KR100788345B1 - Measurement Method for Flare Effect in Photo Lithography Process - Google Patents

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Abstract

본 발명은 사진 공정에서 플레어 효과를 측정하는 방법에 관한 것이다. 사진 공정의 노광 과정에서 발생하는 플레어 효과에 대한 기존의 연구는 일반적인 경우의 핵심 치수 조절에 미치는 단순 효과 또는 이론적인 배경에 한정되었다. 본 발명에서는 라인의 너비가 일정하고, 열림 창의 열림 크기가 다른 여러 개의 마스크 패턴을 가지는 테스트 마스크를 사용하여 여러 노광 에너지로 라인 패턴을 형성하여 플레어 효과를 정량적으로 측정하고, 플레어 효과를 가미하여 해당 마스크를 수정함으로써, 핵심 치수를 조정한다. 본 발명은 여러 조명 조건에 따른 플레어 효과 변화 관찰이 용이함으로 각 반도체 소자의 층별 사진 공정 조명 조건에서 플레어 효과의 양을 측정하여 각 층별 마스크를 수정함으로써, 핵심 치수를 정교하게 조정할 수 있다. The present invention relates to a method of measuring flare effects in a photographic process. Existing studies of flare effects in the exposure process of the photographic process are limited to simple effects or theoretical backgrounds on key dimensional adjustments in general cases. In the present invention, by using a test mask having a plurality of mask patterns having a constant width of the line and different opening sizes of the opening window, a line pattern is formed with various exposure energies to quantitatively measure the flare effect, and apply the flare effect By modifying the mask, adjust the key dimensions. According to the present invention, it is easy to observe a flare effect change according to various lighting conditions, and by measuring the amount of flare effects in the photolithography process lighting conditions of each semiconductor device, the core dimension can be finely adjusted by modifying the mask for each layer.

플레어 효과(Flare Effect), 테스트 마스크(Test Mask), 핵심 치수(Critical Dimension) Flare Effect, Test Mask, Critical Dimension

Description

사진 공정에서 플레어 효과를 측정하는 방법{Measurement Method for Flare Effect in Photo Lithography Process}Measurement Method for Flare Effect in Photo Lithography Process

도 1은 본 발명의 테스트 마스크를 나타내는 그림이다.1 is a diagram showing a test mask of the present invention.

도 2는 테스트 마스크의 열림 창의 열림 크기에 따른 라인 패턴의 핵심 치수의 크기 변화를 나타낸 그래프이다.2 is a graph showing the size change of the core dimension of the line pattern according to the opening size of the opening window of the test mask.

도 3은 본 발명의 플레어 효과를 측정하는 방법을 나타낸 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a method of measuring the flare effect of the present invention.

<도면의 주요 부호에 대한 설명><Description of Major Symbols in Drawing>

5: 테스트 마스크 8: 테스트 마스크의 필드5: Test Mask 8: Field of Test Mask

10: 테스트 마스크의 라인 10: line of test mask

20: 테스트 마스크의 열림 창 20a: 열림 창의 열림 크기20: Open window of test mask 20a: Open window size of open window

본 발명은 반도체 소자의 제조 기술에 관한 것으로서, 특히 사진 공정에서 마스크 상의 라인과 열린 창의 단순한 패턴을 이용하여 각 조명 조건에 대한 플레어 효과를 측정하고, 각 조명 조건에서 플레어 효과의 양을 측정하여 반도체 소자의 층별 마스크를 수정함으로써 정교하게 핵심 치수를 조정할 수 있는 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a manufacturing technology of a semiconductor device. In particular, in a photolithography process, a flare effect for each lighting condition is measured using a simple pattern of lines on an mask and an open window, and the amount of flare effect is measured for each lighting condition. By modifying the layer mask of the device, it is possible to fine-tune key dimensions.

