KR100748767B1 - 고성능 패턴 발생기를 위한 데이터 경로 - Google Patents

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Abstract

이미지를 발생시키는 아날로그 공간적 광 변조기와 같은 고성능 패턴 발생기를 위한 고속의 데이터 경로가 개시되어 있다. 데이터 경로는 임의로 높은 처리량에 정확한 스케일러빌리티를 주는 완전히 독립적인 병렬 데이터 흐름을 위한 설비를 가진다. 바람직한 실시예에서 공간적 광 변조기의 영역들은 특정한 래스터화 프로세서와 프랙쳐링 프로세서에 할당된다. 패턴의 가장자리의 섞임을 위하고, 패턴의 피쳐들 사이의 간섭의 계산을 위하는 필드들 사이의 오버랩이 있다. 데이터경로는 데이터 통합 체크를 가지며 에러 조건이 발생한 때에 복구 모드를 가지는데 이는 새로운 에러의 발생 없이 대부분의 에러들로부터 복구되도록 하여 준다.

Description

고성능 패턴 발생기를 위한 데이터 경로 {DATA PATH FOR HIGH PERFORMANCE PATTERN GENERATOR}
본 발명은 포토마스크, 마이크로 전자 장치 및 마이크로 광학 장치의 패터닝, 그리고 디스플레이 장치의 생산 등을 위한 고성능 패턴 발생기(high-end pattern generator)에 관한 발명이다. 보안 인쇄와 상호접속 장치들과 같은 고정밀 패턴의 다른 분야들도 역시 본 발명과 연관되어 있다.
패턴 발생기라는 용어는 발명의 상세한 설명에서, 대개 감광 표면상의 광의 작용에 의해 데이터로부터 물리적 패턴을 생성하는 기기를 의미하는 것으로 사용되었다.
집적회로(integrated circuits, IC)의 생산을 위한 포토마스크의 패터닝은 소위 모어(More)의 법칙에 따라 발전하고 있는데, 이 법칙에 따라 삼년마다 이전의 회로 세대보다 4배 더 복잡한 새로운 회로 세대가 생성되고 있다. 35년 전에는 패턴들이 소위 루비리스 필름(Rubylith film)이라고 하는 붉은 플라스틱 필름 안에서 칼을 가지고 손으로 잘라졌다. 나중에는 더욱 정확하고 복잡한 패턴들의 필요성에 따라 컴퓨터 제어 스테이지와 에멀젼(emulsion) 필름상에서 일련의 직사각형을 노출시키는 플래시 램프를 가지는 광학 패턴 발생기가 개발되었다. 80년대 중반에는 e빔(e-beam)과 광학적인 래스터 스캐닝 패턴 발생기(optical raster-scanning pattern generator)가 개발되었고 이는 이후로 놀랄만한 정확도와 피쳐(feature) 밀도를 갖는 마스크가 제공되어 왔다. 그러나 래스터 스캐닝 패턴 발생기가 원칙적으로 직렬 장치인 이상은, 상기 래스터 스캐닝 패턴 발생기는 그 경제적인 수명이 다하고 있는 것이다. 필요한 것은 모어의 법칙에 의해 예측되는 지수함수적인 복잡도의 증가를 따라잡을 수 있는 급진적으로 새로운 기록 원리이다.
일련의 계류 중인 PCT 특허 출원들(SE99/00310 및 다른 출원들) 중에서 발명자들 중의 한 명(Sandstrom)은 해상도, 정확도 및 처리량의 면에서 이전의 어떤 알려진 시스템보다 유리한 점을 가지는 새로운 타입의 패턴 발생기를 개시한 바 있다. 본 발명은 상기 새로운 형태의 패턴 발생기에서 사용될 매우 높은 데이터 용량을 가지는 데이터 경로이다. 본 발명의 또 다른 관점은 매우 높은 속도에서도 새로운 패턴 발생기가 매우 정확하도록 해 주는 조정 및 실시간 데이터 정정을 제공한다는 점이다.
따라서, 위에서 논의된 선행 기술의 문제점을 경감하기 위한 방법과 장치를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
이 목적은 첨부된 청구항들에 따른 방법과 장치에 의해 달성된다.
전부터 알려진 패턴 발생기들에서는, 도 1a에서 설명된 것처럼 단일 빔이 패턴을 기록하며, 그 수용량은 단일 빔 블랭커(beam blanker) 또는 변조기를 통하여 입력된 데이터의 양에 의하여 제한을 받는다. 병렬 스캐닝의 다중 빔들을 사용하는 설계는 처리량에 있어서의 제한을 경감시키기 위해 사용된다. 그러나 도 1b에서 설명된 바와 같이, 다중 빔 래스터 스캐닝 패턴 발생기에서 패턴은 빔들의 사이에서 비월된다(interlaced), 즉 모든 빔들은 패턴의 모든 부분을 기록한다. 다중프로세서 구조에서 빔의 데이터를 래스터화하는 것은 이전부터 알려져 있고, 대개 각 프로세서는 그 패턴의 인접한 영역을 래스터화한다. 완결된 데이터는 빔들의 비월(interlace) 구조에 따라 나뉘어져야만 하고 모든 프로세서는 각 빔에 패턴 데이터를 전송해야 한다. 이는 많은 복잡성을 더하여 주고 데이터의 진정한 병렬 프로세싱에 장애가 된다. 높은 처리량을 얻기 위하여는 여러 개의 병렬 버스들이나 병렬 연결점들의 크로스 스위치(cross-switch) 구조를 가지는 시스템이 사용된다. 그 접근법은, 모든 프로세서가 모든 빔에 데이터를 보내는 원리가 단순히 너무 많은 십자형 데이터 전송을 야기하는 한계까지만 조정가능(scalable)하다. 더 많은 프로세서들을 추가하는 것은 언제나 가능하지만, 서로 다른 모듈들 사이의 상당한 상호의존성을 갖는 구조 내에서는 데이터량의 증가가 언제나 가능한 것은 아니다. 하나의 실질적인 한계는 래스터기(rasterizer)가 단일 백플레인(backplane)에 맞지 않을 때이다. 여러 개의 병렬 버스들을 가지는 많은 동기화된 백플레인(backplane)들은 구축 가능하나, 오버헤드를 증가시켜 결과적으로 시스템 비용을 증가시킨다.
