KR100881194B1 - 공간 영상 검사 장비를 이용한 마스크 측정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마스크 전면에 대하여 고속으로 측정이 가능하면서도 마스크의 광학적 효과 등을 반영하여 측정을 정밀하게 수행할 수 있는 마스크 측정 방법을 제공한다. 그 마스크 측정 방법은 웨이퍼 상에 형성될 패턴을 위한 타겟(target) 마스크 레이아웃(layout)을 설계하는 단계; 마스크 검사 장비인 공간 영상(aerial image) 검사 장비를 이용하여 측정된 상기 타겟 마스크 레이아웃에 대한 이미지를 이용하여 유효(effective) 마스크 레이아웃을 추출하는 단계; 및 상기 추출된 유효 마스크 레이아웃을 웨이퍼 시뮬레이션 툴(wafer simulation tool)에 입력하여 웨이퍼 상의 이미지를 계산하는 단계;를 포함하고, 상기 타겟 마스크 레이아웃과 상기 유효 마스크 레이아웃의 비교 및 상기 패턴과 상기 웨이퍼 상의 이미지를 비교를 통해 마스크에 의한 광학적 효과를 검사할 수 있다.

Description

공간 영상 검사 장비를 이용한 마스크 측정 방법{Method of inspecting mask using aerial image inspection equipment}
도 1은 현재 마스크 측정 장비들에 대한 샘플링 비율에 대한 CD 민감도를 보여주는 그래프이다.
도 2는 본 발명에 일 실시예에 따른 공간 영상 검사 장비를 이용한 마스크 측정과정을 보여주는 흐름도이다.
도 3은 도 2의 유효 마스크 레이아웃을 추출 단계를 좀더 상세하게 보여주는 흐름도이다.
도 4a ~ 4e는 도 3의 유효 마스크 레이아웃 추출 과정을 웨이퍼의 OPC 과정과 비교하여 보여주는 개략도들이다.
도 5a 및 5b는 종래의 일반적인 OPC 알고리즘을 이용하여 유효 마스크 레이아웃을 추출하는 데에 발생하는 문제점을 보여주는 개념도들이다.
도 5c는 변형된 OPC 알고리즘을 이용하여, 도 3의 유효 마스크 레이아웃 추출하는 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
본 발명은 반도체 소자 제조 공정에 관련된 발명으로서, 특히 반도체 소자 제조 공정 중에 노광 공정을 이용한 미세 패턴 형성에 사용되는 원판 마스크의 오차를 측정하는 마스크 측정 방법에 관한 것이다.
최근 노광 공정의 난이도가 점점 증가함에 따라 마스크(mask) 자체의 작은 에러도 웨이퍼에 심각한 영향을 주게 되어, 다양한 패턴에 대해 마스크 전면에 걸쳐 수천 포인트(points) 이상의 샘플링 영역을 측정할 필요성이 대두 되고 있다.
그러나 현재 주로 사용되는 마스크 측정 장비인 SEM(Scanning Electron Microscope)은 속도 문제로 인해 수십 포인트 정도의 샘플링된 패턴에 대해서만 측정이 가능하고, 또한 웨이퍼 패턴에 영향을 주는 마스크 자체의 물질 차이나 단차 또는 패턴의 기울기 등에 의한 광학적인 차이를 SEM으로 측정하는 것은 원리적으로 불가능하다. 한편, 기존 광학 측정 장비는 마스크 전면에 대한 측정이 가능하나 저해상도이고 사용되는 광원의 파장이 반도체 노광 공정에 사용되는 파장과 달라서 역시 마스크에 의한 광학 현상을 제대로 파악하기 힘든 문제가 있다.
도 1은 현재 마스크 측정 장비들에 대한 샘플링 비율에 대한 CD 민감도를 보여주는 그래프이다. 여기서, X축은 샘플링 비율, 즉 전체 면적에 대한 측정되는 영역의 비율을 나타낸다. 한편, Y축은 마스크의 CD(Critical Dimension) 오차에 대한 민감도(sensitivity)를 나타내는데, %가 낮아질수록 CD 오차를 더 정밀하게 측정할 수 있게 된다.
도 1에 도시한 바와 같이, SEM은 마스크의 매우 적은 샘플링 영역에서 정밀하게 CD 오차를 측정할 수 있다. 또한, 공간 영상 마스크 시스템(Aerial Image Mask System: AIMS)은 SEM 보다는 정밀도가 떨어지지만 역시 적은 샘플링 영역에서 CD 오차를 정밀하게 측정할 수 있다. 이러한 SEM 또는 AIMS는 일정 샘플링 영역만을 측정하게 되므로 마스크 전체를 적절하게 대변할 수 없고, 속도 면에서 매우 느리다. 또한, 전술한 바와 같이 SEM의 경우 마스크에 대한 광학적 현상을 파악할 수 없다는 문제점도 가진다.
