KR102099880B1 - 유효 열 전자 강화 유닛을 갖는 리소그래피 장치 및 패턴 형성 방법 - Google Patents

유효 열 전자 강화 유닛을 갖는 리소그래피 장치 및 패턴 형성 방법 Download PDF

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Abstract

감광막이 형성된 기판이 안착되는 스테이지(stage)가 배치된다. 상기 스테이지 상에 상기 감광막에 투영 빔을 조사하는 메인 유닛(main unit)이 배치된다. 상기 스테이지에 가깝고 상기 감광막에 전계(electric field)를 인가하는 전계 유닛이 배치된다. 상기 전계 유닛은 상기 투영 빔의 조사와 동시에 켜지거나 상기 투영 빔의 조사보다 먼저 켜지고, 상기 전계 유닛은 상기 투영 빔의 종료와 동시에 꺼지거나 상기 투영 빔이 종료된 후에 꺼진다.

Description

유효 열 전자 강화 유닛을 갖는 리소그래피 장치 및 패턴 형성 방법{Lithography apparatus having effective thermal electron enhancement unit and method of forming pattern}
본 발명은 유효 열 전자 강화 유닛을 갖는 리소그래피 장치 및 이것을 이용하는 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 고집적화에 따라 미세 패턴들의 엘시디유(local CD uniformity; LCDU)를 개선하고 양산 효율을 높이기 위한 다양한 방법들이 연구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 엘시디유(LCDU)를 개선하고 양산 효율을 높일 수 있는 리소그래피 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 리소그래피 장치를 이용한 패턴 형성 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당 업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명 기술적 사상의 실시 예들은, 리소그래피 장치(lithography apparatus)를 제공한다. 이 장치는 감광막이 형성된 기판이 안착되는 스테이지(stage)를 포함한다. 상기 스테이지 상에 상기 감광막에 투영 빔을 조사하는 메인 유닛(main unit)이 배치된다. 상기 스테이지에 가깝고 상기 감광막에 전계(electric field)를 인가하는 전계 유닛이 배치된다. 상기 전계 유닛은 상기 투영 빔의 조사와 동시에 켜지거나 상기 투영 빔의 조사보다 먼저 켜지고, 상기 전계 유닛은 상기 투영 빔의 종료와 동시에 꺼지거나 상기 투영 빔이 종료된 후에 꺼진다.
상기 전계(electric field)는 상기 기판의 표면에 대하여 수직할 수 있다.
상기 전계 유닛은 상기 스테이지 하부의 하부 전극 및 상기 하부 전극에 접속된 전원 공급 장치를 포함할 수 있다.
상기 전원 공급 장치는 1Hz 내지 300MHz, 피크-투-피크 전압(peak-to-peak voltage) 5KV 내지 50KV 의 전원을 공급할 수 있다.
상기 전계 유닛은 상기 전원 공급 장치에 접속되고 상기 기판 및 상기 메인 유닛 사이에 배치된 상부 전극을 포함할 수 있다.
상기 투영 빔은 극 자외선(Extreme ultraviolet; EUV) 또는 전자-빔(E-beam)을 포함할 수 있다.
상기 메인 유닛은 극 자외선(EUV) 발생 장치 및 반사형 마스크 패턴을 갖는 레티클(reticle)을 포함할 수 있다.
상기 메인 유닛에 인접하고 상기 감광막에 상기 투영 빔보다 장파장의 빛 또는 마이크로웨이브(microwave)를 조사하는 보조 유닛이 배치될 수 있다.
상기 보조 유닛은 상기 투영 빔의 조사와 동시에 켜지거나 상기 투영 빔의 조사보다 먼저 켜지고, 상기 보조 유닛은 상기 투영 빔의 종료와 동시에 꺼지거나 상기 투영 빔이 종료된 후에 꺼질 수 있다.
상기 투영 빔보다 장파장의 빛은 365nm, 435nm, 633nm, 또는 808nm의 파장을 보일 수 있다.
상기 마이크로웨이브(microwave)는 300MHz 내지 30GHz 일 수 있다.
또한, 본 발명 기술적 사상의 실시 예들은, 패턴 형성 방법을 제공한다. 이 방법은 상기 리소그래피 장치(lithography apparatus)의 상기 스테이지(stage) 상에 상기 감광막이 형성된 상기 기판을 안착하는 것을 포함할 수 있다. 상기 감광막에 상기 전계(electric field)를 인가할 수 있다. 상기 감광막에 상기 투영 빔을 조사할 수 있다. 상기 감광막을 현상(develop)할 수 있다.
상기 전계(electric field)는 상기 투영 빔의 조사와 동시에 인가되거나 상기 투영 빔의 조사보다 먼저 인가되고, 상기 전계(electric field)는 상기 투영 빔의 종료와 동시에 꺼지거나 상기 투영 빔이 종료된 후에 꺼질 수 있다.
상기 감광막에 상기 투영 빔을 조사하는 동안, 상기 감광막에 상기 투영 빔보다 장파장의 빛 또는 마이크로웨이브(microwave)를 조사할 수 있다.
