CN1914537A - 空间光调制器和用于进行动态光刻的方法 - Google Patents

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Abstract

一种空间光调制器(110)被构造成以降低的带宽通过光刻将图像转移到衬底(150)上。空间光调制器(110)包括存储器元件(902)，所述存储器元件(902)构造成在其中存储数据并在其间移动数据。光调制元件(210)与各个存储器元件(902)相连并可操作以响应于各存储器元件(902)中存储的数据进行改变。存储器元件(902)可以构造成移位寄存器以在存储器元件(902)之间对数据进行双向移位。每个存储器元件(902)还可以包括反馈元件(920)，其中反馈元件是用来维持电压以使光电流的影响最小的“弱”反馈元件。

Description

空间光调制器和用于进行动态光刻的方法
相关申请的交叉引用
本申请涉及与此同日提交的下列美国发明专利申请的主题：案号为10030518，题为“REAL TIME IMAGE RESIZING FOR DYNAMICDIGITAL PHOTOLITHOGRAPHY”；案号为10031375，题为“DEFECTMITIGATION IN SPATIAL LIGHT MODULATOR USED FOR DYNAMICPHOTOLITHOGRAPHY”；以及案号为10040070，题为“LIQUIDCRYSTAL CELL THAT RESISTS DEGRADATION FROM EXPOSURE TORADIATION”。
技术领域
本发明一般地涉及光刻，更具体地说，本发明涉及动态光刻系统。
背景技术
光刻是将图样或图像转移到衬底上的方法。光刻的一些工业应用包括产品制造，所述产品例如平板显示器、集成电路(IC)、IC封装、平面光波回路(光子学)、印刷线路板、柔性电路/显示器和晶片凸起(waferbumping)。在其最简单的形式中，光刻系统是通过使光穿过置于衬底上方的掩模或工具而工作的，所述衬底具有例如光刻胶层的光敏表面。通常，掩模由表面上刻有固定不透明图样的透明材料形成。由于衬底表面的光敏性，当与掩模接触并对光暴露时，掩模上所刻的图样就被转移到衬底表面上。
尽管使用掩模提供了高精度和可重复性，但是传统的接触式光刻系统受到一些限制的不利影响。一个限制是制造规格，其将衬底的尺寸限制为不大于掩模的尺寸。对于更大的衬底，难以制造并处理尺寸足以覆盖整个衬底区域的掩模。此外，随着技术的进步，通过光刻转移到衬底表面上的特征尺寸已经减小到0.5微米以及更小。为了获得这样小的特征尺寸，更先进的系统使用投影光学器件将掩模与衬底分离，使所传递的特征尺寸可以光学缩小。但是，为了用光学缩小系统对整个衬底所用的图样进行转移，掩模的尺寸将必须大于衬底的尺寸。制造大的掩模既困难又昂贵。为了克服与大掩模有关的问题，许多光刻系统使用包含了总图样不同部分的多个掩模。通过改变衬底表面相对于掩模的位置而在衬底表面上将图样拼接在一起。
但是，在掩模上设计并嵌入图样的成本相当大，因此产生大量掩模可能受到成本的阻碍。同样，在经常发生变化的应用中，每次发生改变都产生新的掩模可能不节约成本。因此，已经开发了动态光刻系统，来使制造者可以动态地改变掩模图样而不是对每次改变都要求新的掩模。动态光刻系统一般使用空间光调制器(SLM)来限定成像到衬底表面上的图样。SLM是包括可以单独控制的光调制元件的电控器件，所述光调制元件响应于电信号而限定图像的象素。
通常，对于0.5微米或更小的特征尺寸，在SLM中有几千万个光调制元件，该SLM的面积不超过几平方厘米。由于SLM尺寸较小，通常需要多次曝光来对衬底的整个区域进行成像。由于SLM形成的图像可以容易地重构，所以以下过程比较简单，即将最终的图像分成多个部分，设置SLM将一个图像部分转移到衬底表面的适当区域，改变衬底和SLM的相对位置并对于每个图像部分重复此过程直到将整个图像转移到衬底表面上。
但是，设想SLM没有缺点是不切实际的。从统计上讲，SLM的几千万个光调制元件中将至少有几个是有缺陷的。由于多次成像的过程，每个有缺陷的光调制元件将在衬底上产生多个缺陷。需要一种机构来减轻有缺陷的光调制元件的影响。
发明内容
本发明的实施例提供了用于光刻系统中的空间光调制器。该空间光调制器包括存储器元件，所述存储器元件被构造成在其中存储数据并在其间移动数据。光调制元件与各个存储器元件相连并可操作以响应于各存储器元件中存储的数据而改变。在一种实施例中，为了在存储器元件之间移动数据，存储器元件可以构造成移位寄存器。在另外的实施例中，移位寄存器结构可以被构造成对数据进行双向移位。在另一种实施例中，每个存储器元件可以包括反馈元件，其中反馈元件是用于维持电压以使光电流的影响最小的“弱”反馈元件。
