DE3933308A1 - Abtast- und wiederholungs-projektionslithographiesystem mit hoher aufloesung - Google Patents
Abtast- und wiederholungs-projektionslithographiesystem mit hoher aufloesungInfo
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- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
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Description
Die Erfindung befaßt sich mit Lithographiesystemen zur
Abbildung von Mustern, und insbesondere bezieht sich die
Erfindung auf ein Lithographieverfahren und eine
-vorrichtung, welche ein Abtast- und Wiederholungssystem
haben, welches sich dadurch auszeichnet, daß durch benach
barte Abtastungen komplementäre Randausleuchtungen zur
Erzeugung von genauen Bildern mit hohem Musterauflösungs
vermögen von einer Maske auf einem Substrat mit einer
hohen Geschwindigkeit und über ein Bildfeld hinweg erzeugt
werden, das wesentlich größer als die maximale Bildfeld
größe der Abbildungsoptik ist.
Lithographiesysteme werden umfassend bei der Herstellung
von integrierten Schaltungschips und elektronischen
Schaltungsplatten eingesetzt. Derartige Systeme umfassen
in typischer Weise eine primäre Belichtungsquelle, wie
eine Lampe mit einer hohen Leuchtstärke oder einen Laser
oder eine Quelle mit einer anderen Strahlung, Masken- und
Substratpositioniereinrichtungen, ein Projektionssystem,
um das auf der Maske vorhandene Muster auszuleuchten und
auf dem Substrat abzubilden, und eine Steuereinrichtung.
Insbesondere ist beabsichtigt, eine Wafer, die mit einer
Schicht aus einem strahlungsempfindlichen Material
versehen ist, auszuleuchten oder zu belichten, um das ge
wünschte Schaltungsmuster zu erzeugen, das später metal
lisiert oder auf eine andere Art und Weise während des
weiteren Verarbeitungsvorganges aktiviert wird. Die Aus
leuchtung kann mittels ultraviolettem Licht oder sicht
barem Licht oder einer anderen Strahlung, wie Röntgen
strahlung oder Elektronenstrahlung, erfolgen. Es sollen
die Zielbereiche selektiv derart ausgeleuchtet werden, um
ein spezielles Muster zu aktivieren. Integrierte Schal
tungschips werden in typischer Weise vielen Ausleuchtungs
schritten und physikalischen Behandlungsschritten während
der Herstellung unterzogen.
Da in zunehmendem Maße der Bedarf an Chips mit immer
größerem Speicher- und Verarbeitungsvermögen zunimmt, wer
den die einzelnen Bits auf den Chips hinsichtlich ihrer
Abmessungen immer kleiner. Hierdurch wird es erforderlich,
daß die lithographische Anlage, die zur Abbildung dieser
Muster eingesetzt wird, ein immer höheres Auflösungsver
mögen haben sollte. Zugleich machen die größeren physika
lischen Abmessungen der Chips es erforderlich, daß man
eine höhere Auflösung über einem größeren Bildfeld
erzielt.
Ein Vorschlag im Stand der Technik zur Erzielung eines
hohen Auflösungsvermögens besteht darin, optische Abbil
dungsverkleinerungssysteme einzusetzen, bei denen das
Muster auf der Maske um einen Faktor von 5 bis 10 ver
kleinert wird, wenn es auf der Wafer reproduziert wird. Da
ein derartiges Verkleinerungssystem fähig ist, ein hohes
Auflösungsvermögen nur über einem begrenzten Bildfeld
bereitzustellen, wird der Belichtungsbereich auf eine
Chipgröße begrenzt, etwa einer Fläche von 1 cm2. Die ge
samte Wafer wird dadurch bearbeitet, daß ein Chip belich
tet wird, in einem Schritt zu dem nächsten Chip weiter
geschaltet wird und die Verarbeitung bzw. Bearbeitung
wiederholt wird. Bei diesen üblichen Anlagen, die als
Schritt- oder Wiederholungssystem bekannt sind, ist das
Grenzleistungsvermögen durch die Verkleinerungsprojek
tionslinsenanordnung bestimmt, die in typischer Weise eine
Vielzahl von einzelnen Linsenelementen umfaßt. Da die An
forderungen an die Auflösung steigen, wird die Auslegung
dieser Linsen immer komplizierter. Wenn ferner eine Linse
für ein höheres Auflösungsvermögen ausgelegt ist, nimmt in
typischer Weise ihre Bildfeldgröße ab. Eine Linse sowohl
mit einem höheren Auflösungsvermögen als auch mit einer
größeren Bildfeldgröße auszulegen und bereitzustellen, ist
eine äußerst schwierige Aufgabe.
Ein weiterer Vorschlag im Stand der Technik besteht darin,
ein Abbildungssystem mit einem 1:1-Vergrößerungsverhältnis
einzusetzen, bei dem die Wafer durch einen langen und
schmalen, gekrümmten Schlitz belichtet wird und bei dem
die Abbildung über die gesamte Wafer dadurch erfolgt, daß
die gesamte Wafer einmal über diesen langen und schmalen
Schlitz abgetastet wird. Obgleich derartige Systeme die
Fähigkeit hatten, große Chips zu belichten, sind sie hin
sichtlich ihrem Auflösungsvermögen infolge ihrer kleinen
numerischen Apertur begrenzt. Da ferner Vorrichtungsauf
lösungsforderungen nunmehr in den Bereich unter µm zu
rückgehen und sich beispielsweise insbesondere auf 0,5 µm
und weniger belaufen, haben diese Abtastsysteme zusätzlich
Schwierigkeiten dahingehend, daß Masken mit demselben
hohen Auflösungsvermögen wie die herzustellenden Erzeug
nisse erforderlich sind. Daher haben diese Systeme keinen
großen Eingang bei der Herstellung von integrierten Schal
tungschips mit Abmessungen unter 1 µm gefunden.
Ferner gibt es zur Erzielung eines großen Bildfeldes die
Möglichkeit, ein Abbildungssystem einzusetzen, das als
Wynne-Dyson-Auslegung bekannt ist und das ein Vergröße
rungsverhältnis von 1:1 hat. Obgleich diese Systeme große
Chips belichten können, da sich ihr Vergrößerungsverhält
nis auf 1:1 beläuft, sind sie mit den vorstehend genannten
Nachteilen behaftet, wobei insbesondere ihr Auflösungs
vermögen stark eingeschränkt ist, was darauf
zurückzuführen ist, daß die Anforderungen an die Maske zu
immer größeren Schwierigkeiten führen.
Auf dem Gebiet der Lithographie gibt es Vorschläge, eine
Elektronenstrahlausleuchtung einzusetzen, bei der entwe
der ein fokussierter Elektronenstrahl mit einem Bit-um-
Bit-seriellen Schreibverfahren oder eine Schattenprojek
tion durch 1:1 Matrizenmaske einzusetzen. Diese Systeme
haben jeweils die Nachteile einer niedrigen Belichtungs
geschwindigkeit, und es sind komplizierte und schwierige
Maskentechnologien anzuwenden. Übliche Röntgenstrahl-
Lithographiesysteme setzen in ähnlicher Weise das Schat
tendrucken durch 1:1 Membranmasken ein, und diese haben
daher entsprechend den vorstehenden Ausführungen selten
Nachteile im Hinblick auf das 1:1-Muster und die Schwie
rigkeiten im Hinblick auf die Anforderungen der Masken
herstellung.
Unter Berücksichtigung der Beschränkungen bei den vorste
hend erörterten üblichen Systemen besteht ein großes
Bedürfnis, ein lithographisches System bereitzustellen,
welches ein höheres Auflösungsvermögen, hohe Belichtungs
geschwindigkeiten und eine stark erweiterte Feldgröße
bereitstellt.
Die Erfindung zielt darauf ab, ein Lithographiesystem be
reitzustellen, das sowohl ein hohes Auflösungsvermögen als
auch eine große effektive Bildfeldgröße sowie eine große
Durchsatzmenge bei der Herstellung ermöglicht, um genaue
Bilder mit einer hochauflösenden Maske auf einem Substrat,
wie einer Halbleiterwafer, zu erzeugen.
Nach der Erfindung ist hierzu eine Einrichtung angegeben,
die mit "Abtast- und Wiederhol-" Einrichtungen bezeichnet
wird, um ein Bild der Maske über einem gewissen Feld zu
erzeugen, dann zugleich das Substrat und die Maske über
das vorstehend genannte Feld hinweg abzutasten, dann das
Substrat in Querrichtung derart zu bewegen, daß man einen
neuen Abtastbereich belichtet bzw. freilegt und dann die
Abtastung mehrmals wiederholt wird, um das gesamte Sub
strat zu belichten.
Gemäß einem weiteren Merkmal nach der Erfindung wird ein
hexagonales Bildfeld bereitgestellt, und die Abtastung
erfolgt über dieses hexagonale Feld.
Gemäß einem weiteren Merkmal nach der Erfindung werden
komplementäre Belichtungen in einem überlappenden Bereich
zwischen benachbarten Abtastungen derart vorgesehen, daß
eine Randcharakteristik eines unterschiedlich belichteten
Substratbereiches zwischen den Abtastungen vollständig
fehlt und daß die Ausleuchtungsbelichtungsdosis über dem
gesamten Substrat gleichmäßig ist.
Gemäß einem weiteren Merkmal nach der Erfindung wird eine
Einrichtung zum periodischen Rücksetzen der Maske derart
angegeben, daß die Maske eine Vielzahl von Chipfeldern
enthalten kann und dennoch keine unvertretbaren großen
Abmessungen hat.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Rück
führungssteuereinrichtung zum inkrementellen Abtasten des
Substrats mit einer konstanten Belichtungsdosis und mit
einer genauen Positionssteuerung vorgesehen, um das
häufige, nochmalige Wiederausrichten des Substrats zu der
Maske in den gewünschten Intervallen in starkem Maße zu
erleichtern.
