DE102004026019A1 - Programmable reflection mask, to structure micro-electronic and similar systems, has a matrix of micro-mirror pixel cells where photo elements convert optical signals into electrical signals for the control electrodes - Google Patents

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Abstract

The programmable reflection mask, with a matrix of micro-mirror pixel cells to modulate a light beam, has a mirror element (41) at each pixel cell. The reverse side of the cell has a control unit with a control electrode (44), a photo element (46) and an amplifier (47). The matrix control circuit addresses the pixel cell control units individually by optical signals. The signals are received by the photo element, to be converted into electrical signals for the control electrode. A hollow zone is between the mirror and the substrate (42) with support stubs (43) to secure the mirrors.

Description

Die Erfindung betrifft eine programmierbare Reflexionsmaske und eine Belichtungsanlage zum optischen Belichten eines Objekts mit einer solchen programmierbaren Reflexionsmaske, die Teil einer Belichtungsoptik ist, die zwischen einer Lichtquelle und den zu belichtenden Objekt angeordnet ist.The The invention relates to a programmable reflection mask and a Exposure system for optically exposing an object with a such programmable reflection mask, which is part of an exposure optics is that between a light source and the object to be exposed is arranged.

Hochintegrierte Schaltungen werden fast ausschließlich in Planartechnik gefertigt. Hierzu werden auf einer Halbleiterscheibe nacheinander Schichten aufgebracht, die in eine Vielzahl von einzelnen Bereichen zur Ausbildung der Bauelemente und Leiterbahnstrukturen unterteilt werden. Die Strukturierung erfolgt dabei mithilfe der Lithografietechnik. Wesentliches Merkmal dieser Technik ist ein strahlungsempfindlicher Photolack, der in den gewünschten Bereichen so bestrahlt wird, dass in einem geeigneten Entwickler nur die bestrahlten oder unbestrahlten Bereiche entfernt werden. Das so entstandene Photolackmuster dient dann als Maske bei einem darauffolgenden Prozessschritt, z.B. bei einer Ätzung oder einer Ionenimplantation. Abschließend wird die Photomaske dann wieder abgelöst.highly integrated Circuits are manufactured almost exclusively in planar technology. For this purpose, successive layers are formed on a semiconductor wafer applied to a variety of individual areas for training the components and interconnect structures are divided. The structuring takes place using the lithographic technique. Essential feature This technique is a radiation sensitive photoresist that resides in the wished Areas so irradiated that in a suitable developer only the irradiated or unirradiated areas are removed. The resulting photoresist pattern then serves as a mask in one subsequent process step, e.g. in an etching or ion implantation. Finally, it will the photomask then detached again.

Das Belichten des Photolacks erfolgt dabei mithilfe optischer Belichtungsverfahren, die die gewünschten Strukturen auf der Oberfläche der Lackschicht abbilden. Hierzu wird in der Regel eine Maske, die das auf der Photolackschicht abzubildende Muster als Metallschicht auf einem transparenten Träger enthält, durchstrahlt. Für jedes im Rahmen der Herstellung eine integrierter Schaltungen zu erzeugende Strukturebene ist dabei eine eigenständige Maske erforderlich. Dies führt zu sehr hohen Maskenkosten. Neben den Kosten ist auch die zeitliche Verzögerung, die mit dem wiederholten Herstellen von Masken verbunden ist, ein gravierender Nachteil bei der Belichtung mithilfe von Masken zur Erzeugung von integrierten Schaltungen auf Halbleiterwafern.The Exposure of the photoresist takes place by means of optical exposure methods, the desired ones Structures on the surface depict the lacquer layer. For this is usually a mask that the pattern to be imaged on the photoresist layer as a metal layer on a transparent support contains irradiated. For each in the context of manufacturing an integrated circuit too generating structural level is an independent mask required. This leads to very high mask costs. In addition to the costs, the time delay, which is associated with the repetitive making of masks serious disadvantage when using masks for Generation of integrated circuits on semiconductor wafers.

Alternativ zu optischen Belichtungsverfahren mit Masken werden deshalb bereits Direktschreibeverfahren mit Elektronen- oder Laserstrahlen eingesetzt, bei denen die abzubildenden Strukturen maskenlos durch Ablenken des Elektronen- bzw. Lichtstrahls direkt auf die Photolackschicht geschrieben werden. Diese Verfahren sind jedoch sehr aufwändig und zu langsam für eine Massenproduktion.alternative therefore optical masking methods are already being used Direct writing method used with electron or laser beams, at which the structures to be imaged masquerade by distracting the Electron or light beam are written directly onto the photoresist layer. However, these methods are very expensive and too slow for mass production.

