JP5134032B2

JP5134032B2 - リソグラフィシステム

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Publication number: JP5134032B2
Application number: JP2010076170A
Authority: JP
Inventors: マルコ・ジャン−ジャコ・ウィーランド; ピーター・クルイト; ヨハネス・クリスティアーン・バント・スピジカー; レムコ・ジャガー
Original assignee: マッパー・リソグラフィー・アイピー・ビー．ブイ．
Priority date: 2002-10-25
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2023-10-24
Also published as: AU2003274829A1; JP5646559B2; US20120043457A1; JP2010171446A; EP2302459A2; JP2012238902A; JP2012238900A; EP2302458A2; JP2006504134A; TW200417243A; US8525134B2; US20080061247A1; CN100524026C; ATE538412T1; KR20050083820A; EP2302459A3; TWI300308B; US20080158536A1; KR101060567B1; US20070187625A1

Description

イオン、レーザ、ＥＵＶおよび電子ビームシステムを含むリソグラフィシステムは全てパターンを処理する手段と、ある種の書き取り手段に配送する手段を必要とする。これを達成する周知の方法は、マスクを使用し、このマスクを基板上に投影することである。解像度がますます小さくなるにつれて、これらのマスクは生成がますます困難になる。さらに、これらのマスクを投影するための（光学）手段が非常に複雑になる。

この問題を克服する１つの方法は、マスクレスリソグラフィを使用することによる。

マスクレス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のクラスにおいて、パターンデータはそれぞれの放射源または複数の放射源に向けて送られる。正確な時間に放射源の強度を調整することによって、パターンをほとんどの場合ウェハまたはマスクである基板上に発生させることができる。放射源の切替は、切替速度が速くなるとき、例えば長くなりすぎることがある放射源の安定化時間のために問題がある。

一方マスクレスリソグラフィシステムの第２のクラスは連続放射源または一定の頻度で作動する放射源のいずれかを備えている。パターンデータはここでは、必要なときに放射ビームがターゲット露光面に到達するのを完全にまたは部分的に妨げる変調手段に向かって送られる。これらの変調手段を制御することによって、ターゲット露光面上方を移動している間に、パターンが書き取られる。変調手段は安定化時間に対してそう重大ではない。従って、高い処理量を達成するように設計された多数のマスクレスリソグラフィシステムは、変調手段を使用している。

例えば、米国特許第５，８３４，７８３号、同第５，９０５，２６７号および同第５，９８１，９５４号において、１つの電子源を備えたマスクレス電子ビームリソグラフィシステムが開示されている。被放射電子ビームが、アパーチャアレイによって拡散、視準され、さらに付加的に複数の小ビームに分割される。パターンデータの供給を受けるブランカアレイが、制御信号が与えられたときに、個々の小ビームを停止する。次に、得られた画像が減速電子光学系によって減速され、ウェハ上に投影される。

米国特許出願公開第２００１００２８０４２号、同第２００１００２８０４３号、同第２００１００２８０４４号、国際公開第０２／０５４４６５号、同第０２／０５８１１８号および同第０２／０５８１１９号において、複数の電子源を使用するマスクレス電子ビームリソグラフィシステムが開示されている。被放射電子小ビームがブランカアレイを通過し、適切な制御信号が与えられたときに、個々の電子小ビームが偏向される。電子ビームが成型アレイによって成型され、ウェハ上に合焦される。

国際公開第０１／１８６０６号および米国特許第６，２８５，４８８号において、光学リソグラフィシステムが空間光モジュレータ（ＳＬＭ）を使用して光ビームを変調することが開示されている。光源が光パルスをＳＬＭに向けて放射する。ＳＬＭは変形可能ミラーのアレイを備えており、これが包含されたミラーに送られる制御信号に依存して放射ビームを基板に向けて、またはビーム停止機構に向けて反射させる。

本発明はリソグラフィに関する次の見識および原理の理解に基づいている。

マスクはパターンを記憶する高効率な方法であり、パターンを表示する生のデータ量は膨大である。さらに、営業的に許容可能な処理量に対して、データは非常に高いデータ速度で書き取り手段に向けて伝送されなければならない。また、高いデータ速度は限定された空間内で得ることが必要である。マスクレスリソグラフィシステム内のデータパスの改良は、これらのシステムの処理量にとって重大な効果があるということがこれまで認識されていなかった。

マスクに関する情報は通常パターンをマスクからターゲット露光面上のある一定エリアに転送するのに使用されている。このエリアはダイと呼ばれている。転送されるべきデータ量の見当を得るために、３２ｍｍ×２６ｍｍのダイを想定する。ここで４５ｎｍの限界寸法（ＣＤ）を有するパターンを書き取ることを考えてみる。これでダイ上には４．１＊１０^１１個のＣＤ素子がある。各ＣＤ素子が少なくとも３０＊３０個の画素からなり必要条件を満たしており、また１つのビットのみが前記画素の強度を表わすのに必要とされておれば、マスク上に存在する情報は約３．７＊１０^１４個のビットで表わされる。マスクレスリソグラフィシステムのために営業的に許容可能な処理量を仮定すると、約１０ウェハ／時間である。ウェハ上に６０のダイがあるとすれば、３．７＊１０^１４の６０倍のビットが１つのウェハ当りの変調手段に向かって転送されなければならない。従って、３．７＊１０^１４の６００倍のビットが、３６００秒で変調手段に向けて転送されて所望の処理量を達成しなければならない。これは約６０テラビット／秒のデータ転送率に対応する。

説明した全システムにおいて、制御信号が電気的に変調手段に向けて送られる。しかし、金属線の帯域幅は制限されている。電気的な相互接続の帯域幅に関する制限は電気的相互接続の最大総合容量Ｂ_ｍａｘに関連し、全断面積Ａと電気的相互接続の長さＬとの関係が次式で表わされる。

Ｂ_ｍａｘ＝Ｂ_０＊（Ａ／Ｌ^２）
ここで、比例定数Ｂ_０は、銅製相互接続部の抵抗に関係する。典型的なマルチチップモジュール（ＭＣＭ）技術に対して、Ｂ_０は約１０^１５ビット／秒である。オンチップ線に対して、この値は約１０^１６ビット／秒である。これらの値は特定の製造技術にはほとんど関係がない。

