KR20060076000A - 이멀젼 리소그래피용 전세정 조성물 및 이를 이용한리소그래피 방법 - Google Patents

이멀젼 리소그래피용 전세정 조성물 및 이를 이용한리소그래피 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이멀젼 리소그래피용 전세정 조성물 및 이를 이용한 리소그래피 방법에 관한 것으로, 이멀젼 리소그래피 공정을 수행하기에 앞서, 물을 주성분으로 하고 첨가제로서 비이온성 계면활성제인 알킬렌 옥사이드 함유 폴리머를 포함하는 전세정 조성물을 사용하여 웨이퍼를 세정함으로써, 이멀젼 리소그래피 공정 수행시 이멀젼 리소그래피용 액체 조성물로서 순수한 물을 사용하여도 미세 토폴로지 위에서 상기 액체 조성물이 완전히 채워지지 않거나 부분적으로 집중되는 문제점이 해결되고, 감광막 패턴과 액체 조성물 사이에 존재하는 마이크로 버블이 제거된다.

Description

이멀젼 리소그래피용 전세정 조성물 및 이를 이용한 리소그래피 방법{Pre-Rinsing Composition for Immersion Lithography and Lithography Method Using the Same}
도 1은 이멀젼 노광장치의 장점을 나타낸 그래프.
도 2는 종래기술에 따른 이멀젼 리소그래피 공정에 따른 문제점의 일예를 도시하는 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 웨이퍼 20 : 이멀젼 리소그래피용 액체 조성물
본 발명은 이멀젼 리소그래피용 전세정 조성물 및 이를 이용한 리소그래피 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 50㎚ 이하의 디바이스 개발을 위한 리소그래피 공정에 필수적으로 사용되는 것으로 이멀젼 리소그래피 공정을 수행하기에 앞서 웨이퍼를 세정하는 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 시스 템을 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 이멀젼 리소그래피이다.
이멀젼 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 액체 내에서 실제로 전파해 나가는 광원의 파장은 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 레이저(157nm)와 같이 파장이 더욱 짧은 광원을 사용하는 것과 동일한 효과를 가져온다.
도 1은 이멀젼 노광장치의 장점을 나타낸 그래프이다. 이멀젼 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 이멀젼 리소그래피를 이용하기 위해서는 이멀젼 리소그래피용 액체 조성물을 적용해야 하는데, 이때 해결해야 하는 문제는 첫째, 웨이퍼의 미세 토폴로지(topology) 위에서 이멀젼 리소그래피용 액체 조성물이 완전히 채워지도록 해야 하는 것과, 둘째, 감광막과 액체 조성물의 사이에 존재하는 마이크로 버블을 완전히 제거해야 하는 것이다.
도 2는 종래기술에 따른 이멀젼 리소그래피 공정에 따른 문제점의 일예를 도시하는 단면도로서, 미세 토폴로지를 갖는 웨이퍼(10) 위에 이멀젼 리소그래피용 액체 조성물(20)을 코팅하였을 때, 웨이퍼(10)의 미세 토폴로지 위에서 이멀젼 리소그래피용 액체 조성물(20)이 완전히 채워지지 않음("A"로 표시됨)을 나타낸다.
상기와 같이 이멀젼 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 것으로서, 이멀젼 리소그래피 공정을 수행하기에 앞서 웨이퍼를 세정하는 조성물 및 이러한 이멀젼 리소그래피용 전세정 조성물을 이용한 리소그래피 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 상기 이멀젼 리소그래피용 전세정 조성물을 사용하여 제조되는 반도체 소자 및 반도체 소자 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 물을 주성분으로 하고, 첨가제로서 비이온성 계면활성제인 알킬렌 옥사이드 함유 폴리머를 포함하는 이멀젼 리소그래피용 전세정 조성물을 제공한다.
본 발명에서 사용되는 계면활성제의 특징은 광원에 대하여 투명해야 하고, 계면활성제를 포함하는 이멀젼 리소그래피용 전세정 조성물의 굴절률이 물의 굴절률과 비슷해야 하며, 계면활성제를 첨가함으로 인해 이멀젼 리소그래피용 전세정 조성물에 거품이 발생하지 않아야 한다.
상기의 조건을 만족시키기 위한 계면활성제로서 비이온성 계면활성제가 바람직하고, 아울러 방향족기가 포함되지 않는 것이 더욱 바람직하며, 본 발명에서는 수평균 분자량이 10 내지 20000인 알킬렌 옥사이드 함유 폴리머를 비이온성 계면활성제로 사용한다.
이때, 알킬렌 옥사이드 함유 폴리머의 함량은 전체 조성물에 대해 0.01∼5 중량%인 것이 바람직하고, 0.1∼1 중량%인 것이 더욱 바람직하다.
상기 알킬렌 옥사이드 함유 폴리머의 함량이 전체 조성물에 대해 5 중량%를 초과하더라도 더 이상 마이크로 버블 제거 효과가 향상되지 않고, 또한 전체 조성물에 대해 0.01 중량% 보다 적게 사용되면 계면활성제의 효과가 미미한 문제점이 있어 바람직하지 않다.
