DE2413551C2 - Einrichtung zum Korrigieren der Lage einer lichtempfindlichen Fläche in einer Masken-Projektionsvorrichtung - Google Patents

Description

gekennzeichnet durch

— eine in Richtung der optischen Achse auf den Tisch (22) verschiebbar gelagerte Halterung (46) für den Träger (12), die auf einem Bauelement (44) angebracht ist, dessen Länge gemäß den Steuersignalen einer

is optischen, die lichtempfindliche Fläche berührungsfrei abtastenden und eine Fehlausrichtung der lichtempfindlichen Fläche gegenüber einer vorbestimmten Abbildungsebene erkennenden Sensoranordnung(41,43) mit nachgeordneter Steuerschaltung regelbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

— für das Bauelement (44) ein piezoelektrisches Bauelement vorgesehen ist

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoranordnung aufgebaut ist aus

— einer Quelle (41) für ein auf die lichtempfindliche Fläche schräg einfallendes nichtaktinisches Lichtstrahlenbündel, das auf die Abbildungsebene fokussiert ist, und

— einem Wandler (43) mit räumlich versetzten Sensorflächen, womit Steuersignale in Abhängigkeit vom Auftreffpunkt des reflektierten Lichtstrahlenbündels auf dem Wandler abgebbar sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

— der Wandler (42) eine» Spalt-Fotodiode ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Korrigieren der Lage eines eine lichtempfindliche Fläche aufweisenden Trägers in einer Masken-Projektionsvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs ί angegebenen Art

Eine solche Masken-Projektionsvorrichtung ist aus der DE-OS 20 50 590, insbesondere Fig. 3, bekannt. Hiernach ist ein Tisch vorgesehen, der eine Maske und den Träger gegenseitig im wesentlichen fixiert halten und relativ zum optischen Abbildungssystem in zwei verschiedenen Richtungen (x, y) parallel zur Maske und zum Träger bewegbar ist, wobei das Abbildungssystem die Maske bereichsweise auf die lichtempfindliche Fläche abbildet.

Eine solche Masken-Projektionsvorrichtung ist in erster Linie zur Verwendung bei der Halbleiter-Bauelementherstellung im Wege fotolithographischer Methoden vorgesehen. Dabei wird ein als Träger dienendes Halbleiterplättchen mit einem als Fotolack bezeichneten lichtempfindlichen Medium beschichtet und mit Licht, mit dem eine Maske auf die Fotolackschicht projiziert wird, belichtet. Selbstverständlich muß das Licht den

so Wellenlängenbereich enthalten, gegenüber dem der Fotolack empfindlich ist (aktinisches Licht). Durch Entwikkeln und Ätzen des solcherart selektiv belichteten Fotolacks entsteht auf der Halbleiterplättchen-Oberfläche eine Maskierung, mit deren Hilfe Diffusionszonen, Leitungsmuster usw. erzeugt werden können. Bei der Herstellung integrierter Schaltungen sind mehrere solcher Druckschritte erforderlich, die nacheinander ausgeführt werden müssen, wobei jede Maskenbelichtung in genau kontrollierter Ausrichtung auf die vorher erzeugten Muster vorgenommen wird.

Wegen der Feinheit der Maskenmerkmale muß mit einem vergleichsweise hoch auflösenden Abbildungssystem gearbeitet werden. Zu diesem Zweck sind in dem Abbildungssystem zwei bilderzeugende Objektive vorgesehen, von denen das erste eine Zwischenabbildung der Vorlage (Maske) erzeugt und das zweite die Zwischenabbildung auf das lichtempfindliche Medium abbildet. Der Strahlengang ist dabei unter Zwischenschal· tung von Umlenkspiegeln und Bildaufrichtmitteln U-förmig abgeknickt, so daß Maske und fotolackbeschichtetes Substrat nebeneinander auf einem gemeinsamen in zwei verschiedenen Richtungen (x. y) verschiebbaren Tisch angeordnet sind. Die Maske kann daher bereichsweise auf entsprechend aufeinanderfolgende Bereiche der lichtempfindlichen Fläche abgebildet werden. Die bekannte Anordnung trägt dem Umstand Rechnung, daß mit höherem Auflösungsvermögen des Abbildungssystems und der begleitenden Verringerung des Bildfeldes die Maske auf die lichtempfindliche Fläche nicht mehr im ganzen, sondern nur noch bcrcichsweise, beispielsweise in Zeilenrasterform, sukzessive abgebildet werden kann.

