KR20170042432A - 포토레지스트 패턴의 검사 방법 - Google Patents

포토레지스트 패턴의 검사 방법 Download PDF

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KR20170042432A
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박경재
심우석
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삼성전자주식회사
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Abstract

포토레지스트 패턴의 검사 방법이 제공된다. 상기 검사 방법은 기판 상에 반사 방지막을 형성하는 것, 상기 반사 방지막 상에 형광성을 갖는 형광 포토레지스트 패턴을 형성하는 것, 및 형광 현미경을 이용하여 상기 형광 포토레지스트 패턴의 형상을 관측하는 것을 포함한다.

Description

포토레지스트 패턴의 검사 방법{METHOD FOR INSPECTING PHOTORESIST PATTERN}
본 발명은 포토레지스트 패턴의 검사 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 형광 현미경을 이용한 포토레지스트 패턴의 검사 방법에 관한 것이다.
최근, 반도체 소자의 디자인 룰(design rule)이 급격하게 감소함에 따라 반도체 소자 구현에 필요한 패턴들을 형성하기 위한 포토 리소그래피 공정의 난이도가 점점 증가하고 있다. 다시 말해, 포토레지스트 패턴의 작은 변화에도 웨이퍼에 심각한 영향을 줄 수 있으며, 이에 따라, 형성된 포토레지스트 패턴에 대한 검사가 이루어지고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 해상도 및 신뢰성이 향상된 포토레지스트 패턴의 검사 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예들에 따른 포토레지스트 패턴의 검사 방법은 기판 상에 반사 방지막을 형성하는 것, 상기 반사 방지막 상에 형광성을 갖는 형광 포토레지스트 패턴을 형성하는 것, 및 형광 현미경을 이용하여 상기 형광 포토레지스트 패턴의 형상을 관측하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 형광 포토레지스트 패턴을 형성하는 것은 상기 반사 방지막 상에 적어도 하나의 형광 첨가물을 포함하는 포토레지스트 막을 형성하는 것, 및 상기 포토레지스트 막에 포토 리소그래피 공정을 수행하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 형광 첨가물은 서로 다른 형광색들을 가지는 제1 및 제2 형광 첨가물들을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 형광 포토레지스트 패턴을 형성하는 것은 상기 반사 방지막 상에 형광 레진을 포함하는 포토레지스트 막을 형성하는 것, 및 상기 포토레지스트 막에 포토 리소그래피 공정을 수행하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 형광 포토레지스트 패턴을 형성하는 것은 상기 반사 방지막 상에 포토레지스트 막을 형성하는 것, 상기 포토레지스트 막에 포토 리소그래피 공정을 수행하여 예비 포토레지스트 패턴을 형성하는 것, 및 상기 예비 포토레지스트 패턴에 산성 조건하에서 형광성을 나타내는 조건부 형광 물질을 주입하는 것을 포함할 수 있다. 상기 형광 포토레지스트 패턴은 상기 조건부 형광 물질이 주입된 상기 예비 포토레지스트 패턴으로 정의될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 조건부 형광 물질은 상기 예비 포토레지스트 패턴에 포함된 산에 반응하여 형광성을 나타낼 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 예비 포토레지스트 패턴에 조건부 형광 물질을 주입하는 것은 상기 예비 포토레지스트 패턴에 의해 노출된 상기 반사 방지막에 상기 조건부 형광 물질을 주입하는 것을 포함할 수 있다. 상기 반사 방지막에 주입된 상기 조건부 형광 물질은 형광성을 나타내지 않을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 형광 포토레지스트 패턴을 형성하는 것은 상기 반사 방지막 상에 포토레지스트 막을 형성하는 것, 상기 포토레지스트 막에 포토 리소그래피 공정을 수행하여 예비 포토레지스트 패턴을 형성하는 것, 및 상기 예비 포토레지스트 패턴을 덮는 조건부 형광 물질막을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 상기 조건부 형광 물질막은 산성 조건하에서 형광성을 나타낼 수 있다. 상기 형광 포토레지스트 패턴은 상기 예비 포토레지스트 패턴 및 상기 예비 포토레지스트 패턴을 덮는 상기 조건부 형광 물질막을 포함하는 구조체로 정의될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 조건부 형광 물질막은 상기 예비 포토레지스트 패턴에 포함된 산에 반응하여 형광성을 나타낼 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 조건부 형광 물질막은 상기 예비 포토레지스트 패턴에 의해 노출된 상기 반사 방지막 상으로 연장되도록 형성될 수 있다. 상기 예비 포토레지스트 패턴에 의해 노출된 상기 반사 방지막 상으로 연장된 상기 조건부 형광 물질막 부분은 형광성을 나타내지 않을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 형광 현미경은 가역적 가포화 광학 형광 전이(RESOLFT: Reversible Saturable Optical Fluorescence Transitions) 또는 확률론적 함수 기술(Stochastic functional technique)을 이용하는 현미경일 수 있다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예들에 따른 포토레지스트 패턴의 검사 방법은 기판 상에 형광성을 갖는 형광 반사 방지막을 형성하는 것, 상기 형광 반사 방지막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 것, 및 형광 현미경을 이용하여 상기 포토레지스트 패턴의 형상을 관측하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 형광 반사 방지막은 적어도 하나의 형광 첨가물을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 형광 반사 방지막에서 발생하는 빛은 상기 포토레지스트 패턴을 통과하지 못할 수 있다. 