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Title:
ILLUMINATION DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1991/017483
Kind Code:
A1
Abstract:
The illumination device (1) proposed is designed to produce patterns (6), or for the direct illumination of electronic elements, and includes a light source (2) and an original generator (3). In order to shorten the exposure time necessary with a simplified illumination-device structure, the original generator (3) includes an optical schlieren system (15, 17) and an active, matrix-addressable surface light modulator (13) which has a visco-elastic control film with a reflective surface (19). Disposed between the schlieren lens (15) and the projection lens (16) in the schlieren system (14) is a mirror (17) which preferably has two functions, not only reflecting the light from the light source (2) to the light modulator (13) but also filtering out undiffracted reflected light. The schlieren lens is located at a distance from the light modulator (13) which is short relative to the focal length of the lens. A positioning table (7) designed to hold the pattern (6) or the electronic element is disposed in such a way that sharp images of areas (19a, 19b) on the surface of the light modulator (13) can be produced on the pattern or the electronic element.

Inventors:
VOGT HOLGER (DE)
KUECK HEINZ (DE)
HESS GUNTHER (DE)
GEHNER ANDREAS (DE)
Application Number:
PCT/DE1991/000375
Publication Date:
November 14, 1991
Filing Date:
May 02, 1991
Export Citation:
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Assignee:
FRAUNHOFER GES FORSCHUNG (DE)
International Classes:
G03F1/00; G03F7/20; G03F1/08; H01L21/027; H01L21/30; H01S3/101; (IPC1-7): G03F7/20
Foreign References:
US4675702A1987-06-23
EP0358467A21990-03-14
US4728185A1988-03-01
Other References:
Proceedings of SPIE, Band 1018, 1988, (Bellingham, WA, US), W. Brinker et al.: "Deformation behavior of thin viscoelastic layers used in an active-matrix-addressed spatial light modulator", Seiten 79-85
Attorney, Agent or Firm:
Schoppe, Fritz (Pullach, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Belichtungsvorrichtung zum Herstellen von Vorlagen für die Fertigung elektronischer Elemente oder zum Direkt¬ belichten von Scheiben oder Substraten bei den für ihre Herstellung notwendigen fotolithographischen Schritten oder von Strukturen mit lichtempfindlichen Schichten, mit einer Lichtquelle (2) und einem Mustergenerator (3), dadurch gekennzeichnet, daß der Mustergenerator (3) ein optisches Schlie¬ rensystem (14) und einen aktiven, Matrixadressier¬ baren Flächenlichtmodulator (13) aufweist, daß der Flächenlichtmodulator (13) eine reflek¬ tierende Oberfläche (19) aufweist, deren adressier¬ te Oberflächenbereiche (19a, 19b, ...) einfallendes Licht beugen und deren nicht adressierte Oberflä¬ chenbereiche (19a, 19b, ...) einfallendes Licht reflektieren, daß das Schlierensystem (14) ein Flächenmodulator seitiges Schlierenobjektiv (15) , ein dem Flächen¬ modulator (13) abgewandtes Projektionsobjektiv (16) und eine zwischen diesen Objektiven (15, 16) ange¬ ordnete Spiegelvorrichtung (17) aufweist, die Licht von der Lichtquelle (2) auf die Oberfläche (19) des Flächenlichtmodulators (13) richtet, daß eine Fokussiereinrichtung (4) zum Fokussieren des Lichts von der Lichtquelle (2) auf die Spiegel¬ vorrichtung (17) vorgesehen ist, daß das Schlierenobjektiv (15) mit einem bezogen auf seine Brennweite geringen Abstand zu dem Flä chenlichtmodulator (13) angeordnet ist, daß eine Filtervorrichtung (17) zwischen dem Schlierenobjektiv (15) und dem Projektionsobjektiv (16) angeordnet ist, die derart ausgebildet ist, daß sie das von den nichtadressierten Oberflächen¬ bereichen (19a, 19b, ...) des Flächenlichtmodula¬ tors (13) reflektierte, ungebeugte Licht herausfil¬ tert und das von den adressierten Oberflächenberei¬ chen (19a, 19b, ...) reflektierte, gebeugte Licht über das Projektionsobjektiv (16) zu der Vorlage (6) oder dem elektronischen Element oder der Struk¬ tur durchläßt, und daß ein Positioniertisch (7) vorgesehen ist, auf dem die Vorlage (6) oder das elektronische Element oder die Struktur derart festlegbar ist, daß die adressierten Oberflächenbereiche (19a, 19b, ...) des Flächenlichtmodulators (13) auf der Vorlage (6) oder dem elektronischen Element oder der Struktur scharf abbildbar sind.
2. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Spiegelvorrichtung (17) um die Brennweite des Schlierenobjektivs (15) von diesem beabstandet ist, und daß die Spiegelvorrichtung (17) die Filtervorrich¬ tung bildet, indem sie das von den nichtadressier¬ ten Oberflächenbereichen (19a, 19b, ...) reflek¬ tierte, ungebeugte Licht zu der Lichtquelle (2) zu¬ rücklenkt.
3. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelvorrichtuhg (17) von dem Schlieren¬ objektiv (15) um weniger als dessen Brennweite be¬ abstandet ist, und daß die Filtervorrichtung als eine Blende für von den nichtadressierten Oberflächenbereichen (19a, 19b, ...) reflektiertes, ungebeugtes Licht ausge¬ bildet ist, welche von dem Schlierenobjektiv (15) um mehr als dessen Brennweite beabstandet ist.
4. Belichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelvorrichtung einen Balkenspiegel (17) um¬ faßt, dessen Längsachse (y) parallel zu der durch die Welligkeit der Oberfläche (19) des Flächenlichtmodula¬ tors (13) erzeugten Phasenstruktur angeordnet ist.
5. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Spiegelvorrichtung eine Mehrzahl von Bal¬ kenspiegeln (17a, 17b, 17c) umfaßt, von denen einer im Brennpunkt des Schlierenobjektivs (15) angeord¬ net ist, und daß je zwei weitere Balkenspiegel (17b, 17c) derart angeordnet sind, daß das von der Lichtquelle (2) stammende, von einem der Balkenspiegel (17b, 17c) zu dem Flächenlichtmodulator (13) umgelenkte Licht bei ungebeugter Reflektion durch die nichtadres¬ sierten Oberflächenbereiche (19a, 19b, ...) des Flächenlichtmodulators (13) auf den anderen Balken¬ spiegel (17c, 17b) auftrifft.
6. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Strahlaufweitungsoptik (4a, 4b) , die das von der Lichtquelle (2) stammende Licht zu einem breiten, im wesentlichen parallelen Lichtbündel umformt, ein in Richtung der Phasenstruktur ausgerichtetes Zylinderlinsensystem mit einer Anzahl von Zylinder¬ linsen (21, 22, 23), welche der Anzahl von Balken¬ spiegeln (17a, 17b, 17c) entspricht, und ein hierzu senkrecht angeordnetes zweites Zylinder¬ linsensystem (24, 25, 26).
7. Belichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis6 dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine gepulste Laserlichtquelle (2) ist, und daß die Pulsdauer der gepulsten Laserlichtquelle (2) kürzer als die minimale Strukturabmessung der zu erzeugenden Vorlage, des elektronischen Elemen¬ tes oder der Struktur geteilt durch die Verfahrge schwindigkeit des Positioniertisches (7) ist.
8. Belichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis7 dadurch gekennzeichnet, daß die gepulste Laserlichtquelle eine ExcimerLaser¬ lichtquelle (2) ist.
9. Belichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis8 dadurch gekennzeichnet, daß der Flächenlichtmodulator (13) und der Positionier¬ tisch (7) derart angesteuert werden, daß jedes Bildele¬ ment der zu belichtenden Vorlage oder des Elementes oder der Struktur wenigstens zweifach bei einander teilweise überlappenden Abbildungen in der Weise be¬ lichtet wird, daß der Versatz des abgebildeten Bildele¬ mentes mit dem Verfahrweg des Positioniertisches zwi¬ schen den Pulsen zum Erzeugen der Abbildungen überein¬ stimmt.
10. Belichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis9 dadurch gekennzeichnet, daß bei der MatrixAdressierung des Flächenlichtmodula¬ tors (13) als funktionsunfähig erkannte Oberflächenbe¬ reiche (19a, 19b, ...) nicht adressiert werden.
11. Belichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche l bis10 dadurch gekennzeichnet, daß jedem Oberflächenbereich (19a, 19b, ...) des Flä¬ chenlichtmodulators (13) zwei Transistoren mit jeweils einem Steuerelektrodenpaar oder mehreren Steuerelektro¬ denpaaren zugeordnet sind, die bei Adressierung des be¬ treffenden Oberflächenbereiches (19a, 19b, ...) je ein oder mehrere Diffraktionsgitter mit der reflektierenden Oberfläche (19) der sie überdeckenden viskoelastischen Steuerschicht 18 erzeugen.
12. Belichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis11 gekennzeichnet durch eine automatische Belade und Entladevorrichtung für Scheiben oder Substrate, die eine vollautomatische Be¬ lichtung eines Loses von Scheiben oder Substraten ge¬ stattet.
13. Belichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis12 gekennzeichnet durch eine Vorjustiereinrichtung und eine Feinjustiereinrich tung, die das paßgenaue wiederholte Belichten der Sub strate während des Fertigungsprozesses gestattet.
14. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der Flächenlichtmodulator (13) als programmierbare Referenzmarke bei der Vor und Feinjustierung benutzt wird.
15. Belichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächenlichtmodulator (13) eine viskoelastische Steuerschicht (18) aufweist, auf der die reflektierende Oberfläche (19) angeordnet ist.
16. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die reflektierende Oberfläche des Flächenmodu¬ lators (13) mit einer Flüssigkristallschicht be¬ deckt ist, und daß die elektrisch adressierbaren Oberflächenbe reiche (19a, 19b, ...) eine Phasenverschiebung und damit eine Beugung des einfallenden Lichtes bewir¬ ken.
17. Belichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächenlichtmodulator (13) eine aus adressier¬ baren mechanischen Zungen bestehende reflektierende Oberfläche aufweist, deren Verbiegung eine Phasenver¬ schiebung und damit eine Beugung des Lichtes bewirkt.
Description:
Be1ichtungsvorrichtung

