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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum mikrolithographischen Schreiben und Prüfen bzw. Untersuchen auf photosensitiven Substraten, und insbesondere zum Drucken und Untersuchen von Muster mit extrem hoher Präzision wie Photomasken für Halbleiteranordnungsmuster, Anzeigefelder, integrierte optische Einrichtungen und elektronische Verbindungsstrukturen. Die Begriffe Schreiben und Drucken sind in einem breiten Sinn zu verstehen und bedeuten Belichten von Photoresist bzw. Photolack und photographischer Emulsion, aber auch die Einwirkung von Licht auf andere lichtempfindlichen Medien wie Trockenprozesspapier, durch Ablation oder chemische Prozesse, die durch Licht oder Wärme aktiviert werden. Licht ist nicht beschränkt auf das sichtbare Licht, sondern beinhaltet einen breiten Bereich von Wellenlängen von Infrarot bis zu extrem UV.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein System und ein Verfahren zum mikrolithographischen Beschreiben eines Substrats ist beispielsweise aus der
EP 0 467 076 von demselben Anmelder bekannt. Ein solches System zum mikrolithographischen Beschreiben enthält allgemein eine Lichtquelle wie einen Laser, einen Modulator zum Erzeugen eines gewünschten Musters, das zu schreiben ist, wobei der Modulator entsprechend einem Eingabedatenmuster gesteuert wird, einen akusto-optischen Deflektor, der von einem Ablenkfrequenzsignal (sweep frequency signal) angetrieben ist, um den Strahl über das Substrat entsprechend einem Datensatz zu scannen, der aufeinanderfolgende Positionen des Strahls anzeigt, und eine Linse, um den Strahl zu fokussieren, bevor er das Substrat erreicht. Außerdem ist das Substrat auf einem Objekttisch angeordnet, und der Tisch (Gestell) wird von einem Servosystem gesteuert, um in eine Richtung senkrecht zu der Abtastrichtung bzw. Scanningrichtung des Strahls bewegt zu werden.
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Ein Problem bei solchen bekannten Schreibsystemen besteht darin, dass der Tisch nicht immer eine lineare Bewegung ausführt und dass es möglich ist, dass die Tischbewegung nicht senkrecht zu der Abtastrichtung erfolgt, sondern in einem anderen schrägen Winkel.
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Eine Lösung für dieses Problem ist von Witney in
US 4 541 712 A vorgeschlagen worden, wonach die Daten zur Steuerung des Modulators entsprechend eines Versatzes (Offset) verzögert bzw. aufgeschoben werden, der für den Subtrattisch gemessen wird. In diesem Fall wird das Problem somit mittels einer Zeitsteuerung gehandhabt. Diese Methode ist jedoch nicht zur Verwendung in allen Systemen geeignet. Ein weiteres Problem mit dieser bekannten Methode besteht darin, dass wegen der Zeitverzögerungsfunktion zusätzliche Zeit zu Beginn und am Ende jedes Hubs hinzugefügt werden muss, wodurch die zeitliche Effizienz des Verfahrens verschlechtert ist. Als eine Konsequenz kann eine verringerte Anzahl von aufgelösten Mustermerkmalen pro Abtastung erhalten werden.
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Es ist ein weiteres Problem des Standes der Technik, das es schwierig ist, eine zuverlässige genaue und wirksame Translation von den Eingabestrahlpositionsdaten zu einem Ausgangsablenkfrequenzsignal bereit zu stellen, das von dem akusto-optischen Modulator verwendet wird, um die Strahlen korrekt auf das Substrat zu richten. Diese Übertragung oder Translation wurde bisher normalerweise durch eine Reihe von Komponenten bewirkt, die einen digital-zu-analog-Konverter (DAC) und einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) enthalten. Diese Komponenten, und speziell der VCO, sind nicht-linear und außerdem empfindlich für Änderungen in der Temperatur, Störungen aus anderen elektronischen Komponenten etc. Außerdem hat der VCO eine zugehörige analoge ”Trägheit”, die schnelle Änderungen verhindert. Wegen dieser und anderer Probleme bei der Translation von den Eingabestrahlpositionsdaten zu einem Ausgangsablenkfrequenzsignal (Output sweep frequency signal) ist die Steuerung des Deflektors auch verschlechtert.
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Raster-Abtastungsuntersuchungssysteme haben eine ähnliche Struktur und sind mit ähnlichen Problemen verbunden.
