DE69928232T2

DE69928232T2 - Verbesserter mustererzeuger zur vermeidung von fehlern in naht-bereichen

Info

Publication number: DE69928232T2
Application number: DE69928232T
Authority: DE
Inventors: Torbjörn Sandström
Original assignee: Micronic Laser Systems AB
Current assignee: Micronic Laser Systems AB
Priority date: 1998-03-02
Filing date: 1999-03-02
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2019-03-03
Also published as: JP2002506232A; JP2009033190A; US20100208327A1; EP1060443A1; US6747783B1; EP1060443B1; DE69928232D1; US7034986B2; CN1292103A; WO1999045439A1; EP1060442A1; RU2232411C2; EP1060441B1; DE69936950T2; US20090147345A1; AU2757099A; DE69938895D1; ES2357473T3; AU2755699A; AU2756899A

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft das Drucken von Mustern mit extrem hoher Präzision auf lichtempfindliche Flächen wie Photomasken für Halbleitervorrichtungen und Halbleiteranzeigen. Sie betrifft auch das direkte Schreiben von Halbleitervorrichtungsmustern, Anzeigepaneelen, integrierten optischen Vorrichtungen und elektronischen Verbindungsstrukturen. Des weiteren kann sie bei anderen Arten des Präzisionsdruckens wie das Sicherheitsdrucken Anwendung finden. Der Begriff Drucken ist in einem weiten Sinn zu verstehen als eine Exposition von Photoresist- und photographischen Emulsionen, jedoch auch als eine Wirkung von Licht auf andere lichtempfindliche Medien wie Trockenprozess-Papier durch Ablation oder durch licht- oder wärmeaktivierte chemische Prozesse. Licht ist nicht eingeschränkt auf sichtbares Licht, sondern umfasst einen breiten Bereich von Wellenlängen von Infrarot (IR) bis zum extremen UV. Von besonderer Bedeutung ist der Ultraviolettbereich von 370 nm (UV) über tiefes Ultraviolett (DUV), Vakuumultraviolett (VUV) und extremes Ultraviolett (EUV) bis zu Wellenlängen von wenigen Nanometern. In dieser Anmeldung wird EUV definiert als der Bereich unterhalb von 100 nm in dem es noch möglich ist, die Strahlung als Licht zu behandeln. Eine typische Wellenlänge des EUV beträgt 13 nm. IR wird definiert als 780 nm bis zu etwa 20 μm.
In einem anderen Sinn betrifft die Erfindung die Technik und Wissenschaft von räumlicher Lichtmodulatoren sowie Projektionsanzeigen und Druckern, welche sich derartiger Modulatoren bedienen. Insbesondere verbessert sie die Grauskaleneigenschaften, die Bildstabilität über eine Gleichmäßigkeit von Fokallänge und Abbildung und die Datenverarbeitung für derartige Modulatoren durch Anwendung analoger Modulationstechnik. Die wichtigste Anwendung der analogen Modulationstechnik ist es, in einem Hochkontrastmaterial wie ein Photoresist ein Bild mit einem Adressenraster zu erzeugen, d.h., einem Inkrement um welches die Position eines Randes in dem Muster festgelegt wird, und welches viel feiner ist als das von Pixeln des räumlichen Lichtmodulators erzeugte Raster.
Hintergrund der Erfindung
In der gegenwärtigen Technik ist die Herstellung von Präzisions-Mustergeneratoren bekannt, die sich der Projektion von mit Mikrospiegeln versehenen räumlichen Lichtmodulatoren ("Spatial Light Modulators" SLM) bedienen (Nelson 1988, Kück 1990). Die Verwendung von SLM in einem Mustergenerator weist im Vergleich mit dem verbreitet angewendeten Verfahren der Verwendung von abtastenden Laserflecken eine Anzahl von Vorteilen auf: ein SLM ist eine massiv parallele Vorrichtung, und die Anzahl der Pixel, die pro Sekunde geschrieben werden können, ist extrem hoch. Das optische System ist auch einfacher im Hinblick darauf, dass die Beleuchtung des SLM nicht kritisch ist, während in einem Laser-Abtaster der gesamte Strahlenweg mit hoher Präzision aufgebaut sein muss. Im Vergleich mit Abtastern einiger Arten, insbesondere elektro-optischen und akusto-optischen, kann eine Mikrospiegel-SLM bei kürzeren Wellenlängen verwendet werden, weil dieser eine rein reflektierende Vorrichtung ist.
In den beiden vorstehend erwähnten Literaturstellen benutzt der räumliche Modulator bei jedem Pixel nur eine Ein-Aus-Modulation. Die Eingangsdaten werden in einer Pixelkarte mit einer Tiefe von einem Bit umgewandelt, d.h. mit den Werten 0 und 1 in jedem Pixel. Die Umwandlung kann unter Einsatz von Graphikprozessoren oder Anwenderlogik mit Flächenauffüllweisungen wirksam durchgeführt werden.
Bei einer vorhergehenden Anwendung durch denselben Erfinder Sandström (Sandström et. al. 1990) wurde die Möglichkeit der Verwendung eines Zwischenbelichtungswerts an der Grenze eines Musterelementes zur Feinjustierung der Position des Elementrandes in dem von einem Laserabtaster erzeugten Bild beschrieben.
In der Technik ist es auch bekannt, ein Grauskalenbild, vorzugsweise für eine Projektionsdarstellung von Videobildern und zum Drucken, mit einem SLM zu erzeugen, indem die Zeit während der ein Pixel eingeschaltet ist geändert wird oder indem dasselbe Pixel mehrmalig gedruckt wird, wobei das Pixel eine verschiedene Anzahl von Malen eingeschaltet wird.
Die vorliegende Erfindung sieht ein System zur direkten Erzeugung einer Grauskala mit einem räumlichen Lichtmodulator vor, mit besonderen Hinblick auf die Erzeugung von ultrapräzisen Mustern. Wichtige Aspekte bei den bevorzugten Ausführungsformen sind die Gleichmäßigkeit des Bildes von Pixel zu Pixel und die Unabhängigkeit einer exakten Platzierung eines Merkmals relativ zu den Pixeln des SLM und eine Stabilität bei einer entweder absichtlichen oder unabsichtlichen Änderung der Fokussierung.
Insbesondere ergeben sich im Stand der Technik Probleme im Zusammenhang mit Zusammensetzungsfehlern. Bei der Verwendung von SLM müssen viele Musterfelder zusammen gesetzt werden, um das Gesamtmuster zu erzeugen, und bei den bisher bekannten Vorrichtungen kann es der Anwender nicht vermeiden, Grenzen aneinander zu legen, die sich in empfindlichen Teilen des Musters befinden. Des weiteren ist eine Reproduktion mit teilweise kohärentem Licht, welches bei der Erfindung verwendet wird, ein nichtlinearer Vorgang. Deshalb ist es auch theoretisch unmöglich, ein kritisches Muster ohne Artefakte an der Grenze zusammenzusetzen.
Die WO 98/04950 offenbart ein nahtloses, maskenloses Lithographiesystem, welches einen räumlichen Lichtmodulator verwendet, bei welchem Abtastvorgänge aufgezeichnet werden, indem einander überlappende Bilder in großer Anzahl erzeugt werden, die entlang der Abtastrichtung nur geringfügig voneinander versetzt sind. Die Gesamtbelichtung der Abtastung ist somit die integrierte Belichtung jedes derartigen Bildes. Die Überlappungsfläche zwischen den Bildern ist folglich im wesentlichen die gesamte Bildfläche, mit Ausnahme einer kleinen Versetzungsfläche.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Apparatur zur Erzeugung von Mustern vorzusehen, bei welcher das Problem mit den Zusammensetzungsfehlern verkleinert ist.
Diese Aufgabe wird mit einer Apparatur gemäß den beigefügten Ansprüchen gelöst.
Die erfindungsgemäße Apparatur umfasst:
eine Quelle von Lichtimpulsen mit einem Energieinhalt im Wellenlängenbereich von EUV bis IR,
einen räumlichen Modulator mit mehreren modulierenden Elementen, welche mit den Strahlungsimpulsen bestrahlt werden,
ein Projektionssystem, welches für einen Strahlungsimpuls eine Abbildung des Modulators auf dem Werkstück erzeugt,
ein elektronisches Datenausgabesystem, welches eine digitale Beschreibung des zu schreibenden Musters aufnimmt, der Beschreibung des digitalen Musters eine Sequenz von Teilmustern entnimmt, die Teilmuster in Modulatorspannungen umwandelt und die Spannungen dem Modulator zuführt,
ein mechanisches Präzisionssystem, welches das Werkstück relativ zum Projektionssystem bewegt,
ein elektronisches Steuersystem, welches die Bewegung des Werkstücks, das Zuführen der Spannungen zu dem Modulator und die Strahlungsimpulse koordiniert, so dass aus den Teilbildern, die durch die Sequenz von Strahlungsimpulsen erzeugt werden, ein größeres Muster zusammengesetzt wird,
wobei mindestens zwei benachbarte zusammengesetzte Abbildungen einander an der gemeinsamen Grenze überlappen und jede der überlappenden Abbildungen in der Überlappungsfläche im wesentlichen das gleiche Muster und eine verringerte Bestrahlungsdosis aufweist.
