KR20200131304A - 노광 필드를 중첩함으로써 큰 주기적 패턴을 인쇄하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

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유리타 아. 게.
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Abstract

감광층 내에 선형 특징부의 주기적 패턴을 인쇄하기 위한 방법은 선형 특징부의 패턴을 갖는 마스크를 제공하는 단계, 기판을 마스크에 평행하게 배열하는 단계, 선형 특징부에 평행한 평면에 입사각의 범위를 갖고 증분 거리당 파워가 저하 거리에 걸친 제1 및 제2 프로파일에 따라 0으로 저하하는 그 단부들을 제외하고는 빔의 길이를 따라 증분 거리당 균일한 파워를 갖는 마스크를 조명하기 위한 신장된 빔을 발생하는 단계, 제1 및 제2 부분이 저하 거리만큼 중첩되도록 원하는 패턴의 제1 및 제2 부분을 인쇄하기 위해 제1 및 제2 서브-노광에서 상기 빔을 스캐닝하는 단계를 포함하고, 제1 및 제2 프로파일은 저하 거리를 가로지르는 이들의 합계가 증분 거리당 균일한 파워를 생성하도록 선택된다.

Description

노광 필드를 중첩함으로써 큰 주기적 패턴을 인쇄하기 위한 방법 및 시스템
미국 특허 제8,841,046호는 비편평 기판 상에 높은 균일성을 갖는 고분해능 특징부의 주기적 어레이를 인쇄하기 위한 탈봇(Talbot) 효과에 기초하는 2개의 관련 포토리소그래피 방법을 개시하고 있다. 이들 중 제1 방법에서, 마스크 내의 주기적 패턴은 넓은 스펙트럼 대역폭을 갖는 소스로부터 시준된 광빔의 빔에 의해 조명되고, 웨이퍼는 이미지가 "고정"되는, 즉 그 강도 분포가 거리를 더 증가시키기 위해 실질적으로 불변하게 되는 마스크로부터의 특정 거리를 넘어 위치된다. 그 너머에서 이미지가 고정되는 거리는 이하의 수학식에 의해 반치전폭 대역폭(Δλ)에 관련되는 것으로 나타나 있고[(Solak et al. "Achromatic spatial frequency multiplication: A method for production of nanometer-scale periodic features", J. Vac. Sci. Technol. B23(6), 2005)]
Figure pct00001
여기서, Λ는 패턴의 주기이고 k는 상수이다.
제2 방법에서, 마스크 내의 주기적 패턴은 대신에 단색광의 시준된 빔에 의해 조명되고, 기판과 마스크 사이의 간격은 마스크에 직교하는 방향에서 강도 분포의 주기적 변동의 주기의 정수배에 대응하는 거리만큼, 달리 말하면 탈봇 거리의 정수배만큼 노광 중에 변경된다. 이는 탈봇 평면 사이의 횡방향 강도 분포의 평균을 기판 상의 감광층 내로 인쇄하고, 평균은 마스크와 기판의 초기 간격에 독립적이기 때문에, 인쇄된 패턴은 실제로 무제한의 초점 심도를 갖는다. 이 개시내용은 이 범위에 걸쳐 연속적으로 또는 다수의 위치에서 기판을 노광함으로써 이산 방식으로 노광 중우에 간격이 변경될 수도 있는 것을 추가로 교시하고 있다.
이들 2개의 방법은 이제 통상적으로 각각 "무색 탈봇 리소그래피(Achromatic Talbot lithography)"(ATL) 및 "변위 탈봇 리소그래피(Displacement Talbot lithography)"(DTL)라 칭한다.
특정 유형의 주기적 어레이에 있어서, ATL 또는 DTL을 사용하여 인쇄된 패턴은 마스크 내의 패턴과 관련하여 "공간 주파수 체배(spatial frequency multiplied)"된다. 예를 들어, 선형 격자의 경우, 인쇄된 패턴의 주기는 마스크 내의 격자의 절반이다.
미국 특허 제8,368,871호 및 제9,036,133호는 마스크 패턴의 각각의 지점이 확장된 각도 분포를 갖는 광에 의해, 즉 시준된 광에 의해서가 아니라 상이한 입사각에서 강도 성분을 갖는 광에 의해 조명되는 ATL 및 DTL 기술의 수정을 교시하고 있다. 이들 특허는 인쇄된 특징부가 마스크 내의 특징부의 것과는 상이한 특정 분해능, 형상 또는 어레이 대칭성을 갖도록 구성요소의 각도가 선택되는 다양한 실시예를 교시하고 있다.
미국 특허 제8,525,973호는 탈봇 거리의 정확한 정수배로부터 노광 중에 마스크와 기판 사이의 간격의 변화의 편차에 대한 DTL 및 DTL-기반 노광 방안 해결책의 감도를 감소시키기 위한 방법을 개시하고 있다. 이 특허는 마스크와 기판의 간격의 증분적 변화당 마스크를 조명하는 노광 선량이 간격의 변화 중에 일정하지 않고 특정 방식으로 변경된다는 것을 교시하고 있다. 특히, 이 특허는 기판의 증분 변위당 노광 선량이 조명 강도를 변경함으로써 또는 변위의 속도를 변경함으로써 가우스 프로파일(Gaussian profile)에 따라 변경되어야 한다고 주장하고 있다. 이 특허는 속도 또는 강도가 변경되는 간격의 변화가 탈봇 거리보다 커야 한다고 교시하고 있다.
미국 특허 제8,904,316호는 위상 시프트 마스크의 다양한 디자인이 마스크 내의 것들에 관하여 더 작은 주기 또는 상이한 어레이 대칭성을 갖는 패턴을 인쇄하기 위해 채용되는 ATL 및 DTL 기술의 추가의 수정을 설명하고 있다.
미국 특허 제9,182,672호는 주기적 패턴을 형성하는 마스크가 인쇄될 기판에 관하여 선택된 각도로 경사지고 노광 중에 기판이 경사 평면에 평행하게 측방향으로 변위되는 DTL과 관련된 노광 방법을 설명하고 있다. 이 특허는 연속적인 탈봇 평면 사이의 횡방향 강도 분포의 범위에 기판을 노광하고, 따라서 ATL 및 DTL 기술과 본질적으로 동일한 패턴을 인쇄하고 동일한 장점을 제공한다.
미국 특허 제9,280,056호는 기판에 근접하여 배치된 마스크 내의 주기적 패턴이, 그 파장이 노광 중에 스펙트럼 대역폭을 가로질러 스캐닝되는 시준된 빔에 의해 조명되는 관련 기술을 설명하고 있다. 대역폭은 기판을 노광하는 평균 강도 분포가 ATL에 의해 생성된 것과 동등하도록 기판과 마스크의 간격과 관련하여 배열된다.
미국 특허 출원 제14/123,330호는 스펙트럼 대역폭에 걸쳐 복수의 파장에서 광을 방출하는 레이저의 어레이가 기판에 근접하여 마스크의 주기적 패턴을 조명하기 위해 채용되는 다른 관련 기술을 설명하고 있다. 파장의 대역폭 및 기판과 마스크의 간격은 기판의 결과적인 노광이 ATL에 의해 생성된 것과 유사하게 동등하도록 배열된다.
미국 특허 제9,658,535호는 기판 상에 균일성을 갖는 주기적 패턴을 인쇄하기 위한 2개의 다른 DTL-관련 노광 방안을 설명하고 있다. 양 방안에서, 마스크 패턴의 주기는 단지 0차 및 1차만이 마스크에 의해 회절되도록 조명 파장과 관련하여 선택된다. 제1 방안에서, 마스크와 기판 사이의 간격이 탈봇 거리의 특정 분율에 의해 서브-노광 사이에 변화되는 상태로 마스크의 N개의 서브-노광(sub-exposures)이 수행된다. 제2 방안에서, 기판은, 기판이 서브-노광 사이의 패턴 주기의 특정 분율만큼 측방향으로 변위되는 상태로, 마스크 패턴에 의해 형성된 동일한 강도 분포에 다수의 서브-노광으로 노광된다. 양 방안을 사용하여, 서브-노광의 통합 강도 분포는 DTL을 사용하여 얻어질 수 있는 것과 동등한 패턴을 인쇄한다.
미국 특허 제8,524,443호 및 제9,007,566호는 선형 격자 패턴을 기판 상의 감광층 내로 인쇄하기 위한 ATL 및 DTL과 관련된 다른 노광 방안을 설명하고 있다. 이들 방안에서, 마스크 내의 격자 패턴은 격자 라인에 평행한 평면에서 입사각의 범위를 갖는 단색광으로 조명된다. 특정 입사각에서의 광은 특정 간격을 갖는 탈봇 이미지 평면을 형성하고, 각도 범위는 다양한 입사각에 의해 형성된 탈봇 이미지 평면이 중첩되어 마스크에 직교하는 방향에서 일정하여, 이에 의해 DTL 또는 ATL에서 생성한 것과 동등한 강도 분포를 기판에 생성하도록 선택된다. 이들 개시내용은 요구 입사각 범위로 마스크를 동시에 또는 순차적으로 균일하게 조명하기 위한 다양한 광학 장치를 설명하고 있다. 이들 미국 특허는 가우스 강도 프로파일을 갖는 광이 요구 각도 범위로 마스크 상에 수렴 또는 발산하고 마스크에서의 빔이 마스크 내의 패턴보다 훨씬 더 작은 직경을 갖도록 하는 방안을 설명하고 있다. 노광은 연속 스캔 패스가 부분적으로 중첩하는 상태로 마스크 위에 래스터 패턴(raster pattern)으로 가우스 프로파일 빔을 스캐닝함으로써 수행되어, 시간 적분된 노광 에너지 밀도가 기판 상에 균일한 격자를 인쇄하게 된다. 다른 실시예에서, 그 광이 신장 방향으로 균일한 강도로 시준되고 직교 평면에서 요구 입사각 범위를 갖고 마스크 상에 수렴하는 신장된 빔이 형성된다. 노광은 격자의 길이에 걸쳐 격자 라인의 방향으로 단일 패스로 빔을 스캐닝함으로써 수행되어, 또한 기판 상에 균일한 격자를 생성한다. 미국 특허 제9,007,566호에 설명된 다른 실시예에서, 빔의 길이를 따라 균일한 강도로 시준되고 직교 평면에서 요구 각도 범위로 수렴하는 유사하게 신장된 빔이 대신에 마스크 내에 신장된 격자 패턴을 조명한다. 이 경우, 노광은 격자 라인의 방향으로 포토레지스트-코팅 기판을 스캐닝함으로써 수행되어, 이에 의해 동일한 인쇄 결과를 생성한다. 이 개시내용은 또한 노광 후에 기판이 격자 신장 방향으로 마스크 격자의 길이만큼 변위될 수도 있고, 이어서 제1 격자 패턴과 나란히 제2 격자 패턴을 인쇄하기 위해 제2 동일한 노광이 수행되어, 이에 의해 마스크 격자 길이의 2배를 갖는 복합 격자가 기판 상에 인쇄되는 것을 언급하고 있다. 그러나, 결과적인 복합 격자는 이하에 설명된 이유로 인해 2개의 노광 사이의 경계를 가로질러 전혀 연속적이거나 "이음매 없지(seamless)" 않다.
