KR102027156B1 - 공초점 리소그래피 장치 - Google Patents

공초점 리소그래피 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공초점 방식을 이용하여 가공 대상물을 균일하게 경화시킬 수 있도록 하는 공초점 리소그래피 장치에 관한 것이다.
본 발명은 가공 대상물을 향해 광을 출사하는 광원; 상기 가공 대상물로부터 반사된 광의 세기를 검출하는 광검출부; 상기 광원으로부터 출사되는 광을 상기 가공 대상물로 전송하고, 상기 가공 대상물로부터 반사되는 광을 상기 검출부로 전송하는 하프미러; 상기 하프미러를 경유한 광을 상기 가공 대상물로 집광시키는 대물렌즈; 상기 광검출부와 연결되어, 기설정된 범위 내에서 상기 광검출부를 왕복 이동시키는 제1 구동부; 상기 대물렌즈와 연결되어, 상기 대물렌즈와 상기 가공 대상물 간의 거리를 조절하기 위해 상기 대물렌즈를 이동시키는 제2 구동부; 및 상기 광검출부의 위치 변화에 대한 상기 광검출부에서 검출된 광의 세기 변화를 기반으로 하여, 상기 가공 대상물에 형성되는 광의 초점 위치를 변경하기 위하여 상기 대물렌즈의 이동 방향을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공초점 리소그래피 장치를 제공한다.

Description

공초점 리소그래피 장치{Apparatus for Confocal lithography}
본 발명은 리소그래피 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공초점 방식을 이용하여 가공 대상물을 균일하게 경화시킬 수 있도록 하는 공초점 리소그래피 장치에 관한 것이다.
일반적으로 미세한 패턴을 형성하기 위해서 다양한 나노패턴 형성 방법이 사용되는데, 그 중에서 포토리소그래피(photolithography) 방법과 전자빔 리소그래피(e-beam lithography) 방법이 널리 사용된다.
포토 리소그래피 방법은 일반적으로 원하는 패턴을 얻기 위해 마스크를 제작하고, 마스크를 통해 빛을 노광하여 감광제에 패턴을 전사하게 된다. 이 방법은 보통 최소-선폭이 수 마이크로미터(micrometer) 정도의 패턴을 형성할 수 있는데, 이보다 미세한 패턴을 형성하는 것은 마스크의 제작과 정렬의 어려움으로 많은 비용이 필요하다.
전자빔 리소그래피 방법의 경우, 수 나노미터(nanometer) 선폭의 패턴을 마스크 없이 형성할 수 있지만, direct writing 방법의 공통적 한계인 상대적으로 긴 시간과 높은 비용이 소요되므로 넓은 면적에 패턴을 형성하기는 쉽지 않다.
뿐만 아니라, 종래의 패턴 제조 방법 및 장치에 의하면 오로지 균일한 주기의 패턴 즉, 가공 대상물의 평탄도가 균일한 상태일 경우만을 제조 가능한 불리한 점이 있었다.
대한민국 등록특허공보 제10-1753355호(2017.06.27. 등록, 발명의 명칭 : 레이저 홀로그래픽 리소그래피 장치 및 패턴 제조 방법)
본 발명의 목적은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 가공 대상물의 평탄도에 따라 변화되는 광의 초점 위치를 정확히 조절할 수 있도록 하여 가공 대상물을 균일하게 경화시킬 수 있도록 하는 공초점 리소그래피 장치를 제공하는 데 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 따른 공초점 리소그래피 장치는 가공 대상물을 향해 광을 출사하는 광원; 상기 가공 대상물로부터 반사된 광의 세기를 검출하는 광검출부; 상기 광원으로부터 출사되는 광을 상기 가공 대상물로 전송하고, 상기 가공 대상물로부터 반사되는 광을 상기 검출부로 전송하는 하프미러; 상기 하프미러를 경유한 광을 상기 가공 대상물로 집광시키는 대물렌즈; 상기 광검출부와 연결되어, 기설정된 범위 내에서 상기 광검출부를 왕복 이동시키는 제1 구동부; 상기 대물렌즈와 연결되어, 상기 대물렌즈와 상기 가공 대상물 간의 거리를 조절하기 위해 상기 대물렌즈를 이동시키는 제2 구동부; 및 상기 광검출부의 위치 변화에 대한 상기 광검출부에서 검출된 광의 세기 변화를 기반으로 하여, 상기 가공 대상물에 형성되는 광의 초점 위치를 변경하기 위하여 상기 대물렌즈의 이동 방향을 제어하는 제어부를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 공초점 리소그래피 장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 광검출부의 위치 변화와 상기 광검출부에서 검출된 광의 세기의 변화의 위상차를 근거로 하여, 상기 가공 대상물에 대한 상기 광의 초점 위치를 판별하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 공초점 리소그래피 장치에 있어서, 상기 가공 대상물로 조사되는 상기 광의 초점 위치가 상기 가공 대상물의 표면에 위치할 경우, 상기 광검출부가 왕복 이동하는 범위 내의 초기 위치에서 상기 광검출부에는 기설정된 기준 광의 세기와 일치하는 광의 세기가 검출되고, 상기 제어부에 전송된 상기 광검출부의 위치 변화와 상기 광검출부에서 검출된 광의 세기의 변화는 180도의 위상차가 발생하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 공초점 리소그래피 장치에 있어서, 상기 가공 