상기 포토레지스트 패턴의 형상을 관측하는 것은 형광 현미경을 이용하여 포토레지스트 패턴에 의해 노출된 형광 반사 방지막의 형상을 관측하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 형광 현미경은 가역적 가포화 광학 형광 전이(RESOLFT: Reversible Saturable Optical Fluorescence Transitions) 또는 확률론적 함수 기술(Stochastic functional technique)을 이용하는 현미경일 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 포토레지스트 패턴의 검사 방법에 의하면, 포토레지스트 패턴의 검사가 형광 현미경을 통하여 이루어질 수 있다. 형광 현미경에 의하면, 포토레지스트 패턴에 상대적으로 작은 에너지(예를 들어, 가시광선 영역의 빛)를 가하면서 포토레지스트 패턴의 검사가 이루어질 수 있다. 따라서, 포토레지스트 패턴의 검사 중에 포토레지스트 패턴이 변형되는 것을 줄일 수 있다.
나아가, 본 발명에서 이용하는 형광 현미경은 가역적 가포화 광학 형광 전이(RESOLFT) 또는 확률론적 함수 기술을 이용하는 초고해상도 현미경일 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따르면, 매우 작은 CD를 갖는 포토레지스트 패턴도 검사할 수 있다. 예를 들어, 아베 회절 한계(Abbe diffraction limit, 200nm)보다 작은 CD(Critical Dimension)를 갖는 포토레지스트 패턴을 검사할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 포토레지스트 패턴의 검사 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2a 및 2b는 도 1의 포토레지스트 패턴의 검사 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 3은 형광 현미경을 이용하여 관측한 도 2b 또는 도 5c데 도시된 구조체의 평면적 이미지를 개략적으로 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 포토레지스트 패턴의 검사 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5a 내지 5c는 도 4의 포토레지스트 패턴의 검사 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 포토레지스트 패턴의 검사 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 도 6의 포토레지스트 패턴의 검사 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 8은 형광 현미경을 이용하여 관측한 도 6에 도시된 구조체의 평면적 이미지를 개략적으로 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 포토레지스트 패턴의 검사 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10a 및 도 10b는 도 9의 포토레지스트 패턴의 검사 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 11 및 도 12는 각각 형광 현미경을 이용하여 관측한 도 10b에 도시된 구조체의 평면적 이미지를 개략적으로 나타낸다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 포토레지스트 패턴의 검사 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 2a 및 2b는 도 1의 포토레지스트 패턴의 검사 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 도 3은 형광 현미경을 이용하여 관측한 도 2b에 도시된 구조체의 평면적 이미지를 개략적으로 나타낸다.
도 1 및 도 2a를 참조하면, 기판(100) 상에 식각 대상막(110)이 형성될 수 있다(S100). 기판(100)은 반도체 기판, 유리 기판, 또는 고분자 기판일 수 있다. 일 예로, 기판(100)이 반도체 기판인 경우, 기판(100)은 결정질 실리콘, 비정질 실리콘, 불순물이 도핑된 실리콘, 및 실리콘 게르마늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
식각 대상막(110)은 반도체 물질, 도전 물질, 또는 절연 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 식각 대상막(110)이 반도체 물질을 포함하는 경우, 식각 대상막(110)은 반도체 기판 또는 반도체 물질로 이루어진 에피택시얼 층일 수 있다. 다른 예로, 식각 대상막(110)이 도전 물질을 포함하는 경우, 식각 대상막(110)은 도핑된 폴리실리콘, 금속, 금속 실리사이드, 금속 질화물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 또 다른 예로, 식각 대상막(110)이 절연 물질을 포함하는 경우, 식각 대상막(110)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 또는 실리콘 산질화물을 포함할 수 있다. 식각 대상막(110)은 단일막이거나, 복수 개의 막들이 적층된 다중막일 수 있다. 예를 들어, 식각 대상막(110)은 적층된 복수 개의 절연막들을 포함할 수 있으며, 적층된 절연막들 사이에 개재된 도전막 또는 반도체막을 포함할 수 있다. 식각 대상막(110)은, 일 예로, 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition: CVD), 물리 기상 증착법(Physical Vapor Deposition: PVD), 또는 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition: ALD)을 통해 형성될 수 있다.
