KR100943545B1 - 회전 스캐너 보상기를 구비한 레이저 빔 패턴 생성기 및 그 방법 - Google Patents

회전 스캐너 보상기를 구비한 레이저 빔 패턴 생성기 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

레이저 빔 패턴 생성기는 기판을 지지할 수 있는 기판 지지부를 가지며, 기판 지지부는 기판 지지부를 이동시킬 수 있는 지지 모터를 갖는다. 레이저 빔을 생성할 수 있는 레이저 빔 소스가 제공된다. 패턴에 따른 레이저 빔의 세기를 변조할 수 있는 빔 변조기 또한 제공된다. 스피닝 주파수로 회전할 수 있는 다수의 미러 면들을 갖는 회전 스캐너가 제공되어 기판을 가로질러 레이저 빔이 스캔된다. 레이저 빔 패턴 생성기는 또한 스피닝 주파수의 고조파를 포함하는 회전 스캐너 교정 신호에 따라 레이저 빔을 편향시키는 회전 스캐너 보상기를 구비하여 회전 스캐너로부터 생성하는 레이저 빔의 스캐닝 오차를 보상한다. 기판 지지부, 레이저 빔 소스, 빔 변조기, 회전 스캐너 및 회전 스캐너 보상기를 제어하기에 적합한 제어기가 제공되어 기판 양단에 대한 레이저 빔을 변조하고 스캔함으로써 기판상에 패턴을 생성시킨다.

Description

회전 스캐너 보상기를 구비한 레이저 빔 패턴 생성기 및 그 방법 {LASER BEAM PATTERN GENERATOR HAVING ROTATING SCANNER COMPENSATOR AND METHOD}
본 발명의 실시예들은 기판상에 레이저 빔 패턴 생성에 관한 것이다.
레이저 빔 패턴 생성기(laser beam pattern generator)는 기판상에 패턴을 생성하기 위하여 기판상에서 레이저 빔을 변조하고 스캐닝한다. 레이저 빔은 기판상에 생성되어야 하는 패턴에 따라 변조된다. 예를 들어, 통상적인 패턴 생성기는 기판을 유지하기 위한 기판 지지부, 및 기판상에 레이저 빔 패턴을 형성하기 위하여 기판을 가로질러 레이저 빔을 생성, 변조, 및 스캐닝하기 위한 레이저 빔 소스, 포커싱, 변조 및 스캐닝 부품들을 포함한다. 기판 지지부는 빔 스캐닝 부품와 함께 기판 지지부를 이동시키기 위한 지지 모터를 포함한다. 통상적으로 스캐닝 부품은 다수의 미러 면(facet)들을 포함하는 회전 스캐너(rotating scanner)이다. 기판은 예를 들어, 반도체들을 제조하기 위하여 사용되는 마스크 블랭크(mask blank)일 수 있고, 상기 마스크 블랭크는 마스크 블랭크의 감광 재료(photosensitive material) 상에 회로 이미지를 기록하기 위하여 변조된 레이저 빔에 노출된다. 그 다음 마스크 블랭크는 집적 회로들의 제조를 위한 마스크를 형성하기 위하여 현상되고 안정화된다.
상기 마스크를 사용하여 기판상에 양호한 정확도로 고해상도 레이저 빔 패턴들을 생성하는 것이 바람직하다. 그러나, 실제로 레이저 빔에 의해 생성된 패턴의 해상도는 종종 레이저 빔 패턴 생성기에서 발생되는 기판 배치 결함들에 의해 품질이 저하된다. 예를 들어, 지지 모터는 기판 지지부를 정확히 또는 재현성있게 이동시킬 수 없어, 결과적인 기판 배치는 원하는 위치가 아니다. 종래의 레이저 빔 패턴 생성기 시스템들에서, 스테이지 및 기판의 잘못된 배치는 예를 들어, 간섭법(interferometry)과 같은 방법들에 의해 결정될 수 있다. 다음, 레이저 빔의 배치는 예를 들어, Allen 등의 미국 특허 제 4,796,038호의 "레이저 패턴 생성 장치"에 기재된 것과 같은 조정 미러 시스템(steering mirror system)을 편향시킴으로써, 부적절한 기판 배치를 보상하기 위해 적절한 양만큼 레이저 빔을 편향시킴으로써 조정되며, 상기 문헌은 본 명세서에서 참조로서 통합된다. 상기 교정 방법들은 레이저 빔 패턴 생성의 해상도 및 정확성은 개선시키지만, 해상도는 여전히 바람직스러울 만큼 미세하지 못하고, 정확성 또한 요구되는 만큼 양호하지 못하다. 따라서, 더 높은 해상도 및 더 정확한 레이저 빔 스캐닝 패턴들을 생성하는 레이저 빔 패턴 생성기 및 방법을 갖는 것이 바람직하다.
레이저 빔 패턴 생성기는,
지지 모터를 포함하며 기판을 지지할 수 있는, 기판 지지부;
레이저 빔을 생성하는 레이저 빔 소스;
패턴에 따라 레이저 빔의 세기를 변조하는 빔 변조기;
기판을 가로질러 레이저 빔을 스캐닝하기 위해 스피닝 주파수에서 회전할 수 있는 다수의 미러 면들을 포함하는 회전 스캐너;
레이저 빔 스캐닝시 회전 스캐너로부터 발생하는 에러들을 보상하기 위하여 고조파의 스피닝 주파수를 포함하는 회전 스캐너 교정 신호에 따라 레이저 빔을 편향시키는 회전 스캐너 보상기; 및
기판상에 패턴이 생성되도록, 기판을 가로질러 레이저 빔을 변조하고 스캐닝하기 위하여, 기판 지지부, 레이저 빔 소스, 빔 변조기, 회전 스캐너 및 회전 스캐너 보상기를 제어하는 프로그램 코드를 포함하는 제어기를 포함함으로써,
기판상에 교정된 레이저 빔 패턴이 생성된다.
