KR20130123296A - 광 층밀림을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

광 층밀림을 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20130123296A
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이갈 카트지르
엘리에 메이모운
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오르보테크 엘티디.
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Abstract

본 발명의 일부 구체 예의 한 양상은 광 민감성 표면 상에 패턴을 노출시키는 방법을 제공하며, 상기 방법은, 표면 상의 이미지 데이터의 행 및 열의 직사각형 매트릭스 패턴을 포함하는 공간적으로 변조된 광 빔을 형성하는 단계, 여기서 상기 공간적으로 변조된 광 빔은 상기 표면의 인접 서브-노출 영역을 노출시키도록 작동가능하며, 각각의 서브-노출 영역은 상기 이미지 데이터의 데이터와 관련됨; 상기 표면을 노출시키기 위하여 상기 공간적으로 변조된 광 빔의 행 또는 열 중 하나를 스캔 방향으로 정렬시키고 상기 공간적으로 변조된 광 빔의 행 및 열 중 나머지 하나를 크로스-스캔 방향으로 정렬시키는 단계; 크로스 스캔 방향에서 2개의 서브-노출 영역 사이의 중심-중심 거리보다 적은 정도만큼 상기 변조된 광 빔의 적어도 한 부분을 상기 변조된 광 빔의 제2 부분에 대하여 크로스 스캔 방향으로 층밀림(shearing)시키는 단계; 상기 표면을 층밀림된 공간적으로 변조된 광 빔에 스캔 방향에서 노출시키는 단계; 및 노출된 서브-영역을 스캐닝의 결과로서 크로스 스캔 방향에서 중첩시키는 단계를 포함한다.

Description

광 층밀림을 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR OPTICAL SHEARING}
관련 출원
본 출원은 이스라엘 특허 출원 제198719호, 2009.05.12. 출원, 명칭 "Optical Imaging System"과 관련되며, 이는 본 발명이 이루어지고 공동 발명자에 의해 발명되었을 때 공동 양수인에게 양도되었다.
발명의 분야
본 발명은 마스크리스 리소그래피에 관한 것이며, 비제한적으로 더욱 상세하게는, 마스크리스 리소그래피에서의 공간 해상도 제어에 관한 것이다.
발명의 배경
공지된 마스크리스 리소그래피 시스템 분야에서, 공간 광 변조기(spatial light modulator, SLM) 예컨대 디지털 마이크로-미러 디바이스(Digital Micro-Mirror Device, DMD) 또는 격자 광 밸브(Grating Light Valve, GLV) 또는 액정(liquid crystal, LC) 광 밸브가 빔을 공간적으로 변조시켜 인쇄될 이미지 또는 패턴을 형성하기 위해 사용된다. DMD는 변조 요소(modulating element)가 행(row) 과 열(column)을 포함하는 직사각형 어레이에 배열된 수십만 마이크로스코픽 미러(microscopic mirror)인 SLM이다. 본 명세서에 사용된 바와 같이 직사각형 어레이의 행과 열은 행이 열보다 더 많은 변조 요소를 포함하도록 정의된다. 어레이 내 각각의 미러(mirror)는 개별적으로 온(ON) 또는 오프(OFF) 상태로 회전할 수 있다. 온(ON) 상태에서, 광원으로부터의 빛은 빛을 기록 표면(writing surface)으로 유도하는 광학 시스템으로 반사되며, 오프(OFF) 상태에서 빛은 기록 표면으로부터 예를 들어 빛 트랩(light trap) 또는 열 싱크(heat sink)로 유도된다.
비록 DMD가 마스크리스 리소그래피 시스템에서 사용되지만, 이들은 주로 디지털 광처리 프로젝터(digital light processing projector) 및 배면 투사 텔레비전(rear projection television)에 대하여 사용되도록 의도된다. 그러므로 직사각형 어레이의 종횡비는 표준 픽처 포맷, 예컨대 텔레비전 및 프로젝터 스크린을 위하여 구성된다. 마스크리스 리소그래피를 위하여 DMD를 사용할 때, 단일 DMD 또는 심지어 수 개의 DMD로부터 획득되는 노출 영역보다 전형적으로 더 큰 것으로 간주되는 영역 상에 이미징을 수용하기 위한 스캐닝이 요구된다.
스캐닝은 열(column) 방향과 일반적으로 평행하게 가장 흔하게 수행된다. DMD가 복수의 행을 포함하기 때문에, 스캐닝 된 영역은 각각의 패스(pass) 동안 (DMD의 행의 수에 대응하여) 여러 번 중복기록(overwritten)된다. 또 다른 시스템 및 방법이, 예를 들어 해상도를 개선하기 위하여, 예컨대 대각선 패턴에서 톱니모양 엣지(jagged edge)와 같은 픽셀화(pixelation) 또는 또 다른 에일리어싱 효과(aliasing effect)를 방지하기 위하여, 및/또는 노출 세기를 제어하기 위하여, DMD에서 활용 가능한 복수의 행을 사용하기 위하여 제안되었다.
미국 특허 5,208,818, 명칭 "Laser system for recording data patterns on a planar substrate"는 DMD를 기판에 이미징하기 위하여 펄스 엑시머 레이저(pulsed excimer laser)를 사용하는 포토툴 발생기(phototool generator)를 개시하며, 상기 문헌의 내용은 참조로서 본 명세서에 수록된다. 엑시머 레이저는 전형적으로 기판 상에 비-균일한 노출을 야기하는 가우시안 또는 사다리꼴 빔 프로파일을 가진다. 엑시머 레이저에 의해 획득된 노출의 균일성은 중첩 방법을 사용하여 개선되는데, 상기 방법에서 각각의 스팟(spot)이 노출 사이의 약간의 2차원 시프트를 가지면서 4회 노출되며, 이에 따라 산출된 노출의 총합은 균일하다. 중첩(overlapping) 또는 중복기록(중복기록)은 단계 및 반복 공정에 의해 수행되는데 여기서 정밀 스테이지가 각각의 스캔 종점에서 시프트 된다. 이러한 단계 및 반복 공정의 바람직하지 않은 특징 중 하나는 복수의 측면 시프트 된 스캐닝을 요구한다는 점이다.
미국 특허 6,425,669, 명칭 "Maskless Exposure System"은 픽셀 패널(pixel panel)로부터 발생된 패턴을 기록하기 위한 포토리소그래피 시스템 및 방법을 개시하며, 상기 문헌의 내용은 참조로서 본 명세서에 수록된다. 픽셀 패널은 전형적으로 복수의 DMD 또는 선택사항으로서 LCD를 포함한다. 일부 구체 예에서, 픽셀 패널로부터의 픽셀 요소는 제1 사이트 및 그 후 상기 제1 사이트에 부분적으로 중첩되는 제2 사이트로 교대로 유도된다. 이미지 수준에서의 중첩은 픽셀 패널 내 이미지 사이 또는 결함 픽셀 사이의 간격으로 인한 에러에 대한 보상을 제공한다. 또한, 픽셀 수준에서의 중첩은 대각선 투사 또는 비-선형 구조를 수용하기 위하여 사용된다. 한 구체 예에서, 중첩은, 픽셀 패널과 웨이퍼 사이의 광 경로에 위치하고 이미지를 오프셋(offset)시키는 평행 프리즘에 의해 제공된다. 모터가 프리즘을 광 경로 내부 및 외부로 교대로 위치시켜 제1 및 제2 사이트 사이를 교대 시킨다. 전형적으로, 이러한 시스템은 단계 및 반복 노출 시스템에 대하여 특히 적합하다.
미국 특허 6,537,738, 명칭 "System and method for making smooth diagonal components with a digital photolithography system"는 평활 대각선 성분(예컨대, 라인 및 엣지)의 제조를 위한 용도의 디지털 포토리소그래피 시스템을 개시하며, 상기 문헌의 내용은 참조로서 본 명세서에 수록된다. DMD는 복수의 웨이퍼 사이트에 대한 노출을 위한 제1 디지털 패턴을 제공한다. 노출 이후, 웨이퍼는 웨이퍼의 사이트 길이보다 적은 거리만큼 이동된다. DMD는 그 후 대상물의 복수의 사이트에 복수의 제2 픽셀 요소를 노출시키기 위한 제2 디지털 패턴을 수신한다. 노출된 복수의 제2 픽셀 요소는 노출된 복수의 제1 픽셀 요소에 중첩한다. 이러한 중첩은 단계 및 반복 공정을 사용하여 노출되는 이미지에 증분 변화(incremental change)를 발생시키며, 이에 따라 평활 엣지된 대각선 성분의 생성을 수용한다. 일부 구체 예에서, 픽셀 패널은 대상물 및 스캔 방향과 각도를 이룬다. 시스템이 스캔함에 따라, 연속 픽셀 요소가 y 방향에서 약간 오프셋 되어 노출된다. 전형적으로, 단지 중간 정도의 치밀 어드레싱(dense addressing)을 달성하는 실질적인 경사각이 이러한 시스템에서 사용되어 데이터 기록 조작(writing data handling)의 부하를 용이하게 한다. 이는 순서대로 패스 사이에 생성된 실질적인 스와드 중첩(swath overlap)을 가능하게 한다. 경사가 있는 스캐닝의 또 다른 공지된 단점은 경사(tilting)가 전형적으로 스캔 된 픽셀의 비-카테시안 어드레싱(non-Cartesian addressing)을 야기한다는 점이다.
