KR100756085B1 - 물체 상에 그레이 스케일을 생성하는 방법 및 마스크리스 리소그래피 시스템 - Google Patents

물체 상에 그레이 스케일을 생성하는 방법 및 마스크리스 리소그래피 시스템 Download PDF

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세부하르웬세슬라오에이.
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에이에스엠엘 홀딩 엔.브이.
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Abstract

리소그래피 장치에서, 예를 들어 인쇄되는 선의 위치 또는 폭을 제어하는 것이 바람직하다. 이러한 패턴 및 해상도를 제어하는 효과적인 방법은 가능한 한 많은 그레이 스케일 수준을 갖는 것이다. 본 발명은 노광 시간의 변조가 물체 상에 그레이 스케일 수준의 수를 증가시키는 그레이 스케일링 방법을 포함한다. 또한, 본 발명은 노광 빔의 출력을 변조하는 것이 추가의 그레이 스케일 수준을 제공하는 그레이 스케일링 방법을 포함한다.
리소그래피, 그레이 스케일, 패턴, 노광, 변조기

Description

물체 상에 그레이 스케일을 생성하는 방법 및 마스크리스 리소그래피 시스템 {A METHOD OF PRODUCING GRAYSCALE ON AN OBJECT AND MASKLESS LITHOGRAPHY SYSTEM}
도1은 본 발명의 실시예에 따른 반사식 SLM을 갖는 마스크리스 리소그래피 시스템을 도시하는 도면.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 투과식 SLM을 갖는 마스크리스 리소그래피 시스템을 도시하는 도면.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 SLM을 도시하는 도면.
도4는 도3의 SLM의 세부를 도시하는 도면.
도5는 본 발명의 실시예에 따른 조립체를 도시하는 도면.
도6은 레이저 펄스의 지속 시간을 변화시키는 것이 추가의 그레이 스케일 수준을 제공하는, 본 발명에 따른 그레이 스케일링 방법의 제1 실시예를 나타내는 흐름도.
도7은 화소의 개별 상태의 지속 시간을 변화시키는 것이 추가의 그레이 스케일 수준을 제공하는, 본 발명에 따른 그레이 스케일링 방법의 제2 실시예를 나타내는 흐름도.
도8은 레이저 펄스의 출력을 변화시키는 것이 추가의 그레이 스케일 수준을 제공하는, 본 발명에 따른 그레이 스케일링 방법의 제3 실시예를 나타내는 흐름도.
도9는 조사 광원으로부터의 개별 빔의 출력을 변화시키는 것이 추가의 그레이 스케일 수준을 제공하는, 본 발명에 따른 그레이 스케일링 방법의 제4 실시예를 나타내는 흐름도.
도10은 추가의 그레이 스케일 수준을 제공하기 위해 화소의 개별 상태의 지속 시간을 변화시키는 예를 도시하는 시간 선도.
도11은 투사 광학 장치(110)의 일 실시예를 나타내는 블록 선도.
도12는 본 발명이 사용될 수 있는 예시적인 시스템을 나타내는 블록 선도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 마스크리스 리소그래피 시스템
102, 202 : 조사 광원
104, 204 : SLM/SLM 어레이
106 : 빔 분할기
108 : SLM 광학 장치
110, 210 : 투사 광학 장치
114, 214 : 제어기
116, 216 : 제어기
본 발명은 리소그래피에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 마스크리스 리소그래피에 관한 것이다.
리소그래피는 기판의 표면 상에 특징부를 생성하기 위해 사용되는 공정이다. 그러한 기판은 평판 표시 장치(예를 들어, 액정 표시 장치), 회로 기판, 다양한 집적 회로 등의 제조에 사용되는 것을 포함할 수 있다. 그러한 용도로 빈번히 사용되는 기판은 반도체 웨이퍼 또는 유리 기판이다. 본 설명이 예시적인 목적으로 반도체 웨이퍼의 관점에서 기술되지만, 당업자는 본 설명이 당업자에게 공지된 다른 유형의 기판에도 적용된다는 것을 인식할 것이다.
리소그래피 중에, 웨이퍼 스테이지 상에 배치된 웨이퍼는 리소그래피 장치 내에 위치된 노광 광학 장치에 의해 웨이퍼의 표면 상으로 투사되는 화상으로 노광된다. 노광 광학 장치가 광 리소그래피의 경우에 사용되지만, 다른 유형의 노광 장치가 특정 용도에 따라 사용될 수 있다. 예를 들어, x-선, 이온, 전자, 또는 광자 리소그래피는 각각 당업자에게 공지된 바와 같이 상이한 노광 장치를 요구할 수 있다. 광 리소그래피의 특정예가 본원에서 단지 예시적인 목적으로 설명된다.
투사된 화상은 웨이퍼의 표면 상에 적층된 층, 예를 들어 포토레지스트의 특성의 변화를 일으킨다. 이러한 변화는 노광 중에 웨이퍼 상으로 투사된 특징부에 대응한다. 노광 후에, 층은 패턴화된 층을 생성하도록 에칭될 수 있다. 패턴은 노광 중에 웨이퍼 상으로 투사된 그러한 특징부에 대응한다. 이러한 패턴화된 층은 그 다음 전도체, 반도체, 또는 절연체 층과 같은 웨이퍼 내의 하부 구조 층의 노광된 부분을 제거하거나 추가로 처리하도록 사용된다. 이러한 공정은 그 다음 다른 단계와 함께 원하는 특징부가 웨이퍼의 표면 상에 또는 다양한 층 내에 형성될 때까지 반복된다.
