침지 리소그래피의 흐름 제어

침지 리소그래피는 10년 넘게 반도체 제조의 주요 노광 기술이었습니다. 기존 건식 리소그래피 방식에 비해 이 기술은 굴절률이 높은 액체를 렌즈와 웨이퍼 표면 사이의 틈에 주입해 노광 해상도를 크게 향상시킨다. 수중 액체의 순도와 균일성을 유지하고 고속 스캐닝 과정에서 잔류 액적의 형성을 방지하는 것은 수중 리소그래피 기술 개발이 직면한 두 가지 주요 과제입니다. 액체의 오염 물질, 입자, 기포, 가열 및 응력은 굴절률의 연속성을 방해할 수 있습니다. 스캐닝 중 웨이퍼의 고속 이동은 액체와 주변 가스 사이의 경계면에서 메니스커스를 불안정하게 만들어 웨이퍼에 물방울이 남게 될 수 있습니다. 위의 현상은 침지 리소그래피의 노광 성능에 영향을 미치며, 문제를 해결하려면 해당 흐름 동작 제어 방법이 필요합니다.

1, 유동 거동 제어가 액체 순도 및 균일성에 미치는 영향

1.1.액체 순도 및 균일성에 대한 유동 거동의 영향

1.1.1.입자 및 오염물질

입자와 오염물질은 침수된 액체에 있는 고체 불순물의 주요 원인입니다. 웨이퍼 표면 근처 또는 포토레지스트 상단의 침지된 액체에 부유하는 입자는 현상 중에 밑에 있는 포토레지스트로 이미지화되거나 포토레지스트로 옮겨질 수 있습니다.

입자는 액체 공급 장치에 존재할 수도 있고 액체가 닿는 모든 표면에서 나올 수도 있습니다. 첫째, 침지에 사용되는 액체에는 필연적으로 입자와 불순물이 포함되어 있으므로 클린룸 탈이온수를 침지 용액으로 사용하고 이를 추가 처리 및 필터링한 후 침지 헤드에 주입합니다. 또 다른 파티클 문제는 웨이퍼 베벨 주변의 필름이 벗겨지는 것인데, 이는 베벨 표면과 표면 코팅 사이의 접착력이 부족하여 발생합니다. 노출 중에 이러한 입자는 액체 메니스커스를 통해 웨이퍼 가장자리에서 웨이퍼 중앙까지 앞뒤로 이동할 수 있습니다. 이 문제를 해결하기 위한 방법으로는 포토레지스트 선택, EBR 제형 최적화, 웨이퍼 가공 등이 있습니다. 웨이퍼 패드도 잠재적인 입자 소스입니다. 잠긴 헤드가 웨이퍼를 가로질러 움직일 때, 잠긴 헤드는 입자를 집어 재침전시킵니다. 기존의 웨이퍼 테이블 세척은 파티클 수를 감소시키며 현장 세척 기술은 매우 효과적인 현장 세척 방법임이 입증되었습니다. 포토레지스트 또는 탑코트 필름의 표면에 증착된 투명한 포토레지스트/탑코트 입자로 인해 발생하는 기타 결함(기포 방지 결함)은 코팅 제형을 최적화하여 줄일 수 있습니다.

침출 문제를 해결하는 효과적인 방법은 레지스트 또는 상부 배리어 층의 침출 속도를 낮추는 것입니다. 탈이온수로 레지스트 필름을 헹구는 것도 침출 문제에 대한 대안으로 연구되었습니다. 또한, 침수된 헤드 영역은 노광 필드 영역보다 크며, 이는 플러싱 공정에서와 같이 노광 전후에 웨이퍼가 침지된다는 것을 의미합니다[38]. 노출 및 담그는 동안 액체가 잠긴 헤드를 통해 계속 흐르기 때문에 잠긴 액체의 오염 물질이 크게 제거되므로 플러싱 프로세스를 대체할 수 있습니다.

기포는 들어오는 빛을 반사하고 굴절시킵니다. a) 포토레지스트 표면에 있고 b) 침지된 용액에 떠 있습니다.

다양한 크기의 기포 결함. a) 0.85μm, b) 3μm.

1.1.2.비거품

버블 이머젼 리소그래피의 주요 과제 중 하나는 노출 공정 중에 이머젼 솔루션에 기포가 나타나지 않아야 한다는 요구 사항입니다. 기포로 인해 휘어진 기액 계면이 입사광을 반사 및 굴절시켜 굴절률 불연속성을 발생시키고 산란 효과를 증가시켜 결과적으로 패턴 결함을 초래하고 수율을 감소시키는 원인이 됩니다.

