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EP3811153A1 - Verfahren und vorrichtung zur belichtung von bildpunkten - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur belichtung von bildpunkten

Info

Publication number
EP3811153A1
EP3811153A1 EP18734150.8A EP18734150A EP3811153A1 EP 3811153 A1 EP3811153 A1 EP 3811153A1 EP 18734150 A EP18734150 A EP 18734150A EP 3811153 A1 EP3811153 A1 EP 3811153A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
exposure
pixel
pixels
dmd
secondary beams
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP18734150.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernhard THALLNER
Boris Povazay
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
EV Group E Thallner GmbH
Original Assignee
EV Group E Thallner GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by EV Group E Thallner GmbH filed Critical EV Group E Thallner GmbH
Publication of EP3811153A1 publication Critical patent/EP3811153A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216—Mask projection systems
    • G03F7/70283—Mask effects on the imaging process
    • G03F7/70291—Addressable masks, e.g. spatial light modulators [SLMs], digital micro-mirror devices [DMDs] or liquid crystal display [LCD] patterning devices
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/2051—Exposure without an original mask, e.g. using a programmed deflection of a point source, by scanning, by drawing with a light beam, using an addressed light or corpuscular source
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216—Mask projection systems
    • G03F7/70283—Mask effects on the imaging process
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
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    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216—Mask projection systems
    • G03F7/70358—Scanning exposure, i.e. relative movement of patterned beam and workpiece during imaging
    • G—PHYSICS
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    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
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    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70383—Direct write, i.e. pattern is written directly without the use of a mask by one or multiple beams
    • G03F7/704—Scanned exposure beam, e.g. raster-, rotary- and vector scanning
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
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    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70425—Imaging strategies, e.g. for increasing throughput or resolution, printing product fields larger than the image field or compensating lithography- or non-lithography errors, e.g. proximity correction, mix-and-match, stitching or double patterning
    • G03F7/70466—Multiple exposures, e.g. combination of fine and coarse exposures, double patterning or multiple exposures for printing a single feature
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
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    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/7055—Exposure light control in all parts of the microlithographic apparatus, e.g. pulse length control or light interruption
    • G03F7/70558—Dose control, i.e. achievement of a desired dose

Definitions

  • the present invention relates to a method according to claim 1 and an apparatus according to claim 7.
  • Lithographic techniques in the semiconductor industry can be roughly divided into two major areas, imprint lithography and
  • Photolithography In most cases, masks are used in photolithography to reproduce a structure in a photosensitive material. These masks can either be scaled down onto the photosensitive material layer using projection techniques or the mask structure can be transferred into the photosensitive material without optical scaling. The production of the masks is time-consuming, cost-intensive and prone to errors.
  • Lithography techniques developed. These techniques are based on the
  • Pixels are exposed simultaneously and after exposure there is a relative shift between the photosensitive material and the optical system that is responsible for the pixel exposure.
  • these are scanning methods.
  • Gray-tone lithography has recently been used to enable a three-dimensional or 2.5-dimensional photolithographic exposure of a photosensitive material and thus a structuring of the
  • Exposure step is preceded by a coating process and each
  • Exposure step follows a development step. Only after the
  • the masks made of the photosensitive material can be used for etching or for the metal coating.
  • the maskless exposure technologies were expanded to include black-and-white or gray-tone lithography, with the help of which a photosensitive material could be exposed not only two-dimensionally but three-dimensionally. Experience has shown, however, that the used
  • a micromirror device Digital Micromirror Device, hereinafter: DMD
  • DMD Digital Micromirror Device
  • step processes step-and-repeat
  • the image points are continuously moved in relation to the optics, several secondary beams are controlled individually by means of the optics for individual exposures of each image point by the
  • Secondary beams are placed in either an ON or an OFF state, with
  • a plurality of secondary beams are controlled individually by means of the optics for individual exposures of each pixel, the secondary beams being defined in an ON or an OFF state or in a state between the ON and the OFF state Intermediate state.
  • the invention relates to a device for exposing image points of a photosensitive layer consisting of a photosensitive material on a substrate by means of an optical system with the following features: Means for the continuous movement of the pixels
  • Individual doses D can be defined.
  • the invention particularly describes several methods and one
  • the invention is based primarily on several different methods for producing this photolithographic exposure.
  • the basic idea is based on (i) multiple exposure of a pixel by, in particular, immediately following mirrors of a DMD s and / or (ii) the use of a mathematical algorithm for setting a pixel pattern and / or (iii) on variation / control of the radiation intensity of the Light source and / or the dose per pixel.
  • 2.5 dimensional and three-dimensional photolithographic exposure are subsequently used synonymously for the further dimension of the gray levels or multiple exposure of individual pixels.
  • a core of the invention consists in particular of a plurality of methods which are independent of one another but can be used together, by means of which a 2.5-dimensional, photolithographic exposure is made possible.
  • the procedures differ technically
  • Step process no step-and-repeat, and / or
  • each mirror can only be switched between two states (ON-OFF) and / or
  • Points in time in particular by oversampling and / or (vi) using mathematical algorithms to generate a pattern and / or
  • a main idea of the invention is, above all, that the generation of a gray tone lithography by using at least one of the processes according to the invention, in particular under simultaneous
  • the method according to the invention preferably uses a scanning method, i.e. a continuous
  • the throughput is significantly increased, since the relative movement between the DMD and the photosensitive material is not stopped or at least slowed down after each step, in order to control the exposure of the DMDs in the photosensitive material by, in particular, individually controlling the mirrors
  • High volume manufacturing (HVM) suitable.
  • the method consists in particular in that all mirrors of the DMD are switched simultaneously / synchronously, i.e. all mirrors will be
  • the DMD s therefore do not have to be set individually at one position, ie the mirrors of the DMD are always switched in synchronism.
  • An essential aspect is the possibility of the targeted adjustment of a gray tone in a pixel by the repeated exposure of several mirrors, which are located along a line parallel to the relative movement direction.
  • Another, additional aspect of the invention is not only the targeted adjustment of the gray tone by oversampling, but also
  • the methods disclosed according to the invention enable gray-tone exposure in different and / or combined ways.
  • the methods according to the invention can be used in particular to replace gray tone masks and / or multiple exposures.
  • the substrate holder is precisely controlled and positioned, in particular during the continuous exposure, the position of the optics (DMD) and the layer to be exposed, preferably continuously, being checked, in contrast to the step process. Exposure, movement and, if appropriate, also the measurement of the areas already exposed are in particular carried out, monitored and simultaneously controlled.
  • the control electronics and / or software must be set up for this.
  • the behavior of the lacquer over a wide intensity range is, in particular, relevant to the control in order to obtain further optimized results.
  • the number of gray tones is therefore limited by the number of
  • Mirror exposure lines that sweep over a pixel.
  • the mirror exposure lines grouped into blocks.
  • the set of all mirror exposure lines that can be used to set a gray tone are referred to as the mirror exposure line block.
  • the following example is given as an example. Using a DMD with 900 mirror exposure lines, a pixel with one of 900 shades of gray or 900 different shades of gray can be generated. If you group the 900 mirror exposure lines into three blocks of 300 mirror exposure lines each, a pixel can only take on one of 300 shades of gray, but three pixels can do the same
  • the methods according to the invention serve to produce exposed 2.5-dimensional structures in a photosensitive material.
  • the invention shows several methods to image pixels in the
  • Lateral exposure means the exposure of a pixel in the plane parallel to the surface of the photosensitive material.
  • Vertical exposure is an exposure of the photosensitive material at a pixel to a defined depth.
  • LCDs liquid crystal displays
  • LCoS liquid crystal on silicon
  • GLVs grating light valve
  • All mentioned methods according to the invention can also be used to ensure the quality of the classic, binary, maskless To improve exposure lithography.
  • edge effects can be reduced by the methods mentioned.
  • a pixel is understood to be a defined, exposed position in the photosensitive material, which is generated by a single mirror of the DMD.
  • the image point is thus a spatially limited area on the photosensitive material to be exposed.
  • the photosensitive material can be exposed to a defined depth.
  • Each pixel thus has not only a lateral, but also a vertical extension. The pixel is therefore three-dimensional. The vertical extent, i.e. the depth of the
  • the depth in which the photosensitive material is exposed is determined in particular by the dose.
  • One of the most important methods according to the invention for defining the dose of a pixel is repeated exposure through several DMD mirrors. These DMD mirrors are arranged, in particular in a line parallel to the relative direction of movement of the DMD mirrors, one after the other, in each case being alignable on the same image point.
  • the DMD levels can be controlled in such a way that s either projects the same defined dose onto the pixel per unit of time or not (ON-OFF).
  • a shade of gray results from the amount of photosensitive material of the pixel that has received a defined dose and has been chemically modified accordingly. The higher the dose received, the more photosensitive material was chemically and / or physically altered in depth.
  • a pixel line means a set of pixels that are distributed along a straight line normal to the relative direction of movement on the photosensitive material, in particular equidistantly.
  • a pixel column means a set of pixels which are distributed along the straight line parallel to the relative movement direction on the photosensitive material, in particular equidistantly.
  • a pixel area is understood in the further course of the text to be a set of, in particular neighboring, pixels.
  • Pixels of the pixel area are exposed in particular by a mathematical algorithm in such a way that the resulting one
  • Pixel area has an averaged gray tone value. This averaged gray tone value is based in particular on the algorithm used, with which the individual gray tone values of the pixels are controlled. When using mathematical algorithms to determine a
  • the pixel area (and not the pixel) represents the actual pixel in gray tones.
  • the greatest possible resolution is defined in the pixel areas.
  • the magnitude of the pixel area and the dimensions of a DMD mirror, more precisely the projection of the DMD mirror, are approximately the same.
  • the area of the pixel region is in particular greater than 0.5 times, preferably greater than 0.75 times, more preferably exactly 1.0. times, most preferably greater than 1.5 times, most preferably greater than 2.0 times the area of the projected DMD area.
  • An exposure strip describes a set of pixels along a direction, in particular in the direction of the longest movement distance of the DMD. For example, with a meandering raster path, the DMD is always moved along a longest possible movement path, which extends in particular to the edge of a substrate, and by a short lateral movement from one movement path to the next
  • a primary beam is understood to mean that through a
  • Radiation source / primary source / light source generated light beam before it strikes the DMD Radiation source / primary source / light source generated light beam before it strikes the DMD.
  • the primary beam originates in the light source and in particular passes through several optical elements before it strikes the DMD.
  • a secondary beam is understood to mean that part of the primary beam which is reflected, in particular, by a, preferably individual, mirror of the DMD.
  • a primary beam is therefore broken down into several secondary beams by the DMD.
  • the secondary beam has its origin in a mirror of the DMD and can pass through several optical elements before it strikes the photosensitive material.
  • an intensity profile is understood to mean the cross-sectional intensity distribution of a secondary beam which, in particular with its predominant intensity component of the intensity profile, illuminates a pixel.
  • the intensity profiles of a plurality of secondary beams lying next to one another preferably overlap, the point of inflection of an intensity profile in each case lying within an intensity profile of an adjacent secondary beam. This results in a particularly high homogeneity of the exposure of the
  • the dose of a pixel is understood to mean the amount of electromagnetic radiation with which the photosensitive material in one
  • Pixel was applied at any time during the maskless writing process (exposure).
  • the optical power of the primary beam is between 0.01 W and 1000W, preferably between 0.1W and 750W, more preferably between 1W and 500W, most preferably between 10W and 250W, most preferably between 20W and 50W.
  • the optical power attributed to a secondary beam is then approximately the ratio between the optical power of the primary beam and the number of DMD mirrors irradiated. For example, a DMD has 1000x 1000 pixels. Accordingly, the optical performance of the
  • Primary beam of 25W an optical power of 0.000025 watts on a secondary beam. Assuming an irradiation time of 20 p s per pixel, an energy of 5 * 10 10 J or 500 pJ per single secondary beam would be transferred to one pixel.
  • Oversampling can increase this energy per pixel accordingly when passing through the DMD.
  • the pixel energy is in particular between 10 J and 1 J, preferably between 10 - 1 2 J and 10 -2 J, more preferably between 10 - 12
  • the irradiation time is in particular between 10 9 s and 1 s,
  • the individual dose D is therefore, in particular, the energy with which a pixel is acted upon in a single exposure.
  • the cumulative is taken under the entire dose of a pixel
  • each pixel receives part of the dose from secondary rays of neighboring pixels.
  • the cumulative dose specifies in particular the gray tone of a pixel.
  • a mirror line is a set of mirrors of a DMD
  • a mirror column is understood to be a set of mirrors of a DMD that are positioned along a second axis of the DMD reference system.
  • the second axis is normal to the first axis of the DMD reference system.
  • the mirror lines do not become normal or
  • Mirror columns are not arranged parallel to the direction of movement.
  • a mirror exposure line is understood to be a set of mirrors of a DMD that lie along a line normal to the direction of movement. If the DMD is not rotated in relation to the direction of movement, The exposure line and mirror line are identical in relation to the lateral arrangement.
  • a mirror exposure column is understood to be a set of mirrors of a DMD that lie along a line parallel to the direction of movement. If the DMD is not rotated in relation to the direction of movement, the exposure slits and mirror slits would be identical in relation to the lateral arrangement.
  • a mirror exposure line block is a set of mirror exposure lines that are used for the complete exposure of all
  • the additional DMD mirrors can perform additional functions. In particular, they can be used as redundancy or additional ones can be used
  • Mirror exposure line blocks for be formed.
