KR100682213B1 - 이머젼 리소그래피용 액체 조성물 및 이를 이용한리소그래피 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이머젼 리소그래피용 액체 조성물 및 이를 이용한 리소그래피 방법에 관한 것으로, 물을 주성분으로 하고, 첨가제로서 폴리비닐알코올을 포함하는 이머젼 리소그래피용 액체조성물을 사용하여 리소그래피 공정을 수행함으로써, 폴리비닐알코올에 의해 액체 조성물의 표면 장력이 감소되기 때문에 웨이퍼의 미세 토폴로지 위에서 액체 조성물이 완전히 채워지지 않거나 부분적으로 집중되는 문제점이 해결되고, 감광막과 액체 조성물의 사이에 존재하는 마이크로 버블이 제거된다.
Description
도 1은 이머젼 노광장치의 장점을 나타낸 그래프.
도 2는 종래기술에 따른 이머젼 리소그래피 공정에 따른 문제점의 일예를 도시하는 단면도.
도 3a는 본 발명에 따른 배쓰형 이머젼 리소그래피 장치를 도시하는 단면도.
도 3b는 본 발명에 따른 샤워형 이머젼 리소그래피 장치를 도시하는 단면도.
도 3c는 본 발명에 따른 잠수형 이머젼 리소그래피 장치를 도시하는 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 웨이퍼 20 : 이머젼 리소그래피용 액체 조성물
30 : 이머젼 렌즈부 40 : 웨이퍼 스테이지
50 : 투영 렌즈부
본 발명은 이머젼 리소그래피용 액체 조성물 및 이를 이용한 리소그래피 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 50㎚ 이하의 디바이스 개발을 위한 리소그래피 공정에 필수적으로 사용되는 이머젼 리소그래피용 액체 조성물 및 이를 이용한 리소그래피 방법에 관한 것이다.
현재까지 사용되어 온 리소그래피 공정은 건식 리소그래피(dry lithography)로서, 건식 리소그래피는 노광 렌즈와 웨이퍼의 사이가 공기로 채워지는 노광 시스템을 이용한다.
이러한 건식 리소그래피를 이용하는 경우, 50㎚급 디바이스 개발을 위한 새로운 노광 시스템이 광원으로서 F2 레이저 또는 EUV 레이저를 사용하여야 하는데, 그 결과 F2 레이저를 사용하는 경우에는 펠리클(pellicle)의 개발에 문제점이 있고, EUV 레이저를 사용하는 경우에는 마스크(mask) 및 광원 개발에 문제점이 있어 현실적으로 양산에 문제를 가지고 있다.
상기와 같은 문제점을 극복하기 위해 새롭게 개발되고 있는 리소그래피 공정이 이머젼 리소그래피이다.
이머젼 리소그래피(immersion lithography)는 최종 투영 렌즈와 웨이퍼 사이에 임의의 액체를 채우고 그 액체의 굴절률만큼 광학계의 개구수(Numerical Aperture: 이하 NA)를 증가시켜 분해능을 개선시키는 기술이다. 이때, 상기 액체에서 전파해 나가는 광원은 그 실제 파장이 공기 중에서 파장을 해당 매질의 굴절률로 나눈 값에 해당한다. 193nm의 광원(ArF 레이저)을 사용할 때, 물을 매질로 선택할 경우 물의 굴절률이 1.44이므로 실제 물을 거쳐간 ArF 레이저의 파장은 193nm에서 134nm로 감소한다. 이는 통상적으로 분해능을 증가시키기 위하여 F2 레 이저(157nm)와 같이 파장이 더욱 짧은 광원을 사용하는 것과 동일한 효과를 가져온다.
도 1은 이머젼 노광장치의 장점을 나타낸 그래프이다. 이머젼 노광장치를 사용할 때, 주어진 피치에서 NA가 고정되어 있을 경우 초점여유도(DOF)가 증가함을 확인할 수 있다. 또한, NA를 1보다 크게 증가시켰을 때 렌즈의 분해능이 더 좋아진다.
50㎚급 디바이스를 개발을 위해 상술한 바와 같은 이머젼 리소그래피를 이용하기 위해서는 이머젼 리소그래피용 액체 조성물을 적용해야 하는데, 이때 해결해야 하는 문제는 첫째, 웨이퍼의 미세 토폴로지(topology) 위에서 이머젼 리소그래피용 액체 조성물이 완전히 채워지도록 해야 하는 것과, 둘째, 감광막과 액체 조성물의 사이에 존재하는 마이크로 버블을 완전히 제거해야 하는 것이다.
도 2는 종래기술에 따른 이머젼 리소그래피 공정에 따른 문제점의 일예를 도시하는 단면도로서, 미세 토폴로지를 갖는 웨이퍼(10) 위에 이머젼 리소그래피용 액체 조성물(20)을 코팅하였을 때, 웨이퍼(10)의 미세 토폴로지 위에서 이머젼 리소그래피용 액체 조성물(20)이 완전히 채워지지 않음("A"로 표시됨)을 나타낸다.
