KR101906538B1

KR101906538B1 - 교차 기입 전략

Info

Publication number: KR101906538B1
Application number: KR1020137017764A
Authority: KR
Inventors: 토브욘 샌드스트룀
Original assignee: 마이크로닉 아베
Priority date: 2010-12-07
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2018-10-10
Also published as: WO2012076629A3; US8767185B2; EP2649494A2; US20120307219A1; JP5969496B2; WO2012076629A2; JP2014504006A; CN103270453A; KR20140027088A; CN103270453B; EP2649494B1

Abstract

일반적으로, 개시하는 기술의 일 양태는, 스위프 방향과 교차 스위치 방향으로의 간섭 상호 작용의 서로 다른 정도로부터 발생하는 비등방성 기입 성질을 갖는 기입 메커니즘을 적용하는 단계와, 워크피스 상에 화상 패턴을 두 번 기입하는 단계를 포함하고, 이 기입 메커니즘은 제1기입과 제2기입 사이에 워크피스 상에 기입된 화상 패턴에 대하여 회전되며, 이에 따라 회전된 기입 메커니즘이 비등방성 성질을 평균화하는, 방법들에서 구체화될 수 있다. 워크피스와 기입 메커니즘 간의 제1이동 방향과 제2이동 방향을 분리하는 더욱 작은 끼인각은 본 명세서에서 설명하는 조건 하에 20도 이상일 수 있고 또는 약간 더 작을 수도 있다.

Description

교차 기입 전략{CRISS-CROSS WRITING STRATEGY}

관련 출원

본 출원은 미국 가특허 출원 제61/420,416호(출원일: 2010년 12월 7일, 발명의 명칭: "Criss-cross writing strategy")의 이득을 주장한다. 또한, 본 출원은 미국 가특허 출원 제61/423,503호(출원일: 2010년 12월 15일, 발명의 명칭: "Direct writing of panels")의 이득을 주장한다. 또한, 본 출원은 미국 가특허 출원 제61/433,925호(출원일: 2011년 1월 18일, 발명의 명칭: "Alternative Direct Panel Writing Systems and Method")의 이득을 주장한다.

기술분야

본 발명은, 스위프 방향과 교차 스위프 방향에 있어서의 간섭의 서로 다른 정도로부터 발생하는 비등방성을 갖는 기입 메커니즘으로부터의 기입 특성의 등방성이 개선된 마이크로리소그래픽 패턴들의 교차 기입에 관한 것이다.

중요 치수 정밀도에 관한 요건들이 증가함에 따라, 마이크로리소그래픽 패턴에서의 가끔 발생하는 불규칙성 및 스냅 에러와 바이어스 등의 주기적인 에러 모두를 감소시키는 다양한 기입 전략들을 초래하게 되었다. 바이어스들 중 하나는 X축과 Y축으로 표시한 도 4를 참조하여 설명할 수 있다. 이는, X축을 따른 워크피스와 기입 메커니즘 간의 상대 운동을 생성될 때 음향 광학 편향기, 회전 미러, 또는 다른 편향기를 사용하여 Y축에 평행하게 인터레이싱 기입 빔(interlaced writing beams)을 스위프하는 것을 도시한다.

많은 기입 아키텍처들에 있어서, 서로 다른 방향들로의 화상 성질들 간에 불일치가 존재한다. 특히, 이는 음향 광학 변조기에 의해 변조되는 주사 레이저 빔에 있어서 그리고 1차원 회절 SLM(spatial light modulator)의 주사 화상에 기초하는 시스템에 있어서 그러하다. 그 이유는 다른 유형의 시스템들에 대하여 동일하다. 선형 부화상들(linear sub-images)의 측방향 추가에 의해 화상이 순차적으로 구축되는 제1방향이 존재하며, 이에 따라 이 방향으로 인접하는 두 개의 화소가 서로 다른 시간에 형성되어 광학적으로 간섭하지 않는다. 통상적으로 제1방향에 수직인 다른 방향으로는, 인접하는 화소들이 거의 동시에 형성된다. 이는, 인접하는 화소들 간에 소정의 간섭을 갖도록 조명되는 1차원 SLM의 경우에 명백하다. 그러나, 음향 광학 변조기에 의해 변조되는 주사 레이저 빔의 경우에도, 두 개의 화소의 일부들이 그 빔을 동시에 변조하고 이에 따라 소정의 간섭량을 야기하는 변조기에서의 하나의 화소로부터 다음 화소로의 전이 순간들이 존재한다. 이 현상은, 음향 광학 변조기에서의 소리의 유한 속도에 의해 야기되며, 워크피스의 표면에 대하여 빔의 음향 광학, 홀로그래픽, 회전, 발진, 또는 기계적 주사를 이용하는 시스템들에서 다양한 양으로 존재할 수 있다. 인접하는 화소들 간의 간섭은, 통상적이며, 적절히 설계된다면, 화질에 유익하다. 광학계가 양측 방향으로 동일한 NA를 갖는다면, 간섭하는 화소들에 의해 규정되는 가장자리를 갖는 선들(즉, 제2방향에 수직인 선들)이 더욱 양호한 해상도를 갖고, 또는, 이 방향으로 NA가 동일한 해상도에 대하여 조절되면, 이러한 선들은 상당히 양호한 초점 심도를 갖는다. 또한, 이소포컬 도즈(iso-focal dose), 즉, 실현 가능한 최상의 초점 심도를 제공하는 도즈에 있어서 차가 존재한다. 예를 들어, 등방성 이소포컬 도즈 작용을 갖도록 양측 방향으로 인쇄가 균일하게 양호한 것이 필요하다. 초점 심도가 최소인 방향은 시스템의 실현 가능하게 유용한 초점 허용도를 결정하고, 최상의 방향과 최악의 방향에 있어서 성질들 간의 평균인 등방 성질은 전체적으로 더욱 뛰어난 시스템을 제공한다.

전술한 것은, 교차 방향 대 길이 방향/빔 주사 방향으로 간섭의 서로 다른 양에 의해 생성되는 비등방성이다. 간섭의 차는 화상 성질에 큰 영향을 끼치며, 예를 들어, 이소포컬 도즈에 영향을 끼친다. 다른 시스템들은 비등방성의 다른 소스들을 가질 수 있고, 개시 기술은 이들을 감소시키는 데 유용할 수도 있다.

에러를 감소시키기 위한 한 가지 방안은 PCT 출원 WO 2010/131239호에 해당한다. 이 문헌의 도 11a에서는, 참조 번호 1010으로 표시한 스위프의 단일 방향을 이용하고 예시적인 2 x 3 어레이인 직사각형 빔렛(beamlets)을 생성하고, 45도의 직사각형 빔렛들의 두 개 행의 주요 축들 간의 차에 대하여, 한 행의 빔렛들은 +22.5도 회전되고, 다른 행의 빔렛들은 -22.5도 회전되는 것을 교시한다. 빔렛들은, 도 2와 도 11a에 도시한 바와 같이 변조 후의 변조기 출력을 분리하고 빔렛들이 워크피스에 도달하기 전에 빔렛들의 상대 위치와 배향을 재배열하는 광학체에 의해 SLM 또는 DMD로부터 생성된다. 도 2에서, 광학체가 재배열하는 빔렛들은 참조 번호 181 내지 184로 표시한다. 도 11a에서, 재배열되고 회전된 직사각형 빔렛들은 참조 번호 1000 내지 1005로 표시되며, 1000 내지 1002는 +22.5도 회전되고 1003 내지 1005는 -22.5도 회전되어 있다. 이 문헌에서는, 기입 성능의 문제점이 소위 주사 1010 방향을 따른 정밀성 면에서 바이어스이며 교차 주사 1011 방향을 따른 성능이 더욱 악화된다는 점을 언급하지 않는다. 오히려, 이 문헌은 처음부터 거의 등방성인 화상을 제공하는 2차원 공간 변조기(DMD)를 사용하는 것을 교시한다. 이 문헌에서 필드에 의해 기입되는 부분 화상들에서의 유일한 비등방성은, 이동으로 인한 화소들의 얼룩으로 발생하는 것이지만, 회전된 화상들 모두는 동일한 방향으로 얼룩진다. 따라서, 화상의 이방성은 각각의 부분 화상과 같이 결합된 화상에서도 동일하다.