  • the amount of mirror exposure lines per mirror exposure line block is constant, i.e. the number of mirror exposure line blocks is an integral divisor of the number of mirror exposure lines.
  • the number of gray tones is then by the number of mirror exposure lines per
  • a systematic error is the deviation of the statically from the
  • Sample quantity determined expected value of a parameter from true value of the population. The greater the accuracy, the smaller the value of the deviation, the smaller the systematic error.
  • Precision is understood to mean the scatter of a measurement variable around the expected value of the sample quantity. The greater the precision, the smaller the spread.
  • Positioning accuracy is the accuracy with which a pixel in the photosensitive material can be driven congruently through the center of a DMD mirror. This positioning accuracy is particularly due to an inclined position of the DMD
  • Direction of movement between the DMD and the photosensitive material increased.
  • the device according to the invention consists of a substrate holder and an optical system.
  • the substrate holder has technical features known in the prior art for fixing and / or aligning and / or moving a substrate.
  • the fixations are used to hold the in the device
  • fixations can be
  • Vacuum fixings in particular with individually controllable or interconnected vacuum paths, and / or
  • electrical fixations in particular electrostatic fixations, and / or
  • the fixings can be controlled electronically in particular.
  • Vacuum fixation is the preferred type of fixation.
  • the vacuum fixation consists preferably of several vacuum paths that emerge on the surface of the sub-holder.
  • the vacuum tracks can preferably be controlled individually. In a technically preferred realizable application, some vacuum tracks are combined to form vacuum track segments that can be individually controlled, and therefore can be evacuated or flooded.
  • Vacuum segment is preferably independent of the others
  • Vacuum segments ie preferably from individually controllable
  • Vacuum segments are preferably constructed in a ring shape. This enables a specific, radially symmetrical, in particular fixation and / or detachment of a substrate from the substrate holder to be carried out from the inside out.
  • the substrate holder can preferably be actively moved relative to a fixed coordinate system.
  • the position of the substrate holder is continuously tracked, measured and stored during the movement.
  • the precision of the positioning is described by the confidence interval of the variance.
  • the precision possesses for a three sigma
  • Confidence level of 99.7% a confidence interval between 1 nm and 10 pm, preferably between 1 nm and 10 pm, more preferably between 1 nm and 10 pm, more preferably between 1 nm and 10 nm, most preferably between 1 nm and 1 nm, most most preferred between 1 nm and 5 nm.
  • the optical system of the device consists in particular of at least one light source and in particular a DMD.
  • Optical elements for homogenizing the primary beam are preferably located in the optical path, in particular at least or only in the path of the
  • All optical elements are preferably fixedly mounted in relation to a base, so that a relative movement, at least during the exposure, only by moving the substrate by means of the Substrate holder is done. All optical elements can preferably be calibrated in six spatial directions.
  • the foundation or base on which the substrate holder is moved is preferably vibration-damped. The vibration damping can take place actively and / or passively.
  • the foundation is preferably a granite block. Even more preferred around an active vibration damping granite block.
  • the DMD mirrors are designed as binary switching elements, which corresponds to a preferred embodiment of the invention, with which the invention can be described more easily.
  • Each mirror of the DMD can be in a single state of the following two states at a certain point in time: either it reflects its part of the primary beam onto the photosensitive material or it reflects its part of the primary beam so that it does not hit the photo sensitive material ,
  • the two states of a mirror are accordingly referred to as "on” (English: ON, the photosensitive material is hit) and “off” (English: OFF, the photosensitive material is not hit).
  • the two binary states are accordingly spoken of more precisely. This term simplifies reading the text.
  • the mirrors of a DMD can preferably only be switched all at the same time, with the choice between ON and OFF.
  • the switching frequency for the simultaneous switching of all mirrors is in particular greater than 1 Hz, preferably greater than 100 Hz, more preferably greater than 1 kHz, most preferably greater than 100 kHz, most preferably greater than 1 MHz.
  • an increase in the positioning accuracy is achieved in particular by tilting the DMD in relation to the relative direction of movement.
  • Positioning accuracy can be achieved by using optical elements that distort the secondary beams.
  • optical elements that distort the secondary beams There are other methods in the prior art for increasing the positioning accuracy, but not all of them are listed individually here. Exemplary, but not restrictive, are the benefits of increasing the
  • DMDs For a simple maskless (or correct, dynamically structured) exposure system with a scanning imaging principle, a DMD with a single mirror line would be sufficient according to the invention. DMDs that are common and available on the market usually have a large number
  • Mirror rows e.g. 1080 mirror rows with 1920 mirror columns each in a Full HD DMD.
  • Such DMDs with more than one mirror line are preferably used according to the invention.
  • the additional mirror lines are used in particular to increase the position accuracy by means of oversampling. Oversampling is described, for example, in US4700235A regarding printing technology.
  • angle of rotation cc is especially with the formula n
  • n is the distance between the pixel rows and m is the distance between the pixel columns between two nearest mirror centers.
  • the desired dose of each pixel over several points in time is determined cumulatively.
  • each individual exposure is carried out with the same
  • the cumulative exposure of one of the pixels is carried out by
  • the first idea according to the invention is therefore based on the idea that during a relative movement between the DMD and the photosensitive layer, a pixel that has a gray tone level n, at least n times of n different mirrors of a DMD that split along the mirror exposure are exposed. For example, if you choose a maximum
  • Grayscale depth of 128, and if a pixel should get a gray tone n l 3, then 13 mirrors must be within one
  • the gray tone of a single pixel can be set in a targeted manner.
  • the number of gray tones that can be generated per pixel is in the first invention
  • the DMD generally consists of several mirrors and
  • this method can be used to generate entire patterns at the same time.
  • the aspect of this method according to the invention can therefore also be summarized in such a way that a temporal averaging of similar exposure steps with different patterns is carried out with each exposure step.
  • the desired dose of a pixel is generated by the fact that s a precisely adjustable dose acts on the desired pixel at each exposure time.
  • a precisely adjustable dose acts on the desired pixel at each exposure time.
  • the intensity of the radiation source of the primary beam is specifically changed while the DMD is over a position to be exposed.
  • Pixel is then defined by the dose that arrives at the pixel at the given point in time. Since the intensity of the radiation source can be specifically set and changed, the dose can also be changed in a targeted manner.
  • the method according to the invention is suitable for setting the radiation intensity of the source to a defined value at a time and for illuminating several pixels simultaneously with this dose by the resulting dose per DMD mirror in accordance with the switching state of each mirror.
  • the frequency of the radiation from the radiation source can be changed or multiple radiation sources are used, each of which can generate radiation with a different frequency.
  • the frequency of the radiation from a radiation source should in particular harmonize with the photosensitive material used, ie it should be able to change it chemically and / or physically as efficiently as possible.
  • the grayscale can also be varied using radiation with different intensities.
  • Pixel equal to 2 k , where k is the number of used
  • a pixel of k-mirror exposure lines of one and only one mirror exposure line block is exposed or not exposed.
  • Pixel equal to 2 k , where k is the number of used
  • the first mirror exposure line can preferably receive the full dose, the two mirror exposure lines the half dose, the next mirror exposure line the fourth dose, and the kth mirror exposure line the (1/2) k dose.
  • the frequency at which the intensity of the radiation source can be changed is in particular greater than 10 Hz, preferably greater than 100 Hz, more preferably greater than 1 kHz, most preferably greater than 100 kHz, most preferably greater than 1 MHz.
  • a dithering algorithm is used in order to generate an, in particular averaged, dose in a pixel region which is in particular larger than a single pixel .
  • the principle of the algorithm is to set the gray tones of pixels lying next to one another in such a way that there is an averaged gray tone value for the pixel area.
  • the method mentioned can in particular be based on several, in the state of
  • s is a relative local subsampling, the original oversampled pixels, for the purpose of
  • the method according to the invention generates a pixel area that is larger than the individual pixels. Accordingly, the advantage of positioning accuracy achieved in the event of an inclination of the DMD is at least partially lost for the gray tone resolution obtained by the mathematical algorithm.
  • Another important feature of the method according to the invention is a continuous (that is, at least along an exposure strip uninterrupted) relative movement between the photosensitive material and the DMD during the application of the method according to the invention.
  • the methods according to the invention therefore preferably do not represent step process methods, but continuous motion methods.
  • All of the methods according to the invention can also be used in classic, binary lithography in order to improve the homogeneity of the illumination and thus to improve the process stability and image quality.
  • the intensity distribution of the entire DMD image is first recorded (e.g. with a CCD chip in the exposure plane or test exposures using a gray tone varnish, or several
  • Test exposures can be determined in Lorm from data series.
  • the methods according to the invention can in particular be used to produce the following products.
  • Methods according to the invention can be used to generate a lot of optical elements, in particular lenses, in the photosensitive material.
  • Fresnel, convex or concave lenses have pronounced three-dimensional shapes that can be produced with the aid of the method according to the invention.
  • these optical elements are produced as part of a monolithic lens substrate (MLS).
  • stamps created are in particular directly as
  • Methods according to the invention are used to generate lithographic masks or at least to serve as a negative for lithographic masks.
  • Methods according to the invention are used to structure a, in particular wavy and non-planar and / or homogeneous, layer of the photosensitive material using the methods according to the invention.
  • the gray tones are generated in relation to the ripple so that s the ripple of the photosensitive material has no influence on the topography that develops after development. This makes it possible to expose a photosensitive material without having to remove the waviness beforehand using complicated processes and methods
  • Methods of the invention are used to create a flat surface.
  • each substrate has a certain ripple and / or roughness.
  • a layer that is applied to such a substrate partially takes on the waviness and / or the roughness of the underlying substrate.
  • a lithography according to the invention could be carried out in such a way that the wave crests of the layer were treated lithographically in such a way that after the exposure and development process, the wave crests were removed or planarized Layer takes place.
  • a method according to the invention for planarization of the layer is thus available, which is not based on mechanical, but purely photolithographic methods.
  • Methods according to the invention can be used to generate MEMS structures.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a device according to the invention with optics and a photosensitive layer to be exposed arranged on a substrate,
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of an embodiment of a method according to the invention with several
  • Figure 3 a is a schematic representation of an embodiment of the
  • Apparatus according to the invention in one method step in an exposure through a radiation source with a first intensity spectrum
  • Figure 3b is a schematic representation of an embodiment of the
  • Apparatus according to the invention in one method step in an exposure through a radiation source with a second intensity spectrum
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a photosensitive layer exposed with an embodiment of the invention
  • Figure 5 is a schematic cross-sectional view of a section of the substrate with the photosensitive layer to be exposed.
  • FIG. 1 shows a simplified schematic illustration of a set of pixels 1.
  • the pixels 1 are with the following
  • Simplification of the display does not show the DMD 3 itself, but its projection onto the photosensitive layer 19. For the sake of simplicity, a distinction is no longer made between the actual DMD 3 and its actual elements and their projections.
  • Mirror 4
  • 4 ‘, 4 ′′ of the DMD 3 are in mirror rows 9z and mirror columns 9s
  • the mirror lines 9z are arranged rotated by the angle cc with respect to the direction of movement v.
  • the relative direction of movement v takes place along the y axis.
  • the substrate 6 on which the photosensitive material 18 is located is fixed on a substrate holder 14 and moved with it in the negative y-direction, the DMD 3 preferably being fixed statically at least during the exposure.
  • the DMD 3 can be designed to be movable, this being a less preferred embodiment. Accordingly, with v the relative direction of movement between the DMD 3 and the photosensitive material 18 or
  • the pixels 1 represent the positions which can be illuminated by secondary beams 16 deflected by the mirrors 4, 4 ', 4 ".
  • the width of the secondary beams 16 is preferably at least as large as the mirrors 4, 4 ', 4 ".
  • the secondary rays 16 have a characteristic, in particular Gaussian, intensity profile 5, 5 '.
  • the characteristic intensity profile 5, 5 ' defines the intensity distribution in the photosensitive material 18 or in the respective pixel 1.
  • each mirror center 4c of a mirror 4 of the DMD 3 is congruent with one of the image points 1, which - as described below - are exposed in a targeted manner with regard to their exposure profile.
  • the relative movement is understood to mean that the DMD 3 and the photosensitive layer 19 to be exposed are moved relative to one another, preferably either the DMD 3 or the photosensitive layer 19 being moved while the non-moving part is statically fixed.
  • the photosensitive layer 19, which is located on the substrate 6, is preferably moved actively in relation to a spatially fixed coordinate system, while the DMD 3 and all other optical elements (not shown) are moved relative to the spatially fixed
  • the image point 1 is first under the mirror 4, then under the mirror 4 ′′ and finally under the mirror 4 ′′.
  • one of the mirrors 4, 4 ′′, 4 “could be switched in such a way that it directs a secondary beam onto the photosensitive
  • Material 18 reflects, so that the photo sensitive material 18 with a (Further) Do sis is applied to generate a gray tone G. Each exposure leads to an increase in gray tone G.
  • a mirror exposure column l Os represents a column of pixels 1 running in the direction of movement v
  • Mirror exposure column l Os arranged mirrors 4 can be exposed.
  • FIG. 1 It can be seen in FIG. 1 that there are a total of four mirrors 4, 4 ′′, 4 ′′ on the mirror exposure column l Os, whose
  • Mirror centers 4c are congruent to the mirror exposure column l Os. In this specific case, only the three mirrors 4, 4 ′′, 4 “can thus be used
  • Exposure of the pixel 1 can be used during a
  • the six hundred mirror exposure lines l oz can, for example and advantageously, be combined to form two hundred mirror exposure line blocks 17.
