CN1717631A - 光刻系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将图形转移到目标的表面上的无掩模光刻系统，包括产生多个小射束的至少一个束发生器、包括调制小射束的幅值的多个调制器的调制装置和控制每个调制器的控制单元，其中控制单元产生图形数据并将其传送给所说的调制装置以控制每个单个小射束的幅值，该控制单元包括存储图形数据的至少一个数据存储装置、从数据存储装置读出图形数据的至少一个读出单元、将从数据存储装置中读出的图形数据转换为至少一个调制的光束的至少一个数据转换器和将所说的至少一个调制的光束发送给所说的调制装置的至少一个光发送器。

Description

光刻系统
背景技术
光刻系统包括离子、激光、EUV和电子束系统，所有这些都要求处理和传送图形到某种类型的写装置的装置。实现这个装置的十分公知的方式是使用掩模，将这个掩模投影到衬底上，随着分辨率变得越来越小，这些掩模也变得越来越难以制造。此外，投影这些掩模的(光学)装置也变得非常复杂。
克服这个问题的一种方法是使用无掩模光刻法。
无掩模光刻系统可以分为两种类型。在第一类中，图形数据被朝单个辐射源或多个辐射源发送。通过在适当的时候调节辐射源的强度，在衬底上产生图形，该衬底通常是晶片或掩模。在切换速度增加时辐射源的切换可能产生问题，例如，由于源的调节时间引起，因为这个调节时间可能太长。
另一方面，第二类无掩模光刻系统包括连续源的源或者以恒定的频率工作的源。图形数据现在朝调制装置发送，在需要时，这种调制装置完全或部分地停止所发射的束到达目标曝光表面。通过在目标曝光表面上移动的同时控制这些调制装置，写图形。调制装置对于调节时间不太重要。被设计成实现更高的生产量的多种无掩模光刻系统因此使用调制装置。
例如在US5,834,783、US5,905,267和US5,981,954中，公开了一种具有电子源的无掩模电子束光刻系统。所发射的电子束通过孔阵列被扩展、准直和附加地分解成为多个小射束(beamlet)。在发出控制信号时，被馈送图形数据的消隐器阵列停止单个小射束。所获得的图像然后通过一个缩减电子光学系统缩小并投影在晶片上。
在US-A1-20010028042、US-A1-20010028043、US-A1-20010028044、WO-A1-02/054465、WO-A1-02/058118和WO-A1-02/058119中，公开了一种使用多个电子源的无掩模电子束光刻系统。所发射的电子小射束通过消隐器阵列，在发出适当的控制信号时，这个消隐器阵列使单个电子小射束偏转。电子束通过整形阵列整形并聚焦在晶片上。
在WO-01/18606和US6,285,488中，公开了一种光刻系统，这种光刻系统使用空间光调制器(SLM)调制光束。光源发射朝SLM导向的光脉冲。SLM包括可变形的反射镜阵列，这个阵列根据被发送给所涉及的反射镜的控制信号朝衬底或者朝束停止结构反射所发射的光束。
当前的发明基于对光刻原理的如下的理解。
掩模是一种存储图形的高效方式，描述图形的原始数据量较大。此外，对于商业可接受的生产量，数据必须以非常高的速率朝写装置传输。此外，较高的数据率必须在有限的空间内获得。直到现在还没有认识到在无掩模光刻系统中的数据路径的改进对这些系统的生产量具有重要的影响。
关于掩模的信息通常被用于从在目标曝光表面上在某一区域上的掩模转移图形。这个区域称为印模。为获得必须转移的理想的数据量，假设32mm×26mm的印模。现在考虑某人希望以45nm的关键尺寸(CD)写图形。则在印模上有4.1*1011个CD元件。如果每个CD元件由至少30*30个像素构成以满足这个要求，并且如果表示所说的像素的强度仅仅需要一个位，则在掩模上表示的信息大约有3.7*1014个位。对于无掩模光刻系统，商业上可接受的生产量大约是10晶片/小时。如果在一个晶片有60个印模，则每晶片上必须朝调制装置传输60×3.7*1014个位。因此，为获得所需的生产量必须在3600秒内朝调制装置传输600×3.7*1014个位。这对应于大约60Tbit/s的数据传输率。
在所有的所述系统中，控制信号被电子地朝调制装置发送。然而，金属线的带宽是有限的。电子互连的带宽的极限通过下式与电子互连的最大总容量BMAX、总横截面A和电互连的长度L相关：
BMAX＝B0*(A/L2)
比例常数B0与铜互连的电阻率有关。对于典型的多芯片模型(MCM)技术，B0大约是1015bit/s。对于芯片级生产线，它的值大约是1016bit/s。该值几乎独立于特定的制造技术。
电互连的带宽的极限独立于它的结构。不管互连是由许多较低速导线还是由少数快速导线组成，在对这种性能的其他影响上没有差别。
电互连的所需的总容量是100*1012＝1014bit/s。在MCM的情况下这对应于总横截面与10-1的电互连的长度的平方的比率，而在芯片上的连接的情况下对应于总的横截面与10-2的电互连的长度的平方的比率。因此如果L是1m，则需要的铜的总的横截面是0.01-0.1m2！将该数值与所写的印模的尺寸(它是0.0008m2)进行比较，在将图形信息增加到光束中之后，如果不缩小至少10倍显然不可能进行数据传输。