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Belichtungsvorrich¬ tung zum Herstellen von Vorlagen, wie beispielsweise Reti¬ kels und Masken, für die Fertigung elektronischer Elemente oder zum Direktbelichten von Scheiben und Substraten bei den für die Herstellung notwendigen fotolithographischen Schrit¬ ten oder von Strukturen mit lichtempfindlichen Schichten, wobei diese Belichtungsvorrichtung eine Lichtquelle und einen Mustergenerator umfaßt.

Insbesondere befaßt sich die vorliegende Erfindung mit der Herstellung von Vorlagen, Retikels und Masken oder mit der Direktbelichtung im Mikrometerbereich bei der Halbleiterfer¬ tigung, der Fertigung von integrierten Schaltkreisen, der Hybridfertigung und der Fertigung von flachen Bildschirmen sowie ähnlichen Fertigungsverfahren, bei denen Belichtungs¬ prozesse eingesetzt werden. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einer Belichtungsvorrichtung, wie sie für die Direktbelichtung von Halbleiterscheiben in der Halbleiter¬ fertigung und von Substraten in der Hybrid- und Verbindungs¬ technik eingesetzt werden kann.

Bei der Herstellung von Retikels, die Belichtungsschablonen für die fotolithographische Schaltkreisherstellung sind, so¬ wie bei der Herstellung von Masken und bei der Direktbelich¬ tung von Halbleiterprodukten werden Elektronenstrahlschrei- ber, Laserstrahlgeräte und optische Mustergeneratoren mit einer Laserlichtguelle oder einer Quecksilberdampflampe ein¬ gesetzt. Optische Mustergeneratoren nach dem Stand der Tech¬ nik erzeugen die gewünschten Strukturen durch das aufeinan¬ derfolgende, einzelne Belichten von Rechteckfenstern, die

durch mechanische Rechteckblenden festgelegt werden. Die Komplexität der zu erzeugenden Struktur bestimmt die Anzahl der erforderlichen Belichtungsrechtecke, die wiederum die Schreibzeit oder Belichtungszeit für die Struktur bestimmt. Die Genauigkeit der verwendeten mechanischen Rechteckblenden begrenzt wiederum die Genauigkeit der mit diesen bekannten Mustergeneratoren erzeugbaren Strukturen.

Bei Laserstrahlgeräten nach dem Stand der Technik wird die zu belichtende Fläche mit einem Laserstrahl abgerastert. Die Schreibgeschwindigkeit oder Belichtungsgeschwindigkeit der¬ artiger Laserstrahlgeräte ist durch den für das Rasterver¬ fahren notwendigen seriellen Datenfluß begrenzt. Ferner be¬ dingen derartige Laserstrahlgeräte einen hohen mechanisch¬ optischen Aufwand.

Die im Stand der Technik eingesetzten Elektronenstrahlgeräte können nur für die Belichtung von elektronenempfindlichen, speziellen Photolacksystemen verwendet werden und erfordern, verglichen mit den oben beschriebenen Laserstrahlgeräten, zusätzlich eine Hochvakuumtechnik. Elektronenstrahlgeräte erfordern daher sehr hohe Investitions- und Betriebskosten.

Aus der Fachveröffentlichung B. . Brinker et al, "Deforma¬ tion behavior of thin viscoelastic layers used in an active -matrix-addressed spatial light modulator", Proceedings of SPIE 1989, Band 1018 ist es bereits bekannt, für die Erzeu¬ gung von Fernsehbildern oder für Zwecke der Bildanzeige ein reflektives optisches Schlieren-System mit einem aktiven, Matrix-adressierten, viskoelastischen Flächenlichtmodulator einzusetzen. Dieser umfaßt eine Dauerlichtquelle, deren Licht durch ein geeignetes optisches System vertikal auf die Oberfläche des Flächenlichtmodulators auffällt. Oberfläσhen- bereiche des Flächenlichtmodulators sind bei Adressierung von Steuerelektröden deformierbar, so daß das auf die Ober¬ fläche fallende Licht bei adressierten Oberflächenelementen gebeugt, bei nicht-adressierten Oberflächenelementen unge¬ beugt reflektiert wird. Das ungebeugte Licht wird zur Licht-

quelle zurückgelenkt, während das gebeugte Licht über das optische Schlierensystem zur Bilderzeugung auf dem Fernseh¬ bildschirm oder auf einer Bildanzeigefläche verwendet wird.

