KR20220100594A - 디바이스 제조 방법 - Google Patents

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KR20220100594A
KR20220100594A KR1020227016276A KR20227016276A KR20220100594A KR 20220100594 A KR20220100594 A KR 20220100594A KR 1020227016276 A KR1020227016276 A KR 1020227016276A KR 20227016276 A KR20227016276 A KR 20227016276A KR 20220100594 A KR20220100594 A KR 20220100594A
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euv
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resist
radiation
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KR1020227016276A
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칭황 린
지스버트 리스펜스
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

본 발명은 고감도 극자외(EUV) 레지스트를 사용하여 디바이스, 예를 들어 집적 회로를 제조하기 위한 개선된 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 방법을 수행하기 위한 통합형 웨이퍼 처리 시스템에 관한 것이다. 본 방법은 디바이스를 제조하는 것을 포함하며, 본 방법은 a. 노광된 극자외(EUV) 레지스트 웨이퍼를 생성하기 위해 EUV 레지스트 웨이퍼를 EUV 방사선에 대해 노광시키는 것; b. 약 20℃ 내지 약 450℃의 범위 내의 온도에서의 산소 부화 분위기에서 노광된 EUV 레지스트 웨이퍼를 베이킹하는 것; c. 디바이스를 생성하기 위해 노광된 EUV 레지스트 웨이퍼를 처리하는 것을 포함하며, 산소 부화 분위기는 약 21.0 체적%보다 많은 양의 산소를 포함하며, EUV 레지스트는 Sn, Sb, Cd, Cr, Zn, Hf, Po, Pd 및 Te 중 하나 이상을 포함한다.

Description

디바이스 제조 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2019년 11월 15일에 출원된 미국 출원 62/935,949의 우선권을 주장하며, 이는 전체적으로 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 디바이스, 예를 들어 집적 회로를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 디바이스를 제조하기 위한 통합형 웨이퍼 처리 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 극자외(EUV) 리소그래피 장치를 사용하는 제조 디바이스와 관련하여 특히 용도를 갖는다.
리소그래피 장치는 원하는 패턴을 기판 상으로 적용하도록 구성된 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 디바이스, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 패터닝 디바이스 (예를 들어, 마스크)로부터의 패턴을 기판 상에 제공된 방사선-감응 재료(레지스트)의 층 상으로 투영시킬 수 있다.
패턴을 기판 상으로 투영시키기 위하여 리소그래피 장치에 의하여 사용되는 방사선의 파장은 그 기판 상에 형성될 수 있는 피처(feature)의 최소 크기를 결정한다. 4 내지 20㎚ 범위 내의 파장을 갖는 전자기 방사선인 EUV 방사선을 사용하는 리소그래피 장치는 (예를 들어, 193㎚의 파장을 갖는) 심자외 (DUV) 방사선을 이용하는 리소그래피 장치보다 기판 상에 더 작은 피처를 형성하기 위해 사용될 수 있다.
리소그래피 공정에서 형성될 피처의 크기가 감소함에 따라, 리소그래피 장치 및 재료의 모든 양태에 대한 성능 요구 조건이 더 엄격해진다.
현대적인 집적 회로 제조를 위하여 가장 일반적으로 사용되는 레지스트 재료는 화학적 증폭 레지스트(chemical amplified resist)(CAR)이다. 그러나 화학적 증폭 레지스트 재료는 EUV 리소그래피를 위하여 사용될 때 감도-분해능-라인 에지 거칠기 또는 확률적 영향 트레이드-오프(stochastic effect trade-off)의 확립된 문제와 관련하여 극복할 수 없는 문제를 겪는다. 이 트레이드-오프는 CAR을 이용하는 리소그래피 방법에서의 추가 개선 능력을 제한한다.
스핀-온(spin-on) 금속 산화물 레지스트와 같은 비화학적 증폭 레지스트들(비-CARs)은 높은 결함 밀도를 겪는 경향이 있다. 그러나 이들은 CAR보다 EUV 리소그래피에 대하여 높은 분해능 그리고 상대적으로 높은 감도를 나타낸다는 점에서 가능성을 보여준다.
위의 내용을 고려하여, 디바이스, 예를 들어 집적 회로를 제조하는 개선된 방법, 및 특히 높은 EUV 광자 흡수 및 보다 효율적인 용해도 스위칭을 나타내는 고-감도 EUV 레지스트를 사용하는 개선된 EUV 리소그래피 방법을 개발할 필요가 남아 있다. 또한 이러한 방법을 수행하기 위한 통합형 웨이퍼 처리 시스템의 필요성이 있다.
