KR20040103404A

KR20040103404A - 마스크 없는 리소그래피 시스템에서 다수의 공간 광변조기를 사용하여 그레이 스케일을 생성하는 시스템 및방법

Info

Publication number: KR20040103404A
Application number: KR1020040038111A
Authority: KR
Inventors: 솔로몬에스. 와세르만; 웬세슬라오에이. 세부하르; 제이슨디. 힌테르스테이너; 제럴드티. 볼페
Original assignee: 에이에스엠엘 홀딩 엔.브이.
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2004-05-28
Publication date: 2004-12-08
Also published as: TW200508691A; CN1573562A; SG110095A1; EP1482367A2; US20040239901A1; JP2004355006A

Abstract

마스크 없는 리소그래피 시스템 및 방법이 객체 상에 그레이 스케일 패턴을 생성한다. 본 시스템은, (예를 들어 펄스 또는 실질적으로 연속적인) 조명원과, 노광 영역들의 배열을 포함하는 객체와, (예를 들어 디지털, 이진, 또는 아날로그인) 공간 광 변조기들의 배열과, 제어기를 포함한다. 공간 광 변조기들의 배열은 조명원으로부터의 광을 패터닝하여 객체로 조사한다. 각 공간 광 변조기는 객체 상의 하나의 노광 영역에 각각 대응하는 액티브 영역을 포함한다. 제어기는 공간 광 변조기들을 제어하여, 광이 공간적으로 변화하는 강도를 갖도록 한다

Description

마스크 없는 리소그래피 시스템에서 다수의 공간 광 변조기를 사용하여 그레이 스케일을 생성하는 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR PRODUCING GRAY SCALING USING MULTIPLE SPATIAL LIGHT MODULATORS IN A MASKLESS LITHOGRAPHY SYSTEM}

본 발명은 일반적으로 리소그래피에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 마스크 없는 리소그래피에 관한 것이다.

리소그래피는 기판의 표면상에 지형(feature)을 형성하는 데에 사용되는 공정이다. 이러한 기판은, 예를 들어 액정 디스플레이와 같은 평판 디스플레이의 제조, 회로 보드, 다양한 집적 회로 등의 제조에 사용되는 것들을 포함할 수 있다. 이러한 응용을 위하여 빈번하게 사용되는 기판은 반도체 웨이퍼나 유리 기판이다. 본 설명은 설명의 편의상 반도체 웨이퍼를 상정하고 기술되지만, 당업자는 본 설명이 당업계에 공지된 다른 유형의 기판에도 사용될 수 있다는 점을 인식할 것이다.

리소그래피에서, 웨이퍼 스테이지에 배치된 웨이퍼는, 리소그래피 장치 내에 위치한 노광 광학계(exposure optics)에 의하여 웨이퍼의 표면으로 투사되는 이미지에 의해 노광된다. 포토 리소그래피의 경우 노광 광학계가 사용되지만, 특정 응용에 따라 다른 유형의 노광 장치가 사용될 수 있다. 예를 들어, x-레이, 이온, 전자, 광자 리소그래피는 각각 당업계에 공지된 서로 다른 노광 장치를 요할 수 있다. 본 명세서에서, 설명의 편의상, 포토 리소그래피의 특정 예가 설명된다.

투사된 이미지는, 웨이퍼의 표면상에 퇴적된 층, 예를 들어 포토 레지스트의 특성에 변화를 일으킨다. 이러한 변화는 노광 중에 웨이퍼 상에 투사된 지형에 대응한다. 노광에 이어서, 상기 층은 에칭되어, 패터닝된 층을 형성한다. 상기 패턴은 노광 중에 웨이퍼 상에 투사된 지형에 대응한다. 이어서, 이러한 패터닝된 층은, 웨이터 내에서 아래 쪽에 위치하는 구조층들, 예를 들어 도전층, 반도체층, 절연층의 노광된 부분을 제거하거나 이들에 대한 추가적인 처리를 하는 데에 사용된다. 이어서, 이러한 공정은, 다른 단계들과 함께, 웨이터의 표면상에 또는 다양한 층들에 원하는 지형이 형성될 때까지 반복된다.

스텝-앤드-스캔(step-and-scan) 기술은, 좁은 이미징 슬롯을 갖는 투사 광학계(projection optics)와 함께 사용된다. 전체 웨이퍼를 한번에 노광하기보다는,웨이퍼 상에서 각 필드가 한번에 하나씩 스캐닝된다. 이는, 스캐닝 중 이미징 슬롯이 필드를 횡단하여 이동하도록 웨이퍼와 레티클(reticle)을 동시에 이동함으로써 달성된다. 이어서, 레티클 패턴의 다수 카피가 웨이퍼 표면에 걸쳐 노광되도록, 웨이퍼 스테이지는 필드 노광 사이에 비동기적으로 스테핑되어야 한다. 이러한 방식에 의하여, 웨이퍼 상에 투사되는 이미지의 품질이 극대화된다.