한편, 공간 영상(aerial image) 검사 장비(AREA)는 AIMS와 비슷하나 하나의 펄스(pulse)를 사용하여 마스크 전면에 대한 검사를 고속으로 수행할 수 있다. 그러나 그래프에 도시된 바와 CD 오차 민감도는 낮아 마스크의 패턴에 대한 정밀한 측정을 할 수 없다는 문제가 있다.
참고로, 여기서 별표로 표시된 부분은 샘플링 비율 및 CD 오차 민감도가 각각 100% 및 0%인 부분으로, 이상적인 마스크 측정 방법이 달성해야할 샘플링 비율 및 CD 오차 민감도 위치이다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 마스크 전면에 대하여 고속으로 측정이 가능하면서도 마스크의 광학적 효과 등을 반영하여 측정을 정밀하게 수행할 수 있는 마스크 측정 방법을 제공하는 데에 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 웨이퍼 상에 형성될 패턴을 위한 타겟(target) 마스크 레이아웃(layout)을 설계하는 단계; 마스크 검사 장비인 공간 영상(aerial image) 검사 장비를 이용하여 측정된 상기 타겟 마스크 레이아웃 에 대한 이미지를 이용하여 유효(effective) 마스크 레이아웃을 추출하는 단계; 및 상기 추출된 유효 마스크 레이아웃을 웨이퍼 시뮬레이션 툴(wafer simulation tool)에 입력하여 웨이퍼 상의 이미지를 계산하는 단계;를 포함하고, 상기 타겟 마스크 레이아웃과 상기 유효 마스크 레이아웃의 비교를 통해 마스크에 의한 광학적 효과를 검사할 수 있는 공간 영상 검사 장비를 이용한 마스크 측정방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 유효 마스크 레이아웃을 추출하는 단계는, 상기 타겟 마스크 레이아웃에 따라 마스크를 제작하여 상기 타겟 마스크 레이아웃에 대한 이미지를 측정하는 단계; 마스크 레이아웃에 대한 시뮬레이션 이미지를 계산하는 단계; 상기 측정된 이미지와 상기 시뮬레이션 이미지와 비교하는 단계; 및 상기 비교 단계에서 상기 측정된 이미지와 상기 시뮬레이션 이미지가 일치하는 경우, 상기 시뮬레이션 이미지에 대응하는 마스크 레이아웃을 상기 유효 마스크 레이아웃으로 결정하고 추출하는 단계;를 포함하고, 상기 시뮬레이션 이미지 계산 단계에서 최초의 상기 마스크 레이아웃은 상기 타겟 마스크 레이아웃에 해당한다. 또한, 상기 비교 단계에서 상기 측정된 이미지와 상기 시뮬레이션 이미지가 일치하지 않는 경우, 상기 마스크 레이아웃을 변경하고 다시 시뮬레이션 이미지 계산 단계로 돌아가 변형된 마스크 레이아웃에 대한 시뮬레이션 이미지를 계산하게 된다.
본 발명에 있어서, 상기 타겟 마스크 레이아웃을 설계하는 단계는, 상기 패턴을 디자인하는 단계; 상기 공간 영상 검사 장비에 대한 광학적 정보를 이용하여 광학근접보정(Optical Proximity Correctiona: OPC) 알고리즘의 변수들을 조정하는 단계; 및 상기 OPC 알고리즘에 기초한 상기 패턴에 대한 타겟 마스크 레이아웃(layout)을 설계하는 단계;를 포함할 수 있다.
한편, 상기 유효 마스크 레이아웃 추출은 변형된 OPC 알고리즘을 이용할 수 있는데, 상기 변형된 OPC 알고리즘은 상기 마스크 레이아웃의 스케터링 바(scattering bar: S/B)에 대한 보정(bias)을 포함할 수 있다. 상기 S/B에 대한 보정은 상기 S/B의 에지 부분에서 상기 측정된 이미지와 상기 시뮬레이션 이미지 사이의 에지 인텐서티 차이(Edge Threshold Intensity Difference: ETD)를 보정하는 것에 의해 이루어질 수 있다.
본 발명은 또한 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 웨이퍼 상에 형성될 패턴을 디자인하는 단계; 마스크 검사 장비인 공간 영상(aerial image) 검사 장비에 대한 광학적 정보를 이용하여 광학근접보정(Optical Proximity Correctiona: OPC) 알고리즘의 변수들을 조정하는 단계; 상기 OPC 알고리즘에 기초한 상기 패턴에 대한 타겟 마스크 레이아웃(layout)을 설계하는 단계; 상기 공간 영상 검사 장비를 이용하여 측정된 상기 타겟 마스크 레이아웃에 대한 이미지를 이용하여 유효(effective) 마스크 레이아웃을 추출하는 단계; 상기 추출된 유효 마스크 레이아웃을 웨이퍼 시뮬레이션 툴(wafer simulation tool or OPC)에 입력하여 웨이퍼 상의 이미지를 계산하는 단계;를 포함하고, 상기 타겟 마스크 레이아웃과 상기 유효 마스크 레이아웃의 비교를 통해 마스크에 의한 광학적 효과를 검사할 수 있는 공간 영상 검사 장비를 이용한 마스크 측정방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 웨이퍼 시뮬레이션 툴은 OPC 알고리즘이고, 상기 시 뮬레이션 툴은 웨이퍼 상의 PR(Photo Resist)의 영향 및 빛의 벡터 효과를 반영하여 상기 웨이퍼 상의 이미지를 계산하며, 본 발명의 마스크 측정 방법은 상기 타겟 마스크 레이아웃과 상기 유효 마스크 레이아웃의 비교를 통해 마스크에 의한 오차를 검사할 수 있다. 예컨대, 마스크 오차는 마스크의 디펙(defect), 마스크 CD의 균일성(uniformity) 오차 및 마스크 패턴 별 CD 오차 등이 될 수 있다. 한편, 본 발명의 마스크 측정 방법은 상기 패턴과 상기 웨이퍼 상의 이미지 비교를 통해 상기 마스크 오차에 의한 웨이퍼의 CD 변화(variation) 및 불량 패턴(weak pattern)에 대한 정보를 검출할 수도 있다.
