DE69936950T2

DE69936950T2 - Mustergenerator-Spiegelkonfigurationen

Info

Publication number: DE69936950T2
Application number: DE69936950T
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: 2008-05-15
Anticipated expiration: 2019-03-03
Also published as: US6373619B1; JP2006080539A; US6504644B1; DE69936950D1; US20050225836A1; WO1999045439A1; DE69943041D1; DE69928232D1; US6428940B1; EP1060443B1; EP1600817B1; US20030202233A1; SE9800665D0; ATE398792T1; JP2002506232A; JP2010016404A; US7009753B2; RU2232411C2; EP1060442A1; US6687041B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft das hochpräzise Drucken von Mustern auf lichtempfindliche Oberflächen, beispielsweise Photomasken für Halbleiterelemente und Displays. Sie betrifft ferner das direkte Schreiben von Halbleiterelementmustern, Anzeigeflächen, integrierten optischen Elementen und elektronischen Verdrahtungsstrukturen. Sie kann außerdem Anwendung auf weitere Arten des Präzisionsdrucks finden, beispielsweise den Sicherheitsdruck. Der Begriff Drucken ist im weitesten Sinne zu verstehen und bedeutet das Belichten von Photolack und photographischen Emulsionen, jedoch auch die Wirkung von Licht auf andere lichtempfindliche Medien wie Trockenkopierpapier durch Ablation oder chemische Prozesse, die durch Licht oder Wärme aktiviert werden. Dabei ist „Licht" nicht auf das sichtbare Licht beschränkt, sondern beinhaltet ein breites Spektrum von Wellenlängen von der Infrarotstrahlung (IR) bis zur extremen UV-Strahlung. Besonders wichtig ist der Ultraviolettbereich von 370 nm (UV) über das mittlere Ultraviolett (DUV), das Vakuumultraviolett (VUV) und das extreme Ultraviolett (EUV) bis herunter zu einer Wellenlänge von wenigen Nanometern. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung ist EUV definiert als der Bereich von 100 nm abwärts, solange die Strahlung als Licht zu bezeichnen ist. Eine typische Wellenlänge der EUV ist 13 nm. IR ist definiert als der Bereich von 780 nm bis etwa 20 μm.
In einem anderen Sinne betrifft die Erfindung Theorie und Praxis von Raumlichtmodulatoren sowie Projektionsdisplays und Druckern, in denen derartige Modulatoren verwendet werden. Sie verbessert insbesondere die Graustufen-Eigenschaften, die Bildstabilität bei Fokussierung und die Gleichmäßigkeit des Bildes sowie die Datenverarbeitung für solche Modulatoren durch Anwendung analoger Modulationstechnik. Der wichtigste Einsatz für die analoge Modulation ist die Erzeugung eines Bildes in einem Hochkontrastmaterial wie Photolack mit Adressraster, d.h. dem Inkrement, mit dem die Position einer Kante im Muster angegeben wird, das viel feiner ist als das Raster, das durch die Pixel des Raumlichtmodulators erzeugt wird.
Hintergrund der Erfindung
Die Herstellung von Präzisionsmustergeneratoren, die mit der Projektion von Mikrospiegel-Raumlichtmodulatoren (SLMs) arbeiten (Nelson 1988, Kück 1990), ist Stand der Technik. Die Verwendung eines SLM in einem Mustergenerator hat gegenüber dem verbreiteteren Verfahren der Verwendung von Abtastlaserspots eine Reihe von Vorteilen, da der SLM ein ausgeprägt paralleles Element ist und die Anzahl der pro Sekunde schreibbaren Pixel außerordentlich hoch ist. Auch ist das optische System in der Hinsicht einfacher, dass die Anstrahlung des SLM nicht ausschlaggebend ist, während bei einem Laserscanner der gesamte Strahlengang in hoher Präzision auszuführen ist. Verglichen mit manchen Scannern, insbesondere elektrooptischen und akustooptischen, kann der Mikrospiegel-SLM mit kürzeren Wellenlängen betrieben werden, weil er ein reines Reflexionselement ist.
In beiden obengenannten Schriften nutzt der Raummodulator nur die EIN-AUS-Modulation bei jedem Pixel. Die Eingabedaten werden in eine Pixelkarte mit einer Tiefe von einem Bit, d.h. mit den Werten 0 und 1 für jedes Pixel, konvertiert. Die Konvertierung kann unter Verwendung von Graphikprozessoren oder kundenspezifischen Programmen mit Bildfüllanweisungen effizient erfolgen.
Im US-Patent 5,061,049 werden ein Raumlichtmodulator und ein Verfahren dazu offenbart. In diesem US-Patent werden mehrere SLM-Konstruktionen dargestellt, bei denen benachbarte Spiegelelemente in unterschiedliche Richtungen gekippt werden. Allen dargestellten Ausführungsbeispielen gemeinsam ist jedoch das Problem der Bildinstabilität bei Fokussierung, das insbesondere bei lithographischen Anwendungen auftritt.
In einer früheren Anmeldung desselben Erfinders Sandström (Sandström et al., 1990) wird die Möglichkeit der Verwendung eines Zwischenbelichtungswerts an der Grenze eines Musterelements zur Feinjustierung der Position der Kante des Elements im Bild, das von einem Laserscanner erzeugt wurde, beschrieben.
Stand der Technik ist außerdem die Erzeugung eines Graustufenbilds mit einem SLM, vorzugsweise zur Projektion von Videobildern und zum Drucken, durch Änderung der Zeit, in der ein Pixel belichtet wird, oder durch mehrmaliges Drucken desselben Pixels, das unterschiedlich oft belichtet wurde.
Mit der vorliegenden Erfindung wird ein System zur direkten Graustufenerzeugung mit einem Raumlichtmodulator unter besonderer Berücksichtigung der Erzeugung von hochpräzisen Mustern zur Verfügung gestellt. Wichtige Aspekte bei den bevorzugten Ausführungsbeispielen sind die Gleichmäßigkeit des Bildes von Pixel zu Pixel und die Unabhängigkeit der genauen Plazierung eines Merkmals in Bezug auf die Pixel des SLM sowie die Stabilität, wenn der Fokus absichtlich oder unabsichtlich geändert wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Mustergenerator zum Drucken von Präzisionsmustern zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird gelöst mit der Vorrichtung gemäß den anliegenden Ansprüchen, die eine analoge Modulation der Pixel im SLM zur Verfügung stellt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen Drucker nach dem Stand der Technik. Der SLM besteht aus Mikrospiegeln, die das Licht von der Linsenöffnung ablenken.
2 zeigt eine Reihe von Pixelmustern, wobei die oberen vier Pixel im AUS-Zustand sind und die übrigen fünf Pixeln im EIN-Zustand.
3 zeigt eine Anordnung von Pixeln, die sich kolbenartig auf und ab bewegen, wodurch sie eine Phasendifferenz erzeugen. Auf diese Weise kann eine Kante mit einem Phasen-SLM feinpositioniert werden.
4 zeigt einen schematischen Vergleich zwischen einem SLM mit Ablenkspiegeln und einem SLM mit sich verformenden Spiegeln.
5 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zum Übertragen von Daten zum SLM.
6 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Mustergenerators.
7 zeigt schematisch mögliche komplexe Amplituden für unterschiedliche SLM.
8 zeigt schematisch unterschiedliche Arten der Steuerung der SLM-Spiegel.
