DE2902875A1

DE2902875A1 - Maskiervorrichtung fuer die feinlinien-lithographie

Info

Publication number: DE2902875A1
Application number: DE19792902875
Authority: DE
Inventors: Addison Brooke Jones; David B Wittry
Original assignee: Rockwell International Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1978-01-30
Filing date: 1979-01-25
Publication date: 1979-08-02
Also published as: JPS5754933B2; GB2013909A; DE2902875C2; JPS54104777A; GB2013909B; US4194233A

Description

if.

KARL H. WAGNER 8000 MÖNCHEN 22

GEWÜRZMÜHLSRASSE POSTFACH 246

25. Januar 1979

78-T-3415 (77E46)

ROCKWELL INTERNATIONAL CORPORATION, El Segundo, Kalifornien, V.St.A.

Maskiervorrichtung für die Feinlinien-Lithographie

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung allgemein zur Verwendung bei der Feinlinien-Lithographie. Insbesondere richtet sich die Erfindung auf eine Vorrichtung, welche die thermische und abstandsmäßige Steuerung für eine dünne Maske vorsieht.

Im Zeitalter der Schaltungsmikrominiaturisation ist die Feinlinien-Lithographie eine Grundvoraussetzung bei der Herstellung. Die Lithographie mit hoher Auflösung ist auf vielen technischen Gebieten brauchbar, wie beispielsweise bei der Herstellung von Magnetblasendomänenvorrichtungen, Halbleitervorrichtungen, MOS/LSI-Vorrichtungen und dgl. Zahlreiche andere technologische Gebiete übernehmen schnell die Verfahren der Feinlinien-Lithographie.

Die Lithographie unter Verwendung von anderen Belichtungsquellen als nahe dem UV-Gebiet arbeitenden Lampen ist eine bekannte sich weiter entwickelnde Arbeitsweise. Bei der Anwendung dieser Art einer Lithographie werden verschiedene

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Energiequellen, wie beispielsweise Rontgenstrahlenquellen, Elektronenquellen und dgl. verwendet. In der Vergangenheit wurden diese Quellen zusammen mit Kontakt- oder Projektionsverfahren verwendet. Es wurde festgestellt, daß die Maskierung der Proximitäts- oder Nähe-Type zweckmäßiger ist als die Kontaktmaskierung, da die Maskenlebensdauer bei Verwendung des Nähe-Verfahrens wesentlich verlängert.wird. Es wird jedoch auch festgestellt, daß die Verwendung von Nähe- oder Proximitäts-Masken eine relativ dicke Maske erforderlich macht, um den dabei auftretenden Problemen zu widerstehen. Natürlich kann um so weniger Auflösung bei der Feinlinien-Lithographie erreicht werden,desto dicker die Maske ist. Die Verwendung der dünnen Masken war typischerweise nicht erfolgreich, weil die dünnen Masken Energie und somit Wärme absorbieren. Dünne Masken werden ebenfalls durch die Energiequelle geladen. Diese Probleme (d.h. die thermische und Ladungs-Absorption) bewirken das Verformen bzw. Zerstören der Maske und machen diese unbrauchbar. Infolgedessen werden die Nähe-Masken-Verfahren nicht in signifikantem Ausmaß verwendet, obwohl die Vorteile dieses Verfahrens zahlreich sind.

Es sei auf die folgenden US-Patent-Anmeldungen hingewiesen: Serial Nr. 810,469 mit dem Titel "High Resolution Mask and Method of Fabricating Thereof", Jones, eingereicht am 27. Juni 1977; Serial Nr. 721,121 "Method and Apparatus for Thermally Stabilizing Workpieces", Jones et al, eingereicht am 7. Sept. 1976.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, die bei dünnen Masken bei lithographischen Verfahren mit Nähe-Belichtung verwendet wird. Die Vorrichtung sieht eine thermische Vorrichtung vor, um Wärme von der Maske wegzuleiten und um auch eine stabile thermische Basis für das Substrat,auf das eingewirkt wird, vorzusehen. Eine Drucklage ist zwischen der Maske und dem Substrat vorgesehen, um zu verhindern, daß die Maske das Substrat berührt und um die Wärme von der Maske abzuleiten. Zudem sind Mittel vorgesehen, um ein elektrostatisches Feld zwischen dem Substrat und der Maske vorzusehen,

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um den genauen Abstand der Maske bezüglich des Substrats zu steuern.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung, welche ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt.