본 발명에 따른 공간 영상 검사 장비를 이용한 마스크 측정방법은 변형된 OPC 알고리즘을 이용하여 타겟 마스크 레이아웃에 따라 제작된 마스크에 대한 유효 마스크 레이아웃을 추출할 수 있고, 타겟 마스크 레이아웃과 추출된 유효 마스크 레이아웃을 비교함으로써, 마스크에 의한 오차를 검사할 수 있다. 또한, 본 발명의 마스크 측정방법은 추출된 유효 마스크 레이아웃을 OPC 알고리즘에 입력하여 웨이퍼 상의 이미지를 계산하고 그 이미지를 최초의 웨이퍼 상의 패턴 디자인과 비교함으로써, 상기 마스크에 의한 웨이퍼의 CD 변화(variation) 및 불량 패턴(weak pattern)에 대한 정보를 검출할 수 있도록 한다.
결과적으로 본 발명의 마스크 측정방법은 공간 영상 검사 장비를 이용함으로써, 고속으로 마스크 전면에 대한 패턴 검사가 가능하고, 또한 유효 마스크 레이아웃의 추출을 통해 마스크에 의한 오차를 검사함으로써 마스크에 의한 웨이퍼 CD 변화나 불량 패턴 등의 패턴 변화에 대한 정보를 검출할 수 있다. 즉, 웨이퍼 패턴 변화에 영향을 미치는 마스크의 광학적 현상을 파악할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.
도 2는 본 발명에 일 실시예에 따른 공간 영상 검사 장비를 이용한 마스크 측정과정을 보여주는 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 먼저 웨이퍼 상에 형성할 패턴에 대한 디자인을 한다(S100). 여기서 웨이퍼는 상부로 PR(Photo Resist)이 형성된 웨이퍼를 포함하고 패턴은 PR에 형성될 패턴을 의미함은 물론이다.
다음 디자인된 패턴에 맞는 마스크의 레이아웃을 설계하기 위하여 OPC(Optical Proximity Correction)를 수행한다(S200). 여기서의 OPC는 마스크 검사 장비에 대한 광학적 정보를 반영하여 OPC 알고리즘의 변수들을 적절하게 조절(calibration)하는 것을 의미한다.
위와 같은 OPC를 기초로 하여 디자인된 패턴에 대한 타겟 마스크 레이아웃을 설계한다(S300). 상기 타겟 마스크 레이아웃에 따라 마스크가 정확하게 제작된다면 이상적이겠지만, 전술한 바와 같이 마스크 제작상에서 패턴의 단차나 패턴 기울기 등이 발생하고, 또한 마스크 자체의 재질 등의 요인으로 인해 타겟 마스크 레이아웃이 실제 마스크를 정확히 대변하지 못한다. 따라서, 실제 마스크에 정확하게 대응하는 유효한 마스크 레이아웃을 결정하는 것이 선행되어야 한다.
종래 마스크 검사의 경우 전술한 바와 같이 SEM이나 일반 광학 측정기를 이용하였으나 전술한 바와 같이 속도, 정확도, 및 측정 영역 등의 문제로 인해 마스크를 정확하게 검사할 수 없었고 또한 검사 과정에 많은 시간이 걸렸다. 그에 따라, 실제 마스크에 대응하는 유효한 마스크 레이아웃을 찾기가 힘들었다. 본 실시예에서는 위와 같은 문제를 해결하기 위하여 공간 영상(aerial image) 검사 장비 및 변형된 OPC 알고리즘을 이용한다.