  • Mirror exposure line blocks 17 are used to expose a pixel 1 with one of four gray tones G (no exposure at all, exposure with one dose, with two doses or with three doses).
  • the frame in the lower right part of the exposure strip 2 symbolizes a pixel area 8, consisting of a total of nine pixels 1.
  • the pixel area 8 is preferably approximately the same size as the mirror 4 of the DMD 3. By using an unrest algorithm, an averaged gray tone is set in this image area 8.
  • a further, essential aspect according to the invention consists in the fact that an inclination of the optics, in particular the DMD 3, relative to the direction of movement v and / or the pixel lines 11z increases the positioning accuracy, but this in favor of producing an averaged gray tone in the Image area 8 is again at least partially abandoned.
  • the resolution of the structures in the photosensitive material 1 8 cannot be greater than the resolution of the mirrors in the DMD 3.
  • gray tones G are summarized as averaged gray tones of a pixel area, a very efficient gray tone lithography can be carried out.
  • FIG. 2 shows a series of exposure steps of part of an exposure strip 2 with several pixels 1. The illustrated
  • the first image in the series consists of part of an exposure strip 2, in which some pixels 1 of the bottom five lines have already been exposed. Each exposed pixel 1 was exposed only once, so that a gray tone value of 1 can be assigned to each exposed pixel 1.
  • the gray tone values are described according to their strength by a natural number including the zero.
  • Photosensitive layer 19 can expose subsequent mirrors 4 of the DMD 3 pixels 1 that have already been exposed, provided that the algorithm provides for the exposure of the respective pixel.
  • the algorithm has been set so that a dithering pattern results in the pixel area 8.
  • the picture series shows on the one hand the use of a dithering algorithm, on the other hand the setting of a gray tone G by multiple exposure of mirror elements connected in series.
  • FIGS. 3 a and 3b show schematic representations of a
  • Embodiment of the method according to the invention in which the dose which is used for the exposure of the pixels 1 is varied by changing the radiation intensity of a radiation source 12.
  • a state is shown in which in turn only a mirror 4 of a DMD 3 is switched so that it exposes a pixel 1 on a photosensitive material 18.
  • the radiation source 12 generates a primary beam 15, which can be influenced by optical elements 13 before it strikes the DMD 3. There, the individual mirrors 4 of the DMD 3 generate a corresponding number of individual secondary beams 16 for generating individual pixels 1.
  • the intensity of the radiation source 12 influences and defines the strength of the dose, the shape of the intensity profiles 5, 5 'and thus the gray tone G. The definition can be determined empirically or by physico-chemical processes.
  • the optics is the sum of the optical elements 13 and the DMD 3.
  • FIG. 4 shows a gray tone gradient created from the averaged gray tones by the method according to the invention, the gradient of which decreases from left to right.
  • Each pixel area comprises 8, 8 ', 8 ", 8'" nine pixels (not
  • the pixel area 8 has the strongest, averaged gray tone (from the nine gray tones G of the individual pixels, not shown).
  • the averaged gray tones of the pixel areas 8 ′′, 8 ′′ and 8 ′′ “decrease continuously from left to right.
  • Each averaged gray tone of a pixel area 8, 8 ′′, 8 ′′, 8 ′′ ” was created using mathematical algorithms in connection with the gray tone adjustment of individual pixels 1 (not shown for the sake of clarity) according to the inventive method described above.
  • FIG. 5 shows part of a cross section of a substrate 6 on which a photosensitive layer 19 consisting of a photosensitive material 18 has been deposited.
  • An image point 1 is also shown, with an exposure profile depth t. It can be seen that the exposure profile depth t makes up approximately one third of the total thickness of the photosensitive layer 19.
  • DMD 3 micromirror device

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Belichtung von Bildpunkten (1) einer aus einem photosensitiven Material (18) bestehenden photosensitiven Schicht (19) auf einem Substrat mittels einer Optik mit folgenden Merkmalen: - die Bildpunkte (1) werden gegenüber der Optik kontinuierlich bewegt, - mehrere Sekundärstrahlen (16) werden mittels der Optik einzeln für Einzelbelichtungen jedes Bildpunktes (1) gesteuert, indem die Sekundärstrahlen (16) entweder in einen ON- oder in einen OFF-Zustand versetzt werden, wobei a) Sekundärstrahlen (16) im ON-Zustand eine Einzelbelichtung des dem jeweiligen Sekundärstrahl (16) zugeordneten Bildpunktes (1) bewirken und b) Sekundärstrahlen (16) im OFF-Zustand keine Einzelbelichtung des dem jeweiligen Sekundärstrahl (16) zugeordneten Bildpunktes (1) bewirken, - wobei zur Erzeugung von Bildpunkten (1) mit Grautönen n>1 Einzelbelichtungen durch unterschiedliche Sekundärstrahlen (16) mit Einzeldosen D durchgeführt werden, wobei der Grauton G jedes Bildpunktes (1) durch die Summe der Einzeldosen D definiert wird. Weiterhin betrifft die vorl iegende Erfindung eine korrespondierende Vorrichtung.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Belichtung von Bildpunkten
B e s c h r e i b u n g
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 7.
Die Halbleiterindustrie sucht nach immer bes seren und effizienteren
Verfahren zur Mikro- und Nano strukturierung von Oberflächen. Die meisten Oberflächen werden mit Hilfe der Lithographie strukturiert. Die
lithographischen Techniken in der Halbleiterindustrie las sen sich grob in zwei große Teilbereiche einteilen, die Imprintlithographie und die
Photolithographie . In der Photolithographie werden in den meisten Fällen Masken benutzt, die eine Struktur in ein photo sensitives Material abbilden sollen. Diese Masken können entweder mit Hilfe von Projektionstechniken verkleinert auf die photosensitive Materialschicht abgebildet werden oder die Maskenstruktur wird ohne optische Skalierung in das photosensitive Material übertragen. Die Herstellung der Masken ist zeitaufwendig, kostenintensiv und fehlerbehaftet.
In den letzten Jahren wurden außerdem sogenannte maskenlose
Lithographietechniken entwickelt. Diese Techniken beruhen auf dem
Prinzip, dass mindestens ein Bildpunkt, insbesondere aber mehrere
Bildpunkte, gleichzeitig belichtet werden und es nach der Belichtung zu einer relativen Verschiebung zwischen dem photosensitiven Material und dem optischen System, das für die Bildpunktbelichtung verantwortlich ist, kommt. Insbesondere handelt es sich dabei um scannende Verfahren.
Ein immer wichtiger werdendes Gebiet in der, insbesondere maskenlosen, Photolithographie ist die Möglichkeit einer steuerbaren Belichtung des photosensitiven Materials in der dritten, der auf die Relativbewegungsebene normal stehenden, Richtung . Diese Verfahren werden als
Grautonlithographie bezeichnet und ermöglichen seit neuestem eine dreidimensionale bzw. 2.5 dimensionale photolithographische Belichtung eines photosensitiven Materials und damit einer Strukturierung des
Materials .
Strukturen in der Halbleiterindustrie werden seit Jahrzehnten mit Hilfe photolithographischer Verfahren hergestellt. Um dreidimensionale
Strukturen herstellen zu können, müssen im Allgemeinen mehrere Masken für mehrere Belichtungsprozes se hergestellt werden. Jedem
Belichtungs schritt geht ein Beschichtungsprozes s voraus und j edem
Belichtungs schritt folgt ein Entwicklungs schritt. Erst nach der
erfolgreichen Belichtung können die Masken aus dem photosensitiven Material zum Ätzen oder für die Metallbeschichtung verwendet werden.
Bei den oben genannten maskenlo sen Belichtungstechnologien wird zwar die Maske selbst eingespart, aber für die Erzeugung einer
dreidimensionalen Struktur wird ein Mehrschichtprozes s benötigt.
Die maskenlosen Belichtungstechnologien wurden um die Schwarz-Weiß bzw. Grautonlithographie erweitert, mit deren Hilfe man ein photosensitives Material nicht nur zweidimensional, sondern dreidimensional belichten konnte . Die Erfahrung hat allerdings gezeigt, dass die verwendeten
Methoden keine optimalen Ergebnisse lieferten. Insbesondere waren die Qualität der belichteten Profile und/oder die Dauer für die Belichtung ungenügend. Bei der Schwarz-Weiß Lithographie wird ein Bildpunkt entweder belichtet oder nicht belichtet wird.
Bei der Grautonlithographie wird eine Mikro spiegeleinrichtung (Digital Micromirror Device, nachfolgend: DMD) gegenüber der photosensitiven Materialschicht fixiert, wonach die einzelnen Spiegel des DMDs für wohldefinierte Zeiten so geschaltet werden, dass diese eine gewünschte Dosis auf den jeweiligen Bildpunkt abgeben. Dieser Prozes s ist sehr zeitaufwendig .
Die im Stand der Technik genannten Methoden setzen insbesondere die Verwendung von Schrittprozessen (engl. : step-and-repeat) voraus .
Das Problem im Stand der Technik besteht also darin, das s es keine effizienten, kostengünstigen Methoden gibt, um ein photosensitives Material dreidimensional zu strukturieren .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, bei dem eine mindestens 2.5 dimensionale, vorzugsweise dreidimensionale, photolithographische Belichtung eines photosensitiven Materials effizient und mit möglichst einfachen und kostengünstigen Mitteln durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen auch sämtliche
Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den
Ansprüchen und/oder den Figuren angegebenen Merkmalen. Bei
angegebenen Wertebereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und in beliebiger Kombination beanspruchbar sein. Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, ein Verfahren zur Belichtung von Bildpunkten einer aus einem photosensitiven Material bestehenden photosensitiven Schicht auf einem Substrat mittels einer Optik mit folgenden Merkmalen anzugeben:
die Bildpunkte werden gegenüber der Optik kontinuierlich bewegt, mehrere Sekundärstrahlen werden mittels der Optik einzeln für Einzelbelichtungen j edes Bildpunktes gesteuert, indem die
Sekundärstrahlen entweder in einen ON- oder in einen OFF-Zustand versetzt werden, wobei
a) Sekundärstrahlen im ON-Zustand eine Einzelbelichtung des dem
jeweiligen Sekundärstrahl zugeordneten Bildpunktes bewirken und b) Sekundärstrahlen im OFF-Zustand keine Einzelbelichtung des dem jeweiligen Sekundärstrahl zugeordneten Bildpunktes bewirken, wobei zur Erzeugung von Bildpunkten mit Grautönen n> l
Einzelbelichtungen durch unterschiedliche Sekundärstrahlen mit Einzeldosen D durchgeführt werden, wobei der Grauton G jedes Bildpunktes durch die Summe der Einzeldosen D definiert wird.
Gemäß einer alternativen, komplexeren Ausführungsform der vorgenannten Erfindung werden mehrere Sekundärstrahlen mittels der Optik einzeln für Einzelbelichtungen jedes Bildpunktes gesteuert, wobei die Sekundärstrahlen in einen ON- oder in einen OFF-Zustand oder in einen zwischen den ON- und den OFF-Zustand liegenden, definierten Zwischenzustand versetzt werden .
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Belichtung von Bildpunkten einer aus einem photo sensitiven Material bestehenden photo sensitiven Schicht auf einem Substrat mittels einer Optik mit folgenden Merkmalen: Mittel zur kontinuierlichen Bewegung der Bildpunkte
gegenüber der Optik,
Steuerungsmittel zur einzelnen Steuerung mehrerer Sekundärstrahlen mittels der Optik für Einzelbelichtungen jedes Bildpunktes, indem die Sekundärstrahlen entweder in einen ON- oder in einen OFF-Zustand versetzbar sind, wobei a) Sekundärstrahlen im ON-Zustand eine Einzelbelichtung des dem jeweiligen Sekundärstrahl zugeordneten
Bildpunktes bewirken und
b) Sekundärstrahlen im OFF-Zustand keine
Einzelbelichtung des dem j eweiligen Sekundärstrahl zugeordneten Bildpunktes bewirken,
Einzelbelichtungsmittel zur Erzeugung von Bildpunkten mit Grautönen durch n> l Einzelbelichtungen durch
unterschiedliche Sekundärstrahlen mit Einzeldosen D, wobei der Grauton G jedes Bildpunktes durch die Summe der
Einzeldosen D definierbar ist.
Die Erfindung beschreibt insbesondere mehrere Verfahren und eine
Vorrichtung zur mindestens 2.5 dimensionalen, vorzugsweise
dreidimensionalen, photolithographischen Belichtung eines photosensitiven Materials . Die Erfindung beruht vorwiegend auf mehreren unterschiedlichen Verfahren, um diese photolithographische Belichtung zu erzeugen . Der Grundgedanke beruht (i) auf einer Mehrfachbelichtung eines Bildpunktes durch, insbesondere unmittelbar, hintereinander folgende Spiegel eines DMD s und/oder (ii) der Verwendung eines mathematischen Algorithmus zur Einstellung eines Bildpunktmusters und/oder (iii) auf Variation/Steuerung der Strahlungsintensität der Lichtquelle und/oder der Dosis pro Bildpunkt. 2.5 dimensionale und dreidimensionale photolithographische Belichtung werden nachfolgend synonym verwendet für die weitere Dimension der Graustufen oder mehrfachen Belichtung von einzelnen Bildpunkten.