電気的相互接続部の帯域幅における制限は、さらにその形状に無関係である。相互接続部が多数の低速成形線で製作されようと、他の効果が性能を制限し始める点までの少ない高速成形線であろうとまったく差はない。

電気的相互接続部の所望の総容量は、１００＊１０^１２＝１０^１４ビット／秒である。これは全断面積と、ＭＣＭの場合の１０^−１およびオンチップ接続部の場合の１０^−２を有する電気的接続部の長さの２乗との比に対応する。従って、Ｌが１ｍであれば、必要とする銅の全断面積は０．０１−０．１ｍ^２となる。この数値を書き取られるダイのサイズと比較すると０．０００８ｍ^２であり、パターン情報が光ビームに添加された後、少なくとも１０の縮小なしでデータ転送を確立することが不可能なのは明白である。

問題を視覚化する別のアプローチは、１ギガビット／秒台である電気的相互接続部の典型的速度を使用することである。従って、１００テラビット／秒を転送するには１００，０００本の銅線を必要とする。これは膨大なスペースを取り、また処理が困難である。

本発明の１つの目的は上述したシステムを改善することである。

本発明のさらなる目的は、マスクレスリソグラフィシステムの処理量を増大することである。

本発明のさらなる目的は、全ての種類の（電磁）外乱に関するリソグラフィシステムの感度を低下させることである。

本発明のさらなる目的はパターンデータをリソグラフィシステムに転換するために必要とするスペースを減じることである。

本発明のさらなる目的はシステムの設計上の融通性を高めることである。

従って、本発明はパターンをターゲットの表面上に転写するためのマスクレスリソグラフィシステムを提供し、システムは、
複数の小ビーム（ｂｅａｍｌｅｔ）を発生するための少なくとも１つのビーム発生装置と、
小ビームの大きさを変調するための複数のモジュレータを備えた変調手段と、
モジュレータの各々を制御する制御ユニットと、
を具備し、制御ユニットは、
それぞれの小ビームの大きさを制御するために、パターンデータを発生するとともに、前記モジュレータにパターンデータを伝送し、この制御ユニットは、
パターンデータを記憶するための少なくとも１つのデータ記憶装置と、
データ記憶装置からパターンデータを読み取るための少なくとも１つの読み取りユニットと、
データ記憶装置から読み取られたパターンデータを少なくとも１つの被変調光ビームに変換するための少なくとも１つのデータ変換装置と、
前記少なくとも１つの被変調光ビームを前記変調手段に伝送するための少なくとも１つの光伝送装置とを備えている。

光データ転送をリソグラフィシステムに使用すると公知の技術に基づいてマスクレスリソグラフィシステムを生成することが可能であり、しかも処理量が増大する。さらに、必要とするエリアを低減することができる。さらに、光伝送はリソグラフィシステムのレイアウト設計に対する付加的な自由を提供する。

ビーム発生装置に使用できる放射源は、電子、陽電子、Ｘ線、光子またはイオンのような多種類の放射線を放射することができる。この放射源は、持続周波数でパルス化された持続波源または波源である。従って、放射源は何の情報も発生しない。しかし、リソグラフィシステムの目的はある種のターゲット露光面をパターン化することである。放射源は、何のパターンデータまたはパターン情報も提供しないので、パターン情報は変調手段によってその軌道に沿ったどこかに小ビームを付加しなければならない。本発明において、パターン情報は光学系を使用して伝送されることを認識しなければならない。このパターン情報は変調手段を制御するのに使用され、実際にパターンをレジストに書き取る小ビームを変調するか、または別の方法としてパターンをサンプル上に、例えば半導体ウェハ上に転写する。このシステムにおいて、パターン書き取り小ビームの特性は放射源の特性に依存している。実際に、被変調光ビームはパターン情報を保有する光ビームであり、小ビームはパターン書き取り小ビームである。

実施形態において、ビーム発生装置はただ１つの放射源を有し、またリソグラフィシステムはビーム発生装置を１つだけ有している。この方法において、システムの小ビーム間の均質性を制御することが容易である。

変調手段は種々の方法で、またパターンを書き取るために使用される小ビームの特性に依存してさまざまな物理的原理に基づいて作動することができる。変調手段は、小ビームを停止するあるブロック機構、例えば機械的シャッターまたは電気−音響刺激によって不透明になるクリスタルを作動させことになる信号を発生させる。別の可能性は変調手段を設け、選択的に信号を発生させて静電偏向装置またはミラーのようなある種の偏向素子を作動させる。これが選択された被放射小ビームを偏向させることになる。次に、被偏向ビームがブランカー素子、例えばアパーチャが設けられ、ミラーの偏向装置と整列されたビーム吸収プレート上に投影される。両者の場合において、営業的に満足できる処理量は、小ビーム変調が非常に高速で、好ましくは１００ＭＨｚあるいはそれ以上の周波数で実行されたときにのみ得ることができる。

マスクレスリソグラフィシステムにおいて、パターン情報またはパターンデータはコンピュータデータ、一般にはデジタルコンピュータデータによって表わされる。パターンデータは制御ユニットのデータ記憶装置内に部分的または完全に記憶される。従って、制御ユニットは、データ記憶媒体、例えばＲＡＭ、ハードディスクまたは光ディスクを備えている。このデータは所定パターンが反復して発生できるような方法で変調手段を制御するために使用できるフォーマットに記憶される。さらに、制御ユニットは高いデータ速度でデータを読み取る手段を備えている。高いデータ速度を確立するために、制御ユニットは、少なくとも１つのパターンデータを保有する光ビームに変換する素子を備えている。一実施形態において、このデータコンバータは垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）ダイオードである。ビットが１であれば、光信号が放射され、一方ビット値がゼロに等しければ光は送り出されない。一連のビットを読み取ることによって、パターン情報を保有する光ビームが生成される。次に、光ビーム保有パターン情報が変調手段に向けて伝送される。データ転送を実行できるいくつかの可能なキャリアがある。一実施形態において、必要とされるデータ速度を得るためにほぼ同時に読み取られる並列データ記憶手段が使用される。

