KR101757743B1 - 플레어 보정방법 및 ｅｕｖ 마스크 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 사상에 의한 플레어 보정방법 및 EUV 마스크 제조방법은 EUV 리소그라피 공정에서의 플레어 효과에 의한 CD(Critical Dimension) 에러를 방지할 수 있는 방법 및 그러한 플레어 효과를 보정할 수 있는 EUV 마스크 제조방법을 제공한다. 그 플레어 보정방법은 테스트 패턴에 대한 플레어(flare)를 측정하는 단계; 상기 플레어에 대한 PSF(Point Spread Function)을 계산하는 단계; 및 작용 범위(influence range)에 따른 각각의 상기 PSF를 이용하여 상기 플레어를 각각 보정하는 단계;를 포함한다.

Description

플레어 보정방법 및 ＥＵＶ 마스크 제조방법{Flare correction method and method for fabricating EUV(Extreme Ultra Violet) mask}
본 발명의 사상은 반도체 제조 공정에 관한 것으로, 특히 리소그라피 공정에서의 플레어 보정방법 및 마스크 제조방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조 공정 중 리소그라피(lithography) 공정은 기판 상에 도포된 감광막에 광선을 조사하여 회로패턴을 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. EUV 리소그라피 기술에서는 13.4nm에 이르는 극자외선 영역의 파장을 이용하는데, 극자외선 영역에서는 대부분의 물질이 높은 광 흡수성을 가지기 때문에 극자외선을 활용하기 위해서, 극자외선 노광장치는 반사경을 통해 광학계가 구성된다.
본 발명의 사상이 해결하고자 하는 과제는 EUV 리소그라피 공정에서의 플레어로 인한 CD(Critical Dimension) 에러를 보정할 수 있는 방법 및 그러한 플레어 효과를 보정할 수 있는 EUV 마스크 제조방법을 제공하는 데에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 사상은 테스트 패턴에 대한 플레어(flare)를 측정하는 단계; 상기 플레어에 대한 PSF(Point Spread Function)을 계산하는 단계; 및 상기 플레어의 작용 범위(influence range)에 따라 대응하는 상기 PSF를 이용하여 상기 플레어를 각각 보정하는 단계;를 포함하는 EUV(Extreme Ultra Violet) 리소그라피 공정에서의 플레어 보정방법을 제공한다.
본 실시예에 있어서, 상기 작용 범위는 기설정 거리를 기준으로, 상기 기설정 거리 미만인 제1 범위 및 상기 기설정 거리 이상인 제2 범위로 나누어지며, 상기 작용 범위에 따른 상기 PSF를 동일 보정 단계에서 각각 이용하거나 다른 보정 단계에서 각각 이용할 수 있다. 상기 다른 보정 단계에서 각각 이용하는 경우, 상기 제1 범위의 플레어에 대한 PSF는 칩 레벨 보정의 OPC에 반영되며, 상기 제2 범위의 플레어에 대한 PSF는 장기 범위 플레어 보정 또는 노광(writing)에 반영될 수 있다.
한편, 상기 기설정 거리는 노광이 수행되는 풀-필드(full field) 사이의 거리 또는 웨이퍼의 스크라이브(scribe) 라인의 폭에 대응할 수 있다. 예컨대, 상기 제1 범위는 상기 스크라이브 라인의 폭 미만의 단기 범위(short-range) 및 중기 범위(middle-range)를 포함하고, 상기 제2 범위는 상기 스크라이브 라인의 폭 이상의 장기 범위(long-range)를 포함할 수 있다.
한편, 본 실시예에서, 상기 PSF는 상기 테스트 패턴에 대한 덴서티(density) 맵과 컨볼루션 적분되어 OPC, 장기 범위 플레어 보정 및 노광 공정 중 적어도 어느 하나에 이용될 수 있다. 상기 PSF가 상기 노광에 이용되는 경우에, 상기 컨볼루션 적분되어 계산된 플레어 맵이 도우즈(dose) 맵으로 변환되어 이용될 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 사상은 테스트 마스크를 이용하여 형성된 웨이퍼 상의 테스트 패턴에 대한 CD 및 플레어를 측정하는 단계; 상기 플레어에 대한 PSF 계산하는 단계; 상기 CD에 기초하여 모델 캘리브레이션(model calibration)을 수행하고, OPC를 위한 레시피(recipe)를 작성하는 단계; 캘리브레이션된 상기 모델과 상기 레시피를 이용하여 마스크에 대한 OPC를 수행하고 검증하는 단계; 마스크에 대한 상기 OPC 결과 데이터를 마스크 제작을 위해 전달하는 MTO(Mask Tape-Out) 단계; 상기 OPC 결과 데이터에 기초한 마스크 프로세스의 근접 효과를 보정하는 MPC 단계; 상기 마스크 제작을 위하여 상기 MPC 결과 데이터를 각 영역별로 분할(데이터 포맷을 변환)하는 프랙쳐(fracture) 단계; 및 분할된 영역별 데이터에 기초하여 상기 마스크 제작을 위한 도우즈 량을 조절하는 단계;를 포함하고, 상기 플레어 보정을 위해 상기 PSF가 작용 범위에 따라 나누어 이용되는, EUV 마스크 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 작용 범위는 기설정 거리를 기준으로, 상기 기설정 거리 미만의 제1 범위 및 상기 기설정 거리 이상의 제2 범위로 나누어 질 수 있고, 상기 작용 범위에 따른 상기 PSF를 동일 보정 단계에서 각각 이용하거나 다른 보정 단계에서 각각 이용할 수 있다. 예컨대, 상기 다른 보정 단계에서 각각 이용하는 경우, 상기 제1 범위의 플레어에 대한 PSF는, 칩 레벨 보정에 속하는 상기 모델 캘리브레이션 수행, 상기 OPC 수행 및 상기 OPC 검증 각각에 반영되며, 상기 제2 범위의 플레어에 대한 PSF는, 장기 범위 플레어 보정 및 상기 도우즈 량 조절 중 어느 하나에 반영될 수 있다.
