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KR102119165B1 - Optical lithography apparatus and controlling method for the same apparatus - Google Patents

Optical lithography apparatus and controlling method for the same apparatus Download PDF

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KR102119165B1
KR102119165B1 KR1020180047207A KR20180047207A KR102119165B1 KR 102119165 B1 KR102119165 B1 KR 102119165B1 KR 1020180047207 A KR1020180047207 A KR 1020180047207A KR 20180047207 A KR20180047207 A KR 20180047207A KR 102119165 B1 KR102119165 B1 KR 102119165B1
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light
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substrate
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임형준
정대경
이재종
김기홍
최기봉
권순근
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한국기계연구원
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Abstract

본 발명은 광학식 리소그래피 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 건식 리소그래피 방식을 사용하되 매질 경계면에서의 굴절 및 이에 따른 구면수차로 인한 광점 왜곡 오류를 효과적으로 보상하는, 광학식 리소그래피 장치 및 그 제어 방법을 제공함에 있다. 보다 구체적으로는, 레지스트로 조사되는 광의 광경로 상에 위치하는 시준렌즈에 대하여, 깊이 방향으로의 광점 위치에 따라 시준렌즈의 깊이 방향 즉 평행광 광축 방향 위치를 조절함으로써 광의 확산 및 수렴 정도를 조절하여, 궁극적으로는 공기-레지스트 경계면에서 굴절됨으로써 발생된 광점 왜곡 오류를 효과적으로 보상하는, 광학식 리소그래피 장치 및 그 제어 방법을 제공함에 있다.The present invention relates to an optical lithographic apparatus and a control method thereof, the object of the present invention is to use an optical lithography method, but to effectively compensate for light spot distortion errors due to refraction at the media interface and thus spherical aberration, and In providing a control method. More specifically, with respect to the collimating lens positioned on the optical path of light irradiated with the resist, the degree of light diffusion and convergence is controlled by adjusting the depth direction of the collimating lens, that is, the position of the parallel optical axis, according to the position of the light point in the depth direction. Accordingly, it is ultimately to provide an optical lithographic apparatus and a control method thereof, which effectively compensate for light spot distortion errors caused by refraction at an air-resist interface.

Figure R1020180047207
Figure R1020180047207

Description

광학식 리소그래피 장치 및 그 제어 방법 {Optical lithography apparatus and controlling method for the same apparatus}Optical lithography apparatus and controlling method for the same apparatus

본 발명은 광학식 리소그래피 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 집광빔을 이용하여 대상물을 경화시켜 미세한 3차원 형상을 제조할 수 있는 광학식 리소그래피 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an optical lithographic apparatus and a control method thereof, and more particularly, to an optical lithographic apparatus and a control method capable of producing a fine three-dimensional shape by curing an object using a condensing beam.

리소그래피(lithography) 기술은 반도체와 같은 미소 구조를 제조하는데 사용되는 대표적인 기술이다. 일반적으로 반도체 제품의 기초가 되는 2차원 집적회로를 형성하는 과정은, 레지스트층 위에 빛이 투과 또는 차단되도록 패턴이 형성된 마스크를 덮고 광을 조사하여 패턴 부분을 경화시킨 후 경화되지 않은 레지스트를 제거하는 방식으로 이루어진다. 이러한 방식을 통해 나노/마이크로 수준의 미소 구조를 고정밀도로 생산할 수 있으며, 따라서 리소그래피 기술은 반도체, 디스플레이, 초정밀기계, 의료/생명공학 등과 같은 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다.Lithography (lithography) technology is a typical technology used to manufacture microstructures such as semiconductors. In general, the process of forming a 2D integrated circuit, which is the basis of a semiconductor product, covers a mask formed with a pattern so that light is transmitted or blocked on the resist layer, irradiates light to cure the pattern portion, and then removes the uncured resist. It is done in a way. Through this method, nano/micro level microstructures can be produced with high precision, and thus lithography technology is widely used in various fields such as semiconductors, displays, ultra-precision machinery, and medical/biotechnology.

상술한 바와 같은 고전적인 리소그래피 방식은 2차원적인 형상을 효과적으로 제작할 수 있으며, 이에 기존에는 2차원적으로 구현되는 집적회로 패턴을 제작하는 데에 리소그래피 기술이 주로 사용되어 왔다. 그런데, 최근 보다 집적도를 높이거나 다양한 기능을 효과적으로 구현할 수 있도록 하기 위해, 광학/바이오/반도체 등 다양한 분야에서 3차원적인 구조를 가지는 응용소자를 개발하고자 하는 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 따라서 리소그래피 기술도 3차원적인 형상을 효과적으로 제작할 수 있도록 하기 위해 다양한 개선 연구가 이루어지고 있는 실정이다.The classical lithography method as described above can effectively produce a two-dimensional shape, and thus, conventionally, a lithography technique has been mainly used to manufacture an integrated circuit pattern implemented in two dimensions. However, recently, in order to increase the degree of integration or to effectively implement various functions, research has been actively conducted to develop an application device having a three-dimensional structure in various fields such as optical/bio/semiconductor. Therefore, various improvement studies have been conducted in order to enable lithography technology to effectively produce a three-dimensional shape.

광학식 리소그래피를 이용하여 3차원 형상을 제작하는 방식도 원리 자체는 2차원 형상 제작 방식과 마찬가지로서, 레지스트층의 선택적인 일부 위치에 열 또는 광을 집중하여 경화시키고 나머지 부분을 제거하는 방식을 사용한다. 도 1은 종래의 3차원 광학식 리소그래피 장치 구성을 개략적으로 도시한 것이며, 도 2는 상기 장치를 이용한 2차원 기반 3차원 구조물 제작 원리를, 도 3은 상기 장치를 이용한 3차원 기반 3차원 구조물 제작 원리를 각각 도시하고 있다.The method of manufacturing a three-dimensional shape using optical lithography is also the same as the two-dimensional shape production method. The method uses a method of concentrating heat or light at a selective location on the resist layer to remove the remaining portion. . FIG. 1 schematically shows a conventional 3D optical lithography apparatus configuration, FIG. 2 shows a principle of manufacturing a 2D-based 3D structure using the device, and FIG. 3 shows a principle of manufacturing a 3D-based 3D structure using the device. Respectively.

도 2의 방식은 3차원 구조물을 층층이 형성하는 것으로서, 도 2에서는 3개의 층으로 나누어 3차원 구조물을 형성하는 예시를 보이고 있다. 간략히 설명하자면, 먼저 도 2(A)와 같이 얇게 레지스트층을 도포하고 3차원 구조물의 최하층 형상에 맞게 집광하여 해당 부분을 경화시킨다. 다음으로 도 2(B)와 같이 레지스트층을 한 층 더 도포한 후 마찬가지로 3차원 구조물의 중간층 형상을 형성하고, 마찬가지로 도 2(C)와 같이 최상층 형상을 형성한다. 마지막으로 경화되지 않은 레지스트를 제거하면, 도 2(D)와 같이 3개의 층이 적층되어 이루어지는 3차원 구조물이 제작될 수 있게 된다.The method of FIG. 2 is a layer formed of a 3D structure, and FIG. 2 shows an example of forming a 3D structure by dividing it into 3 layers. Briefly, first, a resist layer is thinly applied as shown in FIG. 2(A), and the corresponding portion is cured by condensing according to the shape of the lowermost layer of the 3D structure. Next, after applying one more layer of the resist layer as shown in FIG. 2(B), an intermediate layer shape of the three-dimensional structure is similarly formed, and similarly, an uppermost layer shape is formed as shown in FIG. 2(C). Finally, when the uncured resist is removed, a three-dimensional structure formed by stacking three layers as shown in FIG. 2(D) can be manufactured.

도 2에 도시된 바와 같은 적층 방식과 유사한 기술의 예로, 일본특허공개 제2011-523199호("2D광자 리소그래피 및 나노임프린트를 사용하여 서브미크론 3D 구조를 제조하기 위한 3D 금속 주형 및 그 프로세스", 2011.08.04) 등이 있다. 상기 선행문헌에서는 2차원 리소그래피 기술과 나노 임프린트 기술을 조합하여, 2차원 리소그래피 기술을 이용하여 3차원 구조 제품의 각 층의 3차원 주형을 만들고, 나노임프린트 기술을 이용하여 그 층의 3차원 주형으로부터 폴리머막 시트를 형성하는 방식으로 각 층을 제조하여 궁극적으로 서브미크론 3차원 구조를 제조하는 기술이 개시된다. 그러나 적층 방식은 도 2에 보이는 바와 같이 형성할 수 있는 형상의 형태에 어느 정도 제한이 있어 원하는 대로 자유로운 형상을 제작하기 위해서는 도 3과 같은 방식이 보다 효율적이다.As an example of a technique similar to the lamination method as shown in FIG. 2, Japanese Patent Publication No. 2011-523199 ("3D metal mold and process for manufacturing submicron 3D structure using 2D photon lithography and nanoimprint", 2011.08.04). In the preceding document, a two-dimensional lithography technique and a nano-imprint technique are combined to make a three-dimensional mold of each layer of a three-dimensional structure product using a two-dimensional lithography technique, and from the three-dimensional mold of the layer using a nanoimprint technique. Disclosed is a technique for manufacturing each layer in a manner of forming a polymer film sheet and ultimately producing a submicron three-dimensional structure. However, as shown in FIG. 2, the stacking method has some limitations on the shape of the shape that can be formed, so the method as shown in FIG. 3 is more efficient in order to produce a free shape as desired.

도 3과 같은 방식의 원리를 간략히 설명하자면, 광점을 (최종적으로 만들어질) 3차원 구조물의 형상을 따라가도록 이동시켜 가면서 레지스트층에 광을 조사하는 것이다. 광점 이외의 영역에 존재하는 레지스트는 충분한 광 에너지를 받지 못했으므로 경화되지 않은 상태로 남는 반면, 광점에 존재하는 레지스트는 충분한 광 에너지를 받아 경화된다. 즉 이상적으로는 제작하고자 하는 3차원 구조물의 형상을 따라가도록 광점 위치를 변화시키기만 하면 자유로운 미소 3차원 구조물 제작이 가능하다.To briefly explain the principle of the method shown in FIG. 3, the light is irradiated to the resist layer while moving the light spot to follow the shape of the three-dimensional structure (which will be finally produced). The resist present in the region other than the light spot does not receive sufficient light energy, and thus remains uncured, while the resist present in the light spot receives sufficient light energy and is cured. That is, ideally, it is possible to manufacture a free micro 3D structure by simply changing the position of the light spot to follow the shape of the 3D structure to be produced.

그러나 실제로는 이러한 방식을 구현하는데 다양한 어려움이 있으며, 대표적으로 구면수차 문제가 있다. 도 4는 종래의 3차원 광학식 리소그래피 장치를 사용하여 3차원 형상 제작 시 구면수차로 인한 광점 왜곡 원리를 간략히 도시하고 있다. 통상적으로 종래의 3차원 광학식 리소그래피 장치는, 공기 중에서 집광되는 현상을 기준으로 광학계가 설계된다. 따라서 도 4(A)에 도시된 바와 같이 레지스트층의 표면에서는 올바른 위치에 집광이 이루어져 광점이 맺히게 되지만, 집광하고자 하는 위치가 레지스트층의 내부에 존재하는 경우 도 4(B)에 도시된 바와 같이 굴절에 의하여 광로 방향이 변하기 때문에 올바른 위치에 집광이 이루어지지 못하여 광점이 깊이 방향(도 4에서 Z방향)으로 길어지며 또한 평면 방향(도 4에서 XY 방향)으로도 커지는 형태로 왜곡이 발생된다.However, in reality, there are various difficulties in implementing this method, and there is typically a spherical aberration problem. Figure 4 briefly shows the principle of light spot distortion due to spherical aberration when producing a three-dimensional shape using a conventional three-dimensional optical lithography apparatus. Conventionally, in the conventional 3D optical lithography apparatus, an optical system is designed based on a phenomenon in which light is collected in the air. Therefore, as shown in FIG. 4(A), light is condensed at the correct position on the surface of the resist layer to form a light spot, but when the position to be condensed exists inside the resist layer, as shown in FIG. 4(B). Since the optical path direction is changed by refraction, condensing is not performed at the correct position, so that the light point is prolonged in the depth direction (Z direction in FIG. 4) and distortion is generated in a larger direction in the plane direction (XY direction in FIG. 4 ).

