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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Photolithographie-Belichtungsvorrichtung
und ein Photolithographie-Belichtungsverfahren,
welche in einem Photolithographieprozeß bei der Herstellung einer
integrierten Halbleiterschaltung, einer Flüssigkristallanzeige oder dergleichen
verwendet werden.
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Zu
bekannten optischen Belichtungsvorrichtungen, welche eine optische
Belichtung verwenden, gehört
eine Belichtungsvorrichtung zum Abbilden einer Belichtungsstruktur
auf einer Oberfläche
eines belichteten Objekts durch ein optisches Projektionssystem,
z. B. eine Linsenprojektion oder eine Spiegelprojektion. Wenn jedoch
eine Linienbreite einer Belichtungsstruktur im Bereich der Wellenlänge des zur
Belichtung verwendeten Lichtes liegt, wird die Linienbreite aufgrund
einer durch die Lichtbeugung bedingten Begrenzung nicht mehr aufgelöst. Um diesem
Problem abzuhelfen, wurde ein Verfahren bereitgestellt, welches
die Auflösung
verbessert, indem als Belichtungsmaske eine Phasenschiebermaske mit
einer transparenten oder durchscheinenden phasenmodulierenden Schicht
(sog. "Phasenschieber"), welche auf einer
Maskenbasis ausgebildet ist, verwendet wird, um die Phase des Lichtes
in der phasenmodulierenden Schicht zu modulieren, wodurch die Auflösung verbessert
wird.
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Ferner
ist ein weiteres Belichtungsgerät
bekannt, nämlich
ein Laserabbildungsgerät,
welches ein zu belichtendes Objekt belichtet, während das belichtete Objekt
kontinuierlich oder intermittierend an dessen Oberfläche mit
einem Laserstrahl entsprechend der aufzuzeichnenden Belichtungsstruktur
abgetastet wird. Ferner ist ein Laserabbildungsgerät bekannt,
welches eines räumlichen
Lichtmodula tor zum Modulieren der Amplitude des Lichtes verwendet,
um eine Belichtungsstruktur, die in dem räumlichen Lichtmodulator gebildet
wird, auf einem belichteten Objekt abzubilden. Auf diese Weise kann
eine Belichtungsstruktur gleichzeitig an einer Mehrzahl von Positionen
durch den räumlichen
Lichtmodulator zur Amplitudenmodulation geschrieben werden, so daß es von
Vorteil ist, um das Belichten bzw. Abbilden im Vergleich zum Scannen
mit einem einzelnen Strahl zu beschleunigen.
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Bei
der zuvor erwähnten
Phasenschiebermaske ist es aber notwendig, die phasenmodulierende
Schicht mit einer hochgenau bemessenen Dicke auf einer Maskenbasis
zu bilden; und falls beispielsweise eine phasenmodulierende Schicht
und eine amplitudenmodulierende Schicht eines strukturierten Chromfilms
oder dergleichen kombiniert werden, ist es notwendig, die phasenmodulierende
Schicht und die amplitudenmodulierende Schicht mit hoher Genauigkeit
zu überlagern.
Somit ist es schwieriger, eine Phasenschiebermaske als eine gewöhnliche Belichtungsmaske
herzustellen, und die Herstellungskosten sind höher. Überdies ist es notwendig, eine
Phasenschiebermaske für
jede einzelne Struktur anzufertigen.
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Auch
das Laserabbildungsgerät,
welches einen räumlichen
Lichtmodulator zur Amplitudenmodulation verwendet, kann eine Figur
zeichnen, ist jedoch in Bezug auf die Auflösung einem Gerät, welches
eine Phasenschiebermaske verwendet, unterlegen.
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In
US 6,291,110 B1 wird
eine Photolithographie-Belichtungsvorrichtung
und ein Photolithographie-Belichtungsverfahren
offenbart, bei denen das von einer Lichtquelle kommende Licht durch
einen räumlichen
Lichtmodulator in seiner Amplitude moduliert wird und das modulierte
Licht danach mittels einer Abbildungsoptik auf ein Substrat abgebildet wird.
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In
US 5,539,568 A wird
eine Photolithographie-Belichtungsvorrichtung
und ein Photolithographie-Belichtungsverfahren
offenbart, bei denen das von einer Lichtquelle kommende Licht durch
einen räumlichen
Lichtmodulator in seiner Phase moduliert und das modulierte Licht
danach mittels einer Abbildungsoptik auf ein Substrat abgebildet
wird.
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Optische
Belichtungsverfahren sind außerdem
bekannt aus
US 6,229,649
B1 und WO 99/57719 A1.
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Die
vorliegende Erfindung zielt darauf ab, eine verbesserte Photolithographie-Belichtungsvorrichtung
und ein verbessertes Photolithographie-Belichtungsverfahren bereitzustellen.
