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KR20230022751A - 전자 빔 노광 장치, 포토레지스트 검사 장치 및 이를 이용한 포토레지스트의 검사 방법 - Google Patents

전자 빔 노광 장치, 포토레지스트 검사 장치 및 이를 이용한 포토레지스트의 검사 방법 Download PDF

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KR20230022751A
KR20230022751A KR1020210104898A KR20210104898A KR20230022751A KR 20230022751 A KR20230022751 A KR 20230022751A KR 1020210104898 A KR1020210104898 A KR 1020210104898A KR 20210104898 A KR20210104898 A KR 20210104898A KR 20230022751 A KR20230022751 A KR 20230022751A
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KR
South Korea
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photoresist
electron beam
fluorophores
exposure
optical system
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Application number
KR1020210104898A
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Inventor
배석종
요한 호프켄스
플립 데용
하이펑 유안
Original Assignee
삼성전자주식회사
카톨리에케 유니버시테이트 루벤
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Publication date
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Abstract

예시적인 실시예들에 따르면, 포토레지스트 검사 방법이 제공된다. 상기 방법은, 기판 상에 포토레지스트를 제공하는 단계; 상기 포토레지스트에 전자 빔 및 여기 빔을 조사하는 단계; 상기 포토레지스트가 상기 여기 빔에 대응하여 생성한 형광 광을 검출하는 단계; 및 상기 형광 광에 기초하여 상기 포토레지스트를 평가하는 단계를 포함한다.

Description

전자 빔 노광 장치, 포토레지스트 검사 장치 및 이를 이용한 포토레지스트의 검사 방법{ELECTRON BEAM EXPOSURE APPARATUS, PHOTORESIST INSPECTION APPARATUS, AND PHOTORESIST INSPECTION METHOD USING THE SAME}
본 발명은 전자 빔 노광 장치, 포토레지스트 검사 장치 및 이를 이용한 포토레지스트의 검사 방법에 관한 것이다.
LSI(Large Scale Integration)의 고 집적화에 수반하여, 반도체 소자에 요구되는 회로의 선폭은 점점 더 미세화되고 있다. 반도체 소자에 원하는 회로 패턴을 형성하기 위해서, 축소 투영형 노광 장치를 이용하여 고정밀도의 마스크(또는 레티클)를 웨이퍼 상에 축소 전사하는 방법이 사용되고 있다. 이때, 고정밀도의 마스크는 주로 전자 빔 리소그래피에 의해 제조된다.
전자 빔의 노광은 초 저압 환경 또는 진공 환경에서 수행될 수 있고, 진공 환경에서 발생하는 전자 빔 리소그래피용 포토레지스트의 아웃가싱(Outgassing)은 전자 빔 광학계의 요소들을 오염시키는 원인이 된다. 전자 빔 광학계의 요소들의 오염은 전자 빔의 조사 위치를 쉬프트하는 빔 드리프트 현상을 야기할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는, 포토레지스트 검사 장치, 이를 이용한 포토레지스트의 검사 방법 및 전자빔 노광 장치를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따르면, 포토레지스트 검사 방법이 제공된다. 상기 방법은, 기판 상에 포토레지스트를 제공하는 단계; 상기 포토레지스트에 전자 빔 및 여기 빔을 조사하는 단계; 상기 포토레지스트가 상기 여기 빔에 대응하여 생성한 형광 광을 검출하는 단계; 및 상기 형광 광에 기초하여 상기 포토레지스트를 평가하는 단계를 포함한다.
예시적인 실시예들에 따르면, 포토레지스트 검사 장치가 제공된다. 상기 장치는 형광단들을 포함하는 포토레지스트에 전자 빔을 조사하도록 구성된 전자 빔 광학계; 및 상기 포토레지스트에 여기 빔을 조사하고, 상기 형광단들이 상기 여기 빔에 대응하여 생성한 형광 광을 검출하도록 구성된 검사 광학계를 포함한다.
예시적인 실시예들에 따르면, 전자 빔 노광 장치가 제공된다. 상기 장치는 형광단들을 포함하는 포토레지스트에 전자 빔을 조사하도록 구성된 전자 빔 광학계; 상기 포토레지스트에 여기 빔을 조사하도록 구성된 여기 광원; 및 상기 형광단들이 상기 여기 빔에 대응하여 생성한 형광 광을 검출하도록 구성된 검출기를 포함하되, 상기 여기 광원 및 상기 검출기는 경사 광학계를 구성하고, 상기 전자 빔 광학계는 수직 광학계이다.
본 발명의 기술적 사상에 따르면, 전자 빔의 높은 노광량조건에서 포토레지스트의 거동을 실시간으로, 그리고 정량적으로 평가할 수 있는 포토레지스트 검사 장치 및 이를 이용한 포토레지스트 검사 방법을 제공할 수 있다.
