KR20020072530A - 고성능 패턴 발생기를 위한 데이터 경로 - Google Patents

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KR20020072530A
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Abstract

이미지를 발생시키는 아날로그 공간 광변조기와 같은 고성능 패턴 발생기를 위한 고속의 데이터경로는 개시되어 있다. 데이터 경로는 임의로 높은 처리량에 진정한 스케일러빌리티를 주는 완전히 독립적인 병렬 데이터 흐름을 위한 설비를 가진다. 바람직한 실시예에서 공간 광변조기의 영역들은 특정한 래스터화 프로세서와 프랙쳐링 프로세서에 할당된다. 패턴의 가장자리의 섞임을 위하고, 패턴의 피쳐들 사이의 간섭의 계산을 위하는 필드들 사이의 오버랩이 있다. 데이터경로는 데이터 통합 체크를 가지며 에러 조건이 발생한 때에 복구 모드를 가지는데 이는 새로운 에러의 발생 없이 대부분의 에러들로부터 복구되도록 하여 준다.

Description

고성능 패턴 발생기를 위한 데이터 경로 {DATA PATH FOR HIGH PERFORMANCE PATTERN GENERATOR}
집적회로(integrated circuits, IC)의 생산을 위한 포토마스크의 패턴화는 소위 모어(More)의 법칙에 따라 발전하고 있는데, 이 법칙에 따라 삼년마다 이전의 회로 세대보다 4배 더 복잡한 새로운 회로 세대가 생성되고 있다. 35년 전에는 패턴들이 소위 루비리스 필름(Rubylith film)이라고 하는 붉은 플라스틱 필름 안에서 칼을 가지고 손으로 잘라졌다. 나중에는 더욱 정확하고 복잡한 패턴들의 필요성에 따라 컴퓨터 제어 스테이지와 이멀젼(emulsion) 필름상에서 일련의 직사각형을 노출시키는 플래시 램프를 가지는 광학 패턴 발생기가 개발되었다. 80년대 중반에는e빔(e-beam)과 광학적인 래스터 스캐닝 패턴 발생기(optical raster-scanning pattern generator)가 발명되었고 이는 이후로 놀랄만한 정확도와 피쳐(feature) 밀도를 마스크에 제공하게 되었다. 그러나, 래스터 스캐닝 패턴 발생기가 주로 직렬 장치인 이상, 래스터 스캐닝 패턴 발생기는 그 경제적인 수명이 다하고 있는 것이다. 필요한 것은 모어의 법칙에 의해 예측되는 지수함수적인 복잡도의 증가를 따라 잡을 수 있는 급진적으로 새로운 기록 원리이다.
일련의 계류 중인 PCT 특허 출원들(SE99/00310 및 다른 출원들) 중에서 발명자들 중의 한 명(Sandstrom)은 해상도, 정확도 및 처리량의 면에서 이전의 어떤 알려진 시스템보다 유리한 점을 가지는 새로운 타입의 패턴 발생기를 개시한 바 있다. 본 발명은 상기의 새로운 형태의 패턴 발생기에서 사용될 매우 높은 데이터 용량을 가지는 데이터 경로이다. 본 발명의 또다른 관점은 매우 높은 속도에서조차 새로운 패턴 발생기가 매우 정확하도록 해 주는 보정과 실시간 데이터 수정을 제공한다는 점이다.
본 발명은 포토마스크의 패턴화, 미세전자공학 및 미세광학 장치 그리고 디스플레이 장치의 생산 등을 위한 최고급 패턴 발생기(high-end pattern generator)에 관한 발명이다. 보안 인쇄와 연결 장치들과 같은 매우 정확한 패턴의 다른 응용기기들 역시 본 발명과 연관되어 있다.
패턴 발생기라는 용어는 발명의 상세한 설명에서, 대개 감광 표면상의 빛의 작용에 의하는 데이터의 물리적인 패턴을 생성하는 기기를 의미하는 것으로 사용되었다.
도 1은 선행 기술을 보여준다: (a) 스캐닝 레이저를 사용하는 패턴 발생기 그리고 (b) 각 프로세서가 빔 인터페이스들의 각각에게 데이터를 전송하는 다중프로세서-다중빔(multiprocessor-multibeam).
도 2는 이미지를 생성하기 위한 공간 광변조기(spatial light modulator, SLM)를 사용하는 일반적인 패턴 발생기를 보여준다.
도 3은 복수의 프랙쳐링 프로세서(fracturing processor)들과 복수의 래스터화 프로세서(rasterization processor)들을 가지는 다중프로세서를 보여준다. 각각은 공간 광변조기 내에서 인접한 영역을 위해 데이터를 생성한다.
도 4는 각각 몇 개의 프랙쳐링 프로세서들과 공간 광변조기의 분리된 영역들에 전송하는 몇 개의 래스터화 프로세서들을 가지는 완전히 독립적인 두 개의 유닛을 가지는 완전히 병렬의 구조를 보여준다.
도 5는 노출 필드들(exposure fields) 사이의 물리적인 오버랩과 예를 들면 역 컨벌루션(inverse convolution)과 같은 이미지 프로세싱(image processing)을 위한 간섭 오버랩(interaction overlap) 양쪽 모두를 조절시키는 오버랩에 대해 입력 패턴이 어떻게 프랙쳐링 되는 지를 보여준다.
도 6은 그레이 스케일(grey-scale) 비트맵을 공간 광변조기에 로딩하기 위한 바람직한 실시예를 보여준다.
도 7은 오버랩 발생과 에러 수정을 위하여 픽셀 단위의 룩업(lookup)을 위한 바람직한 실시예를 보여준다.
