KR20190123464A - 광학식 리소그래피 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

광학식 리소그래피 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광학식 리소그래피 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 건식 리소그래피 방식을 사용하되 매질 경계면에서의 굴절 및 이에 따른 구면수차로 인한 광점 왜곡 오류를 효과적으로 보상하는, 광학식 리소그래피 장치 및 그 제어 방법을 제공함에 있다. 보다 구체적으로는, 레지스트로 조사되는 광의 광경로 상에 위치하는 시준렌즈에 대하여, 깊이 방향으로의 광점 위치에 따라 시준렌즈의 깊이 방향 위치를 조절함으로써 광의 확산 및 수렴 정도를 조절하여, 궁극적으로는 공기-레지스트 경계면에서 굴절됨으로써 발생된 광점 왜곡 오류를 효과적으로 보상하는, 광학식 리소그래피 장치 및 그 제어 방법을 제공함에 있다.

Description

광학식 리소그래피 장치 및 그 제어 방법 {Optical lithography apparatus and controlling method for the same apparatus}
본 발명은 광학식 리소그래피 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 집광빔을 이용하여 대상물을 경화시켜 미세한 3차원 형상을 제조할 수 있는 광학식 리소그래피 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
리소그래피(lithography) 기술은 반도체와 같은 미소 구조를 제조하는데 사용되는 대표적인 기술이다. 일반적으로 반도체 제품의 기초가 되는 2차원 집적회로를 형성하는 과정은, 레지스트층 위에 빛이 투과 또는 차단되도록 패턴이 형성된 마스크를 덮고 광을 조사하여 패턴 부분을 경화시킨 후 경화되지 않은 레지스트를 제거하는 방식으로 이루어진다. 이러한 방식을 통해 나노/마이크로 수준의 미소 구조를 고정밀도로 생산할 수 있으며, 따라서 리소그래피 기술은 반도체, 디스플레이, 초정밀기계, 의료/생명공학 등과 같은 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다.
상술한 바와 같은 고전적인 리소그래피 방식은 2차원적인 형상을 효과적으로 제작할 수 있으며, 이에 기존에는 2차원적으로 구현되는 집적회로 패턴을 제작하는 데에 리소그래피 기술이 주로 사용되어 왔다. 그런데, 최근 보다 집적도를 높이거나 다양한 기능을 효과적으로 구현할 수 있도록 하기 위해, 광학/바이오/반도체 등 다양한 분야에서 3차원적인 구조를 가지는 응용소자를 개발하고자 하는 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 따라서 리소그래피 기술도 3차원적인 형상을 효과적으로 제작할 수 있도록 하기 위해 다양한 개선 연구가 이루어지고 있는 실정이다.
광학식 리소그래피를 이용하여 3차원 형상을 제작하는 방식도 원리 자체는 2차원 형상 제작 방식과 마찬가지로서, 레지스트층의 선택적인 일부 위치에 열 또는 광을 집중하여 경화시키고 나머지 부분을 제거하는 방식을 사용한다. 도 1은 종래의 3차원 광학식 리소그래피 장치 구성을 개략적으로 도시한 것이며, 도 2는 상기 장치를 이용한 2차원 기반 3차원 구조물 제작 원리를, 도 3은 상기 장치를 이용한 3차원 기반 3차원 구조물 제작 원리를 각각 도시하고 있다.
도 2의 방식은 3차원 구조물을 층층이 형성하는 것으로서, 도 2에서는 3개의 층으로 나누어 3차원 구조물을 형성하는 예시를 보이고 있다. 간략히 설명하자면, 먼저 도 2(A)와 같이 얇게 레지스트층을 도포하고 3차원 구조물의 최하층 형상에 맞게 집광하여 해당 부분을 경화시킨다. 다음으로 도 2(B)와 같이 레지스트층을 한 층 더 도포한 후 마찬가지로 3차원 구조물의 중간층 형상을 형성하고, 마찬가지로 도 2(C)와 같이 최상층 형상을 형성한다. 마지막으로 경화되지 않은 레지스트를 제거하면, 도 2(D)와 같이 3개의 층이 적층되어 이루어지는 3차원 구조물이 제작될 수 있게 된다.
도 2에 도시된 바와 같은 적층 방식과 유사한 기술의 예로, 일본특허공개 제2011-523199호("2D광자 리소그래피 및 나노임프린트를 사용하여 서브미크론 3D 구조를 제조하기 위한 3D 금속 주형 및 그 프로세스", 2011.08.04) 등이 있다. 상기 선행문헌에서는 2차원 리소그래피 기술과 나노 임프린트 기술을 조합하여, 2차원 리소그래피 기술을 이용하여 3차원 구조 제품의 각 층의 3차원 주형을 만들고, 나노임프린트 기술을 이용하여 그 층의 3차원 주형으로부터 폴리머막 시트를 형성하는 방식으로 각 층을 제조하여 궁극적으로 서브미크론 3차원 구조를 제조하는 기술이 개시된다. 그러나 적층 방식은 도 2에 보이는 바와 같이 형성할 수 있는 형상의 형태에 어느 정도 제한이 있어 원하는 대로 자유로운 형상을 제작하기 위해서는 도 3과 같은 방식이 보다 효율적이다.
도 3과 같은 방식의 원리를 간략히 설명하자면, 광점을 (최종적으로 만들어질) 3차원 구조물의 형상을 따라가도록 이동시켜 가면서 레지스트층에 광을 조사하는 것이다. 광점 이외의 영역에 존재하는 레지스트는 충분한 광 에너지를 받지 못했으므로 경화되지 않은 상태로 남는 반면, 광점에 존재하는 레지스트는 충분한 광 에너지를 받아 경화된다. 즉 이상적으로는 제작하고자 하는 3차원 구조물의 형상을 따라가도록 광점 위치를 변화시키기만 하면 자유로운 미소 3차원 구조물 제작이 가능하다.
그러나 실제로는 이러한 방식을 구현하는데 다양한 어려움이 있으며, 대표적으로 구면수차 문제가 있다. 도 4는 종래의 3차원 광학식 리소그래피 장치를 사용하여 3차원 형상 제작 시 구면수차로 인한 광점 왜곡 원리를 간략히 도시하고 있다. 통상적으로 종래의 3차원 광학식 리소그래피 장치는, 공기 중에서 집광되는 현상을 기준으로 광학계가 설계된다. 따라서 도 4(A)에 도시된 바와 같이 레지스트층의 표면에서는 올바른 위치에 집광이 이루어져 광점이 맺히게 되지만, 집광하고자 하는 위치가 레지스트층의 내부에 존재하는 경우 도 4(B)에 도시된 바와 같이 굴절에 의하여 광로 방향이 변하기 때문에 올바른 위치에 집광이 이루어지지 못하여 광점이 깊이 방향(도 4에서 Z방향)으로 길어지며 또한 평면 방향(도 4에서 XY 방향)으로도 커지는 형태로 왜곡이 발생된다.
