KR20060086310A

KR20060086310A - 고해상도 식각 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20060086310A
Application number: KR1020060007871A
Authority: KR
Inventors: 린 친-흐시앙; 린 번-젱
Original assignee: 타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2005-01-26
Filing date: 2006-01-25
Publication date: 2006-07-31
Also published as: US8110345B2; KR100717540B1; TWI331355B; JP2006210923A; JP4495679B2; CN1811599A; TW200627510A; NL1030986C2; CN1811599B; US20050147921A1

Abstract

고해상도 식각 장치 및 방법이 제공된다. 일 예에서, 기판에 패턴을 형성하기 위한 방법은 제1 방향으로 배향된 라인을 포함하는 제1 서브 패턴과, 제2 방향으로 배향된 라인을 포함하는 제2 서브 패턴으로 적어도 상기 패턴을 분리하기 위한 단계를 포함한다. 상기 제1 방향으로 배향된 라인은 제1 정상파 간섭 패턴을 사용하여 기판의 제1 감광성 재료 층에 생성된다. 생성된 라인 중 일부는 상기 제1 서브 패턴을 생성하도록 트리밍 처리된다. 상기 제1 서브 패턴을 생성한 후 기판에 제2 감광성 재료 층이 도포 된다. 제2 방향으로 배향된 라인이 제2 정상파 간섭 패턴을 사용하여 상기 제2 층에 생성된다. 생성된 라인 중 일부는 제2 서브 패턴을 생성하도록 트리밍 처리된다.

식각(lithography), 기판, 패턴, 감광성 재료, 간섭 패턴

Description

고해상도 식각 장치 및 방법{A HIGH RESOLUTION LITHOGRAPHY SYSTEM AND METHOD}

도 1은 감광저항성 재료에 간섭 패턴(간섭 무늬 패턴)을 형성하기에 적당한 유형의 장치의 제1 실시예를 보여주는 개략도.

도 2는 도 1의 장치에 사용된 광빔 확대기를 보여주는 개략도.

도 3은 감광저항성 재료에 간섭 패턴을 형성하기에 적당한 유형의 장치의 제2 실시예를 보여주는 개략도.

도 4는 간섭 광빔의 상징적인 파면(wavefront)을 보여주는 한편, 입사각에 의해 간섭 무늬의 피치가 어떻게 결정되는지를 보여주는 개략도.

도 5a 및 도 5b는 각각 X-방향 간섭 패턴, 그리고 X-방향 및 Y-방향 패턴의 중첩 상태를 보여주는 개략도.

도 6a, 도 6b, 및 도 6c는 각각, 포토레지스트에 패턴을 형성하도록 설계된 비임계(non-critical) 마스크와, 원하는 홀 영역을 묘사하도록 교차 간섭 패턴에 중첩된 설계 패턴, 그리고 포토레지스트에 배치된 마스크를 보여주는 개략도.

도 7은 도 6의 마스킹 공정 및 추가적인 통상의 노광 공정 이후 현상된 감광저항체(네거티브로 추정되는)와 기판에 재생될 원하는 패턴을 구성하는 홀의 형성을 보여주는 개략도.

도 8a 내지 도 8d는 포지티브 포토레지스트용의 도 6 및 도 7의 상기 공정 단계를 보여주는 도면.

도 9는 포지티브 포토레지스트 상의 예시적인 X-방향 간섭 패턴을 보여주는 개략도.

도 10은 도 9의 X-방향 간섭 패턴의 마스킹 공정을 보여주는 개략도.

도 11은 언더라잉(underlying) 패턴을 보여주기 위해 투명 마스크가 사용되고 있는, 도 9의 X-방향 간섭 패턴의 마스킹 공정을 보여주는 개략도.

도 12는 도 10의 마스킹 공정 이후에 남은 도 9의 X-방향 간섭 패턴을 보여주는 개략도.

도 13은 도 12의 X-방향 간섭 패턴에 도포된 포토레지스트 피막을 보여주는 단면도.

도 14는 Y-방향 간섭 패턴을 보여주는 개략도.

도 15는 도 14의 Y-방향 간섭 패턴의 마스킹 공정을 보여주는 개략도.

도 16은 언더라잉 패턴을 보여주기 위해 투명 마스크가 사용되고 있는, 도 14의 Y-방향 간섭 패턴의 마스킹 공정을 보여주는 개략도.

도 17은 도 15의 마스킹 공정 이후에 남은 도 14의 Y-방향 간섭 패턴을 보여주는 개략도.

도 18은 도 12의 X-방향 간섭 패턴과 도 17의 Y-방향 간섭 패턴의 조합 상태를 보여주는 개략도.

도 19는 네거티브 포토레지스트 상의 예시적인 X-방향 간섭 패턴을 보여주는 개략도.

도 20은 도 19의 X-방향 간섭 패턴의 마스킹 공정을 보여주는 개략도.

도 21은 언더라잉 패턴을 보여주기 위해 투명 마스크가 사용되고 있는, 도 19의 X-방향 간섭 패턴의 마스킹 공정을 보여주는 개략도.

도 22는 도 20의 마스킹 공정 이후에 남은 도 19의 X-방향 간섭 패턴을 보여주는 개략도.

도 23은 도 22의 기판에 에칭된 X-방향 간섭 패턴에 도포된 포토레지스트 피막을 보여주는 단면도.

도 24는 Y-방향 간섭 패턴을 보여주는 개략도.

도 25는 도 24의 Y-방향 간섭 패턴의 마스킹 공정을 보여주는 개략도.

도 26은 언더라잉 패턴을 보여주기 위해 투명 마스크가 사용되고 있는, 도 24의 Y-방향 간섭 패턴의 마스킹 공정을 보여주는 개략도.