본원은 다른 래스터기, 및 정확한 스케일러빌리티(scalability)를 제공하고 모든 인터페이스가 병렬이 되도록 허용하는 구조를 개시한다. 데이터는 나누어져서 서로 다른 프로세서들로 전송되고 완전히 분리된 경로를 따라 움직인다. 필요한 동기화(synchronization)의 정도는 낮으며, 완전한 자기 포함(self-containing) 프로세싱 유닛들이 프로세싱 능력을 증대시키기 위하여 부가될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 고 병렬 데이터 채널이 여러 가지 유형의 패턴 정정에 대해 제공된다는 것이다. 그러한 정정은 데이터 프로세싱의 모든 단계에서 작업 부하를 높이고 또한 데이터 흐름을 상당히 증대시킨다. 전형적인 래스터 스캔 구조에서 이는 데이터 전송 한계와 스케일러빌리티의 정확성 부족으로 인하여 수용하기 어려울 수 있다. 본 명세서에서 개시되는 정확한 조정 가능한 구조에서 데이터 경로의 비용은 처리될 필요가 있는 작업의 양에 따라 선형적으로 증가하지만, 다른 어려운 한계는 없다.
본 발명은 광이나 전자빔 등과 같은 임의의 종류의 에너지 빔을 사용하는 공간 에너지 빔 변조기(spatial energy beam modulator, SEBM)로 구성되는 패턴 발생기와 관련된다. 다음에 설명되는 바람직한 실시예에서 본 발명은 공간적 광 변조기(spatial light modulator, SLM)를 사용하는 것으로 설명된다. 그러나 여러 다른 대체적인 변조기들이 본 발명의 범위 내에서 사용될 수 있다는 것을 당업자들은 인식할 것이다. 에너지 빔을 변조하기 위하여 아날로그 모드에서 변화하는 변조 영역을 사용하는 다른 변조기들은 전류로 레지스트를 직접 노출시키는 것과 관련된 병렬의 근접장(near-field) 리소그래피이며, 스캐닝 시스템과 함께 변조 엘리먼트의 어레이(array)를 갖는 변조기를 사용하거나 또는 개별 빔들의 큰 어레이들을 사용함으로써 전자빔이나 이온빔으로 대량의 병렬 기록을 하기 위한 변조기들이다. 마찬가지로 대량 병렬 리소그래피는 마이크로 역학 셔터들과 회절 렌즈들의 어레이들을 사용하여 연(soft) x-선이나 극자외선의 공간적 변조로 수행될 수 있다는 것이 알려져 있다.
도 1a는 선행 기술의, 스캐닝 레이저를 사용하는 패턴 발생기를 도시한 도면.
도 2b는 선행 기술의, 각 프로세서가 빔 인터페이스들의 각각에게 데이터를 전송하는 다중프로세서-다중빔(multiprocessor-multibeam)을 도시한 도면.
도 2는 이미지를 생성하기 위한 공간적 광 변조기(spatial light modulator, SLM)를 사용하는 일반적인 패턴 발생기를 도시한 도면.
도 3은 복수의 프랙쳐링 프로세서(fracturing processor)들, 및 SLM 내의 인접 영역에 대해 데이터를 각각 생성하는 복수의 래스터화 프로세서(rasterization processor)들을 가지는 다중프로세서 구조를 도시한 도면.
도 4는 각각 몇 개의 프랙쳐링 프로세서들과 공간적 광 변조기의 분리된 영역들에 전송하는 몇 개의 래스터화 프로세서들을 가지는 완전히 독립적인 두 개의 유닛을 가지는 완전한 병렬 구조를 도시한 도면.
도 5는 노출 필드들(exposure fields) 사이의 물리적인 오버랩과 예를 들면 역 컨벌루션(inverse convolution)과 같은 이미지 프로세싱(image processing)을 위한 상호작용 오버랩(interaction overlap) 양쪽 모두를 수용하는 오버랩에 대해 입력 패턴이 어떻게 프랙쳐링 되는지를 도시한 도면.
도 6은 그레이 스케일(grey-scale) 비트맵을 공간적 광 변조기에 로딩하기 위한 바람직한 실시예를 도시한 도면.
도 7은 오버랩 발생과 에러 정정을 위하여 픽셀-대-픽셀의 룩업(lookup)을 위한 바람직한 실시예를 도시한 도면.
본 발명의 실시예들은 하기의 예를 통하여 설명될 것이다. 그러나 본 발명이 이러한 예들로만 제한되지 않는다는 것을 당업자들은 인식해야 한다.
