DE19626176A1

DE19626176A1 - Lithographie-Belichtungseinrichtung und Lithographie-Verfahren

Info

Publication number: DE19626176A1
Application number: DE19626176A
Authority: DE
Inventors: Uwe Brauch; Hans Opower; Bernd Hoefflinger; Reinhard Springer
Original assignee: STUTTGART MIKROELEKTRONIK; Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1996-06-29
Filing date: 1996-06-29
Publication date: 1998-01-08
Also published as: JP2000507749A; JP3280037B2; US6002466A; WO1998000760A1; EP0907906A1; DE59707065D1; EP0907906B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Lithographie-Belichtungsein richtung, umfassend eine Aufnahme für ein mit einer licht empfindlichen Schicht versehenes Substrat, eine Belichtungs einheit mit einem Laser und einer Strahlführungsoptik zur Erzeugung eines Lichtflecks auf der lichtempfindlichen Schicht des in der Aufnahme gehaltenen Substrats, eine Be wegungseinheit zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen der Strahlführungsoptik der Belichtungseinheit und der Auf nahme und eine Steuerung zur Intensitäts- und Lagesteuerung des Lichtflecks auf der lichtempfindlichen Schicht des Substrats.

Derartige Lithographie-Belichtungseinrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt.

Das Problem bei diesen bekannten Lithographie-Belichtungsein richtungen besteht darin, daß die heute in der Halbleiter technologie üblichen komplexen Schaltungsentwürfe nicht mit der erforderlichen Schnelligkeit auf die lichtempfindliche Schicht projiziert werden und daß außerdem die bekannten mit Lasern arbeitenden Lithographie-Belichtungseinrichtungen lediglich zur Herstellung von Masken, jedoch nicht direkt zur Herstellung von Strukturen direkt auf einem Halbleiter substrat zur Erzeugung von Bauteilen eingesetzt werden können, da die herstellbaren Strukturen nicht klein genug sind. Dieser Nachteil spielt bei der Herstellung von Masken eine geringere Rolle, da die Masken Strukturen aufweisen, die ihrerseits nochmals durch eine Abbildungsoptik beim Abbilden auf die lichtempfindliche Schicht eines Wafers verkleinert werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Litho graphie-Belichtungseinrichtung zu schaffen, mit welcher mittels Lithographie mit großer Effizienz möglichst kleine Strukturen in Zeiträumen herstellbar sind, die der Größen ordnung der heute üblichen, mit Masken erhältlichen Produk tionszeiträume nahe kommen.

Diese Aufgabe wird bei einer Lithographie-Belichtungseinrich tung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Belichtungseinheit eine Vielzahl von Halb leiterlasern umfaßt, daß die Strahlführungsoptik die Laser strahlung jedes Halbleiterlasers zu einem Lichtfleck eines definierten Lichtfleckmusters führt und daß das gesamte Lichtfleckmuster und die Aufnahme in einer Belichtungsbe wegungsrichtung relativ zueinander bewegbar und dabei die Lichtflecken des Lichtfleckmusters entsprechend der Form der zu belichtenden Teilbereiche aktivierbar und deaktivierbar sind.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, daß durch die Verwendung von Halbleiterlasern die Möglichkeit geschaffen ist, in einfacher, insbesondere auch kosten günstiger Art und Weise eine Vielzahl von Lasereinheiten bereitzustellen, von denen nachher jede einen Lichtfleck ergibt, wobei außerdem bei den Halbleiterlasern der Vorteil besteht, daß diese einerseits eine ausreichende Ausgangs leistung zeigen und andererseits schnell aktivierbar und deaktivierbar sind.

Damit lassen sich die zu belichtenden Teilbereiche mit aus reichend großer Geschwindigkeit und Präzision herstellen.

Das Lichtfleckmuster kann prinzipiell in beliebiger Art und Weise angeordnete Lichtflecken aufweisen.

Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn das Lichtfleck muster von einem als Referenz dienenden Lichtfleck ausgehend in einer senkrecht zur Belichtungsbewegungsrichtung ver laufenden Querrichtung in unterschiedlichen Abständen ange ordnete Lichtflecke aufweist, so daß bei Durchführung der Relativbewegung in der Belichtungsbewegungsrichtung jeder Lichtfleck dazu eingesetzt werden kann, unterschiedliche Teilbereiche der lichtempfindlichen Schicht zu belichten.

Besonders günstig ist es hierbei, wenn jeder Lichtfleck des Lichtfleckmusters einen anderen Abstand von dem als Referenz dienenden Lichtfleck aufweist als die übrigen Lichtflecken, so daß mit einer vorgegebenen Zahl von Lichtflecken die größtmögliche Zahl von unterschiedlichen Teilbereichen der lichtempfindlichen Schicht belichtbar ist.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Abstände aller Licht flecken des Lichtfleckmusters eine Serie von Abständen bil den, bei der jeder Abstand um ein Inkrement größer ist als ein anderer der Abstände. Das heißt, daß bei der Gesamtheit der Lichtfleckmuster jeder Lichtfleck einerseits einen unter schiedlichen Abstand aufweist, andererseits sämtliche unter schiedlichen Abstände sich der Größe nach in einer Reihe an ordnen lassen, wobei der Unterschied von einem Abstand zum nächsten dem Inkrement entspricht.

Um bei der Herstellung der zu belichtenden Teilbereiche einen möglichst großen Freiheitsgrad relativ zur Größe der Licht flecken zu haben, ist vorzugsweise vorgesehen, daß das In krement kleiner als eine Erstreckung der Lichtflecken in der Querrichtung ist.

Das heißt, daß insgesamt in dem Lichtfleckmuster Lichtflecken in einem Abstandsraster mit dem Inkrement als Minimalabstand zur Verfügung stehen, so daß das Abstandsraster erheblich feiner ist, als die Erstreckung der Lichtflecken in der Quer richtung.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn das Inkrement maximal ein Viertel der Erstreckung der Lichtflecken in der Querrichtung beträgt. Noch besser ist es, wenn das Inkrement ein Zehntel der Erstreckung der Lichtflecken in der Querrichtung beträgt, da somit mit einem Lichtfleckmuster ein Herstellen der zu be lichtenden Strukturen mit einer hohen Auflösung möglich ist.

Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel sieht vor, daß das Lichtfleckmuster mindestens eine in einer Reihe ange ordnete Serie von Lichtflecken umfaßt, die senkrecht zur Be lichtungsbewegungsrichtung einen Abstand voneinander auf weisen, welcher kleiner als deren Ausdehnung senkrecht zur Belichtungsbewegungsrichtung ist. Eine derartige Serie von Lichtflecken läßt sich besonders günstig herstellen, da bei Verwendung von Halbleiterlasern diese vorzugsweise in Reihen als Halbleiterlaseranordnungen eingesetzt werden, wobei zwischen den einzelnen Halbleiterlasern ein durch die Halb leiteranordnung vorgegebener Abstand besteht. Eine Abbildung einer derartigen Halbleiterlaseranordnung in das Lichtfleck muster mit möglichst kleinen Lichtflecken führt dabei zwangs läufig zu einem derartigen Lichtfleckmuster.

Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß der Abstand zwischen den Lichtflecken der Serie senkrecht zur Bewegungsrichtung konstant ist. Damit läßt sich ein besonders günstig einsetz bares Lichtfleckmuster erzielen.

Vorzugsweise bilden in diesem Fall jede in einer Reihe ange ordnete Serie von Lichtflecken eine längs einer Geraden ver laufende Reihe von Lichtflecken.

Besonders günstig ist eine Lösung, bei welcher in der jewei ligen Reihe die Lichtflecken in Serienrichtung einen Abstand voneinander aufweisen, welcher größer ist als deren Er streckung in Serienrichtung.

