-
Die geschilderten Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch beseitigt,
daß auf der dem Trägerglas abgewandten, im Verwendungszustand dem Projektionsobjektiv
zugewandten Seite der Maskenschicht ein ebenes Schutzglas befestigt ist. Es ist
leicht einzusehen, daß die Glasscheibe die eigentliche Maskenschicht vor Verletzungen
schützt und es erlaubt, die vorhandenen Verunreinigungen leicht zu beseitigen, ohne
in Kontakt
mit der Schicht zu kommen, sowie Hantierungen mit der
Maske und deren Lagerung relativ risikolos auszuführen. Keineswegs selbstverständlich
ist jedoch, daß die technisch so einfache, vorgeschlagene Maßnahme die Wirkung kleiner
Verunreinigungen, insbesondere auch kleiner Partikel, die sich während des Betriebes
auf der Oberfläche absetzen, unschädlich macht, ohne gleichzeitig das optische System
aus Projektionsmaske, Projektionsobjektiv und Substrat ernsthaft zu stören.
-
Das Unschädlichwerden kleiner Verunreinigungen beruht darauf, daß
die Glasoberfläche, auf der sie sich befinden, sich bei Verwendung nicht allzu dünner
Gläser und der üblichen Projektionsobjektive fast notwendigerweise außerhalb des
Bereiches befindet, der vonf Projektionsobjektiv scharf auf das Substrat abgebildet
wird. Dieser Sachverhalt kann unter Verwendung des Begriffes der Rayleigh-Tiefe
streng dargestellt werden.
-
Einerseits ist aus der reinen Gaußschen Dioptrie welche Beugungsphänomene
vernachlässigt, bekannt, daß Objektpunkte außerhalb ihrer geometrisch optischen
Bildebene als Unschärfekreise abgebildet werden.
-
Andererseits werden Lichtpunkte aufgrund der in der geometrischen
Optik vernachlassigten Wellennatur des Lichtes durch reale optische Geräte nicht
als Bildpunkte, sondern als Beugungsscheibchen abgebildet, da die Lichtwelienfront
immer durch eine Eintrittspupille beschnitten wird, und damit Beugung auftritt Das
sogenannte Rayleigh-Kriterium für die Grenze des Auflösungsvermögens besagt nun,
daß die Grenze des Auflösungsvermögens erreicht ist, wenn der Mittelabstand der
beiden Beugungsscheibchen gleich dem Radius des hellen Zentrums des Beugungsscheibchens,
des sogenannten Airy-Scheibschens, ist. In ähnlicher Weise wird der begrenzte Bereich
im Objektraum, dessen Punkte als Unschärfekreise im Bildraum abgebildet werden,
deren Durchmesser kleiner sind als die Durchmesser der zugehörigen Airy-Scheibchen,
als Rayleigh-Tiefe bezeichnet Um eine tiefenscharfe Abbildung zu erhalten, ist es
nach dem Gesagten notwendig, daß sich das Objekt in einem Abstand befindet, der
vom Idealabstand höchstens um die Rayleigh-Tiefe, vorzugsweise nur um 2/3 dieser
Tiefe, abweicht Umgekehrt wird man also im vorliegenden Fall, wo eine möglichst
unscharfe Abbildung von Verunreinigungen erwünscht ist, die Dicke des Schutzglases
größer, vorzugsweise mindestens dreimal größer, als die Rayleigh-Tiefe des Projektionsobjektes
im Bereich der Projektionsmaske machen. Damit ist sichergestellt, daß im Streulicht
nicht sichtbare Partikel auch keine schädliche Wirkung mehr ausüben können, und
größere Partikel können ja von dem erfindungsgemEß vorgesehenen Schutzglas ohne
weiteres vollständig entfernt werden. Überraschend ist, daß die Einbringung einer
planparallelen Glasscheibe, die hinreichend dick ist, um in der beschriebenen Weise
die Abbildung von Verunreinigungen auf den Wafer unschädlich zu machen, in dem Strahlengang
des Projektionsobjektivs keine wesentlichen nachteiligen Wirkungen hat und dies,
obwohl die üblichen Projektionsobjektive sich durch große numerische Apertur bei
entsprechend geringer Tiefenschärfe auszeichnen. Für die Bemessung des vorgesehenen
Schutzglases ist also ein erheblicher Bereich gegeben, in dem einerseits Verunreinigungen
auf dem Schutzglas unscharf abgebildet werden, andererseits die durch das Schutzglas
bedingte Verzeichnung kleiner ist als die durch das Pr##jektioroobjektiv selbst
bedingte Verzeichnung. Dies ist ein erheblicher Vorteil, da bei Verwendung dickerer
Schutzgläser, die an sich möglich wäre, eine entsprechende Korrektur des Objektivs
erfolgen müßte, welche wiederum die Verwendung herkömmlicher Projektionsmasken ohne
Schutzglas im selben Gerät ausschließen würde. Wie anschließend anhand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert wird, ist also eine geringfügige Verschiebung der Projektionsmaske
in Richtung der optischen Achse die einzige Veränderung, die an der optischen Anordnung
vorgenommen werden muß, wenn man eine Schutzplatte einführt bzw. wegläßt, sofern
deren Dicke d ein gewisses Maß nicht überschreitet Andernfalls muß, wie bereits
erwähnt eine (geringfügige) Korrektur am Objektiv vorgenommen werden. Weitere Einzelheiten
der Erfindung, insbesondere verschiedene Vorschläge für die Art der Zuordnung des
Schutzglases zur Maskenschicht, werden anschließend anhand der Zeichnung näher erläutert
F i g. 1 stellt schematisch die Anordnung dar, in welcher die erfindungsgemäße Projektionsmaske
verwendet wird; F i g. 2 erläutert den Strahlengang im Bereich der Projektionsmaske;
F i g. 3 ist die Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Projektionsmaske,
F i g. 4 ein Vertikalschnitt durch einen vergrößerten Teil eines zweiten Ausführungsbeispiels,
F i g. 5 ein Vertikalschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel und F i g. 6
die Draufsicht auf den Schnitt nach der Ebene VII-VII in F i g. 5.
