DE3342995A1 - Belichtungsvorrichtung - Google Patents
BelichtungsvorrichtungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiter- Druck-
und Belichtungssystem zur Aufrechterhaltung einer beständigen Belichtungsfunktion in einem optischen Projektionssystem
sowie ein Verfahren zum Steuern eines derartigen Systems.
In neuerer Zeit sind die auf Halbleitern angeordneten Muster, beispielsweise ICs, LSIs, VLSIs usw., in zunehmender
Weise miniaturisiert und integriert worden. Die Linienbreite dieser Muster ist nunmehr bis in den Bereich
von einem bis zwei μιη abgesenkt worden. Eine derartige Miniaturisierung und Integrierung erfordert
eine Belichtungsvorrichtung, die in der Lage ist, feinere Muster zu drucken, wobei die Linienbreite in dem Bereich
von einem bis zwei μιη liegt, und die ferner in der Lage ist, die Muster über eine Vielzahl von Schritten genau
zueinander auszurichten. Die Vorrichtung muß des weiteren
in der Lage sein, fehlerfreie Mikroplättchen zur Verfügung zu stellen. Um diesen Erfordernissen gerecht
zu werden, sind verschiedene Arten von Projektions- und Belichtungssystemen entwickelt worden.
Bei diesen Projektions- und Belichtungssystemen liegt die Brennweite des optischen Projektionssystems normalerweise
in einer Größenordnung von +_ - 2μπη, je nach der Relation zwischen der wirksamen F-Zahl und der
verwendeten Wellenlänge. Aus diesem Grunde sollte das Projektions- und Bleichtungssystem einen Fokussieimechanismus
aufweisen, der eine genaue Abbildung des Musters einer Fotomaske auf der Oberfläche eines Mikroplättchens
ermöglicht. Des weiteren ist diesen optischen Projektionssystemen ein Vergrößerungsfehler sowie eine
Verzeichnung eigen; diesen kommt jedoch eine geringere Bedeutung zu als der Ausrichtungsgenauigkeit, die in
einem Bereich von +_ o,3 μπι liegen muß, um die feiner
ausgebildeten Muster miteinander auszurichten. Wenn das Mikroplättchen einem Belichtungsvorgang unterzogen wird,
steigt die Temperatur des optischen Projektionssystems
an, da ein Teil der aus der Belichtung resultierenden Wärmeenergie absorbiert wird. Folglich ändert das optische
Projektionssystem seine optische Funktionsweise, so daß eine optimale Bildposition verändert oder
verschoben wird. Dies hat zur Folge, daß die Vergrößerung und Verzeichnung des optischen Projektionssystems
durch Veränderung der optischen Funktionsweise unvermeidbar nachteilig beeinflußt werden.
BAD ORIGINAL
Figur 1 zeigt ein Zeitablaufdiagramm eines Beleuchtungssystems
nach dem Stand der Technik sowie die Verschiebungen Δ x der Bildposition des zugehörigen
optischen Projektionssystems. Wie in Figur 1 dargestellt
ist, besteht der Belichtungsvorgang aus einer Reihe von Belichtungsschritten und wird zu dem Zeitpunkt
Tl begonnen und am Zeitpunkt T3 beendet. Während der Zeitspanne von T3 bis T4 wird das belichtete Mikroplättchen
herausgeführt, und ein neues Plättchen wird zugeführt. Wenn man voraussetzt, daß die optimale Bildposition
des optischen Projektionssystems die Sättigungsposition
bei der Verschiebung Δχ ist, steigt die Verschiebung der Bildposition vom Zeitpunkt Tl, an dem
der Belichtungsvorgang begonnen wird, allmählich an und erreicht zum Zeitpunkt T2 die optimale Bildposition.
