KR20090028525A - 후면 함침 리소그래피 방법 및 장치 - Google Patents

후면 함침 리소그래피 방법 및 장치 Download PDF

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울릭 룽블라드
펠-에릭 구스타프슨
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마이크로닉 레이저 시스템즈 에이비
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Abstract

본 발명은 노광 파장의 광에 투과성인 기판에 도포되는 감광층에 잠재적 이미지를 형성하는 것에 관한 발명이다. 특히, 본 발명은 후면 리소그래피(backside lithography)에 관한 발명으로서, 노광 시스템의 최종 렌즈가 투과성 기판의 제 1 면을 통해 전자기파를 투사시키도록, 그리고, 제 1 면의 반대편인 투과성 기판의 제 2 면을 덮는 감광층을 노광시키도록, 배치된다. 잠재적 이미지(이미지 또는 그 역상)에 대응하는 불투명 복사광층을 형성하기 위한 추가적 작업에 관한 다섯가지 실시예가 기재된다. 이 방법들 및 이에 대응하는 장치들은 마스크('레티클'이라고도 불림) 제작에 유용하게 사용된다. 특히, 마스크를 이용하여 반도체 소자의 특징부들을 제작하고 반도체 소자에 잠재적 이미지를 제조하는 데 유용하게 사용된다.

Description

후면 함침 리소그래피 방법 및 장치{BACKSIDE IMMERSION LITHOGRAPHY}
본 발명은 노광 파장의 광에 투과성인 기판에 도포되는 감광층에 잠재적 이미지를 형성하는 것에 관한 발명이다. 특히, 본 발명은 후면 리소그래피(backside lithography)에 관한 발명으로서, 노광 시스템의 최종 렌즈가 투과성 기판의 제 1 면을 통해 전자기파를 투사시키도록, 그리고, 제 1 면의 반대편인 투과성 기판의 제 2 면을 덮는 감광층을 노광시키도록, 배치된다. 잠재적 이미지(이미지 또는 그 역상)에 대응하는 불투명 복사광층을 형성하기 위한 추가적 작업에 관한 다섯가지 실시예가 기재된다. 이 방법들 및 이에 대응하는 장치들은 마스크('레티클'이라고도 불림) 제작에 유용하게 사용된다. 특히, 마스크를 이용하여 반도체 소자의 특징부들을 제작하고 반도체 소자에 잠재적 이미지를 제조하는 데 유용하게 사용된다.
리소그래피에 있어서, 리소그래피 시스템의 광학적 개구수(NA: Numerical Aperture)에 의해 분해능이 제한된다. 개구수와 분해능을 증가시키는 한가지 방법은, 최종 렌즈와 이미지 기판 사이에 굴절률이 큰 매질을 이용하는 것이다. 이 매질은 가령, 함침 액체 또는 고체(immersion liquid or solid)일 수 있다.
도 1은 광학 포토마스크 제너레이터에 함침 리소그래피가 어떻게 구현될 수 있는 지를 도시한다. 기판(110) 위에 크롬(112)과 포토레지스트(114)가 배치된다. 기판은 일반적으로 쿼츠(quartz)이며, 정상 상태에 비해 하이드록실기가 더 적은 건식 형태로 제조되지 않을 경우 160nm보다 짧은 전자기파의 제한된 투과 파장을 가진다. Corning 사의 ULE와 HPFS글래스같이, 패터닝에 사용되는 광에 대해 투과성을 가지는 지 여부에 따라 다른 기판들이 사용될 수도 있다. 크롬은 불투명한 광차단층으로 통상적으로 사용된다. 이 광을 이용하여 포토레지스트가 노광되고 현상되어 패턴을 생성한다. 포토레지스트는 최종 렌즈(101)를 포함하는 광학적 경로에 의해 포커싱되는 전자기파에 노광된다. 이 광학적 경로는 짧은 파장의 광 포커싱을 돕는 성형 미러(shaped mirrors)들을 포함한다. 최종 렌즈는 진공이나 미러-기반 광학적 경로의 진공이나 그외 다른 오염물과 소재 간의 인터페이스일 수 있다. 기판 위에 놓인 레지스트층(114)과 최종 렌즈(101)에 모두 접촉하도록 위치한 함침 액체나 고체(105)가 유용하다. 왜냐하면, 이러한 함침 액체나 고체(105)는 에어 갭에 비해 굴절률이 크기 때문이다. 레지스트층을 현상하여 부분적으로 제거하는 종래의 방법들이 당 분야에 잘 알려져 있다. 레지스트의 패턴처리는 반도체 소자의 특징부들을 포함하여, 기판 위에 소자를 형성하는 과정의 일부분이다.
소자 제작에 사용될 마스크의 생성을 위해 잠재적 이미지를 형성하기 위한 대안의 프로세스들을 개발하여 궁극적으로 기판 상에 소자들의 특징부들을 형성하기 위한 기회가 나타난다. 이는 더 우수하고 용이하게 구성 및 제어될 수 있고, 탄성이 크고 투과성이 높은 프로세스, 툴, 및 소자들을 제시할 수 있다.
본 발명은 노광 파장의 광에 대해 투과성인 기판에 도포되는 감광층에 잠재 이미지를 형성하는 것에 관한 발명이다. 특히, 본 발명은 후면 리소그래피(backside lithography)에 관한 발명으로서, 노광 시스템의 최종 렌즈가 투과성 기판의 제 1 면을 통해 전자기파를 투사시키도록, 그리고, 제 1 면의 반대편인 투과성 기판의 제 2 면을 덮는 감광층을 노광시키도록, 배치된다. 잠재적 이미지(이미지 또는 그 역상)에 대응하는 불투명 복사광층을 형성하기 위한 추가적 작업에 관한 다섯가지 실시예가 기재된다. 이 방법들 및 이에 대응하는 장치들은 마스크('레티클'이라고도 불림) 제작에 유용하게 사용된다. 특히, 마스크를 이용하여 반도체 소자의 특징부들을 제작하고 반도체 소자에 잠재적 이미지를 제조하는 데 유용하게 사용된다.
