JP4664293B2 - 変調器回路 - Google Patents

Description

本発明は、複数小ビームのリソグラフィシステムの小ビームの大きさを変更するための変調器に関する。特にマスクレスのリソグラフィシステムのための変調器に関する。

イオン、レーザ、ＥＵＶ及び電子ビームのシステムを有するマスクレスのリソグラフィシステムは、全て、ある種の書き込み手段（writing means）へのパターンデータを処理し、送信する手段を必要としている。マスクが、パターンを記憶するための高度に効率的な方法であるため、パターンを記述するための未処理データの量は、膨大である。さらに、商業ベースで許容される処理量のためには、このデータを書き込み手段へとても高いデータ速度で送らなければならない。加えて、この高いデータ速度を限られた空間で得なければならない。マスクレスのリソグラフィシステムにおいてデータの経路の改良がこれらシステムの処理量に甚大な影響を有することは、これまで認められてこなかった。

全てのマスクレスのリソグラフィシステムは、２つのクラスに分けることができる。第１のクラスでは、データは、個々の放射源に送られる。これら放射源の強度を適当な時に調整することにより、パターンを基板の上に生成することができる。基板は、たいていウェーハである。放射源のスイッチを切り替えることは、切り替え速度が増加する時、問題となりうる。例えば、放射源の修正時間は、とても長くなりうる。

他方、マスクレスのリソグラフィシステムの第２のクラスは、連続的な放射源か、一定の周波数で動作する放射源かのいずれか一方を有している。この場合、パターンデータは、モジュレーション手段に送られる。このモジュレーション手段は、完全に又は部分的に放射されたビームが目標露出面に到達するのを、必要な時に止める。この目標露出面に渡って動いている間にこれらのモジュレーション手段をコントロールすることにより、パターンが書き込まれる。このモジュレーション手段は、修正時間に対して比較的重要ではない。したがって、より高い処理量を達成するように設計されている多くのマスクレスのリソグラフィシステムは、モジュレーション手段を用いている。

Ｃａｎｏｎは、米国特許 ５８３４７８３、５９０５２６７及び５９８１９５４において、１つの電子源を備えているマスクレスの電子ビームリソグラフィシステムを開示している。放射された電子は、拡大され、コリメートされ、加えて、アパーチャアレイにより複数の小ビームに分割されている。コントロール信号が与えられた時、パターンデータが与えられているブランカアレイが、個々の小ビームを停止する。それから、得られた画像は、縮小電子光学系により縮小されウェーハに投影される。

Ａｄｖａｎｔｅｓｔは、一方で、特許出願ＵＳ２００１００２８０４２、ＵＳ２００１００２８０４３、ＵＳ２００１００２８０４４、ＷＯ０２０５４４６５、ＷＯ０２０５８１１８及びＷＯ０２０５８１１９において、複数の電子源が用いられている、マスクレスの電子ビームリソグラフィシステムを開示している。放射されている電子の小ビームは、ブランカアレイを通過し、ブランカアレイは、適当なコントロール信号が与えられている時、個々の電子小ビームを偏向させている。さらに、通過する電子ビームは、シェーピングアレイにより形が整えられ、最終的にウェーハに焦点が合わせられている。

Ｍｉｃｒｏｎｉｃは、例えば、特許出願ＷＯ０１１８６０６及びＵＳ特許６２８５４８８において、放射されている光ビームに情報を入れるように空間光変調器（ＳＬＭ）を用いている光学リソグラフィシステムを説明している。光源は、光パルスをＳＬＭに向けて放射する。このＳＬＭは、アレイの変形可能なミラーを有しており、これは、関連しているミラーに送られているコントロール信号に依存して、放射されたビームを基板に向けて、又は、ビーム停止構造に向けて反射している。

マスクの情報は、普通、目標露出表面のある領域のマスクからパターンを転送するように、用いられている。この領域は、ダイ（die）と呼ばれている。転送されるデータの量を観念するためには、３２ｍｍ×２６ｍｍのダイを想像せよ。今、誰かが４５ｎｍの臨界寸法（ＣＤ）を有するパターンを書き込みたいと考えよ。この場合、４．１×１０^１１のＣＤ要素がダイにある。各ＣＤ要素が、必要条件を満たすように、少なくとも３０×３０画素から成っているとすると、そして、もし、この画素の強度を表現するために必要とされる唯一のビットがあるとすると、マスクにある情報は、３．７×１０^１４のビットにより表される。例えば、商業ベースで許容されるマスクレスのリソグラフィシステムの処理量が約１０ウェーハ／時である。

もし、ウェーハ上に６０のダイがあるならば、ウェーハごとに６０×３．７×１０^１４ビットが、モジュレーション手段に転送されなければならない。したがって、所望される処理量を得るために、６００×３．７×１０^１４ビットが、３６００秒にモジュレーション手段に転送されなければならない。これは、約６０Ｔｂｉｔ／秒のデータ転送速度に対応している。

全ての述べられたシステムにおいて、コントロール信号は、モジュレーション手段に電気的に送られている。しかしながら、金属ワイヤのバンド幅は、限られている。電気的な相互接続のバンド幅の制限は、電気的な相互接続の最大全容量Ｂ_ｍａｘと、 全断面積Ａと、電気的な相互接続の長さＬとに以下のように関連している。

Ｂ_ｍａｘ＝Ｂ_０×（Ａ／Ｌ^２）
比例定数Ｂ_０は、銅の相互接続の抵抗率に関連している。典型的な複数チップモジュール（ＭＣＭ）技術に対して、Ｂ_０は、約１０^１５ビット／秒である。オンチップのラインに対して、この値は、約１０^１６ビット／秒である。これら値は、ほとんど特定の製造技術には依存していない。

電気的な相互接続のバンド幅の制限は、さらに、その構成に依存していない。相互接続が多くの遅いワイヤで構成されているか、数本の速いワイヤで構成されているかは、他の効果が、パフォーマンスを制限し始める点まで、全く違いがない。

電気的な相互接続の所望の全容量は、１００×１０^１２＝１０^１４ビット／秒である。これは、全断面積の、電気的な相互接続の長さに対する比で、ＭＣＭの場合に１０^−１に、オンチップ接続の場合に１０^−２に対応している。したがって、もしＬが１ｍならば、銅の全断面積は、０．０１乃至０．１ｍ^２である。この数を書き込まれる０．０００８ｍ^２であるダイのサイズと比較せよ、そうすれば、パターン情報を光ビームに加えた後で少なくとも１０倍の縮小をしないではデータ転送を確立することは明らかに不可能である。

問題を視覚化する他のアプローチは、典型的な速さの電気的な相互接続を用いることである。この速さは、１ギガビット／秒のオーダである。したがって、１００テラビット／秒を転送するためには、１００，０００本の銅のワイヤが必要とされる。これは、膨大な量の空間を必要とし、取り扱いが難しい。

参照により組み込まれている２００２年１０月２５日に出願された米国仮出願６０／４２１，４６４において、この問題に対する解決策として、光学的伝達手段を用いてパターンを供給することが示唆されている。

本発明の目的は、上述のシステムを改良することである。

本発明のさらなるすなわち他の目的は、光学的又は荷電粒子ビームリソグラフィシステムの安定な動作を可能とする変調器を提供することである。

本発明のさらなる他の目的は、線量のコントロールを改良する変調器を提供することである。

したがって、本発明は、
小ビームの方向に影響を与えるための少なくとも１つの手段と、
変調された光ビームからの光を受け、この光を信号へと変換するための受光素子と、
この受光素子と、影響を与えるための手段の少なくとも１つとに結合し、この受光素子から受信した前記信号を、所定の離散値の組から選択された離散値を有する離散的な信号に変換し、この離散的な信号を前記影響を与えるための手段に与えるための離散化手段(discretizing means)とを具備する、複数小ビームリソグラフィシステムにおける小ビームの大きさを変調するための変調器を提供する。

リソグラフィシステムにおいて光学データ輸送手段（optical data transportation means）を用いることにより、既知の技術に基づいているが、改良された処理量と安定性とを有する、マスクレスのリソグラフィシステムを作ることが可能になる。

さらに、前記信号の中の小さな揺らぎが、小ビームの意図されていない変位（displacement）と収差とをもたらさないので、前記離散化手段は、これらの変調器に基づいたリソグラフィシステムの信頼性を改善している。