본 방법은 디바이스를 제조하는 방법에 관한 것으로서 본 방법은;
a. 노광된 극자외(EUV) 레지스트 웨이퍼를 생성하기 위해 EUV 레지스트 웨이퍼를 EUV 방사선에 대해 노광시키는 것;
b. 약 20℃ 내지 약 450℃의 범위 내의 온도에서의 산소 부화 분위기에서 노광된 EUV 레지스트 웨이퍼를 베이킹하는 것;
c. 디바이스를 생성하기 위해 노광된 EUV 레지스트 웨이퍼를 처리하는 것을 포함하며,
산소 부화 분위기는 약 21.0 체적%보다 많은 양의 산소를 포함하고, EUV 레지스트는 Sn, Sb, Cd, Cr, Zn, Hf, Po, Pd 및 Te 중 하나 이상을 포함한다.
본 발명은 또한 EUV 레지스트 웨이퍼를 처리하기 위한 통합형 웨이퍼 처리 시스템에 관한 것으로서, 본 시스템은 EUV 리소그래피 장치; 및 조명 시스템, 가열 요소, 산소 유입구, 산소-제어 메커니즘 그리고 진공 메커니즘을 포함하는 처리 디바이스를 포함한다.
이러한 방법 및 시스템은 비화학적 증폭 레지스트 플랫폼으로 고 분해능 리소그래피를 허용하여 EUV 방사선에 대한 웨이퍼의 노광에 이은 용해도 스위칭의 효율의 유리한 증가, 감소된 레지스트 블러(blur), 그리고 더 낮은 확률적 결함의 결과로 이어진다.
도 1은 리소그래피 장치 및 방사선 소스를 포함하는 리소그래피 시스템의 개략도이다.
도 2는 리소그래피 셀의 개략적인 개요를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 통합형 웨이퍼 처리 시스템의 실시예를 보여주는 도면이다.
도 4는 금속 코어 당 리간드의 평균 수가 증가함에 따라 본 발명의 방법에 기인하는 레지스트 감도의 개선을 보여주고 있다.
도 1은 리소그래피 시스템의 개략적인 도면이다. 리소그래피 시스템은 방사선 소스(SO) 및 리소그래피 장치(LA)를 포함하고 있다. 방사선 소스(SO)는 극자외(EUV) 방사선 빔(B)을 생성하도록 구성되어 있다. 리소그래피 장치(LA)는 조명 시스템(IL), 패터닝 디바이스(MA)를 지지하도록 구성된 지지 구조체(MT), 투영 시스템(PS) 및 기판(W)을 지지하도록 구성된 기판 테이블(WT)을 포함하고 있다. 조명 시스템(IL)은 방사선 빔이 패터닝 디바이스(MA)에 입사되기 전에 방사선 빔(B)을 조정하도록 구성되어 있다. 투영 시스템은 (이제 패터닝 디바이스(MA)에 의해 패터닝된) 방사선 빔(B)을 기판(W) 상으로 투영하도록 구성되어 있다. 기판(W)은 이전에 형성된 패턴을 포함할 수 있다. 이 경우, 리소그래피 장치는 패터닝된 방사선 빔(B)을 앞서 기판(W) 상에 형성된 패턴과 정렬시킨다.
방사선 소스(SO), 조명 시스템(IL) 및 투영 시스템(PS)은 모두 외부 환경으로부터 격리될 수 있도록 구성되고 배열될 수 있다. 대기압보다 낮은 압력의 가스 (예를 들어, 수소)가 방사선 소스(SO) 내에 제공될 수 있다. 진공이 조명 시스템(IL) 및/또는 투영 시스템(PS) 내에 제공될 수 있다. 대기압보다 훨씬 낮은 압력에서 소량의 가스 (예를 들어, 수소)가 조명 시스템(IL) 및/또는 투영 시스템(PS) 내에 제공될 수 있다.
도 1에서 보여지는 방사선 소스(SO)는 레이저 생성 플라즈마(LPP) 소스로 지칭될 수 있는 유형이다. 예를 들어 CO2 레이저일 수 있는 레이저(1)가 배열되어 에너지를 레이저 빔(2)을 통해, 연료 방출기(3)로부터 제공되는 주석(Sn)과 같은 연료 내로 축적(deposit)시킨다. 다음의 설명에서 주석이 언급되지만, 임의의 적절한 연료가 사용될 수 있다. 연료는, 예를 들어 액체 형태일 수 있으며, 또한 예를 들어 금속 또는 합금일 수 있다. 연료 방출기(3)는 주석을, 예를 들어 액적(droplets) 형태로 궤적을 따라서 플라즈마 형성 영역(4)으로 향하게 하도록 구성된 노즐을 포함할 수 있다. 레이저 빔(2)은 플라즈마 형성 영역(4)에서 주석에 입사된다. 주석으로의 레이저 에너지의 축적은 플라즈마 형성 영역(4)에서 플라즈마(7)를 생성한다. 플라즈마의 이온의 탈여기 및 재결합 동안 EUV 방사선을 포함하는 방사선은 플라즈마(7)로부터 방출된다.