도 5는 상술한 바와 같은 문제를 해소하기 위한 장치인 액침 리소그래피(immersion lithography) 장치를 이용한 구면수차로 인한 광점 왜곡 보상 원리를 도시하고 있다. 액침 리소그래피 장치에서는, 광점이 왜곡되는 원인은 매질 경계면에서 발생되는 굴절에 있다는 점에 착안하여, 레지스트와 굴절률이 동일한 유체를 대물렌즈 및 레지스트 사이에 투입하여 굴절이 발생하지 않도록 한다. 액침 리소그래피 장치를 이용하면 도 5에 도시된 바와 같이 굴절 및 이에 따른 구면수차로 인한 광점 왜곡 오류를 해소할 수 있다는 장점은 있으나, 유체를 대물렌즈 및 레지스트 사이에 투입하는 것이 번거롭고 어려운 문제도 있고, 이 유체에 의하여 레지스트가 영향을 받는 문제점이 발생될 수도 있는 등 다양한 문제가 있다.
이외에도 익스팬더(expander)를 이용하는 방식, 액정소자를 이용하는 방식 등을 사용하여 구면수차를 보정하는 방식이 고려되고 있으나, 익스팬더 방식은 장치의 부피 및 장치 제작 비용이 지나치게 증가하는 단점이 있고, 액정소자를 이용하는 방식은 보상량이 적다는 단점이 있다. 따라서 3차원 광학식 리소그래피 장치를 설계함에 있어서, 일반적인 건식 리소그래피(dry lithography) 방식을 이용하되 저비용 고효율로 광점 왜곡 오류를 보상하기 위한 개선이 요구된다.
1. 일본특허공개 제2011-523199호("2 D광자 리소그래피 및 나노임프린트를 사용하여 서브미크론 3D 구조를 제조하기 위한 3D 금속 주형 및 그 프로세스", 2011.08.04)
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 건식 리소그래피 방식을 사용하되 매질 경계면에서의 굴절 및 이에 따른 구면수차로 인한 광점 왜곡 오류를 효과적으로 보상하는, 광학식 리소그래피 장치 및 그 제어 방법을 제공함에 있다. 보다 구체적으로는, 레지스트로 조사되는 광의 광경로 상에 위치하는 시준렌즈에 대하여, 깊이 방향으로의 광점 위치에 따라 시준렌즈의 깊이 방향 위치를 조절함으로써 광의 확산 및 수렴 정도를 조절하여, 궁극적으로는 공기-레지스트 경계면에서 굴절됨으로써 발생된 광점 왜곡 오류를 효과적으로 보상하는, 광학식 리소그래피 장치 및 그 제어 방법을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광학식 리소그래피 장치(100)는, 레지스트 경화용 광을 출력하는 점광원 형태의 광원(110); 상기 레지스트층(550)이 도포된 기판(500)이 배치되며 3축 이동이 가능하게 형성되는 기판이동부(120); 상기 광원(110)으로부터 출력되는 광을 수렴하여 레지스트층(550)을 향해 진행시키는 시준렌즈(130); 상기 시준렌즈(130)를 상기 레지스트층(550)의 깊이 방향으로 이동시키는 렌즈이동부(135); 상기 시준렌즈(130)를 통과하여 진행하는 광을 수렴하여 상기 레지스트층(550) 표면 또는 내부에 광점이 맺히도록 집광하는 집광렌즈(150); 상기 광원(110), 상기 기판이동부(120), 상기 렌즈이동부(135)를 제어하는 제어부(170); 를 포함하여 이루어져, 상기 시준렌즈(130)의 깊이 방향 위치를 조절함으로써 광의 확산 및 수렴 정도를 조절하여, 공기-레지스트 경계면에서 발생되는 굴절에 의한 구면수차에 따른 광점 왜곡 오류를 보상하도록 이루어질 수 있다.
이 때 상기 제어부(170)는, 상기 시준렌즈(130)의 깊이 방향 위치 변화에 의한 광의 확산 및 수렴 정도 변화에 따른 광량 변화를 보상하도록 상기 광원(110)을 제어하도록 이루어질 수 있다.
또한 상기 제어부(170)는, 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치(Pn), 기판의 깊이 방향 이동 거리(Z), 시준렌즈의 깊이 방향 이동 거리(S) 간에 하기의 식에 따른 관계가 성립하며, 하기의 식을 사용하여 상기 기판(500)의 깊이 방향 위치 및 상기 시준렌즈(130)의 깊이 방향 위치를 조절하도록 이루어질 수 있다.
Pn = Pn,z + Pn,s = n(Z+kpS) = n(Z+kpksZ) = n(1+kpks)Z
S = ksZ
(여기에서,
n : 레지스트의 굴절률,
Z : 기판이 집광렌즈 쪽으로 접근한 깊이 방향 이동 거리,
S : 시준렌즈가 광원 쪽으로 접근한 깊이 방향 이동 거리,
Pn,z : Z에 따른 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치 변화량,
Pn,s : S에 따른 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치 변화량,
kp : Pn,s = kpS로 나타낼 때의 계수값,
ks : S = ksZ로 나타낼 때의 계수값,
Pn : 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치)
이 때 상기 제어부(170)는, 상기 시준렌즈(130)의 깊이 방향 위치 변화에 의한 광의 확산 및 수렴 정도 변화에 따른 광량 변화를 보상하도록 상기 광원(110)을 제어하되, 하기의 식을 사용하여 상기 광원(110)의 광량을 조절하도록 이루어질 수 있다.
Wp = η0W0 = ηsW0,s = η0(1-kdS)W0
W0,s = W0/(1-kdS)
(여기에서,
W0 : 광원 출력,
Wp : 집광 출력,
η0 : 집광 효율,
Wp,s : S에 따라 변화된 집광 출력(Wp,s = ηsW0),
ηs : S에 따라 변화된 집광 효율,
kd : 1-ηs/η0 = kdS로 나타낼 때의 계수값,
W0,s : S에 따라 변화된 광원 출력)
또한 상기 광학식 리소그래피 장치(100)는, 상기 시준렌즈(130) 및 상기 집광렌즈(150) 사이에 구비되어, 상기 시준렌즈(130)를 통과하여 진행하는 광을 통과시키며, 상기 레지스트층(550)으로부터 반사되어 온 광을 반사시키는 빔분할기(140); 상기 빔분할기(140)에서 반사되어 진행하는 광을 입사받아 상기 레지스트층(550)의 공정 상태를 측정하는 영상측정부(160); 를 더 포함하며, 상기 제어부(170)는 상기 영상측정부(160)를 통해 공정 상태를 모니터링하도록 이루어질 수 있다.