또한, 포토레지스트에 전자 빔을 노광하는 동시에 포토레지스트를 실시간으로 검사할 수 있도록 구성된 전자 빔 노광 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 아니하며, 언급되지 않은 다른 효과들은 이하의 설명으로부터 본 개시의 예시적인 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 도출되고 이해될 수 있다. 즉, 본 개시의 예시적인 실시예들을 실시함에 따른 의도하지 않은 효과들 역시 본 개시의 예시적인 실시예들로부터 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 도출될 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 포토레지스트 검사 장치를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 예시적인 실시예들에 따른 포토레지스트 검사 장치에 의해 생성된 포토레지스트의 이미지들이다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 포토레지스트 검사 장치의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4 내지 도 6b는 예시적인 실시예들에 따른 포토레지스트 검사 장치)의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 7은 예시적인 실시예들에 따른 포토레지스트 검사 장치의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 8a 내지 도 8c는 예시적인 실시예들에 따른 전자 빔 광학계의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 9는 예시적인 실시예들에 따른 포토레지스트 검사 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10은 다른 예시적인 실시예들에 따른 전자 빔 노광 장치를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.
도 1a는 예시적인 실시예들에 따른 포토레지스트 검사 장치(10)를 설명하기 위한 도면이다.
포토레지스트 검사 장치(10)는 포토레지스트(PR)에 전자 빔(ELB)을 조사하도록 구성된 전자 빔 광학계(100) 및 포토레지스트(PR)를 검사하도록 구성된 검사 광학계(200)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 포토레지스트 검사 장치(10)는 포토레지스트(PR)의 특성을 검사할 수 있다. 포토레지스트 검사 장치(10)는 포토레지스트(PR)의 전자 빔(ELB)에 대한 반응을 정량적으로 평가하도록 구성될 수 있다. 포토레지스트 검사 장치(10)는 포토레지스트(PR)에 포함된 감광성 입자(Particle)의 이동 및 포토레지스트(PR)의 아웃가싱(outgassing) 등을 수치화할 수 있다.
포토레지스트(PR)는 예컨대, 포지티브 타입이거나 네거티브 타입일 수 있다. 포지티브 타입 포토레지스트(PR)의 경우, 전자 빔(ELB)에 의해 노광된 포토레지스트(PR) 부분이 현상 공정에 의해 제거될 수 있다. 네거티브 타입 포토레지스트(PR)의 경우, 전자 빔(ELB)에 의해 노광되지 않은 부분의 포토레지스트(PR)의 부분이 현상 공정에 의해 제거될 수 있다. 포지티브 타입 포토레지스트(PR)의 예시는, poly-methyl methacrylate (PMMA) 및 poly-butene-1 sulfone (PBS)를 포함한다. 네거티브 타입 포토레지스트(PR)의 예시는, poly-glycidyl methacrylate-co-ethly-acrylate(COP)를 포함한다.
포토레지스트(PR)는 형광단들(Flourophore)을 포함할 수 있다. 형광단들은 포토레지스트(PR) 전체에 걸쳐 균일하고(uniformly) 및 균질하게(homogeneously) 분산될(dispersed) 수 있다. 일 예로, 형광단들은 포토레지스트(PR)를 구성하는 감광선 입자들과 물리적으로 혼합되어 있거나, 포토레지스트(PR)를 구성하는 감광선 입자들에 화학적으로 결합될 수 있다.
여기서 형광단들은 여기되었을(Excited) 때 빛을 방출할 수 있는 화합물이다. 형광단들은 일반적으로 방향족 그룹들 또는 ð 결합을 가진 평면형(또는 고리형) 분자를 포함할 수 있다. 형광단들의 비제한적 예시는, 플루오레세인 이소티오시아네이트(Fluorescein isothiocyanate, FITC)를 포함한다. 형광단들의 종류에 따라, 검사 광학계(200)는 형광단들을 활성화시키기 위한 활성화 빔을 생성하고 조사하도록 구성된 레이저 장치를 더 포함할 수도 있다.
포토레지스트(PR)는 투명 기판(TS) 상에 제공될 수 있다. 포토레지스트(PR)는 스핀 코팅을 포함한 다양한 도포 방법에 의해 투명 기판(TS) 상에 제공될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 투명 기판(TS)은 여기 광원(210)에 의해 생성된 여기 빔(EXB) 및, 여기 빔(EXB)에 대응하여 포토레지스트(PR)의 형광단들이 생성한 형광 광(FL)에 대해 투명할 수 있다.
포토레지스트(PR)는 투명 기판에 상에 박막 형태로 배치될 수 있다. 포토레지스트(PR)는 제1 면(PRU) 및 상기 제1 면(PRU)에 반대인 제2 면(PRB)을 포함할 수 있다. 포토레지스트(PR)의 제2 면(PRB)은 투명 기판(TS)을 대면할 수 있다. 포토레지스트(PR)의 제1 면(PRU)은 상면으로 지칭될 수도 있고, 포토레지스트(PR)의 제2 면(PRB)은 하면으로 지칭될 수도 있다.
일 예로, 투명 기판(TS)은 포토레지스트 검사 장치(10)의 검사 스테이지 상에 실장될 수 있다. 다른 예로, 투명 기판(TS)은 포토레지스트(PR)를 검사하기 위해, 검사 대상인 포토레지스트(PR)가 도포되도록 구성된 포토레지스트 검사 장치(10)의 검사 스테이지일 수 있다.
