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KR100846185B1 - 기판, 기판 노광 방법, 기계 판독가능한 매체 - Google Patents

기판, 기판 노광 방법, 기계 판독가능한 매체 Download PDF

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Publication number
KR100846185B1
KR100846185B1 KR1020060092863A KR20060092863A KR100846185B1 KR 100846185 B1 KR100846185 B1 KR 100846185B1 KR 1020060092863 A KR1020060092863 A KR 1020060092863A KR 20060092863 A KR20060092863 A KR 20060092863A KR 100846185 B1 KR100846185 B1 KR 100846185B1
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KR
South Korea
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pattern
radiation
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Inventor
알렉 치-헹 첸
Original Assignee
에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Publication date
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Abstract

본 명세서에서는, 리소그래피 시스템에서의 이미지 분해능을 증대시키기 위한 이중 노광 방법이 제시된다. 본 발명은 기판 상에 프린트될 원하는 패턴을 리소그래피 시스템에 의해 광학적으로 분해될 수 있는 2 이상의 구성 서브 패턴으로 해체하는 단계, 원하는 밀집 라인들로 패터닝될 타겟 층의 최상부 상에 있는 제 1 포지티브 톤 레지스트 층과 비교적 얇은 제 2 포티지브 톤 레지스트 층으로 기판을 코팅하는 단계를 포함한다. 제 1 레지스트 층과 연계된 에너지-대-클리어 노광 도즈의 비율 이상의 노광 도즈로의, 제 2 레지스트재 층의 노광된 부분들 밑에 있는 제 1 레지스트재의 전체 또는 일부의 노광을 방지하기 위해, 제 2 레지스트재는 제 1 패터닝 노광 동안과, 현상 이후의 제 2 패터닝 노광 동안에 노광 방사선을 흡수한다.

Description

기판, 기판 노광 방법, 기계 판독가능한 매체{SUBSTRATE, METHOD OF EXPOSING A SUBSTRATE, MACHINE READABLE MEDIUM}
이하 대응하는 참조 부호들이 대응하는 부분들을 나타내는 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다:
도 1은 타겟 층과 2 개의 레지스트 층이 제공되어, 상기 방법으로 사용되기 위해 준비된 기판을 예시하는 도면;
도 2는 리소그래피 분해능을 넘는 밀집 라인 패턴(dense line pattern)을 각각 리소그래피 분해능 내에 있는 2 개의 반(semi) 밀집 라인 패턴들로 분해시킨 상태(decomposition)를 예시하는 도면;
도 3은 본 발명에 따른 반 밀집 다크 라인(dark line)들과 밝은 공간(bright space)들을 나타내는 제 1 방사선 패턴으로의 제 1 노광을 예시하는 도면;
도 4는 제 1 노광의 효과 및 후속한 레지스트의 현상을 예시하는 도면;
도 5는 본 발명에 따른, 제 1 방사선 패턴에 대해 교착(interlace)된 위치에서의, 반 밀집 다크 라인들과 밝은 공간들을 나타내는 방사선 패턴으로의 제 2 노광을 예시하는 도면;
도 6은 본 발명에 따른, 라인들과 공간들의 원하는 밀집 패턴에 따른 레지스트 마스크를 나타내는 도면;
도 7은 본 발명에 따른 리소그래피 클러스터(cluster)를 예시하는 도면;
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시하는 도면; 및
도 9는 본 발명에 따른 이중 노광 방법(double exposure method)의 흐름도이다.
본 발명은, 일반적으로 반도체 기판을 노광하기 위한 포토리소그래피 및 연계된 방법과 장치에 관한 것이다. 더 상세히 말하면, 본 발명은 기판 상에 레지스트재(resist material)의 밀집 피처(dense feature)들의 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.
리소그래피 노광 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조시에 사용될 수 있다. 이러한 경우, 패터닝 디바이스가 IC의 개별 층에 대응하는 회로 패턴을 생성하는데 사용될 수 있다. 포토리소그래피에서는, 레지스트 내에 원하는 패턴을 이미징하기 위하여, 빔이 패터닝 디바이스를 가로지름으로써 방사선 빔이 패터닝되며, 리소그래피 장치의 투영 시스템에 의해, 광활성 레지스트(photo-activated resist)(즉, 포토레지스트)재 층으로 코팅되었던 기판(실리콘 웨이퍼) 상의 (예를 들어, 1 이상의 다이를 포함하는) 타겟부 상으로 투영된다. 일반적으로, 단일 웨이퍼는 투영 시스템을 통해 차례로 연속하여 조사되는 인접한 타겟부들의 전체 네트워크를 포함할 것이다.
반도체 산업에서, 웨이퍼 기판 상에 더 작은 패턴과 피처를 갖는 더 작은 반도체 디바이스에 대한 지속적인 요구는, 리소그래피 노광 장치에 의해 달성될 수 있는 광학 분해능의 한계를 헤쳐 나아가고 있다. 일반적으로, 리소그래피 노광 장치에 의해 광학적으로 분해될 수 있는 웨이퍼 기판 상에 노광된 패턴의 반복가능한 피처의 최소 크기(예를 들어, "하프-피치(half-pitch)")는, (패터닝된) 방사선 투영 빔 및 투영 시스템의 특성(attribute)에 의존한다. 특히, 하프-피치 피처 크기를 위한 광학 분해능은 레일리 분해 방정식(Rayleigh resolution equation)의 단순화된 형태를 이용함으로써 도출될 수 있다:
p 0 .5 = k 1ㆍλ / ＮＡ, k 1 ≥ 0.25
여기서: p 0 .5는 nm로 반복가능한 피처 크기(예를 들어, "하프-피처")를 나타내고;
ＮＡ는 투영 시스템의 개구수(numerical aperture)를 나타내며;
λ는 nm로 투영 빔의 파장을 나타내고;
k 1은 하프-피치 피처 크기에 대한 달성가능한 광학 분해능 한계를 나타내는 인자이다.
앞서 지적한 바와 같이, k 1에 대한 이론적인 광학 분해능의 하프-피치 하한(theoretical optical resolution half-pitch lower limit)은 0.25이다. k 1 = 0.25 장벽(barrier)에 접근하도록 시도하여, 더 짧은 파장 및/또는 더 높은 개구수를 채택함에 따라, k 1 ≥ 0.25인 상태를 유지하면서 더 작은 피처들을 생산할 수 있는 고가의 기술들을 개발하기 위해, 상당한 노력들이 지향되었다. 하지만, 이 기술들은 k 1 = 0.25 장벽을 우회(circumvent)하여 k 1 < 0.25인 k 1의 효과적인 값들에 도달하게 할 수는 없다.
밀집 라인들 및 공간들의 패턴을 프린트하기 위해(즉, 에칭 스톱(etch stop)의 역할을 하고 에칭될 타겟층들의 표면으로부터 돌출(protrude)하는, 하드 마스크 재료의 라인들 사이에, 공간들을 제공하기 위해), 라인들이 피치 p에 생기는 경우에 2 중 노광 리소그래피 공정을 적용함으로써 k 1 = 0.25 장벽을 우회할 수 있음이 이미 알려져 있으며, 그에 의해 프린트될 밀집 라인들 및 공간들의 원하는 패턴은 리소그래피 시스템에 의해 광학적으로 분해될(resolved) 수 있는 (피치 2p에 배치된) 트렌치(trench)들의 2 개의 구성 서브 패턴(constituent sub-pattern)으로 분해(decompose)된다. Si 웨이퍼는 하드 마스크의 역할을 하는 SiO2 필름으로 코팅되며, SiO2 필름은 네가티브 톤 포토레지스트재 층(negative tone photoresist material layer)으로 코팅된다. 밝은 배경에서 트렌치들이 피치 2p에 배치된 다크 라인(dark line)들로 나타나는 이미지를 노광하고, 후속하여 레지스트재를 현상함으로써, 피치 2p의 트렌치들을 포함한 제 1 레지스트 마스크가 SiO2 필름 상에 제공된다. SiO2 필름의 후속한 에칭과 레지스트의 제거(stripping)에 의해, 트렌치의 제 1 서브 패턴이 SiO2 필름으로 전사(transfer)된다. 그 다음, 트렌치의 제 2 서브 패턴을 이용하여, 네가티브 톤 레지스트재를 도포, 노광, 현상 및 에칭하는 공정이 반복되며, 이는 하프-피치 간격(distance)으로 오프셋된 트렌치의 제 1 서브 패턴에 대응하여, 앞서 정의된 트렌치들 사이에 새로운 트렌치들을 교착(interlace)시킬 수 있다. 결과적으로, 제 1 및 제 2 서브 패턴 이미지들은 타겟층 상의 SiO2 필름 내에 원하는 패턴을 생성하도록 조합되며, 그로 인한 트렌치들은 라인들 사이의 공간들이다. 여기서, 하드 마스크로 원하는 최종 패턴을 전사하기 위한 2 개의 에칭 단계에 대한 요구는, 추가 비용으로 추가 에칭 능력(etch capacity)을 제공하지 않는 경우, 단일 노광 공정에 대한 리소그래피 공정의 스루풋(throughput)을 감소시킨다.
본 발명의 실시예들은 리소그래피 다수 노광 공정을 개선하는데 사용될 수 있다. 본 명세서에서 실시되고 폭넓게 설명되는 바와 같이, 리소그래피 시스템에서의 이미지 분해능의 증대(enhancement)를 위해 본 발명의 원리들과 일치하는 방법들이 제공된다.