동일한 출원인에 의해 공동 계류중인 출원에 개시되어 있는 소위 1.5D SLM은, 거의 측방향으로 주사되는 1차원 SLM의 화상 성질의 비등방성을 감소시키는 다른 방식이다. 개시 기술은 비등방성을 더욱 완벽하게 제거하도록 1.5D SLM과 함께 사용될 수 있다.

마이크로리소그래픽 패턴에서의 패턴 정밀도를 개선하고 주사 방향과 교차 주사 방향 간의 바이어스 및 비등방성을 감소 또는 제거할 필요가 있다. 더욱 양호하고 더욱 정밀한 시스템을 얻을 수 있다.

일반적으로, 개시하는 기술의 일 양태는, 스위프 방향과 교차 스위치(cross-sweep) 방향으로의 간섭 상호 작용(coherence interaction)의 서로 다른 정도로부터 발생하는 비등방성 기입 성질(non-isotropic writing properties)을 갖는 기입 메커니즘을 적용하는 단계와, 워크피스 상에 화상 패턴을 두 번 기입하는 단계로서, 기입 메커니즘은 제1기입과 제2기입 사이에 워크피스 상에 기입된 화상 패턴에 대하여 회전되는 것인, 그 화상 패턴을 두 번 기입하는 단계의 액션을 포함하고, 회전된 기입 메커니즘은 따라서 비등방성 성질을 평균화하는, 방법들에서 구체화될 수 있다. 이하에서의 실시예들 및 다른 실시예들은, 선택 사항으로, 후술하는 특징들 중 하나 이상을 포함하거나 그 하나 이상에 의해 수정되어도 된다.

도 1a는 직선으로 운동하는 기입 메커니즘을 이용하는 스테이지 상에서의 교차 기입의 일례를 도시한 도면;
도 1b는 호(arc)를 스위프하는 기입 메커니즘을 이용하는 스테이지 상에서의 교차 기입의 일례를 도시한 도면;
도 2는 SLM으로부터 워크피스 상으로 패턴들을 플래싱(flash)하는 종래의 SLM 기입기를 도시한 도면;
도 3은 주사 빔의 종래의 인터레이싱을 도시한 도면;
도 4는 X축을 따른 워크피스와 기입 메커니즘 간의 상대 운동을 생성될 때 음향 광학 편향기, 회전 미러 또는 다른 편향기가 Y축에 평행하게 인터레이싱 기입 빔을 주사하는 종래의 비회전 주사를 도시한 도면;
도 5는 혁신적인 회전 주사의 일례를 도시한 도면;
도 6은 교차 주사의 패턴을 도시한 도면;
도 7은 변조된 방사를 워크피스 상으로 투영할 수 있는 회전 아암 기입기(rotating arm writer)를 도시한 도면;
도 8은 두 개의 패스(pass)의 동시 기입을 제공하는 개시 기술의 두 개의 실시예를 도시한 도면.

이하의 상세한 설명은 도면을 참조한 것이다. 바람직한 실시예들은, 개시 기술의 범위를 한정하려는 것이 아니라 그 개시 기술을 예시하고자 설명한 것이며, 개시 기술의 범위는 청구범위에 의해 규정된다. 당업자라면, 이하의 설명에 대한 다양한 균등 변형을 인식할 것이다.

개시 기술의 일 양태는, 더욱 양호하고 더욱 불량한 촬상 방향을 갖는 기입 시스템을, 두 번 기입 동작(패스) 사이에 워크피스 상의 패턴에 대하여 회전되는 그 더욱 양호하고 더욱 불량한 촬상 방향을 규정하는 광학계를 이용하여 그 두 번 기입을 행함으로써 거의 등방성을 갖게 하는 것이다. 두 개의 패스는 동일한 기입 하드웨어 또는 기입 하드웨어의 서로 다른 두 세트에 의해 기입될 수 있고, 하나의 물리적 스트로크로 거의 동시에 또는 시간상으로 분리된 두 개의 스트로크로 기입될 수 있다. 두 개의 패스가 시간 상 분리된다면, 워크피스는 패스들 간에 회전될 수 있고, 또는 광학체의 일부, 예를 들어, 레이저 빔 주사선을 규정하는 스캐너 또는 1차원 SLM이 회전될 수 있다.

레이저 빔을 주사하는 현재의 기입 전략들의 주요 단점들 중 하나는, 이소포컬 도즈, 도즈 대 크기, 도즈 감도, 해상도, 및 CD 선형성에 대하여 측정시, X와 Y 기입 성능에 있어서의 고유한 차이다. 원칙적으로, X에서의 성능은 Y에서의 성능보다 항상 불량하다. 적어도 더블 패스 인쇄에 있어서는 중요 치수들에 대한 더욱 엄격한 요건이 필요하므로, 고유한 X/Y 차를 감소시킬 필요가 있다. 주사를 큰 각도로 회전시킴으로써, X 이동을 보상할 뿐만 아니라 20도 내지 45도까지, X와 Y에서의 성질들을 더욱 균일하게 혼합할 수 있고, 인쇄 성능이 더욱 등방성으로 될 것이다.

도 1a는 직선으로 이동하는 기입 프로젝터와 기입 메커니즘을 이용한 스테이지 상에서의 교차 기입의 일례를 도시한다. 이 예는, 양수인의 마스크 기입기의 LRS 시리즈 등의 주사 빔 시스템에 적용될 수 있고, 또는, 양수인의 시스템의 LDI 5 시리즈 등의 도 2에 도시한 바와 같은 공간 광 변조기(SLM) 기반 시스템에 적용될 수도 있다. 방안이 적용할 수 있는 스테이지 구성은 원통형 주사, 로터 주사, 스플릿 축 고속 y 주사, 스플릿 축 고속 x 주사, 단일 스트로크 주사 및 XY 스테이지 주사를 포함한다. 원통형 주사에서, 워크피스는 드럼 주위로 둘러싸여 진다. 로터 주사에서, 평평한 워크피스에 수직인 회전 축을 갖는 로터는 고속으로 워크피스의 표면을 주사하는 데 사용된다. 상대 운동은 드럼의 회전축을 따른 헤드 운동에 결합된 드럼의 회전에 의해 생성된다. 스플릿 축 고속 y 주사에서, 투영 소자들은 교차 주사 방향으로 매우 밀집 패킹되어, 인터레이싱이 필요하지 않다. 다중 투영 소자들은 단일 패스로 동일한 영역을 가로질러 스위프할 수 있어서, 필요한 패스의 개수를 감소시킬 수 있다. 기입 메커니즘은 스테이지 위의 아암 상에서 X와 Y 방향 모두로 이동할 수 있다. 스플릿 축 고속 x 주사에서, 기입 소자들은 이격되어 있으며 인터레이싱된다. 인터레이싱 빔이 영역을 채우도록 다중 스위프가 필요하다. 상대 운동은, 스테이지가 제2축을 따라 비교적 느리게 이동할 때 한 축을 따라 비교적 빠르게 기입 메커니즘을 반송하는 아암에 의해 생성될 수 있다. 단일 스트로크 주사에서는, 충분한 기입 소자들이 제공되어, 복사기나 종이 스캐너가 작업하는 데에는 스위프를 많이 필요로 하지만, 기입 메커니즘은 영역을 채우는 데 하나의 스위프만을 필요로 한다. XY 스테이지에서, 스테이지는 X와 Y 방향 모두로 이동하는데, 한 방향으로 나머지 한 방향보다 빠르게 이동한다. 일반적으로, 도 1a는 형성되는 스트립이 실질적으로 직선으로 투영되는 경우 워크피스와 기입 메커니즘 간의 상대 운동에 적용된다.