미국 특허 6,903,798, 명칭 "Pattern Writing Apparatus and Pattern Writing Method"는 DMD로 감광성 물질 상에 패턴을 기록하기 위한 패턴 기록 장치를 개시하며, 상기 문헌의 내용은 참조로서 본 명세서에 수록된다. DMD는 주된 스캔 방향에 대하여 경사진다. 주된 스캐닝 방향에 배열된 이러한 2개의 인접한 조사 영역(irradiation region) 사이의 스캐닝 방향에 따른 중심-중심 거리(center-to-center distance)는 스캐닝 방향에 대하여 기판 상의 기록 셀 피치의 "a 배"(a는 2 이상의 정수)와 동일하게 된다. 이러한 형태학은 카테시안 어드레싱 공간의 어드레싱 피치(addressing pitch)를 결정한다. 더 작은 DMD 회전각은 더욱 미세한 어드레싱 공간과 관련된다.
전형적으로, 작은 DMD 회전 및 이에 대응하는 더욱 미세한 어드레싱 피치에 대하여, 어드레싱 균일성은 광학적으로 그리고 기계적으로 왜곡되기 쉽다. 더욱이, 더 작은 DMD 회전 및 이에 대응하는 더욱 미세한 어드레싱 피치는 실제적으로 더 큰 "n" 값을 나타낸다. "n"을 더 크게 하는 것은 더 높은 기록 속도를 가능하게 하지만, 또한 활성 프레임 시간 동안 연속적인 움직임으로 인한 "손상(smear)" (또는 블러링(blurring))을 유발한다. 이러한 블러링 효과는, 노출 에너지 사용의 희생으로, 그 다음 프레임 리셋 이전에 광원을 오프(OFF)로 돌려놓음으로써 다소 오프셋 될 수 있다. 그 대신에, 기록을 위하여 DMD의 단지 일부분, 즉 활용 가능한 768 행 중에 DMD의 단지 192 행만을 사용하고, 나머지는 오프(OFF) 위치에 영구적으로 유지함으로써, 노출 횟수를 감소시키면서 더 높은 기록 속도를 달성할 수 있다. 이는 또한 물론 감소된 노출 에너지 효율을 야기한다.
미국 특허 7,136,087, 명칭 "Multi-Exposure Drawing Method and Apparatus Therefore"는 DMD의 요소에 대하여 약간의 각도를 형성하는 인출 방향(drawing direction)에서 일정한 속도에서 이동되는 DMD를 포함하는 노출 유닛을 개시하며, 상기 문헌의 내용은 참조로서 본 명세서에 수록된다. DMD가 "A+a"의 거리에서 인출 방향으로 이동될 때 노출이 제공되며, 여기서 "A"는 DMD의 어느 하나의 요소에 의해 노출되는 거리의 정수-배에 대응하는 거리이며, "a"는 DMD의 어느 하나의 요소에 의해 노출되는 거리의 분율(fraction)이다. 인출 방향의 경사 각도 및 노출 비율은 바람직한 해상도를 얻기 위하여 조절될 수 있다. 작은 DMD 회전은 전형적으로 오랜 리셋 간격을 요구하며 이는 실질적인 움직임 손상을 야기한다. 이러한 효과는 임의 2개의 활성 프레임 사이에서 전체 DMD를 오프(OFF) 상태로 돌려놓음으로써 전형적으로 최소화된다. 비록 움직임 손상이 이러한 방식으로 감소되지만, 노출 에너지 효율이 유사하게 감소된다.
미국 특허 7,295,362, 명칭 "Continuous Direct-Write Optical Lithography"는 개별적으로 스위칭 가능한 요소의 영역 어레이로 공간 광 변조기를 조사하는 단계 및 이미지를 기판의 표면에서 이동시키면서 공간 광 변조기의 이미지를 기판의 감광성 표면상에 투사하는 단계를 포함하는 리소그래피 방법을 개시하며, 상기 문헌의 내용은 참조로서 본 명세서에 수록된다. 이미지가 이동하는 동안, 공간 광 변조기의 요소가 스위칭되어 이에 따라 감광성 표면 상의 픽셀이, 직렬로, 공간 광 변조기의 다중 요소로부터의 에너지 조사량을 수신하고, 이에 따라 표면 상에 잠재 이미지를 형성한다. 이미지가 블러링되어 서브-픽셀 해상도 특징 엣지 배치를 가능하게 한다. 스캐닝 동안 크로스 스캔 방향에서 기판 표면 상에 노출된 픽셀의 수는 공간 광 변조기의 행에 따라 활용 가능한 요소의 수에 대응한다.
미국 특허 출원 공보 20060060798, 명칭 "Method and Apparatus for Multi-Beam Exposure"는 평판 프린팅(planographic printing) 분야이며 스캐닝 방향과 직각 방향에서 동시에 노출 될 수 있는 도트의 수(빔 스팟의 수)를 증가시킴으로써 DMD에 의한 노출 공정을 수행할 때 FM 스크린을 사용하는 예리한 도트 엣지가 있는 안정한 하프톤(halftone) 표현을 기록하기 위한 다중-빔 노출 방법 및 장치를 개시하며, 상기 문헌의 내용은 참조로서 본 명세서에 수록된다. 본 장치는 DMD로부터 방출되는 복수의 노출 빔 스팟을 스캐닝 방향에서 복수의 블록으로 나누고 각각의 픽셀 블록을 또 다른 픽셀 블록에 대하여 스캐닝 방향에 직교하는 방향에서 시프팅 시켜 노출된 빔 스팟과 또 다른 블록의 노출 빔 스팟 사이의 방향에서 공간을 스캔-노출시키기 위한 픽셀 블록 시프팅 멤버(member)를 포함한다. 전형적으로, 블록 시프팅 멤버는 기록 매체 상의 도트에 초점을 맞추기 위하여 광학 경로 상의 마이크로-렌즈 어레이 넘어서 상기 마이크로-렌즈 어레이에 근접하게 배치된다. 마이크로-렌즈 어레이는 비-중첩 노출 빔 스팟을 제공한다. 선택사항으로서, 별도의 도트 어레이가 마이크로-렌즈 어레이 대신에 개구 어레이 마스크를 사용하여 발생된다. 선택사항으로서, 별도의 빔 스팟은 편광 요소를 사용하여 부분적으로 중첩하는 스팟의 쌍으로 더욱 분리되어 대략적인 직사각형 형상을 획득한다.
발명의 개요
본 발명의 일부 구체 예의 한 양상은 공지된 경사(tilt) 및 단계-및-반복 방법과 관련된 일부 또는 모든 문제점을 감소 또는 완화시키면서, 스캐닝을 위한 DMD 또는 또 다른 SLM을 사용하는 마스크리스 리소그래피 시스템의 프린팅 품질 특성을 개선 및/또는 조절하기 위한 시스템 및 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 일부 구체 예에 따르면, 스캔된 패턴의 크로스-스캔 해상도는 크로스-스캔 방향에서 공간적으로 변조된 광 빔을 광학적으로 변형시킴으로써 조절된다. 본 발명의 일부 구체 예에 따르면, 스캔 방향에서의 해상도는 스캐닝 방향에서 연속 노출 영역의 중첩 정도를 조절함으로써 동시에 조절된다.
본 명세서에서 사용되듯이 스캔 방향은 단일 패스 또는 스와드(swath) 동안 대상 물체가 진행하는 방향을 의미하며, 한편 크로스-스캔 방향은 상기 스캔 방향에 실질적으로 수직인 방향을 의미한다. 다중-패스 스캐닝의 경우, 패스 사이의 스텝핑(stepping)은 전형적으로 크로스-스캔 방향이다.
본 발명의 일부 구체 예의 한 양상은 광 민감성 표면 상에 패턴을 노출시키는 방법을 제공하며, 상기 방법은, 표면 상의 이미지 데이터의 행 및 열의 직사각형 매트릭스 패턴을 포함하는 공간적으로 변조된 광 빔을 형성하는 단계, 여기서 상기 공간적으로 변조된 광 빔은 상기 표면의 인접 서브-노출 영역을 노출시키도록 작동가능하며, 각각의 서브-노출 영역은 상기 이미지 데이터의 데이터와 관련됨; 상기 표면을 노출시키기 위하여 상기 공간적으로 변조된 광 빔의 행 또는 열 중 하나를 스캔 방향으로 정렬시키고 상기 공간적으로 변조된 광 빔의 행 및 열 중 나머지 하나를 크로스-스캔 방향으로 정렬시키는 단계; 크로스 스캔 방향에서 2개의 서브-노출 영역 사이의 중심-중심 거리보다 적은 정도만큼 상기 변조된 광 빔의 적어도 한 부분을 상기 변조된 광 빔의 제2 부분에 대하여 크로스 스캔 방향으로 층밀림(shearing)시키는 단계; 상기 표면을 층밀림된 공간적으로 변조된 광 빔에 스캔 방향에서 노출시키는 단계; 및 노출된 서브-영역을 스캐닝의 결과로서 크로스 스캔 방향에서 중첩시키는 단계를 포함한다.
