KR100209369B1 - 애퍼처 정렬 정확도 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 리소그라피 공정에 이용되는 스테퍼의 조명광학계에 사용되는 애퍼처의 정렬 정확도 측정방법에 관한 것으로, 특히 마스크상에 90(-90

Description

애퍼처 정렬 정확도 측정방법

제1a도는 애퍼처의 중심이 정확하게 정렬된 경우의 광경로를 도시한 도면.

제1b도는 애퍼처의 중심이 어긋나게 정렬된 경우의 광경로를 도시한 도면.

제2도는 본 발명의 기술에 따라 상부에 90위상 쉬프트(Shift) 되는 마크(mark)가 형성된 마스크의 평면도.

제3도 (a)는 애퍼처의 중심이 정확하게 광측에 대해 정렬된 경우의 가상 이미지(aerial image)를 도시한 도면.

제3도 (b)와 제3도 (c)는 애퍼처의 중심이 상기 제2도의 90위상 쉬프트 마크에 수직한 방향으로 일정거리 쉬프트된 경우의 가상 이미지를 도시한 도면.

제4도는 디포커스에 따른 이미지의 변화를 도시한 도면.

제5a도는 본 발명의 기술에 따른 위상 쉬프트가 되는 측정 마크를 마스크상에 형성한 상태의 일례를 도시한 도면.

제5b도는 상기 제5a도의 마스크를 사용하여 웨이퍼상에 감광막 패턴을 형성한 상태의 단면도.

제6도는 본 발명의 기술에 따른 위상 쉬프트가 되는 측정 마크를 마스크상에 형성한 상태의 다른 예를 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 마스크 투명기판 13,23 : 90(-90) 쉬프트 마크

15 : 크롬 17,19 : 감광막 패턴

50,100 : 마스크

본 발명은 반도체 리소그라피(LITHOGRAPHY) 공정에 이용되는 스테퍼(stepper system)의 조명광학계에 사용되는 애퍼처(aperture)의 정렬정확도 측정방법에 관한 것으로, 특히 마스크상에 일정각도 위상 쉬프트되는 마크를 형성하여 애퍼처의 정렬오차가 웨이퍼상에서 패턴의 변위로 나타나게 하고 이를 측정장비를 이용해서 측정함으로써 애퍼처의 중심이동정도를 측정할 수 있는 애퍼처 정렬도 정확도 측정방법에 관한 것이다.

일반적으로 스테퍼 시스템의 조명광학계에 이용되는 애퍼처는 변형노광법의 이용으로 수시로 교체 사용되고 있으며, 이때 상기 조명 애퍼처의 중심위치가 광축에서 벗어나 있으면, 가상 이미지(aerial image)의 콘트러스트(contract)가 떨어지고 초점여유도가 줄어들며, 패턴(pattern)의 변형(deformation)을 발생시키게 되고 또한 텔레센트리시티(telecentricity)의 증가를 가져오게 된다.

상기 애퍼처의 쉬프트(sift)가 상면(image field side)의 텔레센트리시티에 미치는 영향을 제1a도와 제1b도에 도시하였다.

제1a도는 애퍼처의 중심이 정확하게 정렬된 경우의 광경로를 도시한 도면이고, 제1b도는 애퍼처의 중심이 어긋나게 정렬된 경우의 광경로를 도시한 도면이다.

텔레센트리시티는 무한거리에 상점이 맺히는 즉, 제1a도에 도시된 것처럼 상면에서 볼 때 광소스에서 출발한 주광선(chief ray)들이 광축과 거의 수평으로 진행되는 것을 말한다. 이를 위해서는 집광렌즈(condenser lens)의 초점이 정확하게 입사동(entrance pupil)에 맺히는 것이 필요하다(상기 도면은 스테퍼에서 일반적으로 이용되는 Kohler 조명 시스템의 경우임).

반면에 제1b도처럼 애퍼처의 중심이 광축에서 벗어난 경우를 생각해보면, 집광렌즈에 의한 초점이 입사동의 뒷면에, 혹은 렌즈에 따라 앞면에 맺히게 되고 상면에서 주광선들은 광축과 평행해지지 않으므로 텔레센트릭 에러(telecentri error)가 증가하게 된다.

