DE2460914C2 - Photolithographische Projektionsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Projektionsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Bei der Übertragung der Abbildung sehr fein strukturierter Muster, beispielsweise bei der Übertragung der Abbildung der Masken bei der Herstellung von integrierten Schaltungen auf mit einer Photolackschicht überzogene Halbleiterplättchen, werden optische Systeme benötigt, die neben einem sehr hohen Auflösungsvermögen noch die Eigenschaft haben, Abb'-'iungen mit vernachlässigbaren Verzerrungen und Abbildungsfehlern zu erzeugen. Darüber hinaus soll das Bildfeld möglichst groß sein, damit die Belichtung der relativ großen Halbleiterplättchen möglichst auf einmal erfolgen kann. Mit den ständig kleiner werdenden Abmessungen der einzelnen Elemente der integrierten Schaltungen werden die Anforderungen an die obengeannten Eigenschaften der abbildenden Systeme immer höher, so daß diese Anforderungen mit den zur Verfugung stehenden optischen Hilfsmitteln nicht mehr erfüllt werden können. Es wurden daher schon Vorrichtungen vorgeschlagen, bei denen jeweils nur ein kleiner Bereich einer Vorlage auf die Aufnahmefläche abgebildet und die Gesamtabbildung durch eine Vielzahl von Einzelabbildungen gebildet wird. Zu diesem Zweck wird die Aufnahmefläche relativ zum abbildenden System und zur Vorlage (Maske) schrittweise bewegt. Diese Vorrichtungen haben eine Reihe von schwerwiegenden Nachteilen. Einmal müssen die einzelnen Schritte der Verschiebung bis auf sehr kleine Toleranzen einander gleichen und genauestens auf die Größe der Teilbilder abgestimmt sein. Andererseits ist eine sehr große Anzahf von iZinzelbelichtungen erforderlich, da durch eine Einze'belichtung möglichst jeweils nur ein in sich abgeschlossener und unabhängiger Bereich der gesamten Maske übertragen werden soll. Zieht man weiterhin in Betracht, daß selbst kleinste während einer Belichtung auftretende Schwingungen das Auflösungsvermögen und die Verzerrungsfreiheit einer derartigen Abbildung stark beeinträchtigen, so ist leicht einzusehen, daß eine Belichtung erst nach dem Ablauf einer bestimmten, für das Abklingen der Schwingungen notwendigen Zeitspanne nach Beendigung eines Bewegungsschrittes erfolgen darf. Bei anderen bekannten Systemen, bei denen die Relativbewegung kontinuierlich erfolgt, wird mit extrem kurzen Lichtblitzen gearbeitet. Trotz der Kürze der zur Verfügung stehenden Lichtblitze darf die Relativbewegung eine bestimmte Geschwindigkeit nicht überschreiten, wenn extrem scharfe Abbildungen erforderlich sind. Das hat zur Folge, daß die Zeiten für die Belichtung eines ganzen Halbleiterplättchens sehr lang werden, was die Anwendbarkeit derartiger Vorrichtungen stark einschränkt. Die große Anzahl von Einzelschritten bzw. Einzelbelichtungen und die relativ langen Zeiten, die zur Durchführung einer Belichtung erforderlich sind, haben zur Folge, daß die Belichtung eines Halbleiterplättchens von durchschnittlier Größe Zeiten beansprucht, die in der Größenordnung von Stunden liegen.

In der DE-PS 19 34 084 wird ein Verfahren und eine

Vorrichtung zum Ausrichten von Mustern an aeroberen Fläche eines undurchsichtigen Piätlchens mit Hilfe von an seiner unteren Fläche befindlichen Mustern beschrieben. Dabei werden die an beiden Seiten des Plättchens befindlichen Muster durch je ein Mikroskopobjektiv abgebildet und die beiden Abbildungen über mehrere Ablenkspiegel und einen Strahlenteiler im Bildfeld eines Okulars überlagert. Die Übertragung eines Musters von einer Seite zur anderen Seite des Plältchens durch Aneinanderre.nen von Teilabbildungen wird in dieser Literaturstelle weder beschrieben noch nahegelegt.

