KR20040054778A - 회전 스캐너 보상기를 구비한 레이저 빔 패턴 생성기 및그 방법 - Google Patents

회전 스캐너 보상기를 구비한 레이저 빔 패턴 생성기 및그 방법 Download PDF

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Abstract

레이저 빔 패턴 발생기는 기판을 지지할 수 있는 기판 지지부를 가지며, 기판 지지부는 기판 지지부를 이동시킬 수 있는 지지 모터를 갖는다. 레이저 빔을 발생시킬 수 있는 레이저 빔 소스가 제공된다. 패턴에 따른 레이저 빔의 강도를 변조할 수 있는 빔 변조기 또한 제공된다. 회전 주파수로 회전할 수 있는 다수의 미러 표면을 갖는 회전 스캐너가 제공되어 기판을 가로지르는 레이저 빔을 스캔한다. 레이저 빔 패턴 발생기는 또한 회전 주파수의 고조파를 포함하는 회전 스캐너 보정 신호에 따라 레이저 빔을 편향시키는 회전 스캐너 보상기를 구비하여 회전 스캐너로부터 발생하는 레이저 빔의 스캐닝 오차를 보상한다. 기판 지지부, 레이저 빔 소스, 빔 변조기, 회전 스캐너 및 회전 스캐너 보상기를 제어하기에 적합한 제어기가 제공되어 기판을 가로지르는 레이저 빔을 변조 및 스캔함으로써 기판 상에 패턴을 발생시킨다.

Description

회전 스캐너 보상기를 구비한 레이저 빔 패턴 생성기 및 그 방법 {LASER BEAM PATTERN GENERATOR HAVING ROTATING SCANNER COMPENSATOR AND METHOD}
레이저 빔 패턴 생성기(laser beam pattern generator)는 기판 상에 패턴을 생성하기 위하여 기판 상에서 레이저 빔을 변조하고 스캐닝한다. 레이저 빔은 기판 상에 생성되어야 하는 패턴에 따라 변조된다. 예를 들어, 전형적인 패턴 생성기는 기판을 유지하기 위한 기판 지지부, 및 기판 상에서 레이저 빔 패턴을 형성하기 위하여 기판을 가로질러 레이저 빔을 생성, 변조, 및 스캐닝하기 위한 레이저 빔 소스, 포커싱, 변조 및 스캐닝 구성요소들을 포함한다. 기판 지지부는 빔 스캐닝 구성요소와 함께 기판 지지부를 이동시키기 위한 지지부 모터를 포함한다. 전형적으로 스캐닝 구성요소는 다수 개의 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.
기판 상에 양호한 정확도를 가진 고해상도 레이저 빔 패턴들을 생성하기 위하여 상기 마스크를 사용할 수 있는 것이 바람직하다. 그러나, 실제로 레이저 빔에 의해 생성된 패턴의 해상도는 종종 레이저 빔 패턴 생성기에서 발생되는 기판 배치 결함들에 의해 저하된다. 예를 들어, 지지부 모터는 기판 지지부를 정확히 또는 재현성있게 이동시킬 수 있으므로, 기판의 결과적인 배치는 목적하는 위치가 아니다. 종래의 레이저 빔 패턴 생성기 시스템들에서, 잘못된 위치 및 기판 배치는 예를 들어, 간섭(interferometry)과 같은 방법들에 의해 결정될 수 있다. 그 다음, 레이저 빔의 배치는 예를 들어, Allen 등에 의한 미국 특허 제 4,796,038호의 "레이저 패턴 생성 장치"에 기재된 것과 같은 조향 미러 시스템(steering mirror system)을 편향시킴으로써, 부적절한 기판 배치를 보상하기 위해 적절한 양만큼 레이저 빔을 편향시킴으로써 조정되고, 상기 문헌은 전체가 본 명세서에 참조로서 편입된다. 상기 수정 방법들은 레이저 빔 패턴 생성의 해상도 및 정확성을 개선시키는 반면, 해상도는 여전히 바람직스러울 만큼 미세하지 못하고, 정확성 또한 요구되는 만큼 양호하지 못하다. 그리하여, 더 높은 해상도 및 더 정확한 레이저 빔 스캐닝 패턴들을 생성하는 레이저 빔 패턴 생성기 및 방법을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예들은 기판 상의 레이저 빔 패턴의 생성에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 회전 스캐너 보상기를 갖는 레이저 빔 패턴 발생기의 개략도이다.
도 2는 기판에 걸쳐 레이저 빔을 스캔하기 위해 스피닝 주파수로 회전하는 미러 면을 갖는 회전 스캐너의 투시도이다.
