KR20080054364A - 리소그래피 디바이스 제조 방법, 리소그래피 셀, 및 컴퓨터프로그램 제품 - Google Patents

리소그래피 디바이스 제조 방법, 리소그래피 셀, 및 컴퓨터프로그램 제품 Download PDF

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Abstract

밀집 라인들을 프린트하는 더블 패터닝 공정이 제공된다. 제 1 단계에서, 저면 반사방지막이 제공된 기판 위에 높인 제 1 레지스트 층에 라인들의 제 1 반-밀집 패턴이 프린트된다. 제 2 단계에서, 클리어된 영역들에 걸쳐 제공된 제 2 레지스트 층에 라인들의 제 2 반-밀집 패턴이 프린트된다. 제 1 및 제 2 반-밀집 라인 패턴들은 라인들 및 공간들의 원하는 밀집 패턴을 제공하기 위해 인터리브된 위치에 위치된다. 제 1 레지스트의 현상 후와 제 2 레지스트를 기판에 제공하기 전에, 저면 반사방지막의 표면 컨디셔닝이 제 1 레지스트 재료의 라인들 사이의 클리어된 영역들에 적용된다. 표면 컨디셔닝 단계는 클리어된 영역들의 표면에 대한 제 2 레지스트의 피처들의 부착을 개선하도록 배치된다.

Description

리소그래피 디바이스 제조 방법, 리소그래피 셀, 및 컴퓨터 프로그램 제품{LITHOGRAPHIC DEVICE MANUFACTURING METHOD, LITHOGRAPHIC CELL, AND COMPUTER PROGRAM PRODUCT}
본 발명은, 일반적으로 리소그래피 및 반도체 기판들을 노광하는 연계된 방법들 및 장치에 관한 것이다.
리소그래피 노광 장치들은, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조시에 사용될 수 있다. 이러한 경우, 패터닝 디바이스가 IC의 개별층에 대응하는 회로 패턴을 생성할 수 있다. 포토리소그래피에서, 방사선 빔은 상기 빔이 패터닝 디바이스를 가로지르게 함으로써 패터닝되고, 리소그래피 장치의 투영 시스템에 의해 레지스트에 원하는 패턴을 이미징(imaging)하도록 광-활성 레지스트(photo-activated resist)(즉, 포토 레지스트) 재료의 층으로 코팅된 기판(실리콘 웨이퍼) 상의 (예를 들어, 1 이상의 다이의 부분을 포함하는) 타겟부 상으로 투영된다. 일반적으로, 단일 기판은 투영 시스템을 통해 하나씩 연속하여 조사되는 인접한 타겟부들의 전체 네트워크를 포함할 것이다.
반도체 산업에서, 보다 작은 반도체 디바이스들이 IC 층 내에 보다 작은 피 처들을 갖기 위한 계속적인 요구는 기판 상에 게이트(gate) 및 접촉부(contact)와 같은 밀집하여 배치된 피처(densely arranged feature)들의 패턴들을 프린트하기 위한 과제를 추진하고 있다. 특히, 밀집한 라인들 및 공간들의 패턴들을 프린트할 필요가 있다. 이러한 패턴들을 프린트하는 것은 2 이상의 리소그래피 공정 단계를 수반한다. 제 1 단계는 (예를 들어, 마스크 패턴이 제공된 마스크 또는 레티클과 같은) 패터닝 디바이스로부터 기판 위에 놓인(overlay) 레지스트층으로 패턴을 전사하기 위해 광학 이미징 및 레지스트 노광을 수반한다. 제 2 공정은 노광된 레지스트층으로 하여금 레지스트의 현상을 거치게 하는 단계를 수반하며, 이때 포지티브 톤 레지스트(positive tone resist) 또는 네거티브 톤 레지스트(negative tone resist) 각각의 노광된 레지스트 부분 또는 노광되지 않은 레지스트 부분들이 분해(dissolve)되어, 기판으로부터 돌출한 레지스트 피처들을 남긴다. 예를 들어, 밀집한 라인들 및 공간들이 포지티브 톤 레지스트를 이용하여 프린트되어, 노광되지 않은 포지티브 톤 레지스트 재료로 구성된 라인들이 얻어질 수 있다.
일반적으로, 기판 표면에서의 노광 방사선의 반사로 인한 불리한 영향은 레지스트층을 제공하기 이전에 기판에 저면 반사방지막(bottom anti-reflection coating)을 제공함으로써 완화될 수 있다. 이러한 저면 반사방지막은 아래에서 BARC라고 칭한다.
최상의 분해능(resolution)으로 프린트된 밀집 라인들 및 공간들의 패턴에서는, 라인들의 라인 폭(CD)(임계 치수)이 공간들의 공간 폭과 실질적으로 동일하므로, 라인 폭은 라인들이 패턴 내에 배치되는 피치(pitch)의 절반이다.
라인들이 프린트될 수 있는 최대 밀도는 리소그래피 장치 특성뿐만 아니라, 프린트-공정 특성에 의해서도 결정된다. 상기 장치 특성은 상기 장치의 이미징 시스템(예를 들어, 광학 투영 시스템)의 특성을 포함한다. 상기 공정 특정은 노광 및 현상 공정의 특성 및 레지스트의 특성을 포함한다.
통상적으로, 앞서 언급된 특성과 최대 프린트가능한 밀도로 배치된 라인들 또는 공간들의 최소 폭(CD) 간의 관계는 CD = k1(λ/NA)로서 기록되며, 이때 NA는 투영 시스템의 개구수(numerical aperture)를 나타내고, λ는 노광 방사선의 파장을 나타내며, k1은 NA 및 λ 이외의 여하한 특성의 영향들을 나타내는 인자이다.
앞선 관계는 종래의 단일 노광 리소그래피 프린팅 공정에 관한 것이다. 이러한 공정에 대해서는, k1 = 0.25라는 제한이 밀집 라인 공간 구조체들을 프린트하기 위한 기본적인 물리적 광학 제한이기 때문에, k가 0.25보다 작게 되도록 프린팅을 배치할 수는 없다.
파장을 감소시키고 개구수를 증가시키는 것 이외에, 사용시 또는 현상시 k1에 대해 가능한 한 낮은 값을 얻기 위해 수많은 소위 분해능 향상 기술(Resolution Enhancement Technology: RET)들이 존재한다: RET의 예시로는 마스크-패턴 어시스트 피처(mask-pattern assist feature)들의 사용, 최적 마스크 조명 스킴(scheme) 및 관련 마스크 패턴 레이아웃들을 식별하는 소스-마스크 최적 계산들의 사용, 및 감쇠 위상 시프팅 마스크(PSM) 및 교번 또는 크롬리스(chromeless) PSM과 같은 상이한 형태의 마스크들의 사용이 있다.
