KR101511158B1 - 레티클 에러 검출 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 레티클 에러 검출 방법은 노광기에 장착된 레티클에 노광기의 광원을 이용하여 광을 조사하고, 레티클을 통과하여 나오는 회절광들중 0차 회절광만으로 레티클의 에러를 검출하는 것을 포함한다. 0차 회절광은 상기 노광기에 레티클의 패턴에 따라서 조명계를 선택하여 얻어질 수 있다. 레티클 에러는 노광기에 장착된 웨이퍼 상의 포토레지스트막을 현상한 후 포토레지스트막의 두께 변화나 이미지를 분석하여 얻어질 수 있다.

Description

레티클 에러 검출 방법{Detecting method of reticle error}
본 발명은 반도체 소자의 제조를 위한 사진공정에 이용되는 레티클의 에러(또는 오류) 검출 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 노광기에서 직접적으로 레티클의 에러를 검출하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자를 제조하기 위하여 다양한 제조 공정이 요구된다. 제조 공정은 크게 보아서 웨이퍼(반도체 기판), 예컨대 실리콘 웨이퍼 상에 박막을 증착하는 박막 증착 공정, 증착된 박막을 일정 형태의 패턴으로 만들기 위한 사진 공정 및 식각 공정, 웨이퍼에 불순물을 주입하기 위한 이온 주입 공정으로 구분할 수 있다.
이중에서 사진공정은 웨이퍼 상에 증착된 박막 상에 포토레지스트막을 형성한 후, 노광기 및 노광기 내에 설치된 레티클(마스크)을 이용하여 포토레지스트막을 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 공정이다. 노광기는 스텝퍼나 스캔너로 구성된다. 레티클은 투명 기판 상에 임계 크기(CD, Critical Dimension)를 갖는 마스크 패턴(레티클 패턴)이 형성된 것으로, 노광기에서 방출되는 광을 선택적으로 포토레지스트막으로 투과시키는 광학 요소이다. 포토레지스트막은 레티클 을 통하여 투과된 광에 의해 임계 크기를 갖는 마스크 패턴이 전사되어 현상 공정을 통해 마스크 패턴과 동일한 임계 크기의 포토레지스트 패턴으로 변경된다.
일반적인 사진 공정에서 레티클에 형성된 마스크 패턴의 임계 크기가 웨이퍼 상에 형성되는 포토레지스트 패턴의 임계 크기와 다르게 되는 현상이 발생한다. 이와 같이 웨이퍼 상에서 발생하는 마스크 패턴과 포토레지스트 패턴간의 임계 크기의 차이는 노광기 자체에서 발생하는 노광기 에러와 레티클에서 발행하는 레티클 에러에 의한 것으로 생각할 수 있다.
하지만, 실제로 웨이퍼 상에 형성된 포토레지스트막을 노광 및 현상하는 사진 공정에서 노광기 에러와 레티클 에러를 명확히 구분하는 것은 매우 어렵다. 다시 말해, 어떤 요소가 영향을 주어 웨이퍼 상에서 레티클 에러가 발생되는지를 정확히 검출하는 것은 매우 어렵다. 일반적으로는 레티클은 레티클 검사 장비를 이용해서 레티클 에러를 검출 또는 검사하고 있지만, 정확하게 웨이퍼 상에서 발생하는 레티클 에러를 정확히 대변하지는 못한다. 또한, 레티클 검사 장비를 이용해서 레티클 상의 레티클 에러를 검출 또는 검사할 때, 검출 또는 검사 시간이 상당히 오래 걸린다는 단점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 레티클 검사 장비를 이용하지 않고 웨이퍼 레벨에서 레티클 에러를 직접적으로 검출하는 방법을 제공하는 데 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 예에 의한 레티클 에러 검출 방법은 노광기에 장착된 레티클에 노광기의 광원을 이용하여 광을 조사하고, 레티클을 통과하여 나오는 회절광들중 0차 회절광만으로 레티클의 에러를 검출하는 것을 포함한다. 0차 회절광은 노광기에 레티클의 패턴에 따라서 조명계를 선택하여 얻어질 수 있다. 조명계는 원형 조명계, 다이폴 조명계, 에뉼러 조명계, 쿼드러폴 조명계, 크로스폴 조명계 및 그 조합중에서 레티클 패턴에 따라서 선택된 어느 하나를 이용할 수 있다. 레티클 에러는 노광기에 장착된 웨이퍼 상의 포토레지스트막을 현상한 후 포토레지스트막의 두께 변화나 이미지를 분석하여 얻어질 수 있다.
