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Censor Patent- und Versuchs-Anstalt
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in Vaduz (Fürstentum Liechtenstein) Projektionsmaske
Bei
der Herstellung integrierter Schaltungen geht man so vor, daß eine Anzahl von Masken
mit verschiedenen Konfigurationen auf ein Substrat abgebildet wird, dessen Oberfläche
durch Belichtung verändert wird. Zwischen aufeinanderfolgenden Abbildungen wird
das Substrat physikalischen und chemischen Änderungen unterworfen, die beispielsweise
darin bestehen können, daß der belichtete oder der unbelichtete Teil des auf das
Substrat aufgebrachten Photolacks entfernt und darunterliegende Schichten geätzt
werden.
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Früher war es üblich, die mit dem abzubildenden Muster versehene Maske
während des Belichtungsvorganges in unmittelbaren Kontakt mit dem Substrat zu bringen.
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Für solche Kontaktbelichtungsmasken, welche beim Belichtungsvorgang
einer mechanischen Beanspruchung ausgesetzt sind, ist es beispielsweise aus der
DE-AS 1 614 677 bekanntgeworden, die Maskenschicht mit einer höchstens 3 z m starken
Schicht aus transparentem, hartem Material abzudecken. Diese Schicht soll auch Beugungs-
und Interferenzerscheinungen verhindern. Wegen der gestiegenen Anforderungen an
die Genauigkeit geht man in jüngster Zeit weitgehend dazu über, die das abzubildende
Muster tragende Maske unter Zwischenschaltung eines Objektivs zwischen Maske und
Substrat auf letzteres abzubilden. Dabei besteht neuerdings die Tendenz, die Vielzahl
identischer Muster, die auf dem als Hafer bezeichneten Substrat entstehen sollen,
nicht durch eine Maske herzustellen, die mit der entsprechenden Vielzahl von Mustern
versehen ist, sondern ein und
dasselbe Muster an der Maske mehrfach
auf das schrittweise verschobene Substrat abzubilden (step and repeat). Die erfindungsgemäße
Projektionsmaske ist insbesondere mit dem letztgenannten Verfahren vorteilhaft,
ohne auf die Verwendung bei diesem eingeschränkt zu sein.
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Photomasken bestehen üblicherweise aus einem quadratischen Deckglas
mit im Zollmaßstab genormten Kantenlängen zwischen etwa 6,25 cm und 15 cm, mit Dicken
von 0,15 cm bis 0,6 cm. Auf diesem Deckglas befindet sich entweder eine Photoemulsionsschicht
(feinkörniges Filmmaterial) oder ein sogenannter "hard film", d. i. eine Aufdampfschicht
von ca. 1 m Dicke aus Chrom, Eisenoxid oder anderen Materialien.
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In dieser Schicht wird das eigentliche Maskenmuster aufphotographischem
bzw. photolithographischem Wege erzeugt. Diese Masken werden nun so wie sie sind
in das Projektionsbelichtungsgerät mit der Schichtseite in Richtung zum Projektionsobjektiv
gelegt bzw. aufbewahrt. Staubpartikel und andere Verunreinigungen haben also direkten
Zugang zur eigentlichen Maskenschicht. Dies ist bei einem Step-and-Repeat-Belichtungsgerät
besonders kritisch, weil bei einer Maskenstörung systematisch alle auf dem Wafer
befindlichen Belichtungsfelder betroffen werden. Daher muß vor jedem Maskeneinsatz
die jeweilige Maske sorgfältig überprüft und gereinigt - zumindest aber "abgeblasen"-werden.
Bei diesen Reinigungsschritten und überhaupt bei allen Manipulationen besteht die
Gefahr der Verletzung der Maskenschicht. Gegen das Absetzen von Staub auf der Schicht
während des Betriebes besteht sogar überhaupt kein Gegenmittel.
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Auch eine Versiegelung der Maskenschicht, wie sie in der eingangs
beschriebenen Weise für Kontaktbelichtungsmasken hekannt ist, würde die erläuterten
Probleme nicht heheben, da Beschädigungen der Siegelschichte oder Verunreinigungen
bei der Belichtung zu denselben Fehlern führen.
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Nach der Stammanmeldung P 28 45 147.0 werden die geschilderten Nachteile
dadurch behoben, daß auf der dem Deckglas abgewandten, im Verwendungszustand dem
Projektionsobjektiv zugewandten Seite der Maskenschicht ein ebenes Schutzglas befestigt
ist.
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Es ist leicht einzusehen, daß die Glasscheibe die eigentliche Maskenschicht
vor Verletzungen schützt und es erlaubt, die vorhandenen Verunreinigungen leicht
zu beseitigen, ohne in Kontakt mit der Schicht zu kommen, sowie Hantierungen mit
der Maske und deren Lagerung relativ risikolos auszuführen. Die technisch so einfache
Maßnahme macht zusätzlich die Wirkung kleiner Verunreinigungen, insbesondere auch
kleiner Partikel, die sich während des Betriebes auf der Oberfläche absetzen, unschädlich,
ohne gleichzeitig das optische System aus Projektionsmaske, Projektionsobjektiv
und Substrat ernsthaft zu stören.
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Wie in der Stammanmeldung P 28 45 147.O ausführlich erläutert, beruht
das Unschädlichwerden kleiner Verunneinigungen darauf, daß die Glasoberfläche, auf
der sie sich befinden, sich bei Verwendung nicht allzu dünner Gläser und der üblichen
Projektionsobjektive fast @@twendigerweise außerhalb des Bereiches befindet, der
vom Projektionsobjektiv scharf auf das Substrat abgebiedet wird.