Höher auflösende Objektive haben neben der einhergehenden Bildfeldverkleinerung auch noch die Eigenschaft, daß ihre Schärfentiefe abnimmt. Bei der bekannten Masken-Projektionsvorrichtung ist die Abbildungs-

optik hinsichtlich ihrer Tiefenschärfe so ausgelegt, daß während des Betriebs gegebenenfalls auftretende und durch Schwingungen erzeugte Lageänderungen in Richtung der optischen Achse innerhalb des Tiefenschärfebereichs des optischen Systems bleiben, um die Schärfe der Abbildungen nicht zu beeinflussen.

Andererseits sind insbesondere bei den hochintegrierten Halbleiterschaltungen, den sogenannten LSI-Schaltungen, große komplexe Muster mit extrem kleinen Merkmalen auf einem einzigen Halbleiterplättchen definiert, was nach einer entsprechend hochauflösenden Abbildungsoptik verlangt. Beispielsweise müssen Mustermerkmale von 2 μπι Größe noch wiedergegeben werden können. Derart hochauflösende Abbildungsobjektive haben aber extrem kleine Schärfentiefe. Ein auf die lichtempfindliche Fläche projiziertes Bild kann daher nicht auf jene Teile eines fotolackbeschichteten Substrats scharf abgebildet werden, die sich nicht im richtiger. Abstand vom Abbildungsobjektiv befinden. Dieses führt zu einem begleitenden erhöhten Ausschuß und zu erhöhten Herstellungskosten. Die bekannte Projektionsdruckanordnung eignet sich daher nicht in Verbindung mit hoch auflösenden Abbildungsobjektiven, wie diese bei der Herstellung insbesondere hochintegrierter Schaltungen erforderlich sind.

Aus Philips Technische Rundschau, 30. Jahrg. 1969/70, Nr. 4, Seiten 89 bis 98 ist eine Masken-Projektionsanordnung bekannt, bei der die Maskenvorlage gegenüber dem Abbildungssystem fixiert ist, während die zu belichtende lichtempfindliche Fläche auf einem x, y-Tisch in der Abbildungsebene verschieblich gelagert ist Wegen der solcherart gegebenen Relativbewegung zwischen Objektebene und Bildebene kann ersichtlich das Maskenmuster nur als ganzes (oder allenfalls identische Teilmuster hiervon) auf die lichtempfindliche Fläche abgebildet werden. Wird dabei mit hochauflösenden Objektiven gearbeitet, dann können wegen der einhergehenden Bildfeldverkleinerung nur noch Muster mit geringer Flächenausdehnung bewältigt werden, keinesfalls aber großflächige Muster wie diese »Or hoch- oder höchstintegrierte Schaltungen typisch sind. B«!· der bekannten Masken-Projektionsvorrichtung wird nun <?es weiteren eine durch Unebenheit der lichtempfindlichen Fläche bedingte Defokussierung des Abbildungsobjektives dadurch behoben, daß das Objektiv federnd aufgehängt und über eine hydrodynamische Luftlagerung auf der zu belichtenden Stelle der lichtempfindlichen Fläche ruhengelassen wird. Bei einem Luftlager-Versorgungsdruck von beispielsweise 2 bar und einer nominellen Spalthöhe von 20 μπι ändert sich letztgenannte um 1 μπι pro 0,1 bar Änderung des Versorgungsdrucks. Durch Konstanthalten des Luftlagerversorgungsdruckes läßt sich daher im Prinzip auch die Spalthöhe konstant halten, so daß das Objektiv in seiner Scharfeinstellung automatisch jeder Unebenheit der lichtempfindlichen Fläche zu folgen vermag.