도 3a는 회전 스캐너의 회전 움직임으로 인해 레이저 빔의 스캐닝에서 발생하는 스캐닝 에러의 그래프이다.
도 3b는 회전 스캐너 보상기에 인가된 스피닝 주파수의 제 1 고조파를 포함하는 회전 스캐너 보상 신호의 그래프이다.
도 4는 주파수 함수로 분해될 푸리에인 스캐닝 에러 신호 자취의 그래프이다.
도 5는 도 3b의 회전 스캐너 보정 신호 및 회전 스캐너 보정 신호를 따르는 샘플링된 포인트의 그래프이다.
레이저 빔 패턴 생성기는,
지지부 모터를 포함하고, 기판을 지지할 수 있는 기판 지지부;
레이저 빔을 생성하는 레이저 빔 소스;
패턴에 따라 레이저 빔의 강도를 변조하는 빔 변조기;
기판을 가로질러 레이저 빔을 스캐닝하는 스피닝 주파수로 회전할 수 있는 다수 개의 미러 면들을 포함하는 회전 스캐너;
회전 스캐너로부터 발생하는 레이저 빔 스캐닝에서의 에러들을 보상하기 위하여 스피닝 주파수의 고조파를 포함하는 회전 스캐너 수정 신호에 따라 레이저 빔을 편향시키는 회전 스캐너 보상기; 및
기판 상에 상기 패턴을 생성하기 위해 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 포함하고,
그에 의해 수정된 레이전 빔 패턴이 기판 상에 생성된다.
레이저 빔 패턴 생성기는,
지지부 모터를 포함하고, 기판을 지지할 수 있는 기판 지지부;
레이저 빔을 생성하는 레이저 빔 소스;
패턴에 따라 레이저 빔의 강도를 변조하는 빔 변조기;
기판에 걸쳐 레이저 빔을 스캐닝하기 위해 스피닝 주파수로 회전가능한 다수의 미러 면을 갖는 회전 스캐너;
회전 스캐너로부터 발생한 레이저 빔의 스캐닝에서의 에러를 보상하기 위해 회전 스캐너 보정 신호에 따른 레이저 빔을 검출 편향시키기 위한 회전 스캐너 보상기; 및
기판 상에 패턴을 발생시키기 위해 기판에 레이저 빔을 변조 및 스캔하기 위해 기판 지지부, 레이저 빔 소스, 빔 변조기, 회전 스캐너, 및 회전 보상기 스캐너를 제어하는 프로그램 코드를 포함하는 제어기를 포함하며, 제어기는 ∑AnSin(nwt+φn) 형태의 회전 스캐너 보정 신호를 발생시키는데 적용되며, 여기서 An은 상수, t는 시간, n은 고조파의 차수, ω는 스피닝 주파수, φn은 회전 스캐너로부터 발생한 레이저 빔의 스캔에서 에러를 보상하고, 회전 스캐너 보상기로 신호를 전달하기 위한 위상 쉬프트이며, 이로 인해 보정된 레이저 빔이 기판에 발생된다.
기판 상에 패턴을 제공하는 방법은, 기판 지지부에 기판을 배치시키는 단계, 레이저 빔을 발생시키는 단계, 패턴에 따라 레이저 빔의 세기를 변조시키는 단계, 기판에 걸쳐 레이저 빔을 스캔하기 위해 스피닝 주파수로 빔 스캐너를 회전시키는 단계, 및 회전 스캐너로부터 발생한 레이저 빔의 스캐너에서의 에러를 보상하기 위해 스피닝 주파수의 고조파를 포함하는 회전 스캐너 보정 신호에 따른 레이저 빔을 편향시켜 기판 상에 패턴을 발생시키는 단계를 포함한다.
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.
본 발명에 따른 레이저 빔 패턴 발생기는 기판 상에 패턴을 발생시키는데 사용된다. 도1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 패턴 발생기(100)의 버전의 예는 패턴을 발생시키는데 적절할 수 있으며, 이는 집적 회로의 제조에 사용가능한 기판과 같은 기판(104) 상의 전자 장치 또는 전자 회로를 나타내는 통상의 패턴이다. 예를 들어, 패턴 발생기(100)는 마스크 블랭크처럼 기판(104) 상의 패턴을 발생시키기 위해 적절한 마스크-제조 장치일 수도 있다. 기판(104)은 마스크 블랭크의 광각 재료에서 패턴을 발생시키기 위해 패턴 발생기(100)에서 변조된 레이저 빔(128)에 노출된다. 이어 마스크 블랭크는 패턴을 고정시키기 위해 현상되고 안정화되며 집적 회로의 제조에 사용된다. 여기에 제공된 패턴 발생기(100)의 예시적인 버전은 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 본 발명은 동등한 버전 또는 선택적인 버전을 포함하며, 이는 당업자에게 자명하다.