종래의 리소그래피 시스템 및 방법은 반도체 웨이퍼 상에 이미지를 형성한다. 전형적으로, 이러한 시스템은, 반도체 웨이퍼 상에 이미지를 형성하는 공정을 수행하는 장치를 포함하는 리소그래피 챔버(lithography chamber)를 포함한다. 이러한 챔버는, 사용되는 광의 파장에 따라 서로 다른 가스 혼합물 및/또는 진공 수준을 갖도록 설계될 수 있다. 레티클은 챔버 내에 위치한다. 광 빔(a beam of light)은, 반도체 웨이퍼에 영향을 미치기 전에, 시스템 외부에 위치하는 조명원(illumination source)으로부터 출발하여 광학계, 레티클 상의 이미지 아웃라인 및 제2 광학계를 통과한다.

기판 상에 소자를 제조하기 위해서는 복수의 레티클이 필요하다. 작은 지형 크기와, 이러한 지형 크기에 요구되는 용인 한도로 인하여, 레티클을 제조하는 데에 점점 더 많은 비용과 시간이 요구되고 있다. 또한, 레티클은, 마모되기 전까지의 소정 기간 동안만 사용될 수 있다. 만일 레티클이 소정의 용인 한도 범위 내에 있지 않거나 손상되면, 추가 비용이 보통 발생한다. 따라서, 레티클을 이용한 웨이퍼의 제조는 점점 감당할 수 없을 만큼 고비용화되고 있다.

이러한 단점을 극복하기 위하여, 직접 기록(direct write), 디지털 등의 마스크 없는 리소그래피 시스템이 개발되었다. 마스크 없는 시스템은, 예를 들어 디지털 마이크로미러 소자(digital micromirror device; DMD), 액정 디스플레이 등과 같은 공간 광 변조기(spatial light mpdulator; SLM)로 레티클을 대체한 것이다. SLM은, 온 또는 오프됨으로써 원하는 패턴을 형성하는 액티브 영역(active area), 예를 들어 미러들 또는 투과 영역들의 배열을 포함한다. 원하는 노광 패턴에 기초하여 미리 저장된 소정의 알고리즘이 액티브 영역을 온오프시키는 데에 사용된다.

종래의 SLM 기반 기록 시스템, 예를 들어 "Micronic"의 "Sigma 7000" 시리즈 툴은 패턴 생성기로서 하나의 SLM을 사용한다. 선 폭과 선 배치에 대한 사양을 만족시키기 위하여, 그레이 스케일이 사용된다. 아날로그 SLM에서, 그레이 스케일은, Micronic SLM과 같이 미러 경사각을 제어하거나, LCD와 같이 편광각을 제어함으로써 얻어진다. 디지털 SLM(예를 들어 TI DMD)에서, 그레이 스케일은 수많은 패스(pass)와 펄스(pulse)에 의하여 얻어지는데, 여기서 각 패스 또는 펄스에 대하여 화소는 원하는 그레이 레벨에 따라 온 또는 오프로 스위칭될 수 있다. 인쇄되어야 하는 기판 상의 총 면적, 액티브 영역간의 간격, 광 펄스의 타이밍, 기판의 이동으로 인하여, 원하는 모든 영역을 노광하기 위해서는, 기판을 여러번 패스해야 한다. 이는, 생산성(개별적인 광학 필드 내에 포함되는 화소의 수/기판에 걸쳐 요구되는 반복 패스의 수) 저하 및 소자 제조 시간 증가로 귀결된다. 또한, 하나의 SLM만을 사용하면 그레이 스케일을 증가시키기 위하여 더 많은 광 펄스와 노광 시간이 요구된다. 이는 용인할 수 없을 정도로 낮은 수준의 생산성으로 귀결된다.

따라서, 각 지형 당 상대적으로 적은 양의 펄스, 예를 들어 2 내지 4 펄스를 사용하는 증가된 그레이 스케일 능력을 갖는 마스크 없는 리소그래피 시스템 및 방법이 요구된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반사형 공간 광 변조기를 갖는 마스크 없는 리소그래피 시스템을 도시한 도면.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 투과형 공간 광 변조기를 갖는 마스크 없는 리소그래피 시스템을 도시한 도면.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공간 광 변조기를 도시한 도면.

도 4는 도 3의 공간 광 변조기의 세부를 도시한 도면.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 어셈블리를 도시한 도면.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 연속적인 광원이 사용되는 마스크 없는 리소그래피 시스템의 일부를 도시한 도면.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 SLM들 상의 액티브 영역과 객체 상의 노광 영역간의 상관 관계를 도시한 도면.

