KR20140056346A - 감광성 층의 패터닝된 노광을 위한 노광 장치 및 방법 - Google Patents

감광성 층의 패터닝된 노광을 위한 노광 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 노광 장치(5)에 관한 것이며, 상기 노광 장치는 감광성 층(1)을 갖는 기판(6), 노광 파장(λB)을 갖는 복수의 노광 광선(3)을 생성하는 생성 장치(7) - 각각의 노광 광선(3)은 상기 감광성 층(1)의 부분 영역에 할당되고, 상기 생성 장치(7)는, 상기 감광성 층(1)을 제 2 상태로부터 제 1 상태로 전환시키기 위하여 강도 임계값을 초과하는 최대 강도를 갖는 노광 광선(3)을 생성하도록 설계됨 - , 개별적으로 할당된 부분 영역에 대해 상기 노광 광선(3)을 이동시키는 이동 장치(13), 및 상기 감광성 층(1)을 상기 제 1 상태로부터 상기 제 2 상태로 전환시키기 위하여, 여기 파장(λA)을 갖는 여기 방사선(32)을 생성하는 여기 광원(31)을 포함한다. 본 발명은 또한 관련된 노광 방법에 관한 것이다.

Description

감광성 층의 패터닝된 노광을 위한 노광 장치 및 방법{EXPOSURE APPARATUS AND METHOD FOR THE PATTERNED EXPOSURE OF A LIGHT-SENSITIVE LAYER}
[관련 출원에 대한 교차 참조]
본 출원은 35 U.S.C.119(a)에 따라 2011년 8월 19일자로 제출된 독일 특허 출원 10 2011 081 247.4에 대한 우선권을 주장하며, 상기 독일 특허 출원의 전체는 본 출원의 공개에서 참조로서 통합된다.
본 발명은 감광성 층의 패터닝된 노광을 위한 노광 장치에 관한 것이며 그에 따라 정해진 노광 방법에 관한 것이다.
마이크로리소그래피를 위한 노광 장치는 기판상에 형성된 감광성 층 내에 높은 정확도로 구조를 노광할 수 있다. 이러한 노광 장치는 일반적으로 광원, 조명 광을 형성하기 위해 광원에 의해 방출되는 광을 처리하는 조명 시스템, 투영될 오브젝트 - 일반적으로 레티클 또는 마스크라고 불림 - 및 오브젝트 필드를 이미지 필드에 이미징하는 투영 렌즈로 구성된다. 마스크 또는 적어도 마스크의 일부는 오브젝트 필드 및 기판(이하에서는 또한 웨이퍼라고도 불림)에 위치되거나 적어도 기판의 일부가 투영 렌즈의 이미지 필드에 위치된다.
마스크가 오브젝트 필드의 영역에서 완전히 위치되고 웨이퍼가 웨이퍼 및 이미지 필드의 상대 이동 없이 노광되는 경우, 리소그래피 장치는 일반적으로 웨이퍼 스텝퍼로서 지정된다. 마스크의 일부만이 오브젝트 필드의 영역에 위치되고 웨이퍼가 웨이퍼 및 이미지 필드의 상대 이동 동안 노광되는 경우, 리소그래피 장치는 웨이퍼 스캐너로서 일반적으로 지정된다. 레티클 및 웨이퍼의 상대 이동에 의해 정의되는 공간적인 치수는 일반적으로 스캐닝 방향으로서 지정된다. 스탭 앤 리피트(step-and-repeat) 노광의 원리를 기초로 한 근접장 리소그래피를 위한 노광 장치는 Yashuhisa Inao 외의 글 "프로토타입 나노 제조 도구로서의 근접장 리소그래피(마이크로전자 엔지니어링 84(2007) 705-710)"에 기재된다.
마스크 상의 고정되게 미리정의된 구조가 감광성 층상에 이미징되는 노광 장치 외에, 래스터 스캐닝의 원리를 기초로 하고 서로로부터 이격되는 복수의 통상적으로 평행인 노광 광선이 생성되며, 감광성 층 상에서 생성되는 구조에 따른 방식으로 변조되는 노광 장치가 또한 존재한다. 이러한 경우에, 감광성 층은 노광 광선에 대하여 횡방향으로 변위될 수 있으므로 노광될 전체 영역은 패터닝될 수 있다. 이러한 경우에 전자 방사선은 통상적으로 예컨대 US 7425713 B2에서 기재되는 시스템의 경우에 도시된 바와 같이 노광 방사선으로서 사용된다.
본 발명의 목적은 높은 해상도를 갖는 감광성 기판의 패터닝된 노광을 가능하게 하는 노광 장치 및 관련된 노광 방법을 명시하는 것이다.
일 측면에 있어서, 본 발명은 감광성 층의 패터닝된 노광을 위한 노광 장치에 관한 것이고, 상기 장치는 복수의 특히 평행의 노광 광선을 생성하는 생성 장치 - 각각의 노광 광선은 감광성 층의 부분 영역에 할당됨 - , 개별적으로 할당된 부분 영역에 관련하여 또는 이에 대하여 노광 광선을 특히 스캐닝 방식으로 이동시키는 이동 장치 및 감광성 층의 업스트림에 배열되고 감광성 층 상에 광 스폿을 생성하는 소멸파(evanescent wave)로 개별적인 노광 광선을 전환시키는 역할을 하는 근접장 광학 유닛 - 상기 광 스폿의 범위는 근접장 광학 유닛의 업스트림인 개별적인 노광 광선의 범위보다 작음 - 을 포함한다.
이러한 노광 장치의 경우, 감광성 층 또는 노광될 웨이퍼의 표면이 복수의 부분 영역 내로 세분되고, 여기서, 노광은 개별적인 노광 광선과 동시에 발생하고, 즉, 각각의 부분 영역은 노광 광선에 할당된다. 노광 광선은 통상적으로 2차원 래스터로부터 시작하여 평행하게 나아가므로 개별적인 노광 광선의 활성 또는 비활성에 의해 생성된 패턴은 감광성 층에 전사되고, 즉, 감광성 층 상에 생성된 구조는 노광 광선의 패턴에 의해 한정된다.
감광성 층으로 노광 광선의 패턴을 전사하는 공정이 반복적으로 수행되고, 연속하는 전사 단계 사이에서, 전체적으로 노광 광선은 각각의 경우에 감광성 층에 대하여 변위되므로, 개별 노광 광선은 개별적인 부분 영역에서의 각각의 위치에 계속해서 도달하고 노광될 전체 표면은 이런 식으로 미세구조화된다. 이러한 목적으로 노광 광선은 서로 독립되어 조작되고, 즉, 특히 서로에게 독립되어 스위칭 온 또는 스위칭 오프 되는 것이 당연하다.
이러한 경우에, 통상적으로 감광성 층 상의 부분 영역의 범위는 대략 감광성 층상에서 개별적인 노광 광선에 의해 생성되는 회절 디스크(에어리 디스크)의 크기(즉, 대략 1 내지 10배)가 된다. 이러한 경우에, 회절 디스크의 범위 또는 직경은 노광 장치(또는 그에 사용된 투영 렌즈)의 가장 작은 다이아프램 직경에 의해 결정되고, 상기 직경은 노광 장치의 분해 능력을 제한한다. 본 발명의 맥락에서, 기법이 기재되고, 이는, 소위 회절 한계에 대한 상승된 해상도로 감광성 층의 패터닝을 수행할 수 있도록 하며, 즉, 기재된 기법에서는, 개별적인 회절 디스크의 범위의 일부만이 노광에 기여한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 이것은, 근접장 광학 유닛이 감광성 층의 업스트림에 바로 배열되는 사실에 의해 성취되고, 이것은, 노광 광선의 범위를 감소시키도록 하므로 광 스폿은 감광성 기판상에 생성되고, 이 광 스폿의 범위 또는 직경은 근접장 광학 유닛으로 진입하는 노광 광선의 회절 디스크의 범위보다 상당히 작다.
일 실시예에서, 감광성 층을 면하는 근접장 광학 유닛의 측면은 노광 광선의 파장보다 작은 감광성 층으로부터의 거리에 배열된다. 근접장 광학 유닛에서 형성된 소멸파의 강도가 소멸파의 생성의 위치로부터의 거리로 인하여 지수적으로 감소하므로, 이는 장점이 된다. 이러한 경우에, 노광 방사선의 사용된 파장은 근자외선, 예컨대 193nm에서 존재할 수 있다. 그러나, 또한, 가시 파장 범위의 파장을 갖는 노광 방사선을 사용하는 것이 가능하다. 침지 액체의 사용 또한 가능하다.
감광성 층(레지스트)이 충분히 강할 경우, 근접장 광학 유닛은 적절할 때 적어도 부분적으로 감광성 층을 터치(touch)할 수 있다. 도즈(dose) 및/또는 초점 제어(이하를 참조)가 또한 제공되어서 근접장내에 결합되는 노광 광선의 강도의 최대 길이 의존성을 고려하는데, 이것이, 감광성 층의 균질하지 않은 조명을 야기할 수 있기 때문이다.
추가 실시예에서, 노광 장치는 근접장 광학 유닛에서 반사되는 노광 광선의 강도를 감지하는 감지기 장치를 더 포함한다. 반사된 광의 강도는 적절한 공간적으로 분해하는 감지기 장치(CCD 카메라 등)에 의해 채널별로, 즉, 노광 광선마다 개별적으로 측정될 수 있다. 이런 방식으로, 감광성 층의 후방에서 생성되는 개별적인 노광 광선 또는 소멸파의 에너지 입력을 통상적으로 간접적으로 측정하는 것이 가능하다. 더 적은 에너지가 감광성 층내에 도입되면 더 많은 에너지가 반사되며, 그 반대의 경우도 있다. 감지기 장치를 광 생성 장치(또는 필터 장치, 이하를 참조)에 결합시킴으로써, 서로 독립적인 개별 노광 광선의 강도를 설정하여 감광성 층이 (거의) 균일하게 노광되는 것이 가능하다.
