KR20070039869A

KR20070039869A - 용액을 사용한 포토리소그래피 방법 및 관련 시스템

Info

Publication number: KR20070039869A
Application number: KR1020067015749A
Authority: KR
Inventors: 브루스 더블유. 스미스
Original assignee: 브루스 더블유. 스미스
Priority date: 2004-02-03
Filing date: 2005-02-03
Publication date: 2007-04-13
Also published as: US8852850B2; EP1723467A2; WO2005074606A2; US20050270505A1; WO2005074606A3; JP2007520893A

Abstract

기판상의 포토레지스트위에서 사용되는 포토리소그래피 노광시스템에는 조광 시스템, 하나 또는 그 이상의 대상(對象) 패턴을 갖는 포토마스크, 광투사 노광시스템, 및 용액 디스펜싱 시스템을 포함한다. 광투사 노광시스템은 이미지 평면을 향해 하나 또는 그 이상의 대상 패턴들의 이미지를 투사하도록 위치한다. 용액 디스펜싱 시스템은 용액을 광투사 노광시스템과 기판상의 포토레지스트사이에 위치시킨다. 용액은 약 180 ㎚ 와 300 ㎚ 사이의 파장에서, 물의 굴절율 값보다 높은 굴절율과 밀리미터당 0.8 이하의 흡광도를 갖는다.

흡광도, 투광도, 패턴, 노광, 포토레지스트, 굴절율, 용액, 기판.

Description

용액을 사용한 포토리소그래피 방법 및 관련 시스템{METHOD OF PHOTOLITHOGRAPHY USING A FLUID AND A SYSTEM THEREOF}

본 발명은 리소그래피에 관한 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 높은 굴절율과 낮은 흡수율을 갖는 용액을 사용한 리소그래피에 관한 방법 및 시스템에 관한 것이다.

본 출원은 2004년 2월 3일날 출원된 미국 가출원번호 제60/541,349호의 우선권을 주장하는 출원으로서, 상기 우선권 주장 출원에 기재된 발명 내용 전체는 본원의 명세서에 병합되어 있다.

광 리소그래피는 전자기 스펙트럼의 자외선(UV) 가시부분의 근처 또는 그 범위내의 광 투사를 통해 이미지 패턴을 생성한다. 이러한 광 미세 리소그래피의 기술은 수십년 동안 반도체장치에서의 미세회로 패턴을 제작하는데에 사용되어 왔다. 초창기 접촉 또는 근접 포토 리소그래피 기술들은 회로 해상도가 3 내지 5 ㎛로 제한되어 있었다. 그러나, 최근의 투사 기술은 근접 리소그래피에서 발생되었던 여러 문제점들을 최소화시켜주었으며, 0.15 ㎛ 이하의 해상도를 갖는 장비에 관한 개발들을 촉진시키고 있다.

일반적으로, 반도체 장치의 최소 배선폭(feature size)들은 이들의 패턴에 사용되는 UV 방사광의 파장과 비슷하다. 현재, 노광 파장은 150 내지 450 ㎚ 정도이며, 더 구체적으로는 157 ㎚, 293 ㎚, 248 ㎚, 365 ㎚, 436 ㎚ 이다. 가장 선호하는 리소그래피 배선폭은 0.35 λ/NA 의 크기와 비슷하거나 그 이하에 이르는 크기이다 (여기서, λ는 노광파장이며, NA 는 노광 장비의 대물렌즈 개구수를 말한다). 예를 들어, 0.75 NA 대물렌즈를 갖는 193 ㎚ 파장의 노광 시스템에 있어서, 현재에서는 90 ㎚ 또는 그 이하의 배선폭의 이미징을 고려한다.

집적회로의 최소 배선폭은 조광 파장에 비례하고 리소그래피 시스템의 개구수(NA)에 반비례한다. 임의의 광학 시스템에서 이미징될 수 있는 가장 작은 배선폭의 절대한계점은 0.25 λ/NA 이다. 또한, 상기 노광 장비에 있어서의 초점심도(DOF)는 +/-k₂λ/NA²으로 정의된다 (여기서, k₂는 일반적으로 0.5 의 값이 되는 공정계수이다).

광 리소그래피는 높은 NA, 위상천이 마스킹, 변조 조광, 광 근접 보정 및 동공 필터링 등과 같은 현재 채택되고 있는 기술들을 이용하여 100 ㎚ 크기 이하를 향해 구동되어 왔다. 제조기술은 계속적으로 발전되어 193 ㎚ 정도 크기의 파장을 이용한 70 ㎚ 장치 구성이 가능하게 되었다. 157 ㎚ 파장에서의 리소그래피는 50-70 ㎚ 기술에 위치하는데, 이것은 반도체 기술 로드맵을 따라 한층 더 광 기술을 확장하는 것이다. 비록 157 ㎚ 의 단파장이 유익하긴 하지만, 이 기술이 실용적이거나 또는 다중-생산적이라는 것을 확실하게 하기 위하여 추가적인 해상도 개선이 필요하다. 이와 같은 단파장에 관한 문제점들은 관련 리스크를 야기시킨다.

