KR20190142337A - 레이저 리소그래피에 의한 3d 구조를 제조하기 위한 방법, 및 해당 컴퓨터 프로그램 제품 - Google Patents

레이저 리소그래피에 의한 3d 구조를 제조하기 위한 방법, 및 해당 컴퓨터 프로그램 제품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저 리소그래피에 의해 3차원 전체 구조(10)를 제조하기 위한 방법에 관한 것이며, 전체 구조(10)는 적어도 하나의 부분 구조(14)에 의해 근사되며, 부분 구조(14)를 묘화하기 위해, 노출 선량은 다광자 흡수를 이용하는 동안 레이저 묘화 빔(28)의 초첨 영역(26)에서 리소그래피 재료로 방사된다. 여기서, 부분 구조(14)에서, 제조될 전체 구조(10)의 외부 표면(12)에 바로 인접하는 그러한 에지 부분(20)의 노출 선량은 나머지 부분 구조(14)와 비교하여 수정된다. 본 발명은 또한 본 방법에 적응되는 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.

Description

레이저 리소그래피에 의한 3D 구조를 제조하기 위한 방법, 및 해당 컴퓨터 프로그램 제품
본 발명은 청구항 1항의 전제부에 따른 레이저 리소그래피에 의해 3차원 전체 구조를 제조하기 위한 방법 및 청구항 15항에 따른 이에 적응되는 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
그러한 방법은 설계의 고정밀도 및 자유도 둘 다가 제조될 구조에 대해 요구되는 영역에서 마이크로구조 또는 나노구조의 제조에 특히 사용된다. 레이저 리소그래피의 분야에서, 특히 소위 직접 레이저 묘화(direct laser writing)의 경우, 그것은 원하는 전체 구조가 원하는 구조에 전체적으로 서로를 보완하는 일련의 부분 구조를 순차적으로 묘화함으로써 제조되는 것으로 알려져 있다. 통상적으로, 전체 구조는 층 또는 슬라이스로 묘화된다.
개별 부분 구조는 통상적으로 공지된 전체 구조로부터 수학적으로 결정된다. 이러한 목적을 위해, 계산적으로 전체 구조를 그리드 구조로 묘화하고 그것을 부분 구조로 분할하는 것이 알려져 있다. 부분 구조가 그리드 구조로 다시 결정되고 따라서 전체 구조의 정확한 코스를 정확하게 재생하지 않는 문제가 발생한다. 게다가, 레이저 리소그래피는 본질적으로 특히, 초점 영역의 공간적 범위에 의해 주어지는 특정 해상도 한계(resolution limit)를 갖는다. 그 결과, 상이한 부분 구조로 구성되는 구조에서, 스텝 형(step-like) 표면 코스가 발생할 수 있다. 이러한 소위 "스텝(step)" 효과는 연속적인 표면 진행을 갖는 전체 구조를 제조하는데 문제가 될 수 있다. 다른 문제는 소위 "벌징(bulging)" 효과가 매우 밀집하게 패킹된 구조를 제조할 때 발생할 수 있다는 것이다. 이러한 경우, 특정 구조 영역은 바람직하지 않게 확장 또는 팽창될 수 있으며, 이는 구조적 상세가 차례로 바로 근접하여 묘화될 때 리소그래피 재료로 입력되는 실질적으로 과도한 에너지로 인한 것이다. 전체적으로, 공지된 레이저 리소그래피 방법에서, 그것은 묘화될 구조와 합성 부분 구조에서 실질적으로 기인하는 구조 사이의 바람직하지 않은 편차가 될 수 있다.
종래 기술에서, 언급된 문제 및 부정확성을 처리하기 위한 다양한 방법이 공지되어 있다. 특히, 증가된 정확도는 그것을 더 작은 부분 구조로 분해함으로써 달성될 수 있다. 그러나, 이것은 또한 생성될 부분 구조의 수를 증가시키므로, 이러한 절차는 시간 소모적이다. 그것은 또한 강한 윤곽 변화를 갖는 영역에서만 전체 구조의 더 미세한 스크리닝을 하는 것이 고려될 수 있다. 이것은 부분 구조를 생성할 때 계산적 노력을 증가시키고 따라서 또한 시간 소모적이다.
스테레오리소그래피 방법은 미국 특허 번호 제4,575,330 A1호 또는 미국 특허 번호 제5,247,180 A호로부터 공지되며, 여기서, 부분 구조의 원하는 구조는 묘화 빔에 의한 국소 노출에 의해 액체 리소그래피 재료의 욕조(bath)에서 블록-형 또는 층으로 구축된다. 이러한 경우, 묘화 빔은 리소그래피 재료의 욕조의 표면 상에 직접 층으로 각각의 경우에서의 국소 노출에 의해 구조적 영역을 경화시킨다. 리소그래피 재료의 욕조에서 캐리어 기판의 스텝형 하강에 의해, 구조는 이때 층으로 구축된다. 리소그래피 재료의 볼륨에서 원하는 구조의 직접 구성은 이러한 방식으로 가능하지 않다.
본 발명의 목적은 상기 언급된 레이저 리소그래피 방법에서 바람직하지 않은 부정확성을 보상하고 제조될 구조와 관련하여 더 큰 설계 자유도를 제공하는 것이다. 게다가, 본 목적은 프로세스 시간을 가능한 한 많이 단축시키는 것이다.