Um zu erreichen, daß die Lichtflecken in der senkrecht zur Belichtungsbewegungsrichtung verlaufenden Querrichtung einen möglichst kleinen Abstand voneinander aufweisen, der sogar möglichst kleiner als die Erstreckung der Lichtflecken in der Querrichtung ist, ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Serienrichtung einen Winkel von ungleich 90° - beispielsweise kleiner als 90° - mit der Belichtungsbewegungsrichtung ein schließt. Damit bewirkt die Projektion der in der Serie ange ordneten Lichtflecken auf die senkrecht zur Belichtungsbewe gungsrichtung verlaufende Querrichtung eine Verringerung des Abstandes in dem vorstehend genannten Maße.

Prinzipiell können bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung Halbleiterlaser eingesetzt werden, welche im blauen Spektral bereich oder im nahen UV Laserstrahlung erzeugen. Da der artige Halbleiterlaser bislang nicht das für einen kommer ziellen Einsatz erforderliche Preis-Leistungsverhältnis aufweisen, ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Belich tungseinheit den Halbleiterlasern nachgeschaltete Frequenz verdoppler umfaßt. In diesem Fall ist es möglich, konven tionelle im roten oder infraroten Spektralbereich arbeitende Halbleiterlaser einzusetzen und die Frequenz zu verdoppeln.

Im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der einzelnen Ausführungsbeispiele wurde nicht im einzelnen darauf einge gangen, wie die Laserstrahlung von den Halbleiterlasern zu der Strahlführungsoptik geführt werden soll. Beispielsweise wäre es denkbar - wie bereits vorstehend erwähnt - die Halb leiterlaseranordnungen oder Halbleiterlaserarrays unmittelbar zu verwenden und ausgehend von diesem System mittels der Strahlführungsoptik die einzelnen Laserstrahlen auf die lichtempfindliche Schicht zur Erzeugung des Lichtfleckmusters abzubilden.

Aufgrund der mit erheblichem Aufwand verbundenen und für Halbleiterlasereinheiten erforderlichen Betriebseinrichtungen ist dies jedoch vielfach nur begrenzt möglich. Aus diesem Grund ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß die Belichtungs einheit die Laserstrahlung zur Strahlführungsoptik leitende Lichtleiter umfaßt, welche die Möglichkeit eröffnen, von weiter entfernt angeordneten Halbleiterlasern die Laser strahlung möglichst verlustarm zur Strahlführungsoptik zu bringen.

Vorzugsweise werden für derartige Lichtleiter Monomodefasern eingesetzt und als Halbleiterlaser solche, welche im Single modebetrieb arbeiten.

Die Lichtleiter sind vorzugsweise so ausgebildet, daß sie ein erstes Ende aufweisen, in welches die Laserstrahlung ein koppelbar ist, und ein zweites Ende, aus welchem die Laser strahlung austritt, und daß auf jedes zweite Ende folgend ein kollimierendes Element angeordnet ist, welches die divergent aus jedem einzelnen zweiten Ende der Lichtleiter austretende Laserstrahlung kollimiert und daraus ein kollimiertes Strah lungsbündel formt.

Eine derartige Lösung hat den großen Vorteil, daß die Mög lichkeit besteht, das kollimierte Strahlungsbündel optimal auf die lichtempfindliche Schicht abzubilden und somit einen möglichst kleinen Durchmesser des resultierenden Lichtflecks zu erhalten.

Hinsichtlich der Ausbildung der Strahlführungsoptik wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. So sieht ein vorteil haftes Ausführungsbeispiel vor, daß die Strahlführungsoptik ein verkleinernd abbilden des Teleskop umfaßt. Mit einem der artigen Teleskop besteht die Möglichkeit, die in technologie bedingt und hinsichtlich der zu erzeugenden Größe der Licht flecken großen Abständen mit den Halbleiterlasern erzeugte Laserstrahlung vorteilhafterweise so abzubilden, daß die Abstände zwischen den Lichtflecken kleiner werden.

Mit einem derartigen Teleskop lassen sich in einfacher Weise Verkleinerungen von mehr als einem Faktor 10 erreichen.

Um insbesondere direkt lithographische Schichten für die unmittelbare Herstellung eines integrierten Schaltkreises erzeugen zu können, ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß die Strahlführungsoptik eine die Lichtflecke erzeugende Mikroskopoptik umfaßt. Eine derartige Mikroskopoptik bildet eine einfache Möglichkeit, eine möglichst starke Reduktion der Abstände zwischen den einzelnen Lichtflecken zu erhalten.

Eine Mikroskopoptik hat jedoch den Nachteil, daß die Aus dehnung der Lichtflecken empfindlich von dem Abstand der Mikroskopoptik von der zu belichtenden Schicht abhängt. Aus diesem Grund ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß die Mikroskopoptik an einer Höhenpositioniereinrichtung ange ordnet ist und von dieser während der Belichtungsbewegung in einem definierten Abstand über der lichtempfindlichen Schicht positionierbar ist. Eine derartige Höhenpositioniereinrich tung schafft somit die Möglichkeit, die Nachteile einer der artigen Mikroskopoptik zu eliminieren oder möglichst gering zu halten.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn ein Abstand zwischen einer der lichtempfindlichen Schicht zugewandten Unterseite der Mikroskopoptik und der lichtempfindlichen Schicht durch die Höhenpositioniereinrichtung einhaltbar ist.

Bevorzugterweise ist hierbei vorgesehen, daß der Abstand in der Größenordnung eines Durchmessers des einzelnen Licht flecks auf der lichtempfindlichen Schicht liegt.

Mit den bislang beschriebenen Mikroskopoptiken besteht die Möglichkeit, beugungsbegrenzt Lichtflecken zu erhalten, deren Ausdehnung in der Größenordnung der Wellenlänge der Laser strahlung liegt oder größer ist.

Um jedoch eine möglichst definierte Größe der einzelnen Lichtflecke, insbesondere im Bereich der Wellenlänge des ein gesetzten Laserlichts oder kleiner, zu erhalten, ist vorzugs weise vorgesehen, daß die Mikroskopoptik mit einer die Größe der Lichtflecken auf der lichtempfindlichen Schicht defi nierenden Nahfeldoptik versehen ist.

Eine derartige Nahfeldoptik hat den großen Vorteil, daß sie aufgrund ihrer Nähe zu den auf der lichtempfindlichen Schicht erzeugten Lichtflecken die Möglichkeit eröffnet, weitgehend von der vorhergehenden Strahlführung unabhängig die end gültige Größe der Lichtflecken auf der lichtempfindlichen Schicht festzulegen.

Vorzugsweise ist dabei die Nahfeldoptik unmittelbar auf einer der lichtempfindlichen Schicht zugewandten Unterseite des Mikroskopobjektivs angeordnet, so daß der Abstand zwischen der Nahfeldoptik und der lichtempfindlichen Schicht sehr gering gehalten werden kann.

Die Nahfeldoptik kann dabei in unterschiedlichster Art und Weise ausgeführt sein.

So sieht Ausführungsbeispiel vor, daß die Nahfeldoptik die Lichtflecken des Lichtfleckmusters durch blendenähnliche Durchlaßbereiche definiert. In diesem Fall sind vorzugsweise blendenähnliche Durchlaßbereiche durch Bedampfen der Mikroskopoptik auf ihrer der lichtempfindlichen Schicht zugewandten Seite erreichbar.

Eine andere Lösung sieht vor, daß die Nahfeldoptik die Größe der Lichtflecken des Lichtfleckmusters durch strahlkonzen trierende Elemente definiert. In diesem Fall sind beispiels weise auf der der lichtempfindlichen Schicht zugewandten Seite des Mikroskopobjektivs zusätzliche strahlkonzentrie rende Elemente vorgesehen, wobei diese strahlkonzentrierenden Elemente im einfachsten Fall konisch ausgebildet sind, um die auf der lichtempfindlichen Schicht erzeugten Lichtflecken bei möglichst geringer Größe zu erhalten.

Die erfindungsgemäße Nahfeldoptik ist insbesondere dann vor teilhaft einsetzbar, wenn diese die Größe der Lichtflecken in zumindest einer Richtung auf Werte in der Größenordnung der Wellenlänge der Laserstrahlung reduziert.