일 개선사항에서, 노광 장치는 근접장 광학 유닛과 감광성 층 사이의 거리 및 바람직하게는 경사를 특히 감지된 강도를 기초로 결정하는 거리 결정 장치를 포함한다. 채널별로 감지된 강도를 기초로, 감광성 층 내에 도입된 에너지 및 그러므로 근접장 광학 유닛과 감광성 층 사이의 거리를 가정하는 것이 가능하다. 복수의 위치에서 근접장 광학 유닛과 감광성 층 사이의 거리를 결정함으로써, 추가적으로 감광성 층에 대한 근접장 광학 유닛의 배향 또는 경사를 결정하는 것이 가능하다. 경사는 적절할 경우, 근접장 광학 유닛에서 제공되는 조작기에 의해 (예컨대, 압전 액추에이터의 형태로) 교정될 수 있다. 조작기는 근접장 광학 유닛과 감광성 층 사이의 거리는 원하는 세트 포인트 값(초점 제어 또는 초점 조절)으로 설정 또는 조절하도록 사용될 수 있다. 적절할 경우, 거리 결정 장치는 또한 근접장 광학 유닛과 감광성 기판 사이의 거리의 용량성 또는 엘립소메트릭(ellipsometric) 결정을 수행하도록 설계될 수 있다.
추가 실시예에서, 노광 장치는 근접장 광학 유닛의 업스트림에 배열되고 개별 노광 광선의 강도 및/또는 편광에 영향을 주는 역할을 하는 필터 장치를 포함한다. 필터 장치는 중성(회색) 필터 또는 편광 필터로서 구현될 수 있고, 예컨대, 이 필터는 예컨대 전압을 적용하거나 개별적으로 편광에 영향을 끼침으로써 위치 의존적인 방식으로 변화할 수 있는 투과율을 야기한다. 근접장 광학 유닛과 감광성 층 사이의 거리가 위치 의존적인 방식으로 변화할 경우, 감광성 층 상의 광 분포의 결과적인 불균질성이 근접장 광학 유닛의 업스트림의 강도 분포의 적절한 영향에 의해 보상될 수 있다. 이러한 경우에, 개별 노광 광선의 강도는 예컨대 중성 필터 또는 편광 필터에 의해 적절하게 변조될 수 있다.
일 개선사항에서, 노광 장치는 추가적으로 감지기 장치에 의해 감지된 강도에 따른 방식으로 필터 장치를 구동하기 위한 제어 장치를 포함한다. 제어 장치는, 측정되거나 감지된 변수에 따른 방식으로 개별 노광 광선의 강도 및 위상( 및 또한 절절할 경우 노광 기간)을 설정하는데 사용될 수 있으므로, 이들은 감광성 층에서 또는 근접장 광학 유닛 상에서 충돌할 때 원하는 특성을 갖는다. 특히, 제어 장치는 또한 감광성 층 상에 충돌하는 개별 노광 광선들 사이의 강도 차이를 최소화하고, 즉, 가능한 균일한 감광성 층 상의 강도 분포를 생성하기 위해 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 근접장 광학 유닛은 복수의 관통 개구를 갖는 천공된 마스크를 갖고, 이것의 직경은 바람직하게는 노광 광선의 파장보다 작다. 해상도를 증가시키기 위한 하나의 가능성은 관통 개구 내에서만 노광 광선에 명백한 천공된 마스크를 사용하는 것이다. 이러한 경우에, 관통 개구의 직경은 노광 광선의 회절 디스크의 직경보다 일반적으로 작고, 즉, 노광 광선의 광 전파 방향에 대하여 가로인 관통 개구의 범위가 노광 방사의 파장보다 작다. 이러한 경우에, 천공된 마스크와 감광성 층 사이의 거리는 또한 노광 광선의 파장보다 일반적으로 작으므로(상기 내용 참조), (양자 기계적 터널 효과에 따른) 소위 소멸파와 같은 노광 방사는 관통 개구의 위치에서의 감광성 층내에 진입하고 감광성 층을 노광("접촉없는 나노-임프린트")할 수 있다.
일 개선사항에 있어서, 천공된 마스크는 노광 광선에 투명한 기판과 감광성 기판을 면하는 기판을 면하는 배리어 층을 갖고, 복수의 관통 개구는 상기 배리어 층에서 형성된다. 이러한 경우에, 관통 개구를 갖는 배리어 층은 캐리어의 역할을 하는 투명 기판상에 적용된다. 근자외선 범위, 예컨대 대략적으로 193nm에서 방사선을 사용할 때의 예시로서, 크롬층은 배리어 층의 역할을 할 수 있고, 상기 크롬 층은 대략 50 내지 80nm의 두께로부터 상기 파장에서의 노광 광선에 대해 더는 투과성이 아니다.
일 개선사항에 있어서, 투명한 기판은 감광성 층을 면하는 측면 상에 패터닝되고 특히 테이퍼링 구조를 갖는다. 투명한 기판의 구성은 마이크로 광학 유닛의 역할을 하고, 특히 테이퍼링, 원뿔형 구조는 특히 유리한 것으로 입증되었다. 이러한 경우에, 배리어 층에서의 관통 개구는 원뿔형 정점에 위치되고, 통상적으로 이는 노광 방사선의 파장보다 작은 감광성 층으로부터의 거리에 통상적으로 배열된다.
추가 실시예에서, 노광 광선의 광 전파 방향은 근접장 광학 유닛에 대한 (그리고 감광성 층에 대한) 각도로 나아가고, 근접장 광학 유닛은 유전체 기판내로 탑재된 복수의 테이퍼링 금속 구조를 갖는 유전체 기판을 갖는다. 이러한 경우에, 입사하는 노광 방사선은 테이퍼링 금속 구조의 표면 플라스몬을 여기시키는 역할을 한다. 이는 구조 이내의 교번 전계를 유도하고, 이는, 소멸파와 같이 최대로 집중된 방식으로 그 팁에서 발생하고 감광성 층으로부터의 거리에 따라 지수적으로 감쇠된다. 개별 팁와 감광성 층 사이의 짧은 거리(통상적으로 사용된 노광 광선의 파장보다 짧음)의 경우, 소멸파의 강도는 팁 주변의 상당히 작은 영역에서 감광성 층을 노광하기에 충분하다.
금속 팁에서 표면 플라즈몬을 여기시키기 위하여, p-편광 조명 방사를 사용하는 것이 필수적이고, 즉, 광 전파 방향이 근접장 광학 유닛에 대한 각도에서 이루어져야하므로 입사( 및 그러므로 p-편광)의 평면이 실제로 정의된다. 표면 플라즈몬을 여기시키기 위하여, 사용된 노광 방사선의 파수(wave number)는 추가적으로 금속의 플라즈마 주파수에 적응되어야 하고, 이는, 유전체를 통해 가능하다(특히, 표면 플라즈몬의 생성에 관한 보다 상세한 설명은 "http://en.wikipedia.org/wiki/Surface_Plasmon"을 참조). 대략 193nm의 파장을 갖는 노광 광선을 사용할 때, 이러한 경우에, 특히 알루미늄이 플라즈몬 원의 역할을 하는 것이 가능하다. 감광성 층의 기계적 저항에 의해 허용될 경우, 금속 팁은 이러한 경우에도 감광성 층과 직접 접촉할 수 있다.
추가 실시예에서, 노광 장치는 근접장 광학 유닛으로부터 감광성 기판내로 발생하는 소멸파를 이미징하기 위한 수퍼렌즈 소자를 포함한다. 수퍼렌즈 소자라는 용어는, 지칭되는 대로, (거의) 감쇠되지 않은 방식으로 소멸파를 전달하고 심지어 이것을 증폭시키는 것을 가능하게 하는 장치를 뜻한다. 수퍼렌즈 소자가 노광 방사선의 파장에 대한 음의 굴절력을 가지므로 이는 가능하다.
표면 플라즈몬은 수퍼렌즈 소자의 경우에 또한 여기된다. 가장 단순한 경우에, 여기서, 수퍼렌즈 소자는 제 1 유전체, 금속층 및 제 2 유전체로 구성된 층 스택을 갖는다. 이러한 경우에, 통상적으로 (평면) 층의 두께는 대략 노광 방사선의 파장의 크기이다. 은(silver)이 금속 층의 역할을 하는 이러한 수퍼렌즈 소자는 데이빗 O.S. 멜빌 외에 의한 논문 "평면 은 렌즈를 사용하는 수퍼 해상도 근접장 리소그래피"에 제시된다(Invited Poster, MNE-2005 ID 00709,"http://www.mneO5.org/3-c_01.pdf). 근자외선 범위, 예컨대, 대략 193nm 주변의 범위의 파장에서, 알루미늄 층의 사용은 장점이 되는 것이 입증되어 왔다. 석영 유리는 이러한 파장에서 유전체로서 사용될 수 있다. 수퍼렌즈 소자는 근접장 광학 유닛과 일체형으로 구현될 수 있다.
본 발명의 추가 측면은 노광 장치에 관한 것이며, 이 노광 장치는, 감광성 층을 갖는 기판, (적어도 하나의) 조명 파장을 갖는 복수의 특히 평행인 노광 광선을 생성하는 생성 장치 - 각각의 노광 광선은 감광성 층의 부분 영역에 할당되고, 생성 장치는 제 2 상태로부터 제 1 상태로 감광성 층을 전환시키는 강도 임계값을 초과하는 최대 강도를 갖는 노광 광선을 생성하도록 지정됨 -, 개별적으로 할당된 부분 영역에 대해 상기 노광 광선을 이동시키는 이동 장치 및 감광성 층을 제 1 상태로부터 제 2 상태로 전환시키는 (적어도 하나의) 여기 파장을 갖는 여기 방사선을 생성하는 여기 광원을 포함한다.
해상도를 증가시키기 위하여, 본 발명의 이러한 측면은, 개별 노광 광선의 중심에서 통상적으로 얻어지는 노광 광선의 최대 강도 미만인 강도 임계값에서의 제 2 상태와 제 1 상태 사이에서 감광성 층이 변화한다는 사실을 이용한다. 가역적인 상태 변화의 경우, 패터닝을 위해 제공되고 감광성 층에 충돌하는 노광 광선에 의해 덮이는 (회절 제한된) 영역의 하위 영역을 구성하는 부분 영역으로부터 떨어진 감광성층이 제 2 상태에서 제 1 상태로 전환되므로 패터닝이 그에 대하여 제공되는 부분 영역에서만 이루어질 수 있다는 것이 성취될 수 있다.
