KR100424120B1 - 감광막이 아민에 오염되는 정도를 측정하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체소자 제조시 이용되는 감광막이 노광 공정후 실시하는 PEB(Post Exposure Bake : 이하에서는 PEB라 함) 공정까지 감광막이 대기중에 노출될 때 아민에 오염되는 정도를 측정하는 방법에 관한 것이다.

상기 측정 방법으로는 먼저 감광막 패턴을 형성한 다음, 상기 감광막 패턴을 다시 노광하고, 아민에 상기 감광막을 노출시킨 후 이를 2차 포스크 노광 베이크 공정을 실시하고, 상기 감광막 패턴을 절단한 후, 절단된 감광막 패턴을 현상하여 남아있는 감광막의 두께를 측정하여 아민에 오염되는 정도를 정량적으로 분석하는 것이다.

Description

감광막이 아민에 오염되는 정도를 측정하는 방법

본 발명은 반도체소자 제조시 이용되는 감광막이 아민에 오염되는 정도를 측정하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자의 패턴을 형성하는 공정에서 광 리소그라피 공정이 이용된다. 광 리소그라피 공정은 패턴을 형성하고자 하는 하부층 상부에 감광막을 도포하고, 마스크를 이용한 노광공정으로 감광막을 노광한 다음, 현상공정으로 상기 감광막이 노광됨 부분 또는 비노광된 부분을 제거하여 감광막 패턴을 형성하고, 이것을 마스크로 이용하여 하부층을 식각하여 패턴을 형성한다.

이와 같이 광 리소그라피 공정에는 필수적으로 감광막이 이용되는데 이러한 감광막은 여러가지의 종류와 특성이 다양하다.

한편, 감광막을 노광한 다음, PEB 공정을 실시하는데 노광후 PEB 공정을 하기까지 소요되는 시간이 정확하지 않고, 이러한 대기시간 동안 노광된 감광막으로 불순물이 침투하여 원하지 않는 문제를 일으키게 된다. 예를들어 감광막을 노광하는 경우 노광지역에 산이 발생되어 현상 공정에서 노광지역이 제거되는데 이러한 노광지역이 아민에 의해 오염되는 경우 현상액에서 녹지않아 T 프로파일을 형성하게 된다.

화학증폭형 감광막의 화학적 개념은 원자외선 영역에서 감광막의 감도를 대폭적으로 증대시키기 위하여 광반응으로 생성된 산(acid)을 열에너지를 이용하여 연쇄적으로 화학 반응을 유도하는 것이다. 즉, 노광시 광화학반응으로 생성된 산이 열에너지의 힘을 빌어 감광막 내부로 확산하여 연쇄적으로 촉매반응을 일으켜 양자수율이 대폭적으로 증대되는 효과를 가져오고 결과적으로 재료의 용해도에 큰 변화를 가져오는 것이다. 광산발생제로는 (Ph)₃S⁺CF₃SO₃ ^-또는 (Ph)₃SSbF₃를 사용하는데 광원에 노광되면 산을 발생시킨다. 이때 공정상의 시간 지체로 인해 PEB 를 행하지 못할 경우가 자주 발생하는데 이 경우 크린 룸의 대기중에 아민이나 기타 오염원에 의해서 감광막이 오염되어 노광으로 발생한 산이 활성을 상실하게 된다. 일단 활성을 상실한 감광막의 일부분은 현상후에도 용해되지 않고 잔존함으로써 T-형태의 프로파일을 가지게 된다.

FED(Post Exposure Deley) 안정성이란 노광후 PEB 까지 지연되는 시간에 대한 감광막 프로파일의 안정성을 의미한다. 기존의 측정 방법은 감광막을 도포하고 시간별로 지연 시킨 감광막을 PEB를 거친 후 현상하는 방식을 취하고 있으나, 장시간 방치로 인한 측정 조건의 변동이 유발될 가능성이 높을 뿐 아니라 재현성 및 신뢰도가 저하되는 단점을 가질 수 밖에 없다. 또한, 각 회사마다 크린 룸의 환경이 상이할 뿐더러 표준화된 측정방법 조차 모호하여 객관성이 떨어진다.

즉, 종래의 아민 오염에 기인한 FED 안전성을 측정하는 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째 객관성의 결여, 둘째 낮은 재현성, 셋째 신뢰성의 결여 넷째 측정시간이 너무 길다는 점, 다섯째 측정 시간 동안의 균일한 조건을 유지하기가 어렵다는 점이다.

본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 감광막 패턴을 형성한 다음, 상기 감광막 패턴을 다시 노광하고, 아민에 상기 감광막을 노출시킨 후 이를 PEB 공정을 실시하고, 상기 감광막 패턴을 절단한 후, 절단된 감광막 패턴을 현상하여 남아있는 감광막의 두께를 측정하여 아민에 오염되는 정도를 정량적으로 분석하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1 내지 도 5 는 본 발명의 실시예에 감광막이 아민에 오염되는 정도를 측정하기 위해 공정을 진행하는 것을 도시한 단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 감광막 패턴2 : 산기

3 : 아민기4 : 아민 확산 영역

본 발명은 감광막이 대기에 포함된 아민에 반응하여 현상 공정시 발생되는 여러가지 문제점을 정량적으로 분석하기 위하여 감광막 패턴을 형성하여 패턴의 크기를 측정한 후, 상기 감광막 패턴을 노광하고, 아민에 노출시키고, PEB를 실시하여 상기 아민에 감광막 패턴의 내부로 확산되는 정도를 파악하기 위해 상기 감광막 패턴을 절단한 상태에서 현상하여 현상공정시 제거되지 않는 감광막의 면적을 측정하는 것이다.