Nachteilig bei diesem Regelsystem ist, daß bei der vorgesehenen Luftlagerung des Objektivs oberhalb der zu belichtenden Fläche Staub auf letztere eingeblasen werden kann und bei unsachgemäßer Bedienung das Objektiv auf der lichtempfindlichen Fläche direkt aufsitzt und diese beschädigen kann. Weiterhin versagt dieser Regelmechanismus dann, wenn die lichtempfindliche Fläche, beispielsweise als Folge vorausgegangener Ätzschritte erhabene und vertieft gelegene Stellen besitzt mithin von einer definierten nominellen Spalthöhe nicht mehr gesprochen werden kann. Nicht zuletzt sind Luftlager von Hause aus schwierig zu beherrschen, weil sie bekanntlich zu selbsterregten Schwingungen neigen. Diese bekannte Masken-Projektionsvorrichtung läßt daher sowohl hinsichtlich des erzielbaren Auflösungsvermögens als auch hinsichtlich der Genauigkeit des automatischen Scharfstell-Regelmechanismuszu wünschen übrig.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die Masken-Projektionsvorrichtung der einleitend beschriebenen Art so weiterzub'iden, daß auch bei Verwendung einer hochauflösenden Abbildungsoptik sichergestellt ist, daß auf die lichtempfindliche Fläche stets scharf abgebildet wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Hiernach ist im Prinzip für den Träger und dessen lichtempfindliche Fläche eine in Richtung der optischen Achse auf dem Tisch verschiebbar gelagerte Halterung vorgesehen, die auf einem Bauelement, beispielsweise einem piezoelektrischen Bauelement angebracht ist, dessen Lage gemäß den Steuersignalen einer optischen, die lichtempfindliehe Fläche berührungsfrei abtastenden und eine Fehlausrichtung der lichtempfindlichen Fläche gegenüber einer vorbestimmten Abbildungsebene erkennenden Sensoranordnung mit nachgeschalteter Steuerschaltung regelbar ist.

Da mit einer solchen Sensoranordnung lediglich ein Punkt der lichtempfindlichen Fläche abgetastet zu werden braucht ist auch dann eine sichere Einregelung auf einen vorbestimmten Abstand gegeben, wenn die lichtempfindliche Fläche eine herstellungsbedingte dreidimensionale Topologie besitzt. Im übrigen ist der Genauigkeitsgrad des erfindungsgemäß vorgesehenen Abstandsregelmechanismus ausreichend groß, um der geringen Schärfentiefe hochauflösender Abbildungssysteme Rechnung zu tragen.

Optische Meßsonden zur berührungslosen Messung sind an sich bekannt (DE-AS 19 62 515). Eine auf die vorliegenden Zwecke speziell zugeschnittene, bevorzugte Sensoranordnung ist Gegenstand der Ansprüche 3 und 4.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben; es zeigt

F i g. 1 ein schematisch dargestelltes Beispiel einer erfindungsgemäßen Projektionsdruckanordnung,

F i g. 2 ein Diagramm des Abtastweges der in F i g. 1 abgebildeten Abtastdruckanordnung,

F i g. 3 eine schematische Darstellung der orientierenden Wirkung der Spiegelreflektion,

Fig.4 ein Diagramm der weglängenabhängigen Lichtintensität, das die Wirkung der überlappenden Abtastung wiedergibt,

Fig.5 eine schematische Ansicht einer Apertur, die eine Lichtverteilung der in der Fig.4 gezeigten Art erlaubt und in Verbindung mit der in der F i g. 1 abgebildeten Projektionsdruckanordnung verwendet werden kann,

Fig.6 eine schematischc Darstellung eines Servomechanismus zur Positionseinstellung, der in Verbindung mit der in der F i g. 1 abbildeten Projektionsdruckanordnung verwendet werden kann,

F i g. 7 ein Diagramm, anhand dessen der Abtastweg der Projekiionsdruckanordnung erläutert wird,

F i g. 8 ein Diagramm einer Apertur für Erläuterungszwecke, F i g. 9 ein Lichtintensitätsprofil für Erläuterungs-Zwecke, und

F i g. 10 und 11 Diagramme der sich überlappenden Abtastungen für Erläuterungszweckc. Die Fig. 1 zeigt eine Projektionsdruckanordnung zum Projizieren eines Bildes einer Maske Il auf eine Fotolackschicht 12, die sich auf einem Halbleiterplättchen 13 befindet, mit einer ersten und zweiten Abbildungslinse 15 und 16, einer Feldlinse 17 und den Spiegeln 18,19 und 20. Die Maske und das Plättchen sind gemeinsam auf einem verschiebüchen Auflagetisch 22 angebracht, der von einem Antriebsmechanismus 23 längs eines rastcrförmigen Abtastweges bewegt werden kann. Der bezeichnete Antriebsmechanismus 23 kann beispielsweise den Tisch 22 zuerst in positiver ^-Richtung, dann unvermittelt in negativer y-Richtung, anschließend in negativer Ar-Richtung und dann wieder unvermittelt in negativer /-Richtung verschieben und den genannten Vorgang anschließend wiederholen. Der sich ergebende und durch einen Punkt auf dem Tisch nachgezeichnete Weg ist in der F i g. 2 als rasterförmiger Linienzug 25 dargestellt.

