DE102019206382B3

DE102019206382B3 - Photolithography apparatus and photolithography method for exposing a photoresist of a semiconductor substrate to an exposure pattern

Info

Publication number: DE102019206382B3
Application number: DE102019206382.9A
Authority: DE
Inventors: Markus KLUG; Tobias Scheu; Johannes Scheuchenpflug
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2019-05-03
Filing date: 2019-05-03
Publication date: 2020-09-17
Anticipated expiration: 2039-05-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fotolithografievorrichtung (10) und ein Fotolithografieverfahren zum Belichten eines Fotolacks (12) eines Halbleitersubstrats (14) mit einem Belichtungsmuster. Die Fotolithografievorrichtung (10) umfasst ein Trägermedium (16), welches dazu ausgebildet ist, als Lichtleiter eingekoppeltes Licht mittels interner Reflexion zu übertragen, sowie einen Einkoppelbereich (20) und einen Auskoppelbereich (22), die in unterschiedlichen Abschnitten des Trägermediums angeordnet sind. Ferner umfasst die Fotolithografievorrichtung (10) eine Beleuchtungsvorrichtung (28), die Licht mit einer vorgegebenen Wellenlänge auf den Einkoppelbereich (20) abstrahlen kann, wobei der Einkoppelbereich (20) eine Einkoppelablenkstruktur (24) aufweist, die dazu ausgelegt ist, Licht mit der vorgegebenen Wellenlänge, das von der Beleuchtungsvorrichtung (28) auf die Einkoppelablenkstruktur (24) fällt, in das Trägermedium (16) in Richtung des Auskoppelbereichs einzukoppeln, wobei der Auskoppelbereich (22) eine Auskoppelablenkstruktur (26) aufweist, die dazu ausgebildet und angeordnet ist, eingekoppeltes Licht mit der vorgegebenen Wellenlänge, das auf die Auskoppelablenkstruktur (26) fällt, aus dem Trägermedium (16) auf den Fotolack (12) des Halbleitersubstrats auszukoppeln.The invention relates to a photolithography device (10) and a photolithography method for exposing a photoresist (12) of a semiconductor substrate (14) with an exposure pattern. The photolithography device (10) comprises a carrier medium (16) which is designed to transmit light coupled in as a light guide by means of internal reflection, as well as an in-coupling area (20) and an outcoupling area (22), which are arranged in different sections of the carrier medium. The photolithography device (10) further comprises an illumination device (28) which can emit light with a predetermined wavelength onto the coupling-in area (20), the coupling-in area (20) having a coupling-in deflection structure (24) which is designed to emit light with the predetermined The wavelength that falls from the lighting device (28) onto the coupling-in deflection structure (24) is to be coupled into the carrier medium (16) in the direction of the coupling-out region, the coupling-out region (22) having a coupling-out deflection structure (26) which is designed and arranged for this purpose Light with the predetermined wavelength that falls on the decoupling deflection structure (26) is decoupled from the carrier medium (16) onto the photoresist (12) of the semiconductor substrate.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fotolithografievorrichtung zum Belichten eines Fotolacks eines Halbleitersubstrats mit einem Belichtungsmuster sowie ein F otol ithografieverfahren.The invention relates to a photolithography device for exposing a photoresist of a semiconductor substrate with an exposure pattern and a photolithography method.

Die Fotolithografie wird bei der Herstellung von integrierten Schaltungen (IC) in der Halbleitertechnik angewendet. Dabei wird mittels Belichtung, insbesondere mittels eines Belichtungsmusters, ein lichtempfindlicher Fotolack auf einem Halbleitersubstrat beleuchtet, wobei der Fotolack anschließend an den belichteten Stellen aufgelöst werden kann. So entsteht eine lithografische Maske, die eine weitere Bearbeitung zur Erzeugung integrierter Schaltungen auf dem Halbleitersubstrat ermöglicht.Photolithography is used in the manufacture of integrated circuits (IC) in semiconductor technology. A light-sensitive photoresist on a semiconductor substrate is illuminated by means of exposure, in particular by means of an exposure pattern, and the photoresist can then be dissolved at the exposed areas. The result is a lithographic mask that enables further processing to produce integrated circuits on the semiconductor substrate.

Aus der DE 10 2005 036 256 A1 ist ein optisches System zum räumlichen Steuern einer Lichtpolarisation bekannt. Das optische System weist eine Lichtquelle zum Erzeugen eines Lichtstrahls einer bestimmten Wellenlänge auf, einen Strahlformer zum Teilen des von der Lichtquelle erzeugten Lichtstrahls in eine Mehrzahl von Teilstrahlen und eine Polarisationssteuerung, die die Polarisationszustände der Teilstrahlen steuert.From the DE 10 2005 036 256 A1 an optical system for spatially controlling light polarization is known. The optical system has a light source for generating a light beam of a certain wavelength, a beam shaper for splitting the light beam generated by the light source into a plurality of partial beams and a polarization controller which controls the polarization states of the partial beams.

Aus der US 2011/0216296 A1 ist ein Hologramm bekannt, das eine Lichtintensitätsverteilung auf einer vorbestimmten Fläche unter Verwendung von eintreffendem Licht erzeugt.From the US 2011/0216296 A1 a hologram is known which generates a light intensity distribution on a predetermined area by using incident light.

Nachteilig bei bekannten Lithografievorrichtungen ist oftmals, dass diese einen hohen Platzbedarf haben und nur eine begrenzte Fläche von Fotolack gleichzeitig belichten können.Known lithography devices often have the disadvantage that they require a lot of space and can only expose a limited area of photoresist at the same time.

Aus der US 2008/0014534 A1 ist zudem ein Lithografiesystem ohne Masken beschreiben. Hierbei wird ein Photonenstahl mittels eines Gitters als Einkoppelstruktur in einen Lichtwellenleiter eingekoppelt und dort weitergeleitet. An vordefinierten Stellen sind an dem Lichtwellenleiter Gitter als Auskoppelstrukturen angeordnet, über welche zum Belichten eines Wafers, der Photonenstrahl ausgekoppelt werden kann.From the US 2008/0014534 A1 is also to describe a lithography system without masks. Here, a photon beam is coupled into an optical waveguide by means of a grating as a coupling structure and passed on there. At predefined locations on the optical waveguide, grids are arranged as coupling-out structures, via which the photon beam can be coupled out for exposing a wafer.

Möglichkeiten zur Herstellung eines optischen Koppelelements zum Umlenken von Licht mittels Lithografie sind beispielsweise aus der US 2004/0109642 A1 und der US 2016/0231478 bekannt.Possibilities for producing an optical coupling element for deflecting light by means of lithography are for example from the US 2004/0109642 A1 and the US 2016/0231478 known.

In Bezug auf die Nutzung von entsprechenden optischen Koppelelementen offenbart die WO 2018/031634 A1 schließlich noch ein holografischen Wellenleiter-Display umfassend ein holographisches Volumenphasendiffraktionsgitter.With regard to the use of corresponding optical coupling elements, the discloses WO 2018/031634 A1 Finally, a holographic waveguide display comprising a holographic volume phase diffraction grating.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Fotolithografievorrichtung bereitzustellen.The object of the present invention is to provide a photolithography apparatus.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren offenbart.The object is achieved by the subjects of the independent claims. Advantageous developments of the invention are disclosed by the dependent claims, the following description and the figures.