선택사항으로, 인접 서브-노출 영역은 사이에 공간을 갖지 않는 연속적으로 노출된 영역을 형성한다.
선택사항으로, 층밀림(shearing)은 이미지 데이터의 인접 행의 2-6개 블록에 적용된다.
선택사항으로, 층밀림은 인접 서브-노출 영역 사이의 중심-중심 거리의 1/n으로서 정의되며, 여기서 'n'은 블록의 수이다.
선택사항으로, 층밀림은 크로스-스캔 방향에서의 해상도를 정의한다.
선택사항으로, 표면은 카테시안 어드레싱(Cartesian addressing)으로 노출된다.
선택사항으로, 공간적으로 변조된 광 빔은 단일 DMD로부터 형성된다.
선택사항으로, 스캐닝 간격(scanning interval)은 변조된 광 빔의 서브 노출 영역에 의해 노출된 영역의 비-정수(non-integer) 배수로서 정의된다.
선택사항으로, 노출 간격은 크로스-스캔 방향에서 제공된 해상도를 일치시키도록 정의된다.
선택사항으로, 노출하는 단계는 기록하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일부 구체 예의 한 양상은 표면 상에 패턴을 스캐닝하는 시스템을 제공하며, 상기 시스템은, 스캔 방향에서 표면을 스캔하도록 작동하는 스캐너; 행 및 열의 매트릭스 패턴에 배열된 이미지 데이터를 포함하는 공간적으로 변조된 광 빔을 제공하도록 작동하는 공간 광 변조기, 여기서 각각의 데이터는 표면 상의 서브-노출 영역을 노출시키도록 작동하며, 상기 열은 스캔 방향으로 정렬되고 상기 행은 크로스-스캔 방향으로 정렬됨; 2개의 인접 서브-노출 영역 사이의 중심-중심 거리보다 적은 정도만큼 상기 이미지 데이터의 매트릭스 패턴의 적어도 제1 부분을 적어도 제2 부분에 대하여 크로스 스캔 방향으로 시프트시켜 층밀림된 매트릭스 패턴을 형성하도록 작동하는 광 층밀림 요소; 및 상기 표면 상의 상기 층밀림된 매트릭스 패턴을 실질적으로 인접한 서브-노출 영역의 패턴으로서 노출시켜, 스캐닝 동안 상기 매트릭스 패턴의 상기 제1 및 제2 부분 중 어느 하나로부터의 서브-노출 영역이 상기 제1 또는 제2 부분 중 나머지 하나의 서브-노출 영역과 중첩되도록 작동하는 이미징 시스템을 포함한다.
선택사항으로, 층밀림은 이미지 데이터의 인접 행의 2-6개 블록에 적용된다.
선택사항으로, 각각의 블록은 192-270 인접 행을 포함한다.
선택사항으로, 광 층밀림 요소는 서로 각도를 이루는 복수의 투명 섹션을 포함하며, 여기서 투명 섹션의 수는 블록의 사전-정의된 수에 대응하며, 각각의 투명 섹션은 이미지 데이터의 사전-정의된 블록 중 하나를 시프트 하도록 작동한다.
선택사항으로, 각각의 투명 섹션은 인접 어드레싱 포인트 사이의 거리의 1/n에 대응하는 시프트를 제공하도록 각도를 이루며, 여기서 'n'은 이미지 데이터의 블록의 수이다.
선택사항으로, 광 층밀림 요소는 행 방향으로 선형 층밀림을 제공하도록 작동하는 튀틀림면(warped surface)이다.
선택사항으로, 광 층밀림 요소는 표적 물체에 인접하게 위치된다.
선택사항으로, 공간 광 변조기는 DMD이다.
선택사항으로, 상기 시스템은 스캔 방향에서 원하는 해상도에 응답하여 스캐닝 간격을 세팅하도록 작동하는 제어기를 포함한다.
선택사항으로, 스캐닝 간격은 크로스-스캔 방향에서 제공된 해상도를 일치시키도록 정의된다.
선택사항으로, 스캐너는 카테시안 어드레싱(Cartesian addressing)으로 스캔하도록 작동된다.
다른 정의가 없는 한, 여기서 사용된 모든 기술 및/또는 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술자에 의해 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 비록 본 명세서에 기재된 것과 유사하거나 균등한 방법 및 물질이 실제로 또는 본 발명의 구체 예의 시험에서 사용될 수 있으나, 예시적인 방법 및/또는 물질이 이하에서 기재된다. 모순되는 경우, 정의를 포함하여 본 특허 명세서가 우선적이다. 또한, 물질, 방법, 및 예는 단지 예시적인 것이며 필수적인 제한사항으로 의도되지 않는다.
도면의 간단한 설명
본 발명의 일부 구체 예는 첨부된 도면을 참조하여 단지 예시적으로 기재된다. 도면에 대하여 상세하게 참조하면서, 특수하게 제시된 것은 예시적인 것이며 본 발명의 예시적인 논의 및 구체 예의 목적을 위한 것이다. 이에 관하여, 도면과 함께 설명은 본 발명의 구체 예가 어떻게 실시될 수 있는지를 통상의 기술자에게 명백하게 해 준다.
도면에서,
도 1A 및 1B는 본 발명의 일부 구체 예에 따라, 층밀림 이전 및 이후의 예시적인 4-행 SLM으로부터 획득된 이미지 데이터의 대표적인 배열의 단순화한 개략도이다.
도 2A 및 2B는 본 발명의 일부 구체 예에 따라, 층밀림 이전 및 이후의 예시적인 20-행 SLM으로부터 획득된 이미지 데이터의 대표적인 배열의 단순화한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일부 구체 예에 따라, 층밀림된 노출 패턴을 갖는 표면을 스캐닝하기 위한 예시적인 방법의 단순화한 흐름도이다.
도 4A 및 4B는 공지된 직사각형 어드레싱 그리드 및 본 발명의 일부 구체 예에 따라 3회 연속 노출로부터 획득된 층밀림된 어드레싱 그리드를 비교하는 단순화한 개략도이다.
도 5A 및 5B는 본 발명의 일부 구체 예에 따라 층밀림된 노출 패턴으로부터 13회 및 39회 노출로부터 획득된 어드레싱 포인트의 예시적인 패턴을 나타내는 단순화한 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일부 구체 예에 따라, 서로에 대하여 공간적으로 시프트된 인접 행의 블록으로 분리된 SLM로부터 획득된 기록 이미지의 단순화한 개략도이다.
도 7A 및 7B는 본 발명의 일부 구체 예에 따라, 데이터의 직사각형 매트릭스로부터 SLM 데이터의 크로스-스캔 공간 시프팅을 발생하기 위한 2가지 예시적인 광 층밀림 요소이다.
도 8A 및 8B는 본 발명의 일부 구체 예에 따라, 각각 도 7A 및 7B에 도시된 예시적인 광 층밀림 요소에 의해 획득된 예시적인 층밀림 패턴이다.
도 9A 및 9B는 본 발명의 일부 구체 예에 따라, 크로스-스캔 방향에서 노출 데이터를 공간적으로 시프팅 하기 위한 2가지 예시적인 광학 시스템의 단순화한 개략도이다.
도 10은 본 발명의 일부 구체 예에 따라, PCB 패널 상에 패턴을 노출시키기 위한 마스크리스 리소그래피 시스템의 단순화한 개략도이다.
발명의 구체적인 실시예의 설명
본 발명은 마스크리스 리소그래피에 관한 것이며, 비제한적으로 더욱 상세하게는, 마스크리스 리소그래피에서의 공간 해상도 제어에 관한 것이다.
본 발명의 일부 구체 예의 한 양상은 크로스-스캔 방향으로 광학적으로 층밀림된 DMD 이미지를 갖는 표적 표면을 스캐닝 함으로써 노출된 표적 표면의 어드레싱 밀도를 증가시키는 것을 제공한다. 본 발명의 일부 구체 예에 따르면, 층밀림 방향은 DMD의 행 방향으로 정렬되고 스캐닝의 방향은 DMD의 열 방향으로 정렬된다. 또 다른 구체 예에서 이들 방향은 서로 바뀔 수 있다. 본 발명의 일부 구체 예에 따르면, DMD 이미지의 어드레스 밀도의 증가는 노출된 영역의 중첩을 야기한다. 본 발명의 일부 구체 예에 따르면, 스캐닝 동안 어드레싱의 밀도가 증가되는 반면 직교 어드레싱 공간은 유지된다. 어드레싱의 증가된 밀도는 평활(smooth)하고 정확한 패턴을 제공한다. 다중 중첩 노출은 대각선 엣지를 개선시킨다. 각각의 어드레싱 포인트에서의 다수의 균일 노출이 유지되어 패턴 엣지 품질을 보장할 수 있다.