따라서, 위에서 논의된 선행 기술의 문제점을 경감하기 위한 방법과 장치를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
이 목적은 동봉된 청구항들에 따른 방법과 장치에 의해 달성된다.
전부터 알려진 패턴 발생기들에서는, 도 1a에서 설명된 것처럼 하나의 빔이 패턴을 기록하고 그 수용량은 하나의 빔 블랭커(beam blanker) 또는 변조기를 통하여 입력된 데이터의 양에 의하여 제한을 받는다. 병렬로 스캐닝하는 많은 빔들을사용하는 설계는 처리량에의 제한을 경감하기 위해 사용된다. 그러나, 도 1b에서 설명된 바와 같이, 다중빔 래스터 스캐닝 패턴 발생기에서 패턴은 빔들의 사이에서 비월되는데(interlaced), 즉 모든 빔들은 패턴의 모든 부분을 기록한다. 다중프로세서 구조에서 빔의 데이터를 래스터화하는 것은 이전부터 알려져 있고, 대개 각 프로세서는 그 패턴의 인접한 영역을 래스터화한다. 완결된 데이터는 빔들의 인터레이스(interlace) 구조에 따라 나누어져야만 하고 모든 프로세서는 각 빔에 패턴 데이터를 전송해야 한다. 이는 많은 복잡성을 더하여 주고 데이터의 진정한 병렬 프로세싱에 장애가 된다. 높은 처리량을 얻기 위하여는 여러 개의 병렬 버스들이나 병렬 연결점들의 크로스 스위치(cross-switch) 구조를 가지는 시스템이 사용된다. 그 접근법은 데이터를 모든 빔에 보내는 모든 프로세서의 원리가 단순히 너무 많은 십자형 데이터 전송을 야기하는 한계까지만 스케일가능(scalable)하다. 더 많은 프로세서들을 더하는 것은 언제나 가능하지만, 다른 모듈들 사이의 많은 상호의존성으로 인해 구조 내의 데이터 흐름의 증가가 언제나 가능한 것은 아니다. 하나의 실질적인 한계는 래스터라이져(rasterizer)가 단일 백플레인(backplane)에 맞지 않는 때이다. 여러 개의 병렬 버스들을 가지는 많은 동기화된 백플레인(backplane)들은 구축 가능하나, 오버헤드를 증가시켜 결과적으로 시스템 비용을 증가시킨다.
우리는 다른 래스터라이져와 진정한 스케일러빌리티(scalability)를 주고 모든 인터페이스가 병렬이 되도록 허용하는 구조를 개시한다. 데이터는 나누어져서 다른 프로세서들로 전송되고 완전히 분리된 경로를 따라 움직인다. 필요한동기화(synchronization)의 정도는 낮고 완전한 자기 독립적인 프로세싱 단위가 프로세싱 능력을 증대시키기 위하여 부가될 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 매우 병렬적인 데이터 채널이 여러가지 형태의 패턴 수정을 위한 설비를 가진다는 것이다. 그러한 수정은 데이터 프로세싱의 모든 단계에서 작업 부하를 높이고 또한 데이터 흐름을 상당히 증대시킨다. 전형적인 래스터 스캔 구조에서 이는 데이터 전송 한계와 진정한 스케일러빌리티의 부족으로 인하여 조정하기 어려울 수 있다. 여기서 공개되는 진실로 스케일러블한 구조에서는 데이터 경로의 비용이 처리될 필요가 있는 작업의 양과 함께 선형적으로 증가하지만, 다른 어려운 한계는 없이 증가된다.
본 발명은 빛이나 전자빔 등과 같은 어떤 종류의 에너지 빔을 사용하는 공간 에너지 빔 변조기(spatial energy beam modulator, SEBM)로 구성되는 패턴 발생기와 관련이 있다. 다음에 설명되는 바람직한 실시예에서는 본 발명은 공간 광변조기(spatial light modulator, SLM)를 사용하는 것으로 설명된다. 그러나, 여러 다른 대체적인 변조기들이 본 발명의 범위 내에서 사용되는 것이 가능하다는 것은 당 분야의 숙련된 사람들에게 인정될 만하다. 에너지 빔을 변조하기 위하여 아날로그 모드에서 변화하는 변조 영역을 사용하는 다른 변조기들은, 스캐닝 시스템과 함께 변조 요소의 어레이(array)를 갖는 변조기를 사용하거나, 분리된 빔들의 큰 어레이들을 사용함으로써, 전자빔이나 이온빔으로 대량의 병렬 기록을 하기 위한 변조기들이며, 전류에 대한 레지스트의 직접적인 노출과 관련이 있는 병렬의 근접 리소그래피이다. 마찬가지로 대규모 병렬 리소그래피는 미세역학적인 셔터들과 회절 렌즈들의 어레이들을 사용하여 부드러운(soft) x 레이나 극자외선의 공간 변조로 수행된다는 것이 알려져 있다.
본 발명의 실시예들은 다음에서 예를 통하여 설명될 것이다. 그러나, 본 발명이 이러한 예들에만 제한되지 않는다는 것이 당 분야의 숙련된 사람들에 의해 인정되어야만 한다.