Einer der Vorteile der Erfindung ist darin zu sehen, daß
man eine hohe Geschwindigkeit in Verbindung mit dem Ver
mögen erzielen kann, ein hohes Auflösungsvermögen über
einem Bildfeld zu erreichen, das beträchlich größer als
die unverzerrte Feldgröße der optischen Abbildungsein
richtung ist, so daß man eine Herstellung von integrierten
Schaltungschips mit beträchtlich größeren Abmessungen und
einer höheren Durchsatzmenge ermöglichen kann.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung
ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevor
zugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beige
fügte Zeichnung. Darin zeigt:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Abtast-
und Wiederholungs-Lithographiesystems zur
Verdeutlichung eines Ausleuchtsystems,
einer Maske, die auf einem Maskenträger
enthalten ist, einer Projektionslinsenan
ordnung, eines Substrats, das mittels
eines Substratträgers gehalten ist, und
eines Steuersystems,
Fig. 2 ein Diagramm zur Verdeutlichung der
effektiven kreisförmigen und quadratischen
Bildfeldgrößen der Projektionslinse, des
hexagonalen Ausleuchtbereichs auf dem
Substrat und der effektiven Abtastbreite,
Fig. 3 eine schematische Ansicht zur Verdeutli
chung der Abtast- und Wiederholungsein
richtung, wobei zwei benachbarte Abtastun
gen und eine komplementäre Belichtung in
dem überlappenden Bereich zwischen den
beiden hexagonalen Ausleuchtbereichen ge
zeigt sind, wodurch man den randlosen Be
lichtungsübergang zwischen den beiden
Abtastungen erzeugt,
Fig. 4 eine prinzipielle Darstellung einer rand
losen, überlappenden Sechseckabtastung,
Fig. 5 ein Diagramm einer bevorzugten Ausfüh
rungsform der Abtast- und Wiederholungs
einrichtung, wobei eine Abtasteinrichtung
gezeigt ist, die zwischen links nach
rechts und rechts nach links in jeder fol
genden Abtastung wechselt und die Sub
stratbewegung mit w am Ende jeder Ab
tastung gezeigt ist,
Fig. 6 eine schematische Darstellung zur Ver
deutlichung des Auslegungsplans der Chip
felder auf der Maske,
Fig. 7 eine Ansicht zur Verdeutlichung der Chip
felder auf dem Substrat, wobei die Stellen
dargestellt sind, an denen eine Rückstel
lung des Maskenträgers erfolgt,
Fig. 8 eine Ansicht zur Verdeutlichung von re
präsentativen Maskenauslegungsplänen in
Verbindung mit einer nebeneinanderliegen
den Darstellung der Maskenchipfelder und
der hexagonalen Abtastfelder, welche eine
komplementäre Belichtung im überlappenden
Bereich zwischen benachbarten Abtastungen
ermöglichen und die Erzeugung eines Saums
bzw. Rands verhindern,
Fig. 8A eine detaillierte Ansicht des Maskenaus
legungsplanes, der 2 m vollständige Chip
felder umfaßt,
Fig. 8B eine detaillierte Ansicht eines Masken
auslegungsplanes, der 3m vollständige
Chipfelder umfaßt,
Fig. 8C eine detaillierte Ansicht zur Verdeutli
chung eines Maskenauslegungsplanes, der m
vollständige und m Teilchipfelder umfaßt,
Fig. 8D eine detaillierte Ansicht eines Maskenaus
legungsplanes, der m vollständige und 2m
Teilchipfelder umfaßt,
Fig. 9 eine schematische Darstellung zur Ver
deutlichung des Prinzips der gleichzei
tigen, zweidimensionalen Abtastung für
eine Lithographie mit hohem Auflösungsver
mögen,
Fig. 10 eine Tabelle zur Verdeutlichung verschie
dener Belichtungsparameter einschließlich
der Energie pro Impuls an der Wafer- und
Laserenergie für unterschiedliche Photo
widerstandsempfindlichkeiten und Laser
impulswiederholungsraten, und
Fig. 11 eine Tabelle über die Waferdurchsatzwerte
für Wafer mit unterschiedlichen Durch
messern und unterschiedlichen Ausrichtbe
dingungen.
Die Erfindung ermöglicht, ein Lithographiesystem bereit
zustellen, das alle die nachstehenden Eigenschaften hat:
(a) Es hat ein hohes Auflösungsvermögen bei der Erzeugung
von Bildern eines Maskenmusters auf einem Substrat; (b) es
hat ein großes effektives Bildfeld; und (c) es hat eine
große Durchsatzmenge während der Bearbeitung zum Belichten
der Substrate. Die Vorrichtung zur Erzielung dieser Eigen
schaften umfaßt einen Substratträger, welcher abtasten und
sich in Querrichtung bewegen kann, einen Maskenträger, der
abtasten kann und zurückgestellt werden kann, und der
funktionell mit dem Substratträger gekoppelt ist, ein
Ausgleichssystem, eine Projektionslinsenanordnung und eine
Steuereinrichtung.
Fig. 1 zeigt die wesentlichen Teile der Vorrichtung. Das
Substrat 10, wie eine Halbleiterwafer, die mit einer
Schicht aus einem photoempfindlichen Material beschichtet
ist, ist starr im Substratträger 12 festgelegt. Die Maske
14, die ein Muster mit hohem Auflösungsvermögen enthält,
das auf dem Substrat 10 abzubilden ist, ist starr in dem
Maskenträger 16 festgelegt. Der Substratträger 12 und der
Maskenträger 16 können äußerst feine Präzisionsbewegungen
ausführen, deren Einzelheiten nachstehend kurz erläutert
werden. Die Maske 14 wird durch eine Strahlung von dem
Ausleuchtungssystem 18 ausgeleuchtet, welches eine Aus
leuchtquelle 20, Relaislinsen 22 und eine Strahllenkein
richtung 24, wie einen 45°-Frontflächenspiegel, umfaßt.
Die Ausleuchtquelle 20 ist derart beschaffen und ausge
legt, daß ihre effektive Abstrahlebene 21 die Form eines
regelmäßigen Sechsecks hat. Die Relaislinse 22 sammelt die
Strahlung in einer gewissen numerischen Apertur N A S von
der hexagonal ausgebildeten, effektiven Quellenebene 21
und nimmt eine Abbildung mit einer gewissen Vergrößerung
und der numerischen Apertur NA ms auf der Maske 14 vor. Die
Projektionslinsenanordnung 26, die mehrere, gesonderete
Linsenelemente 28 umfaßt, bildet ein genaues Bild des
Musters mit hoher Auflösung in dem hexagonalförmig aus
geleuchteten Bereich auf der Maske mit einem gewissen
Verkleinerungsverhältnis M auf dem Substrat 10 ab. Die
Projektionslinsenanordnung 26 hat eine numerische Apertur
N A m auf der Maskenseite und NA w auf der Substratseite. NA W
ist durch die Auflösungsanforderungen des litho
graphischen Systems bestimmt, und NA m ist auf NA W durch
die Gleichung NA m = NA W /M bezogen. Die Projektionslinsen-
Anordnung 26 ist für ein möglichst großes, kreisförmiges
Bildfeld ausgelegt (siehe 31 in Fig. 2), und der Belich
tungsbereich auf dem Substrat ist dann als das größte
regelmäßige Sechseck (in Fig. 2 mit 32 bezeichnet)
definiert, das in das vorstehend angegebene Kreisfeld
einbeschrieben werden kann.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 tastet nun der Substratträger
12 das Substrat 10 über den hexagonalförmigen Belichtungs
bereich hinweg ab, und zugleich tastet der Maskenträger 16
die Maske 14 über den hexagonalförmigen, ausgeleuchteten
Bereich hinweg ab, so daß die Länge des Substrats in Rich
tung der Abtastung erfaßt wird. Während einer solchen Ab
tastung setzt der Maskenträger 16 die Maske in ihrer Aus
gangsposition mehrmals zurück. Nach der Beendigung einer
Abtastung über die Substratlänge hinweg bewegt der Sub
stratregler 5 das Substrat 10 in eine Richtung senkrecht
zu der Abtastrichtung und um eine Größe, die nachstehend
als "effektive Abtastbreite" bezeichnet wird. Im Anschluß
an eine solche senkrechte Bewegung des Substrats erfolgt
eine neue Abtastung durch präzise Bewegung der Substrat-
und Maskenträger auf dieselbe wie zuvor beschriebene
Weise. Die effektive Abtastbreite und das Ausleuchtungs
quellensystem haben derartige Charakteristika, daß sie in
Kombination einen Übergang von einer Abtastung zu der
nächsten, benachbarten Abtastung erzeugen, der vollständig
randlos und frei von jeglichen Intensitätsungleichmäßig
keiten ist. Dieser vorstehend genannte Belichtungsvorgang,
der mittels einer "Abtast- und Wiederholungs-" Einrichtung
durchgeführt wird, wird wiederholt, bis das gesamte
Substrat mit der gewünschten Anzahl von Mustern belichtet
ist. Die Einzelheiten der Abtastung, der Schrittschaltung,
des Rücksetzens und der Wiederholungsbewegung, die vor
stehend angegeben wurden, werden nachstehend beschrieben.
