DE2752942A1

DE2752942A1 - Vorrichtung zum selektiven bestrahlen von mit einer strahlungsempfindlichen schicht bedeckten substraten und verfahren zum bestrahlen unter verwendung einer solchen vorrichtung

Info

Publication number: DE2752942A1
Application number: DE19772752942
Authority: DE
Inventors: Gordon Herbert May
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1976-12-13
Filing date: 1977-11-26
Publication date: 1978-06-15
Also published as: US4110594A; FR2373815B1; JPS5374380A; JPS5942974B2; FR2373815A1; IT1113683B; GB1539305A

Description

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λιιιικΊ del i Ii: International business Iiaehines

Coi porat ion, /rnonl·, N.Y., 1ο'>()4

oe-en

V(jrri chtung zum selektiven bestrahlen von mil. einei stiahlunqscnpf i lidl ichon Schicht bedeckten Substraten und Vcrinlncn zum !'(•strahlen unter Verwendung einer solchen Vorriehtunn

Die lrfiiidung betri i ί t eine Vorrichtung 7uin selektiven I'estrahlen von mit einer si rahlungsempfi nd] i dien Schicht bedeckten Substraten mit ei nein gesteuerten Strahl holier Aui Ii)SUiKj einer aul die strahlungsempfindlioho Schicht abgestimmten Stiahlung und ein Verfahren zum selektiven Hestrahlen derartiger Substrate unter Verwendung insbesondere einer solchen Vorrichtung.

lei Maschinen zum bi zeugen von Maskeiimusi ern, welche in Augenblick kommerziell erhältlich sind, wird ein Substrat mit einem strahl einer hinreichend energiereieben Strahlung, welcher l.ewequngen in der X- und in der Y-Hichtung ausführt, überstrichen. Is dauert über 3O Stunden, um die lielichtung (»ines ein-/i'ieii Maskenmusters zu vollenden. Dabei kann aul einmal nur « in Muster erzeugt werden. Mit der zunehmenden l'aekungsdi eh te der Schaltkreise wird angenommen, daß .sich die erforderliche J-.elichtungszeit auf über 12O Stunden pro Maske erhöht. Dies eiliöht zusätzlich die Wahrscheinlichkeit von Überdeck ungsl ehlern, welche aus Änderungen in den llingebungsbed i n<!un<ien sich i'iqeben können, welelie während der 'Zeit vom beginn der 11er- :,tellund der ersten Maske bis zur Vollendung dei let Zt(Mi Maske < · ι nt let (Mi können .

i :. i-;t die Aufgabe dei l.r i i tidung , eine Voilicbtuii'i, mit d(?r bei ι: : i.i 7.(Mi(IUH"] (¹JiH¹S liii die llei st e 1 1 unn einel dicht 'lepacl.tiMi, UiI(MIi(¹It(H Schalt Uli"! IxMiötigte Masl'.ensat ν di< selekti^'e He- : ■ t ι <li 1 iiii'j dei mit eine] st rah 1 umisert'' i ndl i ehen Seh i el 11 bedeck -

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deckuny innerhalb sehr kleiner Toleranzen gegeben ist, bzw. daß, wenn doch einmal bei der Belichtung ein Fehler passiert, dieser sofort erkannt wird, und ein Verfahren anzugehen, um insbesondere unter Verwendung einer solchen Vorrichtung - die Maskonsubstrate zeitsparend sehr genau, reproduzierbar und in einem fabrikmäßigen Rahinen selektiv zu bestrahlen.

Diese /aufgäbe wird mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 und mit einem Verfahren der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 9 gelöst.

Zwar ist aus dem US-Patent 3 622 742 eine Vorrichtung bekannt, bei dem auch Substrate selektiv mit einem Strahl bearbeitet werden, wobei die Substrate unter dem Strahl bewegt werden. Die in dem US-Patent beschriebene Vorrichtung unterscheidet sich jedoch sowohl der Aufgabe nach als auch in wesentlichen Punkten der Lösung nach von der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Das genannte Patent zeigt und beschreibt nämlich eine Vorrichtung, in welcher ein modulierter Laserstrahl durcli Verdampfung dünne Filme auf einer Vielzahl von Substraten, welche auf der Peripherie ei nor rotierenden Trommel befestigt sind, bearbeitet. Der Strahl passiert eine Linse, welche oszilliert, um die Lage des Strahlfokusses zu ändern, um dadurch Veränderungen in der Feldtircfo, welche auftreten, wenn die flach bedeckte Oberflächo de;;; .Substrats sich unter dem Strahl hindurchbewegt, zu komponni ei cn. Der Strahl wird in einer axialen Richtung schrittweise bewegt, um ihn während aufeinanderfolgender Drehungen der Trommel der Reihe nach auf verschiedenen Teilen des Subnt.iati; .-mi 1 ι offen zu lassen. Codierunysplatten sind an der I¹OiJpIiPIiP der Trommel befestigt. Jede Platte hat eJno mittels Licht abzutastende Taktspur und ist genau mittels Indexbolzen relativ ?u ihrem zugehörigen Substrat lokalisiert. Auf diese WoJso sind die Taktimpulse für jedes Substrat diskontinuierlich, (Lh., sie werden nur erzeugt, wählend oin Laserstrahl auf djo Spalte in oinor Codierunysplattο tiifit, und es ist dos-

fi O 9 8 ? U I O () I) O BAD ORIGINAL

halb nicht die Taktkontinuität gegeben, welche notwendig ist für ein Hochfrequenztaktsystem, welches für dichtgepackte Schaltkreise hoher Auflösung erforderlich ist.