检验这个问题的另一方法是使用通常速度的电互连，这个速度大约1Gbit/s。因此，为传输Tbits，需要100.000根铜线。这需要大量的空间并且难以处理。
发明内容
本发明的一个目的是改善上述的系统。
本发明的进一步的目的是增加无掩模光刻系统的生产量。
本发明的进一步目的是降低光刻系统对所有类型的(电磁)干扰的灵敏度。
本发明的进一步目的是减小图形数据转移给光刻系统所需的空间。
本发明的进一步目的是增加该系统的设计灵活性。
因此，本发明提供了一种用于将图形转移到目标的表面上的无掩模光刻系统，包括：
·产生多个小射束的至少一个束发生器；
·包括调制小射束的幅值的多个调制器的调制装置，和
·控制每个调制器的控制单元，其中控制单元产生图形数据并将其传送给所说的调制装置以控制每个单个的小射束的幅值，该控制单元包括：
-存储图形数据的至少一个数据存储装置；
-从数据存储装置读出图形数据的至少一个读出单元；
-将从数据存储装置中读出的图形数据转换为至少一个调制的光束的至少一个数据转换器；
-将所说的至少一个调制的光束发送给所说的调制装置的至少一个光发送器。
在光刻系统中使用光学数据传输，可以产生基于已有的技术但具有增加的生产量的无掩模光刻系统。此外，可以减小所需的面积。此外，光学传输提供了设计光刻系统的布置的附加的自由度。
在束发生器中可使用的辐射源可以发射任何类型的辐射状电子、正电子、x-射线、光子或离子。辐射源可以是连续源或者是以连续频率脉冲发送的源。因此，该源不产生任何信息。然而，光刻系统的目的是对一定的目标曝光表面进行图形。由于辐射源不提供任何图形数据或者图形信息，因此图形信息必须通过调制装置沿着它们的轨道增加到小射束中。在本发明中应该认识到，图形信息使用光学系统传输。图形信息用于控制调制装置，该调制装置调制实际将图形写到抗蚀剂中或者以其它的方式将图形转移到试样(例如半导体晶片)上的小射束。在这个系统中，图形写小射束的特征取决于辐射源的特征。实际上，调制的光束是图形信息承载光束，并且小射束是图形写小射束。
在一种实施例中，束发生器仅具有一个源，并且光刻系统仅具有一个束发生器。这样，容易控制该系统的内部小射束均质性。
调制装置可以以不同的方式操作，并且基于各种物理原理，取决于用于写图形的小射束的特征。可以产生导致停止小射束的某些阻挡机构(例如机械闸门或者由于电声刺激变得不透明的晶体)的启动的信号。另一种可能性是使调制装置有选择性地产生使某些种类的偏转元件(比如静电偏转器或反射镜)启动的信号。这导致了所选择的辐射小射束的偏转。偏转的束然后投影在消隐器元件上；例如，具有与反射镜的偏转器相互对齐的孔的束吸收片。在这两种情况下，在优选以100MHz或更大的频率非常快速地实现小射束调制时，仅要求商业上满意的生产量。
在无掩模光刻系统中图形信息或图形数据通过计算机数据(一般是数字计算机数据)表示。图形数据部分或全部存储在控制单元的数据存储装置中。控制单元因此包括数据存储媒体例如RAM、硬盘或光盘。这种数据以可用于控制调制装置以便使预定的图形可重复地产生的格式存储。此外，控制单元包括以高数据率读出数据的装置。为建立高数据率，控制单元包括将数据转换为至少一个图形数据承载光束的元件。在一种实施例中，这个数据转换器包括垂直腔表面发射激光(VCSEL)二极管。如果位是1，则发出光信号，而如果位的值等于零，则不发出光。通过读出一系列的位，产生图形信息承载光束。图形信息承载光束然后朝调制装置传输。有几种可实现数据传输的可能的载体。在一种实施例中，使用几乎同时读出的并行数据存储装置以获得所要求的数据率。
在一种实施例中，使用数据传输的光纤实现从在控制单元中的转换器元件到靠近调制装置的区域的传输。这允许通过电磁场和其它的装置以最小的干扰进行灵活的数据传输。此外，允许控制单元远离光刻系统的其余部分，例如距离该系统的其余部分2-200米之间。
在电信和以太网应用中使用的光纤对于特定的波长(主要是850、1300和1500nm)最佳。由于很容易得到标准的铟镓砷/镓砷激光二极管，因此850nm最佳。使用红外波长是因为低光纤传输损失，这种传输损失通常小于0.4dB/km。将来的研究针对660和780nm的波长。本发明优选使用更低的波长，因为在这些波长上与衍射相关的局限性更小。然而，在某些结构中需要更大的波长。用于本发明的波长大约是200至1700nm的范围。此外，当前的研究还可以通过一个信道传输多路信号。为此，研制了多波长或者多模式光纤，并使用多路复用/多路分解技术。优选地，在尽可能小地干预小射束和系统的其余部分的区域中选择经调制的光束的波长。这就允许光发送器被设计成几乎独立于光刻系统的其余部分。
在本发明的一种实施例中，调制装置的每个调制器包括将来自所说的控制单元的所说的至少一个调制的光束转换为启动所说的调制器的信号的光敏元件。这样，光发送器可保持很小。传输速率很高，例如调制器可以使用光刻技术形成。在本发明的进一步的实施例中，所说的光发送器包括具有调制装置端部和控制单元端部的至少一根光纤，例如将所说的至少一个调制的光束从所说的控制单元传输到所说的调制装置。
