KR100459813B1 - 집속된 레이저 광선에 의해 감광 물질로 코팅된 기판상에 구조체를 형성시키는 방법 및 장치 - Google Patents

집속된 레이저 광선에 의해 감광 물질로 코팅된 기판상에 구조체를 형성시키는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하나 이상의 변조된 레이저 빔을 평행한 주사선으로 주사시키면서 주사선에 수직 방향으로 주사 스트라이프를 따라서 이동시킴으로써 입력 데이타에 그려진 패턴을 감광 표면상에 기입하는 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은 입력 데이터를 스트라이프 중첩 영역을 갖는 주사 스트라이프에 상응하는 부분적으로 중첩되는 스트라이프 패턴 데이터로 분할시키는 단계, 주사선을 따라서 소정의 노광 혼합 함수를 제공하는 단계로서, 상기 혼합 함수가 0% 값에서 출발하여 상기 값으로 종료하고 주사선의 중심부 근처에서 100% 값을 갖는 단계, 및 노광 혼합 함수와 스트라이프 패턴 데이터의 결과로서 레이저 빔을 조절하는 단계를 포함한다. 본 발명은 또한 상기된 방법에 따라서 패턴을 기입하기 위한 장치를 포함한다.

Description

집속된 레이저 광선에 의해 감광 물질로 코팅된 기판상에 구조체를 형성시키는 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR THE PRODUCTION OF A STRUCTURE BY FOCUSED LASER RADIATION ON A PHOTOSENSITIVELY COATED SUBSTRATE}
유리 기판상에 극히 정밀한 크롬 구조체를 갖는 마스크 및 레티클은 반도체 제조시에 사진인쇄 구조체 또는 패턴을 생성시키는데 사용된다. 5X 레티클, 즉, 반도체 웨이퍼상에 광학적으로 5배 축소되고 최근에 가장 널리 보급된 유형의 마스크를 구성하는 패턴 또는 구조체는 불투명한 크롬 구조체를 갖는 150mm x 150mm인 석영판을 포함할 수 있다. 구조체는 크롬 막상의 감광성 또는 전자 민감성 커버링을 노광 또는 전자 빔에 노출시켜 형성한다. 감광성 또는 전자 민감성 커버링이 그 다음에 화학적으로 현상되고, 이들의 노광된 부분은 제거된다. 후속 에칭 작업시에, 커버링이 제거된 위치에서 크롬이 에칭되고, 남아있는 크롬 필름은 패턴 또는 구조체를 형성한다.
공지된 5X 레티클의 가장 작은 선폭은 약 2 미크론이다. 그러나, 요망되는 정밀도 수준은 상당히 높다. 허용될 수 있는 오버레이 오차, 즉 두 연속 단계에서 생성된 동일한 레티클에서 크롬 에지의 위치 사이의 허용 오차는 약 0.05 미크론 정도이다.
레티클은 반도체 산업에서 정밀한 구조체 또는 패턴을 생성시키는데 주로 사용된다. 그러나, 그 밖의 많은 응용 분야, 예를 들어 집적 광학, 회절 광학, 컴퓨터 홀로그램, 소형 센서의 마이크로기계, 광학 정보 저장 및 초전도 디바이스 분야에서 사용되기도 한다. 그 밖의 중요한 응용 분야는 반도체 웨이퍼상으로의 패턴의 직접 노광 및 대면적 디스플레이를 위한 패턴을 발생시키는 것이다. 충분한 정도의 정밀도를 갖는 표면 패턴 또는 구조체를 형성하기 위한 현존하는 고비용의 제조 장비 및 특히, 전자 빔 레티클 기입 장치를 사용하는 제조 장비는 소규모 사업장, 특히 대학 및 소규모 회사에서 새로운 장비를 개발하는데 걸림돌이 된다.
모든 공지된 패턴 발생기의 공통적인 면은 마스크 또는 레티클이 기하학적인 데이터와 함께 모든 구조체 또는 패턴 요소를 갖는 디지털 데이터 뱅크에서 그려진다는 것이다. 구조체가 기입되기 전에, 기하학적인 데이터가 기입용 하드웨어에 의해 사용되는 포맷(format)으로 변환된다. 변환 조작 동안, 기하 좌표가 하드웨어의 어드레싱 분해능, 즉 기입 어드레스 그리드에 맞게 절단된다.
가장 현대적인 패턴 발생기는, 전자 빔 또는 레이저 빔일 수 있고 방사선에 민감한 커버링으로 도포된 기판의 평행선을 따라 편향되는 주사 빔에 의한 래스터 주사 원리를 사용한다. 빔은 제어 시스템에 저장되는 구조체용 비트맵에 따라 온-오프로 전환된다. 또 다른 선택은 중간 압축 포맷으로 저장된 데이터로부터 유도되는 기입 시간 동안 빔이 생성되도록 하는 것이다.
0.5 미크론의 어드레스 그리드 또는 래스터를 갖는 패턴 또는 표면 구조체에 대해, 각각의 그리드 지점에 대해 1비트, 각각의 화소, 즉 각각의 개별적으로 제어가능한 영역 요소에 대해 1디지털 비트를 갖는 비트맵을 생성시키는 것이 가능하다.
원칙적으로, 0.05미크론의 어드레스 가능성을 갖는 패턴은 0.05 미크론 간격의 주사선으로, 및 주사선을 따라서 0.05 미크론의 화소 간격으로도 또한 기입될 수 있다. 그러나, 상기된 바와 같은 0.05 미크론의 그리드를 갖는 비트맵 및 표면 커버 속도는 초당 2-4 Gbit의 데이터 속도에 상응한다. 상기된 속도에서는 단일 기입 빔을 변조하는 것이 불가능하다. 또한, 데이터 용량은 0.5 미크론 그리드의 100배를 초과하여 제어하기가 매우 어렵다. 심지어 압축된 데이터 포맷으로부터의 실시간 확대는 데이터 흐름이 대부분 프로세서의 데이터 버스를 차단시키므로 비실용적이다. 변조 속도 및 데이터 흐름과 관련한 기술적인 한계는 기입 속도를 상당히 제한할 것이고, 0.05 미크론 어드레스 그리드를 갖는 완전한 화소 맵으로 레티클 기입장치를 사용하는 것을 불가능하게 할 것이다.
