KR940008359B1 - 레이저를 이용한 패턴형성장치 - Google Patents

레이저를 이용한 패턴형성장치 Download PDF

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아테큐 코포레이숀
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Abstract

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Description

레이저를 이용한 패턴형성장치
본 발명은 레이저와 방사감지막을 사용하는 패턴형성장치에 관한 것으로, 특히 사진식각(Photolithography)을 위한 패턴형장치에 관한 것이다.
종래의 기술
일반적으로, 집적회로의 사진식각 제법에 있어서는, 회로의 형태를 정하기 위해 방사에너지나 입자에너지에 민감한 막(film)을 미리 설정한 패턴(pattern)에 노출시키도록 되어 있다. 어떠한 경우에도, 패턴을 포함하는 마스크를 통하여 에너지가 통과하게 되므로 반도체본체(semiconductor body)상에 포토레지스트막(photoresist film)이 선택적으로 노출된다. 또한 이와 다른 경우에는, 막이 마스크 기판상에 위치하게 되는데, 이때에는 상기 막이 마스크 제조공정중의 한 단계서 노출된다. 종래, 방사에너지 자체의 방향은 막에서의 패턴을 정하도록 제어되는데, 이는 마스크 제조의 일부로서 실시되거나, 혹은 반도체 웨이퍼를 덮는 포토레지스트막상에 직접 "기록"하도록 실시될 수 있다.
상기 방사에너지원으로는, 자외선, 가시광선, 간섭(coherent)광선, X선 및 전자비임(E-비임) 등을 포함한 것이 사용되고 있다.
사진식각공정이 도입된 초기에는, 최종회로에 비해 큰 규모로 패턴을 손으로 절단한 다음, 최종 마스크를 만들기 위해 사진식각기술로 그 규모를 축소시키도록 되어 있었다. 그러나, 최근에는 전자비임을 전기적으로 직접 주사하여 최종적인 크기로 패턴을 형성하도록 되어 있다.
레이저비임을 직접 주사하거나 가공물을 레이저비임에 대응하여 이동시킴으로써, 마스크를 제작하는 기법이 시도되고 있으나, 이들중 어느 하나도 상업적으로는 이용되고 있지 않다. 후에 상세히 설명하겠지만, 본 발명은 이 영역에 영향을 미치게 된다.
일반적인 패턴형성에 대해서는 미국 특허 제3,465,091호, 제4,060,816호 및 제4,464,030호에 게재되어 있고, 자외선 마스크 제조기술에 대해서는 미국특허 제4,293,624호 및 제4,329,410호에 게재되어 있으며, 전자비임에 관한 기술은 미국특허 제4,679,497호, 제3,857,041호 및 제4,445,039호에 게재되어 있다. 그리고, 레이저에 의한 패턴형성에 대해서는 미국특허 제3,537,854호, 제3,622,742호, 제3,797,935호, 제3,925,785호, 제4,110,594호 및 제4,422,083호에 게재되어 있다.
본 발명에서는 레이저비임을 변조하기 위해 음향광학 변조기(Acousto-Optic Modulator : AOM)를 사용하게 되는데, 이들 변조기에서는 크리스탈에 전파되는 음파가 광선을 회절시킴으로써 광선이 변조되게 된다.
이러한 현상은 수년간 연구되어 오고 있는데, 예컨대 IEEE 74분과 6협의 회의 보고서 70페이지에서 시작되는 월터 바로니안씨의 "음향광학 브래그 회절장치와 그 응용"에 개시되어 있다.
또한, 전자인쇄를 위한 음향광학 변조기의 사용에 대해서는, 1982년 6월에 발간된 IEEE회보 70권 제6호 597페이지에서 시작되는 "전자인쇄를 위한 레이저주사"에 개시되어 있다.
발명의 개요
본 발명은 상기한 제반사항을 고려하여 발명된 것으로, 특히 방사에너지에 감응하는 막을 포함하고 있는 가공물상에 패턴을 형성하기 위한 패턴형성장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명에 있어서는, 레이저가 방사에너지원으로 사용되고, 레이저로부터 발생한 비임은 복수개의 비임으로 분할된다. 이렇게 분할된 비임들은 패턴을 정의하는 전기신호를 수신하는 음향광학 변조기를 통과하게 된다. 가공물이 이동하더라도 변조기로부터 발생한 비임이 주사패턴으로 직접 조사되도록 하기 위해서, 복수의 절단면을 갖춘 회전거울이 사용된다. 따라서, 가공물에는 래스터형(raster type)의 주사에 의해 패턴이 기록되게 된다.
또한, 본 발명에서는 회전거울의 후방에 F-θ렌즈를 갖춘 확대된 중간영상평면이 설치되고, 이 평면으로부터 시스템을 제어하기 위한 광선이 취출된다. 이 평면내에 있는 비임분할기는, 비임이 이 평면으로부터 편향되어 거울의 회전과 동기하는 타이밍신호를 공급하도록 해준다. 상술한 비임분할기는 가공물로부터 광전 증배관(photomultiplier tube)으로 반사되는 비임을 편향시키기 위해 사용되고, 이러한 비임은(예를 들면 교정을 위한) 가공물의 위치를 결정하는데 이용된다.
[실시예]
이하, 본 발명을 첨부한 예시도면에 의거 상세히 설명한다.