여기 광원에 의해, 감광성 층은 제 1 상태에서 제 2 상태로 전환될 수 있다. 반대로, 노광 광선은 반대 효과를 갖고, 즉, 이 노광 광선은 제 2 상태에서 제 1 상태로 감광성 층을 전환시키는 역할을 한다. 여기는 노광 이후 또는 노광 동안 이뤄질 수 있다. 여기 방사선과 노광 방사선이 단일 파장을 가질 필요가 없고, 그보다는 적절한 경우에 개별 파장 범위를 포함할 수 있는 것이 당연하다. 여기 광원과 광 생성 장치가 일반적으로 레이저 광원을 포함하되, 이들로 인해 생성된 방사선은 우수한 근사로 오직 단일 파장을 갖는다.
일 실시예에서, 제 1 상태로부터 제 2 상태로의 전환은 가역적이고, 감광성 층은 제 2 상태에서의 영구적으로 변화된 화학적 상태로 전환될 수 있다. 2개의 상태 간의 전이가 가역적이므로, 감광성 층의 여기는 노광 전에 이뤄질 수 있고, 여기 방사선은 특히 균질하게 감광성 층에 적용될 수 있다. 이러한 경우, 예시로서, US 2006/0044985 A1에서 도시된 바와 같은 노광 방법을 수행하는 것이 가능하고, 이것의 전체는 본 발명의 대상물에서 참조에 의해 통합된다. 그에 기재된 방법에서, 감광성 층은 노광 방사선의 도움으로 여기 이후 제 2 상태에서 제 1 상태로 전환되고, 좁게 한정된 지역이 생략되면, 즉, 노광 방사선이 그에 충돌하지 않거나 노광 방사선의 강도가 최소가 되므로, 노광 광선의 강도가 그 강도 임계값 미만으로 유지되므로 감광성 층은 제 2 상태에 남게된다.
추가 실시예에서, 개별 노광 광선이 할당되는 부분 영역은 적어도 부분적으로 중첩된다. 최소 강도의 상기 기재된 좁게 한정된 영역 외부에서, 확실히 강도 임계값을 초과하는 강도를 얻기 위하여, 개별 노광 광선이 할당된 인접한 부분 영역이 부분적으로 중첩되어, 인접한 노광 광선의 강도 분포가 또한 그 외부 영역에 중첩되고 강도 임계값을 초과하는 총 강도를 형성하기 위하여 그에 중첩될 경우, 유리하다.
일 개선사항에 있어서, 노광 장치는 감광성 층을 제 2 상태로부터 영구적으로 변화된 화학적 상태로 전환시키는 고정 광원을 포함한다. 이러한 경우에, 감광성 층은 고정 광원에 의해 제 2 상태에 있는 영역에서 영구적으로 변화된 화학적 상태로 전환될 수 있고 이런 식으로 패터닝될 수 있다. 일단 감광성 층의 영역이 영구적으로 변화된 화학적 상태로 전환될 경우, 더는 후속 노광의 여기 방사선 또는 노광 광선에 반응하지 않는다.
추가 실시예에서, 여기 광원은 감광성 층에 대한 위치 의존적 방식으로 변화하는 강도 프로파일을 갖는 여기 방사선을 생성하도록 설계되고, 여기 방사선은 바람직하게는 감광성 기판상에 인접한 방식으로 충돌하는 2개의 노광 광선 사이에서 최대 강도를 갖는다. 여기 방사선의 위치 의존적 강도 프로파일을 생성함으로써, 여기 방사선으로 노광 광선을 중첩하여 STED("유도 방출 공핍") 현미경에 유사하게, 강도 최대값은 좁게 한정된 영역에 형성되고 감광성 층을 제 1 상태로 전환한다.
추가 실시예에서, 제 2 상태로부터 제 1 상태로의 전이는 비가역적이고, 즉, 제 2 상태는 미리 영구적으로 변경된 화학적 특성을 갖는 상태로 구성된다. 이러한 특성을 갖는 감광성 층은 여기 방사선 및 노광 방사선의 상기 기재된 동시 사용의 경우에 특히 사용될 수 있다. 여기 방사선 및 노광 방사선의 결합된 강도가 이러한 경우에 강도 임계값을 초과할 경우, 감광성 층은 관련된 영역에서 제 1, 영구적으로 변경된 화학적 상태를 얻는다.
대안으로, 여기 방사선의 사용 또한 완전히 생략될 수 있고, 적절할 경우, 즉, 감광성 층을 사용하는 것이 가능하며, 여기서, 강도 임계값이 상당히 높기 때문에(예컨대, 노광 광선의 최대 강도의 80% 또는 90%), 감광성 층은 개별적인 노광 광선에 의해 덮인 영역의 30% 미만에 달하는 강도 분포의 작은 서브 영역에서만 제 2 상태로부터 제 1 상태로 비가역적으로 전환된다. 이러한 경우에, 강도의 임계값이 초과되지 않은 지역에서, 레지스트는 가능한 신속하게 노광을 "포겟(forget)"해야만 하고, 즉, 소위 알츠하이머 레지스트가 사용되어야 한다. 이러한 형태의 레지스트는 예컨대 재기록가능한 DVD에 사용되고 예컨대 칼코게나이드로서 구현될 수 있으며, 여기서, 2개의 상태간의 전이는 비정질상과 결정상 사이의 특히 열적으로 이뤄진다.
다시 말하면, 패터닝될 것으로 의도되는 표면 영역은 개별 노광 광선의 중심에 할 수 있거나, 강도 임계값이 그를 초과할 경우, 대안적으로 (거의) 노광 방사선이 감광성 층 상에 충돌하지 않는 영역에서, 즉, 감광성 층 상의 최소 강도 분포의 영역에 놓일 수 있다. 가능한 작은 개별 표면 영역에 의한 가능한 높은 해상도를 생성하기 위하여 노광 방사선의 상당한 최대 강도가 요구될 수 있을 것이다.
추가 실시예에서, 감광성 층은 스위칭 가능한 유기 염료 또는 스위칭 가능한 칼코게나이드를 포함한다. 스위칭 가능한 유기 염료는 광의 도움으로 제 2 상태로부터 제 1 상태로( 그리고 그 반대로) 스위칭 가능한 연료 입자를 포함한다. 상기 더 기재된 바와 같이, 칼코게나이드의 경우, 2개의 상태 간의 전이는 통상적으로 비정질 상태와 결정 상태 사이에서 정확하게 되도록 열적 여기에 의해 이뤄진다.
일 개선사항에 있어서, 스위칭 가능한 유기 염료의 제 2 상태는 유도 방출에 의해 스위칭 가능한 유기 염료의 제 1 상태로 전환될 수 있다. 여기서, STED 현미경의 경우와 마찬가지로, 염료는 여기 방사선의 도움으로 제 1, 에너지적으로 낮은 상태로부터 제 2, 에너지적으로 더 높은 상태로 전환될 수 있으며 적절한 파장 범위의 노광 광선의 도움으로 유도 방출에 의해 제 2 상태로부터 제 1 상태로 복귀될 수 있다. 이러한 경우에, 제 2 단계로 염료를 여기시키고 그라운드 상태로 유도 방출을 여기시키는데 요구되는 파장은 통상적으로 상이하다.
제 1 상태 및 제 2 상태는 또한 스위칭 가능한 유기 염료의 상이한 구조적 아이소머리즘 상태가 될 수 있고, 예컨대, 2개의 아이소머리즘 상태는 예컨대 상기 언급된 US 2006/0044985 A1에서 기재된 바와 같이 개별적인 염료 입자의 시스/트랜스 전이를 나타낸다. 제 1 상태(예컨대, 트랜스 상태)의 염료 입자가 고정 광에 의한 조사에 의해 영구적으로 변경된 화학적 상태로 전환될 수 있되 이는 제 2 상태(예컨대, 시스 상태)에서는 불가능하다.
에너지적으로 여기된 상태로부터 그라운드 상태로의 전이가 유도 방출에 의해 일어날 수 있는, 형광 염료의 사용을 제외하고, 물론 노광 장치에서의 다른 형태의 (가역적인) 상태 전이를 갖는 감광성 층, 예컨대 상기 언급된 칼코게나이드를 사용하는 것이 가능하며, 여기서, 비정질상과 결정상 사이의 전이는 열적으로 (예컨대 노광 펄스에 의해 여기되어) 일어난다.
양쪽 측면에 관련된 추가 실시예에서, 생성 장치는 감광성 층 상에서 생성되는 구조에 따른 방식으로 개별적인 노광 광선을 스위칭 온 또는 스위칭 오프하기 위해 설계되는 복수의 스위칭 가능한 래스터 소자를 갖는 래스터 장치를 갖는다. 래스터 장치의 도움으로, 활성화된, 즉, 스위칭 온 된 래스터 소자에 상응하는 광 스폿의 패턴이 감광성 층 상에서 생성될 수 있다.
일 개선사항에 있어서, 래스터 장치의 래스터 소자는 개별적인 노광 광선에 대한 스위칭 가능한 다이아프램으로서 구현된다. 이러한 경우에, 래스터 장치는 래스터 소자가 활성화되는, 즉, 후자가 다이아프램으로 역할하지 않는 이러한 영역에서만 노광 방사선을 전송한다. 반대로, 조명 방사선은 래스터 소자가 스위칭 오프되는 영역에서 블록된다.
일 개선사항에 있어서, 래스터 장치는 LCD 어레이, 레이저 다이오드 어레이 또는 OLED 어레이로서 구현된다. 제 1 경우에, 조명 장치가 요구되고, 이는 감광성 기판에서 벗어나게 면하는 측 상의 LCD 어레이를 조명한다. 레이저 다이오드 어레이 또는 OLED 어레이가 사용될 때, 각각의 래스터 소자는 개별적인 노광 광선을 생성하기 위하여 개별적으로 활성화될 수 있는 전용 광원을 갖는다. LCD 어레이 및 레이저 다이오드 또는 OLED 어레이 모두 상용으로 이용가능하고 래스터 소자는 상당히 높은 해상도를 얻기 충분할 만큼 작다. 특히, 상용으로 이용가능한 OLED 어레이의 스위칭 시간은 노광 동안 높은 스루풋을 보장하기에 충분할 정도로 짧다.
대안적인 실시예에서, 래스터 소자는 개별 노광 광선에 대한 스위칭 가능한 반사기로서 구현된다. 이러한 경우에, 제 1, 활성 스위칭 위치에서의 래스터 소자는 감광성 층상으로 노광 방사선을 회절시킬 수 있되 제 2, 비활성화된 스위칭 위치에서, 이들은 감광성 층 상으로 노광 방사선을 회절시키지 않고 상이한 공간 영역으로 회절시킨다.