일부 예시적인 구체 예에서, 층밀림은 이미지의 분리된 부분들 사이, 예를 들어 DMD 상의 이미지 데이터의 인접 행의 정의된 블록 사이에 부과된다. 일부 예시적인 구체 예에서, 층밀림(2개의 인접한 부분 사이의 공간적 시프트)은 DMD의 단일 요소로부터 노출된 영역의 크기의 분율, 예컨대 노출된 영역(스팟 크기)의 분율 및/또는 2개의 이웃하는 어드레싱 포인트 사이의 거리의 분율에 대응한다. 본 발명의 일부 구체 예에 따르면, 시프트된 부분은 DMD 상의 인접 행의 정의된 블록이다. 전형적으로, 각각의 블록에 포함된 인접 행의 수는 각각의 어드레싱 포인테에 대하여 제공되는 중복기록의 정도를 정의한다. 또한, 시프트된 부분 또는 블록의 수는 크로스-스캔 방향에서 어드레싱 밀도를 정의한다. 선택사항으로, 크로스-스캔 방향에서 어드레싱 밀도는 노출 영역 당 2-5 어드레싱 포인트까지 증가된다. 본 발명자들은 크로스-스캔 방향에서 어드레싱 밀도를 노출 영역 당 2-5 어드레싱 포인트까지 증가시키는 것이 시스템 전자기기에 의한 기록 데이터의 조작 부하를 상당히 증가시키지 않고 픽셀화 및/또는 에일리어싱 효과를 감소시켰음을 밝혀냈다.
본 발명의 일부 구체 예에 따르면, 스캔 방향에서 노출된 영역 사이의 중첩은 크로스-스캔 방향에서의 중첩과 일치하도록 정의된다. 전형적으로, 스캔 방향에서 노출된 영역 사이의 중첩은 연속 프레임의 리셋 간격을 조절함으로써, 예컨대 감소시킴으로써 증가된다. 본 발명의 일부 구체 예에 따르면, 스캔 방향 및 크로스-스캔 방향에서의 중첩은 독립적으로 제어되어 원하는 어드레싱 밀도 및/또는 노출된 영역 사이의 중첩을 획득할 수 있다.
본 발명의 일부 구체 예에 따르면, 층밀림은 크로스-스캔 방향에서 DMD 이미지로부터의 이미지 데이터의 행 사이의 정렬을 DMD 요소 크기의 분율과 동일한 거리만큼 변화시키는 것을 제공한다. 전형적으로, 각각의 부분은 이웃하는 부분에 대하여 동일한 정도만큼 시프트되고 시프트는 크로스-스캔 방향에서 DMD 요소 크기의 1/n에 대응하며, 여기서 'n'은 정수이다. 전형적으로 'n'은 기본 DMD 해상도에 대한 어드레싱 해상도 증가에 대응한다. 공간적으로 변조된 빔의 부분 사이의 서브-요소 시프팅은 'n' 만큼 어드레싱 포인트의 수를 증가시키며, 이에 따라 크로스-스캔 방향에서의 해상도를 증가시킨다. 부분 사이의 서브-요소 시프팅은 또한 각각의 어드레싱 포인트의 중복기록의 정도를 감소시킨다. 전형적으로, 어드레싱 포인트의 수가 증가함에 따라, 각각의 어드레싱 포인트의 중복기록의 정도가 감소된다.
비록 수록된 평판 프린팅 분야의 미국 공보 제20060060798호가 본 발명의 방법과 유사하게 보일 수 있는 개별 광 층밀림 방법을 개시하고 있으나, 공보 제20060060798호의 광 층밀림의 의도된 최종 결과는 크로스-스캔 방향에서 노출될 수 있는 도트의 수를 증가시키면서 한편 예리한 도트 엣지를 유지시키는 것임을 주목하라. 공보 제20060060798호에서 스캔 방향 또는 크로스-스캔 방향 중 어느 하나에서 도트 노출 손상이 억제된다. 반대로, 본 발명에서, 광 층밀림은 기록 시스템을 위한 평활하고 정확한 패턴을 획득하기 위한 다중 중첩 노출을 제공한다.
본 발명자들은 본 명세서에 기재된 시스템 및 방법에 기초하여 해상도를 강화시키는 것이 에너지 효율성을 개선하고 높은 품질의 제어가능한 출력을 제공한다는 것을 밝혀냈다. 높은 품질의 출력, 예를 들어 대각선 패턴 및 엣지 프린팅에 관한 높은 풀질의 출력이 앞서 논의되었다. 본 발명자들은 데이터 조작 및 스캐닝 속도의 관리가능성이 노출된 이미지를 층밀림 시킴으로써 개선되었다는 것을 또한 밝혀냈다. 전형적으로, 연속 DMD 프레임 사이에서 요구되는 리셋 간격은 DMD의 인접 행으로부터의 중복기록의 정도에 직접 관련된다.
일부 예시적인 구체 예에서, 공간적으로 변조된 광 빔을 층밀림 시키는 것은 인접한 스캔 사이의 중첩의 정도를 감소시키며 또한 한편 연속 DMD 사이의 블랭킹 기간(blanking period)의 필요를 제거한다. 블랭킹 기간을 제거하는 것은 노출의 의무 계수(duty factor)를 증가시켜 실질적으로 노출을 계속하며 이에 따라 에너지 효율성을 증가시킨다. 일부 예시적인 구체 예에서, 블랭킹 기간의 제거에는 최소, 낮은 및/또는 감소된 모션 블러(motion blur)가 제공된다. 중첩과 관련하여, 인접한 스캔으로부터의 감소된 중첩은 전형적으로 데이터 조작의 부하를 감소시킨다. 선택사항으로, 인접한 스캔 사이의 중첩의 정도는 또 다른 부분에 대하여 광학적으로 층밀림되는 DMD 이미지 부분의 크기를 한정함으로써 직접적으로 제어될 수 있다.
또한, 본 발명의 일부 구체 예에 따르면 스캐닝이 열 방향과 평행하게 수행되기 때문에, 스캐닝 동안 공간적으로 변조된 데이터에 경사(tilt)를 부과하는 시스템 및 방법과 비교하여, 인접한 DMD 유닛 또는 스캐닝 스와드(패스) 사이에서 크로스-스캔 방향에서 중첩이 전형적으로 덜 요구된다. 요구되는 중첩의 정도를 감소시킴으로써, 요구되는 스캐닝 스와드의 수가 (DMD 유닛의 수를 증가시키지 않으면서) 감소될 수 있으며 이에 따라 스캐닝을 위한 스캐닝 속도가 증가된다.
이제 본 발명의 일부 구체 예에 따라, 층밀림 이전 및 이후의 예시적인 4-행 SLM으로부터 투사된 이미지 데이터의 대표적인 배열의 단순화한 개략도를 나타내는 도 1A 및 1B를 참조한다. 도 1A 및 1B에서, 단지 4 행 및 7 열을 포함하는 노출 패턴이 도시의 단순화를 위하여 도시된다. 본 발명의 일부 구체 예에 따르면, 노출 패턴(100)에 배열된 공간적으로 변조된 광 빔으로부터의 이미지 데이터가 층밀림된 매트릭스 패턴(110)으로 광학적으로 변화된다. 전형적으로, 이미지 데이터는 그 사이에 거의 전혀 및/또는 실질적으로 공간이 없는 복수의 인접 서브-노출 영역(120)으로부터 구성된다. 전형적으로, 각각의 서브-노출 영역(120)은 각각의 서브-노출 영역(120) 위의 중심에 있는 어드레싱 포인트(150)와 결합된다. 본 발명의 일부 구체 예에 따르면, 층밀림된 패턴(110)은 매트릭스 패턴(100)의 인접 부분을 광학적으로 시프팅함으로써, 예컨대 도 1B에 제시된 전체 행(101, 102, 103, 및 104)(또는 이하에서 설명되는 인접 행의 전체 블록)을 행(크로스-스캔) 방향(135)에서 광학적으로 시프팅함으로써 획득된다. 도시의 간편성을 위하여, 단일 행 블록의 층밀림을 갖는 단순화된 4 행 SLM이 도면에 도시된다.
본 발명의 일부 구체 예에 따르면, 행 사이의 시프트는 행 방향(135)에서 서브-노출 영역(120)의 치수의 분율, 예컨대 행 방향에서 2개의 인접 어드레싱 포인트(150) 사이의 거리 'd'의 분율과 동일하다. 전형적으로, 동일 시프트가 각각의 행 사이에 부과되고 시프트는 시프트된 블록의 수로 1을 나눈 값으로 주어진 서브-노출 영역(120)의 분율과 동일하며 이에 따라 서브-노출 영역(120')과 어드레싱 포인트(150')는 대칭적으로 시프트 되고 및/또는 고르게 또는 균일하게 행 방향으로 분포되며 크로스-스캔 방향에서의 해상도는 균일하다.
