DE3624163C2 - Gerät zur Erzeugung eines Musters auf einem eine strahlungsempfindliche Schicht aufweisenden Werkstück - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Erzeugung eines Musters auf einem eine strahlungsempfindliche Schicht aufweisenden Werkstück nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei der photolithographischen Herstellung von integrierten Schaltungen werden Strahlungs- oder Teilchenenergie-sensitive Schichten in vorgegebenen Mustern bestrahlt, um die Schaltungs­ merkmale zu definieren. In einigen Fällen wird die Energie durch die Muster definierende Masken geschickt, wodurch eine Photolacksicht auf einem Halbleiterkörper selektiv bestrahlt wird. In anderen Fällen ist die Schicht auf einem Masken­ substrat und wird in einem Schritt bei der Herstellung der Maske bestrahlt. In anderen Fällen wird die Richtung der Strah­ lungsenergie selbst gesteuert, um Muster in der Schicht zu definieren. Dies kann im Zuge der Herstellung einer Maske geschehen oder direkt durch "Schreiben" auf die ein Halbleiter­ scheibchen überziehende Photolackschicht.

Einige Strahlungsenergiequellen wurden verwendet, ein­ schließlich ultraviolettes Licht, sichtbares Licht, kohärentes Licht, Röntgenstrahlen und Elektronenstrahlen (E-Strahlen).

In den frühen Zeiten der photolithographischen Technik wur­ den Muster von Hand in vergleichsweise stark vergrößertem Maß­ stab graviert und danach photographisch verkleinert, um die endgültigen Masken herzustellen. In der heutigen Technik werden E-Strahlen elektrisch geeignet gerichtet, um die Muster teil­ weise in dem endgültigen Maßstab zu definieren.

Es gab einige Versuche zur Herstellung von Masken durch Bestrahlung mit Laserstrahlen und/oder durch Bewegung eines Werkstücks relativ zu den Laserstrahlen bzw. -strahlenbündeln. Keiner dieser Versuche war kommerziell nutzbar. Wie zu sehen sein wird, ist die Erfindung auf dieses Gebiet gerichtet.

Die generelle Mustererzeugung ist in den US-PS'n 2 465 091, 4 060 816 und 4 464 030 beschrieben. Einige Aspekte der UV- Masken-Herstellungstechnologie sind in den US-PS'n 4 293 624 und 4 329 410 beschrieben. Die E-Strahlen-Technologie ist in den US-PS'n 3 679 497, 3 857 041 und 4 445 039 erörtert. Die Lasermustererzeugung ist beschrieben in den US-PS'n 3 537 854, 3 622 742, 3 797 935, 3 925 785, 4 110 594 und 4 422 033.

Bei der Erfindung werden akusto-optische Modulatoren (AOM) zum Modulieren eines Laserstrahlbündels verwendet. In diesen Modulatoren bewirkt eine sich im Kristall ausbreitende Schall­ welle eine Lichtbeugung, wodurch eine Modulation des Lichts ermöglicht wird. Dieses Phänomen ist seit vielen Jahren bekannt und beispielsweise in einem Artikel mit der Bezeichnung "Acousto-optic Bragg Diffraction Devices and their Applica­ tions" von Walter Baronian, IEEE 74 Region 6 Conference, begin­ nend auf Seite 70, beschrieben. Die Verwendung von akusto-opti­ schen Modulatoren zum elektronischen Drucken ist in "Laser Scanning for Electronic Printing", Proceeding of the IEEE, Band 70, Nr. 6, Juni 1982, beginnend auf Seite 597, beschrieben.

In der US-PS 4 110 796 wird eine Abtasteinrichtung be­ schrieben, bei der der den photoempfindlichen Film tragende Werkstückhalter zur Abtastung in Umlauf versetzt wird.

Aus der US-PS 4 393 387 ist eine Abtasteinrichtung bekannt, bei der die Abtastung mit einem rotierenden Polygonspiegel bewirkt wird. Ein als Bildrotierer arbeitendes Prisma ist im Strahlengang vor dem Polygonspiegel angeordnet und ermöglicht eine Variation der Abtastdichte.

In der US-PS 4 000 493 wird eine gattungsgemäße Einrichtung beschrieben, bei der eine photoempfindliche Schicht eines Werk­ stücks unter Verwendung eines Lasers, einer akusto-optischen Modulationseinrichtung und eines rotierenden Prismas abgetastet wird. Das von dem Laser erzeugte Strahlbündel wird durch die Modulationseinrichtung geführt, an die elektrische Signale unterschiedlicher Frequenz angelegt werden. Auf diese Weise werden mehrere modulierte Strahlbündel erzeugt. Diese modulier­ ten Strahlbündel werden auf das rotierende Prisma gerichtet, welches eine Abtastung des Werkstücks bewirkt. Bei dieser Ein­ richtung ist eine Justierung des Prismas im Strahlengang zwi­ schen Laser und Werkstück sehr aufwendig, da die ganze Abbil­ dungsoptik bei der Justierung mitbewegt werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer gattungsgemäßen Einrichtung eine Einstellmöglichkeit für die Strahlwinkel auf dem rotierenden Spiegel zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungs­ gemäßen Gerätes zur Erzeugung eines Musters auf einem eine strahlungsempfindliche Schicht tragenden Werkstück ist ein Laser als Strahlungsenergiequelle vorgesehen, dessen Strahl­ bündel in mehrere Teilstrahlbündel aufgeteilt wird. Diese Teilstrahlbündel werden durch akusto-optische Modulatoren geschickt, die mit die Muster definierenden elektrischen Signalen beaufschlagt werden. Ein rotierender Spiegel mit mehreren Facetten lenkt die Strahlbündel vom Modulator in Abtastmuster ab, während das Werkstück bewegt wird. Daher wird das Werkstück in einer rasterartigen Abtastung geschrieben.

