光刻编程系统及其应用的制作方法

专利名称：光刻编程系统及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及集成电路领域，更确切地说，涉及光刻编程系统及其应用。
背景技术：
光刻技术是在集成电路(IC)中形成薄膜图形的关键工艺技术，它包括掩模版的制造、光刻和其它相关的工艺技术。随着大规模集成电路(VLSI)技术的进步，掩模版越来越昂贵，例如，一张0.13μm技术的掩模版价格一般在3万美元左右，移相掩模版(phase-shift mask，简称为PSM)的价格可能超过10万美元；一套0.13μm技术的掩模版价格已接近100万美元。对于中小批量生产的IC来说，掩模版成本已成为其成本的很大部分。为降低定制集成电路等的光刻成本，本发明提出一种光刻编程系统。
定制集成电路包括半定制集成电路(semi-custom integrated circuit，简称为SCIC)和专用集成电路(application-specific integrated circuit，简称为ASIC)。在SCIC中，用户只参与有限数目布线层。SCIC的制造厂家预先制造了大量半成品硅片，即母片。在这些母片上只完成了晶体管图形，布线层可以根据用户的需求定制。在SCIC中有两个重要概念一为SCIC产品(SCIC product)，另一为SCIC族(SCIC family)。一SCIC族包括多种SCIC产品。每种SCIC产品中的所有芯片都具有相同的晶体管和互连线图形；一SCIC族中的所有芯片具有相同的晶体管图形，但它们可能具有不同的布线层图形。SCIC的各层薄膜图形可以分为通用膜图形和专用膜图形通用膜图形在一SCIC族中通用，它通过通用掩模版形成；专用膜图形只由一SCIC产品专用，它通过专用掩模版形成。在存储器领域里，SCIC的一个重要代表是只读存储器(ROM)；在逻辑电路领域里，其重要代表是可编程门阵列(PGA)。
在只读存储器(ROM)中，存储元可以位于水平互连线和垂直互连线的交叉处。存储元代表的数字信息通过通道孔的存在与否来决定。相应地，这些通道孔被称为信息通道孔(info-via)。对于分别使用图1CA-图1CB、属于同一ROM族中两种不同ROM产品来说，它们存储不同的数字信息在图1CA中，存储元93、94分别代表逻辑“0”、“1”；在图1CB中，分别代表“1”、“0”。ROM的一个特例是三维只读存储器(three-dimensional read-onlymemory，简称为3D-ROM，参见美国专利5,835,396)。在3D-ROM的水平互连线和垂直互连线的交叉处还有一3D-ROM膜(又称为准导通膜，参见上述美国专利图4)。
可编程门阵列(PGA)通过通道孔的存在与否来设置互连线之间的连接。相应地，这些通道孔被称为设置通道孔(config-via)。对于分别使用图1CA-图1CB、属于同一PGA族中两种不同PGA产品来说，它们有不同的互连线连接在图1CA中，水平互连线162和竖直互连线173、174相连；在图1CB中，它只和竖直互连线173相连。
PGA还可通过互连线分段来设置互连线。譬如说，如使用图1BB的互连线掩模版，两个互连段161′、161″可分别用于不同的互连线连结，且具有较小的容性负载；另一方面，如使用图1BA的互连线掩模版，则互连线161C为一连续线。图1BA-图1BB中的互连线图形可以用在不同的互连线设置中。
另一种定制集成电路为ASIC。ASIC具有芯片面积小，速度快等优点。现有技术中，ASIC产品中所有的掩模版都需定制。数目众多的定制掩模版导致ASIC，尤其是中小批量生产的ASIC价格很高。即使在多家代工厂(foundry)的Shuttle program中，一个5mm×5mm芯片的价格为～7.5万美元。如此高昂的价格难以被多数设计公司承受。
常规掩模版的制造工艺与IC中的光刻工艺类似。在空白掩模版上涂上光胶，然后电子束扫描、显影，再刻蚀其上的铬薄膜，以形成所需的掩模版。常规掩模版的制造费时并极其昂贵。在PGA、ROM等IC中，掩模版的制造应充分利用在这些IC中开口图形的大小和间距均匀的特点，缩短掩模版的制造时间并降低其成本。
光盘，如CD、VCD、DVD等，具有极大的消费市场。光盘是由母盘在空白子盘上压制成型的。在现有技术中，母盘的制造工艺与IC中掩模版的制造工艺类似，费时并极其昂贵。
在具体描述本发明之前，需作一说明本说明书中图形的大小、尺寸、长度、宽度可能是硅片上图形的大小、尺寸、长度、宽度，也可能是掩模版上图形的大小、尺寸、长度、宽度，对此一般不作特别区分，但读者应从上下文中推出。譬如说，本说明书并不特别区别硅片上的最小尺寸FW和掩模版上相应的尺寸FM(FM＝FW×R，R为光刻机的图形缩小倍数)。如果上下文是硅片图形，则F指FW；如果上下文是掩模版图形，则F指FM。
本发明中缩写的全称R-光刻机的图形缩小比 LMC-光调制元F-工艺支持的最小硅片尺寸或对应的掩模版尺寸QOPM-准开口可编程掩模版SCIC-半定制集成电路 LC-液晶ASIC-专用集成电路 NVM-非易失性存储器OPC-光学接近修正 MEMS-微电机械结构PSM-移相掩模版DFL-易于光刻编程的设计OPM-开口可编程掩模版 UOPM-均匀开口可编程掩模版ODP-开口定义面UMLM-均匀互连线掩模版LMP-光调制面 LP-光刻编程发明目的本发明的主要目的是降低光刻成本。
根据这些以及别的目的，本发明提出了一种光刻编程系统。

发明内容
1.光刻编程系统光刻编程系统通过提高掩模版的再使用率来降低光刻成本，其核心技术是可编程掩模版。可编程掩模版是“软”掩模版，它可以根据设置数据调整图形，从而将其赋值到目标载体(指在光刻机中接受曝光光线的载体，如硅片、空白掩模版、光盘母盘等。除非特别说明，本说明书中以硅片为例)上。一种具有广泛用途和极佳可制造性的可编程掩模版是开口可编程掩模版(opening-programmable mask，简称为OPM掩模版)，它可以控制各种开口图形(如层间连接、分段线的缺口)的存在与否。
OPM掩模版一般含有至少一个开口定义面(ODP)和至少一个光调制面(LMP)。开口定义面确定曝光时开口图形的最终形状；光调制面则控制是否在该开口处曝光。开口定义面和光调制面最好是分离的，即它们最好处于不同表面上。这样，在设计时有更大的自由度，在制造时更方便，且在使用时可以承受长时间曝光。光调制面上含有多个光调制元(LMC)，光调制元至少有三种实现方式一种基于液晶技术，即液晶类光调制元(LC-LMC)；另一种基于MEMS技术，即MEMS类光调制元(MEMS-LMC，这里MEMS指微电子机械系统)；还有一种基于发射型光调制元。LC-LMC和MEMS-LMC可以是透射型的或反射型的。LC-LMC和液晶显示器类似。MEMS-LMC含有至少一个移动元并通过其位置来决定开口的状态(“ON”和“OFF”)。几种典型的移动元包括滑块、转子、卷帘式、数字微镜、数字光阀等。发射型光调制元能控制不同发射元的光强。此外，多层的三维光调制元还可以进一步提高光调制元的密度。另一方面，光调制元中的控制电路可以充分利用SOI中开发出的各种技术，如背面研磨、smart-cut等。