EUV 방사선은 근수직 입사 방사선 컬렉터(5) (때로는 더 일반적으로 수직 입사 방사선 컬렉터로 지칭된다)에 의해 수집되고 집속된다. 컬렉터(5)는 EUV 방사선 (예를 들어, 13.5㎚와 같은 원하는 파장을 갖는 EUV 방사선)을 반사시키도록 배열되는 다층 구조체를 가질 수 있다. 컬렉터(5)는 2개의 타원 초점을 갖는 타원체의 구성을 가질 수 있다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 제1 초점은 플라즈마 형성 영역(4)에 있을 수 있으며, 제2 초점은 중간 초점(6)에 있을 수 있다.
레이저 생성 플라즈마(LPP) 소스의 다른 실시예에서, 컬렉터(5)는 그레이징(grazing) 입사각에서 EUV 방사선을 받아들이고 중간 초점에서 EUV 방사선을 집속하도록 구성된 소위 그레이징 입사 컬렉터일 수 있다. 그레이징 입사 컬렉터는, 예를 들어 복수의 그레이징 입사 리플렉터를 포함하는 네스티드(nested) 컬렉터일 수 있다. 그레이징 입사 리플렉터들은 광학 축(O)을 중심으로 축 방향 대칭적으로 배치될 수 있다.
방사선 소스(SO)는 하나 이상의 오염 트랩 (보이지 않음)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 오염 트랩은 플라즈마 형성 영역(4)과 방사선 컬렉터(5) 사이에 위치될 수 있다. 오염 트랩은, 예를 들어 회전 포일 트랩일 수 있거나, 임의의 다른 적절한 형태의 오염 트랩일 수 있다.
레이저(1)는 방사선 소스(SO)에서 분리될 수 있다. 이 경우, 레이저 빔(2)은, 예를 들어 적절한 지향 미러 및/또는 빔 익스팬더 및/또는 다른 광학계를 포함하는 빔 전달 시스템(보이지 않음)의 도움으로 레이저(1)로부터 방사선 소스(SO)로 나아갈 수 있다. 레이저(1)와 방사선 소스(SO)는 함께 방사선 시스템으로 간주될 수 있다.
컬렉터(5)에 의하여 반사된 방사선은 방사선 빔(B)을 형성한다. 방사선 빔(B)은 지점(6)에서 집속되어 플라즈마 형성 영역(4)의 이미지를 형성하며, 이는 조명 시스템(IL)을 위한 가상 방사선 소스로서의 역할을 한다. 방사선 빔(B)이 집속되는 지점(6)은 중간 초점으로서 지칭될 수 있다. 방사선 소스(SO)는 중간 초점(6)이 방사선 소스의 외함 구조체(enclosing structure)(9)의 개구(8)에 또는 그 근처에 위치되도록 배열되어 있다.
방사선 빔(B)은 방사선 소스(SO)로부터, 방사선 빔을 조정하도록 구성된 조명 시스템(IL)으로 나아간다. 조명 시스템(IL)은 패싯(facetted) 필드 미러 디바이스(10)와 패싯 퓨필 미러 디바이스(11)를 포함할 수 있다. 패싯 필드 미러 디바이스(10)와 패싯 퓨필 미러 디바이스(11)는 함께 방사선 빔(B)에 원하는 횡단면 형상 및 원하는 각도 분포를 제공한다. 방사선 빔(B)은 조명 시스템(IL)으로부터 나아가고 지지 구조체(MT)에 의해 유지되는 패터닝 디바이스(MA)에 입사된다. (예를 들어, 마스크일 수 있는) 패터닝 디바이스(MA)는 방사선 빔(B)을 반사시키고 패터닝한다. 조명 시스템(IL)은 패싯 필드-미러 디바이스(10)와 패싯 퓨필-미러 장치(11)에 더하여 또는 대신에 다른 미러 또는 디바이스를 포함할 수 있다.
패터닝 디바이스(MA)로부터의 반사에 이어서, 패터닝된 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)으로 들어간다. 투영 시스템은 기판 테이블(WT)에 의해 유지되는 기판(W) 상으로 방사선 빔(B)을 투영하도록 구성된 복수의 미러(13, 14)를 포함하고 있다. 투영 시스템을 형성하는 미러(13, 14)는 반사형 렌즈 요소로서 구성될 수 있다. 투영 시스템(PS)은 방사선 빔에 감소 지수(reduction factor)를 적용하여 패터닝 디바이스(MA) 상의 대응 피처보다 작은 피처를 갖는 이미지를 형성할 수 있다. 예를 들어, 감소 지수 4가 적용될 수 있다. 도 1에서는 투영 시스템(PS)이 2개의 미러를 갖고 있지만, 투영 시스템은 임의의 수의 미러 (예를 들어, 6개의 미러)를 포함할 수 있다.
