DE10303040A1

DE10303040A1 - Device and method for maskless microlithography

Info

Publication number: DE10303040A1
Application number: DE10303040A
Authority: DE
Inventors: Ivo Rangelow; Tzwetan Ivanov; Peter Hudek; Olaf Fortagne
Original assignee: Vistec Electron Beam GmbH; Universitaet Kassel; Vistec Lithography Ltd
Current assignee: Vistec Electron Beam GmbH; Universitaet Kassel; Vistec Lithography Ltd
Priority date: 2002-03-21
Filing date: 2003-01-26
Publication date: 2003-10-02

Abstract

Es ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur maskenlosen Mikrolithographie offenbart. Es sind mehrere mikrostrukturierte Ausleger (2) in einem Array (26) angeordnet, und in jedem Ausleger (2) des Arrays (26) ist ein Aktuator integriert. Eine Spannungsversorgungs- und Kontrolleinheit (24) ist vorgesehen, die durch eine geeignete Spannung den Abstand des Auslegers (6) bezüglich einer zu strukturierenden Oberfläche (4) anpasst, und jede Nadelspitze (6) ist mit dieser Spannungsversorgungs- und Kontrolleinheit (24) verbunden. Zur Durchführung des Verfahrens werden mindestens ein Array (26) mit Auslegern (6), von denen jeder eine Nadelspitze (6) trägt, mit einer zu strukturierenden Oberfläche (4) derart zusammengebracht, dass die Nadelspitzen (6) nahe der zu strukturierenden Oberfläche (4) angeordnet sind.An apparatus and method for maskless microlithography is disclosed. A plurality of microstructured cantilevers (2) are arranged in an array (26), and an actuator is integrated in each cantilever (2) of the array (26). A voltage supply and control unit (24) is provided, which adjusts the distance of the cantilever (6) with respect to a surface (4) to be structured by means of a suitable voltage, and each needle tip (6) is connected to this voltage supply and control unit (24) , To carry out the method, at least one array (26) with cantilevers (6), each of which carries a needle tip (6), is brought together with a surface (4) to be structured in such a way that the needle tips (6) close to the surface to be structured ( 4) are arranged.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur maskenlosen Mikrolithographie. Im besonderen betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur maskenlosen Mikrolithographie mit einem mikrostrukturierten Ausleger, der an einem freien Ende eine Nadelspitze trägt. The present invention relates to a device for maskless microlithography. In particular, the invention relates to a device for maskless microlithography with a microstructured cantilever at one free end carries a needle point.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur maskenlosen Mikrolithographie. The invention further relates to a method for maskless microlithography.

Der Fortschritt in der Forschung und Entwicklung von mikroelektronischen Bauteilen hängt hauptsächlich von den Eigenschaften, den Fähigkeiten und der Flexibilität der mikrolithographischen Geräte ab. Der Fortschritt ist unter anderem in dem Bestreben zur Erzielung von immer feineren Strukturen und somit einer möglichst hohen Packungsdichte begründet. Die Lithographie in der Mikroelektronik ist ein technologischer Prozessschritt, bei dem das Muster in ein Aufzeichnungsmedium gezeichnet, bzw. projiziert wird. In der Regel ist der strahlungsempfindliche dünne Film ein Resist. In dem dünnen Film wird das gewünschte Muster des Bauteils geschrieben und die daraus resultierende Struktur im Medium wird als Maske bezeichnet, wobei Photonen, Elektronen, oder Ionen zum Schreiben verwendet werden. Während des Prozesses bzw. Schreibvorganges werden im Resist feine Linienmuster ausgebildet, die selektiv das darunter liegende Substrat gegen chemische oder physikalische Einwirkung in den nachfolgenden Prozessschritten, wie z. B. Ätzen, Metallisierung, Dotieren, Implantieren etc. schützen. The progress in research and development of microelectronic components depends mainly on the characteristics, skills and the Flexibility of microlithographic devices. The progress is among other things in that Strive to achieve ever finer structures and thus one if possible high packing density. Lithography in microelectronics is one technological process step in which the pattern in a recording medium is drawn or projected. As a rule, the radiation-sensitive is thin Film a resist. The desired pattern of the component is in the thin film is written and the resulting structure in the medium is called a mask referred to, using photons, electrons, or ions for writing become. During the process or writing process, the resist becomes fine Line patterns are formed that selectively oppose the underlying substrate chemical or physical influence in the subsequent process steps, such as B. protect etching, metallization, doping, implanting etc.

Die Verwendung von Elektronen in der Lithographie ist hauptsächlich auf das seriell arbeitende Direktschreiben auf Substrate oder die Master-Masken Fertigung für andere lithographische Projektionstechniken mit hauptsächlich hohem, parallelen Durchsatz beschränkt. The use of electrons in lithography is mainly due to that Serial direct writing on substrates or master mask production for other lithographic projection techniques with mainly high parallel throughput limited.

Die internationale Patentanmeldung WO 00/30146 beschreibt ein Verfahren und eine Anordnung zum Belichten eines Substrats. Dabei ist das Substrat mit einem aus N-Schichten bestehenden Resistsystem versehen, das mit einer Korpuskularstrahlung belichtet oder bearbeitet wird. Die Anordnung zur Belichtung der Bearbeitung besteht aus mehreren Kontaktspitzen, die durch ein Federelement mit den verschiedenen Schichten des Resistsystems in Kontakt gebracht werden. Dabei kontaktieren verschiedene Kontaktspitzen unterschiedliche Schichten des Resistsystems, um dadurch eine Aufladung der einzelnen Schichten während der Strukturierung durch die Korpuskularstrahlung zu verhindern. Dennoch erfolgt die Belichtung bzw. Bearbeitung des Substrats weiterhin über eine einzige Quelle der Korpuskularstrahlung, was für die Bearbeitung einer gesamten Wafer- oder Substratoberfläche zeitaufwendig ist. The international patent application WO 00/30146 describes a method and an arrangement for exposing a substrate. The substrate is with a Resist system consisting of N layers provided with a corpuscular radiation exposed or processed. The arrangement for exposure of the Machining consists of several contact tips by a spring element are brought into contact with the different layers of the resist system. Different contact tips contact different layers of the Resist system to thereby charge the individual layers during the To prevent structuring through the corpuscular radiation. Nevertheless, the Exposure or processing of the substrate continues via a single source of Corpuscular radiation, what for processing an entire wafer or Substrate surface is time consuming.

Der Artikel von Kathryn Wilder und Calvin F. Quante in Journal Vac. Sci. Technol. B 17(6), Nov/Dec 1999, Seiten 3256 bis 3261, offenbart eine Methode zur Lithographie, die einen Ausleger mit einem integrierten Transistor zur Steuerung des Belichtungsstroms umfasst. Die von einer mikrostrukturierten Spitze aufgrund von Feldemission ausgesendeten Elektronen wirken auf einen Resist aus organischem Polymer ein. Ein MOSFET ist auf dem Ausleger integriert und kontrolliert die von der Spitze ausgesendete Elektronendosis. Der Ausleger und die Spitze bilden die Senke des MOSFETs. The article by Kathryn Wilder and Calvin F. Quante in Journal Vac. Sci. Technol. B 17 (6), Nov / Dec 1999, pages 3256 to 3261, discloses a method for Lithography showing a cantilever with an integrated transistor to control the Exposure current includes. That of a microstructured tip due to Electrons emitted in the field act on an organic resist Polymer. A MOSFET is integrated and controlled on the boom the electron dose emitted from the tip. The boom and the tip form the sink of the MOSFET.

Die Nachteile des Standes der Technik sind, dass die Direktschreibverfahren und Vorrichtungen, die Elektronen verwenden, im Vergleich zu lithographischen Projektionstechniken zu langsam sind. Dennoch ermöglicht das Direktschreiben die Herstellung von Masken mit sehr hoher Auflösung, sehr guter Reproduzierbarkeit und ausgezeichnete, feine Strukturen, die für eine Kontrolle der Platzierung und Ausrichtung von Muster und Kanten besonders nützlich sind. The disadvantages of the prior art are that the direct writing method and Devices that use electrons compared to lithographic ones Projection techniques are too slow. Nevertheless, direct writing makes it possible the production of masks with very high resolution, very good Reproducibility and excellent, fine structures necessary for control the placement and alignment of patterns and edges are particularly useful.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der ein schnelles, sicheres und effizientes Direktschreiben auf einem Wafer oder einem Substrat möglich ist. The object of the invention is therefore to create a device with which is a fast, safe and efficient direct writing on a wafer or a substrate is possible.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung dadurch gelöst, dass mehrere mikrostrukturierte Ausleger in einem Array angeordnet sind, dass jeder Ausleger des Arrays einen bimorph, thermischen Aktuator, einen Piezowiderstandssensor und ein Heizelement enthält, und dass eine Spannungsversorgungs- und Kontrolleinheit vorgesehen ist, die mit der Nadelspitze, dem Heizelement und dem Piezowiderstandssensor verbunden ist und die Nadelspitze und das Heizelement geeignet bestromt und die am Piezowiderstandssensor erzeugte Spannung empfängt. The object is achieved with a device in that Several microstructured cantilevers are arranged in an array that each Cantilever of the array a bimorph, thermal actuator, a piezoresistive sensor and contains a heating element, and that a power supply and control unit is provided, which with the needle tip, the heating element and the piezoresistance sensor is connected and the needle tip and the heating element is suitably energized and that generated on the piezoresistive sensor Receives tension.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, das ein schnelles, sicheres und effizientes Direktschreiben ermöglicht. Dabei soll der Durchsatz von zu schreibenden Masken oder Wafern hoch sein. Another object of the invention is to provide a method that a enables fast, safe and efficient direct writing. The should Throughput of masks or wafers to be written.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gelöst, das die folgenden Schritte umfasst:

- Zusammenbringen mindestens eines Arrays mit Auslegern, von denen jeder eine Nadelspitze trägt, mit einer zu strukturierenden Oberfläche derart, dass die Nadelspitzen nahe der zu strukturierenden Oberfläche angeordnet sind.
- Einstellen und Regeln einer Phasenverschiebung der Ausleger in den Arrays mit einer Spannungsversorgungs- und Kontrolleinheit, wobei eine konstante Phasenverschiebung einem konstanten Abstand zwischen der an jedem Ausleger vorgesehenen Nadelspitze und der zu strukturierenden Oberfläche entspricht.
- Ausführen einer Relativbewegung zwischen dem mindestens einen Array mit Auslegern und der zu strukturierenden Oberfläche.
- Anlegen einer elektrischen Spannung an die Nadelspitze um dadurch ein elektrisches Feld zwischen der Nadelspitze und der zu strukturierenden Oberfläche auszubilden, und
- Steuern der Spannung in Abhängigkeit des auf der zu strukturierenden Oberfläche zu erzeugenden Musters.

