DE19960368A1

DE19960368A1 - System zum mikrolithographischen Schreiben mit verbesserter Genauigkeit

Info

Publication number: DE19960368A1
Application number: DE19960368A
Authority: DE
Inventors: Thomas Utterbaeck; Torbjoern Sandstroem; Carl During
Original assignee: Micronic Laser Systems AB
Current assignee: Micronic Laser Systems AB
Priority date: 1998-12-16
Filing date: 1999-12-14
Publication date: 2000-06-21
Anticipated expiration: 2019-12-15
Also published as: DE19960368B4; US6448999B1; SE9804344D0; JP2000206703A; SE519397C2; SE9804344L

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und Verfahren zum mikrolithographischen Schreiben auf photoempfindliche Substrate und speziell Drucken von Mustern mit sehr hoher Genauigkeit, wie z. B. Photomasken für Halbleitervorrichtungen, Anzeigetafeln, integrierte optische Vorrichtungen und elektronische Verbindungsstrukturen. Das System enthält eine Lichtquelle (1), bevorzugt einen Laser, einen computergesteuerten Lichtmodulator (3) und eine Linse, um den zumindest einen Lichtstrahl von der Lichtquelle zu bündeln bevor er das Substrat erreicht. Weiter enthält es ein Mittel zum Steuern der Einfallsposition des Strahls auf das Substrat, einen Detektor zum Erfassen der Abweichung von der beabsichtigten Einfallsposition des Strahls auf das Substrat und ein Korrekturmittel zum Steuern des Positionssteuermittels gemäß der erfassten Abweichung, um die mit den Abweichungen verbundenen Positionsfehler auf dem Substrat zu verringern.

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum mikrolithographi schen Schreiben von hochgenauen Mustern auf ein photoemp findliches Substrat, wobei zumindest ein Lichtstrahl von einer Lichtquelle ausgestrahlt wird, der Lichtstrahl durch einen rechnergesteuerten Modulator gesteuert und durch eine Linse gebündelt wird, bevor er auf das Substrat auftrifft und eine Vorrichtung zum mikrolithographischen Schreiben von hochgenauen Mustern auf ein photoempfindliches Substrat mit einer Lichtquelle, bevorzugt einem Laser, mit einem rechnergesteuerten Lichtmodulator und mit einer Linse, zum Bündeln des zumindest einen von der Lichtquelle ausgesand ten Lichtstrahls vor seinem Auftreffen auf das Substrat.

Die Erfindung bezieht sich also auf das mikrolithographi sche Schreiben auf photoempfindliche Substrate und speziell auf das Belichten von Mustern mit sehr hoher Genauigkeit, wie zum Beispiel für Photomasken für Halb leitervorrichtungsmuster, Anzeigetafeln, integrierte opti sche Vorrichtungen und elektronische Verbindungsstrukturen.

Die Ausdrücke Schreiben und Belichten sind in einem weiten Sinn zu verstehen und beinhalten ein Belichten von Photore sist und einer photographischen Emulsion aber auch die Wir kung von Licht auf andere lichtempfindliche Medien, wie zum Beispiel Trockenentwicklungspapier durch Abschmelzen oder durch Licht oder Wärme aktivierte chemische Vorgänge. Der Ausdruck Licht soll nicht nur sichtbares Licht bedeuten, sondern einen weiten Wellenlängenbereich von Infrarot bis zu Extrem-UV umfassen.

Hintergrund der Erfindung

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum mikrolithographi schen Schreiben auf ein Substrat ist schon von z. B. EP 0 467 076 der gleichen Anmelderin bekannt. Ein Beispiel eines Systems zum mikrolithographischen Schreiben, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, weist eine Lichtquelle 1, wie zum Beispiel einen Laser, eine erste Linse 2, um die Licht strahlen zu bündeln, einen Modulator 3, um das gewünschte Muster, das geschrieben werden soll, zu erzeugen, einen Re flexionsspiegel 4, um die Strahlen auf das Substrat 6 zu lenken, und eine Linse 5, um die Strahlen zu bündeln, bevor sie auf das Substrat auftreffen. Der Spiegel 4 kann für ei nen Ablenkbetrieb verwendet werden, um den Strahl entlang von Ablenklinien auf dem Substrat abzulenken. Verschiedene Ablenkeinrichtungen, die funktionell äquivalent sind, wie zum Beispiel akustooptische Ablenkeinrichtungen, können auch verwendet werden. Weiterhin ist das Substrat bevorzugt auf einem Objekttisch angeordnet. Es ist eine zweidimensio nale Relativbewegung zwischen der Linse 5 und dem Tisch (Objekttisch) vorgesehen und durch Servosysteme gesteuert. Beispielsweise kann der Objekttisch in zumindest zwei or thogonale Richtungen mittels zwei elektrischer Servomotoren bewegbar sein.