도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 방법(800)을 도시한 흐름도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

102: 조명원

104: 공간 광 변조기(SLM)/ 공간 광 변조기 배열

106: 빔 스플리터

108: SLM 광학계

110: 투사 광학계

114, 116: 제어기

112: 객체

300: 액티브 영역

302: 액티브 소자

500: 어셈블리

502: 지지 장치

602: 회전 광학 구성 요소

본 발명은, 마스크 없는 리소그래피에서 객체 상에 그레이 스케일 패턴을 생성하는 방법을 제공한다. 본 방법은 공간 광 변조기(SLM)들의 배열 상에 광을 조명하는 단계, 상기 SLM들로 광을 패터닝함으로써 공간적으로 변화하는 강도(intensity)를 갖는 노광광 패턴을 생성하는 단계, 상기 패터닝된 광을 객체 상에 기록함으로써 상기 공간적으로 변화하는 광 강도에 기초하여 상기 객체 상에 그레이 스케일 패턴을 생성하는 단계를 포함한다.

또한, 본 방법은 객체 상에 그레이 스케일 패턴을 생성하는 마스크 없는 리소그래피 시스템을 제공한다. 본 시스템은 조명원, 노광 영역들의 배열을 포함하는 객체, 공간 광 변조기들의 배열 및 제어기를 포함한다. 공간 광 변조기들의 배열은 조명원으로부터 객체로 광을 패터닝 및 조사한다(direct). 제어기는 공간 광 변조기들의 배열을 제어하여 광 패턴이 공간적으로 변화하는 강도를 갖도록 한다.

본 발명의 다른 실시예, 특징 및 장점은, 본 발명의 다양한 실시예의 구조 및 동작과 마찬가지로, 첨부된 도면을 참조하여 아래에서 상세하게 설명된다.

여기에 포함되며 명세서의 일부이기도 한 첨부된 도면은 본 발명을 도시하며, 발명의 상세한 설명과 함께 관련 분야의 당업자가 본 발명을 사용할 수 있도록 본 발명의 원리를 설명한다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다. 도면에서, 유사한 도면 부호는 동일하거나 기능적으로 유사한 구성 요소를 가리킬 수 있다. 추가적으로, 참조 도면 부호의 가장 좌측의 숫자는 그 도면 부호가 최초로 나타난 도면을 알려준다.

특정 구성 및 배치가 설명되지만, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이라는 점을 이해하여야 한다. 당업자는 본 발명의 기술 사상을 벗어나지 않고 다른 구성 및 배치가 사용될 수 있다는 점을 인식할 것이다. 본 발명이 다양하게 응용될 수 있다는 점은 당업자에게 명백할 것이다.

본 발명은 객체 상에 그레이 스케일 패턴을 생성하기 위한 마스크 없는 리소그래피 시스템 및 방법을 제공한다. 본 시스템은 (예를 들어 펄스 또는 실질적으로 연속적인) 조명원과, 노광 영역들의 배열을 포함하는 객체와, (예를 들어 디지털, 이진, 또는 아날로그인) 공간 광 변조기들의 배열과, 제어기를 포함한다. 공간 광 변조기들의 배열은 조명원으로부터 객체로 광을 패터닝 및 조사한다. 각 공간 광 변조기는 객체 상의 하나의 노광 영역과 각각 대응하는 액티브 영역을 포함한다. 제어기는 공간 광 변조기들의 배열을 제어하여 광 패턴이 공간적으로 변화하는 강도를 갖도록 한다.

마스크 없는 리소그래피 시스템

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마스크 없는 리소그래피 시스템(100)을 도시한다. 시스템(100)은, 반사형 공간 광 변조기(예를 들어, 디지털 마이크로미러 소자, 반사형 액정 디스플레이)로, 빔 스플리터(beam splitter; 106) 및 SLM 광학계(108)를 통하여 광을 투과하는 조명 시스템(102)을 포함한다. SLM(104)은 종래의 리소그래피 시스템에서의 레티클을 대신하여 광을 패터닝하는 데에 사용된다. SLM(104)으로부터 반사되는 패터닝된 광은 빔 스플리터(106)와 투사 광학계(projection optics; 110)를 통과하여, 기판, 반도체 웨이퍼, 평판 패널 디스플레이용 유리 기판 등과 같은 객체(112) 상에 기록된다.

당업계에 공지된 바와 같이, 조명 광학계가 조명 시스템(102) 내에 하우징될 수도 있다는 점을 인식하여야 한다. 또한, 당업계에 공지된 바와 같이, SLM 광학계(108)와 투사 광학계(110)가, SLM(104) 및/또는 객체(112) 상에 광을 조사하기 위하여 요구되는 광학 구성 요소들을 포함할 수도 있다는 점을 인식해야 한다.

