DE2050590A1

DE2050590A1 - Projektionsverfahren und Anordnung zur Durchführung

Info

Publication number: DE2050590A1
Application number: DE19702050590
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl Phys Dr 7030 Bobhngen Schedewie
Original assignee: IBM Deutschland GmbH
Current assignee: IBM Deutschland GmbH
Priority date: 1970-10-15
Filing date: 1970-10-15
Publication date: 1972-04-20
Also published as: GB1315256A; JPS5410826B1; FR2109747A5; DE2050590C2

Description

Boblingen den 28. Sept. 19 70 pr-ba

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: Docket GE 970 004

Pjcpj^tionsyerfahren _und„Anordnung zur_Durchführun2

Die Erfindung betrifft ein Projektionsverfahren, insbesondere ein Projektionsverfahren zur Belichtung der Photolackschicht bei der Herstellung von integrierten Schaltungen sowie eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei der Übertragung der Abbildung sehr feiner Strukturen, 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, Abbildungen mit vernachlässigbaren Verzerrungen und Abbildungsfehlern zu erzeugen. Darüber hinaus soll das Bildfeld möglichst groß sein, damit die Belichtung der relativ großen Halbleiterplättchen auf einmal erfolgen kann. Mit den ständig kleiner werdenden Abmessungen der einzelnen Elemente der integrierten Schaltungen werden die Anforderungen an die obengenannten Eigenschaften der abbildenden Systeme immer höher so daß diese Anforderungen mit den zur Verfügung stehenden optischen Hilfsmitteln nicht mehr erfüllt werden können. Es wurden daher schon Verfahren angewendet, bei

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denen jeweils nur ein kleiner Bereich der Vorlage auf die Aufnahme fläche abgebildet und die Gesamtabbildung durch eine Vielzahl von Einzelabbildungen gebildet wird. Zu diesem Zweck wird dl« Aufnahme flache relativ zum abbildenden Systen und zur Vorlage (Maske) schrittweise bewegt. Dieses Verfahren hat eine Reihe von schwerwiegenden Nachteilen. Einmal müssen die einzelnen Schritte der Verschiebung bis auf sehr kleine Toleranzen einander gleich und genauestens auf die Größe der Teilbilder abgestimmt sein. Andererseits ist eine sehr große Anzahl von Einzelbelichtungen erforderlich, da durch eine Einzelbelichtung 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 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 Bewegung sSchrittes 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 Eelichtung eines ganzes HalbIeIterplättchens sehr lang werden, was die Anwendbarkeit dieses Verfahrens 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 durchschnittlicher Größe Zeiten beansprucht, die in der Größenordnung von Stunden liegen.

Trotz höchsten konstruktiven Aufwandes bei den mechanischen Mitteln zur schrittweisen Verschiebung der abbildenden Systeme und bei der Ausgestaltung der optischen Systeme selbst 1st es bisher nicht gelungen, Schrittschaltkamera· herzustellen, mit denen die übertragung der Abbildungen von Masken auf die licht-

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empfindliche Schicht von HalbleiterplSttchen mit der erforderlichen Gut· in einer wirtschaftlich tragbaren Zeit möglich war. Ee wurden daher auch Verfahren erprobt, bei denen die Abbildung einer Maske durch eine Vielzahl von nebeneinanderliegenden Einzellinsen, sogenannten Fliegenaugenlineen, durchgeführt wurde. Ee hat sich aber gezeigt, daß, inabesondere bei sehr feinen Schaltung s struktur en, die einzelnen Abbildungen nicht mit der erforderlichen Güte hergestellt werden konnten.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Vorteile der Schrittschaltkamera, nämlich das große Auflösungsvermögen der übertragenen Gesamtabbildung bei Verwendung von optischen Systemen von relativ geringer Güte, ohne deren Nachteile, die hauptsächlich im hohen technischen Aufwand und vor alle« in der Llnge der zur Übertragung einer Gesamtabbildung erforderlichen Zeit liegen» ausgenutzt werden können.