본 발명의 바람직한 실시예는 0.13㎛의 "디자인 노드"용 포토마스크들을 기록하기 위한 최고급 패턴 발생기(PG)를 위한 래스터라이져이다. 이 패턴 발생기는 아래로 180nm 이하의 피쳐를 기록할 수 있다. 이 패턴 발생기는 도 2에 개략적으로 설명된 바와 같이, PCT 특허 출원 SE99/00310에, 아날로그 반사 미세역학적인 공간 광변조기를 사용하고 공간 광변조기의 이미지를 마스크 중심부에 축소화하는 렌즈를 통하여 투사하는 것으로 설명되어 있다. 공간 광변조기는 2048 x 512 픽셀의 어레이 크기를 가지고 각 픽셀이 16 x 16 ㎛의 폭을 가진다. 렌즈는 160X의 축소 배율을 가지며 공간 광변조기의 투사된 크기는 0.1 x 0.1 ㎛이다. 공간 광변조기의 아날로그 픽셀들은 0.1 ㎛ / 64 = 1.6nm의 어드레스 그리드(address grid)에 일치하여, 최고와 제로 노출 사이에서 50레벨 이상의, 바람직하게는 65레벨 이상의 전압에 의하여 구동된다. 구동 일렉트로닉스는 다중값의 비트맵들, 즉 달리 말하면 각 픽셀마다 N 비트의 깊이를 가지는 비트맵들을 가진다. 장래를 위하여 유연성을 유지하기 위하여 각 픽셀은 50레벨에 대하여 필요한 6비트로가 아닌, 8비트로 표현된다. 그래서 0부터 255까지의 픽셀 값들이 유효하고 0부터 50까지의 값들이변화하는 노출을 위하여 사용된다. 51부터 100까지의 코드들은 웨이브프런트(wavefront) 내에서 음(negative)의 복소 진폭에 일치하여 미세역학적인 픽셀들에서 더 강한 굴절을 발생시키기 위하여 사용되는데, 음의 진폭은 기록된 패턴 내에서 에지의 선명도(acuity)와 코너의 첨예도(sharpness)을 증가시키기 위하여 사용될 수 있다. 전형적으로 노출된 피쳐는 약한 음의 진폭광을 배경으로 하여 양의 진폭에 의해 프린트되는데, 여기서 약한 음의 진폭광은 피쳐의 노출에서 높은 에지 슬로프(slope)를 생성한다.
공간 광변조기는 초당 700번의 새로운 패턴 데이터를 가지고 로드되고 KrF 레이져(248nm)로부터의 한 번의 플래시가 마스크 중심부에 공간 광변조기 상의 패턴을 전송하기 위하여 사용된다. 그 다음의 플래시 전에 공간 광변조기는 재기록될 필요가 있고 그 스테이지는 각 플래시들이 마스크 중심부 상에서 인접한 패턴을 생성하도록 대략 50㎛만큼 나아갔다. 스테이지는 약 35mm/s의 일정한 속도로 움직이고 2048 픽셀의 폭인 스트립은 플래시들의 연속으로부터 함께 스티치(stitch)된다. 최대의 패턴 길이는 230mm이고 스트립은 4.7GByte를 요하는 230 mm x 2048 / 0.1 ㎛ = 4.7 x 109픽셀을 포함한다. 6.4초 안에 한 개의 스트립이 기록되고 다음 스트립을 위하여 1초 후에 데이터를 재추적(retrace)할 준비가 되어야 한다. 그러나, 기록은 또한 재추적 스트로크(stroke) 상에서 수행될 수 있고, 이는 기록 프로세스를 더 빠르고 더욱 효율적으로 할 수 있다.
버스트 데이터 흐름(burst data flow)은 750MBytes/s이고 평균적인 경우는650MBytes/s이다. 하나의 스트립을 위하여 데이터를 처리하는데 걸리는 실제의 시간이 절대적으로 예측가능하지는 않기 때문에, 스트립이 기록되기 전에 하나의 가득찬 스트립(full strip)이 버퍼화되도록 되었다. 실제로 메모리 내의 기록과 판독 동작 사이에 전송 시간과 오버랩을 허용하기 위하여 스트립 버퍼는 6.4GByte보다도 더 클 필요가 있다. 만약 데이터의 처리가 필요한만큼보다 더 시간이 걸린다면 기기는 스트립에 대하여 시작하기 전에 데이터를 기다린다. 데이터 고갈로 인한 중도의 기록 스트로크의 포기는 더욱 불규칙하고 플레이트(plate) 외곽에서의 d유휴 위치(idle position)에서 데이터를 기다리는 것보다 더욱 바람직하지 않은 일이 된다. 그래서 작은 데이터 버퍼들을 가지는 시스템과 활주(fly) 상에서 래스터화하는 래스터라이져는 반드시 헤드룸(headroom)을 갖도록 설계되어야 하며 스트립 버퍼 시스템(strip-buffered system)의 처리 능력의 거의 두 배를 요한다. 버퍼 메모리의 많은 양을 요함에도 불구하고 가득찬 스트립 버퍼링은 래스터화 스피드를 증가시키는 것보다 더욱 비용면에서 효율적이라고 여겨진다.
그러나, 본 발명의 범위 내에서, 그런 대형 버퍼들을 사용하지 않거나 전혀 버퍼를 사용하지 않는 것이 또한 가능하며, 이로써 기록될 각 윈도우가 대신 주어지고 순차적으로 래스터화된다.
병렬 연산
입력 데이터 포맷은 많은 다른 포맷들이 가능한데, 예를 들면 계층적인 GDSII, 평범한 MEBES 포맷 또는 알고리즘 형태 등이 있다. 입력 데이터 화일들은극단적으로 클 수 있고 10 내지 30 GByte인 패턴 화일들을 가지는 경우도 그리 드문 것은 아니다. 보다 계층적인 화일들을 향하여 개발이 될 지라도 장래에 화일 크기가 더욱 커질 수 있을 것이다.
