DE3524533A1

DE3524533A1 - Mikrolithographisches system

Info

Publication number: DE3524533A1
Application number: DE19853524533
Authority: DE
Inventors: Michael C. Carlisle Mass. King
Original assignee: GCA Corp
Current assignee: GCA Corp
Priority date: 1984-07-19
Filing date: 1985-07-10
Publication date: 1986-01-23
Also published as: JPS6187124A; JPH0638388B2; FR2568025A1; US4616908A

Description

HOEGER₁ STELLRECHT & PARTNER 3524533 *

PATENTANWÄLTE UHLANDSTRASSE 14 c · D 7000 STUTTGART 1

A 46 700 m Anmelder: GCA Corporation m-212 209 Burlington Road

8. Juli 1985 Bedford, Massachusetts 01730

U.S.A.

BESCHREIBUNG: Mikrolithographisches System

Die Erfindung betrifft ein mikrolithographisches System zur Projizierung eines vorzugsweise verkleinerten Bildes eines Fadennetzes auf die Oberfläche einer Halbleiterplatte, um dort Stromkreismuster zu erzeugen, mit einem optischen System aus einem Fadennetzhalter, einem Halbleiterplattenträger und einem dazwischen angeordneten Objektiv mit mehreren hintereinander in gegenseitigen Abständen vorgesehenen, optisch durchlässigen Lichtbrechungselementen und mit einem Objektivgehäuse zur Abstützung und Umschließung der Lichtbrechungselemente.

Insbesondere hat es die Erfindung mit der Bauweise eines Linsensystems oder eines Objektivs zu tun, aufgrund welcher Fehler, veranlaßt durch barometrische Druckänderungen in der Atmosphäre, in denen das System arbeitet, verringert werden.

Es ist bekannt, daß barometrische Druckänderungen die Brennweite, die Schärfe und die Vergrößerungseigenschaften von Linsensystemen beeinflussen. Eine Korrektur dieser Beeinflussung wurde selten versucht. Bekannte Versuche, diese Einflüsse auszuschalten, führten zu extrem teueren und komplizierten Drucksteuersystemen. In den US-PS'en 34 98 695 und 43 31 388 sind Systeme beschrieben, bei denen das Innere eines Objektivs mit einem schweren oder dichten Gas unter Druck gesetzt wird, um so die Änderungen

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im Brechungsindex zu steuern oder auszunutzen, welche eine derartige Unterdrucksetzung begleiten. Ein mikrolithographisches System, welches von der Firma Nikon Precision, Inc. hergestellt wird, enthält vermutlich ebenfalls einen automatisierten barometrischen Kompensator der im US-Patent 4 3 31 388 beschriebenen Art, wobei die inneren Objektivdrücke unter Computersteuerung eingestellt werden. Bei den bekannten Systemen muß offenbar die Objektivgrundkonstruktion erheblich modifiziert werden, um zu erreichen, daß das Steuersystem in der beabsichtigten Weise arbeitet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes mikrolithographisches System derart abzuwandeln, daß in einfacher und dennoch zuverlässiger Weise eine Beeinflussung des Systems durch barometrische Änderungen des Atmosphärendrucks verringert ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Objektivgehäuse mit den beiden zu äußerst gelegenen Lichtbrechungselementen im wesentlichen gasdicht verbunden ist, daß die Zwischenräume zwischen zwei aufeinander folgenden Lichtbrechungselementen gasdurchlässig mit--einander in Verbindung stehen, daß Mittel zur Erzeugung einer gesteuerten Heliumgasströmung durch die erwähnten Zwischenräume vorgesehen sind, wobei diese Mittel eine Einrichtung umfassen, um Heliumgas aus dem Gehäuse ausströmen zu lassen, und daß der Raum zwischen Objektiv und Fadennetzhalter sowie zwischen Objektiv und Halbleiterplattenträger zur Atmosphäre hin offen und barometrischen Druckänderungen unterworfen ist.

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Im Gegensatz zu den bekannt gewordenen Versuchen werden erfindungsgemäß die Zwischenräume eines mikrolithographischen Projektionsobjektivs mit einem Gas von sehr geringer Dichte gefüllt, wobei das Gas im wesentlichen bei Atmosphärendruck zugeführt wird. Derartige Gase haben bekanntlich einen Brechungsindex, der sehr nahe bei 1 liegt, so daß der barometrische Einfluß auf die Brechungseigenschaften irgendwelcher Gas/Glaszwischenflächen minimal ist.