一実施形態において、制御ユニット内の変換素子から変調手段に近接する領域への転送はデータ伝送のための光ファイバを使用して達成される。これは電磁界および他の手段による外乱を最小にして融通性のあるデータ伝送を可能にする。さらに、制御ユニットは、リソグラフィシステムの残りの部分から離れて、例えばシステムの残りの部分から２−２００メートルに配置することが可能になる。

現在、テレコムおよびイーサネット（登録商標）アプリケーションに使用される光ファイバは、特定波長、主として８５０，１３００および１５００ｎｍに最適である。８５０ｎｍの波長に対しての最適化は、標準ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓレーザダイオードの優れた有効性のために確立される。一般的に０．４ｄＢ／ｋｍ未満とファイバ伝送損失が低いために赤外線波長が使用される。将来の開発では６６０と７８０ｎｍの波長が目標にされている。低い波長が本発明では好まれる。これはこれらの波長において、回折に関連する制限がほとんどないからである。しかし、ある形状においてはこれよりも大きい波長が望まれる。本発明に使用できる波長は、約２００ないし１７００ｎｍの範囲である。現在の開発でさらに多数の信号を１つのチャネルで伝送が可能になった。この目的でマルチ波長またはマルチモード光ファイバが開発され、またマルチプレキシング／デマルチプレキシング技術が使用される。好ましくは、被変調光ビームの波長は、小ビームおよびシステムの残りの部分に対する干渉ができる限り少ないエリア内で選択される。これがリソグラフィシステムの残りの部分とほぼ無関係に設計される光伝送装置を可能にする。

本発明の一実施形態において、変調手段の各モジュールは前記制御ユニットから伝送される前記少なくとも１つの被変調光ビームを、前記モジュレータを作動させるための信号に変換する光感応素子を備えている。この方法において、光伝送装置は小さく保つことができる。変換率は非常に高くすることができ、またモジュレータは例えばリソグラフィ技術を使用できるようにする。このさらなる実施形態において、前記光伝送装置は変調手段端および制御ユニット端を有する少なくとも１つの光ファイバを備えており、これが前記少なくとも１つも被変調光ビームを前記制御ユニットから前記変調手段に伝送する。

一実施形態において、リソグラフィシステムは少なくとも１つの被変調光ビームを前記変調手段上に投影するための少なくとも１つの投影装置を備えている。この方法において、設計上さらに大きい自由度が提供される。さらに、干渉を低減できる。

光ファイバを伴う実施形態において、前記少なくとも１つの光ファイバはこれの変調手段端が１つ以上の光ファイバアレイに接続されている。このさらなる実施形態において、前記少なくとも１つ以上の光ファイバアレイからの実質上各光ファイバが前記感光変換素子に結合されている。

別の実施形態において、前記少なくとも１つの光ファイバがこれの変調手段端で１つ以上の光学導波管に結合されており、また前記光学導波管が光感応素子に結合されている。

上述したマスクレスリソグラフィシステムの実施形態において、前記光伝送装置は、これの制御ユニット端で少なくとも１つのマルチプレクサと、これの変調手段端で少なくとも１つのデマルチプレクサを備えている。

上述したマスクレスリソグラフィシステムの別の実施形態において、システムは前記複数の小ビームが進行方向と平行な光路を有しており、前記光伝送装置がさらに光カプラを備えており、前記少なくとも１つの被変調光ビームを前記光路に結合する。

上述実施形態において、データ変換装置および光伝送装置は２００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つの被変調光ビームを発生するために設定されている。この波長はシステムの残りの部分に対する妨害が可能な限り少ないことが分かっている。さらに、光通信アプリケーションに使用される在庫から入手できる多数の要素の使用が可能である。

本発明のさらなる実施形態において、各光感応素子は所定波長範囲に対して透過である選択フィルタ、または所定偏光方向を有する光を伝送するための選択フィルタ、または前記光感応素子の感度を制限して、所定方向から前記プリズムに入射する光を制限するプリズムあるいは前記光感応素子の所定方向から前記回折格子に入射する光の感度を制限する回折格子を備えている。この方法において、クロストークを低減することができる。

光ファイバを備えたマスクレスリソグラフィシステムのさらなる実施形態において、前記光感応素子はフォトダイオードを備え、一実施形態では、ＭＳＭ−フォトダイオード、ＰＩＮフォトダイオードまたはアバランシェフォトダイオードを備えている。

光ファイバアレイを備えたマスクレスリソグラフィシステムの実施形態において、モジュレータは静電偏向装置を備えている。特に、ビームが帯電粒子ビームのとき、他の技術分野で周知の部材を使用して容易に変調が可能である。

本発明によるマスクレスリソグラフィシステムの実施形態において、データ変換装置はレーザダイオードを備えている。

一実施形態において、光伝送装置は変調手段端および制御ユニット端を有する少なくとも１つの光ファイバであって、前記少なくとも１つの被変調光ビームを前記制御ユニットから前記変調手段に伝送する光ファイバと、前記光ファイバまたは複数の光ファイバの前記変調手段端を前記変調手段に投影するための少なくとも１つの投影装置を備えている。この方法において、システムの融通性のある設計が、そのレイアウトおよび要素の選択の点で可能である。

一実施形態において、変調手段の各モジュレータが前記制御ユニットから伝送される前記少なくとも１つの被変調光ビームを、前記モジュレータを作動させる信号に変換する光感応素子を備えており、また前記変調手段がビーム発生手段サイドとターゲットサイドを有している。

一実施形態において、前記モジュレータの各々は少なくとも１つの静電偏向装置と、前記少なくとも１つの静電偏向装置と前記ターゲットサイド間のアパーチャを備えており、前記モジュレータの前記静電偏向装置が静電偏向装置アレイを規定し、また前記モジュレータの前記アパーチャはアパーチャアレイを規定している。