Hierbei glättet die Überlappung die Ränder zwischen den Feldern und verteilt die Fehler über eine größere Fläche.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen Drucker des Standes der Technik. Der SLM besteht aus Mikrospiegeln, welche das Licht aus der Pupille der Linse ablenken.
2 zeigt eine Anzahl von Pixelentwürfen, bei denen die oberen vier Pixel sich in einem Aus-Zustand befinden und die übrigen fünf Pixel eingeschaltet sind.
3 zeigt eine Anordnung von Pixeln, die sich wie Kolben nach oben und unten bewegen, wodurch eine Phasendifferenz entsteht. Auf diese Weise kann ein Rand mit einem Phasen-SLM feinpositioniert werden.
4 zeigt einen schematischen Vergleich zwischen einem SLM mit ablenkenden Spiegeln und einem SLM mit deformierbaren Spiegeln.
5 zeigt ein Fließdiagramm eines Verfahrens zum Übertragen und Zuführen von Daten zum SLM.
6 zeigt eine bevorzugte Ausführung eines erfindungsgemäßen Mustergenerators.
7 zeigt Beispiele einer erfindungsgemäßen Korrektion von Randfehlern.
Beschreibung der Erfindung
Die Grundlage zum Verständnis der Erfindung besteht in der generischen Anordnung in der 1, welche einen generischen Projektionsdrucker mit einem SLM zeigt. Es gibt zwei Arten von räumlichen Lichtmodulatoren, die auf Reflexion basieren, nämlich die auf Ablenkung beruhenden (Nelson) und die auf Phasen beruhenden (Klick). Der Unterschied zwischen diesen kann in dem Einzelfall mit Mikrospiegeln gering erscheinen, jedoch wird bei einem Phasen-SLM der Lichtstrahl in der Spiegelrichtung durch destruktive Interferenz ausgelöscht, während in einem Ablenkungs-SLM ein Pixel den Lichtstrahl in der Spiegelrichtung geometrisch zu einer Seite hin ablenkt, so dass dieser die Apertur der abbildenden Linse verfehlt, wie in 1 gezeigt. Für ein ultrapräzises Drucken, wie dies bei der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird, ist das von Klick 1990 beschriebene phasenmodulierende System dem ablenkenden überlegen. Erstens ergibt dieses eine besseren Kontrast, weil alle Teile der Oberfläche, auch Scharniere und Tragstützen, an der destruktiven Interferenz teilnehmen und eine totale Extinktion erzielbar ist. Zweitens ist es schwierig, ein durch Ablenken des Lichts zur Seite hin arbeitendes System für Zwischenwerte der Ablenkungswinkel symmetrisch um die optische Achse herum auszubilden, wodurch bei einer Änderung der Fokussierung die Möglichkeit einer Instabilität von Merkmalen entsteht. Bei den bevorzugten Ausführungsformen wird die auf Phasen beruhende Art angewendet, jedoch könnte die auf Reflexion beruhende Art auch angewendet werden, wenn die Asymmetrie akzeptiert wird oder eine Ausbildung um diese herum erfolgt. Dies ist schematisch in 4 dargestellt. In der ersten 4a wird ein nicht ablenkender Mikrospiegel 401 beleuchtet, und es wird das reflektierte Licht nicht zur Apertur 402 hin gerichtet, und folglich erreicht das Licht nicht das Substrat 403. Dagegen ist in 4b der Spiegel voll ausgelenkt und es ist das gesamte reflektierte Licht zur Apertur hin gerichtet. In einer Zwischenstellung erreicht nur ein Teil des reflektierten Lichts das Substrat, wie in 4c gezeigt ist. In diesem Fall verläuft jedoch das Licht nicht symmetrisch um die optische Achse für die Linse 404 herum, und es ergibt sich ein schräger Einfall auf das Substrat. Hierdurch wird der Abstand zwischen der Linse und der Substratfläche sehr kritisch, und kleine Änderungen, wie die durch die gestrichelte Linie für die Fläche dargestellte, verursachen bedeutende Verschiebungen der Merkmale auf dem Sub strat. Ein Weg zur Lösung dieses Problems wird in den 4d-f aufgezeigt. Hier erfolgt eine erste Exposition bei einem ersten Ablenkwinkel des Mikrospiegels, und danach erfolgt eine zweite Exposition, vorzugsweise mit der gleichen Lichtdosis, bei einem zweiten Ablenkwinkel welcher komplementär zum ersten Winkel ist. Hierdurch liegt die Kombination der ersten und der zweiten Expositionen symmetrisch um die optische Achse für die Linse herum. Ein anderer Weg zur Lösung des Problems ist die Verwendung eines deformierbaren Spiegels 401' wie der in 4g gezeigte, wodurch das reflektierte Licht gleichmäßig über die Apertur verteilt wird. Diese letztgenannte Figur könnte schematisch zwei Fälle darstellen, und zwar den eines (nachstehend beschriebenen) Phasen-Typ-SLM oder den eines Reflexions-SLM, bei dem Licht von verschiedenen Teilen des Spiegels reflektiert wird.
Der Phasen-SLM kann entweder mit mikromaschinell bearbeiteten Spiegeln, sogenannten Mikrospiegeln, oder mit einer kontinuierlichen Spiegelfläche auf einem Trägersubstrat aufgebaut werden, welches unter Verwendung eines elektronischen Signals deformierbar ist. Bei Kück 1990 wird eine von einem elektrostatischen Feld gesteuerte, viskoelastische Schicht verwendet, jedoch ist es ebenso möglich, insbesondere für sehr kurze Wellenlängen bei denen Deformationen in der Größenordnung von wenigen Nanometern ausreichen, eine feste piezoelektrische Scheibe, die von einem elektrischen Feld deformiert wird, oder eine andere elektrisch, magnetisch oder thermisch gesteuerte reflektierende Fläche zu verwenden. Im restlichen Teil dieser Anmeldung wird eine elektrostatisch gesteuerte Mikrospiegel-Matrix (ein- oder zweidimensional) zugrunde gelegt, obwohl wie vorstehend beschrieben, andere Anordnungen möglich sind, wie lichtdurchlässige oder reflektierende SLM, die mit LCD-Kristallen oder elektrooptischen Materialien als Modulationsmechanismen arbeiten, oder mikromechanische SLM, welche eine piezoelektrische oder elektrostriktive Betätigung verwenden.
Bei der Erfindung wird vorzugsweise ein Mikrospiegel eingesetzt, bei dem die Phasenmodulation variabel ist, damit eine variable Lichtmenge die Pupille der Projektionslinse erreicht. 2 zeigt einige Multielementspiegel. Die Neigungen der verschiedenen Teile der Spiegel sind unwichtig. Es könnte sogar ein Element alleine das Licht zur Linse hin richten, während ein anderes dieses neben die Pupille richten könnte. Der richtige Weg zum Verständnis der Funktion ist es, die komplexe Amplitude zu betrachten, die von jedem unendlich kleinen Flächenelement des Spiegels aus die Mitte der Pupille erreicht, und die Amplitude über die Spiegelfläche zu integrieren. Mit einem Spiegel geeigneter Form ist es möglich, eine Deformation zu finden, bei der die komplexen Amplituden sich zu fast null addieren; dies entspricht dem Zustand, bei dem kein Licht die Pupille erreicht. Dies ist der Aus-Zustand des Mikrospiegels, während ein entspannter Zustand, bei dem die Spiegeloberfläche flach ist und die komplexen Amplituden sich in Phase addieren, der Ein-Zustand ist. Zwischen den Ein- und Aus-Zuständen ist die Lichtmenge in der Spiegelrichtung eine kontinuierliche, jedoch nichtlineare Funktion der Deformation.
Das zu schreibende Muster ist normalerweise ein binäres Muster, wie ein Photomaskenmuster in Chrom auf einem Glassubstrat. In diesem Zusammenhang bedeutet binär, dass keine Zwischengebiete vorhanden sind; ein bestimmter Punkt auf der Fläche der Photomaske ist entweder dunkel (mit Chrom bedeckt) oder klar (kein Chrom). Ein Photoresist wird durch das von dem SLM projizierte Bild mit dem Muster belichtet und das Photoresist wird entwickelt. Modernes Photoresist hat einen hohen Kontrast, was bedeutet, dass eine Änderung der Exposition um einen kleinen Prozentsatz einen Unterschied ergibt zwischen vollkommener Entfernung des Resists im Entwickler und kaum einer Entfernung. Somit weist das Photoresist einen Rand auf, welcher normalerweise fast senkrecht zur Substratoberfläche verläuft, obwohl das im Raum erzeugte Bild einen allmählichen Übergang zwischen hell und dunkel aufweist. Das Ätzen des Chroms vergrößert weiter den Kontrast, so dass das entstehende Bild vollkommen binär ist: entweder undurchsichtig oder klar ohne Zwischengebiete.