Eine vergrößerte Zwischenebene wird hinter dem rotierenden Spiegel mit einer F-Theta-Linse errichtet; aus dieser Ebene wird Licht zur Systemkontrolle entnommen. Ein Strahlenteiler in dieser Ebene bewirkt eine Ablenkung eines Strahlbündels aus dieser Ebene. Diese Strahlbündel wird zur Schaffung eines mit der Spiegelrotation synchronisierten Zeitgabesignals verwendet. Der gleiche Strahlenteiler dient zum Ablenken eines von dem Werkstück in eine Photovielfacherröhre reflektierten Strahlbün­ dels. Dieses Strahlbündel dient zur Bestimmung der Lage des Werkstücks (z. B. zum Kalibrieren).

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Ansprüchen gekennzeichnet. Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein optisches Blockschaltbild unter Darstellung des gesamten optischen Strahlengangs des beschriebenen Ausführungsbeispiels;

Fig. 2 eine Seitenansicht des Geräts in schematischer Form zur Prinzipdarstellung der Lage der Linsen im opti­ schen Strahlengang und deren Beziehung zum Werk­ stückhalter;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Ausführungs­ beispiels einer bei dem beschriebenen Gerät ver­ wendeten Strahlenteileranordnung;

Fig. 4 eine Seitenansicht eines der bei der Strahlentei­ leranordnung gemäß Fig. 3 verwendeten Teilers;

Fig. 5 ein Schaltbild der in der Nachabtast­ bildebene verwendeten Linsen;

Fig. 6 eine Draufsicht auf den Werkstückhalter und dessen Beziehung zu Interferometern, die zur Lagebestim­ mung des Werkstückhalters oder des Werkstücks verwendet werden;

Fig. 7 eine Seitenansicht der Struktur gemäß Fig. 6 mit einer Darstellung der Lage der Struktur relativ zur Reduktion des optischen Strahlengangs;

Fig. 8 ein Diagramm zur Darstellung der Abtastmuster (Plattenschreibstrategie) bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel;

Fig. 9 die zur Bildung einer "Bürste" verwendeten Laser­ strahlbündel; und

Fig. 10 ein Zeitdiagramm zur Beschreibung gewisser Aspek­ te der Erfindung.

Beschrieben wird ein Gerät zur Erzeugung eines Laserstrahlmu­ sters, das zur Belichtung lichtempfindlicher Schichten, z. B. Photolackschichten bei der Herstellung von integrierten Schal­ tungen besonders geeignet ist. In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezielle Einzelheiten angegeben, z. B. be­ sondere Wellenlängen, Linsen usw., um das Verständnis für die Erfindung zu erleichtern. Es ist jedoch für den Fachmann klar, daß die Erfindung ohne diese besonderen Einzelheiten reali­ siert werden kann. In anderen Fällen werden bekannte Struktu­ ren, Trägerbauteile usw., die für die vorliegende Erfindung nicht notwendig sind, nicht im einzelnen erläutert, um die Erfindung bzw. deren Beschreibung nicht mit unnötigen Einzel­ heiten zu belasten.

Das erfindungsgemäße Mustererzeugungsgerät weist ein Laser­ strahlbündel zur Belichtung einer strahlungsempfindlichen Schicht auf. Das Laserstrahlbündel wird in acht Strahlbündel aufgeteilt, um eine Bürste zu erzeugen. Mit der Bürste wird das Werkstück unter Verwendung eines rotierenden Spiegels abgetastet. Jedes (Teil-)Strahlbündel der Bürste wird mit Hilfe von akusto-optischen Modulatoren moduliert. Die in diese Modulatoren gekoppelten elektrischen Signale bestimmen das speziell erzeugte Muster.

Das die lichtempfindliche Schicht tragende Werkstück ist auf einem beweglichen Tisch montiert, der sich während der Abta­ stung entlang einer Achse bewegt (Streifenachse). Der Tisch bewegt sich auch in der Abtastachse, wenn kein Schreibvorgang stattfindet. Interferometer bestimmen die Bewegung des Werk­ stücks entlang diesen Achsen bzw. Richtungen. Eine Bestimmung der Werkstücklage relativ zur Strahlposition wird aus reflek­ tiertem Licht in einer telezentrischen vergrößerten Bildebene vorgenommen. Dieselbe Bildebene wird zur Spiegel-Facettenbe­ stimmung verwendet, wodurch eine Datensynchronisation mit den akusto-optischen Modulatoren ermöglicht wird.

OPTISCHER STRAHLENGANG DES GERÄTS

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein kontinuierlicher Laser 10 vorgesehen, der 100 bis 200 mw Strahlungsleistung bei einer Frequenz von 363,8 nm liefert. Das Strahlenbündel vom Laser 10 wird mittels eines gewöhnlichen Strahlenkompressors 12 zur Vorbereitung des Strahlenbündels für die Strahlaufteilung komprimiert.

Ein Mehrfachstrahlenteiler 13 teilt das Strahlenbündel des Lasers 10 in acht Teilstrahlbündel. Die spezielle optische Anordnung für diese Strahlaufteilung wird in Verbindung mit den Fig. 3 und 4 beschrieben. Die acht Strahlenbündel vom Strahlenteiler 13 (die teilweise gemeinsam als die "Bürste" bezeichnet werden) durchlaufen Relaislinsen 14. Die 3-Elemen­ ten-Linse (gezeigt in Fig. 2) fokussiert bzw. schnürt die vom Strahlenteiler 13 kommenden Strahlbündel um angenähert einen Faktor von 2 ein.

