DE3313111C2

DE3313111C2 - Projektionsvorrichtung und Verfahren zur Projektion eines Negativs

Info

Publication number: DE3313111C2
Application number: DE3313111A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Sato; Shuichi Yabu; Masao Kosugi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1982-04-14
Filing date: 1983-04-12
Publication date: 1997-02-27
Anticipated expiration: 2003-04-13
Also published as: GB2121558B; JPS6316725B2; FR2526555B1; GB8309724D0; GB2121558A; US4506977A; JPS58179834A; FR2526555A1; DE3313111A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Projektionsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie auf ein Verfahren zur Projektion eines Negativs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.

In den letzten Jahren wurden die Schaltkreismuster von Halbleiterelementen wie z. B. IC, LSI und VLSI (integrierte Schaltkreise bzw. hoch- und höchstintegrierte Schaltkrei se) immer kleiner, höhere Integration immer auffälliger, wobei die erforderliche Musterlinienbreite 1 bis 2 µm wird. Um diese Tendenz zu fördern, ist es erforderlich, eine Projektions- bzw. Aufnahmevorrichtung mit einer Druckfunktion zum Drucken kleiner Muster von 1 bis 2 µm und einer Abgleich funktion zum genauen Abgleich jedes Musters in einer Viel zahl von Verfahrensschritten zu schaffen; ebenso ist es erforderlich, weniger Fehler auf einem Plättchen hervor zurufen.

Um diesen Erfordernissen gerecht zu werden, wurden ver schiedene Projektionsaufnahmevorrichtungen (das Reduktions projektionsobjektiv, das 1 : 1 Vergrößerungsprojektions objektiv, das Spiegelprojektionsobjektiv usw.) entwickelt. Die Auflöseleistung eines Projektionsaufnahmegeräts, das kleine Muster von 1 bis 2 µm drucken kann, wird durch die tatsächliche Blendenzahl seines optischen Projektions systems und die Wellenlänge λ des beim Drucken ver wendeten Lichts bestimmt, wobei seine Schärfentiefe durch ΔZ = ± 2λFe² bestimmt ist.

Bei gegenwärtig vorgestellten Reduktions-Projektionsauf nahmegeräten mit einer Druckfunktion von 1 µm hat das zum Drucken verwendete Licht eine Wellenlänge von 0,436 µm und das optische System eine Blendenzahl in der Größenord nung 1,4, wobei die Schärfentiefe in der Größenordnung ± 1,7 µm liegt. Deshalb ist es bei diesen Projektionsauf nahmevorrichtungen unerläßlich, daß sie eine Einstellvor richtung für den Brennpunkt haben, um ein Photomaskenmuster zuverlässig auf die Oberfläche eines Plättchens abzubilden; verschiedene Methoden wurden bisher dafür vorgesehen.

Die gegenwärtig vorhandenen Brennpunkteinstellvorrichtungen können allgemein in zwei Klassen unterteilt werden. Zur ersten Klasse gehört der T.T.L.-Typ, bei welchem die Posi tion eines Plättchens durch ein optisches Projektionssystem ermittelt wird und das Plättchen immer in die beste Abbil dungsstellung gebracht wird; zur zweiten Klasse gehört der Typ mit konstanter Entfernung, bei welchem ein Plättchen immer in konstanter Entfernung relativ zu einem optischen Projektionssystem eingestellt wird. Der T.T.L.-Typ erfor dert ein kompliziertes optisches System und findet seine Grenzen durch verschiedenste Beschränkungen bei der Konstruk tion des optischen Projektionssystems, so daß zur Zeit die meisten Projektionsaufnahmevorrichtungen den mit konstanter Entfernung arbeitenden Typ verwenden.

Die Ermittlungsverfahren dieses Typs für die Plättchen position arbeiten entweder mit einem Luftmikrometer oder einem elektrischen berührungslosen Mikrometer oder einem optischen System, wobei jedes dieser Verfahren eine Ermitt lungsgenauigkeit für die Plättchenposition in der Größen ordnung von ± 0,3 µm hat und mit einer Brennpunkteinstellvor richtung verknüpft ist, um zufriedenstellend das Plättchen immer in eine konstante Entfernung zu bringen, die für die dem optischen Projektionssystem eigene Schärfentiefe aus reichend ist.