본 발명의 사상에 의한 플레어 보정방법 및 EUV 마스크 제조방법은, EUV 리소그라피 공정에서 플레어를 단기 및 중기 범위와 장기 범위로 나누어 각각 다른 단계, 즉 OPC 단계와 MTO 이후 단계에서 각각 보정함으로써, 좀더 효율적으로 플레어를 보정할 수 있다.
또한, 이와 같이 나누어 보정함으로써, OPC 결과와 MTO 이후 결과를 별개로 검증하는 것이 가능하고, 그에 따라 전체적인 플레어 보정에 대한 완성도를 높이고 시간을 절약할 수 있다.
도 1a 및 1b는 플레어가 웨이퍼 패터닝에 미치는 영향을 보여주는 웨이퍼 상의 패턴들에 대한 사진들이다.
도 2a는 본 발명의 사상을 설명하기 위한 풀-필드에 대한 패턴 구조에 대한 평면도이다.
도 2b 및 2c는 도 2a의 풀-필드에 대한 플레어 맵과 단위 칩에 대한 플레어 맵을 각각 보여주는 사진들이다.
도 3은 반경에 따른 PSF에 대한 그래프이다.
도 4는 및 5는 각각 반경 20㎛ 및 반경 70㎛을 기준으로 한 단기 및 중기 범위와 장기 범위에 대한 플레어 맵에 대한 사진들이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플레어 보정방법을 보여주는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 EUV 마스크 제조방법을 보여주는 흐름도이다.
도 8은 도 7의 EUV 마스크 제조방법을 전반적으로 보여주는 흐름도이다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 사상에 대한 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이하의 설명에서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 상부에 존재한다고 기술될 때, 이는 다른 구성 요소의 바로 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 구성 요소가 개재될 수도 있다. 또한, 도면에서 각 구성 요소의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되었고, 설명과 관계없는 부분은 생략되었다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 한편, 사용되는 용어들은 단지 본 발명의 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상에 대한 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.
도 1a 및 1b는 플레어가 웨이퍼 패터닝에 미치는 영향을 보여주는 웨이퍼 상의 패턴들에 대한 사진들로서, 도 1a은 플레어가 5％ 미만인 경우의 SEM 사진이고, 도 1b는 플레어가 10％ 이상인 경우의 SEM 사진이다.
도 1a 및 1b를 참조하면, 동일한 패턴들에 대하여, 도 1a에 비해 도 1b의 패턴의 왜곡이 심하게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 즉, 플레어의 양이 많을수록 패턴이 왜곡이 심하게 나타남을 알 수 있다. 따라서, 플레어의 양을 줄이는 것이 필요하다. 그러나 완벽한 반사경 제작하는 데에 한계가 있으며, 또한 패턴의 크기와 밀도에 따라 플레어가 변화되므로 플레어를 소정량 이하로 낮추는 데에는 한계가 있다.
한편, 절대적인 플레어의 양을 줄이는 것도 필요하지만, 플레어에 의한 패턴의 왜곡을 최소화할 수 있는 마스크를 제작하는 기술이 EUV 시스템의 한계를 극복할 수 있는 또 다른 방법이 될 수 있다. 이를 위해서는 플레어의 양을 패턴의 크기와 밀도에 따라 정량화할 수 있어야 한다.
플레어는 그 미치는 범위에 따라 단기 범위(short-range) 플레어, 중기 범위(middle-range) 플레어 및 장기 범위(long-range) 플레어로 나눌 수 있다. 단기 범위 플레어는 수 ㎛ 이내에 작용하는 플레어를 말하고, 중기 범위 플레어는 수 ㎛에서 수십 ㎛까지의 범위에 작용하는 플레어를 말하며, 장기 범위 플레어는 수십 ㎛ 이상의 범위에 작용하는 플레어를 말한다. 장기 범위 플레어는 10㎜ 이상의 범위까지도 영향을 미칠 수 있다. 한편, 위의 플레어의 구분은 임의적이다. 그에 따라, 플레어의 구분은 다른 척도를 기준으로 구분될 수도 있다. 예컨대, 플레어의 원인에 의해 구분될 수도 있고, 또한 다른 거리 기준을 가지고 플레어를 구분할 수도 있다.
한편, 플레어의 측정의 한 예로는 패드 소멸(pad disappearing) 방법이라고도 불리는 커크 방법(Kirk's Method)이 있다. 커크 방법은 빛이 차단되어야 할 임의의 마스크 패턴에 대하여, 웨이퍼 상의 패턴이 사라질 정도로 과노광되는 경우의 노광량을 구하여 플레어를 계산하는 방법이다. 커크 방법을 수식으로 표현할 때, E0의 문턱 에너지(threshold energy)를 가지는 포토 레지스트에 대하여, 다양한 크기의 패드가 사라지기 위해서 필요한 노광 에너지(energy)가 E라고 할 경우, 플레어 량은 (E0/E)*100(%)으로 기술될 수 있다.
