KR100248823B1 - 포커스 산출을 위해 패턴 이동량을 측정하기 위한 측정 마크를 갖는 마스크 - Google Patents

포커스 산출을 위해 패턴 이동량을 측정하기 위한 측정 마크를 갖는 마스크 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디포커스에 따른 패턴 이동량을 증가시켜 포커스 측정의 정확도를 높이는, 그러한 포커스 측정을 위한 측정 마크를 갖는 마스크를 제공하고자 하는 것으로, 이를 위해 본 발명은 도 3 및 도 4와 같은 측정 마크를 갖는 마스크를 사용하여, 노광에 의해 웨이퍼에 패턴을 형성하고, 웨이퍼에 형성된 패턴을 도 3의 경우에는 중첩도 측정 장비로, 도 4의 경우에는 CD SEM을 이용하여 패턴 이동 정도를 측정하고, 이를 시뮬레이션하여, 정확한 포커스를 찾는다.

Description

포커스 산출을 위해 패턴 이동량을 측정하기 위한 측정 마크를 갖는 마스크
본 발명은 노광장비의 노광 각지점에서의 포커스를 구하고자 할 때, 사용되는 마스크에 관한 것으로, 특히 포커스 산출을 위해 패턴 이동량을 측정하기 위한 측정 마크를 갖는 마스크에 관한 것이다.
노광 영역 각 지점의 최적 포커스 면은 웨이퍼 면과 일치하지 않고대체로 도 6과 같은 모양을 나타낸다. 렌즈의 수차, 패턴의 형태등을 고려하면 보다 복잡한 양상을 보인다. 도 6에서, 최적 포커스 면을 나타내는 점선이 웨이퍼 아래에 있는 "가"와 같은 영역에서 포커스를 측정하면 (-)값을 나타네??고, 점선이 웨이퍼 위에 있는 "나"와 가튼 영역에서 포커스를 측정하면 (+)값을 나타낸다. 이런식으로 각 지점의 포커스 값을 구함으로써 노광영역 각 지점에서의 최적 포커스면을 구할 수 있다. 이러한 최적 포커스면을 바탕으로 최적의 위치에 웨이퍼를 놓음으로써 최적의 노광환경(전 노광영역의 디포커스 량을 최소로 하는 조건)을 구현할 수 있다.
포커스를 구하는 통상적인 방법을 설명한다. 먼저, 포커스 측정을 위한 마스크(레티클)를 사용하여 웨이퍼의 각 다이마다 순서적으로 포커스를 변화시켜가며 노광을 실시하여, 즉 서로 다른 디포커스 값을 주면서 노광을 실시하므로써, 각 포커스에 상응되는 포토레지스트 패턴을 웨이퍼에 형성한다. 이어서, 각 다이에 형성된 패턴의 쉬프트 정도(이동도)를 중첩도 측정 장비 및 CD SEM으로 측정하여, 디포커스 값과 패턴 이동값을 그래프로 만든 다음, 이 값에 의해 최적 초점을 구한다.
도 1은 종래기술에 따른 포커스 측정 마크를 나타내는 마스크 평면도로서, 마스크 상에는 위상이 0°인 제1투광영역(11)과, 차광영역(12), 및 위상이 90°인 제2투광영역(13)으로 구분된다. 이러한 각 영역들은 여러모양으로 마스크 상에 그려질 수 있으며 그 모양은 장비의 규정에 따라 달라진다. 일예를 도 2에 도시하였다. 도 2에서 도면부호 "200"은 마스크, "11"은 위상이 0°인 제1투광영역, "12"는 차광영역, "13"은 위상이 90°인 제2투광영역을 각각 나타낸다.
도 1과 같이, 크롬 패턴인 차광영역(12) 일측에는 위상이 0°인 제1투광영역(11)을, 타측에는 위상이 90°인 제2투광영역(13)을 각각 형성해 놓으면, 크롬의 이미지는 디포커스의 정도에 따라 빛의 간섭에 의해 이동하게 된다. 여기서, 제1투광영역 및 제2투광영역은 그 위상이 꼭 각각 0°및 90°일 필요는 없고, 두 영역간의 위상차가 180° 또는 동일하지 않으면 된다. 0°및 90°일 때 패턴의 이동도가 가장 좋다.
그리고, 0°및 90°와 같은 소정의 위상 값을 갖는 영역은 위상 물질에 의해 형성하거나, 석영 기판의 두께등을 조절하는 석영기판 제작에 의해서도 가능하다.