도 1은 광학적 포토마스크 라이터나 제너레이터에서 함침 리소그래피가 구현되는 방식을 도시하는 도면.
도 2는 쿼츠, ULE, 또는 HPFS같은 투과성 기판 위에 형성되는 감광층의 도면.
도 3은 최소 작업 거리의 하한이 후면 리소그래피에 의해 결정되는 방식을 설명하는 도면.
도 4는 "크롬 및 리프트-오프"라 불리는 공정의 도면.
도 5는 패턴처리된 레지스트 위에 크롬을 도포하고 이 레지스트의 영역들을 리프트-오프시킨 결과 도면.
도 6은 "크롬없는" 프로세스 실시예의 도면.
도 7은 CAR-레지스트에 대한 흡수 곡선. 특히, Arch8250 레지스트에 대한 흡수 곡선.
도 8은 "크롬 대체 프로세스" 실시예의 도면.
도 9는 구성물의 비율을 변화시킴으로서 실리콘 옥시나이트라이드(SiOxNy)의 튜닝을 제시한 도면.
도 10은 "일처리과정을 부가한 크롬 대체 프로세스" 실시예의 도면.
도 11은 "일처리과정을 부가한 크롬없는 프로세스" 실시예의 도면.
도 12는 2003년 10월 3일자 미국특허출원 10/679,701 호, "Method and Device for Immersion Lithgraphy"의 함침 조립체 도면.
포토레지스트와 함침 액체 간의 계면은 포토마스크 패턴처리에 필요한 긴 라이팅 시간 중 함침 액체/레지스트의 상호작용으로 인해 레지스트 손실, 드랍 결함 발생, 레지스트 오염, 레지스트 스웰링(resist swelling), 산 리칭(acid leaching)같은 문제점들을 야기할 수 있다. 2006년경에 시장에서 확보할 수 있는 포토레지스트를 이용할 때, 도 1에 도시된 바와 같이, 통상적인 함침 리소그래피로 포토마스크를 라이팅하는 것이 불가능하다고 판명되어 있다. 이는 노광과 PEB(Post Exposure Bake) 간의 긴 지연 시간에 부분적으로 기인한다. 이 문제를 해결하는 한가지 방법은 포토마스크 함침 리소그래피에 더 우수하게 작용하는 새로운 포토레지스트를 개발하는 것이다. 또다른 방법은 포토레지스트와 함침 액체를 분리하는 것 이다. 이는 본 공개내용의 후면 리소그래피/후면 함침액으로 수행될 수 있다. 후면 리소그래피는 투과성 기판을 통해 구현된다. 쿼츠는 투과성 기판의 한 예에 해당하며, 특히, 복사광의 파장이 193nm 또는 248nm일 때 잘 적용된다. 당 업자라면, 하이드록실기가 감소한 특히 잘 건조된 쿼츠만이 157nm 파장의 광과 함께 이용가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러나, 본 공개 기술은 ULE와 HPFS를 포함하여, Corning 사에서 제작한 칼슘 클로라이드나 글래스들같은 다른 투과성 리소그래피 기판에도 사용될 수 있다. 이 기술은 고해상도 및 이미지 충실도가 높은 리소그래피에 사용될 수 있다.
본 발명은 리소그래피 및 기판을 통한 함침 리소그래피에 관한 발명으로서, 이러한 함침 리소그래피는 기판쪽으로부터 반대편쪽까지 함침이 이루어지며, 상기 반대편쪽에는 레지스트가 도포된다. 포토마스크의 경우, 이는 도 2에 도시되는 바와 같이 쿼츠를 통해 포토마스크 기판까지 도포되는 레지스트층의 경우를 의미한다. 도면에서, 함침 액체나 고체(105)와 접촉하는 제 1 면의 반대편에 있는 기판의 제 2 면에 놓이도록 레지스트(214)와 크롬(212)이 구성된다. 레지스트로부터 기판의 반대면에 함침 액체가 놓일 때, 함침액과 포토레지스트 간에 어떤 상호작용도 없을 것이다. 함침 고체가 선호될 경우, LUAG를 선택할 수 있다.
도 3은 포토레지스트에 투사된 이미지 평면과 최종 렌즈 간의 거리에 해당하는 최소 작업 거리의 하한이 후면 리소그래피의 마스크 두께에 어떻게 관련되는 지를 도시한다. 작업 거리는 투과성 기판의 두께보다 크거나 같다. 최소 작업 거리는 주어진 구경수에 대해 최종 렌즈 최소 반경에 대한 제한치를 설정한다. 최종 렌즈 의 크기는 아래의 수식으로 표현된다.
Figure 112008085985265-PCT00001
이때, NA는 의도한 개구수이고, nmedium은 최종 렌즈(101)와 포토레지스트(112) 간의 최저 굴절률 및 각도 θ를 가진 매질에 대한 굴절률의 실수부다. 이러한 특징이 도 3에 잘 제시되어 있다. 도면에서, 복사광이 투사되는 매질의 경우, 렌즈의 가장자리와 촛점 간의 각도(315)가 개구수를 결정한다. 예를 들어, NA=1.3, 기판 두께 = 6.25mm, nmedium = nquartz = 1.55의 경우 rlens > 9.63mm 다.
후면리소그래피/후면 함침의 적용에 있어, 최종 렌즈와 레지스트 간에는 두개 이상의 매질이 존재한다. 즉, 적어도 함침 매질과 투과성 기판이 존재하게 된다.
