KR100799527B1 - 복합 광학 리소그래피를 위한 방법 및 디바이스 - Google Patents

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Abstract

복합 패터닝 기법은 세개의 리소그래피 공정을 포함한다. 제 1 리소그래피 공정은 제 1 포토레지스트 상에 교번하는, 실질적으로 동일한 폭의 연속하는 라인 및 공간의 주기적 패턴을 형성한다. 제 2 리소그래피 공정은 비간섭 리소그래피 기법을 사용하여 패터닝된 라인의 연속성을 깨고 원하는 집적 회로 피처의 부분을 형성한다. 제 1 포토레지스트가 현상될 수 있다. 제 2 포토레지스트는 상기 제 1 포토레지스트 위에 형성된다. 제 3 리소그래피 공정은 비간섭 리소그래피 기법을 사용하여 제 2 포토레지스트 상에 패턴을 노출하고 집적 회로 패턴의 나머지 원하는 피처를 형성한다.

Description

복합 광학 리소그래피를 위한 방법 및 디바이스{COMPOSITE OPTICAL LITHOGRAPHY METHOD FOR PATTERNING LINES OF SIGNIFICANTLY DIFFERENT WIDTHS}
본 발명은 복합 광학 리소그래피 패터닝 기법에 관한 것으로, 이는 종래의 리소그래피 기법과 비교하여 보다 작은 집적 회로 피처를 형성할 수가 있다. 이 복합 패터닝 기법은 기판 상의 소정의 영역에 대해 고밀도의 집적 회로 피처(feature)를 제공할 수가 있다.
집적 회로(IC) 제조 공정은 웨이퍼 상에 다양한 물질 층을 증착하고 증착된 층 상에 감광성 레지스트(포토레지스트)를 형성한다. 이 공정은 리소그래피를 사용하여 광을 투과시키거나 패터닝된 레티클(마스크)로부터의 광을 포토레지스트로 반사시킨다. 레티클로부터의 광은 패터닝된 이미지를 포토레지스트 상으로 전사시킨다. 이 공정은 광에 노출되는 포토레지스트의 부분을 제거할 수 있다. 공정은 나머지 포토레지스트에 의해 보호되지 않는 웨이퍼의 부분을 에칭하여 집적 회로 피처를 형성할 수가 있다.
반도체 산업은 트랜지스터 피처의 사이즈를 지속적으로 감소시켜 트랜지스터 밀도를 증가시키며 트랜지스터 성능을 개선시키고 있다. 이러한 바램은 포토리소그래피 기법에서 사용되는 광의 파장을 축소하여 포토레지스트에서 보다 소형의 IC 피처를 규정하고 있다. 복합 리소그래피 노출 툴은 제조 및 동작에 보다 많은 비용을 발생시킬 수 있다.
종래의 패터닝 기법은, 복합 조명장치가 장착된, 고가이며 회절 제한되며 개구수(NA)가 높으며, 수차 보정이 높은 렌즈 혹은 툴을 사용할 수 있다. 종래의 패터닝 기법은 또한 복잡하고 고가인 마스크를 사용할 수도 있는데, 이는 다양한 위상 시프터 및 복합 광학 근접 보정장치(OPC)를 사용한다.
복합 패터닝 기법은 두개 이상의 리소그래피 공정을 포함할 수 있다. 제 1 리소그래피 공정은 간섭 리소그래피를 사용하여 제 1 포토레지스트 상에 실질적으로 동일한 폭의 라인 및 공간의 주기적인 교번 패턴을 형성한다. 제 2 리소그래피 공정은 비간섭 리소그래피 기법을 사용하여 상기 제 1 리소그래피 공정에 의해 형성된 패터닝된 라인의 연속성을 차단하고 실질적으로 큰 폭의 피처가 패터닝될 필요가 있는 레이아웃 영역 위의 레지스트를 제거한다. 제 1 포토레지스트는 현상될 수 있으며 제 2 포토레지스트가 형성될 수 있다. 제 3 리소그래피 공정은 간섭 패턴 라인 폭보다 상당히 큰 폭을 갖는 피처를 노출할 수가 있다.
복합 패터닝 기법은 폭이 상당히 상이한 라인의 패턴을 형성할 수 있다. 가령, 하나의 라인의 폭은 다른 라인의 폭보다 10% 더 클 수 있다. 다른 예로서, 하나의 라인 폭은 다른 라인 폭보다 30%이상 더 클 수 있다. 폭이 상당히 상이한 폭을 갖는 패터닝된 라인은 가령, 집적 회로(IC) 제조 공정에서 폭이 상당히 상이한 게이트를 패터닝하는 데 바람직할 수 있다. 폭이 상당히 상이한 게이트는 집적 회로의 속도 및 전력 성능을 최적화할 수 있다.
다른 실시예에서, 제 1 공정은 비간섭 리소그래피 기법을 포함할 수 있으며, 제 2 공정은 간섭 리소그래피 공정을 포함할 수 있다.
도 1a는 간섭 리소그래피 장치를 도시한다.
도 1b는 광을 통과시키며 기판 상에 포토레지스트를 방사하는 슬릿을 갖는 회절 격자의 예를 도시하고 있다.
도 2는 도 1a 및 도 1b의 간섭 리소그래피 장치에 의해 생성되는 공간 및 라인의 간섭 패턴의 잠재하는 혹은 실제의 이미지를 도시하고 있다.
도 3a는 제 1, 제 2, 및 제 3 리소그래피 공정에 의해 형성되는 폭이 상당히 상이한 라인의 원하는 최종 레이아웃을 도시하고 있다.
도 3b는 제 2 리소그래피 공정에 의해 변경된 도 2의 미노출 라인 및 노출 공간의 연속하는 잠재적인 패턴 후의 레이아웃을 도시하고 있다.