스텝 & 스캔 기술은 좁은 촬상 슬롯을 갖는 투사 광학 시스템과 관련하여 작동한다. 전체 웨이퍼를 한 번에 노광하기보다는, 개별 필드(field)가 웨이퍼 상으로 한 번에 하나씩 스캐닝된다. 이는 촬상 슬롯이 스캔 중에 영역을 가로질러 이동되도록 웨이퍼와 레티클을 동시에 이동시킴으로써 달성된다. 웨이퍼 스테이지는 그 다음 레티클 패턴의 복수의 사본을 웨이퍼 표면 위로 노광하도록 영역 노광부들 사이에서 비동기적으로 스테핑된다. 이러한 방식으로, 웨이퍼 상으로 투사되는 화상의 품질이 최대화된다.
종래의 리소그래피 시스템 및 방법은 반도체 웨이퍼 상에 화상을 형성한다. 시스템은 전형적으로 반도체 웨이퍼 상에 화상 형성 공정을 수행하는 장치를 포함하도록 설계된 리소그래피 챔버를 갖는다. 챔버는 사용되는 광의 파장에 따라 상이한 가스 혼합물 및 진공 등급을 갖도록 설계될 수 있다. 레티클이 챔버 내부에 위치된다. 광선은 (시스템 외부에 위치된) 조사 광원으로부터 반도체 웨이퍼와 상호 작용하기 전에 광학 시스템, 레티클 상의 화상 윤곽부, 및 제2 광학 시스템을 통과한다.
복수의 레티클이 기판 상에 장치를 제조하기 위해 요구된다. 이러한 레티클은 계속 값비싸지고, 특징부 크기 및 작은 특징부 크기에 대해 요구되는 정확한 공차로 인해 제조하는 데 시간이 소요된다. 또한, 레티클은 마모되기 전에 소정의 시간 동안 사용될 수 있을 뿐이다. 레티클이 일정한 공차 내에 있지 않거나 레티 클이 손상되면 추가의 비용이 정기적으로 초래된다. 따라서, 레티클을 사용하는 웨이퍼의 제조는 계속하여 엄청나게 값비싸지고 있다.
이러한 결점을 극복하기 위해, 마스크리스(예를 들어, 직접 기록 및 디지털 등) 리소그래피 시스템이 개발되었다. 마스크리스 시스템은 레티클을 공간 광 변조기(SLM; 예를 들어, 디지털 미세 거울 장치(DMD) 또는 액정 표시 장치(LCD) 등)로 대체한다. SLM은 원하는 패턴을 형성하도록 개별적으로 제어되는 활성 영역(예를 들어, 거울 또는 투과 영역)의 어레이를 포함한다. 이러한 활성 영역은 기술 분야에서 "화소"로도 알려져 있다. 원하는 노광 패턴에 기초한 소정의 미리 저장된 알고리즘이 화소를 제어하도록 사용된다. SLM 내의 각각의 화소는 그의 광학 특성(예를 들어, 진폭/위상 투과율)을 웨이퍼 표면으로 송출되는 선량의 변동을 제공하기 위해 제어 가능한 방식으로 변경시킬 수 있다.
전형적인 실시예에서, 각각의 화소는 선량 그레이 스케일링의 특정 수준에 각각 대응하는 제한된 수의 개별 상태들 중 하나를 취할 수 있다. 화소가 취할 수 있는 많은 상태들 중 하나는 노광 영역으로 광을 보내지 않는 화소에 대응한다. 이러한 상태는 암흑 상태 또는 꺼짐 상태로 불릴 수 있다. 화소의 다른 상태는 입사광의 일정 부분을 노광 영역으로 보내도록 변조되는 화소에 대응한다. 인쇄되는 패턴(예를 들어, 인쇄되는 선의 위치 또는 폭)을 제어할 수 있도록, 가능한 한 많은 그레이 스케일 수준을 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 개별 화소 상태의 수를 증가시킴으로써 달성 가능한 그레이 스케일 수준의 수는 적어도 다음의 이유로 인해 제한된다.
SLM 상의 패턴은 전형적으로 웨이퍼 스캔이 짧은 레이저 펄스 중에 발생하는 노광과 연속적이면, 모든 레이저 펄스에 대해 갱신되어야 한다. 노광이 연속 광원에 의해 수행되지만 웨이퍼가 노광 중에 정지되어 있거나 노광의 번짐(smearing)이 보상되면, 패턴은 적어도 매우 빈번하게 갱신되어야 한다. 결과적으로, SLM으로의 높은 데이터 전송율이 유지되어야 한다. 이러한 데이터 전송율은 개별 상태의 수의 대수에 비례하여 증가하고, 최대로 가능한 데이터 전송율의 한계는 화소 상태의 수 및 그레이 스케일 수준의 수를 제한하게 된다.
