KR20220106166A - 직접 기록 포토에칭 시스템 및 직접 기록 포토에칭 방법 - Google Patents
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Abstract
직접 기록 포토에칭 시스템 및 직접 기록 포토에칭 방법에서, 직접 기록 포토에칭 시스템은 직접 기록 광원, 모션 기구, 중앙 제어 장치, 스폿 패턴 입력 장치 및 투영 광학 장치를 포함하되; 모션 기구는 투영 광학 장치로 하여금 기설정 경로를 따라 스캔하도록 하여 기준점의 위치 데이터를 발송하고; 중앙 제어 장치는 위치 데이터에 기초하여 스폿 패턴 파일 시퀀스에서 대응하는 스폿 이미지 데이터를 판독하며; 스폿 패턴 입력 장치는 스폿 이미지 데이터에 기초하여 직접 기록 광원이 제공하는 시작 빔을 변 패턴 광로 변조 생성하고; 투영 광학 장치는 패턴 광에 기초하여 포토에칭 부재의 표면에 변형 스폿을 투영하며, 모션 기구에 의해 기설정 경로를 따라 스캔하는데, 스캔 과정에서 스폿 이미지 데이터는 위치 데이터에 따라 변화되어 기설정된 제어 가능 변형 스폿을 형성한다. 본 발명의 직접 기록 포토에칭 시스템 및 직접 기록 포토에칭 방법은 복잡한 표면의 3차원 토포그래피 구조를 갖는 마스크리스 그레이 스케일 포토 리소그래피를 구현하고 포토에칭의 정밀도와 포토에칭의 효율을 향상시킨다.
Description
본 발명은 마이크로 나노 가공 기술분야에 관한 것으로, 특히 직접 기록 포토에칭 시스템 및 직접 기록 포토에칭 방법에 관한 것이다.
광전자는 마이크로 전자 다음으로 신속하게 발전하는 첨단 기술로서, 현재의 레이저 소자, 광 검출기, 회절 격자 등은 광전자 기술의 초기 발전 제품이고, 광전자 기술은 향후 디스플레이, 이미징, 탐측 등 영역에서 넓은 발전 전망을 가지고 있다.
소자의 미세 구조에 대한 분석에 있어서, 마이크로 전자 소자 회로는 2D 패턴을 갖고 패턴 듀티 사이클이 높지 않은 반면 광전자 소자는 미세 구조의 표면 3D 토포그래피(topography; 형태)에 더 많은 관심을 기울이며, 다단식 및 연속적인 형태가 그 주요 특징이다. 따라서 새로운 광전자 응용 분야를 위한 3D 미세 구조의 처리 요구는 현재 마이크로 전자 요구 사항과 다르며, 표면 요구 사항은 2D에서 3D로 변경되었다. 비록 현재 제품에 일반적으로 사용되는 마이크로 프리즘, 마이크로 렌즈 등도 3차원 구조를 갖고 있으나 이는 여전히 규칙적인 구조이며, 기술의 발전에 따라 광전자 응용 분야의 미세구조 요구 사항은 규칙적인 3차원에서 복잡한 3차원으로 바뀌고 있다. 복잡한 3D 구조의 처리 방법은 광전자 분야의 많은 연구 지원에 있어 과학적으로 큰 의미가 있으며, 새로운 산업 및 새로운 응용 분야의 발전에 전략적인 의미가 있다.
현재 3D 마이크로 나노 토포그래피를 구현하기 위한 주요 마이크로 머시닝 기술에는 정밀 다이아몬드 터닝, 3D 프린팅, 포토 리소그래피 등 기술이 포함된다. 다이아몬드 터닝은 수십 마이크로미터 크기와, 규칙적으로 배열된 3D 형태 미세 구조를 형성함에 있어서 바람직한 방법이며, 이의 전형적인 응용으로 마이크로 프리즘 필름이 포함된다. 3D 프린팅 기술은 복잡한 3D 구조를 구현할 수는 있으나 기존 검류계 스캐닝 3D 프린팅 기술의 해상도는 수십 미크론이며; DLP 투영형 3D 프린팅의 해상도는 10-20um이고; 2광자 3D 프린팅 기술은 해상도가 서브 미크론에 도달할 수 있지만 직렬 처리 방식으로, 효율성이 매우 낮다. 포토레지스트 노광 방식에 기반한 마이크로 포토에칭 기술은 여전히 현대 마이크로 머시닝의 주류 기술 수단이고, 이의 포토레지스트 재료는 성숙하여 공법 제어가 가능하며 지금까지 달성할 수 있는 가장 정밀한 처리 수단이다.
2D 투영 포토에칭 기술은 이미 마이크로 전자 분야에서 광범위하게 사용되고 있으나 3D 토포그래피 포토에칭 기술은 아직 초기 단계에 처하여 성숙한 기술 시스템을 형성하지 못하고 있다. 이의 현재의 진행 상황은 다음과 같다.
1. 전통적인 마스크 오버레이 방법은, 다단식 구조의 형성에 사용되고, 구조의 깊이를 제어하기 위해 이온 에칭을 결합하여 사용하며, 처리 과정에 여러 차례의 정렬이 필요하여 처리 요구가 높아 연속적인 3D 토포그래피를 처리하기 어렵다.
2. 그레이 스케일 마스크 노광 방법에 있어서, 이의 기술적 해결책은 하프 톤 마스크(half-tone)를 제조하는 것으로, 수은등 광원을 조사한 후 그레이 스케일 분포를 갖는 투과광 필드가 생성되고, 포토레지스트가 감광되어 3D 표면 구조를 형성한다. 그러나 이러한 마스크는 제조가 어렵고 구조 해상도가 낮으며 공정이 복잡하고 가격이 매우 높다.
