KR100614292B1 - 일루미네이터 제어식 톤 반전 프린팅 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판상에 형성되는 방사선 감응재의 층에 프린트될 이미지 톤을 반전시키는 방법으로서, 리소그래피 문제를 한정하는 단계; 패터닝 디바이스를 디자인하는 단계; 리소그래피 피처의 포지티브 톤을 프린트할 수 있는 제1조명배열 및 방사선 감응재 프로세스를 결정하는 단계; 및 상기 방사선 감응재 프로세스로 상기 리소그래피 피처의 네거티브 톤을 프린트할 수 있는 제2조명배열을 결정하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다.

Description

일루미네이터 제어식 톤 반전 프린팅{ILLUMINATOR CONTROLLED TONE REVERSAL PRINTING}
도 1은 리소그래피 투영장치의 개략도;
도 2는 작거나 낮은 시그마 조명배열의 개략도;
도 3은 환형 오프-액시스 조명배열의 개략도;
도 4는 오프-액시스 사중극 조명배열의 개략도;
도 5는 오프-액시스 퀘이사 조명배열의 개략도;
도 6은 공지된 조명시스템의 개략도;
도 7은 공지된 또 다른 조명시스템의 개략도;
도 8은 도 6 및 7의 조명시스템에 의하여 얻을 수 있는 조명배열들의 개략도;
도 9는 본 발명에서 사용하기 위한 조명시스템의 개략도;
도 10a는 도 9의 조명시스템의 다중극 모드 생성요소의 개략도;
도 10b는 도 10a의 다중극 생성요소에 의하여 얻어지는 조명배열의 개략도;
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중극 모드 생성요소의 개략도;
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중극 모드 생성요소의 개략도;
도 13은 본 발명에서 사용하기 위한 조명시스템과 상기 조명시스템에 의하여 얻어지는 조명배열의 개략적 단면도;
도 14는 기판상의 마스크를 묘화하도록 구성 및 배치되는 장치의 개략도;
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 패터닝 디바이스의 개략도;
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명세기분포 또는 배열의 개략도;
도 17은 도 15의 패터닝 디바이스 및 도 16의 조명배열에 의하여 생성되는, 기판내 패턴 프로파일의 개략도;
도 18은 도 16의 조명배열 및 도 17의 프로파일을 생성시키기 위한 도 15의 패터닝 디바이스를 사용하는, 프로세스의 프로세스 관용도의 개략도;
도 19는 도 15의 패터닝 디바이스의 패턴의 네거티브 이미지를 프린트하기 위한 조명배열의 개략도;
도 20은 도 15의 패터닝 디바이스 및 도 19의 조명배열에 의하여 생성되는 기판내 패턴 프로파일의 개략도;
도 21은 도 19의 조명배열 및 도 20의 프로파일을 생성시키기 위한 도 15의 패터닝 디바이스를 사용하는, 프로세스의 프로세스 관용도의 개략도;
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 톤 반전 방법의 개략도;
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 디바이스 제조방법의 개략도;
도 24는 도 23의 방법에 따라 제조된 디바이스의 개략도;
도 25는 디바이스를 제조하는 예시적 방법의 개략도;
도 26은 도 25의 방법에 따라 제조된 디바이스의 개략도;
도 27은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 디바이스의 개략도;
도 28은 도 27의 디바이스 제조의 예시적 방법의 개략도이다.
상기 도면들에 있어, 동일한 참조부호는 동일한 부분을 나타낸다.
본 발명은, 다중극, 작은 시그마 및 환형 조명배열을 생성하도록 되어 있는 조명시스템을 제어하여 기판상에 형성되는 방사선 감응재의 층에 프린트될 이미지의 톤을 반전시키는 방법에 관한 것이다.
여기서 사용되는 "패터닝 디바이스(patterning device)" 이라는 용어는 기판의 타겟부에 생성되어야 할 패턴에 대응하는, 패터닝된 단면을 입사하는 방사선빔에 부여하도록 사용될 수 있는 수단을 의미하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서에서는 "광 밸브(light valve)"라는 용어로도 사용될 수 있다. 일반적으로, 상기 패턴은 집적회로 또는 기타 디바이스와 같이 타겟부에 생성될 디바이스내의 특정기능층에 해당할 것이다. 그러한 패터닝수단의 예로는 마스크가 있다. 마스크의 개념은 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary)형, 교번 위상반전(alternating phase-shift)형 및 감쇠 위상반전형 마스크와 다양한 하이브리드 마스크형식도 포함된다. 방사선빔내에 이러한 마스크가 놓이면, 마스크상의 패턴에 따라 마스크에 입사되는 방사선의 선택적인 투과(투과마스크의 경우) 또는 반사(반사마스크의 경우)가 이루어진다. 마스크의 경우, 상기 지지구조체는 일반적 으로 마스크테이블이 될 것이며, 이것은 입사되는 방사선 빔 내의 소정위치에 마스크가 잡혀 있을 수 있게 하며, 필요한 경우에는 마스크가 상기 빔에 대하여 이동될 수 있다.
패터닝 디바이스의 또 다른 예로는 프로그램가능한 거울배열이 있다. 이러한 장치의 예로는, 점탄성제어 층(viscoelastic control layer)과 반사면을 구비한 매트릭스-어드레서블 표면이 있다. 이러한 장치의 기본원리는, (예를 들어) 반사면의 어드레스된 영역(addressed area)에서는 입사광을 회절광으로 반사하는 한편, 어드레스되지 않은 영역에서는 입사광을 비회절광으로 반사하는 것이다. 적절한 필터를 사용하면, 반사된 빔 중에서 상기 비회절광을 필터링하여 회절광만 남게 할 수 있다. 이러한 방식으로 빔은 매트릭스-어드레서블 표면의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 프로그램가능한 거울배열의 대안적인 실시예는 국부화된 적절한 전기장을 가하거나 압전작동수단(piezoelectric actuation mean)을 채용하여 축선을 중심으로 각각의 거울이 개별적으로 기울어질 수 있는 작은 거울들의 매트릭스 배열을 채용하는 것이다. 마찬가지로, 상기 거울은 매트릭스-어드레서블이며, 어드레스된 거울은 입사되는 방사선빔을 어드레스되지 않은 거울과는 다른 방향으로 반사한다. 이러한 방식으로, 상기 반사된 빔은 상기 매트릭스-어드레서블 거울의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 요구되는 매트릭스 어스레싱은 적절한 전자수단을 사용하여 수행될 수 있다. 상기에 기술된 두 가지 상황 모두에서, 패터닝수단은 1 이상의 프로그래밍가능한 거울 어레이를 포함할 수 있다. 이러한 거울 어레이에 관한 더 많은 정보는, 예를 들어 본 명세서에서 참조자료로 채용되고 있는 미 국특허 US 5,296,891호, US 5,523,193호 및 PCT 특허출원 WO 98/38597호, WO 98/33096호로부터 얻을 수 있다. 프로그래밍가능한 거울 어레이의 경우, 상기 지지구조체는 예를 들어, 필요에 따라 고정되거나 움직일 수 있는 프레임 또는 테이블로써 구현될 수 있다.
패터닝 디바이스의 또 다른 예로는 프로그래밍 가능한 LCD 어레이가 있다. 이러한 구조의 일례는 본 명세서에서 참조자료로 채용되고 있는 미국특허 US 5,229,872호에 개시되어 있다. 상기와 마찬가지로, 이 경우의 상기 지지구조체는 예를 들어, 필요에 따라 고정되거나 움직일 수 있는 프레임 또는 테이블로써 구현될 수 있다.
설명을 간단히 하기 위하여, 본 명세서의 나머지 부분 중 어느 곳에서는 그 자체가 마스크 및 마스크테이블을 포함하는 예시적인 용어로서 지칭될 수도 있다. 하지만, 그러한 예시에서 논의된 일반적인 원리는 상술한 바와 같은 패터닝수단의 광의의 개념으로 이해되어야 한다.