본 발명의 바람직한 실시예는 0.13㎛의 "설계 노드(design node)"용 포토마스크들을 기록하기 위한 최고급 패턴 발생기(PG)를 위한 래스터기이다. 이 패턴 발생기는 180nm 하향으로 피쳐를 기록할 수 있다. 이 패턴 발생기는 도 2에 개략적으로 설명된 바와 같이, 아날로그 반사 마이크로 역학 공간적 광 변조기를 사용하고 상기 공간 광 변조기의 이미지를 축소화 렌즈를 통하여 마스크 블랭크에 투사하는 것으로 PCT 특허 출원 SE99/00310에 설명되어 있다. 공간적 광 변조기는 2048 x 512 픽셀의 어레이 크기를 가지고 각 픽셀이 16 x 16 ㎛의 폭을 가진다. 렌즈는 160X의 축소 배율을 가지며 공간적 광 변조기의 투사된 크기는 0.1 x 0.1 ㎛이다. 공간적 광 변조기의 아날로그 픽셀들은 0.1 ㎛ / 64 = 1.6nm의 어드레스 그리드(address grid)에 해당하는, 완전 노출과 제로 노출 사이가 50레벨 이상, 바람직하게는 65 레벨 이상의 전압에 의하여 구동된다. 구동 전자 장치는 다중값의 비트맵들, 즉 달리 말하면 각 픽셀에서 N 비트의 깊이를 가지는 비트맵들을 가진다. 미래에 대한 유연성을 유지하기 위하여 각 픽셀은 50레벨에 대하여 필요한 6비트가 아닌, 8비트로 표현된다. 따라서, 0부터 255까지의 픽셀 값들이 유효하고 0부터 50까지의 값들은 노출 변화에 대해 사용된다. 51부터 100까지의 코드들은 파면(wavefront)에서의 음(negative)의 복소 진폭에 대응하여 마이크로 역학 픽셀들에서 더 높은 편향을 발생시키기 위하여 사용되는데, 음의 진폭은 기록된 패턴 내에서 에지의 선명도(acuity)와 코너의 첨예도(sharpness)를 증가시키기 위하여 사용될 수 있다. 전형적으로 노출된 피쳐는 약한 음의 진폭광을 백그라운드로 하여 양의 진폭에 의해 프린트되는데, 여기서 약한 음의 진폭광은 피쳐의 노출에서 높은 에지 경사(slope)를 생성한다.
공간적 광 변조기에는 새로운 패턴 데이터가 초당 700번 로딩되고, KrF 레이져(248nm)로부터의 단일 플래시가 공간적 광 변조기 상의 패턴을 마스크 블랭크에 전송하기 위하여 사용된다. 다음번 플래시 이전에 공간적 광 변조기는 재기록될 필요가 있고, 스테이지는 각 플래시들이 마스크 블랭크 상에 인접 패턴을 생성하도록 대략 50㎛만큼 전진할 필요가 있다. 상기 스테이지는 약 35mm/s의 일정한 속도로 움직이고, 2048 픽셀 폭의 스트립은 연속적 플래시들로부터 함께 스티치(stitch)된다. 최대의 패턴 길이는 230mm이고, 스트립은 4.7GByte를 요하는 230 mm x 2048 / 0.1 ㎛ = 4.7 x 109 픽셀을 포함한다. 6.4초 안에 한 개의 스트립이 기록되고, 1초의 재추적(retrace) 이후에는 다음번 스트립을 위한 데이터가 준비되어야만 한다. 그러나 기록은 또한 재추적 스트로크(stroke) 상에서 수행될 수 있고, 이는 기록 프로세스를 더 빠르고 더욱 효율적으로 할 수 있다.
버스트 데이터량(burst data flow)은 750MBytes/s이고 평균적으로는 650MBytes/s이다. 하나의 스트립에 대한 데이터를 처리하는데 걸리는 실제 시간은 절대적으로 예측 불가능하기 때문에, 스트립이 기록되기 전에 하나의 완전한 스트립(full strip)이 버퍼링 되도록 하였다. 실제로 메모리 내의 기록과 판독 동작 사이에 전송 시간과 오버랩을 허용하기 위하여 스트립 버퍼는 6.4GByte보다도 더 클 필요가 있다. 만약 데이터 처리가 이용가능한 시간보다 더 시간이 걸린다면, 기기는 스트립에 대하여 시작하기 전에 데이터를 대기한다. 데이터 고갈로 인한 기록 스트로크의 중도 포기는 플레이트(plate) 외부에서의 정지 위치(idle position)에서 데이터를 대기하는 것보다 더욱 불규칙하고 바람직하지 않은 이벤트이다. 그래서 작은 데이터 버퍼들을 가지는 시스템과 이동중 래스터화시키는 래스터기는 반드시 헤드룸(headroom)을 갖도록 설계되어야 하며 스트립 버퍼링된 시스템(strip-buffered system)의 처리 능력의 거의 두 배를 요한다. 많은 양의 버퍼 메모리가 필요함에도 불구하고 완전 스트립 버퍼링은 래스터화의 속도를 증가시키는 것보다 비용면에서 더욱 효율적이라고 여겨진다.
그러나 본 발명의 범위 내에서, 그런 대형 버퍼들을 사용하지 않거나 전혀 버퍼를 사용하지 않는 것이 또한 가능하며, 따라서 기록되어질 각각의 윈도우가 대신 주어지며 순차적으로 래스터화된다.
병렬 동작
입력 데이터 포맷은 많은 다른 포맷들이 가능한데, 예를 들면 계층적인 GDSII, 플랫 MEBES 포맷 또는 알고리즘 형태 등이 있다. 입력 데이터 파일들은 극단적으로 클 수 있고 10 내지 30 GByte인 패턴 파일들을 가지는 경우도 그리 드문 것은 아니다. 좀더 계층적인 파일들 쪽으로 개발이 될지라도 미래에는 파일 크기가 더욱 커질 수 있을 것이다.