도 2a는 본 발명의 사상을 설명하기 위한 풀-필드에 대한 패턴 구조에 대한 평면도이다. 여기서, 풀-필드는 한 번의 노광에 의해 전사되는 패턴 영역으로, 노광 필드 또는 샷(shot) 영역이라고도 한다.
도 2a를 참조하면, 풀-필드는 다수의 칩을 포함하게 되는데, 예컨대 본 도면에서는 세로로 3개의 칩과 가로로 5개의 칩을 포함하고 있다. 중앙에 굵은 실선으로 표시된 직사각형(C)이 하나의 칩에 해당한다. 여기서, T는 칩 주변의 스크라이브 레인(scribe lane)에 형성되는 테스트 패턴 또는 더미 패턴을 의미한다. 이러한 테스트 패턴(T)은 칩 내의 메인 패턴들의 밀도 차에 의한 OPC 편차 문제를 해결하기 위한 보조 패턴으로, 웨이퍼 상에 실제로 형성되는 패턴은 아니다.
도시된 바와 같이 풀-필드 내의 칩들은 플레어와 관련해서 세 가지 영역으로 구분될 수 있다. 즉, 왼쪽의 6개의 칩을 포함하는 A1 영역, 중앙의 6개의 칩을 포함하는 A2 영역 및 오른쪽의 3개의 칩을 포함하는 A3 영역으로 나눌 수 있다. 이러한 영역으로 나누어지는 주된 이유는 주변 풀-필드에 대한 노광시에 발생한 플레어가 해당 풀-필드에 반영되기 때문이다. 본 실시예는 노광이 왼쪽에서 오른쪽으로 진행한 경우를 예시한다.
결국, 풀-필드에 대한 전체 플레어는 해당 풀-필드 내의 메인 패턴 또는 전술한 테스트 패턴에 의한 단기 범위 플레어, 중기 범위 플레어 및 장기 범위 플레어와 함께 주변 풀-필드에 의한 장기 범위 플레어 모두를 포함할 수 있다.
이와 같이 플레어가 영역별로 다르게 작용하기 때문에, 풀-필드 전체에 대하여 영역별로 다른 플레어 양을 반영한 광 근접 보정(Optical Proximity Correction: OPC)이 수행되어야 한다. 그러나 현실적으로 풀-필드 전체에 대한 OPC를 수행하는 것은 마스크 설계에서부터 제작까지 너무나 많은 데이터량이 필요하므로 불가능하며, 가능하더라고 과도한 비용 및 시간이 소요된다.
참고로, OPC는, 패턴이 미세화됨에 따라 이웃하는 패턴들 간의 영향에 의한 광 근접 현상(Optical Proximity Effect: OPE)이 노광 과정 중에 발생하고, 이를 극복하기 위해서 패턴을 전사하는 마스크 상의 패턴 레이아웃(layout)을 보정하여 OPE 발생을 억제하는 방법을 말한다. 종래 KrF 또는 ArF의 광원을 사용하는 경우에는 플레어 효과가 미미하였으므로, 하나의 칩에 대한 OPC, 즉 칩 레벨의 OPC를 수행하고, 그러한 칩 레벨의 OPC 수행 결과를 풀-필드 내에 모든 칩에 반복하여 적용할 수 있었다.
도 2b 및 2c는 도 2a의 풀-필드에 대한 플레어 맵과 단위 칩에 대한 플레어 맵을 각각 보여주는 사진들로서, 도 2c는 도 2b의 중앙 부분의 조금 진하게 표시된 칩(C)에 대한 플레어 맵을 확대하여 보여주는 사진이다.
도 2b 및 2c를 참조하면, 도 2b의 풀-필드에 대한 전체 플레어 맵 내의 각 칩들의 플레어 맵은 다르다. 각 칩들의 플레어 맵이 다른 주된 이유는 주변 풀-필드에 의한 장기 범위 플레어에 기인한다고 볼 수 있다. 왜냐하면, 각 칩에 반영되는 플레어 중 비교적 짧은 거리의 단기 범위 또는 중기 범위 플레어는 각 칩들의 메인 패턴이 동일하면 거의 동일하게 나타날 것으로 예상되기 때문이다. 즉, 단기 범위 플레어는 각 칩 내에 형성되는 메인 패턴들의 밀도에 의해 영향을 받게 되고, 중기 범위 플레어 역시 예외적인 경우를 제외하고는 메인 패턴의 밀도에 의해 영향을 받기 때문이다.
따라서, 각 칩들에서 장기 범위 플레어를 제거한다면, 각 칩들에 대한 플레어 맵은 거의 동일하게 나타날 수 있다. 각 칩들에 대한 플레어 맵이 동일하다면, 기존 ArF 광원에서의 OPC와 같이 칩 레벨의 OPC 수행을 하고, 그러한 OPC 수행 결과를 풀-필드 내에 모든 칩에 반복하여 적용하는 원리를 채용할 수 있다. 물론 칩 레벨의 OPC는 단기 및 중기 범위 플레어 효과를 반영한 OPC이다.
덧붙여, EUV의 리소그라피 경우에, 아치 모양 슬릿(slit)을 사용하기 때문에 마스크로 경사 입사하는 광이 존재하고, 이러한 경사 입사되는 광은 마스크의 흡수체층에 인한 셰도우 효과(shadow effect)를 발생시킬 수 있다. 본 실시예에서의 칩 레벨 OPC에서는 플레어와 함께 셰도우 효과도 함께 반영하여 마스크의 레이아웃을 보정할 수 있다.
