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Die Erfindung bezieht sich Allgemein auf ein Verfahren zum Erzeugen mindestens einer zeitlich variierenden Analogspannung, also einer elektrischen Spannung mit einem zeitlich kontinuierlich variierenden Spannungswert. Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf eine zugehörige Vorrichtung, nämlich auf einen Spannungsgenerator zum Erzeugen mindestens einer zeitlich variierenden Analogspannung. Im Speziellen bezieht sich die Erfindung auf eine Feinstrahllithographie(Focused Beam Lithography)-Vorrichtung.
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Zum Steuern von spannungsgeregelten Geräten sind häufig elektrische (Steuer-) Spannungen zu erzeugen, deren Spannungswert entsprechend einer mathematische Funktion über einen vorbestimmten Zeitraum kontinuierlich in vorbestimmter Weise zeitlich variiert. Der konkrete zeitliche Verlauf dieser Steuerspannungen ist hierbei regelmäßig in Anpassung an den jeweils konkreten Anwendungszweck unterschiedlich. Zumeist weisen solche Steuerspannungen allerdings keinen einfachen, zeitlich periodischen (z.B. sinusförmigen) Verlauf auf.
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Ein (auch als „Funktionsgenerator“, genauer als „Arbiträrgenerator“, englisch „Arbitrary Waveform Generator“) bezeichneter Spannungsgenerator zu Erzeugung solcher Spannungen muss daher in der Lage sein, über einen a priori nicht festgelegten Zeitraum Spannungen mit beliebig vorgebbaren Zeitverlauf zu erzeugen. Ein solcher Spannungsgenerator umfasst in der Regel einen Erzeuger von digital kodierten Spannungswerten sowie mindestens einen nachgeschalteten Digital-Analog-Wandler (DAC), der eine Sequenz dieser digitalen Spannungswerte in die zu erzeugende Analogspannung umwandelt.
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Der zur Erzeugung einer solchen Spannung nötige Aufwand, und insbesondere der Aufwand zur Herstellung eines geeigneten Spannungsgenerators, hängen hierbei stark von der zeitlichen Auflösung der zu erzeugenden Spannung ab. Diese zeitliche Auflösung ist bestimmt durch die (Abtast-)Frequenz, mit der die digital kodierten Spannungswerte dem DAC zur Anpassung der ausgegebenen Analogspannung zugeführt werden. Für Frequenzen im Kilohertz-Bereich und darunter kann die Erzeugung der digitalen Spannungswerte heute unaufwändig mittels eines Computerprogramms erfolgen, das auf einen gewöhnlichen Standard-Computer, insbesondere einem Personal-Computer (PC) abläuft. Für Abtastfrequenzen im Bereich von Megahertz bis hin zu mehreren Gigahertz wird für die Generierung der digitalen Spannungswerte aber bisher regelmäßig eine spezielle Hardware auf Basis eines ASIC (Application-Specific Integrated Circuit) oder eines FPGA (Field Programmable Gate Array) benötigt. Solche Hardware-Systeme sind jedoch teuer, regelmäßig schwierig zu handhaben und oft unflexibel. Zudem weisen solche Hardware-Systeme regelmäßig eine nur vergleichsweise geringe Rechenleistung auf und sind daher zur zeitkritischen Durchführung numerisch komplexer Aufgaben nicht geeignet.
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Aus
DE 699 13 582 T2 ist ein Komplexsignal-Generator bekannt, der folgende Merkmale umfasst: (a) einen Multiplexer mit einer Mehrzahl von Eingängen und einem Feldzählereingang, wobei einer der Eingänge mit einem Echtzeiteingang gekoppelt ist, zum Empfangen von Eingangsdaten, und wobei der Multiplexer zwischen der Mehrzahl von Eingängen gemäß dem Feldzählereingang auswählt, um Datenwörter zu erzeugen; (b) einen Kodierer, der mit dem Multiplexer gekoppelt ist, um die Datenwörter zu empfangen, wobei der Kodierer Symbolcodes gemäß den Datenwörtern erzeugt, wobei der Kodierer folgende Merkmale umfasst: ein Eingabedatenregister mit einem Dateneingang und einem Datenausgang, wobei der Dateneingang gekoppelt ist, um die Datenwörter zu empfangen; einen RAM, der einen Adresseingang und einen Symbolausgang aufweist, wobei der RAM eine Kodierertabelle enthält, die durch den Adresseingang adressiert wird, um einen Symbolcode an dem Symbolausgang zu erzeugen, und wobei der Adresseingang mit dem Datenausgang gekoppelt ist; und ein Rückkopplungsdatenregister mit einem Rückkopplungseingang und einem Rückkopplungsausgang, wobei der Rückkopplungseingang mit dem Symbolausgang gekoppelt ist und der Rückkopplungsausgang mit dem Adresseingang gekoppelt ist, um die Abhängigkeit des Symbolcodes von den Datenwörtern und von vergangenen Symbolcodes gemäß der Kodierertabelle zu liefern, (c) eine Tabelle, die gekoppelt ist, um die Symbolcodes von dem Kodierer zu empfangen, wobei die Tabelle Symbolwerte gemäß den Symbolcodes erzeugt; und (d) ein Filter, das mit der Tabelle gekoppelt ist, um die Symbolwerte zu empfangen, wobei das Filter die Symbolwerte filtert, um einen komplexen Ausgang zu erzeugen, der eine gewünschte Frequenzantwort aufweist.