레이저 빔 패턴 생성기는,
지지 모터를 포함하고 기판을 지지할 수 있는, 기판 지지부;
레이저 빔을 생성하는 레이저 빔 소스;
패턴에 따라 레이저 빔의 세기를 변조하는 빔 변조기;
기판을 가로질러 레이저 빔을 스캐닝하기 위해 스피닝 주파수에서 회전가능한 다수의 미러 면을 갖는 회전 스캐너;
레이저 빔의 스캐닝시 회전 스캐너로부터 발생한 에러를 보상하기 위해 회전 스캐너 교정 신호에 따라 레이저 빔을 편향시키는 회전 스캐너 보상기; 및
기판상에 패턴이 생성되도록, 기판을 가로질러 레이저 빔을 변조하고 스캐닝하기 위해 기판 지지부, 레이저 빔 소스, 빔 변조기, 회전 스캐너, 및 회전 보상기 스캐너를 제어하는 프로그램 코드를 포함하는 제어기를 포함하며, 상기 제어기는 ∑AnSin(nωt+φn) 형태의 회전 스캐너 교정 신호를 생성하도록 적응되며, 여기서 An은 상수, t는 시간, n은 고조파의 차수, ω는 스피닝 주파수, φn은 레이저 빔의 스캔시 회전 스캐너로부터 발생되는 에러들을 보상하고, 회전 스캐너 보상기로 상기 신호를 전달하기 위한 위상 쉬프트이며, 이로 인해 기판상에 교정된 레이저 빔이 생성된다.
기판상에 패턴을 제공하는 방법은, 기판 지지부에 기판을 배치시키는 단계, 레이저 빔을 생성하는 단계, 패턴에 따라 레이저 빔의 세기를 변조시키는 단계, 기판을 가로질러 레이저 빔을 스캐닝하기 위해 스피닝 주파수에서 빔 스캐너를 회전시키는 단계, 및 레이저 빔의 스캐닝시 회전 스캐너로부터 발생되는 에러들을 보상하기 위해 고조파의 스피닝 주파수를 포함하는 회전 스캐너 교정 신호에 따라 레이저 빔을 편향시키는 단계를 포함하며, 이로 인해 기판상에 패턴이 생성된다.
본 발명의 이러한 특성, 태양 및 장점은 이하의 설명, 첨부된 청구항 및 본 발명의 실시예를 설명하는 도면을 참조하여 더욱 잘 이해될 것이다. 그러나, 이는 본 발명에 통상적으로 사용될 수 있는 것임을 알아야 하며 특정 도면의 내용을 한정하지 않으며, 본 발명은 이러한 특징을 조합하는 것을 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 회전 스캐너 보상기를 갖는 레이저 빔 패턴 생성기의 개략도이다.
도 2는 기판을 가로질러 레이저 빔을 스캐닝하기 위해 스피닝 주파수에서 회전하는 미러 면을 갖는 회전 스캐너의 투시도이다.
도 3a는 회전 스캐너의 회전 이동으로 인해 레이저 빔의 스캐닝에서 발생하는 스캐닝 에러의 그래프이다.
도 3b는 회전 스캐너 보상기에 인가된 제 1 고조파의 스피닝 주파수를 포함하는 회전 스캐너 보상 신호의 그래프이다.
도 4는 주파수 함수로 퓨리에 분해되는 스캐닝 에러 신호 트레이스의 그래프이다.
도 5는 도 3b의 회전 스캐너 교정 신호 및 회전 스캐너 교정 신호를 따라 샘플링된 포인트들의 그래프이다.
삭제
본 발명에 따른 레이저 빔 패턴 생성기는 기판상에 패턴을 생성하는데 사용된다. 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 예시적인 버전의 패턴 생성기(100)는 패턴을 생성하는데 적절할 수 있으며, 상기 패턴은 통상적으로 집적 회로의 제조에 사용가능한 기판과 같은 기판(104) 상에 전자 장치 또는 전자 회로를 나타내는 패턴이다. 예를 들어, 패턴 생성기(100)는 마스크 블랭크처럼 기판(104)상에 패턴을 생성하기 위해 적절한 마스크-제조 장치일 수도 있다. 기판(104)은 마스크 블랭크의 광감성 재료에 패턴을 생성하기 위해 패턴 생성기(100)에서 변조된 레이저 빔(128)에 노출된다. 이어 마스크 블랭크는 패턴을 고정시키기 위해 현상되고 안정화되며 집적 회로의 제조에 사용된다. 본 발명에서 제공되는 패턴 생성기(100)의 예시적인 예는 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 본 발명은 동등한 예 또는 선택적인 예를 포함하며, 이는 당업자에게 자명하다.
일반적으로, 패턴 생성기(100)는 기판(104)을 지지할 수 있는 기판 지지부(108)를 포함한다. 기판 지지부(108)는 기판(104)을 배치시키도록 기판 지지부(108)를 이동시키기 위해 지지 모터(112)를 갖는다. 예컨대, 지지 모터(112)는 기판 표면에 평행한 x-y 평면을 따라 x 방향과 y 방향으로 기판 지지부(108)를 이동시키고, 기판 지지부(108)를 회전시키며, x-y 평면에 수직인 축을 따라 위 아래 수직으로 기판 지지부(108)를 이동시키거나 기판 지지부(108)를 기울일 수 있는 전기 모터를 포함한다. 기판 지지부(108)와 기판 자체(104)의 위치를 정밀하게 검출할 수 있는 지지부 위치 센서(116)가 제공된다. 예컨대, 지지부 위치 센서(116)는 간섭적으로 기판 지지부 또는 기판의 위치를 측정하기 위해 기판 지지부(108) 또는 기판(104)으로부터 광 빔(미도시)을 반사시킬 수 있다. 기판(104) 아래에서 원주형으로 연장하는 채널일 수 있는 진공 펌프(120)와 진공부(122)가 진공 힘에 의해 기판(104)을 안정적으로 보유하도록 추가로 제공된다.