Im Handel erhältliche akusto-optische Modulatoren (AOMs) 16 dienen zur Modulation der Lichtstrahlbündel. Bei dem beschrie­ benen Ausführungsbeispiel sind acht Wandler auf der Oberfläche eines einzigen Kristalls bzw. Quarzes gebildet. Verwendet wird ein Träger von 160 MHz, d. h. das Vorhandensein des Trägers bestimmt, ob das Strahlbündel durch den Kristall auf das Werk­ stück gebeugt wird; die Amplitude des Trägers bestimmt die Intensität des Strahlbündels. (Der Strahl der nullten Beu­ gungsordnung wird nicht verwendet.)

Acht modulierte Strahlbündel (im folgenden z. T. Strahlen ge­ nannt) können aus einem einzigen Strahlbündel unter Verwendung eines einzigen AOM gewonnen werden, wobei acht Trägerfrequen­ zen verwendet werden. Die Beugung von dem AOM ist eine Funk­ tion der Frequenz, und jede Trägerfrequenz erzeugt einen sepa­ raten Strahl. Alternativ können elektro-optische Modulatoren anstelle AOM's verwendet werden.

Die acht Strahlen von dem AOM werden durch ein Dove-Prisma 17 gerichtet. Dieses Prisma wird zum Drehen der Strahlbürste verwendet, und, obwohl dies nicht ohne weiteres in der Ansicht gemäß Fig. 1 darstellbar ist, werden die Strahlen tatsächlich aus der Bildebene in der Figur ausge­ schwenkt. Die letzte von den Strahlen gebildete Bürste enthält überlappende Projektionen jedes der Strahlen bzw. Strahlenbün­ del ohne Interferenz zwischen den Strahlen, da zusätzlich zur Drehung vom Prisma 17 eine Zeitverzögerung zwischen der Akti­ vierung jedes der Strahlen verwendet wird. Ohne diese Maßnahme könnte sich eine ungleichförmige Belichtung der Photolack­ schicht ergeben.

Die Strahlen vom Prisma 17 durchlaufen die einzelne Relaislin­ se 18 und konvergieren auf einen Punkt auf einem Steuerspiegel 20. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel hat dieser Punkt einen Durchmesser von etwa 1,5 mm. Der Steuerspiegel 20 ist ein elektrisch steuerbarer Spiegel, der eine (Einstell-)Bewegung der Strahlwinkel auf den Facetten enthaltenden Spiegel 24 ermöglicht. Die vom Spiegel 20 reflektierten Strahlen durch­ laufen eine Variooptik 22, welche die in Fig. 2 gezeigten vier Elemente enthält. Diese Variooptik ermöglicht eine Ver­ größerung und stärkere Spreizung der Strahlen oder eine Ver­ kleinerung und engere Zusammenführung der Strahlen auf dem Werkstück. Diese Variooptik wird elektrisch gesteuert und für jedes Werkstück eingestellt. Der rotierende Polygonspiegel 24 weist bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel vierundzwanzig Facetten auf, von denen jede die Strahlen von der Variooptik 22 in eine F-Theta-Linse 26 ablenkt. Es ist dieser Spiegel, der die Abtastwirkung der Strahlen bzw. Strahlbündel hervor­ ruft. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel dreht sich dieser Spiegel mit einer Geschwindigkeit von 12000 bis 20000 Upms; daher treten die Abtastungen mit einer Frequenz zwischen 48 kHZ und 80 kHz pro Sekunde auf. Der Spiegel dreht sich jedoch mit einer konstanten Geschwindigkeit bei einem vorge­ gebenen Muster.

Die Strahlen aus dem Spiegel 24 werden in einer Nachabtast­ -Zwischenbildebene vergrößert (10 × Bildebene), wie in Fig. 1 gezeigt ist. An einem Ende dieser Ebene ist eine F-Theta-Linse 26 vorgesehen, die zur Bildung der Ebene verwendet wird, und am anderen Ende wird eine Reduktionslinse zur Entwicklung der endgültigen Strahlen bzw. Strahlbündel verwendet. Der endgül­ tige reduzierte Strahl tastet die Platte oder das Werkstück 34 ab. Die Linsen der F-Theta-Linsenanordnung und der Reduktions­ linse 32 sind in Fig. 5 gezeigt.

Ein Strahlenteiler 28 ist in der 10 × Bildebene angeordnet. Wie weiter unten beschrieben werden wird, wird einer der Strahlen vor jeder Abtastung aktiviert und zur Bestimmung der Spiegel­ facetten verwendet. Der Strahl wird am Strahlenteiler 28 auf eine Facetten-Detektorschaltung reflektiert, die einen die Facetten-Position angebenden Impuls erzeugt. Dieser ermöglicht die Synchronisation der dem AOM 16 zugeführten Musterdaten mit der Spiegelrotation. Reflexionen vom Werkstück 34 (oder dem Werkstückhalter) werden ebenfalls vom Strahlenteiler 28 re­ flektiert und in eine Photovervielfacherröhre fokussiert. Diese Reflexionen werden zur Kalibrierung und zu anderen Zwecken verwendet, wie weiter unten beschrieben werden wird.

Ein Verschluß 30 arbeitet in der 10 × Bildebene. Dieser Ver­ schluß sorgt dafür, daß Licht nur während des Abtastens oder anderer vorgegebenen Zeitphasen, z. B. beim Kalibrieren, das Werkstück erreicht.

In Fig. 2 ist der tatsächliche optische Strahlengang in dem beschriebenen und realisierten Ausführungsbeispiel gezeigt. Der Laser, Linsen, der rotierende Spiegel usw. sind an einem starren Metallrahmen 45 angebracht. Der Rahmen wird von Me­ tallstützen 46 und 47 getragen, welche an einem einzigen Gra­ nitbauteil zur Minimierung von Bewegungen montiert sind. Das Werkstück oder die Platte ist auf einem Werkstück- bzw. Teile­ halter befestigt, und diese Anordnung wird unter der Reduk­ tionslinse 32 vorbeibewegt, wie nachfolgend beschrieben werden wird.