Bevorzugt ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Photolithographie-Belichtungsvorrichtung
und ein Photolithographie-Belichtungsverfahren bereitzustellen,
bei welchem eine vorgegebene Auflösung erreicht werden kann,
selbst wenn die Linienbreite einer Belichtungsstruktur im Bereich
der Wellenlänge
eines Belichtungslichtes liegt, und ferner die Belichtungszeit verringert
werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung erreicht dieses Ziel jeweils durch die Gegenstände der
unabhängigen
Ansprüche.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der
Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
Weitere Aspekte der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung und den Zeichnungen.
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Die
Erfindung stellt auf diese Weise eine Photolithographie-Belichtungsvorrichtung
und ein Photolithographie-Belichtungsverfahren
zur Verfügung,
welche geeignet sind, eine Belichtungsstruktur oder dergleichen
auszubilden, welche eine Linienbreite aufweist, die im wesentlichen
der Wellenlänge des
Belichtungslichtes entspricht. Bei einer solchen Belichtungsvorrichtung
und einem entsprechenden Belichtungsverfahren wird bevorzugt moduliertes Licht,
welches einen amplitudenmodulierten Lichtanteil und einen phasenmodulierten
Lichtanteil aufweist, auf einer Fläche eines zu belichtenden Objektes
abgebildet. Es wird also beim Aufzeichnen bzw. Schreiben einer Belichtungsstruktur
durch Belichten eines Objektes eine Amplitudenmodulation und eine Phasenmodulation
gleichzeitig durchgeführt,
wodurch auf einfache Weise eine hohe Auflösung, wie bei einer Phasenschiebermaske,
und eine Verringerung der Belichtungszeit erreicht wird. Da es einfach ist,
das Maß der
Modulation zu steuern, können
Modulationen von einer Phase und einer Amplitude ohne weiteres auf
einen optimalen Wert eingestellt werden. Ferner besteht grundsätzlich keine
Notwendigkeit mehr, bei jeder Veränderung der Belichtungsstruktur
die Belichtungsmasken auszutauschen.
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Das
Lichtumwandlungsmittel weist bevorzugt auf: einen ersten räumlichen
Lichtmodulator zur Amplitudenmodulation von wenigstens einem Teil des
Lichtes, welches von der Lichtquelle zugeführt wird; ein erstes optisches
Abbildungssystem zum Abbilden des Lichtes, welches in dem ersten
räumlichen Lichtmodulator
moduliert wird; und einen zweiten räumlichen Lichtmodulator zur
Phasenmodulation von wenigstens einem Teil des Lichtes, welches durch
das erste optische Abbildungssystem abgebildet wird, wobei das Abbildungsmittel
ein zweites optisches Abbildungssystem zum Abbilden des Lichtes, welches
in dem zweiten räumlichen
Lichtmodulator moduliert wird, auf der Fläche des Objektes aufweist.
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Das
Lichtumwandlungsmittel weist ferner bevorzugt auf: einen ersten
räumlichen
Lichtmodulator zur Phasenmodulation von wenigstens einem Teil des
Lichtes, welches durch eine Lichtquelle zugeführt wird; ein erstes optisches
Abbildungssystem zum Abbilden des Lichtes, welches in dem ersten räumlichen
Lichtmodulator moduliert wird; und einen zweiten räumlichen
Lichtmodulator zur Amplitudenmodulation von wenigstens einem Teil
des Lichtes, welches durch das erste optische Abbildungssystem abgebildet
wird, wobei das Abbildungsmittel ein zweites optisches Abbildungssystem
zum Abbilden des Lichtes, welches in dem zweiten räumlichen
Lichtmodulator moduliert wird, auf der Fläche des Objektes aufweist.
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Das
Lichtumandlungsmittel weist ferner bevorzugt auf: ein Lichtteilermittel
zum optischen Aufteilen des Lichtes, welches durch die Lichtquelle
zugeführt
wird, in einen ersten Lichtanteil und einen zweiten Lichtanteil;
einen ersten räumlichen
Lichtmodulator zur Amplitudenmodulation von wenigstens einem Teil
des ersten Lichtanteils; einen zweiten räumlichen Lichtmodulator zur
Phasenmodulation von wenigstens einem Teil des zweiten Lichtanteils;
und ein Lichtmischmittel zum optischen Zusammenführen eines Lichts, welcher
in dem ersten räumlichen
Lichtmodulator moduliert wird, und eines Lichts, welcher in dem
zweiten räumlichen
Lichtmodulator moduliert wird, wobei das Abbildungsmittel ein optisches
Abbildungssystem zum Abbilden eines Lichts, welches durch das Lichtmischmittel
zusammengeführt
wurde, auf der Fläche
des Objektes.