레이저 빔 소스(124)는 빔 경로(132)를 따라 기판(104)으로 이동하는 레이저 빔(128)을 생성하기 위해 제공된다. 예컨대, 레이저 빔 소스(124)는 주파수 스펙트럼에서 자외선, 가시광선 또는 적외선부에서 광을 생성하는 실질적으로 가간섭성(coherent) 광 소스일 수 있다. 실시예에서, 레이저 빔 소스(124)는 351nm, 364nm, 380nm 파장에서 1차(primary) 스펙트럼 라인들을 가지며 아르곤 이온 레이저로부터 방사되는 연속파의 자외선 레이저 빔과 같은 시준된 다중-파장 레이저 빔을 생성하며, 상기 아르곤 이온 레이저는 캘리포니아, 산타 클라라에 있는 코히어런트 인코퍼레이티드사로부터 상업적으로 판매될 수 있다. 또한 다중 레이저 빔 소스는 단일 레이저 빔 소스 대신에 사용될 수 있다. 또한 다수의 광학 빔 부품들(136)은 레이저 빔(128)을 광학적으로 변조하기 위해 빔 경로(132)에 제공된다. 예컨대, 광학 부품들(136)은 레이저 빔(128)을 적당한 형상으로 수동적으로 형상화시킬 수 있는 광학 릴레이(140)를 포함할 수 있다.
레이저 빔 패턴 생성기(100)는 도 2에 도시된 것처럼 스캔 라인(320)을 따라 기판(104)을 가로질러 레이저 빔(128)을 스캐닝하기 위해 스피닝 주파수에서 회전할 수 있는 다수의 미러 면(310)을 포함하는 회전 스캐너(236)를 포함한다. 스피닝 주파수는 약 328Hz와 같이 약 20 내지 800Hz의 주파수일 수 있다. 일 예에서, 회전 스캐너(236)는 다각형 형상의 각 면에 적어도 약 20개, 예를 들어 약 24개의 미러 면(310)을 갖는 다각형 형상을 갖는다. 통상적으로 각각의 미러 면(310)은 기판(104)의 표면에 대해 하나의 스캔 라인(320)을 따라 레이저 빔(128)을 스캐닝한다. 예컨대, 회전 스캐너(236)가 24개 미러 면(310)을 포함하고 스피닝 주파수가 328Hz인 실시예에서, 회전 스캐너(236)는 기판(104)을 가로질러 초당 (328Hz ×24 또는) 7872 횟수로 레이저 빔(128)을 스캐닝한다.
회전 스캐너(236)는 기판(104)을 가로질러 레이저 빔(128)을 스캐닝할 때 스피닝 주파수에서 회전 이동으로 인해 주기적인 에러를 생성하고 주기적인 에러는 스피닝 주파수에 정수배인 주파수들을 갖는다는 것이 알려졌다. 에러는 통상적으로 스캔 라인(320)에 실질적으로 수직인 스트립 축(127)을 따라 발생한다. 에러는 도 3a에 도시된 것처럼 곡선(330)로서 도시될 수 있다. 일 실시예에서, 회전 스캐너(236)는 회전 스캐너(236)를 회전시키기 위한 모터의 회전 축에 장착된다. 구조 상의 결함 또는 축에 대한 회전 스캐너(236)의 장착 오정렬은 회전 스캐너(236)를 떨게 하고(wobble) 이에 대응하여 스트립 축(127)을 따라 레이저 빔(128)도 떨게 한다. 예컨대 이러한 떨림은 스피닝 주파수의 제 1 고조파에 강하게 대응할 수 있다.
회전 스캐너(236)에서의 결함이 레이저 빔 스캐닝 패턴의 해상도와 정확도를 감소시킬 수 있다는 것이 발견되었다. 예컨대, 회전 스캐너(236)의 오정렬은 기판(104)을 가로질러 스캐닝되는 레이저 빔(128)의 경로에 떨림을 유도할 수 있다. 회전 스캐너(236)는, 종종 이를 테면 미러 면(310)의 제조 또는 조립 또는 면(310)에 대한 차후 손상으로부터 발생되는 미러 면(310)의 정렬 또는 평면성에서의 작은 결함을 갖는 것으로 알려졌다. 이러한 미러 면(310)의 결함은 레이저 빔(128)이 원하는 경로로부터 벗어나 약간 편향되게 할 수 있다. 미러 면(310)이 스피닝 주파수로 회전하기 때문에, 레이저 빔(128)은 스피닝 주파수와 일치하는 주파수로 바람직하지 못하게 편향된다.
부가적으로, 레이저 빔 패턴 생성기(100)의 진동들은 레이저 빔(128)을 기판(104)상의 의도된 경로로부터 변위시킬 수 있어서, 기판(104)상에 패턴을 생성할 때 에러를 유발할 수 있다. 예를 들어, 회전 스캐너(236)는 스피닝 주파수의 고조파로서 언급되는, 정수배의 스피닝 주파수인 주파수에서 레이저 빔 패턴 생성기(100)의 진동들을 유발할 수 있다. 예를 들어, 회전 스캐너(236)는 하나 이상의 광학 부품들(136), 레이저 빔 소스(124), 또는 기판 지지부(108)에서 공진하는 진동들을 유발할 수 있다. 통상, 상기 언급된 하나 이상의 에러들은 도 3a에 도시된 것처럼, 원래 복잡한 스캐닝 에러를 형성하도록 혼합된다. 그러나, 이러한 혼합 에러는 통상적으로 거의 주기적이며, 대게는 스피닝 주파수의 고조파들의 합산으로 구성된다.
