DE2460914A1

DE2460914A1 - Hochaufloesendes bilduebertragungssystem

Info

Publication number: DE2460914A1
Application number: DE19742460914
Authority: DE
Inventors: Albert Dipl Phys Frosch; Hans Dipl Phys Korth
Original assignee: IBM Deutschland GmbH
Current assignee: IBM Deutschland GmbH
Priority date: 1974-12-21
Filing date: 1974-12-21
Publication date: 1976-06-24
Also published as: DE2460914C2; FR2295452B2; GB1510007A; JPS548070B2; FR2295452A2; JPS5186975A

Description

Böblingen, den 18. Dezember 1974

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Anmelderin: IBM Deutschland GmbH

7 Stuttgart 80 Pascalstraße 100

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: GE 974 007

Hochauflösendes Bildübertragungssystem

Bei der übertragung der Abbildung sehr fein strukturierter Muster, beispielsweise bei der Übertragung der Abbildung der Masken bei der Herstellung von integrierten Schaltungen auf mit einer Photolackschicht überzogene Halbleiterplättchen, werden optische Systeme benötigt, die neben einem sehr hohen Auflösungsvermögen noch die Eigenschaft haben, Abbildungen mit vernachlässigbaren Verzerrungen und Abbildungsfehlern zu erzeugen. Darüberhinaus soll das Bildfeld möglichst groß sein, damit die Belichtung der relativ großen Halbleiterplättchen möglichst auf einmal erfolgen kann. Mit den ständig kleiner werdenden Abmessungen der einzelnen Elemente der integrierten Schaltungen werden die Anforderungen an die oben genannten Eigenschaften der abbildenden Systeme immer höher, so daß diese Anforderungen mit den zur Verfügung stehenden optischen Hilfsmitteln nicht mehr erfüllt werden können. Es wurden daher schon Vorrichtungen vorgeschlagen, bei denen jeweils nur ein kleiner Bereich einer Vorlage auf die Aufnahmefläche abgebildet und die Gesamtabbildung durch eine Vielzahl von Einzelabbildungen gebildet wird. Zu diesem Zweck wird die Aufnahmefläche relativ zum abbildenden System und zur Vorlage (Maske) schrittweise bewegt. Diese Vorrichtungen haben eine Reihe von schwerwiegenden Nachteilen. Einmal müssen die einzelnen Schritte der Verschiebung bis auf sehr kleine Toleranzen einander gleichen und genauestens auf die Größe der Teilbilder abgestimmt

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sein. Andererseits ist eine sehr große Anzahl von Einzelbelichtungen erforderlich, da durch eine Einzelbelichtung möglichst jeweils nur ein in sich abgeschlossener und unabhängiger Bereich der gesamten Maske übertragen werden soll. Zieht man weiterhin in Betracht, daß selbst kleinste während einer Belichtung auftretende Schwingungen das Auflösungsvermögen und die Verzerrungsfreiheit einer derartigen Abbildung stark beeinträchtigen, so ist leicht einzusehen, daß eine Belichtung erst nach dem Ablauf einer bestimmten, für das Abklingen der Schwingungen notwendigen Zeitspanne nach Beendigung eines BewegungsSchrittes erfolgen darf. Bei anderen bekannten Systemen, bei denen die Relativbewegung kontinuierlich erfolgt, wird mit extrem kurzen Lichtblitzen gearbeitet. Trotz der Kürze der zur Verfügung stehenden Lichtblitze darf die Relativbewegung eine bestimmte Geschwindigkeit nicht überschreiten _f wenn extrem scharfe Abbildungen erforderlich sind. Das hat zur Folge, daß die Zeiten für die Belichtung eines ganzen Halbleiterplättchens sehr lang werden, was die Anwendbarkeit derartiger Vorrichtungen stark einschränkt. Die große Anzahl von Einzelschritten bzw, Einzelbelichtungen und die relativ langen Zeiten, die zur Durchführung einer Belichtung erforderlich sind, haben zur Folge, daß die Belichtung eines Halbleiterplättchens von durchschnittlicher Größe Zeiten beansprucht, die in der Größenordnung von Stunden liegen.

In der DPS 1 934 084 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausrichten von Mustern an der oberen Fläche eines undurchsichtigen Plättchens mit Hilfe von an seiner unteren Fläche befindlichen Mustern beschrieben. Dabei werden die an beiden Seiten des Plättchens befindlichen Muster durch je ein Mikroskopobjekt abgebildet und die beiden Abbildungen über mehrere Ablenkspiegel und einen. Strahlenteiler im Bildfeld eines Okulars überlagert. Die übertra-

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gung fvönelner Seite zur anderen Seite des Plättchens durch Aneinanderreihen von Teilabbildungen wird in dieser Literaturstelle weder beschrieben noch nahegelegt.