이에 더하여, 본 발명 기술적 사상의 실시 예들은, 리소그래피 장치(lithography apparatus)를 제공한다. 이 장치는 감광막이 형성된 기판이 안착되는 스테이지(stage)를 포함한다. 상기 스테이지 상에 상기 감광막에 투영 빔을 조사하는 메인 유닛(main unit)이 배치된다. 상기 스테이지에 가깝고 상기 감광막에 상기 투영 빔보다 장파장의 빛 또는 마이크로웨이브(microwave)를 조사하는 보조 유닛이 배치된다. 상기 보조 유닛은 상기 투영 빔의 조사와 동시에 켜지거나 상기 투영 빔의 조사보다 먼저 켜지고, 상기 보조 유닛은 상기 투영 빔의 종료와 동시에 꺼지거나 상기 투영 빔이 종료된 후에 꺼진다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명 기술적 사상의 실시 예들에 따르면, 감광막에 투영 빔을 조사하는 메인 유닛(main unit), 상기 감광막에 전계(electric field)를 인가하는 전계 유닛, 및 상기 감광막에 상기 투영 빔보다 장파장의 빛 또는 마이크로웨이브(microwave)를 조사하는 보조 유닛을 포함하는 리소그래피 장치(lithography apparatus)가 제공될 수 있다. 상기 전계 유닛에 의하여 상기 감광막에 수직 전계(vertical electric field)가 인가될 수 있다. 상기 수직 전계(vertical electric field)는 상기 투영 빔의 조사에 의하여 상기 감광막 내에 생성된 2차 전자들(secondary electrons)의 수평 확산을 억제하고 수직 확산을 강화하는 역할을 할 수 있다. 상기 보조 유닛은 유효 열 전자들(effective thermal electrons)의 증가에 기여할 수 있다. 엘시디유(LCDU)를 개선하고 양산 효율을 높일 수 있는 리소그래피 장치를 구현할 수 있다.
도 1 은 본 발명 기술적 사상의 실시 예들에 따른 리소그래피 장치를 설명하기 위한 개략도 이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명 기술적 사상의 실시 예들에 따른 리소그래피 장치의 전극을 설명하기 위한 사시도들 이다.
도 5는 본 발명 기술적 사상의 실시 예들에 따른 리소그래피 장치의 일부분을 상세히 보여주는 확대도 이다.
도 6 내지 도 9는 본 발명 기술적 사상의 실시 예들에 따른 리소그래피 장치를 설명하기 위한 개략도들 이다.
도 10 내지 도 14는 본 발명 기술적 사상의 실시 예들에 따른 리소그래피 장치를 이용한 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 플로 차트(flow chart)들 이다.
도 15 내지 도 19는 본 발명 기술적 사상의 실시 예들에 따른 리소그래피 장치를 이용한 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들 이다.
도 20 내지 도 23은 본 발명의 기술적 사상의 실시 예들에 따른 전자 장치의 사시도들 및 시스템 블록도들 이다.
첨부한 도면들을 참조하여 본 발명 기술적 사상의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
제1, 제2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
상단, 하단, 상면, 하면, 또는 상부, 하부 등의 용어는 구성요소에 있어 상대적인 위치를 구별하기 위해 사용되는 것이다. 예를 들어, 편의상 도면상의 위쪽을 상부, 도면상의 아래쪽을 하부로 명명하는 경우, 실제에 있어서는 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 상부는 하부로 명명될 수 있고, 하부는 상부로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1 은 본 발명 기술적 사상의 실시 예들에 따른 리소그래피 장치를 설명하기 위한 개략도 이고, 도 2 내지 도 4는 상기 리소그래피 장치의 전극을 설명하기 위한 사시도들 이며, 도 5는 상기 리소그래피 장치의 일부분을 상세히 보여주는 확대도 이다.
도 1을 참조하면, 본 발명 기술적 사상의 실시 예들에 따른 리소그래피 장치는 스테이지(13), 상기 스테이지(13) 상의 메인 유닛(21), 보조 유닛(41), 및 전계 유닛(31, 33, 35)을 포함할 수 있다. 상기 전계 유닛(31, 33, 35)은 하부 전극(31), 상부 전극(33), 및 전원 공급 장치(35)를 포함할 수 있다. 상기 스테이지(13) 상에 감광막이 형성된 기판(51)이 안착될 수 있다.
상기 스테이지(13)는 상기 메인 유닛(21)과 마주보도록 배치될 수 있다. 예를 들면, 상기 스테이지(13)는 상기 메인 유닛(21)의 하부에 위치할 수 있다. 상기 스테이지(13)는 상기 기판(51)을 고정하기 위한 이에스디(ESD) 장치 또는 진공 장치를 포함할 수 있다. 상기 감광막은 이유부이 레지스트(EUV resist)를 포함할 수 있다.
상기 메인 유닛(21)은 상기 기판(51) 상의 감광막에 투영 빔(22)을 조사하는 역할을 할 수 있다. 상기 투영 빔(22)은 극 자외선(Extreme ultraviolet; EUV), 또는 전자-빔(E-beam)일 수 있다. 상기 메인 유닛(21)은 극 자외선(Extreme ultraviolet; EUV) 발생 장치, 또는 전자-빔(E-beam) 발생 장치를 포함할 수 있다. 이하에서는 상기 투영 빔(22)이 극 자외선(Extreme ultraviolet; EUV)이고, 상기 메인 유닛(21)이 극 자외선(Extreme ultraviolet; EUV) 발생 장치를 포함하는 경우를 상정하여 설명하기로 한다.
