[논문]전자빔 리소그래피에서의 근접효과 보정을 이용한 패턴 제작에 관한 연구

오세규; 김동환; 김승재

전자빔 리소그래피에서의 근접효과 보정을 이용한 패턴 제작에 관한 연구
A Study on Pattern Fabrication using Proximity Effect Correction in E-Beam Lithography 원문보기

반도체및디스플레이장비학회지 = Journal of the semiconductor & display equipment technology, v.8 no.2, 2009년, pp.1 - 10

오세규 (서울산업대학교 에너지환경대학원 나노아이티공학과) , 김동환 (서울산업대학교 기계설계자동화공학부) , 김승재 (서울산업대학교 산업대학원 메카트로니스공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This study describes the electron beam lithography pattern fabrication using the proximity effect correction. When electron beam exposes into electron beam resist, the beam tends to spread inside the substance (forward scattering). And the electron beam reflected from substrate spreads again (back scattering). These two effects influence to distribution of the energy and give rise to a proximity effect while a small pattern is generated. In this article, an electron energy distribution is modeled using Gaussian shaped beam distribution and those parameters in the model are computed to solidify the model. The proximity effect is analyzed through simulations and appropriate corrections to reducing the proximity effect are suggested. It is found that the proximate effect can be reduced by adopting schemes of dose adjustment, and the optimal dose is determined through simulations. The proposed corrected proximity effect correction is proved by experiments.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 SEM기반의 전자빔 리소그래피 시스템 구성을 위하여 패턴 생성기 구현 및 패턴 생성 소프트웨어를 제작하였다. 패턴 형상에 따른 SEM의 전자빔 위치를 제어하였고, 점, 선, 사각형 패턴을 실험하였다.
본 연구에서는 고전압을 사용하여 패턴을 제작하는 경우에 발생하는 근접효과에 대해서만 다루기로 한다. 전자 산란 모델을 이용하여 감광막과 기판에서의 전자빔 에너지 분포를 예측하고 이를 이용하여 전자빔의 중첩으로 인해 발생되는 근접효과를 확인한다.
전자 산란 모델을 이용하여 감광막과 기판에서의 전자빔 에너지 분포를 예측하고 이를 이용하여 전자빔의 중첩으로 인해 발생되는 근접효과를 확인한다. 전자빔 리소그래피에서 미세패턴을 제작할 때 발생하는 근접효과를 보정하여 더 정확한 패턴을 제작하는데 목적이 있다.

가설 설정

Fig. 23(b)는 흰색 사각형 부분을 확대한 것이다.
가우시안 형태의 빔으로 패턴을 묘화시키기 위해서는 전자빔을 이동시키면서 패턴의 형상을 점으로 채워서 만들어야한다. 가우시안 형태의 빔을 전자빔 픽셀하나로 가정하고, 전자빔 픽셀 두 개로 원을 만들기 위해서는 최초의 픽셀에서부터 다음 픽셀까지 일정거리를 이동하여 묘화시켜야 한다. 이때 전자빔의 산란에 의해 퍼짐효과가 발생하지 않는 거리이상을 움직여야만 두개의 원을 만들 수 있다.