Das zitierte Patent schlägt auch vor, die Substrate - wenn dies erwünscht ist - nicht auf der Peripherie der Trommel, sondern auf der Oberfläche einer Scheibe zu befestigen, und erwähnt, daß eine Koordinatentransformation, wie sie auch bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung benutzt wird, in diesem Fall notwendig ist, um geradlinige uster zu erzeugen. In dem Patent wird ferner festgestellt, daß "normalerweise alle Schaltkreise, welche bearbeitet werden sollen, identisch sind, und daß, wenn dies der Fall ist, die Modulation des Strahls für jedes der aufeinanderfolgenden Substrate, welches während einer Trommelumdrehung von dem Strahl getroffen wird, identisch ist". Aber auch wenn aus dieser Bemerkung geschlossen werden könnte, daß die Substrate sich unterscheiden können, so ist doch in keinem Fall die Lehre oder auch nur die entfernte Anregung zu entnehmen, daß die Substrate so zusammenhängen können, daß in derselben Bestrahlungsoperation Teile, beispielsweise Bestrahlungsmasken, welche beim Ubereinanderjustieren eine genaue Uberdeckung aufweisen müssen, hergestellt werden können. Überhaupt ist es nicht bekannt, alle bei der Herstellung einer integrierten Schaltung benötigten Masken in derselben Bestrahlungsoperation zu bestrahlen. Dies ist jedoch mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, so daß alle Masken unter genau denselben Umweltbedingungen hergestellt werden können, wodurch gegenüber den bekannten Methoden zur Herstellung von Maskensätzen die Wahrscheinlichkeit von Überdeckungsfehlern wesentlich reduziert wird.

Zum Bestrahlen der Substrate werden erfLndungsgemäß bevorzugt Laser- oder Elektronenstrahlen verwendet. Ein Magnetplattenspeicher, ein Magnetband oder eine andere Quelle mit dLgltalnr Information liefert eine Reihe von elektrischen Iiurml.'itm oder lJitn, welche aufeinanderfolgende Punkte bedeuten, an welchen ' ΰΛ ') 7¹J (X)5 j

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eine Bestrahlung der strahlungsempfindlichen Schicht gemäß den speziellen Mustern, auf den Masken des Maskensatzes erfolgen soll. Der Strahl wird gemäß der genannten Bitserien moduliert, um eine selektive Bestrahlung konzentrischer Bereiche der strahlungsempfindlichen Schicht auf jedem Substrat zu erreichen, und nach jeder Umdrehung des Drehtisches radial verschoben, so daß am Ende der Bestrahlung die Maskierungsmuster für alle erforderlichen Schichten vollständig unter identischen Umweltbedingungen nebeneinander auf die Substrate übertragen worden sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine kontinuierliche Taktgebungseinrichtung enthalten, zu der auch Mittel zum Korrigieren der Strahlmodulationsgeschwindigkeit und damit auch der "Druck"-Geschwindigkeit für den Fall, daß leichte Variationen der Drehtischgeschwindigkeit zwischen aufeinanderfolgenden Rotationen auftreten, gehören. Diese Einrichtung kann in vorteilhafter Weise so ausgestaltet sein, daß zwei konzentrische, magnetische Taktgebungsbahnen vorhanden sind. Eine Bahn liefert einen Basistakt (beispielsweise 5000 Bits pro 2,54 cm), welcher bei der vorher festgelegten Geschwindigkeit eine Folge von Impulsen erzeugt, welche durch einen Oszillator in einer phasenstarren Regelkreisschaltung verzehnfacht werden, um kontinuierliche hochfrequente Systemtaktimpulse (beispielsweise mit einer Frequenz von 32 MIIz) bereitzustellen. Eine andere Bahn liefert einen Indeximpuls immer genau in dem Moment, in dem eine Umdrehung des Drehtischen abgeschlossen ist. Die phasenstarre Regelkreisschaltung und ein anderer Oszillator, welcher die Drehtischgeschwindigkeit :;teuert, wirken mechanisch und elektronisch zusammen, um eine S/nchroniaation zwischen den magnetischen Bas in t il: t impulsen, ilen hochfrequenten Sys temtak tiinpulsen und dem Indexiiipiilü aufrechtzuerhalten. Die phasenstarre Schleife korrigiert die ;;trah lmodiil it ionsgeschwindigkeit, wenn die

H 0 ') H > 4 / 0 G Π 0

Drehtischgeschwindigkeit leicht von einer Umdrehung zur anderen variiert. Diese bisher nicht bekannte kontinuierliche Takteinrichtung stellt mit ihrer, in einem zulässigen Rahmen möglichen Selbstregulierung eine sehr genaue Uberdeckung der Muster auf den zusammengehörigen Masken sicher. Tine weitere vorteilhafte Schaltung, welche weiter unten im einzelnen beschrieben ist, löst ein Abschaltesignal aus, wenn nicht eine genaue, vorher festgelegte Anzahl von Taktimpulsen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Indeximnulsen erzeugt wird. Wenn die vorher festgelegte Anzahl von Taktimpulsen nicht erzeugt wird, ist das ein Zeichen dafür, daß ein Zeitfehler vorliegt, was zur Folge hat, daß Bildpunkte, welche bei dem gerade abgeschlossenen Umlauf des Drehtisches erzeugt worden sind, nicht mit der notwendigen Genauigkeit zu solchen Bildpunkten, welche in vorangegangenen Umläufen erzeugt worden sind, justiert sind.

Hine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der eriindungsgemäßen Vorrichtung sind Mittel zur genauen und schnellen dynamischen Abgleichung des Drehtisches für den Tall, daß die Substratgewichte von einem festgelegten Normalgewicht abweichen. Kine solche Abgleichung ist entscheidend, um die Uheideckung der zu dem Maskensatz gehörenden Masken innerhalb sehr enger Toleranzen (beispielsweise O,1 |un) aufrechtzuerhalten.

Λη<1(!ΐ ο vorteilhafte Ausgestaltungen dm »>i i i ndunqijqmnäßen Vorlichtung und des eriindungsgemäßon Verfahronn cn geben »ich nun Men übrigem lint erannprüchen und au» dni Heuchleibunq.

Die Kiiinrfung wird anhand von durch "ciohnungon ei laut ei i.en huiiiiilii ungshoi spielen beschriebon .