本发明的其他实施例提供了一种进行光刻的过程，其中表示图像的数据被载入与各个光调制元件相连的存储器元件中。光调制元件中的某些响应于载入各存储器元件中的数据而改变以将图像转移到衬底上。数据在存储器元件之间进行移位，另外的光调制元件响应于移位的数据进行改变以将图像转移到衬底上。
通过使数据经过光刻系统中空间光调制器的存储器元件进行移位，对于每次图像转移，载入空间光调制器中的数据量减小了，从而提高了产出率。另外，由于空间光调制器的存储器可以被构造成对数据进行双向移动，所以衬底可以双向平移，这可以进一步提高产出率。除了上述讨论的之外，本发明还提供了具有其他特征和优点的实施例。根据下面的说明并参考附图，可以理解这些特征和优点。
附图说明
所公开的发明将参考附图进行说明，附图示出了本发明的示例性实施例，并通过引用而结合于本说明书中，其中：
图1图示了根据本发明实施例的光刻系统，其用空间光调制器将图像通过光刻转移到衬底；
图2A是使用液晶光调制元件的空间光调制器的分解视图；
图2B是图2A的液晶光调制元件的剖视图；
图3是衬底的示意图，所述衬底使用图1的光刻系统通过光刻以图像部分的方式接收转移的图像；
图4是将图像子部分映射到空间光调制器中的光调制堆(lightmodulation bank)的示意图；
图5和6是根据本发明的实施例，用于通过空间光调制器在衬底上进行光学过取样的时序图；
图7A是根据本发明的实施例，图示了用于进行衬底的光学过取样的示例性光刻过程的流程图；
图7B是根据本发明的实施例，图示了用于进行部分图像的多次转移的示例性光刻过程的流程图；
图8是图示了可操作以控制图1光刻系统的计算系统的框图；
图9是根据本发明实施例的示例性空间光调制器的示意图，所述空间光调制器具有与光调制元件相连的存储器元件用于经过存储器元件对数据进行移位；
图10是用于图9的空间光调制器中的可替换存储器元件的示意图；
图11A是图9的空间光调制器的示例性结构的框图；
图11B是用于在图11A的存储器元件之间进行数据移位的时序图；
图12A是图示了用于控制液晶光调制元件并维持DC平衡的示例性控制信号的时序图；
图12B图示了在液晶光调制元件中维持DC平衡的数据移位技术；
图13图示了示例性衬底曝光时序；
图14是图示了示例性方法的流程图，所述方法通过内部移动数据而动态地通过光刻将图像转移到衬底上；并且
图15是图示了示例性方法的流程图，所述方法用于在空间光调制器中进行数据移位以动态地通过光刻将图像转移到衬底上。
具体实施方式
图1图示了根据本发明的实施例，用于通过光刻而将图像转移到衬底150的动态光刻系统100。光刻系统100包括可操作以输出光104的光源102。光源102可以是例如准分子激光器的激光器或本领域已知的其他非激光光源。光源102光学地耦合到光束成形光学器件106。光束成形光学器件106的输出是被导向空间光调制器110的光108。空间光调制器110包括可操作以对光108进行选择性转移的光调制元件(未示出)。下文中结合图2A和2B对光调制元件进行更详细的说明。在一种实施例中，光调制元件是液晶元件。但是应当明白，在其他实施例中，光调制元件是可以通过反射、透射或其他方式对光进行选择性转移的微反射镜或其他类型的光学器件。
空间光调制器110的输出包括没有光的暗区域和由多个光束112a-112n(共同组成112)组成的亮区域，这些区域由选定的光调制元件转移以形成包含了图样的至少部分图像。光束112被导向投影光学器件114，所述光学器件114被光学地对准为将光束112导向衬底150上。例如光刻胶层的光敏层(未示出)位于衬底150的表面上。光敏层响应于光束112进行反应，在衬底150的表面上产生图样。在一种实施例中，衬底150安装在扫描工作台120上，以使衬底150相对于空间光调制器110在任意方向上移动。扫描工作台120可以是例如高精度扫描工作台。在另一种实施例中，衬底150保持不动，光学器件和/或光束112相对于衬底150运动。在任何一种结构中，衬底150与空间光调制器110中的一个相对于另一个运动以将图像转移到衬底150上。
空间光调制器110还包括唯一地耦合到光调制元件的象素驱动电路(未示出)。象素驱动电路在下文中结合图2A、2B和9有更详细的说明。象素驱动电路存储限定光调制元件状态的数据。例如，可以通过在与光调制元件相关的象素驱动电路中存储数据(例如逻辑“低”和“高”数据值)来选择性地使反射性的光调制元件在反射状态或非反射状态之间改变，以使接收到的光108被反射到或不被反射到衬底150上。实际上，空间光调制器110用作动态掩模，所述动态掩模形成成像到衬底150光敏层上的图样。