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Der
räumliche
Lichtmodulator zur Amplitudenmodulation umfaßt bevorzugt eine Polarisierungsplatte
und ein Flüssigkristallelement
zur räumlichen
Lichtmodulation. Der räumliche
Lichtmodulator zur Phasenmodulation umfaßt bevorzugt ein Flüssigkristallelement
zur räumlichen
Lichtmodulation.
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Das
optische Abbildungssystem zum Bilden einer Abbildung auf der Fläche des
Objektes kann vorzugsweise ein optisches Verkleinerungssystem sein.
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Der
Umwandlungsschritt umfaßt
bevorzugt: Zuführen
des Lichtes von der Lichtquelle in einen ersten räumlichen
Lichtmodulator zur Amplitudenmodulation von wenigstens einem Teil
des Lichtes von der Lichtquelle; Abbilden des Lichtes, welches in
dem ersten räumlichen
Lichtmodulator moduliert wird, durch ein erstes optisches Abbildungsmittel;
und Zuführen
des Lichtes, welches durch das erste optische Abbildungssystem abgebildet
wird, in einen zweiten räumlichen
Lichtmodulator zur Phasenmodulation von wenigstens einem Teil des
abgebildeten Lichtes, wobei der Abbildungsschritt ein Abbilden des
Lichtes, welches in dem zweiten räumlichen Lichtmodulator moduliert
wird, auf der Fläche
des Objektes umfaßt.
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Ferner
umfaßt
der Umwandlungsschritt bevorzugt: Zuführen des Lichtes von der Lichtquelle
in einen ersten räumlichen
Lichtmodulator zur Phasenmodulation von wenigstens einem Teil des
Lichtes von der Lichtquelle; Abbilden des Lichtes, welches in dem
ersten räumlichen
Lichtmodulator moduliert wird, durch ein erstes optisches Abbildungssystem; und
Zuführen
des Lichtes, welches durch das erste optische Abbildungssystem abgebildet
wird, in einen zweiten räumlichen
Lichtmodulator zur Amplitudenmodulation von wenigstens einem Teil
des abgebildeten Lichtes, wobei der Abbildungsschritt ein Abbilden
des Lichtes, welches in dem zweiten räumlichen Lichtmodulator moduliert
wird, auf der Fläche
des Objektes umfaßt.
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Ferner
umfaßt
der Umwandlungsschritt bevorzugt: ein optisches Aufteilen des Lichtes
von der Lichtquelle in einen ersten Lichtanteil und einen zweiten
Lichtanteil durch ein Lichtteilermittel; Zuführen des ersten Lichtanteils
in einen ersten räumlichen Lichtmodulator
zur Amplitudenmodulation von wenigstens einem Teil des ersten Lichtanteils;
Zuführen des
zweiten Lichtanteils in einen zweiten räumlichen Lichtmodulator zur
Phasenmodulation von wenigstens einem Teil des zweiten Lichtanteils;
und ein optisches Zusammenführen
des Lichtes, welches in dem ersten räumlichen Lichtmodulator moduliert wird,
und des Lichtes, welches in dem zweiten räumlichen Lichtmodulator wird,
durch ein Lichtmischmittel, wobei der Abbildungsschritt ein Abbilden
des Lichtes, welches durch das Lichtmischmittel zusammengeführt wird,
auf der Fläche
des Objektes umfaßt.
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Des
weiteren wird bei dem Belichtungsverfahren nach der vorliegenden
Erfindung eine endgültige
Belichtungsstruktur durch Abbilden des modulierten Lichtes auf der
Fläche
des Objektes gebildet, wenn das modulierte Licht kontinuierlich
oder intermittierend abgetastet wird, wobei die Belichtungsstruktur,
welche durch die Lichtumwandlung gebildet wird, und der Ort der
zu belichtenden Fläche
des Objektes verändert
wird.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Daraus
ergeben sich auch weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung. In
der Zeichnung zeigen, jeweils schematisch:
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1 eine
Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels
einer optischen Belichtungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels
einer optischen Belichtungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung;
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3 eine
Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels
einer optischen Belichtungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung;
und
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4(a) und 4(b) Ansichten
von Strukturen, wobei 4(a) eine Ansicht
einer Teststruktur und 4(b) eine Ansicht
einer Teststruktur zum Vergleich darstellt.
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Zunächst wird
im Nachfolgenden eine Photolithographie-Belichtungsvorrichtung (optischer "Zeichner") vom Multiplikationstyp,
welche einen räumlichen
Lichtmodulator zur Amplitudenmodulation und einen räumlichen
Lichtmodulator zur Phasenmodulation in Serie optisch kombiniert,
und ein entsprechendes Verfahren erläutert.