DTL 및 DTL-관련 기술에 대한 종래 기술의 교시의 어려움은, 펄스 압축 격자, 분광계 격자, 광전지/태양 전지 및 대형 디스플레이용 편광판과 같은 이러한 용례를 위해 요구될 수도 있는 바와 같이, 그 x/y 치수가 ~300×300 mm보다 큰 패턴과 같은, 매우 큰 주기적 패턴에 대한 이들의 적용 가능성이다. 이러한 패턴의 "풀-필드(full-field)" ATL 또는 DTL 노광을 수행하기 위해, 즉 조명 빔의 임의의 스캐닝 없이, 그 치수가 인쇄된 패턴의 크기보다 크기가 큰 양호하게-시준된 노광빔이 요구된다. 충분한 품질의 적합한 크기의 시준 렌즈를 얻는 것은 가능하지 않을 수도 있고 또는 엄청나게 고비용일 수 있다. 대신에 큰 패턴을 가로질러 부분적으로 중첩하는 스캔 패스를 갖는 가우스 강도 프로파일을 갖는 빔을 스캐닝하는 것은, 미국 특허 제8,524,443호에 설명된 바와 같이, 훨씬 더 작은 시준 광학계가 사용되는 것을 가능하게 하지만; 이 전략은 매우 많은 수의 스캔 패스를 필요로 할 수 있으며, 이는 생산 프로세스에 짧은 노광 시간과 높은 처리량이 요구되는 경우 바람직하지 않다. 더욱이, 이 전략은 심자외선(deep-UV) 파장에서 동작하는 엑시머 레이저에 해당할 수도 있는 바와 같이, 충분한 가우스 강도 프로파일을 갖는 빔을 생성하는 것이 가능하지 않은 경우에는 부적합하다. 대신에 마스크 패턴을 가로질러 단일 패스로 그 길이를 따라 일정한 강도를 갖는 신장된 빔을 스캐닝하는 것은, 미국 특허 제8,524,443호에 또한 설명된 바와 같이, 시준 광학계를 일 방향에서 훨씬 더 작게 하는 것이 가능하지만 직교 방향에서 요구 사항을 완화하지 않고, 따라서 또한 렌즈 제조에 문제점일 수 있다. 또한, 종래 기술의 교시를 사용하여, 연속적으로 스캐닝된 영역 사이의 중첩부와 신장된 빔의 단부에서, 빔 신장의 방향에서, 강도가 0으로 저하하는 거리에 대응하는 중첩 거리를 갖는 더 큰 마스크 패턴을 가로질러 래스터 패턴으로 이러한 신장된 빔을 스캐닝하는 것도 실현 가능하지 않다. 이는 종래 기술에 개시된 신장된 빔의 단부에서의 강도가 미제어된 임의적인 방식으로 0으로 저하하고, 따라서 중첩된 노광의 중첩이 중첩 영역을 가로질러 적분된 노광 에너지 밀도의 허용 불가능하게 높은 변동을 야기할 것이기 때문이다. 다루어지는 적용 분야는 통상적으로 <±3%의 매우 양호한 노광 균일성을 요구한다. 예를 들어, 빔을 따라 완벽하게 직사각형 강도 프로파일을 갖는 빔을 생성하기 위해 어퍼처(aperture)를 삽입함으로써 저하 영역 이전에 신장된 빔을 절두하고(truncate), 이어서 연속 스캔 패스 사이에 중첩부 또는 간극을 갖지 않고 이 절두된 빔을 래스터 스캐닝하는 것은 또한 도움이 되지 않을 것이다. 이는 DTL 및 DTL-관련 노광 방법이 마스크에 의해 투과된 회절 빔의 간섭에 의존하고, 따라서 균일한 결과를 생성하기 위해 포토레지스트-코팅 기판에서 회절 빔의 균일한 중첩을 요구하기 때문에 비성공적일 것이다. 그러나, 회절 빔은 마스크 이후에 발산하고, 따라서 절두된 신장된 빔의 각각의 단부에 의해 생성된 회절 빔의 에지는 빔이 기판을 향해 전파됨에 따라 측방향으로 분리되고, 이는 결과적으로 신장된 빔의 단부에서 포토레지스트 내에 회절 빔의 불완전한 중첩 및 불균일 간섭을 야기한다.
연속적인 스캔 패스 사이에 중첩부를 갖는 신장된 빔을 래스터 스캐닝하는 부가의 문제점은, 격자로부터의 회절 평면에서 마스크에서의 빔의 로컬 입사각이 임의의 중첩 영역에서 연속 패스의 2개의 스캐닝에 대해 정확하게 동일해야 할 필요가 있다는 것이다. 입사각이 정확하게 동일하지 않으면, 2개의 노광에 의해 인쇄된 주기적 패턴의 특징부는 인쇄된 격자의 원하는 균일성을 보장하기 위해 중첩 영역에서 정확하게 정렬되지 않을 것이다. 종래 기술에 설명된 신장-빔 스캐닝 시스템 및 절차는 빔의 다른 단부에서의 것에 대해 신장된 빔의 일 단부에서 중첩 영역 내의 마스크에서 광의 상대 입사각을 설명하거나 제어하고 있지 않다. 이들은 광이 신장의 평면에서 시준되는 것으로 언급하고 있지만, 이는 오히려 마스크의 임의의 특정 지점을 조명하는 입사각의 범위를 언급하고 제한하고 있는데, 이는 신장된 빔의 단지 단일 스캐닝으로부터 인쇄된 격자 내의 라인이 양호하게 분해되는 것을 보장하는 데 중요하다.
본 발명의 목적은 DTL 또는 DTL-관련 기술을 사용하여 높은 균일성을 갖는 매우 큰 주기적 패턴을 인쇄하기 위한 방법 및 장치를 제공하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
다른 목적은, 방법 및 장치가 1차원 및 2차원 주기적 패턴의 모두에, 특히 선형 격자, 특징부의 육각형 및 정사각형 어레이에 적용 가능하고, 또한 준주기적(quasi-periodic) 패턴, 즉 그 주기성이 패턴을 가로질러 서서히 변경되는 패턴에도 또한 적용 가능하게 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 방법 및 시스템이 생산 프로세스를 위한 인쇄 기판의 높은 처리량을 가능하게 하기 위해, 매우 큰 주기적 패턴이 짧은 노광 시간에 인쇄되는 것을 가능하게 하는 것이다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 기판 상의 감광층 내에 선형 특징부의 원하는 균일한 주기적 패턴을 인쇄하기 위한 방법이 제공되고, 이 방법은
a) 제1 방향에 평행하고 원하는 패턴의 2배인 주기를 갖는 선형 특징부의 마스크 패턴을 갖는 마스크를 제공하는 단계;
b) 기판을 마스크에 평행하게 그리고 마스크 패턴으로부터의 간격을 갖고 배열하는 단계;
c) 신장 방향에 직교하고 제1 방향에 평행한 평면에서 입사각의 범위를 갖는 신장된 빔의 광이 마스크를 조명하도록, 그리고 신장 방향에 평행한 평면에서 신장된 빔의 광이 양호하게 시준되고 증분 거리당 파워가 빔의 하나에서 저하 거리에 걸친 제1 프로파일에 따라 그리고 빔의 다른 단부에서 저하 거리에 걸쳐 상보적인 제2 프로파일에 따라 0으로 저하하는 빔의 2개의 단부에서를 제외하고는 신장된 빔의 길이를 따른 증분 거리당 균일한 파워를 갖도록, 단색광의 신장된 빔을 발생하여 이를 마스크로 지향시키는 단계로서, 각도의 범위는, 마스크에 의해 회절된 광이 마스크의 평면에 직교하는 방향에서 균일한 강도 분포를 기판에 형성하도록 광의 파장, 마스크와 기판의 간격 및 마스크 격자의 주기와 관련하여 선택되는, 빔 발생 및 지향 단계;
d) 기판 상에 원하는 격자의 제1 부분을 인쇄하기 위해 상기 마스크 패턴의 제1 부분을 가로질러 제1 방향에 평행한 방향에서 제1 서브-노광에서 상기 신장된 빔을 스캐닝하는 단계;
e) 마스크 패턴의 제1 및 제2 부분이 저하 거리만큼 중첩되도록, 그리고 제1 부분과 제2 부분이 중첩하는 마스크 패턴의 영역에서 신장 방향에 평행한 평면에서 빔의 입사각이 원하는 격자의 제1 부분과 중첩하는 원하는 격자의 제2 부분을 인쇄하기 위해 제1 서브-노광에서 동일하도록, 빔 신장의 방향에서 제1 부분으로부터 오프셋된 상기 마스크 패턴의 제2 부분을 가로질러 제1 방향에 평행한 방향으로 제2 서브-노광에서 상기 신장된 빔을 스캐닝하는 단계를 포함하고;
제1 프로파일 및 상보적, 제2 프로파일은, 2개의 서브-노광에서 마스크 패턴을 노광하는 노광 에너지 밀도의 합계가 제1 및 제2 부분이 중첩하는 마스크 패턴의 영역에서 균일하고 증분 거리당 균일한 파워를 갖는 신장된 빔의 섹션에 의해 노광된 마스크 패턴의 영역에서의 것과 동일하도록 선택된다.
상보적이라는 것은, 프로파일이 제1 및 제2 서브-노광에서 저하 거리만큼 중첩될 때 신장된 빔의 2개의 단부에서 강도 저하 프로파일이 중첩 영역에 걸쳐 균일한 강도를 생성하도록 합산되는 의미로서 정의된다.
바람직하게는, 신장된 빔의 증분 거리당 파워는 동일한 제1 및 제2 프로파일에 따라 신장된 빔의 단부에서 0으로 저하한다. 유리하게는, 프로파일은 선형 함수 또는 코사인형 프로파일의 180° 섹션이고, 프로파일의 구배는 프로파일의 단부에서 시작시 실질적으로 0이다.
신장된 빔의 길이에 따른 증분 거리당 파워는 연속파 레이저 소스의 경우에 증분 거리당 순간 파워, 펄스화 레이저 소스(즉, 다수의 레이저 펄스에 걸쳐 평균화됨)의 경우에 증분 거리당 준순간 파워를 칭하고, 또는 빔의 단부에서 증분 거리당 파워의 규정된 저하를 생성하기 위해 채용되는 진동 가동 어퍼처의 경우에, 이는 대신에 어퍼처의 진동의 시간 기간에 걸친 증분 거리당 시간 평균화된 파워를 칭한다.
유리하게는, 방법은 마스크 패턴의 제3 부분이 제1 또는 제2 부분과 저하 거리만큼 중첩되도록, 그리고 제3 및 제1 또는 제2 부분이 중첩하는 마스크 패턴의 영역에서 신장 방향에 평행한 평면에서 빔의 입사각이 원하는 격자의 제1 또는 제2 부분과 중첩하는 원하는 격자의 제3 부분을 인쇄하기 위해 동일하도록, 빔 신장의 방향에서 제1 및 제2 부분으로부터 오프셋된 상기 마스크 패턴의 제3 부분을 가로질러 제1 방향에 평행한 방향으로 제3 서브-노광에서 상기 신장된 빔을 스캐닝하는 단계를 더 포함한다. 또한 유리하게는, 원하는 격자의 복수의 다른 부분이 기판 상에 더 큰 원하는 격자를 형성하기 위해 중첩하도록 추가 서브-노광에서 인쇄된다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 감광층 내에 선형 특징부의 원하는 주기적 패턴을 인쇄하기 위한 시스템이 제공되고, 이 시스템은
a) 제1 방향에 평행하고 원하는 패턴의 2배인 주기를 갖는 선형 특징부의 마스크 패턴을 갖는 마스크;
b) 감광층을 마스크에 평행하게 그리고 마스크 패턴으로부터의 간격을 갖고 배열하기 위한 수단;
c) 신장 방향에 직교하고 제1 방향에 평행한 평면에서 입사각의 범위를 갖는 신장된 빔의 광이 마스크를 조명하도록, 그리고 신장 방향에 평행한 평면에서 신장된 빔의 광이 양호하게 시준되고 증분 거리당 파워가 빔의 하나에서 저하 거리에 걸친 제1 프로파일에 따라 그리고 빔의 다른 단부에서 저하 거리에 걸쳐 상보적인 제2 프로파일에 따라 0으로 저하하는 빔의 2개의 단부에서를 제외하고는 신장된 빔의 길이를 따른 증분 거리당 균일한 파워를 갖도록, 단색광의 신장된 빔을 발생하여 이를 마스크로 지향시키기 위한 수단으로서, 각도의 범위는, 마스크에 의해 회절된 광이 마스크의 평면에 직교하는 방향에서 균일한 강도 분포를 기판에 형성하도록 광의 파장, 마스크와 기판의 간격 및 마스크 격자의 주기와 관련하여 선택되는, 빔 발생 및 지향 수단;
d) 기판 상에 원하는 격자의 제1 부분을 인쇄하기 위해 상기 마스크 패턴의 제1 부분을 가로질러 제1 방향에 평행한 방향에서 제1 서브-노광에서 상기 신장된 빔을 스캐닝하기 위한 수단;
e) 마스크 패턴의 제1 및 제2 부분이 저하 거리만큼 중첩되도록, 그리고 제1 부분과 제2 부분이 중첩하는 마스크 패턴의 영역에서 신장 방향에 평행한 평면에서 빔의 입사각이 원하는 격자의 제1 부분과 중첩하는 원하는 격자의 제2 부분을 인쇄하기 위해 제1 서브-노광에서 동일하도록, 빔 신장의 방향에서 제1 부분으로부터 오프셋된 상기 마스크 패턴의 제2 부분을 가로질러 제1 방향에 평행한 방향으로 제2 서브-노광에서 상기 신장된 빔을 스캐닝하기 위한 수단을 포함하고;
제1 프로파일 및 상보적, 제2 프로파일은, 2개의 서브-노광에서 마스크 패턴을 노광하는 노광 에너지 밀도의 합계가 제1 및 제2 부분이 중첩하는 마스크 패턴의 영역에서 균일하고 증분 거리당 균일한 파워를 갖는 신장된 빔의 섹션에 의해 노광된 마스크 패턴의 영역에서의 것과 동일하도록 선택된다.