Im optischen Strahlengang gemäß Fig. 2 bezeichnet "L" Linsen, "F" Brennpunkte und "AF" afokale Punkte.

Das Laserstrahlbündel durchläuft Linsen L1 und L2, die den Strahlbündelkompressor 12 in Fig. 1 bilden. Das Strahlbündel wird sodann in den Strahlenteiler 13 fokussiert, der weiter unten unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 erläutert wer­ den wird.

Die Relaislinsen 14 der Fig. 1 sind durch Linsen L3, L4 und L5 gebildet, wobei ein afokaler Punkt AF1 zwischen den Linsen L4 und L5 vorgesehen ist. Der AOM 16 ist auch in Fig. 2 ge­ zeigt; er nimmt acht Strahlen (Strahlbündel) von den Linsen 14 auf. Das modulierte Licht von dem AOM durchläuft das Schwal­ benprisma 17 und danach ein Strahlumlenkprisma 37, eine Re­ laislinse 18 (L6), das Strahlumlenkprisma 38 und fällt auf den Steuerspiegel 20. Von dort wird der Strahl auf den Spiegel 39 geworfen und an diesem reflektiert, durchläuft das Strahlum­ lenkprisma 40 und wird auf die Variooptik der Anordnung ge­ richtet, die Linsen L7, L8, L9 und L10 und ein Strahlumlenk­ prisma 41 enthält. Ein Brennpunkt F3 ist im Prisma 41 angeord­ net. Die Strahlen aus der Variooptikanordnung werden vom Spie­ gel 48 auf den rotierenden Spiegel (Polygon) 24 reflektiert.

Die optischen Komponenten hinter der Abtastung (post scan optics) sind ebenfalls in Fig. 2 gezeigt und umfassen die F-Theta-Linse 26, den Strahlenteiler 28, den Verschluß 30 und die Reduktionslinse 32.

Alle oben erwähnten Linsen sind kommerziell erhältlich.

STRAHLENTEILER 13 AUS Fig. 1 UND 2

Fig. 4 zeigt eine von drei ähnlichen Platten 50, die im Strahlenteiler verwendet werden. Ein Körper 55 ist ein Körper beispielsweise aus Glas, der für den Strahl durchlässig ist. Die obere Fläche des Körpers trägt einen Antireflexionsüberzug 52. Dieser Überzug ist teilweise mit einer 50% reflektieren­ den Schicht 53 überzogen. Auf der Unterseite des Körpers 55 ist ein 100% reflektierender Überzug oder eine Schicht 51 gebildet.

Wie zu sehen ist, wird ein auf die Schicht 53 fallender Strahl 58 entsprechend der Strahldarstellung 59 reflektiert. Ein Teil des Strahls 58 tritt als Strahl 60 in den Körper 55 ein und wird von dem Überzug 51 reflektiert (Strahl 61). Zu beachten ist, daß der Strahl 61 nach dem Austritt aus der Platte 50 die Schicht 53 nicht trifft.

Drei Platten in der Ausführung wie die Platte 50 in Fig. 4 sind in Fig. 3 gezeigt (Platten 50a, 50b und 50c); sie werden bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel zur Erzeugung von acht Strahlbündeln verwendet. Die Platte 50b ist zweimal so dick wie die Platte 50a; die Platte 50c ist zweimal so dick wie die Platte 50b. Die Platten sind bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel parallel zueinander angeordnet.

Wie in Fig. 3 zu sehen ist, wird ein zunächst die Platte 50a treffendes Strahlbündel 63 in zwei Teilstrahlen aufgeteilt. (Dies ist auch in Fig. 4 gezeigt). Die beiden Teilstrahlbün­ del fallen danach auf die Schicht 53 der Platte 50b. Die Hälf­ te jedes dieser Strahlbündel wird an der Schicht 53 refelek­ tiert. Die durch die Schicht 53 durchtretenden Teile der Strahlbündel werden von der Schicht 51 reflektiert, wodurch zwei zusätzliche Strahlbündel erzeugt werden, so daß eine Gesamtanzahl von vier Strahlbündeln die Platte 50b verläßt. In ähnlicher Weise werden alle vier Teilstrahlbündel, die von der Platte 50b reflektiert werden, teilweise von der Schicht 53 der Platte 50c und teilweise an der Schicht 51 der Platte 50c reflektiert, so daß sich acht Teilstrahlbündel ergeben, die bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendet werden.

10 × BILDEBENEN-OPTIK

Ein Aspekt des beschriebenen Geräts ist die Verwendung einer vergrößerten Bildebene, die der Abtastoptik folgt. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird eine 10 × Bildebene zwischen dem rotierenden Spiegel und dem Werkstück eingesetzt. Diese telezentrische Zwischenbildebene trägt bei zur Facetten­ bestimmung, Kalibrierung und zur Bestimmung der Werkstückposi­ tion, und zwar insbesondere für die Anwendungen beim direkten Schreiben.

Im folgenden wird auf Fig. 5 Bezug genommen. Die Zwischenebe­ ne wird durch die F-Theta-Linsen 26 erzeugt. Die bekannte F-Theta-Linsen-Technologie wird zur Erzeugung der dem rotie­ renden Spiegel folgenden Zwischenebene verwendet.

