KR101069433B1 - Method for correcting pattern CD of mask for extreme ultraviolet lithography - Google Patents
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Abstract
극자외선 리소그래피를 위한 마스크의 패턴 CD 보정방법은, 극자외선 리소그래피를 위한 마스크를 제작하는 단계와, 마스크를 이용한 극자외선 리소그래피를 실시하여 웨이퍼 상에 패턴을 형성하는 단계와, 웨이퍼 상에 구현된 패턴의 임계치수(CD)를 측정하는 단계와, 패턴의 임계치수와 타겟 임계치수의 차를 구하여 보정 파라미터를 산출하는 단계, 및 보정이 필요한 영역의 마스크의 반사층 표면을 산화시키는 단계를 포함하여 이루어진다.The pattern CD correction method of a mask for extreme ultraviolet lithography includes fabricating a mask for extreme ultraviolet lithography, performing extreme ultraviolet lithography using a mask to form a pattern on a wafer, and a pattern implemented on the wafer. Measuring a critical dimension (CD), calculating a correction parameter by obtaining a difference between the critical dimension of the pattern and the target critical dimension, and oxidizing the surface of the reflective layer of the mask in the region requiring correction.
극자외선 리소그래피, 패턴 보정, 임계치수(CD), 반사도, 산화 Extreme ultraviolet lithography, pattern correction, critical dimension (CD), reflectivity, oxidation
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 극자외선 리소그래피를 위한 마스크의 패턴 임계치수를 보정하는 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for correcting a pattern threshold of a mask for extreme ultraviolet lithography.
반도체 소자의 제조 공정 중 리소그래피(lithography) 공정은 기판 상에 도포된 감광막에 광선을 조사하여 회로 패턴을 형성시키는 핵심 공정기술로서, 광원으로 주로 레이저를 사용하고 있으나 선폭이 급격히 축소됨에 따라 광학적으로 한계에 부딪히고 있다. 이에 따라 극자외선(extreme ultraviolet; EUV), 전자빔(electron beam), X-선, 이온빔 등의 새로운 광원이 모색되고 있으며, 이 가운데 극자외선과 전자빔이 차세대 노광 기술 방식으로 각광을 받고 있다.Lithography is a core process technology for forming a circuit pattern by irradiating light on a photoresist film coated on a substrate. Lithography is mainly used as a light source. Is hitting. Accordingly, new light sources such as extreme ultraviolet (EUV), electron beam, X-ray, and ion beam are being sought. Among them, extreme ultraviolet light and electron beam are spotlighted by the next generation exposure technology.
현재 사용되고 있거나 연구개발 중인 리소그래피 공정은 KrF(248㎚) 광원 또는 ArF(193㎚) 광원을 사용하고, 블랭크 기판 상에 크롬(Cr) 등의 차광막 패턴이 형성된 투과형 마스크를 사용한다. 그러나, EUV 리소그래피 기술에서는 13.4nm에 이르는 극자외선 영역의 파장을 이용하는데, 극자외선 영역에서는 대부분의 물질이 큰 광 흡수성을 가지기 때문에 극자외선을 활용하기 위해서는 광학 시스템의 변경 이 필요하다. i-라인, KrF 또는 ArF 광원을 사용하는 기존의 노광장치는 굴절 광학계를 사용해왔으나, 극자외선 노광장치는 반사경을 통해 광학계가 구성된다. Lithography processes currently in use or under development use a KrF (248 nm) light source or an ArF (193 nm) light source, and a transmissive mask in which a light shielding film pattern such as chromium (Cr) is formed on a blank substrate. However, EUV lithography uses wavelengths in the extreme ultraviolet region up to 13.4 nm. In the extreme ultraviolet region, most materials have a large light absorbency, and thus, the optical system needs to be changed to utilize the extreme ultraviolet. Existing exposure apparatuses using i-line, KrF or ArF light sources have used refractive optics, but extreme ultraviolet exposure apparatuses are constructed with reflectors.