상기와 같이 이머젼 리소그래피용 액체 조성물(20)로 채워지지 않은 부분들은 공기에 의해 채워져 있기 때문에, 노광시 주위와의 굴절률 차이로 인해 패턴의 해상도가 심하게 나빠지는 문제점이 발생한다.
본 발명의 목적은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 이머젼 리소그래피 공정에 사용할 특정의 계면활성제를 포함하는 새로운 조성의 이머젼 리소그래피용 액체 조성물 및 이러한 이머젼 리소그래피용 액체 조성물을 이용한 리소그래피 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 상기 이머젼 리소그래피용 액체 조성물을 사용하는 이머젼 리소그래피 장치, 반도체 소자 및 반도체 소자 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 물을 주성분으로 하고, 첨가제로서 비이온성 계면활성제인 폴리비닐알코올을 포함하는 이머젼 리소그래피용 액체 조성물을 제공한다.
본 발명에서 사용되는 폴리비닐알코올의 특징은 광원에 대하여 투명해야 하고, 폴리비닐알코올을 포함하는 이머젼 리소그래피용 액체 조성물의 굴절률이 물의 굴절률과 비슷해야 하며, 폴리비닐알코올을 첨가함으로 인해 이머젼 리소그래피용 액체 조성물에 거품이 발생하지 않아야 한다.
상기의 조건을 만족시키는 폴리비닐알코올의 중량 평균 분자량은 1,000∼ 150,000인 것이 바람직하다.
이때, 폴리비닐알코올의 함량은 전체 조성물에 대해 0.01∼5 중량%인 것이 바람직하고, 0.05∼1 중량%인 것이 더욱 바람직하다.
상기 폴리비닐알코올의 함량이 전체 조성물에 대해 5 중량%를 초과하면 노광시 폴리비닐알코올에 의해 렌즈가 오염되는 문제점이 있고, 또한 전체 조성물에 대 해 0.01 중량% 보다 적게 사용되면 그 효과가 미미한 문제점이 있어 바람직하지 않다.
또한, 본 발명에서 사용되는 물은 탈이온수로서, 그 온도는 20 내지 25℃인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 22 내지 23℃이며, 여과하여 불순물을 제거한 것을 사용한다.
아울러, 상기 여과에 의해 불순물이 제거된 탈이온수와 상기 폴리비닐알코올을 혼합한 후, 다시 한번 여과하여 본 발명에 따른 이머젼 리소그래피용 액체 조성물을 제조하는 것이 바람직하다.
본 발명의 이머젼 리소그래피용 액체 조성물은 폴리비닐알코올을 포함함으로써 액체 조성물의 표면 장력을 감소시키기 때문에 일반적인 웨이퍼의 경우 뿐만 아니라 미세 토폴로지를 갖는 웨이퍼 위에서 액체 조성물이 완전히 채워지지 않거나 부분적으로 집중되는 문제점을 해결하고, 감광막과 액체 조성물의 사이에 존재하는 마이크로 버블을 제거한다.
또한, 본 발명에서는 이머젼 렌즈부, 웨이퍼 스테이지 및 투영 렌즈부를 포함하는 이머젼 리소그래피 장치에 있어서, 상기 이머젼 렌즈부에 본 발명에 따른 이머젼 리소그래피용 액체 조성물을 이용하는 이머젼 리소그래피 장치를 제공한다.
상기 이머젼 렌즈부는 이머젼 리소그래피용 액체 조성물의 수용부, 공급부 및 회수부로 구성되는 것이다.
상기 웨이퍼 스테이지에 장착되는 웨이퍼는 일반적인 웨이퍼 뿐만 아니라 미세 토폴로지를 갖는 웨이퍼를 포함하며, 상기 본 발명에 따른 이머젼 리소그래피 장치는 샤워형(shower type), 배쓰형(bath type) 또는 잠수형(submarine type)이다.
도 3a를 참조하면, 웨이퍼(10) 전체를 이머젼 리소그래피용 액체 조성물(20)이 감싸도록 이머젼 렌즈부(30)를 구비하는 배쓰형 이머젼 리소그래피 장치를 도시한다.
도 3b를 참조하면, 투영 렌즈부(50)의 하단에 이머젼 리소그래피용 액체 조성물(20)을 담을 수 있는 이머젼 렌즈부(30)를 구비하는 샤워형 이머젼 리소그래피 장치를 도시한다.
도 3c를 참조하면, 웨이퍼(10)가 장착되는 웨이퍼 스테이지(40)가 이머젼 리소그래피용 액체 조성물(20)에 잠기는 형태의 이머젼 렌즈부(30)를 구비하는 잠수형 이머젼 리소그래피 장치를 도시한다.
