DE69332314T2

DE69332314T2 - Mustererzeugungsapparat unter Verwendung eines Lasers

Info

Publication number: DE69332314T2
Application number: DE69332314T
Authority: DE
Inventors: Paul C. Allen; Matthew J. Jolley; Michael Rieger; Robin L. Teitzel
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1992-11-02
Filing date: 1993-10-22
Publication date: 2003-07-10
Anticipated expiration: 2013-10-23
Also published as: JPH08507410A; EP0811882B1; DE811882T1; EP0670784A4; CA2148122A1; DE69326079T2; EP0670784A1; EP0811882A1; DE69326079D1; DE69332314D1; US5386221A; KR100278824B1; WO1994009989A1; AU5410394A; JP3245715B2; EP0670784B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Mustererzeugung unter Verwendung eines laser- und strahlenempfindlichen Films, insbesondere für die Fertigung von integrierten Schaltungen.

2. Stand der Technik

Bei der photolithographischen Fertigung von integrierten Schaltungen wird ein auf Teilchenstrahlungsenergie empfindlicher Film in vorbestimmten Mustern belichtet, um Schaltungsmerkmale zu definieren. In einigen Fällen wird die Energie durch Masken geführt, die die Muster enthalten, wodurch ein Photoresistfilm auf einem Halbleiterkörper selektiv belichtet wird. In anderen Fällen ist der Film auf einem Maskensubstrat und der Film wird als ein Schritt bei der Herstellung der Maske belichtet. In anderen Fällen wird die Richtung der Strahlungsenergie selbst gesteuert, um Muster in dem Film zu definieren. Dies kann als Teil der Herstellung einer Maske (oder Retikel) durchgeführt werden oder, um auf den Resistfilm, der einen Halbleiterwafer abdeckt, direkt zu "schreiben". Verschiedene Strahlungsenergiequellen, einschließlich ultraviolettem Licht, sichtbarem Licht, kohärentem Licht, Röntgenstrahlen und Elektronenstrahlen (E-Beam) wurden verwendet.
Ein System zur photolithographischen Fertigung von integrierten Schaltungen wird in dem US-Patent Nr. 4 796 038 mit dem Titel "Laser Pattern Generation Apparatus" beschrieben, das an den Anmelder der vorliegenden Anmeldung übertragen ist. In dem US-Patent Nr. 4 796 038 werden Schaltungsmuster auf ein Werkstück durch Lenken von Laserstrahlen und Bewegen eines Werkstücks hinsichtlich der Laserstrahlen geschrieben.
Ein einzelner Laserstrahl wird in acht (8) Strahlen aufgeteilt, um ein Bündel zu bilden. Die Strahlen laufen durch einen akustooptischen Vielkanal-Modulator (multi-channel AOM = multi-channel Acousto-Optical Modulator). Der AOM empfängt elektrische Signale, die die Schaltungsmuster definieren. Der AOM wird verwendet, um die Intensität der Strahlen zu steuern, wenn sie auf das Werkstück schreiben. Ein Ablenkspiegel wird zum Richten der Mehrzahl von Strahlen durch eine Zoomlinsenanordnung und zu einem rotierenden Polygonspiegel hin verwendet. Der Ablenkspiegel wird verwendet, um die Strahlen in Abhängigkeit von der Bewegung des Werkstücks einzustellen und auszurichten. Die Zoomlinsenanordnung ist zum Einstellen der Größe und zur Plazierung der Strahlen. Der rotierende Polygonspiegel weist eine Mehrzahl von Seitenflächen auf und wird verwendet, um die Strahlen auf dem Werkstück in einer rasterähnlichen Abtastung abzutasten. Durch aufeinanderfolgende Abtastungen des Bündels wird ein Streifen auf dem Werkstück gedruckt. Die Streifen umfassen die unterschiedlichen Abschnitte des Musters der integrierten Schaltung.
Bekannte laserbasierte Mustererzeugungsvorrichtungen dieser Art weisen, obgleich sie zufriedenstellende Ergebnisse liefern, hinsichtlich der Laserausrichtung Einschränkungen auf. Die Laserausrichtung ist kritisch. Veränderungen in der Laserausrichtung bringen verschiedene Fehler in den Druckprozeß ein, was zu unrichtig erzeugten Mustern führt. Die Lenkung und die resultierende Ausrichtung eines Laserstrahls wird von der Temperatur des Lasers beeinflußt. Typischerweise wird der Laser wassergekühlt. Somit können Änderungen in der Wassertemperatur eine Auswirkung auf die Ausrichtung der Laserstrahlen auf weisen. Derartige Systeme weisen Wassertemperatursteuersensoren auf, die die Wassertemperatur überwachen und deren Steuerung innerhalb eines engen Bereichs aufrechterhalten (z. B. 0,1ºC). Derartige Temperatursteuersysteme vergrößern die Komplexität der Mustererzeugungsvorrichtung. Es wäre wünschenswert, eine Vorrichtung zur Verfügung zu haben, bei der die Wassersteuertemperatur nicht so genau aufrechterhalten werden muß.
Außerdem ist das Einstellen der Laserstrahlausrichtung ein manueller Prozeß, der eine erhebliche Ausfallzeit der Vorrichtung erfordert. Es wäre wünschenswert, eine Vorrichtung bereitzustellen, bei der die Laserstrahlausrichtung korrigiert werden kann, um den Betrag an erforderlicher Ausfallzeit zu minimieren.
In der US 4998260 (Tanimura) und der US 4618750 (Muller) werden weitere Beispiele von Ausrichtungssystemen für Laser offenbart, wobei diese jedoch für statische und nicht für abtastende Laserstrahlen sind.

