DE69029777T2

DE69029777T2 - Vorrichtung und Verfahren zur optischen Untersuchung in einem auf innerer Totalreflexion beruhenden holographischen Abbildungssystem

Info

Publication number: DE69029777T2
Application number: DE69029777T
Authority: DE
Inventors: John Edward Lignieres Brook; Rene Concelles Dandliker; Massoud Vanves Hamidi
Original assignee: Holtronic Technologies Ltd
Current assignee: Holtronic Technologies Ltd
Priority date: 1989-10-04
Filing date: 1990-09-21
Publication date: 1997-07-31
Anticipated expiration: 2010-09-22
Also published as: EP0421645A2; US6005666A; KR910008514A; EP0421645A3; DE69029777D1; EP0421645B1; JP3210005B2; GB8922341D0; KR0178524B1; JPH03139651A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein holographisches Abbildungssystem mit totaler innerer Reflexion und ein Verfahren zur optischen Kontrolle in einem holographischen Abbildungssystem mit totaler innerer Reflexion.
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vorrichtung und ein Verfahren für die Erfassung des für eine holographische oder photolithographische Reproduktion notwendigen Brennpunktes, und zusätzlich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren für die Einstellung der Fokusdistanz, um einen korrekten Brennpunkt während der Rekonstruktion des Hologramms auf einem Aufzeichnungsmedium einzuhalten.
Hologramme mit totaler innerer Reflexion (T.I.R.) sind Hologramme, bei welchen Objektstrahl, Referenzstrahl oder beide Strahlen an der Luft/Hologramm-Grenzfläche eine totale innere Reflexion erfahren. Ein Artikel von K. A. Stetson in "Applied Physics Letters (Juni 1968)" beschreibt ein Verfahren zur T.I.R-holographischen Abbildung. Eine holographische Schicht ist unter Einhaltung eines übereinstimmenden Brechungsindexes auf der Hypotenusen-Oberfläche eines rechtwinkligen Prismas aufgebracht, damit der Referenzstrahl in einem grösseren als dem kritischen Winkel θc auf der Hologrammoberfläche auftreffen kann. Der Objektstrahl durchdringt ein halbtransparentes Objekt, welches in nächster Nähe über dem Hologramm angeordnet ist. Der konjugierte Wiedergabestrahl produziert das holographische Bild in derselben Ebene wie das Originalobjekt.
Wenn nun ein lichtempfindliches Material und dessen Trägersubstrat in nächster Nähe angeordnet ist, um das holographische Bild einzufangen, so ist der räumliche Zugang zum Aufzeichnungsmedium und dem Bild durch das Substrat und das Prisma verhindert. Dies verhindert die Anwendung eines Standard-Kontrollsystems, welches eine gute Aufzeichnung des holographischen Bildes auf dem Aufzeichnungsmedium gewährleisten könnte.
Die Europäische Patentschrift Nr. 0,251,681, die auf dem obigen, durch Stetson beschriebenen Prinzip basiert, offenbart eine spezifische Anwendung, nämlich ein Verfahren zur Herstellung einer integrierten Schaltung mit folgenden Grundschritten:
(a) Bereitstellen eines ersten Aufzeichnungsmediums, welches eine vernachlässigbare Streuung und hohe Auflösung aufweist und schrumpf- und verzugsfrei ist;
(b) Bilden eines räumlichen holographischen Bildes eines Schaltmusters im ersten Aufzeichnungsmedium durch Interferenz zwischen einem kohärenten Eingabe-Lichtstrahl, der durch eine die integrierte Schaltung enthaltende Maske einfällt, und einem kohärenten Referenzlichtstrahl, der an der Oberfläche, auf welcher das Aufzeichnungsmedium angeordnet ist, eine totale innere Reflexion erfährt;
(c) Ersetzen der Maske durch einen Silizium-Wafer, welcher ein zweites Aufzeichnungsmedium aufweist, um das holographische Bild der integrierten Schaltung zu reproduzieren;
(d) Bilden eines Abbildes des Hologramms im zweiten Aufzeichnungsmedium durch Belichten des Hologramms mit einem zweiten Referenzstrahl, welcher in entgegengesetzter Richtung zum ersten Referenzstrahl, welcher das Hologramm bildete, verläuft; und
(e) Mehrmaliges Wiederholen der Wiedergabeoperation mit einer Vielzahl von Silizium-Wafern.
