EP1317692A2 - Verfahren zur verbesserung der bildqualität und zur erhöhung der schreibgeschwindigkeit bei belichtung lichtempfindlicher schichten - Google Patents

Verfahren zur verbesserung der bildqualität und zur erhöhung der schreibgeschwindigkeit bei belichtung lichtempfindlicher schichten

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Publication number
EP1317692A2
EP1317692A2 EP01978135A EP01978135A EP1317692A2 EP 1317692 A2 EP1317692 A2 EP 1317692A2 EP 01978135 A EP01978135 A EP 01978135A EP 01978135 A EP01978135 A EP 01978135A EP 1317692 A2 EP1317692 A2 EP 1317692A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
exposure
light
exposure dose
structural elements
dose
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01978135A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg PAUFLER
Stefan Brunn
Tim KÖRNER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP1317692A2 publication Critical patent/EP1317692A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/7055—Exposure light control in all parts of the microlithographic apparatus, e.g. pulse length control or light interruption
    • G03F7/70558—Dose control, i.e. achievement of a desired dose
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
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    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216—Mask projection systems
    • G03F7/70283—Mask effects on the imaging process
    • G03F7/70291—Addressable masks, e.g. spatial light modulators [SLMs], digital micro-mirror devices [DMDs] or liquid crystal display [LCD] patterning devices
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70425—Imaging strategies, e.g. for increasing throughput or resolution, printing product fields larger than the image field or compensating lithography- or non-lithography errors, e.g. proximity correction, mix-and-match, stitching or double patterning
    • G03F7/70466—Multiple exposures, e.g. combination of fine and coarse exposures, double patterning or multiple exposures for printing a single feature

Definitions

  • the invention relates to a method for the maskless structuring of light-sensitive layers, in particular for microelectronics, microsystem technology, thin film technology, the production of flat screens, the direct exposure of semiconductor wafers in semiconductor production, the direct exposure of printed circuit boards and for the structuring of masks and reticles in lithographic applications.
  • structuring methods are used in mass production, in which the structures to be imaged, for example on a silicon wafer for the production of chips, are preferably used by using masks made of quartz glass coated with metal.
  • the surface is structured by coating its surface with a photoresist and, through the use of the masks, partial exposure.
  • This form of structuring known as photolithography, is technologically very mature and therefore widespread in mass production.
  • WO 93/09472 specifies a technical solution in which the maskless structuring, as is known from the technologies working with masks, is carried out with light.
  • the cited document describes a method and a device in which the light beam emanating from a light source is modulated by surface light modulators. The light beam is guided onto an imaging element, modulated by this imaging element with regard to its areal spread and the radiation modulated in this way is fed to the layer to be structured.
  • the imaging element is a special mirror chip, which has a plurality of microelectrodes which can be individually controlled and arranged in a matrix under its surface. Depending on the control of these electrodes, the layer located below the chip surface of the mirror chip deforms partially.
  • Diffraction of the light emitted by the light source for structuring occurs at the deformed areas, so that the light is reflected directly and without diffraction only by the uncontrolled areas.
  • suitable optics with a semi-transparent mirror and a All diffracted light components are then filtered out and only the directly reflected light is directed onto the light-sensitive layer to be structured.
  • the structuring of the light-sensitive layer takes place in several exposure processes.
  • the total exposure dose (nominal exposure dose) required to generate a structural element or groups of structural elements or parts thereof is divided among the individual exposure processes. According to a known procedure, the procedure is such that during the first exposure process an exposure takes place with 50% of the total exposure dose required and the exposure dose is halved in each subsequent exposure process. Since the total exposure dose required must be obtained after all exposure processes have been carried out, this means that the exposure process with the lowest exposure dose (intensity) must be carried out twice.
  • the object of the invention is therefore to provide a method by which the aforementioned disadvantages are avoided.
  • possibilities for increasing the writing speed and improving the image quality are to be shown.
  • the object is achieved with a method characterized by the claims.
  • it is proposed according to the invention to divide the total exposure dose (nominal exposure dose) divided over several exposure processes for the individual exposure processes in such a way that the exposure dose, based on a predetermined minimum exposure dose, is increased for each exposure process compared to the previous exposure process.
  • the exposure dose in the last exposure process according to the invention is more than 50% of the nominal exposure dose.
  • the method is advantageously designed such that the exposure dose is doubled from one exposure process to the next, starting from a predetermined minimum exposure dose.
  • the entire exposure sequence of the dose ⁇ (2i-l / 2N-l) * dose nom ⁇ - nal sequence, which is carried out in several exposure processes for generating a structural element, a group of structural elements or parts thereof, is sufficient.
  • N denotes the total number the exposure processes for producing a structural element, a group of structural elements or parts thereof.
  • the index i gives the sequential number of the each exposure process so that the dose corresponds to the exposure dose or light intensity during the exposure process with the serial number i.
  • Dos nom ⁇ na ] _ corresponds to the nominal exposure dose.
  • the specified exposure regulation assuming a total of 4 exposure processes for the last exposure process, an exposure dose of approximately 53% of the nominal exposure dose results. Since repeated exposure with the same exposure dose is omitted at the end of the entire exposure process, the number of exposure processes is advantageously reduced by at least one. This increases the overall writing speed of an exposure system operating according to this method.
  • the imaging elements are preferably implemented in accordance with the device described in the prior art and working with a mirror chip. Of course, the use of other options for area light modulation is also conceivable.