또한 본 발명의 광학식 리소그래피 장치의 제어 방법은, 상술한 바와 같이 이루어지는 광학식 리소그래피 장치(100)의 제어 방법에 있어서, 상기 제어부(170)에 의하여, 제작대상인 3차원 구조물의 형상의 각 지점의 3차원 좌표값 및 필요 광량에 따른 집광 출력(Wp)값이 공정정보로서 생성되는 공정정보 생성단계; 상기 제어부(170)에 의하여, 상기 공정정보의 3차원 좌표값 중 깊이 방향 좌표(Pn)값이 기판의 깊이 방향 이동 거리(Z)값으로 변환되고, 집광 출력(Wp)값에 상응하는 광원 출력(W0)값이 산출되어, 상기 공정정보가 구동정보로서 변환되는 구동정보 변환단계; 상기 제어부(170)에 의하여, 상기 기판(500)이 상기 구동정보에 상응하도록 이동되는 기판위치 제어단계와, 상기 시준렌즈(130)가 상기 기판의 깊이 방향 이동 거리(Z)값에 상응하는 시준렌즈의 깊이 방향 이동 거리(S)값만큼 이동되는 렌즈위치 제어단계와, 상기 광원(110)이 상기 시준렌즈의 깊이 방향 이동 거리(S)값에 상응하게 보상된 광원 출력(W0,s)값만큼 광을 출력하는 광원출력 제어단계가, 상기 공정정보 3차원 좌표값 각 지점마다 순차적으로 반복 수행되어, 상기 레지스트층(550) 내부에 3차원 구조물 형상에 따라 경화가 이루어지는 레지스트 경화단계; 를 포함할 수 있다.
이 때 상기 제어부(170)는, 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치(Pn), 기판의 깊이 방향 이동 거리(Z), 시준렌즈의 깊이 방향 이동 거리(S) 간에 하기의 식에 따른 관계가 성립하며, 하기의 식을 사용하여 상기 기판(500)의 깊이 방향 위치 및 상기 시준렌즈(130)의 깊이 방향 위치를 조절하도록 이루어질 수 있다.
Pn = Pn,z + Pn,s = n(Z+kpS) = n(Z+kpksZ) = n(1+kpks)Z
S = ksZ
(여기에서,
n : 레지스트의 굴절률,
Z : 기판이 집광렌즈 쪽으로 접근한 깊이 방향 이동 거리,
S : 시준렌즈가 광원 쪽으로 접근한 깊이 방향 이동 거리,
Pn,z : Z에 따른 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치 변화량,
Pn,s : S에 따른 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치 변화량,
kp : Pn,s = kpS로 나타낼 때의 계수값,
ks : S = ksZ로 나타낼 때의 계수값,
Pn : 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치)
또한 이 때 상기 제어부(170)는, 상기 시준렌즈(130)의 깊이 방향 위치 변화에 의한 광의 확산 및 수렴 정도 변화에 따른 광량 변화를 보상하도록 상기 광원(110)을 제어하되, 하기의 식을 사용하여 상기 광원(110)의 광량을 조절하도록 이루어질 수 있다.
Wp = η0W0 = ηsW0,s = η0(1-kdS)W0
W0,s = W0/(1-kdS)
(여기에서,
W0 : 광원 출력,
Wp : 집광 출력,
η0 : 집광 효율,
Wp,s : S에 따라 변화된 집광 출력(Wp,s = ηsW0),
ηs : S에 따라 변화된 집광 효율,
kd : 1-ηs/η0 = kdS로 나타낼 때의 계수값,
W0,s : S에 따라 변화된 광원 출력)
본 발명에 의하면, 레지스트 내에서 집광 위치를 직접 3차원적으로 변화시키면서 경화하여 3차원 구조를 형성하는 3차원 광학식 리소그래피를 구현함에 있어서, 광이 공기 중에서 레지스트 내로 진입하는 공기-레지스트 경계면에서 굴절됨으로써 구면수차가 발생하여 광점이 왜곡되는 오류를 매우 효과적으로 보상할 수 있다. 보다 구체적으로는, 본 발명에 의하면 레지스트로 조사되는 광의 광경로 상에 시준렌즈를 구비시키고, 깊이 방향으로의 광점 위치에 따라 시준렌즈의 깊이 방향 위치를 조절함으로써 광의 확산 및 수렴 정도를 조절하여, 궁극적으로는 공기-레지스트 경계면에서 굴절됨으로써 발생된 광점 왜곡 오류를 효과적으로 보상할 수 있다.
이처럼 본 발명에 의하면, 건식 리소그래피 방식을 적용하면서도 공기-레지스트 경계면에서의 굴절을 효과적으로 보상할 수 있다. 종래에 건식 리소그래피 방식에서 광점 왜곡 오류 문제를 해결하기 위하여 액침 리소그래피 방식을 사용하는 경우가 있었는데, 이 경우 굴절률 보상용 유체를 투입하는 과정이 난해하거나, 유체로 인해 레지스트가 영향을 받는 등의 문제가 발생하였다. 그러나 본 발명에 의하면 근본적으로 건식 리소그래피 방식을 사용하는 것이기 때문에, 상술한 바와 같은 액침 리소그래피 방식에서 발생하는 문제들을 원천적으로 배제할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 광학식 리소그래피 장치의 개략적 구성도.
도 2 및 도 3은 종래의 광학식 리소그래피 장치를 이용한 2차원 또는 3차원 기반 3차원 구조물 제작 원리.
도 4는 종래의 광학식 리소그래피 장치를 이용한 3차원 구조물 제작 시 구면수차로 인한 광점 왜곡 원리.
도 5는 종래의 액침 리소그래피 장치를 이용한 3차원 구조물 제작 시 구면 수차로 인한 광점 왜곡 보상 원리.
도 6은 본 발명의 광학식 리소그래피 장치의 개략적 구성도.
도 7은 본 발명의 광학식 리소그래피 장치를 이용한 3차원 구조물 제작 시 구면수차로 인한 광점 왜곡 보상 원리.
도 8 내지 도 11은 광점 왜곡 보상 과정의 구체적인 예시.
도 12는 본 발명의 광학식 리소그래피 장치의 제어 방법의 흐름도
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 광학식 리소그래피 장치 및 그 제어 방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 광학식 리소그래피 장치의 구성
도 6은 본 발명의 광학식 리소그래피 장치의 구성을 개략적으로 도시한 것이다. 본 발명의 광학식 리소그래피 장치(100)는, 기본적으로는 도 1에 도시된 종래의 광학식 리소그래피 장치와 마찬가지로, 광원(110), 집광렌즈(150), 기판이동부(120), 제어부(170)를 포함하되, 시준렌즈(collimation lens, 130) 및 상기 시준렌즈(130)를 이동시키는 렌즈이동부(135)를 더 포함함으로써 앞서 설명한 광점 왜곡을 효과적으로 보상할 수 있다. 부가적으로 상기 광학식 리소그래피 장치(100)는, 공정 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있도록 빔분할기(140) 및 영상측정부(160)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이하에서는 먼저 상기 광학식 리소그래피 장치(100)의 전체적인 구성을 개략적으로 설명하고, 이후 상기 시준렌즈(130) 및 상기 렌즈이동부(135)의 동작에 의한 광점 왜곡 보상 원리에 대하여 보다 상세히 설명한다.
