KR100854454B1 - 조명계의 형태 변화를 통한 ｃｄ 오차의 조정 방법 - Google Patents

Abstract

조명계의 형태 변화를 통한 CD 오차의 조정 방법이 제공된다. 본 발명에 따른 CD 오차의 조정 방법은 4개의 폴이 90°간격으로 배치되어 있는 크로스폴 조명계에 있어서, X방향 및 Y방향의 내측 시그마는 각각 등거리 대칭으로 유지하고, X방향 또는 Y방향의 외측 시그마를 다르게 변화시켜 X축 폴의 중심점들 사이의 거리와 Y축 폴의 중심점들 사이의 거리를 다르게 하여 반도체 회로 패턴의 X방향 또는/및 Y방향 CD 오차를 조정해주는 것을 특징으로 한다.

크로스폴, CD 오차, 다이폴, 조명계, 외측 시그마, 내측 시그마

Description

조명계의 형태 변화를 통한 ＣＤ 오차의 조정 방법{Method for controlling CD error by alterating illumination shape}

도 1a 내지 도 1c는 각각 종래의 사극조명에 있어서 다이폴(도 1a), 쿼더러폴(도 1b), 크로스폴(도 1c)을 모식적으로 나타낸 도면이다.

도 2a는 종래의 통상적인 크로스폴 조명계를 나타내는 도면이다.

도 2b는 도 2a의 크로스폴 조명계를 이용하여 실제로 노광공정을 수행한 후의 CD 차이를 설명하기 위한 도면이다.

도 3a 내지 도 3b는 크로스폴 조명계에 있어서 조명계의 형태 변화만으로도 CD오차의 조정이 가능하다는 것을 설명하기 위한 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면들이다.

도 4a 내지 도 4b는 크로스폴 조명계에 있어서 조명계의 형태 변화만으로도 CD오차의 조정이 가능하다는 것을 설명하기 위한 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면들이다.

도 5a와 도 5b는 다이폴 조명계에 있어서 조명계의 형태 변화만으로도 CD오차의 조정이 가능하다는 것을 설명하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 반도체 제조공정 중 노광공정에 있어서 CD(critical dimension) 오차의 조정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 조명계의 형태 변화를 통한 CD 오차의 조정 방법에 관한 것이다.

포토리소그래피(Photolithography)는 포토공정을 시작하기 전에 웨이퍼 표면에 묻은 이물질을 제거하는 웨이퍼 세정공정(cleaning)과 감광막이 웨이퍼에 잘 접착되도록 웨이퍼의 표면을 처리하는 표면처리공정, 감광막을 웨이퍼에 원하는 두께로 균일하게 도포하는 감광막 도포공정, 마스크를 감광막이 도포된 웨이퍼 위에 위치시키고 마스크 위에서 광을 노광시킴으로써 마스크에 그려진 회로가 웨이퍼 상에 형성되도록 하는 정렬/노광공정(alignment/exposure), 노광에 의해 변형된 감광막을 세정액을 통해 제거하는 현상공정(development)으로 구성되는데, 특히 포토리소그래피에서 정렬/노광공정을 수행하는 반도체 장비를 노광장치라고 한다.

노광장치는 다른 용어로 스테퍼(stepper)라고도 하며 마스크에 광을 공급하는 광원계와 광원에서 나오는 광을 균일한 면광원으로 확산시키는 동시에 일정한 크기로 집속시키는 조명계, 웨이퍼 상에 형성하려는 회로패턴이 설계된 마스크(또는 레티클), 마스크와 웨이퍼를 원하는 위치에 정렬시키는 위치정렬계, 마스크를 통과한 광이 웨이퍼에 원하는 위치에 형성되도록 하는 렌즈계 등으로 구성되어 있 다.

이러한 노광장치는 최근 반도체소자의 집적도가 증가함에 따라 회로패턴의 크기가 작아지면서 다양한 조명계의 사용에 따른 해상도 증대가 요구되어 여러 조명계에 대한 연구가 이루어졌다.