밀집 라인 공간 패턴들의 최대 밀도를 더 증가시키기 위해, 0.25보다 작은 k1으로 라인들을 프린트할 수 있는 더블 패터닝 기술이 제안되고 개발된다. 예를 들어, 밀집 라인들 및 공간들을 프린트하는 듀얼-트렌치 더블 패터닝 공정(dual-trench double patterning process)에서는, 타겟층 내에서 인터리브된(interleaved) 위치에 제 1 및 제 2 패턴이 에칭된다. 타겟층은, 예를 들어 타겟층 아래놓인 층의 에칭에 사용될 희생 에칭 마스크(sacrificial etch mask)일 수 있다. 이러한 더블 패터닝 기술은 단일 노광 공정으로, 그리고 주어진 개구수(NA) 및 파장(λ)에 대해, 공간들이 2k1(λ/NA)보다 큰 피치로 배치되는 CD 값 이하의 폭 CDdp로 공간들의 반-밀집 패턴(semi-dense pattern)을 프린트할 가능성을 활용한다. 따라서, 그러한 패턴은 라인들 및 공간들의 폭들이 같다는 의미로서의 밀집 패턴이 아니다. 그 대신에, 라인들의 폭은 예를 들어 공간들의 폭 CDdp의 3 배인 인자이다. CDdp < CD인 이러한 라인형(line-shaped) 공간들의 반-밀집 패턴 또는 트렌치들의 반-밀집 패턴을 프린트하기 위해, 일반적으로 포지티브 톤 레지스트가 사용된다.
밀집 라인들을 프린트하는 듀얼-트렌치 더블 패터닝 공정은 다음 3 개의 단계들을 특징으로 한다. 제 1 단계에서, 공간들의 제 1 반-밀집 패턴이 레지스트에 프린트된다. 레지스트의 현상 이후에, 남은 레지스트 마스크는 제 2 단계에 대한 에칭 마스크로서 사용된다. 제 2 단계에서, 기판에 이방성(anisotropic) 에칭 공정을 적용시킴으로써 공간들이 타겟층으로 전사된 후, 레지스트 마스크가 제 거(strip)된다. 일반적으로, RIE(Reactive Ion Etching) 공정이 사용된다. 제 3 단계에서, 타겟층은 다시 레지스트로 코팅(coat)되고, 공간들의 제 2 반-밀집 패턴이 레지스트에 프린트된다. 제 2 프린팅은 제 2 패턴의 공간들이 타겟층에 에칭된 공간들에 대해 인터리브되어 위치되도록 배치된다. 인터리빙의 결과로서, 다시 RIE 공정을 이용한 타겟층의 후속한 에칭은 기판의 표면으로부터 돌출한 타겟층 재료의 라인들을 산출한다. 각각의 패턴이 공간 폭 CDdp 및 피치 4CDdp를 특징으로 하는 반-밀집 공간들의 2 개의 패턴들이 인터리브함으로써, 결과적인 라인들은 공간 폭 CDdp와 동일한 폭을 갖게 되어 밀집 라인 패턴이 얻어진다.
앞서 설명된 듀얼-트렌치 패터닝 공정과 연계된 문제점은, 제 1 및 제 2 프린팅 단계들 간의 타겟층의 RIE 처리가 기판들이 패터닝될 수 있는 속력을 감소시키고, 종래의 리소그래피 장치 또는 (리소그래피 장치에 연결된) 종래의 트랙 장치가 RIE 처리 수단들을 포함하지 않는다는 것이다. 트랙 장치는 리소그래피 장치로부터, 그리고 리소그래피 장치로 기판을 핸들링(handle)하고, 예를 들어 레지스트 코팅, 레지스트 현상, 및 전노광 베이크(pre-exposure bake) 및/또는 후노광 베이크(post-exposure bake)와 같은 또 다른 표준 전노광 및 후노광 레지스트 공정들과 같은 복수의 레지스트 처리 단계들을 실행하도록 배치된다.
예를 들어, 제 1 패터닝 다음과 제 2 패터닝 이전의 에칭 공정의 불리한 영향이 완화되는 더블 패터닝 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 리소그래피 디바이스 제조 방법이 제공되고, 상기 방법은 기판의 표면을 전체 또는 부분적으로 덮도록 배치된 제 1 방사선 감응재 층을 표면으로부터 돌출하고 상기 표면의 덮이지 않은 부분에 의해 분리된 제 1 및 제 2 피처-세그먼트(feature-segment)를 포함한 패턴으로 패터닝하는 단계, 상기 표면의 덮이지 않은 부분에 제 2 방사선 감응재 층을 제공하는 단계, 제 2 방사선 감응재 층을 제 1 및 제 2 피처-세그먼트에 대해 인터리브된 위치에 배치되고, 상기 표면의 덮이지 않은 부분으로부터 돌출하며, 제 1 및 제 2 피처-세그먼트들과 조합하여 원하는 패턴의 부분을 제공하도록 배치된 제 3 피처-세그먼트를 포함한 패턴으로 패터닝하는 단계를 포함하며, 상기 방법은 상기 표면에 대한 제 3 피처-세그먼트의 부착(adhesion)을 향상시키기 위해, 제 2 방사선 감응재 층을 제공하기 전과 제 1 방사선 감응재 층을 패터닝한 후에 상기 표면의 덮이지 않은 부분에 표면 컨디셔닝 공정(surface conditioning process)을 적용시키는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 리소그래피 장치, 복수의 공정 장치, 및 리소그래피 장치 및 공정 장치를 제어하는 제어 유닛을 포함한 리소그래피 셀이 제공되고, 상기 복수의 공정 장치는 제 1 방사선 감응재의 제 1 및 제 2 피처-세그먼트 사이에 배치된 기판 표면의 덮이지 않은 부분에 대한 제 2 방사선 감응재의 제 3 피처-세그먼트의 부착을 향상시키도록 배치된 표면 컨디셔닝 장치를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 컴퓨터 판독가능한 매체 상에 기록된 명령어들을 포함한 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)이 제공되고, 상기 명령어들은 디바이스 제조 방법을 수행하기 위해 리소그래피 셀을 제어하도록 순응되며, 상기 방법은 언급된 순서대로: 기판의 표면 상에 제 1 방사선 감응재 층을 제공하는 단계, 상기 층을 상기 표면으로부터 돌출하고 상기 표면의 덮이지 않은 부분에 의해 분리된 제 1 및 제 2 피처-세그먼트를 포함한 패턴으로 패터닝하는 단계, 상기 표면에 대한 제 2 방사선 감응재의 제 3 피처-세그먼트의 부착을 향상시키기 위해 상기 표면의 덮이지 않은 부분에 표면 컨디셔닝 공정을 적용시키는 단계, 상기 표면의 덮이지 않은 부분에 제 2 방사선 감응재 층을 제공하는 단계, 제 2 방사선 감응재 층을 제 1 및 제 2 피처-세그먼트에 대해 인터리브된 위치에 배치되고, 상기 표면의 덮이지 않은 부분으로부터 돌출한 제 3 피처-세그먼트를 포함한 패턴으로 패터닝하는 단계를 포함하고, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 피처-세그먼트들은 조합하여 원하는 패턴의 부분을 제공하도록 배치된다.