상기 광원(110)은 레지스트 경화용 광을 출력하되, 점광원(point source) 형태로 이루어진다. 점광원은 광이 출력되는 기준점을 중심으로 3차원적으로 모든 방향을 향해 광이 발산되도록 이루어지는 것으로, 간단한 구체적인 예시로서 레이저 다이오드 등과 같은 것일 수 있다.
상기 기판이동부(120)는 상기 레지스트층(550)이 도포된 기판(500)이 배치되며 3축 이동이 가능하게 형성된다. 이 때 도 6에서는, 상기 기판이동부(120)가 상기 기판(500)을 지지하고 있는 스테이지가 3축 방향으로 이동되는 것으로 도시되어 있으나, 반드시 상기 기판(500)이 절대적으로 이동되도록 구성될 필요는 없으며 상기 기판(500)이 광점에 대하여 상대적으로 3축 이동되도록 구성되기만 하면 된다. 예를 들어 도 6에서와 같이 스테이지 자체가 XYZ 3축 이동이 가능하게 이루어지되 상기 광원(110)을 포함하는 광학계 전체는 고정된 형태로 이루어질 수도 있고, 스테이지 자체는 XY 2축 이동만이 가능하게 이루어지되 광학계 전체가 Z축 이동이 가능하게 이루어질 수도 있고, 스테이지 자체는 고정된 형태로 이루어지되 광학계 전체가 XYZ 3축 이동이 가능하게 이루어질 수도 있는 등, 다양한 변경 실시가 가능하다. 즉 여기에서 '기판이동부'라는 용어는 기판이 광점에 대하여 상대적으로 이동함을 고려하여 편의적으로 칭한 용어일 뿐으로, 상기 기판이동부(120)가 상기 기판(500)만을 이동시키는 것으로 한정되는 것은 아니다.
상기 시준렌즈(130)는 상기 광원(110)으로부터 출력되는 광을 수렴하여 레지스트층(550)을 향해 진행시키는 역할을 한다. 일반적인 장치에서의 시준렌즈는 광을 수렴하여 평행광으로 만드는 역할을 하며, 광원의 변동이 없는 한 광원에서 출력되는 광을 평행광으로 만들기 위한 위치는 변동할 이유가 없다. 따라서 통상적으로 시준렌즈는 그 위치가 고정되게 구비되며, 아예 점광원에 시준렌즈가 결합된 형태로서 제작되기도 한다. 그러나 본 발명에서는, 이후 보다 상세히 설명하겠지만, 상기 시준렌즈(130)가 단순히 평행광을 만드는 것이 아니라 광의 확산 및 수렴 정도를 조절하도록 이루어지기 때문에, 상기 시준렌즈(130)에는 상기 시준렌즈(130)를 상기 레지스트층(550)의 깊이 방향으로 이동시키는 상기 렌즈이동부(135)가 구비된다. 상기 렌즈이동부(135)에 의한 상기 시준렌즈(130)의 이동에 의하여 발생되는 현상에 대해서는 이후 '본 발명의 광학식 리소그래피 장치의 광점 왜곡 보상 원리'에서 보다 상세히 설명한다.
상기 집광렌즈(150)는 상기 시준렌즈(130)를 통과하여 진행하는 광을 수렴하여 상기 레지스트층(550) 표면 또는 내부에 광점이 맺히도록 집광하는 역할을 한다. 상기 집광렌즈(150)에 의해 형성된 광점 위치에 존재하는 레지스트는 충분한 에너지를 받아 경화되며, 따라서 상기 레지스트층(550) 내에서 광점이 이동하는 궤적을 따라가면서 나노 또는 마이크로 수준의 미소 3차원 구조물의 제작이 이루어질 수 있게 된다.
여기에 더불어, 3차원 구조물 제작이 보다 정밀하고 정확하게 이루어질 수 있도록 하기 위하여, 상기 광학식 리소그래피 장치(100)는 빔분할기(140) 및 영상측정부(160)를 더 포함할 수 있다. 상기 빔분할기(140)는 상기 시준렌즈(130) 및 상기 집광렌즈(150) 사이에 구비되어, 상기 시준렌즈(130)를 통과하여 진행하는 광을 통과시키며, 상기 레지스트층(550)으로부터 반사되어 온 광을 반사시키는 역할을 하며, 상기 영상측정부(160)는 상기 빔분할기(140)에서 반사되어 진행하는 광을 입사받아 상기 레지스트층(550)의 공정 상태를 측정하는 역할을 한다. 상기 빔분할기(140)는 일반적으로 널리 사용되는 빔 스플리터(beam splitter) 등을 채용할 수 있으며, 상기 영상측정부(160)는 역시 일반적으로 널리 사용되는 CCD 소자 등을 채용할 수 있다.
상기 제어부(170)는 상술한 다양한 부품들, 즉 상기 광원(110), 상기 기판이동부(120), 상기 렌즈이동부(135), 상기 영상측정부(160) 등을 통합적으로 제어하는 역할을 한다.
본 발명의 광학식 리소그래피 장치의 광점 왜곡 보상 원리
상술한 바와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명의 광학식 리소그래피 장치(100)는, 상기 시준렌즈(130)의 깊이 방향 위치를 조절함으로써 광의 확산 및 수렴 정도를 조절하여, 공기-레지스트 경계면에서 발생되는 굴절에 의한 구면수차에 따른 광점 왜곡 오류를 보상하도록 이루어진다. 도 7은 본 발명의 광학식 리소그래피 장치를 이용한 3차원 구조물 제작 시 구면수차로 인한 광점 왜곡 보상 원리를 간략히 도시하고 있다.
먼저 도 7(A)와 같이 상기 광원(110)에서 출력된 광은 상기 시준렌즈(130)를 통과하면서 평행광으로 변환된다. 이렇게 변환된 평행광은 상기 집광렌즈(150)를 통과하면서 수렴되어 광점이 형성된다. 그런데 공기 중의 경우라면 올바르게 광점이 형성되겠지만, 광학계가 공기 중에서 집광되는 현상을 기준으로 설계되었기 때문에, 광이 공기-레지스트 경계면을 지나면서 굴절됨으로써 구면수차가 발생하여, 도 7(A)와 같이 광점이 깊이 방향으로 길어지며 또한 평면 방향으로도 커지는 형태로 왜곡되는 오류가 발생한다.