V.i; zeigen:

I'i(j. 1 in perspektivischer Darstellung eine Vorrich

tung gomöß der rrfindung zur Hei Kiellunu von

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BAD ORIGINAL

Photomasken,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der in Fig. 1

gezeigten Vorrichtung, wobei diese Darstellung bestimmte Steuerungskreise einschließt,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer Linsen

halterung, wie sie in den Fign. 1 und 2 gezeigt ist,

Fig. 4 eine Grundrißansicht eines dynamischen Aus

gleichsmechanismus, welcher Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung einer Vor

richtung zum Herstellen von Photomasken, welche eine Variation der Erfindung darstellt, und

Fig. 6 eine schematische Darstellung der Art und

Weise, in welcher der Elektronenstrahl, welcher in der in der Fig. 5 gezeigten Vorrichtung benutzt wird, elektrostatisch abgelenkt wird.

Wie in der Fig. 1 gezeigt ist, gehört zu der Vorrichtung gemäß der Erfindung eine schwere Granitbasis 10, welche auf einem im wesentlichen vibrationsfreien Steuerungstisch 11 aufliegt. Der Tisch 11 hält einen Synchronmotor (Hysteresis Synchronous Motor) 12, der über eine geeignete, gedämpfte Kopplung, wie z.B. eine magnetische Kupplung 13, eine Spindel 14 (s. Fig. 2) dreht, welche einen koaxial verbundenen Drehtisch 15 von unten unterstützt und antreibt. Bevorzugt ist der Drehtisch 15 I schwer genug, beispielsweise 78,1 kg, um einen Schwungradeffektj

zu erzeugen, wodurch es möglich ist, Änderungen der Drehge- j

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schwindigkelt, welche beispielsweise einen Nennwert von 600 Upm hat, auf ein Minimum zu reduzieren.

Mehrere, beispielweise 8, Substrathalter 16 sind derart an der Peripherie des Drehtisches befestigt, daß jeder von seinem Nachbarn gleich weit entfernt ist und auch der Abstand von der Rotationsachse für alle gleich ist. Auf jedem Halter befindet sich in einer genau justierten Lage ein Substrat 17, welches mit einer photoempfindlichen Schicht mit im wesentlichen einheitlicher Dicke bedeckt ist. Die Schicht kann direkt auf einem Substrat aus durchsichtigem Glas oder auf einer auf durchsichtiges Glas aufgebrachten Chromschicht aufgebracht sein.

Koaxial gerade über dem Drehtisch 15 und binnenbords zu den Substrathaltern 16 gehalten, befindet sich eine Taktscheibe (clocking disk), welche zwei konzentrische Taktbahnen 19 und aufweist. Die äußere Bahn 19 ist eine Taktbahn, welche dauerhaft mit einer Reihe von magnetischen Bits, welche einen einheitlichen Abstand voneinander und eine vorher festgelegte Dichte (beispielsweise 5000 Bits pro 2,54 cm) haben, codiert ist. Diese Bits werden mit einem Magnetkopf 21 abgefühlt. Die innere Bahn 20 ist eine Indexbahn, welche mit einem einzelnen Bit codiert ist, welches mittels eines Magnetkopfes 22 abgefühlt wird, so daß dabei pro Umdrehung des Drehtisches 15 nur ein Signal erzeugt wird. Diese Magnetköpfe 21 und 22 werden von einem stationären Halteblock 23 in geringem Abstand und oberhalb von den zugehörigen Bahnen 19 und 20 auf der Taktscheibe 18 gehalten. Die Scheibe 18 ist so gesichert, daß sie übereinstimmend mit dem Drehtsich 15 rotiert.

Eine geeignete Strahlquelle, beispielsweise ein Laser 25, richtet einen Strahl ausgeblendeten, monochromatischen und koherenten Lichts auf einen Spiegel 26, welcher, wie gezeigt ist, ihn auf einen Strahlverdichter dann durch einen Strahlmodulator 28 und einen Strahlausdehner 29, auf einen Spiegel 30 und dann in einen Linsenhalter 31 reflektiert. SA 975 005

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Wie man am besten in der Fig. 3 sieht, wird der Strahl von dem Spiegel 30 zu einem Spiegel 32 und dann vertikal abwärts durch eine Objektivlinse 33 und eine öffnung 34 reflektiert, welche schmaler ist als der Strahldurchmesser, wodurch Verluste an der Peripherie des Strahles, welche durch Justierung und Energiestreuung verursacht werden, berücksichtigt und damit ein Strahlfleck mit einer sehr feinen Auflösung erzeugt wird. In dem Linsenhalter 31 sind der Spiegel 32 und die Linse 33 enthalten. Ein Präzisionsbalken 38, welcher in der Granitbasis 10 verankert ist, weist horizontal und vertikal verlaufende Führungsoberflächen 38a und 38b auf, welche sich in einer Richtung erstrecken, welche parallel zu einer gedachten Radiallinie verlaufen, welche ihren Ursprung in der Achse des Drehtisches 15 hat.

Lateral ist an der Seite des Halters 31 eine Klammer 3y befestigt, welche einen mittleren vertikalen Schenkel 40 hat, aus dem an den Enden zwei Schenkel 41 und 42 herausragen, welche sich horizontal in entgegengesetzten Richtungen erstrecken. Wird der Halter 31 in Schritten radial nach innen bewegt, fühlt eine Kapazitätsmeßsonde 43, welche am oberen Schenkel 41 hängt, dynamisch die vertikale Ausrichtung des Laserstrahls und eine Kapazitätsmeßsonde 44, welche horizontal aus dem mittleren Schenkel 40 herausragt, die radiale Ausrichtung des Strahls. Eine Kapazitätsmeßsonde 45, welche an dem unteren horizontalen Schenkel 42 hängt, fühlt vor der Mustererzeugung die vertikale Lage des Substrats 17 und des Halters 16.

