DE3000604A1

DE3000604A1 - Protection mask for semiconductor integrated circuit mfr. - is supported on glass plate of specified thickness under protective glass plate

Info

Publication number: DE3000604A1
Application number: DE19803000604
Authority: DE
Inventors: Ernst Dr Loebach; Herbert Dipl Phys Mayer
Original assignee: Censor Patent und Versuchsanstalt
Current assignee: Censor Patent und Versuchsanstalt
Priority date: 1979-01-10
Filing date: 1980-01-09
Publication date: 1980-08-28

Abstract

The projection mask is for printed circuit mfr. with a mask surface (2) carrying a printed pattern, supported above a projection lens (4) so that the pattern is superimposed in a reduced form on the semiconductor substrate (5) below. This surface (2) is carried by a glass plate (2) which is thinner than the covering glass plate (1) above the mask. The thickness of the lower glass plate is greater, pref. three times greater than the Rayleigh depth of the objective lens to ensure a sharp image, particularly if there are particles of dirt on the glass. In another arrangement, there is a spacing system between the upper glass and the mask.

Description

Censor Patent- und Versuchs-AnstaltCensor patent and test institute

in Vaduz (Fürstentum Liechtenstein) Projektionsmaske 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.in Vaduz (Principality of Liechtenstein) projection mask at the production of integrated circuits is done in such a way that a number of masks is imaged with different configurations on a substrate, the surface of which is changed by exposure. Between successive images, the substrate is subjected to physical and chemical changes, for example may be that the exposed or the unexposed part of the The photoresist applied to the substrate is removed and the underlying layers are etched will.

Früher war es üblich, die mit dem abzubildenden Muster versehene Maske während des Belichtungsvorganges in unmittelbaren Kontakt mit dem Substrat zu bringen.It used to be common to use the mask provided with the pattern to be reproduced bring it into direct contact with the substrate during the exposure process.

Für solche Kontaktbelichtungsmasken, welche beim Belichtungsvorgang einer mechanischen Beanspruchung ausgesetzt sind, ist es beispielsweise aus der DE-AS 1 614 677 bekanntgeworden, die Maskenschicht mit einer höchstens 3 z m starken Schicht aus transparentem, hartem Material abzudecken. Diese Schicht soll auch Beugungs- und Interferenzerscheinungen verhindern. Wegen der gestiegenen Anforderungen an die Genauigkeit geht man 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 Hafer 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.For such contact exposure masks, which during the exposure process are exposed to mechanical stress, it is for example from the DE-AS 1 614 677 has become known, the mask layer with a maximum thickness of 3 z m Cover layer of transparent, hard material. This layer should also be diffraction and prevent interference. Because of the increased demands on In recent times, the accuracy has largely gone over to that which is to be mapped Pattern-bearing mask with the interposition of a lens between mask and To map substrate on the latter. There has recently been a tendency towards a large number identical patterns to be created on the substrate known as oats, not by making a mask with the appropriate variety of patterns is provided, but one and the same pattern on the mask several times to image on the step-by-step shifted substrate (step and repeat). The inventive Projection mask is particularly advantageous with the last-mentioned method, without being restricted to its use.

Photomasken bestehen üblicherweise aus einem quadratischen Deckglas 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 Deckglas befindet sich entweder eine Photoemulsionsschicht (feinkörniges Filmmaterial) oder ein sogenannter "hard film", d. i. eine Aufdampfschicht von ca. 1 m Dicke aus Chrom, Eisenoxid oder anderen Materialien.Photo masks usually consist of a square cover glass with edge lengths standardized on an inch scale between about 6.25 cm and 15 cm, with thicknesses from 0.15 cm to 0.6 cm. There is either a photoemulsion layer on this cover slip (fine-grain film material) or a so-called "hard film", d. i. a vapor deposition layer approx. 1 m thick made of chromium, iron oxide or other materials.

In dieser Schicht wird das eigentliche Maskenmuster aufphotographischem 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 Maskenschicht. Gegen das Absetzen von Staub auf der Schicht während des Betriebes besteht sogar überhaupt kein Gegenmittel.In this layer the actual mask pattern is photographed or generated photolithographically. These masks now become what they are into the projection exposure device with the layer side in the direction of the projection lens placed or kept. So dust particles and other contaminants have direct Access to the actual mask layer. This is with a step-and-repeat exposure device particularly critical because, in the event of a mask failure, everything is systematically on the wafer exposure fields located are affected. Therefore, before using a mask the respective mask must be carefully checked and cleaned - or at least "blown off". In these cleaning steps and in general with all manipulations, the Risk of damaging the mask layer. Against the deposition of dust on the layer there is even no antidote at all during operation.