在一种实施例中，光刻系统包括将所说的至少一个调制的光束投影在所说的调制装置上的至少一个投影器。这样它提供了更大的设计自由度。此外，可以减小干涉。
在具有光纤的一种实施例中，在它的调制装置端部上所说的至少一根光纤耦合到一个或多个光纤阵列。在本发明的进一步的实施例中，所说的一个或多个光纤阵列中的基本每个光纤都耦合到一个所说的光敏转换元件。
在变型实施例中，所说的至少一根光纤在它的调制装置端部上耦合到一个或多个光波导，并且所说的光波导耦合到光敏元件。
在上文描述的无掩模光刻系统的一种实施例中，所说的光发送器包括在它的控制单元端部上的至少一个多路复用器和在它的调制装置端部上的至少一个多路分解器。
在上文描述的无掩模光刻系统的另一实施例中，该系统具有所说的多个小射束与其平行行进的光路，其中所说的光发送器进一步具有将所说的至少一个调制的光束耦合进所说的光路的光耦合器。
在上文描述的实施例中，数据转换器和光发送器适合于产生具有在200和1700nm之间的至少一个波长的至少一个调制的光束。这个波长被发现与该系统的其余部分干扰尽可能小。此外，它允许使用许多在光通信应用中使用的现成部件(of-the-shelf)。
在本发明的进一步的实施例中，每个光敏元件具有对于预定的波长范围透明的选择滤光器、透射具有预定的偏振方向的光的选择滤光器、限制所说的光敏元件对从预定的方向进入棱镜的光的灵敏度的棱镜或者限制所说的光敏元件对从预定的方向进入光栅的光的灵敏度的光栅。这样，可以减小x-通话。
在包括光纤的无掩模光刻系统的进一步的实施例中，所说的光敏元件包括光电二极管，在一种实施例为MSM光电二极管、PIN光电二极管或者雪崩光电二极管。
在具有光纤阵列的无掩模光刻系统的一种实施例中，调制解调器包括静电偏转器。特别是在光束是带电的颗粒束时，使用在其它技术领域中十分公知的部件就容易进行调制。
在根据本发明的无掩模光刻系统的一种实施例中，数据转换器包括激光二极管。
在一种实施例中，光发送器包括具有调制装置端部和控制单元端部以用于将所说的至少一个调制的光束从所说的控制单元传输到所说的调制装置的至少一根光纤和将所说的光纤的所说的调制装置端部投影在所说的调制装置上的至少一个投影器。这样，不管是在布局还是在部件的选择方面，该系统的灵活设计是可能的。
在一种实施例中，调制装置的每个调制器包括将来自所说的控制单元的所说的至少一个调制的光束转换为启动所说的调制器的信号的光敏元件，所说的调制装置具有光束产生装置侧和目标侧。
在一种实施例中，每个所说的调制器包括至少一个静电偏转器、在所说的至少一个静电偏转器和所说的目标侧之间的孔，所说的调制器的所说的静电偏转器形成了静电偏转器阵列以及所说的调制器的所说的孔形成了孔阵列。
在进一步的实施例中，每个静电偏转器可操作地耦合到光敏元件。
在本实施例中，所说的光发送器包括将所说的至少一个调制的光束分解为多个调制的光束的至少一个束分解器。
在进一步的实施例中，光发送器包括将所说的多个调制的光束投影在所说的光敏元件上的投影器。
在本实施例中，投影器适合于以在相对于垂直于所说的静电偏转器阵列的平面成0和88度之间的角度投影。在本实施例中。在进一步的实施例中，投影器包括将多个调制的光束投影在所说的静电偏转器孔阵列上的至少一个透镜。
在一种实施例中，投影器包括带有缩小多个调制的光束的缩减光学系统的第一缩小器和将缩小的多个调制的光束投影在所说的静电偏转器孔阵列上的投影光学系统。在本发明的一种实施例中，所述缩减光学系统包括微透镜阵列，所说的微透镜阵列的每个微透镜与所说的多个调制的光束中的一个对齐并且适合于减小所说的调制的光束的所说的一个的尺寸。在本发明的进一步的实施例中，所说的投影光学系统进一步包括用于在投影光学系统的所说的透镜的方向上反射来自所述缩减光学系统的多个调制的缩小的光束的反射镜。
在上文描述的电子束无掩模光刻系统的一种实施例中，在调制装置上没有被光敏元件覆盖的区域具有反射层。
在上文描述的电子束无掩模光刻系统的一种实施例中，在对着入射的多个调制的光束的调制装置的表面上提供扩散层。
在一种实施例中，所说的光发送器进一步包括将基本平行于静电偏转器孔阵列平面的多个调制的光束中的每个朝它的对应的光敏元件耦合的光波导。在本发明的进一步的实施例中，光发送器进一步包括具有多个微透镜的光学微透镜阵列，每个微透镜与将它的调制的光束耦合到对应的光波导中的所说的多个调制的光束中的一个对齐。
在一种实施例中，光发送器包括多个光纤，数据转换装置包括耦合在所说的多个光纤中的所说的至少一个调制的光束的装置，所说的多个光纤被分组以形成至少一根光纤带，所说的至少一根光纤带连接在所说的静电偏转器阵列的一侧上，以及光敏元件适合于通过电互连电启动它们的对应的静电偏转器。
在另一实施例的无掩模光刻系统中，产生装置包括光束产生装置。在本发明的一种实施例中，光产生装置适合于产生具有小于300nm的波长的光束。在本发明的进一步的实施例中，调制装置包括空间光调制器。在本发明的进一步是实施例中，空间光调制器包括可变形的反射镜器件，该可变形的反射镜器件包括微反射镜阵列。在本发明的进一步的实施例中，每个微反射镜包括安装在耦合到所说的光发送器的背侧以接收调制的光束的光敏元件。
