DE69523810T2

DE69523810T2 - Projektionsapparat zur Abtastbelichtung und Verfahren zur Herstellung einer Mikrovorrichtung unter Verwendung desselben

Info

Publication number: DE69523810T2
Application number: DE69523810T
Authority: DE
Inventors: Yasuyuki Unno
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-04-22
Filing date: 1995-04-20
Publication date: 2002-06-13
Anticipated expiration: 2015-04-21
Also published as: DE69523810D1; EP0681220A1; KR0174300B1; KR950030215A; JPH07297117A; JP3028028B2; EP0681220B1; US5706077A

Description

Gebiet der Erfindung und Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Projektionsapparat zum Abtastbelichten und ein Verfahren zur Herstellung von Mikrovorrichtungen, geeignet z.B. für den lithographischen Prozeß als Teilprozeß bei der Fertigung von Halbleitervorrichtungen (integrierte Schaltungen oder hochintegrierte Schaltungen), Bildaufnahmevorrichtungen (z.B. Ladungsspeicher), Anzeigevorrichtungen (z.B. Flüssigkristallpaneele) oder Magnetköpfe.
Mit steigender Packungsdichte einer Halbleitervorrichtung wie z.B. einer integrierten Schaltung oder einer hochintegrierten Schaltung hat die Feinverarbeitungstechnologie zur Herstellung eines Halbleiterwafers an Bedeutung gewonnen. Für die Realisierung dieser Feinverarbeitungstechnologie sind viele Typen von Projektionsverkleinerungs-Belichtungsapparaten (Scheibenrepeater) vorgeschlagen worden, bei welchen durch einen Projektionsbelichtungsapparat das Bild eines Maskenschaltungsmusters (Retikel) auf ein photoempfindliches Substrat übertragen und nach dem Step-und-Repeat- Verfahren belichtet wird.
In einem solchen Scheibenrepeater erfolgt die Musterübertragung in verkleinertem Maßstab durch Projektion auf die Weise, daß durch ein optisches Projektionssystem mit vorbestimmter Verkleinerung das Schaltungsmuster eines Retikels auf eine bestimmte Stelle (Punkt) auf einem Wafer projiziert wird.
Nach Beendigung dieses Musterprojizier- und -übertragungsvorgangs wird ein Tisch mit einem darauf abgelegten Wafer um eine bestimmte Größe bewegt und dann die Musterübertragung wiederholt, um das Muster auf einer anderen Stelle auf dem Wafer zu drucken. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis die gesamte Waferfläche belichtet ist.
Um andererseits der Forderung nach Vergrößerung der Chipfläche von hochintegrierten Schaltungen nachzukommen, wurden in letzter Zeit viele Vorschläge zu einem Projektionsbelichtungsapparat vom sogenannten "Step-und-Scan-Typ" gemacht, bei welchem eine hohe Auflösung erreicht wird und die Bildfeldfläche vergrößert werden kann.
In einem solchen Step-und-Scan-Projektionsbelichtungsapparat ist ein schlitzförmiger Belichtungsbereich definiert und durch Abtastbewegen eines Retikels und eines Wafers bezüglich eines optischen Projektionssystems und eines Belichtungslichts wird ein Punkt auf dem Wafer belichtet. Nach dem Abtastbelichten eines Punktes wird der Tisch mit dem darauf abgelegten Wafer um eine bestimmte Größe bewegt und das Abtastbelichten des nächsten Punktes auf dem Wafer durchgeführt. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis die gesamte Waferfläche belichtet ist.
Fig. 1 zeigt schematisch und in perspektivischer Darstellung den Hauptteil eines bekannten Projektionsbelichtungsgerätes vom Step-und-Repeat-Typ.
In dieser Figur kennzeichnet das Bezugszeichen 101 ein Retikel mit einem darauf vorhandenen Muster. Das Bezugszeichen 102 kennzeichnet ein Projektionsobjektiv und das Bezugszeichen 103 einen beweglichen Tisch mit darauf abgelegtem Wafer W. Das Bezugszeichen 106 kennzeichnet ein Bauteil mit Schlitzöffnung 105, welches über dem Retikel 101 und nahe zu diesem angeordnet ist. Das Bezugszeichen 104 kennzeichnet eine Lichtquelle.
Zum Projizieren und Übertragen des von der Lichtquelle 104 belichteten Schaltungsmusters des Retikels 101 auf den auf dem Tisch 103 abgelegten Wafer W durch das Projektionsobjektiv 102 definiert das mit der Schlitzöffnung 105 versehene Bauteil 106 schlitzförmiges Licht, mit welchem das Retikel 101 beleuchtet wird. Auf diese Weise wird nur jener Abschnitt des auf dem Retikel 101 vorhandenen Schaltungsmusters, auf welchen das schlitzförmige Licht trifft, auf die Oberfläche des Wafers W projiziert und übertragen.
Danach wird, wie in Fig. 1 gezeigt, das Retikel 101 mit einer bestimmten Geschwindigkeit in die mit dem Bezugszeichen 107 gekennzeichnete Pfeilrichtung und gleichzeitig dazu der Tisch 103 mit einer Geschwindigkeit, welche dem Produkt aus der Abtastgeschwindigkeit des Retikels 101 und der Bildvergrößerung des Projektionsobjektivs 102 entspricht, in die mit dem Bezugszeichen 108 gekennzeichnete Richtung abtastend bewegt. Auf diese Weise wird das gesamte Schaltungsmuster des Retikels 101 auf einen Punkt des Wafers W projiziert und übertragen.