さらなる実施形態において、各静電偏向装置は光感応素子に動作結合されている。

本実施形態において、前記光伝送装置は前記少なくとも１つの被変調光ビームを複数の被変調光ビームに分割するための少なくとも１つのビームスプリッタを備えている。

さらなる実施形態において、光伝送装置が前記複数の被変調光ビームを前記光感応素子上に投影するための投影装置を備えている。

本実施形態において、前記投影装置が前記静電偏向装置アレイに対して直交する平面に関して０と８８度間の角度で投影するように設定されている。さらなる実施形態において、投影装置は複数の被変調光ビームを前記静電偏向アパーチャアレイ上に投影するための少なくとも１つのレンズを備えている。

一実施形態において、投影装置は複数の被変調光ビームを縮小するための縮小光学系と縮小された複数の被変調光ビームを前記静電偏向装置アレイ上に投影するための投影光学系を備えた、第１の縮小化装置を備えている。上記実施形態において、前記縮小光学系はマイクロレンズアレイを備えており、前記マイクロレンズアレイの各マイクロレンズが前記複数の被変調光ビームの１つと整列状態に有り、前記被変調光ビームの前記１つのサイズを縮小するように設定されている。さらなる上記実施形態において、前記投影光学系は、さらに投影光学系の前記レンズの方向に縮小光学系から伝送される複数の被変調、被縮小ビームを偏向するためのミラーを備えている。

上記電子ビームマスクレスリソグラフィシステムにおいて、光感応素子によって覆われていない変調手段のエリアが反射層を備えている。

上記電子ビームマスクレスリソグラフィシステムにおいて、拡散層が入来する複数の被変調光ビームと対面する変調手段の表面上に設けられている。

一実施形態において、前記光伝送装置は、静電偏向装置アパーチャアレイ平面に対してその対応する光感応素子と実質的に平行に複数の被変調光ビームの各々と結合するための光導波管をさらに備えている。上記実施形態において、光伝送手段が、複数のマイクロレンズを持つマイクロレンズアレイをさらに備えており、各マイクロレンズが前記複数の被変調光ビームの１つと整列し、その被変調光ビームを対応する光導波管に結合する。

一実施形態において、前記光伝送装置は、複数の光ファイバと、前記複数の光ファイバ内の前記少なくとも１つの被変調光ビームを結合するための手段を備えたデータ変換装置とを備えており、前記複数の光ファイバは少なくとも１つのファイバリボンを形成するようにグループにされ、前記少なくとも１つのファイバリボンは、前記静電偏向アレイの一方の側に添着され、また光感応素子は電気的相互接続部を介してその対応する静電偏向装置を電気的に作動するように設定されている。

マスクレスリソグラフィシステムの別の実施形態において、発生手段は光ビーム発生手段を備えている。この実施形態において、光発生手段は３００ｎｍ未満の波長を有する光ビームを発生するように設定されている。このさらなる実施形態において、変調手段は空間光モジュレータを備えている。このさらなる実施形態において、前記光モジュレータはマイクロミラーアレイを備えた変形可能ミラーデバイスを備えている。このさらなる実施形態において、各マイクロミラーはこの裏面で被変調光ビームを受けるために前記光伝送装置に連結された光感応素子を備えている。

本発明は、さらにマスクレスリソグラフィシステムが上述したように使用されるプロセスに関する。

本発明は、さらに複数の小ビームを発生するための少なくとも１つのビーム発生装置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を備えたリソグラフィシステムを使用してターゲットの表面上にパターンを転送する方法であって、前記方法は、
データ記憶装置からパターンデータを検索することと、
前記パターンデータを前記１つの被変調光ビームに変換することと、
前記少なくとも１つの被変調光ビームを前記変調手段に光学的に結合することと、
を具備している。

この方法の実施形態において、変調手段がモジュレータのアレイを備えており、各々光感応素子を有している方法であって、この方法はさらに、
前記少なくとも１つの被変調光ビームを前記モジュレータ上に方向付けることと、
前記被変調光ビームの各々を１つの光感応素子に結合することと、
を備えている。

本発明によるシステムの一部の動作構成を示す図である。本発明によるシステムの一部の動作構成を示す図である。自由空間における光学結合を示す図である。自由空間における光学結合を示す図である。自由空間における光学結合を示す図である。変調手段の照明構成を示す図である。変調手段の照明構成を示す図である。変調アレイ上の光ファイバアレイの投影を示す図である。パターン情報を保有する光ビームを変調手段に投影するための投影システムを示す図である。パターン情報を保有する光ビームを変調手段に投影するための投影システムを示す図である。光感応素子のための照明構成を示す図である。光感応素子のための照明構成を示す図である。光感応素子のための照明構成を示す図である。光感応素子のための照明構成を示す図である。パターン情報を保有する光ビームを情報を光感応素子に結合する構成を示す図である。図７の上面図である。光ファイバリボンを使用する光結合構成を示す図である。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す図である。パターン情報を保有する光ビームの変調手段への自由空間結合を示す図である。変調手段の照明構成を示す図である。マスクレス光リソグラフィシステムを示す図である。変調手段上のファイバ端における投影を示す図である。

本発明は発明に基づくマスクレスリソグラフィシステムの次の実施形態についてさらに説明する。

変調手段が、光信号で供給されるので、各々光感応素子、好ましくはフォトダイオードで形成される。変調手段の基本動作を図１Ａに概略的に示す。図１Ａは変調手段によって実行される基本作動ステップを概略的に示す。各変調手段は、光感応素子、好ましくは光信号を受信することができるフォトダイオードを備えている。

光感応素子が光を受けると、信号が発生されモジュレータに送られる。この結果、通過する小ビームが変調され、ターゲット露光面に到達しない。光がなければ、モジュレータに伝送される信号はない。小ビームは妨害を受けずに通過し、最終的にターゲット露光面に到達する。ターゲット露光面とリソグラフィシステムの残りの部分を互いに相対的に移動させる一方でパターン情報を変調手段に向けて送ることによって、パターンが書き取られる。

もちろん、全システムを図１Ｂに示すように逆方向に作動させることも可能である。この場合において、光感応素子上に照射される光によって変調手段に向けて送られる信号が相殺される結果になる。通過する小ビームは変調されずにターゲット露光面に到達する。しかし、光感応素子が光を受けないときは、信号は変調手段に送られ、通過する小ビームのターゲット露光面への到達が阻止される。