만약, 1.0 보다 큰 굴절율을 갖는 매체로 이미징하는 것에 의해 1.0 이상의 개구수(NA) 값이 가능하다면, 1/4 파장 이하의 리소그래피가 획득될 수 있게된다. 이렇게 큰 개구수는 현미경 또는 최근의 리소그래피 응용에서의 액침법(immersion method, 液浸法)을 사용하여 증명되어 왔다. 이러한 157 ㎚에서의 상기 가능성의 탐사가 PFPE(perfluoropolyether)로 이미징함으로써 선보였으나, 이와 같은 용액들은 일반적으로 너무 흡광도가 강해서 제조응용에서 사용될 수가 없다.

침수액(immersion fluid)의 선택은 주로 침수액의 투광도를 기초로 한다. 파장이 진공 자외광(VUV)에서부터 증가함에 따라, 더 큰 흡광도를 갖는 용액들이 이미징 침수액으로서 사용될 정도로 충분한 투광도를 갖게 된다. 주요한 일례로서 물이 있는데, 물은 185 ㎚ 에서 0.50 ㎝-1 의 흡광도와, 193 ㎚ 에서 0.05 ㎝-1 의 흡광도를 갖는다. 193 ㎚ 에서의 물의 굴절율은 1.44인데, 이것은 134 ㎚ 의 파장까지 감소한다. 해상도는 굴절율 값에 비례하여 증가된다. 이것은 해상도에서의 43 %의 향상 가능성을 나타내는데, 이것은 248 ㎚ 에서 193 ㎚ 으로의 파장천이와, 193 ㎚ 에서 157 ㎚ 으로의 파장천이와, 또는 157 ㎚ 에서 126 ㎚ 으로의 파장천이에서 획득될 수 있는 것에 두 배에 해당된다. 액침 이미징에서의 초점심도(DOF)는 파장에서의 유효 감소, 즉 λ/(nNA)²을 기초로 해서 계산된다. 이것은 사용가능한 초점 깊이가 매체 NA에 2차적으로 크기조정되기 보다는 매체 굴절율에 선형적으로 크기조정되기 때문에 중요하다.

액침 리소그래피(immersion lithography)는 과거에 그 실용성이 검토되었는 데, 본 명세서에 그 전체내용이 참조로서 병합되어 있는 미국 특허 제4,480,910호와 미국 특허 제4,509,852호에 개시되어 있는 바와 같이, 300 ㎚ 이상의 파장에 대하여 사용된 UV 레지스트가 노광시에 광화학반응을 거치는 동안 엄청난 양의 해리된 질소를 분출하는 등의 여러 이유로 인하여 그 실용성을 보증받지 못했다. 또한, 300 ㎚ 이상의 UV 파장에서 비교적 높은 굴절율을 갖는 용액들은 포토레지스트 물질과 반응하는 경향을 나타냈다. 게다가, 현미경에서 사용되는 표준 액침법은 300 ㎚ 이하에서는 투명하지가 않다. 또한, 대체적인 미세 리소그래피 용액에도 문제점이 존재했다. 그리고, 300 ㎚ 이상의 UV 파장에서의 물의 굴절율은 충분하게 높지 않아서(- 1.30), 상기와 같은 문제거리들을 덜어줄 정도로 그 사용을 보증하지 못한다.

그러나, DUV/VUV (deep ultraviolet/vacuum ultraviolet) 리소그래피에서의 상황은 매우 다르다. 광 리소그래피가 파장, 해상도, 및 통상적인 개구수의 한계점에 근접하고 있다. 따라서, 종전에 비실용적이라고 생각했던 이미징 방법이 실현가능하게 되었다. 침수액으로서의 물의 사용은 과거에서의 문제점과는 반대로 몇 가지 이유에서 현재 매력적인 선택이 된다. 예를 들어, 193 ㎚ 과 248 ㎚ 레지스트 플랫폼은 노광동안에 적은 양의 가스를 방출한다. 또한, 193 ㎚ 과 248 ㎚ 포토레지스트와의 물의 반응은 최소화되고, 적정 pH를 통하여 측정불가수준으로까지 감소될 수가 있다. 게다가, 물은 193 ㎚ 에서 0.05 ㎝-1 이하까지의 투명도를 가지며, 물은 습식, 세척 및 건조의 임계사항들을 제한시키는 웨이퍼 공정의 일 구성으로 존재한다. 또한, 또 다른 광 선택들이 존재한다. 비록 물은 180 ㎚ 과 300 ㎚ 사이 의 파장에서 침수액으로서 활용될 수 있지만, 이 파장영역에서는 1.40과 1.45 사이의 굴절율로 한정된다. 따라서, 보다 큰 굴절율을 갖는 침수액이 바람직하다.

