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    Die Erfindung betrifft insbesondere eine Belichtungsvorrichtung zum Strukturbelichten eines photoreaktiven Materials einer photoreaktiven Schicht (48) mit elektromagnetischer Strahlung (32), umfassend: DOLLAR A - eine Strahlungsquelle (46) elektromagnetischer Strahlung (32) mit einer vorbestimmten Wellenlänge lambda; DOLLAR A - eine im wesentlichen plattenförmige Maskeneinrichtung (10) mit einer Eingangs- (14) und einer Ausgangsseite (50) für elektromagnetische Strahlung (32), wobei: DOLLAR A - die Maskeneinrichtung (10) zumindest ein Maskenstrukturelement (16) aus einem Maskenmaterial umfaßt, DOLLAR A - das Maskenmaterial bei der Wellenlänge lambda der elektromagnetischen Strahlung (32) einen vorbestimmten Brechungsindes n¶core¶ aufweist, und DOLLAR A - an Flächen (18) des zumindest einen Maskenstrukturelements (16), welche im wesentlichen senkrecht zu einer x-Richtung verlaufen, ein Mantelmaterial (20, 22) angrenzt, welches bei der vorbestimmten Wellenlänge lambda der elektromagnetischen Strahlung (32) einen Brechungsindex n¶xclad¶ aufweist, wobei die x-Richtung eine vorbestimmte Richtung parallel zu einer Plattenebene der plattenförmigen Maskeneinrichtung (10) ist, und vorgegebene mathematische Beziehungen zwischen den Größen n¶core¶, n¶xclad¶, lambda und d¶xcore¶ gelten, wobei d¶xcore¶ eine Ausdehnung des Maskenstrukturelements (16) in der x-Richtung ist.
    公开号:DE102004021415A1
    申请号:DE102004021415
    申请日:2004-04-30
    公开日:2005-11-24
    发明作者:Ralph STÖMMER
    申请人:Infineon Technologies AG；
    IPC主号:G03B27-42
    专利说明:
    [0001] InStrukturierungsverfahren bzw. herkömmlichen Lithographieverfahren,wie sie beispielsweise in der Halbleiterindustrie Verwendung finden,ist die laterale Auflösungvon Strukturen, wie z.B. von MOSFET-Strukturen, Gräben, Metallinienund Kontaktlöchernprimärdurch die Wellenlänge λ eingeschränkt, welchezum Entwickeln eines Photoresists auf einem Halbleiterwafer verwendetwird. Weitere Einflußgrößen sinddie numerische Apertur NA des optischen Systems, welche die Beugungsordnungeneiner Maske einfängtund auf den zu belichtenden Resist abbildet, und der sogenannteAuflösungsfaktork1, welcher durch die Ordnung der eingefangenenBeugungsordnungen bestimmt ist.
    [0002] Diekleinstmöglichelaterale Struktur dmin berechnet sich zu
    [0003] Anhandvon herkömmlichenVerfahren, wie z.B. unter Verwendung von sogenannten „ScatteringBars" und Phasenschiebermasken(PSM) kann ein Auflösungsfaktork1 = 0,25 erreicht werden, wobei angenommen wird,daß derPhotoresist „perfekt", d.h. nicht auflösungsbeschränkend, istund eine sogenannte Phasen-Kantenmaskebenutzt wird. Mit einer maximalen numerischen Apertur NA = 0,75und bei einer Wellenlängevon λ =193nm, welche der Wellenlängeeines herkömmlichenArF-Excimerlaser entspricht, kann eine minimale Strukturgröße bis dmin = 64nm erzeugt werden. Bei einer maximalennumerischen Apertur von NA = 0,85 und bei einer Wellenlänge von λ = 157nm,welche der Wellenlängeeines möglicherweisebenutzten F2-Excimerlasers entspricht, können Strukturenbis zu einer minimalen Größe von dmin = 46nm hergestellt werden.
    [0004] Umden Wert des Auflösungsfaktorsk1 zu verringern, d.h. um die minimale Strukturgröße dmin zu verkleinern, wird die PSM-Technologie, wiesie ursprünglichfür einfacheStrukturen, wie periodische Gitter entwickelt wurde, sehr kompliziert.Zur Zeit werden unterschiedliche PSM-Technologien kombiniert, wobeies bei einer Vielzahl solcher komplexer Maskenanordnungen schwierigwird, Beugungsanteile in 0-ter Ordnung auszulöschen. Ferner wird die Herstellungsolcher Masken, insbesondere bei Kombination unterschiedlicher Masken-Technologien,sehr komplex, wobei unter anderem zusätzliche Herstellungsschrittebenötigtwerden, wodurch die Herstellung zeitaufwendig und teuer wird.
    [0005] Esist daher eine Aufgabe der Erfindung, kostengünstig und einfach möglichstkleine Strukturen herzustellen und insbesondere ein entsprechendesVerfahren zur Strukturbelichtung einer photoreaktiven Schicht sowieeine Belichtungsvorrichtung anzugeben.
    [0006] DieseAufgabe wird gelöstdurch das Verfahren des Anspruchs 1, die Verwendung einer Maskeneinrichtungdes Anspruchs 19 sowie die Belichtungsvorrichtung des Anspruchs20.
    [0007] BevorzugteAusführungsvariantenbzw. Ausführungsformensind Gegenstand der abhängigenAnsprüche.
    [0008] Dievorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Strukturbelichteneiner photoreaktiven Schicht mit elektromagnetischer Strahlung umfassendein photoreaktives Material bereit, mit den Schritten: – Bereitstelleneiner Strahlungsquelle elektromagnetischer Strahlung mit einer vorbestimmtenWellenlänge λ; – Bereitstellender photoreaktiven Schicht; – Bereitstelleneiner im wesentlichen plattenförmigenMaskeneinrichtung mit einer Eingangs- und einer Ausgangsseite für elektromagnetischeStrahlung, wobei die Maskeneinrichtung im Strahlengang zwischen derStrahlungsquelle und der photoreaktiven Schicht angeordnet ist,wobei: – dieMaskeneinrichtung zumindest ein Maskenstrukturelement aus einemMaskenmaterial umfaßt, – das Maskenmaterialbei der Wellenlänge λ der elektromagnetischenStrahlung einen vorbestimmten Brechungsindex ncore aufweist,und – anFlächendes zumindest einen Maskenstrukturelements, welche im wesentlichensenkrecht zu einer x-Richtung verlaufen, ein Mantelmaterial angrenzt,welches bei der vorbestimmten Wellenlänge λ der elektromagnetischen Strahlungeinen Brechungsindex nxclad aufweist, wobeidie x-Richtung einevorbestimmte Richtung parallel zu einer Plattenebene der plattenförmigen Maskeneinrichtungist, und die prinzipiellen Beziehungen
    [0009] DasVerfahren der vorliegenden Erfindung hat den Vorteil, daß die benutztenMaskeneinrichtungen, insbesondere im Vergleich zu Phasenschiebermaskenrelativ einfach herzustellen sind. Insbesondere hat das Verfahrender vorliegenden Erfindung den Vorteil, daß die Abmessung der Maskeneinrichtungin z-Richtung im wesentlichen vernachlässigbar bzw. unkritisch ist.Die z-Richtung isthierbei eine Richtung, welche im wesentlichen senkrecht zu der imwesentlichen plattenförmigenMaskeneinrichtung ist. Die Abbildungseigenschaften der Maskeneinrichtungsind im wesentlichen lediglich durch eine laterale Ausdehnung (Ausdehnung inxy-Ebene, d.h. in Plattenebene der plattenförmigen Maskeneinrichtung) derabzubildenden Maskenstrukturelemente bestimmt. Laterale Ausdehnungenin Plattenebene lassen sich jedoch mit modernen lithographischenTechniken, beispielsweise mit Elektronenstrahllithographie zur Maskenherstellung,hervorragend kontrollieren.