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im Hauptpatent (Patentanmeldung P 2 050 590,2) wird eine Vorrichtung beschrieben, bei der eine abzubildende Vorlage und eine durch die Abbildung der Vorlage zu belichtende lichtempfindliche Schicht in Bezug auf eine abbildende Optik und eine Beleuchtungsquelle gemeinsam verschiebbar angeordnet sind. Die Anordnung ist so getroffen, daß über die relativ zu den unverschiebbar in Bezug aufeinander angeordneten Objekt- und Bildträger verschiebbar angeordnete abbildende Optik jeweils nur ein kleiner Teil der insgesamt zu übertragenden Fläche, diese jedoch mit extremer Schärfe und Auflösungsverraögen, abgebildet wird. Durch eine kontinuierliche Verschiebung des jeweils im Bereich der abbildenden Optik befindlichen Teils der Vorlage entlang dicht nebeneinander liegender Zeilen wird das gesamte zu übertragende Muster in relativ kurzer Zeit ohne Erschütterungen der Aufnahmeapparatur auf die zu belichtende Fläche übertragen. Während bei den vorbekannten "step and repeat"-Kameras die Relativbewegung zwischen abbildender Optik und zu übertragendem Muster zur Durchführung jeder Einzelbelichtung nach genau einzuhaltenden räumlichen Abständen unterbrochen werden mußte, können mit der Vorrichtung nach dem Hauptpatent die einzelnen Zeilen ohne Unterbrechung der Relativbewegung im Verlaufe einer kontinuierlichen Verschiebung über das ganze Bildfeld hinweg belichtet werden. Eine exakte räumliche Abstimmung der Bewegung muß nur beim übergang von einer Zeile zur anderen eingehalten werden, damit das Auftreten von doppelbelichteten Randbereichen oder unbelichteten Zwischenbereichen vermieden wird. Da die Abbildung der auf die lichtempfindliche Schicht zu übertragenden Maske, wie bei der Belichtung der Photolackschicht bei der Herstellung von integrierten Schaltungen allgemein üblich, im Durchlichtverfahren erfolgt, muß der Abstand zwischen Maske und lichtempfindlicher Schicht mindestens so groß sein, daß dazwischen Platz für eine hochauflösende abbildende Optik oder eine Lichtquelle ist.

Obwohl die Vorrichtung nach dem Hauptpatent gegenüber dem vorbekannten Stand der Technik eine Reihe von Vorteilen bezüglich der

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Geschwindigkeit, der Störungsfreiheit und des Auflösungsvermögens der übertragenen Muster aufweist, hat es sich jedoch gezeigt, daß die bei immer kleiner werdenden Schaltelementen und immer größeren Packungsdichten bei der Herstellung von integrierten Schaltungen auftretenden Schwierigkeiten auch mit dieser Vorrichtung nicht in optimaler Weise gelöst werden konnten.

Diese Schwierigkeiten sind im wesentlichen dadurch bedingt, daß die zulässige Führungsungenauigkeit nur einen Bruchteil des gewünschten Auflösungsvermögens betragen darf. Nähert man sich der theoretischen Auflösungsgrenze von 0,3 bis 0,5 μια, so bedeutet das, daß die mechanischen Toleranzen in der Größenordnung von 0,1 μΐη liegen müssen. Es war bisher nicht möglich, solche Werte mit relativ schnell laufenden KreuzSupporten zu erreichen, insbesondere dajnn, wenn der Abstand zwischen Ma,ske und belichtender Fläche relativ groß ist.

Ein Kreuzsupport, auf dem eine Maske und eine zu belichtende Schicht befestigt ist, besitzt im allgemeinen sechs Freiheitgrade; In Richtung der Verschiebekoordinaten X und Y, sowie senkrecht zu diesen beiden in Z Richtung; hierzu kommen Drehungen um diese Achsen, Ist X die Abtastrichtung _f so verbleiben noch fünf zu kontrollierende Freiheitsgrade, Mit der im Hauptpatent beschriebenen Vorrichtung kann nur der Einfluß einer Drehung um die Z-Achse Achse auf die Abbildung eliminiert werden. Die durch die mit dieser Vorrichtung nicht ganz auszuschließenden Kippbewegungen um die beiden anderen Achsen bedingten Bildversetzungen sind vom Verhältnis des Abstandes zwischen dem zu übertragenen Muster und der lichtempfindlichen Schicht und des Abstandes zwischen den Auflagern des Kreuzsupports abhängigJ der Abstand zwischen dem zu übertragenden Muster und der zu belichtechtenden lichtempfindlichen Schicht kann, wie oben dargelegt, nicht beliebig klein gemacht werden, während der Abstand zwischen den Auflagern des Kreuzsupports aus konstruktiven Gründen nicht beliebig groß gemacht werden kann. In der Praxis hat es sich gezeigt, daß der Abstand