3. 무빙 마스크 노광 방법은 마이크로 렌즈 어레이와 같은 규칙적인 구조를 제작하는데 더 적합하다.
4. 음향 광학 스캔 직접 기록 방법은 단일 빔 직접 기록 방식을 사용하여 효율성이 낮고 패턴 간 스티치(stitch) 불량 등 문제가 있다.
5. 전자빔 그레이 스케일 직접 기록 방법의 대표적인 제조사 및 제품 모델로서 일본의 Joel JBX9300, 독일의 Vistec, Leica VB6이 있고, 이러한 방법은 대면적 소자에 대한 제조 효율성이 낮고, 전자빔의 에너지의 제약을 받으며, 3D 토포그래피의 깊이 제어 능력이 부족하여 소규모 3D 토포그래피 미세 구조의 제조에만 사용될 수 있다.
6. 디지털 그레이 스케일 포토에칭 방법은, 그레이 스케일 마스크와 디지털 광 처리 기술을 결합하여 개발된 마이크로 나노 처리 기술에 해당하는 바, DMD 공간 광 변조기를 디지털 마스크로 사용하여 한 번의 노광으로 연속적인 3차원 표면의 양각 미세 구조를 처리하며, 하나의 노광 시야보다 큰 패턴에 대해 단계적 접합 방법을 사용한다. 주요한 단점은 그레이 스케일 변조 능력이 DMD 그레이 스케일 수준에 의해 제한되고 뚜렷한 단차 및 시야 간 스티치 불량 문제가 있으며 광-스폿(이하 '스폿'이라 칭함) 내부의 광도 균일성이 3D 토포그래피의 표면 품질에 영향을 미친다는 것이다.
상기한 바와 같이, 3D 토포그래피 포토에칭의 연구 현황과 최첨단 수요 간에 뚜렷한 격차가 있으므로 임의의 3D 토포그래피를 구현하기 위한 고품질 포토에칭 방법은 해당 분야에서 마이크로 포토에칭 기술에 대해 제기한 중요한 방법으로 시급히 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 직접 기록 포토에칭 시스템 및 직접 기록 포토에칭 방법을 제공하여 복잡한 표면 3차원 토포그래피 구조를 갖는 마스크리스 그레이 스케일 포토 리소그래피를 구현하고 포토에칭의 정밀도 및 포토에칭의 효율을 향상시키는 것이다.
본 발명의 목적에 따라 직접 기록 광원, 모션 기구, 중앙 제어 장치, 스폿 패턴 입력 장치 및 투영 광학 장치를 포함하는 직접 기록 포토에칭 시스템이 제공된다.
상기 직접 기록 광원은 시작 빔을 제공하도록 구성되고;
상기 모션 기구는 상기 투영 광학 장치가 노광될 포토에칭 부재에 대해 기설정 경로를 따라 스캔하도록 제어하고 기준점의 위치 데이터를 발송하도록 구성되며;
상기 중앙 제어 장치는 상기 위치 데이터에 기초하여 스폿 패턴 파일 시퀀스에서 대응하는 스폿 이미지 데이터를 판독하고 상기 스폿 이미지 데이터를 상기 스폿 패턴 입력 장치에 업로드하도록 구성되며;
상기 스폿 패턴 입력 장치는 상기 스폿 이미지 데이터에 기초하여 상기 직접 기록 광원으로부터 제공되는 시작 빔을 변조하여 패턴 광을 생성하고, 상기 패턴 광을 투영 광학 장치에 입력하도록 구성되며;
상기 투영 광학 장치는 상기 패턴 광에 의해 상기 포토에칭 부재의 표면에 변형 스폿이 투영되도록 제어하고, 모션 기구의 제어 하에 상기 기설정 경로를 따라 스캔하여, 스캔 과정에서 상기 스폿 이미지 데이터가 위치 데이터에 따라 변화되어 기설정된 제어 가능한 변형 스폿을 형성하도록 구성된다.
더 나아가, 상기 직접 기록 포토에칭 시스템은 3차원 토포그래피 생성 장치 및 3차원 토포그래피 분석 장치를 더 포함한다.
상기 3차원 토포그래피 생성 장치는 3차원 토포그래피 데이터를 생성하도록 구성되고;
상기 3차원 토포그래피 분석 장치는, 상기 3차원 토포그래피 데이터와 상기 직접 기록 포토에칭 시스템의 기설정 파라미터에 기초하여 스폿 패턴 파일 시퀀스를 생성하도록 구성되며, 상기 스폿 패턴 파일 시퀀스는 좌표 시퀀스 및 상기 좌표 시퀀스와 대응하는 스폿 이미지 데이터 시퀀스를 포함한다.
더 나아가, 상기 변형 스폿의 내부는 고정 광도를 갖고, 상기 스폿 이미지 데이터는 스폿 형상을 포함하며, 상기 직접 기록 포토에칭 시스템의 기설정 파라미터는 상기 기설정 경로, 스캔 속도 및 상기 고정 광도를 포함한다.
더 나아가, 상기 변형 스폿의 내부는 그레이 스케일 분포 광도를 갖고, 상기 스폿 이미지 데이터는 스폿 형상 및 스폿 내 광도 분포를 포함하며, 상기 직접 기록 포토에칭 시스템의 기설정 파라미터는 상기 기설정 경로 및 스캔 속도를 포함한다.