Im Hauptpatent (Patentanmeldung P 20 50 590.2) wird eine Vorrichtung beschrieben, bei der eine abzubildende Vorlage und eine durch die Abbildung der Vorlage zu belichtende lichtempfindliche Schicht in bezug auf eine abbildende Optik und eine Beleuchtungsquelle gemeinsam verschiebbar angeordnet sind. Die Anordnung ist so getroffen, daß über die relativ zu den unverschiebbar in bezug aufeinander angeordneten Objekt- und Bildträger verschiebbar angeordnete abbildende Optik jeweils nur ein kleiner Teil der insgesamt zu übertragenden Fläche, diese jedoch mit extremer Schärfe und Auflösungsvermögen, abgebildet wird. Durch eine kontinuierliche Verschiebung des jeweils im Bereich der abbildenden Optik befindlichen Teils der Vorlage entlang dicht nebeneinanderliegender Zeilen wird das gesamte zu übertragende Muster in relativ kurzer Zeit ohne Erschütterungen der Aufnahmeapparatur auf die zu belichtende Fläche übertragen. Während bei den vorbekannten »step and rcpeat«-Kameras die Relativbewegung zwischen abbildender Optik und zu übertragendem Muster zur Durchführung jeder Einzelbelichtung nach genau einzuhaltenden räumlichen Abständen unterbrochen werden mußte, können mit der Vorrichtung nach dem Hauptpatent die einzelnen Zeilen ohne Unterbrechung der Relativbewegung im Verlaufe einer kontinuierlichen Verschiebung über das ganze Bildfeld hinweg belichtet werden. Eine exakte räumliche Abstimmung der Bewegung muß nur beim Übergang von einer Zeile zur anderen eingehalten werden, damit das Auftreten von doppelbelichteten Randbereichen oder unbelichteten Zwischenbereichen vermieden wird. Da die Abbildung der auf die lichtempfindliche Schicht zu übertragenden Maske, wie bei der Belichtung der Photolackschicht bei der Herstellung von integrierten Schaltungen allgemein üblich, im Durchlichtverfahren erfolgt, muß der Abstand zwischen Maske und lichtempfindlicher Schicht mindestens so groß sein, daß dazwischen Platz für eine hochauflösende abbildende Optik oder eine Lichtquelle ist.

Obwohl die Vorrichtung nach dem Hauptpatent gegenüber dem vorbekannten Stand der Technik eine Reihe von Vorteilen bezüglich der Geschwindigkeit, der Störungsfreiheit und des Auflösungsvermögens der übertragenen Muster aufweist, hat es sich jedoch gezeigt, daß die bei immer kleiner werdenden Schaltelementen und immer größeren Packungsdichten bei der Herstellung von integrierten Schaltungen auftretenden Schwierigkeiten auch mit dieser Vorrichtung nicht in optimaler Weise gelöst werden konnten,

Diese Schwierigkeiten sind im wesentlichendadurch ^bedingt, daß die zulässige Führungsühgenäüigkeit nur einen Bruchteil des gewünschten Auflösungsvermögens betragen darf. Nähert man sich der theoretischen Auflösungsgrenze von 0,3 bis 0,5 um, so bedeutet das, daß die mechanischen Toleranzen in der Größenordnung von 0,1 um liegen müssen. Es war bisher nicht möglich, solche Werte mit relativ schnell laufenden Kreuzsupporten zu erreichen, insbeondere dann, wenn der Abstand zwischen Maske und belichtender Flüche relativ groß ist.

ί Ein Kreuzsupport, auf dem eine Maske und eine zu belichtende Schicht befestigt ist, besitzt im allgemeinen sechs Freiheitsgrade: In Richtung der Verschiebekoordinaten X und Y. sowie senkrecht zu diesen beiden in 2 Richtung; hierzu kommen Drehungen um diese Achsen.

in Ist X die Abtastrichtung, so verbleiben noch fünf zu kontrollierende Freiheitsgrade. Mit der im Haup'patent beschriebenen Vorrichtung kann nur der Einfluß einer Drehung um die Z-Achse Achse auf die Abbildung eliminiert werden. Die durch die mit dieser Vorrichtung