또한, 상기 알킬렌 옥사이드는 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드, 부틸렌 옥사이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택되는 것으로서, 이러한 알킬렌 옥사이드는 전체 폴리머에 대하여 70∼90 중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 알킬렌 옥사이드의 함유량이 90 중량%를 초과하면 계면활성제로서의 효과가 줄어드는 문제점이 있고, 70 중량% 보다 적게 사용되면 물에 투명하게 용해되지 않는 문제점이 있어 바람직하지 않다.
상기 알킬렌 옥사이드 함유 폴리머의 바람직한 예로는 수평균 분자량 2250이면서 80 중량%의 에틸렌 옥사이드를 함유하는 폴리에틸렌-블록-폴리(에틸렌 글리콜), 수평균 분자량 14,600이면서 82.5 중량%의 에틸렌 옥사이드를 함유하는 폴리(에틸렌 글리콜)-블록-폴리(프로필렌 글리콜)-블록-폴리(에틸렌 글리콜) 또는 수평균 분자량 8400이면서 80 중량%의 에틸렌 옥사이드를 함유하는 폴리(에틸렌 글리콜)-블록-폴리(프로필렌 글리콜)-블록-폴리(에틸렌 글리콜)을 들 수 있다.
여기서, 에틸렌 옥사이드를 함유한다는 것의 의미는 80 중량%의 에틸렌 옥사이드를 함유하는 폴리에틸렌-블록-폴리(에틸렌 글리콜)을 예로 들어 설명하면, 폴리에틸렌-블록-폴리(에틸렌 글리콜) 고분자에서 폴리(에틸렌 글리콜)의 함량이 80 중량% 임을 말한다.
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 계면활성제를 혼합한 후, 다시 한번 여과하여 본 발명에 따른 이멀젼 리소그래피용 전세정 조성 물을 제조하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 상기 본 발명에 따른 이멀젼 리소그래피용 액체 조성물을 사용하는 이멀젼 리소그래피 방법을 제공한다.
또한, 본 발명에서는 상기 본 발명에 따른 이멀젼 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 상기 본 발명의 이멀젼 리소그래피용 전세정 조성물을 사용하여 세정하는 단계;
(d) 상기 결과물을 이멀젼 리소그래피용 액체 조성물을 사용하여 노광하는 단계; 및
(e) 상기 결과물을 현상하여 패턴을 얻는 단계.
상기 웨이퍼는 일반적인 웨이퍼 또는 미세 토폴로지를 갖는 웨이퍼를 포함한다. 또한, 상기 (d) 단계에서 사용되는 이멀젼 리소그래피용 액체 조성물로는 물을 사용할 수 있다.
본 발명에서는 이멀젼 리소그래피 공정을 수행하기에 앞서 상기 조성의 이멀젼 리소그래피용 전세정 조성물을 사용하여 웨이퍼를 세정함으로써, 순수한 물로 세정하였을 때에 감광막 내의 광산발생제, 열산발생제 등의 첨가물이 용출되는 문 제를 방지할 수 있다. 또한 본 발명의 이멀젼 리소그래피용 전세정 조성물을 사용함으로써, 일반적인 웨이퍼의 경우 뿐만 아니라 미세 토폴로지를 갖는 웨이퍼 위에서 이멀젼 리소그래피용 액체 조성물이 완전히 채워지지 않거나 부분적으로 집중되는 문제점이 해결되고, 감광막과 액체 조성물의 사이에 존재하는 마이크로 버블을 제거할 뿐만 아니라, 이멀젼 리소그래피용 액체 조성물로서 순수한 물을 사용하는 것이 가능하여 원가 절감 및 이멀젼 리소그래피용 액체 조성물을 구성케 하는 성분의 제한성을 극복할 수 있다.
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 수평균 분자량 2250이면서 80 중량%의 에틸렌 옥사이드를 함유하는 폴리에틸렌-블록-폴리(에틸렌 글리콜) (알드리치사제 제품번호 52590-1) 1g을 400g의 탈이온수에 용해시켜 이멀젼 리소그래피용 전세정 조성물을 제조하였다.
제조예 2
알드리치(Aldrich)사의 수평균 분자량 14,600이면서 82.5 중량%의 에틸렌 옥사이드를 함유하는 폴리(에틸렌 글리콜)-블록-폴리(프로필렌 글리콜)-블록-폴리(에틸렌 글리콜) (알드리치사제 제품번호 54234-2) 1g을 400g의 탈이온수에 용해시켜 이멀젼 리소그래피용 전세정 조성물을 제조하였다..
제조예 3
알드리치(Aldrich)사의 수평균 분자량 8400이면서 80 중량%의 에틸렌 옥사이드를 함유하는 폴리(에틸렌 글리콜)-블록-폴리(프로필렌 글리콜)-블록-폴리(에틸렌 글리콜) (알드리치사제 제품번호 41232-5) 1g을 400g의 탈이온수에 용해시켜 이멀젼 리소그래피용 전세정 조성물을 제조하였다.
실시예 1∼실시예 3
상기 제조예 1 내지 제조예 3에서 제조된 이멀젼 리소그래피용 전세정 조성물을 사용하여 감광막이 형성된 웨이퍼를 세정한 후에 이멀젼 리소그래피용 액체 조성물을 이용한 리소그래피 공정을 수행한 결과, 미세 토폴로지를 갖는 웨이퍼 위에서 이멀젼 리소그래피용 액체 조성물이 완전히 채워지고 부분적으로 집중되지 않았으며, 감광막과 액체 조성물의 사이에 존재하는 마이크로 버블도 제거되었다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서는 이멀젼 리소그래피 공정을 수행하기에 앞서, 물을 주성분으로 하고, 첨가제로서 비이온성 계면활성제인 알킬렌 옥사이드 함유 폴리머를 포함하는 이멀젼 리소그래피용 전세정 조성물을 사용하여 웨이퍼를 세정함으로써, 이멀젼 리소그래피 공정 수행시 이멀젼 리소그래피용 액체 조성물로서 순수한 물을 사용하여도 미세 토폴로지 위에서 상기 액체 조성물이 완전히 채워지지 않거나 부분적으로 집중되는 문제점이 해결되고, 감광막 패턴과 액체 조성물 사이에 존재하는 마이크로 버블이 제거된다.