또한, 더 많은 수의 화소 상태를 갖는 것은 SLM의 설계 및 상태에 대한 제어를 더욱 어렵게 만든다.
그러므로, 필요한 것은 개별 화소 상태의 수를 증가시키지 않고서 더 많은 그레이 스케일 수준을 달성하는 마스크리스 리소그래피 시스템 및 방법이다.
본 발명은 조사 시스템 내의 개별 화소 상태의 수를 증가시키지 않고서 조사 시스템 내에서 많은 그레이 스케일 수준을 생성하는 것에 관한 것이다. 이러한 개발은 시스템에 의해 인쇄되는 선의 위치 또는 폭과 같은 특징부에 대한 정밀한 제어를 제공한다.
일 실시예에서, 본 발명은 레이저 펄스의 지속 시간을 변화시키는 것이 추가의 그레이 스케일링 수준을 제공하는, 레이저를 포함하는 조사 시스템 내의 그레이 스케일링의 방법을 제공한다.
다른 실시예에서, 본 발명은 SLM의 화소가 활성화되는 시간을 바꾸는 것이 추가의 그레이 스케일링 수준을 제공하는, 공간 광 변조기(SLM)를 포함하는 조사 시스템 내의 그레이 스케일링 방법을 제공한다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 노광 빔의 출력의 변경이 추가의 그레이 스케일 수준을 제공하는, 조사 시스템 내의 그레이 스케일링 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 레이저 펄스 지속 시간, 화소 활성화 시점, 및 레이저 출력의 다양한 조합이 채용된다.
본 발명의 다른 실시예, 특징 및 장점과, 본 발명의 다양한 실시예의 구조 및 작동이 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 설명된다.
본원에 통합되어 명세서의 일부를 형성하는 첨부된 도면은 본 발명을 예시하며, 또한 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하고 당업자가 본 발명을 만들어 사용하는 것을 가능케 하는 역할을 한다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다. 하나의 요소가 처음 나타나는 도면은 전형적으로 대응하는 도면 부호 내에 가장 좌측의 숫자에 의해 표시된다.
개요
특정 구성 및 배열이 설명되지만, 이는 단지 예시적인 목적으로 행해진다는 것을 이해해야 한다. 당업자는 다른 구성 및 배열이 본 발명의 취지 및 범주를 벗어나지 않고서 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 본 발명이 다양한 다른 적용에 채용될 수도 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다.
본 발명의 실시예는 예를 들어 마스크리스 리소그래피 기계 내의 조사 시스템 내의 그레이 스케일링을 위한 방법을 제공한다. 시스템 및 방법은 개별 화소 상태의 수를 유지하면서, 선의 위치 또는 폭과 같은 기판 상에 인쇄되는 특징부에 대한 제어를 증가시키도록 사용될 수 있다.
마스크리스 리소그래피 시스템
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크리스 리소그래피 시스템(100)을 도시한다. 시스템(100)은 광을 빔 분할기(106) 및 SLM 광학 장치(108)를 거쳐 반사식 공간 광 변조기(SLM; 예를 들어, 디지털 미세 거울 장치(DMD) 또는 반사식 액정 표시 장치(LCD) 등)로 투과시키는 조사 광원(102)을 포함한다. SLM(104)은 종래의 리소그래피 시스템에서 레티클 대신에 광을 패턴화하도록 사용된다. SLM(104)으로부터 반사된 패턴화된 광은 빔 분할기(106) 및 투사 광학 장치(110)를 통과하여 물체(112; 예를 들어, 기판, 반도체 웨이퍼, 평판 표시 장치용 유리 기판 등) 상으로 기록된다.
조사 광학 장치가 기술 분야에 공지된 바와 같이 조사 광원(102) 내에 수용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. SLM 광학 장치(108) 및 투사 광학 장치(110)는 기술 분야에 공지된 바와 같이 광을 SLM(104) 및/또는 물체(112)의 원하는 영역 상으로 유도하기 위해 요구되는 광학 소자들의 조합을 포함할 수 있다는 것도 이해해야 한다.
다른 실시예에서, 조사 광원(102)과 SLM(104) 중 하나 또는 이들 모두는 각각 통합식 제어기(114, 116)에 결합되거나 가질 수 있다. 제어기(114)는 시스템(100)으로부터의 피드백에 기초하여 조사 광원(102)을 조정하거나 보정을 수행하도록 사용될 수 있다. 제어기(116)도 조정 및/또는 보정을 위해 사용될 수 있다. 선택적으로, 제어기(116)는 SLM(104) 상의 화소(302)를 화소들의 개별 상태들(예를 들어, 화소의 그레이톤(graytone) 상태들 중 하나와 완전히 어두운 꺼짐 상태) 사이에서 전환하기 위해 사용될 수 있다 (도3 참조). 이는 물체(112)를 노광하도록 사용되는 패턴을 발생시킬 수 있다. 제어기(116)는 패턴(들)을 발생시키도록 사용되는 소정의 정보 및/또는 알고리즘을 구비한 (도시되지 않은) 통합형 저장부를 갖거나 저장 소자에 결합될 수 있다.