Ein piezoelektrischer Block 48 ist an der Oberfläche X des Halters 31 befestigt. Ein Winkelstück 46 ist an der unteren Oberfläche des Blocks 48 befestigt und der piezoelektrische Block 47 ist an der vertikalen Oberfläche Y des Winkelstücks 46 befestigt. Die Objektivlinse 33 und die öffnung 34 werden von einem Verankerungsstück 35, welches an der vertikalen Oberfläche Z des Blocks 47 befestigt ist, gehalten. Die genannte Anordnung erlaubt eine genaue vertikale und radiale Ausrich-SA 975 OO5

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tung des Bestrahlungsstrahls. Die Meßsonden 43 und 44 sind auf einen vorher festgelegten Spalt (von beispielsweise 0,56 mm) eingestellt (set for). Der piezoelektrische Kristallblock 47 wird sich, gesteuert von der Meßsonde 44, horizontal so weit ausdehnen und zusanmenziehen, daß sichergestellt 1st, daß die Linse 33 und die öffnung 34 lateral auf einen Radius des Drehtlschs 15 ausgerichtet sind. Der Kristallblock 48 wird, gesteuert von der Meßsonde 43, sich vertikal ausdehnen und zusanmenziehen, um die Linse 33 und die öffnung 34 in einer konstanten, vorher festgelegten Höhe über dem Substrat 17 zu halten, damit eine konstante Strahlfleckgröße aufrechterhalten wird.

Wie schematisch in der Fig. 2 gezeigt ist, enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung von Photomasken einen kristallkontrollierten Oszillator 50, welcher Impulse erzeugt, welche mittels des Verstärkers 51 verstärkt werden und dazu dienen, um den Synchronmotor 12 zu steuern. Die Vorrichtung enthält auch eine Eingabeeinheit, beispielsweise eine Magnetbandrolle 52, welche magnetisch mit Bitmustern codiert ist, welche den verschiedenen Photomaskenmustern entsprechen, welche auf den entsprechenden Masken während jedem der schrittwiese aufeinanderfolgenden Uberstreichungen mittels des Laserstrahls erzeugt werden sollen. Diese Bitmuster steuern wirkungsvoll den Modulator 28, mit dessen Hilfe der Lichtstrahl von dem Laser 25 intermittierend unterbrochen wird. Dies erzeugt eine Reihe von Lichtimpulsen hoher Auflösung, welche so auf die Rotation des Drehtisches 15 abgestimmt sind, daß das Licht selektiv die Photomaskenbeschichtung in gewünschten Bild-· bereichen auf den verschiedenen Substraten belichtet.

Spezieller wird die magnetische Information auf dem Band 52 auf konventionelle Art, beispielsweise mittels des Minicomputers 53, in geeigneter Weise prozessiert. Die Daten werden dem Computer 53 mittels der Steuerung durch geeignete Computer-·

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taktsignale entnommen. Die Daten sind bevorzugt in verdichteter Form, was eine Verdichtung durch eine Dekompressionslogikschaltung 54 vor der Übermittlung zu der Steuerungslogikschaltung 55 erfordert.

Die Schaltung 55 steuert den Modulator 28 und auch die schrittweise Bewegung des Linsenhalters 31. Diese Bewegung verläuft relativ zu der Achse des Drehtisches 15 in einer radialen Richtung und bewirkt dabei, daß der modulierte Laserstrahl der Reihe nach einander benachbarte Abschnitte von konzentrischen Bändern der mit lichtempfindlichem Material beschichteten Substrate 17, welche unter dem modulierten Strahl gedreht werden, überstreicht. Diese schrittweise Bewegung des Linsenhalters 31 wird mittels eines nicht gezeigten, geschlossenen Regelungssystems, welches unter Benutzung eines Servolaser-Interferometers vom Zweifrequenzenstrahltyp funktioniert, gesteuert. Ein solches System, welches von der Firma Hewlett Packard stammt, ist im Handel erhältlich. Da die Daten in Form von Bits, welche Positionen in X-Y-Koordinaten repräsentieren, an welchen ein Punkt auf einem der Substrate belichtet werden soll, j vorliegen, müssen sie in Polarkoordinaten (R,Θ) durch geeignetes Programmieren, von der Art, wie es jedem Programmierfach- j mann geläufig ist, umgewandelt werden. Die Rasterweite beim überstreichen mit dem Laserstrahl ist etwa eine Größenordnung kleiner als der dünnste Punkt oder die dünnste Linie des gewünschten Maskenmusters. Auf diese Weise ist es möglich, alle gekrümmten Linien mit zufriedenstellender Auflösung geradezurichten .

Die elektronische Schaltung enthält außerdem ein Servosystem, zu dem eine phasenstarre Regelkreisschaltung 56, ein "Teile durch n"-Zähler 57 und eine Vergleichsschaltung 58 gehören. Die phasenstarre Regelkreisschaltung 56 ist vom konventionellen Typ. Sie enthält einen nicht gezeigten Phasendetektor, an den I die magnetischen Taktimpulse, welche von dem Lesekopf 21 abge- I fühlt werden, mit einer vorher festgelegten Nennfrequenz I SA 975 005

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(beispielsweise von 3,2 MHz) gegeben werden, wobei diese Nennfrequenz durch die Dichte der einen einheitlichen Abstand voneinander habenden, magnetischen Bits auf der Taktbahn 19 und die vorher festgelegte Winkelgeschwindigkeit des Drehtisches festgelegt ist. Die Impulse von dem Phasendetektor werden über ein nicht gezeigtes Tiefpaßfilter auf einen spannungskontrollierten Oszillator gegeben, welcher so eingestellt ist, daß er eine Reihe von Hochfrequenztaktimpulsen (High Frequency System Clocking Pulses), wobei die Frequenz beispielsweise bei 32 MHz liegen kann, in eine Leitung 59 gibt. Zu der Schaltung 56 gehört ein nicht gezeigter "Teile durch n"-Zähler, bei dem η den Wert 10 hat, und welcher in eine nicht gezeigte Rückkopplungsschleife zwischengeschaltet ist, welche eine Abzweigung von der Leitung 59 mit dem Phasendetektor verbindet. Wenn die Frequenz der magnetischen Taktimpulse, welche von der Taktbahn 19 abgefühlt werden, höher ist als die Frequenz der Impulse, welche von dem "Teile durch 10"-Zähler rückgekoppelt werden, dann bewirkt das Tiefpaßfilter, daß die Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators angehoben wird, um die rückgekoppelte Impulsfrequenz näher an die der magnetischen Taktimpulse heranzubringen; und umgekehrt. Auf diese Weise wird die Strahlmodulationsgeschwindigkeit und infolgedessen auch die "Druck"-Geschwindigkeit modifiziert, um geringe Variationen in der

prehtischgeschwindigkeit zwischen aufeinanderfolgenden Dre-

hungen zu kompensieren.