Die Zeichnung zeigt eine Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die vorzugsweise in einem Vakuum betrieben wird. Eine geeignete Energiequelle dient zur Erzeugung eines in einer Operation verwendeten Energiestrahls. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Teil 10 vorgesehen, welcher zu irgendeiner temperaturstabilisierten oder thermisch leitenden Bauart gehört und beispielsweise in der US-Patentanmeldung Serial Nr. 721,121 beschrieben ist. Teil 10 weist in der Oberseite eine Ringnut 11 auf, die im wesentlichen den Umfang des Teils umfaßt. In der Nut 11 ist ein O-Ring oder eine andere geeignete Dichtung 12 vorgesehen. Die Oberseite des Teils 10 weist ebenfalls eine Ausnehmung 13 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel im wesentlichen die ganze Oberseite des Teils innerhalb der Nut 11 umfaßt. Die Ausnehmung 13 ist derart angeordnet, daß darinnen eine dünne Lage aus einem geeigneten, sich nicht verunreinigendem,thermisch leitendem, sich anpassendem Material gehalten wird, wie beispielsweise ein Polymer, destilliertes Wasser, Silikongummi oder dgl. Die Tiefe der Ausnehmung 13 ist hinreichend klein, um das thermische Kontaktmaterial als eine dünne Schicht (Film) vorzusehen. Das Substrat 14 ist derart positioniert, daß es über dem Teil 10 liegt und in Berührung mit den O-Ringen 12 steht, um eine vakuumdichte Abdichtung zwischen dem Substrat 14 und der Oberseite des Teils 10 vorzusehen. Das Substrat kann auf irgendeine Weise gehalten werden, beispielsweise in der Art, wie dies in US-Patentanmeldung Serial Nr. 721,121 beschrieben ist oder aber einfach durch direkten Druck von Klemm-Mitteln, die nach der Maskenausrichtung aufgebracht werden. Geeignete (nicht gezeigte) Klemm-Mittel sind vorgesehen, um die Maske 15 in Berührung mit dem Substrat 14 und dem Teil (Futter, Einspannmittel) 10 zu halten, um die Abdichtung an den O-Ringen 12 und 18 vorzusehen.

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Eine Maske 15 ist über dem Substrat 14 angeordnet. Die Maske 15, die beispielsweise von der in US-Serial Nr. 810,469 beschriebenen Art sein kann, weist ein Tragglied 16 auf, welches aus Quarz oder dgl. hergestellt sein kann. Das Tragglied 16 kann um den Umfang der Maske 15 herum angeordnet sein. Eine Nut 17 (die ringförmig ausgebildet sein kann) ist in der Unterseite des Tragglieds 16 vorgesehen. Ein O-Ring 18 ist in die Nut 17 eingesetzt und sieht eine Abdichtung mit der Oberseite des Substrats 14 vor. Die Innenoberfläche des Trägers 16 kann eine geringe Ausnehmung aufweisen, wie beispielsweise bei der Lippe 16A gezeigt, um das dünne Membranmaskiermaterial 19 aufzunehmen. Die dünne Membran 19 ist an den Innenkanten des Trägers 16 in einer geeigneten Weise befestigt, wie beispielsweise mittels eines Epoxyklebers oder dergleichen. Die Membran 19 kann aus irgendeinem geeigneten Material bestehen, wie beispielsweise einer Kunststoff-Folie, Parylen, Formvar oder einem Oxidfilm gebildet durch Anodisierung von beispielsweise Al_o0_. Typische Flächendichten der Membran 19

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sind 20 g/cm oder weniger im Dünnmasken-Ausführungsbeispiel.