-
F i g. 1 stellt ein Projektionsbelichtungsgerät dar, dessen wesentlicher
Teil ein Projektionsobjektiv 4 ist, welches bei Belichtung der Maskenschicht 2 diese
auf die Oberfläche eines mit Photolack beschichteten Halbleiters 5 abbildet Die
Einrichtung zur Belichtung der Projektionsmaske hat mit der Erfindung nichts zu
tun und ist deshalb hier nicht dargestellt Wesentlich für die Erfindung ist, daß
die Projektionsmaske nicht nur in üblicher Weise aus einem Trägerglas 1 mit einer
dem Projektionsobjektiv 4 zugewandten Maskenschicht 2 besteht, sondern zusätzlich
mit einem ebenen Schutzglas 3 versehen ist Die Anwendung der Schutzglasplatte 3
stellt die Einschaltung einer planparallelen Platte in den optischen Strahlengang
zwischen Maske 2 und Objektiv 4 dar. Diese planparallele Platte induziert natürlich
Abbildungsfehler, die dann nicht ins Gewicht fallen wenn die Glasplatte hinreichend
dünn ist Diese Abbildungsfehler sind dann kleiner, als sie ohnehin durch das abbildende
Objektiv bedingt sind. Den wesentlichen Fehler stellt hier die Verzeichnung dar.
-
Im Ausführungsbeispiel, bei dem der Objekt-Bild-Abstand 00' ca 1
m, die Brennweite des Objektivs 66,7 mm, der Abbildungsmaßstab 10:1 beträgt, ist
bei einer Dicke des Schutzglases 3 von 2 mm die Verzeichnung wo,05 pm in einem Bildfeld
von 14,5 mm Durchmesser, wo hingegen die Verzeichnung, die allein durch das Objektiv
bedingt ist, i0,3 pm beträgt Prinzipiell können auch dickere Schutzgläser angewendet
werden. In diesem Falle muß das Objektiv aber entsprechend korrigiert werden.
-
In jedem Falle aber muß bei Einsatz einer Schutzglasplatte der Abstand
00' verlängert werden, damit der Abbildungsmaßstab erhalten bleibt Dies wird aus
der F i g. 2 ersichtlich. AA sei die optische Achse. Ein Strahl gehe von dem Detail
P' auf der Maske aus und treffe unter dem Winkel £' in R auf die brechende Grenzfläche
der Schutzglasscheibe mit der Dicke d(der
Spalt zwischen Maske und
Schutzglas wird vernachlässigt). Unter dem Winkel s verläßt der Strahl die Glasplatte
und schneidet die optische Achse in F. Wäre nun die Glasplatte nicht vorhanden,
so müßte das Detail P' zum Ort P verschoben werden, damit es unter dem gleichen
Winkel S gegen die optische Achse erscheint wie mit der Glasplatte, damit der Abbildungsmaßstab
gewahrt bleibt Die Distanz x, um die die Maskenebene verschoben werden muß (also
die Distanz zwischen der Objektweite Os mit Schutzglas und der Objektweite Oo ohne
Schutzgks), ergibt sich nach dem Brechungsgesetz und trigonometrischen Formeln aus
der Dicke dund den Brechungsindizes n und n' Die Erfindung beschränkt somit die
Verwendung eines bestimmten Projektionsbelichtungsgerätes keineswegs auf die Verwendung
von erfindungsgemäßen Projektionsmasken oder auf die Verwendung von Projektionsmasken
mit einem Schutzglas bestimmter Dicke. Die Projektionsmasken eines zur Belichtung
desselben Substrats dienenden Satzes wird man aber mit Gläsern derselben Dicke versehen,
um zwischen den einzelnen Belichtungsvorgängen nicht axiale Verstellungen des Auflagers
für die Projektionsmasken vornehmen zu müssen.