이 때 도 7(B)와 같이 상기 렌즈이동부(135)를 이용하여 상기 시준렌즈(130)를 깊이 방향을 따라 상기 광원(110) 쪽으로 이동시켜 주면, 상기 시준렌즈(130)를 통과한 광은 여전히 상기 레지스트층(550)을 향하기는 하되, 평행광이 아니라 확산되는 형태의 광으로 변환된다. 이처럼 평행광이 아닌 확산광을 집광하게 되면, 도 7(B)에 도시된 바와 같이 상기 레지스트층(550) 내에서는 오히려 왜곡 오류가 보상된 형태의 광점이 형성되는 것을 확인할 수 있다.
부가적으로 좀더 설명하자면 다음과 같다. 도 7(A)와 같이 광이 공기-레지스트 경계면을 지나면서, 광점 형상 왜곡(Z축 방향으로 길어지고 XY평면 방향으로 커짐)도 발생함과 동시에 Z축 방향으로의 광점 위치 변화도 일부 발생한다. 또한 광점 형상 왜곡 해결을 위해 도 7(B)과 같이 시준렌즈를 이동할 경우 이 영향에 의해서도 Z축 방향으로의 광점 위치 변화가 일부 발생할 수 있다. 이 중 광점 위치 변화는 기하광학적 현상으로서, Z축 스테이지의 구동 위치 보정만으로도 간단히 해결이 가능하여 공정에 영향을 미칠 만한 문제가 되지 않는다. 그러나 광점 형상 왜곡은 파동광학적 현상으로서, 단순히 Z축 스테이지의 구동 위치 보정만으로는 광점 왜곡 오류 보정이 불가능하며, 앞서 설명한 바와 같이 공정에 무시할 수 없는 악영향을 발생시키는 원인이 된다. 이처럼 단순히 Z축 스테이지 구동만으로는 해결할 수 없는 광점 왜곡 오류 보정을 하기 위하여, 본 발명에서는 시준렌즈의 위치를 변화시켜 광의 확산 및 수렴 정도를 조절하는 것이다.
도 7 및 그 설명을 통해 상기 시준렌즈(130)를 통과하는 광의 확산 및 수렴 정도를 조절함으로써 광점 왜곡 오류를 보상할 수 있음을 정성적으로 확인하였으며, 이하에서는 도 8 내지 도 11은 광점 왜곡 보상 과정의 구체적인 예시를 통해 정량적으로 광점 왜곡 오류 보상 원리를 더욱 상세히 설명한다.
도 8은 공기 중에서의 집광 원리를 도시한 것으로, 이를 통해 광점 위치를 산출하기 위한 변수나 좌표축 등을 정의한다.
도 8(A)에 보이는 바와 같이, 광원(110) - 시준렌즈(130) - 집광렌즈(150) - (가공대상물인 레지스트층(550)이 배치될) 기판(500)이 Z 방향(레지스트층(550)의 깊이 방향)을 따라 순차적으로 배치된다. 도 8(A)에서, 점광원 형태의 상기 광원(110)에서 출력된 광은 상기 시준렌즈(130)에 의하여 평행광으로 변환되고, 평행광이 상기 집광렌즈(150)에 의해 집광되어 광점이 형성된다. 여기에서 기판의 깊이 방향 이동 거리(보다 엄밀하게는, 기판이 집광렌즈 쪽으로 접근한 깊이 방향 이동 거리)를 Z라 하고, 시준렌즈의 깊이 방향 이동 거리(보다 엄밀하게는, 시준렌즈가 광원 쪽으로 접근한 깊이 방향 이동 거리)를 S라 한다. 공기의 굴절률 n0는 기준값인 1이며, 공기 중 광점의 깊이 방향 위치를 P0이라 정의한다.
도 8(B)는, 상기 시준렌즈(130)의 위치를 그대로 두고 상기 기판(500)만을 상기 집광렌즈(150) 쪽으로 Z만큼 접근시킨 상태이다. 기판 이동 거리 Z에 따른 공기 중 광점 위치 변화량을 P0,z라 할 때, P0,z 값은 당연히 Z와 동일한 값이 된다.
[수학식 1]
P0,z = Z
도 8(C)는, 상기 기판(500)의 위치를 그대로 두고 상기 시준렌즈(130)만을 상기 광원(110) 쪽으로 S만큼 접근시킨 상태이다. 시준렌즈 이동 거리 S에 따른 공기 중 광점 위치 변화량을 P0,s라 할 때, P0,s 값은 S에 비례하여 증가하며, 그 계수를 kp라 하면, P0,s 값은 kpS가 된다. 엄밀하게는 S에 대한 P0,s의 값은 선형적인 관계가 아닐 수도 있으며 이 경우 일반화하여 P0,s = fp(S)와 같은 함수식으로 나타내는 것이 보다 정확하겠으나, 실질적으로는 1차 성분이 주를 이루며 나머지는 유의미하게 영향을 끼칠 정도가 아니므로, 본 발명에서는 계산 편의상 1차 성분만을 취하였다.
[수학식 2]
P0,s = kpS
수학식 1, 2를 종합하면, 상기 기판(500) 및 상기 시준렌즈(130)를 모두 이동시키는 경우, 공기 중 광점 위치 P0는 P0,z 및 P0,s의 합으로 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
P0 = P0,z+P0,s = Z+kpS
도 9는 레지스트 내에서의 집광 원리를 도시한 것으로, 도 8에서 정의된 변수나 좌표축을 이용하여 레지스트 내 광점 위치도 마찬가지 방법으로 산출한다.
도 9(A)에 보이는 바와 같이, 광원(110) - 시준렌즈(130) - 집광렌즈(150) - 레지스트층(550) - 기판(500)이 Z 방향(레지스트층(550)의 깊이 방향)을 따라 순차적으로 배치된다. 도 8(A)와는 달리 상기 기판(500) 상에 상기 레지스트층(550)이 놓이며, 따라서 광점이 형성되는 위치가 상기 레지스트층(550) 내부일 경우 굴절이 발생하게 된다.
도 8과 같은 상황이 굴절률이 n인 레지스트 내에서 이루어지는 경우, 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치를 Pn이라 정의하면, 레지스트 내에서 집광이 이루어지는 경우에 발생되는 광학적 거리의 변화로 인하여, Pn 값은 공기 중에서 계산된 값 P0에 레지스트의 굴절률 n을 곱하는 형태로 얻어진다.