종래기술의 문제점에 대한 해결책 및 설명
상기된 문제를 해소시키는 방법 및 장치는 DE-P 40 22 732.4호에서 본 발명의 발명자에 의해 제기되었다. 이러한 방법 및 장치는 하기에 상세하게 기술될 것이다. 이러한 장치는 레이저 빔이 주사되는 동안 상기 모듈레이터의 입력을 제어하는 데이터 운반 수단을 포함한다. 일반적으로, 데이터 운반 수단은 규칙적인 클록 펄스 열을 생성시키기 위해 클록 펄스들간에 소정의 클록 주기를 갖는 클록을 포함한다. 데이터 처리 유닛은 입력 데이터를 수용하고 패턴의 에지에 대하여 빔 강도 데이터 및 빔 위치 데이타를 계산하고 수립하도록 또한 제공된다. 빔 강도 데이터 및 빔 위치 데이터는 디지털 포맷으로 생성된다. 장치는 주사하는 동안 주사선을 따라서 레이저 빔을 위치시키기 위해 빔 위치 데이터를 등가 시간으로 변환시키기 위한 신호 처리 유닛을 데이터 운반 수단의 일부로서 포함한다. 특히, 등가 시간은 클록 펄스의 정수와 나머지 소수로 전환된다. 등가 시간에 상응하는 시간 펄스를 생성시키기 위해, 디지털 카운트 수단이 제공되어 클록 펄스의 정수에 상응하는 시간에 타이밍 펄스를 발생시키고, 시간 지연 회로가 제공되어 타이밍 펄스에 나머지 소수와 동일한 시간 지연이 일어나도록 한다. 일단 상응하는 시간 펄스가 생성되면, 회로는 타이밍 펄스의 도달시에 모듈레이터 입력 신호를 디지털 빔 강도 데이터로 설정시키는 데 사용될 수 있다.
도 1에 도시된 바람직한 구체예를 참조하면, 모듈레이터 드라이버 로직 수단(6)으로의 실행 길이 인코딩(Run Length Encoded; RLE)된 데이터 아이템의 반복 로딩은 화소 비율 보다 일반적으로는 작은 비율로 일어난다. 데이터 로딩은 표준 IC 계열, 예를 들어 FAST-TTL과 호환될 수 있는 클록 속도를 갖는 데이터 운반 클록의 속도로 일어난다. 2개의 데이터 아이템이 조합되어 가용한 비트의 효과적인 사용을 위한 데이터 워드를 제공한다. 모듈레이터 드라이버 로직 수단(6)은 입력에서 동력 및 변화 위치 필드를 분리시키고, 마지막 위치 필드 중의 하나 또는 둘 모두로부터 유도된 시간 경과 후, 동력 제어 신호를 변조 수단(5)에 공급한다. 데이터 운반 클록은 일반적인 경우에 화소 비율 보다 낮은 빈도를 가지며, 모듈레이터 제어 신호의 지연은 카운터에 의해서가 아니라, 바람직하게는 신호 사이에 시간 지연을 갖는 다양한 클록 신호로부터의 선택에 의해 발생된다.
빔 동력은 광원의 변조에 의해 또는 연속 광원을 갖는 모듈레이터를 사용하여 변조될 수 있다. 조사(look-up) 또는 판독(reading) 방법 또는 그 밖의 보정 방법을 사용하여, 구조 요소의 에지에서 최외곽 화소의 노광과 상기 에지의 변위(displacement) 사이의 비선형 관계를 제공하는 것이 또한 가능하다. 에지를 따라서 하나 이상의 화소 열의 노광을 변경시켜 주사선과 관련하여 위치에 독립적인 노광 구배를 생성시키는 것도 또한 가능하다.
장치 및 방법은 불변 동력을 갖는 연속 화소가 하나 이상의 제어 워드의 발생 없이 기입될 수 있는 방식으로 사용되는 것이 가능하다.
도 1은 감광 물질로 코팅된 지지체 또는 기판상에 표면 패턴 또는 구조체를 형성시키는 장치의 바람직한 구체예를 도시하고 있다. 도시된 구체예에서, 기판(3)은 감광 코팅, 예를 들어 포토레지스트로 도포된 유리판의 형태이다. 유리판(3)은 X-방향 및 Y-방향으로 이동가능한 목적 테이블(19)상에 배치된다. 초첨 렌즈(15) 및 디플렉터 장치(14), 바람직하게는 음향-광학 디플렉터 장치를 갖는 기입 헤드는 X-방향 및 Y-방향으로 정지되도록 배열된다. 그러나, 집속 렌즈(15)는 수직 방향(Z-방향)으로는 자유로이 움직일 수 있다. 이러한 집속 렌즈는 유리판(3) 표면의 몇 미크론 위에 에어쿠션상에 배열된다. 에어쿠션이 집속 렌즈(15)의 중량에 의해서만 로딩되기 때문에, 에어쿠션의 높이는 Z-좌표에 독립적으로 일정하게 유지될 수 있어서, 유리판의 표면은 표면이 고르지 못해도 집속 평면내에 항상 유지된다.
레이저 빔 공급원(13)은 모듈레이터 장치(5) 특히 음향-광학 모듈레이터 장치에 의해 이의 동력 및 특히 강도와 관련하여 조절되는 레이저 빔을 생성시킨다. 집속 렌즈(15)는 레이저 빔을 집속시키고 유리 기판(3)의 표면에 향하는 집속된 레이저 빔(1)을 형성시킨다.
목적 테이블(19)의 위치선정을 모니터링하기 위해, 장치는 기입 헤드(디플렉터 장치(14) 및 집속 렌즈(15))와 관련하여 X- 및 Y-방향으로 목적 테이블(19)의 위치선정을 모니터링하는 위치 모니터링 장치(18x, 18y)를 갖는다. 전기 모터(17x, 17y)와 함께, 위치 모니터링 장치(18x, 18y)는 목적 테이블(19)의 정확하게 조절된 이동을 생성시키는 서보 기구(mechanism)를 형성한다.
