RU2251133C1 - Method and device for producing image - Google Patents
Method and device for producing image Download PDFInfo
- Publication number
- RU2251133C1 RU2251133C1 RU2004110770/28A RU2004110770A RU2251133C1 RU 2251133 C1 RU2251133 C1 RU 2251133C1 RU 2004110770/28 A RU2004110770/28 A RU 2004110770/28A RU 2004110770 A RU2004110770 A RU 2004110770A RU 2251133 C1 RU2251133 C1 RU 2251133C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- matrix
- radiation
- emitters
- sensitive
- radiation used
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области микролитографии (в частности, фотолитографии) и может быть промышленно реализовано, например, при изготовлении интегральных схем или структур со сформированным по заданной программе рельефом с субмикронным разрешением. Создание интегральных схем с характерным размером элементов 0.1-0.01 мкм является важнейшим перспективным направлением развития современной микроэлектроники. Технология высокоточного (с субмикронными и микронными допусками) изготовления прецизионных форм с трехмерным рельефом может быть промышленно использована, например, и при создании массовой технологии изготовления деталей микророботов, высокоразрешающих элементов дифракционной и Френелевской оптики, а также в других областях техники, где тоже необходимо получение в функциональном слое изделия трехмерного рисунка заданной глубины с высоким разрешением его структур, например, при создании печатных форм для изготовления денежных знаков и иных ценных бумаг.The invention relates to the field of microlithography (in particular, photolithography) and can be industrially implemented, for example, in the manufacture of integrated circuits or structures with a sub-micron relief formed according to a given program. Creation of integrated circuits with a characteristic element size of 0.1-0.01 microns is the most important promising direction in the development of modern microelectronics. The technology of high-precision (with submicron and micron tolerances) manufacturing of precision forms with a three-dimensional relief can be industrially used, for example, to create mass technology for manufacturing parts of microrobots, high-resolution elements of diffraction and Fresnel optics, as well as in other areas of technology where it is also necessary to obtain the functional layer of the product of a three-dimensional drawing of a given depth with a high resolution of its structures, for example, when creating printing forms for making banknotes s and other securities.
От разрешающей способности процесса микролитографии, определяющей уровень развития большинства отраслей современной науки и техники, в решающей степени зависит дальнейшее развитие современной микроэлектроники. Микролитография включает нанесение на поверхность твердого тела (обычно подложки из полупроводникового материала) слоя материала, чувствительного к воздействию используемого потока излучения, в том числе электронных пучков, в качестве которого наиболее часто используется слой фоторезиста. Экспонирование фоторезиста через фотошаблон, обычно называемый маской, позволяет создать на фоторезисте рисунок, соответствующий заданной топологии, например, топологии слоя создаваемой интегральной схемы.From the resolution of the microlithography process, which determines the level of development of most branches of modern science and technology, the further development of modern microelectronics decisively depends. Microlithography involves applying to the surface of a solid (usually a substrate of semiconductor material) a layer of a material that is sensitive to the effects of the radiation flux used, including electron beams, the layer of which is most often used as a photoresist. Exposing a photoresist through a photomask, usually called a mask, allows you to create a picture on the photoresist that corresponds to a given topology, for example, the layer topology of the integrated circuit being created.
Известен способ получения изображения на чувствительном к используемому излучению материале, в котором создают на поверхности чувствительного к используемому излучению материала пятна засветки с помощью высокоинтенсивного источника коротковолнового излучения и высокоточного проекционного объектива с большой апертурой, проецирующего на поверхность чувствительного к используемому излучению материала множественное изображение позиционируемого объекта-маски (Presentation by Sunlin Chow on Intel Developers Forum San Jose, USA, September 2002).A known method of obtaining an image on a material sensitive to the radiation used, which creates light spots on the surface of the radiation sensitive material using a high-intensity source of short-wave radiation and a high-precision projection lens with a large aperture, projecting onto the surface of the radiation sensitive material a multiple image of the positioned object masks (Presentation by Sunlin Chow on Intel Developers Forum San Jose, USA, September 2002).
Известно устройство для получения изображения на чувствительном к используемому излучению материале, в качестве которого используется слой фоторезиста, состоящее из высокоинтенсивного источника коротковолнового излучения, объекта-маски, изображение которой будет спроецировано на фоторезист, устройства для позиционирования объекта-маски, высокоточного проекционного объектива с большой апертурой и устройства для перемещения подложки с фоторезистом, на который проецируется множественное изображение позиционируемого объекта, чтобы максимально использовать всю поверхность подложки из полупроводникового материала, покрытую светочувствительным слоем - фоторезистом (Presentation by Sunlin Chow on Intel Developers Forum San Jose, USA, September 2002).A device is known for acquiring an image on a material sensitive to the radiation used, which is a photoresist layer consisting of a high-intensity source of short-wave radiation, a mask object, the image of which will be projected onto a photoresist, a device for positioning a mask object, a high-precision projection lens with a large aperture and devices for moving a substrate with a photoresist onto which a multiple image of a positioned object is projected so that maximize the use of the entire surface of the semiconductor substrate coated with a photosensitive layer - photoresist (Presentation by Sunlin Chow on Intel Developers Forum San Jose, USA, September 2002).
Точность позиционирования лучших проекционных сканирующих систем (степперов), производимых мировым лидером в этой области технологического оборудования для микроэлектроники голландской фирмой ASM-Lithography достигает 80 нм, что явно не достаточно для создания СБИС с характерным размером элементов 20-30 нм. Отставание возможностей степперов от нужд промышленности естественно, т.к. разработка степпера для субмикронных технологий требует трех-пяти лет, а стоимость его при серийном выпуске составляет 10-15 миллионов долларов, не говоря уж о стоимости разработки, составляющей сотни миллионов долларов.The positioning accuracy of the best projection scanning systems (steppers) produced by the world leader in this field of technological equipment for microelectronics by the Dutch company ASM-Lithography reaches 80 nm, which is clearly not enough to create VLSI with a characteristic element size of 20-30 nm. The lag of the capabilities of the steppers from the needs of industry is natural, because the development of a stepper for submicron technologies requires three to five years, and its cost in serial production is 10-15 million dollars, not to mention the development cost of hundreds of millions of dollars.
В настоящее время в промышленности наиболее распространена фотомикролитография (или фотолитография). Обеспечиваемое ею разрешение Δ х определяется длиной волны λ используемого излучения и апертурой А проекционной системы Δ x=k1λ /2A. Такая зависимость, естественно, стимулировала у разработчиков стремление к использованию все более коротковолновых источников излучения и все более широкоапертурных проекционных систем. В результате за последние 40 лет в промышленной проекционной фотолитографии произошел переход от ртутных ламп с характерной длиной волны 330-400 нм к эксимерным лазерам с длиной волны 193 и даже 157 нм. Проекционные объективы современных степперов достигли диаметра 600-700 мм (необходимость увеличения апертуры А). Все это и обусловливает столь высокую стоимость степперов.Currently, photomicrorolithography (or photolithography) is the most common in industry. The resolution Δ x provided by it is determined by the wavelength λ of the radiation used and the aperture A of the projection system Δ x = k 1 λ / 2A. Such a dependence, naturally, stimulated the developers' desire to use increasingly shorter-wavelength radiation sources and increasingly wide-aperture projection systems. As a result, over the past 40 years in industrial projection photolithography, there has been a transition from mercury lamps with a characteristic wavelength of 330-400 nm to excimer lasers with a wavelength of 193 and even 157 nm. The projection lenses of modern steppers have reached a diameter of 600-700 mm (the need to increase aperture A). All this causes such a high cost of steppers.
К сожалению, за увеличение разрешения приходится расплачиваться еще и резким уменьшением глубины фокусировки Δ F, т.к. Δ F=k2λ /А2, что приводит к уменьшению производительности и радикальному усложнению системы фокусировки гигантских проекционных объективов, а значит опять-таки к росту стоимости степперов. К тому же, краевые эффекты ограничивают возможность использования апертуры такого объектива при работе с предельным разрешением, обеспечиваемым объективом.Unfortunately, one also has to pay for an increase in resolution with a sharp decrease in the focusing depth Δ F, because Δ F = k 2 λ / A 2 , which leads to a decrease in productivity and a radical complication of the focusing system of giant projection lenses, and therefore again to an increase in the cost of steppers. In addition, edge effects limit the possibility of using the aperture of such a lens when working with the maximum resolution provided by the lens.