반도체 제품의 대량 생산이 시작된 이후로 사진 기술 개발이 비약적으로 이루어져 왔다. 반도체 소자의 제조 기술에서, 사진 공정은 소자의 고집적도를 선도하는 기본 기술로서, 빛을 이용하여 반도체 기판 위에 반도체 소자의 형성에 필요한 감광막 패턴을 형성하는 공정이다. 사진 기술의 여러 가지 변수 가운데 한계 해상도 이하에서 패턴 이미지를 형성해야 하는 90nm 이하 노드에서 핵심 치수(Critical Dimension)에 영향을 미치는 중요한 변수는 플레어 효과(Flare Effect)이다. 사진 공정에서 나타나는 플레어 효과는 노광 공정을 진행할 때 빛이 마스크 경계 면에서 난반사 되어 패턴을 형성하는 노광 에너지에 더해지면서 형성하고자 하는 패턴의 핵심 치수를 작게 만드는 역할을 한다. Since the beginning of mass production of semiconductor products, the development of photographic technology has been quantum leap. In the manufacturing technology of a semiconductor device, a photographic process is a basic technology leading to high integration of a device, and is a process of forming a photosensitive film pattern required for forming a semiconductor device on a semiconductor substrate by using light. Among the many variables in photography, the Flare Effect is an important variable that affects the critical dimensions at sub-90nm nodes that must form pattern images below the limit resolution. The flare effect seen in the photographing process serves to reduce the key dimension of the pattern to be formed as light is diffusely reflected at the mask boundary and added to the exposure energy to form the pattern.

플레어 효과와 같은 광학적 특성은 사진 마스크의 열림 정도(open ratio)를 변화시키면 열림 정도에 따라 중거리 플레어(mid-range flare)의 효과가 달라지면서 핵심 치수의 변화가 생기는데, 이와 유사한 현상이 조명계 구경 형태에서도 나타날 것으로 기대된다. 즉, 부분 결맞음 계수(partial coherence factor; σ)와 같은 조명계의 구경 계수 (illumination Numerical Aperture; illumination NA) 및 변형 조명계 구경 (modified illumination aperture) 형태에 따라 달라질 것으로 예상되나, 아직 이에 대한 연구가 충분치 않은 상태이다.Optical characteristics, such as the flare effect, change the key dimensions by changing the opening ratio of the photo mask, and the effect of the mid-range flare varies depending on the opening degree. It is expected to appear in. In other words, it is expected to vary according to the shape of illumination Numerical Aperture (NA) and modified illumination aperture such as partial coherence factor (σ), but there is not enough research yet. It is a state.

플레어 효과의 크기 변화를 정량적인 수치로 알면 플레어 효과로 인한 패턴의 변형(deformation)을 예측하고, 마스크 패턴 선묘(mask pattern drawing)에 반영할 수 있다. 그러나, 지금까지 플레어 효과에 대한 연구는 일반적인 경우의 핵심 치수 조절에 미치는 단순 효과 또는 이론적인 배경에 한정되었다. Knowing the quantitative change in the size of the flare effect can predict the deformation of the pattern due to the flare effect and reflect it in the mask pattern drawing. However, so far the research on flare effects has been limited to simple effects or theoretical backgrounds on key dimensional adjustments in general cases.

본 발명의 목적은 사진 공정에서 기존의 핵심 치수 조절에 미치는 단순 효과 또는 이론적인 배경에 한정하여 설명되던 플레어 효과를 테스트 마스크를 이용하여 정량적으로 측정함으로써, 반도체 소자의 층별 마스크를 수정하여 정교하게 핵심 치수를 조정할 수 있는 사진 공정에서 플레어 효과를 측정하는 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to quantitatively measure a flare effect by using a test mask, which is limited to a simple effect on a conventional core dimension control or a theoretical background in a photographic process, thereby precisely modifying a layer mask of a semiconductor device. It provides a way to measure flare effects in a dimensionally adjustable photographic process.