공간 광변조기는 장래의 마스크를 위하여 필요한 훨씬 더 작은 픽셀 크기를 가지고 합리적인 기록 시간을 달성키 위하여 필요할 극단적으로 높은 속도(초당 픽셀의 단위)의 가능성을 제시한다. 해상도와 복잡성의 면에서 모어(More)의 법칙을 따르면서 레티클(reticle)에 대한 기록 시간을 유지하기 위하여는 초당 픽셀의 숫자가 매 18개월마다 두 배가 되어야 한다. 그래서 모든 데이터가 하나의 인터페이스를 통과해야만 하는 어떤 구조도 곧 구식이고 부적절한 것이 될 것이라고 예측된다. 오직 진정한 병렬 구조만이 임의의 용량에 대해 스케일될 수 있다. 이하에서 어떻게 이러한 진정 병렬 구조가 설계될 수 있는지에 대해 설명한다:
공간 광변조기의 표면은 공간 광변조기 필드의 집합으로 나누어진다. 높은 종횡비(aspect ratio)의 공간 광변조기(예를 들면 2048 x 512 픽셀)의 경우에는 이것을 512 x 512 픽셀 필드로 나누는 것이 유용하다. 데이터는 스캐닝에 의하여 공간 광변조기로 기록된다. 보다 바람직한 실시예에서 하나의 디지탈-아날로그 변환(digital to analog conversion, DAC)은 64개의 행에 걸쳐 아날로그 멀티플렉서에 의해 스캐닝되고 그 각각에 대하여 0 내지 40 볼트의 범위 안에서 전위를 충전한다. 그 다음에 게이트(열) 라인이 열리고 행의 라인의 전하가 각 픽셀의 저장 커패시터에 전송된다. 각각 64개의 행의 선에 대하여 스캐닝된 여러 DAC들은 전체 공간 광변조기를 구동할 필요가 있다. 2048개의 행을 가지는 하나의 공간 광변조기에 대하여 32개의 DAC들이 있다. 전체 이미지가 로딩되는 동안 512개의 열들은 반드시 스캐닝 되어야 하고 각 열에 대하여 모든 64개의 행들이 스캐닝되어야 하며 순차적으로 충전되어야 한다. 1 ms 안에 완전한 이미지를 로드하기 위하여는 DAC는 초당 32 x 106볼트를 발생하여야 하고 실제로 초당 40M 번의 변환들이 더욱 적당한 수치이다. 이는 PC 보드와 일렉트로닉스의 설계와 제작을 위하여 일반적인 방법으로 행할 수 있다.
유연성을 증가시키기 위하여 공간 광변조기는 매 2048 행마다 8, 16, 32 또는 64번의 DAC들이 있도록 구성될 수 있다. 이는 같은 칩을 사용하여 다른 구성이 가능하도록 하여 준다: 같은 40MHz의 변환 속도를 가지고 공간 광변조기는 0.5ms 동안에 64번의 DAC로 리로드(reload)될 수 있다. 반면에 8 또는 16번의 DAC를 사용하여 더 적은 속도 요구 사항으로 비용에 민감한 응용을 위한 보다 저가의 시스템을 구축하는 것도 가능하다. 하나의 아날로그 멀티플렉서를 위해 32개의 행들의 블록들로 나누는 기본 구성은 더 큰 또는 더 작은 공간 광변조기를 설계하는 것과 이것을 구동하기 위한 같은 외부의 전자적 구성 블록(building block)을 사용하기 쉽게 하여 준다.
바람직한 실시예에서 래스터화 캐비닛(cabinet)과 공간 광변조기 사이의 인터페이스는 DAC 이후 아날로그 전압에 있게 된다. 도 6에 도식적으로 설명된 바와 같이, 공간 광변조기에서의 PC 보드에서 선택, 시간 조절 그리고 제어를 위한 라인들과 함께 32의 각 그룹을 위한 하나의 아날로그(비디오) 입력이 있다. 그 비디오는 0 내지 1 볼트의 범위에 있고 공간 광변조기 보드 상의 각 입력마다 볼트 범위를 공간 광변조기를 위해 필요한 0 내지 40 볼트로 하여 주는 아날로그 증폭기가 있다. DAC들은 래스터화 일렉트로닉스와 함께 분리된 캐비닛에서 일어난다. 캐비닛의 숫자를 늘리는 것이 가능하기 때문에 이는 진정한 스케일러빌리티를 가져온다. 래스터라이져와 공간 광변조기 보드 사이에서의 고속 인터페이스는 거리에 둔감한 비디오 케이블이기 때문에 전체적인 래스터라이져는 백플레인이나 캐비닛에 일치할 필요는 없다.
DAC들은 공간 광변조기 내의 512 행들에 일치하여 8번의 DAC들의 DAC 블록으로 묶여진다. 각 DAC는 응답 커브 수정(response curve correction)을 위한 룩업 테이블을 포함하는 신호 조절 일렉트로닉스(signal conditioning electronics)를 가진다. 각 DAC 블록에 대하여 일반 버퍼 메모리와 병렬 래스터화 프로세서들의 뱅크가 있다. 각 래스터화 프로세서는 어떤 범위의 행 어드레스들에, 다른 말로 하면 공간 광변조기를 통한 밴드에, 할당되어 있다. 바람직한 실시예에서 하나의 그래픽 프로세서는 512 행들인 DAC 블록의 전체 폭에 대하여 래스터화하지만, 그 구조의 장래의 실행에서는 DAC 블록이 몇 개의 래스터화 프로세서들 사이에서 세분될 필요가 있다는 것이 예측된다. 래스터화 프로세서는 640행 x 2560열 픽셀의 바람직한 실시예에서 래스터화 윈도우 내에서 비트맵을 생성하도록 맞춰진다. 나중에 사용될 것(512 행)보다 더 큰 래스터화 비트맵 윈도우나 확장된 비트맵은 비트맵 상의 동작들에 의해 패턴 피쳐들 사이에 일어나는 간섭을 수정하는 것을 가능하게 해준다. 확장된 비트맵 없이는 512 행 필드 바깥의 특성들로부터의 어떠한 간섭도 잃게 될 것이다. 열 방향의 필드들 사이에도 유사한 확장이 있다. 확장 내의 데이터는 리던던트(redundant)이며 단지 계산과 상호작용을 위해서만 사용된다. 얼마나 많은 리던던트 데이터가 512 행 바깥에서 생성되는가를 결정하는 소프트웨어 제어 윈도우가 존재한다.
