KR100265363B1 - Measuring diffused distance of acid in photoresist - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method of measuring a diffusion distance of an acid is to use change in the size of a photoresist pattern without special equipment, thereby reducing a manufacturing cost. CONSTITUTION: A photoresist is coated on a lower layer to be formed on a wafer. Using a photomask, the photoresist is exposed. The photomask comprises a measurement mark(100) with an inner box(20) and an outer box(10). Size of the outer box is larger than that of the inner box. Difference of the size is about 1 micrometer. After exposure of the photoresist, a baking process is effected. A photoresist pattern is formed by development of the photoresist. Since the time of heat treat is long, the distance(a) is extended, and the distance(b) is reduced. Therefore, the inner box is shifted toward the outer box. The photoresist pattern is transcribed with the measurement mark. By using an optical equipment such as a CD-SEM(critical dimension scanning electron microscope), an overlay shift of the photoresist pattern is measured.

Description

포토레지스트에서 산의 확산 거리 측정 방법Method for Measuring Diffusion Distance of Acid in Photoresist

본 발명은 반도체 제조 분야에 관한 것으로, 특히 반도체 장치 제조 공정 중 패턴 형성을 위한 리소그래피(lithography) 공정에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to the field of semiconductor manufacturing, and more particularly, to a lithography process for pattern formation in a semiconductor device manufacturing process.

반도체 장치의 고집적화에 따라 디자인 룰이 감소하게 되고, 이에 따라 소자를 이루는 각 패턴을 형성하는 리소그래피 공정은 반도체 장치의 집적도를 결정하는 요인이 되고 있다.As the semiconductor device is highly integrated, design rules are reduced, and thus, a lithography process for forming each pattern constituting the device is a factor in determining the degree of integration of the semiconductor device.

최적의 리소그래피 공정 조건을 찾기 위해서는 즉, 리소그래피 공정의 여러 가지 변수(parameter)를 얻기 위한 시뮬래이션(simulation)이 필수적으로 수행되어야 한다.In order to find the optimal lithography process conditions, that is, a simulation must be carried out to obtain various parameters of the lithography process.

리소그래피 공정은 도포된 포토레지스트의 소정 부분을 포토마스크를 통해 노광시킴으로서 선택적인 광화학 반응을 일으키고, 노광후 베이크를 통해 정재파 효과를 감소시키며, 알칼리 용액을 사용하여 노광 지역과 비노광 지역간의 용해도 차이에 의한 화학 반응을 이용하여 최종적인 패턴을 형성하는 공정이다.The lithography process produces a selective photochemical reaction by exposing a portion of the applied photoresist through the photomask, reducing the standing wave effect through the post-exposure bake, and using an alkaline solution to the difference in solubility between the exposed and non-exposed areas. It is a process of forming the final pattern using the chemical reaction.

여기서, 노광에 의한 선택적인 광화학 반응이라 함은 화학 증폭형(chemical amplification resist) 포지티브 포토레지스트의 경우, 노광된 부분에서 강산 발생 물질(photo-acid generator, PAG)로부터 산이 발생하고 이러한 산은 후속 노광후 베이크 공정에서 확산하게 된다. 이러한 산의 확산 거리는 현상 후의 포토레지스트 패턴의 크기를 결정하게 된다.Here, the selective photochemical reaction by exposure means that in the case of a chemical amplification resist positive photoresist, an acid is generated from a photo-acid generator (PAG) in the exposed portion, and the acid is subjected to subsequent exposure. Diffusion in the baking process. This acid diffusion distance determines the size of the photoresist pattern after development.

어떤 매질에서의 확산 거리를 측정하기 위해서 SIMS, AES등 분광학적인 방법을 사용하기도 하지만, 이러한 방법은 별도의 고가 장비를 요구한다는 단점이 있었다.Spectroscopic methods such as SIMS and AES may be used to measure the diffusion distance in a medium, but this method requires a separate expensive equipment.

본 발명은 중첩도 측정장비를 사용하여 얻은 포토레지스트 패턴의 크기 변화로부터 포토레지스트에서 산의 확산 거리를 측정하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for measuring the diffusion distance of an acid in a photoresist from a change in the size of a photoresist pattern obtained using an overlapping measuring device.

