KR20060015548A - 마스크 없는 리소그래피 시스템 - Google Patents
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Abstract
진공 챔버 내부의 프로그램가능한 패턴 발생 시스템에서 구멍을 제어하기 위한 다량의 데이터는 나노-구조 반도체 회로의 생산을 위한 마스크 없는 리소그래피 시스템에서 발생한다. 공지된 데이터 전송은 접촉의 면에서 무거운 기계적 부담을 부가하는 복잡하고, 대형의 와이어 연결에 의해 전기적으로 수행된다. 본 발명의 리소그래피 시스템(1)에 따라, 데이터 전송은 제어 신호를 만들기 위해 프리빔에 의해 광패턴 데이터를 진공 챔버(4) 내부의 광출구 위치(10)로부터 광입구 위치(12)로 유도할 수 있는 강력한 전기광학 프리빔 연결 시스템(8)에 의해 수행된다. 패턴 발생 시스템(6)에 대한 부담은 기계적 접촉이 사라짐으로써 현저하게 감소된다. 프리빔(11)과 입자빔(F)의 경로는 프리빔 경로의 트랙에서 영향을 주지 않는 방식으로 서로 교차할 수 있다. 광출구 위치(10), 예를 들어, 다극성 섬유 어레이 플러그를 형성하기 위해 함께 다발이 될 수 있는 수동형 광도파관(20) 또는 활성 전송 레이저는 진공 챔버(4)의 외부에 배열될 수 있다. 프리빔(11)은 창(21)을 통해 유도된다.
마스크 없는 리소그래피 시스템, 프리빔 연결 시스템
Description
본 발명은 빔원에 의해 발생된 하전 입자빔 및 형성된 구조 패턴은 데이터 전송 시스템을 사용하는 컴퓨터의 도움에 의해 발생된 패턴 데이터의 집합으로 전송되는 어드레스할 수 있는 디지털 패턴 발생 시스템을 사용해서 고압 진공 챔버 내의 이동식 장착 테이블에 배치된 기판을 직접, 나노스케일로 구조화할 수 있는 마스크 없는 리소그래피 시스템에 관한 것이다.
입자빔 리소그래피는 마이크로시스템 기술 분야의 장치 및 전자공학, 광-전자공학, 광학 및 다른 실시예에서 모놀리스 집적 회로, 및 100나노미터 이하의 나노 크기 구조체를 포함하는 이들의 개별적인 부품의 제조에 중요한 역할을 한다. 기판, 통상적으로 웨이퍼에 형성되는 기하학적 구조체는 컴퓨터의 도움으로 패턴 데이터의 집합으로 변환된다. 상기 패턴 데이터의 집합은 마스크의 넓은 영역이 조사되고 변경될 수 없는 마스크를 제조하는데 사용되거나(간접적 구조화 기술), 또는 상기 패턴 데이터의 집합은 입자빔과 피처리 기판이 배치되는 장착 테이블을 적절하게 어드레싱하여 지속적으로 사용되어 버린다(직접 구조화 기술).
간접 구조화 기술은 병렬면을 형성할 수 있어서 구조체 패턴을 매우 빠르게 형성한다는 점에서 유익하다. 그러나, 간접 구조화 기술은 회로 레이아웃의 대량 생산에 의해서만 수지를 맞출 수 있는 매우 비싼 마스크 제조 비용, 마스크를 위치시킬 때 다소 복잡한 배열 때문에 단점을 가진다. 따라서, 현재 직접 구조화 기술은 집약적으로 발전하고 있는데, 이는 제조될 수 있는 기하학적 구조체 패턴에 대한 유연성이란 큰 장점을 제공하여, 궁극적으로는 비용을 저렴하게 하기 때문이다. 그러나, 이 방법은 입자빔을 사용하는 느리고, 연속적인 구조화 공정 때문에 기판의 처리량이 비교적 낮다는 단점을 가진다. 따라서, 최대로 가능한 병렬화가 직접 구조화 방법의 목표이다. 이런 병렬화를 이루기 위해, 다른 개념들이 수행되고 있다. 한편으론, 복수의 병렬 입자빔이 발생할 수 있고, 다른 한편으론, 패턴 발생 시스템으로서 어드레스할 수 있는 개별 요소(구멍)를 포함하는 프로그램할 수 있고, 변화할 수 있는 마스크가 큰 단면을 갖는 균일 입자빔으로 조사될 수도 있다. 이 바람직한 개념에서 처리될 필요가 있고 주로 수 회 조사되는 600,000개의 마스크 포인트를 갖는 디지털화된 구조 패턴(잉크 제트 프린더의 원리에 필적하는 그레이 스케일) 시스템을 어드레싱하고 마운팅 테이블을 어드레싱하기 위한 데이터를 포함하는 데이터 전송 속도는 매우 빠르고, 수십 Tbit/s에 쉽게 도달하여, 리소그래피 시스템의 진공 챔버 내의 패턴 발생 시스템으로 데이타 속도를 적절하게 전송하는 것은 직접 구조화 기술과 관련된 특정한 문제가 있다.
본 발명의 최신 기술을 나타내는 것으로 생각되는 리소그래피 시스템은 미국특허 제 6,379,867 B1에 기술되어 있다. 상기 리소그래피 시스템은 "마스크 없는" 것을 의미하는데 이는 통상적으로 변경할 수 없고 단단한 마스크가 사용되지 않기 때문이다. 오히려, 패턴 발생 시스템은 픽셀 패널로 구성되는데, 이 픽셀 패널은 예를 들어, 특정한 빔을 전송하거나 막는 디지털 미러 디바이스(DMD)에 의해 형성된 복수의 어드레스할 수 있는 개별 요소를 포함한다. 발생된 패턴은 컴퓨터의 도움으로 비트맵으로 발생되어, 저장 장치에 저장되며, 와이어-결합 신호 연결을 통해 저장 장치로부터 패턴 발생 시스템으로 전송된다. 데이터 전송 시스템은 전적으로 와이어 연결을 기초로 한다. 따라서, 이들의 공간적 배열과 배치, 및 특히 어드레스되는 개별 요소의 케리어 플레이트(carrier plate)에 대해 문제가 발생한다. 또한, 진공 챔버에서 유지를 목적으로 데이터 라인을 제거하는 것은 매우 복잡하다. 또한, 전송되는 데이터에 대한 나쁜 영향은 진공 챔버 내의 상태, 특히 가해진 고압에 의해 발생할 수 있다.