В процессе развития проекционной фотолитографии минимальный размер проецируемых деталей уменьшался в среднем на 30% каждые 2 года, что позволяло каждые 18 месяцев удваивать число транзисторов на интегральных схемах (закон Мура). В настоящее время в промышленности используется “0.13-микронная технология”, позволяющая печатать детали с разрешением -100 нм, в то время как следующим рубежом, по мнению экспертов, является создание проекционных систем и источников излучения, обеспечивающих уверенное разрешение на уровне 20-30 нм. Это потребует перехода к источникам экстремального ультрафиолета (EUV-источникам) или даже перехода к мягкому рентгеновскому излучению. В настоящее время интенсивно ведутся эксперименты с микролитографией на λ =13,4 нм. Первая такая установка, как сообщалось на форуме разработчиков компании INTEL (ведущего мирового производителя СБИС), была создана и в 2002 году на ней были получены транзисторы с характерным размером 50 нм. Однако стоимость такого степпера даже при серийном производстве будет достигать, по оценке экспертов, 60-ти миллионов долларов, а для отладки технологии серийного производства микропроцессоров с характерным размеров элементов на уровне 30 нм потребуется, по самым оптимистическим оценкам, 5-7 лет.In the process of development of projection photolithography, the minimum size of projected parts decreased on average by 30% every 2 years, which made it possible to double the number of transistors on integrated circuits every 18 months (Moore's law). Currently, “0.13 micron technology” is used in industry, which allows printing of parts with a resolution of -100 nm, while the next frontier, according to experts, is the creation of projection systems and radiation sources that provide reliable resolution at the level of 20-30 nm . This will require a transition to extreme ultraviolet sources (EUV sources) or even a transition to soft X-rays. Currently, experiments are underway with microlithography at λ = 13.4 nm. The first such installation, as reported at the forum of developers of the company INTEL (the leading global manufacturer of VLSI), was created and in 2002 transistors with a characteristic size of 50 nm were obtained on it. However, the cost of such a stepper, even with serial production, will reach, according to experts, $ 60 million, and for debugging the technology of serial production of microprocessors with a characteristic element size of 30 nm, it will take, according to the most optimistic estimates, 5-7 years.
Одним из наиболее существенных ограничений применения фотолитографии является ограничение, связанное с дифракцией от края маски (дифракция от края экрана), используемой для получения желаемого проекционного изображения на поверхности фоторезиста. Это явление по мере уменьшения длины волны используемого излучения приводит ко все более заметному ухудшению качества получаемого изображения вследствие появления дифракционных максимумов, располагающихся на расстояниях порядка λ от центра проектируемой линии. Если учесть, что в настоящее время ведущими производителями используется излучение с длиной волны λ =193 нм и даже (в экспериментах!) еще меньшей, то становится очевидным, насколько существенным может быть ограничение по разрешению, вносимое дифракцией на краю маски.One of the most significant limitations of the use of photolithography is the restriction associated with diffraction from the edge of the mask (diffraction from the edge of the screen) used to obtain the desired projection image on the surface of the photoresist. This phenomenon, as the wavelength of the radiation used decreases, leads to an increasingly noticeable deterioration in the quality of the resulting image due to the appearance of diffraction peaks located at distances of the order of λ from the center of the projected line. If we take into account that currently leading manufacturers use radiation with a wavelength of λ = 193 nm and even less (in experiments!), It becomes obvious how significant the resolution restriction introduced by diffraction at the edge of the mask can be.
Таким образом, существующие проекционные устройства для создания изображения на светочувствительном слое имеют ряд существенных недостатков:Thus, existing projection devices for creating images on the photosensitive layer have a number of significant disadvantages:
1) принципиальные трудности совмещения в одном устройстве высокого разрешения и большой глубины резкости;1) the fundamental difficulties of combining in one device a high resolution and a large depth of field;
2) существенное усложнение конструкции и технологии проецирующего устройства при уменьшении длины волны излучения, используемого при проецировании изображения на фоторезист;2) a significant complication of the design and technology of the projection device while reducing the wavelength of radiation used when projecting the image onto the photoresist;
3) радикальное усложнение оптической системы и технологии изготовления проецируемого объекта - маски по мере уменьшения длины волны, используемой при проецировании;3) a radical complication of the optical system and manufacturing technology of the projected object - the mask as the wavelength used in the projection decreases;
4) резкое удорожание технологии и оборудования по мере роста степени интеграции производимой продукции;4) a sharp rise in the cost of technology and equipment as the degree of integration of manufactured products increases;
5) чрезвычайно низкая технологическая гибкость производственного процесса и очень высокая стоимость его перестройки;5) the extremely low technological flexibility of the production process and the very high cost of its reconstruction;
6) принципиальная невозможность создания диверсифицированного производства, т.е. производства различных интегральных схем на одной подложке в едином технологическом процессе.6) the fundamental impossibility of creating diversified production, i.e. production of various integrated circuits on one substrate in a single technological process.
Известен способ получения изображения на чувствительном к используемому излучению материале, являющийся ближайшим аналогом, в котором создают на поверхности чувствительного к используемому излучению материала пятна засветки с помощью матрицы излучателей, выполненных в виде матрицы автоэмиссионных эмиттеров, и получают заданное изображение путем перемещения чувствительного к используемому излучению материала в плоскости, параллельной поверхности чувствительного к используемому излучению материала, в одном направлении или в двух взаимно перпендикулярных направлениях (WO 00/60632, опубл. 12.10.2000).A known method of obtaining an image on a material sensitive to the radiation used, which is the closest analogue, in which spot spots are created on the surface of the material sensitive to the radiation used using a matrix of emitters made in the form of a matrix of field emission emitters, and the desired image is obtained by moving the material sensitive to the used radiation in a plane parallel to the surface of the material sensitive to the radiation used, in one direction or in two zaimno perpendicular directions (WO 00/60632, publ. 12.10.2000).
Известно устройство для получения изображения на чувствительном к используемому излучению материале, являющееся ближайшим аналогом и содержащее матрицу излучателей, выполненных в виде матрицы автоэмиссионных эмиттеров, при этом устройство выполнено с возможностью получения заданного изображения путем перемещения чувствительного к используемому излучению материала в плоскости, параллельной поверхности чувствительного к используемому излучению материала (WO 00/60632, опубл. 12.10.2000).A device is known for acquiring an image on a material sensitive to the radiation used, which is the closest analogue and contains a matrix of emitters made in the form of a matrix of field emission emitters, while the device is configured to obtain a given image by moving the material sensitive to the radiation used in the plane parallel to the surface of the sensitive used radiation of the material (WO 00/60632, publ. 12.10.2000).
Однако в известных способе и устройстве для получения заданного изображения на всей подложке необходимо осуществлять перемещение чувствительного к излучению материала на значительные расстояния, что приводит к усложнению конструкции устройства, а также к снижению разрешения получаемого изображения и увеличению времени изготовления изображения на фоторезисте.However, in the known method and device for obtaining a given image on the entire substrate, it is necessary to carry out radiation-sensitive material over considerable distances, which complicates the design of the device, as well as reducing the resolution of the resulting image and increasing the production time of the image on the photoresist.