Die Eingangsdaten sind in einem digitalen Format, welches die Geometrie des auf die Fläche zu schreibenden Musters beschreibt. Die Eingangsdaten werden oftmals in einer sehr kleinen Adresseneinheit angegeben, z.B. 1 Nanometer, während das Einstellen von Pixeln in dem SLM auf entweder Ein oder Aus ein viel gröberes Muster ergibt. Wird ein Pixel auf dem SLM auf ein 0,1-μm-Pixel im Bild projiziert, kann eine Linie nur eine Breite haben, die einer ganzzahligen Anzahl von Pixeln entspricht (n × 0,1 μm, worin n eine ganze Zahl ist). Ein Adressenraster von 0,1 μm war bisher ausreichend, jedoch wird infolge der Neueinführung einer sogenannten optischen Proximitätskorrektion („Optical Proximity Correction", OPC) ein Raster von 1 bis 5 nm erstrebenswert. Bei der OPC werden die Größen der Merkmale in der Maske geringfügig modifiziert, um vorbestimmte optische Bildfehler bei der Verwendung der Maske zu kompensieren. Wenn, als Beispiel, eine Maske mit vier parallelen Linien einer Breite vom 0,8 μm in einer modernen 4fach-Verkleinerungseinrichtung (ein Projektionsdrucker für Halbleiterwafer) gedruckt wird, werden diese in einem typischen Fall als Linien einer Breite von 0,187, 0,200, 0,200 und 0,187 μm ausgedruckt, obwohl sie alle die gleiche Breite haben sollten. Dies kann durch Simulation der Bildentstehung vorbestimmt werden, und es kann der Benutzer der Maske die OPC zur Kompensation in der Maske benutzen. Er benötigt deshalb in der Maske eine erste und eine letzte Linie mit einer Breite von 4 × 0,213 μm anstelle von 0,800 μm. Mit einem Adressenraster von 0,1 μm kann er diese Korrektion nicht durchführen, jedoch sind mit einem Adressenraster von 5 nm oder feiner derartige Korrektionen möglich.
In 5 ist das Verfahren zum Vorsehen von Daten für den SLM in einem Fließdiagramm dargestellt. Der erste Schritt S1 besteht darin, die Musterdaten für das zu schreibende Muster in getrennte Musterfelder aufzuteilen. Die Musterdaten werden vorzugsweise in digitaler Form erhalten. Danach erfolgt im Schritt S2 ein Rastern der Felder, denen dabei verschiedene Belichtungswerte zugeordnet werden. Diese Werte werden dann im Schritt 3 für nichtlineare Ansprechbarkeit und im Schritt 4 auf Änderungen von Pixel zu Pixel korrigiert. Schließlich werden die Pixelwerte in Antriebsignale umgewandelt und an den SLM geleitet.
Bei der Erfindung werden bevorzugt Zwischenwerte zwischen dem Aus-Zustand und dem Ein-Zustand verwendet, um ein feines Adressenraster, z.B. 1/15, 1/25, 1/50 der Größe eines Pixels, zu erzeugen. Ein gedrucktes Merkmal besteht aus Pixeln im Ein-Zustand, jedoch entlang den Rändern weist es Pixel auf, die auf Zwischenwerte eingestellt sind. Dies wird durchgeführt, indem die Pixel mit anderen Spannungen als die Ein- und Aus-Spannungen betrieben werden. Da mehrere nichtlineare Effekte kaskadenartig auftreten, (Lage des Randes gegen Exposition an den Pixeln an der Grenze, Exposition gegen Deformation und Deformation gegen elektrisches Feld) wird eine nichtlineare Transformation von den Eingangsdaten zum elektrischen Feld benötigt. Des weiteren wird diese Transformation in regelmäßigen Zeitabständen empirisch kalibriert.
3 zeigt eine Anordnung von Pixeln, die sich wie Kolben auf und ab bewegen, wodurch sie eine Phasendifferenz erzeugen. Die Figur zeigt, wie die Pixel gesteuert werden, um das Reflexionsvermögen in dem Einsatz zu erzeugen. Die hellen Gebiete weisen Pixel mit der Phase 0 auf, während die dunklen Gebiete von Pixeln mit alternierender Phase von +90° und –90° erzeugt werden. Die schrägen Grenzen zwischen hellen und dunklen Gebieten werden durch Zwischenwerte der Phase erzeugt. Auf diese Weise kann ein Rand mit einem SLM vom Phasen-Typ fein positioniert werden. Jedoch können andere SLM-Typen mit Zwischenwerten in der gleichen Weise verwendet werden. Die Abbildungseigenschaften, wenn der Phasen-SLM bei Zwischenwerten betrieben wird, sind komplex, und es ist kaum nahe liegend, dass in 3 der Rand bewegt werden kann. Jedoch wurde vom Erfinder durch weitgehende theoretische Berechnungen und Versuche aufgezeigt, dass der beschriebene Effekt echt ist.
Die Ausbildung des SLM vom Phasen-Typ
Mit einem wie im Stand der Technik verwendeten Spiegel von kleeblattförmiger Ausbildung ist es möglich, auf Zwischenstufen zwischen Ein- und Aus-Zuständen zu schalten. Wird jedoch die integrierte komplexe Amplitude als Funktion der Ablenkung aufgetragen, wird ersichtlich, dass diese nie vollkommen auf null zurückgeht, sondern um den Nullwert herum kreist, und deshalb eine minimale Reflexion, deren Wert nicht null ist, mit einem variierenden Phasenwinkel vorliegt. Eine gründliche Analyse eines Bildes, bei dem einige Pixel auf Zwischenzustände eingestellt sind, zeigt, dass in dem endgültigen Bild die Positionen der Ränder nicht stabil fokussiert sind, wenn der integrierte Phasenwinkel der Randpixel nicht null ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden Pixel einer neuen Art durch Verwendung von schwenkbaren Elementen erzeugt. Wird ein Element verschwenkt, bewegt sich ein Ende zur Lichtquelle hin, und das andere Ende von dieser hinweg, wodurch die mittlere Phase nahe bei null gehalten wird. Des weiteren ist die kleeblattförmige Ausbildung mit dem Problem einer eingebauten Spannung behaftet, welche während der Fertigung entsteht. Diese Spannung neigt dazu, auch ohne ein angelegtes elektrisches Feld eine teilweise Deformation zu erzeugen. Die eingebaute Deformation ist in jedem Pixel nicht vollkommen die gleiche, weil sie von Unvollkommenheiten während der Fertigung abhängt. Bei der kleeblattförmigen Ausbildung erzeugt dieser Unterschied von Pixel zu Pixel eine Variation erster Ordnung des Reflexionsvermögens. Mit aus schwenkbaren Elementen aufgebauten Pixelzellen tritt eine gleiche Wirkung ein, die jedoch zweiter Ordnung ist. Deshalb ist bei dem projizierten Bild die Gleichmäßigkeit besser.
Bildverbesserungen
Mit einer schwenkbaren Ausbildung ergibt sich ein dritter Vorteil: das Kleeblatt führt zu keiner vollkommenen Extinktion, aber es kann eine schwenkbare Zelle leichter mit einer Geometrie versehen werden, die zu einer vollkommenen Extinktion führt oder sogar durch null hindurchgeht und auf eine kleine Reflexion, die nicht null ist, jedoch mit umgekehrter Phase zurückkommt. Mit einer besseren Extinktion ergibt sich eine größere Frei heit beim Drucken von überlappenden Belichtungen; das Auslegen auf einen kleinen negativen Wert ergibt eine bessere Linearität in der Nähe der Extinktion. Das Drucken mit einer schwachen Belichtung von ungefähr 5 % in den dunklen Gebieten, jedoch mit einer umgekehrten Phase, kann eine verbesserte Randschärfe von 15 bis 30 % und das Vermögen, kleinere Merkmale mit einer vorgegebenen Linse zu drucken, ergeben. Dies ist analog zu den sogenannten abschwächenden, phasenschiebenden Masken, die in der Halbleiterindustrie verwendet werden. Ein verwandtes Verfahren zum Erhöhen der Randschärfe ist es, die innerhalb eines Merkmals befindlichen Pixel auf einen niedrigeren Wert und die in der Nähe des Randes auf einen höheren Wert einzustellen. Dies ergibt eine neuartige Bildverbesserung, die mit der bisherigen Projektion von Mustern aus Masken oder durch die Verwendung von Projektoren nach Nelson und Kück nicht möglich ist. Die Kombination einer negativen Amplitude, die nicht gleich null ist, im Hintergrund mit einer erhöhten Belichtung entlang den Rändern muss nicht der Erzeugung eines feinen Adressenrasters durch Antreiben der Ränderpixel auf Zwischenwerte entgegenstehen, weil die Wirkungen sich addieren oder zumindest berechenbar sind. Wenn die Pixel wesentlich kleiner sind als das dort zu druckende Merkmal, besteht eine Kombination von Pixelwerten, welche alle Wirkungen gleichzeitig erzeugt. Zur Auffindung dieser wird mehr Rechenarbeit benötigt, als die Erzeugung eines feinen Adressenrasters alleine, jedoch kann bei einigen Anwendungen der Erfindung das Vermögen zum Drucken kleinerer Merkmale von hohem Wert sein, welcher die zusätzliche Mühe rechtfertigt.