본 발명의 목적은 가장 빠른 데이터 속도에서도 진공 챔버의 내부로 확실하게 전송할 수 있고, 특히 진공 챔버의 내부는 접촉에 의한 패턴 발생 시스템에 대한 기계적 응력이나 어떤 공간 관련 문제가 전혀 발생하지 않는 데이터 전송 시스템을 제공하는 것이다. 상기한 형태의 리소그래피 시스템을 제공하는 것이고, 다. 패턴 발생 시스템에서 어드레스할 수 있는 개별 요소로의 전송 데이터의 간단한 할당은 이상적으로는 가능하여야 한다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 데이터 전송 시스템은 작동면에서 튼튼해야 하고 조립과 분해가 쉬워야 한다.
상기 목적을 부응하기 위하여, 본 발명에 따른 리소그래피 시스템은 데이터 전송 시스템으로 광-전기 프리빔(free beam) 연결 시스템을 제공함으로써, 전기-광학 컨버터에 의해 광학적으로 변환된 패턴 데이터는 광출구 위치에 분배되고, 변환된 패턴 데이터는 적절한 방향의 프리빔에 의해 광출구 위치에서 진공 챔버 내부의 광입구 위치로 전송되고, 변환된 패턴 데이터는 광입구 위치에서, 전송된 패턴 데이터에 대한 패턴 발생 시스템과 연결된 광-전기 컨버터로 유도되고, 전기-광학 컨버터의 수(N)는 데이터의 소정의 변환 속도를 기초로 하여, 전송되는 패턴 데이터 속도에 맞춰진다.
본 발명은 전송되는 고속 데이터 속도의 유효 광학 범위로의 변형뿐만 아니라 프리빔 연결 시스템에서 배선(데이터 라인)에 의존하지 않는 데이터 전송을 모두 포함한다. 본 발명에 따른 리소그래피 시스템에서 광-전기 데이터 전송 시스템은 패턴 발생 시스템을 외부로의 임의의 와이어-결합과 외부에 기계적으로 응력을 받는 접촉이 없게 하여 기계적 응력으로부터 벗어나게 한다. 따라서, 리소그래피 시스템을 결합하거나 보수시에, 데이터 전송을 위한 무선 연결이 패턴 발생 시스템에 직접 만들어지거나 제거돼야할 필요가 없게 된다. 본 발명에서, 전체 데이터 전송은 전적으로 렌즈에 기초하고 프리빔 연결 시스템의 집적화로 인하여 적어도 패턴 발생 시스템의 바로 앞부분에서는, 배선과 무관하다. 광-전기 데이터 전송 시스템은 매우 효과적이어서, 가장 빠른 데이터 속도로 전송될 수 있다. 전기-광학적으로 변환된 데이터는 병렬 프리빔으로 패턴 발생 시스템에 직접적으로 유도되고, 병렬 프리빔의 수는 전기-광학 컨버터의 소정의 전송 속도를 통해 전송되는 데이터 속도에 맞춰진다. 전기-광학 컨버터당 10 Gbit/s의 예시적 데이터 속도를 가정하면, 2.56 Tbit/s의 데이터 속도를 전송하기 위해 256개의 병렬 프리빔이 필요하다. 이런 병렬 프리빔의 경로들은 패턴 발생 시스템의 광학-전기 컨버터를 향한다. 그곳으로부터, 데이터는 전기 신호로 변환되어 연속적인 신호 처리를 통해 패턴 발생 시스템의 개별 요소로 유도된다. 선택한 예시적 실시예에서, 패턴 발생 시스템의 광-전기 컨버터는 10 Gbit/s의 데이터 속도로 들어오는 광데이터를 적절하게 탐지한다. 배선과 무관한 프리빔의 영역에서, 진공 챔버 속의 데이터 캐리어로 작용하는 빛은 구조화하는 동안 존재하는 고압 또는 주로 이온 또는 전자인 입자빔에 의해 영향을 받지 않는다. 데이터는 광학-전기 컨버터 상에 직접 광학적으로 조사될 수 있다는 점에서 이것은 큰 장점이 된다 - 데이터의 경로는 전위에 대해 어떤 문제도 일으키지 않고 입자의 경로를 통과한다. 공간 소비 및 배선의 복잡한 다발 및 이들의 기계적 접촉은 필요하지 않다.
본 발명에서 사용될 수 있는 광프리빔 연결 시스템의 다른 실시예는 통상적으로 강력한 통신 장치의 내용에서 최신의 공지된 형태이나, 접근할 수 없는 위치(예를 들어, 유럽특허 0 485 071 A2, 물속의 밀폐된 밀봉 소자로의 데이터 전송을 기술한다) 또는 접촉하기 어려운 위치(예를 들어, 독일특허 100 36 237 A1, 개개의 전기적으로 제어된 작동 장치의 기계의 모듈식 제조가 기술되고, 이들 사이에 데이터는 광학적으로 전송된다)에 데이터 전송을 위한 것으로 공지된다. 프로젝트 "광신호 처리"(Heinrich-Hertz-Institut fur Nachrichtentechnik Berlin GmbH, July 1994, Chapter D.6.2.2에 의해 편집)의 최종 보고서에서, 예를 들어, 광학 3D 공간 단계가 공지되었고, 캐스케이드 전자 회로 및 각각 조준하거나 초점을 모으기 위한 프레즈넬 존 렌즈뿐만 아니라 빔 편향을 위한 체적 홀로그램을 포함하는 광프리빔 연결 수단에 의해 형성된다. Gbit 범위로 전송 속도의 전송을 위한 자유 빔 연결 네트워크이고, OFDM-스위칭 시스템에서 광신호 처리를 위해 사용될 수 있다.