공간적 광 변조기는 미래의 마스크에 대해 필요한 것보다 훨씬 더 작은 픽셀 크기를 가지고 적절한 기록 시간을 달성키 위하여 필요할 극단적으로 높은 속도(초당 픽셀들에서)의 가능성을 제시한다. 해상도와 복잡성의 면에서 모어(More)의 법칙을 따르면서 레티클(reticle)에 대한 기록 시간을 유지하기 위하여는 초당 픽셀의 숫자가 매 18개월마다 두 배가 되어야 한다. 그래서 모든 데이터가 하나의 인터페이스를 통과해야만 하는 어떤 구조도 곧 구식이고 부적절한 것이 될 것이라고 예측된다. 오직 진정한 병렬 구조만이 임의의 용량에 대해 조정될 수 있다. 하기에서 어떻게 이러한 진정 병렬 구조가 설계될 수 있는지에 대해 설명한다:
공간적 광 변조기의 표면은 공간적 광 변조기 필드들의 세트로 분할된다. 높은 종횡비(aspect ratio)의 공간적 광 변조기(예를 들면 2048 x 512 픽셀)의 경우에는 이것을 512 x 512 픽셀 필드들로 분할하는 것이 유용하다. 데이터는 스캐닝에 의하여 공간적 광 변조기로 기록된다. 보다 바람직한 실시예에서 단일 디지털-아날로그 변환(digital to analog conversion, DAC)은 64개의 행에 대해 아날로그 멀티플렉서에 의해 스캐닝되고 그 각각을 0 내지 40 볼트의 범위의 전위로 충전시킨다. 그 다음에 게이트(열) 라인이 개방되고, 행의 라인의 전하가 각 픽셀의 저장 커패시터에 전송된다. 각각 64개의 행의 라인들에 대하여 스캐닝된 여러 DAC들은 전체 공간적 광 변조기를 구동시키기 위해 필요하다. 2048개의 행을 가지는 하나의 공간적 광 변조기에 대하여 32개의 DAC들이 있다. 전체 이미지가 로딩되는 동안 512개의 열들은 반드시 스캐닝 되어야 하고 각 열에 대하여 모든 64개의 행들이 스캐닝되어야 하며 순차적으로 충전되어야 한다. 1 ms 안에 완전한 이미지를 로딩하기 위하여는 DAC는 초당 32 x 106볼트를 발생시켜야만 하고, 실제로 초당 40M 변환들이 더욱 적당한 수치이다. 이는 PC 보드와 전자 장치의 설계와 제작을 위한 일반적인 방법으로 수행 가능하다.
유연성을 증가시키기 위하여 공간적 광 변조기는 매 2048 행마다 8, 16, 32 또는 64번의 DAC들로 구성될 수 있도록 설계된다. 이는 같은 칩을 사용하여 다른 구성이 가능하도록 하여 준다: 64번의 DAC에 의해 공간적 광 변조기는 동일한 40MHz의 변환 속도를 가지고 0.5ms 내에 리로딩(reload)될 수 있다. 반면에 8 또는 16번의 DAC를 사용하는 더 적은 속도 요구 사항을 가지며, 비용에 민감한 응용예를 위한 보다 저가의 시스템을 구축하는 것도 가능하다. 하나의 아날로그 멀티플렉서에 대해 32개의 행들의 블록들로 분할하는 기본 구성은 더 큰 또는 더 작은 공간적 광 변조기를 설계, 및 이것을 구동하기 위한 같은 외부의 전자적 구성 블록(building block)의 이용을 쉽게 하여 준다.
바람직한 실시예에서 래스터화 캐비닛(cabinet)과 공간적 광 변조기 사이의 인터페이스는 DAC 이후에는 아날로그 전압에 있게 된다. 도 6에 도식적으로 설명된 바와 같이, 공간적 광 변조기를 갖는 PC 보드 상에서, 선택, 타이밍 및 제어를 위한 라인들과 함께 32의 각 그룹에 대한 하나의 아날로그(비디오) 입력이 존재한다. 그 비디오는 0 내지 1 볼트의 범위에 있고, 공간적 광 변조기 보드 상의 각 입력에서 볼트 범위를 공간적 광 변조기를 위해 필요한 0 내지 40 볼트로 하여 주는 아날로그 증폭기가 존재한다. DAC들은 래스터화 전자 장치와 함께 개별 캐비닛에서 일어난다. 캐비닛의 숫자를 늘리는 것이 가능하기 때문에 이는 진정한 스케일러빌리티를 가져온다. 래스터기와 공간적 광 변조기 보드 사이에서의 고속 인터페이스는 거리에 둔감한 비디오 케이블이기 때문에, 전체적 래스터기가 하나의 백플레인이나 하나의 캐비닛에 일치할 필요는 없다.
DAC들은 공간적 광 변조기 내의 512개의 행들에 대응하는 8번의 DAC들의 DAC 블록들로 결합된다. 각 DAC는 응답 곡선 보정(response curve correction)을 위한 룩업 테이블들을 포함하는 신호 조정 전자 장치(signal conditioning electronics)를 가진다. 각 DAC 블록에 대해 공통 버퍼 메모리와 병렬 래스터화 프로세서들의 뱅크가 존재한다. 각 래스터화 프로세서는 행 어드레스들의 범위, 다른 말로 하면 공간적 광 변조기를 통한 대역에 할당된다. 바람직한 실시예에서 하나의 그래픽 프로세서는 512개의 행들인 DAC 블록의 전체 폭을 래스터화시키지만, 그러한 구조의 미래 구현에 있어서는, DAC 블록이 몇 개의 래스터화 프로세서들 사이에서 세분될 필요가 있다는 것이 예측된다. 바람직한 실시예에서 래스터화 프로세서는 640행 x 2560열 픽셀의 래스터화 윈도우 내에서 비트맵을 생성하도록 설정된다. 나중에 사용될 것(512 행)보다 더 큰 래스터화 비트맵 윈도우나 확장된 비트맵은 비트맵 상의 동작들에 의해 패턴 피쳐들 사이에 일어나는 상호작용을 정정하는 것을 가능하게 해준다. 확장된 비트맵이 없다면 512개의 행 필드 외부의 피처들로부터의 임의의 상호작용은 손실될 것이다. 열 방향의 필드들 사이에도 유사한 확장이 있다. 확장 내의 데이터는 리던던시(redundant)이며 단지 계산과 상호작용을 위해서만 사용된다. 얼마나 많은 리던던시 데이터가 512 행 바깥에서 생성되는가를 결정하는 소프트웨어 제어 윈도우가 존재한다.
도 3을 참고하면, 각각이 공간적 광 변조기 내의 인접한 영역을 위한 데이터를 생성하는 많은 프랙쳐링 프로세서들과 래스터화 프로세서들을 갖는 도식적인 다중프로세서 구조가 도시되며, 이에 반해 도 4는 각각 공간적 광 변조기의 개별 영역에 제공하는 몇 개의 프랙쳐링 프로세서들과 몇 개의 래스터화 프로세서들을 가지는 두 개의 완전히 독립적인 유닛들을 가지는 완전히 병렬적인 구조를 도식적으로 보여준다.