Die Steuereinrichtung 30 ist funktionell mit dem Aus
leuchtsystem 18, dem Maskenträger 16, der Projektions
linsenanordnung 28 und dem Substratträger 12 verknüpft,
und sie stellt sicher, daß die Masken- und Substratträger
in geeigneter Weise bezüglich der Projektionslinsenanord
nung ausgerichtet sind, daß die Masken- und Substratträger
die Abtast- und Wiederholungsbewegungen mit der gewünsch
ten Synchronisierung ausführen und daß das Ausleuchtungs
system die gewünschten Ausleuchtungscharakteristika über
die Belichtung des gesamten Substrats hinweg konstant
hält.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird nunmehr die Einrichtung
der Sechseckabtastung mit randloser Überlappung beschrie
ben. Das regelmäßige Sechseck 36, das auch mit a-b-g-j-h-c
bezeichnet ist, stellt den ausgeleuchteten Bereich auf dem
Substrat zu jedem beliebigen, gegebenen Zeitpunkt dar. Das
Substrat wird über diesen Ausleuchtungsbereich hinweg von
rechts nach links abgetastet. Es ist wichtig darauf hinzu
weisen, daß die Ausleuchtstrahlung (29 in Fig. 1) selbst
stationär ist, wie dies auch bei der Projektionslinsenan
ordnung (26 in Fig. 1) der Fall ist. Zum Zwecke einer
bildhaften Darstellung kann somit die Bewegung des Sub
strats über den Strahl hinweg effektiv als die Abtastung
des hexagonalen Ausleuchtungsbereiches über ein statio
näres Substrat hinweg von links nach rechts angesehen
werden. Dies ist als Abtastung 1 oder 37 in Fig. 3 ge
zeigt. Die Ausrichtung des Sechsecks 36 ist derart ge
troffen, daß eine der Seiten, beispielsweise b-g, senk
recht bzw. orthogonal zu der Abtastrichtung ist.
Um die nächste Abtastung zu erzeugen, wird zuerst das Sub
strat in einer Richtung senkrecht zu der Abtastrichtung,
in Abstand w bewegt, der durch folgende Gleichung bestimmt
ist
w = 1,5 l h ,
wobei l h die Länge jeder Seite des Sechsecks ist. (Später
wird noch gezeigt werden, daß w die effektive Abtastbreite
ist.) Diese neue Position des Ausleuchtbereiches relativ
zu dem Substrat ist mit 38 bezeichnet und auch mit
d-e-n-m-k-f dargestellt. Die Abtastung 2, die mit 39 be
zeichnet ist, wird nunmehr durch die Abtastungs des
Substrats über den hexagonalen Ausleuchtungsbereich 38
hinweg auf übereinstimmende Weise wie bei der Erzeugung
der Abtastung 1 erzeugt.
Ein wesentlicher Aspekt der hierin beschriebenen Abtast-
und Wiederholungseinrichtung, insbesondere der randlose
Überlappungsbereich zwischen benachbarten Abtastungen,
wird nachstehend näher beschrieben. Zuerst werden noch die
nicht überlappenden Bereiche angegeben. Bei der Abtastung
1 ist der von dem viereckigen Abschnitt b-g-h-c des
Sechsecks 36 überstrichene Bereich nicht so beschaffen,
daß er jeden Teil der Abtastung 2 überlappt. Ähnlich ist
bei der Abtastung 2 der Bereich, der von dem viereckigen
Teil e-f-k-n des Sechsecks 38 überstrichen wird, nicht mit
allen Teilen der Abtastung 1 überlappend. Jedoch wird der
Bereich, der von dem dreieckförmigen Segment a-b-c des
Sechsecks 36 in der Abtastung 1 überstrichen wird, bei der
Abtastung 2 durch das dreieckförmige Segment d-e-f des
Sechsecks 38 nochmals überstrichen. Es wird nunmehr die
kumulative Belichtungsdosis verdeutlicht, die man in dem
überlappenden Bereich erhält, und die gleich jener in den
nicht überlappenden Bereichen ist, und es wird auch ver
deutlicht, daß der Übergang von der Abtastung 1 zu der Ab
tastung 2 hinsichtlich der Belichtungsdosisgleichmäßigkeit
randlos bzw. nahtlos ist.
In Fig. 4 soll nunmehr ein Segment des Sechsecks 36 in
Form eines Streifens 40 mit der Länge l₀ (cm) und der
Breite δ (cm) in dem nicht überlappenden Abtastbereich des
Substrats betrachtet werden. Wenn man annimmt, daß I₀
(mW/cm2) die Intensität des auftreffenden Strahls, v x
(cm/s) die Abtastgeschwindigkeit und t₀ (s) die Zeit des
Substrats ist, innerhalb der dieses einen Weg l₀ zurück
legt, so ergibt sich t₀ = l₀/v x . Die Belichtungsdosis D₀
(mJ/cm2), die von dem Substrat in dem Streifen 40 aufge
nommen wird, ergibt sich dann gemäß folgender Gleichung.
D₀ = I₀t₀ = I₀l₀/v x = I₀l h /v x .
Nunmehr wird ein Streifen 42 wiederum mit einer Breite
und parallel zu der Abtastrichtung in einem Abstand y von
b-c oder l h /2-y von der Spitze a betrachtet. Die Länge
des Streifens 42 ist gegeben durch
l y 1 = 2 (l h /2-y) ,
und die Zeit, die das Substrat zur Abtastung einer Länge
l h benötigt, ist dann wie folgt:
t₁ = l y 1/v x = 2 (l h /2-y)/v x .
Somit beläuft sich die Dosis, die in dem Substratbereich
abgetastet mittels des Streifens 42 aufgenommen wird,
D₁ = I₀t₁ = 2 (l h /2-y)I₀/v x .
Nunmehr soll die Abtastung mittels des Sechsecks 38 be
trachtet werden. Das Segment des Sechsecks 38, das einen
Bereich abtastet, der sich mit dem Bereich überlappt, der
durch den Streifen 42 abgetastet wird, ist der Streifen 44
und hat eine Breite δ und eine Länge
l y 2 = 2 y .
Die Abtastzeit für die Länge l y 2 beläuft sich auf
t₂ = l y 2/v x = 2 y/v x ,
und daher beläuft sich die Dosis, die in dem Substratbereich,
die durch den Streifen 44 abgetastet wird, aufgenommen
wird, auf
D₂ = I₀t₂ = 2 yI₀/v x .
Somit beläuft sich die kumulative Dosis in dem Überlappungsbereich
auf
D = D₁+D₂ = 2 (l h /2-y)I₀/v x + 2 yI₀/v x ,
oder
D = l h I₀/v x = D₀ .
oder
D = l h I₀/v x = D₀ .
Somit ist die Gesamtbelichtungsdosis, die an jeder Stelle
in den überlappenden Bereichen des Substrats aufgenommen
wird, die gleiche wie die Dosis, die in den nicht über
lappenden Bereichen aufgenommen wird. Ferner ist die
gesamte Belichtung nahtlos bzw. randlos, da (a) die durch
die Sechsecke 36 und 38 erhaltenen Dosiswerte in Gegen
richtungen in den überlappenden Bereich abnehmen, und (b)
die Dosiswerte an der Spitze (a) und der Spitze (b)
jeweils auf Null gehen.
Aus der vorstehenden Diskussion ergibt sich, daß trotz der
Tatsache, daß die Belichtungsüberdeckung des Substrats
frei von irgendwelchen Unterbrechungen ist, es einen
definierbaren Parameter einer effektiven Abtastbreite, w,
in dem Sinne gibt, daß die Gesamtbreite (in der Richtung
orthogonal zu der Abtastrichtung) des Substrats, das
mittels N-Abtastungen belichtet wird, sich auf Nw beläuft.
Die Abtast- und Wiederholungseinrichtung, die in den
voranstehenden Absätzen beschrieben worden ist, hat eine
solche Auslegung, daß alle Abtastungen in dieselbe Rich
tung erfolgen. Somit bewegt sich bei jeder Abtastung das
Substrat von rechts nach links, am Ende jeder Abtastung
kehrt es zur Ausgangsposition zurück, wird um einen
Abstand w in eine Richtung senkrecht zu der Abtastrichtung
bewegt und bewegt sich dann wiederum von rechts nach links
für die nächste Abtastung. Bei der bevorzugten, in Fig. 5
gezeigten Ausführungsform ist die Abtastrichtung so
gewählt, daß sie zwischen rechts nach links und links nach
rechts bei jeder aufeinanderfolgenden Abtastung wechselt
und daß die Bewegung um w in orthogonaler Richtung am Ende
jeder Abtastung erfolgt, ohne daß das Substrat zu der
Ausgangsposition der unmittelbar beendeten Abtastung zu
rückkehrt. Somit schreitet die Abtastung 1 (50) von links
nach rechts fort, und am Ende derselben wird das Substrat
um einen Abstand w (52) bewegt. Dann erfolgt die Abtastung
2 (54) von rechts nach links, und am Ende derselben wird
das Substrat wiederum um einen Abstand w (56) bewegt. Dann
erfolgt die Abtastung 3 (58) von links nach rechts, usw.
Alle weiteren Einzelheiten der Einrichtung nach Fig. 5
stimmen mit jenen nach Fig. 3 überein.
Es wird nunmehr die Bewegung der Maske beschrieben. Da die
Projektionslinse ein Verkleinerungsverhältnis M hat, sind
die Muster auf der Maske das M-fache größer als die auf
dem Substrat abzubildenden. Wenn das Substrat eine Halb
leiterwafer ist, auf der integrierte Schaltungschips her
zustellen sind, dann jedes Chipfeld auf der Maske das M-
fache größer aus das auf dem Substrat herzustellende Chip.
Da ferner das Substrat die Abtastung über den stationären
Ausleuchtstrahl hinweg vornimmt, wird die Maske gleich
zeitig mit einer Geschwindigkeit des M-fachen von jener
des Substrats abgetastet. Wenn jedoch die Maskenabtastung
über die gesamte Länge der Substratabtastung hinweg
ununterbrochen fortgesetzt würde, müßte die Maske eine
beträchtlich große Abmessung haben. Beispielsweise für
eine Halbleiterwafer mit einem Durchmesser von etwa 15 cm
(6 inch) und einer Projektionslinse mit einem Verkleine
rungsverhältnis von 5, müßte die Maske wenigstens 75 cm
(etwa 30 inch) lang sein, was praktisch unmöglich ist.
Diese Schwierigkeit wird auf die nachstehend beschriebene
Weise überwunden.