일반적으로, 패턴 발생기(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(104)의 위치를 정밀하게 검출할 수 있는 지지부 위치 센서(116)가 제공된다. 예컨대, 지지부 위치 센서(116)는 간섭계에 따라 기판 지지부 또는 기판의 위치를 측정하기 위해 기판 지지부(108) 또는 기판(104)으로부터 광 빔(도시 안됨)을 반사시킬 수 있다. 기판(104) 아래에서 원형으로 연장하는 채널일 수 있는 진공 펌프(120)와 진공부(122)가 진공 압력에 의해 기판(104)을 견고하게 홀딩하도록 추가로 제공된다.
레이저 빔 소스(124)는 빔 경로(132)를 따라 기판(104)을 이동하는 레이저 빔(128)을 생성하기 위해 제공된다. 예컨대, 레이저 빔 소스(124)는 주파수 스펙트럼에서 자외선, 가시광선 또는 적외선부에서 광을 발생하는, 실질적으로 간섭성 광 소스일 수 있다. 실시예에서, 레이저 빔 소스(124)는 351nm, 364nm, 380nm 파장에서 주요 스펙트럼 선을 가지며 아르곤 이온 레이저로부터 발산되는 연속 파의 자외선 레이저 빔과 같은 시준된 다중-파장 레이저 빔을 형성하며, 이는 캘리포니아, 산타 클라라에 있는 코헤런트 인코퍼레이티드사로부터 상업적으로 이용할 수 있다. 또한 다중 레이저 빔 소스는 단일 레이저 빔 소스 대신에 사용될 수 있다. 또한 다수의 광학 빔 구성요소(136)가 레이저 빔(128)을 광학적으로 변조를 위해 빔 경로(132)에 제공된다. 예컨대, 광학 구성요소(136)는 레이저 빔(128)을 적합한 형상으로 수동으로 형상화시킬 수 있는 광학 릴레이(140)를 포함할 수 있다.
레이저 빔 패턴 발생기(100)는 도 2에 도시된 것처럼 스캔 라인(320)을 따라 기판(104)에 대해 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 면이 약 24 미러 면과 같이 적어도 약 20 내지 310 미러 면을 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 24 미러 면(310)을 포함하고 스피닝 주파수가 328Hz인 실시예에서, 회전 스캐너(236)는 기판(104)에 대해 초당 (328Hz ×24) 또는 7872 횟수로 레이저 빔(128)을 스캐닝한다.
회전 스캐너(236)는 기판(104)에 대해 레이저 빔(128)을 스캐닝할 때 스피닝 주파수에서 회전 이동으로 인해 주기적인 에러를 발생시키고 주기적인 에러는 스피닝 주파수와 중적분된(integral multiple) 주파수들을 갖는다는 것이 알려졌다. 에러는 통상적으로 스캔 라인(320)에 실질적으로 수직인 스트립 축(127)을 따라 발생한다. 에러는 도 3a에 도시된 것처럼 커브(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 불일치는 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 결함은 레이저 빔 스캐닝 패턴의 해상도와 정확도를 감소시킬 수 있다는 것이 알려졌다. 예컨대, 회전 스캐너(236)의 불일치는 기판(104)에 대해 스캐닝된 레이저 빔(128)의 경로를 떨게 할 수 있다. 회전 스캐너(236)는 미러 면(310)의 제조나 조립시 또는 면(310)에 대한 후속하는 손상으로부터 발생하는 것과 같은 미러 면(310)의 정렬 또는 평면성에 작은 결함을 종종 갖는 것으로 알려졌다. 이러한 미러 면(310)의 결함은 레이저 빔(128)이 원하는 경로로부터 벗어나 약간 편향되게 할 수 있다. 미러 면(310)은 스피닝 주파수로 회전하기 때문에, 레이저 빔(128)은 스피닝 주파수와 일치하는 주파수로 바람직하지 못하게 편향된다.
부가적으로, 레이저 빔 패턴 발생기(100)의 진동들은 기판(104)상의 의도된 경로로부터 레이저 빔(128)을 대체할 수 있으며, 기판(104)상의 패턴 발생에서 에러를 유발할 수 있다. 예를 들어, 회전 스캐너(236)는 스피닝 주파수의 고조파로서 언급되는, 정수배의 스피닝 주파수인 주파수로 레이저 빔 패턴 발생기(100)의 진동들을 유발할 수 있다. 예를 들어, 회전 스캐너(236)는 하나 이상의 광학 구성요소(136), 레이저 빔 소스(124), 또는 기판 지지부(108)에서 공진하는 진동들을유발할 수 있다. 통상, 하나 이상의 상기 기술된 에러들은 도 3a에 도시된 것처럼, 원래 복잡한 스캐닝 에러를 형성하도록 복합된다. 그러나, 이러한 복합 에러는 대개 스피닝 주파수의 고조파들의 합으로 구성되며, 통상 거의 주기적이다.