예를 들어, 리소그래피 투영장치는 집적회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 이러한 경우, 상기 패터닝수단은 IC의 개별층에 해당하는 회로패턴을 생성할 수 있으며, 상기 패턴은 한 층의 방사선감응재(레지스트)로 코팅된 기판(실리콘 웨이퍼)상의 타겟부(예를 들면, 1이상의 다이로 구성되는)에 묘화될 수 있다. 일반적으로 한장의 웨이퍼에는 인접하여 있는 여러 개의 타겟부로 구성된 전체적인 네트워크를 포함하며, 이들 타겟부는 투영시스템을 통하여 한번에 하나씩 연속적으로 조사된다. 현재 통용되는 장치에서, 마스크테이블상의 마스크에 의한 패터닝을 채택하는 데에는, 두 가지 서로 다른 형식의 기계로 구분될 수 있다. 한 가지 형태의 리소그래피 투영장치에서는 타겟부상에 전체 마스크패턴을 한번에 노광함으로써 각 타겟부가 조사되는데, 이러한 장치를 통상 웨이퍼 스테퍼(wafer stepper)라고 한다. 통상, 스텝-앤드-스캔 장치(step-and-scan apparatus)라고 불리워지는 대체장치에서는 투영빔하에서 소정의 기준방향("스캐닝" 방향)으로 마스크 패턴을 점진적으로 스캐닝하는 한편, 이 방향과 같은 방향 또는 반대방향으로 기판을 동기화시켜 스캐닝함으로써 각 타겟부가 조사된다. 일반적으로 투영시스템은 배율인자 Ｍ(일반적으로 <1)을 가지므로 기판테이블이 스캐닝되는 속도 V는 마스크테이블이 스캐닝되는 속도의 인자 Ｍ배가 된다. 여기에 서술된 리소그래피장치와 관련된 보다 많은 정보는 예를 들어, US 6,046,792호로부터 얻을 수 있으며 본 명세서에서도 참조자료로 채용된다.
리소그래피 투영장치를 사용하는 공지된 제조공정에서, (예를 들어, 마스크의) 패턴은 방사선감응재(레지스트)의 층이 최소한의 부분에라도 도포된 기판상에 묘화된다. 이 묘화단계(imaging step)에 앞서, 기판은 전처리(priming), 레지스트도포 및 소프트 베이크와 같은 여러가지 과정을 거칠 수 있다. 노광 후에는, 노광후 베이크(PEB), 현상, 하드 베이크 및 묘화된 피처(imaged feature)의 측정/검사와 같은 또 다른 과정을 거치게 된다. 이러한 일련의 과정은, 예를 들어 IC 디바이스의 개별층을 패터닝하는 기초로서 사용된다. 그런 다음 이렇게 패터닝된 층은 에칭, 이온주입(도핑), 금속화, 산화, 화학-기계적 폴리싱 등과 같은, 모두가 개별층을 마무리하도록 의도된 여러 공정을 거친다. 여러 개의 층이 요구된다면, 새로운 층마다 전체공정 또는 그것의 변형된 공정이 반복되어져야만 할 것이다. 다양한 스택 층의 오버레이(병렬배치(juxtaposition))는 가능한 한 정확하게 하는 것이 중요하다. 이를 위하여, 웨이퍼상의 1이상의 위치에 작은 기준 마크가 제공되어 웨이퍼상의 좌표계의 원점을 한정한다. 광학 및 전자 디바이스를 기판 홀더 위치설정 디바이스와 조합(이후 "정렬시스템"이라 칭함)해 사용하면, 상기 마크는 새로운 층이 기존 층상에 병렬배치 되어야 할 때마다 재배치될 수 있으며, 정렬기준으로서 사용될 수 있다. 그 결과로, 기판(웨이퍼)상에는 디바이스의 배열이 존재하게 될 것이다. 이들 디바이스는 다이싱 또는 소잉 등의 기술에 의하여 서로 분리되고, 이들 각각의 디바이스는 캐리어에 장착되고 핀 등에 접속될 수 있다. 이와 같은 공정에 관한 추가 정보는, 예를 들어, 본 명세서에서 참조자료로 채용되고 있는 "Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing" (3판, Peter van Zant 저, McGraw Hill출판사, 1997년, ISBN 0-07-067250-4)으로부터 얻을 수 있다.
설명을 간단히 하기 위하여, 상기 투영시스템은 이후에 "렌즈"라고 언급될 것이다. 하지만 이 용어는 예를 들어, 굴절광학기, 반사광학기 및 카타디옵트릭 (catadioptric) 시스템을 포함한 다양한 형태의 투영시스템을 포괄하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 또한 상기 방사선시스템은 방사선 투영빔의 지향, 성형 또는 제어하기 위한 임의의 설계방식에 따라 동작하는 구성요소를 포함할 수 있고, 이후의 설명에서는 이러한 구성요소들을 집합적으로 또는 개별적으로 "렌즈"라고 언급할 것이다. 더 나아가, 상기 리소그래피장치는 2이상의 기판테이블(및/또는 2 이상의 마스크테이블)을 구비하는 형태가 될 수도 있다. 이러한 "다수 스테이지" 장치에서는 추가 테이블이 병행으로 사용될 수 있으며, 1이상의 테이블이 노광에서 사용되고 있는 동안 1이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다. 예를 들어 US 5,969,441호 및 6,262,796호에는 듀얼스테이지 리소그래피장치가 개시되어 있다.
Moore의 법칙에 보조를 맞추고 서브 파장의 분해능을 갖는 피처들을 현상하기 위하여, 다양한 분해능 강화기술(RET)을 사용할 필요가 있다. 축소 노광법(reduction exposure method)을 사용하는 포토리소그래피 기술들의 분해능의 한도는 R=k1λ/(NA)이다(여기서, R은 나노미터(nm) 단위의 분해능의 한도이고, k1은 사용되는 레지스트 종류에 따른 상수이며, λ는 노광 방사선의 파장(nm)이며, NA는 렌즈의 개구수이다).
초점심도의 감소, 렌즈 디자인의 어려움 및 렌즈 제조기술의 복잡함 때문에 현재 이용가능한 리소그래피 기술의 분해능은 한계에 도달하고 있다. 상수 k1 값의 하한은 대략 0.25이다.
현재 이용가능한 RET는 광학근접성오차(OPE)의 광학근접성교정(OPC), 위상 시프팅 마스크(PSM), 서브-분해능 어시스트 피처(SRAF) 및 오프 액시스 조명(OAI)을 포함한다.
패턴 치수가 Rayleigh 한도에 도달하면, 투영되는 이미지는 더 이상 마스크 패턴 형상을 충실히 재생할 수 없다. 코너 라운딩, 라인-엔드 쇼트닝 및 라인 폭 오차와 같은 광학근접성효과는 서브-분해능 리소그래피에서 나타나는 통상적인 문제들이다. OPC 기술은 투영된 이미지의 형상이 바람직한 형상을 취하도록 마스크 패턴을 사전에 왜곡시키는데(pre-distort) 사용된다. 현재 사용되는 OPC 기술들은, 최종적으로 묘화된 라인들이 바람직한 길이와 날카롭게된 코너를 갖도록 마스크상의 라인의 단부들을 스트레칭(stretching)하는, 예를 들어 세리프(sherif) 및 해머헤드(hammerhead)와 같은 라인-엔드 처리(line-end treatment)를 포함한다. 라인 바이어싱(line biasing)은 피치를 가로지르는 라인 폭의 변화들을 보상하기 위하여 마스크상의 라인의 폭을 조정한다. 스캐터링 바아는 고립되거나 반 고립된 라인들을 따라 배치되어 상기 라인들이 밀집된 라인에 보다 가깝게 거동하도록 돕는 서브-분해능 피처들이다.
위상 시프팅 마스크는, 보강 및 상쇄 간섭이 바람직하게 일어나 콘트라스트를 증가시키고 분해능을 향상시키도록, 마스크의 상이한 부분들을 통과하는 방사선의 위상을 변경시켜 회절된 방사선과 위상 시프트된 회절 방사선을 조합함으로써 회절효과를 줄여준다. 현재, 감쇠된 위상 시프트 마스크, 무크롬 위상 리소그래피 마스크 및 변경 위상 시프트 마스크가 리소그래피 장치의 분해능을 향상시키기 위해 사용되고 있다.
프로세스 변화에 대한 저항성이 높아지도록 피처들을 패터닝하기 위하여, 서브-분해능 어시스트 피처들이 마스크에 근접하여 부가된다. 그러나, 어시스트 피처 이미지는 웨이퍼상에 프린트되지는 않는다. 어시스트 피처들은 유효화될 최소한의 공간을 필요로 하기 때문에 밀집된 패턴내에서의 그들의 사용은 제한된다.
분해능을 향상시키는데는 오프-액시스 조명을 포함하는 다양한 조명기술들이 사용될 수도 있다. 오프-액시스 조명은 렌즈의 광학축선에 대해 일정 각도로 마스크에 방사선을 조명시킴으로써 분해능을 향상시킨다. 회절격자로서 작용하는 마스크상의 방사선의 입사는 렌즈를 통한 회절 차수의 더 많은 부분을 전달함으로써 이미지의 콘트라스트를 향상시킨다. 종래의 마스크들이 사용되는 오프-액시스 조명기술들은 위상 시프트 마스크가 얻어지는 분해능 개선효과와 유사한 분해능 개선효과를 가져온다.