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zwischen dem zu übertragenden Muster und der zu belichtenden Schicht nicht kleiner als etwa 5 cm gemacht werden kann. Der Abstand zwischen den Auflagern des Kreuzsupports liegt in der gleichen Größenordnung.

Abweichungen in Y Richtung führen zwar zu keiner Versetzung des Bildes _f wohl aber zu einer Ungleichmäßigkeit der Abrasterungsspuren (scanning traces), Es findet also entweder ein Überlappen oder ein Auseinanderklaffen der einzelnen Spuren statt. Dieser Effekt kann bei den bisher bekannten Anordnungen nur durch zeitaufwendiges mehrfach Abrastern oder Abtasten vermieden werden.

Bewegungen in Z Richtung führen schließlich zu einer Veränderung des Abbildungsma.ßstabes sowie zu einer Minderung der Bildschärfe, Hier machen sich neben den Führungsfehle&rn Verkippungen und Unebenheiten der zu belichtenden Fläche und gegebenenfalls auch der Maske besonders unangenehm bemerkbar.

Aufgabe

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, bei Vorrichtungen der im Hauptpatent beschriebenen Art mechanische Führungsfehler weitgehend unschädlich zu machen und eine Anordnung anzugeben, die bei einfacher Lösung des Problems der Anpassung der einzelnen Abtastspuren schon mit kommerziell verfügbaren objektiven (z.B. sogenannten Plan-Apochromaten), gegebenenfalls mit ölimmersion, an die theoretische Auflösungsgrenze heranreicht. Da es kein grundsätzliches Hindernis gibt_f Maske und Halbleiterplättchen in eine geeignete Flüssigkeit zu tauchen und geeignete automatische Fokussier- und Justiervorrichtung zu verwenden, sind mit Aperturen, die größer als 1,3 sind, Auflösungen von Elementen in der Größenordnung von 0,3 ym möglich. Diese Aufgabe wird durch die in den nebengeordneten Ansprüchen 1, 4 und 8 beschriebene Erfindung gelöst.

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Vorteile

Wie schon bei der Beschreibung des Standes der Technik kurz angegeben, wachsen die bei Auftreten von mechanischen FÜhJfungsfehlern entstehenden Störungen des von einer Maske auf ein Halbleiterplättchen durch Teilbildübertragung übertragenen Muster*proportional mit dem Abstand zwischen Objekt und Bildebene, Darüberhinaus hat es sich gezeigt, daß bei Vorrichtungen mit größer werden dem Abstand zwischen Objekt-' und Bildebene die die Relativbewegung zur abbildenden Optik bewirkenden Kreuzsupporte schon aus Gründen der mechanischen Festigkeit schnell größer und schwerer werden, was die Anforderungen an die Stabilität der mechanischen Führungsmittel wie Gleitlager, Rollen-, Walzen- _f oder luftlager bei gleichzeitig sinkender Führungsgenauigkeit wesentlich steigert. Durch die Erfindung werden nicht nur die durch Führungsungenauigkeiten der Kreuzsupporte und Unebenheiten der Objekt- und Bildflächen verursachten Störungen der übertragenen Muster um Zehnerpotenzen verkleinert, es wird auch möglich, besonders exakte Führungsmittel wie Luftlager zu verwenden, durch die die Qualität der übertragenen Muster noch weiter verbesstert wird, Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, daß bei relativ leichten KreuzSupporten Luftlager mit optischem Planglas verwendet werden können, das in Form von Platten von 20 - 40 cm Durchmesser mit einer Ebenheit von λ/20 (ä 0,025 μπι) im Handel erhältlich ist. Diese Art von Lager kann bei den bisher bekannten Vorrichtungen der oben genannten Art wegen des großen Gewichtes der die zu kopierenden Masken und Halbleiterplättchen tragenden Supporte nicht verwendet werden, Wie aus der Beschreibung der Fig, 3 ersichtlich, werden die durch die oben genannten Maßnahmen ganz wesentlich herabgesetzten, durch mechanische Fühlungsfehler bedingten Störfaktoren durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Blendenform noch weiter herabgesetzt.