이러한 목적은 청구항 1항에 따른 방법에 의해 달성된다. 이것은 리소그래피 재료의 볼륨에서 또는 리소그래피 재료로 충진된 볼륨에서 레이저 리소그래피 장치에 의한 레이저 리소그래피 방법, 특히 소위 직접 레이저 묘화이다. 전체 구조는 적어도 하나의 부분 구조를 정의함으로써(즉, 레이저 리소그래피 장치를 사용하여 리소그래피 재료로 "묘화"함으로써) 리소그래피 재료에서 묘화되며, 여기서, 적어도 하나의 부분 구조는 원하는 전체 구조에 적어도 근사된다.
부분 구조를 묘화하기 위해, 노출 선량(exposure dose)은 2광자 흡수 또는, 일반적으로, 다광자 흡수를 이용하여, 레이저 묘화 빔의 초점 영역에서 공간 분해 방식으로 리소그래피 재료로 조사된다. 그 결과, 리소그래피 재료는 이러한 방식으로 국소적으로 개질되고 구조화된다. 구조의 최종 정의 다음에 예를 들어, 전체 구조에 기여하지 않는 리소그래피 재료의 영역을 트리거하거나 전체 구조를 경화시키기 위해 현상 단계(development step)가 이어질 수 있다.
목적을 달성하기 위해, 그것은 특히, 노출 선량이 제조될 전체 구조의 외부 표면에 직접 인접하고(지금까지 외부 표면 자체에 의해 구분되는) 그러한 에지 부분의 적어도 하나의 부분 구조에서, 부분 구조의 다른 영역과 비교하여 변화되도록 제안된다.
부분 구조를 생성하기 위해, 레이저 묘화 빔의 초점 영역은 리소그래피 재료를 통해 시프트되며, 그것에 의해 노출 선량을 도입한다. 초점 범위를 시프트하기 위해, 레이저 묘화 빔은 예를 들어, 빔 안내 디바이스에 의해 제어 방식으로 편향될 수 있다. 그러나, 그것은 또한 리소그래피 재료 또는 리소그래피 재료를 갖는 기판이 포지셔닝 디바이스에 의해 레이저 묘화 빔에 대해 제어 방식으로 시프트되는 것이 고려될 수 있다. 두 개념은 또한 시프팅(shifting)을 위해 함께 사용될 수 있다. 노출 선량은 특히 방사 에너지의 볼륨 선량이다. 초점 영역이 각각의 에지 부분으로 시프트될 때, 노출 선량은 본 발명에 따라 변화된다.
다광자 흡수에 의한 노출 선량의 도입은 현재 사용되는 타입의 3D 레이저 묘화에서 특히 유리하다. 이러한 목적을 위해, 리소그래피 재료가 바람직하게는 그러한 방식으로 설계되고 레이저 묘화 빔이 리소그래피 재료에 튜닝됨으로써 리소그래피 재료의 변화(예를 들어 국소 중합)는 복수의 광자의 흡수에 의해서만 가능하다. 이러한 목적을 위해, 예를 들어, 레이저 묘화 빔의 파장은 리소그래피 재료의 변화를 위해 요구되는 에너지 입력이 2개 이상의 양자의 동시 흡수에 의해서만 달성되도록 선택될 수 있다(따라서 할당된 양자 에너지가 치수화될 수 있다). 그러한 프로세스의 확률은 강도-의존적이고 나머지 묘화 빔과 비교하여 초점 영역에서 상당히 증가된다. 기본적인 고려 사항은 2개 이상의 양자를 흡수하는 확률이 방사 강도의 제곱 또는 더 높은 거듭제곱(power)에 의존할 수 있다는 것을 제안한다. 대조적으로, 선형 흡수 프로세스의 확률은 특히 더 낮은 거듭제곱의 방사 강도를 갖는, 상이한 강도 의존성을 갖는다. 감쇠는 레이저 묘화 빔이(예를 들어, 비어의 법칙(Beer's Law)에 따라) 리소그래피 재료로 침투함에 따라 발생하므로, 리소그래피 재료의 액체 표면 하에서 깊게 선형 흡수 프로세스를 사용하는 초점 영역의 묘화는 가장 높은 흡수 확률이 감쇠 자체로 인해 초점 영역에서 표면 아래에 포커싱할 때에도 반드시 존재하는 것은 아니므로, 문제가 될 수 있을 것이다. 대조적으로, 다광자 흡수의 메커니즘은 원하는 노출 선량을 리소그래피 재료의 볼륨의 내부로 도입하고 리소그래피 재료를 국소적으로 개질하는 것을 가능하게 만든다. 따라서, 리소그래피 재료의 욕조에서 지지 구조의 스텝형 하강을 위한 장치는 요구되지 않는다.
노출 선량을 조사함으로써, 리소그래피 재료는 국소 화학적으로 및/또는 물리적으로 변화되며, 예를 들어, 경화되거나 중합된다. 리소그래피 재료에서 변화된 영역 또는 "복셀(voxel)"의 크기는 노출 선량에 의존한다. 노출 선량을 가변함으로써, 따라서, 각각의 구조적 영역 또는 "복셀"의 공간적 범위는 변화될 수 있다. 노출 선량에서의 변화의 적절한 치수화에 의해, 따라서, 묘화된 영역은 원하는 전체 구조와 부분 구조 사이의 누락 영역(missing region)이 보상되도록 크기에서 조정될 수 있다.