본 발명의 다른 예에 의한 레티클 에러 검출 방법은 마스크 기판과 마스크 기판 상에 임계 크기를 갖는 마스크 패턴들(레티클 패턴들)로 구성된 레티클을 노광기에 장착하고 노광기에 장착된 레티클에 광을 조사하는 것을 포함한다. 레티클을 통과하여 나오는 회절광들중 0차 회절광만으로 웨이퍼 상의 포토레지스트막을 노광한다. 노광된 포토레지스트막을 현상한다. 현상된 포토레지스트막의 두께 변화나 이미지를 분석하여 웨이퍼 레벨에서 레티클의 에러를 검출한다.
0차 회절광은 노광기에 레티클의 마스크 패턴들에 따라서 조명계를 선택하여 얻어질 수 있다. 현상된 포토레지스트막의 두께 변화나 이미지 차이는 결함 검사 장비를 이용하여 얻어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 예에 의한 레티클 에러 검출 방법은 마스크 기판과 마스크 기판 상에 임계 크기를 갖는 마스크 패턴들(레티클 패턴들)로 구성된 기준 레티클을 노광기에 장착하고 노광기에 장착된 기준 레티클에 광을 조사하는 것을 포함한다. 기준 레티클을 통과하여 나오는 회절광들중 0차 회절광만으로 제1 웨이퍼 상의 제1 포토레지스트막을 노광한다. 노광된 제1 포토레지스트막을 현상한다. 현상된 제1 포토레지스트막의 두께 변화나 이미지를 측정한다.
마스크 기판과 상기 마스크 기판 상에 임계 크기를 갖는 마스크 패턴들(레티클 패턴들)로 구성된 실험 레티클을 노광기에 장착하고, 노광기에 장착된 실험 레티클에 광을 조사한다. 실험 레티클을 통과하여 나오는 회절광들중 0차 회절광만으로 제2 웨이퍼 상의 제2 포토레지스트막을 노광한다. 노광된 제2 포토레지스트막을 현상한다. 현상된 제2 포토레지스트막의 두께 변화나 이미지를 측정한다. 제1 포토레지스트막의 두께 변화나 이미지와, 제2 포토레지스트막의 두께 변화나 이미지를 서로 비교하여 웨이퍼 레벨에서 실험 레티클의 에러를 검출한다.
기준 레티클 및 실험 레티클을 통하여 나오는 0차 회절광은 노광기에 레티클들의 마스크 패턴들에 따라서 조명계를 선택하여 얻어질 수 있다. 현상된 제1 포토레지스트막 및 제2 포토레지스트막의 두께 변화나 이미지는 결함 검사 장비를 이용하여 수행하여 얻어질 수 있다.
본 발명은 노광기에서 노광시 사용되는 광, 즉 레이저 광의 회절광들중 0차광만을 이용해서 웨이퍼 상에서 발생하는 레티클 에러를 웨이퍼 레벨에서 검출할 수 있다. 본 발명은 노광시 사용되는 노광기 조명계를 이용하여 레티클을 투과하는 회절광들중 0차광만을 레티클에 입사시켜 웨이퍼 상에서 발생하는 레티클 에러를 웨이퍼 레벨에서 검출한다. 레티클 에러는 웨이퍼를 노광하고 웨이퍼 상에 형성된 포토레지스트막의 현상을 수행한 후에 노광된 웨이퍼의 포토레지스트막의 두께 변화나 이미지를 측정하여 검출한다.
본 발명은 반도체 소자의 제조시 추가적인 투자 없이 노광기를 이용하여 웨이퍼 상에서 발생할 수 있는 레티클 에러를 검출 할 수 있다. 본 발명은 웨이퍼 상의 포토레지스트의 두께 변화나 이미지를 결함 검사 장비를 이용하여 측정하는 때문에 레티클 결함 검사 장비에 장착되어 있는 영상촬영소자(CCD, charge coupled device)를 이용한 것에 비하여 빠른 측정 속도로 정확하게 레티클 에러를 검출할 수 있다.
본 발명은 레티클 검사 장비를 이용한 레티클 에러 검출 방법과 동일한 결과를 가지면서 빠르게 레티클 에러를 검출할 수 있다. 본 발명은 웨이퍼 레벨에서 레티클 에러를 검출하기 때문에 실질적으로 반도체 소자 제조시 발생할 수 있는 레티클 에러 성분을 검출할 수 있다.