한편, 장기 범위 플레어는 단기 범위 플레어에 비해 둔감하게 변하는 값을 가지므로, 풀-필드에 대해서 스텝을 크게 주는 보정, 즉 구간을 크게 나누어서 보정하거나, MTO(Mask Tape Out) 이후 단계, 구체적으로 마스크 프로세스 보정(Mask Process Correction: MPC) 이후에 별도의 장기 범위 플레어 보정 단계를 두어 보정하거나, 노광(Writing) 단계에 반영하여 일률적으로 보정할 수 있다.
예컨대, 본 실시예에서는 단기 범위 및 중기 범위의 플레어에 대해서는 칩 레벨의 OPC를 통해 보정하고, 장기 범위의 플레어는 마스크 레벨의 MTO 이후 단계에서 보정한다. 여기서 MTO 이후 단계는 MTO(Mask Tape Out) 단계 이후의 전체 공정을 의미하며, MTO 이후의 장기 범위 플레어 보정은 별도의 장기 범위 플레어 보정 단계 또는 노광(Writing) 공정 중 어느 하나의 공정에서의 보정하는 것을 의미할 수 있다. MTO 이후 단계에 대해서는 도 8의 설명부분에서 좀더 상세히 기술한다.
도 3은 플레어에 대한 반경에 따른 포인트 스프레드 함수(PSF)의 그래프이다.
플레어는 노광 장치를 구성하는 거울 표면 거칠기에서 도출되는 포인트 스프레드 함수(Point Spread Function: PSF)로 기술될 수 있다. PSF는 1/rN +1, 즉 플랙탈 함수(fractal function)로 근사될 수 있다. 여기서, r은 광원으로부터의 거리이고 N은 실수이다. 결국, PSF은 거리(r)의 N+1승에 반비례하고, 표면 가공기술에 따라 수~수십 ㎜의 먼 거리까지 영향을 미칠 수 있다.
특정한 기하학적 구조가 정해진 경우, 플레어는 PSF로 변환될 수 있다. 즉, 거리에 따라 커크 방법으로 플레어를 측정하여 트렌드(trend)화 함으로써, PSF로 변환시킬 수 있다.
이와 같이 PSF가 계산되면, PSF는 타겟 패턴의 덴서티 맵에 컨볼루션(convolution) 적분되어 OPC, 장기 범위 플레어 보정, 또는 노광(Writing) 공정에서 마스크 레이 아웃을 보정하는 데에 이용될 수 있다. 이와 같이 PSF가 반영됨으로써, 플레어 보정이 수행될 수 있다.
도 3을 참조하면, PSF 그래프는 ㎛ 단위의 반경에 따른 PSF 값으로 나타나며, PSF 값은 단순히 1/rN +1로 기술되고 있다. 한편, PSF는 비례 상수 K를 더 포함할 수 있다. 즉 PSF = K/rN +1 로 기술될 수 있다. 본 그래프에서는 PSF는 점으로 나타난 프랙탈 함수 및 실선으로 나타난 가우스(Gauss) 함수로 표현되어 있는데, 두 함수에 의한 결과가 거의 일치함을 알 수 있다.
본 실시예에서는 풀-필드 사이의 거리 또는 스크라이브 라인(scribe line) 폭에 해당하는 반경 50 ~ 70㎛ 정도를 기준으로 하여 단기 및 중기 범위 플레어를 장기 범위 플레어와 구분할 수 있다. 그에 따라, 단기 및 중기 범위에 플레어에 대해서는 칩 레벨의 OPC를 적용하여 보정하고, 장기 범위 플레어에 대해서는 MTO 이후 공정에 반영하여 보정할 수 있다.
도 4 및 5는 각각 반경 20㎛ 및 반경 70㎛을 기준으로 한 단기 및 중기 범위와 중기 및 장기 범위에 대한 플레어 맵에 대한 사진들이다.
도 4 및 5를 참조하면, 도 4의 왼쪽은 20㎛을 기준으로 단기 및 중기 범위의 플레어에 대한 PSF 값으로 나타낸 플레어 맵을 보여주며, 오른쪽은 중기 및 장기 범위의 플레어에 대한 PSF 값으로 나타낸 플레어 맵을 보여주고 있다. 또한 도 5의 왼쪽은 70㎛을 기준으로 단기 및 중기 범위의 플레어에 대한 PSF 값으로 나타낸 플레어 맵을 보여주며, 오른쪽은 중기 및 장기 범위의 플레어에 대한 PSF 값으로 나타낸 플레어 맵을 보여주고 있다.
전술한 바와 같이 단기, 중기, 및 장기의 의미는 정의에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이하에서는 기준을 명확히 하기 위하여, 중기 및 장기 범위의 플레어를 장기 범위 플레어라고 한다. 한편, 왼쪽의 플레어 맵의 왼쪽 상단에 쓰여진 1㎛ pixel과 오른쪽의 플레어 맵의 왼쪽 상단에 쓰여진 64㎛ pixel은 PSF가 1㎛ 및 64um 단위로 계산되었음을 의미한다. 참고로, 풀-필드는 가로 26㎜ 및 세로 33㎜ 정도이다.