래스터기(R)는 4개의 프랙쳐링 프로세서들을 가지는 프랙쳐링 모듈(F)로부터 온 데이터를 선입선출(first in first out, FIFO) 버퍼로부터 제공받는다. 프랙쳐링 모듈에서 입력 파일은 래스터화 프로세서의 확장된 비트맵에 일치하여 래스터화 필드로 잘려지고, 예를 들면 정다각형이 삼각형이나 사다리꼴로 잘려지는 것처럼 데이터 엘리먼트들은 래스터기에 대해 미리 조정된다. 계층적인 파일에 대해 계층적 트리 구조는 그것이 프랙쳐 필드들로 잘라지기 전에 부분적으로 분해되어야 한다. 그러므로 최악의 경우에 래스터화 모듈은 파일이 필드들로 잘라지기 전의 전체적인 파일을 확인해야만 한다. 매우 큰 파일들에 대하여 이는 병목현상 (bottleneck)을 일으킨다. 이를 경감하기 위한 두 가지 가능한 방법이 있다:
- 각 셀의 헤더에 크기 정보의 계층적인 파일 포맷을 포함시켜서 프랙쳐 윈도우 외부의 셀이 스킵될 수 있게 하는 것이다. 스킵된 셀은 자체적으로 내부의 계층을 가질 수 있기 때문에 많은 양의 중복 작업을 피할 수 있다.
- 파일을 생성하는 CAD 시스템은 작은 조각으로 잘라진 큰 피쳐로 파일을 기록하는데, 부분적으로 분해된 계층과 분류된 데이터는 파일이 피쳐를 잃을 위험 없이 순차적으로 판독될 수 있도록 하여준다.
이 두 가지 원리를 조합하여 파일은 순차적으로 처리되고 리던던트 정보는 신속하게 무시된다. 그 후 전체의 파일을 각 프랙쳐 모듈에서 처리하는 것이 가능하나, 프랙쳐된 출력 데이터는 특별한 프랙쳐 모듈에 할당된 그런 영역들에 대하여만 생성된다. 이런 방법으로 파일의 4가지 다른 복사본들이 프랙쳐 프로세서에 의하여 판독되고 처리되며, 복사본들 각각은 공간적 광 변조기의 대역에 대한 프랙쳐 데이터를 생성하여 이것을 동일한 대역에 할당된 래스터기에 전달한다.
대안적 실시예에서, 하나 또는 몇 개의 프랙쳐링 모듈들은 복수의 래스터화 모듈들에 연결된다. 각 래스터화 모듈은 바람직하게는 공간적 광 변조기의 특정한 영역에 대응한다. 래스터화 모듈로부터의 출력들은 공간적 광 변조기 구동 유닛(SDU)에 제공되고, 상기 구동 유닛은 여러 개의 래스터화 모듈들로부터의 래스터화된 데이터를 결합한다. 비트맵들은 공간적 광 변조기 구동 유닛으로부터 DAC를 통하여 공간적 광 변조기로 전송된다.
효율적인 병렬 프랙쳐링 프로세스를 달성하기 위하여, 입력 데이터를 사전 처리하고, 이를 소위 MIC 포맷이라고 불리는 벡터 포맷으로 변환하는 것이 바람직하다. 프랙쳐링은 Y 방향으로 스트립 내의 패턴을 얇게 잘라내는(slice) 프로세스이다. 만약 프랙쳐링이 실시간으로 행해지게 된다면 큰 입력 파일은 바람직하게는 Y 방향, 다른 말로 하면 스트립 방향에 수직인 방향으로, 소위 버킷(bucket)이라고 불리는 단위들로 분류되거나 블록화된다. 그러나 이것은 만약 프랙쳐링이 오프라인에서 일어난다면 필요하지 않다. 예를 들면 버킷 단위로 분류된, MIC 포맷의 데이터의 프랙쳐링은 바람직하게는 데이터를 스트립이나 서브스트립으로 추출하는 단계로 구성된다.
버킷들은 버킷들 내에 포함되는 패턴 오브젝트들의 모든 정보를 포함하는 자율 단위들이고, 바람직하게는 입력 데이터 파일의 판독시에 온라인 상에서 생성된다. 버킷의 폭은 버킷들 사이에서 변화할 수 있지만, 바람직하게는 프랙쳐링의 시작점에서 정의된다. 버킷 추출은 파일 서버 컴퓨터나 실시간 프랙쳐링 컴퓨터에서 발생할 수 있다. 특정 버킷 내에 하나 또는 두 개의 인스턴스들에 의한 Y방향으로의 모든 반복들(iterations)은 논의중인 버킷들 내에서 분해되고 언팩된다(unpack). 모든 객체들은 그 원래의 좌표를 유지한다. 그러나 분해되지 않은 반복들은 버킷 경계를 넘나들 수 있다. 버킷들 사이에는 객체들의 어떠한 의존성도 없다. 더욱이, 각 버킷은 바람직하게는 큰 데이터 파일로의 무작위 접근 포인터들로 구성된다. 그러나 더 짧은 접근 시간을 달성하기 위하여, 바람직하게는 데이터 파일이 분류된다.
프랙쳐링 프로세스에서, 만약 데이터가 버킷 단위로 분류되거나, 그렇지 않고 완전한 파일로부터 온 것이라면, 하나의 프로세서는 바람직하게는 첫 번째 버킷을 판독하는 것을 시작하고, 단지 첫 번째 스캔스트립(scanstrip)만을 추출한다. 모든 다른 정보는 이때 무시된다. 다음 프로세서는 같은 버킷을 판독하고 단지 다음 스캔스트립만을 추출한다. 세 번째 프로세서는 세 번째 스캔스트립을 추출하며 모든 프로세서들이 비지(busy) 상태가 될 때까지 이렇게 계속된다. 이것은 효율적인 다중프로세서 프랙쳐링을 제공한다. 그러나 같은 스캔스트립 상에서 여러 개의 프로세서가 작업하게 하는 것도 역시 가능하다.