图2A和2B图示了SLM 110的示例，其带有限定图像象素的液晶(LC)光调制元件210。图2A和2B中的SLM是包括独立的LC光调制元件210的硅上液晶(LCOS)SLM 110，所述LC光调制元件210选择性地反射特定偏振态的光以将包括一个或多个特征的图样的图像转移到衬底上。图2A是LCOS SLM的一部分的分解视图，图2B是LCOS SLM 110的LC光调制元件210的剖视图。由图2A可见，LCOS SLM 110包括衬底200，象素电极215位于所述衬底200上。象素电极215可以布置为行和列的阵列或者非正交的布局。在衬底200中，每个象素电极215下面设置有象素驱动电路250，所述象素驱动电路250被连接以驱动上覆的象素电极215。衬底200上方设置有透明玻璃230，其涂有例如铟锡氧化物(ITO)的透明导电材料层235。ITO层235是LCOS SLM 110的公共电极。衬底200和玻璃230之间密封有液晶材料层220，所述液晶材料响应于公共电极235与象素电极215之间建立的电场而发生反应。
因此，如图2B所示，象素电极215与液晶材料220、公共电极235、象素驱动电路250和偏振器260相结合形成限定图像象素的各个独立的光调制元件210。取决于施加到象素电极215与公共电极235之间的电压，液晶材料220在每个光调制元件210处发生反应以使输入光的偏振态改变或不改变。光调制元件210与SLM 110的偏振器260相结合使特定偏振态的光可以反射到或不反射到图1的衬底150上。如本领域所知，应当明白偏振器260包括一个或多个偏振器。
在另一种实施例中，象素电极215可以用电压驱动，所述电压引起液晶材料220的局部反应使得光调制元件210处于非二进制状态(即不是全开或全闭)以产生“灰度”反射。例如，如本领域所知，引起液晶材料220局部反应的电压通常是通过在象素电极215和公共电极235上施加不是完全同相或异相的信号产生的，从而造成0和100％之间的占空比。
尽管图2A和2B中只图示了几个光调制元件210，但每个LCOS SLM110通常包括几千万个光调制元件。例如，在一种实施例中，LCOS SLM110包括光调制元件的16,384列乘以606行的矩阵。由于光调制元件的数目这样大，所以制造没有缺陷的LCOS SLM 110是困难且昂贵的。另外，LCOS SLM 110的面积通常不超过几平方厘米。
因此，现在参考图3，通常需要多次曝光来对衬底150的整个区域进行成像。每次曝光将最终图像300的不同部分300a-300g…300N转移到衬底150的相应区域320上。对于较大的衬底150，可能需要多次通过衬底150的列320以对整个衬底区域进行成像。使用精密工作台可以对每次曝光的对准进行仔细的控制以使图像部分300a-300g…300N无缝结合。但是，对于每个有缺陷的光调制元件，衬底表面上出现相应的象素缺陷。由于多次曝光，每个有缺陷的光调制元件在衬底表面上产生N个象素缺陷310，其中N为最终图像300所分成的部分300a-300g…300N的数目。
因此，根据本发明的实施例，如图4所示，每个图像部分(例如来自图3的图像部分300a)被分为图像子部分400a-400f，一个或多个子部分对应于图像的一部分，并且空间光调制器110的光调制元件210从逻辑上划分成光调制堆450a-450f。在图4中示出的SLM 110的光调制元件210是按行和列排列的。行和列的数目取决于应用的情况。光调制堆450a-450f可以包括光调制元件210的一个或多个行、光调制元件210的一个或多个列或其任意组合。例如在图4中，光调制元件210的行被划分为6个行堆450a-450f。每个堆450a-450f只转移一个图像子部分400a-400f。因此，堆450a转移图像子部分400a，堆450b转移图像子部分400b，诸如此类。为了使有缺陷的光调制元件的影响最小，每个图像子部分400a-400f由SLM110的调制堆450a-450f中的两个或更多多次转移到衬底上。此处将这样的处理称为光学过取样(oversampling)。
光学过取样的示例示于图5和6中。图5图示了用于在时序T1-T3期间将图像的图像子部分通过光刻进行转移的示例性SLM 110，图6图示了示例性衬底的一部分，其用于在相同时序T1-T3期间通过光刻接收所转移的图像的图像子部分。在图5中，在时刻T1，示出的图像部分300a的所有图像子部分400a-400e被载入SLM 110的各个堆450a-450f中用于转移到衬底。在时刻T2，图像子部分400a已经移出SLM 110，而图像子部分400b-400f已经分别移动到SLM 110中的堆450a-e。另外，新图像部分300b的图像子部分500a已经被载入SLM 110的堆450f。在时刻T3，图像子部分400b已经移出SLM 110，而图像子部分400c-400f已经分别移动到SLM 110中的堆450a-d。另外，图像部分300b的图像子部分500a已经移动到SLM 110的堆450e，图像部分300b的新图像子部分500b已经被载入SLM 110的堆450f中。