도 5는 상술한 바와 같은 문제를 해소하기 위한 장치인 액침 리소그래피(immersion lithography) 장치를 이용한 구면수차로 인한 광점 왜곡 보상 원리를 도시하고 있다. 액침 리소그래피 장치에서는, 광점이 왜곡되는 원인은 매질 경계면에서 발생되는 굴절에 있다는 점에 착안하여, 레지스트와 굴절률이 동일한 유체를 대물렌즈 및 레지스트 사이에 투입하여 굴절이 발생하지 않도록 한다. 액침 리소그래피 장치를 이용하면 도 5에 도시된 바와 같이 굴절 및 이에 따른 구면수차로 인한 광점 왜곡 오류를 해소할 수 있다는 장점은 있으나, 유체를 대물렌즈 및 레지스트 사이에 투입하는 것이 번거롭고 어려운 문제도 있고, 이 유체에 의하여 레지스트가 영향을 받는 문제점이 발생될 수도 있는 등 다양한 문제가 있다.5 illustrates a principle of compensating for light spot distortion due to spherical aberration using an immersion lithography device, which is an apparatus for solving the above-described problem. In the immersion lithography apparatus, paying attention to the fact that the cause of the distortion of the light spot is the refraction generated at the interface of the medium, a fluid having the same refractive index as the resist is introduced between the objective lens and the resist so that refraction does not occur. When using the immersion lithography apparatus, there is an advantage in that it is possible to solve the error of light spot distortion due to refraction and the resulting spherical aberration, as shown in FIG. 5, but there is also a troublesome and difficult problem of adding fluid between the objective lens and the resist, There are various problems, such as a problem in which a resist is affected by this fluid.

이외에도 익스팬더(expander)를 이용하는 방식, 액정소자를 이용하는 방식 등을 사용하여 구면수차를 보정하는 방식이 고려되고 있으나, 익스팬더 방식은 장치의 부피 및 장치 제작 비용이 지나치게 증가하는 단점이 있고, 액정소자를 이용하는 방식은 보상량이 적다는 단점이 있다. 따라서 3차원 광학식 리소그래피 장치를 설계함에 있어서, 일반적인 건식 리소그래피(dry lithography) 방식을 이용하되 저비용 고효율로 광점 왜곡 오류를 보상하기 위한 개선이 요구된다.In addition, a method of correcting spherical aberration using a method using an expander, a method using a liquid crystal element, etc. is considered, but the expander method has a disadvantage in that the volume of the device and the manufacturing cost of the device are excessively increased. The method used has the disadvantage that the amount of compensation is small. Therefore, in designing a 3D optical lithography apparatus, it is necessary to use a general dry lithography method, but improvement is needed to compensate for light spot distortion errors with low cost and high efficiency.

1. 일본특허공개 제2011-523199호("2 D광자 리소그래피 및 나노임프린트를 사용하여 서브미크론 3D 구조를 제조하기 위한 3D 금속 주형 및 그 프로세스", 2011.08.04)1. Japanese Patent Publication No. 2011-523199 ("3D metal mold and process for manufacturing submicron 3D structure using 2D photon lithography and nanoimprint", 2011.08.04)

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 건식 리소그래피 방식을 사용하되 매질 경계면에서의 굴절 및 이에 따른 구면수차로 인한 광점 왜곡 오류를 효과적으로 보상하는, 광학식 리소그래피 장치 및 그 제어 방법을 제공함에 있다. 보다 구체적으로는, 레지스트로 조사되는 광의 광경로 상에 위치하는 시준렌즈에 대하여, 깊이 방향으로의 광점 위치에 따라 시준렌즈의 깊이 방향 즉 평행광 광축 방향 위치를 조절함으로써 광의 확산 및 수렴 정도를 조절하여, 궁극적으로는 공기-레지스트 경계면에서 굴절됨으로써 발생된 광점 왜곡 오류를 효과적으로 보상하는, 광학식 리소그래피 장치 및 그 제어 방법을 제공함에 있다.Therefore, the present invention was devised to solve the problems of the prior art as described above, and the object of the present invention is to use a dry lithography method, but effectively compensate for light spot distortion errors due to refraction at the media interface and thus spherical aberration. The present invention provides an optical lithographic apparatus and a control method therefor. More specifically, with respect to the collimating lens positioned on the optical path of light irradiated with the resist, the degree of light diffusion and convergence is controlled by adjusting the depth direction of the collimating lens, that is, the position of the parallel optical axis, according to the position of the light point in the depth direction. Accordingly, it is ultimately to provide an optical lithographic apparatus and a control method thereof, which effectively compensate for light spot distortion errors caused by refraction at an air-resist interface.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광학식 리소그래피 장치(100)는, 레지스트 경화용 광을 출력하는 점광원 형태의 광원(110); 레지스트층(550)이 도포된 기판(500); 상기 광원(110)으로부터 출력되는 광을 수렴하여 평행광으로 변환하고 상기 레지스트층(550)을 향해 진행시키는 시준렌즈(130); 상기 시준렌즈(130)를 상기 평행광의 광축 방향으로 이동시키는 렌즈이동부(135); 상기 시준렌즈(130)를 통과하여 진행하는 광을 수렴하여 상기 레지스트층(550) 표면 또는 내부에 광점이 맺히도록 집광하는 집광렌즈(150); 상기 광점에 대한 상기 기판(500)의 상대적인 위치가 변화되도록 상기 기판(500), 상기 광원(110), 상기 집광렌즈(150) 중 적어도 하나를 이동시키는 기판이동부(120); 상기 광원(110), 상기 기판이동부(120), 상기 렌즈이동부(135)를 제어하는 제어부(170); 를 포함하며, 상기 제어부(170)는 상기 기판(500)과 상기 집광렌즈(150)의 상대적 이동거리에 따라 상기 시준렌즈(130)의 평행광 광축 방향 이동거리를 결정하도록 이루어질 수 있다. 이처럼 상기 제어부(170)가 상기 시준렌즈(130)의 평행광 광축 방향 위치를 조절함으로써 광의 확산 및 수렴 정도를 조절하여, 공기-레지스트 경계면에서 발생되는 굴절에 의한 구면수차에 따른 광점 왜곡 오류를 보상할 수 있게 된다.The optical lithographic apparatus 100 of the present invention for achieving the above object, the light source 110 in the form of a point light source for outputting light for curing the resist; A substrate 500 on which the resist layer 550 is applied; A collimating lens 130 that converges the light output from the light source 110 to convert it into parallel light and advances toward the resist layer 550; A lens moving unit 135 moving the collimating lens 130 in the direction of the optical axis of the parallel light; A condensing lens 150 that converges light passing through the collimating lens 130 and condenses light to form on the surface or inside of the resist layer 550; A substrate moving unit 120 for moving at least one of the substrate 500, the light source 110, and the condensing lens 150 such that a relative position of the substrate 500 with respect to the light point is changed; A control unit 170 for controlling the light source 110, the substrate moving unit 120, and the lens moving unit 135; Including, the control unit 170 may be made to determine the moving distance in the parallel optical axis direction of the collimating lens 130 according to the relative moving distance of the substrate 500 and the condensing lens 150. As described above, the controller 170 adjusts the degree of light diffusion and convergence by adjusting the position of the collimating lens 130 in the direction of the parallel optical axis, thereby compensating for the error of light spot distortion due to spherical aberration caused by refraction occurring at the air-resist interface. I can do it.

이 때 상기 제어부(170)는, 상기 시준렌즈(130)의 평행광 광축 방향 위치 변화에 의한 광의 확산 및 수렴 정도 변화에 따른 광량 변화를 보상하도록 상기 광원(110)을 제어하도록 이루어질 수 있다.In this case, the control unit 170 may be configured to control the light source 110 to compensate for a change in the amount of light according to a change in the degree of diffusion and convergence of light due to a change in the position of the collimating lens 130 in the direction of the parallel optical axis.

또한 상기 제어부(170)는, 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치(Pn), 기판의 깊이 방향 이동 거리(Z), 시준렌즈의 평행광 광축 방향 이동 거리(S) 간에 하기의 식에 따른 관계가 성립하며, 하기의 식을 사용하여 상기 기판(500)의 깊이 방향 위치 및 상기 시준렌즈(130)의 평행광 광축 방향 위치를 조절하도록 이루어질 수 있다.In addition, the control unit 170 has a relationship according to the following equation between the depth direction position (P n ) of the light spot in the resist, the depth direction movement distance (Z) of the substrate, and the collimation lens parallel light axis direction movement distance (S). Established, it may be made to adjust the position of the depth direction of the substrate 500 and the position of the collimating lens 130 in the direction of the parallel optical axis using the following equation.

Pn = Pn,z + Pn,s = n(Z+kpS) = n(Z+kpksZ) = n(1+kpks)ZP n = P n,z + P n,s = n(Z+k p S) = n(Z+k p k s Z) = n(1+k p k s )Z

S = ksZS = k s Z

(여기에서,(From here,

n : 레지스트의 굴절률,n: refractive index of the resist,

Z : 기판이 집광렌즈 쪽으로 접근하는 방향으로의 이동 거리,Z: distance traveled in the direction that the substrate approaches the condenser lens,

S : 시준렌즈가 광원 쪽으로 접근하는 방향으로의 이동 거리,S: Distance of the collimating lens moving toward the light source,

Pn,z : Z에 따른 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치 변화량,P n,z : the amount of change in the depth direction position of the light spot in the resist according to Z,

Pn,s : S에 따른 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치 변화량,P n,s : The amount of position change in the depth direction of the light spot in the resist according to S,

kp : Pn,s = kpS로 나타낼 때의 계수값,k p : coefficient value when represented by P n,s = k p S,

ks : S = ksZ로 나타낼 때의 계수값,k s : S = k s Coefficient value expressed as Z,

Pn : 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치)P n : the depth direction position of the light spot in the resist)

이 때 상기 제어부(170)는, 상기 시준렌즈(130)의 평행광 광축 방향 위치 변화에 의한 광의 확산 및 수렴 정도 변화에 따른 광량 변화를 보상하도록 상기 광원(110)을 제어하되, 하기의 식을 사용하여 상기 광원(110)의 광량을 조절하도록 이루어질 수 있다.At this time, the control unit 170 controls the light source 110 to compensate for a change in the amount of light according to a change in the degree of diffusion and convergence of light due to a change in the position of the collimating lens 130 in the direction of the optical axis of the collimating lens 130. It can be made to adjust the light amount of the light source 110 using.

Wp = η0W0 = ηsW0,s = η0(1-kdS)W0 W p = η 0 W 0 = η s W 0,s = η 0 (1-k d S)W 0

W0,s = W0/(1-kdS)W 0,s = W 0 /(1-k d S)

(여기에서,(From here,

W0 : 광원 출력,W 0 : light source output,

Wp : 집광 출력,W p : Condensing output,

η0 : 집광 효율,η 0 : light collection efficiency,

Wp,s : S에 따라 변화된 집광 출력(Wp,s = ηsW0),W p,s : Condensing power changed with S (W p,s = η s W 0 ),

ηs : S에 따라 변화된 집광 효율,η s : Condensing efficiency changed with S,

kd : 1-ηs/η0 = kdS로 나타낼 때의 계수값,k d : 1-η s /η 0 = coefficient value when expressed as k d S,

W0,s : S에 따라 변화된 광원 출력)W 0,s : Light source output changed according to S)

또한 상기 광학식 리소그래피 장치(100)는, 상기 시준렌즈(130) 및 상기 집광렌즈(150) 사이에 구비되어, 상기 시준렌즈(130)를 통과하여 진행하는 광을 통과시키며, 상기 레지스트층(550)으로부터 반사되어 온 광을 반사시키는 빔분할기(140); 상기 빔분할기(140)에서 반사되어 진행하는 광을 입사받아 상기 레지스트층(550)의 공정 상태를 측정하는 영상측정부(160); 를 더 포함하며, 상기 제어부(170)는 상기 영상측정부(160)를 통해 공정 상태를 모니터링하도록 이루어질 수 있다.In addition, the optical lithography apparatus 100 is provided between the collimating lens 130 and the condensing lens 150 to pass light passing through the collimating lens 130, and the resist layer 550 A beam splitter 140 reflecting light reflected from the beam; An image measuring unit 160 that receives light that is reflected from the beam splitter 140 and proceeds and measures a process state of the resist layer 550; Further comprising, the control unit 170 may be made to monitor the process state through the image measuring unit 160.