이것은 전체 구조가 하나 이상의 부분 구조에 접근할 때 발생할 수 있는, 처음에 설명된 부정확성을 보상하는 것을 가능하게 한다. 레이저 리소그래피에서 전형적으로 직면하게 되는 다른 문제는 또한 상기 절차에 의해 제거될 수 있다. 예를 들어, 바람직하지 않은 수축 효과는 네거티브 레지스트를 사용할 때 발생할 수 있다. 네거티브 레지스트는 방사 에너지에 노출되는 영역에서 경화된다. 수축 효과는 예를 들어, 리소그래피 재료가 원래(예를 들어, 점성) 상태에서보다, 경화된 상태에서 공간을 덜 점유한다는 사실에 의해 야기된다. 이것은 노출 선량의 타겟화된 변화에 의해 보상될 수 있다.
그러나, 노출 선량의 변화는 또한 타겟화된 방식으로 원하는 표면 구조를 직접 생성하는 것을 가능하게 한다. 이러한 경우, 나중에 전체 구조의 표면을 제공하는 에지 부분의 노출 선량은 정의된 패턴에 따라 가변된다. 이것은 에지 부분에 묘화되는 복셀이 상이한 팽창을 갖고 따라서 원하는 표면 구조화에 기여한다는 사실을 초래한다.
바람직하게는, 노출 선량은 에지 부분에서만 변화된다. 부분 구조의 다른 영역, 특히, 내부 영역에서, 바람직하게는 노출 선량의 변화는 발생하지 않는다. 그것에 의해, 레이저 리소그래피의 제어를 위해 필요한 산술 연산은 단순화될 수 있다.
설명된 방법은 부분 구조를 통한 비교적 거친(coarse) 스크리닝으로 전체 구조를 근사화하는 것을 가능하게 한다. 동시에, 짧은 프로세스 시간이 달성될 수 있다.
본 맥락에서, 용어 "리소그래피 재료"는 기본적으로 예를 들어, 화학적 및/또는 물리적 재료 속성이 레이저 묘화 빔에 의한 조사에 의해 변화될 수 있는 물질을 지칭하며, 이는 리소그래피 레지스트로서 공지된다. 묘화 빔에 의해 유도되는 변화의 본성에 따라, 리소그래피 재료는(조사가 현상 매체에서 국소 경화성 및 용해성을 야기하는) 소위 네거티브 레지스트 및(조사가 현상 매체에서 용해성을 국소적으로 증가시키는) 소위 포지티브 레지스트로 형성될 수 있다.
유리한 실시예에 따르면, 전체 구조는 복수의 부분 구조를 차례로 정의함으로써 정의되며, 부분 구조는 함께 전체 구조에 근사화된다. 이러한 경우, 규정(provision)은 특히 노광 선량이 생성될 전체 구조의 외부 표면에 인접하는 그러한 부분 구조에서만 설명된 바와 같이 변화되는 것으로 이루어진다. 이러한 경우, 각각의 부분 구조에서, 노출 선량은 외부 표면에 직접 인접하는 그러한 에지 부분의 나머지 부분 구조와 비교하여 다시 변화된다. 원하는 전체 구조에 따라, 부분 구조는 또한 에지 부분으로서 완전히, 즉 외부 표면을 완전히 인접하는 것으로서 설계될 수 있다.
부분 구조는 예를 들어, 층상화됨으로써, 전체 구조는 층상화된 방식으로 서로 인접하는 복수의 부분 구조에 의해 근사화된다(서로 준 중첩됨). 그러나, 특히, 부분 구조는 또한 상이한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 전체 구조는 수개의, 선형의 인접한 영역으로, 또는 소위 복셀로 분할될 수 있다. 심지어 부분 구조를 위한 복잡한 형상이 유리할 수 있다.
에지 부분에서의 노출 선량의 변화는 기본적으로 다양한 방식으로 수행될 수 있다.
그것은 노출 선량이 나머지의 부분 구조와 비교하여 에지 부분에서 증가된다는 것이 고려될 수 있다. 이러한 절차는 상술된 "스텝 효과"를 보상하는 것을 가능하게 한다. 이 점에 있어서, 노출 선량을 증가시킴으로써, 마진(marginal) 공간 영역은 효과적으로 더 큰 볼륨을 획득하고 전체 구조의 그리드-형 근사로 인한 원치 않는 단계들 또는 누락 영역을 채울 수 있다. 이러한 방식에서, 그것은 또한 연속적으로 연장되고 곡선형 또는 아치형 표면을 갖는 전체 구조를 근사화하는 것이 가능하다.
그러나, 그것은 또한 노출 선량이 나머지 부분 구조와 비교하여 에지 부분에서 감소된다는 것이 고려될 수 있다. 이러한 절차에 의해, 예를 들어, 과다노출 효과가 상쇄될 수 있으며, 이는 신속하게 연속적으로 묘화된 작은 묘화된 구조에서 발생할 수 있다. 특히, 소위 "벌징 효과"는 상쇄될 수 있으며, 이는 가까이 인접하고 신속하게 연속적으로 묘화된 부분 구조에서의 열 축적으로 인해 묘화된 영역의 원치 않는 팽창을 초래한다.
노출 선량은 예를 들어, 레이저 묘화 빔의 방사 전력을 변화시킴으로써 국소적으로 변화될 수 있다. 따라서, 레이저 묘화 빔의 강도는 예를 들어, 음향-광학 변조기에 의해 변화될 수 있다.