在使用光刻编程系统时，最好能对OPM掩模版进行曝光现场测试，这样能保证目标载体上的成像是用户所期望的图形。图形传感器可用来完成该任务。另一方面，由于OPM掩模版中的光调制面和开口定义面可以是分离的，在曝光时，开口定义面可固定不动，而光调制面在曝光间隙时移动。这样，光调制面上的各个区域受热均匀，故能延长OPM掩模版对长时间曝光的承受力。
2.基于成熟OPM掩模版的深亚微米光刻编程利用现有成熟技术(一般基于液晶显示技术)制造的光调制元大小一般是～5μm。因常规光刻机的图形缩小比R是4-5，如该开口可编程掩模版(OPM)没有开口定义面(ODP)，则硅片上开口可以大到～1μm。这不能满足深亚微米技术的要求。幸运的是，由于ODP上的开口定义硅片上开口的最终形状，可以通过调整ODP上开口的大小使硅片上开口的大小满足深亚微米技术的要求。由于光调制元的大小仍然控制硅片开口的周期(Pw)，当Pw～1μm时，并不是所有的硅片开口能被同时曝光形成。一种解决这个问题的方法是使用多遍、错位曝光第一遍曝光时只对第一部分开口曝光，第二遍曝光时先产生一错位ΔS，然后再对第二部分开口曝光。多遍曝光后形成的开口图形能满足深亚微米技术的要求。当然，也可使用具有较大R(如R＝20)的光刻机。另一解决这个问题的方法是使用“两次成像”(见“光刻编程系统的应用”)。
3.光刻编程系统的应用光刻编程系统可用来制造常规开口掩模版。相应地，采用这种方法制造的掩模版又被称为准OPM掩模版(QOPM)。之所以称之为QOPM掩模版是因为设置数据可以很容易地在加工厂内被转化到QOPM掩模版上。具体说来，先用OPM掩模版对QOPM模版成像，然后再用QOPM掩模版对硅片成像。由于两次成像(首先从OPM掩模版到QOPM掩模版，然后从QOPM掩模版到硅片)，OPM掩模版上光调制元的线度可以是硅片上开口的R2倍大(R-光刻机的图形缩小比，R＝4-5，R2＝16-25)。故基于成熟技术(最好基于液晶显示技术)的光调制元(～5μm)可以用来形成深亚微米技术的开口类图形。
采用光刻编程系统来制造光盘母盘的步骤与常规掩模版的制造类似，只是光盘母盘是圆环形的且其上信息轨道具有螺旋形。在曝光过程中，需要对母盘进行转动并辅助以平移。
4.商业模式光刻编程集成电路的商业模式可以采用因特网模式，即用户通过因特网将用户数据传输到加工厂。这里，用户数据可以包括文件指针。该文件指针指向一数据库中的一文件，且加工厂能快速提取该数据库中的文件。加工厂一旦接受到新的定单，它相应地调整OPM掩模版的设置，以将设置数据“固化”到正在曝光的硅片中。这样，用户可以对正在加工的硅片进行直接、远程、实时地进行控制。
现有的ROM技术使用“硬”掩模版，一般只用来存储系统软件等“大众”信息(如操作系统等)。随着光刻编程的出现，大量“个人”信息将存储在光刻编程只读存储器(LP-ROM)中。为了增加数据的保密性，送到加工厂的用户数据最好是加密的。另外，在LP-ROM中最好还含有一片内解密引擎和一片内密钥存储器。当芯片从加工厂送回到用户手中时，用户输入密钥，从而激活芯片。使用这种商业模式，在生产和使用过程中，LP-ROM的密钥不以任何形式透露给外人，因而保证了数据的保密性。


图1AA-图1BC描述光刻编程系统的各种框架结构。
图2AA-图2BE描述多种OPM掩模版中光调制面和开口定义面的结构和相对位置。
图3AA-图3CC描述一种液晶类光调制元的结构和控制电路。
图4A-图4MD描述多种滑块的结构和控制电路。
图5A-图5EC描述多种转子的结构和控制电路。
图6AA-图6CB描述多种铰链的结构和控制电路。
图7A-图7EB描述多种卷帘式光调制元的结构和控制电路。
图8A-图8C描述多种反射型光调制元的结构。
图9A-图9B描述一种发射型光调制元的结构和电路符号。
图10AA-图10BC描述多种三维光调制元的结构。
图11A-图11D描述一种光调制元控制电路的制造工艺。
图12AA-图12FC表示一种能进行掩模版测试和掩模版修复的光刻系统。
图13AA-图13BB描述一种能承受长时间曝光的OPM掩模版。
图14A-图14C解释“或”型光刻系统的概念。
图15A-图15BB描述“或”型光刻系统的几个实施例。
图16A-图16C解释“与”型光刻系统的概念。
图17A-图17B描述“与”型光刻系统的二实施例。
图18AA-图18DC’描述多种利用光刻“或”运算实现深亚微米光刻编程的实施例。
图19AA-图19B描述多种利用光刻“与”运算实现深亚微米光刻编程的实施例。
图20A-图20C描述一种利用低成本光刻系统制造常规掩模版的实施例。
图21A-图21CB描述一种利用低成本光刻系统制造光盘母盘的实施例。
图22A-图22BC描述多种光刻编程IC和光刻编程ROM的商业模式。
为简便计，在本说明书中，如果一个图号缺应有的后缀，则表示它代表所有具有该后缀的图。如图4指图4A-图4MD；图4M指图4MA-图4MD。
具体实施例方式
1.光刻编程系统光刻编程系统通过提高掩模版的再使用率来降低光刻成本，其核心技术是可编程掩模版。可编程掩模版是“软”掩模版，它可以根据设置数据调整其图形，从而将设置数据赋值到光刻机的目标载体(如硅片、空白掩模版、光盘母盘)上。一种具有广泛用途和极佳可制造性的可编程掩模版是开口可编程掩模版(opening-programmable mask，简称为OPM掩模版)。它能控制各种开口类图形(如互连线层间连接、互连线缺口)的存在与否。
图1AA表示一用户12将用户数据17传输到加工厂14的流程。用户数据17可以是加密的，也可以是原文。它通过媒介18送到加工厂(如foundry等)14。媒介18可以是因特网、硬盘、光盘等。加工厂14将用户数据17处理后形成设置数据16。设置数据16可以用来控制光刻编程系统20，并将其赋置到目标载体中，从而实现对用户数据的“软件固化”。
图1AB表示一光刻编程系统20的层次结构。其核心部分是一OPM掩模版30。一般说来，每个OPM掩模版30具有开口定义面(ODP)32和光调制面(LMP)38。开口定义面32确定在硅片上最终曝光时开口70的形状；光调制面38则控制是否在该开口70处曝光。开口定义面32含有多个开口70；光调制面38含有多个光调制元40。每个光调制元40含有一光调制区50和一周边电路区60。
图1BA-图1BC表示三种光刻编程系统—透射型、反射型、发射型光刻编程系统。图1BA是一透射型光刻编程系统20。它含有光源26、透射型OPM掩模版30t和光具组24。来自光源26的曝光光线在通过透射型OPM掩模版30t后，其明暗度由设置数据16控制。它再经过光具组24透射到目标载体22上。图1BB是一反射型光刻编程系统20。它特别适合于使用短波长光线的曝光系统。来自光源26的曝光光线在通过反射型OPM掩模版30r后，其明暗度由设置数据16控制。它再经过光具组24投射到硅片22上。图1BC是发射型光刻编程系统20。它具有一含有多个发光源的发射型OPM掩模版30e。其发光源的亮度由设置数据16控制。这类似于在电子束扫描曝光系统中使用的多个平行电子枪。应提起注意，光刻编程系统除了使用光学曝光外，也可使用X光、电子束、离子束等。