X-방향으로 동작하는 서보 기구는 바람직하게는 선형 모터 형태인 전기 모터(17x)에 의해 목적 테이블(19)을 X-방향으로 일정 속도로 이동시켜 레이저 빔(4)이 주사선(2)을 따라 주사할 때 주어진 폭의 스트라이프(30)를 생성시킨다. 각각의 스트라이프(30)가 완결될 때, X-서보 기구는 출발 위치로의 복원 행정 이동을 수행한 후, 목적 테이블(19)은 바람직하게는 스테핑 모터 형태인 전기 모터(17y)에 의해 스트라이프의 폭만큼 Y-방향으로 이동한다.
주사 회로(26)는 선형 램프로 작용되는 고주파 편향 신호를 발생시킨다. 주사 회로(26)는 디플렉터 장치(14)에 접속된다. 이러한 배열은 레이저 빔(1)의 선형 편향을 각각의 스트라이프(30)의 폭으로 생성시킨다. 집속된 레이저 빔(1)의 초점은 스트라이프(30)의 장축 범위에 수직으로 연장되는 주사선(2)을 따라서 유리판(3)의 표면상에 편향된다. 도 1의 부재번호(8)는 순수하게 도해적인 형태, 즉 크기가 아닌 도해적인 형태로 주사선(2)의 화소의 위치를 나타낸다.
예를 들어, HeCd 레이저인 레이저 빔 공급원(13)은 442nm의 바람직한 파장으로 레이저 빔(1)을 발생시킨다. 레이저 빔은 고주파 변조 드라이브 신호(4)에 의해 가동되는 음향-광학 모듈레이터(5)를 통과한다. 변조 드라이브 신호(4)는 모듈레이터 드라이버 로직 수단(6)에 의해 공급된다. 변조 드라이브 신호(4)의 강도 또는 동력은 디지털-아날로그 컨버터의 아날로그 변조 드라이브 신호에 의해 제어된다. 모듈레이터 드라이버 스테이지 또는 로직 수단(6)(도 3에 도시된 바와 같이)에 배치되는 디지털-아날로그 컨버터는 제어 효과를 생성시키는 데 필요한 디지털 동력 제어 워드의 저장을 위한, 바람직하게는 레지스터 형태인 저장 장치에 의해 동력 제어 신호(7)로 제어된다.
도 3은 도 1을 참조하여 상기된 모듈레이터 드라이브 로직 수단(6)의 바람직한 구체예를 나타낸다. 이것은 레지스터(605, 608) 형태로 비트 워드에 대한 2개의 저장 장치를 갖는다. 레지스터(605)는 도 1에 도시된 데이터 운반 장치(24)로부터 입력되는 강도 또는 동력 데이터(7)로 로딩된다. 레지스터(608)는 데이터 운반 장치(24)로부터 또한 입력되는 위치 또는 지연 데이터(25)로 로딩된다. 이것은 클록 신호(31)에 의해 야기된 변환을 기초하여 일어난다. 이러한 배열에서, 디지털-아날로그 컨버터(606)는 저장 장치(607)에 이미 저장된 동력 데이터에 의해 또한 작동된다. 이것은 레지스터 형태일 수 있다. 디지털적으로 제어된 지연 회로(609)는 클록 신호(31)를 레지스터(608)에 저장된 데이터에 따라 지연시켜 이의 출력측으로 전달한다. 지연 후에, 클록 신호의 활성 에지는 지연 회로(609)의 출력(610)에서 공급된다. 레지스터(605)에 저장된 값은 레지스터(607)내로 로딩되고, 디지털-아날로그 컨버터(606)의 입력측으로 전달된다. 디지털-아날로그 컨버터(606)내에서의 내부 지연 후, 새로운 아날로그 동력 제어 신호(7)는 모듈레이터 장치(5)의 모듈레이터 드라이버 스테이지의 출력에서 일어난다.
굵은 화살표 선이 구조체와 관련된 데이터 흐름을 나타내고, 얇은 선이 제어 신호용 선을 나타내는 도 1을 다시 참조하면, 도 1 구체예는 프로세서 형태일 수 있는 기입 제어 유닛(29)을 추가로 포함한다. 제어 유닛(29)은 저장 장치(23)로부터 데이터를 판독하는 동작을 개시시키고, 지시 또는 명령 신호를 XY-서보 제어 유닛(27)으로 보내, 목적 테이블(19)의 이동을 제어한다. 클록 발생기(28)는 데이터 운반 로직 수단 또는 장치(24), 및 모듈레이터 드라이버 로직 수단(6) 및 디플렉터 회로(26)를 동시에 조작하도록 하는 클록 신호(31)를 발생시킨다. 서보 제어 장치(27)는 개별 즉석 신호(32)를 디플렉터 회로(26)로 추가로 공급한다. 상기 즉석 신호(32)는 목적 테이블(19)이 정확한 X-위치에 도달할 때까지 디플렉터 장치(14)가 동작되지 않도록 보장한다. 상기 신호는 디플렉터 장치(14)와 관련하여 목적 테이블(19)의 정확한 위치 선정을 제공한다. 모듈레이터 장치(5) 및 디플렉터 장치(14)가 관성이 없는 유형으로 동작되고 동일한 클록 신호(31)에 의해 구동되기 때문에, 상기 배열은 고도의 위치 정확성을 제공한다.
XY-서보 제어 유닛(27)은 서보 시스템(17x, 17y, 18x, 18y) 및 디플렉터 회로(26)와 시기적절한 관계로 협동하여, 디플렉터 장치(14)에 의해 각각의 스트라이프 선폭으로 주사되는 주사선 스트라이프(30), 및 모듈레이터 장치(5)에 의한 변조가 동시에 수행되도록 보장한다.
장치는 단일의 기입 빔 대신에 다수의 기입 빔을 또한 사용할 수 있다. 그러면, 이러한 방법은 다수의 적합한 모듈레이터, 렌즈, 병열 데이터 경로 등을 필요로 한다.