도 3을 참고하면, 각각이 공간 광변조기 내의 인접한 영역을 위한 데이터를 생성하는 많은 프랙쳐링 프로세서들과 래스터화 프로세서들을 갖는 도식적인 다중프로세서 구조가 도시되며, 이에 반해 도 4는 각각 공간 광변조기의 분리된 영역에 제공하는 몇 개의 프랙쳐링 프로세서들과 몇 개의 래스터화 프로세서들을 가지는 두 개의 완전히 독립적인 단위들을 가지는 완전히 병렬적인 구조를 도식적으로 보여준다.
래스터라이져(R)은 선입선출(first in first out, FIFO) 버퍼로부터 4개의 프랙쳐링 프로세서들을 가지는 프랙쳐링 모듈(F)로부터 온 데이터를 제공받는다. 프랙쳐링 모듈에서 입력 화일은 래스터화 프로세서의 확장된 비트맵에 일치하여 래스터화 필드로 잘려지고, 예를 들면 정다각형이 삼각형이나 사다리꼴로 잘려지는 것처럼 데이터 요소들은 래스터라이져를 위하여 미리 조절된다. 계층적인 화일을 위하여 계층의 트리 구조는 그것이 프랙쳐 필드들로 잘라지기 전에 부분적으로 분해되어야 한다. 그래서 래스터화 모듈은 최악의 경우라도 화일이 필드들로 잘라지기 전의 전체적인 화일을 보아야만 한다. 매우 큰 화일들에 대하여 이는 병목현상 (bottleneck)을 일으킨다. 이를 경감하기 위한 두 가지 가능한 방법이 있다:
- 각 셀의 헤더에 크기 정보의 계층적인 화일 포맷을 포함시켜서 프랙쳐 창의 바깥의 셀은 건너뛸 수 있게 하는 것이다. 건너뛴 셀은 자체적으로 내부의 계층을 가질 수 있기 때문에 많은 양의 리던던트 작업을 피할 수 있다.
- 화일을 생성하는 CAD 시스템은 작은 조각으로 잘라진 큰 피쳐를 가지고 화일을 기록하는데, 부분적으로 분해된 계층과 소트된 데이터는 화일이 피쳐를 잃을 위험 없이 순차적으로 판독될 수 있도록 하여준다.
이 두 가지 원리를 조합하여 화일은 순차적으로 처리되고 리던던트 정보는 빠르게 버려진다. 그 다음에 전체의 화일을 각 프랙쳐 모듈에서 처리하는 것은 가능하나 프랙쳐된 출력 데이터는 특별한 프랙쳐 모듈에 할당된 그런 영역들에 대하여만 생성된다. 이런 방법으로 화일의 4가지 다른 복사본들이 프랙쳐 프로세서에 의하여 판독되고 처리되고, 각각은 공간 광변조기의 밴드를 위한 프랙쳐 데이터를 생성하며 같은 밴드에 할당된 래스터라이져에 보내준다.
대체적인 실시예에서, 하나 또는 몇 개의 프랙쳐링 모듈들은 복수의 래스터화 모듈들에 연결된다. 각 래스터화 모듈은 바람직하게는 공간 광변조기의 특정한 영역에 일치한다. 래스터화 모듈로부터의 출력들은 공간 광변조기 구동 단위(SDU)에 주어지고, 이것은 몇 개의 래스터화 모듈들로부터의 래스터화 데이터를 조합한다. 공간 광변조기 구동 단위로부터 비트맵들은 DAC를 통하여 공간 광변조기로 전송된다.
효율적인 병렬 프랙쳐링 프로세스를 달성하기 위하여, 입력 데이터를 사전 처리하고 이를 소위 MIC 포맷이라고 불리우는 벡터 포맷으로 변환하는 것이 바람직하다. 프랙쳐링은 Y 방향으로 스트립 내의 패턴을 얇게 잘라내는(slice) 프로세스이다. 만약 프랙쳐링이 실시간으로 행해지게 된다면 큰 입력 화일은 바람직하게는 Y 방향에서, 다른 말로 하면 스트립 방향에 수직인 방향에서, 소위 버킷(bucket)이라고 불리우는 단위로 소트되거나 블록화된다. 그러나, 이것은 만약 프랙쳐링이 오프라인에서 일어난다면 필요하지 않다. 예를 들면 버킷 단위로 소트된, MIC 포맷의 데이터의 프랙쳐링은 바람직하게는 데이터를 스트립이나 서브스트립으로 추출하는 단계로 구성된다.
버킷들은 버킷 내에 포함된 패턴 대상체들의 정보를 모두 포함하는 자율적인 단위이고, 바람직하게는 입력 데이터 화일을 판독하는 때 온라인 상에서 생성된다. 버킷의 폭은 버킷들 사이에서 변화할 수 있지만, 바람직하게는 프랙쳐링의 시작점에서 정의된다. 버킷 추출은 화일 서버 컴퓨터나 실시간 프랙쳐링 컴퓨터에서 일어날 수 있다. 어떤 버킷 내에 하나 또는 두 개의 경우인 Y 방향의 모든 반복들이 문제 되고 있는 버킷들 내에서 분해되고 풀어진다(unpack). 모든 대상들은 그 원래의 좌표를 유지한다. 그러나, 분해되지 않은 반복(iteration)들은 버킷 경계를 넘나들 수 있다. 버킷들 사이에는 대상체들의 어떠한 의존성도 없다. 더우기, 각 버킷은 바람직하게는 큰 데이터 화일로의 비순차적 접근 포인터들로 구성된다. 그러나, 더 짧은 접근 시간을 달성하기 위하여, 데이터 화일은 바람직하게는 소트된다.
