KR101154005B1 - 노광 장치의 회절광학소자 관리방법 - Google Patents

노광 장치의 회절광학소자 관리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 노광 장치의 회절광학소자 에러 관리방법은, 프리폼 회절광학소자의 이상적인 퓨필 이미지 및 실제 측정된 퓨필 이미지를 각각 격자 형상으로 분할하는 단계; 분할된 각각의 격자의 좌표에 대응하는 광 강도 값을 측정하여 이상적인 퓨필의 광 강도 값 데이터 및 실제 퓨필의 광 강도 값 데이터를 형성하는 단계; 측정된 격자의 광 강도 값으로부터 각각의 격자별로 지정되는 표준 광 강도 값을 추출하는 단계; 표준 광 강도 값으로 이상적인 퓨필의 제1 그래프 및 실제 측정된 퓨필의 제2 그래프를 작성하는 단계; 및 작성된 제1 그래프 및 제2 그래프를 비교하여 프리폼 회절광학소자에 반영하는 단계를 포함한다.

Description

노광 장치의 회절광학소자 관리방법{Method for managing a diffraction optical element of an exposure device}
본 발명은 반도체 소자 제조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 노광 장치의 회절광학소자 관리방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 집적도가 높아지면서 미세한 패턴을 형성하기 위해 포토리소그래피 기술, 특히 노광 공정의 중요성이 높아지고 있다. 마스크 및 웨이퍼 노광 기술이 발전함에 따라 기존 노광 기술의 한계 및 미세 패턴을 형성하기 위해 개구수(NA; Numerical Aperture)가 1.0 이상인 고개구수 노광 기술이 연구되고 있으며, 이러한 노광 기술 가운데 하나로 이머젼(Immersion) 리소그래피 공정이 있다. 이머젼 리소그래피는, 노광 장치와 웨이퍼 표면 사이에 액체 매질을 개재시키는 기술로 해상도를 향상시킬 수 있는 기술이다. 그러나 액체 매질을 이용하여 개구수를 증가시키는 방법 또한 패턴이 미세화됨에 따라 한계에 다다르고 있다. 이에 기존의 노광 장치를 이용하면서 미세한 크기의 패턴을 정확하게 구현할 수 있도록 광근접효과보정(OPC; Optical Proximity Correction)과 같이 광원의 특성을 제어하는 방법들 또한 연구되고 있다.
한편, 노광 공정은 미세한 크기의 패턴을 정확하게 구현하는데 있어서 중요한 특성인 해상도에 영향을 미치는 광원을 포함한다. 리소그래피 노광 장치에서 패터닝 공정에 영향을 미치는 요소 가운데 하나로 퓨필(Pupil)이 있다. 퓨필 특성은 광근접효과보정(OPC)을 제어하기 위해 영향을 미치므로 퓨필을 관리하는 방법에 대한 연구가 진행되고 있다. 퓨필은 노광 장치의 광원으로부터 조사된 광의 강도를 센서를 이용하여 검출된다. 이에 따라 퓨필을 관리하기 위해 최근 퓨필 모델링(pupil modeling)이 등장하여 몇 가지 변수들을 통해 퓨필을 관리하고 있다. 특히 노광 장치에 일반적으로 적용되는 표준 회절광학소자(DOE; Diffraction Optical Element), 예를 들어 컨벤셔널(conventional), 다이폴(dipole) 및 애뉼라(annular)와 같이 모양이 정형화되어 있는 회절광학소자의 경우, 모델링이 가능하며 주요 모델링 변수를 이용하여 관리가 가능하다.
도 1은 표준 회절광학소자의 일반적인 불량 관리를 설명하기 위해 나타내보인 도면이다.