전자 빔 광학계(100)는, 전자 총(110), 블랭킹 어퍼처(121), 제1 성형 어퍼처(123), 제2 성형 어퍼처(125), 제1 편향기(131), 제2 편향기(133), 제3 편향기(135), 조명 렌즈(141), 투영 렌즈(143), 및 대물 렌즈(145)를 포함할 수 있다. 전자 빔 광학계(100)는 포토레지스트(PR)의 제1 면(PRU)에 전자 빔(ELB)을 조사하도록 구성될 수 있다.
전자 총(110)은 전자 빔(ELB)을 생성하고 방출할 수 있다.
제1 편향기(131)는 전자 총(110)에서 방출된 전자 빔(ELB)을 편향시킬 수 있다. 예컨대, 전자 빔 광학계(100)가 온 상태일 때, 제1 편향기(131)는 전자 빔(ELB)이 블랭킹 어퍼처(121)를 통과하도록 전자 빔(ELB)을 편향시킬 수 있다. 예컨대, 전자 빔 광학계(100)가 오프 상태일 때, 제1 편향기(131)는 전자 빔(ELB)이 블랭킹 어퍼처(121)에 의해 차단되도록 전자 빔(ELB)을 편향시킬 수 있다. 전자 빔 광학계(100)가 오프 상태로부터 온 상태로 전환되고, 그 후 다시 오프 상태가 될 때까지 블랭킹 어퍼처(121)를 통과한 전자 빔(ELB)이 1 회의 샷일 수 있다.
제1 편향기(131)와 블랭킹 어퍼처(121)를 통과함으로써 생성된 각 샷의 전자 빔(ELB)은, 조명 렌즈(141)에 의하여, 예컨대, 직사각형의 개구를 갖는 제1 성형 어퍼처(123)에 조사될 수 있다.
제1 성형 어퍼처(123)의 개구를 통과한 전자 빔(ELB)은 직사각형의 빔 단면을 가질 수 있다. 제1 성형 어퍼처(123)에 의해 성형된 전자 빔(ELB)은, 투영 렌즈(143)에 의해 제2 성형 어퍼처(125)로 투영될 수 있다.
제2 편향기(133)는 제1 성형 어퍼처(123)를 통과한 전자 빔(ELB)을 편향시킬 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 전자 빔(ELB)의 제2 성형 어퍼처(125)에 대한 편향을 조절함으로써, 제2 성형 어퍼처(125)의 개구를 통과한 전자 빔(ELB)의 형상 및 치수를 변화시킬 수 있다.
제2 성형 어퍼처(125)를 통과한 전자 빔은, 대물 렌즈(145)에 의해 포커스되고, 제3 편향기(135)에 의해 편향되어, 포토레지스트(PR)에 조사될 수 있다.
검사 광학계(200)는, 예컨대, 명시야 광학 현미경 및 형광 광을 이용한 단분자 현미경(Single molecule microscopy)을 포함할 수 있다. 단분자 현미경은 단분자 위치 결정법(Single molecule localization method)에 기초한 현미경이다. 단분자 위치 결정법은 형광단들로부터 방출된 형광 광의 세기 분포를 나타내는 PSF(Point spread function)를 산출하고, 상기 PSF의 극대점을 형광단들의 위치로 결정함으로써, 높은 정밀도로 형광단들의 위치를 결정하는 기술이다.
형광 현미경법은 형광단들에 의해 생성된 형광 광만을 선택적으로 검출하기 때문에 예컨대 투명 기판(TS)의 거칠기 등과 같은 주변 패턴의 영향을 받지 않으며, 형광 물질의 양자 수율(Quantum yield) 및 형광체 밀도(fluorophore density)에만 영향을 받기 때문에, 종래의 광학 현미경 대비 높은 감도로 검사 대상을 검출할 수 있다.
검사 광학계(200)는 포토레지스트(PR) 내에 포함된 형광단들을 여기시키도록 구성된 여기 빔(EXB)을 포토레지스트(PR)에 조사할 수 있다. 검사 광학계(200)는 여기된 형광단들에 의해 생성된 형광 광(FL)을 검출할 수 있다.
이에 따라, 검사 광학계(200)는 포토레지스트(PR) 내에 포함된 형광단들의 위치를 결정할 수 있다. 검사 광학계(200)는 수 ㎚ 정도의 오차 범위내로 상기 형광단들의 위치를 결정할 수 있다.
검사 광학계(200)는 포토레지스트(PR)를 사이에 두고 전자 빔 광학계(100)와 이격되어 배치될 수 있다. 예컨대, 전자 빔 광학계(100)는 포토레지스트(PR)의 제1 면(PRU)을 마주할 수 있고, 검사 광학계(200)는 포토레지스트(PR)의 제2 면(PRB)을 마주할 수 있다.
검사 광학계(200)는 여기 광원(210), 검출기(220), 이색 거울(230) 및 거울(240)을 포함할 수 있다. 이색 거울(230) 및 거울(240)을 이용하여 구성된 검사 광학계(200)의 구성은 예시적인 것으로서, 어떠한 의미에서도 본 발명의 기술적 사상을 제한하지 않는다. 검사 광학계(200)는 여기 빔(EXB)을 포토레지스트(PR)에 조사하고, 포토레지스트(PR)의 형광단들로부터 생성된 형광 광(FL)을 검출하기 위한 임의의 광학 구성을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 여기 광원(210)은 여기 빔(EXB)을 생성하고 방출하도록 구성된 레이저 장치일 수 있다. 여기 빔(EXB)은 이색 거울(230)을 투과하고, 거울(240)에 의해 반사되어 포토레지스트(PR)에 도달할 수 있다. 여기 빔(EXB)은 자외선, 가시광선, 적외선의 대역의 파장을 가질 수 있다. 비제한적 예시로서, 여기 빔(EXB)의 파장은 488nm 일 수 있다.