本发明进一步涉及一种其中使用上述的无掩模光刻系统的方法。
本发明进一步涉及一种使用光刻系统将图形转移到目标的表面上的方法，该光刻系统包括产生多个小射束的束发生器和单个可控制地调制基本每个小射束的调制装置，所说的方法包括：
-从数据存储装置取出图形数据；
-将所说的图形数据变换为至少一个调制的光束；
-将所说的至少一个调制的光束耦合到所说的调制装置。
在本方法的一种实施例中，调制装置包括调制器阵列，每个调制器具有光敏元件，该方法进一步包括；
-将所说的至少一个调制的光束导向到所说的调制器；
-将每个所说的调制的光束耦合到一个光敏元件。
附图说明
在根据本发明的无掩模光刻系统的下面的实施例中进一步阐述本发明，其中：
附图1A、1B是本发明的系统一部分的操作方案，
附图2A、2B、2C所示为自由空间的光耦合，
附图3A、3B所示为调制装置的方案；
附图4所示为在调制阵列上的滤光器阵列的投影；
附图5A、5B所示为将图形信息承载光束投影在调制装置上的投影系统；
附图6A-6D所示为光敏元件的示意图；
附图7所示为将图形信息承载光束耦合到光敏元件；
附图8所示为附图7的顶视图；
附图9所示为使用光纤带的光耦合；
附图10所示为电子束光刻系统的调制装置；
附图11所示为图形信息承载光束耦合到调制装置的自由空间；
附图12所示为调制装置的示意图；
附图13所示为无掩模光刻系统；
附图14所示为在调制装置上的光纤端部的投影。
具体实施方式
由于给调制装置馈送光学信号，因此它们每个包括光敏元件，优选包括光电二极管。调制装置的基本操作在附图1A中示意性地示出。附图1a示意性地示出了通过调制装置执行的基本操作步骤。每个调制装置具有光敏元件(优选是光敏二极管)以便能够接收光学信号。
如果光敏元件接收光，则产生信号并将其发送给调制器。结果通过的小射束被调制，并且不到达目标曝光表面。如果不存在光，则没有信号转移给调制器。小射束不受干扰地通过，最终到达目标曝光表面。通过在将图形信息朝调制装置发送的同时彼此相对地移动目标曝光表面和光刻系统的其余部分，可以写图形。
当然也可以以与附图1B所示方式相反的方式操作整个系统。在这种情况下落在光敏元件上的光导致了朝调制装置发送的光的抵消。通过的小射束将到达目标曝光表面而不进行任何调制。然而，在光敏元件不接收光时，信号被朝调制装置发送，这阻止了通过的小射束到达目标曝光的表面。
光纤到调制装置的连接可能非常复杂。在本发明的一种实施例中，数据轨道的最后部分因此使用不同的传输介质。在后一情况下，光纤紧密堆叠地收尾，由此形成了光纤阵列。然后将发射的图形信息承载光束朝其它的光学载体传输。在调制装置位于真空中时，优选保持光纤在真空的外面。在这种情况下所发射的光束例如通过真空边界的透明部分可耦合到光刻系统。
在大多数情况下，使图形信息承载光束全部都通过光纤到达光敏元件不实际。在这种情况下，其它的光学载体可以继续它的数据传输。优选光纤粘接在一起以形成光纤阵列。图形信息承载光束然后以不同的方式朝光敏元件行进。一种可能的数据转移方式是将从光纤发射的光通过与辐射的小射束行进的相同环境朝调制装置的光敏元件发送。在这种方式中产生了自由空间光学互连。另一可能的传输介质是光波导，它位于调制装置的结构中。
在光纤的光波导的情况下，多波长可通过通道传输，就象在电信应用系统中一般地实施地那样。因此极大地减小了传输介质占用的空间，因为几种图形信息承载光束共享相同的通道。使用光电接收器(象DWDM多波长接收器)可以转换为可被调制器使用的信号。
光敏元件可以是在将入射光信号转换为任何其它类型的信号(象电或声信号)的本领域中公知的任何元件。这种转换器的实例是光阴极、光晶体管、光电阻和光电二极管。为了满足高的数据率要求，光敏元件应该具有较低的电容，使得能够以较高的频率操作。此外，元件优选容易集成在调制装置中。存在满足上述的要求的光电二极管。优选的实施例使用MSM光电二极管。这种光电二极管的主要优点在于它的低电容。因此能够以较高的频率操作。此外，MSM光电二极管的制造相对容易。另一较好的选择是使用PIN光电二极管。这个元件也可以具有较低的电容，但有时难以将这个元件集成在阵列中。另一非常有用的选择是雪崩光电二极管。
如上文所述，数据率以及因此所要求的调制频率非常大。为了能够以这个数据率调制，适合的开关电路很重要。除了下文将要讨论的三个光学载体之外，本发明还可以以转移调制的光束的其它相关的装置实施。
转移选择
自由空间的光学互连