Техническим результатом, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения, является принципиальное упрощение технологического процесса создания высокоразрешающих изображений на чувствительном к используемому излучению материале и упрощение конструкции используемого оборудования, а также повышение разрешения при формировании получаемого изображения. Кроме того, использование матрицы ближнеполевых световодов или автоэмиссионных эмиттеров позволяет избежать ограничений, связанных при использовании масок с существованием дифракционного предела, и перейти к формированию высокоразрешающих изображений без использования масок, что существенно удешевляет процесс разработки новых СБИС и упрощает процесс серийного производства СБИС. Устранение необходимости использования масок позволяет принципиально диверсифицировать производство СБИС за счет реализации процесса производства СБИС с различной топологией на одной подложке. Например, можно на одной подложке выполнить все СБИС, используемые в ПК.The technical result that can be obtained by implementing the present invention is the fundamental simplification of the technological process of creating high-resolution images on a material sensitive to the radiation used and the simplification of the design of the equipment used, as well as increasing the resolution when generating the resulting image. In addition, the use of a matrix of near-field optical fibers or field emission emitters avoids the limitations associated with the use of masks with the existence of a diffraction limit, and proceeds to the formation of high-resolution images without the use of masks, which significantly reduces the cost of developing new VLSI and simplifies the process of serial production of VLSI. Eliminating the need to use masks allows you to fundamentally diversify the production of VLSI by implementing the production process of VLSI with different topologies on one substrate. For example, you can perform all the VLSIs used on a PC on one substrate.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе получения изображения на чувствительном к используемому излучению материале, в котором создают на поверхности чувствительного к используемому излучению материала пятна засветки с помощью матрицы излучателей или составной матрицы излучателей, содержащей N матриц излучателей, где N>2, причем размеры матрицы излучателей или составной матрицы излучателей равны или превышают размеры заданного изображения на чувствительном к используемому излучению материале, а диаметр d потока излучения на выходе из каждого излучателя составляет менее 100 нм, и получают заданное изображение путем пошагового перемещения матрицы или составной матрицы излучателей и/или чувствительного к используемому излучению материала в плоскости, параллельной поверхности чувствительного к используемому излучению материала, в одном направлении или в двух взаимно перпендикулярных направлениях с шагом, меньшим d, на расстояния, не превышающие максимального расстояния между осями соседних излучателей вдоль указанных направлений.The specified technical result is achieved due to the fact that in the method of obtaining an image on a material sensitive to the radiation used, which create light spots on the surface of the radiation sensitive material using an emitter matrix or a composite emitter matrix containing N emitter matrices, where N> 2 moreover, the dimensions of the matrix of emitters or the composite matrix of emitters are equal to or greater than the dimensions of the specified image on the material sensitive to the radiation used, and the diameter p d the radiation flux at the output of each emitter is less than 100 nm, and a given image is obtained by stepwise moving the matrix or composite matrix of emitters and / or material sensitive to the radiation used in a plane parallel to the surface of the material sensitive to the radiation used, in one direction or two mutually perpendicular directions with a step shorter than d, at distances not exceeding the maximum distance between the axes of adjacent emitters along the indicated directions.
Причем к соседним излучателям относятся и излучатели, расположенные в крайних рядах соседних матриц, входящих в составную матрицу, а за ось излучателя обычно принимают ось симметрии излучателя, которая обычно совпадает с осью потока излучения, выходящего из излучателя. При этом под размерами матрицы или составной матрицы обычно понимают расстояния между осями крайних, наиболее удаленных друг от друга излучателей матрицы или составной матрицы в двух взаимно перпендикулярных направлениях, совпадающих с направлениями возможного перемещения матрицы или чувствительного к используемому излучению материала. Кроме того, любая из матриц может быть выполнена двумерной, т.е. в виде матрицы, в которой излучатели расположены в несколько рядов, по несколько излучателей в каждом ряду.Moreover, the adjacent emitters include emitters located in the extreme rows of adjacent matrices included in the composite matrix, and the axis of symmetry of the emitter, which usually coincides with the axis of the radiation flux coming out of the emitter, is usually taken as the axis of the emitter. In this case, the dimensions of a matrix or composite matrix are usually understood as the distances between the axes of the extreme, most distant from each other emitters of the matrix or composite matrix in two mutually perpendicular directions, coinciding with the directions of possible movement of the matrix or material sensitive to the radiation used. In addition, any of the matrices can be performed two-dimensional, i.e. in the form of a matrix in which emitters are arranged in several rows, several emitters in each row.
Указанный технический результат достигается также за счет того, что в устройстве для получения изображения на чувствительном к используемому излучению материале, содержащем матрицу излучателей или составную матрицу излучателей, содержащую N матриц излучателей, где N>2, размеры матрицы излучателей или составной матрицы излучателей равны или превышают размеры заданного изображения на чувствительном к используемому излучению материале, а диаметр d потока излучения на выходе каждого из излучателей составляет менее 100 нм, при этом устройство выполнено с возможностью получения заданного изображения путем пошагового перемещения матрицы или составной матрицы излучателей и/или чувствительного к используемому излучению материала в плоскости, параллельной поверхности чувствительного к используемому излучению материала, с шагом, меньшим d, в одном направлении или в двух взаимно перпендикулярных направлениях на расстояния, не превышающие максимального расстояния между осями соседних излучателей.The specified technical result is also achieved due to the fact that in the device for obtaining an image on a material sensitive to the radiation used, containing an emitter matrix or a composite emitter matrix containing N emitter matrices, where N> 2, the dimensions of the emitter matrix or composite emitter matrix are equal to or greater than the size of the specified image on the material sensitive to the radiation used, and the diameter d of the radiation flux at the output of each of the emitters is less than 100 nm, while o made with the possibility of obtaining a given image by stepwise moving the matrix or composite matrix of emitters and / or sensitive to the radiation used material in a plane parallel to the surface of the radiation sensitive material, with a step less than d, in one direction or in two mutually perpendicular directions distances not exceeding the maximum distance between the axes of adjacent emitters.
Причем как при реализации предлагаемого способа, так и в предлагаемом устройстве для повышения точности получаемого изображения пошаговое перемещение наиболее целесообразно осуществлять с шагом от 0,01 до 1 нм, а диаметр d потока излучения на выходе каждого из излучателей может составлять от 10 до 50 нм. Однако в том случае, если позволяет заданная точность изображения, шаг может быть и больше, что позволяет уменьшить время получения изображения. В общем случае размер шага определяется требуемой степенью перекрытия пятен засветки при получении сплошного изображения, так как от степени перекрытия зависит точность выполнения края сплошного изображения или линии, его “волнистость”.Moreover, both when implementing the proposed method, and in the proposed device to improve the accuracy of the image obtained, it is most expedient to perform step-by-step movement with a step from 0.01 to 1 nm, and the diameter d of the radiation flux at the output of each of the emitters can be from 10 to 50 nm. However, if the specified accuracy of the image allows, the step may be larger, which allows to reduce the time of image acquisition. In the general case, the step size is determined by the required degree of overlap of the spots of light when obtaining a continuous image, since the degree of overlap determines the accuracy of the edge of the solid image or line, its “waviness”.
Кроме того, как при реализации способа, так и в устройстве каждая из матриц излучателей, т.е. матрица излучателей, если она используется одна, или каждая из матриц излучателей, содержащихся в составной матрице, может быть выполнена в виде матрицы световодов, соединенных с источником или источниками излучения и выполненных из оптоволоконных световодов с утоненными концами (ближнеполевых световодов), на которые нанесено покрытие, отражающее проходящее излучение, причем диаметр утоненных концов оптоволоконных световодов равен диаметру d потока излучения на выходе каждого из излучателей. Поэтому диаметры утоненных концов оптоволоконных световодов, направленных в сторону чувствительного к используемому излучению материала, имеют размер менее 100 нм, а наиболее предпочтительно - от 10 до 50 нм.In addition, both in the implementation of the method and in the device, each of the emitter matrices, i.e. the emitter matrix, if one is used, or each of the emitter matrices contained in the composite matrix, can be made in the form of a matrix of optical fibers connected to a radiation source or sources and made of fiber-optic optical fibers with thinned ends (near-field optical fibers), which are coated reflecting transmitted radiation, the diameter of the thinned ends of the optical fibers being equal to the diameter d of the radiation flux at the output of each of the emitters. Therefore, the diameters of the thinned ends of the optical fibers directed toward the material sensitive to the radiation used are less than 100 nm, and most preferably from 10 to 50 nm.
