(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームと、真空チャンバ内の高電圧とを用いて、前記真空チャンバ内に配置された基板（２）を、直接、ナノサイズで構造化するマスクレスリソグラフィーシステムであって、
前記真空チャンバ（４）と、
前記基板（２）を構造化する際に前記基板（２）が配置される移動可能な載置台（３）と、
前記荷電粒子ビームを生成するためのビーム源と、
開口プレートシステム（３５）として構成されたアドレス可能なパターンジェネレーティング・システムと、
電気−光変換器（９）と光−電気変換器（１３）とを含み、形成すべき構造パターンを、コンピュータ支援によって生成された一組のパターンデータとして前記パターンジェネレーティング・システムに伝送するためのデータ伝送システムとを備え、
前記データ伝送システムは、光−電気自由ビームコネクションシステム（８）であり、かつ、光出射位置（１０）及び光入射位置（１２）を介して、また前記光出射位置と光入射位置との間で調整可能に方向づけされた自由ビーム（１１）の光路中で、前記電気−光変換器（９）によって光変換された前記パターンデータを前記光−電気変換器に向けて配信するように構成されており、前記光入射位置は、前記真空チャンバ（４）の内部にあって、アレイ状に配列され、前記光−電気変換器（１３）は、前記伝送されたパターンデータに関して前記パターンジェネレーティング・システム（６）と結び付き、
前記光−電気変換器（１３）は、空間的に前記開口プレートシステム内に直接配置され、
前記電気−光変換器（９）の個数Ｎが、それらの所定の変換レートに基づき、伝送予定のパターンデータのレートに合わせて調整され、
前記開口プレートシステム（３５）が複数のアドレス可能な開口を有し、かつ、前記開口プレートシステム（３５）の前記複数のアドレス可能な開口のそれぞれが、前記一組のパターンデータに基づいて前記荷電粒子ビームを調節するブランキング機能を有し、
前記光−電気変換器が、前記開口プレートシステム（３５）のブランキングプレートの全体に亘って配置されるか又は前記ブランキングプレートに設置され、そこから、前記光−電気変換器によって電気信号に変換された前記パターンデータが、その後の信号処理を介して前記アドレス可能な開口に導かれることを特徴とするマスクレスリソグラフィーシステム。
【請求項２】
荷電粒子ビームと、真空チャンバ内の高電圧とを用いて、前記真空チャンバ内に配置された基板（２）を、直接、ナノサイズで構造化するマスクレスリソグラフィーシステムであって、
前記真空チャンバ（４）と、
前記荷電粒子ビームを生成するためのビーム源と、
開口プレートシステム（３５）として構成されたアドレス可能なパターンジェネレーティング・システムと、
電気−光変換器（９）と光−電気変換器（１３）とを含み、形成すべき構造パターンを、コンピュータ支援によって生成された一組のパターンデータとして前記パターンジェネレーティング・システムに伝送するためのデータ伝送システムとを備え、
前記データ伝送システムは、光−電気自由ビームコネクションシステム（８）であり、かつ、光出射位置（１０）及び光入射位置（１２）を介して、また前記光出射位置と光入射位置との間で調整可能に方向づけされた自由ビーム（１１）の光路中で、前記電気−光変換器（９）によって光変換された前記パターンデータを前記光−電気変換器に向けて配信するように構成されており、前記光入射位置は、前記真空チャンバ（４）の内部にあって、アレイ状に配列され、前記光−電気変換器（１３）は、前記伝送されたパターンデータに関して前記パターンジェネレーティング・システム（６）と結び付き、
前記光−電気変換器（１３）は、空間的に前記開口プレートシステム内に直接配置され、
前記電気−光変換器（９）の個数Ｎが、それらの所定の変換レートに基づき、伝送予定のパターンデータのレートに合わせて調整され、
前記自由ビーム（１１）が光入射位置（１２）に向かって偏向されるように、光偏向装置（１６、２４）が、前記真空チャンバ（４）内の前記自由ビーム（１１）の光路に配置され、
前記開口プレートシステム（３５）が複数のアドレス可能な開口を有し、かつ、前記開口プレートシステム（３５）の前記複数のアドレス可能な開口のそれぞれが、前記一組のパターンデータに基づいて前記荷電粒子ビームを調節するブランキング機能を有し、
前記光−電気変換器が、前記開口プレートシステム（３５）のブランキングプレートの全体に亘って配置されるか又は前記ブランキングプレートに設置され、そこから、前記光−電気変換器によって電気信号に変換された前記パターンデータが、その後の信号処理を介して前記アドレス可能な開口に導かれることを特徴とするマスクレスリソグラフィーシステム。
【請求項３】
荷電粒子ビームと、真空チャンバ内の高電圧とを用いて、前記真空チャンバ内に配置された基板（２）を、直接、ナノサイズで構造化するマスクレスリソグラフィーシステムであって、
前記真空チャンバ（４）と、
前記荷電粒子ビームを生成するためのビーム源と、
開口プレートシステム（３５）として構成されたアドレス可能なパターンジェネレーティング・システムと、
電気−光変換器（９）と光−電気変換器（１３）とを含み、形成すべき構造パターンを、コンピュータ支援によって生成された一組のパターンデータとして前記パターンジェネレーティング・システムに伝送するためのデータ伝送システムとを備え、
前記データ伝送システムは、光−電気自由ビームコネクションシステム（８）であり、かつ、光出射位置（１０）及び光入射位置（１２）を介して、また前記光出射位置と光入射位置との間で調整可能に方向づけされた自由ビーム（１１）の光路中で、前記電気−光変換器（９）によって光変換された前記パターンデータを前記光−電気変換器に向けて配信するように構成されており、前記光入射位置は、前記真空チャンバ（４）の内部にあって、アレイ状に配列され、前記光−電気変換器（１３）は、前記伝送されたパターンデータに関して前記パターンジェネレーティング・システム（６）と結び付き、
前記光−電気変換器（１３）は、空間的に前記開口プレートシステム内に直接配置され、
前記電気−光変換器（９）の個数Ｎが、それらの所定の変換レートに基づき、伝送予定のパターンデータのレートに合わせて調整され、
前記光出射位置（１０）が、前記真空チャンバ（４）の外部に配置され、前記自由ビーム（１１）が、前記真空チャンバ（４）の透明窓（２１）を通って前記真空チャンバ（４）の内部に導かれ、
前記光出射位置（１０）が、外側から前記窓（２１）に直接配置され、
前記開口プレートシステム（３５）が複数のアドレス可能な開口を有し、かつ、前記開口プレートシステム（３５）の前記複数のアドレス可能な開口のそれぞれが、前記一組のパターンデータに基づいて前記荷電粒子ビームを調節するブランキング機能を有し、
前記光−電気変換器が、前記開口プレートシステム（３５）のブランキングプレートの全体に亘って配置されるか又は前記ブランキングプレートに設置され、そこから、前記光−電気変換器によって電気信号に変換された前記パターンデータが、その後の信号処理を介して前記アドレス可能な開口に導かれることを特徴とするマスクレスリソグラフィーシステム。
【請求項４】
荷電粒子ビームと、真空チャンバ内の高電圧とを用いて、前記真空チャンバ内に配置された基板（２）を、直接、ナノサイズで構造化するマスクレスリソグラフィーシステムであって、
前記真空チャンバ（４）と、
前記荷電粒子ビームを生成するためのビーム源と、
開口プレートシステム（３５）として構成されたアドレス可能なパターンジェネレーティング・システムと、
電気−光変換器（９）と光−電気変換器（１３）とを含み、形成すべき構造パターンを、コンピュータ支援によって生成された一組のパターンデータとして前記パターンジェネレーティング・システムに伝送するためのデータ伝送システムとを備え、
前記データ伝送システムは、光−電気自由ビームコネクションシステム（８）であり、かつ、光出射位置（１０）及び光入射位置（１２）を介して、また前記光出射位置と光入射位置との間で調整可能に方向づけされた自由ビーム（１１）の光路中で、前記電気−光変換器（９）によって光変換された前記パターンデータを前記光−電気変換器に向けて配信するように構成されており、前記光入射位置は、前記真空チャンバ（４）の内部にあって、アレイ状に配列され、前記光−電気変換器（１３）は、前記伝送されたパターンデータに関して前記パターンジェネレーティング・システム（６）と結び付き、
前記光−電気変換器（１３）は、空間的に前記開口プレートシステム内に直接配置され、