리소그래피 장치는, 예를 들어 스캔 모드에서 사용될 수 있으며, 여기서 방사선 빔에 부여된 패턴이 기판(W) 상으로 투영되는 동안 지지 구조체 (예를 들어, 마스크 테이블)(MT)과 기판 테이블(WT)이 동시에 스캐닝된다 (즉, 동적 노광). 지지 구조체 (예를 들어, 마스크 테이블)(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 축소 및 이미지 반전 특성에 의해 결정될 수 있다. 기판(W)에 입사하는 패터닝된 방사선 빔은 방사선 대역을 포함할 수 있다. 방사선 대역은 노광 슬릿으로 지칭될 수 있다. 스캐닝 노광 동안, 기판 테이블(WT)과 지지 구조체(MT)의 이동은 노광 슬릿이 기판(W)의 노광 필드 위를 이동하도록 되어 있을 수 있다.
도 1에서 보여지는 방사선 소스(SO) 및/또는 리소그래피 장치는 도시되지 않은 구성 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스펙트럼 필터가 방사선 소스(SO) 내에 제공될 수 있다. 스펙트럼 필터는 EUV 방사선에 대해 실질적으로 투과성일 수 있지만, 적외 방사선과 같은 방사선의 다른 파장에 대해서는 실질적으로 차단할 수 있다.
리소그래피 시스템의 다른 실시예에서, 방사선 소스(SO)는 다른 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 대안적인 실시예에서, 방사선 소스(SO)는 하나 이상의 자유 전자 레이저를 포함할 수 있다. 하나 이상의 자유 전자 레이저는 하나 이상의 리소그래피 장치에 제공될 수 있는 EUV 방사선을 방출하도록 구성될 수 있다.
도 2에서 보여지는 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 리소그래피 셀(LC)의 일부를 형성할 수 있으며, 때때로 리소셀 또는 (리소) 클러스터로도 지칭되고, 흔히 기판(W) 상에서 노광 전 및 노광 후 공정을 수행하기 위한 장치도 포함한다. 통상적으로, 이들은 레지스트 층을 증착하기 위한 스핀 코터(SC), 노광된 레지스트를 현상하기 위한 현상기(DE), 예를 들어, 기판(W)의 온도를 조절하기 위한, 예를 들어 레지스트 층 내의 용매를 조절하기 위한 냉각 플레이트(CH) 및 베이크 플레이트(BK)를 포함하고 있다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)이 입력/출력 포트(I/O1, I/O2)로부터 기판(W)을 픽업하고, 기판을 상이한 공정 장치 사이에서 이동시키며, 기판(W)을 리소그래피 장치(LA)의 로딩 베이(LB)에 전달한다. 흔히 통칭적으로 트랙으로도 지칭되는, 리소셀 내의 디바이스는 전형적으로, 자체가 감독 제어 시스템(SCS)에 의해 제어될 수 있는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어 하에 있으며, 감독 제어 시스템은 또한 예를 들어 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치(LA)를 제어할 수 있다.
본 발명은 상승된 온도에서의 산소 부하(oxygen-rich) 분위기에서 노광된 EUV 레지스트 웨이퍼를 베이킹함으로써 디바이스 제조를 위한 고감도 EUV 리소그래피 방법을 제공하는 것이 가능하다는 놀라운 발견에서 비롯된다. 산소 부하 분위기에서의 노광 후 베이킹은 EUV 레지스트의 감도를 개선하며 또한 EUV 리소그래피 동안 더 빠른 처리량을 허용한다.
웨이퍼는 웨이퍼를 생산하기 위해 사용될 수 있는, 본 기술 분야에서 공지된 임의의 반도체 재료로 제조될 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼는 실리콘 웨이퍼, 실리콘 카바이드 웨이퍼, 갈륨 질화물 웨이퍼 또는 갈륨비소 웨이퍼일 수 있다. 바람직하게는, 웨이퍼는 실리콘 또는 실리콘 카바이드 웨이퍼이다.
금속 산화물 EUV 레지스트는 코어-쉘(core-shell) 유형 나노입자를 포함하며, 여기서 코어는 EUV 흡수 금속성 코어(전형적으로 직경 약 1㎚) 및 하나 이상의 유형의 리간드(ligand)를 포함하는 유기 쉘이다. 코어와 쉘은 EUV 방사선에 의해 절단되기 쉬운 화학 결합에 의해 연결된다.
금속 산화물 EUV 레지스트는 EUV 방사선을 흡수하여 리간드 절단을 야기할 수 있는 하나 이상의 금속을 포함한다. 바람직하게는, 금속 산화물 EUV 레지스트는 Sn, Sb, Cd, Cr, Zn, Hf, Po, Pd, Te 등으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 함유한다. 바람직하게는, EUV 레지스트는 Sn, Zr, Hf 및 이들의 조합을 함유한다.