도 27은 도 25의 마스킹 공정 이후에 남은 도 24의 Y-방향 간섭 패턴을 보여주는 개략도.

도 28은 도 22의 기판에 에칭된 X-방향 간섭 패턴과 도 27의 기판에 에칭된 Y-방향 간섭 패턴의 조합 상태를 보여주는 개략도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

5 : 정상파 간섭 패턴 형성 장치

20 : 빔 분할기

32, 34 : 반사면

42, 44 : 빔 확대기

60 : 기판

70 : 감광저항성 재료

80 : 정렬 모듈

90 : 회전 가능한 스테이지

본 발명은 본 명세서에 그 전체 내용이 참조로써 인용되고 있는, 2002년 12월 4일자로 출원된 동시계류중인 미국 특허 출원 제10/309,427호의 일부계속출원(continuation-in-part, CIP)에 의거한 우선권주장 출원이다.

본 발명은 개괄적으로 말하여 반도체 제조 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로 설명하자면, 감광성 재료에 패턴을 형성하기 위한 간섭 사진 식각(interferometric photolithography) 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 마이크로전자기술 집적 회로의 제조에는 반도체 기판에 소자 구조 및 레이아웃을 패터닝하는 기술이 포함된다. 이와 같은 필요 패턴을 생성하기 위한 인가된 실시 기술을 보면, 우선 마스크에 패턴 레플리카(replica)(반드시 최종 크기와 일치하여야 하는 것은 아님)를 형성한 다음, 그 마스크 패턴을 반도체 기판에 형성된 감광저항성 재료 층, 즉 포지티브 또는 네거티브 포토레지스트(photoresist)로 전사하게 된다. 이 전사 과정은 마스크를 관통하여 소정 파장의 광을 포토레지스트에 조사하는 광 사진 식각 공정에 의해 수행되는데, 이러한 공정에서는 포토레지스트에 적절한 크기로 패턴을 복사하기 위해 광학 렌즈가 사용되어야만 한다. 일단 패턴이 포토레지스트로 전사되고 나면, 그 포토레지스트에 대해 패턴 부분을 선택적으로 제거하여 그 아래 기판에 대한 노광 공정이 수행된다. 그 후, 기판 자체에 대해 예를 들어, 비등방성 플라즈마 에칭, 습식 에칭 또는 그외 다른 필요한 공정을 이용하여 에칭이 이루어질 수 있다.

소자의 크기가 미크론의 10분의 1 또는 그 이하까지로 점진적으로 줄어듦에 따라, 광 사진 식각을 이용하여 전사되는 패턴의 치수(dimension) 또한 광 방사의 미세파장(sub-wavelength)에 근접해지고 있다. 그 결과, 불완전 평면을 갖는 기판에 우수한 패터닝이 이루어질 수 있도록 하기 위해 패턴의 고해상도 및 초점 깊이를 유지하기가 어려워질 수도 있다는 문제가 있다.

따라서, 구조가 간단하면서도 광범위한 패턴에 적용 가능한 간섭 사진 식각을 사용하는 장치 및 방법이 요구된다.

본 발명은 개괄적으로 말하여 반도체 제조 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로 설명하자면, 감광성 재료에 패턴을 형성하기 위한 간섭 사진 식각 장치 및 방법에 관한 것이다. 이하의 기술 내용은 본 발명의 다양한 특징을 실현하기 위한 여러 서로 다른 실시예 또는 예제들은 제시한 것으로서, 본 발명의 용이한 설명을 위해 그 특정예의 구성 요소 및 장치가 후술되고 있으며, 물론 본 발명이 그러한 실 시예로만 제한되는 것은 아님을 이해하여야 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 다양한 실시예 전반에 걸쳐 동일한 도면 부호 및/또는 문자가 반복 사용되고 있는데 이는 명세서의 간략 명료한 기재를 위한 것으로, 그 다양한 실시예 및/또는 기술 구성 사이의 관계를 규정하는 것은 아니다.

불완전 평면을 갖는 기판에 정밀한 패터닝이 이루어질 수 있도록 하기 위한 패턴의 고해상도 및 양호한 초점 깊이에 대한 필요성으로 인해 야기되는 문제를 해결하기 위한 일 방법은, 위상 이동 마스크와 같은 정교한 마스크 디자인을 사용하는 것이다. 또한, 적어도 전사될 패턴이 소정의 적절한 형상 또는 주기성을 갖는 경우에 있어서의 상기 문제를 해결하기 위한 다른 방법은, 광 식각이 아닌 간섭 사진 식각을 사용하는 것이다. 간섭 사진 식각의 경우에는, 웨이퍼 표면에 마스크의 패턴 이미지가 전사될 수 있도록 하기 위해, 패턴이 투광형 또는 반사형 광학 장치를 사용하기보다는 두 개 이상의 코히어런트(coherent) 광빔의 정상파(standing wave) 간섭 패턴을 이용하여 직접 형성된다. 요약하면, 간섭 패턴이 전사 패턴이 되는 것이다. 이러한 접근 방법은 세 가지의 장점을 제공하는데, 첫째, 파동 간섭에 의해 형성될 수 있는 패턴의 치수(dimension)가 파장의 몇 분지일 수준이며, 둘째, 통상의 광 식각에 비해 양호한 초점 깊이를 제공하며, 셋째, 통상의 광학 스텝퍼(stepper) 또는 스캐너(scanner)보다 비용이 저렴한 기구라는 점이다.