Aus der Firmenschrift Texas Instruments, JMF 008:0260; 10/87 ist ein Flächenlichtmodulator bekannt, dessen reflektierende Oberfläche aus einer Vielzahl von elektrisch adressierbaren, mechanisch verformbaren Zungen besteht.

Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Belichtungsvorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß bei ein¬ facher und kostengünstiger Struktur der Belichtungsvorrich¬ tung eine gegenüber Belichtungsvorrichtungen in Form von Laserstrahlanlagen oder Elektronenstrahlanlagen reduzierte Belichtungszeit oder Schreibzeit erzielt wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Belichtungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die im kennzeichnen¬ den Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Gemäß der Erfindung wird der Mustergenerator durch ein opti¬ sches Schlierensystem und einen aktiven, Matrix-adressierba¬ ren Flächenlichtmodulator gebildet, wobei der Flächenlicht¬ modulator, der auch als zweidimensionaler Lichtmodulator be¬ zeichnet werden kann, eine reflektierende Oberfläche auf¬ weist, deren adressierte Oberflächenbereiche einfallendes Licht gebeugt und deren nicht-adressierte Oberflächenbe¬ reiche einfallendes Licht ungebeugt reflektieren. Das Schlierensystem hat ein flächen odulatorseitiges Schlieren¬ objektiv und ein dem Flächenmodulator abgewandtes Projekti¬ onsobjektiv und eine zwischen diesen Objektiven angeordnete Spiegelvorrichtung, die Licht von der Lichtquelle auf die Oberfläche des Flächenlichtmodulators richtet. Eine Fokus- siereinrichtung fokussiert das von der Lichtquelle stammende Licht auf die Spiegelvorrichtung. Das Schlierenobjektiv ist mit einem bezogen auf seine Brennweite geringen Abstand zu dem Flächenlichtmodulator angeordnet. Eine Filtervorrichtung

ist zwischen dem Schlierenobjektiv und.dem Projektionsobjek¬ tiv angeordnet, die derart ausgebildet ist, daß sie das von den nicht-adressierten Oberflächenbereichen des Flächen¬ lichtmodulators reflektierte, ungebeugte Licht herausfiltert und lediglich das von den adressierten Oberflächenbereichen reflektierte, gebeugte Licht über das Projektionsobjektiv zu der Vorlage oder dem elektronischen Element oder der Struk¬ tur durchläßt. Die Vorlage oder das elektronische Element oder die Struktur ist derart auf einem Positioniertisch festlegbar, daß die adressierten Oberflächenbereiche des Flächenlichtmodulators auf der Vorlage oder dem elektro¬ nischen Element oder der Struktur scharf abbildbar sind. Vorzugsweise ist die Spiegelvorrichtung um die Brennweite des Schlierenobjektivs von diesem beabstandet angeordnet, so daß sie eine Doppelfunktion erfüllen kann, nämlich einer¬ seits das Licht von der Lichtquelle zu dem Flächenlichtmodu¬ lator umzulenken, und andererseits als Filtervorrichtung für reflektiertes Licht der nullten Beugungsordnung zu wirken, indem dieses ungebeugte Licht wiederum zu der Lichtquelle zurückgeworfen wird.

Gemäß einem wesentlichen Erfindungsaspekt handelt es sich bei der Lichtquelle der erfindungsgemäßen Belichtungsvor¬ richtung um eine gepulste Laserlichtquelle, deren Pulsdauer kürzer ist als der Quotient der minimalen Abmessung der zu erzeugenden Struktur geteilt durch die Verfahrgeschwindig- keit des Positioniertisches. Bei dieser Ausgestaltung ermög¬ licht die erfindungsgemäße Belichtungsvorrichtung ein stro- boskopartiges Belichten der Vorlage bzw. des elektronischen Elementes bzw. der Struktur während eines im wesentlichen kontinuierlichen Verfahrens des Positioniertisches, wodurch sehr hohe Schreibgeschwindigkeiten oder Belichtungsgeschwin¬ digkeiten erzielt werden.