Während der Zeitspanne zwischen T3 und T4, in der keine. Belichtung durchgeführt wird, kehrt die Verschiebung
A χ in ihren Ausgangszustand zurück. Somit ändert sich
bei dem optischen Projektionssystem des Standes der Technik während des gesamten Vorganges dessen Betriebsverhalten
bzw. Funktionsweise, was zu Fehlern bei der Fokussierung und zu einer Abnahme der Ausrichtungsgenauigkeit
führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend erwähnten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden
und eine Belichtungsvorrichtung, genauer gesagt, eine
Halbleiter- Ausrichtungs- und Belichtungsvorrichtung, zur Verfügung zu stellen, bei der ein optisches Projektionssystem
in einem konstanten Zustand in der optimalen Bildposition gehalten werden kann, um auf
diese Weise mindestens während des Belichtungsvor-
ganges eine konstante Funktionsweise in bezug auf Fokussierung, Ausrichtung und Belichtung zu erreichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung
nach Patentanspruch 1 gelöst.
Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus
den Unteransprüchen hervor.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der
Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Diagramm, in dem der zeitliche Ablauf der Beleuchtung und die Verschiebungen Δ χ
der Bildposition bei einem optischen Projektionssystem nach dem Stand der Technik
dargestellt sind;
Figur 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß
ausgebildeten Belichtungsvorrichtung;
die Figuren 3 und 4
Diagramme, die den zeitlichen Ablauf der
Diagramme, die den zeitlichen Ablauf der
Beleuchtung und die Verschiebungen Δ χ der
Bildposition bei einem optischen Projektionssystem nach der Erfindung verdeutlichen;
und
30
30
Figur 5 eine Draufsicht auf eine modifizierte Ausführungsform
einer Blende
In Figur 2 ist eine erfindungsgemäß ausgebildete schrittweise
arbeitende Ausrichtungs- und Belichtungsvorrichtung dargestellt, bei dem das auf einer Fotomaske
M befindliche Muster in einer schrittweise erfolgenden Belichtung auf ein Mikroplättchen W projiziert wird.
Die Vorrichtung umfasst einen als Basis dienenden Tisch 1, der eine Säule 2 trägt, ein am oberen Ende der
Säule 2 angeordnetes Beleuchtungssystem 4, das Licht abstrahlt und eine Blende 3, eine Lichtquelle 4a und
eine Sammellinse 4b enthält, und ein optisches Projektionssystem 6, das aus Verkleinerungslinsen besteht.
Das System ist über einen Fokussiermechanismus 5 mit der Säule 2 verbunden. Unter dem optischen Projektionssystem
6 ist ein X-Y-Objekttisch 7 auf dem als Basis dienenden Tisch 1"angeordnet. Über den Tisch 7
kann das Mikroplättchen W bewegt werden, das auf diesem angeordnet ist. Am oberen Ende des optischen Projektionssystems
6 ist ein Fotomaskentisch 8 montiert, auf dem die Fotomaske M eingestellt ist. Das optische
Projektionssystem 6 ist mit einer Bodenöffnung versehen,
in deren Nähe ein Sensor 9 zum Messen des Abstandes
zwischen dem optischen Projektionssystem 6 und dem Mikroplättchen W montiert ist. Die Vorrichtung umfasst
des weiteren Sensoren 10 und 11 zum Erfassen der Positionen des X-Y-Objekttisches 7 in X-Richtung und
Y-Richtung sowie eine Steuerung 12, die die Blende 3, den Fokussiermechanismus 5 und den X-Y-Objekttisch 7
steuert.
Die in Figur 2 dargestellte Projektions- und Belichtungsvorrichtung
entspricht im wesentlichen der des Standes der Technik mit Ausnahme der Steuerung 12.
Bei der dargestellten Ausführungsform steuert die
Steuerung 12 das Beleuchtungssystem 4 derart, daß das
Licht in anderer Weise abgegeben wird als beim Belichtungsvorgang,
wie in Figur 3 gezeigt. Beispielsweise wird das Beleuchtungssystem 4 wie beim Be liehtungsvorgang
in wiederholter Weise eingeschaltet, um die Wärmenergie des zur Beleuchtung dienenden Lichtes
derart auf das optische Projektionssystem 6 zu überführen,
daß die Wärmeenergiemenge pro Zeiteinheit im wesentlichen derjenigen über den Belichtungsvorgang
entspricht. Während der Zeitspanne der Nichtbelichtung werden in erster Linie die Mikroplättchen auf den.
Tisch geführt und von diesem entfernt. Während dieser Zeitspanne sollte ein Plättchen W dem Licht möglichst
nicht ausgesetzt sein.