さらに、この離散化手段は、線量をより正確にコントロールする可能性を提供している。

本発明の文脈の中で、単語「光」は、光学的な（電磁的な）放射の意味で用いられている。特に、約２００乃至約２０００ｎｍの波長範囲の光放射が用いられている。

実際のパターンを基板の表面に転送する小ビームを発生するために、用いられることができる放射源は、電子、陽電子、Ｘ線、光子又はイオンのような、短い波長を有するいかなる種類の放射を放射することができる。線源は、連続的な線源か、連続的な周波数でパルスにされている線源かのいずれか一方である。したがって、線源は、いかなる情報も発生せず、小ビームを発生するだけである。しかしながら、リソグラフィシステムの目的は、ある目標露出表面にパターンを与えることである。線源は、いかなるパターン情報も与えないので、このパターン情報は、変調手段により小ビームの軌跡に沿ってどこかで小ビームに与えられなければならない。このパターン情報は、光学システムを用いて運ばれることをこの発明においては理解しなければならない。このパターン情報は、変調手段をコントロールするために用いられており、この変調手段は、小ビームを変調する。この小ビームは、実際にパターンをレジストに書き込み、又は、他の方法で試料、例えば、半導体ウェーハ、にパターンを転写する。このシステムにおいて、パターンを書き込む小ビームの性質は、線源の性質に依存している。実は、変調された光ビームは、パターン情報搬送光ビーム（pattern information carrying light beam）であり、小ビームは、パターン書き込み小ビーム(pattern-writing beamlets)である。

一実施の形態において、前記離散化手段は、操作上、前記受光素子と小ビームの方向に影響を与えるための手段とに結合されている電子回路を有している。

前記変調手段は、パターンを書き込むために用いられている小ビームの性質に依存して、様々な方法で動作することができ、様々な物理原則に基づいている。この変調手段は、信号を発生することができ、この信号は、結果として、小ビームを停止させる何らかの遮断機構、例えば、機械的なシャッター又は電気音響的な刺激のために不透明になる結晶、の作動をもたらしている。他の可能性は、前記変調手段が、選択的に信号を発生し、この信号が、結果として、静電デフレクタ又はミラーのようなある種のデフレクタ要素の作動させることである。このことは、結果として、選択された照射小ビームの偏向をもたらす。それから、この偏向されたビームは、ブランカ要素、例えば、ミラーのデフレクタと整列された、開口部を設けられているビーム吸収プレート、に投射される。両方の場合に、小ビームの変調がとても速く、好ましくは、１００ＭＨｚ以上の周波数で、行われる時、商業ベースで満足のいく処理量を得ることができる。

マスクレスのリソグラフィシステムにおいて、パターン情報は、コンピュータデータ、一般的には、デジタルコンピュータデータ、により表現されている。このパターンデータは、部分的に又は完全に制御ユニットの中に記憶されている。したがって、この制御ユニットは、データ記憶媒体、例えば、ＲＡＭ、ハードディスク、又は、光ディスク、また、例えば、パラレル構成（parallel configuration）で設けた複数のこれらの媒体、を有している。このデータは、所定のパターンを反復的に発生することができるように、前記変調手段を制御するように用いることができるフォーマットで記憶されている。さらに、この制御手段は、高いデータ速度でデータを読み出す手段を有している。高いデータ速度を達成するために、前記制御ユニットは、データを光ビームを運ぶ少なくとも１つのパターンへと変換する要素を有している。一実施の形態において、このデータ変換器は、垂直キャビティ表面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）ダイオードを有している。例えば、もし、ビットが１ならば、光シグナルが放出される一方、ビットの値が０に等しければ、全く光は、送られない。一連のビットを読み出すことにより、パターン情報を搬送している光ビームが生成されている。パターン情報を搬送している光ビームは、それから、前記変調手段に運ばれる。このデータ転送を実現することができるいくつかの可能な搬送体がある。

一実施の形態において、前記制御ユニットの中の変換器要素から前記変調手段に近い領域への転送は、データ輸送のための光ファイバを用いて達成されている。これは、電磁場と他の手段とによる擾乱を最小にして柔軟なデータ輸送を可能にしている。

現在、例えば、テレコムと、イーサネット（登録商標）との応用に用いられている光ファイバは、特定の波長、主に８５０ｎｍ、１３００ｎｍ、１５００ｎｍ、に対して最適化されている。この８５０ｎｍの最適化は、標準的なＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓレーザダイオードが良好に利用できるために、達成されている。ファイバの低い伝達損失、典型的には、０．４ｄＢ／ｋｍ未満、のために、赤外波長が用いられている。将来の発展は、６６０ｎｍと７８０ｎｍとの波長を目標にしている。これらの波長での制限に関連した回折が比較的少ないために、本発明に対して比較的短い波長が好ましい。しかしながら、いくつかの構成においては、比較的長い波長が望ましい。本発明において用いることができる波長は、光学的波長であり、約２００乃至１７００ｎｍの範囲である。現在の開発により、さらに、複数の信号を１つのチャネルを通して転送することが可能である。これら目的のために、複数波長又は複数モードの光ファイバが開発され、マルチプレックス／デマルチプレックス技術が用いられている。

本発明の一実施の形態において、前記変調手段の各変調器は、前記制御ユニットから来る前記少なくとも１つの変調された光ビームをこの変調器を作動させるための信号へと変換するための受光素子を有している。本発明のさらなる実施の形態において、前記光伝達手段は、前記少なくとも１つの変調された光ビームを前記制御ユニットから前記変調手段へと伝達するための少なくとも１つの光ファイバを有している。この実施の形態において、この少なくとも１つの光ファイバは、これの変調手段端で１つ以上の光ファイバのアレイに結合されている。本発明のさらなる実施の形態において、前記１つ以上の光ファイバのアレイからのほぼ全ての光ファイバは、前記光感受性変換器要素の１つに結合されている。

代わりの実施の形態において、前記少なくとも１つの光ファイバは、変調手段端で１つ以上の光導波管に接続されており、この光導波管は、前記受光素子に結合されている。

上述のマスクレスのリソグラフィシステムの実施の形態において、前記光伝達手段は、制御手段端に少なくとも１つのマルチプレクサーを有し、変調手段端に少なくとも１つのデマルチプレクサ―を有している。

上述のマスクレスのリソグラフィシステムの他の実施の形態において、このマスクレスのリソグラフィシステムは、前記複数の小ビームが伝わるのに平行な光経路を有し、前記光伝達手段には、さらに、前記少なくとも１つの変調された光ビームを前記光経路の中へと結合させるための光結合手段が設けられている。

上述の実施の形態において、前記データ変換器と光伝達手段とは、２００ｎｍと１７００ｎｍとの間の少なくとも１つの波長を有する、少なくとも１つの変調された光ビームを発生するために適合されている。

本発明のさらなる実施の形態において、各受光素子には、所定の波長範囲に対して透明な選択フィルタが設けられている。

代わりの実施の形態において、各受光素子には、所定の分極の方向又は所定の分極の方向の範囲を有する透過光に対する選択フィルタが設けられている。

他の代わりの実施の形態において、各受光素子は、所定の方向から又は所定の方向の範囲からプリズムに入る光にこの受光素子の感受性を限定するプリズムを有している。

さらに他の実施の形態において、各受光素子は、所定の方向から又は所定の方向の範囲からグレーティングに入る光にこの受光素子の感受性を限定するグレーティングを有している。

複数の光ファイバを有するマスクレスのリソグラフィシステムのさらなる実施の形態において、前記受光素子は、ホトダイオードを有し、一実施の形態においては、ＭＳＭ−ホトダイオード、ＰＩＮ−ホトダイオード又はアバランシュホトダイオードを有している。

光ファイバのアレイを有するマスクレスのリソグラフィシステムの実施の形態において、前記変調器は、静電デフレクタを有している。

本発明に係るマスクレスのリソグラフィシステムの実施の形態において、前記データ変換器は、レーザダイオードを有している。

前記線源が電子ビーム発生手段を有している一実施の形態においては、前記変調手段の各変調器は、前記制御ユニットから来る前記少なくとも１つの変調された光ビームをこの変調器を作動させるための信号に変換するための受光素子を有し、前記変調手段は、ビーム発生手段側面と目標側面（target side）とを有し、前記変調器の各々は、少なくとも１つの静電デフレクタ、すなわち、前記少なくとも１つの静電デフレクタと目標側面との間の開口部、を有し、前記変調器の静電デフレクタは、静電デフレクタのアレイを構成し、前記変調器の開口部は、開口部のアレイを構成し、各静電デフレクタは、受光素子に結合され、前記受光素子は、前記変調手段のビーム発生手段側面に位置し、前記静電デフレクタは、前記受光素子と開口部のアレイとの間に位置している。この実施の形態において、前記光伝達手段は、前記少なくとも１つの変調された光ビームを複数の変調された光ビームに分割するためのビーム分割手段と、各変調された光ビームを受光素子に結合するための複数の光合成器とを有している。

この実施の形態において、前記光結合器は、前記複数の変調された光ビームを前記受光素子に、前記静電デフレクタのアレイに垂直な平面に対して０°と８０°との間の角度で投射するための投射手段を有している。この実施の形態において、前記投射手段は、前記複数の変調された光ビームを前記静電デフレクタ開口部のアレイに投射するための少なくとも１つのレンズを有している。