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In 1 weist
die Photolithographie-Belichtungsvorrichtung 10 auf:
einen räumlichen
Lichtmodulator 14 zur Amplitudenmodulation von wenigstens einem
Teil des Lichtes 12, welches von einer Lichtquelle (nicht
gezeigt) zugeführt
wird; eine Abbildungslinse 18 zum Abbilden des Lichtes 16,
welches durch den räumlichen
Lichtmodulator 14 hindurchtritt; einen räumlichen
Lichtmodulator 22 zur Phasenmodulation von wenigstens einem
Teil des Lichtes 20, welches durch die Abbildungslinse 18 abgebildet wird;
und eine Abbildungslinse 30 zum Abbilden des Lichtes 24,
welches durch den räumlichen
Lichtmodulator 22 hindurchtritt, auf einer Fläche 28 eines
zu belichtenden Objektes 26.
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Als
Lichtquelle für
die Belichtung wird, wie im Falle einer gewöhnlichen Projektionsbelichtungsvorrichtung,
eine i-Linie und eine g-Linie einer Ultrahochdruck-Quecksilberlampe
oder verschiedene Typen von Laserlicht verwendet. Daher kann der
optischer Zeichner bzw. Schreiber 10 als eine Belichtungsvorrichtung
verwendet werden.
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Jeder
räumliche
Lichtmodulator 14, 22 enthält ein Flüssigkristallelement mit Basiselementen, welche
jeweils einem angeordneten Bildelement entsprechen, und wird unter
Anwendung von Techniken zur Herstellung einer integrierten Halbleiterschaltung und
einer Flüssigkristallanzeige
hergestellt.
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Die
räumlichen
Lichtmodulatoren 14 und 22 werden durch einen
Träger
(nicht gezeigt) in der Belichtungsvorrichtung 10 so gehalten,
daß sie
optische in Serie und optisch gekoppelt miteinander angeordnet sind.
Es ist erforderlich, daß sich
die optische Weglänge
zwischen den korrespondierenden Bildelementen des räumlichen
Lichtmodulators 14 und des räumlichen Lichtmodulators 22,
d.h. die Phasendifferenz, in Nähe
von jedem Bildelement nicht in hohem Maße ändert. Wenn der Abbildungsfehler
der Abbildungslinse 18 vernachlässigt werden kann, kann diese
Bedingung erreicht werden, indem ein Versatz in Richtung einer optischen
Achse zwischen dem räumlichen
Lichtmodulator 14 und dem räumlichen Lichtmodulator 22 derart
gesteuert wird, daß dieser
ausreichend gering im Vergleich zu der Wellenlänge des Belichtungslichtes
in der Nähe
von jedem Bildelement ist.
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Es
sei T1 (x, y) ein komplexer Amplitudentransmissionsgrad
in dem räumlichen
Lichtmodulator 14 und T2 (x, y)
ein komplexer Amplitudentransmissionsgrad in dem räumlichen
Lichtmodulator 22, so wird eine komplexe Amplitude E (x,
y) auf der Fläche 28 des
Objektes 26 durch nachfolgenden Ausdruck (1) bestimmt:
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[Formel 1]
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E (x, y)
=
T1 (x, y) T2 (x,
y)
= A1 (x, y) A2 (x,
y) exp (iP1 (x, y) + iP2 (x,
y))
≡ A
(x, y) exp (iP (x, y)) (1)
-
Dabei
sind T1 (x, y) und T2 (x,
y) in den folgenden Ausdrücken
(2) und (3) definiert:
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[Formel 2]
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T1 (x, y) ≡ A1 (x,
y) exp (iP1 (x, y)) (2)
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[Formel 3]
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T2 (x, y) ≡ A2 (x,
y) exp (iP2 (x, y)) (3)
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Basierend
auf den vorstehenden Ausdrücken
(1), (2) und (3) werden die Amplitudenmodifikation (der Transmissionsgrad
des Lichtes) und die Phasenmodulation (Phase 0 bis Phase 2π) an der
an dem Flüssigkristallelement
angelegten Spannung gesteuert, so daß die oben erwähnte Amplitude
A (x, y) und Phase P (x, y) der endgültigen Amplitude A (x, y) und
Phase P (x, y) an der Fläche 28 des
belichteten Objekts 26 entsprechen.
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Selbst
wenn der räumliche
Lichtmodulator 14 zur Amplitudenmodulation einen Phasenmodulationseffekt
und/oder der räumliche
Lichtmodulator 22 zur Phasenmodulation einen Amplitudenmodulationseffekt
aufweist, können
die Werte von T1 (x, y) und T2 (x,
y) so gewählt
werden, daß die
endgültige Amplitude
A (x, y) und Phase P (x, y) ideale Werte erreichen.