일 실시예를 보면, 빔 분할 장치를 사용한 감광성 재료의 삼중 노광 패턴에 의해 미크론 이하 크기의 홀을 갖는 간섭 패턴을 형성하는 방법이 제공된다. 이와 같은 일 실시예에 있어서, 상기 감광성 재료는 감광저항성 재료 또는 포토레지스트 이다. 본 실시예에서, 제1 노광 패턴(X-방향 패턴)은 단일 레이저 빔을 분할하여 재조합함으로써 형성된 코히어런트 레이저 빔 사이의 정상파 간섭 패턴에 의해 형성되며, 제2 노광 패턴(Y-방향 패턴)은 상기와 동일한 정상파 패턴을 이용하지만 제1 노광 패턴에 대해 수직 축선을 중심으로 90°에 걸쳐 회전된 감광성 재료를 이용함으로써 제2 노광 패턴이 제1 노광 패턴 위에 중첩되어 일정한 어레이를 형성하도록 되고, 제3 노광 패턴은 감광저항성 재료의 이들 영역을 묘사하도록 형성된 비임계 마스크(비임계 스텝퍼 또는 스캐너를 포함할 수도 있는)를 통과하는 균일한 광원에 의해 형성된다. 여기서, 감광저항성 재료의 상기 영역은 상기 패턴을 유지하는 한편 원하지 않는 영역으로부터 패턴이 제거될 수 있도록 하는 역할을 한다. 마지막으로, 그 사용된 감광저항성 재료 유형에 맞는 방법을 사용하여 감광저항성 재료가 현상되어 최종 홀 패턴이 얻어진다. 전술한 제1 실시예의 방법이 삼중 노광 패턴만을 이용하여 형성되는 패턴 영역으로만 한정되는 것은 아님에 주목하여야 한다. 기판의 서로 다른 상대 각도에 따라 다양한 간섭 패턴이 형성되어 보다 복잡한 최종 패턴이 얻어질 수도 있다.

도 1을 참조하면, 두 개의 코히어런트 광빔 사이의 정상파 간섭 패턴을 형성하도록 사용될 수 있는 장치(5)가 개략도로 도시되어 있다. 이러한 장치에 의하면, 고도의 공간 및 시간 긴밀성을 갖는 레이저 또는 기타 다른 단색광 발생원에 의해 형성되는 바와 같은 단일 입사 광빔(10)이 빔 스플리터(splitter)(20)에 입사된다. 그 결과, 반사 빔(22) 및 투과 빔(24)이 각각 반사면(32, 34)으로 안내되는데, 여기서 반사면은 평면 미러로 형성될 수도 있으며, 이들 반사면으로부터 상기 빔이 반사되어 각각 광빔 확대기(42, 44)를 통과하도록 됨으로써, 최종 빔(52, 54)을 생성하게 된다. 그 생성된 최종 빔은 충분한 균일성을 갖는 한편 원하는 간섭 패턴을 생성하기에 충분한 단면적을 갖추고 있다. 이와 같은 방식으로 형성된 최종 빔(52, 54)은 감광저항성 재료(70)로 덮인 기판(60)에 조사되는데, 각각 그 기판의 법선과 소정 각도(θ)를 이루고 있다. 상기 기판은 회전 가능한 스테이지(90) 상에 장착된 정렬 모듈(80) 내부의 적소에 유지되고 있으며, 상기 각도(θ)는 간섭 패턴 내부의 무늬의 피치(pitch) 및 폭(width)을 결정하는데 중요한 역할을 하는 것으로, 반사면(32, 34)에 의해 조절될 수 있다.

이어서, 도 2를 참조하면, 광빔의 성분을 보여주기 위해, 도 1의 광빔 확대기(42, 44)의 내부 구조가 도시되어 있다. 제1 수렴 렌즈(120)에 의해 입사 레이저 빔(122)의 초점이 핀홀(124)에 맞추어지며, 이 핀홀(124)은 제2 수렴 렌즈(126)의 초점에 위치하고 있다. 이와 같이 핀홀(124)이 본질적으로 제2 렌즈(126)용의 점광원의 역할을 함에 따라, 제2 렌즈는 평행한 출사 광빔(128)을 생성하게 된다. 제2 렌즈의 크기로 인해, 이 출사 광빔의 직경은 입사 광빔의 직경보다 상당히 크다.

도 3을 참조하면, 다른 실시예로서, 입사 광빔(210)이 분할되지 않으며, 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같은 광빔 확대기가 하나만 사용된, 즉 단일 빔 확대기(225)만이 사용되고 있는 점을 제외하고는, 도 1의 장치와 동일한 간섭 효과를 달성하기 위한 장치(200)가 도시되어 있다. 본 실시예의 장치는 풋프린트(footprint)가 보다 작으며, 따라서 장치의 크기가 구속 인자로 작용하는 환경에서 사용될 수도 있다. 반사면(215, 216)이 도 1의 장치에서와 달리 대칭적으로 배열되 고 있지 않으며, 전체 장치 배열로 볼 때 도 1의 장치와는 상이한 제조 장치에 보다 적합한 것으로 보여진다. 본 실시예에서, 반사면(216)은 고정되어 있으며, 반사면(215)은 회전 가능한 상태에 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 반사면(215)에 입사된 확대 빔의 그늘진 상부(230)는 반사면(215)으로부터 반사면(216)으로 반사된 부분을 나타낸 것이다. 광빔의 이 그늘진 부분(230)과 그늘지지 않은 부분(232)은 기판의 감광성 층(270) 상의 그 결합 영역에서 서로를 간섭하게 된다.