A.OPM掩模版OPM掩模版最好在对应于ROM或PGA中垂直线和水平线的交叉处有一可编程开口。图2AA是一光调制面38的顶视图。它控制是否在开口70aa-70bb处(图2AB)曝光。该光调制面38含有设置数据总线16和一个2×2的光调制元矩阵。该光调制元矩阵含有一个光调制元阵列40aa-40bb和它们的行解码器16a、列解码器16b。光调制元是光调制面38的基本组成单元。每个光调制元40aa-40bb区域包括光调制区50aa-50bb和周边电路区60aa-60bb。光调制区的大小为Dc，间隔为Sc，周期(period)为Pc，其明暗度由选址线42a-42b和数据线44a-44b来控制。在其“ON”状态，光调制元能透射光线(对透射型OPM掩模版30t而言)或在指定方向上能反射光线(对反射型OPM掩模版30r而言)；在其“OFF”状态，则不能。在图2AA和以后的图例中，如光调制元的斜线填充采用稀疏的交叉线(如光调制元50ba)，则表示该光调制元状态未定；如光调制元的斜线填充采用密集的交叉线(如光调制元50aa)，则表示该光调制元处于“OFF”状态；如光调制元的斜线填充采用无斜线的方式(如光调制元50ab)，则表示该光调制元处于“ON”状态。图2AB是一开口定义面(ODP)32的顶视图。它确定在硅片上最终曝光时开口的形状。每个ODP开口都与一个光调制区对准并最好被其包含(如70aa与50aa对准；参见图2A-图2BE)。开口定义面的制造可以使用常规的掩模版制版技术，包括各种高精度制版技术如OPC和PSM等。
图2BA-图2BE表示一OPM掩模版中开口定义面和光调制面的相对位置。这些实施例使用一移动元—滑块51a—作为例子。当滑块51a覆盖光调制区50aa时，光调制元40aa处于“OFF”状态；当滑块51a远离光调制区50ab时，光调制元40ab处于“ON”状态(图2BE的实施例例外)。这里使用移动元作为例子的原因是它能清楚地显示光调制元的状态。很明显，这些实施例也适合于液晶类或别的光调制元。图2BA中的开口定义面32和光调制面38合并在一起，开口70aa-70ab实际上就是光调制区50aa-50ab。图2BB-图2BE中的开口定义面和光调制面是分离的，它们处于二不同表面。这样，它们具有更好的设计自由度和可制造性，以及更长的曝光承受时间(参见图13AA-图13BB)。在图2BB中，开口定义面32和光调制面38位于同一衬底36的两面。在图2BC-图2BE中，开口定义面32和光调制面38分别位于两个不同的衬底36a、36b上。图2BD的实施例可以用在反射型或发射型OPM掩模版中。对反射型来说，开口定义面32在开口处有一反射膜32r(如相互交叉的硅钼层，interdigitated silicon-molydenum layer)，光调制面38位于一吸光薄膜36m上。对发射型来说，发光层32在每个开口位置32r发光，光调制面38通过移动元51a选择性地允许光线通过。图2BE的实施例可以用在反射型OPM掩模版中。与图2BD的实施例相比，开口定义面32和光调制面38的位置互换。移动元51a含有一反射膜。很明显，图2BE中的光调制元可以使用图8A-图8C中的各种反射元。
B.光调制元光调制元是OPM掩模版的基本单元，它能根据设置数据调制其光调制区的明暗度。光调制元可以借用图像显示(image display)中的各种设计和工艺技术。图3AA-图9B表示各种光调制元的结构和周边电路。
a.液晶类光调制元液晶显示器技术现已极其成熟，它可以很容易地应用在光调制元中。图3AA-图3AB描述一种液晶类光调制元40(liquid-crystal light-modulating cell，简称为LC-LMC)。LC-LMC含有一开关60s和一液晶光调制区50。液晶光调制区50与一开口70对准并最好将其包含。对于光调制元40和ODP开口70不处在一个平面上的情形，光调制元40上画虚线的开口70为ODP开口在光调制元40上的投影。LC-LMC含有二衬底36e、36f，两电极59p、59m，两层对准膜36b、36d和一液晶膜36c。对于透射型LC-LMC来说，在液晶的两边还有两偏振片。对于熟悉本专业的人士来说，透过液晶的光线可以通过改变电极59p、59m上的电压来调整。LC-LMC也可以使用反射型液晶，其材料和工艺为本专业人士所熟知。在LC-LMC中，光调制区50几乎可以占有大部分光调制元40的面积(图3AA)。
LC-LMC的等效电路器件为一电容50c0(图3B)。其周边电路参见图3CA-图3CC。图3CA的周边电路是一动态电路。它使用一DRAM类电路60dp。当选址线42上的电压升高时，开关60s接通，相应的设置数据44被送到电容50c0并决定光调制元的状态。图3CB-图3CC是静态周边电路。使用静态周边电路时不用担心漏电流对电容中电荷存储寿命的影响，因而在大中批量曝光时(即对同一开口设置图形需长时间地曝光)，不需要对光调制元进行刷新(refresh)。图3CB的周边电路使用一SRAM类电路60sp1。它含有两个开关60s、60sb和一由二反相器对60i1a、60i1b组成的静态存储元。其操作类似于图3CA。图3CC的周边电路使用一非易失性存储器类电路60sp2。它含有一非易失性存储元(non-volatilememory，简称为NVM)60nvm和一开关60sp。其使用过程分为两步，即编程操作和曝光操作。在编程操作时(即在曝光前)，需将设置数据赋值到每个存储元60nvm中，该编程过程与一般存储器的编程没有两样，即将开关60sp接通，再在选址线42、设置数据线44上加上合适的电压，并由设置数据44决定存储元60nvm的阈电压。在曝光操作时，首先对电容50c0预放电。此时所有的选址线42、设置数据线44均置零且开关60sp接通。然后断开开关60sp，在选址线42和设置数据线44上加上合适的电压。如果存储元60nvm的阈电压为高，则存储元60nvm断开且电容50c0仍处于零电压；如果存储元60nvm的阈电压为低，则存储元60nvm接通且电容50c0则处于一高电压。相应地，光调制元的状态得到调制。
b.MEMS类光调制元MEMS类光调制元能直接调制其开口处的曝光强度。在其“ON”状态，因为曝光光路上无多余的媒介，曝光光强损失很小，故基于MEMS的光刻编程系统可以达到与常规光刻机相似的曝光生产率(throughput)。同时，MEMS结构直接将光线隔断，它对曝光光线的波长不甚敏感，故能很容易地使用在超紫外(DUV)、电子束、离子束等曝光设备中。MEMS结构的例子包括滑块、转子、铰链、卷帘式、数字微镜、数字光阀等。
1.滑块滑块是一易于制造的MEMS结构。图4AA-图4MD描述了多种平移光调制元(translational light-modulating cell，简称为T-LMC)。T-LMC的核心部分是一滑块51a。在图4A中，滑块51a处于“OFF”状态，即覆盖开口70；在图4B中，滑块51a处于“ON”状态，即远离开口70。它的四个角分别标志为WXYZ，它们的相对位置在移动过程中不变。
图4CA-图4GC描述了第一种T-LMC。它含有一悬浮滑块且其驱动力为电容性的。该种T-LMC的第一实施例由图4CA-图4CC表示。图4CA是其顶视图。除滑块51a外，它还含有二滑轨对(flange)51p1a/51m1a和51p1b/51m1b。这两滑轨对覆盖滑块51a的外边缘。在“OFF”状态，滑块51a滑到第一滑轨对51p1a/51m1a的位置；在“ON”状态，滑块51a滑到第二滑轨对51p1b/51m1b的位置。在“OFF”状态时沿BB′、CC′的截面图由图4CB、图4CC表示。滑块51a只能在衬底36表面上沿着y方向移动，其沿着x方向的运动受到滑轨对51p1a/51m1a、51p1b/51m1b的限制。滑轨对51p1a/51m1a、51p1b/51m1b的内表面覆盖有一层绝缘介质51b，它可防止滑块51a和滑轨对之间产生电接触。