Ein Strahlenteiler 28 ist im Lichtstrahlengang hinter den F-Theta-Linsen angeordnet. Dieser Strahlenteiler dient zum Abtrennen eines kleinen Teils des auf das Werkstück gerichte­ ten Lichts auf einen Facettendetektor 67. Die Strahlen 66 der Fig. 5 werden an der Oberfläche 28a des Strahlenteilers re­ flektiert und fallen auf den Detektor 67. Wie im einzelnen noch erläutert werden wird, wird einer der Strahlenkanäle vor jeder Abtastung des Werkstücks zu dem AOM durchgeschaltet. Der Facettendetektor stellt diesen Strahl fest, und die daraus abgeleitete Information wird zur Zeitgebung der zum AOM gekop­ pelten Daten verwendet. Dies ist in Fig. 10 gezeigt. Die andere Oberfläche 28b des Strahlenteilers 28 wird zum Abteilen eines Teils des vom Werkstück reflektierten Strahlenbündels verwendet. Dieser Lichtanteil, der zu einer Photoverviel­ facherröhre 71 gekoppelt wird, dient der Kalibrierung und Lagebestimmung.

Ein Verschluß 30 ist in der in Fig. 5 dargestellten Weise in der Zwischenbildebene angeordnet. Der AOM ermöglicht auch im abgeschalteten Zustand die Beugung eines kleinen Anteils des Lichts (z. B. 1%) auf das Werkstück.

Wenn die das Werkstück tragende Bühne angehalten wird, kann dieses Licht zu einer unerwünschten Belichtung des Photolacks führen. Der elektrisch betätigte Verschluß wird geschlossen, wenn keine Abtastung des Werkstücks stattfindet. (Der Strahl aus Kanal 1, der vor dem tatsächlichen Abtasten für die Facet­ tenbestimmung eingeschaltet wird, fällt nicht auf das Werk­ stück.)

Der Verschluß 30 liegt hinter dem Strahlenteiler 28, da Facet­ tenbestimmungssignale zur Bewegung des Tischs verwendet wer­ den. Zu beachten ist, daß keine Facettenbestimmungssignale bei geschlossenem Verschluß aufgenommen werden könnten, wenn der Verschluß im Strahlengang weiter vorne angeordnet wäre, so daß dann die Erzeugung von Zeitgabesignalen für die Bewegung des Tisch ausgeschlossen wäre.

Die Reduktionslinsenanordnung 22 ist im Handel erhältlich und fokussiert die Strahlen aus der 10 × Ebene auf das Werkstück.

WERKSTÜCK-SCHREIBFORMAT

Das Abtastmuster und die Werkstückbewegung ermöglichen den acht Strahlen bzw. Strahlbündeln, ein Muster virtuell zu schreiben. Obwohl das speziell verwendete Schreibformat für den optischen Strahlengang unkritisch ist, trägt eine Erläute­ rung des Formats zum Verständnis der Gesamtfunktion des be­ schriebenen Geräts bei.

Die Muster werden auf dem Werkstück in Blöcken, z. B. Block 68 in Fig. 8, erzeugt. Jeder Block verwendet 256 K Adressenein­ heiten von Daten in der Abtastachse bzw. -richtung und 256 K Adresseneinheiten in der Streifenachse bzw. -richtung. Eine einzige Adresse in beiden Achsen bzw. Richtungen definiert ein 0,5 µm Quadrat.

Die Abtastbewegung der Strahlen wird von dem rotierenden Spie­ gel in der Richtung der Abtastachse erzeugt. Die acht Strahlen bzw. Strahlbündel sind innerhalb des Kreises 69 gezeigt. Die von diesen Strahlbündeln erzeugte Bürste zeichnet eine Abtast­ zeile 70, die in dem Kreis 73 dargestellt ist. Beim Abtasten wird das Werkstück in der Streifen- oder Streichrichtung be­ wegt. Daher erfolgt das Abtasten in einer rasterartigen Weise. Jede Abtastzeile ist in der beschriebenen Implementierung 4096 Adresseneinheiten breit, wobei ein Bit in jeder Adressenein­ heit zur Steuerung jedes der Strahlbündel dient. Daher ist die Abtastzeile selbst acht "Bits" breit. Der Binärcode wird ent­ weder zum Einschalten oder zum Ausschalten des entsprechenden Strahlbündels verwendet. Eine Grauskala kann auch verwendet werden, wenn eine Vielzahl von Bits jedem Strahlbündel zuge­ ordnet ist, um eine Gradation bzw. Abstufung zwischen den Ein- und Auszuständen zu schaffen.

In der bei dem Mustergenerator verwendeten Rastereinrichtung werden Rahmen erzeugt, die eine Länge von 1024 Adreßeinheiten in der Streifenachsenrichtung haben. Diese Zeichnung ist je­ doch innerhalb der Strahlbündel- oder Tischbewegung selbst nicht feststellbar, sondern ist auf die Rastereinrichtung beschränkt. Eine Vielzahl von Rahmen dienen zur Bildung eines Durchlaufs, wie er von dem Rechteck 72 definiert ist. Die Anzahl von Rahmen in einem Durchlauf ist willkürlich.

Es sei für die Zwecke der vorliegenden Erörterung angenommen, daß vier identische Muster (Muster 2) innerhalb des Blocks 68 geschrieben werden sollen. Bei dem beschriebenen Ausführungs­ beispiel wird der Durchlauf 72 zunächst in den Block 74 ge­ schrieben, und danach wird der Tisch derart bewegt, daß die in diesem Durchlauf enthaltene gleiche Information in die Blöcke 73, 76 und danach 75 neu eingeschrieben werden kann. Ein wei­ terer Durchlauf wird sodann in jedem der Blöcke vorgenommen, bis das gesamte Muster viermal innerhalb des Blocks 68 ge­ schrieben worden ist. Andere Muster können auf dem Werkstück in den Blöcken 68 benachbarten Blöcken geschrieben werden, wie dies durch das Muster 1 links vom Block 68 in der Zeichnung angegeben ist. Die Muster 1 oder 2 gemäß Fig. 8 können bei­ spielsweise 5 × oder 10 × Masken darstellen, oder sie können, wie erwähnt, direkt auf einem Halbleiterscheibchen erzeugte Schaltungselemente darstellen.