도 2 내지 5를 참조하면, 현재 이용가능한 조명세기분포 및 배열들은, 단면에 조명된 영역들로 나타나는 작거나 낮은 시그마(도 2), 환형(도 3), 사중극(도 4) 및 퀘이사(도 5)를 포함한다. 도 3 내지 5의 환형, 사중극 및 퀘이사 조명기술은 오프-액시스 조명체계의 예시들이다. 그 전문을 참조를 위해 본 명세서에서 채용하고 있는 미국특허 제6,452,662호에는 도 3 내지 5에 나타낸 각 조명체계를 생성시킬 수 있는 리소그래피 장치가 개시되어 있다.
작은 시그마 조명은 0의 조명각도(즉, 마스크에 대해 거의 수직)로 마스크상에 입사되고 위상 시프팅 마스크와 함께 양호한 결과를 가져와 분해능을 향상시키고 초점심도를 증가시킨다. 환형 조명은 원형 대칭인 각도로 마스크상에 입사되어 분해능을 향상시키고 초점심도를 증가시키는 한편, 여타 조명체계 보다 패턴에 대해 덜 종속적이다. 사중극 및 퀘이사 조명은 4개의 주 각도(main angle)로 마스크상에 입사되어 향상된 분해능 및 증가된 초점심도를 제공하는 한편 패턴에 대해 강하게 종속적이다.
도 6 및 7을 참조하면, 2개의 종래 조명시스템(IL)이 개략적으로 예시되어 있다. 도 6 및 7에 예시된 시스템들은 광 콜렉팅/콜리메이팅 광학기(10); 액시콘/줌 모듈(12); 및 광 인티그레이팅 및 투영 광학기(14)를 포함한다. 상기 조명시스템(IL)은 광학축선(16), 퓨필평면(18) 및 마스크평면(20)을 한정한다. 액시콘/줌 모듈(12)은 1쌍의 액시콘(22)으로서, 간격이 변화될 수 있는 한개의 오목부와 한개의 볼록부를 포함한다. 또한 모듈 12는 줌 렌즈(24)를 포함한다.
원뿔형 액시콘의 경우와 관련하여, 퓨필평면(18)에서 얻을 수 있는 조명세기분포의 몇몇 예시들에 도 8에 나타나 있다. 스폿의 크기(spot size)는 줌 렌즈의 위치를 바꿈으로써 상태 A와 B 사이에서 변화될 수 있다. 이와 유사하게, 환형성은 액시콘 개구부(액시콘들 사이의 간격)를 변화시킴으로써 위치 A와 C 사이에 변화될 수 있다.
조명의 균질성(homogeneity)을 향상시키기 위하여, 광학인티그레이터가 사용된다. 도 6에는, 광학인티그레이터가 유리, 플루오르화 칼슘 또는 석영 로드와 같은 광 파이프의 형태를 취한다. 커플러(28)는 퓨필평면(18)에서 일루미네이터를 로드(26)내로 커플링하고 로드 출구 묘화 광학기(30)도 제공된다. 도 7에는, 플라이즈 아이 요소(32)가 인티그레이터로서 작용한다. 플라이즈 아이 요소(32)는 작은 렌즈들의 어레이 또는 벌집형태의 집합체를 포함하는 복합 렌즈들이다. 추가의 대물렌즈(34,36)들이 투영 광학기를 완성한다.
레지스트들은 바람직한 패턴의 포지티브 이미지와 네거티브 이미지를 생성시키는데 사용된다. 포지티브 레지스트는 방사선의 특정 도스(dose)로의 노광후에 용 해가능해지는 것이다. 노광에 의하여 레지스트에 패턴이 형성된 다음 용매나 산 또는 베이스 용액(base solution)에 의해 현상 또는 제거된다. 용해가능한 레지스트의 제거후에, 웨이퍼의 노광된 부분이 에칭되고, 상기 에칭된 패턴은 디바이스를 형성시키기 위하여 예를 들어 금속과 같은 재료로 충전된다. 나머지 레지스트는 디바이스의 제조를 완성시키기 위하여 벗겨진다(stripped off).
네거티브 레지스트는 방사선의 도스로의 노광후에 용해가 불가능해진다. 용매는 노광되지 않은(용해가능한) 레지스트를 제거하고 웨이퍼상에 바람직한 패턴의 형상으로 노광된 (용해불가능한) 레지스트를 남긴다.
포지티브 레지스트의 이미지 반전(reversing)을 수행함으로써 네거티브 이미지를 프린트할 수 있다. 예를 들어, 미국특허 제4,104,070호에 이러한 프로세스가 개시되어 있다. 상기 프로세스는, 포지티브 레지스트로 기판 또는 웨이퍼를 코팅하는 단계, 코팅된 웨이퍼를 예비-노광 소프트 베이킹하는 단계, 방사선의 패터닝된 소스로 코팅된 웨이퍼를 노광하는 단계, 노광된 레지스트를 크로스링크(cross link)하기 위하여 예비-노광 소프트베이크보다 높은 온도에서 코팅된 웨이퍼를 노광후 베이킹하는 단계, 현상제(developer)에서 사전에 노광되지 않은 레지스트는 분해할(dissolvable) 수 있도록 코팅된 웨이퍼를 플러드 노광(flood exposing)시키는 단계 및 레지스트를 현상시키는 단계를 포함한다.
이미지 반전은, 분해능의 향상, 뛰어난 에지 품질, 가연성 유기 현상제 대신 수계의 현상제(aqueous-based developer)와의 보다 안전하고 신뢰성 있는 프로세싱 및 뛰어난 임계치수(CD)의 제어 및 균일성을 포함하는 포지티브 레지스트의 모든 장점들을 제공한다. 하지만, 이미지 반전 프로세스는 몇가지 단점들을 포함한다. 포지티브 레지스트에 첨가되는 촉매들은 안정적이지가 않고 노광 직전에 준비되어야만 한다. 또한, 포지티브 레지스트에 첨가되는 촉매들은 레지스트를 오염시키거나 결함의 밀도를 높일 수도 있다. 또한, 이미지 반전 프로세스는 표준의 포지티브 레지스트 프로세싱의 노광 도스의 2배 내지 3배를 요한다. 상기 프로세스는 폭넓게 사용된다거나 현대의 리소그래피 문제들을 감안하여 사용하기에는 충분히 발전되지 않았다.
네거티브 묘화(negative imaging)는 프린트된 와이어링 보드의 제조에 사용된다. 네거티브 묘화 또한, 통신 디바이스 제조를 위한, GaAs 기판을 갖는 것과 같은 Ⅲ-Ⅴ 디바이스(Ⅲ-Ⅴ device)의 제조에 사용된다. 리프트-오프 프로세스(lift-off process)는 Al, Au, Ni, Pt, Ta 및 Ti과 같은 에칭가능한 금속과 기판과의 비양립성(incompatible)으로 인해 Ⅲ-Ⅴ 디바이스의 제조에 사용된다. 상기 리프트-오프 프로세스에서, 네거티브 이미지는 기판상에 증착된 희생 레지스트 층(sacrificial resist lay)에 형성되고, 금속막은 상기 희생 레지스트 층 위와 기판상 패턴의 개구부(opening)내에 증착되고, 기판이 용매에 침지(immerse)되면 상기 희생 레지스트 층상에 퇴적된 금속막의 부분들이 제거된다(즉 리프트-오프된다). 기판상의 패턴의 개구부를 통하여 증착되는 금속은 바람직한 패턴으로 남게 된다.
또한, 네거티브 묘화는 매우 높은 밀도의 데이터를 저장하는 연속 자기 데이터 저장미디어용의, 리소그래피적으로 한정되는 마그네틱 나노파티클(nanoparticle) 또는 나노마그넷(nanomagnet)의 제조에 사용된다. 네거티브 묘화는 이웃하는 마그네틱 필러(magnetic pillar)들 사이에서 패터닝되는 홀(hole)들의 치수를 형성시키기에 바람직하다. 네거티브 묘화는 레지스트에서의 홀 생성을 위한 포지티브 묘화에 대해 3배의 콘트라스트를 가져오기 때문에, 라인(line)들이 공간(space)보다 넓은 격자들을 패터닝하는데 있어 개선된 프로세스 관용도를 제공한다. 현재 이용가능한 기술들은 전기도금이나 리프트-오프 프로세스 중 어느 하나를 사용하여 100nm 범위내의 치수를 갖는 나노마그넷의 큰 영역의 어레이의 생성을 가능하게 한다.