본 발명의 레이저를 이용한 패턴형성장치는, 집적회로를 제작할 때 사용되는 포토레지스터(photoresist)와 같은 광감지층을 선택적으로 노출시키는 데에 특히 적합한 것으로, 방사감지막(radiant sensitive film)을 노출시키기 위해 레이저비임을 이용한다. 이 레이저비임은 브러쉬(Brush)를 만들도록 8개의 비임으로 분할되고, 이 브러쉬는 회전거울을 통해 가공물을 주사하게 되며, 브러쉬의 각 비임은 음향광학 변조기에 의해 변조된다. 이들 변조기에 결합된 전기적인 신호는 형성될 특정 패턴을 결정한다. 변조기로 전기적인 신호를 공급하기 위해 사용되는 래스터라이저 시스템(Rasterizer System)은, 본 발명의 양수인에게 양도된 1985년 10월 4일 미국 특허출원 제784,856호에 상세히 설명되어 있다.
광감지막을 갖추고 있는 가공물은, 주사기간중에 한 축(스트라이프축)상에서 이동하는 이동테이블상에 마운트(mount)된다. 이 테이블은 또한 기록이 실행되지 않을 때는 주사축으로 이동한다. 간섭계(interferometer)는 이들 축상에서의 가공물의 이동을 검출한다. 비임의 위치에 대응하는 가공물의 위치의 결정은 망원경광학 확대영상평면(telecentric enlarged image plane)에서 반사된 광선에 의해 이루어진다. 이 동일한 영상 평면은 거울의 절단면 검출을 위해 이용되고, 이에 따라 음향광학 변조기에 대해 데이터의 동기를 허가한다.
발명된 장치의 광학경로(optical path)
제1도를 참조하면, 본 실시예에 있어서는 363.8mm인 주파수에서 100∼200mW의 방사에너지를 발생하는 연속파 레이저(10)가 사용된다. 동도면에서 상기 레이저(10)로부터 발생한 비임은 분할용 비임을 준비하기 위해 통상의 비임압축기(12)를 통해 압축되고, 상기 비임압축기(12)를 통과한 비임은 다중비임분할기(13)에 의해 8개의 비임으로 분할되는데, 이러한 분할을 제공하기 위한 특정의 광학구성은 제3도 및 제4도와 공종으로 상세히 설명될 것이다.
상기 분할기(13)로부터 나온 8개의 비임(하나로 묶어서 "브러쉬(Brush)"라고도 한다)은 릴레이 렌즈(14)를 통과하게 되는데, 이 릴레이 렌즈(14)를 구성하는 3개의 렌즈소자(제2도에 도시되어 있음)는 사실상 분할기(13)로부터 나오는 비임을 집속하여 약 2배율로 축소한다.
통상적으로 이용가능한 음향광학 변조기(AOM ; 16)가 광비임을 변조하기 위해 이동되는데, 본 실시예에 있어서는 단일 크리스탈의 표면상에 8개의 변환기가 형성되어 있다. 160MHz의 반송파(carrier)가 이용되는 바, 이 반송파의 존재는 비임이 가공물상으로 크리스탈을 통해 회절될 것인지의 여부를 결정하고, 그 반송파의 진폭은 비임의 밀도를 결정한다[0차 비임(zero order beam)은 사용되지 않는다].
변조기(16)에서 변조된 8개의 비임은 8개의 반송파 주파수가 이용되는 단일의 음향광학 변조기에 의해 단일의 음향광학 변조기에 의해 단일의 비임으로부터 얻어지고, 음향광학 변조기로부터의 편향은 주파수의 함수관계를 가지며 각 반송파 주파수는 분리비임을 만들어 낸다. 또한, 상기 음향광학 변조기 대신에 전자광학 변조기(electro-optic modulator)를 이용할 수도 있으며, 본 실시예에서는 양 변조기중 어느 것을 사용해도 무방하다.
상기 음향광학 변조기(16)로부터의 8개의 비임은 도우브 프리즘(dove prism ; 17)을 통해 안내된다. 이 프리즘(17)은 비임의 브러쉬를 회전시키기 위해 사용되는 것으로, 제1도의 단면도에서 용이하게 인식할 수는 없지만, 상기 비임을 도면의 평면밖으로 기울이고 있다. 비임들에 의해 형성된 최종 브러쉬는, 프리즘(17)으로부터의 회전에 부가하여 각 비임의 활성화 사이에 시간지연이 있기 때문에, 비임간의 간섭없이 각 비임의 중첩투영(重疊投影 : overlapping projection)에 의해 이루어진다. 이것이 이루어지지 않으면, 포토레지스트에 대한 비균일 노광이 야기된다.
프리즘(17)로부터의 비임은 단일의 릴레이 렌즈(18)를 통과하여 조향거울(steering mirror ; 20)상의 스폿트(spot)에 집속된다. 본 실시예에 있어서, 상기 스폿트는 직경이 약 1.5mm로 되고, 조향거울(20)은 절단면을 갖춘 다각형 회전거울(24)상에서 비임의 각도가 이동(조정)하도록 전기적으로 제어가능한 거울이다. 조향거울(20)로부터 반사된 비임은 제2도에 나타낸 4개의 요소로 구성되는 줌렌즈(22)를 통과하게 되는데, 이 줌렌즈(22)는 가공물상에서 비임이 확대되어 더 멀리 이동하도록 하거나 축소되어 더 가깝게 이동하도록 조절한다. 이러한 줌작용은 전기적으로 제어되며 각 가공물에 대해 설정되어진다.
본 실시예에 있어서 다각형 회전거울(24)은, 각 줌렌즈(22)로부터의 비임을 F-θ렌즈(26)로 편향시키는 24개의 절단면을 갖추고 있다. 이 거울은 빔의 주사동작(scanning action)을 제공한다. 본 실시예에 있어서, 이 거울(24)은 12,000∼20,000rpm으로 회전하므로 1초당 48KHz∼80KHz의 비율로 주사된다. 그러나, 이 거울(24)은 주어진 패턴에 대해서는 일정한 속도로 회전한다.