반사 방지막(120)이 식각 대상막(110) 상에 형성될 수 있다(S110). 반사 방지막(120)은, 후속 포토 리소그래피 공정의 수행 시 빛이 반사되어, 후술할 형광 포토레지스트 패턴들(도 2b의 132)의 CD 균일성(Critical Dimension Uniformity)이 나빠지는 것을 방지할 수 있다. 반사 방지막(120)은, 일 예로, 스핀 코팅 공정을 통하여 형성될 수 있다. 몇몇 실시예들에 따르면, 반사 방지막(120)은 형광성을 가질 수 있다. 하지만, 이하에서는, 설명의 간소화를 위하여 반사 방지막(120)이 형광성을 갖지 않는 실시예들에 한정하여 설명하다. 반사 방지막이 형광성을 갖는 실시예들에 대하여는 도 9를 참조하여 후술한다.
포토레지스트 막(130)이 반사 방지막(120) 상에 형성될 수 있다. 포토레지스트 막(130)은, 일 예로, 스핀 코팅 공정을 통해 형성될 수 있다. 포토레지스트 막(130)은 레진(resin), 감광 물질, 및 첨가물을 포함할 수 있다.
포토레지스트 막(130)은 형광성을 가질 수 있다. 이러한 실시예들에 따르면, 포토레지스트 막(130)은 형광 첨가물 및 형광 레진 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
형광 첨가물은 본래부터 형광성을 갖거나, 혹은 노광 공정, 현상 공정, 및/또는 베이크(bake) 공정을 통하여 형광성을 갖는 물질일 수 있다. 일 예로, 형광성 첨가물은 Cy5 또는 Alexa647을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에 따르면, 포토레지스트 막(130)은 복수의 형광 첨가물들을 포함할 수 있으며, 이 경우, 상기 복수의 형광 첨가물들은 서로 다른 형광색들을 가질 수 있다. 일 예로, 상기 복수의 형광 첨가물들은 서로 다른 형광색들을 갖는 제1 및 제2 형광 첨가물들을 포함할 수 있다.
형광 레진은 본래부터 형광성을 갖거나, 혹은 노광 공정, 현상 공정, 및/또는 베이크(bake) 공정을 통하여 형광성을 갖는 레진일 수 있다. 형광 레진은 핵산 염색 기술을 응용하여 제조될 수 있다. 일 예로, 형광 레진은 백본 체인(backbone chain)에 Hoechst 33258 또는 Chromomycin A3 445 575이 화학 결합된 고분자를 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2b를 참조하면, 형광 포토레지스트 패턴들(132)이 형성될 수 있다(S120). 형광 포토레지스트 패턴들(132)을 형성하는 것은 포토레지스트 막(130)에 포토리소그래피 공정을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 상기 포토레지스트 공정은 포토레지스트 막(130)의 일부를 노출하는 레티클(reticle)을 이용하여 포토 레지스트 막(130)의 일부를 노광하는 것, 노광 후 베이크(Post Exposure Bake: PEB) 공정을 수행하는 것, 형광 포토레지스트 패턴들(132)을 현상하는 것, 및 하드 베이크(hard bake) 공정을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 형광 포토레지스트 패턴들(132)은 형광성을 가질 수 있다. 이는 포토레지스트 막(130)이 형광 첨가물 및 형광 레진 중에서 적어도 하나를 포함하기 때문일 수 있다.
도 1, 도 2b, 및 도 3을 참조하면, 형광 현미경을 이용하여 형광 포토레지스트 패턴들(132)의 형상이 관측될 수 있다(S130). 상기 형광 현미경은 가역적 가포화 광학 형광 전이(RESOLFT: Reversible Saturable Optical Fluorescence Transitions) 또는 확률론적 함수 기술(Stochastic functional technique)을 이용한 초고해상도 현미경일 수 있다. 일 예로, 상기 가역적 가포화 광학 형광 전이(RESOLET)를 이용한 현미경은 STED(Stimulated Emission Depletion) 현미경, GSD(Ground State Depletion) 현미경, SSIM(Saturated Structured Illumination Microscopy), 및/또는 SPEM(Saturated Pattern Excitation Microscopy)일 수 있다. 다른 예로, 확률론적 함수 기술을 이용한 현미경은 SPDM(Spectral Precision Distance Microscopy), STORM(Stochastic Optical Reconstruction Microscopy), dSTORM(direct Stochastic Optical Reconstruction microscopy), PALM(Photo Activated Localization Microscopy), 및/또는 FPALM(Fluorescence Photo-activation Localization Microscopy)일 수 있다.