In diesem Fall ist zweckmäßigerweise der Vektor des elek trischen Feldes E der Laserstrahlung so gelegt, daß dieser parallel zu der Richtung liegt, zu welcher die Ausdehnung der Lichtflecken kleiner als die Wellenlänge ist.

Da die flächenhafte Ausdehnung der Lichtfleckmuster nicht beliebig vergrößert werden kann, ohne daß die Strahlführungs optik aufwendig ausgeführt werden muß, ist vorteilhafterweise zur Verkürzung der erforderlichen Belichtungszeichen vorge sehen, daß die Lithographie-Belichtungseinrichtung mehrere Lichtfleckmuster erzeugt.

Jedes Lichtfleckmuster weist dabei in einem definierten geo metrischen Muster angeordnete Lichtflecken auf, wobei die mehreren Lichtfleckmuster beliebig zueinander angeordnet werden können.

Prinzipiell ist es denkbar, daß die mehreren Lichtfleckmuster in unterschiedlichen Belichtungsbewegungsrichtungen bewegbar sind.

Zur Vermeidung von Überkreuzbewegungen ist es vorteilhaft, wenn die mehreren Lichtfleckmuster parallel zu einer einzigen Belichtungsbewegungsrichtung bewegbar sind.

Die mehreren Lichtfleckmuster sind vorzugsweise während des selben Belichtungsvorgangs einsetzbar, so daß während eines Belichtungsvorgangs größere Teilbereiche der lichtempfind lichen Schicht belichtbar sind.

Prinzipiell wäre es möglich, die mehreren Lichtfleckmuster zeitversetzt zu erzeugen. Günstiger ist es jedoch, die mehreren Lichtfleckmuster im wesentlich zeitgleich zu generieren.

Insbesondere bei im wesentlichen zeitgleich generierten Lichtfleckmustern ist es von Vorteil, wenn für jedes Licht fleckmuster eine eigene Mikroskopoptik vorgesehen ist. Noch besser ist es, wenn für jedes Lichtfleckmuster eine eigene Strahlführungsoptik vorgesehen ist.

Die mehreren Lichtfleckmuster könnten prinzipiell aus einem Satz von Halbleiterlasern gespeist werden, insbesondere wenn mit jedem Lichtfleckmuster dieselben belichteten Teilbereiche erzeugt werden sollen.

Die Einsatzmöglichkeiten einer erfindungsgemäßen Litho graphie-Belichtungseinrichtung sind jedoch größer, wenn für jedes Lichtfleckmuster ein eigener Satz von Halbleiterlasern zur Verfügung steht, so daß mit den Lichtfleckmustern unter schiedliche belichtete Teilbereiche erzeugbar sind.

Eine besonders einfach auszuführende Lösung sieht zur Er zeugung der mehreren Lichtfleckmuster mehrere Belichtungs einheiten vor, die selbständig arbeiten.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird darüber hinaus auch bei einem lithographischen Verfahren zur Herstellung von ebenen Strukturen auf einem Substrat durch folgende Schritte:
einen Beschichtungsschritt, bei welchem die lichtempfindliche Schicht auf das Substrat aufgetragen wird,
einen Belichtungsschritt, bei welchem entsprechend der herzu stellenden Struktur durch Lage- und Intensitätssteuerung eines mit Laserstrahlung auf der lichtempfindlichen Schicht erzeugten Lichtflecks belichtete und unbelichtete Teilbe reiche der lichtempfindlichen Schicht erzeugt werden,
und einen Ablöseschritt, bei welchem einer der Teilbereiche von dem Substrat abgetragen wird,
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß beim Belichtungsschritt zur Erzeugung der Laserstrahlung eine Vielzahl von Halb leiterlasern verwendet wird, daß mit der aus jedem Halb leiterlaser austretenden Laserstrahlung ein Lichtfleck eines definierten Lichtfleckmusters auf der lichtempfindlichen Schicht erzeugt wird und daß das gesamte Lichtfleckmuster und das Substrat zum Herstellen der belichteten Teilbereiche in einer Belichtungsbewegungsrichtung relativ zueinander bewegt und dabei die Lichtflecke des Lichtfleckmusters entsprechend der Form der zu erzeugenden belichteten Teilbereiche defi niert aktiviert oder deaktiviert werden.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Lithographie-Verfahrens be steht darin, daß mit diesem bei hoher Geschwindigkeit und bei kostenmäßig geringem Aufwand belichtete Teilbereiche mit definierten Konturen, insbesondere für Halbleiterbauelemente, vorzugsweise integrierte Schaltkreise, unmittelbar geeigneten Konturen, herstellbar sind.

Der große Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt dabei darin, daß einerseits aufgrund der Verwendung der Halbleiter laser eine ausreichende Laserlichtleistung bei kurzen Schalt zeiten zur Verfügung steht, so daß der auf die Laserlicht leistung bezogene Kostenaufwand sehr gering ist.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Lichtflecken des Lichtfleckmusters längs parallel zur Belichtungsbewegungs richtung verlaufender Belichtungsbahnen relativ zu der licht empfindlichen Schicht bewegt werden, wobei dies insbesondere durch Bewegen des die lichtempfindliche Schicht tragenden Substrats erfolgt. Damit ist eine besonders zeitsparende Vor gehensweise bei der Herstellung der belichteten Teilbereiche mit hoher Geschwindigkeit und Präzision vorgegeben.

Vorzugsweise sind dabei die Lichtflecken so angesteuert, daß diese in voll flächig über den zu belichtenden Teilbereichen der lichtempfindlichen Schicht liegenden Abschnitten der Belichtungsbahnen aktiviert und in den übrigen Abschnitten der Belichtungsbahnen deaktiviert werden. Damit ist in ein facher Weise eine Möglichkeit geschaffen, durch die Relativ bewegungen zwischen Lichtflecken und Substrat belichtete Teilbereiche mit beliebiger Kontur zu erzeugen.

Um sicherzugehen, daß innerhalb der belichteten Teilbereiche die lichtempfindliche Schicht auch entsprechend der Belich tung chemisch reagiert und insbesondere die belichteten Teil bereiche innerhalb ihrer Außenkontur zusammenhängend belich tet sind und somit auch die lichtempfindliche Schicht in aus reichendem Maße chemisch durchreagiert, ist vorteilhafter weise vorgesehen, daß die belichteten Teilbereiche durch Belichtung von innerhalb der Außenkontur liegenden und sich parallel zur Belichtungsbewegungsrichtung erstreckenden Streifenbereichen der lichtempfindlichen Schicht erzeugt werden.

Vorzugsweise werden dabei die Streifenbereiche so gelegt, daß sie in einer senkrecht zur Belichtungsbewegungsrichtung ver laufenden Querrichtung überlappen, um die flächendeckende Belichtung sicherzustellen.

Besonders günstig hierbei ist es, wenn beim Belichtungs schritt das Lichtfleckmuster in der Belichtungsbewegungs richtung relativ zum Substrat verfahren, dann in der Quer richtung zur Belichtungsbewegungsrichtung relativ zum Substrat versetzt und erneut in der Belichtungsbewegungs richtung verfahren wird. Diese Lösung hat den großen Vorteil, daß sie eine möglichst zeitsparende und effiziente Vorgehens weise zur Herstellung der zu belichtenden Teilbereiche erlaubt.

Hierbei ist es vorteilhaft, wenn bei der Relativbewegung das Lichtfleckmuster in der Belichtungsbewegungsrichtung durch gehend ohne Bewegung quer zur Belichtungsbewegungsrichtung über das gesamte Substrat verfahren wird, so daß alle in der Belichtungsbewegungsrichtung auch hintereinanderliegenden zu belichtenden Teilbereiche durch eine durchgehende Bewegung des Lichtfleckmusters in der Belichtungsbewegungsrichtung erzeugbar sind.