图4DA-图4DC是该实施例的工艺流程图。首先，在衬底36上形成第一牺牲膜51s1和滑块膜51a。然后将它们刻蚀形成第一滑块堆51t1(图4DA)。滑块膜51a可以含有多晶硅或金属(如铝)。如使用多晶硅，牺牲膜51s1可由SiO2组成；如使用金属，牺牲膜51s1可由高分子化合物(如光刻胶)组成。接着在该第一滑块堆51t1上形成第二牺牲膜51s2，并将其平面化和光刻以形成第二滑块堆51t2。该第二牺牲膜51s2可以含有与第一牺牲膜51s1相同的材料(图4DB)。之后，淀积并刻蚀绝缘介质51b和滑轨膜51a，以形成滑轨对51p1a/51m1a(图4DC)。最后，在酸或等离子体环境下去掉牺牲膜51s1和51s2。这样，滑块51a与别的薄膜分离并能自由运动。
图4EA-图4EB是第一种T-LMC的其它几个实施例。在图4EA中，在滑轨对51p1a/51m1a的竖墙上形成一绝缘隔膜51c。它能够进一步提高滑轨对和滑块之间的电绝缘。在图4EB中，滑块51a的下表面有多个突起51d。它们可以减少滑块51a与衬底36之间的摩擦。其工艺流程是在淀积滑块膜51a之前，先将部分第一牺牲膜51s1各向同性地刻蚀掉以形成多个小坑。图4EC的实施例使用了梳式驱动(comb-drive)。在滑块51a上有二齿形电极51f1a、51f1b。它们可以增强滑块51a受到的容性驱动力。这样可以缩短滑块51a的移动时间以提高光刻系统的曝光生产率。很明显，图4EB中的突起和图4EC中的梳式驱动结合起来可以进一步提高曝光生产率。
图4F是图4CA-图4CC、图4EA-图4EC中T-LMC实施例的等效电路符号。每个滑轨对形成一驱动电容滑轨对51p1a/51m1a组成第一驱动电容50c1a；滑轨对51p1b/51m1b组成第二驱动电容50c1b。滑块51a由悬浮电极51a表示。在使用过程中，这两个驱动电容50c1a、50c1b最好互为反相，即如对其中的一驱动电容(如50c1a)进行充电，则需同时对另一驱动电容(如50c1b)进行放电，相应地，滑块51a被驱动至充电电容(如50c1a)处。图4GA为它的一周边电路。它使用DRAM类的电路并含有一开关61s和一反相器61i。图4GB-图4GC为静态电路。除了在两电容50c1a、50c1b之间增加了一反相器61i1a、61i1b(图4GB)或61i(图4GC)之外，这些周边电路与图3CA-图3CC中的周边电路类似。
图4HA-图4I表示第二种T-LMC。该种T-LMC含有一悬浮滑块，其驱动力包括电容性力和弹性力。图4HA是其第一实施例。其“OFF”状态的驱动力由电容51p2/51m2提供，其“ON”状态的驱动力是由一弹簧51sp产生的弹性力。该弹簧51sp的一端与滑块51a相连；另一端通过锚(anchor)51sa与衬底相连。当驱动电容被放电后，弹簧51sp的弹性力将滑块51a从开口70处拖开。图4HB是该种T-LMC的第二实施例。在该实施例中，梳式驱动被用来增加电容性的驱动力。图4I表示第二种T-LMC的等效电路符号。它由一电容50c2来代表并可以使用图3CA-图3CC中的周边电路。
图4JA-图4MD描述第三种T-LMC。与前两种T-LMC不同，该T-LMC的滑块与一外界电信号相接。它的驱动力是电容性的。它含有一滑轨对51e和两个相对的电极51p3、51m3(图4JA)。滑轨对51e将滑块51a的运动限制在y方向。图4JB是该实施例沿DD’的截面图。它含有一基座51g，它对滑块51a提供机械支持和电连接。为了减少摩擦，在滑块的下表面也可以使用突起(参见图4EB)。与别的T-LMC结构比较，该T-LMC中滑轨对51e的内表面不需要有绝缘介质。图4K表示该实施例的等效电路符号。它由两个串联的电容50c3a、50c3b组成，中间的端口对应于滑块51a。图4L是一DRAM类的周边电路，两个端口51p3和51m3分别接至VDD和GND。中间端口51a上的电压由设置数据44控制。类似地，也可以使用图3CB-图3CC中的静态周边电路。
图4MA-图4MD是图4JA-图4JB中T-LMC实施例的一工艺流程。与第一种T-LMC的流程(图4DA-图4DC)比较，在淀积第一牺牲膜51s1之前需形成基座51g。
2.转子图5A-图5EC描述多种平面内转动光调制元(in-plane rotational light-modulating cell，简称为IPR-LMC)。IPR-LMC的核心元件是一转子52a。它的四个角STUV沿一轴52b转动。在图5A中转子52a处于“OFF”状态，即它覆盖开口70；在图5B中，转子52a处于“ON”状态，即它从开口70处移走。
图5CA-图5CC表示第一种IPR-LMC。它含有一悬浮转子，且其驱动力是电容性的。转子52a被轴52b锚定在衬底36上，其两边有两个指形电极52f1a、52f1b。它们可用作电容50c4a、50c4b(分别由两个电极对52p1a/52m1a、52p1b/52m1b组成，见图5CA)中的悬浮电极。图5CB是悬浮转子52a与轴52b沿EE’截面图。滑轨52c可以限制转子52a在z方向上运动，其内表面上覆盖的绝缘介质52d将转子52a和转轴52b相互绝缘。图5CC表示该实施例的等效电路符号。当第一电容50c4a上有一电压而第二电容50c4b上无电压时，转子52a被驱动至第一电容50c4a处并覆盖开口70，IPR-LMC处于“OFF”状态；否则，IPR-LMC处于“ON”状态。该实施例的工艺流程与图4DA-图4DC中的工艺流程类似。
图5DA-图5DD描述第二种IPR-LMC。在此种IPR-LMC中，转子与一外界电信号相连接，其驱动力为电容性的。图5DA和图5DB的实施例使用直电极52p2、52m2，它们被包含在绝缘介质52d中，该绝缘介质52d能在转子52a与电极52p2、52m2接触时避免发生短接。图5DC表示该种IPR-LMC的第二实施例。其指形电极52f2a、52f2b与爪状电极52p2、52m2形成两个电容50c5a、50c5b。这些电容能为转子52a提供更大的驱动力。图5DD中表示该种IPR-LMC的一等效电路符号。该实施例的周边电路与第三种T-LMC的类似。
图5EA-图5EC描述了图5DA-图5DB中IPR-LMC实施例的工艺流程。首先在衬底36上形成第一牺牲膜52s1和转子膜52a，并将其刻蚀形成转子膜堆52t。接着进行一选择性过度刻蚀。该过度刻蚀只刻蚀牺牲膜52s1，而不刻蚀转子膜52a。它在转子膜52a下形成一沟槽(under-cut)(图5EA)。之后在此结构周围淀积第二牺牲膜52s2，并将其刻蚀且暴露一部分衬底36(图5EB)。接着形成滑轨膜52c和电极52m2。为了避免在电极52m2和转子52a之间发生短接，在电极52m2的边墙上形成绝缘间隔52d(图5EC)。
3.铰链图6AA-图6CB描述了多种平面外转动光调制元(out-of-plane rotationallight-modulating cell，简称为OPR-LMC)。其核心元件是一铰链53a。铰链53a绕一转轴53h转动。一卡钉(staple)53b将该转轴53h的运动限制为转动。该铰链53a的四个角分别被标为OPQR。在“OFF”状态，铰链53a位于衬底上并覆盖开口70(图6AA-图6AB)。在“ON”状态，铰链53a从开口70处移开。它可以处于两种位置a.它从其“OFF”状态在xz平面上绕转轴53h转90°(图6AC)；b.它从其“OFF”状态在xz平面上绕转轴53h转180°(图6AE)，边QR从边OP的右边转到左边(图6AD)。