대상물로 조사되는 상기 광의 초점 위치가 상기 가공 대상물의 표면의 상측에 위치할 경우, 상기 광검출부가 왕복 이동하는 범위 내의 초기 위치에서 상기 광검출부에는 상기 기준 광의 세기보다 작은 광의 세기가 검출되고, 상기 제어부에 전송된 상기 광검출부의 위치 변화와 상기 광검출부에서 검출된 광의 세기의 변화는 180도의 위상차가 발생하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 공초점 리소그래피 장치에 있어서, 상기 가공 대상물로 조사되는 상기 광의 초점 위치가 상기 가공 대상물의 표면의 하측에 위치할 경우, 상기 광검출부가 왕복 이동하는 범위 내의 한계 위치에서 상기 광검출부에는 상기 기준 광의 세기보다 작은 광의 세기가 검출되고, 상기 제어부에 전송된 상기 광검출부의 위치 변화와 상기 광검출부에서 검출된 광의 세기의 변화는 위상이 동일한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 공초점 리소그래피 장치에 있어서, 상기 가공 대상물로 조사되는 상기 광의 초점 위치가 상기 가공 대상물의 표면의 하측에 위치할 경우, 상기 제어부에 전송된 상기 광검출부의 위치 변화와 상기 광검출부에서 검출된 광의 세기의 변화는 위상이 동일하고, 상기 광검출부가 왕복 이동하는 범위 내에서 검출된 광의 세기가 상기 광검출부가 왕복 이동하는 범위 내의 한계 위치에서 검출된 광의 세기보다 큰 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 공초점 리소그래피 장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제1 구동부의 구동 신호의 1주기 내에서 1/2주기 시점마다 상기 제2 구동부에 구동 신호를 인가하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 공초점 리소그래피 장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 기준 광의 세기와 상기 광검출부에서 검출된 광의 세기의 최고값과의 차이에 따라 상기 제2 구동부를 제어하여 상기 대물렌즈의 이동량을 변경시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 공초점 리소그래피 장치는 가공 대상물의 평탄도에 따라 변화되는 광의 초점 위치를 정확히 조절할 수 있어 가공 대상물을 균일하게 경화시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 공초점 리소그래피 장치는, 제어부를 통해 광검출부의 위치 변화와 광검출부에서 검출된 광의 세기의 변화의 위상차를 근거로 하여, 가공 대상물에 대한 광의 초점 위치를 판별함에 따라, 별도의 장치 없이 간단한 방법으로 가공 대상물의 표면에 광의 초점 위치를 일치시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공초점 리소그래피 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가공 대상물의 평탄도에 따라 광의 초점 위치가 변화된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 구동부에 인가되는 구동신호에 대한 타임차트를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기준 광의 초점 위치가 가공 대상물의 표면과 일치하는 경우의 반사되는 광의 세기와 광검출부의 위치 변화에 따른 위상차를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기준 광의 초점 위치가 가공 대상물의 표면의 상측에 위치할 경우의 반사되는 광의 세기와 광검출부의 위치 변화에 따른 위상차를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기준 광의 초점 위치가 가공 대상물의 표면의 하측에 위치할 경우의 반사되는 광의 세기와 광검출부의 위치 변화에 따른 위상차를 나타낸 그래프이다.
이하, 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시 예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공초점 리소그래피 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공초점 리소그래피 장치는 광원(100)과, 광검출부(200)와, 하프미러(300)와, 대물렌즈(400)와, 제1 구동부(500)와, 제2 구동부(600) 및 제어부(700)를 포함한다.
상기 광원(100)은 레이저 광원(100)일 수 있으며, 가공 대상물(P)을 향해 레이저 광을 출사하여 가공 대상물을 경화시킨다.
이때, 상기 가공 대상물(P)은 기판(미도시) 상에 도포된 포토레지스트일 수 있다.
상기 광검출부(200)는 가공 대상물(P)로부터 반사된 광(100)의 세기를 검출한다.
한편, 광검출부(200)의 하부측에는 핀홀(211)이 마련된 핀홀부재(210)가 설치될 수 있으며, 대물렌즈(400)로부터 집속된 광을 수광하여 광검출부(200)를 향해 투과시킬 수 있다.
이때, 광검출부(200)는 포토다이오드 등이 사용될 수 있으며, 핀홀부재(210)의 핀홀(211)을 통과한 광을 수광하여 광의 세기를 검출한다.
