Un aparato para crear un diseño o patrón de gran precisión en una pieza a elaborar sensible a la radiación de luz,

tal como un a fotomáscara, un panel de presentación visual o un dispositivo microóptico, comprendiendo: una fuente de luz para emitir luz en el margen de longitudes de onda desde EUV hasta IR; un modulador espacial de luz (SLM) que tiene una multitud de elementos moduladores adaptados para ser iluminados por dicha radiación; un sistema de proyección que crea una imagen del modulador en la pieza a elaborar; un sistema de procesamiento y suministro de datos electrónicos que recibe una descripción digital del diseño o patrón a ser escrito, convierte dicho diseño o patrón en señales de modulador y alimenta dichas señales al modulador; un sistema mecánico de precisión para situar dicha pieza a elaborar y/o sistema de proyección uno respecto al otro; un sistema de control electrónico que controla la posición de la pieza a elaborar, la alimentación de las señales de modulador y la intensidad de la radiación de modo que dicho diseño o patrón es impreso en la pieza a elaborar, caracterizado porque las señales excitadoras y al menos uno de los elementos moduladores están adaptados para crear un número de estados de modulación mayor que dos y preferiblemente mayor que tres, en el que el número de estados de modulación mayor que dos se encarga de la colocación de gran precisión de los bordes de rasgos del diseño o patrón en posiciones en una cuadrícula de direcciones que es más fina que la cuadrícula creada por los píxeles del modulador espacial de luz

Campo de la invención

La presente invención se refiere a la impresión de diseños o patrones con muy alta precisión sobre superficies fotosensibles tales como fotomáscaras para presentaciones visuales y dispositivos semiconductores. También se refiere a la escritura directa de diseños o patrones de dispositivos semiconductores, paneles de presentación visual, dispositivos ópticos integrados y estructuras de interconexión electrónica. Además, puede tener aplicaciones en otros tipos de impresión de precisión tal como impresión de seguridad. El término impresión debería ser comprendido en un sentido amplio, significando exposición de material fotorresistencia y emulsión fotográfica, pero también la acción de la luz sobre otros medios sensibles a la luz tal como papel de proceso en seco, por ablación o procesos químicos activados por luz o calor. Luz no está limitada a significar luz visible sino un margen extenso de longitudes de onda desde infrarrojo (IR) hasta ultravioleta (UV) extremo. De importancia especial es el margen de ultravioleta desde 370 mm (UV) a través de ultravioleta profundo (DUV: deep ultraviolet), ultravioleta en el vacío (VUV: vacuum ultraviolet) y ultravioleta extremo (EUV: extreme ultraviolet) hasta una longitud de onda de unos pocos nanómetros. En esta solicitud, EUV es definido como el margen desde 100 nm y hacia abajo hasta que es posible tratar la radiación como luz. Una longitud de onda típica para EUV es 13 nm. Infrarrojo (IR) es definido como 780 nm hasta unos 20 µm.

En un sentido diferente, la invención se refiere a la técnica y la ciencia de moduladores espaciales de luz e impresoras y pantallas de proyección que usan tales moduladores. En particular, mejora las propiedades de la escala de grises, la estabilidad de imagen mediante uniformidad de imagen y foco y el procesamiento de datos para tales moduladores por aplicación de técnica de modulación analógica. El uso más importante de la modulación analógica es generar una imagen en un material de gran contraste tal como material fotorresistente con una cuadrícula de direcciones, o sea, el incremento por el que es especificada la posición de un borde del diseño o patrón, que es mucho más fina que la cuadrícula creada por los píxeles del modulador espacial de luz.

Antecedentes de la invención

En la técnica actual es conocido construir generadores de diseños o patrones de precisión que usan la proyección de moduladores espaciales de luz (SLMs: spatial light modulators) de microespejos del tipo de microespejos (Nelson 1.988, Kück 1.990). Usar un modulador espacial de luz (SLM) en un generador de diseños o patrones tiene un número de ventajas comparado con el método más extendido de usar puntos de láser de exploración: el SLM es un dispositivo masivamente en paralelo y el número de píxeles que pueden ser escritos por segundo es extremadamente grande. El sistema óptico también es más sencillo en el sentido de que la iluminación del SLM no es crítica mientras que en un explorador de láser todo el trayecto de haz tiene que ser construido con gran precisión. Comparado con algunos tipos de exploradores, en particular electroópticos y acustoópticos, el modulador espacial de luz (SLM) de microespejos puede ser usado en longitudes de onda más cortas puesto que es un dispositivo puramente reflector.

En ambas referencias citadas anteriormente, el modulador espacial usa solo modulaciones de activo/inactivo en cada píxel. Los datos de entrada son convertidos en un mapa de píxeles con una profundidad de un bit, o sea con los valores 0 y 1 en cada píxel. La conversión puede ser efectuada eficazmente usando procesadores gráficos o lógica especial con instrucciones de relleno de área.