상기 하부 전극(31)은 금속판과 같은 도전체를 포함할 수 있다. 상기 하부 전극(31)은 상기 스테이지(13)의 하단 또는 내부에 장착될 수 있다. 상기 하부 전극(31)은 상기 기판(51)보다 크거나 같은 수평 폭을 보일 수 있다. 상기 상부 전극(33)은 상기 기판(51) 및 상기 메인 유닛(21) 사이에 장착될 수 있다. 상기 상부 전극(33)은 상기 기판(51)보다 크거나 같은 수평 폭을 보일 수 있다. 상기 기판(51)은 상기 하부 전극(31) 및 상기 상부 전극(33) 사이에 배치될 수 있다. 상기 전원 공급 장치(35)는 상기 하부 전극(31) 및 상기 상부 전극(33)에 직류 전원 또는 교류 전원을 공급할 수 있다. 예를 들면, 상기 전원 공급 장치(35)를 통하여 1Hz 내지 300MHz, 피크-투-피크 전압(peak-to-peak voltage) 5KV 내지 50KV 의 전원이 상기 하부 전극(31) 및 상기 상부 전극(33)에 공급될 수 있다.
상기 전계 유닛(31, 33, 35)은 상기 기판(51) 상의 감광막에 전계(electric field)를 인가하는 역할을 할 수 있다. 상기 전계 유닛(31, 33, 35)에 의하여 상기 기판(51) 상의 감광막 표면에 대하여 수직한 전계(vertical electric field)가 인가될 수 있다. 상기 전계(electric field)는 상기 기판(51)의 전면(front surface)에 대하여 수직한 것으로 해석될 수 있다. 상기 전계 유닛(31, 33, 35)은 상기 투영 빔(22)의 조사와 동시에 켜지고 상기 투영 빔(22)의 종료와 동시에 꺼지도록 제어될 수 있다. 상기 전계(electric field)는 상기 투영 빔(22)의 조사와 동시에 인가되고 상기 투영 빔(22)의 종료와 동시에 꺼지도록 제어될 수 있다.
다른 실시 예에서, 상기 전계 유닛(31, 33, 35)은 상기 투영 빔(22)의 조사보다 먼저 켜지고 상기 투영 빔(22)이 종료된 후에 꺼지도록 제어될 수 있다. 상기 전계 유닛(31, 33, 35)은 상기 투영 빔(22)의 조사보다 먼저 켜지고 상기 투영 빔(22)의 종료와 동시에 꺼지도록 제어될 수 있다. 상기 전계 유닛(31, 33, 35)은 상기 투영 빔(22)의 조사와 동시에 켜지고 상기 투영 빔(22)이 종료된 후에 꺼지도록 제어될 수 있다. 상기 전계(electric field)는 상기 투영 빔(22)의 조사보다 먼저 인가되고 상기 투영 빔(22)이 종료된 후에 꺼지도록 제어될 수 있다. 상기 전계(electric field)는 상기 투영 빔(22)의 조사보다 먼저 인가되고 상기 투영 빔(22)의 종료와 동시에 꺼지도록 제어될 수 있다. 상기 전계(electric field)는 상기 투영 빔(22)의 조사와 동시에 인가되고 상기 투영 빔(22)이 종료된 후에 꺼지도록 제어될 수 있다.
상기 보조 유닛(41)은 상기 메인 유닛(21)과 인접하게 배치될 수 있다. 상기 보조 유닛(41)은 상기 기판(51) 상의 감광막에 보조 빔(42)을 조사하는 역할을 할 수 있다. 상기 보조 빔(42)은 상기 투영 빔(22)보다 장파장의 빛 또는 마이크로웨이브(microwave)일 수 있다. 예를 들면, 상기 보조 유닛(41)은 적외선(infrared) 발생기를 포함할 수 있다. 상기 보조 빔(42)에 사용되는 상기 장파장의 빛은 350nm 이상의 파장을 갖는 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 장파장의 빛은 365nm, 435nm, 633nm, 또는 808nm의 파장을 갖는 것일 수 있다. 상기 보조 빔(42)에 사용되는 상기 마이크로웨이브(microwave)는 300MHz 내지 30GHz의 전자파일 수 있다. 상기 보조 유닛(41)은 상기 투영 빔(22)의 조사와 동시에 켜지고 상기 투영 빔(22)의 종료와 동시에 꺼지도록 제어될 수 있다. 상기 보조 빔(42)은 상기 투영 빔(22)의 조사와 동시에 켜지고 상기 투영 빔(22)의 종료와 동시에 꺼지도록 제어될 수 있다.
다른 실시 예에서, 상기 보조 유닛(41)은 상기 투영 빔(22)의 조사보다 먼저 켜지고 상기 투영 빔(22)이 종료된 후에 꺼지도록 제어될 수 있다. 상기 보조 유닛(41)은 상기 투영 빔(22)의 조사보다 먼저 켜지고 상기 투영 빔(22)의 종료와 동시에 꺼지도록 제어될 수 있다. 상기 보조 유닛(41)은 상기 투영 빔(22)의 조사와 동시에 켜지고 상기 투영 빔(22)이 종료된 후에 꺼지도록 제어될 수 있다.