Beschreibung der Erfindung
Die Grundlage für das Verständnis der Erfindung ist die allgemeine Anordnung von 1, die einen normalen Projektionsdrucker mit SLM zeigt. Es gibt zwei Arten von auf Reflexion basierenden Raumlichtmodulatoren, nämlich den Ablenkmodulator (Nelson) und den Phasenmodulator (Kück). Der Unterschied zwischen diesen beiden mag im speziellen Fall mit Mikrospiegeln gering erscheinen, jedoch löscht der Phasen-SLM den Strahl in Spiegelrichtung durch destruktive Interferenz aus, während ein Pixel im Ablenk-SLM den Spiegelstrahl geometrisch zu einer Seite hin ablenkt, so dass er an der Apertur der Abbildungslinse vorbeigeführt wird, wie in 1 gezeigt. Beim mit der vorliegenden Erfindung ausgeführten Hochpräzisionsdruck ist das von Kück 1990 beschriebene Phasenmodulationssystem dem Ablenktyp überlegen. Zum einen sorgt es für besseren Kontrast, weil alle Teile der Oberfläche, auch Verbindungen und Stützen, an der destruktiven Interferenz beteiligt sind und eine vollständige Auslöschung erreicht werden kann. Zum anderen kann ein System, das mit seitlicher Lichtablenkung arbeitet, bei Zwischenablenkungswinkeln nur schwer um die optische Achse herum symmetrisch gemacht werden, was zu dem Risiko der Merkmalsinstabilität bei Fokusänderung führt. Bei den bevorzugten Ausführungsbeispielen wird der Phasenmodulator verwendet, jedoch könnte auch der Ablenkmodulator verwen det werden, wenn die Asymmetrie akzeptiert oder gestalterisch verändert wird. Das ist in 4 schematisch dargestellt. Im ersten Bild, 4a, wird ein nicht abgelenkter Mikrospiegel 401 beleuchtet und das reflektierte Licht nicht in die Apertur 402 gerichtet, so dass das Licht nicht auf das Substrat 403 trifft. In 4b dagegen ist der Spiegel voll abgelenkt und das gesamte reflektierte Licht auf die Apertur gerichtet. In einer Zwischenstellung erreicht nur ein Teil des reflektierten Lichts das Substrat, was in 4c gezeigt ist. Jedoch strahlt das Licht in diesem Fall nicht symmetrisch um die optische Achse der Linse 404 und trifft schräg auf dem Substrat auf. Dabei wird der Abstand zwischen der Linse und der Substratebene ganz entscheidend, und kleine Änderungen, wie sie durch die gestrichelte Linie für die Ebene angezeigt sind, bewirken wesentliche Verschiebungen der Bildelemente auf dem Substrat. Eine Möglichkeit zur Lösung dieses Problems ist in 4d bis 4f dargestellt. Hier erfolgt eine erste Belichtung bei einem ersten Ablenkungswinkel des Mikrospiegels und anschließend eine zweite Belichtung, vorzugsweise bei gleicher Lichtstärke, bei einem zweiten Ablenkungswinkel, der zum ersten Winkel komplementär ist. Dadurch wird die Kombination von erster und zweiter Belichtung symmetrisch zur optischen Achse der Linse. Eine andere Möglichkeit der Problemlösung ist die Verwendung des Verformspiegels 401', wie es in 4g gezeigt ist, durch den das reflektierte Licht gleichmäßig über die Apertur verteilt wird. Diese letzte Abbildung könnte schematisch zwei Fälle wiedergeben, nämlich einen Phasen-SLM (nachstehend beschrieben) oder einen Ablenk-SLM, bei dem Licht von verschiedenen Teilen des Spiegels reflektiert wird.
Der Phasen-SLM kann entweder mit mikrobearbeiteten Spiegeln, sogenannten Mikrospiegeln, geschaffen werden oder mit einer durchgehenden Spiegeloberfläche auf einem Trägersubstrat, die durch ein elektronisches Signal verformt werden kann. Bei Kück 1990 wird eine von einem elektrostatischen Feld gesteuerte viskoelastische Schicht verwendet, jedoch ist es auch möglich, insbesondere bei sehr kurzen Wellenlängen, bei denen Verformungen um wenige Nanometer ausreichen, eine piezoelektrische feste Scheibe zu verwenden, die durch ein elektrisches Feld oder eine andere elektrisch, magnetisch oder thermisch gesteuerte reflektierende Oberfläche verformt wird. Für den Rest der vorliegenden Anmeldung wird eine elektrostatisch gesteuerte Mikrospiegel-Matrix (ein- oder zweidi mensional) angenommen, obwohl, wie oben beschrieben, auch andere Anordnungen möglich sind, beispielsweise durchlässige oder reflektierende SLMs, die als Modulationselemente LCD-Kristalle oder elektrooptische Materialien haben, oder mikromechanische SLMs mit Betätigung durch Piezoelektrizität oder Elektrostriktion.
Bei der Erfindung wird vorzugsweise ein Mikrospiegel verwendet, bei dem die Phasenmodulation veränderbar ist, um variable Lichtmengen an der Eintrittspupille der Projektionslinse zu erhalten. 2 zeigt einige Multi-Element-Spiegel. Die Neigungen der verschiedenen Teile der Spiegel sind nicht von Bedeutung. Das Licht wird nämlich von einem Element allein auf die Linse gerichtet, während es von einem anderen an der Pupille vorbeigelenkt wird. Die Funktion wird richtig verstanden, wenn die zusammengesetzte Amplitude, die von den einzelnen infinitesimalen Flächenelementen des Spiegels aus die Mitte der Pupille erreicht, betrachtet und über den Spiegel integriert wird. Bei geeigneter Form des Spiegels kann eine Verformung gefunden werden, bei der die Amplituden zusammen annähernd null ergeben, d.h. kein Licht in die Pupille gelangt. Dies ist der inaktive Zustand des Mikrospiegels, während ein entspannter Zustand, in dem die Spiegeloberfläche eben ist und sich die Phasen der einzelnen Amplituden addieren, der Betriebszustand ist. Zwischen den EIN- und AUS-Zuständen ist die Lichtmenge in Spiegelrichtung eine stetige, aber nichtlineare Funktion der Verformung.
Das darzustellende Muster ist normalerweise ein binäres Muster, beispielsweise ein Photomaskenmuster mit Chrom auf einem Glassubstrat. In diesem Zusammenhang bedeutet „binär", dass es keine Zwischenbereiche gibt: Ein bestimmter Punkt auf der Photomaskenoberfläche ist entweder dunkel (mit Chrom bedeckt) oder hell (ohne Chrom). Das Muster wird durch das projizierte Bild des SLM auf den Photolack belichtet, und der Photolack wird entwickelt. Moderne Lacke haben hohen Kontrast, will heißen, eine Belichtungsänderung um wenige Prozent ergibt den Unterschied zwischen vollständiger und fast keiner Entfernung des Lacks im Entwickler. Daher hat der Photolack eine Kante, die normalerweise fast senkrecht zur Substratoberfläche ist, auch wenn im Bild ein gradueller Übergang zwischen Hell und Dunkel erkennbar ist. Durch das Chromätzen wird der Kon trast noch weiter erhöht, so dass das entstehende Bild vollkommen binär ist, nämlich entweder undurchlässig oder durchlässig, ohne Zwischenbereiche.
Die Eingabedaten liegen in einem digitalen Format vor, das die Geometrie des auf die Oberfläche aufzubringenden Musters beschreibt. Die Eingabedaten liegen oft in einer sehr kleinen Adresseinheit, z.B. 1 Nanometer, vor, während die Festlegung von Pixeln im SLM auf entweder EIN oder AUS ein wesentlich gröberes Muster ergibt. Wenn ein Pixel am SLM auf einen Pixel von 0,1 μm im Bild projiziert wird, kann eine Linie nur eine Breite haben, die einer ganzzahligen Anzahl von Pixeln entspricht (n × 0,1 μm, wobei n eine ganze Zahl ist). Bis vor kurzem war ein Adressraster von 0,1 μm ausreichend, jedoch mit der Einführung der sogenannten optischen Nähekorrektur (optical proximity correction, OPC) wird ein Raster von 1-5 Nanometern wünschenswert. Bei OPC wird die Größe der Bildelemente der Maske leicht abgeändert, um vorhergesagte optische Bildfehler auszugleichen, wenn die Maske verwendet wird. Wenn beispielsweise eine Maske mit vier parallelen, 0,8 μm breiten Linien mit einem modernen Stepper mit 4-fach-Verkleinerung (einem Projektionsdrucker für Halbleiterwafer) gedruckt wird, werden sie typischerweise als Linien mit einer Breite von 0,187, 0,200, 0,200 und 0,187 μm gedruckt, obwohl sie dieselbe Breite haben sollten. Dies kann durch Simulation der Bilderzeugung vorhergesagt werden, und der Benutzer der Maske kann die OPC benutzen, um einen Ausgleich zu schaffen. Er möchte also, dass die erste und die letzte Linie der Maske 4 × 0,213 = 0,852 μm statt 0,800 μm breit sind. Bei einem Adressraster von 0,1 μm kann er die Korrektur nicht vornehmen, wohl aber bei einem Adressraster von 5 nm oder weniger.