Um möglichst zeitsparend zu arbeiten, ist vorzugsweise vor gesehen, daß bei der Relativbewegung das Lichtfleckmuster in der Belichtungsbewegungsrichtung mit im wesentlichen kon stanter Geschwindigkeit über das gesamte Substrat verfahren wird, so daß das zeitaufwendige Verfahren und Anhalten ent fallen kann. Dabei werden die Halbleiterlaser entsprechend schnell angesteuert, wobei die Halbleiterlaser im aktivierten Zustand entweder im Pulsbetrieb oder kontinuierlich arbeiten.

Hinsichtlich des Steuerungsaufwandes und des Zeitaufwandes ist es besonders günstig, wenn die Belichtung der zu be lichtenden Teilbereiche der lichtempfindlichen Schicht nur während der Relativbewegung des Lichtfleckmusters parallel zu einer einzigen Belichtungsbewegungsrichtung erfolgt.

Daß heißt, daß in diesem Fall lediglich bei Bewegung in Rich tung der einzigen Belichtungsbewegungsrichtung eine Belich tung der lichtempfindlichen Schicht erfolgt, während jede Relativbewegung des Lichtfleckmusters in der Querrichtung lediglich dazu dient, das Lichtfleckmuster in der Quer richtung neu zu positionieren, mit diesem jedoch bei dem Bewegen in Querrichtung keine Belichtung durchzuführen.

Insbesondere bei der Belichtung großer lichtempfindlicher Schichten ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Belichtung sämtlicher zu belichtenden Teilbereiche der lichtempfind lichen Schicht auf dem Substrat durch mehrfache Relativ bewegung des Lichtfleckmusters in der Belichtungsbewegungs richtung erfolgt.

Eine besonders günstige Verfahrensweise sieht dabei vor, daß das Lichtfleckmuster von einer Ausgangsstellung, in welcher die bei der Relativbewegung in Belichtungsbewegungsrichtung zuerst aktiven Lichtflecken über einem Anfang der herzu stellenden belichteten Teilbereiche liegen, bis zu einer End stellung, in welcher die zuletzt aktivierten Lichtflecken über einem Ende der herzustellenden belichteten Teilbereiche liegen, verfahren wird. Damit ist eine insbesondere zeit effiziente Verfahrensweise vorgezeichnet.

Alle vorstehend erwähnten Relativbewegungen der Lichtflecken und des Substrats sind entweder durch Bewegung der Licht flecken bei stehendem Substrat, Bewegung sowohl der Licht flecken und des Substrats oder Bewegung des Substrats bei stehenden Lichtflecken realisierbar, wobei vorzugsweise mindestens die Relativbewegung in einer Richtung zumindest durch Bewegen des Substrats realisiert wird.

Besonders günstig ist die Realisierung der Relativbewegung nur durch Bewegung des Substrats, da dann die bereits bei der Maskenlithographie eingesetzten Vorrichtungen zum Bewegen des Substrats relativ zur Abbildungsoptik eingesetzt werden können.

Die erfindungsgemäße Lösung läßt sich prinzipiell bei allen Arten von lithographischen Verfahren anwenden. Besonders bevorzugte Anwendungsgebiete der erfindungsgemäßen Lösung sind die Herstellung von Masken für die Halbleiterfertigung mit hoher Geschwindigkeit und hoher Präzision. Noch vorteil hafter in der Halbleiterfertigung läßt sich die erfindungs gemäße Lösung jedoch dann einsetzen, wenn diese zu unmittel baren Herstellung von belichteten Teilbereichen mit defi nierter Kontur, beispielsweise den Konturen, die für hoch integrierte Bauteile erforderlich sind, eingesetzt wird.

In diesem Fall ist vorzugsweise vorgesehen, daß das Substrat ein Wafer ist und daß das Lichtfleckmuster bei jeder Relativ bewegung in der Bewegungsrichtung über den gesamten Wafer hinwegbewegt wird und erst dann quer zur Belichtungsbewe gungsrichtung verfahren wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer erfindungs gemäßen Lithographie-Belichtungseinrichtung;

Fig. 2 eine ausschnittsweise Darstellung eines Lichtfleckmusters auf einem die lichtempfind liche Schicht tragende Wafer;

Fig. 3 eine ausschnittsweise Darstellung einer Variante der erfindungsgemäßen Lösung um fassend Halbleiterlaser, deren Laserstrahlung frequenzverdoppelt wird;

Fig. 4 eine schematische Ansicht ähnlich Fig. 1 einer dritten Variante der erfindungsgemäßen Lösung;

Fig. 5 eine exemplarische Darstellung eines zu belichtenden Teilbereichs der lichtempfind lichen Schicht mit seiner Außenkontur;

Fig. 6 eine erste Belichtungsbewegung zur Her stellung des in Fig. 5 dargestellten zu belichtenden Teilbereichs;

Fig. 7 eine zweite Belichtungsbewegung zur Her stellung des in Fig. 5 dargestellten zu belichtenden Teilbereich;

Fig. 8 eine dritte Belichtungsbewegung zur Her stellung des in Fig. 5 dargestellten zu be lichtenden Teilbereichs;

Fig. 9 eine vierte Belichtungsbewegung zur Her stellung des in Fig. 5 dargestellten zu be lichtenden Teilbereichs;

Fig. 10 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfin dungsgemäßen Lithographie-Beschichtungsein richtung mit in einer Reihe angeordneten Lichtflecken des Lichtfleckmusters;

Fig. 11 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Litho graphie-Beschichtungseinrichtung gemäß Fig. 1 oder 4 mit einem besonderen Lichtfleckmuster;

Fig. 12 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfin dungsgemäßen Lithographie-Beschichtungsein richtung gemäß Fig. 1 oder 4 mit einem be sonderen Lichtfleckmuster;

Fig. 13 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer er findungsgemäßen Lithographie-Beschichtungs einrichtung gemäß Fig. 4 mit einer ersten Variante einer Nahfeldoptik;

Fig. 14 eine vergrößerte Darstellung der Nahfeldoptik gemäß Fig. 13 und

Fig. 15 eine zweite Variante der Nahfeldoptik gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel.

Ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Litho graphie-Belichtungseinrichtung, dargestellt in Fig. 1, umfaßt eine Vielzahl von Lasereinheiten 10₁ bis 10 _N, welche Halb leiterlaser umfassen und vorzugsweise Laserstrahlung im blauen Spektralbereich erzeugen, die in erste Enden 12₁ bis 12 _N von Lichterleitern 14₁ bis 14 _N, vorzugsweise Singlemode fasern, eintritt, von diesen zu einer als Ganzes mit 16 be zeichneten Strahlführungsoptik geführt wird und zum Eintritt in die Strahlführungsoptik 16 aus zweiten Enden 18₁ bis 18 _N der Lichtleiter 14₁ bis 14 _N austritt. Die Laserstrahlung tritt aus den zweiten Enden 18₁ bis 18 _N der Lichtleiter 14₁ bis 14 _N in Form von divergenten Strahlenbündeln 20₁ bis 20 _N aus und wird durch jeweils kollimierende Elemente 22₁ bis 22 _N zu jeweils kollimierten Strahlungsbündeln 24₁ bis 24 _N ge formt. Diese kollimierten Strahlungsbündel 24₁ bis 24 _N werden durch eine von der Strahlführungsoptik 16 umfaßte Teleskop optik 26 so abgebildet, daß deren Abstand von einer Mittel achse oder Symmetrieachse 28 verkleinert wird.

Aus der Teleskopoptik 26 treten nun wiederum divergente Strahlungsbündel 30₁ bis 30 _N aus, die dann ihrerseits von einer Mikroskopoptik 32 auf eine lichtempfindliche Schicht 34, aufgebracht auf einem Substrat 36 abgebildet werden.

Das Substrat 36 ist seinerseits auf einem eine Aufnahme bildenden Verschiebetisch 38 fixiert, wobei der Verschiebe tisch 38 als in zwei senkrecht zueinander verlaufende Rich tungen X und Y verschieblich mittels einer Kreuzschlittenein richtung 40 auf einer Basis 42 fixiert ist. Zur exakten Ver schiebung des Verschiebetisches 38 relativ zur Basis 42 sind zwei Stellantriebe 44 und 46 vorgesehen, welche über eine Steuerung 50 ansteuerbar sind.