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Um eine tiefens sie @@ halten, ist es nach dem Rayleign @@ @@ @@ er
sich das
Objekt in einem Abstand befindet, der vom Idealabstand
höchstens um die Rayleigh-Tiefe, vorzugsweise nur um 2/3 dieser Tiefe, abweicht.
Umgekehrt wählt man also im vorliegenden Fall, wo eine möglichst unscharfe Abbildung
von Verunreinigungen erwünscht ist, die Dicke des Schutzglases größer, vorzugsweise
mindestens dreimal größer, als die Rayleigh-Tiefe des Projektionsobjektivs im Bereich
der Proj ektionsmaske.
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Ein Problem bei der Herstellung dieser neuen Projektionsmaske hat
sich jedoch dadurch ergeben, daß das in bekannter Weise als Träger für die Maskenschichte
dienende Deckglas aus Gründen der Stabilität eine bestimmte Mindestdicke aufweisen
soll.
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Insbesondere beim Einsatz von Elektronenstrahl-Lithographiegeräten
für die Maskenherstellung sind derart voluminöse Träger der Maskenschicht schwierig
zu handhahen, bzw. beschränkt die Masse des Deckglases die Verschiebegeschwindigkeit
desselben.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieses Problem dadurch behoben,
das3 die Maskenschicht vom Schutzglas getragen wird.
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Liegt die Dicke des Schutzglass in einem Bereich, daß auf der freien
Seite desselnen beindliche schutzpartikel während des Belichtungsvorganges des Substrats
ungefahr abgebilket werden, ohne @@ die durch das Schutzglas bedingte Verzeichnung
rßer 1£ . jene des Projektionsobjektivs @@, so ist die stellung des Musters in der
Schicht sei Elektronenstrahl-Lithographie leicht mit während Stabilität der @natomes
ch als glie geeigneter - , rl
Es ist aber auch unter Umständen möglich,
daß die Photomaske vom Schutzglas getragen ist, während das Deckglas lediglich eine
Ablagerung von Schmutzpartikeln auf der der Beleuchtungsquelle zugewandten Seite
im tiefenscharf auf dem Substrat abgebildeten Bereich verhindert.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren
an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Hiebei zeigt: die Fig. 1 das stark vereinfachte Schema eines Proj
ektionsbelichtungsgerätes, während die Fig. 2 eine Variante der Projektionsmaske
darstellt.
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Wie die Fig. 1 zeigt, wird bei einem Projektionsbelichtungsgerät für
die Herstellung von integrierten Schaltungen das Muster einer Maskenschicht 2 über
ein Projektionsobjektiv 4 verkleinert auf der Oberfläche eines Halbleitersubstrats
5 abgebildet.
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Nach dem Stammpatent besteht die hiefür verwendete Projektionsphotomaske
aus einem Deckglas 1, einer das abzubildende Muster enthaltenden Maskenschicht 2
und dem im Verwendungszustand dem Projektionsobjektiv zugewandten Schutzglas 3.
Wie im Stammpatent auch ausführlich erläutert, verhindert dieses Schutzglas 3 nicht
nur eine Verletzung bzw. Beschädigung der Maskenschicht 2, sondern verursacht auch
eine unscharfe Abbildung von auf der freien Seite des Schutzglases befindlichen
Verunreinigungen, beispielsweise Schmutzpartikeln, wenn die Dicke des Schutzglases
größer als die Rayleigh-Tiefe des Projektionsobjektivs im Bereich der Photomaske
ist. Die durch das Schutzglas bedingte Verzeichnung ist dabei gegenüber
jener
des Projektionsobjektivs 4 vernachlässigbar und die Änderung des Abbildungsmaßstabes
kann dadurch korrigiert werden, daß die gesamte Photomaske in Richtung der optischen
Achse geringfügig verschoben wird.
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Gemäß der Erfindung ist nun das Schutzglas 3 Träger der Maskenschicht
2. Beispielsweise weist das Schutzglas eine Dicke von 0,09 Zoll auf (ungefähr 2,28
mm) und ist somit dick genug, um Schmutzpartikel unscharf abzubilden, jedoch nicht
so dick, daß das Projektionsobjektiv 4 korrigiert werden müßte. Das Schutzglas 3
mit der Maskenschicht 2 ist nun an einem geeigneten Deckglas 1 befestigt, welches
beispielsweise aus Stabilitätsgründen eine Dicke von etwa 0,25 Zoll (6,3 mm) aufweist.
Beträgt nun die numerische Apertur des Projektionsobjektivs 4 beispielsweise 0,35,
so entspricht dem eine Rayleigh-Tiefe von 360um. Sowohl die Dicke des Schutzglases
3 als auch die Dicke des Deckglases 1 reichen aus, um auf den freien Oberflächen
derselben befindliche Verunreinigungen nur unscharf auf dem Substrat 5 abzubilden.
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Andererseits hingegen weist das Schutzglas 3 alleine eine relativ
geringe Masse und kleine Abmessungen auf, sodaß die Beschriftung der Maskenschicht
2, d.h. die Herstellung des Musters in der Maskenschicht, sehr einfach und leicht
möglich ist. Die notwendige Stabilität wird in dem geschilderten Fall durch die
massive Ausführung des Deckglases 1 erreicht.
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In der Fig. 2 ist eine Variante der erfindungsgemäßen Projektionsphotomaske
dargestellt, wobei das Schutzglas das im wesentlichen tragende Element ist. Auf
dem
Schutzglas befindet sich wiederum die Maskenschicht 2, während das Deckglas 1 mit
Abstand von der Maskenschicht 2 angeordnet ist. Der Zwischenraum zwischen Deckglas
1 und Schutzglas 3 bzw. der Maskenschicht 2 ist mit einem transparenten Material,
heispielsweise mit Canadabalsam 10,ausgefüllt.
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