포토레지스트(PR)의 형광단들은 여기 빔(EXB)에 대응하여(즉, 여기 빔(EXB)에 의해 여기되어) 형광 광(FL)을 생성할 수 있다. 형광 광(FL)의 파장은 여기 빔(EXB)의 파장과 다를 수 있다. 형광 광(FL)의 파장은 여기 빔(EXB)의 파장보다 더 클 수 있다. 도 1에서, 설명의 편의를 위해 투명 기판(TS)의 상면에 실질적으로 수직한 방향으로 출사되는 형광 광(FL)의 일부만이 도시되었으나, 형광 광(FL)은 형광단들 각각으로부터 등방적으로 방출될 수 있다.
형광 광(FL)은 거울(240)에 의해 반사되고, 이색 거울(240)에 의해 반사되어 검출기(220)에 도달할 수 있다. 거울(240)은 여기 빔(EXB) 및 형광 광(FL) 각각의 파장에 대해 높은 반사율을 가질 수 있다. 이색 거울(240)은 여기 빔(EXB)의 파장에 대해 낮은 반사율(즉, 높은 투과율)을 가질 수 있고, 및 형광 광(FL)의 파장에 대해 높은 반사율을 가질 수 있다.
검출기(220)는 형광 광(FL)을 검출하도록 구성될 수 있다. 검출기(220)는, 형광 광(FL)에 기초하여 형광단들 각각의 위치를 결정하도록 구성된다. 검출기(220)는 전술한 것과 같이, 형광 광(FL)에 기초하여 형광단들 각각의 위치가 표시된 포토레지스트(PR)의 이미지를 생성하도록 구성될 수 있다. 즉, 검출기(220)는 형광광(FL)에 기초하여, 형광단들 각각의 위치가 표시된 포토레지스트(PR)의 이미지에 대응하는 전기 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 포토레지스트 검사 장치(10)는 전자 빔 광학계(100) 및 검사 광학계(200) 각각을 제어하도록 구성된 컨트롤러를 더 포함할 수 있다. 검사 광학계(200)는 형광단들 각각의 위치가 표시된 포토레지스트(PR)의 이미지에 대응되는 전기 신호에 기초하여 포토레지스트(PR)를 평가하도록 구성된 애널라이저(250)를 더 포함할 수 있다.
컨트롤러는 예컨대, 전자 총(110)의 발진, 제1 내지 제3 편향기들(131, 133, 135)의 동작, 여기 광원(EXB)의 발진 및 검출기(220)의 동작 전반을 제어할 수 있다.
애널라이저(250)는, 형광 광(FL)에 의해 생성된 포토레지스트(PR)의 이미지에 기초하여 포토레지스트(PR)의 형광단들의 변화(예컨대, 밀도 변화)에 기초하여, 포토레지스트(PR)의 아웃가싱의 정도를 결정할 수 있다.
애널라이저(250)는, 포토레지스트(PR)의 개별 형광단들의 움직임을 추적하여, 포토레지스트(PR)에 포함된 입자들 각각의 움직임에 대한 벡터 맵을 생성할 수 있다. 애널라이저(250)는, 포토레지스트(PR)에 포함된 입자들 각각의 움직임에 대한 벡터맵에 기초하여, 입자의 이동 거리의 크기에 대한 히스토그램을 생성할 수 있다.
컨트롤러 및 애널라이저(250)는 워크 스테이션 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터, 랩 탑 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터 등의 컴퓨팅 장치일 수 있다. 컨트롤러 및 애널라이저(250)는 각각 별도의 하드웨어로 구성되거나, 하나의 하드웨어 내에 포함된 별도의 소프트웨어들일 수 있다. 컨트롤러 및 애널라이저(250)는 단순 제어기, 마이크로 프로세서, CPU, GPU 등과 같은 복잡한 프로세서, 소프트웨어에 의해 구성된 프로세서, 전용 하드웨어 또는 펌웨어일 수도 있다. 컨트롤러 및 애널라이저(250)는, 예를 들어, 범용 컴퓨터 또는 DSP(Digital Signal Process), FPGA(Field Programmable Gate Array) 및 ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등과 같은 애플리케이션 특정 하드웨어에 의해 구현될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면 컨트롤러 및 애널라이저(250)의 동작은 하나 이상의 프로세서에 의해 판독되고 실행될 수 있는 기계 판독 가능 매체 상에 저장된 명령들로서 구현될 수 있다. 여기서, 기계 판독 가능 매체는 기계(예를 들어, 컴퓨팅 장치)에 의해 판독 가능한 형태로 정보를 저장 및/또는 전송하기 위한 임의의 메커니즘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기계 판독 가능 매체는 ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 디스크 저장 매체, 광학 저장 매체, 플래시 메모리 장치들, 전기적, 광학적, 음향적 또는 다른 형태의 전파 신호(예컨대, 반송파, 적외선 신호, 디지털 신호 등) 및 기타 임의의 신호를 포함할 수 있다.