Um gleichzeitig Maskenkosten einzusparen und eine schnellere Belichtung zu erreichen, sind optische Belichtungsverfahren für die Direktbelichtung von Photolackschichten mit programmierbaren Reflexionsmasken entwickelt worden. Ein solches Belichtungsverfahren ist unter anderem in der WO 91/17483 beschrieben. Die dabei eingesetzte optische Belichtungsanlage weist eine Lichtquelle und eine zwischen Lichtquelle und zu belichtendem Objekt angeordnete Belichtungsoptik auf, die einen hochauflösenden Flächenlichtmodulatoren in Form eines programmierbaren mikromechanischen Spiegel-Arrays enthält. Das mikromechanische Spiegel-Array setzt sich dabei aus einer Matrix von Mikrospiegel-Pixelzellen zum Modulieren des von der Lichtquelle eingestrahlten Lichts zusammen.Around save mask costs and faster exposure at the same time are optical exposure methods for the direct exposure of Photoresist layers with programmable reflection masks developed Service. Such an exposure method is inter alia in the WO 91/17483 described. The optical exposure system used has a light source and between light source and to be exposed Object arranged exposure optics that a high-resolution area light modulators in the form of a programmable micromechanical mirror array contains. The micromechanical mirror array consists of a matrix micromirror pixel cells for modulating that from the light source incident light together.

Wie in den beiden Informationsblättern „Ansteuerschaltungen für Mikrospiegel-Arrays" und „Lichtflächenmodulatoren" des Fraunhofer Instituts für photonische Mikrosysteme (www.imsdd. fhg.de\products\index-05.html) dargestellt, weist jede Mikrospiegel-Pixelzelle vorzugsweise ein freitragendes Spiegelelement über einem Hohlraum mit darunter liegender Steuerelektrode auf. Die Aktivierung der Mikrospiegel-Pixelzelle erfolgt dann durch Anlegen einer Steuerspannung zwischen dem Spiegelelement und der Steuerelektrode, wodurch der Mikropiegel infolge der elektrostatischen Kraftwirkung in den Hohlraum hinein deformiert wird. Der damit verbundene optische Gangunterschied führt beim einfallenden Licht zu einer entsprechenden Lichtmodulation. Mit einem nachgeordneten optischen Filter kann dann der von den einzelnen Mikrospiegel modulierte Teil des Lichts vollständig ausgeblendet werden, so dass nur das von den unverformten ebenen Spiegelflächen der nicht angesteuerten Mikrospiegel reflektierte Licht auf die Photoschicht fällt und so ein gewünschtes Muster erzeugt. Für die aktive Adressierung der einzelnen Mikrospiegel-Pixelzellen enthält jede Pixelzelle einen Transistor und eine Stützkapazität, die die Steuerelektrode der Pixelzelle ansteuert und mit der zum Auslenken des Mikrospiegels erforderlichen Spannung versorgen. Die einzelnen Pixeltransistoren wiederum werden nach dem DRAM-Prinzip über Spalten- und Zeilenleitungen geschaltet.As in the two information sheets "Control Circuits for micromirror arrays "and" light surface modulators "of the Fraunhofer Institute for Photonic Microsystems (www.imsdd.fhg.de \ products \ index-05.html), For example, each micromirror pixel cell is preferably cantilevered Mirror element over a cavity with underlying control electrode. The activation the micromirror pixel cell is then effected by applying a control voltage between the mirror element and the control electrode, whereby the Microparticles due to the electrostatic force in the cavity is deformed into it. The associated optical path difference leads at incident light to a corresponding light modulation. With a downstream optical filter can then that of the individual Micromirror modulated part of the light to be completely blanked out, so that only that of the undeformed flat mirror surfaces of the uncontrolled Micromirror reflected light falls on the photo layer and such a desired Pattern generated. For the active addressing of each micromirror pixel cell includes each Pixel cell is a transistor and a supporting capacitance, which is the control electrode the pixel cell drives and with the to deflect the micromirror supply the required voltage. The individual pixel transistors again, according to the DRAM principle, via column and row lines connected.

Die Mikrospiegel haben typischerweise eine Größe von 16 × 16 μm2. Diese große Spiegelfläche macht es erforderlich, das an der programmierbaren Reflexionsmaske modulierte Licht zur Definition einer Struktur auf dem Photolack extrem stark verkleinert abzubilden, um eine ausreichende Auflösung auch kleinster Strukturen auf dem Photolack im Rahmen der Ausbildung von integrierten Schaltungen zu erreichen. So sind, um eine Auflösung von 60 nm zu gewährleisten, bei einer Mikrospiegelgröße von 16 × 16 μm2 Abbildungslinsen notwendig, die das von dem Mikrospiegel-Array durch Lichtmodulation erzeugte Muster im Maßstab von 300:1 reduzieren. Diese starke Reduzierung des Abbildungsmaßstabs wiederum führt dazu, dass nur ein kleines Belichtungsfeld mithilfe des Mikrospiegel-Arrays bestrahlt werden kann. Es ist deshalb eine zeitaufwändige Scan-Bewegung von Belichtungsanlage und zu belichtendem Halbleiterwafer mithilfe eines xy-Verschiebung erforderlich, um die Lackschicht auf dem gesamten Halbleitersubstrat zu belichten.The micromirrors typically have a size of 16 × 16 μm 2 . This large mirror surface makes it necessary to image the light modulated on the programmable reflection mask extremely large in order to define a structure on the photoresist in order to achieve a sufficient resolution of even the smallest structures on the photoresist in the context of the formation of integrated circuits. Thus, in order to ensure a resolution of 60 nm, with a micromirror size of 16 × 16 μm, two imaging lenses are necessary which reduce the pattern generated by the micromirror array by light modulation in the scale of 300: 1. In turn, this large reduction in magnification means that only a small exposure field can be irradiated using the micromirror array. It is therefore a time-consuming scanning movement of exposure equipment and Halblei to be exposed ter wafer using an xy shift required to expose the resist layer on the entire semiconductor substrate.