现在参考图6，示出的衬底150的一部分(例如列320)被分为多个行r1-rn。每个行r1-rn限定了衬底150接收图像的一个图像子部分的一个区域。在任何时候，每个行r1-rn由空间光调制器的堆450a-f(示于图5中)中的不超过一个进行曝光。与图5的讨论有关，在时刻T1，示出的SLM110的覆盖区(footprint)600a覆盖了衬底150的6个行r1-r6，相应于SLM 110的6个堆450a-450f。覆盖区600a中衬底150的每行由照明光源(例如图1的激光器102)的闪光或频闪(strobe)根据SLM的堆450a-f中光调制元件的状态曝光。结果是将图像子部分400a-f转移到各行r1-r6上。在时刻T2，衬底150已经相对于空间光调制器移动了相当于一个行的距离，并且在照明光源的下一次频闪时，示出的SLM 110的覆盖区600b覆盖了衬底的6个行r2-r7，相应于SLM 110的6个堆450a-450f。SLM的堆450a-450f中存储的图像子部分400b-f和500a被转移到衬底150的各个行r2-r7上。在时刻T3，衬底150已经相对于空间光调制器移动了又一个行，并且在照明光源的下一次频闪时，示出的SLM 110的覆盖区600c覆盖了衬底150的6个行r3-r8，相应于SLM 110的6个堆450a-450f。SLM的堆450a-450f中存储的图像子部分400c-f和500a-b被转移到衬底150的各个行r3-r8上。通常，随着衬底150与空间光调制器之间的相对运动引起衬底150的行向上移动，空间光调制器的光调制堆中存储的图像子部分也在光调制堆中相应地向上移动。
通过将堆450a-450f之间的图像子部分在空间光调制器110上移开一段在光学上与衬底150相对于空间光调制器110移动的距离相当的距离，每个图像子部分由每个堆分别转移到衬底150上，从而对每个图像子部分进行多次成像或转移。在6次曝光期间(图6只示出了其中的3次)，衬底150的每个行(例如行r1-rn)由空间光调制器的6个不同组的光调制元件(堆)进行了6次不同的曝光。对每个图像子部分的衬底的这种“过取样”使由于有缺陷的“保持关闭”的光调制元件对所得到产品造成的缺陷减至最小。在其他的实施例中，为了减小有缺陷的“保持关闭”的光调制元件引起的缺陷数量，衬底150上的光敏层具有相当于两次或更多次曝光的反应阈值。
这样，即使光调制堆450a具有缺陷的开或闭的光调制元件，每个剩余的堆450b-f中排成行列的相应光调制元件也不大可能有缺陷。因此，所得到的转移到衬底上的图样有缺陷的可能性较低。应当理解，衬底150的每个区域被曝光的次数取决于空间光调制器中的光调制元件数目以及空间光调制器110划分成光调制堆450a-450f的方式。此外，取决于应用情况，对于附加的光学过取样，可以对衬底和图像子部分进行双向移动。
除了减小传递到衬底上的图样中的缺陷之外，光学过取样还具有一些其他的好处。由于过取样，对衬底曝光的总光能量在多次曝光中是累加的，从而使更多的能量可以照射到衬底上。在使用光调制元件具有二进制特性使之非“开”即“闭”的SLM时，光学过取样还可以用于实现图像的灰度。可以在多次曝光之间改变图像子部分，从而改变光调制元件的状态以产生期望的灰度。光学过取样的另一个好处是在基于激光的光刻系统中减少了散斑。如本领域所知，由于激光产生的光的相干性，干涉图样引起散斑或光强的空间变化，这些可能降低光刻处理的质量。光学过取样以与其减小缺陷光调制元件的效果相同的方式减小了衬底上散斑图样的效果。
图7A是根据本发明的实施例，图示了用于进行衬底的光学过取样的示例性光刻过程700的流程图。光刻过程开始于框702。在框704处，将带有光刻胶层的衬底相对于SLM进行定位。在框706处，用SLM的第一组光调制元件的状态所限定的图像的一部分对光刻胶层的区域进行曝光。在框708处，改变衬底与SLM的相对位置。在框710处，用SLM的第二组光调制元件的状态所限定的图像相同部分对光刻胶层的相同区域进行曝光。在一种实施例中，第二组光调制元件中各个光调制元件的状态与第一组光调制元件中相应光调制元件的状态相同。在另一种实施例中，第二组光调制元件中各个光调制元件的状态相对于第一组光调制元件中相应光调制元件的状态有改变。光刻过程终止于框712处。