일 실시예로서, 나이프 에지 방법은 스캐닝 에러를 결정하는데 이용된다. 이러한 방법에서, 레이저 빔(128)은 슬릿 또는 반사성 라인의 종방향으로 슬릿 또는 방사성 라인을 갖는 레티클에 대해 스캔된다. 레이저 빔 검출기(미도시)는 그 스캔 라인(320)을 따라 레이저 빔(128)의 위치 에러를 결정하기 위해 슬릿 또는 반사성 리안으로부터 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 발생기(100)는 회전 스캐너(236)로부터 발생하는 레이저 빔(126)의 스캐닝 에러들을 보상하기 위한 스피닝 주파수의 고조파를 포함하는 회전 스캐너 수정 신호에 따라 레이저 빔(128)을 편향하는 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 에러가 레이저 빔(128)이 스트라이프 축(127)을 따라 왼쪽으로 잘못 편향되도록 한다면, 회전 스캐너 보상기(390)는 잘못된 편향을 보상하기 위해 오른쪽으로 레이저 빔(128)을 편향시킨다.
일 실시예로서, 회전 스캐너 보상기(390)는 조향 미러(410)를 제어가능하게 피봇하도록 조향 미러(410) 및 모터(420)를 포함한다. 조향 모터(420)는 레이저빔(128)이 레이저 빔(128)을 반사시킴으로써 편향되도록 조향 미러(410)를 피봇하기 위한 신호들을 수신하도록 적용된다. 조향 모터(420)는 전기 신호들을 수신하는 전기 모터를 포함할 수 있고 전기 신호들에 따라 조향 모터(410)를 이동시킨다.
광학 빔 구성요소(136)는 공간적으로 분리된 다수의 레이저 빔릿(152)들을 포함하는 레이저 빔(128)을 분할하는 다수의 병렬 플레이트들을 포함하고, 그 각각은 예를 들어, 그 전체가 본 발명에 참조로 포함되는 미국특허 제5,386,221호에 기술된 것처럼, 동일한 반사 세기를 갖는다. 다른 실시예로서, 빔 분할기(148)는, 그 전체가 본 발명에 참조로 포함되는 Feldman외의 Optics Letters, Vol.14, pp.479-481에 기술된 것처럼, 상이한 순서들을 갖는 다수의 빔릿(152)들로 레이저 빔(128)을 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 20 빔릿 내지 약 2000 빔릿으로 분할하고, 일 실시예로서 약 32 빔릿으로 분할한다. 따라서, 레이저 빔(128)은 단일 빔릿 또는 다수의 빔릿(152)들일 수 있다.
패턴 발생기(100)는 패턴에 따른 레이저 빔(128)의 세기를 조정하기 위한 빔 조정기(136)를 더 포함한다. 일 실시예로서, 빔 조정기(160)는 레이저 빔(128)의 보강 또는 파괴 간섭을 유발함으로써 동작되는 음향 광학 조정기이다. 빔 조정기(160)는 통상 빔(128)을 조절하기 위한 변환기(crystal)의 압축 진동들을 생성하는 트랜스듀서(미도시)에 부착되는 압전 변환기(미도시)를 포함한다.
기준 마크 배치기(248)는 기판(104)의 위치를 결정하기 위해서 기판(104)의기준 마크들(252)의 실제 위치, 기판(104)의 왜곡, 또는 기판(104) 위에 생성된 패턴의 수정도를 측정하도록 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 같은 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 뒤로 반사된 광의 변화를 모니터한다.