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Steuerspannungen der vorstehend beschriebenen Art, häufig mit komplexem und zeitlich schnell variierendem Verlauf, werden insbesondere in der Feinstrahllithographie (Focused Beam Lithography) zur Strahlführung benötigt. Als Feinstrahllithographie wird hierbei ein Verfahren zur Strukturierung der Oberfläche eines Objekts mittels fokussierter elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung bezeichnet, wie es herkömmlicherweise insbesondere in der Halbleiter- und Mikrosystemtechnik zur Herstellung von integrierten Schaltungen und anderen mikroskopischen Strukturen herangezogen wird.
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Aus
AT 507 640 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen einer dreidimensionalen Struktur auf zumindest einem Teil einer Oberfläche eines Objekts bekannt. Mit einer Abgabevorrichtung einer durch eine Steuervorrichtung gesteuerten Applikationsvorrichtung werden dabei Tropfen einer strukturbildenden Masse auf die Oberfläche des Objekts abgegeben. Das Objekt und die Applikationsvorrichtung werden relativ zueinander bewegt, wobei das Objekt auf einer Positioniervorrichtung positioniert gehaltert und die dreidimensionale Struktur anschließend gehärtet werden. Die Position, die Anzahl und/oder das Volumen der Tropfen der strukturbildenden Masse werden durch die Steuervorrichtung in Abhängigkeit von der dreidimensionalen Struktur in einer zu einer Auflagefläche der Positioniervorrichtung für das Objekt parallelen Ebene in unterschiedlichen Richtungen, sowie in Richtung quer zur Ebene ermittelt. Die Steuervorrichtung steuert dann die Abgabe der Tropfen mittels der Abgabevorrichtung der Applikationsvorrichtung, so dass diese auf die Oberfläche des Objektes positioniert abgegeben werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Verfahren und eine besondere Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischen Spannungen mit beliebig vorgebbarem Zeitverlauf, insbesondere zur Strahlführung in der Feinstrahllithographie, anzugeben.
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Bezüglich eines Verfahrens zum Erzeugen mindestens einer zeitlich variierenden Analogspannung wird die obige Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Bezüglich eines zugehörigen Spannungsgenerators wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 6. Bezüglich einer Feinstrahllithographievorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 11. Vorteilhafte und teils für sich gesehen erfinderische Ausgestaltungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
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Verfahrensgemäß wird zur Erzeugung der mindestens einen zeitlich variierenden Analogspannung mittels eines in einem Grafikprozessor (GPU) ablaufenden Steuerprogramms eine Spannungssequenz erzeugt, die digital kodierte Spannungswerte für die mindestens eine zu erzeugende Analogspannung umfasst.
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Bei jedem Spannungswert der Spannungssequenz handelt es sich hierbei um eine Dateneinheit (insbesondere in Form eines einfachen oder doppelten Binärwortes), die den Spannungswert der mindestens einen zu erzeugenden Analogspannung zu einem bestimmten Zeitpunkt vorgibt. Die Spannungssequenz enthält diejenigen Spannungswerte, die die zu erzeugende Analogspannung nacheinander durchlaufen soll und definiert somit den zeitlichen Verlauf der Analogspannung. Bei dieser Spannungssequenz handelt es sich um ein Nicht-Bildsignal insofern, als diese Spannungssequenz in ihrer ursprünglichen Form nicht mittels eines digitalen Bildübertragungsstandards an einen Bildschirm gesendet und dort zur Anzeige eines Bildes herangezogen werden könnte.
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So bestehen übliche digitale Bildsignale stets aus Datentupeln, die jeweils aus drei Datenworten gleicher Wortlänge (regelmäßig 8 Bit) bestehen, wobei diese Datenworte die Werte dreier Grundfarben (in der Regel Rot, Grün und Blau, kurz RGB) für ein bestimmtes Pixel des Bildschirms kennzeichnen. Bildsignale enthalten keine Information über Pixelkoordinaten. Vielmehr werden als Bildsignale die reinen Wertsequenzen der anzuzeigenden Farbwerttupel übermittelt. Die Zuordnung der einzelnen Farbwerttupel zu bestimmten Pixeln wird durch den Bildschirm vorgenommen, der die eingehenden Farbwerttupel nach einem festgelegten Raster entsprechend seiner Bildschirmauflösung auf die Pixel verteilt.
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Die erfindungsgemäß erzeugte Spannungssequenz unterscheidet sich von einem Bildsignal insbesondere durch die Wortlänge der die Spannungswerte bildenden Datenworte und/oder durch die fehlende Zusammenfassung von jeweils drei Datenworten zu einem Farbwerttupel. Beispielsweise kann die Spannungssequenz in alternierendem Wechsel Spannungswerte W1 und W2 zur Erzeugung zweier unabhängiger Analogspannungen enthalten, die jeweils eine Wortlänge von 32 Bit aufweisen.
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Erfindungsgemäß wird die Spannungssequenz mittels des in dem Graphikprozessor ablaufenden Steuerprogramms in ein Pseudo-Bildsignal umgewandelt, das seiner digitalen Form (Kodierung) nach einem Bildsignal entspricht. Beispielsweise werden die auf dem Grafikprozessor errechneten Ausgabedaten (Spannungswerte) in einen entsprechend präparierten Bildausgabepuffer geschrieben, aus dem die Daten dann als Pseudo-Bildsignal übertragen werden. Die Spannungswerte werden hierdurch quasi bitweise oder byteweise in Tupel zu je drei 8-Bit-Datenworten umgruppiert („zerhackt“). Das so erzeugte Datensignal ist insofern als Pseudo-Bildsignal bezeichnet, als es zwar die äußere Form eines Bildsignals aufweist, aber in Interpretation als Bildsignal keinen greifbaren Informationsgehalt hat.