Diese Aufgabe wird geniB der Erfindung durch ein Projektionsverfahren, insbesondere ein Projektion*verfahren sur Belichtung der Photolackschicht bei der Herstelluft* von integrierten Schaltungen gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Vorlage und eine Aufnahmefläche gegeneinander unverschiebbar angeordnet werden und daß ein jeweils einen Teilbereich der Vorlage auf einen Teilbereich der Aufnahaefläche abbildendes System relativ zu diesen nacheinander über alle abzubildenden Teilbereiche bewegt wird.

Eine besonders vorteilhafte Ausbildungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß das abbildende System relativ zur Vorlage und zur Aufnaheefliehe kontinuierlich bewegt wird.

Eine andere besonders vorteilhafte Weiterbildung des eriindungsgeinäEen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß das abbildende System zeilenweise relativ zur Vorlage und Aufnahmefläche bewegt wird.

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Eine andere vorteilhafte Fortbildung des erfindungsgeraäßen Verfahrens 1st dadurch gekennzeichnet, daß synchron mit dem abbildenden System eine den jeweils abzubildenden Bereich beleuchtende Beleuchtungsvorrichtung relativ verschoben wird.

Eine besonders vorteilhafte Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch einen in zwei senkrecht zueinander liegenden Richtungen parallel zur Vorlage und Aufnahmefläche verschiebbaren, die Vorlage und die Aufnahmefläche parallel zueinander und unverrückbar gegeneinander halternden Support und ein zwischen Vorlage und Aufnahmefläche fest angeordnetes,die Vorlage auf die Aufnahmefläche abbildendes optisches System.

Eine weitere besonders vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung ist gekennzeichnet durch einen in zwei zueinander senkrecht liegenden Richtungen verschiebbaren, die Vorlage und die Aufnahmefläche nebeneinander in einer oder in parallel zueinander liegenden Ebenen halternden Support und durch ein aus Linsen und den Strahl U-förmig umlenkenden Prismen bestehendes, jeweils einen Teilbereich der Vorlage auf einen Teilbereich der Aufnahmefläche abbildendes optisches System.

Eine andere besonders vorteilhafte Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung ist gekennzeichnet durch einen in zwei senkrecht zueinander liegenden Richtungen verschiebbaren, die Vorlage und die Aufnahmefläche parallel und in enger Nachbarschaft zueinander sowie unverrückbar gegeneinander halternden Support und durch ein aus Linsen und Prismen zur Umleitung des Strahls von der Außenseite der Vorlage um den Support zur Außenseite der Aufnahmefläche bestehendes, jeweils einen Teilbereich der Vorlage auf einen Teilbereich der Aufnahmefläche abbildendes optisches System sowie eine starr zu diesem angeordnete, zwischen Vorlage und Aufnahmefläche liegende, vorzugsweise aus einem Lichtleiter, einem Umlenkprisma und einer Birne bestehende Beleuchtungsvorrichtung.

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Eine andere vorteilhafte Ausbildungsform der Erfindung gemäß der ' Projektionsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Linsen innerhalb des abbildenden Systems eine Aperturblende zur scharfen Begrenzung des jeweils abgebildeten Bereiches angeordnet ist.

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

Fig. 1 ein besonders übersichtliches Ausführungebei-

spiel der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Abtastung des

gesamten abzubildenden Feldes;

Fig. 3 und 4 besonders vorteilhafte Ausfuhrungsformen der

Erfindung.

Die in Fig. 1 dargestellt Anordnung besteht aus einem stationären Ständer 1 und einem in zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen χ und y verschiebbaren Support 2. Im stationären Ständer 1 ist eine aus einer Beleuchtungsquelle 3 und einer Kondensorlinse 4 bestehende Beleuchtungsanordnung und ein optisches System 5 angeordnet, das aus Linsen 6, 7, 8 und 9 sowie einer Blende 10 besteht. Dieses System besteht praktisch aus zwei hintereinander angeordneten Mlkroskopsystesten mit einer gemeinsamen Zwischenbildebene. Die gemeinsame Feldlinse, die die Objektive ineinander abbildet, besteht aus zwei plankonvexen Linsen, zwischen denen eine Aperturblende liegt. Der bewegliche Support 2 ist mittels Xugelführungen 11 und 12 in Richtung der Koordinaten χ und y verschiebbar angeordnet. Die Verschiebung erfolgt beispielsweise durch nicht dargestellte elektrisch betätigbare Feintriebe. Im oberen Teil des U-förmig ausgebildeten Supporte 2 ist eine rahmenförinig ausgebildete Anordnung 13 zur Aufnahme und Halterung einer Maske 14 vorgesehen. Am unteren Teil des u-förmig ausgebildeten Supports 2 liegt ein alt einer zu belichtenden Pho-