프랙쳐링 프로세스에서, 만약 데이터가 버킷 단위로 소트되거나, 그렇지 않고 완전한 화일로부터 온 것이라면, 하나의 프로세서는 바람직하게는 첫번째 버킷을 판독하는 것을 시작하고, 단지 첫번째 스캔스트립(scanstrip)만을 추출한다.모든 다른 정보는 이 때 무시된다. 다음 프로세서는 같은 버킷을 판독하고 단지 다음 스캔스트립만을 추출한다. 세번째 프로세서는 세번째 스캔스트립을 추출하며 모든 프로세서들이 비지(busy) 상태가 될 때까지 이렇게 계속된다. 이것은 효율적인 다중프로세서 프랙쳐링을 제공한다. 그러나, 같은 스캔스트립 상에서 여러 개의 프로세서가 작업하게 하는 것도 역시 가능하다.
응답 커브 수정(Response-curve correction)
입력 패턴은 기하학(geometry)으로써 특정되지만, 기하학에 대한 전압으로부터의 응답은 매우 비선형적이다. 패턴의 얼마나 넓은 영역이 특정한 픽셀에 해당하는지를 결정하는 래스터라이져는 그 영역을 바람직한 실시예에서 0부터 64 사이의 값으로 번역한다. 응답 함수는 비선형적이기 때문에 래스터라이져에 의해 결정된 픽셀값들은 픽셀들이 서브픽셀 어드레스(sub-pixel address) 내에서 분할을 형성하기 위해 정해질 필요가 있는 전압값에 일치하지 않는다. 수정을 가하기 위한 다른 방법들이 존재하며, 일부는 PCT 특허 출원 SE99/00310에 설명되어 있다. 기본적으로 수정은 다이오드 네트워크와 같은 비선형적 아날로그 함수나 픽셀값의 수학적인 변환에 의하여 행해질 수 있다. 명백한 수정은 어느 정도까지 다항식이다. 영차의 다항식 항은 오프셋이고, 첫번째 항은 증폭 인자이며, 더 높은 항들은 비선형성을 위해 수정한다. 수정은 패턴이 래스터화되거나 패턴이 공간 광변조기에 로드되기 전에 적용될 수 있다. 실제로 다항식을 계산하는 것보다 룩업 테이블의 수단에 의해 수정을 적용하는 것이 보다 실질적이다. 룩업 테이블은 가장 간단한 형태로 모든 픽셀에 적용되는 하나의 수정 함수를 저장한다. 이 함수는 전형적인 픽셀 비선형성을 나타내고 경험적으로 보정되거나 시스템의 물리적인 모델로부터 끌어낼 수 있다. 최고급 패턴 발생기를 위하여 이미지 동일성은 매우 중요하다. 미세역학적인 픽셀 요소들 내에서의 불완전함과 노화 효과(aging effect)로 인한 픽셀과 픽셀 간의 차이점은 이미지의 품질을 망칠 수 있다. 그래서 응답 함수의 픽셀 단위의 수정을 구비하는 것이 매우 바람직하다. 다시 이것은 여러 방법들로 실행될 수 있으나, 바람직한 실시예에서 룩업 테이블의 다양성이 사용된다:
픽셀들의 응답 함수들은 많은 전형적인 응답 커브들로 분류된다. 이것들은 24비트의 입력 어드레스와 16비트의 출력 데이터로 룩업 메모리에 저장된다. 각 커브는 8비트 데이터 값을 16비트의 DAC 값으로 변환한다. 도 7에서 설명된 구조는 16비트 DAC 워드를 지원하지만, 바람직한 실시예에서 단지 10개의 최상위비트(most significant bit)들만 DAC에서 실제로 사용된다.
16비트에 의하여 선택된 216= 65536개의 가능한 커브를 위한 공간이 있다. 16비트는 오프셋 전압을 위한 4비트, 거울 컴플라이언스(mirror compliance)를 위한 4비트 그리고 휘도(brightness)를 위한 8비트로 나누어진다. 일단 첫번째 2 x 4 비트인 픽셀 특성이 보정이 되면 패턴의 밝기를 밝기 비트의 변화에 의하여 바꾸는 것은 쉽다. 더욱 복잡한 설계에서, 밝기 값들이 작은 룩업 메모리로 한번 더 변환되는 이중 변환이 있는데, 그 이점은 플래시 사이에 기기의 중앙 처리 장치(CPU)에 의해 작은 룩업 테이블이 재기록될 수 있다는 점이다. 이중 번역 시스템은 높은 유연성을 제공하고 동적으로 변화하는 도스(dose)로 다른 영역을 노출시키는 것을 가능하게 해 주는데, 예를 들면 패스(pass)들 사이의 변위된 공간 광변조기 필드와 함께 일련의 오버랩된 기록 패스들로부터 축적된 선량 오차(accumulated dose error)의 하나의 패스에서의 수정을 위한 경우이다. 이는 도 5에서 개략적으로 설명된다.
물론 다른 표현들도 사용될 수 있다. 커브의 작은 부분 집합들이 계산되지만, 그들의 대부분은 계산된 커브들 사이의 선형 내삽법(linear interpolation)으로 생성된다. 이런 방법으로 65536개의 커브를 생성하는 계산을 위한 노력을 다룰 수 있다.
