KR20030058669A - Inspection Method of Photoresist Pattern Using Sacrificial Film - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for observing a pattern by using a sacrificial layer is provided to be capable of improving pattern width slimming phenomenon by preventing the vaporization of solvent existing in the pattern. CONSTITUTION: An etch object layer(1) is formed on a semiconductor substrate. A photoresist pattern(3) is then formed on the etch object layer. A sacrificial layer(5) is coated on the upper portion of the photoresist pattern. Then, the line width of the photoresist pattern is measured by using an SEM(Scanning Electron Microscope) process. At this time, the vaporization of solvent of the photoresist pattern is prevented by the sacrificial layer. Preferably, the sacrificial layer is made of one selected from a group consisting of an oxide layer, a poly layer, a nitride layer, a gold layer, and a tungsten layer. Preferably, the sacrificial layer has a thickness of 20-200 angstrom.

Description

희생막을 이용한 패턴의 관찰법{Inspection Method of Photoresist Pattern Using Sacrificial Film}Inspection method of photoresist pattern using sacrificial film

본 발명은 희생막 (Sacrificial Film) 을 이용한 패턴 관찰법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 패턴 현상 후에 선폭을 측정 (After Develop Inspection Critical Dimension;이하“DICD”라 칭함)할 때나 단면에 대한 주사 전자 현미경 (Scanning Electron Microscope;이하“SEM”이라 칭함)을 실시할 때, 포토레지스트 패턴 상부에 희생막을 코팅하여 포토레지스트 패턴 내부의 용매의 증발을 방지하여 패턴 선폭이 감소하는 현상 (Pattern Width Sliming;이하“슬리밍 현상”이라 칭함)을 개선하는 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pattern observation method using a sacrificial film. More particularly, the present invention relates to a scanning electron microscope for a cross section or when a line width is measured after pattern development (hereinafter referred to as “DICD”). When Scanning Electron Microscope (hereinafter referred to as “SEM”) is applied, a sacrificial film is coated on the photoresist pattern to prevent evaporation of the solvent inside the photoresist pattern, thereby reducing the pattern line width (“Slim”). Phenomena ”.

종래 반도체 공정에서는 미세 포토레지스트 패턴을 형성한 후에 CD 타켓 (Target)을 설정하여 SEM 측정을 진행한다. 이때, SEM으로부터 약 800eV의 에너지가 방출되고, 이 에너지에 패턴이 직접 노출되거나, 열적 영향을 받아서 용매가 증발하면, 포토레지스트 패턴의 CD 또는 패턴의 프로파일 관찰을 위하여 커팅 (Cutting)한 단면이 5∼10nm 가량 축소되는 슬리밍 현상이 발생한다. 상기 슬리밍 현상은 SEM 측정 중에 포토레지스트 패턴을 관찰하기 위하여 초점을 맞추는 (Focusing;이하“포커싱”이라 칭함) 수 초 동안 집중적으로 발생되므로 (도 1a 및 1b참조), 상기 포커싱 시간에 의하여 DICD가 결정된다 (도 2 참조).In the conventional semiconductor process, after forming a fine photoresist pattern, a CD target is set to perform SEM measurement. At this time, about 800 eV of energy is emitted from the SEM, and when the pattern is directly exposed to the energy or the solvent is evaporated due to thermal influence, the cut section is cut to observe the CD or pattern profile of the photoresist pattern. A slimming phenomenon that is reduced by about 10 nm occurs. The slimming phenomenon occurs intensively for several seconds focusing to observe the photoresist pattern during SEM measurement (hereinafter referred to as “focusing”) (see FIGS. 1A and 1B), so that the DICD is determined by the focusing time. (See FIG. 2).

또한, 상기 슬리밍 현상은 100nm이하의 최소 CD를 얻기 위한 포토레지스트 조성물, 즉, 아크릴레이트 (Acrylate)형 및 사이클로올레핀계 단량체들과 말레익 안하이드라이드의 공중합체 (Cyclo Olefin-Maleic Anhydride copolymer;이하“COMA형 중합체”라 칭함)로 이루어진 ArF용 포토레지스트 조성물로 제조된 대부분의 ArF용 포토레지스트 패턴에서 주로 발생되는데, 예를 들면, ArF용 포토레지스트 조성물을 2400Å 두께로 코팅하여 패턴을 제조한 다음, 포커싱 하는 경우 전자 빔에노출된 영역과 노출되지 않는 영역의 두께가 400Å 정도 차이가 나는 슬리밍 현상이 발생한다 (도 3a 및 3b 참조).In addition, the slimming phenomenon is a photoresist composition for obtaining a minimum CD of 100 nm or less, that is, a copolymer of acrylate (cyclocrylic) type and cycloolefin monomers and maleic anhydride (Cyclo Olefin-Maleic Anhydride copolymer; It is mainly generated in the ArF photoresist pattern made of the photoresist composition for ArF composed of “COMA type polymer”). For example, the ArF photoresist composition is coated to 2400 Å thickness to prepare a pattern. In the case of focusing, a slimming phenomenon occurs in which the thickness of the region exposed to the electron beam and the region not exposed is approximately 400 ms (see FIGS. 3A and 3B).