ι '■> nicht ganz auszuschließenden Kippbewegungen um die beiden anderen Achsen bedingten Bildversetzungen sind vom Verhältnis des Abstandes zwischen dem zu übertragenen Muster und der lichtempfindlichen Schicht und des Abstandes zwischen den Auflagern des Kreuzsunports abhängig; der Abstand zwischen dem zu übertragenden Muster und df zu belichtenden 'lichtempfindlichen Schicht kann, we oben dargelegt, nicht beliebig klein gemacht werden, während der Abstand zwischen den Auflagern des Kreuzsupports aus konstruktiven Gründen nicht beliebig groß gemacht werden kann. In der Praxis hat es sich gezeigt, daß der Abstand zwischen dem zu übertragenden Muster und der zu belichtenden Schicht nicht kleiner als etwa 5 cm gemacht werden kann. Der Abstand zwischen den

J" Auflagern des Kreuzsupports lieg", in der gleichen Größenordnung.

Abweichungen in Y- Pachtung führen zwar zu keiner Versetzung des Bildes, wohl aber zu einer Ungleichmäßigkeit der Abrasterungsspuren (scanning traces). Es

ii findet also entweder ein Überlappen oder ein Auseinanderklaffen der einzelnen Spuren statt. Dieser Effekt kann bei den bisher bekannten Anordnungen nur durch zeitaufwendiges mehrfach Abrastern oder Abtasten vermieden werden.

Bewegungen in Z-Richtung führen schließlich zu einer Veränderung des Abbildungsmaßstabes sowie zu e iier Minderung der Bildschärfe. Hier machen sich neben den Führungsfehlern Verkippungen und Unebenheiten der zu belichtenden Fläche und gegebenenfalls

·»> auch der Maske besonders unangenehm bemerkbar.

Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine Projektionsvorrichtung der eingangs genannteii Art anzugeben, bei der Ungenauigkeiten aufgrund mechanischer Führungsfehler beträchtlich '" reduziert werden.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst; Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Vorteile

Wie schon b'i der Beschreibung des Standes der Technik kurz angegeben, wachsen die bei Auftreten von mechanischen Fühlungsfehlern entstehenden Störungen des von einer Maske auf ein Halbleiterplättchen durch

6" Teilbildübertrafeüng übertragenden Musters proportional mit dem Abstand zwischen Objekt und Bildebene. !Darüber hinaus hat es sich gezeigt, daß bei Vorrichtun-

■ ifgen miugrößer werdendem Abstand !wischen Objekt- - und Bildebene die die Relativbewegung zur abbildenden Optik bewirkenden Kreuzsupporte schon aus Gründen der mechanischen Festigkeit schnell größer und schwerer werden, was die Anforderungen an die Stabilität der mechanischen Führungsmittel wie Gleitla·

ger, Rollen-, Walzen- oder Luftlager bei gleichzeitig sinkender Führungsgenauigkeit wesentlich steigert. Durch die Erfindung werden nicht nur die durch Führungsungenauigkeiten der Kreuzsupporte und Unebenheiten der Objekt- und Bildflächen verursachten Störungen der übertragenden Muster um Zchncrpotenzen verkleinert, es wird auch möglich, besonders exakte Führungsmittel wie Luftlager zu verwenden, durch die die Qualität der übertragenen Muster noch weiter verbessert wird. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, daß bei relativ leichten Kreuzsupporten Luftlager mit optischem Planglas verwendet werden können, das in Form von Platten von 20 -40 cm Durchmesser mit einer Ebenheit von A/20 ( = 0,025 μπι) im Handel erhältlich ist. Diese Art von Lager kann bei den bisher bekannten Vorrichtungen der obengenannten Art wegen des großen Gewichtes der die zu kopierenden Masken und Halbleiterplättchen tragenden Supporte nicht verwendet werden. Wie aus der Rp^rtirpihnno Ηργ ρ j ο. 3 ersichtlich, werden die durch die obengenannten Maßnahmen ganz wesentlich herabgesetzten, durch mechanische Fühlungsfehler bedingten Störfaktoren durch die vorgeschlagene Ausgestaltung der Blendenform noch weiter herabgesetzt.