Mit der Steuerung 50 sind ferner sämtliche Lasereinheiten 10₁ bis 10 _N ebenfalls ansteuerbar.

Die gesamte Strahlführungsoptik 16 ist relativ zur Basis 42 fest angeordnet, so daß einzig das Substrat 36 mit der darauf angeordneten lichtempfindlichen Schicht 34 relativ zur Strahlführungsoptik 16 beweglich ist.

Wie in Fig. 2 dargestellt, wird die Laserstrahlung durch die Mikroskopoptik 32 beispielsweise so auf eine Oberfläche 54 der lichtempfindlichen Schicht 34 abgebildet, daß eine Viel zahl von Lichtflecken 60₁ bis 60 _N entsteht, die jeweils den selben Durchmesser D aufweisen und in einem konstanten Ab stand A voneinander als Serie 62 längs einer Serienrichtung 64 angeordnet sind und dadurch ein Lichtfleckmuster 70 auf der Oberfläche 54 bilden.

Durch die Bewegung des Substrats 36 in der X- und/oder Y-Rich tung ist das gesamte Lichtfleckmuster 70 über die licht empfindliche Schicht 34, welche das Substrat 36 bedeckt, hin wegbewegbar und zwar so, daß jeder Punkt der gesamten Ober fläche 54 durch mindestens einen Lichtfleck 60 belichtet werden kann.

Vorzugsweise ist das Substrat 36 ein Wafer üblicher Größe, auf welchem, wie in Fig. 2 angedeutet, eine Vielzahl von lithographischen Strukturen, beispielsweise für Halbleiter bauelemente 80, erzeugt werden soll.

Bei einer Variante des ersten Ausführungsbeispiels sind die Lasereinheiten 10 keine Laserstrahlung im blauen Spektral bereich direkt erzeugende Lasereinheiten, sondern es ist, wie in Fig. 3 dargestellt, eine Halbleiterlaseranordnung 88 mit einer Vielzahl einzelner Halbleiterlaser 90₁ bis 90 _N vorge sehen, welche Laserstrahlung im roten Spektralbereich emittieren und deren Laserstrahl mittels einzelner Transfor mationsoptiken 92₁ bis 92 _N auf eine Verdoppleranordnung 94 mit einzelnen Verdopplersegmenten 96₁ bis 96 _N abgebildet wird, welche die vorzugsweise im roten Spektralbereich oder nahen Infrarot emittierte Laserstrahlung der Halbleiterlaser 90₁ bis 90 _N verdoppeln, wobei dann die aus diesen austretende Laserstrahlung mittels weiterer Transformationsoptikelemente 98₁ bis 98 _N in die einzelnen Lichtleiter 14₁ bis 14 _N einge koppelt wird.

Bei einer Variante des ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Lithographie-Belichtungseinrichtung, dar gestellt in Fig. 4, vorgesehen, daß die von den Laserein heiten 10₁ bis 10 _N ausgehenden Lichtleiter 14₁ bis 14 _N zu einer Strahlführungsoptik 16′ führen, welche lediglich die Mikroskopoptik 32 umfaßt. In diesem Fall sind die einzelnen Lichtleiter 14₁ bis 14 _N nebeneinanderliegend so dicht ange ordnet, daß die aus diesen austretende divergente Laser strahlung 20₁ bis 20 _N unmittelbar in die Mikroskopoptik 32 eintreten kann und keinerlei weiterer Verkleinerung bedarf.

Alternativ zum Vorsehen nebeneinanderliegender Faserenden 18₁ bis 18 _N ist es bei einer weiteren Variante denkbar, unmittel bar eine Halbleiterlaseranordnung, beispielsweise in Form von Vertikalemittern, eingangsseitig der Mikroskopoptik 32 anzu ordnen.

Mit der erfindungsgemäßen Lithographie-Belichtungseinrichtung ist es, wie in Fig. 5 dargestellt, möglich, belichtete Teil bereiche 100 und unbelichtete Teilbereiche 102 auf der Ober fläche 54 der lichtempfindlichen Schicht 34 durch Bewegen des in Fig. 6 dargestellten Lichtfleckmusters 70 mit den einzel nen Lichtflecken 60₁ bis 60 _N beispielsweise in folgender Art und Weise herzustellen.

Das Lichtfleckmuster 70 wird so positioniert, daß bei Bewegen desselben in einer Belichtungsbewegungsrichtung 104 bei spielsweise mit dem Lichtfleck 60₁ eine Belichtung im Bereich einer Belichtungsbahn 110₁ möglich ist, wobei diese Be lichtungsbahn 110₁ so liegt, daß ein Streifenbereich 100₁ des zu belichtenden Teilbereichs 100 belichtbar ist, wobei der Lichtfleck 60₁ beim Bewegen längs der streifenförmigen Be lichtungsbahn 110₁ erst dann aktiviert wird, wenn der Licht fleck 60₁ in dem Abschnitt der Belichtungsbahn 110₁ steht, welcher über dem zu belichtenden Teilbereich 100 liegt, und außerhalb desselben deaktiviert wird.

In gleicher Weise ist ein Belichten mit dem Lichtfleck 60₂ im Bereich der Belichtungsbahn 110₂ zur Erzeugung eines Streifenbereichs 100₂ möglich, wobei auch der Lichtfleck 60₂ nur in den Abschnitten der Belichtungsbahn 110₂ aktiviert wird, welche vollflächig über dem zu belichtenden Teilbereich 100 liegen, um den Streifenbereich 100₂ zu erzeugen.

Gleiches gilt für die Lichtflecke 60₃ bis 60₉.

Nach einmaligem Überfahren des zu belichtenden Teilbereichs 100 erfolgt eine Querverschiebung des Lichtfleckmusters 70 in einer Querverschieberichtung 106 um eine festlegbare Strecke, die beispielsweise so gewählt wird, daß nunmehr mit der Belichtungsbahn 110₁′ ein Streifenbereich 100₁′ des zu be lichtenden Teilbereichs 100 belichtbar ist. Dasselbe gilt für die übrigen Streifenbereiche 110₂′ bis 110₉′, wobei die Be lichtungsbahnen 110₁ und 110₁′ in Querverschieberichtung 106 überlappen sollten.

Vorzugsweise liegt die Belichtungsbahn 110₁′ so, daß der Streifenbereich 100₁′ eine parallel zur Belichtungsbewegungs richtung 104 verlaufende Kante des zu belichtenden Teilbe reichs definiert.

Nach Überfahren des zu belichtenden Teilbereichs 100 erfolgt eine weitere Bewegung in Querverschieberichtung 106, wie in Fig. 8 dargestellt.

Mit den weiterverschobenen Belichtungsbahnen 110′′ lassen sich weitere Streifenbereiche 100₁′ bis 100₉′′ des zu belichtenden Teilbereichs 100 belichten, wobei beispielsweise mit dem Streifenbereich 100₉′′ eine Längskante des zu belichtenden Teilbereichs 100 erzeugbar ist.

Durch eine weitere Verschiebung des Lichtfleckmusters 70 in Querrichtung 106 nach dem Überfahren des zu belichtenden Teilbereichs 100 gemäß Fig. 8 ist mit dem Belichtungsbahn 110₄′′′ der Streifenbereich 100₄′′′ erzeugbar, mit welchem eine weitere Längskante des zu belichtenden Teilbereichs erzeugt wird.