본 발명의 일 형태는 다중극 조명배열을 생성하도록 되어 있는 일루미네이터를 제어함으로써 이미지 톤의 반전을 수행하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 및 여타 형태는 기판상에 형성되는 방사선 감응재의 층내에 프린트될 이미지의 톤을 반전시키는 본 발명에 따른 방법에 의하여 달성되는데, 상기 방법은 프린트될 리소그래피 피처를 포함하는 리소그래피 문제를 한정하는 단계; 패터닝 디바이스를 디자인하는 단계; 리소그래피 피처의 포지티브 톤을 프린트할 수 있는 제1조명배열 및 방사선 감응재 프로세스를 결정하는 단계; 및 상기 리소그래피 피처를 상기 방사선 감응재 프로세스로 네거티브하게 프린트할 수 있는 제2조명배열을 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 추가 형태에 따르면, 광학축선을 따르는 복수의 광학요소를 포함하는 조명시스템에 의하여 생성되는 조명 패턴을 사용하여 기판상에 형성된 방사선 감응재의 층내에 프린트될 이미지의 톤을 반전시키는 방법이 제공되는데, 상기 방 법은 프린트될 리소그래피 피처를 포함하는 리소그래피 문제를 한정하는 단계; 패터닝 디바이스를 디자인하는 단계; 리소그래피 피처의 포지티브 톤을 프린트할 수 있는 제1조명배열 및 방사선 감응재 프로세스를 결정하는 단계; 및 상기 리소그래피 피처를 상기 방사선 감응재 프로세스로 네거티브하게 프린트할 수 있는 제2조명배열을 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 집적회로, 집적 광학시스템, 자기 영역 메모리용 패턴, 액정 표시 패널, 박막 자기헤드, 인쇄된 와이어링 보드 또는 나노마그넷 제조에 사용하기 위한 디바이스가 제공되며, 상기 디바이스는, 프린트될 리소그래피 피처를 포함하는 리소그래피 문제를 한정하는 단계; 패터닝 디바이스를 디자인하는 단계; 리소그래피 피처의 포지티브 톤을 프린트할 수 있는 제1조명배열 및 방사선 감응재 프로세스를 결정하는 단계; 적어도 방사선 감응재의 층으로 덮힌 기판을 제공하는 단계; 상기 리소그래피 피처를 상기 방사선 감응재 프로세스로 네거티브하게 프린트할 수 있는 제2조명배열을 결정하는 단계; 제1 또는 제2조명배열을 가지며, 상기 패터닝 디바이스를 사용하여 단면 패턴이 부여된 투영빔을 상기 기판의 타겟부상으로 투영하는 단계를 포함하는 방법에 의하여 제조된다.
본 명세서에서는 IC의 제조에 있어서의 본 발명에 따른 장치의 사용례에 대하여 언급하였으나, 이러한 장치가 다른 여러 가능한 응용례를 가지고 있음이 명백히 이해되어야 할 것이다. 예를 들어, 상기 장치는 집적 광학시스템, 자기영역메모리용 유도 및 검출패턴, 액정표시패널, 박막자기헤드 등의 제조에도 이용될 수 있다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용례와 관련하여, 본 명세서에서 사용된 "레티클", "웨이퍼" 또는, "다이"와 같은 용어가 각각 "마스크", "기판" 및 "타겟부" 등과 같은 좀 더 일반적인 용어로 대체되고 있음을 이해할 수 있다.
본 명세서에서, "방사선" 및 "빔"이란 용어는 (예를 들어, 파장이 365, 248, 193, 157 또는 126㎚ 인) 자외선 및 (예를 들어 파장이 5 내지 20㎚ 범위인) EUV를 포함하는 모든 형태의 전자기방사선 뿐만 아니라 이온빔이나 전자빔과 같은 입자빔까지도 포괄하여 사용된다.
도 1은 본 발명의 특정 실시예에 따른 리소그래피 투영장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는, 방사선(예를 들어, 248nm, 193nm 또는 157nm의 파장에서 동작하는 엑시머 레이저 또는 13.6nm에서 동작하는 레이저 발사 플라즈마 소스(laser-fired plasma source)에 의하여 생성되는 UV 또는 EUV 방사선)의 투영빔(PB)을 공급하는 방사선 시스템(Ex,IL)을 포함한다. 이 실시예에서는, 상기 방사선 시스템이 방사원(LA)도 포함한다. 상기 장치는 또한, 마스크(MA)(예를 들어, 레티클)를 잡아주는 마스크홀더가 마련되어 있고, 투영시스템(PL)에 대하여 마스크를 정확히 위치시키는 제1위치설정수단(PM)에 연결된 제1대물테이블(마스크테이블)(MT); 기판(W)(예를 들어, 레지스트 코팅된 실리콘 웨이퍼)을 잡아주는 기판홀더가 마련되어 있고, 투영시스템(PL)에 대하여 기판을 정확히 위치시키는 제2위치설정수단(PW)에 연결된 제2대물테이블(기판테이블)(WT)을 포함한다. 상기 투영시스템 또는 렌즈(PL)(예를 들어, 석영 및/또는 CaF2 렌즈 시스 템 또는 굴절 또는 카타디옵트릭 시스템, 필드 디플렉터의 거울 그룹 또는 어레이)는 마스크(MA)의 조사된 부분을 기판(W)의 (예를 들어, 1이상의 다이를 포함하는) 타겟부(C)에 묘화(imaging)하도록 구성 및 배치된다. 상기 투영시스템(PL)은 기준 프레임(RF)상에서 지지된다. 하지만, 일반적으로는, 예를 들어 반사형 마스크를 갖는 반사형으로 이루어질 수도 있다. 대안적으로, 상기 장치는 상술된 바와 같은 형식의 프로그램가능한 거울배열과 같은 그 밖의 다른 종류의 패터닝수단을 채택할 수도 있다.
방사원(LA)(예를 들어, UV 엑시머레이저, 저장 링 또는 싱크로트론의 전자빔의 경로 주변에 제공되는 위글러나 언듈레이터, 레이저 생성 플라즈마 소스, 방전원 또는 전자나 이온 빔 소스)은 방사선의 빔(PB)을 생성한다. 상기 빔(PB)은 바로 조명시스템(일루미네이터)(IL)에 들어 가거나, 예를 들어 빔 익스펜더(Ex)와 같은 컨디셔닝 수단을 거친 다음에 조명시스템으로 들어간다. 상기 일루미네이터(IL)는 빔내의 세기 분포의 외반경 및/또는 내반경 크기(통상 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)를 설정하는 조정수단(AM)을 포함하여 이루어진다. 또한 이것은 일반적으로 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같은 여타의 다양한 구성요소들을 포함하고 있다. 이러한 방식으로, 마스크(MA)에 도달하는 빔(PB)은 그 단면에 소정의 균일성과 세기 분포를 갖게 된다.
도 1과 관련하여, 상기 방사원(LA)은 리소그패피 투영장치의 하우징내에 놓이지만(흔히 예를 들어, 방사원(LA)이 수은램프인 경우에서 처럼), 그것이 리소그래피 투영장치로부터 멀리 떨어져 있어서 그것이 만들어 낸 방사선빔이 (가령, 적 절한 지향 거울에 의해) 장치 내부로 들어오게 할 수도 있다. 후자의 시나리오는 방사원(LA)이 대개 엑시머레이저인 경우이다. 본 발명과 청구 범위는 이들 시나리오를 모두 포함하고 있다. 특히, 본 발명 및 청구항들은, 상기 방사선 시스템(Ex,IL)이 예를 들어 248nm 및 193nm의 파장, 바람직하게는 157nm, 126nm 및 13.6nm의 파장과 같이 대략 170nm 보다 작은 파장을 갖는 방사선 투영빔을 공급하도록 되어 있다.
이후, 상기 빔(PB)은 마스크테이블(MT)상에 잡혀 있는 마스크(MA)를 통과한다. 마스크(MA)를 지난 빔(PB)은 렌즈(PL)를 통과하여 기판(W)의 타겟부(C)위에 빔(PB)을 포커싱한다. 제2위치설정수단(및 간섭계측정수단(IF))에 의하여, 기판테이블(WT)은, 예를 들어 빔(PB)의 경로내에 상이한 타겟부(C)를 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제1위치설정수단은 예를 들어, 마스크 라이브러리로부터 마스크(MA)를 기계적으로 회수한 후에, 또는 스캔하는 동안에, 빔(PB)의 경로에 대하여 마스크(MA)를 정확히 위치시키도록 사용될 수 있다. 일반적으로 대물테이블(MT, WT)의 이동은, 도 1에 명확히 도시되지는 않았지만, 장행정모듈(long-stroke module)(개략 위치설정) 및 단행정모듈(미세 위치설정)의 도움을 받아 실현될 것이다. 하지만, (스텝-앤드-스캔 장치와는 대조적으로) 웨이퍼스테퍼의 경우에 마스크테이블(MT)이 단행정액추에이터에만 연결되거나 또는 고정될 수도 있다. 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬마크(M1,M2) 및 기판 정렬마크(P1 ,P2)를 이용하여 정렬될 수도 있다.