일 실시예에서, 나이프 에지(knife edge) 방법이 스캐닝 에러를 결정하는데 이용된다. 이러한 방법에서, 레이저 빔(128)은 슬릿 또는 반사 라인의 종방향으로 슬릿 또는 방사 라인을 갖는 레티클을 가로질러 대해 스캔된다. 레이저 빔 검출기(미도시)는 스캔 라인(320)을 따라 레이저 빔(128)의 위치 에러를 결정하기 위해 슬릿 또는 반사 라인으로부터 방출되는 레이저 빔(128)의 세기를 검출한다. 예를 들어, 레이저 빔(128)의 검출된 부분이 레이저 빔(128)의 총 세기의 1/2인 세기를 갖는다면, 레이저 빔(128)은 슬릿의 외부로부터 약 절반가량 떨어진 것으로 결정될 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 레이저 빔 패턴 생성기(100)는 레이저 빔(126)의 스캐닝시, 회전 스캐너(236)로부터 생성되는 에러들을 보상하기 위해 스피닝 주파수의 고조파를 포함하는 회전 스캐너 교정 신호에 따라 레이저 빔(128)을 편향시키는 회전 스캐너 보상기(390)를 더 포함한다. 예를 들어, 회전 스캐너(236)가 기판(104)상의 스캔 라인(320)을 따라 순방향으로 레이저 빔(128)을 스캐닝하고, 갑자기 다각형 스캐닝 에러로 인해 레이저 빔(128)이 스트라이프 축(127)을 따라 왼쪽으로 잘못 편향되면, 회전 스캐너 보상기(390)는 잘못된 편향을 보상하기 위해 오른쪽으로 레이저 빔(128)을 편향시킨다.
일 실시예에서, 회전 스캐너 보상기(390)는 조정 미러(410) 및 상기 조정 미러(410)를 제어가능하게 피봇하는 모터(420)를 포함한다. 조정 모터(420)는 레이저 빔(128)이 레이저 빔(128)을 반사시킴으로써 편향되도록 조정 미러(410)를 피봇하기 위한 신호들을 수신하도록 적응된다. 조정 모터(420)는 전기 신호들을 수신하고 전기 신호들에 따라 조정 모터(410)를 이동시키는 전기 모터를 포함할 수 있다.
광학 빔 부품들(136)은 레이저 빔(128)을 다수의 레이저 빔릿들(152)로 분할하기 위한 빔 분할기(148)를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 빔 분할기(148)는 공간적으로 분리된 다수의 레이저 빔릿들(152)을 포함하도록 레이저 빔(128)을 분할하는 평행한 다수의 플레이트들을 포함하고, 상기 공간적으로 분리된 빔릿들(152) 각각은 예를 들어, 본 발명에 참조로 통합되는 미국특허 제5,386,221호에 기술된 것처럼, 대략 동일한 방사 세기를 갖는다. 다른 실시예로서, 빔 분할기(148)는 본 발명에 참조로 통합되는 Feldman 등의 Optics Letters, Vol.14, pp.479-481에 기술된 것처럼, 레이저 빔(128)을 상이한 순서들을 갖는 다수의 빔릿들(152)로 분할하도록 구성되는 고정된 회절 격자들을 포함하는 회절 빔 분할기이다. 적절한 회절 광학 빔 분할기(148)들은 뉴욕, 로체스터의 로체스터 포토닉스 사에 의해 제조된다. 빔 분할기(148)는 통상 레이저 빔(128)을 예를 들어, 약 20개의 빔릿 내지 약 2000개의 빔릿으로 분할하고, 일 실시예로서 약 32개의 빔릿 정도로 분할한다. 따라서, 레이저 빔(128)은 단일 빔릿 또는 다수의 빔릿들(152)일 수 있다.
패턴 생성기(100)는 패턴에 따라 레이저 빔(128)의 세기를 조정하기 위한 빔 변조기(136)를 더 포함한다. 일 실시예로서, 빔 변조기(160)는 레이저 빔(128)의 보강 또는 파괴 간섭을 유발함으로써 동작되는 음향-광학 변조기이다. 통상적으로 빔 변조기(160)는 빔(128)을 변조시키기 위해 결정(crystal)에 압축 진동들을 생성하는 트랜스듀서(미도시)에 부착되는 압전 결정(미도시)을 포함한다.
기준 마크 배치기(248)는 기판(104)의 위치를 결정하기 위해서 기판(104)의 기준 마크들(252)의 실제 위치, 기판(104)의 왜곡, 또는 기판(104) 위에 생성된 패턴의 교정도를 측정하기 위해 제공될 수 있다. 기준 마크들(252)은 홀들, 광 반사 마킹들, 회절 격자, 또는 이전에 생성된 스폿들 또는 이미지들일 수 있다. 기준 마크 배치기(248)는 일반적으로 전하 결합 디바이스(CCD) 카메라와 같이, 기판(104)의 기준 마크들(252)을 검출할 수 있는 광 검출기를 포함한다. 광 검출기는 기판(104)의 기준 마크들(252)의 실제 위치를 결정하기 위해서, 기판(104)을 통해서 투과되거나, 또는 기판으로부터 반사된 광의 변화를 모니터한다.
하드웨어, 소프트웨어, 또는 프로그램가능 논리 디바이스들의 적당한 구성을 포함하는 제어기(228)는 기판 지지대(108), 레이저 빔 소스(124), 빔 변조기(160), 회전 스캐너(236) 및 기판 위에 패턴을 올바르게 생성하기 위해서 기판을 가로질러 레이저 빔(128)을 변조하고 스캔하는 회전 스캐너 보상기(390)를 제어하기 위해서 제공된다. 예를 들면, 제어기(228)는 회전 스캐너 교정 신호, 또는 다른 교정 신호들을 생성하고, 교정 신호들을 회전 스캐너 보상기(390)로 전송한다. 하나 이상의 다른 교정 신호들은 빔 변조 타이밍을 조절하기 위해서 빔 변조기(160)로 전송되거나 또는 기판 지지부(108)를 이동시키기 위해 지지 모터(112)로 전송될 수 있다. 제어기(228)는 데이터를 수신하고, 기판(104)의 위치 또는 기판 왜곡 레벨을 계산하고, 저장된 패턴을 위한 교정 연산자를 결정하고, 빔 소스(124) 및 광 빔 부품들(136)을 동작하기 위해서 제공된다. 일 실시예에서, 제어기(228)는 기준 마크들(252)의 측정된 위치들의 데이터를 수신하고, 각각의 기준 마크(252)의 오차를 결정하기 위해서 수신한 데이터와 원래 또는 설계 위치들을 비교한다. 기준 마크 오차는 기판(104) 위에 생성될 코드화된 패턴을 교정하기 위해서 사용된다. 동작시, 상부에 패턴이 생성되는 기판(104)은 기판 지지부(108) 위에 위치되고, 상기 기판 지지대(108)에 의해서 고정된다. 이어, 제어기(228)는 기판(104) 상에서 패턴을 교정하여 생성하기 위해서, 예를 들면 빔 변조기(160), 회전 스캐너(236), 및 회전 스캐너 보상기(390)를 제어한다. 예를 들면, 제어기(228)는 신호들을 빔 변조기(160)로 보내서 바람직한 세기 레벨들 및 패턴에 일치하게 레이저 빔(128)의 펄싱을 제어한다.