관측된 형광 포토레지스트 패턴들(132)의 형상과 기준 패턴들(즉, 원래 목표로 한 포토레지스트 패턴들)의 형상을 비교함으로써 형광 포토레지스트 패턴들(132)의 검사가 완료될 수 있다.
일반적으로 포토레지스트 패턴의 검사는 전자 현미경(SEM: Scanning Electron Microscope)을 이용하여 수행된다. 하지만, 전자 현미경을 이용하여 포토레지스트 패턴의 검사를 수행하는 경우, 포토레지스트 패턴이 전자 빔에 의하여 변형되는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 포토레지스트 패턴의 검사 방법에 의하면, 포토레지스트 패턴의 검사가 형광 현미경을 통하여 이루어질 수 있다. 형광 현미경에 의하면, 포토레지스트 패턴에 상대적으로 작은 에너지(예를 들어, 가시광선 영역의 빛)를 가하면서 포토레지스트 패턴의 검사가 이루어질 수 있다. 따라서, 포토레지스트 패턴을 검사하는 과정에서 포토레지스트 패턴이 변형되는 것을 줄일 수 있다.
나아가, 상기 형광 현미경은 가역적 가포화 광학 형광 전이(RESOLFT) 또는 확률론적 함수 기술을 이용하는 초고해상도 현미경일 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따르면, 매우 작은 CD를 갖는 포토레지스트 패턴도 검사할 수 있다. 예를 들어, 아베 회절 한계(Abbe diffraction limit, 200nm)보다 작은 CD(Critical Dimension)를 갖는 포토레지스트 패턴을 검사할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 포토레지스트 패턴의 검사 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 5a 내지 5c는 도 4의 포토레지스트 패턴의 검사 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 도 3은 형광 현미경을 이용하여 관측한 도 5c에 도시된 구조체의 평면적 이미지를 개략적으로 나타낸다. 이하, 도 4, 도 5a 내지 5c, 및 도 3을 참조하여 포토레지스트 패턴의 형상을 검사하는 방법을 설명한다. 도 1, 도 2a 내지 2b, 및 도 3을 참조하여 설명한 구성 및/또는 방법과 실질적으로 동일한 구성 및/또는 방법에 대하여는 동일한 참조번호가 제공되며, 설명의 간소화를 위하여 이에 대한 자세한 설명은 생략될 수 있다.
도 4 및 도 5a를 참조하면, 기판(100) 상에 식각 대상막(110) 및 반사 방지막(120)이 차례로 형성될 수 있다(S100, S110). 식각 대상막(110) 및 반사 방지막(120)을 형성하는 것은 도 1 및 도 2a를 참조하여 설명한 바와 실질적으로 동일할 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 생략된다.
반사 방지막(120) 상에 포토레지스트 막(130)이 형성될 수 있다. 포토레지스트 막(130)은, 일 예로, 스핀 코팅 공정을 통해 형성될 수 있다. 포토레지스트 막(130)은 레진(resin), 감광 물질, 및 첨가물을 포함할 수 있다. 상기 감광 물질은 광산 발생제(photoacid generator: PGA)를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에 따르면, 포토레지스트 막(130)은 형광성을 갖지 않을 수 있다. 이러한 실시예들에서, 포토레지스트 막(130)은 형광 첨가물 및 형광 레진 중에서 어느 것도 갖지 않을 수 있다. 하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 실시예들에 따르면, 포토레지스트 막(130)은 형광성을 가질 수 있다. 이러한 실시예들에서, 포토레지스트 막(130)은 형광 첨가물 및 형광 레진 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 형광 첨가물 및 형광 레진은 도 1 및 도 2a를 참조하여 상술한 바와 동일할 수 있다. 설명의 간소화를 위하여, 이하에서는, 포토레지스트 막(130)이 형광성을 갖지 않는 실시예들에 한정하여 설명한다.
도 4 및 도 5b를 참조하면, 예비 포토레지스트 패턴들(132p)이 형성될 수 있다(S122). 예비 포토레지스트 패턴들(132p)을 형성하는 것은 포토레지스트 막(130)에 포토리소그래피 공정을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 상기 포토리소그래피 공정에 의하여 형성된 예비 포토레지스트 패턴들(132p)은 상기 광산 발생제로 인해 발생한 산을 포함할 수 있으며, 이에 따라 예비 포토레지스트 패턴들(132p)은 산성을 띨 수 있다.