이때, 상기 텔이센트리시티는 초점(focus)에 따라 확대(magnification)나 상의 위치가 변하는 정도로 표현되는 것으로서, 이는 실제 공정 진행시에 중첩조절(Overlay control)시 문제점을 야기하게 된다. 그리고 렌즈의 수차와 결합되면 마스크패턴을 웨이퍼에 정확하게 전사하지 못하고, 상의 변형을 야기하며 미세 패턴의 조도저하의 원인이 된다.

스테퍼의 제작단계에서는 인터페러메터(Interfermetar)를 이용함으로써 애퍼처를 포함한 모든 광학계의 정렬 정확도를 측정할 수 있으나, 실제 조립이 끝나 사용중인 장비에 대해서는 직접적으로 체크할 방법이 없는 등의 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 마스크상에 일정각도 위상 쉬프트되는 마크를 형성하여 애퍼처의 정렬오차가 웨이퍼상에서 패턴의 변위로 나타나게 하고 이를 측정장비를 이용해서 측정함으로써 애퍼처의 중심이동정도를 측정할 수 있는 애퍼처 정렬 정확도 측정방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 애퍼처 정렬 정확도 측정방법에 의하면, 마스크의 투명기판 상부에 일정폭을 갖는 위상 쉬프트가 되는 마크를 형성하는 단계와, 상기 마스크를 이용하여 웨이퍼상 페턴을 형성하는 단계와, 상기 마스크에 의해 웨이퍼상에 형성된 패턴의 쉬프트된 변위량을 측정수단을 통하여 측정하는 단계와, 상기 패턴의 쉬프트 변위량으로 애퍼처의 정렬 정확도를 판단하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 상세한 하기로 한다.

제2도는 본 발명의 기술에 따라 상부에 90위상 쉬프트(Shift) 되는 마크(mark)가 형성된 마스크의 평면도이다.

즉, 상기 마스크(50)는 투명한 마스크 기판(11)상에 90또는 270(-90) 만큼 위상 쉬프트된 얇은 띠 형태의 마크(13)를 형성한 것을 도시하고 있으며, 이때 상기 마크(13)의 폭은 1~10범위로 한다.

한편 상기에서, 애퍼처의 중심이 정확하게 광축에 대해 정렬된 경우와, 상기 제2도의 마크(13)에 수직한 방향으로 0.05, 0.1씩 각각 쉬프트된 경우의 가상 이미지를 시뮬레이션 툴(simulation tool) 예컨데 (Solid-C)을 이용해서 계산한 결과를 제3도에 도시하였다.

즉 제3도의 (a)는 애퍼처의 중심이 광측에 대해 정확하게 정렬되었을 경우의 가상 이미지를 도시하고있고, 제3도 (b)와 (c)는 애퍼처의 중심이 마크(13)에 수직한 방향으로 0.05, 0.1씩 각각 쉬프트된 경우의 가상 이미지를 도시하고 있다.

이때 상기의 경우, 디포커스 조건은 0.5로 하였다.

상기 제3도 전체를 참조하면, 가상 이미지의 딥(dip)부분 중심이 (a)에 비해 (b),(c)에서 점점 크게 쉬프트된 것을 알 수 있다.

따라서 쉬프트된 정도를 측정하면 애퍼처의 쉬프트 정도를 추정할 수 있게 된다.

제4도는 디포커스에 따른 이미지의 변화를 도시한 도면으로서, 특히 0.05쉬프트된 경우에 있어서 디포커스에 따른 이미지의 변화를 보여주는 것으로 쉬프트가 초점에 아주 둔감하게 영향을 받는 것을 알 수 있으며 이는 실제 적용시 안정적인 측정에 도움을 줄 수 있게 된다.

이상 상기의 원리를 이용한 측정 마크를 마스크상에 형성한 상태를 제5a도에, 상기 제5a도의 마스크(50)를 이용하여 웨이퍼상에 형성된 감광막 패턴(17)을 제5b도에 도시하였다.

상기 도면을 참조하면, 크롬 막대패턴(Cr bar pettern)(15)은 애퍼처의 쉬프트에 상관없이 언제나 같은 위치에 정의(define)되어 웨이퍼상에 제위치에 패턴(17)이 형성되지만, 90쉬프트된 상 패턴은 애퍼처 쉬프트를 반영하여 웨이퍼상에 형성되는 패턴(19)이만큼 정위치로부터 쉬프트되어 나타나게 되고, 상기와 같은 패턴을 이용하여 측정장비 예컨데 SEM이나 광학장비등을 사용하여 측정함으로써 애퍼처의 정렬 정확도를 판단할 수 있게 된다.