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Dokument
US 4,455,485 A beschreibt ein Laserstrahl Scansystem. Dabei erzeugt eine Laserquelle einen Lichtstrahl. Ein akusto-optischer Deflektor kann den Laserstrahl in eine oder zwei Richtung(en) ablenken. Nach Durchtritt durch den akusto-optischen Deflektor fokussiert eine Linse den Laserstrahl auf die Oberfläche eines Werkstücks. Eine Werkstück-Positionierungs-Vorrichtung umfasst einen Werkstück-Träger zur Bewegung des Werkstücks in zwei Richtungen parallel zur Oberfläche des Werkstücks. Eine Laser-Mess-Einrichtung überwacht die Position des Trägers. Bei Auftreten eines Fehlers kompensiert eine Steuereinrichtung den Fehler durch passendes Ansteuern des akusto-optischen Deflektors.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System und ein Verfahren anzugeben, durch das die oben erwähnten Probleme des Standes der Technik gelöst oder wenigstens verringert sind.
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Diese Aufgabe wird durch ein System und ein Verfahren gemäß den beigefügten Patentansprüchen gelöst.
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Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Laserabtastsystem für mikrolithographisches Schreiben oder Prüfen bzw. Untersuchen von Muster auf einem photosensitiven Substrat vorgesehen. Das System enthält eine Laserlichtquelle, die wenigstens einen Laserlichtstrahl erzeugt, einen Computer-gesteuerten Lichtmodulator, der gemäß Eingangsdatenmustern gesteuert wird, eine Linse, um den Lichtstrahl von der Lichtquelle zu fokussieren, bevor er das Substrat erreicht, und einen Substrathaltetisch zum Halten des Substrats. Während des Schreibvorgangs wird der wenigstens eine Strahl über einen Bereich der Substratfläche durch einen akusto-optischen Deflektor abgelenkt, der von einem Ablenkfrequenzsignal gemäß einem Datensatz angetrieben wird, der aufeinanderfolgende Positionen des Strahls auf dem Substrat anzeigt, und das Substrat wird in einem schrägen Winkel, vorzugsweise senkrecht zu der Richtung der Ablenkung bewegt, um es zur Belichtung bzw. Bestrahlung während des nächsten Taktes der Strahlen zu repositionieren. Außerdem enthält das System wenigstens einen Sensor, der das Ausmaß des Substratversatzes in der Richtung der Ablenkung misst, eine Einrichtung zum Modifizieren der Positionsdaten oder zum Zuführen der Daten, damit sie mit den seitlich verlagerten Abtastungen übereinstimmen, und eine Steuereinheit zum Steuern des Auslesens der Daten zu dem Deflektor in Abhängigkeit von dem Versatz, der durch den Detektor gemessen wurde, um diesen Versatz zu kompensieren. Die Laserquelle und der Modulator können in einer Einheit integriert sein. Außerdem enthält die Einrichtung zum Modifizieren der Daten bevorzugt eine Einrichtung zum Erzeugen verschiedener Datensätze. Damit wird die Kompensation des Versatzes bewerkstelligt, indem der Deflektor anstelle des Modulators gesteuert wird.