图6BA-图6BC为OPR-LMC的第一实施例。图6BA是其顶视图，图6BB是沿I-I′的截面图。在该实施例中，铰链53a从其“OFF”状态到“ON”状态时绕转轴53h转～90°。铰链53a和卡钉53b均位于基座53c上。该基座53c同时为铰链53a提供电连接。在铰链53a两侧有两电极53p1、53m1。电极53p1除了可以为铰链53a提供驱动力外，还可限制铰链53a转动的角度。它含有一杆53ps和一臂53ar。臂53ar四周包有绝缘间隔53d。这样可以防止电极53p1和铰链53a接触时发生电短接。图6BC表示该实施例的一等效电路符号。它含有两个共享一电极53a的电容53c6a和53c6b，其周边电路与第三种T-LMC的类似。
该OPR-LMC实施例的工艺流程与第三种T-LMC类似。但在形成卡钉膜53b之后再形成第三牺牲膜53s3(图6BD)。接着在其中形成一通道孔并填充导电材料。经过另一图形转换形成电极53p1，最后将所有的牺牲膜去掉，这样将铰链与别的薄膜分离。
图6CA-图6CB描述OPR-LMC的第二实施例。图6CA是它的顶视图，图6CB是它沿JJ′的截面图。在此实施例中，铰链53a从“OFF”状态到“ON”状态时绕转轴53h转动～180°。其电极53p2、53m2有更对称的结构，且其周边电路类似于第一实施例。
4.卷帘式光调制元图7A-图7C表示一种卷帘式光调制元(roller-shade light-modulating cell，简称为RS-LMC)。在“OFF”状态，卷帘54a覆盖开口70并通过一凹槽54f固定在衬底36上(图7A)。在卷帘54a的上表面有一电阻54r。卷帘54a含有至少两层具有不同的热膨胀系数的薄膜54b和54c(图7B)。当卷帘54a被电阻54r加热后，由于两层膜54b和54c之间热膨胀系数的差别，卷帘54a被卷起，RS-LMC处于“ON”状态(图7C)。
卷帘54a的等效电路为一具有端口54p、54m的电阻54r(图7D)。在“ON”状态时，最好要在电阻54r中流过一直流电流。由于其驱动力是热电阻性的，RSB-LMC的周边电路与基于电容性驱动力的LMC稍有不同。图7EA表示其周边电路的第一实施例。与图3CA中的动态周边电路相比较，它将电容50c0换成PMOS 64s2和电阻54r。PMOS 64s2的栅电压控制通过电阻54r的电流。注意到，在该实施例中，当44为低时，RS-LMC变为“OFF”状态外，其操作与图3CA类似。同样地，它也可以使用图3CB-图3CC中的静态周边电路。图7EB描述周边电路的第二实施例。它使用了一非易失性存储元64nvm。该实施例的使用过程需要两步编程操作和曝光操作。编程操作时，存储元64nvm的编程数据由设置数据线44提供。同时可以将64g的电压抬高，这时支路开关64s4接通而64s5断开，这样可以保证编程电流不会流过电阻54r。在曝光操作时，存储元64nvm的状态直接决定通过电阻54r的电流。这时将64g接地，从而支路开关64s4断开而64s5接通，在选择线42和设置线44上加上适当的电压。如果存储元64nvm的阈值电压足够高的话，电阻54r上无电流流过；如果其阈值电压足够低，则电阻54r上有电流流过并将卷帘54a卷起。
5.反射型光调制元最近，反射型显示日趋成熟。两个典型例子是数字微镜(digital micro mirror)和数字光阀(digital light valve)。这些技术均可以用在OPM掩模版中。图8A-图8C描述各种反射型光调制元(reflective light-modulating cell，简称为R-LMC)。它含有一反射体55a，该反射体55a与四个弹簧臂55sp相连，这四个弹簧臂55sp通过锚55sa固定在衬底36上(图8A)。图8B-图8C是两个实施例的截面图。对于深紫外光刻机，反射体55a的上表面可以覆盖有相互交叉的硅-钼薄膜(interleaved Si-Mo layer)。第一实施例(图8B)使用一数字微镜55a1。通过调节两电极55p、55m上的电压，反射体55a可以产生不同角度的倾斜。如未倾斜(位置55A)，入射光会被直接反射回去；如有倾斜(位置55B)，入射光会反射到另一方向。第二实施例(图8C)使用一数字光阀55a2。这里，反射体55a是一薄膜，部分入射光被反射体55a反射，另一部分透过反射体55a并被衬底36或底电极55b反射。未加电压时，反射体55a处于位置55C；当底电极55b上加一电压时，反射体55a被吸引至位置55D而改变两个反射光之间的相位差。相应地改变反射光强。
如前所述，反射型光调制元也可以是液晶型的。反射型光调制元的一大优点是因为光线并不通过衬底，可以利用常规硅片制造光调制元的周边电路。同时，反射体55a可叠置在衬底的周边电路上，从而使光调制区(即反射体)的面积可以接近光调制元的面积。
c.发射型光调制元近来，各种发射型图像显示也在积极研发中。一个例子是竖腔表面发射激光(vertical-cavity surface emitting laser，简称为VCSEL)；另一例子是场致发光元(field-emission display)。这些技术也均可以用在OPM掩模版中。图9A-图9B表示发射型光调制元(emissive light-modulating cell，简称为E-LMC)的一个实施例。它的核心元件是一VCSEL元56a。它含有两个相对的电极56p、56m，两个相对的布拉格反射体56e、56f和p-i-n激光介质56c-56d。VCESL的等效电路是一二极管(图9B)，即一非线性电阻。它可以使用类似与RS-LMC中使用的周边电路，并可以形成在常规单晶硅或砷化镓等上。
d.三维光调制元三维光调制元(three-dimensional light-modulating cell，简称为3D-LMC)可以用来提高光调制元的密度。在三维光调制元中，MEMS结构分多层放置，它们能够相互重叠，因此能够减少开口之间的间隔，提高光调制元的密度。图10AA-图10AC、图10BA-图10BC的实施例分别描述了三维滑块和三维转子。
图10AA-图10AC描述一使用三维滑块的光调制元。为简便计，在这些图中只显示了核心MEMS结构，即滑块。图10AA中的两个相邻光调制元40x、40y均处于“OFF”状态。注意到，本发明书在此以前的光调制元实施例均只含一个滑块。在此实施例中，一个光调制元40x使用两个滑块51xa1-51xa2。它们从开口70x的上下两边合拢并将其完全覆盖。光调制元40y的结构与此相同。图10AB中的两个相邻光调制元40x、40y均处于“ON”状态。滑块51xa2离开开口70x并滑至其下方，滑块51ya1离开开口70y并滑至其上方。由于滑块51xa2和51ya1分别位于不同滑块层51B、51A，它们之间可以相互重叠(图10AC)。三维滑块能极大地减少开口之间的间隔So，从而提高光调制元的密度。