変調手段に光ファイバを付加することは、相当複雑な問題を生じさせる。従って、本発明の実施形態において、データ軌道の最終部分は異なる転送媒体を使用する。後の場合において、ファイバは密封パックで終わっており、従って光ファイバアレイを形成している。次に、光ビームを保有している放射パターン情報が他の光キャリアに向けて送られる。変調手段が真空内に配置されているときは、光ファイバは真空外に保持されるのが好ましい。この場合、放射光ビームは、例えば真空境界の透明部分を介してリソグラフィシステムに結合される。

ほとんどの場合、パターン情報を保有する光ビームを光ファイバを介して光感応素子まで到達させることは実用的ではない。この場合、他の光キャリアはデータ転送を続行することができる。好ましくは、光ファイバは互いにに結合されて光ファイバアレイを形成する。従って、パターン情報を保有する光ビームは、別の方法で光感応素子に向けて進行する。データ転送の１つの可能な方法は、ファイバから放出された光を、照射小ビームが進行するのと同じ環境を介して変調手段の光感応素子に向けて送ることである。この方法において、自由空間光相互結合が生成される。別の可能な転送媒体が光導波管であって、これが変調手段の構造内に配備されている。

光導波管または光ファイバの場合において、多重波長が通信アプリケーションで通常実行されるようなチャネルを介して伝送することができる。従って、転送媒体によって占有された空間は相当縮小される。これは光ビームが保有するいくつかのパターン情報が同じチャネルを共有するからである。モジュレータによって使用可能な信号への変換は、ＤＷＤＭ多重波長受信装置のような光−電子受信装置で実行できる。

光感応素子は、到来光信号を電気信号または音響信号のようないずれの他の種類の信号に変換する当該技術で公知の素子とすることができる。この種の変換装置の例は、フォトカソード、フォトトランジスタ、フォト抵抗器およびフォトダイオードである。高いデータ速度条件に一致させるために、光感応素子は低容量で、高い周波数で作動可能でなければならない。さらにこの素子は変調手段における一体化が容易であるのが好ましい。上述した要求を満たすものとしてフォトダイオードがある。好ましい実施形態はＭＳＭ−フォトダイオードを使用している。このフォトダイオードの主な利点はその低い容量にある。従って、高い周波数で作動できる。さらに、ＭＳＭ−フォトダイオードの製造が比較的に容易なことである。別の優れたオプションはＰＩＮ−フォトダイオードを使用することである。この素子も低い容量を有している。しかし、アレイ内にこの要素を一体化することがより難しい。別の非常に有効なオプションは電子アバランシェフォトダイオードである。

前述したように、データ速度および従って必要とされる変調周波数は非常に高い。この速度で変調できるようにするために、適切なスイッチ回路が重要である。後述する３つの光キャリア以外に、被変調光ビームを転送する他の関連手段が本発明によって実行される。

（転送オプション）
（自由空間光学的相互連結）
パターン情報を保有する光ビームが、照射小ビームが進行するのと同じ媒体を介して対応光感応素子上に投影されるときに、いくつかの複雑な問題が生じる。パターン情報を保有する光ビームを、光感応素子が配備された平面と直交する光感応素子上に投影させることができないことがしばしばである。これは例えば被照射小ビームが前記平面と垂直に既に投影されている場合に発生する。小ビームと、パターン情報を保有する光ビーム間の干渉がパターンに影響を与え、不正確なデータが制御ユニットからターゲット露光面に向けて転送される結果になる。この問題を回避するために、パターン情報を保有する光ビームを光感応素子、例えばフォトダイオードの感光面にある角度で到達させる。しかし、この入射角αが大きくなると、フォトダイオードの感光面上のパターン情報を保有する光ビームのスポットサイズも大きくなる。各フォトダイオードに個々にアドレスするために、パターン情報を保有する光ビームのスポットサイズはフォトダイオードの感光面の面積よりも小さくなければならない。従って、入射角αはできるだけ小さくなければならない。しかし、これは図２Ａに示すような障害物のために常に可能ではない。

ファイバアレイ２と障害物１と両方の位置を適切に選択することで、問題のある一部は回避することができる。しかし、これは常に可能ではない。本発明は、障害物１を除去または交換せずに入射角αを小さくする方法を含んでいる。最初のオプションは、パターン情報を保有する光ビームのために障害物１を透明にすることである。バリアが例えば静電レンズアレイであれば、例えば導電性ガラスまたはポリマーのある種のもので作ることができる。別の方法として、パターン情報を保有する光ビームの波長は、障害物１がこれらのビームのために透明になる方法で選択することができる。例えば、シリコンは、１１００ｎｍよりも大きい波長に対して透明になる。従って、１５００ｎｍの標準ファイバ波長が使用されたときに、放射ビームはその存在を気にすることなくシリコンバリアを通過する。

障害物１を除去せずに入射角αを小さくする別の可能性は、より多くの光ファイバアレイ２を使用することである。図２Ａにおいて、ファイバアレイ２を離れるパターン情報を保有する光ビームが、モジュレータで覆われたプレート３上に投影される状態を描いている。照射ビームはプレート３全体に及ぶ。この形態において、投影スポットサイズが大きすぎれば、入射角はファイバアレイ２を変調手段プレート３から、フォトダイオードが図２Ｂに示すように配備された平面に対して垂直方向に離れて移動させることによって小さくすることができる。この結果、入射角の限界角α_１が小さくなる。ここでスポットサイズが必要条件内に制限される。しかし、プレート３の半分のみが照射される。図２Ｃに示すように変調手段プレート３の対向側と同じ高さに第２ファイバアレイ２を使用することによって、プレート３全体が照明され、スポットサイズは充分小さい。両方の光ファイバアレイ２は元のものと比較してファイバの量が半分になる。光ファイバアレイ２の正しい量を選択することによって、光感応素子のアレイを持つプレートを所望の入射角α_１で照明することができる。

図３Ａと３Ｂは、正方形と長方形の変調プレート３の上面図である。破線は１つのファイバアレイによって照明されるエリアの境界を示している。既述したように、１つのファイバアレイでは充分ではない。この場合、例えば２、４または６個の光ファイバアレイ２が必要条件内で全プレートを照明するのに使用される。

