DE2902875C2

DE2902875C2 - Vorrichtung zur kontaktlosen Kontaktkopie

Info

Publication number: DE2902875C2
Application number: DE2902875A
Authority: DE
Inventors: Addison Brooke La Mirada Calif. Jones; David B. Pasadena Calif. Wittry
Original assignee: Rockwell International Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1978-01-30
Filing date: 1979-01-25
Publication date: 1983-02-03
Also published as: DE2902875A1; GB2013909B; JPS5754933B2; US4194233A; GB2013909A; JPS54104777A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur kontaktlosen Kontaktkopie mit riper dünnen Beiichtungsmaske gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Im Zeitalter der Schaltungsmikrominiaturisation ist die Feinlinien-Lithographie eine Grundvoraussetzung bei der Herstellung. Die Lithographie mit hoher Auflösung ist auf vielen technischen Gebieten brauchbar, wie beispielsweise bei der Herstellung von Magnetblasendomänenvorrichtungen, Halbleitervorrichtungen, MOS/LSI-Vorrichtungen und dgl. Zahlrriche andere technologische Gebiete übernehmen schnell die Verfahren der Feinlinien-Lithographie.

Die Lithographie unter Verwendung von anderen Belichtungsquellen als nahe dem UV-Gebiet arbeitende Lampen ist eine bekannte sich weiterentwickelnde Arbeitsweise. Bei der Anwendung dieser Art einer Lithographie werden verschiedene Energiequellen, wie w beispielsweise Röntgenstrahlenquellen, Elektronenquellen und dgl. verwendet In der Vergangenheit wurden diese Quellen zusammen mit Kontakt- oder Projektionsverfahren verwendet. Es wurde festgestellt, daß die Maskenlebensdauer bei Verwendung des Proximitäts- ss Verfahrens (kontaktlose Kontaktkopie) wesentlich gegenüber dem einfachen Kontaktverfahren verlängert wird. Die Verwendung von Proximitäts-Masken macht aber eine relativ dicke Maske erforderlich, um den bei der kontaktlosen Kontaktkopie auftretenden Problemen zu widerstehen. Natürlich kann um so weniger Auflösung bei der Feinlinien-Lithographie erreicht werden, desto dicker die Maske ist. Die Verwendung der dünnen Masken waren typischerweise nicht erfolgreich, weil die dünnen Masken Energie und somit Wärme absorbieren. Dünne Masken werden ebenfalls durch die Energiequelle geladen. Diese Probleme (d. h. die thermische und Ladungs-Absorption) bewirken das Verformen bzw. Zerstören der Maske und machen diese unbrauchbar. Infolgedessen werden die kontaktlosen Kontaktkopte-Verfahren nicht in signifikantem Ausmaß verwendet, obwohl die Vorteile dieses Verfahrens zahlreich sind.

US-PS 40 26 653 zeigt eine Vorrichtung zur kontaktlosen Kontaktkopie unter Verwendung einer Maske 11, die zur Erzeugung einer baulichen Starrheit vorzugsweise ein relativ dickes Glasteil auf der Oberfläche vorsieht die zum Halbleiterwafer hinweist. Ferner ist dabei eine Luftkammer zwischen einem transparenten Glied und der Maske vorgesehen, wobei die Luftkammer über eine Mittelöffnung in der Maske mit einem schmalen Spalt in Verbindung steht, der zwischen Halbleiterwafer und Maske liegt Durch die verhältnismäßig dicke Maske ergibt sich eine verhältnismäßig geringe Auflösung, wobei ferner das in der Maske vorgesehene Loch nachteilig ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur kontaktlosen Kontaktkopie mit einer dünnen Belichtungsmaske derart vorzusehen, daß eine übermäßige Erhitzung der Belichtungsmaske und damit verbundene Verwerfungen insbesondere durch Kühlmaßnahmen verhindert werden.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale gemäß Anspruch 1 gelöst

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.