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Damit erfolgt die Kompensation des gemessenen Versatzes (offset) nicht durch Zeitsteuerung, sondern durch Hinzufügen von Verzögerungen zu den Eingangsdaten oder durch Auswahl eines von mehreren möglichen Sätzen von Eingabepositionsdaten, die unterschiedliche Eigenschaften haben. Damit ist keine Extra-Kompensationszeit zu Beginn und am Ende jeder Spur bzw. Zeitablenkung (sweep) erforderlich, wodurch die Zeit wirkungsvoller genutzt wird und die mögliche Anzahl von aufgelösten Mustermerkmalen pro Abtastung verbessert ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält das Laserabstastsystem mehrere Datenspeichereinrichtungen zum Speichern von verschiedenen Datensätzen, und die Steuereinheit enthält einen Selektor, der Datenspeichereinrichtungen auswählt, und ihre Daten an den Deflektor ausliest, in Abhängigkeit von dem Versatz, der von dem Detektor gemessen wurde, um diesen Versatz zu kompensieren. Alternativ enthält die Steuereinheit einen Addierer, um die Positionsdaten entsprechend dem gemessenen Versatz zu modifizieren, vorzugsweise in Realzeit, wodurch modifizierte Daten erzeugt werden, die an den Deflektor ausgelesen werden, um den Versatz zu kompensieren.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Laserabtastsystem für mikrolithographisches Schreiben oder Untersuchen bzw. Prüfen von Muster auf einem photosensitiven Substrat vorgesehen. Das System enthält eine Laserlichtquelle, die wenigstens einen Laserlichtstrahl erzeugt, einen Computer-gesteuerten Lichtmodulator, der entsprechend dem Eingabedatenmuster gesteuert wird, eine Linse, um den Lichtstrahl von der Lichtquelle zu fokussieren, bevor dieser das Substrat erreicht, und einen Substrathaltetisch, um das Substrat zu halten. Während des Schreibvorgangs wird der wenigstens eine Strahl über einen Bereich der Substratfläche von einem akusto-optischen Deflektor abgelenkt, der von einem Ablenkfrequenzsignal bzw. Kippfrequenzsignal angetrieben wird, entsprechend einem Datensatz, der aufeinanderfolgende Positionen des Strahls auf dem Substrat anzeigt, und das Substrat wird in einem schiefen Winkel, bevorzugt senkrecht zu der Richtung der Ablenkung bewegt, um es zur Belichtung während des nächstens Hubs bzw. Durchgangs der Strahlen wieder zu positionieren. Außerdem enthält das System wenigstens einen Sensor, der das Ausmaß des Substratversatzes in der Richtung der Ablenkung misst, und eine digitale Direktsyntheseeinheit (DDS) zur Erzeugung der Initiation des Chirp, wobei die DDS-Einheit ihrerseits durch die Eingangsdaten gesteuert wird, die den Start der Spur bzw. Zeitablenkung anzeigen.
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Die DDS ist sehr gut geeignet für diese Anwendung, da sie die Translation direkt von den Eingangsdaten zu einem Ausgangsfrequenzsignal ausführen kann, und somit mehrere andere Komponenten, die normalerweise verwendet werden, ersetzt. Die DDS ist außerdem sehr stabil und wird nicht durch Störungen in der Umgebung oder andere Komponenten beeinflusst. Außerdem ist die Translation in der DDS im wesentlichen linear, und die Ansprechzeit zum Ändern der Daten ist sehr kurz.
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Mit besonderem Vorteil werden jedoch diese zwei Aspekte der Erfindung als eine Kombination verwendet.
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Des weiteren enthält das System vorzugsweise einen ersten Hochfrequenzgenerator, der ein erstes Hochfrequenzsignal erzeugt, und einen Mischer zum Mischen, d. h. Addieren oder Subtrahieren des Treibersignals bzw. Antriebssignals (drive signal) mit der DDS zu dem Hochfrequenzsignal. Hierzu könnte ein Niedrigfrequenz-DDS, das viel billiger und ebenfalls zuverlässig und genau ist, verwendet werden, zu derselben Zeit, wie die Abgabefrequenz in einem geeigneten Bereich beibehalten werden könnte, um eine akusto-optische Einrichtung beim Schreibprozeß oder Prüfprozeß anzutreiben, typisch bei 100 bis 250 MHz.
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Es ist ferner bevorzugt, dass der Hochfrequenzgenerator und die DDS-Einheit synchronisierte Taktsignale bzw. Uhrsignale erhalten, die von demselben Taktgeber bzw. Uhr stammen. Hierdurch kann die Synchronisation in dem Translationsprozeß beibehalten werden.
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Das System enthält ferner einen zweiten Hochfrequenzgenerator, der ein zweites Hochfrequenzsignal erzeugt, und einen Mischer zum Mischen des Treibersignals von der DDS, nach Addition zu dem ersten Hochfrequenzsignal von dem zweiten Hochfrequenzsignal. Hierdurch kann der zugehörige Bereich der Ausgangsfrequenz erhöht werden.