According to the invention, the object is achieved by a method which comprises the following steps:

- Bringing together at least one array with cantilevers, each of which carries a needle tip, with a surface to be structured such that the needle tips are arranged close to the surface to be structured.
- Setting and regulating a phase shift of the cantilevers in the arrays with a voltage supply and control unit, a constant phase shift corresponding to a constant distance between the needle tip provided on each cantilever and the surface to be structured.
- Execution of a relative movement between the at least one array with cantilevers and the surface to be structured.
Applying an electrical voltage to the needle tip to thereby form an electric field between the needle tip and the surface to be structured, and
- Controlling the voltage depending on the pattern to be generated on the surface to be structured.

Die Vorrichtung zum Direktschreiben hat den entscheidenden Vorteil, dass die Vorrichtung dieser Erfindung ein Array aus Auslegern von Silizium umfasst. Die Ausleger sind mit mikroskopischen Herstellungsverfahren, also mikrostrukturiert, gefertigt. Jeder Ausleger besitzt eine Nadelspitze zur gattergesteuerten Feldemission in der Nähe seines freien Endes. Das Substrat ist als Anode aufzufassen und die Nadelspitze ist die Kathode. Die durch die Feldemission erzeugte Spotgröße auch dem Substrat kann durch das Verhältnis der Anodenspannung V_azu der Kathodenspannung V_k eingestellt werden. Die eine Elektronenquelle ist eine sogenannte Mikrokathode. Ferner besitzt jeder Ausleger eine Struktur zum Richten und Regeln der Ausleger und der von den Nadelspitzen ausgehenden Feldemission. Dabei ist das Richten und Regeln des von der Nadelspitze austretenden Elektronenstrahls und/oder der elektromagnetischen Energie zu verstehen, die an Nadelspitze der Feldemission anliegt. The direct writing device has the crucial advantage that the device of this invention comprises an array of cantilevers of silicon. The booms are manufactured using microscopic manufacturing processes, i.e. microstructured. Each boom has a needle tip for gated field emission near its free end. The substrate is to be regarded as an anode and the needle tip is the cathode. The spot size also generated by the field emission on the substrate can be adjusted by the ratio of the anode voltage V _a to the cathode voltage V _k . One electron source is a so-called micro-cathode. Each boom also has a structure for straightening and regulating the boom and the field emission from the needle tips. The aim is to direct and regulate the electron beam emerging from the needle tip and / or the electromagnetic energy which is present at the needle tip of the field emission.

Es ist besonders vorteilhaft, dass mehrere mikrostrukturierte Ausleger in einem Array angeordnet sind, wobei in jedem Ausleger des Arrays ein Aktuator integriert ist. Eine Spannungsversorgungs- und Kontrolleinheit ist vorgesehen, die durch eine geeignete Spannung den Abstand des Auslegers bezüglich einer zu strukturierenden Oberfläche anpasst. Jede Nadelspitze ist mit dieser Spannungsversorgungs- und Kontrolleinheit verbunden. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die Anordnung der Ausleger in dem Array als eine Reihe ausgebildet, und dass die Länge der Reihe etwa den Durchmesser des Wafers umfasst, der die zu strukturierende Schicht trägt. Zum Strukturieren der zu bemusternden Oberfläche des Substrats oder der Oberfläche des zweiten Wafers ist es erforderlich, dass mindestens ein Array mit Auslegern, von denen jeder eine Nadelspitze trägt mit der zu strukturierenden Oberfläche derart zusammengebracht werden, dass die Nadelspitzen nahe der zu strukturierenden Oberfläche angeordnet sind. Es werden Oszillationen der in Arrays angeordneten Ausleger erzeugt und der Abstand zwischen der an jedem Ausleger vorgesehenen Nadelspitze und der zu strukturierenden Oberfläche wird in geeigneter Weise geregelt bzw. bei einem konstanten Wert gehalten. Eine Relativbewegung zwischen dem mindestens einen Array mit den Auslegern und der zu strukturierenden Oberfläche ermöglicht eine Strukturierung der gesamten Oberfläche. In einer scannenden Bewegung wird die gesamte Oberfläche des zu bemusternden Substrats oder des zu strukturierenden Wafers überdeckt. Durch das Anlegen einer elektrischen Spannung an die Nadelspitze wird ein elektrisches Feld zwischen der Nadelspitze und der Oberfläche ausgebildet und die angelegte Spannung in Abhängigkeit des auf der Oberfläche zu erzeugenden Musters gesteuert und geregelt wird. Der Abstand der Nadelspitze des Auslegers zu der zu strukturierenden Oberfläche wird über die gemessene Phasenverschiebung eines jeden Auslegers angepasst. Wobei die Richtung des Schwingens der einzelnen Ausleger senkrecht zu der zu bemusternden oder strukturierenden Oberfläche eines Substrats oder eines Wafers ist. Die Phasenverschiebung ist ein Maß für den Abstand des Auslegers von der zu bemusternden oder strukturierenden Oberfläche. So ist es möglich, dass über die Spannungsversorgungs- und Kontrolleinheit die Phasenverschiebung auf einen konstanten Wert eingestellt werden kann, was wiederum einem konstanten Abstand des Auslegers zu der zu strukturierenden Oberfläche entspricht. It is particularly advantageous that several micro-structured cantilevers in one Arrays are arranged, with an actuator integrated in each arm of the array is. A power supply and control unit is provided, which by a suitable tension the distance of the cantilever with respect to a to be structured Adapts to the surface. Every needle tip is equipped with this and control unit connected. In a particularly advantageous Configuration, the arrangement of the cantilevers in the array is designed as a row, and that the length of the row comprises approximately the diameter of the wafer that carries the layer to be structured. To structure the samples to be sampled It is the surface of the substrate or the surface of the second wafer required at least one array with outriggers, each of which is a needle tip contributes to the surface to be structured in such a way that the needle tips are arranged close to the surface to be structured. Oscillations of the cantilevers arranged in arrays are generated and the Distance between the needle tip provided on each boom and the structuring surface is regulated in a suitable manner or with a kept constant value. A relative movement between the at least enables an array with the cantilevers and the surface to be structured a structuring of the entire surface. In a scanning motion becomes the entire surface of the substrate to be patterned or to be structured Wafers covered. By applying an electrical voltage an electrical field is applied to the needle tip between the needle tip and the Surface formed and the applied voltage depending on the on the Surface to be generated pattern is controlled and regulated. The distance of the Needle tip of the boom to the surface to be structured is over the measured phase shift of each boom adjusted. Whereby the Direction of swing of each boom perpendicular to that patterning or structuring surface of a substrate or a wafer. The phase shift is a measure of the distance of the boom from to patterning or structuring surface. So it is possible that over the Power supply and control unit the phase shift to one constant value can be set, which in turn is a constant distance corresponds to the surface to be structured.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figuren schematisch dargestellten Beispiele verdeutlicht. Dabei zeigen: The invention is described schematically below with reference to the figures illustrated examples. Show:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Auslegers im Wirkzusammenhang mit einer zu strukturierenden Oberfläche; Fig. 1 is a schematic side view of a bracket in operative connection with a surface to be structured;

Fig. 2 eine schematische Detailansicht der Nadelspitze zum Aussenden der durch Feldemission erzeugten Korpuskularstrahlung; Is a schematic detailed view of the needle tip of the corpuscular 2 for transmitting generated by field emission.

Fig. 3a ein schematischer Querschnitt der Nadelspitze bei einem ersten Verhältnis der Anodenspannung und der Kathodenspannung; Figure 3a is a schematic cross-section of the needle tip at a first ratio of the anode voltage and the cathode voltage.

Fig. 3b ein schematischer Querschnitt der Nadelspitze bei einem zweiten Verhältnis der Anodenspannung und der Kathodenspannung; Figure 3b is a schematic cross-section of the needle tip at a second ratio of the anode voltage and the cathode voltage.

Fig. 3c ein schematischer Querschnitt der Nadelspitze bei einem dritten Verhältnis der Anodenspannung und der Kathodenspannung; Figure 3c is a schematic cross-section of the needle tip in a third ratio of the anode voltage and the cathode voltage.

Fig. 4 eine Ansicht des Auslegers mit den auf dem Ausleger strukturierten Leitungen zur Steuerung und Kontrolle des Auslegers; Fig. 4 is a view of the boom with the structured on the boom and control lines for controlling the boom;

Fig. 5 eine Darstellung der Phasenverschiebung bei der Entfernung von der und der Annäherung an die zu strukturierende Oberfläche der swingenden Ausleger; Figure 5 is a representation of the phase shift at the distance from and approach to the surface to be patterned of the swinging arm.

