DE3342995A1 - Belichtungsvorrichtung - Google Patents

Belichtungsvorrichtung

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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
Dresdner Bank (Manchen) Kto. 3938 B44 Bayer. Vereinebank (Manchen) KIo. 508941 Posischeck (München) KIo. 670-43-804
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
Beleuchtung und die Verschiebungen Δ χ der Bildposition bei einem optischen Projektionssystem nach der Erfindung verdeutlichen; und
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Figur 5 eine Draufsicht auf eine modifizierte Ausführungsform einer Blende
BAD ORIGINAL
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.
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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
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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)

  1. Τ· η IA Λ* PatentanwälWund
    IEDTKE - DU HLlNG - IVfNNE " \33RUPE "} Vertreter beim EPA */·
    n λ - Ö: : ' ' " Dipl.-Ing. H.Tiedtke I
    PELLMANN " 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. Struif
    Bavariaring 4, Postfach 8000 München 2
    Tel.: 089-539653 Telex: 5-24845 tipat Telecopier: 0 89-537377 cable: Germaniapatent Müi
    28. November 1983 DE 3495
    Patentansprüche 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; und
    eine Einrichtung zur Zuführung von Wärmenergie während der Zeitdauer der Durchführung der Bildbelichtung zu dem Projektionssystem (6), um dessen bilderzeugende Position aufrechtzuerhalten.
    ,BAD
    Dresdner Bank (München) KIo. 3939 844 ont^ gjy'er verelnsbank (München) Kto. 60S 941 Postscheck (München) KIo. 870-43-604
  2. 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. 3. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Zuführung von Wärmeenergie das Licht intermittierend abstrahlt.
  4. 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. 5. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
    gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Zuführung von Wärmeenergie das Projektionssystem (6) mit Licht anstrahlt, gegenüber dem das gegenüber Strahlung empfindliche Element unempfindlich ist.
  6. 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. 7. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wähleinrichtung Filter (13a, 13b). aufweist, die gegenüber unterschiedlichen Wellenlängenbereichen durchlässig sind.
  8. 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. 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. 10. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung die Beleuchtungseinrichtung (4) intermittierend betätigt.
  11. 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. 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. 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 durchlässigen
    Wellenlängenbereich unterscheiden.
  14. 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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