상기 하프미러(300)는 광원(100)으로부터 출사되는 광을 가공 대상물(P)로 전송하고, 가공 대상물(P)로부터 반사되는 광을 광검출부(200)로 전송한다.
일예로, 하프미러(300)는 광원(100)으로부터 출사되는 광을 가공 대상물(P)을 향해 반사시킬 경우에는 가공 대상물(P)로부터 반사된 광을 투과시켜 광검출부(200)로 전송하게 된다.
다른 예로, 하프미러(300)는 광원(100)으로부터 출사되는 광이 가공 대상물(P)로 투사될 경우에는 가공 대상물(P)로부터 반사된 광을 반사시켜 광검출부(200)로 전송하게 된다.
본 발명의 일 실시예에서는 일예에서 제시한 하프미러(300)가 출사되는 광원(100)을 반사시키는 구조를 제시한다.
상기 대물렌즈(400)는 하프미러(300)를 경유한 광을 가공 대상물(P)로 집광시킨다. 즉, 대물렌즈(400)는 광원(100)에서 출사된 광이 하프미러(300)를 통해 반사된 상태로 입사되면 광을 가공 대상물(P) 측으로 집광시킬 수 있도록 한다.
상기 제1 구동부(500)는 광검출부(200)와 연결되어, 기설정된 범위 내에서 광검출부(200)를 왕복 이동시킨다.
더욱 구체적으로, 제1 구동부(500)는 광검출부(200)의 위치 변화에 대한 신호를 획득하기 위해 후술하는 제어부(700)의 제어를 받아 광검출부(200)를 기설정된 왕복 이동 범위(도2의 L) 내에서 왕복 이동시킨다.
상기 제2 구동부(600)는 대물렌즈(400)와 연결되어, 대물렌즈(400)와 가공 대상물(P) 간의 거리를 조절하기 위해 대물렌즈(400)를 이동시킨다.
더욱 구체적으로, 제2 구동부(600)는 후술하는 제어부(700)에 의해 판단된 광의 초점 위치가 변경되었을 경우, 제어부(700)의 제어를 받아 대물렌즈(400)를 광의 초점 위치가 가공 대상물(P)의 표면에 위치되도록 상하 방향으로 이동시킨다.
상기 제어부(700)는 광검출부(200)의 위치 변화에 대한 광검출부(200)에서 검출된 광의 세기 변화를 기반으로 하여, 가공 대상물(P)에 형성되는 광의 초점 위치를 변경하기 위하여 대물렌즈(400)의 이동 방향을 제어한다.
이때, 제어부(700)는 광검출부(200)의 위치 변화와 광검출부(200)에서 검출된 광의 세기의 변화의 위상차를 근거로 하여, 가공 대상물(P)에 대한 광의 초점 위치를 판별한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가공 대상물(P)의 평탄도에 따라 광의 초점 위치가 변화된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다. 이때, 도 2의 (a)는 가공 대상물(P)의 평탄도에 따른 광의 초점 위치를 나타낸 것이고, 도 2의 (b)는 가공 대상물(P)의 평탄도에 따른 가공 대상물(P)로부터 반사되는 광의 초점 위치를 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 가공 대상물(P)의 평탄도가 균일하지 않을 경우, 광원(100)으로부터 가공 대상물(P)로 조사되는 광의 초점 위치가 변하게 된다.
먼저, 도 2의 a)를 참조하면, 기설정된 기준 광의 초점 위치(a)가 가공 대상물(P)의 표면에 일치할 경우에는 가공 대상물(P)로부터 반사되는 광의 초점 위치(a1)가 광검출부(200)가 왕복 이동하는 범위(L) 내의 초기 위치(L1)와 일치하게 된다.
이 경우, 광검출부(200)는 반사되는 광의 초점이 광검출부(200)에 포커싱됨에 따라, 기준 광의 세기와 일치하는 광의 세기가 검출된다.
그러나, 도 2의 b)를 참조하면, 기준 광의 초점 위치(a)가 가공 대상물(P)의 표면 상측에 위치할 경우에, 가공 대상물(P)로 조사되는 광의 초점 위치(b)에 대해 가공 대상물(P)로부터 반사되는 광의 초점 위치(b1)가 광검출부(200)가 왕복 이동하는 범위(L) 내의 초기 위치(L1)의 하측에 위치하게 된다.
이 경우, 광검출부(200)는 반사되는 광의 초점이 광검출부(200)에서 디포커싱됨에 따라, 기준 광의 세기보다 작은 광의 세기가 검출된다.
또한, 도 2의 c)-1을 참조하면, 기준 광의 초점 위치(a)가 가공 대상물(P)의 표면 하측에 위치할 경우에, 가공 대상물로 조사되는 광의 초점 위치(c)에 대해 가공 대상물(P)로부터 반사되는 광의 초점 위치(c1)가 광검출부(200)가 왕복 이동하는 범위(L) 내의 초기 위치(L1)의 상측에 위치하게 된다.