En una solicitud anterior del mismo inventor Sandström (Sandström y otros, 1.990), fue descrita la capacidad de usar un valor intermedio de exposición en el límite de un elemento de diseño o patrón para ajustar con precisión la posición del borde de elemento en la imagen creada por un explorador de láser.

También es conocido en la técnica crear una imagen en escala de grises, preferiblemente para pantalla de proyección de videoimágenes y para impresión, con un modulador espacial de luz (SLM) por variación del momento en el que un píxel es activado o imprimiendo el mismo píxel varias veces con el píxel activado un número variable de veces. El documento US 5.691.541 expone un sistema de litografía sin máscara.

La presente invención describe un sistema para dirigir la generación de escala de grises con un modulador espacial de luz (SLM), con una vista especial a la generación de diseños o patrones de ultraprecisión. Aspectos importantes en las realizaciones preferidas son la uniformidad de la imagen de píxel a píxel y la independencia de la colocación exacta de un rasgo con respecto a los píxeles del SLM y la estabilidad cuando el foco es cambiado, con intención o involuntariamente.

Sumario de la invención

Por tanto, un objeto de la presente invención es proporcionar un generador mejorado de diseños o patrones para impresión de diseños o patrones de precisión.

Este objeto es conseguido con un aparato según las reivindicaciones adjuntas, proporcionando una modulación analógica de los píxeles en el SLM.

Descripción breve de los dibujos

La Figura 1 muestra una impresora en técnica anterior. El modulador espacial de luz (SLM) consiste en microespejos que desvían la luz desde la pupila de lente.

La Figura 2 muestra un número de diseños de píxeles con los cuatro píxeles superiores en un estado inactivo y los cinco píxeles restantes activados.

La Figura 3 muestra una ordenación de píxeles que se mueven hacia arriba y hacia abajo como émbolos, creando de tal modo una diferencia de fase. Esto es como un borde puede ser situado con precisión con un SLM de tipo fase.

La Figura 4 muestra una comparación esquemática entre un SLM con espejos desviadores y un SLM con espejos deformantes.

La Figura 5 muestra un organigrama de un método para convertir y alimentar datos al SLM.

La Figura 6 muestra una realización preferida de un generador de diseños o patrones según la invención.

La Figura 7 muestra esquemáticamente amplitudes complejas posibles para tipos diferentes de SLM.

La Figura 8 muestra esquemáticamente tipos diferentes de control de los espejos de SLM.

Descripción de la invención

La base para comprender la invención es la disposición genérica en la Figura 1 que muestra una impresora de proyección genérica con un modulador espacial de luz (SLM). Los moduladores espaciales de luz (SLMs) basados en la reflexión vienen en dos variedades, el tipo de desviación (Nelson) y el tipo de fase (Kück). La diferencia entre ellas puede parecer pequeña en un caso particular con microepejos, pero el SLM de fase extingue el haz en la dirección especular por interferencia destructiva, mientras que un píxel en un SLM de desviación desvía el haz especular geométricamente hacia un lado de modo que no encuentra la abertura de la lente de formación de imagen como se muestra en la Figura 1. Para impresión ultraprecisa como es realizada en la invención actual, el sistema modulador de fase como es descrito por Kück, 1.990, es superior al tipo de desviación. Primero, tiene mejor contraste puesto que todas las partes de la superficie, también bisagras y patillas de soporte, toman parte en la interferencia destructiva y extinción total puede ser conseguida. Segundo, un sistema que funciona desviando la luz hacia el lado es difícil de hacerlo simétrico alrededor del eje óptico en ángulos intermedios de desviación, creando un riesgo de inestabilidad de rasgos cuando el foco es cambiado. En las realizaciones preferidas, el tipo de fase es usado pero si se acepta o diseña alrededor de la asimetría del tipo de desviación, también podría ser usado. Esto es ilustrado esquemáticamente en la Figura 4. En la primera Figura 4a, un microespejo no desviado 401 es iluminado y la luz reflejada no es dirigida hacia la abertura 402 y, por tanto, la luz no llega al sustrato 403. Por otra parte, en la Figura 4b el espejo está totalmente desviado y toda la luz reflejada es dirigida hacia la abertura. En una posición intermedia, solo parte de la luz reflejada llegará al sustrato, lo que es mostrado en la Figura 4c. Sin embargo, en este caso la luz no es simétrica alrededor del eje óptico de la lente 404 y hay una incidencia oblicua en el sustrato. De tal modo,... [Seguir leyendo]