다른 실시예들에서는, 조명 시스템(102)과 SLM(104)는, 각각 제어기(114, 116)를 포함하거나 이들과 결합될 수 있다. 제어기(114)는 시스템(100)으로부터의 피드백에 기초하여 조명 시스템(102)을 조절하거나 캘리브레이션을 수행하는 데에 사용될 수 있다. 제어기(116)도 조절 및/또는 캘리브레이션을 위하여 사용될 수 있다. 대안적으로, 제어기(116)는, 상술된 바와 같이, SLM(104) 상의 액티브 소자(302)(예를 들어 화소, 미러, 위치 등)을 온오프시킴으로써 객체(112)의 노광용 패턴을 생성하는 데에 사용될 수도 있다. 제어기(116)는, 패턴 또는 패턴들을 생성하는 데에 사용되는 소정의 정보 및/또는 알고리즘을 가진 저장 구성 요소(도시되지 않음)와 결합되거나 이를 가진 일체형 저장 장치를 포함할 수 있다.

도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마스크 없는 리소그래피 시스템(200)을 도시한다. 시스템(200)은, 상기 광을 패터닝하기 위해 광을SLM(204)(예를 들어 투과형 LCD 등)을 통해 투과시키는 조명원(202)을 포함한다. 패터닝된 광은 투사 광학계(210)를 통하여 투과되어 객체(212)의 표면 상에 패턴을 기록한다. 본 실시예에서, SLM(204)은 액정 디스플레이 등의 투과형 SLM이다. 위와 유사하게, 조명원(202)과 SLM(204)의 어느 한쪽 또는 양쪽 모두 각각 제어기(214, 216)와 결합 또는 통합될 수 있다. 제어기(214, 216)는, 당업계에 공지된 바와 같이, 상술된 제어기(114, 116)와 유사한 기능을 수행할 수 있다.

시스템(100) 또는 시스템(200)에서 사용될 수 있는 예시적인 SLM은 스웨덴의 "Micronic Laser Systems AB", 미국 텍사스의 "Texas Instrument", 독일의 "Fraunhofer Institute for Circuits and Systems"에 의하여 제조된다.

편의상, 아래에서는 시스템(100)만을 살펴볼 것이다. 그러나, 아래에서 설명되는 모든 개념은, 당업계에 공지된 바와 같이, 시스템(200)에도 적용될 수 있다.

도 3은 SLM(104)의 액티브 영역(300)의 세부를 도시한다. 액티브 영역(300)은, 도면에서 점들의 패턴으로 표시되는 액티브 소자들(302)의 배열을 포함한다. 액티브 소자들(302)은 DMD 상의 미러(mirror) 또는 LCD 상의 위치(location)일 수 있다. 액티브 소자들(302)은, 당업계에 공지된 바와 같이, 화소를 지칭할 수도 있음에 유의해야 한다. 액티브 소자들(302)의 물리적 특성을 조절함으로써, 이들을 온 또는 오프시킬 수 있다. 원하는 패턴에 기초한 디지털 또는 아날로그 입력 신호가 다양한 액티브 소자들(302)을 온오프시키는 데에 사용된다. 몇몇 실시예에서는, 객체(112)에 기록되고 있는 실제 패턴이 감지되어 상기 패턴이 용인할 수 있는한도를 벗어나는지 여부를 판정할 수 있다. 만일 그렇다면, SLM(104)에 의하여 생성되는 패턴을 미세 튜닝(예를 들어 캘리브레이션, 조절 등)하는 아날로그 또는 디지털 제어 신호를 실시간으로 생성하는 데에 제어기(116)가 사용될 수 있다.

도 4는 SLM(104)의 세부를 더욱 상세히 나타낸다. SLM(104)는 액티브 영역(300)을 포위하는 비액티브 패키징(inactive packaging; 400)을 포함할 수 있다. 또는, 다른 실시예들에서는, 주 제어기(402)가 각 제어기(116)와 결합하여 SLM들의 배열을 모니터링 및 제어할 수 있다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 다른 실시예에서, 인접한 SLM들은 서로에 대하여 오프셋되거나 엇갈릴 수 있다.

공간 광 변조기 배열의 구성

도 5는, SLM(104)들의 배열을 수용하는 지지 장치(supporting device; 502)를 포함하는 어셈블리(500)를 도시한다. 아래에서 상술되는 바와 같은 다양한 실시예들에서, SLM(104)들의 배열은, 펄스 당 원하는 노광의 수 또는 사용자의 다른 기준에 따라 다양한 수의 열, 행, 열 당 SLM들, 행 당 SLM들 등을 가질 수 있다. SLM(104)들은 지지 장치(502)와 연결될 수 있다. 지지 장치(502)는, 열 제어 영역(504)(예를 들어 웨이퍼 또는 공기 채널 등)과, 제어 로직 및 관련 회로용 영역(예를 들어 도 4에 도시된 구성 요소(116, 402)로서 ASIC, A/D 변환기, D/A 변환기, 데이터 스트리밍용 광 섬유 등)과, SLM(104)들을 수용하는 (파선 모양 내에 형성된) 윈도우(506)를 포함할 수 있다. 지지 장치(502)와, SLM(104)들과, 모든 주변 냉각 또는 제어 장치들을 어셈블리라고 지칭한다. 어셈블리(500)는, 선행 및 후행의 SLM(104)들에 대해 요망되는 스티치(예를 들어, 객체(102) 상의 지형들의인접 구성 요소들의 연결) 및 오버랩을 생성하기에 적합한 스텝 사이즈를 허용한다. 예를 들어, 지지 장치(502)는 250mm x 250mm(12in x 12in) 또는 300mm x 300mm(10in x 10in)일 수 있다. 지지 장치(502)는 온도 안정 소재로부터 제조된 경우에는 열 관리를 위하여 사용될 수 있다.