도 1은 포토레지스트에서 산의 확산 거리에 따른 산 농도 분포 그래프.1 is a graph of acid concentration distribution according to the diffusion distance of an acid in a photoresist.

도 2는 본 발명의 일실시예에 적용되는 산의 확산 거리 측정 마크.2 is a diffusion distance measurement mark of an acid applied to an embodiment of the present invention.

도 3은 노광후 베이크 공정 시간에 따른 오버레이 쉬프트를 나타내는 그래프.3 is a graph showing overlay shift with post-exposure bake process time.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

100 : 측정 마크100: measurement mark

10 : 외부 박스10: outer box

20 : 내부 박스20: inner box

본 발명의 특징적인 포토레지스트에서 산의 확산 거리 측정 방법은 웨이퍼 또는 상기 웨이퍼 상에 형성된 소정의 하부층 상부에 포토레지스트를 코팅하는 제1 단계; 소정 선폭의 내부 박스 및 외부 박스를 구비하는 측정 마크를 포함하는 포토마스크를 사용하여 상기 포토레지스트를 노광하는 제2 단계; 노광후 베이크 공정를 실시하는 제3 단계; 상기 포토레지스트를 현상하여 상기 측정 마크가 전사된 포토레지스트 패턴을 형성하는 제4 단계; 광학 장비를 사용하여 상기 포토레지스트 패턴의 오버레이 쉬프트를 측정하는 제5 단계; 및 상기 노광후 베이크 공정 시간과 측정된 상기 포토레지스트 패턴의 오버레이 쉬프트의 관계로부터 상기 포토레지스트 내의 산의 확산도를 결정하는 제6 단계를 포함하여 이루어진다.A method for measuring the diffusion distance of an acid in a characteristic photoresist of the present invention includes a first step of coating a photoresist on a wafer or a predetermined lower layer formed on the wafer; Exposing the photoresist using a photomask comprising a measurement mark having an inner box and an outer box of a predetermined line width; A third step of performing a post-exposure bake process; Developing the photoresist to form a photoresist pattern to which the measurement mark is transferred; A fifth step of measuring overlay shift of the photoresist pattern using optical equipment; And a sixth step of determining the diffusion degree of acid in the photoresist from the relationship between the post-exposure bake process time and the measured overlay shift of the photoresist pattern.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상술한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

확산에 따른 산의 위치에 다른 농도는 잘 알려진 Fick의 법칙에 의하여 다음의 수학식 1과 같이 표현된다.The different concentration at the acid position due to diffusion is expressed by Equation 1 below by the well-known Fick's law.

Figure 1019970075058_B1_M0001
Figure 1019970075058_B1_M0001

여기서, D는 확산도(확산 거리), M은 산의 농도, t는 시간을 각각 나타낸 것이다.Where D is the diffusivity (diffusion distance), M is the concentration of acid, and t is time.

수학식 1을 정리하면, 확산도는 시간과 확산도의 제곱근에 비례함을 알 수 있다. 고립되어 있는 큰 라인 패턴의 경우, 노광 광에 의해 발생된 산의 초기 분포와 노광후 열처리 공정에서 확산된 산의 분포가 도 1에 도시된 바와 같이 나타나게 된다.Summarizing Equation 1, it can be seen that the diffusion is proportional to the square root of the time and the diffusion. In the case of the isolated large line pattern, the initial distribution of the acid generated by the exposure light and the distribution of the acid diffused in the post-exposure heat treatment process are shown as shown in FIG. 1.

산의 확산이 진행됨에 따라 산의 현상 임계 농도를 넘는 위치가 왼쪽으로 쉬프트하게 되고, 이에 따라 남아 있는 감광제 패턴의 크기는 점점 줄어들게 된다. 이러한 노광후 열처리 시간에 따른 선폭의 감소를 측정하면 산의 확산도(확산 거리)를 측정할 수 있다.As the diffusion of the acid proceeds, the position beyond the developing threshold concentration of the acid shifts to the left, and the size of the remaining photoresist pattern is gradually reduced. By measuring the decrease in the line width according to the post-exposure heat treatment time, it is possible to measure the acid diffusion (diffusion distance).