제안 방법

전자의 산란 형태를 모델링하기 위해 전자빔 에너지 분포를 측정하였다. 2차원 이중 가우시안 근사화로 전자빔 모델을 제작하였으며 근접효과가 고려된 패턴 형상을 예측하였다. 근접효과가 고려된 패턴 형상 시뮬레이션을 통해 Dose보정 방법과 추가 빔 보정 방법을 제시하였고, 왜곡된 패턴의 형상을 보정하는 실험을 하였다.
기존의 SEM을 이용하여 전자빔 리소그래피 시스템을 구성하기 위해 패턴 생성기(pattern generator)를 실험 장비에 추가로 장착하였다. NI사의 Digital-Analog Converter를 사용하여 패턴을 생성하기 위한 X, Y 각각의 주사파형을 만들었다. 시스템 구성은 Fig.
근접효과 보정 전과 보정 방법에 따른 패턴의 정확도를 비교하기 위하여 Fig. 24와 같이 사각형 네 변에 대한 오차를 측정하였다.
근접효과 보정 전과 후의 전자빔 리소그래피 패턴 제작 실험을 하였다. 제작한 패턴의 결과는 광학현미경을 사용하여 확인하였다.
2차원 이중 가우시안 근사화로 전자빔 모델을 제작하였으며 근접효과가 고려된 패턴 형상을 예측하였다. 근접효과가 고려된 패턴 형상 시뮬레이션을 통해 Dose보정 방법과 추가 빔 보정 방법을 제시하였고, 왜곡된 패턴의 형상을 보정하는 실험을 하였다. 전자빔 픽셀의 노광시간 조정으로 Dose를 변화시켜 사각형 패턴의 변에 대한 왜곡을 최소화 하였다.
일반적으로 전자빔 리소그래피는 래스터 스캔 방식과 벡터 스캔 방식을 이용하는데 이중에 벡터 스캔 방식을 이용하여 패턴을 주사하였다. 벡터 스캔 방식은 빔 차단(beam blanking)이 필수적이나 SEM은 빔 차단기(beam blanker)가 장착되어 있지 않은 관계로 각 독립된 패턴 영역을 옮겨갈 때 빠른 전자빔 이동과 중복경로가 없도록 하여 전자빔의 불필요한 노광을 최소화하는 방법을 사용하였다.
8에서 에너지가 전체 패턴의 형상이 두 개의 원이 아닌 땅콩모양과 같은 다른 형상으로 왜곡되는 것을 볼 수 있다. 실제로 이러한 현상이 발생하는지 확인하기 위해서 두 개의 픽셀을 묘화하는 실험을 하였다. 그 결과 근접효과로 인한 형상의 왜곡이 발생하는 것을 Fig.
현상과정은 전자빔에 노출된 레지스트를 제거하기 위한 현상과정에 사용된 현상액은 1:3 MIBK:IPA를 사용하였고, 약 60초간 현상하였다[11]. 이렇게 현상된 패턴은 광학현미경을 이용하여 형상을 확인하였고, 패턴의 크기는 AFM을 이용하여 측정하였다. Table 3의 조건으로 전자빔을 집속시킨 결과의 SEM 이미지는 Fig.
본 연구에서는 고전압을 사용하여 패턴을 제작하는 경우에 발생하는 근접효과에 대해서만 다루기로 한다. 전자 산란 모델을 이용하여 감광막과 기판에서의 전자빔 에너지 분포를 예측하고 이를 이용하여 전자빔의 중첩으로 인해 발생되는 근접효과를 확인한다. 전자빔 리소그래피에서 미세패턴을 제작할 때 발생하는 근접효과를 보정하여 더 정확한 패턴을 제작하는데 목적이 있다.
근접효과가 고려된 패턴 형상 시뮬레이션을 통해 Dose보정 방법과 추가 빔 보정 방법을 제시하였고, 왜곡된 패턴의 형상을 보정하는 실험을 하였다. 전자빔 픽셀의 노광시간 조정으로 Dose를 변화시켜 사각형 패턴의 변에 대한 왜곡을 최소화 하였다. 각각의 1, 2, 3 um 크기에서 사각형 패턴이 모두 비슷한 결과가 나타났다.
전자의 산란 형태를 모델링하기 위해 전자빔 에너지 분포를 측정하였다. 2차원 이중 가우시안 근사화로 전자빔 모델을 제작하였으며 근접효과가 고려된 패턴 형상을 예측하였다.
측정을 위해 100개의 점에 각각 다른 양의 전자빔을 노광하는 실험을 설계하였다. (Fig.
본 논문에서는 SEM기반의 전자빔 리소그래피 시스템 구성을 위하여 패턴 생성기 구현 및 패턴 생성 소프트웨어를 제작하였다. 패턴 형상에 따른 SEM의 전자빔 위치를 제어하였고, 점, 선, 사각형 패턴을 실험하였다.