금속 산화물 EUV 레지스트는 중심 금속 코어에 대한 결합, 예를 들어 배위 결합을 형성할 수 있는 하나 이상의 유형의 리간드를 포함한다. 적합한 리간드의 예는 EUV 방사선에 의해 절단되기 쉬운 아미노, 지방족, 방향족, 아크릴, 선형- 또는 고리-탄화수소 리간드 등이다. 바람직하게는, 리간드는 아미노, 지방족, 아크릴, 선형- 또는 고리-탄화수소 리간드 중 하나 이상에서 선택된다.
금속 산화물 EUV 레지스트는 유기 하부층 (예를 들어, 본 기술 분야의 숙련된 자에게 잘 알려진 방향족 탄화수소 하부층)을 포함하는 웨이퍼 상에 증착되어 본 기술 분야에서 공지된 임의의 방법에 의하여, 그리고 바람직하게는 건식 또는 습식 방법에 의하여 EUV 레지스트 웨이퍼를 형성할 수 있다.
EUV 방사선에 대한 EUV 레지스트 웨이퍼의 노광은 유기 쉘을 포함하는 유기 리간드와 금속 코어(M) 사이의 화학적 결합을 파괴함으로써 다른 비활성 코어-쉘 유형 나노입자를 활성화시킨다. 따라서, EUV 방사선에 대한 EUV 레지스트 웨이퍼의 노광시, 하나 이상의 유형의 리간드가 나노입자의 금속 코어로부터 절단된다.
마스크가 사용되어 EUV 레지스트 웨이퍼의 특정 영역만을 EUV 방사선에 대해 노광시켜 EUV 레지스트 웨이퍼의 특정 영역에서만 리간드의 절단을 허용한다.
EUV 방사선에 대한 노광 후, 노광된 EUV 레지스트 웨이퍼는 상승된 온도에서의 산소 부화 환경에서 베이킹된다. 본 명세서에서, 이는 노광 후 베이킹으로 지칭된다. 노광 후 베이킹은 후속 가교 반응을 위해 리간드를 활성화하여 용해도 스위치(solubility switch)를 촉진한다.
산소 부화 환경에서의 노광 후 베이킹은 가교성 작용기를 형성한다. 이 가교성 작용기는 금속 산화물 EUV 레지스트의 나노입자의 금속 중심 주위에 리간드로서 형성된다. 바람직하게는 가교성 작용기는 -OH, -COOH, -SH 및 -CHO 중 하나 이상을 포함한다.
가교성 작용기는 이웃하는 금속 나노입자 상의 가교성 작용기와의 축합 반응을 거쳐, 가교된 나노입자의 네트워크를 형성할 수 있다. (임계점(Pc)에서) 충분한 수의 가교가 형성되면, 가교된 나노입자의 네트워크는 주어진 용매에 용해되지 않게 되며, 즉, 용해도 스위치(solubility switch)가 발생된 것으로 일컬어진다.
따라서, EUV 광에 대해 노광된 EUV 레지스트 웨이퍼의 부분은 현상액에서 불용성(insoluble)이 된다.
노광 후 베이킹 동안, 산소 부화 환경은 공기 또는 클린룸에서 사용되는 바와 같은 인조 공기보다 높은 산소 함량을 갖는다. 바람직하게는, 산소 부화 환경은 약 21 체적%보다 많은 산소, 바람직하게는 약 23 체적%보다 많은 산소, 바람직하게는 약 25 체적%보다 많은 산소, 바람직하게는 약 30 체적%보다 많은 산소, 바람직하게는 약 40 체적%보다 많은 산소, 그리고 바람직하게는 약 50 체적%보다 많은 산소를 포함한다.
EUV 레지스트 웨이퍼는 약 실온 내지 약 450℃의 범위 내의 온도에서 베이킹된다. 베이킹 온도는 바람직하게는 약 25℃보다 높으며, 바람직하게는 약 30℃보다 높으며, 바람직하게는 약 35℃보다 높으며, 바람직하게는 약 40℃보다 높으며, 바람직하게는 약 45℃보다 높으며, 바람직하게는 약 50℃보다 높으며, 바람직하게는 약 55℃보다 높으며, 바람직하게는 약 60℃보다 높으며, 바람직하게는 약 65℃보다 높으며, 바람직하게는 약 70℃보다 높으며, 바람직하게는 약 75℃보다 높으며, 그리고 가장 바람직하게는 약 80℃보다 높다. 베이킹 온도는 바람직하게는 약 425℃ 이하, 바람직하게는 약 400℃ 이하, 바람직하게는 약 375℃ 이하, 바람직하게는 약 350℃ 이하, 바람직하게는 약 325℃ 이하, 바람직하게는 약 300℃ 이하, 바람직하게는 약 275℃ 이하, 바람직하게는 약 250℃ 이하, 바람직하게는 약 225℃ 이하, 그리고 가장 바람직하게는 약 200℃ 이하이다.