Weiterhin ist, um einen ausreichend hohen Waferdurchsatz zu erreichen, eine schnelle Belichtung mithilfe des programmierbaren Mikrospiegel-Arrays durchzuführen. Hierzu bedarf es einer schnellen Ansteuerung der einzelnen Mikrospiegel-Pixelzellen, was eine hohe Datenübertragungsrate im Mikro spiegel-Arrays erforderlich macht, um eine schnelle Einstellung des Maskenmusters zu erreichen. So wird von der Firma ASML (www.asml.com/doclib/investor/04_analyst_day_internet_031113.pdf) programmierbares Mikrospiegel-Array angekündigt, das fünf Halbleiterwafer mit einem Durchmesser von 300 mm in einer Stunde bei einer Auflösung von 60 nm belichten kann, wobei das Mikrospiegel-Array der 1024 × 2048 Pixel aufweist und mit einer Datenübertragungsrate von 300 Gbit angesteuert wird. Für einen wirtschaftlichen Einsatz von optischen Belichtungsanlagen mit mikromechanischen Spiegel-Arrays als programmierbare Masken im Rahmen der Herstellung integrierter Schaltungen, insbesondere auf Siliziumbasis ist jedoch ein wesentlich höherer Waferdurchsatz erforderlich.Farther is to achieve a sufficiently high wafer throughput, a Fast exposure using the programmable micromirror array perform. This requires a fast control of the individual micromirror pixel cells, which a high data transfer rate In the micro mirror arrays required to make a quick adjustment of the mask pattern. This is how the company ASML (www.asml.com/doclib/investor/04_analyst_day_internet_031113.pdf) programmable micromirror array announced that five semiconductor wafer with a diameter of 300 mm in one hour at a resolution of 60 nm can be exposed, with the micromirror array of 1024 × 2048 pixels and with a data transfer rate controlled by 300 Gbit. For an economical use of optical exposure systems with micromechanical mirror arrays as programmable masks in the context of the manufacture of integrated circuits, in particular However, on silicon basis, a much higher wafer throughput is required.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine programmierbare Reflexionsmaske mit einer Matrix von Mikrospiegel-Pixelzellen und ein optisches Belichtungssystem mit einer solchen programmierbaren Reflexionsmaske zu schaffen, die sich durch eine schnelle Echtzeitdatenverarbeitung auszeichnet, um in Sekundenbruchteile ein Muster in das Mikrospiegel-Array programmieren zu können, und so einen hohen Waferdurchsatz ermöglicht.task The present invention is therefore a programmable Reflection mask with a matrix of micromirror pixel cells and an optical exposure system with such a programmable To create a reflection mask characterized by fast real-time data processing, to program a pattern in fractions of a second into the micromirror array to be able to, and allows such a high wafer throughput.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer programmierbaren Reflexionsmaske gemäß Anspruch 1 und eine Belichtungsanlage zum optischen Belichten eines Objekts gemäß Anspruch 5 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.These Task is according to the invention with a programmable reflection mask according to claim 1 and an exposure system for optically exposing an object according to claim 5. preferred Further developments are specified in the dependent claims.