리소그래피 공정을 이용하여 패터닝되기 위해 구성되고 배치된 기판이 제공되며, 상기 기판은 방사선에 노광되고, 전체 또는 부분적으로 기판 위에 놓이는(overlie) 제 1 포지티브 톤 레지스트의 제 1 층, 및 전체 또는 부분적으로 제 1 층 위에 놓이고 방사선에 대해 사전선택된 흡광도(absorbance)를 갖는 제 2 포지티 브 톤 현상가능한 재료의 제 2 층을 포함하며, 상기 흡광도는 제 2 층의 방사선에 대해 노광시, 제 1 층과 연계(associate)된 에너지-대-클리어(energy-to-clear) 노광 도즈의 비율(fraction)을 초과하는 노광 도즈에 대해, 제 2 포지티브 톤 현상가능한 재료 밑의 제 1 포지티브 톤 레지스트의 전체 또는 일부의 노광을 방지하도록, 또한 제 2 층의 실질적으로 완전한 광활성화(photoactivation)를 제공하도록 조정(arrange)된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 패터닝 디바이스를 가로질러 방사선으로 기판을 노광하는 단계를 포함하여, 기판 상에 레지스트재의 밀집 피처들의 패턴을 형성하는 방법이 제공되며, 상기 기판은 전체 또는 부분적으로 기판 위에 놓이는 제 1 포지티브 톤 레지스트의 제 1 층을 포함하고, 상기 방법은: 제 1 층의 흡광도보다 높은 흡광도를 갖는 제 2 포지티브 톤 현상가능한 재료의 제 2 층을 제 1 층에 제공하는 단계, 패턴 내에서 밝은 배경의 다크 피처들에 대응하는 반(semi) 밀집 피처들의 교착된 패턴들을 확인(identify)하는 단계, 연계된 제 1 및 제 2 방사선 패턴 각각에 대응하는 제 1 및 제 2 패턴으로 상기 패턴을 분할(split)하는 단계, 제 1 방사선 패턴으로 제 2 층을 노광하는 단계, 제 1 레지스트재의 덮이지 않은 영역들로 분리하여, 제 1 층으로부터 돌출한 피처들의 패턴을 제공하기 위해, 제 2 포지티브 톤 현상가능한 재료를 현상하는 단계, 덮이지 않은 제 1 레지스트 층 및 돌출한 피처들을 제 2 방사선 패턴으로 노광하여, 다크 피처들이 돌출한 피처들에 대해 교착된 관계로 위치되는 단계, 및 밀집 피처들의 패턴을 제공하기 위해 제 1 레지스트재를 현상하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 위에서 설명한 방법은 노광시에, 제 1 층과 연계된 에너지-대-클리어 노광 도즈의 비율을 초과하는 노광 도즈에 대해, 제 2 포지티브 톤 현상가능한 재료 밑의 제 1 포지티브 톤 레지스트의 전체 또는 일부의 노광을 방지하도록, 또한 제 2 층의 실질적으로 완전한 광활성화를 제공하도록 흡광도를 조정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 패터닝된 방사선을 이용하고, 제 1 서브 패턴 및 제 2 서브 패턴을 포함하는 원하는 패턴을 이용하여, 리소그래피로 패터닝되기 위해 구성되고 배치된 타겟층을 갖고, 전체 또는 부분적으로 타겟층 위에 놓이는 포지티브 톤 레지스트재의 제 1 층을 갖는 기판을 스핀-코팅 디바이스에 제공하는 단계, 제 1 층 상에 배치(dispose)될 포지티브 톤 현상가능한 재료의 제 2 층의 흡광도를 결정하기 위한 데이터를 얻는 단계, 상기 데이터에 기초하고 포지티브 톤 현상가능한 재료의 노광된 부분들 밑에 있는 포지티브 톤 레지스트재의 전체 또는 일부의, 에너지-대-클리어 노광 도즈 이상으로의 노광을 방지하는 흡광도에 따라 제 2 층의 두께를 결정하는 단계, 결정된 두께에 기초하여 스핀-코팅 디바이스에 대한 세팅들을 결정하는 단계, 세팅들을 적용하고 제 1 층에 제 2 층을 제공하는 단계, 제 1 서브 패턴에 따른 방사선의 제 1 패턴으로 기판을 노광하는 단계, 포지티브 톤 현상가능한 재료를 현상하는 단계, 제 2 서브 패턴에 따른 방사선의 제 2 패턴으로 기판을 노광하는 단계, 및 포지티브 톤 레지스트를 현상하는 단계를 포함하는 노광 방법에 따라 기판을 패터닝하기 위한, 기계 실행가능한 명령어(machine executable instruction)들로 인코딩된 기계 판독가능한 매체가 제공된 다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 리소그래피 노광 장치, 현상가능한 재료층을 기판에 제공할 수 있는 스핀-코팅 디바이스, 및 리소그래피 노광 장치와 스핀-코팅 디바이스를 제어하여 본 발명의 방법을 실행하도록 배치되는 제어 디바이스를 포함하는 리소그래피 시스템이 제공된다.
위에서 설명한 바와 같이, 이중 노광 공정을 이용하여 라인들을 프린트하기 위한 0.25의 이론적인 하프-피치 하한(k 1 )을 우회하여 더 미세한 광학 분해능을 달성하기 위한 지속적인 요구가 존재하고, 그로 인하여 2 개의 노광 사이의 중간 에칭 단계의 사용을 회피하는 것은 중요한 장점을 제공할 것이다.
아래에서 더 상세하게 설명되듯이, 본 발명은 듀얼 노광 기술을 구현함으로써, 하프-피치 하한인 하프 피치(p 0 .5 = k 1ㆍλ / ＮＡ, 여기서 k 1 ≥ 0.25)보다 더 낮은 분해능을 달성함에 따라 k 1 = 0.25 장벽을 우회하며, 사용예는 패터닝된 후에 에칭 마스크(etch mask)로서 기능하도록 사용하기 위한 제 1 레지스트 층, 및 실질적으로 노광 방사선을 흡수하고 에칭 마스크로서 기능하도록 요구되는 것보다 얇은 두께를 갖는 제 2 레지스트 층을 포함하여 특별하게 설계된 샌드위치 포토레지스트 구조체(sandwich photoresist structure)를 구성한다. 또한, 본 발명은 그 피처들을 프린트하기 위한 포지티브 톤 레지스트의 한정된 사용(exclusive use)을 가능하게 하며, 포지티브 톤 레지스트의 사용이 네거티브 톤 레지스트의 사용보다 바람직 하다. 이러한 피처들의 예시로는 밀집, 반 밀집 및 격리된(isolated) 라인이 있다.
집적 회로(IC)의 제조시 리소그래피 노광 장치가 사용되며, 그 경우 마스크("레티클")와 같은 패터닝 디바이스는 IC의 개별 층에 대응하는 회로 패턴을 생성한다. 포토리소그래피에서, 방사선 빔은 레티클을 가로질러, 예를 들어 레티클의 투명한 표면 상의 광-흡수 패턴 피처(예를 들어, 크롬 층)로서 구현된 마스크 패턴에 의해 패터닝된다. 후속하여, 패터닝된 방사선 빔은 리소그래피 장치의 투영 시스템에 의해, 포토레지스트재 층으로 코팅된 (예를 들어, 실리콘 웨이퍼와 같은) 기판 상의 (1 이상의 다이를 포함하는) 타겟부 상으로 투영된다. 마스크 패턴의 이미지는 투영 시스템에 의해 형성되며, 상기 이미지로 레지스트재가 노광된다. 노광된 레지스트의 현상 이후에, 레지스트 피처의 원하는 패턴이 얻어지며, 이는 이어서 원하는 패턴을 레지스트 층 밑의 타겟 층으로 전사하기 위한 에칭 마스크로서 사용될 수 있다.
일반적으로, 단일 웨이퍼는 투영 시스템을 통해, 한번에 연속하여 조사되는 인접한 타겟부들의 전체 네트워크를 포함할 것이다.
웨이퍼 레벨에서 마스크 패턴의 투영된 이미지는, 노광된 영역들인 밝은 패턴 및 이상적으로는 노광되지 않지만, 실제로는 실질적으로 노광되지 않은 영역들인 다크 패턴을 제공한다. 노광 방사선을 향하는 레지스트재 층은 이러한 방사선 패턴으로 노광되며, 밝은 영역들에서는 방사선으로의 노광으로 인해 레지스트 내의 광활성 화합물(photo active compound)이 레지스트의 현상제(일반적으로, 레지스트 현상제는 염기성 수용액임)의 용해도(solubility)를 변화시킨다. 포지티브 톤 레지 스트 내에서 불용성으로부터 가용성으로의 (또한, 네거티브 톤 레지스트 내에서 가용성으로부터 불용성으로의) 이러한 용해도의 변화는, 레지스트 층의 전체 두께에 걸쳐 소위 에너지-대-클리어인, 이하에서 E0로 표기된 노광 도즈의 임계값에서 일어난다.
밀집 피처들의 프린트가능한 하프 피치를 감소시키기 위하여, 노광하기 위해 사용되는 방사선의 파장은 (수학식 1에 따라) 가능한 한 작게 선택된다. 일반적으로, 투영 리소그래피에 사용되는 방사선 소스는 방사선에 각각 365 nm, 248 nm 및 193 nm의 파장에서 스펙트럼 피크를 제공하는 i-라인 방사선 방출 수은 아크 램프(i-line radiation emitting mercury arc lamp), KrF 엑시머 레이저(excimer laser) 및 ArF 엑시머 레이저이다.