예를 들어, 도 1B에서, 노출 패턴(110)은 4개 부분(n=4), 즉 행(101, 102, 103, 및 104)로 나누어지며 각각의 부분은 서로에 대하여 행 방향(135)으로 행 방향(135)에서 서브-노출 영역(120') 치수의 1/n (1/n=1/4), 즉 d/4만큼 시프트 된다. 시프트에 대응하여, 모든 어드레싱 포인트(150')가 행 방향에서 균일하게 분포되며, 이는 어드레싱 포인트(150)의 해상도(도 1A)의 4배인 행 방향에서의 해상도를 수반한다. 또 다른 예시적인 구체 예에서, 노출 패턴(110)은 2개 부분으로 나누어지며, 예컨대 행(101 및 102)이 제1 부분이고 행(103 및 104)이 제2 부분이며, 각 부분 사이의 시프트는 d/2이다.
4개보다 많은 행을 포함하는 공간 광 변조기 매트릭스에 대하여, 또 다른 분할 및 시프트 크기가 사용될 수 있다. 예를 들어, 768 행을 포함하는 DMD 어레이는 192 행의 4개 인접 블록으로 나누어질 수 있으며, 각각은 요소 크기의 1/4만큼 점진적으로 시프트된다. 그 대신에, 765 행은 각각이 153 행으로 구성된 인접 행의 5개 블록으로 나누어질 수 있으며, 각각은 요소 크기의 1/5만큼 점진적으로 시프트된다. 일부 행은 각각의 블록에서 활성 행의 수를 균등화시키기 위해 블랭크(blank)로 남겨질 수 있다. 본 발명의 일부 구체 예에 따르면, 행 방향(135)에서의 공간 해상도는 이미지 데이터의 정의된 부분 사이에 부과된 시프트의 정도에 직접적으로 기초하여 조절된다. 예를 들어, 시프트 크기를 감소시키거나 및/또는 시프트된 부분의 수를 증가시키는 것은, 행 방향(135)의 공간 해상도를 증가시킨다. 그 대신에, 시프트 크기를 증가시키거나 및/또는 시프트된 부분의 수를 감소시키는 것은 공간 해상도를 감소시킨다.
이제 본 발명의 일부 구체 예에 따라 층밀림 이전 및 이후의 예시적인 20-행 SLM으로부터 투사된 이미지 데이터의 대표적인 배열의 단순화한 개략도를 나타내는 도 2A 및 2B를 참조한다. 본 발명의 일부 구체 예에 따르면, 노출 패턴(200)에 배열된 공간적으로 변조된 광 빔으로부터의 이미지 데이터는 행의 블록을 포함하는 층밀림된 매트릭스 패턴(210)으로 공간적으로 변화되는데, 예를 들면 행 방향(135)에서 점진적으로 시프트된 블록(201, 202, 203 및 204)으로 변화된다. 전형적으로, 각각의 블록은 복수의 행, 예컨대 서로에 대하여 정렬된(시프트 되지 않음) 행(101, 102, 103, 104 및 105)을 포함한다.
본 발명의 일부 구체 예에 따르면, 블록 사이의 시프트는 서브-노출 영역(120)의 치수의 분율 및/또는 인접 어드레싱 포인트(150) 사이의 거리 'd'의 분율과 동등하다. 전형적으로, 동일 시프트가 각각의 인접 블록의 쌍, 예컨대 블록(201) 및 블록(202), 블록(202) 및 블록(203), 블록(203) 및 블록(204) 사이에 부과된다. 예를 들어, 행의 4개 블록으로 나누어진 노출 패턴(210)에서, 각각의 인접 블록의 쌍 사이의 시프트는 d/4이다. 이러한 예시적인 시프팅의 결과로서, 서로 다른 블록으로부터의 어드레싱 포인트(150')는 행 방향에서 고르게 분포되며, 노출 패턴(200)에 의해 제공된 해상도의 4배인 행 방향에서의 해상도를 수반한다. 또 다른 예시적인 구체 예에서, 노출 패턴(200)은 2개 부분으로 나누어지며, 각각의 부분 사이의 시프트는 행 방향(135)에서 서브-노출 영역(120)의 크기의 1/2, 예컨대 d/2이다.
이제 본 발명의 일부 구체 예에 따라 층밀림된 노출 패턴을 갖는 표면을 스캐닝하기 위한 예시적인 방법의 단순화한 흐름도를 나타내는 도 3을 참조한다. 전형적으로, 프린트될 패턴의 노출 데이터는 이미지, 예컨대 노출을 위한 이미지(100 또는 200)를 형성하기 위하여 DMD에 제공된다(블록(230)). 전형적으로, 이미지는 표적 물체를 스캐닝 하는 동안 DMD에 제공된 리셋 펄스에 응답하여 정의된 노출 간격으로 제공된다.
본 발명의 일부 구체 예에 따르면, DMD에 의해 제공된 이미지는 크로스-스캔 방향에서 정의된 층밀림된 노출 패턴, 예컨대 노출 패턴(110 또는 210)으로 표적 물체에 투사된다(블록(235)). 일반적으로 층밀림 모듈이 DMD 이미지를 층밀림된 이미지로 층밀림 시키기 위해 제공된다. 전형적으로, 이미지, 예컨대 DMD에 의해 제공된 이미지 데이터는 층밀림을 위하여 배열된다. 본 발명의 일부 구체 예에 따르면, 각각의 리셋 간격 사이에서, DMD 이미지가 업데이트 되고(블록(245)) 그리고 노출 영역이 사전-정의된 거리만큼 스캐닝 방향으로 앞으로 나아간다(블록(250)). 일부 예시적인 구체 예에서, 크로스-스캔 방향에서 이미지의 층밀림된 부분 사이의 시프트와 동등한 d/n만큼 노출 영역이 전진하는 각 시간에 후속 노출이 제공되어 스캔 방향 및 크로스-스캔 방향을 따라 동일 해상도(이웃하는 어드레싱 포인트 사이의 거리)를 갖는 노출 어드레싱 그리드를 생성한다. 동등한 스캔 및 크로스-스캔 어드레싱 해상도를 생성하는 또 다른 리셋 간격이 또한 가능하다. 예를 들어, 도 2B에 제시된 4개-블록 경우에서, 3d/4 또는 d/4의 일부 또 다른 홀수 배와 동등한 리셋 간격이 스캔 및 크로스-스캔 방향에서 동등한 어드레싱 해상도를 생성한다. 선택사항으로, 스캔 및 크로스-스캔 방향에서 동일한 해상도는, 노출 영역이 d*(M+1/n)만큼 전진하는 각각의 시간에서 후속 노출에 노출시킴으로써 생성되며, 여기서 M은 0이거나 또는 다른 정수이다. 본 발명의 또 다른 구체 예는 또 다른 리셋 간격, 예를 들어 일부 응용분야에서 요구되는 경우 동등하지 않은 스캔 및 크로스-스캔 해상도를 생성하는 리셋 간격을 사용할 수도 있다. 전형적으로, 이러한 공정은 표적 물체의 스윕(sweep)이 완료될 때까지 지속된다(블록(240)). 노출안된 영역을 스캔하기 위하여 추가 스윕이 요구되는 경우(블록(255)), DMD 이미지가 업데이트되고(블록(260)), 노출된 영역이 크로스-스캔 방향에서 노출안된 영역으로 시프트되고(블록(265)) 그리고 추가 스윕이 개시되는데, 이 경우 전형적으로 반대 방향이다. 전형적으로, 일부 스와드 중첩이 스윕 사이에 제공된다. 스와드 중첩은 정렬의 공차(tolerance)를 보상하기 위해 사용될 수 있다. 전형적으로 단일 SLM 이미지의 전체 풋프린트(footprint)는 10 내지 60mm 범위이며, 스와드 중첩의 정도는 전형적으로 사용된 SLM의 행 요소의 수 및 프린팅 해상도에 의존하여 0.1 내지 1 mm 범위이다. 그 대신에, 본 발명의 또 다른 구체 예에서 다중 SLM 장치 또는 광학적으로 분획된 SLM 장치가 기판의 전체 폭을 스팬(span)하기 위해 사용되며, 이는 2010.04.22. 출원된 국제 특허 출원 PCT/IL2010/000320에 기재되어 있으며, 상기 문헌의 내용은 참조로서 본 명세서에 수록된다. 이러한 구체 예에서 기판은 크로스-스캔 이동에 대한 필요 없이 단일 스윕으로 스캔 될 수 있다.
이제 공지된 직사각형 노출 패턴 및 본 발명의 일부 구체 예에 따라 3회 연속 노출로부터 획득된 층밀림된 노출 패턴을 비교하는 단순화한 개략도를 나타내는 도 4A 및 4B를 참조한다. 도 4A 및 4B에서 단지 4 행 및 7 열을 포함하는 노출 패턴이 도시에 단순화를 위해 제시된다. 본 발명의 일부 구체 예에 따르면, 노출 사이의 리셋 간격은 도 3과 관련하여 앞서 기재한 바와 같이 스캐닝 방향(145)에서 노출된 영역 사이에 중첩을 제공하도록 정의된다.
