KR100891252B1 - 반도체 사진장치의 부분 간섭도 측정방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 사진장치의 부분 간섭도 측정방법에 관한 것으로, 0° 및 180° 위상반전 격자패턴이 형성되어 있는 핀홀(pinhole)이 구비되는 마스크를 이용한 노광공정으로 웨이퍼 상에 광원의 이미지 또는 애뉼러(annular)의 이미지를 나타내어 렌즈 구경(numerical aperture, NA)에 대한 광원의 부분 간섭도(degree of partial coherence, effective σ)를 측정함으로써 시뮬레이션의 정확도 향상으로 공정 예측이나 분석이 가능하여 공정 수율을 향상시킬 수 있고, 장비의 유지 관리나 트러블 슈팅(trouble shooting)을 원활하게 하는 기술이다.

Description

반도체 사진장치의 부분 간섭도 측정방법{Method of measuring the degree of partial coherence in semiconductor lithographic system}
도 1 은 종래기술에 따른 반도체 사진장치의 부분 간섭도 측정방법을 도시한 개략도.
도 2a 는 종래기술에 따른 노광마스크의 평면도.
도 2b 는 도 2a 의 선A-A'에 따른 단면도.
도 2c 는 도 2a 의 마스크를 통과한 광원의 이미지를 도시한 평면도.
도 3a 는 종래기술의 다른 실시예에 따른 반도체 노광장치의 노광 조건을 측정하기 위한 마스크의 평면도.
도 3b 는 도 3a 의 선B-B'에 따른 단면도.
도 3c 는 도 3a 의 마스크를 통과한 광원의 이미지를 도시한 평면도.
도 4 는 본 발명에 따른 반도체 사진장치의 부분 간섭도 측정방법을 도시한 개략도.
도 5a 는 본 발명에 따른 노광마스크의 평면도.
도 5b 는 도 5a 의 선C-C'에 따른 단면도.
도 5c 및 도 5d 는 도 5a 의 마스크를 통과한 광원의 이미지를 도시한 평면도.
도 6 은 본 발명에 따른 노광마스크를 통과한 애뉼러 광원의 이미지를 도시한 평면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
11, 41 : 광원 12, 42 : 핀홀
13, 43 : 마스크 15, 45 : 입사동(entrance pupil)
17, 47 : 웨이퍼 19, 33, 34 49 : 광원의 이미지
21, 50 : 수정기판 23, 52 : 크롬패턴
25, 53 : 입사동의 가상 이미지 31 : 해프톤 위상반전 격자패턴
51 : 위상반전 격자패턴 61 : 애뉼러 광원의 이미지
본 발명은 반도체 사진장치의 부분 간섭도 측정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게 위상반전 격자가 형성된 마스크를 이용한 노광공정으로 렌즈 구경(numerical aperture, NA)에 대한 광원의 부분 간섭도를 측정하는 반도체 사진장치의 부분 간섭도 측정방법에 관한 것이다.
노광 장비에서 구현되는 노광 조건이 입력 값과 일치하는 지를 확인하기가 어려워 장비가 제공하는 노광 조건이 정확한 지 확인하기 어렵다. 반도체소자 패턴을 웨이퍼에 전사할 때 노광 조건에 따라 패턴의 변화가 크다.
현재, 노광 공정에서 미세 패턴 구현을 위해 시뮬레이션(simulation)을 이용 하여 감광제에 형성될 패턴을 예측하고 마스크 제작을 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 종래기술에 대하여 설명한다.
도 1 은 종래기술에 따른 반도체 사진장치의 부분 간섭도 측정방법을 도시한 개략도로서, 노광장치의 광원(11)이 마스크(13)의 핀홀(12)을 통과하여 웨이퍼(17) 상에 광원 이미지(19)를 나타낸다.
이때, 상기 마스크(13)는 웨이퍼(17)와 서로 대칭관계에 있기 때문에 정상적인 상태에서 웨이퍼(17)에는 마스크(13) 상의 핀홀(12)의 이미지가 맺히게 된다.
그러나, 마스크(13)를 뒤집어 놓은 상태, 즉 크롬패턴이 위쪽을 향하는 상태에서는 핀홀(12)의 이미지가 수백 ㎛ 이상 초점에서 어긋나게 위치되는 경우 마스크(12)의 수정기판에 핀홀(12)을 중심으로 대칭적으로 형성되는 광원의 이미지(19)가 웨이퍼(17)에 전사된다. 이런 경우, 마스크(13) 상에 대한 정보를 잃고 단지 마스크(13)가 핀홀(12)로 작용하게 되어 핀홀(12) 중심으로 광원의 이미지를 대칭 전달하게 되어 웨이퍼(17) 상에 광원의 이미지(19)를 얻게 되는 것이다. (도 1참조)
도 2a 는 종래기술에 따른 노광마스크의 평면도를 나타내고, 도 2b 는 도 2a 의 선A-A'에 따른 단면도로서, 수정기판(21)에 크롬패턴(23)으로 핀홀(12)을 형성한 것을 도시한다.