본 발명에 따른 사진 공정에서 플레어 효과를 측정하는 방법은 라인의 너비가 일정하고, 열림 창의 열림 크기가 다른 여러 개의 마스크 패턴을 가지는 테스트 마스크를 제조하는 단계와, 노광 장비에서 테스트 마스크를 사용하여 테스트 마스크 상의 라인의 너비와 동일한 크기의 라인 패턴을 형성하는 노광 에너지를 기준으로 매 칩마다 다른 노광 에너지를 사용하여 열린 창의 열림 크기가 다른 여러 개의 마스크 패턴의 라인을 웨이퍼에 라인 패턴으로 형성하는 단계와, 웨이퍼에서 기준으로 하는 노광 에너지와 마스크에서 열린 창의 총 너비가 커짐에 따라 열린 창에 의한 플레어 효과가 가해져서 라인 패턴을 형성한 노광 에너지로 플레어 효과를 계산하는 단계와, 계산된 플레어 효과를 가미하여 해당 마스크를 수정함으로써, 핵심 치수를 조정하는 단계를 포함한다.The method for measuring the flare effect in a photo process according to the present invention comprises the steps of manufacturing a test mask having a plurality of mask patterns having a constant line width, different opening size of the open window, and testing using a test mask in the exposure equipment Forming a line pattern on the wafer in a line pattern of several mask patterns having different opening sizes of the open window using different exposure energies for each chip based on the exposure energy forming a line pattern having a size equal to the width of the lines on the mask; In addition, as the total exposure width of the wafer and the window opened in the mask increases, the flare effect of the open window is applied to calculate the flare effect using the exposure energy that forms the line pattern. By modifying the corresponding mask, Steps.

실시예Example

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 사진 공정에서 플레어 효과를 측정하는 방법에 관한 것이다.1 to 3 relate to a method of measuring flare effects in the photographic process of the present invention.

도 1을 참조하면, 193nm 광원의 사진 공정의 스캔(scan) 및 스탭(step) 노광 장비에서 사용할 수 있는 마스크(mask)로서, 라인(line, 10)과 열린 창(open window, 20)으로 구성된 테스트 마스크(5)를 만들어 플레어 효과(Flare effect)를 측정한다. Referring to FIG. 1, a mask that can be used in a scanning and step exposure apparatus of a 193 nm light source, comprising a line 10 and an open window 20 A test mask (5) is made to measure the flare effect.

먼저, 테스트 마스크(5)는 라인(10)의 너비를 100nm 이하의 일정한 크기로 고정한 상태에서 라인(10)의 양 옆에 있는 열린 창(20)의 열림 크기(20a)를 0.3 ~ 20㎛로 나눈 여러 개의 마스크 패턴들을 가지도록 만든다. 이때, 마스크(5)는 크롬(Cr) 등의 금속으로 라인(10) 및 필드 부분(8)을 형성하고 있으며, 금속이 없는 부분은 열린 창(20)으로 빛이 통과하는 부분이다. First, the test mask 5 sets the opening size 20a of the open window 20 on both sides of the line 10 to 0.3 to 20 μm while fixing the width of the line 10 to a constant size of 100 nm or less. Have multiple mask patterns divided by In this case, the mask 5 forms a line 10 and a field portion 8 with a metal such as chromium (Cr), and the portion without the metal is a portion through which light passes through the open window 20.

한편, 이러한 테스트 마스크(5)를 사용하여 일정한 노광 에너지(Dose)로 라인 패턴을 웨이퍼에 형성하였을 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 테스트 마스크(5)의 열린 창(20)의 열림 크기(20a) 정도에 따라 웨이퍼 상에 형성되는 라인 패턴(line pattern)의 핵심 치수(Critical Dimension)의 변화를 관찰할 수 있다. 상기 웨이퍼 상에 형성되는 라인 패턴의 핵심 치수는 마스크(5)에서 열린 창(20)의 열림 크기(20a)가 커질수록 플레어 효과가 커지게 되면서, 패턴을 형성하기 위해 사용하는 노광 에너지에 플레어 효과에 의한 노광 효과가 가해지게 된다. On the other hand, when the line pattern is formed on the wafer with a constant exposure energy (Dose) using such a test mask (5), as shown in Figure 2, the opening size of the open window 20 of the test mask (5) ( 20a), the change in the critical dimension of the line pattern (line pattern) formed on the wafer can be observed. The core dimension of the line pattern formed on the wafer is that as the opening size 20a of the window 20 opened in the mask 5 increases, the flare effect increases, and the flare effect on the exposure energy used to form the pattern. The exposure effect by is added.