图7B是根据本发明的实施例，图示了用于对图像的一部分进行多次转移的示例性光刻过程750的流程图。光刻过程开始于框752处。在框754处，向SLM提供将要通过光刻转移到衬底区域上的图像部分。在框756处，SLM用SLM中的第一组光调制元件将该图像部分转移到衬底区域上。在框758处，SLM用SLM中的第二组光调制元件将该图像部分转移到衬底的相同区域上。光刻过程终止于框760处。
图8是图示了计算系统802的结构800的框图，所述计算系统802操作来控制图1的光刻系统100。计算系统802包括可操作来执行软件806的处理单元804。处理单元804可以是任何类型的微处理器、微控制器、可编程逻辑器件、数字信号处理器或其他处理器件。处理单元804耦合到存储器单元808和输入/输出(I/O)单元810。I/O单元810可以是有线的也可以是无线的。处理单元804还耦合到存储单元812和为光刻系统100产生定时信号816的定时电路814。电子显示器820可选地耦合到计算系统802并可操作以对将要传送到空间光调制器110以成像到图1的衬底150上的图像(或图像部分)300进行显示。
在一种实施例中，定时信号816在曝光周期中控制工作台120、空间光调制器110和激光器102的操作。定时信号816的例子包括对表示进入空间光调制器110的图像部分300的数据822进行顺序计时的访问控制信号、使激光器102启动闪光的频闪或曝光信号以及对空间光调制器110、激光器102和工作台120进行驱动的其他时钟信号。处理器804与定时电路814和I/O单元810进行通信以将数据822和定时信号816传送到空间光调制器110和光刻系统100的其他元件(例如激光器102和工作台120)。例如，在曝光周期中，利用访问控制信号将数据822从计算系统802发送到空间光调制器110，并且时钟信号驱动SLM 110、工作台120和激光器102根据数据822改变SLM 110中光调制元件的状态，从而利用SLM 110使工作台120对准来进行图像转移并且控制频闪或曝光信号的定时以启动激光器102的闪光。
为了实现光学过取样，在每个曝光周期中传送到SLM 110的数据822包括图像的至少一个新的图像子部分(如图4所示)。在一种实施例中，数据822既包括新的(多个)图像子部分，也包括在前一曝光周期中转移到衬底的一个或多个图像子部分。例如，如果每个图像部分被分为6个图像子部分，则数据822包括在之前转移到衬底的5个图像子部分和1个新的图像子部分。但是，对于可能的几千万个光调制元件，每次都将表示所有图像子部分所需的数据写入到SLM 110需要在I/O单元810与SLM 110之间传送大量数据822。由于这样大的I/O带宽，光刻系统100的功率消耗较高，产出速度也受到了限制。
因此，在一种实施例中，在每个曝光周期中传送到SLM 110的数据822只包括新的(多个)图像子部分而不包括任何之前转移的图像子部分以减小带宽，从而降低了功率消耗并提高了产出速度。之前转移到衬底的图像子部分被存储在SLM 110中并在SLM 110中进行内部移动。
图9是能够在光刻过程中对数据进行内部移动的示例性空间光调制器110的一部分的示意图。SLM包括光调制元件210的阵列900，每个光调制元件210包括与有关的象素控制器904相连的存储器元件902，所述存储器元件902对应于图2A和2B的象素驱动电路250的至少一部分，所述象素控制器904至少部分地负责控制由光调制元件210限定的象素状态。在图9中，每个存储器元件902是一个静态存储器元件，其包括输入线路906和正向访问控制元件908。在所示的例子中，正向访问控制元件908是带有正向访问控制线路910的晶体管，正向访问控制线路910可操作来在正向移位操作期间控制正向访问控制元件908的状态。每个存储器元件902还包括带有反向访问控制线路914的反向访问控制元件912，反向访问控制线路914可操作来在反向移位操作期间控制反向访问控制元件912的状态。这样，存储器元件902设置为在阵列900的相邻列之间对数据进行双向移位。另外，尽管只示出了阵列900中的一行光调制元件210，但应当理解，存储器元件902还可以设置为在多个行之间对数据进行移位以及在阵列900的相邻或非相邻的多个行和/或列之间对数据进行双向移位。
各正向和反向访问控制元件908和912的公共节点916耦合到存储器块(memory cell)917。在一种实施例中，存储器块917是用于对表示图像的一个象素的数据进行存储的双稳电路或静态锁存器。图示的存储器块917是用锁存器(即切换开关和背对背反相器)方式实现的，所述锁存器使用波纹时钟(ripple clock)在存储器块917之间传递数据。参考附图11A和11B对波纹时钟有更详细的说明。但是，在其他实施例中，存储器块917可以用主从触发器的方式实现，其不需要波纹时钟在存储器块917之间传递数据。