매질 간의 표면이 완벽하게 평평할 경우, 매질의 굴절률 차이가 구형 수차를 야기하게 될 것이고, 이는 최종 렌즈와 포토레지스트 간의 거리를 조절함으로서 상쇄될 수 있다. 현재의 거리 제어 시스템의 정확도는 굴절률 차이에 의해 야기되는 구형 수차를 교정하기에 충분한 수준이다.
계면의 완벽한 평평함으로부터 미세하게 벗어날 경우에는 쉽게 상쇄될 수 없는 광학적 수차가 나타나게 된다. 평평하지 못한 점은 함침 매질의 굴절률을 투과성 기판의 굴절률에 일치시킴으로서 완화시킬 수 있다. 그후에는, 더 큰 평탄성 변 화도 별 의미를 갖지 않게 된다. 따라서, 함침 매질의 굴절률을 조정하는 것이 유용하다.
쿼츠 기판인 포토마스크 블랭크의 경우, 함침 매질을 조절하는 것은 복잡하지는 않으나 함침 액체의 선정을 제한한다. 쿼츠의 굴절률은 대략 1.55이며, 이는 함침 액체의 경우에도 매력적인 값이다.
패턴처리 프로세스/프로세스 옵션
후면 함침을 부가적으로 포함할 수 있는 후면 리소그래피는 전면쪽 패턴처리 프로세스에 대해 여러가지 수정을 요하게 된다. 우리는 다섯가지의 프로세스 실시예를 제시할 것이며, 이는 여러가지 장비의 경우마다 선택될 수 있다.
우리는 "크롬 및 리프트-오프(Chrome and Lift-off)" 를 제 1 실시예로 제시한다. 이 프로세스가 도 4를 참고하여 설명된다.
투과성 기판에 포토레지스트가 직접 도포되거나 접착 촉진제를 이용하여 기판에 아교접착된다(단계 410).
2) 투과성 기판을 통해 포토레지스트가 후면 리소그래피로 노광된다.
3) 포토레지스트가 현상된다. 현상 후 패턴처리가 단계 420에 제시된다.
4) 패턴처리된 포토레지스트에 크롬(또는 그외 다른 리소그래피 광 차단제)이 증착된다(단계 430).
5) 리프트-오프는 나머지 레지스트와 나머지 레지스트 위의 광 차단제를 포토레지스트 영역으로부터 제거하여, 현상 단계에서 레지스트를 패턴처리한 영역에 위치한 마스크 상의 광 차단제만이 남게 된다(단계 440). 이제 마스크는 대기 상태 가 된 것이다.
도 4에서, 크롬 및 리프트-오프 프로세스는 투과성 기판을 쿼츠로 하여, 그리고 광 차단제를 크롬으로 하여 설명하였다. 하지만 다른 기판 및 다른 광 차단제 물질도 물론 사용될 수 있다.
AFM(Atomic Force Microscopy)을 이용한 좀 많이 다른 패턴처리 방법의 경우에, 26nm 폭의 매우 작은 연속 특징부들이 성공적으로 패턴처리되어, 리프트-오프 방식으로 실리콘 기판에 전이되었음을 연구원들이 보고한 바 있다. http://www.stanford.edu/group/quate_group/Litho/LithoPages/ExposureofResist/PMMA.html (2007년 5월 8일자)를 참고할 수 있다. 리프트-오프의 보고 결과가 도 5를 포함하는 데, 도 5에서는 패턴처리된 레지스트(112)가 실리콘 기판 상에 위치함을 도시하고 있다(도 4의 단계 420 참조). 크롬이 단계 430에서처럼 도포되고, 이어서 리프트-오프가 단계 440에서처럼 수행된다. 이는 기판(510) 위에 크롬 광 차단층(114)을 남기게 된다. 후면 리소그래피가 광 차단층에서 마찬가지로 작은 특징부들을 도출할 것임을 예상할 수 있다.
제 2 실시예인 "크롬없는 프로세스" 실시예가 도 6과 관련하여 설명된다.
1) 투과성 기판 위에 포토레지스트가 직접 도포된다 또는 접착 촉진제를 이용하여 기판에 포토레지스트가 아교접착된다(단계 610).
2) 후면 리소그래피를 이용하여 투과성 기판을 통해 포토레지스트가 노광된다.
3) 포토레지스트가 현상되고(단계 620) 패턴처리된 레지스트 부분이 광 차단 제로 사용된다. 이에 따라 마스크가 준비 상태가 된다. 포토레지스트는 리소그래피 광 차단제로 기능한다.
레지스트는 후면 리소그래피에 사용되는 다른 파장(통상적으로 248nm)에 비해 193 nm 파장에 대한 광 차단제로 효과적이다. 전형적인 CAR-레지스트, 가령, FEP171이 사용될 수 있다. 248 nm 용의 CAR-레지스트는 193nm에서 매우 높은 흡수율을 보인다(크롬과 유사). 이러한 CRA 레지스트들이 193nm의 광을 효과적으로 차단하기 위해 본 발명에서 고려된다. 이 용도를 위해, 넓은 범주에서 광의 투과를 차단하는 것 마냥 차단제가 효과적으로 사용된다. 이 경우 크롬의 경우에서처럼, 흡수되거나, 열로 변환되거나 다시 반사되는 지 여부에는 관계가 없다. 광을 효과적으로 차단시키면서 소자를 마스크로 패턴처리 하기 위해 레지스트와 크롬이 모두 고려된다. CAR-레지스트에 대한 흡수 곡선의 예가 도 7에 도시되어 있다. 이는 Arch8250 레지스트의 경우를 예로 든 것이다. x축(702)은 나노미터 단위로 광의 파장을 나타낸다. y축(704)은 흡수율을 나타내며, 248nm의 노광 파장에서 거의 0으로 접근하고 193nm의 파장에서 높은 값을 나타낸다. 이 레지스트의 흡수율은 노광 이전과 이후(708)에 매우 유사하다. 이 흡수 곡선(706)에 기초하여, 마스크에 적용되는 레지스트는 크롬층없이 193nm 스테퍼의 광차단층으로 기능하여야 한다.