도 4A 및 4B에서, 각각의 노출로부터의 어드레싱 포인트가 서로 다른 모양으로 도시되며 이에 따라 이들은 구별될 수 있다. 도트 모양의 어드레스 포인트(150 및 150')는 각각 제1 노출된 이미지(211 및 221)에 대응한다. 삼각형 모양의 어드레스 포인트(151 및 151')는 각각 제2 노출된 이미지(212 및 222)에 대응한다. 별 모양의 어드레스 포인트(152 및 152')는 각각 제3 노출된 이미지(213 및 223)에 대응한다.
열 방향(145)에서 스캔하는 동안, 도 4A의 각각의 이미지(211, 212, 및 213) 및 도 4B의 각각의 이미지(221, 222, 및 223)가 기판에 투사되고 이에 따라 서로 부분적으로 중첩된다. 각각의 이미지는 스캔 방향(145)에서 d/n (본 예에서 d/4)만큼 시프트 되지만 크로스-스캔 방향(135)에서는 시프트 되지 않는다. 도 4A에서, 크로스-스캔 방향에서의 이미지의 정렬은 노출 패턴(100)에서 제시된 최초 크로스-스캔 어드레싱 해상도를 유지하며 새로운 어드레싱 열이 추가되지 않는다. 해상도(및 어드레싱)는 단지 스캔 방향에서만 증가된다. 선택사항으로, 어드레싱 해상도는 패턴(100)의 최초 어드레싱 해상도와 비교하여 도 4A에서 4배 증가된다. 도 4B에서, 이미지(221, 222, 및 223)로부터의 층밀림된 어드레싱 포인트는 도 4A의 노출된 패턴에서 제시된 열 사이에서 추가 어드레싱 열을 제공하며 이에 따라 도 4B에서의 어드레싱은 스캔 방향에서 4배 및 크로스 스캔 방향에서 4배 증가된다.
이제 본 발명의 일부 구체 예에 따라 층밀림된 노출 패턴으로부터 다수의 노출로부터 획득된 어드레싱 포인트의 패턴을 나타내는 도 5A를 참조한다. 도시에 단순화를 위하여 노출 서브-영역을 생략하였으며, 단지 이들의 관련 어드레싱 포인트만 도시하였다. 어드레싱 포인트(160')는 제1 이미지(도 4B의 이미지(221))로부터 획득된 어드레싱 포인트에 대응하고 어드레싱 포인트(150')는 모든 후속 이미지 프레임, 예컨대 이미지(222, 223 등)으로부터 획득된 어드레싱 포인트에 대응한다. 13회 노출로부터의 어드레싱 포인트가 제시되는데, 노출 간격은 서브-노출 영역(120)의 치수의 1/4에 대응한다(1을 이미지(221)에서 층밀림된 부분의 수로 나눈 값에 대응).
크로스-스캔 방향(135)에서 어드레싱 해상도를 증가시키기 위한 공지된 방법은 동일 영역의 반복된 스캐닝, 즉 단계 및 반복 방법을 요구하는데, 이는 스캔 방향에 대하여 SLM을 경사지게 하고(전형적으로 DMD가 사용됨), 및/또는 동일 영역을 스캔하기 위하여 둘 이상의 SLM 또는 DMD를 사용한다. 이러한 공지된 방법 각각은 앞서 기재한 하나 이상의 단점과 관련된다. 본 발명자들은 예를 들어 도 5A에 도시된 바와 같이 층밀림된 매트릭스 패턴 내에 배열된 이미지 데이터가 단일 DMD를 사용하여 열 방향(145)에서 한번의 연속 스윕으로서 크로스-스캔 및 스캔 방향 둘 모두에서 증가된 해상도를 제공하는 것을 밝혀냈다.
층밀림된 매트릭스 패턴 내 이미지 데이터를 스캔할 때, 각각의 어드레싱 포인트의 세트, 예컨대 제1 이미지(221)의 어드레싱 포인트(160')가 선택적으로 열 방향(145)에서 시프트되어 도 5A에 도시된 바와 같이 어드레싱 포인트(150')의 미세하게 분해된 그리드 상에 이미지 데이터를 프린트 한다. 이러한 열 방향에서의 시프트로 인하여, 스캐닝이 열 방향으로 진행할 때, 적어도 초기에 종전 어드레싱 포인트를 중복기록하지 않으면서 새로운 어드레싱 포인트(150')가 제공된다. 13번째 노출에서, (도 5A에 최종 1회가 제시됨), 전체 크로스-스캔 해상도의 제1행(305)만이 채워진다.
도 1B, 4B, 5A 및 5B의 단순화된 실시예에 도시된 바와 같이, 블록이 하나의 단일 행으로 구성된 경우, 어드레싱 포인트의 중복기록이 발생하지 않음에 주목하라. 중복기록은 전형적으로 저-광도(비-레이저) 광원에 적합하기 때문에 DMD 프린팅의 유용한 양상임에 주목하라. 또한 각각의 포인트에서 정확한 노출 제어가 가능하다. 또 다른 예시적인 구체 예에서 전형적으로, 복수의 인접 행, 예컨대 100-400 행 또는 192-270 행이 하나의 블록에서 시프트 된다. 이러한 경우 중복기록은 발생하지 않으며 각각의 블록에 포함된 행의 수에 의존한다. 전형적으로, 어드레싱 포인트의 중복기록의 정도는 크로스-스캔 방향에서의 해상도, 예컨대 어드레싱 포인트의 수와 반비례 관계에 있다. 크로스-스캔 방향에서의 해상도가 증감함에 따라, 어드레싱 포인트의 중복기록은 감소된다. 전형적으로, 예를 들어 비간섭성 광원 예컨대 LED 및 아크 램프와 함께 영역 SLM 예컨대 DMD를 사용할 때 예를 들어 노출 세기를 증가시키고 제어하기 위하여 특정 정도의 중복기록이 바람직하다. 선택사항으로, 더 긴 리셋 간격이 숫자 중복기록 사이클을 감소시키고 및/또는 제어하기 위해 사용되고 더 높은 속도에서의 노출에 대하여 유용할 수 있다. 선택사항으로, 각각의 블록 내 행의 일부가 블랭크(blank) 될 수 있다.
도 5A에 제시된 실시예에서, 13회 노출 이후, 제1 어드레싱 행(305)이 완료된다. 도 5B는 본 발명의 일부 구체 예에 따라 추가 노출 동안 크로스-스캔 공간 시프팅에 의해 획득된 어드레싱 포인트의 단순화한 개략도를 나타낸다. 도 5A에 제시된 실시예로부터 계속되어, 도 5B는 39회 노출 이후의 어드레싱을 나타낸다. 12번째 노출 이후의 각각의 노출은 또 다른 어드레싱 행을 채운다.
본 명세서에 기재된 시스템 및 방법의 장점은, 어드레싱 포인트(150')가 스캔 방향에서 정렬되기 때문에, 후속 스윕을 위하여 요구되는 스와드 중첩이 경사(tilt)에 의한 이미징을 위한 스와드 중첩과 비교하여 최소라는 점이다.
이제 본 발명의 일부 구체 예에 따라 서로에 대하여 공간적으로 시프트된 인접 행의 블록으로 분리된 SLM로부터 획득된 기록 이미지의 단순화한 개략도를 나타내는 도 6을 참조한다. 전형적으로, DMD 타입의 SLM은 방대한 수의 미러 요소, 예컨대 1024x768 요소를 포함하며 이들 각각은 광 민감성 표면에 이미징 될 때 서브-노출 영역과 관련된다. 일부 예시적인 구체 예에서, DMD 이미지는 2-6개 블록, 예컨대 인접 행의 4개 블록으로 광학적으로 분리될 수 있으며, 각각의 블록은 서로에 대하여 시프트 된 복수의 행, 예컨대 192 행을 전형적으로 포함한다.
도 6에 제시된 단순화된 실시예에서, SLM으로부터의 이미지는 블록(501, 502, 503 및 504)으로 나누어지고, 서브-노출 영역의 1/4의 사전-정의된 시프트가 행 방향(135)에서 각각의 블록 사이에 부과된다. 이러한 배열에서, 1/4 서브-노출 영역 시프트와 동등한 리셋 간격으로 스캔하는 동안, 각각의 어드레싱 포인트는 각각의 블록 내에 포함된 행의 수, 즉 도 6의 단순화된 실시예의 경우 12에 대응하는 여러 배수만큼 중복기록 된다. 동일 SLM을 사용하는 또 다른 구체 예에서, 리셋 간격은 3/4 서브-노출 영역으로서 선택될 수 있으며, 이러한 경우 각각의 어드레싱 포인트는 12/3 즉 4회 노출된다.