Claims (11)

  1. 물을 주성분으로 하고, 첨가제로서 알킬렌 옥사이드 함유 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 이멀젼 리소그래피용 전세정 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 알킬렌 옥사이드 함유 폴리머의 수평균 분자량은 10∼20,000인 것을 특징으로 하는 이멀젼 리소그래피용 전세정 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 알킬렌 옥사이드 함유 폴리머의 함량은 전체 조성물에 대해 0.01∼5 중량%인 것을 특징으로 하는 이멀젼 리소그래피용 전세정 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 알킬렌 옥사이드는 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드, 부틸렌 옥사이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 이멀젼 리소그래피용 전세정 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 알킬렌 옥사이드는 전체 폴리머에 대하여 70∼90 중량% 함유되는 것을 특징으로 하는 이멀젼 리소그래피용 전세정 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 물은 탈이온수인 것을 특징으로 하는 이멀젼 리소그래피용 전세정 조성물.
  7. 제 1 항 기재의 이멀젼 리소그래피용 전세정 조성물을 사용하는 것을 특징으로 하는 이멀젼 리소그래피 방법.
  8. 제 1 항 기재의 이멀젼 리소그래피용 전세정 조성물을 사용하여 제조된 반도체 소자.
  9. (a) 웨이퍼를 제공하는 단계;
    (b) 상기 웨이퍼에 감광막을 증착하는 단계;
    (c) 상기 감광막이 증착된 웨이퍼를 제 1 항 기재의 이멀젼 리소그래피용 전세정 조성물을 사용하여 세정하는 단계;
    (d) 상기 결과물을 이멀젼 리소그래피용 액체 조성물을 사용하여 노광하는 단계; 및
    (e) 상기 결과물을 현상하여 패턴을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 웨이퍼는 미세 토폴로지를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 (d) 단계의 이멀젼 리소그래피용 액체 조성물은 물인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
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