예를 들면, 상기 투영 빔(22)은 13.5nm 의 파장 및 92.5eV의 높은 에너지를 갖는 극 자외선(Extreme ultraviolet; EUV)일 수 있다. 상기 투영 빔(22)은 이방성(anisotropic)을 보일 수 있다. 상기 투영 빔(22)은 상기 기판(51) 상의 감광막 내에 포함된 폴리머 매트릭스(polymer matrix)와 반응하여 ~15-80eV 의 에너지를 갖는 2차 전자들(secondary electrons)을 발생시킬 수 있다. 상기 2차 전자들(secondary electrons) 중에서 15eV 미만의 열 전자들(thermal electrons)은 상기 기판(51) 상의 감광막 내에 포함된 광-산 발생제(Photo-Acid Generator; PAG)와 반응하여 산(acid)을 발생시킬 수 있다. 상기 열 전자들(thermal electrons)은 등방성(isotropic)을 보일 수 있다.
상기 전계 유닛(31, 33, 35)에 의하여 상기 기판(51) 상의 감광막에 수직 전계(vertical electric field)가 인가될 수 있다. 상기 수직 전계(vertical electric field)는 상기 2차 전자들(secondary electrons)의 수평 확산을 억제하고 수직 확산을 강화하는 역할을 할 수 있다. 상기 수직 전계(vertical electric field)는 상기 열 전자들(thermal electrons)의 수평 확산을 억제하여 패턴의 해상도 개선에 기여할 수 있다. 상기 수직 전계(vertical electric field)는 상기 열 전자들(thermal electrons)의 수직 확산을 강화하여 유효 열 전자들(effective thermal electrons)의 증가에 기여할 수 있다. 상기 수직 전계(vertical electric field)는 상기 열 전자들(thermal electrons)의 수직 확산을 강화하여 패턴의 심도 개선에 기여할 수 있다.
상기 보조 빔(42)은 폴리머 매트릭스(polymer matrix) 또는 광-산 발생제(Photo-Acid Generator; PAG)와 직접적으로 반응하지 않는다. 상기 열 전자들(thermal electrons) 중 에너지가 낮아서 상기 광-산 발생제(PAG)와 반응하지 못하는 것들은 상기 보조 빔(42)에서 공급되는 에너지를 흡수하여 상기 광-산 발생제(PAG)와 반응에 참여하게 될 수 있다. 상기 보조 빔(42)은 유효 열 전자들(effective thermal electrons)의 증가에 기여하는 것으로 해석될 수 있다.
콘택 홀의 산포가 하나의 에프오부이(field of view; FOV) 내에서 불 균일한 정도를 엘시디유(local CD uniformity; LCDU)로 정의할 수 있다. 본 발명자들이 확인한 바에 따르면, 상기 전계 유닛(31, 33, 35) 및 상기 보조 유닛(41)을 사용하여 상기 엘시디유(LCDU)를 종래에 비하여 현저히 개선할 수 있는 것으로 나타났다. 유효 열 전자들(effective thermal electrons)의 증가는 원하는 패턴을 얻는데 필요한 상기 투영 빔(22)의 도즈(dose) 감소에 유리할 수 있다. 상기 투영 빔(22)의 도즈(dose) 감소는 리소그래피 장치의 양산효율 증가에 크게 기여할 수 있다.
상기 전계 유닛(31, 33, 35) 및/또는 상기 보조 유닛(41)은 유효 열 전자 강화 유닛(effective thermal electron enhancement unit)으로 해석될 수 있다.
도 2를 참조하면, 상부 전극(33)은 상기 투영 빔(도 1의 22) 및 상기 보조 빔(도 1의 42)을 통과시키는 개구부(33H)를 포함할 수 있다. 상기 상부 전극(33)은 금속판과 같은 도전체일 수 있다. 상기 개구부(33H)는 둥근 모양일 수 있다.
도 3을 참조하면, 개구부(33H)는 사각형일 수 있다. 다른 실시 예에서, 상기 개구부(33H)는 직사각형, 반원형, 격자모양, 또는 이들의 조합과 같은 다양한 모양을 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 상부 전극(33A)은 투명 전극(transparent electrode)을 포함할 수 있다. 상기 상부 전극(33A)은 평판일 수 있다. 상기 투영 빔(도 1의 22) 및 상기 보조 빔(도 1의 42)은 상기 상부 전극(33A)을 투과하여 상기 기판(51) 상의 감광막에 조사될 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 메인 유닛(21)은 광원(23), 조명 미러들(24), 및 투영 미러들(27)을 포함할 수 있다. 상기 메인 유닛(21) 내에 레티클(reticle; 25)이 장착될 수 있다. 상기 레티클(25)은 반사형 마스크 패턴을 포함할 수 있다. 상기 광원(23)은 극 자외선(Extreme ultraviolet; EUV) 발생 장치일 수 있다. 예를 들면, 상기 극 자외선(Extreme ultraviolet; EUV) 발생 장치는 레이저-유기 플라즈마(laser-induced plasma) 기술, 자유 전자 레이저(free electron laser) 기술, 또는 싱크로트론(synchrotron) 기술을 채택하는 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 광원(23)에서 방출되는 방사 빔(28)은 13.5nm 의 파장을 보일 수 있다.
상기 조명 미러들(24) 및 상기 투영 미러들(27)은 오목 반사경, 볼록 반사경, 또는 평면 반사경을 포함할 수 있다. 상기 광원(23)에서 방출되는 상기 방사 빔(28)은 상기 조명 미러들(24)을 경유하여 상기 레티클(25)에서 반사될 수 있다. 상기 레티클(25)에서 반사된 투영 빔(22)은 상기 투영 미러들(27)을 경유하여 상기 기판(도 1의 51) 상의 감광막에 조사될 수 있다. 상기 투영 빔(22)은 직진 특성을 보일 수 있다.