In 5 ist das Verfahren der Bereitstellung von Daten für den SLM als Ablaufdiagramm dargestellt. In Schritt S1 werden die Musterdaten für das aufzubringende Muster in getrennte Musterfelder unterteilt. Die Musterdaten werden vorzugsweise in digitaler Form empfangen. In Schritt S2 werden die Felder dann gerastert und dadurch unterschiedlichen Belichtungswerten zugewiesen. Diese Werte werden dann in Schritt S3 hinsichtlich nichtlinearer Entsprechung und in Schritt S4 hinsichtlich der Abweichungen von Pixel zu Pixel korrigiert. Schließlich werden die Pixelwerte in Steuersignale konvertiert und an den SLM gegeben.
Die Erfindung verwendet vorzugsweise Zwischenwerte zwischen AUS und EIN, um ein feines Adressraster von z.B. 1/15, 1/25, 1/50 der Größe eines Pixels zu erzeugen. Ein Druckmerkmal besteht aus Pixeln im EIN-Zustand, hat jedoch am Rand Pixel mit Zwischenwerten. Dies geschieht durch Ansteuern der Pixel mit anderen Spannungen als den EIN- und AUS-Spannungen. Weil mehrere nichtlineare Effekte kaskadenartig auftreten (Position des Rands zu Belichtung der Pixel am Rand, Belichtung zu Verformung und Verformung zu elektrischem Feld), wird eine nichtlineare Umformung der Eingabedaten auf das elektrische Feld benötigt. Außerdem wird diese Umformung empirisch in regelmäßigen Zeitabständen kalibriert.
3 zeigt eine Anordnung von Pixeln, die sich kolbenartig auf und ab bewegen und damit eine Phasendifferenz erzeugen. Die Abbildung zeigt, wie die Pixel gesteuert werden, um die Reflektivität im Inneren zu erzeugen. Die hellen Flächen haben Pixel mit 0-Phase, während die dunklen Flächen durch Pixel mit einer Phase von abwechselnd +90 und -90 Grad erzeugt werden. Die undurchlässigen Ränder zwischen den hellen und den dunklen Flächen werden durch Phasenzwischenwerte erzeugt. Auf diese Weise kann ein Rand mit einem Phasen-SLM feinplaziert werden. Jedoch könnten auch andersartige SLM mit Zwischenwerten in gleicher Weise verwendet werden. Die Abbildungseigenschaften mit dem Phasen-SLM, der mit Zwischenwerten gesteuert wird, sind komplex, und es ist keineswegs offensichtlich, dass der Rand in 3 bewegt wird. Jedoch hat der Erfinder durch ausführliche theoretische Berechnungen und Versuche gezeigt, dass der beschriebene Effekt tatsächlich auftritt.
Um ein feineres Adressraster zu erzeugen, ist das elektronische Verarbeitungssystem darauf eingestellt, eine Art Pixelkarte innerhalb der Musterelemente und eine andere Art Pixelkarte außerhalb der Elemente sowie Zwischenpixelkarten am Rand zu erzeugen, wie in 3 gezeigt, wobei die Zwischenpixelkarte am Rand in Abhängigkeit von der Plazierung des Rands in einem Raster, das feiner ist als dasjenige der Pixel des SLM, die auf das Werkstück projiziert wurden, erzeugt wird. Der SLM und das Projektionssystem erzeugen eine Belichtungsstufe innerhalb der Musterelemente und eine andere Belichtungsstufe zwischen den Musterelementen sowie eine Zwischenbelichtungsstufe am Rand. Die Zwischen belichtungsstufe wird durch Nutzung der Fähigkeit des SLM, sich mehreren Zustände anzupassen, erzeugt.
Die Entsprechung zwischen Steuersignalen und der tatsächlichen Plazierung des Rands wird charakterisiert und korrigiert. Sie wird empirisch gemessen, und es wird eine Kalibrierungsfunktion berechnet und im Datenverarbeitungs- und -übertragungssystem gespeichert.
Zur weiteren Verbesserung der Adressauflösung, sind Träger und SLM darauf eingestellt, Belichtungsfelder in einer Richtung, die nicht parallel zum Koordinatensystem des SLM ist, sondern typischerweise 45 Grad aufweist, miteinander zu verbinden. Insbesondere die kontinuierliche Bewegung des Trägers oder des optischen Systems erfolgt in einer Richtung, die nicht parallel zum SLM ist, sondern typischerweise einen Winkel von 45 Grad mit dem Koordinatensystem des SLM bildet. Es ist auch möglich, einen SLM mit nicht senkrechten Achsen zu haben, so dass es vorteilhaft ist, wenn keine der Achsen parallel zur Bewegungsrichtung ist. Um Linienfehler durch Unvollkommenheiten bei den Spalten- und Zeilentreibern des SLM oder Linienfehler in der Matrix selbst zu unterdrücken, ist es außerdem zweckmäßig, wenn die Zeilen- und Spaltenlinien mit der Verbindungsrichtung einen Winkel bilden, d.h. den Vektor zwischen der Mitte verbundener Felder.
Eine zusätzliche Verfeinerung des Adressrasters wird erreicht durch Überlagern von mindestens zwei Belichtungen mit modifizierten Daten in der Weise, dass die Belichtungen zusammen Zwischenwerte liefern, die bei einer einzigen Belichtung nicht erzielt werden können.
Aufbau des Phasen-SLM
Bei der in 2c gezeigten Kleeblatt-Anordnung der Spiegel, die beim Stand der Technik verwendet wird, ist es möglich, Zwischenzustände zwischen AUS und EIN anzusteuern. Wenn jedoch die integrierte zusammengesetzte Amplitude als Funktion der Verformung aufgetragen wird, zeigt sich, dass sie nie ganz null wird, sondern Null umkreist, so dass ein Mindestreflexionsvermögen ungleich null mit wechselndem Phasenwinkel gegeben ist. Das wird in 7 schematisch mit der Linie 701 dargestellt, wobei 703 die Position eines bestimmten Verformungswerts anzeigt und ϕ der zugehörige Phasenwinkel ist. Die gründliche Analyse eines Bildes, bei dem einige Pixel den Zwischenzustand einnehmen, zeigt, dass die Position der Ränder im fertigen Bild bei Fokussierung nicht gleich bleibt, wenn der integrierte Phasenwinkel der Randpixel nicht null ist. Das ist der Beugungseffekt, der zu dem in 4 gezeigten Spiegeleffekt analog ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden neuartige Pixel mit schwenkbaren Elementen verwendet. Beispiele für solche Elemente sind in 2e bis 2h gezeigt. Wenn die Elemente geschwenkt werden, bewegt sich ein Ende zur Lichtquelle hin und das andere davon weg, so dass die Phase im Durchschnitt nahe null bleibt. Dies ist in 7 mit der gestrichelten Linie 702 schematisch dargestellt. Bei der Kleeblattanordnung gibt es außerdem das Problem einer inneren Spannung, die während der Herstellung entsteht. Durch diese Spannung kann eine teilweise Verformung eintreten, ohne dass ein elektrisches Feld anliegt. Die innere Verformung ist nicht bei jedem Pixel absolut gleich, weil sie von Unzulänglichkeiten während der Fertigung abhängt. Bei der Kleeblattanordnung erzeugt dieser Unterschied zwischen den einzelnen Pixeln Schwankungen erster Ordnung des Reflexionsvermögens. Bei Pixelzellen, die mit schwenkbaren Elementen erzeugt werden, stellt sich derselbe Effekt ein, jedoch ein Effekt zweiter Ordnung. Damit hat das projizierte Bild größere Gleichmäßigkeit.
Die Gestaltung der Modulationselemente und das Belichtungsverfahren sind darauf abgestellt, für unterschiedlich angeordnete und/oder unterschiedlich ausgerichtete Ränder im Muster Symmetrie in der Blende des Projektionssystems zu erzeugen. Inhärente Asymmetrie bei Rändern, die an unterschiedlichen Positionen relativ zum Pixelraster liegen, kann reduziert werden, indem mindestens zwei Bilder miteinander überlagert werden, bei denen das Pixelraster relativ zum Muster unterschiedlich angeordnet ist.