Wenn das in Fig. 1 gezeigte Belichtungsgerät die mit dem Bezugszeichen 109 gekennzeichneten Koordinaten erhält, verläuft die optische Achse 110 des Projektionsobjektivs in Richtung Z-Achse, die Länge der Schlitzöffnung 105 in Richtung Y-Achse und die Abtastbewegung des Retikels 101 sowie die Bewegung des Tisches 103 in Richtung X-Achse. Nach dem Übertragen des gesamten Schaltungsmusters des Retikels 101 auf einen Punkt des Wafers wird der Tisch 103 um einen bestimmten Betrag (d.h. schrittweise) bewegt und die Musterübertragung wiederholt, um auf die beschriebene Weise das Schaltungsmuster des Retikels 101 auf einen weiteren Punkt des Wafers W zu drucken.
Nachfolgend wird mit Bezug auf die Fig. 2A und 2B beschrieben, weshalb im Vergleich zum Scheibenrepeater-Verfahren (ohne Abtasten) das Step-und-Scan-Projektionsbelichtungsverfahren eine Erweiterung des Belichtungsbereiches ermöglicht.
Der Belichtungsbereich ist auf einen Bereich beschränkt, in welchem Aberrationen des Projektionsobjektivs ausreichend korrigiert werden. Nun wird angenommen, daß der in Fig. 2A mit dem Bezugszeichen 121 gekennzeichnete Kreis (Radius r) einen solchen Bereich, in welchem die Aberrationen des Projektionsobjektivs ausreichend korrigiert wurden, definiert und das Schaltungsmuster so erzeugt ist, daß es in ein Quadrat paßt. Dadurch entspricht der Belichtungsbereich dem größten in den Kreis 121 gezeichneten Quadrat, dessen mit dem Bezugszeichen 122 gekennzeichnete Seitenlänge 2 · r beträgt. Die Fläche 2r² dieses Quadrats entspricht dem Belichtungsbereich in einem herkömmlichen Scheibenrepeater. Hier sind die X- und die Y-Achse des mit dem Bezugszeichen 123 gekennzeichneten Koordinatensystems so gelegt, daß diese wie gezeigt zwei rechtwinkligen Seiten des Quadrats 122 entsprechen.
Wenn andererseits, wie in Fig. 2B dargestellt, die Quadratform des in den Kreis 121 eingezeichneten Bereich der korrigierten Aberration in eine Rechteckform umgewandelt wird, erreicht die Länge der Hauptseite (entlang der Y-Achse) dieses Rechtecks 124 nahezu die Größe 2r. Wenn nun das Schaltungsmuster mit diesem Rechteck 124 in Richtung X-Achse abgetastet werden soll, um das gesamte Schaltungsmuster zu übertragen, wird der Belichtungsbereich durch die Fläche 2rs (s als mögliche abzutastende Länge) bestimmt und ist dadurch größer als 2r². Dadurch kann beim Step-und-Scan-Projektionsbelichtungsverfahren der Belichtungsbereich auf diese Weise vergrößert werden.
Bei einem solchen Step-und-Scan-Projektionsbelichtungsgerät wird üblicherweise ein Projektionsobjektiv mit einer großen numerischen Apertur (NA) verwendet, um eine hohe Auflösung zu erreichen. Wenn die Belichtungswellenlänge durch λ ausgedrückt wird, ergibt sich für die Schärfentiefe der Wert λ/NA, und das ist ein sehr kleiner Wert. Um eine gute Belichtung ohne Rücksicht auf eine nicht zu große Unebenheit der Oberflächen zu gewährleisten, sollte die Schärfentiefe eine bestimmte Größe haben.
Es ist bekannt, daß das Mehrfachbelichten, bei welchem während der Veränderung der relativen Lage eines Retikels und eines Wafers in Richtung der optischen Achse viele Bilder überlagert gedruckt werden, augenscheinlich die Schärfentiefe vergrößert. Im Dokument US 5 194 893 und im japanischen Offenlegungspatent 277612/1992 wird ein Mehrfachbelichtungsverfahren mit einem Step-und-Scan-Belichtungsgerät vorgeschlagen, bei welchem das Abtastbelichten eines unter einem bestimmten Winkel zum Retikel geneigten Wafers durchgeführt wird.
Nachfolgend wird mit Bezug auf die Fig. 3-6 das in der genannten Patentanmeldung vorgeschlagene Mehrfachbelichtungsverfahren näher erläutert.
Fig. 3 zeigt schematisch und in der zweidimensionalen X-Z- Ebene die Wirkungsweise des in Fig. 1 dargestellten Step- und-Scan-Belichtungsgerätes. Wie diese Figur deutlich zeigt, ist ein Wafer W (103) unter einem bestimmten Winkel θ zur Bildebene 131 eines Projektionsobjektivs 102 geneigt angeordnet. Die Bezugszeichen H, I und J kennzeichnen Stellen auf der Objektebene des Projektionsobjektivs 102 und die Bezugszeichen 132, 133 und 134 Bildstrahlen, welche von diesen Stellen emittiert und auf die Bildebene 131 gerichtet werden und dort die Stellen H', T' und J' definieren. An der Stelle I' trifft die Oberfläche des Wafers W mit der Bildebene 131 zusammen. An den Stellen H' und J' weicht die Waferoberfläche um eine bestimmte Größe in Z-Richtung von der Bildebene ab.