대상 데이터

Dose 조정으로 조절이 가능한 반지름을 유효 반지름 R이라 하면 R은 에너지 밀도 분포 측정실험에서의 최소 반지름(Rmin)과 최대 반지름(Rmax) 범위를 갖게 된다. 범위는 전자빔 에너지 밀도 분포 측정실험에서 PMMA의 두께가 모두 제거된 R로 하였다.
실험에서 측정된 전방산란의 범위 βf =27 nm, 후방산란의 범위 βb=930 nm, 두 산란의 에너지 비율 η=0.2967이다.
참조). 실험에서는 실리콘 기판 위에 300 nm 두께의 PMMA(Polymethly Methacrylate)를 코팅하여 사용하였고, 전자빔의 가속전압은 30 kV이다. 이 때 사용된 SEM은 Topcon사의 ABT-55이다.
실험에서는 실리콘 기판 위에 300 nm 두께의 PMMA(Polymethly Methacrylate)를 코팅하여 사용하였고, 전자빔의 가속전압은 30 kV이다. 이 때 사용된 SEM은 Topcon사의 ABT-55이다. Fig.

데이터처리

근접효과 보정 전과 후의 전자빔 리소그래피 패턴 제작 실험을 하였다. 제작한 패턴의 결과는 광학현미경을 사용하여 확인하였다. 근접효과를 보정하지 않은 패턴 결과는 Fig.

성능/효과

이러한 현상을 Dose보정을 이용하여 근접효과를 보정하면 Fig. 13(a)와 같이 패턴의 상하 폭을 원하는 크기로 만들 수 있었으며, 초기의 전자빔 픽셀을 묘화한 패턴의 좌우 폭보다는 약간 줄어드는 것을 볼 수 있다.
25와 같이 나타났다. Dose보정 방법이 근접효과를 보정하기 전보다 더 작은 오차율을 보였으며, Dose보정 방법은 패턴의 크기에 영향을 받지 않고 비슷한 오차율이 나타났다.
DAC보드와 신호 생성 라이브러리를 활용하여 리소그래피를 위한 정형화된 삼각형, 사각형, 원형 패턴을 생성시킬 수 있다. 또한, 정형화된 패턴을 조합하여 보다 복잡하고 다양한 형태의 패턴을 생성해낼 수 있고, 픽셀단위로 조정이 가능하여 정형화 된 형상이 아닌 패턴의 생성도 가능하다. 생성된 신호를 가지고 전자총에서 형성된 전자빔이 교차되면서 빔을 Source로 하여 일정 모양을 갖는 Aperture를 빔 경로를 거쳐 노광하게 한다.
2967이다. 실험에 사용된 전자빔 리소그래피 방법에서는 후방산란이 전방산란보다 더 넓은 영역에 영향을 줌을 알 수 있었다. 이와 같은 방법으로 다른 레지스트, 기판 또는 전자빔 리소그래피 장치에 대해서도 동일하게 적용되어 각 환경의 이중 가우시안 함수의 인자를 측정하는데 이용할 수 있다.
각각의 1, 2, 3 um 크기에서 사각형 패턴이 모두 비슷한 결과가 나타났다. 제안한 보정방법은 근접효과를 보정하지 않은 경우에 비하여 왜곡이 감소하였으며, 이 방법은 패턴의 크기에 영향을 받지 않고 비슷하게 오차가 감소하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	차세대 묘화기술 요구에 따른 차세대 리소그래피에는 어떠한 것들이 있는가?	현재 널리 사용되고 있는 광 리소그래피(optical lithography)는 해상도 한계에 도달한 상태이며, 차세대 묘화기술(Next Generation Litho -graphy) 요구에 따라 전 세계적으로 극자외선(EUV), 나노임프린트(Nanoimprint), 전자빔 리소그래피(EBL) 등 차세대 리소그래피에 대한 연구개발이 활성화 되고 있는 상태이다[2,3]. 차세대 리소그래피 중에서 전자빔 리소그래피 기술은 고해상도와 높은 정렬 정확도를 가지므로 마스크 제작, DRAM의 시제품 제작 등의 초 미세소자의 제작에 이용되고 있다.
	반도체 공정에서 리소그래피란 무엇을 의미하는가?	리소그래피(lithography)는 어원이 그리스어인 litho(돌)과 graph(그리다)의 합성어로 석판술 혹은 인쇄라는 뜻이다. 반도체 공정에서 돌(실리콘 웨이퍼)에 패턴을 형성시키는 공정을 리소그래피라고 한다. 이러한 리소그래피기술은 반도체 소자 제조 공정비용의 30%, 공정 시간의 60%를 차지하는 핵심기술이다[1].
	전자빔 리소그래피에서 감광제는 어떻게 사용되는가?	전자빔 리소그래피는 광 리소그래피와 같이 폴리머 감광막 위에 패턴을 노광하고 현상하는 과정으로 이루어진다. 양성 감광제는 노광된 부분이, 그리고 음성 증폭형 감광제가 아닌 경우, 감광제에 전자빔을 노광하면 분자사슬이 끊어지거나 상호 연결되어 노광되지 않은 부분에 비해 더욱 가용성이 되거나 또는 불용성이 된다. 이를 적당한 현상액으로 현상하면 미세패턴을 얻게 된다. 화학 증폭형 감광제인 경우에는 전자빔을 노광하면, 산(acid)이 발생하고, PEB(Post Exposure Bake)과정에서 산이 촉매가 되어 분자사슬을 분리하거나 결합하는 화학반응이 일어나게 된다. 따라서 감광제에 입사된 전자들이 방사하는 에너지의 분포가 현상될 패턴을 결정한다[4].