다른 양태에서, 부분 구조의 묘화는 리소그래피 재료를 통해 초점 영역을 스캐닝함으로써 달성된다. 이때, 노출 선량은 초점 영역의 시프트의 속도를 적절히 가변함으로써 변화될 수 있다. 그 결과, 공간의 특정 영역에서 초점 영역의 체류 시간(dwell time)은 효과적으로 변화되고 따라서 (공간 및 시간 평균 상의) 조사된 노출 선량이 가변된다.
예로서, 부분 구조의 묘화는 초점 영역이 리소그래피 재료를 통해 스캔 곡선을 따라 시프트되도록 발생하며, 스캔 곡선은 복수의 바로 인접한 곡선 세그먼트를 갖는다. 유효 노출 선량을 가변시키기 위해, 이때, 그것은 대기 시간 동안 대기하는 것이 가능하며 그 동안 노출 선량은 2개의 연속적으로 횡단되고 바로 인접한 곡선 부분을 통과하는 사이에 조사되지 않는다. 특히, 레이저 묘화 빔은 대기 시간 동안 디스에이블된다. 곡선 부분이 서로 인접하여 진행하는 영역에서, 유효 노출 선량은 대기 시간이 얼마나 긴지에 의존한다. 따라서, 유효(특히 일시적으로 평균화된) 노출 선량은 에지 부분에서 나머지 내부 구조와 비교하여 곡선 사이에서 연장되거나 단축된 대기 시간을 적용함으로써 에지 부분에서 변화될 수 있다.
노출 선량은 또한 에지 부분의 바로 인접한 곡선 부분이 각각의 부분 구조의 다른 부분에서보다 서로 상이한 평균 거리를 갖는 프로세스에 의해 효과적으로 변화될 수 있다. 곡선 부분이 평균적으로 서로 더 가까이 있으면, 증가된 노출 선량은 효과적으로 공간 및 시간 평균 상으로 도입된다. 곡선 부분이 평균적으로 더 멀리 이격되면, 유효 노출 선량은 감소된다.
부분 구조를 묘화할 때, 노출 선량은 또한 초점 영역이 리소그래피 재료를 통해 스캔 곡선을 통과하고 스캔 곡선이 에지 부분 내에서 적어도 2회 이상 횡단되도록 효과적으로 가변될 수 있다.
따라서, 전체적으로, 노출 선량은 한편으로는 레이저 묘화 빔의 방사 출력을 제어함으로써, 다른 한편으로는 노출 패턴을 변화시킴으로써 변화될 수 있다.
레이저 묘화 빔은 기본적으로 연속파 레이저로서 또는 펄스 레이저로서 설계될 수 있다. 펄스 레이저는 특히 고유 펄스 레이트(예를 들어 MHz 범위) 및 고유 펄스 길이(예를 들어 펨토초 범위)를 특징으로 한다. 유효 노출 선량(시간에 따른 평균)을 변화시키기 위해, 레이저 묘화 빔은 예를 들어 음향-광학 변조기에 의해, 시간에 따라 추가적으로 변조될 수 있고, 따라서 변조된 펄스가 생성될 수 있다. 변조된 펄스는 다시 변조된 펄스 길이 및 변조된 펄스 레이트를 갖는다. 상기 설명된 바와 같이, 펄스형 레이저 묘화 빔 또는 연속파 레이저는 리소그래피 재료를 통해 스캔 곡선을 따라서 시프트될 수 있다.
부분 구조를 결정하기 위해, 전체 구조는 바람직하게는 계산에 의해 스크리닝되며, 특히 볼륨 요소 또는 "복셀"로 분해되고 부분 구조는 바람직하게는 연속 세트의 복셀에 의해 각각 형성된다. 이 점에 있어서, 부분 구조는 한 세트의 형상-유사 또는 형상-동일 볼륨 요소(복셀)로 구성된다.
예를 들어, 레이저 묘화 빔은 변조된 펄스 레이트 및 변조된 펄스 길이를 갖는 변조된 레이저 펄스의 트레인으로서 형성된다. 그것은 변조된 레이저 펄스가 볼륨 요소를 묘화하기 위해 각각의 경우에서 사용된다는 것이 제공될 수 있다. 그러나, 볼륨 요소는 또한 복수의 변조된 펄스에 의해 정의될 수 있다. 유효(특히 일시적으로 평균화된) 노출 선량은 예를 들어, 변조된 펄스 레이트 및/또는 변조된 펄스 길이를 가변함으로써 변화될 수 있다. 여기서, 변조된 펄스 레이트는 특히 시간 단위 당 변조된 펄스의 개수를 나타내고, 변조된 펄스 길이는 특히 펄스 당 조사 기간을 나타낸다. 레이저 묘화 빔의 펄스는 예를 들어 음향-광학 변조기에 의해, 예를 들어, 레이저의 강도를 일시적으로 변조함으로써 수행될 수 있다. 상기 설명된 바와 같이, 펄스 레이저 묘화 빔은 리소그래피 재료를 통해 스캔 곡선을 따라 시프트될 수 있다.