In einer Weiterentwicklung des obigen Verfahrens wurde das Problem, welches aus der Ungleichmässigkeit des Wiedergabestrahles resultiert, gelöst, indem eine Abtast- Technik angewendet wurde, wie sie in unserer Britischen Patentschrift Nr. 2,215,484 offenbart ist. Das in dieser Anwendung vorgeschlagene System bezieht die Benützung eines eingeschränkten oder engen Referenzstrahles ein, welcher das holographische Bild auf dem ersten Aufzeichnungsmedium abtastet, um eine integrierte Schaltung im zweiten Aufzeichnungsmedium, welches auf dem Silizium-Wafer vorgesehen ist, aufzubauen.
Ein Problem, welches sich als Folge der in der oben angegebenen, hängigen Anmeldung offenbarten Verbesserung ergibt, ist, dass , da es nun möglich ist, grössere Silizium- Wafer zu verwenden, Probleme auftreten mit der Sicherung der exakten Brennschärfe in allen Teilen des wiedergegebenen Bildes auf dem zweiten auf dem Silizium-Wafer vorgesehenen Aufzeichnungsmedium. Kleinste Unterschiede im Abstand während der Wiedergabe des holographischen Bildes können bedeuten, dass einige Bereiche nicht perfekt im Brennpunkt liegen.
Es ist darum Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Weg zur Verfügung zu stellen, um die Relativposition von Hologramm und Aufzeichnungsmedium optisch zu kontrollieren, welcher Weg die nötige Prismageometrie, um das Hologramm mit totaler innerer Reflexion zu rekonstruieren, einzuhalten erlaubt, unabhängig von spezifischen Anwendungen wie a) Integrierte Schaltungen, b) Optische Speicherplatten, c) hochauflösende Bildschirme (wie z.B. HDTV), d) Oberflächen Schallwellengeräte (surface acoustic wave devices), e) Fotomasken-Raster.
Entsprechend einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur optischen Kontrolle in einem holographischen Abbildungssytem mit totaler innerer Reflexion vorgeschlagen, welches die folgenden Schritte einschliesst: - Richten eines Lichtstrahles (oder Kontrollstrahles) in ein Prisma und auf die Oberfläche des auf einem ersten Aufzeichnungsmedium vorgängig aufgezeichneten Hologramms unter einem praktisch normalen Einfallswinkel. Der Lichtstrahl wird teilweise an der Hologramm/Luft-Grenzfläche reflektiert. Der durchgelassene Anteil sollte im wesentlichen unter einem normalen Einfallswinkel auftreffen und durch das zweite Aufzeichnungsmedium und das Substrat reflektiert werden. Die zwei normal reflektierten Strahlen interferieren miteinander. Diese interferierenden Strahlen werden dann mittels interferometrischen oder diffraktometrischen Techniken analysiert, um ein dem Abstand der reflektierenden Oberflächen entsprechendes Signal zu erhalten. Vorzugsweise wird dieses Verfahren zur Erfassung des Brennpunktes verwendet.
Für eine Anwendung dieser Technik in T.I.R.-holographischen Druckverfahren muss die Geometrie des optischen Prismas so sein, dass es dem Kontrollstrahl den Zugang unter einem normalen oder nahezu normalen Winkel erlaubt, während der holographische Wiedergabestrahl (R) in einem grösseren Winkel als dem kritischen Winkel (θc) auftreffen kann.
In den Figuren 1 und 2 sind zwei Beispiele von Geometrien gezeigt, die diese Bedingungen erfüllen: Das Verfahren kann zusätzlich den Schritt einschliessen, den Abstand zwischen den zwei Aufzeichnungsmedien erwähnter Messung entsprechend zu verändern, um den korrekten Brennpunkt an jedem Punkt einzuhalten.
Dieses Fokussieren des zweiten Aufzeichnungsmediums in das durch das erste Aufzeichnungsmedium erzeugte holographische Bild kann auf mehrere Arten wie folgt geschehen:
a) Eine Mehrzahl von optischen Kontrollen des zweiten Substrates kann an mehreren Stellen desselben vorgenommen werden, um dadurch einen digitalisierten Plan der Topographie des zweiten Substrates aufzubauen, wobei dieser Plan vorteilhaft in einem Computerspeicher abgespeichert wird. Dieser Plan würde dann den jeweiligen lithographischen Prozess während des Aufzeichnungsvorganges steuern.
b) Im Fall, dass das Hologramm des ersten Aufzeichnungsmediums zum Aufbau des holographischen Bildes auf dem zweiten Aufzeichnungsmedium abgetastet wird, wird für jeden Teilbereich des aufzuzeichnenden Hologramms der Schritt des Bestimmens des Brennpunktes und des Einhaltens des richtigen Brennpunktes gleichzeitig mit dem Schritt der Aufzeichnung des holographischen Bildes auf dem zweiten Aufzeichnungsmedium des Siliziumsubstrates ausgeführt.