Die Maske (60 in Fig. 6) hat eine beherrschbare Größe (ist
beispielsweise 25 cm (10 inch) lang), und sie enthält eine
sehr kleine Anzahl m (m=2, beispielsweise) vollständige
Chipfelder, wie dies mit 62 in Fig. 6 gezeigt ist. Wenn
die Abtastung über diese Chipfelder auf der Maske hinweg
beendet ist, werden der Substratträger und der Masken
träger momentan angehalten (66, 68 in Fig. 7). Nunmehr
wird der Maskenträger auf die Ausgangsposition zurückge
stellt, die gleichzeitige Abtastung der Maske und des Sub
strats wird wieder aufgenommen (siehe Fig. 7), und weitere
m-Chips werden abgebildet. Anschließend wird die Maske
wiederum zurückgesetzt. Dies wird wiederholt, bis die
Substratabtastung vollständig die Länge des Substrats
erfaßt hat. Das Substrat alleine wird nunmehr um die
effektive Abtastbreite w in eine Richtung senkrecht zu der
Abtastrichtung bewegt, und die vorstehend beschriebene
Vorgehensweise wird bei der nächsten Abtastung in Gegen
richtung wiederum ausgeführt. Es ist keine Bewegung in der
y-Richtung, d. h. in Richtung senkrecht zu der Abtast
richtung, notwendig, da entsprechend den vorstehenden
Ausführungen die effektive Maskenabtastbreite so be
schaffen ist, daß sie ausreicht, um die Breite eines
Maskenchipfeldes zu erfassen. In jenen Fällen, bei denen
die Chipfelder weiter als die Abtastbreite sind und diese
belichtet werden müssen, ist der Maskenträger so ausge
legt, daß er sich in y-Richtung bewegen kann.
Nachdem nunmehr die wesentlichen Aspekte der
Maskenbewegung erläutert wurden, soll nunmehr eine
Zusammenfassung der m vollständigen Chipfelder vorgenommen
werden. Die Maske muß zusätzliche gemusterte Bereiche
haben, so daß aufgrund der erforderlichen nahtlosen,
überlappenden Abtastung der gesamte Maskenbereich, der in
dem hexagonalen Maskenausleuchtbereich eingeschlossen ist,
auf das Substrat abgebildet wird. Diese zusätzlichen,
gemusterten Bereiche auf der Maske können in Form von m,
vollständigen Chipfeldern (70, Fig. 8A), 2m, vollständige
Chipfelder (72, Fig. 8B), m partielle Chipfelder (74, Fig. 8C)
oder 2m partielle Chipfelder (76, Fig. 8D) gewählt
werden.
Weitere Einzelheiten der Bewegungen der Masken- und
Substratträger werden nunmehr erläutert. Bei der bevorzug
ten Ausführungsform wird die Ausleuchtquelleneinrichtung
(20 in Fig. 1) eine gepulste Strahlungsquelle, wie ein
Laser oder eine Lampe, eingesetzt. In diesem Fall erfolgt
die Abtastung mittels des Substrat- und Maskenträgers in
mehreren Schrittbewegungen, und jeder Schritt wird
synchron mit dem Beginn eines Impulses von der Ausleucht
quelle ausgeführt. Die Impulswiederholungsrate (Frequenz)
wird mit f (Hz) angenommen. Für eine nominale Substrat
trägerabtastgeschwindigkeit von v x (cm/s) erfolgt dann
die Abtastung des Substratträgers in einer Mehrzahl von
Schritten, die jeweils v x /f (cm) betragen. Natürlich sind
die Maskenträgerschritte M-mal größer. Wenn die Schritt
bewegung über die Maskenchipfelder beendet ist, werden
alle Bewegungen angehalten, der Maskenträger wird zurück
gesetzt, und der Arbeitsablauf wird entsprechend den vor
stehenden Ausführungen wiederholt. Eine solche Einrich
tung für die Bewegung der Träger bringt zwei Hauptvorteile
mit sich. Zum einen erhält man eine Belichtungsgleich
mäßigkeit durch die entsprechende Auslegung einer Steuer
einrichtung, welche sicherstellt, daß ein Trägerschritt
nur stattfindet, wenn die Quelle einen Impuls abgibt. Da
zum anderen die Substrat- und die Maskenträger schritt
weise synchronisiert, wird eine genaue Ausrichtung bei
allen gewünschten Intervallen ermöglicht. Wenn daher die
Ausrichtung für jedes Chip erfolgen soll und die Chiplänge
l c längs der Abtastrichtung ist, dann muß die Ausrichtung
alle l cf/vx-Impulse, die von der Quelle abgegeben werden,
oder den mit dem Träger ausgeführten Schritten vorgenommen
werden. In Fällen, bei denen die Ausleuchtquelle eine
kontinuierliche Lichtquelle anstelle einer gepulsten
Lichtquelle ist, ist der Masken-Substrat-Ausrichtvorgang
nicht auf die Quelle bezogen, und er wird unabhängig hier
von vorgenommen.
Schließlich wird eine Ausführungsvariante der vorstehend
beschriebenen Ausführungsform erläutert. Bei dieser Aus
führungsform, die als "zweidimensionale, überlappende Ab
tastung" bezeichnet wird, erfolgt die Abtastung der
Masken- und Substratträger gleichzeitig in sowohl in x-
Richtung als auch in y-Richtung. Unter Bezugnahme auf Fig. 4
beginnt die Abtastung in x-Richtung mit der Abtastung 1
(80) von links nach rechts, die Richtung kehrt sich am
Ende der Abtastung 1 um, die Abtastung 2 (82) erfolgt von
rechts nach links, die Abtastung 3 (84) wiederum von links
nach rechts, die Abtastung 4 (86) von rechts nach links,
usw. Die Breite jeder x-Abtastung ist in Fig. 9 mit w be
zeichnet. Dies dient nur zu Erläuterungszwecken, da der
Ausleuchtbereich hexagonal ist und die Überlappung
zwischen des Abtastungen 1 und 3 (und zwischen den Ab
tastungen 2 und 4) nahtlos ist, wie dies voranstehend
angegeben ist. w ist somit die effektive Abtastbreite ent
sprechend der voranstehend angegebenen Definition. Gleich
zeitig mit der Abtastung in x-Richtung werden das Substrat
und die Maske kontinuierlich in x-Richtung abgetastet. Die
y-Abtastrate ist derart gewählt, daß während der Zeit, die
das Substrat braucht, um eine Links-nach-rechts-Abtastung
und eine Rechts-nach-links-Abtastung vollständig abzu
schließen, das Substrat in y-Richtung um die effektive
Abtastbreite w bewegt wird. Wenn daher v x und v y jeweils
die x-y-Abtastgeschwindigkeiten des Substrats sind, l x
die gesamte x-Abtastlänge ist, und t x und t y die Zeiten
jeweils sind, um die Abtastlängen l x und w in x- und y-
Richtungen abzutasten, so ergibt sich aufgrund des Bezugs
von t y = 2t x , v y mit v x durch
v y /v x = w/2l x .
Die x- und y-Abtastraten der Masken sind jeweils mit MV x
und MV y bezeichnet, wobei M wie zuvor angegeben das Ver
kleinerungsverhältnis der Projektionslinsenanordnung ist.
Bevor ein Beispiel der bevorzugten Ausführungsform nach
der Erfindung erläutert werden soll, sollen die wesent
lichen Vorteile zusammengefaßt werden. Die Abtast- und
Wiederholeinrichtung ermöglicht nicht nur, daß man ein
hohes Auflösungsvermögen erzielen kann, sondern es wird
auch ermöglich, wesentlich größere Chips als bisher bei
lithographischen System mit hohem Auflösungsvermögen zu
belichten, bei denen eine schrittweise Abtastung vorge
nommen wurde und bei denen die gleiche Projektionslinsen
anordnung eingesetzt wird. Unter Bezugnahme auf Fig. 2
wird nunmehr eine Projektionslinsenanordnung mit einer
Kreisfeldgröße 31 mit einem Durchmesser 21 h betrachtet.
Das größte, viereckförmige Chip mit einem Seitenverhältnis
1 : 2 (34 in Fig. 2), das mit einer solchen Linse bei dem
lithographischen System mit Schrittschaltung der üblichen
Art belichtet werden kann, hat eine Breite von 21h
sin(tan-1 0,5) = 0,89 l h . Im Vergleich hierzu kann das
Abtast- und Wiederholungssystem, das hier beschrieben ist,
Chips mit einer Breite von w=1,5 l h belichten, ohne die
Maske in y-Richtung zu bewegen. Wenn die Abtast- und
Wiederholungseinrichtung so ausgestaltet ist, daß eine
Maskenbewegung in y-Richtung möglich ist, können Chips mit
Breiten belichtet werden, die so groß wie die Substrat
breite sind.