ZUSAMMENFASSUNG

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Musters auf einem Werkstück in Abhängigkeit von der Strahlungsenergie bereitgestellt, wie es in den beigefügten Ansprüchen 1 und 2 dargelegt ist.
Außerdem wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen von Mustern auf einem Werkstück in Abhängigkeit von der Strahlungsenergie bereitgestellt, wie es in dem beigefügten Anspruch 3 dargelegt ist.
Weitere, bei der vorliegenden Erfindung inhärente Verbesserungen werden aus der ausführlichen Beschreibung klar.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN

Fig. 1 veranschaulicht eine Strahlorganisation an einer endgültigen Bildebene nach der Einbringung einer Zeitverzögerung.
Fig. 1b veranschaulicht die Strahlorganisation, bevor eine Zeitverzögerung eingebracht wird.
Fig. 1c veranschaulicht die Strahlorganisation, nachdem eine Zeitverzögerung eingebracht wurde.
Fig. 1d veranschaulicht den Druckwinkel, der sich aus der Tisch- und der Strahlbewegung ergibt.
Fig. 1e veranschaulicht ein fehlausgerichtetes Druckbild, das aus der Drehung des zu erzeugenden Musters resultiert.
Fig. 1f veranschaulicht das richtige Druckbild nach der Einführung einer Pixelzeitverzögerung.
Fig. 2 veranschaulicht ein Schreibraster.
Fig. 3a veranschaulicht eine Druckstrategie auf einer Maske.
Fig. 3b veranschaulicht ein Schwalbenschwanzmerkmal der Druckstrategie.
Fig. 4 veranschaulicht geometrische Koordinaten und einen Rahmen.
Fig. 5 ist eine Blockdarstellung der Mustererzeugungsvorrichtung der bevorzugten Ausführungsform.
Fig. 6 ist eine schematische Blockdarstellung einer Strahlsteuerungseinrichtung, wie sie von der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet werden kann.
Fig. 7 ist eine schematische Blockdarstellung eines Strahlteilers.
Fig. 8 ist eine schematische Blockdarstellung eines Einmal-pro-Seitenfläche-Detektors (OPF-Detector = Once Per Facet Detektor).
Fig. 9 veranschaulicht die Kopplung des OPF-Detektors und eines Systemtaktgenerators.
Fig. 10 ist ein Zeitdiagramm der für den Betrieb verwendeten Hauptsynchronisationssignale.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Eine Lasermustererzeugungsvorrichtung wird beschrieben, die insbesondere zum selektiven Belichten von fotoempfindlichen Schichten, wie beispielsweise bei der Fertigung von integrierten Schaltungen verwendeten Fotoresistschichten geeignet ist. In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezielle Einzelheiten dargelegt, wie beispielsweise Pixelgrößen, Laserspezifikationen etc., um ein vertieftes Verständnis der vorliegenden Erfindung zu liefern. Es ist jedoch für einen Fachmann klar, daß die vorliegende Erfindung ohne derartige spezielle Einzelheiten ausgeführt werden kann. An anderen Stellen werden bekannte Strukturen, wie beispielsweise Linsenanordnungen etc., nicht im Detail beschrieben, um die vorliegende Erfindung nicht unnötigerweise zu verdecken.
Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Strahlsteuerungseinrichtung, wie sie mit besonderem Bezug auf Fig. 5 und 6 der begleitenden Zeichnungen gezeigt sind. Die Strahlsteuerungseinrichtung ist Teil einer vollständigen Lasermustererzeugungsvorrichtung, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist, wobei weitere Merkmale derselben unter Bezugnahme auf Fig. 1-4 und 7-5 aus Vollständigkeitsgründen beschrieben sind.
Die Vorrichtung sieht gegenüber dem Stand der Technik Leistungs- und Wartbarkeitsverbesserungen vor. Die Leistungsverbesserungen führen zu erhöhten Druckgeschwindigkeiten. Bekannte Lasermustergeneratoren zum Drucken von integrierten Schaltungsmustern weisen Druckgeschwindigkeiten bis zu zwei Masken pro Stunde auf. Die gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung weist eine theoretische maximale Druckgeschwindigkeit von bis zu fünf Masken pro Stunde auf, während die Fehlerschwellen der vorbekannten Systeme aufrechterhalten werden. Die Vorrichtung kann ebenfalls verwendet werden, um Schaltungsmuster auf Wafer zu drucken.