Für die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist die Bereitstellung komplizierter Drucksteuereinrichtungen nicht erforderlich; erfindungsgemäß wird ein mikrolithographisches Linsensystem vermittelt, welches in seinen Vergrößerungs- und Schärfe- oder Brennweiteneigenschaften hochgradig stabil ist; die eigentliche Konstruktion des Objektivs wird praktisch nicht beeinträchtigt; die erfindungsgemäß zugrundeliegende Technik läßt sich leicht ausführen und führt zu einer zuverlässigen, einfachen und unaufwendigen Konstruktion.

Die nachstehende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines mikrolithographischen Systems für die Belichtung von Halbleiterplatten mit einem erfindungsgemäßen optischen System.

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Fig. 2 eine Längsschnittansicht eines

mikrolithographischen Linsensystems zur praktischen Anwendung der Erfindung.

In Figur 1 ist ein Fadenkreuz- oder Fadennetzhalter allgemein mit dem Bezugszeichen 11. versehen. Typische mikrolithographische Systeme, wie sie bei der Herstellung von Halbleitereinrichtungen Anwendung finden, benutzen ein automatisches Fadennetz-Wechselsystem. In Figur 1 ist ein solches System allgemein mit dem Bezugszeichen 13 bezeichnet. Dieses Wechselsystem kann beispielsweise so ausgebildet sein, wie es in der US-Patentanmeldung 4 96 819 der Anmelderin am 23. Mai 1983 beschrieben ist. Mit dem Wechselsystem wird ein bestimmtes Fadennetz aus einem Magazin 14 ausgewählt und auf den Halter 11 überführt.

Eine Lichtquelle 15 und ein Kondensorlinsensystem 17 dienen zur Beleuchtung eines vom Halter 11 gehaltenen Fadennetzes. Eine geeignete Lichtquelle ist in der US-PS 42 06 494 beschrieben. Ein Präzisions-Objektiv dient der Ausbildung eines verkleinerten Bildes eines Fadennetzes in\ Halter 11 auf der Oberfläche einer Halbleiterplatte, die allgemein mit dem Bezugszeichen bezeichnet ist. Die Halbleiterplatte 23 ist auf einem Plattenträger 25 gehalten, der mit dem Fadennetzhalter 11 ausgerichtet ist. Das Objektiv 21 liegt ausgerichtet auf der optischen Achse zwischen Halter 11 und Träger 25.

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Das dargestellte itiikrolithographische System gehört vorzugsweise zu dem sogenannten "step and repeat"-Typ mit schrittweiser und wiederholter Arbeitsweise.

Derartige System werden gegenwärtig bei der Herstellung der meisten hochdichten Halbleitererzeugnisse angewandt.

Wie in derartigen Systemen üblich, ist der Plattenträger 25 mit entsprechenden Einrichtungen für einen genauen Vorschub entlang der x- und y-Achse versehen. Das der x-Achse zugeordnete Servosystem ist schematisch dargestellt und mit dem Bezugszeichen 27 versehen.

Derartige "step and repeat"-Belichtungssysteme werden von der Anmelder in unter dem Warenzeichen "DSW" vertrieben. ,.

Bei diesen Systemen wird zu einer vorgegebenen Zeit

lediglich ein Teilabschnitt der Plattenoberfläche *·

belichtet, so daß zur vollständigen Ausnutzung der gesamten Plattenoberfläche wiederholte Bilder des Fadennetzes in einem regelmäßigen Muster aufeinander folgender Belichtungen über die Plattenfläche hinweg erzeugt werden müssen.

Wie dem Fachmann bekannt, hat das Bestreben, eine ständig wachsende Anzahl elektronischer Elemente auf jedem Halbleiter-Chip unterzubringen, die HalbleiterIndustrie veranlaßt, nach immer feineren Geometrien in den mikrolithographischen Systemen zu suchen, welche Stromkreiselemente auf die Plattenoberfläche abbilden. Gegenwärtig sind die Geometrien so fein, beispielsweise unter 1,0 μΐη, daß praktisch unüberschreitbare optische Grenzen erreicht sind. Dementsprechend sind extrem komplexe Linsensysteme oder Objektive erforderlich, um die Bilder auf die Plattenfläche mit der erwünschten Präzision aufzubringen. Jede Quelle für eine Verzeichnung ^f

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oder für Vergrößerungs- und Schärfefehler wird geprüft, um die Genauigkeit zu steigern, mit der die Bilder erzeugt und einander überlagert werden, wie dies bei der Herstellung integrierter Schaltungen in aufeinander folgenden Schritten erforderlich ist.