도 4, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 평면 기판(300) 상에서 기판 표면의 법선과 소정 각도(θ)로 충돌하는 두 개의 코히어런트 광빔(312, 313)의 중첩의 결과 형성되는 간섭 무늬(간섭 최대치)가 개략적으로 도시되어 있다. 도시된 평행선은 광빔(312)의 파면 강도 최대치(315)와 최소치(317), 그리고 광빔(313)의 파면 강도 최대치(325)와 최소치(327)를 지시하는 것으로서, 이를 보면 광빔이 평면파임을 추정할 수 있다. 연속적인 최대치 또는 최소치 사이의 거리가 파동의 파장(λ)을 나타낸다. 일 파동의 최대치(315)가 표면 상에서 다른 파동의 최대치(325)와 중첩되는 경우, 또는 일 파동의 최소치(317)가 표면 상에서 다른 파동의 최소치(327)와 중첩되는 경우, 중첩 강도가 최대가 되어(보강 간섭), 간섭 무늬가 형성된다. 최대치(315, 325)가 최소치(317, 327)와 중첩되는 경우에는, 강도가 제로 값에 근접하게 되어 상쇄 간섭이 발생한다.

도 5a를 보면, 포토레지스트(400)에 간섭 무늬가 형성되고 있으며, 그늘진 영역은 도면 부호 412로 지시되고 있는 반면, 상쇄 간섭 지역은 그늘지지 않은 영역으로서 도면 부호 414로 지시되어 있다. 이와 같은 기하학적 형태로부터 추론할 수 있는 바와 같이, 두 개의 연속적인 간섭 무늬 사이의 중심 대 중심 간 거리는 "격자 피치(grating pitch)"로서 Λ=(λ)/(2sinθ)의 값으로 주어진다. 간섭 무늬의 폭 또는 간섭 무늬 사이의 공간의 폭은 Λ/2이다.

또한 도 5a에는, 하나 이상의 실시예의 방법에 따라 도 1 또는 도 3에 도시된 포토레지스트 피복 기판에 형성되는 바와 같은 간섭 패턴이 개략적으로 도시되어 있다. 도 5a에 도시된 패턴은 기판을 회전시키기 이전 상태의 제1 포토레지스트 노광 패턴에 대응한다. 어두운 색상의 라인(412)은 보강 간섭 및 최대 광도 영역이며, 그 어두운 색상의 라인(412) 사이의 밝은 색상의 라인(414)은 상쇄 간섭 및 최소 광도 영역이다. 현재 사용되고 있는 전형적인 레이저 파장의 경우, 각도(θ)가 90°에 가까워질수록, 예를 들어 파장이 248nm, 193nm 또는 157nm이면, 어두운 색상의 또는 밝은 색상의 라인의 폭이 파장의 거의 1/4 수준으로, 각각 64nm, 48nm, 그리고 39nm가 된다. 이와 같은 적은 치수 값은 그에 상응하여 포토레지스트(400)에 형성되는 특징부의 크기 감소를 가능하게 한다.

도 5b에는 기판을 90°에 걸쳐 회전시킨 결과 상기 제1 패턴 상에 그 제1 패턴과 동일한, 이후 Y-방향 패턴으로 불리는 제2 간섭 패턴이 중첩된 상태가 도시되어 있다. 회전된 포토레지스트(400)에 형성된 최대 광도 라인(416)과 최소 광도 라인(418)은 기존 라인(412, 414)과 90°의 각도로 교차하고 있다. 두 개의 어두운 색상의 라인이 교차하는 영역(420)이 바로 포토레지스트(400)의 최대 노광 영역이다. 그 나머지의 전체적으로 밝은 색상으로 표시된 영역(422)은 포토레지스트(400)가 전혀 노광처리되지 않은 영역을 나타낸다. 포토레지스트가 네거티브 유형인 경 우에는, 후속 현상 공정을 통해 그러한 비노광 영역이 제거된다. 따라서, 상기와 같은 공정이 이 지점에서 종결되고 포토레지스트가 현상 된다면, 대칭의 규칙적인 홀 어레이가 포토레지스트의 비노광 위치(422)에 형성된다. 이렇게 형성된 홀은 대응 홀이 기판(400)에도 형성될 수 있도록 한다. 또한 이와 같이 이루어지는 노광 공정은 현상하고자 하는 비노광 영역의 규칙적인 패턴 중 선택된 부분만이 현상될 수 있도록 한다.

도 6a 내지 도 6c를 참조하면, 도 5b의 교차 간섭 패턴을 이용하여 소정의 최종 홀 세트를 형성하기에 적절한 비임계 마스크(500)의 디자인이 도시되어 있다. 마스크(500)는 투명하면서 어두운 색상의 영역(502)과, 불투명하면서, 예를 들어 크롬으로 형성된 밝은 색상의 영역(504)을 포함한다. 비노광 영역에 그려진 어두운 색상의 원(513)은 소정의 최종 홀 위치를 나타낸다. 선형 패턴(515)은 불필요한 홀(517)을 형성하게 되는 영역의 노광 처리에 필요한 형상의 마스크(500)의 일 패턴이다. 마스크의 역할 중 하나는 간섭에 의해 형성된 홀 어레이 중 소정 부분을 유지하는 것임에 주목하여야 한다. 따라서, 투명한 그리고 불투명한 광 마스크와, 포토스텝핑 장치(포토스텝퍼) 및 스캐닝 장치를 포함한 서로 다른 종류의 마스크의 사용이 예상된다. 또한, 기판상에 또는 기판으로부터 상측에 마스크를 배치하는 일도 고려할 수 있다. 마스크는 비임계 특성을 가지므로, 광 근접도의 수정이 이루어질 필요가 없다.

도 6b 및 도 6c에는 도 5b의 포토레지스트 위에 도 6a의 마스크(500)가 배치된 상태가 개략적으로 도시되어 있다. 통상의 노광(비간섭) 방법을 사용하여 마스 크를 통해 포토레지스트가 최종적으로 노광 처리될 수 있다.