즉, 타겟 마스크 레이아웃 설계 이후, 유효 마스크 레이아웃을 찾기 위하여 공간 영상 검사 장비 및 변형된 OPC 알고리즘을 이용하여 마스크 레이아웃을 적절히 변형한다(S400). 이에 대한 설명은 도 4 이후의 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
마스크 레이아웃의 변형을 통해 적절한 유효 마스크 레이아웃을 결정하고 그 유효 마스크 레이아웃을 추출한다(S500). 이와 같이 추출된 유효 마스크 레이아웃을 최초의 타겟 마스크 레이아웃과 비교(C1)함으로써, 마스크의 CD 변화나 마스크 자체의 디펙(defect)에 대한 정보를 검출할 수 있다. 예컨대, 마스크에 제작 중에 포함된 이물질이나 마스크의 패턴의 단차나 기울기 등에 의해 발생되는 광학적 차이에 대한 정보를 검출할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 공간 영상 검사 장비를 이용함으로써, 마스크 전면에 대하여 고속으로 패턴 검사를 할 수 있고, 따라서 정확한 유효 마스크 레이아웃을 용이하게 추출할 수 있다.
유효 마스크 레이아웃 추출 이후에, 추출된 유효 마스크 레이아웃을 웨이퍼 시뮬레이션 툴(Wafer Simulation Tool)에 입력하여, 웨이퍼 상에 형성되는 이미지를 계산한다(S600). 이때, 상기 웨이퍼 시뮬레이션 툴은 일반적으로 전술한 OPC 알고리즘이나 웨이퍼 상부로 형성된 PR에 의한 효과 및 광의 입사각에 따른 벡터 효과를 고려하여 이미지를 계산할 수 있는 OPC 알고리즘이다.
웨이퍼 상의 이미지 계산 후, 그 웨이퍼 상의 이미지를 추출한다(S700). 이렇게 추출된 이미지를 최초 디자인된 패턴과 비교(C2)함으로써, 웨이퍼 상의 CD 변화나 패턴 불량(Hotspots)에 대한 정보를 파악할 수 있다. 한편, 이러한 웨이퍼 상의 CD 변화나 패턴 불량(Hotspots)에 대한 정보는 OPC를 통한 이미지 계산에서 유효 마스크 레이아웃을 이용하기 때문에, 마스크에 의해 발생하는 에러, 즉 전술한 마스크의 재질, 패턴 단차나 기울기 등의 영향이 반영된 정보이다.
결국, 본 실시예의 공간 영상 검사 장비를 이용한 마스크 측정방법은 타겟 마스크 레이아웃 및 유효 마스크 레이아웃을 비교함으로써, 실제 마스크에 의한 광학적 현상에 대한 정보를 파악할 있다. 또한, 유효 마스크 레이아웃을 이용하여 웨이퍼 상의 이미지를 계산하고 디자인하고자 하는 패턴과 비교함으로써, 마스크에 의한 광학적 효과가 반영된 웨이퍼 상의 이미지 정보를 얻을 수 있다. 그에 따라, 웨이퍼 패턴 공정의 문제점을 노광 공정 수행 전에 파악하여 미리 예방함으로써, 웨이퍼에 대한 정확한 패턴 형성을 가능케 하여, 노광 공정의 수율을 획기적으로 향상할 수 있다.
도 3은 도 2의 유효 마스크 레이아웃을 추출 단계를 좀더 상세하게 보여주는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 타겟 마스크 레이아웃 설계(S300) 이후, 그 타겟 마스크의 레이아웃에 따라 실제의 마스크를 제작한다(S410). 이렇게 제작된 마스크는 일반적으로 앞서 전술한 마스크 자체의 에러를 포함하고 있다.
마스크 제작 후, 마스크를 공간 영상 검사 장비를 통해 검사한다(S420). 공간 영상 검사 장비는 마스크 전면에 대하여 고속으로 패턴 검사를 할 수 있다. 다음, 공간 영상 검사 장비에 의한 검사를 통해 측정된 마스크의 이미지를 추출한다(S430).
한편, 검사 장비를 통한 마스크의 측정 이미지 추출과 함께 또는 추출 후에, OPC를 통해 마스크 레이아웃에 대한 시뮬레이션을 수행하여 마스크 레이아웃에 의해 형성될 이미지를 계산하고(S440). 계산된 시뮬레이션 이미지를 추출한다(S450).
추출된 시뮬레이션 이미지와 앞서 검사 장비를 통해 추출된 측정 이미지를 비교한다(S460). 비교를 통해 두 이미지가 다른 경우, 마스크 레이아웃을 변경하고(S470), 다시 OPC를 통한 시뮬레이션 이미지를 계산 및 추출하여 측정 이미지와 비교하는 과정을 수행한다. 이러한 과정은 시뮬레이션 이미지와 측정 이미지가 일치하게 될 때까지 계속하여 수행된다. 한편, OPC에 의해 계산되는 최초의 시뮬레이션 이미지는 타겟 마스크 레이아웃에 대한 시뮬레이션 이미지이고, 그 후 마스크 레이아웃의 변경을 통해 시뮬레이션 이미지도 계속하게 변하게 됨은 물론이다.