미래의 리소그래피 요구조건에 관한 국제 반도체 기술 로드맵(ITRS)의 예상이 도 1의 표에 도시되어 있다. 최근의 액침 리소그래피에서의 관심사는 이 로드맵에 따라 주요한 개선점을 탐구하는 것이다. 이것은 광 리소그래피 시스템의 유효 개구수를 증강함으로써 가능해진다. 만약, 액침 이미징을 사용하여 1.0 이상의 개구수 값이 가능해진다면, 32 ㎚ 까지의 해상도가 획득될 수 있다. UV 파장의 활용성을 확장하는 것에 의해서, 진공-UV(VUV) 단파장에 관련된 재료 및 이용가능성 문제점들은 완화된다. 액침 리소그래피는 UV와 VUV 리소그래피를 보충적인 장치 세대로 강림시키는데에 가장 효과적인 방법으로서 자리잡아가고 있다. 중대한 연구는 매우 경제적일 수 있고, 본 기술은 광 장비 요구조건에 있어서 비교적 작은 변경들을 요한다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 기판상의 포토레지스트위에서 사용되는 포토리소그래피 노광시스템에는 조광 시스템, 하나 또는 그 이상의 대상(對象) 패턴을 갖는 포토마스크, 광투사 노광시스템, 및 용액 디스펜싱 시스템을 포함한다. 광투사 노광시스템은 이미지 평면을 향해 하나 또는 그 이상의 대상 패턴들의 이미지를 투사하도록 위치한다. 용액 디스펜싱 시스템은 용액을 광투사 노광시스템과 기판상의 포토레지스트사이에 위치시킨다. 용액은 약 180 ㎚ 와 300 ㎚ 사이의 파장에서, 물의 굴절율 값보다 높은 굴절율과, 밀리미터당 0.8 이하의 흡광도를 갖는다.

본 발명의 실시예들에 따른 포토리소그래피 노광방법은, 기판상의 포토레지스트 위에 용액을 위치시키는 단계를 포함한다. 용액은 약 180 ㎚ 와 300 ㎚ 사이의 파장에서, 물의 굴절율 값보다 높은 굴절율과, 밀리미터당 0.8 이하의 흡광도를 갖는다. 포토레지스트상에 하나 또는 그 이상의 대상 패턴들을 투사하기 위하여, 광(光)이 하나 또는 그 이상의 대상 패턴들을 갖는 포토마스크를 통과한다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 리소그래피용 침수액을 제조하는 시스템에는, 정화 시스템과 분사 시스템이 포함된다. 정화 시스템은 임의의 액체물질로부터 하나 또는 그 이상의 오염물질과 하나 또는 그 이상의 가스들 중에서 적어도 하나를 제거한다. 분사 시스템은 액체물질에 적어도 하나의 첨가제를 추가시킴으로써, 이 액체물질과 적어도 하나의 첨가제를 포함하는 용액의 굴절율을 물의 굴절율보다 높은 제 1 의 굴절율까지 높인다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 리소그래피용 침수액을 제조하는 방법은, 임의의 액체물질로부터 하나 또는 그 이상의 오염물질과 하나 또는 그 이상의 가스 중에서 적어도 하나를 제거하는 단계를 포함한다. 적어도 하나의 첨가제가 임의의 액체물질에 추가되어 이 액체물질과 상기 적어도 하나의 첨가제를 포함하는 용액의 굴절율을 물의 굴절율보다 높은 제 1 의 굴절율까지 높인다.

본 발명은 물의 굴절율 이상으로 용액의 굴절율을 증가시키면서 리소그래피 공정에서 허용될 수 있는 레벨 이상으로 흡광도가 증가되지 않는 액침 리소그래피용 용액을 제공한다. 이러한 용액을 통해 보다 작은 회로 배선폭과 보다 큰 해상도를 가지며 포토레지스트에서 이미징화할 수 있게 된다.

도 1은 미래 리소그래피 요구조건에 관한 예상 테이블이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 침수액을 사용한 리소그래피 시스템에 관한 블럭도이다.

도 3은 공기를 통한 포토레지스트의 저 굴절율 이미징과, 다른 매체를 통한 포토레지스터의 고 굴절율 이미징에 관한 도면이다.

도 4는 매체를 통한 포토레지스트의 이미징에 관한 다른 도면이다.

도 5는 복수개의 용액들에 대한 흡광도 대 파장의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 6은 서로 다른 복수개의 용액들에 대한 흡광도 대 파장의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 7은 193 ㎚ 와 248 ㎚ 에서의 복수개의 용액들의 흡광도에 관한 테이블이다.

도 8은 복수개의 용액들에 대한 굴절율 대 파장의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 9는 용액 굴절지수 및 코쉬 파라미터에 관한 테이블이다.

도 10은 서로 다른 회로 배선폭들과 서로 다른 포토레지스트 두께를 갖는 포토레지스트의 이미징 사진들이다.

도 2에서는, 약 180 ㎚ 와 300 ㎚ 사이의 파장에서, 물의 굴절율 이상의 굴 절율을 가지며, 0.8 /mm 이하의 흡광도를 갖는 용액(26)을 이용한 기판(30)상의 포토레지스트(28)의 리소그래피를 위한 본 발명의 실시예에 따른 시스템(10)이 도시된다. 시스템(10)에는 조광 시스템(12), 렌즈 시스템(14), 거울(16), 렌즈 시스템(18), 포토리소그래프용 마스크(20), 대물렌즈 시스템(22), 및 투명 지지시스템(24)이 포함되며, 또한, 각종의 수 많은 기타 구성부품들이 이 시스템(10)내에서 여러 방식으로 연결될 수 있으며, 용액(26)은 간섭 액침 리소그래피 시스템과 같은 각종의 리소그래피 시스템과 함께 사용될 수 있다. 본 발명은 물 본래의 굴절율 이상으로 용액의 굴절율을 증가시키면서 리소그래피 공정에서 허용될 수 있는 레벨 이상으로 흡광도를 증가시키지 않는 액침 리소그래피용 용액을 제공한다. 이러한 용액을 통해 보다 작은 회로 배선폭과 보다 큰 해상도가 포토레지스트에서 이미징화할 수 있게 된다.