Bei einem programmierbaren Reflexionsspiegel mit einer Matrix von Mikrospiegel-Pixelzellen ist die Matrixsteuerschaltung, die mit den Steuereinheiten der Mikrospiegel-Pixelzellen verbunden ist, um die Steuereinheiten der Pixelzellen unabhängig voneinander zu adressieren, so ausgelegt, dass die Pixelzellen mit optischen Signalen einzeln adressiert werden können, wobei die an den Spiegelelement-Rückseiten angeordneten Steuereinheiten der einzelnen Mikrospiegel-Pixelzellen jeweils auf ihrer dem Spiegelelement abgewandten Seite ein Photoelement zum Erfassen von optischen Signalen aufweisen und die Photoelemente mit der zugehörigen Steuerelektrode der Steuereinheit verbunden sind, um eine empfangenes optisches Signal in ein entsprechendes elektrisches Signal für die Steuerelektrode umzuwandeln. Durch die optische Ansteuerung der Mikrospiegel-Pixelzellen besteht die Möglichkeit, eine hochparallele Übertragung der Ansteuersignale auf alle Mikrospiegel-Pixelzellen durchzuführen, um mithilfe des Mikrospiegel-Arrays ein Maskenmuster in Bruchteilen von Sekunden auszubilden. Das Photoelement kann darüber hinaus relativ klein und platzsparend ausgebildet sein. Es ist nur erforderlich, dass die die einzelne Mikrospiegel-Pixelzellen adressierenden optischen Signale im Bereich der anzusteuernden Photoelemente mit einer ausreichenden Lichtleistung auftreffen, um in den Photoelement entsprechende elektrisches Signale zum Ansteuern der Steuerelektroden des Mikrospiegelpixel-Arrays aufzulösen.at a programmable reflection mirror having a matrix of micromirror pixel cells the matrix control circuit connected to the control units of the micromirror pixel cells is connected to the control units of the pixel cells independently to address, designed so that the pixel cells with optical Signals can be addressed individually, with the on the mirror element backs arranged control units of the individual micromirror pixel cells each on its side facing away from the mirror element a photoelement for detecting optical signals and the photoelements with the associated control electrode the control unit are connected to a received optical Signal into a corresponding electrical signal for the control electrode convert. By the optical control of the micromirror pixel cells there is the possibility of a highly parallel transmission of the drive signals to all micromirror pixel cells to perform of the micromirror array Form a mask pattern in fractions of seconds. The photoelement can over it Be made relatively small and space-saving. It is only required that the addressing the individual micromirror pixel cells optical signals in the range of the photoelements to be driven with sufficient light power to impinge into the photoelement corresponding electrical signals for driving the control electrodes of the micromirror pixel array.

Bevorzugt ist gemäß einer Ausführungsform weiterhin, das zwischen dem Photoelement und der Steuerelektrode eine Verstärkereinheit angeordnet ist, um das elektrische Signal, das das Photoelement aus dem optischen Signal erzeugt, über einen vorgegebenen Schwellenwert zu verstärken, um über die Steuerelektrode zuverlässig das Spiegelelement der Pixeleinheit so einstellen zu können, dass das auf das Spiegelelement auftreffende Licht in der gewünschten Weise moduliert wird.Prefers is according to one Embodiment continues, the between the photoelement and the control electrode an amplifier unit is arranged to receive the electrical signal that makes up the photoelement the optical signal generated via to amplify a predetermined threshold to the reliably via the control electrode Mirror element of the pixel unit to be set so that the incident on the mirror element light in the desired Mode is modulated.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Spiegelelemente der Mikrospiegel-Pixelzellen auf einer Substratscheibe angeordnet, wobei die zugehörige Steuereinheiten in der Substratscheibe so ausgebildet ist, dass an der dem Spiegelelement zugewandten Oberfläche der Substratscheibe die Steuerelektrode der Steuereinheit und an der dem Spiegelelement abgewandten Oberfläche der Substratscheibe das Photoelement der Steuereinheit angeordnet sind. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine vereinfachte Ausbildung des Mikrospiegel-Arrays insbesondere hinsichtlich der Steuereinheiten, die sich diese mit hilfe der bekannten Planartechnik kostengünstig und platzsparend in einer Substratscheibe ausbilden lassen.According to one preferred embodiment the mirror elements of the micromirror pixel cells on a substrate wafer arranged, with the associated Control units in the substrate wafer is designed so that on the surface of the substrate wafer facing the mirror element, the control electrode the control unit and at the surface facing away from the mirror element of the Substrate disc, the photoelement of the control unit are arranged. This configuration allows a simplified design of the micromirror array in particular Regarding the control units, these with the help of the known Planar technology cost-effective and save space in a substrate disk.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Matrixsteuerschaltung eine Hologramm-Speichereinrichtung zum Speichern der Daten für die die Steuereinheiten der Mikrospiegel-Pixelzellen einzeln adressierenden optischen Signale auf, um gewünschte Maskenmuster auszubilden. Durch Verwendung einer holographischen Datenspeicherung zur Programmierung des Mikrospiegel-Arrays lässt sich eine große Datendichte erzielen, mit der sich die umfangreichen Datenmengen zur Ausbildung der einzelnen Masken im Rahmen der Herstellung integrierter Schaltungen platzsparend auf einer einzelnen Speichereinheit unterbringen lassen. Der Hologrammspeicher ermöglicht darüber hinaus die Daten für die einzelnen Mikrospiegel-Pixelzellen parallel mit hoher Geschwindigkeit auszulesen und somit eine schnelle Ausbildung des entsprechenden Maskenmusters auf dem Mikrospiegel-Array durchzuführen.According to a further preferred embodiment, the matrix control circuit has a hologram memory device for storing the data for the optical signals individually addressing the control units of the micromirror pixel cells in order to form desired mask patterns. By using a holographic data storage for programming the micromirror array, a large data density can be achieved with which the extensive amounts of data for the formation of the individual masks can be accommodated on a single memory unit to save space in the production of integrated circuits. The hologram memory also allows the data for each micromirror pixel read cells in parallel at high speed and thus perform a rapid formation of the corresponding mask pattern on the micromirror array.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigenThe Invention will become apparent from the accompanying drawings explained in more detail. It demonstrate

1 schematisch einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Belichtungsanlage zum optischen Belichten eines Objekts mit einer programmierbaren Reflexionsmaske bestehend aus einem Mikrospiegel-Array; und 1 schematically a cross section through an exposure system according to the invention for optically exposing an object with a programmable reflection mask consisting of a micromirror array; and

2 einen Ausschnitt aus einem solchen Mikrospiegel-Array, wobei 2A die Spiegelelemente und 2B einen Querschnitt mit zugehörigen Steuereinheiten darstellen. 2 a section of such a micromirror array, wherein 2A the mirror elements and 2 B represent a cross section with associated control units.