Такие утоненные световоды могут быть изготовлены с помощью известной технологии, например, описанной в (E.Betzig, J.K.Trautman al., Science, 251, р.1468, 1991), авторы которой впервые использовали покрытие наружной поверхности утоненной части световодов отражающим излучение слоем, создав ближнеполевой световод.Such thinned optical fibers can be manufactured using known technology, for example, described in (E. Betzig, JKTrautman al., Science, 251, p. 1468, 1991), the authors of which first used the coating of the outer surface of the thinned part of the optical fibers with a radiation reflecting layer, creating a near-field light guide.
Помимо этого, как при реализации способа, так и в устройстве в качестве каждой из матриц излучателей может быть использована матрица световодов, соединенных с источником или источниками излучения и выполненных в виде микроконусов, также являющихся ближнеполевыми световодами, из материала, прозрачного для используемого излучения, причем радиус закругления при вершине микроконусов, направленных в сторону чувствительного к используемому излучению материала, равен половине диаметра d потока излучения на выходе каждого из излучателей. В связи с этим радиусы закругления при вершине микроконусов, направленных в сторону чувствительного к используемому излучению материала, имеют размер менее 50 нм, а предпочтительно - от 5 до 25 нм. Микроконусы могут быть изготовлены из полупроводникового материала, например из кремния или соединений типа АIIIВV или AIIBVI, покрытых снаружи слоем материала, отражающего проходящее излучение. Такие матрицы из микроконусов могут создаваться с помощью обычной технологии, используемой при производстве микроэлектронных чипов (Ю.Д.Чистяков. Ю.П.Райнова. “Физико-химические основы технологии микроэлектроники”. Москва. 1979 г., Е.И.Гиваргизов, “Рост нитевидных и пластинчатых кристаллов из пара”, издательство “Наука” ГИФМЛ, Москва 1977). На их основании с помощью технологий, существующих в современной микроэлектронике (Charles Lieber, CERN Courier, May 2003), могут быть выполнены твердотельные нанолазеры или светодиоды, генерирующие излучение заданной длины волны, или на их основании могут быть выполнены индивидуально коммутируемые затворные устройства, регулирующие доступ излучения в микроконус.In addition, both in the implementation of the method and in the device, an array of optical fibers connected to a radiation source or sources and made in the form of micro-cones, also being near-field optical fibers, made of a material transparent to the radiation used, can be used as each of the emitter arrays. the radius of curvature at the apex of the micro-cones directed towards the material sensitive to the radiation used is equal to half the diameter d of the radiation flux at the output of each of the emitters. In this regard, the radii of curvature at the apex of the microcone directed towards the material sensitive to the radiation used are less than 50 nm, and preferably from 5 to 25 nm. Microcones can be made of a semiconductor material, for example, silicon or compounds of type A III B V or A II B VI , coated on the outside with a layer of material that reflects the transmitted radiation. Such microcone matrices can be created using conventional technology used in the production of microelectronic chips (Yu.D. Chistyakov. Yu.P. Rainova. “Physico-chemical principles of microelectronics technology.” Moscow. 1979, E.I. Givargizov, “The growth of whiskers and lamellar crystals from steam”, publishing house “Nauka” GIFML, Moscow 1977). Based on them, using technologies existing in modern microelectronics (Charles Lieber, CERN Courier, May 2003), solid-state nanolasers or LEDs generating radiation of a given wavelength can be made, or individually switched shutter devices controlling access can be made on their basis radiation in the microcone.
При этом каждый световод может быть присоединен к отдельному источнику излучения, который выполнен с возможностью управления интенсивностью его излучения. Кроме того, световоды могут быть объединены в несколько групп, каждая из которых соединена со своим источником излучения, но при этом между источником излучения и каждым из световодов вводится управляемый модулятор или затворное устройство, выполненное с возможностью управления интенсивностью излучения, выходящего из соответствующего световода. Или все световоды могут быть соединены с одним источником излучения, но между источником излучения и каждым из световодов также вводится управляемый модулятор или затворное устройство, выполненное с возможностью управления интенсивностью излучения, выходящего из соответствующего световода.Moreover, each fiber can be connected to a separate radiation source, which is configured to control the intensity of its radiation. In addition, the optical fibers can be combined into several groups, each of which is connected to its own radiation source, but a controlled modulator or shutter device is introduced between the radiation source and each of the optical fibers, which is configured to control the intensity of the radiation emerging from the corresponding fiber. Or all the optical fibers can be connected to one radiation source, but between the radiation source and each of the optical fibers, a controlled modulator or shutter device is also introduced, made with the possibility of controlling the intensity of the radiation emerging from the corresponding optical fiber.
Кроме того, как при реализации способа, так и в устройстве микроконусы из диэлектрического или полупроводникового материала могут быть выполнены на поверхности планарного световода, прозрачного для заданного излучения, при этом на основании микроконусов могут быть выполнены индивидуально коммутируемые затворные устройства, регулирующие доступ излучения в микроконусы.In addition, both in the implementation of the method and in the device, the microcones of a dielectric or semiconductor material can be made on the surface of a planar fiber that is transparent to a given radiation, while individually switched shutter devices that regulate the access of radiation to microcones can be made on the basis of microcones.
Помимо матриц, содержащих световоды, для получения изображения на материале, чувствительном к используемому излучению, как при реализации способа, так и в устройстве в качестве каждой из матриц излучателей может быть использована матрица автоэмиссионных эмиттеров, соединенных с источником или источниками тока.In addition to matrices containing optical fibers, to obtain an image on a material sensitive to the radiation used, both during the implementation of the method and in the device, a matrix of field emission emitters connected to a source or current sources can be used as each of the emitter matrices.
Причем оптимальный результат может быть получен в том случае, когда матрицу автоэмиссионных эмиттеров и чувствительный к используемому излучению материал размещают в магнитном поле, направленном вдоль продольных осей автоэмиссионных эмиттеров, так как под воздействием однородного аксиального (по отношению к пучку) магнитного поля удается избежать расходимости эмитируемых каждым острием электронных пучков и обеспечить радикальное улучшение разрешения, достигаемого при взаимодействии такого пучка с материалом, чувствительным к используемому излучению.Moreover, the optimal result can be obtained in the case when the matrix of field emission emitters and the material sensitive to the radiation used is placed in a magnetic field directed along the longitudinal axes of field emission emitters, since under the influence of a uniform axial (with respect to the beam) magnetic field, the divergence of the emitted each tip of the electron beams and provide a radical improvement in the resolution achieved by the interaction of such a beam with material sensitive to radiation to be used.
При этом, как уже указывалось выше, как при реализации способа, так и в устройстве для получения заданного изображения желательно управлять величиной потока излучения, выходящего из каждого излучателя.Moreover, as already mentioned above, both in the implementation of the method and in the device for obtaining a given image, it is desirable to control the magnitude of the radiation flux emerging from each emitter.
Кроме того, помимо перемещения в плоскости, параллельной поверхности чувствительного к используемому излучению материала, осуществляют перемещение матрицы или составной матрицы излучателей и/или чувствительного к используемому излучению материала в направлении, перпендикулярном поверхности чувствительного к используемому излучению материала с шагом от 0,01 нм до d для установки матрицы или составной матрицы излучателей на заданном расстоянии z от поверхности чувствительного к используемому излучению материала. Возможность точного перемещения в указанном направлении обеспечивает получение требуемых размеров пятен засветки на поверхности чувствительного к используемому излучению материала, в том числе можно обеспечить с необходимой точностью заранее заданное перекрытие формируемых соседними излучателями пятен засветки. При этом расстояние z между матрицей излучателей и чувствительным к используемому излучению материалом может составлять в том числе от 1 до 5000 нм. Причем для обеспечения отсутствия дифракционных искажений за счет работы в условиях ближнего поля расстояние z между матрицей излучателей и чувствительным к используемому излучению материалом может составлять в том числе от 1 нм до d.In addition, in addition to moving in a plane parallel to the surface of the material sensitive to the radiation used, the matrix or composite matrix of emitters and / or the material sensitive to the used radiation are moved in the direction perpendicular to the surface of the material sensitive to the used radiation in steps of 0.01 nm to d to install a matrix or composite matrix of emitters at a given distance z from the surface of the material sensitive to the radiation used. The ability to accurately move in the indicated direction provides the required dimensions of the spots of light on the surface of the material sensitive to the radiation used, including the necessary predetermined overlap of the spots of light formed by neighboring emitters with the necessary accuracy. In this case, the distance z between the matrix of emitters and the material sensitive to the radiation used can be from 1 to 5000 nm. Moreover, to ensure the absence of diffraction distortion due to operation in the near field conditions, the distance z between the emitter matrix and the material sensitive to the radiation used can be from 1 nm to d, among other things.