Durch die Erfindung ist eine Fotolithografievorrichtung zum Belichten eines Fotolacks eines Halbleitersubstrats mit einem Belichtungsmuster bereitgestellt. Die Fotolithografievorrichtung weist ein Trägermedium auf, welches dazu ausgebildet ist, als Lichtleiter eingekoppeltes Licht mittels interner Reflexion, das heißt mittels Totalreflexion, zu übertragen. Ferner weist die Fotolithografievorrichtung einen Einkoppelbereich und einen Auskoppelbereich auf, die in unterschiedlichen Abschnitten des Trägermediums angeordnet sind. Zusätzlich ist eine Beleuchtungsvorrichtung, die beispielsweise eine Quecksilberdampflampe oder einen Laser, insbesondere einen Excimerlaser, umfassen kann, vorgesehen. Die Beleuchtungsvorrichtung ist dazu ausgebildet, Licht mit einer vorgegebenen Wellenlänge auf den Einkoppelbereich abzustrahlen, insbesondere in einem ultravioletten Spektralbereich, der eine Wellenlänge von beispielsweise 126 nm (Nanometer) bis 436 nm, umfassen kann.The invention provides a photolithography apparatus for exposing a photoresist of a semiconductor substrate with an exposure pattern. The photolithography device has a carrier medium which is designed to transmit light coupled in as a light guide by means of internal reflection, that is to say by means of total reflection. Furthermore, the photolithography device has a coupling-in area and a coupling-out area, which are arranged in different sections of the carrier medium. In addition, a lighting device is provided, which can include, for example, a mercury vapor lamp or a laser, in particular an excimer laser. The lighting device is designed to emit light with a predetermined wavelength onto the coupling area, in particular in an ultraviolet spectral range, which can include a wavelength of, for example, 126 nm (nanometers) to 436 nm.

Der Einkoppelbereich weist eine Einkoppelablenkstruktur auf, die dazu ausgelegt ist, Licht mit der vorgegebenen Wellenlänge, das von der Beleuchtungsvorrichtung auf die Einkoppelablenkstruktur fällt, in das Trägermedium in Richtung des Auskoppelbereichs einzukoppeln, wobei der Auskoppelbereich eine Auskoppelablenkstruktur aufweist, die dazu ausgebildet und angeordnet ist, eingekoppeltes Licht mit der vorgegebenen Wellenlänge, das auf die Auskoppelablenkstruktur fällt, aus dem Trägermedium auf den Fotolack des Halbleitersubstrats auszukoppeln.The coupling-in area has a coupling-in deflection structure which is designed to couple light with the predetermined wavelength, which falls from the lighting device onto the coupling-in deflection structure, into the carrier medium in the direction of the coupling-out area, the coupling-out region having a coupling-out deflection structure which is designed and arranged to coupled-in light with the predetermined wavelength that falls on the coupling-out deflection structure is coupled out of the carrier medium onto the photoresist of the semiconductor substrate.

Mit anderen Worten kann eine Beleuchtungsvorrichtung Licht mit einer vorgegebenen Wellenlänge auf einen Einkoppelbereich des Trägermediums abstrahlen, von wo dessen Einkoppelablenkstruktur das Licht mit der vorgegebenen Wellenlänge in das Trägermedium einkoppeln kann. Das eingekoppelte Licht kann dann in dem Auskoppelbereich mittels einer Auskoppelablenkstruktur auf den Fotolack des Halbleitersubstrats ausgekoppelt werden. Mit der Einkopplung des Lichts in Richtung des Auskoppelbereichs ist eine makroskopische Richtung vom Einkoppelbereich entlang des Trägermediums zu dem Auskoppelbereich gemeint beziehungsweise ein Richtungsvektor in die Ausbreitungsrichtung des Lichts mittels interner Reflexion. Ein Lichtpfad kann hierbei natürlich aufgrund der internen Reflexion einen Zickzack-Verlauf aufweisen.In other words, a lighting device can emit light with a predetermined wavelength onto a coupling region of the carrier medium, from where its coupling deflection structure can couple the light with the predetermined wavelength into the carrier medium. The coupled-in light can then be coupled out onto the photoresist of the semiconductor substrate in the coupling-out region by means of a coupling-out deflection structure. The coupling of the light in the direction of the coupling-out area means a macroscopic direction from the coupling-in area along the carrier medium to the coupling-out area or a direction vector in the direction of propagation of the light by means of internal reflection. A light path can naturally have a zigzag course due to the internal reflection.

Die Einkoppelablenkstruktur und die Auskoppelablenkstruktur können als Beugungsstruktur oder Brechungsstruktur, als eine Interferenzstruktur, Gitterstruktur, als Linsensystem oder Spiegel ausgebildet sein. Insbesondere können die Einkoppelablenkstruktur und die Auskoppelablenkstruktur jeweils als holographisches optisches Element (HOE) (oder abgekürzt holographisches Element) ausgebildet sein, das Licht mit einer vorgegebenen Wellenlänge in einen vorgegebenen Winkel ablenken kann. The coupling-in deflection structure and the coupling-out deflection structure can be designed as a diffraction structure or refraction structure, as an interference structure, grating structure, as a lens system or mirror. In particular, the coupling-in deflection structure and the coupling-out deflection structure can each be designed as a holographic optical element (HOE) (or holographic element for short) that can deflect light with a predetermined wavelength into a predetermined angle.

Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass in einem Beleuchtungsschritt Licht über das Trägermedium eine große Fläche verteilt werden kann. Zusätzlich kann die erfindungsgemäße Fotolithografievorrichtung durch die flächige Verteilung des Lichts über das Trägermedium eine flache Bauweise der Fotolithografievorrichtung erreicht werden, wodurch ein kompakter Aufbau ermöglicht wird.The invention has the advantage that, in one lighting step, light can be distributed over a large area over the carrier medium. In addition, the photolithography device according to the invention can be achieved through the flat distribution of the light over the carrier medium, a flat construction of the photolithography device, whereby a compact structure is made possible.

Zusätzlich ist noch vorgesehen, dass der Einkoppelbereich eine kleinere Abmessung als der Auskoppelbereich aufweist, wobei die Einkoppelablenkstruktur eine Zerstreuungsgitterstruktur aufweist, die dazu ausgebildet ist, Lichtstrahlen des Lichts, das auf die Einkoppelablenkstruktur fällt, in Abhängigkeit eines Einfallsortes unterschiedlich stark abzulenken, so dass die Einkoppelablenkstruktur die Lichtstrahlen auf die Auskoppelablenkstruktur auffächert und wobei die Auskoppelablenkstruktur eine Bündelungsgitterstruktur aufweist, die dazu ausgebildet ist, Lichtstrahlen des Lichts in Abhängigkeit des Einfallsortes unterschiedlich stark abzulenken und zum Auskoppeln aus dem Trägermedium auf den Fotolack des Halbleitersubstrats zu parallelisieren oder zu fokussieren. Mit anderen Worten kann Licht, das auf die Einkoppelablenkstruktur fällt, auf eine Abmessung des Auskoppelbereichs ausgeweitet werden.In addition, it is also provided that the coupling-in area has a smaller dimension than the coupling-out area, the coupling-in deflection structure having a diverging grating structure which is designed to deflect light rays of the light that falls on the coupling-in deflection structure to different degrees depending on a point of incidence, so that the coupling-in deflection structure fans out the light beams onto the outcoupling deflection structure and wherein the outcoupling deflection structure has a bundling grating structure which is designed to deflect light beams of the light to different degrees depending on the location of incidence and to parallelize or focus them for coupling out from the carrier medium onto the photoresist of the semiconductor substrate. In other words, light that falls on the coupling-in deflection structure can be expanded to one dimension of the coupling-out region.