도시된 장치는 두가지 상이한 모드로 사용될 수 있다.
1. 스텝 모드에서는, 마스크테이블(MT)은 기본적으로 정지상태로 유지되며, 전체 마스크 이미지는 한번에(즉, 단일 "섬광"으로) 타겟부(C)에 투영된다. 그 후 기판테이블(WT)이 X 및/또는 Y 방향으로 쉬프트되어 다른 타겟부(C)가 빔(PB)에 의하여 조사될 수 있다.
2. 스캔 모드에서는, 소정 타겟부(C)가 단일 "섬광"으로 노광되지 않는 것을 제외하고는 기본적으로 동일한 시나리오가 적용된다. 그 대신에, 마스크테이블(MT)이 v의 속도로 소정 방향(소위 "스캔방향", 예를 들어 y 방향)으로 이동 가능해서, 투영빔(PB)이 마스크 이미지의 모든 부분을 스캐닝하도록 되고, 이와 함께 기판테이블(WT)은 속도 V=Mv로, 동일한 방향 또는 그 반대 방향으로 동시에 이동하는데, 이 때 M은 렌즈(PL)의 배율(통상 M=1/4 또는 M=1/5)이다. 이러한 방식으로, 해상도를 떨어뜨리지 않고도 비교적 넓은 타겟부(C)가 노광될 수 있다.
도 9를 참조하면, 조명시스템(IL)은 광 콜렉팅/콜리메이팅 광학기(10); 액시콘/줌 모듈(12); 다중극 모드 생성요소(38); 및 광 인티그레이팅 및 투영 광학기(14)를 포함한다. 상기 구성요소들은 광학축선(16)을 따라 놓여지며 투영시스템 또는 렌즈(PL)를 거쳐 웨이퍼(W)상의 레지스트에 노광 패턴을 생성시키는 마스크평면(20)에 위치한 마스크(MA)를 조명하는데 사용된다. 도 9에 예시된 조명시스템(IL)은 석영 로드 광 인티그레이터를 포함한다. 도 9는 액시콘/줌 모듈(12)과 시스템의 퓨필평면(18)의 인티그레이팅/투영 광학기(14) 사이에 위치한 다중극 모드 생성요소(38)를 나타낸다. 상기 요소(38)는, 예를 들어 액시콘/줌 모듈(12) 앞에 위치하거나, 액시콘/줌 모듈(12)내에 삽입하거나 로드(26)의 입구윈도우 등, 조명시스템(IL)내의 어느 곳에나 배치될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 그 배치는 사용되고 있는 특정 다중극 모드 생성요소(38)와 관련되어 있다. 물론, 도 9에 도시된 광학축선(16)은 보다 컴팩트한 조명시스템을 생성하기 위하여 폴딩(folding)될 수 있다.
도 10a에는 다중극 모드 생성요소(38)의 일 실시예가 도시되어 있다. 상기 요소(38)는 퓨필평면(18)의 빔 경로내에 삽입가능하며, 본 명세서에서 몰타 어퍼처 블레이드(Maltese aperture blade ; MAB)이라 칭하기도 하는 몰타 십자가(Maltese cross)(40)를 형성하는 4개의 삼각형 블레이드(41,42,43,44)를 가진다. 각 블레이드는 정점 각도(β;apex angle)를 갖는다. 도 10b는 액시콘/줌 모듈(12) 및 MAB(40)에 의하여 생성되는 환형 조명 모드의 조합으로부터 나온 조명 세기분포를 나타낸다. 상기 분포는 4개의 광빔 또는 극(45)을 갖는다. 본 실시예는 연속적으로 변화가능한 사중극 조명모드가 생성될 수 있도록 한다. 각 극(45)의 반경방향의 위치는 액시콘 광학기를 조정함으로써 변화될 수 있고, 각 극의 반경방향 폭은 줌 렌즈(24)를 조정함으로써 변화될 수 있으며, 접선방향의 극의 폭은 도 11에 도시된 몰타 십자가(40)와 같은 상이한 정점 각도(β1)를 갖는 또 다른 블레이드 세트를 삽입함으로써 변경될 수 있다. 블레이드 전부를 제거하면, 상기 조명시스템이 다시 연속적인 변형을 갖는 종래의 모드 및/또는 환형 모드로 상기 조명시스템이 사용될 수 있다.
상이한 정점 각도로 이루어진 블레이드들을 개재시키면 접선방향 극의 폭이 이산적인 단차를 갖도록 변화될 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 접선방향 극의 폭은, n개의 블레이드의 스택을 포함하며 그들의 꼭지점(vertex)들이 자리한 시스템의 광학축선을 중심으로 서로에 대해 회전가능한 몰타 십자가의 각 암(arm)에 의하여 연속적으로 변화될 수 있다. 각 개별 블레이드의 각도가 β라면, 전체 세그먼트 각도는 β에서 nβ까지 연속적으로 변화될 수 있기 때문에, 각 극의 접선방향 폭(tangential width)은 π/2-β와 π/2-nβ 사이에서 변화될 수 있다. 몰타 십자가의 각 암의 유효 폭을 변화시키기 위한 블레이드의 회전은 자동화될 수 있다. 도 12에는 각 스택이 2개의 블레이드로 이루어진 실시예가 도시되어 있다. 도 12는 펼쳐져 나온 각 스택의 블레이드들이 도시되어 있다. 상기 브레이드들이 정렬되는 경우, 몰타 십자가(40)는 도 11에 도시된 것과 같은 모습을 가진다. 예를 들어, 그들의 유효 폭이 변화될 수 있도록 하기 위해 반경방향 축선을 중심으로 회전가능한 블레이드들, 예를 들어 나비 형태로 힌지가공된 2개의 브레이드들을 갖도록 하는 또 다른 변형례가 있다.
추가 실시예에 따르면, 도 9의 조명시스템에 도시된 바와 같이, 직사각형 석영 로드(26)과 같은 광 파이프를 포함하는 광학시스템에 다중극 모드 생성요소(38)로서 단 2개의 블레이드가 사용된다. 상기 블레이드들 중 하나는 석영 로드(26)의 직사각형 단면의 짧은 쪽과 평행하게 배향되고, 또 다른 블레이드는 긴 쪽과 평행하게 배향된다. 석영 로드(26)의 다중 반사(multiple reflection)로 인하여 나타나는 조명모드는 환형 및 사중극이 혼합된 형태이다. 2 블레이드 시스템은 광 빔을 가로막는 블레이드의 수가 더 적기 때문에 몰타 십자가 배열보다 에너지 손실이 더 작은 사중극 구성요소를 포함하는 조명모드를 생성시킬 수 있다. 일 실시예에서, 예를 들어, 도 10a에 도시된 블레이드(41,42)와 같은 블레이드들은 삼각형이고 몰타 십자가의 직각방향의 두 아암과 유사하다. 이 실시예에서의 블레이드들 중 하나 또는 둘 모두는 상술된 바와 같이 보다 작은 회전가능 블레이드들의 스택을 포함하는 복합 블레이드일 수 있다.
통상적으로, 광 극(45)들이 직교하는 라인들로부터 45°에 중심을 갖고 각 4분면에 위치하도록, 마스크(MA)상의 직교하는 라인들에 대응되는 방향을 따라 상기 블레이드들이 위치한다. 이러한 배향은, 특히 DRAM-형 구조체와 같은 밀집된 구조체에 대한 라인들의 최적의 투영을 생성시킬 수 있다. 상기 직교하는 라인들은 대체로 수평방향 및 수직방향으로 칭해진다.