이에 따라, 열린 창(20)의 열림 크기(20a)가 커질수록 증가된 노광 효과로 인해 웨이퍼 상에 형성되는 라인 패턴의 핵심 치수가 작아지게 됨을 볼 수 있다. 그러므로, 테스트 마스크(5) 상의 열린 창(20)의 열림 크기(20a)가 커질 경우에는, 웨이퍼에 테스트 마스크(5) 상의 라인(10) 너비대로 라인 패턴을 형성하기 위해서 노광 에너지를 줄여 주어야 한다. Accordingly, it can be seen that as the opening size 20a of the open window 20 becomes larger, the core dimension of the line pattern formed on the wafer becomes smaller due to the increased exposure effect. Therefore, when the opening size 20a of the open window 20 on the test mask 5 becomes large, the exposure energy must be reduced to form a line pattern along the width of the line 10 on the test mask 5 on the wafer. .

다음으로, 테스트 마스크(5)를 사용하여, 테스트 마스크(5) 패턴 가운데 플레어 효과가 가해 지지 않은 마스크 패턴 즉, 열린 창(20)의 총 너비와 라인의 너비가 1 : 1인 패턴에 대해서 테스트 마스크(5) 상의 라인(10)의 너비와 동일한 크기의 라인 패턴을 웨이퍼에 형성하는 노광 에너지를 찾아낸다.Next, the test mask 5 is used to test a mask pattern having no flare effect among the test mask 5 patterns, that is, a pattern in which the total width of the open window 20 and the line width are 1: 1. The exposure energy for forming a line pattern on the wafer having the same size as the width of the line 10 on the mask 5 is found.

이후, 노광 장비에서 이 노광 에너지를 열린 창에 의한 플레어 효과가 없이 라인 패턴을 형성한 기준 노광 에너지로 정하고, 테스트 마스크(5)를 사용하여 웨이퍼 상에 매 칩(chip)마다 다른 노광 에너지로 노광하여 라인 패턴을 형성한다. 이때, 웨이퍼에는 테스트 마스크(5) 상의 열린 창(20)의 열림 크기(20a)가 다른 여러 개의 마스크 패턴에 의해서 라인 패턴들이 형성된다. Subsequently, the exposure equipment sets this exposure energy as the reference exposure energy in which the line pattern is formed without the flare effect of the open window, and is exposed to different exposure energy for each chip on the wafer using the test mask 5. To form a line pattern. At this time, line patterns are formed on the wafer by several mask patterns having different opening sizes 20a of the open window 20 on the test mask 5.

웨이퍼에 형성된 라인 패턴들 가운데는 패턴을 형성하기 위해 사용하는 노광 에너지와 테스트 마스크(5) 상의 열린 창(20)에 따른 플레어 효과가 가해져서 테스트 마스크(5) 상의 라인(10)의 너비와 동일한 크기의 라인 패턴이 형성하게 된다. Among the line patterns formed on the wafer, the exposure energy used to form the pattern and the flare effect according to the open window 20 on the test mask 5 are exerted to equal the width of the line 10 on the test mask 5. A line pattern of size is formed.

여기서, 플레어 효과는 기준이 되는 노광 에너지와 열린 창(20)의 열림 크기(20a)가 커짐에 따른 플레어 효과가 가해져서 라인 패턴을 형성한 노광 에너지를 가지고 계산할 수 있다. 즉, 플레어 효과(%)는 다음 수식 1에 의하여 구할 수 있다.Here, the flare effect may be calculated using the exposure energy as a reference and the exposure energy in which the flare effect is applied as the opening size 20a of the open window 20 is increased to form a line pattern. That is, the flare effect (%) can be obtained by the following Equation 1.