さらに、パターン情報を保有する光ビームをある反射を介してシステムに結合することも可能である。障害物１は、例えば反射材料で被覆することができる。さらに、付加的なミラーをシステムの有利な位置に配置して所望の入射角を生成することもできる。

パターン情報を保有する光ビームは、マルチモードの光ファイバが使用されたときに、約５０ないし１５０μｍの直径を有している。一方、単一モードのファイバはわずか約１ないし１０μｍの直径を有している。フォトダイオードの感光面は、１０ないし３０ミクロン程度の正方形である。

一実施形態において、マルチモードの光ファイバが使用されると、光ファイバアレイから出るパターン情報を保有する光ビームの直径を小さくする必要がある。さらに、ある種の合焦装置を配備して正しい解像度での投影を実行しなければならない。

光学集合体がパターン情報を保有する光ビームの縮小と合焦を実行するために必要となる。容易に修正することができる光ビームのいくつかの特性がある。すなわち、光ファイバアレイ２から出る光ビームの直径は、縮小可能、および／または２つの近接する光ビーム間の距離、いわゆるピッチは、光学手段によって縮小することができる。

変調プレート３上で光ファイバアレイ２から出る光ビームを合焦することは、光ファイバアレイ２と変調プレート３が互いに平行状態にあるときに最も簡単に達成することができる。２つの平面が平行でなければ、変調プレート３上の各光ビームのスポットサイズが変化することになる。変調プレート３上へのファイバアレイ２の投影は、レンズ５で実行される。しばしば、光ビームは、ゼロでない入射角で変調プレート３上に投影される。従って、光ファイバアレイ２内の光ファイバ４は、光ファイバから出る光ビームが、図４に示すようにレンズに向かって方向付けられるように構成される。この方法において、レンズ５の充分な照射が保証される。

レンズ５が光ファイバアレイ２と変調プレート３の間の中央に正確に配置されたときに、１：１の投影が実行される。レンズを変調プレート３に向けて移動すると、パターン情報を保有する光ビームの直径とピッチ両方が小さくなる。レンズ５を他の方向、すなわち、光ファイバアレイ２の方向に移動されると、両パラメータが大きくなる。

縮小と投影に関して最適な性能を得るためには、より多くのレンズを必要とする。２つのレンズ６と７を備えた可能な形態を図５Ａに示す。全映像およびこれによって光ファイバアレイ２から出る各パターン情報を保有する光ビーム８の直径が小さくなる。障害物を備えた実施形態において、光ビームを光感応素子上に投影するのにミラーを使用することができる。

ある場合において、ビーム直径を近接する光ビーム間のピッチよりも小さくする必要がある。図５Ｂに別の実施形態を示す。この実施形態において、光ファイバアレイ２と投影レンズ７との間に配備されたマイクロレンズアレイ９がこれを可能にする。マイクロレンズアレイの各レンズは、光ファイバアレイ２内の単一ファイバ４に対応している。光ファイバアレイ２から出、各パターン情報を保有する光ビーム８の直径は、図５Ｂに示したようにこの構成でそれぞれ縮小される。投影レンズ７が被縮小ビーム全てを対応する光感応素子上に合焦する。ある障害物のために直接投影が不可能なときに、ミラーを使用して所望の入射角αでパターン情報を保有する光ビームを光感応素子上に投影することができる。

スポットサイズに関連する別の潜在的な問題であるファイバアレイ２から放射され、パターン情報を保有する近接光ビーム間のクロストークを、いくつかの手段を設定することによって減じることができる。ビームが変調手段のアレイ上に投影されるとことを再度考慮すると、例えばフォトダイオードの感光面が全てアレイの一方側で１つの平面内にある。

このクロストークの問題の解決策を図６Ａに示す。近接する光感応素子間のエリアは、反射層１０で覆われている。入射してくる光ビームの大部分は感光変換素子１１上に入る。素子１１上に入らない光ビームの一部は、近接素子のいずれにも影響を与えることなくシステムに反射される。光感応素子１１を反射防止層でコーティングすることで光検出効果をいっそう高めることができる。

クロストークは、図６Ｂに示すようにアレイ３全体の頂部で拡散層１２を使用することによって減じることができる。入射する光がここで全方向に散乱される。散乱されるために、反射ビームの光強度は劇的に低下する。

クロストークを減じる別の方法は、感光変換素子１１の頂部上に配置されたフィルタを使用することである。例としては図６Ｃに示すような波長フィルタ１３または偏光フィルタである。波長フィルタ１３はある一定の波長を選択的に高める。この結果、僅かに異なる波長の近接パターン化ビームから伝送される波がフィルタされる。所定方向機能に偏光された光を伝送するフィルタのみが同じ効果を有する。

さらに別の可能な方法は、所定方向から伝送される光に対してのみ光感応素子１１を感知させるようにすることである。例えば、小さいプリズム１４または回折格子１５を図６Ｄに示すように変調アレイ３内に一体化する。正しい角度で、かつ、正しい方向から感知素子１１に入ってくる光のみが変調処理に使用される。他の全ての方向から伝送される光は除外される。

（光導波管）
光ファイバアレイ２を出るパターン情報を保有する光ビームを変調手段内に埋設された光感応素子１１に向けて伝送する第２の可能性は、平坦な光導波管の使用である。平坦な光導波管は基板内に埋設されるか、またはその上に載置された光ファイバとして考えることができる。再度、変調手段３のアレイを考えてみる。平坦な光導波管がこのアレイ内に埋設されると、図７に概略的に示したようなシステムが構成される。光ファイバアレイ２から出、各パターン情報を保有する光ビーム８、図７に示すように対応する光導波管１６に直接か、またはレンズ１７のアレイを介して結合される。従って、各レンズは、夫々の対応するパターン情報を保有する光ビーム８を平坦な光導波管１６の入り口ポイントに結合する。光導波管１６は、パターン情報を保有する光ビーム８を、変調アレイ３を介して正しい光感応素子１１に向けて伝送する。光感応素子１１が、パターン情報を保有する光ビーム８を一連の信号に変換し、モジュレータ１８を作動または不作動にする。結果として到来小ビームはパターン情報に基づいて制御されることになる。この実施形態の一連の信号は変調手段３内に埋設された電線１９を介してモジュレータ１８に伝送される。