Eine Zerstreuungsgitterstruktur kann eine inhomogene Beugungsstruktur aufweisen, die beispielsweise Lichtstrahlen von einem Rand der Beugungsstruktur stärker beugen kann als Lichtstrahlen von einer Mitte der Beugungsstruktur, wodurch die Lichtstrahlen aufgefächert werden können. Dementsprechend kann eine Bündelungsgitterstruktur eine Gitterstruktur aufweisen, bei der Lichtstrahlen je nach auftreffender Position fokussiert werden können. Vorzugsweise sind in dieser Ausführungsform die Bündelungsgitterstruktur und die Zerstreuungsgitterstruktur und die entsprechenden Abstände der beiden Strukturen so gewählt, dass die Lichtstrahlen von der Zerstreuungsgitterstruktur zu der Bündelungsgitterstruktur auseinanderlaufen und von der Bündelungsgitterstruktur wieder parallelisiert werden. Diese Anordnung ist vergleichbar mit einem Galilei-Fernrohr, bei dem eine Sammellinse und eine Zerstreuungslinse derart hintereinander angeordnet sind, dass die Brennweiten der beiden Linsen hinter der Zerstreuungslinse in einem Punkt zusammenfallen. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass Licht über eine große Fläche verteilt werden kann, ohne für die Auffächerung der Lichtstrahlen einen erhöhten Platzbedarf zu benötigen.A diverging grating structure can have an inhomogeneous diffraction structure which, for example, can diffract light rays from an edge of the diffraction structure more strongly than light rays from a center of the diffraction structure, whereby the light rays can be fanned out. Accordingly, a focusing grating structure can have a grating structure in which light beams can be focused depending on the position impinging on them. In this embodiment, the bundling grating structure and the diverging grating structure and the corresponding distances between the two structures are preferably selected so that the light beams diverge from the diverging grating structure to the bundling grating structure and are again parallelized by the bundling grating structure. This arrangement is comparable to a Galilean telescope in which a converging lens and a diverging lens are arranged one behind the other in such a way that the focal lengths of the two lenses coincide at one point behind the diverging lens. This embodiment has the advantage that light can be distributed over a large area without requiring increased space for the fanning out of the light beams.

Zusätzlich oder alternativ sieht die Erfindung außerdem vor, dass die Beleuchtungsvorrichtung einen Projektor aufweist, der dazu ausgebildet ist, eine das Belichtungsmuster bildende Abstrahlcharakteristik zum Belichten des Fotolacks festzulegen. Mit anderen Worten kann der Projektor der Beleuchtungsvorrichtung eine Abstrahlcharakteristik vorgeben, durch die das Belichtungsmuster für die Erzeugung von integrierten Schaltungen definiert ist. Beispielsweise kann der Projektor eine auswechselbare Fotomaske aufweisen, deren Belichtungsmuster dann über den Einkoppelbereich in das Trägermedium eingekoppelt werden kann, von wo es über den Auskoppelbereich auf den Fotolack übertragen werden kann. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass mit einem Aufbau der Fotolithografievorrichtung durch Einstellen des Projektors verschiedene Belichtungsmuster bereitgestellt werden können.Additionally or alternatively, the invention also provides that the lighting device has a projector which is designed to define an emission characteristic, which forms the exposure pattern, for exposing the photoresist. In other words, the projector of the lighting device can predetermine an emission characteristic by which the exposure pattern for the production of integrated circuits is defined. For example, the projector can have an exchangeable photo mask, the exposure pattern of which can then be coupled into the carrier medium via the coupling-in area, from where it can be transferred to the photoresist via the coupling-out area. This embodiment has the advantage that different exposure patterns can be provided with one structure of the photolithography apparatus by adjusting the projector.

Zusätzlich oder alternativ sieht die Erfindung weiterhin vor, dass der Auskoppelbereich in vorgegebene Unterbereiche aufgeteilt ist, deren Anordnung dem Belichtungsmuster entspricht, wobei nur die vorgegebenen Unterbereiche die Auskoppelablenkstruktur aufweisen, um die Lichtstrahlen des Lichts zum Auskoppeln aus dem Trägermedium abzulenken, um eine das Belichtungsmuster bildende Abstrahlcharakteristik festzulegen. Mit anderen Worten kann der Auskoppelbereich in mehrere Unterbereiche aufgeteilt sein, wobei nur vorgegebene Unterbereiche die Auskoppelablenkstruktur aufweisen, wodurch der Auskoppelbereich eine Abstrahlcharakteristik für das Belichtungsmuster erzeugen kann. Der Auskoppelbereich weist also die Form des Belichtungsmusters auf. Der Schaltplan der zu erzeugenden integrierten Schaltung ist somit durch den Auskoppelbereich nachgeformt. Das heißt, dass beispielsweise, ohne das Belichtungsmuster vorzugeben, Licht in den Einkoppelbereich eingestrahlt werden kann und sich das Belichtungsmuster durch die vorgegebenen Unterbereiche des Auskoppelbereichs ergibt. Alternativ oder zusätzlich kann jedoch auch mit dem Projektor und einem Belichtungsmuster auf den Einkoppelbereich eingestrahlt werden, und die vorgegebenen Unterbereiche können das Belichtungsmuster weiter verändern und/oder nachzuschärfen. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass mittels des Auskoppelbereichs das Belichtungsmuster zum Belichten des Fotolacks des Halbleitersubstrats vorgegeben werden kann.Additionally or alternatively, the invention further provides that the decoupling area is divided into predefined sub-areas, the arrangement of which corresponds to the exposure pattern, only the predefined sub-areas having the decoupling deflection structure in order to deflect the light rays for decoupling from the carrier medium to form the exposure pattern Define radiation characteristics. In other words, the coupling-out area can be divided into several sub-areas, only predetermined sub-areas having the coupling-out deflection structure, whereby the coupling-out area can generate an emission characteristic for the exposure pattern. The outcoupling area thus has the shape of the exposure pattern. The circuit diagram of the integrated circuit to be generated is thus reshaped by the coupling-out area. This means that, for example, without specifying the exposure pattern, light can be radiated into the coupling-in area and the exposure pattern results from the predetermined sub-areas of the coupling-out area. As an alternative or in addition, however, the projector and an exposure pattern can also be used to irradiate the coupling-in area, and the specified sub-areas can further change and / or sharpen the exposure pattern. This embodiment has the advantage that the exposure pattern for exposing the photoresist of the semiconductor substrate can be specified by means of the coupling-out region.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Auskoppelbereich mit den vorgegebenen Unterbereichen separat zu dem Trägermedium ausgebildet ist, und die Fotolithografievorrichtung ferner eine Maskenaustauschvorrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, den Auskoppelbereich mit den vorgegebenen Unterbereichen durch einen zweiten Auskoppelbereich der zweiten vorgegebenen Unterbereiche auszutauschen. Mit anderen Worten kann der Auskoppelbereich, der mittels den vorgegebenen Unterbereichen das Belichtungsmuster bereitstellen kann, ausgetauscht werden. Hierzu kann eine Maskenaustauschvorrichtung vorgesehen sein, die beispielsweise ein Magazin mehrerer Auskoppelbereiche umfassen kann und den jeweils benötigten Auskoppelbereich mit den vorgegebenen Unterbereichen in eine Position bringen kann, in der das eingekoppelte Licht des Trägermediums auf den getauschten Auskoppelbereich, das heißt den zweiten Auskoppelbereich, fallen kann. Beispielsweise kann die Maskenaustauschvorrichtung ein Fördersystem umfassen, der den Auskoppelbereich und den zweiten Auskoppelbereich austauschen kann. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass mehrere Belichtungsmuster durch die Fotolithografievorrichtung bereitgestellt werden können.It is preferably provided that the coupling-out area with the predetermined sub-areas is formed separately from the carrier medium, and the photolithography device furthermore has a mask exchange device which is designed to exchange the coupling-out area with the predetermined sub-areas by a second coupling-out area of the second predetermined sub-areas. In other words, the decoupling area, which can provide the exposure pattern by means of the predetermined sub-areas, can be exchanged. For this purpose, a mask exchange device can be provided, which can for example comprise a magazine of several decoupling areas and can bring the required decoupling area with the predefined sub-areas into a position in which the coupled light of the carrier medium can fall on the exchanged decoupling area, i.e. the second decoupling area . For example, the mask exchange device can comprise a conveyor system that can exchange the coupling-out area and the second coupling-out area. This embodiment has the advantage that a plurality of exposure patterns can be provided by the photolithography device.