바람직하게는, 신장된 빔을 발생하기 위한 수단은 제1 프로파일에 따라 빔의 일 단부에서 0으로 저하하고 제1 프로파일과 동일한 제2 프로파일에 따라 빔의 다른 단부에서 0으로 저하하는 신장된 빔의 길이를 따라 파워 분포를 발생한다. 유리하게는, 제1 및 제2 프로파일은 동일한 선형 프로파일 또는 동일한 코사인형 프로파일이다.
바람직하게는, 신장된 빔의 각각의 단부에서 증분 거리당 파워의 저하를 생성하기 위한 수단은, 빔의 폭을 가로질러 배열되고 그 흡수 또는 반사가 저하 거리에 걸쳐 선형 방식으로 변경되는 투과 필터이다.
유리하게는 신장된 빔의 각각의 단부에서 증분 거리당 파워의 저하를 생성하기 위한 수단은 빔의 폭을 가로질러 배열된 하프톤 마스크이고, 복수의 어퍼처가 빔을 교차하도록 신장된 빔의 폭보다 실질적으로 폭을 각각 갖는 주기적인 일련의 어퍼처로 구성되고, 어퍼처의 형상은 빔 신장의 방향에서 저하 영역을 가로지르는 특정 거리에서 일련의 어퍼처의 평균 투과율이 선택된 제1 또는 제2 프로파일에 따라 특정 거리에 따라 변경되도록, 그리고 어퍼처 어레이의 주기적 구조에 의해 회절된 실질적으로 모든 차수의 광이 감광층을 노광하도록 설계된다.
대안적으로, 빔의 각각의 단부에서 증분 거리당 파워의 저하를 생성하기 위한 수단은, 빔의 폭을 가로질러 배열되고 그 각각에서, 격자 어레이에 의해 투과된 0차에서 증분 거리당 파워의 저하의 선택된 제1 또는 제2 프로파일 함수를 발생하기 위해 그 듀티 사이클 및/또는 충전율이 각각의 셀 내에서 또는 셀로부터 빔 신장의 방향으로 변경되는 주기를 갖는 격자인 셀의 2차원 어레이로 구성되는 0차 하프톤 마스크에 의해 생성된다. 셀 내의 격자의 주기는, 1차 및 더 고차의 회절 차수가 0차 회절 차수로부터 공간적으로 분리되고 이들이 마스크 내의 패턴을 조명하기 전에 차단될 수 있도록 빔 발생 및 스캐닝 수단의 기하학 형상을 고려하여 그리고 조명의 파장에 관련하여 충분히 작도록 선택된다.
대안적으로, 신장된 빔의 각각의 단부에서 증분 거리당 파워의 저하를 생성하기 위한 수단은, 빔 신장의 방향에서 어퍼처를 변위시키기 위한 병진 스테이지에 장착되는, 빔 신장의 방향에 직교하는 직선형 에지를 갖는 어퍼처를 포함한다. 스테이지는 바람직하게는 진동 어퍼처에 의해 투과된 증분 거리당 파워의 시간 평균화된 저하가 빔 신장의 방향에서 선형 또는 코사인형 방식으로 변경되도록 삼각형/톱니형 또는 사인형 곡선에 따라, 어퍼처의 위치의 진동을 생성하는 컴퓨터에 의해 제어된다. 병진 스테이지는 바람직하게는, 스캐닝 방향에서 마스크 내의 패턴의 시간 적분 노광 에너지 밀도가 요구 균일성을 갖도록 어퍼처가 신장된 빔의 스캐닝 속도와 관련하여 충분히 높은 주파수에서 진동할 수 있게 하는 선형 모터이다.
또한 대안적으로, 신장된 빔의 각각의 단부에서 증분 거리당 파워의 선형 저하를 생성하기 위한 수단은 회전 스테이지에 장착된 어퍼처를 포함하고, 어퍼처의 형상은 반경이 그 초기값으로 다시 즉시 되돌아가거나 그 초기값으로 선형적으로 다시 복귀하는 각도를 제외하고는, 회전축으로부터 어퍼처의 에지의 반경이 회전 각도 증가에 따라 선형 방식으로 변경되도록 설계된다. 모터의 회전 속도는, 스캐닝 방향에서 마스크 내의 패턴의 시간 적분 노광 에너지 밀도가 요구 균일성을 갖도록 신장된 빔의 스캐닝 속도와 관련하여 충분히 높도록 선택된다. 어퍼처의 형상은 대안적으로 코사인형 프로파일에 따라 0으로 저하하는 강도 프로파일을 생성하도록 설계될 수도 있다. 이를 위해, 회전축으로부터 어퍼처 에지의 거리는 어퍼처가 회전함에 따라 역코사인형 프로파일에 따라 변경되어야 한다.
바람직하게는, 제2 서브-노광을 위한 스캐닝 수단은 빔 신장에 평행한 방향으로 신장된 빔을 발생하기 위한 수단의 일부 또는 모두를 변위시키기 위한 수단을 포함하거나, 또는 대안적으로 제1 및 제2 서브-노광에서 노광된 포토레지스트의 영역이 저하 거리만큼 중첩하게 하기 위해, 빔 신장에 평행한 방향으로 마스크 및 감광층을 변위하기 위한 수단을 포함한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예를 개략적으로 도시하고 있다.
도 2는 제1 실시예에서 채용된 아포다이제이션(apodization) 필터를 통한 투과의 변동을 도시하고 있다.
도 3은 제1 실시예에서 채용된 아포다이제이션 필터에 입사되는 빔의 강도 분포를 개략적으로 도시하고 있다.
도 4는 제1 실시예에서 발생된 신장된 빔의 2개의 단부에서 증분 거리당 상대 강도의 저하를 도시하고 있다.
도 5는 제1 실시예에서 발생된 신장된 빔의 단부에서의 강도의 저하 및 마스크 내의 주기적 패턴의 그 조명을 도시하고 있다.
도 6은 제1 및 제2 실시예에 설명된 바와 같이, 신장된 빔이 서브-노광 사이에 스텝핑되어 있고 중첩 영역 내의 신장된 빔의 단부에서 10 mm의 저하 거리에 걸쳐 강도의 선형 또는 코사인형 저하를 갖는 2개의 서브-노광에 의해 중첩 영역을 가로질러 생성된 DTL-노광 이미지의 콘트라스트의 변동을 도시하고 있다.
도 7은 제2 실시예에서 채용된 신장된 빔의 2개의 단부에서 강도의 코사인형 저하를 도시하고 있다.
도 8은 신장된 빔의 단부에서 강도의 코사인형 저하의 경우에 저하 영역의 폭에 대한 중첩 영역을 가로지르는 콘트라스트 변동의 의존성을 도시하고 있다.
도 9는 코사인형 저하 프로파일의 경우에 제2 서브-노광에 채용된 신장된 빔의, 이상적인 위치로부터 측방향 오프셋까지 중첩 영역을 가로질러 생성된 DTL-노광 이미지의 피크 강도 감도를 도시하고 있다. 도 10은 제3 실시예에서 채용된 조명 빔에 대한 하프톤 마스크의 디자인 및 그 배열을 도시하고 있다.
도 11a 및 도 11b는 제4 실시예에서 신장된 빔의 일 단부에서 강도의 저하를 생성하기 위해 채용되는 0차 하프톤 마스크의 영역에서 글로벌 디자인 및 단일-셀 디자인을 각각 도시하고 있다.
도 12는 제4 실시예에서 채용된 0차 하프톤 마스크 디자인에서 셀의 로컬 듀티 사이클 및 충전율에 대한 셀의 로컬 투과율의 의존성을 도시하고 있다.
도 13은 제5 실시예에서 채용된 바와 같은 빔 신장 방향으로 변위하는 어퍼처를 도시하고 있다.
도 14는 제6 실시예에서 채용된 바와 같은 빔 신장 방향에 직교하여 변위하는 어퍼처를 도시하고 있다.
도 15는 제7 실시예에서 채용되는 회전 어퍼처를 도시하고 있다.
도 16은 마스크를 조명하는 빔이 대신에 양 평면에서 시준되고, 변위 탈봇 리소그래피에 따라 마스크와 감광층 사이의 간격을 변경함으로써, 또는 적어도 무색 탈봇 리소그래피에 따라 고정 이미지를 형성하기 위해 요구되는 거리만큼 큰 일정한 간극을 사용함으로써 패턴이 각각의 서브-노광에서 인쇄되는 제1 실시예의 변형예를 도시하고 있다.
도 1을 참조하면, 주파수 3체배(frequency-tripled) 다이오드 펌핑 고상 레이저(1)가 xz 평면에서 편광된 가우스 강도 프로파일을 갖는 355 nm 파장에서 광의 고주파(수 kHz) 펄스화 빔을 방출한다. 셔터(2)를 통과한 후 빔은, xz 평면에서 광을 굴절시키는 원통형 오목 렌즈(4) 및 ~10 mm의 1/e2 직경을 갖는 빔을 생성하기 위해 이 평면에서 광을 재시준하는 원통형 볼록 렌즈(5)를 포함하는 xz 평면 빔 확장기(3) 상에 먼저 입사된다. 빔은 이어서 xy 평면에서 좁은 각도 범위에 걸쳐 광을 산란시키는 선형 확산기(7)를 먼저 포함하는 xy 평면 빔 변환기(6)에 입사된다. 확산기(7)는 노광 중에 y 방향으로 확산기를 변위시키기 위해 스테이지(8) 상에 장착된다. 확산기(7)로부터의 선형 산란광은 xy 평면에서 균일한 강도 분포를 생성하기 위해 빔 균질화를 위한 표준 원리에 따라 배열된 원통형 마이크로-렌즈 어레이(9a, 9b)의 직렬 쌍을 조명한다. 이러한 원통형 마이크로-렌즈는 Advanced MicroOptic Systems와 같은 회사로부터 입수 가능하다. 원통형 렌즈 조합체(10)가 >13cm의 길이에 걸쳐 실질적으로 직사각형의 강도 프로파일을 갖는 신장된 빔을 생성하기 위해 원통형 마이크로-렌즈(9a, 9b)로부터의 발산광을 재시준한다. 이 길이의 외측에서, 신장된 빔의 각각의 단부에서, 강도는 임의의 미제어된 방식으로 0으로 저하한다.