도 1a에서, 워크피스(100)는 스테이지(도시하지 않음) 또는 드럼 상에 배치된다. 워크피스(100)와 기입 메커니즘 간의 상대 운동은 전술한 방식들 중 임의의 방식으로 생성된다. 상대 운동(111)의 제1방향은 화살표(101)로 표시한다. 상대 운동(112)의 제2방향은 화살표(102)로 표시한다. 이 도면에서, 수평과 상대 운동의 방향 간의 방위각은 45도이어서, 화살표들(101, 102) 간의 끼인각(115)이 90도이다. 20도 내지 45도 범위의 상대 운동의 다른 큰 방위각에서, 끼인각들 중 작은 것의 범위는 40도 내지 90도이다. 90인 두 개의 패스 간의 회전 각도는 많은 경우에 최적일 수도 있어서, x와 y에서의 그리드 크기가 동일한 데카르트 그리드에 대하여 동일한 (또는 동일하지만 패스들 간에 예를 들어 x와 y의 단위의 절반만큼 변위된) 화소 그리드들을 제공할 수 있다. 90도 미만의 회전 각도는 더욱 넓은 스와스(swath)를 제공하며, 즉, 주사선들 또는 SLM이 스테이지 이동 방향에 더욱 수직이다. 동시에, 더욱 작은 회전은 양호한 성질과 불량한 성질 간의 덜 양호한 평균화를 제공한다. 반면에, 90보다 큰 회전은 더욱 좁은 스와스(swath)와 덜 양호한 평균화를 제공한다. 90도가 아닌 회전은, 직사각형 그리드, 비스듬한 그리드, 또는 육각형인 그리드에 의해 실시하거나 실시될 수 있다. 따라서, 가장 유용한 각도는 90도이지만, 특정한 경우의 설계 고려 사항에서는, 회전을 60도까지 감소시킬 수 있고, 극단적인 경우에는 필요시 40도까지 감소시킬 수 있다. 마찬가지로, 약 120도까지의 회전을 이용할 수도 있다. 모든 경우에, 이론적인 값들로부터 각도를 +/- 2도 또는 심지어 +/- 4도만큼 조절해야 하는, 스테이지의 x 속도 보상 등의 이차 고려사항이 있을 수 있다.

워크피스는 소위 맨해튼(Manhattan) 패턴으로 기입되는 것으로 도시되어 있으며, 이 용어는 맨해튼 스카이라인으로부터 유래된 것이다. 패턴의 제1지배 방향(141)과 제2지배 방향(142)은 실질적으로 수직이거나 직교한다. 다른 패턴들에서는, 추가 패턴 특징부들이 수평 및 수직 대신에 45도 및 135도 배향을 따라 레이아웃될 수도 있다. 다른 배향 각도들은 패턴들의 일부 유형들에서 발생하지만 흔한 편은 아니다.

두 개의 서로 다른 기입 프로젝터가 도시되어 있으며, 하나는 전술한 바와 같이 스위프 빔을 사용하고, 나머지 하나는 SLM 등의 미소 기계 변조기로부터의 빔렛을 투영한다. 미소 기계 변조기의 다른 예로는, DMD, 격자 광 밸브(GLV), 액정 셔터, 및 미소 기계 셔터가 있다. 기입 프로젝터는 기입기들의 양측 유형 모두에 대한 상대 운동의 방향에 대략 수직이다. 빔을 스위프하는 기입 프로젝터에 대해서는, 스위프 방향(121, 122)이, 상대 운동의 방향(111, 112)을 가리키는 화살표(101, 102)에 대하여 대략 수직이다(125). 타이밍, 정렬 및 기타 고려 사항에 따라, 각도는 수직으로부터 2도 내지 3도만큼 떨어질 수 있으며, 여전히 대략 수직으로 간주한다. 미소 기계 변조기를 사용하는 기입 프로젝터에 대해서는, 기입 프로젝터(131, 132)는, 변조기(또는 변조기로부터의 방사를 중계하는 광학 소자들)의 주요 축이 화살표들(101, 102)에 대하여 대략 수직이라는 점에서 대략 수직이다. 이러한 구성은 상대 운동 동안 상당히 넓은 투영 스트립을 생성한다. 일부 구현예에서, 미소 기계 변조기는, 고속 디지털 전자 장치들도 즉각적이지 않으므로, 변조기 소자들의 순차 로딩을 오프셋하도록 회전한다. 로딩 타이밍, 정렬 및 기타 고려 사항에 따라, 각도는 수직으로부터 2도 내지 3도만큼 벗어날 수 있으며, 여전히 대략 수직으로 간주한다.

도 2는 패턴들을 SLM으로부터 워크피스 상으로 플래싱하는 종래의 SLM 기입기를 도시한다. 이 시스템은 도 1a에 도시한 바와 같은 상대 운동을 생성할 수 있는 스테이지를 갖는다. 노광될 워크피스는 스테이지(212) 상에 배치된다. 스테이지의 위치는 쌍 간섭계(paired interferometer)213) 등의 정밀한 위치 결정 디바이스에 의해 제어된다.

워크피스는, 레지스트 층 또는 다른 노광 반응 재료 층을 갖는 또는 직접 기입을 위한 마스크일 수 있고, 직접 기입을 위한 경우에는, 레지스트 층 또는 다른 노광 반응 재료 층을 갖는 집적 회로일 수도 있다. 제1방향으로, 스테이지는 연속적으로 이동한다. 일반적으로 제1방향에 수직인 다른 방향으로, 스테이지는 느리게 이동하거나 단차식으로 이동하여, 스탬프들의 스트라이프들이 워크피스 상에 노출된다. 본 실시예에서, 플래시 커맨드(208)는 레이저 펄스를 수신하는 펄스형 엑시머 레이저원(207)에서 수신된다. 이 레이저 펄스는 심자외선(DUV) 또는 극자외선(EUV) 스펙트럼 범위에 있을 수 있다. 레이저 펄스는 빔 컨디셔너 또는 균질기에 의해 조명 광(206)으로 변환된다. 본 명세서에서 개시하는 기술을 적용함으로써, 전술한 조명기를 이용하여 연속 레이저가 펄스형 레이저를 대체할 수 있고, 특히 워크피스 추적 광학체를 이용하는 경우 그러하다.

빔 스플리터(205)는 조명 광의 적어도 일부를 SLM(204)으로 향하게 한다. 펄스들은 겨우 20ns 길이처럼 짧아서, 플래시 동안 어떠한 스테이지 이동도 동결된다. SLM(204)은 패턴 래스터라이저(202)에 의해 처리되는 데이터 스트림(201)에 응답한다. 일 구성에 있어서, SLM은, 각각 16×16㎛이며 80×80㎚의 투영 화상을 갖는 2048×512개의 미러를 갖는다. 이것은, 각각의 저장 노드 위에 일 미크론의 절반으로 형성된 미소 기계 미러를 갖는 CMOS 아날로그 메모리를 포함한다.

저장 노드와 미러 간의 정전력은 미러를 기동한다. 디바이스는 경반사(specular reflectance)가 아니라 회절 모드에서 기능을 하고, 완전 온 상태로부터 완전 오프 상태로 되도록 파장의 1/4만큼(248nm의 62nm) 미러들을 편향시킬 필요가 있다. 미세한 어드레스 그리드를 생성하기 위해, 미러들은 온 값, 오프 값, 및 63개의 중간값으로 구동된다. 패턴은 SLM 칩의 수백만 화상들로부터 함께 스티칭(stitch)된다. 플래싱 및 스티칭은 초당 1000개 스탬프의 속도로 진행된다. 스티칭과 다른 에러들을 제거하기 위해, 패턴은 오프셋 그리드와 필드를 이용하여 4번 기입된다. 또한, 필드들은 에지들을 따라 혼합(blend)될 수도 있다.

미러들은 개별적으로 미세 조정된다. 엑시머 광에 반응하는 CCD 카메라는, 최종 렌즈 아래의 화상에 균등한 위치에서 광학 경로에 배치된다. SLM 미러들은 알려져 있는 전압들의 시퀀스를 통해 구동되고, 응답이 카메라에 의해 측정된다. 미세 조정 기능은, 기입 동안 그레이스케일 데이터의 실시간 보정에 사용되도록 각 미러마다 결정된다. 데이터 경로에서, 벡터 포맷 패턴은 그레이스케일 화상들로 래스터화되고, 그레이 레벨들은 4개의 기입 패스에서 개별적인 화소들 상의 도즈 레벨들에 대응한다. 이어서, 이 화상을 화상 처리를 이용하여 처리할 수 있다. 최종 단계는 화상을 SLM을 위한 구동 전압으로 변환하는 것이다. 화상 처리 기능은 프로그래밍가능 로직을 이용하여 실시간으로 행해진다. 관련된 특허 출원들에 개시되어 있는 다양한 단계들을 통해, 래스터라이저 패턴 데이터가, SLM(204)을 구동하는 데 사용되는 값들(203)로 변환된다.