컨트롤러 및 애널라이저(250)는, 컨트롤러 및 애널라이저(250)에 대해 설명한 동작, 또는 이하에서 설명하는 임의의 공정을 수행하기 위한 또한, 펌웨어, 소프트웨어, 루틴, 명령어들이 구성될 수 있다. 하지만 이는 설명의 편의를 위한 것으로서, 상술된 컨트롤러 및 애널라이저(250)의 동작은 컴퓨팅 장치, 프로세서, 제어기 또는 펌웨어, 소프트웨어, 루틴, 명령어 등을 실행하는 다른 장치로부터 야기될 수도 있음을 이해해야 한다.
도 2a 및 도 2b는 예시적인 실시예들에 따른 포토레지스트 검사 장치(10)에 의해 생성된 포토레지스트(PR)의 이미지들이다. 보다 구체적으로, 도 2a는 전자 빔(ELB)에 의해 부분(POR)이 노광되기 전의 포토레지스트(PR)의 이미지이고, 도 2b는 전자 빔(ELB)에 의해 부분(POR)이 노광된 후의 포토레지스트(PR)의 이미지이다. 도 2a 내지 도 2b에서, 포인트들은 각각 형광단들의 위치를 나타낸다.
도 1 내지 도 2b를 참조하면, 전자 빔(ELB)의 노광에 의해, 노광전에 비해 부분(POR)의 형광단들의 밀도가 감소한 것이 확인되었다. 포토레지스트 검사 장치(10)의 애널라이저(250)는 포토레지스트(PR)의 이미지에 포함된 형광단들의 개수를 카운트함으로써, 노광 전후 포토레지스트(PR)에 포함된 형광단들의 픽셀별 밀도의 변화를 산출할 수 있다. 포토레지스트 검사 장치(10)의 애널라이저(250)는 이미지에 포함된 형광단들 각각의 움직임을 실시간으로 추적할 수 있다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 포토레지스트 검사 장치(10)의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3에서 가로축은 [μC/Cm2]의 단위에서 전자 빔의 세기(Intensity)를 나타내고, 세로축은 전자 빔 노광 전후 포토레지스트(PR)의 이미지의 픽셀별 형광단들의 밀도 차이의 표준 편차를 임의 단위로 나타낸다.
도 3에서, 포토레지스트(PR)가 약 10[μC/Cm2] 이하의 세기의 전자 빔에 의해 노광된 샘플들은 제1 페이즈로 분류되고, 포토레지스트(PR)가 약 10 [μC/Cm2] 내지 약 1000[μC/Cm2]의 세기의 전자 빔에 의해 노광된 샘플들은 제2 페이즈로 분류되며, 포토레지스트(PR)가 약 1000[μC/Cm2] 내지 약 10000[μC/Cm2]의 세기의 전자 빔에 의해 노광된 샘플들은 제3 페이즈로 분류된다.
도 3에서, 전자 빔의 세기와, 전자 빔 노광 전 후 형광단들의 밀도의 차이의 표준 편차 사이에 양의 상관관계가 있음이 확인되었다.
도 4 내지 도 6b는 예시적인 실시예들에 따른 포토레지스트 검사 장치(10)의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
보다 구체적으로, 도 4는 약 10[μC/Cm2]의 세기의 전자 빔에 의해 노출된 포토레지스트의 이미지로서, 전술한 페이즈 1의 샘플로 분류된다. 도 5a는 약 630[μC/Cm2]의 세기의 전자 빔에 의해 노출된 포토레지스트의 이미지로서, 전술한 페이즈 2의 샘플로 분류된다. 도 6a는 약 10000[μC/Cm2]의 세기의 전자 빔에 의해 노출된 포토레지스트의 이미지로서, 전술한 페이즈 3의 샘플로 분류된다.
도 5b는 도 5a의 AA-AA'선을 따라 원자력 현미경(Atomic Force Microscope, 이하 AFM)으로 포토레지스트(PR)를 스캐닝한 결과를 도시하고, 도 6b는 도 6a의 BB-BB'선을 따라 AFM으로 포토레지스트(PR)를 스캐닝한 결과를 도시한다.
도 4를 참조하면, 10[μC/Cm2]의 세기의 전자 빔에 의해 노광된 포토레지스트(PR)의 수직 레벨의 변화가 없는 것이 확인되었다. 즉, 10[μC/Cm2]의 세기의 전자 빔에 노광된 포토레지스트(PR)에 아웃가싱이 발생하지 않은 것이 확인되었다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 약 630[μC/Cm2]의 세기의 전자 빔에 의해 노광된 포토레지스트(PR)의 부분의 수직 레벨이 약 3nm 낮아진 것이 확인되었다. 즉, 전자 빔에 의해 노광된 부분의 포토레지스트(PR)가 아웃가싱에 의해 제거된 것이 확인되었다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 약 10000[μC/Cm2]의 세기의 전자 빔에 의해 노광된 포토레지스트(PR)의 부분의 수직 레벨이 약 30nm 낮아진 것이 확인되었다. 즉, 전자 빔에 의해 노광된 부분의 포토레지스트(PR)가 아웃가싱에 의해 제거된 것이 확인되었다.