前記電気−光変換器（９）の個数Ｎが、それらの所定の変換レートに基づき、伝送予定のパターンデータのレートに合わせて調整され、
前記光出射位置（１０）が、前記真空チャンバ（４）の外部に配置され、前記自由ビーム（１１）が、前記真空チャンバ（４）の透明窓（２１）を通って前記真空チャンバ（４）の内部に導かれ、
前記光出射位置（１０）が、前記窓（２１）の下方に直交して配置され、前記自由ビーム（１１）が、別の光偏向装置（１６）により、前記窓（２１）を通って前記真空チャンバ(４)の内部に導かれ、
前記開口プレートシステム（３５）が複数のアドレス可能な開口を有し、かつ、前記開口プレートシステム（３５）の前記複数のアドレス可能な開口のそれぞれが、前記一組のパターンデータに基づいて前記荷電粒子ビームを調節するブランキング機能を有し、
前記光−電気変換器が、前記開口プレートシステム（３５）のブランキングプレートの全体に亘って配置されるか又は前記ブランキングプレートに設置され、そこから、前記光−電気変換器によって電気信号に変換された前記パターンデータが、その後の信号処理を介して前記アドレス可能な開口に導かれることを特徴とするマスクレスリソグラフィーシステム。
【請求項５】
荷電粒子ビームと、真空チャンバ内の高電圧とを用いて、前記真空チャンバ内に配置された基板（２）を、直接、ナノサイズで構造化するマスクレスリソグラフィーシステムであって、
前記真空チャンバ（４）と、
前記荷電粒子ビームを生成するためのビーム源と、
開口プレートシステム（３５）として構成されたアドレス可能なパターンジェネレーティング・システムと、
電気−光変換器（９）と光−電気変換器（１３）とを含み、形成すべき構造パターンを、コンピュータ支援によって生成された一組のパターンデータとして前記パターンジェネレーティング・システムに伝送するためのデータ伝送システムとを備え、
前記データ伝送システムは、光−電気自由ビームコネクションシステム（８）であり、かつ、光出射位置（１０）及び光入射位置（１２）を介して、また前記光出射位置と光入射位置との間で調整可能に方向づけされた自由ビーム（１１）の光路中で、前記電気−光変換器（９）によって光変換された前記パターンデータを前記光−電気変換器に向けて配信するように構成されており、前記光入射位置は、前記真空チャンバ（４）の内部にあって、アレイ状に配列され、前記光−電気変換器（１３）は、前記伝送されたパターンデータに関して前記パターンジェネレーティング・システム（６）と結び付き、
前記光−電気変換器（１３）は、空間的に前記開口プレートシステム内に直接配置され、
前記電気−光変換器（９）の個数Ｎが、それらの所定の変換レートに基づき、伝送予定のパターンデータのレートに合わせて調整され、
前記光出射位置（１０）が、前記真空チャンバ（４）の外部に配置され、前記自由ビーム（１１）が、前記真空チャンバ（４）の透明窓（２１）を通って前記真空チャンバ（４）の内部に導かれ、
前記窓（１３）が、前記真空チャンバ（４）の内部に配置され、
前記開口プレートシステム（３５）が複数のアドレス可能な開口を有し、かつ、前記開口プレートシステム（３５）の前記複数のアドレス可能な開口のそれぞれが、前記一組のパターンデータに基づいて前記荷電粒子ビームを調節するブランキング機能を有し、
前記光−電気変換器が、前記開口プレートシステム（３５）のブランキングプレートの全体に亘って配置されるか又は前記ブランキングプレートに設置され、そこから、前記光−電気変換器によって電気信号に変換された前記パターンデータが、その後の信号処理を介して前記アドレス可能な開口に導かれることを特徴とするマスクレスリソグラフィーシステム。
【請求項６】
荷電粒子ビームと、真空チャンバ内の高電圧とを用いて、前記真空チャンバ内に配置された基板（２）を、直接、ナノサイズで構造化するマスクレスリソグラフィーシステムであって、
前記真空チャンバ（４）と、
前記荷電粒子ビームを生成するためのビーム源と、
開口プレートシステム（３５）として構成されたアドレス可能なパターンジェネレーティング・システムと、
電気−光変換器（９）と光−電気変換器（１３）とを含み、形成すべき構造パターンを、コンピュータ支援によって生成された一組のパターンデータとして前記パターンジェネレーティング・システムに伝送するためのデータ伝送システムとを備え、
前記データ伝送システムは、光−電気自由ビームコネクションシステム（８）であり、かつ、光出射位置（１０）及び光入射位置（１２）を介して、また前記光出射位置と光入射位置との間で調整可能に方向づけされた自由ビーム（１１）の光路中で、前記電気−光変換器（９）によって光変換された前記パターンデータを前記光−電気変換器に向けて配信するように構成されており、前記光入射位置は、前記真空チャンバ（４）の内部にあって、アレイ状に配列され、前記光−電気変換器（１３）は、前記伝送されたパターンデータに関して前記パターンジェネレーティング・システム（６）と結び付き、
前記光−電気変換器（１３）は、空間的に前記開口プレートシステム内に直接配置され、
前記電気−光変換器（９）の個数Ｎが、それらの所定の変換レートに基づき、伝送予定のパターンデータのレートに合わせて調整され、
前記光出射位置（１０）が、前記真空チャンバ（４）の外部に配置され、前記自由ビーム（１１）が、前記真空チャンバ（４）の透明窓（２１）を通って前記真空チャンバ（４）の内部に導かれ、
前記窓（２１）が、カバー（２２、５１、６１）によって外光及び電磁界から遮断され、その外側を前記自由ビーム（１１）が通過し、
前記開口プレートシステム（３５）が複数のアドレス可能な開口を有し、かつ、前記開口プレートシステム（３５）の前記複数のアドレス可能な開口のそれぞれが、前記一組のパターンデータに基づいて前記荷電粒子ビームを調節するブランキング機能を有し、
前記光−電気変換器が、前記開口プレートシステム（３５）のブランキングプレートの全体に亘って配置されるか又は前記ブランキングプレートに設置され、そこから、前記光−電気変換器によって電気信号に変換された前記パターンデータが、その後の信号処理を介して前記アドレス可能な開口に導かれることを特徴とするマスクレスリソグラフィーシステム。
【請求項７】
コリメートマイクロレンズ（１４）及び集束マイクロレンズ（１５）が、前記光出射位置（１０）及び前記光入射位置（１２）の少なくとも一方に配置された請求項１〜６のいずれかに記載のマスクレスリソグラフィーシステム。
【請求項８】
前記光出射位置（１０）及び前記光入射位置（１２）の少なくとも一方が、アレイ（４０）状に配列された請求項１〜６のいずれかに記載のマスクレスリソグラフィーシステム。
【請求項９】
前記光出射位置（１０）の前記アレイ（４０）が、結像光学系（２３）によって前記光入射位置（１２）の前記アレイ（４１）上に結像される請求項８に記載のマスクレスリソグラフィーシステム。
【請求項１０】
前記光入射位置（１２）及び前記光出射位置（１０）の少なくとも一方が、光導波管（２０）の端部の近くに形成された請求項１〜９のいずれかに記載のマスクレスリソグラフィーシステム。
【請求項１１】
荷電粒子ビームと、真空チャンバ内の高電圧とを用いて、前記真空チャンバ内に配置された基板（２）を、直接、ナノサイズで構造化するマスクレスリソグラフィーシステムであって、
前記真空チャンバ（４）と、
前記荷電粒子ビームを生成するためのビーム源と、
開口プレートシステム（３５）として構成されたアドレス可能なパターンジェネレーティング・システムと、
電気−光変換器（９）と光−電気変換器（１３）とを含み、形成すべき構造パターンを、コンピュータ支援によって生成された一組のパターンデータとして前記パターンジェネレーティング・システムに伝送するためのデータ伝送システムとを備え、
前記データ伝送システムは、光−電気自由ビームコネクションシステム（８）であり、かつ、光出射位置（１０）及び光入射位置（１２）を介して、また前記光出射位置と光入射位置との間で調整可能に方向づけされた自由ビーム（１１）の光路中で、前記電気−光変換器（９）によって光変換された前記パターンデータを前記光−電気変換器に向けて配信するように構成されており、前記光入射位置は、前記真空チャンバ（４）の内部にあって、アレイ状に配列され、前記光−電気変換器（１３）は、前記伝送されたパターンデータに関して前記パターンジェネレーティング・システム（６）と結び付き、
前記光−電気変換器（１３）は、空間的に前記開口プレートシステム内に直接配置され、
前記電気−光変換器（９）の個数Ｎが、それらの所定の変換レートに基づき、伝送予定のパターンデータのレートに合わせて調整され、