DTL 및 DTL-관련 노광 방안에 대해 종래 기술에서 양호하게 설명된 바와 같이, 마스크 내의 격자 패턴의 임의의 특정 지점을 조명하는 빔의 시준 정도는 포토레지스트-코팅 기판 상에 인쇄된 패턴이 양호하게 분해되도록 회절 평면에서 충분히 양호해야 한다. 요구 정도는 마스크 패턴의 주기와 마스크와 기판의 간격에 의존한다. 본 실시예에서 인쇄될 격자의 주기는 0.25 ㎛이고 사용될 마스크-기판 간격은 360 ㎛이기 때문에, 시준은 ~0.1 mR을 요구한다. 따라서, 도 1에 도시되어 있는 광학 시스템은 이를 달성할 뿐만 아니라 신장된 빔의 길이를 따라 강도의 요구 균일성을 생성하기 위해 표준 광학 원리에 따라 설계된다. 본 발명의 본 실시예 및 모든 다른 실시예에서, 빔의 단부에서, 즉 중첩 노광을 생성하는 빔의 영역에서 마스크에서 광의 입사각이 회절 평면에서 정확하게 동일하고, 그렇지 않으면 2개의 중첩하는 서브-노광에서 인쇄된 격자 라인이 정확하게 정렬되지 않을 것이어서, 따라서 허용 불가능한 불균일성을 생성할 수 있는 것이 또한 중요하다. 요구 각도 정렬의 정확도는 요구 시준의 작은 분율, 통상적으로 1/10이고, 따라서 본 실시예에서는 ~±10 μR이어야 한다. 따라서, 도 1의 광학 시스템, 특히 원통형 렌즈 조합체(10)는 특히 구면 수차 최소화와 관련하여 표준 광학 원리에 따라 설계, 조립 및 조정된다. 광학계의 정렬을 용이하게 하고 빔의 2개의 단부에서 광의 각도가 정확하게 동일한 것을 검증하기 위해, 이스라엘의 Duma Optronics Ltd에 의해 제조된 유형의 "레이저 분석 망원경(Laser Analyzing Telescope)"이 사용될 수도 있다. 망원경은 고분해능 CCD 어레이 상의 스폿에 조명 시준된 빔을 포커싱하고, <±5 μR의 측정 정확도로 어레이 상의 스폿의 위치로부터 빔의 각도를 결정한다. 따라서, 빔의 2개의 단부에서 "중첩 영역" 내의 광의 상대 각도는 충분히 편평한 표면 상에 장착된 망원경으로 광을 뷰잉하고 빔의 2개의 단부를 측정하기 위해 표면을 가로질러 이를 변위함으로써 측정될 수도 있다. 신장된 빔의 중첩 영역에서 광의 각도는 대안적으로 중첩된 인쇄된 격자의 라인이 중첩 영역에서 정확하게 정렬되는 것을 보장하도록 각각의 서브-노광 이전에 마스크에 대해 측정될 수도 있다(마스크로부터 반사된 빔의 각도를 측정함으로써).
xy-평면 변환기(6)의 출력 빔은 이어서 그 투과가 도 2에 도시되어 있는 방식으로 ~13 cm 길이에 걸쳐 y 방향으로 변동하는 아포다이제이션 필터(11) 상에 입사된다. 이러한 아포다이제이션 또는 선형 가변 중립 투과 필터는 예를 들어 미국의 Reynard Corporation으로부터 얻어질 수도 있다. 투과율의 변동은 용융 실리카 기판 상의 금속 또는 금속 합금의 두께의 변동, 및 따라서 흡수에 의해 생성된다. 필터(및 이후의 실시예에서 사용되는 아포다이제이션 필터)는 전체 투과율을 향상시키기 위해 반사 방지 코팅으로 추가로 코팅될 수도 있다. 따라서, 아포다이징 필터에 의해 투과된 빔은 길이 ~90 mm의 중앙 섹션에 걸쳐 균일하고, 그 강도는 빔의 각각의 단부에서 ~10 mm 거리에 걸쳐 0으로 선형으로 저하한다. 도 3은 조명 빔에서 필터의 장소를 도시하고 있다. 투과된 빔은 이어서 1/e2 강도값에서의 광선이 ~±1.5°의 각도로 수렴하도록 원통형 볼록 렌즈(12)에 의해 xz 평면에 포커싱된다. 수렴 빔은, xz 평면에서 θi = 5°의 평균 입사각으로 그리고 yz 평면에서 실질적으로 수직 입사로 빔이 마스크(16) 상에 입사되도록 경사진 미러(13)에 의해 반사된다. 마스크(16)의 하부면에는, 355 nm에서 광에 대해 높은 1차 효율을 제공하기 위해 용융 실리카 기판 내로 에칭되는 0.5 ㎛의 주기 및 ~1의 라인/공간 비를 갖는 평행 라인으로 이루어진 위상 격자 패턴(17)이 있다. 격자 면적은 ~200 mm×200 mm이고 패턴(17)은 격자 라인과 함께 x 방향으로 배향된다. 이러한 마스크는 크롬 마스크에 패턴을 형성하기 위해 표준 전자빔 리소그래피를 사용하고, 이어서 기판 내로 공간을 RIE 에칭하고 마지막으로 크롬을 박리하여 생성될 수도 있다. 마스크 패턴은 대안적으로 2배의 주기, 즉 1 ㎛를 갖는 마스터 마스크로부터 홀로그래픽 노광에 의해 또는 DTL 노광에 의해 형성될 수도 있다. 마스크(16) 아래에는 표준 i-라인 감응식 포토레지스트의 층으로 코팅된 기판(18)이 있다. 기판(18)은 y-방향 스텝핑 스테이지(22) 상에 장착되는 x-방향 스캐닝 스테이지(21)의 캐리지(20)에 부착된 진공 척(19) 상에 있다. 스테이지는 이들의 피치, 요 및 롤 특성이 중첩 서브-노광의 영역에서 격자 라인의 요구 중첩 정확도를 얻기 위해 적합하도록 선택된다. 특히, 이들의 크기는 바람직하게는 신장된 빔의 중첩 영역에서 광의 각도 정렬 정확도에 대한 요구보다 작아야하고, 따라서 바람직하게는 <±10 μR이어야 한다. 전술된 바와 같이, 중첩 영역에서 마스크 상의(격자 패턴의 회절 평면에서) 광의 입사각은 대안적으로 각각의 서브-노광 전에 측정 및 조정될 수도 있는데, 이는 스캐닝 및 스텝핑 스테이지의 요, 피치 및 롤 모션에 대한 요구를 완화한다. 마스크(16)는 마스크(16)가 포토레지스트-코팅 기판(18)으로부터 선택된 거리에 평행하게 배열될 수 있게 하는 진공 척 및 마스크 위치설정 시스템(도면에는 도시되어 있지 않음)에 의해 위로부터 지지된다. 마스크 위치설정 시스템은 또한 x-방향 스캐닝 스테이지(21)의 캐리지(20)에 장착된다. 미국 특허 제8,368,871호에 설명된 유형의 마스크 위치설정 시스템 및 간극-측정 디바이스를 사용하여, 마스크(16)와 기판(18) 사이의 간격은 ~360 ㎛의 값으로 조정된다. 마스크(16)로부터 이 거리에서, 상이한 입사각에 의해 생성된 탈봇 이미지 평면은 미국 특허 제8,524,443호 및 제9,007,566호의 교시에 따라, 증가하는 거리를 갖는 연속체를 형성하고, 따라서 횡방향 강도 분포는 마스크로부터의 거리의 추가의 증가에 따라 일정해진다.
노광 전에, 스캐닝 스테이지(21) 상의 캐리지(20)의 위치 및 y-방향 스텝핑 스테이지(22) 상의 캐리지의 위치는 균일한 강도를 갖는 신장된 빔(15)의 섹션이 마스크 패턴의 상부(-y) 반부가 가로질러 스캐닝할 수 있도록 배열된다. 제1 서브-노광은 셔터(2)를 개방하고, 마스크 패턴(17)의 상부 반부가 그 전체 길이를 가로질러 균일한 시간 적분 노광을 수용하도록 조명 빔(15)이 마스크 패턴(17)의 길이를 가로질러 일정한 속도로 스캐닝되도록 x-방향 스테이지(21)의 캐리지(20)를 변위시킴으로써 수행된다. 스캐닝 속도는, 포토레지스트를 노광하는 시간 적분 에너지 밀도가 포토레지스트 현상 후 기판(18) 상에 원하는 마이크로구조를 형성하기에 적합하도록 빔(15)의 단위 길이당 파워 및 포토레지스트의 감도와 관련하여 선택된다. 노광 중에, 선형 확산기(7)는 강도 스페클(intensity speckle)이 포토레지스트의 시간 적분 노광에서 억제되도록 스테이지(8)에 의해 충분한 속도로 y-방향으로 전후로 변위된다. 제1 서브-노광 후에, 셔터(2)는 폐쇄되고, x-방향 스테이지(21)는 그에 걸쳐 강도가 균일한 신장된 빔의 길이와 그에 걸쳐 강도가 빔의 단부에서 0으로 저하하는 거리의 합에 대응하는 오프셋 거리만큼, 즉 90 + 20 = 110 mm만큼 y-방향 스테이지(22) 상에서 변위된다. 마스크 패턴(17)의 하부(+y) 반부가 그 전체 길이를 가로질러 균일한 시간 적분 노광을 수용하게 하기 위해 제2 서브-노광이 이제 제1 서브-노광과 동일한 방식으로 수행된다.
2개의 서브-노광 사이에서 선택된 y의 오프셋 거리 때문에, 2개의 서브-노광에서 스캐닝된 마스크 패턴(17)의 영역은 10 mm의 저하 거리만큼 중첩한다. 중첩 영역을 가로지르는 저하의 방향은 2개의 서브-노광에 대해 대향하고, 따라서 중첩된 에너지 밀도는 중첩부를 가로질러 균일한 마스크 노광을 생성하도록 가산된다. 빔의 2개의 단부에서 강도 저하의 상보성은, 10 mm의 테이퍼 폭의 경우에 대해 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 중첩 영역을 가로질러 균일한 강도를 유도한다. 그러나, 마스크(16) 내의 격자 패턴(17)은 y 방향으로 광을 회절시키기 때문에, 균일한 마스크 노광은 포토레지스트를 노광하는 강도 분포가 중첩 서브-노광을 가로질러 균일한 것을 보장하지 않는다.
포토레지스트를 노광하는 공중 이미지의 강도 분포는 도 5에 개략적으로 도시되어 있는 바와 같이, 마스크(16) 내의 격자 패턴(17)에 의해 회절 빔에 의해 생성된다. 도면의 상부의 그래프는 노광빔의 에지에서 마스크 내의 격자를 조명하는 강도의 선형 저하를 도시하고 있다. 강도 저하 또는 테이퍼진 영역의 폭은 w이다. 포토레지스트 상의 지점 D는 마스크 격자의 지점 A와 C로부터 나오는 1차 회절 차수에 의해 그리고 지점 B로부터의 0차 광에 의해 조명된다. 빔의 균일한 섹션과 광 조명 지점 A, B 및 C의 상대 강도는 그래프에 주석이 달린 것처럼 각각 I0, IA, IB 및 IC이다.
본 실시예의 각각의 서브-노광에 의해 포토레지스트에서(실제로 임의의 DTL 또는 ATL 관련 노광 방안에 의해) 형성된 시간 적분 공중 이미지의 에너지 밀도 분포는 마스크에 의해 회절된 각각의 쌍의 1차, 2차 및 더 고차에 의해 형성된 간섭 강도 분포를 계산하고 이어서 이들을 0차 분포와 함께 가산함으로써 결정될 수 있다. 적분된 분포의 콘트라스트는 이어서 (Imax-Imin)/(Imax+Imin)에 의해 제공되는데, 여기서 Imax 및 Imin은 적분된 분포를 가로지르는 강도의 최대값 및 최소값이다.
각각의 서브-노광에 대해 10 mm-폭 테이퍼진 영역을 가로질러 이 계산을 수행하고 2개의 분포를 함께 가산하는 것은 도 6에 도시되어 있는 점선 청색 곡선을 생성한다. 볼 수 있는 바와 같이, 테이퍼링이 시작 및 종료하는 전이 영역에서 콘트라스트의 특정 하락이 존재하지만, 콘트라스트는 중첩 영역을 가로질러 90% 이상으로 유지되어, 기술의 효용성을 증명한다. 20 mm-폭 테이퍼는 하락을 더 감소시키고 2배 초과만큼 균일성을 향상시키는 것으로 판명되었다. 따라서, 신장된 빔 단부에서의 테이퍼의 폭은 인쇄된 패턴의 요구 균일성에 따라 선택되어야 한다.