이 경우, 광검출부(200)는 반사되는 광의 초점이 광검출부(200)에서 디포커싱됨에 따라, 기준 광의 세기보다 작은 광의 세기가 검출된다.
도 2의 c)-2는 광검출부(200)의 위치 변화에 따라 변화되는 광의 세기를 설명하기 위해 도시된 것으로서, 이에 대한 자세한 설명은 그래프를 통해 후술하기로 한다.
또한, 도 2의 c)-3을 참조하면, 기준 광의 초점 위치(a)가 가공 대상물(P)의 표면 하측에 위치할 경우의 다른 예로, 가공 대상물(P)로부터 반사되는 광의 초점 위치(c1)가 광검출부(200)가 왕복 이동하는 범위(L)의 한계 위치(L2)를 벗어나서 위치할 수도 있다.
이 경우에도, 광검출부(200)는 반사되는 광의 초점이 광검출부(200)에서 디포커싱됨에 따라, 기준 광의 세기보다 작은 광의 세기가 검출된다.
한편, 광검출부(200)는 상술한 바와 같이 가공 대상물(P)로부터 반사되는 광의 초점 위치(b1,c1)가 광검출부(200)의 하측에 위치하거나, 광검출부(200)의 상측에 위치할 경우 동일하게 기준 광의 세기보다 반사되는 광의 세기가 작아진 것을 검출하지만, 제어부(700)에서는 광의 초점 위치에 따른 대상렌즈의 이동 방향을 정확히 판단할 수가 없게 된다.
따라서, 제어부(700)는 광검출부(200)의 위치 변화와 광검출부(200)에서 검출된 광의 세기의 변화의 위상차를 근거로 하여, 가공 대상물(P)에 대한 광의 초점 위치를 판별한 다음, 광의 세기와 위상차에 따라 대물렌즈(400)의 이동 방향을 제어하게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 구동부(500)에 인가되는 구동신호에 대한 타임차트를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(700)는 제1 구동부(500)의 구동 신호의 1주기 내에서 1/2주기 시점마다 제2 구동부(600)에 대물렌즈(400) 구동을 위한 구동 신호를 인가한다.
즉, 제어부(700)가 광검출부(200)의 위치 변화를 검출하기 위해서 광검출부(200)가 기준 왕복 이동되는 범위(도2의 L)를 이동하는 시간 즉, 광검출부(200)의 위치 변화를 검출하기 위해 제1 구동부에 인가하는 시간을 1T라고 할 때, 제어부(700)는 제1 구동부(500)에 1주기의 신호를 계속해서 인가하게 되고, 제1 구동부(500)에 의해 광검출부(200)는 상하로 왕복 이동되면서 위치가 변화된다.
이때, 도 3의 화살표로 표시된 바와 같이, 제어부(700)는 제1 구동부(500)의 구동 신호의 1/2주기 사이 예를 들면, 0~0.5T와 1.5T~2.0T 사이의 광검출부(200)의 위치 변화와 광검출부(200)에서 검출된 광의 세기의 변화의 위상차를 근거로 하여, 가공 대상물(P)에 대한 광의 초점 위치를 판별한 후에, 제2 구동부(600)로 대물렌즈(400)를 구동시키기 위한 대물렌즈(400) 구동신호를 인가한다.
따라서, 제어부(700)가 제1 구동부(500)의 0.5T~1.5T 주기 내에서는 제1 구동부(500)로 구동 신호를 인가하지 않기 때문에, 0.5T~1.5T 주기 내에서는 대물렌즈(400)는 이동 없이 일정한 상태를 유지하게 된다.
지금부터는 광검출부(200)의 위치 변화와 앞서 상술한 광검출부(200)에서 검출된 광의 세기의 변화에 대한 위상차를 근거로 하여, 가공 대상물(P)에 대한 광의 초점 위치를 판별하는 과정에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기준 광의 초점 위치(a)가 가공 대상물(P)의 표면과 일치하는 경우의 반사되는 광의 세기와 광검출부(200)의 위치 변화에 따른 위상차를 나타낸 그래프이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기준 광의 초점 위치(a)가 가공 대상물(P)의 표면의 상측에 위치할 경우의 반사되는 광의 세기와 광검출부(200)의 위치 변화에 따른 위상차를 나타낸 그래프이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기준 광의 초점 위치(a)가 가공 대상물(P)의 표면의 하측에 위치할 경우의 반사되는 광의 세기와 광검출부(200)의 위치 변화에 따른 위상차를 나타낸 그래프이다.
이때, 도 6의 (a)는 반사되는 광의 초점 위치(c1)가 광검출부(200)의 상측에 위치되되, 광검출부(200)의 왕복 이동 범위(L) 내에 위치하는 경우의 위상차를 나타낸 그래프이고, 도 6의 (b)는 반사되는 광의 초점 위치(c1)가 광검출부(200)의 왕복 이동 범위(L)의 한계 위치를 벗어난 경우의 위상차를 나타낸 그래프이다.