상기 거울(24)로부터 주사된 비임은 후주사(post-scan)에 의해 제1도에 도시된 바와 같은 중간영상평면(10X 영상평면)에 확대되는데, 이 평면의 한쪽 종단에서는 평면을 형성하기 위해 F-θ렌즈(26)가 사용되고, 다른쪽 종단에서는 최종적인 비임을 제공하기 위해 축소렌즈(32)가 사용된다. 이 경우, 최종적인 축소비임은 플레이트(plate)나 가공물(34)을 주사한다. 상기 F-θ렌즈(26)와 축소렌즈(32)의 배열상태는 제5도에 나타내어져 있다.
상기 10X 영사평면에는 분할기(28)가 배치된다. 후술하는 바와 같이, 비임중의 하나는 각각의 주사에 앞서 활성화되어 거울(24)의 절단면을 검출하는데 사용된다. 그 비임은 상기 분할기(28)로부터 절단면의 위치를 나타내는 펄스를 공급하는 절단면 검출회로로 반사된다. 이것은 음향광학 변조기(16)로의 패턴데이터가 거울(24)의 회전과 동기되도록 해준다.
또한 가공물(34; 또는 그 부품호울더)로부터의 반사광은 분할기(28)에 의해 반사되어 광전 증배관으로 접속되는데, 이들 반사광은 후술하는 바와 같이 교정(calibration) 및 기타 다른 목적을 위해 사용된다.
셔터(30)는 상기 10X 영상평면에서 동작하는 것으로, 이 셔터(30)는 주사기간이나 교정에서와 같이 선택된 기간을 제외하고 광이 가공물에 도달하는 것을 방지한다.
제2도에는 현재 실현된 본 발명에 따른 장치의 실제적인 광학경로가 도시되어 있다. 동도면에서 레이저, 렌즈 및 회전거울 등은 견고한 금속프레임(45)에 마운트(mount)되어 있다. 이 금속프레임(45)은 이동을 최소화하기 위해 단일의 화강암 부재상에 마운트된 금속지지대(46,47)에 의해 지지되어 있다. 플레이트나 가공물은 부품호울더상에 고착되어, 후술하는 바와 같이 축소렌즈(32) 아래에서 이동하게 된다. 제2도의 광학경로에 있어서, "L"자로 표기된 것은 렌즈를 나타내고, "F"자로 표기된 것은 촛점을 나타내며, "AF"로 표기된 것은 무한 촛점(afocal point)을 나타낸다.
레이저로부터의 비임은 제1도에 나타낸 비임압축기(12)를 구성하는 렌즈(L1,L2)를 통과한 후, 제3도 및 제4도에 의거 상세히 설명하겠지만 상술한 비임분할기(13)에 집속된다.
제1도의 릴레이 렌즈(14)는 렌즈(L4)와 렌즈(L5) 사이에 무한 촛점(AF1)을 포함하고 있는 렌즈(L3,L4,L5)로 구성되고, 음향광학 변조기(16)는 이 릴레이 렌즈(14)로부터의 8개의 비임을 받아들인다. 상기 음향광학 변조기(16)로부터 변조된 광은 도우브 프리즘(17)을 통과하고, 이어서 비임중첩 프리즘(37), 릴레이 렌즈(18:L6), 비임중첩 프리즘(38)을 통과한 다음, 조향거울(20)상에 공급된다. 그후, 비임은 거울(39)로부터 반사되어 비임중첩 프리즘(40)을 통과하고, 렌즈(L7,L8,L9,L10)와 비임중첩 프리즘(41)으로 이루어진 줌렌즈 어셈블리(zoom lens assembly)로 안내된다. 무한 촛점(F3)은 프리즘(41)내에 위치한다. 그 후, 줌렌즈 어셈블리로부터의 비임은 거울(48)에 의해 반사되어 다각형 회전거울(24)로 공급된다.
후주사 광학계는, 제2도에 나타낸 바와 같이 F-θ렌즈(26), 비임분할기(28), 셔터(30) 및 축소렌즈(32)를 포함하고 있다.
상술한 모든 렌즈는 통상적으로 얻을 수 있는 것들이다.
제1도 및 제2도의 비임분할기(13)
제4도는 상기 비임분할기에 사용되는 3개의 유사한 플레이트(50)중의 하나를 나타낸 것이다. 본체(55)는 비임을 통과시키는 유리와 같은 통상의 본체이다. 상기 본체(55)의 상부면(upper surface)에는 반사방지 코팅부(52)가 갖추어져 있고, 이 코팅부(52)의 일부에는 50% 반사코팅층(53)이 덮혀 있다. 그리고, 상기 본체(55)의 하부면(lower surface)에는 100% 반사코팅층(51)이 형성되어 있다.
도시된 바와 같이, 상기 상부면의 코팅층(53)으로 입사되는 비임(58)은 비임(59)으로 나타낸 바와 같이 반사되고, 비임(60)으로 나타낸 비임(58)의 일부는 본체(55)를 통과하여 하부면의 코팅층(51)으로부터 비임(61)으로 나타낸 바와 같이 반사된다. 상기 플레이트(50)를 떠나는 비임(61)은 상부면의 코팅층(53)과 충돌하지 않는다.
제4도의 플레이트(50)와 같은 3개의 플레이트들은 제3도에 부호 50a,50b,50c로 나타내어져 있으며, 본 실시예에 있어서 8개의 비임을 제공하기 위해 사용된다. 여기서 플레이트(50b)는 플레이트(50a)의 2배의 두께를 가지고, 플레이트(50c)는 플레이트(50b)의 2배의 두께를 가지며, 이들 플레이트는 서로 평행하게 마운트되어 있다.