图10BA-图10BC描述一使用三维转子的光调制元。为简便计，在这些图中只显示了核心MEMS结构，即转子。图10BA中的两个相邻光调制元40x、40y均处于“OFF”状态。注意到，本发明书在此以前的光调制元实施例均只含一个转子。在此实施例中，一个光调制元40x使用四个转子52xa1-52xa4。它们从开口70x的四个角合拢并将其完全覆盖。光调制元40y的结构与此相同。图10BB中的两个相邻光调制元40x、40y均处于“ON”状态。转子52xa3、52xa4、52ya1、52ya2绕它们的各自转轴52xb3、52xb4、52yb1、52yb2转动～90°。由于转子52xa3、52xa4、52ya1、52ya2分别位于不同转子层52D、52C、52A、52B，它们之间可以相互重叠(图10BC)。三维转子也能极大地减少开口之间的间隔So，从而提高光调制元的密度。
C.周边电路的制造一般说来，OPM掩模版上的周边电路可以采用在液晶显示器工业中开发出来的、基于多晶硅或非晶硅的薄膜晶体管技术。我们也可以采用在SOI中开发出来的、基于单晶硅的晶体管技术。基于单晶硅的晶体管性能优于基于多晶或非晶硅的晶体管。图11A-图11D描述一种基于单晶的周边电路的工艺流程。该工艺的初始材料是一SOI硅片350SOI(图11A)。它含有衬底350s、氧化硅膜350o和硅薄膜350si。该SOI硅片350SOI有两个表面第一表面350us和第二表面350ls。在第一表面350us处将一石英衬底352与SOI硅片350SOI热粘合(图11B)。然后，从第二表面350ls将衬底350s研磨至氧化硅膜350o。这里氧化硅膜350o被用作研磨停止膜。之后，将氧化硅膜350o刻蚀掉，并暴露硅薄膜350si(图11C)。这样，在石英衬底352上形成一单晶硅薄膜350si。在此单晶硅薄膜350si上可采用常规工艺形成晶体管356t极其互连线358，以完成周边电路等(图11D)。当然，还可以使用别的一些在SOI中开发出来的技术，如smart-cut等，以在石英衬底352上形成一单晶硅薄膜350si。除了硅以外，还可以使用别的半导体材料作为周边电路的衬底材料。
D.OPM掩模版的测试在使用OPM掩模版时，由于其上图形需要经常变化，最好能在曝光现场对它进行测试，这样能保证它产生用户所期望的图形。图12AA-图12BB描述一种能进行现场测试的光刻编程系统。它含有一图象传感器(image sensor)30v。在设置OPM掩模版30t后，但尚未对目标载体(如硅片)22曝光之前，图象传感器30v被放入曝光光路中(图12AA)，且最好位于掩模版图形尚未被光具组缩小的位置。相应地，图象传感器可以使用较大图象传感元，这能提高信号精确度并降低传感器成本。将图象传感器30v产生的信号16v与设置信号16相比较，如果它们相符，则把图象传感器30v从曝光光路中移开，并对硅片22曝光(图12AB)；如不相符，则不对硅片22曝光，而应对OPM掩模版30t进行检查。
图12BA是OPM掩模版30t的一个设置图形。基于设置信号16，光调制元50sa’-50sd’的明暗度被相应地改变；开口定义面上的开口70sa’-70sd’定义硅片开口形状。图12BB是图象传感器30v的一个特例。它含有多个图象传感元70va’-70vd’以及周边电路16c。图象传感元70va’-70vd’可以采用常规的图象传感技术，如CCD、CMOS传感器等。周边电路16c将来自于图象传感元的信号转变为输出信号。在实际测试中，图象传感元70va’要与光调制元50sa’一一对准(图12AA)，并最好能包含掩模版开口(如70sa’)在图象传感器30v上形成的投影图形(如70pa’)。
E.OPM掩模版长时间曝光的承受力当对OPM掩模版进行长时间曝光时，它可能会导致光调制元过热。图13AA-图13BB描述一解决方案。在两次曝光过程20E1、20E2之间将光调制面38LAX平移一距离MD。这样，第一曝光光线20E1和第二曝光光线20E2通过同一光调制区50la3的不同区域41a、41b。因为光调制区50la3同一区域上的受光时间减少且受光间隔增加，其过热问题得以缓解。注意到，在两次曝光20E1、20E2时，开口定义面32固定不动。虽然光调制区50la3作了一位移MD，但它仍位于同一开口70la3下。相应地，硅片上的曝光图形不变。2.基于成熟OPM掩模版的深亚微米光刻编程借助光刻逻辑运算，可以将基于成熟技术的OPM掩模版(光调制元大小～5μm)应用到深亚微米光刻编程中。光刻逻辑运算将多个掩模图形(通过掩模版形成的图形)结合，从而形成硅片图形(硅片上的曝光图形)。光刻逻辑运算包括光刻“或”运算和光刻“与”运算。
图14A-图14C解释“或”型光刻系统的概念。图14A-图14B的图形是在曝光时分别投影到硅片上的图形，即掩模图形88AP、88BP；图14C的图形是显影后在硅片上形成的图形，即硅片图形88OLP。该曝光图形88OLP是第一和第二掩模图形88AP、88BP的合集。相应地，该运算被称为光刻“或”运算。图15A-图15BB是光刻“或”运算一个实施例。这里，掩模图形88AP、88BP来自一块掩模版88上的二掩模区88A’、88B’(图15A)。它使用一具有掩模版步进功能的曝光设备120O5(图15BA-图15BB)，即先对掩模区88A’曝光，在对掩模区88B’曝光。
图16A-图16C解释“与”型光刻系统的概念。图16A-图16B表示该“与”型光刻系统产生的第一和第二掩模图形88AP、88BP，图16C表示硅片图形88ALP。该硅片图形88ALP是第一和第二掩模图形88AP、88BP的并集。相应地，该光刻逻辑运算被称为光刻“与”运算。图17A-图17B表示“与”型光刻系统的二实施例。图17A是一透射“与”型光刻系统120A1。它使用二掩模版88A、88B，它们对来自光源26的光线滤光，只有掩模版88A和88B均为透明处才能在硅片22上曝光。图17B是一反射“与”型光刻系统120A2，只有掩模版88A和88B均可反射处才能在硅片22上曝光。
图18AA-图18AB描述多种基于“或”型光刻系统的深亚微米光刻编程。这里使用了两个OPM掩模版30Z、30W。每个OPM掩模版含有多个光调制元40z1-40z3、40w1-40w3。OPM掩模版30Z的光调制元40z2始终为暗，另外两个光调制元40z1、40z3可以编程(图18AA)；OPM掩模版30W的光调制元40w1、40w3始终为暗，另外一个光调制元40w2可以编程(图18AB)。在硅片上，光调制元40z1-40z3的图形与光调制元40w1-40w3的图形逐一对应并相互结合。虽然光调制元40z2始终为暗，但与之对应的、在另一OPM掩模版上的光调制元40w2可以对硅片上相应的开口编程，故硅片上所有开口都能编程。
在图18AA-图18AB中，光调制元40z2、40w1、40w3始终被设为暗。其实现方法很简单，即只要在开口定义面上不形成与之对应的开口。相应地，“始终为暗”光调制元不需要任何结构，其所占的区域可以用来容纳邻近光调制元的部件。邻近的光调制元由于占有更大面积，其设计和制造会更容易。
图18BA表示一液晶类OPM掩模版30LOX，其光调制元40la3可以延伸到邻近的“始终为暗”光调制元(如图18AA中的40z2)内。如它可以延伸到三个“始终为暗”光调制元的区域，则该液晶类光调制元的大小可以是硅片上开口周期Pwo的2R倍。对于0.25μm技术的2F开口来说，如采用常规的4x光刻系统，光调制元的尺寸可以大到4μm。在这些尺度下，光调制元的设计、制造已很成熟，且其性能稳定可靠。另一方面，由于硅片开口的形状可完全由开口定义面上开口70la3决定，它们可以很小并具有精细结构。图18BB表示一MEMS类OPM掩模版30MOX。类似地，它可以使用一较大的、更具有可制造性的移动元51a。