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Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung wird anschließend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen; ■

Fign, 1A Zwei zum Stande der Technik gehörende Masken- und 1B projektionseinrichtungen

Fig, 2 Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung

FIg, 3A und 3B Schematische Darstellungen zur Erläuterung der

bei fehlerhafter Ausrichtung der einzelnen Teilabbildungen auftretenden Belichtungsfehler,.

Xn Fig, IA wiJ?d eine zum, Stande der Technik gehörende sogenannte "Schrittschaltkamera" (step and repeat-Kamera) schematisch dargestellt, bei der die von einer Lichtquelle 1 ausgehende Strahlung über eine Kondensorlinse 2 eine Maske 3 beleuchtet, Diese Maske wird durch eine Linse 4 jeweils auf einen Teilbereich eines mit einer Photolackschicht überzogenen Halbleiterplättchen 5 verkleinert abgebildet. Um die ganze Fläche des Halbleiterplättchens durch eine Vielzahl von Maskenabbildungen zu belichten, wird der das Halbleiterplättchen 5 tragende Kreuzsupport 6 schrittweise entlang einer Vielzahl von zueinander parallelen, äquidistanten Linien verschoben, wobei bei jedem Stillstand eine Belichtung durchgeführt wird, Während der Bewegung fällt kein Licht auf die Photolackschicht des Halbleiterplättchens, Wegen der erforderlichen hohen Präzision und Lagegenauigkeit der einzelnen Abbildungen dürfen die einzelnen Belichtungen jeweils erst nach Abklingen der durch die Verschiebung des Kreuzsupports 6 verursachten Vibrationen der gesamten Vorrichtung durchgeführt werden. Dieser Umstand und die meist außerordentlich große Anzahl von Einzelbelichtungen hat zur Folge, daß zur Belichtung eines ganzen Halbleiterplättchens oft mehrere Stunden erforderlich sind, was mit

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einer rationellen Massenfertigung nicht vereinbarlich ist. Wie leicht einzusehen, wirken sich darüberhinaus beispielsweise durch Erwärmung verursachte Formänderungen eines ein Gehäuse 7 tragenden Ständers 8 sehr nachteilig auf die Lagegenauigkeit der einzelnen Maskenabbildungen aus, was insbesondere bei fein strukturierten Lichtmustern und hohen Packungsdichten die Verwendbarkeit solcher Vorrichtungen in Frage stellt. Wegen des großen Abstandes zwischen der Maske 3 und dem Halbleiterplättchen 5,bewirken,da 4x = 1 x sinA$, schon geringfügige Kippbewegungen Δφ der optischen Achse 0 beträchtliche Verschiebungen Δχ der einzelnen Abbildungen in Bezug auf ihre Sollagen.

Um die mit einer schrittweisen Verschiebung des Halbleiterplattchens in bezug auf die Maske verbundenen Nachteile zu vermeiden, wurde im Hauptpatent (Hauptanmeldung) eine Lösung gemäß der in Fig, 1B dargestellten Vorrichtung vorgeschlagen, bei der jeweils ein kleiner Bereich einer durch nicht dargestellte Mittel beleuchteten Maske 3 über eine aus Linsen 4A bis 4D bestehende Optik jeweils auf einen kleinen Bereich eines mit einer Photolackschicht überzogenen Halbleiterplattchens 5 abgebildet wird. Es ist leicht einzusehen, daß jede eine Kippbewegung des die Halterungen für die Maske 3 und das Halbleiterplättchen 5 tragenden Ständers 9 bewirkende Unebenheit der Führungsflächen des Kreuzsupports 6 eine seitliche Verschiebung der Abbildung des jeweils' abgebildeten Maskenbereiches auf dem Halbleiterplättchen 5 zur Folge hat. Es ist leicht einzusehen, daß bei einem Verhältnis des Abstandes zwischen den beiden Kugeln 10, 11 des Kreuzsupports zum Abstand zwischen Maske 3 und Halbleiterplättchen 5 von 1:2 bis 1:3 jede Unebenheit der Kugelflächen oder ihrer Führungsebenen in der Größenordnung von λ/4 (λ = Wellenlänge des sichtbaren Lichts) eine Verschiebung der Abbildung der Maske auf dem Halbleiterplättchen um mindestens eine halbe Wellenlänge, d,h, 0,25 bis 0,35 μπι zur Folge hat. Das bedeutet, daß es mit den bekannten Vorrichtungen nicht möglich ist, die für die nahe Zukunft ge-