비교를 통해 두 이미지가 일치하는 경우, 일치하는 시뮬레이션 이미지를 유효 마스크 레이아웃으로 결정하고, 유효 마스크 레이아웃을 추출한다(S500). 최초 타겟 마스크 레이아웃에 따라 정확하게 마스크가 제작되어 검사 장비에 의해 측정 된 이미지와 타겟 마스크 레이아웃에 대한 시뮬레이션 이미지가 일치하는 것이 바람직하나 실제적으로 일치하는 경우는 매우 드물다. 따라서, 이러한 시뮬레이션 이미지를 웨이퍼 시뮬레이션 툴에 적용하여 웨이퍼 상에 이미지를 계산하는 경우, 계산된 웨이퍼 상의 이미지는 실제 마스크에 의해 웨이퍼 상에 형성되는 이미지와는 매우 다르게 된다. 결국, 그러한 차이는 노광 공정의 에러를 유발하여 웨이퍼에 원하는 정확한 패턴을 형성할 수 없게 한다.
그러나, 본 실시예와 같이 유효 마스크 레이아웃을 추출하여 웨이퍼 시뮬레이션 툴에 적용하는 경우, 유효 마스크 레이아웃이 이미 실제 마스크의 광학적 현상, 즉 마스크 재질, 패턴의 단차나 기울기 등을 반영하고 있으므로, 계산된 웨이퍼 상의 이미지는 마스크에 의해 웨이퍼 상에 형성되는 이미지와 일치하게 된다.
한편, 이와 같은 과정을 통해 계산된 웨이퍼 상의 이미지가 최초에 디자인한 패턴과 다른 경우, 역으로 최초 패턴 디자인에 맞는 유효 마스크 레이아웃을 찾아내고, 그 유효 마스크 레이아웃에 대응하는 최초 타겟 마스크 레이아웃을 결정할 수 있다. 따라서, 그 결정된 타겟 마스크 레이아웃에 따라 마스크를 제작하게 되면, 마스크에 의해 형성되는 웨이퍼 상의 이미지는 최초 디자인한 패턴과 일치하게 될 것이다.
한편, 여기서 마스크의 레이아웃을 변경하면서 시뮬레이션 이미지를 계산하는 OPC는 일반적인 웨이퍼 상의 이미지를 계산하는 OPC가 아니라 조금 다른 원리를 이용하는 변형된 OPC이다. 변형된 OPC의 원리는 도 6의 설명부분에서 좀더 상세히 설명한다.
본 실시예의 유효 마스크 레이아웃의 추출 과정은 공간 영상 검사 장비 및 변형된 OPC를 이용하여 실제 마스크를 대변할 수 있는 정확한 유효 마스크 레이아웃을 추출 할 수 있게 한다. 또한, 공간 영상 검사 장비는 고속으로 마스크 전면에 대하여 검사가 가능하므로 마스크에 대한 검사를 매우 고속으로 진행할 수 있다. 또한, 측정 이미지와 시뮬레이션 이미지 비교 단계에서 패턴별로 정확히 비교되기 때문에, 결과적으로 마스크에 대한 검사가 매우 높은 정밀도, 즉 CD 오차에 대한 민감도가 매우 높은 수준으로 검사될 수 있다는 장점도 아울러 갖는다.
도 4a ~ 4e는 도 3의 유효 마스크 레이아웃 추출 과정을 웨이퍼의 OPC 과정과 비교하여 보여주는 개략도들이다. 여기서, 도 4d를 제외하고는 상부 쪽은 웨이퍼에 대한 OPC 과정을 보여주고 하부 쪽은 마스크 레이아웃에 대한 OPC 과정을 보여준다.
도 4a를 참조하면, 상부 쪽은 웨이퍼 타겟(직사각형), 즉 웨이퍼 상에 디자인하고자 하는 패턴을 나타내며(400W), 하부 쪽은 타겟 마스크 레이아웃(아령 형태) 및 공간 영상 장비를 통해 측정된 측정 이미지(타원)를 나타낸다(400M).
도 4b를 참조하면, 상부 쪽은 웨이퍼의 컨디션, 즉 웨이퍼 상의 PR이나 광의 벡터 효과 등을 고려한 시뮬레이션 이미지(타원)와 앞서 웨이퍼 타겟(직사각형)을 보여주며(460W), 하부 쪽은 타겟 마스크 레이아웃에 대한 측정 이미지(적은 타원) 및 공간 영상 검사 장비의 광학적 효과를 고려한 시뮬레이션 이미지(큰 타원)를 보여주고 있다(460M).
도시된 바와 같이 시뮬레이션 이미지들은 웨이퍼 타겟이나 측정 이미지와는 차이를 갖게 된다. 따라서, 이러한 차이를 보상하기 위하여 변형된 웨이퍼 타겟이나 변형된 타겟 마스크 레이아웃을 시뮬레이션 데이터로 입력해야 한다.
도 4c는 이러한 변형된 웨이퍼 타겟 및 변형된 타겟 마스크 레이아웃을 보여준다. 상부 쪽의 경우 4b에서 양 사이드 부분이 맞지 않으므로 양 사이드 부분을 확대하는 변형을 한다(470W). 한편, 하부 쪽의 경우는 도 4b에서 시뮬레이션 이미지가 더 크게 나타나므로, 타겟 마스크 레이아웃을 축소하는 변형을 한다.(470M).