도 3c는 제 2 리소그래피 공정 마스크 혹은 마스크없이 패터닝하기 위한 그 상응하는 데이터베이스의 개략적인 노출 레이아웃을 도시하고 있다.
도 3d는 제 3 리소그래피 공정에 의해 사용되는 제 2 마스크의 상응하는 레이아웃을 도시하고 있다.
도 4a 내지 도 4h는 포토레지스트 상의 영역을 노출하는 제 2 리소그래피 공정과 그리고 후속하는 현상, 에칭 및 스트립 공정의 예를 도시하고 있다.
도 5는 이동가능한 웨이퍼 스테이지를 갖는 복합 광학 리소그래피 노출 시스템을 도시하고 있다.
도 6은 제 2 패터닝 시스템의 광학적 리소그래피 구현을 도시하고 있다.
도 7은 복합 리소그래피 패터닝 기법의 플로우챠트이다.
도 8은 제 2 리소그래피 공정에 대한 마스크의 레이아웃을 생성하기 위한 공정을 도시한 도면이다.
도 9는 디자인 레이아웃의 예를 도시하고 있다.
도 10은 나머지 레이아웃의 예를 도시하고 있다.
도 11은 방향 D로의 확장 후의 나머지 레이아웃을 도시한 도면이다.
(제 1 리소그래피 공정)
도 1a는 간섭 리소그래피 장치(100)를 도시한다. 간섭 리소그래피 장치(100)는 빔 스플리터(104)와 두개의 미러(106A, 106B)를 포함할 수 있다. 빔 스플리터(104)는 사전결정된 노출 파장(λ)을 갖는 방사원으로부터 가령 조건형 (확장되고 조준된) 레이저 빔(102)과 같은 방사선을 수신할 수 있다. 빔 스플리 터(104)는 방사선(102)을 미러(106A, 106B)로 지향시킬 수 있다. 미러(106A, 106B)는 포토레지스트층(107)과 같은 감광성 매체를 갖는 기판(108) 상에 간섭 패턴(200)(도 2)을 형성할 수도 있다. 다양한 복잡성 및 지능형의 간섭 리소그래피 툴 디자인이 이용될 수 있다. 본 명세서에 기술되는 공정들과 함께 포지티브 혹은 네가티브 포토레지스트가 사용될 수 있다. θ는 포토레지스트(107)의 법선면과 포토레지스트(107) 상에 입사하는 방사선의 빔 간의 각도일 수 있다.
도 2는 도 1a의 간섭 리소그래피 장치(100)에 의해 생성되는 (광에 노출되지 않은) 라인(202)과 (광에 노출된) 공간(204)의 간섭 패턴(200)의 잠재적 혹은 실제의 이미지를 도시하고 있다. "잠재적"이라는 것은 방사로 인한 화학 반응을 경험했지만 아직 용액에서 현상되지 않아 포지티브 톤 포토레지스트(107)(후술되는 도 4c참조)의 노출 영역을 제거하지 못한 포토레지스트(107) 상의 패턴을 지칭한다. 라인(202)은 실질적으로 동일한 폭을 가질 수 있다. 공간(204)은 라인(202)의 폭과 동일한 폭을 가지거나 갖지 못할 수 있다.
"피치(pitch)"는 도 2의 라인 폭과 공간 폭의 합이다. 광학 장치 분야의 당업자에게 알려진 바와 같이, "최소 피치"는 사전 결정된 파장 λ 및 개구수 NA를 갖는 프로젝션 광학 노출 장치에 의해 분해될 수 있는 것으로, 피치/2 = (k1(λ/ni))/NA로서 표현될 수 있다. 여기서, "NA"는 리소그래피 툴에서의 프로젝션 렌즈의 개구수이며, "ni"는 기판(108)과 광학 프로젝션 시스템의 최종 요소, 가령 미러(106A, 106B) 간의 매체의 굴절율이다. 마이크로리소그래피용으로 현재 사용중 인 광학 프로젝션 시스템은 ni=1인 공기를 사용하고 있다. 침수 마이크로리소그래피 시스템(liquid immersion microlithographic system)의 경우, ni〉1.4이다. ni=1인 경우, 피치는 피치/2 = k1λ/NA로서 표현될 수 있다. 여기서, k1은 레일리 상수(Rayleigh's constant)로서 알려져 있다. "NA"는 NA = n0 sinθ로서 표현될 수 있다.
NA는 1일 수 있다. 만약 k1=0.25이며, n가 대략 1이라면, 피치는 피치 = 2(0.25)λ/n0 sinθ ≒ λ/2 sinθ로서 표현될 수 있다.
다른 k1의 값은 0.25보다 더 클 수 있다.
도 1a의 간섭 리소그래피 장치(100)는 최소 피치 ≒ λ/2로서 표현되는 "최소 피치"(최소 라인 폭 + 공간 폭)를 달성할 수 있다.
라인(202) 및 공간(204)은 λ1/2에 근접하는 피치 P1을 가질 수 있으며, λ1은 간섭 리소그래피 공정에서 사용되는 방사선 파장이다. 파장 λ1은 193㎚, 157㎚, 혹은 가령 11-15㎚의 초자외선(EUV) 파장일 수 있다. 대형 피치는 도 1a의 간섭 빔의 각도 θ를 변경함으로써 획득될 수 있다.
노출 공간(204) 혹은 미노출 라인(202)의 최소 피처 사이즈는 λ/4와 동일하거나, 보다 작거나 보다 더 클 수 있다.
제 1 간섭 리소그래피 공정은 최대의 공정 허용도를 갖는 광학 패터닝에 의 해 달성될 수 있는 최대의 밀도에서 최종 패턴의 모든 최소 임계 피처의 폭을 규정할 수 있다.