일 개선사항에 있어서, 래스터 소자는 마이크로 미러 어레이(MMA)로서 구현된다. MMA의 래스터 소자는 상당히 작고 노광 동안 높은 스루풋을 가능하게 하는 스위칭 가능한 반사기의 충분히 짧은 스위칭 시간을 갖는다.
일 추가 실시예에 있어서, 이동 장치는, 바람직하게 근접장 광학 유닛과 동시에 감광성 층에 대하여 래스터 장치를 변위시키는 적어도 하나의 변위 유닛을 갖는다. 개별적인 부분 영역에서의 노광 광선을 변위시키기 위하여, 감광성 층에 평행한 평면의 래스터 장치를 변위시키는 것이 유리하다. 이러한 목적으로, 이동 장치는 2개의 선형 변위 유닛을 포함할 수 있고, 이는 상기 평면에서 2개의 바람직하게는 상호 수직 방향으로 래스터 장치를 변위한다. 이런 방식으로, 감광성 층의 부분 영역은 전체 영역에 대한 후자의 패터닝을 위하여 스캐닝될 수 있다. 대안적으로, 적절할 경우, 래스터 장치는 고정되어 유지될 수 있고 감광성 층 또는 기판이 변위될 수 있음이 당연하다. 물론, 기판 및 래스터 장치가 적절할 경우 반대 방향으로 동시에 이동하는 것 또한 가능하다.
추가 실시예에서, 생산 장치는 특히 균질하게 래스터 장치를 조명하는 조명 장치를 포함한다. 이러한 경우에, 조명 방사선은 전체 영역에 대하여 래스터 장치상에 충돌하고 개별 노광 광선은 활성 상태로 스위칭되는 래스터 장치의 래스터 소자에서 생성되되 이들은 다른 (비활성화된) 래스터 소자에 의해 감광성 층으로 전송되지 않는다.
추가 실시예에서, 노광 장치는 감광성 층 또는 근접장 광학 유닛 상으로 래스터 장치의 이미징을 감소시키는 렌즈를 포함한다. 예컨대 10의 인수로 감소하는 이미징은 감광성 층의 노광 동안 해상도를 감소시킨다. 노광 장치가 근접장 광학 유닛을 포함할 경우, 이미징은 일반적으로 상기 근접장 광학 유닛 상에 또는 감광성 층에서 벗어나게 면하는 측 상으로 일어나며, 즉, 이는 렌즈의 이미지 평면을 형성한다.
본 발명은 또한 감광성 층의 패터닝된 노광을 위한, 제 1 측면에 관련된 방법에 관한 것이며, 이 방법은 복수의 특히 평행인 노광 광선을 생성하는 단계 - 각각의 노광 광선은 감광성 층의 부분 영역에 할당됨 - , 개별적으로 할당된 부분 영역에 대하여 노광 광선을 이동시키는 단계, 감광성 층에 광 스폿을 생성하기 위하여 개별 노광 광선을 소멸파로 전환시키기 위해 감광성 층의 업스트림에 근접장 광학 유닛을 배열하는 단계를 포함하고, 광 스폿의 범위는 근접장 광학 유닛의 업스트림의 노광 광선의 범위보다 작다.
상기 기재된 바와 같이, 감광성 층의 노광은 노광될 층 상에 동시에 방출되는 복수의 노광 광선으로 인해 가능한 멀게 평행화되고, 상기 광선은 부분 영역의 감광성 층에 충돌하고, 이는 대략 회절 디스크의 크기이다. 근접장 광학 유닛은 회절 한계를 초과하여 해상도를 증가시키는 역할을 하고, 즉, 노광 광선은 광 스폿으로 감소되며, 이 스폿의 범위는 대략 예컨대 회절 한계 미만인 크기가 될 수 있으므로, 전체 감광성 층을 패터닝하기 위하여, 노광 광선은 특히 스캐닝 방식으로 감광성 층에 대해 또는 상응하는 부분 지역에 대하여 가이드된다.
감광성 층의 패터닝된 노광을 위한, 제 2 측면에 할당된 방법은, 복수의, 특히 평행인 노광 광선을 생성하는 단계 - 각각의 노광 광선은 감광성 층의 부분 영역에 할당됨 - 및 개별적으로 할당된 부분 영역에 대하여 노광 광선을 이동시키는 단계를 포함하고, 노광 광선은, 강도 임계값보다 큰 최대 강도로 생성되어서, 제 2 상태로부터 제 1 상태로 감광성 층을 전환시키고, 감광성 층을 제 1 상태로부터 제 2 상태로 전환시키는 여기 방사선에 의해 감광성 층을 여기시키며 패터닝을 위해 제공되지 않은 영역에서 제 2 상태로부터 제 1 상태로 감광성 층을 복귀시킨다.
상기 더 기재된 바와 같이, 제 2 측면은 한정된 강도 스위칭 임계값을 갖는 감광성 층을 사용하므로, 노광 광선의 강도의 적절한 선택에 따라 해상도가 회절 한계를 초과하여 증가될 수 있다. 이러한 경우에, 감광성 층은 여기 방사선에 의해 제 1 상태로부터 제 2 상태로 가역적으로 전환될 수 있고 패터닝을 위해 제공되지 않는 영역의 노광 광선에 의해 제 1 상태로 회복될 수 있다. 감광성 층이 제 1 상태로 전환되지 않으므로 예컨대 고정 방사선을 사용하여 영구적으로 화학적으로 변화된 상태로 전환될 수 없는 것은 노광 방사선이 최소값(또는 상기 기재된 바와 같이 최대값)을 갖는, 패터닝될 영역에서만 발생한다.
본 발명의 추가 특성 및 장점은 본 발명에 필수적인 상세를 도시하는 도면을 참조하는 본 발명의 예시적인 실시예의 이하의 기재로부터 그리고 청구범위로부터 명백하다. 개별 특징은 스스로 개별적으로 각각의 경우에 또는 본 발명의 변형의 임의의 원하는 복수의 조합으로서 실현될 수 있다.
예시적인 실시예는 개략도에서 설명되고 이하의 설명에서 기재된다. 도면에서,
도 1은 각각의 노광 광선이 할당되는 복수의 부분 영역을 갖는 감광성 층의 상세를 도시한다.
도 2는 복수의 노광 광선을 동시에 생성하고 근접장 광학 유닛을 포함하는 노광 장치의 개략도를 도시한다.
도 3a 내지 도 3d는 근접장 광학 유닛의 상이한 예시적인 실시예의 개략도를 도시한다.
도 4는 LCD 어레이의 형태인 래스터 장치를 포함하는 노광 장치의 개략도를 도시한다.
도 5는 발광 다이오드 어레이의 형태인 래스터 장치를 포함하는 노광 장치의 개략도를 도시한다.
도 6은 노광 방사선의 위치 의존적 강도 분포와 감광성 층의 강도 임계값의 개략도를 도시한다.
도 7은 강도 임계값 미만의 강도 최소값을 갖는 도 6과 유사한 개략도를 도시한다.
도 8은 여기 방사선과 노광 방사선의 중첩에 의해 생성되는 강도 분포의 개략도를 도시한다.
도 9는 여기 광원 및 고정 광원 및 LED 어레이를 포함하는 노광 장치의 개략도를 도시한다.
도 10은 OLED 어레이 및 조명 시스템을 갖는 도 9와 유사한 개략도를 도시한다.
도 1은, 노광 광선(3)이 각각 할당된 복수의 정사각형 부분 영역(2a 내지 2h)을 갖는 감광성 층(1)의 상세를 개략적으로 도시한다. 도 1에서 알 수 있듯이, 개별적인 부분 영역(2a 내지 2h)의 범위는 대략 개별적인 노광 광선(3)의 범위(4) - 파선으로 표시됨 - 의 크기이며, 즉, 이러한 경우에 노광 광선(3)의 범위(4)의 많게는 대략 10배가 된다. 감광성 층(1)은 복수의 노광 광선(3)에 의해 동시에 노광되고, 도 2를 참조하여 아래에서 기재되는 바와 같이, 이 광선들은 감광성 기판(1) 상에서 생성될 구조에 따라 개별적으로 스위칭 온 또는 스위칭 오프된다.
도 2는 기판(6)(웨이퍼) 상에 적용되는 감광성 층(1)을 노광하는 노광 장치(5)를 도시한다. 노광 장치(5)는 광 생성 장치(7)를 포함한다. 광 생성 장치(7)는 예컨대 193nm 또는 157nm의 파장을 갖는 노광 방사선을 생성하기 위한 레이저의 형태인 광원(7a)을 포함한다. 광원(7a)은 래스터 장치(8)의 전체 영역을 조명하는 역할을 하고, 상기 래스터 장치는 마이크로 미러 어레이(MMA)로서 구현된다. 마이크로 미러 어레이는 미러 소자의 형태인 복수의 개별적으로 구동가능한 래스터 소자(9)를 포함한다. 이러한 경우에, 마이크로 미러 어레이(8)는 예컨대 대략적으로 4000×2000 래스터 소자(9)의 매트릭스 배열을 가질 수 있고, 하나의 래스터 소자(9)(이하에서 개별 미러)는 예컨대 대략적으로 16㎛×16㎛의 면적을 가질 수 있다. 상용으로 이용가능한 MMA는 (활성) 기본 위치로부터 개별 미러(9)를 이동시키기 위하여 대략적으로 5kHz의 범위의 스위칭 주파수를 갖고, 여기서, 개별 미러(9)는 감광성 층(1)의 평면에 평행인 평면(10)에서 경사진 위치로 배열되고, 단순함의 위하여 도 2에서는 단일 개별 미러(9)만 도시된다. 노광될 웨이퍼(6)의 스루풋(throughput)은 대략 5kHz의 스위칭 주파수를 고려하여 시간당 약 100 웨이퍼이다.
MMA(8)의 개별 미러(9)가 각각의 경우에 비반사성 영역에 의해 서로로부터 분리되므로, 복수의 노광 광선(3)은 MMA(8)에서 발생하고 상기 복수의 노광 광선은 각각의 개별 미러(9)의 위치에 따라 감광성 층(1)에 또는 감광성 층(1) 옆의 공간적인 영역내에 회절된다. 개별 미러(9)의 개별적인 스위칭 위치와 그에 따라 MMA(8)에 의해 생성된 패턴은 감광성 층(1) 상에 생성될 구조에 따른다. 제어 장치(11)는 감광성 층(1) 상에 생성될 미리정의된 구조에 따른 방식으로 MMA(8)를 구동하는 역할을 한다.