При этом в случае выполнения матрицы излучателей в виде матрицы или составной матрицы автоэмиссионных эмиттеров, которые вместе с чувствительным к используемому излучению материалом размещены в магнитном поле, направленном вдоль продольных осей автоэмиссионных эмиттеров, расстояние z между матрицей излучателей и чувствительным к используемому излучению материалом может быть выбрано значительно большим, например, расстояние z может иметь размер в несколько сантиметров и даже больше. При этом для сохранения заданного разрешения расстояние z не должно превышать расстояния, на котором созданное магнитное поле обеспечивает ларморовский радиус пучка эмитированных электронов на поверхности чувствительного к используемому излучению материала, не превышающий заранее заданный радиус пятна засветки на поверхности чувствительного к используемому излучению материала.In this case, in the case of a matrix of emitters in the form of a matrix or a composite matrix of field emission emitters, which, together with the material sensitive to the radiation used, are placed in a magnetic field directed along the longitudinal axes of the field emission emitters, the distance z between the matrix of radiators and the material sensitive to the radiation used can be chosen significantly larger, for example, the distance z can have a size of several centimeters or even more. In order to maintain a given resolution, the distance z must not exceed the distance at which the created magnetic field provides the Larmor radius of the beam of emitted electrons on the surface of the material sensitive to the radiation used, not exceeding the predetermined radius of the spot of light on the surface of the material sensitive to the radiation used.
Для осуществления указанных перемещений как при реализации способа, так и в устройстве возможны различные выполнения соответствующих приводов для перемещения чувствительного материала и/или матрицы или составной матрицы излучателей, а также различные их сочетания. При этом устройство может быть выполнено с возможностью перемещения матрицы или составной матрицы излучателей и/или чувствительного к используемому излучению материала в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Причем наиболее целесообразно взаимное позиционирование материала, чувствительного к используемому излучению (фоторезиста), и матрицы или составной матрицы осуществлять с помощью прецизионного XYZ-нанопозиционера. Причем XYZ-нанопозиционером может быть снабжена подложка с чувствительным материалом или матрица, или составная матрица излучателей. Однако наиболее целесообразно, чтобы подложка с чувствительным материалом была соединена с первым XYZ-нанопозиционером, а матрица или составная матрица излучателей - со вторым XYZ-нанопозиционером. В этом случае создание требуемой топологии при засветке фоторезиста производится путем перемещения матрицы или составной матрицы излучателей и чувствительного к используемому излучению материала навстречу друг другу.For the implementation of these movements both in the implementation of the method and in the device, various implementations of the corresponding drives are possible for moving the sensitive material and / or matrix or composite matrix of emitters, as well as various combinations thereof. In this case, the device can be made with the possibility of moving the matrix or composite matrix of emitters and / or sensitive to the used radiation material in three mutually perpendicular directions. Moreover, the most appropriate mutual positioning of the material sensitive to the radiation used (photoresist), and the matrix or composite matrix using a precision XYZ nanopositioner. Moreover, the XYZ nanopositioner can be equipped with a substrate with a sensitive material or a matrix, or a composite matrix of emitters. However, it is most advisable that the substrate with the sensitive material is connected to the first XYZ nanopositioner, and the matrix or composite matrix of emitters is connected to the second XYZ nanopositioner. In this case, the creation of the required topology when illuminating the photoresist is done by moving the matrix or composite matrix of emitters and the material sensitive to the radiation used towards each other.
На фиг.1 представлен вариант выполнения устройства для получения изображения на чувствительном к используемому излучению материале с матрицей, выполненной из световодов в виде микроконусов.Figure 1 shows an embodiment of a device for acquiring an image on a material sensitive to the radiation used with a matrix made of optical fibers in the form of micro-cones.
На фиг.2 представлен вариант выполнения устройства для получения изображения на чувствительном к используемому излучению материале с матрицей, выполненной из автоэмиссионных эмиттеров.Figure 2 presents an embodiment of a device for acquiring an image on a radiation sensitive material with a matrix made of field emission emitters.
Устройство (фиг.1) для получения изображения на чувствительном к используемому излучению материале, который может представлять собой, например, фоторезист, содержит подложку 1 с нанесенным на нее слоем фоторезиста 2 и матрицу излучателей 3, расположенную на планарном световоде и установленную на схематически показанном на фиг.1 устройстве 4 для установки и перемещения этой матрицы. Представленная на фиг.1 в качестве примера матрица излучателей выполнена в виде матрицы световодов, соединенных с источником или источниками излучения (не показаны). Световоды выполнены в виде микроконусов из диэлектрического или полупроводникового материала, прозрачного для используемого излучения, которые покрыты отражающим это излучение покрытием и по сути представляют собой ближнеполевые световоды. Они расположены на поверхности планарного световода 5, подводящего излучение к основаниям ближнеполевых световодов, которыми являются микроконусы.The device (Fig. 1) for acquiring an image on a material sensitive to the radiation used, which can be, for example, a photoresist, contains a
На основании микроконусов могут быть расположены индивидуально коммутируемые устройства 6, выполненные, например, в виде затворов, регулирующих доступ излучения в микроконусы. В случае выполнения излучателей в виде оптоволоконных световодов с утоненными концами индивидуальные коммутирующие устройства (затворы) располагают между источником излучения и входом соответствующего световода. Источники излучения могут быть выполнены в виде нанолазеров или светодиодов, генерирующих излучение определенной длины волны и расположенных в основании микроконусов, являющихся все теми же ближнеполевыми световодами. На фиг.1 в соответствии с одним из возможных предпочтительных выполнений системы приводов матрица излучателей 3 установлена с возможностью перемещения в трех взаимно перпендикулярных направлениях XYZ (на фиг.1 показаны стрелками). Величина шага перемещения и число шагов при перемещении в плоскости XY, параллельной поверхности фоторезиста, определяется требуемым разрешением для получаемого изображения. При перемещении в направлении Z, перпендикулярном поверхности фоторезиста, величина шага определяется:Individually switched devices 6 may be located on the basis of the micro cones, made, for example, in the form of gates that regulate the access of radiation to the micro cones. In the case of emitters in the form of optical fibers with thinned ends, individual switching devices (gates) are located between the radiation source and the input of the corresponding fiber. The radiation sources can be made in the form of nanolasers or light emitting diodes, generating radiation of a certain wavelength and located at the base of the micro cones, which are all the same near-field optical fibers. In Fig. 1, in accordance with one possible preferred embodiment of the drive system, the
1) желаемым размером пятен засветки, т.е. желаемой расходимостью пучка/пучков излучения 7, засвечивающего/засвечивающих фоторезист 2, и1) the desired size of the spots of exposure, i.e. the desired beam divergence (s) of the radiation 7 illuminating / illuminating the
2) точностью задания размера пятна/пятен засветки, зависящей от расстояния 8 между матрицей источников излучения и фоторезистом.2) the accuracy of setting the size of the spot / spots of illumination, depending on the distance 8 between the matrix of radiation sources and the photoresist.