블레이드를 사용하는 상기 실시예들의 추가 변형례로는, 극의 위치가 회전될 수 있도록 모든 블레이드들이 조명시스템의 광학축선(16)을 중심으로 회전가능하도록 하는 것이 있다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예는 다중극 모드 생성요소로서 피라미드형 프리즘(50)을 구비한 액시콘/줌 모듈을 포함한다. 이것은 또한, 연속적인 모드들의 변화를 갖는 종래의 환형이며 사중극의 조명이 생성될 수 있도록 한다. 도 13은 액시콘/줌 모듈의 광학 구성요소들을 나타내고 있다. 도 13의 우측 칼럼은 1쌍의 액시콘 (22a,22b) 및 줌 렌즈(24)의 다양한 위치들에 대한 퓨필평면(18)에서의 조명 세기분포를 나탄내다. 1쌍의 액시콘(22)은 원형 및 환형의 조명 패턴을 생성시키기 위하여 하나는 오목부(22a) 및 하나의 볼록부(22b)인 원뿔형 표면들을 갖는 1쌍의 요소를 포함한다. 네번째 열은 볼록요소(22b)로부터의 피라미드 형상의 프리즘(50)을 분리시킨 효과를 나타낸다. 피라미드(50)와 마주하는 볼록요소(22b)의 측면은 상기 피라미드(50)를 수용하기 위하여 오목한 피라미드꼴로 되어 있다. 볼록요소(22b) 및 피라미드(50)는 피라미드형 액시콘 또는 피라미돈(pyramidon)으로도 알려진 제2액시콘을 포함한다. 피라미드 형상의 프리즘(50)은 도 13 우측 칼럼의 저부에 예시된 4개의 스폿과 같은 4중극 모드 조명패턴을 결과적으로 생성시키는 4측 베이스를 갖는다.
도 13의 액시콘/줌 모듈은 조명모드가 통상적인 것에서 환형 또는 4중극으로 연속해서 변화되도록 한다. 줌 렌즈(24)는 스폿의 크기나 부분적인 가간섭성 팩터(partial coherence factor)를 설정하고, 1쌍의 액시콘(22)은 환형성을 결정하며, 피라미드(50)는 4중극성을 결정한다. 또한, 높은 스루풋이 얻어질 수 있도록 광 플럭스는 차단되기 보단 재분배되기 때문에 실제적인 광의 손실은 없다.
설명한 예시들에 있어 조명 방사선은 줌 렌즈(24)를 거치기 이전에 1쌍의 액시콘(22)을 통과하기는 하나, 상기 요소들의 순서는 사용되는 방사원에 따라 변경될 수 있다.
도 14를 참조하면, 상술된 바와 같은 조명시스템(IL)은 기판(W)상의 마스크(M)를 반복적으로 묘화시키는데 사용될 수 있다. 나타낸 리소그래피 장치는 투과성이지만, 예를 들어 반사형이거나 카타디옵트릭형일 수도 있다.
리소그래피 장치(1)는 투영빔(PB)을 공급하도록 구성 및 배치된, 본 발명에 따른 조명시스템 및 방사원을 포함하는 조명하우징(LH)을 구비한다. 투영빔(PB)은 다이어프램(DR)을 통과한 뒤, 적정 위치로 조정가능한 마스크테이블(MT)상에 배치되는 마스크(M)에 입사된다. 마스크 테이블(MT)은, 복수의 렌즈 요소(도 14에는 그 중 2개인 L1, L2만 도시됨)를 포함하는 렌즈(PL) 또는 투영시스템을 포함하는 투영칼럼(PC)의 일부를 형성한다. 투영시스템 또는 렌즈(PL)는 마스크(M)를 포토레지스트 층이 제공되는 기판(W)상으로 묘화한다. 기판(W)은, 예를 들어 공기베어링상의 기판테이블(WT)의 일부를 형성하는 기판지지부(WC)상에 제공된다. 투영시스템 또는 렌즈(PL)는, 예를 들어 M = 1/4의 배율 및 NA ＞ 0.7의 개구수를 갖는다. 기판테이블(WT)은, 예를 들어 투영칼럼(PC)의 하부측을 폐쇄하는 화강암 베이스 플레이트(BP)에 의하여 지지된다.
기판은 X, Y 및 Z 방향으로 변위될 수 있으며, 가령 기판테이블(WT)의 도움으로 Z축을 중심으로 회전될 수 있다. 이러한 조정들은 포커스 서보시스템, 예를 들어 기판지지부와 협력하는 X, Y, ΦZ 간섭계시스템, 및 마스크 마크들이 기판 마크에 대해 정렬될 수 있는 정렬시스템과 같은 다양한 서보시스템들에 의하여 제어된다. 상기 서보시스템들은 도 14에는 나타나 있지 않다. 단지 정렬시스템의 정렬 빔(AB1,AB2)만이 도시되어 있다.
마스크(MA)는, 기판상에 형성될 IC의 수에 따라, 여러 번 묘화되는데, 묘화 마다 기판(W)상의 상이한 타겟영역(C)이 묘화되어야 한다.
도 15를 참조하면, 본 발명에 따른 마스크(MA1)의 실시예는 묘화될 피처(100)를 포함한다. 상기 실시예에서, 묘화될 피처(100)는 홀, 예를 들어 100nm의 홀이다. 어시스트 피처(101)는, 프로세스 변형에 대한 저항성을 높이고 피처(100)에 세기를 더하기 위하여 상기 피처(100) 부근의 마스크에 형성된다. 예를 들어, 회절효과를 줄이고, 콘트라스트를 증대시키며 해상도를 높이기 위하여 피처(100)로부터 180°위상 시프트된 위상 시프트 영역(102) 및 어시스트 피처(101)가 제공된다. 마스크(MA1)는 예를 들어, 크롬으로 형성된 불투명 영역(103)을 더 포함한다.
도 16 및 17을 참조하면, 조명세기분포 또는 마스크(MA1)의 피처에 대응되는 기판(W1)의 홀(105)을 형성할 수 있는 배열이 나타나 있다. 조명세기분포는, 예를 들어 0.95/0.8 30° 퀘이사 배열일 수도 있다. 상기 수 0.95, 0.8 및 30°는, 각각 극 반경들(σo, σi)및 극의 각도를 지칭한다. 리소그래피 장치는 개구수 NA=0.85를 갖는다. 도 17은 도 15의 마스크(MA1)를 사용하여 기판(W1)상의 레지스트에 형성되는 홀(105)의 산출된 프로파일을 나타낸다. 도 17에 나타난 바와 같이, 어시스트 피처들은 레지스트내로 프린트되나, 마스크 피처의 크기 및 도스는 상기 홀(105)만 레지스트내로 프린트되도록 조정될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 도 18은 20nm의 마스크 바이어스 및 현대의 포토레지스트 모델을 가정하여, 도 15의 마스크(MA1)에 적용된 것과 같은 도 16의 일루미네이터 배열에 대한 모의실험된 프로세스 관용도, 노광 관용도 대 초점깊이를 나타낸다. 도시된 조명배열은 퀘이사이지만, 상기 조명배열이 묘화될 특정 패턴에 따르거나 또 다른 배열일 수도 있다는 것을 이해해야 한다.
도 17에 나타낸 프로파일의 네거티브 이미지를 프린트하기 위하여, 도 15의 마스크(MA1)를 사용할 수 있다. 도 16에 나타낸 일루미네이터 배열의 극들을 도 19에 나타낸 일루미네이터 배열이 되도록 45°만큼 회전시키면, 기판(W2)상의 레지스트에 도 20에 나타낸 바와 같이 계산된 프로파일이 형성될 수 있다. 도 20에 나타낸 바와 같이, 인버스 콘택트 또는 포스트(110)가 홀 대신 형성된다. 도 19를 참조하면, 포스트(11)를 생성시키기 위한 일루미네이터 배열이 도시되어 있다. 조명세기분포는, 예를 들어 0.92/0.72 30°C-quad 배열일 수 있다. 홀을 형성하는 상술된 실시예에서와 같이, 포스트를 형성시키기 위한 상기 실시예의 리소그래피 장치는 개구수 NA = 0.85를 가진다. 도 21은 20nm의 마스크 바이어스 및 현대의 포토레지스트 모델을 가정하여 도 15의 마스크(MA1)에 적용된 것과 같은, 도 19의 일루미네이터 배열에 대한 모의실험된 프로세스 관용도를 나타낸다. 상기 예시의 조명세기분포는 퀘이사이지만, 상술된 바와 같이 상기 조명배열은 묘화될 특정 패턴에 따르거나 또 다른 배열일 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 또한, 조명세기분포의 회전은, 허용가능한 프로세스 관용도내에서 네거티브 이미지를 생성시키기 위하여 상기 극들의 반경 및 각도를 변화시키는 과정을 포함할 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 도 15에 나타낸 4 폴드 대칭 마스크(four-fold symmetric mask)의 45°회전에 의한 이미지 톤의 반전(reversal)의 결과는, 2 폴드 대칭 마스크 및 이중극 조명의 90°회전, 3 폴드 대칭 마스크 및 3중극 조명의 60° 회전 또는 6 폴드 대칭 마스크 및 6중극 조명의 30°회전에 의한 것과 유사한 결과를 얻을 수 있다. 일반적으로, n 폴드 대칭 마스크의 반전 이미지는, n 극을 갖는 조명배열을 360°/2n의 각도 만큼 회전시킴으로써 얻을 수 있다(여기서, n은 1 보다 큰 정수 임).