레지스트재 층 내에서의 노광 방사선의 여하한의 실질적인 흡수는, 방사선이 레지스트재 층의 전체 두께에 걸쳐 레지스트재의 광활성 화합물을 활성화하는 것을 방지하기 때문에, 더 짧은 파장에서 작동하는 방사선 소스들의 도입과 함께, 이 방사선 파장들 각각에 대해 노광에 사용될 방사선의 파장에서 실질적으로 흡수하지 않는 레지스트들이 현상되어야 한다. 종래의 리소그래피에서 레지스트 층 두께는, 요구되는 에칭 저항성을 위해 필요한 최소 두께를 초과한다. 하지만, 예를 들어 포지티브 톤 레지스트재가 사용되는 경우, 노광 방사선의 매우 높은 흡수는 노광된 영역의 불충분한 현상을 초래하여, 레지스트의 현상 이후 이 영역에 노광되지 않은 잔여 레지스트재를 남게 할 수 있다. 따라서, 에칭 마스크로서 사용될 레지스트 층 에 대한 매우 높은 흡광도의 문제는 레지스트재 층의 두께를 감소시키는 것만으로는 해결될 수 없다. 결과적으로, 수은 아크 램프의 i-라인 방사선 또는 KrF 엑시머 레이저와 ArF 엑시머 레이저 각각의 극자외(DUV) 방사선을 이용하여, 패턴 이미지로 레지스트를 노광하는 것에 기초한 리소그래피 공정을 이용한 사용예에 대해, 각각 실질적으로 흡수하지 않는 레지스트들이 현상된다. i-라인 리소그래피에 대해, 다이아조나프토퀴논(diazonaphthoquinone)이 기초된 레지스트재가 통상적으로 사용된다. 이 레지스트재들은, 에칭 저항성을 위한 충분한 두께의 다이아조나프토퀴논이 기초된 레지스트재의 층 내에, 248 nm 파장의 방사선이 강하게 흡수되기 때문에, KrF 리소그래피와 사용될 수 없다. KrF 리소그래피로의 변이를 이용하여, 248 nm 파장에서 리소그래피 장치가 사용되도록, 화학적으로 증폭된 레지스트가 사용되기 시작한다. 화학적으로 증폭된 레지스트재는 248 nm 방사선에 대해 충분히 낮은 흡광도의 특징을 이룬다. 일반적으로, 종래의 KrF 리소그래피로 사용하기 위해 화학적으로 증폭된 레지스트들은 폴리 하이드록시 스티렌(poly hydroxy styrene)이 기초된 레지스트이다. 화학적으로 증폭된 레지스트재들의 중요한(critical) 구성요소는 (PAG라고 언급되는) 광산 발생제(photo-acid generator)이며, 이는 광활성 성분(photo-active ingredient)이다. PAG는 조사시 산을 생성한다. 하지만, (ArF 리소그래피로 화학적으로 증폭된 레지스트재의 사용을 가능하게 하기 위해) 193 nm의 방사선에 대한 충분한 투과를 달성하기 위하여, 예를 들어 이온 PAG와 같은 새로운 PGA들이 도입되며, 193 nm 방사선 파장에 대응하는 레지스트 층의 더 낮은 흡광도로 현상 가능한 상태로 있게 된다. 종래의 ArF 리소그래피로 사용하기 위한 레지스 트들은 아크릴레이트(acrylate) 및/또는 메타크릴레이트(methacrylate)가 기초된 레지스트이다. 하기에, 특정한 방사선 소스를 이용한 종래의 사용예에 대한 레지스트 형태는 위에서 설명한 바와 같은 특정한 방사선 소스에 의해 언급될 것이다: 따라서, 본 명세서 및 청구항의 참조는 i-라인 레지스트, KrF 레지스트 및 ArF 레지스트로 구성될 수 있다. 이 각각의 레지스트 형태들은 상기 특정한 방사선 소스(그 예시들은 위에서 주어짐)보다 짧은 파장에서 작동하는 방사선 소스를 이용하여 (에칭 마스크로서 기능하기 위해 요구되는, 전형적으로 200 내지 300 nm일 수 있는 층 두께에서) 사용되는 경우, 공차(tolerance)를 넘는 흡광도를 갖는다는 것을 이해한다.
본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 도 1에 예시된 바와 같이 앞서 처리된 IC 층을 가질 수 있고, 순서대로 타겟 층(TL), 제 1 레지스트재(R1)를 포함하고 에너지-대-클리어(Eo1)를 가지며 타겟 층(TL) 위에 놓이는 제 1 레지스트재 층(L1), 및 제 2 레지스트재(R2)를 포함하고 제 1 레지스트 층(L1) 위에 놓이는 제 2 레지스트재 층(L2)이 제공되는 기판(W)이 제공된다. 본 발명에 따르면, 레지스트재 층들을 제공하는 단계는, 예를 들어 클리닝(cleaning), 프라이밍(priming) 및 소프트-베이크(soft-bake) 공정과 같은 사전-노광 공정(pre-exposure process)들을 적용하는 단계를 포함할 수 있다. 노광시에 노광 방사선의 후위 반사(back reflection)를 감소시키기 위해, 제 2 레지스트재 층(L2)은 노광 방사선의 후위 반사를 감소시키는 DBARC(Developable Bottom Anti Reflex Coating)를 더 포함할 수 있으며, 제 1 레 지스트재 층(L1)은 BARC(Bottom Anti Reflex Coating) 또는 DBARC를 더 포함할 수 있다. 두 레지스트 층(L1 및 L2) 모두는 방사선 소스의 하나의 단일 형태의 방사선으로 노광되어야 한다. 본 실시예에서, 이중 노광 공정은 방사선 소스로서 ArF 엑시머 레이저를 포함하는 리소그래피 노광 장치를 이용하여 실행되며, 제 1 레지스트재(R1)는 ArF 레지스트, ArF 엑시머 레이저 방사선의 고흡수재인 제 2 레지스트재는 KrF 레지스트이다. 본 발명은 ArF 및 KrF 레지스트 층의 스택을 제공하고 이용하는 것에 제한되지는 않음을 이해한다. 예를 들어, ArF 레지스트 층은 (KrF 레지스트 층 대신에) i-라인 레지스트 층으로 덮일 수 있다: i-라인 레지스트도 ArF 엑시머 레이저 방사선에 대해 흡수성이 높다.
제 1 레지스트 층(L1)의 두께는, (레지스트 층(L1) 상에 투영된 방사선의 패턴으로의) 노광 및 현상 이후에, 드라이 에칭(dry etching)에 의해 현상된 레지스트 층 내의 패턴을 타겟 층(TL)으로 전사하기 위한 에칭 마스크의 역할을 할 수 있어야 한다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제 2 레지스트재 층(L2)의 두께(TH2)는, 노광된 영역들의 그 두께가 완전히 광활성화되는 한편, 동시에 제 1 레지스트 층(L1)과 연계된 에너지-대-클리어(Eo1)보다 큰 노광 도즈로의 제 1 레지스트(R1)의 노광을 방지하도록 선택된다. 제 2 레지스트재 층(L2)의 두께(TH2)는, 에너지-대-클리어(Eo1)의 비율만을 따른 노광 도즈로의 제 1 레지스트(R1)의 노광만을 허용하도록 선택되는 것이 바람직하다. 상기 비율은 0.5보다 작은 수인 것이 바람직할 수 있다. 그 후, 제 1 레지스트 층의 현상 이후 에칭 마스크의 역할을 하는 층(L1)의 부분들에는 충분한 에칭 저항성이 여전히 제공된다. 레지스트재 층(L2)이 에칭 마스크로서 기능하는 요건은 없다는 것을 이해한다.
패터닝된 레지스트 층들의 종래의 에칭 마스크 기능이 없을 때, 두께 TH2가 전형적으로 레지스트재 층(L1)의 두께보다 작게 선택될 수 있도록, 노광시에 본 실시예에서는 KrF 레지스트인 레지스트재(R2)로 ArF 엑시머 레이저 방사선이 강하게 흡수될 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르고, 본 발명을 이용하여 패터닝된 레지스트재 층(L2)이 에칭 마스크로서 기능하는 요건이 없다는 사실을 고려하면, 층(L2)의 재료는 상기 층(L2)에 원하는 흡광도를 제공하는 여하한의 적절한 포지티브 톤 현상가능한 재료일 수 있다.
도 2에 개략적으로 예시된 바와 같이, 리소그래피 노광 장치를 이용하여 프린트될 원하는 패턴은 밀집 라인들의 세트(DL)를 포함한다. 종래적으로, 밀집 라인들의 대응하는 패턴을 전달하는 마스크는 기판을 덮는 레지스트 층 상에 4 또는 5 배 축소하여 이미징된다. 본 발명에 따르면, 라인들(DL)은 리소그래피 장치에 의해 광학적으로 분해될 수 있는 반 밀집 라인들의 대응하는 마스크 패턴(SDL1 및 SDL2)으로 구현되는 2 개의 구성 서브 패턴으로 분해된다. 패턴을 전달하는 레티클 표면 상에서 라인들은, 예를 들어 크롬 온 글라스 마스크(Chrome on Glass mask)의 크롬 층 또는 감쇠 위상 시프트 마스크(attenuated phase shift mask)의 Mo-Si 층의 라인들로 구현되거나 투명하게, 또는 교번 위상 시프트 마스크(alternating phase shift mask)의 180 도 위상 시프팅 에지, 또는 (리소그래피 장치의 분해능 한계보 다 작은 간격으로 분리된) 이러한 위상 시프팅 에지들 중 2 이상으로 구현될 수 있다는 것을 이해한다.