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Dieses Pseudo-Bildsignal wird über eine von dem Grafikprozessor angesteuerte, digitale Bildsignalschnittstelle an einen nachgeschalteten Encoder übermittelt. Die Übertragung der Spannungssequenz erfolgt somit insbesondere nicht über einen PCI-Bus (oder einen vergleichbaren Daten-/Adressbus), wie er in Standard-Computern zur Datenübertragung zwischen dem Chipsatz des Hauptprozessors und vorhandenen Peripheriegeräten verwendet wird.
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Als Bildsignalschnittstelle wird allgemein ein - mit einem Übertragungsstandard für digitale Bildsignale (sowie optional auch Tonsignale) konformer - Signalausgang bezeichnet, wie er herkömmlicherweise genutzt wird, um mittels des Grafikprozessors Bildsignale an einen nachgeschalteten Bildschirm auszugeben. Die Bildsignalschnittstelle kann hierbei im Rahmen der Erfindung beispielsweise auf dem DVI- oder HDMI-Standard beruhen. Vorzugsweise entspricht die Bildsignalschnittstelle allerdings dem DisplayPort-Standard.
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Für die Verfahrensdurchführung wird vorzugsweise eine Grafikkarte herangezogen, auf der der Grafikprozessor und die Bildsignalschnittstelle integriert sind. Zweckmäßigerweise wird hierbei eine frei programmierbare Graphikkarte herangezogen.
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Mittels des Encoders wird die ursprüngliche Spannungssequenz aus dem Pseudo-Bildsignal extrahiert (rekonstruiert). Der Dateninhalt des Pseudo-Bildsignals wird also derart umkodiert (oder uminterpretiert bzw. umgruppiert), dass sich wieder die Spannungswerte der ursprünglichen Spannungssequenz ergeben. In dem vorstehend beschriebenen Beispiel werden die zur Dreiertupeln zusammengefassten 8-Bit-Datenworte wieder auf eine Sequenz von 32-Bit-Datenworten abgebildet. Zur weitestmöglichen Vermeidung von Rechen- bzw. Datenübertragungszeitverlusten werden die Daten bei der Umwandlung von der ursprünglichen Spannungssequenz in das Pseudo-Bildsignal und/oder der von dem Encoder durchgeführten Rückumwandlung (Rekonstruktion) dabei vorzugsweise lediglich uminterpretiert, also hinsichtlich der unterliegenden Variablendefinition umgruppiert, nicht aber umkopiert.
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Die solchermaßen rekonstruierte Spannungssequenz wird von dem Encoder an mindestens einen nachgeschalteten Digital-Analog-Wandler (DAC) übermittelt. Mittels des mindestens einen DAC wird die Spannungssequenz dann in die mindestens eine Analogspannung umgewandelt. Vorzugsweise wird die Spannungssequenz von dem Grafikprozessor bereits derart kodiert, dass sie von dem order jeden DAC unmittelbar „verstanden wird“ (also unmittelbar ausführbar ist). Insbesondere werden auch Protokollbits, die der oder jeder DAC gegebenenfalls benötigt, bereits von dem Grafikprozessor als Teil der ursprünglichen Spannungssequenz gesetzt. Beispielsweise kann ein 2-Kanal-DAC mit paralleler Eingangsschnittstelle 40 Pins haben, die von dem Encoder direkt bedient werden, nämlich zum Beispiel zweimal je 2 Steuerbits, 16 Datenbits und 2 Paritätsbits. Der Encoder hat hierbei die Aufgabe, diese Bits aus dem empfangenen Signal zu sammeln und den entsprechenden Pins des DAC zuzuordnen.
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Das von dem Grafikprozessor ausgeführte Steuerprogramm kann vorzugsweise interaktiv von einem Benutzer oder einem - bezüglich der Grafikkarte - externen System gesteuert und beeinflusst werden. Insbesondere wird das Steuerprogramm von einem Hostprogramm gesteuert, das auf dem Zentralprozessor (CPU) eines zugehörigen Steuerrechners abläuft. Innerhalb des Steuerrechners sind der Grafikprozessor und der Zentralprozessor insbesondere über einem PCI-Bus datenübertragungstechnisch verschaltet.
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Erfindungsgemäß werden somit handelsübliche und somit kostengünstig erhältliche Standardkomponenten eines gewöhnlichen Personal-Computers, wie sie dort üblicherweise zur Erzeugung der Bildsignale für den Bildschirm herangezogen werden, für die Erzeugung von Nicht-Bildsignalen, nämlich zeitlich variierenden Steuerspannungen (insbesondere nicht-periodischen Signalen mit zeitlichen Auflösungen im Megahertz- und Gigahertz-Bereich) herangezogen. Hiermit wird mit dem geringen Aufwand und der hohen Flexibilität einer reinen Softwarelösung, wie sie üblicherweise zur Erzeugung von Steuerspannungen im Kilohertzbereich eingesetzt wird, die deutlich höhere zeitliche Auflösung eines hardware-basierten Spannungsgenerators erreicht.
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In einfachen Varianten des Verfahrens wird mittels des vorstehend beschriebenen Verfahrens lediglich ein einfaches analoges Spannungssignal erzeugt, das zu jedem Zeitpunkt genau einen skalaren Spannungswert aufweist. In einer Weiterentwicklung der Erfindung wird das Verfahren abweichend hiervon zur zeitgleichen Erzeugung mehrerer Analogspannungen (insbesondere mit unabhängig voneinander variierenden Spannungsverläufen) genutzt. Hierbei enthält die mittels des Grafikprozessors erzeugte Spannungssequenz - insbesondere in alternierender Reihung - digital kodierte Spannungswerte für jede der zu erzeugenden Analogspannungen. Mittels des der Bildsignalschnittstelle nachgeschalteten Encoders werden die Spannungswerte der Spannungssequenz dabei an mehrere parallelgeschaltete DAC verteilt, wobei jeder dieser DAC die jeweils zugeführten Spannungswerte in eine der mehreren Analogspannungen umwandelt. Jede der mehreren Analogspannungen wird somit durch jeweils einen zugeordneten DAC erzeugt.