Auch eine Versiegelung der Maskenschicht, wie sie in der eingangs beschriebenen Weise für Kontaktbelichtungsmasken hekannt ist, würde die erläuterten Probleme nicht heheben, da Beschädigungen der Siegelschichte oder Verunreinigungen bei der Belichtung zu denselben Fehlern führen.Also a sealing of the mask layer, as described in the introduction described manner for contact exposure masks is known, would be explained Do not raise problems because of damage to the sealing layer or contamination lead to the same errors during exposure.

Nach der Stammanmeldung P 28 45 147.0 werden die geschilderten Nachteile dadurch behoben, daß auf der dem Deckglas abgewandten, im Verwendungszustand dem Projektionsobjektiv zugewandten Seite der Maskenschicht ein ebenes Schutzglas befestigt ist.According to the parent application P 28 45 147.0, the disadvantages outlined are remedied by the fact that on the one facing away from the cover glass, in the state of use the A flat protective glass is attached to the side of the mask layer facing the projection lens is.

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. Die technisch so einfache Maßnahme macht zusätzlich die Wirkung kleiner Verunreinigungen, insbesondere auch kleiner Partikel, die sich während des Betriebes auf der Oberfläche absetzen, unschädlich, ohne gleichzeitig das optische System aus Projektionsmaske, Projektionsobjektiv und Substrat ernsthaft zu stören.It is easy to see that the pane of glass is the actual mask layer protects against injury and it allows the existing impurities to be easily removed without coming into contact with the layer, as well as handling the mask and its storage relatively risk-free. The technically so simple one Measure additionally makes the effect of small impurities, in particular too small particles that settle on the surface during operation are harmless, without at the same time the optical system of projection mask, projection lens and seriously disturb substrate.

Wie in der Stammanmeldung P 28 45 147.O ausführlich erläutert, beruht das Unschädlichwerden kleiner Verunneinigungen darauf, daß die Glasoberfläche, auf der sie sich befinden, sich bei Verwendung nicht allzu dünner Gläser und der üblichen Projektionsobjektive fast @@twendigerweise außerhalb des Bereiches befindet, der vom Projektionsobjektiv scharf auf das Substrat abgebiedet wird.As explained in detail in the parent application P 28 45 147.O, is based the harmlessness of small impurities on the glass surface where they are located when using not too thin glasses and the usual ones Projection lenses almost necessarily outside of the range that is sharply reflected by the projection lens onto the substrate.

Um eine tiefens sie @@ halten, ist es nach dem Rayleign @@ @@ @@ er sich das Objekt in einem Abstand befindet, der vom Idealabstand höchstens um die Rayleigh-Tiefe, vorzugsweise nur um 2/3 dieser Tiefe, abweicht. Umgekehrt wählt 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 Projektionsobjektivs im Bereich der Proj ektionsmaske.To keep them deep, it is after the Rayleign @@ @@ @@ he yourself that Object is at a distance that is less than the ideal distance at most by the Rayleigh depth, preferably only by 2/3 of this depth, deviates. Conversely, in the present case, one chooses where an image that is as blurred as possible of impurities is desired, the thickness of the protective glass is greater, preferably at least three times greater than the Rayleigh depth of the projection lens in the area the projection mask.

Ein Problem bei der Herstellung dieser neuen Projektionsmaske hat sich jedoch dadurch ergeben, daß das in bekannter Weise als Träger für die Maskenschichte dienende Deckglas aus Gründen der Stabilität eine bestimmte Mindestdicke aufweisen soll.Has a problem in making this new projection mask however, result from the fact that this is used in a known manner as a carrier for the mask layer Serving cover glass have a certain minimum thickness for reasons of stability target.