본 발명은 노광기, 예컨대 스텝퍼나 스캐너에서 노광시 사용되는 광, 즉 레이저 광의 회절광들중 0차광만을 이용해서 웨이퍼 상에서 발생할 수 있는 레티클 에러 또는 레티클 에러 성분을 검출한다. 다시 말해, 본 발명은 노광기 조명계를 이용하여 레티클에 회절광중 0차광만을 입사시켜 웨이퍼 상에서 발생하는 레티클 에러를 검출한다. 본 발명은 레티클의 회절광중 0차광을 이용하여 레티클 에러를 검출하는 것이라면 본 발명의 범위 내에 포함된다.
이하에서 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 설명이 완전하도록 하며, 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 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예에서 설명되는 레티클은 다양한 미세 전자 소자의 제조에 적용되는 마스크이다. 미세 전자 소자로는 DRAM, SRAM, 플래쉬 메모리 소자 등의 반도체 소자, CPU(Central Processor Unit), DSP(Digital Signal Processor), CPU 와 DSP의 조합 등의 프로세서, ASIC(Application Specific Integrated Circuit), MEM's(Micro Electro Mechanical) 소자, 광전자 (optoelectronic) 소자, 디스플레이 소자(display device) 등이 있으나, 이는 예시적인 것에 불과하다.
후술하는 바와 같이 본 발명은 0차 회절광를 이용한다. 본 발명은 0차 회절광을 얻기 위해 노광기에 레티클의 패턴에 따라서 조명계를 선택하여 설치한다. 따라서, 본 발명의 노광기는 레티클의 패턴에 따라서 0차 회절광을 얻을 수 있다면 다양한 조명계를 사용할 수 있다. 본 발명에 이용될 수 있는 노광기, 예컨대 스텝퍼나 스캐너이다.
예컨대, 본 발명은 0차 회절광을 얻기 위하여 노광기에 사입사 조명(Off-Axis Illumination)계를 이용한다. 사입사 조명계는 해상도를 향상시키기 위한 변형 조명(modified illumination) 방법의 일 예이다. 물론, 본 발명에 이용되는 노광기는 0차 회절광을 얻을 수 있다면 사입사 조명계뿐만 아니라 다른 다양한 조명계를 사용할 수 있으나, 편의상 사입사 조명계를 이용하여 설명한다.
도 1은 조명계를 채용한 본 발명에 의한 노광기의 광 경로의 일 예를 설명하기 위한 개략도이고, 도 2는 도 1의 레티클의 평면도이고, 도 3은 도 1의 레티클에 의한 조명 형태를 도시한 시뮬레이션 도면이다.
구체적으로, 노광기는 광원(1), 파리눈 렌즈(3, Fly's eye lens) 및 콘덴서 렌즈(7)를 포함하는 조명 장치에 조명계(5), 예컨대 사입사 조명계가 더 설치되어 있다. 조명계(5)는 X축 방향으로 광 투과 영역이 마련되는 다이폴 조명계를 이용한다. 조명계(5)는 X축 방향으로 광 투과 영역이 마련되는 다이폴 조명계를 이용하는데, 이는 Y축 방향의 마스크 패턴(레티클 패턴)의 해상도(resolution)를 향상시킬 수 있는 최적 조명계이기 때문이다.
광원(1)에서 방출되는 광은 파리눈 렌즈(3)를 통하여 조명계(5)에 의해 부분적으로 제한된다. 조명계(5)는 광축으로부터 이심되어(eccentric) 있기 때문에 조명계(5)를 통과한 광은 콘덴서 렌즈(7)를 거쳐 특정한 사입사각(α)을 갖고 레티클(9)에 조명된다. 조명계(5)에 의해 광의 경사진 부분(사입사 부분)만이 레티 클(9)에 도달하게 된다. 레티클(9)은 마스크 기판(8)과 마스크 기판(8) 상에 임계 크기를 갖는 마스크 패턴들(9a, 레티클 패턴들)로 구성된다. 도 2의 레티클(9)은 Y축 방향의 라인 및 스페이스 마스크 패턴(9a)이 형성되어 있다.