Der Zähler 57 ist zwischen eine Abzweigung von der Leitung 59 und die Vergleicherschaltung 58 geschaltet. Auf diese Weise zählt er die Systemtaktimpulse und teilt das Zählergebnis durch eine vorher festgelegte Nummer, welche zu der Anzahl von Syjstemtaktimpulsen, welche pro Drehung des Drehtisches auftreten sollten, korrespondieren. Der Zähler 57 wird auf diese Weise ein Signal zu der Vergleicherschaltung 58 in dem Moment schikfcen, in dem diese festgesetzte Anzahl von Systemtaktimpulsen gezählt worden ist. Dieses Signal sollte innerhalb eines ausgewählten "Fensters" mit dem Signal zusammenfallen, welches SA 975 005

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von dem Indexbahn-Lesekopf 22 abgefühlt und auch in die Vergleicherschaltung 58 eingefüttert wird.

Wenn dieses Zusammenfallen auftritt, ist sichergestellt, daß die Bildpunkte, v/elche beim gerade abgeschlossenen Überstreichen mit dem Strahl erzeugt worden sind, mit der notwendigen Genauigkeit mit den Bilupunkten, welche beim vorhergehenden überstreichen erzeugt worden sind, relativ zur Deckung gebracht worden sind. Wenn jedoch diese Signale nicht zusammenfallen, so zeigt dies einen Zeitfehler an, d.h., daß beim gerade abgeschlossenen überstreichen mit dem Strahl Bildpunkte erzeugt worden sind, welche in einer nicht akzeptierbaren Weise gegenüber den vorher hergestellten fehljustiert sind, wodurch das Weiterarbeiten des Mustererzeugers sinnlos wird, da die Photomasken außerhalb der Toleranz, die beim überdecken der Masken eingehalten werden muß, liegen. In diesem Fall wird durch die Schaltung 58 in der Leitung 60, welche über nicht gezeigte Abzweigungen mit dem Computer 53, der Steuerlogikschaltung 55, dem Antriebsmotor 12, dem Verstärker 51 und dem Laser 25 verbunden ist, ein Fehlersignal erzeugt. Dieses Fehlersignal wird den Computer 53, die Steuerungslogikschaltung 55, den Laser 25 und den Verstärker 51 entaktivieren und außerdem ein nicht gezeigtes Gleichstrombremssystem zum Anhalten des Motors 12 und damit auch des Drehtisches 15 einschalten. Wenn kein solches Fehlersignal auftritt, wird die Steuerschaltungslogik 55 nach einer bestimmten Winkelverschiebung über den Indexbit auf der Bahn 20 hinaus in Aktion treten, um den Linsenhalter 31 einen Schritt radial nach innen um eine vorher festgelegte kleine Strecke fortzubewegen, so daß die Vorrichtung bereit ist, für das nächste, dem vorhergehender* !benachbarte Überstreichen mit dem Strahl. Nachdem ein volles Überstreichen mit dem Strahl vollendet ist, wird der Linsenhalter 31 einen Schritt radial nach innen bewegt und die Vorrichtung ist so programmiert, daß während dieses Zeitintervall ι mit der Belichtung ausgesetzt wird.

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Wie am besten in den Fign. 1 und 4 zu sehen ist, enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung auch einen einfachen dynamischen Ausgleichsmechanismus. Auf der Basis 10 aufliegend und oberhalb des Drehtisches 15 befindet sich eine Waage 65 (siehe Fig. 1), welche einen Waagebalken 66 aufweist, welcher bezüglich der Abweichungen des Substratgewichts von einem vorher festgelegten Wert geeicht ist. Auf dieser Waage können entweder positive Abweichungen von einem bekannten minimalen Wert oder positive oder negative Abweichungen von einem Nennwert abgelesen werden. In beiden Fällen wird das mit dem photoempfindlichen Material bedeckte Substrat 17 auf eine Plattform gelegt und dann ausgewogen. Der abgelesene Skanlenwert wird notiert.

Wie die Fig. 4 zeigt, ist auf der Schraubenmutter 68 (slug), welche sich im Halter 16 befindet, eine kalibrierte Skala eingraviert, welche der Skala auf dem Waagbalken 66 der Waage entspricht. Die Schraubenmutter 68 ist radial an einer genau festgelegten Stelle positioniert, an welcher ein feststehender Zeiger 70 gegenüberliegt und auf eine Zahl (gemessene Abweichung) , welche auf dem Waagbalken 66 gemessen worden ist, zeigt. Der statische Ausgleich des Drehtisches 15 und des Halters ist korrigiert, da die Massen des Drehtisches 15 und des Halters 16 kompensiert worden ist. Alle Schraubenmuttern 68 und die zugehörigen Mechanismen haben radial gesehen denselben Abstand, wobei alle Schraubenmuttern bei derselben Abweichungszahl (beispielsweise bei 4) positioniert sind. Dann wird, nachdem der statische Ausgleich jedes der Substrate 17, wie er mittels des Waagebalkens 66 festgestellt worden ist, notiert worden ist, der Bediener einfach so lange an dem entsprechenden Einstellungsknopf 69 dreht, wie es zur Positionierung jeder Schraubenmutter 68 an dieselbe Abweichungszahl, wie sie mittels des Waagebalkens 66 festgestellt worden ist» notwendig ist.

