elektroden jeweils
individuell in Abhängigkeit
von dem gemessenen Höhenverlauf
verändert.
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Durch
die lokale Veränderung
der Stärke
der elektrostatischen Chuck-Kräfte,
die die Maske 20 an den Maskenhalter 10 ziehen,
sind Masken mit größeren Toleranzen
hinsichtlich der Oberflächenplanarität einsetzbar,
ohne dass eine Erhöhung
von Lage fehlern (in-plane-distortions) der Bildstrukturen auf den belichteten
Halbleitersubstraten entsteht. Dies senkt die Kosten der Maskenfertigung.
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- 1
- Ebene
- 2
- elektromagnetische
Strahlung
- 3
- Spannungsanschluss
- 5
- Grundkörper
- 6
- Unterseite
- 10
- Maskenhalter
- 11
- Oberseite
- 12
- Anordnung
- 13
- Elektrode
- 13a
- erste
Elektrode
- 13b
- zweite
Elektrode
- 13c
- positiv
vorspannbare Elektrode
- 13d
- negativ
vorspannbare Elektrode
- 14
- Spannungsquelle
- 15
- Maskensubstrat
- 16
- Stützelement
- 17a;
17b
- Auflagefläche
- 19
- induzierte
Ladung
- 20
- Maske
- 20a,
20b
- Oberfläche der
Maske
- 21
- Maskenschicht
- 22
- elektrisch
leitfähige
Schicht
- 23
- Maskenschreiber
- 24
- lithografische
Belichtungseinrichtung
- 25
- Maskenvermessungseinrichtung
- 26
- Messeinrichtung
- 27
- Rückkopplungsschaltkreis
- d
- Zwischenraum
- D
- Abstand
- D0
- konstanter
Abstand
- E
- elektrisches
Feld
- H
- Höhenverlauf
- h
- Höhentoleranzen
- l
- laterale
Verschiebung
- n
- negativer
Pol
- p
- positiver
Pol
- Rxy
- Vorspannungsregler
- Vxy
- elektrische
Vorspannung
- V0
- Referenzpotential
- Vn
- negative
Vorspannung
- Vp
- positive
Vorspannung
- x,
y
- laterale
Position
- z
- Höhenposition