DE2845147C2 - - Google Patents
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- DE2845147C2 DE2845147C2 DE19782845147 DE2845147A DE2845147C2 DE 2845147 C2 DE2845147 C2 DE 2845147C2 DE 19782845147 DE19782845147 DE 19782845147 DE 2845147 A DE2845147 A DE 2845147A DE 2845147 C2 DE2845147 C2 DE 2845147C2
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
- G03F1/38—Masks having auxiliary features, e.g. special coatings or marks for alignment or testing; Preparation thereof
- G03F1/48—Protective coatings
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
Description
Bei der Herstellung integrierter Schaltungen geht man so vor, daß eine Anzahl von Masken mit
verschiedenen Konfigurationen auf ein Substrat abgebildet wird, dessen Oberfläche durch Belichtung
verändert wird. Zwischen aufeinanderfolgenden Abbildungen wird das Substrat physikalischen und chemischen
Änderungen unterworfen, die beispielsweise darin bestehen können, daß der belichtete oder der
unbelichtete Teil des auf das Substrat aufgebrachten Photolacks entfernt und darunterliegende Schichten
geätzt werden.
Während es nun früher üblich war, während des Belichtungsvorganges die mit dem abzubildenden
Muster versehene Maske in unmittelbaren Kontakt mit dem Substrat zu bringen, ging man wegen der
ίο inzwischen gestiegenen Anforderungen an die Genauigkeit
in jüngster Zeit weitgehend dazu über, die das abzubildende Muster tragende Maske unter Zwischenschaltung
eines Objektivs zwischen Maske und Substrat auf letzteres abzubilden. Dabei besteht neuerdings die
Tendenz, die Vielzahl identischer Muster, die auf dem als Wafer bezeichneten Substrat entstehen sollen, nicht
durch eine Maske herzustellen, die mit der entsprechenden Vielzahl von Mustern versehen ist, sondern ein und
dasselbe Muster an der Maske mehrfach auf das schrittweise verschobene Substrat abzubilden (step and
repeat). Die erfindungsgemäße Projektionsmaske ist insbesondere mit dem letztgenannten Verfahren vorteilhaft
ohne auf die Verwendung bei diesem eingeschränkt zu sein.
Photomasken bestehen üblicherweise aus einem quadratischen Trägerglas mit im Zollmaßstab genormten
Kantenlängen zwischen etwa 6,25 cm und 15 cm, mit Dicken von 0,15 cm bis 0,6 cm. Auf diesem Trägerglas
befindet sic'n entweder eine Photoemulsionsschicht (feinkörniges Filmmaterial) oder ein sogenannter »hard
film«, d. i. eine Aufdampfschicht von ca. 1 μπι Dicke aus
Chrom, Eisenoxid oder anderen Materialien. In dieser Schicht wird das eigentliche Maskenmuster auf
photographischem bzw. photolithographischem Wege erzeugt. Diese Masken werden nun so wie sie sind in das
Projektionsbelichtungsgerät mit der Schichtseite in Richtung zum Projektionsobjektiv gelegt bzw. aufbewahrt.
Staubpartikel und andere Verunreinigungen haben also direkten Zugang zur eigentlichen Maskenschicht.
Dies ist bei einem Step- and Repeat-Belichtungsgerät besonders kritisch, weil bei einer Maskenstörung
systematisch alle auf dem Wafer befindlichen Belichtungsfelder betroffen werden. Daher muß vor
jedem Maskeneinsatz die jeweilige Maske sorgfältig überprüft und gereinigt — zumindest aber »abgeblasen«
— werden. Bei diesen Reinigungsschritten und überhaupt bei allen Manipulationen besteht die Gefahr der
Verletzung der Maske. Gegen das Absetzen von Staub auf der Schicht während des Betriebes besteht sogar
so überhaupt kein Gegenmittel.
Für Kontaktbelichtungsmasken, welche beim Belichtungsvorgang einer mechanischen Beanspruchung ausgesetzt
sind, ist es aus der DE-AS 16 14 677 bekanntgeworden, die Maskenschicht mit einer höchstens 3 μπι
starken Schicht aus transparentem, hartem Material abzudecken. Diese Schicht soll auch Beugungs- und
Interferenzerscheinungen verhindern. Beschädigungen dieser Schicht, beispielsweise Kratzer, oder Verunreinigungen
führen bei der Belichtung jedoch ebenfalls zu den beschriebenen Fehlern.
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
λ jletzungen 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 vom 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 Dioptrik, welche Beugungsphänomene vernachlässigt, bekannt,
daß Objektpunkte außerhalb ihrer geometrisch optisehen
Bildebene als Unschärfekreise abgebildet werden. Andererseits werden Lichtpunkte aufgrund der in der
geometrischen Optik vernachlässigten Wellennatur des Lichtes durch reale optische Geräte nicht als Bildpunkte,
sondern als Beugungsscheibchen abgebildet, da die Lichtwellenfront 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 tiefenrcharfe 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 2h
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 erfindungsgemäß 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 TiefensdiSrfe 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 es
bedingte Verzeichnung kleiner ist als die durch das Projektionsobjektiv 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 schematise!] 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.
