KR100644049B1 - 노광 장치용 레티클 및 이를 이용한 비점수차 보정 방법 - Google Patents

노광 장치용 레티클 및 이를 이용한 비점수차 보정 방법 Download PDF

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Abstract

비점수차가 최소화되는 노광 조건을 용이하게 관찰할 수 있는 노광장치용 레티클과, 이 레티클을 이용한 비점수차 보정 방법을 제공한다. 본 발명의 실시예에 따른 레티클은 가로방향 찌그러짐 관찰 패턴 및 세로방향 찌그러짐 관찰 패턴으로 이루어지는 비점수차 관찰용 패턴들을 구비한다. 가로방향 찌그러짐 관찰 패턴은 정사각형의 제1 패턴과, 상기 제1 패턴으로부터의 이격 거리가 증가할수록 세로폭이 일정 비율로 증가하도록 형성되는 적어도 2개 이상의 제2 패턴을 포함하며, 세로방향 찌그러짐 관찰 패턴은 정사각형의 제3 패턴과, 상기 제3 패턴으로부터의 이격 거리가 증가할수록 가로폭이 일정 비율로 증가하도록 형성되는 적어도 2개 이상의 제4 패턴을 포함한다.
노광, 조명, 레티클, 비점수차, 보정,

Description

노광 장치용 레티클 및 이를 이용한 비점수차 보정 방법{RETICLE FOR EXPOSURE APPARATUS AND METHOD FOR CORRECTING ASTIGMATISM USING THE SAME}
도 1은 본 발명에 따른 노광장치용 레티클의 개략적인 구성도를 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 레티클을 이용한 비점수차 보정 방법의 공정 블록도를 도시한 것이다.
도 3 및 도 4는 도 1의 레티클을 이용하여 형성한 감광막 패턴의 예들을 나타내는 단면도를 도시한 것이다.
본 발명은 반도체 소자 제조용 노광장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비점수차가 최소화되는 노광 조건을 용이하게 관찰할 수 있는 노광장치용 레티클과, 이 레티클을 이용한 비점수차 보정 방법에 관한 것이다.
반도체 소자 제조 공정 중 사진 공정은 웨이퍼에 형성된 감광막에 레티클 패턴을 전사시켜 감광막 패턴을 형성하기 위한 공정이다. 감광막 패턴 제조 방법은 먼저 감광액을 웨이퍼에 도포한 후 소정 온도에서 베이킹(baking)하여 감광막을 형 성한다. 감광막 위에 레티클 패턴을 형성하기 위해 스텝퍼(stepper)라는 반도체 노광장치를 이용하여 감광막 위에 레티클 패턴 이미지를 전사시킨다.
레티클 패턴 이미지가 전사되면 감광막을 식각하여 감광막 패턴을 형성하고, 이 후 감광막 패턴을 이용하여 웨이퍼를 식각하여 반도체 회로를 형성하게 된다.
웨이퍼 위에 회로를 형성하기 위한 감광막 패턴을 전사시키는 노광장치는 크게 조명원, 투영 렌즈, 웨이퍼 스테이지, 컴퓨터 및 제어기를 포함한다.
조명원은 수은 램프의 g-라인 및 i-라인과 KrF 엑사이머 레이저 등이 사용되며, 조명원에서 발생된 빛은 레티클(reticle)로 입사된다.
레티클로 입사된 빛은 레티클의 회절 격자를 통과하면서 0차광 및 1차광, 2차광, 3차광, ...들로 회절되어 레티클의 패턴에 따른 빛 이미지를 형성하며, 빛 이미지는 투영 렌즈에서 축소된 후 웨이퍼 위에 형성된 감광막에 입사된다.
레티클의 패턴에 따른 빛 이미지가 입사된 감광막은 중합 반응되며, 반응된 영역에는 레티클의 패턴이 형성되고, 웨이퍼 전체적으로 레티클 패턴을 형성하기 위해 웨이퍼 스테이지가 구동된다.
웨이퍼 스테이지는 웨이퍼를 X 및 Y축 방향으로 일정한 간격으로 이송시켜 웨이퍼 위에 형성된 감광막에 전체적으로 레티클의 패턴을 형성하게 된다.
웨이퍼 위에 레티클 패턴을 형성하기 위해, 노광장치의 제어기는 조명원 및 웨이퍼 스테이지를 구동하며, 이들을 구동시키기 위한 데이터는 컴퓨터를 통해 입력된다.
컴퓨터를 통해 입력된 데이터는 제어기로 전송되며, 제어기는 전송된 데이터 에 따라 조명원을 활성화시키고 웨이퍼 스테이지를 구동시켜 웨이퍼에 형성된 감광막에 전체적으로 빛 이미지가 형성되도록 한다.
그런데, 이러한 구성의 노광장치를 이용하여 노광 공정을 진행할 때, 노광 이미지의 가로방향 최적 초점(best focus)과 세로방향 최적 초점이 서로 다른 비점수차(astigmatism)가 발생된다.
상기한 비점수차는 구면수차 다음으로 사진 공정의 광학 성능에 가장 큰 영향을 미치는 수차로서, 상기한 비점수차는 노광 이미지의 찌그러짐을 발생시킨다.
따라서, 상기한 비점수차를 보정한 후 노광 공정을 진행하는 것이 바람직한데, 상기한 비점수차를 보정하기 위해 종래에는 웨이퍼상의 모든 칩에 대해 가로로 배열된 패턴과 세로로 배열된 패턴의 임계치수(CD: Critical Dimension)를 측정하여 각각의 최적 초점을 계산해야 하므로 많은 시간이 필요한 문제점이 있다.
또한, 다른 조건에서 노광된 웨이퍼에 대해 상기한 비점수차 보정을 각각 실시하기 위해서는 많은 재료와 시간이 필요하며, 이러한 이유로 인해 비점수차를 고려한 노광 조건 설정은 거의 이루어지지 않고 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 비점수차가 최소화되는 노광 조건을 용이하게 관찰할 수 있는 노광장치용 레티클을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기한 레티클을 이용한 비점수차 보정 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