극자외선 리소그래피를 적용하기 위해서는 극복해야할 많은 과제들이 있다. 그 중에서도 쉐도우 및 플레어 효과(shadow & flare effect)는 극자외선 리소그래피 공정의 여러 가지 변수 가운데 한계 해상도 이하에서 패턴 이미지를 형성해야 하는 상황에서 패턴의 임계 치수(Critical Dimension; CD)에 영향을 미치는 중요한 변수이다. 쉐도우 효과는 흡수층 및 버퍼층의 단차에 의해 극자외선 광이 그늘지는 정도가 마스크 영역별로 다르게 나타남으로 인해 마스크 영역별로 패턴 CD에 차이가 발생하는 현상을 말한다. 그리고, 플레어(flare)는 포토리소그래피 시스템 중 노광 장치에 장착되는 프로젝션 렌즈 등의 결함으로 인하여 포토리소그래피 공정에서 오노광이 발생되는 현상을 말한다. 즉, 렌즈 표면에 결함이 발생되면, 렌즈 결함 부위에서 광산란이 발생되어 포토레지스트 패턴의 형상 변형이 일어나는 것이다. 여기서, 렌즈의 표면 결함으로는 표면 오염, 스크래치(scratch) 또는 부분적인 굴절율 차이등을 들 수 있으며, 이러한 결함 부위에서 노광시 광이 렌즈를 통하여 집속되지 않고 산란이 발생된다.There are many challenges to overcome in order to apply extreme ultraviolet lithography. Among them, the shadow & flare effect is one of the many variables of the extreme ultraviolet lithography process, and it is an important variable that affects the critical dimension of the pattern when the pattern image must be formed below the limit resolution. to be. The shadow effect refers to a phenomenon in which the pattern CD differs for each mask region because the degree of shadowing of the extreme ultraviolet light due to the difference between the absorbing layer and the buffer layer is different for each mask region. In addition, a flare refers to a phenomenon in which photoexposure is generated in a photolithography process due to a defect of a projection lens or the like mounted on an exposure apparatus in a photolithography system. That is, when a defect occurs on the surface of the lens, light scattering occurs at the lens defect site, and thus shape deformation of the photoresist pattern occurs. Here, surface defects of the lens may include surface contamination, scratches, or partial refractive index differences, and scattering may occur when light is not focused through the lens at the sites of such defects.
이러한 쉐도우 및 플레어 효과를 개선하기 위하여 종래에는 시뮬레이션(simulation)을 통해 패턴의 CD 보정 폭을 예측하고, 그 보정 폭만큼 전자빔 노광의 도우즈를 조절하거나, 전자빔 노광 전 패턴의 크기를 변경함으로써 웨이퍼 상에 나타나는 CD 균일도를 개선하였다. 그러나, 이와 같은 방법의 경우 시뮬레이션 에러 폭에 따라 보정 에러 폭이 커질 수 있으며 시뮬레이션을 위한 파라미터의 경 우 마스크에 따라 다르게 나타남으로 인해 정확한 시뮬레이션을 구현하는 것이 현실적으로 불가능한 문제점이 있다.In order to improve such shadow and flare effects, conventionally, the CD correction width of the pattern is predicted through simulation, and the dose of the electron beam exposure is adjusted by the correction width, or the size of the pattern before the electron beam exposure is changed. The CD uniformity shown in the improved. However, in such a method, the correction error width may increase according to the simulation error width, and in the case of parameters for the simulation, it is impossible to implement an accurate simulation because it appears differently according to the mask.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 극자외선 리소그래피를 위한 마스크의 패턴 임계치수(CD)를 용이하게 보정할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a method for easily correcting a pattern critical dimension (CD) of a mask for extreme ultraviolet lithography.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에 따른 극자외선 리소그래피를 위한 마스크의 패턴 CD 보정방법은, 극자외선 리소그래피를 위한 마스크를 제작하는 단계와, 마스크를 이용한 극자외선 리소그래피를 실시하여 웨이퍼 상에 패턴을 형성하는 단계와, 웨이퍼 상에 구현된 패턴의 임계치수(CD)를 측정하는 단계와, 패턴의 임계치수와 타겟 임계치수의 차를 구하여 보정 파라미터를 산출하는 단계, 및 보정이 필요한 영역의 마스크의 반사층 표면을 산화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, a method of correcting a pattern CD of a mask for extreme ultraviolet lithography according to the present invention comprises the steps of preparing a mask for extreme ultraviolet lithography and performing extreme ultraviolet lithography using a mask to form a pattern on a wafer. Measuring the critical dimension (CD) of the pattern embodied on the wafer, calculating the difference between the critical dimension and the target critical dimension of the pattern, calculating a correction parameter, and a reflective layer of the mask in the region requiring correction Oxidizing the surface.