패턴처리된 포토레지스트는 레지스트가 다음 성질들 중 일부 또는 전부를 가질 경우, 193nm 스테퍼에서 마스크의 광 차단제로 잘 기능할 것이다. 이 레지스트는 얇아야한다. 50, 70, 73, 90nm, 그리고 그외 다른 두께의 마스크 블랭크 상의 크롬층들이 가용하다. 마스크 상의 크롬층들만큼 얇은 포토레지스트층이 편광 효과 를 완화시킬만큼 충분히 얇다. 감광층 또는 크롬 대체층이 50-90nm 두께 범위로 제조될 수 있고, 또는, 100-300nm 또는 200nm +/-50nm 같이 크롬층들보다 두꺼울 수도 있다. 충분히 얇다는 것의 기준은 실험적인 값이다. 두꺼운 층이 결함을 더 askg이 생성하느냐 아니냐의 여부에 달려있다. 포스트-베이킹 이전에 온건하게 파장을 흡수할 때의 짧은 플루드 노광(short time flood exposure)에 의해, 그리고, 공정후 CMP에 의해, 이러한 박막화 처리가 구현될 수 있다. 우리는 패턴처리를 위해 얇게 도포된 레지스트층을 이용할 수 있다. 왜냐하면, 이 레지스트가 에칭없이 제거될 수 있기 때문이다. 처리된 레지스트는 에이징에 대해 내성을 가져야 한다. 레지스트는 스테퍼에 사용된 광의 파장을 잘 흡수할 것이고, 이는 특히 마스크 제조를 위한 공정 및 현상 이후에 잘 흡수한다.
세번째로 "크롬 대체 프로세스(Chrome susbtitute process)" 실시예가 도 8을 참고하여 제시된다. 이는 아래의 과정들을 포함한다.
1) 크롬에 대한 투과성 대체제(814) 위에 포토레지스트(812)가 도포된다. 즉, 크롬 대체제는 후면 리소그래피 파장(810)에 대해 투과성이다. 크롬 대체제와 관련하여, 투과성이라 함은 광의 회절이나 손실을 크게 일으키지 않으면서 대체층의 맞은편 상의 감광층을 노광시키도록 충분한 광이 투과성 크롬 대체제를 투과시키도록 하는 것을 의미한다. 노광 파장의 75%를 투과시키는 것은 크롬 대체층으로 사용하기에 충분할 수 있다. 노광 파장의 96%를 투과시키는 것은 투과성 윈도 글래스와 유사한 것이며, 확실하게 동작하게 된다. 이보다 낮은 투과율도 투과성으로 간주되기에 충분할만큼 잘 동작한다.
2) 투과성 기판과 쿠과성 크롬 대체제를 통해 (후면 리소그래피로) 포토레지스트가 노광된다.
3) 포토레지스트가 현상된다(820).
4) 크롬 대체층이 에칭된다(830).
5) 포토레지스트가 제거된다. 그후 마스크가 대기완료 상태가 된다.
이 프로세스는 후면 리소그래피 파장에 투과성인 실리콘 옥시나이트라이드(SiOxNy)같은 크롬 대체제와 투과성 쿼츠 기판으로 구현될 수 있다.
일부 실시예의 경우, 248nm 파장의 후면 리소그래피 라이터가 사용되어 마스크를 제조하고, 193nm 파장의 스테퍼가 마스크를 이용하여 소자 기판을 패턴처리하고 소자의 특징부들을 형성하게 된다. 크롬 대체제는 248nm에서 투과성이고 193nm에서 크게 흡수를 일으킨다. 크롬 대체제는 쿼츠나 그외 다른 마스크 기판에 대해 매우 우수한 접착 성질을 가지고 있어야 한다. 대안으로, 쿼츠와 크롬 대체제 사이에 "아교(glue)"로 기능하는 박막 중간층이 삽입될 수 있다. 이러한 중간층이 크롬일 수 있다. 일부 실시예에서, 크롬 대체제는 실리콘 옥시나이트라이드이고, 이 경우 흡수/투과 임계치는 산소/질소 함량을 조정함으로서 160nm 내지 250nm까지 사이로 조정될 수 있다. 도 9는 "Ultraviolet Transparent Silicon Oxynitride Wavequides for Biochemical Microsystems", Optics Letters, Vol. 25, No. 10 (2001.5.15), Http://www.mic.dtu.dk/upload/institutter/mic/forskning/microtas/artikler/2001 /mogensenuv01.pdf (2007.5.8. 조회)에서의 기재사항으로서, 각 조성의 함량 비율을 달리함으로서 SiOxNy의 튜닝을 도시한다. x축(802)은 파장을, y축(804)은 전파 손실을 로그 스케일로 나타낸다. 질소(806) 및 게르마늄(808)에 관한 두 종류의 도핑 결과가 그래프화된다. 질소 처리는 193nm에서의 투과율을 강하게 감쇠시키지만 248nm에서는 감쇠 효과가 훨씬 작다.
네번째로, "처리작업을 병행한 크롬 대체 프로세스(Chrome Substitute Process with Treatment)"가 도 10에 제시된다. 이 프로세스는 아래의 과정들을 포함한다.
1) 크롬에 대한 투과성 대체제(1014) 위에 포토레지스트(1012)가 도포된다. 즉, 크롬 대체제는 후면 리소그래피 파장(1010)에 대해 투과성이다.
2) 투과성 기판과 투과성 크롬 대체제를 통해 후면 리소그래피로 포토레지스트가 노광된다.
3) 포토레지스트가 현상된다(1020).