지지 장치(502)는 SLM(104)들의 간격 제어를 보장하기 위한 기계적인 백본(backbone)으로서 사용될 수 있다. 임의의 전자 회로가 지지 장치(502)의 후면과 전면 중 한쪽 또는 양쪽에 탑재될 수 있다. 예를 들어, 아날로그 기반 SLM들 또는 전자 회로를 사용할 때, 배선은 제어 또는 결합 시스템(504)과 액티브 영역(300)을 연결할 수 있다. 지지 장치(502) 상에 탑재되는 것에 기초하여, 이러한 배선은 상대적으로 짧아질 수 있으며, 이로써 회로가 지지 장치(502)로부터 멀리 있는 경우에 비하여 아날로그 신호의 감쇠를 감소시킬 수 있다. 또한, 회로와 액티브 영역(300)간에 짧은 링크를 갖는 것은 통신 속도를 증가시킴으로써 실시간으로 패턴을 재조절하는 속도를 증가시킬 수 있다.

몇몇 실시예들에서, SLM(104)들 또는 회로의 전기 장치가 마모되었을 때, 어셈블리(500)는 용이하게 교체될 수 있다. 어셈블리(500)를 교체하는 것이 어셈블리(500) 내의 칩만을 교체하는 것보다 더욱 비용이 많이 드는 것처럼 보이지만, 사실, 어셈블리(500) 전체를 교체하는 것이 더 용이하고 신속하며, 생산 비용을 절감할 수 있다. 또한, 어셈블리(500)는 재수선될 수 있으며, 만일 사용자가 재수선된 어셈블리(500)를 사용할 의향이 있다면, 교체 부분을 줄일 수 있다. 일단 어셈블리(500)가 교체되면, 공정을 다시 가동하기 전에 전체적인 정렬만이 필요하다.

본 발명은 마스크 없는 리소그래피 시스템을 사용하여 객체 상에 패터닝된 영역의 그레이 스케일을 제공한다. 상기 그레이 스케일은 공간 광 변조기(SLM)들의 배열을 사용하는 것에 기초한다. 객체 상의 각 노광 영역은 각 SLM 상의 하나의 액티브 영역과 상관된다. 따라서, 각 노광 영역은 각 SLM에 의하여 기록되거나, 경우에 따라서 기록되지 않는다. 따라서, 그레이 스케일의 레벨은 배열에서 사용되는 SLM들의 개수에 의하여 결정된다. 조명 시스템은 펄스 광원 또는 이와 동등한 효과를 갖는 실질적으로 연속적인 광원을 포함할 수 있다.

시간-변조 그레이 스케일

도 6은 연속 광원이 사용될 때의 시스템(100) 또는 시스템(200)의 부분(600)을 도시한다. 부분(600)은, 예를 들어 프리즘, 또는 원형, 구형, 또는 원추형 광학 반사 구성 요소 등과 같은 회전 광학 구성 요소(rotating optical element; 602)를 포함하며, 상기 회전 광학 구성 요소는, SLM(104)들과 투사 광학계(110)의 사이에 배치되어 임의의 방향으로 회전할 수 있다. 화살표(1, 2, 3)는, 객체(112)의 스캐닝 위치에 기초하여, 회전 광학 구성 요소(602)와, 다음으로 투사 광학계(110)에서 나오는 광 빔의 가능한 방향을 보여준다. 상기 시스템은 디지털 SLM 또는 아날로그 SLM을 사용할 수 있으며, 이에 대해서는 아래에서 설명한다.

도 7은 SLM(104)들 상의 액티브 영역(300)과 객체(112) 상의 노광 영역(700) 간의 상관 관계를 도시한다. 기본적으로, 각 노광 영역(700)은, 모든 SLM(104)들 상의 하나의 액티브 영역(300; 예를 들어 300-1,1)에 대응하는 하나의 x, y 좌표(예를 들어 노광 영역 700-1,1)를 할당받을 수 있다. 따라서, 액티브 영역(300)이온 또는 오프인지에 따라서, 각 SLM의 300-1,1로부터 노광 영역 700-1,1로 광이 기록되거나 기록되지 않을 수 있다.