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plante Herstellung von integrierten Halbleiterschaltungen mit Leiter- und Schaltungselementen mit Dicken von 1 jjm und darunter zu verwirklichen_f da zur übertragung derartig fein strukturierter Lichtmuster wesentlich höhere Genauigkeiten erforderlich sind,

Das in Fig, 2 dargestellte AusführungsbeispieT>'besteht aus einem Metallblock 20 _f in dem Ausnehmungen und Bohrungen zur Aufnahme der Beleuchtung- und Abbildungsoptik sowie eines Kreuzsupports für eine Maske und ein Halbleiterplättchen vorgesehen sind» Die von einer Lichtquelle 21 ausgehende Strahlung wird durch eine Linse 22 in der Öffnung einer Lochblende 23 fokussiert und durch eine Linse 24 parallel gerichtet. Die durch eine Aperturblende 25 seitlich begrenzte Strahlung 26 wird an einem unter einen Winkel von 45 angeordneten Spiegel 27 in Richtung auf einen teildurchlässigen Spiegel 28 und auf eine zu beleuchtende und abzubildende Maske 40 abgelenkt. Die den teildurchlässigen Spiegel 28 verlassende Strahlung wird durch ein Mikroskopobjektiv 42 auf den jeweils zu beleuchtenden und abzubildenden Bereich der Maske 40 gerichtet. Die an der Maske reflektierte oder gestreute Strahlung 44 durchsetzt das Mikroskopobjektiv 42, wird am teildurchlässigen Spiegel 28 und an einem weiteren Spiegel 29 abgelenkt, durchsetzt eine in einem Gehäuse 30 angeordnete, aus zwei Feldlinsen 31 und 33 sowie einer Sechseckblende 32 bestehende Anordnung, wird an einem Spiegel 34 erneut abgelenkt und gelangt zu einem teildurchlässigen Spiegel 35, von dem ein Teil der Strahlung zu einem zweiten Mikroskopobjektiv 43 abgelenkt und der andere Teil zu einem Fokusdetektor 60 durchgelassen wird.

Die die Feldlinsen 31 und 33 sowie die Sechskantblende 31 aufnehmende Halterung 30 durchsetzt eine kreisförmige oder viereckige Ausnehmung 84 eines Trägerelementes 80, ohne dessen Bewegung bei der Abtastung des gesamten Maskenbereichs zu behindern.

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Der zum Mikroskopobjektiv 43 abgelenkte Teil des Strahls 44 erzeugt eine Abbildung des jeweils durch das Mikroskopobjektiv 42 ausgeleuchteten Bereichs der Maske 40 auf der mit einer Photolackschicht überzogenen oberen Fläche eines Halbleiterplättchens 50, Das an diesem Halbleiterplättchen gestreute und reflektierte Licht wird durch das Mikroskopobjektiv 43 durch den teildurchlässigen Spiegel 35 hindurch zu einem zweiten teildurchlässigen Spiegel 36 übertragen. Ein Teil der zu diesem Spiegel gelangenden Strahlung wird zu einem zweiten Fokusdetektor 61 abgelenkt, während der andere Teil zu einem Okular 63 gelangt, über das eine Ausrichtung des Halbleiterplättchens 50 auf die Maske 40 überwacht werden kann* Die Ausrichtung erfolgt durch drei über nicht dargestellte Mittel steuerbare Servomotore, von denen nur ein zur Verschiebung einer das Halbleiterplättchen 50 tragenden Trägerplatte 86 dienender Servomotor 82 dargestellt ist, Die Bewegung des Servomotors 82 wird über eine Stange 81 auf die Trägerplatte 86 übertragen. Die Trägerplatten 85 und 86 weisen jeweils Bereiche 85o und 86o mit Ansaugöffnungen auf, durch die über Saugleitungen 87, 88 ein das Halbleiterplättchen 50 und die Maske 40 steuerbar festhaltender Unterdruck an den entsprechenden Flächen der Trägerplatten erzeugt werden kann.

Das die Trägerplatten 85, 86 halternde Trägerelement 80 ist an beiden Seiten mit Düsenplatten 94, 97 versehen, denen über Rohrleitungen 93, 96 Druckluft zugeführt wird. Die Düsenplatten gleiten auf zwischen ihnen und den mit höchster Präzision bearbeiteten Glasplatten 95, 98 entstehenden Luftkissen, Die Scharfeinstellung der beiden Mikroskopobjektive 42, 43 auf die ihnen zugeordneten Flächen der Maske bzw, des Halbleiterplättchens erfolgt durch Servomotore 64 bzw, 74, die über Zahnräder 65, 66 bzw, 75, 76 mit den in Gewindeführungen 67, 77 drehbar gelagerten Mikroskobobjektiven 42 bzw. 43 verbunden sind. Die Steuerung der Servomotore 64, 74 erfolgt durch die die Scharfeinstellung der Mikroskopobjektive 42, 43 überwachenden Fokusdetektoren 60, 61,