응답 곡선 보정(Response-curve correction)
입력 패턴은 기하학(geometry) 구조로써 규정되지만, 전압으로부터 상기 기하학 구조로의 응답은 매우 비선형적이다. 패턴의 얼마나 넓은 영역이 특정한 픽셀에 해당하는지를 결정하는 래스터기는 그 영역을 바람직한 실시예에서 0부터 64 사이의 값으로 변환시킨다. 응답 함수는 비선형적이기 때문에 래스터기에 의해 결정된 픽셀값들은 픽셀들이 서브픽셀 어드레스(sub-pixel address) 내에서 분할을 형성하기 위해 정해질 필요가 있는 전압값과 일치하지 않는다. 보정을 가하기 위한 다른 방법들이 존재하며, 일부는 PCT 특허 출원 SE99/00310에 설명되어 있다. 기본적으로 보정은 다이오드 네트워크와 같은 비선형적 아날로그 함수나 픽셀값의 수학적인 변환에 의하여 행해질 수 있다. 명백한 보정은 어느 정도까지는 다항식이다. 다항식 영차항은 오프셋이고, 일차항은 증폭 인자이며, 더 높은 항들은 비선형성을 위해 정정한다. 보정은 패턴이 래스터화되거나 패턴이 공간적 광 변조기에 로딩되기 전에 적용될 수 있다. 실제로 다항식을 계산하는 것보다 룩업 테이블의 수단에 의해 보정을 적용하는 것이 보다 실질적이다. 룩업 테이블은 가장 간단한 형태로, 모든 픽셀에 적용되는 하나의 정정 함수를 저장한다. 이 함수는 전형적인 픽셀 비선형성을 나타내고 경험적으로 보정되거나 시스템의 물리적인 모델로부터 끌어낼 수 있다. 최고급 패턴 발생기를 위하여 이미지 동일성은 매우 중요하다. 마이크로 역학적 픽셀 요소들 내에서의 불완전함과 노화 효과(aging effect)로 인한 픽셀과 픽셀 간의 차이점은 이미지의 품질을 망칠 수 있다. 그래서 응답 함수의 픽셀-대-픽셀로 정정하는 것이 매우 바람직하다. 다시 이것은 여러 방법으로 실행될 수 있으나, 바람직한 실시예에서 다양한 룩업 테이블이 사용된다:
픽셀들의 응답 함수들은 많은 전형적인 응답 곡선들로 분류된다. 이것들은 24비트의 입력 어드레스와 16비트의 출력 데이터로 룩업 메모리에 저장된다. 각 곡선은 8비트 데이터 값을 16비트의 DAC 값으로 변환시킨다. 도 7에서 설명된 구조는 16비트 DAC 워드를 지원하지만, 바람직한 실시예에서 단지 10개의 최상위비트(most significant bit)들만 DAC에서 실제로 사용된다.
16비트에 의하여 선택된 216 = 65536개의 가능한 곡선을 위한 공간이 있다. 16비트는 오프셋 전압을 위한 4비트, 거울 컴플라이언스(mirror compliance)를 위한 4비트 그리고 휘도(brightness)를 위한 8비트로 나누어진다. 일단 첫 번째 2 x 4 비트인 픽셀 특성이 정정되면 패턴의 밝기를 밝기 비트의 변화에 의하여 바꾸는 것은 쉽다. 더욱 복잡한 설계에서, 밝기 값들이 작은 룩업 메모리로 한번 더 변환되는 이중 변환이 있는데, 그 이점은 플래시 사이에 기기의 중앙 처리 장치(CPU)에 의해 작은 룩업 테이블이 재기록될 수 있다는 점이다. 이중 변환 시스템은 높은 유연성을 제공하고 동적으로 변화하는 도즈(dose)로 다른 영역을 노출시키는 것을 가능하게 해 주는데, 예를 들면 패스(pass)들 사이의 변위된 공간적 광 변조기 필드와 함께 일련의 오버랩된 기록 패스들로부터 누적되는 도즈 오차(accumulated dose error)의 하나의 패스에서의 보정을 위한 경우이다. 이는 도 5에서 개략적으로 설명된다.
물론 다른 표현들도 사용될 수 있다. 곡선의 작은 부분 집합들이 계산되지만, 그들의 대부분은 계산된 곡선들 사이의 선형 내삽법(linear interpolation)으로 생성된다. 이런 방법으로 65536개의 곡선 생성 계산을 처리할 수 있다.
공간적 광 변조기 내에서 각 픽셀에 대하여 하나의 16비트 셀을 가지는 픽셀 파라미터 메모리(pixel parameter memory)가 있다. 하나의 특정한 픽셀이 공간적 광 변조기로 로딩될 때 그 8비트 데이터 값은 룩업 메모리에 의해 16비트 워드로 변환된다. 어떤 곡선이 사용되는가는 픽셀 파라미터 메모리로부터 판독되고 룩업 메모리의 16 어드레스 비트에 제공되는 16비트 워드에 의하여 결정된다.
대안으로써, 룩업 테이블을 사용하는 대신 응답 값의 산술적 계산을 위한 장치를 사용하는 것도 또한 가능하다. 산술적인 계산과 룩업 메모리를 조합하는 어떤 종류의 혼합 해결책도 또한 가능하다.
유사한 정정 기능은 위에 언급한 것과 같은 다른 형태의 공간 에너지 빔 변조기들을 위해서도 적절히 사용된다.
