KR100837565B1

KR100837565B1 - Mask and Method for testing Tilted illumination in photolithography line

Info

Publication number: KR100837565B1
Application number: KR1020020033300A
Authority: KR
Inventors: 김우용
Original assignee: 동부일렉트로닉스 주식회사
Priority date: 2002-06-14
Filing date: 2002-06-14
Publication date: 2008-06-11
Also published as: KR20030095745A

Abstract

본 발명의 목적은 포토리소그라피 공정에서 노광장비의 조명모드 중의 하나인 사선광 방식의 에뉼러모드상에서 마스크 종류에 관계없이 최대의 효과를 낼 수 있는 반도체 제조용 포토리소그라피공정의 사입광 평가를 위한 마스크와 사입광 평가방법을 제공함에 있다.An object of the present invention is to provide a mask for evaluating the incident light of the photolithography process for semiconductor manufacturing that can achieve the maximum effect regardless of the type of mask in the diagonal light-type encapsulation mode, one of the illumination mode of the exposure equipment in the photolithography process and To provide a method for evaluating incident light.

이에 본 발명은 내측에 다수개의 셀이 형성되고, 상기 각 셀에는 일정 폭과 간격을 갖는 라인이 미세패턴형태로 연속 형성되며, 상기 미세폭을 이루는 상기 라인의 폭과 간격은 상기 각 셀마다 서로 상이한 구조로 된 반도체 제조용 포토리소그라피공정의 사입광 평가를 위한 마스크를 제공한다.In the present invention, a plurality of cells are formed on the inside, and lines having a predetermined width and a spacing are continuously formed in a fine pattern in each cell, and the width and the spacing of the lines forming the fine width are different from each other. A mask for evaluating incident light of a photolithography process for manufacturing a semiconductor having a different structure is provided.

마스크, 셀, 라인, 미세패턴, 사입광 Masks, cells, lines, fine patterns, incident light

Description

Mask and Method for Testing Tilted Illumination in Photolithography Line for Photolithography Evaluation in Semiconductor Manufacturing

도 1a는 일반 조명모드를 도시한 개략적인 도면,1a is a schematic diagram showing a general illumination mode;

도 1b는 에뉼러모드에 의해 사입사 조명모드를 도시한 개략적인 도면,Figure 1b is a schematic diagram showing the incidence illumination mode by the enamel mode,

도 2는 본 발명에 따른 포토리소그라피공정의 사입광 평가를 위한 마스크의 구조를 도시한 개략적인 도면이다.2 is a schematic diagram showing the structure of a mask for evaluation of the incident light of the photolithography process according to the present invention.

본 발명은 투영 노광 장치에 사용되는 포토 마스크에 관한 것으로, 특히 반도체 공정의 포토리소그라피(Photolithography)공정 중에 사용되는 사입사 조명에 따른 최적의 마스크를 얻기 위한 사입광 평가용 마스크와 사입광 평가 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photomask used in a projection exposure apparatus, and more particularly to a mask for evaluating incident light and an incident light for obtaining an optimal mask according to incident illumination used during a photolithography process of a semiconductor process. It is about.

일반적으로 반도체 장치의 각종 패턴은 포토리소그라피 기술에 의하여 형성된다. 상기 포토리소그라피 기술은 반도체 웨이퍼 상의 절연막이나 도전막 등, 패턴을 형성하여야 할 막 위에 X선이나 자외선 등과 같은 광선의 조사에 의해 용해도(solubility)가 변화하는 포토레지스트막을 형성하는 단계, 이 포토레지스트막의 소기 부분을 광선에 노출시킨 후 현상에 의해서 용해도가 큰 부분을 제거하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계 및 상기 패턴을 형성하여야 할 막의 노출된 부분을 에칭에 의하여 제거하여 배선이나 전극 등 각종 패턴을 형성하는 단계로 구성된다.Generally, various patterns of a semiconductor device are formed by photolithography technology. The photolithography technique includes forming a photoresist film having a solubility changed by irradiation with light such as X-rays or ultraviolet rays on a film, such as an insulating film or a conductive film, on a semiconductor wafer. Forming a photoresist pattern by exposing the scavenging portion to light rays and then removing a portion having high solubility by development; and removing various exposed portions of the film to be formed by etching to form various patterns such as wires and electrodes. It consists of steps.