c) Eine Kombination der zwei oben beschriebenen Wege in Form eines schrittweisen Abtastvorgangs (step and scan), in welchem man einen digitalisierten Plan der Topographie eines Teils des zweiten Aufzeichnungsmediums erhält, den genauen Brennpunkt für diesen Teil des Aufzeichnungsmediums bestimmt, einen Teil des holographischen Bildes auf dem zweiten Aufzeichnungsmedium des Siliziumsubstrates aufzeichnet und den obigen Prozess für einen weiteren Teil des zweiten Aufzeichnungsmediums wiederholt.
Entsprechend einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur optischen Kontrolle in einem holographischen Abbildungssystem mit totaler innerer Reflexion vorgesehen. Diese schliesst folgendes ein: Einen Lichtstrahl, der in ein Prisma und praktisch normal auf eine Oberfläche eines auf einem ersten Aufzeichnungsmedium bereits aufgezeichneten Hologramms gerichtet wird. Der Lichtstrahl wird teilweise an der Hologramm/Luft-Grenzschicht reflektiert. Der durchgelassene Anteil erreicht das zweite Aufzeichnungsmedium und das zweite Substrat und wird von diesen reflektiert. Die zwei reflektierten Strahlen interferieren miteinander und kehren entlang des Einfallweges zurück. Diese interferierenden Strahlen werden dann analysiert durch interferometrische oder diffraktometrische Techniken, um ein Signal zu erhalten, welches der Distanz der reflektierenden Oberflächen entspricht.
Vorzugsweise wird diese Vorrichtung zur optischen Kontrolle des Brennpunktes verwendet.
Es können Mittel vorgesehen sein zur Justierung der Distanz zwischen den beiden Aufzeichnungsmedien entsprechend den erhaltenen Messungen, um den genauen Brennpunkt an allen Punkten einzuhalten. Vorzugsweise schliessen diese Mittel zur Justierung der Distanz eine Mehrzahl von Verstellern ein, wie piezoelektrische Treiber oder Schrittmotoren. Vorzugsweise werden drei solche Versteller benutzt.
Die vorliegende Erfindung wird anhand von Beispielen und mit Bezug auf die Zeichnungen näher im Detail beschrieben:
Die Figuren 1 und 2 sind schematische Darstellungen, welche das Prinzip, auf welchem die vorliegende Erfindung basiert, erklären.
Figur 3 ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform, um die relative Position zwischen Hologramm und Aufzeichnungsmedium während des Wiedergabevorgangs optisch zu kontrollieren; und
Figur 4 ist eine Aufsicht auf die Glasplatte, aus der die Positionierung der Versteller, die die Siliziumscheibe von der Glasplatte trennen, ersichtlich ist.
Figuren 5 und 6 sind schematische Darstellungen von zwei Beispielen von Detektorsystemen, die vorzugsweise mit vorliegender Erfindung verwendet werden.
Um das Prinzip zu würdigen, auf welchem die vorliegende Erfindung gründet, muss vor allem auf die zwei Beispiele der Prismageometrie verwiesen werden, wie sie in Figur 1 und 2 gezeigt sind. In diesen Diagrammen ist ein Hologramm H in einer Aufzeichnungsemulsion gebildet, die auf die Oberseite einer Glasplatte G aufgezogen ist. Die Unterseite der Glasplatte ist im Kontakt mit der oberen Oberfläche eines Prismas P. Die Brechungsindices der Glasscheibe und des Prismas sind die gleichen. Ein Wiedergabestrahl, im US-Patent Nr. 4,857,425 als "replay beam" beschrieben, ist mit R (reconstruction beam) und ein Kontrollstrahl für die Bestimmung des Brennpunktes ist mit I (inspection beam) bezeichnet.
Zudem sind folgende Symbole wie folgt definiert:
θc = der kritische Winkel
θr = der Winkel zwischen Wiedergabestrahl und Hologramm
= Prismawinkel
z = innerer Winkel zwischen Wiedergabestrahl und Prismaoberfläche
i = innerer Winkel zwischen Kontrollstrahl und Prismaoberfläche