Das Mehrfachbelichten wird durch Kippen und abtastendes Bewegen des Wafers W in Richtung des mit dem Bezugszeichen 136 gekennzeichneten Pfeils durchgeführt. Nachfolgend wird der Bilderzeugungsvorgang bezüglich eines Punktes Q auf dem Retikel 101 näher erläutert. Als Punkt Q' wird der Punkt auf dem Wafer angenommen, auf welchen das Bild des Punktes Q übertragen werden soll. In dem Moment, in welchem während der Abtastbewegung des Retikels 101 in die mit dem Bezugszeichen 135 gekennzeichnete Richtung dieser Punkt die Stelle H erreicht, befindet der Punkt Q' sich an der Stelle H und dorthin wird dessen Bild übertragen. Da der Punkt Q' sich in diesem Moment nicht auf der Bildebene 131 befindet, hat die Lichtintensitätsverteilung am Punkt Q' einen geringen Kontrast, wie aus Fig. 4, Abschnitt (A) zu erkennen ist. Mit der Verschiebung des Punktes Q zur Stelle I bewegt der Punkt Q' sich zur Stelle I'. An dieser Stelle I' trifft die Oberfläche des Wafers W mit der Bildebene 131 zusammen, so daß die am Punkt Q' definierte Lichtintensitätsverteilung wie in Fig. 4 (Abschnitt (B) gezeigt scharf ist.
Mit der darauf folgenden Verschiebung des Punktes Q zur Stelle J bewegt der Punkt Q sich zur Stelle J'. Dort entspricht die Lichtintensitätsverteilung der in Fig. 4, Abschnitt (C) dargestellten. Während der Zeitspanne, in welcher der Punkt Q beleuchtet wird, verändert die Lichtintensitätsverteilung am Punkt Q' sich tatsächlich ununterbrochen. Zur Vereinfachung ist in der Zeichnung das Beleuchten nur der drei repräsentativen Stellen H, I und J dargestellt.
Der Musterübertragungsvorgang basiert auf der Akkumulation der Lichtintensität. Demzufolge entsteht am Punkt Q' ein Bild bei der in Fig. 5 dargestellten Lichtintensitätsverteilung, welche aus der Überlagerung der von den Stellen H', I' und J' gelieferten Lichtintensitätsverteilungen resultiert.
Vorteile des Mehrfachbelichtens können wie folgt erklärt werden. Wenn der Wafer W von der mit dem Bezugszeichen 103 gekennzeichneten Lage um eine Größe Δz in Z-Richtung verschoben wird, ergeben sich durch die Abtastbewegung die an den Stellen H', I' und J' vorhandenen Lichtintensitätsverteilungen, welche den in Fig. 6, Abschnitt (A), Abschnitt (B) bzw. (C) dargestellten Verläufen entsprechen. Ein Vergleich dieser Verläufe mit den in Fig. 4 dargestellten zeigt an den Stellen H' und I' eine schlechtere Verteilungsform. Da an der Stelle J' die Waferoberfläche mit der Bildebene 131 zusammentrifft, wird dort die beste Verteilungsform erreicht. Die Gesamtintensität ist ähnlich der in Fig. 5 dargestellten. Auch wenn die Waferauslenkung in entgegengesetzter Richtung erfolgt, wird eine Lichtintensität ähnlich der in Fig. 5 dargestellten erzeugt. Demzufolge kann im Bereich 2Δz eine gute Lichtintensitätsverteilung erhalten werden. Dieser Bereich ist breiter als der, welcher ohne Mehrfachbelichten erreicht wird, so daß eine wesentliche Vergrößerung der Tiefenschärfe zu verzeichnen ist.
Ein solches Mehrfachbelichten erfordert jedoch ein kompliziertes Abtastbelichtungsverfahren, bei welchem ein nicht horizontal liegender, sondern ein geneigter Tisch abtastend bewegt werden muß.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines verbesserten Projektionsgerätes zum Abtastbelichten.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Projektionsgerätes zum Abtastbelichten, mit welchem Mehrfachbelichten auf einfache Weise möglich ist.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines besseren Verfahrens zur Herstellung einer Vorrichtung, mit welchem Mehrfachbelichten auf einfache Weise möglich ist.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Projektionsgerät zum Abtastbelichten bereitgestellt, welches die nachfolgend genannten Komponenten aufweist,
eine Bilderzeugungsvorrichtung mit optischer Achse zum Beleuchten eines ersten Objekts und Projizieren eines auf diesem vorhandenen Musters durch ein optisches Projektionssystem auf ein zweites Objekt und
eine Abtastvorrichtung zum Bewegen des ersten und des zweiten Objekts in einer rechtwinklig zur optischen Achse des optischen Projektionssystems verlaufenden Abtastrichtung, wobei die Bewegungsgeschwindigkeit des zweiten Objekts dem Produkt aus der Bewegungsgeschwindigkeit des ersten Objekts und der Projektionsvergrößerung des optischen Projektionssystems entspricht,
wobei im Strahlengang des Beleuchtungslichts eine Aperturvorrichtung zum Definieren eines Beleuchtungsbereichs auf dem ersten Objekt angeordnet ist und