참고문헌 (11)

Chun, K. J., Oh, H. K., and Kim, S. J., "Lithography 기술 현황 및 향후 전망", J. of IEEK, Vol. 19, No. 5, pp. 377-388, 1992.
Sheats, J. R., and Smith, B. W., "Technology roadmap for nanoelectronics", Marcel Dekker Inc., 1998.
Madou, M. J., "Fundamentals of microfabrication", CRC press, 2nd Ed., pp. 53-57, 2001.
Seo, T. W., Ham, Y. M., Chun, K. J., and Lee, J. D., "3-D Resist Profile Simulation using String Model on E-beam Lithography", Journal of IEEK, Vol. 33A, No. 6, pp. 1094-1100, 1996.
Ham, Y. M., Lee, C. B., Seo, T. W., Chun, K. J., and Cho, K. S., "Development parameter measurement and profile analysis of electron beam resist for lithography simulation", Journal of IEEK, Vol. 33A, No. 7, pp. 1396-1402, 1996.
Bae, Y. C., Seo, T. W., and Chun, K. J., "Submicron Patterning in Electron Beam Lithography using Trilayer Resist", Journal of IEEK, Vol. 31A, No. 10, pp. 1358-1364, 1994.
Kim, J. G., Lee, J. J., Cho, S. H., Choi, D. S., and Lee, E. S., "Nano-machining Technology Using Electron Beam", Journal of the Korea Society for Precision Engineering, Vol. 25, No. 3, pp. 7-14, 2008.
Rishton, S. A. and Kern, D. P., "Point exposure distribution measurements for proximity correction in electron beam lithography on a sub-100 nm scale", J. Vac. Sci. Technol. B, Vol. 5, No. 1, pp. 135-141, 1987.

상세보기
Parikh, Mihir, "Corrections to proximity effects in electron beam lithography. I. Theory", Journal of Applied Physics, Vol. 50, No. 4371, 1979.
Chang, T. H. P., "Proximity Effect in E-beam Lithography", J. Vac. Sci. Technol., Vol. 12, Issue 6, pp. 1271-1275, 1975.

상세보기
Nastaushev, Y. V., Gavrilova, T., Kachanova, M., Nenasheva, L., Kolosanov, V., Naumova, O. V., Popov, V. P., and Aseev, A. L., "Energy deposition functions in electron resist films on substrates" Materials Science and Engineering, C19, pp. 189-192, 2002.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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