每个存储器块917包括正向反相器918和反馈反相器920。反馈反相器920是“弱”反馈元件，它用于将当前的状态(即低或高的状态)加强到稳定状况。因此，如果公共节点916为低电压电平(即低状态)，则正向反相器918在耦合到输出节点922的输出端将低状态反转到高状态。输出节点922的高状态是反馈反相器922的输入，反馈反相器922将低电压电平输出到节点916上。从弱反馈反相器920输出的低电压电平加强了节点916的低状态，但不对其进行控制。类似地，从弱反馈反相器920输出的高电压电平加强了节点916的高状态，但不对其进行控制。
输出节点922耦合到象素控制器904，还作为光调制元件210的输出节点。在一种实施例中，象素控制器904是LC光调制元件的象素电极(图2A和2B所示的215)。当施加到象素电极的电压电平与施加到LC光调制元件的公共电极235的电压不同时，输出节点922的电压电平施加到LC光调制元件的象素电极以改变LC光调制元件的状态。在其他实施例中，象素控制器是对微反射镜的状态或位置进行控制的机电器件。
多个光调制元件210是电互连的。在一种实施例中，光调制元件210连接成移位寄存器结构，如图9所示。在移位寄存器结构中，第一光调制元件(例如光调制元件210a)的输出节点922连接到第二光调制元件(例如光调制元件210b)的输入线路906。第二光调制元件210b的输出节点922连接到第三光调制元件(未示出)的输入线路，以此类推直到第(N-1)象素(未示出)的输出节点连接到第N象素(未示出)的输入线路906，从而形成正向连接网络。为了将输入数据载入正向连接网络，在第一光调制元件210a的输入线路906处提供输入数据，数据从第一光调制元件210a移位到第二光调制元件210b，以此类推。应当理解，对于反向连接网络可以实现并行数据载入和移位结构，其中数据输入到阵列900中的最后一个光调制元件210。
在另一种实施例中，如图10所示，在光调制元件110中用传统的动态存储器块800代替图9所示的静态存储器块917。如图所示，存储器块800包括电容器802用于存储数据。电容器802耦合到反相器804。但是，存储器块800受到入射到存储器块800的硅上的光产生的光生载流子的不利影响。光生载流子趋向于增加电容器802的电荷或电压值。增加的电荷可能使电容器802的低状态不期望地切换到高状态。但是，可以小心地使光生载流子的影响减至最小。可以采用例如光屏蔽的物理技术来减小此问题的程度。美国专利No.6,586,283中说明了依靠对不期望的载流子进行收集的其他技术，其通过引用而结合于此。但是，为了充分避免与光生载流子有关的问题，SLM 110可以设计为采用图9所示的静态存储器块917。
图11A是光调制元件210的示例性结构1100的框图。光调制元件210具有耦合到其上的正向访问控制线路910用于使输入线路906的数据经过存储器元件902(示于图9中)传递。光调制元件210可以看作元件N、N-1、N-2、N-3等等，其中第N个光调制元件210是最后一个光调制元件，第(N-3)个光调制元件210是第一个光调制元件。
图11B是用于使数据在图11A的光调制元件之间移位的时序图1105。如图11B所示，由波纹时钟或其他方式产生的非重叠脉冲序列用于使数据经过光调制元件进行移位。如图所示，在时刻t1与t2之间，访问脉冲1102通过正向访问控制线路910施加到第N个光调制元件的正向访问控制元件908，以将数据移出第N个光调制元件。用于第(N-1)、(N-2)和(N-3)个光调制元件的存储器元件的每个其他访问脉冲1102被顺序地激发，使得数据串行地在时刻t3与t4之间从第(N-1)个光调制元件移动到第N个光调制元件，在时刻t5与t6之间从第(N-2)个光调制元件移动到第(N-1)个光调制元件，并在时刻t7与t8之间从第(N-3)个光调制元件移动到第(N-2)个光调制元件，以便在数据经过光调制元件移位期间确保数据的保持。应当理解，可以用类似的移位机制使数据以反向顺序移位以便能够进行双向数据移动。
如图2A和2B所示，在光调制元件是液晶元件时，跨液晶元件的净DC值应当为零以免损坏液晶元件。在本发明的实施例中，可以通过改变公共电极上的电压以及在曝光间隔之间使数据反转来实现DC平衡。