더 나아가, 상기 중앙 제어 장치는, 상기 모션 기구에 변위 명령을 전송하여 상기 투영 광학 장치가 상기 포토에칭 부재에 대해 3차원 방향에서 이동하도록 함으로써 상기 투영 광학 장치의 변위 및 포커싱을 구현하도록 더 구성된다.
본 발명은 직접 기록 포토에칭 방법을 더 제공하며, 상기 직접 기록 포토에칭 방법은,
3차원 토포그래피 데이터를 생성하는 단계S1;
상기 3차원 토포그래피 데이터와 직접 기록 포토에칭 시스템의 기설정 파라미터에 기초하여 스폿 패턴 파일 시퀀스를 생성하되, 상기 스폿 패턴 파일 시퀀스는 좌표 시퀀스 및 상기 좌표 시퀀스와 대응하는 스폿 이미지 데이터 시퀀스를 포함하는 단계S2;
상기 스폿 이미지 데이터 시퀀스에 기초하여 패턴 광을 생성하고, 상기 패턴 광을 노광될 포토에칭 부재의 표면에 투영하여 변형 스폿을 형성하며, 기설정 경로를 따라 스캔하되, 스캔 과정에서 상기 변형 스폿의 형상이 위치 데이터에 따라 변화되어 기설정된 제어 가능한 변형 스폿을 형성하는 단계S3을 포함한다.
더 나아가, 상기 단계S3에서, 스캔 과정에서의 상기 변형 스폿의 광도 분포도 위치 데이터에 따라 변화된다.
더 나아가, 상기 단계S3는 구체적으로,
기준점의 위치 데이터를 획득하는 단계S31;
상기 위치 데이터에 기초하여 상기 스폿 패턴 파일 시퀀스에서 대응하는 스폿 이미지 데이터를 판독하는 단계S32;
상기 스폿 이미지 데이터에 기초하여 상기 패턴 광을 생성하는 단계S33;
상기 패턴 광을 상기 포토에칭 부재의 표면에 투영하여 상기 변형 스폿을 형성하는 단계S34; 및
상기 변형 스폿이 소정 변위가 발생하도록 제어하는 단계S35를 포함하고;
직접 기록 포토에칭이 완료될 때까지 단계S31~단계S35를 반복 수행한다.
더 나아가, 상기 단계S3에서, 기설정 경로를 따라 스캔하는 단계는 구체적으로, 상기 변형 스폿이 순차적으로 다수의 기설정 경로를 따라 스캔하도록 제어하는 것을 포함하되, 상기 다수의 기설정 경로는 시작과 끝이 불연속적이거나 또는 시작과 끝이 연속적이고, 상기 다수의 경로는 서로 평행되거나 교차된다.
더 나아가, 상기 투영 광학 장치는 상기 변형 스폿에 대한 투영에서 병렬 영상법을 사용한다.
더 나아가, 상기 단계S3 이전에,
기판을 제공하는 단계;
3차원 토포그래피의 수요에 따라 상기 기판의 표면에 상응한 두께의 포토레지스트를 도포하는 단계를 더 포함할 수 있고;
상기 단계S2에서, 상기 직접 기록 포토에칭 시스템의 기설정 파라미터는 포토레지스트의 노광 감도 곡선을 포함한다.
본 발명은 직접 기록 포토에칭 시스템 및 직접 기록 포토에칭 방법을 제공하며, 이는 드래그 스캔 과정에서 형상 및/또는 광도 분포가 끊임없이 변화되는 변형 스폿을 이용하여 포토에칭 부재의 표면을 노광시킴으로써 포토에칭 부재의 각 평가 포인트가 가변 선량으로 노광되어 복잡한 3차원 토포그래피 구조를 갖는 마스크리스 그레이 스케일 포토 리소그래피를 구현하고 포토에칭의 정밀도와 포토에칭의 효율을 향상시킨다.
도 1은 본 발명의 직접 기록 포토에칭 시스템에서 드래그 스캔 과정에서의 변형 스폿의 형상 변화 및 포토에칭 부재의 포토에칭 홈 형태의 개략도이다.
도 2a는 본 발명의 직접 기록 포토에칭 시스템에서 특정 순간의 변형 스폿의 형상의 개략도이다.
도 2b는 본 발명의 직접 기록 포토에칭 방법에서 특정 순간의 변형 스폿에 의해 포토에칭 부재 표면을 스캔하는 단면 개략도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 직접 기록 포토에칭 시스템의 구조적 개략도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 직접 기록 포토에칭 방법의 단계 흐름도이다.
도 5는 도 4에 도시된 직접 기록 포토에칭 방법의 단계S3의 구체적인 단계 흐름도이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 직접 기록 포토에칭 방법의 다양한 기설정 경로의 개략도이다.
도 2a는 본 발명의 직접 기록 포토에칭 시스템에서 특정 순간의 변형 스폿의 형상의 개략도이다.
도 2b는 본 발명의 직접 기록 포토에칭 방법에서 특정 순간의 변형 스폿에 의해 포토에칭 부재 표면을 스캔하는 단면 개략도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 직접 기록 포토에칭 시스템의 구조적 개략도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 직접 기록 포토에칭 방법의 단계 흐름도이다.
도 5는 도 4에 도시된 직접 기록 포토에칭 방법의 단계S3의 구체적인 단계 흐름도이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 직접 기록 포토에칭 방법의 다양한 기설정 경로의 개략도이다.