Maske und Halbleiterplättchen können bei der vorgeschlagenen Projektionseinrichtung auch ohne Schwierigkeit in eine geeignete Immersionsflüssigkeit getaucht werden, so daß mit kommerziell verfügbaren Objektiven (z. B. sogenannten Plan-Apochromaten) Aperturen größer 1,3 möglich sind und Auflösungen von Elementen in der Größenordnung von 0,3 μπι erreicht werden können.

Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung wird anschließend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen

Fig. !A und IB zwei zum Stande der Technik gehörende Maskenprojektionseinrichtungen,

F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung,

F i g. 3A und 3B schematische Darstellungen zur Erläuterung der bei fehlerhafter Ausrichtung der einzelnen Teilabbildungen auftretenden Belichtungsfehler.

In Fig. IA wird eine zum Stande der Technik gehörende sogenannte »Schrittschaltkamera« (step and repeat-Kamera) schematisch dargestellt, bei der die von einer Lichtquelle 1 ausgehende Strahlung über eine Kondensorlinse 2 eine Maske 3 beleichteL Diese Maske wird durch eine Linse 4 jeweils auf einen Teilbereich eines mit einer Photolackschicht überzogenen Halbleiterplättchen 5 vrrkleinert abgebildet Um die ganze Fläche des Halbleiterplättchens durch eine Vielzahl von Maskenabbildungen zu belichten, wird der das HaIb- !eiterplättchen 5 tragende Kreuzsupport 6 schrittweise entlang einer Vielzahl von zueinander parallen, äquidistanten Linien verschoben, wobei bei jedem Stillstand eine Belichtung durchgeführt wird. Während der Bewegung fällt kein Licht auf die Photolackschicht des Halbleiterplättchens. Wegen der erforderlichen hohen Präzision und Lagegenauigkeit der einzelnen Abbildungen dürfen die einzelnen Belichtungen jeweils erst nach Abklingen der durch die Verschiebung des Kreuzsupports 6 verursachten Vibrationen der gesamten Vorrichtung durchgeführt werden. Dieser Umstand und die meist außerordentlich große Anzahl von Einzelbelichtungen hat zur Folge, daß zur Belichtung eines ganzen Halbleiterplättchens oft mehrere Stunden

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40 erforderlich sind, was mit einer rationellen Massenfertigung nicht vereinbarlich ist. Wie leicht einzusehen, wirken sich darüber hinaus beispielsweise durch Erwärmung verursachte Formänderungen eines ein Gehäuse 7 tragenden Ständers 8 sehr nachteilig auf die Lagegenauigkeit der einzelnen Maskenabbildungen aus, was insbesondere bei fein strukturierten Lichlmuslern und hohen Packungsdichten die Verwendbarkeit solcher Vorrichtungen in Frage stellt. Wegen des großen Abstandes zwischen der Maske 3 und dem Halbleiterplättchen 5, bewirken, da Δχ — lxs\nA<I>, schon geringfügige Kippbewegungen ΔΦ der optischen Achse O beträchtliche Verschiebungen Δχ der einzelnen Abbildungen in bezug auf ihre Sollagen.

Um die mit einer schrittweisen Verschiebung des Halbleiterplättchens in bezug auf die Maske verbundenen Nachteile zu vermeiden, wurde im Hauptpatent (Hauptanmeldung) eine Lösung gemäß der in Fig. IB dargestellten Vorrichtung vorgeschlagen, bei der jeweils es"· kleiner Bereich einer durch nicht dargestellte Mittel beleuchteten Maske 3 über eine aus Linsen 4A bis 4D bestehende Optik jeweils auf einen kleinen Bereich eines mit einer Photolackschicht überzogenen Halbleiterplättchens 5 abgebildet wird. Es ist leicht einzusehen, daß jede eine Kippbewegung des die Halterungen für die Maske 3 und das Halbleiterplättchen 5 tragenden Ständers 9 bewirkende Unebenheit der Führungsflächen des Kreuzsupports 6 eine seitliche Verschiebung der Abbildung des jeweils abgebildeten Maskenbereiches auf dem Halbleiierplältchen 5 zur Folge hat. Es ist leicht einzusehen, daß bei einem Verhältnis des Abstandes zwischen den beiden Kugeln 10,11 des Kreuzsupports zum Abstand zwischen Maske 3 und Halbleiterplättchen 5 von 1 :2 bis 1:3 jede Unebenheit der Kugelflächen oder ihrer Führungsebenen in der Größenordnung von λ/4 (Λ = Wellenlänge des sichtbaren Lichts) eine Verschiebung der Abbildung der Maske auf dem Halbleiterplättchen um mindesten«; eine halbe Wellenlänge, d. h. 0,25 bis 0.35 μπι zur Folge hat. Das bedeutet, daß es mit den bekannten Vorrichtungen nicht möglich ist. die für die nahe Zukunft geplante Herstellung von integrierten Halbleiterschaltungen mit Leiter- und Schaltungselementen mit Dicken von I μπι und darunter zu verwirklichen, da zur Übertragung derartig fein strukturierter Lichtmuster wesentlich höhere Genauigkeiten erforderlich sind.