Anders formuliert besteht ein Kern der Erfindung insbesondere in mehreren, voneinander unabhängigen, aber zusammen anwendbaren, Verfahren, mit deren Hilfe eine 2.5 dimensionale, photolithographische Belichtung ermöglicht wird. Die Verfahren unterscheiden sich zwar technisch
voneinander, können aber beliebig miteinander kombiniert werden, um entsprechende Kombinationsverfahren mit optimierten Ergebnissen umsetzen zu können .
Allen erfindungsgemäß beschriebenen Verfahren ist gemein, das s man mit ihnen eine gezielte, örtlich aufgelöste, 2.5 dimensionale Belichtung eines photosensitiven Materials durchführen kann. Die, insbesondere in beliebiger Kombination zu betrachtenden oder anzuwendenden, einzelnen,
vorzugsweise unabhängigen, Kernaspekte der gesamten Erfindung sind:
(i) Die Erzeugung einer höheren Positionierungsgenauigkeit der einzelnen Bildpunkte, insbesondere durch Schrägstellung und/oder verzerrte Abbildung des Belichtungsrasters , und/oder
(ii) kontinuierliches Belichtungsverfahren im Gegensatz zu
Schrittprozes sverfahren (kein step-and-repeat), und/oder
(iii) Überlagerung der Intensitätsprofile angrenzender Bildpunkte, und/oder
(iv) binäre Steuerung der DMD-Spiegel, d.h . jeder Spiegel kann nur zwischen zwei Zuständen (ON-OFF) geschaltet werden und/oder
(v) Steuerung der Dosis in einem Bildpunkt durch eine kombinierte Schaltung mehrerer DMD Spiegel zu unterschiedlichen
Zeitpunkten, insbesondere also durch Überabtastung und/oder (vi) Verwendung von mathematischen Algorithmen zur Erzeugung eines Musters und/oder
(vii) Steuerung der Dosis der Primärquelle/Lichtquelle.
Ein Kerngedanke der Erfindung besteht vor allem darin, das s die Erzeugung einer Grautonlithographie durch Verwendung mindestens eines der erfindungsgemäßen Prozes se, insbesondere unter gleichzeitiger
Opferung/Reduzierung der Po sitioniergenauigkeit ermöglicht wird.
Die erfindungsgemäßen Verfahren, sowie die beschriebenen
Voraus setzungen, um die Verfahren durchführen zu können, weisen mehrere Vorteile zum Stand der Technik auf.
Im Gegensatz zum Stand der Technik, in dem vorwiegend step-and-repeat Techniken verwendet werden, erfolgt bei den erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise ein scannendes Verfahren, d.h. eine kontinuierliche
Relativbewegung zwischen dem DMD und dem photosensitiven Material. Durch die Verwendung von scannenden Verfahren wird der Durchsatz deutlich erhöht, da die Relativbewegung zwischen dem DMD und dem photosensitiven Material nicht nach jedem Schritt gestoppt oder zumindest verlangsamt wird, um durch eine, insbesondere einzelne Ansteuerung der Spiegel des DMDs , die im photosensitiven Material zu belichtenden
Bildpunkte mit der jeweiligen Dosis zu versehen. S omit sind die
erfindungsgemäßen Anlagen und Verfahren insbesondere für die
Hochvolumenfertigung (engl . : high volume manufacturing, HVM) geeignet.
Ein weiterer wichtiger Vorteil und Aspekt der erfindungsgemäßen
Verfahren besteht insbesondere darin, das s alle Spiegel des DMDs gleichzeitig/synchron geschaltet werden, d.h. alle Spiegel werden
gleichzeitig entweder in den einen oder in den anderen von nur zwei
Zuständen gebracht. Dadurch kann die auf das photosensitive Material proj izierte Dosis gezielt ortsaufgelöst eingestellt werden. Die DMD s müs sen also an einer Position nicht einzeln eingestellt werden, d.h. die Spiegel des DMDs werden immer all synchron geschaltet.
Ein wesentlicher Aspekt ist die Möglichkeit der gezielten Einstellung eines Grautons in einem Bildpunkt durch die wiederholte Belichtung mehrerer Spiegel, die sich entlang einer Linie parallel zur Relativbewegungsrichtung befinden. Durch diesen erfindungsgemäßen Aspekt wird die gezielte
Einstellung eines Grautons ermöglicht.
Ein weiterer, zusätzlicher Aspekt der Erfindung besteht nicht nur in der gezielten Einstellung des Grautons durch Überabtastung, sondern
insbesondere auch in der Überlagerung der Bildpunkte durch endlich breite Intensitätsprofile.
Eine, insbesondere zusätzliche Überlagerung der Bildpunkte in lateraler Richtung (normal auf die Richtung der Relativbewegung) erfolgt
gleichzeitig aufgrund der relativ breiten Intensitätsprofile. Durch die erfindungsgemäß offenbarten Verfahren ist eine Grautonbelichtung auf unterschiedliche und/oder kombinierte Art und Weise möglich.
Die erfindungsgemäßen Verfahren können insbesondere eingesetzt werden, um Grautonmasken und/oder Mehrfachbelichtungen zu ersetzen.
Erfindungsgemäß wird der Substrathalter insbesondere während der kontinuierlichen Belichtung exakt gesteuert und positioniert, wobei im Gegensatz zu Schrittprozes sverfahren die Position der Optik (DMD) und der zu belichtenden Schicht, vorzugsweise laufend, überprüft wird. Belichtung, Bewegung und gegebenenfalls auch die Vermes sung der bereits belichteten Bereiche wird insbesondere gleichzeitig durchgeführt, überwacht und gesteuert. Hierauf ist die Steuerungselektronik und/oder -Software einzurichten .
Soweit die Anwendung von Algorithmen zur Erzeugung eines gemittelten Grautons über einen Bildpunktbereich erfolgt, geht Positioniergenauigkeit zumindest teilweise verloren.
Zur Steuerung der Belichtungsintensität j edes Bildpunktes beziehungsweise Grautons ist insbesondere das Verhalten des Lacks über einen weiten Intensitätsbereich erfindungsgemäß steuerungsrelevant, um weiter optimierte Ergebnisse zu erhalten .
Um erfindungsgemäß eine höhere Grautonanzahl in einem Bildpunkt zu erhalten, werden entsprechend mehr Spiegel in einer
Spiegelbelichtungs spalte angeordnet. Durch das Ansteuern einer großen Anzahl von Spiegeln sinkt die maximale Umschaltrate des DMD und das zu übertragende Datenvolumen wird größer, wobei die maximale
Scangeschwindigkeit abnimmt.
Die Grautonanzahl wird also begrenzt von der Anzahl der
Spiegelbelichtungszeilen, die einen Bildpunkt überstreichen . Man kann sich die Spiegelbelichtungszeilen zu Blöcken gruppiert vorstellen. Die Menge aller Spiegelbelichtungszeilen, die für die Einstellung eines Grautons verwendet werden können, werden als Spiegelbelichtungszeilenblock bezeichnet. Exemplarisch wird folgendes Beispiel angegeben . Mittels eines DMD mit 900 Spiegelbelichtungszeilen kann ein Bildpunkt mit einem von 900 Grautönen beziehungsweise 900 verschiedenen Grautönen erzeugt werden . Gruppiert man die 900 Spiegelbelichtungszeilen in drei Blöcke zu je 300 Spiegelbelichtungszeilen, kann ein Bildpunkt nur einen von 300 Grautönen annehmen, dafür können gleichzeitig drei Bildpunkte
beschrieben werden. Die erfindungsgemäßen Verfahren dienen der Erzeugung von belichteten 2.5 dimensionalen Strukturen in einem photosensitiven Material. Das
photosensitive Material wird durch im Stand der Technik bekannte
Verfahren auf einem Substrat aufgebracht.
Die Erfindung zeigt mehrere Verfahren auf, um Bildpunkte in dem
photosensitiven Material lateral und vertikal gezielt zu belichten . Unter laterale Belichtung versteht man die Belichtung eines Bildpunktes in der Ebene parallel zur Oberfläche des photo sensitiven Materials . Unter vertikaler Belichtung versteht man eine Belichtung des photosensitiven Materials an einem Bildpunkt in eine definierte Tiefe. Durch die
aufgezeigten erfindungsgemäßen Verfahren wird es so möglich,
dreidimensionale Strukturen in einem photosensitiven Material zu
belichten. Im weiteren Verlauf des Textes werden immer die Bezeichnungen 3D bzw. dreidimensional verwendet, da sie allgemeiner sind.
Die so belichteten Strukturen können in weiteren Prozess schritten
entwickelt werden und ergeben so eine dreidimensionale, topographische photosensitive Materialstruktur, die für weiterführende Beschichtungs und/oder Ätzprozesse Verwendung findet. Auf die weiterführenden
Prozes sschritte wird vorliegend nicht weiter eingegangen.
Die erfindungsgemäßen Verfahren werden mit Hilfe der Verwendung eines DMDs beschrieben . Denkbar wäre auch die Verwendung von LCDs (engl. : liquid crystal displays) , LCoS (engl. : liquid crystal on Silicon) , GLVs (engl. : grating light valve) oder ähnlichen optischen Elementen, die analog den beschriebenen DMDs angewendet werden können.
Alle genannten erfindungsgemäßen Verfahren können auch verwendet werden, um die Qualität bei der klas sischen, binären, maskenlosen Belichtungslithographie zu verbessern. Insbesondere können durch die genannten Verfahren Kanteneffekte reduziert werden. Auf derartige
Optimierungseigenschaften wird aber nicht weiter im Detail eingegangen werden .
Begriffsdefinitionen
Im weiteren Ab schnitt werden einige wichtige Begriffe definiert, um die erfindungsgemäßen Verfahren effizienter beschreiben zu können.
Unter einem Bildpunkt versteht man im weiteren Verlauf des Textes eine definierte, zu belichtete Stelle im photosensitiven Material, die durch einen einzigen Spiegel des DMD s erzeugt wird. Der Bildpunkt ist damit ein räumlich begrenzter Bereich auf dem zu belichtenden photosensitiven Material. In jedem Bildpunkt kann das photosensitive Material bis zu einer definierten Tiefe belichtet werden. Jeder Bildpunkt besitzt damit nicht nur eine laterale, sondern auch eine vertikale Ausdehnung . Der Bildpunkt ist somit dreidimensional. Die vertikale Ausdehnung, d.h. die Tiefe des
Bildpunktes , hängt insbesondere mit der erhaltenen Dosis an
elektromagnetischer Strahlung zusammen . Die Einstellung dieser Dosis für jeden Bildpunkt ist ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung . Durch die Do sis wird insbesondere die Tiefe, in der das photosensitive Material belichtet wird, festgelegt. Eine der erfindungsgemäß wichtigsten Methoden, um die Dosis eines Bildpunktes zu definieren, besteht in der wiederholten Belichtung durch mehrere DMD-Spiegel. Diese DMD-Spiegel sind insbesondere in einer Linie parallel zur relativen Bewegungsrichtung der DMD-Spiegel nacheinander auf j eweils denselben Bildpunkt ausrichtbar angeordnet. Die DMD-Spiegel sind so steuerbar, das s jeder pro Zeiteinheit entweder dieselbe definierte Dosis auf den Bildpunkt projiziert oder nicht (ON-OFF) . Ein Grauton ergibt sich aus der Menge des photosensitiven Materials des Bildpunktes , das eine definierte Dosis erhalten hat und dementsprechend chemisch verändert wurde. Je höher die erhaltene Dosis , desto mehr photosensitives Material wurde tiefenmäßig chemisch und/oder physikalisch verändert.
Eine Bildpunktzeile bedeutet eine Menge von Bildpunkten, die entlang einer geraden Linie normal zur relativen Bewegungsrichtung auf dem photosensitiven Material, insbesondere äquidistant, verteilt sind.
Eine Bildpunktspalte bedeutet eine Menge von Bildpunkten, die entlang einer geraden Linie parallel zur relativen Bewegung srichtung auf dem photosensitiven Material, insbesondere äquidistant, verteilt sind.
Unter einem Bildpunktbereich wird im weiteren Verlauf des Textes eine Menge von, insbesondere benachbarter, Bildpunkte verstanden. Die
Bildpunkte des Bildpunktbereichs werden insbesondere durch einen mathematischen Algorithmus so belichtet, dass der sich ergebende
Bildpunktbereich einen gemittelten Grautonwert besitzt. Dieser gemittelte Grautonwert geht insbesondere auf den verwendeten Algorithmus zurück, mit dem die einzelnen Grautonwerte der Bildpunkte gesteuert werden. Bei der Verwendung mathematischer Algorithmen zur Festlegung eines
Grautons stellt der Bildpunktbereich (und nicht der Bildpunkt) den eigentlichen Pixel dar. Durch die laterale Erstreckung der
Bildpunktbereiche wird die größtmögliche Auflösung definiert.
Insbesondere ist es ein Aspekt der Erfindung, dass die laterale
Größenordnung des Bildpunktbereichs und die Abmessungen eines DMD- Spiegels, genauer gesagt die Projektion des DMD-Spiegels, annähernd gleich sind. Die Fläche des Bildpunktbereichs ist insbesondere größer als 0.5-mal, vorzugsweise größer als 0.75-mal, noch bevorzugter genau 1 .0- mal, am bevorzugtesten größer als l .5-mal, am allerbevorzugtesten größer als 2.0-mal der Fläche des projizierten DMD Bereichs .