Fig. 6 eine schematische Darstellung des Schichtaufbaus des Auslegers; Fig. 6 is a schematic representation of the layer structure of the boom;

Fig. 7 eine detaillierte Darstellung der Beschaltung des Auslegers mit der Spannungsversorgungs- und Kontrolleinheit; Fig. 7 is a detailed illustration of the circuitry of the boom with the power supply and control unit;

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Resonanz und der Phasenverschiebung eines Auslegers sowohl im Vakuum als auch in der Luft; Fig. 9 eine Darstellung der mit dem Piezowiderstandssensor gemessenen Spannung als Funktion der Frequenz, mit der der Ausleger vibriert oder schwingt; Figure 8 is a graphical representation of the response and the phase shift of a boom both in vacuum and in air. Fig. 9 vibrates a representation of the measured with the piezo-resistive sensor voltage as a function of frequency at which to vibrate the cantilever, or;

Fig. 10 eine Ausführungsform einer Reihenanordnung mehrerer Ausleger zur maskenlosen Mikrolithographie; und Fig. 10 shows an embodiment of a series arrangement of several boom for maskless microlithography; and

Fig. 11 eine perspektivische Darstellung einer Matrixanordnung mehrerer Ausleger zur maskenlosen Mikrolithographie. Fig. 11 is a perspective view of a matrix arrangement of several boom for maskless microlithography.

Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Auslegers 2 im Wirkzusammenhang mit einer zu strukturierenden Oberfläche 4 eines Substrats 5 (oder Wafers). Der Ausleger 2 besitzt an einem freien Ende 2a eine Nadelspitze 6, die zur gattergesteuerten Feldemission benutzt wird und in der Oberfläche 4 eine vorbestimmte Struktur 8 erzeugt. Die Nadelspitze 6 ist eine Mikrokathode und somit die Elektronenquelle für die Feldemission. Der Ausleger 2 ist mit einem Basisteil 16 verbunden. Fig. 1 is a schematic side view of a boom 2 in operative connection with a surface to be structured 4 of a substrate 5 (or the wafer). The boom 2 has at a free end 2 a a needle tip 6 , which is used for gate-controlled field emission and generates a predetermined structure 8 in the surface 4 . The needle tip 6 is a micro-cathode and thus the electron source for the field emission. The boom 2 is connected to a base part 16 .

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Detailansicht der Nadelspitze 6. Die Nadelspitze 6 besteht aus der Spitze 10 und einem Ring 12, der die Spitze 10 derart umgibt, dass die Spitze 10 teilweise aus dem Ring 12 herausragt. Fig. 2 shows a perspective detail view of the needle tip 6. The needle tip 6 consists of the tip 10 and a ring 12 which surrounds the tip 10 such that the tip 10 partially protrudes from the ring 12 .

Die Fig. 3a bis 3c zeigen einen schematischen Querschnitt der Nadelspitze 6 bei einem ersten Verhältnis der Anodenspannung und der Kathodenspannung. Wie bereits in Fig. 2 beschrieben, besteht die Nadelspitze 6 aus einem Ring 12 der die Spitze 10 umgibt. Die Kathodenspannung V_kliegt zwischen dem Ring 12 und der Spitze an. Dabei ist sie Kathodenspannung V_k liegt ständig an und die Anodenspannung V_a wird dann angeschaltet, wenn ein Elektronenstrahl E zum Schreiben auf dem Substrat oder der zu strukturierenden Oberfläche 4 benötigt wird. Wie aus Fig. 3a ersichtlich ist, beträgt bei einer Kathodenspannung V_k von 100 V und einer Anodenspannung V_a von 50 V die Spotgröße 26,4 nm. FIGS. 3a to 3c show a schematic cross section of the needle tip 6 at a first ratio of the anode voltage and the cathode voltage. As already described in FIG. 2, the needle tip 6 consists of a ring 12 which surrounds the tip 10 . The cathode voltage V _k is present between the ring 12 and the tip. It is at the cathode voltage V _k and the anode voltage V _a is switched on when an electron beam E is required for writing on the substrate or the surface 4 to be structured. As can be seen from FIG. 3a, the spot size is 26.4 nm with a cathode voltage V _k of 100 V and an anode voltage V _a of 50 V.

Fig. 3b ist ein schematischer Querschnitt der Nadelspitze 6 bei einem zweiten Verhältnis der Anodenspannung und der Kathodenspannung. Wie aus Fig. 3b ersichtlich ist, beträgt bei einer Kathodenspannung V_k von 100 V und einer Anodenspannung V_a von 100 V die Spotgröße 27,8 nm. FIG. 3b is a schematic cross-section of the needle tip 6 at a second ratio of the anode voltage and the cathode voltage. As can be seen from FIG. 3b, with a cathode voltage V _k of 100 V and an anode voltage V _a of 100 V, the spot size is 27.8 nm.

Fig. 3c ist ein schematischer Querschnitt der Nadelspitze 6 bei einem dritten Verhältnis der Anodenspannung und der Kathodenspannung. Wie aus Fig. 3c ersichtlich ist, beträgt bei einer Kathodenspannung V_k von 60 V und einer Anodenspannung V_a von 100 V die Spotgröße 33,9 nm. Fig. 3c is a schematic cross section of the needle tip 6 at a third ratio of the anode voltage and the cathode voltage. As can be seen from FIG. 3c, with a cathode voltage V _k of 60 V and an anode voltage V _a of 100 V, the spot size is 33.9 nm.

Fig. 4 ist eine Ansicht des Auslegers 2 mit den auf dem Ausleger strukturierten Leitungen 18a, 19a, 21a zur Steuerung und Kontrolle des Auslegers 2. In diesem Ausführungsbeispiel besitzt der Ausleger 2 eine Nadelspitze 6 für die Feldemission. Während des Schreibprozesses befindet sich die Nadelspitze 6 des Auslegers 2 nahe der zu strukturierenden Oberfläche 4 (siehe Fig. 1) des Aufzeichnungsmediums, das ein Wafer oder eine Maske für die Lithographie sein kann. Beim Schreibprozess schwingt bzw. vibriert der Ausleger 2 und somit auch die Nadelspitze 6, die freien Ende 2a des Auslegers 2 vorgesehen ist. Die Schwingungsfrequenz ist die Resonanzfrequenz (Grundfrequenz oder Eigenmoden hiervon) des Auslegers 2. Da sich die Nadelspitze 6 des Auslegers 2 extrem nahe der zu strukturierenden Oberfläche 4 des Substrats 5 befindet, ist die Resonanzfrequenz zum Teil von Van der Waals Kräften und/oder anderen zusätzlichen Kräften abhängig, die zu einer Dämpfung führen. Die Dämpfung ist von der Größe der wirkenden Kräfte abhängig, was zu einer Phasenverschiebung der Resonanzfrequenz führt. Es liegt somit zwischen der Resonanzfrequenz des Auslegers 2, der weit von der zu strukturierenden Oberfläche 4 entfernt ist und dem Ausleger 2 der sich nahe an der zu strukturierenden Oberfläche befindet, eine Phasenverschiebung vor. In der Realität ist es der Gradient dieser Kräfte, der zu der Phasenverschiebung der Resonanzfrequenzen des Auslegers 2 führt. Während sich der Abstand zwischen der Nadelspitze 6 und der Oberfläche 4 des Substrats 5 verändert, ändern sich auch diese Kräfte, und im Gegenzug verändert die Phasenverschiebung der Resonanzfrequenz des Auslegers 2. FIG. 4 is a view of the boom 2 with the lines 18 a, 19 a, 21 a structured on the boom for controlling and checking the boom 2 . In this embodiment, the boom 2 has a needle tip 6 for field emission. During the writing process, the needle tip 6 of the cantilever 2 is located near the surface 4 to be structured (see FIG. 1) of the recording medium, which can be a wafer or a mask for the lithography. During the writing process, the boom 2 vibrates and thus also the needle tip 6 , the free end 2 a of the boom 2 is provided. The oscillation frequency is the resonance frequency (fundamental frequency or eigenmodes thereof) of the boom 2 . Since the needle tip 6 of the cantilever 2 is extremely close to the surface 4 of the substrate 5 to be structured, the resonance frequency is partly dependent on Van der Waals forces and / or other additional forces which lead to damping. The damping depends on the magnitude of the acting forces, which leads to a phase shift of the resonance frequency. There is therefore a phase shift between the resonance frequency of the cantilever 2 , which is far away from the surface 4 to be structured, and the cantilever 2, which is located close to the surface to be structured. In reality, it is the gradient of these forces that leads to the phase shift of the resonance frequencies of the cantilever 2 . As the distance between the needle tip 6 and the surface 4 of the substrate 5 changes, these forces also change, and in turn the phase shift of the resonance frequency of the cantilever 2 changes .