在图形信息承载光束通过与辐射的小射束行进的相同的介质投影在对应的光敏元件上时，出现了几方面的复杂化。通常不可能将图形信息承载光束投影在垂直于光敏元件所位于的平面上的光敏元件上。例如这可能是在辐射的小射束已经被垂直地投影到所说的平面时的情况。在小射束和图形信息承载光束之间的干涉可能对图形产生影响，这导致了从控制单元朝目标曝光表面不正确的数据传输。为避免这种问题，图形信息承载光束以一定的角度到达光敏元件的光敏感表面比如光电二极管。然而，在这个入射角α增加时，图形信息承载光束在光电二极管的光敏表面上的束点尺寸也增加。为了分别对每个光电二极管定位，图形信息承载光束的束点尺寸应该小于光电二极管的光敏表面的面积。入射角α因此应该尽可能地小。然而，这不总是可能的，因为存在障碍物，如附图2A所示。
通过精巧地选择光纤阵列2和障碍物1两者的位置，可以避免某些问题。然而，这不总是可能的。本发明包括减小入射角α的而不消除或更换障碍物1的方法。第一种选择是使障碍物1对于图形信息承载光束透明。如果阻挡物例如是静电透镜阵列，则它例如可以由某些导电玻璃或聚合物制成。可替换地，图形信息承载光束的波长可以被选择成使障碍物1对于这些束变得透明。例如，硅对于大于1100nm的波长透明。因此，在使用1500nm的标准光纤时，所发射的光束将通过硅阻挡物而不会受到影响。
另一种减小入射角α而不消除障碍物1的可能性是使用更多的光纤阵列2。在附图2A中，设计这样的情况，其中离开光纤阵列2的图形信息承载光束投影在以调制解调器覆盖的板3上。所发射的束覆盖整个板3。如果在这种结构中所投影的束点尺寸太大，则入射角可以通过将光纤阵列2从调制装置的板3垂直于其中设置光电二极管的平面地移动而减小，如附图2B所示。结果入射角α1的临界角度减小。现在可以将束点尺寸限制在要求内。然而，仅照亮了一半的板3。通过在如附图2C所示的调制板3的相对侧上在相同的高度上使用第二光纤阵列2，则整个板3被照亮并且束点尺寸足够小。两个光纤阵列2包括相对于原始的光纤数量只有一半数量的光纤。通过选择恰当数量的光纤阵列2，具有光敏元件的阵列的板以所需的入射角α1照亮。
附图3A和3B所示为方形和矩形调制板3的顶视图。虚线界定了通过一个光纤阵列所照亮的区域。如前文已经解释，一个光纤阵列可能不够。在这种情况下例如使用2、4或6个光纤阵列2来照亮所要求的整个板。
此外，可能通过一些反射将图形信息承载光束耦合到该系统。例如，障碍物1可以以反射性材料涂敷。此外，附加的反射镜可以置于在该系统内的重要位置上以产生所需的角度入射。
在使用多模光纤时图形信息承载光束具有大约50-150微米的直径。在另一方面，单模光纤仅具有大约1-10微米的直径。光电二极管的光敏表面可以处于10-30平方微米的数量级。
在一种实施例中，使用多模光纤，因此离开光纤阵列的图形信息承载光束的直径需要减小。此外，某些种类的聚焦必须被设置成具有正确的分辨率的投影。
光学组件需要执行图形信息承载光束的缩小和聚焦。有几种容易被修改的光束特性：离开光纤阵列2的光束的直径可以被缩小和/或在两个相邻的光束之间的距离(所谓间距)可以通过光学装置减小。
在光纤阵列2和调制板3两者都彼此平行时最容易实现将离开光纤阵列2的光束聚焦在调制板3上。如果两个平面不平行，则每个单个的光束在调制板3上的束点尺寸将容易改变。光纤阵列2在调制板3上的投影以透镜5实现。通常，以不等于零的入射角度将光束投影在调制板3上。在光纤阵列2中的光纤4然后被设置成使离开光纤的光束朝在附图4中的透镜导向。这样，确保了透镜5的足够的照亮。
在透镜5精确地位于光纤阵列2和调制板3中间时，发生1∶1投影。朝调制板3移动透镜减小了图形信息承载光束的直径和间距。在另一方向(即在光纤阵列2的方向)上移动透镜5将导致这两个参数的增加。
为获得缩小和投影的最佳性能，可以使用更多的透镜。具有两个透镜6和7的可能的结构在附图5A中示出。整个图像以及离开光纤阵列2的每个图形信息承载光束8的直径可以被减小。在具有障碍物的一种实施例中，可以使用反射镜将光束投影在光敏元件上。
在某些情况下，束直径需要比在相邻的光束之间的间距减小更多。在附图5B中，示出了一种变型实施例。在这个实施例中，设置在光纤阵列2和投影透镜7之间的微透镜阵列9可以设置这个。微透镜阵列的每个透镜对应于在光纤阵列2中的单个光纤4。离开光纤阵列2的每个图形信息承载光束8的直径在如附图5B所描述的这种结构中被缩小。投影透镜7将所有的缩小的光束聚焦在对应的光敏元件上。在由于某些障碍物造成直接投影不可能时，可以使用反射镜以所需的入射角α将图形信息承载光束投影在光敏元件上。
与束点尺寸相关的另一可能的问题是在从光纤阵列2中发出的相邻的图形信息承载光束之间的串绕，这个问题可以通过几种措施减小。再次考虑将光束投影在调制装置阵列上，其中例如光电二极管的光敏表面都位于在该阵列的一个侧面上的一个平面内。
对这种串绕的解决方案描绘在附图6A中。在相邻的光敏元件之间的区域以反射层10覆盖。入射光束的主要部分落在光敏转换元件11上。没有落在该元件11上的光束部分反射回系统，不影响任何相邻的元件。以抗反射性层涂敷光敏元件11可以进一步增强光检测效率。
使用在整个阵列3的顶部上的扩散层12也可以减小串绕，如附图6B所示。入射光现在在各个方向上散射。由于散射，反射光束的光强度急剧下降。
减小串绕的另一方法是使用位于在光敏转换元件11的顶部上的滤光器。实例是如附图6C中所示的波长滤光器13或者偏振滤光器。波长滤光器13增强了某些波长的灵敏度。结果，来自具有稍微不同的波长的相邻的图形的光束的波都被滤去。仅透射在预定的方向上偏振的光的滤光器具有相同的效果。