위치 필드는 동력 변화를 위한 절대 위치를 계산하는데 충분한 데이터를 함유하지만, 위치 필드는 절대 위치로서 반드시 코딩될 필요는 없다. 특히, 쌍을 이룬 동력 및 실행 길이 데이터를 사용하는 경우에, 실행 길이 인코딩은 다음 변화 전에 현재 값을 보유하기 위한 간격으로서, 또는 다음 현재 값을 보유하기 위한 간격으로서, 또는 다음 값이 시작되는 절대 위치로서, 또는 다음 값이 끝나는 절대 위치로서, 또는 그 밖의 임의의 적합한 인코딩으로서 유효할 수 있다. 또한, 위치 필드는 2개의 서브 필드를 함유하는데, 그 중 하나의 필드는 절대적이고 또 다른 하나는 상대적이다. 모듈레이터 장치(5) 대신에, 변조된 광원, 예를 들어 반도체 레이저 또는 다수의 반도체 레이저를 사용하는 것도 또한 가능하다. 도 1에 도시된 장치와 관련하여, 데이터 입력 장치(20)는 기판(3) 상에 생성될 부재번호(9)로 나타내어진 구조체용 입력 데이터를 포함한다. 이러한 데이터는 구조체 또는 패턴 요소(12, 16)의 리스트 형태 또는 규칙적인 구조체 공식 또는 상수로 발생하여 구조체 요소가 계산될 수 있다. 노광에 대한 세부내용은 최대 노광으로 표준화되거나 모든 패턴에 대한 단일의 노광값의 경우에 암시적으로 가정될 수 있다. 모든 경우에, 축과 절대 노광 용량 사이의 X- 및 Y-길이 크기, 각도는 오퍼레이터에 의해 변형될 수 있으며, 상기 오퍼레이터로부터 입력 데이터로 특정된다. 그 밖의 데이터 처리 동작, 예를 들어, 미러링(mirroring), 인버전(inversion), 그레이-스케일(gray-scale) 보정 및 언더에칭 또는 근접 효과에 대한 사전 보상 동작을 수행하는 것이 또한 가능하다. 운반 클록은 단일 위상 또는 다중 위상 클록일 수 있으며, 실행 길이 인코딩 데이터 아이템의 로딩이 하나의 레지스터 또는 2 이상의 레지스터에서 수행될 수 있다. 디코딩 로직은 사전 리콜 조작 또는 그 밖의 버퍼를 포함하여 조작 속도를 증가시킬 수 있다.
동작 속도를 증가시키기 위해서는, 하나의 레이저 빔만이 사용되는 경우에도, 데이터 경로의 일부를 다변화시키는 것이 가능한데, 예를 들어 다수의 모듈레이터 드라이버 로직 수단을 제공하는 것이 가능하다.
기입 헤드와 기판 사이의 상대적인 이동은 정지 기판에 상대적으로 이동하는 기입 헤드에 의해 생성될 수 있으며, 이의 역도 마찬가지다. 기입 헤드가 하나의 방향으로 이동하고, 기판이 그 수직 방향으로 이동하는 것이 또한 가능하다.
추가로 설명하기 위해, 각각의 화소의 회절 제한 범위를 나타내는 작은 원을 갖는 고정된 그리드를 나타내는 도 2a가 참조된다. 화소는 화소 그리드(504)상에 중심부에 위치하고, 주사선 스트라이프(503)는 연속적인 주사선(502)에 의해 형성된다. 화소는 주사선(502)상에 중앙에 위치하고 서로 동일한 간격으로 배치된다. 화소 간격 및 연속적인 주사선(506)의 간격은 동일하다. 도 2a는 노광된 주사선(502) 및 화소로 충전되고 3개의 스트라이프(503)에 걸쳐 연장되어 있는 영역을 나타낸다. 상기 영역은 수직에 대하여 상대적으로 경사져 연장되는 에지(505) 및 수평에 상대적으로 경사져 연장되는 에지(506)를 갖는다. 도시된 구조체의 경우에, 에지가 단편적인 화소점에 위치하는 것이 가능하지 않아 경사진 에지 형태가 들쭉날쭉하거나 단편적인 형태를 갖는다.
이와 대조적으로, 도 2b는 주사선(502)을 따른 화소 밀도가 보다 높은, 보다 구체적으로는 스트라이프(503)의 세로 범위 또는 주사선(502)에 수직인 방향보다 인자가 4 이상 더 높은 화소 배열을 도시한다. 이러한 사실은 간격(A1, A2)에 의해 도 2b에 도시되어 있다. A1은 주사선(502)에서의 각각의 화소 어드레스 간격을 나타내는 반면에, A2는 각각의 주사선(502)의 서로간의 간격을 나타낸다. 도 2b로부터 알 수 있는 바와 같이, 이러한 사실로 인해 수직 에지에서 지극히 미세한 어드레싱이 제공된다. 따라서, 수직에 대하여 경사져 연장되는 에지(508)의 경우에서 조차 상대적으로 매끄러운 형태를 갖는 것이 가능하다.
동력 변조 효과는 도 2b로부터 명확하게 알 수 있는 바와 같이, 수평에 대하여 경사져 연장되는 에지(509)를 개선시킨다.
동작시, 및 도 1을 참조하여, 생성시키고자 하는 구조체(9) 또는 구조체 요소(12, 16)의 기하학적인 특성은 이들의 노광과 함께, 데이터(20)내에서 데이터 처리 장치(21)에 운반되는 포맷으로 특정된다. 데이터 처리 장치(21)는 기하학적인 데이터를 중간 압축 포맷(22)으로 전환시킨다. 압축된 포맷(22)은 디지털 저장 장치(23)로 입력된다. 압축된 포맷은 데이터 운반 장치(24)로 또한 전달되는 데, 여기에서 저장된 데이터가 처리되어 한 쌍의 데이터 내용(7, 25), 즉 빔 동력과 관련된 데이터 내용(7) 및 위치와 관련된 데이터 내용(25)을 포함하는 내부 데이터 포맷을 제공한다. 데이터 내용(25)은 도 3을 참조하여 상기에서 이미 기술된 바와 같이, 지연 데이터를 포함할 수 있다. 빔 동력과 관련된 데이터 내용(7)은 동력 제어 신호(7) 형태로 모듈레이터 드라이버 스테이지(6)로 전달되고, 반면에 위치와 관련된 데이터 내용(25)은 위치 신호(25) 형태로 모듈레이터 드라이버 스테이지(6)로 전달된다. 로직 회로 형태인 모듈레이터 드라이버 스테이지(6)는 데이터 운반 장치(24)로부터 그러한 데이터를 호출한다. 모듈레이터 드라이버 스테이지(6)는 스트라이프(30)에 수직으로 연장되는 주사선(2)을 따라서 규칙적인 간격으로 배열되는 화소점(8)에서 가변적인 변조 드라이브 신호(4)를 제공한다.