Strahlorganisation

Wie es oben angemerkt ist, wird der Anfangslaserstrahl in 32 Strahlen aufgeteilt, die moduliert werden, um das Bild auf dem Werkstück zu erzeugen. Fig. 1 veranschaulicht die wirksame Strahlorganisation an der endgültigen Bildebene, nachdem Zeittaktverzögerungen eingebracht sind. Gemäß Fig. 1a sind die Strahlen in zwei Gruppen von 16 Strahlen, 201 bzw. 202 organisiert. Jeder der Strahlen innerhalb einer Gruppe wird durch einen festen vorbestimmten Abstand in der Streifenachse getrennt, nämlich einer zweifachen Pixelbeabstandung (0,533 um). Bei der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform ist der Strahldurchmesser ungefähr 0,4 um. Um die Strahlen ordnungsgemäß zu modulieren, müssen die Strahlen um mehr als ein oder zwei um getrennt sein und dennoch drucken, als ob sie um 0,533 um getrennt wären. Bei der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform ist eine Pixeleinheit 0,2666 um oder (25·32/3 nm) breit. Zwischen den beiden Gruppen ist eine dreifache Pixelbeabstandung in der Streifenachse enthalten (0,8 um). Diese Beabstandung in der Streifenachse zwischen den beiden Abschnitten wird als ein diastemaler Spalt bezeichnet. Der diastemale Spalt spielt eine Rolle beim Erzeugen der richtigen Fehlermittelung während aufeinanderfolgender Läufe bei den Druckprozessen.
Wenn sich das Werkstück in einer Richtung senkrecht zu dem Bündel bewegt, um das gewünschte Muster zu erzielen, werden die Daten an jedem der Strahlen in dem Bündel um n Takte (oder Pixelperioden) verzögert. Bei der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform ist n gleich 6 (6). Dies verzögert die Daten, bis der Strahl in der richtigen Position ist. Die Verzögerung entspricht dem Abstand zwischen den Strahlen in der Abtastrichtung. Das wirksame Bündel ist eine gerade Linie.
Fig. 1 veranschaulicht die Strahlorganisation vor der Einführung einer Zeitverzögerung. Gemäß Fig. 1b werden die Strahlen, die das Bündel bilden, ohne eine Zeitverzögerung mit einem Winkel θ (Theta) 110 gedruckt. Man beachte, daß die Beabstandungen zwischen den Pixeln 111 und der diastemalen Spalte sich auf die Streifenachse beziehen.
Mit Bezug nun auf Fig. 1c wird das Drucken der Strahlen nach der Verzögerung veranschaulicht. Unter der Annahme, daß der Strahl 220 zuerst gedruckt wird und sich der Tisch von links nach rechts bewegt, wird der Rest der Strahlen 221 bis 233 zeitlich so gesteuert, daß als Ergebnis eine Gerade gedruckt wird.

Druckwinkel

Wenn der Druckprozeß stattfindet, erzeugen die Tischbewegung und die Strahlbewegung eine zur Tischbewegung abgewinkelte Linie. Dies wird in Fig. 1d veranschaulicht. Aus Fig. 1d ist ersichtlich, daß die Tischbewegung 160 senkrecht zu der Strahlbewegung 161 ist. Ein erster Durchlauf 162 erzeugt eine gewinkelte Linie hinsichtlich einer Strahlbewegungsachse 163. Der Winkel ist der arctan (32/4096) oder der arctan (1/128), was gleich 7,812 mrad ist. Man beachte, daß der Druckwinkel das Drucken auf eine Richtung begrenzt. Andernfalls würde ein "Fischgräten"-Muster resultieren.
Das gesamte Muster wird mit diesem Winkel gedruckt. Die Startpositionen der benachbarten Läufe werden versetzt, so daß sich die ersten Durchläufe alle ohne ein Zickzack ausrichten. Als nächstes wird das gesamte gedruckte Bild um diesen Winkel gedreht. Auf diese Art und Weise wird das gesamte Muster gedreht. Die Aufgabe besteht darin, in einem Winkel zu drucken. Um dies zu erreichen, wird die Achse der Tischbewegung in einem geringen Winkel zu der Achse der Polygondrehung eingestellt. Die eingeführten Verzögerungen, um Theta auf 18,434 Grad einzustellen, führen zu einem Bündel, das genau mit der Polygonachse ausgerichtet ist. Somit erscheint die Abtastfläche (scan footprint) als ein Parallelogramm, wie es in Fig. 1d angegeben ist. Dies ist das Verfahren, das bei der in dem US-Patent Nr. 4 796 038 beschriebenen Lasermustererzeugungsvorrichtung verwendet wird.
Der Fehler bei der Ausrichtung der Enden des Parallelogramms beträgt 1/2 eines Pixels für das breitere Bündel eines Systems von 32 Strahlen. Dies ist im Vergleich zu einem annehmbaren Fehlerbudget groß. Um zu kompensieren, wird jedes Pixel um einen geringen Betrag verzögert, um ein gewinkeltes Bündel zu erzeugen, so daß der gedruckte Bereich ein Rechteck anstatt eines Parallelogramms ist. Mit einer Drucktaktperiode von 20 ns beträgt die maximale Verzögerung ungefähr 20 nS*1/2 oder 10 nS. Das Inkrement der Verzögerung zwischen Strahlen beträgt 0,312 ns. Es sei bemerkt, daß dies eine zweite Verzögerung ist, die zu der oben mit Bezug auf die Strahlorganisation erläuterten Strahlenverzögerung zusätzlich hinzugefügt wird. Das Endergebnis würde so sein, wie es in Fig. 1f veranschaulicht ist.