電子ビームのマスクレスのリソグラフィシステムの実施の形態において、前記投射手段は、複数の変調された光ビームを縮小する（demagnifying）ための縮小光学システム（reduction optical system）と、この縮小された複数の変調された光ビームを前記静電デフレクタ開口部のアレイに投射するための投射光学システムとを備えた第１の縮小器（demagnifier）を有している。電子ビームのマスクレスのリソグラフィシステムの実施の形態において、前記縮小光学システムは、マイクロレンズのアレイを有しており、このマイクロレンズのアレイの各マイクロレンズは、前記複数の変調された光ビームの１つと整列されており、前記変調された光ビームの１つのサイズを減少させるために適合されている。電子ビームのマスクレスのリソグラフィシステムのさらなる実施の形態において、前記投射光学システムは、前記縮小光学システムから来る複数の変調され、縮小された光ビームを前記投射光学システムの前記レンズの方向に反射するためのミラーをさらに有する。

上述の電子ビームのマスクレスのリソグラフィシステムの実施の形態において、前記受光素子により覆われていない前記変調手段の領域には、反射層が設けられている。

上述の電子ビームのマスクレスのリソグラフィシステムの実施の形態において、入射する前記複数の変調された光ビームに面している前記変調手段の表面に拡散層が設けられている。

上述の電子ビームのマスクレスのリソグラフィシステムの実施の形態において、前記光伝達手段は、前記静電デフレクタの開口部のアレイの平面にほぼ平行な前記複数の変調された光ビームの各々を、このアレイを通して、対応する受光素子に向かって結合するための光導波管をさらに有している。電子ビームのマスクレスのリソグラフィシステムの実施の形態において、前記光伝達手段は、複数のマイクロレンズが設けられているマイクロレンズのアレイをさらに有し、各マイクロレンズは、変調された光ビームを対応する光導波管に結合するために、前記複数の変調された光ビームの１つと整列している。

上述の電子ビームのマスクレスのリソグラフィシステムの実施の形態において、
光伝達手段は、複数の光ファイバを有しており、前記データ変換器手段は、前記少なくとも１つの変調された光ビームをこれら複数の光ファイバに、又は、これら複数の光ファイバの中で操作上結合するための手段を有し、これら複数の光ファイバは、少なくとも１つのファイバのリボンを形成するようにグループにされ、この少なくとも１つのファイバのリボンは、前記静電デフレクタのアレイの側面の１つに取着され、前記受光素子は、対応する静電デフレクタを電気的な相互接続により電気的に作動させている。

マスクレスのリソグラフィシステムの他の実施の形態において、前記発生手段は、光ビーム発生手段を有している。マスクレスのリソグラフィシステムの実施の形態において、前記光発生手段は、３００ｎｍより短い波長を有している光ビームを発生するために適合されている。マスクレスのリソグラフィシステムのさらなる実施の形態において、前記変調手段は、空間的な光変調器を有している。マスクレスのリソグラフィシステムのさらなる実施の形態において、前記空間的な光変調器は、アレイのマイクロミラーを備えている変形可能なミラー装置を有している。マスクレスのリソグラフィシステムのこの上さらなる実施の形態において、各マイクロミラーは、各マイクロミラーの背面に取着され、変調された光ビームを受けるために前記光伝達手段に結合されている受光素子を有している。

本発明は、さらに、上述のマスクレスのリソグラフィシステムが用いられるプロセスに関する。

本発明は、複数の小ビームを発生するためのビーム発生手段と、実質的に各小ビームを個々に制御可能に変調するための変調手段とを有しているリソグラフィシステムを用い、
データ記憶手段からパターンデータを再取得（retrieving）することと、
このパターンデータを少なくとも一つの変調された光ビームに変換することと、
この少なくとも１つの変調された光ビームを前記変調手段に光学的に結合させることとを有する、目標の表面にパターンを転写するための方法にさらに関する。

この方法の実施の形態において、前記変調手段は、各々に受光素子が設けられているアレイの変調器を有し、方法は、さらに、
前記少なくとも１つの変調された光ビームを複数の変調された光ビームに分割することと、
前記変調された光ビームの各々を１つの受光素子に結合することとを有している。

実施の形態において、本発明に係る変調器は、前記小ビームのための通路を有し、前記影響を与えるための手段は、この通路の近くに位置している。

本発明のさらなる実施の形態において、この変調器は、複数小ビームの荷電粒子リソグラフィシステムにおける荷電粒子小ビームの大きさ（magnitude）を変調する変調器であり、前記影響を与えるための手段は、少なくとも１つの電極を有し、この電極は、前記荷電粒子小ビームに影響を与えるために電場を発生するため前記通路の近くに位置しており、前記離散化手段は、前記受光素子と、前記少なくとも１つの電極の少なくとも１つとに結合している。

さらなる実施の形態において、本発明に係る変調器は、複数小ビームリソグラフィシステムにおける光小ビームの大きさ（magnitude）を変調するための変調器であり、前記影響を与えるための手段は、この小ビームの光路に位置している。

本発明の実施形態において、前記影響を与えるための手段は、光小ビームを偏向するための少なくとも１つのデフレクタを有している。

本発明のさらなる実施の形態において、前記変調器は、前記デフレクタの偏向角を変更するための手段をさらに有し、この変更するための手段は、前記離散化手段に結合されている。

本発明の変調器の実施の形態において、前記離散化手段は、少なくとも１つの比較器回路を有しており、この比較器回路は、
前記信号と参照信号との間の第１の相違を与えることと、
少なくとも１つの閾値と前記第１の相違との間の第２の相違を与えることと、
この第２の相違の大きさに基づいて、前記所定の離散値の組から選択された離散値を与えることとの機能を提供している。

本発明の変調器の実施の形態において、前記離散化手段は、
前記受光素子に結合され、前記信号と参照信号とから第１の微分信号（first differential signal）を計算するための第１の微分器と、
前記第１の微分器に結合され、前記第１の微分信号と閾信号とから第２の微分信号を計算するための第２の微分器と、
この第２の微分器に接続され、前記第２の微分信号を前記所定の離散値の組から選択された離散値に変換するための変換器とを備えている離散化回路（discretizing circuit）を有している。

本発明の変調器の実施の形態において、前記信号は、時間変化する電気ポテンシャルである。

本発明の変調器の実施の形態において、前記信号は、時間変化する電流である。

本発明の変調器の実施の形態において、前記離散化回路は、ＰＭＯＳ型のトランジスタとＮＭＯＳ型のトランジスタとを有しているインバータ回路である。

本発明のさらなる変調器の実施の形態において、前記離散化回路は、複数のインバータを直列で（in series）有しており、少なくとも１つのインバータには、ＰＭＯＳ型のトランジスタとＮＭＯＳ型のトランジスタとが設けられている。

本発明のこの上さらなる変調器の実施の形態において、前記直列のインバータの数は、偶数である。

本発明の変調器の実施の形態において、前記複数の直列のインバータの各連続したインバータは、前記複数の直列のインバータの中の前の（previous）インバータの中のトランジスタよりも大きな電流で動作するように設計されているトランジスタを有している。

本発明は、複数の変調器を有し、複数小ビームリソグラフィシステムにおける複数の小ビームの大きさ（magnitude）を変調するための変調器アレイであって、各変調器は、
小ビームの方向に影響を与えるための少なくとも１つの手段と、
変調された光ビームから光を受け、この光を信号に変換するための受光素子と、
前記受光素子と影響を与えるための手段の少なくとも１つとに結合し、前記受光素子から受けた前記信号を所定の離散値の組から選択された離散値を有する離散信号に変換し、この離散信号を前記影響を与えるための手段に与えるための、離散化手段とを有している、変調器アレイにさらに関する。

本発明は、複数の小ビームを発生するためのビーム発生手段と、個々に制御可能に実質的に各小ビームを変調するための変調手段とを有しているリソグラフィシステムを用いて、目標の表面にパターンを転写するための方法であって、この方法は、
データ記憶手段からパターンデータを再取得することと、
このパターンデータを少なくとも１つの変調された光ビームに変換することと、
この少なくとも１つの変調された光ビームを、各小ビームに対して少なくとも１つの変調器を有しているアレイの変調器を備えている前記変調手段に光学的に結合させることとを有し、各変調器は、
小ビームの方向に影響を与えるための少なくとも１つの手段と、
変調された光ビームから光を受け、この光を信号に変換するための受光素子と、
この受光素子と影響を与えるための少なくとも１つの手段とに結合し、前記受光素子から受けた前記信号を所定の離散値の組から選択された離散値を有する離散信号へと変換し、この離散信号を前記影響を与えるための手段に与えるための離散化手段とを有している、方法にさらに関する。

本発明は、本発明に係るマスクレスのリソグラフィシステムの以下の実施の形態においてさらに明確にされる。

本発明に係る変調手段において、この変調手段は、光信号を与えられる。実質的に各々が受光素子を有し、ホトダイオードであることが好ましい。この変調手段の基本的な動作は、図１ａに概略的に示されている。パターン情報を搬送している光ビームは、制御ユニットから受光素子に向かって送られている。