Der Fotolack 12 wird mit einem Abbild der Maske 11 belichtet, indem die Maske mit aktinischem Licht einer Quelle 26 durch ein Abbildungssystem, dessen optische Achse mit 27 bezeichnet ist, auf das Plättchen 13

is abgebildet wird. Im einzelnen bildet die Linse 15 die Maske 11 in einer Bildebene 28 innerhalb der Feldlinse 17 ab, während die Linse 16 die Bildebene 28 auf die Fotolackschicht 12 abbildet. Der Zweck der Feldlinse besteht in Verbindung mit den beiden Abbildungslinsen darin, effizienter Licht auf die Fotolackschicht zu projizieren und das Bildfeld zu vergrößern. Näheres über diese Funktion entnehme man beispielsweise dem Beitrag »Applied optics: A. Guide to Modem Optical System Design« von Leo Levi, John Wiley & Sons, Inc., 1968, Seite 459. Wie später noch näher ausgeführt ist es für das dargestellte Ausführungsbeispiel nötig, eine gerade Anzahl von Abbildungslinsen zu verwenden, um die Auswirkungen der Bildumkchrung zu kompensieren.

Bereits zuvor wurde erläutert, daß ein hohes Auflösungsvermögen jeder Abbildungslinse in der Regel nur auf Kosten des Bildfeldes erreicht wird. Im vorliegenden Fall ist das Auflösungsvermögen der Abbildungslinsen 15 und 16 extrem hoch. Das Bildfeld dieser Linsen ist deshalb kleiner als die Fläche der Maske 11. Es wird also zu jedem vorgegebenen Zeitpunkt nur ein kleiner Teil der Maske Il auf die Schicht 12 abgebildet. Das ist in der F i g. 2 dargestellt, die den jeweils projizierten Bildteil 29 der Maske zeigt Doch wird der Abtastweg des verschiebüchen Tisches 22, wie er durch den Linienzug 25 wiedergegeben wird, so ausgewählt, daß nach Beendigung des Abtastvorganges alle Teile der Maske 11 auf die Schicht 12 abgebildet worden sind. Die gesamte Maske 11 wird daher durch sukzessives Abbilden verschiedener Masken teile auf die Fotolackschicht 12 abgebil-

Es ist natürlich nötig, das Bildfeld so mit dem Abtastraster in Beziehung zu setzen, daß das von der Quelle 26 ausgehende Lichtstrahlenbündel durch alle Teile der Maske 11 projiziert werden kann und daß alle diese Teile auf das Plättchen 13 abgebildet werden. Weil die Maske und das Plättchen mechanisch starr gekoppelt sind, ist es wichtig, daß das Abtastbild auf der Schicht 12 dem abtastenden Lichtstrahlenbündel auf der Maske 11 folgt Es wird also eine gerade Anzahl von Abbildungslinsen verwendet werden, weil jede Abbildungslinse eine Bildumkehr erzeugt, die durch eine zweite Abbildungslinse wieder aufgehoben werden kann.

Nicht ganz se deutlich ist zu erkennen, daß beim dargestellten Ausiühningsbeispiei eine ungerade Anzahl von Spiegeln verwendet werden sollte, wenn der Strahlengang durch Reflektion abgeknickt werden soll. Das kann aus der F i g. 3 entnommen werden, in der die Konsequenzen für den Fall dargestellt sind, daß eine gerade Anzahl von Spiegeln verwendet wird. Wenn ein von der Maske projiziertes Bild in Richtung des Pfeiles 30/4 orientiert ist, dann ist es nach seiner ersten Reflektion in Richtung des Pfeiles 3Od und nach seiner zweiten Reflektion in Richtung des Pfeiles 30Corientiert Wenn also nur zwei Spiegel verwendet wurden, würde das Bild auf dem Plättchen entgegengesetzt zum Objekt auf der Maske orientiert sein und das Abtasten durch Bewegen von Maske und Plättchen in gleiche Richtungen kein vernünftiges Bild ergeben. Dieses Problem tritt beim dargestellten Ausführungsbeispiel immer auf, wenn eine gerade Anzahl von Spiegeln verwendet wird. Wird hingegen eine ungerade Anzahl von Spiegeln verwendet, dann ist das Bild in derselben Richtung wie das Objekt orientiert Wie in Fig. 1 dargestellt, werden bevorzugt drei Spiegel, Spiegel 18, 19 und 20 verwendet. Der verlangte Gleichlauf von Bilderzeugung und Maskenabtastung kann auch mit anderen Mitteln erreicht werden.