  • the invention proposes to use a plurality of surface light modulators aligned with one another to increase the writing speed.
  • the light signal emanating from a light source always strikes only one of the plurality of imaging elements as a flash of light, this being accomplished by appropriate control of shutters assigned to the imaging elements. Due to the different imaging elements, different image fields (partial images) are also imaged on the layer to be structured.
  • Synchronization of the continuous movement of the substrate located on a positioning table, on which the layer to be structured is applied with the control of the imaging elements and the flashes of light ensures that these partial images do not lie one above the other but next to one another on the layer to be structured.
  • the offset between the individual partial images is set at a predetermined repetition rate of the light flashes by the travel speed of the positioning table.
  • the advantage of this procedure can be seen in the fact that the repetition rate for the light flashes can be increased compared to the previously known method in accordance with the number of imaging elements used. It takes into account the fact that an imaging element has a certain inertia when it is actuated, and consequently the repetition rate of the light flashes, for example when using a pulsed laser, can be significantly higher than the number of possible reversals of the imaging element. By using several imaging elements, this discrepancy between the possibilities that exist through the use of the laser and the inertia in controlling the imaging elements is reduced.
  • the first consists of imaging all imaging elements onto the layer to be structured with the same exposure dose.
  • the travel speed of the positioning table is set so that the individual drawing files are exactly next to each other.
  • This process is repeated until the entire surface to be structured is on the Substrate is exposed.
  • the exposure dose for all imaging elements is then doubled in accordance with the specified exposure specification and the entire area to be structured on the substrate is exposed with this new exposure dose. This process is repeated until exposure with an exposure dose of slightly more than 50% of the nominal exposure dose.
  • the second possibility resulting from the combination of the proposed exposure regulation and the use of several imaging elements is that exactly one exposure dose from the series of exposure doses resulting according to the proposed exposure regulation is assigned to each imaging element.
  • the travel speed of the positioning table is set in such a way that the partial images exposed by a certain imaging element lie exactly next to one another, while the partial images of different image elements result by an amount that results from the number of imaging elements and the repetition rate of the light flashes overlap. In this way it is achieved that the entire surface to be structured on the substrate is exposed in a single exposure pass.
  • the advantage of the first proposed possibility over the second is that the number of exposure processes to be carried out, which is determined by the predetermined address resolution, is independent of the number of imaging elements used for exposure.
  • the maximum writing speed is only achieved if the number of exposure doses required to achieve the required address resolution is equal to the number of imaging elements used or an integer multiple thereof. In all cases, the writing speed is reduced compared to the first option.
  • a pulsed light source preferably a laser
  • the light emitted by a light source can be chopped into individual light flashes by means of a mechanical, optical or electronic shutter.
  • secondary conditions When generating the pixel pattern by means of a random-based algorithm, secondary conditions must be taken into account that are known before the generation of the pixel pattern.
  • a secondary condition can be, for example, that at least a certain number of pixels must be driven in the direction perpendicular to the edge between the overlapping image fields.
  • a second constraint can be that a certain number of pixels or parts of a pixel are to be exposed twice in the overlap area, ie these pixels are then exposed from both image fields.
  • the image accuracy is also increased by the fact that the partial fields exposed by a specific imaging element on the layer to be structured have an offset.
  • a corresponding generation of the pixel pattern on the imaging element ensures that each structure to be exposed is generated by different areas on the imaging element. In this way, pixel errors (for example defects due to electrodes in the pixel matrix that cannot be controlled) or errors caused by different optical properties of individual regions of the imaging element are avoided.
  • the offset between the individual subfields is expediently chosen such that it is larger than the areas of the imaging element which are disturbed by pixel defects or by different optical properties of individual areas of the imaging element.
  • An excimer laser with a wavelength of 248nm is used as the light source.
  • a predetermined structure is to be applied to an object with a light-sensitive layer in four exposure processes.
  • the nominal exposure dose for the for structuring The photoresist used is 20 raJ / cm 2 .
  • Each of the imaging elements is controlled in a different way to produce a partial image of the structure to be produced on the light-sensitive layer. In this case, three different image fields, each formed as a pixel pattern, are generated by correspondingly controlling the microelectrodes on the imaging elements.
  • the three imaging elements are initially illuminated with an intensity of 6.6% of this nominal exposure dose, that is to say 1.33 mJ / cm 2 .
  • an intensity of 6.6% of this nominal exposure dose that is to say 1.33 mJ / cm 2 .
  • a different and only one of the imaging elements is struck by the light flashes and the pattern generated in accordance with its control is transferred via the optics into the layer to be structured. This process is repeated until the entire surface to be structured on the substrate is exposed.
  • the partial images generated by the individual imaging elements on the layer to be structured do not lie exactly next to one another but have an overlap area, the pixel pattern for this overlap area being generated on the basis of a random-based algorithm taking into account secondary conditions.
  • the exposure dose is increased to 13.3%, ie to 2.66 mJ / cm 2 .
  • the entire surface to be structured is in turn exposed on the substrate.
  • the subfields assigned to the individual imaging elements do not lie exactly above one another in the second exposure pass compared to the subfields generated in the first exposure pass, but have an offset that is greater than the areas on the imaging elements disturbed by pixel defects or different optical properties. In order to ensure that exactly the same structure is always exposed, the offset in the Generation of the pixel pattern for the individual imaging elements is taken into account.