前記光出射位置（１０）及び前記光入射位置（１２）の少なくとも一方が、アレイ（４０）状に配列され、
前記光導波管（２０）が光ファイバによって形成される場合、前記光導波管（２０）の端部は、結合されてファイバアレイプラグ（３０）に一体化され、
前記開口プレートシステム（３５）が複数のアドレス可能な開口を有し、かつ、前記開口プレートシステム（３５）の前記複数のアドレス可能な開口のそれぞれが、前記一組のパターンデータに基づいて前記荷電粒子ビームを調節するブランキング機能を有し、
前記光−電気変換器が、前記開口プレートシステム（３５）のブランキングプレートの全体に亘って配置されるか又は前記ブランキングプレートに設置され、そこから、前記光−電気変換器によって電気信号に変換された前記パターンデータが、その後の信号処理を介して前記アドレス可能な開口に導かれることを特徴とするマスクレスリソグラフィーシステム。
【請求項１２】
光出射位置（１０）として機能する電気−光変換器（１０）が、能動型の発光素子、とりわけ発光レーザ（３２）によって形成された請求項１〜９のいずれかに記載のマスクレスリソグラフィーシステム。
【請求項１３】
光入射位置（１２）として機能する光−電気変換器（１３）が、能動型の受光素子、とりわけフォトダイオード（１９）によって形成された請求項１〜９のいずれかに記載のマスクレスリソグラフィーシステム。
【請求項１４】
前記自由ビーム（１１）を前記光入射位置（１２）に揃えるための自動化可能な調節システム（３３）をさらに備えた請求項１〜１３のいずれかに記載のマスクレスリソグラフィーシステム。
【請求項１５】
前記調節システム（３３）が、前記自由ビームコネクションシステム（８）のビーム経路に配置された請求項１４に記載のマスクレスリソグラフィーシステム。
【請求項１６】
荷電粒子ビームと、真空チャンバ内の高電圧とを用いて、前記真空チャンバ内に配置された基板（２）を、直接、ナノサイズで構造化するマスクレスリソグラフィーシステムであって、
前記真空チャンバ（４）と、
前記荷電粒子ビームを生成するためのビーム源と、
開口プレートシステム（３５）として構成されたアドレス可能なパターンジェネレーティング・システムと、
電気−光変換器（９）と光−電気変換器（１３）とを含み、形成すべき構造パターンを、コンピュータ支援によって生成された一組のパターンデータとして前記パターンジェネレーティング・システムに伝送するためのデータ伝送システムとを備え、
前記データ伝送システムは、光−電気自由ビームコネクションシステム（８）であり、かつ、光出射位置（１０）及び光入射位置（１２）を介して、また前記光出射位置と光入射位置との間で調整可能に方向づけされた自由ビーム（１１）の光路中で、前記電気−光変換器（９）によって光変換された前記パターンデータを前記光−電気変換器に向けて配信するように構成されており、前記光入射位置は、前記真空チャンバ（４）の内部にあって、アレイ状に配列され、前記光−電気変換器（１３）は、前記伝送されたパターンデータに関して前記パターンジェネレーティング・システム（６）と結び付き、
前記光−電気変換器（１３）は、空間的に前記開口プレートシステム内に直接配置され、
前記電気−光変換器（９）の個数Ｎが、それらの所定の変換レートに基づき、伝送予定のパターンデータのレートに合わせて調整され、
モニタ信号及び制御信号を生成する目的で別の電気−光変換器が前記パターンジェネレーティング・システム（６）の内部に配置され、それらの信号をさらなる自由ビーム（１１）を介して前記別の光−電気変換器まで逆方向に導き、前記別の光信号が、自動化可能な調節システム（３３）用のフィードバック信号として好適に用いられ、
前記開口プレートシステム（３５）が複数のアドレス可能な開口を有し、かつ、前記開口プレートシステム（３５）の前記複数のアドレス可能な開口のそれぞれが、前記一組のパターンデータに基づいて前記荷電粒子ビームを調節するブランキング機能を有し、
前記光−電気変換器が、前記開口プレートシステム（３５）のブランキングプレートの全体に亘って配置されるか又は前記ブランキングプレートに設置され、そこから、前記光−電気変換器によって電気信号に変換された前記パターンデータが、その後の信号処理を介して前記アドレス可能な開口に導かれることを特徴とするマスクレスリソグラフィーシステム。
【請求項１７】
前記自動化可能な調節システムをさらに備え、前記自動化可能な調節システムが、前記別の光−電気変換器を介して受信した前記モニタ信号及び制御信号をフィードバック信号として用いることにより、前記自由ビームを前記光入射位置に揃えるように構成されている請求項１６に記載のマスクレスリソグラフィーシステム。
【請求項１８】
荷電粒子ビームと、真空チャンバ内の高電圧とを用いて、前記真空チャンバ内に配置された基板（２）を、直接、ナノサイズで構造化するマスクレスリソグラフィーシステムであって、
前記真空チャンバ（４）と、
前記荷電粒子ビームを生成するためのビーム源と、
開口プレートシステム（３５）として構成されたアドレス可能なパターンジェネレーティング・システムと、
電気−光変換器（９）と光−電気変換器（１３）とを含み、形成すべき構造パターンを、コンピュータ支援によって生成された一組のパターンデータとして前記パターンジェネレーティング・システムに伝送するためのデータ伝送システムとを備え、
前記データ伝送システムは、光−電気自由ビームコネクションシステム（８）であり、かつ、光出射位置（１０）及び光入射位置（１２）を介して、また前記光出射位置と光入射位置との間で調整可能に方向づけされた自由ビーム（１１）の光路中で、前記電気−光変換器（９）によって光変換された前記パターンデータを前記光−電気変換器に向けて配信するように構成されており、前記光入射位置は、前記真空チャンバ（４）の内部にあって、アレイ状に配列され、前記光−電気変換器（１３）は、前記伝送されたパターンデータに関して前記パターンジェネレーティング・システム（６）と結び付き、
前記光−電気変換器（１３）は、空間的に前記開口プレートシステム内に直接配置され、
前記電気−光変換器（９）の個数Ｎが、それらの所定の変換レートに基づき、伝送予定のパターンデータのレートに合わせて調整され、
前記アドレス可能なパターンジェネレーティング・システム（６）が、前記パターンデータの他に、前記光出射位置から前記光入射位置に向かう前記自由ビームを介して伝達されるエネルギーを用いるように構成され、
前記開口プレートシステム（３５）が複数のアドレス可能な開口を有し、かつ、前記開口プレートシステム（３５）の前記複数のアドレス可能な開口のそれぞれが、前記一組のパターンデータに基づいて前記荷電粒子ビームを調節するブランキング機能を有し、
前記光−電気変換器が、前記開口プレートシステム（３５）のブランキングプレートの全体に亘って配置されるか又は前記ブランキングプレートに設置され、そこから、前記光−電気変換器によって電気信号に変換された前記パターンデータが、その後の信号処理を介して前記アドレス可能な開口に導かれることを特徴とするマスクレスリソグラフィーシステム。
【請求項１９】
前記アドレス可能なパターンジェネレーティング・システム（６）は、切り替えプロセスを引き起こし、静電界を生成させ、又はエネルギー蓄積領域を帯電させるために、前記光出射位置から前記光入射位置に向けて前記自由ビームを介して伝達されるエネルギーを用いるように構成されている請求項１８に記載のマスクレスリソグラフィーシステム。
【請求項２０】
前記アドレス可能なパターンジェネレーティング・システム（６）は、エネルギー蓄積領域を帯電させるために、前記光出射位置から前記光入射位置に向けて前記自由ビームを介して伝達されるエネルギーを用いるように構成されている請求項１８に記載のマスクレスリソグラフィーシステム。
【請求項２１】
前記真空チャンバをさらに備え、前記光入射位置及び前記光出射位置が前記真空チャンバの内部に配置されている請求項１又は２に記載のマスクレスリソグラフィーシステム。
【請求項２２】
前記光−電気変換器が、前記ブランキングプレートの全体に亘って配置されるか又は前記ブランキングプレートに設置され、そこで前記複数のアドレス可能な開口のグループに割り当てられる請求項１〜２１のいずれかに記載のマスクレスリソグラフィーシステム。
【請求項２３】
前記光−電気変換器が、前記パターンジェネレーティング・システムのプレートの一方の主面上に配置され、前記プレートは、前記パターンデータに基づいて前記荷電粒子ビームを調節するための複数のアドレス可能な構成要素を有する請求項１〜２２のいずれかに記載のマスクレスリソグラフィーシステム。
【請求項２４】