또한 본 발명의 광학식 리소그래피 장치의 제어 방법은, 상술한 바와 같이 이루어지는 광학식 리소그래피 장치(100)의 제어 방법에 있어서, 상기 제어부(170)에 의하여, 제작대상인 3차원 구조물의 형상의 각 지점의 3차원 좌표값 및 필요 광량에 따른 집광 출력(Wp)값이 공정정보로서 생성되는 공정정보 생성단계; 상기 제어부(170)에 의하여, 상기 공정정보의 3차원 좌표값 중 깊이 방향 좌표(Pn)값이 기판의 깊이 방향 이동 거리(Z)값으로 변환되고, 집광 출력(Wp)값에 상응하는 광원 출력(W0)값이 산출되어, 상기 공정정보가 구동정보로서 변환되는 구동정보 변환단계; 상기 제어부(170)에 의하여, 상기 기판(500)이 상기 구동정보에 상응하도록 이동되는 기판위치 제어단계와, 상기 시준렌즈(130)가 상기 기판의 깊이 방향 이동 거리(Z)값에 상응하는 시준렌즈의 평행광 광축 방향 이동 거리(S)값만큼 이동되는 렌즈위치 제어단계와, 상기 광원(110)이 상기 시준렌즈의 평행광 광축 방향 이동 거리(S)값에 상응하게 보상된 광원 출력(W0,s)값만큼 광을 출력하는 광원출력 제어단계가, 상기 공정정보 3차원 좌표값 각 지점마다 순차적으로 반복 수행되어, 상기 레지스트층(550) 내부에 3차원 구조물 형상에 따라 경화가 이루어지는 레지스트 경화단계; 를 포함할 수 있다.In addition, the control method of the optical lithographic apparatus of the present invention, in the control method of the optical lithographic apparatus 100 made as described above, by the control unit 170, the three-dimensional of each point of the shape of the three-dimensional structure to be manufactured A process information generation step in which a light collecting output (W p ) value according to a coordinate value and a required light amount is generated as process information; The control unit 170 converts a depth direction coordinate (P n ) value among the three-dimensional coordinate values of the process information into a depth direction movement distance (Z) value of the substrate, and corresponds to a light collecting output (W p ) value. A driving information converting step in which a light source output (W 0 ) value is calculated and the process information is converted as driving information; By the control unit 170, the substrate position control step in which the substrate 500 is moved to correspond to the driving information, and the collimation lens 130 is collimated corresponding to the depth direction movement distance (Z) value of the substrate Lens position control step of moving by the value of the distance (S) of the parallel optical axis of the lens, and light source output (W) where the light source 110 is compensated corresponding to the value of the distance of the parallel optical axis of the collimating lens (S) A light source output control step of outputting light by a value of 0,s ) is repeatedly performed at each point of the process information 3D coordinate value, and the resist is cured according to the shape of the 3D structure inside the resist layer 550 Curing step; It may include.

이 때 상기 제어부(170)는, 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치(Pn), 기판의 깊이 방향 이동 거리(Z), 시준렌즈의 평행광 광축 방향 이동 거리(S) 간에 하기의 식에 따른 관계가 성립하며, 하기의 식을 사용하여 상기 기판(500)의 깊이 방향 위치 및 상기 시준렌즈(130)의 평행광 광축 방향 위치를 조절하도록 이루어질 수 있다.At this time, the control unit 170, the depth direction position (P n ) of the light spot in the resist, the depth direction movement distance (Z) of the substrate, the collimating lens parallel light axis direction movement distance (S) relationship according to the following equation Is established, it may be made to adjust the position of the depth direction of the substrate 500 and the position of the collimating lens 130 in the direction of the parallel optical axis using the following equation.

Pn = Pn,z + Pn,s = n(Z+kpS) = n(Z+kpksZ) = n(1+kpks)ZP n = P n,z + P n,s = n(Z+k p S) = n(Z+k p k s Z) = n(1+k p k s )Z

S = ksZS = k s Z

(여기에서,(From here,

n : 레지스트의 굴절률,n: refractive index of the resist,

Z : 기판이 집광렌즈 쪽으로 접근하는 방향으로의 이동 거리,Z: distance traveled in the direction that the substrate approaches the condenser lens,

S : 시준렌즈가 광원 쪽으로 접근하는 방향으로의 이동 거리,S: Distance of the collimating lens moving toward the light source,

Pn,z : Z에 따른 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치 변화량,P n,z : the amount of change in the depth direction position of the light spot in the resist according to Z,

Pn,s : S에 따른 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치 변화량,P n,s : The amount of position change in the depth direction of the light spot in the resist according to S,

kp : Pn,s = kpS로 나타낼 때의 계수값,k p : coefficient value when represented by P n,s = k p S,

ks : S = ksZ로 나타낼 때의 계수값,k s : S = k s Coefficient value expressed as Z,

Pn : 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치)P n : the depth direction position of the light spot in the resist)

또한 이 때 상기 제어부(170)는, 상기 시준렌즈(130)의 평행광 광축 방향 위치 변화에 의한 광의 확산 및 수렴 정도 변화에 따른 광량 변화를 보상하도록 상기 광원(110)을 제어하되, 하기의 식을 사용하여 상기 광원(110)의 광량을 조절하도록 이루어질 수 있다.In addition, at this time, the control unit 170 controls the light source 110 to compensate for a change in the amount of light according to a change in the degree of diffusion and convergence of light due to a change in the position of the collimating lens 130 in the direction of the optical axis of the parallel light, It may be made to adjust the light amount of the light source 110 using.

Wp = η0W0 = ηsW0,s = η0(1-kdS)W0 W p = η 0 W 0 = η s W 0,s = η 0 (1-k d S)W 0

W0,s = W0/(1-kdS)W 0,s = W 0 /(1-k d S)

(여기에서,(From here,

W0 : 광원 출력,W 0 : light source output,

Wp : 집광 출력,W p : Condensing output,

η0 : 집광 효율,η 0 : light collection efficiency,

Wp,s : S에 따라 변화된 집광 출력(Wp,s = ηsW0),W p,s : Condensing power changed with S (W p,s = η s W 0 ),

ηs : S에 따라 변화된 집광 효율,η s : Condensing efficiency changed with S,

kd : 1-ηs/η0 = kdS로 나타낼 때의 계수값,k d : 1-η s /η 0 = coefficient value when expressed as k d S,

W0,s : S에 따라 변화된 광원 출력)W 0,s : Light source output changed according to S)

본 발명에 의하면, 레지스트 내에서 집광 위치를 직접 3차원적으로 변화시키면서 경화하여 3차원 구조를 형성하는 3차원 광학식 리소그래피를 구현함에 있어서, 광이 공기 중에서 레지스트 내로 진입하는 공기-레지스트 경계면에서 굴절됨으로써 구면수차가 발생하여 광점이 왜곡되는 오류를 매우 효과적으로 보상할 수 있다. 보다 구체적으로는, 본 발명에 의하면 레지스트로 조사되는 광의 광경로 상에 시준렌즈를 구비시키고, 깊이 방향으로의 광점 위치에 따라 시준렌즈의 깊이 방향(평행광 광축 방향) 위치를 조절함으로써 광의 확산 및 수렴 정도를 조절하여, 궁극적으로는 공기-레지스트 경계면에서 굴절됨으로써 발생된 광점 왜곡 오류를 효과적으로 보상할 수 있다.According to the present invention, in realizing a three-dimensional optical lithography to form a three-dimensional structure by curing while changing the light-converging position directly in the three-dimensional, the light is refracted at the air-resist interface that enters the resist in the air. It is possible to effectively compensate for errors in which light spots are distorted due to spherical aberration. More specifically, according to the present invention, by providing a collimating lens on the optical path of the light irradiated with the resist, and adjusting the depth direction (parallel optical axis direction) position of the collimating lens according to the position of the light spot in the depth direction, the diffusion of light and By adjusting the degree of convergence, it is possible to effectively compensate for light spot distortion errors caused by refraction at the air-resist interface.

이처럼 본 발명에 의하면, 건식 리소그래피 방식을 적용하면서도 공기-레지스트 경계면에서의 굴절을 효과적으로 보상할 수 있다. 종래에 건식 리소그래피 방식에서 광점 왜곡 오류 문제를 해결하기 위하여 액침 리소그래피 방식을 사용하는 경우가 있었는데, 이 경우 굴절률 보상용 유체를 투입하는 과정이 난해하거나, 유체로 인해 레지스트가 영향을 받는 등의 문제가 발생하였다. 그러나 본 발명에 의하면 근본적으로 건식 리소그래피 방식을 사용하는 것이기 때문에, 상술한 바와 같은 액침 리소그래피 방식에서 발생하는 문제들을 원천적으로 배제할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to effectively compensate for refraction at the air-resist interface while applying the dry lithography method. In the conventional dry lithography method, a liquid immersion lithography method was sometimes used to solve the problem of light spot distortion error. In this case, there is a problem in that the process of adding a fluid for refractive index compensation is difficult, or the resist is affected by the fluid. Occurred. However, according to the present invention, since the dry lithography method is basically used, the problems occurring in the immersion lithography method described above can be fundamentally excluded.

도 1은 종래의 광학식 리소그래피 장치의 개략적 구성도.
도 2 및 도 3은 종래의 광학식 리소그래피 장치를 이용한 2차원 또는 3차원 기반 3차원 구조물 제작 원리.
도 4는 종래의 광학식 리소그래피 장치를 이용한 3차원 구조물 제작 시 구면수차로 인한 광점 왜곡 원리.
도 5는 종래의 액침 리소그래피 장치를 이용한 3차원 구조물 제작 시 구면 수차로 인한 광점 왜곡 보상 원리.
도 6은 본 발명의 광학식 리소그래피 장치의 개략적 구성도.
도 7은 본 발명의 광학식 리소그래피 장치를 이용한 3차원 구조물 제작 시 구면수차로 인한 광점 왜곡 보상 원리.
도 8 내지 도 11은 광점 왜곡 보상 과정의 구체적인 예시.
도 12는 본 발명의 광학식 리소그래피 장치의 제어 방법의 흐름도1 is a schematic configuration diagram of a conventional optical lithography apparatus.
2 and 3 is a principle of manufacturing a two-dimensional or three-dimensional based three-dimensional structure using a conventional optical lithography apparatus.
4 is a principle of light spot distortion due to spherical aberration when manufacturing a 3D structure using a conventional optical lithography apparatus.
5 is a principle of compensation for light spot distortion due to spherical aberration when manufacturing a 3D structure using a conventional immersion lithography apparatus.
6 is a schematic configuration diagram of an optical lithographic apparatus of the present invention.
7 is a principle of compensating light spot distortion due to spherical aberration when manufacturing a 3D structure using the optical lithography apparatus of the present invention.
8 to 11 are specific examples of the light point distortion compensation process.
12 is a flowchart of a control method of the optical lithographic apparatus of the present invention

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 광학식 리소그래피 장치 및 그 제어 방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, an optical lithographic apparatus and a control method according to the present invention having the above-described configuration will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 광학식 리소그래피 장치의 구성Configuration of the optical lithographic apparatus of the present invention