wobei das auf dem ersten Objekt vorhandene und abzutastende Muster verschieden Stellen innerhalb des Beleuchtungsbereichs durchläuft,
dadurch gekennzeichnet, daß die Bilderzeugungsvorrichtung ein optisches Element aus dielektrischem Material zum Definieren verschiedener optischer Strahlenganglängen für das Beleuchtungslicht bezüglich unterschiedlicher Stellen innerhalb des Beleuchtungsbereichs aufweist, so daß beim Projizieren des auf dem ersten Objekt an den verschiedenen Stellen vorhandenen Musters dieses an verschiedenen in Richtung der optischen Achse des optischen Projektionssystems und in bestimmten Abständen zueinander definierten Stellen abgebildet wird.
In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Gerät bereitgestellt, bei welchem das Lichtbrechungsvermögen des optischen Elementes in Richtung rechtwinklig zur Abtastrichtung variiert.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen deutlicher zu erkennen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Step-und-Scan- Belichtungsgerätes bekannter Type.
Die Fig. 2A und 2B zeigen schematisch den Unterschied zwischen einem von einem Scheibenrepeater definierten Belichtungsbereich und einen von einem Step-und-Scan-Belichtungsgerät definierten Belichtungsbereich.
Fig. 3 zeigt schematisch das Prinzip des Mehrfachbelichtens.
Fig. 4 zeigt schematisch die durch Mehrfachbelichten zu erzeugende Lichtintensitätsverteilung.
Fig. 5 zeigt schematisch die durch Mehrfachbelichten zu erzeugende gesamte Lichtintensitätsverteilung.
Fig. 6 zeigt schematisch ein weiteres Beispiel für die durch Mehrfachbelichten zu erzeugende Lichtintensitätsverteilung.
Fig. 7 zeigt schematisch den Hauptteil eines Projektionsbelichtungsgerätes gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 8 zeigt die Ansicht eines Abschnitts des in Fig. 7 dargestellten Projektionsbelichtungsgerätes.
Fig. 9 zeigt schematisch einen weiteren Abschnitt des in Fig. 7 dargestellten Projektionsbelichtungsgerätes.
Fig. 10 zeigt schematisch die Lichtintensitätsverteilung auf der Bildebene des in Fig. 7 dargestellten Projektionsbelichtungsgerätes.
Fig. 11 zeigt schematisch die Lichtintensitätsverteilung eines in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung erzeugten Musterbildes.
Fig. 12 zeigt schematisch die Lichtintensitätsverteilung auf der Bildebene des in Fig. 7 dargestellten Projektionsbelichtungsgerätes.
Fig. 13 zeigt schematisch ein weitere Beispiel der Lichtintensitätsverteilung auf der Bildebene des in Fig. 7 dargestellten Projektionsbelichtungsgerätes.
Fig. 14 zeigt schematisch einen Abschnitt eines Projektionsbelichtungsgerät gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 15 zeigt schematisch einen Abschnitt eines Projektionsbelichtungsgerätes gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 16 zeigt den Flußplan eines Vorrichtungsherstellungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 17 zeigt im Flußplan Details des in Fig. 16 dargestellten Herstellungsverfahrens.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Fig. 7 zeigt schematisch den Hauptteil einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Erfindung bei einem Projektionsbelichtungsgerät zur Durchführung eines auf dem Step-und-Scan-Prinzip basierenden Mehrfachbelichtens angewendet wird.
In dieser Figur kennzeichnet das Bezugszeichen 1 ein Retikel oder eine Maske (erstes Objekt) mit einem darauf vorhandenen Schaltungsmuster. Das Bezugszeichen 2 kennzeichnet ein Projektionsobjektiv (optisches Projektionssystem) und das Bezugszeichen 3 einen beweglichen Tisch mit einem darauf gelegten Wafer W (zweites Objekt). Das Bezugszeichen 4 kennzeichnet das von einem nicht dargestellten Beleuchtungssystem emittierte Beleuchtungslicht. Das Retikel 1 wird auf einen nicht dargestellten Tisch gelegt und kann von diesem abtastend bewegt werden.
Das Bezugszeichen 6 kennzeichnet ein Aperturelement mit einer in einem bestimmten Abschnitt dieses Elementes erzeugten Schlitzöffnung 5. Das Aperturelement 6 ist über dem Retikel 1 und nahe an diesem angeordnet. Das Aperturelement 6 (mit Schlitzöffnung 5) kann aber nicht nur unmittelbar vor dem Retikel, sondern auch an einer Stelle innerhalb eines optischen Beleuchtungssystems angeordnet werden, welche optisch mit dem Retikel konjugiert. Die X-, Y- und Z-Achse des Koordinatensystems sind durch das Bezugszeichen 7 gekennzeichnet.
Die Bezugszeichen 11-14 kennzeichnen Lichtstrahlen, und schematisch ist dargestellt, auf welche Weise die Beugungslichtstrahlen vom Schaltungsmuster des Retikels 1 zu dem auf den Tisch 3 gelegten Wafer W gelangen.