前記データ伝送システムは、さらに、前記荷電粒子の経路が、前記光出射位置と前記光入射位置との間を進む前記自由ビームの経路と少なくとも部分的に重なるように構成されている請求項１〜２３のいずれかに記載のマスクレスリソグラフィーシステム。
【請求項２５】
ビーム源を用いて荷電粒子ビームを生成し、
前記荷電粒子ビームを、開口プレートシステムとして構成されたアドレス可能なパターンジェネレーティング・システムに向け、
パターンデータを複数の電気−光変換器に供給し、かつ、前記パターンデータを、複数の自由ビームによってそれぞれ運ばれる対応する光信号に変換し、
互いに距離をおいて配置された光出射位置及び光入射位置を介して前記複数の自由ビームを複数の（multiple）光−電気変換器に向け、かつ、対応する前記光信号を前記一組のパターンデータに変換して、前記開口プレートシステムを制御するマスクレスリソグラフィー法であって、
前記光−電気変換器が、空間的に前記開口プレートシステム内に直接配置され、
別の電気−光変換器が前記パターンジェネレーティング・システム（６）の内部に配置され、
前記方法においてはさらに、モニタ信号及び制御信号を生成し、それらをさらに前記自由ビーム（１１）を介して別の光−電気変換器まで逆方向に導き、前記別の光信号が、自動化可能な調節システム（３３）用のフィードバック信号として好適に用いられ、
前記開口プレートシステム（３５）が複数のアドレス可能な開口を有し、かつ、前記開口プレートシステム（３５）の前記複数のアドレス可能な開口のそれぞれが、前記一組のパターンデータに基づいて前記荷電粒子ビームを調節するブランキング機能を有し、
前記光−電気変換器が、前記開口プレートシステム（３５）のブランキングプレートの全体に亘って配置されるか又は前記ブランキングプレートに設置され、そこから、前記光−電気変換器によって電気信号に変換された前記パターンデータが、その後の信号処理を介して前記アドレス可能な開口に導かれることを特徴とするマスクレスリソグラフィー法。
【請求項２６】
前記別の光−電気変換器を介して受信した前記モニタ信号及び制御信号をフィードバック信号として用いることにより、前記自由ビームを前記光入射位置に揃える工程をさらに含む請求項２５に記載のマスクレスリソグラフィー法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビーム源によって生成された荷電粒子ビームと、形成すべき構造パターンが、データ伝送システムを用いて、コンピュータ支援によって生成された一組のパターンデータとして伝送されるアドレス可能なデジタルパターンジェネレーティング・システムとを用いて、高電圧が供給された真空チャンバ内の移動可能な載置台上に配置された前記基板を、直接、ナノサイズで構造化することができるマスクレスリソグラフィーシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
粒子ビームリソグラフィーは、エレクトロニクス（electronic）、オプトエレクトロニクス（opto-electronic）、オプティカル及びその他の実施の形態におけるマイクロシステムテクノロジー及びモノリシック集積回路の分野のデバイスを製造する上で重要な役割を果たしており、それらのデバイスを構成する個々の構成素子は、１００ｎｍ以下というナノサイズの構造体からなる。基板（通常はウェーハ）上に形成予定の幾何学的構造は、コンピュータ支援によって一組のパターンデータに変換される。前記一組のパターンデータは、その大部分が照射される不可変マスクを製造するのに用いられるか（間接構造化技術）、あるいは、粒子ビーム及び構造化予定の基板が配置される載置台を適宜アドレス指定することに連続的に用いられる（直接構造化技術）。間接構造化技術は、平行処理となり（it enables parallel）、従って、構造パターンを非常に迅速に形成できる点において有利である。しかし、マスクの製造コストが非常に高くなるため、回路レイアウトを大量生産しない限り採算がとれない。なぜなら、マスクのエラーが伝達されてしまい、また、マスクの位置合わせがかなり複雑となるからである。従って、現在では、直接構造化技術の開発の方により力が注がれている。この技術の方が、製造可能な幾何学的構造パターンについて応用がきくために、コストを大幅に削減できるという大きな利点があるからである。しかし、この技術は、粒子ビームを用いる緩慢な随時構造化プロセスであるため、基板のスループットが比較的低いという問題を有する。従って、直接構造化技術においては、可能な限り平行処理を行うこと（parallelization）も必要となる。このような平行処理を実現するために、様々なコンセプトが追究されている。その１つは、複数の平行な粒子ビームを生成するというものであり、もう１つは、パターンジェネレーティング・システムとしてのアドレス可能な個々のエレメント（開口）を備えたプログラム可能な可変マスクに対し、断面積が大きくて均質な粒子ビームを照射するというものである。データレートは、この好ましいコンセプトにおいて処理される必要があり、また、例えば、通常は数回照射される６００，０００個のマスクポイントを有するデジタル化構造パターン（グレースケールシステムのことで、これはインクジェットプリンタの原理に相当する）及び載置台をアドレス指定するためのデータを含むものであるが、そのようなデータレートは極端に高く、数Ｔｂｉｔ／ｓに達することも珍しくない。従って、そのデータレートでリソグラフィーシステムの真空チャンバ内部のパターンジェネレーティング・システムに適宜伝送した場合には、直接構造化技術に特有の問題が生じる。
【０００３】
本発明の現状技術を代表するものと考えられるリソグラフィーシステムは、特許文献１に記載されている。
【特許文献１】米国特許第６，３７９，８６７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記リソグラフィーシステムは、従来の意味での不変で固定の（unchangeable, rigid）マスクが用いられないので、「マスクレス」と呼ばれる。むしろ、そのパターンジェネレーティング・システムは、画素パネルとして構成される。これは、例えば、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）によって形成されるアドレス可能な個別のエレメントを複数備え、粒子ビームを透過又は遮断する。生成予定のパターンは、コンピュータ支援によってビットマップとして生成された後、記憶装置に蓄積され、そこから結線信号コネクションを介してパターンジェネレーティング・システムに伝送される。データ伝送システムは、もっぱら結線に基づいている。従って、高いデータ伝送レートを得るためには、多数の結線データラインをリソグラフィーシステムの真空チャンバの内部まで導いて、そこで接触させる必要がある。その結果、その空間的な配列及び割り当ての際、特にアドレス指定予定である個々のエレメントの親板（carrier plate）にデータラインを機械的に固定する際に、問題が生じる。さらに、真空チャンバのメンテナンスをするためのデータラインの除去作業が非常に面倒になる。また、高電圧の印加等、真空チャンバの内部の条件によっては、伝送予定のデータに悪影響を及ぼすおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記のようなタイプのリソグラフィーシステムを提供することを目的とする。本発明のリソグラフィーシステムのデータ伝送システムは、最高のデータレートのデータでも真空チャンバの内部まで確実に伝送することができ、またとりわけ、当該システムにおいては、接触によるパターンジェネレーティング・システムでの機械的な歪みやその他のスペース関連の問題（space related problem）が発生することはない。パターンジェネレーティング・システムにおけるアドレス可能な個々のエレメントに対して伝送データを単純に割り当てることが可能であるのが最も望ましい。本発明のデータ伝送システムは、操作性という観点から、丈夫で、かつ、組立て及び分解が容易であるのが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明のリソグラフィーシステムは、データ伝送システムとして光−電気自由ビームコネクションシステムを備え、電気−光変換器によって光変換されたパターンデータは、光−電気自由ビームコネクションシステムによって光出射位置まで配信され、調節可能なように方向づけられた自由ビームによって光出射位置から真空チャンバ内部の光入射位置まで伝送され、そこからさらに、光−電気変換器まで導かれる。光−電気変換器は、伝送されるパターンデータに関してパターンジェネレーティング・システムと対応しており、電気−光変換器の個数Ｎは、当該電気−光変換器の所定の変換レートに基づいて、伝送予定のパターンデータのデータレートに合わせて調整される。