Bei einem Ablenk-SLM bezieht sich die Symmetrie auf die Helligkeitsverteilung in der Blende. Am besten sind Modulationselemente, die das Licht symmetrisch zur Blendenmitte ablenken, oder es können miteinander überlagerte Belichtungen mit komplementärer Ablenkung verwendet werden, um Symmetrie zu erzeugen.
Mit Modulationselementen mit steuerbarer Ablenkung kann eine gleichbleibende geometrische Beziehung zwischen der Ablenkung an einem Randpixel und dem Rand erzeugt werden, d.h. sie kann in eine zum Rand senkrechte Richtung ins Innere der Musterelemente gerichtet werden.
Mit einem Beugungs-SLM ist es möglich, Symmetrie herzustellen, indem Belichtungen mit entgegengesetzten Phasenkarten miteinander überlagert werden. Die Symmetrie kann aufrechterhalten werden, wenn die zusammengesetzte Amplitude überall im SLM real ist und die Pixel in der Weise dargestellt werden können, dass die integrierte zusammengesetzte Amplitude im wesentlichen real ist und Werte im Bereich von -1 bis 1 aufweist. Oft sind Amplituden im Bereich von -0,5 bis 1 ausreichend. Dies ist bei den quadratischen schwenkbaren Mikrospiegelelementen von 2e, f, g, h der Fall.
Wenn zum Druck in Hintergrundsbereichen eine kleine negative Amplitude genommen wird, kann die Auflösung verbessert werden. In einem komplexeren System ist es möglich, Gruppen von benachbarten Pixeln zusammen ins Bild zu bringen und nach dem Filtern durch das Abbildungssystem die gewünschte reale Amplitude zu erhalten.
Zur Aufrechterhaltung der Symmetrie ist es vorteilhaft, wenigstens 2-fache Symmetrie und vorzugsweise 4-fache Symmetrie zu haben. Für Pixel, die keine inhärente Rotationssymmetrie haben, kann Symmetrie durch Überlagerung mehrerer Belichtungen hergestellt werden. Zur Verbesserung der Auflösung können außerdem eine Pixelanordnung oder eine Belichtungsfolge verwendet werden, die eine gesteuerte reale Amplitude ergeben. Dunklen Linien kann ein Extrakontrast verliehen werden, wenn sie zwischen Bereiche mit entgegengesetzter Phase gesetzt werden, und der Rand eines Musterelements kann verbessert werden, indem benachbarte Pixel innerhalb des Musterelements auf höhere positive Amplituden oder außerhalb des Musterelements auf negative Amplituden getrieben werden.
Bildverbesserungen
Die schwenkbare Ausführung hat noch einen dritten Vorteil: Bei Kleeblattanordnung kann keine vollständige Auslöschung erreicht werden, während die Geometrie einer schwenkbaren Zelle leichter so gestaltet werden kann, dass vollständige Auslöschung erreicht wird, oder sogar der Nullpunkt durchschritten wird und sich dann eine geringe Reflexion größer null, jedoch mit umgekehrter Phase ergibt. Bei besserer Auslöschung besteht größere Freiheit beim Drucken sich überlagernder Belichtungen, während die Ausführung mit einem kleinen negativen Wert 702 eine größere Linearität und annähernde Auslöschung ergibt. Durch Drucken mit einer schwachen Belichtung von etwa 5 % in den dunklen Flächen, aber mit umgekehrter Phase können eine um 15 bis 30 % höhere Randschärfe erreicht und mit ein und derselben Linse kleinere Bildelemente gedruckt werden. Das ist analog zu den sogenannten dämpfenden Phasenverschiebungsmasken, die in der Halbleiterindustrie verwendet werden. Ein verwandtes Verfahren zur Erhöhung der Kantenschärfe besteht darin, die Pixel innerhalb eines Musters auf einen niedrigeren Wert zu setzen und die Pixel am Rand auf einen höheren Wert. Damit wird eine neuartige Bildverbesserung erzielt, die bei der gängigen Projektion von Maskenmustern oder mittels der Projektoren nach Nelson und Kück nicht möglich ist. Die Kombination einer negativen Amplitude ungleich null im Hintergrund mit einer stärkeren Belichtung an den Rändern muss der Erzeugung eines feinen Adressrasters durch das Setzen der Randpixel auf Mittelwerte nicht entgegenstehen, weil die Effekte additiv oder wenigstens berechenbar sind. Wenn die Pixel wesentlich kleiner sind als das zu druckende Muster, besteht eine Kombination von Pixelwerten, die alle Effekte gleichzeitig erzeugt. Ihre Ermittlung erfordert mehr Rechenleistung als die Erzeugung eines feinen Adressrasters allein, jedoch kann die Möglichkeit, kleinere Merkmale zu drucken bei einigen Anwendungen der Erfindung einen so hohen Wert haben, dass die zusätzliche Leistung gerechtfertigt ist.
Im Fall eines einteiligen Spiegels auf einer viskoelastischen Schicht erfolgt ein inhärenter Ausgleich der durchschnittlichen Phase auf null. Simulationen haben gezeigt, dass die Steuerung auf Zwischenwerte zur Feinpositionierung von Merkmalsrändern auch beim einteiligen Spiegel funktioniert. Die Nichtlinearität ist kleiner als bei Mikrospiegeln. Damit das Verfahren gut funktioniert, muss das kleinste Merkmal jedoch größer sein als bei Mikrospiegeln, d.h. eine größere An zahl angesteuerter Pixel pro Auflösungselement haben. Damit ergeben sich ein größerer SLM und eine größere Datenmenge für ein bestimmtes Muster. Aus diesem Grund wurden beim ersten und beim zweiten Ausführungsbeispiel Mikrospiegel gewählt.
Bei der Erfindung wird aus zwei Gründen ein Pixel mit rotationssymmetrischer Verformung (mindestens Zweifachsymmetrie, bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel Vierfachsymmetrie) verwendet: zur symmetrischen Beleuchtung der Blende der Projektionslinse und zur Herstellung der Unempfindlichkeit des Bildes gegenüber Drehung. Letzteres ist wichtig zum Drucken eines Zufallslogikmusters auf einen Halbleiterwafer. Wenn xy-Asymmetrie besteht, haben die Transistoren entlang der x-Achse eine andere Verzögerung als diejenigen entlang der y-Achse, und die Schaltung kann eine Funktionsstörung haben, oder sie kann nur mit langsamerer Taktfrequenz betrieben werden. Durch die zwei Erfordernisse der Bildinvarianz bei Fokussierung und der Symmetrie zwischen x und y ist es äußerst wichtig, im optischen System Symmetrie zu schaffen und beizubehalten. Die Symmetrie kann inhärent sein oder durch gezielten Ausgleich von Asymmetrien hergestellt werden, beispielsweise durch Einsatz mehrerer Belichtungen mit komplementärer Asymmetrie. Da jedoch mehrere Belichtungen zu einem geringeren Durchsatz führen, sind Layouts mit inhärenter Symmetrie stark bevorzugt.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele
Das erste bevorzugte Ausführungsbeispiel ist ein Mustergenerator mit starker UV-Strahlung für Photomasken unter Verwendung eines SLM mit 2048 × 512 Mikrospiegeln. Die Lichtquelle ist ein KrF-Excimer-Laser mit gepulstem Ausgang bei 248 nm, einer Pulsdauer von etwa 10 ns und einer Wiederholungsrate von 500 Hz. Der SLM hat eine Aluminiumoberfläche, die mehr als 90 % des Lichts reflektiert. Der SLM wird über einen strahlzerhackenden Illuminator vom Laser beleuchtet, und das reflektierte Licht wird auf die Projektionslinse und weiter auf die lichtempfindliche Oberfläche gerichtet. Der auftreffende Strahl vom Illuminator und der ausgehende Strahl zur Linse werden von einem halbdurchlässigen Strahlteilerspiegel getrennt. Vorzugsweise ist der Spiegel polarisationsselektiv und verwendet der Illuminator polarisiertes Licht, dessen Polarisationsrichtung durch eine Viertelwellenplatte vor dem SLM geschaltet wird. Zur x- und y-Symmetrie bei großer NA muss das Bild symmetrisch polarisiert werden und erzeugt eine zweite Viertelwellenplatte zwischen dem Strahlteiler und der Projektionslinse ein zirkulär polarisiertes Bild. Eine einfachere Anordnung ist die Verwendung eines nicht polarisierenden Strahlteilers, wenn die Laserpulsenergie dies erlaubt. Die Viertelwellenplatte nach dem zweiten Durchgang durch den Strahlteiler ist trotzdem von Vorteil, weil dann die Gestaltung der Strahlteilungsbeschichtung weniger entscheidend ist. Die allereinfachste Anordnung ist ein schräger Lichteinfall auf den SLM, so dass der Strahl vom Illuminator und der Strahl zur Projektionslinse geometrisch getrennt werden, wie in 1 gezeigt.