Zusätzlich oder alternativ sieht die Erfindung schließlich noch vor, dass das Trägermedium, der Einkoppelbereich und der Auskoppelbereich gekrümmt ausgebildet sind, um den Fotolack eines Halbleitersubstrats mit gekrümmter Oberfläche zu belichten. Durch das Einkoppeln des Lichts mit der vorgegebenen Wellenlänge kann das Trägermedium als Lichtleiter auch Licht über gekrümmte Flächen leiten, wodurch das Licht auf einer gekrümmten Bahn um das Halbleitersubstrat herumgeleitet und ausgekoppelt werden kann. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass auch dreidimensionale Strukturen belichtet werden können.Additionally or alternatively, the invention finally provides that the carrier medium, the coupling-in area and the coupling-out area are curved in order to expose the photoresist of a semiconductor substrate with a curved surface. By coupling the light with the predetermined wavelength, the carrier medium can also guide light as a light guide over curved surfaces, whereby the light can be guided around the semiconductor substrate on a curved path and coupled out. This embodiment has the advantage that three-dimensional structures can also be exposed.

Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.The invention also includes embodiments which result in additional advantages.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Einkoppelablenkstruktur und die Auskoppelablenkstruktur als ein holografisches Element mit zumindest einem optischen Gitter ausgebildet sind, insbesondere ein holografischen Volumengitter oder ein holografisches Oberflächengitter.One embodiment provides that the coupling-in deflection structure and the coupling-out deflection structure are designed as a holographic element with at least one optical grating, in particular a holographic volume grating or a holographic surface grating.

Ein holographisches Element, das auch als holographisch-optisches Element (HOE) bezeichnet wird, ist ein optisches Element, dessen Funktionsprinzip auf Holographie beruht und das mittels holographischer Verfahren, das heißt holographischer Belichtung, hergestellt werden kann. Dafür kann ein Interferenzmuster, das bei der Überlagerung von zwei kohärenten Wellen gleicher Wellenlänge entsteht, auf einer lichtempfindlichen Schicht aufgezeichnet werden. Auf diese Weise lassen sich holographische Elemente, wie beispielsweise Gitter, Linsen, Spiegel und Strahlteiler herstellen, die ähnliche Eigenschaften wie die konventionellen optischen Komponenten besitzen. Ein holographisches Element kann insbesondere als optisches Gitter beziehungsweise Beugungsgitter ausgebildet sein.A holographic element, which is also referred to as a holographic-optical element (HOE), is an optical element whose functional principle is based on holography and which can be produced by means of holographic processes, i.e. holographic exposure. For this purpose, an interference pattern, which occurs when two coherent waves of the same wavelength are superimposed, can be recorded on a light-sensitive layer. In this way, holographic elements such as grids, lenses, mirrors and beam splitters can be produced, which have similar properties to conventional optical components. A holographic element can in particular be designed as an optical grating or diffraction grating.

Optische Gitter, auch Beugungsgitter genannt, sowie deren Wirkungsweise und Herstellungsverfahren sind dabei allgemein bekannt. Grundsätzlich können optische Gitter als zumindest abschnittsweise periodische Strukturen, sogenannte Gitterstrukturen, in einem Substrat ausgebildet sein, die durch den physikalischen Effekt der Beugung eine Lichtlenkung, wie sie zum Beispiel von Spiegeln, Linsen oder Prismen bekannt ist, herbeiführen können. Fällt Licht, d.h. fallen Lichtstrahlen auf das optische Gitter, wobei die einfallenden Lichtstrahlen insbesondere die Bragg-Gleichung erfüllen, werden die Lichtstrahlen durch das optische Gitter gebeugt oder abgelenkt. Die Lichtlenkung kann somit insbesondere durch Interferenzerscheinungen der durch das optische Gitter gebeugten Lichtstrahlen erfolgen. Die Ablenkstruktur kann entsprechend auch als Beugungsstruktur bezeichnet werden. Ein holographisches Oberflächengitter und ein holographisches Volumengitter sind holographisch-optische Elemente, die insbesondere durch ein Holographieverfahren hergestellt werden können.Optical gratings, also called diffraction gratings, as well as their mode of operation and production methods are generally known. In principle, optical grids can be formed as at least partially periodic structures, so-called grating structures, in a substrate, which can bring about a light control, as is known, for example, from mirrors, lenses or prisms through the physical effect of diffraction. If light falls, i.e. If light rays fall on the optical grating, the incident light rays in particular satisfying the Bragg equation, the light rays are bent or deflected by the optical grating. The light can thus be guided in particular by interference phenomena of the light beams diffracted by the optical grating. The deflection structure can accordingly also be referred to as a diffraction structure. A holographic surface grating and a holographic volume grating are holographic-optical elements that can in particular be produced by a holographic process.

Vorzugsweise kann ein optisches Gitter gegenüber dem einfallenden Licht winkel- beziehungsweise richtungsselektiv und/oder wellenlängen- beziehungsweise frequenzselektiv ausgebildet sein. Somit kann nur Licht, das aus einer vorbestimmten Einfallsrichtung, zum Beispiel in einem vorbestimmten Winkel, auf ein optisches Gitter fällt, abgelenkt werden. Licht, das aus einer anderen Richtung auf das optische Gitter fällt, wird vorzugsweise nicht abgelenkt oder umso weniger, je größer der Unterschied zur vorbestimmten Einfallsrichtung ist. Zusätzlich oder alternativ kann auch nur Licht einer Wellenlänge oder Licht, welches höchstens um einen vorbestimmten Wellenlängenbereich von der vorbestimmten Wellenlänge abweicht, von dem optischen Gitter in einem bestimmten Beugungswinkel abgelenkt werden. Anders formuliert kann beispielsweise eine Optimalwellenlänge vorgegeben sein, bei der nur ein Anteil des Lichts in einem bestimmten Wellenlängen- oder Frequenzbereich um die Optimalwellenlänge von dem optischen Gitter abgelenkt wird (beispielsweise eine zentrale Optimalwellenlänge und ein Bereich mit Wellenlängenwerten bis +/- 10 Prozent der Optimalwellenlänge), der übrige Anteil des Lichts kann hingegen ohne abgelenkt zu werden durch das Gitter propagieren. Von polychromatischem Licht, welches auf das optische Gitter trifft, kann somit wenigstens ein monochromatischer Lichtanteil abgespaltet werden. Der Ablenkeffekt ergibt sich somit frequenzselektiv und/oder winkelselektiv, wobei der Ablenkeffekt für ein Optimalwellenlänge maximal ist und zu längeren und kürzeren Wellenlängen hin abfällt oder schwächer wird, beispielsweise gemäß einer Gaußglocke abfällt. Insbesondere wirkt der Ablenkeffekt nur auf einen Bruchteil des sichtbaren Lichtspektrums und/oder in einem Winkelbereich kleiner als 90 Grad.An optical grating can preferably be designed to be angle-selective or direction-selective and / or wavelength-selective or frequency-selective with respect to the incident light. Thus, only light which falls onto an optical grating from a predetermined direction of incidence, for example at a predetermined angle, can be deflected. Light which falls onto the optical grating from a different direction is preferably not deflected, or the less is deflected the greater the difference from the predetermined direction of incidence. Additionally or alternatively, only light of one wavelength or light which deviates from the predetermined wavelength by at most a predetermined wavelength range can also be deflected by the optical grating at a specific angle of diffraction. In other words, an optimum wavelength can be specified, for example, in which only a portion of the light in a certain wavelength or frequency range around the optimum wavelength is deflected by the optical grating (for example a central optimum wavelength and a range with wavelength values up to +/- 10 percent of the optimum wavelength ), while the rest of the light can propagate through the grid without being deflected. At least one monochromatic light component can thus be split off from polychromatic light which strikes the optical grating. The deflection effect is thus produced in a frequency-selective and / or angle-selective manner, the deflection effect being at a maximum for an optimal wavelength and for longer and shorter ones Declines towards wavelengths or becomes weaker, for example decreases according to a Gaussian bell. In particular, the deflection effect only acts on a fraction of the visible light spectrum and / or in an angular range smaller than 90 degrees.