Das vorgeschlagene Kontrollverfahren schliesst das Richten eines Lichtstrahles I durch das Prisma P mit normalem oder nahezu normalem Einfallswinkel auf die Hologrammoberfläche mit ein. Die partielle Reflexion von der Hologramm/Luft- Grenzschicht und die Reflexion von der Aufzeichnungsmedium- Oberfläche werden überlagert und bilden ein Interferometer. Unter Anwendung von dokumentierten Standardtechniken kann die Intensität des vorgenannten Interferometers dazu genutzt werden, um einen absoluten Wert für die Distanz zwischen der Hologrammoberfläche und den Aufzeichnungsmedien zu erhalten.
Für die Anwendung dieser Technik im holographischem T.I.R. Druck muss die Geometrie des optischen Prismas so sein, dass es den Zugang des Kontrollstrahles I unter normalem oder nahezu normalem Winkel zulässt, während es möglich ist, dass der holographische Wiedergabestrahl R in einem grösseren als dem kritischen Winkel θc ankommt.
Für die in Figur 1 gezeigte Prismageometrie ist die Bedingung dafür, dass der Kontrollstrahl I in einem normalen oder nahezu normalen Winkel auf der Hologrammoberfläche aufzutrifft,
< θc
Die Bedingung dafür, dass der Wiedergabestrahl in einem grösseren als dem kritischen Winkel auf der Hologrammoberfläche auftreffen kann, ist:
> θr - θc
Eine weitere annehmbare Prismageometrie ist die in Figur 2 gezeigte. In diesem Beispiel ist grösser als der kritische Winkel θc, was ermöglicht, dass der Wiedergabestrahl R in einem grösseren als dem kritischen Winkel θc auf der Hologrammoberfläche auftrifft. Der Kontrollstrahl I tritt durch die zur Hologrammoberfläche rechtwinkligen Fläche ins Prisma P ein, erreicht die Hologrammoberfläche aber nach einer inneren Totalreflexion an der Hypotenusen-Oberfläche des Prismas P unter normalem Winkel.
Die Anwendung obigen Prinzips, um den korrekten Brennpunkt während der Wiedergabe-Operation festzustellen, in welcher ein kopiertes Bild eines Hologramms in Abschnitten auf dem Aufzeichnungsmedium einer Siliziumplatte gebildet oder aufgebaut wird, wird nun nachfolgend mit Bezug auf die Figuren 3 und 4 genauer beschrieben.
Bezugnehmend auf Figur 3 wird anstatt der in der Europäischen Patentanmeldung Nr. 0,251,681 offenbarten Prismaform ein rechtwinkliges Prisma 22 eingesetzt. Dieses hat Winkel mit 30º, 60º und 90º, wobei der Prismawinkel 30º beträgt. Ein T.I.R.- Hologramm ist vorgängig aufgezeichnet auf einem ersten Aufzeichnungsmedium, welches auf der Oberseite einer Glasplatte 16 vorgesehen ist. Die Glasplatte ist unter Einhaltung eines übereinstimmenden Brechungsindex mit dem Prisma verbunden. Für einen Brechungsindex von n = 1.5 ist der kritische Winkel θc 41.8º. Der Wiedergabestrahl oder Kopierstrahl wird durch eine Laserquelle 32 erzeugt, wobei der Winkel θs zwischen Wiedergabestrahl und Prismaoberfläche Y 22.8º sein muss. Eine Silizium-Wafer 30 ist oberhalb der Oberfläche des ersten Aufnahmemediums, welches auf der Oberseite des Glases vorgesehen ist, angeordnet, und dessen Position ist durch Versteller 40 bestimmt.
Nun auf Figur 4 bezugnehmend, sind drei Versteller 40a, 40b und 40c zwischen der Glasplatte 16 und der Siliziumplatte 30 vorgesehen, welche auf geeigneten Auflagen 50 angeordnet sind. Wie gezeigt, sind die Versteller 40a und 40b an zwei Ecken angeordnet, während der dritte Versteller 40c in der Mitte der Fusskante 41 angeordnet ist. Vorzugsweise sind die Versteller piezoelektrische Abstandhalter und die Dicke von jedem der drei piezoelektrischen Abstandhalter kann unabhängig durch das Anlegen von Spannungen verstellt werden. Die Ausdehnung jedes piezoelektrischen Abstandhalters ist annähernd linear zur Höhe der daran angelegten Spannung.
Zurückkommend zu Figur 3, kann der Abstand zwischen der Unterseite des Silizium-Wafers 30 und der Oberseite des holographischen Materials, welches auf der Oberfläche der Glasplatte 16 liegt, überprüft und allenfalls angepasst werden, bevor dieser Teil des Bildes auf das Aufzeichnungsmedium auf dem Silizium-Wafer übertragen wird. Für diesen Zweck ist ein Lichtstrahl 42 vorgesehen,- die Eigenschaften desselben werden weiter unten erläutert -, welcher synchron mit der Bewegung der Wiedergabe-Laserquelle 32 bewegt wird, die das volumetrische holographische Bild auf dem ersten Aufzeichnungsmedium abtastet. Der Lichtstrahl wird in das Prisma 22 durch die Oberfläche Y eingespeist in einem Winkel θi von 48.6º und dringt durch die Glasplatte senkrecht zu deren Oberflächen. An der Hologrammoberfläche, welche sich an der Oberseite der Glasplatte 16 befindet, wird der Lichtstrahl aufgrund des Unterschiedes im Brechungsindex zwischen holographischem Material und Luft teilweise reflektiert. Ein Teil des durchgelassenen Lichtes wird an der spiegelähnlichen Waferoberfläche reflektiert.