【０００７】
本発明は、伝送予定の、データレートの高いデータを効率的な光学領域（efficient optical range）まで変形すること（transformation）と、データ伝送が配線（データライン）に依存しない自由ビームコネクションシステムにおけるデータ伝送とを含む。本発明のリソグラフィーシステムにおける光−電気データ伝送システムでは、パターンジェネレーティング・システムが結線や機械的な歪みによる外部との接触と無関係であるため、機械的な歪みが軽減される。従って、リソグラフィーシステムの組立てやメンテナンスの際に、データ伝送用の結線をパターンジェネレーティング・システムで直接形成したり除去したりする必要がない。本発明においては、自由ビームコネクションシステムが一体化されているため、少なくともパターンジェネレーティング・システムの直前（directly in front of）におけるデータ伝送は、もっぱら光学素子に基づいて行われ、配線には依存しない。光−電気データ伝送システムは、非常に効率的であり、最高のデータレートのデータでも伝送することができる。電気−光変換されたデータは、平行自由ビームとしてパターンジェネレーティング・システムまで直接導かれる。この場合の平行自由ビームの個数は、電気−光変換器の所定の伝送速度を介して伝送予定のデータのデータレートに合わせて調整される。例えば、電気−光変換器当たりのデータレートが１０Ｇｂｉｔ／ｓであると仮定すると、２．５６Ｔｂｉｔ／ｓのデータレートでデータを伝送するのに２５６本の平行自由ビームが必要となる。これらの平行自由ビームの光路は、パターンジェネレーティング・システムにおける光−電気変換器に向けられる。電気信号に変換されたデータは、そこから、その後の信号処理を介してパターンジェネレーティング・システムの個々のエレメントに導かれる。好ましい例示的な実施の形態においては、パターンジェネレーティング・システムにおける光−電気変換器が、入力される光学的データをそれに応じて１０Ｇｂｉｔ／ｓのデータレートで検出する。配線に依存しない自由ビームの領域において、真空チャンバ内でデータキャリアとして機能する光は、構造化の最中の真空チャンバ内に存在する高電圧にも、通常はイオン又は電子の粒子からなる粒子ビームにも影響されない。このようにすれば、（光路が粒子の進路と直交するとしても）ポテンシャルに関する問題を引き起こすことなく、データを光−電気変換器に光学的に直接照射することができるため、非常に好ましい。大きなスペースを占める複雑な配線の束も、それらの機械的な接触も不要だからである。
【０００８】
上記とは異なる光学的な自由ビームコネクションシステムの実施の形態のうち本発明に適用できるものは概して通常の現状技術により公知であるが、強力な通信デバイスのコンテクストにおいては、通常、それらはアクセス不可能な（inaccessible）な位置（locations）へのデータ伝送（例えば、ＥＰ０４８５０７１Ａ２には、水面下で気密された(hermetically encapsulated)デバイスへのデータ伝送について記載されている）、あるいは、接触の困難な位置へのデータ伝送（例えば、ＤＥ１００３６２３７Ａ１には、互いにデータを光伝送する電気的に制御された個別の機能単位の機械モジュール構造について記載されている）である。『光信号処理（Optical Signal Processing）』プロジェクトの最終報告書（ハインリヒ−ヘルツ−インスティトゥト・フュア・ナハリヒテンテクニーク・ベルリン・ゲーエムベーハー（Heinrich-Hertz-Institut fur Nachrichtentechnik Berlin GmbH）編集、１９９４年７月、Ｄ．６．２．２章）によれば、例えば、光学３Ｄ空間ステップが公知である。これは、カスケード式電子回路、及び、それぞれコリメート用又は集束用のフレネル帯レンズとビーム偏向用の体積ホログラムを備えた光学自由ビームコネクションシステムによって形成される。これは、ＯＦＤＭスイッチシステムにおいて光信号処理に用いられるので、Ｇｂｉｔ範囲の伝送レートの伝送のための自由ビームコネクションネットワークである。
【０００９】
本発明のリソグラフィーシステムの自由ビームコネクションシステムは、本コンテクストでは原則として、発光器（optical emitter）（例えば、能動型の発光器であり、例としてはレーザダイオード等の電気−光変換器又は光導波管の出口）として機能する光出射位置、配線を必要としない（配線非結線型）自由ビーム及び受光器（optical receivers）（例えば、能動型の受光素子であり、例としてはフォトダイオード等の光−電気変換器又は光導波管の入口）として機能する光入射位置を直列に組み合わせたもの（serial combination）であると解釈される。データをどのように提供し、それをどのように光入射位置に供給し、それをどのように光出射位置から取り出すかは任意である。さらに、自由ビームコネクションシステムの位置は自由に選択することができるので、特に、その位置を構造上の状況及び条件に合わせて調整することができる。最も単純な実施の形態においては、上記の構成要素を備えた自由ビームコネクションシステムがパターンジェネレーティング・システムの正面に直接配置される。従って、自由ビームによってカバーされる距離は非常に短い。無接触型のデータ入力を行えば、パターンジェネレーティング・システムにかかる機械的な歪みを緩和することができる。このことは、本発明の主な目的の１つである。本実施の形態においては、電気−光変換器へのデータ伝送を結線（wire-bound）方式によって（電気的又は光学的に）行ってもよいが、その場合には、それに合わせて配線用の通路を真空チャンバの壁に設ける必要がある。さらに、真空チャンバ内部の自由ビームコネクションシステムの光出射位置は、パターンジェネレーティング・システムからさらに離して配置してもよい。これにより、自由ビームによってカバーされる距離を長くすることができる。この点で、本発明の一実施の形態に従い、光偏向装置を真空チャンバ内部の自由ビームの光路に配置することは有利である。このような構成にすれば、真空チャンバの内部の構造がどのような状況であっても、本発明を適用することができ、どのような構造であっても、自由ビームを光入射位置に導くことが可能となる。偏向装置は、自由ビームの光路の中間地点又は光出射位置や光入射位置の直前に配置されてもよく、調節可能なマイクロミラーやマイクロプリズムとして設けられてもよい。
【００１０】
本発明のさらに別の実施の形態によれば、光出射位置を真空チャンバの外部に配置し、自由ビームを真空チャンバの光透過窓を通して当該真空チャンバの内部に導くことができる。この方法において、真空チャンバの内部へのデータの伝送は、配線とは無関係に、自由ビームによって行われる。自由ビームは、単純に、真空チャンバの壁に一体化された窓を通して導かれる。光出射位置が真空チャンバの外部にあれば、真空チャンバの内部に自由ビームコネクションシステムを取り付けるスペース及び労力が軽減される。真空チャンバの内部へデータを伝送する配線用の通路が不要となるので、真空チャンバの内部の高真空及び高電圧から完全に分断される。窓を通って真空チャンバ内に入り、光−電気変換器に達した自由ビームの偏向は、光偏向装置によって再度容易に達成される。また、真空チャンバの外部のスペースを節約するために、本発明のさらなる実施の形態においては、光出射位置が窓の外側に直接配置されている。これにより、さらに構造を単純化することができる。これについては、以下でさらに説明する。加えて、光出射位置が窓の下方に直交して配置され、自由ビームが、さらなる光偏向装置により、窓を通って真空チャンバの内部に導かれるようにすると有利である。この方法によれば、偏向装置も真空チャンバの外部に設けられるので、最もスペースを節約できる方法で自由ビームを導くことができる。最後に、本発明のさらなる実施の形態によれば、窓を同様に真空チャンバの内部にシフトさせてもよい。これにより、光出射位置が真空チャンバの外部でありながら真空チャンバの領域内に位置することとなり、スペースを節約することができる。さらに、所定の光学距離を実現することも一層容易となる。これについては、以下の本文及び例示的な実施の形態に一層詳細に記載されている。迷光及びその他の現象による干渉の影響（interfering influence）を回避するために、自由ビームを外部の光出射位置から窓を通して照射する場合には、その窓に、自由ビームの通過領域外の外光や電磁界を遮断するためのカバーを設けると特に有利である。そのようなカバーは、単純な機械的又は光学的なカバーでよい。さらに、自由ビームをグループ分けしてアレイとし、それらの位置を厳密に区切って、その周辺部をカバーし易いようにしてもよい。