빔 스플리터(104) 대신에, 프리즘이나 회절 격자와 같은 임의의 광 스플리팅 소자를 사용하여 포토레지스트(107) 상에서 라인(202)과 공간(204)의 교번하는 패턴(200)을 형성할 수 있다.
도 1b는 광을 투과시켜 기판(108) 상의 포토레지스트(107)로 방사시킬 수 있는 슬릿을 갖는 회절 결자의 예를 도시하고 있다. 프로젝션 광학 장치와 연계하는 회절 격자(120)는 도 1a의 빔 스플리터(104) 및 미러(106A, 106B)와 동일한 간섭 패턴(200)을 생성할 수 있다.
간섭 리소그래피에 의해 형성된 간섭 패턴(200)의 사이즈는 하나의 다이(die), 다수의 다이 혹은 전체 웨이퍼, 가령 300㎜ 웨이퍼 혹은 그 이상의 차세대 웨이퍼 사이즈와 동일할 수 있다. 간섭 리소그래피는 커다란 초점 깊이로 인해 간섭 패턴(200)의 우수한 차수 제어를 가질 수 있다.
간섭 리소그래피는 렌즈 기반 리소그래피보다는 낮은 해상도 한계와 보다 나은 차수 제어를 가질 수 있다. 간섭 리소그래피는 렌즈 기반 리소그래피보다 큰 공정 마진을 가질 수가 있는데, 그 이유는 간섭 리소그래피에 대한 초점 깊이가 일부의 종래 리소그래피 기법을 위한 분수의 미크론(가령, 0.3미크론)에 비해, 수 백 혹은 수 천의 미크론일 수 있다. 포커스 깊이는 리소그래피에서 중요한 것일 수 있는데, 그 이유는 포토레지스트가 완전히 평탄할 수 없기 때문이다. 즉, 포토레지스트가 하나 이상의 금속층 및 유전체층 위에 형성되고 반도체 웨이퍼 자체가 충 분히 평탄하지 않기 때문이다.
간섭 리소그래피의 실시예는 다른 리소그래피 기법에 비해, 복잡한 조명장치, 고가의 렌즈, 프로젝션 및 조명 광학 장치 혹은 복합 마스크를 필요로 하지 않는다.
(제 2 리소그래피 공정)
제 2 리소그래피 공정은 하나 이상의 비간섭 리소그래피 기법(가령, 광학 리소그래피와 같은 종래의 리소그래피 기법), 임프린트 리소그래피 및 전자 빔 리소그래피를 포함할 수 있다. 제 2 리소그래피 공정은 도 3c 및 4b를 참조하여 후술되는 바와 같은 마스크(혹은 레티클)를 사용할 수 있다. 제 2 리소그래피 공정은 "트림(trim)" 마스크 기법, 다른 마스크 기반 기법, 혹은 무마스크 패터닝 기법을 사용할 수 있다. 제 2 리소그래피 공정은 초자외선(EUV) 리소그래피를 사용할 수 있다.
제 2 리소그래피 공정은 제 1 리소그래피 공정에 의해 형성된 패턴의 최소 라인 폭 W1으로 라인(202)의 원하지 않는 부분을 제거할 수 있다.
도 3a는 위에서 언급한 간섭 리소그래피 공정과 제 2 및 제 3 리소그래피 공정에 의해 형성되는 폭(W1, W4, W5)이 상당히 상이한 라인(202, 310)의 원하는 레이아웃(300)의 예를 도시하고 있다. W4는 W4에 직교하게 지향되는 두개의 상이한 라인(202)을 접속하는 라인이다. 따라서 W4의 "폭"은 라인(202)의 폭에 대해 직 교하고 있다. 도 3a의 레이아웃 및 폭(W1, W4, W5)의 차이는 예시 목적을 위해 과장될 수 있다.
도 3b는 도 2의 연속하는 미노출 라인(202) 및 노출 공간(204)의 잠재적 패턴(간섭 리소그래피 공정에 의해 포토레지스트(107) 상에 형성됨)이 제 2 리소그래피 공정에 의해 변경된 후의 레이아웃(320)을 도시하고 있다. 제 2 리소그래피 공정은 영역(318A-318C)을 노출하며, 이는 포지티브 포토레지스트 내에 형성되는 미노출 연속 라인(202)의 부분을 노출(제거)한다. 간섭 리소그래피 공정에 의해 형성되는 미노출 라인(202)은 폭(W1)을 갖는데, 이는 도 3a의 가장 협소한 원하는 라인(202)의 폭일 수 있다. 폭(W1)은 제 2 리소그래피 공정에 의해 방사선에 노출된 영역(318A-318C)(도 3b)의 폭(W2, W3, W5)보다 더 협소하다. 제 2 리소그래피 공정은 수개의 패턴(200)의 라인(202)(도 2)을 노출시키는 대형 영역(318C)을 노출시킬 수도 있다.
제 2 리소그래피 공정은 제 1 리소그래피 공정으로 생성된 주기적인 교번 연속 라인(202)과 공간(204)의 연속성 및 규칙성을 깬다.
도 3c의 제 2 리소그래피 공정의 노출 마스크(330)의 패턴 레이아웃(혹은 무마스크 패터닝 툴 데이터베이스)은 가령 도 3a의 레이아웃(300)과 같은 원하는 최종 패턴과 간섭 리소그래피 공정에 의해 형성되는 패턴(200)(도 2) 간의 불 차이(boolean difference)일 수 있다. 제 2 공정의 마스크(330)의 개략적인 노출 레이아웃(혹은 무마스크 패터닝을 위한 상응하는 데이터베이스)이 도 3c에 도시된 다. 도 3c는 불투명 마스크(330) 내의 투명 영역(318A-318C)을 도시하고 있다. 투명 영역(318A-318C)은 제 2 공정의 패터닝이 포지티브 레지스트를 위한 프로젝션 광학 리소그래피 수단에 의해 생성된다면 마스크(330)를 통해 방사선을 노출시킨다. 따라서, 도 3b의 공간(204) 및 영역(318A-318C)은 각각 제 1 및 제 2 리소그래피 포지티브 레지스트 공정 동안 방사선에 노출된다.