도 2에 대해 더 구체적으로 설명하면, 시스템(10)에는 리소그래픽 이미징에 사용되는 UV 또는 진공 자외선 등과 같은 방사광를 제공하는 광원(12)이 포함되는데, 각종의 광원 또는 기타 발광부품들이 사용될 수도 있다. 방출된 방사광은 렌즈 시스템(14), 거울(16) 및 렌즈 시스템(18)에 의해 시스템(10)내부로 안내되는데, 이 방출되는 방사광은 기타 각종의 구성부품들을 통해 여러 방법으로 시스템(10)내부로 안내될 수도 있다. 렌즈 시스템(14, 18)내에서 일반적으로 발견되는 렌즈들 및 기타 구성부품들은 본 발명의 분야의 당업자에게는 주지된 바이므로, 여기서는 그에 관한 상세한 설명을 생략한다.

포토리소그래프용 마스크(20)는 렌즈 시스템(18)으로부터 방출된 방사광의 경로내에 위치하는데, 이 마스크(20)는 다른 방법으로 위치될 수도 있다. 마스크(20)에는 기판(30)위의 포토레지스트(28)상에 이미징되는 복수개의 대상 패턴들이 포함되는데, 이 마스크(20)는 임의의 수의 대상 패턴들을 가질 수도 있다. 대물렌즈 시스템(22)은 마스크(20)를 통과한 방사광의 경로상에 위치하며, 대상 패턴의 형상을 갖는 방사광이 투명 지지시스템(24)을 향해 전달되도록 위치된다. 투명 지지시스템(24)은 용액(26)을 지지하는 반-원형 렌즈로서, 대상 패턴의 형상을 갖는 방사광이 용액(26)내로 조사되도록 해주는데, 이와 다른 구성의 투명 지지시스템(24)이 사용될 수도 있다.

용액(26)은 투명 지지시스템(24)과 포토레지스트(28)사이에 위치하는데, 용액(26)을 다르게 위치시키는 구성이 사용될 수도 있다. 그 하나의 예로서, 이 용액(26)은 포토레지스트(28)와 대물렌즈 시스템(22)사이에 위치될 수도 있으며, 다른 종류의 액침 리소그래피 시스템내에서 다른 장소에 위치될 수도 있다.

대물렌즈의 해상도는 개구각(angular aperture)의 함수이다. 여기서, 굴절율(n)을 더 고려하면,

n(sin(Φ))

와 같은 곱셈식이 개구수(Numerical Aperture; 약축해서, NA)가 되며, 따라서, 이 개구수는 임의의 특정 대물렌즈에서의 해상도에 관한 편리한 지표를 제공해 준다. 용액(26)과 같은 이미징 매체의 굴절율은 시스템(10)의 작업 개구수를 판단하는데에 결정적이다. 시스템(10)의 대물렌즈가 증가된 굴절율 값을 갖는 용액(26)과 함께 작동되도록 설계된다면, 개구수에서의 증가가 관찰된다. 용액(26)은 대략 180 ㎚ 와 300 ㎚ 사이의 파장에서, 물의 굴절율 이상의 굴절율을 갖는데, 본 실시예서는 1.5 이상이며, 또한 0.8/mm 이하의 흡광도를 갖는다. 하지만, 1.5의 굴절율과 파장에서의 0.8/mm 흡광도와 다른 임계값을 가질 수도 있다. 그 하나의 예로서, 193 ㎚ 에서의 물의 굴절율은 대략 1.436이고, 248 ㎚ 에서의 물의 굴절율은 대략 1.379 이다. 용액(26)과 포토레지스트(28) 사이의 경계에서 NA를 보다 증가시키고 흡광도를 보다 감소시키기 위해서는, 용액은 포토레지스트(28)의 굴절율 값에 근접하는 굴절율 값을 가져야한다.

포토레지스트(28)는 기판(30)상에 설치된다. 용액(26)과의 반응을 제한시키는 광-산 발생제(photo-acid generator), 포토 베이스 및 폴리머 화합물의 크기, 종류 및 양을 조절함으로써 포토레지스트(28)와 용액(26)과의 상호반응을 감소시키도록 포토레지스트(28)의 구성을 제어하는 것이 좋다.