본 발명과 관련하여, 본 발명에 따른 리소그래피 장치에서 프리빔 연결 시스템은 주로 광 방출기(예를 들어, 전기-광학 컨버터, 예를 들어, 레이저 다이오드와 같은 능동형 광 방출기 또는 광 도파관의 출구)로서 작동하는 광출구 위치, 배선과 무관한 프리빔(배선으로 결합되지 않음) 및 광학 수신기로 작용하는 광입구 위치(예를 들어, 포토다이오드와 같은 광-전기 컨버터와 같은 능동형 수신 요소 또는 광도파관의 입구)의 일련의 조합으로 이루어져 있다. 어떻게 데이터가 제공되고 광입구 및 광출구 위치에서 수집되는 지는 선택적이다. 또한, 프리빔 연결 시스템의 자리잡기는 자유롭게 선택될 수 있고 따라서 제조 환경과 조건에 상세히 적응할 수 있다. 가장 간단한 실시예에서, 상기 부품들을 포함하는 프리빔 연결 시스템은 패턴 발생 시스템의 바로 앞에 배치된다. 따라서 프리빔이 덮는 거리는 매우 짧다. 접촉이 없는 데이터 입력은 패턴 발생 시스템이 기계적 응력으로부터 벗어나게 하는데, 이것이 본 발명의 주요 목적들의 하나이다. 이 실시예에서, 전기-광학 컨버터로의 데이터 전송은 무선 방식(전기적으로 또는 광학적으로)으로 일어날 수 있고, 와이어 통로는 적절하게 진공 챔버의 벽에 제공되는 것이 필요하다. 또한, 진공 챔버 내의 프리빔 연결 시스템의 광출구 위치는 패턴 발생 시스템과 아주 먼 거리에 배치될 수 있어서, 프리빔이 덮는 거리가 길어진다. 이런 점에서, 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 광편향 장치가 진공 챔버 내의 자유 빔에 배치된다면 바람직하다. 따라서, 진공 챔버 내의 어떠한 제조 환경도 수용될 수 있고 프리빔은 이런 제조 환경과 무관한 광입구 위치로 유도될 수 있다. 프리빔 거리의 중간에 배치될 수 있거나 광출구 또는 입구 위치의 바로 앞에 배치될 수 있는 편향 장치는 조절가능한 미세 거울 또는 미세 프레즘이 장착될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 광출구 위치는 진공 챔버의 외부에 배치될 수 있고, 프리빔은 진공 챔버에 있는 광 투명창을 통해 진공 챔버 속에 유도될 수 있다. 이런 방식으로, 진공 챔버의 내부로의 데이터 전송은 이미 배선과 무관하고 프리빔에 의해 성취된다. 프리빔은 진공 챔버의 벽 속에 통합된 창을 통해 간단히 유도된다. 광출구 위치가 진공 챔버의 외부에 위치할 때, 설치 공간과 진공 챔버 내부에 자유 빔 연결 시스템을 장착하는 것과 관련된 노력은 감소한다. 데이터를 진공 챔버 내에 전송하기 위한 어떠한 배선용 통로가 필요하지 않고, 진공 챔버 내의 고진공 및 고전압과 완전한 분리가 일어난다. 창을 통해 내부로 들어가는 자유 빔의 광-전기 컨버터 위에서의 편향은 광편향 장치에 의해 다시 즉시 이루어진다. 진공 챔버 외부의 공간을 줄이기 위해서, 본 발명의 다른 실시예는 광출구 위치가 외부의 창에 직접 배치되게 한다. 그 때문에, 일련의 다른 구조적 단순화를 얻을 수 있는데, 이하에서 자세히 설명한다. 또한, 광출구 위치는 창 아래에 직각으로 배치되는 것이 유리하고 프리빔은 추가 광편향 장치를 통해 창을 통과하여 진공 챔버의 내부로 유도될 수 있다. 따라서, 편향 장치는 진공 챔버의 외부에 장착될 수 있어서 최적의 공간 절약 방식으로 프리빔을 유도할 수 있다. 마지막으로, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 창은 진공 챔버 속으로 이동될 수 있다. 이것이 광출구를 외부에 공간을 줄여서 위치시키게 하지만 여전히 진공 챔버의 지역 내에 위치한다. 또한, 소정의 렌즈 거리는 더욱 쉽게 맞출 수 있다. 이것은 이하에서 일반적인 설명과 예시적 실시예에서 보다 상세하게 설명된다. 산란광 또는 다른 효과에 의한 간섭 영향을 피하기 위하여, 프리빔이 창을 통해 외부 광출구 위치로부터 조사될 때, 만일 창에 외부광과 프리빔이 통과하는 외부 지역에서의 전자기장을 차폐하는 덮개가 장착된다면 매우 유리하다. 덮개는 간단한 기계적 또는 광학적 덮개일 수 있다. 또한, 프리빔은 어레이 속에 그룹을 형성할 수 있어서, 국부적으로 정확하게 정의되고 따라서 그 주변을 덮기가 더 쉬어진다.