레티클(9) 상에 조명된 광은 마스크 패턴(9a)에 의해 회절된다. 회절광들중 0차 회절광은 광축에 대하여 회절각(??1)의 각으로 회절되고, 마스크 패턴(9a)의 피치가 미세하고, 투영 렌즈(11)의 개구수가 sin(??2)보다 크기 때문에, -1차 또는 고차로 회절된 광은 투영렌즈(11)로 들어가지 않는다. 따라서, 0차 및 1차로 회절된 광만이 웨이퍼(15) 상의 포토레지스트막(13) 상에서 간섭할 것이고, 이에 따라 포토레지스트막(13) 상에 이미지를 형성한다.
이와 같은 조명 형태는 0차 회절광(0으로 표시) 및 1차 회절광만(+1로 표시)이 나타나는 도 3에 의하여 명확하게 설명된다. 이렇게 0차 회절광 및 1차광이 나타나면 마스크 패턴(9a)을 웨이퍼(15) 상의 포토레지스트막(13)을 포토레지스트 패턴으로 구현하는데 별 문제가 없게 된다. 도 3에서, 원(12)은 투영 렌즈(11) 사이즈를 나타내고, NA는 투명 렌즈(11)의 개구수(Numerical aperture, NA)를 나타낸다.
도 4는 조명계를 채용한 본 발명에 의한 노광기의 광 경로의 다른 예를 설명하기 위한 개략도이고, 도 5는 도 4의 레티클의 평면도이고, 도 6은 도 1의 레티클에 의한 조명 형태를 도시한 시뮬레이션 도면이다.
구체적으로, 도 4 및 도 5는 도 1 및 도 2와 비교하여 레티클(9)에 형성되는 마스크 패턴(9a, 레티클 패턴)의 형성 방향이 다른 것을 제외하고는 동일하다. 즉, 도 5의 레티클(9)은 도 2와는 다르게 X축 방향의 라인 및 스페이스 마스크 패턴(9a)이 형성되어 있다. 물론, 도 4의 조명계(5)는 도 1의 조명계(5)와 동일하게 X축 방향으로 광 투과 영역이 마련되는 다이폴 조명계를 이용한다.
이렇게 될 경우, 레티클(9) 상에 조명된 광은 마스크 패턴(9a)에 의해 회절된다. 회절광들중 0차 회절광만이 투영렌즈(11)로 들어가고 + 1차, -1차 및 고차로 회절된 광은 투영렌즈(11)로 들어가지 않는다. 따라서, 0차로 회절된 광, 즉 0차 회절광(0으로 표시)만이 웨이퍼(15) 상의 포토레지스트막(13) 상에서 도입된다.
이와 같은 조명 형태는 0차 회절광만이 나타나는 도 6에 의하여 명확하게 설명된다. 도 6에서, 원(12)은 투영 렌즈(11) 사이즈를 나타내고, NA는 투명 렌즈(11)의 개구수(Numerical aperture, NA)를 나타낸다.
0차 회절광만 웨이퍼 상의 포토레지스트막(13)에 조사되면 회절 무늬를 형성할 수 없고, 후에 자세히 설명하는 바와 같이 현상 공정 후에는 노광 도즈의 세기에 따라서 포토레지스트막(13)의 높이가 선형적으로 변화하게 된다.
도 7a 내지 도 7f는 본 발명에 이용되는 노광기에 채용될 수 있는 조명계의 다양한 예를 도시한 도면들이다.
구체적으로, 본 발명은 노광기에서 레티클의 회절광중 0차광을 이용하여 레티클 에러를 검출하는 것이다. 이를 위해, 도 4에 도시한 바와 같이 조명계(5)를 X축 방향으로 광 투과 영역이 마련되는 다이폴 조명계를 이용하고, 도 5에 도시한 바와 같이 레티클(9)을 X축 방향의 라인 및 스페이스 마스크 패턴(9a)이 형성된 것을 이용하여 한다.
그런데, 레티클(9)에 형성되는 마스크 패턴(9a)은 다양하게 형성될 수 있고, 이에 따라 조명계(5)도 다양하게 구성될 수 있으며 그 예들을 설명한다. 도 7a에서는 원형 조명계이고, 도 7b는 에뉼러 조명계이고, 도 7c는 X축 방향의 다이폴 조명계이고, 7d는 Y축 방향의 다이폴 조명계이고, 7e는 쿼드러폴 조명계이고, 7f는 크로스폴 조명계이다.