Bei dieser Ausführungsform wird das Schaltungsmuster mit schlitzförmigem Licht 4 beleuchtet und vom Projektionsobjektiv 2 auf den Wafer W projiziert. Bei dieser Ausführungsform verläuft die optische Achse 8 des optischen Projektionssystems entlang der Z-Achse und die Längsrichtung der Schlitzöffnung 5 entlang der Y-Achse. Die Breite der Schlitzöffnung 5 sowie die Abtastrichtung 1a des Retikels 1 und die Abtastrichtung 3a des Wafers W erstrecken sich entlang der X- Achse.
Bezüglich der X-Richtung der Schlitzöffnung 5 ist eine mit dem Bezugszeichen 7a gekennzeichnete X'-Achse so definiert, daß die Koordinaten an den sich gegenüberliegenden Enden der Schlitzöffnung 5 durch X' = 0 bzw. X' = a repräsentiert werden. Das Retikel 1 und der Tisch 3 sind parallel zur X-Y-Ebene angeordnet. Auf ähnliche Weise wie bereits mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben wird das Retikel 1 in die durch den Pfeil 1a gekennzeichnete X-Richtung und gleichzeitig der Tisch 3 zeitbezogen dazu in die mit dem Pfeil 3a gekennzeichnete X- Richtung abtastend bewegt, wobei die Abtastgeschwindigkeit des Tisches 3 dem Produkt aus der Abtastgeschwindigkeit des Retikels 1 und der Projizierungsvergrößerung des Projektionsobjektivs 2 entspricht. Dadurch wird das gesamte Schaltungsmuster des Retikels 1 auf den auf dem Tisch 3 liegenden Wafer W projiziert und übertragen. Danach wird der Wafer einem Prozeß (z.B. einem Entwickelprozeß) unterzogen und zur Fertigung von Halbleitervorrichtungen verwendet.
Das Bezugszeichen 9 kennzeichnet ein optisches Element, welches bei dieser Ausführungsform aus einem dielektrischen Material gefertigt ist, Rechteckform hat und bezüglich der X- Achse eine gleichmäßige Dicke aufweist. Dieses Element 9 aus dielektrischem Material dient dazu, die optische Weglänge für den Beugungslichtfluß vom Schaltungsmuster und gleichzeitig die Bilderzeugungsstelle bezüglich der Z-Achse zu verändern.
Ein wichtiges Merkmal des Projektionsbelichtungsgerätes dieser Ausführungsform ist die Anordnung des Elementes 9 aus dielektrischem Material unmittelbar hinter dem Retikel 1. Dieses Element erstreckt sich in Y-Richtung entlang der Schlitzöffnung 5 und jenseits deren Länge. Dieses Element ist in X-Richtung gesehen halb so breit wie die Schlitzöffnung 5, d.h., es überdeckt den Bereich von X' = a/2 bis X' = a.
Fig. 8 zeigt die positionelle Beziehung zwischen dem Retikel 1, dem Aperturelement 6, der Schlitzöffnung 5 und dem Element aus dielektrischem Material 9 zueinander entlang der X-Y-Ebene. Die Bezugszeichen A und B in Fig. 7 kennzeichnen zwei Stellen auf der Objektebene des Projektionsobjektivs 2.
Das von der Stell A emittierte Licht wird durch das Projektionsobjektiv 2 auf eine Stelle IA mit der gleichen X-Koordinate wie die Stelle A' gelenkt. Das von der Stelle B emittierte Licht durchdringt das Element aus dielektrischem Material 9 und wird auf eine Stelle IB mit der gleichen X-Koordinate wie die Stelle B' gelenkt. Wie aus der Zeichnung zu erkennen ist, haben die Stellen IA und IB unterschiedliche Z- Koordinaten.
Fig. 9 zeigt schematisch, wie bei Verwendung eines Elementes aus dielektrischem Material 22 unmittelbar hinter einer Objektstelle D die Bilderzeugungsstelle sich verändert. In Fig. 9 kennzeichnet das Bezugszeichen 21 ein Projektionsobjektiv und das Bezugszeichen 22 ein Element aus dielektrischem Material mit einer Dicke d in Richtung der optischen Achse und einen Brechungsindex n (n > 1). Im Abschnitt (A) der Fig. 9 wird eine Objektstelle C durch das Projektionsobjektiv 21 auf eine Bilderzeugungsstelle IC projiziert.
Wenn, wie im Bereich (B) der Fig. 9 gezeigt, das Einsetzen des Elements aus dielektrischem Material 22 in den optischen Weg erfolgt, wird eine Objektstelle D auf eine Bilderzeugungsstelle ID projiziert. Das von der Objektstelle D emittierte Licht wird durch Beugung abgelenkt und erscheint als Licht 23, wodurch eine Verschiebung der Bilderzeugungsstelle um Δ&sub1; entlang der optischen Achse tatsächlich eintritt. Hier gilt die Beziehung:
Δ&sub1; = (n - 1)d/n.
Wenn die Objektstelle D sich um Δ&sub1; in Richtung der optischen Achse verschiebt, tritt eine Verschiebung der Bilderzeugungsstelle um Δ&sub2; in der gleichen Richtung ein. Wenn die Projektionsvergrößerung des Projektionsobjektivs 21 mit m bezeichnet wird, gilt die Beziehung
Δ&sub2; = m²Δ&sub1;.
Wenn in einem spezifischen Beispiel das Element aus dielektrischem Material einen Brechungsindex n = 1,5 hat und in einem optischen Verkleinerungssystem mit einem Verkleinerungsverhältnis von 1 : 4 verwendet wird und eine Verschiebung um Δ&sub2; = 1 um eintreten soll, ergibt sich für die Verschiebung Δ&sub1; ein Wert von 16 um, und um das zu gewährleisten, muß die Dicke d 48 um betragen.