    [0010] BeiherkömmlichenPhasenschiebermasken ist hingegen die Abmessung der Phasenschieberstrukturenin z-Richtung die kritische Größe, da dieseAbmessung fürdie notwendige Interferenz auf der Resistebene verantwortlich ist.Somit ist bei Phasenschiebermasken die z-Abmessung der Maskenstrukturelementediejenige Abmessung, welche mit kleinstmöglicher Toleranz hergestelltwerden muß.Auch mit modernen Halbleiterprozeßtechniken ist jedoch die z-Richtung(Normalenrichtung des prozessierten Halbleiterwafers) erheblich schwererzu kontrollieren als die x- und y-Richtung.
    [0011] Esbesteht somit ein fester Zusammenhang zwischen der Ausdehnung derMaskenstrukturelemente beispielsweise in x-Richtung und dem Brechungsindexunterschiedncore – nxclad zwischen dem Brechungsindex ncore des zumindest einen Maskenstrukturelementsund dem Brechungsindex nxclad in x-Richtung des Mantelmaterials,bei vorgegebener Wellenlänge λ. Folglichpropagiert in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung elektromagnetischeStrahlung durch das Maskenstrukturelement im wesentlichen wie durcheinen Wellenleiter, wohingegen elektromagnetische Strahlung in demMantelmaterial im wesentlichen exponentiell gedämpft wird. Die Maskeneinrichtungder vorliegenden Erfindung ist somit eine „Wellenleitermaske" und beruht auf einemgrundsätzlichunterschiedlichem physikalischem Grundprinzip im Vergleich zu herkömmlichenBinär-oder Phasenschiebermasken.
    [0012] Eswird darauf hingewiesen, daß kxcore = 0 keine Lösung der obigen Beziehung darstellt.Somit wird aufgrund der Eigenschaften der Maskeneinrichtung beimDurchgang der elektromagnetischen Strahlung durch das zumindesteine Maskenstrukturelement die Beugungsordnung 0-ter Ordnung verhindert.Dies führtzu einer Auflösungsverbesserungmittels geeigneter Materialwahl und Dimensionierung des zumindesteinen Maskenstrukturelements und des Mantelmaterials.
    [0013] Dieobigen Beziehungen wurden anhand von kartesischen Koordinaten dargestellt.Diese Beziehungen gelten analog unter Verwendung eines beliebigenKoordinatensystems. Beispielsweise können die obigen Beziehungenauch in Polarkoordinaten dargestellt werden. Anwendung eines anderenKoordinatensystems ist beispielsweise sinnvoll bzw. notwendig beiverändertenMaterialisotropieeigenschaften des zumindest einen Maskenstrukturelementsbzw. des Mantelmaterials und/oder beispielsweise bei Verwendungeiner polarisierten elektromagnetischen Welle und/oder beispielsweisewenn die Ausdehnung in x-Richtung dxcore deszumindest einen Maskenstrukturelements, d.h. die Form des zumindesteinen Maskenstrukturelements in x-Richtung, nicht konstant ist.
    [0014] Weiterhinist sich der zuständigeFachmann nach Studium dieser Anmeldung darüber bewußt, daß obige Beziehungen bei einemanistropen Material und polarisierten elektromagnetischen Wellenentsprechend modifiziert werden müssen, wobei in jedem Fall die0-te Beugungsordnung verhindert wird.
    [0015] Folglichkönnenin dem Verfahren der vorliegenden Erfindung Maskeneinrichtungenbenutzt werden, welche verglichen mit herkömmlichen Phasenschiebermaskengrößere Toleranzbereichein den Abmessungen entlang der z-Richtung aufweisen und somit reproduzierbarer,einfacher und billiger hergestellt werden können.
    [0016] Beiden obigen Betrachtungen zwischen Brechungsindexdifferenz, Ausdehnungder Maskenstrukturelemente, Wellenlänge und Wellenvektor der elektromagnetischenStrahlung wird angenommen, daß dieBereiche des bestrahlten Mantelmaterials in der xy-Ebene eine Ausdehnungvon wenigen Vielfachen der Wellenlänge λ der eingestrahlten Strahlungnicht überschreiten.In diesem Fall werden die Transmissionseigenschaften der Maskeneinrichtungdurch dessen Wellenleitereigenschaften dominiert, so daß Effekteder klassischen geometrischen Optik im wesentlichen vernachlässigbarsind.
    [0017] Solltenjedoch benachbarte Maskenstrukturelemente in der x-Richtung teilweiseweiter als einige Wellenlängen λ voneinanderentfernt sein, d.h. größere zusammenhängende Flächenbereichedes Mantelmaterials in xy-Ebene bestrahlt werden, kommt vorzugsweiseeine Abdeckeinrichtung zum Einsatz.
    [0018] Hierzuist vorzugsweise zumindest bereichsweise an eine Fläche derMaskeneinrichtung, welche an ein Maskenstrukturelement angrenzt,eine Abdeckeinrichtung angebracht, welche für die elektromagnetische Strahlungim wesentlichen undurchlässigist. Die Abdeckeinrichtung kann zwischen Mantelmaterial und der Fläche derMaskeneinrichtung angeordnet sein.
    [0019] Besondersbevorzugt grenzt die Abdeckeinrichtung an das zumindest eine Maskenstrukturelementan.
    [0020] Somitkann vorzugsweise die Eingangsseite der plattenförmigen Maskeneinrichtung imwesentlichen vollständigmit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt werden. Falls elektromagnetischeStrahlung beispielsweise auf die Bereiche im wesentlichen zwischenden Maskenstrukturelementen auftrifft, so werden vorzugsweise dieseBereiche mit einer vorzugsweise dünnen Schicht eines Materialsbedeckt, wobei diese Schicht vorzugsweise im wesentlichen parallelzur Plattenebene der plattenförmigenMaskeneinrichtung verläuft.Das Material ist im wesentlichen undurchlässig für die elektromagnetische Strahlung.
    [0021] DieAbdeckeinrichtung ist vorzugsweise eine dünne, sich im wesentlichen inxy-Ebene erstreckende Schicht aus einem für die elektromagnetische StrahlungundurchlässigenMaterial. Die Abdeckeinrichtung ist dabei im Strahlengang der elektromagnetischenStrahlung vorzugsweise vor dem Mantelmaterial angeordnet. Die Abdeckeinrichtungweist somit vorzugsweise zumindest bereichsweise in einem Querschnittparallel zur xy-Ebene eine im wesentlichen gleiche Querschnittsformwie das Mantelmaterial auf. Folglich sind in der Abdeckeinrichtungvorzugsweise in einer Richtung Öffnungenangeordnet, welche im wesentlichen den Maskenstrukturelementen entsprechen.
    [0022] Grenztdie Abdeckeinrichtung nicht an das zumindest eine Maskenstrukturelementan, so kann ein zulässigerHöchstabstandzwischen dem zumindest einen Maskenstrukturelement und der Abdeckeinrichtung abhängig vonzahlreichen Faktoren sein. Beispielsweise kann der Abstand der Abdeckeinrichtungvon dem zumindest einem Maskenstrukturelement von dem Brechungsindexncore des Maskenstrukturelements, dem Brechungsindexnxclad des Mantelmaterials, der Wellenlänge γ der eingestrahltenelektromagnetischen Strahlung, der Geometrie des Maskenstrukturelementsund/oder anderen Faktoren abhängigsein. Der zulässigeHöchstabstandzwischen dem zumindest einen Maskenstrukturelement und der Abdeckeinrichtungist daher im Einzelfall zu bestimmen.
    [0023] Ineiner bevorzugten Ausführungsvariantedes Verfahrens der vorliegenden Erfindung grenzt an Flächen deszumindest einen Maskenstrukturelements, welche im wesentlichen senkrechtzu einer y-Richtung verlaufen, ein Mantelmaterial an, welches beider vorbestimmten Wellenlänge λ der elektromagnetischen Strahlungeinen Brechungsindex nyclad aufweist, wobeidie y-Richtung einevorbestimmte Richtung im wesentlichen senkrecht zu der x-Richtungund im wesentlichen parallel zu einer Plattenebene der plattenförmigen Maskeneinrichtungist, und die prinzipiellen Beziehungen
    [0024] Vorteilhafterweiseist es weiterhin möglich,daß dieEigenschaften der elektromagnetischen Strahlung, welche durch dasMaskenstrukturelement propagiert, unabhängig voneinander in x- undy-Richtung betrachtet werden können.Folglich könnendie Abmessungen in x-Richtung und y-Richtung unabhängig voneinanderbestimmt werden, d.h. die obigen Beziehungen für die Abmessung dxcore unddie Abmessung dycore gelten unabhängig voneinander.Es ist daher möglich,daß zweidimensionaleStrukturen abgebildet bzw. hergestellt werden, wobei die Dimensionenentlang x- und y-Richtung jeweils im wesentlichen voneinander unabhängig wählbar sind.