Die Mikrospiegelpixel messen 20 × 20 μm, und die Projektionslinse hat eine 200-fache Verkleinerung, so dass ein Pixel am SLM 0,1 μm im Bild entspricht. Die Linse ist eine monochromatische DUV-Linse mit einer NA von 0,8, was eine Punktaufweitungsfunktion von 0,17 μm FWHM ergibt. Die schwächsten Linien, die in guter Qualität geschrieben werden können, sind 0,25 μm dick.
Das Werkstück, z.B. eine Photomaske, wird mit einem interferometergesteuerten Träger unter die Linse gefahren, und die Interferometerlogik gibt an den Laser das Signal, einen Lichtblitz auszusenden. Weil der Lichtblitz nur 10 ns dauert, ist jede Bewegung des Trägers während der Belichtung gesperrt, und es wird ein 204,8 × 51,2 μm großes Bild des SLM gedruckt. 2 Millisekunden später hat sich der Träger um 51,2 μm weiterbewegt, und es wird ein neuer Lichtblitz abgegeben und ein neues Bild des SLM Kante an Kante mit dem ersten gedruckt. Zwischen den Belichtungen hat das Dateneingabesystem ein neues Bild in den SLM geladen, so dass aus den aneinandergereihten Blitzaufnahmen ein größeres Muster zusammengesetzt wird. Wenn eine komplette Spalte geschrieben ist, wandert der Träger in senkrechter Richtung weiter, und es wird eine neue Reihe begonnen. Auf diese Weise können Muster beliebiger Größe geschrieben werden, wenngleich das erste bevorzugte Ausführungsbeispiel typischerweise Muster schreibt, die 125 mm × 125 mm groß sind. Das Schreiben von Mustern dieser Größe dauert 50 Minuten zuzüglich der Zeit zum Verfahren zwischen aufeinanderfolgenden Spalten.
Jedes Pixel kann auf 25 Stufen (plus null) gesteuert werden, so dass ein Pixel von 0,1 μm in 25 Inkremente zu je 4 Nanometern interpoliert wird. Die Datenkonvertierung nimmt die geometrische Musterbeschreibung und überträgt sie in eine Karte, wobei die Pixel auf AUS, EIN oder Zwischenreflexion gesetzt sind. Der Datenpfad muß den SLM mit 2048·512·500 Dateneinheiten pro Sekunde, in der Praxis mit 524 Mbytes Pixeldaten pro Sekunde, versorgen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die beschreibbare Fläche maximal 230 × 230 mm groß, was bis zu maximal 230/0,0512 = 4500 Lichtblitze pro Spalte ergibt, die in 4500/500 = 9 Sekunden geschrieben wird. Die für eine Spalte benötigte Pixeldatenmenge beträgt 9 × 524 = 4800 Mb. Um die übertragene und zwischengespeicherte Datenmenge zu reduzieren, wird ein Komprimierungsformat verwendet, ähnlich wie bei Sandström et al. 90, jedoch mit dem Unterschied, dass anstelle von Segmenten mit einer Länge und einem Wert eine Pixelkarte komprimiert wird. Eine brauchbare Alternative ist die sofortige Erstellung einer Pixelkarte und die Verwendung handelsüblicher Hardwareprozessoren zur Komprimierung und Dekomprimierung, um die zu übertragende und zwischenzuspeichernde Datenmenge zu reduzieren. Selbst bei Datenkompression ist es durch die Datenmenge einer vollständigen Maske äußerst unpraktisch, voraufbereitete Daten auf Diskette zu speichern, jedoch müssen die Pixeldaten erzeugt werden, wenn sie verwendet werden. Eine Anordnung von Prozessoren rastert das Bild parallel in das komprimierte Format und überträgt die komprimierten Daten in eine Erweiterungsschaltung, die den SLM mit Pixeldaten speist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel rastern die Prozessoren unterschiedliche Teile des Bilds und speichern das Ergebnis, bevor sie es in den Eingabepuffer der Erweiterungsschaltung überfragen.
Zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel
Bei einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Laser ein ArF-Excimer-Laser mit einer Wellenlänge von 193 nm und einer Pulsfrequenz von 500 Hz. Der SLM hat 3072×1024 Pixel von 20 × 20 μm und die Linse eine 333-fache Verkleinerung, was einen projizierten Pixel von 0,06 μm ergibt. Es gibt 60 Zwischenwerte, und das Adressraster ist 1 Nanometer. Die Punktaufweitungs funktion ist 0,13 μm und die schmalste Linie 0,2 μm. Der Datenfluss beträgt 1572 Mbytes/s und eine 230 mm lange Spalte enthält 11,8 Gb Daten.
Ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist identisch mit dem zweiten abgesehen davon, dass die Pixelmatrix um 45 Grad gedreht ist und das Pixelraster 84 μm beträgt, was einen Abstand von 0,06 μm in x- und y-Richtung zwischen den projizierten Pixeln ergibt. Der Laser ist ein ArF-Excimer-Laser, die Linse hat eine 240-fache Verkleinerung. Wegen der gedrehten Matrix ist die Pixeldichte in der Matrix kleiner und ist die Datenmenge nur halb so groß wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel, jedoch mit derselben Adressauflösung.
Abweichungen zwischen den Laserblitzen
Der Excimer-Laser hat zwei unerwünschte Eigenschaften, nämlich Energieschwankungen von 5 % zwischen den Lichtblitzen und ein Zeitgitter von 100 ns von Blitz zu Blitz. Bei den bevorzugten Ausführungsbeispielen werden beide auf die gleiche Weise ausgeglichen. Mit 90 % Energie wird eine erste Belichtung des gesamten Musters erstellt. Die tatsächliche Blitzenergie und der Zeitpunkt jedes Blitzes werden aufgezeichnet. Eine zweite Belichtung wird mit nominell 10 % Belichtung und mit der Analogmodulation erstellt, die verwendet wird, um je nach dem tatsächlichen Wert der ersten Belichtung eine zweite Belichtung von 5 bis 15 % zu erhalten. Entsprechend kann ein absichtlicher Zeitversatz bei der zweiten Belichtung das Zeitgitter der ersten Belichtung kompensieren. Die zweite Belichtung kann Fehler der ersten Belichtung voll ausgleichen, erzeugt jedoch selbst neue Fehler der gleichen Art. Weil es sich im Mittel nur um 10 % der Gesamtbelichtung handelt, werden beide Fehler durch einen Faktor 10 wirksam reduziert. In der Praxis hat der Laser eine Zeitunbestimmtheit von weit mehr als 100 ns, weil der Lichtpuls mit Verzögerung nach dem auslösenden Impuls kommt; diese Verzögerung schwankt jeweils um ein paar Mikrosekunden. Innerhalb einer kurzen Zeitspanne bleibt die Verzögerung eher gleich. Deshalb wird die Verzögerung kontinuierlich gemessen, und die letzten Verzögerungswerte werden nach geeigneter Filterung zur Vorhersage der nächsten Pulsverzögerung und zur Positionierung des Auslöserimpulses verwendet.