Da das Licht normal zu den oben erwähnten Oberflächen ankommt, werden infolgedessen die zwei reflektierten Strahlen überlagert und kehren auf dem Einfallsweg zurück. An einem Strahlenteiler 43 wird ein Prozentsatz des zurückkehrenden Lichtes auf ein Detektorsystem 44 reflektiert. Wenn die Kohärenzlänge der Lichtquelle grösser als zweimal die Distanz zwischen Wafer und Hologramm ist, interferieren die zwei reflektierten Strahlen und die Intensität des erfassten Strahles ist gegeben durch:
I = IW + IH + 2 [IWIH]cos(4πα/λ) - - - (1)
wobei d die Distanz zwischen dem Wafer und dem Hologramm und λ die Wellenlänge ist. IW und IH sind die jeweiligen Intensitäten der beiden reflektierten Strahlen.
Infolgedessen ergibt sich bei einer gegebenen Wellenlänge die gemessene Intensität I die benötigte Information für ein Scharfstellen. Da die Gleichung (1) eine Kosinusforn aufweist, ist der Parameter d nur über eine Distanz von λ/2 unzweideutig, was bei einem HeNe-Laser, der mit 632.8nm arbeitet, einen Wert von 316.4nm ergibt.
Die genauen Eigenschaften der Lichtquelle 42 und die Art, wie der zurückkehrende Strahl durch das Detektorsystem 44 analysiert werden kann, werden nun anhand von Beispielen genauer beschrieben:
Im ersten Beispiel ist die Lichtquelle ein Zweiwellenlängen- Laser, der als Kombination von zwei Einwellenlängen-Lasern oder als ein Multiline-Laser ausgeführt sein kann. Eine zweite Laserquelle mit anderer Wellenlänge wird verwendet, um die unzweideutige Arbeitsdistanz auf eine für T.I.R.-holographische Druckanwendungen praktikablere zu erweitern. Die unzweideutige Distanz wird erweitert auf Λ/2, wobei Λ gegeben ist durch
Λ = λ&sub1;λ&sub2;/(λ&sub1;-λ&sub2;),
wobei λ&sub1; und λ&sub2; die zwei Wellenlängen des kombinierten Strahls sind.
Bei Verwendung der 632.8nm und 611.8nm-Linien des HeNe-Lasers, ergibt sich beispielsweise eine unzweideutige Arbeitsdistanz von 9.22µm.
Um eine genaue Interpretation der Distanz zwischen Hologramm und Wafer zu erhalten, werden die den Wellenlängen zugeordneten Signale vorzugsweise separat erfasst. Das ist möglich durch abwechselndes Ein- und Ausschalten der beiden Laserquellen oder mittels Einsatzes eines wellenlängenempfindlichen Strahlenteilers, der die beiden Interferogramme auf zwei separate Detektoren im Detektorsystem 44 leitet. Der Ausgang des Detektorsystems 44 wird an einen Mikroprozessor 46 geleitet.
Es stehen gut dokumentierte Standardtechniken für eine genaue Interpretation der erfassten Signale zur Verfügung. In diesem Zusammenhang sei verwiesen auf K. Creath - Phase - Measurement Interferometry Techniques, z.B. E. Wolf, Progress in Optics XXVI Elalvier (1988).
Um einen grossen unzweideutigen Arbeitsbereich mit sehr genauen Messungen zu kombinieren, können mehr als zwei Wellenlängen verwendet werden.
Im zweiten Beispiel, welches nachfolgend betrachtet wird, hat die Lichtquelle 42 ein kontinuierliches Breitbandspektrum von Wellenlängen, wie es Licht aus Glühlampen oder Xenon-Lampen oder gleichwertigen Quellen aufweist. Um das zweite, auf dem Wafer 30 aufgebrachte Aufzeichnungsmedium nicht zu belichten, wird das Spektrum der Lichtquelle, wenn nötig, von Wellenlängen gereinigt, auf die das erwähnte Aufzeichnungsmedium empfindlich ist. Dies kann vorteilhaft mittels entsprechenden optischen Filtern erreicht werden.