Bei der vorstehenden Beschreibung der bevorzugten Aus
führungsform wurde ein Brechungsprojektionsuntersystem be
trachtet, welches eine Linsenanordnung ist, die eine Mehr
zahl von einzelnen Linsenelementen umfaßt. Gemäß alter
nativen Ausführungformen können einige oder alle der opti
schen Teile in der Projektionsunterbaugruppe reflektie
rende Elemente, wie dielektrische oder metallische
Spiegel, sein. Eine derartige alternative Ausführungsform
kann eine Röntgenstrahlausleuchtung und ein Röntgenstrahl
projektionsuntersystem aufweisen, das mit einem gewissen
Gegenstand-zu-Bild-Verhältnis ausgelegt ist und das
Röntgenstrahl-Spiegel aufweist. Das Abtast- und Wieder
holungslithographiekonzept mit einer nahtlosen Dosisabgabe
mittels komplementärer Überlappung der Sechseckbelichtung,
wie dies bei der Erfindung beschrieben ist, läßt sich auch
bei verschiedenen lithographischen Näherungssystem ein
setzen, d. h. Systemen, bei denen die Projektionsunterbau
gruppe einen gewissen Abstand einnimmt und die Maske und
das Substrat voneinander getrennt sind und die Bildpro
jektion in Form eines Schattendrucks stattfindet. Bei
spielsweise kann ein Abtast- und Wiederholsystem eines
Röntgenstrahlannäherungslithographsystems, bei dem die
Erfindung eingesetzt werden kann, einen sechseckförmigen
Röntgenstrahl haben, der zum Schattendrucken eines Masken
musters auf einem Substrat verwendet wird. Die Maske und
das Substrat liegen in der Nähe voneinander, und sie wer
den gleichzeitig mit entsprechender Überlappung zwischen
den benachbarten Abtastungen abgetastet, wie dies nach der
Erfindung gelehrt wird, um eine nahtlose und gleichmäßige
Belichtung des Substrats zu erzeugen. In ähnlicher Weise
kann ein lithographisches System mit Elektronenstrahl
unter Anwendung des Näherungsdruckens die Abtast- und
Wiederholeinzelheiten nach der Erfindung einsetzen, wenn
ein Elektronenstrahl mit einem sechseckförmigen Quer
schnitt bereitgestellt wird, indem die Maske und das
Substrat synchron abgetastet werden und wenn man eine
komplementäre Belichtung über die überlappenden, angren
zenden Abtastungen hat, so daß eine nahtlose und gleich
mäßige Dosis über dem gesamten Substrat sichergestellt
ist. Auf ähnliche Weise ist die Erfindung auch bei einem
lithographischen System mittels optischem Kontakt oder An
näherungskontakt einsetzbar, wobei das Grundkonzept der
Abtastung und Wiederholung gemäß der Erfindung verwirk
licht wird. Schließlich ist der Gedanke der Lithographie
mit Abtastung und Wiederholung in Verbindung mit der
komplementären Randausleuchtung durch benachbarte Ab
tastungen auch bei maskenlosen, lithographischen Systemen
anwendbar, bei denen ein polygonaler Strahl auf das Sub
strat fokussiert werden kann, das dann in zwei Richtungen
bewegt wird, um das gewünschte Substrat auf dem Substrat
zu erzeugen.
Die Erfindung führt das Verfahren zur Bereitstellung eines
Abtast- und Wiederholung-Lithographiesystemes mit einem
hohen Auflösungsvermögen, einem großen Feld und einer
hohen Arbeitsgeschwindigkeit unter Verwendung folgender
Schritte durch:
1. Es wird ein Substratträger zum Halten des Substrats
vorgesehen, welcher das Substrat in einer Abmessung
abtasten kann und welcher in einer Richtung senkrecht
zu der Abtastrichtung bewegt werden kann;
2. es wird ein Maskenhalter zum Halten der Maske angege
ben, der die Maske in derselben Abmessung wie der
Substratträger abtasten kann;
3. es wird eine Projektionsunterbaugruppe angegeben, die
ein gewisses Verkleinerungsverhältnis M hat, die
derart ausgelegt ist, das man das erforderliche Auf
lösungsvermögen erhält, und die eine kreisförmige
Bildfeldgröße mit einem Durchmesser hat, der kleiner
als die Länge eines Chips auf dem Substrat sein kann,
die aber nicht kleiner als die Breite des Chips ist;
4. es wird eine Ausleuchtungsunterbaugruppe angegeben,
die eine Strahlung mit einer Wellenlänge und einer
Intensität erzeugt, die bei dem Projektionssystem ge
fordert wird und die auf dem Substrat einen ausge
leuchteten Bereich in Form eines regelmäßigen Sechs
ecks mit einer Seite l h erzeugt, das in das Kreisbild
feld eingeschrieben werden kann;
5. es wird eine Maske bereitgestellt, die eine gewisse
Anzahl von m, von vollständigen, gemusterten Chip
feldern und zusätzlichen, gemusterten Feldern hat, die
in den hexagonalen, ausgeleuchteten Bereich auf der
Maske fallen;
6. das Substrat wird über den hexagonalen Substrataus
leuchtungsbereich mit einer Geschwindigkeit v abge
tastet, und zugleich wird die Maske in einer paralle
len Richtung über den hexagonalen Maskenausleuchtungs
bereich hinweg mit einer Geschwindigkeit M v abge
tastet;
7. die Substrat- und Maskenabtastung wird momentan bei
der Beendigung der Belichtung von m Chips angehalten,
der Maskenträger wird in seine Ausgangsposition zu
rückgesetzt, und die Abtastung der Substrat- und
Maskenträger wird wiederum aufgenommen;
8. die Substrat- und Maskenabtastung wird bei der
Beendigung einer Abtastung über die Breite des Sub
strats hinweg angehalten, das Substrat wird um einen
Abstand gleich 1,5 l h in einer Richtung senkrecht zur
Abtastrichtung bewegt, und die Abtastung der Substrat-
und Maskenträger in Gegenrichtung zu den Richtungen in
den Schritten 6 und 7 werden wieder aufgenommen;
9. die Substrat- und Maskenträger werden in gewünschten
Chipintervallen während den Schritten 6 bis 8 ausge
richtet; und
10. die Schritte 6 bis 9 werden wiederholt, bis die Be
lichtung des gesamten Substrats abgeschlossen ist.
Ein Beispiel einer Auslegungsform eines Abtast- und
Wiederholungslithographiesystems nach der Erfindung wird
nachstehend angegeben. Der hexagonale Ausleuchtungsbereich
auf dem Substrat, der beim 32 in Fig. 2 gezeigt ist, ist
derart gewählt, daß l h ist, die Länge einer Seite der
effektiven, viereckigen Feldgröße (33 in Fig. 2) der
Projektionslinsenanordnung (26 in Fig. 1) ist 10,0 mm.
Dann ist l h , die Länge einer Seite des regelmäßigen
Sechseckes 10,0/ mm = 7,07 mm, und die kreisförmige
Bildfeldgröße (31 in Fig. 2) der Projektionslinsenanord
nung hat einen Durchmesser 2 l h = 2×7,07 mm = 14,1 mm. Die
Projektionslinsenanordnung hat ein Verkleinerungsverhält
nis von 5. Der Ausleuchtbereich auf der Maske ist ein
regelmäßiges Sechseck mit einer Seite 5×7,07 mm=
35,4 mm.
Der Substratträger ist so ausgelegt, daß er Halbleiter
wafer mit einem Durchmesser von 200 m hält. Der Substrat
träger tastet in x-Richtung mit einer Geschwindigkeit
v =100 mm/s ab. Die Länge jeder x-Abtastung ist durch
das Segment des abzutastenden Substrats bestimmt und
gleich dem Substratdurchmesser (200 mm) für Abtastungen an
und in der Nähe der Mitte des Substrats. Am Ende der
ersten x-Abtastung (50 in Fig. 5) wird der Substratträger
in y-Richtung um einen Weg gleich der effektiven Abtast
breite w (52 in Fig. 5) bewegt, welcher sich auf 1,5 l h =
1,5×7,07 mm=10,6 mm beläuft. Nach der y-Bewegung um w
(=10,6 mm) wird das Substrat in der negativen x-Richtung
(54 in Fig. 5) abgetastet, und am Ende derselben erfolgt
eine weitere Bewegung in y-Richtung von 10,6 mm (56 in
Fig. 5). Dann beginnt eine weitere x-Abtastung (58 in
Fig. 5) in x-Richtung. Diese Verfahrensweise wird ständig
fortgesetzt, bis das vollständige Substrat abgetastet ist.
Gleichzeitig mit der Substratabtastung tastet der Masken
träger mit einer Geschwindigkeit 5v =500 mm/s ab, und
seine Bewegung wird jedesmal umgekehrt, wenn der Substrat
träger seine Richtung umkehrt.
Jedes Chipfeld auf dem Substrat ist bei diesem Beispiel
10,6 mm breit (gleich groß wie die effektive Abtastbreite
w) und 22,0 mm lang (siehe Fig. 7). Die Chipfelder auf der
Maske sind fünfmal größer, d. h. 53,0 mm×110,0 mm. Der
Maskenrohkörper ist etwa 125 mm breit und 250 mm lang und
mit vier vollständigen Chipfeldern als Muster versehen,
die in Fig. 8A gezeigt und erörtert sind. Es ist noch an
zumerken, daß die Abmessungen eines Chipfeldes entweder
auf dem Substrat oder auf der Maske derart bestimmt sind,
daß der Schnittspalt, d. h. der Abstand zwischen benach
barten Feldern, mit eingeschlossen ist.
Die Maske tastet nur in x-Richtung ab, und ihre Abtast
länge ist die Länge der beiden Maskenchipfelder (220 mm).
Nachdem die Maske eine Länge von 220 mm abgetastet hat,
werden der Maskenträger und der Substratträger momentan
angehalten, der Maskenträger wird auf seine Ausgangsstel
lung zurückgebracht (siehe Fig. 7), und die synchrone Ab
tastung der Maske und des Substrats wird wieder aufge
nommen. Nachdem zwei weitere Chipfelder abgetastet wurden,
wird der Maskenträger wiederum zurückgesetzt, und der vor
stehend beschriebene Verfahrensablauf wird kontinuierlich
während der Belichtung des gesamten Substrats hinweg fort
gesetzt.
Die Projektionslinsenanordnung ist derart ausgelegt, daß
sie bei einer Wellenlänge von λ = 248,4 +/-0,0003 nm ar
beitet, es handelt sich um eine schmallinige und frequenz
stabilisierte Kryptonfluorid(KrF)-Erregerlaserquelle. Die
numerische Apertur der Projektionslinsenanordnung auf der
Substratseite ist NA w = 0,46. Sie ist so ausgelegt, daß
man einen Auflösungswert R von 0,35 um erhält, wenn man
folgende Gleichung zugrunde legt.
R = k λ/NA w
wobei der Wert von k=0,65 annimmt. Mit einem Verkleine
rungsverhältnis M=5, ist die numerische Apertur der
Projektionslinsenanordnung auf der Maskenseite (siehe
Fig. 1).
NA m = M × NA w = 0,092 .
Die Ausleuchtung der Maske ist derart, daß der Partial
kohärenzfaktor σ = 0,6 ist. Somit beläuft sich die
effektive numerische Apertur der Ausleuchtung auf der
Maske auf
NA ms = NA m /σ = 0,153 .