도 1을 참조하면, 이상적인 퓨필 이미지인 도 1의(a)의 경우, 개구부(100)가 위치한 부분에서만 광 강도가 검출되고, 비개구부(105)에서는 광 강도가 검출되지 않지만, 불량이 발생된 퓨필 이미지인 도 1의(b)에서는 개구부(110)가 아닌 비개구부(115)에서 광 강도가 검출된다. 여기서 표준 회절광학소자는 x축 다이폴 조명계이다. 이러한 표준 회절광학소자는 퓨필 이미지로부터 모델 변수 값을 추출하여 퓨필에 대한 관리가 가능하다. 이러한 모델 변수 값을 이용하여 퓨필 관리뿐만 아니라 가상의 퓨필 에러를 생성하여 실제 웨이퍼 상에 발생될 수 있는 에러에 대한 예측도 가능하다. 그러나 해상도를 향상시키는 기술(RET; Resolution enhancement Technology) 가운데 하나인 프리폼 회절광학소자(freeform DOE)는 형상이 복잡하고 다양하기 때문에 모델링이 어려운 문제가 있다. 이에 따라 프리폼 회절광학소자에 대해서는 모델링 변수를 이용한 관리가 어려우며, 문제가 발생하는 경우에도 문제에 대한 분석이 어려운 점이 있다. 이에 따라 다양한 형상을 가지는 프리폼 회절광학소자를 노광 장치에 적용시 발생되는 문제에 대응하기 위해 프리폼 회절광학소자에 대한 관리가 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 모양이 정형화되어 있는 회절광학소자(DOE)와 달리 형상이 복잡하고 다양한 프리폼 회절광학소자에 발생될 수 있는 문제점에 대해 정확한 분석 및 해결방안을 제시하여 관리할 수 있는 노광 장치의 회절광학소자 관리방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 노광 장치의 회절광학소자 관리방법은, 프리폼 회절광학소자의 이상적인 퓨필 이미지 및 실제 측정된 퓨필 이미지를 각각 격자 형상으로 분할하는 단계; 상기 분할된 각각의 격자의 좌표에 대응하는 광 강도 값을 측정하여 이상적인 퓨필의 광 강도 값 데이터 및 실제 퓨필의 광 강도 값 데이터를 형성하는 단계; 상기 측정된 격자의 광 강도 값으로부터 각각의 격자별로 지정되는 표준 광 강도 값을 추출하는 단계; 상기 표준 광 강도 값으로 이상적인 퓨필의 제1 그래프 및 실제 측정된 퓨필의 제2 그래프를 작성하는 단계; 및 상기 작성된 제1 그래프 및 제2 그래프를 비교하여 상기 프리폼 회절광학소자에 반영하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 퓨필 이미지는 상기 노광 장치의 프리폼 회절광학소자 상에 광원을 조사하여 상기 웨이퍼 면 또는 웨이퍼 하부에 형성되는 광 강도에 따른 이미지이다.
상기 퓨필 광 강도 값 데이터는 상기 격자의 X축 및 Y축 좌표에 대응하는 광 강도 값을 수집하여 형성한다.
상기 표준 광 강도 값을 형성하는 단계는, 상기 격자의 측정된 각각의 광 강도 값(I)을 상기 측정된 격자들의 광 강도 값 가운데 최대 광 강도 값(Imax)으로 나누어 추출하는 것이 바람직하다.
상기 제1 그래프 또는 제2 그래프를 형성하는 단계는, 상기 표준 광 강도 값을 추출하는 단계 이후에, 상기 추출된 표준 광 강도 값을 크기순으로 정렬하는 단계; 상기 정렬된 표준 광 강도 값에 번호를 부여하는 단계; 및 상기 크기순으로 정렬된 표준 광 강도 값을 Y축으로 하고, 정렬한 후의 격자 번호를 X축으로 하여 2차원 함수로 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 프리폼 회절광학소자에 반영하는 단계에서, 상기 제2 그래프의 표준 광 강도 값이 상기 제1 그래프의 표준 광 강도 값보다 전체적으로 증가하면 상기 프리폼 회절광학소자의 비개구부로 광이 새는 것으로 분석하여 상기 프리폼 회절광학소자의 구성을 수정하는 것이 바람직하다.
상기 프리폼 회절광학소자에 반영하는 단계에서, 상기 제2 그래프의 표준 광 강도 값이 상기 제1 그래프의 표준 광 강도 값보다 국부적인 영역에서 증가하면 상기 표준 광 강도 값이 증가된 국부적인 영역의 개구부와 비개구부 사이의 경계가 불분명한 것으로 분석하여 상기 프리폼 회절광학소자의 구성을 수정하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 다양한 형상을 가지는 프리폼 회절광학소자에서 발생할 수 있는 문제점을 분석할 수 있다. 또한 문제에 대하여 작업자가 안정적으로 관리할 수 있어 노광 공정의 정확성 및 신뢰도를 확보할 수 있다.
아울러, 프리폼 회절광학소자에서 발생할 수 있는 문제점을 분석할 수 있어 해상도가 우수한 프리폼 회절광학소자를 노광 공정에 용이하게 적용할 수 있다.