최근 반도체 장치의 고집적화, 고밀도화 추세에 따라, 서브하프마이크론(Sub-half micron) 패턴을 형성하기 위하여 많은 새로운 기술이 개발되고 있다. 이러한 예로서는, 광원의 파장을 줄인 엑시머 레이저(Excimer laser)를 이용하는 방법, 위상 반전 마스크(Phase Shifting Mask)를 이용한 노광 방법 및 사입사 조명 (Tilted illumination) 방법과 같은 변형 조명방법(Modified illumination method) 등을 들 수 있다.Recently, with the trend of higher integration and higher density of semiconductor devices, many new technologies have been developed to form sub-half micron patterns. Examples thereof include a method using an excimer laser having a reduced wavelength of a light source, an exposure method using a phase shifting mask, a modified illumination method such as a tilted illumination method, and the like. Can be mentioned.

여기서 상기 사입사 조명 방법은 파리눈 렌즈(Fly's eye lens)와 콘덴서 렌즈(Condenser lens) 사이에 퓨필(Pupil)을 부착한 조명계(에뉼러모드(annular mode))를 사용하는 것으로(참조 문헌: New imaging technique for64M DRAM by N. Shiraishi, S. Hirukawa, Y.Takeuchi, and N. Magome, Proceedings of SPIE, vol 1674, Optical/lasermicrolithography p741, 1992) 상기한 사입사 조명 방법은 퓨필에 의해 입사광의 수직 성분을 차단하고 경사진 성분(사입사 성분)만이 마스크 상에 도달하게 한다.Here, the incidence illumination method uses an illumination system (annular mode) in which a pupil is attached between a fly's eye lens and a condenser lens (Reference: New imaging technique for 64M DRAM by N. Shiraishi, S. Hirukawa, Y. Takeuchi, and N. Magome, Proceedings of SPIE, vol 1674, Optical / lasermicrolithography p741, 1992) Block and allow only the inclined component (incidental component) to reach the mask.

예컨데, 광원으로 부터 조사된 빛은 파리눈 렌즈의 출구 표면에서 퓨필에 의해 제한되고, 이는 콘덴서렌즈를 통한 마스크의 푸리에 변환면(Fourier transform plane)과 일치한다. For example, the light irradiated from the light source is limited by the pupil at the exit surface of the fly's eye lens, which coincides with the Fourier transform plane of the mask through the condenser lens.

투영 노광 방법에 의하면, 푸리에 변환면 상에 조명된 빛의 분포는 하나의 원내에 형성되고 0차 회절광(zero-order diffracted linght)은 광축을 따라서 진행하고 (수직 입사 성분), +1차와 -1차로 회절된 빛(+1st and -1st order diffracted light)은 회절각을 갖고 진행하여(사입사 성분) 웨이퍼(100)상에서는 0차(101), +1차(102) 및 -1차(103)로 회절된 빛이 웨이퍼(100) 상에서 서로 간섭하면서 이미지를 형성하게된다.(도 1a 참조) According to the projection exposure method, the distribution of light illuminated on the Fourier transform plane is formed in one circle, and zero-order diffracted linght travels along the optical axis (vertical incident component), The -1st and -1st order diffracted light proceeds with a diffraction angle (incident component) on the wafer 100 so that the 0th order 101, + 1st order 102 and -1st order ( The light diffracted at 103 interferes with each other on the wafer 100 to form an image (see FIG. 1A).

그러나, 사입사 조명계에서는, 퓨필이 광축으로부터 이심되어(eccentric) 있기 때문에 퓨필을 통과한 빛은 특정한 사입사각을 갖고 마스크를 조명하게 된다. 조명된 빛은 마스크 상에 형성된 패턴에 의해 회절되는데, 마스크 패턴의 피치(pitch)가 미세하기 때문에 -1차 또는 고차로 회절된 빛은 투영 렌즈로 들어가지 않는다. 따라서, 0차(104) 및 1차(105)로 회절된 빛만이 포토레지스트가 도포되어 있는 웨이퍼(100) 상에서 간섭되어 이미지를 형성한다.(도 1b 참조)However, in an incident illumination system, since the pupil is eccentric from the optical axis, the light passing through the pupil has a specific oblique angle to illuminate the mask. Illuminated light is diffracted by the pattern formed on the mask, which is diffracted by -primary or higher order no light enters the projection lens because the pitch of the mask pattern is fine. Thus, only light diffracted into the 0th order 104 and the first order 105 interferes on the wafer 100 to which the photoresist is applied to form an image (see FIG. 1B).