액체물질 공급원 및 정화 시스템(32)은 물에서 오염물질 및 가스들을 제거하는데, 여기에서는 물 이외의 기타 액체물질도 가능하다. 첨가제 공급원(34)은 Br^-, Cl^-, F^-, OH^-, I^-, ClO₄ ^-1, HPO₄ ^-2, SO₄ ^-2, H₂PO₄ ^-, 및 HSO^-4등의 음이온, 또는 H⁺, Cs⁺, Rb⁺, K⁺, Li⁺, Na⁺, NH₄ ⁺, H₃ ⁺O 등의 양이온과, 1A족 내지 ⅧA족 내의 주기율표상의 다른 희토류 (고융점 금속) 원소 등과 같은 하나 또는 그 이상의 첨가제를 가지는데, 이 첨가제 물질들은 물과 같은 액체물질에첨가되어 용액을 형성하며, 여기서, 첨가제 공급원은 다른 종류의 여러 첨가제들을 더 추가할 수 있다. 첨가제가 가미 된 액체물질은 대략 180 ㎚ 와 300 ㎚ 사이의 파장에서, 물 본래의 굴절율보다 높은 굴절율과, 0.8/mm 이하의 흡광도를 갖는 용액(26)을 형성한다.

혼합 시스템(36)은 액체물질 공급원 및 정화 시스템(32)으로부터의 정화된 액체물질과 첨가제 공급원(34)으로부터의 첨가제를 서로 혼합시키는데에 사용되며, 여기서, 상기의 용액(26) 생성 방법과 다른 형태, 즉 첨가제를 액체물질에 분사시키는 분사 시스템이 사용될 수도 있다. 혼합 시스템(36)에는 렌즈 시스템(24)의 일면 근처에 위치할 수 있는 조정 노즐(38)이 포함되는데, 용액을 위치시키는 다른 방법이 액침 리소그래피에서 사용가능하다.

이하에서는, 도 1을 참조하여 시스템(10)의 동작을 설명한다. 광원(12)으로부터 방출된 방사광은 렌즈 시스템(14)을 통과하여, 거울(16)에 반사되고, 그런 다음 렌즈 시스템(18)을 통과하여 포토리소그래프용 마스크(20)에 도달한다. 방사광은 포토리소그래프용 마스크(20)를 통과하여, 대상 패턴들의 형상을 갖고 대물렌즈 시스템(22)으로 입사된다. 대물렌즈 시스템(22)으로부터 방출된 대상 패턴들의 형상을 갖는 이 방사광은 투명 지지시스템(24)을 통과하여 용액(26)내로 입사되고 포토레지스트(28)상에 도달된다. 이 방사광은 마스크(20)로부터의 대상 패턴들을 포토레지스트(28)로 이미징한다. 용액(26)으로 인하여, 보다 작은 회로 배선폭과 보다 높은 해상도가 취득될 수 있다. 이하에서는, 리소그래피 응용에서의 용액(26)의 동작과 특성에 대하여 보다 자세하게 설명한다.

도 3에서는 시스템(10) 또는 다른 리소그래피 시스템을 구비하여 공기 및 기타의 다른 매체를 통해 포토레지스트(28)상으로 이미징하는 것이 도시되고 있다. 도 3의 좌측부분은 시스템(10)에서 개시된 바와 같은 투영 시스템에 의해 생성된 광파면을 나타내는데, 이것은 이미징 매체를 거쳐 포토레지스트(28)내로 초점이 맞춰진다. 본 예시에서의 이미징 매체는 공기이며, N_a의 굴절율을 갖고, 포토레지스트는 N_r의 굴절율을 갖는다. 본 도면의 우측부분은 좌측상의 굴절율 보다 큰 굴절율(즉, N_m) 을 갖는 매체를 통해 포토레지스트(28)내로 초점이 맞춰진 광파면을 도시한다. 굴절지수 N_m이 증가함에 따라, 초기 촛점위치에서 좀 떨어진 포토레지스트(28)의 위치로 이미지가 초점맞춰지고 그 결과 이미지가 희미해져 버리는 이른 바, 탈 초점화 현상이 감소되고 있는 알 수 있다. 포토레지스트(28)의 굴절율에 근접하는 굴절율이 바람직한데, 이것은 도 4에 도시된 바와 같이, 매체와 포토레지스트(28) 사이의 경계에서의 반사가 감소되고, 포토레지스트(28)에 대한 각도가 커지게 함에 따라, 보다 높은 해상도를 제공해주기 때문이다.

본원발명은 용액(26)의 굴절율을 리소그래피 시스템(10)에서 기획되었던 굴절율 값 까지 조절하는 방법 및 시스템을 제공한다. 본 실시예에서, 용액(26)은 물과 함께 하나 또는 그 이상의 첨가제를 포함하는데, 여기서는 여러 기타종류의 액체물질도 사용가능하다. 물의 굴절율은 하나 또는 그 이상의 첨가제들 또는 화합물들의 첨가를 통해 그 본래의 특성값으로부터 증가될 수 있으며, 또한 하나 또는 그 이상의 첨가제들 또는 화합물들의 첨가를 통해 용액(26)에 만족스러운 낮은 흡광도를 선사해준다.

일반적으로, 물질의 자외선 및 가시광선의 흡수는 바닥상태에서부터 여기상 태로의 전자의 여기를 수반시킨다. 용질이 용매와 결합되면, 추가적인 "용매로의 전하전송 천이(CTTS)"가 발생된다. CTTS 특성 및 할로겐 이온의 수용액의 흡수반응으로부터 얻어지는 흡수파장(최대 흡수 파장)의 크기비교는 아래와 같다.