Durch Versuche wurde festgestellt, daß das optische
Projektionssystem 6 im wesentlichen eine konstante optische Funktionsweise beibehalten kann, wenn das
Verhältnis te/tp konstant ist, wobei te die Belichtungsszeit und tp das Intervall oder die Periode der
Belichtungszyklen ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Zeitdauer Ts, die erforderlich ist,
damit das optische Projektionssystem 6 seinen gesättigten oder optimalen Zustand erreicht, vorläufig
in der Steuerung 12 gespeichert. Vor dem Einschalten
der Vorrichtung werden die erste Belichtungszeit te und das Intervall tp der schrittweise erfolgenden Belichtung
in die Steuerung 12 eingegeben. Wenn die Vorrichtung ihre Tätigkeit beginnt, stellt die Steuerung
12 auf der Basis von Signalen der Sensoren 10 und 11 fest, daß sich das Mikroplättchen W ausserhalb der
Belichtungsposition befindet und führt daraufhin der Blende 3 ein Antriebssignal zu. Die Blende 3 wird so
BAD
gesteuert, daß die erste Öffnungszeit to und die erste Schließzeit te durch die nachfolgende Beziehung
wiedergegeben werden:
to/(to + te) = te/tp
Während der Zeitspanne Ts führt die Blende 3 in Abhängigkeit
von dem Befehl von der Steuerung 12 in wiederholter Weise einen Öffnungs- und Schließvorgang durch,
so daß das optische Projektionssystem 6 in seinen gesättigten
und folglich beständigen Zustand gebracht und in diesem gehalten wird. Nach Ablauf der Zeitspanne
Ts wird das Mikroplättchen W mit Hilfe des X-Y-Objekttisches 7 in die Belichtungsposition bewegt.
Der schrittweise erfolgende Belichtungsvorgang wird wiederholt durchgeführt. Er wird auf der Basis
des vorgegebenen Zeitplanes derart durchgeführt, daß
das optische Projektionssystem 6 einer solchen Wärmeenergie ausgesetzt wird, daß die Verschiebung ^x auf
dem gesättigten optischen Betriebszustand gehalten wird. Wenn ein Mikroplättchen W vollständig belichtet
worden ist, wird es vom Tisch entfernt, wonach ein neues Plättchen auf dem Tisch angeordnet wird.
Während dieses Vorganges stellt die Steuerung 12 auf der Basis von Signalen der Sensoren 10 und 11 wiederum
fest, daß sich kein Plättchen in der Belichtungsposition befindet, und führt danach ein Antriebssignal
der Blende 3 zu, das der vorstehend erwähnten Formel (1) entspricht. Folglich erhält das optische Projektionssystem
6 seine Verschiebung Ax, die konstant gehalten wird. Auch wenn keine Belichtung erfolgt,
wird die Blende 3 aufgrund der durch die Formel (1) wiedergegebenen Beziehung kontinuierlich geöffnet
und geschlossen, so daß das optische Projektionssystem 6 in seinem gesättigten oder optimalen optischen Betriebszustand
gehalten wird.
BAD ORIGINAL'
In Figur 4 ist eine'weitere Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung dargestellt, bei dem das optische Projektionssystem 6 während der Nichtbelichtung zeitweise
durch die Wirkung der Steuerung 12 der Einwirkung von Wärmeenergie ausgesetzt wird, um die Entfernung
und die Beschickung des Mikroplättchens W zu erleichtern. Die Verschiebung £x der Bildposition des
optischen Projektionssystems 6 wird auf einen vorgegebenen
überhöhten Wert gebracht, wonach die Beleuchtung
gestoppt wird. Danach wird Wärmeenergie vom optischen
Projektionssystem 6 abgezogen, während ein neues Mikroplättchen
W in die Vorrichtung eingebracht wird. Wenn die Verschiebung A χ des optischen Projektionssystemes
6 ihren für die Belichtung optimalen Zustand wieder einnimmt, wird mit der Belichtung dieses neuen
Plättchens W begonnen.