도 6 내지 도 9는 본 발명 기술적 사상의 실시 예들에 따른 리소그래피 장치를 설명하기 위한 개략도들 이다.
도 6을 참조하면, 본 발명 기술적 사상의 실시 예들에 따른 리소그래피 장치는 스테이지(13), 메인 유닛(21), 및 전계 유닛(31, 33, 35)을 포함할 수 있다. 상기 전계 유닛(31, 33, 35)은 하부 전극(31), 상부 전극(33), 및 전원 공급 장치(35)를 포함할 수 있다. 상기 보조 유닛(도 1의 41)은 생략될 수 있다. 상기 전계 유닛(31, 33, 35)은 기판(51) 상의 감광막에 수직 전계(vertical electric field)를 인가하는 역할을 할 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명 기술적 사상의 실시 예들에 따른 리소그래피 장치는 스테이지(13), 메인 유닛(21), 및 전계 유닛(31, 35)을 포함할 수 있다. 상기 전계 유닛(31, 35)은 하부 전극(31) 및 전원 공급 장치(35)를 포함할 수 있다. 상기 전원 공급 장치(35)의 일단은 접지될 수 있다. 상기 상부 전극(도 1의 33) 및 상기 보조 유닛(도 1의 41)은 생략될 수 있다. 상기 전계 유닛(31, 35)은 기판(51) 상의 감광막에 수직 전계(vertical electric field)를 인가하는 역할을 할 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명 기술적 사상의 실시 예들에 따른 리소그래피 장치는 스테이지(13), 메인 유닛(21), 보조 유닛(41), 및 전계 유닛(31, 35)을 포함할 수 있다. 상기 전계 유닛(31, 35)은 하부 전극(31) 및 전원 공급 장치(35)를 포함할 수 있다. 상기 전원 공급 장치(35)의 일단은 접지될 수 있다. 상기 상부 전극(도 1의 33)은 생략될 수 있다. 상기 전계 유닛(31, 35)은 기판(51) 상의 감광막에 수직 전계(vertical electric field)를 인가하는 역할을 할 수 있다. 상기 보조 유닛(41)은 상기 기판(51) 상의 감광막에 보조 빔(42)을 조사하는 역할을 할 수 있다.
도 9를 참조하면, 본 발명 기술적 사상의 실시 예들에 따른 리소그래피 장치는 스테이지(13), 메인 유닛(21), 및 보조 유닛(41)을 포함할 수 있다. 상기 전계 유닛(도 1의 31, 33, 35)은 생략될 수 있다. 상기 보조 유닛(41)은 상기 기판(51) 상의 감광막에 보조 빔(42)을 조사하는 역할을 할 수 있다.
도 10 내지 도 14는 본 발명 기술적 사상의 실시 예들에 따른 리소그래피 장치를 이용한 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 플로 차트(flow chart)들 이고, 도 15 내지 도 19는 상기 리소그래피 장치를 이용한 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들 이다.
도 10을 참조하면, 본 발명 기술적 사상의 실시 예들에 따른 리소그래피 장치를 이용한 패턴 형성 방법은 감광막을 형성하고(S110), 전계(electric field)를 인가하고(S120), 전계 인가와 동시에 장파장의 광원 또는 마이크로웨이브(microwave)를 조사하면서 노광 공정을 수행하고(S130), 노광 후 베이크(post exposure bake; PEB) 공정을 수행하고(S140), 현상(develop) 공정을 수행하고(S150), 패턴을 형성하는 것(S160)을 포함할 수 있다.
도 11을 참조하면, 본 발명 기술적 사상의 실시 예들에 따른 리소그래피 장치를 이용한 패턴 형성 방법은 감광막을 형성하고(S110), 전계(electric field) 인가와 동시에 장파장의 광원 또는 마이크로웨이브(microwave)를 조사하면서 노광 공정을 수행하고(S130), 노광 후 베이크(post exposure bake; PEB) 공정을 수행하고(S140), 현상(develop) 공정을 수행하고(S150), 패턴을 형성하는 것(S160)을 포함할 수 있다.
도 12를 참조하면, 본 발명 기술적 사상의 실시 예들에 따른 리소그래피 장치를 이용한 패턴 형성 방법은 감광막을 형성하고(S110), 전계(electric field)를 인가하고(S120), 전계를 인가하면서 노광 공정을 수행하고(S135), 노광 후 베이크(post exposure bake; PEB) 공정을 수행하고(S140), 현상(develop) 공정을 수행하고(S150), 패턴을 형성하는 것(S160)을 포함할 수 있다.
도 13을 참조하면, 본 발명 기술적 사상의 실시 예들에 따른 리소그래피 장치를 이용한 패턴 형성 방법은 감광막을 형성하고(S110), 전계(electric field)를 인가하면서 노광 공정을 수행하고(S135), 노광 후 베이크(post exposure bake; PEB) 공정을 수행하고(S140), 현상(develop) 공정을 수행하고(S150), 패턴을 형성하는 것(S160)을 포함할 수 있다.
도 14를 참조하면, 본 발명 기술적 사상의 실시 예들에 따른 리소그래피 장치를 이용한 패턴 형성 방법은 감광막을 형성하고(S110), 장파장의 광원 또는 마이크로웨이브(microwave)를 조사하면서 노광 공정을 수행하고(S136), 노광 후 베이크(post exposure bake; PEB) 공정을 수행하고(S140), 현상(develop) 공정을 수행하고(S150), 패턴을 형성하는 것(S160)을 포함할 수 있다.