Ввиду того, что размеры оснований световодов (микроконусов) в плоскости XY могут существенно превосходить размеры пятен засветки, создаваемых такими световодами, то непрерывная (сплошная) засветка, например, позволяющая получить сплошную линию, обеспечивается перемещением матрицы световодов на расстояние, необходимое для создания требуемого изображения. В случае, если размеры матрицы таковы, что она имеет по каждой из осей в плоскости XY размер 9, равный или несколько больший, чем размер создаваемого изображения, для создания такого изображения необходимо обеспечить смещение матрицы лишь на расстояние, равное максимальному расстоянию 10 между осями соседних острий (микроконусов) вдоль каждой из осей в плоскости XY (на фиг.1 это расстояние показано только вдоль оси X).Due to the fact that the sizes of the bases of the optical fibers (microcone) in the XY plane can significantly exceed the size of the spots of light created by such fibers, the continuous (solid) illumination, for example, allowing to obtain a solid line, is provided by moving the matrix of optical fibers to the distance necessary to create the desired image . If the dimensions of the matrix are such that it has a size of 9 on each of the axes in the XY plane, equal to or slightly larger than the size of the created image, to create such an image, it is necessary to ensure the displacement of the matrix only by a distance equal to the maximum distance 10 between the axes of neighboring points (microcones) along each of the axes in the XY plane (in Fig. 1, this distance is shown only along the X axis).
Световоды могут образовывать двумерную матрицу из нескольких рядов, по несколько световодов в каждом ряду (фиг.1), причем размер матрицы определяется расстояниями 9 между осями крайних, наиболее удаленных друг от друга световодов по осям Х и Y (на фиг.1 указан размер матрицы только вдоль оси X).The optical fibers can form a two-dimensional matrix of several rows, several optical fibers in each row (Fig. 1), and the matrix size is determined by the distances 9 between the axes of the outermost, most distant optical fibers along the X and Y axes (Fig. 1 shows the matrix size only along the x axis).
Световоды могут быть сгруппированы в несколько двумерных матриц, расположенных в несколько рядов по несколько таких матриц в каждом ряду, причем каждая из матриц состоит из нескольких рядов световодов по несколько световодов в каждом ряду. Шаг расположения излучателей, т.е. расстояние между осями соседних излучателей в каждом из двух взаимно перпендикулярных направлений целесообразно использовать одинаковый, однако он может быть и разным. При этом указанный шаг в, по крайней мере, одной из матриц, входящих в составную матрицу, может отличаться от шага излучателей в любой другой матрице. В этом случае, если такая составная матрица имеет общий (суммарный) размер 9 вдоль каждой из осей в плоскости XY, равный или несколько превосходящий размер заданного изображения или всей подложки с фоторезистом вдоль каждой из осей в плоскости XY, то смещение такой матрицы для получения необходимой засветки фоторезиста должно совершаться вдоль каждой из осей в плоскости XY на расстояние, не превышающее максимальное расстояние 10 между осями соседних световодов (микроконусов) вдоль каждой из осей в пределах этой составной матрицы. При этом шаг каждого смещения при такой засветке фоторезиста определяется заданной степенью перекрытия соседних пятен засветки, а размер пятна засветки определяется (при заданном разрешении, минимальное значение которого определяется параметрами ближнеполевого световода, каковым является микроконус) расстоянием от поверхности фоторезиста до вершин световодов и расходимостью такого ближнеполевого пучка излучения. Коммутируя отдельные световоды матрицы, можно сформировать на светочувствительном слое (фоторезисте), расположенном в непосредственной близости от матрицы, рисунок с требуемой топологией.The fibers can be grouped into several two-dimensional matrices arranged in several rows of several such matrices in each row, and each of the matrices consists of several rows of optical fibers with several optical fibers in each row. The pitch of the emitters, i.e. the distance between the axes of adjacent emitters in each of two mutually perpendicular directions, it is advisable to use the same, but it can be different. Moreover, the specified step in at least one of the matrices included in the composite matrix may differ from the step of the emitters in any other matrix. In this case, if such a composite matrix has a total (total) size of 9 along each of the axes in the XY plane, equal to or slightly larger than the size of the specified image or the entire substrate with photoresist along each of the axes in the XY plane, then the offset of such a matrix to obtain the necessary Photoresist exposure should occur along each axis in the XY plane by a distance not exceeding a maximum distance of 10 between the axes of adjacent optical fibers (micro-cones) along each of the axes within this composite matrix. In this case, the step of each displacement under such exposure to the photoresist is determined by a given degree of overlap of adjacent spots of light, and the size of the spot of light is determined (at a given resolution, the minimum value of which is determined by the parameters of the near-field optical fiber, which is the microcone), the distance from the surface of the photoresist to the vertices of the optical fibers and the divergence of such near-field beam of radiation. By switching individual matrix fibers, it is possible to form a pattern with the required topology on the photosensitive layer (photoresist) located in the immediate vicinity of the matrix.
При использовании идеального точечного источника излучения, находящегося от фоторезиста на расстоянии, меньшем характерного размера d используемого ближнеполевого световода, на поверхности фоторезиста образуется световое пятно (пятно засветки). При этом на краю светового пятна отсутствуют какие-либо дифракционные максимумы. Таким идеальным точечным источником может быть излучатель, выполненный, например, в виде утоненного световода, вытянутого из стекловолокна таким образом, что у его конца диаметр световода d составит примерно 10 нм, или в виде микроконуса с радиусом закругления при вершине примерно 5 нм. Но, как известно, диаметр светового пятна на расстоянии z≈ d (где d - диаметр конца световода) также будет близок к d. Поэтому, используя матрицу из подобных световодов, расположенных друг относительно друга таким образом, чтобы на поверхности фоторезиста или любого другого, чувствительного к используемому излучению материала формировались световые пятна (пятна засветки), создаваемые этими практически идеальными точечными источниками, можно создать на фоторезисте, находящемся на расстоянии z≈ d, плоское изображение. Коммутируя отдельные световоды матрицы, можно создавать ряды световых линий или совокупность различным образом расположенных световых точек, очертания которых повторяют очертания, создаваемые пятнами засветки, ближнеполевых световодов матрицы. Если на конце каждого световода разместить источник излучения, эмитирующий необходимую длину волны, или затворное устройство, пропускающее излучение в такой световод, то, коммутируя эти источники или затворные устройства, можно создать на поверхности светочувствительного слоя (фоторезиста), расположенного на расстоянии порядка d, практически любое плоское изображение с разрешением Δ x≈ d. Такая коммутация может осуществляться как коммутацией источников излучения, так и быстродействующих затворов на торцах световодов, на которые подается излучение, с помощью которого осуществляется экспозиция фоторезиста.When using an ideal point source of radiation located at a distance less than the characteristic size d of the used near-field fiber from the photoresist, a light spot (spot of illumination) is formed on the surface of the photoresist. Moreover, at the edge of the light spot there are no diffraction maxima. Such an ideal point source can be an emitter made, for example, in the form of a thinned fiber drawn from fiberglass in such a way that at its end the fiber diameter d will be approximately 10 nm, or in the form of a microcone with a radius of curvature at the apex of approximately 5 nm. But, as you know, the diameter of the light spot at a distance z≈ d (where d is the diameter of the end of the fiber) will also be close to d. Therefore, using a matrix of similar fibers located relative to each other so that light spots (light spots) created by these almost ideal point sources are formed on the surface of the photoresist or any other material sensitive to the radiation used, you can create it on the photoresist located on distance z≈ d, flat image. By commuting the individual optical fibers of the matrix, it is possible to create rows of light lines or a plurality of light points arranged in different ways, the outlines of which repeat the shape created by the spots of illumination of the near-field optical fibers of the matrix. If at the end of each fiber there is a radiation source emitting the necessary wavelength, or a gate device that transmits radiation to such a fiber, then by switching these sources or gate devices, you can create on the surface of the photosensitive layer (photoresist) located at a distance of the order of d, practically any flat image with a resolution of Δ x≈ d. Such switching can be carried out both by switching the radiation sources, and by fast shutters at the ends of the optical fibers to which the radiation is supplied, by which the photoresist is exposed.