もし、この受光素子が光を受けると、信号を発生し、変調手段に送る。結果として、通過する小ビームは、変調され、目標露出面に到達しない。光が全くないならば、変調手段に転送される信号も全くない。小ビームは、擾乱されることなく通過し、最終的に目標露出面に到達する。パターン情報を変調手段に向かって送っている間に、この目標露出面とリソグラフィシステムの残りとを相互に動かすことにより、パターンを書き込むことができる。

もちろん、システム全体を図１ｂに示されているように、反対の方法で動作させることも可能である。この場合には、受光素子にあたる光の結果、変調手段に向かって送られている信号の消去が生じる。通過する小ビームは、いかなる変調もなく目標露出面に到達している。しかしながら、受光素子が、光を受けない時は、信号が、変調手段に向かって送られ、この変調手段は、通過する小ビームが目標露出面に到達することを妨げる。

変調手段へ光ファイバを取り付けることにより、深刻な複雑さが生じ得る。一実施の形態において、データが通った道筋の最後の部分が、異なる転送媒体を用いている。後者の場合には、複数のファイバは、緊密に集合されて終端し、したがって、光ファイバアレイを形成している。光ビームを搬送する放出されたパターン情報は、それから、他の光学的な搬送体に向かって送られている。変調手段が真空の中に位置している時には、光ファイバを真空の外側に保つことが好ましい。後者の場合には、放出された光ビームは、真空の境界の透明部分によりリソグラフィシステムの中へと結合することができる。

ほとんどの場合には、パターン情報を搬送している光ビームを受光素子へと光ファイバを通してわざわざ導くことは、実際的ではない。この場合には、他の工学的搬送体が、データの転送を続けることができる。複数の光ファイバが、光ファイバアレイを形成するように共に結合されていることが好ましい。したがって、パターン情報を搬送している光ビームは、異なる方法で受光素子に向かって伝わっている。データの転送の１つの可能な方法は、ファイバから放出される光を変調手段の受光素子に、放射された小ビームが伝わっているのと同じ環境を通して送ることである。このように、自由空間の光学的な相互接続が生じる。他の可能な搬送媒体は、変調手段の構造の中に位置している光導波管である。

光導波管又は光ファイバの場合には、複数波長を、電気通信の応用において普通に行われているように、チャネルを通して輸送することができる。この場合、光ビームを搬送している複数のパターン情報が同一のチャネルを共用するために、転送媒体により占められている空間は、著しく減少する。変調器が用いることができる信号への変換を、ＤＷＤＭ複数波長受信器のような、光電子工学受信器で行うことができる。

受光素子は、入射光信号を、電気的又は音響的な信号のようないかなる他の種類の信号にも変換する、従来技術で既知のどんな素子であることもできる。このような変換器の例は、ホトカソード、ホトトランジスタ、光抵抗器及びホトダイオードである。高いデータ速度の必要条件に見合うために、受光素子は、小さなキャパシタンスを持ち、高い周波数で動作することを可能にしているべきである。さらに、この素子は、変調手段の中に一体化することが容易であることが好ましい。上述の要求に見合うホトダイオードがある。好ましい実施の形態は、ＭＳＭ−ホトダイオードを使用している。このホトダイオードの主な有利な点は、このホトダイオードのキャパシタンスが小さいことである。したがって、高い周波数で動作することが可能である。さらに、ＭＳＭ−ホトダイオードの製造は、比較的容易である。他のよい選択肢は、ＰＩＮ−ホトダイオードを用いることである。この素子も、小さなキャパシタンスを持つが、この構成要素をアレイの中に一体化させることは、いくらか比較的難しい。他のとても有用な選択肢は、アバランシュホトダイオードである。

前に既に述べたように、データ速度と、したがって、変調周波数とは、とても高い。この速度で変調数するためには、適当な切り替え回路が重要である。本発明は、以下で議論される３つの光学的な搬送体の隣の変調された光ビームを転送するための他の関連する手段を実現している。

転送のための選択肢
自由空間の光学的相互接続
パターン情報を搬送している光ビームを、放射された小ビームが伝わるのと同じ媒体を通して、対応する受光素子に投射する時、複数の複雑な状況が生じる。パターン情報を搬送している光ビームを、受光素子が位置している平面に垂直に投射することは、しばしば不可能である。このことは、例えば、放射された小ビームが既に上述の平面に垂直に投射されている時にあてはまり得る。この小ビームとパターン情報を搬送している光ビームとの間の干渉は、パターンに影響をもち、これは、結果として、制御ユニットから目標露出面に向かっての正しくないデータ転送を生じる。この問題を避けるために、パターン情報を搬送している光ビームは、受光素子、例えばホトダイオード、の光感受性面にある角度で到達する。しかしながら、この入射角αが増加する時、パターン情報を搬送している光ビームの、ホトダイオードの光感受性面上でのスポットのサイズも増加する。あらゆるホトダイオードを個々に取り扱うために、パターン情報を搬送している光ビームのスポットのサイズは、ホトダイオードの光感受性面の面積よりも小さくあるべきである。したがって、入射角αは、できる限り小さくあるべきである。しかし、このことは、図２ａに示されているような障害物のために常には可能ではない。

もちろん、ファイバのアレイ２と障害物１との位置の上手な選択で、たいてい問題は避けられる。しかしながら、このことは常には可能ではない。本発明は、入射角αを、障害物１の除去又は移動無しで減少する方法を有する。まず、この障害物１を、パターン情報を搬送している光ビームに対して透明に作ることができる。もし、遮蔽物が、例えば、静電レンズアレイであるならば、この静電レンズアレイをある種の伝導性ガラス又はポリマーで作ることができる。代わりに、パターン情報を搬送している光ビームの波長を、障害物１がこれらのビームに対して透明になるように、選ぶことができる。例えば、シリコンは、１１００ｎｍより長い波長に対して透明になる。したがって、標準的なファイバの応用において用いられている１５００ｎｍの波長を用いると、放射されたビームは、シリコンの遮蔽物をこの遮蔽物が存在していないかのように通過する。

遮蔽物１を除去することなく入射角αを減少する他の可能性は、より多くの光ファイバアレイ２を用いることである。図２ａには、ファイバアレイ２を出たパターン情報を搬送している光ビームが、複数の変調器が設けられているプレート３に投射されている状況が描かれている。放射されているビームは、プレート３全体をおおっている。もし、この構成において、投射されているスポットのサイズが大きすぎる時は、入射角を、ファイバアレイ２を変調器手段プレート３から離れるように図２ｂに示されているようにホトダイオードが位置している平面に垂直に動かすことにより、減少することができる。結果として、臨界入射角α_１を減少させる。この場合、スポットのサイズを必要条件の中に限定することができる。しかしながら、プレート３の半分だけが照射されている。第２のファイバアレイ２を図２ｃに示されているように、同じ高さで変調プレート３の対向する側で用いることにより、このプレート３の全体が照射され、スポットのサイズは、十分に小さくなる。両方の光ファイバアレイ２は、元のファイバアレイと比べて半分の量のファイバを有している。光ファイバアレイ２の正しい量を選択することにより、アレイの受光素子が設けられているプレートを所望の入射角α_１で照射することができる。

図３ａと図３ｂとは、正方形及び長方形の変調プレート３の上面図を示している。点線は、１つのファイバアレイにより照射される領域の境界を示している。前に既に説明したように、１つのファイバアレイでは十分ではないかもしれない。この場合には、例えば、２、４、又は６つの光ファイバアレイ２を必要条件の中でプレート全体を照射するために用いることができる。

さらに、パターン情報を搬送している光ビームを何回かの反射によりシステムの中に結合することが可能である。障害物１を、例えば、反射材料でコーティングすることができる。さらに、追加の複数のミラーを、所望の入射角を生じるように、システムの中の有利な位置に置くことができる。

パターン情報を搬送している光ビームは、マルチモードの光ファイバーを用いている場合に、光ファイバアレイの中に属している光ファイバから出た時に、約５０乃至１５０μｍの直径を有している。単一モードのファイバは、約１乃至１０μｍだけの直径を有している。ホトダイオードの光感受性面は、１０乃至３０平方ミクロンのオーダであることができる。一実施の形態において、マルチモード光ファイバが用いられ、この結果、光ファイバアレイを出ているパターン情報を搬送している光ビームの直径を減少する必要がある。さらに、正しい解像度での投射を実現するように、ある種の集束装置（focusing）を配置しなければならない。