도 10 및 도 15를 참조하면, 기판(51) 상에 박막(53) 및 감광막(57)이 차례로 적층될 수 있다(S110).
상기 기판(51)은 실리콘 웨이퍼, 또는 에스오아이(silicon on insulator; SOI) 웨이퍼와 같은 반도체 기판일 수 있다. 상기 박막(53)은 상기 기판(51)의 전면(front surface)을 덮을 수 있다. 상기 박막(53)은 유전 막, 도전 막, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 감광막(57)은 상기 박막(53) 상을 균일한 두께로 덮을 수 있다.
상기 감광막(57)은 이유부이 레지스트(EUV resist)를 사용하여 형성될 수 있다. 상기 이유부이 레지스트(EUV resist)는 폴리머 매트릭스(polymer matrix), 광-산 발생제(Photo-Acid generator; PAG), 및 다른 물질을 포함할 수 있다. 본 실시 예에 있어서, 상기 감광막(57)은 포지티브 포토 레지스트(positive photo resist)로 해석될 수 있다.
다른 실시 예에서, 상기 감광막(57)은 네거티브 포토 레지스트(negative photo resist)일 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 상기 박막(53)은 생략될 수 있다. 상기 감광막(57)은 상기 기판(51) 상에 접촉될 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 상기 기판(51) 및 상기 박막(53) 사이에 다른 막들이 형성될 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 상기 감광막(57)은 단일 층 또는 여러 층일 수 있다.
도 1, 도 10 및 도 16을 참조하면, 상기 스테이지(13) 상에 상기 감광막(57)을 갖는 상기 기판(51)이 안착될 수 있다. 상기 기판(51)의 후면은 상기 스테이지(13)에 접촉될 수 있다. 상기 전계 유닛(31, 33, 35)을 이용하여 상기 기판(51) 상의 상기 감광막(57)에 전계(electric field)가 인가될 수 있다(S120). 상기 전계(electric field)는 상기 감광막(57)의 상부 표면에 대하여 수직할 수 있다. 상기 전계(electric field)는 수직 전계(vertical electric field)로 해석될 수 있다. 상기 전계(electric field)는 상기 기판(51)의 전면(front surface)에 대하여 수직한 것으로 해석될 수 있다. 전계(electric field) 인가와 동시에 상기 보조 유닛(41)을 이용하여 상기 보조 빔(42)을 조사하면서 상기 메인 유닛(21)을 이용하여 상기 투영 빔(22)을 조사하여 감광 영역들(57B)이 형성될 수 있다(S130). 상기 감광 영역들(57B) 사이에 감광되지 않은 영역(57A)이 보존될 수 있다.
상기 투영 빔(22)은 13.5nm 의 파장 및 92.5eV의 높은 에너지를 갖는 극 자외선(Extreme ultraviolet; EUV)일 수 있다. 상기 투영 빔(22)은 이방성(anisotropic)을 보일 수 있다. 상기 감광막(57)에 조사된 상기 투영 빔(22)은 상기 감광막(57) 내의 폴리머 매트릭스(polymer matrix)와 반응하여 ~15-80eV의 에너지를 갖는 2차 전자들(secondary electrons)을 발생시킬 수 있다. 상기 2차 전자들(secondary electrons) 중에서 15eV 미만의 열 전자들(thermal electrons)은 상기 감광막(57) 내의 광-산 발생제(Photo-Acid generator; PAG)와 반응하여 산(acid)을 발생시킬 수 있다. 상기 열 전자들(thermal electrons)은 등방성(isotropic)을 보일 수 있다. 상기 열 전자들(thermal electrons)의 운동 방향 및 활동성은 상기 감광 영역들(57B)의 품질에 영향을 미칠 수 있다.
상기 전계 유닛(31, 33, 35)에 의하여 상기 감광막(57)에 인가되는 상기 수직 전계(vertical electric field)는 상기 열 전자들(thermal electrons)의 수평 확산을 억제하고 수직 확산을 강화하는 역할을 할 수 있다. 상기 보조 빔(42)은 상기 투영 빔(22)보다 장파장의 빛 또는 마이크로웨이브(microwave)일 수 있다. 상기 열 전자들(thermal electrons) 중 에너지가 낮아서 상기 광-산 발생제(PAG)와 반응하지 못하는 것들은 상기 보조 빔(42)에서 공급되는 에너지를 흡수하여 상기 광-산 발생제(PAG)와 반응에 참여하게 될 수 있다. 상기 전계 유닛(31, 33, 35) 및 상기 보조 유닛(41)은 유효 열 전자들(effective thermal electrons)의 증가에 기여할 수 있다.
상기 감광 영역들(57B)을 갖는 상기 기판(51)에 노광 후 베이크(post exposure bake; PEB) 공정이 수행될 수 있다(S140).
도 10 및 도 17을 참조하면, 현상(develop) 공정을 수행하여 상기 감광 영역들(57B)을 제거하고 상기 박막(53)이 부분적으로 노출될 수 있다(S150). 상기 감광되지 않은 영역(57A)은 상기 박막(53) 상에 보존될 수 있다. 상기 감광되지 않은 영역(57A)은 마스크 패턴(57A)으로 지칭될 수 있다.