【００１１】
適切な光源を用いれば、生成された自由ビームを、他の光学手段を用いることなく、短距離で、とりわけセンチメートルの範囲で導くことができる。しかし、本発明のリソグラフィーシステムのさらなる実施の形態においては、コリメートマイクロレンズ及び集束マイクロレンズが光出射位置及び光入射位置の少なくとも一方に配置されるのが好ましい。これにより、自由ビームのグループ分けと正確な方向づけとが可能になる。マイクロレンズが自由ビームの光路のどこに配置されるかは、使用されている個々の素子の性質によって決まる。さらに、大きい回折角によって引き起こされる損失が回避され、自由ビームを光出射位置から光入射位置に向かって角度をつけて配列することが可能となる。マイクロレンズを、グリン帯レンズ又はフレネル帯レンズ等として構成してもよい。これらのレンズは、その光学特性ゆえに、自由ビームの移動距離が比較的短いコネクションに限り使用可能である。上記のように、光出射位置をアレイに配列するのが有利であり、スペースを節約することができる。同じことが、共通のアレイに光入射位置を配列する場合についても言える。本発明のこれらの実施の形態においては、アレイが一次元的に１本のライン又はカラムを形成するものであってもよく、また、小型化させるのであれば、光入射位置と光出射位置の複数本のライン又はカラムによる二次元的なものであってもよい。アレイ配列を用いる場合、本発明のさらなる例示的な実施の形態によれば、光出射位置のアレイが、結像光学系によって光入射位置のアレイ上に結像されるのが有利である。これにより、自由ビームによってカバーされる距離を、１０ｃｍから数メートルの範囲にまで延ばすことも可能である。１：１の結像比（imaging ratio）を選択し、結像光学系として結像単レンズを用いる場合には、前記結像レンズを、光出射位置と光入射位置との間で対称となるように配置する必要がある（物体距離＝像距離）。距離が延び過ぎないようにするために、例えば、上記のように、窓を真空チャンバの内部に移動させてもよい。その他の結像比が選択される場合、又は、より複雑なレンズ配列が結像光学系として用いられる場合には、それに合わせて、結像光学系の配列を非対称にするか、又は、アレイの次元（array dimensions）のサイズを変更することも考えられる。結像レンズが使用される場合には、真空チャンバの内部の光入射位置を、光出射位置に相対する配列、つまり、垂直及び／又は水平中央軸に対して鏡面倒立した配列にする必要がある（結像レンズの実施の形態によって異なる）。
【００１２】
上記のように、自由ビームコネクションシステムにおける光出射位置は発光の、そして、光入射位置は受光の機能を有する。それらの光出射位置と光入射位置の構成は異なっていてもよく、具体的には、受動型又は能動型の構成であってもよい。本発明のさらに別の実施の形態によれば、光入射位置及び／又は光出射位置は光導波管の端部の近くに形成されていてもよい。よって、このような受動型の実施の形態においては、データは、予め光変換された後、光導波管等によって光出射位置に導かれてもよい。さらに、光入射位置は、光導波管を介して光−電気変換器に接続されていてもよい。光導波管は、ガラスファイバといった、束ね易い光ファイバであってもよい。これは、損失が少なく干渉の影響を受けにくい。あるいは、光導波管は、モノリシック一体型の導波管であってもよい。さらに、光導波管を光ファイバとして形成する場合には、光導波管の端部を束状にしてファイバアレイプラグを形成するようにしてもよい。ファイバアレイプラグを使用すれば、メンテナンスが非常に容易となる。さらに、各光導波管がファイバアレイプラグに固定配列され、また、ファイバアレイプラグによって正確に配列・割り当てられたコネクションが可能となるため、エラーの影響が軽減される。一例として、２５６本の平行光導波管を用いる場合には、それぞれ６４本の光導波管からなる４個の接続束（connection bundles）を形成してもよい。そして、各束の端子が「６４ポール」ファイバアレイプラグとなるようにする。この種のファイバアレイプラグ（「フェレル」）は、当該技術において公知であり（例えば、インターネットのwww.xanoptix.com/Ferrell.htm、２００３年３月１４日現在、を参照）、市販されている。
【００１３】
光出射位置が能動型の構造を有する場合、本発明のさらに別の実施の形態によれば、光出射位置である電気−光変換器は発光レーザとして構成されるのが有利である。このようにすることにより、パターンデータの電気−光変換が、光出射位置でのみ起こる。発光レーザに非結線（wire-unbound）フィードラインを設けても、そのフィードラインが真空チャンバの外部に配置されていれば、特に問題は生じない。本発明のさらに別の実施の形態によれば、光−電気変換器をフォトダイオードによって形成された光入射位置として構成することにより、同様に能動型の光入射位置を実現することも可能である。データは、光入射位置で、直接、光−電気変換されて、結線（wire-bound）システム内を通過する。能動型の発光素子（例えば、発光レーザ）及び能動型の受光素子（例えば、フォトダイオード）を備えた一実施の形態においては、光導波管は不要であり、結果的に、非常に小型の実施の形態となる。それ以外の能動型の構成素子を使用してもよい。フォトダイオードによって形成される光−電気変換器に必要な間隔（space）は、例えば、５０μｍ未満である。仮に各フォトダイオード間の距離を２５０μｍから５００μｍの範囲とした場合には、２５６本の平行光導波管によって合計２．５６Ｔｂ／ｓのデータレートのデータを伝送するために、２５６個のフォトダイオードが一列に配列される。それらのフォトダイオードは、それぞれ一群のエレメント（開口）をアドレス指定するために用いられる。そのダイオードアレイに必要な間隔は、１つの方向で６４ｍｍ〜１２８ｍｍとなる。そのような帯状のダイオードアレイは、公知のリソグラフィーシステムにおいて、いわゆる「ブランキングプレート」上に配置されてもよい。ブランキングプレートは、個別の開口を備えたプログラム可能なチップを保持している。そのようなプログラム可能な開口システムは、例えば、ベリー（I.L. Berry）他著「マスクレス高スループットナノリソグラフィー用のプログラム可能な開口プレート（Programmable Aperture Plate for Maskless High Throughput Nanolithography）」（ジャーナル・オブ・バキュームサイエンス・アンド・テクノロジー、Ｂ、１９９７、１５巻、Ｎｏ．６、２３８２頁〜２３８６頁）という刊行物のアブストラクトにより公知である。しかし、本発明のリソグラフィーシステムの特筆すべき利点は、光ビームと粒子ビームを真空チャンバ内で互いに交差させてもよく、それゆえ、配列を自由に選択できる点、及び光−電気変換器へのアクセスが可能な点である。このようにして、非常に小さいスペースしか必要としない配列が実現される。さらに、大部分の利点は、ブランキングプレートのデータ伝送の速度に由来する。距離をより短くできるからである。本発明のリソグラフィーシステムのさらに別の実施の形態によれば、従って、光−電気変換器がパターンジェネレーティング・システム内に直接配置されれば有利である。真空チャンバ内での自由空間（free space distance）を介して常に変換器にアクセスできるからである。また、データ速度を増す上で欠かせない配線は複雑で損傷し易く邪魔になるものであるが、そのような配線は不要となる。本発明の、プログラム可能な開口プレートシステムとして構成されたパターンジェネレーティン���・システムの有利な実施の形態においては、フォトダイオードがブランキングプレート上に分布され、そこで複合的なエレメント（multiplex element）を介して開口のグループに割り当てられてもよく、それにより、配列を大幅に単純化し、スペースを節約することができる。
【００１４】