    [0025] Für die y-Richtunggelten sinngemäß die gleichenBetrachtungen, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung, wie für die x-Richtung.
    [0026] Vorzugsweiseweist die Maskeneinrichtung eine Vielzahl von Maskenstrukturelementenauf.
    [0027] Ineiner bevorzugten Ausführungsvariantedes Verfahrens der vorliegenden Erfindung sind die Flächen desMaskenstrukturelements, welche im wesentlichen senkrecht zu dery-Richtung verlaufen, im wesentlichen parallel zueinander.
    [0028] Besondersbevorzugt sind die Flächendes Maskenstrukturelements, welche im wesentlichen senkrecht zuder x-Richtung verlaufen, im wesentlichen parallel zueinander.
    [0029] Vorzugsweiseist das Maskenstrukturelement im Querschnitt einer Ebene senkrechtzu der x-Richtung im wesentlichen rechteckig.
    [0030] Ineiner weiteren bevorzugten Ausführungsvariantedes Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist das Maskenstrukturelementim Querschnitt einer Ebene senkrecht zu der y-Richtung im wesentlichenrechteckig.
    [0031] Weiterhinbevorzugt ist das Maskenstrukturelement im wesentlichen quaderförmig.
    [0032] Vorteilhafterweisekönnenmit der bevorzugten Ausführungsvariantedes Verfahrens der vorliegenden Erfindung zweidimensionale Strukturen,welche im wesentlichen jeweils Rechteckform aufweisen, abgebildet werden,wobei es auch möglichist, das sich bei einer Vielzahl von Maskenstrukturelementen dieseim wesentlichen zumindest teilweise überlappen. Ferner können auchweiterhin bevorzugt Maskenstrukturelemente Teilbereiche andererMaskenstrukturelemente enthalten. Beispielsweise ist es möglich, daß zwei imwesentlichen im Querschnitt entlang der xy-Ebene jeweils rechteckigeMaskenstrukturelemente ein im Querschnitt in dieser Ebene im wesentlichenL-förmigesMaskenstrukturelement bilden.
    [0033] Weiterhinbevorzugt ist das Maskenstrukturelement in einer Schnittebene parallelzu der Plattenebene einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweistUnd dxcore im wesentlichen gleich dem Durchmesser deskreisförmigenQuerschnitts ist. Besonders bevorzugt ist dycore imwesentlichen gleich dem Durchmesser des kreisförmigen Querschnitts.
    [0034] Ineiner bevorzugten Ausführungsvariantedes Verfahrens der vorliegenden Erfindung gehen zumindest zwei Maskenstrukturelementezumindest teilweise ineinander über.
    [0035] Vorteilhafterweisekönnensomit eine Vielzahl unterschiedlicher Strukturen aufgrund Kombinationen verschiedenerEinzelstrukturen abgebildet werden.
    [0036] Besondersbevorzugt handelt es sich bei dem Mantelmaterial um Luft. Hierdurchläßt sichdas Maskenstrukturelement besonders einfach gestalten. Folglichist es möglich,diese bevorzugte Ausführungsvariantedes Verfahrens der vorliegenden Erfindung kostengünstig durchzuführen.
    [0037] Vorzugsweisehandelt es sich bei der photoreaktiven Schicht um eine Photoresistschicht.
    [0038] Weiterhinvorzugsweise beträgtdycore zwischen etwa 5nm und etwa 100nmfür höchste Auflösung. Die Abmessungvon dycore hängt im wesentlichen von nycore, nyclad und λ ab.
    [0039] Besondersbevorzugt beträgtdxcore zwischen etwa 5nm und etwa 100nmfür höchste Auflösung. Die Abmessungvon dxcore im wesentlichen hängt vonnxcore, nxclad und λ ab.
    [0040] Beispielsweiseergibt sich eine minimale Abmessung von dxcore bzw.dycore fürnxcore = nycore =1,5 und nxlad = nyclad =nLuft ≅ 1für λ = 193nm:10nm ≤ dxcore ≤ 90nm(bzw. 10nm ≤ dycore ≤ 90nm)bzw. für λ = 157nm:5nm ≤ dxcore ≤ 70nm(bzw. 5nm ≤ dycore ≤ 70nm).
    [0041] DieAbmessungen von dxcore bzw. dycore können selbstverständlich auchgrößer sein,wie bei herkömmlichenMasken.
    [0042] IsthöchsteAuflösungnicht notwendig, z.B. bei Strukturen (Metallisierungen, Stufen,Gräben)mit Abmessungen >60nm,im μm -Bereichoder sogar im mm -Bereich, so könnendxcore bzw. dycore auchDimensionen > 100nm,im μm -Bereichoder sogar im mm -Bereich annehmen, wie bei herkömmlichen Masken.
    [0043] Besondersbevorzugt handelt es sich bei der Strahlungsquelle um eine Strahlungsquellefür monochromatischeelektromagnetische Strahlung. Beispielsweise handelt es sich bevorzugtum einen Laser.
    [0044] Weiterhinbevorzugt ist die Ausdehnung der Maskeneinrichtung in Plattenebenewesentlich größer, insbesonderemehr als 100-fach größer, alsin Normalenrichtung dazu.
    [0045] Ineiner weiteren bevorzugten Ausführungsvariantedes Verfahrens der vorliegenden Erfindung umgibt das Mantelmaterialdas Maskenmaterial mit einer Dicke, die im wesentlichen der Dickedes Maskenmaterials entspricht.
    [0046] Ineiner weiteren bevorzugten Ausführungsvarianteder vorliegenden Erfindung wird elektromagnetische Strahlung imwesentlichen senkrecht zur Eingangsseite der plattenförmigen Maskeneinrichtungeingestrahlt. Die Einstrahlungsrichtung des Lichts ist im wesentlichenparallel zur z-Richtung und folglich im wesentlichen senkrecht zurxy-Ebene.
    [0047] Ineiner weiteren bevorzugten Ausführungsvariantedes Verfahrens der vorliegenden Erfindung fällt das Licht in Form einerebenen Welle auf die Eingangsseite der im wesentlichen plattenförmigen Maskeneinrichtung.