Bei dem in der F i g. 1 dargestellten optischen System läßt sich die Maske durch Beleuchten des Plättchens mit

so nichtaktinischem Licht genau auf das Plättchen ausrichten. Der Spiegel 20 kann ein dichroistischer Spiegel sein, der aktinisches Licht reflektiert, nichtaktinisches Licht aber teilweise durchläßt Der Spiegel reflektiert also das von der Quelle 26 herkommende Licht wirksam, gibt aber auch ein bequemes Mittel an Hand, um zu Ausrichtzwecken nichtaktinisches Licht von der Quelle 32 in das optische System zu leiten. Weiter sind auf einem verschiebüchen Auflagetisch 34 gemeinsam die Lichtquelle 26 und ein Mikroskop 33 befestigt Der Auflagetisch wird vor der Ausrichtung so eingestellt, daß nun der Spiegel 35 statt der Quelle 26 im Strahlengang 27 liegt Dann wird das Plättchen 13 mit nichtaktinischem Licht von der Quelle 32 beleuchtet und ein Merkmal des Plättchens mit Hilfe der Linsen 16 und 15 auf die Maske 11 abgebildet Durch Betrachtung des Plättchenbildes und der Maske im Mikroskop 33 kann die Maske 11 so eingestellt werden, daß sie genau mit dem Plättchen übereinstimmt Nach dieser Justage wird der Tisch 34 in die in der F i g. 1 dargestellte Position zurückgeschoben und der

Abtastvorgang kann beginnen, um die Maske auf dem Plättchen abzubilden.

Es sei zunächst das Abtastmuster betrachtet das für eine im wesentlichen gleichmäßige Belichtung der Fotolackschicht 12 erforderlich ist Wenn der Biidteil 29 in F i g. 2 rechtwinklig wäre, der rasterförmige Abtastweg dem in der F i g. 2 dargestellten entspräche und sich die Bilder von aufeinanderfolgenden Abtastungen längs des angesprochenen Abtastweges nicht überlappen würden, dann könnte die Lichtintensitätsverteilung gleiches iöntiig sein, um den Fotolack gleichmäßig zu belichten. Doch ist leicht zu erkennen, daß es sehr schwierig sein würde, die Maske so abzutasten, daß weder Überlappungen noch unverfaßte Streifen im durch die Abtastung wiedergegebenen Gesamtbild auftreten. Um also sicherzustellen, daß alle Merkmale der Maske abgebildet werden, ist es vorzuziehen, daß sich die

Abbildungen aufeinanderfolgender Abtastungen überlappen.

Um zu verhindern, daB wegen Überlappens ungleichmäßig belichtet wird, kann die Lichtintensität des auf die Fotolackschicht projiziertcn Lichtes dreieckförmig verteilt sein. Wenn sich die aufeinanderfolgenden Bildabtastungen um 50% überlappen, dann entspricht die Gesamtverteilung der Lichtintensität der in der Fig.4 gezeigten Charakteristik. In der Fig.4 ist die Lichtintensität abhängig von der Weglänge y in der durch die F i g. 2 wiedergegebenen Wegrichtung aufgetragen.

Die Kennlinie 37 läßt also erkennen, daß die Lichtverteilung für einen abgetasteten Linienzug eine dreieckförm!£e ist. Die Intensitätsverteilung der sich daran anschließenden Abtastungen wird durch die Kennlinien 38,39 etc. dargestellt. Wenn sich die Bilder nachfolgender Abtastungen um 50% überlappen, dann überlappt auch die Kennlinie 38 die Kennlinie 37 um 50%. Wenn jede Verteilungscharakteristik dieselbe dreieckförmige Form \o aufweist und die Überlappung, wie dargestellt, eine 50%ige ist, ist die Intensitätssumme für alle /gleich, d. h. an jeder Wegstelle gleich E₀.