적절한 광원을 사용하면, 발생된 프리빔은 특히 cm 범위의 짧은 거리로 임의의 다른 광학적 수단의 사용 없이 유도될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 리소그래피 시스템의 다른 실시예에 따라, 만일 조준 마이크로렌즈 및 초점 마이크로렌즈가 광출구 위치와 광입구 위치의 적어도 하나에 배치된다면 바람직하다. 이것이 프리빔을 그룹화하고 정확한 배향을 갖게 한다. 마이크로렌즈가 프리빔에 배치되는 위치는 개개의 사용된 요소의 품질에 의존한다. 또한, 대형 굴절각에 의한 손실을 피하고, 광출구 위치에서 광입구 위치를 향하도록 프리빔이 각을 이루도록 배열하는 것이 가능하다. 예를 들어, 마이크로렌즈는 그린 또는 프레즈넬 존 렌즈로 구성될 수 있다. 이들의 광학적 특성 때문에, 상대적으로 작은 프리빔 거리로 연결되는 경우에만 사용될 수 있다. 상기한 대로, 어레이에 광출구 위치를 배열하는 것이 유리하고 공간을 줄인다. 공통의 어레이에 광입구 위치를 배열하는데도 동일하게 적용된다. 본 발명의 이런 실시예에서, 어레이는 일차원일 수 있어서, 선 또는 기둥을 형성할 수 있고 또는 소형 실시예에서, 각각 광입구 위치와 광출구 위치의 라인과 기둥을 가진 이차원일 수 있다. 만일 어레이 배열이 사용된다면, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 광출구 위치의 어레이는 광입구 위치의 어레이 위에 형상화 렌즈에 의해 유익하게 형상화될 수 있다. 그 때문에, 10cm부터 m 까지 프리빔에 의해 덮히는 더 긴 거리가 실현될 수 있다. 만일 1:1의 형상비가 선택되고 단순 형상화 렌즈가 형상화 렌즈로 사용된다면, 상기 형상화 렌즈는 광출구 위치와 광입구 위치 사이에 대칭적으로 배치되는 것이 필요하다(물체 넓이 = 형상 넓이). 거리가 너무 길어지는 것을 피하기 위해, 창은, 예를 들어, 상기한 대로 진공 챔버 속으로 이동할 수 있다. 만일 다른 형상비가 선택되거나 형상화 렌즈로 보다 복잡한 렌즈 배열이 사용된다면, 형상화 렌즈의 비대칭적 배열 또는 어레이 치수의 크기 차이는 적절하게 고려될 수 있다. 만일 형상화 렌즈가 사용된다면, 진공 챔버 내의 광입구 위치는 광출구 위치에 대한 배열을 갖는 것이 필요하고, 이는 수직 및/또는 수평 중간 축(형상화 렌즈의 실시예에 따라)에 대해 역상이 된다.
상기한 대로, 프리빔 연결 시스템에서 광출구 위치는 빛을 방출하는 역할을 하고 광입구 위치는 빛을 받는 역할을 한다. 위치는 이들의 구조면에서 다를 수 있는데, 특히, 이들은 수동형 또는 능동형으로 제조될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따라, 광입구 위치 및/또는 광출구 위치는 광도파관의 말단부에 형성될 수 있다. 따라서, 이 수동형 실시예에서, 데이터는 이미 광학적으로 변환될 수 있고 그 후에 특히 광도파관에 의해 광출구 위치로 유도된다. 또한, 광입구 위치는 광도파관을 통해 광-전기 컨버터와 연결될 수 있다. 광도파관은, 예를 들어, 다발로 결합하기에 적절하고, 손실이 적고 간섭에 영향을 받지 않는 유리 섬유와 같은 광섬유가 제공될 수 있거나 모놀리스 집적 도파관이 제공될 수 있다. 또한, 만일 광도파관이 광섬유에 의해 형성된다면, 광도파관의 말단부는 섬유 어레이 플러그를 형성하기 위해 다발로 결합될 수 있다. 섬유 어레이 플러그를 사용하면 특히 보수가 쉬어진다. 또한, 에러의 위험도 감소되는데, 이는 개개의 광도파관은 섬유 어레이 플러그에 고정적으로 배열되고, 섬유 어레이 플러그는 정확하게 배열되고 분할되게 연결하게 한다. 256개의 평형 광도파관을 사용할 때, 64개의 광도파관을 포함하는 4개의 연결 다발이 각각 형성될 수 있다. 각 다발은 "64 폴"의 섬유 어레이 플러그에서 끝난다. 이런 종류의 섬유 어레이 플러그("페렐")는 당업계에서 일반적으로 공지되었고(예를 들어 www.xanoptix.com/Ferrell.htm; 2003년 3월14일 참조) 상업적으로 구입할 수 있다.
만일 광출구 위치가 능동형으로 제조된다면, 본 발명의 다른 실시예는 유익하게 광출구 위치로서 전기-광학 컨버터는 방출 레이저로 제조된다. 따라서, 패턴 데이터의 전기-광학적 변환은 광출구 위치에서만 직접 일어난다. 와이어-미결합 공급 라인을 방출 레이저에 장착하는 것은 특히 공급 라인이 진공 챔버의 외부에 배치되는 경우에 어떤 문제도 일으키지 않는다. 능동형 광출구 위치는 본 발명의 다른 실시예에 따라 포토다이오드에 의해 형성된 광출구 위치로서 광-전기 컨버터를 제조함으로써 실현될 수 있다. 데이터는 광출구 위치에서 광-전기적으로 직접 변환되고 와이어-결합 시스템에 전달된다. 능동형 방출 요소(예를 들어 방출 레이저) 및 능동형 수신 요소(예를 들어, 포토다이오드)를 포함하는 실시예에서, 광도파관이 필요하지 않아서, 특히 소형 실시예를 만들게 한다. 다른 능동형 부품이 사용될 수 있다. 포토다이오드에 의해 형성된 광-전기 컨버터는, 예를 들어, 50마이크로미터 이하의 공간을 필요로 한다. 각각의 포토다이오드 사이의 거리를 250마이크로미터 내지 500마이크로미터의 범위로 가정하면, 256개의 병렬 광도파관 및 각 열에 배치된 256개의 포토다이오드에 의해 2.56Tb/s의 전체 데이터 속도를 전송하기 위해, 각각의 포토다이오드는 개별 요소(구멍)의 그룹을 어드레싱하는데 사용되고, 64mm 내지 128mm 사이의 한 방향에서 다이오드 어레이를 위한 필요 공간이 생긴다. 이런 밴드형 다이오드 어레이는 소위 "블랭킹 판(blanking plate)"에 배치될 수 있어서, 공지된 리소그래피 시스템에서 각각의 구멍을 포함하는 프로그램가능한 칩을 수용한다. 예를 들어, 이런 프로그램가능한 어피처 시스템은 아이.엘. 베리 등의 "Programmable Aperture Plate for Maskless High Throughput Nanolithography"(Journal of Vacuum Science and Technology, B, 1997, Volume 15, No. 6, 페이지 2382 내지 2386)라는 서적의 초록에 공지되어 있다. 그러나, 본 발명에 따른 리소그래피 시스템의 특유의 장점은 광빔과 입자빔은 진공 챔버에서 서로 교차될 수 있다는 선택에 달려 있고, 따라서, 광학-전기 컨버터의 배열 및 접근성의 자유 선택이라는 선택권이 있다. 그런 방식, 특히 공간 절약 배열이 실현될 수 있다. 또한, 주요 장점들은 블랭킹 판의 데이터 전송 속도에서 기인할 수 있는데, 이는 짧은 거리가 실현될 수 있기 때문이다. 본 발명에 따른 리소그래피 시스템의 다른 실시예에 따라, 광-전기 컨버터가 패턴 발생 시스템에 직접 배치된다면 유리하다. 진공 챔버 내의 자유 공간 거리를 통한 컨버터의 접근성은 항상 주어진다. 얻을 수 있는 데이터 속도에 중요한 복잡하고, 민감하며 방해하는 배선은 필요하지 않다. 본 발명에서 프로그램가능한 어퍼처 플레이트 시스템(aperture plate system)으로 구성되는 패턴 발생 시스템의 바람직한 실시예에서, 포토다이오드는 블랭킹 판 위로 분배될 수 있고 여러 요소를 통해 구멍의 그룹에 할당될 수 있고, 이로 인해 배열의 많은 단순화와 공간 절약이 이루어진다.