図８は図７に示した同じ構成の上面図である。この場合において、２つのファイバアレイ２が全てのモジュレータ１８を制御するのに使用されている。しかし、どのような数のアレイ２も設定可能である。光感応素子１１は正方形で、モジュレータ１８は円で表わされている。パターン情報を保有する光ビーム８の２つの軌道のみを明瞭にする目的で示している。

（光ファイバ）
制御ユニットから光感応素子１１に向けて転送するデータの第３の可能性は、全軌道に対して光ファイバを使用することである。このアプローチの主たる問題は個々のファイバ４を、一体化される変調手段の構造に連結することである。再度、変調手段３を使用することを想像する。個々のファイバ４をこのアレイ３に結合することは、例えばこのアレイが走査の目的で移動されたときに、問題が発生する。ストレスや摩擦のようなメカニズムはアタッチメントの領域に導入される。結局は、結合が解除される。これは光ファイバ４のグループを組み合わせてファイバリボン２０を形成することによって回避することができる。次に、このリボン２０は図９に示すように変調アレイ３の側部に接続される。２つのリボン２０のみを示している。別の数のリボン２０も使用可能である。ファイバリボン内にある光ファイバの２つの代表的軌道を破線で概略的に示す。正方形で図に表わした光感応素子１１は、変調アレイ３でファイバリボン２０の接点に近接配置されるが、入射小ビームにより近接して配置することもできる。光信号は電気信号に変換されるのが好ましい。これらの信号はチップ電線１９を介して、対応する伝送される被照射小ビームに近接配置された円で表わされたモジュレータ１８に向けて伝送される。図では変調アレイ３上に存在するモジュレータの数のみを示している。

（実施例）
次の２つのセクションは本発明によって実施されたマスクレスリソグラフィシステムの２例を示す。

（例１：マスクレス電子ビームリソグラフィシステム（図１０））
本例に使用されるマスクレス電子ビームリソグラフィシステムにおいて、システムはアパーチャプレートを備えており、このプレートは静電偏向装置２１を有しアパーチャ２３を通過して入射する電子小ビーム２２を偏向させる。このプレートは小ビームブランカーアレイ２４と呼ばれる。電子小ビーム２２がこの小ビームブランカーアレイ２４を通過すると、第２アパーチャアレイ（ビーム停止アレイ）２５に到達し、ここで小ビームが偏向されたときに、この軌道が終了する。

このリソグラフィシステムの変調概念を図１０に示す。入射する電子小ビーム２２は小ビームブランカーアレイ２４上に投影される。電子小ビーム２２の位置はプレート２４内のアパーチャ２３の位置に対応している。小ビームブランカーアレイ２４は変調手段としての偏向素子を備えている。本例において、前記偏向素子は静電偏向装置２１を備えている。受信方法に依存して、小ビームブランカーアレイ２４内に配置された偏向装置２１がオンオフされる。偏向装置２１がオンされたとき、電界がアパーチャ２３を横切って確立され、結果としてこのアパーチャ２３を通過する小ビーム２２が偏向される。次に、被偏向電子小ビーム２７が小ビーム停止アレイ２５によって停止される。この場合、いかなる情報もターゲット露光面に到達しない。偏向装置２１がオフされたとき、小ビームが伝送されることになる。各被伝送小ビーム２８がターゲット露光面上に合焦される。ターゲット露光面とアレイの集合体を互いに相対的に移動させ、かつ、例えば付加的な小ビーム偏向装置アレイで小ビームを走査することによって、パターンは書き取ることができる。

図１１はこのマスクレスリソグラフィシステム内で相互連結される自由空間の使用の可能な構成を示す。光送信装置の光ファイバアレイ２を出てこれを離れ、パターン情報を保有する光ビーム８が、２つのレンズ２９によって縮小される。別の方法が、例えば図５に示したような他の構成も使用することができる。次に、パターン情報を保有する光ビーム８が、ミラー３０と合焦レンズ７により小ビームブランカープレート２４上に投影される。入射角αは０ないし８０度の範囲にある。αが８０度よりも大きいか、またはこれより小さい角度が他の複雑さのために所望されれば、小ビームブランカープレート２４は図１２に示したように１つを超えるファイバアレイ２で照明することができる。図１２に示した状況において、４つのアレイ２が小ビームブランカープレート２４を照明する。図１２において、４つの対応する合焦レンズ７を示し、パターン情報を保有する光ビーム８を小ビームブランカープレート２４のそれぞれの部分上に合焦する。

（例２：マスクレス光リソグラフィシステム（図１３））
本例のマスクレスリソグラフィシステムは、空間光モジュレータ（ＳＬＭ）４０を備えている。ＳＬＭを使用するマスクレスリソグラフィシステムは一般的な方法として国際公開第０１１８６０６号に開示されている。ＳＭＬは一連のミラーを備えており、これらのミラーは、結局ビームが抹消されるか、伝送される方法で入射光ビームを反射する。この種のＳＬＭの例は変形可能ミラー装置（ＤＭＤ）である。ＤＭＤは第１例に示した静電偏向装置アレイと同じ方法で制御される。変調信号が背後からまたは側方からシステム内に結合する。

１つの構成は変調の後方制御である。各ミラーの裏側に光感応素子を設けることによって、制御をこれまでに説明したのと同じ光キャリアを使用して実行するこができる。おそらく、自由空間光相互連結を使用する方法が最も都合のよい選択である。

操作の概略図を図１３に示す。レーザ４１が光ビーム４２を放射する。このビームがビームスプリッタ４３によって複数の小ビーム４４に分割される。複数の小ビーム４４がＳＬＭ４０上に投影される。制御ユニット４５からＳＬＭ４０に送られ、パターン情報を保有する光ビーム４６が、ビームスプリッタ４３から伝送される小ビーム４４の伝送確率を制御する。被伝送小ビーム４７がレンズ４８（レンズ系とすることもできる）を使用してターゲット露光面４９上に合焦される。