パターン情報を搬送している光ビームの縮小と、焦点が合っている投射との両方を実行するために光学的な集合体を必要とし得る。縮小することができるファイバアレイの２つの特性がある。第１に光ファイバアレイ２を出た光ビームの直径を縮小することができる。第２に２つの隣接している光ビームの間の距離、いわゆるピッチ、を光学的手段により減少することができる。光ファイバアレイ２を出る光ビームの変調プレート３での焦点の合った投射を、光ファイバアレイ２と変調アレイ３との両方が互いに平行に延びている時に、容易に実現することができる。もし、これら２つの平面が平行でないならば、変調アレイ３での各個々の光ビームのスポットのサイズは、変化する。ファイバアレイ２の変調プレート３への投射をレンズ５で行う。しばしば、光ビームは、変調プレート３に０ではない入射角で投射されている。したがって、光ファイバアレイ２の中の光ファイバ４を、光ファイバを出ている光ビームを図４に示されているようにレンズに向けるように、配置することができる。このように、レンズ５の十分な照射を確実としている。

このレンズ５が、光ファイバアレイ２と変調プレート３との間の正確に中央に位置している時、１：１投射が起こる。レンズを変調プレート３に向けて動かすことにより、パターン情報搬送光ビームの直径とピッチとの両方が減少する。レンズ５を他の方向にすなわち、光ファイバアレイ２の方向に、動かすことにより、結果として、両方のパラメータが増加する。

縮小と投射との両方に関する最適な性能のために、より多くのレンズを必要とし得る。２つのレンズ６、７を用いた可能な構成が図５ａに示されている。像の全体と、その結果、光ファイバアレイ２を出ているあらゆる個々のパターン情報を搬送している光ビーム５とを減少している。障害物を伴う実施の形態においては、複数のミラーを受光素子に光ビームを投射するために用いることができる。

いくつかの場合では、ビームの直径を隣接する複数のビームとの間のピッチよりも減少させる必要がある。光ファイバアレイ２と投射レンズ７との間に位置しているマイクロレンズのアレイ９は、この配置を行うことができる。各個のレンズは、光ファイバのアレイ２の中の単一のファイバ４に対応している。光ファイバのアレイ２を出た、パターン情報を搬送している光ビーム８の各々の直径は、図５ｂに示されているように、この構成の中で個々に縮小されている。投射レンズ７は、対応する受光素子に全ての縮小されたビームの焦点を合わせている。何らかの障害物のために直接的な投射が不可能な時は、複数のミラーを所望の入射角αで受光素子にパターン情報を搬送している光ビームを投射するように、用いることができる。

スポットのサイズに関する他の潜在的な問題は、ファイバのアレイ２から放出された隣接する、パターン情報を搬送する光ビームの間のクロストークである。複数の処置を適用することにより、このクロストークを減少させることができる。例えば、ホトダイオードの光感受性面が全て一方の一平面の中にある変調手段のアレイにビームを投射することを再び考慮せよ。

クロストークの問題への第１の解決策は、図６ａに示されている。隣接する受光素子の間の領域は、反射層１０で覆われている。入射光ビームの大部分は、光感受性変換素子１１に当たる。この素子１１に当たっていない光ビームの部分は、隣接する素子のいずれにも影響を与えることなくシステムの中へと反射されて戻っていく。受光素子１１を無反射層でコーティングすることにより、光検出効率をこの上さらに高めることができる。

クロストークを減少させるための第２の処置は、図６ｂに示されているように、アレイ３の全体に散乱層１２を載せて使用することである。入射光は、この場合、全ての方向に散乱される。この散乱のために、反射されたビームの強度は、劇的に減少する。このアプローチの不利な点は、これが、背景放射（background radiation）の増加を補償するために、受光素子１１に高い閾レベルを必要とすることである。

クロストークを減少させるための第３の方法は、光感受性変換素子１１にフィルタを載せて使用することである。例は、図６ｃに示されている波長フィルタ１３又は偏光フィルタである。この波長フィルタ１３により、ある波長に対する選択性が高まる。結果として、わずかに異なる波長を有する隣接するパターン化されたビームから来る波は、フィルタで除かれる。所定の方向に偏光された光だけを透過するフィルタは、同じ効果を持つことができる。

この上他の可能な処置は、受光素子１１を所定の方向から来る光だけに対してだけ感受性をもつようにすることである。図６ｄに示されているように、変調アレイ３に小さなプリズム１４又はグレーティング１５を組み込むことによりこれを行うことができる。受光素子１１に正しい角度で当たり、正しい方向から来る光だけを変調プロセスに用いる。他の全ての方向から来る光は、除外される。

光導波管
光ファイバのアレイ２を出たパターン情報を搬送している光ビームを変調手段に埋め込まれている受光素子１１に向けて転送する第２の可能性は、平面状の光導波管を使用することである。平面状の光導波管を、基板の中へと又は基板へと埋め込まれている複数の光ファイバとして考えることができる。変調手段３のアレイを再び考慮せよ。平面状の光導波管をこのアレイに一体化させることができる。この場合、図７に概略的に示されているシステムを構成することができる。光ファイバのアレイ２を出た各個のパターン情報を搬送している光ビーム８を、対応する光導波管１６の中へと結合させなければならない。このことを直接、又は、図７に示されているようにレンズ１７のアレイにより行うことができる。この場合、角レンズは、個々の、パターン情報を搬送している光ビーム５を対応する平面状の光導波管１６の入口ポイントの中へと結合する。この光導波管１６は、パターン情報を搬送している光ビーム８を変調アレイ３を通して適正な受光素子１１に向けて輸送する。受光素子１１は、パターン情報を搬送している光ビーム８を一連の信号に変換し、この信号は、変調器１８を作動させ又は作動を停止させる。結果として、入射している小ビームは、パターン情報にしたがってコントロールされている。この実施の形態における一連の信号を変調アレイ３に埋め込まれている電気ワイヤ１９を通して変調器１８に向けて輸送している。

図８は、図７に示されているのと同じ構成の上面図を示している。この場合、全ての変調器１８を制御するために２つのファイバのアレイ２を用いている。しかしながら、どんな数のアレイ２も適用可能である。受光素子１１は、正方形により表されている一方で、変調器１８は、円により表されている。明確にするために、パターン情報を搬送している光ビーム８のうち２つの軌跡だけを示している。

光ファイバ
制御ユニットから受光素子１１に向けてのデータ転送のための第３の可能性は、全ての経路に対して光ファイバを用いることである。このアプローチの主たる問題は、個々のファイバ４を変調手段が一体化されている構造に接続することである。再び、変調アレイ３を用いることを想像せよ。個々のファイバ４をこのアレイ３に接続することにより、例えば、このアレイ３が走査を目的として動いている時に問題を生じ得る。応力と摩擦とのような機械的作用が、取着の領域に働いている。最終的に、接続は破壊され得る。この問題を避けるための可能な処置は、一群の光ファイバ４をファイバのリボン２０を形成するように結合することである。この場合、このリボン２０は、図９に示されているように変調アレイ３の側面に接続されている。図には、２つのリボン２０が示されている。他の数のリボン２０も可能である。このファイバのリボンの中の光ファイバの２つの例示的な軌跡が、概略的に破線で示されている。図の中で正方形で表されている受光素子１１は、ファイバのリボン２０の変調アレイ３との接触部の近くに位置することができるが、これら受光素子１１は、入射している複数の小ビームの比較的近くに位置することもできる。光学的な信号が、電気的な信号に変換されることが好ましい。これら電気的な信号は、オンチップの電気ワイヤ１９を通して、円で表され、対応する入射する放射された小ビームに近接している、変調器１８に向けて転送されている。

例
次の２つの節では、本発明で実施されているマスクレスのリソグラフィシステムの２つの例を説明している。

例１、マスクレスの電子ビームリソグラフィシステム
図１０乃至１２は、このシステムの複数の部分を示している。この例で用いられているマスクレスの電子ビームリソグラフィシステムにおいて、このシステムは、開口部２３を通過してくる入射電子小ビーム２２を偏向するための静電デフレクタ２１を備えたアパーチャプレートを有している。このプレートを小ビームブランカアレイ２４と称する。電子小ビーム２２がこの小ビームブランカアレイ２４を通過した時、これら電子小ビーム２２は、偏向された時、これらの軌跡が終端する第２のアパーチャアレイに到達する。この第２のプレートを小ビーム停止アレイ２５と称する。

このリソグラフィシステムの変調の概念が図１０に示されている。入射電子小ビーム２２は、小ビームブランカアレイ２４に投射されている。電子小ビーム２２の位置は、プレート２４の開口部２３の位置に対応している。小ビームブランカプレート２４は、変調手段としてデフレクタ素子を有している。この例において、デフレクタ素子は、静電デフレクタ２１を有している。受けた情報に依存して、ビームブランカアレイ２４の中に位置しているデフレクタ２１をオン又はオフにしている。このデフレクタ２１がオンにされた時、電場が開口部２３を横断して確立され、この結果、この開口部２３を通過する小ビーム２２の偏向が生じる。偏向された電子小ビームは、それから、小ビーム停止アレイ２５により停止される。この場合、目標露出面には全く情報が到達しない。デフレクタ２１がオフにされた時、小ビームは、通される。各通された小ビーム２８は、目標露出面に焦点が合わせられる。この目標露出面とアレイの集合体とを互いに相対的に動かすことにより、そして、例えば、追加の小ビームデフレクタアレイで小ビームを走査することにより、パターンを書き込むことができる。