개개의 광학적 광경로에 대한 데이터를 전달하는 자유광빔은 전형적으로 광학 요소에 의해 초점이 모이고 조준되고, 따라서, 이의 경로 방향으로 배향된다. 조립하자마자, 보수 또는 작업하는 동안, 조절의 바람직하지 않은 변화는 빔의 배열뿐만 아니라 각각 탐지기 또는 컨버터의 위치에서의 기계적 허용오차와 형태의 변화 때문에 발생할 수 있다. 따라서, 예시적 실시예에 따라, 조절 시스템은 광출구 위치에 프리빔을 배열하기 위해 제공된다면 유익하고, 조절 시스템은 자동화에 도움이 된다. 조절 시스템은 광출구 위치에 직접적으로 접근할 수 있고, 광출구 위치의 위치를 수정시킨다. 본 발명의 다른 실시예에 따라, 조절 시스템은 프리빔 연결 시스템의 빔 경로에 배치될 수 있다. 따라서, 광학 범위의 수정은 각각의 광학에 의해 영향을 받아서, 구조의 관점으로부터 실현하기 쉽다. 또한, 진공 챔버의 전기적 또는 광학적 백신호는 배열을 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따라, 추가 전기-광학 컨버터가 패턴 발생 시스템의 지역에 배치된다면 바람직하고, 뒷 방향에서 추가 광신호, 특히 관찰 및 조절 신호는 추가 광학-전기 컨버터 상의 프리빔을 통해 발생되고 유도될 수 있고, 여기서 추가 광신호가 조절 시스템을 위한 백신호로 사용될 수 있어서, 자동화될 수 있다. 4개의 사분원 포토다이오드는 탐지를 위해 사용될 수 있고, 예를 들어, 분할된 사분원 측정값을 기초로 하여 빔 경로에서 적절한 조절 장치에 의해 빔을 정확하게 배열할 수 있다. 이 백 경로는 - 한 번 또는 반복된 시간 간격으로 - 광학 데이터 전송 시스템 및 구조화 시스템의 적절한 기능에 정보를 제공하는 테스트 수열을 전송하는데 사용될 수 있다.
이 점에서, 본 발명은 프리빔 연결 시스템을 사용하여 내부에 극한 상태를 가지며 밀폐되고, 접근이 나쁜 공간 속으로의 전기-광학 데이터 전송 및 공간으로부터의 전기-광학 데이터 전송에 관한 것이다. 또한, 진공 챔버에, 예를 들어, 교환 공정과 같은 공정을 유도하고, 정전기장을 발생시키거나 에너지 저장소를 충전하기 위해서, 적어도 상대적으로 소량의 에너지는 와이어의 사용 없이 진공 챔버의 내부로 에너지의 광전송을 실현할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따라, 어드레스할 수 있는 패턴 발생 시스템 위로의 광에너지 전송은 광-전기 프리빔 연결 시스템을 사용하여 수행하는 것이 유익할 것이다.
본 발명을 더욱 잘 이해하기 위해, 이의 실시예는 도면을 참조하여 기술되고, 실시예들의 부품은 명확하게 하기 위해 약간 확대하여 도시된다.
도 1은 진공 챔버 내에 완전히 배치된 프리빔 연결 시스템을 도시한다.
도 2는 광출구 위치가 진공 챔버의 외부에 선형으로 배치된 프리빔 연결 시스템을 도시한다.
도 3은 광출구 위치가 진공 챔버의 외부에 선형으로 배치된 다른 프리빔 연결 시스템을 도시한다.
도 4는 형상화 렌즈를 포함하는 프리빔 연결 시스템의 상세도를 도시한다.
도 5는 진공 챔버의 외부의 각에 배치된 광출구 위치를 가진 프리빔 연결 시 스템을 도시한다.
도 6은 진공 챔버 지역의 외부에 배치된 광출구 위치를 가진 프리빔 연결 시스템을 도시한다.
도 7은 섬유 어레이 플러그를 도시한다.
도 8은 프리빔과 마이크로렌즈를 도시한다.
도 9는 각을 이루는 자유 빔 경로를 도시한다.