도 7을 참조하면, 현상 공정 이후 얻어진 포토레지스트(600)가 도시되어 있다. 네거티브 포토레지스트라는 가정 하에, 용해도가 높은 비노광 영역이 현상 공정에 의해 제거되고 나면, 그 비노광 영역 위치에 소정의 홀(611)(어두운 색상의 원으로 표시됨)이 남게 된다. 이전의 모든 비노광 영역에 포함된 마스크 개구 아래쪽의 용해도가 낮은 노광 영역은 최종 패턴의 불필요한 홀을 생성하게 된다. 일 실시예에서, 대략 457.9nm의 레이저 파장을 사용하여 0.22 미크론 크기의 홀 어레이가 얻어질 수 있다.

도 8a를 참조하면, 분자 구조의 교차 결합(cross-link) 포지티브 포토레지스트를 사용하는 변형예가 개략적으로 도시되어 있다. 이와 같이 준비된 특정 포토레지스트는 노광 패턴 이후에 포토레지스트를 포스트-백킹(post-baking) 처리하여 교차 결합을 형성한 다음, 그 포토레지스트가 자외선에 충분히 쏘이도록 함으로써, 정상적인 포지티브 포토레지스트의 이미지로부터 그 거꾸로 된 이미지를 형성하도록 현상될 수 있다. 도 8a는 스핀 코팅(spin coating)과 같은 방법으로 포지티브 포토레지스트(703)가 증착된 기판(702)을 도시한 측단면도이다. 여기서, 상기 포지티브 포토레지스트(703)는 예를 들어, 대략 3중량%의 이미다졸(imidazole)이 첨가된, 후지 올린(Fuji-Olin)에 의해 제조된 HPR204 제품이다. 이와 같은 준비된 코팅 기판은 이어서, 약 20분 동안 대략 85℃의 온도에서 프리-백킹(pre-baking) 처리된다. 도 8b에는 전술한 하나 이상의 실시예의 방법에 의해 간섭 방식으로 형성되는 바와 같은, 소정 패턴의 노광 영역(705)을 형성하는 방사선(704)이 화살표로 도시 되어 있다. 그 후, 이와 같이 패턴화된 포토레지스트는 대략 100℃에서 약 30분 동안 포스트-백킹 처리되어 노광 처리된 포토레지스트의 교차 결합이 이루어지도록 된다. 도 8c에는 화살표로 도시된 자외선(706)에 균일하게 노출되고 있는 포스트-백킹 처리된 포토레지스트 영역(705)이 도시되어 있다. 이와 같이 자외선에 노광 처리된 영역(705)은 후속 현상 공정 동안 용해도가 상당히 떨어지게 된다. 도 8d에는 제거된 포토레지스트의 비노광 부분(707)을 구비한, 현상된 포토레지스트 영역(705)이 도시되어 있다.

또 다른 실시예로서, 도 1의 장치 대신 도 3의 광빔 분할 장치가 사용될 수도 있다. 기타 모든 관점에서, 본 실시예의 방법은 도 4 내지 도 8d와 관련하여 전술된 바에 따라 실시된다.

또 다른 실시예로서, 도 9를 참조하면, 포지티브 포토레지스트(800) 상에서 충돌하는 두 개의 코히어런트 레이저 빔의 중첩의 결과 형성되는 간섭 무늬(간섭 최대치)가 개략적으로 도시되어 있다. 상기 레이저 빔은 예를 들어, 도 1의 장치(5) 또는 도 3의 장치(200)를 사용하여 생성될 수도 있다. 포토레지스트(800)에 형성되는 노광 처리된 무늬 영역이 그늘지지 않은 밝은 색상의 영역(804)으로 표시되어 있는 반면, 상쇄 간섭이 일어나는 위치를 나타내는 비노광 영역은 그늘진 영역(802)으로 표시되어 있다.

도 10을 참조하면, 불투명 마스크 부분(806a, 806b)을 구비한 마스크(806)가 포토레지스트(800)의 소정 부분 상에 배치되어 있다. 이들 마스크 부분(806a, 806)은 비노광 영역(802)의 소정 부분을 덮어, 포토레지스트(800)의 불필요한 부분이 패턴으로부터 트리밍(trimming) 처리되도록 한다.

도 11을 참조하면, 투명한 마스크(806)가 도시되어 있다. 이와 같이 마스크를 투명하게 도시함으로써 비노광 영역에 남게 되는 부분(802a), 그리고 광원이 포토레지스트(800)에 적용된 후 노광 처리되는 부분(802b)을 보여줄 수 있다.

도 12를 참조하면, 광원이 적용되어 현상된 이후의 포토레지스트(800)가 도시되어 있다. 마스크 부분(806a 또는 806b)으로 덮인 비노광 영역(802a)만이 패턴화된 포토레지스트 또는 레지스트 이미지로서 남게 되는 반면, 포토레지스트(800)의 나머지 부분(802b, 804)은 현상 공정 동안 통상의 방식으로 제거된다.

도 13을 참조하면, 패턴이 형성되어 통상의 방식으로 경화된 패턴화된 포토레지스트(802a)를 구비한 기판(801)이 단면도로 도시되어 있다. 상기 경화 처리는 예를 들어, 패턴화된 포토레지스트(802a)를 UV 방사선을 이용하여 처리함으로써 또는 이식 공정이나 화학적 처리를 통해 달성할 수 있다. 이러한 경화 처리를 통해, 후속 공정이 이루어지는 동안 패턴화된 포토레지스트(802a)를 보호할 수 있다. 추가의 포지티브 포토레지스트(900) 층이 기판(801)과 패턴화된 포토레지스트(802a) 상에 도포된다.