Druckstrategie und Fehlerermittelung

Es wurde ermittelt, daß, indem das Pixeladressenraster klein genug ausgeführt wird, jegliche Rasterfangfehler, die auftreten würden, vernachlässigbar sein würden (dies eliminiert als weitere Konsequenz den Bedarf an einer Zoomlinsenanordnung). Das gewünschte Adressenraster ist ein Mehrfaches von 25 nM. Das ausgewählte Adressenraster ist 25 nM/3 oder 8,3333 nM. Jede Pixeleinheit stellt 32 Adressenrastereinheiten dar. Um dies zu erreichen, wird eine Strahlintensitätsänderung (Grauskalierung) zur Randplazierung verwendet. Bei vorbekannten Systemen wurden Grauskalen primär durch aufeinanderfolgende physikalische Tischläufe über das Werkstück erreicht. Höchstens ein Zwischengrauskalenwert wurde direkt durch die Strahlenintensität eingebracht.
Bei der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden Grauskalen durch 17 Pegel der Intensitätsänderung der Strahlen in dem Bündel und optional durch aufeinanderfolgende physikalische Tischläufe erreicht. Die Intensitätswerte werden durch einen Rasterer erzeugt, der mit der Mustererzeugungsvorrichtung gekoppelt ist.
Um die Auflösung zu erhöhen und die Mittelung zu verbessern, wird ein Lauf gemäß einem normalen Raster und ein Lauf gemäß einem Zwischengitterraster durchgeführt. Während jedes Laufs verschachteln sich die beiden Gruppen von 16 Strahlen miteinander. Das Zwischengitterraster wird von dem normalen Raster um die Hälfte eines Pixels in sowohl der Streifenals auch der Abtastachsen versetzt. Wirksamerweise werden vier Läufe als zwei physikalische Tischläufe durchgeführt. Für jede Gruppe von Strahlen und jeden Lauf werden die Daten auf eine unterschiedliche Polygonseitenfläche geschrieben. Anstatt des viermaligen Drückens der gleichen Daten, drucken die Daten während der vier Läufe unterschiedliche Pixel. Da der Strahldurchmesser größer als die Pixelbeabstandung ist, wird die Mittelung noch zwischen benachbarten Pixeln erreicht. Diese Mittelungstechnik zwingt jedes zweite zu druckende Pixel auf eine unterschiedliche Seitenfläche eines rotierenden Spiegels.
Ein Pixelraster, wie es bei der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform verwendet wird, ist in Fig. 2 dargestellt. Gemäß Fig. 2 werden mit A und B bezeichnete Pixel in einem Tischlauf und mit C und D bezeichnete Pixel in einem Tischlauf gedruckt. Die mit A und B bezeichneten Pixel werden auf einen normalen Raster gedruckt, wohingegen die mit C und D bezeichneten Pixel auf dem Zwischengitterraster gedruckt werden.
Im allgemeinen wird das Drucksystem Rahmen entlang der Abtastachse über das Retikel drucken, wenn sich das Werkstück entlang der Streifenachse bewegt. Ein Rahmen ist eine Druckeinheit, die nachstehend detaillierter beschrieben wird. Analog sei ein Bündelstreifen visualisiert, der über eine sich horizontal bewegende Oberfläche nach oben und nach unten läuft, um einen Streifen zu erzeugen. Wenn ein Strei fen fertiggestellt ist, ist der nächste zu druckende Streifen an der Stelle auf dem Retikel gerade unter dem fertiggestellten Streifen. Diese Strategie ist zum Drucken von Retikeln mit Daten annehmbar, die sich von Streifen zu Streifen unterscheiden.
Zum Drucken von Masken oder Wafern, die mehrere Chips mit den gleichen Daten enthalten, wird eine abweichende Strategie angewendet. Fig. 3a veranschaulicht die allgemeine Druckstrategie zum Drucken eines Arrays von integrierten Schaltungen auf einem Retikel oder Wafer. Gemäß Fig. 3a werden Streifen über die Oberfläche des Substrats entlang einer Streifenachse gedruckt. Man beachte, daß Retikel und Wafer aus einer Mehrzahl von Chips aufgebaut sind. Jeder Chip auf dem Retikel oder Wafer weist das gleiche Schaltungsmuster auf. Um die Neuberechnung und das Neuladen von Daten für jede Reihe von Chips zu vermeiden, wird jeder identische Streifen für jede Reihe von Chips auf einmal gedruckt. Dies ist in Fig. 3 dargestellt, wobei ein Streifen 301 für jede der verschiedenen Reihen von Chips auf dem Substrat gedruckt wird. Wie es oben erwähnt ist, wird jeder Streifen durch das Drucken von Rahmen entlang einer Abtastachse gedruckt. Dies wird mit Bezug auf Fig. 4 klarer.
Fig. 3b veranschaulicht einen weiteren Aspekt der Druckstrategie, die als Schwalbenschwanzbildung bezeichnet wird. Wenn zwei Läufe nebeneinander gedruckt werden, gibt es kleine Fehler in der relativen Plazierung der Enden der Abtastzeilen, die als Stoßfehler (butting errors) bezeichnet werden. Die Schwalbenschwanzbildung ist eine Technik, wodurch die durch die einzelnen Strahlen gebildeten Abtastzeilen abwechselnd in der Abtastrichtung versetzt werden. Damit werden die Fehler in der Stoßverbindung über den Abstand der Versetzung wirksam gemittelt.
Es wird auf Fig. 3b Bezug genommen, in der ein Teil des Strahlenbündels dargestellt ist. Während eines ersten Laufs werden die Strahlen A1, A2 und A3 gegenüber von den Strahlen B1, B2 und B3 versetzt. Während eines Laufs m, der an Lauf n anliegt, behalten die Strahlen den gleichen Versatz bei. Somit ist ersichtlich, daß das resultierende Drucken von den Strahlen verschachtelt ist.
Stoßverbindungsfehler werden durch das Drucken des Zwischengitterrasters mit einer Abtastversetzung mit Bezug auf das normale Raster zusätzlich verringert. Auf diese Art und Weise wird eine Region mit Stoßverbindungen mit einer Region ohne Stoßverbindungen gemittelt.
Fig. 4 veranschaulicht die geometrischen Koordinaten und die Druckeinheiten, wie sie bei der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform für die vorliegende Erfindung verwendet werden. Mit Bezug auf Fig. 4 werden eine Abtastachse 401 und eine Streifenachse 405 dargestellt. Wie es mit Bezug auf Fig. 3a bemerkt ist, wird ein Streifen in verschiedene Unterteile aufgebrochen. Eine erste Einheit wird Rahmen, z. B. Rahmen 403 genannt. Der Rahmen 403 ist ein Bereich, der 1024 Pixels breit mal 4096 Pixels hoch ist. Ein Pixel entspricht demjenigen, was durch irgendeinen der Mehrzahl von Strahlen gedruckt wird. Ein Pixel ist bei der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform 0,26666 um breit und weist 17 Graustufen auf. Ein Rahmen ist aus vier Teilrahmen, z. B. dem Teilrahmen 404 aufgebaut. Ein Teilrahmen ist 1024 Pixel breit mal 1024 Pixel hoch. Der Rahmen und die Teilrahmen sind aus einer Mehrzahl von Abtastlinien, z. B. der Abtastlinie 405 aufgebaut. Eine Abtastlinie ist ein Durchlauf eines Bündels. Ein Durchlauf des Bündels findet für die Höhe des Rahmens statt. Da das Bündel 32 Pixel breit ist, ist eine Abtastlinie gleich 32 mal 4096 Pixel.