Eine Schwierigkeit bei solchen bekannten Schreibsystemen ist jedoch, daß die Abstrahlrichtung des Lasers nicht kon stant ist, sondern unter deutlichen Richtungsvariationen leidet. Weiter werden Schwingungen von einem Wasserküh lungssystem des Lasers in den Laser übertragen und beein flussen den abgestrahlten Lichtstrahl. Der Laserstrahl kann auch durch Turbulenz oder dergleichen in der Luft beein flußt werden, was insbesondere bei Erwärmung des Lasers auftritt. Es ergibt sich jeweils eine Abweichung zwischen der tatsächlichen Laserlichtrichtung und der beabsichtigten Richtung: folglich wird die Genauigkeit beim Schreiben auf das Substrat vermindert.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ver fahren und eine Vorrichtung zu schaffen, durch die die oben genannten Nachteile des Standes der Technik behoben werden. Diese Aufgabe wird durch ein, System gemäß den beigefügten Verfahren und den Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach dem Anspruch 3 gelenkt.

Erfindungsgemäß wird also eine neue Vorrichtung zum mikro lithographischen Schreiben von hochgenauen Mustern auf ein photoempfindliches Substrat vorgeschlagen. Die Vorrichtung weist eine Lichtquelle, bevorzugt einen Laser, einen compu tergesteuerten Lichtmodulator und eine Linse auf, um den Lichtstrahl von der Lichtquelle zu bündeln bevor er das Substrat erreicht. Weiter ist eine Einrichtung zum Steuern der Einfallsposition des Strahls auf das Substrat, ein De tektor zum Erfassen der Abweichung von der beabsichtigten Einfallsposition des Strahls auf das Substrat und ein Kor rekturmittel zum Steuern des Positionssteuermittels in Übereinstimmung mit der erfaßten Abweichung derart vorgese hen, daß die mit den Abweichungen verbundenen Positi onsfehler auf dem Substrat verringert werden. Bevorzugt er faßt der Detektor Abweichungen von der beabsichtigten Posi tion des Strahls bevor er auf den Modulator auftrifft.

Erfindungsgemäß ist zumindest eine Kompensation von Abwei chungen in dem Lichtstrahl, die vor dem Modulator erzeugt werden, vorgesehen. Da die meisten Abweichungen im Laser oder nahe am Laser erzeugt werden, werden die meisten die ser Abweichungsfehler hierdurch berücksichtigt.

Weiter erfaßt der gemäß der Erfindung vorgesehene Detektor Abweichungen von der beabsichtigten Einfallsposition des Strahls auf das Substrat. Dies kann entweder durch eine di rekte Messung oder durch Messen in einer Ebene, die optisch äquivalent mit dem Bildbereich auf dem Substrat ist, durch geführt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Positi onssteuereinrichtung kleine Servoeinheiten, die an einem Reflexionsspiegel, der den Lichtstrahl reflektiert, bevor er auf das Substrat auftrifft, angebracht sind, um die Po sition des Lichtstrahls zu steuern - und zwar bevorzugt be vor er auf den Modulator auftrifft. Hierdurch wird eine Korrektur des Strahles durchgeführt bevor das Licht auf den Modulator auftrifft. Somit ist das Bild, das auf das Sub strat geschrieben wird, im wesentlichen eine genaue Wie dergabe des im Modulators erzeugten Bildes.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbei spiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen erläutert sind. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Systems gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Systems gemäß einer ersten bevorzugten Ausfüh rungsform der Erfindung und

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Wie aus Fig. 2 ersichtlich weist die erfindungsgemäße Vor richtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform eine Lichtquelle 1, insbesondere einen Laser, einen computerge steuerten Modulator 3 und eine Linse 5 auf, um den Licht strahl der Lichtquelle zu bündeln, bevor er auf das photo empfindliche Substrat 6 auftrifft. Weiter enthält die Vor richtung eine zweite Bündellinse 2 vor dem Modulator 3. Die Vorrichtung weist weiterhin eine Detektorvorrichtung 10 zum Erfassen von Abweichungen von der beabsichtigten Posi tion des Strahls seinem bevor seinem Auftreffen auf den Mo dulator auf. In dieser Ausführungsform umfaßt eine Detek toreinrichtung 10 einen Detektor, der mit Abstand zum Lichtweg entfernt ist, und einen halbdurchlässigen Spiegel oder dgl., um den Lichtstrahl auf den Detektor zu lenken. Der Detektor ist bevorzugt im Brennpunkt des reflektierten Strahls positioniert. Weiter ist der Detektor bevorzugt in verschiedene Felder aufgeteilt, die um die erwartete Strahlmitte angeordnet sind, wodurch Abweichungen von der erwarteten Position in einfacher Weise erfaßt werden kön nen. Derart kann der Detektor Positionsabweichungen in al len Richtungen gleichzeitig erfassen. Es ist jedoch mög lich, andere Detektortypen im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung einzusetzen. Ein halbdurchlässiger Spiegel ist bevorzugt nahe an dem Modulator positioniert, wodurch das Licht, das auf den Detektor auftrifft, mit dem Licht korre liert ist, das durch den Modulator tritt.