도 1b는 기입 메커니즘이 회전할 때 회전하는 기입 프로젝터를 사용하여 호를 스위프하는 기입 메커니즘을 이용한 스테이지 상에서의 교차 기입의 일례를 도시한다. 기입 메커니즘 아래의 스테이지의 상대 운동의 제1방향은 화살표(151)로 표시된다. 기입 프로젝터의 스위프는 회전 기입 아암에 의해 설명되는 대략 호(182)를 따른다. 기입 프로젝터의 미러는, 아암에 평행한 투영 축을 갖는 아암 상에 장착되고, 스위프 동안 상당히 넓은 스트립은 투영하는 기입 프로젝터에 의해 스위프되는 호(182)에 대하여 대략 수직이다. 로터에서의 광학체의 설계로 인해, 투영된 화상은 기입 미러가 회전하여 호를 스위프할 때 대체적으로 미회전 상태로 유지될 수 있다. 정렬, 오프축 광학체, 및 기타 고려 사항에 따라, 대략 수직은 수직의 2도 내지 3도 내에 있는 것이다. 기입 프로젝터가 호를 스위프할 때, 기입 프로젝터의 이동은 전체 기입 메커니즘과 워크피스의 상대 운동과는 다른 경로를 따른 것이다.

동 도면은, 또한, 워크피스의 회전을 도시하며, 이에 따라 워크피스와 기입 메커니즘 간의 상대 운동이 화살표(152)와 정렬된다. 상대 운동(151, 152)의 방향들은 수직이다. 투영된 기입 화상들(181A-B)을 투영된 기입 화상들(182A-B)과 비교할 때, 워크피스 상에서 스위프되는 호들의 교차 패턴은 패터닝된 영역에 걸쳐 가변되지만, 제1및 제2기입 패스에서의 투영된 기입 화상들은 대략 수직이라는 점이 명백하다.

도 7은 변조된 방사를 도 1b에 의해 도시된 상대 운동이 있는 워크피스 상으로 투영할 수 있는 회전 아암 기입기를 도시한다. 동 도면은 허브(748)의 양측에 기입되는 한 쌍의 워크피스(711, 712)와 3개의 아암을 갖는 로터 주사 시스템을 도시한다. 도시한 바와 같은 회전형 프린터는 2D 화상을 워크피스 상에 인쇄할 수 있다. 이 시스템은 100%의 듀티 사이클을 가질 수 있다. 각 로터는 60도의 호를 통해 기입을 행한다. 하나의 아암(740)만이 2개의 워크피스(711, 712) 상에 교대로 하나씩 기입을 행한다. 레이저 에너지는 2개의 SLM(747, 749) 간에 편광 제어부(732)에 의해 스위칭되고, 데이터 스트림도 그 SLM들 간에 스위칭된다. 레이저(720)와 데이터 경로(735)는 기입 기계의 최고가의 모듈들에 속하므로, 본 실시예는, 아암들의 SLM들과 광학체가 더욱 낮은 듀티 사이클인 50%와 33%를 각각 갖는 한편 시간의 레이저 및 데이터 채널 100%를 사용하도록 설계되었다. 이는, 예를 들어, 3개의 회전 아암(740A-C)을 갖는 기입 시스템의 일례일 수 있다. 이러한 아암들과 중계 광학체를 위한 다양한 대체 설계들이 존재한다. 동 도면은 레이저(720)와, 회전 아암들에 중계(732, 747, 749)되는 패턴들을 생성하는 2개의 SLM(730)에 데이터를 송신하는 제어기(735)를 개념적으로 도시한다. 동 도면은, 각 아암이 각 SLM 앞에서 어떻게 이동하고 일련의 동심 스탬프들을 워크피스들(711, 712) 상에 기입하는지를 도시한다. 동 도면에는 2개의 워크피스가 도시되어 있지만, 워크피스의 크기에 따라, 더 많은 워크피스들을 로터 아래에 배치할 수도 있다. 이 예는 기입 시스템으로서 설명되고 있지만, 중계 방향은, 워크피스로부터 다시 레이저(720)가 있는 곳에 위치하는 한 쌍의 검출기 및 다른 곳으로 향하는 것과 같이 용이할 수 있다. 대체 구성에서는, 하나의 워크피스를 사용할 수도 있고, 즉, 예를 들어, 4개의 아암을 사용할 수도 있다. 회전 아암 기입기에 관한 더욱 상세 내용은, 예를 들어, 미국 특허출원 공개번호 제2010/0142757호 또는 출원인에 의한 다른 특허 출원 문헌에서 알 수 있다.

본 기술의 특히 유용한 일부 응용들은, 웨이퍼의 정면과 배면, PCB, 빌드업 기판, 인터포우저, 및 상호접속 기판 등의 전자 기판, 마스크, 스텐실, 템플렛, 및 기타 마스터 상의 패턴 기입에 관련된다. 마찬가지로, 로터 기입기는 디스플레이, 전자 신문, 플라스틱 로직 및 광전지의 패널을 패터닝하는 데 사용될 수 있다. 패터닝은, 포토레지스트의 노광에 의해 행해질 수 있고, 용융, 증발, 삭마, 열적 퓨징, 레이저 유도 패턴 전사, 어닐링, 열분해, 및 광 유도 에칭 및 성막 등의 열적 또는 광화학적 프로세스 등의 광의 다른 액션들을 통해 행해질 수도 있다.

이 로터 시스템은 데카르트 평면형 xy 스테이지의 통상적인 이동을 극성 주사 이동으로 대체한다. 잠재적인 이점은, 고 처리량, 저 비용, 및 기계적 간략화를 포함한다. 주사 액션은 회전 운동에 의해 행해지고, 이는 직선 운동보다 고 정밀도를 구축하는 데 기계적으로 더욱 용이하다. 로터의 주변 상의 지점의 위치 정밀도는 베어링의 품질 및 각도 인코더의 정밀도에 의해 결정된다. 이러한 성분들 모두는 고 품질로 얻어질 수 있다. 회전은 주사 동안 그리고 주사 스트로크 간에 진동 및 전이력(transient force)을 감소시킨다. 균형 잡힌 로터는 본질적으로 지지 구조에 진동 또는 반응력을 방출하지 않지만, 왕복 직선 운동은 그 모멘텀을 스트로크당 두 번 역(reverse)으로 할 필요가 있으며, 이렇게 행하는 경우 강력한 외란을 생성한다. 로터는 기계적 오버헤드가 더욱 작으면서 더욱 빠른 주사 속도를 가질 수 있다. 여러 아암을 구비하는 로터는 기입을 위해 거의 모든 원을 사용한다. 예를 들어, 4개의 아암을 갖는 로터는 80도 호를 통해 주사를 행할 수 있다. 원의 360도 중에서, 로터는 4 × 80 = 320도의 주사를 행한다. 왕복 운동은 기계적 오버헤드를 더욱 필요로 한다. 왕복 운동을 위한 오버헤드는 주사 속도가 증가할수록 증가한다.

로터 시스템은 매우 높은 데이터 속도 및 처리량을 가질 수 있고, 이러한 특성들이 유용한 패터닝의 다른 유형들, 예를 들어, 광 설정, 인쇄, 인그레이빙(engraving), 보안 마킹 등에 사용될 수 있다. 로터는 고속 회전, 예를 들어, 60, 120, 300, 600 r.p.m. 이상에도 매끄러운 운동 및 작은 기계적 오버헤드를 갖는다. 로터의 주변 속도인 주사 속도는 비교 대상인 왕복 시스템보다 높을 수 있으며, 예를 들어, 2, 4, 8, 20m/s 이상일 수 있다.