이상에서, 설명한 바와같이, 종래에는 도 1과 같이 차광영역 양단에 위상차가 180°도가 아니면서 서로 다른 위상을 갖는 두 개의 투광영역이 형성된, 그러한 측정마크를 갖는 마스크를 사용하여, 포커스 별로 패턴 이동량을 측정하여, 포커스를 구하였으나, 도 1과 같은 종래의 측정마크를 이용할 경우 디포커스에 따른 패턴의 이동량이 매우 작아 포커스를 정확하게 측정할 수 없는 문제점이 발생하게 된다.
본 발명은 디포커스에 따른 패턴 이동량을 증가시켜 포커스 측정의 정확도를 높이는, 그러한 포커스 측정을 위한 측정 마크를 갖는 마스크를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1 및 도 2는 종래기술에 따른 포커스 측정 마크를 나타내는 마스크 평면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 포커스 측정을 위한 마크를 나타내는 마스크 평면도.
도 4는 본발명의 다른 실시예를 나타내는 마스크 평면도.
도 5는 종래기술과 본 실시예의 측정마크로부터 각각 패턴의 이동량을 컴퓨터 시뮬레이션으로 계산하여 비교한 결과 그래프.
도 6은 최적 포커스면을 나타내는 개념도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
301, 302: 제1 및 제2차광영역(크롬패턴)
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마스크는 마스크의 가상 대각선을 기준으로하여 제1영역과 제2영역으로 분할되며, 마스크 중심점에 그 각각의 중심점이 형성되고, 상기 가상 대각선에 서로 마주보는 꼭지점이 연장되는 선에 각각 맞추어지는 두 개의 정사각형을 가상적으로 그리때, 그 각 정사각형의 각 변을 소정폭으로 형성하는 제1차광영역(301) 및 제2 차광영역(302)을 구비하고, 제1차광영역(301)은 제2차광영역(302)의 내부에 형성되며, 상기 제1영역은, 상기 제1차광영역(301)과 상기 제2차광영역(302) 사이의 영역에 제1위상을 갖는 제1투광영역(303)이 형성되고, 상기 제1차광영역(301) 내측 및 상기 제2차광영역(302)의 외측을 따라 제2위상을 갖으면서 소정폭을 갖는 제2투광영역(304)과 제3투광영역(305)이 형성되고, 상기 제2투광영역(304)의 내측으로 상기 제1위상을 갖는 제4투광영역(306)이 형성되고, 상기 제3투광영역(305)의 외측에는 제3차광영역(307)이 형성되며, 상기 제2영역은, 상기 제1차광영역(301) 외측 및 상기 제2차광영역(302)의 내측을 따라 상기 제2위상을 갖으면서 소정폭을 갖는 제5투광영역(308)과 제6투광영역(309)이 형성되고, 상기 제5투광영역(308)과 상기 제6투광영역(309) 사이의 영역에 제4차광영역(310)이 형성되고, 상기 제1차광영역(301)의 내측 및 상기 제2차광영역 외측에는 상기 제1위상을 갖는 제7투광영역(311) 및 제8투광영역(312)이 각각 형성된다. 여기서, 상기 소정폭은 노광 파장의 1배 내지 10배이며, 바람직하게 대략 0.4㎛이다. 또한, 상기 제1위상과 제2위상은 서로 동일하지 않으면서, 서로간의 위상차를 180°로 갖지 않으며, 바람직하게 제1위상은 0°이고, 상기 제2위상은 90°이다.
또한, 본 발명의 마스크는 소정간격 이격되어 상기 이격 간격과 동일한 폭을 갖으며, 제1위상을 갖는 다수의 제1투광영역(401); 상기 제1투광영역(401)간의 사이에 차례로 형성되는, 제1소정폭을 갖는 제1차광영역(402), 제1소정폭을 갖으면서 제2위상을 갖는 제2투광영역(403), 제2소정폭을 갖는 제2차광영역(404), 제1소정폭을 갖으면서 제2위상을 갖는 제3투광영역(405), 제1소정폭을 갖는 제3차광영역(406)을 포함하여 이루어진다. 여기서, 제1소정폭은 노광 파장의 1배 내지 10배이며, 바람직하게 대략 0.4㎛이고, 상기 제1위상과 제2위상은 서로 동일하지 않으면서, 서로간의 위상차를 180°로 갖지 않으며, 바람직하게 제1위상은 0°이고, 상기 제2위상은 90°이다.