Die in der F i g. 4 dargestellte dreieckförmige Verteilung kann erreicht werden, wenn man eine rechtwinklige Blende 40 des in der F i g. 5 gezeigten Typs in den Strahlengang einfügt. Im einzelnen sollte eine solche Blende in der Bildebene 28 (F i g. 1) vorgesehen werden, damit sich eine Lichtintensitätsverteilung ergibt, die der Blenden-Geometrie entspricht. Es können andere Lichtverteilungen verwendet werden, um, wie zuvor beschrieben, eine gleichmäßige Gesamtverteilung zu erhalten. Es ist aber einfacher, eine rechtwinklige Apertur zu verwenden, um dreieckförige Verteilungen zu erhalten. Außerden kann die Blende maßgerecht zugeschnitten werden, um ungieichrnäuigkciien in eier Lichiiniensiiäisvcrteüung der Queue 26 auszugleichen. Auf das Thema einer gleichmäßigen Belichtung wird im Anhang noch genau eingegangen.

Aus dem zuvor Gesagten geht hervor, daß eine relativ großflächige Maske auf ein relativ großflächiges Plättchen abgebildet werden kann, wenn Linsen mit extrem hohem Auflösungsvermögen verwendet werden, die dementsprechend kleine Bildfelder haben. Werden Linsen mit kleineren Bildfeldern verwendet, dann werden auch die optischen Abbildungsfehler, insbesondere die Verzeichnung, kleiner. Schließlich kann der Fotolack gleichmäßiger belichtet werden, wenn eine geeignete Feldblende bei der Feldlinse benutzt wird.

Angesichts der typisch kleinen Schärfentiefe von Linsen mit hohem Auflösungsvermögen kann es zweckmäßig sein, einen Servomechanismus des in der F i g. 6 dargestellten Typs zu verwenden, um die Fotolackschicht 12 während des Abtastvorganges genau in der Bildebene der Linse 16 zu halten. Auf die Oberfläche der Fotolackschicht wird ein streifend einfallendes Strahlenbündel nichtaktinischen Lichtes, das von einem Laser 41 herrührt, fokussiert. Das an der Oberfläche des Fotolacks am stärksten eingeschnürte Lichtstrahlenbündel wird von einer Linse 42 auf einer Doppelfotodiode 43 abgebildet Die Position des abgebildeten Lichtes auf der Fotodiode hängt von der Höhe des Plättchens ab, und es werden in bekannter Weise verschiedene Signale erzeugt, je nachdem, ob das Licht oberhalb oder unterhalb einer Bezugsstelle auf der Doppelfotodiode auftrifft Das erzeugte Signal wird verstärkt und einem auch als Umsetzer zu bezeichnenden piezoelektrischen Bauelement 44 zugeführt, das sich auf das angelegte Signal hin in vertikaler Richtung ausdehnt oder zusammenzieht. Die Oberfläche des Plättchens wird also stets auf die richtige Höhe gesteuert. Das Plättchen 12 wird vorzugsweise mechanisch am Umsetzer befestigt unö zwsr mit Hilfe sines Vakiiumaufsⁿsnnfutters 46.

Nachstehend seien einige Konstruktionsdctails des Ausführungsbeispiels erörtert. Beim Aufbau der in der F ι g, 1 dargestellten Projektionsdruckanordnung müssen hochentwickelte mechanische Methoden angewendet werden, um die verlangte Abtastpräzision zu erreichen. So können in bekannter Weise Luftlager entworfen <·■■■„ werden, die den Auflagetisch 22 stützen und eine Abtastlinearitäl auf 1 —4 Bogensekunden genau mit einer Reproduzierbarkeit von ±0,05 Mikrometern über eine Spannweite von 101,6 mm hinweg zulassen. Wenn es gewünscht wird, können mehrere Luftlager, die durch eine gemeinsame Arbeitsfläche in jeder Richtung verbunden und etwa 304,8 mm voneinander entfernt sind, die Positionierungsfehler weiter reduzieren. Der Auflagetisch kann sekündlich um 5 cm in x-Richtung bewegt werden, während die y-Bewegung in Schritten von 4 mm erfolgen kann. Jede dieser Bewegungen kann von Schrittmotoren mit geeigneten Dreh-/Linear-Bewegungswandlern ausgeführt werden, um die Luftlagergleitführungen anzutreiben. Es können bekannte Steuersysteme verwendet werden, um eine automatische Positionskorrektur herbeizuführen.