하드웨어, 소프트웨어, 또는 프로그램 가능한 논리 디바이스들의 적당한 구성을 포함하는 제어기(228)는 기판 지지대(108), 레이저 빔 소스(124), 빔 변조기(160), 회전 스캐너(236) 및 기판 위의 패턴을 수정하여 생성하기 위해서 기판에 대해서 레이저 빔(128)을 변조하고 스캔하는 회전 스캐너 보상기(390)를 제어하기 위해서 이용된다. 예를 들면, 제어기(228)는 회전 스캐너 수정 신호, 또는 다른 수정 신호들을 생성하고, 수정 신호들을 회전 스캐너 보상기(390)로 전송한다. 하나 이상의 다른 수정 신호들은 빔 변조 타이밍을 조절하기 위해서 빔 변조기(160)로 전송되거나 또는 기판 지지대(108)를 움직이기 위해서 지지대 모터(112)로 전송될 수 있다. 제어기(228)는 데이터를 수신하고, 기판(104)의 위치 또는 기판 왜곡 레벨을 계산하고, 저장된 패턴을 위한 수정 연산기를 결정하고, 빔 소스(124) 및 광 빔 구성요소들(136)을 동작하기 위해서 이용된다. 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 위치들과 비교한다. 기준 마크 오차는 기판(104) 위에 생성된 코드화된 패턴을 수정하기 위해서 사용된다. 동작에서, 상기 기판(104), 그 위에 패턴이 생성되고, 위치되고, 기판 지지대(108)에 의해서 고정된다. 이어, 제어기(228)는 기판(104) 위에 패턴을 수정하여 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 펄스파를 제어한다.
제어기(228)는 또한 빔 변조기(160)를 제어해서 빔 펄스들의 타이밍에 의해서 스캐닝 방향의 패턴을 스케일한다. 지지대 모터(112)는 또한 제어기(228)로부터 실시간 지시들을 수신하여 기판 지지대(108), 및 결과적으로 기판(104)의 운동을 제어하여 기판(104) 위에 돌출된 패턴을 스케일하고, 회전하고, 또는 해석한다. 일반적으로, 레이저 빔 렛(152)의 어레이는, 제 1 수직열을 따라서 반복되는 가까운 가로 경로들의 기판(104)에 대해서 스캔되고, 그 후에 빔 렛(152)은 제 2 수직열을 따라서 제 2 가로 경로들에서 스캔되고, 계속 이어진다. 이어, 제어기(228)는 레이저 빔 소스(124), 빔 변조기(160), 회전 스캐너(236), 회전 스캐너 보상기(390), 및 기판 모터(112)를 동작시켜서 다중 경로들로 기판(124)에 대해서 레이저 빔(128)을 래스터 스캔한다.
제어기(228)는, 예를 들면 캘리포니아 산타 클라라 인텔사의 상업적으로 이용가능한 펜티엄 제어기와 같은 중앙처리장치(CPU)를 포함하는 컴퓨터 시스템에 있는 컴퓨터-판독가능한 프로그램 소프트웨어를 실행하는 컴퓨터일 수 있고, 이는 메모리 및 주변 컴퓨터 구성요소들과 결합된다. 예를 들면, 메모리는 그 안에 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 가지는 컴퓨터 판독 가능한 매체를 포함할 수 있다. 상기 메모리는 기준 마크 위치들, 계산된 기준 마크 오차들, 수정 연산기들, 또는 수정된 패턴들을 저장하기 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 조작자와 제어기(228) 사이의 인터페이스는, 예를 들면 키보드와 같은 디스플레이(268) 및 데이터 입력 디바이스(272)를 통해서이다. 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 동작하기 위해서 사용된다. 컴퓨터 시스템 카드 랙은 단일 보드 컴퓨터, 아날로그 및 디지털 입력/출력 보드들, 인터페이스 보드들, 및 스테퍼 모터 제어기 보드들을 포함한다. 패턴 생성기(100)의 다양한 구성요소들은 베사 모듈 유러피안(VME)기준에 일치하고, 이는 보드, 카드 케이지, 및 커넥터 크기들 및 형태들을 정의한다. VME 기준은 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 수정하기 위해 회전 스캐너 수정 신호 또는 다른 수정 신호를 발생시킬 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. 기입된 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 테스크를 수행하도록 코드를 판독 및 실행시키게 한다.
한 형태로, 제어기(228)는 도 3b에 도시된 것처럼 스피닝 주파수의 1개 고주파를 포함하는 회전 스캐너 수정 신호를 발생시킨다. 회전 스캐너 수정 신호는 A·Sin(ωt +) 형태를 포함한다. 여기서, A는 고조파의 진폭이며, t는 시간, ω는 회전 스캐너(236)의 스피닝 주파수이며,는 고조파의 위상 이동이다. 일 실시예에서, 스캐닝 에러는 다른 고조파 성분 보다 실질적으로 큰 제 1 고조파 성분을 포함하여, 제 1 고조파로 이루어진 회전 스캐너 수정 신호는 스캐닝 에러를 실질적으로 보상한다.
제어기(228)는 회전 스캐너 수정 신호를 발생시키기 위한 사인파 생성기(430)를 포함한다. 사인파 생성기(430)는 원하는 진폭(A)과 위상 이동()을 갖는 소정의 사인곡선의 고조파를 발생시키도록 동조되어, 스캐닝 에러를 감소시킬 수 있다. 사인파 생성기(430)는 예를 들어, 캘리포니아 서니베일의 Maxim Integrated Products로부터의 "MAX038"일 수 있다.