도 7은 도 3에 도시된 제1 내지 제3 페이즈의 샘플들의 전자 빔 노광 전후 형광단들의 밀도의 차이의 표준 편차 및 도 4 내지 도 6b에 도시된 제1 내지 제3 페이즈의 샘플들의 전자 빔 노광에 따른 포토레지스트(PR)의 수직 레벨의 변화를 도시한다.
도 7을 참조하면, 전자 빔 노광 전후 형광단들의 밀도의 차이의 표준 편차 및 노광에 따른 포토레지스트(PR)의 수직 레벨의 변화 사이에 높은 상관 관계(예컨대, 상관 계수가 1에 가까운)를 갖는 것이 확인 되었다.
다시 도 1을 참조하면, 포토레지스트 검사 장치(10)의 애널라이저(250)는 전자 빔의 노광 전 후 형광단들의 밀도 차이와 전자 빔의 노광에 의한 포토레지스트(PR)의 수직 레벨의 변화를 관계시킬(Correlate) 수 있다. 이에 따라, 전자 빔 노광에 따른 포토레지스트(PR)에 포함된 형광단들의 밀도의 변화의 표준 편차를 실시간으로 계측할 수 있고, 원자 현미경에 의한 계측 없이 포토레지스트(PR)가 아웃가싱에 의해 제거된 양을 정량적으로 측정할 수 있다.
최근 EUV(Extreme Ultra Violet)의 사용으로 인해, 초미세 패턴(예컨대, 3nm 이하의 임계 치수(Critical dimension)를 갖는 패턴)을 웨이퍼 상에 구현하기 위한 마스크의 제조가 요구된다.
이러한 초미세 패턴의 마스크를 제조하기 위해서, 전자 빔(ELB)의 해상도를 제고해야 하며, 이에 따라 높은 노출량(high dose)의 전자 빔(ELB) 노광이 요구된다. 이 경우, 높은 노출량(high dose)의 전자 빔(ELB) 노광은 포토레지스트(PR)의 품질 저하 및 포토레지스트(PR)의 아웃가싱으로 인한 전자 빔 광학계(100)의 오염을 유발할 수 있다.
전자 빔 광학계(100)에 발생한 오염은 전자 빔 이끌림(drift) 현상을 증폭시켜 마스크 이미지 배치 오류(mask image placement error)를 유발한다. 마스크 이미지 배치 오류는 직접회로의 수직으로 적층되는 회로 층들 사이의 정합성을 나타내는 오버레이를 악화시키며, 이에 따라 반도체 소자 제조의 수율 및 공정 마진을 저하시킨다.
높은 노출량의 전자 빔(ELB) 노광에서 포토레지스트의 품질 저하 및 아웃가싱에 관한 문제점은 오랜 기간 산업계 및 학계에서 지적되어 왔으나, 이전까지 전자 빔(ELB)의 높은 노출량 조건에 대한 포토레지스트(PR)의 강건성(robustness)을 계측하거나 정량적으로 정의할 수 있는 방법이 제시된 적이 없었다.
예시적인 실시예들에 따르면, 형광단들을 포함하는 포토레지스트(PR)를 포토레지스트 검사 장치(10)로 검사함으로써, 전자 빔(ELB)의 높은 노출량 조건에서 포토레지스트(PR) 강건성(robustness)을 정량적으로 측정할 수 있다.
즉, 포토레지스트(PR)를 전자 빔 광학계(100)로 노광하는 동시에, 포토레지스트(PR)에 포함된 형광단들로부터 발생한 형광 광(FL)을 검사함으로써, AFM 등과 같은 별도의 설비 없이, 전자 빔(ELB)의 높은 노출량 조건에서 포토레지스트(PR)의 거동(behavior)을 정량적으로 계측할 수 있다.
도 8a 내지 도 8c는 예시적인 실시예들에 따른 전자 빔 광학계(100)의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
보다 구체적으로서, 도 8a는 전자 빔(ELB)의 노광에 따른 형광단들의 움직임을 나타내는 벡터맵이다. 도 8b는 도 8a의 일부(POR')를 확대 도시한 것이며, 도 8c는 도 8a 및 도 8b에 도시된 벡터맵에 기초하여 생성된 히스토그램이다.
도 1 및 도 8a 내지 도 8c를 참조하면, 전자 빔 광학계(100)는 전자 빔(ELB)을 노광하는 동시에 소정의 시간 간격으로 포토레지스트(PR)의 형광단에 의해 생성된 형광 광(FL)을 감지함으로써, 포토레지스트(PR)에 포함된 형광단들의 위치를 나타내는 복수의 이미지들을 생성할 수 있다.
전자 빔 광학계(100)는 형광단들의 위치를 나타내는 복수의 이미지들로부터 형광단들의 움직임을 실시간으로 추적함으로써, 도 8a 및 도 8b에 도시된 벡터맵을 생성할 수 있다. 이때, 도 8a 및 도 8b에서 화살표들은 형광단의 움직임을 나타낸다.