제3도에 나타낸 바와 같이, 비임(63)은 제1반사판(striking plate; 50a)에 입사되어 2개의 비임으로 반사되고(이것은 제4도에도 나타내어져 있음), 이 2개의 비임은 제2반사판(50b)의 상부면의 코팅층(53)에 입사된다. 그리고 이들 각 비임의 반은 상부면의 코팅층(53)으로부터 반사되고, 상기 상부면의 코팅층(53)을 통과한 비임의 일부는 2개의 하부면의 코팅층(51)에 의해 반사되어 2개의 부가적인 비임을 제공한다. 따라서, 총 4개의 비임이 제2반사판(50b)을 떠나게 된다. 이와 같은 방식으로, 상기 제2반사판(50b)으로부터의 4개의 비임은 제3반사판(50c)의 상부면의 코팅층(53)으로부터 부분적으로 반사되고, 제3반사판(50c)의 하부면의 코팅층(51)으로부터 반사되어 본 실시예에서 사용되는 8개의 비임을 공급하게 되는 것이다.
10X 영상평면 광학계
본 장치의 한 양상은 주사광학계 다음에 확대 영상평면을 이용하는 것이다. 본 실시예에 있어서, 10X 영상평면은 회전거울과 가공물 사이에 이용된다. 이 중간의 망원경광학계 영상평면은 절단면 검출, 교정 및 가공물의 위치결정, 특히 직접적인 기록의 응용에 도움을 준다.
제5도에 있어서, 중간평면은 F-θ렌즈(26)에 의하여 만들어진다. 즉, 회전거울 다음에 중간평면을 만들기 위해 공지의 F-θ렌즈 기술이 사용되고 있다.
비임분할기(28)는 광학경로에서 F-θ렌즈 다음에 배치된다. 이 비임분할기는 가공물에서 절단면 검출기(67)로 안내되는 광의 작은 부분을 분할하는데 이용된다. 통상의 광다이오드나 그와 비슷한 장치가 상기 절단면 검출기(67)로 적합하다.
제5도의 비임(66)은 비임분할기의 빗면928a)으로부터 반사되어 상기 절단면 검출기(67)로 입사된다. 좀더 자세히 설명하면, 비임 채널중의 하나는 가공물의 각 주사에 앞서 음향광학 변조기를 매개하여 턴온(turn on)된다. 상기 절단면 검출기는 이 비임을 검출하고, 이 정보는 음향광학 변조기에 데이터가 결합되는 시간을 정하기 위해 사용된다. 이것은 제10도에 나타내어져 있다. 비임분할기(28)의 다른 빗면(28b)은 가공물로부터 반사된 비임의 일부를 분할하는데 이용되고, 광전 증배관(71)에 결합된 이 광은 교정 및 위치 검출에 이용된다.
셔터(30)는 제5도에 나타낸 바와 같이 중간 영상평면내에 위치한다. 이 셔터가 OFF되면, 상기 음향광학 변조기는 소량의 광(예컨대 1%)을 가공물상으로 회절시킨다. 가공물을 운반하는 스테이지(stage)가 정지하면, 이 광은 포토레지스트의 소망하지 않는 노광을 일으킬 수 있다. 전기적으로 작동되는 셔터는 가공물상으로의 주사가 일어나지 않을 때 닫힌다. 앞에서 설명한 바와 같이, 절단면 검출을 위한 실제의 주사전에 턴온되는 채널의 비임은 가공물상으로 조사되지 않는다.
상기 절단면 검출신호가 테이블을 이동시키는데 이용되기 때문에, 상기 셔터(30)는 분할기(28)를 지나서 위치하게 된다. 셔터가 광학경로에서 더 윗쪽에 있다면, 절단면 검출신호는 상기 셔터가 닫혀질 때 수신되지 않게 되므로, 테이블을 이동시키는데 이용되는 타이밍신호의 발생을 방지하게 된다.
축소렌즈 어셈블리(32)은, 10X 영상평면으로부터 가공물상으로 비임을 집속하는 통상적으로 얻을 수 있는 축소렌즈이다.
가공물 기록포맷(workpiece writing format)
주사패턴과 가공물의 이동은 8개의 비임이 가상적으로 어떤 패턴을 기록하는 것을 허가한다.
이용되는 특별한 기록포맷이 광학경로에서 결정되지 않은 한은, 그 포맷의 설명이 본 발명의 전체적인 동작을 이해하는데 도움을 줄 것이다.
패턴들은 제8도에 나타낸 블럭(68)과 같은 가공물상의 블럭에서 발생되고, 각 블럭은 주사축으로 데이터의 256Kau(Kilo address unit) 및 스트라이프축으로 256Kau를 이용한다. 양축에서의 단일 어드레스는 0.5 평방미크론을 정의한다.
비임들은 회전거울에 의해 주사축방향으로 주사된다. 8개의 비임은 서클(69)내에 도시되어 있다. 이들 비임에 의해 형성된 브러쉬는 서클(73)내에 도시된 주사선(70)을 표현한다. 이 주사가 발생함에 따라, 가공물은 스트라이프방향으로 이동하게 된다. 따라서, 이 주사는 래스터(raster)와 같은 방식으로 진행된다. 현재 실현된 바와 같이, 각 주사선은 각 비임을 조절하기 위한 각각의 어드레스 유니트에 사용되는 하나의 비트에 따른 폭이 4096au이다. 그러므로, 자체의 주사선은 폭이 8"비트"이다. 이진 코드(binary code)는 각각의 비임을 턴온(통과)시키거나 턴오프(차단)시키는데 이용되고, 복수개의 비트를 "ON"가 "OFF"상태간의 단계를 제공하도록 각각의 비임에 결합하는데는 그레이 스케일(gray scale)이 이용될 수 있다.