Besonders bevorzugt können optische Gitter mittels Belichtung eines Substrats, also beispielsweise fotolithografisch oder holografisch, hergestellt werden. In diesem Zusammenhang können die optischen Gitter dann auch als holografische oder holografisch-optische Gitter bezeichnet werden. Es sind zwei Arten von holografisch-optischen Gittern bekannt: holografische Oberflächengitter (surface holografic gratings, kurz: SHG) und holografische Volumengitter (volume holografic gratings, kurz: VHG). Bei holografischen Oberflächengittern kann die Gitterstruktur durch optisches Verformen einer Oberflächenstruktur des Substrats erzeugt werden. Durch die veränderte Oberflächenstruktur kann auftreffendes Licht abgelenkt, zum Beispiel reflektiert werden. Beispiele für holografische Oberflächengitter sind sogenannte Sägezahn- oder Blazegitter. Im Gegensatz dazu kann die Gitterstruktur bei holografischen Volumengittern in das ganze Volumen oder einen Teilbereich des Volumens des Substrats eingearbeitet sein. Holografische Oberflächengitter und holografische Volumengitter sind in der Regel frequenzselektiv.Optical gratings can particularly preferably be produced by exposing a substrate, for example photolithographically or holographically. In this context, the optical grids can then also be referred to as holographic or holographic-optical grids. Two types of holographic-optical gratings are known: holographic surface gratings (surface holografic gratings, short: SHG) and holographic volume gratings (volume holografic gratings, short: VHG). In the case of holographic surface gratings, the grating structure can be generated by optically deforming a surface structure of the substrate. Due to the changed surface structure, incident light can be deflected, for example reflected. Examples of holographic surface grids are so-called sawtooth or blaze grids. In contrast to this, in the case of holographic volume gratings, the grating structure can be incorporated into the entire volume or part of the volume of the substrate. Holographic surface gratings and holographic volume gratings are usually frequency-selective.

Als Material für ein Substrat zum Einarbeiten eines optischen Gitters eignet sich zum Beispiel besonders Glas, vorzugsweise Quarzglas. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Polymer, insbesondere Fotopolymer, oder eine Folie, insbesondere eine fotosensitive Folie, zum Beispiel aus Kunststoff oder einem organischen Stoff verwendet werden. Zur Verwendung derartiger Substrate, sollte zusätzlich beachtet werden, dass das Material, insbesondere in Substratform, flexible und lichtwellenleitende Eigenschaften aufweist. Substrate die eine Ablenkstruktur zum Beugen von Licht, beispielsweise in Form eines optischen Gitters aufweisen, können auch als holografisch-optische Elemente (HOE) bezeichnet werden.A particularly suitable material for a substrate for incorporating an optical grating is, for example, glass, preferably quartz glass. Alternatively or in addition, a polymer, in particular photopolymer, or a film, in particular a photosensitive film, for example made of plastic or an organic substance, can also be used. When using such substrates, it should also be ensured that the material, in particular in substrate form, has flexible and light-wave-guiding properties. Substrates that have a deflection structure for diffracting light, for example in the form of an optical grating, can also be referred to as holographic-optical elements (HOE).

Durch diese Ausführungsformen ergibt sich der Vorteil, dass eine Dicke der optischen Elemente reduziert werden kann, wodurch ein Platzbedarf für die Fotolithografievorrichtung eingespart werden kann.These embodiments have the advantage that a thickness of the optical elements can be reduced, whereby a space requirement for the photolithography device can be saved.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Einkoppelbereich und der Auskoppelbereich einstückig mit dem Trägermedium ausgebildet sind oder wobei das Trägermedium als separates Element zu dem Einkoppelbereich und dem Auskoppelbereich ausgebildet ist. Im ersten Fall können der Einkoppelbereich und der Auskoppelbereich somit beispielsweise direkt in eine Oberflächenstruktur des Trägermediums eingearbeitet werden. Somit kann das Trägermedium selbst als HOE ausgebildet sein, beispielsweise geätzt oder gelasert sein. Im zweiten Fall kann das Trägermedium separat von dem Einkoppelbereich und dem Auskoppelbereich ausgebildet sein. Dabei können der Einkoppelbereich und der Auskoppelbereich beispielsweise jeweils ein Element bilden und das Trägermedium kann ein anderes Element bilden, welches an den jeweiligen Elementen anliegt. Somit können der Einkoppelbereich und der Auskoppelbereich in wenigstens einem HOE ausgebildet sein. Dies ermöglicht eine größer Auswahl bei der Nutzung eines Trägermediums. Beispielsweise kann der Einkoppelbereich und der Auskoppelbereich in unterschiedlichen Abschnitten einer holografischen Folie oder Platte ausgebildet sein. Zum Befestigen der Folie oder Platte an dem Trägermedium kann die Folie oder Platte an das Trägermedium angeklebt sein. Alternativ kann die holografische Folie auch als Adhäsionsfolie ausgebildet sein und direkt, also ohne Klebstoff, durch molekulare Kräfte an der Oberfläche des Trägermediums haften. Das Trägermedium trägt somit in jedem Fall den Einkoppelbereich und den Auskoppelbereich und stellt eine Lichtleitmedium zwischen dem Einkoppelbereich und dem Auskoppelbereich dar.Another embodiment provides that the coupling-in area and the coupling-out area are formed in one piece with the carrier medium or the carrier medium is formed as a separate element to the coupling-in area and the coupling-out area. In the first case, the coupling-in area and the coupling-out area can thus, for example, be incorporated directly into a surface structure of the carrier medium. Thus, the carrier medium itself can be designed as an HOE, for example it can be etched or lasered. In the second case, the carrier medium can be formed separately from the coupling-in area and the coupling-out area. In this case, the coupling-in area and the coupling-out area can each form an element, for example, and the carrier medium can form another element which rests against the respective elements. The coupling-in area and the coupling-out area can thus be formed in at least one HOE. This enables a greater choice when using a carrier medium. For example, the coupling-in area and the coupling-out area can be formed in different sections of a holographic film or plate. To fasten the film or plate to the carrier medium, the film or plate can be glued to the carrier medium. Alternatively, the holographic film can also be designed as an adhesive film and adhere directly to the surface of the carrier medium by molecular forces, that is to say without adhesive. The carrier medium thus always carries the coupling-in area and the coupling-out area and represents a light-conducting medium between the coupling-in area and the coupling-out area.

Erfindungsgemäß ist auch ein Fotolithografieverfahren zum Belichten eines Fotolacks eines Halbleitersubstrats mit einem Belichtungsmuster bereitgestellt. Das Fotolithografieverfahren umfasst ein Abstrahlen von Licht eines Belichtungsmusters mit einer vorgegebenen Wellenlänge auf einen Einkoppelbereich eines Trägermediums, ein Einkoppeln des Lichts des Belichtungsmusters in das Trägermedium durch eine Einkoppelablenkstruktur des Einkoppelbereichs, ein Übertragen des Lichts des Belichtungsmusters mittels interner Reflexion zu einem Auskoppelbereich des Trägermediums und ein Auskoppeln des Lichts des Belichtungsmusters aus dem Trägermedium auf den Fotolack des Halbleitersubstrats durch eine Auskoppelablenkstruktur zum Belichten des Fotolacks mit dem Belichtungsmuster. Hierbei ergeben sich gleiche Vorteile und Variationsmöglichkeiten wie bei der Fotolithografievorrichtung.According to the invention, a photolithography method for exposing a photoresist of a semiconductor substrate with an exposure pattern is also provided. The photolithography method comprises emitting light of an exposure pattern with a predetermined wavelength onto a coupling area of a carrier medium, coupling the light of the exposure pattern into the carrier medium through a coupling deflection structure of the coupling area, transmitting the light of the exposure pattern by means of internal reflection to an output area of the carrier medium and a Coupling out the light of the exposure pattern from the carrier medium onto the photoresist of the semiconductor substrate by means of a coupling-out deflection structure for exposing the photoresist with the exposure pattern. This results in the same advantages and possible variations as with the photolithography device.

Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lithografievorrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes developments of the method according to the invention which have features as they have already been described in connection with the developments of the lithography device according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the method according to the invention are not described again here.

Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.The invention also includes the combinations of the features of the described embodiments.

Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Fotolithografievorrichtung nach einer beispielhaften Ausführungsform;
2 eine schematische Darstellung einer Fotolithografievorrichtung nach einer weiteren beispielhaften Ausführungsform;
3 ein schematisches Verfahrensdiagramm nach einer beispielhaften Ausführungsform.

Exemplary embodiments of the invention are described below. This shows:

1 a schematic representation of a photolithography apparatus according to an exemplary embodiment;
2 a schematic representation of a photolithography apparatus according to a further exemplary embodiment;
3 a schematic process diagram according to an exemplary embodiment.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another and that also develop the invention independently of one another. Therefore, the disclosure is intended to include combinations of the features of the embodiments other than those shown. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention already described.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference symbols denote functionally identical elements.

In 1 ist eine schematische Darstellung einer Fotolithografievorrichtung 10 zum Belichten eines Fotolacks 12 eines Halbleitersubstrat 14 mit einem Belichtungsmuster dargestellt. Die Fotolithografievorrichtung 10 kann in diesem Ausführungsbeispiel ein Trägermedium 16 umfassen, welches als Lichtleiter zum Übertragen von eingekoppeltem Licht durch interne Reflexion ausgebildet ist.In 1 Figure 3 is a schematic representation of a photolithography apparatus 10 for exposing a photoresist 12 a semiconductor substrate 14th shown with an exposure pattern. The photolithography device 10 can be a carrier medium in this exemplary embodiment 16 include, which is designed as a light guide for transmitting coupled light by internal reflection.

Das Trägermedium 16 kann beispielsweise in einer Sandwich-Bauweise aufgebaut sein und zum Beispiel zwei Kunststoffplatten oder Glasplatten umfassen, die als Lichtleiter dienen und die Deckschichten des Trägermediums bilden. Ein Kern des Trägermediums kann beispielsweise mittels eines holografisch optischen Elements 18, das hier als holografisches Element 18 bezeichnet wird, ausgebildet sein, welches beispielsweise als transparente Fotopolymerfolie oder aus Glas ausgebildet sein kann. Insbesondere kann das holographische Element 18 durch Einfachbelichtung oder Mehrfachbelichtung hergestellt sein und das holographische Element 18 kann aus einer oder mehrerer Schichten von holographischen Elementen aufgebaut sein. Die Glasplatten können mit einer jeweiligen Oberfläche direkt an jeweils gegenüberliegenden Oberflächen des holografischen Elements 18 anliegen. Anders ausgedrückt, liegen das holografische Element 18 und die Glasplatten flächig mit ihren jeweiligen, von einer Längs- und Breitseite eingeschlossenen Flächen aneinander an. 1 zeigt insbesondere ein Schnittbild der Fotolithografievorrichtung 10, bei dem die Fotolithografievorrichtung 10 mit einem Schnitt entlang einer Längsachse dargestellt ist.The carrier medium 16 can, for example, be constructed in a sandwich construction and comprise, for example, two plastic plates or glass plates that serve as light guides and form the cover layers of the carrier medium. A core of the carrier medium can, for example, by means of a holographic optical element 18th , this one as a holographic element 18th is designated, be formed, which can be formed for example as a transparent photopolymer film or made of glass. In particular, the holographic element 18th be made by single exposure or multiple exposure and the holographic element 18th can be built up from one or more layers of holographic elements. The glass plates can have a respective surface directly on opposite surfaces of the holographic element 18th issue. In other words, the holographic element lies 18th and the glass plates are flat against one another with their respective surfaces enclosed by a longitudinal and broad side. 1 particularly shows a sectional view of the photolithography apparatus 10 in which the photolithography apparatus 10 is shown with a section along a longitudinal axis.

Die Fotolithografievorrichtung 10 kann einen Einkoppelbereich 20 und einen Auskoppelbereich 22 umfassen, die entlang einer Längserstreckungsrichtung des Trägermediums versetzt angeordnet sind. Insbesondere können der Einkoppelbereich 20 und der Auskoppelbereich 22, wie in dieser Ausführungsform dargestellt, an unterschiedlichen Enden in einer Längsrichtung des Trägermediums ausgebildet sein.The photolithography device 10 can have a coupling area 20th and a coupling-out area 22nd which are arranged offset along a longitudinal direction of extent of the carrier medium. In particular, the coupling area 20th and the decoupling area 22nd , as shown in this embodiment, be formed at different ends in a longitudinal direction of the carrier medium.

Das holografische Element 18, das sich im Einkoppelbereich 20 befindet, kann mittels eines Holografieverfahrens belichtet worden sein, wodurch sich eine Einkoppelablenkstruktur 24 bilden kann, die insbesondere als ein optisches Gitter, vorzugsweise ein holografisches Volumengitter oder holografisches Oberflächengitter, ausgebildet sein kann. Das bedeutet, dass die Einkoppelablenkstruktur 24 eine Gitterstruktur aufweist, die Licht mit einer vorgegebenen Wellenlänge in einem vorbestimmten Winkel beugen kann.The holographic element 18th that is in the coupling area 20th is located, can have been exposed by means of a holographic process, whereby a coupling deflection structure 24 can form, which can be designed in particular as an optical grating, preferably a holographic volume grating or holographic surface grating. This means that the coupling deflection structure 24 has a grating structure that can diffract light having a predetermined wavelength at a predetermined angle.

Entsprechend kann das holografische Element 18 im Auskoppelbereich 22 mit einem Holografieverfahren belichtet worden sein, wodurch sich eine Auskoppelablenkstruktur 26 bilden kann, die in diesem Beispiel auch als holografisches Volumengitter oder holografisches Oberflächengitter ausgebildet ist.The holographic element can accordingly 18th in the decoupling area 22nd have been exposed with a holographic process, creating a decoupling deflection structure 26th can form, which in this example is also designed as a holographic volume grating or holographic surface grating.

Die Fotolithografievorrichtung 10 aus 1 kann des Weiteren eine Beleuchtungsvorrichtung 28 aufweisen, die in diesem Ausführungsbeispiel ein Projektor 28 sein kann. Der Projektor 28 kann beispielsweise eine Quecksilberdampflampe 30 aufweisen, die eine Fotomaske 32 des Projektors ausleuchten kann, wobei die Fotomaske 32 vorzugsweise auswechselbar ist. Mittels der Fotomaske 32 kann beispielsweise der Projektor 28 eine das Belichtungsmuster bildende Abstrahlcharakteristik zum Belichten des Fotolacks festlegen. Insbesondere können die von der Beleuchtungsvorrichtung 28 abgestrahlten Lichtstrahlen ein durch die Fotomaske 32 vorgegebenes Belichtungsmuster aufweisen, was durch die zwei gestrichelten Linien dargestellt ist. Diese können dann je nach Belichtungsmuster den Fotolack 12 an den entsprechenden Stellen belichten, wodurch ein integrierter Schaltkreis auf dem Halbleitersubstrat 14 ausgebildet werden kann. Hierzu kann der Projektor 28 derart angeordnet sein, dass das von der Quecksilberdampflampe 30 abgestrahlte Licht mit der von der Quecksilberdampflampe 30 vorgegebenen Wellenlänge in das Trägermedium 16 auf die Einkoppelablenkstruktur 24 des Einkoppelbereichs 20 fällt.The photolithography device 10 out 1 can also include a lighting device 28 have, which in this embodiment is a projector 28 can be. The projector 28 can, for example, be a mercury vapor lamp 30th having a photo mask 32 of the projector can illuminate the photomask 32 is preferably replaceable. Using the photo mask 32 for example the projector 28 define an emission characteristic that forms the exposure pattern for exposing the photoresist. In particular, those from the lighting device 28 radiated light rays through the photomask 32 have a predetermined exposure pattern, which is shown by the two dashed lines. These can then, depending on the exposure pattern, the photoresist 12 expose in the appropriate places, creating an integrated circuit on the semiconductor substrate 14th can be trained. The projector can do this 28 be arranged so that that of the mercury vapor lamp 30th emitted light with that of the mercury vapor lamp 30th predetermined wavelength in the carrier medium 16 on the coupling deflection structure 24 of the coupling area 20th falls.