상술한 사입사 조명 방법에 의하면, 해상도가 통상의 투영 노광 방법에 비해 1.5배정도 증가하며, 초점 심도(DOF) 역시 향상된다. According to the above-mentioned incidence illumination method, the resolution is increased by about 1.5 times compared with the conventional projection exposure method, and the depth of focus (DOF) is also improved.

여기서 상기 에뉼러모드에 있어서 0차 및 1차 또는 -1차광의 회절각은 마스크 상에 그려져 있는 회로도에 의해 도 1b에서의 각 (A)와 각 (B)가 같을 수도 있고 다를 수 있도 있는 데, 각 (A)와 각 (B)가 같을 경우는 이상적인 경우로 0차광과 1차광 또는 -1차광 사이의 OPD(optical pass difference)가 발생하지 않으나 각 (A)와 각 (B)가 서로 다르게 되면 문제가 발생된다. Here, the diffraction angles of the 0th order and the 1st or -1st order light in the enamel mode may be the same as or different from the angles (A) and (B) in FIG. 1B by the circuit diagram drawn on the mask. If the angles (A) and (B) are the same, the ideal case is that the optical pass difference (OPD) between 0th and 1st or -1th rays does not occur, but the angles (A) and (B) are different. Problem occurs.

즉, 각 (A)와 각 (B)가 서로 다른 경우에는 에뉼러 모드의 이점을 살려주지 못하고 오히려 옵티컬 공정 마진을 줄이는 역효과를 가져오게 된다. In other words, when the angles (A) and (B) are different from each other, the advantages of the encapsulated mode are not utilized, but rather, the optical process margin is adversely affected.

이는 광파장차이에 기인한 것으로, 에뉼러모드의 경우 사선광이 입사하여 마스크에서 회절될 경우 0차광과 1차광의 광파장차이가 슬릿 크기에 민감하게 반응하여 광파장차이가 발생하고 이에 따라 미세 패턴의 리솔루션 차이를 가져오게 되는 것이다.This is due to the optical wavelength difference. In the case of the entangled mode, when the diagonal light is incident and diffracted in the mask, the optical wavelength difference between the 0th light and the 1st light is sensitive to the slit size, resulting in a light pattern difference. The difference is the solution.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 포토리소그라피 공정에서 노광장비의 조명모드 중의 하나인 사선광 방식의 에뉼러모드상에서 마스크 종류에 관계없이 최대의 효과를 낼 수 있는 반도체 제조용 포토리소그라피공정의 사입광 평가를 위한 마스크와 사입광 평가방법을 제공함에 있다.Accordingly, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and in the photolithography process for semiconductor manufacturing, which can produce the maximum effect regardless of the mask type in the enamel mode of the diagonal type, which is one of the illumination modes of the exposure equipment. The present invention provides a mask and a method for evaluating incident light in the photolithography process.

또한, 본 발명의 또다른 목적은 소비자가 원하는 상을 사용하여 포커스 마진 및 패턴 리솔루션을 확보하기 위한 선행 판단용 마스크를 얻기 위함에 있다.In addition, another object of the present invention is to obtain a mask for prior determination for securing the focus margin and pattern resolution using the image desired by the consumer.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 마스크는 내측에 다수개의 정방향 셀이 형성되고, 각 셀에는 일정 폭과 간격을 갖는 라인이 미세패턴형태로 연속 형성되며, 미세폭을 이루는 상기 라인의 폭과 간격은 상기 각 셀마다 서로 상이한 것을 특징으로 한다.In order to achieve the object described above, the mask according to the present invention has a plurality of forward cells formed therein, and lines having a predetermined width and a spacing in each cell are continuously formed in a fine pattern, and the lines forming a fine width. The width and the interval of is characterized in that different for each cell.

또한, 본 발명은 상기 마스크에 형성되어 미세패턴을 이루는 라인이 연속 또는 단독으로 형성된 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized in that the lines formed on the mask to form a fine pattern are formed continuously or singly.

이와같이 다양한 크기의 라인이 마스크에 형성됨으로서 노광장비에서 본 발명의 마스크의 원하는 영역만을 블라인드로 조절하여 오픈시키고 패턴 처리하여 사입사 조명 상에서 선택적인 조명계 개구를 이용하여 진행하고자 하는 마스크 스텝에 가장 부합된 마스크 크기를 평가할 수 있고 이에 따라 마스크 크기에 맞는 최적의 사입사 개구를 선택적으로 사용할 수 있게 된다.As the lines of various sizes are formed in the mask, only the desired area of the mask of the present invention is opened and controlled by the blind in the exposure apparatus, and the pattern is processed to most suit the mask step to proceed by using an optional illumination system opening on the incident illumination. It is possible to evaluate the mask size and thus to selectively use the optimum incidence apertures for the mask size.