[수학식 4]
Pn = Pn,z + Pn,s = n(P0,z+P0,s) = n(Z+kpS)
이 때, Z에 따른 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치 변화량 Pn,z 및 S에 따른 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치 변화량 Pn,s에 따른 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치 Pn에서, 구면수차가 보상된 최소 크기의 광점이 형성되었다고 할 때 S 값은 Z에 비례하는 값으로서, 그 계수를 ks라 하면, S 값은 ksZ로 나타낼 수 있다. 이 경우에도 물론 엄밀하게는 Z에 대한 S의 값은 선형적인 관계가 아닐 수도 있으며 이 경우 일반화하여 S = fs(Z)와 같은 함수식으로 나타내는 것이 보다 정확하겠으나, 실질적으로는 1차 성분이 주를 이루며 나머지는 유의미하게 영향을 끼칠 정도가 아니므로, 본 발명에서는 계산 편의상 1차 성분만을 취하였다.
[수학식 5]
S = ksZ
수학식 4, 5를 종합하면, 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 6]
Pn = Pn,z + Pn,s = n(Z+kpS) = n(Z+kpksZ) = n(1+kpks)Z
수학식 6을 참조할 때, n은 굴절률로서 상수값이고, kp, ks 모두 계수값으로서 역시 상수값이므로, 결국 Pn은 Z에 대하여 선형적인 관계를 가지게 됨을 알 수 있다. 즉 레지스트 내에서 깊이 방향으로 이동하고자 하는 광점의 위치 Pn이 있다면, 이 위치에 도달하기 위해 기판을 움직여야 하는 거리 즉 Z 값은 (수학식 6을 Z에 대하여 정리한 값인) Pn/n(1+kpks)로 구할 수 있다. 물론 이렇게 구동되는 상기 기판(500)의 깊이 방향 위치 변화에 대해, 상기 시준렌즈(130)는 수학식 5, 즉 S=ksZ의 관계를 가지도록 동기화되게 하면 된다.
도 10은, 상술한 바와 같은 방식으로 산출된 Z값에 따라 먼저 상기 기판(500)을 이동시키고(도 10(B)), 이에 상응하는 S값에 따라 상기 시준렌즈(130)를 이동시켜 광점 왜곡을 보상하는(도 10(C)) 과정을 순차적으로 도시하고 있다.
정리하면, 본 발명의 광학식 리소그래피 장치(100)에서, 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치(Pn), 기판의 깊이 방향 이동 거리(Z), 시준렌즈의 깊이 방향 이동 거리(S) 간에 하기의 식에 따른 관계가 성립하며, 상기 제어부(170)는 하기의 식을 사용하여 상기 기판(500)의 깊이 방향 위치 및 상기 시준렌즈(130)의 깊이 방향 위치를 조절하도록 이루어질 수 있다.
Pn = Pn,z + Pn,s = n(Z+kpS) = n(Z+kpksZ) = n(1+kpks)Z
S = ksZ
(여기에서,
n : 레지스트의 굴절률,
Z : 기판이 집광렌즈 쪽으로 접근한 깊이 방향 이동 거리,
S : 시준렌즈가 광원 쪽으로 접근한 깊이 방향 이동 거리,
Pn,z : Z에 따른 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치 변화량,
Pn,s : S에 따른 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치 변화량,
kp : Pn,s = kpS로 나타낼 때의 계수값,
ks : S = ksZ로 나타낼 때의 계수값,
Pn : 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치)
한편 앞서 간략히 설명하였듯이, 통상적으로 시준렌즈는 평행광을 만들기 위하여 그 위치가 고정적으로 구비되는 장치이다. 따라서 광원으로부터 시준렌즈를 통과하면서 평행광이 만들어진 후 이를 집광하였을 때, 집광되는 광량은 항상 일정하게 형성된다. 그러나 본 발명의 경우 상기 렌즈이동부(135)를 이용하여 상기 시준렌즈(130)를 이동시킴으로써 광의 확산 및 수렴 정도를 조절하도록 이루어지기 때문에, 상기 시준렌즈(130)의 위치 이동에 따라 집광되는 광량에 변화가 발생하게 된다. 레지스트에 조사되는 광량에 따라 경화 정도가 달라지기 때문에, 이러한 광량 변화는 제작된 3차원 구조물의 품질에 영향을 끼칠 우려가 있다. 따라서 본 발명에서는, 상기 제어부(170)가, 상기 시준렌즈(130)의 깊이 방향 위치 변화에 의한 광의 확산 및 수렴 정도 변화에 따른 광량 변화를 보상하도록 상기 광원(110)을 제어하도록 하는 것이 바람직하다.
도 11은 이러한 광량 변화 보상 원리를 나타낸 것이다. 도 11(A)는 광점이 공기 중에 형성되는 경우로서, 이 때의 광원 출력을 W0, 집광 출력을 Wp라 한다. 이 경우의 광학효율 η0는 Wp/W0로 나타낼 수 있다.
[수학식 7]
Wp = η0W0
이 상태에서 상기 레지스트층(550) 내부에 광점이 위치되게 하여 공정을 수행하는 과정에서, 도 10에 도시된 바와 같이 굴절에 따른 구면수차 발생을 고려하여 상기 기판(500) 및 상기 시준렌즈(130) 위치를 조절하여 광점 왜곡 오류를 보상하면, 도 11(B)와 같은 상태가 된다. 이 때 상기 시준렌즈(130)가 S만큼 상기 광원(110) 방향으로 접근함에 따라 집광 출력은 Wp,s로 변화하며, 이 값은 Wp보다 작은 값이 된다.
[수학식 8]
Wp,s = ηsW0
도 11(B)와 같은 상태에서의 광학효율 ηs는 η0보다 작은 값을 가지게 되는데, 이 감소비율 1-ηs/η0은 S에 비례하게 된다. 이 때의 계수를 kd라 할 때, S와 광학효율 감소비율 간의 관계는 다음과 같이 나타난다.
[수학식 9]
1-ηs/η0 = kdS
이 경우에도 물론 엄밀하게는 S에 대한 광학효율 감소비율의 값은 선형적인 관계가 아닐 수도 있으며 이 경우 일반화하여 1-ηs/η0 = fd(S)와 같은 함수식으로 나타내는 것이 보다 정확하겠으나, 실질적으로는 1차 성분이 주를 이루며 나머지는 유의미하게 영향을 끼칠 정도가 아니므로, 본 발명에서는 계산 편의상 1차 성분만을 취하였다.
올바르게 레지스트 경화 공정이 이루어지기 위해서는, 도 11(C)에 도시된 바와 같이, 집광 출력이 Wp가 되도록 광원 출력을 조절해야 하며, 이를 식으로 나타내면 다음과 같다.
[수학식 10]
Wp = η0W0 = ηsW0,s
여기에서 수학식 9를 ηs에 대하여 정리하면 ηs=η0(1-kdS)가 되므로, 결국 다음과 같은 식이 성립한다.