另一可能的措施是使光敏元件11仅对从预定的方向上入射的光灵敏，例如通过将小棱镜14或者光栅15并入在调制阵列3中，如附图6D所示。在调制过程中仅仅使用以正确的角度落在光敏元件11上和来自正确方向的光。来自所有其它方向的光被排除。
光波导
将离开光纤阵列2的图形信息承载光束朝嵌入在调制装置中的光敏元件11转移的第二种可能是使用平面光波导。平面光波导可以被看作嵌入衬底中或者在衬底上的光纤。再次考虑调制装置3的阵列。在平面光波导集成在这种阵列中时，构造如附图7中示意性地示出的系统。离开光纤阵列2的每个图形信息承载光束8必须直接或者通过透镜阵列17耦合到对应的光波导16中，如附图7所示。每个透镜然后将单个图形信息承载光束8耦合到对应的平面光波导16的入口点上。光波导16将图形信息承载光束8通过调制阵列3朝正确的光敏元件11传输。光敏元件11将图形信息承载光束8转换为启动或停止调制器18的信号序列。因此，根据图形信息控制入射的小射束。在本实施例中的信号序列通过嵌入在调制板3中的导电线19朝调制器18传输。
附图8所示为与附图7中所描述的结构相同的结构的顶视图。在这种情况下，两个光纤阵列2被用于控制所有的调制器18。然而，可适用任何数量的阵列2。光敏元件11以方块表示，调制器18以圆圈表示。为清楚起见，仅仅示出了图形信息承载光束8的两个轨道。
光纤
数据从控制单元朝光敏元件11转移的第三种可能是使用用于整个轨道的光纤。这种方法的主要问题是单个光纤4到其中集成了调制装置的结构的连接。再次设想使用调制阵列3。将单个光纤4连接到这个阵列3可能造成的问题是例如这个阵列3何时为扫描而移动。在连接区域中引入了比如应力和摩擦的机构。最终连接可能断裂。这个问题可以通过组合一组光纤4以形成光纤带20避免。光纤带20然后在调制阵列3的侧面上连接，如附图9所示，附图9仅示出了两个光纤带20。其它数量的光纤带20也是可能的。在光纤带内的光纤的两个实例性轨道以虚线示意性地示出。在附图中方形表示的光敏元件11可以靠近具有调制阵列30的光纤带20的触点地设置，但他们也可以被设置成更靠近入射小射束。优选地，将光信号转换为电信号。这些信号通过芯片上的导电线19朝通过圆圈表示的调制器18传输，调制器18位于相应的入射的辐射的小射束的附近。该附图仅示出了在调制阵列3上提供的多个调制器。
实例
下面的两部分描述实施本发明的无掩模光刻系统的两个实例。
实例1：无掩模电子束光刻系统(附图10)
在本实例中使用的无掩模电子束光刻系统中，该系统包括孔板，该孔板包括用于使通过孔23的入射电子小射束22偏转的静电偏转器21。这个板被称为小射束消隐器阵列24。在电子小射束22已经通过小射束消隐器阵列24时，他们到达第二孔阵列(束停止阵列)25，在其上在他们被偏转时他们的轨迹结束。
这个光刻系统的调制原理在附图10中示出。入射电子小射束22投影在小射束消隐器阵列24上。电子小射束22的位置对应于在板24中的孔23的位置。小射束消隐板24包括作为调制装置的偏转元件。在本实例中，所说的偏转元件包括静电偏转器21。根据所接收的信息，位于小射束消隐器阵列24内的偏转器21接通或切断。在偏转器21接通时，在孔23上建立了电场，这个电场导致了通过这个孔23的小射束22偏转。偏转的电子小射束27然后被小射束停止阵列25停止。在这种情况下没有信息到达目标曝光表面。在偏转器21切断时传输小射束。每个传输的小射束28聚焦在目标曝光表面上。通过彼此相对地移动目标曝光表面和阵列的组件并通过以例如附加的小射束偏转器阵列扫描小射束，可以写图形。
附图11所示为在本无掩模光刻系统中自由空间互连的使用的可能的结构。射出并离开光发送器的光纤阵列2的图形信息承载光束8通过两个透镜29被缩小。可替换地，例如在附图5中所示的其它的结构也可以使用。然后以反射镜30和聚焦透镜7将图形信息承载光束8投影在小射束消隐板24上。入射角α的范围从0度到80度。如果α大于80度或者由于其它的复杂因素需要更小的角度，则可以以如附图12所示的多于一个的光纤阵列2照亮小射束消隐板24。在附图12所描述的情况下，4个光纤阵列2照亮了小射束消隐板24。在附图12中，描述了4个对应的聚焦透镜7，将图形信息承载光束8聚焦在小射束消隐板24的相应的部分上。
实例2：无掩模光学光刻系统(附图13)
在本实例中的无掩模光刻系统包括空间光调制器(SLM)40。使用SLM的无掩模光刻系统的一般方式公开在WO0118606中。SLM包括反射镜阵列，这种反射镜阵列反射入射光束以使该束最终消隐或者透射。这种SLM的实例是可变形的反射镜装置(MDM)。以与在第一实例中所示的静电偏转器阵列相同的方式控制MDM。调制信号从背面或者从背侧耦合到该系统中。
一种结构是调制的背侧控制。通过给每个反射镜的背侧提供光敏元件，通过使用与前文所述的相同的光学载体可以实现这种控制。使用自由空间光学互连可能是最方便的选择。