도 10 및 도 18을 참조하면, 상기 마스크 패턴(57A)을 식각 마스크로 사용하여 상기 박막(53)을 부분적으로 제거하여 트렌치들(53H) 및 패턴(53P)이 형성될 수 있다(S160). 상기 트렌치들(53H) 및 상기 패턴(53P)의 형성에는 이방성 식각 공정, 등방성 식각 공정, 또는 이들의 조합이 적용될 수 있다. 상기 트렌치들(53H) 및 상기 패턴(53P)의 각각은 수평 폭보다 수직 높이가 클 수 있다.
다른 실시 예에서, 상기 트렌치들(53H)의 각각은 콘택 홀(contact hole) 일 수 있다.
도 10 및 도 19를 참조하면, 상기 마스크 패턴(57A)을 제거하여 상기 기판(51) 상에 상기 트렌치들(53H) 및 상기 패턴(53P)이 노출될 수 있다. 상기 트렌치들(53H) 및 상기 패턴(53P)의 각각은 높은 종횡 비(high aspect ratio)를 보일 수 있다.
다른 실시 예에서, 도 1 내지 도 19의 다양한 조합에 의한 패턴 형성 및 반도체 소자의 형성이 가능하다.
도 20 내지 도 23은 본 발명의 기술적 사상의 실시 예들에 따른 전자 장치의 사시도들 및 시스템 블록도들 이다.
도 20 및 도 21을 참조하면, 도 1 내지 도 19를 참조하여 설명된 리소그래피 장치를 이용한 패턴 형성 방법은 eMMC(embedded multi-media chip; 1200), 스마트 폰(1900), 넷북, 노트북, 또는 태블릿 PC와 같은 전자시스템들에 유용하게 적용될 수 있다. 예를 들면, 도 1 내지 도 19를 참조하여 설명된 리소그래피 장치를 이용한 패턴 형성 방법에 의한 반도체 소자는 상기 스마트 폰(1900) 내의 메인보드에 탑재될 수 있다.
도 22를 참조하면, 도 1 내지 도 19를 참조하여 설명된 리소그래피 장치를 이용한 패턴 형성 방법에 의한 반도체 소자는 전자 시스템(2100)에 적용될 수 있다. 상기 전자 시스템(2100)은 바디(Body; 2110), 마이크로 프로세서 유닛(Micro Processor Unit; 2120), 파워 유닛(Power Unit; 2130), 기능 유닛(Function Unit; 2140), 및 디스플레이 컨트롤러 유닛(Display Controller Unit; 2150)을 포함할 수 있다. 상기 바디(2110)는 인쇄 회로기판(PCB)으로 형성된 마더 보드(Mother Board)일 수 있다. 상기 마이크로 프로세서 유닛(2120), 상기 파워 유닛(2130), 상기 기능 유닛(2140), 및 상기 디스플레이 컨트롤러 유닛(2150)은 상기 바디(2110)에 장착될 수 있다. 상기 바디(2110)의 내부 혹은 상기 바디(2110)의 외부에 디스플레이 유닛(2160)이 배치될 수 있다. 예를 들면, 상기 디스플레이 유닛(2160)은 상기 바디(2110)의 표면에 배치되어 상기 디스플레이 컨트롤러 유닛(2150)에 의해 프로세스 된 이미지를 표시할 수 있다.
상기 파워 유닛(2130)은 외부 배터리(도시하지 않음) 등으로부터 일정 전압을 공급받아 이를 요구되는 전압 레벨로 분기하여 상기 마이크로 프로세서 유닛(2120), 상기 기능 유닛(2140), 상기 디스플레이 컨트롤러 유닛(2150) 등으로 공급하는 역할을 할 수 있다. 상기 마이크로 프로세서 유닛(2120)은 상기 파워 유닛(2130)으로부터 전압을 공급받아 상기 기능 유닛(2140)과 상기 디스플레이 유닛(2160)을 제어할 수 있다. 상기 기능 유닛(2140)은 다양한 전자 시스템(2100)의 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 전자 시스템(2100)이 스마트 폰인 경우 상기 기능 유닛(2140)은 다이얼링, 또는 외부 장치(External Apparatus; 2170)와의 교신으로 상기 디스플레이 유닛(2160)으로의 영상 출력, 스피커로의 음성 출력 등과 같은 휴대폰 기능을 수행할 수 있는 여러 구성요소들을 포함할 수 있으며, 카메라가 함께 장착된 경우 카메라 이미지 프로세서(Camera Image Processor)의 역할을 할 수 있다.
응용 실시 예에서, 상기 전자 시스템(2100)이 용량 확장을 위해 메모리 카드 등과 연결되는 경우, 상기 기능 유닛(2140)은 메모리 카드 컨트롤러일 수 있다. 상기 기능 유닛(2140)은 유선 혹은 무선의 통신 유닛(Communication Unit; 2180)을 통해 상기 외부 장치(2170)와 신호를 주고 받을 수 있다. 상기 전자 시스템(2100)이 기능 확장을 위해 유에스비(Universal Serial Bus; USB) 등을 필요로 하는 경우, 상기 기능 유닛(2140)은 인터페이스 컨트롤러(Interface Controller)의 역할을 할 수 있다. 상기 기능 유닛(2140)은 대용량 저장 장치를 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 19를 참조하여 설명된 리소그래피 장치를 이용한 패턴 형성 방법에 의한 반도체 소자는 상기 기능 유닛(2140) 또는 상기 마이크로 프로세서 유닛(2120)에 적용될 수 있다.