도 2c 는 도 2a 의 마스크를 통과한 광원의 이미지를 도시한 평면도로서, 광원(11)이 렌즈의 구경에 의해 제약을 받지 않으므로 웨이퍼 상에는 온전한 광원의 이미지(19)만 존재하게 된다.
이때, 상기 광원의 이미지(19)는 입사동의 가상 이미지(25)의 중심부에 형성 되기 때문에 렌즈 구경에 대한 정보를 얻을 수 없다. (도 2a 내지 2c 참조)
도 3a 는 종래기술의 다른 실시예에 따른 반도체 노광장치의 노광 조건을 측정하기 위한 마스크의 평면도이고, 도 3b 는 도 3a 의 선B-B'에 따른 단면도로서, 핀홀(12) 내에 해프톤 위상반전 격자패턴(31)이 형성되어 있는 것을 도시한다. 이때, 상기 해프톤 위상반전 격자패턴(31)은 6%의 투과율을 갖는다. (도 3a 및 도 3b 참조)
도 3c 는 도 3a 의 마스크를 통과한 광원의 이미지를 도시한 평면도로서, 입사동의 가상 이미지(25) 내에 광원의 0차광과 ±1차광에 대한 광원 이미지(33)가 나타나 있다. 이때, 0차광에 대한 광원 이미지가 ±1차광에 대한 광원 이미지보다 크게 나타나고, 광원 이미지(33)가 해프톤 위상반전 격자패턴(31)에 의해 입사동의 가상 이미지(25)의 가장자리까지 형성되지 않는다. (도 3c 참조)
상기한 바와 같이 종래기술에 따른 반도체 사진장치의 부분 간섭도 측정방법은, 단순한 핀홀을 통과한 광원은 웨이퍼 상에 0차광의 이미지만 나타내기 때문에 렌즈 구경에 대한 광원의 크기를 측정할 수 없다. 또한, 해프톤 위상반전 격자 패턴이 형성된 핀홀을 통과한 광원은 부분 간섭도(degree of partial coherence)에 의해 웨이퍼 상에 0차광 및 ±1차광의 이미지를 나타내지만, 0차광과 ±1차광의 이미지는 그 크기가 서로 다르고, 입사동의 가상 이미지보다 작게 나타나기 때문에 0차광과 ±1차광 간의 거리는 측정할 수 있지만 렌즈 구경에 대한 광원의 크기를 측정하기는 어렵다.
이로 인하여 실제 장비의 노광 조건이 입력 값과 정확하게 일치하는 지 알기 힘들고, 장비 문제 등으로 노광 조건이 다를 경우 원하지 않는 패턴 형성을 가져와 반도체 소자의 특성을 저하시키는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 마스크에 0° 및 180° 위상반전 격자 패턴이 구비되는 핀홀을 형성하고, 상기 마스크를 이용하여 노광공정을 실시하여 웨이퍼 상에 렌즈 구경에 의해 일정 부분이 잘려져 나가고, 크기가 서로 같은 광원의 이미지를 얻어서 렌즈 구경에 대한 광원의 크기를 측정하여 부분 간섭도를 측정하는 반도체 사진장치의 부분 간섭도 측정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이상의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 반도체 사진장치의 부분 간섭도 측정방법은,
핀홀형태의 투광영역에 0°와 180°로 위상반전되는 격자 패턴이 구비되는 노광마스크를 이용한 노광공정에서 광원이 상기 투광영역을 통과하여 웨이퍼 상에 얻어진 ±1차광의 이미지를 통해서 상기 광원의 부분 간섭도를 측정하는 것과,
상기 핀홀의 지름은 10 ∼ 1000㎛의 크기로 형성되는 것과,
상기 위상반전 격자 패턴은 0°와 180° 위상부분에 ±10°의 위상 오차를 갖는 것과,
상기 광원의 부분 간섭도는 컨벤셔날 광원인 경우 광원을 수직 및 수평방향의 격자패턴이 형성된 핀홀을 통과시켜 웨이퍼 상에 얻어진 광원의 직경을 b 및 d 로 하고, 입사동의 가상 이미지의 직경을 a 및 c로 하여 수직방향의 부분 간섭도(σx)는 d/a, 수평방향의 부분 간섭도(σy)를 b/c로 구하는 것과,
상기 광원의 부분 간섭도는 애뉼러 광원인 경우 광원을 격자패턴이 형성된 핀홀을 통과시켜 웨이퍼 상에 얻어진 광원의 바깥쪽 직경을 f, 안쪽 직경을 g로 하고, 입사동의 가상 이미지의 직경을 e로 하여 광원의 부분 간섭도(effective σ)를 f/g로 구하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 4 는 본 발명에 따른 반도체 사진장치의 부분 간섭도 측정방법을 도시한 개략도로서, 광원(41)이 마스크(43) 내의 핀홀(42)을 통과하여 웨이퍼(47) 상에 광원의 이미지(49)가 얻어진 것을 도시한다. 이때, 사용되는 노광장치는 I-라인, G-라인, KrF, ArF 및 F2 등의 광학 시스템과 전자빔, X-레이 등의 비광학 시스템이 사용된다. (도 4 참조)
도 5a 는 본 발명에 따른 반도체 노광장치의 노광 조건을 측정하기 위한 노광마스크의 평면도이고, 도 5b 는 도 5a 의 선C-C'에 따른 단면도이다. 이때, 상기 노광마스크에 형성된 핀홀의 지름(D)은 10 ∼ 1000㎛의 크기로 형성된다. 그리고, 핀홀 내의 상기 위상반전 격자 패턴(51)은 격자 간격(P)에 대한 제한은 없으며, 0°(①)와 180°(②)위상부분에 ±10°의 오차를 갖는다. (도 5a 및 도 5b 참조)
도 5c 및 도 5d 는 도 5a 의 마스크를 통과한 광원의 이미지를 도시한 평면도로서, 상기 광원의 이미지는 컨벤셔날 광원이 수직 및 수평방향의 격자패턴(51)을 통과하여 나타난 것이다. 이때, 상기 광원의 이미지(49)는 입사동의 가상이미지(53) 가장자리까지 형성되고, 광원의 ±1차광에 대한 이미지이며, 0차광에 대한 이미지는 0°부분과 180°부분이 서로 상쇄되어 나타나지 않는다.