Fig. 5 ist eine Darstellung der Phasenverschiebung bei der Entfernung und der Annäherung der am Ausleger 2 vorgesehenen Nadelspitze 6. Auf der x-Achse ist der relative Abstand der Nadelspitze 6 zu der zu strukturierenden Oberfläche 4 dargestellt. Auf der y-Achse ist die Phasenverschiebung bei der Annäherung bzw. der Entfernung aufgetragen. Eine erste Kurve 40 stellt die Entfernung der Nadelspitze 6 von der zu strukturierenden Oberfläche 4 dar. Befindet sich die Nadelspitze 6 in der Nähe der zu strukturierenden Oberfläche 4, so herrscht in diesem Fall z. B. eine Phasenverschiebung von ca. 40°. Bei dem in der graphischen Darstellung gezeigten relativen Nulldurchgang beginnt sich die Phasenverschiebung allmählich zu verringern und erreicht bei einem gewissen relativen Abstand den Wert von 0°. Bei der Annäherung der Nadelspitze 6 an die zu strukturierende Oberfläche 4 verbleibt die Phasenverschiebung bei 0° und springt bei einem Abstand in der Nähe des relativen Nulldurchgangs auf bis auf einen Betrag von -80° und stellt sich auf -40° ein. Der Bereich der ersten Kurve 40 der den wenig verrauschten Anstieg 40a aufweist kann zur Einstellung einer bestimmten Phasenverschiebung und somit eines bestimmten Abstandes zwischen der Nadelspitze 6 und der zu strukturierenden Oberfläche 4. FIG. 5 is a representation of the phase shift during the removal and the approach of the needle tip 6 provided on the boom 2 . The relative distance between the needle tip 6 and the surface 4 to be structured is shown on the x-axis. The phase shift on approach or distance is plotted on the y-axis. A first curve 40 represents the distance of the needle tip 6 from the surface 4 to be structured. If the needle tip 6 is in the vicinity of the surface 4 to be structured, B. a phase shift of about 40 °. With the relative zero crossing shown in the graph, the phase shift gradually begins to decrease and reaches the value of 0 ° at a certain relative distance. When the needle tip 6 approaches the surface 4 to be structured, the phase shift remains at 0 ° and jumps at a distance in the vicinity of the relative zero crossing to an amount of -80 ° and adjusts to -40 °. The area of the first curve 40 which has the little noisy rise 40 a can be used to set a certain phase shift and thus a certain distance between the needle tip 6 and the surface 4 to be structured.

Die Resonanzfrequenz bzw. die Phasenverschiebung des Auslegers 2 wird genau bestimmt und eine Spannungsversorgungs- und Kontrolleinheit 24 ermöglicht es in passender Art und Weise den Abstand zwischen der Nadelspitze 6 und der Oberfläche 4 des Substrats 5 anzupassen, so dass die Phasenverschiebung bei einer konstanten Größe gehalten wird. Als Ergebnis davon wird der Abstand zwischen der Substratoberfläche und der Nadelspitze 6 des Auslegers 2 bei einer konstanten Größe gehalten. Dieser Abstand muss genau überwacht bzw. einbestellt werden, um sicher zu stellen, dass nur das gewünschte Gebiet des Aufzeichnungsmediums auf der Oberfläche 4 des Substrats 5 der Elektronenstrahlung ausgesetzt ist und um eine Beschädigung oder einen Crash der Nadelspitze 6 mit der zu strukturierenden Oberfläche 4 zu vermeiden. Alternativ dazu können die Oszillationen des Auslegers 2 bestimmt werden. Diese Information kann verwendet werden, um den Abstand zwischen der Oberfläche 4 des Auszeichnungsmediums bzw. der Oberfläche 4 des Substrats 5 und der schreibenden Nadelspitze 6 des Auslegers 2 zu kontrollieren. The resonance frequency or the phase shift of the cantilever 2 is precisely determined and a voltage supply and control unit 24 enables the distance between the needle tip 6 and the surface 4 of the substrate 5 to be suitably adapted so that the phase shift is kept at a constant size becomes. As a result, the distance between the substrate surface and the needle tip 6 of the boom 2 is kept at a constant size. This distance must be closely monitored or ordered in order to ensure that only the desired area of the recording medium on the surface 4 of the substrate 5 is exposed to the electron radiation and to damage or crash the needle tip 6 with the surface 4 to be structured avoid. Alternatively, the oscillations of the boom 2 can be determined. This information can be used to control the distance between the surface 4 of the marking medium or the surface 4 of the substrate 5 and the writing needle tip 6 of the cantilever 2 .

Der Ausleger 2 (siehe Fig. 4) ist mit einem Piezowiderstandssensor 14 versehen detektiert, der direkt im Ausleger 2 eingebettet ist. Die Detektion erfolgt derart, dass sich der Widerstand und somit die Spannung am Piezowiderstandssensor 14 mit jeder Biegung des Auslegers 2 ändert. Die Änderungen des Widerstandes werden mit dem Piezowiderstandssensor 14 bestimmt und stellen ein Signal zur Verfügung, das auf die Phasenverschiebung des Auslegers 2 hindeutet. Diese Information wird über die Anschlüsse 21 und 22 einer Spannungsversorgungs- und Kontrolleinheit 24 zugeführt, um den Abstand zwischen der Nadelspitze 6 und der Oberfläche 4 des Substrats 5 einzustellen und zu regeln. Der Ausleger 2 ist mit einem Basisteil 16 versehen, auf dem ein elektrischer Anschluss 18 für die Nadelspitze 6 und eine Leiterbahn 18a von dem Anschluss 18 zur Nadelspitze 6 strukturiert ist. Auf dem Basisteil 16 ist ein elektrischer Anschluss 19 und 20 strukturiert, die beide mit einer Leiterbahn 19a verbunden sind, die ein Heizelement 15 mit einer Spannung versorgen. The boom 2 (see FIG. 4) is provided with a piezoresistive sensor 14 , which is embedded directly in the boom 2 . The detection is carried out in such a way that the resistance and thus the voltage at the piezoresistance sensor 14 changes with each bend of the arm 2 . The changes in the resistance are determined with the piezoresistive sensor 14 and provide a signal that indicates the phase shift of the arm 2 . This information is fed via the connections 21 and 22 to a voltage supply and control unit 24 in order to set and regulate the distance between the needle tip 6 and the surface 4 of the substrate 5 . The boom 2 is provided with a base part 16 on which an electrical connection 18 for the needle tip 6 and a conductor track 18 a from the connection 18 to the needle tip 6 is structured. On the base part 16 , an electrical connection 19 and 20 is structured, both of which are connected to a conductor track 19 a, which supply a heating element 15 with a voltage.

In bevorzugter Weise besitzt der Ausleger 6 einen Biegeabschnitt, der eine hohe mechanische Resonanzfrequenz besitzt, und einen Vibrationsabschnitt, der eine niedrigere mechanische Resonanzfrequenz besitzt. The boom 6 preferably has a bending section which has a high mechanical resonance frequency and a vibrating section which has a lower mechanical resonance frequency.

Der Ausleger 2 vibriert aufgrund eines bimorph, thermischen Aktuators 50, der in dem Ausleger 2 integriert ist oder Teil des Auslegers 2 ist. Der Aufbau des bimorph, thermischen Aktuators 50 ist in Fig. 6 schematisch beschrieben. Ein überlagertes AC (Wechselstrom)- und DC(Gleichstrom)-Signal wird an die in Fig. 5 dargestellten Anschlüsse 19 und 20 angelegt. Die Wechselstromkomponente verursacht die Vibration des Auslegers und die Gleichstromkomponente liefert einen Heizstrom für das Heizelement 15, wodurch eine Verbiegung des Auslegers 2 erzeugt wird. Hinzu kommt, dass mit einer bestimmten Spannung ein bestimmter Abstand des Auslegers 2 zu der strukturierten Oberfläche 4 des Substrats 5 eingestellt werden kann. Der im Ausleger 2 vorgesehene bimorph, thermische Aktuator 50 besteht aus drei Schichten. Die erste Schicht 30 ist aus Silizium (Si), die zweite Schicht 32 ist aus Siliziumdioxid (SiO₂) und die dritte Schicht 34 ist aus Aluminium (Al). Die Bewegung des freien Endes 2a des Auslegers 2 kann durch die Gleichung (1) beschrieben werden.

z_T = 3KΔTl² (Gleichung 1)

wobei K durch die Gleichung 2 berechnet wird.

The boom 2 vibrates due to a bimorph, thermal actuator 50 , which is integrated in the boom 2 or is part of the boom 2 . The structure of the bimorph, thermal actuator 50 is described schematically in FIG. 6. A superimposed AC (alternating current) and DC (direct current) signal is applied to the connections 19 and 20 shown in FIG. 5. The AC component causes the boom to vibrate and the DC component provides heating current to the heating element 15 , thereby causing the boom 2 to bend. In addition, a certain distance between the cantilever 2 and the structured surface 4 of the substrate 5 can be set with a certain voltage. The bimorphic thermal actuator 50 provided in the arm 2 consists of three layers. The first layer 30 is made of silicon (Si), the second layer 32 is made of silicon dioxide (SiO ₂ ) and the third layer 34 is made of aluminum (Al). The movement of the free end 2 a of the boom 2 can be described by equation (1).

z _T = 3KΔTl ² (equation 1)

where K is calculated by equation 2.

Dabei ist d die Dicke des verwendeten Materials, l die Länge des Auslegers 2, E der Youngs Modul und α der thermische Ausdehnungskoeffizient eines im Ausleger 2 verwendeten Materials. Der nachstehenden Tabelle sind die E-Module und die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der im Ausleger verwendeten Materialien zu entnehmen.

Here, d is the thickness of the material used, l the length of the boom 2 , E the Young's module and α the coefficient of thermal expansion of a material used in the boom 2 . The table below shows the moduli of elasticity and the thermal expansion coefficients of the materials used in the bracket.

In der Gleichung (2) fließen nur die thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Aluminium und Siliziumdioxid ein. Der Verzicht auf den thermischen Ausdehnungskoeffizienten führt in der Gleichung (2) zu einem vernachlässigbaren Fehler von ca. 3%. Only the thermal expansion coefficients of flow in equation (2) Aluminum and silicon dioxide. The waiver of the thermal Expansion coefficients lead to a negligible error in equation (2) of about 3%.