한편, 도 4 내지 도 6에서 x축은 주기에 따른 광검출부(200)의 위치 변화에 대한 신호를 나타낸 것이고, y축은 광검출부(200)로부터 검출된 광의 세기의 변화에 대한 신호를 나타낸 것이다.
이때, 도 4 내지 도 6에서 실선으로 나타낸 것은 광검출부(200)의 위치 변화에 대한 신호를 나타낸 것이고, 점선으로 나타낸 것은 광검출부(200)로부터 검출된 광의 세기의 변화에 대한 신호를 나타낸 것이다.
먼저, 도 2 및 도 4의 그래프를 참조하여, 가공 대상물(P)로 조사되는 기준 광의 초점 위치(a)가 가공 대상물(P)의 표면에 위치할 경우, 광검출부(200)의 위치 변화와 광검출부(200)에서 검출되는 광의 세기의 변화를 설명하기로 한다.
반사되는 광의 초점 위치(a1)를 검출하기 위해 제어부(700)는 제1 구동부(500)로 1주기의 구동신호를 인가한다. 제1 구동부(500)가 제어부(700)를 통해 구동신호를 계속해서 인가받게 되면, 제1 구동부(500)는 광검출부(200)를 기설정된 왕복 이동 범위(L) 내에서 왕복 이동시킨다.
이때, 제어부(700)는 광검출부(200)가 왕복 이동되는 동안의 위치 변화에 대한 신호를 전송받는다.
이때, 광검출부(200)는 가공 대상물(P)로부터 반사되어 핀홀부재(210)의 핀홀(211)을 통과한 광의 세기를 검출한다.
이때, 가공 대상물(P)로 조사되는 기준 광의 초점 위치(a)가 가공 대상물(P)의 표면에 위치할 경우, 광검출부(200)에서는 광검출부(200)가 왕복 이동되는 범위(도2의 L) 내의 초기 위치(도 2의 L1)에서 기준 광의 세기와 일치하는 광의 세기가 검출된다.
이때, 제어부(700)에서는 광검출부(200)가 왕복 이동되는 동안 제어부(700)에 전송된 광검출부(200)의 위치 변화에 대한 신호와 광검출부(200)에서 검출된 광의 세기의 변화에 대한 신호가 180도의 위상차가 발생되는 신호를 검출하게 된다.
결과적으로, 제어부(700)에서 광검출부(200)가 왕복 이동되는 범위(도2의 L) 내의 초기 위치(도 2의 L1)에서 광검출부(200)로부터 검출되는 광의 세기 신호가 기준 광의 신호와 일치되고, 광검출부(200)의 위치 변화에 대한 신호와 광검출부(200)에서 검출된 광의 세기의 변화에 대한 신호가 180도의 위상차가 발생되는 신호를 검출하게 되면, 다시 도 2에 도시된 바와 같이, 기준 광의 초점 위치(a)가 가공 대상물(P)의 표면과 일치되고 가공 대상물(P)로부터 반사되는 광의 초점 위치(a1)가 광검출부(200)가 왕복 이동되는 범위(L) 내의 초기 위치(L1)와 일치된다는 것을 판단할 수 있다.
다음으로, 도 2 및 도 5의 그래프를 참조하여, 가공 대상물(P)로 조사되는 기준 광의 초점 위치(a)가 가공 대상물(P)의 표면의 상측에 위치할 경우, 광검출부(200)의 위치 변화와 광검출부(200)에서 검출된 광의 세기의 변화를 설명하기로 한다.
앞서 상술한 바와 같이, 제1 구동부(500)가 광검출부(200)를 기설정된 왕복 이동 범위(L) 내에서 왕복 이동시키게 되면, 제어부(700)는 광검출부(200)가 왕복 이동되는 동안의 위치 변화에 대한 신호를 전송받는다.
이때, 가공 대상물(P)로 조사되는 기준 광의 초점 위치(a)가 가공 대상물(P)의 표면의 상측에 위치할 경우, 광검출부(200)에서는 광검출부(200)가 왕복 이동되는 범위(도 2의 L) 내의 초기 위치(도 2의 L1)에서 기준 광의 세기보다 작은 광의 세기가 검출된다.
이때, 제어부(700)에서는 제어부(700)에 전송된 광검출부(200)의 위치 변화에 대한 신호와 광검출부(200)에서 검출된 광의 세기의 변화에 대한 신호는 180도의 위상차가 발생되는 신호를 검출하게 된다.