Insbesondere beim Einsatz von Elektronenstrahl-Lithographiegeräten für die Maskenherstellung sind derart voluminöse Träger der Maskenschicht schwierig zu handhahen, bzw. beschränkt die Masse des Deckglases die Verschiebegeschwindigkeit desselben.Especially when using electron beam lithography devices Such voluminous carriers of the mask layer are difficult for mask production to handle, or the mass of the cover glass limits the speed of movement same.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieses Problem dadurch behoben, das3 die Maskenschicht vom Schutzglas getragen wird.According to the present invention, this problem is solved by that the mask layer is worn by the protective glass.

Liegt die Dicke des Schutzglass in einem Bereich, daß auf der freien Seite desselnen beindliche schutzpartikel während des Belichtungsvorganges des Substrats ungefahr abgebilket werden, ohne @@ die durch das Schutzglas bedingte Verzeichnung rßer 1£ . jene des Projektionsobjektivs @@, so ist die stellung des Musters in der Schicht sei Elektronenstrahl-Lithographie leicht mit während Stabilität der @natomes ch als glie geeigneter - , rl Es ist aber auch unter Umständen möglich, daß die Photomaske vom Schutzglas getragen ist, während das Deckglas lediglich eine Ablagerung von Schmutzpartikeln auf der der Beleuchtungsquelle zugewandten Seite im tiefenscharf auf dem Substrat abgebildeten Bereich verhindert.Is the thickness of the protective glass in a range that on the free Side of the beindliche protective particles during the exposure process of the substrate can be approximated without @@ the distortion caused by the protective glass over £ 1. that of the projection lens @@, the position of the pattern is in the Layer is electron beam lithography easy with while stability of the @natomes ch as glie more suitable -, rl But it is also possible under certain circumstances that the photomask is carried by the protective glass, while the cover glass is only one Deposition of dirt particles on the side facing the illumination source in the area shown in sharp focus on the substrate.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is explained below with reference to the drawing figures explained in more detail on the basis of exemplary embodiments.

Hiebei zeigt: die Fig. 1 das stark vereinfachte Schema eines Proj ektionsbelichtungsgerätes, während die Fig. 2 eine Variante der Projektionsmaske darstellt.Hiebei shows: FIG. 1 the greatly simplified scheme of a project ection exposure device, while FIG. 2 shows a variant of the projection mask represents.

Wie die Fig. 1 zeigt, wird bei einem Projektionsbelichtungsgerät für die Herstellung von integrierten Schaltungen das Muster einer Maskenschicht 2 über ein Projektionsobjektiv 4 verkleinert auf der Oberfläche eines Halbleitersubstrats 5 abgebildet.As FIG. 1 shows, in a projection exposure apparatus for the manufacture of integrated circuits the pattern of a mask layer 2 over a projection lens 4 reduced in size on the surface of a semiconductor substrate 5 pictured.

Nach dem Stammpatent besteht die hiefür verwendete Projektionsphotomaske aus einem Deckglas 1, einer das abzubildende Muster enthaltenden Maskenschicht 2 und dem im Verwendungszustand dem Projektionsobjektiv zugewandten Schutzglas 3. Wie im Stammpatent auch ausführlich erläutert, verhindert dieses Schutzglas 3 nicht nur eine Verletzung bzw. Beschädigung der Maskenschicht 2, sondern verursacht auch eine unscharfe Abbildung von auf der freien Seite des Schutzglases befindlichen Verunreinigungen, beispielsweise Schmutzpartikeln, wenn die Dicke des Schutzglases größer als die Rayleigh-Tiefe des Projektionsobjektivs im Bereich der Photomaske ist. Die durch das Schutzglas bedingte Verzeichnung ist dabei gegenüber jener des Projektionsobjektivs 4 vernachlässigbar und die Änderung des Abbildungsmaßstabes kann dadurch korrigiert werden, daß die gesamte Photomaske in Richtung der optischen Achse geringfügig verschoben wird.According to the parent patent, there is the projection photomask used for this a cover glass 1, a mask layer 2 containing the pattern to be imaged and the protective glass 3 facing the projection objective in the state of use. As explained in detail in the parent patent, this protective glass 3 does not prevent only an injury or damage to the mask layer 2, but also causes a blurred image of those on the free side of the protective glass Impurities, such as dirt particles, if the thickness of the protective glass greater than the Rayleigh depth of the projection lens in the area of the photomask is. The distortion caused by the protective glass is opposite that of the projection lens 4 is negligible and the change in the image scale can be corrected by moving the entire photomask in the direction of the optical Axis is shifted slightly.