MMA(8)에서 감광성 층(1)으로 회절되는 노광 광선(3)은 서로 평행으로 배향되고 그 전파 방향은 감광성 층(1)에 수직으로 나아간다. 렌즈(12)는 감광성 층(1) 상으로 노광 광선(3)의 또는 평면(10)의 MMA(8)에 의한 (예컨대 10의 인수로)감소된 이미징의 역할을 한다.
도 1에서 알 수 있듯이, 개별적인 노광 광선(3)은 그 스스로가 할당된 부분 영역(2a 내지 2h)의 표면의 일부만을 커버한다. 그러므로, 패터닝될 영역에서의 감광성 층(1)의 전체 패터닝에 있어서, 노광 장치(5)는 이동 장치(13)를 포함하고, 이는, 도 2에 도시된 XYZ 좌표계의 X 방향을 따라 MMA(8)를 변위시키는 선형 이동 유닛(14)을 포함한다. 상응하는 선형 이동 유닛(미도시)은 Y-방향으로 MMA를 변위시키는 역할을 한다. 이동 장치(13)의 도움으로, MMA(8)는 원하는 영역에서 전체 감광성 층(1)을 패터닝하기 위하여, X-방향 및 Y-방향으로 개별적인 부분 영역(2a 내지 2h)의 에지 길이에 대략적으로 상응하는 거리로 변위될 수 있다. 이런 경우에, 제어 장치(11)는 X-방향으로 그의 변위를 제어하기 위하여 선형 이동 유닛(14)에 결합된다(그리고 Y-방향으로 추가 선형 이동 유닛에 결합된다). 복수의 인접 영역은 웨이퍼(6) 상에 형성되고, 이 영역은 MMA(8) (및 적절할 경우 웨이퍼(6))의 이동을 적절하게 제어하는 이동 장치(13)에 의해 상기 기재된 방식으로 패터닝될 수 있는 것이 당연하다.
노광 장치(5)는 감광성 층(1)에 바로 인접하게 배열되는 근접장 광학 유닛(15)을 더 포함한다. 추가 선형 이동 유닛(14a)이 제어 장치(11)에 결합되어 X-방향으로 MMA(8)와 동기적으로 제어 장치(11)를 변위시킨다. 또한 Y-방향으로 근접장 광학 유닛(15)을 변위시키는 추가 선형 변위 유닛(미도시)에 상응하는 결합이 존재한다.
근접장 광학 유닛(15)은 개별 노광 광선(3)을 소멸파로 전환시키는 역할을 한다. 이런 식으로, 노광 광선(3)의 범위는 광 스폿(16)의 범위(도 1 참조)로 감소될 수 있고, 이는, 근접장 광학 유닛(15)의 업스트림의 노광 광선(3)의 (회절 제한된) 범위(4)보다 상당히 작다. 결과적으로, 노광 장치(5)의 해상도는 근접장 광학 유닛(15)에 의해 회절 한계를 넘어서 증가될 수 있다.
근접장 광학 유닛(15)의 다수의 예시적인 실시예는 도 3a 내지 도 3d를 참조하여 이하에서 더욱 상세히 기재된다. 도시된 예시적인 실시예의 공통점은, 소멸파가 대략 발생하는 근접장 광학 유닛(15)의 측 사이의 거리(a)가 노광 방사선의 파장(λB)의 크기이며 도 3a 내지 도 3c에서는 상기 파장(λB)보다 작다는 점이다.
상기 공통점은 장점이 되는데, 이는, 근접장 광학 유닛(15)으로부터 개별적으로 발생하는 소멸파(17)의 강도가 발생(emergence)으로부터 거리 a에 따라 지수적으로 감소하며, 즉, I(a)=I0×Exp(-k*a)는 참이기 때문이다. 여기서 I0는 발생에서의 강도를 나타내고 k는 비례 상수를 나타낸다. 그러므로, 근접장 광학 유닛(15)이 감광성 층(1)으로부터 너무 멀리 떨어질 경우, 소멸파의 강도가 너무 낮아서 감광성 층(1)을 노광할 수 없다.
도 3a에 도시된 예시에서, 근접장 광학 유닛(15)은 천공된 마스크로서 구현되고 캐리어로서 기판(18)을 포함하고, 상기 기판은 노광 광선(3)에 투명하고 평면 배리어 층(19)은 감광성 기판(1)을 면하고 복수의 관통 개구(20)를 갖는 크롬으로 구성되며, 이것의 직경(D)은 노광 광선(3)의 사용된 파장(λB)보다 짧다. 배리어 층(19)은 약 80nm의 두께 및 193nm의 사용된 파장(λB)에서의 노광 광선(3)을 더는 투과하지 않는다. 근접장 광학 유닛(15)내에 진입할 때 노광 광선(3)의 회절 제한된 범위(에어리 디스크)(4) - 렌즈(12)에 의해 유도됨 - 는 도 1에 도시된 바와 같이 광 스폿(16)의 범위로 배리어 층(19) 또는 관통 개구(20)에 의해 감소된다.
도 3b는 근접장 광학 유닛(15)의 예시적인 실시예를 도시하고, 투명한 기판(19)은 마이크로 광학 유닛의 역할을 하는 원뿔형 팁(21)의 형태인 표면 구조를 갖는다. 이러한 경우에, 배리어 층(19)의 관통 개구(20)는 원뿔형 팁(21)의 최외단(outermost end)에 위치되고, 이는 노광 방사선의 파장(λB)보다 짧은 감광성 층(1)으로부터의 거리(a)에 배열된다.
도 3c, 3d에 도시된 2개의 예시에서, 노광 광선(3)의 광 전파 방향은 근접장 광학 유닛(15) 또는 감광성 기판(1)에 대하여 α의 각도로 나아간다. 이것은, 예컨대 감광성 층(1)에 대해 MMA(8)의 평행한 배향으로부터 벗어남에 따라 도 2의 노광 장치(5)에서 성취될 수 있다. 이 경우에, 노광 광선(3)은 도면의 평면에 상응하는 입사의 평면에 평행하게 편광된다. 편광 광선(3)은 적절한 편광 필터(미도시)에 의해 편광될 수 있다. 레이저 광원(7)(도 2 참조)은 통상적으로 선형 편광된 노광 방사선을 어떻게든 생성하므로, 적절할 경우 감광성 층(1)에 대한 레이저 광원(7)의 주어진 적절한 배향으로 편광 필터는 필요없을 수 있다.
도 3c에 도시된 예시에서, 근접장 광학 유닛은, 유전체 기판(22)내에 탑재되고 서로로부터 전기적으로 절연되는 복수의 금속 팁(23)을 갖는 유전체 기판(22)을 포함한다.
이러한 경우에, 입사 노광 광선(3)은 개별 금속 팁(23)에서 표면 플라스몬을 여기시키는 역할을 하고, 금속 팁(23)의 테이퍼링 단부에 최대로 집중되고 소멸파(17)로서 후자로부터 발생하는 교번 전계를 유도한다. 개별 팁(23)과 감광성 층(1) 사이에 주어진 짧은 거리를 고려하면, 소멸파(17)의 강도는 금속 팁(23) 주변의 아주 작은 영역에서 감광성 층(1)을 노광하기에 충분하다. 감광성 층(1)의 기계적인 저항에 의해 허용될 경우, 금속 팁(23)은 상기 층과 직접 접촉할 수 있다.
표면 플라즈몬을 여기시키기 위하여, 사용된 노광 광선(3)의 파수는 사용된 금속의 플라즈마 주파수에 적응되어야 하며, 이는, 유전체 기판(22)을 통해 이뤄질 수 있다. 현 예시에서, 노광 광선(3)은 대략 193nm의 파장(λB)을 갖고, 예컨대 알루미늄은 금속 팁(23)을 위한 물질로서 적합하다.
도 3d에 도시된 예시적인 실시예에서, 도 3c의 근접장 광학 유닛(15)은 소위 수퍼렌즈 소자(24)에 의해 연장된다. 수퍼렌즈 소자(24)는 감광성 층(1)을 면하는 근접장 광학 유닛(15)의 측 상에 장착되고 제 1 유전체 층(24a)과 제 2 유전체 층(24c)으로 구성되며 그 사이에 금속 층(24b)이 배열된다. 표면 플라즈몬은 수퍼렌즈 소자(24)의 경우에도 여기된다. 상기 표면 플라즈몬은 근접장 광학 유닛(15)으로부터 감광성 기판(1)으로 발생하는 소멸파(17)를 이미징하는 것을 가능하게 하며, 소멸파(17)는 거의 감쇠되지 않는 방식(undamped manner)으로 전달된다. 이것은, 수퍼렌즈 소자(24)가 노광 광선(3)의 파장(λB)을 위한 음의 굴절률을 가지므로 가능하다. 이런 경우에, (평면) 층(24a 내지 24c)의 두께는 대략 노광 광선(3)의 파장(λB)의 크기이다. 약 193nm의 파장(λB)의 본 예시에서, 알루미늄으로 구성된 금속 층(24b)의 사용은 장점이 되는 것으로 입증된다. 이러한 경우에, 석영 유리 층은 예컨대 유전체 층(24a 및 24c)으로서 사용될 수 있다. 도 3d에서 알 수 있듯이, 소멸파(17)와 감광성 기판(1) 사이의 발생 거리는 도 3a 내지 도 3c에 기재된 예시에서 보다 더 크게 선택될 수 있다. 수퍼렌즈 소자(24)는 도 3a 내지 도 3c에 도시된 근접장 광학 유닛에서 사용될 수 있음이 당연하다.
도 3c에 도시된 바와 같이, 노광 장치(5)는 근접장 광학 유닛(15)의 유전체 기판(22)에서 반사되는 노광 광선(3)의 강도의 공간 분해된 감지를 위한 감지기 장치(25)를 포함한다. 반사 광의 강도는 채널별로, 즉, 각각의 노광 광선(3)에 대해 개별적으로, 예컨대 CCD 카메라 등의 형태인 이러한 공간 분해하는 감지기 장치(25)에 의해 측정될 수 있다. 이런 식으로, 더 적은 에너지가 감광성 층(1)내에 도입되면 더 많은 에너지가 반사되고, 그 반대가 되므로, 감광성 층(1)에서 후자에 의해 생성되는 개별적인 노광 광선(3) 또는 소멸파(17)의 에너지 입력을 간접적으로 측정하는 것이 가능하다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 천공된 마스크의 형태인 근접장 광학 유닛(15)과 반대로, 플라즈몬이 "넓은 영역에 걸쳐" 광 에너지를 흡수하고 금속 팁(23)을 통해 필수적으로 다시 이것을 방출할 수 있으므로, 에너지 전달은 표면 플라즈몬이 여기될 때 보다 효율적이다. 도 3a 및 도 3b에 기재된 예시적인 실시예에서, 관통 개구(20)의 직경(D)과 천공된 마스크의 전체 영역 사이의 기하학적 비율이 중요하다.