图18AA-图18BB使用了两张OPM掩模版30Z、30W。实际上，可以只使用一张OPM掩模版30Z就能在硅片形成所需的图形。图18CA-图18DC’描述了两种具体实施方案。这些方案基于多次、错位曝光。该方案也被称为交叉步进(interleaving stepping)。
图18CA-图18CC’的实施例基于掩模版错位技术。它类似于图20EA-图20EB的方案，只是掩模版88在这里是OPM掩模版30。在第一遍曝光80EA时，OPM掩模版30与光刻机的曝光孔径38A重合，并具有第一掩模图形30(80EA)(图18CA)。硅片22上的所有芯片38a-38d依次对第一掩模图形30(80EA)曝光(图18CB)。曝光后形成第一半开口78za-78zh(图18CC)，其状态由第一掩模图形30(80EA)决定。在第二遍曝光80EB开始前，OPM掩模版30相对于孔径38A发生一位移ΔS，即其原点从MO移到MO’。同时，它具有第二掩模图形30(80EB)(图18CA’)。经过第二遍曝光80EB后形成第二半所需的开口78za′-78zh′(图18CC’)，其状态由第二掩模图形30(80EB)决定。注意到，第一遍曝光80EA和第二遍曝光80EB开始时，硅片22的原点WO处于相同位置(图18CB’)。经过一次显影，硅片上形成所需的开口图形。
图18DA-图18DC’的实施例基于硅片错位技术。在第一遍曝光80EA时，OPM掩模版38具有第一掩模图形30(80EA)(图18DA)。硅片22上的所有芯片38a-38d依次对第一掩模图形30(80EA)曝光(图18DB)。曝光后形成第一半开口78za-78zh(图18DC)，其状态由第一掩模图形30(80EA)决定。在第二遍曝光80EB时，OPM掩模版30具有第二掩模图形30(80EB)(图18DA’)，并形成第二半所需的开口78za′-78zh′(图18DC’)，其状态由第二掩模图形30(80EB)决定。经过一次显影，在硅片上形成所需的开口图形。与图18CA-图18CC’相比，第一半开口78za′-78zh′和第二半开口78za-78zh互换位置。注意到，在每遍曝光时，OPM掩模版30无位移；但在每遍曝光开始时，硅片的原点发生一位移ΔS(从WO到WO’，ΔS最好为硅片开口周期Pw)。
图19AA-图19B描述多种基于“与”型光刻系统的深亚微米光刻编程。它有两个光调制面38X、38Y。在光调制面38X上的光调制区50x2始终为明，另外两个光调制区50x1、50x3可编程(图19AA)；光调制面38Y上的光调制区50y1、50y3始终为明，另外一个光调制区50y2可编程(图19AB)。在曝光过程中，两个光调制面38X、38Y相互对准，硅片图形通过光刻“与”运算形成(图19AC)。对于“始终为明”光调制区50x2来说，它们不调制曝光光线，因而不需要周边电路。相应地，其周边电路区域可以被邻近的光调制元使用。图19B表示一液晶类光调制面38LAX，其光调制区50ls3可以延伸到邻近“始终为明”光调制区的周边电路区域内。因此，其尺寸较大并易于制造。3.光刻编程系统的应用光刻编程系统可应用于制造光刻编程集成电路(litho-programmable IC，简称为LP-IC)。它还可以应用于常规掩模版和光盘母盘的制造中。
A.准OPM掩模版(QOPM)光刻编程系统可以用来制造常规掩模版，尤其是具有均匀大小和间距的开口类掩模版(如ROM、PGA等)。相应地，这种利用OPM掩模版生产的常规掩模版被称为准OPM掩模版(quasi-OPM，简称为QOPM掩模版)。图20A-图20C描述它的一种工艺流程。
图20A是一通过OPM掩模版制造QOPM掩模版的基本流程。它和IC中使用的常规光刻工艺类似。只是该光刻系统的目标载体不是硅片，而是涂有光胶的空白QOPM掩模版80SP。QOPM掩模版80SP含有多个QOPM单元39a-39p，每个单元对应于一次曝光时OPM掩模版的曝光区域。在光刻编程系统中，QOPM掩模版象硅片一样步进，并一一对OPM掩模版30曝光。在每次曝光时，OPM掩模版都要根据需要调整其设置图形。例如，在对QOPM单元39a的曝光80Ea过程中，OPM掩模版30有第一设置图形30(80Ea)，这时光调制元50sb处于“OFF”状态(图20BA)；在对QOPM单元39b的曝光80Eb过程中，OPM掩模版30有第二设置图形30(80Eb)，这时光调制元50sb’处于“ON”状态(图20BB)。经过多次曝光后，在QOPM掩模版上，位置72b处形成一开口；位置72b’处形成一开口(图20C)。注意到，这些开口72b’的形状由开口定义面的开口70sa-70sd、70sa’-70sd’决定。除了简单的步进外，在QOPM掩模版的制造过程中，还可以使用图18CA-图18DC’中的交叉步进。
由图20A-图20C可看出，OPM掩模版30上光调制元的周期Po分别是QOPM掩模版80SP上开口周期Pq的R倍。假设QOPM掩模版80SP使用同样的光刻系统对硅片曝光，那么Po将是硅片开口周期Pw的R2倍。通过“二次成像”(首先从OPM掩模版到QOPM掩模版，然后从QOPM掩模版到硅片)，从OPM掩模版到硅片的图形缩小比为R2。一般光刻系统的R为4-5，相应地，光调制元可以是Pw的16-25倍。譬如说，对于0.13μm技术，光调制元的尺寸可以接近～5μm甚至更大。在这种尺度下，光调制元的制造已非常成熟，性能也很稳定可靠。另一方面，QOPM掩模版上的开口尺寸为～1μm，这样大小的图形可用常规光学光刻机(i-line或g-line)来制造，同时还可以通过液晶类光调制元来成像(如在微显技术中使用的液晶显示)。相应地，QOPM掩模版可在一般加工厂中制造。其生产周期较短且用户仍有较大的编程自由度。这种利用OPM掩模版来制造QOPM掩模版的技术又称为准无掩模版光刻(pseudo-maskless lithography，简称为pML2)。pML2不失为LP-IC技术发展过程中的一具有很强可操作性的中间步骤。
B.光盘母盘光刻编程系统可以用来制造光盘母盘，其原理与QOPM掩模版类似。当然，其目标载体是光盘母盘86D。光盘母盘86D是圆环形的且其上信息轨道具有螺旋形，每圈螺旋的间隔为Ss(图21A)。它通过凹陷点的存在与否来区分逻辑“0”和“1”。