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Grundsätzlich kann im Rahmen der Erfindung der zeitliche Verlauf der oder jeder zu erzeugenden Analogspannung durch das in dem Grafikprozessor ablaufende Steuerprogramm fest und unveränderlich vorgegeben sein. Vorzugsweise wird die Spannungssequenz allerdings abweichend hiervon von dem Steuerprogramm in Abhängigkeit von mindestens einem digitalen Eingangssignal erzeugt. Mithin wird die Spannungssequenz somit in Abhängigkeit von dem Eingangssignal variabel (mit unterschiedlichem Inhalt) erzeugt. Beispielsweise werden durch das Eingangssignal ein Verstärkungsfaktor und/oder ein Offsetwert bestimmt, den das Steuerprogramm bei der Erzeugung der digitalen Spannungssequenz berücksichtigt.
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Vorzugsweise wird das Eingangssignal dem Grafikprozessor hierbei über die digitale Bildsignalschnittstelle zugeführt. Die Bildsignalschnittstelle wird somit bidirektional einerseits zur Ausgabe der Spannungssequenz und andererseits zur Zuführung des Eingangssignals genutzt. Zur Übertragung des Eingangssignals werden insbesondere ein oder mehrere Zusatzkanäle der Bildsignalschnittstelle herangezogen, die in der standardgemäßen Verwendung der Bildsignalschnittstelle nicht zur Übertragung des eigentlichen Bildsignals, sondern zur Übertragung von Zusatzinformationen, wie z.B. Displayeigenschaften, etc. vorgesehen sind. Bei einer auf dem DisplayPort-Standard beruhenden Bildsignalschnittstelle wird hierbei für die Übertragung des Eingangssignals insbesondere der sogenannte AUX-Channel herangezogen. Sofern die Bildsignalschnittstelle auf einem der Standards DVI oder HDMI beruht, wird zu Übertragung des Eingangssignals ein sogenannter DisplayData-Channel herangezogen.
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Zur Erzeugung des digitalen Eingangssignals ist der Bildsignalschnittstelle vorzugsweise ein Analog-Digital-Wandler (ADC) vorgeschaltet, wobei dieser ADC das Eingangssignal aus einem mittels eines Sensors erfassten Analogmesssignal erzeugt.
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Zusätzlich oder alternativ hierzu kann im Rahmen der Erfindung eine solches, über die Bildsignalschnittstelle rückgeführtes Eingangssignal durch den Grafikprozessor auch auf andere Weise verarbeitet werden. Insbesondere kann das Eingangssignal durch den Grafikprozessor lediglich aufgezeichnet werden oder in die Berechnung von Ergebnissen oder die Auslösung von Handlungen einfließen, die keinen direkten Einfluss auf die Erzeugung der Spannungssequenz haben. Beispielsweise kann in diesem Sinne vorgesehen sein, dass durch den Grafikprozessor eine Warnmeldung erzeugt und über den PCI-Bus ausgegeben wird, wenn das Eingangssignal einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
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Der erfindungsgemäße Spannungsgenerator ist allgemein zur Durchführung des vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. Konkret umfasst er einen Grafikprozessor, der zur Ausführung des vorstehend beschriebenen Steuerprogramms eingerichtet ist, sowie eine von dem Grafikprozessor angesteuerte, digitale Bildsignalschnittstelle der vorstehend beschriebenen Art. Weiterhin umfasst der Spannungsgenerator mindestens einen mit der Bildsignalschnittstelle verbundenen DAC zur Umwandlung der digitalen Spannungswerte der von dem Grafikprozessor über die Bildsignalschnittstelle (in Form des Pseudo-Bildsignals) ausgegebenen Spannungssequenz in die mindestens eine zu erzeugende Analogspannung. Ferner umfasst der Spannungsgenerator den vorstehend beschriebenen Encoder, der der Bildsignalschnittstelle und den mehreren DAC zwischengeschaltet ist.
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Vorzugsweise umfasst der Spannungsgenerator mehrere parallelgeschaltete DAC. Der Encoder ist hierbei zur Verteilung der Spannungswerte der Spannungssequenz an die mehreren DAC eingerichtet.
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Die Bildsignalschnittstelle ist mit dem Grafikprozessor vorzugsweise derart verschaltet, dass dem Grafikprozessor über die Bildsignalschnittstelle das vorstehend beschriebene Eingangssignal zuführbar ist. Zur Erzeugung des Eingangssignals in digitaler Form umfasst der Spannungsgenerator des Weiteren vorzugsweise den vorstehend beschriebenen DAC.
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Der vorstehend beschriebene Spannungsgenerator wird erfindungsgemäß insbesondere zur Strahlführung bei einer Feinstrahllithographie (Focused Beam Lithography), also zur Positionierung eines Lithographiestrahls einer Feinstrahllithographievorrichtung verwendet. Die Feinstrahllithographievorrichtung umfasst einen Objekthalter zur Lagerung des zu strukturierenden Objekts, einen Strahlerzeuger zur Erzeugung des Lithographiestrahls und eine Ablenkungseinheit zur Positionierung (und somit insbesondere zur Bewegung) des Lithographiestrahls relativ zu dem Objekthalter. Durch die Ablenkungseinheit wird der Lithographiestrahl somit auch relativ zu dem auf dem Objekthalter gelagerten Objekt, und insbesondere zu der zu strukturierenden Oberfläche dieses Objekts, positioniert. Der vorstehend beschriebene, erfindungsgemäße Spannungsgenerator ist im Rahmen der Feinstrahllithographievorrichtung zur Ansteuerung der Ablenkungseinheit vorgesehen und eingerichtet.