Überblick der Lasermustererzeugungsvorrichtung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform

Die Mustererzeugungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet einen Laserstrahl, um einen strahlenempfind lichen Film auf dem Werkstück zu belichten, um die Schaltungsmuster zu drucken. Der Laserstrahl wird in 32 Strahlen aufgeteilt, um ein Bündel zu erzeugen. Das Bündel tastet das Werkstück durch die Verwendung eines rotierenden Polygonspiegels ab. Jeder Strahl des Bündels wird von dem akustooptischen Vielkanalmodulator (Multi-Channel AOM = multi-channel Acousto-Optical Modulator) moduliert. Die mit diesen Kanälen gekoppelten elektrischen Signale bestimmen die zu erzeugenden speziellen Muster. Diese elektrischen Signale werden von einem Rasterer erzeugt.
Fig. 5 veranschaulicht in Blockdarstellungsform die Mustererzeugungsvorrichtung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform. Ein Laser 501 stellt dem System eine Energiestrahlquelle zur Verfügung. Bei der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform wird ein 1 Watt-Argon-Ionen-Laser verwendet, der bei einer Wellenlänge von 364 nm arbeitet. Die ordnungsgemäße Ausrichtung des von dem Laser 501 erzeugten Energiestrahls wird von einer Strahlsteuerungseinrichtung 502 durchgeführt. Die Strahlsteuerungseinrichtung 502 verringert die zum Kühlen des Lasers erforderlichen Toleranzen und verringert die Notwendigkeit, eine manuelle Ausrichtung des Quellenlaserstrahls durchzuführen. Nach der Strahlsteuerungseinrichtung 502 ist eine Verschlußblende 503a positioniert. Die Verschlußblende 503a liefert ein zweckmäßiges Mittel, um einen beliebigen Energiestrahl am Erreichen des Arbeitsstückes zu hindern. Dies ist notwendig, wenn das Arbeitsstück neu zu positionieren ist und Teile des Arbeitsstückes, auf die nicht geschrieben werden soll, in den optischen Pfad der Strahlen eintreten.
Der Strahl läuft dann durch eine Stigmatorlinsenanordnung 503. Die Stigmatorlinsenanordnung 503 gewährleistet, daß der Strahl kreisförmig ist, indem eine etwaige Elliptizität und andere astigmatische Probleme korrigiert werden. Ein nicht kreisförmiger Strahl kann Mustererzeugungsfehler einbringen. Eine derartige Stigmatorlinsenanordnung ist in dem US-Patent Nr. 4 956 650 beschrieben, das an die Anmelderin der vorliegenden Anmeldung übertragen ist.
Der korrigierte Strahl wird dann in 32 einzelne Strahlen durch einen Strahlaufteiler 504 aufgeteilt. Die Mehrzahl der Strahlen wird zusammen als Bündel bezeichnet. Das Bündel läuft dann durch eine Bündelmoduloptik 505. Die Bündelmoduloptik 505 ist eine Relaislinse, die verwendet wird, um die Strahlen erneut abzubilden und schrumpfen zu lassen. Die Strahlen treten dann in den akustooptischen Modulator (AOM) 506 ein. Wie es oben angemerkt ist, wird der AOM verwendet, um die Intensität der Laserstrahlen auf einen einer der Grauskalenstufen entsprechenden Pegel zu modulieren. Die benötigten Daten, um den AOM zu treiben, werden von dem Rasterer 507 bereitgestellt.
Das Bündel läuft dann durch eine Relaislinse 508a, die veranlaßt, das die Strahlen auf einen Punkt auf einem Ablenkspiegel 508b konvergieren. Der Ablenkspiegel 508b sorgt für kleine Korrekturen an der Plazierung des Bündels in der Streifenachse an der letzten Bildebene. Der Ablenkspiegel ändert den Winkel, mit dem das Bündel auf den Polygonspiegel 510 in der Streifenrichtung einfällt. Ein Ablenkspiegel, der bei der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform verwendet werden kann, wird in dem US-Patent Nr. 4 778 223 beschrieben, das an die Anmelderin der vorliegenden Anmeldung übertragen ist.
Vor dem Erreichen des rotierenden Polygonspiegels 510 läuft das Bündel durch eine Bündelvergrößerungseinstell-Linsenanordnung 509. Die Bündelvergrößerungseinstell-Linsenanordnung 509 wird verwendet, um die Größe des Strahlarrays einzustellen. Insbesondere können die Strahlen größer ausgeführt und weiter voneinander weg bewegt werden, oder sie können kleiner ausgeführt und näher zusammengerückt werden. Die Strahlen werden dann auf Seitenflächen des rotierenden Polygonspiegels 510 gerichtet. Der rotierende Polygonspiegel 510 weist 24 Seitenflächen auf und veranlaßt, das das Bündel das Werkstück entlang der Abtastachse abtastet. Bei der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform rotiert der rotierende Polygonspiegel für ein gegebenes Muster mit einer konstanten Drehzahl von 20 k (1/min).
Die von dem rotierenden Polygonspiegel reflektierten Strahlen laufen dann durch eine F-Theta-Linsenanordnung 512. Die F-Theta-Linsenanordnung 512 erzeugt eine vergrößerte Zwischenbildebene (20-fache Bildebene). An dem anderen Ende der vergrößerten Bildebene ist eine Verkleinerungslinse 515. Die die Verkleinerungslinse 515 verlassenden Strahlen sind die Strahlen, die ein Werkstück 516 abtasten.
Ein Strahlaufteiler 514 ist in der vergrößerten Zwischenbildebene angeordnet. Der Strahlaufteiler 514 liefert Strahlen an zwei Teilsysteme; ein Ausrichtungssystem 513 und eine Photovervielfacherröhre (PMT = Photo-Multiplier Tube) zur Seitenflächenerfassung 517. Die Seitenflächenerfassungs- PMT 517 wird für die Zeitgabe von Daten für jede der Seitenflächen des rotierenden Polygonspiegels 510 verwendet. Dies ermöglicht die Synchronisation der Lieferung von Informationen von dem Rasterer 507 an den AOM 506 und der Rotation des rotierenden Polygonspiegels 510. Das Ausrichtungssystem 513 wird verwendet, um die Position von zuvor auf das Substrat geschriebene Muster zu erfassen, so daß das zu schreibende Muster genau zu dem zuvor geschriebenen Muster ausgerichtet werden kann.
In Fig. 5 ist außerdem ein Einmal-pro-Seitenfläche-Sensor (OPF sensor = Once Per Facet sensor) 511 dargestellt. Der OPF-Sensor 511 wird zur Polygonsynchronisation und Tischsteuerung verwendet. Vorbekannte Systeme verwendeten die Seitenflächenerfassungs-PMT 517, um diese Informationen bereitzustellen. Dies erzeugte jedoch einige Schwierigkeiten, da es erforderte, daß der Strahl immer eingeschaltet ist. Dies erzeugte immer dann Probleme, wenn das Werkstück neu positioniert wird und infolge der endlichen Leckage des AOM in dem Aus-Zustand kein Schreiben erfolgt.
Obgleich es nicht dargestellt ist, wird das Werkstück 516 mit dem photoempfindlichen Film auf einer Tischanordnung angebracht. Die Tischposition wird durch eine Mehrzahl von Interferometern überwacht, und die Tischbewegung wird durch lineare Motoren ausgeführt. Während des Drückens bewegt sich der Tisch vorwiegend entlang einer Streifenachse. Der Tisch schreitet zu dem nächsten Streifen, indem er sich entlang einer Abtastachse bewegt, wenn das Schreiben nicht erfolgt. Derartige Tischanordnungen sind in der Technik bekannt, somit wird eine weitere Beschreibung nicht als erforderlich erachtet.
Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung werden nun detaillierter beschrieben.