4) 마스크로 레지스트를 이용하여 크롬 대체제가 처리된다. 한가지 후보 대체제는 실리콘 옥시나이트라이드다. 이는 실리콘 옥사이들를 변환시킴으로서 위치변경없이 제조될 수 있다. 실리콘 옥사이드를 실리콘 옥시나이트라이드로 변환시키는 것과 관련하여 알려진 처리작업은, 질소 이온 임플랜테이션, 질소 분위기에 노출 및 질소 플라즈마에 노출 등이 있다. 처리작업을 위한 적절한 에너지나 압력은 당해 문헌을 참조할 수 있다. 처리작업 후, 크롬 대체제는 스테퍼에 사용될 파장을 흡수하게 된다(1030).
5) 포토레지스트가 제거된다(1040). 이 프로세스는 인버스 패턴을 생성한다. 그러나 디지털 입력 데이터에서 쉽게 시프트될 수 있고, 또는 네거티브 레지스트와 포지티브 레지스트 사이를 시프트시킴으로서 쉽게 시프트될 수 있다. 그후 마스크가 대기완료 상태가 된다.
이 프로세스는 투과성 쿼츠 기판과 크롬 대체제(실리콘 옥시나이트라이드)를 이용하여 구현될 수 있다. 상술한 바와 같이, 그리고 도 9에서 표현된 바와 같이, 실리콘 옥시나이트라이드에 대한 흡수/투과 임계치는 산소 및 질소의 함량을 제어함으로서 160nm 부터 250nm 사이에서 조정될 수 있다.
다섯번째로 "처리작업을 병행한 크롬없는 프로세스(Chromeless Process with Treatment)" 가 도 11과 관련하여 제시되며, 이 프로세스는 다음의 동작들을 포함한다.
1) 투과성 기판 위에 포토레지스트가 직접 도포되거나, 또는, 접착 촉진제를 이용하여 기판에 포토레지스트가 아교접착된다(1110).
2) 후면 리소그래피를 이용하여 투과성 기판을 통해 포토레지스트가 노광된다(1120).
3) 포토레지스트가 현상된다(1120).
4) 마스크를 레지스트로 이용하여, 실리콘 옥사이드로 만든 쿼츠 기판을 실리콘 옥시나이트라이드로 변환시킨다(1130). 이에 따라, 변환된 기판이 스테퍼에 사용될 파장에 대해 흡수성이 된다. 실리콘 옥시나이트라이드에 대한 흡수/투과 임 계치는 상술한 바와 같이, 산소/질소를 이용한 처리작업에 의해 160nm 부터 250nm 사이에서 조정될 수 있다.
5) 포토레지스트가 제거된다(1140). 이 프로세스는 인버스 패턴을 생성한다. 그러나, 디지털 입력 데이터에서 쉽게 시프트될 수 있고, 또는, 네거티브 레지스트와 포지티브 레지스트 간의 시프트에 의해 쉽게 시프트될 수도 있다. 그후 마스크는 대기완료 상태가 된다.
어떤 마이크로리소그래피에서처럼, 노광 파장은 노광되는 층에 포커싱된다. 포커스의 경우, 촛점 시스템은 최종 렌즈로부터 레지스트 표면까지 거리를 측정한다. 두가지 접근법은 레이저 삼각함수법 및 오프라인 측정이다. 레이저 삼각함수 시스템은 마스크를 통과하여 레지스트까지의 거리를 광학적으로 측정하고, 렌즈 위치를 동적으로 교정하는 것이다. 이는 라이팅 중 동적으로 거리를 측정하기 위해 레이저 삼각함수법을 이용하는 전면 리소그래피 방식에 사용되는 방식과 유사하다. 오프라인 측정은 오프라인 측정 스테이션을 이용하여 수행되며, 이때, 마스크의 두께 분포가 측정되고 저장되어, 추후 플로 센서 측정 시스템과 함께 사용하게 된다. 이 플로 센서 측정 시스템은 패턴처리 중 렌즈로부터 기판까지의 정확한 거리를 유지하는 데 사용된다. 또다른 포커싱 시스템이 앞서 설명한 방법들 중 임의의 것을 이용하여 사용될 수 있다.
도 12는 과거의 특허문헌에서 Micronic Laser가 제시하였던 소재(1260)를 패턴처리하기 위한 장치(1200)의 일실시예를 제시한다. 이 장치 내에 함침 어셈블리가 삽입될 수 있다. 도 13A-B의 함침 어셈블리가 다양한 다른 리소그래픽 라이터에 삽입될 수도 있다. 장치(1200)는 전자기파 방출을 위한 광원(1210), 대물 렌즈 배열(1250), 컴퓨터-제어형 레티클(1230), 빔 컨디셔닝 배열(1220), 퓨리에 평면의 공간 필터(1270), 퓨리에 렌즈 배열(1240), 그리고 소재(1260)를 포함한다.
광원(1210)은 적외선(IR) 파장 범위의 광(780nm ~ 20미크론)부터 극자외선(EUV) 범위의 광까지 방사할 수 있다. 본 발명에서, EUV는 100nm에서부터, 전자기파로 취급도리 수 있는 범위 안에 있는 한도의 파장까지 아래로 확장된다. 즉, 광학적 소자들에 의해 반사되고 포커싱될 수 있는 한도의 파장까지 아래로 확장된다. 광원(1210)은 펄스형 광을 방사할 수도 있고, 연속광을 방사할 수도 있다. 연속 광원(1210)으로부터 방사된 광은 상기 광원(1210)과 상기 컴퓨터-제어형 레티클(1230) 사이의 광 경로에 위치한 셔터를 이용하여 펄스형 광으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 광원이 248nm에서 펄스형 출력을 갖춘 KrF 엑시머 레이저로서, 그 펄스 길이는 대략 10ns, 반복 속도는 1000Hz일 수 있다. 반복 속도가 1000Hz보다 클 수도 있고, 작을 수도 있다.