제어기(228)는 빔 펄스들의 타이밍에 의해 스캐닝 방향으로 패턴을 스케일링하기 위해 빔 변조기(160)를 제어할 수 있다. 지지 모터(112)는 또한 제어기(228)로부터 실시간 명령들을 수신하여 기판 지지부(108), 및 결과적으로 기판(104)의 이동을 제어하여 기판(104) 위에 투사된 패턴을 스케일링하고, 회전하고, 또는 이동시킨다. 일반적으로, 레이저 빔릿들(152)의 어레이는, 제 1 수직 스트라이프를 따라서 반복되는 거의 수평한 통로들에서 기판(104)을 가로질러 스캔되고, 그 후에 빔릿들(152)이 제 2 수직 스트라이프를 따른 제 2 수평 통로들에서 스캔되고, 그 다음이 계속된다. 따라서, 제어기(228)는 레이저 빔 소스(124), 빔 변조기(160), 회전 스캐너(236), 회전 스캐너 보상기(390), 및 기판 모터(112)를 동작시켜서 다중 통로들에서 기판(124)을 가로질러 레이저 빔(128)을 래스터 스캔한다(raster scan).
제어기(228)는, 예를 들면 메모리 및 주변 컴퓨터 부품들에 결합된 캘리포니아 산타 클라라 인텔사의 상업적으로 판매되는 펜티엄 제어기와 같은 중앙처리장치(CPU)를 포함하는 컴퓨터 시스템에 있는 컴퓨터-판독가능한 프로그램 소프트웨어를 실행하는 컴퓨터일 수 있다. 예를 들면, 메모리는 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 가지는 컴퓨터 판독 가능한 매체를 포함할 수 있다. 상기 메모리는 기준 마크 위치들, 계산된 기준 마크 오차들, 교정 연산자 들, 또는 교정된 패턴들을 저장하기에 적당한 하드 디스크(260), 광 컴팩 디스크(CD), 플로피 디스크, 랜덤 액세스 메모리(RAM)(264), 또는 다른 형태의 휘발성 또는 비-휘발성 메모리일 수 있다.
인간 적응자와 제어기(228) 사이의 인터페이스는, 예를 들면 키보드와 같은 디스플레이(268) 및 데이터 입력 디바이스(272)를 통해 이루어진다. 예를 들면, 메모리 드라이브에 삽입된 플로피 디스크 또는 다른 컴퓨터 프로그램 제품을 포함하는 다른 메모리에 저장된 것과 같은 다른 컴퓨터-판독 가능한 프로그램들은 또한 제어기(228)를 작동시키기 위해 사용된다. 컴퓨터 시스템 카드 랙은 단일 보드 컴퓨터, 아날로그 및 디지털 입력/출력 보드들, 인터페이스 보드들, 및 스텝퍼 모터 제어기 보드들을 포함한다. 패턴 생성기(100)의 다양한 부품들은 보드, 카드 케이지, 및 커넥터 크기들 및 형태들을 정의하는 베사 모듈러 유러피안(VME) 표준에 일치한다. VME 표준은 또한 16-비트 데이터 버스 및 24-비트 어드레스 버스를 가지는 버스 구조를 정의한다.
일반적으로 컴퓨터-판독가능 프로그램은 레이저 빔 패턴 생성기(100)를 동작시키는 명령 세트를 가지는 소프트웨어를 포함한다. 예를 들어, 컴퓨터-판독가능 프로그램은 레이저 빔(128)을 교정하기 위해 회전 스캐너 교정 신호 또는 다른 교정 신호를 생성할 수 있다. 컴퓨터-판독가능 프로그램은 예를 들어 어셈블리 언어, C, C++ 또는 파스칼과 같은 임의의 통상적인 프로그래밍 언어로 기록될 수 있다. 적절한 프로그램 코드는 종래의 텍스트 에디터를 사용하여 단일 파일, 또는 다중 파일에 기입되고 컴퓨터 시스템의 메모리에 저장되거나 내장된다. 입력된 코드 텍스트가 하이-레벨 언어인 경우, 코드가 컴파일되며, 결과적인 컴파일러 코드는 예비-컴파일 라이브러리 루틴의 목적 코드와 링크된다. 링크되고, 컴파일된 목적 코드를 실행시키기 위해, 사용자는 목적 코드를 불러내어, CPU가 프로그램내에서 식별된 임무를 수행하도록 코드를 판독 및 실행시키게 한다.
일 실시예에서, 제어기(228)는 도 3b에 도시된 것처럼 스피닝 주파수의 하나의 고주파를 포함하는 회전 스캐너 교정 신호를 생성한다. 회전 스캐너 교정 신호는 A·Sin(ωt +
Figure 112009045817020-pct00001
) 형태를 포함한다. 여기서, A는 고조파의 진폭이며, t는 시간, ω는 회전 스캐너(236)의 스피닝 주파수이며,
Figure 112009045817020-pct00002
는 고조파의 위상 시프트이다. 일 실시예에서, 스캐닝 에러는 다른 고조파 성분 보다 실질적으로 큰 제 1 고조파 성분을 포함하여, 제 1 고조파로 이루어진 회전 스캐너 교정 신호는 스캐닝 에러를 실질적으로 보상하게 한다.