Erfinduesgemäß werden Fehler, die auf barometrische Änderungen im Druck der Atmosphäre, in der das mikrolithographische System betrieben wird, in sehr einfacher Weise wirksam verringert. Insbesondere werden alle Zwischenräume zwischen den Elementen im Objektiv 21 mit strömendem Heliumgas gefüllt. Zu diesem Zweck wird das Objektiv 21 mit Ein- und Austrittsöffnungen 31 bzw. 32 versehen, die mit dem Inneren des Objektivs in Verbindung stehen. Die Eintrittsöffnung 31 ist über eine Schlauchleitung 35 und ein Strömungssteuerventil 39 mit einer Heliumgasquelle, beispielsweise einem Tank 37 verbunden. Die Austrittsöffnung 32 ist über eine Schlauchleitung 41 an ein Abström- oder Ventiliersystem angeschlossen, welches schematisch bei 43 dargestellt ist und das austretende Helium an einer von dem mikrolithographischen System abgelegenen Stelle ausströmen läßt.

Das hier in Betracht gezogene mikrolithographische System wird gewöhnlich innerhalb einer mit Bezug auf Umgebungsbedingungen gesteuerten Kammer angeordnet, welche zwar unter sauberen Bedingungen und bei gleichmäßiger Temperatur gehalten, jedoch nicht abgedichtet ist. Daher arbeitet das mikrolithographische System gewöhnlich in Luftatmosphäre, die barometrischen Änderungen unterliegt, und den Raum zwischen Objektiv 21 und Fadennetzhalter 11

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sowie Zwischenobjektiv und Plattenträger 25 füllt.

Der Aufbau des Linsensystems oder Objektivs 21 ist im einzelnen in Figur 2 dargestellt. Wie bereits angedeutet, werden relativ komplizierte Objektive vewendet, um die bei der Herstellung integrierter Schaltungen erforderliche Präzision zu erreichen. Im vorliegenden Fall umfaßt das Objektiv 14 Brechungselemente 51-64 aus Glas. Bei dem Objektiv handelt es sich um das Objektiv 576gx, hergestellt von Tropel Division of GCA Corporation, Buffalo, New York, U.S.A.

Die einzelnen Elemente des Objektives sind von einem Objektivhalter oder Objektivgehäuse 67 abgestützt und umschlossen. Die einzelnen Elemente 51-64 sind jeweils in Ringen 81 - 94 an der Innenwand des Gehäuses 67 gehalten. Die Ringe sind vorzugsweise mit Gewinden versehen und greifen an der Innenwand des zylindrischen Objektivgehäuses 67 an. Die zugehörigen Gewinde sind in Figur 2 nicht dargestellt.

Die zu äußerst gelegenen Elemente 51 und 64 sind mit dem Objektivgehäuse 67 in einer im wesentlichen gasdichten Art und Weise verbunden, während alle Zwischenringe 81 gasdurchlässig angeordnet sind. In Figur 2 ist die Gasdurchlässigkeit schematisch durch Öffnungen 71 angedeutet, die jeweils einen Ring durchqueren. In der Praxis lassen sich die üblichen Montageringe in einfacher Weise so ausbilden, daß sie nicht abdichten, ohne daß dabei besondere Durchtrittsöffnungen erforderlich sind. Dieser Gasdurchtritt ist hier in relativ einfacher Weise zu bewerkstelligen, da Helium ein leichtes, sehr flüchtiges

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Gas ist. Es ist schwieriger, Heliumgas in wirksamer Weise abzudichten als es nicht abzudichten.

Um zu gewährleisten, daß alle Zwischenräume zwischen den zahlreichen Objektivelementen mit Helium gefüllt sind, wird ein konstanter Gasstrom der Objektivanordnung mitgeteilt. Wie bereits zum Ausdruck gebracht, wird diese Strömung durch das Strömungssteuerventil 39 in der richtigen Art und Weise bemessen. Im Gegensatz zutff eingangs erwähnten Stand der Technik ist es nicht erforderlich, den Druck des Heliumgases im Objektiv genau zu steuern. Man läßt vielmehr die Gasströmung einfach zur Atmosphäre hin austreten, beispielsweise durch die Austrittsöffnung 32, die Schlauchleitung 41 und die äußere Ausströmeinrichtung 43. Daher ist der Druck im Objektiv im wesentlichen bei Atmosphärendruck und hat die Tendenz, barometrischen Änderungen des Atmosphärendrucks zu folgen.