Im übrigen wird bei jedem Überfahren des zu belichtenden Teilbereichs 100 stets jeder der Lichtflecken 60 dann akti viert, wenn die jeweilige Belichtungsbahn 110, 110′, 110′′ oder 110′′′ voll den zu belichtenden Teilbereich 100 über deckt, so daß in diesem Fall jeweils ein Streifenbereich des zu belichtenden Teilbereichs 100 erzeugbar ist, wobei sich alle Streifenbereiche in Richtung der Querverschieberichtung 106 überlappen, so daß letztlich nach beispielsweise vier maligem Überfahren des zu belichtenden Teilbereichs 100 parallel zur Belichtungsbewegungsrichtung 104 und jeweiligem anschließendem Verschieben in der Querverschieberichtung 106 insgesamt die Summe aller überlappenden Streifenbereiche den belichteten Teilbereich 100 ergibt.

Um zur Herstellung der einander überlappenden Streifen bereiche nicht nach jedem Überfahren des zu belichtenden Teilbereichs 100 eine Querverschiebung in der Querverschiebe richtung 106 durchführen zu müssen, ist bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung, die Serien richtung 64 der Serie 62 der einzelnen Lichtflecken 60₁ bis 60 _N so gelegt, daß diese in einem spitzen Winkel α zur Belichtungsbewegungsrichtung 104 verläuft, und zwar in einem derart spitzen Winkel α, daß die Belichtungsstreifen 110₁, 110₂, 110₃ etc. einander in einer Querrichtung 108 senkrecht zur Belichtungsbewegungsrichtung 104 überlappen, wie in Fig. 10 dargestellt. Ausgehend von dem Lichtfleck 60₁, welcher beispielsweise als Referenz dient, haben dann alle übrigen Lichtflecken 60₂ bis 60 _N in der Querrichtung 108 ein Abstand AQ vom Lichtfleck 60₁, welcher für jeden Lichtflecke 60₂ bis 60 _N anders ist, so daß sich eine Reihe von Abständen AQ₂ bis AQ_N ergibt, die sich immer um das Inkrement d unterscheiden.

Damit ist es nicht mehr erforderlich, wie in den Fig. 6 bis 9 dargestellt, zur Erzeugung überlappender Belichtungs bahnen 110 nach jedem Überfahren des zu belichtenden Teil bereichs 100 eine Querverschiebung vorzunehmen, sondern es ist lediglich notwendig, einmal mit dem gesamten Lichtfleck muster 70 den zu belichtenden Teilbereich 100 zu überfahren und stets den Lichtfleck in dem Abschnitt der Belichtungsbahn 110 zu aktivieren, welcher den zu belichtenden Teilbereich 100 voll überdeckt.

Um eine möglichst hohe Auflösung in der senkrecht zur Belich tungsbewegungsrichtung 104 verlaufenden Querrichtung 108 zu erhalten, ist bei einem dritten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung, wie in Fig. 11 dargestellt, die Serienrichtung 64 der Serie 62 in einem derart spitzen Winkel α relativ zur Belichtungsbewegungsrichtung 104 angeordnet, daß aufeinanderfolgende Lichtflecken 60₁, 60₂ oder 60₂, 60₃ usw. in der Querrichtung 108 um einen dem Inkrement d ent sprechenden Bruchteil eines Durchmessers D der Lichtflecken 60 verschoben ist, so daß sich, wie im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 11 dargestellt, beispielsweise eine Auflösung d erreichen läßt, welche ein Zehntel des Durchmessers D der Lichtflecken 60 darstellt. Das heißt, daß der Lichtflecken 60₁₀ der Serie 62 gegenüber dem Lichtflecken 60₁ um die Breite 9×d = D in der Querrichtung 108 verschoben ist.

Es sind aber auch gröbere Auflösungen denkbar, wobei die durch das Inkrement d bestimmte Auflösung mindestens ein Viertel von D betragen sollte, um eine ausreichende Feinheit der Auflösung in der Querrichtung 108 senkrecht zur Belich tungsbewegungsrichtung 104 zu erhalten.

Vorzugsweise ist in diesem Fall das Lichtfleckmuster 70′ durch eine Vielzahl von parallel zueinander verlaufenden Serien 62 _a bis 62 _d von Lichtflecken 60 gebildet, wobei inner halb jeder Serie von Lichtfleck 60 zu Lichtfleck 60 ein vor gegebenes Inkrement d in der Querrichtung 108 besteht.

Bei einem vierten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lichtfleckmusters 70′′, dargestellt in Fig. 12, erstrecken sich die Serienrichtungen 64 der einzelnen Serien 62′′ senk recht zu Belichtungsbewegung 104, die Lichtflecken 60 der einzelnen Serien 62′′ sind jedoch so gegeneinander versetzt, daß im gesamten Lichtfleckmuster 70′ zu jedem Lichtfleck 60 ein weiterer Lichtfleck existiert, welcher um die Auflösung d in der Querrichtung 108 senkrecht zur Belichtungsbewegungs richtung 104 versetzt ist.

Somit ist insgesamt mit einem derartigen Lichtfleckmuster 70′′ die Möglichkeit gegeben, Belichtungsbahnen 110 mit einer Auf lösung d in der Querrichtung 108 nebeneinanderliegend zu erzeugen, und somit die für die Herstellung eines belichteten Teilbereichs 100 erforderlichen Streifenbereiche 100 über lappend zu generieren, wobei in einem Zug das gesamte Licht fleckmuster 70′′ in der Belichtungsbewegungsrichtung 104 über die lichtempfindliche Schicht 34 des Substrats 36 hinweg fährt, und zwar vorzugsweise über das gesamte Substrat 36.

Hernach ist - sofern sich das Lichtfleckmuster 70′ nicht bereits in der Querrichtung 108 über das gesamte Substrat 36 erstreckt - das Lichtfleckmuster 70′′ als Ganzes in der Quer richtung 108 um eine Distanz zu versetzen, welche der Aus dehnung des Lichtfleckmusters 70′′ in der Querrichtung 108 entspricht, wobei bei jedem Überfahren der lichtempfindlichen Schicht 34 eine Belichtung über die gesamte Erstreckung des Lichtfleckmusters 70′′ in der Querrichtung 108 möglich ist, so daß zum Belichten der gesamten lichtempfindlichen Schicht 34 auf dem Substrat 36 wenige Belichtungsbewegungen des Licht fleckmusters 70′′ in der Belichtungsbewegungsrichtung 104 erforderlich sind, deren Zahl sich aus der Erstreckung der lichtempfindlichen Schicht 34 in der Querrichtung 108 divi diert durch die Erstreckung des Lichtfleckmusters 70′′ in dieser Richtung ergibt.

Bei einem fünften Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung, dargestellt in Fig. 13, ist die Lithographie-Belich tungseinrichtung in gleicher Weise aufgebaut, wie bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen, mit dem Unterschied, daß die Mikroskopoptik 32′ auf ihrer der lichtempfindlichen Schicht 34 zugewandten Seite 120 mit einer Nahfeldoptik 122 versehen ist, welche in dem Bereich angeordnet ist, in welchem die durch die Mikroskopoptik 32′ verkleinert abge bildete Laserstrahlung aus dieser austritt. Die Nahfeldoptik 122 kann dabei in unterschiedlichster Art und Weise ausge bildet sein.

Wie in Fig. 14 dargestellt, wird die Nahfeldoptik durch eine Beschichtung 124 gebildet, welche reflektierend oder ab sorbierend ausgebildet ist und blendenähnliche Öffnungen 126 aufweist, durch welche dann die Laserstrahlung austritt. Mit den blendenähnlichen Öffnungen 126 ist dabei unabhängig von der Strahlformung durch die übrige Mikroskopoptik 32′ die Größe der Lichtflecken 60 festlegbar. Beispielsweise können die blendenähnlichen Öffnungen 126 so dimensioniert werden, daß die Lichtflecken 60 in zumindest einer Richtung eine Aus dehnung aufweisen, die in der Größe der verwendeten Wellen länge des Laserlichts oder kleiner ist. Somit sind beispiels weise Ausdehnungen der Lichtflecken in der Größenordnung von mehreren 100 beispielsweise, aber auch 100 oder 200 Nano meter, zumindest in einer Richtung erreichbar, wobei in diesem Fall die eintretende Lichtwelle einen Vektor des elek trischen Feldes E aufweisen muß, welcher parallel zur Breite B verläuft, die eine derartige Dimension aufweist.