Gemäß der Erfindung ist nun das Schutzglas 3 Träger der Maskenschicht 2. Beispielsweise weist das Schutzglas eine Dicke von 0,09 Zoll auf (ungefähr 2,28 mm) und ist somit dick genug, um Schmutzpartikel unscharf abzubilden, jedoch nicht so dick, daß das Projektionsobjektiv 4 korrigiert werden müßte. Das Schutzglas 3 mit der Maskenschicht 2 ist nun an einem geeigneten Deckglas 1 befestigt, welches beispielsweise aus Stabilitätsgründen eine Dicke von etwa 0,25 Zoll (6,3 mm) aufweist. Beträgt nun die numerische Apertur des Projektionsobjektivs 4 beispielsweise 0,35, so entspricht dem eine Rayleigh-Tiefe von 360um. Sowohl die Dicke des Schutzglases 3 als auch die Dicke des Deckglases 1 reichen aus, um auf den freien Oberflächen derselben befindliche Verunreinigungen nur unscharf auf dem Substrat 5 abzubilden.According to the invention, the protective glass 3 is now the carrier of the mask layer 2. For example, the protective glass has a thickness of 0.09 inches (approximately 2.28 mm) and is therefore thick enough to show dirt particles out of focus, but not so thick that the projection lens 4 would have to be corrected. The protective glass 3 with the mask layer 2 is now attached to a suitable cover glass 1, which for example, has a thickness of about 0.25 inches (6.3 mm) for stability. If the numerical aperture of the projection objective 4 is, for example, 0.35, this corresponds to a Rayleigh depth of 360 µm. Both the thickness of the protective glass 3 as well as the thickness of the cover glass 1 are sufficient to cover the free surfaces the same impurities located on the substrate 5 to be shown only blurred.

Andererseits hingegen weist das Schutzglas 3 alleine eine relativ geringe Masse und kleine Abmessungen auf, sodaß die Beschriftung der Maskenschicht 2, d.h. die Herstellung des Musters in der Maskenschicht, sehr einfach und leicht möglich ist. Die notwendige Stabilität wird in dem geschilderten Fall durch die massive Ausführung des Deckglases 1 erreicht.On the other hand, however, the protective glass 3 alone has a relative low mass and small dimensions, so that the lettering of the mask layer 2, i.e. the production of the pattern in the mask layer, is very simple and easy is possible. The necessary stability is achieved in the case described by the massive execution of the cover glass 1 achieved.

In der Fig. 2 ist eine Variante der erfindungsgemäßen Projektionsphotomaske dargestellt, wobei das Schutzglas das im wesentlichen tragende Element ist. Auf dem Schutzglas befindet sich wiederum die Maskenschicht 2, während das Deckglas 1 mit Abstand von der Maskenschicht 2 angeordnet ist. Der Zwischenraum zwischen Deckglas 1 und Schutzglas 3 bzw. der Maskenschicht 2 ist mit einem transparenten Material, heispielsweise mit Canadabalsam 10,ausgefüllt.FIG. 2 shows a variant of the projection photomask according to the invention shown, wherein the protective glass is the essential load-bearing element. on to the Protective glass is in turn the mask layer 2, while the cover glass 1 with Distance from the mask layer 2 is arranged. The space between the cover slip 1 and protective glass 3 or the mask layer 2 is made of a transparent material, for example with Canada balm 10.

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Claims

Claims.

1. Projection mask with a cover slip and a pattern of clear and opaque areas forming mask layer for a projection exposure device, in which a semiconductor coated with photoresist is partially exposed by the projection mask over a projection lens on this, in particular several times one after the other and on different parts of the gradually shifted ladder, is shown, according to P 28 45 147.0 on the cover glass facing away, in the state of use the projection lens facing side of the mask layer a flat protective glass is attached, characterized in that the mask layer (2) from the protective glass (3) is worn.

2. Projection mask according to claim 1, characterized in that the Thickness of the protective glass (3) greater, preferably at least three times greater than that Rayleigh depth of the projection lens in the area of the projection mask.

3. Projection mask according to claim 1 or 2, characterized in that that the cover glass (1) and the mask layer (2) are spaced from one another.