한 형태로, 회전 스캐너 수정 신호는 스피닝 주파수의 다수의 고조파를 포함한다. 회전 스캐너 수정 신호는형태를 포함한다. 여기서, An은 고조파의 진폭이며, t는 시간, n은 고조파의 차수(즉, 제 1 고조파, 제 2 고조파 등)이며, ω는 스피닝 주파수이고,n은 위상 시프트이다. 따라서, 각각의 고조파는 고조파에 해당하는 n에 대해 2개의 값 An 및n으로 간략돠되어 저장될 수 있다.
일 실시예에서, 에러 곡선은 도 4에 도시된 것처럼, 각각의 n에 해당하는 2개의 값 An 및n을 결정하기 위해 퓨리에(Fourier) 성분을 분해한다. 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 이동()을 조절함으로써, 제 1 진폭(A) 및 제 1 위상 이동()이 결정된다. 다음, 제 2 고조파 테스트 신호가 사인파 생성기(430)로부터 회전 스캐너 보상기(390)로 전달되고 상기 방법이 반복되어 제 2 진폭(A)과 제 2 위상 이동()이 결정되며, 다수의 고조파에 대해서도 그러하다. 예를 들어, 이러한 방법은 스피닝 주파수의 제 1 고조파(350), 제 2 고조파(360), 및 제 3 고조파(370)에 대해서 실행될 수 있다. 일 실시예에서, 이러한 방법은 사람 작업자에 의해 수동적으로 수행된다. 회전 스캐너(236)가 상이한 회전 스캐너로 교체되는 경우, 상기 방법은 상이한 회전 스캐너에 대한 값(An,n)을 결정하기 위해 다시 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 제어기(228)는 다수의 고조파 합을 포함하는 회전 스캐너 수정 신호(380)를 다수의 샘플 값(395)로 변환시켜 도 5에 도시된 것처럼 제어기(228)의 메모리에 효율적으로 저장된다. 기판(104)상에 패턴을 발생시키는 동안, 제어기(228)는 스트립 축(127)을 따라 회전 스캐닝 에러를 보상하기 위해 회전 스캐너 보상기(390)에 샘플값(395)을 전달한다. 이러한 방법에 있어, 회전 스캐닝 에러는 불필요하게 다량의 데이터를 저장하거나 복잡한 다수의 고조파를 정확하게 재생하지 않고 효율적으로 수정될 수 있다. 예를 들어, 회전 스캐너 수정 신호(380)는 적어도 회전 스캐너(236)의 미러면(310)의 수 만큼인 회전 스캐너(236)의 회전당 샘플값(395)의 수를 포함한다. 도 5에 도시된 실시예에서, 회전 스캐너 수정 신호는 스피닝 주파수의 제 1 고조파(380)의 24개 샘플 값(395)을 포함한다.
제어기(228)는 나중 액서스를 위해 룩업 테이블에 샘플값(395)을 저장한다. 기판(104)에 대한 레이저 빔(128)의 스캐닝 동안, 제어기(228)는 조향 미러(410)에 샘플값(395)을 전달한다. 예를 들어, 회전 스캐너(236)가 24개의 미러면(310)을 갖고 회전 스캐너 수정 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. 전형적으로 조향 미러(410)는 전기 신호에 대해 연속적인 기계적 응답을 가지며 신호를 수신하여, 오리지널 회전 스캐너 수정 신호(380)의 양호한 근사치로 샘플값(395)을 효과적으로 평탄화시킨다.
회전 스캐너 보상기(390)는 스캐닝 에러가 주기적이기 때문에, 이를 정확하게 보상하고 스캐닝 에러를 예견하기 위해 회전 스캐너 수정 신호를 사용할 수 있다. 예를 들어, 회전 스캐너 보상기(390)는 레이저 빔(128) 위치의 실시간 수정을 간단히 수행하는 것을 능가하는 패턴 발생의 정확성을 산출한다. 예를 들어, 회전 스캐너 보상기(390)를 포함하는 패턴 생성기(100)에서, 회전 스캐너(236)의 각도 정확도는 약 .12 초단(arcsecond) 이하와 같이, 약 .2 초단 이하내로 개선될 수 있다.