기포 효과에 영향을 미치는 주요 요인은 노출 시간, 기포 크기, 웨이퍼 위 기포 높이입니다. 노출 시간이 짧을수록 기포 효과가 향상되어 피처가 더 많은 노출 시간 동안 그늘이 더 심한 영역에 머물게 됩니다. . 둘째, 기포의 크기가 노광에 사용되는 빛의 파장과 같으면 빛이 산란되어 미광이 증가합니다. 기포 크기가 마이크로미터 이상인 경우 기포가 부분적으로 차단되어 빛의 방향이 변경됩니다. 마지막으로, 연구에서는 이미지에 대한 기포의 전반적인 효과가 웨이퍼 표면에서 기포의 거리에 따라 달라진다는 사실도 발견했습니다. 거리가 멀수록 효과는 약해집니다. 포토레지스트에서 떨어진 기포는 빠르게 씻겨 나갈 수 있기 때문입니다. 빠르게 움직이는 유체. 웨이퍼에서 기포의 거리와 기포의 직경의 비율이 4:10이면 단일 부동 기포의 효과는 무시할 수 있습니다. 기포가 웨이퍼에 가까워질수록 웨이퍼 표면 근처의 유체 흐름이 느려지므로 이미지 평면에서 기포의 그림자가 더 강해지고 웨이퍼의 특정 위치에서의 수명이 길어집니다. 결과적으로, 웨이퍼 표면에 부착된 기포는 결함 없는 이미지에 훨씬 더 큰 위협이 됩니다. 수중 리소그래피에서의 기포 산란 효과에 대한 체계적인 연구를 통해 기포가 포토레지스트 표면에 부착되었을 때 결함을 일으키지 않는 최대 기포 크기는 60nm인 것으로 예측되었습니다. 수중 리소그래피의 기포는 압력, 온도, 광화학 반응 및 유체 역학과 같은 다양한 요인의 간섭으로 인해 발생할 수 있습니다.

1.1.3.난방

노출 중에 침지된 액체는 고르지 않게 가열되고 온도 분포는 여러 방식으로 이미지에 영향을 줄 수 있으며 소량의 구면 수차 및 고차 수차도 생성할 수 있으며 주요 이미징 결함은 초점 흐림입니다. 디포커싱 양을 1나노미터만 허용한다면 굴절률 변화는 매우 작게 유지되어야 합니다. 물의 온도 계수(dn/dτ=-10-4K-1)는 가스에 비해 매우 크기 때문에 액체 온도는 10mK 이내로 유지되어야 하며, 이는 액체 취급 및 온도 제어 시스템에 엄격한 제한을 가합니다.

1.1.4.스트레스

침지 리소그래피의 경우, 건식 리소그래피의 공기에 비해 침지된 액체의 높은 점도와 높은 밀도로 인해 렌즈와 웨이퍼 표면 모두에 상당한 응력이 발생할 수 있습니다. 이러한 수직 응력과 전단 응력은 렌즈 왜곡과 복굴절을 유발하여 균일한 빛의 경로를 방해할 수 있습니다.

1.2.제어 방법

노출 성능에 영향을 미치는 위의 행동을 줄이는 방법에는 세 가지가 있습니다. 노광과정에서 발생하는 불순물과 기포를 방지하기 위해

섹션 내

1.2.1 낮은 침출 및 낮은 가스 방출 포토레지스트가 사용됩니다. 기포와 파티클이 웨이퍼에 각인되는 것을 방지하기 위해 단면

1.2.2 구체적인 배선 방법과 두꺼운 코팅 방법에 대해 설명합니다. 마지막으로 오염물질, 입자, 기포 및 열을 노출 영역에서 멀리 운반하여 온도와 응력 분포의 균형을 맞추기 위해,

부분

1.2.3액체 공급 및 회수 방법을 사용합니다.

Nikon은 생산용 ArF 침지 스캐너인 NSR-S609B를 개발한 세계 최초의 회사입니다[75]. 이전에는 국부 채우기 방법을 기반으로 수중 헤드 구조에 대한 많은 시도를 했습니다. 그들은 액체 공급 및 회수 시스템이 있거나 없는 국지적 충전 방법을 시뮬레이션했으며[54,67] 액체 공급 및 회수 시스템이 액체 격납 구조 역할도 한다는 것을 발견했습니다. 공급 및 회수 시스템이 없는 경우 액체의 일부는 렌즈 영역 외부에 위치하며 렌즈 영역 아래에는 일부 빈 공간이 있습니다. 공급 및 회수 시스템이 있는 경우 회수 흐름은 액체 구덩이 주변의 기체-액체 경계면에서 표면 장력을 강화하여 액체를 렌즈 아래 국부 영역에 성공적으로 가두어 더 나은 액체 봉쇄를 보여줍니다.