도 23을 참조하면, 전자 시스템(2400)은 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시 예들에 의한 반도체 소자들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전자 시스템(2400)은 모바일 기기 또는 컴퓨터를 제조하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 전자 시스템(2400)은 메모리(2412), 버스(2420)를 통하여 데이터 통신을 수행하는 마이크로프로세서(2414), 램(2416) 및 유저 인터페이스(2418)를 포함할 수 있다. 상기 마이크로프로세서(2414)는 상기 전자 시스템(2400)을 프로그램 및 컨트롤할 수 있다. 상기 램(2416)은 상기 마이크로프로세서(2414)의 동작 메모리로 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 마이크로프로세서(2414) 또는 상기 램(2416)은 본 발명의 실시 예들에 의한 반도체 소자들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 마이크로프로세서(2414), 상기 램(2416) 및/또는 다른 구성 요소들은 단일 패키지 내에 조립될 수 있다. 상기 유저 인터페이스(2418)는 상기 전자 시스템(2400)으로 데이터를 입력하거나 또는 상기 전자 시스템(2400)으로부터 출력하는데 사용될 수 있다. 상기 메모리(2412)는 상기 마이크로프로세서(2414) 동작용 코드들, 상기 마이크로프로세서(2414)에 의해 처리된 데이터, 또는 외부 입력 데이터를 저장할 수 있다. 상기 메모리(2412)는 컨트롤러 및 메모리 소자를 포함할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 개략적으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해하여야 한다.
13: 스테이지 21: 메인 유닛
22: 투영 빔 23: 광원
24: 조명 미러 25: 레티클(reticle)
27: 투영 미러 28: 방사 빔
31: 하부 전극 33, 33A: 상부 전극
35: 전원 공급 장치 41: 보조 유닛
42: 보조 빔 51: 기판
53: 박막 53P: 패턴
57: 감광막 57A: 마스크 패턴
57B: 감광 영역
1200: eMMC(embedded multi-media chip)
1900: 스마트 폰
2100: 전자시스템
2110: 바디 2120: 마이크로 프로세서 유닛
2130: 파워 유닛 2140: 기능 유닛
2150: 디스플레이 컨트롤러 유닛
2160: 디스플레이 유닛
2170: 외부 장치 2180: 통신 유닛
2400: 전자 시스템
2412: 메모리 2414: 마이크로프로세서
2416: 램 2418: 유저 인터페이스
2420: 버스

Claims (10)

  1. 감광막이 형성된 기판이 안착되는 스테이지(stage);
    상기 스테이지 상에 배치되고 상기 감광막에 투영 빔을 조사하는 메인 유닛(main unit);
    상기 감광막에 전계(electric field)를 인가하는 전계 유닛; 및
    상기 메인 유닛에 인접하고 상기 감광막에 상기 투영 빔보다 장파장의 빛 또는 마이크로웨이브(microwave)를 조사하는 보조 유닛;을 포함하되,
    상기 전계 유닛은 상기 투영 빔의 조사와 동시에 켜지거나 상기 투영 빔의 조사보다 먼저 켜지고, 상기 전계 유닛은 상기 투영 빔의 종료와 동시에 꺼지거나 상기 투영 빔이 종료된 후에 꺼지며,
    상기 전계 유닛은, 상기 투영 빔에 의해 발생한 열 전자(thermal electrons)가 수직방향으로 확산되고 수평 방향으로 억제되도록 상기 전계를 상기 감광막에 인가시키며,
    상기 보조 유닛은, 광-산 발생제(Photo-Acid Generator; PAG)와 반응하는 유효 열 전자(effective thermal electrons)가 증가하도록 상기 열 전자에 에너지를 공급하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치(lithography apparatus).
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전계(electric field)는 상기 기판의 표면에 대하여 수직한 리소그래피 장치(lithography apparatus).
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 전계 유닛은
    상기 스테이지 하부의 하부 전극; 및
    상기 하부 전극에 접속된 전원 공급 장치를 포함하는 리소그래피 장치(lithography apparatus).
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 전원 공급 장치는 1Hz 내지 300MHz, 피크-투-피크 전압(peak-to-peak voltage) 5KV 내지 50KV 의 전원을 공급하는 리소그래피 장치(lithography apparatus).
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 전계 유닛은
    상기 전원 공급 장치에 접속되고 상기 기판 및 상기 메인 유닛 사이에 배치된 상부 전극을 더 포함하는 리소그래피 장치(lithography apparatus).
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 투영 빔은 극 자외선(Extreme ultraviolet; EUV) 또는 전자-빔(E-beam)을 포함하는 리소그래피 장치(lithography apparatus).
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 메인 유닛은 극 자외선(EUV) 발생 장치 및 반사형 마스크 패턴을 갖는 레티클(reticle)을 포함하는 리소그래피 장치(lithography apparatus).
  8. 삭제
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 보조 유닛은 상기 투영 빔의 조사와 동시에 켜지거나 상기 투영 빔의 조사보다 먼저 켜지고, 상기 보조 유닛은 상기 투영 빔의 종료와 동시에 꺼지거나 상기 투영 빔이 종료된 후에 꺼지는 리소그래피 장치(lithography apparatus).
  10. 삭제
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