이하 도면 및 실시예와 결합하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대해 더 상세히 설명한다. 아래 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위를 한정하기 위한 것이 아니다.
본 발명은 직접 기록 포토에칭 시스템 및 직접 기록 포토에칭 방법을 제공하며, 구체적으로 드래그 스캔 과정에서 형상 및/또는 광도 분포가 끊임없이 변화되는 변형 스폿(10)을 이용하여 포토에칭 부재(20)의 표면을 노광시킴으로써 포토에칭 부재(20)의 각 평가 포인트가 가변 선량으로 노광되어 복잡한 3차원 토포그래피 구조를 갖는 마스크리스 그레이 스케일 포토 리소그래피를 구현한다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 도 1은 본 발명에 따른 드래그 스캔 과정에서 변형 스폿(10)의 형상 변화 및 포토에칭 부재(20)의 포토에칭 홈 형태의 개략도이다. 스캔 경로를 따라 변형 스폿(10)은 간헐적 리프레시를 진행하는데 이러한 리프레시는 중앙 제어 장치(35)에 의해 제어된다. 예를 들어, 고정된 시간 간격으로 프레임 주파수 리프레시를 진행하거나 또는 3차원 토포그래피의 수요에 따라 불균등한 시간 간격으로 리프레시를 진행한다. 매번 리프레시를 진행한 후, 변형 스폿(10)의 형상에는 변화가 발생하고, 나아가, 변형 스폿(10)의 내부는 그레이 스케일에 따른 광도 분포를 가지며, 매번 리프레시를 진행한 후, 변형 스폿(10)의 형상 및/또는 광도 분포에는 변화가 발생한다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 도 2a는 특정 시각에서 변형 스폿(10)의 형상 개략도를 보여준다. 투영 광학 장치(37)의 직접 기록 광학 헤드에 의해 생성된 투영 영역 내에는 밝은 영역(101)과 차광 영역(102)이 포함되고, 밝은 영역(101)은 변형 스폿(10)의 내부로 지칭된다. 도 2b는 특정 시각에 변형 스폿(10)으로 포토에칭 부재(20) 표면을 스캔하는 단면 개략도를 보여준다. 포토에칭 부재(20) 표면의 임의의 평가 포인트(Q)에 대하여, 변형 스폿(10)은 소정의 스캔 경로 및 소정의 스캔 속도로 상기 평가 포인트(Q)를 스캔한다. 본 발명의 직접 기록 포토에칭 방법은 변형 스폿(10)의 전단부(11) 및 후단부(12)가 평가 포인트(Q)를 거쳐 지나가는 노광 시간 및/또는 광도 분포를 조절 및 제어한다. 노광 시간과 광도 분포는 평가 포인트(Q)의 노광량에 영향을 주며, 나아가 부근의 다수 평가 포인트의 에칭 깊이에 의해 해당 위치에서 포토에칭 부재(20)의 포토에칭 홈 형태가 정의된다. 예를 들면, 변형 스폿(10)이 어느 한 경로를 따라 스캔할 경우, 내부 라인(A-A') 상의 각각의 포인트들은 순차적으로 평가 포인트(Q)를 스캔하므로, 평가 포인트(Q)의 노광량은 라인(A-A')의 각 포인트들의 광도 및 스캔 속도의 영향을 받는다. 변형 스폿(10)이 다른 한 경로를 따라 스캔할 경우, 내부 라인(B-B') 상의 각각의 포인트들은 순차적으로 상기 평가 포인트(Q)를 스캔하므로, 평가 포인트(Q)의 노광량은 라인(B-B')의 각 포인트들의 광도 및 스캔 속도의 영향을 받는다.
따라서, 포토에칭으로 형성하고자 하는 원하는 3차원 토포그래피를 기반으로, 직접 기록 광학 시스템의 스캔 경로, 스캔 속도 등 기설정 파라미터를 결합하여, 노광량에 대한 포토에칭 부재(20)의 민감도 등과 함께 일련의 특정된 2차원 스폿을 추산하여 설계할 수 있다. 이러한 스폿의 형상 및/또는 광도는 스캔 경로가 경과하는 (x, y)좌표와 대응 관계를 가진다. 상기 일련의 특정된 2차원 스폿의 형상 및/또는 광도와 위치 데이터의 대응 관계는 스폿 패턴 파일 시퀀스를 구성한다. 본 발명의 직접 기록 포토에칭 시스템은 스폿 패턴 파일 시퀀스에 기초하여 드래그 스캔 과정에서 형상 및/또는 광도 분포가 끊임없이 변화되는 변형 스폿(10)을 생성한다.
제1 실시예
도 3을 참조하면, 본 실시예의 직접 기록 포토에칭 시스템은 3차원 토포그래피 생성 장치(31), 3차원 토포그래피 분석 장치(32), 직접 기록 광원(33), 모션 기구(34), 중앙 제어 장치(35), 스폿 패턴 입력 장치(36) 및 투영 광학 장치(37)를 포함한다. 여기서, 3차원 토포그래피 생성 장치(31), 3차원 토포그래피 분석 장치(32) 및 중앙 제어 장치(35)는 하나 또는 다수의 컴퓨터 및 서버에 배치될 수 있다.