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tolackechicht überzogen«! Halbleiterplättchen 15. Die Anordnung 1st so getroffen, daß durch das optische System 5 jeweils nur ein Tollbereich der Maske 14 auf einen entsprechenden Teilbereich dee üalblciterplHttchens 15 lsi Maßstab 1 : 1 seitenrichtig abgebildet wird.

In 71g. 2 stellt der »it einer dicken ausgezogenen Linie umgebene kreisförmige Bereich die Maske 14 bzw. das HalfcleiterplÄttchen 15 dar. Das von der Maske auf das Halb lei t «plättchen zn übertragene Gesamtbild wird durch die dünn ausgezogene Linie umrandet. Das durch die Blende 10 definierte und durch ein schraffiertes Viereck 17 dargestellte Bildfeld dea optischen Systems 5 wird bei unbewegten Support durch eine einzige Belichtung übertragen. Es 1st leicht einzusehen, daß das gasarote xu Übertragende Bildfeld durch eine kontinuierliche Bewegung der Mittelachse 19 des optischen System 5 entlang 3er in Fig. 2 eingezeichneten Linie 18 durch eine währen* des gasenten Bewegungsablaufs andauernde Belichtung übertragen werden kann.

Aus der Darstellung nach Flg. 1 ist weiterhin leicht einzusehen, daß das Auflösungsvermögen dea optischen Systeme 5, das jeweils nur einen kleinen Teilbereich der insgesamt zu übertragenden Bildfläche abzubilden hat, einen wesentlich geringeren technischen Aufwand erforderlieh macht/ als dies bei zur gleichzeitigen übertragung der ganzen Bildflache dienenden Systemen der Fall ist. Darüber hinaus sind schwingungen des Supports in Richtung der xy-Achsen und auch in einer senkrecht dazu verlaufenden Richtung, sofern die Schwingung in der zuletzt genannten Richtung nicht gröfier 1st als dl· Tiefenschärfe des optischen Systems 5, un-•chadlioh, da sie die Schärfe der Abbildung nicht beeinflussen. Ks sei noch darauf hingewiesen, daß die in Fig. 2 mit 17 bezeichnete Teilabbildung in Vergleich zu der zu übertragenden Gesaetabbildung der Übersichtlichkeit halber stark vergrößert ein«·- selohnet wurde, »ei der praktischen Anwendung der «rfinunge«·- sUieen Anordnung wird das Verhältnis zwischen der Fläche ein«« Teilabbilduag und der Fläch« der Cesamtabbildung in der «««el et-

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wa zwischen 1 t 50 und 1 : 200 liegen. Eine Verschlechterung der übertragenen Abbildung kann nur bei Kippbewegungen des Supportes 2 eintreten. Ee ist daher für eine gute Parallelführung dieses Supportes zu sorgen.

Um die unter Umständen sehr aufwendigen Maßnahmen zur vollständigen Parallelführung des Supportes zu vermeiden wird die in Fig. 3 dargestellt Anordnung vorgesehen.