상기 반사층의 표면을 산화시키는 단계는, 산소를 포함하는 분위기에서 상기 마스크를 베이크하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 마스크를 베이크하는 단계는, 100 ∼ 200℃의 온도에서 실시할 수 있다. 또한, 상기 마스크를 베이크하는 단계는, 부분적으로 온도 조절이 가능한 한 플레이트 상에서 실시할 수 있다.Oxidizing the surface of the reflective layer may include baking the mask in an atmosphere containing oxygen. At this time, the step of baking the mask can be carried out at a temperature of 100 ~ 200 ℃. In addition, baking the mask may be performed on a plate as long as the temperature can be partially adjusted.
상기 반사층의 표면을 산화시키는 단계에서, 상기 필요한 보정량에 따라 산출되는 두께로 산화시킬 수 있다.In the step of oxidizing the surface of the reflective layer, it can be oxidized to a thickness calculated according to the required correction amount.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하 기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below.
일반적으로 극자외선 리소그래피는 몰리브덴(Mo)/실리콘(Si)으로 이루어진 반사층의 표면에서 반사된 극자외선을 이용하여 패턴을 형성한다. 그런데, 반사층 표면의 실리콘(Si)이 산화되는 경우 극자외선에 대한 반사층에서의 반사도가 떨어지게 된다. 본 발명은 이를 이용하는 것으로, 실제 극자외선 리소그래피를 실시하여 웨이퍼 상에 패턴을 형성한 후 패턴의 CD를 측정하여 균일도를 확인하고 그 결과를 토대로 반사층의 표면을 산화시킴으로써 반사층의 반사도를 변경하여 CD 균일도를 개선하는 방법을 제시한다.In general, extreme ultraviolet lithography forms patterns using extreme ultraviolet rays reflected from a surface of a reflective layer made of molybdenum (Mo) / silicon (Si). However, when silicon (Si) on the surface of the reflective layer is oxidized, the reflectivity of the reflective layer against extreme ultraviolet rays is reduced. According to the present invention, actual ultraviolet ray lithography is performed to form a pattern on a wafer, and then the CD of the pattern is measured to confirm the uniformity, and the reflectivity of the reflective layer is changed by oxidizing the surface of the reflective layer based on the result, thereby adjusting the CD uniformity. Present ways to improve it.
도 1은 본 발명에 따른 극자외선 리소그래피를 위한 마스크의 패턴 보정방법을 나타내는 흐름도이고, 도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 극자외선 리소그래피를 위한 마스크의 패턴 보정방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1 is a flowchart illustrating a pattern correction method of a mask for extreme ultraviolet lithography according to the present invention, and FIGS. 2 to 4 are cross-sectional views illustrating a pattern correction method of a mask for extreme ultraviolet lithography according to the present invention.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 먼저 극자외선 리소그래피를 위한 마스크를 제작한다(단계 110). 극자외선 리소그래피를 위한 마스크는 다음과 같은 방법으로 제작할 수 있다. 1 to 4, first, a mask for extreme ultraviolet lithography is fabricated (step 110). Masks for extreme ultraviolet lithography can be fabricated in the following manner.
먼저, 석영(quartz)과 같은 투광성 기판(200) 상에 반사층(210)을 형성한다. 반사층은(210)은 극자외선을 반사시키는 역할을 하는 것으로, 입사되는 극자외선(EUV)을 산란시키는 산란층(211)과 산란층들 사이를 이격시키는 이격층(212)으로 이루어진 이중층을 다층으로 적층하여 형성할 수 있다. 산란층(211)은 몰리브 덴(Mo) 또는 베릴륨(Be)을 포함하여 형성할 수 있고, 이격층(212)은 실리콘(Si)을 포함하여 형성할 수 있다. 다음, 반사층(210) 위에, 반사층의 원하지 않는 산화나 오염을 억제하고 패턴 수정시 보호막 역할을 하는 버퍼층(220)을 형성한다. 버퍼층(220)은 예를 들면 크롬나이트라이드(CrN)막으로 형성할 수 있다. 버퍼층(220) 위에, 저반사율을 갖는 물질, 예를 들면 탄탈륨나이트라이드(TaN)로 흡수층(230)을 형성한다(도 2). 다음에, 흡수층과 버퍼층을 회로 패턴을 한정하도록 패터닝하여 반사층(210)을 선택적으로 노출시킨다(도 3).First, a
극자외선 리소그래피를 위한 마스크가 제작되면, 제작된 마스크를 이용하여 실제 극자외선 리소그래피를 실시하여 웨이퍼 상에 패턴을 형성한다(단계 120).Once a mask for extreme ultraviolet lithography is fabricated, actual extreme ultraviolet lithography is performed using the manufactured mask to form a pattern on the wafer (step 120).