본 발명은 앞서 설명된 원형 조명계, 다이폴 조명계, 에뉼러 조명계, 쿼드러폴 조명계, 크로스폴 조명계 및 그 조합중에서 선택된 어느 하나를 이용하여 수행할 수 있다. 도 7a 내지 도 7f에서, 해치되지 않은 부분이 광 투과 영역이다. 물론, 도 7a 내지 도 7f의 광 투과 영역의 모양은 레티클(9)의 마스크 패턴(9a, 레티클 패턴)에 따라서 다양하게 변경할 수도 있다.
도 8은 도 4 및 도 5에 도시한 조명계 및 레티클을 채용한 노광기를 이용하여 웨이퍼 상의 포토레지스트막을 노광 및 현상했을 때 노광 도즈에 따른 포토레지스트막의 두께 변화를 측정한 그래프이다.
구체적으로, 앞서 설명한 바와 같이 본 발명은 노광기에 장착된 레티클(9)에 노광기의 광원을 이용하여 광을 조사하고, 특정한 조명계 및 특정한 마스크 패턴을 이용한 레티클을 채용한 노광기에 의해 0차로 회절된 광만이 웨이퍼(15) 상의 포토레지스트막(13)에 도달한다.
0차 회절광만이 포토레지스트막(13)에 도달할 경우 회절 무늬를 형성할 수 없고, 현상 공정 후에 도 8과 같이 노광 도즈에 따라서 포토레지스트막의 두께가 단순하게 선형적으로 변화한다. 포토레지스트막의 두께 변화나 이미지는 일반적인 결함 검사 장비(defect inspection tool)에 장착되어 있는 영상촬영소자(CCD, Charge coupled device)를 통하여 빠른 시간 내에 얻을 수 있다. 이미지는 색깔, 즉 적색, 녹색 및 푸른색 등으로 나타난다.
결과적으로, 노광시 레티클 에러가 발생하면, 현상 후에 노광 도즈에 따라 포토레지스트막의 두께 변화나 이미지가 정상 레티클을 이용한 노광시에 비하여 달라지게 된다. 이를 토대로, 본 발명은 결함 검사 장비를 이용하여 레티클 에러를 빠른 시간 내에 용이하게 검출할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 예에 따라 레티클 에러를 검출하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
구체적으로, 본 발명의 레티클 에러 검출 방법은 노광기에 장착된 레티클에 노광기의 광원을 이용하여 광을 조사하고, 레티클을 통과하여 나오는 회절광들중 0차 회절광으로 레티클의 에러를 검출하는 것이다.
보다 자세하게 설명하면, 먼저, 도 4 및 도 5와 같이 마스크 기판과 마스크 기판 상부에 임계 크기를 갖는 마스크 패턴들로 구성된 레티클에 노광기에 장착하고, 노광기에 장착한 레티클에 광을 조사한다(스텝 100).
이어서, 도 4에 도시한 노광기를 이용하여 레티클을 통과하여 나오는 회절광들중 0차 회절광만으로 웨이퍼 상의 포토레지스트막을 노광한다(스텝 102). 앞서 설명한 바와 같이 0차 회절광은 노광기에 레티클의 패턴에 따라서 특정한 조명계를 도입하여 수행한다. 다음에, 노광된 포토레지스트막을 현상한다(스텝 104).
현상된 포토레지스트막의 두께 변화나 이미지를 분석하여 웨이퍼 레벨에서 레티클의 에러를 검출한다(스텝 106). 현상된 포토레지스트막의 두께 변화나 이미지 차이는 결함 검사 장비를 이용하여 얻어진다.
도 10은 본 발명의 다른 예에 따라 레티클 에러를 검출하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 도 4에 도시한 바와 같은 노광기로 0차 회절광을 이용하여 레티클 에러가 없는 정상 레티클을 노광 및 현상하여 포토레지스트막의 두께 변화나 이미지를 측정한다. 보다 자세하게, 마스크 기판과 상기 마스크 기판 상에 임계 크기를 갖는 마스크 패턴들로 구성된 레티클을 노광기에 장착하고 노광기에 장착된 기준 레티클에 광을 조사한다(스텝 200).
기준 레티클을 통과하여 나오는 회절광들중 0차 회절광만으로 제1 웨이퍼 상의 제1 포토레지스트막을 노광한다(스텝 202). 노광된 제1 포토레지스트막을 현상한다(스텝 204). 현상된 제1 포토레지스트막의 두께 변화나 이미지를 측정한다(스텝 206).