도 4d는 도 4c의 하부 쪽의 타겟 마스크 레이아웃을 변형을 좀더 명확하게 보여주고 있다. 상부 쪽이 처음의 타겟 마스크 레이아웃을 보여주고(470M1), 하부 쪽이 변형된 타겟 마스크 레이아웃을 보여준다(470M2). 즉, 처음의 타겟 마스크 레이아웃을 축소함으로써, 도 4b의 하부 쪽에서의 측정 이미지와 시뮬레이션 이미지가 일치되도록 할 수 있다.
도 4e는 도 4d에서 적절한 웨이퍼 타겟 및 타겟 마스크 레이아웃이 결정된 경우 그 데이터들을 추출한다(500W, 500M). 즉, OPC가 수행된 웨이퍼 타겟과 유효 마스크 레이아웃을 추출한다.
도 5a ~ 5b는 종래의 일반적인 OPC 알고리즘을 이용하여 유효 마스크 레이아웃을 추출하는 데에 발생하는 문제점을 보여주는 개념도들이다.
도 5a는 일반적인 OPC 알고리즘을 설명하기 위한 개념도로서, 상부 쪽은 실제 마스크 패턴에 대한 투과 광의 인텐서티(intensity) 그래프를 보여주고 있고, 하부 쪽은 문턱( threshold) 인텐서티를 기준으로 형성되는 패턴 이미지를 보여준다.
도시한 바와 같이 중심 패턴과 양 사이드의 패턴에 대한 투과 광의 인텐서티가 차이가 있다. 즉, 양 사이드의 패턴은 가장자리에러(Edge Place Error: EPE)에 따라, 실제 패턴과는 다르게 나타나다. 예컨대, 본 도면에서는 문턱 인텐서티를 기준으로 패턴의 이미지를 계산하는 경우 실제 패턴과는 더 좁은 패턴의 이미지가 나타난다. 따라서, 이러한 차이를 보정해야 하는데, 보정을 위해서 패턴의 양 사이드의 폭을 적절히 늘려주면 원하는 패턴 이미지를 얻을 수 있게 된다. 그러나 이와 같은 일반적 OPC 방법을 마스크 레이아웃에 적용하는 데에는 약간 문제가 있다.
도 5b는 마스크 레이아웃에 일반적인 OPC를 적용한 모습을 보여주는 개념도이다.
도 5b를 참조하면, 일반적으로 마스크에는 스케터링 바(Scattering Bar: S/B)가 형성되는데, 이러한 S/B는 약간의 빛을 투과시켜 보강된 인텐서티를 상쇄함으로써, 사이드-로브(Side-lobe)를 억제하기 위하여 형성된다. 이와 같이 S/B가 형성된 마스크의 경우 OPC를 통해 마스크 레이아웃을 보정하는 데에는 문제가 있다. 즉, 도시한 바와 같이 S/B 부분에서 인텐서티가 높기 때문에 문턱 인텐서티를 기준으로 이미지를 계산하는 일반적인 OPC 방법으로는 아예 S/B에 대한 이미지를 얻을 수 없고, 그에 따라 보정도 불가능하게 된다. 따라서, 마스크 레이아웃의 변경을 위해서는 일반적인 OPC 알고리즘이 아닌 변형된 OPC 알고리즘을 사용해야 한다.
도 5c는 변형된 OPC 알고리즘을 이용하여, 도 3의 유효 마스크 레이아웃 추출하는 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5c를 참조하면, 본 실시예의 변형된 OPC 알고리즘은 마스크의 S/B 부분의 보정을 위하여 공간 영상 장비를 통해 측정되는 측정 이미지 인텐서티 그래프(Ii) 및 시뮬레이션을 통해 계산한 시뮬레이션 이미지 인텐서티 그래프를 이용한다.
즉, 두 그래프의 S/B 부분에서의 차이(Edge Threshold Intenxity Difference: ETD)인 △1 및 △2을 이용하여 마스크 레이아웃의 S/B 부분을 보정한다. 예컨대, 측정 이미지 인텐서티를 기준으로 시뮬레이션 이미지 인텐서티가 더 낮으면, 마스크 레이아웃의 S/B 부분의 폭을 좁히고 시뮬레이션 이미지 인텐서티가 더 높으면 S/B 폭을 넓히는 방법을 통해 S/B 부분을 보정할 수 있다. 이러한 보정을 통해 결과적으로 실제 마스크에의 광학적 현상을 그대로 반영한 유효 마스크 레이아웃을 결정할 수 있다.
지금까지, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 공간 영상 검사 장비를 이용한 마스크 측정방법은 공간 영상 장비 및 변형된 OPC 알고리즘을 이용하여 유효 마스크 레이아웃을 추출할 수 있고, 타겟 마스크 레이아웃과 추출된 유효 마스크 레이아웃을 비교함으로써, 마스크에 의한 오차를 검사할 수 있다.
또한, 본 발명의 마스크 측정방법은 추출된 유효 마스크 레이아웃을 OPC 알 고리즘에 입력하여 웨이퍼 상의 이미지를 계산하고 그 이미지를 최초의 웨이퍼 상의 패턴 디자인과 비교함으로써, 상기 마스크에 의한 웨이퍼의 CD 변화(variation) 및 불량 패턴(weak pattern)에 대한 정보를 검출할 수 있도록 한다.