Ein Belichtungsstreifen beschreibt eine Menge von Bildpunkten entlang einer Richtung, insbesondere in Richtung der längsten Bewegungs strecke des DMDs . Beispielsweise wird das DMD bei einem mäanderförmigen Rasterpfad immer entlang einer längst möglichen Bewegungsstrecke, die insbesondere bis zum Rand eines Sub strats reicht, bewegt und durch eine kurze seitliche Bewegung von einer Bewegungsstrecke zur nächsten
Bewegungsstrecke gefahren.
Unter einem Primärstrahl versteht man den durch eine
Strahlungsquelle/Primärquelle/Lichtquelle erzeugten Lichtstrahl, bevor er auf das DMD trifft. Der Primärstrahl hat seinen Ursprung in der Lichtquelle und durchläuft insbesondere mehrere optische Elemente, bevor er auf das DMD trifft.
Unter einem Sekundärstrahl versteht man den, insbesondere j eden, durch einen, vorzugsweise einzelnen, Spiegel des DMDs reflektierten Teil des Primärstrahls . Ein Primärstrahl wird also durch das DMD in mehrere Sekundärstrahlen zerlegt. Der Sekundärstrahl hat seinen Ursprung damit in einem Spiegel des DMDs und kann mehrere optische Elemente durchlaufen, bevor er auf das photosensitive Material trifft.
Unter einem Intensitätsprofil wird im weiteren Verlauf des Textes die Querschnittsintensitätsverteilung eines Sekundärstrahls verstanden, welcher, insbesondere mit seinem überwiegenden Intensitätsanteil des Intensitätsprofils , einen Bildpunkt beleuchtet. Die Intensitätsprofile mehrerer nebeneinander liegender Sekundärstrahlen überschneiden sich vorzugsweise, wobei der Wendepunkt eines Intensitätsprofils jeweils innerhalb eines Intensitätsprofils eines benachbarten Sekundärstrahls liegt. Dadurch wird eine besonders hohe Homogenität der Belichtung der
Bildpunkte, insbesondere auch am Rand der Bildpunkte, erreicht.
Unter der Dosis eines Bildpunktes wird die Menge an elektromagnetischer Strahlung verstanden, mit der das photosensitive Material in einem
Bildpunkt zu einem beliebigen Zeitpunkt des maskenlosen Schreibvorgangs (Belichtung) beaufschlagt wurde.
Die optische Leistung des Primärstrahls beträgt zwischen 0.01 W und 1000W, vorzugsweise zwischen 0. 1W und 750W, noch bevorzugter zwischen 1W und 500W, am bevorzugtesten zwischen 10W und 250W, am allerbevorzugtesten zwischen 20W und 50W. Die optische Leistung, die auf einen Sekundärstrahl entfällt, beträgt dann ungefähr das Verhältnis zwischen der optischen Leistung des Primärstrahls und der Anzahl der bestrahlten DMD Spiegel. Ein DMD besitzt beispielsweise 1000x 1000 Pixel. Dementsprechend entfällt bei einer optischen Leistung des
Primärstrahls von 25W eine optische Leistung von 0.000025 Watt auf einen Sekundärstrahl. Bei einer angenommenen Bestrahlungszeit von 20p s pro Bildpunkt würde eine Energie von 5 * 10 10 J bzw. 500 pJ pro einzelnen Sekundärstrahl auf einen Bildpunkt übertragen werden. Durch das
Oversampling kann sich diese Energie pro Bildpunkt beim Durchlauf des DMDs entsprechend erhöhen .
Die Bildpunktenergie liegt insbesondere zwischen 10 J und 1 J, vorzugsweise zwischen 10 - 1 2 J und 10 -2 J, noch bevorzugter zwischen 10 - 12
J und 10 4 J, am bevorzugtesten zwischen 10 12 J und 10 6 J, am
allerbevorzugtesten zwischen 10 J und 10 J .
Die Bestrahlungszeit liegt insbesondere zwischen 10 9 s und 1 s ,
vorzugsweise zwischen 10 9 s und 10 2 s, noch bevorzugter zwischen 10 9 s und 10 4 s , am bevorzugtesten zwischen 10 9 s und 10 4 s , am
allerbevorzugtesten zwischen 10 9 s und 10 6 s .
Die Einzeldosis D ist daher insbesondere die Energie, mit der ein Bildpunkt bei einer Einzelbelichtung beaufschlagt wird.
Unter der gesamten Dosis eines Bildpunktes wird die kumulierte
elektromagnetische Strahlung verstanden, die das photosensitive Material in einem Bildpunkt am Ende eines vollständig abgeschlos senen maskenlosen Schreibvorgangs erhalten hat. Durch die oben genannte, bevorzugte
Überlappung der Intensitätsprofile erhält jeder Bildpunkt einen Teil der Dosis auch von Sekundärstrahlen benachbarter Bildpunkte. Die kumulierte Dosis legt insbesondere den Grauton eines Bildpunktes fest.
Unter einer Spiegelzeile wird eine Menge von Spiegeln eines DMD
verstanden, die entlang einer ersten Achse des DMD-Bezugssystems positioniert sind. Ist das DMD in Bezug zur Bewegungsrichtung nicht gedreht, steht diese Achse normal zur Bewegungsrichtung .
Unter einer Spiegelspalte wird eine Menge von Spiegeln eines DMD verstanden, die entlang einer zweiten Achse des DMD-Bezugs systems positioniert sind. Die zweite Achse steht normal auf die erste Achse des DMD-Bezugs systems .
Durch eine, erfindungsgemäß bevorzugte, Drehung des DMD relativ zur Bewegungsrichtung werden die Spiegelzeilen nicht normal bzw. die
Spiegelspalten nicht parallel zur Bewegungsrichtung angeordnet.
Unter einer Spiegelbelichtungszeile wird eine Menge von Spiegeln eines DMD verstanden, die entlang einer Linie normal auf die Bewegungsrichtung liegen . Ist das DMD in Bezug zur Bewegungsrichtung nicht gedreht, wären Belichtungszeile und Spiegelzeile bezogen auf die laterale Anordnung identisch.
Unter einer Spiegelbelichtungsspalte wird eine Menge von Spiegeln eines DMD verstanden, die entlang einer Linie parallel zur Bewegungsrichtung liegen . Ist das DMD in Bezug zur Bewegungsrichtung nicht gedreht, wären Belichtungs spalte und Spiegelspalte bezogen auf die laterale Anordnung identisch.
Unter einem Spiegelbelichtungszeilenblock versteht man eine Menge von Spiegelbelichtungszeilen, die für die vollständige Belichtung aller
Bildpunkte notwendig sind.
Wird ein DMD mit mehr Zeilen als für einen Spiegelbelichtungsblock notwendig sind ausgestattet, können die zusätzlichen DMD-Spiegel zusätzliche Funktionen erfüllen. Sie können insbesondere als Redundanz eingesetzt werden oder es können zusätzliche
Spiegelbelichtungszeilenblöcke für gebildet werden. Vorteilhafterweise ist die Menge an Spiegelbelichtungszeilen pro Spiegelbelichtungszeilenblock konstant, d.h . die Anzahl der Spiegelbelichtungszeilenblöcke ist ein ganzer Teiler der Anzahl von Spiegelbelichtungszeilen. Die Grautonanzahl ist dann durch die Anzahl der Spiegelbelichtungszeilen pro
Spiegelbelichtung s zeilenblock begrenzt.
Im weiteren Verlauf des Textes werden unterschiedliche Parametersätze offenbart, die sich auch auf die statischen Merkmale Genauigkeit und Präzision beziehen.
Unter Genauigkeit wird ein systematischer Fehler verstanden. Ein systematischer Fehler ist die Abweichung des statisch aus der
Stichprobenmenge ermittelten Erwartungswerts eines Parameters vom wahren Wert der Population. Je größer die Genauigkeit, desto kleiner der Wert der Abweichung also desto kleiner der systematische Fehler.
Unter Präzision wird die Streuung einer Mes sgröße um den Erwartungswert der Stichprobenmenge verstanden. Je größer die Präzision, desto kleiner ist die Streuung .
Unter der Positioniergenauigkeit versteht man die Genauigkeit, mit der ein Bildpunkt im photosensitiven Material deckungsgleich durch das Zentrum eines DMD Spiegels angesteuert werden kann . Diese Positioniergenauigkeit wird insbesondere durch eine Schrägstellung des DMD s relativ zur
Bewegungsrichtung zwischen dem DMD und dem photosensitiven Material erhöht.
Vorrichtung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem Substrathalter und einem optischen System. Der Substrathalter besitzt im Stand der Technik bekannte technische Merkmale zur Fixierung und/oder Ausrichtung und/oder Bewegung eines Substrats .
Die Fixierungen dienen zum Festhalten der in der Vorrichtung zu
verarbeitenden Substrate. Bei den Fixierungen kann es sich um
mechanische Fixierungen, insbesondere Klemmen und/oder
Vakuumfixierungen, insbesondere mit einzeln ansteuerbaren oder miteinander verbundenen Vakuumbahnen, und/oder
elektrische Fixierungen, insbesondere elektro statische Fixierungen, und/oder
magnetische Fixierungen, und/oder
adhäsive Fixierungen, insbesondere Gel-Pak Fixierungen und/oder Fixierungen mit adhäsiven, insbesondere ansteuerbaren, Oberflächen handeln. Die Fixierungen sind insbesondere elektronisch ansteuerbar. Die Vakuumfixierung ist die bevorzugte Fixierungsart. Die Vakuumfixierung besteht vorzugsweise aus mehreren Vakuumbahnen, die an der Oberfläche des Sub strathalters austreten . Die Vakuumbahnen sind vorzugsweise einzeln ansteuerbar. In einer technisch bevorzugt realisierbaren Anwendung sind einige Vakuumbahnen zu Vakuumbahnsegmenten vereint, die einzeln ansteuerbar, daher evakuiert oder geflutet werden können. Jedes
Vakuumsegment ist vorzugsweise unabhängig von den anderen
Vakuumsegmenten, also bevorzugt aus einzeln ansteuerbaren
Vakuumsegmenten. Die Vakuumsegmente sind vorzugsweise ringförmig konstruiert. Dadurch wird eine gezielte, radialsymmetrische, insbesondere von innen nach außen durchgeführte Fixierung und/oder Loslösung eines Substrats vom Substrathalter ermöglicht.
Der Substrathalter kann vorzugsweise aktiv relativ zu einem raumfesten Koordinatensystem bewegt werden. Insbesondere wird die Position des Substrathalters während der Bewegung kontinuierlich mitverfolgt, vermes sen und gespeichert.
Die Präzision der Po sitionierung wird durch das Konfidenzinterval der Varianz beschrieben. Die Präzision besitzt für ein Drei-Sigma
Konfidenzniveau von 99,7 % ein Konfidenzinterval zwischen l nm und l OOpm, vorzugsweise zwischen l nm und l Opm, bevorzugter zwischen l nm und l pm, noch bevorzugter zwischen l nm und l OOnm, am bevorzugtesten zwischen l nm und l Onm, am allerbevorzugteste zwischen l nm und 5nm.
Das optische System der Vorrichtung besteht insbesondere aus mindestens einer Lichtquelle und insbesondere einem DMD . Vorzugsweise befinden sich optische Elemente zur Homogenisierung des Primärstrahls im optischen Pfad, insbesondere zumindest oder aus schließlich im Pfad des
Primärstrahls . Alle optischen Elemente sind vorzugsweise in Bezug zu einer B asis fix montiert, so das s eine Relativbewegung zumindest während der Belichtung ausschließlich durch Bewegen des Substrats mittels des Substrathalters erfolgt. Alle optischen Elemente sind vorzugsweise in sechs Raumrichtungen kalibrierbar. Das Fundament oder die Basis , auf dem der Substrathalter bewegt wird, ist vorzugsweise schwingungsgedämpft. Die Schwingungsdämpfung kann aktiv und/oder passiv erfolgen. Vorzugsweise handelt es sich beim Fundament um einen Granitblock. Noch bevorzugter um einen aktiv schwingungsgedämpften Granitblock.
Verfahren
Beim nachfolgend beschriebenen Verfahren sind die DMD-Spiegel als binäre Schaltelemente ausgeführt, was einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung entspricht, mit der die Erfindung einfacher beschrieben werden kann. Jeder Spiegel des DMDs kann sich dabei zu einem bestimmten Zeitpunkt in einem einzigen Zustand der nachfolgenden zwei Zustände befinden: Entweder er reflektiert seinen Teil des Primärstrahls auf das photosensitive Material oder er reflektiert seinen Teil des Primärstrahls so, das s dieser das photo sensitive Material nicht trifft. Die zwei Zustände eines Spiegels werden entsprechend als„ein“ (engl. : ON, das photosensitive Material wird getroffen) und„aus“ (engl. : OFF, das photosensitive Material wird nicht getroffen) bezeichnet. Entsprechend genauer wird von den zwei Binärzuständen gesprochen. Diese Bezeichnung vereinfacht das Lesen des Textes . Erfindungsgemäß denkbar ist auch die Verwendung von Spiegeln, welche eine kontinuierliche Verkippung durchführen können. Diese Spiegel stellen dann technisch gesehen einen Oberbegriff der binär schaltbaren Spiegel dar, sind aber sowohl herstellungs- als auch steuerungstechnisch wesentlich komplexer und teurer.