패턴형성장치에 이용되는 래스터라이저에 있어서, 프레임 스트라이프 축방향으로 1024au의 길이로 발생된다. 그러나, 이러한 설명은 비임이나 테이블이동 자체내에서는 검출할 수 없고, 오히려 래스터라이저로 한정되게 된다. 복수개의 프레임이 사각형(72)으로 한정되는 경로를 제공하도록 이용되며, 어떤 경로에서의 프레임의 수는 임의로 할 수 있다.
설명을 위해 4개의 동일한 패턴(패턴 2)이 블럭(68)내에 기록된다고 가정하자. 본 실시예에 있어서는, 경로(72)가 먼저 블럭(74)으로 기록된 다음, 테이블이 이동함으로써 경로가 블럭(73,76), 그후 블럭(75)으로 재기록 될 수 있도록 동일한 정보를 수용하게 된다. 그 후, 전패턴이 블럭(68)내에서 4번 기록될 때까지 각 블럭에 다른 경로가 만들어진다. 다른 패턴들은 블럭(68)의 왼쪽에 패턴 1로 나타낸 바와 같이 블럭(68)에 인접한 블럭의 가공물상에 기록되게 된다. 예로써, 제8도의 패턴 1이나 2는 5X나 10X 마스크를 나타내거나, 상술한 바와 같이 반도체 웨이퍼상에서 직접 형성되는 회로소자를 나타낸다.
이와 같이, 비임들은 단지 스트라이프축 이동에 관련하여 기록되고, 테이블이 주사축으로 이동할 때에는 아무런 기록도 발생하지 않는다. 예컨대, 주사축에서의 가공물의 이동은 각 경로의 가공물을 재배치하도록 발생한다.
주사선 비임(scan line beam)
제8도의 원(69)에 있어서, 각 주사에서의 패턴을 표현하는 8개의 비임은 서로 중첩되어 되시되어 있다. 실제로, 가공물상에서의 투영은 중첩되지만, 그 비임들은 중첩되지 않는다. 제1도의 도우브 프리즘(17)은 비임을 정위(定位)함으로써, 그 비임들이 상술한 바와 같이 특별히 변위하게 된다. 이 변위는 제9도에 비임(77)으로 나타내어져 있다(비임이 라인(78)에 도달하기 전에 턴온되는 경우, 비임(77)은 비임의 투영을 나타낸다). 라인(78)은 주사축에 수직한 라인을 나타내고, 이 라인은 제8도에 주사선(70)을 통과하여 도시되어 있다. 각 비임들이 라인(78)에 도달함에 따라, 비임들은 주사축과 스트라이프축에 따른 위치에서 어드레스 유니트에 대하여 억세스되는 정보(2진수 1이나 0)의 함수로서 (한번에 하나씩) 활성화된다.
동작에 있어서, 비임을 조절하는 데이터신호는 제1도의 음향광학 변조기(16)에 순차적으로 인가되는데, 각 신호가 적당한 양만큼 지연됨으로써 비임은 라인(78)과 등거리 라인을 따라 턴온시켜지게 된다(패턴을 위해 필요한 경우). 이는 비임 자체의 중첩없이 비임의 투영을 중첩하게 되며, 만약 비임 자체가 중첩된다면 "클린(clean)"주사선이 기록되는 것을 방해하는 비조절 간섭(uncontrolled interference)을 일으키게 된다.
테이블 어셈블리(table assembly)
제7도를 참조하면, 부품호울더에 마운트된 플레이트(34)는 3개의 축에서 이동가능하다. 축소렌즈(32:Z축)로/로부터의 이동은 도면에 도시되어 있지 않지만, 이것은 촛점을 맞추기 위해 수행되는 것이다.
상술한 바와 같이, 패턴형성중에 플레이트(34)와 부품호울더는 스트라이프 스테이지(82)상에 마운트되어 있기 때문에 모터(83)에 의해 스트라이프축을 따라 이동한다. 제7도에서 이 축은 도면의 상하방향으로 뻗어 있다. 상기 스트라이프 스테이지(82)는 주사스테이지(80)상에 마운트되고, 이에 따라 주사스테이지(80)가 이동할 때 플레이트(34)가 이동하게 된다. 스테이지(80)는 모터(81)에 의해 구동되어 주사축을 따라 이동한다. 상술한 바와 같이, 이 이동은 주사기간중에 발생하지 않고, 오히려 예컨대 각 경로에 대해 재배치하는 주사 사이에 발생한다. 또한 부품호울더는 비임에 대하여 가공물을 맞추도록 조절된다.
제6도 및 제7도를 참조하면, 거울(88)은 스트라이프 스테이지(82)상에 수직하게 마운트되고, 거울(92)은 스트라이프축에 수직하게 스트라이프 스테이지(82)상에 마운트된다. 또한 거울(44)은 주사축에 수직하게 축소렌즈(32)상에 마운트되고, 거울(43)은 스트라이프축에 수직하게 축소렌즈(32)상에 마운트된다. 스트라이프 스테이지(82)와 축소렌즈(32) 사이의 주사방향으로의 상대적인 이동은 차동간섭계(89)에 의해 검출되는데, 이 차동간섭계는 각각의 거울(44,88)로부터 1쌍의 비임을 반사한다. 마찬가지로, 스트라이프방향으로의 상대적인 이동은 광이 거울(43,92)에 대해 반사됨에 따라 차동간섭계(94)에 의해 검출된다. 또 상기 광은 플레이트(34)의 정확한 상대이동을 얻기 위해 플레이트(34)의 수준에서 거울(88,92)로부터 반사된다.