공간 광변조기 내에서의 각 픽셀에 대하여 하나의 16비트 셀을 가지는 픽셀 파라미터 메모리(pixel parameter memory)가 있다. 하나의 특정한 픽셀이 공간 광변조기로 로드될 때 그 8비트 데이터 값은 룩업 메모리에 의해 16비트 워드로 변환된다. 어떤 커브가 사용되는가는 픽셀 파라미터 메모리로부터 판독되고 룩업 메모리의 16 어드레스 비트에 제공되는 16비트 워드에 의하여 결정된다.
대체적으로, 룩업 테이블을 사용하는 대신 응답값의 산술적 계산을 위한 장치를 사용하는 것도 또한 가능하다. 산술적인 계산과 룩업 메모리를 조합하는 어떤 종류의 혼성 해결책도 또한 가능하다.
유사한 수정 기능은 위에 언급한 것과 같은 다른 형태의 공간 에너지 빔 변조기들을 위해서도 적절히 사용된다.
데이터 통합과 에러 복구(Data integrity and error recovery)
포토마스크는 기록 패스마다 150 mm x 150 mm / (0.1 ㎛ x 0.1 ㎛) 픽셀들 = 2.25 x 1012픽셀들을 포함할 수 있다. 데이터에서의 비트 에러는 기록된 패턴에서의 점 결함(point defect)으로 나타날 수 있다. 비트 에러들은 때때로 전자적 간섭(electronic interference)의 결과이고 때때로 포토마스크를 사용하여 생산된 칩이 오동작하는 경우에 돌발적으로(in bursts) 발생할 수 있다. 바람직한 실시예에서 데이터는 체크섬(checksum)과 함께 전송되고 에러 플래그(error flag)는 체크섬이 틀린 경우 발생할 수 있다. 이것은 모든 대용량의 데이터 흐름에 대해 DAC 래치(latch)에까지 줄곧 행해진다. 에러 조건이 발생한 때 다음의 레이져 펄스는 억제되고 기록계는 에러 조건이 제거될 때 억제된 플래시로부터 기록을 계속하는 복구 모드에 들어간다. 많은 내부의 다른 조건들이, 예를 들면 데이터가 준비되지 않은 때, 에러 플래그를 발생시킬 수 있다.
레이져 트리그 신호(laser trig signal) 후에 미리 결정된 주기 내에서 레이져 펄스의 부재가 에러 조건을 발생하도록 하기 위해 레이져 펄스의 시퀀스가 또한 모니터된다. 펄스가 사라진다면 노출이 없고 마스크 중심부는 에러에 의해 붕괴되지 않게 된다. 그래서 일반적인 에러 복구 순서는 데이터 흐름을 정지시키는 것, 기계적인 스트로크를 정지시키는 것(또는 노출 없이 일반적인 스트로크를 계속하는 것), 데이터를 후퇴시키는 것, 같은 스트립을 반복하는 것 그리고 사라진 플래시에서 레이져를 켜는 것 등을 포함한다. 같은 방법으로 다루어지는 다른 에러 조건에는 미리 결정된 한계 이상인 스테이지 위치 에러와 공기압 서지(air pressure surge)가 있다. 기록 에러의 위험을 가지는 어떤 조건이나 사건도, 흔치 않은 사건들에 대한 경우에, 매우 낮은 처리량 손실만 겪고 같은 방법으로 처리될 수 있다. 데이터경로는 그래서 최후의 공간 광변조기의 비트맵을 빠르게 리로드할 수 있는 능력으로 설계된다. 데이터 경로에서의 초기의 데이터 전송 에러들은 어떤 데이터의 리프랙쳐링(refracturing)과 리래스터라이징(rerasterizing)을 일으킨다.

Claims (24)

  1. 높은 처리량과 예를 들어 GDSII와 같은, 기호 입력 포맷인 정확한 패턴 데이터를 갖도록 다중값인 비트맵으로 변환하고 상기 비트맵을 패턴 발생기 내의 아날로그 공간 에너지 빔 변조기(spatial energy beam modulator; SEBM)에 공급하기 위한 방법으로서,
    상기 입력 포맷을 받아들여 이를 적어도 하나의 프랙쳐 프로세서(fracture processor) 내의 프랙쳐 필드들로 프랙쳐링(fracturing) 하는 단계;
    적어도 하나의 래스터화 프로세서(rasterizing processor)를 갖는 래스터화 모듈에 프랙쳐 필드를 위한 프랙쳐된 데이터를 전송하는 단계;
    상기 래스터화 프로세서 내에서 상기 공간 에너지 빔 변조기 상의 영역에 대응하는 인접한 비트맵에 데이터의 적어도 일부분을 래스터화하는 단계; 그리고
    상기의 인접한 비트맵을 상기 공간 에너지 빔 변조기의 상기 영역에 로딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 비트맵 데이터를 상기 공간 에너지 빔 변조기에 로딩하는 동안, 하나의 픽셀에 대하여 다중값을 가지는 데이터들이 아날로그적이며 다중값을 가지는 전자기적인 양으로 변환되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기의 전자기적인 양이 전위인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 비트맵 데이터가 상기 공간 에너지 빔 변조기에 응답한 비선형성에 대해 또는 픽셀 단위의 편차에 대해 수정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    하나의 픽셀에 대한 데이터가 미리 저장된 룩업 테이블(lookup table) 내의 룩업에 의하여 수정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기의 룩업 테이블이 데이터 값과 상기 공간 에너지 빔 변조기 내의 픽셀 위치에 기초하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기의 테이블 룩업이 픽셀의 값과 적어도 하나의 물리적 파라미터의 편차에 대응하는 픽셀에 대한 응답 함수들 세트 중의 하나에 기초하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기의 물리적 파라미터가 다음 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
    - 전자적 오프셋
    - 전자적 이득
    - 거울의 기계적인 스티프니스(stiffness)
    - 내재 응력(built-in stress)
    - 웨이브프런트(wavefront)의 평탄도(flatness)
    - 빔 포인팅
    - 광 효율, 예를 들면 반사 또는 투과
    - 메모리 효과