상기와 같은 슬리밍 현상을 해결하기 위해 제시된 것이 오프-사이트 포커싱 (Off-Site Focusing)이라는 방법인데, 이 방법은 포커싱 측정 시간을 단축하는 방법으로 포커싱 측정 부분과 실제 DICD를 측정하는 부분을 다르게 하는 것이다.In order to solve the above slimming phenomenon, Off-Site Focusing is proposed. This method is to shorten the focusing measurement time by making the focusing measurement part different from the actual DICD measurement part. .

그러나, 상기 오프-사이트 포커싱 방법은 포커스를 맞추는 시간은 균일하다는 장점은 가지지만, 재현성 (Repeatability)이 낮은 문제가 있다. 그래서, 이 방법으로 얻어진 100nm 이하의 디바이스의 DICD나 식각 바이어스 (Bias) 측정 값은 신뢰도가 낮다.However, the off-site focusing method has the advantage that the focusing time is uniform, but has a problem of low repeatability. Thus, the DICD and etching bias values of devices of 100 nm or less obtained by this method have low reliability.

본 발명은 패턴 현상 후 선폭 측정 시 및 단면에 대한 SEM 측정 시에 포토레지스트 패턴의 슬리밍 현상이 발생되는 것이 개선된 패턴의 CD 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a method for measuring CD of a pattern in which a slimming phenomenon of a photoresist pattern is generated during line width measurement after pattern development and SEM measurement on a cross section.

도 1a는 종래 SEM 측정 시 포커싱 초기의 선폭과 프로파일 사진.Figure 1a is a line width and profile picture of the initial focusing in the conventional SEM measurement.

도 1b는 종래 SEM 측정 시 포커싱 측정 후 선폭과 프로파일 사진.Figure 1b is a line width and profile picture after focusing measurement in conventional SEM measurement.

도 2는 종래 포커싱 시간에 대한 선폭의 변화도.2 is a variation of line width with respect to conventional focusing time.

도 3a는 종래 SEM 측정 시 전자 빔에 노출된 부분의 패턴 산진.3A is a pattern scattering of a portion exposed to an electron beam in a conventional SEM measurement.

도 3b는 종래 SEM 측정 시 전자 빔에 노출되지 않은 부분의 패턴 사진.Figure 3b is a pattern photo of the portion not exposed to the electron beam in the conventional SEM measurement.

도 4는 본 발명의 패턴 상부에 희생막을 코팅한 패턴 단면도.Figure 4 is a cross-sectional view of the pattern coated with a sacrificial layer on the pattern of the present invention.

도 5a는 본 발명의 패턴 상부에 희생막을 코팅한 전의 프로파일.Figure 5a is a profile before coating a sacrificial film on top of the pattern of the present invention.

도 5b는 본 발명의 패턴 상부에 희생막을 코팅한 후의 프로파일.Figure 5b is a profile after coating the sacrificial film on top of the pattern of the present invention.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

1; 피식각층3: 패턴One; Etch Layer 3: Pattern

5: 희생막 층5: sacrificial layer

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 포토레지스트 패턴 상부에 희생막을 형성하는 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method of forming a sacrificial layer on the photoresist pattern.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은The present invention

(a) 반도체 기판 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및(a) forming a photoresist pattern on the semiconductor substrate; And

(b) 상기 패턴의 선폭을 SEM 공정을 이용하여 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴의 관찰법에 있어서, 상기 (a) 단계 후에 포토레지스트 패턴의 상부에 희생막을 코팅하여 패턴 내부의 용매 증발을 방지하는 단계를 더 포함하는 포토레지스트 패턴 관찰법을 제공한다.(b) measuring the line width of the pattern using a SEM process, wherein after the step (a), a sacrificial film is coated on the photoresist pattern to form an inner portion of the pattern. It provides a photoresist pattern observation method further comprising the step of preventing solvent evaporation.

상기 희생막은 실제 디바이스에서 사용되는 산화막 등의 투명 물질, 폴리 (poly)막 및 질화막 등의 반투명 물질 및 금 및 텅스텐 등의 반사도가 큰 물질 등을 사용할 수 있으며, 구체적으로는, 산화막 (oxide), 질화막 (nitride), 텅스텐 나이트라이드 (WN) 및 티타니움/티타니움나이트라이드 (Ti/TiN) 등의 물질을 사용하여 단차를 따라서 균일한 두께로 코팅하는 방법인 컨포머형 (conformal type) 또는 플레너형 (planar type)으로 코팅한다.The sacrificial film may be a transparent material such as an oxide film used in an actual device, a translucent material such as a poly film and a nitride film, and a material having high reflectivity such as gold and tungsten, and the like, and specifically, an oxide film (oxide), Conformal type or planar type, which is a method of coating a uniform thickness along a step using a material such as nitride, tungsten nitride (WN) and titanium / titanium nitride (Ti / TiN) planar type).