도 4 및 도 5c를 참조하면, 예비 포토레지스트 패턴들(132p)의 각각에 형광 물질 주입 영역(FMI)이 형성될 수 있다. 형광 물질 주입 영역(FMI)은 조건부 형광 물질을 예비 포토레지스트 패턴들(132p)의 각각에 주입함으로써 형성될 수 있다(S124). 상기 조건부 형광 물질의 형광성은 산성 조건 하에서 활성화될 수 있다. 예를 들어, 상기 조건부 형광 물질은 CypHer5E 또는 pHrodo를 포함할 수 있다. 이에 따라, 형광 물질 주입 영역(FMI)에 포함된 조건부 형광 물질의 형광성은 예비 포토레지스트 패턴들(132p)에 포함된 산에 반응하여 활성화될 수 있다. 다시 말해, 형광 물질 주입 영역(FMI)은 형광성을 띨 수 있다.
몇몇 실시예들에 따르면, 형광 물질 주입 영역(FMI)은 예비 포토레지스트 패턴(132p)의 노출된 표면으로부터 소정의 깊이를 갖도록 형성될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 형광 물질 주입 영역(FMI)은 확산 공정을 이용하여 예비 포토레지스트 패턴들(132p)의 각각 내에 상기 조건부 형광 물질을 주입함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 확산 공정은 가스 상태의 상기 조건부 형광 물질로 이루어진 분위기(atmosphere)에 예비 포토레지스트 패턴들(132p)이 형성된 기판(100)을 제공하는 것, 및 예비 포토레지스트 패턴들(132p)이 형성된 기판(100)을 열처리하는 것을 포함할 수 있다. 이를 통해, 상기 조건부 형광 물질이 형광 포토레지스트 패턴들(132p) 내부로 확산되어 들어갈 수 있으며, 형광 물질 주입 영역(FMI)이 형성될 수 있다. 형광 물질 주입 영역(FMI)이 형성된 예비 포토레지스트 패턴들(132p)은 형광 포토레지스트 패턴들(132)로 정의될 수 있다(S120).
상기 확산 공정에 의하여, 상기 조건부 형광 물질이 예비 포토레지스트 패턴들(132p)의 사이로 노출된 반사 방지막(120) 내로 주입될 수 있다. 하지만, 반사 방지막(120)은 산성을 띠지 않을 수 있고, 이에 따라 반사 방지막(120)에 주입된 상기 조건부 형광 물질의 형광성은 활성화되지 않을 수 있다. 다시 말해, 예비 포토레지스트 패턴들(132p) 사이로 노출된 반사 방지막(120)은 상기 조건부 형광 물질을 포함하나, 형광성을 띠지 않을 수 있다.
도 3, 도 4, 및 도 5c를 참조하면, 형광 현미경을 이용하여 형광 포토레지스트 패턴들(132)의 형상이 관측될 수 있다(S130). 형광 현미경을 이용하여 형광 포토레지스트 패턴들(132)의 형상을 관측하는 것은 도 1, 도 2b, 및 도 3을 참조하여 설명한 바와 실질적으로 동일할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 포토레지스트 패턴의 검사 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 7은 도 6의 포토레지스트 패턴의 검사 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 도 8은 형광 현미경을 이용하여 관측한 도 6에 도시된 구조체의 평면적 이미지를 개략적으로 나타낸다. 이하, 도 6, 도 7, 및 도 8을 참조하여 포토레지스트 패턴의 형상을 검사하는 방법을 설명한다. 도 4, 도 5a 내지 5c, 및 도 3을 참조하여 설명한 구성 및/또는 방법과 실질적으로 동일한 구성 및/또는 방법에 대하여는 동일한 참조번호가 제공되며, 설명의 간소화를 위하여 이에 대한 자세한 설명은 생략될 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 기판(100) 상에 식각 대상막(110), 반사 방지막(120), 및 예비 포토레지스트 패턴들(132p)이 차례로 형성될 수 있다(S100, S110, S122). 식각 대상막(110), 반사 방지막(120), 및 예비 포토레지스트 패턴들(132p)을 형성하는 것은 도 4, 도 5a, 및 도 5b를 참조하여 설명한 바와 실질적으로 동일할 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 생략된다.
예비 포토레지스트 패턴들(132p)이 형성된 기판(100) 상에, 조건부 형광 물질막(FML)이 컨포말하게(conformally) 형성될 수 있다(S125). 조건부 형광 물질막(FML)은 산성 조건 하에서 형광성이 활성화되는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 조건부 형광 물질막(FML)은 CypHer5E 또는 pHrodo를 포함할 수 있다. 조건부 형광 물질막(FML)은, 예를 들어, 화학 기상 증착법(CVD), 물리 기상 증착법(PVD), 또는 원자층 증착법(ALD)을 이용하여 형성될 수 있다.