도2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마스크리스 리소그래피 시스템(200)을 도시한다. 시스템(200)은 광을 SLM(204; 예를 들어, 투과 LCD 등)을 통해 투과시켜서 광을 패턴화하는 조사 광원(202)을 포함한다. 패턴화된 광은 투사 광학 장치(210)를 통해 투과되어 물체(212)의 표면 상에 패턴을 기록한다. 이러한 실시예에서, SLM(204)은 액체 표시 장치 등과 같은 투과식 SLM이다. 위와 유사하게, 조사 광원(202)과 SLM(204) 중 하나 또는 이들 모두는 각각 제어기(214, 216)에 결합되거나 그와 일체일 수 있다. 제어기(214, 216)는 기술 분야에 공지된 바와 같이 위에서 설명한 제어기(114, 116)와 유사한 기능을 수행할 수 있다.
시스템(100 또는 200) 내에서 사용될 수 있는 예시적인 SLM은 스웨덴의 마이크로닉 레이저 시스템즈 에이비(Micronic Laser Systems AB)와 독일의 프라운호퍼 회로 및 시스템 연구소(Fraunhofer Institute for Circuits and Systems)에 의해 제조된다.
단지 간편하게 하기 위해, 이하에서 시스템(100)만이 참조될 것이다. 그러나, 이하에서 설명되는 모든 개념은 당업자에게 공지된 바와 같이 시스템(200)에도 적용될 수 있다. 도1 및 도2의 구성요소 및 제어기의 다른 배열 또는 통합은 본 발명의 취지 및 범주를 벗어나지 않고서 당업자에게 명백할 것이다.
도3은 예를 들어 SLM(104)의 활성 영역(300)의 세부를 도시한다. 활성 영역(300)은 (도면에서 생략 부호로 표시된) 화소(302)의 n × m 어레이를 포함한다. 화소(302)는 DMD 상의 거울 또는 LCD 상의 위치일 수 있다. 화소(302)의 물리적인 특성을 조정함으로써, 이들은 그들의 상태들 중 하나로서 보일 수 있다. 원하는 패턴에 기초한 디지털 또는 아날로그 입력 신호는 다양한 화소(302)의 상태를 전환하도록 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 물체(112)에 기록되는 실제 패턴이 결정될 수 있으며, 패턴이 수용 가능한 공차 밖에 있는 지에 대한 결정이 이루어질 수 있다. 그렇다면, 제어기(116)는 SLM(104)에 의해 발생되는 패턴을 미세 조정(예를 들어, 보정 및 조정 등)하기 위해 실시간으로 아날로그 또는 디지털 제어 신호를 발생시키도록 사용될 수 있다.
도4는 SLM(400)의 다른 세부를 도시한다. SLM(104)은 활성 영역(300)을 둘러싸는 비활성 패키징(400)을 포함할 수 있다. 또한, 다른 실시예에서, 주 제어기(402)는 SLM의 어레이를 모니터 및 제어하기 위해 각각의 SLM 제어기(116)에 결합될 수 있다. 도4의 점선은 SLM의 어레이 내의 제2 SLM을 나타낸다. 하나 이상의 SLM이 실시 설계에 맞도록 어레이에 추가될 수 있다. 이하에서 설명되는 바와 같이, 인접한 SLM들은 다른 실시예에서 서로에 대해 오프셋되거나 엇갈릴 수 있다.
SLM 어레이 구성
도5는 SLM(104)의 어레이를 수납하는 지지 장치(502)를 포함하는 조립체(500)를 도시한다. 다양한 실시예에서, 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, SLM(104)의 어레이는 원하는 펄스 당 노광의 수 또는 다른 실시 설계 기준에 기초하여 열, 행, 열 내의 SLM, 행 내의 SLM 등의 수를 변경할 수 있다. SLM(104)은 지지 장치(502)에 결합될 수 있다. 지지 장치(502)는 열 제어 영역(504; 예를 들어, 물 또는 공기 채널 등)을 가질 수 있다. 지지 장치(502)는 제어 로직 및 관련 회로(예를 들어, ASIC, A/D 변환기, D/A 변환기, 데이터를 스트리밍하기 위한 광섬유 등일 수 있는 소자(116) 및 소자(402)를 도시하는 도4 참조)를 위한 영역을 가질 수도 있다. 또한, 지지 장치(502)는 기술 분야에 공지된 바와 같이 SLM(104)을 수납하는 (점선 형상으로 형성된) 창(506)을 가질 수 있다. 지지 장치(502), SLM(104), 및 모든 주변 냉각 또는 제어 장치 회로는 조립체로서 불린다. 조립체(500)는 원하는 스티칭(예를 들어, 물체(112) 상의 특징부들의 인접한 요소들의 연결)과 선단 및 후연 SLM(104)에 대한 중첩을 생성하는 데 필요한 단차 크기를 허용할 수 있다. 선단 SLM은 스캔 중에 물체(112) 상에 일련의 화상 중 최초 화상을 생성하는 SLM이고, 후연 SLM은 스캔 중에 물체(112) 상에 일련의 화상 중 최종 화상을 생성하는 SLM이다. 상이한 스캔으로부터의 선단 및 후연 SLM(104)으로부터의 화상들의 중첩은 인접하여 중첩하지 않은 스캔들로부터 생성될 수 있는 시임(seam)을 제거하는 것을 보조한다. 예시적으로, 지지 장치(502)는 250 mm × 250 mm 또는 300 mm × 300 mm일 수 있다. 지지 장치(502)는 온도에 안정한 재료로부터 제 조되는 것에 기초하여 열 관리를 위해 사용될 수 있다.