바람직한 양태에서, EUV 레지스트 웨이퍼는 약 80℃ 내지 약 200℃의 범위 내의 온도에서 베이킹된다.
EUV 레지스트 웨이퍼는 약 10초 내지 약 10분의 범위 내의 시간 동안 베이킹된다. 베이킹 시간은 바람직하게는 약 15초 초과, 바람직하게는 약 20초 초과, 바람직하게는 약 25초 초과, 가장 바람직하게는 약 30초 초과이다. 베이킹 시간은 바람직하게는 약 8분 이하, 바람직하게는 약 6분 이하, 바람직하게는 약 4분 이하, 가장 바람직하게는 약 2분 이하이다.
바람직한 양태에서, EUV 레지스트 웨이퍼는 약 30초 내지 약 2분의 범위 내의 시간 동안 베이킹된다.
바람직한 양태에서, EUV 레지스트 웨이퍼는 약 21 체적%보다 많은 산소를 포함하는 분위기에서, 약 80℃ 내지 약 200℃ 온도에서, 그리고 약 30초 내지 약 2분의 시간 동안 베이킹된다. 이 조건들은 높은 비율의 리간드가 가교 단계 전에 활성화되는 것을 가능하게 하여 높은 EUV 레지스트 감도 및 높은 처리량 모두를 달성한다.
바람직하게는, 하나 이상의 단순 분자 화합물은 노광 후 베이킹 동안 발생하는 축합 반응의 부산물로서 형성된다. 바람직하게는, 단순 분자 화합물은 H2O, NH3, CH4, HCl 및/또는 CH3COOH로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함한다. 가장 바람직하게는, 하나 이상의 단순 분자 화합물은 H2O를 포함한다.
바람직하게는, 축합 가교 반응의 부산물은 노광 후 베이킹 동안 베이킹 챔버로부터 제거되어 보다 효율적인 가교 및 높은 EUV 리소그래피 처리량을 유도한다. 바람직하게는, 단순 분자 화합물을 제거하는 것은 진공의 사용에 의한, 예를 들어 진공 펌프의 사용을 통하여 베이킹 챔버 내에 부분 진공을 설정하는 것에 의한 것이다.
노광 후 베이킹 동안 베이킹 챔버로부터 단순 분자 화합물을 제거하는 것은 가교 반응을 완료를 향하여 추진하며, 즉 이는 보다 효율적인 가교를 촉진시킨다. 이는 용해도 스위치를 달성하기 위해 노광 후 베이킹 동안 요구되는 시간을 줄여 디바이스의 생산 동안 더 높은 처리량을 허용한다.
노광 후 베이킹에 이어, 노광된 레지스트를 유지하기 위해 EUV 레지스트 웨이퍼는 습식 현상액 또는 건식 에칭 방법으로 처리되어, 회로 패턴이 웨이퍼의 유기 하부층에 형성되는 것을 허용할 수 있다.
웨이퍼는 디바이스, 예를 들어 집적 회로를 제조하기 위해 본 기술 분야에서 공지된 임의의 방법에 의해 더 처리될 수 있다.
도 3에서 보여지는 바와 같이, 본 발명은 또한 본 발명의 방법을 수행하기 위한 통합형 웨이퍼 처리 시스템(100)을 제공하는 것에 관한 것이다. 바람직하게는, 통합형 웨이퍼 처리 시스템은 EUV 리소그래피 장치(101)와 처리 디바이스(102)를 포함하며, 처리 디바이스는 가열 요소(103), 산소 유입구(104), 산소-제어 메커니즘(105) 및 진공 메커니즘(106)를 포함하고 있다.
진공 메커니즘은 노광 후 베이킹 동안 발생하는 축합 반응의 부산물로 형성된 하나 이상의 단순 분자 화합물을 제거하도록 구성되어 있다.
산소-제어 메커니즘은 처리 디바이스의 내부 챔버의 분위기의 산소 레벨을 공기 또는 클린룸에서 사용되는 것과 같은 인조 공기의 산소 레벨보다 높은 산소 레벨에서 유지시키도록 구성되어 있다. 바람직하게는, 산소-제어 메커니즘은 분위기를 약 21 체적%보다 많은 산소, 약 23 체적%보다 많은 산소, 약 26 체적%보다 많은 산소, 약 30 체적%보다 많은 산소, 약 40 체적%보다 많은 산소, 그리고 약 50 체적%보다 많은 산소에서 유지시킨다.