[수학식 11]
Wp = η0W0 = ηsW0,s = η0(1-kdS)W0
수학식 11을 W0,s 및 W0 간의 관계로 정리하면, 상기 시준렌즈(130)를 S만큼 이동시켰을 때 올바르게 레지스트 경화 공정이 이루어지기 위한 광원 출력 W0,s는, 최초의 W0보다 큰 값으로서 다음과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 12]
W0,s = W0/(1-kdS)
정리하면, 본 발명의 광학식 리소그래피 장치(100)에서, 상기 제어부(170)는상기 시준렌즈(130)의 깊이 방향 위치 변화에 의한 광의 확산 및 수렴 정도 변화에 따른 광량 변화를 보상하도록 상기 광원(110)을 제어하되, 하기의 식을 사용하여 상기 광원(110)의 광량을 조절하도록 이루어질 수 있다.
Wp = η0W0 = ηsW0,s = η0(1-kdS)W0
W0,s = W0/(1-kdS)
(여기에서,
W0 : 광원 출력,
Wp : 집광 출력,
η0 : 집광 효율,
Wp,s : S에 따라 변화된 집광 출력(Wp,s = ηsW0),
ηs : S에 따라 변화된 집광 효율,
kd : 1-ηs/η0 = kdS로 나타낼 때의 계수값,
W0,s : S에 따라 변화된 광원 출력)
부가적으로, 위의 설명에서는 통상적인 광학식 리소그래피 장치의 구성, 즉 공기 중에서 집광되는 것을 기준으로 집광렌즈(대물렌즈)가 설계된 광학계를 전제로 하였으며, 따라서 시준렌즈를 광원 쪽으로 이동시켜 광을 확산시키는 경우를 가정하여 관계식을 도출하였다. 그런데 경우에 따라서는, 일정한 두께의 레지스트 내부에 집광되는 것을 기준으로 집광렌즈가 설계된 광학계가 사용되는 경우도 있다(구체적인 예를 들자면, 금속용 현미경은 공기 중에서 집광을 고려한 집광렌즈가, 바이오용 현미경의 경우에는 공기 및 커버글라스를 통한 집광을 고려한 집광렌즈가 사용된다).
이와 같은 경우에는 반대로 광점이 레지스트를 벗어나면서 왜곡되며, 이를 보상하기 위해서는 시준렌즈를 광원 반대쪽으로 이동시켜 광을 수렴시키도록 하여야 한다. 그러나 이 경우에도, 앞서의 수학식들에서 S(시준렌즈가 광원 쪽으로 접근한 깊이 방향 이동 거리), Pn,s(S에 따른 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치 변화량) 등이 (-)의 값을 가지도록 하면 되므로, 앞서의 수학식들을 그대로 적용할 수 있음은 물론이다. 즉 본 발명이 도면에 도시된 바와 같이 '시준렌즈를 광원 쪽으로 이동시켜 광을 확산시키는 구성'에 한정되는 것은 아니며, 도면으로 따로 도시하지는 않았으나 '시준렌즈를 광원 반대쪽으로 이동시켜 광을 수렴시키는 구성' 또한 본 발명이 포함하고 있음을 명확히 한다.
본 발명의 광학식 리소그래피 장치의 제어 방법
도 12는 본 발명의 광학식 리소그래피 장치의 제어 방법의 흐름도이다. 앞서 설명한 바와 같은 원리들을 이용하여, 본 발명의 광학식 리소그래피 장치(100)를 사용하여 3차원 구조물을 제작하는 과정을 단계적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저 공정정보 생성단계에서는, 상기 제어부(170)에 의하여, 제작대상인 3차원 구조물의 형상의 각 지점의 3차원 좌표값 및 필요 광량에 따른 집광 출력(Wp)값이 공정정보로서 생성된다. 즉 상기 공정정보의 3차원 좌표값은 상기 레지스트층(550) 내에서 경화되어야 하는 위치들로서 (X,Y,Pn)으로 나타나게 되며, 광원 출력값은 집광 출력값으로서 Wp로 나타나게 된다.
다음으로 상기 구동정보 변환단계에서는, 상기 제어부(170)에 의하여, 상기 공정정보의 3차원 좌표값 중 깊이 방향 좌표(Pn)값이 기판의 깊이 방향 이동 거리(Z)값으로 변환되고, 집광 출력(Wp)값에 상응하는 광원 출력(W0)값이 산출되어, 상기 공정정보가 구동정보로서 변환된다. 이 때 상기 공정정보 값 중 2차원 평면 좌표값 (X,Y)는 그대로 상기 구동정보 값으로 사용되며, Z 값은 앞서 설명한 Pn 및 Z 간의 관계에 따라 변환되어 사용된다. 또한 W0 값은 역시 앞서 설명한 W0 및 Wp의 관계에 따라 변환되어 사용된다.
[수학식 13]
Z = Pn/n(1+kpks)
W0 = Wp/η0
다음으로 상기 레지스트 경화단계에서는, 상기 제어부(170)에 의하여, 상기 기판(500)이 상기 구동정보에 상응하도록 이동되는 기판위치 제어단계와, 상기 시준렌즈(130)가 상기 기판의 깊이 방향 이동 거리(Z)값에 상응하는 시준렌즈의 깊이 방향 이동 거리(S)값만큼 이동되는 렌즈위치 제어단계와, 상기 광원(110)이 상기 시준렌즈의 깊이 방향 이동 거리(S)값에 상응하게 보상된 광원 출력(W0,s)값만큼 광을 출력하는 광원출력 제어단계가, 상기 공정정보 3차원 좌표값 각 지점마다 순차적으로 반복 수행된다. 이 때 S 값은 앞서 설명한 S 및 Z 간의 관계에 따라 변환되어 사용되며, 또한 W0,s 값은 역시 앞서 설명한 W0,s 및 W0의 관계에 따라 변환되어 사용된다.