지지 장치(502)는 SLM(104)의 간격 제어를 보장하고 회로 제어 및 열 제어 영역(504)을 내장하기 위한 기계적인 골격으로서 이용될 수 있다. 임의의 전자 장치가 지지 장치(502)의 후방 측면 및 전방 측면 중 하나 또는 모두에 장착될 수 있다. 예를 들어, 아날로그계 SLM 또는 전자 장치를 사용할 때, 와이어가 제어 또는 결합 시스템(504)으로부터 활성 영역(300)으로 결합될 수 있다. 지지 장치(502) 상에 장착되는 것에 기초하여, 이러한 와이어는 비교적 짧을 수 있으며, 이는 회로가 지지 장치(502)로부터 떨어져 있는 경우에 비해 아날로그 신호의 감쇄를 감소시킨다. 또한, 회로와 활성 영역(300) 사이에 짧은 링크를 갖는 것은 통신 속도를 증가시켜서 패턴 재조정 속도를 실시간으로 증가시킬 수 있다.
몇몇 실시예에서, SLM(104) 또는 회로 내의 전기 장치가 마모되면, 조립체(500)는 쉽게 교체될 수 있다. 교체 조립체(500)가 조립체(500) 상의 칩보다 더 비용이 드는 것처럼 보이지만, 전체 조립체(500)를 교체하는 것이 사실상 더욱 효율적일 수 있고, 이는 제작 비용을 절약할 수 있다. 또한, 조립체(500)는 수리될 수 있어서, 최종 사용자가 수리된 조립체(500)를 사용하기를 원한다면 교체 부품의 감소를 허용한다. 조립체(500)가 교체되면, 단지 전체적인 정렬만이 제조를 재개하기 전에 필요하다.
시간 변조를 사용한 그레이 스케일링
대부분의 리소그래피 장치에 대해, 예를 들어 인쇄되는 선의 위치 또는 폭을 제어하는 것이 바람직하다. 이러한 패턴을 제어하고 해상도를 증가시키는 효과적 인 방법은 가능한 한 많은 그레이 스케일 수준을 갖는 것이다.
물체 상의 그레이 스케일을 증가시키기 위한 한 가지 접근은 물체가 들어오는 광에 대해 노광되는 시간의 길이를 변조하는 것이다. 도6은 노광의 지속 시간이 변조되는 본 발명의 일 실시예의 흐름도이다. 이러한 실시예에서, 조사 광원(102)은 (도시되지 않은) 레이저를 포함한다. 단계(602)에서, 조사 광원(102)으로부터의 광이 SLM(104)에 의해 투과되어 물체(112) 상에 제1 패턴을 형성한다.
단계(604)는 조사 광원(102) 내의 레이저로부터의 레이저 펄스의 지속 시간(예를 들어, 펄스 폭)을 변화시키는 단계를 포함한다. 예를 들어, 레이저 빔이 복수의 평행한 빔으로 분리되고 그러한 평행한 빔들의 상대 길이가 변화되면, 펄스의 지속 시간 또한 변화될 것이다. 레이저 펄스의 지속 시간을 변화시키도록 일반적으로 사용되는 임의의 다른 방법 또한 이러한 실시예에서 사용될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다.
단계(606)에서, 이번에는 상이한 펄스 폭을 갖는 조사 광원(102)으로부터의 광이 SLM(104)에 의해 투과되어 물체(102) 상에 제2 패턴을 형성한다. 제2 패턴은 제1 패턴과 중첩된다. 중첩된 패턴은 그레이 스케일을 생성한다.
단계(608)는 원하는 그레이 스케일 수준이 달성될 때까지 단계(606)를 반복하는 단계를 포함한다. 단계(606)가 반복될 때마다, 상이한 범위의 그레이 스케일 수준이 생성될 수 있다. 상이한 노광으로부터의 그레이 스케일들의 조합은 추가의 그레이 스케일을 제공한다.
도7은 노광의 지속 시간이 변조되는 본 발명의 제2 실시예를 나타낸다. 단 계(702)는 조사 광원(102)으로부터의 광으로 SLM(104)을 조사하는 단계를 포함한다. SLM(104)은 광 내에 패턴을 생성한다.
단계(704)에서, 물체(112)는 SLM(104)으로부터 반사된 패턴화된 광에 의해 노광된다.