Im Falle eines kontinuierlich verlaufenden Spiegels auf einer viskoelastischen Schicht besteht ein inhärenter Ausgleich der durchschnittlichen Phase auf null. Simulationen haben ergeben, dass zum Feinpositionieren der Ränder von Merkmalen ein Betreiben bei Zwischenwerten auch bei dem kontinuierlichen Spiegel wirksam ist. Die Nichtlinearitäten sind kleiner als bei Mikrospiegeln. Damit das Verfahren gut funktioniert, muss jedoch das minimale Merkmal größer sein als bei Mikrospiegeln, d.h., es wird eine größere Anzahl von adressierten Pixeln pro aufgelöstes Merkmalselement benötigt. Die Folgen sind eine größere SLM-Vorrichtung, und dass für ein vorgegebenes Muster die Datenmenge größer ist. Deshalb wurden bei einer ersten und zweiten Ausführungsform Mikrospiegel gewählt.
Bei der Erfindung wird aus zwei Gründen ein Pixel mit einer rotationssymmetrischen Deformation (mindestens 2fache Symmetrie, in einer bevorzugten Ausführungsform 4fache Symmetrie) verwendet: um eine symmetrische Beleuchtung der Pupille der Projektionslinse zu ergeben, und um das Bild unempfindlich gegenüber Drehungen zu gestalten.
Letzteres ist für das Drucken eines Zufallslogikmusters auf einen Halbleiterwafer wichtig. Falls eine x-y-Asymmetrie besteht, weisen die entlang der x-Achse angeordneten Transistoren eine andere Verzögerung auf als diejenigen entlang der y-Achse, und es kann eine Fehlfunktion des Schaltkreises auftreten oder dieser nur bei einer geringeren Taktrate benutzt werden. Aufgrund der beiden Erfordernisse einer Bildinvarianz durch Fokussierung und Symmetrie zwischen x und y ist es sehr wichtig, im optischen System Symmetrien zu erzeugen und aufrecht zu erhalten. Eine Symmetrie kann entweder inhärent sein oder durch vorsätzliches Auswägen asymmetrischer Eigenschaften, wie durch das Verwenden von Mehrfachbelichtungen mit komplementären asymmetrischen Eigenschaften, erzeugt werden. Da jedoch Mehrfachbelichtungen zu kleinerem Durchlauf führen, werden symmetrische Anordnungen stark bevorzugt.
Bevorzugte Ausführungsformen
Eine erste bevorzugte Ausführungsform ist ein Mustergenerator für Photomasken für das tiefe UV, bei dem ein SLM mit 2048 × 512 Mikrospiegeln eingesetzt wird. Die Lichtquelle ist ein KrF-Exzimerlaser mit einem gepulsten Ausgang bei 248 Nanometern, Pulslängen von ungefähr 10 ns und einer Wiederholungsrate von 500 Hz. Der SLM ist mit einer Aluminiumoberfläche versehen, welche mehr als 90 % des Lichts reflektiert. Der SLM wird von dem Laser über einen strahlverwürfelnden Illuminator beleuchtet, und das reflektierte Licht wird auf die Projektionslinse und weiter auf die lichtempfindliche Fläche gerichtet. Der einfallende Strahl aus dem Illuminator und der zur Linse austretende Strahl werden von einem halbdurchlässigen Strahlenteilerspiegel voneinander getrennt. Vorzugsweise ist der Spiegel polarisationsselektiv, und es wird vom Illuminator polarisiertes Licht verwendet, dessen Polarisierungsrichtung von einer Viertelwellenplatte vor dem SLM geschaltet wird. Für eine x- und y-Symmetrie bei hoher NA muss das Bild symmetrisch polarisiert sein, und eine zweite Viertelwellenplatte zwischen dem Strahlenteiler und der Projektionslinse erzeugt eine zirkularpolarisierte Abbildung. Eine einfachere Anordnung, falls die Laserimpulsenergie diese zulässt, ergibt sich aus der Verwendung eines nichtpolarisierenden Strahlenteilers. Eine Viertelwellenplatte nach dem zweiten Durchlauf durch den Strahlenteiler ist immer noch von Vorteil, weil hierbei die Ausbildung der strahlenteilenden Schicht weniger empfindlich ist. Die einfachste Anordnung besteht darin, einen schrägen Lichteinfall auf den SLM zu verwenden, so dass die Strahlen aus dem Illuminator und zur Projektionslinse hin geometrisch getrennt werden, wie in 1.
Die Größe der Mikrospiegel-Pixel beträgt 20 × 20 μm, und die Projektionslinse weist eine 200fache Verkleinerung auf, so dass ein Pixel auf dem SLM im Bild 0,1 μm entspricht. Die Linse ist eine monochromatische DUV-Linse mit einer NA von 0,8, wodurch sich eine Punktabbildungsfunktion von 0,17 μm Halbwertsbreite ergibt. Die Größe der minimalen Linien, die mit guter Qualität geschrieben werden können, beträgt 0,25 μm.
Das Werkstück, z.B. eine Photomaske, wird unterhalb der Linse mit einem von einem Interferometer gesteuerten Objekttisch bewegt, und die Interferometerlogik sendet dem Laser ein Signal zur Erzeugung eines Blitzes. Da der Blitz nur 10 ns dauert, wird während der Exposition die Bewegung des Objekttisches eingefroren, und ein Bild des SLM einer Größe von 204,8 × 51,2 μm gedruckt. Nach 2 Millisekunden hat sich der Objekttisch um 51,2 μm bewegt, und es wird ein neuer Blitz ausgelöst und ein neues Bild des SLM Rand an Rand zum ersten gedruckt. Zwischen den Expositionen ladet das Dateneingabesystem ein neues Bild in den SLM, so dass ein größeres Muster aus den zusammengesetzten Blitzen entsteht. Nach dem Schreiben einer vollen Spalte erfolgt ein Vorschub des Objekttisches in senkrechter Richtung und es wird eine neue Spalte geschrieben. Auf diese Weise können Muster beliebiger Größe geschrieben werden, obwohl bei der ersten, bevorzugten Ausführungsform in typischer Weise Muster von 125 × 125 mm geschrieben werden. Das Schreiben von Mustern dieser Größe benötigt 50 Minuten und zusätzlich noch die Zeit für die Bewegung zwischen aufeinander folgenden Spalten.
Jedes Pixel kann auf 25 Pegel (und zusätzlich auf null) gesteuert werden, wobei ein Pixel einer Größe von 0,1 μm auf 25 Inkremente von jeweils 4 Nanometern interpolierbar ist. Die Datenumwandlung übernimmt die geometrischen Spezifikationen des Musters und übersetzt diese auf eine Karte, in welcher die Pixel auf Ein, Aus oder dazwischen liegende Reflektionen eingestellt sind. Der Datenweg muss dem SLM 2048 × 512 × 500 Datenwörter pro Sekunde, in der Praxis 524 Mbyte Pixeldaten pro Sekunde liefern. Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die beschreibbare Fläche maximal 230 × 230 mm, woraus sich bis zu 230/0,0512 = 4500 Blitze maximal in einer Spalte ergeben, und eine Spalte in 4500/500 = 9 Sekunden geschrieben wird. Die Menge an Pixeldaten, die in einer Spalte benötigt wird, beträgt 9 × 524 = 4800 Mb. Zur Reduzierung der Menge an übertragenen und gepufferten Daten wird ein komprimiertes Format verwendet, welches dem von Sandström et al. 90 beschriebenen ähnlich ist, jedoch mit dem Unterschied, dass eine Pixelkarte anstelle von Segmenten mit einer Länge und einem Wert komprimiert ist. Eine blauchbare Alternative ist es, eine Pixelkarte sofort zu erstellen und zur Verringerung der Menge an Daten, die zu übertragen und Puffern sind, handelsübliche Hardware-Prozessoren für die Kompression und Dekompression einzusetzen.