Das in Fig.2 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht aus einem Metallblock 20, in dem Ausnehmungen und Bohrungen zur Aufnahme der Beleuchtungs- und Abbildungsoptik sowie eines Kreuzsupports für eine Maske und ein Halbleiterplättchen vorgesehen sind. Die von einer Lichtquelle 21 ausgehende Strahlung wird durch eine Linse 22 in der Öffnung einer Lochblende 23 fokussiert und durch eine Linse 24 parallel gerichtet Die durch eine Aperturblende 25 seitlich begrenzte Strahlung 26 wird an einem unter einen Winkel von 45° angeordneten Spiegel 27 in Richtung auf einen teildurchlässigen Spiegel 28 und auf eine zu beleuchtende und abzubildende Maske 40 abgelenkt Die den teildurchlässigen Spiegel 28 verlassende Strahlung wird durch ein Mikroskopobjektiv 42 auf den jeweils zu beleuchtenden und abzubildenden Bereich der Maske 40 gerichtet Die an der Maske reflektierte oder gestreute Strahlung 44 durchsetzt das Mikroskopobjektiv 42, wird am teildurchlässigen Spiegel 28 und an einem weiteren Spiegel 29 abgelenkt, durchsetzt eine in einem Gehäuse 30 angeordnete, aus zwei Feldlinsen 31 und 33 sowie einer Sechseckblende

32 bestehende Anordnung, wird an einem Spiegel 34 erneut abgelenkt und gelangt zu einem teildurchlässigen Spiegel 35, von dem ein Teil der Strahlung zu einem zweiten Mikroskopobjektiv 43 abgelenkt und der andere Teil zu einem Fokusdelekior 60 durchgelassen wird.

Die die Feldlinsen 31 und 33 sowie die Sechskantblende 31 aufnehmende Halterung 30 durchsetzt eine krcisfüi fnige oder viereckige Ausnehmung 84 eines Trägerelementes 80, ohne dessen Bewegung bei der "Abtastung des gesamten Maskenbereichs zu behindern. Der zum Mikroskopobjektiv 43 abgelenkte Teil des Strahls 44 erzeugt eine Abbildung des jeweils durch das Mikroskopobjektiv 42 ausgeleuchteten Bereichs der Maske 40 auf der mit einer Photolackschicht iiber/oge· ii nen oberen Fläche eines Halbleiierplättchens 50. Das an diesem Halbleiterplältchen gestreute und reflektierte Licht wird durch das Mikroskopobjektiv 43 durch den teildurchlässigcn Spiegel 35 hindurch zu einem /weiten teildurchlässigen Spiegel 36 übertragen. Ein Teil der /u diesem Spiegel gelangenden Strahlung wird zu einem zweiten Fokusdetektor 61 abgelenkt, während der andere Teil zu einem Okular 63 gelangt, über das eine Ausrichtung des Halbleiterplättchens 50 auf die Maske 40 überwacht werden kann. Die Ausrichtung erfolgt durch drei über nicht dargestellte Mittel steuerbare Servomotore, von denen nur ein zur Verschiebung einer das Halbleiterplättchen 50 tragenden Trägerplatte 86 dienender Servomotor 82 dargestellt ist. Die Bewegung des Servomotors 82 wird über eine Stange 81 auf die Trägernlatte 86 übertragen. Die Trägerplatten 85 und 86 weisen jeweils Bereiche 850 und 860 mit Ansaugöffnungen auf, durch die über Saugleitungen 87, 88 ein das Halbleiterplättchen 50 und die Maske 40 steuerbar festhaltender Unterdruck an den entsprechenden Π Flächen der Trägerplatten erzeugt werden kann.