본 발명은 4 또는 5 배의 축소율로 작동하는 투영 시스템의 사용에 제한되지는 않는다는 것을 이해하여야 한다; 간명함을 위해 이하에서는 라인 프린팅 공정이 단위(unit) 축소율로 진행된다고 (또한 그처럼 도면이 구성된다고) 가정한다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 아래에 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 후속하여 웨이퍼 표면 상에 서로에 대해 교착된 위치에 패턴을 이미징함으로써, 서브 패턴들(SDL1 및 SDL2)에 따른 레지스트재 층의 라인들이 타겟 층(TL)에 제공된다(따라서, 타겟 층 표면으로부터 돌출한다).
도 3에 예시된 바와 같이, 리소그래피 투영 장치에 기판을 제공한 이후에, 기판은 제 1 노광 공정을 거치며, 그로 인해 제 2 레지스트재 층(L2)은 서브 패턴(SDL1)의 이미지(310)로 노광된다.
이미지(310)는 노광의 밝은 영역들(300)을 포함하며, 화살표 301의 길이는 이 영역들 내의 제 2 레지스트재 층(L2)에 적용된 노광 도즈(Ein)의 크기(magnitude)를 개략적으로 나타낸다. 이미지 세기 패턴(310)은 제 1 서브 패턴(SDL1)의 라인들에 대응하는 다크 영역들(302)을 더 포함하며, 여기서 상기 층(L2)은 노광 되지 않은 상태로 남는다. 제 2 레지스트재 층(L2)에서의 노광 방사선의 흡수로 인해, 제 1 레지스트(R1)의 노광이 실질적으로 회피된다; 특히, 에너지-대-클리어(Eo1)보다 큰 노광 도즈로의 노광이 회피된다. 노광 영역들 300 밑의 레지스트 층 L1은, 원리적으로 노광시 흡수하는 제 2 레지스트재 층(L2)을 통해 누출되고 있는 노광 도즈로 노광될 것이다. 이 노광 도즈는 누출 도즈(leakage dose)라고 언급되며, Eout으로 나타낸다. 노광 도즈의 누출은 도 3의 화살표 303에 의해 개략적으로 나타난다; 화살표 303의 길이는 누출 도즈(Eout)의 크기를 개략적으로 나타낸다. 층 L2를 통해 누출된 누출 도즈(Eout)는 다음 식에 따른 제 1 노광의 노광 도즈(Ein)와 관련된다:
Eout = Ein ㆍ 10-A
이때 A는 제 2 층(L2)의 흡광도이다. 에너지-대-클리어(Eo1)보다 큰 노광 도즈로의 노광을 회피하기 위해, 제 2 층의 두께는 A > Ao 가 되도록 선택되며, 이때 Ao는 Eout = Eo1 인 경우의 층 L2의 흡광도이고, 이에 따라 다음의 수학식:
Eo1 = Ein ㆍ 10-A , 또는 Ao = -log(Eo1 / Ein)
이 충족된다. (아래에 설명되는 후속 공정 단계에서 제 1 레지스트재 층을 현상한 이후에 그 층의 두께가 충분히 유지되기 위해) 누출 도즈(Eout)는 제 2 층의 두께(TH2)를 선택함으로써 에너지-대-클리어(Eo1)의 비율(x)이 A > Ax 가 되도록 조 정되는 것이 바람직하며, 이때 Ax는 x < 0.5 일 때, Eout = xㆍEo1 인 경우의 층 L2의 흡광도이고:
Ax = -log(xㆍEo1 / Ein)
이 충족된다.
제 2 레지스트 층의 흡광도(A)는, 선형적으로 매우 근사하게 두께 TH2에 비례한다. 예를 들어, 흡광도는 다음과 같이 모델링될 수 있다:
A = ε TH2 c
이때 ε은 PAG의 몰흡광계수(molar absorptivity)이고, c는 PAG의 농도(concentration)이다.
또한, 제 2 레지스트재 층(L2)의 두께(TH2)는 노광된 영역들 내에서 그 두께가 완전히 광활성화되도록 선택된다.
본 실시예에서, 제 1 노광 이후에 제 1 레지스트 현상 공정에 의해 노광된 레지스트재(R2)가 제거된다. 도 4에 개략적으로 예시된 바와 같이, 노광되지 않은 레지스트재(R2)는 남으므로, 제 1 서브 패턴(SDL1)의 라인들에 대응하는 레지스트재(R2)의 라인 형상 피처의 마스크(400)가 레지스트재 층 L1 상에 얻어진다. 라인 형상 피처들은 레지스트재 층 L1으로부터 돌출해 있다. 제 1 노광을 적용한 이후와 제 1 레지스트 현상 공정을 적용하기 이전에 기판은, (레지스트재 R2의 재료 특성 에 따라) 예를 들어 노광 후 베이크(Post Exposure Bake: PEB) 및 하드 베이크(hard bake)와 같은 노광 이후 공정(post-exposure process)을 거치거나 거치지 않을 수 있다. 기판이 예를 들어 노광 후 베이크(PEB) 및/또는 하드 베이크를 거치는 경우, 레지스트재 R1에서 이 단계들의 영향은 제 2 노광의 노광 도즈를 조정(adjust)함으로써 보상될 수 있다(아래 설명됨). 노광되지 않은 레지스트재 R2의 반 밀집 라인들(400) 사이의 공간들은, 레지스트재 R1이 누출 도즈(Eout)(에너지-대-클리어(Eo1) 이하의 노광 도즈가 바람직함)로 노광되었던 레지스트재 층(L1) 내의 영역들(401)로 정의된다. 영역들 401의 에너지-대-클리어 이하의 노광은 도 4에 회색으로 채워진 영역들(grey filling of the areas)(401)로 나타내어진다. 따라서, 제 1 노광 이후에 레지스트재 R1은 에너지-대-클리어(Eo1) 이하로 노광되었거나, (이미지(310)의 다크 영역들에 따라, 또한 표유(stray) 방사선으로의 노광과 같은 여하한의 약한(insubstantial) 노광을 무시하여) 노광되지 않았다.
본 실시예에 따르면, 도 5에 예시된 바와 같이 제 2 노광 공정시, 노광의 밝은 배경 영역들(500)로 구현된 다크 반 밀집 라인들(502)을 포함하는, 제 2 서브 패턴(SDL2)에 따른 ArF 엑시머 레이저 노광 방사선의 패턴(510)으로, 제 1 레지스트재 층(L1) 및 노광되지 않은 레지스트재 R2의 라인 형상 피처들(400)이 노광된다. 패턴(510)은 마스크 라인 패턴(SDL2)의 이미지이고, 하기에 제 2 이미지라고도 언급되며, 이미지(510)의 밝은 영역들이 라인들(400)에 대해 교착된 위치에 위치되도록 라인(400)에 대해 위치된다. 이와 같이, 패턴(SDL2)의 라인들은 이전에 얻어 진 라인 피처들(400) 사이에 위치된다. 제 2 이미지(510)의 다크 라인들(502) 사이의 밝은 공간들(500)에 대응하는 영역들에서, KrF 레지스트 피처(400)의 흡광도는 이 피처들 밑의 레지스트재 R1의, 에너지-대-클리어(Eo1) 이상의 도즈로의 노광을 방지한다. (위에서 설명한 바와 같이) 이전 노광을 고려하여, 제 2 레지스트재 층(L2)의 두께(TH2)가 에너지-대-클리어(Eo1)의 0.5 이하의 비율까지의 노광 도즈로 제 1 레지스트(R1)를 노광할 수 있도록 선택되는 경우에도, 이 노광에서의 KrF 레지스트 피처들(400)의 흡광도는 동일한 방식으로, 또한 실질적으로 동일한 물리적 상황으로 이 피처들 밑의 레지스트재 R1의 매우 높은 노광을 방지한다.
KrF 레지스트재 피처들(400)을 통해 누출한 노광 도즈의 공정은 제 1 노광시의 노광 도즈 누출 공정과 동일하며, 즉 수학식 1 내지 5와 실직적으로 동일한 물리적 조건에 의해 좌우된다. 이는 도 3의 화살표(301 및 303) 각각에 대응하는, 도 5의 더 크고 더 작은 수직 화살표에 의해 개략적으로 나타내어 진다. 따라서, 피처들(400) 밑의 레지스트재 R1의 결과적인 노광은, 실질적으로 다크 영역들(502)에서 제 2 노광의 시작 이전에 발생했던 에너지-대-클리어 이하의 방사선으로의 노광과 같다. 영역들 401에서 유추(analogy)하여, 이는 도 5에서 회색으로 채워진 영역들((다크 라인들(502)에 대응하는) 401' 및 (피처들(400) 밑의) 505)로 나타내어 진다. 레지스트 층 재료 R1은 영역들 401'과 504 사이의 영역들(505)에서 노광 도즈 Ein으로 충분히 노광된다.
본 실시예에서, 제 2 노광 이후에 제 2 레지스트 현상 공정을 적용함으로써, 레지스트재 피처들 400 및 영역들 505 내의 노광된 레지스트재 R1이 제거된다. 위에서 설명한 바와 같이, 노광되지 않은 레지스트재 R1 및/또는 에너지-대-클리어(Eo1) 이하로 노광된 레지스트재 R1은 남으므로, 도 6에 나타낸 바와 같이 타겟 층(TL) 상에서, 원하는 패턴(DL)의 라인들과 대응하고 타겟 층의 표면(600)으로부터 돌출한, 레지스트재 R1의 라인 형상 피처들의 에칭 마스크가 얻어진다. 제 2 노광 이후에 기판은, 예를 들어 노광 후 베이크(PEB) 및 하드 베이크(hard bake)와 같은 노광 후 공정을 다시 거칠 수 있다.