Strahlsteuerungsmittel

Die Strahlsteuerungseinrichtung wird verwendet, um eine genaue Ausrichtung des Laserstrahls zu gewährleisten, bevor er in die Mehrzahl von Strahlen aufgeteilt wird. Eine derartige Strahlsteuerungseinrichtung minimiert den Bedarf an komplexen Laserkühlsystemen und minimiert die Notwendigkeit, eine manuelle Laserausrichtung durchzuführen.
Fig. 6 veranschaulicht ausführlicher die Strahlsteuerungseinrichtung, wie sie von der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird. Gemäß Fig. 6 wird ein Laserstrahl 601 von einem ersten Ablenkspiegel 602 reflektiert. Der Ablenkspiegel 602 sorgt für die Ablenkung des Strahls in sowohl den Streifen- als auch den Abtastachsen. Der Strahl wird dann auf den stationären Spiegel 603 reflektiert, wo er auf einen zweiten Ablenkspiegel 604 gerichtet wird. Der zweite Ablenkspiegel 604 wird ebenfalls verwendet, um den Strahl in sowohl den Streifen- als auch den den Abtastachsen abzulenken. Auf diese Art und Weise kann der Winkel und die Position in beiden Achsen gesteuert werden.
Der Strahl 601 tritt dann in einen Strahlaufteiler 605 ein, der einen Ausrichtungsstrahl 609 abteilt. Der Ausrichtungsstrahl 609 tritt dann in einen zweiten Strahlaufteiler 606 ein, der einen Winkelausrichtungsstrahl 611 und einen Positionsausrichtungsstrahl 610 abteilt. Der Positionsausrichtungsstrahl 610 läuft dann durch die Bildabbildungslinse 612 und bildet ein Bild des Strahls auf der Oberfläche des Spiegels 604 auf dem Vierfachphotozellendetektor 607. Somit ist der Empfänger 607 nur auf den Strahl 601 an der Position 604 und nicht auf Winkelablenkungen an dieser Oberfläche empfindlich. Der Ablenkspiegel 602 wird von dem Vierfachphotozellendetektor 607 gesteuert, und der Ablenkspiegel 604 wird von dem Vierfachphotozellendetektor 608 gesteuert. Auf diese Art und Weise werden sowohl die Position als auch der Winkel des Strahls 601 gesteuert.
Die bei der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform verwendeten Vierfachphotozellendetektoren 607 und 608 sind in der Technik bekannt. Derartige Vierfachphotodetektoren erfassen die Fehlausrichtung durch Erfassen eines Ausrichtungsstrahls in zwei Achsen. Wenn eine Fehlausrichtung auftritt, wird ein Signal gesendet, das die Stelle angibt, wo der Ausrichtungsstrahl erfaßt wird.
Die Strahl Steuerung der vorliegenden Erfindung liefert eine größere Flexibilität bei der Wartbarkeit des Laserstrahls. Wie es oben bemerkt ist, kann ein Laserstrahl als Ergebnis von Temperatur Schwankungen fehlausgerichtet werden. Bei vorbekannten Systemen werden derartige Laserstrahlen wassergekühlt. Eine genaue Steuerung muß aufrechterhalten werden, damit die Wassertemperatur stabil bleibt. Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine Lockerung der beim Aufrechterhalten der Wassertemperaturen erforderlichen Toleranzen. Außerdem wurde die Ausrichtung typischerweise manuell gesteuert. Bei der vorliegenden Erfindung kann die Ausrichtung über manuelle oder automatische Mittel gesteuert werden.