Die Zeichnung zeigt eine Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die vorzugsweise in einem Vakuum betrieben wird. Eine geeignete Energiequelle dient zur Erzeugung eines bei einem Arbeitsvorgang verwendeten Energiestrahls. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein temperaturstabilisierter oder thermisch leitender Teil 10 vorgesehen. Teil 10 weist in der Oberseite eine Ringnut 11 auf, die im wesentlichen den Umfang des Teils umfaßt In der Nut 11 ist ein O-Ring oder eine andere geeignete Dichtung 12 vorgesehen. Die Oberseite des Teils 10 weist ebenfalls eine Ausnehmung 13 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel im wesentlichen die ganze Oberseite des Teils 10 innerhalb der Nut 11 umfaßt Die Ausnehmung 13 ist derart angeordnet, daß darinnen eine dünne Schicht aus einem geeigneten, nicht verunreinigenden, thermisch leitenden, sich anpassenden Material gehalten wird, wie beispielsweise ein Polymer, destilliertes Wasser, Silikongummi oder dgl. Die Tiefe der Ausnehmung 13 ist hinreichend klein, um das thermische Kontaktmaterial als eine dünne Schicht (Film) vorzusehen. Ein Substrat 14 ist derart positioniert, daß es über dem Teil 10 liegt und in Berührung mit den O-Ringen 12 steht, um eine vakuumdichte Abdichtung zwischen dem Substrat 14 und der Oberseite des Teils 10 vorzusehen. Das Substrat kann auf irgendeine Weise gehalten werden, beispielsweise einfach durch direkten Druck von Klemm-Mitteln, die nach der Maskenausrichtung aufgebracht werden. Geeignete (nicht gezeigte) Klemm-Mittel halten die Maske 15 in Berührung mit dem Substrat 14 und dem Teil (Futter, Einspannmittel) 10, um die Abdichtung an den O-Ringen 12 und 18 vorzusehen.

Eine Maske 15 ist über dem Substrat 14 angeordnet. Die Maske 15 weist ein Tragglied 16 auf. welches aus Quarz oder dgl. hergestellt sein kann. Das Tragglied 16 kann um den Umfang der Maske 15 herum angeordnet sein. Eine Nut 17 (die ringförmig ausgebildet sein kann) ist in der Unterseite des Traggliedes 16 vorgesehen. Ein

O-Ring 18 ist in die Nut 17 eingesetzt und sieht eine Abdichtung mit der Oberseite des Substrats 14 vor. Die Innenoberfläche des Trägers 16 kann eine geringe Ausnehmung aufweisen, wie beispielsweise bei der Lippe 16Λ gezeigt, um das dünne Membranmaskiermaterial 19 aufzunehmen. Die dünne Membran 19 ist an den Innenkanten des Trägers 16 in einer geeigneten Weise befestigt, wie beispielsweise mittels eines Epoxyklebers oder dgl. Die Membran 19 kann aus irgendeinem geeigneten Material bestehen, wie beispielsweise einer Kunststoff-Folie, Parylen, Formvar oder einem Oxiofilm gebildet durch Anodisierung von beispielsweise Al₂O₃. Typische Flächendichten der Membran 19 sind 20 g/cm² oder weniger im Dünnmasken-Ausführungsbeispiel. Die Maske 15 an sich bildet keinen Teil der Erfindung.

Eine geeignete öffnung 20 ist im Tragglied 16 vorgesehen. Die Öffnung 20 steht mit der Außenseite von Träger 16 und mit dem Raum zwischen dem Maskiermaterial 19 und der Oberseite des Substrats 14 in Verbindung. Auf diese Weise kann ein geeignetes thermisch leitendes, inertes (typischerweise gasförmiges) Strömungsmittel in den Hohlraum 40 zwischen der Membran 19 und dem Substrat 14 über Öffnung 2ö eingeführt werden. Typischerweise bildet das inerte Gas (wie beispielsweise Ar, He, Ne, N usw.) eine dünne Schicht mit einem Druck zwischen 0,013 und 0,13 mbar.

Benachbart zur Vorrichtung ist mindestens ein Glühfaden 21 angeordnet, der über Widerstand 27 mit einer Fadenleistungsversorgung 22 in Verbindung steht. Eine Vorspannungsversorgung 23 liegt zwischen dem Substrat 14 und der Maskiermembran 19 dutch eine geeignete elektrische Verbindungsvorrichtung. Es sei bemerkt, daß die Vorspannungsversorgung 23 oder die Glühfaden 21 und die zugehörige Versorgung 22 gesondert oder gemeinsam verwendet werden können.