조건부 형광 물질막(FML)은 예비 포토레지스트 패턴들(132p)을 덮는 제1 부분들(FML1), 및 예비 포토레지스트 패턴들(132p) 사이로 노출된 반사 방지막(120) 부분을 덮는 제2 부분들(FML2)을 포함할 수 있다. 제1 부분들(FML1)은 예비 포토레지스트 패턴들(132p)과 접할 수 있다. 이에 따라 예비 포토레지스트 패턴들(132p)에 포함된 산에 반응하여 제1 부분들(FML1)의 형광성이 활성화될 수 있다. 다시 말해, 제1 부분들(FML1)은 형광성을 띨 수 있다. 제1 부분들(FML1)로 덮인 예비 포토레지스트 패턴들(132p)은 형광 포토레지스트 패턴들(132)로 정의될 수 있다(S120). 제2 부분들(FML2)은 예비 포토레지스트 패턴들(132p) 사이로 노출된 반사 방지막(120) 부분과 접하되 예비 포토레지스트 패턴들(132p)로부터는 이격될 수 있다. 상술한 바와 같이 반사 방지막(120)은 산성을 띠지 않을 수 있고, 이에 따라 제2 부분들(FML2)의 형광성은 활성화되지 않을 수 있다. 다시 말해, 제2 부분들(FML2)은 형광성을 띠지 않을 수 있다.
도 6, 도 7, 및 도 8을 참조하면, 형광 현미경을 이용하여 형광 포토레지스트 패턴들(132)의 형상이 관측될 수 있다(S130). 형광 현미경을 이용하여 형광 포토레지스트 패턴들(132)의 형상을 관측하는 것은 도 1, 도 2b, 및 도 3을 참조하여 설명한 바와 실질적으로 동일할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 포토레지스트 패턴의 검사 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 10a 및 도 10b는 도 9의 포토레지스트 패턴의 검사 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 도 11 및 도 12는 각각 형광 현미경을 이용하여 관측한 도 10b에 도시된 구조체의 평면적 이미지를 개략적으로 나타낸다. 이하, 도 9, 도 10a, 도 10b, 도 11, 및/또는 도 12를 참조하여 포토레지스트 패턴의 형상을 검사하는 방법을 설명한다. 도 1, 도 2a, 도 2b, 및 도 3을 참조하여 설명한 구성 및/또는 방법과 실질적으로 동일한 구성 및/또는 방법에 대하여는 유사한 참조번호가 제공되며, 설명의 간소화를 위하여 이에 대한 자세한 설명은 생략될 수 있다.
도 9 및 도 10a를 참조하면, 기판(200) 상에 식각 대상막(210)이 형성될 수 있다(S200). 기판(200)은 반도체 기판, 유리 기판, 또는 고분자 기판일 수 있다. 일 예로, 기판(200)이 반도체 기판인 경우, 기판(200)은 결정질 실리콘, 비정질 실리콘, 불순물이 도핑된 실리콘, 및 실리콘 게르마늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
식각 대상막(210)은 반도체 물질, 도전 물질, 또는 절연 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 식각 대상막(210)이 반도체 물질을 포함하는 경우, 식각 대상막(210)은 반도체 기판 또는 반도체 물질로 이루어진 에피택시얼 층일 수 있다. 다른 예로, 식각 대상막(210)이 도전 물질을 포함하는 경우, 식각 대상막(210)은 도핑된 폴리실리콘, 금속, 금속 실리사이드, 금속 질화물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 또 다른 예로, 식각 대상막(210)이 절연 물질을 포함하는 경우, 식각 대상막(210)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 또는 실리콘 산질화물을 포함할 수 있다. 식각 대상막(210)은 단일막이거나, 복수 개의 막들이 적층된 다중막일 수 있다. 예를 들어, 식각 대상막(210)은 적층된 복수 개의 절연막들을 포함할 수 있으며, 적층된 절연막들 사이에 개재된 도전막 또는 반도체막을 포함할 수 있다. 식각 대상막(210)은, 일 예로, 화학 기상 증착법(CVD), 물리 기상 증착법(PVD), 또는 원자층 증착법(ALD)을 통해 형성될 수 있다.
형광 반사 방지막(220)이 식각 대상막(210) 상에 형성될 수 있다(S210). 형광 반사 방지막(220)은, 후속 포토 리소그래피 공정의 수행 시 빛이 반사되어 후술할 포토레지스트 패턴들(도 10b의 232)의 CD 균일성(Critical Dimension Uniformity)이 나빠지는 것을 방지할 수 있다. 형광 반사 방지막(220)은, 일 예로, 스핀 코팅 공정을 통하여 형성될 수 있다.