Um sicherzustellen, daß der Bediener in jeden Halter 16 ein Substrat 17 legt und/oder daß er jeden Einstellknopf 69 so SA 975 005

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einstellt, daß die Variationen im Substratgewicht korrigiert werden, ist eine Meßsonde 71 vorgesehen, welche das dynamische , Auslaufen (run out) abfühlt. Diese Meßsonde 71 ist mit einer nicht gezeigten Schaltungsanordnung verbunden, welche es ermöglicht, in die Leitung 60 über eine geeignete ODER-Schaltungsanordnung ein Fehlersignal, ähnlich dem oben beschriebenen, zu schicken, um den Motor 12 und den Drehtisch 15 anzuhalten. Die Vorrichtung wird abgeschaltet bleiben, bis der Fehler richtiggestellt worden ist. Dieses Konstruktionsmerkmal ist wesentlich, um das Auslaufen minimal zu halten, und damit sicherzustellen, daß das Zusammenpassen der Maskenschichten gewahrt bleibt.

Nachdem alle Substrate 17 in ihre entsprechenden Halter 16 i eingelegt worden sind, wird eine leichte statische Unwucht < vorhanden sein, und zwar insbesondere dann, wenn eine große j Variation in den Substratgewichten da ist. Jedoch ist diese | statische Unwucht minimal. Sie wird auf Null kompensiert, wenn der Drehtisch mit seiner vorher festgelegten Geschwindigkeit j rotiert. Diese geringen Gewichtsdifferenzen sind von einem statischen Standpunkt aus minimal, obwohl sie bei der hohen, vorher festgelegten Geschwindigkeit des Drehtisches von einem dynamischen Standpunkt aus beachtlich sind.

Die Erfindung, wie sie oben beschrieben worden ist, befaßt sich mit der Belichtung von lichtempfindlichen Beschichtungen mittels eines Laserstrahls. Es sei jedoch klargestellt, daß, wenn dies erwünscht ist, die bisher beschriebene Methode und die bisher beschriebene Vorrichtung leicht derart modifiziert werden kann, daß ein Elektronenstrahl anstelle eines Laserstrahls als Strahlquelle benutzt wird. Eine solche Modifikation ist in den Fign. 5 und 6 gezeigt.

In der in den Fign. 5 und 6 gezeigten modifizierten Vorrichtuno sind Strukturmerkmale, welche mit denjenigen, welche in Ver- j bindung mit der mit einem Laser arbeitenden Vorrichtung (siehe I Fign. 1 bis 3) besprochen worden sind, identisch sind, mit den-j SA 975 005

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selben Bezugsnummern bezeichnet. Die modifizierte Vorrichtung unterscheidet sich von derjenigen, welche in den Fign. 1 bis 3 gezeigt ist, dadurch, daß der Laser 25 und die Teile 26 bis 33, welche mit diesem Laserstrahl in Verbindung stehen, eliminiert sind. Darüber hinaus ist der Linsenhalter 31 durch eine Elektronenstrahlguelle 100 ersetzt, welche mit einem Ablenkjoch 101 des Typs, welcher üblicherweise in Fernsehröhren zum Ablenken eines Elektronenstrahls um einen begrenzten Betrag benutzt wird, verbunden ist. Außerdem muß, da die Elektronenstrahlenergie im Vakuum benutzt werden muß, die Vorrichtung in geeigneter Weise mittels einer Umhüllung 102 über der Quelle 100 und einer Hülle 103 für den Drehtisch 15 von der Außenatraosphäre gasdicht abgeschlossen sein. Der Bereich, welcher innerhalb dieser Hüllen liegt, ist mit einer geeigneten, nicht gezeigten Vakuumquelle verbunden. Die Quelle 100, beispiels-

weise eine Elektronenstrahlkanone, ist auf einen Y-Führungsschlltten (Y-slide) 104 montiert und bewegt sich schrittweise radial im wesentlichen in derselben Weise, wie es in Verbindung !mit der Laserstrahlanordnung gem. den Fign. 1 bis 3 beschrie- : ben worden ist.

; j

Die Elektronenstrahlanordnung hat bestimmte Vorteile. Das Ablenkungsjoch 101 wird in konventioneller Art und Weise mittels \ einer geeigneten, nicht gezeigten, fest verdrahteten, logischen Schaltung gesteuert. Beispielsweise wird der Elektronenstrahl \ durch diese Schaltung elektrostatisch derart abgelenkt, daß ein Oberstreichen 105 (s. Fig. 6) wie entlang einer gespannten j Saite dann erreicht wird, wenn eines der Substrate 17 unter j dem Elektronenstrahl weg-bewegt wird, und daß zwischen den Substraten das überstreichen zu einem normalen, gekrümmten Verlauf (d.h. einem konzentrischen überstreichen) zurückkehrt. Dieser Verlauf ist mit der Nummer 106 gekennzeichnet.

Diese Steuerung des AblenkungsJoches eliminiert in erwünschter Weise die spezielle Programmierung, welche bei der Anordnung gem. den Fign. 1 bis 3 benötigt wird, um die Angaben in X-Y-SA "975 005 -

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Koordinaten in Angaben in Polarkoordinaten (R,0) umzuwandeln. Es eliminiert auch die Notwendigkeit, eine Linse, wie die Linse 33, ständig senkrecht zu dem Substrat und in einer kritischen Fokussierung zu halten, wie es notwendig ist, wenn ein Laserstrahl benutzt wird, weil dieser nur eine begrenzte Einstellweite hat.

Der Ausdruck "Strahl hoher Auflösung (fine resolution) einer Energiestrahlung", wie er in den Ansprüchen benutzt wird, wird gattungsgemäß genutzt, damit sowohl ein Laser- als auch ein Elektronenstrahl mitumfaßt wird, weil die Erfindung sowohl mit dem einen als auch mit den anderen benutzt werden kann.