Eine erste Gitterstruktur 25 ist zwischen den Fäden 21 und der übrigen Vorrichtung angeordnet Das Gitter 25 ist mit dem Widerstand 27 über einen veränderbaren Widerstand 28 verbunden. Zudem ist das Gitter 25 mit einer Elektronenbeschleunigungsversorgung 29 verbunden. Diese Verbindungen zum Gitter stellen das Potential am Gitter 25 bezüglich der an die Fäden 21 angelegten Spannung dar. Eine Gitterstruktur 26 kann zwischen dem Gitter 25 und der übrigen Vorrichtung angeordnet sein. Das Gitter 26 ist mit dem Substrat und mit dem anderen Pol der Vorsorgung 29 verbunden.

Im Betrieb wird eine Schicht aus destilliertem Wasser oder einem anderen thermisch leitenden und sich anpassenden Material vorgesehen zwischen dem so Substrat 14 und dem Teil 10, um einen guten thermischen Kontakt zu erzeugen. Dies hat zur Folge, daß das Substrat auf einer relativ konstanten gleichförmigen Temperatur gehalten wird, und zwar unabhängig von der daran angelegten thermischen Energie durch den Elektronenstrahl, den Röntgenstrahl oder die jeweils verwendete {Energiequelle. Zudem ist eine dünne Garschicht zwischen der Membran 19 und dem Substrat 14 vorgesehen. Das Gas ist ein thermisch leitendes Fluidum und dient zur Ableitung der durch den jo einfallenden Energiestrahl normalerwehe erzeugten Wärme. Es wurde festgestellt, daß die thermische Leitfähigkeit der dünnen Gasschicht unabhängig vom Druck ist bis hinab zu ungefähr 0,13 mbar. Dieser Druckpegel sollte von der Membran 19 ohne Bruch >5 oder übermäßige Verformung ausgehalten werden. Nichtsdestoweniger wird bei der gezeigten Anordnung das Substrat auf einer im wesentlichen konstanten Temperatur durch Teil Iv gehalten, und die Membran 19 wird durch das Gas gekühlt, um ebenfalls eine im wesentlichen konstante Temperatur aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus kann der Druck der Gasschicht derart gesteuert werden, daß sich das Maskenmateriai 19 leicht vom Substrat 14 wegbiegt, wodurch die Gefahr des Verkratzens der Maske oder des Substrats vermindert wird.

Zur genauen Steuerung der Position der Membran 19 wird zur Verhinderung einer übermäßigen Auswärtsbiegung (und umgekehrt auch zur Verhinderung einer Einwärtsbiegung) eine elektrostatische Vorrichtung verwendet Das heißt, durch Anlegen einer elektrischen Spannung von Versorgung 23 zwischen die Membran 19 und das Substrat 14 kann die Membran 19 auch geladen werden, um eine geeignete Anziehungskraft bezüglich des Substrats 14 zu erzeugen. Das heißt, die Fäden 21 werden hinreichend erhitzt um Elektronen zu emittieren, welche eine Ladung auf der Oberfläche von Membran 19 erzeugen. Auf diese Weise ist die in der Membran 19 durch die Glühfäden 21 erzeugte Anziehungskraft viel größer als die Anziehungskraft, die durch die Energiequelle erzeugt werr',21 könnte. Diese Anziehungskraft kann auf einem stetigen konstanten Niveau gehalten werden und kann ausgeglichen werden durch den Druck der Kühlgasschicht wodurch ein genau reproduzierbarer Abstand zwischen der Maske und der-v Substrat für eine Proximitäts-Belichtung vorgesehen wird, und zwar selbst bei einer relativ großen Maskenfläche. Zudem kann durch Erzeugung dieser Anziehungskraft ein etwas größerer Gasdruck ausgeübt werden, um die thermische Leitfähigkeit zu erhöhen, ohne daß der Bruch der Membran 19 riskiert wird.

Die Fadenversorgung 22 liefert eine Spannung an die Fäden 21 über Widerstand 27. Ebenfalls erzeugt eine durch den IR-Abfall am Widerstand 28 hervorgerufene Spannung eine Spannungsdifferenz zwischen Gitter 25 und Fäden 21. Diese Spannung steuert den Niederenergie-Elektronenstrom vom Gitter 25 zum Substrat 14. In gleicher Weise wird eine Spannung V, (typüchenyeise in der Größenordnung von 100 bis 2000 Volt) zwischen Gitter 25 und Substrat 14 angelegt um die Elektronenenergie zu steuern. Durch geeignete Wahl von V» kann eine Isolationsmaske 19 mit einem positiven, negativen oder Null-Potential bezüglich des Substrats betrieben werden. Dieses relative Potential kann als eine Funktion der Sekundärmission der Elektronen vom Substrat 14 analysiert werden. Der veränderbare Widerstand 28 gestattet auch eine relativ empfindliche und schnelle Steuerung des Potentials am Gitter 25, wodurch die genaue Steuerung der Ladungsbeziehung zwischen Maske 19 und Substrat 14 aufrechterhalten werden kann.