Fig.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 Fig. 5.
Fig. 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 planparal'elen 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
OO' 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 ±0,05 μίτι in einem Bildfeld von 14,5 mm
Durchmesser, wo hingegen die Verzeichnung, die allein durch das Objektiv bedingt ist, ±0,3 μίτι 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 OO' verlängert werden,
damit Her 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 ε' in R auf die brechende
Grenzfläche der Schutzglasscheibe mit der Dicke c/(der
Spalt zwischen Maske und Schutzglas wird vernachlässigt). Unter dem Winkel ε 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 ε 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 O5 mit Schutzglas und der Objektweite O0
ohne Schutzglas), ergibt sich nach dem Brechungsgesetz und trigonometrischen Formeln aus der Dicke duna den
Brechungsindizes /jund n'.
Die Erfindung beschränkt somit die Verwendung eines bestimmten Projektionooelichtungsgerätes 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 i g. 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 Fig. 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 erl iubt.
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 Dichtfläche 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 Außenat-
2"i mosphäre 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 Belichtungswelienlänge,
zu entspiegeln. Die Entspiegelung, etwa durch Aufbringen einer Aufdampfschicht, verhindert bzw. vermindert
i*> 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 Verunreinigungen 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 F i g. 1 nur 360 μ, so daß bei einer Dicke des Schutzglases von
2 mm die Verunreinigungen einen Abstand von der Maskenschicht 2 aufweisen, der etwa der sechsfachen
Rayleigh-Tiefe entspricht
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (11)
1. Projektionsmaske mit einem Trägerglas und einer ein Muster aus durchsichtigen und undurchsichtigen
Flächen bildenden Maskenschicht für ein Projektionsbelichtungsgerät bei dem ein mit Fotolack
beschichteter Halbleiter partiell belichtet wird, indem die Projektionsmaske über ein Projektionsobjektiv
auf diesen, insbesondere mehrmals hintereinander und auf verschiedene Partien des schrittweise
verschobenen Halbleiters, abgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem
Trägerglas (1) abgewandten, im Verwendungszustand dem Projektionsobjektiv (4) zugewandten
Seite der Maskenschicht (2) ein ebenes Schutzglas (3) befestigt ist
2. Projektionsmaske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Schutzglases (3)
größer, vorzugsweise mindestens dreimal größer als die Rayleigh-Tiefe des Projektionsobjektivs im
Bereich der Projektionsmaske ist
3. Projektionsmaske nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Schutzglases
(3) jenen Wert unterschreitet, bei dem die durch das Schutzglas (3) bedingte Verzeichnung
gleich der durch das Projektionsobjektiv (4) allein bedingten Verzeichnung ist.
4. Projektionsmaske nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzglas (3)
beidseits, insbesondere durch aufgedampfte Schichten, für die Belichtungswellenlänge entspiegelt ist.
5. Projektionsmaske nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzglas (3)
unmittelbar an der Maskenschicht (2) anliegt und mit dem Trägerglas verklammert ist.
6. Projektionsmaske nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzglas (3)
mit der Maskenschicht (2) durch Canadabalsam verklebt ist.
7. Projektionsmaske nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fuge zwischen Trägerglas
(1) und Schutzglas (3) durch eine lösungsmittelunempfindliche Lackschicht (6) abgedeckt ist.
8. Projektionsmaske nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzglas (3)
längs eines staubdichten, die Maskenschicht (2) umgebenden Randstreifens (7) aufliegt.
9. Projektionsmaske nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Randstreifen (7) aus dem
Material der Maskenschicht (2) besteht.
10. Projektionsmaske nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Randstreifen (7)
Labyrinthdichtungen (8) aufweist.
11. Projektionsmaske nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Trägerglas (1) und Schutzglas (3) aus demselben
Material bestehen.
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GB7935831A GB2036367A (en) | 1978-10-17 | 1979-10-16 | Masks for the Projection Exposure of Semiconductor Substrates |
FR7925689A FR2439418A1 (fr) | 1978-10-17 | 1979-10-16 | Masque pour projeter une image sur un substrat semi-conducteur |
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JP13304679A JPS5588334A (en) | 1978-10-17 | 1979-10-17 | Mask for fabricating integrated circuit |
Applications Claiming Priority (1)
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Families Citing this family (3)
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US4537498A (en) * | 1984-05-03 | 1985-08-27 | At&T Technologies, Inc. | Focal plane adjusted photomask and methods of projecting images onto photosensitized workpiece surfaces |
WO1992021066A1 (en) * | 1991-05-17 | 1992-11-26 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Pressure relieving pellicle |
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1978
- 1978-10-17 DE DE19782845147 patent/DE2845147B1/de active Granted
-
1979
- 1979-10-17 JP JP13304679A patent/JPS5588334A/ja active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPS5588334A (en) | 1980-07-04 |
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