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Im Zuge der Feinstrahllithographie wird allgemein eine für den Lithographiestrahl sensitive Schicht (z.B. Fotolack) auf der zu strukturierenden Oberfläche des Objekts ortsselektiv mit dem Lithographiestrahl bestrahlt. Durch die Bestrahlung wird die sensitive Schicht vorbehandelt, so dass die belichteten Stellen der sensitiven Schicht in einem anschließenden Entwicklungsprozess - je nach Variante des Feinstrahllithographieverfahrens - entweder ortsselektiv aufgelöst werden oder (unter Auflösung der unbelichteten Stellen) ortsselektiv bestehen bleiben. Somit wird eine lithographische Maske geschaffen, die eine ortsselektive Weiterbearbeitung der Oberfläche durch chemische oder physikalische Folgeprozesse (z.B. Ätzprozesse oder Beschichtungsprozesse) ermöglicht.
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Der Begriff „Feinstrahllithographie“ (Focused Beam Lithography) wird als Oberbegriff für verschiedene Oberflächenstrukturierungsmethoden verstanden, die sich durch die Art der verwendeten Strahlung unterscheiden. Der Begriff „Feinstrahllithographie“ umfasst in diesem Sinne insbesondere Fotolithographieverfahren, bei denen als Lithographiestrahl elektromagnetische Strahlung (Photonen), z.B. (inkohärentes) sichtbares Licht, Laserstrahlung, UV-Strahlung oder Röntgenstrahlung zum Einsatz kommen. Unter den Begriff „Feinstrahllithographie“ werden aber auch solche Lithographiemethoden subsummiert, bei denen Teilchenstrahlung (insbesondere Elektronen- oder Ionenstrahlung) als Lithographiestrahl herangezogen wird. So handelt es sich in einem bevorzugten Anwendungsfall der Erfindung bei der Feinstrahllithographievorrichtung um eine sogenannte Elektronenstrahl-Lithographievorrichtung. Ein wesentlicher Bestandteil dieser Vorrichtung ist insbesondere ein Rasterelektronenmikroskop, das den Strahlerzeuger, die Ablenkeinheit und den Objekthalter umfasst.
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Insbesondere zur Justierung des Lithographiestrahls umfasst die Feinstrahllithographievorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform zusätzlich einen Strahlungssensor zur Erfassung von lithographiestrahlabhängigen Sensordaten. Das Analogmesssignal dieses Strahlungssensors wird hierbei über den gegebenenfalls vorgesehenen ADC des Spannungsgenerators in das digitale Eingangssignal umgewandelt, das dem Grafikprozessor des Spannungsgenerators über die Bildsignalschnittstelle zur Anpassung der Spannungssequenz zugeführt wird.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- 1 in einem schematischen Blockschaltbild einen Spannungsgenerator zur Erzeugung von zeitlich variierenden Analogspannungen mit beliebig vorgebbarem Spannungsverlauf und einer Abtastrate im Megahertz- bis Gigahertz-Bereich, wobei der Spannungswandler einen Spannungsgenerator und ein Wandlermodul umfasst, die über eine digitale Bildsignalschnittstelle datenübertragungstechnisch verbunden sind,
- 2 in schematischer Darstellung die Umwandlung einer von dem Spannungsgenerator zunächst erzeugten digitalen Spannungssequenz in ein zur Übertragung über die Bildsignalschnittstelle bestimmtes Pseudo-Bildsignal, und
- 3 in einem schematischen Blockschaltbild eine Elektronenstrahl-Lithographievorrichtung, bei der der Spannungsgenerator gemäß 1 zur Führung eines Lithographiestrahls eingesetzt ist.
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Einander entsprechende Teile, Größen und Strukturen sind in beiden Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Der in 1 dargestellte Spannungsgenerator 1 umfasst einen Steuerrechner 2, bei dem es sich insbesondere um einen gewöhnlichen Personal-Computer handelt. Der Spannungsgenerator 1 umfasst weiterhin ein Wandlermodul 3. Der Steuerrechner 2 umfasst in an sich gewöhnlicher Weise eine Hauptplatine (nachfolgend als Mainboard 4 bezeichnet) mit einem Hauptprozessor (nachfolgend als CPU 5 bezeichnet). Der Steuerrechner umfasst weiterhin eine Grafikkarte 6 mit einem (nachfolgend als GPU 7 bezeichneten) Grafikprozessor.
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Die CPU 5 und die Grafikkarte 6 sind in üblicher Weise über einen PCI-Bus 8 oder einen Hochgeschwindigkeits-Datenbus, wie z.B. AGP oder PCI-Express, datenübertragungstechnisch verbunden.
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Die Grafikkarte 6 ist des Weiteren mit einer von dem Grafikprozessor 7 angesteuerten Bildsignalschnittstelle 9 versehen, wie sie bei einem Personal-Computer standardgemäß zur Ausgabe von digitalen Bildsignalen an einen nachgeschalteten Bildschirm dient. Die Bildsignalschnittstelle 9, die insbesondere eine auf der Grafikkarte 6 integrierte Anschlussbuchse zum Anschluss eines korrespondierende Steckverbinders eines Bildsignalübertragungskabels umfasst, ist dabei vorzugsweise nach dem DisplayPort-Standard ausgebildet. Alternativ hierzu kann die Bildsignalschnittstelle 9 auch nach einem anderen digitalen Bildsignalübertragungsstandard, z.B. DVI oder HDMI, ausgebildet sein.