Die Maske 15 an sich bildet keinen Teil der Erfindung.

Eine geeignete Öffnung 20 ist im Tragglied 16 vorgesehen. Die Öffnung 20 steht mit der Außenkante von Träger 16 in Verbindung und mit dem Raum zwischen dem Maskiermaterial 19 und der Oberseite des Substrats 14. Auf diese Weise kann ein geeignetes thermisch leitendes, inertes (typischerweise gasförmiges) Strömungsmittel- in den Hohlraum 40 zwischen der Membran 19 und dem Substrat 14 über Öffnung 20 eingefügt werden. Typischerweise bildet das inerte Gas (wie beispielsweise Ar, He, Ne, N, usw.) eine dünne Lage mit einem Druck zwischen 10 und 100 Mikron. ?

Benachbart zur Vorrichtung ist mindestens ein geeigneter Ladefaden 21 angeordnet, der über Widerstand 27 mit einer Fadenversorgung 22 in Verbindung steht. Eine Vorspannungsversorgung 23 liegt zwischen dem Substrat 14 und der Maskiermembran 19 durch eine geeignete elektrische Verbindungsvorrichtung. Es

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sei bemerkt, daß die Vorspannungsversorgung 2 3 oder die Ladefäden 21 und die zugehörige Versorgung 22 gesondert oder gemeinsam verwendet werden können.

Eine erste Gitterstruktur 25 ist zwischen den Fäden 21 und dem Rest der Vorrichtung angeordnet. Das Gitter 25 ist mit dem Widerstand 27 über einen veränderbaren Widerstand 28 verbunden. Zudem ist das Gitter 25 mit einer Elektronenbeschleunigungsversorgung 29 verbunden. Diese Verbindungen zum Gitter stellen das Potential am Gitter 25 bezüglich der an die Fäden 21 angelegten Spannung dar. Eine Gitterstruktur 26 kann zwischen dem Gitter 25 und dem Rest der Vorrichtung angeordnet sein. Das Gitter 26 ist ebenfalls mit der Versorgung 29 verbunden und erzeugt einen feldfreien Raum zwischen den Gittern und der Maskiermembran 19.

Im Betrieb wird eine Schicht aus destilliertem Wasser oder einem anderen thermisch leitenden und sich anpassenden Material vorgesehen zwischen dem Substrat 14 und dem Teil 10, um einen guten thermischen Kontakt zu erzeugen. Dies hat zur Folge, daß das Substrat auf einer relativ konstanten gleichförmigen Temperatur gehalten wird, und zwar unabhängig von der daran angelegten thermischen Energie durch den Elektronenstrahl, den Röntgenstrahl oder die jeweils verwendete Energiequelle. Zudem ist eine dünne Gaslage zwischen der Membran 19 und dem Substrat 14 vorgesehen. Das Gas ist ein thermisch leitendes Material und dient zur Ableitung der durch den einfallenden Energiestrahl normalerweise erzeugten Wärme. Es wurde festgestellt, daß die thermische Leitfähigkeit der dünnen Gaslage unabhängig vom Druck ist bis hinab zu ungefähr 100 Millitorr. Dieser Druckpegel sollte von der Membran 19 ohne Bruch oder übermäßige Verformung ausgehalten werden. Nichtsdestoweniger wird bei der gezeigten Anordnung das Substrat auf einer im wesentlichen konstanten Temperatur durch Teil 10 gehalten,und die Membran 19 wird durch das Gas gekühlt, um ebenfalls eine im wesentlichen konstante Temperatur aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus kann der Druck der · or"

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Gasschicht derart gesteuert werden, daß sich das Maskenmaterial 19 leicht vom Substrat 14 wegbiegt, wodurch die Gefahr des Verkratzens der Maske oder des Substrats vermindert wird.