3차원 토포그래피 생성 장치(31)는 3차원 토포그래피 데이터를 생성한다. 3차원 토포그래피 데이터는 3차원 토포그래피의 각 포인트의 x, y 횡방향 좌표 및 대응하는 z방향 높이 데이터를 포함하나 이에 한정되지 않는다. 상기 3차원 토포그래피 데이터는 3차원 모델링 소프트웨어를 통해 생성되며, 이러한 3차원 모델링 소프트웨어는 컴퓨터로 해석 가능한 예를 들어 STL, 3DS, STP, IGS, OBJ 등과 같은 범용 3차원 데이터 포맷을 도출하고, 바람직하게는 벡터 파일을 도출할 수 있다.
3차원 토포그래피 분석 장치(32)는 3차원 토포그래피 데이터와 직접 기록 포토에칭 시스템의 기설정 파라미터에 기초하여 스폿 패턴 파일 시퀀스를 생성하되, 스폿 패턴 파일 시퀀스는 좌표 시퀀스 및 좌표 시퀀스와 대응하는 스폿 이미지 데이터 시퀀스를 포함한다. 본 실시예에서, 변형 스폿(10)의 내부에는 고정 광도가 적용되고, 스폿 이미지 데이터 시퀀스의 각 스폿 이미지 데이터는 스폿 형상을 포함하며, 스폿 이미지 데이터에서 스폿 형상은 스폿 윤곽을 설명하는 다수의 좌표 형식 또는 직접 기록 광학 헤드에 의해 생성된 투영 면적 내 각 포인트의 이진화 광도 데이터 형식으로 정의된다. 직접 기록 포토에칭 시스템의 기설정 파라미터는 기설정 경로(P), 스캔 속도 및 상기 고정 광도를 포함하나 이에 한정되지 않는다. 스폿 패턴 파일 시퀀스는 생성된 후 순차적으로 메모리에 저장되고, 중앙 제어 장치(35)는 메모리 내의 스폿 패턴 파일 시퀀스에 대해 판독, 매칭 등 동작을 수행할 수 있다.
직접 기록 광원(33)은 스폿 패턴 입력 장치(36)에 시작 빔을 제공한다. 직접 기록 광원(33)은 포토에칭 부재(20) 상의 포토에칭 재료에 대해 감광하는 LED, 반도체 레이저, 고체 레이저, 기체 레이저 등을 사용할 수 있고, 바람직하게는 비간섭 연속 광원이다.
모션 기구(34)는 투영 광학 장치(37)가 노광될 포토에칭 부재(20)에 대해 기설정 경로(P)를 따라 스캔하도록 제어하고, 위치 데이터를 발송한다. 설명해야 할 것은, 본 발명에서 언급되는 스캔, 모션/이동 또는 변위는 투영 광학 장치(37)와 포토에칭 부재(20)의 상대적 변위이다. 구체적으로, 모션 기구(34)는 투영 광학 장치(37)가 수평 방향에서 이동하도록 하는 제1 스테핑 샤프트와 제1 구동모터, 및 투영 광학 장치(37)가 상하 이동하도록 하는 제2 스테핑 샤프트와 제2 구동모터를 포함하거나; 포토에칭 부재(20)를 탑재한 스테이지가 수평 방향에서 이동하도록 하는 제1 스테핑 샤프트와 제1 구동모터, 및 스테이지가 상하 이동하도록 하는 제2 스테핑 샤프트와 제2 구동모터를 포함하거나; 또는 두 가지 모션 방식을 결합하여 사용할 수도 있다. 투영 광학 장치(37) 또는 스테이지의 수평 방향의 이동은 직각 좌표 시스템 또는 극좌표 시스템을 사용한다. 모션 기구(34)는 레이저 또는 초음파 등 방식을 통해 위치 데이터를 획득하며, 상기 위치 데이터는 변형 스폿(10) 내의 기준점의 좌표, 투영 광학 장치(37)의 기준점의 좌표, 모션 기구(34)에서 이동하는 기준점의 좌표 등을 포함하나 이에 한정되지 않는다.
중앙 제어 장치(35)는 위치 데이터에 기초하여 스폿 패턴 파일 시퀀스에서 대응하는 스폿 이미지 데이터를 판독하고, 스폿 이미지 데이터를 스폿 패턴 입력 장치(36)에 업로드한다. 구체적으로, 중앙 제어 장치(35)는 저장된 스폿 패턴 파일 시퀀스와 위치 데이터를 매칭시켜 위치 데이터와 대응하는 스폿 형상을 판독하고, 스폿 패턴 입력 장치(36)가 대응하는 패턴 광을 생성하도록 제어하며, 아울러 리프레시한다. 더 나아가, 중앙 제어 장치(35)는 모션 기구(34)에 변위 명령을 전송하여 투영 광학 장치(37)가 포토에칭 부재(20)에 대해 3차원 방향으로 이동하도록 함으로써 투영 광학 장치(37)의 변위 및 포커싱을 구현한다.
스폿 패턴 입력 장치(36)는 스폿 이미지 데이터에 기초하여 직접 기록 광원(33)에서 제공되는 시작 빔을 변조하여 패턴 광을 생성하고, 패턴 광을 투영 광학 장치(37)에 입력한다. 스폿 패턴 입력 장치(36)는 DMD(Digital Micromirror Array), LCOS(Liquid Crystal On Silicon) 등과 같은 2차원 어레이 구조의 공간 광 변조기를 사용한다.