일반적으로 알려진 조명방법은 크게 일반조명(conventional illumination)과 사입조명(off-axis illumination)으로 분류된다. 이를 다시 세분하면 일반조명의 경우 코히어런tmcoherence) 등급에 따라 용도가 달라지고, 사입조명의 경우는ㄷ다다이폴(dipole), 쿼더러폴(quadrupole), 크로스폴(crosspole) 등으로 구분된다.

일반조명계는 종래의 1차원적인 회로패턴의 형성에 주로 사용되던 것으로, 최근 2차원 더 나아가 회로패턴이 미세화됨에 따라 이러한 일반조명계는 거의 사용되지 않고, 현재는 주로 사입조명이 주로 사용된다.

그러나, 반도체 양산라인에 사용되는 마스크는 각 마스크마다 동일한 데이터베이스(DB)를 가진다고 할지라도 각각의 묶음(set)에 따라 조금씩의 CD(critical dimension)을 가지고 있으며, 동일한 양산 라인의 노광장치도 비록 동일 모델임에도 불구하고 조금씩 다른 패터닝 결과를 나타낼 수 있다.

도 1a 내지 도 1c는 각각 종래의 사극조명에 있어서 다이폴(도 1a), 쿼더러폴(도 1b), 크로스폴(도 1c)을 모식적으로 나타낸 도면이다.

도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같이 종래의 사극조명계는 모두 중심에서의 거리(내측거리 및 외측거리)가 모두 동일한 대칭적인 형태를 가지고 있다. 따라서, 만일 각 마스크마다 동일한 데이터베이스와 동일한 모델의 장비를 이용하는 경우 2 차원적인 방향별로 서로 다른 CD를 가질 경우 이를 조정(correction)할 수 있는 수단은 없다.

이로 인해 각 방향별로 동일한 결과를 얻어 신뢰성 있는 양산공정 설립을 위해 마스크 보정(revision)을 계속 반복해야 하는 상황이 발생하게 되어 전체적인 공정효율을 떨어뜨리게 되는 문제가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 동일한 마스크 데이터베이스와 동일 모델의 조명계를 이용하는 경우 2차원적인 방향, 즉 X와 Y 방향에 따라 원하는 대로 CD를 조정할 수 있는 CD 오차의 조정 방법을 제공하는데에 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 CD 오차의 조정 방법은 4개의 폴이 90°간격으로 배치되어 있는 크로스폴 조명계에 있어서, X방향 및 Y방향의 내측 시그마는 각각 등거리 대칭으로 유지하고, X방향 또는 Y방향의 외측 시그마를 다르게 변화시켜 X축 폴의 중심점들 사이의 거리와 Y축 폴의 중심점들 사이의 거리를 다르게 하여, 반도체 회로 패턴의 X방향 또는/및 Y방향 CD 오차를 조정해주는 것을 특징으로 한다. 상기 외측 시그마를 변화시키는 기술은 X방향 또는 Y방향 중 어느 한 방향의 폴들의 중심점들 사이의 거리를 고정한 상태에서 그에 직교하는 방향의 폴들의 중심점들 사이의 거리를 변화시키는 것을 특징으로 한다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

도 2a는 종래의 통상적인 크로스폴 조명계를 나타내는 도면이고, 도 2b는 도 2a의 크로스폴 조명계를 이용하여 실제로 노광공정을 수행한 후의 CD 차이를 설명하기 위한 도면이다.

도 2a에 도시된 바와 같이 종래의 크로스폴(crosspole) 조명계는 4개의 폴(pole; 210)들이 서로 90°의 간격으로 배치되며, 내측 시그마(inner sigma), 즉 서로 180°로 마주보고 있는 폴(210)들의 내측거리와, 외측 시그마(outer sigma), 즉 서로 180°로 마주보고 있는 폴(210)들의 외측거리 각각은 모두 X축과 Y축 방향에 있어서 각각 서로 등거리-대칭으로 배치되어 있다.