도 8a 및 도 8b의 벡터맵으로부터 형광단 별 이동 거리를 산출할 수 있고, 형광단별 이동 거리에 기초하여 도 8c의 히스토그램을 생성할 수 있다. 도 8c의 상기 히스토그램으로부터, 형광단들의 이동거리에 대한 통계적 수치들(예컨대, 평균, 중간값, 표준편차 등)을 얻을 수 있고, 이에 따라, 포토레지스트(PR)의 특성(예컨대, 강건성)에 대한 정량적 평가가 수행될 수 있다.
도 9는 예시적인 실시예들에 따른 포토레지스트 검사 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1 및 도 9를 참조하면, 포토레지스트(PR)의 검사는, P10에서 균일하고 균질하게 분산된 형광단들을 포함하는 포토레지스트(PR)를 제공하는 것, P20에서 포토레지스트(PR)에 전자 빔(ELB) 및 여기 빔(EXB)을 조사하고 포토레지스트로(PR)부터 방출된 형광 광(FL)을 수광하는 것, P30에서 형광 광(FL)에 기초하여 포토레지스트(PR)를 평가하는 것을 포함할 수 있다.
P10은, 포토레지스트 물질에 형광단들이 균일하고 균질하게 분산되도록 포토레지스트 물질에 형광단들을 제공하는 것을 포함할 수 있다. 이 경우, 형광단들은 포토레지스트 물질을 구성하는 입자들과 물리적 혼합물을 이루거나, 포토레지스트 물질을 구성하는 입자들과 화학적으로 결합될 수 있다.
이어서, 균일하고 균질하게 분산된 형광단들을 포함하는 포토레지스트 물질은 포토레지스트(PR)를 형성하도록 투명 기판(TS)에 적용될 수 있다. 이에 따라, 균일하고 균질하게 분산된 형광단들을 포함하는 포토레지스트(PR)가 제공될 수 있다.
P20에서, 전자 빔(ELB)과 여기 빔(EXB)은, 적어도 일부 시간 구간 동안 동시에 포토레지스트(PR)에 조사될 수 있다. 여기 빔(EXB)은, 전자 빔(ELB)이 오프 상태에서부터 포토레지스트(PR)에 조사될 수 있다. 여기 빔(EXB)은, 전자 빔(ELB)이 온 상태로 전환된 이후에도 포토레지스트(PR)에 조사될 수 있다. 이에 따라, 검사 광학계(200)는 전자 빔(ELB)의 노광 전 후 형광 광(FL)을 수광함으로써, 전자 빔(ELB) 노광 전후에 걸쳐 포토레지스트(PR)에 포함된 형광단들의 변화를 계측할 수 있다.
포토레지스트(PR)의 정량적인 평가를 위한 P20의 물리적인 계측은, 서로 다른 설비 사이에서 포토레지스트(PR)가 적용된 투명 기판(TS)을 이동할 필요 없이, 실시간으로 수행될 수 있다. 이에 따라, 낮은 비용 및 적은 소요 시간으로 예시적인 실시예들에 따른 포토레지스트(PR)의 검사를 수행할 수 있다.
P30에서, 형광 광(FL)에 기초하여 형광단들의 위치가 표지된 포토레지스트(PR)의 이미지를 생성할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 검사 광학계(200)는, 형광단들의 위치가 표지된 포토레지스트(PR)의 이미지로부터, 전자 빔(ELB)의 노광 전 후 포토레지스트(PR)의 형광단들의 밀도 변화의 표준 편차를 산출할 수 있다. 이에 따라, 전자 빔(ELB) 노광에 따른 포토레지스트(PR)의 아웃가싱에 의한 높이 변화를 정량적으로 계측할 수 있고, 포토레지스트(PR)의 특성(예컨대, 강건성)을 수치화할 수 있다.
다른 예시적인 실시예들에 따르면, 검사 광학계(200)는 형광단들의 위치가 표지된 포토레지스트(PR)의 이미지로부터 전자 빔(ELB)의 노광에 따른 형광단들의 이동을 나타내는 벡터맵을 생성할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 상기 벡터맵으로부터 형광단들의 이동 거리에 따른 히스토그램을 생성할 수 있고, 상기 히스토그램에 기초하여 포토레지스트(PR)의 특성(예컨대, 포토레지스트에 포함된 입자의 유동성)을 정량적으로 평가할 수 있다.
도 10은 다른 예시적인 실시예들에 따른 전자 빔 노광 장치(20)를 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 전자 빔 노광 장치(20)는 전자 빔 광학계(100), 여기 광원(310), 검출기(320) 및 애널라이저(350)를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 전자 빔 노광 장치(20)는 예컨대, EUV(Extreme Ultra Violet) 마스크 제조장치일 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 전자 빔 광학계(100)는 마스크 기판(MS) 상에 형성된 포토레지스트(PR)를 전자 빔(ELB)으로 노광할 수 있다. 전자 빔 광학계(100)는 마스크 데이터에 기초하여 마스크 기판(MS)을 노광할 수 있다. 전자 빔 광학계(100)에 대한 설명은 도 1을 참조하여 설명한 것과 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 중복된 설명은 생략한다.