    [0048] Einweiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung einerMaskeneinrichtung zum Strukturbelichten einer photoreaktiven Schichtumfassend ein photoreaktives Material mit elektromagnetischer Strahlung,wobei die Maskeneinrichtung – im wesentlichenplattenförmigist, – eineEingangs- und eine Ausgangsseite für elektromagnetische Strahlungaufweist, – imStrahlengang zwischen einer Strahlungsquelle elektromagnetischerStrahlung mit einer vorbestimmten Wellenlänge λ und der photoreaktiven Schichtangeordnet ist und – zumindestein Maskenstrukturelement aus einem Maskenmaterial umfaßt, wobei – das Maskenmaterialbei der Wellenlänge λ der elektromagnetischenStrahlung einen vorbestimmten Brechungsindex ncore aufweist, – an Flächen deszumindest einen Maskenstrukturelements, welche im wesentlichen senkrechtzu einer x-Richtung verlaufen, ein Mantelmaterial angrenzt, welchesbei der vorbestimmten Wellenlänge λ der elektromagnetischenStrahlung einen Brechungsindex nxclad aufweist,wobei die x-Richtungeine vorbestimmte Richtung parallel zu einer Plattenebene der plattenförmigen Maskeneinrichtungist, und die prinzipiellen Beziehungen
    [0049] EinnächsterAspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Belichtungsvorrichtungzum Strukturbelichten eines photoreaktiven Materials einer photoreaktivenSchicht mit elektromagnetischer Strahlung umfassend: – eineStrahlungsquelle elektromagnetischer Strahlung mit einer vorbestimmtenWellenlänge λ; – eineim wesentlichen plattenförmigeMaskeneinrichtung mit einer Eingangs- und einer Ausgangsseite für elektromagnetischeStrahlung, wobei: – dieMaskeneinrichtung zumindest ein Maskenstrukturelement aus einemMaskenmaterial umfaßt, – das Maskenmaterialbei der Wellenlänge λ der elektromagnetischenStrahlung einen vorbestimmten Brechungsindex ncore aufweist,und – anFlächendes zumindest einen Maskenstrukturelements, welche im wesentlichensenkrecht zu einer x-Richtung verlaufen, ein Mantelmaterial angrenzt,welches bei der vorbestimmten Wellenlänge λ der elektromagnetischen Strahlungeinen Brechungsindex nxclad aufweist, wobeidie x-Richtung einevorbestimmte Richtung parallel zu einer Plattenebene der plattenförmigen Maskeneinrichtungist, und die prinzipiellen Beziehungen
    [0050] Hinsichtlichbesonderer Ausführungsformender erfindungsgemäßen Belichtungsvorrichtungund der erfindungsgemäßen Verwendungder Maskeneinrichtung wird auf die obige entsprechende Beschreibungdes erfindungsgemäßen Verfahrensverwiesen.
    [0051] DieErfindung wird nachfolgend anhand begleitender Zeichnungen bevorzugterAusführungsvarianten beispielhaftbeschrieben, wobei zum besseren Verständnis auch grundlegende physikalischeZusammenhängedetailliert ausgeführtwerden. Es zeigen:
    [0052] 1 einenAusschnitt einer Schnittansicht einer Maskeneinrichtung, wie siegemäß einerbevorzugten Ausführungsvarianteder vorliegenden Erfindung verwendet wird;
    [0053] 2 eineschematische Ansicht eines Wellenvektors elektromagnetischer Strahlung,wie sie gemäß einerbevorzugten Ausführungsvariantedes Verfahrens der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
    [0054] 3a und 3b einenschematischen Verlauf des elektrischen Feldes der elektromagnetischen Strahlungin der Maskeneinrichtung;
    [0055] 4 einedetaillierte schematische Ansicht der Beugung elektromagnetischerStrahlung beim Durchgang durch eine herkömmliche Binärmaske;
    [0056] 5a eineschematische Ansicht der Beugung elektromagnetischer Strahlung beimDurchgang durch eine herkömmlicheBinärmaske;
    [0057] 5b dieVerteilung der Fourier-Komponenten der Beugung der elektromagnetischenStrahlung nach dem Durchgang durch eine herkömmliche Binärmaske;
    [0058] 5c dieBildfunktion einer elektromagnetischen Strahlung nach dem Durchgangdurch eine herkömmlicheBinärmaske;
    [0059] 5d dieIntensitätsverteilungder elektromagnetischen Strahlung nach dem Durchgang durch eine herkömmlicheBinärmaske;
    [0060] 6a eineschematische Ansicht der Beugung elektromagnetischer Strahlung beimDurchgang durch eine herkömmlichePhasenschiebermaske;
    [0061] 6b dieVerteilung der Fourier Komponenten der Beugung der elektromagnetischenStrahlung nach dem Durchgang durch eine herkömmliche Phasenschiebermaske;
    [0062] 6c dieBildfunktion einer elektromagnetischen Strahlung nach dem Durchgangdurch eine herkömmlichePhasenschiebermaske;
    [0063] 6d dieIntensitätsverteilungder elektromagnetischen Strahlung nach dem Durchgang durch eine herkömmlichePhasenschiebermaske;
    [0064] 7a und 7b eineschematische Darstellung des elektrischen Feldes elektromagnetischer Strahlungin einem Maskenstrukturelement und dem daran angrenzenden Mantelmaterial;
    [0065] 8a und 8b dieDarstellung von k xclad alsFunktion von kxcore;
    [0066] 9 eineschematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer Belichtungsvorrichtungder vorliegenden Erfindung;
    [0067] 10 dienormierte Intensitätsverteilungelektromagnetischer Strahlung beim Durchgang durch ein Maskenstrukturelement,wie es in einer bevorzugten Ausführungsvariantedes Verfahrens der vorliegenden Erfindung verwendet wird und dienormierte Intensitätsverteilungeiner konventionellen Phasenschiebermaske;
    [0068] 11 dienormierte Intensitätsverteilungelektromagnetischer Strahlung beim Durchgang durch ein Maskenstrukturelement,wie es in einer bevorzugten Ausführungsvariantedes Verfahrens der vorliegenden Erfindung verwendet wird, sowiedie Darstellung dieses Intensitätsverlaufsbei Variationen in Abmessungen dieses Maskenstrukturelements; Nachfolgendwerden bevorzugte Ausführungsvariantendes Verfahrens der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungendetailliert beschrieben. Vorab werden grundlegenden physikalischeZusammenhänge,welche zum einfacheren Verständnisder Erfindung hilfreich sind, dargestellt.
    [0069] 1 zeigteine Schnittansicht eines Ausschnitts einer Maskeneinrichtung 10.Eine x-Richtung und eine y-Richtung spannen eine xy-Ebene auf. Diexy-Ebene ist im wesentlichen parallel zu einer Plattenebene 12 derim wesentlichen plattenförmigenMaskeneinrichtung 10. Die Maskeneinrichtung 10 weisteine Eingangsseite 14 und oder eine der Eingangsseite 14 gegenüberliegendenAusgangsseite (nicht gezeigt) auf. Eine z-Richtung ist im wesentlichen orthogonalzu der xy-Ebene. Elektromagnetische Strahlung fällt bevorzugt im wesentlichenparallel zu der z-Richtung auf die Plattenebene 12.
    [0070] Weiterhindargestellt ist ein Maskenstrukturelement 16, welches einenBrechungsindex ncore aufweist. An Flächen 18 desMaskenstrukturelements 16, welche senkrecht zu der x-Richtungverlaufen, grenzt jeweils ein Mantelmaterial 20, 22 an.Das Mantelmaterial 20, 22 weist einen Brechungsindexnxclad auf. Nicht dargestellt ist ein Mantelmaterial,welches an senkrecht zu der y-Richtung verlaufende Flächen 24 angrenzt.Dieses Mantelmaterial weist einen Brechungsindex nyclad auf.Oftmals wird nxclad = nyclad gelten.
    [0071] Zumeinfacheren Verständniswird in der nachfolgenden Darstellung der Erfindung die y-Richtungvernachlässigtund nxclad durch nclad ersetzt.Die folgende Darstellung kann analog auf die Dimension in y-Richtung angewandtwerden, wobei nxclad und nyclad grundsätzlich verschiedeneWerte annehmen können.Das in 1 dargestellte Maskenstrukturelement 16 stelltin Verbindung mit dem Mantelmaterial 20, 22 imwesentlichen einen Wellenleiter für elektromagnetische Strahlungdar.
    [0072] Nachfolgendwird zum besseren Verständnisder Erfindung Eigenschaften eines Wellenleiters beschrieben. Derin 1 gezeigte Wellenleiter weist drei aneinandergrenzendeRegionen auf. An eine Kernregion R2 grenzen in x-Richtung zwei MantelregionenR1 und R3 an entgegengesetzten Seitenflächen an. Wie in 1 gezeigtentspricht das Maskenstrukturelement 16 der KernregionR2. Das Mantelmaterial 20 entspricht der Mantelregion R1und das Mantelmaterial 22 der Mantelregion R3. Die KernregionR2 weist einen Brechungsindex n2 auf, dieMantelregionen R1 und R2 einen Brechungsindex n1.Der Wert des Brechungsindex n2 der KernregionR2, entspricht dem Wert des Brechungsindex ncore desMaskenstrukturelements und der Wert des Brechungsindex n1 der Mantelregionen R1 und R3 dem Wert desBrechungsindex nclad des Mantelmaterials.