Trotz der hohen Belichtungsintensität der einzelnen Laser¬ lichtpulse macht die Erfindung von einem Flächenlichtmodula¬ tor Gebrauch, wie er im Stand der Technik nur für Anwen¬ dungsfälle von sehr niedriger Belichtungsintensität herange-

zogen wird, wie dies beispielsweise bei Fernsehbildschirmen der Fall ist. Da jedoch die Laserlichtpulse bei der erfin¬ dungsgemäßen Belichtungsvorrichtung von nur niedriger Dauer sind, bleibt der Flächenlichtmodulator den thermischen Anforderungen gewachsen. Durch die schnelle Programmierbar¬ keit oder Adressierbarkeit des Flächenlichtmodulators kann dieser während der Verfahrbewegung des Positioniertisches zwischen zwei aufeinanderfolgenden Teilbildern einer zu er¬ zeugenden Gesamtstruktur umprogrammiert oder umadressiert werden. Damit ist nicht nur im Falle der Direktbelichtung von Halbleiterscheiben mit wiederholten Strukturen eine kur¬ ze Belichtungspulsfolge möglich, sondern ebenfalls aufgrund der schnellen Umprogrammierbarkeit des Flächenlichtmodula¬ tors die Erzeugung von unregelmäßigen Strukturen möglich.

Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Belichtungsvorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungs¬ gemäßen Belichtungsvorrichtung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. l eine schematische Darstellung der Gesamtstruktur der erfindungsgemäßen Belichtungsvorrichtung;

Fig. 2 eine Detaildarstellung eines Mustergenerators, eines optischen Schlierensystemes und eines Positionierti¬ sches der erfindungsgemäßen BelichtungsVorrichtung; und

Fig. 3 eine Detaildarstellung eines Mustergenerators, einer gegenüber der Ausführungsform von Fig. 2 abgewandel¬ ten Ausführungsform des optischen Schlierensystemes und des Positioniertisches der erfindungsgemäßen Be¬ lichtungsvorrichtung.

Die in Fig. 1 gezeigte BelichtungsVorrichtung ist in ihrer Gesamtheit mit den Bezugszeichen "1" bezeichnet und dient

zum Herstellen von Vorlagen, wie beispielsweise Retikels und Masken für die Fertigung elektronischer Elemente, oder zum Direktbelichten von Substraten oder von Strukturen mit lichtempfindlichen Schichten. Die erfindungsgemäße Belich¬ tungsvorrichtung 1 weist eine Excimer-Laserlichtquelle 2 auf. Diese Excimer-Laserlichtquelle ist eine Gasentladungs¬ laservorrichtung mit Wellenlängen im UV-Bereich von etwa 450 bis 150 nm, die in steuerbarer Weise Lichtpulse mit sehr hoher Lichtintensität pro Puls und hoher Wiederholrate ab¬ gibt. Die Excimer-Laserlichtquelle 2 steht mit einem Muster¬ generator 3 über eine beleuchtende optische Einheit 4 in Verbindung. Die beleuchtende optische Einheit 4 dient dazu, das Licht von der Excimer-Laserlichtquelle 2 einem später zu erläuternden Flächenlichtmodulator 13 des Mustergenerators 3 in der Weise zuzuführen, daß die Lichtapertur der Excimer- Laserlichtquelle 2 an die Oberfläche des Flächenlichtmodula¬ tors angepaßt wird. Bei bevorzugten Ausführungsformen, die nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 erläutert werden, ist die beleuchtende optische Einheit 4 durch Lin¬ sensysteme von an sich bekannter Struktur gebildet.

Der Mustergenerator bildet mittels einer projezierenden op¬ tischen Einheit 5 in noch näher zu beschreibenden Weise ein Muster auf eine Vorlage 6 ab, die von einem x-y-θ-Positio- niertisch gehalten wird.

Die projezierende optische Einheit 5 dient nicht nur zur Ab¬ bildung des von dem Mustergenerator 3 erzeugten Musters auf der Vorlage 6, sondern gleichfalls zur gewünschten Vergrös- serung oder Verkleinerung bei der Abbildung und, soweit dies gewünscht ist, zur Autofokussierung der Abbildung auf der Vorlage 6.

Wie bereits erläutert, kann es sich bei der Vorlage bei¬ spielsweise um Retikels oder Masken handeln. Im Falle der Direktbelichtung, die gleichfalls eingangs erläutert wurde, trägt der x-y-θ-Positioniertisch 7 anstelle der Vorlage 6 eine zu belichtende Halbleiterscheibe, ein sonstiges, mit-

tels Photolithographie zu erzeugendes Element oder eine Struktur mit einer lichtempfindlichen Schicht, die zu be¬ schriften oder zu belichten ist.

Der Positioniertisch 7 ist auf einer schwingungsisolierenden Trägerkonstruktion 8 angeordnet. Auf dieser Trägerkonstruk¬ tion 8 kann eine Be- und Entladestation 9 für weitere Vorla¬ gen 6 bzw. Halbleiterelemente oder zu belichtende Strukturen vorgesehen sein. Die Be- und Entladestation 9 kann in einer in der Halbleiterfertigung üblichen Art zum automatischen Beschicken des Positioniertisches 7 mit den zu belichtenden Vorlagen oder Substraten oder sonstigen Halbleiterelementen ausgestaltet sein.