제2 서브-노광 후에, 기판(18)은 노광 시스템으로부터 제거되고 포토레지스트가 표준 기술을 사용하여 현상된다. 결과적인 이음매 없는 격자는 미국 특허 제8,368,871호의 교시에 따라, 0.6 ㎛의 주기, 즉 마스크 내의 격자의 절반을 갖는다. 추가의 포토레지스트-코팅 기판을 사용하는 추가의 노광이 용례의 요구에 따라 노광 조건을 최적화하기 위해 수행될 수도 있다.
도 1은 신장된 균일한 빔을 발생하고 이를 마스크(16)에 지향하기 위한 광학계의 특정 배열을 개략적으로 도시하고 있는 반면, 이는 단지 예일 뿐이며 다수의 등가의 변형예가 광학계 디자인의 통상의 기술자에 의해 고려될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 주 광학 시스템은 수직으로 구성될 수도 있고, 미러(13) 이전에 도시되어 있는 원통형 렌즈(12)는 대신 미러 이후에 있을 수도 있고, z-방향 확장 모듈(3) 및 y-방향 변환 모듈(6)은 내부 광학 구성요소의 적합한 수정을 갖거나 갖지 않고 상호 교환될 수도 있고, 신장 방향을 따른 빔 균질화는 마이크로렌즈 어레이(9a, 9b) 이외의 수단에 의해 수행될 수도 있고, 모듈(3) 내의 z-방향 빔 확장은 대신에 2개의 볼록 원통형 렌즈에 의해 수행될 수도 있고, 볼록 원통형 렌즈(12)에 의해 도입된 xz 평면에서의 각도의 범위는 대안적으로 마스크를 향한 광의 수렴보다는 발산을 생성하는 오목 원통형 렌즈에 의해 도입될 수도 있으며, y-방향 빔 확장은 마이크로렌즈 어레이(9a, 9b) 이전에 포함될 수도 있다. 광학 요소와 이들 상대 크기 및 위치는 단지 도 1에 개략적으로만 도시되어 있다는 것이 또한 이해되어야 한다. 예를 들어, 단일 렌즈로서 도시되어 있는 원통형 렌즈 조합체(12)는 바람직하게는 구면 수차를 최소화하기 위해 다수의 원통형 렌즈 요소로 구성되고, 그 선택은 일반적으로 용례의 정확한 요구에 따라 광학 디자인의 통상의 기술자에 의해 결정되고 최적화될 수도 있다.
제2 실시예에서, 그 투과율이 코사인형 프로파일에 따라 각각의 빔에서 변동하고 10 mm의 동일한 저하 거리를 갖는 것과 같은 상이한 아포다이제이션 필터가 사용되는 점을 제외하고는, 제1 실시예에서와 본질적으로 동일한 노광 시스템 및 절차가 채용된다. 중첩 영역을 가로질러 균일한 강도를 유도하는 빔의 2개의 단부에서 코사인 강도 저하의 상보성이 도 7에 도시되어 있다. 2개의 서브-노광의 중첩 영역을 가로질러 콘트라스트의 변동을 계산하기 위해 동일한 이론적 방법을 사용하는 것은 도 6에 도시되어 있는 적색 점선을 갖는 곡선을 생성한다. 볼 수 있는 바와 같이, 전체 콘트라스트 변동은 선형 저하 필터로 얻어진 것보다 상당히 적고, 테이퍼의 2개의 단부에서 더 평활한 전이부가 존재하는데, 즉 도 6의 청색 곡선에 하락이 존재하지 않는다. 유사하게 평활한 전이 프로파일을 갖는 다른 아포다이제이션 필터는 유사하게 콘트라스트 변동을 감소시키는 것으로 예측될 수 있다. 여기에 설명된 것과 같은 시뮬레이션이 이 프로파일을 최적화하는 데 사용될 수 있다. 테이퍼 프로파일을 선택할 때, 2개의 빔의 강도의 합계가 이음매 영역에 걸쳐 일정하게 유지되는 것(변경되지 않은 영역과 동일함)을 보장해야 한다. 예를 들어, 최대 1%, 5% 또는 10%의 이 합계의 변동은 수행된 노광의 균일성 요구에 따라 허용될 수도 있다.
도 8은 코사인형 테이퍼 프로파일의 경우에 테이퍼의 폭에 대한 중첩 영역을 가로지르는 균일성의 의존성을 도시하고 있다. 조명 파장 및 마스크 특성은 이전의 예에서 사용된 것들과 동일하다. 3개의 플롯은 테이퍼 영역의 3개의 상이한 폭(2 mm, 5 mm 및 10 mm)에 대한 이미지 콘트라스트를 도시하고 있다. 도면이 도시하고 있는 바와 같이, 콘트라스트의 열화는 테이퍼 폭이 증가함에 따라 크게 감소한다. 노광 요구에 따라, 요구 테이퍼 폭을 선택할 수 있다.
도 9는 코사인형 테이퍼 프로파일의 경우에 이상적인 상대 위치로부터 2개의 노광 영역의 오프셋에 대한 중첩 영역을 가로지르는 강도의 감도를 도시하고 있다. 마스크 및 파장의 파라미터는 이전의 예에서 설명된 것과 동일하고 테이퍼 폭은 재차 10 mm이다. 이음매 영역의 양측에서 2개의 노광의 3개의 상이한 위치설정에 대응하는 3개의 플롯이 도시되어 있다. 제1, 완벽하게 정렬된 경우(오프셋 = 0 um), 2개의 테이퍼는 총 조명 빔 강도가 일정하게 유지되도록 위치된다. 제2 및 제3 경우, 테이퍼는 특정량만큼 측방향(마스크 표면에 평행하고 도 5의 격자 라인에 수직인 방향)으로 변위된다. 제2 경우(오프셋 = 100 um)에서, 2개의 노광이 100 um만큼 서로를 향해 이동된다(즉, 빔 중첩이 증가함). 이는 중첩 영역에서 피크 이미지 강도의 증가를 유도한다. 제3 경우(오프셋 = -100um)에서, 2개의 테이퍼 빔이 100um만큼 서로로부터 이격하여 이동된다(즉, 빔 중첩이 감소됨). 이 경우, 중첩 영역에서 피크 이미지 강도의 감소가 계산된다. 플롯은 노광 강도에 대한 영향이 빔 위치설정의 100 um 에러에 대해 대략 1%인 것을 나타내고 있다. 이러한 결과 및 특정 용례를 위해 요구된 인쇄 균일성에 기초하여, 도 1의 y-스텝핑 스테이지(22)에 의해 동등하게 수행되는 2개의 서브-노광 사이의 조명 빔의 스텝핑의 요구 정확도가 적절하게 결정될 수도 있다.
제3 실시예에서, 신장된 빔의 각각의 단부에서 그 투과율의 선형 변동이 대신에 하프톤 마스크에 의해 생성되는 것과 같은 상이한 유형의 아포다이제이션 필터가 사용되는 점을 제외하고는, 제1 실시예에서와 본질적으로 동일한 노광 시스템 및 절차가 채용된다. 패턴은 용융 실리카 기판 상에 표준 크롬 마스크 제조 기술을 사용하여 형성된다. 도 10을 참조하면, 신장된 빔의 각각의 단부를 아포다이징하기 위한 패턴은 신장된 빔의 전체 폭을 가로질러(즉, z 방향으로) 연장하는 삼각형 어퍼처의 주기적인 시퀀스를 포함하는 "톱니형" 패턴이다. 어퍼처의 삼각형 형상 때문에, 어퍼처 어레이 슬라이스의 평균 투과율은 어퍼처의 정점으로부터 이들의 베이스까지 y-방향으로 선형으로 변동한다. 선택된 어퍼처의 주기는, 빔의 폭을 가로지르는 투과된 강도의 변동이 가우스 프로파일에 양호하게 근사하도록, 조명 신장된 빔의 폭보다 실질적으로 더 작아야 한다. 바람직하게는, 톱니형 주기는 조명 가우스 빔의 1/e2 빔 직경의 ≤1/10이어야 하고, 따라서 ~1 mm가 본 실시예에 적합하다. 주기는, 주기적 어퍼처 어레이에 의해 발생된 회절 차수(및 z-방향에서 조명 빔의 큰 공간 가간섭성)가 작은 각도(바람직하게는 <1°)에서 발산하여 이들이 후속의 광학계를 통해 노광 평면으로 전파하게 되도록 파장보다 매우 훨씬 커야 한다. 동일한 이유로, 슬라이스의 평균 강도가 중첩 영역에서 양호한 균일성을 보장하기 위해 중요한 톱니형 패턴의 슬라이스 내의 최소 공간은 바람직하게는 파장의 최소 20배이어야 하고, 따라서 본 실시예에서 최소 공간은 바람직하게는 >7 ㎛이다(10 ㎛-폭 공간을 갖는 슬라이스가 10 ㎛/1 mm = 1%의 평균 강도를 생성함). 본 실시예에서 개별 어퍼처는 빔의 단부에서 강도의 선형 저하를 생성하기 위해 삼각형 형상을 갖는 반면, 다른 형상의 어퍼처가 다른 저하 프로파일을 얻기 위해 채용될 수도 있고, 예를 들어, 코사인형 형상은 코사인형 저하를 얻기 위해 사용될 수도 있다.
본 실시예의 수정예에서, 톱니형 아포다이제이션 필터는, 투과된 빔의 z-방향 강도 분포가 더 많은 가우스 프로파일을 갖게 하기 위해, 어퍼처 어레이의 적어도 하나의 주기만큼 노광 중에 z-방향(도 10의 축 참조)으로 추가로 진동된다.
제4 실시예에서, 상이한 유형의 하프톤 아포다이제이션 필터가 사용되는 점을 제외하고는, 제3 실시예에서와 본질적으로 동일한 노광 시스템 및 절차가 채용된다. 제3 실시예에서, 필터의 주기적 성질에 의해 발생된 본질적으로 모든 회절 차수가 노광 평면으로 전파되는 반면, 본 실시예에서는 0차 회절 차수만이 노광 평면으로 전파되도록 0차 하프톤 마스크가 사용된다. 이전의 실시예에서와 같이, 필터는 표준 마스크 제조 리소그래피 기술을 사용하여 용융 실리카 플레이트 상에 크롬 패턴으로서 형성된다. 도 11a 및 도 11b는 신장된 빔의 좌측 단부에서 필터의 디자인을 개략적으로 도시하고 있다. 필터는 필터에 입사하는 빔의 균일한 부분의 단부에 위치된다(즉, 필터 이후에 강도가 0으로 저하하는 영역에 있지 않음). 필터는 각각의 치수 ay×az의 셀의 어레이로 구성된다(y 및 z 축은 도 1에 도시되어 있는 것들과 일치함). 각각의 셀 내에는 동일한 주기(p)를 갖는 진폭 격자가 있으며, 그 라인 및 공간은 격자에 의해 회절된 1차 및 더 높은 차수가 빔 신장 방향에 직교하여 회절되게 하기 위해 y 축에 평행하다. 각각의 셀 내의 격자의 주기는 10 ㎛이 되도록 선택되어, 제1 회절 차수의 결과적인 각도(~2°)가 아포다이제이션 필터 이후에 ~50 cm의 거리에서 이들 차수 및 더 높은 차수를 차단할 수 있게 하고, 여기서 이들은 메인 빔(그 ~1/e2 폭이 ~10 mm임)으로부터 분리되어 단지 0차만이 노광 평면으로 전파되게 된다. 각각의 셀 내의 격자 라인 및 공간의 길이는 동일하고 셀의 길이(ay)에 대응하며, 격자의 폭(b)은 z 방향에서 셀마다 동일하지만 y 방향에서 셀마다 다양하다. 비(b/az)는 이하에 셀 충전율이라 칭한다. 크롬 라인의 폭은 각각의 셀 내의 라인의 길이에 따라 변동하는데, 변동은 z 방향에서 셀마다 동일하지만(따라서, 필터의 투과율은 z 방향에서 일정함) y 방향에서 셀마다 다양하다. 격자 주기에 대한 크롬의 폭의 비(w/p)는 이하에 듀티 사이클이라 칭한다.
각각의 셀의 y 좌표(yc)에서 원소 영역의 평균 투과율(T)은 영역에 의해 회절된 0차의 로컬 효율, 및 셀 내의 격자 충전율에 의존한다. 이는 이하의 식으로부터 계산될 수도 있다.