OPM掩模版30DM可以用来制造光盘母盘86D。其上光调制元50da-50dg组成弧形区域(图21BA-图21BB)。它能对一定弧度θ内的凹陷点进行曝光。在此实施例中，该弧度θ是90°。开口定义面上的开口70db、70df定义母盘上凹陷点的形状。类似于QOPM掩模版，涂有光胶的空白母盘86D在光刻系统中分步曝光。在对母盘的每次曝光时，OPM掩模版30DM都要调整其设置图形。在曝光80EM1时，OPM掩模版30DM上具有第一设置图形30DM(80EM1)(如光调制元50de处于“ON”状态)(图21BA)。此时对母盘单元86DA进行曝光。图21CA是母盘86D这时所处的角度和位置。在曝光80EM2时，OPM掩模版30DM具有第二设置图形30DM(80EM2)(图21BB)，同时对母盘单元86DB进行曝光。图21CB是母盘这时所处的角度和位置。相对于曝光80EM1，母盘86D绕其原点86O(80EM2)转动了弧度θ并平移了距离ΔS(ΔS的值最好为θ/360°×Ss)。在此实施例中，形成整个光盘母盘至少需要四次曝光。4.商业模式LP-IC可以采用因特网的商业模式。如图1AA、图35和图22A所示，用户12通过以媒介18将用户数据17传输到加工厂14。媒介18可以是光盘、硬盘，最好是因特网。在加工厂14中，硅片以流水线的形式在光刻编程系统20处曝光(如每小时均有一定数量的硅片被曝光)。一旦接受到新的定单，数据处理计算机15对用户数据17进行处理，产生相应的设置数据16。设置数据16被送至OPM掩模版并被“固化”到正在曝光的硅片(或别的目标载体)中。这样，用户12可以对正在加工厂中加工的硅片进行直接、远程、实时地进行控制。另一方面，这种因特网模式也可以用于其它工厂编程只读存储器(指在出厂前由加工厂或资料发行商将信息录入的只读存储器)，如电编程只读存储器等。唯一的区别是光刻编程系统20需被换成电编程系统。
对于常用或拥有者不希望用户直接接触源代码的文件，如版权资料(音乐、影视、图书等文件)，可将它们存放在加工厂14附近的数据库1ddb里。用户12只需提供所要文件的代码指针(pointer)1pa、1pc(如在加工厂的网页12t上点击所需文件的指针)，光刻编程系统的数据处理计算机15把所需文件1da、1dc从数据库1ddb中取出并转化为设置数据且将其“固化”到LP-IC中。这样，用户不会直接接触源文件。数据处理计算机15与数据库1ddb之间接口19的带宽一般远大于因特网18的带宽。通过减少因特网18上的数据传输量，可以减少数据传输时间。另一种减少数据传输时间的方法是对需传输的用户数据17进行压缩。显然，这种方案也适合与其它工厂编程只读存储器。
现有的ROM技术使用“硬”掩模版，一般只用来存储系统软件等“大众”信息。这些“大众”信息为大量用户使用，因而也就没有加密、解密的必要。随着光刻编程的实现，大量“个人”信息将存储在LP-ROM中。可以预期，对数据保密性有较高要求的用户希望对数据进行加密。图22BA-图22BC提供了一高保密LP-ROM。如图22BA所示，用户12首先在加密块4e处利用密钥7k对用户数据17加密，然后仅将加密数据17ed传输到加工厂14。加工厂在把这些数据“固化”到LP-ROM芯片9的过程中，对其内容一无所知。在收到芯片9之后，用户输入密钥7k并激活芯片9。故在生产过程中，密钥不以任何形式(在因特网18上或在加工厂14里)泻露给外人，从而能极大地提高信息的安全性。
除了在生产过程中希望对数据保密外，在使用过程中也希望对数据保密。最好解密引擎4d和密钥7k均能和LP-ROM集成在一个芯片上。三维只读存储器(3D-ROM)8在此处有明显的优势。其存储元101-103是高于衬底的电路00A，它不占衬底面积(图22BB)，因而其衬底00S上可以有数目众多的MOS晶体管5和非易失性存储元NVM7。这些晶体管和NVM可以分别用来形成一性能极强的片内解密引擎4d和片内密钥存储器7m(图22BC)。相应地，整个解密过程均在3D-ROM芯片9内进行。解密后的数据17o可以直接提供给3D-ROM芯片9的其余功能块9′，如D/A转换器等。使用这种商业模式，密钥在使用过程中不以任何形式透露给外人，因而能达到极高的信息安全性。
虽然以上说明书具体描述了本发明的一些实例，熟悉本专业的技术人员应该了解，在不远离本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明的形式和细节进行改动。这并不妨碍它们应用本发明的精神。光刻编程系统可以很容易地延伸到下一代光刻(如X光、电子束、粒子束)技术中。因此，除了根据附加的权利要求书的精神，本发明不应受到任何限制。
权利要求
1.一种光刻编程系统(30)，其特征在于含有一开口可编程掩模版(30)，所述开口可编程掩模版含有一含有至少一开口(70)的开口定义面(32)；一含有至少一个光调制元(40)的光调制面(38)，该光调制元(40)对通过该开口的曝光光线进行调制。
2.根据权利要求1所述的光刻编程系统，其特征还在于所述开口定义面(32)和所述光调制面(38)处于不同表面。
3.根据权利要求1所述的光刻编程系统，其特征还在于所述光调制元含有液晶类光调制元、MEMS类光调制元、发射型光调制元和三维光调制元中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的光刻编程系统，所述MEMS光调制元(40)含有以下(A)-(C)结构中的至少一种(A)滑块(51a)、转子(52a)、铰链(53a)、卷帘式(54a)、数字微镜(55a1)、数字光阀(55a2)等MEMS结构中的至少一种；(B)一电悬浮MEMS结构和/或一电短接MEMS结构；(C)一通过电容性力驱动的MEMS结构和/或一通过弹性力驱动的MEMS结构和/或一通过不同热膨胀系数而驱动的MEMS结构。
5.根据权利要求1所述的光刻编程系统，其特征还在于所述光调制元含有一周边电路(60)，该周边电路含有至少一晶体管(60s，61s，60nvm，64s1)且含有一动态电路(60dp)和/或一静态电路(60sp1，60sp2，60a2，60a3)。
6.根据权利要求1所述的光刻编程系统，其特征还在于所述开口可编程掩模版具有以下(A)-(C)特征中的至少一种(A)在第一次曝光(80EA)和第二次曝光(80EB)之间，所述开口可编程掩模版能改变其图形和与所述目标载体(22)的相对位置。(B)所述光调制面与所述开口定义面处于不同衬底上且其相对位置能被改变。(C)含有一对能所述开口可编程掩模版进行测试的图象传感装置(30v)。
7.根据权利要求1所述的光刻编程系统，其特征在于其目标载体(22)为一硅片，或一空白掩模版(80SP)，或一光盘母盘(86D)。
8.一种光刻编程只读存储器，其特征在于含有多个只读存储元(101-103)，所述只读存储元通过开口类图形代表数据，至少部分所述数据是加密的；一片内密钥存储器(7m)和一片内解密引擎(4d)，所述片内密钥存储器存储一密钥，所述片内解密引擎通过该密钥对所述加密数据进行解密。
9.一种工厂编程集成电路的订购方法，其特征在于包括如下步骤将一组用户数据(17)通过一媒介(18)送至一加工厂(14)，该组用户数据决定所述光刻编程集成电路中的至少一层光刻编程开口类图形，该媒介包括因特网、光盘、硬盘。
10.根据权利要求35所述的工厂编程集成电路订购方法，其特征还在于一用户(12)送出至少一个文件指针(1pa)，所述文件指针通过所述媒介送至该加工厂并指向一文件(1da)，该文件所在的数据库(1ddb)与该加工厂之间具有高速接口(19)。
全文摘要
本发明提出一种光刻编程系统及其应用。光刻编程系统通过提高掩模版的再使用率来降低光刻成本，其核心技术是开口可编程掩模版(OPM掩模版)。OPM掩模版根据来自用户的设置数据调制其明暗图形，从而将设置数据赋值到目标载体(如硅片、常规掩模版、光盘母盘)中。通过多遍错位曝光和/或两次成像，基于成熟技术的OPM掩模版(光调制元大小～5μm)能应用到深亚微米(～0.25μm)的光刻编程中。
文档编号G03F1/22GK1409171SQ0213135
公开日2003年4月9日 申请日期2002年9月29日 优先权日2001年10月2日
发明者张国飙 申请人:张国飙