Wegen der kurzen Kohärenzlänge (weniger als einige wenige Mikrometer) des Lichtes interferieren die zwei reflektierten Strahlen bW (reflektiert an der Luft-Wafer-Trennfläche) und bH (reflektiert an der Luft-Hologramm-Grenze) nicht kohärent, bevor diese beim Detektorsystem 40 ankommen. Um aus den zurückkehrenden Strahlen verwertbare Informationen herauszuziehen, wird eine Standardtechnik verwendet, allgemein bekannt als "Weisslicht-Interferometrie" und "Channelled Spectra", (Referenz: P. Hariharan, Optical Interferometry, Academic Press 1985), welche nachfolgend mittels eines praktischen Ausführungsbeispiels und mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben wird.
Verwiesen sei nun auf die Figur 5, welche eine bevorzugte Anordnung für die oben erwähnte Weiss-Licht-Methode zeigt. Die Ausrüstung beinhaltet ein Prisma 50, ein Hologramm 52 auf dessen einen Seite, Wafer 53, Weisslichtquelle 54, Strahlenteiler 55, Detektor 56 und zwei reflektierende Oberflächen 57 und 58.
In diesem Fall wird das weisse Licht der Quelle 54 nach einer Reflexion an der Oberfläche des Wafers 53 mittels eines Strahlenteilers gezwungen, einen anderen Arm des Interferometers zu passieren. Dieser andere Arm des Interferometers enthält die zwei reflektierenden Oberflächen 57 und 58, die zusammen eine Referenzdistanz definieren. Wenn die Weglänge zwischen den erwähnten zwei reflektierenden Oberflächen 57 und 58 gleich der Weglänge zwischen Wafer 53 und Hologramm 52 ist, dann ist die Weglängendifferenz für jede Wellenlänge gleich Null, was in einem weissen Streifen resultiert. Wenn die Distanz zwischen den reflektierenden Oberflächen 57 und 58 auf die bevorzugte Arbeitsdistanz zwischen dem Wafer 53 und dem Hologramm 52 eingestellt wird, kann der genaue Brennpunkt durch Feststellen auf den erwähnten weissen Streifen erreicht werden.
Nun sei auf Figur 6 verwiesen, welche eine bevorzugte Anordnung für die oben erwähnte "channelled spectra" Methode zeigt. Die Ausrüstung beinhaltet ein Prisma 60, ein Hologramm 62 auf dessen einer Seite, Wafer 63, Lichtquelle 64, Strahlenteiler 65, Beugungsgitter 66 und Detektoranordnung 67.
Im "channelled spectra"-Fall kann die Interferenz jeder Wellenlänge im zurückkehrenden Strahl analysiert werden, indem der besagte Strahl durch das Beugungsgitter 66 gelenkt wird. Die so hergestellten Spektren werden dunkle Banden aufweisen, deren Erfassung und Unterscheidung durch die Detektoranordnung 67 die notwendige Information ergibt, um die Trennung von Wafer 63 und Hologramm 62 zu berechnen.
In den beschriebenen bevorzugten Beispielen wird nicht nur die Distanz zwischen der ein zweites Aufzeichnungsmedium enthaltenden Siliziumscheibe und dem Hologramm auf der Glasplatte gemessen, es werden auch Schritte unternommen, um die Einhaltung der richtigen Distanz während der Wiedergabe- Operation sicherzustellen, insbesondere im Falle, wo eine Mehrzahl von überschneidenden Belichtungen während den Abtast- Sequenzen gemacht werden, wie dies in der Britischen Patentschrift Nr. 2,215,484 offenbart ist.
Es darf festgehalten werden, dass die oben beschriebene Vorrichtung und das Verfahren zur Kontrolle in einem holographischen Abbildungssystem mit totaler innerer Reflexion anwendbar ist auf alle Arten von photolithographischen Anwendungen, einschliesslich a) Abbilden von integrierten Schaltungen, b) Optische Speicherplatten, c) hochauflösende Bildschirme (einschliesslich HDTV), d) Oberflächen Schallwellengeräte (surface acoustic wave devices), e) Fotomasken-Raster.
Weiter ist diese Vorrichtung und dieses Verfahren gleichermassen anwendbar im Falle, wo das holographische Material von einem flachen optischen Substrat überdeckt ist, so dass die Substrat/Luft-Grenzfläche die Hologramm/Luft- Grenzfläche als eine der reflektierenden Oberflächen ersetzt.
Darüberhinaus kann das Verfahren auch so umgesetzt werden, dass entweder der Kontrollstrahl das lithographische Substrat abtastet und kontinuierlich Messungen vorgenommen werden oder der Kontrollstrahl zu einer Reihe von diskreten Positionen bewegt wird und nur an diesen Punkte Messungen vorgenommen werden.
Des weitern können die Messungen des Brennpunktes als eine Funktion der Position entweder synchron mit dem Wiedergabeprozess vorgenommen werden oder aber vorgängig und die Information dann in einem Speicher gespeichert werden.