서브-노출 영역, 예컨대 서브-노출 영역(120 및/또는 120')은 이미징 광학기기(imaging optics)를 통하여 투사된 SLM 요소 또는 픽셀의 이미지일 수 있으며, 따라서 SLM의 최초 픽셀과 정확하게 동일한 모양 및 크기를 갖지 않을 수 있음에 주목하라. 선택사항으로, 도 1A, 1B, 2A, 2B, 4A, 4B, 5A, 5B, 및 6의 이웃하는 어드레싱 포인트(150 및/또는 150')는 SLM의 2개의 인접 픽셀 사이에서 이미징 광학기기의 배율을 곱한 거리만큼 떨어져 있다.
이제 본 발명의 일부 구체 예에 따라 SLM 데이터의 크로스-스캔 공간 시프팅을 부과하기 위한 2가지 예시적인 광 층밀림 요소를 나타내는 도 7A 및 7B, 그리고 각각 도 7A 및 7B에 도시된 예시적인 광 층밀림 요소에 의해 획득된 대응하는 층밀림 패턴을 나타내는 도 8A 및 8B를 참조한다. 본 발명의 일부 구체 예에 따르면, 광 층밀림 요소(530)는 복수의 각진 윈도우(531, 532, 533, 544)를 포함한다. 이러한 윈도우 각각은 전술한 바와 같이 행 방향에서 서브-노출 영역의 분율 만큼 DMD 이미지의 부분을 시프트 하기 위한 전용 각도만큼 각도를 이룬다. 본 발명의 일부 구체 예에 따르면, 직사각형 DMD 이미지는 광 층밀림 요소(530)를 사용하여 층밀림되어 층밀림된 DMD 이미지 모양(2530)(도 8A)을 획득한다. 도시를 위한 목적에서 도 7A에 도시된 경사각 및 도 8A의 층밀림 정도가 상당히 많이 확대되었다. 전형적으로, 경사각은 육안으로 거의 볼 수 없다.
각진 윈도우 각각의 수 및 크기는 원하는 시프트 된 부분의 수 및 각 부분의 크기에 대응한다. 일부 예시적인 구체 예에서, 각진 윈도우(531-534)는 공통 엣지(539)에서 만난다. 또 다른 예시적인 구체 예에서, 각진 윈도우의 상단 표면은 각각의 표면의 중간-길이를 따른 공통 선에서 만난다. 표면이 각각의 표면의 중간-길이를 따른 공통 선에서 만날 때, 서로 다른 표면 사이의 높이 차이는 감소되며 이들의 이러한 높이 차이로 인한 초점 평면에서의 오정렬(misalignment) 또한 감소된다.
일부 예시적인 구체 예에서, 광학 요소는 복굴절 물질의 인접하는 슬라브로부터 구성된다. 선택사항으로, 광학 요소는 앞서 인용된 미국 특허 출원 2006/0060798의 도 7에 도시된 요소(50)과 유사하다. 전형적으로, 이미지 데이터의 시프팅은 광학 요소를 통한 굴절에 의해 제공된다.
일부 예시적인 구체 예에서, 개별 표면(531-534)의 엣지에 근접한 이미지 낙하의 부분의 목적지는 불명확하다. 일부 예시적인 구체 예에서, 불명확성은 비네팅(vignetting)의 결과, 즉 층밀림 요소(530)의 공차의 결과이며 및/또는 표면 사이의 높이 차로부터의 방해 때문이다.
일부 예시적인 구체 예에서, 불명확성은 표면의 엣지에 근접하여 낙하하는 서브-노출 영역을 블랭킹 시킴으로써 방지된다.
이제 도 7B 및 도 8B를 참조하면, 일부 예시적인 구체 예에서, 광학 요소(560)는 개별 블록 또는 부분에 대조적으로 연속 방식으로 공간 측면 시프팅을 제공한다. 선택사항으로, 표면(560)의 모양은 광학 요소(530)의 평활 양상에 대응하며, 층밀림된 이미지 모양(2560)을 획득하기 위하여 도 8B에 도시된 바와 같이 크로스-스캔 방향에서 이미지 데이터의 선형 층밀림을 제공한다. 제시된 선형 층밀림은 도시목적을 위하여 확대되었음에 주목하라.
바람직하게는, 광 층밀림 요소, 예컨대 광 층밀림 요소(530) 또는 광 층밀림 요소(560)는 DMD와 정렬되며 이에 따라 시프트는 단지 행 방향이다.
이제 본 발명의 일부 구체 예에 따라 크로스-스캔 방향에서 노출 데이터를 공간적으로 시프팅 하기 위한 2가지 예시적인 광학 시스템의 단순화한 개략도를 나타내는 도 9A 및 9B를 참조한다. 본 발명의 일부 구체 예에 따르면, 공간적으로 변조된 빔(790)은 입사 빔(705)이 SLM(710)에 충돌할 때 형성된다. 일부 예시적인 구체 예에서, SLM(710)은 DMD이다. 선택사항으로, 빔(790)은 SLM(710)을 광 층밀림 요소(730)에 이미징시키는 이미징 시스템(720)을 통과한다. 전형적으로, 빔(790)은 빔 층밀림 요소(730)을 통하여 굴절하여 빔의 일부분을 서로에 대하여 전술한 바와 같이 사전-정의된 시프트만큼 시프트 시킨다.
일부 예시적인 구체 예에서, 분할 요소(730)는 SLM(710)의 이미지의 초점 면(725)상에 및/또는 주위에 분기(straddle)된다. 본 발명자들은 층밀림 요소(730)를 초점 면(725) 상에 분기(straddling)시키는 것이 층밀림 요소(730)의 서로 다른 표면 사이의 비-연속성으로 인한 SLM의 쓸모없는 부분을 감소시키는 것을 밝혀냈다. 일부 예시적인 구체 예에서, 빔 분할 요소(730)를 SLM의 초점 면 상에 및/또는 주위에 분기시키는 것은 비네팅(vignetting) 효과를 감소시키고 빔 혼합을 방지한다. 선택사항으로, 기본 이미징 시스템(720)은 SLM과 분할 요소(730) 사이에 텔리센트릭 이미징(telecentric imaging)을 포함한다.
본 발명의 일부 구체 예에 따르면, 보조 이미징 시스템(750)이 서브-빔(795)을 표면 예컨대 기록가능한 표면(760)에 초점 맞추기 위해 사용된다. 전형적으로, 보조 이미징 시스템(750)은 추가 텔레센트릭 렌즈(telecentric lens) 시스템을 포함한다. 전형적으로, 서브-빔(795)은 실질적으로 법선 방향, 예컨대 헤드-온 방향으로 기록가능한 표면에 충돌한다.
이제 도 9B를 참조하면, 일부 예시적인 구체 예에서, 빔 층밀림 요소(730)는 노출된 기록 표면(760)에 매우 근접하여 위치하며, 상기 노출된 기록 표면(760) 상에 SLM(710)이 이미징되며 보조 이미징 시스템(750)은 요구되지 않는다.
비록 본 발명의 구체 예가 열 방향에서 스캔하는 동안 이미지 데이터의 행을 공간적으로 시프팅하는 것을 기재하지만, 본 발명의 일부 구체 예에서, 이미지 데이터의 열이 본 명세서에 기재된 방법 및 시스템을 사용하여 행 방향에서 스캔하는 동안 공간적으로 시프트될 수 있음이 이해되어야 하는 점에 주목하라.
이제 본 발명의 일부 구체 예에 따라 PCB 패널 상에 패턴을 노출시키기 위한 마스크리스 리소그래피 시스템의 단순화한 개략도를 나타내는 도 10을 참조한다. 전형적으로 PCB 패널(1510)은 이동식 테이블(1520)에 안착한다. 본 발명의 일부 구체 예에 따르면, 모터(1530)가 선형 스캐닝 움직임으로 테이블(1520)의 이동을 제어하는 동안 광학 헤드(1550)는 포토레지스트 코팅된 PCB 상의 층밀림된 이미지 패턴을 사전-정의된 비율로 노출시킨다.
전형적으로 스캐닝 동안, 모션 액츄에이터/인코더(1530)는 스캔 방향(1570)에서 테이블(1520)의 이동을 제어한다. 선택사항으로, 예컨대 후속하는 스윕을 위하여, 크로스-스캔 방향(1575)에서 테이블(1520) 또는 광학 헤드(1550) 중 어느 하나를 이동시키기 위한 제2 모션 액츄에이터가 제공될 수 있다. 전형적으로, 제어기(1540)가 스캔 방향에서 원하는 해상도에 기초하여 테이블(1520) 이동의 속도에 따라, 노출 광학 헤드(1550)의 노출 비율 및 타이밍, 예컨대 DMD 리셋 간격을 조절한다. 전형적으로, 제어기(1540)는 전형적으로 메모리, 예컨대 디스크 파일에 저장된 컴퓨터 보조 제조(Computer Aided Manufacturing, CAM) 기록 데이터 베이스(1560)에 따라 이미지를 노출시키는 비율 및 테이블(1520)의 이동을 제어한다.