Auch Trägerfehler können auf die gleiche Weise korrigiert werden, und zwar indem sie aufgezeichnet werden und der Träger bei der zweiten Belichtung mit einer Ausgleichsbewegung verfahren wird. Alle messbaren Plazierungsfehler können auf diese Weise im Prinzip teilweise oder vollständig korrigiert werden. Es wird ein schneller Servomotor benötigt, um den Träger bei der zweiten Belichtung an die berechneten Punkte zu fahren. Stand der Technik ist es, den SLM selbst auf einem Träger mit kleinem Weg und kurzer Ansprechzeit zu montieren und ihn zur Feinpositionierung des Bildes zu verwenden. Eine andere, gleich zweckmäßige Vorgehensweise ist die Verwendung eines Spiegels mit piezoelektrischer Steuerung im optischen System zwischen SLM und Bildoberfläche, wobei die Wahl zwischen diesen beiden auf Grund praktischer Überlegungen getroffen wird. Möglich ist auch, die Daten in einem Belichtungsfeld mit einem Positionsversatz zu versehen und das Bild dadurch seitwärts zu bewegen.
Die zweite Belichtung erfolgt vorzugsweise mit einem Dämpfungsfilter zwischen Laser und SLM, so dass der volle Dynamikbereich des SLM innerhalb von 0 bis 15 % der nominellen Belichtung genutzt werden kann. Bei 25 Zwischenstufen kann die Belichtung in Schritten von 15 % × 1/25 = 0,06 % angepasst werden.
Das Ansprechverhalten ändert sich durch Unvollkommenheiten bei der Herstellung und möglicherweise auch durch Alterung geringfügig von Pixel zu Pixel. Daraus ergibt sich eine unerwünschte Inhomogenität des Bildes. Bei sehr hohen Anforderungen an das Bild kann es erforderlich sein, jedes Pixel durch Multiplikation mit dem Umkehrwert der Pixelansprechempfindlichkeit, die in einem Tabellenspeicher gespeichert ist, zu korrigieren. Noch besser ist die Anwendung eines Polynoms mit zwei, drei oder mehr Termen auf jedes Pixel. Das kann in Hardware in der Logik erfolgen, die den SLM treibt.
Bei einem komplizierteren bevorzugten Ausführungsbeispiel werden bei der zweiten Korrekturbelichtung mehrere Korrekturen vorgenommen, nämlich bei der Abweichung von Lichtblitz zu Lichtblitz, am Blitzdauergitter sowie auch bei den bekannten Unterschieden im Ansprechverhalten der Pixel. Solange die Korrekturen klein sind, d.h. jeweils nur ein paar Prozent ausmachen, addieren sie sich in etwa linear, so dass sie einfach addiert werden können, bevor sie auf den SLM angewendet werden. Die Summe wird mit dem Wert der gewünschten Belichtungsstärke beim entsprechenden Pixel multipliziert.
Alternative Beleuchtungsquellen
Der Excimer-Laser hat eine begrenzte Pulswiederholfrequenz (prf) von 500 bis 1000 Hz, je nach Wellenlänge und Lasertyp. Dadurch ergeben sich große Bereiche mit Anschlusskanten sowohl in x- als auch in y-Richtung. Bei zwei anderen bevorzugten Ausführungsbeispielen wird der SLM mit einem gepulsten Laser mit viel höherer prf, z.B. einem gütegeschalteten (upconverted) Festkörperlaser, und mit einer Strichlaserquelle, die die Oberfläche des SLM abtastet, beleuchtet, so dass ein Teil des SLM mit neuen Daten gespeist wird, während ein anderer Teil gedruckt wird. In beiden Fällen unterscheiden sich die Kohärenzeigenschaften der Laser von denen des Excimerlasers, und es wird eine umfassendere Strahlzerhacker- und Kohärenzsteuerung benötigt, z.B. mehrere parallele Lichtwege mit unterschiedlich langer Strecke. Bei manchen Umsetzungen der Erfindung reicht das von einer Blitzlampe abgegebene Licht aus und kann als Lichtquelle verwendet werden. Der Vorteil liegt in den geringen Kosten und in den guten Kohärenzeigenschaften.
Mit dem bevorzugten Ausführungsbeispiel mit Abtastbeleuchtung werden zwei Probleme gelöst, nämlich die zeitlichen und die Energie-Schwankungen von Puls zu Puls, weil die Abtastung vollgesteuert erfolgt, wobei vorzugsweise ein elektrooptischer Scanner, z.B. ein akustooptischer oder elektrooptischer Scanner, verwendet wird, und viele Strichlaser zeigen geringere Energieschwankungen als gepulste Laser. Außerdem wird mit Strichlasern eine andere Auswahl von Wellenlängen bereitgestellt und sind Strichlaser weniger gefährlich für das Auge als gepulste Laser. Am wichtigsten jedoch ist die Möglichkeit, mit einer Matrix von nur wenigen Linien wesentlich höhere Datenraten zu erzielen, weil das Abtasten nicht kritisch ist und mit einer Wiederholungsrate von 100 kHz oder mehr erfolgen kann. Das Abtasten mit dem Beleuchtungsstrahl ist außerdem eine Möglichkeit, eine sehr gleichmäßige Beleuchtung zu erzielen, was ansonsten schwierig ist.
Bei manchen Ausführungsbeispielen ist es möglich und machbar, eine Blitzlampe als Beleuchtungsquelle zu verwenden.
EUV
Lichtquellen für EUV basieren auf Strahlung aus einem Teilchenbeschleuniger, einer Magnet-Plasma-Pinch-Maschine oder der Erwärmung eines kleinen Tropfens Materie auf eine extrem hohe Temperatur mit einem hochenergetischen Laserimpuls. In jedem Fall ist die Strahlung gepulst. Die EUV-Strahlung breitet sich nur im Vakuum aus und kann nur durch reflektierende Optik fokussiert werden. Ein typischer Mustergenerator mit SLM hat ein kleines Belichtungsfeld und geringe Anforderungen an die Lichtenergie. Daher ist das optische System im Vergleich mit einem EUV-Stepper sehr einfach, wodurch es möglich wird, mehr Spiegel und eine größere NA zu verwenden als bei einem Stepper. Es wird vorausgesetzt, dass eine Linse mit großer NA ein ringförmiges Belichtungsfeld hat und die Form des SLM voll an ein solches Feld angepasst werden kann. Bei einer Wellenlänge von 13 nm und einer NA von 0,25 ist es möglich, Linien zu belichten, die nur 25 nm breit sind, oder sogar Linien, die weniger als 20 nm breit sind, wenn die nachstehend beschriebene Bildverbesserung eingesetzt wird. Diese Auflösung und gleichzeitig die Schreibgeschwindigkeit, die durch die Parallelität des SLM möglich wird, werden von keiner anderen bekannten Schreibtechnik erreicht.
Randüberlappung
Da bei jedem Lichtblitz ein zweidimensionales Feld gedruckt wird und die Felder Kante an Kante aneinandergesetzt werden, ist das Aneinandersetzen sehr wichtig. Die Verschiebung eines Feldes um nur wenige Nanometer erzeugt Musterfehler an der betreffenden Kante, die sichtbar sind und möglicherweise die Funktion einer mit der Maske hergestellten elektronischen Schaltung beeinträchtigen. Die unerwünschten Kanteneffekte können wirksam reduziert werden, indem ein und dasselbe Muster in mehreren Durchgängen, jedoch mit Versatz der Kanten zwischen den Durchgängen, gedruckt wird. Wenn das Muster viermal gedruckt wird, tritt der Kantenfehler an vier Positionen auf, jedoch um ein Viertel schwä cher. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Möglichkeit von Zwischenbelichtungen zusammen mit einem Überlappungsstreifen zwischen den Feldern genutzt. Die Werte werden während der Rasterung berechnet, obwohl dies auch während der Dekomprimierung der komprimierten Daten geschehen könnte. Die Randüberlappung reduziert Randfehler mit weit weniger Nachteilen für den Durchsatz als das Drucken mit mehreren Durchgängen.