Ein Steuerrechner 10 mit zugehöriger Steuerelektronik 11 übernimmt alle Steuerfunktionen für die Belichtungsvorrich¬ tung. Insbesondere stehen der Steuerrechner 10 und die Steuerelektronik 11 mit dem Positioniertisch 7 zum Zwecke der rechnergesteuerten Lagesteuerung des Positioniertisches in Verbindung. Der Steuerrechner 10 programmiert bzw. adres¬ siert den Mustergenerator 3 in Abhängigkeit von der jeweili¬ gen Steuerlage des Positioniertisches 7 zum aufeinanderfol¬ genden Erzeugen von Teilbildern auf der Vorlage 6, aus denen sich die belichtete Gesamtstruktur ergibt. Als Datenträger wird eine Magnetbandeinheit oder eine LAN-Schnittstelle (nicht dargestellt) eingesetzt.

Wie in Fig. 2 dargestellt ist, umfaßt der Mustergenerator 3 einen Flächenlichtmodulator oder zweidimensionalen Lichtmo¬ dulator 13 sowie ein optisches Schlierensystem, das ein dem Flächenlichtmodulator 13 zugewandtes Schlierenobjektiv 15, ein dem Flächenlichtmodulator 13 abgewandtes Projektionsob¬ jektiv 16 und eine zwischen dem Schlierenobjektiv 15 und dem Projektionsobjektiv 16 angeordnete Spiegelvorrichtung 17 aufweist.

Das Schlierenobjektiv 15 ist mit einem bezogen auf seine Brennweite geringen Abstand zu dem Flächenlichtmodulator 13

angeordnet.

Die Spiegelvorrichtung 17 liegt in der Brennebene des Schlierenobjektivs sowie in dessen optischer Achse. Zwischen der Excimer-Laserlichtquelle und der Spiegelvorrichtung 17 liegen eine Strahlaufweitungsoptik 4a, 4b und eine Fokussie- rungsoptik 4c, welche der Fokussierung des von der Exci¬ mer-Laserlichtquelle 2 abgegebenen Lichtes auf die Spiegel¬ vorrichtung 17 dienen und welche Bestandteile der beleuch¬ tenden optischen Einheit 4 sind.

Der Flächenlichtmodulator 13 umfaßt eine viskoelastische Steuerschicht 18, die in Richtung zu dem Schlierenobjektiv 15 von einer reflektierenden Oberfläche 19 abgeschlossen ist, welche beispielsweise von einem Metallfilm gebildet sein kann. Ferner umfaßt der Flächenlichtmodulator 13 eine sogenannte aktive Adressierungsmatrix 20, die aus einer mo¬ nolithisch integrierten Anordnung von MOS-Transistoren mit zugeordneten Steuerelektrodenpaaren gebildet sein kann. Typischerweise umfaßt die Adressierungsmatrix 20 2000 x 2000 Bildelemente. Jedem Bildelement oder Oberflächenbereich 19a, 19b, ... der reflektierenden Oberfläche 19 der Adressie¬ rungsmatrix 20 sind zwei Transistoren mit ein oder mehreren Elektrodenpaaren zugeordnet, die jeweils ein Diffraktions¬ gitter mit einer oder mehreren Gitterperioden mit der visko- elastischen Schicht 18 und ihrer reflektierenden Oberfläche 19 bilden.

Wenn ein Oberflächenbereich 19a, 19b, ... durch Anlegen von entgegengesetzten Spannungen an den beiden Elektroden eines Elektrodenpaares des betreffenden Oberflächenbereiches ad¬ ressiert wird (logisch "1") , nimmt die reflektierende Ober¬ fläche 19 einen im Querschnitt etwa sinusförmigen Verlauf an. Bei Nicht-Adressierung ist der betreffende Oberflächen¬ bereich 19a, 19b, ... eben. Wenn ein Lichtstrahl auf einen nicht-adressierten Oberflächenbereich 19a, 19b, ... ein¬ fällt, wird dieser reflektiert und über einen Spiegel der Spiegelvorrichtung 17 zur Lichtquelle zurückgelenkt. Die in

der Brennebene des Schlierenobjektivs 15 angeordnete Spie¬ gelVorrichtung 17 dient also einerseits der Umlenkung des von der Lichtquelle 2 stammenden Lichts zu dem Flächenlicht¬ modulator 13 hin und andererseits als eine Filtervorrichtung für die Herausfilterung von solchen Lichtanteilen, die von den nicht-adressierten Oberflächenbereichen 19a, 19b, ungebeugt reflektiert werden.