例如，图12A是图示了交替的公共电极电压1202的时序图。如本领域所知，液晶元件的状态由公共电极与象素电极之间的电势差确定。在图示的例子中，闭状态1210是公共电极信号1202与象素电极信号1204之间不存在电势差的状态，因此没有电场产生，使光可以被反射到衬底150上。在开状态1212(即当公共电极信号1202与象素电极信号1204之间存在电势差时)中，产生了电场，并且光不会被反射到衬底150上。在其他结构中，开和闭的状态可以与此相反。
电场的符号取决于公共电极信号1202与象素电极信号1204的值。例如，通过将象素电极信号1204置于零电势并将公共电极信号1202置于单位电势(对应于逻辑的1)，或者将公共电极信号1202置于零电势并将象素电极信号1204置于单位电势，可以获得电场。在任何一种情况下，公共电极与象素电极之间都存在电势差，因此在图12A所示的例子中，电场非零，液晶元件处于开状态。尽管电场的符号对于确定液晶元件的状态并不重要，但是电场的净值应当平均为零以避免液晶元件的电离。
如图12A所示，在时间段t1期间，公共电极信号1202具有0伏的电压电平，象素电极信号1204具有零伏的电压电平。由于公共电极信号1202与象素电极信号1204之间的电压差为零，所以液晶元件的象素状态1206为闭1210。在时间段t2和t3期间，公共电极信号1202与象素电极信号1204之间的电压差也为零伏，因此将象素状态1206维持在闭状态1210。在时间段t4和t5期间，公共电极信号1202与象素电极信号1204之间的电压差使象素状态1206为开1212。但是，开状态1212是通过使公共电极信号1202相对于象素电极信号1204交替而获得的，因此在时间t4和t5电场的符号相反。因此，维持了DC平衡。在时间段t6和t7期间，象素状态1206又处于闭1210。
由于公共电极随着每次数据移位而交替以维持DC平衡，所以需要数据反转技术来经过液晶元件对数据进行移位以保持正确的象素状态用于图像的光学过取样。图12B图示了示例性的数据反转技术。图12B用图11A所示的示例性象素结构来说明经过液晶元件对数据的移位。由图12B可见，公共电极信号1102的电压电平(逻辑状态)在时间t1-t4内交替。随着与象素电极信号对应的数据经过液晶元件从第(N-3)个液晶元件到第(N-2)个液晶元件到第(N-1)个液晶元件到第N个液晶元件的传递，象素电极信号的逻辑状态随每次移位而反转以维持相同的象素状态。例如，在时间t1，公共电极信号处于逻辑1状态，而第(N-3)个液晶元件处的象素电极信号也处于逻辑1状态。因此，在时间t1，第(N-3)个液晶元件处没有电场产生，第(N-3)个液晶元件处于闭状态。在时间t2，数据已经从第(N-3)个液晶元件移位到第(N-2)个液晶元件，使第(N-2)个液晶元件在时间t2时处于与第(n-3)个液晶元件在时间t1时相同的状态(闭状态)。但是，为了维持DC平衡，公共电极信号在时间t2已经反转到处于零逻辑状态。因此，当数据从第(N-3)个液晶元件移位到第(N-2)个液晶元件时，数据被反转，使得第(N-2)个液晶元件在时间t2时也处于零逻辑状态，从而使第(N-2)个液晶元件在时间t2能够处于闭状态。再参考图9，这样的数据反转技术是由存储器块917中的反相器918来进行的。
图13图示了使用了光学过取样和数据移位的示例性衬底曝光时序。图13示出一系列LC建立时间段1302a-1302e(共同组成1302)，曝光后LC材料在所述时间段内建立。在每个LC建立时间段1302的终点，激光器闪光(由1310表示)。在每个LC建立时间段1302之间，存在转变时间段tt1-tt5。在每个转变时间段tt1-tt5期间，数据在LM中的存储器元件之间移动以备接下来的曝光。定时电路814(示于图8中)可以用于通过访问控制线路910(示于图9中)上的访问控制信号、公共电极信号1202(示于图12A和12B中)以及时钟信号(未示出)产生定时信号以驱动数据的传递，从而控制SLM、工作台和激光器。
公共电极信号1202在每个时间段tt1-tt5之间交替。公共电极信号1302的转变时间段1308a-1308e产生于激光器闪光1310之后的时间段tt1-tt5。在图13中示出了两个示例性象素电极信号1304和1306，其中象素电极信号1304说明开状态的液晶元件，象素电极信号1306说明闭状态的液晶元件。每次激光器闪光1310时，象素电极信号1304在象素电极上具有与公共电极相同的电势，象素电极信号1306在象素电极上具有与公共电极在激光器闪光1310时相反的电势。在转变时间段tt1-tt5期间，随着数据经过存储器阵列的移位而进行数据反转以维持液晶元件的DC平衡。在一种实施例中，在约60微秒的转变时间段tt1-tt5期间，数据在液晶元件的存储器元件之间移位，这使液晶材料可以有1毫秒中的940微秒占空度用于响应施加到象素电极与公共电极之间的电场。在液晶材料的转变之后，激光器1310在LC建立时间段1302的末端产生20纳秒(20ns)的闪光。应当理解，根据液晶材料的转变速率和衬底相对于空间光调制器的移动速度，可以设定其他的定时以增加或减小LC建立时间段1302和数据位移率。