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Als
Abbildungslinse 30 kann entweder eine optische Linse mit
einer 1:1 Verstärkung
oder eine optische Verkleinerungslinse verwendet werden. Die Größe des Bildelements
eines räumlichen
Lichtmodulators ist aber im allgemeinen gleich oder größer als
mehrere μm,
so daß zum
Erreichen einer sog. Submikrometer-Auflösung die Verwendung einer optischen
Verkleinerungslinse bevorzugt ist. In 1 sind die
Abbildungslinsen 18 und 30 der Einfachheit halber
jeweils als eine einzige Linse dargestellt; aber um eine bessere
Abbildungsleistung zu erreichen, ist die Verwendung von mehreren
Linsen, die miteinander kombiniert sind, bevorzugt.
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In 1 ist
der Fall dargestellt, bei welchem der räumliche Lichtmodulator zur
Amplitudenmodulation an der Seite der Lichtquelle und der räumliche Lichtmodulator
zur Phasenmodulation an der Seite des belichteten Objektes verwendet
wird; jedoch erreicht man das selbe, wenn der räumliche Lichtmodulator zur
Phasenmodulation an der Seite der Lichtquelle und der räumliche
Lichtmodulator zur Amplitudenmodulation an der Seite des belichteten
Objektes angeordnet ist. Ferner können auch andere räumliche
Lichtmodulatoren als Flüssigkristallelemente
verwendet werden.
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Als
nächstes
wird eine Photolithographie-Belichtungsvorrichtung
vom Additionstyp und ein entspre chendes Verfahren erläutert, bei
welchem der räumliche
Lichtmodulator zur Amplitudenmodulation und der räumliche
Lichtmodulator zur Phasenmodulation optisch parallel miteinander
gekoppelt sind.
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In 2 weist
eine Photolithographie-Belichtungsvorrichtung 32 auf:
einen Lichtteiler 46 zum optischen Aufteilen des Lichtes 44,
welches von einer Lichtquelle 34 aus durch eine Beleuchtungslinse 38 hindurchtritt,
in einen Lichtanteil 42 und einen Lichtanteil 44;
einen räumlichen
Lichtmodulator 48 zur Amplitudenmodulation von wenigstens einem
Teil des Lichtanteils 42; einen räumlichen Lichtmodulator 50 zur
Phasenmodulation von wenigstens einem Teil des Lichtanteils 44;
einen Lichtmischer 56 zum optischen Kombinieren des Lichtes 52,
welches durch den räumlichen
Lichtmodulator 58 hindurchtritt, und des Lichtes 54,
welches durch den räumlichen
Lichtmodulator 50 hindurchtritt; und eine Abbildungslinse 60 zum
Abbilden eines kombinierten Lichtes 58 auf der Fläche 28 des
Objektes 26.
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Ferner
ist ein Spiegel 62 vorgesehen, welcher den Lichtanteil 42 reflektiert
und von dem Lichtteiler 46 zu dem räumlichen Lichtmodulator 58 führt, und
ein Spiegel 64, welcher den Lichtanteil 44 reflektiert
und von dem Lichtteiler 46 zu dem räumlichen Lichtmodulator 50 führt.
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As
Lichtquelle zur Belichtung kann, wie bei einem gewöhnlichen
Stepper, ein Laserstrahl, wie etwa eine i-Linie und eine g-Linie
jeweils von einer Ultrahochdruck-Quecksilberlampe
oder ein ArF-Laser (Wellenlänge
= 248 nm), ein KrF-Laser (Wellenlänge = 193 nm) oder dergleichen
verwendet werden.
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Jeder
der räumlichen
Lichtmodulatoren 48, 50 enthält Flüssigkristallelemente mit Basiselementen,
welche jeweils einem angeordneten Bildelement entsprechen, und sie
werden unter Verwendung einer Technik zur Herstellung einer integrierten
Halbleiterschaltung und einer Flüssigkristallanzeige
gefertigt.
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Der
räumliche
Lichtmodulator 48 und der räumliche Lichtmodulator 50 werden
in der Belichtungsvorrichtung 32 durch einen Träger (nicht
gezeigt) so gehalten, daß sie
optisch parallel angeordnet und in Positionen bzw. Bereichen überlappen, welche
von dem optischen Abbildungssystem oder der Abbildungslinse 60 erfaßt werden.
Da ein Versatz in Richtung der optischen Achse zwischen dem räumlichen
Lichtmodulator 14 und dem räumlichen Lichtmo dulator 22 eine
entsprechende Phasendifferenz verursacht, d. h. eine Differenz zwischen
P1 (x, y) und P2 (x,
y), hat die Positionierung hochgenau im Vergleich zu einem optischen
System vom Multiplikationstyp zu erfolgen.
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Als
Lichtteiler 46 und Lichtmischer 56 werden optische
Halbspiegelelemente verwendet. Bei der Lichtzusammenführung wird
das Licht, welches durch den räumlichen
Lichtmodulator 48 hindurchtritt, und das Licht, welches
durch den räumlichen Lichtmodulator 50 hindurchtritt,
durch den Lichtmischer 56 miteinander überlagert. Da die Polarisationsrichtungen
dieselben sind, benötigt
man keinen polarisierten Strahlteiler.