도 14를 참조하면, 포지티브 포토레지스트(900) 상에서 충돌하는 두 개의 코히어런트 레이저 빔의 중첩의 결과 형성되는 간섭 무늬(간섭 최대치)가 개략적으로 도시되어 있다. 상기 레이저 빔은 예를 들어, 도 1의 장치(5) 또는 도 3의 장치(200)를 사용하여 생성될 수도 있다. 포토레지스트(900)에 형성되는 노광 처리된 무늬 영역이 그늘지지 않은 밝은 색상의 영역(904)으로 표시되어 있는 반면, 상쇄 간섭에 의해 유발되는 비노광 영역은 그늘진 영역(902)으로 표시되어 있다. 노광 처리된 무늬 영역을 형성하기에 앞서, 상기 기판이 기판 표면에 대한 법선을 중심으로 각도(θ)에 걸쳐 회전될 수 있음이 이해될 것이다. 본 실시예에서, 상기 각도(θ)는 90°이지만, 기타 다른 각도가 사용되어 노광 처리된 간섭 무늬 영역의 소정 방위를 달성하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 90° ± 10°의 각도를 사용할 수도 있다. 또한, 이러한 회전에 추가하여 또는 회전 대신하여, 기판이 오프셋(offset) 상태를 이루도록 기타 다른 방향(예를 들어, X-축선 또는 Y-축선 방향)으로 이동될 수도 있다.

도 15를 참조하면, 불투명 마스크(906)가 포토레지스트(900)의 소정 부분 상에 배치되어 있다. 이 불투명 마스크(906)는 비노광 영역(902)의 소정 부분을 덮어, 포토레지스트(900)의 불필요한 부분이 패턴으로부터 트리밍 처리되도록 한다.

도 16을 참조하면, 투명한 마스크(906)가 도시되어 있다. 이와 같이 마스크를 투명하게 도시함으로써 비노광 영역에 남게 되는 부분(902a), 그리고 광원이 포토레지스트(900)에 적용된 후 노광 처리되는 부분(902b)을 보여줄 수 있다.

도 17을 참조하면, 광원이 적용되어 현상된 이후의 포토레지스트(900)가 도시되어 있다. 마스크(906)로 덮인 비노광 영역(902a)만이 패턴화된 포토레지스트 또는 레지스트 이미지로서 남게 되는 반면, 포토레지스트(900)의 나머지 부분(902b, 904)은 현상 공정 동안 통상의 방식으로 제거된다.

도 18을 참조하면, 포토레지스트(800)가 비노광 영역(802a)이 남아 있는 상태로 나타내어지고, 포토레지스트(900)가 비노광 영역(902a)이 남아 있는 상태로 나타내어져, 그 조합 패턴이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 비노광 영역(802a)과 비노광 영역(902a)만이 남겨져 원하는 패턴화된 포토레지스트 또는 레지스트 이미지가 형성되고 있다. 따라서, 레이저 빔에 의해 제공되는 간섭이 다중 방향의 라인을 갖춘 패턴을 형성하도록 사용될 수도 있다. 최종 조합 레지스트 패턴은 그 후 에칭 공정에 의해 기판으로 전사된다.

또 다른 실시예로서, 도 19를 참조하면, 포지티브 포토레지스트(1000) 상에서 충돌하는 두 개의 코히어런트 레이저 빔의 중첩의 결과 형성되는 간섭 무늬(간섭 최대치)가 개략적으로 도시되어 있다. 상기 레이저 빔은 예를 들어, 도 1의 장치(5) 또는 도 3의 장치(200)를 사용하여 생성될 수도 있다. 포토레지스트(1000)에 형성되는 비노광 영역이 그늘지지 않은 밝은 색상의 영역(1004)으로 표시되어 있는 반면, 노광 영역은 그늘진 영역(1002)으로 표시되어 있다.

도 20을 참조하면, 뚜렷한 마스크 부분(1006a)과 불투명 마스크 부분(1006b, 1006c)을 구비한 마스크(1006)가 포토레지스트(1000)의 소정 부분 상에 배치되어 있다. 상기 불투명 마스크 부분(1006b, 1006c)은 노광 영역(1002)의 소정 부분을 덮어, 포토레지스트(1000)의 불필요한 부분이 완전히 노광 처리된 네거티브 레지스트에 의해 덮어지도록 한다.

도 21을 참조하면, 투명한 마스크(1006)가 도시되어 있다. 이와 같이 마스크를 투명하게 도시함으로써, 비노광 영역이 되는, 즉 마스크 부분(1006b, 1006c)에 의해 가려진 부분(1002a), 그리고 광원이 포토레지스트(1000)에 적용된 후 노광 처리되는, 즉 마스크 부분(1006b, 1006c)에 의해 가려진 부분(1002b)을 보여줄 수 있 다.

도 22를 참조하면, 광원이 적용되어 현상된 이후의 포토레지스트(1000)가 도시되어 있다. 불투명 마스크 부분(1006b 또는 1006c)으로 덮인 비노광 영역(1002a)만이 패턴화된 포토레지스트 또는 레지스트 이미지로서 남게 되는 반면, 포토레지스트(1000)의 나머지 부분(1002b, 1004)은 패턴이 형성되지 않은 노광 처리된 네거티브 레지스트에 의해 완전히 덮어진다.

도 23을 참조하면, 패턴이 형성되고 현상 공정 이후 기판을 관통하여 에칭되는 제1 방향 이미지를 구비한 기판(1001)이 단면도로 도시되어 있다. 에칭 공정 이후 나머지 레지스트는 벗겨 내어진다. 이 기판(1001) 위에 추가의 네거티브 포토레지스트 층(1100)이 도포된다.