    [0073] DieAusdehnung d0 der Kernregion R2 in x-Richtungentspricht der Ausdehnung dxcore des Maskenstrukturelements 16 inx-Richtung.
    [0074] Ineinem Wellenleiter gilt die Wellendifferentialgleichung:
    [0075] Einsetzenvon Ψ(r →,t)= Ψ(r →)eiωt für die Wellenfunktionin (A) ergibt
    [0076] BeiuneingeschränkterAusbreitung der Welle in z-Richtung kann die Wellenfunktion beispielsweise folgendermaßen dargestelltwerden:
    [0077] UnterVernachlässigungder y-Richtung ergibt sich fürdie Wellenfunktion die folgende Darstellung:
    [0078] ImFolgenden werden die Regionen in dem Wellenleiter mit unterschiedlichemBrechungsindex getrennt voneinander betrachtet. Wie in 1 dargestelltweist der Wellenleiter eine Kernregion R2, d.h. das Maskenstrukturelement 16 mitBrechungsindex ncore, auf. Ferner weistder Wellenleiter Mantelregionen R1, R3, d.h. das Mantelmaterial 20, 22 miteinem Brechungsindex nclad, auf. Für die RegionenR1, R2, R3 mit verschiedenen Werten der Brechungsindizes, ergibtsich:
    [0079] Dakz in den Regionen 1 und 2 den gleichenWert besitzt und kz ferner die Tangentialkomponenteder Wellenvektoren k →1 und k →2 ander Grenzflächezwischen Region R1, R2 und R3 stetig ist, folgt mit
    [0080] Dieobige Beziehung ergibt beispielsweise unmittelbar das Brechungsgesetzan der Grenzflächezwischen Region R1 und R2, d.h. zwischen dem Mantelmaterial 20 unddem Maskenstrukturelement 16:
    [0081] 2 zeigteine Schemaansicht des Wellenvektors kz undder Wellenvektoren k1x, k2x derelektromagnetischen Strahlung in den Regionen R1 und R2, d.h. desWellenvektors in dem Mantelmaterial 20 und des Wellenvektorsin dem Maskenstrukturelement 16. Werden die Winkel derjeweiligen Wellenvektoren k1x und k2x gegen das Lot der Grenzfläche genommen,d.h. fürk1x der Winkel θ1 undfür k2x der Winkel θ2,so ergibt sich aus (D) mit: φ1 =90° – θ1 und φ2 = 90° – θ2: n1sinφ1 = n2sinφ2.
    [0082] FernerkönnenGleichungen (B) und (C) vereinfacht werden zu:
    [0083] MitBlick auf 2 ist klar, daß gilt:
    [0084] Abhängig vomBrechungsindex sind die Lösungenfür (E)und (F): fürRegion R1 mit Brechungsindex n1:
    [0085] Nachfolgendwird zur besseren Übersichtlichkeitder Index (x) weggelassen. Somit gilt im Folgenden: k1x = k1, k2x = k2, k3x = k3.
    [0086] Dabeiwurde vorausgesetzt – wasdurch die Randbedingungen späterbestätigtwird – daß die Welle nachlinks und rechts in der Region R1, d.h. in dem Mantelmaterial 20,reflexionsfrei verläuft.Somit ist der Wellentyp in der Region R1 eine exponentiell gedämpfte Welle.Der Wellentyp in der Region R1 ist durch die Randbedingung bei
    [0087] Für ebeneWellen gilt die Stetigkeit von Amplitude und erster Ableitung ander Grenzfläche 18 anden
    [0088] Einsetzender konkreten Wellenfunktion liefert:
    [0089] Aufgrundvon Symmetrieüberlegungen,welche anhand von 3a und 3b veranschaulichtwerden, könnendie Moden in dem Wellenleiter folgendermaßen bestimmt werden: SymmetrischeMode (vgl. 3a): A1 = A3; k -1 = k -3
    [0090] Für symmetrischeModen gilt:
    [0091] Für asymmetrischeModen gilt
    [0092] WeitereBetrachtung der Wellenvektoren k 1 und k2 in Formel(I) und (J): Wie oben bereits dargelegt handelt es sich bei k 1 undk2 um die reellen x-Komponenten der Wellenvektorenin Region 1 und 2: k -1 → k -1x; k -2 → k -2x;
    [0093] InRegion 2 gilt: k22 = k22x + k2z ⇒ k2z = k22 – k22x ;
    [0094] InRegion 1 gilt: k21 = k21x + k2z ⇔ ⇔ k21x = k21 – k2z ⇔ ⇔ k21x = –k2z + k21 ⇔ ⇔ k21x = –(k2z – k21 ) ⇔ ⇔ (ik1x)2 = (k2z – k21 ) k1x ist komplex, da die Welle in Region 1exponentiell gedämpftist. Es gilt: k2z > k21 ⇒ k1x ϵ C.
    [0095] Deshalbwurde statt (ik1x) der Wellenvektor k 1x verwendet:
    [0096] Fernerist aus (B) und (C) bekannt, daß
    [0097] Darausfolgt die Gleichung (K):
    [0098] Nachfolgendwird anhand der 4, 5 und 6 der Auflösungsfaktor k1 detailliertbeschrieben. 4 zeigt detailliert die Beugungelektromagnetischer Strahlung 32 an einer Binärmaske 34,insbesondere an einem Einfachspalt 36. In 4 sindeine Vielzahl von Beugungsordnungen dargestellt. Anhand eines Linsensystems 37 werdendie Beugungsordnungen bis zum Grad N eingefangen und abgebildet. 5a zeigtschematisch eine Anordnung eines Einfachspalts 36 und schematischBeugungen 0-ter und 1-ter Ordnung der elektromagnetischen Strahlung 32 beimDurchgang durch die Binärmaske 34,d.h. beim Durchgang durch den Einzelspalt 36 der Binärmaske 34.Beugung am Einzelspalt 36 liefert die Fourier-Komponenten:
    [0099] DieMaxima liegen bei kx = 0 und bei
    [0100] Folglichgilt, je kleiner die Spaltbreite d0 desEinfachspalts 36, desto größer kx für ein festgehaltenesn. Beim Einfachspalt 36 und Beugung in Luft ist kx gegeben zu:
    [0101] Wirddurch die Linse 37 gerade noch die erste Ordnung eingefangen,es gilt n = 1:
    [0102] InGleichung (L) nennt man den Faktor
    [0103] ImFolgenden wird dargelegt, wieso k1 für eine Phasenschiebermaske 42 denidealen Wert 0,25 annehmen kann: Die Fourier-Komponenten dereinfachen Binärmaske 34 liegenbei
    [0104] 5b isteine schematische Darstellung obiger Fourier Komponenten einer herkömmlichenBinärmaskein Abhängigkeitvon kx.
    [0105] Für große Beugungswinkel(großekx, kleine Strukturen) und ein Linsensystem 37,das gerade noch die +1 und –1-Beugungsordnung einfängt,vereinfacht sich (M) zu:
    [0106] Für die Rücktransformierte,d.h. die Bild-Funktion 38 von M(kx) lautet:
    [0107] UnterVerwendung der Eigenschaften der Delta-Distribution, d.h. mit.
    [0108] DieBildfunktion 38 M(kx) ist in 5c alsFunktion der lateralen, d.h. der x-Koordinate dargestellt. Die Intensitätsverteilung 40,d.h. das Quadrat der Bildfunktion ist in 5d alsFunktion der lateralen Koordinate dargestellt. Die Intensitätsverteilung 40 ergibtsich zu:
    [0109] ⇒ In 5a, 5b, 5c und 5d istferner die Abmessung des Einzelspalts 36 anhand von Strichlinienangedeutet. Aus 4 und 5 wirddeutlich, daß beispielsweiseauf einer photoreaktiven Schicht 44 (4),auf die der Einzelspalt 36 abgebildet wird, die Abbildungdie Breite d0 hat, was der Spaltbreite der Maskeentspricht.