Das Detektorsignal einer Korrektureinrichtung der Steuer einrichtung zugeführt, um die Einfallsposition des Strahls auf das Substrat entsprechend der erfaßten Abweichung kor rigiert. Hierdurch werden durch Abweichungen bedingte Posi tionsfehler auf dem Substrat reduziert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Posi tionssteuereinrichtung kleine Servoeinheiten 9 auf, die an einem Reflexionsspiegel 8, der den Lichtstrahl reflektiert bevor der auf das Substrat auftrifft, angebracht sind. Hierdurch kann der Lichtstrahl vor dem Modulator in allen Richtungen korrigiert werden. Die Servoeinheiten 9 sind be vorzugt piezoelektrische Stellglieder. Der Reflexions spiegel ist in der bevorzugten Ausführungsform vor dem De tektor angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, den Reflexi onsspiegel nach dem Modulator und nach dem Detektor anzu ordnen. Dadurch wird die Vorrichtung dann ein Mitkopplungs system werden anstatt eines Rückkopplungssystems. Jedes Verfahren zum Bewegen des Bildes auf dem Substrat kann in einer Mitkopplungsanordnung verwendet werden, wie zum Bei spiel Zeitverzögerungen der Ablenklinien und modulierter Signale, feine Bewegung der letzten Linse oder Bewegung des Tisches (Objekttisch).

Das Signal des Detektor wird bevorzugt zuerst einem Ver stärker 11 zugeführt, um das Signal zu verstärken. Danach gelangt es zu einem Filter 12 bevor es der Korrekturein richtung zum Steuern der Positionssteuereinrichtung zuge führt wird. Der Filter wird verwendet, um Hochfrequenzsi gnale heraus zu filtern, um Rauschen zu verringern und die dynamischen Eigenschäften des Systems abzustimmen.

Der Abstand zwischen dem Spiegel 8 und der Linse 2 ist in einer bevorzugten Ausführungsform im wesentlichen gleich dem Abstand zwischen der Linse 2 und dem Modulator 3 und entspricht bevorzugt der Brennweite der Linse. Hierdurch werden nur kleine Kompensationswinkel benötigt, um die Richtung des Strahls zu korrigieren.

Die Positionssteuerung mit dem bewegbaren Spiegel 8 ist ein sehr schnelles System, weil die zu bewegende Masse gering ist und die benötigte Bewegungsstrecke kurz ist. Somit kann dies Vorrichtung sehr schnell einleiten. Alternativ enthält die Positionseinrichtung Servoeinheiten zum Steuern der Po sition des das Substrat . . . Objekttisches, relativ zum Lichtstrahl. Diese Steuereinrichtung kann dann herkömmli che, schon vorhandenen Servoeinrichtungen zum Bewegen des Objekttisches beim Laden.

Die Vorrichtung ist bevorzugt eine Laserablenkvorrichtung (Laserscannervorrichtung), wie zum Beispiel die aus der EP 0 467 076 bekannte; weist aber erfindungsgemäß in erhöhter Genauigkeit auf, der Modulator ist bevorzugt ein akustoop tischer Modulator. Die Erfindung kann jedoch auch bei einer Vorrichtung ohne Ablenkung verwendet werden, bei der der Modulator eine Mehrzahl von Modulationselementen und bevor zugt einen räumlichen Lichtmodulator aufweist. In diesem Fall ist der Spiegel 4 in Fig. 2 optional.

Die Erfindung kann auch in Mehrstrahlsystemen verwendet werden, bei denen die Vorrichtung einen Strahlteiler auf weist, um den Strahl von der Lichtquelle in mehrere Strah len aufzuteilen, die das Substrat entlang mehrerer Ablenk linien gleichzeitig belichten. Hierbei kann einer der Strahlen zur Erfassung verwendet und auf den Detektor ge lenkt werden. Die Positionsfehler der anderen Strahlen, zu mindest die vor dem Strahlteiler verursachten Fehler, wer den identisch sein und somit wird es möglich sein, die Po sition des/der Schreibstrahls/Schreibstrahlen entsprechend zu steuern.