Die Erfindung wird am Beispiel einer Belichtungsanlage zum Strukturieren von photolithographischer Schichten, wie sie insbesondere im Rahmen der Mikroelektronik, der Mikrosystemtechnik, der Dünnfilmtechnik, der Fertigung von flachen Bildschirmen, der Direktbelichtung von Halbleiterwafern in der Halbleiterfertigung und der Strukturierung von Masken und Retikeln für mikrolithographische Anwendungen benötigt werden.The The invention is based on the example of an exposure system for structuring of photolithographic layers, as described in particular in the context of Microelectronics, microsystems technology, thin-film technology, manufacturing of flat screens, the direct exposure of semiconductor wafers in semiconductor manufacturing and structuring of masks and Reticles for microlithographic applications are needed.

1 zeigt schematisch eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Belichtungsanlage. Die erfindungsgemäße Belichtungsanlage 1 weist eine Lichtquelle 2 auf. Diese Lichtquelle 2 ist vorzugsweise eine Excimer-Laserlichtquelle, die Licht im UV-Wellenlängenbereich von 450 bis 150 nm mit sehr hoher Lichtintensität pro Puls und hoher Wiederholungsrate abgibt. An die Lichtquelle 2 ist eine Belichtungsoptik 3 angeschlossen. Diese Belichtungsoptik 3 weist eine programmierbare Reflexionsmaske 4 auf, deren Muster durch Bestrahlen mit der Lichtquelle 2 auf einem zu belichtenden Objekt 5, in der gezeigten Ausführungsform eine lichtempfindliche Schicht auf einem Halbleiterwafer abgebildet wird. Das zu belichtende Objekt 5 ist dabei auf einem xy-Positionstisch 6 angeordnet, mit dem das zu belichtende Objekt so positioniert werden kann, dass ein gewünschter Bereich belichtet wird. 1 schematically shows a possible embodiment of an exposure system according to the invention. The exposure system according to the invention 1 has a light source 2 on. This light source 2 is preferably an excimer laser light source that emits light in the UV wavelength range of 450 to 150 nm with very high light intensity per pulse and high repetition rate. To the light source 2 is an exposure optics 3 connected. This exposure optics 3 has a programmable reflection mask 4 on whose pattern by irradiation with the light source 2 on an object to be exposed 5 In the embodiment shown, a photosensitive layer is imaged on a semiconductor wafer. The object to be exposed 5 is on an xy position table 6 arranged, with which the object to be exposed can be positioned so that a desired area is exposed.

Die Belichtungsoptik 3 umfasst in der in der Figur gezeigten vereinfachten Darstellung einen Strahlenteiler 31 und einen Maskentisch 32, auf dem die programmierbare Reflexionsmaske 4 angeordnet ist. Weiterhin ist eine Matrix-Steuereinheit 7, die mit dem programmierbaren Reflexionsspiegel 4 verbunden ist, um den programmierbaren Reflexionsspiegel anzusteuern, und ein Projektionsobjektiv 33, mit dem die in der programmierbaren Reflexionsmaske eingespeicherten Lichtmustern auf dem zu belichtenden Objekt abgebildet werden, vorgesehen. Die Musterabbildung auf dem zu belichtenden Objekts funktioniert dabei so, dass ein Lichtblitz der Lichtquelle 2 vom Strahlenteiler 31 auf die programmierbare Reflexionsmaske 4 gelenkt wird. Die programmierbare Reflexionsmaske moduliert das auftreffende Licht entsprechend dem eingestellten Muster und lenkt es auf das Projektionsobjektiv 33, das das erzeugte Lichtmuster auf das zu belichtende Objekt 6 abbildet.The exposure optics 3 includes in the simplified representation shown in the figure, a beam splitter 31 and a mask table 32 on which the programmable reflection mask 4 is arranged. Furthermore, a matrix control unit 7 connected to the programmable reflection mirror 4 is connected to drive the programmable reflection mirror, and a projection lens 33 with which the light patterns stored in the programmable reflection mask are imaged on the object to be exposed. The pattern image on the object to be exposed works so that a flash of light from the light source 2 from the beam splitter 31 on the programmable reflection mask 4 is steered. The programmable reflection mask modulates the incident light according to the set pattern and directs it to the projection lens 33 that the generated light pattern on the object to be exposed 6 maps.