Claims

1. Holographisches Abbildungssystem mit totaler innerer Reflexion beinhaltend:

- ein Prisma (P) mit einer ersten Trägeroberfläche (S) zur Aufnahme eines Hologramms (H), das mit dem Prisma optisch verbunden ist, und zweiten Oberflächen (T,Y);

- Mittel zum Halten eines Substrates in nächster Nähe zum Hologramm, dergestalt dass eine Substratoberfläche der Hologrammoberfläche gegenüber liegt;

- Mittel, um einen Wiedergabestrahl (R) derart durch eine der zweiten Prismaoberflächen (Y) zu leiten, dass der Wiedergabestrahl auf dem Hologramm in einem Winkel auftrifft, der grösser als der kritische Winkel für eine totale innere Reflexion ist;

- eine Lichtquelle (42) zur Erzeugung eines Kontrollstrahls;

- Mittel um den Kontrollstrahl (I) so auf besagte Substrat- und Hologrammoberflächen zu richten, so dass Licht von jeder der besagten Oberflächen reflektiert wird;

- Mittel um Licht, welches durch besagte Oberflächen reflektiert wird, zu erfassen, und interferometrisch auszuwerten, und so die Distanz zwischen besagten Oberflächen zu messen;

dadurch gekennzeichnet, dass

- die Mittel zur Steuerung des Kontrollstrahles so angeordnet sind, dass der Strahl (I) durch eine der besagten zweiten Oberflächen (T,Y), auch Eintrittsoberfläche genannt, in das Prisma (P) eintritt und diese Eintrittsoberfläche so angeordnet ist, dass der Kontrollstrahl auf die Hologramm- (H) und Substratoberfläche rechtwinklig oder nahezu rechtwinklig einfällt; und dass

- die Geometrie des Prismas (P) es erlaubt, die ganze Trägeroberfläche (S) des Prismas abzutasten, indem der Kontrollstrahl eine der zweiten Oberflächen (T,Y) abtastet.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Halten des Substrates aus einer Mehrzahl von Verstellorganen bestehen, die dazu vorgesehen sind, die Distanz zwischen den Hologramm- und Substrat-Oberflächen gemäss der erhaltenen Messung einzustellen, um so an jedem Punkt den richtigen Brennpunkt einzuhalten.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Verstellorgane piezoelektrische Abstandhalter sind, welche dazu gebraucht werden, um zwischen Hologramm und Substrat ein im Wesentlichen gleichseitiges Dreieck zu bilden.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (42) Laserstrahlen mit zwei oder mehreren Wellenlängen umfasst, und dass die überlagerten, von Hologramm- und Substratoberfläche reflektierten Strahlen durch einen Strahlenteiler (43) den Erfassungsmitteln (44) eingespeist werden.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Prisma (22) ein rechtwinkliges ist mit Winkeln von 30º, 60º, und 90º, wobei der Prismawinkel 30º ist.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Prisma (22) ein rechtwinkliges ist mit Winkeln von 90º, 45º und 45º.

