KR20060010993A - 임계치수에 의한 암모니아 농도 측정 방법 - Google Patents

임계치수에 의한 암모니아 농도 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리소그래피 공정에서의 암모니아 농도 측정 방법에 관한 것으로, 레지스트가 코팅된 각각의 시료 웨이퍼에 대하여 암모니아 농도를 변화시키며 리소그래피 공정을 진행하여 상기 암모니아 농도에 따른 레지스트 패턴의 임계치수 데이터베이스를 작성하는 단계, 실제 공정을 진행하기 위한 프로세스 웨이퍼에 대해 리소그래피 공정을 진행한 후 상기 리소그래피 공정에 의해 형성된 레지스트 패턴의 임계치수를 측정하는 단계 및 상기 데이터 베이스에 의해 상기 측정된 레지스트 패턴의 임계치수에 따른 암모니아 농도를 결정하는 단계를 포함하는 임계치수에 의한 암모니아 농도 측정 방법으로 암모니아 농도에 따른 임계치수의 변화를 기준 데이터로 작성하여 언제든지 쉽게 장비 내부에 웨이퍼가 지나가는 위치에서의 실제적인 암모니아 농도를 정확하게 알 수 있고, 암모니아 농도 측정 장비 설치를 최소화할 수 있으므로 투자비를 줄일 수 있는 효과 및 장점이 있다.
암모니아, CD, 임계치수, 프로톤, DUV, CAR