원칙적으로, 전체 구조를 부분 구조 또는 다수의 부분 구조로 분해하는 것은 바람직하게는 소프트웨어 엔지니어링 및 컴퓨터에 의해 수행된다. 이 점에 있어서, 전체 구조를 나타내는 데이터 세트(예를 들어 CAD 데이터)가 제공되고, 필요한 경우, 데이터 캐리어 상에 또는 휘발성 메모리 디바이스에 저장된다. 이로부터, 추가 데이터 세트는 컴퓨터에 의해 결정된다. 특히, 부분 구조 또는 복수의 부분 구조를 나타내는 추가 데이터 세트가 결정된다. 바람직하게는, 소프트웨어는 전체 구조를 부분 구조로 비-중첩 분해하는 것을 수행하기 위해 사용된다. 그러나, 그것은 또한 상이한 부분 구조 사이에 중첩 영역을 제공하는 것이 유리할 수 있다. 중첩 영역에서, 평활한(smooth) 전이는 노출 선량을 가변함으로써 설명되는 방식으로 달성될 수 있다. 전체적으로, 전체 구조를 나타내는 데이터 세트는 프로세서 및 메모리를 갖는 컴퓨팅 장치에 제공되고 메모리에 저장된다. 이것으로부터, 추가 데이터 레코드는 컴퓨팅 장치에 의해 결정되고 또한 메모리에 저장된다. 바람직하게는, 추가 데이터 세트를 결정할 때, 그리드 정확도가 사용되며, 이에 의해 전체 구조가 근사화된다. 설명된 바와 같이, 스텝 영역 및/또는 누락 영역은 상기 그리드 정확도에 의한 분해 동안에 발생할 수 있다. 이것은 전체 구조가 곡률 및 아치를 구비한 연속 표면 코스를 갖는 경우 처음에 설명된 문제를 초래할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 그것은 특히, 심지어 상기 데이터 세트로부터의 추가 데이터 레코드가 (컴퓨팅 장치에 의해) 결정되고 가능하게는 저장되는 것이 제안된다. 이러한 추가 데이터 레코드는 전체 구조로부터의 부분 구조 또는 수개의 부분 구조 전체의 편차를 나타낸다. 이것은 에지 부분에서 국소 편차의 함수로서 노출 선량의 변화를 결정하는 것을 가능하게 한다. 예를 들어, 스텝이 실제 전체 구조에서 존재하는 않는 스크리닝으로 인해 에지 부분에서 발생하는 경우, 이것은 갑자기 증가된 편차를 초래할 것이다. 이때, 노출 선량은 이러한 범위에서 증가되어 스텝을 완료할 수 있다.
전형적으로 사용되는 레이저 리소그래피 장치는 광학 시스템(빔 안내 수단, 포커싱 수단, 렌즈 등)을 포함한다. 그러한 광학 시스템은 이미징 에러, 예를 들어 필드 곡률, 수차 또는 비점수차를 받을 수 있다. 이미징 에러는 또한 원하는 전체 구조와 적어도 하나의 부분 구조에 의해 근사되는 실제 구조 사이에 바람직하지 않은 편차를 야기시킬 수 있다. 설명된 방법으로, 편차는 정정될 수 있다. 예를 들어, 이미징 에러는 보정 측정(calibration measurement)에 의해 위치-의존적으로 결정되고 특성 데이터 세트의 형태로 저장될 수 있다. 이때, 노출 선량의 변화는 편차를 최소화하기 위해 위치-의존적 방식으로 특성 데이터 세트에 따라 결정될 수 있다.
노출 선량이 편차로부터 결정되는 함수(function)는 상이한 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 단조 증가 함수의 사용이 고려될 수 있다. 설명된 바와 같이, 원치 않는 누락 영역은 그것에 의해 채워질 수 있다. 그러나, 그것은 또한 예를 들어 과다노출 효과를 보상하기 위해, 국소적 단조 감소 함수를 사용하는 것이 유리할 수 있다. 심지어 더 복잡한 함수가 유리할 수 있다.
노출 선량을 변화시키는 것에 대한 다른 접근법은 먼저 전체 구조의 외부 표면을 나타내는 데이터세트를 제공하고 그것을 메모리에 저장하는 것이며, 계산기는 외부 표면의 국소 경사 및/또는 곡률을 결정한다. 이때, 노출 선량의 변화는 바람직하게는 각각의 에지 부분에 인접하는 외부 표면의 그러한 영역의 국소 경사 및/또는 곡률의 함수로서 발생한다. 다시 말해서, 노출 선량은 특히, 전체 구조의 표면의 곡률, 경사 또는 곡률의 변화로 인하여, 적어도 하나의 부분 구조를 통한 접근이 원하는 전체 구조로부터 큰 편차를 갖는 경우 가변된다. 다시, 원칙적으로, 단조 감소 또는 단조 증가 함수는 경사 및/또는 곡률의 노출 선량의 의존성을 반영하기 위해 사용될 수 있다.
설명된 바와 같이, 본 발명은 바람직하게는 컴퓨터에 의해 구현된다. 이 점에 있어서, 레이저 리소그래피 장치용 제어 장치는 바람직하게는 컴퓨터를 포함하며, 그 상에서 컴퓨터 프로그램이 실행가능하며, 이는 상술된 방법에 따라 레이저 리소그래피 장치에 대한 제어 기능을 수행한다.
따라서, 도입부에 언급된 본 목적은 또한 청구항 15항에 따른 컴퓨터 프로그램 제품에 의해 달성된다. 게다가, 본 목적은 대응하는 컴퓨터 프로그램이 저장되는 데이터 캐리어에 의해 및/또는 데이터 스트림(예를 들어, 인터넷으로부터 다운가능함)에 의해 달성되며, 이는 대응하는 컴퓨터 프로그램을 나타낸다.