형광 반사 방지막(220)은 형광 첨가물을 포함할 수 있다. 형광 첨가물은 본래부터 형광성을 갖거나, 혹은 노광 공정, 현상 공정, 및/또는 베이크(bake) 공정을 통하여 형광성을 갖는 물질일 수 있다. 일 예로, 형광성 첨가물은 Cy5 또는 Alexa647을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에 따르면, 형광 반사 방지막(220)은 복수의 형광 첨가물들을 포함할 수 있으며, 이 경우, 상기 복수의 형광 첨가물들은 서로 다른 형광색들을 가질 수 있다. 일 예로, 상기 복수의 형광 첨가물들은 서로 다른 형광색들을 갖는 제1 및 제2 형광 첨가물들을 포함할 수 있다.
포토레지스트 막(230)이 형광 반사 방지막(220) 상에 형성될 수 있다. 몇몇 실시예들에 따르면, 포토레지스트 막(230)은 형광성을 갖지 않을 수 있다. 다시 말해, 이러한 실시예들에서, 포토레지스트 막(230)은 형광 첨가물 및 형광 레진 중에서 어느 것도 갖지 않을 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 포토레지스트 막(230)은 형광성을 가질 수 있으며, 이 경우 포토레지스트 막(230)의 형광색은 형광 반사 방지막(220)의 형광색과 다를 수 있다. 이러한 실시예들에서, 포토레지스트 막(230)은 형광 첨가물 및 형광 레진 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 형광 첨가물 및 형광 레진은 도 1 및 도 2a를 참조하여 상술한 바와 동일할 수 있다. 설명의 간소화를 위하여, 이하에서는, 포토레지스트 막(230)이 형광성을 갖지 않는 실시예들에 한정하여 설명한다.
도 9 및 도 10b를 참조하면, 포토레지스트 패턴들(232)이 형성될 수 있다(S220). 포토레지스트 패턴들(232)을 형성하는 것은 포토레지스트 막(230)에 포토리소그래피 공정을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 포토레지스트 패턴들(232)에 의하여 형광 반사 방지막(220)의 상면의 일부가 노출될 수 있다.
도 9, 도 10b, 도 11, 및/또는 도 12를 참조하면, 형광 현미경을 이용하여 포토레지스트 패턴들(232)이 관측될 수 있다. 상기 형광 현미경은 가역적 가포화 광학 형광 전이(RESOLFT: Reversible Saturable Optical Fluorescence Transitions) 또는 확률론적 함수 기술(Stochastic functional technique)을 이용한 초고해상도 현미경일 수 있다. 일 예로, 상기 가역적 가포화 광학 형광 전이(RESOLET)를 이용한 현미경은 STED(Stimulated Emission Depletion) 현미경, GSD(Ground State Depletion) 현미경, SSIM(Saturated Structured Illumination Microscopy), 및/또는 SPEM(Saturated Pattern Excitation Microscopy)일 수 있다. 다른 예로, 확률론적 함수 기술을 이용한 현미경은 SPDM(Spectral Precision Distance Microscopy), STORM(Stochastic Optical Reconstruction Microscopy), dSTORM(direct Stochastic Optical Reconstruction microscopy), PALM(Photo Activated Localization Microscopy), 및/또는 FPALM(Fluorescence Photo-activation Localization Microscopy)일 수 있다.
몇몇 실시예들에 따르면, 도 11에 도시된 바와 같이, 형광 반사 방지막(220)에서 발생된 빛이 포토레지스트 패턴들(232)을 통과하지 못할 수 있다. 이러한 경우, 형광 현미경을 통해 포토레지스트 패턴들(232)에 의해 노출된 형광 반사 방지막(220) 부분의 평면적 이미지를 관측할 수 있으며, 이를 이용하여 포토레지스트 패턴들(232)의 평면적 이미지를 얻을 수 있다. 다시 말해, 포토레지스트 패턴들(232)에 의해 노출된 형광 반사 방지막(220) 부분의 평면적 이미지의 명암을 반전시킴으로써 포토레지스트 패턴들(232)의 평면적 이미지를 얻을 수 있다.
다른 실시예들에 따르면, 도 12에 도시된 바와 같이, 형광 반사 방지막(220)에서 발생된 빛이 포토레지스트 패턴들(232)을 통과할 수 있다. 이 경우, 형광 반사 방지막(220)에서 발생된 빛은 포토레지스트 패턴들(232)을 통과하면서 굴절될 수 있으며, 이에 따라 포토레지스트 패턴들(232)을 통과한 빛은 왜곡되어 관측될 수 있다. 다시 말해, 포토레지스트 패턴들(232)을 통과한 빛과 포토레지스트 패턴들(232)을 통과하지 않은 빛은 형광 현미경에 의하여 서로 구분되게 관측될 수 있다. 따라서, 형광 현미경을 이용하여 포토레지스트 패턴들(232)의 평면적 이미지를 얻을 수 있다.