제 1 실시예
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 1에 예시된 바와 같이 최상층(114)의 표면(112)으로부터 돌출한 레지스트 재료의 라인들의 밀집 라인 공간 패턴(100)이 제공된다. 최상층(114)은 전체 또는 부분적으로 리소그래피 기판(W) 위에 놓이는 저면 반사방지막(BARC)일 수 있다. 2 개의 인접한 라인들(110 및 111)의 레지스트는 2 개의 각각 별도의 레지스트 증착(deposition)들로부터 발생한다. 제 1 및 제 2 레지스트 증착들은 각각의 제 1 및 제 2 레지스트 재료를 기판에 제공하고 리소그래피로 처리하는 단계를 포함한다. 각각의 제 1 및 제 2 레지스트 재료는, 예를 들어 포지티브 톤 레지스트 또는 네거티브 톤 레지스트와 같은 여하한의 방사선 감응재일 수 있다. 제 1 및 제 2 레지스트 재료는 반대인 토낼리티(tonality)의 레지스트들일 수 있다. 라인들 110은 단지 1 이상의 레지스트 재료 피처(들)의 피처-세그먼트들일 수 있다. 이와 유사하게, 라인들 111은 이러한 세그먼트들일 수 있다. 일 실시예에서, 기판은 실리콘 웨이퍼이고, 이는 본 실시예의 더블 패터닝 공정을 적용하기 이전에 1 이상의 IC 층들을 제공하도록 리소그래피로 처리되었을 수 있다. 또한, 기판에는 BARC 층(114) 밑에 타겟층(TL)이 제공되고, 이는 본 방법에 따라 원하는 패턴으로 패터닝되기 위한 것이다. 라인들(110 및 111)은 원하는 패턴의 일부분일 수 있다. 타겟층(TL)은 IC 층이거나, 리소그래피 처리에서의 사용을 위한 여하한의 다른 형태의 층일 수 있다. BARC 대신에, 최상층(114)은 예를 들어 무기(inorganic) 저면 반사방지막 또는 기판 상에 배치된 하드 마스크(hard mask)일 수 있다. 하드 마스크는, 예를 들어 산화층(oxide layer), 또는 SiON 또는 SiN 또는 TiN과 같은 질화물(nitride)의 층일 수 있다.
도 2는 본 발명의 더블 패터닝 방법의 일부분인 공정 단계들의 흐름도(200)를 예시한다. 기판(W)에 제 1 레지스트를 제공한 이후에(도 2, 단계 210), 제 1 레지스트층에 제 1 반-밀집 라인 패턴이 프린트된다(도 2, 단계 220). 상기 프린트하는 단계는 공간들의 제 1 세트를 제공하도록 제 1 디벨로퍼(developer)가 적용되는 현상 단계를 포함한다. 제 1 레지스트를 현상하는데에는 종래의 수산화물 현상 공정(hydroxide development process)이 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에서는 테트라메틸아모늄 수산화 용액(tetramethylammonium hydroxide solution)이 사용된다; 이 형태의 디벨로퍼는 통상적으로 TMAH 디벨로퍼라고 칭한다.
도 3a에서, 2 개의 제 1 단계들(210 및 220)의 결과가 예시된다. BARC 표면으로부터 돌출한 결과적인 라인들의 제 1 세트의 라인 폭은 CDdp이고, 라인들 간의 공간들의 폭은 3CDdp다. 도 3a에서의 2 개의 라인들은 1 이상의 피처들의 제 1 및 제 2 피처-세그먼트들일 수 있다.
그 다음, 제 2 레지스트가 기판에 제공된다(도 2, 단계 230). 이 공정은 전체적으로 또는 부분적으로 제 1 세트 사이의 표면의 덮이지 않은 부분들(112)(예를 들어, 공간들)이 제 2 레지스트 재료로 덮이거나 채워지도록 배치된다. 또한, 레지스트 전처리(pre-processing)도 제공될 수 있다. 그 다음, 제 2 반-밀집 라인 패턴(320)이 제 2 레지스트층에 프린트된다(도 2, 단계 240). 단계들(230 및 240)의 결과가 도 3b에 예시되어 있다. 제 2 패턴은 BARC 표면(114)으로부터 돌출한 결과적인 라인들의 제 2 세트(320)의 라인 폭이 CDdp이고, 라인들(111) 간의 공간들의 폭이 3CDdp가 되도록 배치된다. 라인들의 제 2 세트(320)의 위치는 라인들의 제 1 세트(310)에 대해 인터리브된 위치에 배치된다. 이는 도 3b에 개략적으로 도시된다. 도 3b에서의 2 개의 라인들 110 사이의 라인 111은 앞서 언급된 1 이상의 피처들의 제 1 및 제 2 피처-세그먼트들 사이의 제 3 피처-세그먼트일 수 있다. 인터리 빙은, 예를 들어 제 1 및 제 2 반-밀집 라인 패턴들(310 및 320) 각각에 따른 패턴들을 갖는 제 1 및 제 2 마스크들을 이용함으로써 얻어질 수 있다. 그 후, 인터리빙은 마스크들 상에서 1 이상의 공통 정렬 마크들에 대해 서로 변위된 2 개의 패턴들을 배치함으로써 얻어질 수 있으며, 2 개의 패턴들의 변위는 원하는 인터리빙에 따라 선택된다. 결과적인 패턴의 피치는 2CDdp이고, CDdp가 CD보다 작은 것을 고려하면, 원하는 밀집 라인 공간 패턴이 얻어지므로, 효과적으로 인자 k1은 0.25이거나 그보다 작을 수 있다.
제 2 프린팅 공정(단계 240)은 공간들의 제 2 세트(즉, 도 3b에서 라인들(110 및 111) 간의 공간들)를 제공하기 위해, 제 2 디벨로퍼를 이용한 제 2 레지스트 재료의 현상을 포함한다. 제 2 디벨로퍼 및 제 1 레지스트 재료의 성분은 라인들(110)을 포함한 피처들의 제 1 세트(310)의 제 2 디벨로퍼에 대한 노출(exposure)이 이 라인들의 구성(constitution) 및 형태에 실질적으로 영향을 주지 않도록 배치된다.
제 2 반-밀집 라인 패턴(320)을 프린트한 이후에, 밀집 라인들 및 공간들의 원하는 에칭 마스크 패턴(100)이 얻어진다. 타겟층(TL)에 라인들의 밀집 패턴을 전사하기 위해 종래의 RIE 공정이 적용될 수 있다(도 2, 단계 250). 후속하여, 종래의 레지스트 제거 공정(resist stripping process)을 적용하여 레지스트 마스크가 제거될 수 있다.
본 실시예에서, 제 1 레지스트 재료는 예를 들어 TOK P6239 레지스트와 같은 포지티브 톤 포토레지스트이고, 라인들의 제 1 세트는 TMAH 디벨로퍼를 이용하여 프린트된다. 반-밀집 라인들을 프린트하는데 사용될 수 있는 마스크 타입은, 예를 들어 브라이트 필드 크롬-온-글래스 마스크(bright field chrome-on-glass mask)(COG 마스크), 교번 위상 시프팅 마스크(교번 PSM) 또는 크롬리스 PSM과 같은 브라이트 필드 마스크이다. 제 2 레지스트 재료는, 예를 들어 TOK N023 또는 TOK N027 레지스트와 같은 네거티브 톤 포토레지스트이고, 라인들의 제 2 세트는 예를 들어 다크 필드(dark field) COG 마스크 또는 다크 필드 감쇠 PSM을 이용하여 프린트될 수 있다.
기판 레벨에서 얻어진 피처 치수 및 패턴 치수를 참조하면(예를 들어, 마스크 레벨에서 대응하는 치수들을 얻기 위해서는 리소그래피 장치의 투영 시스템에 의한 이미징의 감소율에 대해 설명해야 한다), 2 개의 반-밀집 라인 패턴들을 이용하여 50 nm 폭의 라인들이 이미징되었고, 이때 50 nm 라인들은 200 nm의 피치로 배치되었다. 본 실시예의 방법을 적용함으로써, 각각의 노광들에 대해 NA = 0.93 및 λ = 193 nm인 리소그래피 장치를 이용하여 50 nm 폭의 밀집 라인들 및 50 nm 폭의 공간들의 레지스트 패턴이 얻어졌다. 조명 세팅은 시그마(sigma) = 0.5였고, COG 마스크 패턴들이 사용되었다. BARC는 AZ 1C5D BARC였다.