图14是图示了示例性过程1400的流程图，所述过程1400用于动态地以光刻方式通过内部移动数据将图像转移到衬底上。光刻过程开始于框1402处。在框1404处，表示图像的数据被载入与空间光调制器中各光调制元件相连的存储器元件中。在框1406处，光调制元件响应于载入存储器中的数据而改变。在框1408处对改变的光调制元件进行照明以将照明图样导向衬底上。在框1410处，确定是否已经对图像进行了必须次数的转移。如果不是，则在框1412处将数据在存储器元件之间移动，并在框1414处对衬底与光调制元件之间的相对位置进行改变。过程重复到框1415处以响应于存储器元件中移动的数据再次对光调制元件进行改变。如果在框1410处图像已经被转移了必须的次数，则光刻过程终止于框1416处。
图15是图示了示例性过程1500的流程图，所述过程1500用于将数据在空间光调制器中进行移位以动态地以光刻方式将图像转移到衬底上。光刻过程开始于框1502处。在框1504处，表示图像第一部分的第一数据被载入空间光调制器。在框1506处，对空间光调制器进行照明以将图像的第一部分导向衬底上。在框1508处，部分第一数据被移出空间光调制器，在框1510处将剩余的数据在SLM中移动，并在框1512处将表示图像第二部分的第二数据的一部分载入空间光调制器。在框1514处，对空间光调制器进行照明以将第一和第二图像部分的各部分导向衬底上。光刻过程终止于框1516处。
本发明的应用中所述的创新性构思可以在广泛的应用范围内修改和变化。因此，专利性主题的范围不应限于所讨论的任何具体的示例性教导，而是由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种空间光调制器(110)，其特征在于：
存储器元件(902)，所述存储器元件(902)被构造成在其中存储数据并在其间对数据进行移位；和
光调制元件(210)，所述光调制元件(210)可响应于所述存储器元件(902)中各自存储的数据而改变。
2.根据权利要求1所述的空间光调制(110)，其中，所述存储器元件(902)布置为具有行和列的阵列(900)，所述存储器元件(902)被构造成在行之间和列之间对所述数据进行双向移位。
3.根据权利要求1所述的空间光调制器(110)，其中，每个所述存储器元件(902)包括反馈元件(920)。
4.根据权利要求1所述的空间光调制器(110)，其中，所述存储器元件(902)互连为移位寄存器结构。
5.根据权利要求1所述的空间光调制器(110)，还包括：
定时电路(814)，所述定时电路(814)与每个所述存储器元件(902)相连以在所述存储器元件(902)之间对所述数据进行移位。
6.根据权利要求5所述的空间光调制器(110)，其中，所述定时电路(814)包括波纹时钟。
7.根据权利要求5所述的空间光调制器(110)，其中，所述光调制元件(210)包括液晶材料(220)并且还包括：
公共电极(235)，所述公共电极(235)被构造成接收用于所述光调制元件(210)的公共电极信号；和
各个象素电极(215)，所述象素电极(215)被构造成接收所述各个存储器元件(902)中存储的所述数据。
8.根据权利要求7所述的空间光调制器(110)，其中，所述定时电路(814)可操作以将反转的数据从所述存储器元件(902)中的第一个到第二个进行移位，以及对所述公共电极信号进行切换以根据所述反转的数据对与所述存储器元件(902)中的所述第二个相关联的光调制元件(210)进行改变。
9.一种用于进行光刻的方法，所述方法的特征在于：
将表示图像的数据载入(1404)与各个光调制元件(210)相连的存储器元件(902)中；
响应于载入到其上的所述数据而对所述光调制元件(210)中的多个进行改变(1406)以将所述图像转移到衬底(150)上；
将所述数据在所述存储器元件(902)之间进行移位(1412)；
响应于载入到其上的所述数据而对所述光调制元件中的多个进行改变(1406)以将所述图像转移到所述衬底(150)上。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括：
使所述衬底(150)与所述光调制元件(210)中的至少一个相对于另一个移动(1414)。
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