[수학식 14]
S = kSZ
W0,s = Wp/(1-kdS)
이처럼 상기 레지스트층(550) 내부의 원하는 각 지점마다 정확하게 광점이 맞춰지고 또한 필요한 광량을 정확하게 공급함으로써 올바르게 경화가 이루어져, 원하는 3차원 구조물 형상을 고품질로 제작할 수 있게 된다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100: 광학식 리소그래피 장치
110: 광원 120: 기판이동부
130: 시준렌즈 135: 렌즈이동부
140: 빔분할기 150: 집광렌즈
160: 영상측정부 170: 제어부

Claims (8)

  1. 레지스트 경화용 광을 출력하는 점광원 형태의 광원;
    상기 레지스트층이 도포된 기판이 배치되며 3축 이동이 가능하게 형성되는 기판이동부;
    상기 광원으로부터 출력되는 광을 수렴하여 레지스트층을 향해 진행시키는 시준렌즈;
    상기 시준렌즈를 상기 레지스트층의 깊이 방향으로 이동시키는 렌즈이동부;
    상기 시준렌즈를 통과하여 진행하는 광을 수렴하여 상기 레지스트층 표면 또는 내부에 광점이 맺히도록 집광하는 집광렌즈;
    상기 광원, 상기 기판이동부, 상기 렌즈이동부를 제어하는 제어부;
    를 포함하여 이루어져,
    상기 시준렌즈의 깊이 방향 위치를 조절함으로써 광의 확산 및 수렴 정도를 조절하여, 공기-레지스트 경계면에서 발생되는 굴절에 의한 구면수차에 따른 광점 왜곡 오류를 보상하는 것을 특징으로 하는 광학식 리소그래피 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 시준렌즈의 깊이 방향 위치 변화에 의한 광의 확산 및 수렴 정도 변화에 따른 광량 변화를 보상하도록 상기 광원을 제어하는 것을 특징으로 하는 광학식 리소그래피 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는,
    레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치(Pn), 기판의 깊이 방향 이동 거리(Z), 시준렌즈의 깊이 방향 이동 거리(S) 간에 하기의 식에 따른 관계가 성립하며,
    하기의 식을 사용하여 상기 기판의 깊이 방향 위치 및 상기 시준렌즈의 깊이 방향 위치를 조절하는 것을 특징으로 하는 광학식 리소그래피 장치.
    Pn = Pn,z + Pn,s = n(Z+kpS) = n(Z+kpksZ) = n(1+kpks)Z
    S = ksZ
    (여기에서,
    n : 레지스트의 굴절률,
    Z : 기판이 집광렌즈 쪽으로 접근한 깊이 방향 이동 거리,
    S : 시준렌즈가 광원 쪽으로 접근한 깊이 방향 이동 거리,
    Pn,z : Z에 따른 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치 변화량,
    Pn,s : S에 따른 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치 변화량,
    kp : Pn,s = kpS로 나타낼 때의 계수값,
    ks : S = ksZ로 나타낼 때의 계수값,
    Pn : 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치)
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 시준렌즈의 깊이 방향 위치 변화에 의한 광의 확산 및 수렴 정도 변화에 따른 광량 변화를 보상하도록 상기 광원을 제어하되,
    하기의 식을 사용하여 상기 광원의 광량을 조절하는 것을 특징으로 하는 광학식 리소그래피 장치.
    Wp = η0W0 = ηsW0,s = η0(1-kdS)W0
    W0,s = W0/(1-kdS)
    (여기에서,
    W0 : 광원 출력,
    Wp : 집광 출력,
    η0 : 집광 효율,
    Wp,s : S에 따라 변화된 집광 출력(Wp,s = ηsW0),
    ηs : S에 따라 변화된 집광 효율,
    kd : 1-ηs/η0 = kdS로 나타낼 때의 계수값,
    W0,s : S에 따라 변화된 광원 출력)
  5. 제 1항에 있어서, 상기 광학식 리소그래피 장치는,
    상기 시준렌즈 및 상기 집광렌즈 사이에 구비되어, 상기 시준렌즈를 통과하여 진행하는 광을 통과시키며, 상기 레지스트층으로부터 반사되어 온 광을 반사시키는 빔분할기;
    상기 빔분할기에서 반사되어 진행하는 광을 입사받아 상기 레지스트층의 공정 상태를 측정하는 영상측정부;
    를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 영상측정부를 통해 공정 상태를 모니터링하는 것을 특징으로 하는 광학식 리소그래피 장치.
  6. 제 1항에 따른 광학식 리소그래피 장치의 제어 방법에 있어서,
    상기 제어부에 의하여, 제작대상인 3차원 구조물의 형상의 각 지점의 3차원 좌표값 및 필요 광량에 따른 집광 출력(Wp)값이 공정정보로서 생성되는 공정정보 생성단계;
    상기 제어부에 의하여, 상기 공정정보의 3차원 좌표값 중 깊이 방향 좌표(Pn)값이 기판의 깊이 방향 이동 거리(Z)값으로 변환되고, 집광 출력(Wp)값에 상응하는 광원 출력(W0)값이 산출되어, 상기 공정정보가 구동정보로서 변환되는 구동정보 변환단계;
    상기 제어부에 의하여, 상기 기판이 상기 구동정보에 상응하도록 이동되는 기판위치 제어단계와, 상기 시준렌즈가 상기 기판의 깊이 방향 이동 거리(Z)값에 상응하는 시준렌즈의 깊이 방향 이동 거리(S)값만큼 이동되는 렌즈위치 제어단계와, 상기 광원이 상기 시준렌즈의 깊이 방향 이동 거리(S)값에 상응하게 보상된 광원 출력(W0,s)값만큼 광을 출력하는 광원출력 제어단계가, 상기 공정정보 3차원 좌표값 각 지점마다 순차적으로 반복 수행되어, 상기 레지스트층에 3차원 구조물 형상에 따라 경화가 이루어지는 레지스트 경화단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학식 리소그래피 장치의 제어 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 제어부는,
    레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치(Pn), 기판의 깊이 방향 이동 거리(Z), 시준렌즈의 깊이 방향 이동 거리(S) 간에 하기의 식에 따른 관계가 성립하며,
    하기의 식을 사용하여 상기 기판의 깊이 방향 위치 및 상기 시준렌즈의 깊이 방향 위치를 조절하는 것을 특징으로 하는 광학식 리소그래피 장치의 제어 방법.
    Pn = Pn,z + Pn,s = n(Z+kpS) = n(Z+kpksZ) = n(1+kpks)Z
    S = ksZ
    (여기에서,
    n : 레지스트의 굴절률,
    Z : 기판이 집광렌즈 쪽으로 접근한 깊이 방향 이동 거리,
    S : 시준렌즈가 광원 쪽으로 접근한 깊이 방향 이동 거리,
    Pn,z : Z에 따른 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치 변화량,
    Pn,s : S에 따른 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치 변화량,
    kp : Pn,s = kpS로 나타낼 때의 계수값,
    ks : S = ksZ로 나타낼 때의 계수값,
    Pn : 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치)
  8. 제 7항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 시준렌즈의 깊이 방향 위치 변화에 의한 광의 확산 및 수렴 정도 변화에 따른 광량 변화를 보상하도록 상기 광원을 제어하되,
    하기의 식을 사용하여 상기 광원의 광량을 조절하는 것을 특징으로 하는 광학식 리소그래피 장치의 제어 방법.
    Wp = η0W0 = ηsW0,s = η0(1-kdS)W0
    W0,s = W0/(1-kdS)
    (여기에서,
    W0 : 광원 출력,
    Wp : 집광 출력,
    η0 : 집광 효율,
    Wp,s : S에 따라 변화된 집광 출력(Wp,s = ηsW0),
    ηs : S에 따라 변화된 집광 효율,
    kd : 1-ηs/η0 = kdS로 나타낼 때의 계수값,
    W0,s : S에 따라 변화된 광원 출력)
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