Der mit konstantem Abstand arbeitende Typ hat jedoch die folgenden Nachteile. Da ein Plättchen hier immer in konstan tem Abstand zum optischen Projektionssystem gehalten wird, ist es für die beste Abbildungsposition des Plättchens Voraussetzung, daß sich die beste Abbildungsposition des optischen Projektionssystems nicht ändert.

Es ist jedoch allgemein bekannt, daß sich die beste Ab bildungsposition des optischen Projektionsobjektivs ändert.

Im Oberbegriff des anliegenden Patentanspruchs 1 und 2 wird von einer Projektionsvorrichtung ausgegangen, wie sie in der FR-OS 23 71 716 gezeigt ist.

Eine derartige Projektionsvorrichtung dient der Projektion eines Negativs auf eine photoempfindlichen Fläche und weist eine Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung des Negativs, ein optisches Projektionssystem zur Abbildung des Negativs auf der photoempfindlichen Fläche und eine Abstandsmeßvor richtung auf, mittels der ein Abstand zwischen einer Be zugsebene des Projektionssystems und der photoempfindli chen Fläche gemessen werden kann. Gemäß dieser Projek tionsvorrichtung soll die photoempfindliche Fläche immer in der Brennebene des Projektionssystems liegen. Um dies zu gewährleisten, wird gemäß dem offenbarten Verfahren der Abstand zwischen dem Projek tionssystem und der photoempfindlichen Fläche gemessen und in Abhängigkeit von dem Meßergebnis so variiert, daß der Abstand einen vorbestimmten konstanten Wert beträgt. Al lerdings ist festgestellt worden, daß trotz eines konstan ten Abstands zwischen den Projektionssystemen und der photoempfindlichen Fläche Abweichungen der Brennebene des Projektionssystems von der photoempfindlichen Fläche auf treten.

Dem Erfindungsgegenstand liegt die Aufgabe zugrunde, eine Projektionsvorrichtung sowie ein Verfahren zur Projektion zu schaffen, bei der mit großer Genauigkeit gewährleistet ist, daß die photoempfindliche Fläche in der Brennebene des Projektionssystems angeordnet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 bzw. 9 gelöst.

Es wurde festgestellt, daß die Änderungen der Brennpunkts lage des optischen Projektionssystems auf dessen Erwärmung infolge des absorbierten Lichtes zurückgehen. Anmeldungs gemäß wird deshalb ein Meßsystem vorgesehen, mittels des sen unter anderem die das Projektionssystem durchlaufende Lichtmenge bestimmt wird, wobei aus den erhaltenen Meß signalen die Änderung der Brennpunktslage bestimmt und die photoempfindliche Fläche um ein entsprechendes Maß in die Brennebene des Projektionssystems nachgeführt wird. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, daß die Änderung der Brennpunktslage des Projektionssystems infolge dessen Erwärmung zuverlässig kompensiert werden kann, so daß das Negativ mit hoher Genauigkeit auf der photoempfindlichen Fläche abgebildet werden kann.

Die Veröffentlichung "Optik, Zeitschrift für Licht- und Elektronenoptik, 33. Band 1971" befaßt sich mit dem Verschmieren eines Brennpunkts, d. h. mit dem Unterschied der Fokussierung zwischen Hauptstrahl und anderen Lichtstrahlen insbesondere der Änderung der spärischen Aberation einer Linse.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand schema tischer Zeichnungen nachstehend erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels,

Fig. 2 ein Blockdiagramm eines Signalverarbeitungs systems.

In Fig. 1 ist eine Gehäusegrundplatte 1 und eine XY-Bühne dargestellt, die durch einen bekannten, auf der Gehäuse grundplatte angebrachten Mechanismus in einer gewünschten Ebene beweglich ist. Ein zu bedruckendes Plättchen 3 mit einer photoempfindlichen Schicht ist auf der XY-Bühne 2 durch eine Ansaugspannvorrichtung (nicht gezeigt) befestigt.