도시된 바와 같이, 단기 및 중기 범위의 플레어 맵의 차이는 크게 나타나지만, 장기 범위 플레어 맵의 차이는 그렇게 크지 않고 브로드(broad)한 값을 가진다. 다시 말해, 장기 범위 플레어 맵에서 영역을 검은색, 엷은 회색, 진한 회색, 흰색 등으로 구분할 때, 구간을 크게 하여 구분할 수 있음을 의미하고, 그에 따라 보정할 때도 구간을 크게 주어 보정하면 되므로, 적은 계산으로 플레어의 보정이 가능할 수 있다.
한편, 단기 및 중기 범위의 플레어 맵에서, 각 칩들의 플레어 맵들이 어느 정도 동일성을 유지한다면, 좀더 먼 거리를 기준으로 한 장기 범위의 플레어 맵이 좀더 브로드한 값을 가지므로, 먼 거리를 기준으로 플레어를 구분하는 것이 장기 범위 플레어의 보정에 유리하다. 도시된 바와 같이 70㎛를 기준으로 나눈 경우의 단기 및 중기 범위 플레어에서, 각각의 칩들이 어느 정도 유사한 플레어 맵을 가짐을 알 수 있다.
따라서, 스크라이브 라인의 폭, 또는 노광이 반복되는 풀-필드 사이의 거리에 해당하는 50 ~ 70㎛를 기준으로 단기 및 중기 범위 플레어를 장기 범위 플레어와 구분해도 상관 없음을 알 수 있다. 그에 따라, 본 실시예에서는 50 ~ 70㎛ 기준으로 단기 및 중기 범위 플레어와 장기 범위 플레어를 구분하고, OPC 단계와 MTO 이후 단계에서 각각 구분하여 플레어를 보정할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플레어 보정방법을 보여주는 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 먼저 테스트 패턴에 대한 플레어를 측정한다(S110). 플레어 측정은 전술한 커크 방법을 이용할 수 있다. 그러나 플레어 측정 방법이 커크 방법에 한정된 것은 아니다. 즉, 플레어를 정확히 측정할 수 있는 다양한 방법이 본 단계의 플레어 측정에 이용될 수 있음은 물론이다.
다음, 측정된 플레어에 대한 PSF를 계산한다(S130). PSF는 측정돤 플레어를 거리별로 트렌드(trend)화 함으로 구현할 수 있다. 예컨대, PSF는 1/rN +1, 또는 K/rN+1로 수식화하여 반경에 따른 PSF값의 그래프로 표현될 수 있다.
이어, 플레어의 작용 범위(influence range)에 대한 소정 기준에 따라 PSF를 구분한다(S150). 예컨대, 스크라이브 라인의 폭, 또는 노광이 반복되는 풀-필드 사이의 거리에 해당하는 50 ~ 70㎛를 기준으로 단기 및 중기 범위 플레어와 장기 범위 플레어로 구분할 수 있다. 본 단계는 개념적인 단계이므로 반드시 PSF 계산 단계(S130) 이후에 수행할 필요는 없고, PSF 계산 단계(S130) 이전에 수행되거나, 또는 플레어 측정 단계(S110)나 PSF 계산 단계(S130)에 포함될 수 있다. 또한, 본 단계는 플레어 보정을 시작하기 전에 미리 설정될 수도 있다.
끝으로, 작용 범위에 따른 PSF를 이용하여 플레어를 각각 보정한다(S170). 즉, 단기 및 중기 범위 플레어에 대한 PSF를 반영하여 칩-레벨의 OPC를 수행하여 플레어를 보정하고, 또한 장기 범위 플레어에 대한 PSF를 반영하여 MTO 이후의 공정, 즉 장기 범위 플레어 보정 공정 또는 노광 공정에서 플레어를 보정할 수 있다. 또한, 단기 및 중기 범위 플레어에 대한 PSF를 반영하여 칩-레벨의 OPC를 수행하고, 장기 범위의 플레어에 대해서는 마스크 레벨의 OPC를 수행하여 플레어를 보정할 수도 있다.
플레어를 OPC 단계와 MTO 이후 단계로 구분하여 보정하는 경우, OPC 결과와 MTO 이후의 결과를 별개로 검증하는 것이 가능하고, 그에 따라 전체적인 플레어 보정에 대한 완성도를 높이고 시간을 절약할 수 있다.
OPC 단계에서, 두 범위의 플레어 보정을 나누어서 수행하는 것이 조금 복잡할 수도 있지만, 한번에 전 플레어를 반영하여 OPC를 수행하는 것보다는 계산을 단순화시킬 수 있다. 예컨대, 단기 및 중기 범위 플레어에 대해서는 하나의 칩에 대한 OPC를 수행하여 반복시킴으로써 풀-필드 내의 모든 칩들에 대한 OPC를 수행하고, 장기 범위 플레어에 대해서는 PSF 값이 브로드하므로 스텝을 크게 주어 보정하는 식으로 OPC를 수행할 수 있다.
지금까지 플레어 보정의 관점에서, 플레어에 관련된 내용만을 기술하였으나, 실제로 마스크를 제조하는 공정에서는 플레어 보정뿐만 아니라 여러 다양한 공정들이 포함될 수 있다. 이하에서는 플레어 보정을 반영한 마스크 제조 방법에 대한 내용을 기술한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 EUV 마스크 제조방법을 보여주는 흐름도로서, 설명의 편의를 위해 시간에 따라 직선적으로 나열된 공정 흐름도로서 기술한다.
도 7을 참조하면, 먼저, 테스트 패턴에 대한 CD 및 플레어를 측정한다(S210). 여기서, 테스트 패턴은 타겟 패턴이 형성된 마스크를 이용하여 EUV 리소그라피 공정을 통해 웨이퍼 상에 실제로 형성된 패턴을 의미한다. 플레어 측정은 전술한 바와 같이 커크 방법을 이용할 수 있으나 그에 한정되는 것은 아니다.