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Es ist ferner bevorzugt, dass das System wenigstens eine Einheit zur Frequenzmultiplikation enthält, beispielsweise einen Mischer zum Mischen des Eingangssignals mit sich selbst, und dieser Mischer ist bevorzugt zwischen den Mischern zum Mischen mit den ersten und zweiten Hochfrequenzsignalen angeordnet. Auch dies erhöht den absoluten Bereich der Abgabefrequenz.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden der computergesteuerte Lichtmodulator und die DDS-Einheit außerdem mit synchronisierten Uhrsignalen bzw. Taktsignalen versorgt, wie bevorzugt von derselben Uhr bzw. Taktgeber stammen. Auf diese Weise können der Modulator und der Deflektor über den gesamten Schreib- oder Inspektionsprozess in Synchronisation gehalten werden. Hierdurch werden Ungewissheiten infolge von zeitlichen Unstimmigkeiten zwischen Daten und Abtastung vermieden.
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Die Erfindung ermöglicht es außerdem, zwei oder mehr RF-Signale mit gesteuerter Phasendifferenz zu erhalten. Solche Phasen-gesteuerten Signale können verwendet werden, um die nutzbare Bandbreite eines akusto-optischen Deflektors durch sogenanntes Phasenmatrixtreiben zu erweitern. Dies kann durch Verwendung von wenigstens zwei DDS-Einheiten bewerkstelligt werden, die durch verschiedene Eingangsdaten in das System gesteuert werden. Hierbei haben die Eingangsdaten zu den Kanälen eine kleine berechnete Differenz, die eine Phasendifferenz hervorruft. Die zwei DDS-Einheiten sind bevorzugt in regelmäßigen Intervallen phasensynchronisiert, und dieselben RF-Signale werden verwendet, um die zwei Einheiten nach oben und unten zu konvertieren. Auf diese Weise ist es möglich, zwei Signale mit einer extrem genauen Phasenkohärenz zu erzeugen, die noch eine willkürlich genau kontrollierte Phasendifferenz haben. Dies könnte jedoch auch durch eine einzige DDS, einen Signalteiler und einen oder mehrere Phasenmodulatoren erhalten werden, wie dies in der RF-Technologie bekannt ist.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum lithographischen Schreiben von Muster auf einem photosensitiven Substrat mit einem Laserabtastsystem vorgesehen, wobei das System eine Laserlichtquelle, einen Computer-gesteuerten Lichtmodulator, der gemäß Eingangsdatenmustern gesteuert wird, und eine Linse enthält, um den Lichtstrahl von der Lichtquelle zu fokussieren, bevor dieser das Substrat erreicht. Während des Schreibvorgangs wird der wenigstens eine Strahl über einen Bereich der Substratfläche mittels eines akusto-optischen Deflektors abgelenkt, der von einem Ablenkfrequenzsignal gemäß einem Datensatz getrieben wird, der aufeinanderfolgende Positionen des Strahls auf dem Substrat anzeigt, und das Substrat wird in einem schiefen Winkel, bevorzugt senkrecht zu der Richtung der Ablenkung bewegt, um dieses zur Belichtung während des nächsten Taktes der Strahlen wieder zu positionieren. Dabei wird das Ausmaß des Substratversatzes in Richtung der Ablenkung gemessen. Außerdem enthält das Verfahren die Schritte des Erzeugens von Sätzen von Positionsdaten, die seitlich verlagerten Abtastungen entsprechen, und die Auswahl von einem der Sätze von Positionsdaten, um diesen an den Deflektor in Abhängigkeit von dem Versatz bzw. Offset auszulesen, der von dem Detektor gemessen wurde, um diesen Versatz zu kompensieren.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum mikrolithographischen Schreiben von Muster auf einem photosensitiven Substrat mittels eines Laserabtastsystems vorgesehen, das eine Laserlichtquelle, einen Computer-gesteuerten Lichtmodulator, der gemäß Eingangsmusterdaten gesteuert wird, und eine Linse enthält, um den Lichtstrahl von der Lichtquelle zu fokussieren, bevor dieser das Substrat erreicht. Während des Schreibvorgangs wird der wenigstens eine Strahl über einen Bereich der Substratfläche von einem akustooptischen Deflektor abgelenkt, der von einem Ablenkfrequenzsignal gemäß einem Datensatz getrieben wird, der aufeinanderfolgende Positionen des Strahls auf dem Substrat anzeigt, und das Substrat wird in einem schiefen Winkel, bevorzugt senkrecht zu der Richtung der Ablenkung bewegt, um dieses während des nächsten Arbeitstakts der Strahlen erneut zu positionieren. Außerdem wird das Ausmaß des Substratversatzes in Richtung der Ablenkung gemessen. Das Ablenkfrequenztreibersignal wird von einer ersten digitalen Direktsyntheseeinheit (DDS) erzeugt, die ihrerseits von Eingangsdaten gesteuert wird, die den Start des sweep anzeigt.