Eine Fassung 4 für ein Projektionsobjektiv enthält ein Reduktionsprojektionsobjektiv 5. Eine Photomaske 6 ist mit einem Halbleiter-Schaltkreismuster versehen. Eine Photomaskenbühne 7 ist am oberen Abschnitt der Fassung 4 befestigt und dient zur Befestigung der Photomaske 6.

Am Gehäuse 1 ist eine Strebe 8 angebracht, deren oberer Abschnitt mit dem festen Teil eines Schafteinstellmechanis mus 9 versehen ist, der z. B. eine Zahnstange und Ritzel bzw. Schnecke umfaßt und dessen beweglicher Teil mit der Fassung 4 verbunden ist. Wenn der Mechanismus 9 betätigt wird, bewegt sich die Fassung 4 entlang des optischen Projektionswegs. Anstelle einer Verschiebung des gesamten Projektionsobjektivs kann auch ein bestimmtes Element von diesem bewegt werden. Eine Beleuchtungseinheit 10 ist am oberen Abschnitt der Strebe 8 durch eine weitere Strebe be festigt und umfaßt eine Lichtquelle 11, wie z. B. eine Queck silberlampe, eine Verschlußplatte 12, einen Kondensor 13 und einen den optischen Weg knickenden Spiegel 14. Der Ver schluß 12 ist durch die Wirkung einer Drehspule beweglich, die durch ein Antriebssignal betätigt wird und dadurch den optischen Beleuchtungsweg öffnet oder schließt. Ist dieser geöffnet, wird der aus der Lichtquelle 11 ausgesandte Strahl durch den Kondensor 13 konvergiert und am Spiegel 14 reflek tiert, und bestrahlt anschließend die Photomaske 6. Eine Luftdüse 17 ist am unteren Ende der Fassung 4 angebracht und am Grenzrand des optischen Projektionswegs angeordnet bzw. in und aus dem optischen Weg beweglich. Die Luftdüse 17 ist mit einem Luftmikrometergehäuse (nicht gezeigt) ver bunden und dient zur genauen Messung des Abstands zwischen der oberen Fläche des Plättchens 3 und der letzten Fläche des Projektionsobjektivs 5. Alternativ kann die Messung des Abstands durch ein berührungsloses elektrisches Mikro meter oder ein optisches Längenmeßgerät durchgeführt werden. Ein Photodetektor 18 ist fest oder wegnehmbar auf der XY-Bühne 2 befestigt und kann durch Betätigung dieser in den Beleuchtungsbereich gebracht werden. Der Photodetektor 18 dient zur photometrischen Messung des durch die Photomaske 6 übertragenen Projektionslicht für das Muster und zur Mes sung des Übertragungsfaktors bzw. Transmissionsfaktors der Photomaske. Was eine Photomaske, deren Transmissions faktor bereits bekannt ist, oder eine Photomaske, deren Transmissionsfaktor durch ein anderes Meßgerät herausge funden wurde, betrifft, kann deren Zustandseigenschaft durch einen den Transmissionsfaktor festsetzenden Schalter 21 in einem Steuergerät (Steuerungseinheit) 20 festgelegt werden. Dieser Schalter sollte wünschenswert beim Photodetektor angeordnet sein. Ein Kabel 22 dient zur Übertragung des Signals vom Steuer gerät 20 zum Gehäuse eines Halbleiter-Druckgeräts.

Bei einem Gerät der oben beschriebenen Art wird, wenn der Druckvorgang wiederholt wird, der Brennpunkt des Projek tionsobjektivs 5 wie oben beschrieben bewegt, und die Größe der Veränderung des Brennpunkts der Projektionslinse durch die Anwendung von Licht beim Druckvorgang über der Zeit kann empirisch ausgedrückt werden durch Δl = K·τ·E·to/t; hierin ist Δl die Größe der Brennpunktveränderung, K der dem Projektionsobjektiv eigene Brennpunktveränderungskoeffi zient, τ der Transmissionsfaktor der Photomaske, E die Menge des von der Beleuchtungseinheit abgegebenen Lichts pro Zeit einheit, to die gesamte Öffnungszeit des Verschlusses, t die Zeit des gesamten Aufnahmeintervalls.

Falls der Brennpunktveränderungskoeffizient K aus einem Versuch bestimmt wird, kann das gleiche K bei einem Gerät verwendet werden, das das gleiche Projektionsobjektiv auf weist.