따라서, 본 발명은 마스크 패턴을 묘화시키는데 사용되는 조명배열의 극들을 회전시킴으로써 마스크상에 형성되는 패턴의 톤의 반전이 일어나도록 한다.
상술된 바와 같이, 조명배열의 극들은 도 10a 내지 12에 나타낸 블레이드들을 회전시킴으로써 회전될 수도 있다. 따라서, 네거티브 레지스트를 사용한다거나 종래의 화학적 이미지 톤의 반전 프로세스를 수행할 필요가 없다. 본 발명은, 홀 및 포스트 둘 모두를 형성시키는데 동일한 마스크를 사용하여, 연속하는 레벨로 홀 및 포스트의 정렬을 개선시키기 위하여 사용될 수 있다. 본 발명은 웨이퍼 가공시간을 단축시키고, 스루풋을 증대시키고, 비용을 절감시키며 우수한 정렬을 제공한다.
도 22 및 23을 참조하여, 이미지 톤의 반전의 또 다른 예시적인 방법에 대하여 설명하기로 한다. 도 22는 120nm의 격리된 홀을 포함하는 25% 감쇠 위상시프트 마스크 및 도 2에 나타낸 것과 유사한 0.3의 작은 시그마의 통상적 조명배열을 사용하여 기판(W3)에 형성되는 홀(115)의 계산된 프로파일을 나타낸다. 도 23을 참조하면, 홀(115)의 반전인 포스트(120)의 계산된 프로파일은, 홀(115)를 형성하는데 사용되는 동일한 마스크 및 도 3에 나타낸 것과 유사한 0.92/0.72 환형 조명배열을 사용하여 기판(W4)상에 형성될 수 있다. 일반적으로, 상대적으로 작은 시그마의 통상적 조명에 의하여 형성되는 홀의 반전 이미지인 포스트는 상대적으로 큰 시그마와 상대적으로 좁은 폭의 환형 조명배열을 사용하여 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명은 "소스 역전(source inversion)"에 의하여 마스크상에 형성되는 패턴의 톤의 반전을 가능하게 한다.
도 24를 참조하면, 본 발명에 다른 이미지 톤의 반전 방법의 일 실시예는, 리소그래피 문제을 한정하는 단계(S410)를 포함한다. 한정되는 리소그래피 문제는 네거티브하게 프린트될 피처들을 포함하는 디바이스의 디자인작업을 포함할 수 있다. 상기 리소그래피 문제는 또한, 홀 및 포스트의 형성을 위해 유사한 마스크 패턴을 이용하거나 심지어 동일한 마스크를 이용하여 웨이퍼의 연속적으로 패터닝되는 층들의 홀 및 포스트들의 정렬을 포함할 수도 있다. 또한, 리소그래피 문제는 홀 및 포스트 어레이의 프린트작업을 더 포함할 수도 있다. 이 때, 상기 방법은 마스크가 일정 패턴을 포함하는 마스크가 디자인되는 단계 S420으로 진행하며, 상기 패턴은 포지티브 및 네거티브하게 묘화될 일부분을 적어도 포함한다. 단계 S430에서는, 상기 부분을 포지티브하게 묘화할 수 있는 제1조명배열이 결정된다. 상술된 바와 같이, 마스크의 상기 부분을 포지티브하게 묘화할 수 있는 제1조명배열은 상기 부분에 포함되는 피처에 맞게 구성되며 다중극 배열 또는 작은 시그마 배열일 수도 있다. 그 다음, 상기 방법은 상기 부분을 네거티브하게 묘화할 수 있는 제2조명배열이 결정되는 단계 S440으로 진행한다. 상술된 바와 같이, 마스크의 상기 부분을 네거티브하게 묘화하기 위한 상기 제2조명배열은 다중극 배열 또는 환형 배열을 포함할 수도 있다. 단계 S450에서, 조명배열은 제1조명배열로부터 제2조명배열로 변경된다. 상술된 바와 같이, 조명배열의 변경작업은 다중극 조명배열의 극들을 회전시키는 작업이나 작은 시그마 조명배열의 환형 조명배열로의 "역전(inversion)"을 포함할 수 있다. 상술된 방법이 진행되는 동안, 그 이전 또는 그 이후에 여타의 과정이 진행될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 상기 방법은, 예를 들어, 제1층을 형성시키기 위하여 상기 마스크 또는 단지 상기 부분만을 포지티브하게 묘화하고 나서 상기 마스크를 재정렬시키는 단계, 상기 조명배열을 변경시키고 상기 마스크나 마스크의 상기 부분을 네거티브하게 묘화하는 단계 및 제1층의 홀이 제2층의 포스트와 정렬될 수 있도록 상기 제2층을 형성시키기 위하여 네거티브하게 묘화하는 단계를 포함하거나 그렇지 않을 수도 있다.
도 25를 참조하면, 집적회로, 집적 광학시스템, 자기 영역 메모리, 액정 표시 패널, 박막 자기헤드, 인쇄된 와이어링 보드 또는 나노마그넷 제조에 사용하기 위한 디바이스 제조방법은, 적어도 부분적으로 방사선 감응재의 층으로 덮힌 기판을 제공하는 단계(S510), 방사선 시스템을 사용하여 방사선의 투영빔을 제공하는 단계(S520), 마스크를 사용하여 상기 투영빔의 단면에 일정 패턴을 부여하는 단계(S530) 및 방사선의 패터닝된 빔을 방사선 감응재 층의 타겟부상으로 투영하는 단계(S540)를 포함한다. 당업자라면, 도 23의 방법은 디바이스의 기능 및 성능과 상기 기능을 실현하기 위한 패턴의 디자인에 이어질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 본 발명에 따른 마스크의 디자인 및 제조는 도 25에 나타낸 방법에 선행할 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 또한 기판 또는 웨이퍼 생산 및 프로세싱은 도 25에 나타낸 방법에 선행할 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 웨이퍼 가공작업은, 예를 들어 웨이퍼 표면을 산화시키는 단계, 웨이퍼 표면에 절연막을 형성시키는 단계, 진공 증착과 같은 방법으로 웨이퍼상에 전극을 형성시키는 단계, 웨이퍼내에 이온을 주입(implant)하는 단계 및 포토감응제(photosensitive agent)로 웨이 퍼를 도핑(doping)하는 단계를 포함할 수도 있다. 도 25에 나타낸 방법에 이어지는 여타의 웨이퍼 프로세싱 단계들은 레지스트를 현상하는 단계, 에칭과 같은 방법으로 현상된 레지스트를 제거하는 단계 및 에칭후에 불필요한 레지스트를 제거하는 단계를 포함한다. 예를 들어 다이싱, 본딩, 패키징(칩 실링) 및 작동 및 내구성 체크 시험을 포함하는 디바이스 조립 및 검사는 도 24에 나타낸 방법에 이어질 수도 있다는 것을 이해해야 한다.
도 26을 참조하면, 본 발명에 따른 예시적인 방법에 의하여 제조되는 디바이스(900)는 그 내부에 홀들(933,934)이 형성된 패턴을 갖는 기판(910)을 포함한다. 상술된 바와 같이, 상기 디바이스(900)는 집적회로, 집적 광학시스템, 자기 영역 메모리, 액정 표시 패널, 박막 자기헤드, 인쇄된 와이어링 보드 또는 나노마그넷의 제조을 위해 형성될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 상기 디바이스(900)는 상기 방법이나 그것의 변형례를 반복함으로써 형성될 수 있는 복수의 패터닝된 층을 포함할 수도 있다는 것을 이해해야 한다.