도 1을 다시 참조하여 일 형태에서, 제어기(228)는 레이저 빔(128)의 위치를 조절하여 원하는 위치로부터 기판 지지체(1808)의 위치 편향인 지지체 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 보정 신호를 조향 미러(410)에 전송하는 등 레이저 빔(128)을 편향시킴으로써 지지 위치 에러를 보상할 수 있다. 일 실시예에서, 제어기(228)는 회전 스캐너 보정 신호 및 지지 보정 신호를 전자적으로 합하고, 합산된 신호를 회전 스캐너 보상기(390)에 전송하여 회전 스캐너(236)로 인한 에러와 기판 지지부(108)의 위치 에러를 보정한다.
다른 형태에서, 회전 스캐너 보상기(390)는 회전 스캐너(236)의 선행 에러를 보상하기에 적합하다. 선행 에러는 상당히 큰 진폭의 선행 주파수 성분을 포함하지만, 회전 주파수의 고조파는 아니다. 선행 주파수 성분이 결정되고, 선행 주파수의 고조파를 포함하는 선행 보정 신호가 회전 스캐너 보상기(390)에 전송될 수도 있다. 예를 들어, 제어기(228)는 하나 이상의 회전 스캐너 보정 신호, 지지 보정 신호 및 선행 보정 신호를 전자적으로 합산하여, 합산된 신호를 회전 스캐너 보상기(390)에 전송한다.
한 형태에서는, 빔 검출기(도시 생략)가 제공되어 레이저 빔(128)의 위치를 실시간으로 검출하여 감시하고, 제어기(228)는 원하는 위치로부터 레이저 빔(128)의 편향에 대응하는 실시간 보정 신호를 발생시킨다. 그리고 제어기(228)는 레이저 빔(128)의 위치를 그 실시간 보정 신호에 따라 실시간으로 조정한다. 예를 들어 제어기(228)는 실시간 보정 신호를 다른 보정 신호들 중 하나와 합산하여, 이 합산된 보정 신호를 회전 스캐너 보상기(390)에 전송할 수도 있다.
이와 같이 본 패턴 발생기(100) 및 방법은 기판(104) 상의 보다 정확한 패턴 발생을 가능하게 하기 때문에 유리하다. 본 발명은 특정 바람직한 형태들에 관해 상세히 설명하였지만, 다른 형태들도 가능하다. 예를 들어 본 발명은 상당히 흐트러진 빛을 사용하여 패턴을 발생시키는 패턴 발생기 등의 다른 패턴 발생기들에 사용될 수 있다. 따라서, 첨부된 청구항들은 여기에 포함된 바람직한 형태들의 설명에 한정되지 않는다.

Claims (20)

  1. 레이저 빔 패턴 생성기로서,
    지지 모터를 포함하는, 기판을 지지할 수 있는 기판 지지부;
    레이저 빔을 생성하기 위한 레이저 빔 소스;
    패턴에 따라 레이저 빔의 세기를 변조하기 위한 빔 변조기;
    기판을 가로질러 레이저 빔을 스캔하기 위하여 스피닝 주파수에서 회전할 수 있는 다수의 미러 면들을 포함하는 회전 스캐너;
    회전 스캐너로부터 발생하는 레이저 빔의 스캐닝시 에러들을 보상하기 위하여 스피닝 주파수의 고조파를 포함하는 회전 스캐너 수정 신호에 따라 레이저 빔을 편향하기 위한 회전 스캐너 보상기; 및
    기판상에 패턴을 형성하도록 기판을 가로질러 레이저 빔을 변조하고 스캔하기 위하여 기판 지지부, 레이저 빔 소스, 빔 변조기, 회전 스캐너, 및 회전 스캐너 보상기를 제어하기 위한 프로그램을 포함하는 제어기를 포함하여,
    수정 레이저 빔 패턴이 기판상에 생성되는 레이저 빔 패턴 생성기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어기는 하나 이상의 회전 스캐너의 오정렬, 미러 면들의 결함들, 및 회전 스캐너로부터의 진동들에 의해 유발되는 레이저 빔의 스캐닝시 에러들을 수정하는 회전 스캐너 수정 신호를 생성하기 위하여 제공되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 패턴 생성기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 회전 스캐너 보상기는 조향 미러 및 상기 조향 미러를 피봇시키기 위한 모터를 포함하고, 상기 모터는 레이저 빔이 레이저 빔을 반사함으로써 편향되도록 조향 미러를 피봇시키기 위한 회전 스캐너 수정 신호를 수신하기 위하여 제공되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 패턴 생성기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 회전 스캐너 수정 신호는 ∑AnSin(nwt+φn)의 형태이고, 여기서 An은 계수이고, t는 시간이고, n은 고조파의 차수이고, w는 스피닝 주파수이고, φn은 위상 시프트인 것을 특징으로 하는 레이저 빔 패턴 생성기.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 스피닝 주파수는 약 20 내지 약 800Hz인 것을 특징으로 하는 레이저 빔 패턴 생성기.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제어기는 지지 모터에 의해 기판 지지부의 배치시 에러를 보상하기 위한 지지 수정 신호를 생성하기 위하여 제공되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 패턴 생성기.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제어기는 회전 스캐너의 선행 에러를 수정하기 위한 선행 수정 신호를 생성하기 위하여 제공되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 패턴생성기.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제어기는 회전 스캐너 수정 신호를 근사화시키기 위한 룩업 테이블을 포함하고, 상기 룩업 테이블은 회전 스캐너의 각각의 미러 면에 대한 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 패턴 생성기.