종래 기술의 문제점
주사 패턴 발생기에서의 하나의 중요한 성능 특징은 오차 없이 인접한 주사 스트라이프 사이의 경계를 가로지르는 작은 패턴 요소를 프린트하는 능력이다. 전형적으로, 각각의 스트라이프는 인접한 주사 스트라이프에 대하여 약간 변위되는데, 그 이유는 이들이 정확히 동시에 기입되지 않으며, 어떠한 시스템이라도 약간의 이동 및 위치 노이즈를 갖기 때문이다. 스트라이프 경계의 두 측면상의 패턴 사이의 불일치는 본원에서 부팅(butting) 오차로서 언급된다. 따라서, 작은 패턴 요소가 스트라이프 경계를 가로질러 위치되는 경우, 패턴 요소의 크기 오차는 전형적으로 부팅 오차로 인해 일어날 것이다.
이러한 크기 오차의 예는 설명의 목적상 제공되는 것이며 제한하기 위해 제공되는 것은 아니다. 0.5㎛ VLSI 장치의 5X 포토마스크에서, 트랜지스터 게이트의 길이는 2.5㎛이다. 마스크에서 절대 위치 정밀도 요건은 100nm(3개의 시그마 값)일 것이다. 그러나, 스트라이프가 ±100nm 만큼 임의로 변위되는 경우, 마스크의 어딘가에 아마도 170nm의 2개의 인접 스트라이프 사이의 상대 변위가 있을 수 있다. 트랜지스터 게이트가 이러한 스트라이프 경계를 가로질러 위치되는 경우, 이들은 170nm 정도, 또는 2.5㎛의 7% 정도 팽창된다. 이러한 크기 오차는 트랜지스터의 특성에 영향을 미치며, 전체 회로의 기능 불량을 야기하거나 그 밖의 처리 오차에 대한 내성을 저하시켜 처리율을 저하시킬 수 있다.
부팅 오차를 감소시키는 것으로 공지된 하나의 방법은 경로(pass)들 사이에서 변위된 스트라이프와 함께 여러 경로를 기입하는 것이다. 부팅 오차는 결국 평균에 달하지만, 이러한 방법은 낭비적인데, 그 이유는 본질적으로 동일한 패턴이 수차례 기입되어야만 하기 때문이다.
본 발명은 집속된 레이저 빔에 의해 감광 물질로 코팅된 기판상에 생성된 표면 패턴, 및 이러한 패턴을 생성시키는 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 반도체 제조시 사진인쇄를 위한 마스크 또는 레티클용으로 적합한 유리상에 크롬 구조체를 생성시키는 방법 및 장치에 관한 것이다.
발명의 요약
주사선이 각각의 주사 스트라이프를 가로질러 연장되도록 평행한 주사선이 기판을 따라서 주사 스트라이프를 형성하는 경우에, 본 발명은 스트라이프의 가장자리 경계, 특히 기판의 감광 표면상에 구조체를 기입하는데 사용되는 장치에 의해 야기될 수 있는 인접한 스트라이프 사이의 이들 가장자리 경계의 가시성을 억제하는 방법 및 장치를 포함한다. 본 발명에 따르면, 스트라이프는 서로 중첩되도록 만들어진다.
본 발명의 하나의 일면에 따르면, 하나의 스트라이프로부터 다음 스트라이프로의 전이가 데이터의 특징 에지의 위치에 동조된다.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 스트라이프는 소정의 단계식 변화 함수에 따라 중첩되게 혼합된다. 이러한 방법에 의해, 본 발명의 장점은 스트라이프 경계를 가로질러 유지될 수 있으며, 이것은 모든 유효한 입력 데이터에 대하여 실질적으로 비가시적으로 된다. 이것은 증가된 복잡성, 데이터 용량, 및 데이터 전처리에 대해 매우 작은 비용으로 수행된다.
앞서의 일반적인 설명 및 하기의 상세한 설명 둘 모두는 예로서 설명하기 위해 제공되며, 청구된 바와 같이 본 발명을 어떠한 식으로든 제한하려는 것이 아님을 이해해야 할 것이다. 본 발명의 추가의 목적, 특징 및 장점은 하기의 설명으로부터 자명하게 될 것이다.
본 명세서에 채택되어 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 바람직한 구체예를 설명하며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는데 사용된다.
도 1은 종래 기술의 방법에 따라서 표면 패턴 또는 구조체를 생성시키는 장치를 도시하는 도면이다.도 2a는 고정된 화소 그리드를 도시하는 도면이다.도 2b는 종래 기술에 따른 화소 배열을 도시하는 도면이다.도 3은 도 1의 장치에서 사용될 수 있는 모듈레이터 드라이버 로직의 구체예를 도시하는 도면이다.도 4는 요망되는 최소 특징 크기 보다 작은 스트라이프 경계를 약간 가로질러 연장되는 영역을 갖는 패턴을 도시하는 도면이다.도 5는 본 발명의 일면을 도시하는 도면으로서, 인접한 스트라이프 사이의 스트라이프 경계는 각각의 주사선에 대해 이동되어 요망되는 최소 크기 보다 작은 패턴 영역을 제거한다.도 6은 본 발명의 또 다른 일면을 도시하는 도면으로서, 패턴은 부분적으로 중첩되는 스트라이프로 분할되며 노광은 노광 혼합 함수에 의해 중첩되게 혼합된다.도 7은 도 6의 중첩 스트라이프를 혼합시키는데 사용될 수 있는 본 발명의 모듈레이터 드라이버 로직의 구체예를 도시하는 도면이다.도 8은 도 7의 구체예의 함수를 나타내는 위치 및 시간 도표이다.바람직한 구체예의 상세한 설명
임의적인 패턴의 기입은 상기된 방법 및 장치를 사용하여 정확하게 효율적으로 수행될 수 있다. 그러나, 바람직하게는, 다음의 두가지 조건에 부합되도록 하는 것이 요망된다. 첫째, 모듈레이터 드라이브 신호는 데이터 클록 주기 당 1회만 값을 변화시켜야 한다. 둘째, 모듈레이터 드라이브 신호의 두 연속적인 변화 사이의 시간은 이하에서 최소 특징 크기로서 언급되는 특정의 값 보다 작지 않아야 한다. 첫 번째 조건에 따르면, 하나의 클록 주기 보다 더 긴 특징은 그리드에 대한 이들의 위치와 무관하게 항상 기입될 수 있다. 그러므로, 두 번째 조건의 최소 특징 크기는 일반적으로 하나의 클록 주기인 것으로 간주된다.