도 6은 본 발명의 광학식 리소그래피 장치의 구성을 개략적으로 도시한 것이다. 본 발명의 광학식 리소그래피 장치(100)는, 기본적으로는 도 1에 도시된 종래의 광학식 리소그래피 장치와 마찬가지로, 광원(110), 집광렌즈(150), 기판이동부(120), 제어부(170)를 포함하되, 시준렌즈(collimation lens, 130) 및 상기 시준렌즈(130)를 이동시키는 렌즈이동부(135)를 더 포함함으로써 앞서 설명한 광점 왜곡을 효과적으로 보상할 수 있다. 부가적으로 상기 광학식 리소그래피 장치(100)는, 공정 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있도록 빔분할기(140) 및 영상측정부(160)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이하에서는 먼저 상기 광학식 리소그래피 장치(100)의 전체적인 구성을 개략적으로 설명하고, 이후 상기 시준렌즈(130) 및 상기 렌즈이동부(135)의 동작에 의한 광점 왜곡 보상 원리에 대하여 보다 상세히 설명한다.6 schematically shows the configuration of the optical lithographic apparatus of the present invention. The optical lithography apparatus 100 of the present invention basically, like the conventional optical lithography apparatus shown in FIG. 1, includes a light source 110, a condensing lens 150, a substrate moving unit 120, and a control unit 170. Including, but further comprising a collimation lens (collimation lens 130) and a lens moving unit 135 for moving the collimation lens 130 can effectively compensate for the aforementioned light spot distortion. Additionally, the optical lithography apparatus 100 preferably further includes a beam splitter 140 and an image measuring unit 160 to monitor the process state in real time. Hereinafter, the overall configuration of the optical lithography apparatus 100 will be briefly described, and then the principle of compensating for light spot distortion by the operation of the collimating lens 130 and the lens shifter 135 will be described in more detail.

상기 광원(110)은 레지스트 경화용 광을 출력하되, 점광원(point source) 형태로 이루어진다. 점광원은 광이 출력되는 기준점을 중심으로 3차원적으로 모든 방향을 향해 광이 발산되도록 이루어지는 것으로, 간단한 구체적인 예시로서 레이저 다이오드 등과 같은 것일 수 있다.The light source 110 outputs light for curing the resist, but is made in the form of a point source. The point light source is configured to emit light toward all directions in three dimensions around a reference point from which light is output, and may be, for example, a laser diode as a simple example.

상기 기판이동부(120)는 상기 레지스트층(550)이 도포된 기판(500)이 배치되며 3축 이동이 가능하게 형성된다. 이 때 도 6에서는, 상기 기판이동부(120)가 상기 기판(500)을 지지하고 있는 스테이지가 3축 방향으로 이동되는 것으로 도시되어 있으나, 반드시 상기 기판(500)이 절대적으로 이동되도록 구성될 필요는 없으며 상기 기판(500)이 광점에 대하여 상대적으로 3축 이동되도록 구성되기만 하면 된다. 예를 들어 도 6에서와 같이 스테이지 자체가 XYZ 3축 이동이 가능하게 이루어지되 상기 광원(110)을 포함하는 광학계 전체는 고정된 형태로 이루어질 수도 있고, 스테이지 자체는 XY 2축 이동만이 가능하게 이루어지되 광학계 전체가 Z축 이동이 가능하게 이루어질 수도 있고, 스테이지 자체는 고정된 형태로 이루어지되 광학계 전체가 XYZ 3축 이동이 가능하게 이루어질 수도 있는 등, 다양한 변경 실시가 가능하다. 즉 여기에서 '기판이동부'라는 용어는 기판이 광점에 대하여 상대적으로 이동함을 고려하여 편의적으로 칭한 용어일 뿐으로, 상기 기판이동부(120)가 상기 기판(500)만을 이동시키는 것으로 한정되는 것은 아니다.The substrate moving part 120 is formed with a substrate 500 on which the resist layer 550 is applied, and is capable of three-axis movement. In this case, in FIG. 6, although the stage in which the substrate moving part 120 supports the substrate 500 is shown to be moved in a three-axis direction, it is necessary to be configured such that the substrate 500 is absolutely moved. There is no need to be configured so that the substrate 500 is moved in three axes relative to the light spot. For example, as shown in FIG. 6, the stage itself is made to be capable of XYZ 3-axis movement, but the entire optical system including the light source 110 may be formed in a fixed shape, and the stage itself is only capable of XY 2-axis movement. Although the entire optical system may be made to be able to move the Z axis, the stage itself may be made in a fixed form, but the entire optical system may be made to be capable of XYZ 3 axis movement, and various changes can be implemented. That is, the term'substrate moving part' is a term simply referred to in consideration of the relative movement of the substrate relative to the light point, and the substrate moving part 120 is limited to moving the substrate 500 only. no.

상기 시준렌즈(130)는 상기 광원(110)으로부터 출력되는 광을 수렴하여 레지스트층(550)을 향해 진행시키는 역할을 한다. 일반적인 장치에서의 시준렌즈는 광을 수렴하여 평행광으로 만드는 역할을 하며, 광원의 변동이 없는 한 광원에서 출력되는 광을 평행광으로 만들기 위한 위치는 변동할 이유가 없다. 따라서 통상적으로 시준렌즈는 그 위치가 고정되게 구비되며, 아예 점광원에 시준렌즈가 결합된 형태로서 제작되기도 한다. 그러나 본 발명에서는, 이후 보다 상세히 설명하겠지만, 상기 시준렌즈(130)가 단순히 평행광을 만드는 것이 아니라 광의 확산 및 수렴 정도를 조절하도록 이루어지기 때문에, 상기 시준렌즈(130)에는 상기 시준렌즈(130)를 상기 레지스트층(550)의 깊이 방향으로 이동시키는 상기 렌즈이동부(135)가 구비된다. 상기 렌즈이동부(135)에 의한 상기 시준렌즈(130)의 이동에 의하여 발생되는 현상에 대해서는 이후 '본 발명의 광학식 리소그래피 장치의 광점 왜곡 보상 원리'에서 보다 상세히 설명한다.The collimating lens 130 serves to converge the light output from the light source 110 and proceed toward the resist layer 550. The collimating lens in a general device serves to converge light to make parallel light, and there is no reason to change the position for making light output from the light source into parallel light unless there is a change in light source. Therefore, the collimating lens is usually provided with a fixed position, and may be manufactured as a collimating lens combined with a point light source. However, in the present invention, as will be described in more detail later, since the collimating lens 130 is made to control the degree of diffusion and convergence of light, rather than simply making parallel light, the collimating lens 130 is provided to the collimating lens 130. The lens moving part 135 for moving the film in the depth direction of the resist layer 550 is provided. The phenomenon caused by the movement of the collimating lens 130 by the lens moving unit 135 will be described in more detail in the'Principle of Compensating Light Spot Distortion of the Optical Lithographic Apparatus of the Present Invention'.

상기 집광렌즈(150)는 상기 시준렌즈(130)를 통과하여 진행하는 광을 수렴하여 상기 레지스트층(550) 표면 또는 내부에 광점이 맺히도록 집광하는 역할을 한다. 상기 집광렌즈(150)에 의해 형성된 광점 위치에 존재하는 레지스트는 충분한 에너지를 받아 경화되며, 따라서 상기 레지스트층(550) 내에서 광점이 이동하는 궤적을 따라가면서 나노 또는 마이크로 수준의 미소 3차원 구조물의 제작이 이루어질 수 있게 된다.The condensing lens 150 converges the light passing through the collimating lens 130 to condense light so that a light spot is formed on the surface or the inside of the resist layer 550. The resist present at the position of the light spot formed by the condensing lens 150 is hardened by receiving sufficient energy, so that the nano- or micro-level micro three-dimensional structures are traced along the trajectory of the light spot movement in the resist layer 550. Production can be made.

여기에 더불어, 3차원 구조물 제작이 보다 정밀하고 정확하게 이루어질 수 있도록 하기 위하여, 상기 광학식 리소그래피 장치(100)는 빔분할기(140) 및 영상측정부(160)를 더 포함할 수 있다. 상기 빔분할기(140)는 상기 시준렌즈(130) 및 상기 집광렌즈(150) 사이에 구비되어, 상기 시준렌즈(130)를 통과하여 진행하는 광을 통과시키며, 상기 레지스트층(550)으로부터 반사되어 온 광을 반사시키는 역할을 하며, 상기 영상측정부(160)는 상기 빔분할기(140)에서 반사되어 진행하는 광을 입사받아 상기 레지스트층(550)의 공정 상태를 측정하는 역할을 한다. 상기 빔분할기(140)는 일반적으로 널리 사용되는 빔 스플리터(beam splitter) 등을 채용할 수 있으며, 상기 영상측정부(160)는 역시 일반적으로 널리 사용되는 CCD 소자 등을 채용할 수 있다.In addition, the optical lithography apparatus 100 may further include a beam splitter 140 and an image measuring unit 160 in order to manufacture a 3D structure more accurately and accurately. The beam splitter 140 is provided between the collimating lens 130 and the condensing lens 150 to pass light passing through the collimating lens 130, and is reflected from the resist layer 550. It serves to reflect on light, and the image measuring unit 160 receives light that is reflected from the beam splitter 140 and proceeds to measure the process state of the resist layer 550. The beam splitter 140 may employ a beam splitter that is generally widely used, and the image measuring unit 160 may also employ a CCD device that is generally widely used.

상기 제어부(170)는 상술한 다양한 부품들, 즉 상기 광원(110), 상기 기판이동부(120), 상기 렌즈이동부(135), 상기 영상측정부(160) 등을 통합적으로 제어하는 역할을 한다.The control unit 170 serves to integrally control the various components described above, that is, the light source 110, the substrate moving unit 120, the lens moving unit 135, the image measuring unit 160, and the like. .

본 발명의 광학식 리소그래피 장치의 광점 왜곡 보상 원리Compensation principle of light spot distortion of the optical lithographic apparatus of the present invention

상술한 바와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명의 광학식 리소그래피 장치(100)는, 상기 시준렌즈(130)의 깊이 방향 위치를 조절함으로써 광의 확산 및 수렴 정도를 조절하여, 공기-레지스트 경계면에서 발생되는 굴절에 의한 구면수차에 따른 광점 왜곡 오류를 보상하도록 이루어진다. 도 7은 본 발명의 광학식 리소그래피 장치를 이용한 3차원 구조물 제작 시 구면수차로 인한 광점 왜곡 보상 원리를 간략히 도시하고 있다.The optical lithographic apparatus 100 of the present invention having the above-described configuration controls the diffusion and convergence of light by adjusting the depth-direction position of the collimating lens 130, and is caused by refraction generated at the air-resist interface. It is made to compensate for light spot distortion errors caused by spherical aberration. 7 briefly illustrates the principle of compensating for light spot distortion due to spherical aberration when manufacturing a 3D structure using the optical lithography apparatus of the present invention.

먼저 도 7(A)와 같이 상기 광원(110)에서 출력된 광은 상기 시준렌즈(130)를 통과하면서 평행광으로 변환된다. 이렇게 변환된 평행광은 상기 집광렌즈(150)를 통과하면서 수렴되어 광점이 형성된다. 그런데 공기 중의 경우라면 올바르게 광점이 형성되겠지만, 광학계가 공기 중에서 집광되는 현상을 기준으로 설계되었기 때문에, 광이 공기-레지스트 경계면을 지나면서 굴절됨으로써 구면수차가 발생하여, 도 7(A)와 같이 광점이 깊이 방향으로 길어지며 또한 평면 방향으로도 커지는 형태로 왜곡되는 오류가 발생한다.First, as shown in Figure 7 (A), the light output from the light source 110 is converted to parallel light while passing through the collimating lens 130. The converted parallel light converges while passing through the condenser lens 150 to form a light spot. However, if it is in the air, the light spot will be formed correctly, but since the optical system is designed based on the phenomenon that light is condensed in the air, spherical aberration occurs as light is refracted while passing through the air-resist interface, resulting in a light spot as shown in FIG. 7(A). An error occurs that is distorted in the form of becoming longer in the depth direction and also larger in the plane direction.