Die Einkoppelablenkstruktur 24 kann dann das Licht der Quecksilberdampflampe 30 in das Trägermedium einkoppeln, wobei vorzugsweise nicht alle Emissionslinien der Quecksilberdampflampe in das Trägermedium 16 eingekoppelt werden, sondern wegen einer Wellenlängenselektivität der Einkoppelablenkstruktur 24 nur die für die Fotolithografie verwendeten Wellenlängen, die insbesondere bei 365 nm (I-Linie) und 435,8 nm (G-Linie) liegen. Das hat den Vorteil, dass eine Bestrahlungszeit genauer bestimmt werden kann, da andere Wellenlängen nicht in das Trägermedium 16 eingekoppelt werden.The coupling deflection structure 24 can then use the light of the mercury vapor lamp 30th in the Coupling in the carrier medium, preferably not all emission lines of the mercury vapor lamp in the carrier medium 16 are coupled, but because of a wavelength selectivity of the Einkoppelablenkstruktur 24 only the wavelengths used for photolithography, which are in particular 365 nm (I line) and 435.8 nm (G line). This has the advantage that an irradiation time can be determined more precisely, since other wavelengths do not enter the carrier medium 16 are coupled.

Ferner kann das Licht der vorgegebenen Wellenlänge, dass durch die Einkoppelablenkstruktur 24 in Richtung des Auskoppelbereichs in das Trägermedium eingekoppelt wird, zum Auskoppelbereich 22 hin aufgefächert werden. Hierzu kann die Einkoppelablenkstruktur 24 des Einkoppelbereichs 20 vorzugsweise eine Zerstreuungsgitterstruktur aufweisen, die Lichtstrahlen in Abhängigkeit eines Einfallsortes unterschiedlich stark ablenkt, wodurch eine Auffächerung der Lichtstrahlen entstehen kann, die sich auf den Auskoppelbereich ausdehnen. Die Auskoppelablenkstruktur 26 kann wiederum eine Bündelungsgitterstruktur aufweisen, die die Lichtstrahlen in Abhängigkeit des Einfallsortes unterschiedlich stark ablenken kann und zum Auskoppeln aus dem Trägermedium 16 auf den Fotolack 12 parallelisieren oder fokussieren kann.Furthermore, the light of the predetermined wavelength that through the coupling deflection structure 24 is coupled into the carrier medium in the direction of the coupling-out area, to the coupling-out area 22nd be fanned out. For this purpose, the coupling deflection structure 24 of the coupling area 20th preferably have a diffusion grating structure which deflects light rays to different extents depending on a location of incidence, which can result in a fanning out of the light rays which extend to the outcoupling area. The decoupling deflection structure 26th can in turn have a bundling grating structure that can deflect the light beams to different degrees depending on the location of incidence and for coupling them out of the carrier medium 16 on the photoresist 12 can parallelize or focus.

In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Fotolithografievorrichtung 10 dargestellt. Die Fotolithografievorrichtung 10 in 2 kann im Wesentlichen die gleichen Merkmale aufweisen, wie die zuvor beschriebene Fotolithografievorrichtung aus 1, das heißt, dass diese ebenfalls ein Trägermedium 16 mit einem holografischen Element 18 umfassen kann, sowie einen Einkoppelbereich 20 und einen Auskoppelbereich 22 zum Ein- und Auskoppeln von Licht mit einer vorgegebenen Wellenlänge.In 2 Fig. 3 is another embodiment of the photolithography apparatus 10 shown. The photolithography device 10 in 2 can have essentially the same features as the previously described photolithography apparatus 1 , that means that this is also a carrier medium 16 with a holographic element 18th may include, as well as a coupling area 20th and a coupling-out area 22nd for coupling in and out light with a given wavelength.

In diesem Ausführungsbeispiel kann die Beleuchtungsvorrichtung 28 jedoch nicht als Projektor ausgebildet sein, sondern nur als Quecksilberdampflampe oder als Excimerlaser. Die Beleuchtungsvorrichtung 28 kann das Licht mit der vorgegebenen Wellenlänge in diesem Ausführungsbeispiel großflächig in den Einkoppelbereich 20 auf die Einkoppelablenkstruktur 24, die wieder als holografisches Gitter ausgebildet sein kann, abstrahlen. Die Einkoppelablenkstruktur 24 kann dieses Licht in das Trägermedium einkoppeln, wobei die Einkoppelablenkstruktur 24 wieder als Zerstreuungsgitterstrukur ausgebildet sein kann, die das Licht flächig auf den Auskoppelbereich 22 auffächern kann.In this embodiment, the lighting device 28 however, it cannot be designed as a projector, but only as a mercury vapor lamp or as an excimer laser. The lighting device 28 In this exemplary embodiment, the light with the specified wavelength can enter the coupling area over a large area 20th on the coupling deflection structure 24 , which can be designed as a holographic grating again. The coupling deflection structure 24 can couple this light into the carrier medium, with the coupling deflecting structure 24 can again be designed as a diffusion grating structure that the light is flat on the decoupling area 22nd can fan out.

Der Auskoppelbereich 22 kann in diesem Ausführungsbeispiel in vorgegebene Unterbereiche aufgeteilt sein, wobei nur die vorgegebenen Unterbereiche die Auskoppelablenkstruktur 26 aufweisen. Hierbei dient der Auskoppelbereich 22 als eine Art Negativbild beziehungsweise Master für das zu belichtende Halbleitersubstrat. Der Auskoppelbereich 22 dient somit ähnlich einem Schaltkreis dazu, das Licht an die richtigen Orte zu befördern und auszukoppein. Somit kann mittels der vorgegebenen Unterbereiche die das Belichtungsmuster bildende Abstrahlcharakteristik für den Fotolack 12 festgelegt werden.The decoupling area 22nd In this exemplary embodiment, it can be divided into predefined sub-areas, only the predefined sub-areas forming the decoupling deflection structure 26th exhibit. The decoupling area is used here 22nd as a kind of negative image or master for the semiconductor substrate to be exposed. The decoupling area 22nd thus serves, similar to a circuit, to convey the light to the right places and to decouple it. Thus, by means of the predetermined sub-regions, the radiation characteristic for the photoresist that forms the exposure pattern can be used 12 be determined.

Vorzugsweise kann in diesem Ausführungsbeispiel der Auskoppelbereich 22 separat zu dem Trägermedium 16 ausgebildet sein. Ferner kann eine Maskenaustauschvorrichtung 34 vorgesehen sein, die den Auskoppelbereich 22, der die vorgegebenen Unterbereiche umfasst, durch einen zweiten Auskoppelbereich mit zweiten vorgegebenen Unterbereichen austauschen kann. Die Maskenaustauschvorrichtung 34 kann hierfür beispielsweise eine Greifvorrichtung aufweisen, die den Auskoppelbereich 22 aus einer vorgegebenen Position herausziehen kann und diesen anschließend durch den zweiten Auskoppelbereich ersetzen kann. Alternativ oder zusätzlich kann der Auskoppelbereich zur Erzeugung der vorgegebenen Unterbereiche auch ein schaltbares holographisches Element umfassen. Hierbei können Flüssigkristalle verwendet werden, die entsprechend einer elektrisch angelegten Spannung eine Lichtdurchlässigkeit des Auskoppelbereichs 22 verändern können und somit lichtdurchlässige und lichtundurchlässige Unterbereiche erzeugen können.In this exemplary embodiment, the coupling-out area can preferably 22nd separate from the carrier medium 16 be trained. Furthermore, a mask exchange device 34 be provided that the decoupling area 22nd , which comprises the predetermined sub-areas, can exchange with second predetermined sub-areas by a second coupling-out area. The mask exchange device 34 can, for example, have a gripping device for this purpose, which the decoupling area 22nd can pull out of a predetermined position and then replace it with the second decoupling area. As an alternative or in addition, the coupling-out area can also comprise a switchable holographic element for generating the predetermined sub-areas. In this case, liquid crystals can be used which, in accordance with an electrically applied voltage, have a light permeability of the coupling-out region 22nd can change and thus create translucent and opaque sub-areas.