도 1은 표준 조명계의 일반적인 불량 관리를 설명하기 위해 나타내보인 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 노광 장치의 회절광학소자 관리방법을 설명하기 위해 나타내보인 공정흐름도이다.
도 3a 및 도 3b는 프리폼 회절광학소자의 퓨필 이미지들을 나타내보인 도면이다.
도 4는 격자 형상으로 분할한 퓨필 이미지 및 광 강도 값 데이터베이스를 설명하기 위해 나타내보인 도면이다.
도 5 및 도 6은 표준 광 강도 값을 이용하여 함수 그래프를 형성하는 것을 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다.
도 7은 함수 그래프를 이용하여 회절광학소자의 에러를 관리하는 방법을 설명하기 위해 나타내보인 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 노광 장치의 회절광학소자 관리방법을 설명하기 위해 나타내보인 공정흐름도이다. 도 3a 및 도 3b는 프리폼 회절광학소자의 퓨필 이미지들을 나타내보인 도면이다. 그리고 도 4는 격자 형상으로 분할한 퓨필 이미지 및 광 강도 값 데이터베이스를 설명하기 위해 나타내보인 도면이다.
도 2 내지 도 3b를 참조하면, 프리폼 회절광학소자의 이상적인 퓨필 이미지(도 3a 참조) 및 실제로 측정한 퓨필 이미지(도 3b 참조)를 검출한다. 프리폼 회절광학소자는 노광 장치에 일반적으로 적용되는 표준 회절광학소자인 컨벤셔널 타입, 다이폴 타입 또는 애뉼라 타입과 같이 모양이 정형화되어 있지 않고, 작업자가 원하는 광원을 웨이퍼 상에 조사하기 위해 개구부(120, 125)의 형상 및 개수를 작업자가 선택하여 배치한다. 그리고 회절광학소자의 퓨필 이미지는 광원으로부터 회절광학소자로 조사된 광의 강도를 센서를 이용하여 검출하여 나타낼 수 있다. 여기서 퓨필 이미지는 웨이퍼 면 또는 웨이퍼 하단에 센서를 배치하여 측정할 수 있다.
이어서, 도 4의(a)에 도시한 바와 같이, 검출된 퓨필 이미지를 격자(grid) 형상으로 분할한다(S100). 여기서 퓨필 이미지는 프리폼 회절광학소자의 광 강도 값이 개구부 및 비개구부 상에서 작업자가 목표로 하는 광 강도 값을 가지는 이상적인 퓨필 이미지 및 실제로 프리폼 회절광학소자 상에 광원을 조사하여 측정한 측정 퓨필 이미지이다. 또한 퓨필 이미지는 이상적인 퓨필 이미지 및 측정 퓨필 이미지에 대해 각각 격자 형상으로 분할한다. 퓨필 이미지를 격자 형상을 분할하여 나타내보인 도 4의(a)를 참조하면, 퓨필 이미지는 X축 및 Y축의 정방형 형상을 가지는 격자(200) 형상으로 분할한다. 한편, 본 발명의 실시예에서는 설명을 위해 다이폴 회절광학소자의 퓨필 이미지를 예로 설명하였으나, 상술한 바와 같이, 다양한 형상의 개구부를 가지는 프리폼 회절광학소자에 적용할 수 있다.
다음에 분할된 각각의 격자 좌표에 대응하는 광 강도 값(I; Intensity)을 측정하여 이에 대한 데이터베이스를 형성한다(S110). 구체적으로, 도 4의(a)에 도시한 퓨필 이미지에 형성된 광 강도 값(I)에 대하여 데이터를 추출시 X축 및 Y축으로 이루어진 좌표에 따라 추출하고, 이러한 데이터를 취합하여 데이터베이스를 형성한다. 예를 들어, 각 좌표에 대한 광 강도 값의 데이터베이스를 나타내보인 도 4의(b)를 참조하면, X축으로 -0.85에 위치하고, Y축으로 -0.47의 좌표를 가지는 좌표의 광 강도 값은 126.738을 가지는 것으로 이해될 수 있다. 여기서 격자의 좌표에 대응하는 광 강도 값(I)은 이상적인 퓨필의 광 강도 값에 대한 데이터베이스 및 실제로 측정된 퓨필 광 강도 값의 데이터베이스를 각각 형성한다.