図１１は、このマスクレスのリソグラフィシステムにおいて自由空間相互接続を用いる可能な構成を示している。制御ユニットの中のデータ記憶媒体から出てきて光ファイバのアレイ２を出たパターン情報を搬送している光ビーム８は、２つのレンズ２９により縮小されている。代わりに、例えば図５に示されているような他の構成を用いることもできる。パターン情報を搬送している光ビーム８は、この場合、ミラー３０と集束レンズ７とで小ビームブランカプレート２４に投射されている。入射角αは、０°から８０°の範囲である。もし、αが８０°より大きく又は、他の複雑な状況によりより小さな角度が望まれるならば、小ビームブランカプレート２４を図１２に示されているように１つより多くのファイバのアレイ２で照射することができる。図示されている状況では、４つのファイバのアレイ２が小ビームブランカプレート２４を照射している。図１２においては、４つの対応する集束レンズ７が示され、パターン情報を搬送している光ビーム８を小ビームブランカプレート２４のそれぞれの領域に集束している。

例２、マスクレスのＥＵＶ光の光リソグラフィシステム
図１３に概略的に示されているこの例におけるマスクレスのＥＵＶシステムは、空間光変調器（ＳＬＭ）を有している。ＳＬＭを用いている複数のマスクレスのリソグラフィシステムを、例えば、ＷＯ０１１８６０６に見出すことができる。このＳＬＭは、ミラーのアレイを有し、このミラーのアレイは、ビームを最終的に封鎖するか通過させるように、入射する光ビームを反射している。このようなＳＬＭの一例は、変形可能ミラーデバイス（ＤＭＤ）である。ＤＭＤは、第１の例に示されている静電デフレクタアレイと同じ方法で制御される。変調信号が、背面から又は側面からシステムの中に結合している。最も可能性のある構成は、変調の背面制御である。各ミラーの背面に受光素子を設けることにより、前に述べられたのと同じ光搬送体を使用して制御を行うことができる。多分、自由空間光学的相互接続を使用することが最も便利な選択肢である。

動作の概略的な図面が図１３に示されている。レーザが光ビームを放射し、この光ビームは、ビームスプリッタにより複数の小ビームに分割されている。これら複数の小ビームは、ＳＬＭに照射されている。制御ユニットからＳＬＭに向けて送られている、パターン情報を搬送している光ビームが、ビームスプリッタから来る小ビームの透過確率を制御している。透過された小ビームは、レンズで目標露出面に集束されている。この目標露出面とシステムの残りの部分とを互いに相対的に動かすことにより、パターンを書き込むことができる。

変調手段の動作は、さらに、少なくとも１つのパターンデータを搬送している光ビームを放射している、制御ユニットの中のデータ変換器の特性に影響を受けている。受光素子に当たっている光により、光子による誘起信号（photon-induced signal）、Ｓ_ｌｓｅが発生する。ほとんどの受光素子において、入射光のより大きな強度Ｉ_{ｌｉｇｈｔ}により、図１４ａに示されているように、より多くの強度信号が発生する。発生した信号は、変調された電流か変調された電位の一方でありえ、この値は、制御ユニットの中のデータ変換器により放出されている光の強度変化に従っている。

２つの変調の選択肢、小ビームは変調されるか、されないかの一方、を有する変調手段の理想的な動作を考慮せよ。図１４ａに示されている動作モードに従って、受光素子の出力信号は、光ビームを受けるとすぐに、図１４ｂに示されているように、「オフ」状態から「オン」状態へと切り替わる。出力信号は、制御信号が再び「オフ」になるまで、すなわち、受光素子により全く光が検出されなくなるまで、この状況のままでいる。しかしながら、制御ユニットの中のデータ変換器により放出された、パターンデータを搬送している光ビームは、意図されない強度変化をする。さらに、制御ユニットが「オフ」信号を送っている時の光の強度は、常には０ではない。光強度のこれらの変化とオフセットにより、受光素子が発生する出力信号に同様の変化を生じている。この信号で変調された小ビームは、意図されていない変位と収差とを受ける。結果として、目標の表面に高い解像度特性でパターンを書き込むことは、もし、不可能でないではないにしても、極めて難しくなる。

本発明の一実施の形態において、前述の性能への制限は、各変調器に離散化手段を設けることにより避けられる。受光素子の連続的な出力信号は、この離散化手段への入力信号としての役割を果たす。この離散化手段の出力信号は、小ビームの実際の変調の原因であり、一組の離散的で、許容でき、所定の値を有する連続的な信号である。最も容易な場合、バイナリの場合には、離散化手段の結果として生じる出力信号は、２つの値を持ちうる。一方の値は、「変調オン」に対応し、他方の値は、「変調オフ」に対応している。

この離散化手段は、ある種の比較器回路を有していることが好ましい。出力信号が電位の時は、ある形式の電位比較器回路を出力変調ポテンシャルの可能性のある値の離散的な組を発生するように用いることができる。受光素子が電流源として用いられている場合には、ある形式の電流比較器回路を、信号を離散化し、許容できる離散値の限定された組を有することができる変調電流を与えるように、用いることができる。加えて、この離散化手段には、ＩＶ、又は、ＶＩ変換器を設けることができる。この変換器を加えることにより、電流と電圧とを比較することが可能となる。

比較器は、一般に、２つの入力信号と１つの出力信号とを有している。大抵、一方の入力は、一定の参照信号Ｓ_ｒｅｆであり、他方の入力信号は、時間変化する信号である。この本発明で用いられる時間変化する信号は、受光素子の出力信号、Ｓ_ｌｓｅである。比較器は、Ｓ_ｌｓｅの入力信号と、Ｓ_ｒｅｆの参照値とを比較している。この相違がある閾値、Ｓ_ｔの下にとどまっている時は、出力信号は、信号の値が固定された第１の値に固定されている第１の状態にある。この相違が、例えば、受光素子による光制御信号を受けたために、閾値を越える時は、出力信号は、第２の状態に切り替わる。この状態では、信号は、第１の固定された値とは異なる第２の固定された値を有する。相違のさらなる増加によって、出力信号の値は、もはや変化しない。例えば、受光素子に当たっている光信号を取り除くことにより引き起こされる、相違の閾値の下への減少によってのみ、変調電位は、その第１の状態へと戻されて再設定される。本発明において、比較器の離散化された出力信号は、変調信号Ｓ_ｍｏｄとして用いられる。

バイナリの場合に、変調信号に離散化手段を加えることの結果が、図１４ｄに示されている。変調信号は、ｔ_１で前記第１の固定された値と第２の固定された値との間で切り替わっている。これは、この時間に、Ｓ_ｌｓｅ及びＳ_ｒｅｆの値の間の相違が前記閾値Ｓ_ｔを越えているためである。この閾値を、適当な成分を正確に選択することにより調整することができる。

ビームブランカアレイ（ＢＢＡ）の例を考慮せよ。図１５は、対応する光学制御信号を受け取るとすぐにデフレクタの電極に荷電し放電するために用いられるインバータ回路を示している。この回路は、２つの所定の明確な電圧、高電位Ｖ_ｈと低電位Ｖ_ｌとの間で切り替わることができる。この回路は、ＰＭＯＳトランジスタ（上方のトランジスタ）１００と、ＮＭＯＳトランジスタ（下方のトランジスタ）１０１とを有している。両トランジスタ１００、１０１のベースは、互いに接続され、受光素子１０２に接続されている。両トランジスタのコレクタも、互いに接続されている。トランジスタ１００のエミッタは、高電位Ｖ_ｈに接続され、トランジスタ１０１のエミッタは、低電位Ｖ_ｌに接続されている。両トランジスタ１００、１０１のコレクタは、また、低電位Ｖ_ｌに接続されているコンデンサ１０３により接続されている。図１４の回路は、動作の第１モードに従って以下のように動作する。

光が受光素子により検出されると、フォトンにより誘起された電流Ｉ_ｌｓｅが発生する。したがって、この回路においては、受光素子１０２は、光感受性電流源として働いている。ゲートとこのソースとの間のコンデンサ１０３は、ＩＶ変換器といして働く。これは、このコンデンサが高い周波数においては、抵抗器として振舞うからである。従って、電流は、トランジスタ１００、１０１のコンデンサを以下のように充電する。