  9. 제 1 항에 있어서, 실시간으로 레이저 빔의 위치를 모니터하기 위하여 제공된 빔 검출기를 더 포함하고, 상기 제어기는 실시간으로 레이저 빔의 위치 에러들을 수정하기 위한 실시간 수정 신호를 생성하기 위하여 제공되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 패턴 생성기.
  10. 레이저 빔 패턴 생성기로서,
    지지 모터를 포함하고, 기판을 지지할 수 있는 기판 지지부;
    레이저 빔을 생성하기 위한 레이저 빔 소스;
    패턴에 따라 레이저 빔의 세기를 변조하기 위한 빔 변조기;
    기판을 가로질러 레이저 빔을 스캔하기 위하여 스피닝 주파수에서 회전할 수 있는 다수의 미러 면들을 포함하는 회전 스캐너;
    기판상에 패턴을 생성하기 위하여 기판을 가로질러 레이저 빔을 변조 및 스캔하도록 기판 지지부, 레이저 빔 소스, 빔 변조기, 회전 스캐너 및 회전 스캐너 보상기를 제어하기 위한 프로그램 코드를 포함하는 제어기를 포함하고,
    상기 제어기는 ∑AnSin(nwt+φn) 형태의 회전 스캐너 수정 신호를 생성하기 위하여 제공되고, 여기서 An은 계수이고, t는 시간이고, n은 고조파 차수이고, w는 스피닝 주파수이고, φn는 위상 시프트이고, 상기 제어기는 회전 스캐너로부터 발생하는 레이저 빔의 스캐닝시 에러들을 보상하고, 회전 스캐너 보상기에 신호를 통과시키기 위하여 제공되어,
    수정된 레이저 빔 패턴은 기판상에 생성되는 레이저 빔 패턴 생성기.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제어기는 회전 스캐너 수정 신호를 근사화하기 위한 룩업 테이블을 포함하고, 상기 룩업 테이블은 회전 스캐너의 각각의 미러 면을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 패턴 생성기.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 제어기는 회전 스캐너의 선행 에러를 보상하기 위한 지지 수정 신호를 생성하기 위하여 제공되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 패턴 생성기.
  13. 기판상에 패턴을 생성하는 방법으로서,
    (a) 기판 지지부상에 기판을 배치하는 단계;
    (b) 레이저 빔을 생성하는 단계;
    (c) 패턴에 따라 레이저 빔의 세기를 변조하는 단계;
    (d) 기판을 가로질러 레이저 빔을 스캔하기 위하여 스피닝 주파수에서 빔 스캐너를 회전시키는 단계; 및
    (e) 회전 스캐너로부터 발생하는 레이저 빔의 스캐닝시 에러들을 보상하기 위하여 스피닝 주파수의 고조파를 포함하는 회전 스캐너 수정 신호에 따라 레이저 빔을 편향하는 단계를 포함하여, 기판상에 패턴을 생성하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 하나 이상의 회전 스캐너 오정렬, 미러 면들의 결함, 및 회전 스캐너의 회전으로부터의 진동에 의해 유발되는 레이저 빔의 스캐닝시 에러들을 수정하는 회전 스캐너 수정 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 (e) 단계는 조향 미러를 피봇시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 회전 스캐너 수정 신호는 ∑AnSin(nwt+φn) 형태이고, 여기서 An은 계수이고, t는 시간이고, n은 고조파의 차수이고, w는 스피닝 주파수이고, φn는 위상 시프트인 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 스피닝 주파수는 약 20 내지 약 800Hz인 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 13 항에 있어서, 상기 회전 스캐너는 다수의 미러 면들을 포함하고, 상기 방법은 각각의 면에 대한 샘플 값에 의해 고조파를 근사화시키는 회전 스캐너 수정 신호를 검색하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 13 항에 있어서, 회전 다각형 미러의 선행 에러를 수정하기 위한 선행 수정 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 13 항에 있어서, 실시간으로 레이저 빔의 위치를 모니터링하는 단계 및 레이저 빔의 위치 에러를 수정하기 위한 실시간 수정 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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