첨부된 도면 도 2는 본 발명의 일실시예에 적용되는 산의 확산도 측정 마크(100)를 나타낸 것으로, 도면에서 빗금친 부분은 포토레지스트를 나타낸 것이다.2 is a view illustrating an acid diffusivity measurement mark 100 applied to an embodiment of the present invention, in which a hatched portion shows a photoresist.

측정 마크(100)는 외부 박스(10) 및 외부 박스(20)로 구성되어 있으며, 내부 박스(20)는 그 대각선을 기준으로 하여 일측이 포토레지스트로 덮여 있고, 타측은 포토레지스트가 덮여 있지 않도록 형성되고, 내부 박스(20) 바깥쪽을 둘러싼 외부 박스(10)는 상기한 대각선을 기준으로 타측에만(내부 박스 부분을 제외함) 포토레지스트가 덮이도록 형성되었다. 그리고, 외부 박스(10)의 바깥쪽은 상기한 대각선을 기준으로 일측에만 포토레지스트가 덮이도록 형성되었다. 외부 박스(10)는 내부 박스(20)의 크기보다 1㎛ 이상 크게 형성하는 것이 바람직하다.The measurement mark 100 is composed of an outer box 10 and an outer box 20, and the inner box 20 has one side covered with photoresist on the basis of the diagonal line, and the other side does not cover the photoresist. The outer box 10 surrounding the outside of the inner box 20 is formed so that the photoresist is covered only on the other side (except for the inner box part) based on the diagonal. In addition, the outer side of the outer box 10 was formed such that the photoresist is covered only on one side based on the diagonal. The outer box 10 is preferably formed to be 1 μm or more larger than the size of the inner box 20.

이러한 측정 마크는 포토마스크 상의 패턴에 의해 포토레지스트에 전사되고, 노광후 열처리 시간이 증가함에 따라(산의 확산에 의하여) 남아 있는 포토레지스트의 폭이 줄어들게 되므로, 도면에서 "a"는 증가하고 "b"는 감소하게 된다(포지티브 레지스트의 경우).These measurement marks are transferred to the photoresist by the pattern on the photomask, and as the post-exposure heat treatment time increases (by diffusion of acid), the width of the remaining photoresist decreases, so "a" in the figure increases and " b "is reduced (for positive resist).

결과적으로, 내부 박스(10)가 외부 박스에 비해 x, y축의 (-) 방향으로 쉬프트하게 되고, CD-SEM(critical dimension scanning electron microscope)과 같은 상용의 오버레이 측정장비를 이용하여 그 쉬프트된 거리를 측정할 수 있게 된다.As a result, the inner box 10 is shifted in the negative (-) directions of the x and y axes compared to the outer box, and the shifted distance using a commercially available overlay measuring device such as a critical dimension scanning electron microscope (CD-SEM). Can be measured.

이러한 방법을 통해 수학식 1에서 확산도 또는 확산 거리를 나타내는 "D"를 구할 수 있게 된다.Through this method, it is possible to obtain "D" representing the diffusion degree or the diffusion distance in Equation 1.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이 이러한 측정 결과로부터 확산 시간의 제곱근(

Figure 1019970075058_B1_M0002
)에 따른 시프트 거리의 기울기가 산의 확산도를 나타낸다.Also, as shown in FIG. 3, the square root of the diffusion time (
Figure 1019970075058_B1_M0002
 The slope of the shift distance according to) represents the diffusion of the acid.

상기한 일실시예에서는 포지티브 포토레지스트를 사용하였지만, 네가티브 포토레지스트를 사용하는 경우, 산이 확산되어 나감에 따라 포토레지스트 패턴의 크기가 증가하게 된다.In the above-described embodiment, the positive photoresist is used. However, in the case of using the negative photoresist, the size of the photoresist pattern increases as the acid diffuses.