In Fig. 2 ist ein Mikroprozessor 20′ dargestellt, der das Kernstück des Steuergeräts 20 ist und die zuvor erwähnte Bedingung bezüglich Δl sowie den Brennpunktveränderungs koeffizienten K in einem Speicher M speichert. Die Art und Weise der Speicherung ist nicht auf elektrische Ein richtungen begrenzt, sondern kann auch mechanische Ein richtungen, wie z. B. einen Nocken, umfassen.

Folglich wird die in diesem Verfahren verwendete Photo maske 6 auf die Maskenbühne 7 gebracht, die XY-Bühne 2 bewegt, der Photodetektor 18 im optischen Projektionsweg angeordnet, der Verschluß 12 geöffnet, das zum Drucken verwendete Licht durch die Photomaske 6 photometrisch durch den Photodetektor 18 gemessen und ein der Menge des übertra genen Lichts τ·E entsprechendes Signal von einem Ermittlungs schaltkreis 18′ an den Mikroprozessor 20′ angelegt. Anschlie ßend wird der Verschluß 12 geschlossen, das Plättchen 3 durch die XY-Bühne 2 in die Druckstellung bewegt, der Ver schluß 12 wieder geöffnet und das Schaltkreismuster auf das Plättchen gedruckt. In diesem Fall ist die Größe der Brenn punktveränderung Δl während dem ersten Drucken 0 und des halb stimmt der Abstand zwischen dem Projektionsobjektiv und dem Plättchen, der durch die ausgestoßene Luft aus der Luftdüse 17 gemessen wurde, mit dem Konstruktionswert über ein; es ist offensichtlich, daß der Scharfeinstellmechanis mus 9 so betätigt wird, daß die Scharfeinstellung dem Kon struktionswert entspricht.

Nach der Beendigung des Druckens des Plättchens 3 wird die XY-Bühne 2 bewegt und dieses Plättchen durch ein anderes Plätt chen ersetzt, die XY-Bühne 2 wiederum bewegt und somit das neue Plättchen in die Druckstellung gebracht. Andererseits steuert der Verschlußantriebsschaltkreis 12′ das Öffnen des Verschlusses und gibt in den Mikroprozessor 20 den Beleuch tungshergang, der durch die Verschlußöffnungszeit to und die Zeit t für das Aufnahmeintervall bestimmt ist, ein.

Der Mikroprozessor 20′ integriert jedes Mal, wenn das Verschlußöffnungs- und Aufnahmeintervall eingegeben werden, und speichert diese dann als Aufnahmevorgang to/t im Speicher M und führt vor der laufenden Aufnahme eine Betä tigung auf der Grundlage von K, τ·E und to/t durch und berechnet den Wert Δl. Der Wert Δl wird als Eingangs signal in den Scharfeinstellsteuerschaltkreis 9′ einge geben, worauf der Scharfeinstellmechanismus 9 betätigt wird und dadurch die Objektivfassung 4 geringfügig bewegt und seinen Einstellvorgang fortsetzt, bis die Größe der durch das Luftmikrometer (nicht gezeigt) ermittelten Ände rung gleich dem berechneten Wert der Brennpunktänderung wird. Somit wird das Plättchen automatisch immer in der besten Abbildungsstellung des Objektivs 5 angeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde aus Gründen der Einfach heit für den des gesamten Mechanismus die Fassung des Projektionsobjektivs bewegt; alternativ kann jedoch die Bühne 2 des Plättchens vertikal bewegt werden. In Fig. 1 ist die Bühne 7 für die Photomaske auf der Fassung 4 vorge sehen, sie kann jedoch alternativ zur vertikalen Bewegung selbständig an der Strebe 8 angebracht sein und die Photo maske 6 kann zur Einstellung der Abbildungsstellung bewegt werden. Ferner kann ein Lichtübertragungselement, das in der Lage ist, die Länge des optischen Wegs zu verändern, im optischen Projektionsweg angeordnet werden und dadurch die Abbildungsposition einstellen.