Для обеспечения минимального числа шагов перемещения и, тем самым, повышения скорости получения заданного изображения расстояние между осями излучателей должно быть минимальным. Однако уменьшение указанных расстояний ограничивается возможными размерами излучателей, а именно внешним диаметром неутоненной части оптоволоконных световодов, диаметром основания световодов в виде микроконусов в месте их контакта (соединения) с подложкой или планарным световодом, размерами оснований острий автоэмиссионных эмиттеров и т.д. В настоящее время технология изготовления указанных излучателей позволяет обеспечить минимальный размер внешнего диаметра неутоненной части оптоволоконных световодов ~ 10-20 мкм, минимальный размер диаметра основания световодов, выполненных в виде микроконусов ~ 1-3 мкм, а минимальный размер (диаметр) оснований острий автоэмиссионных эмиттеров ~ 1-3 мкм. Все эти размеры значительно превышают желаемый диаметр потока излучения на выходе излучателей, требуемый для обеспечения необходимого разрешения, что и вынуждает использовать пошаговое перемещение излучателей с шагом, заметно меньшим и, конечно, не превышающим расстояния между осями соседних излучателей.To ensure the minimum number of steps of movement and, thereby, increase the speed of obtaining a given image, the distance between the axes of the emitters should be minimal. However, the reduction of these distances is limited by the possible dimensions of the emitters, namely, the outer diameter of the unshaded part of the optical fibers, the diameter of the base of the optical fibers in the form of micro-cones at the point of their contact (connection) with the substrate or planar optical fiber, the sizes of the bases of the tips of field emission emitters, etc. Currently, the manufacturing technology of these emitters makes it possible to ensure the minimum outer diameter of the unshaded part of the optical fibers is ~ 10–20 μm, the minimum diameter of the base of the optical fibers made in the form of micro cones is ~ 1–3 μm, and the minimum size (diameter) of the bases of the tips of field emission emitters ~ 1-3 microns. All these dimensions significantly exceed the desired diameter of the radiation flux at the output of the emitters, required to provide the necessary resolution, which forces the use of step-by-step movement of the emitters with a step noticeably smaller and, of course, not exceeding the distance between the axes of adjacent emitters.
В связи с этим расположение излучателей как ближнеполевых световодов, так и автоэмиссионных эмиттеров может осуществляться так, чтобы пятна засветки на поверхности фоторезиста образовывали плоское изображение заранее выбранной формы, которое может состоять из отдельных пятен засветки или их групп. При этом создание требуемой топологии при засветке фоторезиста производится путем последовательного позиционирования подложки с фоторезистом под матрицей или составной матрицей во время контролируемого перемещения с помощью прецизионного XYZ-нанопозиционера, позволяющего осуществлять позиционирование фоторезиста с минимальным шагом вплоть до 0,01 нм. Коммутация излучателей и прецизионное позиционирование матрицы осуществляется с линейным разрешением, значительно превосходящим разрешение, обеспечиваемое расположением излучателей в матрице, и равным характерному размеру d. Размер пятна засветки, создаваемый каждым излучателем, позволяет экспонировать на поверхности фоторезиста любую заранее заданную топологию с разрешением, определяемым характерным размером пятна засветки. Важно отметить, что в этом случае позиционирование осуществляется в пределах хода точной ступени нанопозиционера, т.к. расстояние между осями излучателей, осуществляющих засветку, может составлять приблизительно 1-100 мкм. При этом могут использоваться любые прецизионные позиционеры, обладающие необходимым разрешением (Δ х, Δ y<d) и необходимой базой перемещения, которая должна превышать максимальное расстояние между осями соседних излучателей. В том случае, если матрица состоит из N матриц и при этом N равно числу СБИС, получаемых на кремниевой пластине, то расстояние между проекциями топологии СБИС на фоторезисте выбирается заведомо большим, чем максимальное смещение единичной матрицы при экспозиции, обеспечивающей создание заданной топологии единичной СБИС на фоторезисте для того, чтобы при смещении единичной матрицы, прорисовывающей одну СБИС, она не заезжала на место расположения другой СБИС. При этом все СБИС могут быть одинаковыми, однако за счет управления каждым отдельным источником излучения в каждой матрице можно производить и разные СБИС, в том числе и СБИС, имеющие как различные топологии, так и различные размеры.In this regard, the arrangement of emitters of both near-field optical fibers and field emission emitters can be carried out so that the spots of light on the surface of the photoresist form a flat image of a pre-selected shape, which can consist of individual spots of light or their groups. In this case, the creation of the required topology when the photoresist is illuminated is made by sequentially positioning the substrate with the photoresist under the matrix or composite matrix during controlled movement with the help of a precision XYZ nanopositioner, which allows the photoresist to be positioned with a minimum step of up to 0.01 nm. Switching of emitters and precise positioning of the matrix is carried out with a linear resolution significantly exceeding the resolution provided by the location of the emitters in the matrix and equal to the characteristic size d. The size of the spot created by each emitter allows you to expose any predefined topology on the surface of the photoresist with a resolution determined by the characteristic size of the spot. It is important to note that in this case, positioning is carried out within the course of the exact step of the nanopositioner, because the distance between the axes of the emitters performing the exposure, can be approximately 1-100 microns. In this case, any precision positioners with the necessary resolution (Δ x, Δ y <d) and the necessary displacement base, which must exceed the maximum distance between the axes of adjacent emitters, can be used. In that case, if the matrix consists of N matrices and N is equal to the number of VLSI obtained on a silicon wafer, then the distance between the projections of the VLSI topology on the photoresist is chosen to be larger than the maximum displacement of the identity matrix during exposure, which ensures the creation of a given topology of a single VLSI on photoresist so that when a single matrix that draws one VLSI is displaced, it does not go to the location of another VLSI. At the same time, all VLSI can be the same, however, by controlling each individual radiation source in each matrix, it is possible to produce different VLSI, including VLSI, which have both different topologies and different sizes.
При этом, используя коммутацию излучения каждого излучателя в каждой матрице, входящей в состав составной матрицы, которая по размерам больше или равна кремниевой или иной полупроводниковой подложке, и прецизионное перемещение на расстояние, не превышающее максимальные расстояния между осями соседних излучателей с шагом, позволяющим создать топологию засветки с разрешением, определяемым характерным размером пятна засветки и заданной степенью их перекрытия, можно в процессе засветки одной такой подложки создавать на ней СБИС с различной топологией, что создает практически неоценимые преимущества для разработки и создания заказных схем и радикального удешевления самого процесса разработки новых СБИС.At the same time, using the switching radiation of each emitter in each matrix that is part of a composite matrix that is larger than or equal to a silicon or other semiconductor substrate in size, and precise movement to a distance not exceeding the maximum distances between the axes of adjacent emitters with a step that allows you to create a topology flare with a resolution determined by the characteristic size of the flare spot and a given degree of overlap, during flare of one such substrate, it is possible to create VLSI with different oh topology that creates an almost inestimable advantages for the design and creation of custom schemas and radically reduce the cost of the development process of new VLSI.
Предлагаемые устройства, комплектуемые прецизионными XYZ-нанопозиционерами, могут заменить собой степперы.The proposed devices, equipped with precision XYZ nanopositioners, can replace the steppers.
Такие устройства позволяют осуществлять параллельную засветку всей подложки, что существенно повышает производительность. А предварительная оценка позволяет заключить, что стоимость такого устройства при серийном производстве может оказаться ниже стоимости известных степперов в 40-50 раз. Это может служить решающим аргументом в пользу создания и применения такого рода устройств, т.к. стоимость современных степперов может достигать 20 и более миллионов долларов.Such devices allow parallel illumination of the entire substrate, which significantly increases productivity. A preliminary assessment allows us to conclude that the cost of such a device in mass production can be 40-50 times lower than the cost of known steppers. This can serve as a decisive argument in favor of the creation and use of such devices, because the cost of modern steppers can reach 20 million dollars or more.