    [0110] Dadas Linsensystem 37 gerade noch die Wellenvektoren
    [0111] 6a zeigtanalog zu 5a schematisch eine Phasenschiebermaske 42.In der Phasenschiebermaske 42 wird über Laufzeitunterschiede inz-Richtung die 0-te Beugungsordnung ausgelöscht. 6b zeigt M(kx) als Funktion von kx,der erste Term δ(kx) aufgrund der ausgelöschten 0-ten Beugungsordnungwegfällt unddie Formel somit folgendermaßenlautet:
    [0112] Wenndas Linsensystem 37 gerade noch die +1te und die –1te Beugungsordnungeinfängt,wird die Formel zu:
    [0113] Für die Rücktransformierte,d.h. die Bildfunktion 38 ergibt sich analog:
    [0114] DieBildfunktion 38 ist in 6c alsFunktion der lateralen Koordinate dargestellt (vgl. 5c).Die Intensitätsverteilung 40 davon:
    [0115] DieseAuflösungsverbesserungwird dadurch berücksichtigt,daß derAuflösungsfaktork1 < 0,5gewählt wird.Bei einer optimalen Phasenschiebermaske kann k1 ≈ 0,25 erreichen.
    [0116] Nachfolgendwird unter Zuhilfenahme der 7a und 7b dieFunktionsweise einer beispielhaften Maskeneinrichtung 10,wie sie in einer bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrensder Erfindung eingesetzt wird, beschrieben.
    [0117] Eswird die obige detaillierte Darstellung der Funktionsweise einesWellenleiters verwendet. Hierbei entspricht k1 dem komplexenWellenvektor in dem Mantelmaterial 20, 22 undk2 entspricht dem komplexen Wellenvektorin dem Maskenstrukturelement. Ferner ist n1 =nxclad, n2 = ncore und d0 = dxcore.
    [0118] Ausder obigen Darstellung der Funktion eines Wellenleiters wird deutlich,daß zurlateralen Modenselektion, d.h. zur Definition diskreter k2x = kxcore – Wellenvektorendie Dimensionierung in z-Richtung nebensächlich ist. Dies widersprichtzunächstder Intuition, wenn man den Begriff "Wellenleiter" betrachtet. Die Struktur dient dazu, über lateraleMaskendimensionierung (d0) und anhand einergeeigneten Wahl der Brechungsindizes in den vorbestimmten Regionendie Moden, bzw. die zugehörigenlateralen Wellenvektoren zu selektieren. Interne Vielfachreflexionenim Wellenleiter zum "Transport" der Welle sind nichtnotwendig.
    [0119] Imfolgenden wird eine symmetrische Mode im Wellenleiter betrachtet.Wie in 7a gezeigt ist, wird im Mantelmaterial 20, 22 dieWelle lateral mit
    [0120] Dieerlaubten Moden findet man, wie in 8a gezeigt,numerisch/graphisch. In 8a ist k xclad als Funktionvon kxcore dargestellt. Es gilt:
    [0121] Diegraphische Lösungzeigt (vgl. 8a), daß die erlaubte laterale Mode,wie sie in 7a dargestellt ist, nahe dervertikalen Linie liegt, an der
    [0122] ZurVerdeutlichung wird in 7b eine Variante betrachtet,d.h. ein Grenzfall der Maskeneinrichtung 10, bei dem dasMantelmaterial 20, 22 für die Welle undurchlässig bzw.opaque ist. In diesem Fall ist die Dämpfung der Welle so groß, daß k xclad gegen ∞ läuft. InAnalogie zu 8a ist in 8b k xclad alsFunktion von kxcore dargestellt. Es gilt
    [0123] Erwartungsgemäß entsprichtdieser Sonderfall den Moden einer konventionellen Binärmaske 34 (vgl. 5, 8b,).Bei einer Binärmaske 34,bzw. bei Beugung am Einfachspalt 36, spielt die Dimensionierung inz-Richtung ebenfalls keine Rolle.
    [0124] Essollten jedoch bei der Dimensionierung der Maskenstrukturelementein z-Richtung Längenvermieden werden, die beim Einkoppeln der Welle in die Maske bzw.beim Auskoppeln der Welle aus der Maske zu Reflexionsverlusten führen, d.h.es sollte vermieden werden, daß Dickenverhältnissezu Gangunterschieden von ganzzahligen Vielfachen von
    [0125] Ausden Gleichungen (I) und (J) geht hervor, daß bei der Maskeneinrichtungder bevorzugten Ausführungsvarianteder vorliegenden Erfindung kxcore = 0 keineLösungsein kann, solange k xclad nicht unendlich hoch ist. Dies istgewährleistet,solange die Regionen R1 und R3 (d.h. der Mantel eines Wellenleitersim optischen Bereich) – imGegensatz zur Binärmaske 34 – etwastransparent bleiben.
    [0126] Bedingtdurch laterale Strukturierung und Wahl der Brechungsindizes nxclad und ncore weisenvorteilhafterweise Maskeneinrichtungen der vorliegenden Erfindungkeine 0-te Beugungsordnung auf.
    [0127] Anhandvon 9 wird eine weitere bevorzugte Ausführungsvariantedes Verfahrens der vorliegenden Erfindung beschrieben. Dabei handeltes sich bei dem Mantelmaterial 20, 22 vorzugsweiseum Luft, d.h. nxclad = 1. Ferner umfaßt die Maskeneinrichtung 10 eineVielzahl von Maskenstrukturelementen 16. Die jeweiligenMaskenstrukturelemente 16 sind im wesentlichen quaderförmig. DieFlächen 18 verlaufenim wesentlichen senkrecht zu der Plattenebene 12 der plattenförmigen Maskeneinrichtung 10,wobei alle Flächender Maskeneinrichtung 10 im wesentlichen plane Flächen sind.In anderen Worten stehen die Flächen 18 imwesentlichen senkrecht aufeinander und sind im wesentlichen senkrechtzu der Plattenebene 12 der Maskeneinrichtung 10,d.h. senkrecht zu der xy-Ebene. Weiterhin können sich die Maskenstrukturelemente 16 überlagern,so daß Regioneneines Maskenstrukturelements 16 beispielsweise auch Regioneneines anderen Maskenstrukturelements 16 umfassen.
    [0128] Fernerist die Maskeneinrichtung 10 betriebsmäßig im Strahlengang zwischeneiner Strahlenquelle 46 und einer photoreaktiven Schicht 48 angeordnet.Elektromagnetische Strahlung 32, welche im wesentlich parallelzu der z-Richtung von der Strahlenquelle 46 auf die Maskeneinrichtung 10 auftrifft,durchdringt die Maskeneinrichtung 10, insbesondere dasMaskenstrukturelement 16. Bevorzugt trifft die elektromagnetische Strahlung 32 aufeiner Eingangsseite 14 der Maskeneinrichtung 10 auf.Die elektromagnetische Strahlung 32 dringt in die Maskeneinrichtung 10,vorzugsweise in das Maskenstrukturelement 16 der Maskeneinrichtung 10 ein.Währendder Propagation der elektromagnetischen Strahlung 32 durchdas Maskenstrukturelement 16 gelten die oben dargestelltenWellenleitereigenschaften. Nach Passieren des Maskenstrukturelements 16 tritt dieelektromagnetische Strahlung 32 auf der Ausgangsseite 50 derMaskeneinrichtung 10 aus wird von einem Linsensystem 52 aufdie photoreaktive Schicht 48 abgebildet.
    [0129] Dieelektromagnetische Strahlung 32 kann aufgrund der Wellenleitereigenschaftendie Maskeneinrichtung 10 im wesentlichen nur durch dieMaskenstrukturelemente 16 passieren, da sie im Mantelmaterial 20, 22 imwesentlichen vollständiggedämpftwird. Somit wird Struktur der Maskeneinrichtung 10 im wesentlichenauf die photoreaktive Schicht 48 übertragen.