결과적으로, 제어부(700)에서 광검출부(200)가 왕복 이동되는 범위(L) 내의 초기 위치(L1)에서 광검출부(200)로부터 검출되는 광의 세기가 기준 광의 세기보다 작은 신호가 검출되고, 광검출부(200)의 위치 변화에 대한 신호와 광검출부(200)에서 검출된 광의 세기의 변화에 대한 신호가 180도의 위상차가 발생되는 신호를 검출하게 되면, 도 2에 도시된 바와 같이, 기준 광의 초점 위치(a)가 가공 대상물(P)의 표면 상측에 위치하여, 가공 대상물(P)로 조사되는 광의 초점 위치(b)에 대해 가공 대상물(P)로부터 반사되는 광의 초점 위치(b1)가 광검출부(200)가 왕복 이동되는 범위(L) 내의 초기 위치(L1)의 하측에 위치한다는 것을 판단할 수 있다.
이 경우, 제어부(700)는 대물렌즈(400) 구동신호를 제2 구동부(600)에 인가시키게 되고, 대물렌즈(400) 구동신호가 제2 구동부(600)에 인가되면, 제2 구동부(600)는 대물렌즈(400)를 하측방향으로 이동시켜 기준 광의 초점 위치(a)가 가공 대상물(P)의 표면에 일치되도록 조절한다.
다음으로, 도 6의 (a) 및 6의 (b)의 그래프를 참조하여, 가공 대상물(P)로 조사되는 기준 광의 초점 위치(a)가 가공 대상물(P)의 표면의 하측에 위치할 경우, 광검출부(200)의 위치 변화와 광검출부(200)에서 검출된 광의 세기의 변화를 설명하기로 한다.
가공 대상물(P)로 조사되는 기준 광의 초점 위치(a)가 가공 대상물(P)의 표면의 하측에 위치할 경우에는 가공 대상물(P)로 조사되는 광의 초점 위치(c)에 대해 반사되는 광의 초점 위치(c1)가 광검출부(200)의 왕복 이동 범위(L)를 기준으로 하여 2가지 케이스가 발생될 수 있다.
일예로, 반사되는 광의 초점 위치(c1)가 광검출부(200)의 상측에 위치되되, 광검출부(200)의 왕복 이동 범위(L) 내에 위치할 수 있으며, 다른 예로, 반사되는 광의 초점 위치(c1)가 광검출부(200)의 왕복 이동 범위의 한계 위치(L2)를 벗어나서 위치할 수 있다.
도 6의 (a)를 참조하여, 반사되는 광의 초점 위치(c1)가 광검출부(200)의 상측에 위치되되, 광검출부(200)의 왕복 이동 범위(L) 내에 위치하는 경우, 도 2의 c1)-1 및 c1)-2에서 나타낸 바와 같이, 광검출부(200)가 반사되는 광의 초점 위치(c1)의 하부측에 위치한 상태에서 광검출부(200)가 반사되는 광의 초점 위치(c1)을 지나 광검출부(200)의 왕복 이동 범위의 한계 위치(L2)까지 이동되는 상태에서의 광검출부(200)의 위치 변화와 광검출부(200)에서 검출된 광의 세기의 변화를 설명하기로 한다.
앞서 상술한 바와 같이, 제1 구동부(500)가 광검출부(200)를 기설정 범위 내에서 왕복 이동시키게 되면, 제어부(700)는 광검출부(200)가 왕복 이동하는 동안의 위치 변화에 대한 신호를 전송받는다.
이때, 광검출부(200)에서는 광검출부(200)가 왕복 이동되는 범위 내에서 검출된 광의 세기가 광검출부(200)가 왕복 이동되는 범위(L) 내의 초기 위치(L1) 및 한계 위치(L2)에서 검출된 광의 세기보다 큰 광의 세기를 검출한다. 다시 말해, 초기 위치(L1)와 한계 위치(L2) 사이에서 광검출부(200)를 통해 검출되는 광의 세기가 초기 위치(L1) 및 한계 위치(L2)에서 광검출부(200)를 통해 검출되는 광의 세기보다 크게 검출된다.
이때, 제어부(700))에서는 전체적으로 보았을 때, 전송된 상기 광검출부(200)의 위치 변화와 광검출부(200)에서 검출된 광의 세기의 변화는 위상이 동일한 위상을 가지는 신호를 검출한다.
구체적으로는, 제어부(700)에서는 광검출부(200)가 왕복 이동되는 범위(L) 내에서는 제어부(700)에 전송된 광검출부(200)의 위치 변화와 광검출부(200)에서 검출된 광의 세기의 변화가 동일한 위상을 가지는 신호가 검출되다가, 광검출부(200)가 왕복 이동되는 범위(L) 내의 한계 위치(L2)로 갈수록 180도의 위상차가 발생되는 신호를 검출한다. 다시 말해 광검출부(200)가 초기 위치(L1)와 한계 위치(L2) 사이를 이동하는 중에 광검출부(200)에서 검출되는 광의 세기 변화에 대한 신호가 역전된다.