-
Die in F Ig. 3 dargestellte Projektionsmaske umfaßt als wesentliche
Teile ein Trägerglas 1, eine Maskenschicht 2 und ein Schutzglas 3, welche durch
Klammern 9 zusammengehalten werden. Das Trägerglas 1 besteht dabei am dargestellten
Fall aus einer quadratischen Platte von etwa 0,6 cm starkem Borosilikatglas, das
wegen seines geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten gewählt wird Die relativ große
Stärke des Trägermaterials führt dazu, daß diese sich bei mechanischer Belastung
nur geringfügig durchbiegt.
-
Das völlig plane Trägerglas trägt an seiner Unterseite die ein Muster
bildende Maskenschicht 2, deren- Dicke in der Darstellung natürlich übertrieben
werden muß.
-
Unmittelbar auf der Maskenschicht 2 liegt das Schutzglas 3 auf, das
vorzugsweise aus dem gleichen Material besteht wie das Trägerglas 1, um gegenseitige
Verschiebungen der Teile 1 und 3 bei Erwärmung und Abkühlung zu vermeiden Trägerglas
1 und Schutzglas 3 sind so eben, daß der Zwischenraum, in dem sich die Maskenschicht
befindet, staubdicht versiegelt ist.
-
Statt durch Klammern 9 kann, wie dies in F i g. 4 dargestellt ist,
die Verbindung zwischen Trägerglas 1 und Schutzglas 3 durch eine Kleberschicht 10
hergestellt werden. Diese muß natürlich durchsichtig sein und
besteht im dargestellten
Fall aus Canadabalsam, von dem in der Optik deshalb gerne Gebrauch gemacht wird,
da er denselben Brechungsindex wie Glas aufweist Um zu verhindern, daß eine derartige
Kleberschicht 10 durch Lösungsmittel angegriffen wird, welche zum Reinigen der Projektionsmaske
angewendet werden, ist im Ausführungsbeispiel nach Fig.4 die Fuge zwischen Trägerglas
1 und Schutzglas 3 durch eine lösungsmittelunempfindliche Lackschicht 6 in Form
eines Dichtstreifens abgedeckt. Die geringe Temperaturbeständigkeit von Canadabalsam
stellt sich in der vorliegenden Anwendung als Vorteil dar, weil sie eine einfache
Zerlegung der Anordnung durch Erwärmen erlaubt Wie in F i g. 5 und 6 dargestellt,
kann zwischen Maskenschicht 2 und Schutzglas 3 ohne weiteres auch ein geringfügiger
Zwischenraum bestehen. In diesem Fall dient ein Randstreifen 7 als Dichffläche für
das Schutzglas 3, der bei der Herstellung der Maskenschicht als geschlossener Arbeitsmuster
und Justiermarken umgebender Rahmen erzeugt wird. Der Dichtrand kann durchaus labyrinthartige
Kanäle 8 aufweisen, welche durchlässig für Luft- und Wassermoleküle sind, nicht
jedoch für Staubteilchen. Auf diese Weise kann ein Luftdruck- und Feuchtigkeitsausgleich
mit der Außenatmosphäre stattfinden. Der Druckausgleich ist besonders dann wichtig,
wenn das eingeschlossene Volumen relativ groß ist, da durch Druckunterschiede Durchwölbungen
des Schutzglases hervorgerufen werden, die optisch nachteilig wirken können Zum
Unterschied von der Ausführung nach F i g. 4 ist es bei der distanzierten Anordnung
des Schutzglases 3 besonders wichtig, dieses beidseitig, insbesondere auf der Belichtungswellenlänge,
zu entspiegeln. Die Entspiegelung, etwa durch Aufbringen einer Aufdampfschicht,
verhindert bzw. vermindert die Entstehung schädlicher Interferenzen, die an sich
freie Öffnungen in der Projektionsmaske dunkler erscheinen lassen können. Das beste
Ergebnis erhält man dabei, wenn nicht nur das Schutzglas 3, sondern auch das Trägerglas
1 beidseitig entspiegelt wird Befinden sich kleine Venim#gen auf dem Schutzglas
3 einer der Projektionsmasken nach F i g. 3 bis 6, so werden diese nur sehr unscharf
abgebildet. Bei einer numerischen Apertur von 0,35 beträgt nämlich die Rayleigh-Tiefe
des Projektionsobjektivs 4 nach Fig. 1 nur 360 , so daß bei einer Dicke des Schutzglases
von 2mm die Verunreinigungen einen Abstand von der Maskenschicht 2 aufweisen, der
etwa der sechsfachen Rayleigh-Tiefe entspricht