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Im Rahmen des Spannungsgenerators 1 ist die Bildsignalschnittstelle 9 - abweichend von ihrer standardgemäßen Bestimmung - nicht mit einem Bildschirm verbunden, sondern mit dem nachgeschalteten Wandlermodul 3.
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Das Wandlermodul 3 umfasst in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 zwei Digital-Analog-Wandler (nachfolgend kurz als DAC 10 bezeichnet). Das Wandlermodul 3 umfasst des Weiteren einen Encoder 11, der datenübertragungstechnisch der Bildsignalschnittstelle 9 und den DAC 10 zwischengeschaltet ist. Ferner umfasst das Wandlermodul 3 in der Ausführung gemäß 1 einen Analog-Digital-Wandler (nachfolgend als ADC 12 bezeichnet), wobei der oder jeder ADC 12 ebenfalls mit dem Encoder 11 verschaltet ist.
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Der vorstehend beschriebene Spannungsgenerator 1 dient zur gleichzeitigen Erzeugung von zwei zeitlich variierenden, elektrischen Analogspannungen U1 und U2, die hinsichtlich ihrer zeitlichen Dauer und des zeitlichen Verlaufs des Spannungswerts beliebig und unabhängig voneinander gestaltbar sind.
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Zur Erzeugung der Analogspannungen U1 und U2 ist in dem Steuerrechner 2 ein Steuerprogramm 13 implementiert, das im Betrieb des Spannungsgenerators 1 unmittelbar von dem Grafikprozessor 7 ausgeführt wird. Das Steuerprogramm 13 erzeugt hierbei fortlaufend digital kodierte Spannungswerte W1 und W2, die der Grafikprozessor 7 in einer (digitalen) Spannungssequenz S zusammenfasst. Die Spannungssequenz S umfasst dabei gemäß 2 in alternierender Reihenfolge (regelmäßig abwechselnd) je einen Spannungswert W1 und einen Spannungswert W2. Die von dem Steuerprogramm 13 erzeugten Spannungswerte W1 bezeichnen Momentanwerte der zu erzeugenden Analogspannung U1, die diese in zeitlicher Folge einnehmen soll. Durch die Spannungswerte W1 ist somit der zeitliche Verlauf der zu erzeugenden Analogspannung U1 bestimmt. Entsprechend wird durch die Spannungswerte W2 der zeitliche Verlauf der Analogspannung U2 bestimmt.
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Jeder der Spannungswerte W1 und W2 ist jeweils durch ein binäres Datenwort (Bitwort) mit einer Wortlänge von beispielsweise 32 Bit gebildet. In dem Schema gemäß 2 gemäß sind die Bits B als Kästchen dargestellt. Jedes Bit B der Spannungssequenz S kann in bekannter Weise einen der Werte 0 oder 1 annehmen. Optional kann die Spannungssequenz S weitere (in 2 nicht explizit dargestellte) Füll- oder Rahmenbits zwischen den Zahlenwerten W1 und W2 aufweisen.
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Bei der Spannungssequenz S handelt es sich um ein Nicht-Bildsignal N, also um ein Datensignal, das keine auf einem Bildschirm anzeigbare Bildinformation trägt, und das aufgrund seines inkompatiblen Datenformats auch nicht über die Bildsignalschnittstelle 9 ausgebbar ist.
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Um die Bildsignalschnittstelle 9 dennoch zur Übertragung der Spannungswerte W1,W2 an das Wandlermodul 3 nutzen zu können, wandelt der Graphikprozessor 7 die Bildsequenz S unter Ausführung des Steuerprogramms 13 zunächst in ein Pseudo-Bildsignal P um, das in 2 ebenfalls schematisch angedeutet ist.
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Wie aus dem Schema gemäß 2 zu entnehmen ist, werden im Zuge dieser Umwandlung die Spannungswerte W1 und W2 durch das Steuerprogramm 13 bitweise auf eine Sequenz von Bitworten F mit einer Wortlänge von jeweils acht Bit abgebildet, wobei jeweils drei dieser Bitworte F gemäß einem Bildsignal-Übertragungsprotokoll zu einem Tupel T gruppiert werden. Das Pseudo-Bildsignal P umfasst optional - in Komformität mit dem jeweils herangezogenen Bildsignal-Übertragungsprotokoll - nicht explizit dargestellte Füll- oder Rahmenbits zwischen den einzelnen Bitworten F. Insbesondere bei Nutzung der auf dem DisplayPort-Standard beruhenden Bildsignalschnittstelle 9 werden die Bitworte F des Pseudo-Bildsignals P zum Zweck der Übertragung in Datenrahmen eingebettet und somit in verpackter Form übermittelt.
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Das so erzeugte Pseudo-Bildsignal P hat die digitale Form eines echten Bildsignals, wobei jedes Bitwort F des Pseudo-Bildsignals P einem Farbwert, und jeder Tupel T einem RGB-Tupel des echten Bildsignals entspricht. Im Gegensatz zu einem echten Bildsignal trägt das Pseudo-Bildsignal P - wenn man es als Bildsignal interpretiert - aber keine verwertbare Bildinformation.
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Das Pseudo-Bildsignal P wird von dem Graphikprozessor 7 über die Bildsignalschnittstelle 9 an das Wandlermodul 3 ausgegeben.