본 발명은 도면을 참조하여 이하에서 보다 상세히 설명될 것이다.
도면에서:
도 1은 형성된 복잡한 외부 표면을 갖는 전체 구조의 스케치된 예를 도시하며, 여기서 상기 구조는 레이저-리소그래피로 제조된다.
도 2는 예시적인 외부 표면의 곡선 영역 및 근사 부분 구조의 스케치를 도시한다.
도 3은 원치 않는 스텝(step) 형성을 설명하기 위한 스케치를 도시한다.
도 4는 에지 부분에서 노출 선량의 변화를 설명하기 위한 스케치를 도시한다.
도 5는 에지 부분에서 노출 선량을 변화시키기 위한 대안적인 절차를 설명하기 위한 스케치를 도시한다.
도 6은 노출 선량의 변화를 설명하기 위한 스케치를 도시한다.
도 7은 구조화된 외부 표면으로 제조될 구조의 스케치를 도시한다.
도 8은 노출 선량의 노출 변화에 의해 제조되는 구조를 설명하기 위한 스케치를 도시한다.
도 9는 사시 평면도에서 노출 변화의 적용의 다른 예를 도시한다.
도 10은 도 9에 따른 구조의 단면(section)을 도시한다.
도면 및 이하의 설명에서, 동일한 참조 부호는 동일하거나 대응하는 특징에 대해 각각의 경우에서 사용된다.
도 1은 3D 레이저 리소그래피에 의해 리소그래피 재료의 볼륨으로 묘화될 전체 구조를 도시한다. 그러한 구조는 전형적으로 마이크로미터 또는 나노미터 범위의 측정치를 갖는 구조적 특징을 갖는다. 전체 구조의 치수는 예를 들어, 마이크로미터 범위, 밀리미터 범위 또는 센티미터 범위일 수 있다.
전체 구조는 참조 부호(10)에 의해 지정되고 외부 표면(12)을 가지며, 이는 상이한 경사 및 가능하게는 또한 곡선을 구비한 코스를 갖는다. 이러한 영역은 상기 설명된 바와 같이, 묘화에서 문제가 될 수 있다. 예시된 형태는 단지 일 예이다. 본원에서 설명되는 이점은 또한 곡률 및 곡선을 구비한 형상으로 특히 달성될 수 있다.
리소그래피 제조를 위해, 전체 구조(10) 또는 이러한 구조를 나타내는 데이터 레코드는 예를 들어, 다수의 부분 구조(14) 또는 대응하는 데이터 세트로 분해된다. 이것은 통상적으로 컴퓨터화된다.
도 2는 복합 부분 구조(14)가 원하는 전체 구조(10)에 근사하는 방법을 도시한다. 이러한 목적을 위해, 전체 구조(10) 중 일부만이 도 2에 도시된다. 층상화된 부분 구조(14)로의 예시된 분해는 예시적이다. 원칙적으로, 부분 구조(14)는 자유롭게 선택될 수 있다.
실제적인 이유로, 부분 구조(14)로의 분해는 통상적으로 특정 정도의 스크리닝으로 발생하므로, 전체 구조(10)의 원하는 외부 표면(12)과 조립된 부분 구조(14)의 양 사이에 누락 영역(16)이 존재하며, 여기서 외부 표면(12)은 부분 구조(14)로부터 편차(18)를 갖는다. 원칙적으로, 이러한 편차(18)는 이러한 에지 부분(20)이 달성될 전체 구조(10)의 원하는 외부 표면(12)에 인접하므로, 부분 구조(14)의 에지 부분(20)에서만 발생한다. 특히, 도 2의 상단에 배열되는 부분 구조(14)는 이러한 부분 구조(14)가 외부 표면(12)에 완전히 인접하므로, 전체적으로 에지 부분(20)으로서 간주될 수 있다.
도 3에 스케치된 바와 같이, 부분 구조의 묘화는 대응하는 레이저 리소그래피 장치(미도시)의 레이저 묘화 빔(28)의 초첨 영역(26)이 (전체 구조를 둘러싸는) 리소그래피 재료의 볼륨을 통해 안내되도록 발생한다. 초점 영역(26)에서, 노출 선량은 리소그래피 재료로 도입된다.
본 방범의 하나의 가능한 실시예에서, 리소그래피 재료의 부분 구조(14)는 각각의 부분 구조(14)를 통해 스캐닝 곡선(22)을 통과하는 초점 영역(26)에 의해 묘화된다(도 2 및 도 3에서, 스캔 곡선(22)은 부분적으로 스케치됨).
예를 들어, 부분 구조(14)는 스캔 곡선(22)을 통과하고 정의된 펄스 레이트 및 펄스 길이를 갖는 레이저 펄스의 시퀀스를 방출하는 초점 영역에 의해 묘화될 수 있다. 그 결과, 스캔 곡선(22)을 따라, 일련의 복셀(24) 또는 볼륨 요소(24)가 정의되며, 이는 부분 구조(14)를 형성한다. 복셀(24)은 형상에서 유사하거나 형상에서 동일하다. 상기 설명된 바와 같이, 묘화된 복셀(24)의 크기는 리소그래피 재료로 도입되는 노출 선량과 관련된다.
개별 부분 구조(14)가 국소적으로 동일한 노출 선량을 갖는 공간 평균으로 묘화되면, 결과는 도 3에 스케치되는 이미지이다. 특히, 개별 복셀(24)은 이때 동일한 크기일 것이다. 그 결과, 이것은 도 2에서 설명되는 부정확성(누락 영역(16), 편차(18))을 초래할 것이다.