여기서, 입사동의 가상이미지(53)의 직경을 (a, c), 광원의 이미지(49)의 직경을 (b, d)로 하는 경우, 상기 격자 패턴(51)이 수직방향일 때 광원의 간섭도(σx)는 d/a이고, 수평방향일 때 광원의 간섭도(σy)는 b/c이다. (도 5c 및 도 5d 참조)
상기한 바와 같이 얻어진 광원의 간섭도에 의해 광원의 크기, 간섭도, 광원의 비대칭여부, 렌즈 구경 이외에도 광원 간의 오프셋 및 렌즈 구경의 비대칭 여부 등의 광원정보를 얻을 수 있다.
또한, 도 6 은 본 발명에 따른 노광마스크를 통과한 애뉼러 광원의 이미지를 도시한 평면도로서, 가상의 이미지 내에 애뉼러 광원의 이미지(61)를 나타낸다.
여기서, 입사동의 가상이미지의 직경을 (e), 애뉼러 광원의 바깥쪽 직경을 (f), 애뉼러 광원의 안쪽 직경을 (g)로 하는 경우, σin은 g/e이고, σout는 f/e이므로 광원의 간섭도(degree of coherence, effective σ)는 f/g이다. (도 6 참조)
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체 사진장치의 부분 간섭도 측정방법은, 0。 및 180。 위상반전 격자패턴이 형성되어 있는 핀홀이 구비되는 마스크를 이용한 노광공정으로 웨이퍼 상에 광원의 이미지 또는 애뉼러의 이미지를 나타내어 NA에 대한 광원의 부분 간섭도를 측정함으로써 시뮬레이션의 정확도 향상 으로 공정 예측이나 분석이 가능하여 공정 수율을 향상시킬 수 있고, 장비의 유지 관리나 트러블 슈팅을 원활하게 하는 이점이 있다.

Claims (5)

  1. 핀홀형태의 투광영역에 0°와 180°로 위상반전되는 격자 패턴이 구비되는 노광마스크를 이용한 노광공정에서 광원이 상기 투광영역을 통과하여 웨이퍼 상에 얻어진 ±1차광의 이미지를 통해서 상기 광원의 부분 간섭도를 측정하는 것을 포함하는 반도체 사진장치의 부분 간섭도 측정방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 핀홀의 지름은 10 ∼ 1000㎛의 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 사진장치의 부분 간섭도 측정방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전 격자 패턴은 0°와 180° 위상부분에 ±10°의 위상 오차를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 사진장치의 부분 간섭도 측정방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원의 부분 간섭도는 컨벤셔날 광원인 경우 광원을 수직 및 수평방향의 격자패턴이 형성된 핀홀을 통과시켜 웨이퍼 상에 얻어진 광원의 직경을 b 및 d로 하고, 입사동의 가상 이미지의 직경을 a 및 c로 하여 수직방향의 부분 간섭도( σx)는 d/a, 수평방향의 부분 간섭도(σy)를 b/c로 구하는 것을 특징으로 하는 반도체 사진장치의 부분 간섭도 측정방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원의 부분 간섭도는 애뉼러 광원인 경우 광원을 격자패턴이 형성된 핀홀을 통과시켜 웨이퍼 상에 얻어진 광원의 바깥쪽 직경을 f, 안쪽 직경을 g로 하고, 입사동의 가상 이미지의 직경을 e로 하여 광원의 부분 간섭도(effective σ)를 f/g로 구하는 것을 특징으로 하는 반도체 사진장치의 부분 간섭도 측정방법.
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