제어기(228)는 회전 스캐너 교정 신호를 생성하기 위해 사인파 생성기(430)를 포함한다. 사인파 생성기(430)는 원하는 진폭(A)과 위상 시프트(
Figure 112009045817020-pct00003
)를 갖는 원하는 사인 고조파를 형성하도록 동조되어, 실질적으로 스캐닝 에러를 감소시킬 수 있다. 사인파 생성기(430)는 예를 들어, 캘리포니아 서니베일의 Maxim Integrated Products로부터의 "MAX038"일 수 있다.
일 실시예에서, 회전 스캐너 교정 신호는 스피닝 주파수의 다수의 고조파를 포함한다. 회전 스캐너 교정 신호는
Figure 112009045817020-pct00004
형태를 포함한다. 여기서, An은 고조파의 진폭이며, t는 시간, n은 고조파의 차수(즉, 제 1 고조파, 제 2 고조파 등)이며, ω는 스피닝 주파수이고,
Figure 112009045817020-pct00005
n은 위상 시프트이다. 따라서, 각각의 고조파는 상기 고조파에 해당하는 n에 대해 2개의 값(An 및
Figure 112009045817020-pct00006
n)으로 간략화되어 저장될 수 있다.
일 실시예에서, 에러 곡선은 도 4에 도시된 것처럼, 각각의 n에 해당하는 2개의 값(An 및
Figure 112009045817020-pct00007
n)을 결정하기 위해 퓨리에(Fourier) 분해된다. 도시된 실시예에서, 에러(330)는 다른 주파수에서 작은 백그라운드 성분(375)에 의해 둘러싸인 제 1 고조파(350), 제 2 고조파(360), 및 제 3 고조파(370)에서 큰 고조파 성분들을 포함한다. 사인파 생성기(430)로부터 회전 스캐너 보상기(390)로 제 1 고조파 테스트 신호를 전달하고 제 1 고조파(350)가 충분히 감소될 때까지 진폭(A)과 위상 시프트()를 조절함으로써, 제 1 진폭(A) 및 제 1 위상 시프트(
Figure 112009045817020-pct00009
)가 결정된다. 다음, 제 2 고조파 테스트 신호가 사인파 생성기(430)로부터 회전 스캐너 보상기(390)로 전달되고 상기 방법은 다수의 고조파에 대해 제 2 진폭(A)과 제 2 위상 시프트(
Figure 112009045817020-pct00010
)가 결정되도록 반복된다. 예를 들어, 이러한 방법은 스피닝 주파수의 제 1 고조파(350), 제 2 고조파(360), 및 제 3 고조파(370)에 대해서 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 이러한 방법은 사람 작업자에 의해 수동으로 수행된다. 회전 스캐너(236)가 상이한 회전 스캐너로 교체되는 경우, 상기 방법은 상이한 회전 스캐너에 대한 값(An,
Figure 112009045817020-pct00011
n)을 결정하기 위해 다시 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 제어기(228)는 도 5에 도시된 것처럼 합산된 다수의 고조파를 포함하는 회전 스캐너 교정 신호(380)를 제어기(228)의 메모리에 효율적으로 저장될 다수의 샘플 값(395)로 변환시킨다. 기판(104)상에 패턴을 생성하는 동안, 제어기(228)는 스트라이프 축(127)을 따라 회전 스캐닝 에러를 보상하기 위해 회전 스캐너 보상기(390)에 샘플값(395)을 전달한다. 이러 방식으로, 회전 스캐닝 에러는 불필요하게 다량의 데이터를 저장하거나 복잡한 다수의 고조파를 정확히 재생하지 않고도 효율적으로 교정될 수 있다. 예를 들어, 회전 스캐너 교정 신호(380)는 적어도 회전 스캐너(236)의 미러 면(310)의 개수 만큼 많은, 회전 스캐너(236)의 회전당 샘플값(395)의 개수를 포함한다. 도 5에 도시된 실시예에서, 회전 스캐너 교정 신호는 스피닝 주파수의 제 1 고조파(380)의 24개 샘플 값(395)을 포함한다.
제어기(228)는 추후 액서스를 위해 룩업 테이블에 샘플값(395)을 저장한다. 기판(104)을 가로질러 레이저 빔(128)을 스캐닝하는 동안, 제어기(228)는 조정 미러(410)에 샘플값(395)을 전달한다. 예를 들어, 회전 스캐너(236)가 24개의 미러면(310)을 갖고 회전 스캐너 교정 신호가 24개의 샘플값(395)을 갖는 경우, 제어기(228)는 미러면(310)에 의해 레이저 빔(128)의 각각 새로운 스캔에 대해 샘플값중 하나를 전달한다. 통상적으로 조정 미러(410)는 수신한 전기 신호에 대해 연속적인 기계적 응답을 가지며, 본래 회전 스캐너 교정 신호(380)의 양호한 근사치로 샘플값(395)을 효과적으로 평탄화시킨다.
회전 스캐너 보상기(390)는 스캐닝 에러가 주기적이기 때문에, 스캐닝 에러를 예견하고 이를 정확하게 보상하기 위해 회전 스캐너 교정 신호를 사용할 수 있다. 예를 들어, 회전 스캐너 보상기(390)는 레이저 빔(128) 위치의 실시간 교정을 간단히 수행하는 것을 능가하는 패턴 생성의 정확성을 산출한다. 예를 들어, 회전 스캐너 보상기(390)를 포함하는 패턴 생성기(100)에서, 회전 스캐너(236)의 각도 정확도는 약 0.12 초각(arcsecond) 미만과 같이, 약 0.2 초단 미만내로 개선될 수 있다.