다음에 측정된 격자들의 광 강도 값(I)으로부터 각각의 격자에 따른 표준 광 강도 값(IN: Normalized intensity)을 추출한다(S120). 표준 광 강도 값(IN)은 다음 식을 이용하여 계산할 수 있다.
(식 1)
표준 광 강도 값(IN)= 격자별 광 강도 값(I)/최대 광 강도 값(Imax)
식 1을 참조하면, 표준 광 강도 값(IN)은 각각의 격자에 지정된 광 강도 값(I)을 데이터베이스에서 가장 큰 값을 가지는 최대 광 강도 값(Imax)으로 나눈 값으로 정의한다. 이에 따라 퓨필 이미지에 존재하는 모든 격자의 광 강도 값은 0 내지 1 사이의 값으로 표현할 수 있다. 여기서 표준 광 강도 값(IN)은 이상적인 퓨필의 광 강도 값에 대한 표준 광 강도 값 및 실제로 측정된 퓨필 광 강도 값의 표준 광 강도 값으로 각각 나타낸다.
도 5 및 도 6은 표준 광 강도 값을 이용하여 함수 그래프를 형성하는 것을 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다. 그리고 도 7은 함수 그래프를 이용하여 회절광학소자의 에러를 관리하는 방법을 설명하기 위해 나타내보인 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 추출한 표준 광 강도 값(IN)을 이용하여 이상적인 퓨필에 대한 타겟 그래프 및 실제로 측정한 퓨필에 대한 비교 그래프를 작성한다(S130). 이를 위해 먼저 이상적인 퓨필(도 5의(a))에 대한 표준 광 강도 값을 크기순으로 정렬하고, 순차적으로 번호를 부여한다. 여기서 번호는 표준 광 강도 값이 가장 큰 1부터 시작하여 가장 작은 0까지 정렬한 순서대로 부여한다. 다음에 도 5의(b)에서 나타낸 바와 같이, 정렬한 후의 격자 번호를 X축으로 하고, 표준 광 강도 값(IN)을 Y축으로 하는 2차원의 함수 그래프로 표현된 타겟 그래프를 형성한다. 계속해서 실제 측정된 퓨필(도 6의(a))에 대한 표준 광 강도 값 또한 크기순으로 정렬하고, 순차적으로 번호를 부여한다. 다음에 도 6의(b)에서 나타낸 바와 같이, 정렬한 후의 격자 번호를 X축으로 하고, 표준 광 강도 값(IN)을 Y축으로 하는 2차원의 함수 그래프로 표현된 비교 그래프를 형성한다. 표준 광 강도 값은 0과 1 사이의 값을 가지게 표현됨에 따라 복잡한 형상을 가지는 프리폼 회절광학소자라 하더라도 2차원 그래프로 단순하게 표현할 수 있다.
다음에 작성된 목표 그래프 및 비교 그래프를 비교하여 프리폼 회절광학소자에 반영한다(S140). 구체적으로, 이상적인 퓨필의 목표 그래프 및 실제 측정된 퓨필의 비교 그래프를 서로 비교함으로써 개구부의 전체적인 크기, 개구부의 위치 변화 또는 개구부의 각도 변화를 측정할 수 있다.
예를 들어, 목표 그래프와 비교 그래프를 중첩하여 나타내보인 도 7의(a)를 참조하면, 타겟 그래프(A)의 표준 광 강도 값과 비교하여 비교 그래프(B)의 표준 광 강도 값이 전체적으로 증가된 위치에 형성되어 있는 것으로 확인된다. 이와 같이, 비교 그래프의 표준 광 강도 값이 전체적으로 증가하는 경향을 나타내면 개구부 이외의 영역, 즉, 비개구부로 빛이 새는 것으로 분석할 수 있다. 그리고 이러한 분석에 의해 프리폼 회절광학소자의 구성을 수정하여 비개구부로 새는 빛을 수정하는 공정을 진행할 수 있다.
또한 목표 그래프와 비교 그래프를 중첩하여 나타내보인 도 7의(b)를 참조하면, 타겟 그래프(A)의 표준 광 강도 값에 대하여 비교 그래프(C)의 표준 광 강도 값이 국부적인 영역(a, b)에서 증가된 위치에 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다. 이와 같이, 비교 그래프의 표준 광 강도 값이 국부적인 영역(a, b)에서 급격하게 증가하는 경향을 나타내면 상기 영역(a, b)의 개구부와 비개구부 사이의 경계가 불분명한(blur)것으로 분석할 수 있다. 그리고 이러한 분석을 반영하여 프리폼 회절광학소자의 구성을 수정함으로써 개구부 및 비개구부 사이의 경계를 선명하게 수정하는 공정을 진행할 수 있다.