일 실시예에서, 제 2 리소그래피 공정의 최소 피치 P2(도 3c)는 위에서 언급한 간섭 리소그래피 공정의 최소 피치 P1(λ1/2)의 사이즈의 1.5배일 수 있다. 따라서, P2=1.5(P1)=1.5(λ1/2)=0.75λ1이다.
도 7은 복합 리소그래피 패터닝 기법의 플로우차트이다. 700에서, (전술한) 간섭 리소그래피 공정, 혹은 교번 위상 시프트 마스크를 사용하는 종래의 리소그래피 공정은 광학 이미징의 해상도 한계(k1=0.25)에 근접하는 최소의 피치를 갖는 제 1 포토레지스트(107) 상에 주기적으로 연속하는 교번 라인(202)과 공간(204)의 잠재적 이미지 패턴(200)(도 2)을 형성한다. 제 2 리소그래피 공정은 미노출 라인(202)의 부분을 노출하여 702에서 영역(318A-318C)을 형성한다. 제 2 리소그래피 노출이 완료된 후, 제 1 포토레지스트(107)는 도 4c를 참조하면서 후술되는 바와 같이 704에서 현상될 수 있다.
제 2 포토레지스트는 706에서 (제 1 및 제 2 리소그래피 공정에 의해 사용되는) 제 1 포토레지스트(107) 상에 도포될 수 있다. 제 2 포토레지스트는 제 1 포토레지스트(107)와는 화학적으로 상이하다. 화학적으로 상이한 제 1 및 제 2 포 토레지스트는 포토레지스트의 믹싱을 차단하며, 제 1 및 제 2 리소그래피 공정에 의해 제 1 포토레지스트(107) 내에 형성된 패턴에 영향을 미치지 않고도 제 3 리소그래피 공정에 의해 노출된 제 2 포토레지스트의 부분을 화학적으로 선택적 현상을 가능하게 할 수 있다.
대안으로서, 제 2 포토레지스트는 제 1 포토레지스트와 화학적으로 동일할 수 있지만 상이한 처리를 받는다.
대안으로, λ1 방사선을 흡수하는 유기 혹은 무기 막의 층이 제 1 포토레지스트와 제 2 포토레지스트 사이에 증착되어 제 1 레지스트와 제 2 레지스트의 믹싱을 차단하며 제 3 리소그래피 공정 방사선에 대해 제 1 레지스트 라인(202)의 노출을 차단한다.
708에서의 제 3 리소그래피 노출 공정은 제 1 및 제 2 리소그래피 공정 동안 패터닝된 피처보다 훨씬 더 큰 라인 폭(W4, W5)을 갖는 피처(310)(도 3a 및 3d)를 패터닝할 수 있다. 제 3 리소그래피 노출 공정은 전술한 바와 같은 종래의 리소그래피 기법을 사용할 수 있다. 제 3 리소그래피 공정은 제 2 마스크(혹은 데이터베이스) 및 광학 장치를 사용하여 제 2 리소그래피 공정 패턴보다 더 큰 피치를 갖는 패턴을 형성할 수 있다. 제 3 리소그래피 공정은 제 2 리소그래피 공정과 동일한 장치를 사용하지만 상이한 마스크 혹은 데이터베이스를 갖는다.
도 3d는 제 3 리소그래피 공정에 의해 사용되는 제 2 마스크의 상응하는 레이아웃을 도시한다. 포지티브 레지스트가 제 3 리소그래피 공정용으로 사용된다 면, 제 2 마스크의 폭(W4, W5)을 갖는 도 3d의 대형 피처는 투명 마스크(340) 상의 기울어진 피처가 된다. 마스크의 색조(tonality) 및 피처는 제 3 리소그래피 공정용으로 네가티브 레지스트가 사용된다면 역전된다.
제 3 리소그래피 공정에서 사용되는 제 2 마스크용 데이터베이스는 원래의 레이아웃 데이터베이스에서 제공되는 오직 "대형"의 라인 W4, W5(도 3a)만을 포함할 수 있는데, 이 라인은 처리 단계 중첩 요건과 패터닝 분야에서 알려진 마스크 제조 처리 특이성을 수용하도록 크기가 설정된다.
제 2 포토레지스트는 710에서 현상될 수 있는데, 이는 두개의 포토레지스트 내에 최종의 레이아웃(300)(도 3a)을 형성한다. 기판(108) 및 패터닝된 포토레지스트는 712에서 에칭(도 4d)과 같은 IC 공정 플로우의 후속 처리를 위해 마련된다.
도 4a-4h는 포토레지스트(107) 상에 영역(320)(도 3c)을 노출하기 위한 제 2 리소그래피 공정과 현상, 에칭 및 스트립과 같은 후속 공정의 예를 도시하고 있다. 포토레지스트(107)는 도 4a의 기판(108) 상에 형성(가령, 코팅)될 수 있다. 잠재적인 혹은 실제의 간섭 패턴(200)(도 2)이 도 1a의 간섭 리소그래피 장치(100)에 의해 포토레지스트(107) 상에 형성될 수 있다. 제 2 리소그래피 툴(제 2 리소그래피 공정)은 광(403)을 패터닝된 마스크 혹은 레티클(404)를 통해 전송하여 도 4b에서 포토레지스트(107)의 원하는 영역(302)을 노출시킨다. 광(403)은 노출된 영역(320)에서 반응을 개시할 수 있다. 광(403)은 대략 11-15나노미터의 파장을 갖는 자외선 혹은 초자외선 방사선일 수 있다.