실현 가능한 항목들에 있어서, 일 구현예는, 직경이 1미터이고 초당 3.3번 회전하고 구심 가속도가 20g인 로터를 갖는다. 가속력은 회전 부품에 일정한 힘을 제공하여, 50그램의 렌즈가 외측으로 10N인 일정한 힘을 받는다. 4개의 아암과 회전 속도를 이용함으로써, 시스템은 초당 13개의 스트로크를 기입하고, 이때 왕복 스테이지에서는 비현실적인 기계적 속도인 주변 속도가 10m/s이다. 또한, 베어링의 적절한 밸런싱과 설계에 의해, 운동은 매끄러우며, 높은 기계적 정밀도를 갖고, 유지 전력을 거의 필요로 하지 않는다. 화상 생성기가, 워크피스 상에 1D 부분 화상을 생성하는 데 사용되는 일정한 프레임 레이트인 2㎒를 갖는 미소 기계(micromechanical) 1D SLM이면, SLM의 리로딩은 주사 방향을 따라 5미크론마다 발생하고, 화소 크기는 5 × 5미크론일 수 있어서, 15미크론 미만의 선 폭을 기입할 수 있다. 효과적으로 8000 × 1화소를 갖는 미소 기계 1D SLM을 이용함으로써, 각 스트로크는 40mm 폭의 스트라이프를 패턴으로 채우고, 초당 0.3제곱 미터 또는 분당 20제곱 미터를 커버하며, 비직선 주사에 대해선 커버가 약간 감소된다. 이는, 다른 기입 기술들에 비해 매우 높은 커버리지 레이트이다.

개시 방법은, 출원인이 1.5D SLM이라 칭하는 하나 또는 복수의 SLM을 이용하여 로터 시스템 또는 비회전 시스템에서 구현될 수 있다. 이 SLM에 관한 상세 내용은 미국 특허출원공개번호 제2011/0242514 A1호에서 알 수 있다. 종래의 1D SLM은 N × 1화소를 가질 수 있고, 종래의 2D SLM은 2000 × 500화소 또는 1024 × 768화소를 가질 수 있다. 출원인은, 디바이스를 N × M화소를 갖는 1.5D SLM이라 칭하며, 여기서 N은 1024, 2048, 4096, 8192, 또는 16384 등의 큰 수이며, M은 20 이하의 매우 작은 수이며, 예를 들어, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 15 또는 20개의 화소이다.

화소에 의해, 데이터 경로에서 하나의 단위로서 취급되며 화소 값이 할당되는 1.5D SLM의 영역을 나타내고자 한다. 일부 경우에, 화소는 단일 마이크로 미러일 수 있으며, 다른 경우에, 화소는 동일한 화소 값에 의해 제어되는 미러들의 집합일 수 있다. 많은 작은 미러들이 존재하며, 이들의 클러스터들은 화소들을 형성한다. 회절 동작을 위해, 미러들은 아날로그 방식으로 제어될 수 있으며, 즉, 화소 값에 의해 표시되는 바와 같이 많은 상태들 중 하나로 설정될 수 있다. 다른 중요한 양태는, 미러들이, 회절에 의해, 즉, 광의 위상을 제어함으로써, 작동하고 미러들 내의 및 미러들 간의 간섭에 의해 화소의 강도를 간접적으로 변조한다는 점이다. 미러들이 예측가능 방식으로 서로 간섭할 정도로 충분히 정밀하게 제조되면, 다중 미러들은 하나의 화소로서 사용될 수 있고, 워크피스 상에 여전히 단일 회절 제한 스폿을 형성한다.

1.5D SLM의 하나의 화소 내의 미러들은 동일한 화소 값에 의해 제어된다. 그러나, 미러들은 동일하게 제어될 필요가 없으며, 예를 들어, 일부 미러들은 좌측으로 기울어지고 다른 미러들은 우측으로 기울어질 수 있다. 디바이스는, 짧은 방향으로 전체 디바이스 폭과 1.5D SLM의 긴(수평) 방향으로 몇 개의 화소에 걸친 영역에 대하여 본질적으로 간섭성을 띄는 레이저 빔에 의해 조명된다.

1.5D SLM은, 종래 기술과는 달리, 바람직하게 긴 방향으로 부분 간섭 광에 의해 그리고 짧은 방향으로 간섭 광 분포에 의해 조명되며, 간섭성은 하나보다 많은 화소에 걸쳐 이어진다. 구체적으로, 간섭성은 짧은 방향으로 전체 디바이스(또는 그 디바이스의 조명 부분)에 걸쳐 이어질 수 있다. 대안으로, 짧은 방향으로의 조명은, 간섭성을 띄지만 상호 비간섭성의 광 분포들의 적은 개수로 이루어지며, 각각은 하나보다 많은 화소에 걸쳐 또는 디바이스의 전체 폭에 걸쳐 이어진다.

1.5D SLM을 사용함으로써, 1D SLM에서 발생하는 짧은 방향과 긴 방향으로의 서로 다른 성질들을 해결하는 데 일조하게 된다. 1D SLM은 시스템 설계자에겐 매력적인데, 그 이유는 적어도 시간 단위당 주사되는 화소의 개수만큼, 예를 들어, 때때로 수십 또는 수백 메가헤르츠 범위의 높은 주파수에서 동작하는 연속적인 레이저 또는 펄스형 레이저로 조명될 수 있기 때문이다. 1D SLM은 광학계를 효율적으로 사용하며, 어레이에 직교하여 또는 비스듬하게 스위프될 수 있다. 이것은 직선을 따라 또는 곡선 경로를 따라 스위프될 수 있다.

1.5D SLM이 화상의 비등방성을 어떻게 완화시키는지를 설명하기 위해서는, 촬상 이론을 고려하는 것이 유용하다. 긴 방향으로, SLM은 부분 간섭 광에 의해 조명된다. 부분 간섭성은, 두 개의 지점이 서로 근접해 있으면 그 두 개의 지점에서의 전계가 상관되고 그 두 개의 지점이 소정의 거리만큼 이격되어 있으면 상관되지 않음을 의미한다. 상관의 크기는 이격 거리의 함수이다. 그 크기를 간섭성 함수라 칭한다. 간섭성 함수는 간섭성 이론에 있어서 Van Cittert-Zernike 이론에 의해 SLM을 조명하는 광의 각도 분포에 의해 결정된다. 리소그래피에서는, 고 간섭성이 있는 영역이 3개 내지 4개 화소로 되도록 선택하는 것이 흔하다. 일단 간섭성 함수가 알려져 있으면, 상용 소프트웨어를 사용하여 화상 성질을 계산 또는 시뮬레이션할 수 있다. 화상을 계산하는 한 방식은, 광원을 상호 비간섭성의 소스 지점들의 클라우드로 나누고, 각 소스 지점으로부터의 광에 의해 생성되는 화상을 계산하고, 이러한 모든 화상들을 합산하는 것이다.

주사 방향으로 1D SLM으로부터의 화상을 계산하려면, 주사 동안 각 위치마다 간섭성을 띄는 화상을 계산하고, 이러한 모든 화상들을 합산한다. 이웃하는 화소들 간에는 간섭이 없으며, 그 이유는 각 화상에 포함된 화소가 하나만 있기 때문이다. 서로 다른 화소들의 화상들은 서로 다른 시점에서 인쇄된다.

1.5D SLM에 있어서, 조명은 짧은 방향으로 여전히 간섭성을 띄지만, 두 개 이상의 화소는 각 화상마다 사용되며, 서로 간섭할 수도 있다. 다음 화소는 워크피스에 대하여 계산되며, 하나의 화소 단위만큼 이동되고, SLM 내에 로딩된 데이터가 이에 따라 수정된다. 화상은 화상 선을 주사하는 동안 생성되는 화상들의 합이다. 놀랍게도, 이는 긴 방향으로의 부분 간섭 조명에 의해 생성된 화상과 마찬가지 성질들을 갖는 화상을 제공한다. SLM에 걸친 조명의 강도 프로파일은 긴 방향으로의 간섭성 함수의 함수를 갖는다. 작은 비대칭성을 갖기 위해, 짧은 방향으로의 조명 영역은 긴 방향으로의 간섭성 함수의 크기와 대략 동일한 크기이어야 한다. 화상은 간섭성 화상들의 합으로서 쉽게 계산되며, 조명 프로파일은, 예를 들어, 화상 성질들을 미세 조정하도록 푸리에 면에서의 필터를 이용하여 수정될 수 있다.