실제로, 패턴이 주사 스트라이프로 절단되거나 분할될 때, 패턴의 일부가 최소 특징 크기 보다 작을 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참조하여 설명하면, 2세트의 평행 주사선(701, 702)은 2개의 인접 주사 스트라이프를 형성하고 스트라이프 경계(703)를 공유한다. 클록 펄스에 상응하는 주사선을 따르는 위치는 라인(704)으로서 도시되어 있으며, 최소 특징 크기는 하나의 클록 주기(705)와 같다. 긴 특징(706)이 스트라이프 경계(703)에서 문제없이 분할될 수 있어도, 인접한 스트라이프내로 약간만 돌출되는 특징이 분할될 때 최소 특징 크기 조건을 위반할 수 있는 작은 패턴 요소(707)를 생성시킬 것이다.
두 번재 조건의 위반을 피하기 위해 본 출원인에 의해 사용된 한 방법은 최소 특징 요건을 충족시키고 주사 스트라이프 밖으로 연장되는 특징을 발생시키는 것이다. 그런 다음, 독립적인 게이트 또는 윈도우 신호가 사용되어 스트라이프 경계에서 특징을 절단시킨다. 필요하다면, 이러한 방식으로 매우 짧은 펄스가 발생될 수 있다. 그러나, 모듈레이터의 로-패스(low-pass) 특성 및 비선형성은 짧은 펄스를 왜곡시키고, 도 4의 패턴과 같은 패턴은 가시적인 인위 구조체 없이 기입하기가 여전히 어렵다.
따라서, 본 발명의 추가의 일면에 따르면, 본원에서 구체화된 방법 및 장치는 최소 특징 크기 보다 작은 어떠한 패턴 요소도 기입되지 못하도록 한다. 특히, 본 발명의 방법 및 장치는 스트라이프 경계의 위치를 기입된 패턴에 의존하여 주사선으로부터 주사선으로 변화시킨다. 도 5는 다수의 경우에 대한 경계 위치를 도시하며, 모듈레이터 온-오프 처리 보다 상이한 동력 수준을 사용하여, 노광된 및 비노광된 요소(801, 802) 사이의 전이가 수행된다. 각각의 경우에, 경계는 상기 규정된 두 번째 조건을 위반하지 않기 위해 노광된 및 비노광된 요소가 적어도 최소 특징 크기가 되도록 위치된다. 도 5는 최소 특징 크기(806)의 적어도 2배의 주사선(804, 805)의 중첩(803)이 있을 수 있음을 추가로 도시한다. 이러한 중첩(803)에 있어서, 모듈레이터 드라이브 신호의 전이가 일어나거나, 패턴 특징은 최소 특징 크기 조건을 충족시키는 2개의 부분으로 절단될 수 있을 정도로 길다.
본 발명의 중요한 일면에 따르면, 방법 및 장치가 제공되어 부팅 오차의 영향을 감소시켜 작업 처리량의 손실을 최소화 한다. 본 발명에서, 연속적인 주사 스트라이프 사이의 적당한 중첩이 도입되고 스트라이프가 중첩 영역에서 혼합된다. 하나의 스트라이프로부터 다음 스트라이프로의 전이는 갑작스러운 것은 아니며, 부팅 오차는 중첩 영역 전체에 걸쳐, 전형적으로는 스트라이프 폭의 약 5 내지 10%로 효과적으로 분포된다. 따라서, 상기된 도면을 참조하면, 부팅 오차는 10㎛의 중첩에 걸쳐 전개될 수 있다. 이러한 방식으로, 2.5㎛인 특징은 전체 부팅 오차의 4분의 1, 즉 42nm 또는 2% 미만의 크기 오차를 보일 것이다.
도 6은 본 발명의 중첩 및 혼합 기능을 개략적으로 도시한다. 패턴 데이터(901)는 데이터 스트라이프(902, 903)로 절단되거나 분할되는 데, 상기 데이터 스트라이프(902, 903)는 서로 부분적으로 중첩된다. 노광 혼합 함수(904)는 주사선을 따르는 노광 에너지를 결정한다. 혼합 함수(904)는 데이터 스트라이프가 함께 혼합될 때 패턴의 고른 노광을 생성시키도록 수립된다. 특히, 혼합 함수가 각각의 데이터 스트라이프의 패턴 데이터의 노광 수준을 변조하는 데 사용되어, 노광이 패턴 데이터와 혼합 함수의 결과가 되게 한다.
혼합 함수를 수행하여 부팅 오차의 영향을 감소시키기 위해, 광 빔이 직렬로 배열된 2개의 모듈레이터(하나의 데이터를 위한 것이고 다른 하나는 혼합 함수를 위한 것임)를 통과하도록 하는 것이 가능하다. 그러나, 데이터 및 혼합 함수를, 단일 모듈레이터로 공급되는 단일 전기 신호로 조합하는 것이 보다 용이하다. 이러한 방식으로, 둘 보다 오히려 하나의 모듈레이터를 사용하게 되면 보다 우수한 광 효율이 얻어지는 데, 그 이유는 각각의 모듈레이터가 약 20%의 삽입 손실을 갖기 때문이다. 추가로, 단일 모듈레이터를 갖는 광학 열은 또한 덜 복잡하며, 비용이 적게 들며, 직렬로 배열된 2개의 모듈레이터를 갖는 것 보다 조정하기가 보다 용이하다.