Senkrecht zur Breite B haben die blendenähnlichen Öffnungen 126 dann vorzugsweise eine Dimension aufzuweisen, die min destens in der Größenordnung der Wellenlänge liegt und min destens der Ausdehnung des B-Feldes der Lichtwelle ent spricht.

Die aus der blendenähnlichen Öffnung 126 austretende Laser strahlung ist aufgrund der Größe der blendenähnlichen Öffnung 126 nicht mehr mit den Gesetzen der geometrischen Optik be schreibbar, sondern eher mit einer Kugelwelle, wie in Fig. 14 dargestellt, wobei in diesem Fall die Kugelwelle die Dimen sion des Lichtflecks 60 auf der Oberfläche 54 der licht empfindlichen Schicht 34 bestimmt.

Aus diesem Grund ist es erforderlich, die Mikroskopoptik 32′ mit einer Höhenverstelleinrichtung 130 zu versehen, welche die Nahfeldoptik 122 in einem definierten Abstand AB über der Oberfläche 54 der lichtempfindlichen Schicht 34 während der Belichtungsbewegungen in der Belichtungsbewegungsrichtung 134 führt. Die Höhenverstelleinrichtung 130 hält dabei vorzugs weise die Nahfeldoptik 122 und somit die gesamte Mikroskop optik 32′ in einem Abstand AB über der Oberfläche 54 der lichtempfindlichen Schicht 34, welcher ungefähr der Größe das Lichtflecks 60 entspricht, also somit ungefähr in der Größen ordnung der Wellenlänge des Laserlichts liegt. Damit ist sichergestellt, daß die Größe des Lichtflecks 60 nicht dadurch verändert wird, daß sich der Abstand AB zwischen der Oberfläche 54 und der Nahfeldoptik 122 während der Be lichtungsbewegung in Belichtungsbewegungsrichtung wesentlich ändert.

Vorzugsweise arbeitet eine derartige Höhenverstelleinrichtung 130 mit einem Sensor 134, welcher stets den Abstand von der Oberfläche 54 erfaßt und einem Stellglied 136, welches vor zugsweise die gesamte Mikroskopoptik 32′ in einer Höhen richtung 138 senkrecht zur Oberfläche 54 verstellt.

Mit einer derartigen Höhenverstelleinrichtung 130 sind somit auch Variationen in der Dicke des Substrats 36 sowie der Dicke der lichtempfindlichen Schicht 34 ausgleichbar.

Bei einer in Fig. 15 dargestellten Variante 122′ der Nah feldoptik 122 sind anstelle der blendenähnlichen Öffnungen 126 Konen 140 aus einem dem Material der Mikroskopoptik 32′ entsprechenden Material angeformt, wobei eine Mantelfläche 142 der Konen 140 zu einer Totalreflektion der Lichtwelle führt, die im Bereich einer abgeflachten Konusspitze 144 dann austritt. Die abgeflachte Konusspitze 144 kann dabei in eine Breite B aufweisen, welche in der Größenordnung der Wellen länge liegt oder kleiner als dieselbe ist, so daß die dann aus der Fläche 144 austretende Lichtwelle ebenfalls als Kugelwelle zu beschreiben ist und einen Lichtfleck 60 ergibt, welcher zumindest in Richtung der Breite B eine Ausdehnung in der Größenordnung der Lichtwelle, beispielsweise im Bereich von 100 oder 200 Nanometer, aufweist.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist es erforderlich, die Mikroskopoptik 32′ in definiertem Abstand AB über der Ober fläche 54 zu führen, so daß auch bei diesem Ausführungs beispiel die Höhenverstelleinrichtung 130 erforderlich ist, um Schwankungen in der Größe der Lichtflecken 60 zu ver hindern.

Claims

1. Lithographie-Belichtungseinrichtung umfassend eine Auf nahme für ein mit einer lichtempfindlichen Schicht ver sehenes Substrat, eine Belichtungseinheit mit einem Laser und einer Strahlführungsoptik zur Erzeugung eines Lichtflecks auf der lichtempfindlichen Schicht des in der Aufnahme gehaltenen Substrats, eine Bewegungseinheit zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen der Strahl führungsoptik der Belichtungseinheit und der Aufnahme und eine Steuerung zur Intensitäts- und Lagesteuerung des Lichtflecks auf der lichtempfindlichen Schicht des Substrats, dadurch gekennzeichnet, daß die Belichtungseinheit eine Vielzahl von Halbleiterlasern (10₁ bis 10 _N) umfaßt, daß die Strahlführungsoptik (16) die Laserstrahlung jedes Halbleiterlasers (10₁ bis 10 _N) zu einem Lichtfleck (60₁ bis 60 _N) eines definierten Licht fleckmusters (70) führt und daß das gesamte Lichtfleck muster (70) und die Aufnahme (38) in einer Belichtungs bewegungsrichtung (104) relativ zueinander bewegbar und dabei die Lichtflecken (60₁ bis 60 _N) des Lichtfleck musters (70) entsprechend der Form der zu belichtenden Teilbereiche (100) aktivierbar oder deaktivierbar sind.

2. Lithographie-Belichtungseinrichtung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß das Lichtfleckmuster (70) von einem als Referenz dienenden Lichtfleck (60₁) ausgehend in einer senkrecht zur Belichtungsbewegungsrichtung (104) verlaufenden Querrichtung (108) in unterschied lichen Abständen angeordnete Lichtflecken (60₁ bis 60 _N) aufweist.

3. Lithographie-Belichtungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Lichtfleck (60₁ bis 60 _N) des Lichtfleckmusters (70) in der Querrichtung (108) einen anderen Abstand (AQ) von dem als Referenz dienen den Lichtfleck (60₁) aufweist als die übrigen Licht flecken (60₂ bis 60 _N).

4. Lithographie-Belichtungseinrichtung nach Anspruch 3, da durch gekennzeichnet, daß die Abstände (AQ) aller Licht flecken (60₁ bis 60 _N) des Lichtfleckmusters eine Serie von Abständen bilden, bei der jeder Abstand (AQ) um ein Inkrement (d) größer als ein anderer der Abstände ist.

5. Lithographie-Belichtungseinrichtung nach Anspruch 4, da durch gekennzeichnet, daß das Inkrement (d) kleiner als eine Erstreckung (D) der Lichtflecken (60₁ bis 60 _N) in der Querrichtung (108) ist.

6. Lithographie-Belichtungseinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Inkrement (d) maximal ein Viertel der Erstreckung (D) der Lichtflecken (60) in der Querrichtung (108) beträgt.

7. Lithographie-Belichtungseinrichtung nach einem der vor anstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtfleckmuster (70) mindestens eine in einer Reihe an geordnete Serie (62) von Lichtflecken (60₁ bis 60 _N) um faßt, die senkrecht zur Belichtungsbewegungsrichtung (104) einen Abstand (AQ) voneinander aufweisen, welcher kleiner als deren Ausdehnung (D) senkrecht zur Belich tungsbewegungsrichtung (104) ist.

8. Lithographie-Belichtungseinrichtung nach Anspruch 7, da durch gekennzeichnet, daß der Abstand (A) zwischen den Lichtflecken (60₁ bis 60 _N) der Serie (62) senkrecht zur Bewegungsrichtung (104) konstant ist.

9. Lithographie-Belichtungseinrichtung nach Anspruch 7 oder 8 dadurch gekennzeichnet, daß in der Serie (62) die Lichtflecken (60₁ bis 60 _N) in einer längs einer Geraden (64) verlaufenden Reihe angeordnet sind.

10. Lithographie-Belichtungseinrichtung nach Anspruch 9, da durch gekennzeichnet, daß in der jeweiligen Reihe die Lichtflecken (60₁bis 60 _N) in Serienrichtung (64) einen Abstand (A) voneinander aufweisen, welcher größer ist als deren Erstreckung (D) in der Serienrichtung (64).