개시 방법은, 1.5D 광학체에 대조되는 아나모픽(anamorphic) 광학체와 결합되는 하나 또는 복수의 1차원 SLM을 이용하여 로터 시스템에서 또는 비회전 주사 시스템에서 구현될 수도 있다. 이 구성에 관한 더욱 상세한 내용은 미국 특허출원공개번호 제2010/0208329 A1호에서 알 수 있다. 광원(아크 램프, 가스 방전, 레이저, 레이저들의 어레이, 레이저 플라즈마, LED, LED들의 어레이 등)은 적어도 하나의 1차원 SLM을 조명하는 데 사용될 수 있다. 반사된 (또는 일반적인 경우에 투과된) 방사는 워크피스 상에 선 세그먼트로서 투영된다. SLM을 구동하는 데이터는, 노광 화상을 구축하도록 워크피스가 주사될 때 변경된다. 강력한 아나모픽 광학계는 한 열(또는 행)의 다중 미러들로부터의 에너지를 화상의 한 지점에 집중하고, 전체 2차원 조명 어레이는 워크피스에 걸쳐 스위프되는 좁은 선 세그먼트를 형성한다. 1차원에 있어서, 아나모픽 광학체는 조명 영역을 예를 들어 2배 내지 5배로 축소하고, 이에 따라 SLM이, 예를 들어 대략 60mm 폭의 SLM이 30 내지 12mm 길이의 선 세그먼트 상으로 촬상된다. SLM의 짧은 치수를 따라, 아나모픽 광학체는 미러들의 열을 강력하게 축소하여 3미크론 폭 등의 좁은 영역, 즉, 본질적으로 단일 분해선(resolved line) 상으로 포커싱한다. 대안으로, 그 영역의 폭은 1 또는 5미크론일 수 있고 또는 10미크론 미만일 수 있다. 3미크론 폭의 영역 상으로의 포커싱은 대략 240미크론으로부터 3미크론으로의 80배 축소를 포함한다. 아나모픽 광학 경로는 미러들의 행을, 개별적인 미러들이 결합되고 화상 면에서 분해되지 않을 정도로 축소한다. 관련 출원들에서 설명한 바와 같이, SLM은 SLM의 1차원을 따라 정밀하게 포커싱되고 다른 치수를 따라 포커싱 해제되는 면에 위치할 수 있다. 이는 렌즈 시스템의 임계성을 감소시킨다.

아나모픽 광학체는 많은 방식으로 설계될 수 있다. 한 가지 설계는 화상을 적어도 하나의 SLM으로부터 워크피스로 투영하고, 이때 배율(통상적으로는 축소)은 SLM의 두 개의 축 방향 간에 큰 차를 갖는다. 이는, 설계 및 제조시 광학적으로 어려우며, 그 두 개의 축 방향으로의 배율의 차가 커질수록 더욱 어렵다. 이러한 시스템은, 두 개의 축 방향 모두를 위한 포커스를 SLM 표면에 위치시키지만, 제1방향으로의 축소는 SLM 상의 2차원 조명 영역이 하나의 선으로 축소될 정도로 상당하며, 즉, SLM의 제1방향으로 조명된 모든 지점들이 화상의 제2방향으로의 하나의 분해 스폿 내에 속한다. 광학체를 설명하는 다른 방식은, 한 방향으로는 미러들을 분해하지만 나머지 한 방향으로는 분해하지 않는 화상을 형성하는 것이다. 화상 면의 분해능은 두 개의 축 방향 간에 대략 동일하지만, SLM 면에서는, 큰 분해능 차가 존재하여, 제1축 방향으로의 분해 스폿은, 통상적으로 1.5 내지 2개 미러이며, 제2축 방향으로는, 조명 영역보다 크다.

대조적으로, 전술한 적어도 하나의 1.5D SLM은 더욱 적은 개수의 아나모픽 광학체들과 함께 사용된다. 마이크로 미러들이 각각 10미크론의 장축을 따른 투영 폭을 갖는 일 구현예에서, 마이크로 미러들의 5개 행은 50미크론의 좁은 액세스를 따라 투영 높이를 가질 수 있어서, 화상 면 상의 투영 미러들을 본질적으로 정사각형으로 만들 수 있고, 이는 화상의 화소의 2개의 치수가 본질적으로 동일하거나 1:2 내지 2:1의 범위에 있음을 의미한다. 이렇게 더욱 제한된 축소에 의해, 단일 화소로서 기능을 하는 미러들의 개별적인 갱들은 별개의 중첩 위치들에 투영된다. 따라서, 좁은 축을 따른 간섭 및 회절 효과들이 간섭 효과를 야기한다. 즉, 위상이 일치하는 인접하는 미러들로부터의 중첩 투영 부분들은 가산 진폭을 갖는다. 위상이 반대인 중첩되는 투영 부분들은 감산 진폭을 갖는다.

도 3은 주사 빔의 종래의 인터레이싱을 도시한다. 동 도면에는 15개의 빔이 행(311, 312, 313)에 도시되어 있다. 빔들은 도시된 행 정렬에 대략 수직인 방향으로 주사된다(321, 322, 323). 빔들은 수평 방향과 수직 방향 모두에 있어서 d_플레이트로 표시된 거리만큼 이격되어 있어서, 인접하는 빔들 간에 간섭을 야기하지 않고 교차 주사 수평 방향으로의 빔 분리를 감소시킨다. 이는 교차 주사 방향으로의 비교적 타이트한 이격과 함께 간섭성 및 부분 간섭성 소스들의 사용을 허용한다.

도 4와 도 5는 회전 주사를 이용한 빔들의 종래의 인터레이싱 주사를 대조한다. 양측의 예는, 4개의 연속하는 주사가 어떻게 인터레이싱되고 다음 주사 스트라이프와 라인업되는지를 도시한다. 도 4의 비회전 주사에 있어서, SL은 주사 길이이며 또한 스트라이프 폭이고, SW는 모든 빔들을 포함한 주사의 총 폭이고, SS는 두 개의 주사 간의 X 방향으로의 거리이다.

도 4는, X축을 따라 워크피스와 기입 메커니즘 간의 상대 운동이 생성될 때 음향 광학 편향기, 회전 미러, 또는 다른 편향기가 Y축에 평행한 인터레이싱 기입 빔들을 주사하는 종래의 비회전 주사를 도시한다. 빔들은 SS로 표시된 거리만큼 이격된다. 공간적으로 분리된 빔들의 어레이는 SW로 표시된 폭에 걸쳐 있다. 주사 메커니즘은 SL로 표시된 거리만큼 빔을 주사한다. 이 직사각형 비회전 주사에 있어서, 스위프되는 영역은 SW×SL로 계산될 수 있다.

도 5는 혁신적인 회전 주사의 일례를 도시한다. 이 예에서, "a"로 표시된 각도는 대략 45도이다. 20도 내지 45도 범위의 다른 각도를 사용할 수도 있다. 대안으로, 20도 내지 30도 범위의 각도를 사용할 수 있으며, 이 각도는 0, 45, 90, 135도 배향을 따라 레이아웃되는 패턴들을 포함하는 패턴들에 유용할 수 있다. 가장 일반적으로, 패턴에서 5도 이상 회전된 각도 및 최근접 지배 방향으로부터 10도 이상의 각도는 회전 주사에 유용할 수 있다.

도면들을 비교함으로써, 주사가 회전되는지 또는 회전되지 않는지에 상관없이 각 주사에 의해 커버되는 영역이 동일함을 도시하며, 즉, 가속 및 지연 등의 오버헤드 없이 기입 속도가 동일하다. 그러나, 유효 주사 길이(SLa)는 회전된 경우에 줄어들고, 이에 따라 1/cos(a)의 인자로 주사 스트라이프들의 개수를 증가시킨다. 또한, 노광 속도는, 두 개의 주사 간의 X방향으로의 거리가 회전 주사(SSa)에 따라 증가하므로, 동일한 인자로 증가한다. 그 결과, 처리량이 2퍼센트만큼 약간 감소된다.