단계(706)는 그레이 스케일의 수준을 생성하는 단계를 포함한다. 이는 SLM(104)의 화소(302)들 중 일부를 그들의 한 가지 상태로부터 SLM(104)의 다른 화소(302)보다 먼저 제2 상태로 전환함으로써 달성된다. 화소의 제2 상태는 화소가 입사광의 다른 부분을 노광 영역으로 보내는 다른 그레이 스케일 상태일 수 있다. 선택적으로, 화소가 전환되는 제2 상태는 꺼짐 상태일 수 있으며, 이 때 화소는 노광 영역으로 광을 보내지 않는다. 단계(706)는 예시적인 단계(706)의 시간 선도인 도10에 상세히 설명되어 있다. X-축(1002)은 증가하는 시간을 나타내고, t는 1회 스캔의 총 시간을 나타낸다. Y-축(1004)은 예를 들어 주어진 시간에 활성인 SLM(104)의 화소(302)의 수를 나타낸다. 시간(0)에서 N개의 화소(302)가 활성이라고 가정한다. 간단하게 하기 위해, 또한 모든 화소의 제2 상태는 꺼짐 상태라고 가정한다. 당업자는 다른 상태가 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
스캔 도중에, 시간(t-β)에서, 화소(302)들의 제1 부분(A)이 그들의 꺼짐 상태로 전환된다. 그러므로, 시간(t-β) 직후에, N-A개의 화소가 그들의 활성 상태로 유지된다. 그 후에, 시간(t-α)에서, 화소(302)들의 제2 부분(B)이 그들의 꺼짐 상태로 전환된다. 따라서, 시간(t-α) 직후에, (N-A)-B개의 화소가 그들의 활성 상태로 유지된다. 마지막으로, 스캔의 종료가 시간(t)에서 도달되면, 남아있는 (N-A)-B개의 화소가 그들의 꺼짐 상태로 전환되어, 활성 상태로 유지되는 화소를 남기지 않는다.
출력 변조를 사용한 그레이 스케일링
도8은 본 발명의 제3 실시예인 방법(800)을 나타낸다. 방법(800)에서, 그레이 스케일링은 각각의 노광의 출력을 변조함으로써 생성된다. 방법(800)은 투사 광학 장치(110)의 일 실시예를 나타내는 블록 선도인 도11에 의해 더욱 보완된다. 이러한 실시예에서, 투사 광학 장치(110)는 필터(1102)와 추가 광학 장치(1104)를 포함한다. 당업자는 추가 광학 장치(1104)가 필터(1102)의 전방, 후방 또는 양 측면 상의 광 경로(1106) 내에 위치될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 또한, 다른 실시예에서, 필터(1102)는 투사 광학 장치(110) 외부의 광학 경로 내에서 어디에나 위치될 수 있다.
도11에 도시된 실시예에서, 투사 광학 장치(110)는 무엇보다도 필터(1102)의 강도 투과치를 제어하기 위한 제어 시스템(1108)을 또한 포함할 수 있다. 제어 시스템(1108)은 수동 또는 전자식일 수 있다. 제어 시스템(1108)은 예를 들어 스위치를 포함할 수 있다.
방법(800)에서, 단계(802)는 필터링된 광을 생성하도록 조사 광원(102)으로부터의 광을 필터(1102)를 통과시키는 단계를 포함한다. 필터(1102)는 제1 강도 투과치를 갖는다.
단계(804)에서, 필터링된 광은 물체(112)를 노광하여 물체(112) 상에 제1 패턴을 생성한다.
단계(806)에서, 필터(1102)의 강도 투과치는 예를 들어 제어 시스템(1108)에 의해 변화되어, 필터(1102)가 제2 강도 투과치를 갖는다.
단계(808)는 제1 패턴을 제2 강도 투과치를 갖는 필터(1102)를 통해 광을 통과시킴으로써 생성된 제2 패턴과 중첩시키는 단계를 포함한다. 제1 패턴과 다른 강도를 갖는 제2 패턴으로 물체(112)를 노광하는 것은 그레이 스케일을 생성한다. 단계(806, 808)는 물체(112) 상의 그레이 스케일 수준의 수를 증가시키도록 반복될 수 있다.
도9는 본 발명의 제4 실시예인 방법(900)을 도시한다. 방법(900)에서, 그레이 스케일링은 빔의 개별 부분의 출력을 변조함으로써 생성된다. 방법(900)은 방법(900)에 의해 사용될 수 있는 시스템(1200) 내의 요소들을 포함하는 블록 선도인 도12에 의해 더욱 보완된다. 시스템(1200)은 다른 요소들 중에서도, 조사 광원(102), 빔 분할기(1202), 필터 세트(1204), SLM 조립체(500), 및 물체(112)를 포함한다. 필터 세트(1204)는 필터 세트(1204) 내에 생략 부호에 의해 표시된 필터(A-N)를 포함할 수 있다. 유사하게, SLM 조립체(500)는 필터의 수와 적어도 동일한 수의 SLM을 포함할 수 있다. 예를 들어, 필터 세트(1204) 내에 N개의 필터가 있으면, SLM 조립체(500) 내에도 N개의 SLM이 있을 수 있다.
방법(900)에서, 단계(902)는 조사 광원(102)으로부터의 광선을 하나 이상의 빔 세그먼트로 분할하는 단계를 포함한다. 빔 세그먼트는 빔 세그먼트(A-N)로 불릴 것이다.
단계(904)에서, 빔 세그먼트(A-N)는 필터 세트(1204) 내의 대응하는 필터(A-N)를 통과한다. 필터(A-N)는 각각의 대응하는 빔 세그먼트(A-N)의 출력을 변조한다. 빔 세그먼트(A-N)가 필터(A-N)를 통과한 후에, 방법(900)은 단계(906)로 진행한다.