In diesem Ausführungebeiepiel ist ein stationär angeordneter Ständer 21 mit «ine» durch nicht dargestellte Feintriebe senkrecht verschiebbaren Träger 29 versehen, der ein den abbildenden Strahlengang U-förmig umlenkendes optisches System 25 enthält. Dieses optische System besteht aus Linsen 26, 27, 28 und 29 sowie aus Umlenkprismen 40 und 41, einem Umkehrprisma 42 und einer das Bildfeld begrenzenden Blende 30. Die auf dem mit einer Photolackschicht überzogenen Halbleiterplättchen 15 abzubildende Maske 14 ist auf einem in zwei zueinander senkrechten Richtungen (x und y Richtung) mittels nicht eingezeichneter Vorrichtungen steuerbar verschiebbaren Support 22 angeordnet. Dieser Support besteht aus einem unteren Teil 43/ der durch eine Kugelführung 31 von links nach rechts und einem oberen Teil 44 der durch eine Kugelführung 32 von vorne nach hinten verschiebbar angeordnet ist. Die Verschiebung erfolgt über nicht dargestellte, vorzugsweise automatisch angetriebene Anordnungen. Die Teile 43 und 44 weisen Offnungen 45 und 46 auf, durch die die Strahlung einer aus einer Lampe 23 und einer Linse 24 bestehenden Beleuchtungsanordnung zur Maske 14 durchtreten kann. Die Maske 14 1st auf einem Ring 47 befestigt. Die Anordnung ist so getroffen, daß das optische System 25 jeweils nur einen kleinen Teilbereich der Maske 14 auf den entsprechenden Teilbereich des Halbleiterplättchens 15 seitenrichtig abbildet, was durch das Umlenkprisma 42 sichergestellt wird.

Die in Fig. 3 dargestellte Ausbildung des Supports 22 hat gegenüber der in Fig. 1 dargestellten Anordnung den Vorteil, daß Kippbewegungen des Supports einen wesentlich geringeren Einfluß

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auf die Abbildungsgute haben. Im übrigen wird der die Maske 14 und das zu belichtende Haibleiterplättchen 15 tragende Support 22 wie im Zusammenhang mit der Beschreibung der in Fig. 1 dargestellten Anordung lh der in Fig. 2 angedeuteten Weise bewegt. Während die in Flg. 3 dargestellte Anordnung nahezu unempfindlich gegen Kippbewegungen des Supportes 22 ist, können in der Verschiebungeebene des Supportes 22 auftretende Drehbewegungen die AbbildungsqualItHt verschlechtern.

Eine besondere vorteilhafte Ausführungsform des Erfindungsgedankens wird in Fig. 4 dargestellt. Ein Stander Sl enthalt ein C-förmiges optisches System, das aus Linsen 56, 57, 58, 59, Umlenkprismen 70, 71, 72, 75 sowie einer Blende 60 besteht. Zwischen den Linsen 56, 57 ist «in in zwei senkrecht zueinander liegenden Richtungen durch nicht dargestellte, vorzugsweise automatisch betätigbare Mittel verschiebbarer Support 52 angeordnet. Dieser Support besteht aus einer unteren Platte 73, die durch eine Kugelführung 61 von links nach rechts und einer oberen Platte 74, die durch eine Kugelführung 62 von vorne nach hinten verschiebbar geführt 1st. Die Verschiebung der Platten erfolgt, wie gesagt, durch nicht dargestellte, vorzugsweise automatisch betätigbare Antriebsmittel. Auf der oberen Platte 74 des Supports 52 ist ein ringförmiges Element 77 zur Aufnahme der Maske 14 vorgesehen. Darüber ist eine ringförmige Ausnehmung zur Aufnahme des Halblelterpiattchens 15 angeordnet. Zwischen der Maske 14 und dem Halbleiterplättchen 15 und ihren Halterungen ist ein vorzugsweise aus einem Glasfaserbündel bestehender Lichtleiter 76 angeordnet, der mit dem Ständer 51 fest verbunden 1st und der Licht von einer Lichtquelle 53 zu einem Umlenkprisma 78 weiterleitet. Das von der Lichtquelle 53 ausgehende Licht wird durch den Lichtleiter 76 zum Umlenkprisma 78 geleitet und durch dieses auf den jeweils abzubildenden Bereich der Maske 14 gerichtet. Die Anordnung ist so getroffen, daß jeweils nur ein kleiner Teilbereich der Maske 14 durch das optische System 55 auf den entsprechenden Teilbereich des mit einer Photolackschicht überzogenen Halbleiterplattchens 15 abgebildet wird. Zur übertragung der gesamten Abbildung der

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Maske 14 auf das Halbleiterplättchen 15 wird der Support 52 ao verschoben, daß die Mittelachse des optischen Systems, wie im Zusammenhang mit der Funktion der in den Fign. 1 und 3 dargestellten Anordungen beschrieben, den durch die in Fig. 2 eingezeichnete Linie 18 dargestellten Weg auf dem Halbleiterplättchen und der Maske beschreibt.