도 5는 또한 회전된 주사가 스트립 중첩을 더욱 큰 영역에 걸쳐 어떻게 분포시키는지를 도시한다. 비회전의 경우에, 중첩 영역은 하나의 Y 좌표를 따라 위치하는 반면, 회전의 경우에, 중첩 영역은 X와 Y 모두에 있어서 분포된다. 비스듬한 기입에 의해, 모든 빔들이 모든 가장자리들에 기여할 수 있고, 가장자리 조도(roughness)의 위상은 반복 패턴의 각 특징부마다 랜덤화된다. 그 결과, 무라(mura)의, 특히, "수학적" 및 "더트"(dirt) 무라의 소정의 유형들이 상당히 감소할 수 있다. 무라의 다른 유형들도 감소될 수 있다.

도 6은 교차 주사의 패턴을 도시한다. 좌측으로부터 우측으로 상승하는 스트립들(651)은 좌측으로부터 우측으로 하강하는 스트립들(652)에 대략 수직이다. 스트립들은 시작시 단일 선(653)으로 표시되어 있지만, 도 3과 도 6에 도시한 바와 같이 교차 주사 방향으로 밀도를 증가시키도록 스태거링될 수 있다.

도 8은 두 개의 패스를 동시 기입하는 개시 기술의 두 개의 실시예를 도시한다. 도 8a는 여러 개의 1차원(또는 1.5D) SLM들로부터의 화상들(814, 816)이 동일한 광학 필드(810), 예를 들어, 단일 렌즈 시스템으로부터의 필드에 배치되는 일 실시예를 도시한다. 필드가 워크피스의 표면을 가로질러 이동하면(812), 각 SLM은 하나의 스와스(818, 820)를 기입한다. 좌측으로 기울어진 SLM으로부터의 스와스(814)는, 시계로 볼 때 1:30/7:30의 방향으로 고 간섭성 방향의 스와스(816)를 기입하는 것에 해당한다. 반대로 기울어진 SLM(816)은 10:30/4:30 방향으로 고 간섭성이 있는 스와스 또는 스트라이프를 기입하는 것에 해당한다. 동 도면에서 알 수 있듯이, 스와스들은 기입 후에 중첩되며, 화상의 각 지점은 1:30, 4:30, 7:30, 10:30 방향으로 고 간섭성으로 그리고 동일한 방향으로 저 간섭성으로 기입된다. 따라서, 화상의 광학적 성질, 예를 들어, 이소포컬 도즈 및 초점 심도가 거의 등방성이다. 개시 기술은 필요 시 더욱 많은 패스와 더욱 많은 각도에 일반화될 수 있다.

도 8b는 시스템을 통해 워크피스(850)의 하나의 물리적 패스의 양측 패스들을 기입하도록 구성된 로터 스캐너를 도시한다. 이는, 워크피스가 회전되는 대체 실시예보다 높은 처리량과 작은 오버헤드 시간을 제공한다. 로터(850)는 SLM 화상들이 서로 반대로 회전되는 2개의 아암(856, 842)을 갖는다. 로터가 회전하면, SLM들의 화상들은 워크피스의 표면 위로 이동한다. 본 실시예에서, SLM 화상(842)은 변환되지만, 위치들(844, 846)의 범위를 통한 운동 동안 회전하지 않는다. 따라서, SLM 화상들은 곡선형 스트라이프 또는 스와스(848, 854)를 그리게 된다. 워크피스(850)는 단차식으로 또는 연속적으로 이동되고(856), 추가 스트라이프들이 기입되어 워크피스의 영역이 완전히 기입된다(858). 워크피스가 로터를 통과한 후에, 워크피스는 SLM 화상들의 서로 다른 회전을 이용하여 두 번 기입되었으며, 화상의 비등방성이 감소된다. 본 실시예에서, SLM 화상들 간의 각도는 수직이 아니며, 로터의 중심은 워크피스의 중심으로부터 오프셋되어 있다. 로터를 오프셋함으로써, SLM 화상이 워크피스(858)의 이동 방향에 평행하지 않은 경우에 스와스가 가변되는 문제점을 해결한다. 방향(858)과 SLM들(856, 842)의 화상들 간의 각도는 45도 미만이다. 이는 화상의 덜 완벽한 등방성을 제공하지만, 서로 다른 각도들에 대하여 스와스가 거의 일정하게 유지될 수 있으므로 더욱 높은 처리량을 제공한다. 45도를 사용함으로써, 더욱 양호한 광학적 등방성을 제공할 수 있지만, SLM의 방향이 필드의 변환 방향에 더욱 평행하기 때문에 스와스가 일단에서 더욱 좁으므로, SLM에 대해서는 덜 효율적이다. 실시예는 2개의 아암만을 또는 더 많은 개수의, 예를 들어, 4, 6 또는 8개의 아암을 이용하여 설계될 수 있다. 도 8b는 필드(856, 842)가 180도만큼 떨어져 있지 않은 것으로 설명하였다. 이는 단지 예시를 위한 것이다. 필드들은 참조 번호 (856) 및 (844)로서 또는 이들 간의 다른 각도로 위치할 수 있다.

데이터는 적어도 두 개의 기입 또는 패스 간에 동일할 수도 있고 동일하지 않을 수도 있다. 그리드들은 변위될 수 있고 및/또는 스트라이프들이 시프트될 수 있다. 각 패스의 패턴의 래스터화는 해당 패스가 어떻게 기입되는지를 인식하는 상태에서 행해질 수 있다. 패스 인식 래스터화는, 각 패스의 동일한 데이터에 비해, 품질을 개선할 수 있고 아티팩트를 감소시킬 수 있다.

본 발명에 따른 방법은, 예를 들어, 패턴 데이터를 특정한 기입 전략 또는 패스에 적응시킴으로써 및/또는 그 특정한 기입 패스에 연관된 서브 패턴을 인식하면서, 적어도 2개의 기입 또는 기입 패스 중 하나, 복수, 또는 각각의 패턴 데이터를 래스터화하는 단계, 및/또는 최종 화상 패턴, 예를 들어, 그 적어도 2개의 기입 또는 기입 패스에 생성되는 최종 화상 패턴의 가장자리 및/또는 특징부가 워크피스 상에 어떻게 보이는지를 인식하면서 하나의 기입 패스에 연관된 서브 패턴 데이터를 래스터화하는 단계의 액션을 더 포함할 수 있다.

몇몇 특정 실시예

개시 기술은, 스위프 방향과 교차 스위프 방향으로의 간섭성의 서로 다른 정도로부터 발생하는 비등방성 성질을 갖는 기입 메커니즘을 적용하는 단계, 제1기입과 제2기입 사이에 워크피스 상에 기입된 화상 패턴에 대하여 회전되는 기입 메커니즘을 이용하여 워크피스 상에 화상 패턴을 두 번 기입하는 단계를 포함하고, 이에 따라, 회전된 기입 메커니즘을 이용한 기입이 비등방 성질들을 평균화하는, 액션을 포함하는 방법들에서 구체화될 수 있다.

본 실시예 및 후속하는 다른 실시예들은, 선택 사항으로, 후술하는 특징들 중 하나 이상을 포함하거나 이러한 하나 이상에 의해 수정될 수 있다.

개시 기술의 일 양태는, 적어도 제1기입 패스와 제2기입 패스에 있어서 주사된 방사 에너지 빔을 이용하여 워크피스 상에 기입을 행하는 액션을 포함하는 방법들에서 구체화될 수 있고, 제1기입 패스와 제2기입 패스는 실질적으로 직교하는 제1기입 패스와 제2기입 패스의 레이저 스위프 방향들과 함께 배향된다. 본 실시예 및 후속하는 다른 실시예들은, 선택 사항으로, 후술하는 특징들 중 하나 이상을 포함하거나 이러한 하나 이상에 의해 수정될 수 있다.