Das die Trägerplatten 85, 86 halternde Trägerelerneni SO ist an beiden Seiicri mit Düsenpiatten 94, 97 versehen, denen über Rohrleitungen 93, % Druckluft zugeführt wird. Die Düsenplatten gleiten auf zwischen ίο ihnen und den mit höchster Präzision bearbeiteten Glasplatten 93, 98 entstehenden Luftkissen. Die Scharfeinstellung der beiden Mikroskopobjektive 42,43 auf die ihnen zugeordneten Flächen der Maske bzw. des Halbleiterplättchens erfolgt durch Servomotore 64 bzw. -n 74, die über Zahnräder 65, 66 bzw. 75, 76 mit den in Gewindeführungen 67, 77 drehbar gelagerten Mikroskopobjektiven 42 bzw. 43 verbunden sind. Die Steuerung der Servomotore 64, 74 erfolgt durch die die Scharfeinstellung der Mikroskopobjektive 42, 43 über- v> wachenden Fokusdetektoren 60, 61, die über Leitungen 60c und 61c mit diesen Motoren verbunden sind. Wie oben angegeben, wird der jeweils durch die Lichtquelle 21 beleuchtete kleine Bereich der Maske 40 über das Mikroskopobjektiv 42, den teildurchlässigen Spiegel 28, die Linse 31, die Rechteckblende 32, die Linse 33, die Spiegel 34 und 35 und das Mikroskopobjektiv 43 auf einen zugeordneten Bereich des Halbleiterplättchens 50 abgebildet, und belichtet die in diesem Bereich liegende Photolackschicht.

Zur Übertragung des Musters der gesamten Maske 40 auf das Halbleiterplättchen 50 wird das Trägerelement 80 durch nicht dargestellte Antriebsmittel mäanderförmig so verschoben, daß die gesamte Fläche der Maske und des Halbleiterplättchens nach Art eines Fernsehrasters abgetastet wird. Die Abstände zwischen den einzelnen Abtastspuren sind dabei so bemessen, daß sich die schräg zur Abtastrichtung liegenden Seiten der durch die Rechteckblende 32 definierten Bildfenster (Fig.3A und 3B) vollständig überlappen. Die sich bei Bewegung eines Bildfeldes 100 entlang einer der Linien 110 ergebenden Werte der Intensitäts-Zeit-Integrale werden durch die im unteren Teil der Fig. 3A dargestellten Kurven 102 wiedergegeben. Wie aus dieser Figur ersichtlich, addieren sich die den einzelnen Abtastspuren zugeordneten Belichtungswert über das gesamte abgetastete Bildfeld zu einem konstanten, durch die Linie 103 dargestellten Wert. Sind, wie in Fig.3B wiedergegeben, die Abstände der einzelnen Abiastspuren ΐ 10 größer als w, beispielsweise w + Aw. so daß sich die schräg zur Abtastrichtung liegenden Seiten 101 nicht vollständig überlappen, so addieren sich die die Werte der Intensitäts-Zeitintegrale wiedergebenden Kurven 102 im Bereich des gesamten Bildfeldes zu einem durch die Kurve 104 wiedergegebenen Wert, der, wie aus Fig. 3B ersichtlich, jeweils in der Mitte zwischen zwei benachbarten Abtastspuren zwar von der Sollwertkurve 103 abweicht, bei den praktisch vorkommenden Werten von Aw für eine ausreichende Belichtung aber genügend groß ist. Ist der Abstand zwischen den Abtastspuren 101 dagegen kleiner, also beispielsweise w — Aw. so treten, wie leicht einzusehen ist, in der Mitte zwischen zwei benachbarten Abtastspuren Belichtungswerte auf, die über den durch die Sollwertkurve 103 dargestellten Werten liegen. Auch diese Abweichungen von den Sollwerten der Belichtung sind in der Regel unschädlich. In der Praxis werden die Abtastfehler weniger durch Abstandsänderungen geradliniger Abtastspuren als durch unregelmäßige Richtungsänderungen der einzelnen Abtastspuren und somit durch unregelmäßige Abstandsänderungen zwischen benachbarten Abtastspuren entstehen.