Zur Vereinfachung wird nachfolgend mit Bezug auf Fig. 7 beschrieben, wie der Abbildungsvorgang eines auf dem Retikel 1 vorhandenen Punktes P abläuft. Der Punkt P' auf dem Wafer W ist der Punkt, auf welchen das Bild des auf dem Retikel 1 vorhandenen Punktes P übertragen werden soll. Es wird angenommen, daß die Z-Koordinate des Punktes P' durch entsprechendes Verschieben des Tisches 4 so eingestellt wurde, daß diese in der Mitte zwischen den Stellen IA und 16 liegt. Das Retikel 1 wird in die mit dem Pfeil 1a gekennzeichnete Richtung abtastend bewegt und in dem Moment, in welchem der Punkt P die Position A erreicht hat, ist der Tisch 4 in der mit dem Pfeil 3a gekennzeichneten Richtung abtastend bewegt worden, so daß der Punkt P' zur Position A' gelangt. In diesem Zustand stimmt der P' nicht mit der Stelle Ia überein, so daß ein optisches Bild, welches wie im Abschnitt (A) der Fig. 10 gezeigt verschlechtert wurde, auf diese Stelle übertragen wird.
Das Retikel wird weiterbewegt und in dem Moment, in welchem der Punkt P die Position B erreicht, erreicht der Punkt P' die Position B'. Da in diesem Moment der Punkt P nicht mit der Position IB übereinstimmt, wird ein optisches Bild, welches wie im Abschnitt (B) der Fig. 10 gezeigt verschlechtert wurde und dem im Abschnitt (A) der Fig. 10 ähnlich ist, auf diese Stelle übertragen. Das Bildübertragungsverfahren ist zwar in Hinsicht auf die beiden repräsentativen Punkte A und B beschrieben worden, doch wenn der Punkt P im Bereich 0 ≤ X' ≤ a/2 liegt, hat das auf den Punkt P' übertragene Bild eine Verteilung ähnlich der im Abschnitt (A) der Fig. 10 gezeigten. Wenn der Punkt P im Bereich a/2 ≤ x' ≤ a liegt, hat das auf den Punkt P übertragene Bild eine Form ähnlich der im Abschnitt (B) der Fig. 10 gezeigten. Das im Zeitraum der Abtastverschiebung des Punktes P über den Bereich des Schlitzes 5 auf den Punkt P' zu übertragende Bild kann als Summe der in den Abschnitten (A) und (B) der Fig. 10 gezeigten Verteilungen, d.h. der in Fig. 11 gezeigten Verteilung dargestellt werden.
Nachfolgend wird ein Fall beschrieben, bei welchem der Punkt P' an dem ein Bild erzeugt werden soll, sich infolge der Unebenheit der Waferoberfläche oder eines Steuerfehlers des Tisches 3 z.B. sich von oben nach unten verschiebt.
Wenn der Punkt P' sich nach unten verschiebt, wird das Bild an der Stelle A' stark verschlechtert, wie z.B. im Abschnitt (A) der Fig. 12 dargestellt. Da die Stelle B' nahe am Bilderzeugungspunkt (idealer Bilderzeugungspunkt) IB liegt, wird das dort erzeugte Bild sehr scharf, wie z.B. im Abschnitt (B) der Fig. 12 dargestellt. In dem Zeitraum, in welchem der Punkt P durch den Bereich der Schlitzöffnung 5 abtastend bewegt wird, entspricht die Form des auf den Punkt P' übertragenen Bildes der Summe der im Abschnitt (A) und Abschnitt (B) der Fig. 12 dargestellten Lichtintensitäten und kann demzufolge der in Fig. 11 dargestellten Lichtintensität gleichen.
Wenn der Punkt P' sich nach oben bewegt, kann das auf die Stelle A' übertragene Bild und das auf die Stelle B übertragene Bild der im Abschnitt (A) bzw. (B) der Fig. 13 dargestellten Lichtintensität entsprechen, und das ist das umgekehrte Verhältnis wie in Fig. 12 gezeigt, doch das endgültig erzeugte Bild des Punktes P hat eine Lichtintensität ähnlich der in Fig. 11 dargestellten. Auch im Falle der Aufwärts- und Abwärtsbewegung (entlang der optischen Achse) des Punkte P' innerhalb eines bestimmten Bereiches werden ständig ähnliche Bilder erhalten. Das heißt, daß die Schärfentiefe wesentlich vergrößert wird.
Das bei dieser Ausführungsform verwendete optische Element aus dielektrischem Material 9 kann irgendeine Form haben, vorausgesetzt, daß dieses die Lage des Objektpunktes und somit die Lage des Bilderzeugungspunktes entlang der optischen Achse um eine bestimmte Größe effektiv verschiebt.
Die Fig. 14 und 15 zeigen schematisch weitere Beispiele für das bei der vorliegenden Erfindung verwendbare dielektrische Element 31 (32) und jeweils die positionelle Beziehung zwischen dem Element aus dielektrischem Material 31 (32) und der Schlitzöffnung 5 des Aperturelementes 6.