도 24를 참조하면, 제1 방향 패턴이 형성되고 레지스트가 벗겨 내어진 다음 형성되는 제2 방향 패턴이 도시되어 있다. 도 24에 도시된 바와 같이, 네거티브 포토레지스트(1100) 상에서 충돌하는 두 개의 코히어런트 레이저 빔의 중첩의 결과 형성되는 간섭 무늬(간섭 최대치)가 개략적으로 도시되어 있다. 상기 레이저 빔은 예를 들어, 도 1의 장치(5) 또는 도 3의 장치(200)를 사용하여 생성될 수도 있다. 포토레지스트(1100)에 형성되는 비노광 영역이 그늘지지 않은 밝은 색상의 영역(1104)으로 표시되어 있는 반면, 노광 영역은 그늘진 영역(1102)으로 표시되어 있다. 노광 처리된 무늬 영역을 형성하기에 앞서, 상기 기판이 기판 표면에 대한 법선을 중심으로 각도(θ)에 걸쳐 회전될 수 있음이 이해될 것이다. 본 실시예에서, 상기 각도(θ)는 90°이지만, 기타 다른 각도가 사용되어 노광 처리된 간섭 무늬 영역의 소정 방위를 달성하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 90° ± 10°의 각도를 사용할 수도 있다. 또한, 이러한 회전에 추가하여 또는 회전 대신하여, 기판이 오프셋(offset) 상태를 이루도록 기타 다른 방향(예를 들어, X-축선 또는 Y-축선 방향)으로 이동될 수도 있다.

도 25를 참조하면, 뚜렷한 마스크 부분(1106a, 1106b)과 불투명 마스크 부분(1106c)을 구비한 마스크(1106)가 포토레지스트(1000)의 소정 부분 상에 배치되어 있다. 상기 불투명 마스크 부분(1106c)은 노광 영역(1102/1104)의 소정 부분을 덮어, 간섭 패턴의 불필요한 부분(1106a, 1106b)이 완전히 노광 처리된 네거티브 레지스트에 의해 덮어지도록 한다.

도 26을 참조하면, 투명한 마스크(1106)가 도시되어 있다. 이와 같이 마스크를 투명하게 도시함으로써 비노광 영역이 되는 부분(1102a), 그리고 광원이 포토레지스트(1100)에 적용된 후 노광 영역이 되는, 마스크 부분(1106a, 1106b)에 의해 가려진 부분(1102b)을 보여줄 수 있다.

도 27을 참조하면, 광원이 적용되어 현상된 이후의 포토레지스트(1100)가 도시되어 있다. 불투명 마스크 부분(1106c)으로 덮인 비노광 영역(1102a)만이 패턴화된 포토레지스트 또는 레지스트 이미지로서 남게 되는 반면, 노광 처리된 포토레지스트(1100)의 나머지 부분(1102b, 1104)은 통상의 방식으로 현상 공정 동안 노광 처리된 네거티브 레지스트에 의해 덮어진다. 마지막으로, 제2 에칭 공정이 수행되어 레지스트 패턴이 기판에 전사된다.

도 28을 참조하면, 기판 상의 에칭 패턴이 조합 패턴 형태로 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 영역(1002a 1102a)만이 소정의 최종 패턴을 형성하도록 남아 있다.

전술한 바와 같은 기술 내용으로부터 본 발명이 다수의 실시예와 관련하여 상세히 이해될 것이다. 당업계의 숙련자라면 전술한 기술 내용을 읽음으로써 본 발명의 개선점 및 본 발명의 정신 및 영역 내에서 이루어질 수 있는 그외 여러 수정예가 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 전술한 기술 내용의 범위 내에서 그러한 여러 수정예, 변경 및 대체물이 이루어질 수 있으며, 일부 예와 관련하여 기술된 일부 특징은 기타 대응하는 다른 특징과 함께 사용되지 않고서도 채용이 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 전술한 실시예의 다양한 조합이 가능한데, 즉, 네거티브 포토레지스트를 사용하여 일 방향으로 라인을 형성하면서 포지티브 포토레지스트를 사용하여 다른 방향으로 라인을 형성하거나, 그 반대의 경우를 생각할 수 있다. 또한, 예시 목적으로 사용된 라인이 일반적으로 X-축선 및 Y-축선 방향으로 배치되고는 있지만, 전술한 방법을 사용하여 기타 여러 다른 방향(예를 들어, 대각선 방향)으로 라인이 형성될 수도 있다. 따라서, 이하에 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 영역과 일치하는 방식으로 광범위한 의미로 작성되는 것이 바람직하다.

전술한 기술 내용으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명 고해상도 식각 장치 및 방법은, 구조가 간단하면서도, 광범위한 패턴에 적용 가능한, 간섭 사진 식각을 사용하는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

Claims

기판에 패턴을 형성하는 방법에 있어서,

상기 패턴을 적어도 제1 방향으로 배향된 복수 개의 라인을 포함하는 제1 서브 패턴과, 제2 방향으로 배향된 복수 개의 라인을 포함하는 제2 서브 패턴으로 분리하기 위한 단계와;

제1 정상파 간섭 패턴을 사용하여 상기 기판의 제1 감광성 재료 층에 제1 방향으로 배향된 복수 개의 제1 라인을 생성하는 단계와;

상기 제1 서브 패턴을 생성하도록 상기 생성된 복수 개의 제1 라인 중 일부를 트리밍 처리하는 단계와;

상기 제1 서브 패턴을 생성한 이후에 상기 기판에 제2 감광성 재료 층을 도포하는 단계와;

제2 정상파 간섭 패턴을 사용하여 상기 제2 감광성 재료 층에 제2 방향으로 배향된 복수 개의 제2 라인을 생성하는 단계; 및

상기 제2 서브 패턴을 생성하도록 상기 생성된 복수 개의 제2 라인 중 일부를 트리밍 처리하는 단계를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 고해상도 식각 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 고해상도 식각 방법은,