In Figur 5 ist eine Filterscheibe 13 dei/in Figur 2
dargestellten Vorrichtung gezeigt, die in der Nähe der Blende 3 angeordnet ist. Die Filterscheibe 13 um-,
fasst ein Filter 13a, das Licht in einem Wellenlängenbereich,
welcher für den Belichtungsvorgang geeignet ist, durchlässt, und ein Filter 13b, das das zum Belichten
verwendete Licht absorbiert oder reflektiert und Licht in einem Wellenlängenbereich durchlässt,,
in bezug auf den das Plättchen W nicht empf indlich ist. In Abhängigkeit von Signalen von der Steuerung
12 wird die Filterscheibe 13 hin- und herbewegt, wie durch die Pfeile angedeutet. Beim Belichtungsvorgang
kann das Licht das Filter 13a durchdringen, um das Plättchen zu beleuchten. Ausserhalb der Belichtungszeit
wird das nicht zur Belichtung dienende Licht durch das Filter 13b geschickt.
Wenn die Funktionsweisen dieser Filter 13a und 13b so ausgewählt sind, daß die bei Durchführung der in Figur
3 gezeigten Belichtung von dem optischen Projektionssystem 6 pro Zeiteinheit absorbierte Wärmeenergie der
Wärmenergie entspricht, die von dem System 6 absorbiert wird, wenn nicht zur Belichtung dienendes Licht
abgestrahlt wird, absorbiert das optische Projektionssystem immer eine konstante Wärmeenergiemenge, so daß
der gesättigte Zustand aufrechterhalten werden kann.
Dies wird dadurch erreicht, daß beispielsweise die Durchlässigkeit dieser Filter 13a und 13b verändert
wird. In den Fällen, in denen die Filter 13a und 13b Verwendung finden, kann die Beleuchtung kontinuierlich
durchgeführt werden und muß nicht unterbrochen werden wie bei der belichtungsfreien Zeitspanne.
In jedem Fall wird das Plättchen W in keiner Weise belichtet.
Die Lichtstrahlung des nicht zur Belichtung dienenden Lichtes kann in eindeutiger Weise von der Lichtstrahlung
beim Ausrichtungsvorgang unterschieden werden. Für die verkleinernde Projektionslinse ist es extrem
schwierig, chromatische Aberrationen sowohl für das zur Belichtung dienende Licht als auch für das nicht
zur Belichtung dienende Licht zu kompensieren. Daher wird das nicht zur Belichtung dienende Licht beim
Ausrichtungsvorgang nicht eingesetzt.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, kann durch die erfindungsgemäß ausgebildete Halbleiter-Belichtungsvorrichtung
das optische Projektionssystem über den Belichtungsvorgang in seiner konstanten
optischen Funktionsweise gehalten werden, indem das optische Projektionssystem während der Zeitspanne der
•Nichtbelichtung beleuchtet wird. Daher kann das optische
Projektionssystem in seiner Fokussier-, Ausrichtungs-
und Belichtungsfunktion stabilisiert werden, wodurch der Belichtungsvorgang mit größerer Genauigkeit
durchgeführt werden kann.
Erfindungsgemäß wird somit eine Belichtungsvorrichtung
vorgeschlagen, die einen Tisch zum Haltern eines Originales, einen Tisch zum Halten und Bewegen eines
gegenüber Strahlung empfindlichen Elementes, ein optisches Projektionssystem zum Projizieren des
Originalbildes auf das gegenüber Strahlung empfindliche Element, eine Vorrichtung zum Beleuchten
des Originales und eine Vorrichtung zur Zuführung von Wärmeenergie zu dem optischen Projektionssystem umfasst,
um auf diese Weise die Bildposition des optischen Projektionssystems
konstant zu halten, wenn kein Belichtungsvorgang durchgeführt wird.