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Besonders bevorzugt werden die obigen zwei Verfahren in Kombination miteinander verwendet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird nachfolgend in näheren Einzelheiten beispielhaft mit Bezug auf die Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind.
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Diese zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems;
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2 eine schematische Darstellung einer Kompensationseinrichtung gemäß der Erfindung zum Kompensieren von Positionsfehlern des Substrats;
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3 ein schematisches Diagramm, das die Kompensation von Positionsfehlern beim Stand der Technik anzeigt;
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4 ein schematisches Diagramm, das die Kompensation von Positionsfehlern gemäß der Erfindung anzeigt;
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5 eine schematische Darstellung einer Kompensations- und Translationseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
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6 eine schematische Darstellung einer Kompensation- und Translationseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
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7 eine schematische Darstellung einer Kompensations- und Translationseinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
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8 eine detailliertere Darstellung der zweiten und dritten Ausführungsform gemäß den 6 und 7.
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Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
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Mit Bezug auf 1 enthält das System gemäß der Erfindung eine Lichtquelle 1, die bevorzugt ein kontinuierlich arbeitender Laser ist, einen Computer-gesteuerten Lichtmodulator 3 und eine Linse 5, um den Lichtstrahl von der Lichtquelle zu fokussieren, bevor er ein photosensitives Substrat 6 erreicht. Außerdem enthält das System eine zweite bündelnde Linse 2 vor dem Modulator. Der Laser ist beispielsweise ein Innenlaser, wie ein 413 μm, 100 mW Kryptonionenlaser. Der Modulator steuert den Strahl gemäß einem Eingabedatenmuster, das von einer Ausgabeelektronik 10 geliefert wird. Das System gemäß der Erfindung ist bevorzugt ein sogenanntes „Schreiben im Flug”-System, bei dem Substrat auf einem Substrattisch angeordnet ist und der Substrattisch eine stetige Bewegung in wenigstens einer Richtung während des Schreibvorgangs ausführt, und der Laserstrahl wird zu derselben Zeit in einer anderen Richtung gescannt. Diese mikrolithographische Technik ist bekannt und wird als Rasterabtastung bezeichnet. Die Erfindung betrifft ferner ein Untersuchungs- oder Inspektionssystem, wobei eine solche Raster-Abtastungsinspektion im wesentlichen auf dieselbe Weise erfolgt. Sensoren sind in einem derartigen System angeordnet, um den reflektierten oder übertragenen Abtaststrahl zu erfassen, oder der Laser wird durch den Detektor ersetzt, wobei der Detektor das Substrat abtastet. In diesem Fall ersetzt der Datenoutput das Lesen von Daten.
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Das System enthält ferner einen akustooptischen Deflektor 4, der von einem Chirpfrequenzsignal getrieben wird, um die Strahl gemäß einem Datensatz auf das Substrat 6 zu richten, der aufeinanderfolgende Positionen des Strahls angibt, und um den Strahl über Abtastlinien an dem Substrat zu scannen. Der Tisch (Gestell) wird vorzugsweise von einem Servosystem oder dergleichen gesteuert, so dass er in einer Richtung senkrecht zur Abtastrichtung des Strahls bewegt wird.
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Alternativ kann ein Strahlteiler (nicht dargestellt) angeordnet werden, um mehrere Strahlen zu erzeugen, oder mehrere Strahlen könnten durch mehrere Laserquellen erzeugt werden. Der Modulator kann auch in den Laser integriert sein. Die Strahlen könnten dann von dem akustooptischen Deflektor gleichzeitig über die Substratfläche abgelenkt werden.
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Akustooptische Deflektoren bzw. Ablenker sind bekannt und lenken einen signifikanten Teil der Energie in den Laserstrahlen durch einen Bereich von Winkeln ab, wobei der Ablenkungswinkel von der Frequenz des Signals abhängt, das verwendet wird, um den akustooptischen Deflektor anzutreiben. Das Ausmaß des Substratversatzes in der Richtung der Abtastung wird von wenigstens einem Sensor 7 gemessen, wie einem Laserinterferometer oder einer anderen Einrichtung zum Messen, bevorzugt die Position des Tischs innerhalb eines Bruchteils einer Wellenlänge des verwendeten Lichtes. Der Sensor erzeugt dementsprechend ein Positionsfehlersignal.