다음, 웨이퍼 상에 형성된 패턴의 CD를 측정한다(단계 130). 패턴의 CD는 예를 들면 주사형 전자현미경(SEM)을 이용하여 측정할 수 있다. 다음에, 측정된 CD를 바탕으로 보정이 필요한 영역(도 3의 동그라미 부분)을 설정하고 보정 맵(map)을 작성하며 보정 파라미터를 산출한다(단계 140). 즉, 측정된 패턴의 CD와 타겟 CD의 차이를 구하고, 차이에 따른 산화 정도를 산출한다. CD의 차이에 따른 산화막의 두께는 시뮬레이션 또는 실험을 통해 구할 수 있다. 또한, 보정 맵에 따라 마스크의 영역별로 적절한 산화막의 두께를 산출한다.Next, the CD of the pattern formed on the wafer is measured (step 130). CD of a pattern can be measured, for example using a scanning electron microscope (SEM). Next, based on the measured CD, an area to be corrected (circled in FIG. 3) is set, a correction map is generated, and a correction parameter is calculated (step 140). That is, the difference between the CD and the target CD of the measured pattern is obtained, and the degree of oxidation according to the difference is calculated. The thickness of the oxide film according to the difference of CD can be obtained through simulation or experiment. Further, according to the correction map, an appropriate thickness of the oxide film is calculated for each mask area.
CD 보정량에 따른 산화막의 두께가 산출되면, 보정이 필요한 영역의 반사층(도 3의 210)의 표면을 산화시켜 반사층의 반사도를 조절하기 위한 산화막(240)을 형성한다(도 4). 이때, 영역 별로 보정량이 다르고 이에 따라 형성할 산화막의 두께가 다를 수 있는데, 영역별로 다른 두께의 산화막을 형성하기 위하여, 국부적으 로 온도 조절이 가능한 플레이트가 구비된 챔버에서 기판을 베이크할 수 있다. 국부적으로 온도 조절이 가능한 플레이트를 사용할 경우 반사층의 산화되는 두께를 마스크의 영역별로 조절할 수 있으므로 보정이 필요한 양에 따라 산화막의 두께를 조절하여 전체적으로 균일한 CD 분포를 얻을 수 있다.When the thickness of the oxide film according to the CD correction amount is calculated, the surface of the reflective layer (210 in FIG. 3) in the region to be corrected is oxidized to form an
반사층(도 4의 210) 표면에 형성되는 산화막(도 4의 240)의 두께가 증가할수록 마스크의 반사도가 낮아지고 해당 영역에 대응되는 패턴의 CD는 줄어들게 되므로, 결과적으로 패턴의 CD가 보정된다. 종래에는 마스크를 제작하기 전에 시뮬레이션을 통해 전자빔 노광장비의 도우즈를 조절하여 마스크 상의 패턴의 CD를 조절함으로써 웨이퍼 상에 구현되는 패턴의 CD 균일도를 도모하였으나, 본 발명의 경우 극자외선 리소그래피용 마스크를 제작한 후에도 웨이퍼 상의 패턴 CD 균일도 향상을 위한 보정이 가능함으로써 패턴 CD 균일도 확보가 훨씬 용이하며 CD 컨트롤의 정확도를 높일 수 있는 장점이 있다.As the thickness of the oxide layer (240 of FIG. 4) formed on the surface of the reflective layer (210 of FIG. 4) increases, the reflectivity of the mask decreases and the CD of the pattern corresponding to the corresponding region decreases. As a result, the CD of the pattern is corrected. Conventionally, before manufacturing the mask, the CD uniformity of the pattern realized on the wafer is achieved by adjusting the dose of the pattern on the mask by adjusting the dose of the electron beam exposure apparatus through simulation, but in the case of the present invention, a mask for extreme ultraviolet lithography is used. Even after fabrication, the pattern CD uniformity on the wafer can be corrected to improve the uniformity of the pattern CD, and the CD control can be improved.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.Although the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention. Do.
도 1은 본 발명에 따른 극자외선 리소그래피를 위한 마스크의 패턴 CD 보정방법을 나타내는 흐름도이다.1 is a flow chart showing a pattern CD correction method of a mask for extreme ultraviolet lithography according to the present invention.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 극자외선 리소그래피를 위한 마스크의 패턴 CD 보정방법을 설명하기 위한 단면도들이다.2 to 4 are cross-sectional views for explaining a pattern CD correction method of a mask for extreme ultraviolet lithography according to the present invention.
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