Zur genauen Steuerung der Position der Membran 19 wird zur Verhinderung einer übermäßigen Auswärtsbiegung (und umgekehrt auch zur Verhinderung einer Einwärtsbiegung) die elektrostatische Vorrichtung verwendet. Das heißt, durch Anlegen eines elektrischen Signals von Versorgung 22 äiv Ladedrähte oder- -fädea—34 kann die Membran 19 auch geladen worden, um eine geeignete Anziehungskraft bezüglich des Substrats 14 zu erzeugen. Das heißt, die Fäden 21 werden hinreichend erhitzt, um Elektronen zu emittieren, welche eine Ladung auf der Oberfläche von Membran 19 erzeugen. Auf diese Weise ist die in der Membran 19 durch die L-adefäden 21 erzeugte Anziehungskraft viel größer als die Anziehungskraft, die durch die Energiequelle erzeugt werden könnte. Diese Anziehungskraft kann auf einem stetigen konstanten Niveau gehalten werden und kann ausgeglichen werden durch den Druck der Kühlgaslage, wodurch ein genau reproduzierbarer Abstand zwischen der Maske und dem Substrat für eine Proximitäts- oder Nähe-Belichtung vorgesehen wird, und zwar selbst bei einer relativ großen Maskenfläche. Zudem kann durch Erzeugung dieser Anziehungskraft ein etwas größerer Gasdruck ausgeübt v/erden, um die thermische Leitfähigkeit zu erhöhen, ohne daß der Bruch der Membran 19 riskiert wird.

Die Fadenversorgung 22 liefert eine Spannung an die Fäden über Widerstand 27. Ebenfalls erzeugt eine durch den IR-Abfall am Widerstand 28 hervorgerufene Spannung eine Spannungsdifferenz zwischen Gitter 25 und Fäden 21. Diese Spannung steuert den Niederenergie-Elektronenstrom vom Gitter 25 zum Substrat 14. In gleicher Weise wird eine Spannung V (typischerweise in der Größenordnung von 100 bis 2000 Volt) zwischen Gitter 25 und Substrat 14 angelegt, um die Elektronenenergie zu steuern. Durch geeignete Wahl von V kann eine Isolations-

^a mak^se 19 mit einem positiven, negativen oder Null-Potential

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bezüglich des Substrats betrieben werden. Dieses relative Potential kann als eine Funktion der Sekundäremission der Elektronen vom Substrat 14 analysiert werden. Der veränderbare Widerstand 28 gestattet auch eine relativ empfindliche und schnelle Steuerung des Potentials am Gitter 25, wodurch die genaue Steuerung der Ladungsbeziehung zwischen Maske 19 und Substrat 14 aufrechterhalten werden kann.

Alternativ kann die Vorspannungsversorgung 2 3 zwischen Substrat 14 und Tragglied 16 (und somit Membran 19) geschaltet werden. Die VorspannungsVersorgung 23 kann entweder nacn Wunsch eine Wechselspannungs- oder Gleichspannungs-Versorgung sein, um die Ausgleichs-Anziehkraft zwischen Maske und Substrat zu erreichen. Typischerweise wird die Vorspannungsquelle 23 verwendet für Masken und Substrate, hergestellt aus elektrisch leitendem Material, während die Ladefäden 21 für isolierende Masken und Substrate verwendet werden. Es können natürlich Fälle auftreten, wo beide Ladekonzepte in gleicher Weise brauchbar sind.

Vorstehend wurde somit ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Feinlinien-Lithographievorrichtung beschrieben. Diese Vorrichtung gestattet die vorteilhafte Verwendung dünner Membranenmaskenvorrichtungen. Die gezeigte und beschriebene Vorrichtung weist spezielle körperliche Merkmale auf. Diese körperlichen Merkmale können natürlich in einer dem Fachmann gegebenen Weise abgewandelt werden, ohne daß die allgemeine Funktionsweise der Vorrichtung verändert wird.