한편, 본 발명의 마스크 측정방법은 공간 영상 검사 장비를 이용함으로써, 고속으로 마스크 전면에 대한 패턴 검사가 가능하므로 종래의 검사 장비의 문제점들을 해결할 수 있다. 즉 실제 마스크의 광학적 현상에 의한 웨이퍼 CD 변화나 불량 패턴 등의 패턴 변화에 대한 정보를 검출할 수 있다.
결국, 본 실시예의 공간 영상 검사 장비를 이용한 마스크 측정방법은, 마스크에 의한 광학적 현상에 대한 정보를 통해 웨이퍼 패턴 공정의 문제점을 노광 공정 수행 전에 파악하여 미리 예방함으로써, 노광 공정의 수율을 획기적으로 향상할 수 있고, 또한 웨이퍼에 대한 정확한 패턴 형성을 가능케 한다.

Claims (19)

  1. 웨이퍼 상에 형성될 패턴을 위한 타겟(target) 마스크 레이아웃(layout)을 설계하는 단계;
    마스크 검사 장비인 공간 영상(aerial image) 검사 장비를 이용하여 측정된 상기 타겟 마스크 레이아웃에 대한 이미지와 변형된 OPC 알고리즘을 이용하여 유효(effective) 마스크 레이아웃을 추출하는 단계; 및
    상기 추출된 유효 마스크 레이아웃을 웨이퍼 시뮬레이션 툴(wafer simulation tool)에 입력하여 웨이퍼 상의 이미지를 계산하는 단계;를 포함하고,
    상기 타겟 마스크 레이아웃과 상기 유효 마스크 레이아웃의 비교를 통해 마스크에 의한 광학적 효과를 검사할 수 있는 공간 영상 검사 장비를 이용한 마스크 측정방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 유효 마스크 레이아웃을 추출하는 단계는,
    상기 타겟 마스크 레이아웃에 따라 마스크를 제작하여 상기 타겟 마스크 레이아웃에 대한 이미지를 측정하는 단계;
    마스크 레이아웃에 대하여 상기 변형된 OPC 알고리즘을 이용하여 시뮬레이션 이미지를 계산하는 단계;
    상기 측정된 이미지와 상기 시뮬레이션 이미지와 비교하는 단계; 및
    상기 비교 단계에서 상기 측정된 이미지와 상기 시뮬레이션 이미지가 일치하는 경우, 상기 시뮬레이션 이미지에 대응하는 마스크 레이아웃을 상기 유효 마스크 레이아웃으로 결정하고 추출하는 단계;를 포함하고,
    상기 시뮬레이션 이미지 계산 단계에서 최초의 상기 마스크 레이아웃은 상기 타겟 마스크 레이아웃에 해당하는 것을 특징으로 하는 공간 영상 검사 장비를 이용한 마스크 측정방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 비교 단계에서 상기 측정된 이미지와 상기 시뮬레이션 이미지가 일치하지 않는 경우,
    상기 마스크 레이아웃을 변경하고 다시 시뮬레이션 이미지 계산 단계로 돌아가는 것을 특징으로 하는 공간 영상 검사 장비를 이용한 마스크 측정방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 타겟 마스크 레이아웃을 설계하는 단계는,
    상기 패턴을 디자인하는 단계;
    상기 공간 영상 검사 장비에 대한 광학적 정보를 이용하여 광학근접보정(Optical Proximity Correctiona: OPC) 알고리즘의 변수들을 조정하는 단계; 및
    상기 OPC 알고리즘에 기초한 상기 패턴에 대한 타겟 마스크 레이아웃(layout)을 설계하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공간 영상 검사 장비를 이용한 마스크 측정방법.
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 변형된 OPC 알고리즘은
    상기 마스크 레이아웃의 스케터링 바(scattering bar: S/B)에 대한 보정(bias)을 포함하는 것을 특징으로 하는 공간 영상 검사 장비를 이용한 마스크 측정방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 S/B에 대한 보정은 상기 S/B의 에지 부분에서 상기 측정된 이미지와 상기 시뮬레이션 이미지 사이의 에지 인텐서티 차이(Edge Threshold Intensity Difference: ETD)를 보정하는 것에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 공간 영상 검사 장비를 이용한 마스크 측정방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 시뮬레이션 툴은 OPC 알고리즘이고,
    상기 시뮬레이션 툴은 웨이퍼 상의 PR(Photo Resist)의 영향 및 빛의 벡터 효과를 반영하여 상기 웨이퍼 상의 이미지를 계산하는 것을 특징으로 하는 공간 영상 검사 장비를 이용한 마스크 측정방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 마스크 측정방법은 상기 타겟 마스크 레이아웃과 상기 유효 마스크 레이아웃의 비교를 통해, 마스크에 의한 오차를 검사할 수 있는 것을 특징으로 하는 공간 영상 검사 장비를 이용한 마스크 측정방법.