이들 차동간섭계(89.94)는 통상적으로 이용할 수 있는 간섭계들이다.
가공물로부터 반사된 광(제4도에 도시된 비임분할기(28)의 빗면(28b) 참조)을 받아들이는 제5도의 광전 증배관과 함께 간섭계들은 장치의 교정과 가공물의 위치결정에서 중요한 역할을 한다.
교정마크(97,98)는 부품호울더의 상부면에 형성되는데, 이들 미크는 플레이트상에 교대로 형성할 수도 있다(즉, 크롬배치(chrome disposition)와 에칭단계에 따라). 또한 이들 마크는 패턴의 근원(origin)으로부터 공지의 변위를 갖고, 패턴데이터는 이 근원에 비례하여 발생된다. 8개의 비임중 하나가 턴온될 때, 마커(marker ; 97 또는 98)로부터 반사가 광전 증배관에 의해 감지될 수 있다. 이것은 패턴근원과 비임의 상대적인 위치에 정확한 데이터를 제공한다. 가공물이 주사방향이나 스트라이프방향으로 이동할 때, 정확한 위치데이터는 간섭계로부터 이용가능하므로, 위치데이터의 연속적인 스트림을 제공할 수 있게 된다.
간섭계와 광전 증배관으로부터의 데이터의 조합은 여러가지로 변형할 수 있다. 예를 들면, 상술한 바와 같이 주사선은 4096au(address unit)의 길이이다. 먼저, 1au를 위하여 비임 1이 활성화될 수 있고, 그 좌표는 마커와 관련하여 광전 증배관에 의해 결정된다. 그 후, 비임 1은 주사의 4096au를 위하여 다시 턴온될 수 있으며, 이 위치는 마커에 따라 결정된다.
이 데이터로부터 주사선의 길이가 결정될 수 있다. 마찬가지로, 브러쉬의 폭도 비임 1과 8을 활성화시킴으로써 결졍될 수 있다. 주사기간중에 가공물의 이동에 의해 야기되는 스트라이프축에서의 스큐(skew)는, 데이터가 음향광학 변조기에 인가되는 시간을 조정함으로써 전기적으로 결정 및 조정할 수 있다. 다른 응용들은 스폿트 크기측정, 임계적인 차원측정, 회전거울의 회전안정성시험, 조향거울위치, 줌렌즈 교정, 타이밍 교정, F-θ 전달함수측정, 전체적인 광학계의 렌즈 선형능력 결정, 촛점영역 평탄도측정, 열의 직교성시험 및 자동촛점교정을 포함한다.
비임분할기와 광전 증배관 및 간섭계의 조합을 갖춘 중간의 필드평면의 망원경광학 배열(telecentric arrangement)과 이동어셈블리상의 마크는 이들 이외의 독립적인 보조시스템 사이에서 정밀한 배위(配位)를 제공한다.
데이터 타이밍(data timing)
거울위치에 관한 데이터의 타이밍은 중요한 것이다. 비임이 회전거울상의 각 절단면의 위치에 대하여 너무 빨리 턴온되거나 너무 늦게 턴온된다면, 하나의 주사선은 다음의 주사선으로부터 변위될 수 있다. 앞에서 설명한 바와 같이, 데이터에 대한 타이밍신호와 음향광학 변조기의 기동은 절단면 검출기를 통하여 나타내어진다. 챈널 1은 절단면이 하나의 비임 또는 비임들을 가공물상으로 안내하는 위치로 되기 전에 턴온된다. 비임은 분할기(28)로부터 광전 검출기로 반사되어 타이밍신호를 발생시킨다. 이러한 비임의 턴온은 제10도에 펄스(105)로 나타내어져 있다. 절단면 검출은 제10도에 펄스(106)로 나타내어져 있다. 이 검출은 고정된 지연과 주사보정 및 스큐보정으로 이루어진 타임 시이퀀스(time sequence)를 초기화시킨다. 총지연은 제10도에 지연(108)으로서 나타내어져 있다.
지연후에 음향광학적 변조기로 데이터(4096au)를 클로킹(clocking)하기 위한 신호를 발생시키기 위해 프린트 클록 이네이블신호(print clock enable signal; 107)과 화소클럭(pixel clock; 109)을 이네이블시킨다. 파형(110)으로 나타낸 바와 같이 데이터는 패턴을 프린트하도록 비임을 선택적으로 이네이블시킨다.
복수개의 주사로 이루어진 스트라이프(111)는 제10도에 도시되어 있다. 동도면에서는, 라인(112)은 스트라이프(111)에 대한 시간축을 나타낸다. 라인(113)은 라인(112)에 부가되는 각도를 나타내는데, 이 각도는 주사기간중에 스트라이프검출에서의 이동에 의해 야기되는 각 주사선으로 도입된 스큐를 나타낸다. 이것은 지연(108)에서의 "스큐인자증가"이다. 여기서, 점선은 실제의 스트라이프축 이동으로부터의 주사방형편차를 나타낸다. 이 편차는 차동간섭계(94)에 의해 측정된다. 점선과 라인(112) 사이의 차이는 지연(108)에 대한 "주사보정(scan correction)"을 나타낸다. 고정된 지연은 평균기대지연(average expected delay)이다. 따라서, 계산된 지연(108)은 절단면 편차, 주사의 래스터 본질 및 스트라이프 테이블 이동편차에도 불구하고 프린팅이 발생하는 것을 허가한다.