Die Spiegel eines DMDs können vorzugsweise nur alle gleichzeitig geschaltet werden, wobei die Wahl zwischen ON und OFF besteht. Die Schaltfrequenz für das gleichzeitige Schalten aller Spiegel ist insbesondere größer als 1 Hz, vorzugsweise größer als 100 Hz, noch bevorzugter größer als 1 kHz, am bevorzugtesten größer als 100 kHz, am allerbevorzugtesten größer als 1 MHz.
Gemäß einem vorteilhaften, wichtigen Aspekt für alle erfindungsgemäß beschriebenen Verfahren wird eine Erhöhung der Positioniergenauigkeit insbesondere durch eine Schrägstellung des DMD in Bezug zur relativen Bewegungsrichtung erreicht.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann eine Erhöhung der
Positioniergenauigkeit durch Verwendung optischer Elemente erreicht werden, welche die Sekundärstrahlen verzerren. Im Stand der Technik existieren noch andere Methoden zur Erhöhung der Po sitioniergenauigkeit, die hier aber nicht alle einzeln aufgezählt werden. Exemplarisch, aber nicht einschränkend, werden die Vorzüge der Erhöhung der
Positioniergenauigkeit anhand der Schrägstellung des DMD beschrieben.
Für ein einfaches maskenloses (bzw. korrekter dynamisch strukturiertes) Belichtungs system mit einem scannenden Abbildungsprinzip wäre ein DMD mit einer einzigen Spiegelzeile erfindungsgemäß ausreichend. Am Markt übliche und verfügbare DMD verfügen meistens über sehr viele
Spiegelzeilen (z .B . 1080 Spiegelzeilen mit jeweils 1920 Spiegelspalten in einem Full-HD-DMD) . Solche DMD mit mehr als einer Spiegelzeile werden erfindungsgemäß bevorzugt verwendet. Die zusätzlichen Spiegelzeilen werden insbesondere eingesetzt, um einerseits mittels Überabtasten die Positionsgenauigkeit zu erhöhen . Überabtasten ist beispielsweise in der US4700235A bezüglich der Druckereitechnologie beschrieben.
Wählt man allerdings einen speziellen Drehwinkel, so kann eine höhere Anzahl von Bildpunkten pro Länge normal auf die Bewegungsrichtung belichtet werden. Der Drehwinkel cc wird insbesondere mit der Formel n
a = arctan—
m
berechnet und definiert, wobei n der Abstand der Bildpunktzeilen und m der Abstand der Bildpunktspalten zwischen zwei nächsten Spiegelzentren ist.
In einem ersten erfindungsgemäßen Verfahren wird die gewünschte Do sis eines jeden Bildpunktes über mehrere Zeitpunkte hinweg, kumulativ festgelegt. Insbesondere erfolgt j ede Einzelbelichtung mit derselben
Einzeldosis D .
Die kumulative Belichtung eines der Bildpunkte erfolgt durch
unterschiedliche DMD-Spiegel, die sich in derselben
Spiegelbelichtungs spalte befinden. Der ersten erfindungsgemäßen Idee liegt daher der Gedanke zu Grunde, dass ein Bildpunkt, der eine Grautonstufe n aufzuweisen hat, während einer Relativbewegung zwischen dem DMD und der photosensitiven Schicht, mindestens n-mal von n unterschiedlichen Spiegeln eines DMD, die sich entlang der Spiegelbelichtungs spalte befinden, belichtet wird. Wählt man beispielsweise eine maximale
Graustufentiefe von 128 , und soll ein Bildpunkt einen Grauton n= l 3 erhalten, dann müssen von 13 Spiegeln innerhalb einer
Spiegelbelichtungs spalte alle Spiegel genau 1/ 128 der maximal zur
Verfügung stehenden maximalen Intensität als Dosis abgeben . Alle Spiegel geben in Summe daher eine Dosis von 13/ 128 der Intensität ab, die für eine 100 % Belichtung des Bildpunktes bis zur Substratoberfläche notwendig wäre.
Durch dieses erfindungsgemäße Verfahren kann der Grauton eines einzelnen Bildpunktes gezielt eingestellt werden. Im Allgemeinen ist die Anzahl der erzeugbaren Grautöne pro Bildpunkt im ersten erfindungsgemäßen
Verfahren gleich der Anzahl der Spiegelbelichtungszeilenblöcke.
Da das DMD im Allgemeinen aus mehreren Spiegeln besteht und
dementsprechend auch mehrere Bildpunkte gleichzeitig mit jeweils derselben Do sis belichtet werden können, können durch diese Methode gleichzeitig ganze Muster erzeugt werden. Der erfindungsgemäße Aspekt dieses Verfahrens kann daher auch so zusammengefas st werden, das s eine zeitliche Mittelung gleichartiger Belichtungsschritte mit unterschiedlichen Mustern bei jedem Belichtungs schritt durchgeführt wird.
In einem zweiten, mit dem ersten kombinierbaren, erfindungsgemäßen Verfahren wird die gewünschte Dosis eines Bildpunktes dadurch erzeugt, das s bei jedem Belichtungszeitpunkt eine genau einstellbare Dosis auf den gewünschten Bildpunkt wirkt. Um eine genau einstellbare Dosis erhalten zu können, gibt es mehrere grundsätzliche Möglichkeiten.
In einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die Intensität der Strahlungsquelle des Primärstrahls gezielt geändert, während sich das DMD über einer zu belichtenden Position befindet. Der Grauton für einen
Bildpunkt wird dann durch die Dosis definiert, die zu dem gegebenen Zeitpunkt in dem Bildpunkt eintrifft. Da die Intensität der Strahlungsquelle gezielt eingestellt und geändert werden kann, kann auch die Dosis gezielt geändert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dazu geeignet, zu einem Zeitpunkt die Strahlungsintensität der Quelle auf einen definierten Wert einzustellen und durch die dadurch entstehende Dosis pro DMD- Spiegel mehrere Bildpunkte simultan gemäß des S chaltungszustandes eines jeden Spiegels mit dieser Dosis zu beleuchten.
Insbesondere kann die Frequenz der Strahlung der Strahlungsquelle geändert werden oder es werden mehrere Strahlungsquellen verwendet, von denen j ede eine Strahlung mit einer anderen Frequenz erzeugen kann. Die Frequenz der Strahlung einer Strahlungsquelle sollte insbesondere mit dem verwendeten photosensitiven Material harmonieren, d.h. diese möglichst effizient chemisch und/oder physikalisch verändern können. Durch die Verwendung von Strahlung mit unterschiedlicher Intensität können insbesondere auch die Graustufen variiert werden.
In einer ersten Ausführungsform des zweiten erfindungsgemäßen
Verfahrens ist die maximale Anzahl der erzeugbaren Grautöne pro
Bildpunkt gleich 2k, wobei k die Anzahl der verwendeten
Spiegelbelichtungszeilen pro Spiegelbelichtungszeilenblock darstellt.
Entsprechend wird ein Bildpunkt von k-Spiegelbelichtungszeilen eines und nur eines Spiegelbelichtungszeilenblocks belichtet bzw. nicht belichtet.
In einer zweiten Ausführungsform des zweiten erfindungsgemäßen
Verfahrens ist die maximale Anzahl der erzeugbaren Grautöne pro
Bildpunkt gleich 2k, wobei k die Anzahl der verwendeten
Spiegelbelichtungszeilenblöcke darstellt. Entsprechend wird ein Bildpunkt von einer und nur einer Spiegelbelichtungszeile eines jeden k- Spiegelbelichtungszeilenblocks belichtet bzw. nicht belichtet.
Insbesondere ist es mit der erfindungsgemäßen Methode möglich, die Do sis für die jeweilige Spiegelbelichtungszeile anzupas sen, vorzugsweise mit sich ändernder Spiegelbelichtungszeile die Dosis gemäß einem mathematischen Gesetz zu ändern. Vorzugsweise kann die erste Spiegelbelichtungszeile die volle Dosis , die zweie Spiegelbelichtungseile die halbe Dosis, die nächste Spiegelbelichtungseile die viertelte Dosis , die k-te Spiegelbelichtungszeile die ( l /2)k-Dosis erhalten.
Die Frequenz, mit der die Intensität der Strahlungsquelle geändert werden kann ist insbesondere größer als 10 Hz, vorzugsweise größer als 100 Hz, noch bevorzugter größer als 1 kHz, am bevorzugtesten größer als 100 kHz, am allerbevorzugtesten größer als 1 MHz . In einem dritten erfindungsgemäß am meisten bevorzugten, mit den vorbeschriebenen Verfahren kombinierbaren, Verfahren wird ein Unruhe- Algorithmus (engl. : dithering) verwendet, um in einem Bildpunktbereich, der insbesondere größer als ein einzelner Bildpunkt ist, eine, insbesondere gemittelte, Dosis zu erzeugen. Das Prinzip des Algorithmus besteht darin, die Grautöne nebeneinander liegender Bildpunkte so einzustellen, dass sich ein gemittelter Grautonwert für den Bildpunktbereich ergibt.
Die genannte Methode kann insbesondere auf mehrere, im Stand der
Technik bereits bekannte Algorithmen zurückgreifen, mit deren Hilfe die Erzeugung eines Grautongradienten gesteuert wird. Insbesondere können die Algorithmen
Ordered und/oder
Floyd-Steinberg und/oder
Jarvis und/oder
angewendet werden. Neben diesen bevorzugten Algorithmen existieren noch unzählige andere Algorithmen, die hier nicht vollständig aufgezählt werden können .
Der erfindungsgemäße Aspekt dieses Verfahrens kann auch so
zusammengefas st werden, das s eine relative örtliche Unterabtastung, der ursprünglichen überabgetasteten Bildpunkte, zum Zwecke der
Variationsmöglichkeit der Dosis durchgeführt wird.
Die erfindungsgemäße Methode erzeugt einen Bildpunktbereich, der größer ist als die einzelnen Bildpunkte. Endsprechend geht der im Falle einer Schrägstellung des DMD erzielte Vorteil der Positioniergenauigkeit zumindest teilweise verloren für die durch den mathematischen Algorithmus gewonnene Grautonauflösung .
Ein weiteres wichtiges Merkmal der erfindungsgemäßen Verfahren besteht in einer kontinuierlichen (also zumindest entlang eines Belichtungs streifens nicht unterbrochenen) Relativbewegung zwischen dem photosensitiven Material und dem DMD während der Anwendung der erfindungsgemäßen Verfahren . Die erfindungsgemäßen Verfahren stellen daher vorzugsweise keine Schrittprozessverfahren, sondern kontinuierliche Bewegungsverfahren dar.
Erfindungsgemäß ist es bei allen erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft, wenn die von den Spiegeln erzeugten reflektierten Strahlen
Querschnittsprofile aufweisen, die zumindest teilweise überlagert werden .
Alle erfindungsgemäßen Verfahren können auch in der klas sischen, binären Lithografie verwendet werden, um die Homogenität der Ausleuchtung zu verbes sern und damit die Prozes sstabilität und Abbildungsqualität zu verbes sern. Hierzu wird zuerst die Intensitätsverteilung der gesamten DMD- Abbildung aufgezeichnet (z .B . mit CCD Chip in Belichtungsebene oder Testbelichtungen mit Hilfe eines Grautonlackes, oder mehreren
Belichtungen bei Stufenselektiven Lacken) und dann die S chreibdaten (Rasterdaten) so korrigiert, das s die Belichtungsintensität der einzelnen Abbildungspunkte homogener ist.
Des Weiteren ist es möglich, alle erfindungsgemäßen Verfahren zu verwenden, um die Abbildungsqualität für kritische Strukturen zu
verbes sern indem insbesondere die Dosis für einzelne Bildpunkte erhöht oder erniedrigt werden, wenn diese im Lithografie Prozess nicht
ausreichend aufgelöst werden (vgl. OPC, optical proximity correction) . In diesem Verfahren ist insbesondere die Kenntnis des chemischen und physikalischen Verhaltens des verwendeten Lackes, als auch Kenntnis für das optische Verhalten, insbesondere im Nahfeld, von Vorteil. Dieses Wis sen kann sowohl theoretisch, als auch empirisch (z.B . über
Testbelichtungen) in Lorm von Datenreihen ermittelt werden. Anwendungen/Verwendungen
Die erfindungsgemäßen Methoden können insbesondere verwendet werden, um folgende Produkte zu erzeugen.
In einer ersten erfindungsgemäßen Anwendung können die
erfindungsgemäßen Methoden verwendet werden, um eine Menge optischer Elemente, insbesondere Linsen, in dem photosensitiven Material zu erzeugen. Fresnel- , Konvex- oder Konkavlinsen besitzen ausgeprägte dreidimensionale Formen, die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt werden können. Bei einer besonders vorteilhaften
erfindungsgemäßen Ausführungsform werden diese optischen Elemente als Teil eines monolithischen Linsensubstrats (engl . : monolithic lens Substrate, MLS ) erzeugt.
Gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Anwendung können die
erfindungsgemäßen Methoden verwendet werden, um einen Stempel zu erzeugen. Die erzeugten Stempel werden insbesondere direkt als
Arbeits stempel und/oder als Masterstempel in der Imprintlithographie verwendet. Diese Stempel weisen ausgeprägte 2.5 dimensionale Strukturen auf.
Nach einer dritten erfindungsgemäßen Anwendung können die
erfindungsgemäßen Methoden verwendet werden, um lithographische Masken zu erzeugen bzw. zumindest als Negativ für lithographische Masken zu dienen.