액티브 영역(300)과 노광 영역(700)은, 당업계에 공지된 바와 같이, 화소로서 지칭될 수도 있다는 점에 주의해야 한다.

객체(112) 상의 노광 영역 당 노광 시간량 및/또는 요구되는 펄스를 최적 시간량 이상으로 실질적으로 증가시키지 않고, 마스크 없는 리소그래피에서 객체(112) 상에 그레이 스케일을 생성하는 데에 사용될 수 있는 적어도 두 가지의 구성 및 방법이 있다. 이는 비교적 높은 생산성을 달성한다. 제1 실시예는 펄스 광원을 사용하고, 제2 실시예는 연속 광원 또는 이와 동등한 것을 사용한다.

제1 실시예에서, 예를 들어 1KHz 내지 4KHz로 동작하는 도시되지 않는 펄스 광원이 조명 시스템(102)에 사용될 수 있다. 대안적으로, 서로간에 미세하게 비동기적인, 평행한 일렬의 펄스 광원이 조명 시스템(102)으로부터의 실효 렙 비율(rep rate)을 증가시키는 데에 사용될 수 있다. 각 SLM(104)은 액티브 영역(300)의 배열을 포함하며, 각 액티브 영역은, 예를 들어 각 SLM(104) 상의 x, y 좌표와 상관되는 객체(112) 상의 x, y 좌표를 이용하여 객체(112) 상의 특정 노광 영역과 상관된다. 펄스 광 신호는 SLM(104)들로 조사된다. 제어기(116)로부터 SLM(104)에 의하여 수신되는 패턴에 기초하여, 공간적으로 변화하는 광 강도를 갖는 광 패턴이 생성된다. 광 강도는, SLM 배열(500)에 있어서 유사한 위치의 액티브 영역(300)들 중 얼마나 많은 수가 특정 기간 동안 온 또는 오프되는지에 기초하여 변화한다. 예를 들어, 만일 한 SLM 배열이 동등한 32개의 액티브 영역을 포함하면, 32 그레이스케일 레벨이 존재한다. 본 예에서, 32개 모두 온되거나, 32개 모두 오프되거나, 32개 중 일부가 온 또는 오프됨으로써 32 그레이 레벨이 생성된다. 따라서, 각 SLM(104) 상의 동일한 액티브 영역(300)과 상관되는 노광 영역은, 각 광 펄스에 대하여, 모든 SLM(104)로부터 광을 수신하거나, 어떤 SLM(104)로부터도 광을 수신하지 않거나, 일부 SLM(104)로부터 광을 수신할 수 있다. 다른 예에서, 만일 두 개의 광 펄스가 각 노광 영역에 대하여 사용된다면, 64 그레이 스케일 레벨이 된다. 또 다른 예에서, 128, 256 등의 그레이 스케일 레벨이 얻어질 수도 있다.

아날로그 SLM에 있어서도, 상술된 것과 유사한 결과가 얻어질 수 있음을 인식하여야 한다. 각 펄스에 대하여 SLM에 의하여 얻어지는 중간 그레이 스케일 레벨은 복수의 SLM 및/또는 복수의 펄스와 결합하여 더 높은 해상도의 그레이 스케일을 얻는 데에 사용될 수 있다. 따라서, 이는 이미 기계적으로 얻을 수 있었던 그레이 스케일 레벨의 수를 증가시킬 수 있다.

제2 실시예에서, 연속적인 또는 동등하게 효과적으로 연속적인 광원(도시되지 않음)이 사용될 수 있다(이후에는, 동등하게 또는 효과적으로는 "효과적으로"로 지칭함). 실질적으로 연속적이라는 것은 광원의 주파수가 액티브 영역(300)의 반응 시간보다 높다는 것을 의미하며, 이는 광원이 액티브 영역(300)에 대하여 연속적으로 보이도록 한다. 예를 들어, 디지털 SLM(104)이 약 50KHz로 갱신되어, 약 100KHz로 동작하는 광원을 사용할 때에 상기 광원이 SLM(104)에 대하여 연속적으로 보이도록 할 수 있다. 또 다른 예로서, 아날로그 SLM이 약 4KHz로 갱신되어, 4KHz보다 상당히 높은 주파수로 동작하는 광원이 효과적으로 연속적인 광원으로 간주되도록 할 수 있다. 본 발명의 범위 내에서 다른 유형이 고려될 수도 있다. 연속적인 광원을 사용할 때, 패터닝된 광으로부터 이동 이미지를 생성하는 데에 회전 광학계(602)가 사용될 것이다. 따라서, 객체(112)가 이동함에 따라 이미지도 이동한다. 이를 위하여, 객체(112)가 이동함에 따라, 회전 광학계(602)가 동기되어 회전하여, 객체(112)의 이동을 추적한다. 이는, 시스템(100)이 특정 노광 영역에서 객체(112) 상에 각 액티브 영역 패턴을 인쇄하도록 한다. 따라서, 만일 객체(112)가 연속적으로 이동하면, 회전 광학계(602)가 이미지를 이동시키는 데에 사용된다. 상술된 실시예에서와 같이, 각 SLM(104)으로부터의 동일한 액티브 영역(300)은, 그 액티브 영역(300)으로부터의 패턴을 객체(112) 상의 특정 노광 영역으로 인쇄할 것이다. 본 실시예에서, 그레이 스케일은, 이동하는 화소가 온 또는 오프를 순환하는 시간에 기초한다.