이러한 조합된 변조를 수행하는 데 사용된 장치의 바람직한 구체예는 도 7에 도시되어 있다. 이러한 모듈레이터 드라이브 로직(6)은 노광 혼합 함수를 수행하기 위한 추가의 요소 뿐만 아니라 동일한 부재번호로 지시된 바와 같이 도 3의 요소와 동일한 모든 요소 포함한다.
상기된 바와 같이, 모듈레이터 드라이브 신호(4)는 시간 지연 데이터(25) 및 동력 데이터(7) 둘 모두를 사용하여 생성된다. 노광 혼합 함수는 프로세서 인터페이스(1002)를 통해 로딩될 수 있는 조사 메모리(1001)에 저장된다. 주사선내의 강도 데이터(7) 및 클록 카운트(1003)는 조사 메모리(1001)에서 동시에 하나의 셀의 어드레스를 지정하는데 사용된다. 이어서, 조사 메모리(1001)는 각각의 클록 사이클 동안 동력 혼합 함수와 동력 데이터의 결과에 상응하고 모듈레이터의 비선형 특성에 대해 보정되는 강도 값(1004)을 출력한다. 추가로, 시간 지연 회로(608, 609, 607)는 동력 입력 데이터(7)가 변화하는 경우 뿐만 아니라, 모든 클록 사이클에서 래치(607)가 클록되어 노광 혼합 함수의 새로운 값으로 디지털-아날로그 컨버터를 갱신한다는 것을 제외하고는 도 3의 회로소자와 실질적으로 동일하게 작동된다.
사이클 카운트는 카운터(1006)에 의해 수행되며, 상기 카운터는 데이터 클록(31)상의 사이클을 카운트하고, 주사 출발 펄스(1007)에 의해 모든 주사선의 출발점에서 재설정된다. 적체 검출기(1005)는 최소 특징 크기 조건이 위반되지 않고, 존재하는 경우 하나의 클록 펄스를 제거하는 것을 보장하기 위해 부가된다. 제거된 클록 펄스는 동력 데이터(7)에서 변환으로서 언급되지 않는 클록 펄스이다. 이러한 과정은 미리 예측하기 어려운 함수의 변동을 초래하지만, 입력 데이터에 으의해 온전하게 결정된다. 스트라이프에서 패턴은 중첩 영역에서 동일하고, 회로는 스트라이프 둘 모두에서 완전히 동일하게 작동된다. 원리는 노광 혼합의 타이밍이 결정론적인 방식으로 패턴 데이터에 동조되어 스트라이프 둘 모두에서 완전히 동일한 패턴을 갖도록 하는 것이다.
도 8은 위치 및 시간 도표로서, 중첩 영역에서 2개의 스트라이프가 혼합되는 것을 도시하고 있다. 기입하고자 하는 패턴(1101)은 2개의 상이한 노광 수준(1102, 1103)을 갖는 요소로 구성된다. 그래프(1104)는 패턴(1101)에 상응하는 기입하려는 노광(E)이다. 따라서, 주사가 좌측으로부터 우측으로 선형이므로, 수평축은 위치축 및 시간축 둘 모두를 나타낸다. 부재번호(1107)에 나타내어진 중첩을 갖는 2개의 스트라이프는 화살표(1105, 1106)으로 각각 도시되어 있다. 위치 및 시간 도표에서 수직 라인(1108)은 클록 펄스를 나타낸다.
노광 혼합 함수의 우측 및 좌측 단부는 그래프(1109, 1110)에 의해 도시된다. 마찬가지로, 2개의 스트라이프 각각에 대한 모듈레이터 드라이브 신호의 값은 그래프(1111, 1112)에 각각 도시된다. 그래프(1111)는 (1104)와 (1109)의 결과이며, 반면에 그래프(1112)는 (1104)와 (1110)의 결과임을 나타낸다. 추가로, 예를 들어, 적체 검출기가 그것을 한 사이클 더 지연시키는 스텝(1113)을 제외하고는, 스텝(1109)은 데이터 스텝과 한 클록 사이클내에서 동조화 되는 데, 만일 그것이 그 자신의 클록 사이클에서 일어나는 경우에 상기된 최소 특징 조건을 위반할 것이기 때문이다.
조합하면, (1111)과 (1112)의 합은 (1104)와 같다. 따라서, 데이터(1104)에 상응하는 패턴(1101)은 혼합 함수(1109, 1110)에 의해 스트라이프(1105, 1106) 사이의 중첩 영역에서 혼합되며, 혼합 함수 타이밍은 데이터에 동조되어 모듈레이터 드라이브 신호(1111, 1112)를 생성시킨다. 추가로, 스트라이프는 혼합 함수가 둘 모두 0이 아닌 영역 밖으로 두 클록 사이클을 연장시킨다. 이러한 사실은 스트라이프 둘 모두에서의 패턴이 동일하며, 어떠한 단부 효과도 스트라이프 둘 모두에 노광이 있는 데이터에 대한 혼합 함수의 동조화를 변경시키지 못하도록 보장하는 것이다.
노광 혼합 함수의 모양, 중첩의 길이, 및 0 내지 100%의 스텝의 수는 시스템 소프트웨어에 의해 결정되며, 파라미터가 패턴 발생기의 사용자에 의해 입력되게 할 수 있다. 매우 임계적인 패턴의 경우에, 중첩은 스트라이프 폭의 절반까지 증가될 수 있으며, 스텝의 수는 증가될 수 있는 반면에 덜 임계적인 패턴의 경우에, 중첩은 보다 높은 처리량을 위해 감소될 수 있다. 조사 메모리의 내용은 실제 빔 동력의 측정에 의해 계측되며, 실제 노광이 이론적인 혼합 함수를 따르게 한다.
본 발명의 또 다른 구체예에서, 노광 혼합 신호는 중첩 영역에서 혼합의 정보에 더하여 주사선을 따르는 노광 변화에 따른 정보를 함유한다. 주사선을 따르는 실제 노광을 측정하고 적합한 보정을 노광 혼합 함수에 부가함으로써, 원하지 않는 어떠한 노광 변수도 제거될 수 있다. 보정은 매우 적은 크기, 통상 약 2%이고, 적체 검출기로 초래되는 타이밍의 예측 불가능성은 일반적으로 중요하지 않다.