포토레지스트(107) 및 기판(108)은 리소그래피 툴로부터 제거되며 온도 제어형 환경에서 베이크될 수 있다. 방사선 노출 및 베이킹은 포토레지스트(107)의 미노출 영역과 비교하여, 노출된 영역(320) 및 공간(204)(도 2)의 가용성을 변경시킬 수 있다.
포토레지스트(107)는 "현상"될 수 있으며, 즉 현상기 내에 놓여질 수 있으며 그리고 수용성 기반 용액에 용해되어 도 4c의 포토레지스트의 노출된 영역(320) 및 공간(204)를 제거함으로써 레지스트 내의 원하는 패턴을 형성할 수 있다. 만약 "포지티브" 포토레지스트가 사용된다면, 노출된 영역(320) 및 공간(204)은 상기 용액에 의해 제거될 수 있다. 나머지 포토레지스트(107)에 의해 보호받지 못하는 기판(108)의 부분(410)은 도 4d에서 에칭되어 원하는 회로 피처를 형성할 수 있다. 나머지 포토레지스트(107)는 도 4e에서 스트립될 수 있다. 만약 "네가티브" 포토레지스트가 사용된다면, 방사선에 노출되지 않은 영역은 도 4f에 도시된 바와 같은 현상 용액에 의해 제거될 수 있다. 다음, 나머지 포토레지스트(422)에 의해 보호되지 않는 기판(108)의 부분(420)은 도 4g에서 에칭되어 원하는 회로 피처를 형성할 수 있다. 나머지 포토레지스트(422)는 도 4h에서 스트립될 수 있다.
간섭 리소그래피 기법과 비간섭 리소그래피 기법의 결합은 높은 IC 패턴 밀도 스케일링(임의의 이용가능한 파장에 대해 k1=0.25에서의 패터닝)을 제공할 수 있다.
최소 피치 피처(minimal pitch feature)를 패터닝하는 간섭 리소그래피는 193㎚ 이머션 리소그래피(immersion lithography)를 66㎚ 피치로 확장할 수 있으며, 초자외선 간섭 툴 기능을 6.7㎚ 피치 아래로 확장할 수 있다.
간섭 리소그래피는 전반사 디자인, 가령 리오이즈 미러 간섭 리소그래피 시스템(Lloyds's mirror interferometric lithographic system)을 가질 수 있는데, 이는 각각 37㎚와 30㎚의 상응하는 최소 피치를 갖는 (대략 74㎚ 파장의) 네온 방전 소스와 (58.4㎚ 파장의) 헬륨 방전 소스와 같은, 157㎚과 13.4㎚ 간의 이용가능한 파장을 갖는 시스템 디자인을 가능하게 할 수 있다.
제 2 리소그래피 공정이 선행된 후 다른 패터닝 매체 층이 도포된다. 선택된 제 2 리소그래피 공정은 어떠한 패터닝 매체가 선택되는지를 결정할 수 있다.
(얼라인먼트)
간섭 리소그래피 장치(100) 상의 기존 얼라인먼트 센서는 제 1 리소그래피 공정에 의해 생성된 패턴(200)(도 2)을 다른 공정에 의해 형성된 이전의 층 패턴에 대해 정렬할 수 있다. 기존 얼라인먼트 센서는 웨이퍼 위에 존재할 수 있으며 웨이퍼 상의 마스크를 감지하도록 적응될 수도 있다.
제 1 리소그래피 공정에 대한 제 2 및 제 4 리소그래피 공정의 얼라인먼트는 잠재적 이미지 얼라인먼트 센서에 의해 인다이렉트 얼라인먼트(제 2 리소그래피 공정 패터닝은 기존 얼라인먼트 센서에 의해 이전 층 패턴에 대해 정렬한다) 혹은 다이렉트 얼라인먼트(제 2 리소그래피 공정 패터닝은 제 1 리소그래피 공정 패턴(200)에 대해 직접 정렬한다) 중의 어느 하나에 의해 달성될 수 있다.
도 5는 이동 가능한 웨이퍼 스테이지(545)를 갖는 복합 광학 리소그래피 시스템(500)을 도시한다. 복합 광학 리소그래피 시스템(500)은 환경 인클로저(505), 가령 크린룸(clean room) 혹은 기판 상에 피처를 프린트하기에 적합한 다른 로케이션을 포함할 수 있다. 인클로저(505)는 간섭 리소그래피 시스템(510)과 제 2 (비간섭) 패터닝 시스템(515)을 둘러싼다. 간섭 리소그래피 시스템(510)은 조준된 방사 소스(520)과 간섭 광학 장치(525)를 포함하여 포토레지스트 상에 간섭 패터닝을 제공할 수 있다.
제 2 패터닝 시스템(515)은 포토레지스트를 패터닝하기 위한 수개의 기법들 중의 하나를 사용할 수 있다. 가령, 제 2 패터닝 시스템(515)은 e-빔 프로젝션 시스템, 임프린트(imprint) 프린팅 시스템, 혹은 광학 리소그래피 시스템일 수 있다. 대안으로서, 제 2 패터닝 시스템(515)은 무마스크 모듈, 가령 전자 빔 다이렉트 기록 모듈, 이온 빔 다이렉트 기록 모듈, 혹은 광학 다이렉트 기록 모듈일 수 있다.