이때, 상기 희생막 (5)을 코팅할 때는 포토레지스트 패턴 (3)의 두께보다 높게 코팅하여 포토레지스트 패턴이 완전히 덮을 수 있도록 하며 (도 4 참조), 이때의 희생막의 두께는 20Å∼ 200Å인 것이 바람직하다.At this time, when the sacrificial film 5 is coated, the coating layer may be coated with a thickness higher than that of the photoresist pattern 3 so that the photoresist pattern may be completely covered (see FIG. 4). desirable.

또한, 상기 (b) 단계에서 희생막으로 코팅된 부분을 SEM 장비를 이용하여 가속전압=800V, 저항=1.5Å 및 배율=120K전자선의 조건 하에서 1∼3초간 노출시키면서 측정한다.In addition, the portion coated with the sacrificial film in the step (b) is measured while using the SEM equipment for 1 to 3 seconds under the conditions of acceleration voltage = 800V, resistance = 1.5 kW and magnification = 120K electron beam.

또한, 상기 (a) 단계의 포토레지스트 패턴은 ArF, KrF 및 VUV용 포토레지스트 조성물로써, 아크릴레이트형 중합체; 또는 COMA형 중합체로 이루어진 포토레지스트 조성물을 사용하여 형성한다.In addition, the photoresist pattern of the step (a) is a photoresist composition for ArF, KrF and VUV, an acrylate polymer; Or using a photoresist composition composed of a COMA type polymer.

또한, 상기 (a) 단계에서 반도체 기판 (1)에 포토레지스트 패턴을 형성하는공정에서의 노광원은 원자외선 광원 (DUV) 인 KrF, ArF, i-라인, e-빔 또는 F2의 광원을 사용하여 노광한다.In the step (a), the exposure source in the process of forming the photoresist pattern on the semiconductor substrate 1 may be a light source of KrF, ArF, i-line, e-beam or F 2 , which is an ultraviolet light source (DUV). It is exposed using.

이와 같은 방법으로 제조된 포토레지스트 패턴을 이용하면 식각 바이어스를 산출할 수 있을 뿐만 아니라, 라인/스페이스, 라인, 스페이스, 컨택홀 (contact hole) 및 분리된 패턴 등을 측정할 때 적용할 수 있다.By using the photoresist pattern manufactured in this way, not only the etching bias can be calculated, but also it can be applied when measuring lines / spaces, lines, spaces, contact holes and separated patterns.

이하 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다. 단 실시예는 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by examples. However, the examples are only to illustrate the invention and the present invention is not limited by the following examples.

비교예 1. 상용 ArF 포토레지스트 패턴의 단면 관찰법.Comparative Example 1. Cross-sectional observation of a commercial ArF photoresist pattern.

COMA형 포토레지스트 중합체를 포함하는 DHA1001 포토레지스트 (동진세미켐(주))를 반도체 기판에 코팅하여 포토레지스트 막을 형성한 후, ArF 노광장비로 노광하고, 2.38 wt% TMAH에서 현상하여 100nm의 포토레지스트 패턴을 형성하였다. 형성된 포토레지스트 패턴을 SEM 장비로 전자선에 5∼60초간 노출시키면서 패턴의 회로선폭을 측정하였다. 이때, SEM 측정 조건은 가속전압=800V, 배율은 120K였다.A DHA1001 photoresist (Dongjin Semichem Co., Ltd.) comprising a COMA type photoresist polymer was coated on a semiconductor substrate to form a photoresist film, and then exposed with an ArF exposure apparatus, developed at 2.38 wt% TMAH, followed by a 100 nm photoresist pattern. Formed. The circuit line width of the pattern was measured while exposing the formed photoresist pattern to the electron beam for 5 to 60 seconds with SEM equipment. At this time, SEM measurement conditions were acceleration voltage = 800V, and magnification was 120K.

전자선 조사 후 약 1분 후에 패턴의 CD 감소율은 90nm로, 전자 빔에 노출되지 않은 부분과의 차이는 10nm였다.About 1 minute after the electron beam irradiation, the CD reduction rate of the pattern was 90 nm, and the difference from the part not exposed to the electron beam was 10 nm.