ターゲット露光面４９とシステムの残りの部分を互いに相対的に移動させることによって、パターンを書き取ることができる。

図１４において、リソグラフィシステムの全体の側面を示す。光ファイバの変調手段端２がレンズ５４で表わされた光学系５４を使用してモジュレータアレイ２４に投影される。各光ファイバ端からの被変調光ビーム８が、モジュレータの光感応素子上に投影される。より詳しく説明すると、ファイバの両端がモジュレータアレイ上に投影される。各光ビーム８が１つ以上のモジュレータを制御するためにパターンデータの一部を保持する。

図１４はビーム５０を発生するビーム発生装置５０をも示す。光学系５２を使用することで、このビームは平行ビームに形成される。この平行ビームがビームスプリッタ５３に照射され、結果として複数の実質上平行小ビーム２２となって変調アレイ２４に向けられる。

変調アレイ２４内のモジュレータを使用することによって、小ビーム２７がシステムの光軸０から偏向され、また小ビーム２８は偏向されずモジュレータを通過する。

ビーム停止アレイ２５を使用することによって、被偏向小ビーム２７が停止される。

停止アレイ２５を通過する小ビーム２８が第１書き取り方向に偏向アレイ５６で偏向され、また各小ビームの断面が投影レンズ５５を使用して縮小される。書き取り操作中、ターゲット面４９が第２書き取り方向にシステムの残り部分に関して移動する。

さらにリソグラフィシステムは、データ記憶装置６１、読み取りユニット６２およびデータコンバータ６３を備えた制御ユニット６０を備えている。制御ユニットはシステムの残りから離れて、例えばクリーン室内部の外側に配置されている。光ファイバを使用することによって、パターンデータを保有する被変調光ビームが、投影装置５４に伝送され、ファイバの両端を変調アレイ２４上に投影する。

これまでの説明は好ましい実施形態の動作の説明が含まれており、本発明の範囲を限定することを意図していないことを理解すべきである。

本発明の範囲は添付請求の範囲によってのみ制限される。これまでの説明から、多数の変形例が当該技術に習熟した人に明白であり、本発明の精神と範囲によって包含されている。

１…障害物、２…ファイバアレイ、３…プレート、４…光ファイバ、５…レンズ、６…レンズ、７…レンズ、８…光ビーム、９…マイクロレンズアレイ、１０…反射層、１１…感光変換素子、１２…拡散層、１３…波長フィルタ、１４…プリズム、１５…回折格子、１６…光導波管、１７…レンズ、１８…モジュレータ、１９…電線、２０…ファイバリボン、２１…静電偏向装置、２２…電子小ビーム、２３…有しアパーチャ、２４…小ビームブランカーアレイ、２５…小ビーム停止アレイ、２７…被偏向電子小ビーム、２８…被伝送小ビーム、２９…レンズ、３０…ミラー、４０…空間光モジュレータ（ＳＬＭ）、４１…レーザ、４２…光ビーム、４３…ビームスプリッタ、４４…小ビーム、４５…制御ユニット、４６…光ビーム、４７…被伝送小ビーム、４８…レンズ、４９…ターゲット露光面、５０…ビーム発生装置、５２…光学系、５３…ビームスプリッタ、５４…投影装置、６１…データ記憶装置、６２…読み取りユニット、６３…データコンバータ、６０…制御ユニット。

Claims

パターンをターゲットの表面に転写するマスクレスリソグラフィシステムであって、
複数の小ビームを発生するための少なくとも１つのビーム発生装置と、
小ビームの大きさを変調するための複数のモジュレータを備え、少なくとも１つの光感応素子を有している変調手段と、
前記モジュレータの各々を制御する制御ユニットと、
を具備し、
この制御ユニットは、それぞれの小ビームの大きさを制御するために、パターンデータを発生し、このパターンデータを前記変調手段に伝送し、
前記制御ユニットは、前記少なくとも１つの被変調光ビームを前記変調手段に伝送するための少なくとも１つの光伝送装置を備え、
前記パターンデータは、少なくとも１つの被変調光ビームに加えられており、
前記光伝送装置は、前記制御ユニットからの前記少なくとも１つの被変調光ビームを前記少なくとも１つの光感応素子に伝送するための光ファイバのグループを備え、この光ファイバのグループは、ファイバリボンを形成し、
前記ファイバリボンは、変調アレイの側部に接続され、複数のモジュレータは、前記変調アレイを規定する、マスクレスリソグラフィシステム。
前記光感応素子は、ファイバリボンの接点に近接配置される、請求項１に記載のマスクレスリソグラフィシステム。
前記光ファイバのグループは、変調アレイのさらなる側部に接続されるさらなるファイバリボンを形成し、前記さらなる側部は、ファイバリボンが接続される側部の反対側である、請求項１または２に記載のマスクレスリソグラフィシステム。
前記変調アレイは、基板内に組み込まれる、請求項１〜３のいずれか１項に記載のマスクレスリソグラフィシステム。
少なくとも１つの被変調光ビームの合焦を行うための光学集合体を更に具備する請求項１〜４のいずれか１項に記載のマスクレスリソグラフィシステム。
前記光伝送装置は、前記少なくとも１つの被変調光ビームを前記変調手段上に投影するための少なくとも１つの投影装置を備えている、請求項１〜５のいずれか１項に記載のマスクレスリソグラフィシステム。
前記光伝送装置は、これの制御ユニット端で少なくとも１つのマルチプレクサと、これの変調手段端で少なくとも１つのデマルチプレクサを備えている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のマスクレスリソグラフィシステム。
前記マスクレスリソグラフィシステムは、前記複数の小ビームが進行方向と平行な光路を有しており、
前記光伝送装置は、前記少なくとも１つの被変調光ビームを前記光路に結合する少なくとも１つの光カプラをさらに備えている、請求項１〜７のいずれか１項に記載のマスクレスリソグラフィシステム。
各光ファイバ端からの被変調光ビームは、モジュレータの光感応素子上に投影される、請求項１〜８のいずれか１項に記載のマスクレスリソグラフィシステム。