各光路上でデータを運ぶ自由光ビームは、通常、光学素子によって集束及びコリメートされ、それに合わせて、自身の進行方向について方向づけされる。組立て時やメンテナンス時又は操作の最中であってさえも、機械的な許容誤差（mechanical tolerances）及び形状変化に起因して、望ましくない調節の変化が生じることがある。このような機械的な許容誤差や形状変化は、いずれもそれぞれ、ビームの整列の際に、また、検出器又は変換器の位置において生じる。従って、１つの例示的な実施の形態によれば、調節システムが自由ビームを光出射位置に整列させるために設けられ、その調節システム自身が自動式であるのが有利である。調節システムは、光出射位置に予め直接アクセスして、光出射位置の位置を修正するもの等であってもよい。本発明のさらに別の実施の形態によれば、調節システムは、自由ビームコネクションシステムのビーム経路に配置されていてもよい。そうすることにより、各光学系（respective optics）によって光学領域の修正が達成される。これは、構造的な見地から実現が容易である。さらに、真空チャンバからの電気的又は光学的な逆行信号（back signals）が、整列の目的で使用されてもよい。本発明のさらに別の実施の形態によれば、別の電気−光変換器がパターンジェネレーティング・システムの領域に配置されることにより、逆方向（back direction）の、モニタ信号及び制御信号といったさらなる光信号が生成され、自由ビームを介して別の光−電気変換器まで導かれるのが有利である。その場合、さらなる光信号は調節システム用の逆行信号として用いられてもよく、調節システムは自動化されてもよい。四象限フォトダイオード（four-quadrant-photodiodes）は、例えば検出用として用いられてもよい。四象限フォトダイオードを用いることにより、分割象限測定（divided quadrants measurements）に基づいて、ビーム経路等での適切な調節配列（adjustment arrangements）を行って、ビームを正確に方向づけすることができる。この逆路（back path）は、テストシーケンス（１回又は間隔をおいて何度か繰り返す）を伝送するために用いることもでき、これにより、光学的なデータ伝送システム及び構造化システムの適切な機能（functionality）に関する情報が提供される。
【００１５】
ところで、本発明は、自由ビームコネクションシステムを用いた、閉鎖型で（closed）アクセスが困難な、極端な内部条件を有するスペースへの、及び、当該スペースからの電気−光データ伝送に関する。しかし、さらに、少なくともエネルギー量が比較的小さい場合には、真空チャンバ内でのプロセス、例えば、切り替えプロセス（switching process）を引き起こし、静電界を生成させたりエネルギー蓄積領域（energy storage）を帯電させたりするために、配線を用いずに真空チャンバ内部へのエネルギーの光学的な伝送を実現することが可能である。本発明のさらなる実施の形態によれば、アドレス可能なパターンジェネレーティング・システムへの光学的なエネルギー伝送は、光−電気自由ビームコネクションシステムを用いて行われるのが有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明をさらに理解するために、以下、その実施の形態について、図面を参照しながら説明する。尚、図面の一部は、分かりやすくするために多少拡大して描かれている。
【００１７】
図１は、本発明のマスクレスリソグラフィーシステム１の断面を概略的に示している。本発明のマスクレスリソグラフィーシステム１は、移動可能な載置台３上に配置されたシリコンからなるウェーハ等の基板２を、直接、ナノサイズで構造化する（nano-scaleable structure）ためのものである。真空チャンバ４の断面が描かれており、真空チャンバ４は、例えば、その内部の電位が１００ｋＶである。高真空中に配置された粒子源からの、この例では電子を含み均質で幅広の粒子ビーム５が、真空チャンバ４の上端からその内部へ導かれる。この場合、粒子ビーム５は、基板２の上方に配置された、アドレス可能な（addressable）パターンジェネレーティング・システム６に入射する。好ましくはプログラム可能な開口プレートシステムであるパターンジェネレーティング・システム６においては、基板２に粒子ビーム５を照射するためのデジタル構造化（structuring）パターンがコンピュータ支援によって生成される。この趣旨で、構造体（structure）の点又は個々のエレメントを形成する、個々にアドレス可能な開口７が、生成すべき構造化パターンでの自らの位置、及び移動可能な基板２の上方における自らの位置に基づいてそれぞれアドレス指定（address）される。構造が非常に微細で照射速度が高い場合には、伝送すべきデータのデータレートが、非常に高くなって、Ｔｂｉｔ／ｓの程度になることも考えられる。
【００１８】
パターンジェネレーティング・システム６は、光−電気自由ビームコネクションシステム８を介してアドレス指定処理用のデータを受信する。本実施の形態において、光−電気自由ビームコネクションシステム８は、電気−光変換器９、光出射位置（exit locations）１０、自由ビーム１１、光入射位置（entry locations）１２及び光−電気変換器１３を備えている。電気的なパターンデータは、電気−光変換された後、自由ビーム１１によってパターンジェネレーティング・システム６に伝送され、光−電気変換後にそこで制御データとしてさらに処理される。自由ビーム１１（従って、電気−光変換器９と光−電気変換器１３）の個数Ｎは、電気−光変換器９の所定の変換レートを介して、伝送されるデータの合計のデータレートに合わせて調整される。尚、ここで、個々に描かれている構成要素は、アレイとして構成されていてもよい。データレートが２．５６Ｔｂｉｔ／ｓの伝送を目的とするのであれば、電気−光変換器９によって生成すべき、データレートが１０Ｇｂｉｔ／ｓの平行自由ビーム１１の個数はＮ＝２５６でなければならない。
【００１９】
本実施の形態においては、光出射位置１０及び光入射位置１２（いずれも略記されている）の双方が真空チャンバ４の内部に配置されている。このようにすれば、自由ビームの移動距離を非常に短くすることが可能となる。そして、接触が不要となることによって、パターンジェネレーティング・システム８の機械的な負担が軽減される。この場合、自由ビーム１１は、コリメートマイクロレンズ１４及び集束マイクロレンズ１５によってグループ分けされていてもよい。本実施の形態においては、光路を折り曲げるために、自由ビーム１１がマイクロミラー等の偏向装置（deflection arrangement）１６によって９０°だけ偏向される。偏向装置１６は、主として、粒子ビーム５の進路を妨げないように配置されている。本実施の形態において、光出射位置１０は、電気−光変換器９としての能動型の（active）発光レーザ１７のすぐ近くに形成されている。このようにして電気信号として与えられるパターンデータは、真空チャンバ４の壁の通路１８を通って導かれる配線を用いた結線方式で（in a wire-bound fashion）供給される。電気−光変換器９が真空チャンバ４の外部に配置される場合には、光変換されたデータの、真空チャンバ４の内部への供給を、光導波管を用いて行ってもよい。そして、その場合には、光出射位置１０は、光導波管の端部に配置される。光入射位置１２は、受光素子のすぐ近くに、本実施の形態においては、例えば、光−電気変換器１３としてのフォトダイオード１９のすぐ近くに形成されている。あるいは、自由ビームの移動距離が非常に短い、このような実施の形態においては、マイクロレンズ１４、１５は省略することもできる。
【００２０】
図２には、自由ビームの移動距離が長い、本発明の一実施の形態が示されている。この実施の形態において、自由ビームコネクションシステム８の光出射位置１０は、真空チャンバ４の外部に配置され、かつ、受動型の（passive）光導波管２０の端部の近くに形成されている。光導波管２０の前部には、電気−光変換器９が配置されている（この場合、能動型の発光素子であっても可能である）。また、本実施の形態においては、プレコリメートマイクロレンズ１４が光導波管２０の端部に設けられていてもよい。集束マイクロレンズ１５も描かれているが、これらは省略することができる。自由ビーム１１は、真空チャンバ４の壁の窓２１（単なるガラス面であってもよい）を通って真空チャンバ４の内部に導かれる。干渉を遮断するために、窓２１にはカバー２２が設けられている。光出射位置１０と光入射位置１２との間の距離が大きいので、それぞれの位置をお互いの位置に結像する結像レンズ（imaging lens）２３が設けられている。特に、光出射位置１０及び光入射位置１２のアレイ配列（array-arrangement）が小型であれば、容易に取外し可能なファイバアレイプラグと接続しても、この例においては結像単レンズによって形成される結像光学系２３を用いて良好に結像することができる。また、結像光学系２３が用いられる場合、その配列は粒子ビーム５の進路を妨げるものであってはならない。あるいは、自由ビーム１０は、粒子ビーム５の進路を妨げない偏向装置２４を使用することにより、角度のついた光路に沿って導かれてもよい。その場合、前記光偏向装置は、互いに近接する全ての自由ビーム１０を一緒に受ける。