또 다른 실시예에서, 각 액티브 영역(300)을 출발하는 광의 강도 레벨이 변화하는 아날로그 SLM(104)이 사용될 수 있다. 이러한 아날로그 SLM(104)은, 상술한 바와 같이 효과적으로 연속적인 조명 시스템에 사용될 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 방법(800)을 도시하는 흐름도를 도시한다. 단계(802)에서, SLM들의 배열 상에 광이 조명된다. 단계(804)에서, 상기 광은 SLM들에 의하여 패터닝되어, 공간적으로 변화하는 강도를 갖는 노광광 패턴을 생성한다. 단계(806)에서, 상기 패터닝된 광은 객체 상에 기록되어, 상기 공간적으로 변화하는 광 강도에 기초하여 객체 상에 그레이 스케일 패턴을 생성한다.

따라서, 디지털 SLM에서, 상기 방법 및 시스템은, 종래의 패스 및/또는 펄스 수를 증가시키지 않고도, 종래에 비하여 그레이 스케일 레벨을 증가시킬 수 있다. 또한, 아날로그 SLM에서, 상기 방법 및 시스템은, 종래의 패스 또는 펄스 수를 증가시키지 않고도, 이미 기계적으로 가능한 것 이상으로 그레이 스케일 레벨의 수를 증가시킬 수 있다.

본 발명은, 지형 당 상대적으로 적은 양의 펄스, 예를 들어 2 내지 4 펄스를 사용하여 증가된 그레이 스케일 레벨의 수를 갖는 마스크 없는 리소그래피 시스템 및 방법을 제공한다.

본 발명의 다양한 실시예가 상술되었지만, 이들은 예로서 제공되었을 뿐이며, 본 발명을 제한하는 것이 아니라는 점을 이해해야 한다. 본 발명의 범위 및 사상을 벗어나지 않고 형태 및 세부에 있어서 다양한 변경이 가능하다는 점이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상술된 예시적인 실시예에 한정되지 않으며, 후술되는 청구 범위 및 그들의 균등 범위에 의해서만 정해져야 한다.

Claims

마스크 없는 리소그래피에서 객체 상에 그레이 스케일 패턴을 생성하는 방법에 있어서,

공간 광 변조기(spatial light modulator; SLM)들의 배열 상에 광을 조명하는 단계;

상기 SLM들에 의하여 상기 광을 패터닝함으로써, 공간적으로 변화하는 강도(intensity)를 갖는 노광광을 생성하는 단계; 및

객체 상에 상기 패터닝된 광을 기록함으로써 상기 공간적으로 변화하는 광 강도에 기초하여 상기 객체 상에 그레이 스케일 패턴을 생성하는 단계

를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 조명은 펄스 조명(pulsed illumination)을 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 조명은 실질적으로 연속적인 조명과 동등한 방법.
제1항에 있어서, 상기 객체는 패턴 영역들의 배열을 포함하고, 상기 각 SLM은, 상기 각 패턴 영역에 대응하는 액티브 영역들을 포함하는 방법.
제4항에 있어서, 상기 공간적으로 변화하는 강도는, 상기 액티브 영역들의 광 조사 특성(light directing property)을 제어함으로써 생성되는 방법.
제4항에 있어서, 각 액티브 영역은 온 또는 오프이며,

상기 그레이 스케일 패턴은, 실질적으로 동일한 시간에 상기 각 SLM 상의 액티브 영역들 중 몇 개의 동일한 액티브 영역들이 온 및 오프인지에 기초하는 방법.
제4항에 있어서,

상기 액티브 영역이 온일 경우, 상기 액티브 영역으로부터 광을 상기 객체로 반사하고,

상기 액티브 영역이 오프일 경우, 상기 액티브 영역으로부터 광을 상기 객체로부터 벗어나도록 반사하는 단계를 더 포함하는 방법.
제4항에 있어서,

상기 액티브 영역이 온일 경우, 상기 액티브 영역을 통하여 광을 투과하고,

상기 액티브 영역이 오프일 경우, 상기 액티브 영역으로부터 광을 반사하는 단계를 더 포함하는 방법.
제4항에 있어서, 32 그레이 스케일 레벨을 포함하는 그레이 스케일 패턴을 생성하는 단계를 더 포함하는 방법.
제4항에 있어서, 상기 조명은, 실질적으로 연속적인 조명을 포함하고,