Auf der anderen Seite reduziert die Anwendung einer Heliumfüllung in den Innenräumen des Objektivs 21 auch wenn keine aufwendige Drucksteuerung vorgesehen ist die Einflüsse der barometrischen Änderungen in der umgebenden Atmosphäre, in der das mikrolithographische System betrieben wird, in ganz erheblichem Maße und eliminiert auf diese Weise für praktische Zwecke diese barometrischen Änderungen in wirksamer Weise. So führt beispielsweise bei dem oben erwähnten Tropel-Objektiv 576gx eine barometrische Druckänderung von 50mm Quecksilber, d.h. von 710 mm auf 760 mm, zu einer Rückwärtsbrennweitenänderung von - 5.97 μΐη, während die Änderung bei einer

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HeIiumfüllung im Objektiv lediglich - 1,06 μΐη beträgt. In ähnlicher Weise wird eine Veränderung der Vergrößerung, bezogen auf eine seitliche Verschiebung eines Bezugspunkts bei 11 mm vom Objektiv von 0,4 2 um auf 0,15 μΐη reduziert.

Während die Einführung von Heliumgas die nominelle Brennweite und die Vergrößerung des Objektivs etwas ändert, ist die Änderung doch relativ klein und kann gewöhnlich durch Einstellung der Abstände der Elemente entlang der Achse in der gleichen Weise angepaßt werden, wie die Einstellungen für typische Herstellungstoleranzen in den Objektivelementen selbst gemacht werden. Somit ist es ersichtlich, daß die Objektivkonstruktion im wesentlichen unbeeinträchtigt bleibt, und zwar im Vergleich mit Systemen, in denen schwere Gase verwendet werden,und der gesamte Objektivaufbau so ausgerichtet werden muß, daß er mit dem Drucksteuersystem arbeitet.

Da, wie der Fachmann weiß, die neutralisierenden Effekte der Heliumfüllung eine Funktion der Krümmungen der optischen Elemente sind, welche mit der Gasfüllung Zwischenflächen ausbilden, können auch neutrale optische Elemente, z.B. Membrane oder Häutchen in einfacher Weise im Zusammenhang mit dem Erfindungsvorschlag Anwendung finden, insbesondere als äußerste Elemente des Gesamt— Objektivs.

Claims

HOEGER, STELLRECHT & PARTNER 3524533 PATENTANWÄLTE UHLANDSTRASSE 14 c · □ 7000 STUTTGART 1 A 46 700 m Anmelder: GCA Corporation m - 212 209 Burlington Road 8. Juli 1985 Bedford, Massachusetts 01730 U.S.A. PATENTANSPRÜCHE :

1. Mikrolithographisches System zur Projizierung eines vorzugsweise verkleinerten Bildes eines Fadennetzes auf die Oberfläche einer Halbleiterplatte, um dort Stromkreismuster zu erzeugen, mit einem optischen System aus einem Fadennetzhalter, einem Halbleiterplattenträger und einem dazwischen angeordneten Objektiv mit mehreren hintereinander in gegenseitigen Abständen vorgesehenen, optisch durchlässigen Lichtbrechungselementen und mit einem Objektivgehäuse zur Abstützung und Umschließung der Lichtbrechungselemente,

dadurch gekennzeichnet, daß das Objektivgehäuse (67) mit den beiden zu äußerst gelegenen Lichtbrechungselementen (51,64) im wesentlichen gasdicht verbunden ist, daß die Zwischenräume zwischen zwei aufeinander folgenden Lichtbrechungselementen (51 - 64) gasdurchlässig miteinander in Verbindung stehen, daß Mittel (31,32, 35,37,39,41,43) zur Erzeugung einer gesteuerten Heliumgasströmung durch die erwähnten Zwischenräume vorgesehen sind, wobei diese Mittel eine Einrichtung (32,41,43) umfassen, um Heliumgas aus dem Gehäuse austreten zu lassen, und daß der Raum zwischen Objektiv (17) und Fadennetzhalter (11) sowie zwischen Objektiv (1.7) und Halbleiterplattenträger (25) zur Atmosphäre hin offen und barometrischen Druckänderungen unterworfen ist.

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2. Mikrοlithographisches System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Ein- und Austrittsöffnungen (31,32) am Gehäuse (67) für Heliumgas.

3. Mikrolithographisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Heliumgas (67) im wesentlichen unter Atmosphärendruck steht und mit diesem Druck aus dem Gehäuse (67) austritt.