  • the next exposure process takes place with a dose of 26.6%, ie 5.33 mJ / cm 2 .
  • the process is completed by exposing the entire area to be structured on the substrate with an exposure dose of 53.3%, ie 10.66 mJ / cm 2 .
  • the exposure sequence described improves the quality of the structures produced on the light-sensitive layer in such a way that regions on the individual imaging elements which are disturbed by pixel defects or different optical properties only have a value which is proportional to the exposure dose and thus a little more than 50% at most. can contribute to the quality of the mapping of a certain structure.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die maskenlose Belichtung zur Strukturierung lichtempfindlicher Schichten auf einem Objekt.Erfindungsgemäss wird zur Ausbildung von Strukturelementen auf der lichtempfindlichen Schicht mittels einer Lichtquelle ein als Flächenlichtmodulator wirkendes veränderliches bildgebendes Element mit zugehöriger Optik mit einer vorgegebenen Belichtungsdosis (Nominalbelichtungsdosis) bestrahlt. Entsprechend der von dem bildgenden Element aufgrund seines jeweiligen Ansteuerungszustandes erzeugter Bildfelder werden einzelne Strukturelemente, Gruppen von Strukturelementen oder Teile davon auf der lichtempfindlichen Schicht abgebildet, wobei die Nominalbelichtungsdosis auf mehrere Belichtungsvorgänge aufgeteilt und die Belichtungsdosis für die einzelnen Belichtungsvorgänge so gewählt wird, dass sie ausgehend von einer vorgegebenen minimalen Belichtungsdosis bei jedem Belichtungsvorgang gegenüber dem jeweils vorhergehenden erhöht wird, wobei sie beim letzten Belichtungsvorgang mehr als 50 % der Nominalbelichtungsdosis beträgt.

Description

Verfahren zur Verbesserung der Bildqualität und zur Erhöhung der Schreibgeschwindigkeit bei Belichtung lichtempfindlicher Schichten
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die maskenlose Strukturierung lichtempfindlicher Schichten, insbesondere für die Mikroelektronik, die Mikrosystemtechnik, die Dünnfilmtechnik, die Fertigung flacher Bildschirme, die Direktbelichtung von Halbleiterwafern in der Halbleiterfertigung, die Direktbelichtung von Leiterplatten und für die Strukturierung von Masken und Retikeln bei lithographischen Anwendungen.
Zur Fertigung mikroelektronischer Bauelemente oder Leiterplatten werden in der Massenproduktion Strukturierungsver- fahren angewendet, bei denen die beispielsweise auf einem Silizium-Wafer zur Herstellung von Chips abzubildenden Strukturen durch den Einsatz von Masken vorzugsweise aus mit Metall beschichtetem Quarzglas verwendet werden. Die Strukturierung des afers erfolgt durch eine Beschichtung seiner Oberfläche mit einem Photoresist und dessen, durch den Einsatz der Masken, partielle Belichtung. Diese als Photolitographie bekannte Form der Strukturierung ist technologisch sehr ausgereift und daher in der Massenproduktion verbreitet.
Bei der Fertigung kleinerer Stückzahlen von Chips, beispielsweise für Testserien oder bei der Herstellung von Ga- te-Array-Schaltkreisen, wirkt sich der vergleichsweise hohe Aufwand für die Fertigung der Vielzahl der zur Herstellung eines Schaltkreises benötigten Masken wirtschaftlich nach- teilig aus. Die Herstellung der Masken ist hier zu zeitaufwendig und zu kostspielig. Hinzu kommt, dass aufgrund der kurzen Innovationszyklen in der Mikroelektronik und der sich dadurch häufig ändernden Fertigungsprofile der Halbleiterhersteller ständig neue Masken entworfen und hergestellt werden müssen. Man ist daher seit einiger Zeit teilweise zu einer maskenlosen Erzeugung der entsprechenden Strukturen übergegangen. Eine hierfür einsetzbare Technologie ist beispielsweise das Elektronenstrahlschreiben. Dabei wird die Strahlungsquelle, ein Elektronenstrahl, unmittelbar in der für die zu erzeugenden Struktur erforderlichen Weise angesteuert . Jedoch erfordert diese Technologie einen hohen apparativen Aufwand und ist aus diesem Grunde für die Fertigung kleinerer Serien ebenfalls zu teuer.