이하, 첨부된 도면 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 포커스 측정을 위한 마크를 나타내는 마스크 평면도로서, 도면에 도시된 바와같이 본 발명의 일실시예에 따른 포커스 측정 마크는 사각형 마스크(300)의 가상 대각선을 기준으로하여 제1영역과 제2영역으로 구성된다.
그리고, 마스크 중심점에 그 각각의 중심점이 형성되고, 상기 가상 대각선에 서로 마주보는 꼭지점이 연장되는 선에 각각 맞추어지는 두 개의 정사각형을 가상적으로 그리때, 그 각 정사각형의 각 변을 대략 0.4㎛ 정도의 두께로 형성하는 제1차광영역(301) 및 제2 차광영역(302)이 형성된다. 제1차광영역(301)은 제2차광영역(302)의 내부에 형성된다. 이렇게 제1차광영역(301) 및 제2차광영역(302)이 셜계될 때, 도 3에서 "가"와 "나"의 폭을 동일할 것이다.
그리고, 제1영역에서는, 제1차광영역(301)과 제2차광영역(302) 사이의 영역에 위상이 0°인 제1투광영역(303)이 형성되고, 제1차광영역(301) 내측 및 제2차광영역(302)의 외측을 따라 각각 위상이 90°이면서 폭이 대략 0.4㎛ 정도의 두께를 갖는 제2투광영역(304)과 제3투광영역(305)이 형성된다. 또한, 제1영역에서는, 제2투광영역(304)의 내측으로 위상이 0°인 제4투광영역(306)이 형성되고, 제3투광영역(305)의 외측에는 제3차광영역(307)이 형성된다.
반면에, 제2영역에서는, 제1차광영역(301) 외측 및 제2차광영역(302)의 내측을 따라 각각 위상이 90°이면서 폭이 대략 0.4㎛ 정도의 두께를 갖는 제5투광영역(308)과 제6투광영역(309)이 형성되고, 제5투광영역(308)과 제6투광영역(309) 사이의 영역에 제4차광영역(310)이 형성된다. 또한, 제2영역에서는, 제1차광영역(301)의 내측에 위상이 0°인 제7투광영역(311)이 형성되고, 제2차광영역 외측에는 위상이 0°인 제8투광영역(312)이 형성된다.
도 3과 같이, 측정 마크를 설계하면, 빛들의 간섭이 포커스별로 패턴의 이동량이 종래보다 더욱 증가하는데, 도 5는 도2의 종래기술과 도 3의 본 실시예의 측정마크로부터 각각 패턴의 이동량을 컴퓨터 시뮬레이션으로 계산하여 비교한 결과이다. 이 측정에서 본 실시예 및 종래 모두, 스텝퍼의 파장을 0.363㎛, 구경수(NA)를 0.55, 간섭도(б)를 0.3로하고, 차광패턴의 폭은 0.4㎛이였다.
도 3과 같이, 측정 마크를 제작하면 차광영역(301, 302)을 이루는 크롬패턴은 웨이퍼 상에서 형상될 때 이동하게되는데, 이동량의 4배가 "가"와 "나"의 차이가 된다. 웨이퍼 상에 형성된 패턴은 중첩도 측정 장비로 측정을 실시하는데, 이때 중첩도 측정 장비는 "가"와 "나"의 차이의 반을 결과값으로 출력하므로 패턴의 이동량은 중첩도 측정 결과의 반이다. 디포커스와 패턴의 이동량은 일반적으로 단순한 선형적 관계가 아니므로 도 5와 같은 시뮬레이션 결과를 이용하여 패턴의 이동량에 따른 디포커스를 구할 수 있다. 즉, 최적 포커스를 구할 수 있다.
도 4는 본발명의 다른 실시예를 나타내는 것으로, 일정간격(도면의 "다")으로 떨어지면서 그 떨어진 간격과 동일한 폭(도면의 "라")을 갖는 위상이 0°인 제1투광영역(401)을 다수개 형성하고, 제1투광영역(401)간의 사이에 대략 0.4㎛의 폭을 갖는 제1차광영역(402),대략 0.4㎛의 폭을 갖으면서 위상이 90°인 제2투광영역(403), 소정폭을 갖는 제2차광영역(404), 대략 0.4㎛의 폭을 갖으면서 위상이 90°인 제3투광영역(405), 및 대략 0.4㎛의 폭을 갖는 제3차광영역(406)이 차례로 형성된다. 여기서, 제2차광영역(404)의 폭은 도면의 "다" 크기에서 0.4㎛의 4배 값을 뺀 크기일 것이다.