데이터 무결성과 에러 복구(Data integrity and error recovery)
포토마스크는 기록 패스마다 150 mm x 150 mm / (0.1 ㎛ x 0.1 ㎛) 픽셀들 = 2.25 x 1012 픽셀들을 포함할 수 있다. 데이터에서의 비트 에러는 기록된 패턴에서의 점 결함(point defect)으로 나타날 수 있다. 비트 에러들은 때때로 전자적 간섭(electronic interference)의 결과이고 때때로 포토마스크를 사용하여 생산된 칩이 오동작하는 버스트(bursts)에서 발생할 수 있다. 바람직한 실시예에서 데이터는 체크섬(checksum)과 함께 전송되고 에러 플래그(error flag)는 체크섬이 틀린 경우 발생할 수 있다. 이것은 모든 대용량의 데이터 흐름에 대해 DAC 래치(latch)에까지 줄곧 행해진다. 에러 조건이 발생한 때 다음의 레이져 펄스는 억제되고 기록계는 에러 조건이 제거될 때 억제된 플래시로부터 기록을 계속하는 복구 모드에 들어간다. 많은 내부의 다른 조건들이, 예를 들면 데이터가 준비되지 않은 때, 에러 플래그를 발생시킬 수 있다.
레이져 트리그 신호(laser trig signal) 후에 미리 결정된 주기 내에서 레이져 펄스의 부재가 에러 조건을 발생하도록 하기 위해 레이져 펄스의 시퀀스가 또한 모니터링된다. 펄스가 사라진다면 노출이 없고 마스크 블랭크는 에러에 의해 붕괴되지 않게 된다. 그래서 일반적인 에러 복구 순서는 데이터 흐름을 정지시키는 것, 기계적인 스트로크를 정지시키는 것(또는 노출 없이 일반적인 스트로크를 계속하는 것), 데이터를 후퇴시키는 것, 같은 스트립을 반복하는 것 그리고 사라진 플래시에서 레이져를 켜는 것 등을 포함한다. 같은 방법으로 처리되는 다른 에러 조건에는 미리 결정된 한계 이상인 스테이지 위치 에러와 공기압 서지(air pressure surge)가 있다. 기록 에러의 위험을 가지는 임의의 조건이나 사건도, 흔치 않은 사건들에 대한 경우에, 매우 낮은 처리량 손실만 겪고 같은 방법으로 처리될 수 있다. 데이터 경로는 그래서 최후의 공간적 광 변조기의 비트맵을 빠르게 리로딩할 수 있는 능력으로 설계된다. 데이터 경로에서의 초기의 데이터 전송 에러들은 일부 데이터의 리프랙쳐링(refracturing)과 리래스터라이징(rerasterizing)을 일으킨다.

Claims (30)

  1. 높은 처리량 및 정확도로 기호 입력 포맷의 패턴 데이터를 다중값의 비트맵으로 변환하고, 상기 비트맵을 패턴 발생기의 아날로그 공간 에너지 빔 변조기(spatial energy beam modulator; SEBM)에 제공하는 방법으로서,
    상기 입력 포맷을 수신하여 이를 적어도 하나의 프랙쳐 프로세서(fracture processor) 내의 프랙쳐 필드들로 프랙쳐링(fracturing) 하는 단계;
    상기 프랙쳐 필드에 대해 프랙쳐링된 데이터를 적어도 하나의 래스터화 프로세서(rasterizing processor)를 갖는 래스터화 모듈로 전송하는 단계;
    상기 래스터화 프로세서에서 데이터의 적어도 일부분을 상기 공간 에너지 빔 변조기의 영역에 대응하는 인접한 비트맵으로 래스터화하는 단계; 및
    상기 인접한 비트맵을 상기 공간 에너지 빔 변조기의 영역으로 로딩하는 단계
    를 포함하는, 비트맵을 변환하여 제공하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 비트맵 데이터를 상기 SEBM에 로딩하는 동안, 하나의 픽셀에 대하여 다중값을 가지는 데이터들이 다중값을 가지는 아날로그 전자기적 양으로 변환되는 것을 특징으로 하는 비트맵을 변환하여 제공하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전자기적 양은 전위인 것을 특징으로 하는 비트맵을 변환하여 제공하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 비트맵 데이터는 상기 SEBM에 응답하여 비선형성에 대해, 또는 픽셀-대-픽셀 편차에 대해 정정되는 것을 특징으로 하는 비트맵을 변환하여 제공하는 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 하나의 픽셀에 대한 데이터는 미리 저장된 룩업 테이블(lookup table) 의 룩업에 의하여 정정되는 것을 특징으로 하는 비트맵을 변환하여 제공하는 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 테이블의 룩업은 데이터 값과 상기 SEBM 내의 픽셀 위치에 기초하는 것을 특징으로 하는 비트맵을 변환하여 제공하는 방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 테이블의 룩업은 적어도 하나의 물리적 파라미터의 편차에 대응하는 픽셀에 대한 응답 함수들 세트 중의 하나 및 픽셀 값에 기초하는 것을 특징으로 하는 비트맵을 변환하여 제공하는 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 물리적 파라미터는
    - 전자적 오프셋
    - 전자적 이득
    - 거울의 기계적인 강성도(stiffness)
    - 내재 응력(built-in stress)
    - 파면(wavefront)의 평탄도(flatness)
    - 빔 포인팅
    - 광 효율
    - 메모리 효과
    중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 비트맵을 변환하여 제공하는 방법.
  9. 제 4항에 있어서,
    상기 하나의 픽셀에 대한 데이터는 산술적 계산에 의해 정정되는 것을 특징으로 하는 비트맵을 변환하여 제공하는 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 래스터화 모듈은 적어도 두 개인 것을 특징으로 하는 비트맵을 변환하여 제공하는 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 SEBM의 표면은 서브필드들로 분할되고, 상기 하나의 래스터화 모듈은 영구적으로 하나의 서브필드에 할당되는 것을 특징으로 하는 비트맵을 변환하여 제공하는 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 프랙쳐 필드들은 상기 SEBM의 상기 서브필드들에 대응하는 것을 특징으로 하는 비트맵을 변환하여 제공하는 방법.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공간 에너지 빔 변조기(SEBM)는 공간적 광 변조기(spatial light modulator; SLM)인 것을 특징으로 하는 비트맵을 변환하여 제공하는 방법.