Die Größe der effektiven Quellenebene (21 in Fig. 1) ist
gleich dem hexagonalen Ausleuchtbereich auf dem Substrat
ausgelegt, d. h. l/M der Größe des hexagonalen Beleuch
tungsbereiches auf der Maske. Somit beläuft sich die
effektive, numerische Apertur der Quelle, N A S , in der
Quellenebene auf
NA S = M × NA ms = 0,767 .
Die Erregerlaserquelle wird mit einer Frequenz von 204 Hz
gepulst. (Die Wahl von 204 Hz für die Laserimpulsfrequenz
wird nachstehend in Verbindung mit der Waferdurchsatz
berechnung erläutert.) Die Abtastung des Substratträgers
erfolgt in Schritten synchron mit den Laserimpulsen. Somit
bewegt sich mit jeder Abgabe eines Laserimpulses der
Substratträger um 0,49 mm (hierbei erhält man eine effek
tive Substratabtastgeschwindigkeit von 100 mm/s). In ähn
licher Weise ist die Maskenträgerabtastung in den Schrit
ten von 2,45 mm jeweils ebenfalls mit den Laserimpulsen
synchronisiert.
Der Waferdurchsatz, d. h. die Anzahl der pro Stunde be
lichteten Wafer bei einem derartigen lithographischen
System mit Abtastung und Wiederholung soll nachstehend er
mittelt werden. Der hexagonale Ausleuchtbereich auf dem
Substrat hat eine Breite l d (beispielsweise b-c in Fig. 3)
gegeben durch folgende Gleichung:
l d = l h = 12,2 mm .
Für eine Substratabtastgeschwindigkeit von v =10 cm/s
wird die Sechseckbreite l d in einer Zeit t d abgetastet,
die sich wie folgt ergibt:
t d = l d /v x = l h /v x = 0,1222 s .
Bei einer Laserimpulsfrequenz von f=204 Hz beläuft sich
die Anzahl von während der Zeit abgegebenen Impulsen, die
das Substrat zur Abtastung eines Weges l d benötigt, auf
folgende Größe:
N = ft d = l h f/v x = 25 .
Somit nimmt jeder Punkt der Wafer die kumulative Belich
tung von N=25 Laserimpulsen auf. (Es ist noch deutlich
hervorzuheben, daß die Laserimpulsfrequenz mit 204 Hz und
nicht mit beispielsweise 200 Hz gewählt wurde, um zu er
reichen, daß N eine ganze Zahl ist.) Die Laserimpuls
energiedichte E w (mJ/cm2) an der Wafer ist derart be
stimmt, daß die aufgenommene Gesamtbelichtungsdosis gleich
der Empfindlichkeit D S (mJ/cm2) des eingesetzten Photo
resists ist, und sich somit beläuft auf:
D s = NE w = l h fE w /v x = 25 E w ,
oder
E w = D s /N = D s v x / l h f = D s /25 .
oder
E w = D s /N = D s v x / l h f = D s /25 .
Wenn man beispielsweise einen Photoresist mit einer
Empfindlichkeit D S =50 mJ/cm2 einsetzt, muß die Laser
impulsenergiedichte an der Wafer E W =2 mJ/cm2 sein. Da
die Fläche A des hexagonalen Ausleuchtbereiches auf der
Wafer durch folgendes gegeben ist
A = l h × l h + 0,5 l h × l h = 1,5 l h ² = 1,3 cm²,
ist die Energie pro Impuls an der Wafer e w gleich
e w = AE w = 1,5 l h D s v x /f = 2,6 mJ .
Somit ist p w die auf der Wafer auftreffende Energie gleich
p w = fe w = 1,5 l h D s v x = 0,53 W .
Wenn man einen effektiven Übertragungswirkungsgrad von
η = 20% für das vollständige optische System zwischen
dem Laser und dem Substrat annimmt, beläuft sich die von
dem Laser abgegebene Leistung auf
p L = p w /η = 1,5 l h D s v x /η = 2,65 W .
Wenn man die vorstehend genannten Gleichungen nimmt,
können verschiedene quantitative Größen wie die erforder
liche Laserleistung und die Anzahl der Überlappungsimpulse
an jedem Punkt für alle anderen Sätze von Parametern ein
schließlich der Widerstandsempfindlichkeit, der Abtast
geschwindigkeit, der Impulswiederholungsrate und der Größe
des Ausleuchtbereiches ermittelt werden. Bei einer
Frequenz von 303 Hz ergibt sich beispielsweise dann, wenn
alle anderen Parameter gleich wie zuvor angegeben ange
nommen sind, N=37, E w =1,35 mJ/cm2 und e w =1,76 mJ,
wobei die Leistung von dem Laser nach wie vor p L =2,65 W
ist. Wenn eine Photoresistempfindlichkeit D S =10 mJ/cm2
eingesetzt wird, erhält man bei f=204 Hz, N=25 ent
sprechend den vorangehenden Berechnungen. Nunmehr sind
aber E w =0,4 mJ/cm2, e w =0,52 mJ, p w =106 mW und p L =
0,53 W. Ein kompletter Satz dieser Ergebnisse von Wider
standsempfindlichkeiten von 10, 50 und 100 mJ/cm2 und
Laserimpulsfrequenzen von 98, 204 und 303 Hz sind in der
Tabelle I in Fig. 10 angegeben.
Die gesamte Abtastzeit, die zur Belichtung der Wafer mit
unterschiedlichen Größen erforderlich ist, ergibt sich aus
den nachstehenden Ausführungen. Da die Abtastung mit einer
Geschwindigkeit von v x (=100 mm/s) erfolgt und die effek
tive Abtastbreite w (=1,5 l h =10,6 mm) ist, beläuft sich
der pro s effektiv belichtete Bereich auf
a = wv x = 1,5 l h v x = 10,6 cm².
Somit wird eine Wafer mit einem Durchmesser d w , die eine
Fläche A w = π d² w /4 hat, während einer Zeitdauer t e belichtet,
die sich ergibt mit
t e = A w /a = π d² w /4 wv x = π d² w /6 l h v x .
Die Flächen der Wafer mit einem Durchmesser von 125 mm,
150 mm und 200 mm sind jeweils 122,7 cm², 176,7 cm² und
314,2 cm². Somit belaufen sich die Gesamtbelichtungszeiten
für Wafer mit einem Durchmesser von 125 mm, 150 mm und 200
mm jeweils auf t e,125 = 11,6 s, t e,150 = 16,7 s und t e,200
= 29,6 s.
Die Anzahl der Chips, n c , mit der Breite w (= 10,6 mm) und
der Länge l c (= 22,0 mm) auf den Wafer mit unterschiedlichen
Durchmessern ergibt sich dadurch, daß man die Waferfläche
A w durch den Chipbereich, A c (= 2,33 cm²) dividiert.
Somit ergibt sich folgendes:
n c = A w /A c = (π d² w /4)/w l c = (π d² w /4)/1,5 l h l c = π d² w /6 l h l c .
Für Wafer mit einem Durchmesser von 125 mm, 150 mm und
200 mm belaufen sich die Werte für n c jeweils auf 52, 75
und 134.
Den Waferdurchsatz erhält man nun auf die nachstehend beschriebene
Weise. Man hat:
t e = Gesamtbelichtungszeit pro Wafer und
n c = Anzahl der Chips pro Wafer.
n c = Anzahl der Chips pro Wafer.
Zusätzlich wird folgendes angenommen:
t a = Ausrichtzeit pro Ausrichtvorgang,
n a , diese Größe gibt an, daß die Ausrichtung einmal pro jeweils n a Chips vorgenommen wird,
t CH = Gesamtabtastzeit pro Wafer (einschließlich Belastung, Entlastung, Höheneinstellung, Fokussierung, sonstige Einstellungen und Anhalten) und
W = Waferdurchsatz pro h.
n a , diese Größe gibt an, daß die Ausrichtung einmal pro jeweils n a Chips vorgenommen wird,
t CH = Gesamtabtastzeit pro Wafer (einschließlich Belastung, Entlastung, Höheneinstellung, Fokussierung, sonstige Einstellungen und Anhalten) und
W = Waferdurchsatz pro h.
Die Gesamtzeit, die man pro Zyklus für eine Wafer beim
Bearbeiten durch die lithographische Maschine benötigt,
ergibt sich durch folgendes:
t t = t e + t OH + t a n c /n a .
Somit beläuft sich der Waferdurchsatz pro h auf
W = 3600/t t = 3600/(t e + t OH + t a n c /n a )
oder
W = 3600/(π d² w /6 l h v x + t OH + t a n c /n a ) .
oder
W = 3600/(π d² w /6 l h v x + t OH + t a n c /n a ) .
Der vorstehend angegebene allgemeine Ausdruck für den
Waferdurchsatz kann bei jedem beliebigen Satz von Werten
für die Parameter l h , v x, n C , t a , n a , d w und TOH einge
setzt werden, um ein Waferdurchsatzergebnis bei den gege
benen Bedingungen zu ermitteln. Bei Wafern mit einem
Durchmesser d W =150 mm, mit einer Ausrichtung, die bei
jedem vierten Chip vorgenommen wird (d. h. n a =4) und
unter Anwendung von l h =7,07 mm, v =100 mm/s, n c /n a =
19, t a =0,4 s und t OH=20 s, erhält man als Ergebnis W=
81,3 Wafer/h. Wenn die Aurichtung bei jedem zehnten Chip
vorgenommen wird, so setzt man n c /n a =8 ein und erhält
W=90,2 Wafer/h. Bei einer nebeneinanderliegenden Aus
richtung (d. h. n a =1) ergibt sich W=54,0 Wafer/h. In
der Tabelle II in Fig. 11 ist ein kompletter Satz von
Waferdurchsatzwerten für Wafer mit Durchmessern von 125,
150 und 200 mm bei drei unterschiedlichen Ausrichtbedin
gungen pro jeweiligem Beispiel angegeben.