가열 요소는 처리 디바이스의 내부 챔버를 약 실온 내지 약 450℃의 범위 내의 온도에서 유지시키도록 구성된다. 가열 요소는 바람직하게는 챔버의 온도를 약 25℃보다 높은, 바람직하게는 약 30℃보다 높은, 바람직하게는 약 35℃보다 높은, 바람직하게는 약 40℃보다 높은, 바람직하게는 약 45℃보다 높은, 바람직하게는 약 50℃보다 높은, 바람직하게는 약 55℃보다 높은, 바람직하게는 약 60℃보다 높은, 바람직하게는 약 65℃보다 높은, 바람직하게는 약 70℃보다 높은, 바람직하게는 약 75℃보다 높은, 그리고 가장 바람직하게는 약 80℃보다 높은 온도에서 유지시키도록 구성되어 있다. 가열 요소는 바람직하게는 챔버의 온도를 약 425℃ 이하, 바람직하게는 약 400℃ 이하, 바람직하게는 약 375℃ 이하, 바람직하게는 약 350℃ 이하, 바람직하게는 약 325℃ 이하, 바람직하게는 약 300℃ 이하, 바람직하게는 약 275℃ 이하, 바람직하게는 약 250℃ 이하, 바람직하게는 약 225℃ 이하, 그리고 가장 바람직하게는 약 200℃ 이하에서 유지시키도록 구성된다.
바람직한 양태에서, 가열 요소는 처리 장치의 내부 챔버를 약 80℃ 내지 약 200℃의 범위 내의 온도에서 유지시키도록 구성된다.
바람직한 양태에서, 산소-제어 메커니즘은 처리 디바이스의 내부 챔버 분위기의 산소 레벨을 약 40 체적%보다 많은 산소에서 유지하도록 구성되며, 가열 요소는 내부 챔버를 약 80℃ 내지 약 200℃의 범위 내의 온도에서 유지시키도록 구성된다.
금속 산화물 EUV 레지스트의 프린트에 대한 선량은 다음 식에 의해 주어진다:
Figure pct00001
여기서, DP는 프린트에 대한 선량(mJ/㎠)이고,
α는 흡수 계수(1/㎝)이며,
Sc 는 화학적 감도(㎤/mJ) - 하나의 EUV 광자에 의해 포지티브형(positive-tone) 레지스트에 대해 제거되거나 네거티브형(negative-tone) 레지스트에 대해 유지되는 레지스트의 양-이다.
본 발명의 상승된 산소 분위기 하에서 노광 후 베이킹이 없는 EUV 레지스트의 화학적 감도는 다음 식에 의해 주어진다:
Figure pct00002
여기서, n0는 상승된 산소 분위기 하에서 노광 후 베이킹이 없는 가교된 금속 산화물 나노입자의 수이며,
V0은 하나의 EUV 광자에 의해 네거티브형 레지스트로서 유지되는 금속 산화물 레지스트의 단위 체적이다.
본 발명의 상승된 산소 분위기 하에서 노광 후 베이킹에 이은 EUV 레지스트의 화학적 감도는 다음 식에 의해 주어진다:
Figure pct00003
여기서, n은 상승된 산소 분위기에서 노광 후 베이킹된 가교된 금속 산화물 나노입자의 수이며,
β는 활성화된 가교성 리간드 부위의 수 증가로 인한, 상승된 산소 분위기 하에서의 노광 후 베이킹에 기인하는 용해도 스위치 촉진 인자이다.
겔(gel)을 형성하기 위해 단위의 임계 분율, 즉 시스템이 불용성이 되는 지점을 계산하기 위하여:
Figure pct00004
여기서, Pc 는 시스템이 불용성이 되는 겔을 형성하기 위한 단위의 임계 분율이며,
Z는 단위 당 가교 결합 수이며, Z=m이고, m은 금속 산화물 레지스트의 금속 코어당 리간드의 수이다.
따라서,
Figure pct00005
Figure pct00006
이다.
전반적으로, 상승된 산소 분위기 하에서 노광 후 베이킹에 이은 시스템의 화학적 감도는 다음 식에 의해 주어진다:
Figure pct00007
여기서, m은 금속 산화물 레지스트의 코어 당 리간드의 수이며, 2보다 크다.
높은 산소 분위기 하에서 노광 후 베이킹의 결과로 전체 EUV 레지스트 감도 개선(%)은 다음과 같다:
Figure pct00008
도 4에서 보여지는 바와 같이, 상승된 산소 레벨을 갖는 분위기에서 노광 후 베이킹 없이 동등한 EUV 레지스트의 사용과 비교하여, 본 발명의 방법을 적용함으로써 레지스트 감도의 상당한 개선이 달성될 수 있다. 본 발명의 개선은 레지스트 내의 금속 코어당 리간드의 더 높은 평균 수에서 특히 상당하다.
용어 "EUV 방사선"은 4 내지 20㎚의 범위 내, 예를 들어 13 내지 14㎚의 범위 내의 파장을 갖는 전자기 방사선을 포함하는 것으로 간주될 수 있다. EUV 방사선은 10㎚ 미만, 예를 들어 6.7㎚ 또는 6.8㎚와 같은 4 내지 10㎚의 범위 내의 파장을 가질 수 있다.