도 27을 참조하면, 본 발명에 따른 예시적 방법에 의하여 제조되는 디바이스(950)는 그 내부에 포스트(983,984)가 형성되는 기판(960)을 포함한다. 상기 디바이스는 도 28에 나타낸 방법에 의하여 형성될 수도 있다. 도 28을 참조하면, 상기 방법은, 도 24를 참조하여 상술된 것과 유사한 방식으로 리소그래피 문제를 한정함으로써(S610) 개시된다. 상기 방법은 일정 패턴을 포함하는 마스크가 디자인되는 단계 S620으로 진행하여 상기 패턴은 포지티브 및 네거티브하게 묘화되는 일부분을 적어도 포함한다. 단계 S630에서는, 상기 부분을 포지티브하게 묘화할 수 있는 제1조명배열이 결정된다. 그 다음, 상기 방법은 적어도 부분적으로 방사선 감응재의 층으로 덮힌 기판이 제공되는 단계 S640으로 진행한다. 단계 S650에서는, 제1조명배열을 갖고 마스크의 패턴이 부여된 투영빔에 의하여 기판의 타겟부가 노광된다. 그 후 상기 방법은 마스크의 상기 부분을 네거티브하게 묘화할 수 있는 조명배열이 결정되는 단계 S660으로 진행한다. 단계 S670에서, 상기 조명배열은 제1조명배열로부터 제2조명배열로 변경된다. 상기 방법은 기판의 타겟부가 제2조명배열을 갖고 마스크 패턴이 부영된 투영빔에 의하여 노광되는 단계 S680에서 종료된다. 상술된 방법은 상술된 것과는 다른 방식으로 진행될 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 제1 및 제2조명배열은 기판의 어떠한 노광이 있기 전에 결정될 수도 있다. 또한, 상기 기판 또는 웨이퍼의 생산 및 프로세싱은, 도 24에 대하여 상술된 것과 같이 도 28의 방법에 선행할 수도 있고, 여타의 웨이퍼 처리 단계와 디바이스 조립 및 검사 단계들이, 또한 도 24에 대해 상술된 것처럼 도 28의 방법에 이어질 수도 있다는 것을 이해해야 한다.
특정 리소그래피 문제 또는 피처와 관련하여, 본 발명의 상기 예시적 방법들을 사용하면 상기 피처가 통상적으로 기대되는 것과는 "반대의 톤(opposite tone)"으로 된 마스크로 프린트될 수 있다. 예를 들어, 포스트들을 프린트하기 위해서 크롬 광 차단 영역 및 포지티브 레지스트를 포함하는 마스크가 패턴을 한정하는데 일반적으로 사용될 수 있다. 하지만, 본 발명의 조명배열 및 마스크 디자인을 사용하여 개방 영역(open region)을 포함하는 마스크에 의해 포스트들이 프린트될 수 있다. 본 발명에 따른 대안으로서, 통상적으로 크롬 광 차단 영역을 포함하는 마스크 를 필요로 하는, 개방 영역을 포함하는 마스크로부터 홀을 프린트하기 위해 네거티브 레지스트가 선택될 수 있다. 따라서, 본 발명은 리소그래피 피처들을 프린트하기 위해 마스크의 디자인, 레지스트 프로세스 및 일루미네이터 배열에 있어 보다 많은 선택권을 제공한다.
본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였으나, 본 발명은 상술된 것과는 달리 실행될 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 상기 설명은 본 발명을 제한하려 의도된 것이 아니다.
본 발명에 따르면, 기판상에 형성되는 방사선 감응재의 층에 프린트될 이미지 톤을 반전시키는 방법을 얻을 수 있다.

Claims (20)

  1. 부분적으로 또는 전체적으로 기판을 덮는 방사선 감응재의 층에 프린트될 이미지의 톤을 반전시키는 방법에 있어서,
    프린트될 리소그래피 피처를 포함하는 리소그래피 문제를 한정하는 단계;
    패터닝 디바이스를 디자인하는 단계;
    상기 리소그래피 피처의 포지티브 톤을 프린트할 수 있는 제1조명배열 및 방사선 감응재 프로세스를 결정하는 단계; 및
    상기 방사선 감응재 프로세스로 상기 리소그래피 피처의 네거티브 톤을 프린트할 수 있는 제2조명배열을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1조명배열을 결정하는 단계는 다중극 조명배열을 선택하는 단계를 포함하고, 상기 제2조명배열을 결정하는 단계는 상기 제1조명배열의 극들을 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2조명배열을 결정하는 단계는 상기 제1조명배열의 상기 극들의 반경들 및 각도를 변경시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1조명배열을 결정하는 단계는 작은 시그마 조명배열을 선택하는 단계를 포함하며, 상기 제2조명배열을 결정하는 단계는 상기 작은 시그마 조명배열을 환형 조명배열로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 패터닝 디바이스를 디자인하는 단계는 상기 패터닝 디바이스의 위상 시프팅 영역 및 어시스트 피처들 중 1이상을 디자인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 집적회로, 집적 광학시스템, 자기 영역 메모리용 패턴, 액정 표시 패널, 박막 자기헤드, 인쇄된 와이어링 보드 또는 나노마그넷 제조에 사용하기 위한 디바이스에 있어서,
    프린트될 리소그래피 피처를 포함하는 리소그래피 문제를 한정하는 단계;
    패터닝 디바이스를 디자인하는 단계;
    부분적 또는 전체적으로 방사선 감응재의 층으로 덮힌 기판을 제공하는 단계;
    리소그래피 피처의 포지티브 톤을 프린트할 수 있는 제1조명배열 및 방사선 감응재 프로세스를 결정하는 단계;
    상기 방사선 감응재 프로세스로 상기 리소그래피 피처의 네거티브 톤을 프린 트할 수 있는 제2조명배열을 결정하는 단계;
    제1 또는 제2조명배열을 가지며 상기 패터닝 디바이스에 의하여 그것의 단면에 패턴이 부여된 투영빔을 상기 방사선 감응재 층의 타겟부상으로 투영하는 단계를 포함하는 방법에 제조되는 디바이스.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1조명배열을 결정하는 단계는 다중극 조명배열을 선택하는 단계를 포함하고, 상기 제2조명배열을 결정하는 단계는 상기 제1조명배열의 극들을 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2조명배열을 결정하는 단계는 상기 제1조명배열 극들의 반경들 및 각도를 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제1조명배열을 결정하는 단계는 작은 시그마 조명배열을 선택하는 단계를 포함하며, 상기 제2조명배열을 결정하는 단계는 상기 작은 시그마 조명배열을 환형 조명배열로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 패터닝 디바이스는 상기 마스크의 위상 시프팅 영역 및 어시스트 피처들 중 1이상을 디자인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  11. 광학축선을 따르는 복수의 광학요소를 포함하는 조명시스템에 의하여 생성되는 조명배열을 사용하여 부분 또는 전체적으로 기판을 덮는 방사선 감응재의 층에 프린트될 이미지의 톤을 반전시키는 방법에 있어서,
    프린트될 리소그래피 피처를 포함하는 리소그래피 문제를 한정하는 단계;
    패터닝 디바이스를 디자인하는 단계;
    상기 리소그래피 피처의 포지티브 톤을 프린트할 수 있는 제1조명배열 및 방사선 감응재 프로세스를 결정하는 단계; 및
    상기 방사선 감응재 프로세스로 상기 리소그래피 피처를 프린트할 수 있는 제2조명배열을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1조명배열을 결정하는 단계는 다중극 조명배열을 선택하는 단계를 포함하고, 상기 제2조명배열을 결정하는 단계는 상기 제1조명배열의 극들을 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2조명배열을 결정하는 단계는 상기 제1조명배열의 극들의 반경들 및 각도를 변경시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제1조명배열을 결정하는 단계는 작은 시그마 조명배열을 선택하는 단계를 포함하며, 상기 제2조명배열을 결정하는 단계는 상기 작은 시그마 조명배열을 환형 조명배열로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 패터닝 디바이스를 디자인하는 단계는 상기 패터닝 디바이스의 위상 시프팅 영역 및 어시스트 피처들 중 1이상을 디자인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 방사선 빔을 제공하도록 구성된 조명시스템;
    상기 방사선 빔의 단면에 일정 패턴을 부여하도록 구성된 패터닝 디바이스를 지지하도록 구성된 지지체;
    부분적 또는 전체적으로 방사선 감응재의 층으로 덮힌 기판을 지지하도록 구성된 기판테이블; 및
    상기 기판의 타겟부상으로 상기 패터닝된 방사선 빔을 투영하도록 구성된 투영시스템을 포함하는 리소그래피 투영장치에 있어서,
    상기 조명시스템은 제1조명배열 및 방사선 감응재 프로세스를 이용하여 상기 패터닝 디바이스에 의하여 한정된 리소그래피 피처를 포지티브 톤으로 프린트하고, 상기 방사선 감응재 프로세스와 함께 제2조명배열을 이용하여 상기 리소그래피 피처를 네거티브 톤으로 프린트하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1조명배열은 다중극 조명배열을 포함하고, 상기 제2조명배열은 상기 제1조명배열의 극들이 회전되는 것을 포함하는 것을 특징으로 리소그래피 투영장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제2조명배열은 상기 제1조명배열 극들의 변경된 반경들 및 각도를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 제1조명배열은 작은 시그마 조명배열을 포함하고, 상기 제2조명배열은 환형 조명배열을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 패터닝 디바이스는 마스크이며, 위상 시프팅 영역 및 어시스트 피처들 중 1이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
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