Zusammenfassend gibt die Erfindung ein lithographisches
System mit Abtastung und Wiederholung an, das ein hohes
Auflösungsvermögen, eine große effektive Bildfeldgröße und
eine hohe Substratbelichtungsgeschwindigkeit hat. Hierbei
ist folgendes vorgesehen: (a) ein Substratträger, der ein
Substrat in einer Abmessung abtasten kann und der dann,
wenn er keine Abtastung in dieser Abmessung vornimmt, eine
Bewegung quer in einer Richtung senkrecht zu der Abtast
richtung derart ausführen kann, daß das Substrat für eine
weitere Abtastung positioniert wird; der Substratträger
belichtet das vollständige Substrat, indem die Substrat
fläche in parallele Streifen aufgeteilt wird und jeder
Streifen durch Abtasten der Länge des Streifens über einen
festen Ausleuchtbereich hinweg belichtet wird; (b) ein
Maskenträger kann in dieselbe Richtung abtasten, und zwar
synchron mit dem Substratträger, aber mit einer Geschwin
digkeit, die größer als die Substratträger-Abtastge
schwindigkeit um ein gewisses Verhältnis N ist; (c) eine
Ausleuchtunterbaugruppe hat eine effektive Quellenebene in
Form eines Polygons und kann einen polygonförmigen Bereich
auf der Maske gleichmäßig ausleuchten; (d) eine Projek
tionsunterbaugruppe hat ein Objekt-zu-Bild-Verkleinerungs
verhältnis M, das ein polygonförmiges Bildfeld mit einer
kleineren Fläche als die gewünschte effektive Bildfeld
größe des lithographischen Systems hat; und (e) es werden
komplementäre Belichtungen in einem überlappenden Bereich
zwischen den durch benachbarte Abtastungen belichteten
Bereichen derart vorgenommen, daß eine Naht bei der Be
lichtungsdosisverteilung auf dem Substrat zwischen den
Abtastungen fehlt und daß die auf das gesamte Substrat
abgegebene Belichtungsdosis gleichmäßig ist.
Claims (22)
1. Lithographisches System mit einer hohen Auflösung,
einer hohen Belichtungsgeschwindigkeit, einer großen
effektiven Feldgröße und einer Abtast- und Wiederhol
einrichtung zur Erzeugung von genauen Abbildungen
eines auf einer Maske vorhandenen Musters auf einem
Substrat, gekennzeichnet durch:
- a) einen Substratträger (12), der ein Substrat in einer Abmessung abtasten kann, und der dann, wenn diese Abmessung nicht abgetastet wird, sich in Querrichtung in einer Richtung senkrecht zu der Abtastrichtung derart bewegen kann, daß das Sub strat für eine weitere Abtastung positioniert ist, wobei der Substratträger (12) das vollständige Substrat durch Aufteilen der Substratfläche in eine gewisse Anzahl von parallelen Streifen be lichten kann und jeder dieser Streifen dadurch belichtbar ist, daß die Länge des Streifens über einen festen Ausleuchtungsbereich abgetastet wird,
- b) einen Lastenträger (16), der in dieselbe Abmessung und synchron mit dem Substratträger (12), aber mit einer Geschwindigkeit abtasten kann, die gleich der Substratträgerabtastgeschwindigkeit multipli ziert mit einem gewissen Verhältnis (M) ist;
- c) eine Ausleuchtunterbaugruppe (18), die die ge wünschten Charakteristika hinsichtlich der Wellen länge und der Intensitätsverteilung hat, und die eine effektive Quellenebene (21) in Form eines Polygons hat, die eine gleichmäßige Ausleuchtung eines polygonförmigen Bereiches auf der Maske ge stattet,
- d) eine Projektionsunterbaugruppe (26) zum Abbilden des polygonförmigen, ausgeleuchteten Bereiches auf der Maske auf das Substrat, welches ein Objekt-zu- Abbildungsverkleinerungsverhältnis (M) hat, das die gewünschte Abbildungsauflösung hat und ein Bildfeld in Form eines Polygons und mit einer Fläche hat, die kleiner als die gewünschte, effek tive Bildfeldgröße des lithographischen Systems ist, und
- e) eine Steuereinrichtung (30), welche den Substrat träger (12), den Maskenträger (16) und die Aus leuchtunterbaugruppe (18) hinsichtlich des Be triebs einander zuordnet und komplementäre Belich tungen in einem Überlappungsbereich zwischen den durch benachbarte Abtastungen (1, 2, 3) belichte ten Bereichen derart vornimmt, daß die in dem Überlappungsbereich aufgenommene Belichtungsdosis verteilung nahtlos ist und daß die über das gesam te Substrat abgegebene Belichtungsdosis gleich mäßig ist.
2. Lithographisches System mit Abtastung und Wiederholung
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß:
- a) die Ausleuchtunterbaugruppe (18) eine effektive Quellenebene (21) in Form eines regelmäßigen Sechsecks hat, einen Bereich in Form eines regel mäßigen Sechsecks auf der Maske ausleuchtet und der Bereich in Form eines regelmäßigen Sechsecks derart orientiert ist, daß zwei der Seiten senk recht zu der Abtastrichtung sind,
- b) die Projektionsunterbaugruppe (26) ein Bildfeld in Form eines regelmäßigen Sechseckes hat und das regelmäßige Sechseck derart orientiert ist, daß zwei seiner Seiten senkrecht zu der Abtastrichtung sind, und
- c) die effektive Breite w jeder Substratabtastung
definiert als die Quertrennung zwischen den Mit
tellinien von zwei benachbarten Abtastungen
gegeben ist durch:
w=1,5 l h
wobei l h die Länge jeder Seite des in Form eines regelmäßigen Sechsecks ausgebildeten Bildfeldes auf dem Substrat ist.
3. Lithographisches System mit Abtastung und Wiederholung
nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
effektive Breite w jeder Substratabtastung gleich der
Breite jedes Chips auf dem Substrat ist und daß die
Breite jedes Chips auf dem Substrat als der periodi
sche Abstand bestimmt ist, mit dem sich die Chips auf
dem Substrat in der Richtung senkrecht zur Abtast
richtung wiederholen.
4. Lithographisches System mit Abtastung und Wiederholung
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß:
- a) die Richtung der Substratbewegung bei jeder Ab tastung entgegengesetzt zu der Richtung der Substratbewegung bei einer benachbarten Abtastung ist, und
- b) die Richtung der Maskenbewegung bei jeder Abta stung entgegengesetzt zu der Richtung der Masken bewegung bei einer benachbarten Abtastung ist.
5. Lithographisches System mit Abtastung und Wiederholung
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß:
- a) die Anzahl der Chipfelder auf der Maske in Abtast richtung gleich einer gewissen Anzahl N m ist, die kleiner als die Anzahl von Chips in der längsten Abtastung auf dem Substrat ist, und
- b) die Steuereinrichtung (30) die Abtastung über wacht und die bei der Ermittlung einer synchronen Abtastung durch den Substratträger (12) und den Maskenträger (16) pro jeweils N m -Chips für den Substratträger (12) eine plötzliche Pause bzw. einen plötzlichen Stillstand vorgibt, der Masken träger (16) in seine Ausgangsposition zurückge setzt wird und zur synchronen Abtastung des Sub stratträgers (12) und des Maskenträgers (16) den Betrieb wieder aufnimmt.
6. Lithographisches System mit Abtastung und Wiederholung
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus
leuchtunterbaugruppe (18) eine Strahlung liefert, die
mit einer bestimmten Wiederholungsfrequenz gepulst
ist.
7. Lithographisches System mit Abtastung und Wiederholung
nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ge
pulste Strahlung von einem Exciplex-Laser emittiert
wird.
8. Lithographisches System mit Abtastung und Wiederholung
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus
leuchtunterbaugruppe (18) eine Röntgenstrahlausleuch
tung eines polygonförmigen Bereichs auf der Maske vor
nimmt.
9. Lithographisches System mit Abtastung und Wiederholung
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus
leuchtunterbaugruppe (18) eine Elektronenstrahlaus
leuchtung eines polygonförmigen Bereiches auf der
Maske vornimmt.
10. Lithographisches System mit Abtastung und Wiederholung
nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß:
- a) die Abtastung des Substratträgers (12) gleich einem Vielfachen einer gewissen Bewegungseinheit der Länge der d S derart gewählt ist, daß gilt d s = v x /f ,wobei v x die effektive Substratabtastgeschwindig keit und f die Pulswiederholungsfrequenz der Aus leuchtunterbaugruppe (18) ist, und
- b) die Maskenträgerabtastung gleich einem Vielfachen einer Bewegungseinheit der Länge d m gewählt ist, so daß folgendes gilt: d m = Md S .
11. Lithographisches System mit Abtastung und Wiederholung
nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die
Steuereinrichtung (30) eine Wiederausrichtung der
Maske und der Wafer bezüglich einander periodisch vor
nimmt und das Intervall zwischen den aufeinanderfol
genden Wiederausrichtungen dadurch bestimmt wird, daß
während des Intervalls die Zahl der von der Ausleucht
unterbaugruppe (18) emittierten Impulse überwacht
wird.
12. Lithographisches System mit Abtastung und Wiederholung
nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die
Anzahl der von der Ausleuchtunterbaugruppe (18) wäh
rend des Intervalls zwischen aufeinanderfolgenden
Wiederausrichtungen emittierten Impulse ein Mehrfaches
von l cf/vx ist, wobei l c die Länge eines Chips auf dem
Substrat in Abtastrichtung ist.
13. Lithographisches System mit Abtastung und Wiederholung
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Maskenträger (16) zusätzlich zu seiner Fähigkeit, eine
Abtastung vorzunehmen, auch in einer Richtung senk
recht zu der Abtastrichtung bewegbar ist.
14. Lithographisches System mit Abtastung und Wiederholung
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß:
- a) das Objekt-zu-Abbildung-Verkleinerungsverhältnis der Projektionsunterbaugruppe (26) 5 ist und
- b) das Verhältnis der Maskenabtastgeschwindigkeit zu der Substratabtastgeschwindigkeit 5 ist.