레지스트재 피처들의 패턴은, 예를 들어 종래의 이온 반응 에칭(reactive ion etching)을 이용하여 원하는 패턴(DL)을 타겟 층으로 전사하기 위한 에칭 마스크로서 사용될 수 있다. 이러한 패턴의 타겟 층(TL)으로의 최종 전사는, 예를 들어 이온 반응 에칭에 적절한, 드라이 에칭 챔버(dry etching chamber)를 이용한 에칭을 수반할 수 있다. RIE라고도 언급되는 이온 반응 에칭의 장점은 비등방성(non-isotropic)의 방향 선택적인(directionally selective) 에칭 공정이라는 것이며, 반면 웨트 에칭(wet etching)은 (피처들의 언더컷(undercut)을 유도하는) 등방성 에칭 공정이다.
또한, 도 6에 예시된 바와 같이 유사하게 회색으로 채워진 영역들 401' 및 504에 의해, 제 1 및 제 2 노광 공정에 대한 노광 도즈(Ein)가 실질적으로 동일하다면, 레지스트 피처들(600)의 (에너지-대-클리어 이하의) 방사선으로의 노광은 2 개의 서브 패턴들의 라인들에 대해 동일하다. 따라서, 이러한 에너지-대-클리어 이하 의 노광 도즈로의 노광이, 예를 들어 에칭 저항성 또는 에칭-바이어스(etching-bias)에 영향을 미치는 범위에서, 이 영향이 마스크 패턴의 라인들에 걸쳐 균일하게 분배됨에 따라 공정의 균일성(uniformity)을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 본 실시예의 제 1 및 제 2 노광에서 누출 도즈(Eout)가 임계 도즈와 동일하여, 오직 노광 방사선을 향하는 층-형상(layer-shaped) 부분인 층 L1의 레지스트재의 층-형상 부분만이 가용성이 되는 경우에, 누출 도즈(Eout)는 에너지-대-클리어(Eo1)의 비율 x이다. 결과적으로, 2 개의 노광 동안에, 제 1 레지스트재 층(L1)의 층-형상 부분(또는 "상단부(upper section)")은, 현상 임계 이상으로 노광되고 제 1 및 제 2 현상 공정 각각의 적용시에 현상되어 제거될 것이다. ArF 레지스트 층(L1) 내의 노광 방사선의 잔여 흡수로 인해, 임계 도즈 이상의 노광의 영향이 상기 층-형상의 상단부에 제한된 상태로 남아서, 흡광도(A)는, 제 2 층(L2)을 노광하는 동안 노광된 영역 밑에 있고, 제 1 층 및 상기 피처들(400)을 노광하는 동안 상기 피처들(400) 밑에 있는, 제 1 레지스트재(R1)의 전체 또는 일부의 상기 임계 도즈 이상으로의 노광을 여전히 방지한다. 상기 층 형상의 상단부 및 상단부 밑의 레지스트재 층 L1의 일부분의 노광 모두는 두 노광 동안에 다시 실질적으로 동일한 물리적 조건에 의해 좌우되기 때문에, 에칭 저항성 또는 에칭-바이어스에 대한 영향이 마스크 패턴의 라인들에 걸쳐 균일하게 분배됨에 따라, 위에서 언급된 공정 균일성을 유지한다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 방법이 제 1 및 제 2 노광에 대한 포지티브 톤 레지스트의 사용을 수반하기 때문에, 밀집 라인들 및 반 밀집 라인들(또는, 실질적으로 라인 형상 피처 또는 바람직하게는 임계 치수(critical dimension)로 연장된(elongated) 피처)을 프린트하기에 상기 방법이 적절하다는 것이다. 밝은 배경에 대조적으로 다크 라인들을 이미지하는 경우에 라인들을 프린트하기 위한 이미징 공정은 최적의 질(optimal quality)로 구성된다. 본 발명을 이용하여, 레지스트재 층들(L2 및 L1) 내에 형성된 레지스트 마스크들의 라인 피처를 프린트하기 위해 리소그래피 공정으로 포지티브 레지스트를 사용함으로써, 이러한 최적의 질이 얻어질 수 있다.
라인들을 프린트하기 위해 사용된 리소그래피 노광 장치는, 일반적으로 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)를 지지하도록 구성된 지지 구조체, 및 기판(W)을 유지하도록 구성된 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)을 포함한다. 리소그래피 노광 장치는 2 개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블들(및/또는 2 이상의 마스크 테이블들)을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는 추가 테이블이 병행하여 사용될 수 있으며, 또는 1 이상의 테이블이 노광에 사용되고 있는 동안에 1 이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다. 패턴들 SDL1 및 SDL2에 대한 마스크의 e-빔 기록(e-beam writing)시의 잔여 배치 오차(residual placement error)들은 모니터링될 수 있으며, 이 잔여 오차들은 듀얼 스테이지 장치가 작동 모드로 사용되는 동안에 듀얼 스테이지 리소그래피 투영 시스템에서 보상되어, 스캐너가 제 1 노광에 사용된 웨이퍼 척을 기억하고, 제 2 노광을 위한 동일한 웨이퍼 척을 지정(dedicate)할 수 있다. 이 작동 모드는 하기에, 척-지정-모드(chuck-dedication-mode)라고 언급될 것이다. 결과적으로, 척-지정-모드에서 웨이퍼 스텝핑 그리드(wafer stepping grid) 및 웨이퍼 테이블 척킹 유도 왜곡 핑거프린트(wafer table chucking induced distortions fingerprints)는, 제 1 및 제 2 노광에 대해 동일할 것이다. 이는 이들 두 노광 간의 보정가능하지 않은 고차 오버레이 오차(higer order overlay error)를 감소시킨다. 또한, 두 마스크들 간의 저차(low order) e-빔 마스크 기록기의 패턴 배치 오차들, 예를 들어 선형 오프셋들 및 확대 오차들은, 웨이퍼 스테이지 및 레티클 스테이지에 대한 적절한 정렬 보상을 이용함으로써 스캐너에서 보상될 수 있다. 척-지정-모드에서 본 명세서의 이중 노광 공정을 이용하는 오버레이 성능은 마스크 기록기의 배치 정확성에 비교가능하며, 그보다 훨씬 더 좋다.
본 발명의 일 실시형태는, 공간들 대신에 라인들이 프린트되는 것이다. 두 노광들 간의 정렬 오차들은 결과적으로 프린트된 라인 폭에는 영향을 주지 않고, 일반적으로 예를 들어 트렌지스터 성능에 덜 중요한 라인들 사이의 공간들에만 영향을 준다. 서브 패턴들(SDL1 및 SLD2) 간의 배치 오차, 즉 이중 노광 공정의 두 노광들 간의 오버레이 일치(consistency)는 결과적인 라인들의 프린트된 임계 치수에는 영향을 미치지 않는다. 이 배치 오차는 마스크 기록 공정시에 일어나는 배치 오차의 오더(order)일 수 있다. 패턴들 SDL1 및 SDL2의 라인들을 프린트하기 위해 리소그래피 공정들로 포지티브 레지스트를 이용함으로써, 이전에 기판(W) 상에 형성되었던 패턴에 대한, 패턴 SDL1 및 SDL2 및 이에 따른 결과적인 DL의 여하한의 오버레이 오차는 단일 노광 공정을 이용하여 얻어졌을 때와 동일하다. 다시 말하 면, 타겟 층(TL)에서의 패턴 DL의, 기판(W) 상의 기준에 대한 결과적인 정렬 정확성은, 단일 노광 공정을 이용하여 얻어질 수 있는 정렬 정확성에 정확히 대응한다.
현상 및/또는 노광에 대한 포토레지스트 층의 여하한의 비선형성 반응으로 인해, 서브 패턴 SDL1에 대응하는 피처들(400)의 레지스트 마스크의 공간 푸리에 변환(spatial Fourier transformation)은, 서브 패턴 SDL1의 이미지의 세기 패턴의 공간 푸리에 변환보다 높은 공간 주파수를 포함한다. 레지스트 R2의 제 1 노광 및 현상은 제 2 레지스트재 층(L2) 내에 제 1 서브 패턴 이미지를 고정시키고, 레지스트재 R2의 피처들(400)은 제 2 노광시 접촉 마스크로서 기능하여, 패턴들 SDL1 및 SDL2에 대응하는 2 개의 서브 패턴 이미지의 혼선(cross talk) 및 병합(merging)을 방지한다. 그러므로, (에칭 마스크로서 피처 600을 사용하여) 타겟 층에 전사되는 조합된 패턴(DL)의 공간 푸리에 변환도, 하프 피치(p 0 .5 = k 1ㆍλ / ＮＡ, 여기서 k 1 ≥ 0.25)의 역(inverse)에 대응하는 것보다 높은 공간 주파수를 포함하며, 이는 k 1 = 0.25 장벽을 우회할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 타겟 층(TL)은 (예를 들어, 도핑된 폴리실리콘 층(doped polysilicon layer)과 같은) IC 층 또는 에칭 마스크로서 기능하는 하드 마스크 층일 수 있다.