In der WO 93/09472 wird eine technische Lösung angegeben, bei der die maskenlose Strukturierung, wie von den mit Masken arbeitenden Technologien bekannt, mit Licht erfolgt. Die genannte Schrift beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung, bei denen der von einer Lichtquelle ausgehende Lichtstrahl durch Flächenlichtmodulatoren moduliert wird. Der Lichtstrahl wird auf ein bildgebendes Element geführt, durch dieses bildgebende Element im Hinblick auf seine flächige Ausbreitung moduliert und die in dieser Weise modulierte Strahlung der zu strukturierenden Schicht zugeführt. Gemäß der in der Schrift vorgestellten Lösung handelt es sich bei dem bildgebenden Element um einen speziellen Spiegel-Chip, welcher unter seiner Oberfläche eine Vielzahl in einer Matrix angeordneter und einzeln ansteuerbarer Mikroelektroden auf eist . Je nach Ansteuerung dieser Elektroden verformt sich die unterhalb der Chipoberfläche des Spiegel-Chips gelegene Schicht partiell. An den verformten Bereichen kommt es zur Beugung des von der Lichtquelle zur Strukturierung ausgesandten Lichtes, so dass das Licht lediglich durch die nicht angesteuerten Bereiche unmittelbar und ohne Beugung reflektiert wird. Mittels einer geeigneten Optik mit einem halbdurchlässigen Spiegel und einer Blende werden dann alle gebeugten Lichtanteile ausgefiltert und nur das direkt reflektierte Licht auf die zu strukturierende lichtempfindliche Schicht geführt. Dadurch entsteht auf der lichtempfindlichen Schicht ein negatives Abbild des Ansteuerungszustandes am bildgebenden Element, das heißt es bildet sich dort eine den nicht angesteuerten Elektroden (Pixeln) des Spiegel-Chips entsprechende Struktur ab. In der praktischen Umsetzung des Verfahrens erfolgt die Strukturierung der lichtempfindlichen Schicht in mehreren Belichtungsyorgängen. Dadurch werden statistische Einflüsse, die sich beispielsweise aus der Energiestatistik des vorzugsweise zur Belichtung eingesetzten Lasers oder aus anderen statistischen Einflüssen, wie unerwünschte Veränderungen der aktuellen Fokuslage ergeben, weitestgehend eliminiert. Die zur Erzeugung eines Strukturelements bzw. von Gruppen von Strukturelementen oder Teilen davon erforderliche Gesamtbelichtungsdosis (Nominalbelichtungsdosis) wird dabei auf die einzelnen Belichtungsvorgänge aufgeteilt. Nach einer bekannten Vorgehensweise wird hierzu so verfahren, dass beim ersten Belichtungsvorgang eine Belichtung mit 50% der insgesamt benötigten Belichtungsdosis erfolgt und die Belichtungsdosis in jedem folgenden Belichtungsvorgang halbiert wird. Da sich nach der Durchführung aller Belichtungsvorgänge in der Summe die insgesamt benötigte Belichtungsdosis ergeben muss, heißt dies, dass der Belichtungsvorgang mit der geringsten Belichtungsdosis (Intensität) zwei Mal ausgeführt werden muss. Die Variation der Belichtungsdosen in den einzelnen Belichtungsvorgängen ist für den Erhalt unterschiedlicher Grauwerte der Abbildung zur Erreichung eines vorgegebenen Adressierungsgrids erforderlich. Allerdings wirkt sich jeder zusätzlich erforderliche Belichtungsvorgang nachteilig im Hinblick auf die Schreibgeschwindigkeit aus, mit der die Struktur auf die lichtempfindliche Schicht übertragen wird. Das nicht auszuschließende Auftreten von Pixeldefekten am bildgebenden Element beeinträchtigen zudem die Bildqualität der auf der lichtempfindlichen Schicht abgebildeten Strukturelemente. Zwar werden hierfür in der WO 93/09472 bereits Lösungsmöglichkeiten angeboten, jedoch sind diese teilweise hinsichtlich des Ergebnisses oder des Aufwandes noch nicht zufriedenstellend. Weitere Ungenauigkeiten bzw. Beeinträchtigungen der Bildqualität ergeben sich beim Aneinandersetzen von Bildfeldern zur Erzeugung ausgedehnterer Strukturen u.a. durch die endliche numerische Apertur der Optik.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, durch welches die zuvor genannten Nachteile vermieden werden. Insbesondere sollen Möglichkeiten zur Erhöhung der Schreibgeschwindigkeit und zur Verbesserung der Bildqualität aufgezeigt werden.
Die Aufgabe wird mit einem durch die Patentansprüche charakterisierten Verfahren gelöst. Zur Erhöhung der Schreibgeschwindigkeit wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die auf mehrere Belichtungsvorgänge aufgeteilte Gesamtbelichtungsdosis (Nominalbelichtungsdosis) für die einzelnen Belichtungsvorgänge so aufzuteilen, dass die Belichtungsdosis ausgehend von einer vorgegebenen minimalen Belichtungsdosis bei jedem Belichtungsvorgang gegenüber dem jeweils vorhergehenden Belichtungs organg erhöht wird. Dabei beträgt die Belichtungsdosis beim letzten Belichtungsvorgang entsprechend der Erfindung mehr als 50% der Nominalbelichtungsdosis. Vorteilhafterweise ist hierzu das Verfahren so ausgestaltet, dass sich die Belichtungsdosis ausgehend von einer vorgegebenen minimalen Belichtungsdosis von einem Belichtungsvorgang zum nächsten jeweils verdoppelt wird. Damit genügt der gesamte sich in mehreren BelichtungsVorgängen zur Erzeugung eines Strukturelementes, einer Gruppe von Strukturelementen oder Teilen davon vollziehende Belichtungsablauf der Vorschrift Dosis^ = (2i-l/2N-l) *Dosisnom^- nal- Innerhalb dieser Vorschrift bezeichnet N die Gesamtzahl der Belichtungsvorgänge zur Herstellung eines Strukturelementes, einer Gruppe von Strukturelementen oder von Teilen davon. Der Index i gibt die laufende Nummer des jeweiligen Belichtungsvorganges an, so dass die Dosis^ der Belichtungsdosis bzw. Lichtintensität beim Belichtungsvorgang mit der laufenden Nummer i entspricht . Der Ausdruck Do- sisnom^na]_ entspricht der Nominalbelichtungsdosis. Abweichend von der bereits dargestellten praktischen Umsetzung des aus dem Stand der Technik bekannten Belichtungsverfahrens, bei welcher die Belichtungsdosis, ausgehend vom 50%-Wert, mit jedem Belichtungsvorgang halbiert und der letzte Belichtungsvorgang wiederholt wird, erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bei jedem Belichtungs organg eine Veränderung der Belichtungsdosis. Gemäß der angegebenen Belichtungsvorschrift ergibt sich unter der Annahme von insgesamt 4 Belichtungsvorgängen für den letzten Belichtungsvorgang eine Belichtungsdosis von etwa 53% der Nominalbelichtungsdosis. Da eine wiederholte Belichtung mit gleicher Belichtungsdosis am Ende des gesamten Belichtungsablaufs entfällt, wird vorteilhafterweise eine Reduzierung der Anzahl der Belichtungsvorgänge um mindestens einen erreicht . Dadurch erhöht sich insgesamt die Schreibgeschwindigkeit eines nach diesem Verfahren arbeitenden Belichtungssystems . Die bildgebenden Elemente werden im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzugsweise gemäß der im Stand der Technik beschriebenen, mit einem Spiegel-Chip arbeitenden Vorrichtung realisiert. Aber auch die Anwendung anderer Möglichkeiten zur Flächenlichtmodulation ist selbstverständlich denkbar.