Description

임계치수에 의한 암모니아 농도 측정 방법{Method for measuring concentration of ammonia by means of the critical dimension}
도 1은 종래 기술에 따른 공기를 흡입하여 오염을 측정하는 시스템의 구체예.
도 2는 공기 중의 암모니아가 노광된 CAR 표면의 프로톤과 결합하는 상태를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 임계치수에 의한 암모니아 농도 측정 방법의 공정도.
도 4는 본 발명에 따른 시료 웨이퍼의 임계치수 데이터베이스 작성 공정도.
도 5는 본 발명에 따른 프로세스 웨이퍼의 임계치수를 측정하는 공정도.
도 6은 암모니아 농도에 따른 레지스트 패턴의 임계치수 변화를 나타낸 그래프.
본 발명은 리소그래피 공정에서의 암모니아 농도 측정 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 노광된 화학증폭형 레지스트(CAR : Chemically Amplification Resist)에 발생되는 프로톤이 암모니아와 반응하여 레지스트 패턴의 임계치수에 차이를 준다는 점을 이용하여 프로세스 웨이퍼에 적용하여 DUV(Deep Ultra-Violet) 공정에 큰 영향을 주는 암모니아 농도를 측정하는 방법에 대한 것이다.
일반적으로 종래의 기술의 암모니아 측정장비는 웨이퍼가 지나가는 내부의 공기를 흡입하여 농도를 측정하는 방식으로 암모니아의 농도를 측정하는 것이었다. 도 1은 미국 공개특허 US 2003-68834호로서, 오염을 측정하고 제어하기 위한 시스템(100) 및 방법의 구체예를 나타낸 것이다. 유입구(104) 및 유출구(106)를 지니는 관상 수집 장치(102)와 흡수성 재료(108)를 포함하며, 기체 흐름을 샘플링하여 기체 흐름 중에 존재하는 오염물을 검출하는 단계, 오염물을 확인하는 단계, 표적 종의 농도보다 높은 농도를 갖는 제 2 오염물을 선택하는 단계, 기체 흐름 중의 제 2 오염물을 측정하는 단계 및 제 2 오염물을 측정치로부터 표적 종의 농도를 측정하는 단계로 이루어진다.
그러나 상기 암모니아 측정 시스템(100)을 사용하여 직접 측정하는 데 있어서, 측정 위치에 제한이 있으므로 프로세스 웨이퍼가 지나가는 각 위치에서의 농도 측정값이 부정확한 문제가 있었고, 또한 상기 시스템은 공기를 흡입하여 농도를 측정하는 방식이므로 패턴공정장비 내부에서 웨이퍼가 지나가는 위치의 실제적인 암모니아 농도를 측정하기에는 어려움이 있었다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 노광된 화학증폭형 레지스트에 발생되는 프로톤이 암모니아와 반응하여 레지스트 패턴의 임계치수에 차이를 준다는 점을 이용하여 암모니아 농도에 따른 임계치수의 변화를 기준 데이터로 작성하고, 언제든지 쉽게 장비 내부에 웨이퍼가 지나가는 위치에서의 실제적인 암모니아 농도를 정확하게 알 수 있으며, 암모니아 농도 측정 장비 설치를 최소화할 수 있는 임계치수에 의한 암모니아 농도 측정 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 암모니아의 농도를 측정하는 방법에 있어서, 레지스트가 코팅된 각각의 시료 웨이퍼에 대하여 암모니아 농도를 변화시키며 리소그래피 공정을 진행하여 상기 암모니아 농도에 따른 레지스트 패턴의 임계치수 데이터베이스를 작성하는 단계, 실제 공정을 진행하기 위한 프로세스 웨이퍼에 대해 리소그래피 공정을 진행한 후 상기 리소그래피 공정에 의해 형성된 레지스트 패턴의 임계치수를 측정하는 단계 및 상기 데이터 베이스에 의해 상기 측정된 레지스트 패턴의 임계치수에 따른 암모니아 농도를 결정하는 단계를 포함하는 임계치수에 의한 암모니아 농도 측정 방법에 의해 달성된다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
도 2는 DUV(Deep Ultra-Violet) 노광공정에 있어서, 공기 중의 암모니아가 노광된 CAR 표면의 프로톤과 결합하는 상태를 나타낸 단면도이다. 일반적으로 화학증폭형 레지스트(CAR)는 미세한 패턴을 형성하기 위해 활성산(active acid)의 연쇄화학을 이용한 레지스트로서, 산반응성 고분자와 광산발생제(photoacid generator, PAG)로 구성되는 이성분계와 매트릭스수지가 첨가된 삼성분계로 나뉜다. 노광된 부분에 있는 광산발생제에서 산이 발생되어 잠상(latent image)이 남으며, 노광후 가열(post exposure bake)과정에서 이 산이 산반응성 물질에 촉매로 작용하여 화학반응이 연쇄적으로 일어나 용해도를 변화시킨다.
또한, 임계치수(CD : critical dimension)는 100㎛ 이하 패턴의 선폭과 간극, 패턴 위치 등을 표시하는 치수로서, 주로 설계상 가장 취약한 부분이나 칩내의 특정부위에 선폭확인용 패턴을 그려 넣어 노광량, 현상조건, 식각조건 등의 프로세스 파라메터 관리와 제품의 치수관리에 이용된다.
따라서, 웨이퍼(200)에서 노광되지 않은 화학증폭형 레지스트(210)와는 달리 노광된 화학증폭형 레지스트(220)에는 프로톤(proton)이 발생되는데, 이는 이후 진행되는 노광후 가열 공정에서 CAR을 현상액에 제거되는 물질로 변화시키는 화학반응 과정의 촉매역할을 한다. 그러나 공기 중의 암모니아(230)가 어느 농도 이상 존재하면 레지스트 표면의 프로톤(240)이 암모니아와 반응(250)하여 감소하므로 노광된 영역의 레지스트 화학반응이 적게 일어나므로 현상시에도 잘 제거되지 않는다. 즉, 동일한 노광에너지로 노광을 한 경우에도 암모니아 농도가 높아지면 레지스트 패턴의 스페이스 임계치수가 작아지게 된다.
그러므로 특정 레지스트 및 노광에너지 등의 조건에서 리소그래피 공정을 수행하여 암모니아 농도에 따른 레지스트 패턴의 임계치수 변화를 구하면 이후 동일한 조건에서 리소그래피 공정을 진행했을 때 레지스트의 임계치수를 측정하면 역으로 암모니아 농도를 구할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 임계치수에 의한 암모니아 농도 측정 방법의 공정도를 나타낸 것이다. 우선, 레지스트가 코팅된 각각의 시료 웨이퍼에 대하여 암모니아 농도를 변화시키며 리소그래피 공정을 진행하여 상기 암모니아 농도에 따른 레지스트 패턴의 임계치수 데이터베이스를 작성(S200)한다.
더욱 자세하게는 본 발명에 따른 시료 웨이퍼의 임계치수 데이터베이스 작성 공정도를 나타낸 도 4와 같다. 레지스트가 코팅된 각각의 시료 웨이퍼에 대하여 암모니아 농도를 변화시키며 리소그래피 공정을 진행하여 상기 암모니아 농도에 따른 레지스트 패턴의 임계치수 데이터베이스를 작성하는 것은 시료 웨이퍼의 상부에 레지스트를 코팅하는 단계(S200a), 상기 시료 웨이퍼의 레지스트를 소정의 노광에너지로 노광하는 단계(S200b), 상기 노광된 레지스트를 노광후 가열 및 현상하는 단계(S200c), 상기 노광후 가열 및 현상한 레지스트 패턴의 임계치수를 측정하는 단계(S200d) 및 상기 측정된 임계치수를 암모니아 농도에 따른 데이터베이스로 작성하는 단계(S200e)를 포함하여 이루어진다.
다음으로, 실제 공정을 진행하기 위한 프로세스 웨이퍼에 대해 리소그래피 공정을 진행한 후 상기 리소그래피 공정에 의해 형성된 레지스트 패턴의 임계치수를 측정(S210)한다.
상기 단계를 자세하게 나타낸 도 5는 본 발명에 따른 프로세스 웨이퍼의 임계치수를 측정하는 공정도를 나타낸 것으로서, 상기 실제 공정을 진행하기 위한 프로세스 웨이퍼에 대해 리소그래피 공정을 진행한 후 상기 리소그래피 공정에 의해 형성된 레지스트 패턴의 임계치수를 측정하는 단계는 프로세스 웨이퍼에 레지스트를 코팅하는 단계(S210a), 상기 프로세스 웨이퍼 상부의 레지스트를 노광하는 단계(S210b), 상기 노광된 레지스트를 노광후 가열 및 현상하는 단계(S210c) 및 상기 현상한 레지스트 패턴의 임계치수를 측정하는 단계(S210d)를 포함하여 이루어진다.
마지막으로, 상기 데이터 베이스에 의해 상기 측정된 레지스트 패턴의 임계치수에 따른 암모니아 농도를 결정(S220)하게 된다. 따라서 데이터베이스와 프로세스 웨이퍼의 측정된 임계치수를 비교함으로써 간접적으로 암모니아의 농도를 측정할 수 있는 것이다.
또한, 상기 레지스트는 화학증폭형 레지스트이고, 상기 리소그래피 공정은 DUV 영역의 광원으로 노광하는 것이 바람직하다.
도 6은 암모니아 농도에 따른 레지스트 패턴의 임계치수 변화를 나타낸 그래프이다. 이는 상기 레지스트가 코팅된 각각의 시료 웨이퍼에 대하여 암모니아 농도를 변화시키며 리소그래피 공정을 진행하여 상기 레지스트 패턴의 임계치수로 이루어진 데이터베이스로 얻어진다. 상기 그래프는 우하향하고, 레지스트 패턴의 임계치수의 크기에 따른 암모니아 농도를 더욱 간편하게 알 수 있다.
상세히 설명된 본 발명에 의하여 본 발명의 특징부를 포함하는 변화들 및 변 형들이 당해 기술 분야에서 숙련된 보통의 사람들에게 명백히 쉬워질 것임이 자명하다. 본 발명의 그러한 변형들의 범위는 본 발명의 특징부를 포함하는 당해 기술 분야에 숙련된 통상의 지식을 가진 자들의 범위 내에 있으며, 그러한 변형들은 본 발명의 청구항의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.
따라서 본 발명의 임계치수에 의한 암모니아 농도 측정 방법은 종래의 측정장비가 공기를 흡입하여 농도를 측정하므로 패턴공정장비 내부의 웨이퍼가 지나가는 위치에서의 실제적인 암모니아 농도 측정은 불가능한 것에 반해, 암모니아 농도에 대한 임계치수의 변화를 기준 데이터로 작성하여 언제든지 쉽게 장비 내부에 웨이퍼가 지나가는 위치에서의 실제적인 암모니아 농도를 정확하게 알 수 있고, 암모니아 농도 측정 장비 설치를 최소화할 수 있으므로 투자비를 줄일 수 있는 효과 및 장점이 있다.