Anstelle der sechseckigen Bildfehlder können auch rautenförmige Bildfelder oder Bildfelder in Form eines mit einer Diagonale parallel zur Abtastrichtung liegenden Quadrats verwendet werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die in den Fig. 3A und 3B dargestellten sechseckförmigen Bildfelder eine optimale Lösung darstellen, da bei diesen Bildfeldern die in den Kompensationsbereich fallenden Abweichungen vom Sollabstand der Abtastspuren zwar relativ klein sind, die bei einer gegebenen in diesem Bereich liegenden Abweichung Aw auftretenden Belichtungsfehler in der Regel aber noch vernachlässigt werden können.

Da Sechsecke einen größeren Flächenbereich als Rauten oder Quadrate mit gleichen Durchmessern einschließen, sind sie diesen unter anderen auch in bezug auf den Belichtungswirkungsgrad überlegen. Bei Bildfeldern mit höheren Seitenstrahlen wird der Kompensationsuereich schnell kleiner, so daß selbst kleine mechanische Führungsfehler zu Fehlern der übertragenen Muster führen.

Wie sich aus der Diskussion der F i g. 1B ergibt, sind die bei der Vorrichtung nach Fig.2 auftretenden Positionierungsfehler der übertragenen Bildfehlder, die auf durch mechanische Führungsfehler bedingte Kippbewegungen von Maske und Halbleiterplättchen zurückzuführen sind, um Zehnerpotenzen kleiner als bei den bisher bekannten Maskenübertragungsvorrichtungen, da das Verhältnis des Abstands zwischen Maske und Halbleiterplättchen zum Abstand zwischen den Luftlagem 90 und 92 ebenfalls um Zehnerpotenzen kleiner ist Bei dem in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieses Verhältnis etwa gleich 1 :40. In der Praxis wird dieses Verhältnis in der Regel noch wesentlich kleiner sein.

'β ., Durch die laufende Scharfeinstellung der Mikroskop-

i| objektive 42 und 43 mit Hilfe der ihnen zugeordneten

Photodetektoren 60 und 61 und Servomotoren 64 und 74 wird nicht nur eine gleichmäßig optimale Schärfe der .-Abbildung im gesamten Bereich des Halbleiterplättchens 50 sichergestellt, sondern auch die durch ' .Abweichungen der Objektebene von der Brennebene , bedingten Veränderungen der Vergrößerung vermieden, die bei teübereichsweiser Übertragung eines ,großflächigen, extrem fein strukturierten Lichtmusters ' besonders schädlich sind.

Die hohe Abbildungsgüte der hier beschriebenen Projektionsvorrichtung wird somit im wesentlichen durch drei einander ergänzende und im unterschiedlichen Umfang das angestrebte Ziel fördernde Maßnahmen erreicht:

1. Der Abstand zwischen Maske und Halbleiterplättchen wird bei "leichzciti^cr VEr^crrQÜcrun^or des Abstandes zwischen den Führungsflächen des Kreuzsupports durch eine besondere Ausgestaltung der die Maske und das Halbleiterplättchen tragenden Bereiche des Kreuzsupports sowie durch Verwendung von im Auflicht beleuchteten Masken sehr stark verkleinert.

2. Zum Ausgleich von vertikalen Führungsfehlern (in Z-Richtung) sowie von Unebenheiten der Maskcn- und Halbleiteroberflächen wird eine doppelte automatische Objektivnachführung eingesetzt. (Derartige Systeme höchster Genauigkeit und hoher Nachführungsgeschwindigkeit wurden in der Literatur beschrieben.) Dabei ist zu beachten, daß

-, durch die doppelte Nachführung nicht nur der

bekannte Effekt der automatischen Fokussierung erreicht, sondern vor allem der Abbildlingsmaßstab

* ι konstant gehalten wird. Bei kleineren Bewegungen des Supports in Z-Richtung verringert sich die

id Schärfe der Abbildung nämlich in erster Näherung nicht, wohl aber der Abbildungsmaßstab, was insbesondere bei größeren Bildfeldern besonders störend ist.
3. Durch eine im Abbildungsstrahlengang angeordne-

n te sechseckige Bildfeldblende wird sichergestellt,

daß selbst Abweichungen der Istlagen der einzelnen Bildfelder von ihren Sollagen, die in der Größenordnung von bis zu 10% der Bildfelddurchniesser UCgGn₁ weitgehend unschädlich gemacht werden.