    [0130] DieWellenleitereigenschaften gelten im wesentlichen nur dann, wenndie elektromagnetische Strahlung 32 im wesentlichen aufdie Maskenstrukturelemente 16 bzw. zusätzlich auf kleine die Maskenstrukturelemente 16 imwesentlichen umgebende Bereiche im wesentlichen in unmittelbarerNähe derMaskenstrukturelemente 16 auftrifft. In unmittelbarer Nähe bedeutetvorzugsweise, daß Bereichedes Mantelmaterials 20, 22, auf welchen elektromagnetischeStrahlung 32 auftrifft, nicht weiter von dem Maskenstrukturelement 16 entfernt sindals wenige Vielfache der Wellenlängeder elektromagnetischen Strahlung 32.
    [0131] Weiterhinvorzugsweise wird die Eingangsseite 14 der im wesentlichenplattenförmigenMaskeneinrichtung 10 im wesentlichen vollständig mitelektromagnetischer Strahlung 32 bestrahlt. Damit in Bereichen desMantelmaterials 20, 22, welche von einem Maskenstrukturelement 16 weiterentfernt sind als einige wenige Vielfache der Wellenlänge, keineelektromagnetische Strahlung 32 eindringt, werden dieseBereiche vorzugsweise mit einer Abdeckeinrichtung 54 bedeckt.Vorzugsweise umfaßtdie Abdeckeinrichtung 54 ein Material, welches im wesentlichenfür dieelektromagnetische Strahlung 32 undurchlässig ist.Die Abdeckeinrichtung 54 weist vorzugsweise in Draufsicht,d.h. in Blickrichtung parallel zur z-Richtung, im wesentlichen diegleiche Struktur wie die Maskeneinrichtung 10 auf, wobeidie Maskenstrukturelemente 16 im wesentlichen ausgespartsind. Lediglich das Mantelmaterial 20, 22 wirdvon der Abdeckeinrichtung 54 im wesentlichen abgeschattetbzw. bedeckt.
    [0132] Fallses sich bei dem Mantelmaterial 20, 22 beispielsweiseum Luft handelt, so kann die Abdeckeinrichtung 54 im wesentlichenauf der Ausgangsseite 50 der Maskeneinrichtung 10 inZwischenräumen 56 zwischenden Maskenstrukturelementen 16 angebracht sein. Die Abdeckeinrichtung 54 muß nichtnotwendigerweise an die Maskenstrukturelemente 16 angrenzen,da die Wellenleitereigenschaften der Maskenstrukturelemente 16 dazuführen,daß elektromagnetischeStrahlung 32, welche in unmittelbarer Nähe (einige Wellenlängen Abstand)neben ein Maskenstrukturelement 16 fällt, nicht das Mantelmaterial 20, 22 durchdringt.Falls es sich bei dem Mantelmaterial 20, 22 beispielsweiseum einen Festkörperhandelt, so kann erst das Abdeckmaterial in die Zwischenräume 56 zwischenden Maskenstrukturelementen 16 eingebracht sein, bevordas Mantelmaterial 20, 22 in diese Zwischenräume 56 eingebrachtwird.
    [0133] Vorteilhafterweisekann mit dem bevorzugten Verfahren der Erfindung eine Struktur mitzumindest äquivalenthoher Auflösung,wie mit einer Phasenschiebermaske hergestellt werden. Dies ist in 10 dargestellt. 10 zeigteine normierte Intensitätsverteilungaufgetragen gegen die laterale Position bei Verwendung einer Maskeneinrichtung 10 einerbevorzugten Ausführungsformder Erfindung (durchgezogene Linie) und bei Verwendung einer herkömmlichenPhasenschiebermaske (Strichlinie). Die laterale Position wird hierbeiausgehend vom Mittelpunkt eines Maskenstrukturelements bzw. einesEinzelspalts in einer Binärmaskein positiver und negativer x-Richtunggemessen. Die horizontale gepunktete Linie entspricht in etwa einem25% der normierten Intensität.Aus 10 ist ersichtlich, daß bei Intensitätswerten über 25%das bevorzugte Verfahren der vorliegenden Erfindung im wesentlichenzu gleichen Auflösungsresultatenführt,wie unter Verwendung einer herkömmlichenPhasenschiebermaske.
    [0134] Einweiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in darin, daß die Abmessungder Maskeneinrichtung 10 bzw. Schwankungen dieser Abmessungin der z-Richtung die Wellenleitereigenschaften nicht beeinflussenund somit die Maskeneinrichtung 10 einfacher und billigerherzustellen ist, als herkömmlichePhasenschiebermasken. Weiterhin sind Schwankungen der Abmessungenin der x-Richtung und/oder der y-Richtung hinsichtlichder Genauigkeit, mit der solche Maskeneinrichtungen 10 üblicherweisehergestellt werden, vernachlässigbar. 11 zeigtdie Abweichung der Intensitätsverteilungbei einer Abweichung der Ausdehnung eines Maskenstrukturelement 16 inder x-Richtung von ±7%. 11 stellt,analog zu 10, den normierten Intensitätsverlaufbezüglichder lateralen Position, ausgehend vom Mittelpunkt eines Maskenstrukturelements, dar(durchgezogene Linie). Ferner wird der Intensitätsverlauf dargestellt, mitverändertenAbmessungen des Maskenstrukturelements in x-Richtung um ±7%. Inanderen Worten zeigt 11 die Auflösungseigenschaft einer Maskeneinrichtungmit einem Maskenstrukturelement 16 mit der Ausdehnung dxcore (durchgezogene Linie), dxcore – 7%dxcore (Strichlinie) und dxcore +7%dxcore (Strichlinie). Aus 11 gehthervor, daß,im Gegensatz zu einer herkömmlichenPhasenschiebermaske, auch bei einer Abweichung der kritischen Dimension,die Abbildungseigenschaften der Maskeneinrichtung 10 imwesentlichen nur geringfügigbeeinträchtigtwerden. Da in der herkömmlichenPhasenschiebermaske allerdings beispielsweise genau ein Gangunterschiedvon
    [0135] Folglichkann anhand des Verfahrens der Erfindung zumindest eine Auflösung erreichtwerden, wie sie unter Verwendung einer Phasenschiebermaske erreichtwerden kann. Maskeneinrichtungen 10, wie sie in dem Verfahrender vorliegenden Erfindung verwendet werden, können jedoch einfacher hergestelltwerden, da die kritische Dimension die laterale Abmessung der Maskenstrukturelemente 16 (x-bzw. y-Abmessung) und nicht wie bei einer Phasenschiebermaske dievertikale Abmessung (z-Abmessung)ist. Vielmehr wird die Auflösung durchdie hochgenaue laterale Strukturierung der Maskenstrukturelemente 16 unddie Wahl der Brechungsindizes, d.h. durch die Wahl der Materialienfür beispielsweisedas Maskenstrukturelement 16 und das Mantelmaterial 20, 22,bestimmt.
    10 Maskeneinrichtung 12 Plattenebene 14 Eingangsseite 16 Maskenstrukturelement 18 Fläche desMaskenstrukturelements 20 Mantelmaterial 22 Mantelmaterial 32 elektromagnetischeStrahlung 34 Binärmaske 36 Einzelspalt 37 Linsensystem 38 Bildfunktion 40 Intensitätsverteilung 42 Phasenschiebermaske 44 photoreaktiveSchicht 46 Strahlungsquelle 48 photoreaktiveSchicht 50 Ausgangsseite 52 Linsensystem 54 Abdeckeinrichtung 56 Zwischenräume
    权利要求:
    Claims (20)
    [1] Verfahren zum Strukturbelichten einer photoreaktivenSchicht (48) umfassend ein photoreaktives Material mitelektromagnetischer Strahlung (32) mit den Schritten: – Bereitstelleneiner Strahlungsquelle (46) elektromagnetischer Strahlung(32) mit einer vorbestimmten Wellenlänge λ; – Bereitstellen der photoreaktivenSchicht (48); – Bereitstelleneiner im wesentlichen plattenförmigenMaskeneinrichtung (10) mit einer Eingangs- (14)und einer Ausgangsseite (50) für elektromagnetische Strahlung(32), wobei die Maskeneinrichtung (10) im Strahlengangzwischen der Strahlungsquelle (46) und der photoreaktivenSchicht (48) angeordnet ist, wobei: – die Maskeneinrichtung(10) zumindest ein Maskenstrukturelement (16)aus einem Maskenmaterial umfaßt, – das Maskenmaterialbei der Wellenlänge λ der elektromagnetischenStrahlung (32) einen vorbestimmten Brechungsindex ncore aufweist, und – an Flächen (18) des zumindesteinen Maskenstrukturelements, welche im wesentlichen senkrecht zueiner x-Richtung verlaufen, ein Mantelmaterial (20, 22)angrenzt, welches bei der vorbestimmten Wellenlänge λ der elektromagnetischen Strahlung(32) einen Brechungsindex nxclad aufweist,wobei die x-Richtung eine vorbestimmte Richtung parallel zu einerPlattenebene der plattenförmigenMaskeneinrichtung (10) ist, und die Beziehungen
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, wobei zumindest bereichsweisean eine Flächeder Maskeneinrichtung (10), welche an ein Maskenstrukturelement(16) angrenzt, eine Abdeckeinrichtung (54) angebrachtist, welche fürdie elektromagnetische Strahlung (32) im wesentlichen undurchlässig ist.