도 4와 같은, 본 발명의 다른실시예에 따른 측정 마크를 갖는 마스크를 사용하여, 노광을 실시하여 웨이퍼에 패턴을 형성한 다음, "다"와 "라"에 해당하는 각 패턴의 크기 차이를 CD SEM장비를 이용하여 구하는데, 이때 "다"와 "라"의 차이는 패턴 이동량의 2배이다. 이렇게 해서 구한 결과를 도 5와 같이 시뮬레이션하여 패턴의 이동량에 따른 디포커스를 구할 수 있다.
노광장비의 노광영역의 각 지점의 포커스를 구하고자 할 때, 도 3 및 도 4와 같은 본 발명의 측정 마크를 갖는 마스크를 사용하게 되면, 종래보다 패턴의 이동량을 증가시켜 측정의 정확도를 높이게 된다.

Claims (12)

  1. 포커스 산출을 위해 패턴 이동량을 측정하기 위한 측정 마크를 갖는 마스크에 있어서,
    마스크의 가상 대각선을 기준으로하여 제1영역과 제2영역으로 분할되며,
    마스크 중심점에 그 각각의 중심점이 형성되고, 상기 가상 대각선에 서로 마주보는 꼭지점이 연장되는 선에 각각 맞추어지는 두 개의 정사각형을 가상적으로 그리때, 그 각 정사각형의 각 변을 소정폭으로 형성하는 제1차광영역(301) 및 제2 차광영역(302)을 구비하고, 제1차광영역(301)은 제2차광영역(302)의 내부에 형성되며,
    상기 제1영역은, 상기 제1차광영역(301)과 상기 제2차광영역(302) 사이의 영역에 제1위상을 갖는 제1투광영역(303)이 형성되고, 상기 제1차광영역(301) 내측 및 상기 제2차광영역(302)의 외측을 따라 제2위상을 갖으면서 소정폭을 갖는 제2투광영역(304)과 제3투광영역(305)이 형성되고, 상기 제2투광영역(304)의 내측으로 상기 제1위상을 갖는 제4투광영역(306)이 형성되고, 상기 제3투광영역(305)의 외측에는 제3차광영역(307)이 형성되며,
    상기 제2영역은, 상기 제1차광영역(301) 외측 및 상기 제2차광영역(302)의 내측을 따라 상기 제2위상을 갖으면서 소정폭을 갖는 제5투광영역(308)과 제6투광영역(309)이 형성되고, 상기 제5투광영역(308)과 상기 제6투광영역(309) 사이의 영역에 제4차광영역(310)이 형성되고, 상기 제1차광영역(301)의 내측 및 상기 제2차광영역 외측에는 상기 제1위상을 갖는 제7투광영역(311) 및 제8투광영역(312)이 각각 형성되는 마스크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소정폭은 노광 파장의 1배 내지 10배 인 것을 특징으로 하는 마스크.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 소정폭은 대략 0.4㎛인 것을 특징으로 하는 마스크.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1위상과 제2위상은 서로 동일하지 않으면서, 서로간의 위상차를 180°로 갖지 않는 것을 특징으로 하는 마스크.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1위상은 0°이고, 상기 제2위상은 90°인 것을 특징으로 하는 마스크.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 차광영역은 크롬패턴 인 것을 특징으로 하는 마스크.
  7. 소정간격 이격되어 상기 이격 간격과 동일한 폭을 갖으며, 제1위상을 갖는 다수의 제1투광영역(401);
    상기 제1투광영역(401)간의 사이에 차례로 형성되는, 제1소정폭을 갖는 제1차광영역(402), 제1소정폭을 갖으면서 제2위상을 갖는 제2투광영역(403), 제2소정폭을 갖는 제2차광영역(404), 제1소정폭을 갖으면서 제2위상을 갖는 제3투광영역(405), 제1소정폭을 갖는 제3차광영역(406)을 포함하여 이루어진 마스크.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1소정폭은 노광 파장의 1배 내지 10배인 것을 특징으로 하는 마스크.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1소정폭은 대략 0.4㎛인 것을 특징으로 하는 마스크.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1위상과 제2위상은 서로 동일하지 않으면서, 서로간의 위상차를 180°로 갖지 않는 것을 특징으로 하는 마스크.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제1위상은 0°이고, 상기 제2위상은 90°인 것을 특징으로 하는 마스크.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 차광영역은 크롬패턴 인 것을 특징으로 하는 마스크.
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