Ｖ_{ＧＳ，ＰＭＯＳ}−ＶＨ＞Ｖ_{Ｔ，ＰＭＯＳ} 及び
Ｖ_{ＧＳ，ＮＭＯＳ}−ＶＬ＜Ｖ_{Ｔ，ＮＭＯＳ}
ここで、Ｖ_ＧＳは、ゲート―ソース電圧、Ｖ_Ｔは、ＰＭＯＳトランジスタ１００とＮＭＯＳトランジスタ１０１それぞれの閾電圧である。結果として、この場合、ＰＭＯＳトランジスタ１００は、「オン」に切り替え、ＮＭＯＳトランジスタ１０１は、「オフ」に切り替える。ドレインとＰＭＯＳトランジスタ１００のソースとの間に確立された電流は、偏向電極をＶ_Ｈに等しい電位まで荷電する。結果として、対応する開口部を通過している荷電粒子のビームは、偏向される。

受光素子に全く光が入射していない時、前記条件は、以下のように変化する。

Ｖ_{ＧＳ，ＰＭＯＳ}−ＶＨ＜Ｖ_{Ｔ，ＰＭＯＳ} 及び
Ｖ_{ＧＳ，ＮＭＯＳ}−ＶＬ＞Ｖ_{Ｔ，ＮＭＯＳ}
この結果、ＮＭＯＳトランジスタ１０１は、「オン」に切り替え、ＰＭＯＳトランジスタ１００は、「オフ」に切り替えられる。結果として、デフレクタ電極は、放電し、初期の状況を復元する。この示された構成では、２つの閾値を用いていることを銘記されたい。

図１５に示されているような追加のインバータ回路を並列にさせることにより、より多くの閾値を用いることが可能である。最終的には、変調電位の離散的な組を設けることができ、この結果、各個の通過荷電粒子小ビームの制御された変調を可能にしている。適当なトランジスタを選択することにより、各個の場合に対して、最適化された設定を設計することができる。１つより多い閾値を用いることは、この例に限定されない。実は、１つより多い閾値を用いることは、どんなマスクレスのリソグラフィシステムでも、特に「グレイライティング（gray writing）」すなわち、線量の値の離散的な組を用いるパターン化の方法、を実現しているリソグラフィシステムにおいては、有用であり得る。

図１５に示されている回路は、用いられている複数のトランジスタの静電容量が、寄生振動の（parasitic）静電容量と静電デフレクタの電極の間の静電容量との和の大きさと同じオーダの大きさである高い周波数で最も良く動作する。トランジスタの静電容量が、変調静電容量よりもずっと小さい時は、印加された電流を増幅する必要がある。印加された電流の増幅を、例えば、いくつかのインバータ（トランジスタ１００、１０１）を図１６に概略的に示されているように直列にさせることにより達成することができる。トランジスタ（１００−１、１００−２、１００−３、１０１−１、１０１−２、１０１−３）は、各連続した段階（stage）において（すなわち、１００−１と１０１−２との段階、１００−２と１０１−２との段階、１００−３と１０１−３との段階）前の段階よりも大きな電流で作動するように設計されている。

図１５と図１６とに示されている回路の性能は、比較的低い周波数で比較的うまく作動しない。これらの比較的低い周波数においては、インバータ回路の入力電圧は、不確定になりえ、値を動作の次のサイクルに間に合わせて再設定するのには、時間がかかりすぎる可能性がある。これらの条件の下でフィードバック機構がこれを改善し得る。図１７ａは、ＰＭＯＳトランジスタ１０４を有するフィードバック機構を有する回路を示している。この回路において、コンデンサ１０３は、両方のコレクタには、接続されていないが、トランジスタ１０４のベースには接続されている。トランジスタ１０４のエミッタは、高電圧Ｖ_ｈに接続され、コレクタは、受光素子１０２に接続されている。

フィードバック機構は、インバータ回路の入力信号を再設定し、光が受光素子に再び当たるまで、これを維持する。図示されている特定の構成は、図１４ｂに概略的に示されている、すなわち、光信号のオンは、静電偏向のオフを意味する、動作の第２のモードにおいてだけうまく動作する。再び、電流を図１６に示されている機構と同様の機構を用いて増幅することができる。しかしながら、奇数個のインバータを備えた機構は、低周波数で比較的うまく動作しないので、偶数個のインバータが好ましい。

フィードバックトランジスタ１０４を通る漏れ電流（leakage current）は、回路の性能に好ましくない影響を有している。この影響を避けるために、第２の相補的なトランジスタ１０５を、図１７ｂに示されているように、フィードバックトランジスタ１０４と並列に位置させることができる。この場合、このフィードバックトランジスタ１０４を通る漏れ電流は、コレクタで受光素子に接続され、ベースとエミッタとで高電圧Ｖ_ｈに接続されている前記相補的なトランジスタ１０５を通る漏れ電流により完全に補償されている。実効的に、漏れ電流は、生じない。

図１８は、離散化手段の機能を示している。この離散化手段の最も簡単な実施の形態は、図１８ａに示されているように比較器だけを有している。この比較器は、２つの入力値を比較し、この比較の結果に依存して、出力信号を割り当てる。本発明において、入力値は、受光素子により発生した信号の値Ｓ_ｌｓｅである。第２の入力値Ｉは、ある所定の閾値である。出力値は、所定の値の組から選ばれ、比較の結果に依存している。

それから、この出力値が、変調信号Ｓ_ｍｏｄに割り当てられ、この変調信号は、露光される表面にパターン形成する原因となる小ビームを変調する。多くの場合に、受光素子により発生される信号の範囲は、閾値ときちんと整列されていない。この問題を、図１８ｂに示されているように、離散化手段に少なくとも１つの微分器を加えることにより解決することができる。比較器に到達する前に、受光素子から来ている入力Ｓ_ｌｓｅは、Ｓ_ｌｓｅから参照信号Ｓ_ｒｅｆを差し引くことにより適当に調整される。それから、相違Ｓ_ｌｓｅ−Ｓ_ｒｅｆは、比較器により閾値と比較される。図１５乃至１７に示されている実施の形態は、全て、図１８ｃに示されているように図１８ｂに示されている機構と作動する。参照信号は、一定値での信号に対応し、Ｖ_ＨとＶ_Ｌとは、トランジスタのソース側に接続されている。閾値Ｖ_Ｔは、各トランジスタの固有の値である。信号Ｓ_ｌｓｅは、トランジスタのゲートに適用されている。比較器は、この場合、ゲートとソースとの相違と、各トランジスタにおける閾値とを比較し、電流Ｉ_ＤＳが流れることができるかできないかを決定している。したがって、これらの素子の適当な構成は、結果として、所望の離散化の動作を生じる。

離散化手段の他の実施の形態は、図１８ｄと図１８ｅとに示されている。図１８ｄにおいて、受光素子からの信号は、直接比較器に向けられ、そして、遅延素子（delay）と、選択的に、倍率器とを介してこの比較器に向けられている。この回路は、また、一定比弁別器（constant fraction discriminator）と呼ばれている。このように、一定ではない、所定の閾値が用いられている。この閾値は、実は、現在の信号の値と、（遅延要素に依存して）所定の量の時間だけ前の信号の値との間の違いに基づいている。この実施の形態の変形が図１８ｅに示されている。

マスクレスの荷電粒子リソグラフィシステムだけではなく、マスクレスの光リソグラフィシステムにも離散化手段を設けることができる。後者のシステムにおける変調器のアレイの例が図１９に示されている。図示されている構成において、光小ビーム１０７は、マイクロミラー１０９のアレイに投射されている。制御信号を受信（又は、中断）するとすぐに偏向の方向が変化している。

本発明に係われば、制御信号は、光学的に、図示されている実施の形態においては、ファイバ１０６と自由空間とを通して、対応する受光素子１０８に向けて送られている。再び、これら光制御信号の違いにより、結果として生じる、前記受光素子１０８によって発生する電気的な制御信号の異なる強度が生じている。

図１９において、左から２番目の制御線は、大きな強度Ｎを有する信号を転送し、強度ｎを有している信号だけを搬送している４番目の制御線の強度ｎより大きい。これは、後者の制御線の受光素子１０８に当たる光制御信号の比較的小さい強度のためである。もし、これら信号が、直接、対応するマイクロミラー１０９に適用されたならば、対応する、目標表面を露光する小ビーム１１０は、異なる角度で反射される。この違いを消すために、離散化手段１１１が、受光素子１０８と、これらの対応するマイクロミラー１０９との間に位置している。結果として、ミラー１０９は、光制御信号１０７の強度に独立に、光制御信号を受けるとすぐに、同一の方法で目標表面を露光する小ビーム１１０を偏向する。

図１９に示されている、この特定の実施の形態において、光制御信号を受けることにより、結果として、ソースには近く、目標からは離れた方向への露光小ビーム１１０の反射が生じる。この状態は、図１９では、「０」として示されている。信号を受けない時は、この露光小ビームは、目標に到達する。図１９では、対応する状態は、「１」として示されている。

上の記述は、好ましい実施の形態の動作を示すために含まれ、本発明の範囲を限定する意図ではないことを理解するべきである。上の議論から、この上本発明の精神と範囲とにより包含される多くの変形が当業者にとって明らかである。