다음에, 도 4에 도시한 바와 같은 노광기로 0차 회절광을 이용하여 레티클 에러가 있는 실험 레티클을 노광 및 현상하여 포토레지스트막의 두께 변화나 이미지를 측정한다. 보다 자세하게, 마스크 기판과 상기 마스크 기판 상에 임계 크기를 갖는 마스크 패턴들로 구성되고, 노광기에 장착된 실험 레티클에 광을 조사한다(스텝 208). 실험 레티클을 통과하여 나오는 회절광들중 0차 회절광만으로 제2 웨이퍼 상의 제2 포토레지스트막을 노광한다(스텝 210). 노광된 제2 포토레지스트막을 현상한다(스텝 212). 현상된 제2 포토레지스트막의 두께 변화나 이미지를 측정한다 (스텝 214).
제1 포토레지스트막의 두께 변화나 이미지와, 상기 제2 포토레지스트막의 두께 변화나 이미지를 서로 비교하여 웨이퍼 레벨에서 상기 실험 레티클의 에러를 검출한다(스텝 216). 레티클 에러로는 정상 레티클과 비교하여 실험 레티클의 마스크 패턴의 임계 크기나 마스크 패턴의 두께의 차를 들 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 레티클 에러 측정 방법과 레티클 검사 장비를 이용한 레티클 에러 측정 방법을 도면을 이용하여 비교한다.
도 11은 본 발명의 레티클 에러 측정 방법과 비교를 위한 레티클 검사 장비의 개략도이다.
구체적으로, 레티클 에러 검사 장비는 공간영상 이미지(aerial image) 측정 장비이다. 레티클 에러 검사 장비는 광원(22), 예를 들면 DUV(Deep Ultraviolet) 또는 i-라인 광원과, 광원(22)으로부터 조사되는 광의 파장에 맞는 필터를 갖춘 전동 필터(24), 개구수(NA, Numerical Aperture) 및 코히런시(coherency)를 조절할 수 있는 조명측 조리개(26) 및 시야 조리개(28)를 통과한 광을 집광하여 레티클(9)을 통해 광을 보내는 집광 렌즈(30)와, 레티클(9)을 투과한 광을 전기적인 신호로 변환하여 공간 영상 이미지를 형성시키는 CCD(Charge-Coupled Device) 카메라(44)와, 공간 영상 이미지를 측정하기 위한 AIMS(Aerial Image Measurement System, 46)을 포함하고 있다.
레티클(9)을 투과한 광은 대물 렌즈(32), 튜브 렌즈(34), 7X(7배) 확대 투영 렌즈(38) 및 상측 조리개(40)를 거쳐서 CCD 카메라(44)에 전달된다. 상측 조리 개(40)와 CCD 카메라(44) 사이에는 NA 및 코히런시의 관찰을 가능하게 하는 보조 렌즈(42)가 설치되어 있고, 또한 대물 렌즈(32)를 통과하여 튜브 렌즈(34)에서 결상된 빛을 모니터와 같은 보조 출력기(도시 생략)를 사용하여 관찰할 수 있도록 가시광 관찰용 CCD 카메라(36)가 설치되어 있다.
도 12는 도 11의 레티클 검사 장비를 이용하여 레티클 에러를 측정하는 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
구체적으로, 광원(22)에서 발생한 광은 레티클(9)을 투과하고 복수개의 렌즈 모듈(48)을 통해 CCD 카메라에서 전기적인 신호를 공간 영상 이미지를 변경시켜 레티클 에러를 측정한다. 즉, 레티클 검사 장비는 노광 공정시와 동일한 조명 조건 하에서 레티클(9)에 광을 입사시켜 발생하는 공간 영상 이미지를 CCD 카메라로 읽어 들여서 레티클의 에러를 측정한다.
레티클 검사 장비로 레티클 에러를 측정하면 레티클에서 발생한 레티클 에러를 웨이퍼 상에서 발생하는 에러와 분리하여 측정할 수 있으나, 앞서 설명한 바와 같이 수십분 혹은 수시간의 측정 시간이 필요하고, 정확하게 웨이퍼에서 나타나는 에러를 예측할 수는 없다.
도 13은 도 11 및 도 12에서 측정된 정상적인 기준 레티클을 도시한 도면이고, 도 14 및 도 15는 도 11 및 도 12에서 측정된 레티클 에러를 갖는 실험 레티클을 도시한 도면이다.