또한, 본 발명에서는 상기 본 발명에 따른 이머젼 리소그래피용 액체 조성물을 사용하는 이머젼 리소그래피 방법을 제공한다.
또한, 본 발명에서는 상기 본 발명에 따른 이머젼 리소그래피용 액체 조성물을 사용하여 제조된 반도체 소자를 제공한다.
아울러, 본 발명에서는 하기의 단계를 포함하는 반도체 소자 제조방법을 제공한다.
(a) 웨이퍼를 제공하는 단계;
(b) 상기 웨이퍼에 감광막을 증착하는 단계;
(c) 상기 감광막이 증착된 웨이퍼를 본 발명에 따른 이머젼 리소그래피용 액 체 조성물을 사용하여 노광하는 단계; 및
(d) 상기 결과물을 현상하여 패턴을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
상기 웨이퍼는 일반적인 웨이퍼 또는 미세 토폴로지를 갖는 웨이퍼를 포함한다.
또한, 상기 (c) 단계는 적어도 1회 이상 광원이 상기 본 발명에 따른 이머젼 리소그래피용 액체 조성물을 통과하도록 하는 공정을 포함한다.
이하 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
제조예 1
알드리치(Aldrich)사의 중량 평균 분자량 13,000∼23,000의 폴리비닐알코올 (Ald # 34,840-6, 98∼99% hydrolyzed) 1g을 300g의 탈이온수에 용해시켜 이머젼 리소그래피용 액체 조성물을 제조하였다.
제조예 2
알드리치(Aldrich)사의 중량 평균 분자량 85,000∼146,000의 폴리비닐알코올 (Ald # 36,314-6, 98∼99% hydrolyzed) 1g을 400g의 탈이온수에 용해시켜 이머젼 리소그래피용 액체 조성물을 제조하였다.
실시예 1∼실시예 2
상기 제조예 1 및 제조예 2에서 제조된 이머젼 리소그래피용 액체 조성물의 굴절률을 측정한 결과, 1.42 내지 1.44로 적당함을 알 수 있었다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서는 물을 주성분으로 하고, 첨가제로서 폴리비닐알코올을 포함하는 이머젼 리소그래피용 액체 조성물을 사용하여 이머젼 리소그래피 공정을 수행함으로써, 폴리비닐알코올에 의해 액체 조성물의 표면 장력이 감소되기 때문에 웨이퍼의 미세 토폴로지 위에서 액체 조성물이 완전히 채워지지 않거나 부분적으로 집중되는 문제점이 해결되고, 감광막과 액체 조성물의 사이에 존재하는 마이크로 버블이 제거된다.
Claims (12)
- 물을 주성분으로 하고, 첨가제로서 폴리비닐알코올을 포함하는 것을 특징으로 하는 이머젼 리소그래피용 액체 조성물.
- 제 1 항에 있어서,상기 폴리비닐알코올의 중량 평균 분자량은 1,000∼150,000인 것을 특징으로 하는 이머젼 리소그래피용 액체 조성물.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 폴리비닐알코올의 함량은 전체 조성물에 대해 0.01∼5 중량%인 것을 특징으로 하는 이머젼 리소그래피용 액체 조성물.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서상기 물은 탈이온수인 것을 특징으로 하는 이머젼 리소그래피용 액체 조성물.
- 이머젼 렌즈부, 웨이퍼 스테이지 및 투영 렌즈부를 포함하는 이머젼 리소그래피 장치에 있어서, 상기 장치는 이머젼 렌즈부에 제 1 항 또는 제 2 항 기재의 이머젼 리소그래피용 액체 조성물이 사용되는 것을 특징으로 하는 이머젼 리소그래 피 장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 장치는 샤워형(shower type), 배쓰형(bath type) 및 잠수형(submarine type)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 형태인 것을 특징으로 하는 이머젼 리소그래피 장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 웨이퍼 스테이지에 장착되는 웨이퍼는 미세 토폴로지(topology)를 갖는 것을 특징으로 하는 이머젼 리소그래피 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항 기재의 이머젼 리소그래피용 액체 조성물을 사용하는 것을 특징으로 하는 이머젼 리소그래피 방법.
- 삭제
- (a) 웨이퍼를 제공하는 단계;(b) 상기 웨이퍼에 감광막을 증착하는 단계;(c) 상기 감광막이 증착된 웨이퍼를 제 1 항 또는 제 2 항 기재의 이머젼 리 소그래피용 액체 조성물을 사용하여 노광하는 단계; 및(d) 상기 결과물을 현상하여 패턴을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 웨이퍼는 미세 토폴로지를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 (c) 단계는 적어도 1회 이상 광원이 상기 이머젼 리소그래피용 액체 조성물을 통과하도록 하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 방법.
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