여기서 상기 라인은 폭이 일정하게 고정되고 각 셀간에 있어서의 미세패턴 간격만이 상이할 수 있다.In this case, the line may have a fixed width and only a fine pattern interval between cells may be different.

또한, 상기 라인은 미세패턴간의 간격은 일정하게 고정되고 각 셀간에 있어서의 라인 폭만이 상이할 수 있다.In addition, the lines may be fixed at a constant interval between fine patterns, and only the line widths between the cells may be different.

또한, 본 발명의 또다른 실시예에 따르면 상기 셀간에 형성되는 미세패턴이 수평라인과 수직라인을 따라 또는 수직라인과 수평라인을 따라 라인의 간격만이 상이하거나 폭만이 상이할 수 있다.In addition, according to another embodiment of the present invention, the fine patterns formed between the cells may have only a line spacing or a width different along a horizontal line and a vertical line or along a vertical line and a horizontal line.

한편 본 발명은 상기한 구조의 마스크를 통해 반도체 제조용 포토리소그라피공정의 사입광을 평가하기 위하여 상기 제1항의 마스크를 제작하는 제1단계와; 노광장비에서 상기 마스크의 특정 셀만을 블라인드로 조절하여 오픈시키는 제2단계; 사입사 조명을 발하는 조명계 개구를 선택하여 상기 마스크를 통해 노광하는 제3단계; 상기 노광 단계를 거쳐 패터닝된 웨이퍼의 라인을 검사하는 제4단계; 상기 제2공정에서 제4공정을 반복하여 실공정에서의 피치 크기에 적합한 조명계 개구를 선택하는 단계를 통해 사입광을 발사하는 조명계 개구를 최적화시킬 수 있게 된다.On the other hand, the present invention comprises a first step of manufacturing the mask of claim 1 to evaluate the incident light of the photolithography process for semiconductor manufacturing through the mask of the above structure; A second step of adjusting and opening only a specific cell of the mask in an exposure apparatus with a blind; A third step of selecting an illumination system opening for incidence illumination and exposing through the mask; A fourth step of inspecting a line of the wafer patterned through the exposing step; By repeating the fourth process in the second process to select the illumination system opening suitable for the pitch size in the actual process it is possible to optimize the illumination system opening for emitting incident light.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한 다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

상기한 도면에 의하면, 본 발명의 마스크(50) 내에는 수십 또는 수백개의 정방향의 셀(51)이 형성되며, 이 각 셀(51)은 그 안에 자체적으로 미세패턴을 갖는 라인(52)이 형성된다.According to the above drawings, dozens or hundreds of cells 51 in the forward direction are formed in the mask 50 of the present invention, and each cell 51 is formed with a line 52 having its own fine pattern therein. do.

그리고 상기 라인(52)은 각 셀(51)마다 그 폭(W)이나 미세패턴을 이루는 라인(52)간의 간격(L)이 서로 상이한 구조로 되어 있다.The line 52 has a structure in which each cell 51 has a width W or a distance L between lines 52 forming a fine pattern.

따라서 마스크(50)의 전체 셀(51) 중에서 동일한 형태의 미세패턴을 갖는 셀(51)은 없게 되는 것이다. Therefore, none of the cells 51 having the same fine pattern among all the cells 51 of the mask 50 is formed.

여기서 하나의 셀(51)에 있어서 동일한 폭(W)을 갖는 라인(52)을 반복적으로 형성시킴은 회절 슬릿으로 사용하기 위함이며 필요에 따라서 하나의 셀(51)에 한 개의 라인(52)만을 형성시킬 수 있다.Here, the repeated formation of the lines 52 having the same width W in one cell 51 is for use as a diffraction slit, and only one line 52 in one cell 51 as necessary. Can be formed.

또한, 바람직하게는 상기 마스크(50)는 수평라인(52)을 따라 형성된 셀(51) 간에는 라인(52)의 폭(W)을 고정시키고 라인(52) 사이의 간격(L)만을 일정 비율로 늘려나가거나 줄여 형성시키고, 수직라인(52)을 따라 형성된 셀(51) 간에는 라인(52) 사이의 간격(L)은 일정하게 유지하고 라인(52)의 폭(W)을 일정 비율로 늘려나가거나 줄여 형성시킨다.In addition, preferably, the mask 50 fixes the width W of the line 52 between the cells 51 formed along the horizontal line 52, and only the distance L between the lines 52 is fixed at a predetermined ratio. The gap between the lines 52 is kept constant between the cells 51 formed along the vertical lines 52, and the width W of the lines 52 is increased at a constant rate. Form or reduce it.