该操作的示意图在附图13中示出。激光器41发射光束42，该光束被束分解器43分解为多个小射束44。多个小射束44投影在SLM 40中。从控制单元45发送到SLM 40的图形信息承载光束46控制从束分解器43入射的小射束44的透射的可能性。使用透镜48将透射的小射束47聚焦在目标曝光表面49上(也可以是透镜系统)。
通过彼此相对地移动目标曝光表面49和该系统的其余部分，可以写图形。
在附图14中，所示为光刻系统的总体侧视图，其中使用光学系统54(通过透镜54表示)将光纤的调制装置端部2投影在调制器阵列24上。来自每个光纤端部的调制的光束8投影在调制器的光敏元件上。具体地，光纤的端部投影在调制器阵列上。每个光束8保持控制一个或多个调制器的图形数据的一部分。
附图14也示出了束发生器50，它产生束50。使用光学系统52，这个束被成形为并行束。并行束撞击到束分解器53上，产生了导向到调制阵列24的多个基本平行的小射束22。
使用在调制阵列24中的调制器，小射束27偏离系统的光轴O，小射束28在未偏转的情况下通过调制器。
使用束停止阵列25，偏转的小射束27停止。
通过停止阵列25的小射束28在第一写方向上以偏转阵列56偏转，并且使用投影透镜55减小每个小射束的横截面。在这个写的过程中，目标表面49在第二写方向相对于该系统的其余部分移动。
光刻系统还包括控制单元60，该控制单元60包括数据存储器61、读出单元62和数据转换器63。控制单元远离该系统的其余部分，例如在清洁房间的内部部分的外面。使用光纤，调制的光束保持图形数据被传输到投影器54，这个投影器54将光纤的端部投影在调制阵列24上。
应该理解的是，上文的描述用于说明优选实施例的操作，并不意味着限制本发明的范围。本发明的范围仅通过下面的权利要求限定。从上文的描述中，在本发明的精神和范围内的许多变型方式对于本领域普通技术人员来说是显然的。

Claims (43)

1.一种用于将图形转移到目标的表面上的无掩模光刻系统，包括：
·产生多个小射束的至少一个束发生器；
·包括多个用于调制小射束的幅值的调制器的调制装置，和
·控制每个调制器的控制单元，
其中所述控制单元产生图形数据并将其传送给所述调制装置以控制每个单独小射束的幅值，该控制单元包括：
-存储图形数据的至少一个数据存储装置；
-从数据存储装置读出图形数据的至少一个读出单元；
-将从数据存储装置中读出的图形数据转换为至少一个被调制的光束的至少一个数据转换器；
-将所说的至少一个被调制的光束发送给所说的调制装置的至少一个光发送器。
2.根据权利要求1的无掩模光刻系统，其中调制装置的每个调制器包括用于将来自所说的控制单元的所说的至少一个调制的光束转换为用于启动所说的调制器的信号的光敏元件。
3.根据权利要求1或2的无掩模光刻系统，其中所说的光发送器包括具有调制装置端部和控制单元端部的至少一根光纤以将至少一个调制的光束从所说的控制单元传输到所说的调制装置。
4.根据权利要求1或2或3的无掩模光刻系统，进一步包括用于将所说的至少一个调制的光束投影到所说的调制装置上的至少一个投影器。
5.根据权利要求3的无掩模光刻系统，其中所说的至少一根光纤在它们的调制装置端部上耦合到一个或多个光纤阵列。
6.根据权利要求5的无掩模光刻系统，其中来自所说的一个或多个光纤阵列的基本上每个光纤耦合到所说的光敏转换元件中的一个。
7.根据权利要求3的无掩模光刻系统，其中所说的至少一根光纤在它的调制装置端部耦合到一个或多个光波导，以及所说的光波导耦合到光敏元件。
8.根据前述权利要求的任何一个权利要求的无掩模光刻系统，其中所说的光发送器包括在它的控制单元端部上的至少一个多路复用器和在它的调制装置端部上的至少一个多路分解器。
9.根据前述权利要求的任何一个权利要求的无掩模光刻系统，具有一个所说的多个小射束平行于它行进的光路，其中所说的光发送器进一步具有将所说的至少一个调制的光束耦合到所说的光路的至少一个光耦合器。
10.根据前述权利要求的任何一个权利要求的无掩模光刻系统，其中数据转换器和光发送器适合于产生具有在200和1700nm之间的至少一个波长的至少一个调制的光束。
11.根据权利要求3-10中的任何一个权利要求的无掩模光刻系统，其中光敏元件具有从如下一组中选出的一个滤光器：对于预定的波长范围是透明的选择滤光器、透射具有预定的偏振方向的光的选择滤光器、限制所说的光敏元件针对从预定的方向进入棱镜的光的灵敏度的所说的棱镜、以及限制所说的光敏元件针对从预定的方向进入光栅的光的灵敏度的所说的光栅。
12.根据权利要求3-13中的任何一个权利要求的无掩模光刻系统，其中所说的光敏元件包括至少一个光电二极管。
13.根据权利要求12的无掩模光刻系统，其中所说的光电二极管包括MSM光电二极管、PIN光电二极管或雪崩二极管。
14.根据前述权利要求的任何一个权利要求的无掩模光刻系统，其中所说的调制器包括静电偏转器。
15.根据前述权利要求的任何一个权利要求的无掩模光刻系统，其中所说的数据转换器包括激光二极管。