이 때 도 7(B)와 같이 상기 렌즈이동부(135)를 이용하여 상기 시준렌즈(130)를 깊이 방향을 따라 상기 광원(110) 쪽으로 이동시켜 주면, 상기 시준렌즈(130)를 통과한 광은 여전히 상기 레지스트층(550)을 향하기는 하되, 평행광이 아니라 확산되는 형태의 광으로 변환된다. 이처럼 평행광이 아닌 확산광을 집광하게 되면, 도 7(B)에 도시된 바와 같이 상기 레지스트층(550) 내에서는 오히려 왜곡 오류가 보상된 형태의 광점이 형성되는 것을 확인할 수 있다.At this time, when the collimating lens 130 is moved toward the light source 110 along the depth direction by using the lens shift unit 135 as shown in FIG. 7B, the light passing through the collimating lens 130 is Although still facing the resist layer 550, it is converted into light in the form of diffusion rather than parallel light. When the diffused light rather than the parallel light is condensed as described above, it can be seen that a light spot having a distortion error is compensated for in the resist layer 550 as shown in FIG. 7B.

부가적으로 좀더 설명하자면 다음과 같다. 도 7(A)와 같이 광이 공기-레지스트 경계면을 지나면서, 광점 형상 왜곡(Z축 방향으로 길어지고 XY평면 방향으로 커짐)도 발생함과 동시에 Z축 방향으로의 광점 위치 변화도 일부 발생한다. 또한 광점 형상 왜곡 해결을 위해 도 7(B)과 같이 시준렌즈를 이동할 경우 이 영향에 의해서도 Z축 방향으로의 광점 위치 변화가 일부 발생할 수 있다. 이 중 광점 위치 변화는 기하광학적 현상으로서, Z축 스테이지의 구동 위치 보정만으로도 간단히 해결이 가능하여 공정에 영향을 미칠 만한 문제가 되지 않는다. 그러나 광점 형상 왜곡은 파동광학적 현상으로서, 단순히 Z축 스테이지의 구동 위치 보정만으로는 광점 왜곡 오류 보정이 불가능하며, 앞서 설명한 바와 같이 공정에 무시할 수 없는 악영향을 발생시키는 원인이 된다. 이처럼 단순히 Z축 스테이지 구동만으로는 해결할 수 없는 광점 왜곡 오류 보정을 하기 위하여, 본 발명에서는 시준렌즈의 위치를 변화시켜 광의 확산 및 수렴 정도를 조절하는 것이다.Additional explanation is as follows. As shown in Fig. 7(A), while light passes through the air-resist interface, light spot shape distortion (longer in the Z-axis direction and larger in the XY plane direction) occurs, and at the same time, a change in the position of the light spot in the Z-axis direction also occurs. . In addition, when moving the collimating lens as shown in FIG. 7(B) to solve the shape distortion of the light spot, a partial change in the light spot position in the Z-axis direction may also occur due to this effect. Of these, the change in the position of the light spot is a geometric optical phenomenon, which can be easily solved by simply correcting the driving position of the Z-axis stage, and thus does not become a problem that affects the process. However, the light spot shape distortion is a wave optical phenomenon, and it is impossible to correct the light spot distortion error simply by correcting the driving position of the Z-axis stage, and it causes a non-negligible adverse effect on the process as described above. In order to correct the light point distortion error that cannot be solved by simply driving the Z-axis stage, the present invention is to adjust the degree of light diffusion and convergence by changing the position of the collimating lens.

도 7 및 그 설명을 통해 상기 시준렌즈(130)를 통과하는 광의 확산 및 수렴 정도를 조절함으로써 광점 왜곡 오류를 보상할 수 있음을 정성적으로 확인하였으며, 이하에서는 도 8 내지 도 11은 광점 왜곡 보상 과정의 구체적인 예시를 통해 정량적으로 광점 왜곡 오류 보상 원리를 더욱 상세히 설명한다.Through FIG. 7 and its description, it has been qualitatively confirmed that light spot distortion error can be compensated by adjusting the degree of diffusion and convergence of light passing through the collimating lens 130. In the following, FIGS. 8 to 11 are light spot distortion compensation. The principle of light point distortion error compensation will be described in more detail through a concrete example of the process.

도 8은 공기 중에서의 집광 원리를 도시한 것으로, 이를 통해 광점 위치를 산출하기 위한 변수나 좌표축 등을 정의한다.8 illustrates the principle of condensing in the air, through which defines a variable, a coordinate axis, and the like for calculating the light point position.

도 8(A)에 보이는 바와 같이, 광원(110) - 시준렌즈(130) - 집광렌즈(150) - (가공대상물인 레지스트층(550)이 배치될) 기판(500)이 Z 방향(레지스트층(550)의 깊이 방향)을 따라 순차적으로 배치된다. 도 8(A)에서, 점광원 형태의 상기 광원(110)에서 출력된 광은 상기 시준렌즈(130)에 의하여 평행광으로 변환되고, 평행광이 상기 집광렌즈(150)에 의해 집광되어 광점이 형성된다. 여기에서 기판의 깊이 방향 이동 거리(보다 엄밀하게는, 기판이 집광렌즈 쪽으로 접근한 깊이 방향 이동 거리)를 Z라 하고, 시준렌즈의 깊이 방향(평행광 광축 방향) 이동 거리(보다 엄밀하게는, 시준렌즈가 광원 쪽으로 접근한 깊이 방향 이동 거리)를 S라 한다. 공기의 굴절률 n0는 기준값인 1이며, 공기 중 광점의 깊이 방향 위치를 P0이라 정의한다.As shown in FIG. 8(A), the light source 110-collimating lens 130-condensing lens 150-the substrate 500 (where the resist layer 550 to be processed is disposed) is in the Z direction (resist layer (550 in the depth direction). In FIG. 8(A), the light output from the light source 110 in the form of a point light source is converted into parallel light by the collimating lens 130, and the parallel light is collected by the condensing lens 150 so that the light point is Is formed. Here, the distance in the depth direction of the substrate (more precisely, the distance in which the substrate approaches the light collecting lens) is referred to as Z, and the distance in the depth direction (parallel optical axis direction) of the collimating lens (more precisely, Let S be the distance of movement in the depth direction when the collimating lens approaches the light source. The refractive index of air n 0 is a reference value of 1, and the depth direction position of the light spot in the air is defined as P 0 .

도 8(B)는, 상기 시준렌즈(130)의 위치를 그대로 두고 상기 기판(500)만을 상기 집광렌즈(150) 쪽으로 Z만큼 접근시킨 상태이다. 기판 이동 거리 Z에 따른 공기 중 광점 위치 변화량을 P0,z라 할 때, P0,z 값은 당연히 Z와 동일한 값이 된다.FIG. 8(B) is a state in which the collimating lens 130 is left as it is and only the substrate 500 is approached to the condensing lens 150 by Z. When referred to a light spot position change amount of the air in accordance with the substrate travel distance Z P 0, z, P 0 , z values are of course is the same value as Z.

[수학식 1][Equation 1]

P0,z = ZP 0,z = Z

도 8(C)는, 상기 기판(500)의 위치를 그대로 두고 상기 시준렌즈(130)만을 상기 광원(110) 쪽으로 S만큼 접근시킨 상태이다. 시준렌즈 이동 거리 S에 따른 공기 중 광점 위치 변화량을 P0,s라 할 때, P0,s 값은 S에 비례하여 증가하며, 그 계수를 kp라 하면, P0,s 값은 kpS가 된다. 엄밀하게는 S에 대한 P0,s의 값은 선형적인 관계가 아닐 수도 있으며 이 경우 일반화하여 P0,s = fp(S)와 같은 함수식으로 나타내는 것이 보다 정확하겠으나, 실질적으로는 1차 성분이 주를 이루며 나머지는 유의미하게 영향을 끼칠 정도가 아니므로, 본 발명에서는 계산 편의상 1차 성분만을 취하였다.8(C), the position of the substrate 500 is left as it is, and only the collimating lens 130 is approached to the light source 110 by S. When the amount of change in the position of the light spot in the air according to the distance S of the collimating lens is P 0,s , the value of P 0,s increases in proportion to S. If the coefficient is k p , the value of P 0,s is k p It becomes S. Strictly , the value of P 0,s for S may not be a linear relationship, and in this case , it would be more accurate to generalize and express it as a functional formula such as P 0,s = f p (S), but in practice, the first order component This week, the rest are not significant enough to affect, so in the present invention, only the primary component is taken for convenience of calculation.

[수학식 2][Equation 2]

P0,s = kpSP 0,s = k p S

수학식 1, 2를 종합하면, 상기 기판(500) 및 상기 시준렌즈(130)를 모두 이동시키는 경우, 공기 중 광점 위치 P0는 P0,z 및 P0,s의 합으로 나타낼 수 있다.In sum of Equations 1 and 2, when both the substrate 500 and the collimating lens 130 are moved, the light point position P 0 in the air may be represented by the sum of P 0,z and P 0,s .

[수학식 3][Equation 3]

P0 = P0,z+P0,s = Z+kpSP 0 = P 0,z +P 0,s = Z+k p S

도 9는 레지스트 내에서의 집광 원리를 도시한 것으로, 도 8에서 정의된 변수나 좌표축을 이용하여 레지스트 내 광점 위치도 마찬가지 방법으로 산출한다.FIG. 9 shows the principle of condensing in the resist, and the position of the light spot in the resist is calculated in the same way using the variables or coordinate axes defined in FIG. 8.

도 9(A)에 보이는 바와 같이, 광원(110) - 시준렌즈(130) - 집광렌즈(150) - 레지스트층(550) - 기판(500)이 Z 방향(레지스트층(550)의 깊이 방향)을 따라 순차적으로 배치된다. 도 8(A)와는 달리 상기 기판(500) 상에 상기 레지스트층(550)이 놓이며, 따라서 광점이 형성되는 위치가 상기 레지스트층(550) 내부일 경우 굴절이 발생하게 된다.As shown in FIG. 9(A), the light source 110-collimating lens 130-condensing lens 150-resist layer 550-substrate 500 is Z-direction (depth direction of resist layer 550) It is arranged sequentially. Unlike FIG. 8(A), the resist layer 550 is placed on the substrate 500, and thus refraction occurs when the light spot is formed inside the resist layer 550.

도 8과 같은 상황이 굴절률이 n인 레지스트 내에서 이루어지는 경우, 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치를 Pn이라 정의하면, 레지스트 내에서 집광이 이루어지는 경우에 발생되는 광학적 거리의 변화로 인하여, Pn 값은 공기 중에서 계산된 값 P0에 레지스트의 굴절률 n을 곱하는 형태로 얻어진다.When the situation as shown in FIG. 8, formed in the refractive index of the n-resist, when the depth-wise position in the light spot resist defined as P n, due to a change in optical distance that occurs when in the resist formed is condensed, P n value Is obtained in the form of multiplying the refractive index n of the resist by the calculated value P 0 in air.

[수학식 4][Equation 4]

Pn = Pn,z + Pn,s = n(P0,z+P0,s) = n(Z+kpS)P n = P n,z + P n,s = n(P 0,z +P 0,s ) = n(Z+k p S)

이 때, Z에 따른 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치 변화량 Pn,z 및 S에 따른 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치 변화량 Pn,s에 따른 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치 Pn에서, 구면수차가 보상된 최소 크기의 광점이 형성되었다고 할 때 S 값은 Z에 비례하는 값으로서, 그 계수를 ks라 하면, S 값은 ksZ로 나타낼 수 있다. 이 경우에도 물론 엄밀하게는 Z에 대한 S의 값은 선형적인 관계가 아닐 수도 있으며 이 경우 일반화하여 S = fs(Z)와 같은 함수식으로 나타내는 것이 보다 정확하겠으나, 실질적으로는 1차 성분이 주를 이루며 나머지는 유의미하게 영향을 끼칠 정도가 아니므로, 본 발명에서는 계산 편의상 1차 성분만을 취하였다.At this time, in the depth direction within the light spot resist position according to the Z change in P n, z, and the depth direction within the light spot resist position in accordance with the S amount of change P n, the depth direction within the light spot resist position corresponding to s P n, the spherical aberration Assuming that the compensated minimum sized light spot is formed, the S value is a value proportional to Z. If the coefficient is k s , the S value can be expressed as k s Z. In this case, of course, strictly speaking, the value of S for Z may not be a linear relationship, and in this case, it would be more accurate to generalize and express it as a functional formula such as S = f s (Z), but in practice, the primary component is mainly In the present invention, only the first component was taken for convenience of calculation in the present invention.