근접장의 감광성 층(1)내로 결합된 강도는 상당히 거리 독립적이므로, 도 3c에 도시된 바와 같이, 노광 장치(5)의 근접장 광학 유닛(15)과 감광성 기판(1) 사이의 거리를 결정하는 거리 결정 장치(26)를 배열하는 것이 가능하다. 거리 결정 장치(26)는 지역적인 거리 및 특히 감지기 장치(25)에 의해 감지되는 강도를 기초로 감광성 기판(1)에 대한 근접장 광학 유닛(15)의 가능 경사를 결정할 수 있다. 복수의 위치에서의 거리를 결정함으로써, 예컨대 적절한 경우 압전 액추에이터의 형태인 조작기(미도시)에 의해 보상될 수 있는 근접장 광학 유닛(15)의 경사를 감소시킨다. 거리 결정 장치(26)의 도움으로 결정되는 거리는 초점 제어 또는 초점 위치 조절을 가능하게 하기 위하여 원하는 거리로 설정 또는 조절될 수 있다.
원뿔형 팁(21)과 감광성 층(1) 사이의 거리가 지역적으로 상이하게 변화할 경우, 길이상 터널링 효율의 기하급수적인 의존은 근접장 광학 유닛(15)의 업스트림의 강도 분포의 적절한 영향에 의하여 감광성 층(1)에 대한 광 분포의 결과적인 비균질성을 보상하는데 사용될 수 있다.
이러한 목적으로, 감지기 장치(25) 및 또는 적절할 경우 길이 결정 장치(26)가 제어 장치(11)에 연결되고(도 2 참조), 이 제어 장치는 감지되거나 측정된 데이터를 평가하고 그에 의존하는 방식으로 렌즈(12)의 업스트림에 배열된 중성 필터(27)를 구동하며, 이 중성 필터는 채널별로, 즉, 각각의 개별 노광 광선(3)의 강도의 개별적인 변조를 허용한다. 이러한 경우에, 제어 장치(11)는 가능한 균일한 노광 광선(3)의 강도가 감광성 층(1) 상에서 얻어지는 방식으로 노광 광선(3)의 강도를 변조시킨다. 강도 설정을 추가하거나 이에 대한 대안으로서, 채널별로, 편광 광선(3)을 변조하는, 예컨대 개별적으로 변조에 영향을 주는 편광 장치의 도움으로 노광 광선(3)의 편광에 영향을 주는 추가 수단을 제공하는 것 또한 가능하다.
도 4 및 도 5는 노광 장치(5)의 2개의 추가 예시를 도시하고, 광 생성 장치(7)는 각각의 경우에 도 2에 도시된 장치와 상이하다. 도 4의 광 생성 장치(7)는 조명 시스템(7b)을 갖고, 이 시스템은 레이저 방사선원(7a)으로부터 나오는 레이저 방사선을 확장시키고 LCD 어레이(8a)의 형태인 매트릭스 배열을 균질하게 조명한다. LCD 어레이(8a)의 개별 래스터 소자(9a)(픽셀)는 감광성 층(1) 상에서 생성될 구조에 따라 스위칭 온 또는 스위칭 오프될 수 있으므로, 노광 광선(3)의 원하는 패턴이 얻어진다. 이러한 경우에, 래스터 소자(9a)는 예컨대"http://www.lgblog.de/2009/06/15/kleinstes-lcd-display-der-welt-mit-vga-auflosung/"에서 기재된 바와 같은 VGA 해상도를 갖는 LCD 어레이의 경우와 마찬가지로 100mm×100mm의 범위를 고려하여, 예컨대 2.9㎛×2.9㎛의 범위를 가질 수 있다.
LCD 어레이(8a)에 의해 생성된 노광 광선(3)의 광 분포는 도 2에서와 마찬가지로 개구수(NA=1)를 갖는 렌즈(12)에 의해 적어도 10의 인수로 감소되는 방식으로 감광성 층(1)을 갖는 이미지 평면상에 전송되므로, 예컨대 10mm×10mm의 범위를 갖는 LCD 어레이(8a)의 활성 래스터 소자(9a)의 패턴의 이미지가 후자 상에서 발생한다. 이러한 경우에, 감광성 층(1) 상의 각각의 노광 광선(3)의 범위는 사용된 렌즈(12)의 해상도(Abbe에 따름)에 상응한다.
개구수(NA=1), 0.5의 k 인자(예컨대 렌즈(12)의 동공 평면의 환형 다이아프램에 의해 생성됨) 및 193nm의 노광 광선(3)의 파장(λB)이 렌즈(12)에 대하여 가정될 경우, 2개의 광 지점 사이에서 리졸빙될 수 있는 가능 거리를 위한 공식(d=k×λB/NA)은 d=0.5×193nm/1, 즉, 약 100nm를 산출한다. 적절한 수단에 의해 실제로 성취된 해상도(상기 내용 및 이하의 내용 참조)가 10nm에서 고정될 경우, 충돌하는 노광 광선(3)에 의해 감광성 층(1) 상에서 형성되는 100nm×100nm의 영역은 적어도 20×20=400개의 하위 단계에서 스캐닝되어야 한다.
이러한 목적으로, LCD 어레이(8a)는 5nm 단계에서 또는 Z-방향으로 이동 장치(13) 또는 선형 이동 유닛(14)의 도움으로 이동될 수 있고, 이동은 노광과 동시 발생하며, 즉, 스위칭 가능한 래스터 소자(9a)는 각각의 경우에 생성될 구조에 따라 스위칭 온 또는 스위칭 오프된다. 제 2 선형 변위 유닛(미도시)은 Y-방향으로 LCD 어레이(8a)를 변위하는 역할을 하는 것이 당연하다. 더욱이, 추가적으로 또는 대안적으로 웨이퍼(6)가 또한 감광성 층(1)이 배열되는 평면의 적절한 변위 장치에 의해 변위될 수 있는 것이 당연하다.
LCD 어레이(8a)가 500Hz의 스위칭 주파수로 동작하는 것이 규정될 경우, 웨이퍼(6) 상의 10mm×10mm 필드는 약 0.8초 동안 노광될 수 있다. 상용으로 이용가능한 웨이퍼(6)는 이러한 대략 700개의 10mm×10mm 셀을 갖고 대략 560 초 이후 노광될 수 있으며 시간당 대략 8개의 웨이퍼의 스루풋을 생성한다. 이러한 경우에, 일반적으로, LCD 어레이(8a)의 래스터 소자(9a)(픽셀)의 스위칭 주파수(스위칭 시간은 대략 2ns)는 노광 속도에 대한 제한 효과를 갖는다. 이후에 개선될 LCD 어레이의 경우, 스위칭 주파수가 증가되거나 스위칭 시간이 (오직 온/오프로) LCD 어레이를 본 발명에 적응시킴으로써 개선될 수 있으므로, 도 4에 도시된 노광 장치(5)로 성취가능한 스루풋을 증가시킬 수 있도록 만드는 것이 당연하다.
스위칭 시간의 상당한 감소는 도 5에 도시된 노광 장치(5)의 경우 가능하고, 광 생성 유닛(7)은 광원으로서 복수의 스위칭 가능한 레이저 다이오드(9b)를 갖는 레이저 다이오드 어레이(8b)의 형태인 래스터 장치를 가지며, 상기 스위칭 가능한 레이저 다이오드 어레이의 수는 실질적으로 도 4에 도시된 LCD 어레이(8a)의 수와 일치한다. 이러한 레이저 다이오드 어레이(8b)의 경우, 스위칭 시간은 대략 2000의 인수로 더 짧아질 수 있고, 그 결과, 대략 16000 웨이퍼의 이론적인 스루풋이 가능하고, 즉, 이러한 경우에, 스위칭 시간은 충분한 노광 방사선이 존재하도록 규정하는 한정 효과를 가지지 않는다. 레이저 다이오드(9b) 대신, OLED가 또한 사용될 수 있되 감광성 기판(1) 상에서 대략 10mW/cm2의 전력만을 생성하며 종래의 193nm 레이저에 의해 생성될 수 있는 전력은 대략 100W/cm2, 즉, 대략 10000배 더 클 수 있다. 낮은 광 강도가 이용가능하므로, 마찬가지로 시간당 오직 5개의 웨이퍼만이 OLED 어레이에 의해 노광될 수 있다. 더욱이, OLED는 가시광으로 동작하므로 감광성 층(1) 상에 개별적으로 충돌하는 노광 광선(3)의 범위는 비교적 크다.
도 4 및 도 5에 도시된 노광 장치(5)는 도 2 및 도 3a 내지 도 3d에 도시된 근접장 광학 유닛(15)과 각각 결합되어 해상도의 원하는 증가를 성취할 수 있다. 해상도를 증가시키기 위한 근접장 광학 유닛(15)의 상기 기재된 사용 대신, 해상도의 증가를 성취하기 위한 감광성 층(1)의 특성 또한 사용하는 것이 가능하다.
이러한 공정을 설명하기 위하여, 도 6은 3개의 인접한 노광 광선(3)의 강도(I)를 도시하고, 이들의 각각은 중심 강도 최대값(IMAX)을 가지며 상기 강도는 위치(P)의 함수로서 (X-방향으로) 감광성 층(1) 상에 충돌한다. 감광성 층(1)은 강도 임계값(IS)을 갖되 이는 이러한 경우 최대 강도(IMAX)의 대략 10%이다. 이러한 경우에, 강도 임계값(IS)은, 감광성 층(1)에 제 2 상태(B)로부터 제 1 상태(A)로의 전이가 발생하는 강도를 정의한다. 강도(I)가 임계값(IS) 미만일 경우 제 2 상태(B)가 가정되고 강도(I)가 임계값(IS)을 초과할 경우 제 1 상태(A)가 가정된다. 이러한 경우에, 노광 광선(3)의 최대 강도(IMAX)가 선택되어서 이는 강도 임계값(IS) 미만이 된다.