In einer vierten erfindungsgemäßen Anwendung können die
erfindungsgemäßen Methoden verwendet werden, um eine, insbesondere wellige und nicht ebene und/oder homogene, S chicht des photosensitiven Materials so mit Hilfe der erfindungsgemäßen Verfahren zu strukturieren. Hierbei werden die Grautöne in Bezug auf die Welligkeit so erzeugt, das s die Welligkeit des photosensitiven Materials keinen Einfluss auf die, nach der Entwicklung entstehende, Topographie hat. Dadurch wird es möglich, ein photosensitives Material zu belichten, ohne vorher die Welligkeit durch komplizierte Verfahren und Methoden entfernen zu müssen oder den
Ausgleich nur bis zu einem gewissen Grad durchzuführen. Erfindungsgemäß ergibt sich dadurch insbesondere eine Zeit- und Kostenersparnis .
In einer fünften erfindungsgemäßen Ausführungsform können die
erfindungsgemäßen Methoden verwendet werden, um eine ebene Fläche zu erzeugen. Im Allgemeinen ist jedes Substrat mit einer gewis sen Welligkeit und/oder Rauheit versehen . Eine Schicht, die auf einem solchen Substrat aufgebracht wird, nimmt die Welligkeit und/oder die Rauigkeit des darunterliegenden Substrats teilweise an. Im Stand der Technik existieren viele Techniken, um diese wellige Schicht zu planarisieren. Durch die erfindungsgemäßen Methoden könnte, nachdem die Welligkeit der Schicht vermes sen wurde, eine erfindungsgemäße Lithographie so durchgeführt werden, das s die Wellenberge der S chicht lithographisch so behandelt werden, das s nach dem Belichtungs- und Entwicklungsvorgang ein Abtrag der Wellenberge beziehungsweise eine Planarisierung der Schicht erfolgt. Damit steht ein erfindungsgemäß günstiges Verfahren zur Planarisierung der S chicht zur Verfügung, das nicht auf mechanischen, sondern rein photolithographischen Methoden basiert.
In einer sechsten erfindungsgemäßen Anwendung können die
erfindungsgemäßen Methoden verwendet werden, um MEMS -Strukturen zu erzeugen.
Es werden alle technisch möglichen Kombinationen und/oder Permutationen sowie Vervielfachungen der funktionellen und/oder materiellen Teile der Vorrichtung und die damit einhergehenden Veränderungen in mindestens einem der Verfahrensschritte oder Verfahren als offenbart betrachtet. S oweit vorliegend und/oder in der anschließenden Figurenbeschreibung Vorrichtungsmerkmale offenbart sind, sollen diese auch als
Verfahrensmerkmale offenbart gelten und umgekehrt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Optik und einer auf einem Substrat angeordneten zu belichtenden photosensitiven Schicht,
Figur 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit mehreren,
aufeinanderfolgenden Verfahrens schritten,
Figur 3 a eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Verfahrens schritt bei einer Belichtung durch eine Strahlungsquelle mit einem ersten Inten sitäts Spektrum,
Figur 3b eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Verfahrens schritt bei einer Belichtung durch eine Strahlungsquelle mit einem zweiten Inten sitäts Spektrum,
Figur 4 eine schematische Darstellung eines mit einer Ausführungsform der Erfindung belichteten photosensitiven Schicht, und
Figur 5 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Aus schnitts des Sub strats mit der zu belichtenden photosensitiven Schicht.
In den Figuren sind gleiche Bauteile oder Bauteile mit der gleichen
Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Figur 1 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer Menge von Bildpunkten 1 . Die Bildpunkte 1 werden mit den nachfolgend
beschriebenen Verfahren an einer Oberfläche eines photosensitiven
Materials 1 8 einer photosensitiven Schicht 19, die auf einem Substrat 6 aufgebracht ist, erzeugt (siehe hierzu insbesondere Figur 5)
beziehungsweise belichtet. Es werden dabei zumindest einige der
Bildpunkte 1 belichtet.
Über den Bildpunkten 1 , deren Menge einen Belichtungs streifen 2 definiert, befindet sich die zur relativen Bewegungsrichtung v der Bildpunkte 1 gedrehte Mikrospiegeleinrichtung (DMD 3) . In der Figur 1 wird zur
Vereinfachung der Darstellung nicht das DMD 3 selbst, sondern des sen Proj ektion auf die photosensitive S chicht 19 dargestellt. Der Vereinfachung halber wird nicht mehr zwischen dem eigentlichen DMD 3 und seinen eigentlichen Elementen und deren Proj ektionen unterschieden. Spiegel 4,
4‘, 4“ des DMD 3 sind in Spiegelzeilen 9z und Spiegelspalten 9s
angeordnet.
Die Spiegelzeilen 9z sind zur Bewegungsrichtung v um den Winkel cc gedreht angeordnet. Die relative Bewegungsrichtung v erfolgt entlang der y-Achse. Das Substrat 6, auf dem sich das photosensitive Material 18 befindet, wird auf einem Substrathalter 14 fixiert und mit diesem in die negative y-Richtung bewegt, wobei das DMD 3 zumindest während der Belichtung vorzugsweise statisch fixiert ist.
Für einige erfindungsgemäße Anwendungen kann das DMD 3 beweglich ausgeführt sein, wobei dies eine weniger bevorzugte Ausführungsform ist. Dementsprechend wird mit v die relative Bewegungsrichtung zwischen dem DMD 3 und dem photosensitiven Material 18 beziehungsweise den
Bildpunkten 1 bezeichnet. Die Bildpunkte 1 repräsentieren die Po sitionen, welche durch von den Spiegeln 4, 4‘, 4“ abgelenkten S ekundärstrahlen 16 beleuchtet werden können . Die Breite der Sekundärstrahlen 16 ist vorzugsweise mindestens so groß wie die Spiegel 4, 4‘, 4“. Die S ekundärstrahlen 16 besitzen ein charakteristisches , insbesondere gaußförmiges , Intensitätsprofil 5 , 5‘. Das charakteristische Intensitätsprofil 5 , 5‘ definiert die Intensitätsverteilung im photosensitiven Material 18 beziehungsweise im j eweiligen Bildpunkt 1 .
Erkennbar ist, das s das DMD 3 zur relativen Bewegungsrichtung v so gedreht wurde, dass jedes Spiegelzentrum 4c eines Spiegels 4 des DMD 3 deckungsgleich zu einem der Bildpunkte 1 ist, die - wie nachfolgend beschrieben - gezielt bezüglich ihres Belichtungsprofils belichtet werden.
Unter der Relativbewegung ist zu verstehen, das s das DMD 3 und die zu belichtende photosensitive S chicht 19 relativ zueinander bewegt werden, wobei vorzugsweise entweder das DMD 3 oder die photosensitive Schicht 19 bewegt werden, während der nicht bewegte Teil statisch fixiert wird. Technisch gesehen wird vorzugsweise die photosensitive Schicht 19, die sich auf dem Substrat 6 befindet, aktiv in Bezug zu einem raumfesten Koordinatensystem bewegt, während das DMD 3 sowie alle anderen optischen Elemente (nicht eingezeichnet) relativ zum raumfesten
Koordinatensystem statisch sind.
Beispielhaft wird gezeigt, das s sich der Bildpunkt 1 im Laufe der, insbesondere kontinuierlichen, Relativbewegung zuerst unter dem Spiegel 4, danach unter dem Spiegel 4‘ und schließlich unter dem Spiegel 4“ befindet. Zu j edem dieser Zeitpunkte könnte einer der Spiegel 4, 4‘, 4“ so geschaltet sein, dass er einen S ekundärstrahl auf das photosensitive
Material 18 reflektiert, so das s das photo sensitive Material 18 mit einer (weiteren) Do sis zur Erzeugung eines Grautons G beaufschlagt wird. Jede Beaufschlagung führt zu einer Steigerung des Grautons G.
Spiegelbelichtungszeilen l Oz, l 0z‘, l Oz“ sind jeweils einer
korrespondierenden Bildpunktzeile zugeordnet und stehen normal zur Bewegungsrichtung v. Eine Spiegelbelichtungs spalte l Os repräsentiert eine in Bewegungsrichtung v verlaufende Spalte von Bildpunkten 1
(beispielsweise Bildpunktspalte l l s) , die mit den in der
Spiegelbelichtungs spalte l Os angeordneten Spiegeln 4 belichtet werden können .
In der Figur 1 ist erkennbar, das s sich insgesamt vier Spiegel 4, 4‘, 4“ auf der eingezeichneten Spiegelbelichtungs spalte l Os befinden, deren
Spiegelzentren 4c kongruent zur Spiegelbelichtungs spalte l Os sind. Damit können in diesem konkreten Fall nur die drei Spiegel 4, 4‘, 4“ zur
Belichtung des Bildpunktes 1 herangezogen werden, während eine
Relativbewegung zwischen dem DMD 3 und dem photosensitiven Material 18 erfolgt.
Die drei Spiegelbelichtungszeilen l Oz, l 0z‘, l Oz“ werden einem
Spiegelbelichtungszeilenblock 17 zugeordnet. Besteht das DMD 3
beispielsweise aus sechshundert Spiegelbelichtungszeilen l Oz, können die sechshundert Spiegelbelichtungszeilen l Oz beispielsweise und vorteilhaft zu zweihundert Spiegelbelichtungszeilenblöcken 17 zusammengefas st werden.
Im vorliegend gezeigten Beispiel kann somit jeder der
Spiegelbelichtungszeilenblöcke 17 zur Belichtung eines Bildpunktes 1 mit einem von vier Grautönen G (gar keine Belichtung, Belichtung mit einer Dosis, mit zwei Dosen oder mit drei Dosen) verwendet werden. Der Rahmen im rechten unteren Teil des Belichtungs streifens 2 symbolisiert einen Bildpunktbereich 8 , bestehend aus insgesamt neun Bildpunkten 1 . Der Bildpunktbereich 8 besitzt vorzugsweise ungefähr dieselbe Größe wie die Spiegel 4 des DMDs 3. Durch die Anwendung eines Unruhe-Algorithmus wird in diesem Bildbereich 8 ein gemittelter Grauton eingestellt.
Ein weiterer, wesentlicher erfindungsgemäßer Aspekt besteht darin, das s durch eine S chrägstellung der Optik, insbesondere des DMD 3 , gegenüber der Bewegungsrichtung v und/oder den Bildpunktzeilen l l z zwar eine Erhöhung der Positioniergenauigkeit erfolgt, diese aber zu Gunsten der Erzeugung eines gemittelten Grautons im Bildbereich 8 wieder zumindest teilweise aufgegeben wird.
Die Auflösung der Strukturen im photosensitiven Material 1 8 kann nicht größer sein als die Auflösung der Spiegel im DMD 3. Indem einerseits , insbesondere durch die Schrägstellung, eine Erhöhung der
Positioniergenauigkeit erfolgt und andererseits Grautöne G als gemittelte Grautöne eines Bildpunktbereichs zusammengefasst werden, kann eine sehr effiziente Grautonlithographie durchgeführt werden.
Die Figur 2 zeigt eine Serie von Belichtungs schritten eines Teils eines Belichtungs streifens 2 mit mehreren Bildpunkten 1 . Die dargestellte
Bilderserie stellt insbesondere die Kombination der ersten und zweiten erfindungsgemäßen Methode dar. Auf die Darstellung der Intensitätsprofile 5 , wie in der Figur 1 wird der Übersichtlichkeit halber verzichtet, da man sonst die unterschiedlichen Grautöne G der Bildpunkte 1 nicht erkennen kann. Jeder Belichtungsschritt besteht aus mehreren, insbesondere synchron ausgeführten, Einzelbelichtungen einzelner Bildpunkte 1 .
Das DMD 3 , hier vereinfacht repräsentiert durch nur neun Spiegel 4, wird relativ zu den Bildpunkten 1 bewegt, wobei tatsächlich eine Bewegung der photosensitiven S chicht 19 erfolgt und das , vorzugsweise möglichst schwingungsgedämpft gelagerte, DMD 3 fixiert ist.
Jedes Mal, wenn ein Spiegel 4 so geschaltet (angesteuert) wird, dass er den Sekundärstrahl auf das photosensitive Material 18 reflektiert, wird das durch einen schwarzen Punkt im Inneren des Spiegels 4 symbolisiert. Das erste Bild der Serie besteht aus einem Teil eines Belichtungs streifens 2, bei dem bereits einige Bildpunkte 1 der untersten fünf Zeilen belichtet wurden . Jeder belichtete Bildpunkt 1 wurde nur einmal belichtet, sodas s jedem belichteten Bildpunkt 1 ein Grautonwert von 1 zugeordnet werden kann. Die Grautonwerte werden gemäß Ihrer Stärke durch eine natürliche Zahl inklusive der Null beschrieben. Durch die kontinuierliche relative
Verschiebung zwischen dem DMD 3 und der darunter liegenden
photosensitiven S chicht 19 können nachfolgende Spiegel 4 des DMD 3 Bildpunkte 1 , die bereits belichtet wurden, nochmals belichten, sofern der Algorithmus die Belichtung des j eweiligen Bildpunktes vorsieht.
Betrachtet man das letzte Bild der Serie, erkennt man, das s der Algorithmus so eingestellt wurde, dass sich ein Dithering-Muster im Bildpunktbereich 8 ergibt. Exemplarisch wird der Bildpunkt 1 im dritten Bild der Serie mit einem Grauton G = 1 dargestellt, während, durch die Anwendung der erfindungsgemäßen Methode derselbe Bildpunkt im zwölften Bild der S erie den Grauton G = 2 besitzt, also eine stärkere Dosis empfangen hat. Diese hat er durch eine nicht dargestellte Belichtung mit einem nachfolgenden DMD-Spiegel 4 aus derselben Spiegelbelichtungsspalte l Os erhalten .