Alternativ kann die Vorspannungsversorgung 23 zwischen Substrat 14 und Tragglied 16 (und somit Membran 19) geschaltet werden. Die Vorspannungsversorgung 23 kann entweder nach Wunnch eine Wechselspannungs- oder Gleichspannungs-Versorgung sein, um die Ausgleichs-Anziehkraft zwischen Maske und Substrat zu erreichen. Typischerweise wird die Vorspannungsquelle 23 verwendet für Masken und Substrate, hergestellt aus elektrisch leitendem Material, während die Glühfaden 21 für isolierende Masken und Substrate verwendet werden. Es können natürlich Fälle auftreten, wo beide Ladekonzepte in gleicher Weise brauchbar ^ind.

Vorstehend wurde somit ein bevorzugtes Ausiiih-

rungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fcinlinien-Lithographievorrichtung beschrieben. Diese Vorrichtung gestattet die vorteilhafte Verwendung dünner Membranenmaskenvorrichtungen. Die Merkmale der Erfindung können natürlich in einer dem Fachmann gegebenen Weise abgewandelt werden, ohne daß die allgemeine Funktionsweise der Vorrichtung verändert wird.

Zusammenfassend kann man sagen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders zweckmäßig bei sehr dünnen Masken ist, die in der Röntgenstrahlen-Lithographie, Transmissionselektronen-Lithographie oder Elektronenprojektions-Lithographie verwendet werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist dabei Temperaturstabilisationsmittel auf. um den schädlichen Auswirkungen in der Maske entgegenzuwirken, die durch die Energieabsorption von der Energiequelle ausgehen, wobei auch Positioniermittel vorgesehen sind, um die dünnen Masken genau mit Abstand für die Nähe-Lithographie-Verfahren anzuordnen. Thermischen Effekten wird durch ein Spannfutter oder Teil 10 entgegengewirkt, welcher das zu behandelnde Substrat trägt. Eine thermisch leitende Schicht, beispielsweise ein Fluidum oder ein anderes sich anpassendes Medium, kann zwischen dem Substrat und dem Futter vorgesehen sein. Die Maske ist in gleicher Weise gegenüber dem Substrat durch eine dünne Lage aus thermisch leitendem Material mit Abstand angeordnet, beispielsweise unter Verwendung eines Niederdruckgases, welches die in Rede stehende Energie leiten kann. Der genaue Abstand der Maske wird durch die Verwendung einer Quelle gesteuert, die eine elektrostatische Ladung zwischen dem Substrat und der Maske aufbaut. Die Ladung kann durch eine Quelle vorgesehen werden, die mit dem Substrat und der Maske verbunden ist oder mittels Fäden, die oberhalb der Maske angeordnet sind. Der genaue Abstand wird erreicht durch Ausgleichen der Anziehungskraft der elektrostatischen Ladung mit der Repulsionskraft des Niederdruckgases.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur kontaktlosen Herstellung einer Kontaktkopie auf einem Substrat mit einer dünnen Belichtungsmaske, die durch die Belichtungsenergie erwärmt wird, wobei ein Hohlraum zwischen der Belichtungsmaske und dem auf einem Halterungsteil gehalterten Substrat vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (40) mit thermisch leitendem Fluidum und ein weiterer Hohlraum (13) zwischen dem Substrat (14) und dem Halterungsteil (10) mit einer thermisch leitenden Substanz gefüllt ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidum ein Gas ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Substanz eine Flüssigkeit ist

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Substanz ein Polymermaterial ist

5. Vorrichtung nach Anspruch i, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Belichtungsmaske (15) eine Membran ist

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 —5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannung zwischen Belichtungsmaske (15) und Substrat (14) anlegbar ist, wobei die Maske (15) gegebenenfalls zusätzlich aufladbar ist

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