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die über Leitungen 60c und 61c mit diesen Motoren verbunden sind. Wie oben angegeben, wird der jeweils durch die Lichtquelle 21 beleuchtete kleine Bereich der Maske.40 über das Mikroskopobjektiv 42, den teildurchlässigen Spiegel 28, die Linse 31, die Rechteckblende 32, die Linse 33, die Spiegel 34 und 35und das Mikroskopobjektiv 43 auf einen zugeordneten Bereich des Halbleiterplättchens 50 abgebildet_f und belichtet die in diesem Bereich liegende Photolackschicht.

Zur übertragung des Musters der gesamten Maske 40 auf das HaIbleiterplättchen 50 wird das Trägerelement 80 durch nicht dargestellte Antriebsmittel mäanderförmig so verschoben, daß die gesamte Fläche der Maske und des Halbleiterplättchens nach Art eines Fernsehrasters abgetastet wird. Die Abstände zwischen den einzelnen Abtastspuren sind dabei so bemessen, daß sich die schräg zur Abtastrichtung liegenden Seiten der durch die Rechteckblende 32 definierten Bildfenster (Fign. 3A und 3B) vollständig überlappen» Die sich bei Bewegung eines Bildfeldes 100 entlang einer der Linien 110 ergebenden Werte der Intensitäts-Zeit-Integrale werden durch die im unteren Teil der Fig. 3A dargestellten Kurven 102 wiedergegeben. Wie aus dieser Figur ersichtlich, addieren sich die den einzelnen Abtastspuren zugeordneten Belichtungswerte über das gesamte abgetastete Bildfeld zu einem konstanten, durch die Linie 103 dargestellten Wert. Sind, wie in Fig. 3B wiedergegeben, die Abstände der einzelnen Äbtastspuren 110 größer als w, beispielsweise w + Aw, so daß sich die schräg zur Abtastrichtung liegenden Seiten 101 nicht vollständig überlappen, so addieren sich die die Werte der Intensitäts-Zeitintegrale wiedergebenden Kurven 102 im Bereich des gesamten Bildfeldes zu einem durch die Kurve 104 wiedergegebenen Wert, der, wie aus Fig. 3B ersichtlich, jeweils in der Mitte zwischen zwei benachbarten Abtastspuren zwar von der Sollwertkurve 103 abweicht, bei den praktisch vorkommenden Werten von Aw.für eine ausreichende Belichtung aber genügend groß ist. Ist der Abstand zwischen den Abtastspuren 101 dagegen kleiner, also beispielsweise w- Aw, so treten, wie leicht einzusehen ist, in der Mitte.

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zwischen zwei benachbarten Abtastspuren Belichtungswerte auf, die über den durch die Sollwertkurve 103 dargestellten Werten liegen. Auch diese Abweichungen von den Sollwerten der Belichtung sind in der Regel unschädlich. In der Praxis werden die Abtastfehler weniger durch Abstandsänderungen geradliniger Abtastspuren als durch unregelmäßige Riehtungsänderungen der einzelnen Abtastspuren und somit durch unregelmäßige Abstandsänderungen zwischen benachbarten Abtastspuren entstehen.

Anstelle der sechseckigen Bildfelder können auch rautenförmige Bildfelder oder Bildfelder in Form eines mit einer Diagonale parallel zur Abtastrichtung liegenden Quadrats verwendet werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die in den Fign. 3A und 3B dargestellten sechseckförmigen Bildfelder eine optimale Lösung darstellen f da. bei diesen Bildfeldern die in den Kompensa,tionsbereich fallenden Abweichungen vom Sollabstand der Abtastspuren zwar relativ klein sind, die bei einer gegebenen in diesem Bereich

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liegenden Abweichung Aw auftretenden Belichtungsfehler in der

Regel aber noch vernachlässigt werden können.

Da Sechsecke einen größeren Flächenbereich als Rauten oder Quadrate mit gleichen Durchmessern einschließen, sind sie diesen un<fc&T anäeren auch in Bezug auf den Belichtungswirkungsgrad überlegen, „Bei Bildfeldern mit höheren SeitensSa=ahlen wird der Kompensationsbereich schnell kleiner, so daß selbst kleine mechanische Führungsfehler zu Fehlern der übertragenen Muster führen.