Beleuchtungsänderung
Beim ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt die Beleuchtung des SLM mittels eines Excimerlasers und eines Lichtzerhackers wie einer Fliegenaugenlinsenanordnung, um eine Beleuchtung zu erzeugen, die derjenigen durch eine kreisförmige selbstleuchtende Oberfläche in der Blendenebene des Illuminators ähnelt. Um die Auflösung beim Drucken mit einem bestimmten Projektionssystem zu erhöhen, kann die Beleuchtung geändert werden. Im einfachsten Fall werden Blendenfilter, z.B. mit vierpolförmiger oder ringförmiger Durchlassfläche, in die Blendenebene des Illuminators gebracht. In komplizierteren Fällen wird ein und dasselbe Feld mehrmals gedruckt. Zwischen den Belichtungen können mehrere Parameter geändert werden, beispielsweise der Fokus in der Bildebene, das Beleuchtungsmuster, die dem SLM zugeführten Daten und der Blendenfilter in der Blendenebene der Projektionsoptik. Insbesondere durch synchronisierte Änderung von Beleuchtung und Blendenfilter kann eine höhere Auflösung erzielt werden, am besten, wenn die Blende eine sektorförmige Durchlassfläche hat und die Beleuchtung in einer Flucht steht, so dass das nicht gebeugte oder gebrochene Licht auf einen absorbierenden Fleck beim Scheitelpunkt des Sektors trifft.
Linearisierung des Ansprechverhaltens
Für die Linearisierung der Transferfunktion von den Daten zur Rand- bzw. Kantenanordnung gibt es im wesentlichen drei Herangehensweisen:

– Berücksichtigung der Nichtlinearität in der Datenkonvertierungseinheit und Erzeugung von beispielsweise 8-Bit-Pixel-Werten in der Datenkon vertierungseinheit sowie die Verwendung von DACs mit derselben Auflösung zum Treiben des SLM. Das ist in 8a schematisch dargestellt, wobei R Relaissignale sind und C Kondensatoren, die auf jedem Matrixelement des SLM vorgesehen sind. Der SLM ist durch die gestrichelte Linie angezeigt.
– Erzeugung digitaler Werte mit weniger Werten, z.B. 5 Bits oder von bis zu 32 Werten und ihre Übertragung in einen 8-Bit-Wert in einer Nachschlagtabelle (LUT) mit anschließender Einspeisung der 8-Bit-Werte in die DACs.
– Verwendung eines 5-Bit-Werts und von Halbleiterschaltern zum Wählen einer DC-Spannung, die von einem oder mehreren hochauflösenden DAC erzeugt wird. Dies ist schematisch in 8b dargestellt.

In jedem dieser Fälle ist es möglich, eine empirische Kalibrierungsfunktion in der Weise zu messen, dass das Ansprechen auf der Platte linearisiert ist, wenn die Funktion auf die Datenkonvertierungseinheit bzw. die LUT bzw. die DC-Spannungen angewendet wird.
Welches Linearisierungsschema verwendet werden sollte, ist abhängig von der Datenrate, den Präzisionsanforderungen und von der jeweils verfügbaren Schaltungstechnik, die sich im Lauf der Zeit ändern kann. Derzeit ist die Datenkonvertierungseinheit ein Engpass, so dass die Linearisierung in der Datenkonvertierungseinheit keine bevorzugte Lösung ist, ebenso wenig wie die Erzeugung von 8-Bit-Pixelwerten. Schnelle DACs sind teuer und Stromfresser, so dass die beste Lösung darin besteht, Gleichspannungen zu erzeugen und Schalter zu verwenden. Dann ist es möglich, eine sogar noch bessere Auflösung als 8 Bit zu verwenden.
Beschreibung eines bevorzugten Mustergenerators
Gemäß 6 umfaßt ein Mustergenerator einen SLM 601 mit Einzel- und Mehr-Pixel-Ansteuerung, eine Beleuchtungsquelle 602, einen Strahlzerhacker 603, ein optisches Abbildungsystem 604, einen Feinpositionierungssubstratträger 605 mit Interferometer-Positionssteuersystem 606 und ein Datenverarbeitungssystem 607 aus Hardware und Software für den SLM. Für die ordnungsgemäße Funktion und die einfache Handhabung besitzt es auch eine umgebende Klimakammer mit Temperatursteuerung, Substratladesystem, Software für die zeitliche Abstimmung von Trägerbewegung und Auslösung des Belichtungslasers zur optimalen Plazierung des Musters sowie eine Software-Benutzerschnittstelle.
Die Beleuchtung im Mustergenerator erfolgt mit einem KrF-Excimer-Laser, der 10 bis 20 Nanosekunden lange Lichtblitze im UV-Bereich mit einer Wellenlänge von 248 Nanometern abgibt, wobei die Bandbreite der natürlichen Strichstärke eines Excimerlasers entspricht. Um eine Musterverzerrung auf dem Substrat zu verhindern, wird das Licht vom Excimerlaser gleichmäßig über die SLM-Oberfläche verteilt, und hat das Licht eine Kohärenzlänge, die ausreichend kurz ist, damit auf dem Substrat keine Laserflecken entstehen. Um diese beiden Ziele zu erreichen, wird ein Strahlzerhacker verwendet. Er teilt den Strahl aus dem Excimerlaser in mehrere Strahlwege unterschiedlicher Länge auf und addiert sie dann, um die räumliche Kohärenzlänge zu reduzieren. Der Strahlzerhacker besitzt außerdem einen Strahlhomogenisator, der aus einem Linsensystem besteht, das einen Satz Fliegenaugenlinsen enthält, die das Licht von jedem Punkt des Laserstrahls aus dem Excimerlaser gleichmäßig über die SLM-Oberfläche verteilen, so dass sich eine Lichtverteilung in „Hutform" ergibt. Dieses Zerhacken, Homogenisieren und Reduzieren der Kohärenz ist bei allen SLM-Druckern von Vorteil. Je nach den Gegebenheiten können Ausführungsformen mit Strahlteilern und -kombinatoren, Beugungselementen, optischen Fasern, Kaleidoskopen, Lenslet Arrays, Prismen oder Prismengruppen oder Ulbricht-Kugeln oder einer Kombination von anderen ähnlichen Elementen verwendet werden, die den Strahl teilen und wieder zusammenführen, um eine Vielzahl gegenseitig inkohärenter Lichtfelder zu erzeugen, die auf dem SLM auftreffen.
Das Licht vom SLM wird abwärts auf das Substrat auf dem Substratträger übertragen und abgebildet. Dies geschieht über ein Schlierensystem, wie es von Klick beschrieben wird. Eine Linse l₁ mit der Brennweite f₁ ist im Abstand f₁ zum SLM angeordnet. Eine weitere Linse l₂ mit der Brennweite f₂ ist im Abstand 2 × f₁ + f₂ zum SLM angeordnet. Das Substrat hat dann vom SLM einen Abstand von 2 × f₁ + 2 × f₂. Im Abstand 2 × f₁ vom SLM befindet sich eine Apertur 608, deren Größe die numerische Apertur (NA) des Systems und damit die Mindestgröße der Musterelemente, die auf das Substrat geschrieben werden können, bestimmt. Um kleine Mängel im optischen System und bei der Ebenheit des Substrats auszugleichen, ist noch ein Fokussierungssystem vorhanden, das die Linse l₂ in z-Richtung mit einer Positionsspanne von 50 Mikrometern dynamisch positioniert, um den Brennpunkt optimal einzustellen. Außerdem ist das Linsensystem wellenlängenkorrigiert für Beleuchtungswellenlängen von 248 Nanometern und hat eine Bandbreitentoleranz für das Beleuchtungslicht von wenigstens ± 1 Nanometer. Das Beleuchtungslicht wird unter Einsatz eines Strahlteilers 609, der unmittelbar über der Linse l₁ angeordnet wird, in das abbildende optische System reflektiert. Mit einem Verkleinerungsfaktor von 250 und einer NA von 0,62 ist es möglich, bis zu 0,2 Mikrometer kleine Musterelemente bei guter Musterqualität zu belichten. Bei 32 Stufen von jedem SLM-Pixel beträgt die kleinste Rastergröße 2 Nanometer.