두개의 시스템(510, 515)은 공통 마스크 핸들링 서브시스템(530), 공통 웨이퍼 핸들링 서브시스템(535), 공통 제어 서브시스템(540), 및 공통 스테이지(545)를 공유할 수 있다. 마스크 핸들링 서브시스템(530)은 마스크를 상기 시스템(500) 내에 위치시킬 수 있다. 웨이퍼 핸들링 서브시스템(535)은 웨이퍼(561)를 상기 시스템(500) 내에 위치시킬 수 있다. 제어 서브시스템(540)은 시간 경과에 따라 시스템(500)의 하나 이상의 특성 혹은 장치들을 조정할 수 있다. 가령, 제어 서브시스템(540)은 시스템(500) 내의 한 장치의 위치, 얼라인먼트, 혹은 동작을 조정 할 수 있다. 제어 서브시스템(540)은 또한 환경 인클로저(505) 내의 방사선 도즈량, 초점, 온도 혹은 기타 환경의 질을 조정할 수 있다.
제어 서브시스템(540)은 또한 제 1 노출 스테이지 위치(555)와 제 2 노출 스테이지 위치(550) 간에 스테이지(545)를 변환시킬 수 있다. 스테이지(545)는 웨이퍼(561)를 그리핑(gripping)하기 위한 웨이퍼 척(560)을 포함한다. 제 1 위치(555)에서, 스테이지(545) 및 척(560)은 그리핑된 웨이퍼(561)를 패터닝을 위한 제 2 패터닝 시스템(515)으로 제공할 수 있다.
척(560) 및 스테이지(545)에 의해 웨이퍼(561)의 적절한 포지셔닝을 보장하기 위해, 제어 서브시스템(540)은 얼라인먼트 센서(565)를 포함할 수 있다. 얼라인먼트 센서(565)는 웨이퍼(561)의 위치를 (가령, 웨이퍼 얼라인먼트 마스크를 사용하여) 변환 및 제어하여 제 2 패터닝 시스템(515)에 의해 형성되는 패턴을 간섭 리소그래피 시스템(510)에 의해 형성되는 패턴과 정렬시킬 수 있다. 그러한 포지셔닝은 전술한 바와 같은 간섭 피처의 반복 어레이 내로 불규칙성이 도입될 경우에 사용될 수 있다.
도 6은 제 2 패터닝 시스템(515)의 광학 리소그래피 구현을 도시한다. 특히, 제 2 패터닝 시스템(515)은 스텝 앤 리피트(step-and-repeat) 프로젝션 시스템일 수 있다. 그러한 패터닝 시스템(515)은 조명기(605), 마스크 스테이지(610), 마스크(630) 및 프로젝션 광학 장치(615)를 포함할 수 있다. 조명기(605)는 방사 소스(620) 및 개구/콘덴서(625)를 포함할 수 있다. 방사 소스(620)는 도 5의 방사 소스(520)와 동일할 수 있다. 대안으로서, 방사 소스(620)는 별도의 장치일 수 있다. 방사 소스(620)는 방사 소스(520)와 동이하거나 상이한 파장으로 방사선을 방출할 수 있다.
개구/콘덴서(625)는 방사 소스(520)로부터의 상기 방출된 방사선을 수집하고, 조준하고, 필터링하고 그리고 포커싱하기 위한 하나 이상의 장치를 포함하여 마스크 스테이지(610) 상의 조명의 균일성을 증가시킬 수 있다. 마스크 스테이지(610)는 조명 경로 내에 마스크(630)를 지지할 수 있다. 프로젝션 광학 장치(615)는 이미지 사이즈를 감소시킬 수 있다. 프로젝션 광학 장치(615)는 필터링 프로젝션 렌즈를 포함할 수 있다. 스테이지(545)가 마스크 스테이지(610) 및 프로젝션 광학 장치(615)를 통해 조명기(605)에 의한 노출용 그립핑된 웨이퍼(561)를 변환하므로, 얼라인먼트 센서(565)는 상기 노출이 간섭 피처의 반복 어레이(200)와 정렬되어 반복 어레이(200) 내로 불규칙성이 도입될 것을 보장할 수 있다.
도 8은 전술한 제 2 리소그래피 공정을 위한 마스크의 레이아웃을 생성하기 위한 공정(800)을 도시한다. 공정(800)은 단독으로 혹은 제휴하여 동작하는 하나 이상의 액터(actor)(가령, 장치 제조사, 마스크 제조사, 혹은 파운더리)에 의해 수행될 수 있다. 공정(800)은 또한 전체적으로 혹은 부분적으로 머신 판독가능한 인스트럭션 세트를 실행하는 데이터 프로세싱 장치에 의해 수행될 수 있다.
상기 공정(800)을 수행하는 액터는 805에서 디자인 레이아웃을 수신한다. 디자인 레이아웃은 처리 이후의 레이아웃 피스(layout piece) 혹은 기판의 의도된 물리적 디자인이다. 도 3a 및 도 9는 그러한 디자인 레이아웃(300, 900)의 예를 도시하고 있다. 디자인 레이아웃(300, 900)은 머신 판독가능한 형태로 수신될 수 있다. 레이아웃(300, 900)의 물리적 디자인은 트렌치들 및 트렌치들 간의 랜드의 집합체를 포함할 수 있다. 트렌치 및 랜드는 선형적으로 평행하게 될 수 있다. 트렌치 및 랜드는 전체의 레이아웃 피스에 걸쳐 규칙적으로 반복될 필요는 없다. 가령, 트렌치들 및 랜드들의 하나 혹은 모두의 지속성은 레이아웃(300, 900) 내의 임의의 위치에서 단절될 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 공정(800)을 수행하는 액터는 또한 810에서 교번하는 평행 라인(202)과 공간(204)(도 2)의 패턴 어레이 레이아웃(200)을 수신할 수 있다. 패턴 어레이 레이아웃(200)은 포토레지스트(107) 상에서 간섭 리소그래피 기법, 즉 방사선 간섭에 의해 수행될 수 있다. 패턴 어레이 레이아웃(200)은 머신 판독가능한 형태로 수신될 수 있다.