빔 컨디셔닝 배열(1220)은 간단한 한개의 렌즈일 수도 있고, 렌즈들의 어셈블리일 수도 있다. 빔 컨디셔닝 배열(1220)은 컴퓨터-제어형 레티클(1230) 표면 위에 균일하게 광원(1210)으로부터 방사되는 광을 분포시킨다. 연속 광원의 경우에, 연속 빔이 컴퓨터-제어형 레티클 표면 위를 스캔하거나 표면 위에 형성되어, 컴퓨터에 의해 제어되는 레티클 전체를 한번에 덮게 된다.
소재(1260)는 계통적 방식으로 이동하여, 광학 시스템이 요망 소자 층 패턴을 합성한다.
컴퓨터-제어형 레티클(1230)은 공간 광 변조기(SLM)일 수 있고, 정전적으로 제어되는 마이크로미러 매트릭스(1차원형 또는 2차원형)을 포함할 수 있다. 물론, 그외 다른 배열도 가능하다. 가령, 압전형, 또는 일렉트로스트릭티브 액츄에이션을 이용하는 마이크로미캐니컬 SLM이나, 변조 메커니즘으로 LCD 결정이나 일렉트로옵티컬 물질에 의존하는 투과형 또는 반사형 SLM이 가능하다.
SLM(1230)은 컴퓨털부터의 개별적 입력에 의해 변조되는 출력 광선을 생성하는 프로그래밍가능한 장치다. SLM(1230)은 컴퓨터에서 공급된 데이터에 따라 밝은 화소와 어두운 화소의 발생을 통해 마스크의 기능을 시뮬레이션한다. 예를 들어, 페이즈 SLM(1230)은 에칭된 솔리드 스테이트 미러들의 어레이다. 각각의 마이크로미러 요소는 복원형 힌지에 의해 실리콘 기판 위에 매달린다. 이 힌지들은 별도의 지지 포스트에 의해 또는 인접 미러에 의해 지지될 수 있다. 마이크로미러 요소들 아래에 어드레스 전극들이 놓인다. 한개의 마이크로미러는 물체 평면 위의 한개의 화소를 나타낸다. 이미지 평면의 화소는 마이크로미러와 동일한 기하구조를 가진다고 본원에서 정의된다. 그러나, 그 크기는 광학계로 인해 서로 다를 수 있다. 광학계가 확대형인지 축소형인지에 따라 화소 크기가 클 수도 있고 작을 수도 있다.
마이크로미러와 어드레스 전극들은 커패시터로 기능한다. 어드레스 전극에 대한 포지티브 전압과 함께 마이크로미러에 공급되는 네거티브 전압은 마이크로미러를 매달고있는 토젼 힌지(torsion hinges)를 트위시트시킬 것이다. 이는 다시, 마이크로미러를 회전시키거나 위아래로 운동시켜서 반사된 광의 위상 변조를 생성할 것이다.
프로젝션 시스템은 본 실시예에서, 퓨리에 렌즈 배열(1240), 공간 필터(1270), 그리고 대물 렌즈 배열(1250)을 포함한다. 퓨리에 렌즈 배열(1240)과 공간 필터(1270)는 퓨리에 필터라 불리는 것을 함께 형성하게 된다. 퓨리에 렌즈 배열(1240)은 공간 필터(1270) 상에 회전 패턴을 투사한다. 대물 렌즈 배열(1250)은 조합된 최종 렌즈로서, 소재(1260) 상에 가상 이미지를 형성한다.
공간 필터(1270)는 플레이트 내의 애퍼처일 수 있다. 한개의 애퍼처는 제 1 차 또는 그 이상 차수로 회절되는 모든 광을 실질적으로 차단하도록 하는 크기와 배치를 가진다. 예를 들어, 상기 애퍼처가 퓨리에 렌즈 배열(1240)로부터 촛점거리에 배치될 수 있다. 반사된 광은 촛점 평면 상에서 상기 퓨리에 렌즈 배열(1240)에 의해 수거되고, 상기 촛점 평면은 대물렌즈 배열(1250)의 퓨필 평면으로 또한 기능한다. 애퍼처는 SLM의 어드레싱된 마이크로미러들의 1차 및 그 이상 차수들의 회절 차수로부터의 광을 차단하고, 어드레싱되지 않은 미러 표면으로부터의 광은 애퍼처를 통과할 수 있다. 그 결과, 종래의 리소그래피에서처럼 소재(1260) 상에 강력하게 변조된 가상 이미지가 나타난다.
도 13A는 본 발명의 일실시예에 따른 함침 광학계(1300)를 도시한다. 도 13A의 원 모양 부분이 도 13B에 확대되어 도시된다. 도 13A에서, 소재(1360)와 대물 렌즈(1350)가 도시된다. 도 12의 대물 렌즈(1350)는 공기 또는 그외 다른 기체형 매질에 의해 소재와 이격된다. 도 13A-B에서, 대물 렌즈(1350)는 함침 매질(가령, 액체)을 통해 소재(1360)와 접촉한다.
도 13B의 확대도에서, 대물 렌즈(1350) 및 그 주변 요소들의 세부사항이 다 음과 같이 표시된다. 즉, 함침액 공급관(1330), 함침액 보관소(1310), 대물 렌즈의 최종 요소(1320), 디스펜서 그루브(1390, 1391), 교체가능한 플랫 커버 글래스(1392), 함침액 필름(1394), 다공질 요소(1315), 함침액 레벨(1332), 함침액 제거관(1340), 건조 에어(1352), 포커스 에어(1380), 그리고 소재(1360)가 표시된다.
함침 장치와 그외 다른 장치들이 후면 함침 리소그래피를 구현하는 데 사용될 수 있다.
일부 특정 실시예
공개되는 기술은 한가지 방법으로서, 또는 이 방법을 구현하기 위해 채택되는 장치로 실현될 수 있다.