따라서, 본 방법은 원칙적으로는 더블 패터닝이 중간 RIE 또는 다른 에칭 공정을 회피하기 위해 사용될 수 있지만, 제 1 노광 및 현상 후(즉, 제 1 레지스트 재료층의 제 1 패터닝 후)와 기판에 제 2 레지스트를 제공하기 전에, 도 3a에서의 피처들(110) 사이에서 표면(112)의 클리어된(cleared) 덮이지 않은 부분들을 컨디 셔닝하도록 배치된 표면 컨디셔닝 공정 단계를 적용시킴으로써 본 더블 패터닝 공정의 산출(yield)이 개선될 수 있다. 도 4에 예시된 공정 흐름(400)에서, 이 표면 컨디셔닝 단계가 단계 410에 언급된다. 도 2와 비교하면, 제 1 반-밀집 라인 패턴을 프린트하는 공정 단계(220)와 기판에 제 2 레지스트를 제공하는 공정 단계(230) 사이에서 추가 공정 단계(410)가 실행된다. BARC 표면 컨디셔닝 단계는 제 1 현상 후와 기판에 제 2 레지스트 재료를 적용하기 전에 적용되는 것이 바람직하다.
(도 4에서 단계 220의 일부분인) TMAH 디벨로퍼의 적용시, BARC 표면(112)의 부분들은 제 1 레지스트의 분해(dissolution)에 대해 덮이지 않게 되고, TMAH 디벨로퍼에 노출되게 된다는 것을 이해하여야 한다. 이 BARC의 덮이지 않은 부분들의 표면은 도 3a에서 라인들(110) 사이의 공간들의 표면을 구현한다. 도 5에 빗금친(hatched) 표면 부분들(510)에 의해 개략적으로 나타낸 바와 같이, TMAH 현상 공정은 덮이지 않은 BARC 부분들의 표면(112)에서의, 그리고 그에 근접한 층(114)의 BARC 재료의 특성들을 변화시킨다. TMAH 디벨로퍼에 대한 BARC 표면의 노출은 BARC의 표면 부분들(510)에 포함된 재료의 극성(polarity) 및/또는 산성(acidity)을 변화시킨다. 표면 부분(510)의 더 높은 극성은 후속하여 프린트되는 레지스트 피처의 아래놓인 디벨로퍼-노출 BARC 표면에 대한 부착의 감소와 관련되고, 표면 부분(510)의 더 낮은 산성은 제 2 레지스트로서 네거티브 톤 레지스트를 사용하는 경우 공차(tolerance)를 초과한 이러한 후속하여 프린트되는 레지스트 피처의 (감소된 부착을 초래하는) 언더컷(undercut)을 야기하는데 관련된다. TMAH 디벨로퍼에 대한 BARC의 노출은 극성의 증가 및/또는 산성의 감소를 야기하는 것으로 이해된 다. TMAH 유도 극성 증가 및/또는 TMAH 유도 산성 감소를 완전히, 또는 적어도 부분적으로 경감하도록 BARC 표면 컨디셔닝 단계(410)가 배치된다. BARC 표면 컨디셔닝 단계(410)가 없는 경우, BARC 표면에 대한 제 2 레지스트 피처들의 감소된 부착으로 인해, 및/또는 제 2 레지스트의 피처들의 언더컷으로 인해 패턴 붕괴가 일어나기 쉽다. 패턴 붕괴의 일 예시가 도 6에 예시되어 있다. 이 불리한 영향은 BARC 표면 부분들(510)의 극성 및/또는 (pH 단위로 표면되는) 산성에 영향을 주도록 BARC 표면 컨디셔닝 단계(410)를 배치함으로써 회피될 수 있다.
본 실시예에서, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, BARC 표면 컨디셔닝 단계(410)는 기판을 산에 노출시키는 단계를 포함하며, 이는 플루오르화수소산(hydrofluoric acid) 또는 아세트산(acetic acid)일 수 있다. 예를 들어, 기판은 플루오르화수소(HF)의 스프레이 처리를 거칠 수 있다. 이러한 처리는 산 스프레이 디바이스(acid spraying device)를 이용하여 실행될 수 있으며, 이는 트랙 시스템의 일부분일 수 있다. 예를 들어, HF 산 스프레이와 같은 산 스프레이에 대한 기판의 노출의 효과는, 친수성 수산기(hydrophilic hydroxyl group)들이 소수성 플루오르기(hydrophobic fluorine group)로 교체되고, BARC 영역(510)의 산성이 증가된다는 것이다.
본 실시예에서 얻어진 결과는 도 7에 도시된다.
제 2 실시예
제 1 실시예는 BARC 표면 컨디셔닝 단계(410)가 플루오르화탄소 기초 플라즈 마(fluorocarbon based plasma) 또는 수소-함유(hydrogen-containing) 플루오르화탄소 기초 플라즈마에 기판을 노출시키는 단계를 포함한다는 것을 제외하고는 제 1 실시예와 동일하다. 예를 들어, CxHyFz 플라즈마 처리(treatment)는 친수성 수산기를 수소성 플루오르기로 교체하는데 있어서 영향을 미친다. 제 1 및 제 2 실시예들의 BARC 표면 컨디셔닝 단계들은 조합하여 사용될 수 있다.
제 3 실시예
제 3 실시예는 BARC 표면 컨디셔닝 단계(410)에 추가하여, 상기 방법이 제 1 레지스트 재료의 피처들(110)에 대한 (예를 들어, 단계들 410, 230 및 240 중 어느 하나와 같은) 후속한 처리 단계들의 가능한 불리한 영향을 더 감소시키도록 배치된 고정 단계(fixation step)를 더 포함하는 것을 제외하고는 제 1 실시예와 동일하다. 공정 단계는, 예를 들어 제 1 레지스트층을 패터닝한 후와 제 2 레지스트층을 제공하기 전에 제 1 반-밀집 라인 패턴의 라인 피처들(110)에서 적어도 재료의 약간의 흐름을 야기하기에 충분히 높은 온도로의 기판의 하드 베이킹을 포함한다. 하드 베이크는 200 K 이상의 온도로 실행되는 것이 바람직하다. 제 1 및 제 2 실시예들의 BARC 표면 컨디셔닝 단계들은 각각 본 실시예의 하드 베이크 단계와 조합하여 사용될 수 있다.
하드 베이크의 또 다른 효과는 남은 제 1 레지스트의 광-활성 성분들을 더 비활성화시키는 것임을 이해하여야 한다; 이러한 잔여 광-활성 성분들은 제 2 노광시 활성화되는 경우에 불리한 효과를 가질 수 있다. 하드 베이크 단계의 또 다른 장점 또는 대안적인 장점은, 그것이 제 2 디벨로퍼에서의 제 1 레지스트 피처들(110)의 잔여 용해도(solubility)를 감소시킨다는 것이다; 라인들(110)의 또 다른 분해는 제 2 레지스트의 현상 단계시 일어날 수 있다.