16.根据前述权利要求的任何一个权利要求的无掩模光刻系统，其中所说的光发送器包括具有调制装置端部和控制单元端部的用于将所说的至少一个调制的光束从所说的控制单元传输到所说的调制装置的至少一根光纤和用于将所说的光纤的所说的调制装置端部投影在所说的调制装置上的至少一个投影器。
17.根据前述权利要求的任何一个权利要求的无掩模光刻系统，其中所说的束发生器包括离子束产生装置。
18.根据权利要求1-16的任何一个权利要求的无掩模光刻系统，其中所说的束发生器包括x-射线束产生装置。
19.根据权利要求1-16的任何一个权利要求的无掩模光刻系统，其中所说的束发生器包括电子束产生装置。
20.根据前述权利要求的任何一个权利要求的无掩模光刻系统，其中调制装置的每个调制器包括将源自所说的控制单元的所说的至少一个调制的光束转换为启动所说的调制器的信号的光敏元件，所说的调制装置具有束发生器侧和目标侧。
21.根据权利要求20的无掩模光刻系统，其中每个所说的调制器包括至少一个静电偏转器和在所说的至少一个静电偏转器和所说的目标侧之间的孔，所说的调制器的所说的静电偏转器形成了静电偏转器阵列，以及所说的调制器的所说的孔形成了孔阵列。
22.根据权利要求21的无掩模光刻系统，其中每个静电偏转器可操作地耦合到光敏元件。
23.根据权利要求20-22的无掩模光刻系统，其中所说的光发送器包括用于将所说的至少一个调制的光束分解为多个调制的光束的至少一个束分解器。
24.根据权利要求20-23的无掩模光刻系统，其中所说的光发送器包括用于将所说的多个调制的光束投影在所说的光敏元件上的投影器。
25.根据权利要求24的无掩模光刻系统，其中所说的投影器适合于以在相对于垂直于所说的静电偏转器阵列的平面为0和88度之间的角度投影。
26.根据权利要求24或25的无掩模光刻系统，其中投影器包括将多个调制的光束投影到所说的静电偏转器孔阵列上的至少一个透镜。
27.根据权利要求26的无掩模光刻系统，其中投影器包括具有缩减光学系统以缩小多个调制的光束的第一缩小器和将缩小的多个调制的光束投影在所说的静电偏转器孔阵列上的投影光学系统。
28.根据权利要求27的无掩模光刻系统，其中所述缩减光学系统包括微透镜阵列，所说的微透镜阵列的每个微透镜与所说的多个调制的光束中的一个对齐并且适合于减小所说的调制的光束中的所说的一个的尺寸。
29.根据权利要求27-28的无掩模光刻系统，其中所说的投影光学系统进一步包括反射镜以在投影光学系统的所说的透镜的方向上反射来自所述缩减光学系统的多个调制的缩小的光束。
30.根据权利要求20-29的任何一个权利要求的无掩模光刻系统，其中在调制装置上没有被光敏元件覆盖的区域提供有反射层。
31.根据权利要求20-30的任何一个权利要求的无掩模光刻系统，其中扩散层提供在调制装置的对着入射的多个调制的光束的表面上。
32.根据前述权利要求的任何一个权利要求的无掩模光刻系统，其中所说的光发送器进一步包括光波导，用于将基本平行于静电偏转器孔阵列平面的多个调制的光束中的每个朝它的对应的光敏元件耦合。
33.根据权利要求32的无掩模光刻系统，其中所说的光发送器进一步包括具有多个微透镜的光学微透镜阵列，每个微透镜与所说的多个调制的光束中的一个对齐，用于将其调制的光束耦合到对应的光波导中。
34.根据前述权利要求的任何一个权利要求的无掩模光刻系统，其中所说的光发送器包括多根光纤，数据转换装置包括将所说的至少一个调制的光束耦合在所说的多个光纤中的装置，所说的多根光纤被分组以形成至少一个光纤带，所说的至少一个光纤带连接在所说的静电偏转器阵列的一侧上，以及光敏元件适合于通过电互连电启动它们的对应的静电偏转器。
35.根据权利要求1-16的任何一个权利要求的无掩模光刻系统，其中所说的束发生器包括光束产生装置，优选具有小于300nm的波长的电磁束。
36.根据权利要求38的无掩模光刻系统，其中调制装置包括至少一个空间光调制器。
37.根据权利要求36的无掩模光刻系统，其中所说的空间光调制器包括可变形的反射镜装置，该反射镜装置包括微反射镜阵列。
38.根据权利要求37的无掩模光刻系统，其中每个微反射镜包括可操作地耦合到接收调制的光束的所说的光发送器的光敏元件。
39.一种使用根据前述权利要求任一所述的无掩模光刻系统将预先定义的图形转移到衬底上的方法。
40.一种使用光刻系统将图形转移到目标的表面上的方法，该光刻系统包括用于产生多个小射束的至少一个束发生器和用于可单个控制地调制基本每个小射束的调制装置，所说的方法包括：
-从数据存储装置取出图形数据；
-将所说的图形数据转换为至少一个调制的光束；
-将所说的至少一个调制的光束耦合到所说的调制装置。
41.根据权利要求40的方法，其中所说的调制装置包括调制器阵列，每个调制器具有光敏元件，该方法进一步包括；
-将所说的至少一个调制的光束导向到所说的调制器；
-将每个所说的调制的光束耦合到一个光敏元件。
42.一种包括在说明书和/或附图中描述的一个或多个特征的设备。
43.一种包括在说明书和/或附图中描述的一个或多个特征的方法。
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