제 1 실시예는 제 1 면과, 제 1 면 반대편인 제 2 면을 가진 투과성 기판 상에 마이크로리소그래픽 패턴을 인쇄하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은, 노광 시스템의 최종 렌즈에 인접하게 기판을 배치하는 단계로서, 이때, 최종 렌즈와 기판의 제 1 면 사이의 공간을 함침 매질로 채워서 배치하는 단계를 포함한다. 함침 액체는 액체일 수도 있고 고체일 수도 있으며, 상술한 물질들 중 한가지를 이용한다. 상기 방법은, 기판의 제 1 면을 통해 기판의 제 2 면을 덮은 감광층에 노광을 포커싱하고 감광층에 잠재 이미지를 형성하는 단계를 추가로 포함한다.
제 1 실시예의 일형태는
- 감광층을 패턴처리하는 단계,
- 패턴처리된 감광층 상에 광차단층을 도포하는 단계, 그리고,
- 패턴처리 후 남은 감광층 일부분 또는 전부를 리프트-오프시키는 단계
를 추가로 포함한다. 감광층이 크롬일 수 있다.
제 1 실시예에 대한 대안의 실시예에서, 감광층과 투과성 기판은 크롬층없이 마스크로 사용된다. 본 실시예에서, 감광층은 잠재 이미지를 형성하도록 노광 파장에 감응하고, 소자 기판 노광에 마스크가 사용될 때 이용되는 제 2 파장의 광의 투과를 효과적으로 차단시킨다.
제 1 실시예에 대한 대안의 실시예에서, 크롬 대체제가 제 2 면과 감광층 사이에 광차단층의 역할을 하고자 도포된다. 크롬과는 달리, 이 감광층은 잠재 이미지 형성에 사용되는 노광 파장에 대해 투과성이고, 소자 기판 노광에 마스크가 사용될 때 이용되는 제 2 파장의 광을 효과적으로 차단시킨다.
추가적인 실시예에서, 제 2 면과 감광층 사이에 크롬 대체제가 도포되고, 이는 처리작업을 행할 때 광차단층이 된다. 이 광차단층은 잠재 이미지 형성에 사용되는 노광 파장에 대해 초기에 투과성이다. 본 실시예는 감광층 현상 및 감광층의 일부분 또는 전부를 제거하여, 광차단층의 일부분 또는 전부를 노출시키는 단계를 추가로 포함한다. 광차단층의 노출부는 처리작업을 거쳐, 소자 기판 노광에 마스크가 사용될 때 이용되는 제 2 파장의 광을 효과적으로 차단시키게 된다. 제 2 파장이 제 1 파장과 같을 수 있다.
본 실시예의 일형태에 따르면, 본 발명은 광 차단층의 노출 부분을 실리콘 옥시나이트라이드(SiOxNy)로 변환하는 단계를 추가로 포함한다. 이 변환은 다양한 방식으로 실현될 수 있다. 변환은 광차단층의 노출부를 질소 이온 임플랜팅, 질소 분위기, 또는 질소 플라즈마에 노출시킴으로서 실시될 수 있다.
제 1 실시예에 대한 또다른 변형에서, 투과성 기판의 영역들이 처리되어, 크롬대체층들을 변환하지 않고 이 영역들을 광차단층으로 변환한다. 이 방법은 감광층을 현상하고 감광층의 일부분 또는 정부를 제거하여, 투과성 기판의 일부분 또는 전부를 노출시킨 후, 투과성 기판의 노출부를 처리하여, 마스크가 소자 기판 노광에 사용될 때 이용되는 제 2 파장의 광을 효과적으로 차단시키게 하는 단계를 포함한다. 제 2 파장이 제 1 파장과 같을 수도 있다.
본 실시예의 일형태는 투과성 기판의 노출 부분을 실리콘 옥시나이트라이드(SiOxNy)로 변환하는 단계를 추가로 포함한다. 상기 변환 단계는 투과성 기판의 노출 부분을 질소 이온 임플랜팅, 질소 분위기, 또는 질소 플라즈마에 노출시키는 단계를 포함한다.
소재의 후면 리소그래피에 사용되는 마이크로리소그래피 장치가 또한 공개된다. 상기 장치는,
- 패턴 라이터,
- 패턴 라이터의 최종 렌즈 컴포넌트,
- 제 1 면과 제 1 면 반대편의 제 2 면을 가진 투과성 기판을 보지하도록 구성된 패턴 라이터의 스테이지 컴포넌트
를 포함하며, 상기 투과성 기판의 제 2 면에는 감광층이 구성되며, 최종 렌즈, 함침 매질, 제 1 면, 투과성 기판을 통해 감광층에 이르기까지 공급되는 노광 에 감광층을 노출시킬 때 투과성 기판의 제 1 면과 최종 렌즈 사이의 공간을 충진시키도록 함침 매질이 공급된다.
부가적으로, 상기 투과성 기판의 제 1 굴절률과 상기 함침 매질의 제 2 굴절률이 매칭되어, 제 1 면과 함침 매질 간의 계면에서 생성되는 광학적 수차를 감소시키도록 한다.