Figure pct00002
도 12는 듀티 사이클을 0으로부터 1로 변경하고 충전율을 0.1로부터 1로 변경하여 가능한 투과율의 범위를 도시하고 있다. 이로부터 듀티 사이클과 충전율을 적합하게 선택하고, 마스크 내에 크롬의 라인폭을 형성하기 위해 문제가 되는 듀티 사이클이 너무 작거나(예를 들어, <0.025) 또는 너무 큰(예를 들어, > 0.975) 것을 요구하지 않고, 0으로부터 100%까지의 모든 투과율 값이 얻어질 수 있다는 것을 알 수 있다. az의 값은 조명 빔의 1/e2 폭에 비해 작아야하지만, 필터 내의 필터 격자의 주기에 비해 커야 한다. 통상적으로, 1/e2 빔 폭의 1/10이 사용될 수도 있고, 따라서 여기서 고려되는 경우에 ~1 mm이다. az의 값은, 인쇄된 이미지의 분해능을 열화할 것인 무시할만한 회절이 y 방향에서 셀에 의해 생성되는 것을 보장하기 위해 파장보다 훨씬 더 커야 한다. 본 실시예의 변형예에서, 0차 하프톤 마스크 내의 격자 요소는 대신에 위상 격자이다.
본 제4 실시예의 변형예에서, 신장된 빔의 각각의 단부에서 강도 분포의 저하를 형성하는 하프톤 마스크의 구조는 제3 실시예에서 채용된 유형의, 즉, 빔 신장 방향으로 라인을 따라 변동하는 듀티 사이클을 갖는 1차원 격자이지만, 주기는 1차 및 더 고차 투과된 빔이 훨씬 더 큰 각도에서 회절되어 이들이 노광 평면 내의 주기적 마스크 패턴을 조명하기 전에 차단될 수 있게 하기 위해 제3 실시예에서 채용된 것보다 훨씬 더 작도록 선택되고, 하프톤 마스크의 라인을 따른 듀티 사이클의 변동은 0차 회절 빔의 상대 강도가 강도 변동의 요구 프로파일(또는 증분 거리 변동당 파워)을 생성하기 위해 저하 거리에 걸쳐 변동하도록 설계된다. 1차 및 더 고차 회절 차수 빔을 차단하거나 편향 이격하면서, 신장된 빔의 단부에서 저하 영역 내의 0차 강도의 요구 변동을 생성하는 0차 하프톤 마스크의 다른 디자인이 본 실시예의 다른 변형예에서 채용될 수도 있다.
다른 실시예에서, 신장된 빔의 각각의 단부에서 강도 저하가 대신에 빔의 단부에 대해 주기적으로 변위하는 상이한 유형의 어퍼처에 의해 생성되는 것을 제외하고는, 본질적으로 제1 실시예와 동일한 장치가 채용된다. 빔 신장 방향에서 빔을 따른 지점에서 투과된 결과적인 유효 강도는 오히려 어퍼처의 주기적 모션에 걸쳐 시간 평균화된 강도를 칭한다. 어퍼처는 빔이 기판에 도달하는 것을 효과적으로 차단하는 불투명 재료 또는 산란 재료로 제조될 수도 있다. 어퍼처는 기판 부근 또는 빔 경로를 따른 몇몇 다른 장소에 배치될 수도 있다.
도 13은 제5 실시예에서 채용되는 이러한 어퍼처의 예를 도시하고 있다. 어퍼처는 직선형 에지를 갖고, 거리(w)만큼 신장된 빔의 일 단부로 내외로 반복적으로 변위되거나 진동한다. 조명 빔은 수직 방향에서 d의 폭을 갖고 수평 방향으로 신장된다. 직선형 에지의 진동 모션의 프로파일(즉, 위치에 대한 속도의 의존성)은 요구 강도 테이퍼를 얻기 위해 계산된다. 선형 모터가 충분한 속도와 가속도를 갖는 작동을 제공하기 위해 사용될 수도 있다. 간섭계 또는 인코더와 같은 위치 센서가 어퍼처의 위치를 측정하는 데 사용될 수 있고, 어퍼처는 이어서 폐루프 동작에서 원하는 모션 프로파일을 얻기 위해 작동을 제어하는 데 사용될 수 있다. 이동 속도는 노광 기간에 걸쳐 평균화될 때 원하는 강도 테이퍼를 제공하기 위해 노광 시간에 따라 조정되어야 한다. 조명 빔이 펄스화되면, 시간 평균화 동작은 또한 빔의 펄스 구조를 고려해야 한다. 이러한 조명 빔이 고정 마스크를 통해 스캐닝되면, 스캐닝 속도 및 존재하면 조명 빔의 펄스 주파수가 또한 시간 평균화 동작 후에 원하는 강도 분포(테이퍼)를 얻는 데 고려되어야 한다. 조명이 펄스화되면, 어퍼처의 진동 주파수는 노광에서 스트로보스코픽 효과를 회피하기 위해 노광 중에 유리하게 조정되거나 변경된다. 가동 어퍼처는 노광 중에 1회 또는 다수회(예를 들어, 전후로) 이동될 수도 있다.
도 14는 제6 실시예에서 신장된 빔의 각각의 단부에서 주기적으로 변위하는 어퍼처의 다른 예를 도시하고 있다. 이 경우, 어퍼처는 원하는 강도 테이퍼를 생성하기 위해 신장된 빔의 단부의 폭을 가로질러 수직 방향으로 진동 모션으로 반복적으로 이동된다. 여기서, 어퍼처의 형상이 테이퍼링 프로파일을 결정한다. 테이퍼 영역의 특정 지점(P)을 고려하고 어퍼처가 그 위로 이동함에 따라 개방 대 폐쇄 시간비를 계산함으로써 요구 형상이 즉시 계산될 수 있다. 예를 들어, 사인형 분포를 얻기 위해 역코사인 함수와 유사한 어퍼처가 사용될 수 있다. 이러한 어퍼처는 레이저 절단 또는 와이어 방전 가공과 같은 현재 제조 기술로 제조될 수 있다. 어퍼처 이동 속도는 원하는 강도 프로파일이 원하는 정확도로 시간 평균화 동작 후에 얻어질 수 있도록 조정되어야 한다. 또한, 이 경우에, 노광 시간, 스캐닝 속도 및 빔의 펄스 구조와 관련된 독립 변수가 시간 평균화를 수행하는 데 고려되어야 할 필요가 있다.
도 15는 제6 실시예에서 신장된 빔의 각각의 단부에서 주기적으로 변위하는 어퍼처의 다른 예를 도시하고 있다. 이 경우, 성형된 어퍼처가 원하는 강도 테이퍼를 생성하기 위해 신장된 단부 부근에서 회전된다. 또한, 이 경우에, 어퍼처 형상이 테이퍼 프로파일을 결정한다. 이는 조명 빔 내의 특정 지점에 대한 개방 및 폐쇄 시간의 비율을 다시 고려함으로써 용이하게 계산될 수 있다. 사인형 프로파일을 다시 얻기 위해, 아크코사인 함수와 유사한 형상이 사용될 수도 있지만 이는 원형 모션으로 인해 수정될 것이다. 따라서, 어퍼처의 직경도 또한 이 경우에 역할을 한다. 이 방법은 어퍼처가 회전 모터에 의해 고속으로 용이하게 이동될 수 있다는(정확한 시간 평균화된 프로파일을 용이하게 함) 장점을 가질 수도 있다. 또한, 이 경우, 회전 주파수는 바람직하게는 조명이 펄스화되는 경우 노광에서 스트로보스코픽 효과를 회피하기 위해 노광 중에 조정되거나 변경되어야 한다.
도 1에 도시되어 있는 아포다이제이션 필터(11)는 빔 신장의 방향에 직교하는 평면에서 입사각의 범위를 도입하기 위해 원통형 광학계(12) 이전의 빔-경로에 위치되는 반면, 본 발명의 다른 실시예에서 아포다이제이션 필터는 그 유형이 무엇이건간에(즉, 흡수, 하프톤 마스크, 가동 어퍼처 등), 대안적으로 원통형 광학계(12) 이후에 또는 빔 신장의 평면에서 광을 시준하는 렌즈(10) 이전에 빔 경로에 위치될 수도 있다. 후자는 훨씬 더 작은 기판 상의 필터를 가능하게 하여 따라서 제조를 용이하게 하기 때문에 매우 긴 신장된 빔의 경우에 유리할 수 있다.
이상적으로 필터의 정확한 저하 프로파일은, 특히 빔이 이후에 빔 시준의 평면에서 광을 시준하는 렌즈를 통과하면, 필터로부터 노광 평면으로 빔의 전파에 의해 생성된 프로파일의 섭동을 고려해야 한다. 이러한 섭동은 광선 트레이스 S/W를 사용하는 것과 같이, 표준 광학 설계 방법을 사용하여 결정될 수도 있다. 따라서, 필터에 설계된 저하 프로파일은 바람직하게는 필터와 노광 평면 사이의 광학계 및 빔 경로에 의해 생성된 투과된 강도 분포에 대한 섭동을 또한 보상해야 한다.
상기 제1 실시예에서는 단지 2개의 서브-노광만이 수행되는 반면, 다른 실시예에서는 3개 이상의 서브-노광이 실시예의 절차를 반복하고 마스크 내에 동일한 크기의 주기적 패턴 및 더 짧은 길이의 신장된 빔을 사용함으로써, 또는 바람직하게는 기판 상에 더 큰 균일한 패턴을 인쇄하기 위해 훨씬 더 큰 주기적 패턴을 갖는 마스크를 사용함으로써 수행될 수도 있다.
상기 제1 실시예에서 레이저는 355 nm의 파장에서 광을 방출하는 반면, 다른 실시예에서 레이저는 예를 들어, 예로서 248 nm 또는 193 nm의 심자외선 파장에서 광을 방출하는 엑시머 레이저일 수도 있다.
전술된 실시예에서, 서브-노광 중에 정적 조명 빔에 대해 스캐닝되고 또한 서브 노광 사이에서 정적 빔에 대해 스텝핑되는 마스크 및 포토레지스트-코팅 기판 및 마스크인 반면, 본 발명의 다른 실시예에서 기계적 시스템은 각각의 서브-노광 중에 고정 마스크 및 기판에 대해 스캐닝되고 그리고/또는 서브-노광 사이에 고정 마스크 및 기판에 대해 스텝핑되는 조명 빔이 되도록 설계되고 구성된다. 이들 실시예에서 조명 및 병진 스테이지는, 전체 조명 시스템이 각각 서브-노광 중에 및 사이에 스캐닝되고 그리고/또는 스텝핑되거나, 또는 광학계(즉, 고정 레이저를 갖는) 또는 도 1에 도시되어 있는 아포다이제이션 필터(11), 원통형 렌즈(12) 및 미러(13)와 같은 광학계의 부분 또는 등가의 기능을 수행하는 다른 광학계가 각각 서브-노광 중에 및 사이에 스캐닝되고 그리고/또는 스텝핑되도록 구성된다.
다른 실시예에서, 서브-노광은 마스크 및 기판을 가로질러 스캐닝하기 위해 하나 이상의 레이저 소스로부터 신장된 빔을 각각 생성하는 2개 이상의 조명 시스템에 의해 동시에 수행된다.
다른 실시예에서, 스캐닝 빔의 형상은 세장형이 아니지만 마스크에서의 그 치수는 스캐닝 및 직교 방향에서 동일하거나 유사하다. 이러한 빔은, 정사각형 단면을 갖는 빔을 형성하도록 구형 광학계 및 구형 마이크로렌즈 어레이를 사용하고, 마스크에서 xy 평면에서 입사각의 요구 범위를 도입하기 위해 도 1에서와 같은 원통형 렌즈를 사용함으로써, 예를 들어 도 1에 도시되어 있는 것과 유사한 구성에 의해, 동일한 또는 다른 레이저 소스로부터 발생될 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 스캐닝 방향에서 빔 크기는 직교 방향에서보다 크다. 이는 추가적으로 빔의 단면이 정사각형 단면으로부터 스캐닝 방향으로 더 긴 단면으로 길어지도록 마스크에서 요구된 각도의 범위를 생성하기 위해 오목 원통형 렌즈를 추가로 사용함으로써 달성될 수도 있다.