    [3] Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei an Flächen deszumindest einen Maskenstrukturelements (16), welche imwesentlichen senkrecht zu einer y-Richtung verlaufen, ein Mantelmaterialangrenzt, welches bei der vorbestimmten Wellenlänge λ der elektromagnetischen Strahlung(32) einen Brechungsindex nyclad aufweist,wobei die y-Richtung eine vorbestimmte Richtung im wesentlichensenkrecht zu der x-Richtungund im wesentlichen parallel zu der Plattenebene der plattenförmigen Maskeneinrichtung(10) ist, und die Beziehungen
    [4] Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Flächen desMaskenstrukturelements (16), welche im wesentlichen senkrechtzu der y-Richtung verlaufen, im wesentlichen parallel zueinandersind.
    [5] Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobeidie Flächendes Maskenstrukturelements (16), welche im wesentlichensenkrecht zu der x-Richtung verlaufen, im wesentlichen parallelzueinander sind.
    [6] Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobeidas Maskenstrukturelement (16) im Querschnitt entlang einerEbene senkrecht zu der x-Richtung im wesentlichen rechteckig ist.
    [7] Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobeidas Maskenstrukturelement (16) im Querschnitt entlang einerEbene senkrecht zu einer y-Richtung, welche im wesentlichen senkrechtzu der x-Richtung und im wesentlichen parallel zu der Plattenebeneder plattenförmigenMaskeneinrichtung ist, im wesentlichen rechteckig ist.
    [8] Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobeidas Maskenstrukturelement (16) im wesentlichen quaderförmig ist.
    [9] Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei das Maskenstrukturelement(16) in einer Schnittebene parallel zu der Plattenebeneeinen im wesentlichen kreisförmigenQuerschnitt aufweist und dxcore im wesentlichengleich dem Durchmesser des kreisförmigen Querschnitts ist.
    [10] Verfahren nach Anspruch 9, wobei dycore imwesentlichen gleich dem Durchmesser des kreisförmigen Querschnitts ist.
    [11] Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobeizumindest zwei Maskenstrukturelemente (16) zumindest teilweiseineinander übergehen.
    [12] Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobeies sich bei dem Mantelmaterial (20, 22) um Lufthandelt.
    [13] Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobeies sich bei der photoreaktiven Schicht (48) um eine Photoresistschichthandelt.
    [14] Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 12, wobei dycore zwischen etwa 5nm und etwa 100nm bei einerWellenlänge λ der elektromagnetischenStrahlung (32) zwischen etwa 100nm und etwa 200nm beträgt.
    [15] Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobeidxcore zwischen etwa 5nm und etwa 100nmbei einer Wellenlänge λ der elektromagnetischenStrahlung (32) zwischen etwa 100nm und etwa 200nm beträgt.
    [16] Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobeidie Ausdehnung der Maskeneinrichtung (10) in Plattenebenewesentlich größer, insbesonderemehr als 100-fachgrößer, alsin Normalenrichtung der Maskeneinrichtung (10) ist.
    [17] Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobeidie Strahlungsquelle (32) elektromagnetische Strahlungmit im wesentlichen genau einer vorbestimmten Wellenlänge aussendet.
    [18] Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobeies sich bei der Strahlungsquelle (46) um einen Laser handelt.
    [19] Verwendung einer Maskeneinrichtung (10)zum Strukturbelichten einer photoreaktiven Schicht (48) umfassendein photoreaktives Material mit elektromagnetischer Strahlung (32), wobeidie Maskeneinrichtung (10) – im wesentlichen plattenförmig ist, – eine Eingangs-(14) und eine Ausgangsseite (50) für elektromagnetischeStrahlung (32) aufweist, – im Strahlengang zwischeneiner Strahlungsquelle (46) elektromagnetischer Strahlung(32) mit einer vorbestimmten Wellenlänge λ und der photoreaktiven Schicht(48) angeordnet ist und – zumindest ein Maskenstrukturelement(16) aus einem Maskenmaterial umfaßt, wobei – das Maskenmaterialbei der Wellenlänge λ der elektromagnetischenStrahlung (32) einen vorbestimmten Brechungsindex ncore aufweist, – an Flächen des zumindest einen Maskenstrukturelements(16), welche im wesentlichen senkrecht zu einer x-Richtung verlaufen,ein Mantelmaterial (20, 22) angrenzt, welchesbei der vorbestimmten Wellenlänge λ der elektromagnetischenStrahlung (32) einen Brechungsindex nxclad aufweist,wobei die x-Richtung eine vorbestimmte Richtung parallel zu einerPlattenebene der plattenförmigenMaskeneinrichtung (10) ist, und die Beziehungen
    [20] Belichtungsvorrichtung zum Strukturbelichten eines photoreaktivenMaterials einer photoreaktiven Schicht (48) mit elektromagnetischerStrahlung (32) umfassend: – eine Strahlungsquelle (46)elektromagnetischer Strahlung (32) mit einer vorbestimmtenWellenlänge λ; – eine imwesentlichen plattenförmigeMaskeneinrichtung (10) mit einer Eingangs- (14)und einer Ausgangsseite (50) für elektromagnetische Strahlung(32), wobei: – dieMaskeneinrichtung (10) zumindest ein Maskenstrukturelement(16) aus einem Maskenmaterial umfaßt, – das Maskenmaterial bei derWellenlänge λ der elektromagnetischenStrahlung (32) einen vorbestimmten Brechungsindex ncore aufweist, und – an Flächen (18) des zumindesteinen Maskenstrukturelements (16), welche im wesentlichensenkrecht zu einer x-Richtung verlaufen, ein Mantelmaterial (20, 22)angrenzt, welches bei der vorbestimmten Wellenlänge λ der elektromagnetischen Strahlung(32) einen Brechungsindex nxclad aufweist,wobei die x-Richtung eine vorbestimmte Richtung parallel zu einerPlattenebene der plattenförmigenMaskeneinrichtung (10) ist, und die Beziehungen oder die Beziehungen gelten, wobei kxcore der Realteil eines komplexen Wellenvektorsder elektromagnetischen Strahlung (32) in dem Maskenmaterialin der x-Richtung, k xclad der Imaginärteil eines komplexen Wellenvektorsder elektromagnetischen Strahlung (32) in dem Mantelmaterial(20, 22) in der x-Richtung und dxcore eineAusdehnung des Maskenstrukturelements (16) in der x-Richtungist.
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE102004021415A|DE102004021415B4|2004-04-30|2004-04-30|Verfahren zum Strukturbelichten einer photoreaktiven Schicht und zugehörige Be lichtungsvorrichtung|DE102004021415A| DE102004021415B4|2004-04-30|2004-04-30|Verfahren zum Strukturbelichten einer photoreaktiven Schicht und zugehörige Be lichtungsvorrichtung|
    US11/120,660| US20050244725A1|2004-04-30|2005-05-02|Apparatus and method for structure exposure of a photoreactive layer|
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