여하한의 본 실시예들의 장점은, 제 2 노광시 도 3b에서의 라인들 111에 대응하는 레지스트 부분들만이 노광되어, 라인형 레지스트 피처들 110에서의 노광 방사선의 산란(scattering)이 실질적으로 회피된다는 것이다. 이는 제 2 레지스트에서 제 2 반-밀집 라인 패턴의 이미지의 최적 콘트라스트(optimal contrast)를 야기할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 각각의 BARC 표면 컨디셔닝 단계들은 린스액(rinse liquid)을 적용하고, 및/또는 초임계 이산화탄소 디벨로퍼(super critical carbon dioxide developer)를 이용함과 같은 패턴 붕괴를 방지하는 종래의 방법과 조합된다.
제 4 실시예
제 4 실시예에서는, 도 8에 예시된 바와 같이 리소그래피 장치(810), 복수의 공정 장치(820), 및 리소그래피 장치 및 공정 장치를 제어하는 제어 유닛(830)을 포함한 리소그래피 셀(800)이 제공되고, 복수의 공정 장치는 기판의 표면의 덮이지 않은 부분에 대한 레지스트-재료 피처-세그먼트의 부착을 향상시키도록 배치된 표면 컨디셔닝 장치(840)를 포함하며, 상기 표면의 덮이지 않은 부분은 제 1 방사선 감응재의 제 1 및 제 2 피처-세그먼트 사이에 배치되고, 레지스트-재료 피처-세그 먼트는 제 3 방사선 감응재의 피처-세그먼트이다. 리소그래피 투영 장치(810)는 앞서 설명된 여하한의 방법들에 따라 BARC 표면을 컨디셔닝하도록 구성되고 배치된 디바이스(840)와 조합된다. 상기 디바이스(840)는 리소그래피 투영 장치(810)에 연결되고, 리소그래피로부터 그리고 리소그래피로 기판을 핸들링 및 이송하도록 배치되며, 스핀 코팅(spin coating), 레지스트 현상, 및/또는 전노광 베이크 및/또는 후노광 베이크와 같은 또 다른 표준 전노광 및 후노광 레지스트 공정과 같은 레지스트 처리를 실행하는 트랙 장치(860)의 일부분일 수 있다.
리소그래피 셀(800)의 표면 컨디셔닝 장치(840)는, 예를 들어 플루오르화수소산 또는 아세트산과 같은 산의 공급기(supply: 850)에 연결될 수 있다. 대안적으로, 표면 컨디셔닝 장치(840)는 플루오르화탄소 기초 플라즈마 또는 수소-함유 플루오르화탄소 기초 플라즈마에 기판을 노출시키도록 배치될 수 있고, 이 경우 공급기(850)는 에칭 가스들을 공급하는 수단으로 칭한다. 본 실시예에서, 표면 컨디셔닝 장치(840)는 리소그래피 투영 장치(810)와 함께 사용하고 그에 연결된 트랙(860) 내에 포함된다.
제어 유닛(830)은 리소그래피 셀(800)로 하여금, 언급된 순서대로 기판(W) 상의 (예를 들어, BARC와 같은) 층(114)의 표면(112) 상에 제 1 레지스트 또는 방사선 감응재의 층을 제공하는 단계, 제 1 레지스트의 층을 상기 표면(112)으로부터 돌출하고 상기 표면(112)의 덮이지 않은 부분에 의해 분리된 제 1 및 제 2 피처-세그먼트를 포함한 패턴(310)으로 패터닝하는 단계, 상기 표면(112)에 대한 제 2 레지스트 또는 방사선 감응재의 층의 부착을 향상시키기 위해 상기 표면(112)의 덮이 지 않은 부분에 표면 컨디셔닝 공정(410)을 적용시키는 단계, 상기 표면(112)의 덮이지 않은 부분에 제 2 레지스트층을 제공하는 단계, 제 2 레지스트층을 제 1 및 제 2 피처-세그먼트에 대해 인터리브된 위치에 배치되고, 상기 표면(112)의 덮이지 않은 부분으로부터 돌출한 제 3 피처-세그먼트를 포함한 패턴으로 패터닝하는 단계를 포함한 방법을 수행하게 하는 명령어들이 그 안에 저장되어 있는 스토리지 매체(storage medium)를 포함하고, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 피처-세그먼트들은 조합하여 원하는 패턴의 부분을 제공하도록 배치된다. 제 1 및 제 2 피처-세그먼트들은 라인형 피처들 110의 세그먼트들일 수 있으며, 제 3 피처-세그먼트는 라인형 피처들 111 중 한 라인의 세그먼트일 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치(810)를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는:
방사선 빔(B)(예를 들어, 예를 들어 193 nm 또는 248 nm의 파장에서 작용하는 엑시머 레이저에 의해 발생된 것과 같은 DUV 방사선 또는 UV 방사선, 또는 예를 들어 13,6 nm에서 작용하는 레이저-발화 플라즈마 소스에의해 발생된 것과 같은 EUV 방사선)을 컨디셔닝하도록 구성된 조명시스템(일루미네이터)(IL);
패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 특정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키도록 구성된 제1위치설정기(PM)에 연결된 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT);
기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 잡아주도록 구성되고, 특정 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제2위치설정기(PW)에 연결 된 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및
기판(W)의 타겟부(예를 들어 1 이상의 다이를 포함)(C)에 패터닝 디바이스(MA)에 의하여 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성된 투영시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.
조명시스템은, 방사선의 지향, 성형 또는 조절을 위하여, 다양한 형태의 광학 구성요소들, 예컨대 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 형태의 광학 구성요소들, 또는 그 조합을 포함할 수 있다.
지지 구조체는, 패터닝 디바이스의 방위, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 여타의 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 지지 구조체는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 여타의 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 지지 구조체는 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 지지 구조체는 패터닝 디바이스가, 예를 들어 투영시스템에 대해, 원하는 위치에 있을 것을 보장할 수 있다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 어떠한 용어의 사용도 "패터닝 디바이스"와 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로도 간주될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는, 예를 들어 기판의 타겟부에 패턴을 생성하기 위해서, 방사선 빔의 단면에 소정 패턴을 부여하는데 사용될 수 있는 임의의 디바이스를 의미하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예를 들어, 상기 패턴이 위상-시프팅 피처(phase-shifting feature)들 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)들을 포함하는 경우, 기판의 타겟부내의 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않을 수도 있다는 것을 유의한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 생성될 디바이스내의 특정 기능층에 해당할 것이다.
패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예로는 마스크, 프로그래밍가능한 거울 어레이 및 프로그래밍가능한 LCD 패널을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리형, 교번 위상-시프트형 및 감쇠 위상-시프트형 마스크와 다양한 하이브리드 마스크 형식도 포함한다. 프로그래밍가능한 거울 어레이의 일례는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 채택하며, 그 각각은 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사시키도록 개별적으로 기울어질 수 있다. 기울어진 거울들은 거울 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 소정 패턴을 부여한다.
본 명세서에서 사용되는 "투영시스템"이라는 용어는, 사용되는 노광방사선에 대하여, 또는 침지 유체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 인자들에 대하여 적절하다면, 굴절, 반사, 카타디옵트릭, 자기, 전자기 및 정전기 광학 시스템들을 포함하는 임의의 타입의 투영시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영시스템"과 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로도 간주될 수 있다.
본 명세서에 도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 투과 마스크를 채택하는) 투과형이다. 선택적으로, 상기 장치는 (예를 들어, 상기 언급된 바와 같은 형태의 프로그래밍가능한 거울 어레이를 채택하거나, 반사 마스크를 채택하는) 반사형이 될 수도 있다.