Das in Fig. 14 dargestellte Element aus dielektrischem Material 31 hat eine Form, deren Dicke entlang der Abtastrichtung 1a des Retikels 1 im Bereich der Schlitzöffnung 5 sich ununterbrochen ändert. Dieses Elementes 31 hat entlang der Y-Achse und damit im rechten Winkel zur Abtastrichtung eine gleichmäßige Dicke und somit Keilform. Das ist zur ununterbrochenen Veränderung der Bilderzeugungsposition im Bildraum des Projektionsobjektivs 2 entlang der optischen Achse von Vorteil, so daß infolge des Mehrfachbelichtungseffekts ähnlich dem beschriebenen eine wesentliche Vergrößerung der Schärfentiefe gewährleistet wird.
Das in Fig. 15 dargestellte Element aus dielektrischem Material 32 hat eine Form (Stufenform), deren Dicke entlang der Abtastrichtung 1a des Retikels 1 im Bereich der Schlitzöffnung 5 sich stufenartig ändert. Diese gewährleistet hinsichtlich des Mehrfachbelichtens ähnliche vorteilhafte Effekte wie bereits beschriebenen. Dieses Element aus dielektrischem Material hat entlang der Y-Achse und damit im rechten Winkel zur Abtastrichtung 1a eine gleichmäßige Dicke.
Bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kommt zur Durchführung des Mehrfachbelichtens ein Element aus dielektrischem Material zum Einsatz, welches wie beschrieben unterschiedliche Dicke hat. Ähnliche Ergebnisse können jedoch auch mit einem dielektrischen Element mit unterschiedlichem Lichtbrechungsvermögen (Brechungsindex) entlang der Retikelabtastrichtung erhalten werden.
Bezüglich der Richtung rechtwinklig zur Retikelabtastrichtung ist eine gleichmäßige Dicke oder ein gleichmäßiger Brechungsindex des Elementes aus dielektrischem Material nicht immer erforderlich.
Anstelle einer Schlitzöffnung kann z.B. auch ein zylindrisches Objektiv verwendet werden, um schlitzähnliches Beleuchtungslicht zu erhalten.
Nachfolgend wird eine Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer Vorrichtung beschrieben, bei welchem ein Projektionsbelichtungsgerät wie beschrieben verwendet wird.
Fig. 16 zeigt im Flußplan den Ablauf bei der Herstellung einer Mikrovorrichtung wie z.B. eines Halbleiterchips (integrierte oder hochintegrierte Schaltung), eines Flüssigkristallpaneels oder eines Ladungsspeicherbausteins. Schritt 1 bezieht sich z.B. auf das Gestalten der Schaltung einer Halbleitervorrichtung. Schritt 2 bezieht sich auf die Herstellung einer Maske auf der Grundlage des gestalteten Schaltungsmusters. Schritt 3 bezieht sich auf die Herstellung eines Wafers aus einem Material wie z.B. Silizium.
Schritt 4 bezieht sich auf einen als Vorprozeß bezeichneten Waferbearbeitungsprozeß, bei welchem durch Verwendung der so vorbereiteten Maske und eines Wafers durch Lithographie Schaltungen auf dem letztgenannten praktisch erzeugt werden. Der daran sich anschließende Schritt S bezieht sich auf einen als Nachprozeß bezeichneten Assemblierprozeß, bei welchem der im Schritt 4 bearbeitete Wafer zu Halbleiterchips verarbeitet wird. Zu diesem Schritt gehören das Assemblieren (Zertrennen in Einzelchips und chemisches Binden) und das Kapseln (Chipverschließen). Schritt 6 bezieht sich auf einen Kontrollschritt, in welchem ein Lauftest, Haltbarkeitstest usw. an den im Schritt S erzeugten Halbleitervorrichtungen durchgeführt werden. Nach Abschluß dieser Vorgänge sind die Halbleitervorrichtungen fertig und werden zum Versand gebracht (Schritt 7).
Fig. 17 zeigt in einem Flußplan Einzelheiten zum Waferherstellungsverfahren. Schritt 11 bezieht sich auf ein Verfahren zum Oxidieren der Waferoberfläche. Schritt 12 bezieht sich auf ein CVD-Verfahren zur Erzeugung eines Isolierfilms auf der Waferoberfläche. Schritt 13 bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von Elektroden auf dem Wafer durch Dampfbeschichten. Schritt 14 bezieht sich auf ein Verfahren zum Implantieren von Ionen in den Wafer. Schritt 15 bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufbringen eines Schutzlacks (fotoempfindliches Material) auf den Wafer. Schritt 16 bezieht sich auf ein Belichtungsverfahren zum Drucken des Schaltungsmusters der Maske auf den Wafer durch das beschriebene Belichtungsgerät. Schritt 17 bezieht sich auf ein Verfahren zum Entwickeln des belichteten Wafers. Schritt 18 bezieht sich auf ein Ätzverfahren zum Entfernen aller nicht zum entwickelten Schutzlackbild gehörenden Abschnitte. Schritt 19 bezieht sich auf ein Verfahren zum Entfernen des nach dem Ätzen auf dem Wafer verbliebenen Schutzlackmaterials. Durch Wiederholen dieser Verfahren werden Schaltungsmuster überlagert auf dem Wafer erzeugt.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf die darin offenbarten Strukturen beschrieben wurde, ist diese nicht auf dargelegten Details beschränkt, und mit dieser Anmeldung sollen mögliche Modifikationen oder Veränderungen innerhalb des Bereichs der folgenden Ansprüche einbezogen werden.