* 도면 부호의 상세한 설명 *
1: 리소그래피 시스템 2: 기판
3: 장착 테이블 4: 진공 챔버
5: 입자빔 6: 패턴 발생 시스템
7: 구멍 8: 프리빔 연결 시스템
9: 전기-광학 컨버터 10: 광출구 위치
11: 프리빔 12: 광입구 위치
13: 광학-전기 컨버터 14: 조준 마이크로 렌즈
15: 초점 마이크로 렌즈 16: 광 편향 장치
17: 방출 레이저 18: 통로
19: 포토다이오드 20: 광도파관(숫자 N)
21: 창 22: 덮개
23: 형상 광학 24: 광 편향 장치
30: 섬유 어레이 플러그 31: 포토다이오드 어레이
32: 방출 레이저 33: 조절 시스템
34: 운반판 35: 어퍼처 플레이트 시스템
40: 섬유 어레이 41: 광입구 어레이
42: 반도체 칩 50: 섬유 어레이 플러그
51: 덮개 52: 추가 광편향 장치
53: 포토다이오드 어레이 61: 판
71: 고정구
도 1은 이동식 장착 테이블(3)에 배치된 실리콘으로 제조한 웨이퍼와 같은 기판(2)의 직접적이고, 나노 스케일로 구조화하기 위한 본 발명에 따른 마스크 없는 리소그래피 시스템(1)의 단면도를 도시한다. 진공 챔버(4)의 단면도가 도시되고, 진공 챔버(4)는, 예를 들어, 내부에 100kV의 전위를 가진다. 이 경우 전자를 포함하는 균일하고, 넓은 입자빔(5)은 상부에서 진공 챔버(4) 속으로 입자원으로부터 유도되고, 여기서 입자빔은 기판(2) 위에 배치된 어드레스할 수 있는 패턴 발생 시스템(6)에 입사된다. 바람직하게는 프로그램가능한 어퍼처 플레이트 시스템인 패턴 발생 시스템(6)에서, 입자빔(5)으로 기판(2)을 조사하기 위한 디지털 구조화 패턴은 컴퓨터의 도움으로 발생한다. 이 효과를 위해, 구조체 또는 개개의 요소의 점을 형성하는 개별적으로 어드레스할 수 있는 구멍(7)은 발생되는 구조화 패턴에서의 위치 및 이동식 기판(2) 위의 위치에 의존하여 어드레스된다. 매우 정교한 구조체와 높은 조사 속도의 경우, 전달되는 데이터 속도는 매우 높고 Tbit/s의 범위일 수 있다.
패턴 발생 시스템(6)은 광학-전기 자유 빔 연결 시스템(8)을 통해 어드레싱 공정을 위한 데이터를 받는다. 도시한 실시예에서, 상기 시스템은 전기-광학 컨버터(9), 광출구 위치(10), 프리빔(11), 광입구 위치(12) 및 광-전기 컨버터(13)를 포함한다. 전기적 패턴 데이터는 전기-광학적으로 변환되어, 프리빔(11)에 의해 패턴 발생 시스템(8) 위로 전송되고, 이들의 광학-전기적 변환 후 제어 데이터로서 추가로 처리된다. 프리빔(11)(및 전기-광학 컨버터(9) 및 광-전기 컨버터(13))의 숫자(N)는 전기-광학 컨버터(9)의 소정의 변환 속도를 통해 전송된 전체-데이터-속도에 맞춰진다. 이 내용에서, 개별적으로 도시된 성분들은 어레이로 배열될 수 있다는 것을 알아야 한다. 2.56Tbit/s의 데이터 속도의 전송을 위해, 전기-광학 컨버터(9)에 의해 발생되는 10Gbit/s의 데이터 속도를 가진 N=256 병렬 프리빔(11)이 필요하다.
도시한 실시예에서, 광출구 위치(10)뿐만 아니라 광입구 위치(12)(각 상세하게 도시됨)는 진공 챔버(4) 내에 배치된다. 이런 방식으로, 패턴 발생 시스템(8)을 기계적으로 완화시키는 역할을 하는 매우 짧은 프리빔 거리는 접촉을 불필요하게 함으로써 실현될 수 있다. 이런 경우, 프리빔(11)은 마이크로렌즈(14)를 조준하고 마이크로렌즈(15)의 초점을 맞춤으로써 그룹화될 수 있다. 편향을 위해, 프리빔(11)은 도시한 실시예에서, 마이크로-미러와 같은 편향 시스템에 의해 90˚편향된다. 편향 장치(16)는 입자빔(5)이 방해되지 않도록 주로 배열된다. 도시한 실시예에서, 광출구 위치(10)는 전기-광학 컨버터(9)로서 능동형 방출 레이저(17)에 의해 직접 형성된다. 전기 신호로 제공되는 패턴 데이터는 진공 챔버(4)의 벽에 통로(18)를 통해 유도되는 와이어를 사용하여 와이어-결합 형태로 제공된다. 만일 전기-광학 컨버터(9)가 진공 챔버(4)의 외부에 배치되는 경우, 광학적으로 변환된 데이터를 진공 챔버의 내부로 공급하는 것은 광도파관을 사용하여 수행될 수 있다. 광출구 위치(10)는 광도파관의 말단부에 위치한다. 광입구 위치(12)는 도시된 실시예에서, 예를 들어, 광-전기 컨버터(13)로서 포토다이오드(19)와 같은 수신 요소에 의해 직접 형성된다. 선택적으로, 매우 짧은 프리빔 거리를 갖는 실시예에서, 마이크로렌즈(14, 15)는 생략될 수 있다.
도 2에서, 긴 프리빔 거리를 갖는 본 발명의 실시예가 도시되고, 여기서 프리빔 연결 시스템(8)의 광출구 위치(10)는 진공 챔버의 외부에 배치되고 수동형 광도파관(20)의 말단부에 의해 형성되고, 수동형 광도파관의 전면 말단부에 전기-광학 컨버터(9)가 위치한다(이 경우 능동형 방출 요소도 가능하다). 또한, 이 실시예에서, 선-조준 마이크로렌즈(14)는 광도파관(20)의 말단부에 제공될 수 있다. 초점 마이크로렌즈(15)가 도시되는데, 생략될 수 있다. 프리빔(11)은 단순한 유리 창틀인 진공 챔버(4)의 내부의 진공 챔버(4)의 벽의 창(21)을 통해 유도된다. 간섭을 막기 위해, 창(21)에 덮개(22)가 제공된다. 광출구 위치(10)와 광입구 위치(12) 사이의 거리가 멀기 때문에, 형상화 렌즈(23)가 제공되어, 각각의 위치를 서로에 대해 형상화한다. 특히, 쉽게 제거할 수 있는 섬유 어레이 플러그와 연결된 광출구 위치(10)와 광입구 위치(12)의 소형 어레이 장치는 단순한 형상화 렌즈에 의해 형성되는 형상화 렌즈(23)를 통해 잘 형상화될 수 있다. 또한, 만일 형상화 렌즈(23) 가 사용된다면, 이의 배열은 입자빔(5)을 방해하지 않아야 하고, 프리빔(10)은 입자빔(5)을 방해하지 않는 편향 장치(24)를 사용하여 각진 경로를 따라 유도될 수 있고, 여기서, 상기 광편향 장치는 서로 밀접하게 위치한 모든 프리빔(10)을 함께 수신한다.