Strahlaufteiler

Der Strahlaufteiler 504 gemäß Fig. 5 ist näher mit Bezug auf Fig. 7 dargestellt. Der Strahlaufteiler, wie er von der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist demjenigen ähnlich, wie er in dem US-Patent Nr. 4,797,696 beschrieben ist, die an den Anmelder der vorliegenden Anmeldung übertragen ist. In jedem Fall teilt der Strahlaufteiler der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform einen Strahl in 32 verschiedene Strahlen auf. Ferner wird eine Lücke oder Diastemal zwischen einem ersten und zweiten Abschnitt der 32 Strahlen eingeführt.
Gemäß Fig. 7 tritt ein Strahl 701 in einen ersten Aufteiler der Dicke t ein, der den Strahl in zwei Strahlen aufteilt. Ein Aufteiler besteht aus einer ersten Oberfläche, die 50 Prozent des Strahls reflektiert, einem durchsichtigen Material und einer zweiten Oberfläche, die die verbleibenden 50 Prozent des Strahls reflektiert. Der Abstand zwischen den beiden Strahlen wird aus dem Abstand zwischen der ersten und der zweiten Oberflächen t (d. h. der Dicke des durchsichtigen Materials) bestimmt. In jedem Fall werden dann die beiden Strahlen von einem zweiten Aufteiler 303 der Dicke 2t reflektiert. Der zweite Aufteiler 703 erzeugt vier Strahlen. Die vier Strahlen werden von dem Aufteiler 704 der Dicke 4t reflektiert, der acht Strahlen erzeugt. Diese acht Strahlen werden dann von dem Aufteiler 705 mit einer Dicke 8t reflektiert, der 16 Strahlen erzeugt. Schließlich werden die verbleibenden 16 Strahlen von dem Aufteiler 706 der Dicke 16,5 t reflektiert, um die gewünschten 32 Strahlen zu erzeugen. Es sei angemerkt, daß der Aufteiler 706 dicker als die doppelte Dicke des Aufteilers 705 ist. Dies ermöglicht die Erzeugung der diastemalen Spalte zwischen den beiden Sätzen von Strahlen.

OPF-Detektor

Der OPF-Detektor der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform ist in Fig. 8 detaillierter dargestellt. Gemäß Fig. 8 ist eine Laserquelle 801 in einer Fokussierlinse auf eine vorgegebene Stelle der Seitenflächen eines rotierenden Polygonspiegels 802 gerichtet. Wenn ein Strahl 803 eine Seitenfläche des Spiegels unter einem bestimmten Winkel trifft, wird er zu einem Schlitz 807 und einem Detektor 804 hin reflektiert. Der Schlitz 807 ist an dem Brennpunkt des reflektierten Strahls 803 plaziert. Wenn der fokussierte Punkt den Schlitz durchläuft, wird ein scharfes Taktsignal von dem Detektor 804 erzeugt. Durch die Erfassung von Reflexionen des Strahls 803 wird die zeitliche Steuerung der Drehung des Polygonspiegels 803 festgelegt. Diese Information wird dann an eine Polygonsteuerkopplung 805 gesendet, um die Rotation des Polygons mit dem Systemtaktgenerator zu synchronisieren. Gleichzeitig wird die Zeittaktinformation an den Tischcontroller über eine Tischsteuerkopplung 806 zum Synchronisieren der Bewegung des Tisches entlang der Streifenachse gesendet. Wie es oben beschrieben ist, wird die Zeitgabe der Daten an den OAM mit dem von der PMT 517 in Fig. 5 erzeugten Seitenflächenerfassungssignal synchronisiert. Auf diese Art und Weise sind der Betrieb des Polygon- und Tischteilsysteme von dem Hauptschreibstrahl unabhängig.
Fig. 9 veranschaulicht die Kopplungen des OPF-Detektors. Wie es unter Bezugnahme auf Fig. 8 beschrieben ist, erfaßt der OPF-Detektor Reflexionen eines Laserstrahls von dem rotierenden Polygonspiegel. Dies wird hier als OPF DETECT 909 dargestellt. Der OPF-Detektor 903 ist ferner mit einem Tischcontroller 904 gekoppelt, um ein Tischsynchronisationssignal 908 zu liefern. Der OPF-Detektor 903 ist ebenfalls mit einer Polygoncontroller 902 gekoppelt, um ein OPF- Signal 907 zu liefern. Der Polygoncontroller 902 liefert ein Polygonsteuersignal 910 zum Synchronisieren der Rotation des Polygonspiegels 905. Ein Systemtaktgenerator 901 liefert ein Signal POLY SYNCH 906. Die Synchronisation wird nachstehend mit Bezug auf Fig. 10 beschrieben.
Fig. 10 ist ein Zeitdiagramm, das die Synchronisation der Polygon- und Tischteilsysteme sowie auch die Bereitstellung der Daten an den AOM veranschaulicht. Der Tisch und das Polygon empfangen Takt Informationen von dem OPF-Detektor. Der Systemtaktgenerator erzeugt ein POLY SYNCH genanntes Taktsignal 1001. Der Polygoncontroller stellt die Geschwindigkeit und die Phase des Polygons ein, so dass das OPF- Signal 1002 mit dem Signal POLY SYNCH 1001 synchronisiert ist.
Wenn der Strahl 1 des Bündels angeschaltet wird, wird das Signal FACET DETECT 1004 von der Seitenflächenerfassungs-PMT erzeugt. Die Datenlieferung an den OAM wird von dem Signal FACET DETECT 1004 zeitlich gesteuert, wenn eine erhöhte Genauigkeit für die schnelle Bewegung (verglichen mit dem Tisch) des abgetasteten Strahls erforderlich ist. Ein MEAN DELAY 1006 wird zu dem OPF-Signal hinzugefügt, um ein Signal STAGE SYNCH 1003 zu erzeugen, das mit dem Signal FACET DETECT 1004 koinzidiert, wenn es vorhanden ist. Das Signal STAGE SYNCH 1003 wird verwendet, um die Tischposition aufzutasten, wie sie von dem Laserinterferometersystem gemessen wird. Diese Informationen werden zum Steuern der Tischposition und als Eingabe in den Ablenkspiegel und die Abtasttaktkorrektursysteme verwendet. Das OPF-Signal 1002 wird ebenfalls verwendet, um ein Signal LASER ENABLE zu erzeugen, das den Strahl 1 des Bündels zur Seitenflächenerfassung am Anfang jeder Abtastung während des Drückens und der Kalibrierung anschaltet.
Somit wird eine verbesserte Lasermustererzeugungsvorrichtung beschrieben.