단계(906)에서, 빔 세그먼트(A-N)는 SLM 조립체(500) 내의 대응하는 SLM(A-N)을 조사한다. SLM 조립체(500) 내의 개별 SLM(A-N)은 그 다음 개별 빔 세그먼트(A-N)를 물체(112)로 투과시킨다.
마지막으로, 단계(908)에서, 개별 빔 세그먼트는 물체(112)를 중첩하는 방식으로 노광한다. 상이한 패턴들이 개별 SLM(A-N)에 의해 각각의 빔 세그먼트 내에 생성될 수 있으므로, 몇몇의 패턴은 다른 패턴과 상이한 강도로 물체(112)를 노광할 수 있다. 상이한 강도를 갖는 복수의 패턴에 의한 이러한 노광은 물체(112) 상에 그레이 스케일의 수준을 생성한다. 그레이 스케일 수준의 수는 사용되는 개별 빔 세그먼트 및 개별 SLM의 수를 증가시킴으로써 증가될 수 있다.
결론
본 발명의 다양한 실시예가 위에서 설명되었지만, 이들은 단지 예시적으로 제공되었으며 제한적이지 않다는 것을 이해해야 한다. 형태 및 세부의 다양한 변화가 본 발명의 취지 및 범주를 벗어나지 않고서 이루어질 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위 및 범주는 위에서 설명된 예시적인 실시예에 의해 제한되지 않아야 하며 다음의 청구범위 및 그의 등가물에 따라서만 한정되어야 한다.
본 발명에 의하면, 마스크리스 리소그래피 시스템의 조사 시스템 내의 개별 화소 상태의 수를 증가시키지 않고서 조사 시스템 내에서 많은 그레이 스케일 수준을 생성하며, 리소그래피 시스템에 의해 인쇄되는 선의 위치 또는 폭과 같은 특징부를 정밀하게 제어할 수 있다.

Claims (21)

  1. 공간 광 변조기(SLM)를 갖는 마스크리스 리소그래피 시스템에서 물체 상에 그레이 스케일을 생성하는 방법이며,
    제1 펄스 폭으로 작동하는 레이저에 의해 패턴을 생성하도록 광에 의해 물체를 노광하는 단계와,
    물체 상에 그레이 스케일 수준의 범위를 생성하도록 물체의 노광 시간을 변조하는 단계와,
    중첩된 노광을 생성하도록 제1 펄스 폭과 다른 제2 펄스 폭으로 작동하는 레이저에 의해 패턴을 중첩시키는 단계를 포함하고,
    중첩된 노광은 물체 상에 다른 범위의 그레이 스케일 수준을 생성하는, 물체 상에 그레이 스케일을 생성하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 변조 단계는 레이저 광원의 펄스 폭을 변경하는 단계를 포함하는, 물체 상에 그레이 스케일을 생성하는 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 중첩 단계는 원하는 수의 그레이 스케일 수준이 달성될 때까지 반복되는, 물체 상에 그레이 스케일을 생성하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, SLM은 복수의 화소를 갖고,
    상기 노광 단계 이전에, 복수의 화소를 활성 상태들 또는 하나의 활성 상태로부터 꺼짐 상태로 전환하는 단계를 더 포함하고,
    화소의 활성 상태는 특정 그레이 수준의 화소에 의해 상기 물체로 광을 투과시키는 것에 대응하고, 꺼짐 상태는 화소에 의해 상기 물체로 광을 투과시키는 않는 것에 대응하는, 물체 상에 그레이 스케일을 생성하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 변조 단계는 SLM의 복수의 화소의 일부를 SLM의 다른 화소보다 먼저 다른 상태로 전환하는 단계를 포함하는, 물체 상에 그레이 스케일을 생성하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 패턴의 번짐을 보상하는 단계를 더 포함하는, 물체 상에 그레이 스케일을 생성하는 방법.
  8. 공간 광 변조기(SLM)를 갖는 마스크리스 리소그래피 시스템에서, 물체 상에 그레이 스케일을 생성하는 방법이며,
    제1 출력을 갖는 광선에 의해 패턴을 생성하도록 광선에 의해 물체를 노광하는 단계와,
    물체 상에 그레이 스케일 수준의 범위를 생성하도록 광선의 출력을 변조하는 단계와,
    중첩된 노광을 생성하도록 제2 출력을 갖는 광선에 의해 패턴을 중첩시키는 단계를 포함하고,
    중첩된 노광은 물체 상에 다른 범위의 그레이 스케일 수준을 생성하는, 물체 상에 그레이 스케일을 생성하는 방법.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서, 상기 중첩 단계는 원하는 수의 그레이 스케일 수준이 달성될 때까지 반복되는, 물체 상에 그레이 스케일을 생성하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 중첩 단계는,
    광선을 중첩된 노광에 대해 특정한 일정 강도 투과치를 갖는 필터를 통과시키는 단계와,
    상기 광선을 물체로 투과시키는 단계를 포함하는, 물체 상에 그레이 스케일을 생성하는 방법.