도 1을 다시 참조하여 일 실시예에서, 제어기(228)는 레이저 빔(128)의 위치를 조절하여 원하는 위치로부터 기판 지지부(108)의 위치 오차인 지지부 위치 에러를 보상한다. 지지 위치 센서(116)는 기판 지지부(108)의 위치를 정확히 결정하여 위치 정보를 제어기(228)에 전송한다. 제어기(228)는 기판 지지부(108)의 실제 위치를 의도된 위치와 비교하여 지지 위치 에러를 결정한다. 빔 스캐닝 축을 따라 제어기(228)는 레이저 빔(128)의 변조를 진행 또는 지연시킴으로써 지지 위치 에러를 보상할 수 있다. 스캔 라인(320)의 방향을 따라 제어기(228)는 지지 교정 신호를 조정 미러(410)에 전송하는 등 레이저 빔(128)을 편향시킴으로써 지지 위치 에러를 보상할 수 있다. 일 실시예에서, 제어기(228)는 회전 스캐너 교정 신호 및 지지 교정 신호를 전자적으로 합산하고, 합산된 신호를 회전 스캐너 보상기(390)에 전송하여 회전 스캐너(236)로 인한 에러와 기판 지지부(108)의 위치 에러를 교정한다.
다른 실시예에서, 회전 스캐너 보상기(390)는 회전 스캐너(236)의 세차(precessional) 에러를 교정하기 위해 제공된다. 세차 에러는 상당히 큰 진폭의 세차 주파수 성분을 포함하지만, 스피닝 주파수의 고조파는 아니다. 세차 주파수 성분은 결정되고, 세차 주파수의 고조파를 포함하는 세차 교정 신호는 회전 스캐너 보상기(390)에 전송될 수도 있다. 예를 들어, 제어기(228)는 하나 이상의 회전 스캐너 교정 신호, 지지 교정 신호 및 세차 교정 신호를 전자적으로 합산하여, 합산된 신호를 회전 스캐너 보상기(390)에 전송한다.
일 실시예에서, 빔 검출기(도시 생략)가 제공되어 레이저 빔(128)의 위치를 실시간으로 검출하여 모니터하고, 제어기(228)는 원하는 위치로부터 레이저 빔(128)의 편향에 대응하는 실시간 교정 신호를 생성한다. 그리고 제어기(228)는 레이저 빔(128)의 위치를 그 실시간 교정 신호에 따라 실시간으로 조절한다. 예를 들어 제어기(228)는 실시간 교정 신호를 다른 교정 신호들 중 하나와 합산하여, 이 합산된 교정 신호를 회전 스캐너 보상기(390)에 전송할 수도 있다.
이와 같이 본 패턴 생성기(100) 및 방법은 기판(104) 상에 보다 정확한 패턴 생성을 가능하게 하기 때문에 바람직하다. 본 발명이 특정 바람직한 형태들에 관해 상세히 설명하였지만, 다른 형태들도 가능하다. 예를 들어 본 발명은 상당히 흐트러진 광을 사용하여 패턴을 생성하는 패턴 생성기 같은 다른 패턴 생성기들에 사용될 수 있다. 따라서, 첨부된 청구항들은 여기에 포함된 바람직한 형태들의 설명으로 한정되지 않는다.

Claims (20)

  1. 레이저 빔 패턴 생성기로서,
    지지 모터를 포함하며 기판을 지지할 수 있는 기판 지지부;
    레이저 빔을 생성하기 위한 레이저 빔 소스;
    패턴에 따라 상기 레이저 빔의 세기를 변조시키는 빔 변조기;
    상기 기판을 가로질러 상기 레이저 빔을 스캐닝하기 위해 스피닝 주파수에서 회전할 수 있는 다수의 미러 면들을 포함하는 회전 스캐너;
    상기 레이저 빔의 스캐닝시 상기 회전 스캐너로부터 발생하는 에러들을 보상하기 위해, 상기 스피닝 주파수의 예정된 다수의 고조파들의 합산(summation)을 포함하는 회전 스캐너 교정 신호에 따라 상기 레이저 빔을 편향시키는 회전 스캐너 보상기; 및
    상기 기판상에 상기 패턴을 생성하기 위해 상기 기판을 가로질러 상기 레이저 빔을 변조하고 스캐닝하기 위하여 상기 기판 지지부, 상기 레이저 빔 소스, 상기 빔 변조기, 상기 회전 스캐너, 및 상기 회전 스캐너 보상기를 제어하는 프로그램 코드를 포함하는 제어기
    를 포함하여, 기판상에 교정된 레이저 빔 패턴이 생성되는, 레이저 빔 패턴 생성기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어기는 상기 레이저 빔의 스캐닝시,
    상기 회전 스캐너의 오정렬,
    상기 미러 면들의 결함들, 및
    상기 회전 스캐너로부터의 진동들
    중 하나 이상에 의해 야기되는 에러들을 교정하는 회전 스캐너 교정 신호를 생성하도록 적응되는, 레이저 빔 패턴 생성기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 스캐너 보상기는 조정(steering) 미러 및 상기 조정 미러를 피봇시키기 위한 모터를 포함하며, 상기 레이저 빔이 상기 레이저 빔의 반사에 의해 조정되도록 상기 조정 미러를 피봇시키기 위해 상기 모터는 상기 회전 스캐너 교정 신호를 수신하도록 적응되는, 레이저 빔 패턴 생성기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 스캐너 교정 신호는 ∑AnSin(nωt+φn)의 형태이고, 여기서 An은 계수이고, t는 시간이고, n은 고조파의 차수이고, ω는 스피닝 주파수이고, φn은 위상 시프트인, 레이저 빔 패턴 생성기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스피닝 주파수는 20 내지 800Hz인, 레이저 빔 패턴 생성기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 기판 지지부의 배치시 상기 지지 모터로 인한 에러를 교정하기 위한 지지 교정 신호를 생성하도록 적응되는, 레이저 빔 패턴 생성기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 회전 스캐너의 세차(precessional) 에러를 교정하기 위해 세차 교정 신호를 생성하도록 적응되는, 레이저 빔 패턴 생성기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 회전 스캐너 교정 신호를 근사화시키기 위한 룩업 테이블을 포함하고, 상기 룩업 테이블은 상기 회전 스캐너의 미러 면 각각에 대한 값을 포함하는, 레이저 빔 패턴 생성기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    실시간으로 상기 레이저 빔의 위치를 모니터하도록 적응되는 빔 검출기를 더 포함하고, 상기 제어기는 실시간으로 상기 레이저 빔의 위치에서의 에러들을 교정하기 위해 실시간 교정 신호를 생성하도록 적응되는, 레이저 빔 패턴 생성기.