이것을 방지하기 위해, 본 방법에 따라, 부분 구조(14)의 에지 부분(20)에서의 노출 선량은 그것이 부분 구조(14)의 내부 영역에서의 노출 선량으로부터 편차되도록 가변된다.
도 4의 예에서, 노출 선량은 부분 구조(14)의 에지 부분(2) 내에 놓여 있는 부분 구조(14)의 복셀(24')(또는 볼륨 요소(24'))에서 증가된다. 그 결과, 복셀(24')은 더 큰 공간적 범위를 갖는다. 그 결과, 누락 영역(16) 또는 편차(18)는 감소될 수 있고 표면(12)은 더 양호하게 근사될 수 있다.
외부 표면(12)의 코스에 따라, 부분 구조(14)에 의한 더 양호한 근사는 또한 에지 부분(20)에서 노출 선량을 감소시킴으로써 달성될 수 있다(도 5 참조).
도 6은 부분 구조가 외부 표면(12)에 접근함에 따라 부분 구조(14)에서 노출 선량을 점차 감소시킴으로써, 경사된 평면이 높은 정확도로 근사될 수 있는 예를 도시한다. 평면(12)은 특히 부분 구조(14)의 연장 방향으로 경사되어 연장된다.
그러나, 본 발명에 따른 방법의 일반적인 아이디어는 에지 부분(20)에서의 노출 선량이 감소만 또는 증가만 될 수 있다는 사실에 제한되지 않는다. 기본적으로, 본 발명의 일반적인 양태는 외부 표면(12)에 인접하거나 이를 정의하는 에지 부분(20)에서의 노출 선량이 정의된 패턴에 따라 국소적으로 변화되어 원하는 패턴을 제조하거나 (부분 구조가 전체적으로 구성된 경우) 그것을 가능한 한 잘 재생하는 것이다.
이러한 점에 있어서, 본 발명의 유리한 응용 분야는 또한 각각의 부분 구조(14)의 에지 부분(20)에서의 노출 선량의 변화에 의해 외부 표면 상에 원하는 전체 구조를 생성하는 것이다. 이것은 리소그래피 재료로 묘화될 렌즈 몸체(30)를 예시하는, 도 7에서 예로서 스케치된다. 렌즈 몸체(30)의 외부 표면(12)은 복잡한 구조화를 갖는다. 논의된 바와 같이, 렌즈 몸체(30)는 바람직하게는 렌즈 몸체(30)에 근사하는 복수의 부분 구조(14)를 순차적으로 묘화함으로써 묘화된다. 윤곽화된 외부 표면(12)를 달성하기 위해, 노출 선량은 부분 구조(14)의 에지 부분(20)에서 필요에 따라 국소적으로 가변된다. 예를 들어, 외부 표면(12) 상의 벌지(bulge)는 증가된 노출 선량을 마진 영역에 도입하고 따라서 리소그래피 재료에서 확대 설명된 공간의 볼륨을 생성함으로써 달성될 수 있다.
예를 들어, 도 8은 외부 표면(12)이 프레넬 존 플레이트 또는 프레넬 렌즈의 윤곽을 나타내는 구조의 제조를 예시한다. 개별 복셀 또는 볼륨 요소(24)를 생성하기 위한 노출 선량은 외부 표면(12)이 가능한 한 정확하게 근사되는 그러한 방식으로 선택적으로 가변된다.
다른 응용 예는 도 9 및 도 10에서 개설된다. 이러한 경우에서, 외부 표면(12)은 구조적 영역(32)을 가지며(도 9 참조), 여기서 외부 표면(12)은 확연한 높이 프로파일(34)을 갖는다. 그러한 구조는 예를 들어, 현미경에서의 보정을 위해 그리고 특히 원자간력 현미경에 대해 사용될 수 있다.
에지 부분(20)에서의 노출 선량의 변화는 특히, 입력 변수가 전체 구조(10)의 외부 표면의 코스로부터 그리고 가능하게는 부분 구조(14)를 통한 스크리닝의 프레임워크 내의 전체 구조의 분해 결과로부터 결정되는 함수(function)에 따라 발생한다. 도 2에서, 예를 들어, 부분 구조(14) 중 하나는 실제 외부 표면(12)에 직접 인접하는 영역(36)을 갖는다. 그것은 외부 표면(12)의 경사 및/또는 곡률이 영역(36)에서 계산적으로 결정되는 것이 고려될 수 있다. 이때, 각각의 부분 구조(14)의 에지 부분(20)에서 노출 선량의 변화는 영역(36)에 국소적으로 존재하는 경사 및/또는 곡률의 함수로서 발생할 수 있다. 그 결과, 누락 영역(16) 또는 편차(18)는 보상될 수 있으며, 이는 외부 표면(12)이 확연한 경사 및/또는 곡률을 갖는 그러한 영역에서 특히 발생한다. 그것은 또한 스크리닝에서 기인하는 편차(18)가 산출되는 것이 고려될 수 있다. 이러한 편차(18)는 외부 표면(12)에 의해 형성되는 원하는 표면과 에지 부분(20)의 부분 구조(14)에 의해 정의되는 실제 표면 사이의 차이를 나타낸다. 이때, 노출 선량의 변화는 위에서 상세히 설명된 바와 같이, 편차(18)의 함수로서 발생할 수 있다.