리소그래피 장치는 2개(듀얼 스테이지)이상의 기판 테이블 (및/또는 2이상의 마스크 테이블)을 갖는 형태일 수도 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는 추가 테이블이 병행하여 사용될 수 있으며, 또는 1 이상의 테이블이 노광에 사용되고 있는 동안 1 이상의 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다.
또한, 리소그래피 장치는, 투영시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해, 비교적 높은 굴절률을 가지는 액체(예를 들어, 물)에 의해 기판의 적어도 일부분이 덮일 수 있는 형태로 구성될 수도 있다. 또한, 침지 액체는 리소그래피 장치내의 다른 공간들, 예를 들어 마스크와 투영시스템 사이에도 적용될 수 있다. 침지 기술은 투영시스템의 개구수를 증가시키는 기술로 주지되어 있다. 본 명세서에서 사용되는 "침지"라는 용어는, 기판과 같은 구조체가 액체에 담그어져야 한다는 것을 의미하는 것이 아니라, 그 보다는 노광 시 액체가 투영시스템과 기판 사이에 위치된다는 것을 의미한다.
도 9를 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(S0)로부터 방사선 빔을 수용한다. 예를 들어, 상기 소스가 엑시머 레이저인 경우, 상기 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 개체일 수도 있다. 이러한 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 상기 방사선 빔은, 예를 들어 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스팬더를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로, 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 통과된다. 다른 경우, 예를 들어 상기 소스가 수 은 램프인 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 통합부일 수 있다. 상기 소스(SO) 및 일루미네이터(IL)는, 필요하다면 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고도 칭해질 수 있다.
일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하는 조정기(AD)를 포함할 수도 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면내의 세기 분포의 적어도 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 σ-외측 및 σ-내측이라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같이 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수 있다. 일루미네이터는 그 단면에 원하는 균일성과 세기 분포를 가지기 위해, 방사선의 빔을 컨디셔닝하는데 사용될 수 있다.
상기 방사선 빔(B)은, 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)상에 유지되어 있는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)상에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 마스크(MA)를 가로질렀으면, 상기 방사선 빔(B)은 투영시스템(PS)을 통과하여 기판(W)의 타겟부(C)상에 상기 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF), (예컨대, 간섭계 디바이스, 리니어 인코더 또는 용량성 센서)를 사용하여, 기판 테이블(WT)은, 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로내에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 또 다른 위치센서(도 9에 명확히 도시되지 않음)는, 예를 들어 마스크 라이브러리로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔하는 동안, 방사선 빔(B)의 경로에 대해 패터닝 디바이스(MA)를 정확히 위치시키는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 마스크 테이블(MT)의 이동은, 장-행정 모듈(long-stroke module)(개략 위치 설정) 및 단-행정 모듈(short-stroke module)(미세 위치설정)의 도움을 받아 실현될 수 있으며, 이는 제 1 위치설정기(PM)의 일부분을 형성한다. 이와 유사하게, 기판 테이블(WT)의 이동도, 장-행정 모듈 및 단-행정 모듈을 이용하여 실현될 수 있으며, 이는 제 2 위치설정기(PW)의 일부분을 형성한다. (스캐너와는 대조적으로) 스테퍼의 경우, 상기 마스크 테이블(MT)은 단지 단-행정 액추에이터에만 연결되거나 고정될 수도 있다. 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)를 이용하여 정렬될 수 있다. 비록, 예시된 기판 정렬 마크들이 지정된 타겟부(dedicated target portion)들을 차지하지만, 그들은 타겟부들간의 공간들내에 위치될 수도 있다(이들은 스크라이브-레인 정렬 마크들(scribe-lane alignment marks)로 알려져 있다). 이와 유사하게, 마스크(MA)상에 1이상의 다이가 제공되는 상황들에서는, 마스크 정렬 마크들이 다이들 사이에 위치될 수도 있다.
서술된 장치는 다음의 모드들 중 1이상에 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)은 본질적으로 정지상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여되는 전체 패턴은 한번에 타겟부(C)상에 투영된다(즉, 단일 정적 노광(single static exposure)). 이후, 기판 테이블(WT)은 다른 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 X 및/또는 Y 방향으로 시프트된다. 스텝 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 정적 노광시에 이미징되는 타겟부(C)의 크기를 제한한다.
2. 스캔 모드에서, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)은, 방사선 빔에 부여되는 패턴이 타겟부(C)상에 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝(즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure))된다. 지지 구조체(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 확대(축소) 및 투영시스템(PS)의 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광시 타겟부의 (스캐닝되지 않는 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 작동의 길이는 타겟부의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다.
3. 또 다른 모드에서, 지지 구조체(MT)는 프로그래밍가능한 패터닝 디바이스를 유지하여 기본적으로 정지된 상태로 유지되며, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C)상에 투영되는 동안, 기판 테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스화된 방사선 소스(pulsed radiation source)가 채용되며, 프로그래밍가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WT)이 각각 이동한 후, 또는 스캔동안의 연속 방사선 펄스들 사이에 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 상기 언급된 바와 같은 형태의 프로그래밍가능한 거울 어레이와 같은 프로그래밍가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 상술된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 사용 모드들이 채택될 수도 있다.
이해할 수 있는 바와 같이, 앞서 설명된 여하한의 실시예들에서, 본 명세서의 라인들 및 공간들에 대한 어떠한 언급도 피처들 및 이러한 피처들 사이의 공간들로 일반화될 수 있다.
앞서 설명된 여하한의 실시예들에서, 인터리브된 피처들의 원하는 폭 및 인 터리브된 피처들 간의 결과적인 갭들의 원하는 폭의 (원하는 패턴의 영역에 걸쳐) 균일한 분포를 달성하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 다이 내의 상이한 위치들에서의 (원하는 라인 폭 및 원하는 공간 폭 CDdp를 특징으로 하는) 밀집 라인 공간 패턴의 프린팅에 대해, 다이 영역에 걸쳐 프린트된 라인 및 공간 폭들의 균일한 분포를 달성하는 것이 바람직하다. 인터리빙을 얻기 위해, 제 1 및 제 2 반-밀집 라인 패턴들(310 및 320) 각각에 따른 패턴들을 갖는 제 1 및 제 2 마스크가 사용될 수 있다. 공통 정렬 마크들에 대해, 하나의 마스크 상의 피처들의 위치들이 다른 마스크 상의 피처들의 위치들과 훌륭하게 상관(correlate)되도록, 2 개의 패턴들은 마스크 상의 1 이상의 공통(동등한) 정렬 마크에 대해 위치된다. 하지만, 2 개의 마스크들 간의 피처 위치들의 바람직한 상관관계의 제공은, 예를 들어 2 개의 마스크 패턴들이 동일한 툴을 이용하고, 사이에 짧은 시간-간격으로 기록되거나 프린트되었기 때문에 정렬 마크들에 대해 동일한 위치들에서 일어나는 라인들의 폭의 오차들을 야기할 수 있다. 이는 (두꺼운 라인(thick line)들로 언급되는) 이웃하여 프린트된 모든 라인들이 공칭 폭(nominal width)보다 큰 폭을 갖는 영역들, 및 이웃하여 프린트된 모든 라인들이 공칭 폭보다 작은 폭을 갖는 다른 영역들을 발생시킨다. 이미징 장치의 이미징 파라미터의 계통 변동(systematic variation)들 및/또는 이미징 필드 또는 타겟부에 걸친 노광 도즈의 계통 변동으로 인해 유사한 프린트된 라인 폭 오차들이 발생할 수 있다.