Die in den 1 und 2 gezeigten Merkmale sind nicht auf die jeweiligen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt, sondern können auch untereinander in Kombination verwendet werden. Insbesondere kann die in 1 gezeigte Beleuchtungsvorrichtung 28 auch in der Ausführungsform der 2 vorgesehen sein.The ones in the 1 and 2 The features shown are not restricted to the respective exemplary embodiments, but can also be used in combination with one another. In particular, the in 1 Illumination device shown 28 also in the embodiment of 2 be provided.

In 3 ist ein schematisches Fotolithografieverfahren zum Belichten eines Fotolacks 12 eines Halbleitersubstrats 14 mit einem Belichtungsmuster dargestellt. In einem Schritt S10 wird Licht eines Belichtungsmusters mit einer vorgegebenen Wellenlänge auf einen Einkoppelbereich 20 eines Trägermediums 16 abgestrahlt.In 3 Figure 3 is a schematic photolithography process for exposing a photoresist 12 a semiconductor substrate 14th shown with an exposure pattern. In one step S10 light of an exposure pattern with a predetermined wavelength is applied to a coupling area 20th a carrier medium 16 radiated.

In Schritt S12 wird das Licht des Belichtungsmusters in das Trägermedium 16 durch eine Einkoppelablenkstruktur 24 des Einkoppelbereichs 20 eingekoppelt. In Schritt S14 wird das Licht des Belichtungsmusters mittels interner Reflexion zu einem Auskoppelbereich 22 des Trägermediums übertragen. Anschließend wird in einem Schritt S16 das Licht des Belichtungsmusters aus dem Trägermedium 16 auf den Fotolack 12 des Halbleitersubstrats 14 durch eine Auskoppelablenkstruktur 26 zum Belichten des Fotolacks mit dem Belichtungsmuster ausgekoppelt.In step S12 the light of the exposure pattern is in the carrier medium 16 by a coupling deflection structure 24 of the coupling area 20th coupled. In step S14 the light of the exposure pattern becomes a decoupling area by means of internal reflection 22nd of the carrier medium. Then in one step S16 the light of the exposure pattern from the carrier medium 16 on the photoresist 12 of the semiconductor substrate 14th by a decoupling deflection structure 26th coupled out to expose the photoresist with the exposure pattern.

Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine Fotolithografie durch ein holografisch optisches Element bereitgestellt werden kann.Overall, the examples show how the invention can provide photolithography by means of a holographic optical element.

Claims

Photolithography device (10) for exposing a photoresist (12) of a semiconductor substrate (14) with an exposure pattern, comprising - A carrier medium (16) which is designed to transmit light coupled in as a light guide by means of internal reflection, and which has an in-coupling area (20) and an outcoupling area (22) which are arranged in different sections of the carrier medium; - A lighting device (28) which is designed to emit light with a predetermined wavelength onto the coupling region (20); in which - The coupling-in area (20) has a coupling-in deflection structure (24) which is designed to couple light with the predetermined wavelength that falls from the lighting device (28) onto the coupling-in deflection structure (24) into the carrier medium (16) in the direction of the coupling-out area ; in which - The decoupling area (22) has a decoupling deflection structure (26) which is designed and arranged to inject light with the predetermined wavelength that falls on the decoupling deflection structure (26) from the carrier medium (16) onto the photoresist (12) of the semiconductor substrate decoupling, where - The coupling-in area (20) has a smaller dimension than the coupling-out area (22), the coupling-in deflection structure (24) having a diverging grating structure which is designed to differentiate light rays of the light that falls on the coupling-in deflection structure (24) depending on a point of incidence strongly deflect, so that the Einkoppelablenkstruktur (24) fans out the light beams on the Auskoppelablenkstruktur (26), and wherein the Auskoppelablenkstruktur (26) has a bundling grating structure, which is designed to deflect light beams depending on the point of incidence to different degrees and for coupling out of the To parallelize or focus carrier medium (16) on the photoresist (12) of the semiconductor substrate, and / or - The lighting device (28) has a projector which is designed to define and / or define an emission characteristic that forms the exposure pattern for exposing the photoresist - The decoupling area (22) is divided into predefined sub-areas, the arrangement of which corresponds to the exposure pattern, only the predefined sub-areas having the decoupling deflection structure (26) in order to deflect the light rays for decoupling from the carrier medium (16) in order to form the exposure pattern Define emission characteristics and the decoupling area (22) with the predetermined sub-areas is formed separately from the carrier medium, and the photolithography device (10) further has a mask exchange device (34) which is designed to replace the decoupling area (22) with the predetermined sub-areas by a second To exchange coupling-out area with second predetermined sub-areas, and / or - The carrier medium (16), the coupling-in region (20) and the coupling-out region (22) are designed to be curved in order to expose the photoresist (12) of a semiconductor substrate with a curved surface.

Photolithography device (10) according to Claim 1 , the in-coupling deflection structure (24) and the out-coupling deflection structure (26) being designed as a holographic element (18) with at least one optical grating, in particular a holographic volume grating or a holographic surface grating.

Photolithography device (10) according to one of the preceding claims, wherein the coupling-in region (20) and the coupling-out region (22) are formed in one piece with the carrier medium (16) or wherein the carrier medium (16) is a separate element from the coupling-in region (20) and the coupling-out region (22) is formed.

A photolithography method for exposing a photoresist (12) of a semiconductor substrate (14) with an exposure pattern, comprising the steps of: - Emitting (S10) light of an exposure pattern with a predetermined wavelength onto a coupling area (20) of a carrier medium; Coupling (S12) the light of the exposure pattern into the carrier medium (16) through a coupling deflection structure (24) of the coupling region; - Transmitting (S14) the light of the exposure pattern by means of internal reflection to a decoupling area (22) of the carrier medium; - Decoupling (S16) the light of the exposure pattern from the carrier medium (16) onto the photoresist (12) of the semiconductor substrate through a decoupling deflection structure (26) for exposing the photoresist with the exposure pattern, wherein - the coupling area (20) has a smaller dimension than the decoupling area (22), wherein the coupling-in deflection structure (24) has a diverging grating structure, so that light beams of the light that falls on the coupling-in deflection structure (24) are deflected to different degrees depending on a point of incidence, so that the coupling-in deflection structure (24) directs the light beams onto the coupling-out deflection structure ( 26) fanned out, and wherein the decoupling deflection structure (26) has a bundling grating structure so that light rays of the light are deflected to different degrees depending on the location of incidence and for decoupling from the carrier medium (16) onto the photoresist (12) of the Semiconductor substrate are parallelized or focused, and / or - the lighting device (28) has a projector, by means of which a radiation characteristic forming the exposure pattern for exposing the photoresist is established and / or - the coupling-out area (22) is divided into predetermined sub-areas, whose arrangement corresponds to the exposure pattern, with only the specified sub-areas having the decoupling deflection structure (26) so that the light beams of the light are deflected for decoupling from the carrier medium (16) in order to define a radiation characteristic forming the exposure pattern and the decoupling area (22) with the specified Sub-areas is formed separately from the carrier medium, and the photolithography device (10) further has a mask exchange device (34), so that the decoupling area (22) exchanges with the predetermined sub-areas by a second decoupling area with second predetermined sub-areas ar, and / or - the carrier medium (16), the coupling-in region (20) and the coupling-out region (22) are curved so that the photoresist (12) of a semiconductor substrate with a curved surface is exposed.