일반 배선과 특수 배선 2개로 불량 감소

두 가지 다른 노즐 배열. a) 이전 세대 노즐; b) 새 노즐.

LLF 침지 시스템의 기본 구조.

전형적인 메니스커스 모양입니다. ㅏ). 필름 스트레칭, b). 관성 오버플로.

2. 메니스커스 안정성의 흐름 거동 제어

2.1.침지 리소그래피의 메니스커스 불안정성과 잔류 액적

공정 전반에 걸쳐 유체는 마지막 광학 렌즈와 웨이퍼 사이의 간격 내에 남아 있어야 합니다. 웨이퍼가 액체 아래로 이동함에 따라 점성력이 액체를 스캐닝 방향으로 끌어당기기 시작하고 메니스커스에 영향을 미칩니다. 특정 속도를 초과하면 후퇴하는 반월상 연골의 안정성이 붕괴되고 액체가 액체 부피 밖으로 빠져나온 다음 작은 물방울로 분해됩니다. 이러한 잔여 물방울은 웨이퍼에 남아 수많은 이미지 결함을 일으킬 수 있습니다. 현재 반도체 업계에서는 대량생산의 스캐닝 속도가 800mm/s이며, 앞으로는 더욱 높아질 것입니다. 따라서 수중 필드의 메니스커스가 이 속도 요구 사항 내에서 안정성을 잃지 않도록 하는 것이 필요합니다.

2.2메니스커스 안정성에 관한 기초 연구

임계속도란 잔여 액체를 침전시키지 않고 달성할 수 있는 최대 속도를 말하며 침지 노광에서 매우 중요한 성능 매개변수이다. 41개의 서로 다른 포토레지스트에 대한 "드래그 드롭" 실험을 통해[80,87,88], 결과는 필름 드로잉 상태와 관성 오버플로 상태 모두에서 정적 후퇴 접촉각의 증가에 따라 임계 속도가 크게 증가한다는 것을 보여줍니다. .

2.3.제어 방법

웨이퍼의 잔류 액적을 줄이는 방법에는 세 가지가 있습니다. 메니스커스의 안정성을 향상시키고 노광 중 잔류 액적의 형성을 방지하기 위해 침지 리소그래피에 더 많은 소수성 포토레지스트를 사용할 수 있습니다. 메니스커스를 방금 떠난 잔류 액적을 제거하기 위해 에어 커튼과 다공성 매질을 사용합니다. 회수 채널 근처의 액체 유속을 제어하고 회수 기능을 촉진하기 위해 습윤성 대비가 있는 이종 표면을 기반으로 하는 표면 수정을 침지된 헤드에 적용할 수 있습니다.

2.3.1. 수정된 돔 표면의 소수성은 웨이퍼 스캐닝 및 노출 속도를 제어합니다. 소수성이 높을수록 정적 후퇴 접촉각이 높아져 잠긴 액체가 잔류 액적을 남기지 않고 웨이퍼를 가로질러 더 쉽고 빠르게 이동할 수 있습니다. 따라서 더 높은 소수성은 처리량을 최대화하는 데 중요하며, 더 낮은 결함률과 결합하면 수율도 높일 수 있습니다.

2.3.2.두 번째 액체 봉쇄 방식

반월판의 안정성을 제어하는 ​​또 다른 방법은 수중 헤드의 특수 설계입니다. 서로 다른 레지스트 및 마감재와 침수된 액체 사이의 다양한 접촉각을 고려하여 침지형 헤드 구조는 높은 스캐닝 속도에서 넓은 작동 범위를 달성할 수 있어야 합니다. ASML은 새로운 수중 헤드를 사용하면 스캔 속도가 600mm/s일 때 총 결함이 3배 이상 감소한다고 보고합니다.

수중 헤드에 대한 가장 일반적인 최적화는 에어 커튼 구조입니다. 이 디자인은 침수된 영역 주위에 고압 에어 커튼을 생성하여 마지막 광학 요소 아래의 틈에 유체를 유지합니다.

2.3.3.수중 헤드의 표면 개질

메니스커스 안정성 제어를 위한 위의 표면 수정은 모두 웨이퍼에 적용되고 균질한 표면을 기반으로 하지만 습윤성 대비가 있는 이질적인 표면을 사용하여 갭에 액체를 수용할 수도 있습니다. 실제 리소그래피 공정에서는 레지스트 표면의 이질적인 수정이 허용되지 않을 수 있다는 점을 고려하면 이 방법은 수중 헤드에 적용될 수 있습니다.

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