실시예 1. ArF 포토레지스트 패턴 제조Example 1. ArF Photoresist Pattern Preparation

상기 비교예 1에서 사용한 포토레지스트 패턴 상부에 옥사이드를 이용하여 컨포머형으로 50Å의 두께로 코팅하여 100nm의 패턴을 형성 하였다 (도 5a 참조).Using a oxide on top of the photoresist pattern used in Comparative Example 1 was coated with a thickness of 50Å in a conformal form to form a pattern of 100nm (see Fig. 5a).

형성된 포토레지스트 패턴을 SEM 장비로 전자선에 5∼60초간 노출시키면서패턴의 회로선폭을 측정하였다. 이때, SEM 측정 조건은 가속전압=800V, 배율은 120K였다.The circuit line width of the pattern was measured while exposing the formed photoresist pattern to the electron beam for 5 to 60 seconds using SEM equipment. At this time, SEM measurement conditions were acceleration voltage = 800V, and magnification was 120K.

전자선 조사 후 약 1분 후에 패턴의 선폭은 100nm로 슬리밍 현상이 발생하지 않았다 (도 5b 참조).About 1 minute after the electron beam irradiation, the line width of the pattern was 100 nm and no slimming phenomenon occurred (see FIG. 5B).

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 패턴 상부에 희생막을 코팅하여 패턴의 용매 증발을 방지하여 슬리밍 현상을 막는 방법으로, 포토레지스트 패턴이 전자 빔에 직접적인 영향을 받지 않으므로, 패턴의 정확한 프로파일 및 두께를 검사할 수 있을 뿐만 아니라, 측정된 선폭의 정확도가 향상되고, 후속 식각 시에 정확한 식각 바이어스를 알 수 있다.As described above, the present invention is a method of coating a sacrificial layer on the pattern to prevent solvent evaporation of the pattern to prevent the slimming phenomenon, and since the photoresist pattern is not directly affected by the electron beam, the accurate profile and thickness of the pattern Not only can it be inspected, the accuracy of the measured linewidth is improved, and the correct etch bias can be known on subsequent etching.

Claims (8)

(a) 반도체 기판 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및(a) forming a photoresist pattern on the semiconductor substrate; And (b) 상기 포토레지스트 패턴의 선폭을 SEM 공정을 이용하여 측정하는 단계를 포함하는 포토레지스트 패턴의 관찰법에 있어서, 상기 (a) 단계의 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 포토레지스트 패턴 상부에 용매 증발을 방지하는 희생막을 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴의 관찰법.(b) In the method for observing a photoresist pattern comprising measuring the line width of the photoresist pattern using an SEM process, after forming the photoresist pattern of the step (a), the solvent evaporation on the photoresist pattern Observing the photoresist pattern, characterized in that it further comprises the step of coating a sacrificial film to prevent. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 희생막은 산화막, 폴리 (poly)막, 질화막, 금 및 텅스텐으로 이루어진 군으로부터 선택하여 형성하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴의 관찰법.The sacrificial film is a method of observing a photoresist pattern, characterized in that formed by selecting from the group consisting of oxide film, poly film, nitride film, gold and tungsten. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 희생막은 산화막 (oxide), 질화막 (nitride), 텅스텐 나이트라이드 (WN), 티타니움/티타니움나이트라이드 (Ti/TiN) 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택하여 형성하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴의 관찰법.The sacrificial film is formed by selecting from a group consisting of oxide, nitride, tungsten nitride (WN), titanium / titanium nitride (Ti / TiN), and a mixture thereof. Observation method. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 희생막의 두께는 20∼200Å인 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴의 관찰법.The thickness of said sacrificial film is 20-200 micrometers, The observation method of the photoresist pattern characterized by the above-mentioned. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 희생막은 컨포머형 (conformal type) 및 플레너형 (planar type)으로 코팅하여 형성하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴의 관찰법.The sacrificial film is a method of observing a photoresist pattern, characterized in that formed by coating in a conformal (planar type) and planar type (planar type). 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (a) 단계의 포토레지스트 패턴은 ArF, KrF 및 VUV용 포토레지스트 조성물을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴의 관찰법.The photoresist pattern of step (a) is formed by using a photoresist composition for ArF, KrF and VUV. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (a) 단계의 포토레지스트 패턴은 아크릴레이트형 중합체; 또는 사이클로올레핀계 단량체들과 말레익 안하이드라이드의 공중합체를 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴의 관찰법.The photoresist pattern of step (a) is an acrylate polymer; Or a copolymer of cycloolefin monomers and maleic anhydride. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (a) 단계의 포토레지스트 패턴을 형성하는 공정의 노광원은 KrF, ArF, i-라인, e-빔 또는 F2의 광원을 사용하여 노광하는 것을 특징으로 포토레지스트 패턴의 관찰법.The exposure source of the step of forming the photoresist pattern of step (a) is exposed using a light source of KrF, ArF, i-line, e-beam or F 2 .
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