구체적으로, 레티클 검사 장비로 도 13의 레티클을 검사한 결과, 마스크 패턴(9a)이 레티클 에러가 없는 정상적인 기준 레티클이다. 레티클 검사 장비로 도 14의 레티클을 검사한 결과, 마스크 패턴(9b)의 폭, 즉 임계 크기가 변경된 레티클 에러를 갖는 제1 실험 레티클이다. 레티클 검사 장비로 도 15의 레티클을 검사한 결과, 마스크 패턴(9c)의 높이가 변경된 레티클 에러를 갖는 제2 실험 레티클이다.
도 16은 도 13의 기준 레티클을 레티클 검사 장비로 측정하였을 때 전기 강도(intensity)를 도시한 그래프이고, 도 17은 도 14 및 도 15의 실험 레티클을 레티클 검사 장비를 측정하였을 때 전기 강도를 도시한 그래프이다.
구체적으로, 도 16에 도시한 바와 같이 기준 레티클을 레티클 검사 장비로 측정하였을 때는 전기 강도(intensity)의 높이 및 폭이 균일하게 나타남을 알 수 있다. 도 17에 도시한 바와 같이 실험 레티클을 레티클 검사 장비를 측정하였을 때는, 전기 강도의 높이 및 폭이 도 16과 비교하여 낮고 넓어짐을 알 수 있다. 이와 같이 기준 레티클과 실험 레티클의 전기 강도의 높이 및 폭을 비교하여 실험 레티클의 레티클 에러를 검출할 수 있다.
도 18 및 도 19는 각각 비교예의 공간 영상 이미지와 본 발명의 검사 이미지를 비교한 도면이다.
구체적으로, 도 18은 레티클 검사 장비로 도 5의 레티클을 측정한 공간 영상 이미지이고, 도 19는 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같은 레티클 및 노광기로 0차 회절광을 이용하여 포토레지스트막을 노광 및 현상한 후 결함 검사 장비로 측정한 이미지이다.
도 18 및 도 19를 비교해 보면, 모양이 동일한 분포를 나타내 주고 있으며, 두 이미지의 차이는 웨이퍼 성분에서 추가된 에러라고 생각할 수 있다. 따라서, 본 발명의 레티클 에러 검출 방법이나 레티클 검사 장비를 이용한 레티클 에러 검출 방법은 동일한 결과를 얻을 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 노광기에서 직접 레티클에 광을 조사하여 웨이퍼 레벨에서 레티클 에러를 검출한다. 본 발명은 레티클을 통과하여 나오는 회절된 광들중 0차광만으로 웨이퍼를 노광하고 현상 공정까지 수행 후에 노광된 웨이퍼의 포토레지스트막의 두께 변화나 이미지를 측정하여 레티클에서 발생하는 에러를 측정한다.
또한, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같이 레티클 검사 장비를 이용한 레티클 에러 검출 방법과 동일한 결과를 가지면서 빠르게 레티클 에러를 검출할 수 있다. 본 발명은 웨이퍼 레벨에서 레티클 에러를 검출하기 때문에 실질적으로 반도체 소자 제조시 발생할 수 있는 레티클 에러 성분을 검출할 수 있다.
도 1은 조명계를 채용한 본 발명에 의한 노광기의 광 경로의 일 예를 설명하기 위한 개략도이고,
도 2는 도 1의 레티클의 평면도이고,
도 3은 도 1의 레티클에 의한 조명 형태를 도시한 시뮬레이션 도면이고,
도 4는 조명계를 채용한 본 발명에 의한 노광기의 광 경로의 다른 예를 설명하기 위한 개략도이고,
도 5는 도 4의 레티클의 평면도이고,
도 6은 도 1의 레티클에 의한 조명 형태를 도시한 시뮬레이션 도면이고,
도 7a 내지 도 7d는 본 발명에 이용되는 노광기에 채용될 수 있는 조명계의 다양한 예를 도시한 도면들이고,
도 8은 도 4 및 도 5에 도시한 조명계 및 레티클을 채용한 노광기를 이용하여 웨이퍼 상의 포토레지스트막을 노광 및 현상했을 때 노광 도즈에 따른 포토레지스트막의 두께 변화를 측정한 그래프이고,
도 9는 본 발명의 일 예에 따라 레티클 에러를 검출하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이고,
도 10은 본 발명의 다른 예에 따라 레티클 에러를 검출하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이고,
도 11은 본 발명의 레티클 에러 측정 방법과 비교를 위한 레티클 검사 장비의 개략도이고,
도 12는 도 11의 레티클 검사 장비를 이용하여 레티클 에러를 측정하는 방법을 설명하기 위한 개략도이고,
도 13은 도 11 및 도 12에서 측정된 정상적인 기준 레티클을 도시한 도면이고,
도 14 및 도 15는 도 11 및 도 12에서 측정된 레티클 에러를 갖는 실험 레티클을 도시한 도면이고,
도 16은 도 13의 기준 레티클을 레티클 검사 장비로 측정하였을 때 전기 강도(intensity)를 도시한 그래프이고,
도 17은 도 14 및 도 15의 실험 레티클을 레티클 검사 장비를 측정하였을 때 전기 강도를 도시한 그래프이고,
도 18 및 도 19는 각각 비교예의 공간 영상 이미지와 본 발명의 검사 이미지를 비교한 도면이다.