Claims

1. Projektionsapparat zur Abtastbelichtung, welcher aufweist:

eine Bilderzeugungsvorrichtung mit optischer Achse (8, 110) zum Beleuchten eines ersten Objektes (1, 101) mit Licht (4, 104) und zum Projizieren eines Musters (P) des ersten Objektes (1, 101) auf ein zweites Objekt (W) durch ein optisches Projektionssystem (2, 21, 102) der Bilderzeugungsvorrichtung und

eine Abtastvorrichtung zum Bewegen des ersten Objekts (1, 101) und des zweiten Objekts (W) in Abtastrichtung rechtwinklig zur optischen Achse (8, 110) des optischen Projektionssystems (2, 21, 102),

wobei die Bewegungsgeschwindigkeit des zweiten Objekts (W) dem Produkt aus der Bewegungsgeschwindigkeit des ersten Objekts (1, 101) und der Projektionsvergrößerung des optischen Projektionssystems (2, 21, 102) entspricht,

wobei eine Aperturvorrichtung (6, 106) im Lichtpfad (4, 104) angeordnet ist, um einen Beleuchtungsbereich auf dem ersten Objekt (1, 101) zu definieren, und

wobei das auf dem ersten Objekt (1, 101) vorhandene und abzutastende Muster (P) verschiedene Stellen (A, B) innerhalb des Beleuchtungsbereichs durchläuft,

dadurch gekennzeichnet, daß die Bilderzeugungsvorrichtung ein optisches Element (9, 22, 31, 32) aus dielektrischem Material zum Definieren unterschiedlicher optischer Pfadlängen für das Bilderzeugungslicht bezüglich dieser Stellen (A, B) innerhalb des Beleuchtungsbereichs aufweist, um das auf dem ersten Objekt (1, 101) vorhandene Muster (P) an diesen Stellen auf verschiedene Bilderzeugungsstellen (IA, IB), welche bezüglich der optischen Achse (8, 110) des optischen Projektionssystems (2, 21, 102) versetzt sind, zu projizieren.

2. Apparat gemäß Anspruch 1, wobei das erste Objekt (1, 101) ein Retikel (1) und das zweite Objekt (W) ein Wafer ist und die Abtastvorrichtung einen Tisch zur Aufnahme und zum Bewegen des Retikels und einen Tisch (3, 103) zur Aufnahme und zum Bewegen des Wafers aufweist.

3. Apparat gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das optische Element (9, 22, 31, 32) sich in Richtung quer zur Abtastrichtung vollständig und in Abtastrichtung mindestens teilweise über den Belichtungsbereich erstreckt.

4. Apparat gemäß Anspruch 3, wobei das optische Element (9, 22, 31, 32) sich in Abtastrichtung vollständig über den Beleuchtungsbereich erstreckt.

5. Apparat gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei die Dicke des optischen Elements (9, 22, 31, 32) in Abtastrichtung variiert.

6. Apparat gemäß Anspruch 5, wobei die Dickenveränderung des optischen Elements (32) in Abtastrichtung in Stufen erfolgt.

7. Apparat gemäß Anspruch 5, wobei die Dickenveränderung des optischen Elements (31) in Abtastrichtung kontinuierlich erfolgt.

8. Apparat gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei der Brechungsindex des optischen Elements (9, 22, 31, 32) sich in Abtastrichtung ändert.

9. Apparat gemäß einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei die Dicke des optischen Elements (9, 22, 31, 32) sich in Richtung rechtwinklig zur Abtastrichtung ändert.

10. Apparat gemäß einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei das Brechungsvermögen des optischen Elements (9, 22, 31, 32) sich in Richtung rechtwinklig zur Abtastrichtung ändert.

11. Verfahren zur Herstellung von Vorrichtungen, welches einen Schritt zum Übertragen eines Vorrichtungsmusters von einem ersten Objekt (1, 101) auf ein zweites Objekt (W) mittels eines Abtastprojektionsbelichtungsapparates gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und zur Herstellung einer Vorrichtung aus dem belichteten zweiten Objekt (W) aufweist.