Die erfindungsgemäße programmierbare Reflexionsmaske 4 ist in 2 näher dargestellt. Die programmierbare Reflexionsmaske 4 wird durch ein mikromechanisches Spiegelarray gebildet, das sich aus einer Matrix von zweidimensional angeordneten Mikrospiegel-Pixelzellen zusammensetzt. Jede Mikrospiegel-Pixelzelle weist ein freitragendes Spiegelelement 41 in der Größe von z.B. 16 × 16 μm2 auf. 2A zeigt einen Ausschnitt der Matrix aus Spiegelelementen 41. Ein Mikrospiegel-Array kann sich dabei z. B. aus einer Matrix von 1024 × 1048 Pixelzellen zusammensetzen.The programmable reflection mask according to the invention 4 is in 2 shown in more detail. The programmable reflection mask 4 is formed by a micromechanical mirror array, which is composed of a matrix of two-dimensionally arranged micromirror pixel cells. Each micromirror pixel cell has a cantilever mirror element 41 in the size of eg 16 × 16 μm 2 . 2A shows a section of the matrix of mirror elements 41 , A micromirror array can be z. B. composed of a matrix of 1024 × 1048 pixel cells.

Die Spiegelelemente 41 der Mikrospiegel-Pixelzellen sind an einem gemeinsamen Substrat, z.B. einem Siliziumsubstrat 42 angeordnet, wie 2B zeigt, wobei zwischen den Spiegelelementen 41 und dem Substrat 42 ein Hohlraum vorgesehen ist. Die einzelnen Spiegelelemente 41 sind dabei vorzugsweise über Stützpfosten 43 an der Substratscheibe befestigt.The mirror elements 41 the micromirror pixel cells are on a common substrate, eg, a silicon substrate 42 arranged, like 2 B shows, between the mirror elements 41 and the substrate 42 a cavity is provided. The individual mirror elements 41 are preferably via support posts 43 attached to the substrate disc.

Den Spiegelelementen 41 gegenüber ist auf dem Substrat jeweils eine Steuerelektrode 44 vorgesehen. Eine Aktivierung der Steuerelektroden 44 durch Anlegen einer Steuerspannung führt zu einer elektrostatischen Kraftwirkung auf die zugehörigen Spiegelelemente, die je nach Auslegung der Spiegelelemente bzw. Anordnung von Steuerelektroden und Spiegelelementen zueinander ausgelenkt oder auch in den Hohlraum zum Substrat hindeformiert werden. Die Auslenkung bzw. Deformation eines Spiegelelements sorgt für eine Modulation des auf das entsprechende Spiegelelement einfallenden Lichtes. Durch getrennte Ansteuerung der einzelnen Mikrospiegel-Pixelzelle und damit gezielte Aktivierung der entsprechenden Steuerelektroden 44 besteht so die Möglichkeit, dem auf das Mikrospiegel-Array auftreffenden Licht ein Muster aufzuprägen, das über die Projektionsoptik 33 der Belichtungsoptik 3 dann vorzugsweise stark verkleinert, z.B. mit einem Abbildungsmaßstab von 1:300 auf das zu belichtende Objekt 5 abgebildet wird.The mirror elements 41 opposite to each other on the substrate is a control electrode 44 intended. Activation of the control electrodes 44 by applying a control voltage leads to an electrostatic force effect on the associated mirror elements, which are deflected relative to each other depending on the design of the mirror elements or arrangement of control electrodes and mirror elements or also deformed into the cavity to the substrate. The deflection or deformation of a mirror element ensures a modulation of the light incident on the corresponding mirror element. By separate control of the individual micromirror pixel cell and thus targeted activation of the corresponding control electrodes 44 Thus, it is possible to impose a pattern on the light incident on the micromirror array, via the projection optics 33 the exposure optics 3 then preferably greatly reduced, for example, with a magnification of 1: 300 on the object to be exposed 5 is shown.

Zum Adressieren der einzelnen Mikrospiegel-Pixelzellen ist die Steuerelektrode 44 auf der dem Spiegelelement 41 abgewandten Seite der Substratscheibe 42 jeweils mit einem Photoelement 46, z.B. einer Photodiode über eine Verbindungsleitung 45 durch die Substratscheibe 42 hindurch verbunden. Das Photoelement 46 ist dabei so ausgelegt, dass ein auftreffender Lichtstrahl, der ein optisches Signal darstellt, einen Photostrom auslöst. Dieser Photostrom dient dann zum Ansteuern der Steuerelektrode 44, wobei zwischen Photoelement 46 und Steuerelektrode 44 eine Verstärkereinheit 47 geschaltet ist, um die Steuerelektrode mit einer ausreichenden Spannung zum Auslenken des zugeordneten Spiegelelements 41 zu versorgen. Die Verstärkereinheit 47 ist dabei vorzugsweise nahe dem Photoelement 46 an der Substratoberfläche ausgebildet.To address the individual micromirror pixel cells is the control electrode 44 on the mirror element 41 opposite side of the substrate wafer 42 each with a photoelement 46 , For example, a photodiode via a connecting line 45 through the substrate disk 42 connected through. The photoelement 46 is designed so that an incident light beam, which represents an optical signal, triggers a photocurrent. This photocurrent then serves to drive the control electrode 44 where between photoelement 46 and control electrode 44 an amplifier unit 47 is connected to the control electrode with a sufficient voltage for deflecting the associated mirror element 41 to supply. The amplifier unit 47 is preferably close to the photoelement 46 formed on the substrate surface.