Wie sich aus der Diskussion der Fig. 1B ergibt, sind die bei der Vorrichtung nach Fig. 2 auftretenden Positionierungsfehler der übertragenen Bildfelder, die auf durch mechanische Führungsfehler bedingte Kippbewegungen von Maske und Halbleiterplättchen zurückzuführen sind, um Zehnerpotenzen kleiner als bei den bisher bekannten Maskenübertragungsvorrichtungen, da das Verhältnis des Abstands zwischen Maske und Halbleiterplättchen zum Abstand zwischen den Luftlagern 90 und 92 ebenfalls um Zehnerpotenzen

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kleiner ist. Bei dem in Fig, 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieses Verhältnis etwa gleich 1:40, In der Praxis wird dieses Verhältnis in der Regel, noch wesentlich kleiner sein.

Durch die laufende Scharfeinstellung der Mikroskopobjektive und 43 mit Hilfe der ihnen zugeordneten Photodetektoren 60 und und Servomotoren 64 und 74 wird nicht nur eine gleichmäßig optimale Schärfe der Abbildung im gesamten Bereich des Halbleiterplättchens 50 sichergestellt, sondern auch die durch Abweichungen der Objektebene von der Brennebene bedingten Veränderungen der Vergrößerung vermieden, die bei teilbereichsweiser Übertragung eines großflächigen, extrem fein strukturierten Lichtmusters besonders schädlich sind.

Die der Erfindung zugrundeliegende, in der Beschreibungseinleitung definierte Aufgabe wird somit im wesentlichen durch drei einander ergänzende und im unterschiedlichen Umfang das angestrebte Ziel fördernde Maßnahmen gelöst.

1, Der Abstand zwischen Maske und Halbleiterplättchen wird bei gleichzeitiger Vergrößerung des Abstandes zwischen den Führungsflächen des Kreuzsupports durch eine besondere Ausgestaltung der die Maske und das Halbleiterplättchen tragenden Bereiche des Kreuzsupports sowie durch Verwendung von im Auflicht beleuchteten Masken sehr stark verkleinert.

2, Zum Ausgleich von vertikalen Führungsfehlern

(in Z Richtung) sowie von Unebenheiten der Masken- und Halbleiteroberflächen wird eine doppelte automatische Objektivnachführung eingesetzt. (Derartige Systeme höchster Genauigkeit und hoher Nachführungsgeschwindigkeit wurden in der Literatur beschrieben). Dabei ist zu beachten, daß durch die doppelte Nachführung nicht nur der bekannte Effekt

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der automatischen Fokuslerung erreicht, sondern vor allem der Abbildungsmaßstab konstant gehalten wird. Bei kleineren Bewegungen des Supports in Z Richtung verringert sich die Schärfe der Abbildung nämlich in erster Näherung nicht, wohl aber der Abbildungsmaßstab, was insbesondere bei größeren Bildfeldern besonders störend ist,

3, Durch eine im Abbildungsstrahlengang angeordnete sechseckige Bildfeldblende wird sichergestellt, daß selbst Abweichungen der Istlagen der einzelnen Bildfelder von ihren Sollagen _f die in der Größenordnung von bis zu 10% der Bildfelddurchmesser liegen, weitgehend unschädlich gemacht werden.

Es hat sich gezeigt, daß mit der in Fig. 2 dargestellten Vor richtung überlagerungsgenau!gkeiten von 0,1 um und weniger erreicht werden konnten. Wie aus der Diskussion der Fig. 1B hervorgeht, sind selbst um eine Zehnerpotenz schlechtere Überlagerungsgenauigkeiten mit den bisher bekannten Maskenprojektionsvorrichtungen nicht zu gewährleisten.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1, Projektionsvorrichtung zur Belichtung der Photolackschicht bei der Herstellung integrierter Schaltungen^ . mit einem Maske und Halbleiterplättchen gegeneinander unverrückbar haltenden _f in bezug auf ein abbildendes System entlang mehrerer nebeneinander liegender Abtastspuren verschiebbaren Kreuzsupport nach Patent,,., (Patentanmeldung P 2 050 590,2)_f dadurch gekennzeichnet, daß das die zu übertragende Maske (40) und das Halbleiterplättchen (50) an gegenüberliegenden Seiten haltende Element (85, 86) extrem dünn ausgebildet ist und daß das den Kreuzsupport bildende Trägerelement (80) auf weit auseinanderliegenden Fuhrungsbajtinen (9.5₇ 98) gelagert ist,

2, Projektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das als Kreuzsupport dienende Trägerelement (80) zwecks Verkürzung des von der einen Seite zur andern Seite des Kreuzsupports führenden Abbildungsstrahlengangs eine Ausnehmung (84) von der Größe des zu übertragenden Lichtmusters aufweist,