Figure 112005067925154-pat00001
Figure 112005067925154-pat00001

예컨대, 마스크에서 열린 창(20)의 총 너비가 0.3um이고, 라인(10)의 너비도 0.3um인 열린 창(20)의 총 너비와 라인의 너비가 1 : 1인 마스크 패턴을 웨이퍼에 마스크 상의 라인(10) 너비와 동일한 0.3um의 핵심 치수를 갖는 라인 패턴(10a)으로 형성한 노광 에너지가 50mJ이다. 그리고, 마스크에서 라인(10)의 너비는 0.3um이고 열린 창(20)의 총 너비가 커진 조건(플레어 효과가 가해진)에서, 웨이퍼에 0.3um 핵심 치수를 갖는 라인 패턴으로 형성한 노광 에너지가 45mJ이다. 이때, 플레어(%)는 수식 1의 플레어 계산식에 의해 다음 수식 2와 같이 정량적인 수치를 구할 수 있다. For example, a mask pattern with a total width of the open window 20 having a total width of 0.3 μm in the mask and a width of the line 10 having a width of 0.3 μm and a line width of 1: 1 is masked on the wafer. The exposure energy formed by the line pattern 10a having a core dimension of 0.3 um equal to the width of the line 10 of the phase is 50 mJ. Then, under the condition that the width of the line 10 in the mask is 0.3um and the total width of the open window 20 is increased (with the flare effect applied), the exposure energy formed by the line pattern having the 0.3um core dimension on the wafer is 45mJ. to be. At this time, the flare (%) can be obtained quantitative value as shown in the following equation 2 by the flare calculation formula of the formula (1).

Figure 112005067925154-pat00002
Figure 112005067925154-pat00002

이 같은 방법으로 플레어 효과의 영향을 정량적인 수치로 구하면, 플레어 효과로 인한 패턴의 변형을 예측하고, 마스크 패턴 선묘에 반영할 수 있다.In this way, if the effect of the flare effect is obtained in a quantitative value, the deformation of the pattern due to the flare effect can be predicted and reflected in the mask pattern line.

또한, 반도체 소자의 각 층마다 각각 다른 조명 조건을 사용하는 보통의 경우, 층별 플레어 효과를 고려하여 노광 에너지뿐만 아니라 조명 구경수(NA), 조명 조리개 모양 및 렌즈 구경수 등의 조명 조건에 대한 층별 플레어 효과를 측정한다.In addition, in each case of using different lighting conditions for each layer of a semiconductor device, in consideration of the flare effect of each layer, not only the exposure energy but also the lighting conditions such as lighting aperture (NA), lighting aperture shape, and lens aperture Measure flare effect.

이후, 조명 조건에 따라 플레어 효과가 달라짐을 확인하고, 이를 이용하여 각 반도체 소자의 층별 사진 공정 조명 조건에 따라 플레어 양을 측정하여 각 층별 마스크를 수정함으로써 정교한 핵심 치수 조정을 가능하게 한다. 즉, 도 3과 같은 순서대로 플레어 효과를 측정하여 마스크를 수정함으로써 핵심 치수를 조정할 수 있다. Afterwards, it is confirmed that the flare effect varies according to the lighting conditions, and by using this, the amount of flare is measured according to the photolithography process lighting conditions of each semiconductor device, thereby modifying the mask for each layer to enable precise core dimension adjustment. That is, the core dimension can be adjusted by measuring the flare effect in the order as shown in FIG. 3 and modifying the mask.

본 발명에 따르면, 마스크 상의 라인과 열린 창의 단순한 패턴을 이용한 플레어 효과를 정량적으로 측정할 수 있다.According to the present invention, the flare effect can be quantitatively measured using a simple pattern of the lines on the mask and the open window.

또한, 본 발명에 따르면, 조명 조건에 따른 플레어 효과 변화 관찰이 용이하여 각 반도체 소자의 층별 사진 공정 조명 조건에 따라 플레어 효과의 양을 측정하여 각 층별 마스크를 수정함으로써, 핵심 치수를 정교하게 조정할 수 있다.In addition, according to the present invention, it is easy to observe the change in the flare effect according to the lighting conditions, by measuring the amount of flare effect according to the photo process lighting conditions for each layer of each semiconductor device to modify the mask for each layer, it is possible to precisely adjust the core dimensions have.