투영 광학 장치(37)는 패턴 광에 의해 포토에칭 부재(20)의 표면에 동적 변형 구조의 스폿이 투영되도록 제어하고, 모션 기구(34)의 구동 하에 기설정 경로(P)를 따라 스캔한다. 투영 광학 장치(37)는 또한 중앙 제어 장치(35)와 모션 기구(34)의 보조 하에 포커싱을 진행하고 포커싱을 통해 포토에칭 부재(20) 표면에서 소정 형상의 변형 스폿(10)의 투영 면적을 제어한다. 스캔 과정에서, 기준점의 위치 데이터가 끊임없이 중앙 제어 장치(35)에 업로드되고, 패턴 광의 형상이 이에 따라 리프레시되므로, 변형 스폿(10)의 형상이 위치 데이터에 따라 변화됨으로써 기설정된 제어 가능한 변형 스폿을 형성한다. n(n은 자연수)번째 리프레시와 (n+1)번째 리프레시 사이의 간격 시간 내에 변형 스폿(10)은 n번째 리프레시 후의 형상을 유지하므로 투영 광학 장치(37)의 스캔 방식은 드래그 스테핑 유형의 스캔이다. 투영 광학 장치(37)의 변형 스폿(10)에 대한 투영은 음향광변조광학법, 검류계광학법과 같은 직렬 영상법이 아닌, 플랫 필드 마이크로 영상 투영 광학법과 같은 병렬 영상법을 사용한다.
더 나아가, 직접 기록 포토에칭 시스템은 직접 기록 광원(33)에 의해 방출되는 시작 빔에 대해 성형하기 위한 빔 셰이퍼를 더 포함할 수 있으며, 빔 셰이퍼는 직접 기록 광원(33)과 스폿 패턴 입력 장치(36) 사이에 위치한다.
도 4를 참조하면, 본 실시예는 직접 기록 포토에칭 방법을 더 제공하고, 상기 방법은 아래와 같은 단계들을 포함한다.
S1: 3차원 토포그래피 데이터를 생성한다.
S2: 3차원 토포그래피 데이터와 직접 기록 포토에칭 시스템의 기설정 파라미터에 기초하여 스폿 패턴 파일 시퀀스를 생성하되, 스폿 패턴 파일 시퀀스는 좌표 시퀀스 및 좌표 시퀀스와 대응하는 스폿 이미지 데이터 시퀀스를 포함한다.
S3: 스폿 이미지 데이터 시퀀스에 기초하여 패턴 광을 생성하고, 패턴 광을 노광될 포토에칭 부재(20)의 표면에 투영하여 변형 스폿(10)을 형성하며, 기설정 경로(P)를 따라 스캔하되, 스캔 과정에서 변형 스폿(10)의 형상은 위치 데이터에 따라 변화되어 기설정된 제어 가능한 변형 스폿을 형성한다.
구체적으로, 도 5를 참조하면, 단계S3은 아래와 같은 단계들을 포함한다.
S31: 위치 데이터를 획득한다.
S32: 위치 데이터에 기초하여 스폿 패턴 파일 시퀀스에서 대응하는 스폿 이미지 데이터를 판독한다.
S33: 스폿 이미지 데이터에 기초하여 패턴 광을 생성한다.
S34: 패턴 광을 포토에칭 부재(20)의 표면에 투영하여 변형 스폿(10)을 형성한다.
S35: 변형 스폿(10)이 소정 변위가 발생하도록 제어한다.
직접 기록 포토에칭이 완료될 때까지 단계S31~단계S35를 반복 수행한다.
단계S3에서, 기설정 경로(P)를 따라 스캔하는 단계는 구체적으로, 변형 스폿(10)이 순차적으로 다수의 기설정 경로(P)를 따라 스캔하도록 제어하는 것을 포함한다. 상기 다수의 기설정 경로(P)는 시작과 끝이 불연속적이거나 또는 시작과 끝이 연속적인 것일 수 있고, 다수의 경로들은 서로 평행되거나 교차될 수 있다. 도 6a 내지 도 6c를 참조하면, 스캔 경로의 3개의 특정 사례를 보여준다. 도 6a에서 변형 스폿(10)은 연속적인 기설정 경로(P)를 따라 스캔하고, 투영 광학 장치(37)의 직접 기록 광학 헤드의 스캔 영역에 연속적인 스트립 패턴(13)을 형성하며, 중첩이 없이 접합되어 평면 패턴을 이룬다. 도 6b에서 변형 스폿(10)은 불연속적인 기설정 경로(P)를 따라 스캔하며, 직접 기록 광학 헤드의 스캔 영역에 다수의 스트립 패턴(13)을 형성하고, 다수의 기설정 경로(P)는 평행되며 스트립 패턴(13)에 오버랩 영역(14)이 존재하는 평면 패턴을 이룬다. 도 6c에서 변형 스폿(10)은 기설정 경로(P)를 따라 스캔하되, 기설정 경로(P)는 교차되고, 직접 기록 광학 헤드의 스캔 영역에는 다수의 스트립 패턴(13)이 중첩되게 접합되어 평면 패턴을 이룬다.
단계S3 이전에,
기판(21)을 제공하는 단계; 및
3차원 토포그래피의 수요에 따라 기판(21)의 표면에 상응한 두께의 포토레지스트(22)를 도포하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 단계S2에서, 직접 기록 포토에칭 시스템의 기설정 파라미터는 포토레지스트(22) 노광 감도 곡선을 포함하며, 이러한 곡선은 노광량과 포토레지스트의 노광 감도의 대응 관계를 나타내고, 포토레지스트의 노광 감도는 포토레지스트(22)에서 하나의 양호한 패턴을 형성하는데 필요한 소정 파장의 광의 최고 에너지 값이다. 더 나아가, 직접 기록 포토에칭 시스템의 기설정 파라미터는 포토레지스트(22)의 두께, 포토레지스트(22)의 대비율 등을 더 포함하고, 포토레지스트(22)의 대비율은 포토레지스트(22)가 노광 영역으로부터 비 노광 영역으로 과도하는 기울기이다.