보다 구체적으로 설명하면, 제어부(700)는 광검출부(200)가 반사되는 광의 초점 위치(c1)가 광검출부(200)의 하부측에 위치된 상태에서 광검출부(200)가 반사되는 광의 초점 위치(c1)까지 이동될 경우에는 제어부(700)에 전송된 광검출부(200)의 위치 변화와 광검출부(200)에서 검출된 광의 세기의 변화가 동일한 위상을 갖는 신호가 검출된다.
그러다, 제어부(700)는 광검출부(200)가 반사되는 광의 초점 위치(c1)를 지나 왕복 이동 범위(L)의 한계 위치(L2)까지 이동될 경우에는 제어부(700)에 전송된 광검출부(200)의 위치 변화와 광검출부(200)에서 검출된 광의 세기의 변화가 역전되어 180도의 위상차가 발생되는 신호가 검출된다.
결과적으로, 제어부(700)에서 광검출부(200)가 왕복 이동하는 범위(L) 내에서 검출된 광의 세기가 광검출부(200)가 왕복 이동되는 범위 내(L)의 한계 위치(L2)에서 검출된 광의 세기보다 큰 광의 세기를 검출하고, 광검출부(200)가 왕복 이동되는 범위(L) 내에서 제어부(700)에 전송된 광검출부(200)의 위치 변화와 광검출부(200)에서 검출된 광의 세기의 변화는 위상 신호가 동일하다가, 광검출부(200)가 왕복 이동되는 범위(L) 내의 한계 위치(L2)로 갈수록 180도의 위상차가 발생되는 신호를 검출하게 되면, 도 2에 도시된 바와 같이, 기준 광의 초점 위치(a)가 가공 대상물(P)의 표면 하측에 위치하여, 가공 대상물(P)로 조사되는 광의 초점 위치(c)에 대해 가공 대상물(P)로부터 반사되는 광의 초점 위치(c1)가 광검출부(200)가 왕복 이동되는 범위(L) 내의 초기 위치(L1)의 상측에 위치한다는 것을 판단할 수 있다.
이 경우, 제어부(700)는 대물렌즈(400) 구동신호를 제2 구동부(600)에 인가시키게 되고, 대물렌즈(400) 구동신호가 제2 구동부(600)에 인가되면, 제2 구동부(600)는 대물렌즈(400)를 상측방향으로 이동시켜 기준 광의 초점 위치(a)가 가공 대상물(P)의 표면에 일치되도록 조절한다.
도 6의 (b)를 참조하여, 가공 대상물(P)로 조사되는 기준 광의 초점 위치(a)가 가공 대상물(P)의 표면의 하측에 위치할 경우의 다른 예로, 가공 대상물(P)로 조사되는 광의 초점 위치(c)에 대해 반사되는 광의 초점 위치(c1)가 광검출부(200)의 왕복 이동 범위(L)의 한계 위치(L2)를 벗어나서 위치할 경우를 설명하기로 한다.
도 2의 c)-3에 나타낸 바와 같이, 반사되는 광의 초점 위치(c1)가 광검출부(200)의 왕복 이동 범위(L)의 한계 위치(L2)를 벗어나서 위치할 경우에는 광검출부(200)에서는 광검출부(200)가 왕복 이동되는 범위(L) 내의 한계 위치(L2)에서 기준 광의 세기보다 작은 광의 세기가 검출된다.
이때, 제어부(700)에서는 제어부(700)에 전송된 광검출부(200)의 위치 변화에 대한 신호와 광검출부(200)에서 검출된 광의 세기의 변화에 대한 신호는 동일한 위상을 갖는 신호가 검출된다.
결과적으로, 제어부(700)에서 광검출부(200)가 왕복 이동되는 범위 내의 한계 위치에서 기준 광의 세기보다 작은 광의 세기가 검출되고, 제어부(700)에 전송된 광검출부(200)의 위치 변화에 대한 신호와 광검출부(200)에서 검출된 광의 세기의 변화에 대한 신호는 동일한 위상을 갖는 신호가 검출되면, 도 2에 도시된 바와 같이, 기준 광의 초점 위치(a)가 가공 대상물(P)의 표면 상측에 위치하여, 가공 대상물(P)로 조사되는 광의 초점 위치(c)에 대해 가공 대상물(P)로부터 반사되는 광의 초점 위치(c1)가 광검출부(200)가 왕복 이동되는 범위(L) 내의 한계 위치를 벗어나서 위치한다는 것을 판단할 수 있다.
이 경우, 제어부(700)는 대물렌즈(400) 구동신호를 제2 구동부(600)에 인가시키게 되고, 대물렌즈(400) 구동신호가 제2 구동부(600)에 인가되면, 제2 구동부(600)는 대물렌즈(400)를 상측방향으로 이동시켜 기준 광의 초점 위치(a)가 가공 대상물(P)의 표면에 일치되도록 조절한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(700)는 기준 광(a)의 세기와 광검출부(200)에서 검출된 광의 세기의 최고값과의 차이에 따라 제2 구동부(600)를 제어하여 대물렌즈(400)의 이동량을 변경시킬 수 있다.