비점수차 관찰용 패턴들이 형성된 광 차단막을 구비하는 노광장치용 레티클로서, 상기 비점수차 관찰용 패턴들은,
정사각형의 제1 패턴과, 상기 제1 패턴으로부터의 이격 거리가 증가할수록 세로폭이 일정 비율로 증가하도록 형성되는 적어도 2개 이상의 제2 패턴을 포함하는 가로방향 찌그러짐 관찰 패턴; 및
정사각형의 제3 패턴과, 상기 제3 패턴으로부터의 이격 거리가 증가할수록 가로폭이 일정 비율로 증가하도록 형성되는 적어도 2개 이상의 제4 패턴을 포함하는 세로방향 찌그러짐 관찰 패턴을 포함하는 노광장치용 레티클을 제공한다.
그리고, 상기한 구성의 레티클을 이용하여 비점수차를 보정하는 방법으로서,
상기 레티클을 이용하여 감광막을 선택적으로 노광하는 단계;
상기 감광막을 현상하여 상기 비점수차 관찰용 패턴들에 대응하는 감광막 패턴들을 형성하는 단계;
상기 감광막 패턴들 중에서 어느 비점수차 관찰용 패턴에 대응하는 감광막 패턴이 원형으로 형성되는 가를 관찰하는 단계;
상기 원형의 감광막 패턴이 상기 제1 및 제3 패턴에 대응하는 위치에 형성될 수 있도록 조명 조건을 구하는 단계; 및
상기한 조명 조건으로 노광 공정을 진행하는 단계를 포함하는 비점수차 보정 방법을 제공한다.
여기에서, 상기 감광막 패턴들 중에서 어느 비점수차 관찰용 패턴에 대응하는 감광막 패턴이 원형으로 형성되는 가를 관찰하는 단계에서는 가로방향 찌그러짐 관찰 패턴과 세로방향 찌그러짐 관찰 패턴을 각각 관찰하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 감광막 패턴은 홀 형상 또는 아일랜드 형상으로 형성할 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 노광장치용 레티클의 개략적인 구성도를 도시한 것이고, 도 2는 도 1의 레티클을 이용한 비점수차 보정 방법의 공정 블록도를 도시한 것이다.
그리고, 도 3 및 도 4는 도 1의 레티클을 이용하여 형성한 감광막 패턴의 예들을 나타내는 단면도를 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 노광장치용 레티클(10)은 투명 기판(12)을 포함한다.
상기 투명 기판(12)에는 비점수차 관찰용 패턴들이 형성되며, 상기 패턴들 이외의 투명 기판(12)에는 광 차단막(14)이 형성된다.
상기한 비점수차 관찰용 패턴들은 가로방향 찌그러짐 관찰 패턴(16)과, 세로방향 찌그러짐 관찰 패턴(18)을 포함한다.
가로방향 찌그러짐 관찰 패턴(16)은 정사각형의 제1 패턴(16a)과, 제1 패턴(16)으로부터의 이격 거리가 증가할수록 세로폭이 일정 비율로 증가하도록 형성되는 적어도 2개 이상, 예컨대 3개의 제2 패턴(16b,16b',16b")을 포함한다.
그리고, 세로방향 찌그러짐 관찰 패턴(18)은 정사각형의 제3 패턴(18a)과, 상기 제3 패턴(18a)으로부터의 이격 거리가 증가할수록 가로폭이 일정 비율로 증가하도록 형성되는 적어도 2개 이상, 예컨대 3개의 제4 패턴(18b,18b',18b")을 포함한다.
도 1에는 상기 제3 패턴 및 제4 패턴이 각각 3개의 패턴으로 이루어지는 것을 도시하였지만, 이의 개수는 제한적이지 않다.
이하, 상기한 구성의 레티클을 이용하여 비점수차를 보정하는 방법에 대해 설명한다.
먼저, 상기 레티클(10)을 이용하여 기판 또는 웨이퍼상의 감광막을 선택적으로 노광한다. 그리고, 상기 감광막을 현상하여 상기 비점수차 관찰용 패턴들(16,18)에 대응하는 감광막 패턴들(20,20')을 형성한다.
이때, 상기 감광막이 포지티브 포토레지스트(positive photoresist)로 형성되는 경우에는 도 3에 도시한 바와 같이 홀 형상의 감광막 패턴들(20)이 형성되며, 감광막이 네거티브(negative) 포토레지스트로 형성되는 경우에는 도 4에 도시한 바와 같이 아일랜드형 감광막 패턴들(20')이 형성된다.
이와 같이 상기한 감광막 패턴들(20,20')을 형성한 후, 상기 패턴들(20,20') 중에서 어느 비점수차 관찰용 패턴에 대응하는 감광막 패턴이 원형으로 형성되는 가를 관찰한다.
이러한 방법에 의하면, 비점수차의 값을 절대값으로 측정하는 것은 불가능하지만, 상대적인 비교는 가능하게 된다.
따라서, 비점수차에 최적인 노광 조건(조명계 설정을 포함한다)을 쉽게 찾을 수 있다.
즉, 상기 원형의 감광막 패턴이 제1 패턴(16a) 및 제3 패턴(18a)에 대응하는 위치에 형성되는 경우에는 비점수차가 최소화된 것으로 판단하고, 상기 원형의 감광막 패턴이 제2 패턴(16b,16b',16b") 및 제4 패턴(18b,18b',18b") 중의 어느 하나에 각각 형성되는 경우에는 원형의 감광막 패턴이 좌측의 제1 패턴(16a) 및 제3 패턴(18a)에서 형성될 수 있도록 조명계 설정을 포함한 노광 조건을 조절한다.
이후, 상기한 조명 조건으로 노광 공정을 진행한다.
이와 같이, 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 비점수차가 가장 최소가 되는 조명 조건을 찾아 노광 공정을 셋업할 수 있으므로, 비점수차로 인해 발생되는 수율 저하를 효과적으로 방지할 수 있다.