F^- < (OH)^- < Cl^- < Br^- < I^-

여기서, 플루오르 이온이 요오드 이온보다도 단파장에서 흡수하는 것을 볼 수 있다. 또한, 알칼리 양이온들은 최대 흡수 파장을 낮은 값으로 이동시킬 수 있다.

Cs⁺ < Rb⁺ < K⁺ < Li⁺ < Na⁺ < NH₄ ⁺ < H₃ ⁺O

또한, 온도에 의한 흡광도의 변화는 양성적이고 작으며(500ppm/℃), 반면에 압력에 의한 흡광도의 변화는 음성적이고 작다.

용액(26)을 생성하기 위하여 물에 용해된 몇가지 물질군들의 흡광도가 측정되었다. 이 물질들에는 염화물, 요오드화물, 플루오르화물, 브롬화물, 인산화물 및 황산화물이 포함된다. 예를 들어, 용액(26)을 생성하기 위하여 물에 용해된 인산화물 및 황산화물의 흡광도 특성들이 각각 도 5와 도 6에 도시된다. 몰흡광도(mm, mol/리터 당 흡광도)가 mm 당 각각의 특정 샘플에서 측정된 흡광도에 따라 각각의 물질에 대해서 주어진다. 샘플들은 빔 경로상의 수정액 샘플 홀더와 Perkin Elmer UV-vis 분광광도계 (모델명 UV11) 을 사용하여 측정되었다. 각각의 샘플마다, 서로 다른 흡광도 계산을 위해 1 mm와 2mm 샘플 두께에서 두 개의 측정이 취해졌다. 본 실시예에서, 이 물질들중 몇개는 180 ㎚ 와 300 ㎚ 사이의 파장에서 0.8 mm/몰/리 터 이하의 충분히 낮은 흡광도를 보여주고 있으며, 여기서 흡광도 측정을 위해 다른 임계치가 사용될 수도 있다. 물에 용해된 이러한 첨가제들은 수소, 세슘, 나트륨 및 칼륨의 인산화물 및 황산화물과 1A족 내지 ⅧA족 내의 주기율표상의 다른 희토류 (고융점 금속) 이온들이 포함될 수 있으며, 또한 이와 다른 첨가제들이 사용될 수도 있다. 도 7에서는, 물과 하나 또는 그 이상의 첨가제들을 포함하는 각종의 용액들의 193 ㎚ 와 248 ㎚ 에서의 흡광도를 나타내는 도표가 개시되어 있다.

도 8에서는, 도 5 및 도 6으로부터의 세 개의 샘플 용액들의 굴절율을 보여준다. 이 예시에서, 용액들(26)은 세슘 황화물, 수소 황화물(황산) 및 수소 인화물(인산)이다. 각각의 용액들은, 낮은 흡광도 (본 실시예에서는 0.8 mm/몰/리터) 를 통해 높은 투광도를 나타내면서, 순수한 물의 굴절율 이상의 굴절율을 보여주고 있다. 모든 굴절율들은 Woolam WVASE 장치 (WVASE-DUV) 와 다각도 분광타원분석기를 이용하여 측정되었다. 예를 들어, 포토레지스트 막(28)은 비드 블래스팅에 의해 표면처리된 용융 석영의 기판(30)상에 생성된다. 이것은 용액(26)이 기판(30)상의 포토레지스트 막(28)에 부착되도록 해주고, 장치에 의해 생성된 데이터를 사용하여 굴절율의 분광타원 조정을 가능케해준다.

193 ㎚ 에서의 세 개의 용액들로부터 취득된 굴절율들이 아래의 표에 나타나 있다. 각각의 용액들(26)은 농도(Cs₂SO₄에서는 질량으로, 산에서는 부피에 의해 측정됨), 193 ㎚ 에서의 굴절율, 193 ㎚ 에서의 최대 허용 개구수(NAmax), 193 ㎚ 에서의 최소 해상도(Rmin)에 의해 측정되었다.

용액	굴절율	최대 허용 개구수	최소 허용 해상도
부피 19% H₂SO₄	1.48	1.48	32.6 ㎚
중량 40% Cs₂SO₄	1.60	1.60	30.2 ㎚
부피 17% H₃PO₄	1.63	1.63	29.6 ㎚

이 예시적인 용액들에서의 결과적인 최소 해상도(Rmin)는 물 단독에서 허용된 33.7 ㎚ 수치 보다 작은데, 이것은 중대한 향상이다. 도 9의 또 다른 테이블에서는 물과 하나 또는 그 이상의 첨가제들을 포함하는 복수개의 서로 다른 용액들(26)에 대한 193 ㎚ 과 248 ㎚ 에서의 굴절지수와 코쉬 파라미터를 보여준다. 이 테이블에서 도시된 바와 같이, 모든 용액들은, 193 ㎚ 에서 1.436 그리고 248 ㎚ 에서 1.379 수치를 갖는 물의 굴절율 값보다 큰 굴절율 값을 갖는다.