즉, 제어부(700)는 기준 광(a)의 세기를 기준으로 광검출부(200)에서 검출된 광의 세기에 따라 제2 구동부(600)를 제어하여 대물렌즈(400)와 가공 대상물(P) 간의 사이 간격을 조절할 수 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 공초점 리소그래피 장치는 가공 대상물(P)의 평탄도에 따라 변화되는 광의 초점 위치를 정확히 조절할 수 있어 가공 대상물(P)을 균일하게 경화시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 공초점 리소그래피 장치는 제어부(700)를 통해 광검출부(200)의 위치 변화와 광검출부(200)에서 검출된 광의 세기의 변화의 위상차를 근거로 하여, 가공 대상물(P)에 대한 광의 초점 위치를 판별함에 따라, 별도의 장치없이 간단한 방법으로 가공 대상물(P)의 표면에 광의 초점 위치를 일치시킬 수 있는 효과가 있다.
상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면, 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있다.
100: 광원 200: 광검출부
300: 하프미러 400: 대물렌즈
500: 제1 구동부 600: 제2 구동부
700: 제어부

Claims (8)

  1. 가공 대상물을 향해 광을 출사하는 광원;
    상기 가공 대상물로부터 반사된 광의 세기를 검출하는 광검출부;
    상기 광원으로부터 출사되는 광을 상기 가공 대상물로 전송하고, 상기 가공 대상물로부터 반사되는 광을 상기 광검출부로 전송하는 하프미러;
    상기 하프미러를 경유한 광을 상기 가공 대상물로 집광시키는 대물렌즈;
    상기 광검출부와 연결되어, 광의 초점 위치가 상기 가공 대상물의 표면에 위치하는 기준 광의 세기가 검출되는 초기 위치와, 상기 초기 위치에서 상측으로 이격된 한계 위치 사이에서 상기 광검출부를 왕복 이동시키는 제1 구동부;
    상기 대물렌즈와 연결되어, 상기 대물렌즈와 상기 가공 대상물 간의 거리를 조절하기 위해 상기 대물렌즈를 이동시키는 제2 구동부; 및
    상기 광검출부의 위치 변화에 대한 신호 및 상기 광검출부에서 검출되는 광의 세기 변화에 대한 신호의 위상차를 기반으로, 상기 가공 대상물의 표면을 기준으로 광의 초점 위치를 판별하여 상기 대물렌즈의 이동 방향을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공초점 리소그래피 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 초기 위치에서 상기 광검출부를 통해 검출되는 광의 세기가 상기 기준 광의 세기와 일치되고, 상기 광검출부의 위치 변화에 대한 신호와 상기 광검출부에서 검출되는 광의 세기 변화에 대한 신호가 180도의 위상차를 가지는 경우,
    광의 초점 위치가 상기 가공 대상물의 표면에 위치하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 공초점 리소그래피 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 초기 위치에서 상기 광검출부를 통해 검출되는 광의 세기가 상기 기준 광의 세기보다 작게 검출되고, 상기 광검출부의 위치 변화에 대한 신호와 상기 광검출부에서 검출되는 광의 세기 변화에 대한 신호가 180도의 위상차를 가지는 경우,
    광의 초점 위치가 상기 가공 대상물의 표면 상측에 위치하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 공초점 리소그래피 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 한계 위치에서 상기 광검출부를 통해 검출되는 광의 세기가 상기 기준 광의 세기보다 작게 검출되고, 상기 광검출부의 위치 변화에 대한 신호와 상기 광검출부에서 검출되는 광의 세기 변화에 대한 신호가 동일한 위상을 가지는 경우,
    광의 초점 위치가 상기 가공 대상물의 표면 하측에 위치하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 공초점 리소그래피 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 초기 위치와 상기 한계 위치 사이에서 상기 광검출부를 통해 검출되는 광의 세기가 상기 초기 위치 및 상기 한계 위치에서 상기 광검출부를 통해 검출되는 광의 세기보다 크게 검출되고, 상기 광검출부의 위치 변화에 대한 신호와 상기 광검출부에서 검출되는 광의 세기 변화에 대한 신호가 동일한 위상을 가지다가, 상기 광검출부가 상기 초기 위치와 상기 한계 위치 사이를 이동하는 중에 상기 광검출부에서 검출되는 광의 세기 변화에 대한 신호가 역전되는 경우,
    광의 초점 위치가 상기 가공 대상물의 표면 하측에 위치하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 공초점 리소그래피 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제1 구동부의 구동 신호의 1주기 내에서 1/2주기 시점마다 상기 제2 구동부에 구동 신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 공초점 리소그래피 장치.
  8. 제4항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 기준 광의 세기와 상기 광검출부에서 검출된 광의 세기의 최고값과의 차이에 따라 상기 제2 구동부를 제어하여 상기 대물렌즈의 이동량을 변경시키는 것을 특징으로 하는 공초점 리소그래피 장치.
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