상기 단계S3 다음에, 포토에칭 부재(20)에 대해 현상 등 화학 처리를 진행하고, 포토레지스트(22)의 일부를 그레이법(gray processing)으로 제거하여, 포토레지스트(22)의 제거 깊이가 표면의 각 포인트에서 획득한 노광량과 연관됨으로써 원하는 3차원 토포그래피를 갖는 3차원 마이크로 나노 구조 패턴 기판을 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다. 그 다음, 3차원 마이크로 나노 구조 패턴 기판의 기초상에 이온 에칭, 복제, 전기도금 등 단계를 수행하는 것을 더 포함할 수 있다.
제2 실시예
본 실시예는 직접 기록 포토에칭 시스템 및 직접 기록 포토에칭 방법을 제공한다. 본 실시예의 직접 기록 포토에칭 방법과 상기 제1 실시예의 차이점은 아래와 같다.
변형 스폿(10)의 내부는 그레이 스케일 분포 광도를 갖고, 스폿 이미지 데이터는 스폿 형상 및 스폿 내 광도 분포를 포함한다. 직접 기록 포토에칭 시스템의 기설정 파라미터는 기설정 경로(P) 및 스캔 속도를 포함하되, 상기 기설정 파라미터는 포토레지스트(22)의 노광 감도 곡선, 두께, 대비율 등을 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 직접 기록 포토에칭 방법과 상기 제1 실시예의 차이점은 아래와 같다.
단계S2에서, 3차원 토포그래피 데이터, 기설정 경로(P), 스캔 속도에 기초하여 스폿 패턴 파일 시퀀스를 생성하되, 스폿 패턴 파일 시퀀스는 좌표 시퀀스, 좌표 시퀀스와 대응하는 스폿 이미지 데이터 시퀀스 및 좌표 시퀀스와 대응하는 광도 분포 시퀀스를 포함한다.
단계S3에서, 스캔 과정에서 변형 스폿(10)의 광도 분포도 위치 데이터에 따라 변화된다. 더 나아가, 단계S32에서, 위치 데이터에 기초하여 스폿 패턴 파일 시퀀스에서 대응하는 스폿 이미지 데이터를 판독하는 단계는 구체적으로, 위치 데이터에 기초하여 스폿 패턴 파일 시퀀스에서 대응하는 스폿 형상 및 스폿 내 광도 분포를 판독하는 것이다.
본 실시예에서, n(n은 자연수)번째 리프레시의 변형 스폿(10)과 (n+1)번째 리프레시의 변형 스폿(10)은 동일한 형상 및 상이한 광도 분포를 가질 수도 있고 상이한 형상 및 상이한 광도 분포를 가질 수도 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 직접 기록 포토에칭 시스템 및 직접 기록 포토에칭 방법을 제공한다. 이는 드래그 스캔 과정에서 형상 및/또는 광도 분포가 끊임없이 변화되는 변형 스폿(10)을 이용하여 포토에칭 부재(20)의 표면을 노광시켜 포토에칭 부재(20)의 각 평가 포인트가 가변 선량으로 노광되어 마스크리스 그레이 스케일 포토 리소그래피를 구현하며, 스폿 패턴 파일 시퀀스의 높은 유연성에 의해 복잡한 표면 3차원 토포그래피 구조를 구현할 수 있고 고정밀도의 하프 톤 마스크를 제조할 필요가 없으므로 비용을 절감하고 포토에칭의 정밀도 및 포토에칭의 효율을 향상시킬 수 있다.
이상 실시예의 기술적 특징은 임의로 조합할 수 있으며 간결한 설명을 위해 상기 실시예에서 가능한 모든 기술적 특징의 조합에 대해서 설명하지 않으나, 이러한 기술적 특징의 조합은 모순되지 않는 한 모두 본 명세서에 기재된 범위에 포함된다.
이상은 본 발명의 구체적인 실시예에 불과하나 본 발명의 보호범위는 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명이 개시하는 기술적 범위 내에서 변경 또는 대체 형태를 용이하게 생각해 낼 수 있을 것이며 이러한 변경 또는 대체 형태는 모두 본 발명의 보호범위에 포괄된다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 특허 청구범위를 기준으로 한다.