모든 라인들이 공칭 폭보다 큰 라인들을 갖는 영역들에 대해, 인터리브된 라 인들의 제공에 의한 더블 패터닝 공정을 완료한 경우, 라인들 사이에 단락-회로(short-circuiting)가 더 높게 발생할 수 있다. 두꺼운 라인들을 갖는 영역들에서 단락-회로의 위험을 감소시키기 위해, 제 2 노광시 인터리브될 라인들은 공칭 폭보다 작은 폭을 갖는 라인들로서 프린트되는 것이 바람직하다. 여하한의 실시예들에서와 같이 제 2 노광 단계에서 상이한 토낼리티를 갖는 레지스트를 이용함으로써, CD 응답(response)(즉, 마스크 패턴 피처들의 크기 오차들 및/또는 프린팅 공정 오차들에 응답하는 프린트된 라인 폭의 편차)이 제 1 노광에 대해 역으로 되어, 단락-회로의 가능성을 실질적으로 감소시킨다.
본 명세서에서는, IC의 제조에서의 리소그래피 장치의 사용이 특히 언급되지만, 본 명세서에서 기재된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 유도 및 검출 패턴, 평판 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조와 같이 다른 응용예들을 가질 수도 있음을 이해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용예와 관련하여, 본 명세서의 "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 용어의 어떠한 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부"와 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수도 있음을 이해할 것이다. 본 명세서에서 언급되는 기판은, 노광 전후에, 예를 들어 트랙(전형적으로, 기판에 레지스트층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 메트롤로지 툴 및/또는 검사툴에서 처리될 수 있다. 적용가능하다면, 이러한 기판 처리 툴과 다른 기판 처리 툴에 본 명세서의 기재내용이 적용될 수 있다. 또한, 예를 들어 다층 IC를 생성하기 위하여 기판이 한번 이상 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 이미 여러번 처리된 층들을 포함한 기판을 칭할 수도 있다.
이상, 광학 리소그래피에 관련하여 본 발명의 실시예들의 특정 사용예를 언급하였지만, 본 발명은 다른 적용예들에서도 사용될 수 있으며, 본 명세서가 허용한다면, 광학 리소그래피로 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다.
또한, 리소그래피 장치는 투영 시스템의 최종 요소와 기판 사이의 공간을 채우기 위해서, 기판 표면이 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예컨대 물에 침지되는 형태로 구성될 수 있다. 또한, 침지 액체는 리소그래피 장치 내의 다른 공간들, 예를 들어 패터닝 디바이스와 투영 시스템의 제 1 요소 사이에도 적용될 수 있다. 침지 기술은 투영 시스템들의 개구수를 증가시키기 위해 이 기술에서 주지되어 있다.
본 명세서에서 사용되는 "방사선" 및 "빔"이란 용어는 (예를 들어, 파장이 약 365, 248, 193, 157 또는 126㎚인) 자외(UV)방사선 및 (예를 들어 파장이 5 내지 20nm의 범위인) 극자외(EUV)방사선을 포함하는 모든 타입의 전자기 방사선을 포괄한다.
이상 본 발명의 특정 실시예들이 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 여하한의 실시예들에서, 최상층(114)이 BARC인 대신에, 상기 층(114)은 예를 들어 무기 저면 반사방지막 또는 기판 상에 배치된 하드 마스크일 수 있다. 하드 마스크는, 예를 들어 산화층, 또는 SiON 또는 SiN 또는 TiN과 같은 질화물의 층일 수 있다. 제 1 방사선 감응재를 현상하는데 사용된 디벨로퍼는 염기성 용액(basic solution)이라는 것을 이해하여야 한다. 상기 층(114)은 염기의 특성들을 갖는 디벨로퍼에 민감한 여하한의 물질로 구성될 수 있 다.
본 발명은 앞서 개시된 바와 같은 방법을 구현하는 기계-판독가능한 명령어들의 1 이상의 시퀀스들을 포함하는 컴퓨터 프로그램, 또는 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되는 데이터 저장 매체(예컨대, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)의 형태를 취할 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따르면 컴퓨터 판독가능한 매체 상에 기록된 명령어들을 포함한 컴퓨터 프로그램 제품이 제공되고, 상기 명령어들은 디바이스 제조 방법을 수행하기 위해 리소그래피 셀(800)을 제어하도록 순응되며, 상기 방법은 언급된 순서대로: 기판(W)의 표면(112) 상에 제 1 방사선 감응재 층을 제공하는 단계, 상기 층을 상기 표면으로부터 돌출하고 상기 표면(112)의 덮이지 않은 부분에 의해 분리된 제 1 및 제 2 피처-세그먼트를 포함한 패턴(310)으로 패터닝하는 단계, 상기 표면에 대한 제 2 방사선 감응재의 제 3 피처-세그먼트의 부착을 향상시키기 위해 상기 표면의 덮이지 않은 부분에 표면 컨디셔닝 공정(410)을 적용시키는 단계, 상기 표면의 덮이지 않은 부분에 제 2 방사선 감응재 층을 제공하는 단계, 제 2 방사선 감응재 층을 제 1 및 제 2 피처-세그먼트에 대해 인터리브된 위치에 배치되고, 상기 표면(112)의 덮이지 않은 부분으로부터 돌출한 제 3 피처-세그먼트를 포함한 패턴(320)으로 패터닝하는 단계를 포함하고, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 피처-세그먼트들은 조합하여 원하는 패턴의 부분을 제공하도록 배치된다.
상기 서술내용은 예시를 위한 것이지, 제한하려는 것이 아니다. 따라서, 아래에 설명되는 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 서술된 본 발명에 대한 변형예가 행해질 수도 있음이 당업자에게는 명백할 것이다.
이하 대응하는 참조 부호들이 대응하는 부분들을 나타내는 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다:
도 1은 밀집 라인 공간 패턴으로서 배치된 라인형 피처들의 레지스트 마스크가 제공된 기판을 도시하는 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 더블 패터닝 방법의 일부분인 단계들의 흐름도;
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 라인들의 제 1 반-밀집 패턴의 프린팅의 결과를 도시하는 도면;
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 라인들의 제 1 반-밀집 패턴에 대해 인터리브된 위치에 위치된 라인들의 제 2 반-밀집 패턴의 프린팅의 결과를 도시하는 도면;
도 4는 BARC 표면 컨디셔닝 단계를 포함한 본 발명의 일 실시예에 따른 더블 패터닝 방법의 흐름도;
도 5는 제 1 디벨로퍼에 대한 노광에 의해 영향을 받는 BARC 표면의 부분들을 포함하는, 도 1에 예시된 바와 같은 라인들의 제 1 반-밀집 패턴의 프린팅의 결과를 도시하는 도면;
도 6은 밀집 라인 공간 패턴으로서 배치되고, 패턴 붕괴(collapse)의 문제가 있는 라인형 피처들의 레지스트 마스크가 실험적으로 제공된 기판을 도시하는 도면;
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀집 라인 공간 패턴으로서 배치된 라인형 피처들의 레지스트 마스크가 실험적으로 제공된 기판을 도시하는 도면;
도 8은 트랙 장치의 일부분으로 BARC 표면을 컨디셔닝하도록 구성된 디바이스에 연결된 리소그래피 장치를 도시하는 도면; 및
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시하는 도면이다.