Die Fig. 3 zeigt eine alternative Ausführungsform der Er findung. Bei dieser Ausführungsform ist der Ablenkspiegel 4 halbdurchlässig und der durch den Spiegel durchgelassene Strahl wird mittels einer Detektorlinse gebündelt und auf den Detektor 10 gerichtet. Bei dieser Ausführungsform wird das Detektorsignal zu einem Positionssteuermittel 9' über tragen, das die Position des Tischs steuert. Es kann natür lich auch das vorher unter Bezug auf die erste Ausführungs form beschriebene Positionssteuermittel verwendet werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gibt in einer einfachen Weise und mit weniger Komponenten eine verbesserte Genauig keit. Die Vorrichtung kompensiert im wesentlichen alle Po sitionsvariationen bis zum Ort des Detektors und in allen Richtungen unter Verwendung eines einzigen Detektors. Erfindungsgemäß mißt der Detektor die Abweichung in einer Ebene, die optisch äquivalent ist zu dem Bildbereich auf dem Substrat. In Fig. 3 sind Ebenen im Modulator 3 und im Detektor 10 optisch äquivalent zum Bildbereich auf dem Sub strat 6, wohingegen z. B. Ebenen in den Linsen 2 und 5 nicht optisch äquivalent sind.

Somit macht die Erfindung mikrolithographisches Schreiben von hochgenauen Mustern (Mustern mit hoher Genauigkeit) ef fizienter und kostengünstiger, wobei gleichzeitig Zeit die Mustergenauigkeit erhöht wird. Es sind jedoch mehrere Va riationen der oben erwähnten Ausführungsformen möglich und dem Fachmann offensichtlich. Solche offensichtlichen Modi fikationen als im Rahmen der Erfindung liegend anzusehen, wie sie in den folgenden Ansprüchen definiert ist.

Claims

1. Verfahren zum mikrolithographischen Schreiben von hochgenauen Mustern auf ein photoempfindliches Substrat, wobei zumindest ein Lichtstrahl von ei ner Lichtquelle ausgestrahlt wird, der Licht strahl durch einen rechnergesteuerten Modulator gesteuert und durch eine Linse gebündelt wird, bevor er auf das Substrat auftrifft, dadurch ge kennzeichnet, daß das Verfahren weiter die Schritte aufweist:
Erfassen einer Abweichung von der beabsichtigten Einfallsposition des Strahls auf das Substrat und Steuern einer Positionssteuereinrichtung gemäß der erfaßten Abweichung derart, dass die mit den Abweichungen verbundenen Positionsfehler auf dem Substrat verringert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich net, dass die Abweichung mittels eines Detektors erfaßt wird, der eine festgelegte geometrische Beziehung relativ zu dem Lichtfleck des Strahls auf dem Substrat aufweist.

3. Vorrichtung zum mikrolithographischen Schreiben von hochgenauen Mustern auf ein photoempfindli ches Substrat (6), mit einer Lichtquelle (1), be vorzugt einen Laser mit einem rechnergesteuerten Lichtmodulator (3) und mit einer Linse zum Bün deln des zumindest eines von der Lichtquelle aus gesandten Lichtstrahls vor seinem Auftreffen auf das Substrat, gekennzeichnet durch eine Einrich tung (9, 9') zum Steuern der Auftreffposition des Strahls auf das Substrat (6), einen Detektor (10) zum Erfassen einer Abweichung von der beabsich tigten Auftreffposition des Strahls auf das Sub strat (6) und einer Korrektureinrichtung zum Steuern der Postitionssteuereinrichtung aufgrund der erfaßten Abweichung derart, dass mit der Ab weichung verbundene Positionsfehler auf dem Sub strät (6) verringert werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, dass der Strahl im Detektor (10) eine fest gelegte geometrische Beziehung relativ zum Licht fleck des Strahls auf dem Substrat (6) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch ge kennzeichnet, dass das System weiter einen Strahlteiler zum Teilen des Strahls in zumindest zwei äquivalente Strahlen, wobei ein vom Strahl leiter ausgehender Strahl verwendet wird, zur Er fassung der Positionsabweichung dient.

6. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (10) nahe dem Modulator (3) an geordnet ist, wodurch die Strahlposition auf dem Detektor (10) mit derjenigen auf dem Modulator (3) korreliert ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, die dadurch gekennzeichnet, dass die Positionssteuer einrichtung (9) kleine Servoeinheiten aufweist, die an einem Reflexionsspiegel (8), der den Lichtstrahl reflektiert, bevor er das Substrat (6) erreicht, angebracht sind, um die Position des Lichtstrahls zu steuern.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, dass die Servovorrichtung piezoelektrische Stellglieder aufweisen.

9. System nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn zeichnet, dass der Reflexionsspiegel (8) vor dem Detektor (10) angeordnet ist.

10. System nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionssteuermittel Servoeinheiten zum Steuern der Position des Sub strattisches relativ zu dem Lichtstrahl aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 101 gekennzeichnet durch ein Laserablenksystem.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulator (3) ein akustooptischer Modulator ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulator (3) eine Mehrzahl von Modulationselementen aufweist, so z. B. ein räumlicher Lichtmodulator (SLM) ist.