Claims (10)
- 직접 기록 광원(33), 모션 기구(34), 중앙 제어 장치(35), 스폿 패턴 입력 장치(36) 및 투영 광학 장치(37)를 포함하는 직접 기록 포토에칭 시스템에 있어서,
상기 직접 기록 광원(33)은 시작 빔을 제공하도록 구성되고;
상기 모션 기구(34)는 상기 투영 광학 장치(37)가 노광될 포토에칭 부재(20)에 대해 기설정 경로(P)를 따라 스캔하도록 제어하고, 기준점의 위치 데이터를 발송하도록 구성되며;
상기 중앙 제어 장치(35)는 상기 위치 데이터에 기초하여 스폿 패턴 파일 시퀀스에서 대응하는 스폿 이미지 데이터를 판독하고, 상기 스폿 이미지 데이터를 상기 스폿 패턴 입력 장치(36)에 업로드하도록 구성되며;
상기 스폿 패턴 입력 장치(36)는 상기 스폿 이미지 데이터에 기초하여 상기 직접 기록 광원(33)으로부터 제공되는 시작 빔을 변조하여 패턴 광을 생성하고, 상기 패턴 광을 상기 투영 광학 장치(37)에 입력하도록 구성되며;
상기 투영 광학 장치(37)는 상기 패턴 광에 의해 상기 포토에칭 부재(20)의 표면에 변형 스폿(10)이 투영되도록 제어하고, 상기 모션 기구(34)의 제어 하에 상기 기설정 경로(P)를 따라 스캔하여 스캔 과정에 상기 스폿 이미지 데이터가 상기 위치 데이터에 따라 변화되어 기설정된 제어 가능한 변형 스폿을 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 직접 기록 포토에칭 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 직접 기록 포토에칭 시스템은 3차원 토포그래피 생성 장치(31)와 3차원 토포그래피 분석 장치(32)를 더 포함하되;
상기 3차원 토포그래피 생성 장치(31)는 3차원 토포그래피 데이터를 생성하도록 구성되고;
상기 3차원 토포그래피 분석 장치(32)는 상기 3차원 토포그래피 데이터와 상기 직접 기록 포토에칭 시스템의 기설정 파라미터에 기초하여 스폿 패턴 파일 시퀀스를 생성하도록 구성되고, 상기 스폿 패턴 파일 시퀀스는 좌표 시퀀스 및 상기 좌표 시퀀스와 대응하는 스폿 이미지 데이터 시퀀스를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 기록 포토에칭 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 변형 스폿(10)의 내부는 고정 광도를 갖고, 상기 스폿 이미지 데이터는 스폿 형상을 포함하며, 상기 직접 기록 포토에칭 시스템의 기설정 파라미터는 상기 기설정 경로(P), 스캔 속도 및 상기 고정 광도를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 기록 포토에칭 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 변형 스폿(10)의 내부는 그레이 스케일 분포 광도를 갖고, 상기 스폿 이미지 데이터는 스폿 형상 및 스폿 내 광도 분포를 포함하며, 상기 직접 기록 포토에칭 시스템의 기설정 파라미터는 상기 기설정 경로(P) 및 스캔 속도를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 기록 포토에칭 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 중앙 제어 장치(35)는 상기 모션 기구(34)에 변위 명령을 전송하여 상기 투영 광학 장치(37)가 상기 포토에칭 부재(20)에 대해 3차원 방향에서 이동하도록 함으로써 상기 투영 광학 장치(37)의 변위 및 포커싱을 구현하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 직접 기록 포토에칭 시스템. - 3차원 토포그래피 데이터를 생성하는 단계S1;
상기 3차원 토포그래피 데이터와 직접 기록 포토에칭 시스템의 기설정 파라미터에 기초하여 스폿 패턴 파일 시퀀스를 생성하되, 상기 스폿 패턴 파일 시퀀스는 좌표 시퀀스 및 상기 좌표 시퀀스와 대응하는 스폿 이미지 데이터 시퀀스를 포함하는 단계S2;
상기 스폿 이미지 데이터 시퀀스에 기초하여 패턴 광을 생성하고, 상기 패턴 광을 노광될 포토에칭 부재(20)의 표면에 투영하여 변형 스폿(10)을 형성하며, 기설정 경로(P)를 따라 스캔하되, 스캔 과정에서 상기 변형 스폿(10)의 형상이 위치 데이터에 따라 변화되어 기설정된 제어 가능한 변형 스폿을 형성하는 단계S3을 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 기록 포토에칭 방법. - 제6항에 있어서,
상기 단계S3에서, 스캔 과정에서의 상기 변형 스폿(10)의 광도 분포도 위치 데이터에 따라 변화되는 것을 특징으로 하는 직접 기록 포토에칭 방법. - 제6항에 있어서,
상기 단계S3은 구체적으로,
기준점의 위치 데이터를 획득하는 단계S31;
상기 위치 데이터에 기초하여 상기 스폿 패턴 파일 시퀀스에서 대응하는 스폿 이미지 데이터를 판독하는 단계S32;
상기 스폿 이미지 데이터에 기초하여 상기 패턴 광을 생성하는 단계S33;
상기 패턴 광을 상기 포토에칭 부재(20)의 표면에 투영하여 상기 변형 스폿(10)을 형성하는 단계S34;
상기 변형 스폿(10)에 소정 변위가 발생하도록 제어하는 단계S35를 포함하고;
직접 기록 포토에칭이 완료될 때까지 단계S31~단계S35를 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 직접 기록 포토에칭 방법. - 제6항에 있어서,
상기 단계S3에서, 기설정 경로(P)를 따라 스캔하는 단계는 구체적으로,
상기 변형 스폿(10)이 순차적으로 다수의 기설정 경로(P)를 따라 스캔하도록 제어하는 것을 포함하되,
상기 다수의 기설정 경로(P)는 시작과 끝이 불연속적이거나 또는 시작과 끝이 연속적이고, 상기 다수의 경로는 서로 평행되거나 교차되는 것을 특징으로 하는 직접 기록 포토에칭 방법. - 제6항에 있어서,
상기 단계S3 이전에,
기판(21)을 제공하는 단계; 및
3차원 토포그래피의 수요에 따라 상기 기판(21)의 표면에 상응한 두께의 포토레지스트(22)를 도포하는 단계;를 더 포함하고,
상기 단계S2에서, 상기 직접 기록 포토에칭 시스템의 기설정 파라미터는 포토레지스트의 노광 감도 곡선을 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 기록 포토에칭 방법.
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