도 3은 도시한 치수를 가진 전체가 선형인 장치의 실시예를 도시하고, 여기서 광출구 위치(10)는 진공 챔버(4)(단지 제안함) 외부에 배치된다. 이런 광출구 위치(10)는 섬유 어레이 플러그(30)에 의해 형성된다. 선택된 실시예에서, 섬유 어레이 플러그(30)는 유리 섬유 및 백신호를 받기 위한 두 개의 포토다이오드(4개의 사분원)가 제공된 (6x12) 광도파관(20)을 포함한다. 프리빔(11)의 다발은 형상화 렌즈(23)를 경유하여 창(21)을 통과하고 광편향 장치(24)를 경유하여 포토다이오드 어레이(31) 위로 유도된다. (6x12) 포토다이오드와 별개로, 선택한 실시예에서 포토다이오드 어레이(31)는 백신호를 발생시키기 위한 두 개의 방출 레이저(32)(VCSEL)를 포함한다. 백신호는 섬유 어레이 플러그(30)에 4개의 사분원 형태를 가진 두 개의 포토다이오드로 다시 유도되고 포토다이오드 어레이(31)로 프리빔(11)의 배열을 제어하는 역할을 한다. 임의의 발생한 편차는 자동화에 적합하고 프리빔 경로에 배치된 조절 시스템(33)에서 광학적으로 보상된다. 섬유 어레이 플러그(30)의 치환에 의한 기계적 조절, 자동 조절 또는 수동 조절이 또한 가능하다. 선택된 실시예에서, 사각형 개구부를 가진 운반판(34) 위에 배치된 포토다이오드 어레이(31)는 전자칩과 조합하여 제조되고, 수신되고, 광학-전기적으로 변환된 패턴 데이터를 분배하기 위한 분파기의 제 1 제어장치를 포함한다. 상응하는 개구부 를 가진 다른 전자칩은 도시되지 않았다. 전체 시스템은 프로그램가능한 어퍼처 플레이트 시스템(35)으로 불린다.
형상화 렌즈(23)의 상세 설명은 도 4로부터 추론할 수 있다. 복수의 광도파관(20)은 선형 섬유 어레이(40)와 결합한다. 더욱 소형의 크기와 더 단순한 어셈블리를 얻기 위해 섬유 어레이 플러그(상기 참조)에서 선과 기둥의 조합이 또한 가능하다. 선형 섬유 어레이(40)의 역상은 형상화 렌즈(23)에 의해 창(21)을 통해 선형 광입구 어레이(41)(빔 라인에 의해 도 3에 도시) 위에 형상화된다. 단순 형상화 렌즈를 포함하는 대략 1:1-형상화 렌즈(23)가 도시되고, 프리빔 경로에 넓은 작업 거리를 허용한다. 형상화 렌즈(23)가 비대칭으로 배열된 경우에, 다른 형상비가 선택될 수 있다. 선택된 실시예에서, 광입구 위치(12)는 850nm의 전송 파장을 위해 실리콘으로 제조된 반도체 칩(42) 속의 모놀리스 집적 포토다이오드에 의해 형성된다.
도 5에는, 여러 개(N)의 광도파관(20)의 말단부는 결합된 섬유 어레이 플러그(50)의 장치를 포함하고, 진공 챔버(4)의 외부에 배치된 형상화 렌즈(23)를 더 포함하는 실시예가 도시된다. 프리빔(11) 다발의 편향은 창(21)과 거의 같은 높이로 배치된 추가 광편향 장치(52)에 의해 이루어진다. 섬유 어레이 플러그(50)와 광편향 장치(24) 모두는 각진 덮개(51) 속에 통합되고, 각진 덮개는 기계적 고정과 광간섭에 대한 방패로 작용하고, 형상화 렌즈(23)를 보호하는 역할을 동시에 한다. 추가 광편향 장치(24)는 진공 챔버(4)의 내부에 배치되고, 선택된 실시예에서 진공 챔버(4)는 프리빔(11) 다발을 포토다이오드 어레이(53) 위로 유도한다. 도 6에서, 도 5와 유사한 실시예가 도시되고, 창(21)은 진공 챔버(4) 속으로 이동한다. 섬유 어레이 플러그(50)는 판(61)에 장착되고, 동시에 이 판은 광간섭을 차폐하는 역할을 수행한다. 형상화 렌즈(23)는 창(21)의 전면에 정확하게 배치된다. 이런 장치를 사용하면, 더 작은 크기의 프리빔 연결 시스템(8)과 보다 소형의 구조적 크기를 얻을 수 있다. 도 7에서, 고정을 위한 두 개의 개구부(71)를 포함하는 섬유 어레이 플러그(50)의 정면과 이의 치수가 도시되고, 도시한 실시예에서, 플러그는 수직과 수평 방향으로 소정의 동일한 피치 거리(pitch distance)를 갖는 12개의 광도파관(20)을 가진 6줄을 포함한다.