본 발명에 따르면, 두 노광들 사이에서 하드 마스크 층의 도포 및 하드 마스크 층의 에칭 모두 필요하지 않다. 그 대신에, 본 명세서의 노광 및 라인 프린팅 방법은, 원리적으로 단지 종래의 수성 현상 단계(aqueous development step)들, 두 노광들 사이에 하나, 및 제 2 노광 이후에 하나만을 사용한다. 결과적으로, 본 발명은 전형적으로 리소그래피 장치에 링크(link)되는 코팅/현상 트랙 및 리소그래피 장치를 포함하는 리소그래피 시스템에서 용이하게 구현될 수 있다.
종래의 이중 노광 공정으로 이용하기에 적절한 리소그래피 시스템은, 일반적으로 복수의 레지스트 현상 디바이스 및 기판 상에 레지스트 층을 도포하는 스핀-코팅 디바이스와 같은 기판 코팅 디바이스를 포함한다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 도 7에 예시된 바와 같이 리소그래피 시스템(70)은 리소그래피 노광 장치(71) 이외에, 기판에 레지스트재 층 L2를 제공할 수 있는 스핀-코팅 디바이스(72) 및 리소그래피 노광 장치와 스핀-코팅 디바이스를 제어하기 위한 제어 디바이스(73)를 포함한다. 스핀-코팅 디바이스는 기판에 사전선택된 두께의 레지스트 층을 제공하도록 배치될 수 있으며, 이 공정은 완전히 자동화되어 컴퓨터 제어하에 진행된다. 스핀-코팅 디바이스에 의해 도포되는 레지스트 층의 두께는, 예를 들어 스핀-코팅에 사용되는 회전 속도, 레지스트재의 온도, 스핀-코팅시 기판(W)에 도포된 레지스트재의 양 및 레지스트재의 점도(viscosity)를 포함하는 다수의 파라미터에 의해 제어된다.
제 1 및 제 2 레지스트재 층(L1 및 L2) 각각을 도포하기 위해, 1 이상의 스핀-코팅 디바이스가 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 노광 장치는 도 8에 개략적으로 도시된다. 상기 장치는:
- 방사선 빔(B)(예를 들어, 193 nm 또는 157 nm의 파장으로 작동하는 엑시머 레이저에 의해 생성되는 UV 방사선 또는 DUV 방사선, 또는 13.6 nm에서 작동하는 레이저-파이어 플라즈마 소스(laser-fired plasma source)에 의해 생성되는 EUV 방사선)을 컨디셔닝(condition)하도록 구성된 조명 시스템(일루미네이터)(IL);
- 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키도록 구성된 제 1 위치설정기(PM)에 연결된 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT);
- 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고, 소정의 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정기(PW)에 연결된 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및
- 기판(W)의 (예를 들어, 1 이상의 다이를 포함하는) 타겟부(C) 상으로 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성된 투영 시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.
조명 시스템은 방사선을 지향, 성형, 또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 타입의 광학 구성요소들, 또는 여하한의 그 조합과 같은 다양한 타입들의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다.
지지 구조체는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 지지 구조체는, 패터닝 디바이스가 예를 들어 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있을 것을 보장할 수 있다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 어떠한 사용도 "패터닝 디바이스"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는, 기판의 타겟부에 패턴을 생성하기 위해서, 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는데 사용될 수 있는 여하한의 디바이스를 언급하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예를 들어 상기 패턴이 위상-시프팅 피처(phase-shifting feature)들 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)들을 포함하는 경우, 기판의 타겟부 내의 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않을 수도 있다는 것을 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 생성될 디바이스 내의 특정 기능 층에 해당할 것이다. 패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 사용되는 노광 방사선에 대하여, 또는 침지 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 인자들에 대하여 적절하다면, 굴절, 반사 및 카타디옵트릭(catadioptric) 광학 시스템, 또는 여하한의 그 조합을 포함하는 여하한의 타입의 투영 시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"이라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에 도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 투과 마스크를 채택하는) 투과형으로 구성된다. 대안적으로, 상기 장치는 (예를 들어, 반사 마스크를 채택하는) 반사형으로 구성될 수 있다.
리소그래피 장치는 2 개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블 (및/또는 2 이상의 마스크 테이블)을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는 추가 테이블이 병행하여 사용될 수 있으며, 또는 1 이상의 테이블이 노광에 사용되고 있는 동안 1 이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다.
또한, 리소그래피 장치는 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해서, 기판의 전체 또는 일부분이 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예컨대 물로 덮일 수 있는 형태로 구성될 수 있다. 또한, 침지 액체는 리소그래피 장치 내의 다른 공간들, 예를 들어 마스크와 투영 시스템 사이에도 적용될 수 있다. 침지 기술은 투영 시스템의 개구수(numerical aperture)를 증가시키는 기술로 당업계에 잘 알려져 있다. 본 명세서에서 사용되는 "침지"라는 용어는 기판과 같은 구조체가 액체 내에 담그어져야 함을 의미하는 것이라기보다는, 노광시 액체가 투영 시스템과 기판 사이에 놓이기만 하면 된다는 것을 의미한다.
도 8을 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수용한다. 예를 들어, 상기 소스가 엑시머 레이저인 경우, 상기 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 상기 방사선 빔은 예를 들어 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로, 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 통과된다. 다른 경우, 예를 들어 상기 소스가 수은 램프인 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 통합부일 수 있다. 상기 소스(SO) 및 일루미네이터(IL)는, 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고도 칭해질 수 있다.
상기 일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하는 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면 내의 세기 분포 의 적어도 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같이, 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수도 있다. 일루미네이터는 방사선 빔의 단면에 원하는 균일성 및 세기 분포를 갖기 위해, 방사선 빔을 컨디셔닝하는데 사용될 수 있다.
상기 방사선 빔(B)은 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블(MT)) 상에 유지되어 있는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크(MA)) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 상기 마스크(MA)를 가로질렀으면, 상기 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하여 기판(W)의 타겟부(C) 상에 상기 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 리니어 인코더 또는 용량성 센서)의 도움으로, 기판 테이블(WT)은, 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로 내에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 또 다른 위치 센서(도 8에 명확히 도시되지 않음)는, 예를 들어 마스크 라이브러리(mask library)로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔하는 동안, 방사선 빔(B)의 경로에 대해 마스크(MA)를 정확히 위치시키는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 마스크 테이블(MT)의 이동은, 장-행정 모듈(long-stroke module: 개략 위치설정) 및 단-행정 모듈(short-stroke module: 미세 위치설정)의 도움을 받아 실현될 것이며, 이는 제 1 위치설정기(PM)의 일부분을 형성한다. 이와 유사하게, 기판 테이블(WT)의 이동은 장-행정 모듈 및 단-행정 모듈을 이용하여 실현될 수 있으며, 이는 제 2 위치설정기(PW)의 일부분을 형성한다. (스캐너와는 대 조적으로) 스테퍼의 경우, 마스크 테이블(MT)은 단-행정 액추에이터에만 연결되거나 고정될 수 있다. 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크들(M1 및 M2) 및 기판 정렬 마크들(P1 및 P2)을 이용하여 정렬될 수 있다. 비록, 예시된 기판 정렬 마크들이 지정된(dedicated) 타겟부들을 차지하고 있지만, 그들은 타겟부들 사이의 공간들 내에 위치될 수도 있다(이들은 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)들로 알려져 있다). 이와 유사하게, 마스크(MA) 상에 1 이상의 다이가 제공되는 상황들에서, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다.
도시된 장치는 다음과 같은 모드들 중 1 이상에서 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)은 기본적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여되는 전체 패턴은 한번에 타겟부(C) 상에 투영된다(즉, 단일 정적 노광(single static exposure)). 그 후, 기판 테이블(WT)은 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 X 및/또는 Y 방향으로 시프트된다. 스텝 모드에서 노광 필드의 최대 크기는, 단일 정적 노광시에 이미징되는 타겟부(C)의 크기를 제한한다.
2. 스캔 모드에서, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다(즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure)). 마스크 테이블(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대(축소) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다. 스캔 모드에서 노광 필드의 최대 크기는, 단일 동적 노광시 타겟부의 (스캐닝 되지 않는 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 동작의 길이는 타겟부 의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다.
3. 또 다른 모드에서, 마스크 테이블(MT)은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 유지하여 기본적으로 정지된 상태로 유지되며, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안, 기판 테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스화된 방사선 소스(pulsed radiation source)가 채택되며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WT)이 각각 이동한 후, 또는 스캔 중에 계속되는 방사선 펄스 사이사이에 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 상기 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 상술된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 사용 모드들이 채택될 수도 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 리소그래피 시스템은 리소그래피 노광 장치로서 리소그래피 간섭 장치(lithographic interferometry apparatus)를 포함한다. 이러한 장치에서, 레지스트 층은 다중 빔 간섭계 장치에서 얻어지는 프린지 패턴(fringe pattern)으로 노광된다. 예를 들어, UV 또는 DUV 방사선의 2 개의 시준빔(collimated beam)이 선형 간섭 프린지들을 생성하기 위한 각도로 서로 교차(intersect)한다. 감광층(photosensitive layer)을 갖는 웨이퍼는 이동가능한 테이블 상에 위치된다. 상기 테이블은 2 차원에서 각각 회전되고 병진(translate)되도록 배치된다. 적절하다고 잘 알려진 여하한의 소스 또는 소스들에 의해 제공된, 2 개의 실질적으로 코히런트한(coherent) 시준 광학 빔은, 가변 각도(variable angle)로 웨이퍼와 연계된 노말 벡터(normal vector)로부터 서로를 향하여, 또한 감광층 상에 간섭 패턴을 형성하기 위한 포토레지스트 층을 향하여 지향된다. 코히런트한 방사선의 간섭(interfering) 방사선 빔들은, 예를 들어 빔 분할 요소(beam splitting element)를 이용하는 ArF 엑시머 레이저에 의해 생성될 수 있으며, 또한 그것들이 동일한 소스로부터 형성되고, 경조(high contrast) 노광을 보장하는 웨이퍼에서의 세기에서 본질적으로 동일하도록 잘 알려진 여하한의 적절한 방식으로 제공될 수 있다.