Claims

1. Projektionsvorrichtung zur Projektion eines Nega tivs auf eine photoempfindliche Fläche, mit
einem optischen Projektionssystem (5), das zwischen dem Negativ (6) und der photoempfindlichen Fläche (3) angeord net ist,
einer Beleuchtungseinrichtung (10) zur Beleuchtung des Negativs (6) und
einer Abstandsmeßvorrichtung (17) zur Ermittlung des Abstands zwischen einer Bezugsebene des Projektionssystems und der photoempfindlichen Fläche,
gekennzeichnet durch
eine Detektoreinrichtung (18, 18′), die die auf das optische Projektionssystem (5) auftreffende Lichtmenge (τE) ermittelt und ein dieser entsprechendes Ausgangssignal erzeugt,
eine Steuereinrichtung (12′), die die Verschlußöff nungszeit (t_o) und die Aufnahmeintervallzeit (t) steuert und ein dem Aufnahmevorgang (t_o/T) entsprechendes Ausgangssignal erzeugt,
eine Steuerungseinheit (20, 20′), die aus den Aus gangssignalen der Detektoreinrichtung (18, 18′) und der Steu ereinrichtung (12′) und einem projektionssystemspezifischen Brennpunktveränderungs-Koeffizienten (K) die Änderung der Brennpunktslage berechnet und ein dieser Änderung entsprechen des Ausgangssignal erzeugt, und
einen Scharfeinstellungssystemkreis (9′), der abhän gig von den Signalen der Abstandsmeßvorrichtung (17) und der Steuerungseinheit (20, 20′) einen Scharfeinstellmechanismus (9) betätigt, bis die Oberfläche der photoempfindlichen Flä che (3) in der geänderten Brennpunktslage positioniert ist.

2. Projektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsänderung durch Verschieben des Projektionssystems (5) entlang der optischen Achse erfolgt.

3. Projektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsänderung durch Verschieben der photoempfindlichen Fläche (3) entlang der optischen Achse erfolgt.

4. Projektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Projektionssystem (5) ein Projektionsobjektiv ist.

5. Projektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die photoempfindliche Fläche (3) von einem Wafer gebildet ist, der auf einer bewegbaren Bühne (2) gelagert ist.

6. Projektionsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung (18, 18′) auf der bewegbaren Bühne (2) angeordnet ist.

7. Projektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Negativ (6) eine Photomaske ist, die ein Schaltungsmuster trägt.

8. Projektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsmeßvorrichtung (17) ein Luftmikrometer umfaßt, das eine Düse aufweist, über die ein Gasstrom auf das Wafer ge richtet ist.

9. Verfahren zur Projektion eines Negativs auf eine photoempfindliche Fläche, wobei eine Projektionsvorrichtung umfaßt:
ein optisches Projektionssystem (5), das zwischen dem Negativ (6) und der photoempfindlichen Fläche (3) angeordnet ist,
eine Beleuchtungseinrichtung (10) zur Beleuchtung des Negativs (6) und
eine Abstandsmeßvorrichtung (17) zur Ermittlung des Abstandes zwischen einer Bezugebene des Projektionssystems und der photoempfindlichen Fläche,
gekennzeichnet durch
eine Detektoreinrichtung (18, 18′), die die auf das optische Projektionssystem (5) auftreffende Lichtmenge (τE) ermittelt und ein entsprechendes Ausgangssignal erzeugt,
eine Steuereinrichtung (12′), die die Verschlußöff nungszeit (t_o) und die Aufnahmeintervallzeit (t) steuert und ein dem Aufnahmevorgang (t_o/T) entsprechendes Ausgangssignal erzeugt,
eine Steuerungseinheit (20, 20′), die aus den Aus gangssignalen der Detektor- und Steuereinrichtung (18, 18′), (12′) und einem projektionssystemspezifischen Brennpunktverän derungs-Koeffizienten (K) die Änderung der Brennpunktslage be rechnet und ein dieser Änderung entsprechendes Ausgangssignal erzeugt, und
einen Scharfeinstellungssystemkreis (9′), der abhän gig von den Signalen der Abstandsmeßvorrichtung (17) und der Steuerungseinheit (20, 20′) einen Scharfeinstellmechanismus (9) betätigt, bis die Oberfläche der photoempfindlichen Fläche (3) in der geänderten Brennpunktslage positioniert ist.