Nach der beschriebenen Implementierung schreiben die Strahl­ bündel nur in Verbindung mit einer Streifenachsenbewegung, während kein Schreiben stattfindet, wenn der Tisch in der Abtastachsenrichtung bewegt wird. Eine Werkstückbewegung in der Abtastachse findet beispielsweise statt, um das Werkstück für jeden Durchlauf neu zu positionieren.

ABTASTZEILEN-STRAHLBÜNDEL

In dem Kreis 69 in Fig. 8 sind die acht Strahlbündel, welche das Muster bei jeder Abtastung zeichnen, einander überlappend dargestellt. Tatsächlich überlappen die Strahlbündel einander nicht, obwohl ihre Projektionen auf dem Werkstück überlappend sind. Das Schwalbenprisma 17 gemäß Fig. 1 orientiert die Strahlbündel so, daß sie in der erwähnten Weise räumlich ver­ schoben werden. Diese Verschiebung ist in Fig. 9 durch die Strahlbündel 77 dargestellt. (Die Strahlbündel 77 stellen die Projektion der Strahlbündel dar, wenn sie eingeschaltet wür­ den, bevor sie die Line 78 erreicht haben.) Die Linie 78 stellt eine Gerade rechtwinklig zur Abtastachse dar, und diese Gerade ist in Fig. 8 durch die Abtastzeile 70 gezeigt. Wenn die Strahlbündel die Linie 78 erreichen, werden sie (jeweils einzeln) aktiviert, und zwar als Funktion der für die Adres­ seneinheit an dieser Stelle entlang der Abtastachse und der Streifenachse zugegriffenen Information (Binär 1 oder 0). Im Betrieb werden die Strahlbündel steuernde Datensignale sequen­ tiell an den AOM 16 der Fig. 1 angelegt; jedes Signal wird um einen geeigneten Betrag verzögert, damit das Strahlbündel (bei Bedarf für das Muster) auf der Linie 78 und den Äquidistanz­ linien eingeschaltet wird. Dies ermöglicht die Projektion der Strahlbündel in überlappender Beziehung, ohne daß die Strahl­ bündel selbst einander überlappen. Wenn sich die Strahlbündel selbst überlappen würden, würde eine unkontrollierte Inter­ ferenz auftreten, wodurch das Schreiben einer "sauberen" Ab­ tastzeile verhindert würde.

TISCHANORDNUNG

Gemäß Fig. 7 kann die Platte 34, die im Werkstückhalter mon­ tiert ist, in drei Achsen bewegt werden. Die Bewegung zu und von den Reduktionslinsen 34 (Z-Achse) ist in der Zeichnung nicht dargestellt. Diese Bewegung dient der Fokussierung.

Während der Mustererzeugung werden die Platte 34 und der Werk­ stückhalter entlang der Streifenachse (strip axis) von einem Motor 83 bewegt, da sie auf der Streifenbühne 82 montiert sind. Diese Achse verläuft in der Darstellung gemäß Fig. 7 senkrecht zur Zeichenebene. Diese Streifenbühne 82 ist auf der Abtastbühne 80 montiert, so daß sich die Platte 34 bewegen muß, wenn sich die Bühne 80 bewegt. Die Bühne 80 bewegt sich entlang der Abtastachse und wird von einem Motor 81 angetrie­ ben. Wie oben erwähnt, findet dieses Bewegung nicht während der Abtastung statt, sondern beispielsweise zwischen Abtastun­ gen, um jeden Durchlauf neu zu positionieren. Der Werkstück­ halter kann auch eingestellt (geneigt) werden, um das Werk­ stück relativ zu den Strahlbündeln auf eine geeignetes Niveau zu bringen.

Im folgenden wird auf die Fig. 6 und 7 Bezug genommen. Ein Spiegel 88 ist senkrecht an der Bühne 82 montiert, und in ähnlicher Weise ist ein Spiegel 92 an der Bühne 82 rechtwink­ lig zur Streifenachse montiert. Ein Spiegel 44 ist an der Reduktionslinse 32 rechtwinklig zur Abtastachse montiert, und in ähnlicher Weise ist ein Spiegel 43 an der Reduktionslinse 32 rechtwinklig zur Streifenachse angebracht. Eine Relativbe­ wegung in der Abtastrichtung zwischen der Bühne 82 und der Linse 32 wird von einem Differenzinterferometer 89 festge­ stellt. Dieses Differenzinterferometer reflektiert zwei Strahlbündel von jedem der Spiegel 44 und 88. In ähnlicher Weise wird die Relativbewegung in der Streifenrichtung be­ stimmt von einem Differenzinterferometer 94, wenn Licht von den Spiegeln 43 und 92 reflektiert wird. Das von Spiegeln 82 und 92 auf dem Niveau der Platte 34 reflektierte Licht dient der Gewinnung einer genauen Relativbewegung der Platte.

Die Differenzinferometer 89 und 94 sind kommerziell erhält­ liche Interferometer.

Die Interferometer spielen zusammen mit der Photoverviel­ facherröhre gemäß Fig. 5, welche das vom Werkstück reflek­ tierte Licht aufnimmt (siehe Oberfläche 28b des Strahlteilers 28 in Fig. 4) eine wesentliche Rolle bei der Kalibrierung des Geräts und bei der Lagebestimmung des Werkstücks.