Weiterhin schlägt die Erfindung vor, zur Erhöhung der Schreibgeschwindigkeit mehrere zueinander ausgerichtete Flä- chenlichtmodulatoren einzusetzen. Das von einer Lichtquelle ausgehende Lichtsignal trifft dabei jeweils als Lichtblitz immer nur auf eines der Mehrzahl von bildgebenden Elementen auf, wobei dies durch eine entsprechende Ansteuerung von den bildgebenden Elementen zugeordneten Shuttern bewerkstelligt wird. Durch die unterschiedlichen bildgebenden Elemente werden auf der zu strukturierenden Schicht jeweils auch unterschiedliche Bildfelder (Teilbilder) abgebildet. Durch Synchronisation der kontinuierlichen Bewegung des auf einem Positioniertisch befindlichen Substrates, auf das die zu strukturierende Schicht aufgebracht ist, mit der Ansteuerung der bildgebenden Elemente und den Lichtblitzen wird erreicht, dass diese Teilbilder auf der zu strukturierenden Schicht nicht über- sondern nebeneinander liegen. Der Versatz zwischen den einzelnen Teilbildern wird bei vorgegebener Wiederholrate der Lichtblitze durch die Ver- fahrgeschwindigkeit des Positioniertisches eingestellt. Der Vorteil dieser Vorgehensweise ist darin zu sehen, dass die Wiederholrate für die Lichtblitze gegenüber dem bisher bekannten Verfahren entsprechend der Anzahl der eingesetzten bildgebenden Elemente erhöht werden kann. Es wird dabei der Tatsache Rechnung getragen, dass ein bildgebendes Element bei der Ansteuerung eine gewisse Trägheit aufweist und demzufolge die Wiederholrate der Lichtblitze, beispielsweise bei der Verwendung eines gepulsten Lasers deutlich höher sein kann als die Anzahl möglicher Umsteuerungen des bildgebenden Elementes. Durch die Verwendung mehrerer bildgebender Elemente wird diese Diskrepanz zwischen den durch die Verwendung des Lasers bestehenden Möglichkeiten und der Trägheit bei der Ansteuerung der bildgebenden Elemente gemindert .
Kombiniert man nun diese Vorgehensweise mit der zur Einsparung mindestens eines Belichtungsvorganges führenden eingangs erläuterten Verfahrensweise, so ergibt sich für die Schreibgeschwindigkeit ein weiterer Geschwindigkeitsgewinn. Für die Ausbildung des Verfahrensregimes sind bei einer solchen Kombination grundsätzlich zwei Möglichkeiten denkbar. Die erste besteht darin, alle bildgebenden Elemente zunächst mit der gleichen Belichtungsdosis auf die zu strukturierende Schicht abzubilden. Dabei wird die Verfahrgeschwindigkeit des Positioniertisches so eingestellt, dass die einzelnen Teilbilder genau nebeneinander liegen. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis die ganze zu strukturierende Fläche auf dem Substrat belichtet ist. Danach wird die Belichtungsdosis für alle bildgebenden Elemente entsprechend der angegebenen Belichtungsvorschrift verdoppelt und die ganze zu strukturierende Fläche auf dem Substrat mit dieser neuen Belichtungsdosis belichtet. Dieser Vorgang wird bis zur Belichtung mit einer Belichtungsdosis von etwas mehr als 50% der Nominalbelichtungsdosis wiederholt. Die zweite sich aus der Kombination der vorgeschlagenen Belichtungsvorschrift und der Verwendung mehrerer bildgebender Elemente ergebende Möglichkeit besteht darin, dass jedem bildgebenden Element genau eine Belichtungsdosis aus der sich entsprechend der vorgeschlagenen Belichtungsvorschrift ergebende Reihe von Belichtungsdosen zugeordnet ist. Die Verfahrgeschwindigkeit des Positioniertisches wird bei dieser Möglichkeit so eingestellt, dass die von einem bestimmten bildgebenden Element belichteten Teilbilder genau nebeneinander liegen, während sich die Teilbilder von unterschiedlichen Bildelementen um einen Betrag, der sich aus der Anzahl der bildgebenden Elemente und der Wiederholrate der Lichtblitze ergibt, überlappen. Auf diese Art und Weise wird erreicht, dass die ganze zu strukturierende Fläche auf dem Substrat in einem einzigen Belichtungsdurchlauf belichtet wird. Der Vorteil der ersten vorgeschlagenen Möglichkeit gegenüber der zweiten besteht darin, dass die durch die vorgegebene Adressauflösung bestimmte Anzahl der durchzuführenden BelichtungsVorgänge unabhängig von der Anzahl der zur Belichtung eingesetzten bildgebenden Elemente ist. Bei der zweiten vorgeschlagenen Möglichkeit wird die maximale Schreibgeschwindigkeit nur dann erreicht , wenn die Anzahl der zum Erreichen der erforderlichen Adressauflösung notwendigen Belichtungsdosen gleich der Anzahl der eingesetzten bildgebenden Elemente ist oder ein ganzzahliges Vielfaches davon. Für alle Fälle ist die Schreibgeschwindigkeit gegenüber der ersten Möglichkeit vermindert. Für die Erzeugung der Lichtblitze kann entweder eine gepulste Lichtquelle, vorzugsweise ein Laser eingesetzt oder das von einer Lichtquelle ausgesandte Licht mittels eines mechanischen, optischen oder elektronischen Shutters in einzelne Lichtblitze zerhackt werden.