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Der Deflektor wird entsprechend einer Abtastpixelzahl, die normalerweise von einem Zähler erzeugt wird, Positionsdaten und dem Positionsfehlersignal gesteuert, wobei jede Einleitung von Ablenkungstakten gesteuert wird, so dass jeder Teil des erzeugten Musters an einer gleichmäßigen Bezugslinie auf der Substratfläche beginnt. Das Positionsfehlersignal wird bevorzugt verwendet, um die Positionsdatensignale durch eine Kompensationseinrichtung 8 zu modifizieren und ein korrigiertes Positionsdatensignal zu erzeugen, das dem Deflektor zugeführt wird. Diese Modifikation erfolgt bevorzugt durch Modifizierung der Eingangsdaten, es ist aber auch möglich, das Timing bei der Zuführung der Daten zu modifizieren. Dieses Signal ist normalerweise ein digitales Signal, und eine Translationseinrichtung 9 überträgt das digitale Signal in ein analoges RF-Frequenzsignal, das von dem akustooptischen Deflektor benutzt wird.
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In 2 ist eine Kompensationseinrichtung gemäß der Erfindung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform enthält die Kompensationseinrichtung einen Datenspeicher 801 mit verschiedenen Speicherbereichen 801'. Es können jedoch auch mehrere verschiedene Datenspeicher verwendet werden. Die Speicher/Speicherbereiche werden mit Daten versorgt, die seitlich verlagerten Abtastungen entsprechen. Die Daten werden danach ausgelesen und dem Deflektor in einer Reihenfolge zugeführt, die von einer Inputscanpixelzahl gesteuert wird. Welche der Speicher/Speicherbereiche ausgelesen werden, wird jedoch von einem Selektor in Abhängigkeit von dem Eingangspositionsfehlersignal gesteuert. Der Output aus der Kompensationseinrichtung besteht daher aus korrigierten Positionsdaten, die modifiziert sind, um den gemessenen fehlerhaften Versatz zu kompensieren. Solche optionale Speicherfelder erfordern eine große Speicherkapazität, die jedoch verhältnismäßig billig ist. Außerdem kann hierdurch eine Nicht-Linearität in dem System gehandhabt und kompensiert werden.
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Diese Kompensation erfolgt daher nicht durch Verzögerung der Daten zu dem Modulator, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist und schematisch in 3 gezeigt ist. Statt dessen sind alternative Sätze von Positionsdaten vorgesehen, wobei die Auswahl getroffen wird, um den gemessenen Fehler zu kompensieren. Dies ist ebenfalls schematisch in 4 dargestellt.
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5 zeigt eine erste Ausführungsform einer Kompensations- und Umsetzungseinrichtung gemäß der Erfindung. Sie enthält einen Zähler 803, der mit einem Uhrsignal oder Taktsignal versehen wird, und eine Abtastpixelzahl erzeugt, die von der Kompensationseinheit verwendet wird. Außerdem enthält sie einen Speicher wie einen Direktzugriffsspeicher (RAM), der mit Eingangspositionsdaten (nicht dargestellt) versehen wird. Ein Selektor 102 empfangt das Positionsfehlersignal und wählt einen Speicherbereich zum entsprechenden Auslesen aus. Das ausgelesene Digitalsignal wird von einem Digital/Analog/Konverter 104 in ein analoges Signal umgewandelt, und dieses Signal wird nachfolgend von einem spannungsgesteuerten Oszillator 901 (VCO) in ein RF-Signal übertragen, wonach es dem akustooptischen Deflektor 4 zugeführt wird.
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In 6 ist eine zweite Ausführungsform einer Kompensations- und Übertragungseinrichtung gemäß der Erfindung dargestellt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der oben beschriebenen ersten Ausführungsform dadurch, dass eine digitale Direktsyntheseeinheit (DDS) 902 verwendet wird, um das digitale Positionssignal in ein RF-Signal zu übertragen, das von dem AOD 4 verwendet werden kann. Die DDS hat eine sehr geeignete Leistungsfähigkeit für diesen Verwendungszweck, da sie die Übertragung der Eingangsdaten in ein Ausgangsfrequenzsignal durchführen kann und somit den VCO und den DAC ersetzen kann. Die DDS ist außerdem sehr stabil und wird durch Störungen in der Umgebung wie bei anderen Komponenten nicht beeinträchtigt. Der VCO ist insbesondere sehr empfindlich für thermische Veränderungen, elektronische Störungen etc. Außerdem ist die Übertragung in der DDS im wesentlichen linear und erfolgt sehr schnell, wobei eine hohe Frequenzauflösung erhalten wird.