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Es
wird angenommen, daß der
komplexe Amplitudentransmissionsgrad in dem räumlichen Lichtmodulator 48 T1 (x, y) und der komplexe Amplitudentransmissionsgrad
in dem räumlichen
Lichtmodulator 50 T2 (x, y) ist,
so daß eine
komplexe Amplitude E (x, y) an der Fläche 28 des Objektes 26 durch den
folgenden Ausdruck (4) bestimmt ist:
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[Formel 4]
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E (x, y)
=
T1 (x, y) T2 (x,
y)
= A1 (x, y) exp (iP1 (x,
y)) + A2 (x, y) + (iP2 (x,
y))
≡ A
(x, y) exp (iP (x, y)) (4)
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Dabei
sind T1 (x, y) und T2 (x,
y) in den folgenden Ausdrücken
(5) und (6) definiert:
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[Formel 5]
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T1 (x, y) ≡ A1 (x,
y) exp (iP1 (x, y)) (5)
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[Formel 6]
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T2 (x, y) ≡ A2 (x,
y) exp (iP2 (x, y)) (6)
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Basierend
auf den vorstehenden Ausdrücken
(4), (5) und (6) werden die Amplitudenmodulation (Lichttransmissions grad
und die Phasenmodulation (Phase 0 bis Phase 2π) an der an den Flüssigkristallelementen
anliegenden Spannung gesteuert, so daß die oben erwähnte Amplitude
A (x, y) und Phase P (x, y) der endgültigen Amplitude A (x, y) und
Phase P (x, y) an der Fläche 28 des
belichteten Objektes 26 entspricht.
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Auch
in Fällen,
wenn der räumliche
Lichtmodulator 48 zur Amplitudenmodulation einen Phasenmodulationseffekt
und der räumliche
Lichtmodulator 50 zur Phasenmodulation einen Amplitudenmodulationseffekt
aufweist, ist es ausreichend, die Werte von T1 (x,
y) und T2 (x, y) zu wählen, so daß die endgültige Amplitude A (x, y) und
Phase P (x, y) einen idealen Wert durch den Ausdruck (4) erreichen
können.
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Da
die Beträge
der Amplitudenmodulation und der Phasenmodulation beliebige Werte
annehmen können,
können
sie bei einem typischen Verfahren auf einen folgender Zustände eingestellt
werden: Lichtdurchlässigkeit
(nachfolgend "AUS"), Undurchlässigkeit
(nachfolgend "EIN") und Halbdurchlässigkeit.
Auch bei der Phasenmodulation werden die Phasen so gesteuert, daß keine
Verzögerung
(nachfolgend "Phase
0" oder "AUS") oder eine Phasenverzögerung um π (nachfolgend "Phase π" oder "EIN") auftritt.
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Folglich
können
wenigstens vier Fälle,
nämlich "Undurchlässigkeit", "Halbdurchlässigkeit
und Phase π", "Durchlässigkeit
und Phase 0" und "Durchlässigkeit
und Phase π", für das Bildelement
von jedem Flüssigkristallelement
als Basiseinheit für
die Modulation ausgewählt
werden. Durch Kombination dieser Fälle kann eine Wellenfront wie
bei einer beliebigen Phasenschiebermaske gebildet werden. Vorliegend
entsprechen die Fälle "Undurchlässigkeit", "Durchlässigkeit
und Phase 0" und "Durchlässigkeit und
Phase π" einer Phasenschiebermaske
vom Levenson-Typ, und die Fälle "Halbdurchlässigkeit
und Phase π" und "Durchlässigkeit
und Phase 0" entsprechen
einer Phasenschiebermaske vom Halbton-Typ.
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In 2 ist
der Einfachheit halber eine einzige Linse 60 zum Abbilden
von licht auf der Fläche des
Objektes durch Kombinieren des Lichtes, welches durch die räumlichen
Lichtmodulatoren 48 und 50 hindurchgetreten ist,
dargestellt; aber zur Vermeidung von Abbildungsfehlern kann auch
eine Mehrzahl von Linsen verwendet werden. Ferner hat die Verwendung
eines bitelezentrischen und afokalen optischen Systems den Vorteil,
daß selbst
in Fällen eines
Fokusfehlers eine Dimensionsgenauigkeit der Belichtungsstruktur
beibehalten und daneben eine gleichmäßige Belichtungsintensität erhalten
werden kann.
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Auch
kann durch Verwendung eines optischen Beleuchtungssystems nach Köhler, einer
Facettenlinse oder dergleichen als optisches Beleuchtungssystem
eine gleichmäßige Beleuchtung
erhalten werden; und dies ist wünschenswert,
weil der Hauptbeleuchtungsstrahl vertikal zu einer Ebene einfallenden
Lichts des räumlichen
Lichtmodulators auf der gesamten Belichtungsfläche ausgerichtet werden kann.