Zur Erhöhung der Bildqualität wird weiterhin eine Modifizierung des aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrens vorgeschlagen, bei welcher ein Strukturelement durch aneinandergefügte Bildelemente des bildgebenden Elementes erzeugt wird. In erfinderischer Weise erfolgt dieses Aneinandersetzen der Bildbereiche so, dass sich die einzelnen Bildfelder, welche jeweils durch die Pixelstruktur des bildgebenden Elementes erzeugt werden, teilweise überlappen. Im Überlappungsbereich erfolgt dabei die Generierung des Pixelmusters durch einen zufallsbasierten Algorithmus. Auf diese Weise entstehen zwischen den Bildfeldern keine glatten, durch die endliche numerische Apertur der Optik im allgemeinen fehlerbehafteten Kanten. Vielmehr ergeben sich quasi "ausgefranste" Kanten, wodurch die sich überlappenden Bildfelder praktisch "nahtlos" ineinander übergehen. Bei der Generierung des Pixelmusters durch einen zufallsbasierten Algorithmus sind Nebenbedingungen zu beachten, die vor der Generierung des Pixelmusters bekannt sind. Eine solche Nebenbedingung kann z.B. sein, dass in der Richtung senkrecht zur Kante zwischen den sich überlappenden Bildfeldern mindestens eine gewisse Anzahl von Pixeln angesteuert sein müssen. Eine zweite Nebenbedingung kann sein, dass im Überlappungsbereich eine gewisse Anzahl von Pixeln oder Teile eines Pixels doppelt belichtet werden sollen, d.h. diese Pixel werden dann von beiden Bildfeldern belichtet. Gemäß einer Verfahrensvariante wird außerdem eine Erhöhung der Bildgenauigkeit dadurch erreicht, dass die von einem bestimmten bildgebenden Element auf der zu strukturierenden Schicht belichteten Teilfelder einen Versatz aufweisen. Durch eine entsprechende Generierung des Pixelmusters auf dem bildgebenden Element wird erreicht, dass jede zu belichtende Struktur durch verschiedene Bereiche auf dem bildgebenden Element erzeugt wird. Auf diese Weise werden Pixelfehler (beispielsweise Defekte durch nicht ansteuerbare Elektroden in der Pixelmatrix) oder durch unterschiedliche optische Eigenschaften einzelner Bereiche des bildgebenden Elementes bedingte Fehler vermieden.
Der Versatz zwischen den einzelnen Teilfeldern wird dabei zweckmäßigerweise so gewählt, dass er größer als die durch Pixeldefekte oder durch unterschiedliche optische Eigenschaften einzelner Bereiche des bildgebenden Elements gestörten Bereiche des bildgebenden Elements ist .
Im Hinblick auf eine Erreichung größtmöglicher Vorteile sowohl bei der Erhöhung der Schreibgeschwindigkeit als auch bei der Bildqualität für die abzubildenden Bildfelder (Teilbilder) ist eine beliebige Kombination der zuvor beschriebenen Verfahrensweisen möglich.
Nachfolgend soll die Erfindung an Hand eines sich hiernach ergebenden möglichen Verfahrensregimes nochmals kurz erläutert werden. Die Erläuterung geht dabei von folgenden beispielhaften Annahmen zur Erzeugung einer einfachen Struktur aus. Als Lichtquelle wird ein Excimer-Laser mit einer Wellenlänge von 248nm verwendet. Mittels dreier bildgebender Elemente, vorzugsweise entsprechend der aus der WO 93/09472 bekannten Ausgestaltung, soll in vier BelichtungsVorgängen eine vorgegebene Struktur auf ein Objekt mit einer lichtempfindlichen Schicht gebracht werden. Die Nominalbelichtungsdosis für den zur Strukturierung verwendeten Photoresist betrage 20 raJ/cm2. Jedes der bildgebenden Elemente wird zur Erzeugung eines Teilbildes der auf der lichtempfindlichen Schicht zu erzeugenden Struktur in anderer Weise angesteuert. Dabei werden drei unterschiedliche jeweils als Pixelmuster ausgebildete Bildfelder, durch eine entsprechende Ansteuerung der Mikroelektroden an den bildgebenden Elementen erzeugt.