Die Photoelemente 46 der einzelnen Mikrospiegel-Pixelzellen sind entsprechend den Spiegelelementen matrixförmig über die Rückseite der Substratscheibe 42 verteilt. Es besteht so die Möglichkeit, die Photoelemente 46 aller Mikrospiegelpixelzellen parallel anzusprechen. Erforderlich ist hierfür, dass die optischen Signale mit einer ausreichenden Lichtleistung zum Auslösen von Photostrom auf die anzusteuernden Photoelemente 46 treffen, wobei der jeweilige Lichtfleck zum Adressieren der einzelnen Photoelemente so ausgelegt ist, dass dieser im Wesentlichen nur das entsprechende Photoelement trifft. Die aus Photoelement 46, Verstärkereinheit 47, Steuerelektrode 44 und Verbindungsleitung 45 bestehenden Steuereinheiten der Mikrospiegel-Pixelzellen werden vorzugsweise mithilfe der Planartechnik in der Substratscheibe 42 erzeugt, wodurch eine kostengünstige Herstellung gewährleistet ist.The photoelements 46 The individual micromirror pixel cells are corresponding to the mirror elements in a matrix shape over the back of the substrate wafer 42 distributed. So there is the possibility of the photoelements 46 to address all micromirror pixel cells in parallel. It is necessary for this that the optical signals with sufficient light power to trigger photocurrent on the photoelements to be driven 46 meet, wherein the respective light spot is designed to address the individual photo-elements so that this substantially only hits the corresponding photoelement. The from photoelement 46 , Amplifier unit 47 , Control electrode 44 and connection line 45 existing control units of the micromirror pixel cells are preferably using the planar technology in the substrate wafer 42 generated, whereby a cost-effective production is ensured.

Das optische Ansteuern der einzelnen Mikrospiegel-Pixelzellen über die zugehörigen Photoelemente ermöglicht eine schnelle Datenübertragung zur Ausbildung der Belichtungsmuster und damit einen hohen Waferdurchsatz. Die optischen Signale zum Ansteuern der einzelnen Photoelemente werden dabei vorzugsweise, wie in 1 gezeigt, mithilfe der einen Matrix- Steuereinheit 7 erzeugt, die einem Hologrammspeicher 71 aufweist, der sich durch eine hohe Speicherdichte auszeichnet. Zur Ansteuerung der programmierbaren Reflexionsmaske 4 wird der optische Hologrammspeicher 71, der als drehbare Scheibe ausgelegt ist, mit einem Referenzstrahl 72 bestrahlt, um die in Form von Hologrammen auf dem Hologrammspeicher 71 gespeicherten Daten für ein Maskenmuster auszulesen und mit einer Optik 73 auf der Rückseite des Mikrospiegel-Arrays abzubilden, um so die einzelnen Photoelemente anzusteuern.The optical activation of the individual micromirror pixel cells via the associated photoelements enables a fast data transmission for the formation of the exposure pattern and thus a high wafer throughput. The optical signals for driving the individual photoelements are preferably, as in 1 shown using the one matrix control unit 7 generates a hologram memory 71 has, which is characterized by a high storage density. For controlling the programmable reflection mask 4 becomes the optical hologram memory 71 , which is designed as a rotatable disc, with a reference beam 72 irradiated to those in the form of holograms on the hologram memory 71 stored data for a mask pattern and with an optics 73 on the back of the micromirror array so as to drive the individual photoelements.

Mit der erfindungsgemäßen programmierbaren Reflexionsmaske, deren einzelne Pixelzellen optisch über Photoelemente vorzugsweise mithilfe eines Hologrammspeichers adressiert werden, besteht die Möglichkeit einer schnellen Mustereinstellung und damit eines hohen Waferdurchsatzes.With the programmable Reflection mask, whose individual pixel cells optically via photo elements preferably be addressed using a hologram memory, it is possible a fast pattern adjustment and thus a high wafer throughput.