Es sei klargestellt, daß diese Vorrichtung und dieses Verfahren dazu benutzt werden können, um entweder positive oder negative Muster herzustellen. Um ein positives Muster herzustellen, wovon im obigen ausgegangen worden war, würden die X-Y-Digitaldatenbits im Normalfall "0" und immer dann "1" sein, wenn der Laser- oder Elektronenstral eingeschaltet werden soll, um die photoempfindliche Beschichtung zu bestrahlen. Um ein Negativmuster herzustellen, würden die X-Y-Digitaldatenbits im Normal-! fall eine "1" und immer dann eine "0" sein, wenn der Laser- j oder Elektronenstrahl angeschaltet werden soll, um die Beschichtung zu bestrahlen.

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ORIGINAL INSPECTED

Claims

PATEHTANSPRÜCHE

1. ) Vorrichtung zum selektiven Bestrahlen von mit einer

strahlungsempfindlichen Schicht bedeckten Substraten mit einem gesteuerten Strahl hoher Auflösung einer auf die strahlungsempfindliche Schicht abgestimmten Energiestrahlung, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Drehtisch (15) mit einer Vielzahl von Substrathaltern (16) zum Aufnehmen der zu bestrahlenden Substrate (17) aufweist, wobei diese Substrathalter (16) so angeordnet sind, daß sie konzentrisch bezüglich der Drehtischachse liegen und daß benachbarte Substrathalter (16) voneinander jeweils denselben Abstand haben, und wobei unter Umständen jedem dieser Substrathalter (16) eine Einrich-^ tung zum Ausgleich eines von einem Nenngewicht abweichenden Substratgewichts zugeordnet ist, daß Mittel (12) vorhanden sind, um den Drehtisch (15) mit einer im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit zu drehen, daß Mittel (31, 102) zum Richten des Strahles auf den Drehtisch (15) vorhanden sind, welche sich schrittweise in radialer Richtung bezüglich der Drehtischachse bewegen lassen, daß Eingabeeinheiten zum Eingeben der in codierter Form vorliegenden, zum Herstellen aller Masken des Maskensatzes benötigten Informationen vorhanden sind, daß Schaltungen vorhanden sind, um die eingegebenen Informationen derart umzusetzen, daß - abgestimmt auf die Drehung des Drehtisches - der Strahl derart moduliert wird, daß er der Reihe nach sich im Strahlengang befindliche, bezüglich der Drehtischachse konzentrische, nebeneinanderliegende, schmale Substratbereiche gemäß den gewünschten Maskenmustern selektiv bestrahlt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ■ sie kontinuierliche Taktgebungsmittel enthält, zu i ! denen Mittel zum Erzeugen von Serien von Kochfrequenz-

taktimpulsen und eines einzelnen Indeximpulses während SA 975 005

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jeder Umdrehung des Drehtisches gehören und daß Mittel vorhanden sind, welche Zähl- und Vergleicherschaltungen enthalten, welche mittels dieser Impulse gesteuert werden, und so wirken, daß sie ein Abschaltsignal zum Einleiten einer Abschaltoperation erzeugen, wann immer die Zahl von Taktimpulsen, welche zwischen aufeinanderfolgenden Drehtischumdrehungen gemessen werden, nicht einer vorher festgelegten Relation zu dem Indeximpuls genügen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kontinuierlichen Taktgebungsmittel eine phasenstarre Regelkreisschaltung enthalten, um zum Ausgleich von geringen Variationen der Drehtischgeschwindigkeit während aufeinanderfolgender Rotationen des Drehtisches die Frequenz der Taktimpulse zu modifizieren.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar konzentrischer Taktgebungsbahnen (18 bzw. 19) vorhanden sind, welche sich synchron mit dem Drehtisch drehen, daß Mittel zum Abfühlen nahe beieinanderliegender Bits auf einem dieser Bahnen vorhanden sind, um eine Reihe von sich wiederholenden Basistaktimpulsen zu erzeugen, daß Mittel zum Abfühlen eines einzelnen Indexbits vorhanden sind, um einen Indeximpuls jedesmal in dem Moment zu erzeugen, in dem eine Umdrehung des Drehtisches abgeschlossen ist, und Mittel vorhanden sind, zu denen eine phasenstarre Regelkreisschaltung gehört, um die Basistaktimpulse um einen vorher festgelegten Faktor zu erhöhen, um auf diese Weise eine Reihe von Hochfrequenztaktimpulsen und eine Rückkopplung zu erzeugen, um die Frequenz der Taktimpulse bei geringen Frequenzänderungen der Basistaktimpulse zu modifizieren, was notwendig ist, um leichte Variationen der Drehtischgeschwindigkeit während aufein-· anderfolgender Drehungen des Drehtisches auszugleichen.

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5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Drehtisch dynamische Ausgleichsmittel vorhanden sind, zu welchen in Verbindung mit jedem Substrathalter ein Gewicht gehört, dessen Position in radialer Richtung bezüglich der Drehtischachse einstellbar ist, wobei diese Gewichte im wesentlichen identische Massen haben und in ihrer Lage gemäß den vorher bestimmten Gewichten der entsprechenden Substrate eingestellt werden sollen, wodurch Unterschiede zwischen den Substratgewichten und einem festgelegten Gewicht dynamisch kompensiert werden können.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die strahlungsempfindliche Schicht abgestimmte Strahlung ein Laserstrahl ist und die eincodierte Information in Form von Bits vorliegt, welche in X-Y-Koordinaten dargestellte Positionen bedeuten, an denen ein Punkt auf dem Substrat bestrahlt werden soll, daß Mittel vorhanden sind, um den Strahl in einer konstanten, vorher festgelegten Entfernung vom Substrat zu fokussieren, und außerdem Mittel vorhanden sind, um die in X-Y-Koordinatenschreibweise eingegebenen Informationen in Polarkoordinatenschreibweise umzuwandeln, um auf diese Weise Muster in geradlinigem Format auf den Masken zu erzeugen.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die strahlungsempfindliche Schicht abgestimmte Strahlung ein Elektronenstrahl ist und daß Mittel vorhanden sind, um den Strahl, während sich ein Substrat im Strahlengang befindet, elektrostatisch derart abzulenken, daß Muster in geradlinigem Format auf der Maske erzeugt werden.

