KR20070047132A

KR20070047132A - 이머젼 리소그래피의 기포 제거방법

Info

Publication number: KR20070047132A
Application number: KR1020050103937A
Authority: KR
Inventors: 고성우
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2005-11-01
Filing date: 2005-11-01
Publication date: 2007-05-04

Abstract

본 발명의 이머젼 리소그래피의 기포 제거방법은, 이머전 리소그래피 공정에서 이머젼 리퀴드에 발생하는 기포를 제거하는 방법으로서, 이머젼 리소그래피 공정을 진행하기 전에, 대상 웨이퍼에 소정의 열을 가하여 하기 수학식 1 및 2에 의해 계산되는 기포의 한계수명을 감소시키는 단계를 포함한다.

이머젼 리소그래피, 기포, 확산계수

Description

이머젼 리소그래피의 기포 제거방법{Method for removing air bubble in immersion lithography}

도 1은 종래 기술에 따른 이머젼 리소그래피를 설명하기 위해 나타내보인 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 이머젼 리소그래피의 기포 제거방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면이다.

도 3은 온도에 따른 확산 계수의 변화를 나타내보인 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

200 : 이머젼 리소그래피 장치 210 : 이머젼 리퀴드

220 : 웨이퍼 스테이지 230 : 노광 영역

250 : 기포

본 발명은 반도체 소자 제조를 위한 리소그래피 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이머젼 리소그래피의 기포 제거방법에 관한 것이다.

이머젼 리소그래피(immersion lithography)는, 광학장치와 웨이퍼 표면 사이 에 에어 갭(air gap) 대신에 액체매질을 개재시키는 기술로서, 종래의 공기의 굴절률(n=1)보다 높은 굴절률을 갖는 이머젼 리퀴드(immersion liquid), 예컨대 물(n=1.44)을 사용함으로서 일반적인 드라이 리소그래피에 비하여 특정 개구수에서의 초점심도(DOF; Depth Of Focus)를 증대시키고, 특히 1.0 이상의 개구수(NA; Numerical Aperture)를 갖는 광학장치의 이용을 가능하게 하여 포토리소그래피의 최대 해상도를 향상시킬 수 있는 기술이다.

그러나 이머젼 리퀴드로서 널리 사용되고 있는 물은 빛의 산란을 일으키는 기포(air bubble)를 형성하는 문제점이 있다. 이를 도 1을 참조하여 설명하기로 한다. 도 1은 종래 기술에 따른 이머젼 리소그래피를 설명하기 위해 나타내보인 도면이다.

도 1을 참조하면, 웨이퍼(w) 상에 소정의 패턴을 형성하기 위해 이머젼 리소그래피 장치(105) 내에서 웨이퍼(w)가 이머젼 영역(110) 내의 노광 영역(100)으로 이동한다. 이때, 이머젼 리퀴드가 공급 또는 배출되는 이머젼 영역(110)의 에지(edge) 부분에서 기포(120)가 발생하여 웨이퍼(w) 표면에 붙게 되고 이 기포(120)가 빛의 산란을 일으켜 패턴이 불량하게 형성되는 문제점을 유발한다. 기포(120)가 생성되는 요인으로는 웨이퍼(w) 내에 단차가 존재하거나 이머젼 리퀴드 내에 기체가 녹아있거나 또는 이머젼 리퀴드를 공급 및 회수하는 노즐의 디자인에 따라 기포(120)가 발생할 수 있다. 또한, 이머젼 리소그래피 장치(105)와 웨이퍼(w) 표면 사이의 이머젼 리퀴드는 층류(laminar flow)로 제어되어야 하는데 이러한 제어가 불안정하거나 패턴을 형성하기 위해 웨이퍼(w) 상에 형성되어 있는 레지스트(미도시) 의 표면 성질에 따라서도 영향을 받는다. 특히 웨이퍼 스테이지(130)의 운동에 따른 요철렌즈(meniscus)(미도시)가 불안정할 경우 기포(120)가 발생하게 된다. 이렇게 이머젼 리퀴드 내에 발생한 기포(120)는 일종의 렌즈로 작용하여 상의 열화를 유발하므로 반드시 제거되어야 한다.