Wegen des geringen Abstandes zwischen der Maske 14 und dein Halbleiterplättchen 15 wirken sich Kippbewegungen des Supports 52 nur geringfügig auf die Schärfe der übertragenen Abbildungen aus. Da in diesem Ausführungsbeispiel die Maske 14 und das Plättchen 15 konzentrisch zueinander angeordnet sind, haben auch Drehbewegungen des Supports keinen nachteiligen Einfluß auf die Qualität der auf die Photolackschicht des Halbleiterplättchens 15 übertragenen Abbildungen. Da senkrecht zur optischen Achse erfolgende Verschiebungen oder Schwingungen keinen und in Richtung der optischen Achse erfolgende Bewegungen oder Schwingungen, sofern ihre Amplitude nicht wesentlich größer als die Tiefenschärfe des optischen Systems ist, keinen wesentlichen Einfluß auf die Qualität der übertragenen Abbildungen haben ist diese Anordnung weitgehend gegen Störungen jeglicher Art unempfindlich.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Projektloneverfahren, insbesondere zur Belichtung der Photolackschicht bei der Herstellung von integrierten Schaltungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorlage und eine Aufnahmefläche gegeneinander unverschiebbar angeordnet werden und daß ein jeweils einen Teilbereich der Vorlage auf einen Teilbereich der Aufnahmefläche abbildendes System relativ zu diesen nacheinander über alle abzubildenden Teilbereiche bewegt wird.

2. Projektionsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das abbildende System relativ zur Vorlage und zur Aufnahmefläche kontinuierlich bewegt wird.

3. Projektionsverfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das abbildende System zeilenweise relativ zur Vorlage und Aufnahmefläche bewegt wird.

4. Projektionsverfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß synchron mit dem abbildenden System eine den jeweils abzubildenden Teilbereich beleuchtende Beleuchtungsvorrichtung relativ verschoben wird.

5. Anordung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen l bis 4, gekennzeichnet durch einen in zwei senkrecht zueinander liegenden Richtungen parallel zur Vorlage und Aufnahmefläche verschiebbaren, die Vorlage und die Aufnahmefläche parallel zueinander und unverrückbar gegeneinander halternden Support (2) und ein zwischen Vorlage und Aufnahmefläche fest angeordnetes, die Vorlage (14) auf die Aufnahmefläche (15) abbildendes

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optisches System (5).

6. Projektionsanordnung stur Durchführung des Verfahrene nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bi3 4, gekennzeichnet durch einen in zwei zueinander senkrecht liegenden Richtungen verschiebbaren, die Vorlage (14) und die Aufnahmeflache (15) nebeneinander in einer oder in parallel zueinander liegenden Ebenen halternden Support (22) und durch ein aus Linsen und den Strahl U-förmig umlenkenden Prismen bestehendes, jeweils einen Teilbereich der Vorlage (14) auf einen Teilbereich der Aufnahmefläche (15) abbildendes optisches System (25).

7. Projektionsanordnung zur Durchführung dee Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen in zwei senkrecht zueinander liegenden Richtungen verschiebbaren, die Vorlage und die Aufnahmefläche parallel und in enger Nachbarschaft zueinander sowie unverrückbar gegeneinander halternden Support (52) und durch ein aus Linsen und Prismen zur Umleitung des Strahls von der Außenseite der Vorlage (14) um den Support zur Außenseite der Aufnahmefläche bestehendes, jeweils einen Teilbereich der Vorlage auf ein Teilbereich der Aufnahmeflache abbildendes optisches System (55) sowie eine starr zu diesem angeordnete, zwischen Vorlage und Aufnahmefläche liegende, vorzugsweise aus einem Lichtleiter (76), einem Uralenkprisma (78) und einer Birne (53) bes tehende Beleuchtungsvorrichtung.

8. Projektionsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Linsen innerhalb des abbildenden Systems eine Aperturblende (10, 30, 60) zur scharfen Begrenzung des jeweils abgebildeten Bereiches angeordnet 1st.

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