Für den Fachmann ist es offenkundig, daß in Abweichung zu dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Trennung der beiden Funktionen Lichteinkopplung und Filterung durch Verwendung von zwei separaten Bauelementen erfolgen kann. In diesem Fall ist die SpiegelVorrichtung 17 gegenüber der Brennebene des Schlierenobjektivs 15 entlang der optischen Achse auf dieses hin versetzt anzuordnen. Dabei ist die Verwendung eines teildurchlässigen Spiegels möglich. Die Beugungsebene verschiebt sich dementsprechend in die entgegengesetzte Richtung, so daß zur Herausfilterung des Lichts der nullten Beugungsordnung zusätzlich eine Blende in den Strahlengang einzufügen ist, welche gegenüber der Brennebene des Schlie¬ renobjektivs 15 in Richtung auf das Projektionsobjektiv 16 hin versetzt anzuordnen ist.

Bei Adressierung des betreffenden Bereiches wird das einfal¬ lende Licht gebeugt, sodaß höhere BeugungsOrdnungen an der als Blende wirkenden Spiegelvorrichtung 17 vorbeigehen und mit Hilfe des Projektionsobjektivs 16 scharf auf die Vorlage 6 abgebildet werden können. Auf diese Weise gelangen nur adressierte Oberflächenbereiche 19a, 19b, .... zur Projek¬ tion, so daß das am Ort der Vorlage 6 erzeugte Bild dem pro¬ grammierten logischen Zustand des Flächenlichtmodulators 13 entspricht.

Bis zu 90 % der auf die reflektierende Oberfläche 19 einfal¬ lenden Laserintensität können bei der erfindungsgemäßen Be¬ lichtungsvorrichtung zur Bilderzeugung beitragen.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 wird durch Fokussierung

des von der Excimer-Laserlichtqufelle 2 stammenden Lichtes auf die Spiegelvorrichtung 17 am Ort der Spiegelvorrichtung eine einzige Punktlichtquelle erzeugt, mit der der Flächen¬ lichtmodulator 13 beleuchtet wird.

Bei der nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 3 zu beschrei¬ benden zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Belich¬ tungsvorrichtung wird die einzige, in der Brennebene erzeug¬ te Punktlichtquelle des ersten Ausführungsbeispiels durch eine Mehrzahl von im wesentlichen in der Brennebene angeord¬ neten, im wesentlichen punktsymmetriεchen Punktlichtquellen ersetzt, die jeweils die gesamte Fläche des Flächenlichtmo- lators 13 beleuchten.

Bei der nachfolgenden Beschreibung der zweiten Ausführungs¬ form gemäß Fig. 3 werden mit der Ausführungsform von Fig. 2 übereinstimmende Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeich¬ net, so daß eine nochmalige Beschreibung dieser Systemkompo¬ nenten unterbleiben kann.

In Abweichung zu der Ausführungsform gemäß Fig. 2 weist die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Belichtungsvorrichtung nach Fig. 3 nicht nur eine einzige Spiegelvorrichtung 17 auf, sondern eine Balkenspiegelanordnung 17a, 17b, 17c, die bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel mit drei Balken¬ spiegeln versehen ist. Es können jedoch auch Balkenspiegel¬ anordnungen mit einer höheren Zahl von Balkenspiegeln ver¬ wendet werden.

Der mittlere Balkenspiegel 17a liegt im Brennpunkt des Schlierenobjektives 15. Die beiden weiteren Balkenspiegel 17b, 17c sind derart angeordnet, daß das von der Laserlicht- quelle 2 stammende, von einem der Balkenspiegel 17b, 17c zu dem Flächenlichtmodulator umgelenkte Licht bei ungebeugter Reflektion durch die nicht- adressierten Oberflächenbereiche 19a, 19b, ... des Flächenlichtmodulators 13 auf den anderen Balkenspiegel 17c, 17b auftrifft und durch diesen in Rich¬ tung zu der Laserlichtquelle 2 zurückgesandt wird. Mit ande-

ren Worten sind die Balkenspiegel " jeweils paarweise so ange¬ ordnet, daß die auf einem Balkenspiegel durch die später zu beschreibende Fokussierung erzeugten Punktliehtquellen den Flächenlichtmodulator 13 derart ganzflächig beleuchten, daß bei ungebeugter Reflektion des Lichtes dieser Punktlicht¬ quellen das reflektierte Licht auf den jeweils anderen Bal¬ kenspiegel auftrifft, der somit als Filter für den einen Balkenspiegel dient.

Die obere Darstellung der Fig. 3 zeigt die Belichtungsvor¬ richtung in der x-z-Ebene, während die untere Darstellung die Belichtungsvorrichtung in der y-z-Ebene längs der Schnittlinie II der oberen Darstellung zeigt.

Die jeweiligen Achsenrichtungen der Balkenspiegel 17a, 17b, 17c liegen in der y-Richtung und somit parallel zu der durch die Welligkeit der Oberfläche 19 des Flächenlichtmodulators 13 erzeugten Phasenstruktur.