Auch mit einer Kompression der Datenmenge in einer vollen Maske ist es höchst unpraktisch, vorfragmentierte Daten auf einer Diskette zu speichern, jedoch müssen die Pixeldaten zwecks ihrer Verwendung erzeugt werden. Eine Anordnung von Prozessoren rastern das Bild parallel in das komprimierte Format und übertragen die komprimierten Daten in eine Erweiterungsschaltung, welche dem SLM Pixeldaten zuführt. Bei der bevorzugten Ausführungsform rastern die Prozessoren verschiedene Teile des Bildes und Puffern das Ergebnis bevor diese dem Eingangspuffer der Erweiterungsschaltung zugeführt werden.
Zweite bevorzugte Ausführungsform
Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist der Laser ein ArF-Exzimerlaser mit einer Wellenlänge von 193 nm und einer Pulsfrequenz von 500 Hz. Der SLM umfasst 3072 × 1024 Pixel von 20 × 20 μm, und die Linsenverkleinerung ist 333fach, woraus sich ein projiziertes Pixel von 0,06 μm ergibt. Es gibt 60 Zwischenwerte und das Adressenraster weist eine Größe von 1 Nanometer auf. Die Punktabbildungsfunktion beträgt 0,13 μm und die Minimallinie weist eine Größe von 0,2 μm auf. Der Datenfluss beträgt 1572 Mbyte/s und die Datenmenge in einer Spalte einer Länge von 230 mm beträgt 11,8 Gb.
Eine dritte bevorzugte Ausführungsform ist mit der zweiten identisch, mit der Ausnahme, dass die Pixelmatrix um 45 Grad gedreht ist und die Größe des Pixelrasters 84 μm beträgt, woraus sich ein Abstand projizierter Pixel entlang x und y von 0,06 μm ergibt. Der Laser ist ein ArF-Exzimerlaser und die Linsenverkleinerung beträgt 240. Aufgrund der gedrehten Matrix ist die Pixeldichte in der Matrix geringer, und das Datenvolumen beträgt die Hälfte desjenigen der vorhergehenden Ausführungsform, jedoch mit der gleichen Adressenauflösung.
Änderungen aufeinanderfolgender Laserblitze
Der Exzimerlaser weist zwei unerwünschte Eigenschaften auf, nämlich Energieänderungen von 5 % von Blitz zu Blitz und ein Zeitraster von 100 ns von Blitz zu Blitz. bei den bevorzugten Ausführungsformen werden beide auf gleiche Weise kompensiert. Eine ers te Exposition mit dem Gesamtmuster erfolgt mit 90%iger Leistung. Die tatsächliche Blitzenergie und die zeitliche Lage jedes Blitzes werden aufgezeichnet. Eine zweite Exposition erfolgt als nominell 10%ige Exposition und mit einer analogen Modulation, welche die zweite Exposition als 5 bis 15 %, je nach den tatsächlichen Wert der ersten, ergibt. Auf ähnliche Weise kann eine vorsätzliche Zeitverschiebung bei der zweiten Exposition das Zeitgitter der ersten kompensieren. Die zweite Exposition kann die Fehler der ersten voll kompensieren, ergibt jedoch selbst neue Fehler der gleichen Art. Da diese durchschnittlich 10 % der Gesamtexposition beträgt, werden beide Fehler effektiv um einen Faktor 10 reduziert. In der Praxis weist der Laser eine zeitliche Unbestimmtheit auf, welche viel größer als 100 ns ist, weil der Lichtimpuls mit einer Verzögerung nach dem Triggerimpuls kommt und diese Verzögerung von Mal zu Mal um ein Paar Mikrosekunden variiert. Innerhalb einer kurzen Zeitspanne wird die Verzögerung mehr stabil. Deshalb wird die Verzögerung kontinuierlich gemessen und es werden die letzten Verzögerungswerte, geeignet gefiltert, zum Voraussagen der nächsten Impulsverzögerung und zur Positionierung des Triggerimpulses verwendet.
Es ist auf gleiche Weise möglich, Korrektionen für Ungenauigkeiten des Objekttisches anzubringen, nämlich wenn die Objekttischfehler aufgezeichnet werden und der Objekttisch bei einer zweiten Exposition mit einer kompensierenden Bewegung angetrieben wird. Messbare Lagefehler können im Prinzip teilweise oder gänzlich auf diese Weise korrigiert werden. Es ist erforderlich, den Objekttisch während einer zweiten Exposition mit einem schnellen Servomotor zu den berechneten Punkten hin zu bringen. Im Stand der Technik ist es bekannt, den SLM selbst auf einen Objekttisch mit kleinem Hub und kurzer Ansprechdauer aufzusetzen und diesen zur Feinpositionierung des Bildes zu verwenden. Ein weiteres, in gleicher Weise brauchbares Schema besteht darin, im optischen System zwischen dem SLM und der Bildfläche einen Spiegel mit einer piezoelektrischen Steuerung zu verwenden, wobei die Wahl zwischen den beiden aufgrund praktischer Erwägungen getroffen wird. Es ist auch möglich, den Daten in einem Belichtungsfeld einen Positionsversatz hinzu zu addieren und dadurch das Bild seitlich zu bewegen.
Die zweite Exposition wird vorzugsweise mit einem abschwächenden Filter zwischen dem Laser und dem SLM durchgeführt, so dass der volle Dynamikbereich des SLM innerhalb des Bereiches von 0 bis 15 % der Nominalexposition benutzbar ist. Mit 25 Zwischenstufen ist es möglich, die Exposition in Schritten von 15 % × 1/25 = 0,6 % einzustellen.
Die Ansprechbarkeit ändert sich geringfügig von Pixel zu Pixel aufgrund von Herstellungsfehlern und potentiell auch einer Alterung. Das Ergebnis ist eine unerwünschte Inhomogenität im Bild. Wenn die Anforderungen an das Bild sehr hoch sind, kann es erforderlich sein, jedes Pixel durch eine Multiplikation mit dem Kehrwert der Ansprechbarkeit des Pixels zu korrigieren, der in einem Nachschlagespeicher gespeichert ist. Besser ist sogar die Anwendung eines Polynoms mit zwei, drei oder mehr Gliedern für jedes Pixel. Dies kann in der Hardware in der Logik ausgeführt werden, welche den SLM antreibt.
In einer mehr bevorzugten komplexen Ausführungsform werden mehrere Korrektionen bei der zweiten korrigierenden Exposition kombiniert: die Variation von Blitz zu Blitz, das Blitzdauerraster und auch die bekannten Unterschiede zwischen den Ansprechbarkeiten der Pixel. So lange die Korrektionen klein sind, d.h., jeweils wenige Prozent betragen, addieren sie sich ungefähr linear, deshalb können die Korrektionen einfach addiert werden, bevor sie bei dem SLM angebracht werden. Die Summe wird mit dem gewünschten Wert der Expositionsdosis in dem betreffenden Pixel multipliziert.
Alternative Beleuchtungsquellen
Der Exzimerlaser ist von einer begrenzten Impulsfolgefrequenz („Puls Repetition Frequency", PRF) von 500 bis 1000 Hz je nach der Wellenlänge und Art des Lasers. Dies ergibt größere Felder mit zusammengesetzten Rändern entlang x sowie auch y. In zwei anderen bevorzugten Ausführungsformen wird der SLM beleuchtet mit einem Impulslaser mit viel größerer PRF, z.B. einem gütegeschalteten, aufwärtsgewandelten Festkörperlaser, und mit einer kontinuierlichen Laserquelle, welche die Oberfläche des SLM abtastet, so dass ein Teil des SLM mit neuen Daten nachbeladen wird, während ein anderer Teil gedruckt wird. In beiden Fällen sind die Kohärenzeigenschaften der Laser von denen des Exzimerlasers verschieden, und es wird eine weitergehende Steuerung der Strahlverwürfelung und Kohärenz benötigt, z.B. mehrfache parallel Lichtwege mit verschiedenen Weglängen. Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung reicht die Lichtmenge aus einer Blitzlampe aus, die als Lichtquelle verwendet werden kann. Vorteile sind niedrige Kosten und gute Kohärenzeigenschaften.