도 2b는 상기 도 2a의 종래의 크로스폴 조명계를 이용하여 내측 시그마는 0.5, 외측 시그마는 0.8로 설정한 상태에서, 스토리지 노드(storage node)를 ArF 0.85NA 조건으로 시뮬레이션(simulation)한 패턴결과를 나타내는 도면으로서, 도 2b의 결과를 보면 X 스페이스(space)를 117nm로 고정한 상태에서 Y space는 178.8nm의 결과를 보이고 있음을 알 수 있다.

도 3a 내지 도 3b는 크로스폴 조명계에 있어서 조명계의 형태 변화만으로도 CD오차의 조정이 가능하다는 것을 설명하기 위한 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면들이다.

도 3a는 각 폴(210)들의 내측 시그마는 X축과 Y축 모두에서 상기 도 2a와 같이 0.5로 일정하게 대칭적으로 유지하고, 외측 시그마는 X축 방향으로는 도 2a와 같이 0.8로 설정하며, 다만 Y축 방향의 외측 시그마를 X축 방향 외측 시그마보다 긴 0.9로 유지한 크로스폴 조명계를 나타내는 것이다.

도 3b는 상기 도 3a와 같이 Y축 방향의 외측 시그마를 길게한 상태에서, 도 2b와 동일한 조건, 즉 스토리지 노드(storage node)를 ArF 0.85NA 조건으로 시뮬레이션(simulation)한 패턴결과를 나타내는 도면으로서, X 스페이스(space)를 117nm로 고정한 상태에서 Y space는 174.5nm의 결과를 보이고 있다.

도 4a 내지 도 4b는 크로스폴 조명계에 있어서 조명계의 형태 변화만으로도 CD오차의 조정이 가능하다는 것을 설명하기 위한 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면들이다.

도 4a는 각 폴(210)들의 내측 시그마는 X축과 Y축 모두에서 상기 도 2a와 같이 0.5로 일정하게 대칭적으로 유지하고, 외측 시그마는 Y축 방향으로는 도 2a와 같이 0.8로 설정하며, 다만 X축 방향의 외측 시그마를 Y축 방향 외측 시그마보다 긴 0.9로 유지한 크로스폴 조명계를 나타내는 것이다.

도 4b는 상기 도 4a와 같이 X축 방향의 외측 시그마를 길게한 상태에서, 도 2b와 동일한 조건, 즉 스토리지 노드(storage node)를 ArF 0.85NA 조건으로 시뮬레이션(simulation)한 패턴결과를 나타내는 도면으로서, 도 4b의 결과를 보면 X 스페이스(space)를 117nm로 고정한 상태에서 Y space는 183.1nm의 결과를 보이고 있음을 알 수 있다.

상기의 결과를 살펴볼 때 크로스폴 조명계에서는 조명계를 구성하는 폴들의 외측 시그마를 변형하는 것만으로도 반도체 회로 패턴의 X방향 또는/및 Y방향의 CD오차를 조정하는 것이 가능함을 알 수 있다.

도 5a와 도 5b는 다이폴 조명계에 있어서 조명계의 형태 변화만으로도 CD오차의 조정이 가능하다는 것을 설명하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.

도 5a는 종래의 다이폴(dipole) 조명계를 나타내는 것으로, 도 5a에 도시된 바와 같이 종래의 다이폴 조명계는 반달 모양의 2개의 폴들이 서로 180°로 마주보고 있는 형태로 각 폴들은 내측 시그마, 즉 조명계의 중심을 기준으로 한 폴들의 내측 거리는 일정한 거리를 유지하고 있으며, 외측 시그마, 즉 조명계의 중심을 기준으로 한 폴들의 외측거리도 일정 거리를 유지하고 있음을 알 수 있다.

상기 도 5a의 종래의 다이폴 조명계를 내측 시그마를 0.64, 외측 시그마를 0.84로 고정하고, 0.13㎛의 선폭을 가지는 마스크를 이용하여, ArF 0.85NA 조건에서 수직 스페이서(vertical space)를 110nm로 고정시킨 상태에서 시뮬레이션을 통해 수평 스페이서(horizontal space)의 CD를 측정한 결과, 수평 스페이서의 CD는 183nm의 결과를 나타내었다.