상기 트리밍 처리 후에 그리고 상기 제2 감광성 재료 층을 도포하기 이전에 상기 제1 서브 패턴을 생성하도록 사용된 상기 복수 개의 제1 라인을 경화시키는 단계를 추가로 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 고해상도 식각 방법.
청구항 2에 있어서, 상기 경화 단계는,

자외선 방사, 백킹 처리, 이식 처리, 그리고 화학적 처리 중 적어도 하나를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 고해상도 식각 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 복수 개의 제1 라인 중 일부를 트리밍 처리하여 상기 제1 서브 패턴을 생성하는 단계는,

상기 복수 개의 제1 라인 중 일부를 보호하기 위해 마스크를 도포하는 단계와;

상기 마스크를 도포한 후 상기 복수 개의 제1 라인을 노광 처리하는 단계; 및

상기 마스크에 의해 보호되지 않은 부분을 제거하기 위해 상기 복수 개의 제1 라인을 현상하는 단계를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 고해상도 식각 방법.
청구항 4에 있어서, 상기 제2 서브 패턴을 생성하도록 상기 복수 개의 제2 라인 중 일부를 트리밍 처리하는 단계는,

상기 복수 개의 제2 라인 중 일부를 보호하기 위해 마스크를 도포하는 단계 와;

상기 마스크를 도포한 후 상기 복수 개의 제2 라인을 노광 처리하는 단계; 및

상기 마스크에 의해 보호되지 않은 부분을 제거하기 위하여 상기 복수 개의 제2 라인을 현상하는 단계를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 고해상도 식각 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 고해상도 식각 방법은,

상기 복수 개의 제1 라인을 생성한 후에 그리고 상기 복수 개의 제2 라인을 생성하기 이전에 기판 표면에 대한 법선을 중심으로 90° ± 10°의 각도로 기판을 회전시키는 단계를 추가로 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 고해상도 식각 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 감광성 재료는,

포지티브 포토레지스트, 네거티브 포토레지스트, 단층 레지스트, 또는 복층 레지스트인 것을 특징으로 하는 고해상도 식각 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 패턴은,

라인(line), 공간(space), 사각형부(rectangle), 굴곡부(elbow), 및 따로 떨어진 구조체(island) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 고해상도 식 각 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 및 제2 정상파 간섭 패턴을 생성하는 단계는,

공기, 물, 그리고 물보다 굴절율이 큰 유체 중 적어도 하나를 포함하는 매체를 관통하여 복수의 방사선 빔을 투사하는 단계를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 고해상도 식각 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 및 제2 정상파 간섭 패턴은,

서로 동일한 것을 특징으로 하는 고해상도 식각 방법.
코히어런트 방사선 빔을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 방사선 공급원과;

상기 적어도 하나의 방사선 공급원을 사용하여 상기 기판의 방사선 감지 층상에 제1 및 제2 정상파 간섭 패턴을 투사하기 위한 수단과;

상기 제1 정상파 간섭 패턴을 투사한 이후 그리고 상기 제2 정상파 간섭 패턴을 투사하기 이전에 상기 기판의 일 위치를 변경하기 위한 수단; 및

적어도 상기 제1 정상파 간섭 패턴을 투사한 후 상기 방사선 감지 층을 현상하기 위한 수단;을 포함하여 간섭 사진 식각(interferometric photolithography)을 사용하여 기판에 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 고해상도 식각 장치.
청구항 11에 있어서, 상기 기판의 일 위치를 변경하기 위한 수단은,

회전 스테이지에 체결된 정렬 모듈을 포함하며, 상기 모듈은 상기 기판을 지지할 수 있고, 상기 스테이지는 수직 축선을 중심으로 360° 회전 가능한 것을 특징으로 하는 고해상도 식각 장치.
청구항 11에 있어서, 상기 제1 및 제2 정상파 간섭 패턴을 투사하기 위한 수단은,

코히어런트 방사선 빔으로부터 투과 빔 및 반사 빔을 생성하도록 형성된 빔 분할기와;

상기 빔 분할기를 중심으로 대칭적으로 배치되어, 상기 빔 분할기로부터 형성된 투과 빔과 반사 빔이 각각 충돌하게 되는 제1 반사면 및 제2 반사면과;

상기 제1 반사면으로부터 반사되는 빔의 경로 내에 상기 제1 반사면의 범위를 벗어나 배치된 제1 빔 확대기; 및

상기 제2 반사면으로부터 반사되는 빔의 경로 내에 상기 제2 반사면의 범위를 벗어나 배치된 제2 빔 확대기를 포함하여 구성되며,

상기 제1 및 제2 빔 확대기에서 나온 빔은 상기 기판 표면에 대한 법선의 어느 일측에 동일한 각도로 상기 기판에 대칭적으로 입사되어 정상파 간섭 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 고해상도 식각 장치.
청구항 11에 있어서, 상기 제1 및 제2 정상파 간섭 패턴을 투사하기 위한 수단은,

코히어런트 방사선 빔이 입사되는 빔 확대기와;

상기 빔 확대기로부터 출사되는 빔의 경로 내에 위치한 제1 반사면; 및

상기 제1 반사면으로부터 반사된 빔의 상측 부분의 경로 내에 위치한 제2 반사면을 포함하여 구성되며,

상기 제2 반사면으로부터 반사된 빔 및 상기 제1 반사면으로부터 반사된 빔의 하측 절반부가 상기 기판에 대한 법선과 동일한 각도를 이루며, 그 법선의 어느 일측에 대칭적으로 배치되어, 상기 기판 상에 중첩되는 경우 정상파 간섭 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 고해상도 식각 장치.
청구항 11에 있어서, 상기 제1 및 제2 정상파 간섭 패턴은,

투사 시에는 동일하지만, 상기 기판의 회전으로 인해 상기 방사선 감지 층 상에 서로 다른 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 고해상도 식각 장치.