  14. 높은 처리량 및 정확도로 기호 입력 포맷의 패턴 데이터를 다중값의 비트맵으로 변환하고, 상기 비트맵을 패턴 발생기의 아날로그 공간 에너지 빔 변조기(SEBM)에 제공하는 방법으로서,
    상기 입력 포맷을 수신하여 이를 적어도 하나의 프랙쳐 프로세서의 프랙쳐 필드들로 프랙쳐링하는 단계;
    상기 SEBM의 인접한 영역을 입력 패턴 기술(description) 내의 인접한 영역에 할당하는 단계;
    상기 패턴 영역에 대한 프랙쳐링된 데이터를 적어도 하나의 래스터화 프로세서를 갖는 래스터화 모듈에 전송하는 단계;
    상기 래스터화 모듈에서 상기 데이터의 적어도 일부를 인접한 비트맵에 래스터화하는 단계; 및
    상기 비트맵을 상기 SEBM의 상기 영역에 로딩하는 단계
    를 포함하는, 비트맵을 변환하여 제공하는 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 SEBM의 적어도 두 개의 인접한 영역들은 상기 입력 데이터 내의 두개의 영역들에 할당되고 두개의 래스터화 프로세서들에 전송되는 것을 특징으로 하는 비트맵을 변환하여 제공하는 방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    적어도 두 개의 상기 프랙쳐 프로세서들은 적어도 두 개의 래스터화 프로세서들로 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 비트맵을 변환하여 제공하는 방법.
  17. 제 14항에 있어서,
    하나의 상기 프랙쳐 프로세서는 적어도 하나의 래스터화 프로세서에 데이터를 전송하고, 다른 프랙쳐 프로세서는 상기 제 1 프랙쳐 프로세서로부터 데이터를 수신하지 않는 적어도 하나의 래스터화 프로세서에 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 비트맵을 변환하여 제공하는 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 프랙쳐 프로세서들과 상기 래스터화 프로세서들 사이에 고정된 조합(association)이 있는 것을 특징으로 하는 비트맵을 변환하여 제공하는 방법.
  19. 제 14항에 있어서,
    상기 하나의 프랙쳐 모듈이 적어도 두 개의 래스터화 프로세서들을 포함하는 적어도 하나의 래스터화 모듈로 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 비트맵을 변환하여 제공하는 방법.
  20. 제 14항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 프랙쳐 프로세서들을 포함하는 하나의 프랙쳐 모듈은 적어도 두 개의 래스터화 프로세서들을 포함하는 적어도 하나의 래스터화 모듈로 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 비트맵을 변환하여 제공하는 방법.
  21. 제 14항에 있어서,
    상기 하나의 프랙쳐 모듈은 하나의 래스터화 모듈로 데이터를 전송하고, 다른 프랙쳐 모듈은 상이한 래스터화 모듈로 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 비트맵을 변환하여 제공하는 방법.
  22. 제 14항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공간 에너지 빔 변조기(SEBM)는 공간적 광 변조기(SLM)인 것을 특징으로 하는 비트맵을 변환하여 제공하는 방법.
  23. 높은 처리량 및 정확도로 기호 입력 포맷의 패턴 데이터를 다중값의 비트맵으로 변환하고, 상기 비트맵을 패턴 발생기의 아날로그 공간 에너지 빔 변조기에 제공하는 방법으로서,
    상기 입력 포맷을 수신하여 이를 적어도 하나의 프랙쳐 프로세서 내의 프랙쳐 필드들로 프랙쳐링하는 단계;
    상기 프랙쳐 필드 내의 상기 데이터를 패턴 내의 의도된 위치로 태깅(tagging)하는 단계;
    프랙쳐링되고 태깅된 필드들을 적어도 하나의 래스터화 모듈로 전송하는 단계;
    상기 래스터화 모듈에서 상기 태깅된 프랙쳐 데이터의 적어도 일부를 태깅된 비트맵으로 래스터화하는 단계; 및
    상기 비트맵을 상기 태깅에 의하여 결정된 상기 SEBM의 영역들로 로딩하는 단계
    를 포함하는, 비트맵을 변환하여 제공하는 방법.
  24. 높은 처리량 및 정확도로 기호 입력 포맷의 패턴 데이터를 다중값의 비트맵으로 변환하고, 상기 비트맵을 패턴 발생기의 아날로그 공간 에너지 빔 변조기(SEBM)에 제공하는 래스터기로서,
    입력 데이터 패턴을 위한 입력 채널(input channel);
    상기 입력 데이터를 프랙쳐 필드들로 프랙쳐링하기 위한 프랙쳐 모듈;
    상기 프랙쳐 필드들에 대한 데이터를 다중값의 비트맵들로 래스터화하기 위한 래스터화 모듈; 및
    상기 비트맵들을 상기 SEBM에 로딩하기 위한 전송 구조물
    을 포함하는 래스터기.
  25. 제 1 항에 있어서,
    상기 기호 입력 포맷은 GDSII인 것을 특징으로 하는 비트맵을 변환하여 제공하는 방법.
  26. 제 14 항에 있어서,
    상기 기호 입력 포맷은 GDSII인 것을 특징으로 하는 비트맵을 변환하여 제공하는 방법.
  27. 제 23 항에 있어서,
    상기 기호 입력 포맷은 GDSII인 것을 특징으로 하는 비트맵을 변환하여 제공하는 방법.
  28. 제 24 항에 있어서,
    상기 기호 입력 포맷은 GDSII인 것을 특징으로 하는 래스터기.
  29. 제 24 항에 있어서,
    상기 입력 채널은 네트워크 접속부 또는 장착가능한 매체용 스테이션인 것을 특징으로 하는 래스터기.
  30. 제 24 항에 있어서,
    상기 전송 구조물은 버스 또는 직렬 데이터 인터페이스인 것을 특징으로 하는 래스터기.
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