다음, 플레어에 대한 PSF를 계산한다(S220). PSF 계산은 측정돤 플레어를 거리별로 트렌드화 함으로 구현할 수 있다. 예컨대, PSF는 1/rN +1, 또는 K/rN +1로 수식화하여 반경에 따른 PSF값의 그래프로 표현될 수 있다.
이어, 모델 캘리브레이션(calibration) 수행 및 OPC를 위한 레시피(recipe)를 작성한다(S230). 모델 캘리브레이션은 모델 기반 OPC(model based OPC)에 따른 것으로, 모델 기반 OPC는 미리 준비된 여러 종류의 패턴 형상 피처(feature)에 대해 설정된 모델들을 이용하여, 마스크 패턴의 형상과 이에 의해 웨이퍼 상에 전사된 패턴의 형상 차이를 시뮬레이션(simulation) 계산하고 계산 결과에 근거하여 마스크 패턴을 보정 또는 모델링하는 것으로 이해될 수 있다.
한편, 모델 캘리브레이션에는 앞서, 측정한 CD 값 및 계산된 PSF값이 반영될 수 있다. 특히, PSF 값은 단기 및 중기 범위 플레어의 PSF값이 반영될 수 있다. 실제로는 PSF값은 덴서티 맵에 컨볼루션 적분되어 반영되게 되는데, 그에 대해서는 도 8 부분에서 기술한다. 더 나아가 모델 캘리브레이션은 실제로 이용되는 레티클의 층상 구조, 즉 반사층인 다중 블랭크(Multi-layer blank)층 및 흡수층의 층상 구조에 따른 수평(Horizantal) 및 수직(Vertical) 바이어스(HV bias) 값이 반영될 수 있고, 또한 전술한 셰도우 효과도 반영될 수 있다.
모델 캘리브레이션 이후 OPC에 필요한 최적의 레시피를 작성한다.
다음, OPC 수행 및 검증(verification)을 수행한다(S240). OPC 수행은 캘리브레이션된 모델과 레시피, HV 바이어스, 및 단기 및 중기 범위 플레어의 PSF값을 이용하여 수행할 수 있다. OPC 검증은 OPC가 적절히 수행되었는지 여부를 패턴의 등고선 시뮬레이션(simulation contour)을 통해 검증하는 것을 의미한다. 흐름도 상에 도시되지 않았지만, OPC를 통한 시뮬레이션 등고선이 에러 수용 범위(error tolerance)를 벗어난 경우 모델 캘리브레이션 또는 레시피 수정 등을 수행하고, 다시 OPC 수행 및 검증하는 식으로 진행한다.
검증을 통과하면, MTO를 수행한다(S250). MTO는 OPC를 통해 획득한 마스크 모델링 데이터를 다음 단계, 예컨대 MPC 단계로 넘겨주어 마스크 제작을 의뢰하는 것을 의미한다.
다음 MPC 보정을 수행한다(S260). MPC 보정은 종래 ArF 리소그라피 공정에서는 크게 고려하지 않았지만, EUV 리소그라피 공정에서는 EUV의 파장이 짧아 해상도가 좋고, 광 근접 효과도 거의 없어져, 마스크 자체의 근접 효과에 대한 프로세스를 보정해주어야 필요성이 증가하여, EUV 리소그라피 공정에서 MPC 보정은 필수적으로 추가되게 된다.
마스크 프로세스와 관련하여, 중기 범위에 속하는 백 스캐터링 효과(back scattering effect)나 장기 범위에 속하는 포깅 효과(fogging effect), 프로세스에서 유도된 비균일성(process induced non-uniformity) 등의 근접 효과는 마스크 노광(writing) 공정에서 보정될 수 있다. 남은 단기 범위에 속하는 근접 효과, 예컨대 전방향 스캐터링(forward scattering), EB 광학 수차(EB optic aberration), CAR 레지스트의 레지스트 흐림(resist blur of CAR resist), 및 에치 마이크로로딩(etch micro-loading) 등에 기인한 에러는 MPC 공정에서 수행될 수 있다. 참고로, 상기 마스크 근접 효과로 발생되는 에러는 마스크 선형(linearity) 에러에 관련된다.
MPC 공정은 예컨대, 테스트 패턴에서 측정된 CD을 이용하여 마스크 프로세스 모델을 캘리브레이션하는 단계, 그 마스크 프로세스 모델이 적용된 후에 MPC 레이아웃이 타겟 패턴에 보다 근접하게 일치하는 패턴을 생산할 수 있도록 그 마스크 프로세스 모델을 포스트-OPC 폴리곤(post-OPC polygons)의 변경에 이용하는 단계, 및 OPC 및 MPC 레이아웃에 대한 마스크 프로세스 검증을 수행하고 불일치를 보정하는 단계 등을 포함할 수 있다.
한편, 여기서 단기, 중기, 및 장기 범위는 앞서 플레어에 대해 구분한 범위와 동일할 수도 있지만 다를 수도 있다. 예컨대, MPC에서 단기 범위는 30㎚에서 3㎛ 정도일 수 있다.