다른 실시예에서, 마스크 상의 구조는 1D 격자 또는 2차원 주기적 패턴일 수도 있고, 스캐닝 노광은 마스크를 조명하는 빔이 대신에 하나의 평면에서 입사각의 범위를 갖는 대신에 양 입사 평면에서 시준되는 종래 기술의 DTL, ATL 또는 다른 DTL-등가 기술을 사용하여 수행된다. DTL 노광을 위한 적합한 노광 시스템이 도 16에 도시되어 있다. 시스템은, 마스크가 그 길이를 따라 균일한 강도, 및 예를 들어 양 단부에서 강도의 선형 저하, 및 직교 방향에서 10 mm의 1/e2 폭을 갖는 가우스 강도를 갖는 신장된 빔에 의해 조명되도록 xz 평면에서 각도의 범위를 도입하기 위한 미러(13) 이전에 원통형 렌즈가 없는 것을 제외하고는, 도 1에서와 동일하다. 또한, 미러(13)는 대신에 신장된 빔이 양 평면에서 수직 입사로 마스크를 조명하도록 경사진다. 추가로, 마스크의 위치설정 시스템은 노광 중에 z 방향으로 마스크(17)의 고정밀 변위를 가능하게 하는 압전 액추에이터를 포함한다. 중첩 서브-노광은, 2개의 서브-노광의 각각 중에 마스크와 포토레지스트-코팅 기판 사이의 간극이 일정 속도로 변경되어 마스크 패턴의 길이(Lx)에 대응하는 거리를 스캐닝하는 빔으로부터 발생하는 간극의 변화가 이하의 식에 의해 제공되게 되는 것을 제외하고는, 이전의 실시예와 동일한 절차를 사용하여 그리고 이들 이전의 실시예에서 채용된 임의의 아포다이제이션 필터(고정 또는 이동)를 사용하여 수행되고,
Figure pct00003
여기서, LT는 노광되는 주기적 패턴의 탈봇 거리이고 WFWHM은 조명 빔의 반치전폭이다(x 방향에서).
마스크 내의 패턴이 0.6 ㎛의 최근접 이웃 거리를 갖는 구멍의 육각형 어레이이고 조명 파장이 355 nm이면, 탈봇 거리는 ~1.5 ㎛으로서 계산된다. Lx가 200 mm이고 빔의 1/e2 전폭이 10 mm(따라서 WFWHM
Figure pct00004
6 mm)이면, Δgap ≥ 50 ㎛이다.
신장된 빔이 패턴 치수(Lx)를 가로질러 스캐닝할 때 이러한 간극 변화의 크기에 의해, 빔이 마스크 패턴의 임의의 특정 부분을 가로질러 스캐닝할 때 간극은 적어도 탈봇 거리의 2배만큼 변경되고, 따라서 미국 특허 제8,525,973호의 교시에 따라, 주기적 패턴이 기판 상에 높은 균일성을 갖고 인쇄된다. 본 실시예에서 임의의 2차원 주기적 패턴이 인쇄될 수 있고, 각각의 서브-노광 중에 요구되는 간극 변위의 속도는 상기와 동일한 방식으로 결정된다.
DTL 노광은 상이한 절차를 사용하여 도 16의 장치로 수행될 수도 있다. 신장된 빔이 각각의 서브-노광에서 마스크를 가로질러 스캐닝하는 것과 동일한 방향으로 간극을 서서히 변경하는 것보다는, 간극은 대신에 충분히 높은 주파수 및 각각의 진동에 대해 적합한 변위 진폭 및 프로파일로 진동할 수 있어(미국 특허 제8,525,973호의 교시의 견지에서) 스캐닝 빔이 기판 상에 균일한 패턴을 인쇄하게 된다.
ATL형 노광은 대안적으로 도 16에 도시되어 있는 것과 유사한 노광 시스템을 사용하여 수행될 수도 있다. 고분해능 패턴 인쇄를 위해 바람직한, 고정 이미지가 마스크로부터 상당히 작은 거리에 형성될 수 있는 것을 가능하게 하는 충분히 큰 스펙트럼 라인폭을 갖는 레이저 소스가 채용된다. 예를 들어, 그 라인폭이 통상적으로 ~0.5 nm인 405 nm 파장에서 동작하는 레이저 다이오드가 채용될 수도 있다. 따라서, 빔 성형 및 균질화 광학계는 그 길이를 따라 균일한 강도 및 바람직하게는 그 폭을 가로질러 가우스 강도 프로파일을 갖는 신장된 빔을 생성하기 위해 표준 광학 설계 원리를 사용하여 적절하게 선택되어야 한다. 빔은, 도 16에서와 같이, 수직 입사에서 마스크를 조명하도록 마스크와 포토레지스트-코팅 기판으로 지향된다. 이전의 실시예에 설명된 임의의 유형의 아포다이제이션 필터가 채용될 수도 있지만, 405 nm 파장에서 사용을 위해 설계되어야 한다. 특히, 제1 실시예의 흡수형 필터에 채용되는 그 재료 및 그 두께의 변동은 이 파장에 적합해야 한다. 절차는 마스크와 포토레지스트-코팅 기판 사이의 간격이 미국 특허 제8,841,046호의 교시에 따라야 하는 것을 제외하고는, 제1 실시예에서 채용된 것과 실질적으로 동일할 수도 있다. 예를 들어, 마스크 내의 패턴이 600 nm 주기를 갖는 격자이면, 간극은 고정 이미지가 포토레지스트에 형성되게 ≥ 1.44 mm로 조정되어야 한다. 2개 이상의 서브-노광은 서브-노광이 중첩하는 영역을 가로지르는 것을 포함하여 기판 상에 균일한 패턴을 인쇄하기 위해 선형 또는 다른 프로파일을 갖는 저하 영역의 중첩으로 수행될 수도 있다.
다른 실시예에서, 각각의 노광은 양 평면에서 시준되고 대신에 각각의 서브-노광 중에 마스크 상에 고정되는 광의 직사각형 또는 정사각형 단면 노광빔을 사용하여 수행된다. 이들 실시예에서, 아포다이제이션 필터는 빔의 모든 4개의 에지에서 강도 분포의 규정 상보적 저하를 생성하고, 빔은 상이한 서브-노광에서 인쇄된 패턴이 중첩 영역을 가로질러 높은 균일성을 갖는 복합 패턴을 생성하기 위해 x-방향 및 y-방향 에지의 모두를 따라 중첩하도록 상이한 서브-노광 사이에서 x 및/또는 y 방향에서 마스크 및 기판에 대해 스텝핑된다. 각각의 서브-노광은 상기의 이전의 실시예의 교시에 기초하여 레이저 소스의 적절한 선택 및 조명 광학계의 선택에 의해 임의의 DTL, ATL 또는 등가의 방법을 사용하여 수행될 수도 있다.
다른 실시예에서, 신장된 조명 빔 및 신장된 마스크는 미국 특허 제9,182,672호의 교시에 따라 인쇄되도록 기판을 가로질러 함께 스캐닝된다. 마스크의 길이보다 더 넓은 면적의 패턴을 인쇄하기 위해, 제어된 강도 저하를 갖는 신장된 빔의 단부에서의 영역이 균일한 복합 패턴을 인쇄하기 위해 연속적인 서브-노광 사이에서 중첩하도록, 마스크 및 조명 빔이 연속적인 서브-노광 사이에서 마스크 및 빔 신장의 방향으로 스텝핑되는 상태로 2개 이상의 서브-노광이 수행된다. 연속 노광 사이의 마스크 스텝핑은, 중첩 영역에 인쇄된 중첩 격자의 라인 및 공간이 원하는 균일한 격자를 형성하기 위해 정확하게 정렬되도록 충분히 정확하게 수행된다.

Claims (15)

  1. 기판 상의 감광층 내에 선형 특징부의 원하는 균일한 주기적 패턴을 인쇄하기 위한 방법이며,
    a) 제1 방향에 평행하고 원하는 패턴의 2배인 주기를 갖는 선형 특징부의 마스크 패턴을 갖는 마스크를 제공하는 단계;
    b) 기판을 마스크에 평행하게 그리고 마스크 패턴으로부터의 간격을 갖고 배열하는 단계;
    c) 신장 방향에 직교하고 제1 방향에 평행한 평면에서 입사각의 범위를 갖는 신장된 빔의 광이 마스크를 조명하도록, 그리고 신장 방향에 평행한 평면에서 신장된 빔의 광이 시준되고 증분 거리당 파워가 저하 거리에 걸친 제1 프로파일 및 저하 거리에 걸친 제2 프로파일의 각각에 따라 0으로 저하하는 신장된 빔의 2개의 단부에서를 제외하고는 균일한 신장된 빔의 길이를 따른 증분 거리당 파워를 갖도록, 단색광의 신장된 빔을 발생하여 이를 마스크로 지향시키는 단계로서, 각도의 범위는, 마스크에 의해 회절된 광이 마스크의 평면에 직교하는 방향에서 균일한 강도 분포를 기판에 형성하도록 광의 파장, 마스크와 기판의 간격 및 마스크 패턴의 주기와 관련하여 선택되는, 빔 발생 및 지향 단계;
    d) 기판 상에 원하는 패턴의 제1 부분을 인쇄하기 위해 상기 마스크 패턴의 제1 부분을 가로질러 제1 방향에 평행한 방향에서 제1 서브-노광에서 상기 신장된 빔을 스캐닝하는 단계;
    e) 마스크 패턴의 제1 및 제2 부분이 저하 거리만큼 중첩되도록, 그리고 제1 부분과 제2 부분이 중첩하는 마스크 패턴의 영역에서 신장 방향에 평행한 평면에서 빔의 입사각이 제1 및 제2 서브-노광에서 동일하도록, 빔 신장의 방향에서 마스크 패턴의 제1 부분으로부터 오프셋된 상기 마스크 패턴의 제2 부분을 가로질러 제1 방향에 평행한 방향으로 제2 서브-노광에서 상기 신장된 빔을 스캐닝하는 단계를 포함하고;
    제1 및 제2 프로파일은 프로파일이 제1 및 제2 서브-노광에서 중첩되는 저하 거리를 가로지르는 2개의 프로파일의 합계가 증분 거리당 균일한 파워를 생성하도록 선택되는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 프로파일은 모두 선형이거나 모두 코사인형인, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 신장된 빔을 발생하는 단계는 신장된 빔의 길이보다 큰 입사 신장된 빔의 길이를 따라 증분 거리당 균일한 파워로 입사 신장된 빔에 가변-투과 아포다이제이션 필터를 개재하는 단계를 포함하고, 아포다이제이션 필터에 의해 투과된 신장된 빔의 2개의 단부에서 제1 및 제2 프로파일에 따른 증분 거리당 파워의 저하는 투명 기판 상의 부분 흡수층의 두께의 변동에 의해 생성되는, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 신장된 빔을 발생하는 단계는 신장된 빔의 길이보다 큰 입사 신장된 빔의 길이를 따라 증분 거리당 균일한 파워를 갖는 입사 신장된 빔에 하프톤 마스크 아포다이제이션 필터를 개재하는 단계를 포함하고, 아포다이제이션 필터에 의해 투과된 신장된 빔의 각각의 단부에서 증분 거리당 파워의 저하는, 복수의 어퍼처가 빔의 폭을 교차하도록 그 주기가 신장된 빔의 폭보다 실질적으로 작은 아포다이제이션 필터의 주기적인 일련의 어퍼처에 의해 생성되고, 어퍼처의 형상은 빔 신장의 방향에서 저하 영역을 가로지르는 특정 거리에서 일련의 어퍼처의 평균 투과율이 선택된 제1 또는 제2 프로파일에 따라 특정 거리에 따라 변경되도록 설계되는, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 신장된 빔을 발생하는 단계는 신장된 빔의 길이보다 큰 입사 신장된 빔의 길이를 따라 증분 거리당 균일한 파워를 갖는 입사 신장된 빔에 0차 하프톤 마스크를 개재하는 단계를 포함하고, 하프톤 마스크에 의해 투과된 신장된 빔의 각각의 단부에서 증분 거리당 파워의 저하는, 그 듀티 사이클 및/또는 충전율이 각각의 격자를 가로질러 변경되고 하프톤 마스크에 의해 투과된 1차 및 더 고차 회절 차수가 선형 특징부의 패턴을 조명하기 전에 차단될 수 있는 이러한 큰 각도로 회절되도록 그 주기가 선택되는 하나 또는 복수의 선형 격자에 의해 생성되는, 방법.