한편 상기의 애퍼처 정렬 정확도 측정방법을 적용하기 위해 감광막패턴을 이용하는 것 대신에 단순히 검출기를 이용하는 측정할 수도 있다.

또한 위상 쉬프트되는 영역의 마크 폭을 조정하기 위해서 ｜qz｜ 90｜q2｜ Cr｜qz｜ 90｜qz｜ 로 배치하여 Cr의 폭으로 감광막 패턴의 폭을 변화시킬 수도 있다.(여기서 qz: 마스크 석영기판, 0쉬프트)

또한 일반적으로 빈번히 사용되는 중첩도 측정장비를 이용하여 애퍼처의 쉬프트를 측정할 수 있는 마크(23)가 제6도에 도시되어 있으며, 측정원리는 상기 제5a도 및 제5b도의 경우와 동일하다.

한편 상기의 조명 광학계에 있어서, 조명 광원으로 G-line, i-line, DUV(248nm, 193nm) VUV 등을 이용한다.

이상 상술한 바와 같은 본 발명의 애퍼처 정렬 정확도 측정방법은 노광 애퍼처의 정렬을 정확하게 조절할 수 있도록 함으로써, 미세 패턴 형성을 용이하게 하고, 텔이센트리시티를 유지함으로써 중첩도 조절을 도와준다.

한편, 상기의 본 발명에 따른 애퍼처의 정렬 정확도 측정방법은 투영광학(Projection optics)내의 애퍼처 정렬에 이용되거나, 또는 애퍼처외에 광학계 전체의 정렬정도를 측정하는데 사용될 수 있고, 더 나아가 스테퍼 이외의 마이크로스코프(Microscope)나 광학 시스템(Optical system)의 정렬에 이용될 수 있다.

Claims (10)

1. 마스크의 투명기판 상부에 일정폭을 갖는 위상 쉬프트가 되는 마크를 형성하는 단계와, 상기 마스크를 이용하여 웨이퍼상 패턴을 형성하는 단계와, 상기 마스크에 의해 웨이퍼상에 형성된 패턴의 쉬프트된 변위량을 측정수단을 통하여 측정하는 단계와, 상기 패턴의 쉬프트 변위량으로 애퍼처의 정렬 정확도를 판단하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 애퍼처 정렬 정확도 측정방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 마크는 위상을 90혹은 270(-90) 쉬프트 시키는 마크인 것을 특징으로 하는 애퍼처 정렬 정확도 측정방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 마크의 폭은 1~10인 것을 특징으로 하는 애퍼처 정렬 정확도 측정방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 상이 쉬프트되는 마크영역의 상이 쉬프트되는 정도를 측정하기 위해 마스크상에 크롬 패턴을 삽입하여 표준으로 이용하는 것을 특징으로 하는 애퍼처 정렬 정확도 측정방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 쉬프트되는 영역의 마크 폭을 조정하기 위해서 ｜qz｜ 90｜q2｜Cr｜qz｜90｜qz｜로 배치하여 Cr의 폭으로 감광막 패턴의 폭을 변화시키는 것을 특징으로 하는 애퍼처 정렬 정확도 측정방법 (여기서 qz: 마스크 석영기판, 0쉬프트).
6. 제1항에 있어서, 상기의 애퍼처 정렬 정확도 측정방법이 투영광학(Projection optics)내의 애퍼처 정렬에 이용되는 것을 특징으로 하는 애퍼처 정렬 정확도 측정방법.
7. 제1항에 있어서, 상기의 애퍼처 정렬 정확도 측정방법이 스테퍼이의 마이크로스코퍼나 광학 시스템의 정렬에 이용되는 것을 특징으로 하는 애퍼처 정렬 정확도 측정방법.
8. 제1항에 있어서, 상기의 애퍼처 정렬 정확도 측정방법을 적용하기 위해 감광막 패턴을 이용하는 것과 단순히 검출기를 이용하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 애퍼처 정렬 정확도 측정방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 애퍼처 정렬 정확도 측정방법이 애퍼처외에 광학계 전체의 정렬정도를 측정하는데 이용되는 것을 특징으로 하는 애퍼처 정렬 정확도 측정방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 조명 광원으로 G-line, i-line, DUV(248nm, 193nm) VUV 등을 이용하는 것을 특징으로 하는 애퍼처 정렬 정확도 측정방법.