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-A-

\ '< )i ι i eh 1 um, nach Anspj ucli I₁ dadui rli <jc? J: <?im v.<? i chnot, daß mi (Ic].s del /Jj] onkunqsmi t 1.(?] (JcI^- Strahl in einer KcJ ho \⁷oii .'iclmia] cn , :;ai i onähnl j clicn Hahnen (iefiihrt wird, wenn ein Substrat sich iin Strah 1 eriqanq beiinuet und in den V.\:i schonzci t cn, d.h., wenn r;ich kein Substrat, im iJt.rahlcnn.iiii) beiindet, doi Strahl einen normal qol. ι ümmton U'oq bcsehieibt, d.h., daß ei der! (inc Keihe von schmalen, i.'Ut i Ij(Mi liciliiHMi durchläuft.

¹J. Vc]IaIn cn ;·ιιιιι .selektiven Bestrahlen von mit einer strnh-

1 un"<;eiiii>i j ndliehcn Schicht bedeckten üubül rnien unter V< n/cndiinq i iiübcsondci c einei' VoirichtuiKj nach einem (!ilei InOhI(U(¹Ii iK r /Mif.jiriichc: 1 bi;j ii, dadurch qekenn-.•('iclüiet, daß eine Vielzahl von mit: (¹Ci' ut rnhlununr;iiip~ Mii'iliehon l'.clii eh t bc(l(>ck Lon iJuljstrnt.en (17) u.U. nacli ii'mii / ii.'wil o.i eh von voiii Nonnt'ewi chi aliwd i chendiMi SuIj- :; i ι at qewi eht en in die üuliyü at hai t.cr (1<0 auf dein Dreh-1 isch ( 1 j) qel(Mit woiden, (lafi dann, wähifüid sicli der Di elit i sch ( 1 '>) droht., die im St rahlenqanq sich boiindliohon lior(?ichc der, Sub.nl rat r; ;;elektiv <jemäß dom qi'-wün.sclittüi Mankcnn unt ei mitte]:; ei nqeqeboner , C(J(Ji ertor ] η ί oiinat ionen , abqest i rinnt auf die Drohunq des Orehti-.sclics, Jiest.rnhlt. weiden, und daß durch bezüqlich der DiehacliHG radiale Ii(¹We(IUiKj(M) des Strahls (ureicht wird, (i.Ul sch 1 ioß] i ch die qanzen <}ewiinscht en Haskenmuster auf ii(Mi Substraten latent vorhnndcn sind.

1(). Verfahren nach Anspruch ⁽J , dadurch qekennzoi chnet , daii

bei jeder Umdroliunq des Dreht, i sehe« ein ι i nqf ö) i"i qrr , i'iii Di ehti Sehachse konzent ι i scher Unreich, dc.·; sen Hielte qleirh (J(MM St rah 1 ί ] (!ckdui (:hmei;;-.er ist, se](>kt.iv bestiahli wild, daß nach jruJer Vd]](Mi llmdrehunq des Di(Iitisches der Strahl iadial beziiqlich del Dreh t i s ch achsi ι ι i H(Mi S t ι ah 1 1 1 ecl.dui ehmessei lieweqt v:ird, und dann i< ι !,icliste /inn voi lic ι qeheiiden , be/i'iq 1 i ( h der Drchadi!«

ft ί) 9 U ? L I I! I, ' Ο

BAD ORIGINAL

.j

konzentrische und benachbarte Substratbereich fielekt: iv bestrahlt wird, und daß diese Operationen so binge wiederholt werden, bis die ganzen Substrate selektiv bestrahlt sind.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlfleckdurchmesser des hochauflösenden Strahls mindestens fünfmal kleiner als das kLe ins te Bildelement in irgendeinem der Maskenmuster gemacht v/ird.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Laserstrahl zum Bestrahlen benutzt wird, wobei die in X-Y-Koordinatenschreibweise eingegebenen Informationen zur Modulierung des Strahls vor ihrer Anwendung in Polarkoordinaten-Schreibweise umgewandelt v/erden.

13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektronenstrahl zur Bestrahlung verwendet wird und daß der Elektronenstrahl mittels einer elektrostatischen AblenkungseLnrichtung geführt wird.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Abweichungen der Substratgewichte von einem vorher festgelegten C.ewLcht durch dynamisches Ausbalancieren des Drehtischen aungeglichen werden, indem eine mit jedem Substrathalter (16) in Verbindung stehende Masse festgelegter ('reiße? radial bezüglich der Drehtischachse um einen bestimmten Hetrag verschoben wLrd.

l^r>. "erfahren nach Anspruch 11, dadurch gukennzolc-hnft ,

daß zum il/namLnchen Aunbcil anderen jeden Substrat , \

vor e;:·. auf dun Drehtisch gelegt v/ird, gm/oqen /itd, mi die Abweichung ncinr;."» ''nv/lcht:; von dem ff:; tgt: In [I cn

Dll'ltl'Wlli) Π (I ^ßAD ORIG/_Nal

Cewieht festzustellen, und daß dann zur Verschiebung der f Ids no festgelegter ('röße, welche in Form einer Schraubenmutter vorliegt, entsprechend der festgelegten Abweichung an der durch die Schraubenmutter hindurchgehenden Schraube gedreht wird.

16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 1^r>, dadurch qekennzelchnot, daß eine Reihe von HochfrequenztaktLi'ipuLsen und ein einzelner Indeximpuls während je;der Umdrehunq des Drehtisches erzeugt werden, daß diene TaktimpuLse gezählt v/erden, und daß ein Abschaltsignal erzeugt v/ird, um einen Abschaltvorunng einzuleiten, sofern nicht eine vorher festgelegte Anzahl von Taktimpulsen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Indeximpulsen gezählt werden.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz dor Taktimpulse zur Kompensation von geringen Schwankungen der Drehtischgeschwindigkeit zwischen aufeinanderfolgenden Drehungen des Drehtisches modifiziert wird.

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