Bei der bevorzugten Ausführungsform mit abtastender Beleuchtung werden zwei Schwierigkeiten behoben: die Variation von Zeit und Energie von Impuls zu Impuls, weil das Abtasten voll gesteuert vorzugsweise unter Verwendung eines elektrooptischen Abtasters wie einem akusto-optischen oder elektrooptischen ausgeführt wird, und viele kontinuierlich arbeitenden Laser weniger Leistungsschwankungen als gepulste Laser aufweisen. Des weiteren bietet die Verwendung von kontinuierlich arbeitenden Lasern eine andere Auswahl an Wellenlängen, und es sind kontinuierlich arbeitende Laser für das Auge weniger gefährlich als gepulste Laser. Am wichtigsten jedoch ist die Möglichkeit der Erzielung von viel höheren Datenraten mit einer Matrix mit nur wenigen Zeilen, weil das Abtasten unkritisch ist und mit einer Wiederholungsrate von 100 kHz oder mehr ausgeführt werden kann. Ein Abtasten mit dem Beleuchtungsstrahl ist auch eine Möglichkeit zur Erzeugung einer sehr gleichmäßigen Beleuchtung, was auf andere Weise schwierig ist.
Bei einigen Ausführungsformen ist es möglich und durchführbar, eine Blitzlampe als Beleuchtungsquelle einzusetzen.
EUV
Lichtquellen für das EUV basieren auf der Grundlage von Strahlung aus einem Teilchenbeschleuniger, einer magnetischen Plasma-Pinch-Maschine oder einer Erwärmung eines kleinen Materietropfens auf extreme Temperaturen mit einem Hochleistungslaserimpuls. In jedem Fall ist die Strahlung gepulst. Die EUV-Strahlung pflanzt sich nur im Vakuum fort, und kann nur mit reflektierenden Optiken fokussiert werden. Ein typischer Mustergenerator, der einen SLM verwendet, hat ein kleines Belichtungsfeld und einen geringen Verbrauch an optischer Leistung. Die Gestaltung des optischen Systems ist deshalb einfach im Vergleich mit derjenigen eines EUV-Schrittsystems, wodurch es möglich wird, mehr Spiegel einzusetzen und mit höherer NA zu arbeiten als in einem Schrittsystem. Es ist zu erwarten, dass eine Linse hoher NA ein ringförmiges Belichtungsfeld erzeugt, und es ist durchaus möglich, die Form des SLM an ein derartiges Feld anzupassen. Bei einer Wellenlänge von 13 nm und einer NA von 0,25 ist es möglich, mit Linien einer Breite von nur 25 nm zu belichten, und sogar weniger als 20 nm wenn eine Bildverbesserung wie nachstehend beschrieben angewendet wird. Keine andere bekannte Schreibtechnik weist ein gleiches Auflösungsvermögen und dabei eine gleiche Schreibgeschwindigkeit auf, wie sie von dem parallelen Charakter eines SLM ermöglicht werden.
Randüberlappung
Da bei jedem Blitz ein zweidimensionales Feld aufgedruckt wird und die Felder Rand an Rand an Rand zusammengesetzt werden, ist das Zusammensetzen sehr kritisch. Eine Verschiebung eines Feldes um nur wenige Nanometer erzeugt Musterfehler entlang des Randes, die sichtbar und für die Funktion einer aus der Maske hergestellten elektronischen Schaltung potentiell schädlich sind. Ein möglicher Weg zum Vermindern der unerwünschten Wirkungen bei einer Zusammensetzung besteht darin, dasselbe Muster mit mehreren Durchläufen, jedoch mit einer Verschiebung der Grenzen der Zusammensetzung zwischen den Durchläufen zu drucken. Wenn das Bild vier mal gedruckt wird, entsteht der Fehler der Zusammensetzung an vier Stellen, jedoch jeweils mit nur einem Viertel der Größe. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird von der Möglichkeit Gebrauch gemacht, Zwischenbelichtungen zusammen mit einem Überlappungsstreifen zwischen den Feldern zu erzeugen. Die Werte werden während des Rasterns berechnet, obwohl dies auch während der Expansion der komprimierten Daten erfolgen könnte. Eine Randüberlappung reduziert die Zusammensetzungsfehler mit viel geringeren Nachteilen für den Datendurchsatz als ein Drucken mit mehrfachem Durchlauf.
Erfindungsgemäß überlappen sich mindestens zwei benachbarte, zusammengesetzte Bilder an der gemeinsamen Grenze, wobei die überlappenden Bilder im Überlappungsbereich im wesentlichen das gleiche Muster und eine reduzierte Lichtintensität aufweisen, so dass ein unsichtbarer Rand entsteht. Die Exposition in den überlappenden Bereichen kann konstant sein oder von einem Bild zum benachbarten allmählich übergehen. Die Exposition in den überlappenden Gebieten kann auch einstellbar sein.
Die reduzierte Intensität in den überlappenden Gebieten könnte zum Beispiel von einer im optischen Weg befindlichen Transmissionsmaske oder einem Spiegel mit einem entlang seiner Oberfläche variierenden Reflexionsvermögen erzeugt werden. Diese Maske oder Blende könnte des weiteren eine offene Fläche und eine gradierte Transmission entlang des Randes aufweisen, derart angeordnet, dass ein unscharfes Bild der Maske auf dem Werkstück erzeugt wird. Die Maske wird vorzugsweise zwischen der Lichtquelle und dem räumlichen Modulator oder zwischen dem räumlichen Modulator und dem Werkstück angeordnet. Des weiteren kann die Maske ein zweiter räumlicher Modulator, der entweder durchlässig oder reflektierend ist, und vorzugsweise ein analoger räumlicher Modulator sein. Der räumliche Haupt-Lichtmodulator könnte auch eine reduzierte stati sche Lichtausbeute vorzugsweise in den Flächen aufweisen, die in dem Muster auf dem Werkstück einander überlappen sollen, wodurch in diesen Flächen eine verringerte Exposition entsteht. Dies kann mittels einer zusätzlichen Beschichtung des räumlichen Modulators auf den überlappenden Flächen erzielt werden, welche die Lichtintensität verringern, oder durch die Analogfunktion des Modulators, wenn der räumliche Modulator ein analoger Modulator ist. Die reduzierte Exposition wird dann vorzugsweise von den Daten gesteuert, die dem analogen räumlichen Modulator zugeführt werden, und es werden die reduzierten Expositionsdaten am meisten bevorzugt den Musterdaten während der Umwandlung von der eingegebenen Beschreibung zu Pixeldaten, die für den räumlichen Modulator geeignet sind, oder in einem separaten Schritt, z.B. unter Verwendung von Anwenderlogik oder einem Graphikprozessor, hinzuaddiert.
7a zeigt ein Beispiel üblicher Schreibung, d.h. ohne Überlappung. Verschiedene Schraffierungen bezeichnen getrennt geschriebene Musterfelder, und 7b zeigt schematisch und übertrieben wie die Musteranordnung sich zwischen den verschiedenen Feldern ändert. Insbesondere ist eine Linie gezeigt, die sich über mehrere Musterfelder hinwegstreckt, bei denen ein Randfehler zwischen den Feldern aufgetreten ist. 7c zeigt das gleiche Muster, jedoch mit einer erfindungsgemäßen Überlappung zwischen den Feldern. Diese Überlappung ist gestuft, wie dies durch die Beleuchtungskurve in 7d gezeigt ist. Hierdurch werden die Randfehler in aufeinander folgende Stufen aufgeteilt, und die Fehler ausgeglichen und somit weniger sichtbar. Bei einer weiteren Verbesserung des Verfahrens sind die Stufen nicht an festgelegten Stellen, sondern entsprechend dem Muster vorgesehen. Insbesondere sind die Stufen anders als an den Merkmalsrändern und kleinen kritischen Merkmalen vorgesehen. In 7e und f werden stattdessen lineare Überlappungsübergänge zwischen den Feldern eingesetzt, wodurch der Fehler über die Überlappungsfläche linear verteilt wird.
Modifizierte Beleuchtung
Bei der ersten bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Beleuchtung des SLM mit einem Exzimerlaser und einem Lichtverwürfler wie eine Fliegenauge-Linsenanordnung, um eine Beleuchtung zu erzeugen, welche derjenigen aus einer kreisförmigen, selbstleuchtenden Fläche in der Pupillenebene des Illuminators ähnelt. Zur Erhöhung des Auflösungsvermögens beim Drucken mit einem spezifischen Projektionssystem ist es möglich, eine modifizierte Beleuchtung zu verwenden. In den einfachsten Fällen werden Pupillenfilter in die Pupillenebene des Illuminators eingeführt, z.B. mit einer quadrupolförmigen oder kreisringförmigen Durchlassfläche. In einem mehr komplexen Fall wird das gleiche Feld mehrmals gedruckt. Mehrere Parameter können zwischen den Expositionen geändert werden, wie die Fokallänge in der Bildebene, das Beleuchtungsmuster und die dem SLM und dem Pupillenfilter in der Pupillenebene der Projektionsoptiken gelieferten Daten. Insbesondere kann eine synchronisierte Änderung der Beleuchtung und eines Pupillenfilters ein erhöhtes Auflösungsvermögen ergeben, am bemerkenswertesten wenn die Pupille eine sektorförmige Durchlassfläche aufweist und die Beleuchtung in der Weise ausgerichtet ist, dass das nicht gebeugte Licht eine absorbierende Blende in der Nähe der Spitze des Sektors schneidet.