참고로, 노광된 지역으로 아민이 침투되면 현상액에 녹지 않는 성질이 발생된다. 또한, 침투된 아민은 고온 공정시 감광막 내부로 확산된다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 화학증폭형 감광막을 노광한 다음, PEB 공정까지 지연되는 시간동안 아민기에 상기 감광막이 오염되는 정도를 측정하는 방법에 있어서, 화학증폭형 감광막 패턴을 형성하는 공정과, 전면 노광 공정으로 상기 감광막패턴을 노광시키는 공정과, 아민기를 상기 감광막 패턴으로 오염시키는 공정과, PEB 공정을 실시하는 공정과, 상기 감광막 패턴의 양단부를 절단하는 공정과, 중앙부에 감광막 패턴을 현상하는 공정으로 이루어져 남아있는 감광막 패턴의 면적을 계산하여 FED 안정성을 정량적으로 분석하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 5 는 본 발명에 의해 노광된 화학증폭형 감광막패턴으로 아민이 침투되고, 고온 공정시 확산되는 정도를 정량적으로 측정할 수 있도록 하는 것을 도시한 도면이다.

도 1은 임계크기(CD)를 측정하기 위해 노광 및 현상 공정으로 화학증폭형 감광막 패턴(1)을 형성한 것을 도시한 것으로, 상기 감광막 패턴(1)에 프로텍팅 그룹(Protecting Group)이 베이스 레진(Base Resin)에 붙어 있다. 상기 임계크기는 PED 시간이 0에서 값이며, 기준값이 된다.

도 2 는 상기 감광막 패턴(1)에 마스크 없이 전면적으로 광을 노광하여 산기(H⁺: 2)가 형성됨을 도시한다.

도 3 은 강제로 아민기(3)를 상기 감광막 패턴(1)에 오염시키기 위하여 노광된 상기 감광막 패턴(1)을 예를들어 0-200℃의 온도를 갖는 HMDS오븐에 서 일정시간(1-7200초) 동안 담아 둔다. 여기서, 상기 HMDS 의 농도는 0-10000 ppb(part per billion)에서 임의로 설정한다.

도 4 는 상기 강제 오염이 끝난 감광막 패턴(1)을 PEB 공정을 예를들어 25-200℃의 온도에서 실시한다. 이때 열에너지에 의해 산의 확산이 이루어지며 베이스 레진에 붙어 있는 프로텍팅 그룹을 이탈시키게 된다. 한편, 아민에 의해 활성을 상실한 감광막의 일부분은 산의 확산이 제대로 일어나지 않으므로 아민에 대한 민감한 감광막 일수록 그 아민이 확산영역(4)은 넓어지게 된다.

도 5 는 상기 감광막 패턴(1)의 양단부를 절단하고, 중앙부에 있는 감광막 패턴(1)을 1-3%의 TMAH 알카리 용액, 알콜성 유기용매, 탄화수소계 유기용매에서 현상한 것을 도시한 것으로, 아민의 확산영역(4)을 제외한 중앙부에 있는 감광막은 제거되고, 아민이 확산영역(4)은 현상 공정시 남아 있는 것을 도시한다.

상기와 같이 남아있는 감광막의 두께 또는 면적을 측정하면 아민의 오염 정도를 정량적으로 알 수가 있다.

도 6 은 현상 공정 후 잔존 감광막의 면적과 FED 안정상의 비를 도시한 것으로, FED 안정성이 높을수록 잔존 감광막은 0에 가까운 것을 알 수 있다.

도 7 은 현상 공정후 잔존 감광막의 면적과 HMDS의 농도 또는 강제 오염 시간을 도시한 것으로, HMDS의 농도 또는 강제 오염시간이 증가 할수록 잔존 감광막의 면적이 증대되는 것을 알 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명은 화학증폭형 감광막을 노광한 다음, PEB 공정까지 지연되는 시간동안 아민기에 상기 감광막이 오염되는 정도를 객관적이고 정량적인 수치로 FED 안정성을 측정할 수 있다.

Claims (4)

1. 화학증폭형 감광막을 노광한 다음, PEB 공정까지 지연되는 시간동안 아민기에 상기 감광막이 오염되는 정도를 측정하는 방법에 있어서,

   화학증폭형 감광막 패턴을 형성하는 공정과,

   전면 노광 공정으로 상기 감광막패턴을 노광시키는 공정과,

   아민기를 상기 감광막 패턴으로 오염시키는 공정과,

   PEB 공정을 실시하는 공정과,

   상기 감광막 패턴의 양단부를 절단하는 공정과,

   중앙부에 감광막 패턴을 현상하는 공정으로 이루어져 남아있는 감광막 패턴의 면적을 계산하여 FED 안정성을 정량적으로 분석하는 것을 특징으로 하는 감광막이 아민에 오염되는 정도를 측정하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 감광막 패턴에 아민기를 오염시키기 위하여 감광막 패턴을 0-200℃의 온도를 갖는 HMDS 오븐에서 일정시간 동안 담아 두는 것을 특징으로 하는 감광막이 아민에 오염되는 정도를 측정하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 HMDS의 농도는 0-10000 ppb 인 것을 특징으로 하는 감광막이 아민에 오염되는 정도를 측정하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 PEB 공정을 25-200℃의 온도에서 실시하는 것을 특징으로 하는 감광막이 아민에 오염되는 정도를 측정하는 방법.