Claims

1. Eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Musters auf einem Werkstück in Abhängigkeit von Strahlungsenergie, wobei die Vorrichtung auf weist:

einen Laser (501) mit einer Energiestrahlausgabe;

eine Strahlsteuerungseinrichtung (502) zum Ausrichten des Energiestrahls;

eine Strahlaufteilungseinrichtung (504) zum Aufteilen des Energiestrahls in eine Mehrzahl von Strahlen;

eine Modulationseinrichtung (506) zum Variieren der Intensität jedes der mehreren Strahlen in Abhängigkeit von das Muster definierenden Signalen;

einen rotierenden Spiegel (510) mit einer Mehrzahl von Seitenflächen, welcher bewirkt, daß die mehreren Strahlen das Werkstück abrastern;

eine Zeitgabeeinrichtung (517) zum zeitlichen Abstimmen der Bereitstellung von Signalen an die Modulationseinrichtung; und

einen Tisch (516) zum Halten und Bewegen des Werkstücks;

wobei die Einrichtung dadurch gekennzeichnet ist:

daß die Strahlsteuerungseinrichtung (502) aufweist: einen ersten Ablenkspiegel (602) zum Reflektieren des Energiestrahls;

einen zweiten Ablenkspiegel (604) zum Reflektieren des von dem ersten Ablenkspiegel reflektierten Energiestrahls;

einen ersten Strahlaufteiler (605) zum Erzeugen eines Ausrichtstrahls aus dem von dem zweiten Ablenkspiegel reflektierten Energiestrahl;

einen zweiten Strahlaufteiler (606) zum Erzeugen eines ersten Positionsstrahls und eines zweiten Positionsstrahls aus dem Ausrichtstrahl;

einen ersten Detektor (608) zum Erfassen der Position des Energiestrahls aus dem ersten Positionsstrahl; und

einen zweiten Detektor (607) zum Erfassen der Position des Energiestrahls aus dem zweiten Positionsstrahl.

2. Eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Musters auf einem Werkstück in Abhängigkeit von Strahlungsenergie, wobei die Vorrichtung aufweist:

einen Laser (501) mit einer Energiestrahlausgabe;

eine Strahlsteuerungseinrichtung (502) zum Ausrichten des Energiestrahls;

einen rotierenden Spiegel (510) mit einer Mehrzahl von Seitenflächen, der bewirkt, daß die mehreren Strahlen das Werkstück abrastern;

einen Tisch (516) zum Halten und Bewegen des Werkstücks; wobei die Einrichtung dadurch gekennzeichnet ist:

ein Erfassungssystem (605, 606, 607, 608 und 612) zum Abzweigen eines Anteils des von dem zweiten Ablenkspiegel reflektierten Energiestrahls und zum Bestimmen sowohl räumlicher Positionsinformationen als auch von Winkelpositionsinformationen des Energiestrahls aus dem Anteil.

3. Ein Verfahren zum Erzeugen von Mustern auf einem Werkstück in Abhängigkeit von einem Energiestrahl, wobei das Verfahren umfaßt: Erzeugen eines Energiestrahls mit einem Laser (501);

Aufteilen des Energiestrahls in eine Mehrzahl von Strahlen mit Hilfe einer Steuerungseinrichtung (502);

Bereitstellen von Intensitätswerten für jeden der Mehrzahl von Strahlen für die aktuelle Abrasterung aus einer Modulationseinrichtung (506) auf der Grundlage des zu erzeugenden Musters;

Wiederholen der oben erwähnten Schritte, bis das vollständige Muster auf dem Werkstück erzeugt worden ist, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch:

die Steuerung und Ausrichtung des Energiestrahls durch:

Reflektieren des Energiestrahls durch einen ersten Ablenkspiegel (602);

Reflektieren des reflektierten Energiestrahls durch einen zweiten Ablenkspiegel (604);

Aufteilen des von dem zweiten Ablenkspiegel reflektierten Energiestrahls zum Erzeugen eines Ausrichtstrahls;

Aufteilen des Ausrichtstrahls in einen ersten Positionsstrahl und einen zweiten Positionsstrahl;

Erfassen der Position des Energiestrahls aus dem ersten Positionsstrahl; und Erfassen der Position des Energiestrahls aus dem zweiten Positionsstrahl.