Естественным развитием предлагаемой матричной технологии фотолитографии является использование автоэмиссионных острийных матриц. На фиг.2 условно показан вариант выполнения устройства, в котором матрица излучателей 3 выполнена в виде автоэмиссионных эмиттеров, расположенных на подложке 4 и эмитирующих электронные пучки 11 под воздействием вытягивающего поля диафрагм 12. Эти пучки создают пятна засветки на фоторезисте 2, нанесенном на подложку 1, выполненную из полупроводникового материала. Использование автоэмиссионных многоострийных матриц позволяет перейти от малопроизводительной электронной литографии, в случае которой сканирующий электронный пучок, перемещаясь последовательно, создает на соответствующем фоторезисте заданную топологию, к многопучковой планарной электронной литографии, позволяющей добиться радикально большей производительности.A natural development of the proposed matrix technology of photolithography is the use of field emission tip matrices. Figure 2 conditionally shows an embodiment of the device in which the matrix of
Использование автоэмиссионных острийных матриц с индивидуально управляемыми остриями (аналогичных автоэмиссионным матрицам, применяемым в автоэмиссионных дисплеях), позволяет:The use of field emission matrices with individually controlled tips (similar to field emission matrices used in field emission displays) allows:
1) осуществлять параллельную высокопроизводительную засветку фоторезиста с чрезвычайно высоким пространственным разрешением;1) to carry out parallel high-performance illumination of the photoresist with an extremely high spatial resolution;
2) в случае, когда пятна засветки, создаваемые отдельными остриями, не перекрываются, смещение автоэмиссионной матрицы на расстояния, не превышающие максимальные расстояния 13 между осями соседних острий, позволяет (как и в случае световодных матриц) осуществлять (там, где это требуется) непрерывную засветку в пределах площади фоторезиста. При этом полностью устраняется дисторсия, наблюдающаяся обычно при отклонении электронного пучка на углы, отличающиеся от параксиальных;2) in the case where the spots of light created by individual tips do not overlap, the displacement of the field emission matrix by distances not exceeding the
3) осуществляя коммутацию острий в сочетании со смещением автоэмиссионной матрицы, создать любое изображение на поверхности фоторезиста в пределах площади его засветки.3) by switching the tips in combination with the displacement of the field-emission matrix, create any image on the surface of the photoresist within the area of its exposure.
Благодаря использованию предлагаемых способа и устройства наряду с огромным увеличением производительности можно осуществлять на одной подложке одновременное изготовление совершенно различных СБИС. В принципе, можно осуществить изготовление всех СБИС, из которых состоит компьютер или какое-либо другое устройство, на одной подложке. Использование многоострийных автоэмиссионных матриц позволяет получать чрезвычайно высокоразрешающие изображения на фоторезисте со значительно более высокой производительностью, чем обычная электронная литография, при практически полном устранении дисторсионных искажений и устранении трудностей получения высокоразрешенных сплошных изображений линий благодаря возможности контролируемого высокоточного относительного смещения фоторезиста и автоэмиссионной матрицы друг относительно друга.Due to the use of the proposed method and device, along with a huge increase in productivity, it is possible to simultaneously manufacture completely different VLSI on the same substrate. In principle, it is possible to manufacture all the VLSIs that make up a computer or some other device on one substrate. The use of multi-edge field-emission matrices allows obtaining extremely high-resolution images on a photoresist with significantly higher performance than conventional electronic lithography, with almost complete elimination of distortion distortions and eliminating the difficulties of obtaining high-resolution solid line images due to the possibility of controlled high-precision relative displacement of the photoresist and field-emission matrix relative to each other.
При этом использование аксиального (по отношению к остриям) магнитного поля 14 позволяет избежать расходимости эмитируемых каждым острием электронных пучков и обеспечить радикальное улучшение разрешения, достигаемого при взаимодействии такого пучка с фоторезистом. Причем расстояние от вершин эмиттеров (острий) автоэмиссионной матрицы до поверхности фоторезиста может достигать десятков миллиметров без потери разрешения и интенсивности при приложении соответствующего магнитного поля. А это, кроме всего, полностью снимает и любые ограничения, связанные с глубиной фокуса (DOF).The use of an axial (with respect to the tips)
Наконец, создание такого рода световодных и автоэмиссионных матричных устройств радикально упрощает технологию, позволяя перейти от индустриальной эры производства СБИС, в которой мы живем сегодня, к постиндустриальной технологии производства, когда разработкой и изготовлением СБИС смогут заниматься малые коллективы, т.е. когда эта технология станет доступной не только гигантским современным заводам стоимостью 2-4 миллиарда долларов, но и огромному числу небольших групп ученых и инженеров.Finally, the creation of such fiber-optic and field-emission matrix devices radically simplifies the technology, making it possible to move from the industrial era of production of VLSI in which we live today to the post-industrial production technology when small teams can develop and manufacture VLSI, i.e. when this technology becomes available not only to giant modern plants worth 2-4 billion dollars, but also to a huge number of small groups of scientists and engineers.
Claims (30)
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004110770/28A RU2251133C1 (en) | 2004-04-12 | 2004-04-12 | Method and device for producing image |
| US11/632,810 US20080298542A1 (en) | 2003-07-15 | 2004-07-13 | Image Producing Methods and Image Producing Devices |
| PCT/RU2004/000273 WO2005006082A1 (en) | 2003-07-15 | 2004-07-13 | Image producing methods and image producing devices |
| EP04748966A EP1835347A4 (en) | 2003-07-15 | 2004-07-13 | Image producing methods and image producing devices |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004110770/28A RU2251133C1 (en) | 2004-04-12 | 2004-04-12 | Method and device for producing image |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2251133C1 true RU2251133C1 (en) | 2005-04-27 |
Family
ID=35635996
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004110770/28A RU2251133C1 (en) | 2003-07-15 | 2004-04-12 | Method and device for producing image |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2251133C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012150876A2 (en) * | 2011-04-26 | 2012-11-08 | Afanasjev Denis Mikhaylovich | Planar light guide |
-
2004
- 2004-04-12 RU RU2004110770/28A patent/RU2251133C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012150876A2 (en) * | 2011-04-26 | 2012-11-08 | Afanasjev Denis Mikhaylovich | Planar light guide |
| WO2012150876A3 (en) * | 2011-04-26 | 2013-05-02 | Afanasjev Denis Mikhaylovich | Planar light guide |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6544698B1 (en) | Maskless 2-D and 3-D pattern generation photolithography | |
| US7271877B2 (en) | Method and apparatus for maskless photolithography | |
| US20080298542A1 (en) | Image Producing Methods and Image Producing Devices | |
| WO2015124555A1 (en) | Mirror array | |
| KR20100099157A (en) | Spatial light modulation unit, illumination optical apparatus, exposure apparatus, and device manufacturing method | |
| CN1602451A (en) | Maskless photon-electron spot-grid array printer | |
| KR102397041B1 (en) | Illumination optical system, exposure method and device manufacturing method | |
| KR19990082951A (en) | Lithography apparatus | |
| CN1797214A (en) | Lithographic apparatus and device manufacturing method | |
| JPWO2007138805A1 (en) | Illumination optical apparatus, exposure apparatus, and device manufacturing method | |
| JP2011040716A (en) | Exposure apparatus, exposure method, and device manufacturing method | |
| CN101320222A (en) | Stepping type non-mask digital exposure device based on digital micro-lens array | |
| CN1766737A (en) | Lithographic apparatus and device manufacturing method | |
| KR20080038099A (en) | Lithographic apparatus comprising an array of individually controllable elements and a projection system | |
| CN1790169A (en) | Lithographic apparatus and device manufacturing method | |
| KR20070080220A (en) | Optical system for transforming numerical aperture | |
| CN112596347A (en) | Multiple exposure method for digital mask projection photoetching | |
| US7189498B2 (en) | Process and apparatus for generating a strong phase shift optical pattern for use in an optical direct write lithography process | |
| JP2007242775A (en) | Exposure device, and method of manufacturing device | |
| WO2015124553A1 (en) | Method for illuminating an object field of a projection exposure system | |
| RU2251133C1 (en) | Method and device for producing image | |
| JP2010161246A (en) | Transmission optical system, illumination optical system, exposure device, exposure method, and method of manufacturing device | |
| JP3363787B2 (en) | Exposure method and exposure apparatus | |
| JP4344162B2 (en) | Pattern drawing apparatus and pattern drawing method | |
| WO2009150913A1 (en) | Illumination apparatus, exposure apparatus, and device fabrication method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060413 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20070520 |
|
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20080304 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100413 |