Claims (6)

Programmierbare Reflexionsmaske (4) mit einer Matrix von Mikrospiegel-Pixelzellen zum Modulieren des von der Lichtquelle (2) eingestrahlten Lichtes, wobei jede Pixelzelle ein Spiegelelement (41) und eine an der Spiegelelement-Rückseite angeordnete Steuereinheit (44, 46, 47) aufweist, wobei die Steuereinheit eine mit dem Spiegelelement in Wirkverbindung stehende Steuerelektrode (44) aufweist, um das auf das Spiegelelement auftreffende Licht zu modulieren, und einer Matrix-Steuerschaltung (7), die mit den Steuereinheiten der einzelnen Pixelzellen verbunden ist, um die Steuereinheiten der Pixelzellen unabhängig voneinander zu adressieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix-Steuerschaltung (7) die Steuereinheiten (44, 46, 47) der Pixelzellen mit optischen Signalen einzeln adressiert, und die an der Spiegelelement-Rückseite angeordneten Steuereinheiten jeweils auf ihrer dem Spiegelelement (41) abgewandten Seite ein Photoelement (46) zum Erfassen von optischen Signalen aufweisen, wobei die Photoelemente mit der zugehörigen Steuerelektrode (44) der Steuereinheit verbunden sind, um eine empfangenes optisches Signal in ein entsprechendes elektrisches Signal für die Steuerelektrode umzuwandeln.Programmable reflection mask ( 4 ) with a matrix of micromirror pixel cells for modulating that of the light source ( 2 ) of irradiated light, each pixel cell being a mirror element ( 41 ) and a control unit arranged on the mirror element rear side ( 44 . 46 . 47 ), wherein the control unit has a control electrode which is in operative connection with the mirror element ( 44 ) to modulate the light incident on the mirror element, and a matrix control circuit ( 7 ) connected to the control units of the individual pixel cells in order to address the control units of the pixel cells independently of each other, characterized in that the matrix control circuit ( 7 ) the control units ( 44 . 46 . 47 ) of the pixel cells are individually addressed with optical signals, and the control units arranged on the mirror element rear side each on their mirror element ( 41 ) facing away from a photoelement ( 46 ) for detecting optical signals, wherein the photoelements with the associated control electrode ( 44 ) of the control unit are connected to convert a received optical signal into a corresponding electrical signal for the control electrode. Programmierbare Reflexionsmaske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Spiegelelement-Rückseite angeordneten Steuereinheiten (44, 46, 47) jeweils eine zwischen Photoelement (46) und der Steuerelektrode (44) angeordnete Verstärkereinheit (47) aufweisen.Programmable reflection mask according to claim 1, characterized in that the control units arranged on the mirror element rear side ( 44 . 46 . 47 ) one between each photoelement ( 46 ) and the control electrode ( 44 ) arranged amplifier unit ( 47 ) exhibit. Programmierbare Reflexionsmaske nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelelemente (41) der Mikrospiegel-Pixelzellen auf einer Substratscheibe (42) angeordnet sind, wobei die zugehörigen Steuereinheiten (44, 46, 47) in der Substratscheibe so ausgebildet sind, dass an der dem Spiegelelement zugewandten Oberfläche der Substratscheibe die Steuerelektrode (44) der Steuereinheit und an der dem Spiegelelement abgewandten Oberfläche der Substratscheibe das Photoelement (46) der Steuereinheit angeordnet sind.Programmable reflection mask according to claim 1 or 2, characterized in that the mirror elements ( 41 ) of the micromirror pixel cells on a substrate wafer ( 42 ), the associated control units ( 44 . 46 . 47 ) are formed in the substrate disk such that, on the surface of the substrate disk facing the mirror element, the control electrode ( 44 ) of the control unit and on the surface of the substrate wafer facing away from the mirror element, the photoelement ( 46 ) of the control unit are arranged. Programmierbare Reflexionsmaske nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix-Steuerschaltung (7) einen Hologrammspeicher-Einrichtung (71) zum Speichern der Daten für die die Steuereinheiten (44, 46, 47) der Pixelzellen einzeln adressierenden optischen Signale aufweist.Programmable reflection mask according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the matrix control circuit ( 7 ) a hologram memory device ( 71 ) for storing the data for which the control units ( 44 . 46 . 47 ) of the pixel cells individually addressing optical signals. Belichtungsanlage zum optischen Belichten eines Objekts (5) mit einer Lichtquelle (2), einer zwischen Lichtquelle und zu belichtenden Objekt angeordneten Belichtungsoptik (3), die programmierbare Reflexionsmaske (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 aufweist.Exposure system for optically exposing an object ( 5 ) with a light source ( 2 ), an exposure optics arranged between the light source and the object to be exposed ( 3 ), the programmable reflection mask ( 4 ) according to one of claims 1 to 4. Belichtungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Belichtungsoptik eine Beleuchtungsoptik (31) zum Bestrahlen der Mikrospiegel-Pixelzellen der programmierbaren Reflexionsmaske (4) und Projektionsoptik (33) zum Umlenken des an den Mikrospiegel-Pixelzellen reflektierten Lichts auf das zu belichtende Objekt (5) aufweist.Exposure system according to claim 5, characterized in that the exposure optics have an illumination optical system ( 31 ) for irradiating the micromirror pixel cells of the programmable reflection mask ( 4 ) and projection optics ( 33 ) for deflecting the light reflected at the micromirror pixel cells onto the object to be exposed ( 5 ) having.
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