Insbesondere wegen der Verwendung eines Flüssigkristallelements für den räumlichen
Lichtmodulator ist eine vertikale Beleuchtung besonders wünschenswert,
weil das Flüssigkristallelement
die Charakteristik in hohem Maße
in Abhängigkeit
des Einfallswinkels verändert.
Wie bereits erläutert
wurde, ist es möglich,
anstelle des Flüssigkristallelements
vom Transmissionstyp als räumlicher
Lichtmodulator andere Elemente zu verwenden, z. B. ein Flüssigkristallelement
vom Reflektionstyp, ein Mikrospiegelelement oder ähnliche.
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3 zeigt
das optische System vom Multiplikationstyp noch genauer. Eine Belichtungsvorrichtung 66 umfaßt: eine
Lichtquelle 68; einen Spiegel 72, welcher ein
licht 70 von der Lichtquelle 68 reflektiert; ein
optisches Beleuchtungssystem 78, welches Beleuchtungslinsen 74, 76 umfaßt; einen
räumlichen Lichtmodulator 86,
welcher Polarisierungsplatten 80, 82 und ein Flüssigkristallelement 84 umfaßt; ein
optisches 1:1-Vergrößerungssystem 94,
welches eine optische Linseneinrichtung aus 1:1-Vergrößerungslinsen 88, 90 und
eine Blendenscheibe 92 aufweist; einen räumlichen
Lichtmodulator 98, welcher ein Flüssigkristallelement 96 aufweist;
und ein optisches Verkleinerungssystem 106, welches eine
1:1-Vergrößerungslinse 100,
eine Blende 102 und ein Verkleinerungsglas 104 aufweist.
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Ein
Ar-Laser (364 nm) wurde als Lichtquelle verwendet. Dieser Laserstrahl
wurde auf einen Parallelstrahl von ungefähr 50 mm im Durchmesser durch eine
Strahlerweiterungseinrichtung ausgedehnt.
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Der
räumliche
Lichtmodulator 86 ist ein räumlicher Lichtmodulator zur
Amplitudenmodulation von einfallendem Licht und weist zwei Polarisierungsplatten 80, 82 auf,
welche an beiden Oberflächen
eines Flüssigkristallelements 84 von
einem durchlässigen
drehenden Ausrichtungstyp (transmissive twisted nematic alignment-type,
sog. "TN-Ausrichtung") angeordnet sind,
wobei sich deren Polarisierungsachsen in einem rechten Winkel zueinander schneiden.
Dieser räumliche
Lichtmodulator wird als "normalweisser" Typ bezeichnet und
zeigt eine nicht-durchlässige
Eigenschaft, wenn eine angelegte Spannung an dem Flüssigkristallelement 84 eingeschaltet
("EIN") ist.
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Als
Flüssigkristallelement 84 wurde
beispielsweise einer mit einer Diagonale von 1,2 Inch (3,048 cm)
mit einer Pixelanzahl von 1024 × 768
und eine Pixelgröße von 25 μm2 verwendet. Dieses Flüssigkristallelement wurde mit
einer Dicke des Flüssigkristalls
von 3,1 μm
hergestellt, so daß die
Phasendifferenz 0 wird, wenn das angelegte Spannungssignal ein-
bzw. ausgeschaltet ist.
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Es
ist jedoch schwierig, die Phasendifferenz so zu steuern, daß sie vollständig 0 beträgt; und
eine geringe Phasendifferenz wird erzeugt. Wie nachstehend erläutert wird,
wird diese Phasendifferenz durch einen räumlichen Lichtmodulator zur
Phasenmodulation kompensiert.
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Für den räumlichen
Lichtmodulator 98, welcher ein räumlicher Lichtmodulator zur
Modulation der Phase eines einfallenden Lichtes ist, wurde ein Flüssigkristallelement
von einem homogenen Ausrichtungstyp als Flüssigkristall 96 verwendet.
Es ist ein Grundsatz der Phasenmodulation, daß, wenn ein Flüssigkristall
mit einem anisotropen Brechungsindex die Richtungen aufgrund eines
elektrischen Feldes verändert,
sich ein Brechungsindex in Bezug auf ein Licht einer speziellen
Polarisierungsrichtung verändert,
wodurch sich die Phasen nach der Übertragung durch einen Flüssigkristall
mit einer bestimmten Dicke verändern.