다른 일례는 마이크로리소그래픽 패턴을 워크피스 상으로 기입하는 방법으로서, 워크피스에 대한 제1방향으로 워크피스와 기입 메커니즘 간의 제1상대 운동을 생성하는 단계와, 기입 프로젝터와 워크피스의 상대 운동에 대략 수직인 제1각도로 배향된 기입 프로젝터를 이용하여 제1상대 운동 동안 마이크로리소그래픽 패턴의 제1패스를 기입하는 단계와, 워크피스에 대한 제2방향으로 워크피스와 기입 메커니즘 간의 제2상대 운동을 생성하는 단계와, 기입 프로젝터와 워크피스의 상대 운동에 대략 수직인 제2각도로 배향된 기입 프로젝터를 이용하여 제2상대 운동 동안 마이크로리소그래픽 패턴의 제2패스를 기입하는 단계를 포함하고, 제1방향과 제2방향은 적어도 20도인 최소 끼인각을 규정한다. 대안으로, 워크피스와 기입 프로젝터의 상대 운동에 수직으로 배향되는 기입 프로젝터 대신에, 투영 화상(181A-B, 182A-B)은 워크피스와 기입 메커니즘의 상대 운동에 수직으로 배향될 수도 있다.

선택 사항으로, 제1방향과 제2방향 모두는, 제1패스와 제2패스 동안 형성되는 마이크로리소그래픽 패턴에서의 일차 지배 방향에 평행하지 않고 그 일차 지배 방향에 수직이 아니다.

선택 사항으로, 제1방향과 제2방향은 대략 수직이다.

선택 사항으로, 제1방향과, 제1기입 패스 동안 기입 프로젝터와 워크피스의 상대 운동은 평행하다.

선택 사항으로, 기입 프로젝터는 제1방향에 대략 수직인 방향으로 제1기입 패스 동안 에너지 빔을 주사한다.

선택 사항으로, 방법들은, 기입 메커니즘에서 SLM을 사용하는 단계를 더 포함하고, 기입 프로젝터에서 레이저 빔 스캐너를 사용하는 단계를 더 포함하고, 및/또는 기입 메커니즘에서 복수의 레이저 빔을 사용하는 단계를 더 포함한다.

선택 사항으로, 제1방향은, +/-2도의 마진 내에서, 제1패스와 제2패스 동안 형성되는 마이크로리소그래픽 패턴에서의 일차 지배 방향에 대하여 대략 45도이고, 제2방향은, +/-4도의 마진 내에서, 제1방향에 대하여 대략 90도이다.

선택 사항으로, 제1방향은 제1패스와 제2패스 동안 형성되는 마이크로리소그래픽 패턴에서의 일차 지배 방향에 대하여 25도 내지 65도이고, 제2방향은 일차 선 배향에 평행하게 또는 일차 선 배향에 수직으로 대략 반영된다.

선택 사항으로, 방법들은, 다중 방사 에너지 빔(multiple radiant energy beams)을 사용하여 각각의 패스를 기입하는 단계와, 전달되는 최대 방사 에너지가 워크피스에 걸쳐 가변되고 스트립의 중간보다는 스트립의 가장자리에서 더욱 작도록, 워크피스에 대한 다중 방사 에너지 빔 중 일부의 시작점과 종료점을 스태거링하는 단계와, 인접하는 스트립들의 중첩 영역들에서의 다중 방사 에너지 빔을 변조할 때, 인접하는 기입 스위프들의 중첩된 스트립들을 기입하고 다중 방사 에너지 빔의 스태거링을 고려하는 단계를 더 포함한다.

Claims

워크피스 상에 마이크로리소그래픽 패턴(microlithographic pattern)을 기입하는 방법으로서,
스위프 방향과 교차 스위프(cross-sweep) 방향으로의 간섭 상호 작용(coherence interaction)의 서로 다른 정도로부터 발생하는 비등방성 기입 성질들(non-isotropic writing properties)을 갖는 기입 메커니즘을 적용하는 단계; 및
워크피스 상에 화상 패턴을 두 번 기입하는 단계로서, 상기 기입 메커니즘은 제1기입과 제2기입 사이에 상기 워크피스 상에 기입된 상기 화상 패턴에 대하여 회전되는 것인, 상기 화상 패턴을 두 번 기입하는 단계를 포함하되,
회전된 상기 기입 메커니즘은 상기 비등방성 성질들을 평균화하는 것인, 마이크로리소그래픽 패턴의 기입 방법.
제1항에 있어서, 상기 두 번 기입 사이에서의 상기 패턴에 대한 상기 기입 메커니즘의 회전은 40도 내지 120도 범위에 있는 것인, 마이크로리소그래픽 패턴의 기입 방법.
제1항에 있어서, 상기 두 번 기입 사이에서의 상기 기입 메커니즘의 이동 방향에 대한 상기 기입 메커니즘의 회전은 40도 내지 120도 범위에 있는 것인, 마이크로리소그래픽 패턴의 기입 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1기입과 상기 제2기입은 제1방향과 제2방향으로 진행되고, 상기 제1방향과 상기 제2방향은 모두 상기 제1기입과 상기 제2기입 동안 형성되는 마이크로리소그래픽 패턴에서의 일차 지배 방향에 평행하지 않고 또는 상기 일차 지배 방향에 수직이 아닌 것인, 마이크로리소그래픽 패턴의 기입 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1기입과 상기 제2기입은 제1방향과 제2방향으로 진행되고, 상기 제1방향과 상기 제2방향은 수직인 것인, 마이크로리소그래픽 패턴의 기입 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기입 메커니즘에서 SLM(spatial light modulator)을 사용하는 단계를 더 포함하는, 마이크로리소그래픽 패턴의 기입 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 기입 프로젝터가 상기 기입 프로젝터와 상기 워크피스 간의 상대 운동의 제1방향에 수직인 방향으로 상기 제1기입 동안 에너지 빔을 주사하는 것인, 마이크로리소그래픽 패턴의 기입 방법.
제7항에 있어서, 상기 기입 메커니즘에서 레이저 빔 스캐너를 사용하는 단계를 더 포함하는, 마이크로리소그래픽 패턴의 기입 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기입 메커니즘에서 복수의 레이저 빔을 사용하는 단계를 더 포함하는, 마이크로리소그래픽 패턴의 기입 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1기입과 상기 제2기입은 제1방향과 제2방향으로 진행되고, 상기 제1방향은, +/- 2도의 마진 내에서, 상기 제1기입과 상기 제2기입 동안 형성되는 마이크로리소그래픽 패턴에서의 일차 지배 방향에 대하여 45도이며, 상기 제2방향은, +/- 4도의 마진 내에서, 상기 제1방향에 대하여 90도인 것인, 마이크로리소그래픽 패턴의 기입 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1기입과 상기 제2기입은 제1방향과 제2방향으로 진행되고, 상기 제1방향은 상기 제1기입과 상기 제2기입 동안 형성되는 마이크로리소그래픽 패턴에서의 일차 지배 방향에 대하여 25도 내지 65도이고, 상기 제2방향은 일차 선 배향에 평행하게 또는 일차 선 배향에 수직으로 반영되는 것인, 마이크로리소그래픽 패턴의 기입 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
다중 방사 에너지 빔(multiple radiant energy beams)을 사용하여 각각의 기입 패스(writing pass)를 기입하는 단계;
전달되는 최대 방사 에너지가 상기 워크피스에 걸쳐 가변되고 스트립의 중간보다는 상기 스트립의 가장자리에서 더욱 작도록, 상기 워크피스에 대한 상기 다중 방사 에너지 빔 중 일부의 시작점과 종료점을 스태거링(stagger)하는 단계; 및
인접하는 스트립들의 중첩 영역들에서의 상기 다중 방사 에너지 빔을 변조할 때, 인접하는 기입 스위프들의 중첩된 스트립들을 기입하고 상기 다중 방사 에너지 빔의 스태거링을 고려하는 단계를 더 포함하는, 마이크로리소그래픽 패턴의 기입 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 방법을 이용하여 워크피스 상에 기입을 행하는 주사 제어 하드웨어와 소프트웨어를 포함하는, 마이크로리소그래픽 기입 시스템.