Claims (15)

  1. 리소그래피 재료에서 레이저 리소그래피에 의해 3차원 전체 구조(10)를 생성하기 위한 방법에 있어서,
    상기 전체 구조(10)는 적어도 부분 구조(14)가 정의되도록 정의됨으로써, 상기 적어도 하나의 부분 구조(14)가 상기 전체 구조(10)에 근사되며,
    상기 부분 구조(14)를 묘화하기 위한 목적으로, 노출 선량은 다광자 흡수를 이용하는 동안 레이저 묘화 빔(28)의 초점 영역(26)에서 상기 리소그래피 재료로 방사되며,
    상기 노출 선량은 제조될 상기 전체 구조(10)의 외부 표면(12)에 직접 인접하는, 그러한 에지 부분(20)에서 상기 적어도 하나의 부분 구조(14)의 상기 나머지 부분 구조(14)와 비교하여 변화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전체 구조(10)는 복수의 부분 구조(14)를 순차적으로 정의함으로써 정의되며, 상기 부분 구조(14)는 함께 상기 전체 구조(10)에 근사되는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 에지 부분(20)의 상기 노출 선량은 상기 나머지 부분 구조(14)와 비교하여 증가되는 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 에지 부분(20)의 상기 노출 선량은 상기 나머지 부분 구조(14)와 비교하여 감소되는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 묘화 빔(28)의 방사 전력은 상기 노출 선량을 변화시키기 위해 변화되는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부분 구조(14)를 묘화하기 위해, 상기 레이저 묘화 빔(28)의 상기 초점 영역(26)은 상기 리소그래피 재료를 통해 시프트되고 상기 초점 영역(26)의 상기 시프트의 속도는 상기 노출 선량을 변화시키기 위해 변화되는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부분 구조(14)를 묘화하기 위해, 상기 레이저 묘화 빔(28)의 상기 초점 영역(26)은 복수의 바로 인접한 곡선 부분으로 상기 리소그래피 재료를 통해 스캔 곡선(22)을 통과하며, 대기 시간은 2개의 연속적으로 횡단된 곡선 부분을 통과하는 사이에 대기되며, 그 대기 시간 동안 노출 선량은 조사되지 않는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부분 구조(14)를 묘화하기 위해, 상기 레이저 묘화 빔(28)의 상기 초점 영역(26)은 복수의 바로 인접한 곡선 부분으로 상기 리소그래피 재료를 통해 스캔 곡선(22)을 통과하며, 상기 각각의 부분 구조(14)의 상기 에지 부분(20)의 상기 노출 선량은 상기 에지 부분(20)의 상기 바로 인접하여 놓여 있는 곡선 부분이 서로 갖는 평균 거리가 바로 인접하여 놓여 있는 곡선 부분이 상기 각각의 부분 구조(14)의 다른 부분에서 서로 갖는 상기 평균 거리와 상이하도록 변화되는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부분 구조(14)를 묘화하기 위해, 상기 레이저 묘화 빔(28)의 상기 초점 영역(26)은 상기 리소그래피 재료를 통해 스캐닝 곡선(22)을 통과하고, 그것에 의해 상기 에지 부분(20)의 상기 노출 선량은 상기 에지 부분(20) 내의 상기 스캔 곡선(22)을 여러 차례 통과시킴으로써 변화되는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부분 구조(14)는 한 세트의 볼륨 요소(24)로 구성되고, 상기 레이저 묘화 빔(28)은 펄스 레이트로 조사되는 레이저 펄스의 시퀀스로서 형성되고, 각각의 레이저 펄스는 볼륨 요소(24)를 묘화하기 위해 사용되고, 상기 노출 선량은 상기 펄스 레이트 및/또는 상기 펄스 길이를 가변함으로써 변화되는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전체 구조(10)를 나타내는 데이터 세트가 제공되고, 이로부터 적어도 하나의 부분 구조(14)를 나타내는 적어도 하나의 추가 데이터 세트가 생성되며,
    게다가, 상기 전체 구조(10)로부터 상기 적어도 하나의 부분 구조(14)의 편차(18)를 나타내는 제2 추가 데이터 세트가 생성되며,
    상기 노출 선량의 상기 변화는 상기 에지 부분(20)에서 상기 국소 편차(18)의 의존성으로 생성되는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 의존성은 상기 노출 선량이 상기 국소 편차(18)에 의해 단조적으로 증가하는 함수에 의해 주어지는 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 의존성은 상기 노출 선량이 상기 국소 편차(18)에 의해 단조적으로 떨어지는 함수에 의해 주어지는 방법.
  14. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전체 구조(10)의 상기 외부 표면(12)을 나타내는 데이터세트가 제공되며, 여기서 상기 외부 표면의 국소 경사 및/또는 곡률이 결정되며, 상기 노출 선량의 변화는 상기 부분 구조(14)의 상기 에지 부분(20)에 인접하는 상기 외부 표면(12)의 상기 영역(36)의 상기 국소 경사 및/또는 곡률에 의존하는 방법.
  15. 컴퓨터에 의해 실행될 때, 명령이 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항의 방법을 실행하게 하는 상기 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.
KR1020197031087A 2017-05-11 2018-02-07 레이저 리소그래피에 의한 3d 구조를 제조하기 위한 방법, 및 해당 컴퓨터 프로그램 제품 KR102326904B1 (ko)

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