[수학식 5][Equation 5]

S = ksZS = k s Z

수학식 4, 5를 종합하면, 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치는 다음과 같이 나타낼 수 있다.Summarizing Equations 4 and 5, the position of the light spot in the resist in the depth direction can be expressed as follows.

[수학식 6][Equation 6]

Pn = Pn,z + Pn,s = n(Z+kpS) = n(Z+kpksZ) = n(1+kpks)ZP n = P n,z + P n,s = n(Z+k p S) = n(Z+k p k s Z) = n(1+k p k s )Z

수학식 6을 참조할 때, n은 굴절률로서 상수값이고, kp, ks 모두 계수값으로서 역시 상수값이므로, 결국 Pn은 Z에 대하여 선형적인 관계를 가지게 됨을 알 수 있다. 즉 레지스트 내에서 깊이 방향으로 이동하고자 하는 광점의 위치 Pn이 있다면, 이 위치에 도달하기 위해 기판을 움직여야 하는 거리 즉 Z 값은 (수학식 6을 Z에 대하여 정리한 값인) Pn/n(1+kpks)로 구할 수 있다. 물론 이렇게 구동되는 상기 기판(500)의 깊이 방향 위치 변화에 대해, 상기 시준렌즈(130)는 수학식 5, 즉 S=ksZ의 관계를 가지도록 동기화되게 하면 된다.Referring to Equation 6, it can be seen that n is a constant value as a refractive index, and since k p and k s are both constant values as a coefficient value, P n has a linear relationship with Z. That is, if there is a position P n of a light spot to be moved in the depth direction in the resist, the distance that the substrate must be moved to reach this position, that is, the Z value is P n /n (which is the value obtained by arranging Equation (6) with respect to Z) 1+k p k s ). Of course, for the position change in the depth direction of the substrate 500 driven in this way, the collimating lens 130 may be synchronized to have a relationship of Equation 5, that is, S=k s Z.

도 10은, 상술한 바와 같은 방식으로 산출된 Z값에 따라 먼저 상기 기판(500)을 이동시키고(도 10(B)), 이에 상응하는 S값에 따라 상기 시준렌즈(130)를 이동시켜 광점 왜곡을 보상하는(도 10(C)) 과정을 순차적으로 도시하고 있다.10, the substrate 500 is first moved according to the Z value calculated in the above-described manner (FIG. 10(B)), and the collimating lens 130 is moved according to the corresponding S value to light spot The process of compensating for distortion (FIG. 10(C)) is sequentially shown.

정리하면, 본 발명의 광학식 리소그래피 장치(100)에서, 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치(Pn), 기판의 깊이 방향 이동 거리(Z), 시준렌즈의 깊이 방향 즉 평행광 광축 방향 이동 거리(S) 간에 하기의 식에 따른 관계가 성립하며, 상기 제어부(170)는 하기의 식을 사용하여 상기 기판(500)의 깊이 방향 위치 및 상기 시준렌즈(130)의 평행광 광축 방향 위치를 조절하도록 이루어질 수 있다.In summary, in the optical lithographic apparatus 100 of the present invention, the depth direction position (P n ) of the light point in the resist, the depth direction movement distance (Z) of the substrate, the depth direction of the collimating lens, i.e., the parallel optical axis direction movement distance (S) ), a relationship according to the following equation is established, and the control unit 170 is configured to adjust the depth direction position of the substrate 500 and the collimated lens 130 position of the collimated light beam 130 using the following equation. Can be.

Pn = Pn,z + Pn,s = n(Z+kpS) = n(Z+kpksZ) = n(1+kpks)ZP n = P n,z + P n,s = n(Z+k p S) = n(Z+k p k s Z) = n(1+k p k s )Z

S = ksZS = k s Z

(여기에서,(From here,

n : 레지스트의 굴절률,n: refractive index of the resist,

Z : 기판이 집광렌즈 쪽으로 접근하는 방향으로의 이동 거리,Z: distance traveled in the direction that the substrate approaches the condenser lens,

S : 시준렌즈가 광원 쪽으로 접근하는 방향으로의 이동 거리,S: Distance of the collimating lens moving toward the light source,

Pn,z : Z에 따른 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치 변화량,P n,z : the amount of change in the depth direction position of the light spot in the resist according to Z,

Pn,s : S에 따른 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치 변화량,P n,s : The amount of position change in the depth direction of the light spot in the resist according to S,

kp : Pn,s = kpS로 나타낼 때의 계수값,k p : coefficient value when represented by P n,s = k p S,

ks : S = ksZ로 나타낼 때의 계수값,k s : S = k s Coefficient value expressed as Z,

Pn : 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치)P n : the depth direction position of the light spot in the resist)

한편 앞서 간략히 설명하였듯이, 통상적으로 시준렌즈는 평행광을 만들기 위하여 그 위치가 고정적으로 구비되는 장치이다. 따라서 광원으로부터 시준렌즈를 통과하면서 평행광이 만들어진 후 이를 집광하였을 때, 집광되는 광량은 항상 일정하게 형성된다. 그러나 본 발명의 경우 상기 렌즈이동부(135)를 이용하여 상기 시준렌즈(130)를 이동시킴으로써 광의 확산 및 수렴 정도를 조절하도록 이루어지기 때문에, 상기 시준렌즈(130)의 위치 이동에 따라 집광되는 광량에 변화가 발생하게 된다. 레지스트에 조사되는 광량에 따라 경화 정도가 달라지기 때문에, 이러한 광량 변화는 제작된 3차원 구조물의 품질에 영향을 끼칠 우려가 있다. 따라서 본 발명에서는, 상기 제어부(170)가, 상기 시준렌즈(130)의 깊이 방향 위치 변화에 의한 광의 확산 및 수렴 정도 변화에 따른 광량 변화를 보상하도록 상기 광원(110)을 제어하도록 하는 것이 바람직하다.On the other hand, as briefly described above, the collimating lens is a device in which its position is fixed to make parallel light. Therefore, when the parallel light is made while passing through the collimating lens from the light source and condensing it, the amount of light collected is always formed constant. However, in the case of the present invention, since the collimating lens 130 is moved by using the lens shifter 135 to adjust the degree of light diffusion and convergence, the amount of light collected according to the position of the collimating lens 130 is shifted. Change will occur. Since the degree of curing varies depending on the amount of light irradiated to the resist, such a change in the amount of light is likely to affect the quality of the fabricated three-dimensional structure. Therefore, in the present invention, it is preferable that the control unit 170 controls the light source 110 to compensate for a change in the amount of light according to a change in the degree of diffusion and convergence of light due to a change in the depth direction of the collimating lens 130. .

도 11은 이러한 광량 변화 보상 원리를 나타낸 것이다. 도 11(A)는 광점이 공기 중에 형성되는 경우로서, 이 때의 광원 출력을 W0, 집광 출력을 Wp라 한다. 이 경우의 광학효율 η0는 Wp/W0로 나타낼 수 있다.11 shows the principle of compensation for the change in the amount of light. Fig. 11(A) is a case where a light spot is formed in the air, and the light source output at this time is W 0 and the light collection output is W p . The optical efficiency η 0 in this case can be expressed as W p /W 0 .

[수학식 7][Equation 7]

Wp = η0W0 W p = η 0 W 0

이 상태에서 상기 레지스트층(550) 내부에 광점이 위치되게 하여 공정을 수행하는 과정에서, 도 10에 도시된 바와 같이 굴절에 따른 구면수차 발생을 고려하여 상기 기판(500) 및 상기 시준렌즈(130) 위치를 조절하여 광점 왜곡 오류를 보상하면, 도 11(B)와 같은 상태가 된다. 이 때 상기 시준렌즈(130)가 S만큼 상기 광원(110) 방향으로 접근함에 따라 집광 출력은 Wp,s로 변화하며, 이 값은 Wp보다 작은 값이 된다.In the process of performing a process by placing a light spot inside the resist layer 550 in this state, as shown in FIG. 10, considering the occurrence of spherical aberration due to refraction, the substrate 500 and the collimating lens 130 ) When the light spot distortion error is compensated by adjusting the position, the state becomes as shown in FIG. 11(B). At this time, as the collimating lens 130 approaches S toward the light source 110 by S, the condensing output is changed to W p,s , and this value becomes smaller than W p .

[수학식 8][Equation 8]

Wp,s = ηsW0 W p,s = η s W 0

도 11(B)와 같은 상태에서의 광학효율 ηs는 η0보다 작은 값을 가지게 되는데, 이 감소비율 1-ηs/η0은 S에 비례하게 된다. 이 때의 계수를 kd라 할 때, S와 광학효율 감소비율 간의 관계는 다음과 같이 나타난다.The optical efficiency η s in the state as shown in FIG. 11(B) has a value smaller than η 0 , and the reduction ratio 1-η s /η 0 is proportional to S. When the coefficient at this time is k d , the relationship between S and the optical efficiency reduction ratio is as follows.

[수학식 9][Equation 9]

1-ηs/η0 = kdS1-η s /η 0 = k d S

이 경우에도 물론 엄밀하게는 S에 대한 광학효율 감소비율의 값은 선형적인 관계가 아닐 수도 있으며 이 경우 일반화하여 1-ηs/η0 = fd(S)와 같은 함수식으로 나타내는 것이 보다 정확하겠으나, 실질적으로는 1차 성분이 주를 이루며 나머지는 유의미하게 영향을 끼칠 정도가 아니므로, 본 발명에서는 계산 편의상 1차 성분만을 취하였다.In this case, of course, strictly speaking, the value of the optical efficiency reduction ratio for S may not be a linear relationship. In this case, it would be more accurate to generalize and express it as a functional formula such as 1-η s /η 0 = f d (S). , In practice, the primary component is the main, and the rest is not sufficiently affected, so in the present invention, only the primary component is taken for calculation convenience.

올바르게 레지스트 경화 공정이 이루어지기 위해서는, 도 11(C)에 도시된 바와 같이, 집광 출력이 Wp가 되도록 광원 출력을 조절해야 하며, 이를 식으로 나타내면 다음과 같다.In order for the resist curing process to be correctly performed, as shown in FIG. 11(C), the light source output must be adjusted so that the light collecting output becomes W p , and this is expressed as follows.

[수학식 10][Equation 10]

Wp = η0W0 = ηsW0,s W p = η 0 W 0 = η s W 0,s

여기에서 수학식 9를 ηs에 대하여 정리하면 ηs=η0(1-kdS)가 되므로, 결국 다음과 같은 식이 성립한다.If Equation 9 is summarized with respect to η s here, η s =η 0 (1-k d S), and thus the following equation holds.

[수학식 11][Equation 11]

Wp = η0W0 = ηsW0,s = η0(1-kdS)W0 W p = η 0 W 0 = η s W 0,s = η 0 (1-k d S)W 0

수학식 11을 W0,s 및 W0 간의 관계로 정리하면, 상기 시준렌즈(130)를 S만큼 이동시켰을 때 올바르게 레지스트 경화 공정이 이루어지기 위한 광원 출력 W0,s는, 최초의 W0보다 큰 값으로서 다음과 같이 나타낼 수 있다.Summarizing the equation (11) as the relationship between W 0,s and W 0 , when the collimating lens 130 is moved by S, the light source output W 0,s for correctly performing the resist curing process is greater than the initial W 0 As a large value, it can be expressed as follows.