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Das in dem Grafikprozessor 7 ablaufende Steuerprogramm 13 wird wiederum durch ein übergeordnetes Hostprogramm 14 angesteuert, das im Betrieb des Spannungsgenerators 1 von der CPU 5 ausgeführt wird. Das Hostprogramm 14 übernimmt hierbei Funktionen, die nicht zeitkritisch sind, also insbesondere keine Durchführung in Echtzeit erfordern. Insbesondere dient das Hostprogramm 14 zur Konfiguration des Steuerprogramms 13 vor dessen Start. So bestimmt das Hostprogramm 14 insbesondere, mit welcher Abtastfrequenz und gemäß welcher funktionalen zeitlichen Abhängigkeit das Steuerprogramm 13 bei dessen Ablauf die Spannungswerte W1 und W2 erzeugen soll. Des Weiteren veranlasst das Hostprogramm 13 auch den Start sowie optional die Beendung des Steuerprogramms 13. Entsprechende Befehle des Hostprogramms 14 werden über den PCI-Bus 8 an die Grafikkarte 6 übermittelt.
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In dem Wandlermodul 3 wird das Pseudo-Bildsignal P dem Encoder 11 zugeführt. Der Encoder 11 macht die vorstehend beschriebene Umwandlung rückgängig, indem er die Bitworte F des Pseudo-Bildsignals P aus dem jeweiligen Datenrahmen entpackt und aus diesen Bitworten F die Spannungssequenz S und deren Spannungswerte W1 und W2 rekonstruiert.
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Die rekonstruierten Spannungswerte W1 und W2 werden von dem Encoder 11 an die nachgeschalteten DAC 10 verteilt. Die Spannungswerte W1 werden hierbei einem ersten der beiden DAC 10 zur Erzeugung der Analogspannung U1 zugewiesen. Die Spannungswerte W2 werden entsprechend dem anderen DAC 10 zur Erzeugung der Analogspannung U2 zugewiesen.
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Der Encoder 11 übermittelt die Spannungswerte W1 und W2 mit der eingestellten Abtastfrequenz an die DAC 10. Er verfügt hierzu über einen eigenen, von dem Steuerrechner 2 unabhängigen Taktgeber. Bis zur Übermittlung an die DAC 10 werden die über die Bildsignalschnittstelle 9 empfangenen Spannungswerte W1 und W2 in einem temporären Zwischenspeicher (Buffer) des Encoders 11 vorgehalten.
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Die DAC 10 wandeln die erhaltenen digitalen Spannungswerte W1 und W2 in an sich herkömmlicher Weise in die jeweilige Analogspannung U1 und U2 um. Die so erzeugten Analogspannungen U1 und U2 werden über Spannungsausgänge des Wandlermoduls 3 an ein anzusteuerndes Gerät ausgegeben.
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Dem ADC 12 kann andererseits über einen Spannungseingang des Wandlermoduls 3 eine Analogspannung zugeführt werden, die nachfolgend als Analogmesssignal M bezeichnet ist. Der ADC 12 wandelt dieses Analogmesssignal M in ein digitales Eingangssignal E um und leitet dieses dem Encoder 11 zu.
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Der Encoder 11 übermittelt das Eingangssignal E in Gegenrichtung zu der Spannungssequenz S über die Bildsignalschnittstelle 9 an den Grafikprozessor 7. Das Eingangssignal E wird hierbei von dem in dem Grafikprozessor 7 ablaufenden Steuerprogramm 13 als Eingangsgröße für die Erzeugung der Spannungswerte W1 und W2 herangezogen. Das Steuerprogramm 13 erzeugt somit die Spannungswerte W1 und W2 der Spannungssequenz S in Abhängigkeit des zugeführten Eingangssignals E.
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3 zeigt schematisch vereinfacht eine (Elektronenstrahl-)Lithographievorrichtung 20 zur Strukturierung einer Oberfläche 21 eines Objekts 22. Im Rahmen dieser Lithographievorrichtung 20 ist der Spannungsgenerator 1 zur Führung eines Lithographiestrahls 23 eingesetzt.
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Zusätzlich zu dem Spannungsgenerator 1 umfasst die Lithographievorrichtung 20 ein Rasterelektronenmikroskop (nachfolgend kurz als REM 24 bezeichnet).
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Bei dem Lithographiestrahl 23 handelt es sich in diesem Fall um einen Strahl aus beschleunigten Elektronen. Als Strahlerzeuger zur Erzeugung dieses Lithographiestrahls 23 umfasst das REM 24 eine Elektronenröhre 25. Das REM 24 umfasst des Weiteren in der Darstellung gemäß 3 zwei Elektronenlinsen 26 und 27, die entlang einer optischen Achse 28 des REM 24 der Elektronenröhre 25 nachgeschaltet sind, und die zur Fokussierung des Lithographiestrahls 23 dienen. Diesen Elektronenlinsen 26,27 wiederum nachgeschaltet umfasst das REM 24 optional eine Aperturblende 29.
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Durch die Aperturblende 29 und die vorgeschalteten Elektronenlinsen 26,27 wird der Lithographiestrahl 23 als schmales, fokussiertes Strahlenbündel auf einen Objekthalter 30 geworfen, auf dem das zu strukturierende Objekt 22 fixiert ist. Durch Ansteuerung einer Ablenkungseinheit 31, die in der Regel durch zwei gekreuzte Plattenkondensatoren gebildet ist, und die in der Darstellung gemäß 3 den beiden Elektronenlinsen 26 und 27 zwischengeschaltet ist, kann ein Fokus 32 des Lithographiestrahls 23 in zwei zueinander orthogonalen Richtungen (x-Richtung und y-Richtung) senkrecht zu der optischen Achse 28 und relativ zu der Oberfläche 21 des Objekts 22 verschoben werden.