본 발명에 의하면, 다양한 형상을 가지는 프리폼 회절광학소자에서 발생할 수 있는 문제점을 분석하고 문제에 대하여 작업자가 안정적인 관리가 가능함으로써 노광 공정의 정확성 및 신뢰도를 확보할 수 있다. 이에 따라 해상도가 우수한 프리폼 회절광학소자를 노광 공정에 용이하게 적용하여 미세한 패턴을 형성할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 프리폼 회절광학소자에 대하여 설명하였으나, 광 강도 값을 측정할 수 있는 회절광학소자, 예컨대, 컨벤셔널, 애뉼라, 쿼드로폴, 크로스폴 또는 다이폴에 대해서도 적용할 수 있다.
200: 격자 I: 격자별 광 강도 값
IN: 표준 광 강도 값 Imax: 최대 광 강도 값
A: 타겟 그래프 B, C: 비교 그래프

Claims (7)

  1. 개구부 및 비개구부를 포함하는 프리폼 회절광학소자의 이상적인 퓨필 이미지 및 실제 측정된 퓨필 이미지를 각각 격자 형상으로 분할하는 단계;
    상기 분할된 각각의 격자의 좌표에 대응하는 광 강도 값들을 측정하여 이상적인 퓨필의 광 강도 값 데이터 및 실제 퓨필의 광 강도 값 데이터를 형성하는 단계;
    상기 각각의 격자의 좌표에 대응하는 이상적인 퓨필의 광 강도 값 및 실제 측정된 격자의 광 강도 값을 상기 각각의 격자의 실제 측정된 광 강도 값을 최대 광 광도 값으로 나누어 나온 값을 표준 광 강도 값으로 지정하여 추출하는 단계;
    상기 추출된 표준 광 강도 값들을 크기순으로 정렬하는 단계;
    상기 정렬된 표준 광 강도 값에 번호를 부여하는 단계;
    상기 크기순으로 정렬된 표준 광 강도 값을 Y축으로 하고, 정렬한 후의 격자 번호를 X축으로 하여 2차원 함수로 이상적 퓨필의 제1 그래프 및 실제 측정된 퓨필의 제2 그래프를 작성하는 단계; 및
    상기 작성된 제2 그래프의 표준 광 강도 값이 상기 제1 그래프의 표준 광 강도 값보다 전체적으로 증가하는지 또는 국부적으로 증가하는지를 비교하여 상기 프리폼 회절광학소자의 비개구부로 빛이 새거나 개구부 및 비개구부의 경계가 선명하도록 상기 프리폼 회절광학소자의 구성을 수정하는 단계를 포함하는 노광 장치의 회절광학소자 관리방법.
  2. 청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 실제 측정된 퓨필 이미지는 상기 노광 장치의 프리폼 회절광학소자로 조사된 광원의 광의 강도를 웨이퍼 면 또는 웨이퍼 하부에 배치된 센서를 이용하여 검출한 광 강도에 따른 이미지인 노광 장치의 회절광학소자 관리방법.
  3. 청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 퓨필 광 강도 값 데이터는 상기 격자의 X축 및 Y축 좌표에 대응하는 광 강도 값을 수집하여 형성하는 노광 장치의 회절광학소자 관리방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 프리폼 회절광학소자의 구성을 수정하는 단계에서, 상기 제2 그래프의 표준 광 강도 값이 상기 제1 그래프의 표준 광 강도 값보다 전체적으로 증가하면 상기 프리폼 회절광학소자의 비개구부로 광이 새는 것으로 분석하여 상기 프리폼 회절광학소자의 구성을 수정하는 노광 장치의 회절광학소자 관리방법.
  7. 청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 프리폼 회절광학소자의 구성을 수정하는 단계에서, 상기 제2 그래프의 표준 광 강도 값이 상기 제1 그래프의 표준 광 강도 값보다 국부적인 영역에서 증가하면 상기 표준 광 강도 값이 증가된 국부적인 영역의 개구부와 비개구부 사이의 경계가 불분명한 것으로 분석하여 상기 프리폼 회절광학소자의 구성을 수정하는 노광 장치의 회절광학소자 관리방법.
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