이렇게 형성된 마스크(50)는 최초 라인(52)의 폭(W)과 라인(52)간 간격(L), 라인(52)의 폭(W)이나 간격(L)의 증감 비율과 셀(51)의 개수에 따라 마스크(50) 전 체의 셀(51) 중에서 특정 위치의 셀(51)에서의 미세패턴 크기를 미리 알 수 있게 된다.The mask 50 thus formed has a width W of the first line 52 and an interval L between the lines 52, an increase / decrease ratio of the width W or the interval L of the line 52, and the cell 51. The size of the micropattern in the cell 51 at a specific position among the cells 51 of the mask 50 as a whole can be known in advance.

따라서 작업자는 실제 공정에서 제품을 만들 때 사용하게 될 피치(pitch) 크기에 맞는 마스크(50) 상의 특정 셀(51)만을 블라인드로 오픈시키고 패턴처리한 후 사입사 조명광을 발사하는 선택적인 조명계 개구를 통해 최적의 조건을 찾아낼 수 있게 되는 것이다.Thus, the operator opens a selective illumination system opening that blinds only the specific cells 51 on the mask 50 that fit the pitch size that will be used to make the product in the actual process, and then processes the incident illumination light after patterning. Through this, you can find out the best condition.

즉, 포토리소그라피 공정시 조명계에서 어떤 개구를 사용하느냐에 따라서 웨이퍼에 형성시키고자 하는 라인(52) 폭(W)의 해상도가 달라져 라인(52)이 잘 형성되기도 하고 그렇지 않기도 한데, 이러한 개구를 선택하는 데 있어서 본 발명의 마스크(50)를 미리 사용함으로서 원하는 라인(52)에 대한 최적의 개구를 선택할 수 있게 되는 것이다.That is, the resolution of the width W of the line 52 to be formed on the wafer varies depending on which opening is used in the illumination system during the photolithography process, so that the line 52 may be well formed or not. By using the mask 50 of the present invention in advance, it is possible to select the optimum opening for the desired line 52.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따른, 본 발명에 따른 마스크(50)에 의하면, 포토리소그라피 공정에서 노광장비의 조명모드 중의 하나인 사선광 방식의 에뉼러모드상에서 미리 본 발명의 마스크를 사용하여 다양한 개구를 시험해 봄으로서 필요한 개구를 사용할 수 있고, 따라서 포커스 마진과 패턴 해상도를 최적화시킬 수 있게 된다.According to the mask 50 according to the present invention as described above, in the photolithography process various openings using the mask of the present invention in advance on an oblique light-type enamel mode which is one of the illumination modes of the exposure equipment. You can use the necessary apertures as you test them, thus optimizing the focus margin and pattern resolution.

Claims

A plurality of cells are formed inside

Lines having a width and an interval are continuously formed in each of the cells in a fine pattern form.

The width and spacing of the line forming the fine width is a mask for evaluating the incident light of the photolithography process for manufacturing a semiconductor having a different structure for each cell.

The mask for evaluating incident light of a photolithography process for manufacturing a semiconductor according to claim 1, wherein the line is continuously or singly formed in one cell.

The mask for evaluating incident light of a photolithography process for semiconductor manufacturing according to claim 1 or 2, wherein the line has a constant width and only a fine pattern interval is different for each cell.

The mask for evaluating incident light of a photolithography process for manufacturing a semiconductor according to claim 1 or 2, wherein the lines have a constant interval between fine patterns and only a line width is different for each cell.

The method of claim 1 or 2, wherein the mask has only a line spacing or width different between cells arranged in a horizontal line, and only a line width or spacing differs between cells arranged in a vertical line. Mask for evaluation of incident light in photolithography process.

A first step of manufacturing the mask of claim 1;

A second step of adjusting and opening only a specific cell of the mask in an exposure apparatus with a blind;

A third step of selecting an illumination system opening for incidence illumination and exposing through the mask;

A fourth step of inspecting a line of the wafer patterned through the exposing step;

Repeating the steps 2 to 4 to select the illumination system opening suitable for the pitch size in the actual process

Incident light evaluation method of the photolithography process for semiconductor manufacturing containing a.