3, Projektionsvorrichtung nach Anspruch 2_f dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbahnen des Kreuzsupports als Luftlager (90, 92) ausgebildet sind,

4, Projektionsvorrichtung zur Belichtung der Photolackschicht bei der Herstellung integrierter Schaltungen,, mit einem Maske und Halbleiterplättchen gegeneinander unverrückbar haltenden, in bezug auf ein abbildendes System entlang mehrerer nebeneinander liegender Abtastspuren verschiebbaren Kreuzsupport nach Patent.... (Patentanmeldung P 2 050 490,2), gekennzeichnet durch eine die Form eines Vielecks aufweisende Bildfeidblende (32) und einen

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derartigen Abstand der einzelnen Abtastspuren, das die schräg zur Abtastrichtung verlaufenden Begrenzungen des Bildfeldes sich bei Abtastung benachbarter Abtastspuren (110) überlagern, derart, daß das Intensität-Zeit-Integral der Belichtung über den ganzen Bereich konstant oder annähernd konstant ist.

5. Projektionsvorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine sechseckförmige Bildfeldblende (32).

6. Projektionsvorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine rautenförmige Bildfeldblende (32),

7. Projektionsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet f daß die Bildfeldblende (32) die Form eines Quadrats mit einer zur Abtastrichtung parallelen Diagonale aufweist.

8. Projektionsvorrichtung zur Belichtung der Photolackschicht bei der Herstellung integrierter Schaltungen/ mit einem Maske und Halbleiterplättchen gegeneinander unverrückbar haltenden, in bezug auf ein abbildendes System entlang mehrerer nebeneinander liegender Abtastspuren verschiebbaren Kreuzsupport nach Patent,,., (Patentanmeldung P 2 050 590.2), gekennzeichnet durch zwei Fokusdetektoren (60, 61) und zwei Servomotore (64, 74) zur automatischen, eine ständige Scharfeinstellung Wirkenden Nachführung der abbildenden Objektive (42, 43) .

9. Projektionsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein als Kreuzsupport ausgebildetes Trägerelement (80) mit einer Ausnehmung zur Aufnahme von die durch zeilenweise kontinuierliche Abtastung abzubildende Maske (40) und

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zu belichtende Halbleiterelement (50) aufnehmende und durch Unterdruck haltende Elemente (85, 86), und einer zweiten Ausnehmung (84) zur Aufnahme des die beiden gegenüberliegenden Seiten des aus dem Trägerelement (80) bestehenden Supports verbindenden Abbildungsstrahlengangs, durch zwei Luftlager (90, 92), durch zwei in Gewindebohrungen (67, 77) gelagerte Mikroskopobjektive (4.2,. 43) zur Beleuchtung und Abbildung der Maske (40) auf das Halbleiterplättchen (50), durch zwei Fokusdetektoren (60, 61), zur dauernden überwachung des Fokussierungszustandes der beiden Mikroskopobjektive (42, 43) und durch zwei mit den Fokusdetektoren verbundene Servomotore (64, 74), die über Zahnräder (65, 66, 75f 76) die Mikroskopobjektive (42_f 43) unter Steuerung der Photodetektoren zur ständigen Aufrechterhaltung ihrer Scharfeinstellung in Richtung ihrer optischen Achsen steuerbar verschieben,

10, Projektionsvorrichtung nach Anspruch 10_f gekennzeichnet durch eine Lichtquelle (21), eine Kondensorlinse (22)_f eine eine Punktlichtquelle annähernde Lochblende (23), eine Kollimatorlinse (24)_f eine Beleuchtungsfeldblende (25), einen ersten Ablenkspiegel (27), einen den vom Objektivmikroskop (42) ausgehenden Beleuchtungsstrahlengang reflektierenden teildurchlässigen Spiegel (28), einen Ablenkspiegel ( 23), eine aus zwei Feldlinsen (31, 33) und einer dazwischen liegenden Bildfeldblende (32) bestehende Anordnung (30), einen weiteren Ablenkspiegel (34), einen den Abbildungsstrahlengang teilweise zum Mikroskopobjektiv (43) ablenkenden und teilweise zum Fokusdetektor (60) durchlassenden teildurchlässigen Spiegel (35) , und einen weiteren, den vom Halbleiterplättchen (50) ausgehenden Abbildungstrahlengang teilweise zu einem Okular (63) durchlassenden und teilweise zum Fokusdetektor (61) ablenkenden weiteren teildurchlässigen Spiegel (36).

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