Um Punktlichtquellen am Ort der Balkenspiegel 17a, 17b, 17c zu erzeugen, umfaßt die beleuchtende optische Einheit 4 neben der Strahlaufweitungsoptik 4a, 4b für jeden Balken¬ spiegel jeweils ein Zylinderlinsensystem 21, 22, 23, das parallel zu der Phasenstruktur und somit in der y-Richtung ausgerichtet ist. Diese Zylinderlinsensysteme haben, wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, unterschiedliche Brennweiten zur Fokussierung auf die unterschiedlich beabstandeten Balken¬ spiegel 17a, 17b, 17c. Ferner umfassen die außerhalb der optischen Achse angeordneten Zylinderlinsensysteme 21, 23 Prismen, um das Licht jeweils in einem solchen Winkel auf die Balkenspiegel 17b, 17c einfallen zu lassen, daß der Flä¬ chenlichtmodulator 13 jeweils ganzflächig ausgeleuchtet wird. In dem optischen Weg hinter dem parallel zu der Pha¬ senstruktur liegenden Zylinderlinsensystem 21, 22, 23 ist ein senkrecht zu der Phasenstruktur angeordnetes Zylinder¬ linsensystem 24, 25, 26 vorgesehen, dessen Aufbau und Anord¬ nung dem soeben beschriebenen Zylinderlinsensystem ent¬ spricht. Die hintereinander geschalteten Zylinderlinsen-

Systeme erzeugen bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel neun Punktlichtquellen auf den drei Balkenspiegeln 17a, 17b, 17c.

Während des Betriebes wird der Positioniertisch 7 kontinu¬ ierlich in einer vorbestimmten Bewegungsrichtung bewegt, während einander sich überlappende Teilbilder der gesamten abzubildenden Struktur auf die Vorlage 6 durch Pulsen der Excimer-Laserlichtquelle 2 abgebildet werden. In der Regel umfaßt die Adressierungsmatrix 20 eine Mehrzahl von funk¬ tionsunfähigen Bildelementen aufgrund von Herstellungsfeh¬ lern, so daß betreffende Bildelemente nicht oder nicht voll¬ ständig in den logischen Zustand "1" bzw. "0" geschaltet werden können. Diese Fehler der Matrix 20 werden dadurch kompensiert, daß alle defekten Bildelemente ermittelt und durch Ansteuerung mit einer logischen "0" stillgelegt wer¬ den. Dadurch, daß jede Struktur auf der Vorlage 6 durch ein¬ ander überlappende Teilbilder erzeugt werden, ist sicherge¬ stellt, daß jeder Teil der zu belichtenden Struktur wenig¬ stens einmal durch ein funktionsfähiges Bildelement oder durch einen funktionsfähigen Oberflächenbereich belichtet wird.

Das Erzeugen der gesamten belichteten Struktur während des kontinuierlichen Verfahrens des Positioniertisches 7 führt nicht zu Unscharfen, da die Pulsdauer der gepulsten Excimer- Laserlichtquelle 2 kürzer ist als die minimale Abmessung der zu erzeugenden Struktur geteilt durch die Verfahrgeschwin- digkeit des Positioniertisches 7.

Die Datenstruktur für die Ansteuerung der Adressierungsma¬ trix 20 entspricht im wesentlichen der Datenstruktur für die Ansteuerung von rasterorientierten Laserstrahl- oder Elek- tronenstrahlgeräten nach dem Stand der Technik. Ein erheb¬ licher Vorteil bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Be¬ lichtungsvorrichtung besteht darin, daß die für die Übertra¬ gung großer Datenmengen notwendige Zeit durch die Untertei¬ lung der Adressierungsmatrix 20 und durch paralleles Pro¬ grammieren von Teilmatritzen von beispielsweise 16 oder 32

Streifen fast beliebig reduziert " werden kann. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Belichtungsvorrichtung 1 mit der Adressierungsmatrix 20 liegt darin, daß zum Zwecke der Belichtung von sich wiederholenden Strukturen, wie bei¬ spielsweise von regelmäßigen Anordnungen integrierter Schaltkreise auf einer Siliziumscheibe, die Adressierungs¬ matrix 20 für alle identischen Strukturen nur einmal pro¬ grammiert und das programmierte Bild nur einmal gespeichert werden muß.

Es ist möglich, die erfindungsgemäße BelichtungsVorrichtung 1 mit einem Autokalibrationssystem und mit einem System für die Feinjustierung der Vorlagen 6 beim Direktschreiben zu versehen. Zu diesem Zweck werden Referenzmarken auf dem Po¬ sitioniertisch 7 und auf der Vorlage 6 vorgesehen und die Adressierungsmatrix 20 als programmierbare Referenzmarke be¬ nutzt. Durch eine Autokalibration können Vergrößerungsfehler der projezierenden optischen Einheit 5 und sämtliche Posi¬ tionierungsfehler kompensiert werden.