Kalibrierungsmarken 97 und 98 sind auf der Oberseite des Werk­ stückhalters ausgebildet. Diese Marken können in alternativer Ausführung auch auf der Platte selbst (z. B. durch Chromnieder­ schlags- und Ätzschritte) ausgebildet sein. Diese Marken haben eine bekannt Lage zum Musterursprung. Die Musterdaten werden relativ zu diesem Ursprung erzeugt. Wenn eines der acht Strahlbündel eingeschaltet wird, kann die Reflexion von den Marken 97 oder 98 von der Photovervielfacherröhre wahrgenommen werden. Dies schafft genaue Daten über die Relativlage des Musterursprungs und des Strahlbündels. Wenn das Werkstück entweder in der Abtast- oder der Streifenrichtung bewegt wird, stehen genaue Positionsdaten von den Interferometern zur Ver­ fügung, wodurch ein kontinuierlicher Strom von Positionsdaten geschaffen wird.

Es gibt zahlreiche andere Verwendungsmöglichkeiten für die Kombination der Daten aus dem Interferometer und der Photover­ vielfacherröhre. So ist beispielsweise eine Abtastzeile 4096 Adreßeinheiten lang, wie oben erwähnt wurde. Das Strahlbündel 1 für die Adresseneinheit 1 kann zuerst aktiviert werden, und seine Koordinaten werden von der Photovervielfacherröhre in Verbindung mit einer Marke bestimmt. Danach kann das Strahl­ bündel 1 wieder für die 4096 Adresseneinheit der Abtastung eingeschaltet und diese Position mit einer Marke bestimmt werden. Aus diesen Daten kann die Länge einer Abtastzeile bestimmt werden. In ähnlicher Weise kann die Breite der Bürste durch Aktivieren der Strahlbündel 1 und 8 bestimmt werden. Die Verzerrung bzw. der Schräglauf in der Streifenachse, hervorge­ rufen durch die Werkstückbewegung während der Abtastung, kann auch bestimmt und elektrisch eingestellt werden, indem die Zeit, bei der Daten an den AOM angelegt werden, eingestellt wird. Andere Anwendungsfälle umfassen die Punktgrößenmessung, kritische Dimensionsmessungen, Rotationsstabilitätstests am rotierenden Spiegel, die Steuerspiegelpositionierung, die Variooptikkalibrierung, die Zeitgabekalibrierung, die F-Theta- -Übertragungsfunktionsmessung, die Bestimmung der Linsenline­ arität durch das gesamte optische System, die Messung der Brennfeldflachheit, den Spalten-Orthogonalitätstest und die Autofokuskalibrierung.

Die telezentrische Anordnung der Zwischenfeldebene mit der Kombination des Strahlenteilers und der Photovervielfacherröh­ re ergeben zusammen mit den Interferometern und Marken auf der sich bewegenden Anordnung eine genaue Koordination zwischen diesen im übrigen unabhängigen Untersystemen.

DATENZEITGABE

Wichtig ist die Zeitgabe der Daten relativ zur Spiegelposi­ tion. Wenn die Strahlbündel zu früh oder zu spät in Bezug auf die Position jeder der Facetten auf dem rotierenden Spiegel eingeschaltet werden, kann eine Abtastzeile gegenüber der nächstfolgenden verschoben werden. Wie oben erwähnt, werden die Zeitgabesignale für die Daten und die Aktivierung des AOM mit Hilfe des Facettendetektors entwickelt. Kanal 1 wird ein­ geschaltet, bevor sich die Facette in einer Position befindet, bei der ein oder mehrere Strahlbündel auf das Werkstück ge­ richtet werden. Das Strahlbündel wird vom Strahlenteiler 28 auf einen Photodetektor reflektiert, um einen Zeitgabeimpuls zu erzeugen. Das Einschalten dieses Strahlbündels ist durch den Impuls 105 in Fig. 10 dargestellt. Die Facettenbestimmung ist durch den Impuls 106 in Fig. 10 gezeigt. Diese Bestimmung leitet eine Zeitfolge ein, die aus einer festen Verzögerung, einer Abtastkorrektion und einer Schräglaufkorrektion besteht. Die Gesamtverzögerung ist als Verzögerung 108 in Fig. 10 dargestellt.

Nach der Verzögerung aktiviert das Drucktakt-Aktivierungssi­ gnal 107 den Pixeltakt 109 zur Erzeugung der Signale zum Tak­ ten der Daten (4096 Adresseneinheiten) in den AOM. Wie durch die Impulsfolge 110 dargestellt ist, aktivieren die Daten selektiv die Strahlbündel zum Druck des Musters.

Ein Streifen 111, der eine Vielzahl von Abtastungen enthält, ist in Fig. 10 gezeigt. Die Gerade 112 stellt eine Zeitachse für den Streifen 111 dar. Die Gerade 113 stellt einen Winkel in Bezug auf die Gerade 112 dar. Dieser Winkel stellt den in jede Abtastzeile eingeführten Schräglauf dar, der von der Bewegung in Streifenrichtung während der Abtastung hervorgeru­ fen wird. Hierbei handelt es sich um das "Schräglauffaktor-In­ krement" in der Verzögerung 108. Die gestrichelte Linie stellt die Abtastrichtungsabweichung von der wahren Streifenachsenbe­ wegung dar. Diese Abweichung wird vom Interferometer 94 gemes­ sen. Die Differenz zwischen der gestrichelten Linie und der Geraden 112 stellt die "Abtastkorrektur" für die Verzögerung 108 dar. Die feste "Verzögerung" ist die mittlere erwartete Verzögerung. Die berechnete Verzögerung 108 ermöglicht daher den Druck an der vorgesehenen Stelle, und zwar trotz Facetten­ abweichung, der Rasternatur der Abtastung und der Streifen­ tisch-Bewegungsabweichung.

Während des Abtastens kann auch eine Tischbewegung bei nicht­ konstanter Geschwindigkeit in der Streifenachse auftreten. Diese Änderungen werden vom Interferometer 89 bestimmt. Die Information aus dem Interferometer 89 steuert den Steuerspie­ gel und korrigiert eine relative Strahl-Werkstück-Bewegung in der Streifenrichtung.