  6. 제1항에 있어서, 신장된 빔을 발생하는 단계는 투과된 신장된 빔의 각각의 단부에서 증분 거리당 파워의 저하를 발생하기 위해 주기를 갖는 하나 또는 복수의 선형 격자를 포함하는 0차 하프톤 마스크 또는 주기적인 일련의 어퍼처를 포함하는 하프톤 마스크 아포다이제이션 필터를 개재하는 단계, 및 제1 및 제2 서브-노광 중에 각각의 어퍼처 또는 격자의 주기성의 방향에서 0차 하프톤 마스크 또는 하프톤 마스크 아포다이제이션 필터를 변위시키는 단계를 포함하는, 방법.
  7. 제1항에 있어서, 신장된 빔의 각각의 단부에서 증분 거리당 파워의 저하를 발생하는 것은 신장된 빔의 각각의 단부에서 직선형 에지를 갖는 불투명 어퍼처의 병진 진동에 의해 생성되고, 각각의 어퍼처의 진동 모션의 프로파일은 증분 거리당 파워의 저하의 각각의 제1 또는 제2 프로파일을 생성하는, 방법.
  8. 제1항에 있어서, 신장된 빔의 각각의 단부에서 증분 거리당 파워의 저하를 생성하는 것은, 반경이 그 초기값으로 다시 즉시 되돌아가거나 그 초기값으로 선형적으로 다시 복귀하는 각도를 제외하고는, 그 회전축으로부터 어퍼처의 에지의 반경이 회전 각도 증가에 따라 선형 방식으로 변경되는 축을 중심으로 하는 어퍼처의 회전에 의해 생성되는, 방법.
  9. 제1항에 있어서, 제2 신장된 빔을 발생하고 이를 마스크로 지향하는 단계, 및 대신에 제2 서브-노광에서 이 제2 신장된 빔을 제1 서브-노광의 신장된 빔의 스캐닝과 동시에 또는 순차적으로 스캐닝하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  10. 기판 상의 감광층 내에 선형 특징부의 원하는 균일한 주기적 패턴 또는 2차원 주기적 패턴을 인쇄하기 위한 방법이며,
    a) 제1 방향에 평행하고 원하는 패턴의 2배인 주기를 갖는 선형 특징부의 마스크 패턴을 갖는 마스크를 제공하는 단계;
    b) 기판을 마스크에 평행하게 그리고 마스크 패턴으로부터의 간격을 갖고 배열하는 단계;
    c) 신장된 빔의 광이 수직 입사로 마스크를 조명하고 증분 거리당 파워가 저하 거리에 걸친 제1 프로파일 및 저하 거리에 걸친 제2 프로파일의 각각에 따라 0으로 저하하는 신장된 빔의 2개의 단부에서를 제외하고는 균일한 신장된 빔의 길이를 따른 증분 거리당 파워를 갖도록, 시준된 단색광의 신장된 빔을 발생하여 이를 마스크로 지향시키는 단계;
    d) 마스크와 기판 사이의 간격을 변경하면서 기판 상에 원하는 격자의 제1 부분을 인쇄하기 위해 상기 마스크 패턴의 제1 부분을 가로질러 제1 방향에 평행한 방향으로 제1 서브-노광에서 상기 신장된 빔을 스캐닝하는 단계;
    e) 마스크 패턴의 제1 및 제2 부분이 저하 거리만큼 중첩되도록, 그리고 제1 부분과 제2 부분이 중첩하는 마스크 패턴의 영역에서 신장 방향에 평행한 평면에서 빔의 입사각이 제1 및 제2 서브-노광에서 동일하도록, 마스크와 기판 사이의 간격을 변경하면서, 빔 신장의 방향에서 마스크 패턴의 제1 부분으로부터 오프셋된 상기 마스크 패턴의 제2 부분을 가로질러 제1 방향에 평행한 방향으로 제2 서브-노광에서 상기 신장된 빔을 스캐닝하는 단계를 포함하고;
    제1 및 제2 프로파일은 프로파일이 제1 및 제2 서브-노광에서 중첩되는 저하 거리를 가로지르는 2개의 프로파일의 합계가 증분당 균일한 파워를 생성하도록 선택되고;
    마스크와 기판의 간격을 변경하는 속도는 각각의 서브-노광에서 인쇄된 패턴이 변위 탈봇 리소그래피를 사용하여 형성되도록 신장된 빔의 스캐닝의 속도와 관련하여 배열되는, 방법.
  11. 기판 상의 감광층 내에 선형 특징부의 원하는 균일한 패턴 또는 2차원 주기적 패턴을 인쇄하기 위한 방법이며,
    a) 제1 방향에 평행하고 원하는 패턴의 2배인 주기를 갖는 선형 특징부의 마스크 패턴을 갖는 마스크를 제공하는 단계;
    b) 기판을 마스크에 평행하게 그리고 마스크 패턴으로부터의 간극을 갖고 배열하는 단계;
    c) 신장된 빔의 광이 수직 입사로 마스크를 조명하고 증분 거리당 파워가 저하 거리에 걸친 제1 프로파일 및 저하 거리에 걸친 제2 프로파일의 각각에 따라 0으로 저하하는 신장된 빔의 2개의 단부에서를 제외하고는 균일한 신장된 빔의 길이를 따른 증분 거리당 파워를 갖도록, 스펙트럼 대역폭을 갖는 시준된 광의 신장된 빔을 발생하여 이를 마스크로 지향시키는 단계;
    d) 마스크와 기판 사이의 간격을 변경하면서 기판 상에 원하는 격자의 제1 부분을 인쇄하기 위해 상기 마스크 패턴의 제1 부분을 가로질러 제1 방향에 평행한 방향으로 제1 서브-노광에서 상기 신장된 빔을 스캐닝하는 단계;
    e) 마스크 패턴의 제1 및 제2 부분이 저하 거리만큼 중첩되도록, 그리고 제1 부분과 제2 부분이 중첩하는 마스크 패턴의 영역에서 신장 방향에 평행한 평면에서 빔의 입사각이 제1 및 제2 서브-노광에서 동일하도록, 마스크와 기판 사이의 간격을 변경하면서, 빔 신장의 방향에서 마스크 패턴의 제1 부분으로부터 오프셋된 상기 마스크 패턴의 제2 부분을 가로질러 제1 방향에 평행한 방향으로 제2 서브-노광에서 상기 신장된 빔을 스캐닝하는 단계를 포함하고;
    제1 및 제2 프로파일은 프로파일이 제1 및 제2 서브-노광에서 저하 거리만큼 중첩되는 마스크 패턴의 영역을 가로지르는 2개의 프로파일의 합계가 증분 거리당 균일한 파워를 생성하도록 선택되고;
    간극은 각각의 서브-노광에서 인쇄된 패턴이 무색 탈봇 리소그래피를 사용하여 형성되도록 조명의 스펙트럼 대역폭과 관련하여 선택되는, 방법.
  12. 감광층 내에 선형 특징부의 원하는 주기적 패턴을 인쇄하기 위한 시스템이며,
    a) 제1 방향에 평행하고 원하는 패턴의 2배인 주기를 갖는 선형 특징부의 마스크 패턴을 갖는 마스크;
    b) 감광층을 마스크에 평행하게 그리고 마스크 패턴으로부터의 간격을 갖고 배열하기 위한 수단;
    c) 신장 방향에 직교하고 제1 방향에 평행한 평면에서 입사각의 범위를 갖는 신장된 빔의 광이 마스크를 조명하도록, 그리고 신장 방향에 평행한 평면에서 신장된 빔의 광이 양호하게 시준되고 증분 거리당 파워가 저하 거리에 걸친 제1 프로파일 및 저하 거리에 걸친 제2 프로파일의 각각에 따라 0으로 저하하는 빔의 2개의 단부에서를 제외하고는 신장된 빔의 길이를 따른 증분 거리당 균일한 파워를 갖도록, 광의 신장된 빔을 발생하여 이를 마스크로 지향시키기 위한 수단으로서, 각도의 범위는, 마스크에 의해 회절된 광이 마스크의 평면에 직교하는 방향에서 균일한 강도 분포를 기판에 형성하도록 광의 파장, 마스크와 기판의 간격 및 마스크 격자의 주기와 관련하여 선택되는, 빔 발생 및 지향 수단;
    d) 기판 상에 원하는 격자의 제1 부분을 인쇄하기 위해 상기 마스크 패턴의 제1 부분을 가로질러 제1 방향에 평행한 방향에서 제1 서브-노광에서 상기 신장된 빔을 스캐닝하기 위한 수단;
    e) 마스크 패턴의 제1 및 제2 부분이 저하 거리만큼 중첩되도록, 그리고 제1 부분과 제2 부분이 중첩하는 마스크 패턴의 영역에서 신장 방향에 평행한 평면에서 빔의 입사각이 원하는 격자의 제1 부분과 중첩하는 원하는 격자의 제2 부분을 인쇄하기 위해 제1 서브-노광에서 동일하도록, 빔 신장의 방향에서 제1 부분으로부터 오프셋된 상기 마스크 패턴의 제2 부분을 가로질러 제1 방향에 평행한 방향으로 제2 서브-노광에서 상기 신장된 빔을 스캐닝하기 위한 수단을 포함하고;
    제1 및 제2 프로파일은 프로파일이 제1 및 제2 서브-노광에서 저하 거리만큼 중첩되는 마스크 패턴의 영역을 가로지르는 2개의 프로파일의 합계가 증분 거리당 균일한 파워를 생성하도록 선택되는, 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 발생 수단은 신장된 빔의 길이보다 긴 입사 신장된 빔의 길이를 따라 증분 거리당 균일한 파워로 입사 신장된 빔에 개재된 가변-투과 아포다이제이션 필터를 포함하고, 아포다이제이션 필터에 의해 투과된 신장된 빔의 2개의 단부에서 제1 및 제2 프로파일에 따른 증분 거리당 파워의 저하는 투명 기판 상의 부분 흡수층의 두께의 변동에 의해 생성되는, 시스템.
  14. 제12항에 있어서, 상기 발생 수단은 신장된 빔의 길이보다 긴 입사 신장된 빔의 길이를 따라 증분 거리당 균일한 파워를 갖는 입사 신장된 빔에 개재된 하프톤 마스크 아포다이제이션 필터를 포함하고, 아포다이제이션 필터에 의해 투과된 신장된 빔의 각각의 단부에서 증분 거리당 파워의 저하는, 복수의 어퍼처가 빔을 교차하도록 그 주기가 신장된 빔의 폭보다 실질적으로 작은 아포다이제이션 필터 상의 주기적인 일련의 어퍼처에 의해 생성되고, 어퍼처의 형상은 빔 신장의 방향에서 저하 영역을 가로지르는 특정 거리에서 일련의 어퍼처의 평균 투과율이 선택된 제1 또는 제2 프로파일에 따라 특정 거리에 따라 변경되도록 설계되는, 시스템.
  15. 제12항에 있어서, 상기 발생 수단은 신장된 빔의 길이보다 긴 입사 신장된 빔의 길이를 따라 증분 거리당 균일한 파워를 갖는 입사 신장된 빔에 개재된 0차 하프톤 마스크를 포함하고, 하프톤 마스크에 의해 투과된 신장된 빔의 각각의 단부에서 증분 거리당 파워의 저하는, 그 듀티 사이클 및/또는 충전율이 각각의 격자를 따라 변경되고 하프톤 마스크에 의해 투과된 1차 및 더 고차 회절 차수가 선형 특징부의 패턴을 조명하기 전에 차단될 수 있는 이러한 큰 각도로 회절되도록 그 주기가 선택되는 격자의 어레이에 의해 생성되는, 시스템.
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