  12. 제8항에 있어서, 상기 중첩 단계는,
    광선을 하나 이상의 빔으로 분할하는 단계와,
    각각의 빔을 일정한 강도 투과치를 갖는 필터를 통과시키는 단계와,
    각각의 빔을 고유한 개별 SLM을 사용하여 투과시키는 단계와,
    물체 상에 각각의 개별 SLM으로부터의 화상들을 중첩시키는 단계를 포함하는, 물체 상에 그레이 스케일을 생성하는 방법.
  13. 마스크리스 리소그래피 시스템이며,
    조사 광원과,
    물체와,
    제어기를 포함하고,
    제어기는 광원으로부터의 광선이 물체 상에 그레이 스케일 수준의 범위를 생성하도록 물체를 노광하는 지속 시간을 변조하고,
    패턴이 제1 펄스 폭으로 작동하는 레이저에 의해 생성되고,
    중첩된 노광을 생성하도록 제1 펄스 폭과 다른 제2 펄스 폭으로 작동하는 레이저에 의해 패턴을 중첩시키고,
    중첩된 노광은 물체 상에 다른 범위의 그레이 스케일 수준을 생성하는 마스크리스 리소그래피 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 변조기는 연속적인 노광들 사이에서 레이저 광원의 펄스 폭을 변경함으로써 지속 시간을 변경하는 마스크리스 리소그래피 시스템.
  15. 제13항에 있어서, 조사 광원과 물체 사이에, 공간 광 변조기(SLM)를 더 포함하고,
    SLM은 복수의 화소를 갖고,
    화소의 활성 상태는 특정 그레이 수준의 화소에 의해 상기 물체로 광을 투사시키는 것에 대응하고, 꺼짐 상태는 화소에 의해 상기 물체로 광을 투과시키지 않는 것에 대응하는 마스크리스 리소그래피 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 변조기는 SLM 내의 화소들 중 적어도 하나를 SLM 내의 다른 화소보다 먼저 적어도 하나의 다른 상태로 전환함으로써 지속 시간을 변경하는 마스크리스 리소그래피 시스템.
  17. 마스크리스 리소그래피 시스템이며,
    광선을 출력하는 조사 광원과,
    광선을 복수의 빔으로 분할하는 빔 분할기와,
    각각 복수의 빔들 중 하나에 대응하며 일정한 강도 투과치를 갖는 복수의 필터와,
    각각 복수의 빔들 중 하나에 대응하는 복수의 공간 광 변조기(SLM)를 포함하고,
    복수의 빔들 중 각각의 하나는 대응하는 필터를 통과하고 대응하는 SLM 어레이를 조사하여, 복수의 SLM에 의해 생성된 패턴이 물체 상에 중첩되는 마스크리스 리소그래피 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 복수의 SLM 각각에 의해 발생되는 각각의 패턴을 제어하기 위한 제어 시스템을 더 포함하는 마스크리스 리소그래피 시스템.
  19. 복수의 화소를 갖는 공간 광 변조기(SLM)를 갖는 마스크리스 리소그래피 시스템에서, 물체 상에 그레이 스케일을 생성하는 방법이며,
    패턴을 생성하도록 광선에 의해 물체를 노광하는 단계와,
    물체 상에 제1 범위의 그레이 스케일 수준을 생성하도록 물체의 노광 시간을 변조하는 단계와,
    물체 상에 제2 범위의 그레이 스케일 수준을 생성하도록 광선의 출력을 변조하는 단계를 포함하고,
    상기 노광 시간을 변조하는 단계에서 패턴은 제1 펄스 폭으로 작동하는 레이저에 의해 생성되고, 상기 방법은 중첩된 노광을 생성하도록 제1 펄스 폭과 다른 제2 펄스 폭으로 작동하는 레이저에 의해 패턴을 중첩시키는 단계를 더 포함하고, 중첩된 노광은 물체 상에 다른 범위의 그레이 스케일 수준을 생성하고,
    상기 광선의 출력을 변조하는 단계에서 패턴은 제1 출력을 갖는 광선에 의해 생성되고, 상기 방법은 중첩된 노광을 생성하도록 제2 출력을 갖는 광선에 의해 패턴을 중첩시키는 단계를 더 포함하고, 중첩된 노광은 물체 상에 다른 범위의 그레이 스케일 수준을 생성하는, 물체 상에 그레이 스케일을 생성하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 물체의 노광 시간을 변조하는 단계는, 중첩된 노광을 생성하도록 노광들 사이에서 광선의 펄스 폭을 변경하는 단계와, SLM의 복수의 화소들 중 일부를 SLM 내의 다른 화소보다 먼저 다른 상태로 전환하는 단계로 구성된 그룹 중 적어도 하나를 포함하는, 물체 상에 그레이 스케일을 생성하는 방법.
  21. 제19항에 있어서, 광선의 출력을 변조하는 단계는, 중첩된 노광을 생성하도록 노광들 사이에서 광선의 출력을 변경하는 단계와, 중첩된 노광을 생성하도록 광선이 통과하는 필터의 강도 투과치를 변화시키는 단계와, 광선을 복수의 광선으로 분할한 후에 각각을 빔을 일정한 강도 투과치를 갖는 고유한 필터를 통과시키는 단계로 구성된 그룹 중 적어도 하나를 포함하는, 물체 상에 그레이 스케일을 생성하는 방법.
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