BAD ORIGINAL
■AS-
Löerseite
Claims (14)
- Τ· η IA Λ* PatentanwälWund f»IEDTKE - DU HLlNG - IVfNNE " \33RUPE "} Vertreter beim EPA */·n λ - Ö: : ' ' " Dipl.-Ing. H.Tiedtke IPELLMANN " iaRAMS'^'öTRUII= Dipl.-Chem. G. Bühlmg.Dipl.-Ing. R. Kinne Dipl.-Ing. R Grupe Dipl.-Ing. B. Pellmann Dipl.-Ing. K. Grams Dipl.-Chem. Dr. B. StruifBavariaring 4, Postfach 8000 München 2Tel.: 089-539653 Telex: 5-24845 tipat Telecopier: 0 89-537377 cable: Germaniapatent Müi28. November 1983 DE 3495Patentansprüche 1. Belichtungsvorrichtung, gekennzeichnet durch:Eine erste Halteeinrichtung für ein Original; eine zweite Halteeinrichtung für ein gegenüber Strahlung empfindliches Element;ein Projektionssystem (6) zum Projizieren eines Bildes des Originales auf das gegenüber Strahlung empfindliche Element;eine Beleuchtungseinrichtung (4) ,für das Original, um das gegenüber Strahlung empfindliche Element über das Projektionssystem (6) mit dem Bild des Originales zu belichten; undeine Einrichtung zur Zuführung von Wärmenergie während der Zeitdauer der Durchführung der Bildbelichtung zu dem Projektionssystem (6), um dessen bilderzeugende Position aufrechtzuerhalten.,BADDresdner Bank (München) KIo. 3939 844 ont^ gjy'er verelnsbank (München) Kto. 60S 941 Postscheck (München) KIo. 870-43-604
- 2. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Zuführung von Wärmeenergie das Projektionssystem (6) mit Licht anstrahlt, gegenüber dem das gegenüber Strahlung empfind- liehe Element empfindlich ist.
- 3. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Zuführung von Wärmeenergie das Licht intermittierend abstrahlt.
- 4. Belichtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Zuführung von Wärmeenergie eine Blende (3) zum Blockieren des Lichtes und eine Steuereinrichtung (12) zum Steuern der Blende in bezug auf deren Öffnungsund Schließvorgang während der Zeit, in der keine Bildbelichtung durchgeführt wird, umfasst.
- 5. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Zuführung von Wärmeenergie das Projektionssystem (6) mit Licht anstrahlt, gegenüber dem das gegenüber Strahlung empfindliche Element unempfindlich ist.
- 6. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Zuführung von Wärmeenergie eine Einrichtung aufweist, mit der Licht, gegenüber dem das gegenüber Strahlung empfindliche Element empfindlich und gegenüber dem das gegenüber Strahlung empfindliche Element unempfindlich ist, wählbar ist.
- 7. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wähleinrichtung Filter (13a, 13b). aufweist, die gegenüber unterschiedlichen Wellenlängenbereichen durchlässig sind.
- 8. Belichtungsvorrichtung, gekennzeichnet durch: Einen Maskentisch (8) zum Halten einer Maske (M); einen Plättchentisch (7) zum Halten und schrittweise Bewegen eines Mikroplättchens (W); ein optisches Projektionssystem (6) zum Projizieren des Bildes der Maske (M) auf das Mikroplättchen (W); eine Beleuchtungseinrichtung (4) für die Maske; und eine Einrichtung zum Betätigen der Beleuchtungseinrichtung (4), um eine bilderzeugende Position des optischen Projektionssystems (6) über eine Zeitspanne von einem ersten schrittweise durchgeführten Belichtungsvorgang bis zu einem zweiten schrittweise durchgeführten Belichtungsvorgang beizubehalten.
- 9. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung die Beleuchtungseinrichtung (4) betätigt, wenn das Mikroplättchen (W) nicht innerhalb des Bereiches angeordnet ist, in dem das Bild der Maske (M) erzeugt wird.
- 10. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung die Beleuchtungseinrichtung (4) intermittierend betätigt.
- 11. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung das-A-optische Projektionssystem (6) mit Licht von der Beleuchtungseinrichtung (4) anstrahlt, gegenüber dem das Mikroplättchen (W) empfindlich ist,
- 12. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung das optische Projektionssystem (6) mit Licht vonder Beleuchtungseinrichtung (4) anstrahlt, gegenüber dem das Mikroplättchen (W) unempfindlich ist.
- 13. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung (4) Filter (13a, 13b) aufweist, die wahlweise eingesetzt werden und sich in bezug auf ihren durchlässigenWellenlängenbereich unterscheiden.
- 14. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem optischen Projektionssystem (6) um ein verkleinerndes Projektiv handelt.BAD ORIGINAL
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