Claims (15)

1. Gerät zur Erzeugung eines Musters auf einem eine strahlungsempfindliche Schicht aufweisenden Werkstück, wobei das Gerät aufweist:
wenigstens einen Laser (10) zur Erzeugung eines Strahl­ bündels,
eine das Strahlbündel aus dem Laser (10) aufnehmende Modulations- und Strahlteilungseinrichtung (13, 16) zur Erzeugung mehrerer modulierter Laserstrahlbündel,
einen mit einer Vielzahl von Facetten versehenen rotie­ renden Spiegel (34), der im Strahlengang der Laserstrahl­ bündel hinter der Modulations- und Strahlteilungseinrichtung (13, 16) angeordnet ist und
eine die Strahlbündel von dem rotierenden Spiegel (24) aufnehmende Fokussiereinrichtung (26, 32), die die Strahl­ bündel auf das Werkstück (34) fokussiert, wobei der rotie­ rende Spiegel eine Abtastung des Werkstücks mit den mehreren Strahlbündeln bewirkt, und
einen beweglich gelagerten Werkstückhalter (82) zur Auf­ nahme des Werkstückes
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Steuerspiegel (20) derart im Strahlengang zwi­ schen der Modulations- und Strahlteilungseinrichtung (16) und dem rotierenden Spiegel (24) angeordnet ist, daß während des Betriebs die Position des Strahlbündels auf dem rotie­ renden Spiegel (24) einstellbar ist, um eine Relativbewegung zwischen Werkstückhalter (82) und Strahlenbündel zu kompen­ sieren, und
daß eine Bewegungsdetektoreinrichtung (89, 94) zur Detek­ tion der Bewegung des Werkstückhalters (82) mit dem Steuer­ spiegel (24) derart gekoppelt ist, daß die Bewegungsdetek­ toreinrichtung (89, 94) dem Steuerspiegel während der Abta­ stung des Werkstückes Informationen zur Einstellung des Steuerspiegels in Abhängigkeit von der Bewegung des Werk­ stückhalters liefert.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulations- und Strahlteilungseinrichtung eine Strah­ lenteilereinrichtung (13) zum Aufteilen eines Strahlbündels (63) in mehrere Strahlbündel, die mit dem ein Strahlbündel (63) erzeugenden Laser (10) optisch gekoppelt ist, sowie eine Modulationseinrichtung (16) aufweist, die jedes der mehreren Strahlbündel unabhängig moduliert und optisch an die Strahlenteilereinrichtung (13) angekoppelt ist.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der rotierende Spiegel (24) in Zuordnung zu der Fokus­ siereinrichtung (26, 32) so angeordnet ist, daß das Werk­ stück (34) in einer Abtastrichtung von den fokussierten Strahlbündeln abtastbar ist, und daß der Werkstückhalter (82) in einer Richtung senkrecht zu der Abtastrichtung beweglich gelagert ist, wobei der rotierende Spiegel und die Werkstückhalterbewegung eine Rasterabtastung des Werkstücks (34) bewirken.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstückhalter (82) auf einem in der Abtastrichtung verschiebbaren Tisch (80) gelagert ist.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dove-Prisma (17) zur Trennung der Strahlen und zur Verhinderung von Interferenz zwischen den Strahlen im Strahlengang zwischen der Modulationseinrichtung (16) und dem rotierenden Spiegel (24) angeordnet ist.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von mit den Facetten des rotierenden Spiegels (24) synchronisierten Synchronisations­ signalen ein Strahlenteiler (28) vorgesehen ist, der wenig­ stens ein auf dem rotierenden Spiegel (24) reflektiertes Strahlenbündel auf eine Facetten-Detektoreinrichtung (67) reflektiert.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Strahlbündel nach Reflexion von dem Werkstück (34) von einem Strahlenteiler (28) reflektierbar ist, wobei das reflektierte Strahlbündel zur Positionsangabe des Werkstücks (34) vorgesehen ist.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsdetektoreinrichtung einen ersten Spiegel, der mit dem Werkstückhalter (32) bewegungs­ gekoppelt ist, und ein erstes Interferometer (94) aufweist, das zur Bestimmung der Bewegung des Werkstückhalters (82) in der zur Abtastrichtung rechtwinkligen Richtung vorgesehen ist.

9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsdetektoreinrichtung einen zweiten Spiegel (88), der mit dem Werkstückhalter (82) bewegungsgekoppelt ist, und ein zweites Interferometer (89) aufweist, das zur Bestimmung einer Bewegung des Werkstückhalters in der Abtastrichtung vorgesehen ist.

10. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ebene mit vergrößertem Zwischenbild zwischen dem rotierenden Spiegel (24) und dem Werkstück (34) vorgesehen ist.

11. Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahlenteiler (28) in der Ebene mit vergrößertem Zwi­ schenbild angeordnet ist, der zur Reflexion eines Strahlenbündels (66) von dem rotierenden Spiegel (24) auf einen Facettendetektor (67) für die Erzeugung von mit den Facetten des rotierenden Spiegels synchronisierten Synchronisationssignalen vorgesehen ist.

12. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlenteiler (28) derart im Reflexionsstrahlengang vom Werkstück (34) angeordnet ist, daß wenigstens eines der vom Werkstück reflektierten Strahlbündel an dem Strahlenteiler (28) zur Erzeugung einer Positionsangabe des Werkstücks reflektiert wird.

13. Gerät nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ebene mit vergrößertem Zwischen­ bild eine F-Theta-Linse (26) angeordnet ist.

14. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Variooptik (22) zwischen der Modu­ lations- und Strahlteilungseinrichtung (16) und dem rotie­ renden Spiegel (24) angeordnet ist.

15. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulations- und Strahlteilungs­ einrichtung einen akusto-optischen Modulator (16) aufweist.