Die Linsen 15 und 16 können beide mehrgliedrige 1/10 χ-Objektive sein. Die Feldlinse 17 kann ebenfalls eine mehrgliedrige Linse sein, um den Einbau einer Feldblende zu ermöglichen. Das aktinische Licht der Quelle 26 kann vorwiegend eine Wellenlänge von 0,407 Mikrometern lufweisen. Für das nichtaktinische Licht der Quelle 32 kann die Wellenlänge überwiegend bei 0,546 Mikrometern liegen, und es kann eine einfügbare Korrektionslinse verwendet werden, um die Auswirkungen der Wellenläiigenunterschiede im Strahlengang zu kompensieren, wie das in der US-Patentschrift 35 28 252 allgemein beschrieben ist

Für den Laser 41 kann ein Helium-Neonlaser verwendet werden, der nichtaktinisches Licht bei 632,8 nm emittiert Bei einem parallelen Laserstrahlenbündel mit 1,5 mm Querschnitt, das von einer zylindrischen Linse mit 25 mm Brennweite fokussiert wird, und bei einem 10 χ-Abbildungsobjektiv kann der Doppeldiodentyp so gewählt werden, daß auf eine Strahlengangverschiebung von 1 μπι hin eine 20%ige Signaländerung entsteht Piezoelektrische Bauelemente sind im Handel für einen Verschiebungsbereich von 12—18 Mikrometern bei einer axialen Belastung von 4,54 kg erhältlich. Bauelemente mit diesen Betriebsdaten sind als Lageumsetzer 44 geeignet Andere Daten und Betriebskennziffern für die Abtastung eines Plättchens mit ungefähr 50 mm Durchmesser sind in der nachfolgenden Tabelle enthalten:

Tabelle Kennziffern des optischen Systems Relative Öffnung f: 1,5

5 Maximales Bildfeld 8 mm Durchmesser

Vergrößerung I χ Belichtungswellenlänge 0,405 μπι

¹ JustierweHeii'änge 0,546 μιη (bei Verwendung einer einsetz-

; baren Linse)

¹ ίο Verzeichnung kleiner als 0,1 μπι

Brennweite ungefähr 40 mm Lichtquelle 350 W, Quecksilberbogenlampe Beleuchtungskonstanz 3%

, Belichtungskonstanz 1%

% is Geschätzte Belichtungszeit auf einem 50 mm- Plättchen 20—30Sekunden : Justiergenauigkeit

pi mit Vergleichsmarkierungen ±0,5 μιτι

' bei automatischem Justieren ±0,25 μπι

1 Kleinstes Mustermerkmal auf Silizium 2,0 um

;' 20 Vorgesehene Plättchengröße 50 mm Durchmesser

j Maximale Plättchengröße 100 mm Durchmesser

Geschwindigkeit des Auflagetisches 5cm/sek.±l% Abtastschritt des Auflagetisches 4 mm ± 1 % Entfernung der Mittelachsen von Maske und Plättchen 20 cm

In der US-Patentschrift 35 73 849 werden bestimmte Verfahren erläutert, mit deren Hilfe die Bewegung eines verschieblichen Auflagetisches sehr genau gesteuert werden kann. Diese Verfahren können grundsätzlich auch = hier angewendet werden. Wie ein geeigneter Antriebsmechanismus entworfen wird, der die beschriebene

" spezielle Art der Rasterabtastung ermöglicht, ist bekannt

, 30 Abwandlungen sind möglich. Zum Beispiel können sphärische Reflektoren in bekannter Weise anstelle von ' Linsen verwendet werden, um die gewünschte Abbildung herzustellen. Das kann besonders von Nutzen sein,

;-; wenn chromatische Aberration und Bildumkehrung vermieden werden sollen.

Anhang

·; Bedingung für eine gleichförmige Beleuchtung

S Es sei ein Abbildungsfeld A betrachtet, das mit konstanter Geschwindigkeit in Richtung X (siehe dazu die

;.λ F i g. 7) abgetastet wird. Es soll angenommen werden, daß die Abtastung A/-maI längs der gleichweit entfernten

fj 40 Achsen y\, yi,y*...y„ wiederholt wird. Die Felder können sich überlappen oder nicht Das Bild- oder Abbil-

p dungsfeld sei die von der Blendenöffnung A (Apertur) überdeckte Fläche. Das Belichtungsfeld ist die ge-^mte

S Fläche, die durch das Abtaten der Apertur A belegt wird. Im folgenden seien die Bedingungen für gleichförmige

^;; Belichtung an allen Punkten ρ innerhalb des Abtastfeldes abgeleitet.