도 8을 참조하면, 액터는 815에서 패턴 어레이 레이아웃(200)(도 2)으로부터 디자인 레이아웃(900)을 감산할 수 있다. 패턴 어레이 레이아웃(200)으로부터의 디자인 레이아웃(900)의 감산은 패턴 어레이 레이아웃(200) 내의 라인 혹은 공간들과 디자인 레이아웃(900) 내의 트렌치들을 정렬하는 것과, 디자인 레이아웃(900) 내의 불규칙성이 패턴 어레이 레이아웃(200)와의 완전한 중첩을 차단하는 위치를 결정하는 것을 포함할 수 있다.
도 3c 및 도 10은 디자인 레이아웃(300, 900)이 패턴 어레이 레이아웃(200)(도 2)과 완전히 중첩하지 않는 위치를 나타내는 나머지 레이아웃(330, 1000)의 예를 도시한다. 나머지 레이아웃(330, 1000)은 머신 판독가능한 형태일 수 있 다. 감산은 불(Boolean)일 수 있는데, 그 이유는 나머지 레이아웃(330, 1000) 내의 위치들이 두개의 이용가능한 상태들 중에서 오직 하나만을 가질 수 있기 때문이다. 특히, 나머지 레이아웃(1000)은 "비중첩" 상태를 갖는 제 1 위치(1005)의 확장부와 "중첩" 상태를 갖는 제 2 위치의 인접한 확장부를 포함한다.
도 8을 참조하면, 액터는 820에서 나머지 레이아웃(1000)의 위치의 확장부를 리사이징(사이즈 재조정)할 수 있다. 나머지 레이아웃(1000)의 리사이징은 도 11에서 머신 판독가능한 나머지 레이아웃(1100)을 변경한다. 도 11은 방향 D로의 그러한 확장 이후의 나머지 레이아웃(1100)을 도시하고 있다. 패턴 어레이가 평행한 라인(202) 및 공간(204)의 어레이(200)일 경우, 현재 상태를 갖는 확장부(1105)의 사이즈는 라인(202) 및 공간(204)에 수직인 방향으로 증가될 수 있다. 일부의 확장부(1105)는 통합될 수 있다.
도 8을 참조하면, 액터는 825에서 도 10의 나머지 레이아웃(1000)을 사용하여 프린트 마스크를 생성할 수 있다. 프린트 마스크는 도 11의 리사이징된 나머지 레이아웃(1100)을 사용함으로써 생성되어 패턴 어레이(200)(도 2)와 같은 반복 어레이 내로 불규칙성을 도입하는 임의의 형상의 피처를 생성할 수 있다. 프린트 마스크의 생성은 프린트 마스크의 머신 판독가능한 디스크립션의 생성을 포함할 수 있다. 프린트 마스크의 생성은 또한 마스크 기판 내에 프린트 마스크를 실제로 구현하는 것을 포함할 수 있다.
대안으로서, 제 2 리소그래피 공정이 초자외선 파장을 사용한다면, 사용될 마스크를 포함하는 초자외선 리소그래피 시스템의 예는 반사형일 수 있다. 비 초자외선 마스크 상의 투명한(투과성) 영역은 초자외선 마스크 상의 반사성 영역일 것이며, 비 초자외선 마스크 상의 불투명 (크롬) 영역은 초자외선 마스크 상의 흡수 영역일 것이다.
다양한 실시예들이 기술되었다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 사상과 영역 내에서 다양한 변형예가 만들어질 수 있다는 것을 이해해야 할 것이다. 따라서, 다음의 청구범위의 영역 내에서 다른 실시예가 존재한다.

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  11. 제 1 포토레지스트 상에 교번하는 미노출 라인 및 노출 공간의 주기적 패턴을 노출시키는 단계―상기 라인은 제 1 폭을 가짐―와,
    적어도 하나의 라인을 노출시키기 위해, 제 2 폭을 갖는 노출 영역을 위치시킴으로써, 상기 적어도 하나의 라인의 일부를 방사선에 노출하여 상기 라인의 지속성 및 상기 주기적 패턴의 규칙성을 차단하는 단계―상기 제 2 폭은 상기 제 1 폭보다 더 큼―와,
    상기 제 1 포토레지스트를 현상하는 단계와,
    상기 제 1 포토레지스트 위에 제 2 포토레지스트를 형성하는 단계와,
    상기 제 2 포토레지스트의 영역을 노출시켜 상기 제 1 포토레지스트의 상기 이전의 주기적 패턴 위에 피처를 형성하는 단계―상기 피처는 상기 제 1 폭보다 더 큰 제 3 폭을 가짐―와,
    상기 제 2 포토레지스트를 현상하는 단계와,
    동일한 에칭 단계에서의 가이드로서 상기 제 1 포토레지스트 및 상기 제 2 포토레지스트 둘다를 이용하여 지지부를 에칭하는 단계를 포함하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 주기적 패턴을 노출시키는 단계는 간섭 패턴을 이용하여 상기 제 1 포토레지스트를 노출시키는 단계를 포함하고,
    상기 피처의 피치는 상기 간섭 패턴의 피치의 3/2 배보다 크거나 동일한 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 방사선은 소정의 파장을 가지며, 상기 교번하는 라인 및 공간의 패턴은 대략 1/2 파장의 피치를 갖는 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 포토레지스트는 상기 제 1 포토레지스트와는 화학적으로 구별되는 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 포토레지스트는 상기 제 1 포토레지스트와 상기 제 2 포토레지스트 사이에 존재하는 제 3 장벽층에 의해 상기 제 1 포토레지스트와는 분리되며, 상기 제 3 장벽층은 상기 제 2 포토레지스트의 노출 동안 상기 제 1 포토레지스트의 노출을 차단하는 충분히 높은 광 흡수 특성 및 상기 제 1 및 제 2 포토레지스트의 믹싱을 차단하는 화학적 구조를 갖는 방법.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 주기적 패턴을 노출시키는 단계는 간섭 패턴을 이용하여 상기 제 1 포토레지스트를 노출시키는 단계를 포함하고,
    상기 방법은 상기 간섭 패턴에 대해 상기 피처를 정렬시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 피처가 상기 노출 영역내에 있도록 정렬시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 주기적 패턴을 노출시키는 단계는 간섭 패턴을 이용하여 상기 제 1 포토레지스트를 노출시키는 단계를 포함하고,
    상기 방법은 상기 간섭 패턴으로부터 소정의 층에 대한 최종 디자인 레이아웃을 감산함으로써 프린트 마스크를 생성하는 단계를 더 포함하는 방법.