따라서 이러한 기포(120)가 이머젼 리퀴드 내에 형성되는 것을 방지하기 위해 기포(120)가 물 속에 녹아 있는 가스들의 농도가 포화 농도 이상의 경우에만 형성된다는 가정 하에 물 속에 존재하는 가스들을 없앤, 가스가 제거된 물(degassed water)을 이머젼 리퀴드로 사용하는 방법이 제안되어 있다. 그러나 이러한 종래의 방법으로는 노광 장비 내에서 웨이퍼 스테이지(130)의 이동으로 인해 발생하는 기포의 형성을 방지하지 못한다는 문제가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 노광 장비에서 웨이퍼의 이동으로 인해 발생하는 기포를 노광 전 단계에서 열 공정을 추가하여, 기포가 노광 영역에 도달하기 전에 제거할 수 있는 이머젼 리소그래피의 기포 제거방법을 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 이머젼 리소그래피의 기포 제거방법은, 이머전 리소그래피 공정에서 이머젼 리퀴드에 발생하는 기포를 제거하는 방법으로서, 이머젼 리소그래피 공정을 진행하기 전에, 대상 웨이퍼에 소정의 열을 가하여 수학식 1 및 2에 의해 계산되는 기포의 한계수명을 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

도 2를 참조하면, 이머젼 리소그래피장치(200)와 웨이퍼(w) 표면 사이에 이머젼 리퀴드(210)가 매질로 개재되어 있다. 이머젼 리퀴드(210)는 공기의 굴절률(n=1)보다 높은 굴절률(n=1.44)를 갖는 물을 사용할 수 있다. 이로 인해 이머젼 리소그래피장치(200)의 개구수(NA)가 크게 증가할 수 있다. 다음에 웨이퍼(w) 상에 소정의 패턴을 형성하기 위해 이머젼 리소그래피장치(200) 상에서 웨이퍼 스테이지(220)가 노광 영역(230)으로 이동한다. 이때, 이머젼 영역(240)의 에지(edge) 부분에서 기포(air bubble)(250)가 발생하여 웨이퍼(w) 표면에 붙게 되고, 기포(250)가 붙은 웨이퍼(w)상에 노광을 수행하면 빛의 산란을 일으켜 패턴의 불량이 일어나게 된다.

이를 해결하기 위해 본 발명에서는 기포(250)가 이머젼 리퀴드(210) 속에 녹아있는 가스들의 농도가 포화 농도 이상의 경우에만 형성된다고 가정한 후, 기포의 한계수명(finite lifetime; τ)을 이용하기로 한다.

기포(250)의 한계수명(τ)에 대한 수학식은 다음과 같다.

[수학식 1]

한계수명(τ)=

여기서 D는 확산계수이고, ρ는 가스의 밀도이고, d₀ 는 기포의 지름이다. 또한, C_S 는 가스의 포화농도이고, C_∞ 는 무한이 먼 거리에서의 가스의 농도이다. 상기 수학식 1에 의하면, 기포(250)의 한계수명(τ)은 상기 기포(250)의 지름의 제곱값(d²)과 가스의 밀도(ρ)를 곱한 값에 비례하고, 가스의 포화농도(C_S)와 무한히 먼 거리에서의 가스의 농도(C_∞)의 차에 확산계수(D)와 상수, 8을 곱한 값에 반비례한다. 즉, 이머젼 리퀴드(210) 속의 가스들의 농도가 가스의 포화 농도보다 낮게 되면, 가스 분자는 기포(250) 표면에서 이머젼 리퀴드(210)속으로 확산하게 된다. 이에 따라 이러한 확산을 이용하면, 기포(250)는 시간이 경과함에 따라 점차 줄어들게 되고 결국 사라지게 된다(A-A').