관측된 포토레지스트 패턴들(232)의 형상과 기준 패턴들(즉, 원래 목표로 한 포토레지스트 패턴들)의 형상을 비교함으로써 형광 포토레지스트 패턴들(132)의 검사가 완료될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 포토레지스트 패턴의 검사 방법에 의하면, 포토레지스트 패턴의 검사가 형광 현미경을 통하여 이루어질 수 있다. 형광 현미경에 의하면, 포토레지스트 패턴에 상대적으로 작은 에너지(예를 들어, 가시광선 영역의 빛)를 가하면서 포토레지스트 패턴의 검사가 이루어질 수 있다. 따라서, 포토레지스트 패턴을 검사하는 과정에서 포토레지스트 패턴이 변형되는 것을 줄일 수 있다.
나아가, 상기 형광 현미경은 가역적 가포화 광학 형광 전이(RESOLFT) 또는 확률론적 함수 기술을 이용하는 초고해상도 현미경일 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따르면, 매우 작은 CD를 갖는 포토레지스트 패턴도 검사할 수 있다. 예를 들어, 아베 회절 한계(Abbe diffraction limit, 200nm)보다 작은 CD(Critical Dimension)를 갖는 포토레지스트 패턴을 검사할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (10)

  1. 기판 상에 반사 방지막을 형성하는 것;
    상기 반사 방지막 상에 형광성을 갖는 형광 포토레지스트 패턴을 형성하는 것; 및
    형광 현미경을 이용하여 상기 형광 포토레지스트 패턴의 형상을 관측하는 것을 포함하는 포토레지스트 패턴의 검사 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 형광 포토레지스트 패턴을 형성하는 것은:
    상기 반사 방지막 상에 적어도 하나의 형광 첨가물을 포함하는 포토레지스트 막을 형성하는 것; 및
    상기 포토레지스트 막에 포토 리소그래피 공정을 수행하는 것을 포함하는 포토레지스트 패턴의 검사 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 형광 포토레지스트 패턴을 형성하는 것은:
    상기 반사 방지막 상에 형광 레진을 포함하는 포토레지스트 막을 형성하는 것; 및
    상기 포토레지스트 막에 포토 리소그래피 공정을 수행하는 것을 포함하는 포토레지스트 패턴의 검사 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 형광 포토레지스트 패턴을 형성하는 것은:
    상기 반사 방지막 상에 포토레지스트 막을 형성하는 것;
    상기 포토레지스트 막에 포토 리소그래피 공정을 수행하여 예비 포토레지스트 패턴을 형성하는 것; 및
    상기 예비 포토레지스트 패턴에 산성 조건하에서 형광성을 나타내는 조건부 형광 물질을 주입하는 것을 포함하되,
    상기 형광 포토레지스트 패턴은 상기 조건부 형광 물질이 주입된 상기 예비 포토레지스트 패턴으로 정의되는 포토레지스트 패턴의 검사 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 조건부 형광 물질은 상기 예비 포토레지스트 패턴에 포함된 산에 반응하여 형광성을 나타내는 포토레지스트 패턴의 검사 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 형광 포토레지스트 패턴을 형성하는 것은:
    상기 반사 방지막 상에 포토레지스트 막을 형성하는 것;
    상기 포토레지스트 막에 포토 리소그래피 공정을 수행하여 예비 포토레지스트 패턴을 형성하는 것; 및
    상기 예비 포토레지스트 패턴을 덮는 조건부 형광 물질막을 형성하는 것을 포함하되,
    상기 조건부 형광 물질막은 산성 조건하에서 형광성을 나타내고,
    상기 형광 포토레지스트 패턴은 상기 예비 포토레지스트 패턴 및 상기 예비 포토레지스트 패턴을 덮는 상기 조건부 형광 물질막을 포함하는 구조체로 정의되는 포토레지스트 패턴의 검사 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 조건부 형광 물질막은 상기 예비 포토레지스트 패턴에 포함된 산에 반응하여 형광성을 나타내는 포토레지스트 패턴의 검사 방법.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 조건부 형광 물질막은 상기 예비 포토레지스트 패턴에 의해 노출된 상기 반사 방지막 상으로 연장되도록 형성되되,
    상기 예비 포토레지스트 패턴에 의해 노출된 상기 반사 방지막 상으로 연장된 상기 조건부 형광 물질막 부분은 형광성을 나타내지 않는 포토레지스트 패턴의 검사 방법.
  9. 기판 상에 형광성을 갖는 형광 반사 방지막을 형성하는 것;
    상기 형광 반사 방지막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 것; 및
    형광 현미경을 이용하여 상기 포토레지스트 패턴의 형상을 관측하는 것을 포함하는 포토레지스트 패턴의 검사 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 형광 반사 방지막은 적어도 하나의 형광 첨가물을 포함하는 포토레지스트 패턴의 검사 방법.
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