1. Un aparato para crear un diseño o patrón de gran precisión en una pieza a elaborar sensible a la radiación de luz, tal como un a fotomáscara, un panel de presentación visual o un dispositivo microóptico, comprendiendo:

una fuente de luz para emitir luz en el margen de longitudes de onda desde EUV hasta IR;

un modulador espacial de luz (SLM) que tiene una multitud de elementos moduladores adaptados para ser iluminados por dicha radiación;

un sistema de proyección que crea una imagen del modulador en la pieza a elaborar;

un sistema de procesamiento y suministro de datos electrónicos que recibe una descripción digital del diseño o patrón a ser escrito, convierte dicho diseño o patrón en señales de modulador y alimenta dichas señales al modulador;

un sistema mecánico de precisión para situar dicha pieza a elaborar y/o sistema de proyección uno respecto al otro;

un sistema de control electrónico que controla la posición de la pieza a elaborar, la alimentación de las señales de modulador y la intensidad de la radiación de modo que dicho diseño o patrón es impreso en la pieza a elaborar, caracterizado porque las señales excitadoras y al menos uno de los elementos moduladores están adaptados para crear un número de estados de modulación mayor que dos y preferiblemente mayor que tres, en el que el número de estados de modulación mayor que dos se encarga de la colocación de gran precisión de los bordes de rasgos del diseño o patrón en posiciones en una cuadrícula de direcciones que es más fina que la cuadrícula creada por los píxeles del modulador espacial de luz.

2. El aparato de la reivindicación 1, comprendiendo además un filtro selectivo para el estado de la radiación, convirtiendo de tal modo la modulación a través de la superficie del modulador espacial de luz en una imagen de intensidad en la pieza a elaborar.

3. El aparato de la reivindicación 1, donde el modulador espacial de luz es una ordenación bidimensional de elementos moduladores con carga multiplexada en el tiempo de los valores en los elementos moduladores y almacenamiento de los valores cargados en cada elemento.

4. El aparato de la reivindicación 1, donde el modulador espacial de luz está construido sobre un circuito activo direccionado por matriz.

5. El aparato de la reivindicación 1, donde el modulador espacial de luz está construido encima de un chip semiconductor.

6. El aparato de la reivindicación 1, donde el modulador espacial de luz contiene un cristal líquido.

7. El aparato de la reivindicación 1, donde el modulador espacial de luz tiene una capa viscoelástica.

8. El aparato de la reivindicación 1, donde el modulador espacial de luz tiene una ordenación de elementos de microespejos, y preferiblemente una ordenación de elementos micromecánicos, y más preferiblemente una ordenación de microespejos piramidales.

9. El aparato de la reivindicación 1, donde el modulador espacial de luz es reflector.

10. El aparato de la reivindicación 1, donde el modulador espacial de luz es transmisor.

11. El aparato de la reivindicación 1, comprendiendo además una unidad de temporización que controla la emisión de radiación desde la fuente de luz.

12. El aparato de la reivindicación 1, donde el sistema mecánico de precisión y/o el sistema de proyección está adaptado para producir un diseño o patrón de microlitografía con rasgos menores que 30 µm y exactitud de colocación y tamaño mejor que 3 µm (3 sigma).

13 El aparato de la reivindicación 1, donde el diseño o patrón es formado en material fotorresistente, fotopolímero o emulsión fotográfica.

14. El aparato de la reivindicación 1, donde el diseño o patrón es formado por ablación, un efecto fotorefractivo, una alteración fotoquímica de un componente de la pieza a elaborar o por un proceso térmico

15. El aparato de la reivindicación 1, donde el sistema de procesamiento de datos electrónicos tiene un conjunto de procesadores en paralelo para conversión de diseño o patrón en tiempo real.

16. Un método para crear un diseño o patrón de gran precisión en una pieza a elaborar sensible a la radiación de luz, tal como una fotomáscara, un panel de presentación visual o un dispositivo microóptico, comprendiendo los pasos de:

recibir una descripción digital del diseño o patrón a ser escrito;

convertir dicho diseño o patrón en señales de modulador;

alimentar dichas señales a un modulador que tiene una multitud de elementos moduladores adaptados para ser iluminados por radiación;

iluminar el modulador con radiación en el margen de longitudes de onda desde EUV hasta IR;

controlar la posición de la pieza a elaborar, la alimentación de las señales excitadoras al modulador y la intensidad de la radiación, de modo que dicho diseño o patrón es impreso en la pieza a elaborar, caracterizado porque las señales excitadoras y al menos uno de los elementos moduladores están adaptados para crear un número de estados de modulación mayor que dos y preferiblemente mayor que tres, en el que el número de estados de modulación mayor que dos se encarga de la colocación de gran precisión de bordes de rasgos del diseño o patrón en posiciones en una cuadrícula de direcciones que es más fina que la cuadrícula creada por los píxeles del modulador.

17. El método según la reivindicación 16, en el que la cuadrícula de direcciones es 1/15 o menos del tamaño de la cuadrícula de píxeles.

18. El método de la reivindicación 16, en el que una función de linealización compensadora es usada en la conversión desde la descripción de diseño o patrón de entrada a las tensiones del modulador para corregir una respuesta no lineal de las tensiones de modulador a la exposición en la pieza a elaborar.

19. El método de la reivindicación 18, en el que la respuesta es el resultado físico o químico de la exposición de un elemento superficial, tal como la absorción de luz de una emulsión de haluro de plata revelada o la eliminación de masa de material por área superficial mediante un proceso de ablación.