11. Lithographie-Belichtungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Serienrichtung (64) einen Winkel (α) von ungleich 90° mit der Belichtungs bewegungsrichtung (104) einschließt.

12. Lithographie-Belichtungseinrichtung nach einem der vor anstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Belichtungseinheit den Halbleiterlasern (90₁ bis 90 _N) nachgeschaltete Frequenzverdoppler (96₁ bis 96 _N) umfaßt.

13. Lithographie-Belichtungseinrichtung nach einem der vor anstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Belichtungseinheit die Laserstrahlung zur Strahlfüh rungsoptik (16) leitende Lichtleiter (14₁ bis 14 _N) umfaßt.

14. Lithographie-Belichtungseinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiter (14₁ bis 14 _N) ein erstes Ende (12₁ bis 12 _N) aufweisen, in welches die Laserstrahlung einkoppelbar ist und ein zweites Ende (18₁ bis 18 _N), aus welchem die Laserstrahlung austritt, und daß auf jedes zweite Ende (18₁ bis 18 _N) folgend ein kollimierendes Element (22₁ bis 22 _N) angeordnet ist, welches die divergent aus jedem einzelnen zweiten Ende (18₁ bis 18 _N) der Lichtleiter (14₁ bis 14 _N) austretende Laserstrahlung kollimiert und daraus ein kollimiertes Strahlungsbündel formt.

15. Lithographie-Belichtungseinrichtung nach einem der vor anstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlführungsoptik (16) ein verkleinernd abbildendes Teleskop (26) umfaßt.

16. Lithographie-Belichtungseinrichtung nach einem der vor anstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlführungsoptik (16) eine die Lichtflecke erzeugende Mikroskopoptik (32) umfaßt.

17. Lithographie-Belichtungseinrichtung nach Anspruch 16 da durch gekennzeichnet, daß die Mikroskopoptik (32, 32′) an einer Höhenpositioniereinrichtung (130) angeordnet ist und von dieser während der Belichtungsbewegung in einem definierten Abstand (AB) über der lichtempfind lichen Schicht positionierbar ist.

18. Lithographie-Belichtungseinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorgegebener Abstand (AB) zwischen einer der lichtempfindlichen Schicht (34) zugewandten Unterseite (120) der Mikroskopoptik (32, 32′) und der lichtempfindlichen Schicht durch die Höhen positioniereinrichtung (130) einhaltbar ist.

19. Lithographie-Belichtungseinrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (AB) in der Größenordnung eines Durchmessers des einzelnen Lichtflecks (60) auf der lichtempfindlichen Schicht liegt.

20. Lithographie-Belichtungseinrichtung nach einem der An sprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroskopoptik (32′) mit einer die Größe der Lichtflecke auf der lichtempfindlichen Schicht (34) definierenden Nahfeldoptik (122, 122′) versehen ist.

21. Lithographie-Belichtungseinrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Nahfeldoptik (122, 122′) unmittelbar auf einer der lichtempfindlichen Schicht (34) zugewandten Unterseite (120) der Mikroskopoptik (32′) angeordnet ist.

22. Lithographie-Belichtungseinrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Nahfeldoptik (122) die Lichtflecken (60) des Lichtfleckenmusters (70) durch blendenähnliche Durchlaßbereiche (126) definiert.

23. Lithographie-Belichtungseinrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Nahfeldoptik (122′) die Größe der Lichtflecken (60) des Lichtfleck musters (70) durch strahlkonzentrierende Elemente (140) definiert.

24. Lithographie-Belichtungseinrichtung nach einem der An sprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Nah feldoptik (122, 122′) die Größe der Lichtflecken (60) in zumindest einer Richtung (B) auf Werte in der Größen ordnung der Wellenlänge der Laserstrahlung oder kleiner reduziert.

25. Lithographie-Belichtungseinrichtung nach einem der vor anstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese mehrere Lichtfleckmuster (70) erzeugt.

26. Lithographie-Verfahren zur Herstellung von ebenen Struk turen auf einem Substrat durch folgende Schritte:
ein Beschichtungsschritt, bei welchem die lichtempfind liche Schicht auf das Substrat aufgetragen wird,
einen Belichtungsschritt, bei welchem entsprechend der herzustellenden Struktur durch Lage- und Intensitäts steuerung eines mit Laserstrahlung auf der lichtempfind lichen Schicht erzeugten Lichtflecks belichtete und un belichtete Teilbereiche der lichtempfindlichen Schicht erzeugt werden,
und einen Ablöseschritt, bei welchem einer der Teilbe reiche vom Substrat abgetragen wird,
dadurch gekennzeichnet, daß beim Belichtungsschritt zur Erzeugung der Laserstrahlung eine Vielzahl von Halb leiterlasern verwendet wird, daß mit der aus jedem Halb leiterlaser austretenden Laserstrahlung ein Lichtfleck eines definierten Lichtfleckmusters auf der licht empfindlichen Schicht erzeugt wird und daß das gesamte Lichtfleckmuster und das Substrat zum Herstellen der be lichteten Teilbereiche in einer Belichtungsbewegungs richtung relativ zueinander bewegt und dabei die Licht flecke des Lichtfleckmusters entsprechend der Form der zu erzeugenden belichteten Teilbereiche definiert aktiviert oder deaktiviert werden.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtflecken des Lichtfleckmusters längs parallel zur Belichtungsbewegungsrichtung verlaufenden Streifen bahnen relativ zur lichtempfindlichen Schicht bewegt werden.

28. Verfahren nach Anspruch 27 dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtflecken in vollflächig über den zu belichtenden Teilbereich der lichtempfindlichen Schicht liegenden Abschnitten der Streifenbahnen aktiviert und in den übrigen Abschnitten der Streifenbahnen deaktiviert werden.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die belichteten Teilbereiche durch Belichtung von innerhalb deren Außenkontur liegenden und sich parallel zur Belichtungsbewegungsrichtung er streckenden Streifenbereichen der lichtempfindlichen Schicht erzeugt werden.

30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifenbereiche in Querrichtung senkrecht zur Be lichtungsbewegungsrichtung überlappend gelegt werden.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß beim Belichtungsschritt das Licht fleckmuster in der Belichtungsbewegungsrichtung relativ zum Substrat verfahren, dann in einer Querrichtung zur Belichtungsbewegungsrichtung relativ zum Substrat ver setzt und dann erneut in der Belichtungsbewegungsrich tung verfahren wird.

32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Relativbewegung das Lichtfleckmuster in der Belichtungsbewegungsrichtung durchgehend ohne Bewegung quer zur Belichtungsbewegungsrichtung über das gesamte Substrat verfahren wird.

33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Relativbewegung das Lichtfleckmuster in der Belichtungsbewegungsrichtung mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit über das gesamte Substrat verfahren wird.

34. Verfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß eine Belichtung der zu belichtenden Teilbereiche der lichtempfindlichen Schicht nur während der Relativbewegung des Lichtfleckmusters parallel zu einer einzigen Belichtungsbewegungsrichtung erfolgt.

35. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche zu belichtenden Teilbereiche der lichtempfind lichen Schicht auf dem Substrat durch mehrfache Relativ bewegung des Lichtfleckmusters in der Belichtungsbewe gungsrichtung belichtet werden.

36. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtfleckmuster von einer Aus gangsstellung, in welcher die beim Verfahren in Be lichtungsbewegungsrichtung zuerst aktiven Lichtflecken über einem Anfang der herzustellenden belichteten Teil bereiche liegen, bis zu einer Endstellung, in welcher die zuletzt aktivierten Lichtflecken über einem Ende der herzustellenden belichteten Teilbereiche liegen, ver fahren wird.

37. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein Wafer ist und daß das Lichtfleckmuster bei jeder Relativbewegung in der Belichtungsbewegungsrichtung über den gesamten Wafer hinwegbewegt wird und erst dann quer zur Belichtungs bewegungsrichtung verfahren wird.