회전 광학 구성 요소(rotating optical element)가 상기 객체 상에 상기 패터닝된 광을 반사하는 방법.
객체 상에 그레이 스케일 패턴을 생성하는 마스크 없는 리소그래피 시스템에 있어서,

조명원(illumination source);

노광 영역들의 배열을 포함하는 객체;

상기 조명원으로부터의 광을 패터닝하여 상기 객체로 조사하는(direct) 공간 광 변조기(SLM)들의 배열 - 상기 각 공간 광 변조기는 상기 객체 상의 상기 노광 영역들 중 하나에 각각 대응하는 액티브 영역들을 포함함 - ; 및

상기 공간 광 변조기들의 배열을 제어하여, 상기 광 패턴이 공간적으로 변화하는 강도를 갖도록 하는 제어기

를 포함하는 시스템.
제11항에 있어서, 상기 조명원은 펄스 조명원을 포함하는 시스템.
제11항에 있어서, 상기 조명원은 실질적으로 연속적인 조명원과 동등한 시스템.
제13항에 있어서, 회전 광학 구성 요소가 상기 SLM으로부터의 광을 상기 객체로 반사하는 시스템.
제11항에 있어서, 상기 각 액티브 영역은 상기 제어기에 의하여 온 또는 오프되는 시스템.
제15항에 있어서,

상기 액티브 영역이 온될 경우, 광이 상기 액티브 영역으로부터 상기 객체로 반사되고,

상기 액티브 영역이 오프될 경우, 광이 상기 액티브 영역으로부터 상기 객체로부터 벗어나도록 반사되는 시스템.
제15항에 있어서,

상기 액티브 영역이 온될 경우, 광이 상기 액티브 영역을 통하여 상기 객체로 투과하고,

상기 액티브 영역이 오프될 경우, 광이 상기 액티브 영역으로부터 상기 객체로부터 벗어나도록 반사되는 시스템.
제15항에 있어서, 상기 변화하는 강도는, 상기 노광 영역 중 특정 하나와 상관되는 액티브 영역들 중 몇 개가 온 및 오프로 되는지에 기초하는 시스템.
제15항에 있어서, 상기 조명원은 펄스 광 신호를 생성하고,

상기 변화하는 강도는, 상기 액티브 영역들이 온 또는 오프로 되는 것에 의하여 생성되어, 상기 각 펄스 광 신호에 대하여 상기 노광 영역에 그레이 스케일을 생성하는 시스템.
제15항에 있어서,

상기 SLM들로부터 광을 상기 객체로 조사하는 회전 광학 구성 요소를 더 포함하고,

상기 조명원은 실질적으로 연속적인 광 신호를 생성하며, 상기 광 신호는 상기 회전 광학 구성 요소로부터 반사되는 광에 기초하여 상기 노광 영역에 그레이 스케일을 생성하는 시스템.
제3항에 있어서, 상기 실질적으로 연속적인 조명은 SLM 갱신 비율 보다 높은 주파수에서 동작하는 방법.
제3항에 있어서, 상기 실질적으로 연속적인 조명은 4KHz 보다 높은 주파수에서 동작하는 방법.
제13항에 있어서, 상기 실질적으로 연속적인 조명원은 SLM 갱신 비율 보다 높은 주파수에서 동작하는 시스템.
제13항에 있어서, 상기 실질적으로 연속적인 조명원은 4KHz 보다 높은 주파수에서 동작하는 시스템.
제1항에 있어서, 상기 SLM들로서 디지털 SLM들을 제공하는 단계를 더 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 SLM들로서 이진 SLM들을 제공하는 단계를 더 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 SLM들로서 아날로그 SLM들을 제공하는 단계를 더 포함하는 방법.
제11항에 있어서, 상기 SLM들로서 디지털 SLM들을 포함하는 시스템.
제11항에 있어서, 상기 SLM들로서 이진 SLM들을 포함하는 시스템.
제11항에 있어서, 상기 SLM들로서 아날로그 SLM들을 포함하는 시스템.
제4항에 있어서, 64 그레이 스케일을 포함하는 그레이 스케일 패턴을 생성하는 단계를 더 포함하는 방법.
제4항에 있어서, 128 그레이 스케일을 포함하는 그레이 스케일 패턴을 생성하는 단계를 더 포함하는 방법.
제4항에 있어서, 256 그레이 스케일을 포함하는 그레이 스케일 패턴을 생성하는 단계를 더 포함하는 방법.
제27항에 있어서, 그레이 스케일 레벨의 수가 증가되는 방법.
제30항에 있어서, 그레이 스케일 레벨의 수를 증가시키기 위하여 상기 아날로그 SLM들을 사용하는 시스템.