포토레지스트 층 또는 층들 상에 생성된 간섭 패턴은, 예를 들어 웨이퍼를 회전시킴으로써, 및/또는 웨이퍼를 병진시킴으로써 변동될 수 있다.
본 발명에 따른 제어 디바이스(73)(도 7 참조)는 서브 패턴들(SDL1 및 SDL2)과 관련되고, 조합된 패턴(DL)을 생성하도록 요구되는 각각의 두 노광 동안에, (예를 들어, 스테이지들 MT 및 WT의 위치설정에 관한 세팅들, 및/또는 조명 모드들에 관한 세팅들과 같은) 리소그래피 노광 장치(71)를 제어하기 위해 사용되는 데이터를 저장할 수 있는 메모리를 포함할 수 있다. 본 발명에 따라, 기판(W)에 제 2 레지스트재 층(L2)을 제공하도록 사용되는 스핀-코팅 디바이스(72)의 세팅들에 관한 데이터를 저장하기 위해, 동일한 메모리가 사용될 수 있다. 제어 디바이스의 일부분일 수 있는 컴퓨터는, 프로그램되고 메모리 내에 저장된 데이터에 기초하여, 본 발명에 따른 방법의 여하한의 단계들을 실행하도록 배치된다.
도 9는 본 발명에 따른 방법의 단계(900)를 예시한다. 상기 단계들의 실행은 상기 컴퓨터 상에서 컴퓨터 프로그램을 운영하는 것을 수반하며, 상기 컴퓨터 프로그램은 위에서 설명된 여하한의 방법들을 설명하는 기계 판독가능한 명령어들의 1 이상의 시퀀스(sequence)들을 포함한다. 컴퓨터는 이러한 컴퓨터 프로그램들이 저장되어 있는 기계 판독가능한 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 기계 판독가능한 매체는 상기 단계(900)에 따라 기판을 패터닝하기 위한 기계 실행가능한 명령어들로 인코딩된다. 타겟 층(TL) 및 제 1 레지스트재 층(L1)이 제공된 기판(W)은 스핀 코팅 디바이스에 제공되며(단계 902), 이는 리소그래피 노광 장치(71)로부터 스핀 코팅 디바이스(72)로 기판을 전달하는 기판 핸들러(handler)를 수반할 수 있다. 다음 단계 906에서, 흡광도(A)가 제 2 층(L2)의 노광시, 노광된 영역들(301) 밑에 있는 (또한, 피처들(400)을 전달하는 제 1 층(L1)의 노광시, 상기 피처들(400) 밑에 있는) 제 1 레지스트(R1)의 전체 또는 일부분의, 에너지-대-클리어 노광 도즈(Eo) 이상으로의 노광을 방지하도록 요구되는 제 2 레지스트 층(L2)의 두께(TH2)가 결정된다.
그러한 목적으로, 레지스트재(R1 및 R2)에 관한 데이터, 예를 들어 파라미터ε(PAG의 몰흡광계수) 및 c(PAG의 농도)와 같은 각각의 흡광도에 관한 데이터, 및 제 1 및 제 2 노광에 관한 데이터를 포함하는 데이터 904가 얻어진다. 마지막의 데이터는, 예를 들어 마스크의 타입 및 임계 치수 바이어스뿐만 아니라, 적용될 노광 도즈와 같은 패턴들 SDL1 및 SDL2의 특성들에 관련될 수 있다.
단계 906에서 두께(TH2)의 결정은, 예를 들어 흡광도를 계산하는 단계와 수학식 1 내지 4를 적용하는 단계를 수반할 수 있다. 상기 결정은, 예를 들어 사전에 주어진 제 2 레지스트재의 흡광계수에 기초하여, TH2에 대한 최소 두께값을 계산하는 단계를 포함할 수 있으며, 그로 인해 에너지-대-클리어(Eo1)의 비율까지의 노광 도즈로만 제 1 레지스트(R1)를 노광하는 것이 보장(safeguard)된다. 상기 비율은 0.5보다 작은 수인 것이 바람직할 수 있다.
또한, 상기 결정은 예를 들어 사전에 주어진 제 2 레지스트재의 흡광계수에 기초하여, TH2에 대한 최대 두께값을 계산하는 단계를 포함할 수 있으며, 제 2 레지스트재 층(L2)이 노광된 영역들 내의 그 두께에서 완전히 광활성화되는 요건을 충족(fulfill)하게 된다. 대안적으로, 흡광도 값의 검색 테이블(look-up table)이사용될 수 있다. 단계 908에서는, 결정 단계 906에 기초하여 스핀-코팅 장치에 대한 세팅들이 결정되고, 단계 910에서는 레지스트재 층 L1이 본 발명에 따라 레지스트재 층 L2로 적절히 덮일 수 있도록, 이 세팅들이 상기 스핀-코팅 장치에 적용된다.
그 다음, 다시 기판 핸들러의 사용을 수반하여 디바이스들을 전달할 수 있는 리소그래피 장치(71)로 기판이 전달된다(단계 912). 단계 914에서는 제 1 노광이 본 실시예에 따라 실행되며, 제 1 레지스트 현상 공정은 단계 916에서 적용된다. 이와 유사하게, 단계 918 및 920에서 제 2 노광 및 제 2 레지스트 현상 공정이 실행된다. 또한, 데이터 904는 패턴 SDL1 및 SDL2 각각을 갖는 서브 패턴 오버레이 데이터 및 레티클에 대한 위치설정 데이터를 포함할 수 있다. 그러므로, 이 데이터들이 얻어져서 단계 914 및 918에서 사용되어, 제 2 노광시, 도 6에 예시된 바와 같이 원하는 패턴에 따라 패터닝된 레지스트 마스크를 제공하도록, (예를 들어, 도 2에 따라) 제 1 서브 패턴(SDL1)에 대한 병렬 레지스트(juxtaposed registiry) 내에 제 2 서브 패턴(SDL2)이 노광된다. 이 레지스트 패턴(600)은 단계 920의 실행 이후에 얻어진다.
본 발명의 제 2 실시예는, 레지스트재 R2의 선택을 제외하고는, 위에서 설명한 본 발명의 제 1 실시예와 동일하다. 이 실시예에서, 레지스트재 R2는 KrF 레지스트와 같이 193 nm 파장의 방사선을 흡수하는 i-라인 레지스트이다. 대안적으로 레지스트재 L2는, i-라인 레지스트 또는 KrF 레지스트와 다르고, 제 1 실시예에서 설명된 바와 같이 본 발명에 따라 층 L2에 흡광도를 제공하도록 193 nm 방사선에 대해 충분한 흡수를 갖는 포지티브 톤 레지스트를 포함한다.
본 발명의 제 3 실시예는, 방사선 소스 및 조합된 레지스트재들(R2 및 R1)의 선택을 제외하고는, 위에서 설명한 본 발명의 제 1 실시예와 동일하다. 이 실시예에서 제 1 레지스트재(R1)는 KrF 레지스트이고, 상기 소스(SO)는 KrF 엑시머 레이저이다. 레지스트재 R2는, 예를 들어 i-라인 레지스트일 수 있다. 대안적으로, 레지스트재 R2는 i-라인 레지스트와 다르고, 제 1 실시예에서 유추하여 본 발명에 따라 층 L2에 흡광도를 제공하도록 248 nm 방사선에 대해 충분한 흡수를 갖는 포지티브 톤 레지스트를 포함한다.
이와 유사하게, 본 발명의 제 4 실시예에서 방사선 소스(SO)는 i-라인 수은 아크이고, 제 1 레지스트재(R1)는 i-라인 레지스트이다. 본 실시예에서 레지스트재 R2는, 제 1 실시예에서 유추하여 본 발명에 따라 층 L2에 흡광도를 제공하도록 i-라인 방사선에 대해 충분한 흡수를 갖는 포지티브 톤 레지스트이다.
본 명세서에서는, IC 제조에 있어서 리소그래피 장치의 특정 사용예에 대하여 언급되지만, 본 명세서에 서술된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출 패턴, 평판 디스플레이(flat-panel display), 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조와 같이 다른 적용예들을 가질 수도 있음을 이해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용예와 관련하여, 본 명세서의 "웨이퍼" 또는 "다이"라는 어떠한 용어의 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수도 있음을 이해할 것이다. 본 명세서에서 언급되는 기판은 노광 전후에, 예를 들어 트랙(전형적으로, 기판에 레지스트 층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 또는 메트롤로지 및/또는 검사 툴에서 처리될 수 있다. 적용가능하다면, 이러한 기판 처리 툴과 다른 기판 처리 툴에 본 명세서의 기재 내용이 적용될 수 있다. 또한, 예를 들어 다층 IC를 생성하기 위하여 기판이 한번 이상 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 이미 여러번 처리된 층들을 포함한 기판을 칭할 수도 있다.
본 명세서에서 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 (예를 들어, 365, 355, 248, 193, 157 또는 126 nm의 파장을 갖는) 자외(UV)방사선 및 (예를 들어, 5 내지 20 nm 범위 내의 파장을 갖는) 극자외(EUV)방사선뿐만 아니라, 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄한다.