동조화 및 혼합 함수를 갖는 상기된 방법은 별도로 사용될 수 있거나 서로 조합될 수 있다. 동조화는 이로써 노광 표면상의 경계, 또는 노광 이전에 빔을 제어하는 입력 데이터에서 검출된 경계에 의존할 수 있다.
본 발명의 상기된 설명은 단지 예로서 본 발명의 원리를 설명한 것 뿐이며 그 밖의 다양한 변화 및 변경이 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 만들어질 수 있다는 것이 인지될 것이다.

Claims (35)

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  18. 입력 데이터를, 스트라이프 중첩 영역을 갖는 주사 스트라이프에 상응하는 부분적으로 중첩되는 스트라이프 패턴 데이터로 분할시키는 단계;
    주사선을 따라 소정의 노광 혼합 함수를 제공하는 단계로서, 혼합 함수가 0% 값에서 출발하여 종료하고, 주사선의 중심부 근처에서 100% 값을 추가로 갖는 단계; 및
    노광 혼합 함수와 스트라이프 패턴 데이터의 결과로 레이저 빔을 변조하는 단계를 포함하여, 하나 이상의 변조된 레이저 빔을 평행한 주사선내에서 주사하면서 주사선에 수직 방향으로 주사 스트라이프를 따라 이동시킴으로써 입력 데이타내에 묘사된 패턴을 감광 표면상에 기입하는 방법.
  19. 제 18항에 있어서, 노광 혼합 함수가 중첩 영역에서 중간 값을 가짐을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 19항에 있어서, 노광 혼합 함수의 모양이 소프트웨어에 의해 제어되며 오퍼레이터에 의해 변경될 수 있음을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 19항에 있어서, 노광 혼합 함수가 2개 이상의 중간 값을 가짐을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 18항에 있어서, 스트라이프 중첩이 소프트웨어에 의해 제어되고 오퍼레이터에 의해 변경될 수 있는 폭을 가짐을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 18항에 있어서, 각각의 레이저 빔에 대해, 노광 혼합 함수 및 스트라이프 패턴 데이터가 단일 변조 신호로 조합되어 단일 모듈레이터로 공급됨을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 23항에 있어서, 모듈레이터에 공급된 데이터가 패턴 의존성 시간 지연이 적용되고, 추가로 스트라이프 패턴 데이터에서의 전이 시간 근처에서 일어나는 노광 혼합 신호의 상이한 값 사이의 전이가 스트라이프 패턴 데이터의 타이밍에 동조됨을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 24항에 있어서, 스트라이프 패턴 데이터가 노광 혼합 함수가 0이 아닌 영영보다 하나 이상의 클록 사이클이 더 넓음을 특징으로 하는 방법.
  26. 제 24항에 있어서, 적체 검출기가 모듈레이터 신호에서 2개의 전이가 하나의 클록 사이클 미만으로 떨어져 일어나는 시기를 지시하고 전이 중 하나의 타이밍을 변화시키는 시간 지연 데이터를 모니터링함을 특징으로 하는 방법.
  27. 제 23항에 있어서, 조합이 테이블 조사에 의해 수행되고, 테이블 조사가 레이저 빔 동력의 측정에 의해 계측됨을 특징으로 하는 방법.
  28. 제 19항 내지 제 27항 중의 어느 한 항에 있어서, 스트라이프 중첩 영역내의 혼합 함수의 중간 값 사이의 경계가 중첩 영역내의 패턴에 대한 입력 데이터에 따라 동조됨을 특징으로 하는 방법.
  29. 제 28항에 있어서, 동조화가 노광전 입력 데이터내의 경계에 따라 제어됨을 특징으로 하는 방법.
  30. 제 28항에 있어서, 동조화가 빔에 대한 입력 데이터내에 특정된 바와 같이 모듈레이터 드라이브 신호에 의한 전이에 대해 노광 영역의 에지를 따라 제어됨을 특징으로 하는 방법.
  31. 제 18항에 있어서, 기입이 하나의 스트라이프에서 종류되고 인접한 스트라이프내의 상응하는 주사선에서 시작하는 주사선내의 스트라이프 경계가, 빔에 대한 입력 데이터내에 특정된 바와 같이 모듈레이터 드라이브 신호에 의한 전이에 동조화됨을 특징으로 하는 방법.
  32. 제 31항에 있어서, 2개의 스트라이프의 중첩 영역에서의 빔 데이터가 동일하고, 빔 데이터내의 전이와 스트라이프 경계 사이의 라인 마다의 동조화가 기입시에 동조화 회로에 의해 수행됨을 특징으로 하는 방법.
  33. 입력 데이터를, 부분적으로 중첩되는 스트라이프내의 패턴에 상응하는 패턴 변조 데이터로 전환시키기 위한 데이터 전처리 시스템으로서, 주사 스트라이프가 스트라이프 중첩 영역을 갖는 시스템;
    주사선의 말단에서 0% 값을 가지며 주사선의 중심부 근처에서는 100% 값을 갖는 디지털로 저장된 노광 혼합 함수; 및
    패턴 변조 데이터와 노광 혼합 함수의 결과로 레이저 빔을 변조하기 위한 변조 수단을 포함하여, 하나 이상의 변조된 레이저 빔을 평행한 주사선내에서 주사하면서 주사선에 수직 방향으로 주사 스트라이프를 따라 이동시킴으로써 입력 데이터내에 묘사된 패턴을 기입하기 위한 장치.
  34. 제 33항에 있어서, 혼합 함수가 스트라이프 중첩 영역에 상응하는 위치에 대한 중간 값을 포함함을 특징으로 하는 장치.
  35. 제 33항에 있어서, 데이터 클록 펄스에 상응하는 어드레스 분해능 보다 높은 어드레스 분해능을 위해 변조 데이터에서의 전이를 지연시키는 시간 지연 회로소자; 및
    패턴 변조 데이터내의 지연된 전이에 대해 노광 혼합 함수의 전이를 동조화시키는 동조화 회로소자를 추가로 포함함을 특징으로 하는 장치.
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