Claims (17)

  1. 리소그래피 디바이스 제조 방법에 있어서:
    기판의 표면을 전체 또는 부분적으로 덮도록 배치된 제 1 방사선 감응재 층을 상기 표면으로부터 돌출하고 상기 표면의 덮이지 않은 부분에 의해 분리된 제 1 및 제 2 피처-세그먼트(feature-segment)를 포함한 패턴으로 패터닝하는 단계;
    상기 표면의 덮이지 않은 부분에 제 2 방사선 감응재 층을 제공하는 단계;
    상기 제 2 방사선 감응재 층을 상기 제 1 및 제 2 피처-세그먼트에 대해 인터리브된(interleaved) 위치에 배치되고, 상기 표면의 덮이지 않은 부분으로부터 돌출하며, 상기 제 1 및 제 2 피처-세그먼트들과 조합하여 원하는 패턴의 부분을 제공하도록 배치된 제 3 피처-세그먼트를 포함한 패턴으로 패터닝하는 단계를 포함하고,
    상기 방법은 상기 표면에 대한 상기 제 3 피처-세그먼트의 부착(adhesion)을 향상시키기 위해, 상기 제 2 방사선 감응재 층을 제공하기 전과 상기 제 1 방사선 감응재 층을 패터닝한 후에 상기 표면의 덮이지 않은 부분에 표면 컨디셔닝 공정(surface conditioning process)을 적용시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 디바이스 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면 컨디셔닝 공정은 상기 표면의 덮이지 않은 부분의 극 성(polarity), 산성(acidity), 또는 극성 및 산성을 변화시키도록 배치되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 디바이스 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 표면 컨디셔닝 공정은 상기 기판을 산에 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 디바이스 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 산은 플루오르화수소산(hydrofluoric acid) 또는 아세트산(acetic acid)인 것을 특징으로 하는 리소그래피 디바이스 제조 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 표면 컨디셔닝 공정은 상기 기판을 플루오르화탄소 기초 플라즈마(fluorocarbon based plasma) 또는 수소-함유(hydrogen-containing) 플루오르화탄소 기초 플라즈마에 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 디바이스 제조 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면은 상기 기판 상에 배치된 저면 반사방지막(bottom anti-reflection coating), 무기(inorganic) 저면 반사방지막, 또는 하드 마스크(hard mask)의 표면인 것을 특징으로 하는 리소그래피 디바이스 제조 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 방사선 감응재는 상기 제 1 방사선 감응재의 토낼리티(tonality)와 반대인 토낼리티를 갖는 것을 특징으로 하는 리소그래피 디바이스 제조 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 방사선 감응재는 포지티브(positive) 토낼리티를 갖고, 상기 제 2 방사선 감응재는 네거티브(negative) 토낼리티를 갖는 것을 특징으로 하는 리소그래피 디바이스 제조 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 방사선 감응재 층을 제공하기 전과 상기 제 1 방사선 감응재 층을 패터닝한 후에, 상기 기판을 하드 베이크(hard bake)에 노출시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 디바이스 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 하드 베이크는 200 K보다 높은 온도에서 실행되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 디바이스 제조 방법.
  11. 리소그래피 셀에 있어서,
    리소그래피 장치, 복수의 공정 장치, 및 상기 리소그래피 장치 및 상기 공정 장치 모두를 제어하는 제어 유닛을 포함하고, 상기 복수의 공정 장치는 제 1 방사선 감응재의 제 1 및 제 2 피처-세그먼트 사이에 배치된 기판 표면의 덮이지 않은 부분에 대한 제 2 방사선 감응재의 제 3 피처-세그먼트의 부착을 향상시키도록 배치된 표면 컨디셔닝 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 셀.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 표면 컨디셔닝 장치는 산, 플루오르화수소산 또는 아세트산의 공급기(supply)에 연결되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 셀.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 표면 컨디셔닝 장치는 기판을 플루오르화탄소 기초 플라즈마 또는 수소-함유 플루오르화탄소 기초 플라즈마에 노출시키도록 배치되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 셀.
  14. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면 컨디셔닝 장치는 리소그래피 투영 장치와 함께 사용하고, 상기 리소그래피 투영 장치에 연결된 트랙 내에 포함되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 셀.
  15. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 리소그래피 셀로 하여금 방법을 수행하게 하는 명령어들이 그 안에 저장되어 있는 스토리지 매체(storage medium)를 포함하고, 상기 방법은 언급된 순서대로:
    - 기판의 표면 상에 제 1 방사선 감응재 층을 제공하는 단계;
    - 상기 제 1 방사선 감응재 층을 상기 표면으로부터 돌출하고 상기 표면의 덮이지 않은 부분에 의해 분리된 제 1 및 제 2 피처-세그먼트를 포함한 패턴으로 패터닝하는 단계;
    - 상기 표면에 대한 제 2 방사선 감응재의 제 3 피처-세그먼트의 부착을 향상시키기 위해, 상기 표면의 덮이지 않은 부분에 표면 컨디셔닝 공정을 적용시키는 단계;
    - 상기 표면의 덮이지 않은 부분에 상기 제 2 방사선 감응재 층을 제공하는 단계;
    - 상기 제 2 방사선 감응재 층을 상기 제 1 및 제 2 피처-세그먼트들에 대해 인터리브된 위치에 배치되고, 상기 표면의 덮이지 않은 부분으로부터 돌출한 상기 제 3 피처-세그먼트를 포함한 패턴으로 패터닝하는 단계를 포함하며, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 피처-세그먼트들은 조합하여 원하는 패턴의 부분을 제공하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 셀.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 2 방사선 감응재는 상기 제 1 방사선 감응재의 토낼리티와 반대인 토낼리티를 갖는 것을 특징으로 하는 리소그래피 셀.
  17. 컴퓨터 판독가능한 매체 상에 기록된 명령어들을 포함한 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 있어서,
    상기 명령어들은 디바이스 제조 방법을 수행하기 위해 리소그래피 셀을 제어하도록 순응되고, 상기 방법은 언급된 순서대로:
    - 기판의 표면 상에 제 1 방사선 감응재 층을 제공하는 단계;
    - 상기 제 1 방사선 감응재 층을 상기 표면으로부터 돌출하고 상기 표면의 덮이지 않은 부분에 의해 분리된 제 1 및 제 2 피처-세그먼트를 포함한 패턴으로 패터닝하는 단계;
    - 상기 표면에 대한 제 2 방사선 감응재의 제 3 피처-세그먼트의 부착을 향상시키기 위해, 상기 표면의 덮이지 않은 부분에 표면 컨디셔닝 공정을 적용시키는 단계;
    - 상기 표면의 덮이지 않은 부분에 상기 제 2 방사선 감응재 층을 제공하는 단계;
    - 상기 제 2 방사선 감응재 층을 상기 제 1 및 제 2 피처-세그먼트에 대해 인터리브된 위치에 배치되고, 상기 표면의 덮이지 않은 부분으로부터 돌출한 상기 제 3 피처-세그먼트를 포함한 패턴으로 패터닝하는 단계를 포함하며, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 피처-세그먼트들은 조합하여 원하는 패턴의 부분을 제공하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램 제품.
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