또한, 본 발명은 용해 억제형, 화학 증폭형 등 노광후 베이크 공정을 수행하는 포토레지스트이면 그 종류에 관계 없이 사용 가능하다.In addition, the present invention can be used irrespective of the type thereof as long as it is a photoresist that performs a post-exposure bake process such as a dissolution inhibiting type and a chemical amplification type.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes can be made in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary knowledge.

이상에서와 같이 본 발명은 리소그래피 공정의 중요한 변수 중의 하나인 산의 확산 확산도를 측정하는 실험 기간을 단축시키는 효과가 있으며, 이로 인하여 실험 비용의 절감등을 위해 이용되는 리소그래피 시뮬래이션의 정확도를 높이는데 기여할 수 있다.As described above, the present invention has an effect of shortening the experimental period for measuring the diffusion diffusivity of acid, which is one of the important variables of the lithography process, thereby increasing the accuracy of the lithography simulation used for reducing the experimental cost. Can contribute to

또한, 본 발명은 별도의 고가의 장비를 사용하지 않아도 되므로 생산 원가의 절감을 기대할 수 있다.In addition, the present invention can be expected to reduce the production cost because it does not need to use a separate expensive equipment.

Claims (3)

웨이퍼 또는 상기 웨이퍼 상에 형성된 소정의 하부층 상부에 포토레지스트를 코팅하는 제1 단계;Coating a photoresist on a wafer or a predetermined lower layer formed on the wafer; 소정 선폭의 내부 박스 및 외부 박스를 구비하는 측정 마크를 포함하는 포토마스크를 사용하여 상기 포토레지스트를 노광하는 제2 단계;Exposing the photoresist using a photomask comprising a measurement mark having an inner box and an outer box of a predetermined line width; 노광후 베이크 공정를 실시하는 제3 단계;A third step of performing a post-exposure bake process; 상기 포토레지스트를 현상하여 상기 측정 마크가 전사된 포토레지스트 패턴을 형성하는 제4 단계;Developing the photoresist to form a photoresist pattern to which the measurement mark is transferred; 광학 장비를 사용하여 상기 포토레지스트 패턴의 오버레이 쉬프트를 측정하는 제5 단계; 및A fifth step of measuring overlay shift of the photoresist pattern using optical equipment; And 상기 노광후 베이크 공정 시간과 측정된 상기 포토레지스트 패턴의 오버레이 쉬프트의 관계로부터 상기 포토레지스트 내의 산의 확산도를 결정하는 제6 단계A sixth step of determining the diffusion degree of acid in the photoresist from the relationship between the post-exposure bake process time and the measured overlay shift of the photoresist pattern 를 포함하여 이루어진 포토레지스트에서 산의 확산 거리 측정 방법.Method for measuring the diffusion distance of the acid in the photoresist comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 측정 마크가 전사된 포토레지스트 패턴이The photoresist pattern to which the measurement mark is transferred 가상의 대각선을 기준으로 하여 그 일측에 배치된 제1 포토레지스트 패턴(상기 내부 박스)과, 소정의 선폭으로 상기 제1 포토레지스트 패턴을 둘러싸며 상기 대각선을 기준으로 하여 그 타측에 배치된 제2 포토레지스트 패턴(상기 외부 박스)과, 상기 제2 포토레지스트 패턴을 둘러싸며 상기 대각선을 기준으로 하여 상기 일측에 배치된 제3 포토레지스트 패턴을 포함하여 이루어진 포토레지스트에서 산의 확산 거리 측정 방법.A first photoresist pattern disposed on one side of the virtual diagonal line (the inner box), and a second second photo disposed on the other side based on the diagonal line, surrounding the first photoresist pattern at a predetermined line width And a photoresist pattern (the outer box) and a third photoresist pattern surrounding the second photoresist pattern and disposed on the one side with respect to the diagonal line. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 산의 확산도가Diffusion of the acid 상기 노광후 베이크 공정 시간의 제곱근에 대한 상기 오버레이 쉬프트의 비인 포토레지스트에서 산의 확산 거리 측정 방법.And a diffusion distance of an acid in the photoresist that is the ratio of the overlay shift to the square root of the post exposure bake process time.
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