Fig. 7 zeigt eine detaillierte Darstellung der Beschaltung des Auslegers 2 mit der Spannungsversorgungs- und Kontrolleinheit 24, die im einzelnen aus einer Stromquelle 60, einem Spannungsgenerator 61, eine Phasensperrschaltung 62 und eine PID-Kontrollschaltung 63. Wie oben erwähnt ist der Ausleger 2 mit dem Heizelement 15 versehen, das bei Bestromung durch den im Ausleger integrierten bimorph, thermischen Aktuator 50, zu einer Verbiegung des Auslegers 2 führt. Der Piezowiderstandssensor 14 besitzt die zwei Anschlüsse 21 und 22, die mit der Phasensperrschaltung 62 der Spannungsversorgungs- und Kontrolleinheit 24 verbunden sind. Die Phasensperrschaltung 62 empfängt die vom Piezowiderstandssensor 14 gemessene Spannung, die ein Maß für die Verbiegung des bimorph, thermischen Aktuators 50. Ebenso empfängt die Phasensperrschaltung 62 eine Spannung vom Spannungsgenerator 61, der in der Spannungsversorgungs- und Kontrolleinheit 24 integriert ist. Der Spannungsgenerator 61 liefert ein Wechselstromsignal U_AC (siehe Gleichung 3)

U_AC(t) = U₀sin(ωt) Gleichung 3

an die in der Stromquelle 60 vorgesehene Wechselstromquelle 64. Die Phasensperrschaltung 62 liefert ein Signal an die PID-Kontrollschaltung 63. Die Stromquelle umfasst die Wechselstromquelle 64, die PID-Stromquelle 65 und eine Gleichstromquelle 66. Die Wechselstromquelle 64, die PID-Stromquelle 65und die Gleichstromquelle 66 liefern deren jeweiliges Stromniveau an einen Addierer 67. Der Addierer 67 ist mit dem elektrischen Anschluss 19 für das Heizelement 15 verbunden. Der zweite elektrische Anschluss 20 ist geerdet. Das Heizelement empfängt einen Strom wie in Gleichung 4 dargestellt.

I = I_AC + I_DC + I_PID Gleichung 4
FIG. 7 shows a detailed illustration of the connection of the cantilever 2 to the voltage supply and control unit 24 , which comprises a current source 60 , a voltage generator 61 , a phase lock circuit 62 and a PID control circuit 63 . As mentioned above, the boom 2 is provided with the heating element 15, the bimorph when current is supplied by the integrated in the boom, the thermal actuator 50, resulting in a bending of the cantilever. 2 The piezoresistance sensor 14 has the two connections 21 and 22 , which are connected to the phase lock circuit 62 of the voltage supply and control unit 24 . The phase lock circuit 62 receives the voltage measured by the piezoresistance sensor 14 , which is a measure of the deflection of the bimorph, thermal actuator 50 . Likewise, the phase lock circuit 62 receives a voltage from the voltage generator 61 , which is integrated in the voltage supply and control unit 24 . The voltage generator 61 supplies an alternating current signal U _AC (see equation 3)

U _AC (t) = U ₀ sin (ωt) equation 3

to the AC power source 64 provided in the power source 60 . The phase lock circuit 62 supplies a signal to the PID control circuit 63 . The power source includes the AC power source 64 , the PID power source 65, and a DC power source 66 . The AC power source 64 , the PID power source 65 and the DC power source 66 supply their respective current levels to an adder 67 . The adder 67 is connected to the electrical connection 19 for the heating element 15 . The second electrical connection 20 is grounded. The heating element receives a current as shown in Equation 4.

I = I _AC + I _DC + I _PID Equation 4

Der Ausleger 2 wird durch den bimorph, thermischen Aktuator 50 mit der Resonanzfrequenz (f_RES) mit einer Wechselspannung, die der halben Resonanzfrequenz (f_RES/2) entspricht, angetrieben. Die Gleichspannung führt zu einer Auslenkung des Auslegers 2 senkrecht zu der zu strukturierenden Oberfläche 4. Der Abstand des Auslegers 2 zu der zu strukturierenden Oberfläche 4 wird durch PID-Kontrollschaltung 63 geregelt und auf ein gewünschtes Niveau eingestellt (P = Proportional, I = Integrator, D = Differentiator). Der Piezowiderstand 14 liefert ein Ausgangssignal, das an den elektrischen Anschlüssen 21 und 22 abgegriffen wird. Das Ausgangssignal wird mit diesem Spannungsniveau verglichen, das dem gewünschten Abstand zwischen der Nadelspitze 6 und der Oberfläche 4 des Substrats 5 entspricht. Falls der Abstand, der durch die Vibrationsfrequenz des Auslegers 2 bestimmt ist, außerhalb des Bereichs ist, wird ein Fehlersignal erzeugt. Das Fehlersignal wird dann an die PID-Kontrollschaltung 63 der Spannungsversorgungs- und Kontrolleinheit 24 geliefert, die die Gleichstromkomponente des Signals anpasst. Dies wiederum erzeugt so lange eine Änderung des Abstandes zwischen der Nadelspitze 6 und der Oberfläche 4 des Substrats 5, bis das Fehlersignal Null ist. The cantilever 2 is driven by the bimorph, thermal actuator 50 with the resonance frequency (f _RES ) with an AC voltage which corresponds to half the resonance frequency (f _RES / 2). The DC voltage leads to a deflection of the cantilever 2 perpendicular to the surface 4 to be structured. The distance between the cantilever 2 and the surface 4 to be structured is regulated by PID control circuit 63 and set to a desired level (P = proportional, I = integrator, D = differentiator). The piezoresistor 14 supplies an output signal which is tapped at the electrical connections 21 and 22 . The output signal is compared with this voltage level, which corresponds to the desired distance between the needle tip 6 and the surface 4 of the substrate 5 . If the distance determined by the vibration frequency of the boom 2 is out of range, an error signal is generated. The error signal is then provided to the PID control circuit 63 of the power supply and control unit 24 , which adjusts the DC component of the signal. This in turn produces a change in the distance between the needle tip 6 and the surface 4 of the substrate 5 until the error signal is zero.

Fig. 8 ist eine graphische Darstellung der Resonanz und der Phasenverschiebung eines Auslegers sowohl im Vakuum als auch in Luft. Die erste Resonanz des Auslegers 2 in Luft zeigt gegenüber der eine Resonanz in Vakuum eine deutliche Verbreiterung um den Peak. Ferner ist die Lage des Peaks der Resonanz für den Ausleger in Luft zu einer niedrigeren Frequenz verschoben. Die deutliche Verbreiterung ist durch die Dämpfung der Luftmoleküle verursacht. Die Phasenverschiebung für den Ausleger 2 in Luft zeigt eine weniger scharfe Änderung der Phasenverschiebung im Bereich der Resonanzfrequenz als die Änderung der Phasenverschiebung für den Ausleger in Luft. Figure 8 is a graphical representation of the resonance and phase shift of a cantilever in both vacuum and air. The first resonance of the cantilever 2 in air shows a clear broadening around the peak compared to a resonance in vacuum. Furthermore, the position of the resonance peak for the boom in air is shifted to a lower frequency. The significant broadening is caused by the damping of the air molecules. The phase shift for the boom 2 in air shows a less sharp change in the phase shift in the region of the resonance frequency than the change in the phase shift for the boom in air.

Fig. 9 ist eine Darstellung der mit dem Piezowiderstandssensor gemessenen Spannung als Funktion der Frequenz, mit der der Ausleger 2 vibriert. Bei der Darstellung aus Fig. 8 wird dabei die Frequenz von der Grundresonanzfrequenz f₀bis über den dritten Eigenmode f₃ hinaus gescannt. Die Grundresonanzfrequenz f₀, der erste Eigenmode f₂, der zweite Eigenmode f₂ und der dritte Eigenmode f₃ zeichnen sich in der Funktion der Amplitude als scharfe Peaks aus. Den Peaks der Eigenmoden sind in der Funktion für die Phasenverschiebungen korrespondierende Peaks zugeordnet. Bei höheren Eigenmoden kann eine höhere Geschwindigkeit bei der Bearbeitung der zu strukturierenden Oberfläche 4 erzielt werden. Ebenso ist bei höheren Eigenmoden eine größere Empfindlichkeit und eine größere Kraftauflösung gegeben. FIG. 9 is a representation of the voltage measured with the piezoresistive sensor as a function of the frequency with which the boom 2 vibrates. In the illustration of FIG. 8 while the frequency of the fundamental resonance frequency f ₀ to about the third eigenmode f ₃ also scanned. The basic resonance frequency f ₀ , the first eigenmode f ₂ , the second eigenmode f ₂ and the third eigenmode f ₃ are characterized as sharp peaks in the function of the amplitude. Corresponding peaks are assigned to the peaks of the eigenmodes in the function for the phase shifts. With higher eigenmodes, a higher speed can be achieved when processing the surface 4 to be structured. Similarly, with higher eigenmodes there is greater sensitivity and greater force resolution.