Zusammenfassend kann man sagen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders zweckmäßig bei sehr dünnen Masken ist, die in der Röntgenstrahlen-Lithographie, Transmissionselektronen-Lithographie oder Elektronenprojektions-Lithographie verwendet werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist dabei

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Temperaturstabilisationsmittel auf, um den schädlichen Auswirkungen in der Maske entgegenzuwirken, die durch die Energieabsorption von der Energiequelle ausgehen, wobei auch Positioniermittel vorgesehen sind, um die dünnen Masken genau mit Abstand für die Nähe-Lithographie -Verfahren anzuordnen. Thermischen Effekten wird durch ein Spannfutter oder Teil 10 entgegengewirkt, welches das zu behandelnde Substrat trägt. Eine thermisch leitende Lage, beispielsweise ein Strömungsmittel oder ein anderes sich anpassendes Medium, kann zwischen dem Substrat und dem Futter vorgesehen sein. Die Maske ist in gleicher Weise gegenüber dem Substrat durch eine dünne Lage aus thermisch leitendem Material mit Abstand angeordnet, beispielsweise unter Verwendung eines Niederdruckgases, welches die in Rede stehende Energie leiten kann. Der genaue Abstand der Maske wird durch die Verwendung einer Quelle gesteuert, die eine elektrostatische Ladung zwischen dem Substrat und der Maske aufbaut. Die Ladung kann durch eine Quelle vorgesehen werden, die mit dem Substrat und der Maske verbunden ist oder mittels Fäden, die oberhalb der Maske angeordnet sind. Der genaue Abstand wird erreicht durch Ausgleichen der Anziehungskraft der elektrostatischen Ladung mit der Repulsionskraft des Niederdruckgases .

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Leerseite

Claims

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Ansprüche

Π J Vorrichtung zum Haltern von zu bearbeitenden Substratmitteln, gekennzeichnet durch Einspannmittel (10) zur Halterung der Substratmittel, Maskenmittel (15) angeordnet benachbart zu den Substratmitteln und erste Mittel zum Einschließen eines Strömungsmittels zwischen den Maskenmitteln und den Substratmitteln.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zweite Mittel zum Einschließen einer Lage aus thermisch leitendem, sich anpassendem Material zwischen dem Substrat und den Einspannmitteln (10).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Lademittel zum Aufbau einer elektrischen Ladung auf der Maske, um so ein Kraftfeld zwischen den Maskenmitteln und den Substratmitteln zu erzeugen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch jekennzeichnet, daß die ersten Mittel einen Hohlraum in den Maskenmitteln aufweisen,und daß die zweiten Mittel einen Hohlraum in den Einspannmitteln (10) aufweisen.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsmittel in den ersten Mitteln von gasförmiger Natur ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsmittel in den zweiten Mitteln eine thermisch leitende Flüssigkeit ist.

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ν. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Strömungsmittel einen hinreichenden Druck ausübt, um die Maskenmittel mit einem vorgeschriebenen Abstand gegenüber den Substratmitteln zu halten.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lademittel Fadenmittel (21) aufweisen, um geladene Teilchen zu emittieren, die von den Maskenmitteln zur Aufprägung einer Ladung absorbiert werden.

9. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lademittel eine elektrische Quelle aufweisen, die zwischen den Maskenmitteln und den Substratmitteln liegt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Gittermittel angeordnet zwischen den Lademitteln und den Maskenmitteln zur Steuerung der durch die Fadenmittel emittierten geladenen Teilchen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gittermittel erste und zweite Gitter aufweisen, wobei das erste Gitter zwischen den Fädenmitteln und dem zweiten Gitter angeordnet ist, wodurch das erste Gitter den Niederenergie-Elektronenstrom von den Fadenmitteln steuert und das zweite Gitter eine feldfreie Zone zwischen den Gittern und den Maskenmitteln aufbaut.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Quellenmittel mit den Gittermitteln verbunden sind, um die Energie der von den Fadenmitteln emittierten Elektronen zu steuern.

1 3. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maskenmittel eine relativ dünne Membran aufweisen.

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14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage ein Polymermaterial aufweist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Lademittel eine elektrische Versorgung aufweisen,
die zwischen Maskenmittel und Substratmittel geschaltet ist.

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