  10. 청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제9 항에 있어서,
    상기 마스크 측정방법은 상기 패턴과 상기 웨이퍼 상의 이미지 비교를 통해, 상기 마스크 오차에 의한 웨이퍼의 CD 변화(variation) 및 불량 패턴(weak pattern)에 대한 정보를 검출할 수 있는 것을 특징으로 하는 공간 영상 검사 장비를 이용한 마스크 측정방법.
  11. 청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제9 항에 있어서,
    상기 마스크 오차는 마스크의 디펙(defect), 마스크 CD의 균일성(uniformity) 오차 및 마스크 패턴 별 CD 오차 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 공간 영상 검사 장비를 이용한 마스크 측정방법.
  12. 웨이퍼 상에 형성될 패턴을 디자인하는 단계;
    마스크 검사 장비인 공간 영상(aerial image) 검사 장비에 대한 광학적 정보를 이용하여 광학근접보정(Optical Proximity Correctiona: OPC) 알고리즘의 변수들을 조정하는 단계;
    상기 OPC 알고리즘에 기초한 상기 패턴에 대한 타겟 마스크 레이아웃(layout)을 설계하는 단계;
    상기 공간 영상 검사 장비를 이용하여 측정된 상기 타겟 마스크 레이아웃에 대한 이미지를 이용하여 유효(effective) 마스크 레이아웃을 추출하는 단계;
    상기 추출된 유효 마스크 레이아웃을 웨이퍼 시뮬레이션 툴(wafer simulation tool or OPC)에 입력하여 웨이퍼 상의 이미지를 계산하는 단계;를 포함하고,
    상기 타겟 마스크 레이아웃과 상기 유효 마스크 레이아웃의 비교를 통해 마스크에 의한 광학적 효과를 검사할 수 있는 공간 영상 검사 장비를 이용한 마스크 측정방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 유효 마스크 레이아웃을 추출하는 단계는,
    상기 타겟 마스크 레이아웃에 따라 마스크를 제작하여 상기 타겟 마스크 레이아웃에 대한 이미지를 측정하는 단계;
    마스크 레이아웃에 대한 시뮬레이션 이미지를 계산하는 단계;
    상기 측정된 이미지와 상기 시뮬레이션 이미지와 비교하는 단계; 및
    상기 비교 단계에서 상기 측정된 이미지와 상기 시뮬레이션 이미지가 일치하는 경우, 상기 시뮬레이션 이미지에 대응하는 마스크 레이아웃을 상기 유효 마스크 레이아웃으로 결정하고 추출하는 단계;를 포함하고,
    상기 시뮬레이션 이미지 계산 단계에서 최초의 상기 마스크 레이아웃은 상기 타겟 마스크 레이아웃에 해당하는 것을 특징으로 하는 공간 영상 검사 장비를 이용한 마스크 측정방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 비교 단계에서 상기 측정된 이미지와 상기 시뮬레이션 이미지가 일치하지 않는 경우,
    상기 마스크 레이아웃을 변경하고 다시 시뮬레이션 이미지 계산 단계로 돌아가는 것을 특징으로 하는 공간 영상 검사 장비를 이용한 마스크 측정방법.
  15. 청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제12 항에 있어서,
    상기 유효 마스크 레이아웃 추출은 변형된 OPC 알고리즘을 이용하는 것을 특징으로 하는 공간 영상 검사 장비를 이용한 마스크 측정방법.
  16. 청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제15 항에 있어서,
    상기 변형된 OPC 알고리즘은
    상기 마스크 레이아웃의 스케터링 바(scattering bar: S/B)에 대한 보 정(bias)을 포함하는 것을 특징으로 하는 공간 영상 검사 장비를 이용한 마스크 측정방법.
  17. 청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제16 항에 있어서,
    상기 S/B에 대한 보정은 상기 S/B의 에지 부분에서 상기 측정된 이미지와 상기 시뮬레이션 이미지 사이의 에지 인텐서티 차이(Edge Threshold Intensity Difference: ETD)를 보정하는 것에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 공간 영상 검사 장비를 이용한 마스크 측정방법.
  18. 청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제12 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 시뮬레이션 툴은 OPC 알고리즘이고,
    상기 시뮬레이션 툴은 웨이퍼 상의 PR(Photo Resist)의 영향 및 빛의 벡터 효과를 반영하여 상기 웨이퍼 상의 이미지를 계산하며,
    상기 마스크 측정 방법은 상기 타겟 마스크 레이아웃과 상기 유효 마스크 레이아웃의 비교를 통해 마스크에 의한 오차를 검사할 수 있으며, 상기 패턴과 상기 웨이퍼 상의 이미지 비교를 통해 상기 마스크 오차에 의한 웨이퍼의 CD 변화(variation) 및 불량 패턴(weak pattern)에 대한 정보를 검출할 수 있는 것을 특징으로 하는 공간 영상 검사 장비를 이용한 마스크 측정방법.
  19. 청구항 19은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제18 항에 있어서,
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