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Das
Flüssigkristallelement 96 wurde
mit einer Brechungsindexanisotropie Δn des Flüssigkristalls von 0,08 und
einer Dicke von 3,1 μm
hergestellt. Unter der Annahme, daß ein Schalter sich vollständig um
90° zwischen
einer Aus- und Einschaltung
des angelegten Spannungssignals verändert, wird die Phasenmodulation
durch folgenden Ausdruck (7) bestimmt, unter dessen Bedingung ein
beliebiger Phasenbetrag eingestellt werden kann:
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[Formel 7]
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(Maximale
Phasenmodulation)
= 2π × (Brechungsindexanisotropie Δn) × (Dicke
des Flüssigkristalls)/Wellenlänge/Brechungsindex)
=
2π × 0,008 × 3,1 μm/(0,364 μm/1,5)
=
2π (7)
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Für den räumlichen
Lichtmodulator 98 zur Phasenmodulation wurde keine Polarisierungsplatte verwendet,
und als Ausrichtung (alignment) des Flüssigkristalls wurde eine ho mogene
Ausrichtung gewählt.
Die Dicke des Flüssigkristalls
beträgt
3,1 μm. Dabei
erhält
die Phasendifferenz einen Betrag von 2π im Falle einer vollständig vertikalen
Ausrichtung, wenn die angelegte Spannung eingeschaltet ("EIN") ist. Das Verhältnis zwischen
der angelegten Spannung und des Phasenmodulationsbetrages wurde zuvor
so erhalten, und zwar indem die EIN/AUS-Steuerung der angelegten
Spannung durchgeführt
wurde.
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Als
optisches Abbildungssystem wurde ein afokales und telezentrisches
optisches System mit einem Verkleinerungsverhältnis von 1:100 und einer numerischen
Apertur (NA) von 0,18 verwendet. Die Pixelgröße auf der Fläche des
belichteten Objektes beträgt
0,25 μm2.
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Als
Belichtungsstruktur, welche durch Belichtung gezeichnet bzw. geschrieben
werden soll, wurde eine Linie und Fläche von 1,0 μm (nachfolgend "L und S") vom Shibuya-Levenson-Typ verwendet,
um das zu belichtende Objekt zu belichten. Zum Vergleich wurde als
Belichtungsstruktur eine L und S Teststruktur von 1,0 μm mit lediglich
Amplitudenmodulation verwendet, um ein zu belichtendes Objekt zu belichten.
Die Strukturen sind jeweils in den 4(a) und 4(b) dargestellt. Eine Einheitsfläche stellt
ein Bildelement des räumlichen
Lichtmodulators dar. Die Dimension ist der Wert auf der Bildebene.
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Im
Falle der Amplitudenmodulation bedeutet "AUS" eine
Durchlässigkeit
von Licht und "EIN" eine Undurchlässigkeit.
Im Falle der Phasenmodulation bedeutet "AUS",
daß die
Phase dieselbe ist (Phase 0), und "EIN" bedeutet,
daß die
Phase um π (Phase π) verzögert ist.
Die Phasenmodulation von einem Teil, bei welchem die Amplitude undurchlässig ist, kann
entweder bei "EIN" oder "AUS" auftreten. "EIN" bei der Phase π bedeutet,
daß eine
Spannung angelegt wurde, bei welcher die Phasenmodulation den Betrag π annimmt.
Die Positionen von "EIN" und "AUS" bei der Phase 0
und der Phase π können vertauscht
sein.
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Ein
Siliziumwafer wurde als Basis eines zu belichtenden Objektes verwendet,
wobei ein Photoresist vom Typ THMR-iP5700, hergestellt durch Tokyo Oka
Kogyo, auf dem Siliziumwafer bis zu einer Dicke von 1,0 μm aufgetragen
wurde. Daher wird in diesem Beispiel der Photoresist als das zu
belichtende Objekt angesehen.
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Die
Photoresistfläche
wurde einer 40 mJ/cm2 Belichtung ausgesetzt.
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Der
belichtete Photoresist wurde sodann entwickelt, um die auf dem Photoresist
gebildete Struktur zu beobachten. Bei einer Teststruktur, d.h. der
L und S Teststruktur mit nur einer Amplitudenmodulation, wurde zum
Vergleich eine Unebenheit in der aufgelösten Linienbreite beobachtet;
jedoch wurde bei der L und S Teststruktur vom Shibuya-Levenson-Typ eine
gleichmäßige Linienbreite
beobachtet, und eine zufriedenstellende Auflösung wurde festgestellt.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele
beschränkt, sondern
kann vielseitig modifiziert werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung
zu verlassen. Während in
dem Ausführungsbeispiel
der Shibuya-Levenson-Typ als Beispiel einer Phasenschiebermaske
angegeben wurde, kann jeder im allgemeinen für eine Phasenschiebermaske
verwendete Typ verwendet werden, beispielsweise vom Hilfsschiebertyp
(auxiliary shifter type), Kantenverbesserungstyp (edge enhancement
type), Schieberkantengebrauchstyp (shifter edge utilisation type),
Mehrfachschiebertyp (multistage shifter type) und Halbtontyp (halftone
type).