  10. 레이저 빔 패턴 생성기로서,
    지지 모터를 포함하며 기판을 지지할 수 있는 기판 지지부;
    레이저 빔을 생성하기 위한 레이저 빔 소스;
    패턴에 따라 상기 레이저 빔의 세기를 변조시키는 빔 변조기;
    상기 기판을 가로질러 상기 레이저 빔을 스캐닝하기 위해 스피닝 주파수에서 회전할 수 있는 다수의 미러 면들을 포함하는 회전 스캐너;
    상기 레이저 빔 스캐닝시 상기 회전 스캐너로부터 발생되는 에러들을 보상하기 위해 회전 스캐너 교정 신호에 따라 상기 레이저 빔을 편향시키는 회전 스캐너 보상기; 및
    상기 기판상에 상기 패턴을 생성하기 위해 상기 기판을 가로질러 상기 레이저 빔을 변조하고 스캐닝하기 위하여 상기 기판 지지부, 상기 레이저 빔 소스, 상기 빔 변조기, 상기 회전 스캐너, 및 상기 회전 스캐너 보상기를 제어하는 프로그램 코들 포함하는 제어기
    를 포함하며, 상기 제어기는 상기 레이저 빔의 스캐닝시 상기 회전 스캐너로부터 발생하는 에러들을 보상하기 위해 상기 스피닝 주파수의 예정된 다수의 고조파들의 합산(summation)을 포함하는 상기 회전 스캐너 교정 신호를 생성하고, 상기 회전 스캐너 보상기에 상기 회전 스캐너 교정 신호를 통과시키도록 적응되며,
    상기 회전 스캐너 교정 신호는 ∑AnSin(nωt+φn) 형태이며, 여기서 An은 계수이고, t는 시간이고, n은 고조파 차수이고, ω는 스피닝 주파수이고, φn는 위상 시프트이며, 이로써 상기 기판상에 교정된 레이저 빔 패턴이 생성되는, 레이저 빔 패턴 생성기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 회전 스캐너 교정 신호를 근사화하기 위한 룩업 테이블을 포함하고, 상기 룩업 테이블은 상기 회전 스캐너의 상기 미러 면 각각에 대한 값을 포함하는, 레이저 빔 패턴 생성기.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 회전 스캐너의 세차(precessional) 에러를 교정하기 위해 지지 교정 신호를 생성하도록 적응되는, 레이저 빔 패턴 생성기.
  13. 기판상에 패턴을 생성하는 방법으로서,
    (a) 기판 지지부상에 기판을 배치하는 단계;
    (b) 레이저 빔을 생성하는 단계;
    (c) 패턴에 따라 상기 레이저 빔의 세기를 변조시키는 단계;
    (d) 상기 기판을 가로질러 상기 레이저 빔을 스캐닝하기 위해 스피닝 주파수에서 회전 스캐너를 회전시키는 단계; 및
    (e) 상기 스피닝 주파수의 다수의 고주파들을 결정하는 단계;
    (f) 상기 레이저 빔의 스캐닝시 회전 스캐너로부터 발생하는 에러들을 보상하기 위하여 상기 스피닝 주파수의 예정된 다수의 고조파들의 합산(summation)을 포함하는 회전 스캐너 교정 신호에 따라 상기 레이저 빔을 편향시키는 단계
    를 포함하여, 상기 기판상에 패턴을 생성하는, 기판상에 패턴을 생성하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 레이저 빔의 스캐닝시,
    상기 회전 스캐너 오정렬,
    미러 면들의 결함, 및
    상기 회전 스캐너의 회전으로부터의 진동
    중 하나 이상에 의해 야기되는 에러들을 교정하는 회전 스캐너 교정 신호를 생성하는 단계를 포함하는, 기판상에 패턴을 생성하는 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 (f) 단계는 조정 미러를 피봇시키는 단계를 포함하는, 기판상에 패턴을 생성하는 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 회전 스캐너 교정 신호는 ∑AnSin(nωt+φn) 형태이고, 여기서 An은 계수이고, t는 시간이고, n은 고조파의 차수이고, ω는 스피닝 주파수이고, φn는 위상 시프트인, 기판상에 패턴을 생성하는 방법.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 스피닝 주파수는 20 내지 800Hz 범위인, 기판상에 패턴을 생성하는 방법.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 회전 스캐너는 다수의 미러 면들을 포함하고, 상기 방법은 상기 면 각각에 대한 샘플 값에 의해 상기 고조파를 근사화시키는 회전 스캐너 교정 신호를 검색하는 단계를 더 포함하는, 기판상에 패턴을 생성하는 방법.
  19. 제 13 항에 있어서,
    회전 다각형 미러의 세차 에러를 교정하기 위한 세차 교정 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는, 기판상에 패턴을 생성하는 방법.
  20. 제 13 항에 있어서,
    실시간으로 상기 레이저 빔의 위치를 모니터링하는 단계 및 상기 레이저 빔의 위치 에러들을 교정하기 위해 실시간 교정 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는, 기판상에 패턴을 생성하는 방법.
KR1020047007514A 2001-11-16 2002-11-15 회전 스캐너 보상기를 구비한 레이저 빔 패턴 생성기 및 그 방법 KR100943545B1 (ko)

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