Claims (10)

  1. 노광기에 장착된 레티클에 상기 노광기의 광원을 이용하여 광을 조사하고; 및
    상기 레티클을 통과하여 나오는 회절광들중 0차 회절광만으로 상기 레티클의 에러를 검출하는 특징으로 하는 레티클 에러 검출 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 0차 회절광은 상기 노광기에 상기 레티클의 패턴에 따라서 조명계를 선택하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 레티클 에러 검출 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 조명계는 상기 레티클의 패턴의 종류에 따라서 원형 조명계, 다이폴 조명계, 에뉼러 조명계, 쿼드러폴 조명계, 크로스폴 조명계 및 그 조합중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 레티클 에러 검출 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 레티클 에러는 상기 노광기에 장착된 웨이퍼 상의 포토레지스트막을 현상한 후 상기 포토레지스트막의 두께 변화나 이미지를 분석하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 레티클 에러 검출 방법.
  5. 마스크 기판과 상기 마스크 기판 상에 임계 크기를 갖는 마스크 패턴들로 구성된 레티클을 노광기에 장착하고 상기 노광기에 장착된 레티클에 광을 조사하고;
    상기 레티클을 통과하여 나오는 회절광들중 0차 회절광만으로 웨이퍼 상의 포토레지스트막을 노광하고;
    노광된 포토레지스트막을 현상하고; 및
    상기 현상된 포토레지스트막의 두께 변화나 이미지를 분석하여 웨이퍼 레벨에서 상기 레티클의 에러를 검출하는 것을 특징으로 하는 레티클 에러 검출 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 0차 회절광은 상기 노광기에 상기 레티클의 상기 마스크 패턴들에 따라서 조명계를 선택하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 레티클 에러 검출 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 현상된 포토레지스트막의 두께 변화나 이미지 차이는 결함 검사 장비를 이용하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 레티클 에러 검출 방법.
  8. 마스크 기판과 상기 마스크 기판 상에 임계 크기를 갖는 마스크 패턴들로 구성된 기준 레티클을 노광기에 장착하고 상기 노광기에 장착된 기준 레티클에 광을 조사하고;
    상기 기준 레티클을 통과하여 나오는 회절광들중 0차 회절광만으로 제1 웨이퍼 상의 제1 포토레지스트막을 노광하고;
    노광된 제1 포토레지스트막을 현상하고;
    상기 현상된 제1 포토레지스트막의 두께 변화나 이미지를 측정하고;
    마스크 기판과 상기 마스크 기판 상에 임계 크기를 갖는 마스크 패턴들로 구성된 실험 레티클을 노광기에 장착하고, 상기 노광기에 장착된 실험 레티클에 광을 조사하고;
    상기 실험 레티클을 통과하여 나오는 회절광들중 0차 회절광만으로 제2 웨이퍼 상의 제2 포토레지스트막을 노광하고;
    노광된 제2 포토레지스트막을 현상하고;
    상기 현상된 제2 포토레지스트막의 두께 변화나 이미지를 측정하고; 및
    상기 제1 포토레지스트막의 두께 변화나 이미지와, 상기 제2 포토레지스트막의 두께 변화나 이미지를 서로 비교하여 웨이퍼 레벨에서 상기 실험 레티클의 에러를 검출하는 것을 특징으로 하는 레티클 에러 검출 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 기준 레티클 및 실험 레티클을 통하여 나오는 0차 회절광은 상기 노광기에 상기 레티클들의 상기 마스크 패턴들에 따라서 조명계를 선택하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 레티클 에러 검출 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 현상된 제1 포토레지스트막 및 제2 포토레지스트막의 두께 변화나 이미지는 결함 검사 장비를 이용하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 레티클 에러 검출 방법.
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