Wie in Fig. 10 dargestellt ist, besteht die Vorrichtung zur maskenlosen Mikrolithographie aus einem Array 26 in dem die Ausleger 2 angeordnet sind. Das Array 26 wird aus Silizium hergestellt und mit einem mikrostrukturierenden Herstellungsverfahren gefertigt. Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform, ist das Array 26 der Ausleger 2 in einem ersten Wafer ausgebildet, der die gleiche Größe besitzt wie ein zweiter Wafer, in dem ein Muster aufgebracht werden soll. Um die gesamte Fläche des ersten Wafers zu überdecken, sind mehrere Arrays 26a, 26b, 26c, 26d,. . . mosaikartig auf der Oberfläche des ersten Wafers angeordnet. In Fig. 9 sind die mehreren Arrays 26a, 26b, 26c, 26d,. . . als gestrichelte Rahmen dargestellt. In einen zweiten Wafer soll mittels des lithographischen Verfahrens mit ein Muster eingebracht werden. Der erste und der zweite Wafer enthalten jeweils Halbleitergebiete, die kongruent zueinander sind. Wie bereits oben erwähnt, werden die Ausleger 2 in einer oder mehreren Reihen in jedem der Halbleitergebiete des ersten Wafers ausgebildet. Der erste und der zweite Wafer werden dann mit dem "Gesicht" zueinander zusammen gebracht. Dies bedeutet, dass sich die Nadelspitzen 6 der Ausleger 2 des ersten Wafers nahe zur Oberfläche 4 des zweiten Wafers befinden, wobei dieser zur Bemusterung durch von den individuellen Nadelspitzen 6 der Ausleger 2 austretenden Elektronen ausgewählt ist. Der zweite Wafer, der bestrahlt bzw. bemustert werden soll, wird dann in einer scannenden Art und Weise abgescannt und zwar derart, dass die Nadelspitzen 6 der Ausleger 2 des ersten Wafers die gesamte Oberfläche des zweiten Wafers beschreiben können und überdecken. Dies kann geschehen, wenn zwischen dem ersten und dem zweiten Wafer zum Erzeugen der scannenden Bewegung eine Relativbewegung ausgeführt wird. Im Falle eines Wafers mit 200 mm Durchmesser und bei einer Dichte der Nadelspitzen 6 von 20 Nadelspitzen/mm², sollten 600 000 einzelne Nadelspitzen in der mosaikartigen Anordnung der Arrays aktiv sein. Wohingegen die gesamte Bewegung des darunter liegenden zweiten Wafers während des Bestrahlungsprozesses etwa nur 1 mm in der x- und der y-Richtung beträgt. As shown in FIG. 10, the device for maskless microlithography consists of an array 26 in which the arms 2 are arranged. The array 26 is made of silicon and manufactured using a microstructuring manufacturing process. According to this preferred embodiment, the array 26 of the cantilever 2 is formed in a first wafer which is the same size as a second wafer in which a pattern is to be applied. In order to cover the entire area of the first wafer, several arrays 26 a, 26 b, 26 c, 26 d ,. , , arranged in a mosaic on the surface of the first wafer. In Fig. 9, the multiple arrays 26 a, 26 b, 26 c, 26 d ,. , , shown as a dashed frame. A pattern is to be introduced into a second wafer by means of the lithographic process. The first and second wafers each contain semiconductor regions that are congruent to one another. As already mentioned above, the cantilevers 2 are formed in one or more rows in each of the semiconductor regions of the first wafer. The first and second wafers are then brought together with the "face". This means that the needle tips 6 of the cantilevers 2 of the first wafer are located close to the surface 4 of the second wafer, this being selected for patterning by electrons emerging from the individual needle tips 6 of the cantilevers 2 . The second wafer, which is to be irradiated or patterned, is then scanned in a scanning manner in such a way that the needle tips 6 of the cantilevers 2 of the first wafer can write to and cover the entire surface of the second wafer. This can happen if a relative movement is carried out between the first and the second wafer to generate the scanning movement. In the case of a wafer with a diameter of 200 mm and with a density of the needle tips 6 of 20 needle tips / mm ² , 600,000 individual needle tips should be active in the mosaic-like arrangement of the arrays. Whereas the entire movement of the underlying second wafer during the irradiation process is only about 1 mm in the x and y directions.

Eine andere mögliche Anordnung der Ausleger 2 kann in einem schmalen Streifen begründet sein. Die in Reihe angeordneten einzelnen Ausleger 2 bilden somit einen Streifen, der sich zum Beispiel über den gesamten Durchmesser des zu bestrahlenden oder zu strukturierenden Wafers (dem zweiten Wafer) erstreckt. Während der Bestrahlung des Wafers vollzieht der Streifen zusätzlich eine weit reichende Bewegung, um somit während der Bestrahlung die gesamte Fläche des zweiten Wafers zu überstreichen. Eine weitere mögliche Anordnung wäre ein kleines quadratisches Segment (eine flächige Anordnung von mehreren Auslegern 2). Das Segment ist weitaus kleiner als der zu beschreibende zweite Wafer. Um den gesamten zweiten Wafer zu beschreiben, muss das Segment über größere Entfernungen entlang der x- und y-Koordinaten bewegt und kontrolliert werden. Another possible arrangement of the arms 2 can be based on a narrow strip. The individual cantilevers 2 arranged in series thus form a strip which extends, for example, over the entire diameter of the wafer to be irradiated or structured (the second wafer). During the irradiation of the wafer, the strip also performs a far-reaching movement in order to cover the entire area of the second wafer during the irradiation. Another possible arrangement would be a small square segment (a flat arrangement of several brackets 2 ). The segment is much smaller than the second wafer to be described. In order to write the entire second wafer, the segment must be moved and controlled over longer distances along the x and y coordinates.

Die Nadelspitzen 6 der Ausleger 2 können z. B. dahingehend genutzt werden, um über die Leiterbahn 18a ein starkes Feld an jede Nadelspitze 6 in der Anordnung der Arrays 2 anzulegen. Wenn Wasserdampf vorhanden ist, so kommt es zu einer Oxidation der obersten Schicht des zweiten Wafers. Die oberste Schicht oder Oberfläche des zweiten Wafers besteht zum Beispiel aus Silizium oder Chrom oder Titan. The needle tips 6 of the boom 2 can, for. B. can be used to create a strong field at each needle tip 6 in the arrangement of the arrays 2 via the conductor 18 a. If water vapor is present, the top layer of the second wafer is oxidized. The top layer or surface of the second wafer consists, for example, of silicon or chromium or titanium.

Ferner kann jede Nadelspitze 6 in der Anordnung der Arrays 24 benutzt werden, um das gewünschte Muster in eine Schicht aus weichem Material zu schreiben. Eine solche Schicht besteht z. B. aus einem dünnen Film aus Poly-methyl- metacrylat(PMMA). Furthermore, each needle tip 6 in the array of arrays 24 can be used to write the desired pattern in a layer of soft material. Such a layer consists, for. B. from a thin film of poly-methyl methacrylate (PMMA).

In einer weiteren Anwendung ist es notwendig, die Neutralposition der Ausleger 2 genau zu regeln. In Anbetracht, dass es Wellungen und/oder eine Topographie auf der Oberfläche des zweiten Wafers gibt, sind die Ausleger 2 derart ausgestaltet, dass sie sich um ein gewisses Maß biegen können. In a further application, it is necessary to precisely regulate the neutral position of the boom 2 . In view of the fact that there are corrugations and / or a topography on the surface of the second wafer, the cantilevers 2 are designed in such a way that they can bend to a certain extent.

Mit der Vorrichtung kann ein Verfahren durchgeführt werden, das die maskenlose Elektronenstrahllithographie auf einem Substrat bzw. einem Wafer mit z. B. einer Schicht aus einem Resist ermöglicht. Hierzu wird mindestens ein Array 24 von Auslegern 2 zur Verfügung gestellt, wobei am festen Basisteil 16 der Piezowiderstand 14 vorgesehen ist. Der Ausleger 2 ist in einem Siliziumwafer ausgebildet und jeder der Ausleger 2 verfügt über eine Nadelspitze 6 zur gattergesteuerten Feldemission, wobei die Nadelspitze 6 in der Nähe des freien Endes 2a des Auslegers 2 vorgesehen ist. Wie bereits in Fig. 5 beschrieben ist, ist im Ausleger der bimorph, thermische Aktuator 50 integriert. Die Ausleger 2 und der zweite Wafer oder Substrat, das den Resist umfasst, werden zusammengebracht, wobei die Nadelspitzen 6 der Ausleger 2 der zu strukturierenden Oberfläche 4 auf dem Substrat 5 (Wafer) gegenüberliegt. Die Oberfläche kann z. B. aus einer Schicht eines Resists gebildet sein. Zum Schreiben in der Oberfläche 4 wird das Array 24 der Ausleger 2 über die Oberfläche 4 des Substrats 5, das z. B. den Resist trägt, gescannt. Das schrittweise Scannen kann derart ausgestaltet sein, dass der die Ausleger 2 tragende erste Wafer und der den Resist tragende zweite Wafer entlang einer ersten Achse hin und her oszillieren. Die erste Achse ist z. B. die y-Achse eines kartesischen Koordinatensystems. Der erste, die Ausleger tragende Wafer und der den Resist tragende zweite Wafer werden entlang einer x-Achse fortbewegt, die im Allgemeinen senkrecht zur y-Achse ist. Zwischen der Nadelspitze 6 der Ausleger 2 und dem Resist tragenden zweiten Wafer fließt ein Feldelektronenstrom, der entsprechend dem auf dem zweiten Wafer herzustellenden Muster gesteuert unterbrochen werden kann. Die Schicht des Resists auf dem zweiten Wafer wird mit einer Vielzahl von ausgewählten lithographischen Mustern durch den Elektronenstrahl der Feldemission belichtet. With the device, a method can be carried out that the maskless electron beam lithography on a substrate or a wafer with z. B. allows a layer of a resist. For this purpose, at least one array 24 is provided by cantilevers 2 , the piezoresistor 14 being provided on the fixed base part 16 . The cantilever 2 is formed in a silicon wafer and each of the cantilevers 2 has a needle tip 6 for gate-controlled field emission, the needle tip 6 being provided in the vicinity of the free end 2 a of the cantilever 2 . As already described in FIG. 5, the bimorph thermal actuator 50 is integrated in the arm. The cantilevers 2 and the second wafer or substrate comprising the resist are brought together, the needle tips 6 of the cantilevers 2 being opposite the surface 4 to be structured on the substrate 5 (wafer). The surface can e.g. B. be formed from a layer of a resist. For writing in the surface 4 , the array 24 of the cantilever 2 over the surface 4 of the substrate 5 , the z. B. carries the resist, scanned. The step-by-step scanning can be configured in such a way that the first wafer carrying the cantilever 2 and the second wafer carrying the resist oscillate back and forth along a first axis. The first axis is e.g. B. the y-axis of a Cartesian coordinate system. The first cantilever wafer and resist second wafer are moved along an x-axis that is generally perpendicular to the y-axis. A field electron current flows between the needle tip 6 of the cantilever 2 and the resist-carrying second wafer, which can be interrupted in a controlled manner in accordance with the pattern to be produced on the second wafer. The layer of resist on the second wafer is exposed to a plurality of selected lithographic patterns by the electron beam of the field emission.