I 45 Definitionen

f: l(x, yh Beleuchtungsintensität innerhalb des Abbildungsfeldes

j| A (x, y}. Feldfunktion -= 1 innerhalb des Abbildungsfeldes

K = 0 außerhalb des Abbildungsfeldes

y Bei dem Abtastprojektionsdrucker ist A (x, y) die Feldblende innerhalb des Beleuchtungssystems. Die gesamte S

ρ Belichtung E\ (y)'m einem Punkte ρ (χ, yX die sich aus der/^cn Abtastung ergibt, beträgt:

I EiM-Eoilfry-yJAfry-yJax (1)

|§ E₀ -.konstant

i? Die Gesamtbelichtung E, (y) im Punkte ρ (χ, y), die aus sämtlichen N-Abtastungen resultiert, beträgt:

I 60 * N

I Eriy)" Σ £/0ί) "Eo Σ J '(*·-V^-^) A(*>"») ^d*· @)

Ü Eine notwendige und hinreichende Bedingung für ein gleichförmiges Belichtungsfeld ist:

^iErW -ο Ο)

Uy

~- Σ ί⁷ (^χ· y -yd^Α <*> -λ) ^dx

-0.

(4)

Das bedeutet, daß beim Zeichnen von Belichtungsprofilen jeder Abtastung zu verlangen ist, daß die Summe der Belichtungswerte für alle Punkte/innerhalb des Belichtungsfeldes gleich einer Konstanten ist.

In den Beispielen, die folgen, soll angenommen werden, daß das Belichtungsfeld gleichmäßig beleuchtet ist. Dann kann man vereinfachend sagen, daß l(x,y)=- konstant ist:

Γ " ^Σ

L"¹

J A{x,y-_yi)dx

ay

-Λ) -0.

(5)

W(y—yi)\sl die Feldfunktionsweite in einem Abstandy—y, von der fcⁿ Abtastachse. So ist für den Fall, daß das Bildfeld konstant beleuchtet wird, die Bedingung für konstantes Belichten des Belichlungsfeldes folgende:

^y [ h

-ο.

(6)

FaIlI

Die Abtastungen überlappen sich nicht. Die Summe weist jetzt nur einen Term auf: - ο mit W(V) - konstant.

(7)

Die Apertur, die dieser Bedingung genügt, ist in der F i g. 8 dargestellt. Das Intensitätsprofil würde das in der F i g. 9 gezeigte sein. Man sieht, daß dieser Fall keinen Spielraum für Abtastpositionfehler läßt. Jeder Abtastfehler, entstanden durch Abweichung von der echten Abtastachse, bewirkt, daß die Belichtung um 100% schwankt.

Fall 2
Die Abtastungen überlappen sich um 50%. Jetzt lautet die Bedingung für die Aperturweite:

-r- WO'-λ) + ay

(8)

Eine Lösung dieser Gleichung ist die in der F i g. 10 dargestellte Aperturfunktion.

Die in der F i g. 11 gezeigten Aperturweiten können aus einer Abbildung einander überlappender Abtastungen abgeleitet werden. Das Belichtungsprofil würde dann das in der Fi g. 4 gezeigte sein. Wenn die maxrnale Aperturweite 8 mm beträgt, dann ist die Steigung jedes Belichtungsprofiles gleich /o/4 mm. Ein Positionsfehler von 40 μπι würde einen 1 %igen Belichtungspegelfehler bewirken.

Wenn in einem allgemeineren Fall das Abbildungsfeld (l(x,y))m.c\A konstant beleuchtet wird, dann erhält man eine gleichmäßige Belichtung durch Auflösen der Integralgleichung (4) für die Feldfunkticn A.

In den Drucker wird vorzugsweise eine Feldblende ähnlich der im Fall 2 diskutierten Aperturfunktion eingebaut Um eine gleichmäßige Belichtung zu erhalten, ist es vorstellbar, diese Feldblende so zu modifizieren, daß die 3%ige Änderung in der Beleuchtungskonstanz kompensiert wird.

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25

30

35

40

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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53

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Claims (1)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Korrigieren der Lage eines eine lichtempfindliche Fläche aufweisenden Trägers in einer Masken-Projektionsvorrichtung, mit

— einem Tisch, der eine Maske und den Träger gegenseitig im wesentlichen fixiert halten und relativ zu einem optischen Abbildungssystem in zwei verschiedenen Richtungen (x,y) parallel zur Maske und zum Träger bewegbar ist, wobei

— das Abbildungssystem die Maske bereichsweise auf die lichtempfindliche Fläche abbildet,