Der Mustergenerator hat einen Substratträger zur Feinpositionierung mit Interferometer-Positionssteuersystem. Er besteht aus einem luftgelagerten verfahrbaren xy-Tisch 605 aus Zerodur mit minimaler Wärmeausdehnung. Ein Servosystem mit Interferometer-Positionsrückmeldemesssystem 606 steuert die Trägerposition in jeder Richtung. In einer Richtung, nämlich der y-Richtung, hält das Servosystem den Träger in fixierter Position, und in der anderen Richtung, nämlich der x-Richtung, bewegt sich der Träger mit gleichbleibender Geschwindigkeit. Das Interferometer-Positionsmeßsystem wird in x-Richtung zum Auslösen der Belichtungslaserblitze verwendet, damit die Position zwischen den einzelnen Bildern des SLM auf dem Substrat gleich bleibt. Wenn das Substrat mit einer ganzen Reihe SLM-Bilder belichtet ist, fährt der Träger in die Ausgangsposition in x-Richtung zurück und bewegt sich um einen SLM-Bild-Schritt in y-Richtung, um das Substrat mit einer weiteren Reihe SLM-Bilder zu belichten. Dieser Vorgang wird so oft wiederholt, bis das gesamte Substrat belichtet ist.
Die SLM-Bilder überlagern sich mit einer Reihe von Pixeln in x- und y-Richtung, und das Belichtungsdatenmuster wird lokal in den Überlagerungspixeln modifi ziert, um einen Ausgleich für die höhere Anzahl von Belichtungen zu schaffen, die zu derartigen Überlappungsbereichen führen.
Unterschiede in der Pulsstärke des Excimerlasers werden dadurch ausgeglichen, dass das Muster in zwei Durchgängen belichtet wird, wobei der erste Durchgang bei einer Stärke erfolgt, die nominell 90 % der korrekten Stärke entspricht. Beim ersten Durchgang wird die tatsächliche Stärke eines jeden Laserblitzes gemessen und gespeichert. Beim zweiten Durchgang wird dann auf der Basis der gemessenen Intensitätswerte des ersten Durchgangs die richtige Stärke für jede SLM-Bild-Belichtung verwendet. Auf diese Weise ist es möglich, den Einfluß von Pulsstärkenschwankungen des Excimerlasers um eine Größenordnung zu reduzieren.
Die Funktionsweise des SLM wird an anderer Stelle dieser Beschreibung ausführlich beschrieben. Er hat 2048×256 Pixel bei einer Pixelgröße von 16 Mikrometern, und es ist möglich, innerhalb von 1 Millisekunde alle Pixel anzusteuern. Der SLM wird auf einem Feinjustierungsträger befestigt. Dieser Feinjustierungsträger ist zwischen den einzelnen Blitzbelichtungen um 100 Mikron in x- und y-Richtung mit einer Genauigkeit besser 100 Nanometer verfahrbar. Die Feinjustierung des SLM dient der Korrektur von Positionsungenauigkeiten des Substratpositionierungsträgers, um Musteranschlussfehler weiter zu reduzieren. Zusätzlich zur xy-Positionierung ist der SLM-Träger drehbar, damit ein Muster auf einem Substrat unter einem anderen Winkel als dem vom Substratträger-Koordinatensystem vorgegebenen belichtet werden kann. Der Zweck einer solchen Drehung ist es, die Möglichkeit einer Ausrichtung von Substraten zu schaffen, die bereits ein Muster tragen, dem jedoch weitere Merkmale hinzugefügt werden sollen. Die genaue Position des auf den Träger geladenen Substrats kann mittels eines achsversetzten optischen Kanals bzw. einer CCD-Kamera gemessen werden, die durch die Linse blicken, um für eine Reihe von Ausrichtungsmarken auf dem Substrat die Systemkoordinaten zu ermitteln. Während der Belichtung wird die Trägerposition dann auf der Grundlage der für die Ausrichtungsmarken gemessenen Positionen in x- und y-Richtung korrigiert. Die Drehausrichtung wird erreicht, indem das Trägerservosystem verwendet wird, das dem gedrehten Koordinatensystem folgt, und auch der SLM- Feinjustierungsträger in der beschriebenen Weise gedreht wird. Die Möglichkeit der Drehung des SLM ermöglicht auch das Schreiben in einem verzerrten Koordinatensystem, beispielsweise um einen Ausgleich für eine spätere Wellung des Musters zu schaffen.
Ein beliebiges Datenmuster in einem beliebigen Format wird in einem Musterrasterer 610 in ein komprimiertes gerastertes Pixelmuster mit 32 Graustufen (5 Bit) pro Pixel umgewandelt. Da die Graustufenschritte eines belichteten Pixels nicht linear zur an die Pixelelektrode angelegten Spannung sind, werden die Eingabedaten in einem Pixellinearisierer 611 linearisiert, so dass die 32 Graustufen einem gleichmäßigen Anstieg der Belichtungsstärke bei jeder der aufeinanderfolgenden Stufen entsprechen. Dies geschieht unter Verwendung von 8-Bit-D/A-Wandlern (DAC) 612, wobei jede Graustufe aus dem Pixelmuster nach einer zuvor empirisch kalibrierten Linearisierungsfunktion eine Spannung aus dem DAC auswählt. Ein zusätzlicher Versatz bei der Wahl der Analogstufe vom DAC wird mittels einer Nachschlagtabelle vorgenommen, in der jeder Wert einem SLM-Pixel entspricht und jeder dieser Werte Anomalien des entsprechenden Pixels korrigiert. Die Kalibrierungswerte in der Nachschlagtabelle werden mittels eines empirischen Kalibrierungsverfahrens erzeugt, bei dem eine Reihe von Testmustern an den SLM übermittelt wird und die entstehenden Belichtungsmuster gemessen und zur Korrektur einzelner Pixel verwendet werden. Das heißt, dass jede Graustufe im Pixelmuster eine analoge Spannung wählt, die für jeden entsprechenden SLM-Pixel eine Pixelverformung erzeugt, um die richtige Belichtungsstärke zu ergeben.
Entgegenhaltungen

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

Claims

Verfahren zum Modulieren der räumlichen Lichtintensität zur Anwendung in optischen Projektionssystemen, aufweisend: Bereitstellen eines regelmäßigen Gitters von einzeln ansteuerbaren Spiegelelementen, die schwenkbar sind, wobei die Spiegelelemente in dem Gitter so angeordnet sind, dass ein erstes Spiegelelement ein benachbartes zweites Spiegelelement mit deutlich unterschiedlicher Schwenkbewegung hat, Bewegen der Spiegelelemente zur Bildung eines Musters und Projizieren der Strahlung von den Spiegelelementen auf eine Bildebene zur Wiedergabe des Musters; wobei die Strahlung aus einer einzigen Lichtquelle stammt, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegen zur Bildung eines Musters im Schwenken des ersten und des zweiten Spiegelelements besteht, um durch die unterschiedlichen Schwenkbewegungen Symmetrie in der Blende des optischen Projektionssystems zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gitter ein kartesisches Gitter ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gitter Reihen von Pixeln hat und die Spiegelelemente einer Reihe in dieselbe Richtung geschwenkt werden und die Spiegelelemente benachbarter Reihen eine Schwenkbewegung in entgegengesetzte Richtung ausführen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Spiegelgitter auf einer integrierten Schaltung angeordnet ist.
Modulator zum Modulieren der räumlichen Intensität von Licht zum Einsatz in einem optischen Projektionssystem, das Strahlung von Spiegelelementen auf eine Bildebene projiziert, um ein Muster wiederzugeben, aufweisend: ein regelmäßiges Gitter einzeln ansteuerbarer Spiegelelemente, die eine Schwenkbewegung ausführen, wobei die Spiegelelemente des Gitters so angeordnet sind, dass ein erstes Spiegelelement ein benachbartes zweites Spiegelelement mit deutlich unterschiedlicher Schwenkbewegung hat, und eine einzige Strahlungsquelle, die optisch so gekoppelt ist, dass sie Strahlung auf die Spiegelelemente projiziert, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Schwenkbewegungen so aussehen, dass der Modulator zum Modulieren der räumlichen Lichtintensität mittels des ersten und des zweiten Spiegelelements ein Muster bilden kann, um durch die unterschiedlichen Schwenkbewegungen in der Blende des optischen Projektionssystems Symmetrie zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der das Gitter ein kartesisches Gitter ist.