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  30. 사전 결정된 디자인 레이아웃을 수신하는 단계와,
    교번하는 평행 라인 및 공간의 패턴 레이아웃을 수신하는 단계와,
    상기 교번하는 평행 라인 및 공간의 패턴 레이아웃으로부터 상기 디자인 레이아웃을 감산하여 나머지 레이아웃을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 패턴의 레이아웃의 라인 및 공간들 중 적어도 하나와 상기 디자인 레이아웃의 피처들을 정렬하는 단계를 더 포함하는 방법.
  32. 제 30 항에 있어서,
    상기 나머지 레이아웃을 갖는 프린트 마스크의 머신 판독가능한 디스크립션을 생성하는 단계를 더 포함하는 방법.
  33. 제 30 항에 있어서,
    상기 나머지 레이아웃을 갖는 프린트 마스크를 생성하는 단계를 더 포함하는 방법.
  34. 제 30 항에 있어서,
    상기 나머지 레이아웃의 피처들을 리사이징하는 단계를 더 포함하는 방법.
  35. 제 30 항에 있어서,
    상기 패턴 레이아웃은 간섭 리소그래피에 의해 생성된 패턴의 레이아웃을 포함하는 방법.
  36. 제 11 항에 있어서,
    상기 지지부를 에칭하는 단계는 상기 피처 및 상기 공간의 적어도 일부를 상기 지지부 상으로 전사하는 단계를 포함하는 방법.
  37. 간섭 리소그래피를 이용하여 제 1 포토레지스트 상에 교번하는 미노출 라인 및 노출 공간의 주기적 패턴을 노출시키는 단계―상기 라인은 제 1 폭을 가짐―와,
    적어도 하나의 라인을 노출시키기 위해, 제 2 폭을 갖는 노출 영역을 위치시킴으로써, 상기 적어도 하나의 라인의 일부를 방사선에 노출하여 상기 라인의 지속성 및 상기 주기적 패턴의 규칙성을 차단하는 단계―상기 제 2 폭은 상기 제 1 폭보다 더 큼―와,
    상기 제 1 포토레지스트를 현상하는 단계와,
    상기 제 1 포토레지스트 위에 제 2 포토레지스트를 형성하는 단계와,
    상기 제 2 포토레지스트의 영역을 노출시켜 상기 제 1 포토레지스트의 상기 이전의 주기적 패턴 위에 피처를 형성하는 단계―상기 피처는 상기 제 1 폭보다 더 큰 제 3 폭을 가짐―와,
    상기 제 2 포토레지스트를 현상하는 단계와,
    지지부를 노출시켜 상기 피처 및 상기 공간의 일부를 상기 지지부로 전사하는 단계를 포함하는 방법.
  38. 지지부와,
    상기 지지부 위의 제 1 현상된 레지스트층―상기 제 1 현상된 레지스트층은 간섭 리소그래피의 해상도 특성을 갖는 교번하는 라인 및 공간의 패턴을 갖고, 상기 라인은 제 1 폭을 가지며, 적어도 하나의 라인이 불연속적임―과,
    상기 제 1 현상된 레지스트층 위의 제 2 레지스트층―상기 제 2 레지스트층은 상기 제 1 현상된 레지스트층의 상기 교번하는 라인 및 공간의 패턴 위에 피처를 갖고, 상기 피처는 상기 제 1 폭보다 더 큰 제 2 폭을 가짐―을 포함하되,
    상기 피처 및 상기 공간의 적어도 일부는 상기 지지부가 에칭되도록 연결되어, 동일한 에칭 단계에서 상기 피처 및 상기 공간의 적어도 일부를 상기 지지부로 전사시키는 디바이스.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 제 2 레지스트층은 현상된 레지스트층을 포함하는 디바이스.
  40. 제 37 항에 있어서,
    상기 제 2 포토레지스트는 상기 제 1 포토레지스트와 상기 제 2 포토레지스트 사이에 존재하는 제 3 장벽층에 의해 상기 제 1 포토레지스트와는 분리되며, 상기 제 3 장벽층은 상기 제 2 포토레지스트의 노출 동안 상기 제 1 포토레지스트의 노출을 차단하는 충분히 높은 광 흡수 특성 및 상기 제 1 및 제 2 포토레지스트의 믹싱을 차단하는 화학적 구조를 갖는 방법.
  41. 제 37 항에 있어서,
    상기 주기적 패턴을 노출시키는 단계는 간섭 패턴을 이용하여 상기 제 1 포토레지스트를 노출시키는 단계를 포함하고,
    상기 방법은 상기 간섭 패턴으로부터 소정의 층에 대한 최종 디자인 레이아웃을 감산함으로써 프린트 마스크를 생성하는 단계를 더 포함하는 방법.
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