15. Lithographisches System mit Abtastung und Wiederholung
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß:
- a) das Objekt-zu-Bild-Verkleinerungsverhältnis der Projektionsunterbaugruppe (26) 1 ist und
- b) das Verhältnis von Maskenabtastgeschwindigkeit zu Substratabtastgeschwindigkeit 1 ist.
16. Lithographisches System mit Abtastung und Wiederholung
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Wellenlänge der Ausleuchtunterbaugruppe (18) in dem
Bereich von 251+/-3 nm liegt.
17. Verfahren zum Betreiben eines lithographischen Systems
mit Abtastung und Wiederholung sowie mit einem hohen
Auflösungsvermögen, einem großen Feld und einer hohen
Arbeitsgeschwindigkeit, gekennzeichnet durch folgende
Schritte:
- a) Vorsehen eines Substratträgers zum Halten des Sub strats, welcher das Substrat in einer Abmessung abtasten kann und sich quer hierzu in einer Rich tung senkrecht zu der Abtastrichtung bewegen kann,
- b) Vorsehen eines Maskenträgers zum Halten der Maske, welcher die Maske in derselben Abmessung wie der Substratträger abtasten kann,
- c) Vorsehen einer Ausleuchtunterbaugruppe, die ge wünschte Eigenschaften hinsichtlich der Wellen länge und der Intensitätsverteilung hat, die eine effektive Quellenebene in Form eines Polygons hat und die eine gleichmäßige Ausleuchtung eines poly gonförmigen Bereiches auf der Maske ermöglichen kann,
- d) Vorsehen einer Projektionsunterbaugruppe zum Ab bilden des polygonförmigen Ausleuchtbereiches auf der Maske auf das Substrat, die ein Objekt-zu- Bild-Verkleinerungsverhältnis M hat, die ein ge wünschtes Abbildungsauflösungsvermögen hat und die ein Bildfeld in Form eines Polygons und mit einer Fläche hat, die kleiner als die gewünschte, effektive Bildfeldgröße des lithographischen Systems ist,
- e) Vorsehen einer Maske, die eine gewisse Anzahl von vollständigen, mit Muster versehenen Chipfeldern und zusätzliche, mit Mustern versehene Bereiche hat, die in den hexagonalen, ausgeleuchteten Be reich auf der Maske fallen,
- f) Abtasten des Substrats über den polygonalen Sub stratausleuchtungsbereich hinweg mit einer gewis sen Geschwindigkeit v x und gleichzeitiges Abtasten der Maske in einer parallelen Richtung über den polygonalen Maskenausleuchtbereich hinweg mit einer Geschwindigkeit MV x,
- g) Anhalten der Abtastung der Substrat- und Masken träger mit der Beendigung einer Abtastung über die Gesamtlänge des Substrats längs der Abtastrichtung hinweg, Bewegen des Substrats um eine gewisse Weg strecke in einer Richtung zu der Abtastrichtung und Wiederaufnehmen der Abtastung der Substrat- und Maskenträger in Richtungen, die zu den jewei ligen Richtungen im Schritt (f) entgegengesetzt gerichtet sind,
- h) Vorsehen von komplementären Belichtungen in einem Überlappungsbereich zwischen den durch benachbarte Abtastungen belichteten Bereichen derart, daß ein Rand bzw. eine Naht bei der auf dem Substrat empfangenen Belichtungsdosisverteilung zwischen den Abtastungen fehlt und daß die über das ge samte Substrat abgegebene Belichtungsdosis gleich mäßig verteilt ist, und
- i) Wiederholen der Schritte (f) bis (h), bis die Be lichtung des gesamten Substrats beendet ist.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
daß ferner der Schritt zum Ausrichten der Substrat
und Maskenträger in gewünschten Intervallen während
der Schritte (f) bis (i) vorgesehen ist.
19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
daß ferner der Schritt vorgesehen ist, gemäß dem die
Abtastung der Substrat- und Maskenträger wiederholt
momentan bei Beendigung der Belichtung einer gewissen
Anzahl von Chips angehalten wird, die kleiner als die
Anzahl der Chips auf der längsten Substratabtastung
ist, der Maskenträger in seine Ausgangsposition
zurückgesetzt wird und die Abtastung der Substrat- und
Maskenträger wieder aufgenommen wird.
20. Lithographisches System mit Abtastung und Wiederholung
sowie mit einer hohen Auflösung, einer hohen Belich
tungsgeschwindigkeit und einer großen effektiven Feld
größe, welches genaue Abbildungen eines auf einer
Maske vorhandenen Musters auf einem Substrat erzeugt,
gekennzeichnet durch:
- a) einen Substratträger (12), der ein Substrat in einer gewissen Abmessung (x) abtasten kann und gleichzeitig das Substrat in einer Richtung y ab tasten kann, die senkrecht zu der Richtung x ist, so daß der Substratträger (12) während der Beendi gung einer Abtastung in die x-Richtung sich gleichzeitig in Querrichtung in y-Richtung bewegen kann und somit das Substrat für eine weitere Ab tastung in die x-Richtung positionieren kann, wobei der Substratträger (12) somit das gesamte Substrat dadurch belichten kann, daß die Substrat fläche in eine gewisse Anzahl von Streifen unter teilt wird und jeder Streifen durch Abtasten der Länge des Streifens über einen festen Ausleucht bereich hinweg belichtet wird,
- b) einen Maskenträger (16), der in dieselben beiden Richtungen und synchron mit dem Substratträger (12) sowie mit Geschwindigkeiten in x- und y- Richtung abtasten kann, die um ein gewisses Ver hältnis M größer als die entsprechenden Substrat abtastgeschwindigkeiten sind,
- c) eine Ausleuchtunterbaugruppe (18), die gewünschte Eigenschaften hinsichtlich der Wellenlänge und der Intensitätsverteilung hat, die eine effektive Quellenebene (21) in Form eines Sechsecks hat und die eine gleichmäßige Ausleuchtung eines polygon förmigen Bereiches auf der Maske gestattet, und
- d) eine Projektionsunterbaugruppe (26), die den polygonförmig ausgeleuchteten Bereich auf der Maske auf dem Substrat abbilden kann, ein Objekt zu-Bild-Verkleinerungsverhältnis M hat, das ge wünschte Bildauflösungsvermögen hat und ein Bild feld in Form eines Polygons und mit einer Fläche hat, die kleiner als die gewünschte effektive Bildfeldgröße des lithographischen Systems ist, und
- e) eine Steuereinrichtung (30), die den Substrat träger (12), den Maskenträger (16) und die Aus leuchtunterbaugruppe (18) betriebsmäßig einander zuordnet und komplementäre Belichtungen in einem Überlappungsbereich zwischen Bereichen vornimmt, die durch benachbarte Abtastungen belichtet werden, und zwar derart, daß die Belichtungsdosis verteilung, die in dem Überlappungsbereich aufgen nommen wird, nahtlos ist und daß die auf das ge samte Substrat abgegebene Belichtungsdosis gleich mäßig ist.
21. Verfahren zum Betreiben eines lithographischen Systems
mit Abtastung und Wiederholung sowie mit einem hohen
Auflösungsvermögen, einem großen Feld und einer hohen
Arbeitsgeschwindigkeit, gekennzeichnet durch folgende
Schritte:
- a) Vorsehen eines Substratreglers zum Halten des Sub strats, der das Substrat gleichzeitig in zwei Richtungen x und y abtasten kann,
- b) Vorsehen eines Maskenträgers zum Halten der Maske, der gleichzeitig die Maske in x- und y-Richtungen abtasten kann,
- c) Vorsehen einer Ausleuchtunterbaugruppe, die ge wünschte Eigenschaften hinsichtlich der Wellen länge und der Intensitätsverteilung hat, die eine effektive Quellenebene in Form eines Polygons hat und die eine gleichmäßige Ausleuchtung eines poly gonförmigen Bereichs auf der Maske gestattet,
- d) Vorsehen einer Projektionsunterbaugruppe zum Ab bilden des polygonförmigen, ausgeleuchteten Berei ches auf der Maske auf dem Substrat, die ein Objekt-zu-Abbildungs-Verkleinerungsverhältnis M hat, die ein gewünschtes Abbildungsauflösungsver mögen hat und die ein Bildfeld in Form eines Poly gons mit einem Bereich, der kleiner als die ge wünschte effektive Bildfeldgröße des lithographi schen Systems ist,
- e) Abtasten des Substrats gleichzeitig in x- und y-Richtungen über den polygonalen Substrataus leuchtungsbereich hinweg mit einer gewissen Ge schwindigkeit in beide Richtungen, und gleichzei tiges Abtasten der Maske in x- und y-Richtungen über den polygonalen Maskenausleitungsbereich mit Geschwindigkeiten, die gleich den entsprechenden Substratträgerabtastgeschwindigkeiten modifiziert mit M sind,
- f) Anhalten der Abtastung der Substrat- und Masken träger bei Beendigung einer Abtastung über die Gesamtlänge des Substrats in x-Richtung hinweg, Umkehren der Richtung der Abtastung in x-Richtung, und Wiederaufnehmen der gleichzeitigen zweidimen sionalen Abtastung der Substrat- und Maskenträger wie im Schritt (e);
- g) Vorsehen von komplementären Belichtungen in einem Überlappungsbereich zwischen den Bereichen, die durch benachbarte, parallele Abtastungen belich tet werden, und zwar derart, daß eine Naht der Be lichtungsdosisverteilung, die auf dem Substrat aufgenommen wird, zwischen den Abtastungen fehlt, und daß die auf das gesamte Substrat abgegebene Belichtungsdosis gleichmäßig ist, und
- h) Wiederholen der Schritte (e) bis (g), bis die Be lichtung des gesamten Substrats beendet ist.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,
daß ferner der Schritt vorgesehen ist, gemäß dem der
Substrat- und Maskenträger mit einem gewünschten
Intervall während der Schritte (e) bis (h) ausgerich
tet wird.
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