일부 예시적인 구체 예에서, 스캐닝 동안 이동의 주된 방향은 스캔 방향이다. 비록 모터(1530)가 테이블(1520)의 이동을 제어하기 위하여 제시되지만, 테이블(1520)이 고정식일 수 있으며 광학 헤드(1550)가 스캐닝 동안 스캔 및 크로스-스캔 방향에서 전진할 수 있음에 주목하라. 선택사항으로, 하나 이상의 모터가 스캐닝 동안 테이블(1520) 및 광학 헤드(1550) 둘 모두의 이동을 제어할 수 있다.
본 발명의 일부 구체 예에 따르면, 노출 광학 헤드(1550)는 하나 이상의 입사 빔 공급원, 하나 이상의 SLM, 예컨대 DMD, 및 하나 이상의 광학 시스템을 포함한다. 전형적으로, 광학 시스템은 크로스-스캔 방향에서 이미지 데이터의 정의된 시프팅을 제공하기 위한 하나 이상의 빔 층밀림 요소를 포함한다.
용어 "포함한다", "포함하는", "가진다", "갖는", "함유하는" 및 이들의 동의어는 "비제한적으로 포함한다"를 의미한다.
용어 "구성되는"은 "제한적으로 포함한다"를 의미한다.
용어 "본질적으로 구성되는"은 조성물, 방법 또는 구조가 추가 성분, 단계 및/또는 부품을 포함하되, 이들 추가 성분, 단계 및/또는 부품이 청구된 조성물, 방법 또는 구조의 기본적이고 신규한 특성을 실질적으로 변화시키는 않는 것을 의미한다.
명확성을 위하여 별도의 구체 예의 문맥에 기재된 본 발명의 일부 특징들은 단일 구체 예에서 조합되어 제공될 수 있음이 이해된다. 이와 반대로, 단순화를 위하여 단일 구체 예의 문맥에 기재된 본 발명의 여러 특징들이 개별적으로 제공되거나 또는 적절한 서브-조합으로 제공되거나 또는 본 발명의 또 다른 기재된 구체 예에 적절하게 제공될 수 있다. 여러 구체 예의 문맥에 기재된 일부 특징들은, 상기 구체 예가 이러한 요소 없이 작동 불가능한 경우가 아니면 이들 구체 예의 본질적인 특징으로 간주되지 않는다.

Claims (21)

  1. 광 민감성 표면 상에 패턴을 노출시키는 방법에 있어서, 상기 방법은
    표면 상의 이미지 데이터의 행 및 열의 직사각형 매트릭스 패턴을 포함하는 공간적으로 변조된 광 빔을 형성하는 단계, 여기서 상기 공간적으로 변조된 광 빔은 상기 표면의 인접 서브-노출 영역을 노출시키도록 작동가능하며, 각각의 서브-노출 영역은 상기 이미지 데이터의 데이터와 관련됨;
    상기 표면을 노출시키기 위하여 상기 공간적으로 변조된 광 빔의 행 또는 열 중 하나를 스캔 방향으로 정렬시키고 상기 공간적으로 변조된 광 빔의 행 및 열 중 나머지 하나를 크로스-스캔 방향으로 정렬시키는 단계;
    크로스 스캔 방향에서 2개의 서브-노출 영역 사이의 중심-중심 거리보다 적은 정도만큼 상기 변조된 광 빔의 적어도 한 부분을 상기 변조된 광 빔의 제2 부분에 대하여 크로스-스캔 방향으로 층밀림(shearing)시키는 단계;
    상기 표면을 층밀림된 공간적으로 변조된 광 빔에 스캔 방향에서 노출시키는 단계; 및
    노출된 서브-영역을 스캐닝의 결과로서 크로스-스캔 방향에서 중첩시키는 단계;
    를 포함하는, 광 민감성 표면 상에 패턴을 노출시키는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 인접 서브-노출 영역은 사이에 공간을 갖지 않는 연속적으로 노출된 영역을 형성함을 특징으로 하는, 광 민감성 표면 상에 패턴을 노출시키는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 층밀림은 상기 이미지 데이터의 인접 행의 2-6개 블록에 적용됨을 특징으로 하는, 광 민감성 표면 상에 패턴을 노출시키는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 층밀림은 인접 서브-노출 영역 사이의 중심-중심 거리의 1/n으로서 정의되며, 여기서 'n'은 블록의 수임을 특징으로 하는, 광 민감성 표면 상에 패턴을 노출시키는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 층밀림은 크로스-스캔 방향에서의 해상도를 정의함을 특징으로 하는, 광 민감성 표면 상에 패턴을 노출시키는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 표면은 카테시안 어드레싱(Cartesian addressing)으로 노출됨을 특징으로 하는, 광 민감성 표면 상에 패턴을 노출시키는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 공간적으로 변조된 광 빔은 단일 DMD로부터 형성됨을 특징으로 하는, 광 민감성 표면 상에 패턴을 노출시키는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 리셋 간격은 상기 공간적으로 변조된 광 빔의 서브 노출 영역에 의해 노출된 영역의 비-정수(non-integer) 배수로서 정의됨을 특징으로 하는, 광 민감성 표면 상에 패턴을 노출시키는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 노출 간격은 크로스-스캔 방향에서 제공된 해상도를 일치시키도록 정의됨을 특징으로 하는, 광 민감성 표면 상에 패턴을 노출시키는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 노출하는 단계는 기록하는 단계를 포함함을 특징으로 하는, 광 민감성 표면 상에 패턴을 노출시키는 방법.
  11. 표면 상에 패턴을 스캐닝하는 시스템에 있어서, 상기 시스템은
    스캔 방향에서 표면을 스캔하도록 작동하는 스캐너;
    행 및 열의 매트릭스 패턴에 배열된 이미지 데이터를 포함하는 공간적으로 변조된 광 빔을 제공하도록 작동하는 공간 광 변조기, 여기서 각각의 데이터는 상기 표면 상의 서브-노출 영역을 노출시키도록 작동하며, 상기 열은 스캔 방향으로 정렬되고 상기 행은 크로스-스캔 방향으로 정렬됨;
    2개의 인접 서브-노출 영역 사이의 중심-중심 거리보다 적은 정도만큼 상기 이미지 데이터의 매트릭스 패턴의 적어도 제1 부분을 적어도 제2 부분에 대하여 크로스 스캔 방향으로 시프트시켜 층밀림된 매트릭스 패턴을 형성하도록 작동하는 광 층밀림 요소; 및
    상기 표면 상의 상기 층밀림된 매트릭스 패턴을 실질적으로 인접한 서브-노출 영역의 패턴으로서 노출시켜, 스캐닝 동안 상기 매트릭스 패턴의 상기 제1 및 제2 부분 중 어느 하나로부터의 서브-노출 영역이 상기 제1 또는 제2 부분 중 나머지 하나의 서브-노출 영역과 중첩되도록 작동하는 이미징 시스템;
    을 포함하는, 표면 상에 패턴을 스캐닝하는 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 층밀림은 상기 이미지 데이터의 인접 행의 2-6개 블록에 적용됨을 특징으로 하는, 표면 상에 패턴을 스캐닝하는 시스템.
  13. 제 11 항에 있어서, 각각의 블록은 192-270 인접 행을 포함함을 특징으로 하는, 표면 상에 패턴을 스캐닝하는 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서 상기 광 층밀림 요소는 서로 각도를 이루는 복수의 투명 섹션을 포함하며, 여기서 투명 섹션의 수는 블록의 사전-정의된 수에 대응하며, 각각의 투명 섹션은 상기 이미지 데이터의 사전-정의된 블록 중 하나를 시프트 하도록 작동함을 특징으로 하는, 표면 상에 패턴을 스캐닝하는 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서, 각각의 투명 섹션은 인접 어드레싱 포인트 사이의 거리의 1/n에 대응하는 시프트를 제공하도록 각도를 이루며, 여기서 'n'은 이미지 데이터의 블록의 수임을 특징으로 하는, 표면 상에 패턴을 스캐닝하는 시스템.
  16. 제 11 항에 있어서, 상기 광 층밀림 요소는 행 방향으로 선형 층밀림을 제공하도록 작동하는 튀틀림면(warped surface)임을 특징으로 하는, 표면 상에 패턴을 스캐닝하는 시스템.
  17. 제 11 항에 있어서, 상기 광 층밀림 요소는 표적 물체에 인접하게 위치됨을 특징으로 하는, 표면 상에 패턴을 스캐닝하는 시스템.
  18. 제 11 항에 있어서, 상기 공간 광 변조기는 DMD임을 특징으로 하는, 표면 상에 패턴을 스캐닝하는 시스템.
  19. 제 11 항에 있어서, 스캔 방향에서 원하는 해상도에 응답하여 스캐닝 간격을 세팅하도록 작동하는 제어기를 포함함을 특징으로 하는, 표면 상에 패턴을 스캐닝하는 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 스캐닝 간격은 크로스-스캔 방향에서 제공된 해상도를 일치시키도록 정의됨을 특징으로 하는, 표면 상에 패턴을 스캐닝하는 시스템.
  21. 제 11 항에 있어서, 상기 스캐너는 카테시안 어드레싱(Cartesian addressing)으로 스캔하도록 작동됨을 특징으로 하는, 표면 상에 패턴을 스캐닝하는 시스템.
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