본 명세서가 허용하는 "렌즈"라는 용어는, 굴절, 반사, 자기, 전자기 및 정전기 광학 구성요소들을 포함하는 다양한 형태의 광학 구성요소들 중 어느 하나 또는 그 조합으로 언급될 수 있다.
이상, 본 발명의 특정 실시예가 설명되었지만 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
상기 서술내용은 예시를 위한 것이지, 제한하려는 것이 아니다. 따라서 당업자라면, 하기에 설명되는 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 서술된 본 발명에 대한 변형예가 행해질 수도 있음을 이해할 것이다.
본 발명에 따르면, 리소그래피 시스템에서의 이미지 분해능을 증대시키기 위해, 반 밀집 패턴들을 이용하는 이중 노광 방법 및 그 방법에 따라 기판을 패터닝하기 위한 기계 판독가능한 매체를 포함하는 리소그래피 장치가 제공된다.

Claims (18)

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  8. 패터닝 디바이스를 가로지르는 방사선으로 기판을 노광하는 단계를 포함하여, 기판 상에 레지스트재의 밀집 피처(dense feature)들의 패턴을 형성하는 방법에 있어서, 상기 기판은:
    - 상기 기판 위에 전체 또는 부분적으로 놓이는 제 1 포지티브 톤 레지스트의 제 1 층을 포함하며, 상기 방법은:
    - 상기 제 1 층의 흡광도보다 높은 흡광도를 갖는 제 2 포지티브 톤 현상가능한 재료의 제 2 층을, 상기 제 1 층에 제공하는 단계;
    - 상기 패턴 내에서 밝은 배경(bright background)의 다크 피처(dark feature)들에 대응하는 반(semi) 밀집 피처들의, 2 개의 교착(interlace)된 패턴들을 확인(identify) 하는 단계;
    - 상기 패턴을, 연계된 제 1 및 제 2 방사선 패턴 각각에 대응하는 제 1 및 제 2 패턴으로 분할(split)하는 단계;
    - 상기 제 1 방사선 패턴으로 상기 제 2 층을 노광하는 단계;
    - 제 1 레지스트재의 덮이지 않은 영역들로 분리하여, 상기 제 1 층으로부터 돌출(protrude)한 피처들의 패턴을 제공하기 위해, 상기 제 2 포지티브 톤 현상가능한 재료를 현상하는 단계;
    - 상기 덮이지 않은 제 1 레지스트 층 및 상기 돌출한 피처들을 상기 제 2 방사선 패턴으로 노광하여, 상기 다크 피처들이 상기 돌출한 피처들에 대해 교착된 관계로 위치되는 단계; 및
    - 상기 밀집 피처들의 패턴을 제공하기 위해 상기 제 1 레지스트재를 현상하는 단계를 포함하며,
    상기 제 2 층의 흡광도는, 노광시에, 상기 제 1 층과 연계된 에너지-대-클리어 노광 도즈의 비율을 초과하는 노광 도즈에 대한, 상기 제 2 포지티브 톤 현상가능한 재료 밑에 있는 상기 제 1 포지티브 톤 레지스트의 전체 또는 일부의 노광을 방지하고, 상기 제 2 층의 실질적으로 완전한 광활성화를 제공하도록 조정되는 것을 특징으로 하는 밀집 피처들의 패턴을 형성하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 층과 연계된 상기 에너지-대-클리어 노광 도즈의 비율은 0.5보다 작은 것을 특징으로 하는 밀집 피처들의 패턴을 형성하는 방법.
  10. 제 8 항 내지 제 9 항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 제 2 포지티브 톤 현상가능한 재료는, 상기 제 1 포지티브 톤 레지스트와 다른 제 2 포지티브 톤 레지스트인 것을 특징으로 하는 밀집 피처들의 패턴을 형성하는 방법.
  11. 제 8 항 내지 제 9 항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 방사선은 ArF 엑시머 레이저(excimer laser) 방사선이며, 상기 제 1 레지스트는 ArF 레지스트 또는 아크릴레이트/메타크릴레이트가 기초된 레지스트인 것을 특징으로 하는 밀집 피처들의 패턴을 형성하는 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 방사선은 ArF 엑시머 레이저 방사선이고, 상기 제 1 레지스트는 ArF 레지스트 또는 아크릴레이트/메타크릴레이트가 기초된 레지스트이며, 상기 제 2 레지스트는 i-라인 레지스트 또는 다이아조나프토퀴논이 기초된 레지스트, 또는 KrF 레지스트 또는 폴리 하이드록시 스티렌이 기초된 레지스트인 것을 특징으로 하는 밀집 피처들의 패턴을 형성하는 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 방사선은 KrF 엑시머 레이저 방사선이고, 상기 제 1 레지스트는 KrF 레지스트재 또는 폴리 하이드록시 스티렌이 기초된 레지스트이며, 상기 제 2 레지스트는 i-라인 레지스트 또는 다이아조나프토퀴논이 기초된 레지스트인 것을 특징으로 하는 밀집 피처들의 패턴을 형성하는 방법.
  14. 제 8 항 내지 제 9 항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 밀집 피처들은 밀집 라인 형상(line-shaped) 피처들인 것을 특징으로 하는 밀집 피처들의 패턴을 형성하는 방법.
  15. 패터닝 디바이스를 가로지르는 패터닝된 방사선을 이용한 노광 방법에 따라 기판을 패터닝하기 위한, 기계 실행가능한 명령어(machine executable instruction)들로 인코딩된 기계 판독가능한 매체에 있어서, 상기 노광 방법은:
    제 1 서브(sub) 패턴 및 제 2 서브 패턴을 포함하여 이루어지는 원하는 패턴을 이용하여 리소그래피로 패터닝되도록 구성되고 배치된 타겟층을 갖고, 상기 타겟 층 위에 전체 또는 부분적으로 놓이는 제 1 포지티브 톤 레지스트의 제 1 층을 갖는 기판을 스핀-코팅 디바이스(spin-coat device)에 제공하는 단계;
    상기 제 1 층 상에 배치(dispose)되고 상기 제 1 층의 흡광도보다 높은 흡광도를 갖는 제 2 포지티브 톤 현상가능한 재료의 제 2 층의 흡광도를 결정하기 위한 데이터를 얻는 단계;
    상기 방사선으로의 상기 제 2 현상가능한 재료의 노광시, 상기 데이터에 기초하고, 상기 제 2 포지티브 톤 현상가능한 재료의 노광된 부분들 밑에 있는 상기 제 1 포지티브 톤 레지스트재의 전체 또는 일부의 노광을 방지하는 흡광도에 따라, 상기 제 2 층의 두께를 결정하는 단계;
    상기 결정된 두께에 기초하여 상기 스핀-코팅 디바이스에 대한 세팅들을 결정하고, 상기 세팅들을 적용하며, 상기 제 1 층에 상기 제 2 층을 제공하는 단계;
    - 상기 패턴 내에서 밝은 배경(bright background)의 다크 피처(dark feature)들에 대응하는 반(semi) 밀집 피처들의, 2 개의 교착(interlace)된 패턴들을 확인(identify) 하는 단계;
    - 상기 패턴을, 연계된 제 1 및 제 2 방사선 패턴 각각에 대응하는 제 1 및 제 2 패턴으로 분할(split)하는 단계;
    상기 제 1 서브 패턴에 따른 상기 방사선의 제 1 패턴으로 상기 제 2층을 노광하는 단계;
    - 제 1 레지스트재의 덮이지 않은 영역들로 분리하여, 상기 제 1 층으로부터 돌출(protrude)한 피처들의 패턴을 제공하기 위해, 상기 제 2 포지티브 톤 현상가능한 재료를 현상하는 단계;
    - 상기 덮이지 않은 제 1 레지스트 층 및 상기 돌출한 피처들을 상기 제 2 방사선 패턴으로 노광하여, 상기 다크 피처들이 상기 돌출한 피처들에 대해 교착된 관계로 위치되는 단계; 및
    - 상기 밀집 피처들의 패턴을 제공하기 위해 상기 제 1 레지스트재를 현상하는 단계를 포함하며,
    상기 제 2 층의 흡광도는, 노광시에, 상기 제 1 층과 연계된 에너지-대-클리어 노광 도즈의 비율을 초과하는 노광 도즈에 대한, 상기 제 2 포지티브 톤 현상가능한 재료 밑에 있는 상기 제 1 포지티브 톤 레지스트의 전체 또는 일부의 노광을 방지하고, 상기 제 2 층의 실질적으로 완전한 광활성화를 제공하도록 조정되는 것을 특징으로 하는 기계 판독가능한 매체.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 포지티브 톤 현상가능한 재료는, 상기 제 1 층의 포지티브 톤 레지스트재와 다른 제 2 포지티브 톤 레지스트인 것을 특징으로 하는 기계 판독가능한 매체.
  17. 리소그래피 시스템에 있어서,
    리소그래피 노광 장치, 기판에 현상가능한 재료층을 제공할 수 있는 스핀-코팅 디바이스, 및 상기 리소그래피 노광 장치와 스핀-코팅 디바이스를 제어하기 위한 제어 디바이스를 포함하여 이루어지고,
    상기 제어 디바이스는 제 15 항에 따른 상기 기계 판독가능한 매체를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 리소그래피 노광 장치는 리소그래피 투영 장치 및 리소그래피 간섭 장 치(lithographic interferometry apparatus) 중 하나인 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
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