이에 따라 상기 기포(250)의 한계수명(τ)을 감소시키기 위하여 확산계수(D)의 값을 증가시킬 수 있다. 확산계수(D)는 온도의 변화에 따라 그 값이 변화하게 되는데, 이는 확산계수(D)에 대한 식으로 알 수 있다.

확산계수(D)에 대한 수학식은 다음과 같다.

[수학식 2]

확산계수(D)= D₀ exp

여기서 D₀ 는 상수이고, Ea 는 활성화 에너지이고, k는 볼츠만 상수이다. 또한 T는 온도(K)를 가리킨다. 상기 수학식 2에 따르면, 온도가 증가함에 따라 확산계수(D)의 값이 증가함을 알 수 있다. 이를 도 3을 참조하여 설명하면, 확산계수(D)의 값이 온도가 증가함에 따라 증가하는 것을 알 수 있다. 도 3은 온도에 따른 확산 계수의 변화를 나타내보인 도면이다.

상술한 수학식 1 및 수학식 2를 참조하면, 확산계수(D)의 값이 클수록 기포(250)의 한계수명(τ)을 감소하고, 상기 확산계수(D)는 온도가 증가함에 따라 증가하는 것을 알 수 있다. 이에 따라 기포(250)가 노광 영역(230)에 도달하기 전에, 즉 노광 이전 단계에서 열공정을 사용하여 확산계수(D)를 크게 함으로써 상기 기포(250)의 한계수명(τ)을 줄인다. 여기서 열공정은 웨이퍼(w) 하단에 히터를 배치하여 웨이퍼(w)에 열을 공급할 수 있다. 이때, 상술한 기포(250)의 한계수명(τ)이 웨이퍼 스테이지(220) 가장자리에서 노광 영역의 경계까지의 거리(L)에 반비례하고, 웨이퍼(W)의 이동속도(V)에 비례하는 값(L/V)보다 작다면, 기포(250)는 노광 영역(230)에 도달하기 전에 없어지게 된다.

본 발명에 따른 이머젼 리소그래피의 기포 제거방법은, 웨이퍼 스테이지의 이동에 의해 이머젼 리퀴드 내에 발생하는 기포를 제거하기 위해 노광 전 단계에서 열 공정을 사용함으로써 기포의 한계수명(τ)을 감소시켜 기포가 노광 영역에 도달 하기 전에 제거하여 기포에 의해 빛이 산란되는 현상을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 이머젼 리소그래피에서 해상도를 향상시킬 수 있다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이머젼 리소그래피의 기포 제거방법에 의하면, 이머젼 리소그래피에서 이머젼 리퀴드 상에 발생하는 기포를 노광영역에 도달하기 전에 제거함으로써 기포에 의해 빛이 산란되는 현상을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 이머젼 리소그래피에서 해상도를 향상시킬 수 있다.

Claims

이머전 리소그래피 공정에서 이머젼 리퀴드에 발생하는 기포를 제거하는 방법으로서, 이머젼 리소그래피 공정을 진행하기 전에, 대상 웨이퍼에 소정의 열을 가하여 하기 수학식 1 및 2에 의해 계산되는 기포의 한계수명을 감소시키는 단계를 포함하는 기포 제거방법.

[수학식 1]

한계수명(τ)=

상기 수학식 1에서, D는 확산계수이고, ρ는 가스의 밀도이고, d₀ 는 기포의 지름이다. 또한, C_S 는 가스의 포화농도이고, C_∞는 무한히 먼 거리에서의 가스의 농도이다.

[수학식 2]

확산계수(D)= D₀ exp

상기 수학식 2에서, 여기서 D₀ 는 상수이고, Ea 는 활성화 에너지이고, k는 볼츠만 상수이다. 또한 T는 온도(K)를 가리킨다.