[수학식 12][Equation 12]

W0,s = W0/(1-kdS)W 0,s = W 0 /(1-k d S)

정리하면, 본 발명의 광학식 리소그래피 장치(100)에서, 상기 제어부(170)는상기 시준렌즈(130)의 평행광 광축 방향 위치 변화에 의한 광의 확산 및 수렴 정도 변화에 따른 광량 변화를 보상하도록 상기 광원(110)을 제어하되, 하기의 식을 사용하여 상기 광원(110)의 광량을 조절하도록 이루어질 수 있다.In summary, in the optical lithographic apparatus 100 of the present invention, the control unit 170 is the light source to compensate for changes in the amount of light according to the degree of diffusion and convergence of light due to the change in the position of the collimating lens 130 in the direction of the parallel optical axis. While controlling (110), it may be made to adjust the light amount of the light source 110 using the following equation.

Wp = η0W0 = ηsW0,s = η0(1-kdS)W0 W p = η 0 W 0 = η s W 0,s = η 0 (1-k d S)W 0

W0,s = W0/(1-kdS)W 0,s = W 0 /(1-k d S)

(여기에서,(From here,

W0 : 광원 출력,W 0 : light source output,

Wp : 집광 출력,W p : Condensing output,

η0 : 집광 효율,η 0 : light collection efficiency,

Wp,s : S에 따라 변화된 집광 출력(Wp,s = ηsW0),W p,s : Condensing power changed with S (W p,s = η s W 0 ),

ηs : S에 따라 변화된 집광 효율,η s : Condensing efficiency changed with S,

kd : 1-ηs/η0 = kdS로 나타낼 때의 계수값,k d : 1-η s /η 0 = coefficient value when expressed as k d S,

W0,s : S에 따라 변화된 광원 출력)W 0,s : Light source output changed according to S)

부가적으로, 위의 설명에서는 통상적인 광학식 리소그래피 장치의 구성, 즉 공기 중에서 집광되는 것을 기준으로 집광렌즈(대물렌즈)가 설계된 광학계를 전제로 하였으며, 따라서 시준렌즈를 광원 쪽으로 이동시켜 광을 확산시키는 경우를 가정하여 관계식을 도출하였다. 그런데 경우에 따라서는, 일정한 두께의 레지스트 내부에 집광되는 것을 기준으로 집광렌즈가 설계된 광학계가 사용되는 경우도 있다(구체적인 예를 들자면, 금속용 현미경은 공기 중에서 집광을 고려한 집광렌즈가, 바이오용 현미경의 경우에는 공기 및 커버글라스를 통한 집광을 고려한 집광렌즈가 사용된다).Additionally, the above description presupposes the configuration of a conventional optical lithography apparatus, that is, an optical system in which a condenser lens (objective lens) is designed based on condensing in air, thus moving the collimating lens toward the light source to diffuse light. The relationship was derived by assuming the case. However, in some cases, an optical system in which a condenser lens is designed on the basis of condensing inside a resist of a certain thickness may be used (for a specific example, a metal microscope is a condenser lens considering condensing in the air, and a bio microscope In the case of the case, a condensing lens considering condensing through air and cover glass is used).

이와 같은 경우에는 반대로 광점이 레지스트를 벗어나면서 왜곡되며, 이를 보상하기 위해서는 시준렌즈를 광원 반대쪽으로 이동시켜 광을 수렴시키도록 하여야 한다. 그러나 이 경우에도, 앞서의 수학식들에서 S(시준렌즈가 광원 쪽으로 접근한 평행광 광축 방향 이동 거리), Pn,s(S에 따른 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치 변화량) 등이 (-)의 값을 가지도록 하면 되므로, 앞서의 수학식들을 그대로 적용할 수 있음은 물론이다. 즉 본 발명이 도면에 도시된 바와 같이 '시준렌즈를 광원 쪽으로 이동시켜 광을 확산시키는 구성'에 한정되는 것은 아니며, 도면으로 따로 도시하지는 않았으나 '시준렌즈를 광원 반대쪽으로 이동시켜 광을 수렴시키는 구성' 또한 본 발명이 포함하고 있음을 명확히 한다.In this case, on the contrary, the light spot is distorted as it leaves the resist, and in order to compensate for this, the collimating lens must be moved to the opposite side of the light source to converge the light. However, even in this case, in the above equations, S (the distance in which the collimating lens moves toward the light source in the direction of the parallel optical axis), P n,s (the amount of change in the depth direction position of the light spot in the resist according to S), etc. (-) Since it is necessary to have the value of, the above equations can be applied as it is. That is, the present invention is not limited to the'construction that diffuses light by moving the collimating lens toward the light source' as shown in the drawing, and although not separately illustrated in the drawing,'constructing the converging light by moving the collimating lens to the opposite side of the light source It is also clarified that the present invention is included.

본 발명의 광학식 리소그래피 장치의 제어 방법Control method of optical lithography apparatus of the present invention

도 12는 본 발명의 광학식 리소그래피 장치의 제어 방법의 흐름도이다. 앞서 설명한 바와 같은 원리들을 이용하여, 본 발명의 광학식 리소그래피 장치(100)를 사용하여 3차원 구조물을 제작하는 과정을 단계적으로 설명하면 다음과 같다.12 is a flowchart of a control method of the optical lithographic apparatus of the present invention. Using the principles described above, the process of manufacturing a three-dimensional structure using the optical lithographic apparatus 100 of the present invention will be described step by step as follows.

먼저 공정정보 생성단계에서는, 상기 제어부(170)에 의하여, 제작대상인 3차원 구조물의 형상의 각 지점의 3차원 좌표값 및 필요 광량에 따른 집광 출력(Wp)값이 공정정보로서 생성된다. 즉 상기 공정정보의 3차원 좌표값은 상기 레지스트층(550) 내에서 경화되어야 하는 위치들로서 (X,Y,Pn)으로 나타나게 되며, 광원 출력값은 집광 출력값으로서 Wp로 나타나게 된다.In the first step information generating step, by the control unit 170, is converged output value (W p) of the three-dimensional coordinate value and the required amount of light for each point of the shape of the three-dimensional structure is generated as the target production process information. That is, the three-dimensional coordinate value of the process information is represented by (X,Y,P n ) as positions to be cured in the resist layer 550, and the light source output value is expressed as W p as the light collecting output value.

다음으로 상기 구동정보 변환단계에서는, 상기 제어부(170)에 의하여, 상기 공정정보의 3차원 좌표값 중 깊이 방향 좌표(Pn)값이 기판의 깊이 방향 이동 거리(Z)값으로 변환되고, 집광 출력(Wp)값에 상응하는 광원 출력(W0)값이 산출되어, 상기 공정정보가 구동정보로서 변환된다. 이 때 상기 공정정보 값 중 2차원 평면 좌표값 (X,Y)는 그대로 상기 구동정보 값으로 사용되며, Z 값은 앞서 설명한 Pn 및 Z 간의 관계에 따라 변환되어 사용된다. 또한 W0 값은 역시 앞서 설명한 W0 및 Wp의 관계에 따라 변환되어 사용된다.Next, in the driving information conversion step, the depth direction coordinate (P n ) value of the three-dimensional coordinate values of the process information is converted to a depth direction movement distance (Z) value of the substrate by the control unit 170, and condensing. The light source output W 0 corresponding to the output W p is calculated, and the process information is converted as driving information. At this time, two-dimensional plane coordinate values (X, Y) among the process information values are used as the driving information values, and the Z values are converted and used according to the relationship between P n and Z described above. In addition, the W 0 value is also converted and used according to the relationship of W 0 and W p described above.

[수학식 13][Equation 13]

Z = Pn/n(1+kpks)Z = P n /n(1+k p k s )

W0 = Wp/η0 W 0 = W p /η 0

다음으로 상기 레지스트 경화단계에서는, 상기 제어부(170)에 의하여, 상기 기판(500)이 상기 구동정보에 상응하도록 이동되는 기판위치 제어단계와, 상기 시준렌즈(130)가 상기 기판의 깊이 방향 이동 거리(Z)값에 상응하는 시준렌즈의 평행광 광축 방향 이동 거리(S)값만큼 이동되는 렌즈위치 제어단계와, 상기 광원(110)이 상기 시준렌즈의 평행광 광축 방향 이동 거리(S)값에 상응하게 보상된 광원 출력(W0,s)값만큼 광을 출력하는 광원출력 제어단계가, 상기 공정정보 3차원 좌표값 각 지점마다 순차적으로 반복 수행된다. 이 때 S 값은 앞서 설명한 S 및 Z 간의 관계에 따라 변환되어 사용되며, 또한 W0,s 값은 역시 앞서 설명한 W0,s 및 W0의 관계에 따라 변환되어 사용된다.Next, in the resist curing step, the substrate position control step in which the substrate 500 is moved to correspond to the driving information by the control unit 170, and the collimating lens 130 moves in the depth direction of the substrate The lens position control step is moved by the collimated lens optical axis direction movement distance (S) value corresponding to the (Z) value, and the light source 110 is parallel to the collimated lens optical axis direction movement distance (S) value The light source output control step of outputting light by the correspondingly compensated light source output (W 0,s ) value is sequentially repeated at each point of the process information three-dimensional coordinate value. At this time, the S value is converted and used according to the relationship between S and Z described above, and the W 0,s value is also converted and used according to the relationship of W 0,s and W 0 described above.

[수학식 14][Equation 14]

S = kSZS = k S Z

W0,s = Wp/(1-kdS)W 0,s = W p /(1-k d S)

이처럼 상기 레지스트층(550) 내부의 원하는 각 지점마다 정확하게 광점이 맞춰지고 또한 필요한 광량을 정확하게 공급함으로써 올바르게 경화가 이루어져, 원하는 3차원 구조물 형상을 고품질로 제작할 수 있게 된다.As described above, the light spot is precisely matched to each desired point inside the resist layer 550 and is accurately cured by accurately supplying the required amount of light, so that a desired three-dimensional structure shape can be manufactured with high quality.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and of course, the scope of application is diverse, and anyone who has ordinary knowledge in the field to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Of course, various modifications are possible.