또한, 주사기간중에 비상수 속도테이블 이동은 스트라이프축방향으로 발생하게 된다. 이들 변화는 간섭계(89)에 의해 검출된다. 간섭계(89)로부터의 정보를 조향거울(20)을 조절하여 스트라이프방향에서의 비임과 가공물의 상대적인 이동을 보정한다.
이와 같이, 여러가지의 특유의 형상을 포함하는 본 발명에 따른 레이저를 이용한 패턴형성장치는, 그 광학경로에서 그 기계적인 보조시스템의 일부로서 설명될 수 있는 것이다.
제1도는 본 발명에 따른 장치에서의 전체적인 광학경로를 나타낸 개략구성도,
제2도는 광학경로에서의 렌즈의 위치와 부품호울더간의 관계를 설명하기 위한 본 발명에 따른 장치의 정면도,
제3도는 본 발명의 실시예에 이용되는 분할기의 구성도,
제4도는 제3도의 도시된 비임분할기에 이용되는 불할기중 하나의 정면도,
제5도는 중간영상평면에서 주사후에 이용되는 렌즈의 구성도,
제6도는 부품호울더나 가공물의 위치를 결정하는데 이용되는 간섭계와 부품호울더간의 관계를 나타낸 평면도,
제7도는 제6도의 구조물의 정면도로서 광경로의 축소에 대한 구조물의 위치를 설명하는 도면,
제8도는 본 발명의 실시예에 이용되는 주사패턴(플레이트기록방법)을 설명하기 위한 도면,
제9도는 "브러쉬(Brush)"를 형성하는데 이용되는 레이저비임을 설명하는 도면,
제10도는 본 발명의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 레이저 12 : 비임압축기
13 : 분할기 14 : 릴레이 렌즈
16 : 음향광학 변조기 17 : 도우브 프리즘(Dove Prism)
18 : 릴레이 렌즈 20 : 조향거울
22 : 줌렌즈 24 : 다각형 회전거울
26 : F-θ렌즈 28 : 분할기
30 : 셔터 32 : 축소렌즈
34 : 가공물 37, 38, 40, 45 : 비임중첩 프리즘
39, 43, 44 : 거울 45 : 금속프레임
58, 59, 60, 61 : 비임 67 : 절단면 검출기
71 : 광전 증배관 83 : 모터
89, 94 : 차동간섭계 97, 98 : 마커

Claims (29)

  1. 방사에너지 비임을 발생하는 레이저와, 이 레이저에 광학적으로 결합되어 비임을 복수개의 비임으로 분할하는 비임분할수단, 이 비임분할수단에 광학적으로 결합되어 상기 복수개의 비임 각각을 독립적으로 변조하는 변조수단, 이 변조수단으로부터의 비임이 그 위로 안내되며 상기 비임이 가공물을 주사하도록 해주는 복수개의 절단면을 갖춘 회전거울, 이 회전거울로부터 상기 비임을 받아들여 상기 비임을 상기 가공물상에 접속하는 접속수단 및, 상기 변조수단과 상기 회전거울 사이에 광학적으로 배치되어 상기 가공물과 상기 비임 사이의 이동을 보상하기 위해 상기 회전거울상에서 상기 비임의 위치를 조정하는 조향거울을 구비하고서, 방사에너지에 감응하는 막을 포함하고 있는 상기 가공물상에 패턴을 형성하기 위한 패턴형성장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 회전거울과 상기 가공물 사이에 확대 영상평면을 제공하기 위한 광학수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 광학수단은, 상기 회전거울로부터 절단면 검출수단으로 비임을 반사시켜 상기 회전거울의 상기 절단면과 동기되는 동기신호를 생성하는 비임분할기를 상기 확대 영상평면에 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 복수개의 비임중 적어도 하나는 상기 가공물로부터 반사되고, 상기 가공물의 위치를 표시하기 위해 상기 비임분할기에 의해 검출기로 반사되는 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 광학수단이 F-θ렌즈를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 변조수단과 상기 회전거울 사이에 배치되어 상기 비임간의 간섭을 방지하기 위해 상기 복수개의 비임간에서 분리를 제공하는 도우브 프리즘을 더 구비한 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 변조수단과 상기 회전거울 사이에 배치되는 줌렌즈를 더 구비한 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
  8. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 변조수단이 음성광학장치를 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
  9. 방사에너지 비임을 발생하는 적어도 하나의 레이저와, 이 레이저로부터 비임을 받아들여 복수개의 변조된 레이저비임을 생성하는 분할/변조수단, 이 분할/변조수단으로부터의 비임이 그 위로 안내되며 복수개의 절단면을 갖춘 회전거울, 상기 회전거울과 상기 가공물 사이에 확대 영상평면을 제공하는 광학수단을 갖추고 상기 회전거울로부터의 비임을 받아들여 이 비임을 상기 가공물상에 집속하는 집속수단 및, 상기 회전거울로부터 절단면 검출수단으로 비임을 반사시켜 상기 회전거울의 상기 절단면과 동기되는 동기신호를 생성하는 상기 확대 영상평면에 설치된 비임분할기를 구비하고, 상기 회전거울이 상기 복수개의 비임을 상기 가공물에 주사시키는 것을 특징으로 하는 방사에너지에 감응하는 막을 포함하고 있는 상기 가공물상에 패턴을 형성하기 위한 패턴형성장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 복수개의 비임중 적어도 하나는 상기 가공물로부터 반사되고, 상기 가공물의 위치를 표시하기 위해 상기 비임분할기에 의해 검출기로 반사되는 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 광학수단은 F-θ렌즈를 포함하고서 상기 확대 영상평면을 제공하는 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
  12. 제9항에 있어서, 상기 변조수단과 상기 회전거울 사이에 배치되어 상기 비임간의 간섭을 방지하기 위해 상기 복수개의 비임간에서 분리를 제공하는 도우브 프리즘을 더 구비한 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