MPC 보정 이후, 장기 범위 플레어 보정을 수행한다(S270). 장기 범위 플레어 보정은, 앞서 전술한 바와 같이 장기 범위 플레어에 대한 PSF 기초한 플레어 맵의 차이기 그렇게 크지 않고 브로드(broad)한 값을 가지므로, 보정할 때 구간을 크게 주어 보정함으로써, 적은 계산으로 플레어의 보정이 가능할 수 있다. 만약, 장기 범위 플레어 보정이 노광 단계(S290)에 반영되어 함께 수행되는 경우에, 본 단계는 생략될 수 있음은 물론이다.
다음, 프랙쳐(fracture) 단계를 수행한다(S280). 프랙쳐 단계는 실제 마스크 제작을 위하여 데이터를 각 영역별로 분할하는 일종의 데이터 포맷 변환공정으로, 마스크 데이터 프랙쳐 공정이라고도 한다.
프랙쳐 수행 후, 노광 공정을 수행한다(S290). 마스크 노광 공정은 전단계에서 획득한 데이터들에 기초하여 영역별 노광 도우즈를 조절하는 공정을 의미한다. 노광 공정에서는 전술한 바와 같이 장기 범위 플레어에 대한 PSF 값이 반영될 수 있다. 또한, 단기 범위를 제외한 중기 및 장기 범위의 근접 효과들이 노광 공정에서 보정될 수 있다. 만약, 장기 범위 플레어 보정 공정(S270)에서 장기 범위 플레어에 대한 PSF가 반영된 경우에는 노광 공정에서는 장기 범위 플레어에 대한 PSF를 반영할 필요가 없다. 한편, 전술한 근접 효과들 보정과의 매칭의 측면에서 장기 범위 플레어에 대한 PSF는 장기 범위 플레어 보정 공정(S270)에서보다는 노광 공정에서 반영될 수 있다.
노광 공정이 완료되면, 포토리소그라피 공정을 통해 실제 마스크를 제작한다(S300).
도 8은 도 7의 EUV 마스크 제조방법을 전반적으로 보여주는 흐름도로서, 설명의 편의를 위해 도 7에서 설명한 공정 단계에 대해서는 생략하거나 간단히 기술한다.
도 8을 참조하면, 먼저 형성하고자 하는 타겟 패턴을 포함한 마스크를 설계한다(S310). 테스트 마스크를 이용하여 EUV 노광 공정을 통해 웨이퍼 상에 테스트 패턴을 형성한다(S410). 테스트 패턴에 대한 CD을 측정한다(S420). 또한, 커크 방법 등을 통해 테스트 패턴에 대한 플레어를 측정한다(S450).
측정된 플레어를 트렌드화하여 PSF를 계산한다(S460). 한편, 타겟 패턴에 관련된 DB(data base) 내의 메인 패턴, 테스트 패턴 및 스크라이브 레인 등의 정보에 기초하여 덴서티 맵을 작성한다(S510).
PSF와 덴서티 맵을 컨볼루션 적분하여(S520), 플레어 맵을 작성한다(S530). 플레어 맵은 단기 및 중기 범위의 플레어 맵에 해당하는 제1 범위 플레어 맵(F.map)과 장기 범위의 플레어 맵에 해당하는 제2 범위 플레어 맵(C.map)으로 구분될 수 있다.
측정된 CD 값 및 제1 범위의 플레어 맵을 기초로 하여 모델 캘리브레이션을 수행한다(S430). 도시하지는 않았지만, 모델 캘리브레이션에 셰도우 효과 및 반사경의 층상 구조에 대한 HV 바이어스가 반영될 수 있다. 모델 캘리브레이션 후에 OPC에서 필요한 최적의 레시피를 작성한다(S440).
모델 캘리브레이션, 레시피, 제1 범위 플레어 맵을 이용하여 OPC를 수행한다(S322). OPC 수행 시에 전술한 셰도우 효과 및 HV 바이어스가 고려될 수 있다. 수행된 OPC에 대하여 OPC 검증을 수행한다(S324). OPC 검증은 전술한 바와 같이 OPC 시뮬레이션 등고선이 설정된 에러 수용 범위에 내에 있는지 판단하여 수행하고, 만약 에러 수용 범위를 벗어나면 에러 수용 범위에 속할 때까지 모델 캘리브레이션, 레시피, OPC 수행 등을 반복적으로 수행한다. 여기서, OPC 수행과 검증 공정을 포함하여 OPC 단계(S320)라고 부를 수 있다. 또한, 모델 캘리브레이션 및 레시피 작성 공정도 OPC 단계에 포함시킬 수도 있다.
OPC 검증이 완료되면, 데이터를 넘겨 마스크 제작을 의뢰하는 MTO를 수행한다(S330).
MTO 단계 후, 마스크의 근접 효과를 보정하는 MPC 공정이 수행된다(S342). MPC 공정에서는 전술한 바와 같이 전방향 스캐터링, EB 광학 수차, CAR 레지스트의 레지스트 흐림, 및 마스크 선형 에러 보정을 위하여, 에치 마이크로로딩과 같은 단기 범위의 근접 효과에 대한 보정을 수행한다.
다음, 장기 범위의 플레어에 대한 보정을 수행한다(S344). 즉, 제2 범위의 플레어 맵 데이터를 기초하여 플레어를 보정한다. 한편, 전술한 바와 같이 장기 범위 플레어에 대한 보정을 노광 단계(S348)에서 수행할 수 있고, 그러한 경우에는 본 단계를 생략할 수 있다.
다음, 프랙쳐 공정을 수행한다(S346). 프랙쳐 공정은 실제 마스크 제작을 위하여 데이터를 각 영역별로 분할하는 일종의 데이터 포맷 변환 공정임은 전술한 바와 같다.