Während des Scannens sind die Nadelspitzen 6 für die Feldemission in der Nähe zur Oberfläche 4 des Substrats 5 bzw. des zweiten Wafers, der den Resist trägt. Damit sich die Ausleger 2 oder zumindest die freien Enden 2a der Ausleger 2 der Oberfläche 4 nähern erfolgt ein Verbiegen der Ausleger 2 und ein Bestimmen der jeweiligen wechselwirkenden Kräfte, um den Abstand zur Oberfläche zu kontrollieren und zu steuern. Hierzu wird eine piezoresistive Detektion verwendet. During the scanning, the needle tips 6 for the field emission are in the vicinity of the surface 4 of the substrate 5 or the second wafer which carries the resist. Thus, the arm 2, or at least the free ends 2a of the arm 2 of the surface 4 approach occurs bending of the cantilever 2 and determining the respective interacting forces to the distance to the surface to check and control. Piezoresistive detection is used for this.

Das Vibrieren der Ausleger 2 wird durch Anlegen einer Wechselspannung an ein thermisch, bimorphes Betätigungselement erreicht, das jedem Ausleger 2 zugeordnet ist. Die mit dem Piezowiderstand 14 detektierte Vibrationsfrequenz eines jeden Auslegers 2 dient zum Anpassen des Abstandes zwischen der Nadelspitze 6 des Auslegers 2 und der Oberfläche 4 des Substrats 5. Die Oszillationen bzw. die Richtung des Vibrierens der einzelnen Ausleger 2 ist senkrecht zu der zu bemusternden oder strukturierenden Oberfläche 4 eines Substrats 5 oder eines Wafers. Die Oszillationen der Ausleger 2 werden mittels des Piezowiderstandes 14, der im Ausleger 2 eingebettet ist, derart detektiert, dass sich deren Widerstand mit jeder Biegung des Auslegers 2 ändert. Der Widerstand des Piezowiderstandes 14 wird bestimmt und stellt ein Signal zur Verfügung, das auf die Resonanzfrequenz des Auslegers 2 hindeutet, wobei ein Rückkopplungssystem verwendet wird, um den Abstand zwischen der Nadelspitze 6 und der Oberfläche 4 des Resists oder der Oberfläche 4 Substrats 5 zu regeln. The vibration of the boom 2 is achieved by applying an alternating voltage to a thermal, bimorph actuating element which is assigned to each boom 2 . The vibration frequency of each cantilever 2 detected with the piezoresistor 14 serves to adjust the distance between the needle tip 6 of the cantilever 2 and the surface 4 of the substrate 5 . The oscillations or the direction of vibration of the individual cantilevers 2 is perpendicular to the surface 4 of a substrate 5 or a wafer to be patterned or structured. The oscillations of the cantilever 2 are detected by means of the piezoresistor 14 , which is embedded in the cantilever 2 , such that their resistance changes with each bend of the cantilever 2 . The resistance of the piezoresistor 14 is determined and provides a signal indicative of the resonant frequency of the cantilever 2 , using a feedback system to regulate the distance between the needle tip 6 and the surface 4 of the resist or surface 4 of substrate 5 ,

Man lässt die Ausleger 2 vibrieren, um den Abstand anzupassen. Dazu wird den Auslegern 2 ein Wechselspannungs-/Gleichspannungssignal in einem thermisch, bimorphen Aktuatorelement überlagert, das an dem Ausleger 2 angebracht ist. Die Widerstandsmessung ist an den Widerstand des Piezowiderstandes 14 gekoppelt, um den Widerstand zu messen und ein Signal zu erzeugen, das den Oszillationen der Ausleger 2 entspricht. Das bimorphe Aktuatorelement wird zum Erzeugen der Oszillationen der Ausleger 2 verwendet. The boom 2 is allowed to vibrate to adjust the distance. For this purpose, the arms 2 is superimposed on an AC / DC voltage signal in a thermal bimorph actuator, which is attached to the boom. 2 The resistance measurement is coupled to the resistance of the piezoresistor 14 in order to measure the resistance and to generate a signal which corresponds to the oscillations of the cantilever 2 . The bimorph actuator element is used to generate the oscillations of the arms 2 .

An jeder Nadelspitze 6 wird eine elektrische Vorspannung zur Feldemission angelegt. Anschließend erfolgt ein Unterbrechen des elektrischen Feldes. Das entsprechend der zu schreibenden Daten wird das elektrische Feld in entsprechender Weise angeschaltet und unterbrochen, wodurch die Resistschicht veranlasst wird eine Vielzahl von entworfenen lithographischen Mustern in einem Medium auf der Oberfläche 4 des Substrats 5 auszubilden. An electrical bias for field emission is applied to each needle tip 6 . The electrical field is then interrupted. The electric field is switched on and interrupted accordingly in accordance with the data to be written, as a result of which the resist layer is caused to form a multiplicity of designed lithographic patterns in a medium on the surface 4 of the substrate 5 .

Fig. 11 zeigt eine perspektivische Teilansicht einer Anordnung von mehreren Arrays 26 in einem hoch auflösenden/mikrolithographischen System in, auf oder von einem Silizium Wafer hergestellt. Die einzelnen Arrays sind durch Stege 28 des Silizium-Wafers von einander getrennt. Jeder Ausleger 2 umfasst einen gattergesteuerten Emitter für die Feldemission (Quelle für Elektronen mit einem sehr engen Energieband) in der Nähe des freien Endes 2a des Auslegers 2. Der gattergesteuerte Feldemitter ist eine Nadelspitze 6. Jeder gattergesteuerte Feldemitter ist über Durchgänge 29 in den Stegen 28 des Wafers elektrisch mit einer Spannungsversorgungs- und Kontrolleinheit 24 verbunden. Fig. 11 is a partial perspective view showing an arrangement of plural arrays 26 in a high-resolution / microlithographic system in, on or from a silicon wafer produced. The individual arrays are separated from one another by webs 28 of the silicon wafer. Each arm 2 comprises a gate-controlled emitter for field emission (source for electrons with a very narrow energy band) in the vicinity of the free end 2 a of the arm 2 . The gate-controlled field emitter is a needle tip 6 . Each gate-controlled field emitter is electrically connected to a voltage supply and control unit 24 via passages 29 in the webs 28 of the wafer.

Die Anordnung des Arrays 26 der Ausleger 2, und mit den auf den Auslegern integral ausgeformten gattergesteuerten Emittern für die Feldemission, ist über dem zweiten Wafer (Substrat) angeordnet, der durch die von den Emittern austretenden Elektronen bemustert werden muss. The arrangement of the array 26 of the cantilevers 2 , and with the gate-controlled emitters for field emission which are integrally formed on the cantilevers, is arranged above the second wafer (substrate), which must be patterned by the electrons emerging from the emitters.

Die Anordnung des Arrays der Ausleger 2 wird über den zweiten Wafer (Substrat) verfahren, wobei ein Adressgitter von 1 nm oder kleiner verwendet wird. Bevorzugter Weise erfolgt das Verfahren in einer einem Raster ähnlichen Art und Weise. Die individuelle Spannungsversorgungs- und Kontrolleinheit 24 werden derart betrieben, dass der Strom der Feldemission oder das elektrische Feld am der Nadelspitze 6 für die gattergesteuerte Feldemission eines Auslegers 2 mit einer hohen Frequenz (2-10 MHz) kontrolliert wird. The arrangement of the array of arms 2 is moved over the second wafer (substrate), an address grid of 1 nm or smaller being used. The method is preferably carried out in a manner similar to a grid. The individual voltage supply and control unit 24 are operated in such a way that the current of the field emission or the electric field at the needle tip 6 is controlled with a high frequency (2-10 MHz) for the gate-controlled field emission of a cantilever 2 .

Die durch Feldemission freigesetzten Elektronen werden verwendet, um ein Muster in einen für Elektronen empfindlichen Resist zu schreiben, der auf der Oberfläche 4 des Substrats 5 aufgebracht ist (im Falle der herkömmlichen Maskenlithographie) oder direkt auf der Oberfläche des Wafers selbst (im Falle der maskenlosen Lithographie). The electrons released by field emission are used to write a pattern in an electron sensitive resist applied to the surface 4 of the substrate 5 (in the case of conventional mask lithography) or directly on the surface of the wafer itself (in the case of the maskless one) Lithograph).

Mit einem Ausleger 6, der mit einer Frequenz von 2 MHz schwingt und einer Scangeschwindigkeit von 100 mm/s, kann eine Fläche von 1 mm² in 200 Sekunden bemustert werden. With a cantilever 6 , which oscillates at a frequency of 2 MHz and a scanning speed of 100 mm / s, an area of 1 mm ² can be sampled in 200 seconds.

Mit einer Anordnung von 20 Proben pro mm² kann eine Fläche von 1 mm² in 10 Sekunden beschrieben werden. Werden 10000 Ausleger in einem Array verwendet, ist es möglich einen 200 mm Wafer mit einer Fläche von 3 × 10⁴ mm² mit einer Schreibdauer von 10 Minuten zu bemustern. With an arrangement of 20 samples per mm ² , an area of 1 mm ^{2 can be written} in 10 seconds. If 10,000 cantilevers are used in an array, it is possible to sample a 200 mm wafer with an area of 3 × 10 ⁴ mm ² with a writing time of 10 minutes.