Die Bilderserie zeigt einerseits die Verwendung eines Dithering- Algorithmus , andererseits die Einstellung eines Grautons G durch eine Mehrfachbelichtung hintereinander geschalteter Spiegelelemente . Die erfindungsgemäße Methode zur Erzeugung eines gemittelten Bildpunktbereichs 8 durch die Verwendung eines entsprechenden
mathematischen Algorithmus würde natürlich auch bei einer schwarz/weiß (s/w) Lithographie funktionieren, d.h. bei der Verwendung von nur zwei Grautönen. Allerdings wäre durch die reduzierte Grautontiefe auch die Tiefenauflösung des entstehenden Bildpunktbereichs 8 viel geringer. Durch die Kombination eines hoch aufgelösten Grautontiefenspektrums mit der Verwendung der erfindungsgemäßen Algorithmen, kann eine sehr gute Tiefenauflösung in Bezug auf die Belichtung erfolgen.
Die Figuren 3 a und 3b zeigen schematische Darstellungen einer
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die Dosis , welche für die Belichtung der Bildpunkte 1 verwendet wird, durch eine Änderung der Strahlungsintensität einer Strahlungsquelle 12 variiert wird. Um die Darstellung einfach zu halten wird ein Zustand gezeigt, in dem wiederum nur ein Spiegel 4 eines DMDs 3 so geschaltet wird, das s er einen Bildpunkt 1 auf einem photosensitiven Material 18 belichtet.
Die Strahlungsquelle 12 erzeugt einen Primärstrahl 15 , der durch optische Elemente 13 beeinflusst werden kann, bevor er auf das DMD 3 trifft. Dort erzeugen die einzelnen Spiegel 4 des DMD 3 eine entsprechende Zahl an einzelnen Sekundärstrahlen 16 zur Erzeugung einzelner Bildpunkte 1 . Durch die Intensität der Strahlungsquelle 12 wird die Stärke der Dosis , die Form der Intensitätsprofile 5 , 5‘ und damit der Grauton G beeinflusst und definiert. Die Definition kann empirisch oder durch physikalisch-chemische Prozes se ermittelt werden. Die Optik ist die Summe der optischen Elemente 13 und das DMD 3.
Die Figur 4 zeigt einen durch die erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten aus gemittelten Grautönen erstellten Grautongradienten, des sen Stärke von links nach rechts abnimmt. Es wird ein Ausschnitt bestehend aus 5 Zeilen und 4 Spalten von Bildpunktbereichen 8 , 8‘, 8“, 8‘“ dargestellt. Umfas st jeder Bildpunktbereich 8 , 8‘, 8“, 8‘“ neun Bildpunkte (nicht
eingezeichnet), dann sind insgesamt 15 x 12, also 1 80 Bildpunkte vorhanden.
Der Bildpunktbereich 8 besitzt den stärksten, gemittelten Grauton (aus den neun Grautönen G der einzelnen, nicht dargestellten Bildpunkte) . Die gemittelten Grautöne der Bildpunktbereiche 8‘, 8“ und 8‘“ nehmen kontinuierlich von links nach rechts ab . Jeder gemittelte Grauton eines Bildpunktbereichs 8 , 8‘, 8“, 8‘“ wurde durch die Verwendung von mathematischen Algorithmen in Verbindung mit der Grautoneinstellung einzelner Bildpunkte 1 (der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet) gemäß den oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren erstellt.
Die Figur 5 zeigt einen Teil eines Querschnitts eines Substrats 6, auf dem eine photosensitive Schicht 19, bestehend aus einem photosensitiven Material 18 abgeschieden wurde. Dargestellt ist auch ein Bildpunkt 1 , mit einer Belichtungsprofiltiefe t. Man erkennt, das s die Belichtungsprofiltiefe t ungefähr ein Drittel der gesamten Dicke der photo sensitiven Schicht 19 ausmacht.
Verfahren und Vorrichtung zur Belichtung von Bildpunkten
B e z u g s z e i c h e n l i s t e
1 Bildpunkt
2 Belichtung s streifen
3 Mikrospiegeleinrichtung (DMD)
4, 4‘, 4“ Spiegel
4c Spiegelzentrum
5, 5‘ Intensitätsprofil
6 Substrat
8, 8 \ 8“, 8“‘ Bildpunktbereich
9z Spiegelzeile
9s Spiegelspalte
lOz, l0z‘, lOz“ Spiegelbelichtungszeile
lOs Spiegelbelichtungs spalte
llz Bildpunktzeile
11 s Bildpunktspalte
12 Strahlungsquelle
13 optische Elemente
14 Substrathalter
15 Primärstrahl
16 Sekundärstrahl(en)
17 Spiegelbelichtungszeilenblock
18 photosensitives Material
19 photosensitive Schicht
G Grauton
D Einzeldosis
cc Winkel
v Bewegungsrichtung (Geschwindigkeit)
t Belichtungsprofiltiefe
n Abstand der Bildpunktzeilen
m Abstand der Bildpunktspalten

Claims

Verfahren und Vorrichtung zur Belichtung von Bildpunkten P at e n t a n s p rü c h e
1. Verfahren zur Belichtung von Bildpunkten (1) einer aus einem
photosensitiven Material (18) bestehenden Schicht (19) auf einem Substrat (6) mittels einer Optik mit folgenden Merkmalen:
die Bildpunkte (1) werden gegenüber der Optik kontinuierlich bewegt,
mehrere Sekundärstrahlen (16) werden mittels der Optik einzeln für Einzelbelichtungen jedes Bildpunktes (1) gesteuert, indem die Sekundärstrahlen (16) entweder in einen ON- oder in einen OFF-Zustand versetzt werden, wobei
a) Sekundärstrahlen (16) im ON-Zustand eine
Einzelbelichtung des dem jeweiligen Sekundärstrahl (16) zugeordneten Bildpunktes (1) bewirken und
b) Sekundärstrahlen (16) im OFF-Zustand keine
Einzelbelichtung des dem jeweiligen Sekundärstrahl (16) zugeordneten Bildpunktes (1) bewirken, wobei zur Erzeugung von Bildpunkten (1) mit Grautönen n>l Einzelbelichtungen durch unterschiedliche Sekundärstrahlen (16) mit Einzeldosen D durchgeführt werden, wobei der
Grauton G jedes Bildpunktes (1) durch die Summe der
Einzeldosen D definiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Grautöne durch a) n Einzelbelichtungen mit konstanten Einzeldosen D und/oder b) n Einzelbelichtungen mit durch Änderung einer
Strahlungsintensität der Sekundärstrahlen ( 16)
unterschiedlichen Einzeldosen D und/oder
definiert werden .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei Grautöne mehrerer
benachbarter, zu einem Bildpunktbereich (8) zusammengefas ster Bildpunkte ( 1 ), insbesondere mittels eines Unruhe-Algorithmus , zur Definition eines gemittelten Grautonwerts des Bildpunktbereichs (8) erzeugt werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Sekundärstrahlen ( 16) aus einem von einer Strahlungsquelle ( 12) erzeugten Primärstrahl ( 15 ) mittels der Optik erzeugt werden, insbesondere einer Mikrospiegeleinrichtung (Digital Micromirror Device, DMD 3) .
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Sekundärstrahlen ( 16) mittels der Optik, insbesondere aus schließlich, synchron gesteuert werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine maskenlose Optik verwendet wird.
7. Vorrichtung zur Belichtung von Bildpunkten (1) einer aus einem photosensitiven Material (18) bestehenden photosensitiven Schicht (19) auf einem Substrat (6) mittels einer Optik mit folgenden
Merkmalen:
Mittel zur kontinuierlichen Bewegung der Bildpunkte (1) gegenüber der Optik,
Steuerungsmittel zur einzelnen Steuerung mehrerer Sekundärstrahlen (16) mittels der Optik für Einzelbelichtungen jedes Bildpunktes (1), indem die Sekundärstrahlen (16) entweder in einen ON- oder in einen OFF-Zustand versetzbar sind, wobei
a) Sekundärstrahlen (16) im ON-Zustand eine
Einzelbelichtung des dem jeweiligen Sekundärstrahl (16) zugeordneten Bildpunktes (1) bewirken und
b) Sekundärstrahlen (16) im OFF-Zustand keine
Einzelbelichtung des dem jeweiligen Sekundärstrahl (16) zugeordneten Bildpunktes (1) bewirken,
Einzelbelichtungsmittel zur Erzeugung von Bildpunkten (1) mit Grautönen durch n>l Einzelbelichtungen durch
unterschiedliche Sekundärstrahlen (16) mit Einzeldosen D, wobei der Grauton G jedes Bildpunktes (1) durch die Summe der Einzeldosen D definierbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7 , wobei die Vorrichtung eine Optik zur Erzeugung der Sekundärstrahlen ( 16) aus einem von einer
Strahlungsquelle ( 12) erzeugten Primärstrahl ( 15) aufweist, insbesondere eine Mikrospiegeleinrichtung (Digital Micromirror Device, DMD 3) .
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8 , wobei die Sekundärstrahlen ( 16) mittels der Optik, insbesondere ausschließlich, synchron steuerbar sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9 mit einer maskenlosen Optik.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115698858A (zh) 2020-07-06 2023-02-03 Ev 集团 E·索尔纳有限责任公司 曝光光敏涂层之方法及装置
US20250155797A1 (en) * 2021-12-16 2025-05-15 Applied Materials, Inc. Generate 3d photoresist profiles using digital lithography

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2215553A (en) * 1988-02-29 1989-09-20 Ateq Corp Rasterization system
WO1994028574A1 (en) * 1993-05-28 1994-12-08 Etec Systems, Inc. Dose modulation and pixel deflection for raster scan lithography
EP1363166A2 (de) * 2002-05-16 2003-11-19 Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd. Gerät und Verfahren zum Schreiben eines lithographischen Musters

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0141869B1 (de) 1983-11-14 1987-09-16 DR.-ING. RUDOLF HELL GmbH Verfahren und Einrichtung zur Herstellung gerasterter Druckformen
JP3395695B2 (ja) * 1999-03-12 2003-04-14 日本電気株式会社 マスク描画方法
SE0104238D0 (sv) * 2001-12-14 2001-12-14 Micronic Laser Systems Ab Method and apparatus for patterning a workpiece
JP2005353927A (ja) * 2004-06-14 2005-12-22 Dainippon Screen Mfg Co Ltd パターン描画装置
JP4390189B2 (ja) * 2003-04-10 2009-12-24 大日本スクリーン製造株式会社 パターン描画装置
JP4344162B2 (ja) * 2003-04-11 2009-10-14 財団法人国際科学振興財団 パターン描画装置及びパターン描画方法
US6831768B1 (en) * 2003-07-31 2004-12-14 Asml Holding N.V. Using time and/or power modulation to achieve dose gray-scaling in optical maskless lithography
US7012674B2 (en) * 2004-01-13 2006-03-14 Asml Holding N.V. Maskless optical writer
US7317510B2 (en) * 2004-12-27 2008-01-08 Asml Netherlands B.V. Lithographic apparatus and device manufacturing method
JP4738227B2 (ja) * 2005-03-28 2011-08-03 富士フイルム株式会社 記録素子設定方法、画像記録方法及び装置
JP4691653B2 (ja) * 2005-04-07 2011-06-01 国立大学法人東北大学 データ生成方法、データ生成装置、及びプログラム
JP2006319140A (ja) * 2005-05-12 2006-11-24 Sharp Corp 露光方法、および露光装置
JP4753625B2 (ja) * 2005-05-31 2011-08-24 大日本スクリーン製造株式会社 パターン描画装置およびブロック数決定方法
JP2007041239A (ja) * 2005-08-02 2007-02-15 Fujifilm Corp カラーフィルタの製造方法、及びカラーフィルタ並びに液晶表示装置
JP5182913B2 (ja) * 2006-09-13 2013-04-17 大日本スクリーン製造株式会社 パターン描画装置およびパターン描画方法
EP2433295A2 (de) * 2009-05-20 2012-03-28 Mapper Lithography IP B.V. Beidseitiges scannen
US8335999B2 (en) * 2010-06-11 2012-12-18 Orbotech Ltd. System and method for optical shearing
CN103048885B (zh) * 2011-10-11 2015-02-25 中山新诺科技股份有限公司 无掩膜曝光系统及方法
DE102013107568A1 (de) * 2013-07-16 2015-01-22 Schultheiss Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts sowie Belichtungsmaskenerzeugungseinrichtung
EP2876499B1 (de) * 2013-11-22 2017-05-24 Carl Zeiss SMT GmbH Beleuchtungssystem eines mikrolithografischen Projektionsbelichtungsgerätes

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2215553A (en) * 1988-02-29 1989-09-20 Ateq Corp Rasterization system
WO1994028574A1 (en) * 1993-05-28 1994-12-08 Etec Systems, Inc. Dose modulation and pixel deflection for raster scan lithography
EP1363166A2 (de) * 2002-05-16 2003-11-19 Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd. Gerät und Verfahren zum Schreiben eines lithographischen Musters

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of WO2019242840A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
KR102604859B1 (ko) 2023-11-21
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JP7309759B2 (ja) 2023-07-18
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US11681228B2 (en) 2023-06-20
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