  13. 제9항에 있어서, 상기 변조수단과 상기 회전거울 사이에 배치되는 줌렌즈를 더 구비한 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
  14. 방사에너지 비임을 발생하는 레이저와, 이 레이저에 광학적으로 결합되어 비임을 복수개의 비임으로 분할하는 비임분할수단, 이 비임분할수단에 광학적으로 결합되어 상기 복수개의 비임 각각을 독립적으로 변조하는 음향광학 변조수단, 이 변조수단으로부터의 비임이 그 위로 안내되며 복수개의 절단면을 갖춘 회전거울, 이 회전거울로부터의 비임을 받아들여 상기 가공물상에 비임을 집속하는 집속수단, 상기 주사방향과 수직한 방향으로의 이동을 위해 마운트되어 상기 가공물을 수납하는 부품호울더 및, 상기 변조수단과 상기 회전거울 사이에 배치되어 상기 주사방향과 수직한 방향으로의 비임과 가공물의 상대적인 이동을 보상하기 위해 상기 가공물상의 상기 패턴영상에 대한 무한 촛점에서 상기 비임을 반사시키는 조향거울을 구비하고, 상기 회전거울과 상기 부품호울더의 이동이 상기 가공물을 상기 주사방향과 수직한 방향에서 소정의 경로로 래스터주사시키는 것을 특징으로 하는 방사에너지에 감응하는 막을 포함하고 있는 상기 가공물상에 패턴을 형성하기 위한 패턴형성장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 부품호울더는 상기 주사방향으로 이동하는 테이블상에 마운트되어 있는 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 회전거울로부터 절단면 검출수단으로 비임을 반사시켜 상기 회전거울의 상기 절단면에 동기되는 동기신호를 생성하는 비임분할기를 더 구비한 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 복수개의 비임중 적어도 하나는 상기 가공물로부터 반사되고, 상기 가공물의 위치를 표시하기 위해 상기 비임분할기에 의해 반사되는 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
  18. 제14항 또는 제17항에 있어서, 상기 주사방향과 수직한 방향으로 상기 부품호울더의 이동방향을 허가하도록 상기 부품호울더 및 제1간섭계와 함께 이동하기 위해 마운트된 제4거울을 더 구비한 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 주사방향으로 상기 부품호울더의 이동방향을 허가하기 위해 상기 부품호울더 및 제2간섭계와 함께 이동하기 위해 마운트된 제5거울을 더 구비한 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
  20. 제14항에 있어서, 상기 회전거울과 상기 가공물 사이에 확대 영상평면을 더 갖춘 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 회전거울로부터 절단면 검출수단으로 상기 비임중의 하나를 반사시켜 상기 회전거울 상기 절단면과 동기되는 동기신호를 생성하는 비임분할기를 상기 확대 영상평면에 포함하고 있으며, 상기 하나의 비임은 상기 비임이 상기 가공물을 주사하기 전에 턴온되는 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 복수개의 비임중 적어도 하나는 상기 가공물로부터 반사되고, 상기 가공물의 위치를 표시하기 위해 상기 비임분할기에 의해 반사되는 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
  23. 제20항에 있어서, 상기 확대 영상평면은 F-θ렌즈를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
  24. 제14항에 있어서, 상기 음성광학 변조수단과 상기 회전거울 사이에 배치되어 상기 비임간의 간섭을 방지하기 위해 상기 복수개의 비임간에서 분리를 제공하는 도우브 프리즘을 더 구비한 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
  25. 제14항에 있어서, 상기 음성광학 변조수단과 상기 회전거울 사이에 배치되는 줌렌즈를 더 구비한 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
  26. 제9항에 있어서, 상기 변조수단과 상기 회전거울 사이에 배치되어 상기 가공물과 상기 비임 사이의 이동을 보상하기 위해 상기 회전거울상에서 상기 비임의 위치를 조정하는 조향거울을 더 구비한 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
  27. 제14항에 있어서, 상기 비임분할수단은, 상기 레이저로부터 상기 비임을 받아들여 상기 비임을 2개의 비임으로 분할하는 제1비임분할거울과, 상기 제1분할거울로부터의 2개의 비임을 받아들여 상기 2개의 비임을 4개의 비임으로 분할하는 제2분할거울 및, 상기 제2분할거울로부터 상기 4개의 비임을 받아들여 상기 4개의 비임을 8개의 비임으로 분할하는 제3비임분할거울을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
  28. 제1항에 있어서, 상기 비임분할수단은, 상기 레이저로부터 상기 비임을 받아들여 상기 비임을 2개의 비임으로 분할하는 제1비임분할거울과, 상기 제1분할거울로부터 2개의 비임을 받아들여 상기 2개의 비임을 4개의 비임으로 분할하는 제2비임분할거울 및, 상기 제2분할거울로부터 상기 4개의 비임을 받아들여 상기 4개의 비임을 8개의 비임으로 분할하는 제3비임분할거울을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
  29. 제9항에 있어서, 상기 비임분할수단은, 상기 레이저로부터 상기 비임을 받아들여 상기 비임을 2개의 비임으로 분할하는 제1비임분할거울과, 상기 제1분할거울로부터 2개의 비임을 받아들여 상기 2개의 비임을 4개의 비임으로 분할하는 제2비임분할거울 및, 상기 제2분할거울로부터 상기 4개의 비임을 받아들여 상기 4개의 비임을 8개의 비임으로 분할하는 제3비임분할거울을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
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