100: 광학식 리소그래피 장치
110: 광원 120: 기판이동부
130: 시준렌즈 135: 렌즈이동부
140: 빔분할기 150: 집광렌즈
160: 영상측정부 170: 제어부100: optical lithography apparatus
110: light source 120: substrate moving part
130: collimating lens 135: moving lens
140: beam splitter 150: condensing lens
160: image measuring unit 170: control unit

Claims (8)

레지스트 경화용 광을 출력하는 점광원 형태의 광원;
레지스트층이 도포된 기판;
상기 광원으로부터 출력되는 광을 수렴하여 평행광으로 변환하고 상기 레지스트층을 향해 진행시키는 시준렌즈;
상기 시준렌즈를 상기 평행광의 광축 방향으로 이동시키는 렌즈이동부;
상기 시준렌즈를 통과하여 진행하는 광을 수렴하여 상기 레지스트층 표면 또는 내부에 광점이 맺히도록 집광하는 집광렌즈;
상기 광점에 대한 상기 기판의 상대적인 위치가 변화되도록 상기 기판, 상기 광원, 상기 집광렌즈 중 적어도 하나를 이동시키는 기판이동부;
상기 광원, 상기 기판이동부, 상기 렌즈이동부를 제어하는 제어부;
를 포함하며,
상기 제어부는 상기 기판과 상기 집광렌즈의 상대적 이동거리에 따라 상기 시준렌즈의 평행광 광축 방향 이동거리를 결정하는 것을 특징으로 하는 광학식 리소그래피 장치.
A light source in the form of a point light source that outputs light for curing the resist;
A substrate coated with a resist layer;
A collimating lens that converges the light output from the light source, converts it into parallel light, and advances toward the resist layer;
A lens moving unit moving the collimating lens in the direction of the optical axis of the parallel light;
A condensing lens that converges light passing through the collimating lens and condenses light to form on the surface or inside of the resist layer;
A substrate moving unit moving at least one of the substrate, the light source, and the condensing lens so that a relative position of the substrate with respect to the light point is changed;
A control unit controlling the light source, the substrate moving unit, and the lens moving unit;
It includes,
And the control unit determines a moving distance in the parallel optical axis direction of the collimating lens according to a relative moving distance between the substrate and the condensing lens.
제 1항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 시준렌즈의 평행광 광축 방향 위치 변화에 의한 광의 확산 및 수렴 정도 변화에 따른 광량 변화를 보상하도록 상기 광원을 제어하는 것을 특징으로 하는 광학식 리소그래피 장치.
The method of claim 1, wherein the control unit,
And controlling the light source to compensate for a change in the amount of light according to a change in the degree of diffusion and convergence of light due to a change in the position of the collimating lens in the direction of the optical axis of the parallel light.
제 1항에 있어서, 상기 제어부는,
레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치(Pn), 기판의 깊이 방향 이동 거리(Z), 시준렌즈의 평행광 광축 방향 이동 거리(S) 간에 하기의 식에 따른 관계가 성립하며,
하기의 식을 사용하여 상기 기판의 깊이 방향 위치 및 상기 시준렌즈의 평행광 광축 방향 위치를 조절하는 것을 특징으로 하는 광학식 리소그래피 장치.
Pn = Pn,z + Pn,s = n(Z+kpS) = n(Z+kpksZ) = n(1+kpks)Z
S = ksZ
(여기에서,
n : 레지스트의 굴절률,
Z : 기판이 집광렌즈 쪽으로 접근하는 방향으로의 이동 거리,
S : 시준렌즈가 광원 쪽으로 접근하는 방향으로의 이동 거리,
Pn,z : Z에 따른 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치 변화량,
Pn,s : S에 따른 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치 변화량,
kp : Pn,s = kpS로 나타낼 때의 계수값,
ks : S = ksZ로 나타낼 때의 계수값,
Pn : 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치)
The method of claim 1, wherein the control unit,
The relationship according to the following equation is established between the depth direction position (P n ) of the light spot in the resist, the distance movement distance (Z) of the substrate, and the distance (S) of the collimating lens in the optical axis direction,
Optical lithographic apparatus characterized by adjusting the position in the depth direction of the substrate and the collimated lens in the direction of the optical axis of the light beam using the following equation.
P n = P n,z + P n,s = n(Z+k p S) = n(Z+k p k s Z) = n(1+k p k s )Z
S = k s Z
(From here,
n: refractive index of the resist,
Z: distance traveled in the direction that the substrate approaches the condenser lens,
S: Distance of the collimating lens moving toward the light source,
P n,z : the amount of change in the depth direction position of the light spot in the resist according to Z,
P n,s : The amount of position change in the depth direction of the light spot in the resist according to S,
k p : coefficient value when represented by P n,s = k p S,
k s : S = k s Coefficient value expressed as Z,
P n : the depth direction position of the light spot in the resist)
제 3항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 시준렌즈의 평행광 광축 방향 위치 변화에 의한 광의 확산 및 수렴 정도 변화에 따른 광량 변화를 보상하도록 상기 광원을 제어하되,
하기의 식을 사용하여 상기 광원의 광량을 조절하는 것을 특징으로 하는 광학식 리소그래피 장치.
Wp = η0W0 = ηsW0,s = η0(1-kdS)W0
W0,s = W0/(1-kdS)
(여기에서,
W0 : 광원 출력,
Wp : 집광 출력,
η0 : 집광 효율,
Wp,s : S에 따라 변화된 집광 출력(Wp,s = ηsW0),
ηs : S에 따라 변화된 집광 효율,
kd : 1-ηs/η0 = kdS로 나타낼 때의 계수값,
W0,s : S에 따라 변화된 광원 출력)
The method of claim 3, wherein the control unit,
The light source is controlled to compensate for a change in the amount of light according to a change in the degree of diffusion and convergence of light due to a change in the position of the collimating lens in the direction of the optical axis,
Optical lithographic apparatus, characterized in that for adjusting the light amount of the light source using the following equation.
W p = η 0 W 0 = η s W 0,s = η 0 (1-k d S)W 0
W 0,s = W 0 /(1-k d S)
(From here,
W 0 : light source output,
W p : Condensing output,
η 0 : light collection efficiency,
W p,s : Condensing power changed with S (W p,s = η s W 0 ),
η s : Condensing efficiency changed with S,
k d : 1-η s /η 0 = coefficient value when expressed as k d S,
W 0,s : Light source output changed according to S)
제 1항에 있어서, 상기 광학식 리소그래피 장치는,
상기 시준렌즈 및 상기 집광렌즈 사이에 구비되어, 상기 시준렌즈를 통과하여 진행하는 광을 통과시키며, 상기 레지스트층으로부터 반사되어 온 광을 반사시키는 빔분할기;
상기 빔분할기에서 반사되어 진행하는 광을 입사받아 상기 레지스트층의 공정 상태를 측정하는 영상측정부;
를 더 포함하며,
상기 제어부는 상기 영상측정부를 통해 공정 상태를 모니터링하는 것을 특징으로 하는 광학식 리소그래피 장치.
According to claim 1, The optical lithography apparatus,
A beam splitter provided between the collimating lens and the condensing lens, passing light passing through the collimating lens, and reflecting light reflected from the resist layer;
An image measuring unit that receives light traveling from the beam splitter and measures the process state of the resist layer;
Further comprising,
The control unit is an optical lithography apparatus, characterized in that for monitoring the process state through the image measuring unit.
제 1항에 따른 광학식 리소그래피 장치의 제어 방법에 있어서,
상기 제어부에 의하여, 제작대상인 3차원 구조물의 형상의 각 지점의 3차원 좌표값 및 필요 광량에 따른 집광 출력(Wp)값이 공정정보로서 생성되는 공정정보 생성단계;
상기 제어부에 의하여, 상기 공정정보의 3차원 좌표값 중 깊이 방향 좌표(Pn)값이 기판의 깊이 방향 이동 거리(Z)값으로 변환되고, 집광 출력(Wp)값에 상응하는 광원 출력(W0)값이 산출되어, 상기 공정정보가 구동정보로서 변환되는 구동정보 변환단계;
상기 제어부에 의하여, 상기 기판이 상기 구동정보에 상응하도록 이동되는 기판위치 제어단계와, 상기 시준렌즈가 상기 기판의 깊이 방향 이동 거리(Z)값에 상응하는 시준렌즈의 평행광 광축 방향 이동 거리(S)값만큼 이동되는 렌즈위치 제어단계와, 상기 광원이 상기 시준렌즈의 평행광 광축 방향 이동 거리(S)값에 상응하게 보상된 광원 출력(W0,s)값만큼 광을 출력하는 광원출력 제어단계가, 상기 공정정보 3차원 좌표값 각 지점마다 순차적으로 반복 수행되어, 상기 레지스트층에 3차원 구조물 형상에 따라 경화가 이루어지는 레지스트 경화단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학식 리소그래피 장치의 제어 방법.
In the control method of the optical lithographic apparatus according to claim 1,
A process information generation step of generating, by the control unit, a 3D coordinate value of each point of a shape of a 3D structure to be manufactured and a light collecting output (W p ) value according to the required light amount as process information;
A depth direction coordinate (P n ) value of the three-dimensional coordinate values of the process information is converted into a depth direction movement distance (Z) value of the substrate by the control unit, and a light source output corresponding to the light collecting output (W p ) value ( A drive information conversion step in which a value of W 0 ) is calculated and the process information is converted as drive information;
By the control unit, the substrate position control step in which the substrate is moved to correspond to the driving information, and the collimating lens parallel distance in the optical axis direction of the collimating lens corresponding to the distance Z distance value of the substrate ( S) a lens position control step that is moved by a value, and the light source output that the light source outputs light as much as the compensated light source output (W 0,s ) value corresponding to the collimated lens optical axis direction movement distance (S) value The control step, the process information three-dimensional coordinate value is repeatedly performed at each point sequentially, the resist layer curing step is made in accordance with the shape of the three-dimensional structure on the resist layer;
Control method of an optical lithographic apparatus comprising a.
제 6항에 있어서, 상기 제어부는,
레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치(Pn), 기판의 깊이 방향 이동 거리(Z), 시준렌즈의 평행광 광축 방향 이동 거리(S) 간에 하기의 식에 따른 관계가 성립하며,
하기의 식을 사용하여 상기 기판의 깊이 방향 위치 및 상기 시준렌즈의 평행광 광축 방향 위치를 조절하는 것을 특징으로 하는 광학식 리소그래피 장치의 제어 방법.
Pn = Pn,z + Pn,s = n(Z+kpS) = n(Z+kpksZ) = n(1+kpks)Z
S = ksZ
(여기에서,
n : 레지스트의 굴절률,
Z : 기판이 집광렌즈 쪽으로 접근하는 방향으로의 이동 거리,
S : 시준렌즈가 광원 쪽으로 접근하는 방향으로의 이동 거리,
Pn,z : Z에 따른 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치 변화량,
Pn,s : S에 따른 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치 변화량,
kp : Pn,s = kpS로 나타낼 때의 계수값,
ks : S = ksZ로 나타낼 때의 계수값,
Pn : 레지스트 내 광점의 깊이 방향 위치)
The method of claim 6, wherein the control unit,
The relationship according to the following equation is established between the depth direction position (P n ) of the light spot in the resist, the distance movement distance (Z) of the substrate, and the distance (S) of the collimating lens in the optical axis direction,
A control method of an optical lithographic apparatus, wherein the position of the substrate in the depth direction and the position of the collimating lens in the optical axis are adjusted using the following equation.
P n = P n,z + P n,s = n(Z+k p S) = n(Z+k p k s Z) = n(1+k p k s )Z
S = k s Z
(From here,
n: refractive index of the resist,
Z: distance of movement in the direction in which the substrate approaches the condenser lens,
S: Distance of the collimating lens moving toward the light source,
P n,z : The amount of change in the depth direction position of the light spot in the resist according to Z,
P n,s : The amount of change in the depth direction position of the light spot in the resist according to S,
k p : coefficient value when expressed by P n,s = k p S,
k s : S = k s Coefficient value when expressed as Z,
P n : the depth direction position of the light spot in the resist)
제 7항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 시준렌즈의 평행광 광축 방향 위치 변화에 의한 광의 확산 및 수렴 정도 변화에 따른 광량 변화를 보상하도록 상기 광원을 제어하되,
하기의 식을 사용하여 상기 광원의 광량을 조절하는 것을 특징으로 하는 광학식 리소그래피 장치의 제어 방법.
Wp = η0W0 = ηsW0,s = η0(1-kdS)W0
W0,s = W0/(1-kdS)
(여기에서,
W0 : 광원 출력,
Wp : 집광 출력,
η0 : 집광 효율,
Wp,s : S에 따라 변화된 집광 출력(Wp,s = ηsW0),
ηs : S에 따라 변화된 집광 효율,
kd : 1-ηs/η0 = kdS로 나타낼 때의 계수값,
W0,s : S에 따라 변화된 광원 출력)The method of claim 7, wherein the control unit,
The light source is controlled to compensate for a change in the amount of light according to a change in the degree of diffusion and convergence of light due to a change in the position of the collimating lens in the direction of the optical axis,
A method of controlling an optical lithographic apparatus, wherein the light amount of the light source is adjusted using the following equation.
W p = η 0 W 0 = η s W 0,s = η 0 (1-k d S)W 0
W 0,s = W 0 /(1-k d S)
(From here,
W 0 : light source output,
W p : Condensing output,
η 0 : light collection efficiency,
W p,s : Condensing power changed with S (W p,s = η s W 0 ),
η s : Condensing efficiency changed with S,
k d : 1-η s /η 0 = coefficient value when expressed as k d S,
W 0,s : Light source output changed according to S)
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