용어 "레지스트"는 웨이퍼의 최상부에 코팅되고 반도체 제조 동안 패턴이 웨이퍼 상에 전사되는 것을 허용하는 감광성 필름을 지칭한다.
용어 "리간드"는 중심 금속 코어에 대한 결합, 예를 들어 배위 결합을 형성할 수 있는 이온 또는 분자를 포함하는 것으로 간주될 수 있다.
용어 "축합 반응"은 2개의 종(species)이 결합하여 더 큰 종을 형성하고 부산물로 작은 분자를 생성하는 화학 반응을 포함하는 것으로 간주될 수 있다.
용어 "베이킹(baking)"은 종을 주위 온도보다 높은 온도를 겪게 하는 것을 포함하는 공정을 포함하는 것으로 간주될 수 있다.
용어 "감도"는 mJ/㎠로 측정된, 기판 상의 포토레지스트에 잘 규정된 피처를 생성하기 위하여 요구되는 최소 에너지를 지칭한다.
용어 "분해능"은 기판 상에 프린트될 수 있는 가장 작은 피처를 지칭한다.
용어 "라인 에지 거칠기"는 피처의 길이에 걸쳐 레지스트 피처의 에지의 위치 변동을 지칭한다.
본 명세서에서는 IC의 제조에서의 리소그래피 장치의 사용에 대하여 특정 참조가 이루어질 수 있지만, 본 명세서에 설명된 리소그래피 장치는 다른 적용을 가질 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 가능한 다른 적용은 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출 패턴, 플랫 패널 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조를 포함한다.
본 발명의 특정 실시예가 위에서 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과는 달리 실시될 수 있다는 점이 인식될 것이다. 위의 설명은 제한이 아닌, 예시를 위한 것이다. 따라서, 아래에 제시된 청구범위의 범위를 벗어남이 없이 설명된 바와 같이 본 발명에 대하여 수정이 이루어질 수 있다는 것이 당 업자에게 명백할 것이다.

Claims (15)

  1. 디바이스 제조 방법에 있어서,
    a. 노광된 극자외(EUV) 레지스트 웨이퍼를 생성하기 위해 EUV 레지스트 웨이퍼를 EUV 방사선에 대해 노광시키는 것;
    b. 약 20℃ 내지 약 450℃의 범위 내의 온도에서의 산소 부화 분위기에서 상기 노광된 EUV 레지스트 웨이퍼를 베이킹하는 것;
    c. 디바이스를 생성하기 위해 상기 노광된 EUV 레지스트 웨이퍼를 처리하는 것을 포함하며,
    상기 산소 부화 분위기는 약 21.0 체적%보다 많은 양의 산소를 포함하고, 상기 EUV 레지스트는 Sn, Sb, Cd, Cr, Zn, Hf, Po, Pd 및 Te 중 하나 이상을 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 EUV 레지스트는 Sn, Zr 및 Hf 중 하나 이상의 포함하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 방법은 상기 베이킹 단계 동안 하나 이상의 부산물을 제거하는 것을 부가적으로 포함하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 하나 이상의 부산물은 H2O, NH3, CH4, HCl 및/또는 CH3COOH로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 EUV 레지스트 웨이퍼는 약 80℃ 내지 약 200℃의 범위 내의 온도에서 베이킹되는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 EUV 레지스트 웨이퍼는 약 10초 내지 약 10분의 범위 내의 시간동안 베이킹되는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 EUV 레지스트 웨이퍼는 약 30초 내지 약 2분의 범위 내의 시간 동안 베이킹되는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 EUV 레지스트 웨이퍼는 약 80℃ 내지 약 200℃의 범위 내의 온도에서 그리고 약 30초 내지 약 2분의 범위 내의 시간 동안 베이킹되는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산소 부화 분위기는 약 25.0 체적%보다 큰 양의 산소를 포함하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산소 부화 분위기는 약 30.0 체적%보다 큰 양의 산소를 포함하는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산소 부화 분위기는 약 40.0 체적%보다 큰 양의 산소를 포함하는 방법.
  12. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 하나 이상의 부산물은 진공에 의하여 제거되는 방법.
  13. EUV 레지스트 웨이퍼를 처리하기 위한 통합형 웨이퍼 처리 시스템에 있어서,
    EUV 리소그래피 장치; 및
    가열 요소, 산소 유입구, 산소-제어 메커니즘 및 진공 메커니즘을 포함하는 처리 디바이스를 포함하는 통합형 웨이퍼 처리 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 가열 요소는 상기 처리 디바이스의 내부 챔버를 약 20℃ 내지 약 450℃의 범위 내의 온도에서 유지시키도록 구성된 통합형 웨이퍼 처리 시스템.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 산소 제어 메커니즘은 적어도 21.0 체적%의, 상기 처리 디바이스의 내부 챔버의 분위기의 산소 레벨을 유지시키도록 구성된 통합형 웨이퍼 처리 시스템.
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