Claims (4)

  1. 비점수차 관찰용 패턴들이 형성된 광 차단막을 구비하는 노광장치용 레티클로서, 상기 비점수차 관찰용 패턴들은,
    정사각형의 제1 패턴과, 상기 제1 패턴으로부터의 이격 거리가 증가할수록 세로폭이 일정 비율로 증가하도록 형성되는 적어도 2개 이상의 제2 패턴을 포함하는 가로방향 찌그러짐 관찰 패턴; 및
    정사각형의 제3 패턴과, 상기 제3 패턴으로부터의 이격 거리가 증가할수록 가로폭이 일정 비율로 증가하도록 형성되는 적어도 2개 이상의 제4 패턴을 포함하는 세로방향 찌그러짐 관찰 패턴
    을 포함하는 노광장치용 레티클.
  2. 제 1항의 레티클을 이용한 비점수차 보정 방법으로서,
    상기 레티클을 이용하여 감광막을 선택적으로 노광하는 단계;
    상기 감광막을 현상하여 상기 비점수차 관찰용 패턴들에 대응하는 감광막 패턴들을 형성하는 단계;
    상기 감광막 패턴들 중에서 어느 비점수차 관찰용 패턴에 대응하는 감광막 패턴이 원형으로 형성되는 가를 관찰하는 단계;
    상기 원형의 감광막 패턴이 상기 제1 및 제3 패턴에 대응하는 위치에 형성될 수 있도록 조명 조건을 구하는 단계; 및
    상기한 조명 조건으로 노광 공정을 진행하는 단계
    를 포함하는 비점수차 보정 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 감광막 패턴들 중에서 어느 비점수차 관찰용 패턴에 대응하는 감광막 패턴이 원형으로 형성되는 가를 관찰하는 단계에서는 가로방향 찌그러짐 관찰 패턴과 세로방향 찌그러짐 관찰 패턴을 각각 관찰하는 비점수차 보정 방법.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 감광막 패턴을 홀 형상 또는 아일랜드 형상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 비점수차 보정 방법.
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