【００２１】
図３は、配列の一実施の形態を示している。この配列は、全体的に直線状であり、図中には寸法も示されている。図３においては、光出射位置１０が真空チャンバ４（それとなく示されているのみ）の外部に配置されている。これらの光出射位置１０は、ファイバアレイプラグ３０の近くに形成されている。好ましい（chosen）実施の形態において、ファイバアレイプラグ３０は、ガラスファイバからなる６×１２本の光導波管２０と、逆行信号を受信するための２つのフォトダイオード（四象限(four quadrant)）とを備えている。自由ビーム１１の束は、結像レンズ２３を介して窓２１を通過し、光偏向装置２４を介してフォトダイオードアレイ３１に導かれる。また、６×１２本のフォトダイオードとは別の、好ましい実施の形態のフォトダイオードアレイ３１も、逆行信号を生成するための発光レーザ３２（ＶＣＳＥＬ）を２つ備えている。これらは、ファイバアレイプラグ３０中の四象限構成（four-quadrant-configuration）を有する２つのフォトダイオードの方へと逆向きに導かれ、フォトダイオードアレイ３１によって自由ビーム１１の整列（alignment）を制御するのに役立つ。ずれが生じても、それは調節システム３３において光学的に補償される。調節システム３３は、自動化に適しており、自由ビームの光路中に配置されている。ファイバアレイプラグ３０を変位させること等により、機械的、自動的又は手動的な調節を行うことも可能である。好ましい実施の形態においては、正方形の孔を有する親板３４の上に配置されたフォトダイオードアレイ３１は、電子チップとの組合わせとして構成され、また、受信されて光−電気変換されたパターンデータを分配する（distribute）ためのデマルチプレクサの第１の支線（first stop）を備えている。対応する孔を有する別の電子チップは、描かれていない。システム全体は、プログラム可能な開口プレートシステム３５と呼ばれる。
【００２２】
結像レンズ２３の詳細は、図４から分かる。図４においては、複数の光導波管２０を組み合わせて、ライン状のファイバアレイ４０とされている。ファイバアレイプラグ（上記参照）内で縦横に組み合わせることにより（combination into lines and columns）、さらに小型で単純なアセンブリを得ることも可能である。ライン状のファイバアレイ４０の倒立鏡像（mirror-inverted image）は、結像レンズ２３により、窓２１を通ってライン状の光入射アレイ４１上に結像される（図３においては、ビーム・ラインによって表わされている）。結像単レンズからなる略１：１の結像光学系２３が描かれている。この結像光学系２３により、自由ビーム経路の作動距離を大きくすることが可能となる。結像光学系２３を非対称に配列させた場合には、上記以外の結像比も選択可能となる。好ましい実施の形態において、光入射位置１２はフォトダイオードの近くに形成されている。これらのフォトダイオードは、モノリシック一体化されて、シリコン等からなる透過波長が８５０ｎｍの半導体チップ４２となっている。
【００２３】
図５においては、Ｎ本の光導波管２０の端部が結合して一体化されたファイバアレイプラグ５０の配列（arrangement）を含み、さらに真空チャンバ４の外部に配置された撮像レンズ２３を含む一実施の形態が描かれている。自由ビーム１１の束の偏向は、窓２１と略同じ高さの所に配置された別の光偏向装置５２によって達成されている。ファイバアレイプラグ５０と光偏向装置５２の双方が一体化されて、角のあるカバー５１内に収められている。このカバー５１は同時に、ファイバアレイプラグ５０と光偏向装置５２の双方を機械的に固定すると共に、光学干渉の影響を遮断する役目を果たし、さらには、結像レンズ２３を保護する役目を果たしている。さらに別の光偏向装置２４は、真空チャンバ４の内部に配置されている。好ましい実施の形態において、この光偏向装置２４は、自由ビーム１１の束をフォトダイオードアレイ５３まで導く。図６においては、図５の実施の形態と類似した一実施の形態が描かれている。図６においては、窓２１が真空チャンバ４の内部にシフトされている。ファイバアレイプラグ５０は、プレート６１に取り付けられている。プレート６１は同時に、光学干渉から遮断する役目も果たしている。結像光学系２３は、窓２１の真正面に配置されている。この配列を用いれば、自由ビームコネクションシステム８を小型化し、それによって構造をさらに小型化することができる。図７においては、２つの固定用の孔７１を備えたファイバアレイプラグ５０の正面図が描かれており、図中にはその寸法も示されている。本実施の形態において、プラグは、それぞれ１２本の光導波管２０からなる６本のラインで構成されており、この例での光導波管２０は、垂直方向及び水平方向に所定の同じピッチで配置されている。
【００２４】
図８においては、自由ビーム１１の進路内の、窓２１の両側のコリメートマイクロレンズ１４と集束マイクロレンズ１５の可能な配列が描かれている。配列の寸法も図中に示されている。フォトダイオード１９の正面の集束マイクロレンズ１５は、場合によっては省略されてもよい（図８においては、右手側で示されているのみである）。好ましい実施の形態の１〜６４本の光導波管２０が描かれている。図９においては、傾斜をつけてフォトダイオード１９を照射することが可能な例が描かれている。これは、集束マイクロレンズ１５と窓２１を適宜回転させることによって（破線によって示されている）実現され、自由ビーム１１の進行方向を真空チャンバ４内の周辺空間（spatial surroundings）に合わせて調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、完全に真空チャンバの内部に配置された自由ビームコネクションシステムを示している。
【図２】図２は、光出射位置が真空チャンバの外部で直線状に配置された自由ビームコネクションシステムを示している。
【図３】図３は、光出射位置が真空チャンバの外部で直線状に配置された別の自由ビームコネクションシステムの断面を示している。
【図４】図４は、結像レンズを備えた自由ビームコネクションシステムの詳細図を示している。
【図５】図５は、光出射位置が真空チャンバの外部で角度をつけて配置された自由ビームコネクションシステムを示している。
【図６】図６は、光出射位置が真空チャンバの外部で、かつ、真空チャンバの領域内に配置された自由ビームコネクションシステムを示している。
【図７】図７は、ファイバアレイプラグを示している。
【図８】図８は、自由ビーム及びマイクロレンズを示している。
【図９】図９は、角度のついた自由ビーム経路を示している。
【符号の説明】
【００２６】
１  リソグラフィーシステム
２  基板
３  載置台
４  真空チャンバ
５  粒子ビーム
６  パターンジェネレーティング・システム
７  開口
８  自由ビームコネクションシステム
９  電気−光変換器
１０  光出射位置
１１  自由ビーム
１２  光入射位置
１３  光−電気変換器
１４  コリメートマイクロレンズ
１５  集束マイクロレンズ
１６  光偏向装置
１７  発光レーザ
１８  通路
１９  フォトダイオード
２０  光導波管（個数Ｎ）
２１  窓
２２  カバー
２３  結像光学系
２４  光偏向装置
３０  ファイバアレイプラグ
３１  フォトダイオードアレイ
３２  発光レーザ
３３  調節システム
３４  親板
３５  開口プレートシステム
４０  ファイバアレイ
４１  光入射アレイ
４２  半導体チップ
５０  ファイバアレイプラグ
５１  カバー
５２  別の光偏向装置
５３  フォトダイオードアレイ
６１  プレート
７１  固定用の孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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