Linearisierung des Ansprechvermögens
Zur Linearisierung der Übertragungsfunktion aus Daten zur Randpositionierung können im wesentlichen drei Wege beschritten werden:

– Berücksichtigung der Nichtlinearität in der Datenumwandlungseinheit und Erzeugung von 8Bit-Pixelwerten (Beispiel) in der Datenumwandlungseinheit und Verwendung von Digital-Analog-Umsetzern (DAC) des gleichen Auflösungsvermögens zum Antreiben des SLM.
– Erzeugung von digitalen Werten mit weniger Werten, z.B. 5 Bit oder bis zu 32 Werten, und deren Übersetzung in einen 8Bit-Wert in einer Nachschlagtabelle („Look-Up Table", LUT) und nachfolgende Einspeisung der 8Bit-Werte in die Digital-Analog-Umsetzer.
– Verwendung eines 5Bit-Wertes und von Halbleiterschaltern zum Wählen einer Gleichspannung, welche von einem oder mehreren Digital-Analog-Umsetzern hohen Auflösungsvermögens erzeugt wird.

In jedem Fall ist es möglich, eine empirische Kalibrationsfunktion zu bestimmen, derart dass das Ansprechvermögen auf der Platte linearisiert wird, wenn die Funktion bei der Datenumwandlungseinheit, der Nachschlagtabelle bzw. den Gleichspannungen angewendet wird.
Das anzuwendende Linearisierschema hängt von der Datenrate, den präzisen Anforderungen und auch von der verfügbaren Schaltungstechnik ab, die sich im Lauf der Zeit verändern kann. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt stellt die Datenumwandlungseinheit einen Engpass dar, und deshalb ist es keine bevorzugte Lösung, in der Datenumwandlungseinheit zu linearisieren oder 8Bit-Pixelwerte zu erzeugen. Hochgeschwindigkeits-Digital-Analog-Umsetzer sind kostenaufwändig und Leistungsverbrauchend, und die angemessenste Lösung besteht darin, Gleichspannungen zu erzeugen und Schalter zu verwenden. Es wird damit möglich, ein Auflösungsvermögen zu verwenden, welches sogar größer als 8 Bit ist.
Beschreibung eines bevorzugten Mustergenerators
Es wird auf die 6 Bezug genommen. Ein Mustergenerator umfasst einen SLM 601 mit individueller und mehrwertiger Pixeladressierung, eine Beleuchtungsquelle 602, eine Vorrichtung 603 zur Verwürfelung des Beleuchtungsstrahls, ein abbildendes optisches System 604, einen Substrattisch 605 zur Feinpositionierung mit einem Interferometer-Positionssteuersystem 606 und einem Hardware- und Softwaredatenverarbeitungssystem für den SLM. Zwecks einwandfreier Funktion und einfacher Bedienung enthält er auch eine umgebende Klimakammer mit Temperatursteuerung, ein Substratbeladesystem, Software zur Zeitsteuerung der Tischbewegung und der Belichtungslasertriggerung zur Erzielung einer optimalen Genauigkeit der Musterpositionierung sowie eine Anwenderschnittstelle.
Die Beleuchtung in dem Mustergenerator erfolgt mit einem KrF-Exzimerlaser, welcher einen Lichtblitz einer Länge von 10 bis 20 Nanosekunden im UV-Gebiet bei einer Wellenlänge von 248 Nanometern bei einer Bandbreite abgibt, die der natürlichen Linienbreite eines Exzimerlasers entspricht. Um eine Musterverzerrung auf dem Substrat zu vermeiden, ist das Licht aus dem Exzimerlaser gleichmäßig über die Oberfläche des SLM verteilt, und das Licht ist von einer Kohärenzlänge, die kurz genug ist, kein Laserfunkeln auf dem Substrat zu erzeugen. Zur Erreichung dieser beiden Ziele wird ein Strahlverwürfler eingesetzt. Dieser teilt den Strahl aus dem Exzimerlaser in mehrere Strahlpfade unterschiedlicher Weglänge auf und addiert diese dann zur Verringerung der räumlichen Kohärenzlänge. Der Strahlverwürfler weist auch eine Strahlhomogenisiereinrichtung auf, bestehend aus einem Linsensystem mit einem Satz Fliegenaugelinsen, welche das von jedem Punkt des Laserstrahls aus dem Exzimerlaser ausgehende Licht gleichmäßig über die SLM-Fläche verteilt, um eine Zylinderhut-Lichtverteilung zu ergeben.
Das Licht von dem SLM wird nach unten weitergeleitet und auf dem Substrat auf dem Substrattisch zur Abbildung gebracht. Dies erfolgt unter Verwendung eines von Kück beschriebenen optischen Schlierensystems. Eine Linse l₁ der Fokallänge f₁ wird im Abstand f₁ von dem SLM positioniert. Eine andere Linse l₂ der Fokallänge f₂ wird im Abstand 2 × f₁ + f₂ von dem SLM positioniert. Das Substrat befindet sich dann in einem Abstand 2 × f₁ + 2 × f₂ von dem SLM. Im Abstand 2 × f₁ von dem SLM befindet sich eine Apertur 608, deren Größe die numerische Apertur (NA) des Systems und damit die minimale Größe eines Mustermerkmals bestimmt, welches auf dem Substrat geschrieben werden kann. Zur Korrektion von Unvollkommenheiten des optischen Systems und der Flachheit des Substrats ist auch ein fokussierendes System vorgesehen, welches zur Erzielung von optimalen fokussierenden Eigenschaften die Linse l₂ entlang der z-Richtung innerhalb einer Positionierspanne von 50 Mikrometern dynamisch positioniert. Das Linsensystem ist auch wellenlängenkorrigiert für die beleuchtende Wellenlänge von 248 Nanometern, und weist eine Breitbandtoleranz des beleuchtenden Lichtes von mindestens ± 1 Nanometer auf. Das beleuchtende Licht wird in das abbildende optische System hinein reflektiert unter Verwendung eines Strahlenteilers 609, welcher unmittelbar oberhalb der Linse l₁ positioniert ist. Mit einem Verkleinerungsfaktor von 250 und einer NA von 0,62 ist es möglich, Mustermerkmale einer Größe bis herab zu 0,2 Mikrometern in guter Musterqualität abzubilden. Mit 32 Graustufen aus jedem SLM-Pixel beträgt die minimale Rastergröße 2 Nanometer.
Der Mustergenerator ist mit einem Feinpositionier-Substrattisch mit einem Interferometer-Lagesteuersystem versehen. Es besteht aus einem bewegbaren Luftlager-xy-Tisch 605, welcher zwecks minimaler thermischer Ausdehnung aus Zerodur gefertigt ist. Ein Servosystem mit einem Messsystem zur interferometrischen Positionsrückmeldung 606 steuert die Tischlage entlang jeder der Richtungen. Entlang einer Richtung y hält das Servosystem den Tisch in einer festen Lage, und entlang der anderen Richtung x bewegt sich der Tisch mit konstanter Geschwindigkeit. Das Interferometer-Lagemesssystem wird entlang der x-Richtung zum Triggern der Belichtungs-Laserblitze verwendet, um einen gleichmäßigen Abstand zwischen allen Bildern des SLM auf dem Substrat zu ergeben. Wenn das Substrat mit einer ganzen Reihe von SLM-Bildern belichtet worden ist, bewegt sich der Tisch entlang der x-Richtung zurück zur ursprünglichen Lage, und bewegt sich zwecks Belichtung Substrats mit einer weiteren Reihe von SLM-Bildern um ein SLM- Bildinkrement entlang der y-Richtung. Diese Verfahrensweise wird wiederholt, bis das gesamte Substrat belichtet worden ist.
Die SLM-Bilder überlappen sich um eine Anzahl von Pixeln entlang der x- und y-Richtung, und das Belichtungsdatenmuster wird bei den überlappenden Pixeln lokal modifiziert, um die erhöhte Anzahl an Belichtungen zu kompensieren, welche die Überlappungsflächen ergeben.
Änderungen der Intensität von Impuls zu Impuls des Exzimerlasers werden kompensiert durch die Verwendung von Doppeldurchlaufbelichtungen des Musters, wobei der erste Durchlauf bei nominal 90 % der richtigen Intensität erfolgt. Bei dem ersten Durchlauf wird die eigentliche Intensität jedes Laserblitzes gemessen und gespeichert. Bei dem zweiten Durchlauf wird die richtige Intensität für jede SLM- Bildbelichtung verwendet, basierend auf den im ersten Durchlauf gemessenen Intensitätswerten. Auf diese Weise ist es möglich, den Einfluss der Intensitätsänderungen von Impuls zu Impuls des Exzimerlasers um eine Größenordnung zu verringern.