도 8에서, 프리빔(11)에서 조준 마이크로렌즈(14)와 초점 마이크로렌즈(15)의 창(21)의 양 측면에 대한 가능한 배열이 도시되고, 배열의 크기가 도시된다. 포토다이오드(19)의 전면에서 초점 마이크로렌즈(15)는 선택적으로 생략될 수 있다(도 8의 오른쪽에 도시된다). 선택된 실시예에 따른 1 ... 64개의 광도파관(20)이 도시된다. 도 9에서, 포토다이오드(19) 속으로의 가능한 각진 조사가 도시된다. 각을 이루게 조사하는 것은 초점 마이크로렌즈(15)와 창(21)을 적절하게 회전(점선으로 나타냄)시킴으로써 이루어지고 프리빔(11)의 방향을 진공 챔버(4) 내의 공간으로 조절하게 한다.
본 발명의 내용 중에 있음
Claims (20)
- 빔원에 의해 발생된 하전 입자빔 및 형성된 구조 패턴은 데이터 전송 시스템을 사용하는 컴퓨터의 도움에 의해 발생된 패턴 데이터의 집합으로 전송되는 어드레스할 수 있는 디지털 패턴 발생 시스템을 사용하는 고압 진공 챔버 내의 이동식 장착 테이블에 배치된 기판을 직접, 나노스케일로 구조화할 수 있는 마스크 없는 리소그래피 시스템으로서,상기 데이터 전송 시스템은 광-전기 프리빔 연결 시스템(8)으로 구성되고, 전기-광학 컨버터(9)에 의해 광학적으로 변환된 패턴 데이터는 광출구 위치(10) 위로 분배되고, 변환된 패턴 데이터는 조절가능한 방향의 프리빔(11)에 의해 광출구 위치에서 진공 챔버 내부의 광입구 위치(12)로 전송되고, 변환된 패턴 데이터는 광입구 위치에서, 전송된 패턴 데이터에 대한 패턴 발생 시스템(6)과 연결된 광-전기 컨버터(13)로 유도되고, 전기-광학 컨버터(9)의 수(N)는 전기-광학 컨버터(9)의 소정의 전송 속도를 기초로 하여 전송되는 패턴 데이터의 속도에 맞춰지는 것을 특징으로 하는 마스크 없는 리소그래피 시스템.
- 제 1 항에 있어서,광편향 장치(16;24)는 진공 챔버(4) 내부의 프리빔(11)에 배치되는 마스크 없는 리소그래피 시스템.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,광출구 위치(10)는 진공 챔버(4)의 외부에 배치되고, 프리빔(11)은 진공 챔버(4)의 투명창(21)을 통해 진공 챔버(4) 속으로 유도되는 마스크 없는 리소그래피 시스템.
- 제 3 항에 있어서,광출구 위치(10)는 외부 창(21)에 직접 배치된 마스크 없는 리소그래피 시스템.
- 제 3 항에 있어서,광출구 위치(10)는 창(21) 밑에 직각으로 배치되고, 프리빔(11)은 추가 광편향 장치(16)에 의해 창(21)을 통해 진공 챔버(4) 속으로 유도되는 마스크 없는 리소그래피 시스템.
- 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,창(13)은 진공 챔버(4) 속으로 이동되는 마스크 없는 리소그래피 시스템.
- 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,창(21)은 덮개(22; 51; 61)에 의해 프리빔(11)이 통과하는 곳의 외부의 외부광 및 전자기장으로부터 차폐되는 마스크 없는 리소그래피 시스템.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,조준 마이크로렌즈 및 초점 마이크로렌즈(14, 15)는 광출구 위치 및 광입구 위치(10, 12)의 적어도 하나에 배치되는 마스크 없는 리소그래피 시스템.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,광출구 위치 및 광입구 위치(10, 12)의 적어도 하나는 어레이(40)에 배열되는 마스크 없는 리소그래피 시스템.
- 제 9 항에 있어서,광출구 위치(10)의 어레이(40)는 형상화 렌즈(23)에 의해 광입구 위치(12)의 어레이(41) 위로 형상화되는 마스크 없는 리소그래피 시스템.
- 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,광출구 위치 및 광입구 위치(10, 12)의 적어도 하나는 광도파관(20)의 말단부에 의해 형성되는 마스크 없는 리소그래피 시스템.
- 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,광섬유에 의해 형성된 광도파관(20)의 말단부는 섬유 어레이 플러그(30) 속에 결합되는 마스크 없는 리소그래피 시스템.
- 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,광출구 위치(10)로 작용하는 전기-광학 컨버터(10)는 능동형 방출 요소, 특히 방출 레이저(32)에 의해 형성되는 마스크 없는 리소그래피 시스템.
- 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,광입구 위치(12)로 작용하는 광-전기 컨버터(13)는 능동형 수신 요소, 특히 포토다이오드(19)에 의해 형성되는 마스크 없는 리소그래피 시스템.
- 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,광-전기 컨버터(13)는 디지털 패턴 발생 시스템(6) 내에 직접 배치되는 마스크 없는 리소그래피 시스템.
- 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,패턴 발생 시스템(6)은 프로그램가능한 어퍼처 플레이트 시스템(35)인 마스크 없는 리소그래피 시스템.
- 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,자동화에 적합한 조절 시스템(33)은 프리빔(11)을 광입구 위치(35)에 정렬하기 위해 제공되는 마스크 없는 리소그래피 시스템.
- 제 17 항에 있어서,조절 시스템(33)은 프리빔 연결 시스템(8)의 빔 경로에 배치되는 마스크 없는 리소그래피 시스템.
- 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,추가 전기-광학 컨버터는 패턴 발생 시스템(6)의 지역에 배치되고, 추가 광신호, 특히 탐지 및 제어 신호가 발생되고 뒷 방향으로 프리빔(11)을 경유해서 추가 광-전기 컨버터 위로 유도되고, 상기 추가 광신호는 자동화에 적합한 조절 시스템(33)을 위한 백신호로 사용되기에 적합한 마스크 없는 리소그래피 시스템.
- 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,광학 에너지의 어드레스할 수 있는 패턴 발생 시스템(6)으로의 전송은 광-전기 프리빔 연결 시스템(8)에 의해 추가적으로 수행되는 마스크 없는 리소그래피 시스템.
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