이어, 노광 공정을 수행한다(S348). 노광 공정은 전단계에서 획득한 데이터들에 기초하여 영역별 노광 도우즈를 조절하는 공정을 의미한다. 노광 공정에서는 전술한 바와 같이 제2 범위의 플레어 맵 데이터가 반영될 수 있다. 예컨대, 제2 범위의 플레어 맵이 도우즈(dose) 맵으로 변환되어 마스크 노광 공정에 반영될 수 있다. 덧붙여, 노광 공정에서 마스크 선형 에러 보정을 위하여, 중기 및 장기 범위의 근접 효과들이 보정될 수 있음은 물론이다. 여기서, MPC, 장기 범위 플레어에 대한 보정 공정, 프랙쳐 공정 및 노광 공정을 합쳐 MTO 이후 단계(340)로 부를 수 있다.
MTO 이후 단계(340) 이후, 도우즈 맵에 기초하여 노광 공정을 수행하여 실제 마스크를 제작한다(S350).
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.

Claims (10)

  1. 테스트 패턴에 대한 플레어(flare)를 측정하는 단계;
    상기 플레어에 대한 PSF(Point Spread Function)을 계산하는 단계; 및
    상기 플레어의 작용 범위(influence range)에 따라 대응하는 상기 PSF를 이용하여 상기 플레어를 각각 보정하는 단계;를 포함하고,
    상기 작용 범위는 기설정 거리를 기준으로, 상기 기설정 거리 미만인 제1 범위 및 상기 기설정 거리 이상인 제2 범위로 나누어지며,
    상기 작용 범위에 따른 상기 PSF를 동일 보정 단계에서 각각 이용하거나 다른 보정 단계에서 각각 이용하며,
    상기 기설정 거리는 노광이 수행되는 풀-필드(full field) 사이의 거리 또는 웨이퍼의 스크라이브(scribe) 라인의 폭에 대응하는 것을 특징으로 하는 EUV(Extreme Ultra Violet) 리소그라피 공정에서의 플레어 보정방법.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 동일 보정 단계에서 각각 이용하는 경우,
    상기 PSF는 OPC(Optical Proximity Correction)에서 상기 제1 범위 및 상기 제2 범위에 따라 나누어 반영되는 것을 특징으로 하는 플레어 보정방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 다른 보정 단계에서 각각 이용하는 경우,
    상기 제1 범위의 플레어에 대한 PSF는 칩 레벨 보정의 OPC에 반영되며,
    상기 제2 범위의 플레어에 대한 PSF는 장기 범위 플레어 보정 또는 노광(writing)에 반영되는 것을 특징으로 하는 플레어 보정방법.
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 범위는 상기 스크라이브 라인의 폭 미만의 단기 범위(short-range) 및 중기 범위(middle-range)를 포함하고,
    상기 제2 범위는 상기 스크라이브 라인의 폭 이상의 장기 범위(long-range)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플레어 보정방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 작용 범위는 기설정 거리를 기준으로, 상기 기설정 거리 미만의 제1 범위 및 상기 기설정 거리 이상의 제2 범위로 나누어지고,
    상기 PSF는 OPC에서 상기 제1 범위 및 상기 제2 범위에 따라 나누어 반영되거나, 또는
    상기 제1 범위의 플레어에 대한 PSF는 칩 레벨의 OPC에 반영되고, 상기 제2 범위의 플레어에 대한 PSF는 장기 범위 플레어 보정 또는 노광 공정에 반영되며,
    상기 OPC에서는 EUV의 경사 입사에 의한 셰도우(Shawdow) 효과를 반영하는 것을 특징으로 하는 플레어 보정방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 PSF는 상기 테스트 패턴에 대한 덴서티(density) 맵과 컨볼루션(convolution) 적분되어 OPC, 장기 범위 플레어 보정 및 노광 중 적어도 어느 하나에 이용되는 것을 특징으로 하는 플레어 보정방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 PSF가 상기 노광 공정에 이용되는 경우에,
    상기 컨볼루션 적분되어 계산된 플레어 맵이 도우즈(dose) 맵으로 변환되어 이용되는 것을 특징으로 하는 플레어 보정방법.
  10. 테스트 마스크를 이용하여 형성된 웨이퍼 상의 테스트 패턴에 대한 CD 및 플레어를 측정하는 단계;
    상기 플레어에 대한 PSF 계산하는 단계;
    상기 CD(Critical Dimension)에 기초하여 모델 캘리브레이션(model calibration)을 수행하고, OPC를 위한 레시피(recipe)를 작성하는 단계;
    캘리브레이션된 상기 모델과 상기 레시피를 이용하여 마스크에 대한 OPC를 수행하고 검증하는 단계;
    마스크에 대한 상기 OPC 결과 데이터를 마스크 제작을 위해 전달하는 MTO(Mask Tape-Out) 단계;
    상기 OPC 결과 데이터에 기초한 마스크 프로세스의 근접 효과를 보정하는 MPC 단계;
    상기 마스크 제작을 위하여 상기 MPC 결과 데이터를 각 영역별로 분할(데이터 포맷을 변환)하는 프랙쳐(fracture) 단계; 및
    분할된 영역별 데이터에 기초하여 상기 마스크 제작을 위한 도우즈 량을 조절하는 단계;를 포함하고,
    상기 플레어 보정을 위해 상기 PSF가 작용 범위에 따라 나누어 이용되는, EUV 마스크 제조방법.
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