  9. 제 4항에 있어서,
    하나의 픽셀을 위한 데이터가 산술적 계산의 수단에 의해 수정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    적어도 두 개의 래스터화 모듈이 존재하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 공간 에너지 빔 변조기의 표면이 서브필드들로 분할되고 하나의 래스터화 모듈이 영구적으로 하나의 서브필드에 할당되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 프랙쳐 필드들이 상기 공간 에너지 빔 변조기의 상기 서브필드들에 대응하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공간 에너지 빔 변조기가 공간 광변조기(spatial light modulator; SLM)인 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 높은 처리량과 예를 들어 GDSII와 같은, 기호 입력 포맷인 정확한 패턴 데이터를 갖도록 다중값인 비트맵으로 변환하고 상기 비트맵을 패턴 발생기 내의 아날로그 공간 에너지 빔 변조기에 공급하기 위한 방법으로서,
    상기 입력 포맷을 받아들여 이를 적어도 하나의 프랙쳐 프로세서 내의 프랙쳐 필드들로 프랙쳐링 하는 단계;
    입력 패턴 기술(description) 내의 인접한 영역에 공간 에너지 빔 변조기의 인접한 영역을 할당하는 단계;
    상기 패턴 영역에 대한 적어도 하나의 래스터화 프로세서를 갖는 래스터화 모듈에 프랙쳐링된 데이터를 전송하는 단계;
    상기 래스터화 모듈에서 인접한 비트맵에 상기 데이터의 적어도 일부분을 래스터화하는 단계; 그리고
    상기의 공간 에너지 빔 변조기의 상기 영역으로 상기의 비트맵을 로딩하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 공간 에너지 빔 변조기의 적어도 두 개의 인접한 영역들이 상기 입력 데이터 내의 두 영역들에 할당되고 두 래스터화 프로세서에 전송되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    적어도 두 개의 프랙쳐 프로세서들이 적어도 두 개의 래스터화 프로세서들에 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 14항에 있어서,
    하나의 프랙쳐 프로세서가 적어도 하나의 래스터화 프로세서에 데이터를 전송하고, 다른 프랙쳐 프로세서가 상기 첫번째 프랙쳐 프로세서로부터 데이터를 받지 않는 적어도 하나의 래스터화 프로세서에 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    프랙쳐 프로세서들과 래스터화 프로세서들 사이에 고정된 조합(association)이 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 14항에 있어서,
    하나의 프랙쳐 모듈이 적어도 두 개의 래스터화 프로세서들을 포함하는 적어도 하나의 래스터화 모듈에 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 14항에 있어서,
    적어도 두 개의 프랙쳐 프로세서들을 포함하는 하나의 프랙쳐 모듈이 적어도 두 개의 래스터화 프로세서들을 포함하는 적어도 하나의 래스터화 모듈에 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 14항에 있어서,
    하나의 프랙쳐 모듈이 하나의 래스터화 모듈에 데이터를 전송하고, 다른 프랙쳐 모듈이 다른 래스터화 모듈에 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 14항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공간 에너지 빔 변조기가 공간 광변조기인 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 높은 처리량과 예를 들어 GDSII와 같은, 기호 입력 포맷인 정확한 패턴 데이터를 갖도록 다중값인 비트맵으로 변환하고 상기 비트맵을 패턴 발생기 내의 아날로그 공간 에너지 빔 변조기에 공급하기 위한 방법으로서,
    상기 입력 포맷을 받아들여 이를 적어도 하나의 프랙쳐 프로세서 내의 프랙쳐 필드들로 프랙쳐링 하는 단계;
    상기 프랙쳐 필드 내의 상기 데이터에 패턴 내의 의도된 위치를 태그(tag)하는 단계;
    프랙쳐링되고 태그된 필드들을 적어도 하나의 래스터화 모듈에 전송하는 단계;
    상기의 래스터화 모듈 내에서 태그된 프랙쳐 데이터의 적어도 일부분을 태그된 비트맵으로 래스터화 하는 단계; 그리고
    상기 비트맵을 상기 태그에 의하여 결정된 상기 공간 에너지 빔 변조기의 영역들로 로딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 높은 처리량과 예를 들어 GDSII와 같은, 기호 입력 포맷인 정확한 패턴 데이터를 갖도록 다중값인 비트맵으로 변환하고 상기 비트맵을 패턴 발생기 내의 아날로그 공간 에너지 빔 변조기에 공급하기 위한 래스터라이져로서,
    예를 들어 네트워크 접속(network connection)이나 마운터블 미디어(mountable media)용 스테이션(station)과 같은, 입력 데이터 패턴을 위한 입력 채널(input channel);
    상기의 입력 데이터를 프랙쳐 필드들로 프랙쳐링하기 위한 프랙쳐 모듈;
    프랙쳐 필드들을 위한 데이터를 다중값을 가지는 비트맵들로 래스터화하기 위한 래스터화 모듈; 그리고
    예를 들어 버스나 직렬 데이터 인터페이스와 같은, 상기의 비트맵들을 상기의 공간 에너지 빔 변조기에 로딩하기 위한, 전송 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 래스터라이져.
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