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Eine DDS enthält normalerweise einen Phasenakkumulator, eine Sinustabelle und einen Digita/Analog-Konverter und ist beispielsweise von Qualcom Corp. and Standford Telecom Corp. kommerziell erhältlich. In der DDS enthält der Phasenakkumulator einen Addierer und ein Latch, die hintereinanderliegend bzw. in Reihe verbunden sind, wobei der Phasenakkumulator zu seinem früheren Wert bei jedem Taktimpuls einen Wert hinzuaddiert. Der Wert des Phasenakkumulators wird somit gemäß der Taktsignalmenge erhöht, wodurch an dem Output des Phasenakkumulators eine ansteigende Rampe bzw. Flanke gebildet ist. Der Akkumulator darf überlaufen. Der Output des Phasenakkumulators wird als Leseadresse mit der Sinustabelle verbunden, wodurch ein sinusförmiger Signalzyklus gespeichert ist. Das digitale sinusförmige Signal, das von der Sinustabelle erhalten wird, wird dem Digital/Analog-Konverter zugeführt, wo es in eine analoge Form umgewandelt wird, wodurch eine Sinuswelle an dem Output empfangen wird, und bevorzugt, in Abhängigkeit von der Frequenz, ein RF-Signal.
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In 7 ist eine dritte Ausführungsform einer Kompensations- und Translationseinrichtung dargestellt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der zweiten, oben beschriebenen Ausführungsform darin, dass sie nicht mehrere vorgespeicherte Sätze von Positionsdaten verwendet, die gemäß dem Positionsfehlersignal zu kompensieren bzw. konigieren sind. Statt dessen wird ein Addierer 805 verwendet, um die Positionsdaten in Realzeit gemäß dem Positionsfehlersignal zu modifizieren. Diese Lösung ist konzeptionell einfacher, kann jedoch im Falle der Nicht-Linearität nicht angewendet werden. Es ist außerdem möglich, die Daten oder die Zufuhr der Daten auf andere Weise zu modifizieren.
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Ein Problem bei der Benutzung von DDS-Einheiten für die Übertragung eines digitalen Signals in ein RF-Signal besteht darin, dass DDS-Einheiten, die für den obigen Zweck schnell genug sind, normalerweise relativ teuer sind wegen der erforderlichen hohen Uhrfrequenz bzw. Taktfrequenz. Außerdem entstehen oft Fehler in den Outputsignalen und es gibt Probleme mit der Synchronisation wegen der hohen Taktfrequenz. Niedrigfrequenz-DDS haben Signale mit viel geringerer Fehlerrate, und das Laden der Daten erfolgt vollkommen synchronisiert. Niedrigfrequenz-DDS-Einheiten sind außerdem weniger teuer. Diese Einheiten könnten aber bei der obigen Anwendung wegen ihrer geringen Bandbreite nicht eingesetzt werden.
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Diese Probleme mit den Niedrigfrequenz-DDS-Einheiten könnten jedoch durch Verwendung einer Signalkonditionierung gelöst werden, um die Bandbreite zu erhöhen. Dies könnte durch eine Kombination von Frequenzmultiplikation und Frequenzverlagerung bzw. Frequenzshifting bewerkstelligt werden.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform gemäß 8 wird im wesentlichen entsprechend den oben beschriebenen zweiten und dritten Ausführungsformen eine Niedrigfrequenz-DDS-Einheit (LF DDS) 901 verwendet. Diese Einheit wird mit einem Taktsignal von einem Haupttaktgeber bzw. einer Masterclock 806 versorgt. Beispielsweise kann ein 10 MHz Haupttaktgeber verwendet werden, der ein Signal S1 mit 10 MHz erzeugt. Diese Frequenz wird dann bevorzugt durch Verwendung einer Phasenregelkreiseinheit 903 (PLL) erhöht, die im Stand der Technik bekannt ist, um ein Signal S2 von beispielsweise 200 MHz zu erzeugen. Dasselbe Signal wird dann vorzugsweise verwendet, um die Zuführelektronik 10 zum Zuführen der Muster zu dem Modulator 3 zu steuern. Hierdurch kann leicht eine Sychronisation erhalten werden zwischen dem Modulator 3 und dem Deflektor 4. Um für den Modulator geeignet zu sein, kann das Taktsignal in einer Einheit 904 frequenzgeteilt werden, beispielsweise durch Dividieren durch 4.