Ausgehend von der angenommenen Nominalbelichtungsdosis werden die drei bildgebenden Elemente zunächst mit einer Intensität von 6,6% dieser Nominalbelichtungsdosis, also von 1,33 mJ/cm2 beleuchtet. Durch Ansprechen der den bildgebenden elementen zugeordneten Shutter wird durch die Licht- blitze jeweils ein anderes und jeweils nur eines der bildgebenden Elemente getroffen und das entsprechend seiner Ansteuerung erzeugte Muster über die Optik in die zu strukturierende Schicht übertragen. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis die ganze zu strukturierende Fläche auf dem Substrat belichtet ist. Die von den einzelnen bildgebenden Elementen erzeugten Teilbilder auf der zu strukturierenden Schicht liegen nicht exakt nebeneinander sondern weisen einen Überlappungsbereich auf, wobei das Pixelmuster für diesen Überlappungsbereich auf der Basis eines zufallsbasierten Algorithmus unter Beachtung von Nebenbedingungen generiert wurde. Nach der Belichtung der ganzen zu strukturierenden Fläche auf dem Substrat wird die Belichtungsdosis auf 13,3%, d.h. auf 2,66 mJ/cm2 erhöht. Mit dieser geänderten Belichtungsdosis wird wiederum die ganze zu strukturierende Fläche auf dem Substrat belichtet. Dabei liegen die zu den einzelnen bildgebenden Elementen zugeordneten Teilfelder im zweiten Belichtungsdurchgang gegenüber den im ersten Belichtungsdurchgang erzeugten Teilfeldern nicht exakt übereinander sondern weisen einen Versatz auf, der größer als die durch Pixeldefekte oder unterschiedliche optische Eigenschaften gestörten Bereiche auf den bildgebenden Elementen ist. Um zu erreichen, dass immer genau die gleiche Struktur belichtet wird, wird der Versatz bei der Generierung des Pixelmusters für die einzelnen bildgebenden Elemente berücksichtigt. Der nächste BelichtungsVorgang erfolgt mit einer Dosis von 26,6%, d.h. 5,33 mJ/cm2. Schließlich wird der Vorgang durch die Belichtung der ganzen zu strukturierenden Fläche auf dem Substrat mit einer Belichtungsdosis von 53,3%, d.h. 10,66 mJ/cm2 abgeschlossen. Durch den beschriebenen Belichtungsablauf wird die Qualität der auf der lichtempfindlichen Schicht erzeugten Strukturen dahingehend verbessert, dass durch Pixeldefekte oder unterschiedliche optische Eigenschaften gestörte Bereiche auf den einzelnen bildgebenden Elementen nur noch mit einer Wertigkeit, die der Belichtungsdosis proportional ist und damit maximal etwas mehr als 50% betragen kann, zur Qualität der Abbildung einer bestimmten Struktur beitragen. Die Genauigkeit des Aneinandersetzens zweier benachbarter Teilbilder wird dadurch verbessert, dass zum einen "ausgefranste" Kanten aneinander belichtet werden und dass zum anderen durch den Versatz der Teilfelder zwischen den einzelnen Belichtungsdurchgängen erreicht wird, dass jede Struktur, die in einem Belichtungsdurchgang durch aneinander gesetzte Teilfelder erzeugt wird in jedem weiteren Belichtungsvorgang innerhalb eines Teilfeldes liegt und damit nicht gestört ist. Schließlich wird bei einer solchen Vorgehensweise die zu strukturierende Fläche auf dem Substrat gegenüber dem Einsatz von nur einem bildgebenden Element in einem Drittel der Zeit belichtet . Hinzu kommt der Geschwindigkeitszugewinn durch den Einsatz der vorgeschlagenen Belichtungsvorschrift zur Aufteilung der Belichtungsdosis.

Claims

Ansprüche
Verfahren für die maskenlose Belichtung zur Strukturierung lichtempfindlicher Schichten auf einem Objekt, bei dem zur Ausbildung von Strukturelernenten auf der lichtempfindlichen Schicht mittels einer Lichtquelle ein als Flächenlichtmodulator wirkendes veränderliches bildgebendes Element mit zugehöriger Optik mit einer vorgegebenen Belichtungsdosis (Nominalbelichtungsdosis) bestrahlt und entsprechend den von dem bildgebenden Element aufgrund seines jeweiligen Ansteuerungszustandes erzeugten Bildfeldern einzelne Strukturelemente, Gruppen von Strukturelementen oder Teile davon auf der lichtempfindlichen Schicht abgebildet werden, wobei die Nominalbelichtungsdosis auf mehrere Belichtungsvorgänge aufgeteilt und die Belichtungsdosis für die einzelnen Belichtungsvorgänge so gewählt wird, dass sie ausgehend von einer vorgegebenen minimalen Belichtungsdosis bei jedem Belichtungs organg gegenüber dem jeweils vorhergehenden erhöht wird, wobei sie beim letzten Belichtungsvorgang mehr als 50% der Nominalbelichtungsdosis beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Belichtungsdosis von einem Belichtungsvorgang zum nächsten jeweils verdoppelt wird und der Vorschrift Dosis- = (2i-l/2N-l) *Dosisnomina]_ genügt, wobei N der Gesamtzahl der BelichtungsVorgänge, i der laufenden Nummer eines jeweiligen BelichtungsVorgangs, Dosisj_ der Belichtungsdosis beim Belichtungsvorgang mit der laufenden Nummer i und Dosisnominal der Nominalbelichtungsdosis entsprechen. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihenfolge der einzelnen Belichtungsvorgänge umgekehrt wird, d.h. dass beginnend mit der höchsten Belichtungsdosis von etwas mehr als 50% die Belichtungsdosis bei jedem weiteren BelichtungsVorgang gegenüber dem vorhergehenden Belichtungsvorgang halbiert wird.