7. Ein holographisches Verfahren, das das holographische Abbildungssystem mit totaler innerer Reflexion nach einem der Ansprüche 1 bis 6 verwendet, um die Distanz zwischen Hologramm und Substrat zu bestimmen, folgende Schritte enthaltend:

- Ausleuchten der Substrat- und Hologrammoberflächen mit dem Kontrollstrahl

- Auswerten des von den zwei Oberflächen reflektierten Lichtes, um so die Distanz zwischen Substrat und Hologramm zu bestimmen; und

- Verändern der Distanz zwischen den zwei Oberflächen gemäss der Messung, um in jedem Punkt den richtigen Brennpunkt einzuhalten.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontrollstrahl durch eine der zweiten Prismaoberflächen (T) ins Prisma (P) eindringt und durch die andere Prismaoberfläche (Y) reflektiert wird, so dass der Kontrollstrahl normal oder nahezu normal auf die Hologramm- Trägeroberfläche (S) auftrifft, und der Referenzstrahl oder Wiedergabestrahl so durch die andere Prismaoberfläche (Y) eintritt, dass er durch die Hologrammoberfläche eine totale innere Reflexion erfährt.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontrollstrahl und der Wiedergabestrahl die gleiche zweite Oberfläche (Y) des Prismas in schiefen Winkeln derart durchdringen, dass der Kontrollstrahl rechtwinklig oder nahezu rechtwinklig auf die Hologramm-Trägeroberfläche auftrifft und der Wiedergabestrahl von der Hologrammoberfläche eine totale innere Reflexion erfährt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von optischen Kontrollen des Substrats an verschiedenen Stellen desselben gemacht werden, um einen digitalisierten Plan der Substrat- Topographie zu erstellen; dass dieser Plan im Speicher eines Computers gespeichert wird, und dass die gespeicherte Information dazu genutzt wird, den jeweiligen lithographischen Prozess während der Wiedergabeoperation zu steuern.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen des Brennpunktes und Einhalten des richtigen Brennpunktes gleichzeitig mit der Aufzeichnung des holographischen Bildes im Aufzeichnungsmedium des Substrates erfolgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine schrittweise Abtast-Operation angewendet wird, welche folgende Schritte beinhaltet: Erhalten eines digitalen Planes der Topographie eines Teils des Aufzeichnungsmediums des Substrates; Bestimmen des richtigen Brennpunktes für diesen Teil des Aufzeichnungsmediums; Aufzeichnen eines Teils des holographischen Bildes im Aufzeichnungsmedium des Substrates; und Wiederholen obigen Ablaufes für einen anderen Teil des Aufzeichnungsmediums.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontrollstrahl ein zwei oder mehrere Wellenlängen aufweisender Laserstrahl ist und die Distanzinformation durch die Beobachtung der Intensität des Interferometers, welche durch die Reflexionen des zwei oder mehrere Wellenlängen aufweisenden Laserstrahls an den Oberflächen des Substrates und des Hologramms bewirkt ist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontrollstrahl im Wesentlichen paralleles weisses Licht ist oder aus einer Breitbandquelle stammt, und die Reflexionen dieses Strahles an den Oberflächen von Substrat und Hologramm mit einem Strahl aus der gleichen Quelle (57,58) interferieren, welcher an zwei Referenzoberflächen, welche den gewünschten Abstand aufweisen, gleichartig reflektiert wurde.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontrollstrahl im Wesentlichen paralleles weisses Licht ist oder von einer Breitbandquelle stammt, und die Reflexionen dieses Lichtstrahls von den Oberflächen von Substrat und Hologramm ein Beugungsgitter queren und damit eine Spektralanalyse des zurückgeworfenen Strahles liefern, in welcher der Abstand zwischen den Spitzen im Spektrum die nötige Information zur Berechnung des Abstandes zwischen den Oberflächen von Substrat und Hologramm liefert.

16. Die Verwendung des Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in holographischen Anwendungen mit totaler innerer Reflexion zur Einhaltung des richtigen Brennpunktes.