Falls die gattergesteuerte Feldemission mit einem hohen Strom verwendet wird, was es ermöglicht mit einer veränderbaren Spotgröße (z. B. 30 bis 150 nm²) zu arbeiten, wird die Schreibdauer (oder die Anzahl der schreibenden Ausleger) pro Wafer erheblich reduziert werden können. If the gated field emission is used with a high current, which makes it possible to work with a variable spot size (e.g. 30 to 150 nm ² ), the writing time (or the number of writing cantilevers) per wafer can be reduced considerably.

Die Erfindung wurde in Bezug auf eine besondere Ausführungsform beschrieben. Es ist einem Fachmann jedoch klar, dass Abwandlungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen. Bezugszeichenliste 2 Ausleger
2a freies Ende
4 Oberfläche
5 Substrat
6 Nadelspitze
8 Struktur
10 Spitze
12 Ring
14 Piezowiderstandssensor
15 Heizelement
16 Basisteil
18 Anschluss
18a Leiterbahn
19 Anschluss
19a Leiterbahn
20 Anschluss
21 Anschluss
22 Anschluss
24 Spannungsversorgungs- und Kontrolleinheit
26 Array
28 Stege
29 Durchgänge
30 erste Schicht
32 zweite Schicht
34 dritte Schicht
40 erste Kurve
41 zweite Kurve
50 bimorph, thermischer Aktuator
60 Stromquelle
61 Spannungsgenerator
62 Phasensperrschaltung
63 PID-Kontrollschaltung
64 Wechselstromquelle
65 PID-Stromquelle
66 Gleichstromquelle
67 Addierer
The invention has been described in relation to a particular embodiment. However, it is clear to a person skilled in the art that modifications and modifications can be carried out without leaving the scope of the claims. LIST OF REFERENCE NUMERALS 2 Extensions
2 a free end
4 surface
5 substrate
6 needle tip
8 structure
10 top
12 ring
14 Piezo resistance sensor
15 heating element
16 base part
18 connection
18 a conductor track
19 connection
19 a conductor track
20 connection
21 connection
22 connection
24 Power supply and control unit
26 array
28 bridges
29 runs
30 first shift
32 second layer
34 third layer
40 first curve
41 second curve
50 bimorph, thermal actuator
60 power source
61 voltage generator
62 Phase lock circuit
63 PID control circuit
64 AC power source
65 PID power source
66 DC power source
67 adders

Claims

1. A device for maskless microlithography with a microstructured cantilever (2) (a 2) carrying at a free end of a needle tip (6), characterized in that a plurality of microstructured boom (2) are arranged in an array (26) that each arm ( 2 ) of the array ( 26 ) contains a bimorph, thermal actuator ( 50 ), a piezoresistance sensor ( 14 ) and a heating element ( 15 ), and that a voltage supply and control unit ( 24 ) is provided which is connected to the needle tip ( 6 ), the heating element ( 15 ) and the piezoresistance sensor ( 14 ) is connected and the needle tip ( 6 ) and the heating element ( 15 ) are suitably energized and receive the voltage generated at the piezoresistance sensor ( 14 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that the needle tip ( 6 ) from a tip ( 10 ) and a ring ( 12 ) is constructed, and that a cathode voltage V _k is present between the ring ( 12 ) and the tip ( 10 ) that acts as stand-by tension.

3. Device according to claim 2, characterized in that the ratio of the cathode voltage V _k and an anode voltage V _a is a spot size of an electron beam (E) on a surface to be structured (4) controls.

4. The device according to claim 1, characterized in that the voltage supply and control unit ( 24 ) from a current source ( 60 ), a voltage generator ( 61 ), a phase lock circuit ( 62 ) and a PID control circuit ( 63 ) is constructed, the Power source ( 60 ) comprises an AC power source ( 64 ), a PID power source ( 65 ) and a DC power source ( 66 ).

5. The device according to claim 1, characterized in that the phase lock circuit ( 62 ) receives the voltage measured by the piezoresistance sensor ( 14 ) and the phase lock circuit ( 62 ) receives a voltage from the voltage generator ( 61 ) and the phase lock circuit ( 62 ) delivers a signal to the PID Control circuit ( 63 ) and the PID control circuit ( 63 ) in turn supplies a signal to the PID current source ( 65 ) which is provided in the current source ( 60 ) and the voltage generator ( 61 ) supplies an alternating current signal to the alternating current source ( 64 ), which is provided in the power source ( 60 ).

6. The device according to claim 5, characterized in that in the current source ( 60 ) an adder ( 67 ) is provided, which the current of the AC source ( 64 ), the current of the PID current source ( 65 ) and the current of the DC source ( 66 ) merges and is connected to the heating element ( 15 ) via an electrical connection ( 19 ).

7. The device according to claim 1, characterized in that the voltage supply and control unit ( 24 ) determines the phase shift of the boom ( 2 ), and that the voltage supply and control unit ( 24 ) the distance between the needle tip ( 6 ) and the to be structured Adapts surface ( 4 ) of the substrate ( 5 ) and keeps it constant, the phase shift being kept at a constant size.

8. The device according to claim 1, characterized in that the surface to be structured ( 4 ) represents the surface of a wafer, which is coated with a layer of an agent to be structured.

9. The device according to claim 7, characterized in that the arrangement of the cantilevers ( 2 ) in an array ( 26 ) is designed as a row, and that the length of the row comprises approximately the diameter of the wafer which carries the layer to be structured.

10. The device according to claim 7, characterized in that the arrangement of the arms ( 2 ) in the array ( 26 ) is designed as a flat matrix arrangement.

11. The device according to claim 10, characterized in that a plurality of flat matrix arrangements of the cantilever ( 2 ) in the array ( 26 ) are arranged in a mosaic, and that the mosaic-like arrangement corresponds approximately to the surface of the surface to be structured ( 4 ) of the second wafer or substrate equivalent.

12. The device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the boom ( 2 ) with structured lines ( 18 a and 19 a) for controlling and monitoring the boom ( 2 ) is provided and that each boom ( 2 ) with a Base part ( 16 ) is provided, on which several electrical connections ( 19 , 20 , 21 , 22 ) are structured.

13. Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the bimorph, thermal actuator ( 50 ) is constructed from three layers, wherein a first layer ( 30 ) is made of silicon (Si), a second layer ( 32 ) consists of silicon dioxide (SiO ₂ ) and a third layer ( 34 ) of aluminum (Al).

14. The device according to claim 1, characterized in that arrangement of a plurality of arrays ( 26 ) is formed in a silicon wafer, the individual arrays ( 26 ) being separated from one another by webs ( 28 ) made of silicon, and in that through passages ( 29 ) the connection to the voltage supply and control unit ( 24 ) is established in the webs.

15. A method for maskless microlithography comprising the following steps:

- Bringing together at least one array ( 26 ) with cantilevers ( 2 ), each of which carries a needle tip ( 6 ), with a surface ( 4 ) to be structured such that the needle tips ( 6 ) are arranged close to the surface ( 4 ) to be structured .

- Setting and regulating a phase shift of the boom ( 2 ) in the arrays ( 26 ) with a voltage supply and control unit ( 24 ), wherein a constant phase shift is a constant distance between the needle tip ( 6 ) provided on each boom ( 2 ) and the one to be structured Surface ( 4 ) corresponds to

- Executing a relative movement between the at least one array ( 26 ) with cantilevers ( 2 ) and the surface ( 4 ) to be structured,

- Applying an electrical voltage to the needle tip ( 6 ) to thereby form an electric field between the needle tip and the surface ( 4 ) to be structured, and

- Controlling the voltage as a function of the pattern to be generated on the surface ( 4 ) to be structured.

16. The method according to claim 15, characterized in that the distance of the needle tip ( 6 ) of the boom ( 2 ) to the surface to be structured ( 2 ) by means of a heating element ( 15 ) provided in the boom ( 2 ) is changed by energization and wherein in Boom ( 2 ) a bimorph, thermal actuator ( 50 ) is integrated.

17. The method according to claim 15, characterized in that the voltage supply and control unit ( 24 ) from a current source ( 60 ), a voltage generator ( 61 ), a phase lock circuit ( 62 ) and a PID control circuit ( 63 ) is constructed, wherein the current source ( 60 ) comprises an AC power source ( 64 ), a PID power source ( 65 ) and a DC power source ( 66 ).

18. The method according to claim 15, characterized in that the phase lock circuit ( 62 ) receives the voltage measured by the piezoresistance sensor ( 14 ) and the phase lock circuit ( 62 ) receives a voltage from the voltage generator ( 61 ) and the phase lock circuit ( 62 ) delivers a signal to the PID - Control circuit ( 63 ) and the PID control circuit ( 63 ) in turn provides a signal to the PID power source ( 65 ), and the voltage generator ( 61 ) supplies an AC signal to the AC power source ( 64 ).

19. The method according to claim 16, characterized in that the heating element ( 15 ) via an adder ( 67 ) in the current source ( 60 ), the current of the alternating current source ( 64 ), the current of the PID current source ( 65 ) and the current of the DC power supply ( 66 ) supplies.

20. The method according to claim 15, characterized in that the phase displacement of the cantilever (2) is determined via the power supply and control unit (24), and that on the power supply and control unit (24), the distance between the needle tip (6) and the surface to be structured ( 4 ) of the substrate ( 5 ) is adjusted and kept constant, the phase shift being kept at a constant size.

21. The method according to claim 15, characterized in that the application of the electrical voltage to the needle tip ( 6 ) is carried out by means of the voltage supply and control unit ( 24 ).

22. The method according to claim 21, characterized in that the individual voltage supply and control unit ( 24 ) is operated in such a way that an alternating voltage is applied to the heating element ( 15 ) such that the cantilevers ( 2 ) in a frequency range of 1-15 MHz are made to vibrate.

23. The method according to claim 22, characterized in that the resonance frequency and at least three eigenmodes of the cantilevers ( 2 ) lie in the frequency range with which the cantilevers ( 2 ) oscillate.