Es hat sich gezeigt, daß mit der in F i g. 2 dargestellten Vorrichtung Überlagerungsgenauigkeiten von 0,1 μηι und weniger erreicht werden konnten. Wie aus der Diskussion der Fig. IB hervorgeht, sind selbst um eine Zehnerpotenz schlechtere Überlagerungsgenauigkeiten mit den bisher bekannten Maskenprojektionsvorrichtungen nicht zu gewährleisten.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Projektionsvorrichtung zur abschnittweisen Abbildung einer mit einer Beleuchtungsanordnung beleuchteten Maske für integrierte Halbleiterschaltkreise auf eine mit einer photoempfindlichen Schicht bedeckte Halbleiterscheibe, wobei der Abbildungsstrahlengang U-förmig um Maske und Halbleiterscheibe verläuft, nach Patent Nr. P 20 50 590, :o dadurch gekennzeichnet, daß die zu übertragende Maske (40) und die Halbleiterscheibe (50) mit einander zugekehrten Rückseiten auf der Ober- bzw. Unterseite eines gemeinsamen Kreuzschlittens (80) angeordnet sind, dessen Auflageflä- ι ί chen (95, 97) an der Schlittenperipherie angebracht sind und außerhalb des durch den U-förmigen Strahlengang definierten Radius liegen, daß die Maske mit Auflicht beleuchtet wird und daß der Kreuzschlitten (80), das abbildende System (28 bis 35, 42, 43) und die Beleuchtungsanordnung (21 bis 27) in entsprechenden Aussparungen eines aus mehreren Teilen bestehenden und die Projektionsvorrichtung umschließenden Metallblocks (20) angeordnet sind.

2. Projektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abbildungsstrahlengang durch eine Aussparung (84) im Kreuzsupport (80) verläuft, deren Größe der zu übertragenden Maske entspricht. J»

3. Projektionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Auflageflächen des Kreuzsuppoits (80) auf Luftlagern (90, 92) geführt sind.

4. Projektionsvorrichtung nach Anspruch 3. » dadurch gekennzeichnet, daß e Luftlager (90, 92) des Kreuzsupports auf Präzisionsglasplatten (95, 98) angeordnet sind.

5. Projektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß Maske (40) und Halbleiterscheibe (50) pneumatisch auf einem als dünne Scheibe (85) ausgebildeten Teil des Kreuzsupports (80) fixiert sind.

6. Projektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß der ·»> Abbildungsstrahlengang eine Bildfeldblende (32) in Form eines Vielecks aufweist, dessen Seitenbegrenzungen schräg zur Richtung der rasterförmigen Abtastbewegung verlaufen und eine teilweise Überlappung aufeinanderfolgender Abtastspuren >') ergeben.

7. Projektionsvorrichtung nach Anspruch 6. gekennzeichnet durch eine sechseckförmige BiIdleldblende (32).

8. Projektionsvorrichtung nach Anspruch 6. >> gekennzeichnet durch eine rautenförmige Bildfeldblende (32).

9. Projektionsvorrichtung nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Bildfeldblende (32) die Form eines Quadrats mit einer zur Abtastrich- «> tung parallelen Diagonale aufweist.

10. Projektionsvorrichtung nach einem der Anävsprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die '." abbildenden Objektive (42, 43) für Maske bzw.

Halbleiterscheibe mit Einrichtungen zur automatisehen Fokussierung (60, 64, 65 bzw. 61, 74, 75) : verschen sind.

11. Projektionsvorrichtung nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet, daß die Photosensoren (60, 61) der Autofokus-Einrichtungen für die abbildenden Objektive (42, 43) auf der gleichen Seite des U-förmigen Abbildungsstrahlengangs angeordnet sind.