도 10에서는 이미징 매체로서 물만을 사용해서 얻어진 이미지에 관한 주사전자사진과 물과 함께 40 중량 % CsSO₄를 이미징 매체로서 사용해서 얻어진 이미지에 관한 주사전자사진을 보여주고 있다. 이 이미지들은 각 용액에서 31도 개구각(전파 각도)에 대한 결과를 보여준다. 물에서의 대응 개구수는 0.70이고, 반면에 CsSO₄를 포함하는 물에서의 대응 개구수는 0.78이다. 이것은 물에 첨가제를 포함하여 얻은 용액을 사용한 이미징의 해상도에 있어서 11% 가 향상되었음을 증명해준다. 또한, 예로서, H₂SO₄ 에서는 4%의 향상이 있으며, H₃PO₄에서는 13%의 향상이 있었다.

따라서, 본 발명은 물의 굴절율을 그 본래의 값으로부터 첨가 화합물의 완전 포화 수용액에서의 굴절율 만큼의 값으로 재설정해주는 방법 및 시스템을 제공해 준다. 이것은 광 리소그래프 시스템(10)의 특정 설계기준에 부응하기 위할 목적으로의, 용액(26)의 광 특성의 매우 정교한 제어를 가능토록 해준다. 본 발명은 리소그래프에서 허용가능한 흡광도 레벨을 유지하면서, 180 ㎚ 와 300 ㎚ 사이의 파장에서 얻어낼 수 있는 미세리소그래프에서의 물의 굴절율 보다 큰 굴절율 값을 얻어낼 수 있다.

지금까지, 본 발명의 기본적인 사상에 대해서 설명하였다. 하지만, 본원 발명의 당업자들에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, 상기의 상세한 설명들은 오직 실시예로서 제시된 것일 뿐, 이것으로 본원 발명이 한정되는 것은 아니며, 또한, 비록 본 명세서에서는 명확하게 다루지는 않았지만 다양한 개조, 개선 및 변형예들이 본 발명의 범위내에서 본 발명의 당업자에 용이하게 구상될 수 있음을 유념해야 한다. 또한, 참조로서의 구성요소 또는 시퀀스들의 순서, 또는 번호, 문자, 기타 지정문자의 사용은 청구항에서 특정된 것을 제외하고 청구된 구성들을 한정하는 것으로서 해석해서는 안된다. 따라서, 본 발명은 이하의 청구항들의 내용 및 그 균등발명으로 제한된다.

Claims

기판상의 포토레지스트위에서 사용되는 포토리소그래피 노광시스템으로서,

방사광원을 제공하는 조광 시스템;

하나 또는 그 이상의 대상(對象) 패턴을 갖는 포토마스크;

상기 조광 시스템으로부터의 방사광을 이용하여, 상기 포토레지스트위의 이미지 평면을 향해 하나 또는 그 이상의 대상 패턴들의 이미지를 투사하도록 위치한 광투사 노광시스템; 및

용액을 상기 광투사 노광시스템과 상기 기판상의 상기 포토레지스트사이에 위치시키는 용액 디스펜싱 시스템;을 포함하며,

상기 용액은 약 180 ㎚ 와 300 ㎚ 사이의 파장에서, 물의 굴절율 값보다 높은 굴절율과, 밀리미터당 0.8 이하의 흡광도를 갖는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 노광시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 용액의 굴절율 값은 약 1.5 이상인 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 노광시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 용액은 물과 적어도 하나의 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 노광시스템.
제 3 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 첨가제는, Br^-, Cl^-, F^-, OH^-, I^-, ClO₄ ^-1, HPO₄ ^-2, SO₄ ^-2, H₂PO₄ ^-, 및 HSO^-4의 음이온 중 적어도 하나의 음이온을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 노광시스템.
제 3 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 첨가제는, H⁺, Cs⁺, Rb⁺, K⁺, Li⁺, Na⁺, NH₄ ⁺, H₃ ⁺O 의 양이온 중 적어도 하나의 양이온과, 1A족 내지 ⅧA족 내의 주기율표상의 다른 희토류 (고융점 금속) 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 노광시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 용액 디스펜싱 시스템에 유동적으로 연결되어 있으며, 임의의 액체물질과 하나 또는 그 이상의 첨가제들을 혼합하여 상기 용액을 형성하는 혼합 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 노광시스템.
제 6 항에 있어서, 상기 혼합 시스템에 유동적으로 연결되어 있으며, 상기 액체물질을 적어도 부분적으로 정화시키는 정화 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 노광시스템.
포토리소그래피 노광을 위한 방법으로서,

기판상의 포토레지스트 위에 용액을 위치시키는 단계;와

하나 또는 그 이상의 대상 패턴들을 갖는 포토마스크를 통해 방사광을 조사하여, 상기 포토레지스트상에 하나 또는 그 이상의 대상 패턴들을 투사시키는 단계;를 포함하며,