감광성 층(1)의 2개의 상태(A, B)에 대한 다수의 가능성이 존재하며: 예시로서, 제 2 상태(B)로부터 제 1 상태(A)로의 전이는 비가역적일 수 있다. 이러한 경우에, 강도 임계값(IS)이 초과된 후, 감광성 층(1)은 제 2 상태(B)로 회복될 수 없고 영구적으로 화학적으로 변경된 상태(A)에 남거나 추가, 영구적으로 화학적으로 변경된 상태로 후속 고정(소위 알츠하이머 레지스트) 동안 전환될 수 있다. 이러한 레지스트의 경우, 2개의 연속하는 노광 사이의 열적 처리를 수행하는데 필수적일 수 있으며, 상기 열적 처리는 먼저 약하게 노광된 지역의 "비노광(de-exposure)" 형태를 야기한다. 특히, 노광에 상당히 비선형으로 반응하는 레지스트는 이러한 경우 감광성 층으로서 사용될 수 있다.
이러한 비가역적인 전이를 갖는 감광성 층(레지스트)의 사용으로, 노광 광선(3)의 강도는 통상적으로 도 6에 도시된 경우와 상이하게 선택되므로, 강도 임계값(Is)은 강도 최대값(IMAX)에 비교적 가깝고 예컨대 Is=0.9×IMAX는 선택될 수 있다. 이런 방식으로, 감광성 층은 개별적으로 충돌하는 노광 광선(3)의 표면 영역(4)의 예컨대 20% 이하 또는 10% 이하의 비교적 작은 표면 지역(16)(도 1 참조)에서만 제 2 상태(B)로부터 제 1 상태(A)로 전환되며, 그 결과 해상도의 원하는 상승이 실현될 수 있다.
노광 광선(3)에 의해 제 2 상태(B)로부터 제 1 상태(A)로 비가역적으로 스위칭될 수 있는 감광성 층(1)의 사용에 대한 대안으로서, 또한, 제 2 상태(B)로부터 제 1 상태(A)로의 (그리고 그 반대의) 전이가 가역적인 방식으로 발생하는 감광성 층(1)을 사용하는 것 또한 가능하다. 이러한 경우에, 감광성 층(1)이 구현될 수 있으므로 이는, 제 1 상태(A)가 아닌 제 2 상태(B)에서만 영구적으로 변경된 화학적 상태로 전환될 수 있다.
이러한 특성을 갖는 감광성 층(1)은 특히 스위칭 가능한 유기 염료의 형태인 특정 스위칭 가능한 입자에 의해 실현될 수 있다. 2개의 상태(A 및 B) 사이의 입자의 스위칭은 광에 의해 야기될 수 있고, 제 2 상태(B)로부터 제 1 상태(A)로의 스위칭의 역할을 하는 광의 파장은 제 2 상태(B)로부터 제 1 상태(A)로의 스위칭에 사용되는 광의 파장과 상이하다. 형광 유기 염료의 경우, 제 2, 여기된 상태(B)로부터 제 1 상태(A)로의 전이는 예컨대 유도 방출에 의해 일어날 수 있다.
먼저, 전체 감광성 층은 제 1 상태(A)로부터 제 2 상태(B)로 전환되고, 이어서, 감광성 층(1)은 도 6에 도시된 방식으로 비균질하게 조명되고, 이어서, 상기 층은 비교적 좁은 강도 범위에서만 제 2 상태(B)에 남게 되며 상기 상태로부터 영구적으로 화학적으로 변경되는 상태(C)로 전환될 수 있다. 이런 식으로, 노광 동안 해상도를 증가시키는 것이 마찬가지로 가능하다.
이러한 목적으로 설계된 노광 장치(5)는 도 9에 도시된다. 노광 장치(5)는 도 4의 장치에 상응하고 추가 광 생성 유닛(30)에 의해 추가되며, 이 유닛은 여기 방사선(32)을 생성하는 여기 광원(31) 및 고정 방사선(33)을 생성하는 고정 광원(34)을 포함하여 제 2 상태(B)로부터 영구적으로 변경된 화학적 상태(C)로 감광성 층(1)을 전환한다.
노광 장치(5)에 의한 노광 동안, 먼저, 감광성 층(1)이 넓은 영역에 대하여 그리고 균질하게 여기 방사선(32)에 의해 조사되고, 이러한 목적으로, 부분적으로 투과성 미러(36)가 사용되고, 이 미러는 여기 방사선(32)을 감광성 층(1)으로 편향시킨다. 이러한 경우에, 여기 방사선(32)은 여기 파장(λA)을 갖고, 감광성 층(1)이 유기 염료(예컨대, RH414)로부터 형성되는 본 예시에서, 이 파장은 400nm 내지 650nm의 범위 내에 있을 수 있고 대략 500nm의 λA의 파장에 있을 수 있다. 감광성 층(1)은 여기 방사선(32)에 의해 제 1 상태(A)로부터 제 2 상태(B)로 전환된다. 후속 단계에서, 광 생성 유닛(7)은 감광성 층(1) 상에 노광 광선(3)을 조사하기 위해 사용되고, 이것의 파장은 현재의 경우 λB=745nm이다.
노광 광선(3)은 감광성 층(1)에서 예컨대 도 7에 도시된 바와 같이 구현될 수 있는 강도 프로파일을 생성한다. 이러한 경우에, 개별 노광 광선(3)이 충첩되고 중첩되어서 실질적으로 균질한 강도(IHOM)를 형성하며, 이는 이것이 거의 0에 해당하는 작은 지역(37)에서만 방해된다. 생략된 지역(37) 또는 관련된 래스터 소자(9a)와 관련된 노광 광선(3)은 이러한 경우에 스위칭 오프 된다. 생략된 지역(37) 외부의 강도(IHOM)는 강도 임계값(IS)보다 크고 그러므로 제 2 상태(B)로부터 제 1 상태(A)로 전환시키기에 충분하다.
강도(I)가 거리(dmin)를 따라 강도 스위칭 임계값(IS) 미만으로 유지되는 것은 생략된 지역(37)에서만 일어나고, 그 결과, 감광성 층(1)은 이러한 섹션을 따라 제 2 상태(B)에 남게 된다. 후속하는 단계에서, 고정 광원(34)의 도움으로, 고정 방사선(33)은 넓은 영역에 대하여 감광성 층(1)에 적용되는 경우, 상기 층은 생략된 지역(37)에서만 영구적으로 변경된 화학적 상태(C)로 전환된다. 도 7에서 설명될 수 있는 바와 마찬가지로, 거리(dmin)는 노광 광선(3)의 범위에 상응하는 거리(d)보다 작으므로, 상기 기재된 수단에 의해, 노광 장치(5)의 해상도는 마찬가지로 회절 한계 또는 최대 분해가능한 거리(d) 이상으로 증가될 수 있다.
대략 500nm의 파장(λB)의 사용에 의해, k 인자는 0.5이고 개구수는 NA=1이며, 최대 분해가능한 거리는 d=0.5×500nm/1=250nm이다. 반대로, 해상도(dmin)가 10nm로서 고정될 경우, 대략 250nm×250nm의 상응하는 부분 지역은 적어도 25×25=625의 단계에서 스캐닝되어야 하고, 이러한 경우에 적절할 경우 일정한 속도로 연속하는 동작은 복수의 별도 단계 대신에 수행될 수 있다. 이러한 경우에, 여기, 노광 및 고정의 3개의 연속하는 단계는 제어 장치(11)에 의해 개별적인 변위와 협력되어야 한다.
도 9에 도시된 바와 같이 노광 장치(5)의 예시적인 실시예에서, 도 4에서와 마찬가지로, 스루풋은 대략 500Hz의 LCD 어레이(8a)의 스위칭 속도로 제한되고, 그 결과, 대략 4개의 웨이퍼의 스루풋이 가능하다. 대안으로, 도 5와 유사한 노광 장치(5)가 도 10에 도시되는 바와 같이 사용될 수 있다. 도 10의 노광 장치(5)는, 복수의 OLED를 갖는 OLED 어레이(8c)가 레이저 다이오드 어레이 대신 사용된다는 점에 있어서 도 5의 장치와 상이하다. 이러한 경우에, 여기 광원(31) 및 고정 광원(34)은 도 9와 같이 구현되고, 각각의 스캐닝 단계에서 수행되어야 할 여기, 노광 및 고정은 마찬가지로 제어 장치(11)에 의해 협력되거나 동기화된다.
OLED 어레이(8c)의 사용에 의해, 도 5와 연계하여 상기 기재된 바와 같이, 대략 2000의 인수로 스위칭 속도를 증가시키는 것이 가능하다. 시간당 대략 8000개의 웨이퍼의 스루풋이 따라서 가능하다. 이러한 경우에, 여기 광원(31) 및 고정 광원(34)이 MHz 범위로 동작해야만 하고, 그러나, 가시 범위의 파장(λA, λF)을 갖는 레이저 광원을 사용할 때 문제없이 가능하다. 이러한 경우에, OLED 어레이(8c)는 예컨대 약 0.1m/sec의 일정하게 동기화된 속도로 이동 장치(13)에 의해 변위될 수 있다.
최소의 개별 노광 광선이 "기록 신호'로서 사용되는 상기 기재된 공정은 특별히 높은 해상도를 만드는 것이 가능한데, 이는, 형광 광자의 결과로서 이미징 관련 제 2 방사선이 발생하기 때문이다.
상기 기재된 공정의 대안으로서, 도 9 및 도 10에 도시된 노광 장치(5)의 도움으로, 여기 방사선(32)이 예컨대 적절한 조명 시스템 및 적절할 경우 추가 래스터 장치(미도시) 또는 (중성) 필터에 의해 제공되는 여기 광원(31)에 의하여 감광성 층(1) 상에 균질하게 충돌하지 않는 노광을 수행할 수 있다. 위치 의존적 강도(IA)를 갖는 여기 방사선(32)은 마찬가지로 위치 의존적인 강도(IB)를 갖는 노광 광선(3)과 동시에 감광성 층(1)에 충돌하고, 이로써, 2개의 강도 분포의 중첩 - STED 마이크로스코피로 알려짐 - 에 따라, 이것은 강도 분포를 초래하고(IAB=IA×Exp(-IB)(도 8 참조), 이것은, 도 7에 도시된 강도와 반대로, 상당히 작은 공간적 지역에 한정된 최소값 대신에, 상당히 작은 공간적 지역(nm 범위에서의 범위를 갖는 꼭대기)에 한정된 최대값을 갖는다.