일부 실시예들에 따르면, 전자 빔(ELB) 노광 공정 전에, 마스크 데이터를 픽셀 데이터로 변환하는 과정이 수행될 수 있다. 픽셀 데이터는 실제의 노광에 직접 이용되는 데이터일 수 있고, 노광 대상이 되는 피처에 대한 데이터와 각 피처에 할당된 도우즈에 대한 데이터를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 여기 광원(310) 및 검출기(320)는 경사 광학계를 구성할 수 있다. 여기 광원(310)은 포토레지스트(PR)의 상면에 대해 비스듬한 방향으로 여기 빔(EXB)을 포토레지스트(PR)에 조사할 수 있다. 검출기(320)는 여기 빔(EXB)에 대응하여 포토레지스트(PR)의 형광단들이 생성한 형광 광(FL)을 검출할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 여기 광원(310) 및 검출기(320)는 전자 빔 노광 챔버 내에서 인 시튜(in-situ)로 포토레지스트(PR)를 검사할 수 있다. 전자 빔 광학계(100)에 의한 전자 빔(ELB) 노광이 수행되는 동안, 여기 광원(310) 및 검출기(320)는 포토레지스트(PR)를 실시간으로 검사할 수 있다. 포토레지스트(PR)의 평가와 관련된 애널라이저(350)의 동작 및 애널라이저(350)의 구성은 도 1을 참조하여 설명한 바와 대체로 유사하다.
예시적인 실시예들에 따르면, 전자 빔(ELB) 노광이 수행되는 동안 포토레지스트(PR)에 포함된 형광단들에 의해 생성된 형광 광(FL)을 검출함으로써, 포토레지스트(PR)의 상태를 실시간으로 검사할 수 있다. 이에 따라, 아웃가싱에 의해 전자 빔 광학계(100)의 오염 등을 실시간으로 모니터링할 수 있고, EUV 마스크 제조의 신뢰성이 제고될 수 있다.
전자 빔(ELB) 노광이 수행된 이후, 후속 공정을 수행하여 EUV 마스크를 형성할 수 있다. 후속 공정들은 예컨대, 현상, 식각, 및 세정 등의 공정을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, EUV 마스크 형성을 위한 후속 공정은 계측 공정, 결함 검사나 결함 수리 공정을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 마스크 형성을 위한 후속 공정은 펠리클(pellicle) 도포 공정을 포함할 수 있다. 펠리클 도포 공정은 최종 세척과 검사를 통해서, EUV 마스크의 표면에 오염입자나 화학적 얼룩이 없는 것을 확인한 후 수행될 수 있다. EUV 마스크는 펠리클에 의해 마스크의 배송 및 마스크의 가용 수명 기간 동안 오염이나 충격 등으로부터 보호될 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시예들을 설명되었으나, 이는 단지 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 기판 상에 포토레지스트를 제공하는 단계;
    상기 포토레지스트에 전자 빔 및 여기 빔을 조사하는 단계;
    상기 포토레지스트가 상기 여기 빔에 대응하여 생성한 형광 광을 검출하는 단계; 및
    상기 형광 광에 기초하여 상기 포토레지스트를 평가하는 단계를 포함하는 포토레지스트 검사 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 포토레지스트를 평가하는 단계는, 상기 포토레지스트의 특성을 정량적으로 평가하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 검사 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 여기 빔은, 상기 포토레지스트에 상기 전자 빔이 노광되기 전 및 상기 포토레지스트에 상기 전자 빔이 노광된 후에 상기 포토레지스트에 조사되는 것을 특징으로 포토레지스트 검사 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기판 상에 상기 포토레지스트를 제공하는 단계는,
    포토레지스트 물질 내에 형광단들(Flourophore)이 균일하고 균질하게 분산되도록 상기 포토레지스트 물질에 상기 형광단들을 제공하는 단계; 및
    상기 기판 상에 상기 포토레지스트가 제공되도록, 상기 형광단들이 균일하고 균질하게 분산된 상기 포토레지스트 물질을 상기 기판 상에 적용(apply)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 검사 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 형광단들은 상기 포토레지스트에 물리적으로 혼합되어 있거나, 화학적으로 결합된 것을 특징으로 하는 포토레지스트 검사 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 포토레지스트는 상기 여기 빔에 대응하여 상기 형광 광을 생성하도록 구성된 형광단들을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 검사 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 포토레지스트를 평가하는 단계는, 상기 형광 광에 기초하여 생성된 상기 형광단들의 위치가 표시된 상기 포토레지스트의 이미지를 생성하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 검사 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 포토레지스트를 평가하는 단계는,
    상기 포토레지스트에 포함된 상기 형광단들의 상기 전자 빔의 노광 전후 밀도 변화의 표준 편차에 기초하여 수행되는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 검사 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 포토레지스트를 평가하는 단계는,
    상기 포토레지스트에 포함된 상기 형광단들의 상기 전자 빔의 노광 전후 밀도 변화의 표준 편차에 기초하여 상기 전자 빔에 의한 상기 포토레지스트의 수직 레벨의 변화를 산출하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 검사 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 포토레지스트를 평가하는 단계는,
    상기 전자 빔의 노광에 따른 상기 포토레지스트에 포함된 상기 형광단들의 이동을 나타내는 벡터맵을 생성하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 검사 방법.

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