도 5b는 종래의 다이폴 조명계를 변형하여, 즉 내측 시그마는 대칭으로 유지하고, 외측시그마를 변화, 구체적으로는 외측 시그마를 다이폴 조명계의 중심을 기준으로 상방향 및 하방향으로 갈수록 점점 작아지는 형태, 보다 구체적으로는 외측 시그마를 다이폴 조명계의 중심을 기준으로 상방향 및 하방향으로 갈수록 계단형태로 점점 작아지는 형태로 변형한 다이폴 조명계이다.

상기 도 5b와 같이 변형된 다이폴 조명계를 이용하여 상기 도 5a의 다이폴 조명계에서 시뮬레이션 한 조건과 동일하게 시뮬레이션 한 결과 도 5b의 변형된 다이폴 조명계를 이용했을 경우엔 수직 스페이스(vertical space)를 110nm으로 고정시켰을 때, 수평 스페이서(horizontal space)는 188nm가 나옴을 알 수 있었다.

상기의 결과를 살펴볼 때 다이폴 조명계에 있어서도 다이폴을 구성하는 폴들의 외측시그마를 조정하는 것만으로도 반도체 회로 패턴의 X방향 또는/및 Y방향의 CD오차를 조정하는 것이 가능함을 알 수 있다.

이상 첨부된 도면 및 표를 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

본 발명의 실시예에 따른 조명계의 형태 변화를 통한 CD 오차의 조정 방법에 의하면 다음의 효과가 하나 또는 그 이상 존재한다.

첫째, 반도체 양산라인에서 사용되는 노광장치가 동일한 모델이라고 하더라도 각각 장비간의 CD 오차를 최소화 할 수 있다.

둘째, 양산라인에서 사용되는 마스크 세트(set)에 의해 발생하는 CD오차를 조정하는 것이 가능해 진다.

셋째, 종래 원하는 CD 오차범위를 가지기 위해 행하였던 여러 단계의 마스크 보정(revision) 단계를 생략하는 것이 가능해져 생산 효율이 증대되어 제조 단가의 하락을 가져올 수 있다.

Claims (5)

1. 4개의 폴이 90°간격으로 배치되어 있는 크로스폴 조명계에 있어서,

   X방향 및 Y방향의 내측 시그마는 각각 등거리 대칭으로 유지하고, X방향 또는 Y방향의 외측 시그마를 다르게 변화시켜 X축 폴의 중심점들 사이의 거리와 Y축 폴의 중심점들 사이의 거리를 다르게 하여, 반도체 회로 패턴의 X방향 또는/및 Y방향 CD 오차를 조정해주는 것을 특징으로 하는 조명계의 형태 변화를 통한 CD 오차의 조정 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 외측 시그마를 다르게 변화시키는 기술은 X방향 또는 Y방향 중 어느 한 방향의 폴들의 중심점들 사이의 거리를 고정한 상태에서 그에 직교하는 방향의 폴들의 중심점들 사이의 거리를 변화시키는 것을 특징으로 하는 조명계의 형태 변화를 통한 CD 오차의 조정 방법.
3. 2개의 폴이 180°간격으로 배치되어 있는 다이폴 조명계에 있어서,

   내측 시그마는 대칭으로 유지하고, 외측 시그마를 변화시켜 반도체 회로 패턴의 X방향 또는/및 Y방향 CD 오차를 조정해주는 것을 특징으로 하는 조명계의 형태 변화를 통한 CD 오차의 조정 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 외측 시그마는 다이폴 조명계의 중심을 기준으로 상방향 및 하방향으로 갈수록 점점 작아지는 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 조명계의 형태 변화를 통한 CD 오차의 조정 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 외측 시그마가 작아지는 형태는 계단형태인 것을 특징으로 하는 조명계의 형태 변화를 통한 CD 오차의 조정 방법.

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