확실한 피크를 갖는 도 8의 강도 프로파일(IAB)를 얻기 위하여, 여기 방사선(32)의 강도가 선택되므로 후자는 2개의 인접한 노광 광선(3) 사이에서 최대값(IMAX)을 가지고, 여기서 총 강도(IAB)는 또한 최대값이 된다. 도 6 및 도 7과 연결되어 기재되는 노광 공정의 경우와 마찬가지로, 여기 방사선(32)은 제 1 상태(A)로부터 제 2 상태(B)로의 전이를 야기하되, 노광 광선(3)은 반대되는 효과, 즉, 유도 방출에 의한 제 2 상태(B)로부터 제 1 상태(A)로의 전이를 유도한다. 감광성 층(1)이 제 2 상태(B)에 남게 되고 고정 광원(34)의 도움으로 영구적으로 변경된 화학적 상태(C)로 전환될 수 있는 것은 오직 피트의 지역에서만 발생한다. 제 1 상태(A)와 제 2 상태(B) 사이이 전이가 비가역적일 경우 고정광의 사용이 생략될 수 있음이 당연하다.
이러한 경우에, 도 8에 연관되어 기재된 공정은 리소그래피에 STED 마이크로스코피의 원칙을 정용하는 것을 의미한다. 감광성 층(1)으로서 유기 염료를 사용함으로써, 상기 염료는 피크의 지역에서만 여기되어 유지되고, 예컨대 포스터 공명 에너지 전달(양극-양극 상호작용) 또는 덱스터 에너지 전달(전극의 교환)에 의해 화학적으로 전환시키고 그러므로 감광성 층(1)의 인접한 입자를 고정할 수 있다. 확장을 야기하는 형광 광자의 결과인 "2차 방출"은 이러한 경우에도 일어나지 않는다.
STED 마이크로스코피에서, 스위칭 가능한 유기 염료로 구성된 감광성 층(1)이 통상적으로 사용되고, 제 2의, 형광 상태(B)는 유도 방출에 의해 스위칭 가능한 유기 염료의 제 1 상태(A)로 회복될 수 있다. 이러한 목적으로 사용될 수 있는 염료는 더 많은 수를 이용할 수 있다(예컨대 "http://www.mpibpc.mpg.de/groups/hell/STED_Dyes.html" 참조). 필요할 경우, 개별적으로 요구되는 화학적 특성에 관하여 최적화되는 새로운 유기 염료를 생성하는 것이 또한 가능할 수 있다.
상기 기재된 노광이 제 2 상태(B)로부터 제 1 상태(A)로의 복귀가 유도 방출을 기초로 일어나는 형광 염료의 사용에 한정되지 않는 것이 당연하다. 그보다는, 2개의 상태는 예컨대 스위칭 가능한 유기 염료의 상이한 구조적 아이소머리즘 상태(예컨대, 시스-트랜스 아이소머)가 될 수 있으며, 이것의 제 1 상태는 형광이 될수 있는 상태이며 이러한 것는 제 2 상태에는 해당되지 않는다. 이러한 원칙은 예컨대 소위 RESOLFT(가역적 가포화 광학 형광 전이) 현미경에서 사용되고 예컨대 스위칭 가능한 프로틴이 또한 인접한 유기 염료로 사용될 수 있다. 감광성 층에 대한 이러한 물질의 사용은 강도 임계값을 극복하기 위해 요구되는 강도가 통상적으로 유도 방출의 결과로서 전이를 위한 경우보다 낮다는 장점을 갖는다.
감광성 층의 다른 형태가 또한 적절할 경우 본 명세서에 기재된 노광 공정을 위해 사용될 수 있다. 이러한 경우에 필수적인 것은 감광성 층이 적어도 2개의 상태를 갖는 입자를 갖고, 이 상태들 사이에서 전이가 가역적인 방식으로 수행될 수 있다는 것이다.
요약하자면, 상기 기재된 방식으로, 복수의 부분 지역에서의 웨이퍼의 평행 노광을 수행하는 것이 가능하고, 이 영역의 범위는 각각의 경우에 대략 회절 한계의 크기이다. 상기 기재된 수단에 의해, 회절 한계 이상으로 해상도를 증가시키고 그렇게 함으로써 스캐닝 노광에 의하여 개별적인 부분 지역 내의 패터닝을 인에이블링하는 것이 가능하다. 높은 해상도를 갖는 감광성 층의 효과적이고 비용 효율적인 노광이 이러한 방식으로 성취될 수 있다.

Claims (18)

  1. 노광 장치(5)로서,
    감광성 층(1)을 갖는 기판(6),
    노광 파장(λB)을 갖는 복수의 노광 광선(3)을 생성하기 위한 생성 장치(7) - 각각의 노광 광선(3)은 상기 감광성 층(1)의 부분 영역(2a 내지 2h)에 할당되고, 상기 생성 장치(7)는, 상기 감광성 층(1)을 제 2 상태(B)로부터 제 1 상태(A)로 전환시키기 위하여 강도 임계값(IS)을 초과하는 최대 강도(IMAX)를 갖는 노광 광선(3)을 생성하도록 설계됨 - ,
    개별적으로 할당된 상기 부분 영역(2a 내지 2f)에 대해 상기 노광 광선(3)을 이동시키기 위한 이동 장치(13), 및
    상기 감광성 층(1)을 상기 제 1 상태(A)로부터 상기 제 2 상태(B)로 전환시키기 위하여, 여기 파장(λA)을 갖는 여기 방사선(32)을 생성하기 위한 여기 광원(31)을 포함하는, 노광 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 상태(A)로부터 상기 제 2 상태(B)로의 전이(transition)는 가역적(reversible)이며, 상기 감광성 층(1)은 상기 제 2 상태(B)에서만 영구적으로 변경된 화학적 상태(C)로 전환될 수 있는, 노광 장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 감광성 층(1)을 상기 제 2 상태(B)로부터 상기 영구적으로 변경된 화학적 상태(C)로 전환시키기 위한 고정 광원(34)을 더 포함하는, 노광 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 개별적인 상기 노광 광선(3)이 할당되는 상기 부분 영역(2a 내지 2h)은 적어도 부분적으로 중첩되는, 노광 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 여기 광원(30)은 상기 감광성 층(1) 상에 위치 의존적인 방식으로 변화하는 강도 프로파일(IA)을 갖는 여기 방사선(32)을 생성하도록 설계되고, 상기 여기 방사선(32)은 바람직하게는 감광성 기판상에 인접한 방식으로 충돌하는 2개의 노광 광선(3) 사이에서 최대 강도(IMAX)를 갖는, 노광 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 상태(B)로부터 상기 제 1 상태(A)로의 전이는 비가역적인(irreversible), 노광 장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 감광성 층(1)은 스위칭 가능한 유기 염료 또는 스위칭 가능한 칼코게나이드(chalcogenide)를 포함하는, 노광 장치.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 스위칭 가능한 유기 염료의 제 2 상태(B)는 유도 방출에 의해 상기 스위칭 가능한 유기 염료의 제 1 상태(A)로 전환될 수 있는, 노광 장치.
  9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서, 상기 제 1 상태(A) 및 상기 제 2 상태(B)는 상기 스위칭 가능한 유기 염료의 상이한 구조적 아이소머리즘(isomerism) 상태인, 노광 장치.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 생성 장치(7)는 복수의 스위칭 가능한 래스터 소자(9, 9a 내지 9c)를 갖는 래스터 장치(8, 8a 내지 8c)를 갖고, 상기 래스터 장치는 상기 감광성 층(1) 상에 생성될 구조에 의존하는 방식으로 개별 노광 광선(3)을 스위칭 온 또는 스위칭 오프하기 위해 설계되는, 노광 장치.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 래스터 장치(9a 내지 9c)의 래스터 소자(8a 내지 8c)는 개별 노광 광선(3)에 대하여 스위칭 가능한 다이아프램(diaphragm)으로서 구현되는, 노광 장치.
  12. 청구항 10 또는 청구항 11에 있어서, 상기 래스터 장치는 LCD 어레이(9a)로서, 레이저 다이오드 어레이(9b)로서 또는 OLED 어레이(9c)로서 구현되는, 노광 장치.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 래스터 소자는 개별 노광 광선(3)에 대하여 스위칭 가능한 반사기(9)로서 구현되는, 노광 장치.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 래스터 장치는 마이크로 미러 어레이(8)로서 구현되는, 노광 장치.
  15. 청구항 10 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이동 장치(13)는 상기 감광성 층(1)에 대해 상기 래스터 장치(8, 8a 내지 8c)를 변위시키기 위한 적어도 하나의 변위 유닛(14)을 갖는, 노광 장치.
  16. 청구항 10 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서, 상기 생성 장치(7)는 상기 래스터 장치(8a)를 조명하기 위한 조명 장치(7b)를 갖는, 노광 장치.
  17. 청구항 10 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서, 상기 감광성 층(1) 상으로의 상기 래스터 장치(8, 8a 내지 8c)의 감소된 이미징을 위한 렌즈(12)를 더 포함하는, 노광 장치.
  18. 감광성 층(1)의 패터닝된 노광을 위한 방법으로서,
    복수의 노광 광선(3)을 생성하는 단계 - 각각의 노광 광선(3)은 상기 감광성 층(1)의 부분 영역(2a 내지 2h)에 할당됨 - , 및
    개별적으로 할당된 상기 부분 영역(2a 내지 2h)에 대하여 상기 노광 광선(3)을 이동시키는 단계를 포함하고,
    상기 노광 광선(3)은 상기 감광성 층(1)을 제 2 상태(B)로부터 제 1 상태(A)로 전환시키기 위해 강도 임계값(IS)보다 큰 최대 강도(IMAX)로 생성되며, 상기 감광성 층(1)을 상기 제 1 상태(A)로부터 상기 제 2 상태(B)로 전환시키기 위해 여기 방사선(32)으로 상기 감광성 층을 여기시키며(exciting), 패터닝을 위해 제공되지 않는 영역에서 상기 제 2 상태(B)로부터 상기 제 1 상태(A)로 상기 감광성 층(1)을 복귀(returning)시키는, 감광성 층(1)의 패터닝된 노광 방법.
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