Claims (5)

  1. 암모니아의 농도를 측정하는 방법에 있어서,
    레지스트가 코팅된 각각의 시료 웨이퍼에 대하여 암모니아 농도를 변화시키며 리소그래피 공정을 진행하여 상기 암모니아 농도에 따른 레지스트 패턴의 임계치수 데이터베이스를 작성하는 단계;
    실제 공정을 진행하기 위한 프로세스 웨이퍼에 대해 리소그래피 공정을 진행한 후 상기 리소그래피 공정에 의해 형성된 레지스트 패턴의 임계치수를 측정하는 단계; 및
    상기 데이터 베이스에 의해 상기 측정된 레지스트 패턴의 임계치수에 따른 암모니아 농도를 결정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 임계치수에 의한 암모니아 농도 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시료 웨이퍼의 임계치수 데이터베이스를 작성하는 단계는
    시료 웨이퍼를 준비하는 단계;
    상기 시료 웨이퍼의 상부에 레지스트를 코팅하는 단계;
    상기 시료 웨이퍼의 레지스트를 임의의 암모니아 농도하에서 소정의 노광에너지로 노광하는 단계;
    상기 노광된 레지스트를 노광후 가열 및 현상하는 단계;
    상기 현상한 레지스트 패턴의 임계치수를 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 임계치수를 암모니아 농도에 따른 데이터베이스로 작성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 임계치수에 의한 암모니아 농도 측정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프로세스 웨이퍼에서의 레지스트 패턴의 임계치수를 측정하는 단계는
    상기 프로세스 웨이퍼에 레지스트를 코팅하는 단계;
    상기 프로세스 웨이퍼 상부의 레지스트를 노광하는 단계;
    상기 노광된 레지스트를 노광후 가열 및 현상하는 단계; 및
    상기 현상한 레지스트 패턴의 임계치수를 측정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 임계치수에 의한 암모니아 농도 측정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 리소그래피 공정은 DUV 영역의 광원으로 수행하는 것을 특징으로 하는 임계치수에 의한 암모니아 농도 측정 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 레지스트는 화학증폭형 레지스트임을 특징으로 하는 임계치수에 의한 암모니아 농도 측정 방법.
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