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Die Ablenkungseinheit 31 wird hierbei durch die von dem Spannungsgenerator 1 erzeugten Analogspannungen U1 und U2 angesteuert. Der Betrag der Analogspannung U1 bestimmt beispielsweise die Ablenkung des Lithographiestrahls 23 in x-Richtung, während der Betrag der Analogspannung U2 die Ablenkung des Lithographiestrahls 23 in y-Richtung bestimmt.
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Durch Einstellung des zeitlichen Verlaufs der Analogspannung U1 und U2 kann der Fokus 32 des Lithographiestrahls 23 entsprechend einer vorgegebenen Bahnkurve über die Oberfläche 21 des Objekts 22 gefahren werden, um diese Oberfläche 21 ortsselektiv zu bestrahlen.
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In an sich üblicher Weise umfasst das REM 24 ferner einen (auch als Detektor bezeichneten) Strahlungssensor 33 zur Erfassung von Sekundärelektronen, die unter Einfluss des Lithographiestrahls 23 aus dem bestrahlten Objekt 22 freigesetzt werden. Das von diesem Strahlungssensor 33 erzeugte Analogmesssignal M, das in der gewöhnlichen Anwendung eines Rasterelektronenmikroskops zum Zweck der Bildgebung herangezogen wird, wird bei dem in 3 dargestellten Einsatz des REM 24 in der Lithographievorrichtung 20 zur Feinjustierung der Ablenkungseinheit 31, und damit des Lithographiestrahls 23 verwendet.
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Zu diesem Zweck wird nach der Befestigung des Objekts 22 auf dem Objekthalter 30 und einer Grobjustierung des Objekts 22 durch Verschiebung des Objekthalters 30, aber vor der eigentlichen feinstrahllithographischen Bestrahlung der Oberfläche 21 ein kleiner Teil dieser Oberfläche 21 rasterelektronenmikroskopisch gescannt. Dabei wird insbesondere ein - beispielsweise am Rand des Objekts 22 gelegener -Teil der Oberfläche 21 gescannt, der außerhalb der zu erzeugenden Lithographiemaske liegt. Zweckmäßigerweise ist der gescannte Bereich mit einer oder mehreren rasterelektronenmikroskopisch erfassbaren Markierungen versehen, anhand derer die Relativposition des Fokus 32 bezüglich der Oberfläche 21 des Objekts 22 zu Justagezwecken präzise ermittelbar ist.
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Anhand des aus dem Analogmesssignal M abgeleiteten digitalen Eingangssignals E berechnet das Steuerprogramm 13 Offsetwerte sowie optional Verstärkungsfaktoren für die Erzeugung der Spannungswerte W1 und W2.
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Für zeitunkritische Steuerfunktionen, beispielsweise die Verfahrung des Objekthalters 30 zur Vorjustierung des Objekts 22 im Strahlengang des Lithographiestrahls 23, ist die CPU 5 des Steuerrechners 2 direkt über eine serielle Schnittstelle 34 (z.B. eine COM- oder USB-Schnittstelle) mit dem REM 24 datenübertragungstechnisch verbunden. Solche zeitunkritischen Steuerfunktionen werden durch das auf der CPU 5 ablaufende Hostprogramm 14 durchgeführt.
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Die Erfindung wird an den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen besonders deutlich, ist gleichwohl auf diese aber nicht beschränkt. Vielmehr können weitere Ausführungsformen der Erfindung aus den Ansprüchen und der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden.
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So kann bei bestimmten Ausführungsformen des Spannungsgenerators 1 das Wandlermodul 3 auch lediglich einen einzigen DAC 10 oder mehr als zwei DAC 10 umfassen. Des Weiteren kann das Wandlermodul 3 auch mehr als einen ADC 12 umfassen. Zudem ist der Spannungsgenerator 1 auch nicht auf die beispielhaft erläuterte Verwendung zur Strahlführung in der Feinstrahllithographie beschränkt. Vielmehr kann der Spannungsgenerator 1 im Rahmen der Erfindung vorteilhaft zu Erzeugung von analogen Steuerspannungen für eine Vielzahl von spannungsgeführten Geräten herangezogen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spannungsgenerator
- 2
- Steuerrechner
- 3
- Wandlermodul
- 4
- Mainboard
- 5
- CPU
- 6
- Graphikkarte
- 7
- GPU
- 8
- PCI-Bus
- 9
- Bildsignalschnittstelle
- 10
- DAC
- 11
- Encoder
- 12
- ADC
- 13
- Steuerprogramm
- 14
- Hostprogramm
- 20
- (Elektronenstrahl-)Lithographievorrichtung
- 21
- Oberfläche
- 22
- Objekt
- 23
- Lithographiestrahl
- 24
- REM
- 25
- Elektronenröhre
- 26
- Elektronenlinse
- 27
- Elektronenlinse
- 28
- Optische Achse
- 29
- Aperturblende
- 30
- Objekthalter
- 31
- Ablenkungseinheit
- 32
- Fokus
- 33
- Strahlungssensor
- 34
- (serielle) Schnittstelle
- B
- Bit
- E
- Eingangssignal
- F
- Bitwort
- M
- Analogmesssignal
- N
- Nicht-Bildsignal
- P
- Pseudo-Bildsequenz
- S
- Spannungssequenz
- U1,U2
- Analogspannung
- T
- Tupel
- W1,W2
- Spannungswert