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Das Signal von der LF DDS 902, S4, könnte beispielsweise in dem Bereich von 14 bis 64 MHz liegen. Dieses Signal wird dann vorzugsweise frequenzversetzt, was durch Mischen mit einem Hochfrequenzsignal S5 in einem Mischer 907 erfolgen kann. Das Hochfrequenzsignal wird bevorzugt durch Verwendung desselben Taktsignals S1 in einer zweiten PLL 905 erzeugt. Wenn beispielsweise ein Hochfrequenzsignal S5 mit 315 MHz verwendet wird, ist der Bereich für das Signal S6 nach dem Mischen mit S4 251 bis 301 MHz.
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Dieses Signal wird danach vorzugsweise frequenzmultipliziert. Beispielsweise kann eine Multiplikation mit 2 erhalten werden, indem das Signal mit sich selbst in einem Mischer 908 gemischt wird, und eine Multiplikation mit 4 kann erhalten werden, indem das Signal noch einmal mit sich selbst in einem weiteren Mischer 909 gemischt wird. In dem angegebenen Beispiel würde das Signal S7 nach der ersten Multiplikation den Bereich von 502 bis 602 MHz haben, und das Signal S8 nach der zweiten Multiplikation hätte den Bereich 1004 bis 1204 MHz.. Andere Multiplikationswerte können ebenfalls erhalten werden, wie ein Fachmann in der RF-Technologie erkennt.
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Falls erforderlich, kann ein Bandbreitenfilter (BP) 901 danach verwendet werden, um Rauschen und Störfrequenzen in dem Signal auszusondern.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Signal danach erneut nach unten frequenzversetzt, was durch Mischen des Signals mit einem zweiten Hochfrequenzsignal S9 in einem weiteren Mischer 911 erfolgen kann. Dieses zweite Hochfrequenzsignal wird bevorzugt aus demselben Taktsignal durch Verwendung einer PLL 906 erzeugt. Beispielsweise kann das Signal S9 die Frequenz von 904 MHz haben, wodurch das resultierende Signal S10 einen Bereich von 100 bis 300 MHz haben würde. Im Vergleich zu dem Ausgangssignal S4 von der LF DDS ist die Bandbreite nun signifikant erhöht, von 50 MHz zu 200 MHz, und befindet sich damit in einem geeigneten Frequenzbereich.
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Das Signal kann dann, falls erforderlich, noch einmal Bandbreiten-gefiltert werden, in einem weiteren BP-Filter 911, und in einem Verstärker 914 verstärkt werden, bevor es dem Deflektor 4 zugeführt wird. Ein Amplitudenmodulator 913 ist ferner vorgesehen, um den Strom in Übereinstimmung mit der Frequenz zu steuern.
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Um die Bandbreite des Deflektors zu erhöhen, können mehrere DDS-Einheiten verwendet werden, die von verschiedenen Eingangsdaten gesteuert werden, um eine Phasensteuerung der Strahlrichtung zu erhalten. Eine solche Phasensteuerung kann jedoch auch erhalten werden durch Verwendung einer einzigen DDS, eines Signalteilers und eines oder mehrerer Phasenmodulatoren, wobei das gesplittete Signal gesteuert wird, um eine Phasensteuerung der Strahlrichtung zu erhalten.
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Die Erfindung ist oben anhand von Beispielen beschrieben worden. Es sind jedoch zahlreiche weitere Alternativen möglich, wie die Verwendung einer DDS-Einheit mit anderen Arten von Substratversatzkompensationen wie Zeitverzögerungen. Das Mischen ist ferner sowohl als Addition als auch Subtraktion zu verstehen, wobei diese äquivalent und austauschbar sind. Eine digitale Direktsynthese kann ferner so interpretiert werden, dass sie Hybride enthält, die Kombinationen der DDS-Technik und spannungsgesteuerte Oszillatoren enthalten. Solche Alternativen sollen in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallen.