Claims (20)

  1. 제 1 면과, 제 1 면 반대편에 감광층으로 덮힌 제 2 면을 가진 투과성 기판에 마이크로리소그래픽 패턴을 인쇄하는 방법에 있어서, 상기 방법은,
    - 노광 시스템의 최종 렌즈에 인접하게 기판을 배치하는 단계로서, 이때, 최종 렌즈와 기판의 제 1 면 사이의 공간을 함침 매질로 채워서 배치하는 단계,
    - 기판의 제 1 면을 통해 기판의 제 2 면을 덮은 감광층에 노광을 포커싱하고 감광층에 잠재 이미지를 형성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 투과성 기판에 마이크로리소그래픽 패턴을 인쇄하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    - 감광층을 패턴처리하는 단계,
    - 마스크를 제조하는 단계,
    - 마스크를 이용하여 소자 기판을 노광시키는 단계,
    - 소자 기판을 패턴처리하는 단계, 그리고,
    - 소자의 특징부를 형성하는 단계
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 투과성 기판에 마이크로리소그래픽 패턴을 인쇄하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    - 감광층을 패턴처리하는 단계,
    - 패턴처리된 감광층 상에 광차단층을 도포하는 단계, 그리고,
    - 패턴처리 후 남은 감광층 일부분 또는 전부를 리프트-오프시키는 단계
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 투과성 기판에 마이크로리소그래픽 패턴을 인쇄하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 광차단층이 크롬인 것을 특징으로 하는 투과성 기판에 마이크로리소그래픽 패턴을 인쇄하는 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    - 마스크를 제조하는 단계,
    - 마스크를 이용하여 소자 기판을 노광시키는 단계,
    - 소자 기판을 패턴처리하는 단계, 그리고,
    - 소자의 특징부를 형성하는 단계
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 투과성 기판에 마이크로리소그래픽 패턴을 인쇄하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 투과성 기판과 도포된 층들은 마스크로 사용되고,
    상기 감광층은 잠재 이미지를 형성하는 데 사용되는 노광 파장에 감응하고, 소자 기판 노광에 마스크가 사용될 때 이용되는 제 2 파장의 광의 투과를 차단시키는 것을 특징으로 하는 투과성 기판에 마이크로리소그래픽 패턴을 인쇄하는 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 투과성 기판은 마스크로 사용되고, 상기 방법은,
    - 제 2 면과 감광층 사이에 광차단층을 제공하는 단계
    를 추가로 포함하고, 상기 광차단층은 잠재 이미지를 형성하는 데 사용되는 노광 파장에 대해 투과성이고, 소자 기판을 노광시키는 데 마스크가 사용될 때 이용되는 제 2 파장의 광을 차단시키는 것을 특징으로 하는 투과성 기판에 마이크로리소그래픽 패턴을 인쇄하는 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 투과성 기판은 마스크로 사용되고, 상기 방법은,
    - 제 2 면과 감광층 사이에 광차단층을 제공하는 단계로서, 이때, 상기 광차단층은 잠재 이미지를 형성하는 데 사용되는 노광에 대해 투과성인 것을 특징으로 하는 단계,
    - 감광층을 현상하고 감광층의 일부분 또는 전부를 제거하여 광차단층의 일부분 또는 전부를 노출시키는 단계, 그리고,
    - 광차단층의 노출 부분을 처리하여, 소자 기판 노광에 마스크가 사용될 때 이용되는 제 2 파장의 광을 차단하도록 하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 투과성 기판에 마이크로리소그래픽 패턴을 인쇄하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 광 차단층의 노출 부분을 실리콘 옥시나이트라이드(SiOxNy)로 변환하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 투과성 기판에 마이크로리소그래픽 패턴을 인쇄하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 변환 단계는 광차단층의 노출 부분을 질소 이온 임플랜팅에 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투과성 기판에 마이크로리소그래픽 패턴을 인쇄하는 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 변환 단계는 광차단층의 노출 부분을 질소 분위기에 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투과성 기판에 마이크로리소그래픽 패턴을 인쇄하는 방법.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 변환 단계는 광차단층의 노출 부분을 질소 플라즈마에 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투과성 기판에 마이크로리소그래픽 패턴을 인쇄하는 방법.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 투과성 기판은 마스크로 사용되고, 상기 방법은,
    - 감광층을 현상하고 감광층의 일부분 또는 전부를 제거하여 투과성 기판의 일부분 또는 전부를 노출시키는 단계,
    - 투과성 기판의 노출 부분을 처리하여, 소자 기판 노광에 마스크가 사용될 때 이용되는 제 2 파장의 광을 차단시키도록 하는 단계
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 투과성 기판에 마이크로리소그래픽 패턴을 인쇄하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 투과성 기판의 노출 부분을 실리콘 옥시나이트라이드(SiOxNy)로 변환하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 투과성 기판에 마이크로리소그래픽 패턴을 인쇄하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 변환 단계는 투과성 기판의 노출 부분을 질소 이온 임플랜팅에 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투과성 기판에 마이크로리소그래픽 패턴을 인쇄하는 방법.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 변환 단계는, 투과성 기판의 노출 부분을 질소 분위기에 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투과성 기판에 마이크로리 소그래픽 패턴을 인쇄하는 방법.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 변환 단계는, 투과성 기판의 노출 부분을 질소 플라즈마에 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투과성 기판에 마이크로리소그래픽 패턴을 인쇄하는 방법.
  18. 소재의 후면 리소그래피에 사용되는 마이크로리소그래피 장치에 있어서, 상기 장치는,
    - 패턴 라이터,
    - 패턴 라이터의 최종 렌즈 컴포넌트,
    - 제 1 면과 제 1 면 반대편의 제 2 면을 가진 투과성 기판을 보지하도록 구성된 패턴 라이터의 스테이지 컴포넌트
    를 포함하며, 상기 투과성 기판의 제 2 면에는 감광층이 구성되며, 최종 렌즈, 함침 매질, 제 1 면, 투과성 기판을 통해 감광층에 이르기까지 공급되는 노광에 감광층을 노출시킬 때 투과성 기판의 제 1 면과 최종 렌즈 사이의 공간을 충진시키도록 함침 매질이 공급되는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피 장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 투과성 기판의 제 1 굴절률과 상기 함침 매질의 제 2 굴절률이 매칭되어, 제 1 면과 함침 매질 간의 계면에서 생성되는 광학적 수차를 감소시키도록 하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피 장치.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 함침 매질이 고체인 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피 장치.
KR1020087030494A 2006-05-15 2007-05-15 후면 함침 리소그래피 방법 및 장치 KR20090028525A (ko)

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US60/800,328 2006-05-15

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