本発明のシステムの一部の操作図式である。 本発明のシステムの一部の操作図式である。 自由空間の光学的結合を示している。 自由空間の光学的結合を示している。 自由空間の光学的結合を示している。 変調手段の照明図式である。 変調手段の照明図式である。 光ファイバのアレイの変調アレイへの照射を示している。 パターン情報を搬送している光ビームを変調手段に照射するための照射システムを示している。 パターン情報を搬送している光ビームを変調手段に照射するための照射システムを示している。 受光素子に対する照明の図式である。 受光素子に対する照明の図式である。 受光素子に対する照明の図式である。 受光素子に対する照明の図式である。 パターン情報を搬送している光ビームの受光素子への結合を示している。 図７の上面図である。 光ファイバのリボンを用いた光学的な結合を示している。 電子ビームリソグラフィシステムのための変調手段を示している。 パターン情報を搬送している光ビームの変調手段への自由空間での結合を示している。 変調手段の照明の図式である。 マスクレスのＥＵＶリソグラフィシステムを示している。 信号の光学的伝達に伴う問題を示している。 信号の光学的伝達に伴う問題を示している。 信号の光学的伝達に伴う問題を示している。 信号の光学的伝達に伴う問題を示している。 本発明に係る変調器のための回路を示している。 本発明に係る変調器のための回路のさらなる実施の形態を示している。 本発明に係る変調器のための回路のさらなる実施の形態を示している。 本発明に係る変調器のための回路のさらなる実施の形態を示している。 離散化手段の機能チャートを示している。 離散化手段の機能チャートを示している。 離散化手段の機能チャートを示している。 離散化手段の機能チャートを示している。 離散化手段の機能チャートを示している。 複数小ビーム光リソグラフィシステムのための変調器のアレイを示している。

Claims (20)

1. 小ビームに影響を与える為の電界を生成する為に前記小ビーム近傍に配置された少なくとも１つの電極（２１）を備えた、前記小ビームの方向に影響を与えるための少なくとも１つの手段と、
   変調された光ビーム（８）からの光を受け、この光を信号に変換するための受光素子（１１，１０２）と、
   を、具備し、
   前記受光素子と少なくとも１つの影響を与えるための手段（２１，２３）とに動作的に結合し、この受光素子（１１，１０２）から受けた前記信号を所定の離散値の組から選択された離散値を有する離散的な信号へと変換し、この離散的な信号を前記影響を与えるための手段（２１，２３）に提供するための、離散化手段（１００，１０１，１０３，１０１-１，１０１−２，１０１−３，１０４，１０５）を更に具備することを特徴とする複数小ビームリソグラフィシステムにおける荷電粒子小ビーム(２２)の大きさを変調するための変調器（１８）。
2. 前記小ビームの通路（２３）をさらに具備し、前記影響を与えるための手段は、この通路（２３）の近くに位置されている請求項１に係る変調器。
3. 前記離散化手段は、前記少なくとも１つの電極（２１）の少なくとも１つに結合されている
   請求項１に係る変調器。
4. 前記離散化手段は、
   前記信号と参照信号との間の第１の相違を与えることと、
   この第１の相違と少なくとも１つの閾値との間の第２の相違を与えることと、
   この第２の相違の大きさに基づいて、前記所定の離散値の組から選択された離散値を与えることと、の機能を提供する少なくとも１つの比較器回路を有する請求項１に係る変調器。
5. 前記離散化手段は、
   前記受光素子に結合され、前記信号と参照信号とから第１の微分信号を計算するための第１の微分器と、
   この第１の微分器に結合され、前記第１の微分信号と閾値信号とから第２の微分信号を計算するための第２の微分器と、
   前記第２の微分器に結合され、この第２の微分信号を、前記所定の離散値の組から選択された離散値へと変換するための、変換器と、を備えている離散化回路
   を有している請求項１に係る変調器。
6. 前記信号は、時間変化する電位である請求項１に係る変調器。
7. 前記信号は、時間変化する電流である請求項１に係る変調器。
8. 前記離散化回路は、ＰＭＯＳ型のトランジスタとＮＭＯＳ型のトランジスタとを有しているインバータ回路である請求項１に係る変調器。
9. 前記離散化回路は、複数のインバータを直列で有し、少なくとも１つのインバータには、ＰＭＯＳ型のトランジスタとＮＭＯＳ型のトランジスタとが設けられている
   請求項１に係る変調器。
10. 前記複数の直列のインバータの数は、偶数である請求項９に係る変調器。
11. 前記複数の直列のインバータの中の各連続するインバータは、この複数の直列のインバータの中の前のインバータの中のトランジスタよりも大きな電流で動作するように設計されているトランジスタを有する請求項１０に係る変調器。
12. 前記離散化手段は、前記離散値を規定するための閾値手段を有する請求項１に係る変調器。
13. 前記閾値手段は、少なくとも１つの所定の閾値を保持する請求項１２に係る変調器。
14. 前記閾値手段は、前記信号に基づいて閾値を規定するために適合されている請求項１３に係る変調器。
15. 前記閾値手段は、前記信号の前の状態に基づいて、並びに／もしくは、前記信号の微分に基づいて、並びに／もしくは、前記信号の積分に基づいて、並びに／もしくは、前の離散値に基づいて、閾値を規定するために適合されている請求項１３に係る変調器。
16. 請求項１に記載の変調器を複数個備える変調器アレイ。
17. 少なくとも１つの電極（２１）を備え、前記小ビームに影響を与える為に電界を生成する為に前記小ビーム近傍に配置された、小ビームの方向に影響を与えるための少なくとも１つの手段と、
    変調された光ビーム（８）からの光を受け、この光を信号に変換するための受光素子（１１，１０２）と、
    を、具備し、
    前記受光素子と少なくとも１つの影響を与えるための手段（２１，２３）とに動作的に結合し、この受光素子（１１，１０２）から受けた前記信号を所定の離散値の組から選択された離散値を有する離散的な信号へと変換し、この離散的な信号を前記影響を与えるための手段（２１，２３）に提供するための、離散化手段（１００，１０１，１０３，１０１-１，１０１−２，１０１−３，１０４，１０５）
    を更に具備することを特徴とし、
    更に、
    複数の荷電粒子小ビームを発生させるための線源と、
    リソグラフィシステムにより転送されるパターンを表しているパターンデータを生成するためのパターンデータ生成手段と、
    このパターンデータを前記変調器のアレイに少なくとも１つの光信号で光学的に伝達するための光学的伝達手段と、
    を具備し、
    前記変調器のアレイは、前記少なくとも１つの光信号を受けるための少なくとも１つの光学的受信器を有し、この受信手段は、前記少なくとも１つの光信号を、所定の離散値の組から選択された離散値を有する離散的な信号へと変換し、この離散的な信号を前記変調器に与えるための離散化手段を有する、
    実質的に各個の小ビームの大きさを個別に変調する為の複数の変調器を備える変調器アレイを具備する複数小ビームリソグラフィシステム。
18. 前記離散化手段は、実質的に各変調器に対して、前記少なくとも１つの光信号を、少なくとも１つの離散的な信号へと変換するために適合されている
    請求項１７に係るリソグラフィシステム。
19. 前記変調された光ビームは、自由空間光学的相互接続によって前記受光素子に投射される
    請求項１７に係るリソグラフィシステム。
20. 複数個の荷電粒子小ビームを生成するビーム生成手段と変調手段とを具備するリソグラフィシステムを用いて目標の表面にパターンを転写するための方法であって、
    前記変調手段は、実質的に各個の小ビームの大きさを個別に変調する為の複数の変調器を備える変調器アレイを具備し、
    前記変調器は、
    少なくとも１つの電極（２１）を備え、前記小ビームに影響を与える為に電界を生成する為に前記小ビーム近傍に配置された、小ビームの方向に影響を与えるための少なくとも１つの手段と、
    変調された光ビーム（８）からの光を受け、この光を信号に変換するための受光素子（１１，１０２）と、
    を、具備し、
    前記受光素子と少なくとも１つの影響を与えるための手段（２１，２３）とに動作的に結合し、この受光素子（１１，１０２）から受けた前記信号を所定の離散値の組から選択された離散値を有する離散的な信号へと変換し、この離散的な信号を前記影響を与えるための手段（２１，２３）に提供するための、離散化手段（１００，１０１，１０３，１０１-１，１０１−２，１０１−３，１０４，１０５）を更に具備することを特徴とし、
    前記方法は、
    データ記憶手段からパターンデータを再取得し、
    このパターンデータを少なくとも一つの変調された光ビームに変換し、
    この少なくとも１つの変調された光ビームを前記変調手段に光学的に結合させる
    複数個の荷電粒子小ビームを生成するビーム生成手段と変調手段とを具備するリソグラフィシステムを用いて目標の表面にパターンを転写するための方法。

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