본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.In the present specification and drawings, preferred embodiments of the present invention have been disclosed, and although specific terms have been used, these are merely used in a general sense to easily explain the technical contents of the present invention and to help the understanding of the present invention. It is not intended to limit the scope. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention can be carried out in addition to the embodiments disclosed herein.

Claims (5)

(a) 라인의 너비가 일정하고, 열림 창의 열림 크기가 다른 여러 개의 마스크 패턴을 가지는 테스트 마스크를 제조하는 단계와,(a) manufacturing a test mask having a plurality of mask patterns having a constant line width and different opening sizes of an open window; (b) 노광 장비에서 상기 테스트 마스크를 사용하여 상기 테스트 마스크 상의 상기 라인의 너비와 동일한 크기의 라인 패턴을 형성하는 노광 에너지를 기준으로 매 칩마다 다른 노광 에너지를 사용하여 열린 창의 열림 크기가 다른 여러 개의 마스크 패턴의 라인을 웨이퍼에 라인 패턴으로 형성하는 단계와,(b) In the exposure equipment, the opening size of the open window is different by using different exposure energy for each chip based on the exposure energy for forming the line pattern having the same size as the width of the line on the test mask using the test mask. Forming a line of mask patterns on the wafer in a line pattern, (c) 상기 웨이퍼에서 기준으로 하는 상기 테스트 마스크 상의 상기 라인의 너비와 동일한 크기의 라인 패턴을 형성하는 노광 에너지와 상기 마스크에서 상기 열린 창의 총 너비가 커짐에 따라 열린 창에 의한 플레어 효과가 가해져서 라인 패턴을 형성한 노광 에너지로 플레어 효과를 계산하는 단계와,(c) an exposure energy that forms a line pattern with a size equal to the width of the line on the test mask referenced by the wafer and a flare effect by the open window is applied as the total width of the open window in the mask increases; Calculating a flare effect with exposure energy forming a line pattern, (d) 상기 계산된 플레어 효과를 가미하여 해당 마스크를 수정함으로써, 핵심 치수를 조정하는 단계를 포함하는 사진 공정에서 플레어 효과를 측정하는 방법.and (d) modifying the mask by adding the calculated flare effect to adjust the core dimension. 제1항에서,In claim 1, 상기 (a)단계에서 상기 마스크의 상기 라인 너비는 100nm 이하의 일정한 너비로 만드는 것을 특징으로 하는 사진 공정에서 플레어 효과를 측정하는 방법.And in step (a), the line width of the mask is measured to have a constant width of 100 nm or less. 제1항에서,In claim 1, 상기 (a)단계에서 상기 마스크의 상기 열림 크기는 0.3 ~ 20㎛로 나누어서 만드는 것을 특징으로 하는 사진 공정에서 플레어 효과를 측정하는 방법.The opening size of the mask in the step (a) is a method for measuring the flare effect in the photographing process, characterized in that divided by 0.3 to 20㎛. 제1항에서,In claim 1, 상기 (b)단계에서 상기 노광 장비에서의 조명 구경수(NA: Numerical Aperture), 조명 조리개 모양 및 렌즈 구경수를 포함하는 조명 조건에 따라 플레어 효과를 측정하는 것을 특징으로 하는 사진 공정에서 플레어 효과를 측정하는 방법.In step (b), the flare effect is measured according to an illumination condition including an illumination aperture (NA: Numerical Aperture), an illumination aperture shape, and a lens aperture in the exposure apparatus. How to measure. 제1항에서,In claim 1, 상기 (c)단계에서 상기 플레어 효과를 계산하는 방법은 플레어 효과를The method for calculating the flare effect in the step (c) is a flare effect
Figure 112005067925154-pat00003
의 수식에 의해 구하는 것을 특징으로 하는 사진 공정에서 플레어 효과를 측정하는 방법.
Figure 112005067925154-pat00003
A method for measuring the flare effect in a photographic process, characterized by obtaining by the formula.
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