Verfahren für die maskenlose Belichtung zur Strukturierung lichtempfindlicher Schichten auf einem Objekt, bei dem zur Ausbildung von Strukturelementen auf der lichtempfindlichen Schicht mittels einer Lichtquelle jeweils eines von mehreren zueinander ausgerichteten, als Flä- chenlichtmodulator wirkenden veränderlichen bildgebenden Elementen mit zugehöriger Optik durch einen Lichtblitz mit vorgegebener Belichtungsdosis bestrahlt und entsprechend den von dem bildgebenden Element aufgrund seines jeweiligen Ansteuerungszustandes erzeugten Bildfeldern einzelne Strukturelemente, Gruppen von Strukturelementen oder Teile davon auf der lichtempfindlichen Schicht abgebildet werden, wobei durch eine wechselnde Ansteuerung von den einzelnen bildgebenden Elementen zugeordneten Shuttern das Licht eines Lichtblitzes immer nur durch ein bildgebendes Element moduliert wird und durch die bildgebenden Elemente unterschiedliche Bildfelder auf dem mittels eines x-y-Tisches kontinuierlich bewegten Objekt mit der lichtempfindlichen Schicht abgebildet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Lichtblitze eine gepulste Lichtquelle verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Lichtblitze das von einer Lichtquelle, vorzugsweise einem im Dauerstrichbetrieb betriebenen Laser, mittels eines mechanischen, optischen oder elektrischen Shutters zerhackt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem alle bildgebenden Elemente während eines Belichtungsvorgangs mit der gleichen Belichtungsdosis abgebildet werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem alle bildgebenden Elemente mit genau einer Belichtungsdosis aus der entsprechend Anspruch 1 oder Anspruch 2 berechneten Reihe von Belichtungsdosen abgebildet werden.
Verfahren für die maskenlose Belichtung zur Strukturierung lichtempfindlicher Schichten auf einem Objekt, bei dem zur Ausbildung von Strukturelementen auf der lichtempfindlichen Schicht mittels einer Lichtquelle ein als Flächenlichtmodulator wirkendes veränderliches bildgebendes Element mit zugehöriger Optik oder eines von mehreren bildgebenden Elementen mit einer vorgegebenen Belichtungsdosis (Nominalbelichtungsdosis) bestrahlt und entsprechend den von dem bildgebenden Element aufgrund seines jeweiligen Ansteuerungszustandes erzeugten Bildfeldern einzelne Strukturelemente, Gruppen von Strukturelementen oder Teile davon auf der lichtempfindlichen Schicht abgebildet werden, wobei die Nominalbelichtungsdosis auf mehrere Belichtungsvorgänge aufgeteilt wird und die bei den einzelnen Belichtungsvorgängen von einem bildgebenden Element auf einer lichtempfindlichen Schicht erzeugten Teilbilder einen Versatz aufweisen, der durch eine angepasste Generierung des Pixelmusters auf dem bildgebenden Element kompensiert wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die bei den einzelnen BelichtungsVorgängen von einem bildgebenden Element auf einer lichtempfindlichen Schicht erzeugten Teilbilder einen Versatz aufweisen, der durch eine angepasste Generierung des Pixelmusters auf dem bildgebenden Element kompensiert wird.
11. Verfahren für die maskenlose Belichtung zur Strukturierung lichtempfindlicher Schichten auf einem Objekt, bei dem zur Ausbildung von Strukturelementen auf der lichtempfindlichen Schicht mittels einer Lichtquelle ein als Flächenlichtmodulator wirkendes veränderliches bildgebendes Element mit zugehöriger Optik oder eines von mehreren bildgebenden Elementen mit einer vorgegebenen Belichtungsdosis (Nominalbelichtungsdosis) bestrahlt und entsprechend den von dem bildgebenden Element aufgrund seines jeweiligen Ansteuerungszustandes als Pixelmuster erzeugten Bildfeldern einzelne Strukturelemente, Gruppen von Strukturelementen oder Teile davon auf der lichtempfindlichen Schicht abgebildet werden, wobei zur Ausbildung von Strukturelementen größerer Ausdehnung Bildfelder in der Weise aneinandergesetzt werden, dass sie sich zumindest hinsichtlich eines Pixels ihrer Pixelmuster überlappen.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die die aneinandergesetzten Bildfelder jeweils ausbildenden Pixelmuster im Bereich ihres Überlappens zufallsgesteuert generiert werden, so dass zwischen den Bildfeldern hinsichtlich der sie ausbildenden Pixelmuster ein nicht glatter Übergang entsteht.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem unter Verwendung eines oder mehrerer bildgebender Elemente Strukturelemente größerer Ausdehnung durch ein überlappendes Aneinandersetzen einzelner als Pixelmuster erzeugter Bildfelder auf der lichtempfindlichen Schicht abgebildet werden, wobei die Pixelmuster der Bildfelder im Bereich ihrer Überlappung zufallsgesteuert generiert werden.
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