상기 용액은 약 180 ㎚ 와 300 ㎚ 사이의 파장에서, 물의 굴절율 값보다 높은 굴절율과, 밀리미터당 0.8 이하의 흡광도를 갖는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피의 노광방법.
제 8 항에 있어서, 상기 용액의 굴절율 값은 약 1.5 이상인 것을 특징으로 하는 포토리소그래피의 노광방법.
제 8 항에 있어서, 상기 용액은 물과 적어도 하나의 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피의 노광방법.
제 10 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 첨가제는, Br^-, Cl^-, F^-, OH^-, I^-, ClO₄ ^-1, HPO₄ ^-2, SO₄ ^-2, H₂PO₄ ^-, 및 HSO^-4의 음이온 중 적어도 하나의 음이온을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피의 노광방법.
제 10 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 첨가제는, H⁺, Cs⁺, Rb⁺, K⁺, Li⁺, Na⁺, NH₄ ⁺, H₃ ⁺O 의 양이온 중 적어도 하나의 양이온과, 1A족 내지 ⅧA족 내의 주기율표상의 다른 희토류 (고융점 금속) 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피의 노광방법.
제 8 항에 있어서, 임의의 액체물질과 하나 또는 그 이상의 첨가제들을 혼합하여 상기 용액을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 노광의 노광방법.
제 13 항에 있어서, 상기 용액을 부분적으로 정화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피의 노광방법.
리소그래피용 침수액을 제조하는 시스템으로서,

임의의 액체물질로부터 하나 또는 그 이상의 오염물질과 하나 또는 그 이상의 가스들 중에서 적어도 하나를 제거하는 정화 시스템;과

상기 액체물질에 적어도 하나의 첨가제를 추가시킴으로써, 상기 액체물질과 상기 적어도 하나의 첨가제를 포함하는 용액의 굴절율을 물의 굴절율보다 높은 제 1 의 굴절율까지 높이는 분사 시스템;을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피용 침수액의 제조 시스템.
제 15 항에 있어서, 상기 제 1 의 굴절율 값은 약 1.5 이상인 것을 특징으로 하는 리소그래피용 침수액의 제조 시스템.
제 15 항에 있어서, 상기 분사 시스템은 상기 액체물질에 적어도 하나의 첨가제를 추가시킴으로써, 상기 용액이 약 180 ㎚ 와 300 ㎚ 사이의 파장에서 밀리미터당 0.8 이하의 흡광도를 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 리소그래피용 침수액의 제조 시스템.
제 15 항에 있어서, 상기 임의의 액체물질에는 물이 포함되는 것을 특징으로 하는 리소그래피용 침수액의 제조 시스템.
제 15 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 첨가제는, Br^-, Cl^-, F^-, OH^-, I^-, ClO₄ ^-1, HPO₄ ^-2, SO₄ ^-2, H₂PO₄ ^-, 및 HSO^-4의 음이온 중 적어도 하나의 음이온을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피용 침수액의 제조 시스템.
제 15 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 첨가제는, H⁺, Cs⁺, Rb⁺, K⁺, Li⁺, Na⁺, NH₄ ⁺, H₃ ⁺O 의 양이온 중 적어도 하나의 양이온과, 1A족 내지 ⅧA족 내의 주기 율표상의 다른 희토류 (고융점 금속) 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피용 침수액의 제조 시스템.
제 15 항에 있어서, 포토레지스트와 상기 용액의 상호반응을 감소시키기 위하여 상기 포토레지스트의 구성을 제어하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피용 침수액의 제조 시스템.
리소그래피용 침수액을 제조하는 방법으로서,

임의의 액체물질로부터 하나 또는 그 이상의 오염물질과 하나 또는 그 이상의 가스들 중에서 적어도 하나를 제거하는 단계;와

상기 액체물질에 적어도 하나의 첨가제를 추가시킴으로써, 상기 액체물질과 상기 적어도 하나의 첨가제를 포함하는 용액의 굴절율을 물의 굴절율보다 높은 제 1 의 굴절율까지 높이는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피용 침수액 제조방법.
제 22 항에 있어서, 상기 제 1 의 굴절율 값은 약 1.5 이상인 것을 특징으로 하는 리소그래피용 침수액 제조 방법.
제 22 항에 있어서, 상기 액체물질에 적어도 하나의 첨가제를 추가시키는 단계에 의해, 상기 용액이 약 180 ㎚ 와 300 ㎚ 사이의 파장에서 밀리미터당 0.8 이 하의 흡광도를 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 리소그래피용 침수액 제조 방법.
제 22 항에 있어서, 상기 임의의 액체물질에는 물이 포함되는 것을 특징으로 하는 리소그래피용 침수액 제조 방법.
제 22 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 첨가제는, Br^-, Cl^-, F^-, OH^-, I^-, ClO₄ ^-1, HPO₄ ^-2, SO₄ ^-2, H₂PO₄ ^-, 및 HSO^-4의 음이온 중 적어도 하나의 음이온을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피용 침수액 제조 방법.
제 22 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 첨가제는, H⁺, Cs⁺, Rb⁺, K⁺, Li⁺, Na⁺, NH₄ ⁺, H₃ ⁺O 의 양이온 중 적어도 하나의 양이온과, 1A족 내지 ⅧA족 내의 주기율표상의 다른 희토류 (고융점 금속) 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피용 침수액 제조 방법.
제 22 항에 있어서, 포토레지스트와 상기 용액의 상호반응을 감소시키기 위하여 상기 포토레지스트의 구성을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피용 침수액 제조 방법.