Die Funktionalität des SLM ist in diesem Text an anderer Stelle weitgehend beschrieben worden. Er weist 2048 × 256 Pixel mit Pixelgrößen von 16 Mikrometern auf, und es ist möglich, alle Pixel innerhalb von 1 Millisekunde zu adressieren. Der SLM ist fest auf einem feinverstellbaren Objekttisch aufgesetzt. Dieser feinverstellbare Objekttisch ist entlang den x- und y-Richtungen um 100 Mikrometer mit einer Genauigkeit von mehr als 100 Nanometern zwischen jeder Blitzbelichtung bewegbar. Die Feinpositionierung des SLM wird zum Korrigieren der Lageungenauigkeit des Substratpositioniertisches verwendet, um Zusammensetzungsfehler des Musters weiter zu reduzieren. Zusätzlich zu der x-y-Positionierung ist auch eine Möglichkeit zur Drehung des SLM-Tisches gegeben, damit ein Muster auf einem Substrat in einem anderen Winkel als der von dem Koordinatensystem des Substrattisches festgelegte belichtet werden kann. Der Zweck einer derartigen Drehung ist es, die Möglichkeit einer Substratausrichtung für Substrate mit einem bereits vorhandenen Muster zu schaffen, dem weitere Merkmale zugegeben werden sollen. Es kann nach dem Beladen des Objekttisches die genaue Lage des Substrats auf dem Tisch unter Verwendung eines unabhängigen optischen Kanals und einer CCD-Kamera gemessen werden, um die Systemkoordinaten einer Anzahl von Ausrichtmarkierungen auf dem Substrat zu bestimmen. Während der Exposition wird dann die Tischlage entlang den x- und y-Richtungen aufgrund der gemessenen Positionen der Ausrichtmarkierungen korrigiert. Eine Drehausrichtung wird unter Verwendung des Tisch-Servosystems zum Folgen des gedrehten Koordinatensystems, und auch durch Drehen des feinverstellbaren SLM-Tisches in der beschriebenen Weise erzielt.
Ein beliebiges Datenmuster eines beliebigen Formats wird in einem Musterrasterisierer 610 zu einer komprimierten, gerasterten Pixelkarte mit 32 (5 Bit) Graupegel pro Pixel transformiert. Da die Grauskala-Stufen eines belichteten Pixels nicht linear auf die an die Pixelelektrode angelegte Spannung ansprechen, werden die Eingangsdaten in einem Pixellinearisierer 611 linearisiert, so dass die 32 Graupegel einer gleichmäßigen Erhöhung der Expositionsdosis von jedem Pegel zum nächsten entsprechen. Dies wird ausgeführt unter Verwendung von 8Bit-Digital-zu-Analogwandlern („Digital-Analog-Converters", DAC) 612, wobei jeder Graupegel aus der Pixelkarte gemäß einer vorher empirisch kalibrierten Linearisierfunktion eine Spannung aus den DAC wählt. Ein zusätzlicher Versatz bei der Wahl eines Analogpegels aus den DAC erfolgt unter Verwendung einer Nachschlagtabelle, in der jeder Wert einem SLM-Pixel entspricht und jeder derartige Wert Anomalien des entsprechenden Pixels korrigiert. Die Kalibrationswerte in der Nachschlagtabelle werden unter Verwendung eines empirischen Kalibrationsverfahrens erzeugt, bei dem eine Reihe von Prüfbildern dem SLM zugeführt und die entstehenden belichteten Muster gemessen und für eine individuelle Pixelkorrektion verwendet werden. Dies bedeutet, dass zur Erzielung einer richtigen Expositionsdosis, jeder Graupegel in der Pixelkarte eine Analogspannung wählt, welche eine Pixeldeformation für jedes entsprechende SLM-Pixel erzeugt.
Literatur

Nelson 1988: US-Patent 5,148,157
Kück 1990: Europäisches Patent EP 0 610 183
Sandström et al. 1990: Europäisches Patent EP 0 467 076

Claims

Vorrichtung zur Erzeugung eines Musters auf einem Werkstück wie eine Photomaske, ein Halbleiterwafer, eine Elektronik-Verbindungseinrichtung, eine gedruckte Schaltung, ein Bedienungsfeld, eine mikrooptische Einrichtung oder eine Druckplatte; bei welcher ein Muster mit weniger deutlichen Rändern erzeugt wird, umfassend: eine Quelle (602) zum Abgeben von elektromagnetischer Strahlung mit einem Energieinhalt im Wellenlängenbereich von EUV bis IR; einen räumlichen Modulator (601, 401) mit mehreren modulierenden Elementen, welcher mit der Strahlung bestrahlt wird; ein Projektionssystem (604), welches eine Abbildung des Modulators auf dem Werkstück erzeugt; ein elektronisches Datenausgabesystem (610–612), welches eine digitale Beschreibung des zu schreibenden Musters aufnimmt, der Beschreibung des digitalen Musters eine Sequenz von Teilmustern entnimmt, die Teilmuster in Modulatorsignale umwandelt und die Signale dem Modulator zuführt; und ein mechanisches Präzisionssystem (605), welches das Werkstück relativ zum Projektionssystem bewegt, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich umfasst: ein elektronisches Steuersystem, welches die Bewegung des Werkstücks, das Zuführen der Signale zu dem Modulator und die abgegebene Strahlung koordiniert, so dass aus den Teilmustern, die durch die Sequenz von Teilmustern erzeugt werden, ein größeres Muster zusammengesetzt wird, wobei mindestens zwei benachbarte zusammengesetzte Abbildungen einander an der gemeinsamen Grenze überlappen und jede der überlappenden Abbildungen in der Überlappungsfläche im wesentlichen das gleiche Muster und eine verringerte Bestrahlungsdosis aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Exposition in den Überlappungsflächen stufenweise konstant ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Exposition in den Überlappungsflächen einen allmählichen Übergang von einer Abbildung zu der benachbarten aufweist.
Verrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher die Exposition in den Überlappungsflächen einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher die Grenzen der Überlappungsflächen einstellbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher die Grenzen in den Überlappungsflächen derart gelegt sind, dass Ränder und kritische Merkmale vermieden werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem Datenverarbeitungs- und Ausgabesystem, welches die Beschreibung des Eingabemusters in Expositionsfelder zerlegt, wobei ein Feld einem Lichtimpuls entspricht und benachbarte Felder an der gemeinsamen Grenze eine Überlappung aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einer Blende, zum Beispiel eine Transmissionsblende, oder einem Spiegel mit einem über seine Oberfläche variierenden Reflexionsvermögen in dem optischen Pfad, zum Erzeugen einer verringerten Exposition in der Überlappungsfläche.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei welcher die Blende eine freie Fläche und entlang des Randes eine graduierte Transmission aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei welcher die Blende an der Mitte eine freie Fläche und um die freie Fläche herum eine scharfe Kante aufweist, wobei die Blende derart positioniert ist, dass eine unscharfe Abbildung davon an dem Werkstück erzeugt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei welcher die Blende zwischen der Lichtquelle und dem räumlichen Modulator positioniert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei welcher die Blende zwischen dem räumlichen Modulator und dem Werkstück positioniert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei welcher die Blende ein zweiter räumlicher Modulator ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher die Blende ein analoger räumlicher Modulator ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welcher die verringerte Exposition von demselben räumlichen Lichtmodulator erzeugt wird, welcher das Muster erzeugt.
Vorrichtung nach Anspruch 15, bei welcher der räumliche Lichtmodulator eine verringerte statische Lichtausbeute an den Flächen aufweist, die in dem Muster auf dem Werkstück eine Überlappung erzeugen sollen, wodurch in diesen Flächen eine verringerte Exposition erzeugt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 15 mit einem zusätzlich vorgesehenen, die Lichtausbeute verringernden Überzug auf den eine Überlappung erzeugenden Flächen des räumlichen Modulators.
Vorrichtung nach Anspruch 15, bei welcher der räumliche Modulator ein Analogmodulator ist und die verringerte Exposition von der Analogfunktion des Modulators erzeugt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 18, bei welcher die verringerte Exposition von den Daten gesteuert wird, welche dem analogen räumlichen Modulator zugeführt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 18, bei welcher die verringerte Exposition von den Daten gesteuert wird, welche dem analogen räumlichen Modulator zugeführt werden, und die Daten der verringerten Exposition während der Umwandlung der eingegebenen Beschreibung zu Bildelementdaten, welche für den räumlichen Modulator geeignet sind, zu den Musterdaten addiert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 18, bei welcher die verringerte Exposition von den Daten gesteuert wird, welche dem analogen räumliche Modulator zugeführt werden, und die Daten der verringerten Exposition von einer speziellen Hardwareeinheit zu den Musterdaten addiert werden.