KR19990012710A - 노광장치의 조명계 및 렌즈 평가용 마스크 구조 - Google Patents

Abstract

노광장치의 조명계 및 렌즈의 이상여부를 평가할 수 있는 마스크 구조에 대해 개시된다. 이 구조는, 패턴피치가 큰 어미자, 및 상기 어미자의 내부에 형성된 패턴피치가 작은 아들자를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 패턴피치의 크기 차이가 큰 어미자와 아들자의 오버레이 마크를 이용하여 노광을 행하는 한편, 노광후에 발생된 상의 변위 및 이에 따른 미스얼라인먼트를 측정함으로써 조명계 및 렌즈의 이상 유무 및 그 정도를 평가할 수 있게 된다.

Description

노광장치의 조명계 및 렌즈 평가용 마스크 구조

본 발명은 반도체용 노광장치에 관한 것으로, 특히 노광장치의 조명계 및 렌즈의 이상여부를 평가할 수 있는 노광장치의 조명계 및 렌즈 평가용 마스크 구조에 관한 것이다.

최근의 반도체 디바이스(device)들은 0.25㎛ 정도의 디자인 룰(design rule)에 따른 선폭제어가 요청되고 있다. 이렇게 미세한 선폭의 패턴들을 형성하기 위해서는 마스크 패턴의 해상도(resolution)상의 한계를 극복해야만 하며, 이를 위한 가장 직접적인 방법은 노광용의 광원으로 보다 파장이 짧은 빛을 이용하는 것이고, 다른 한 방법은 구경이 큰 투영렌즈(projection lens)를 사용하는 것이다.

그러나, 상술한 방법을 사용하여도 해상도를 일정수준 이상으로 하는 경우에 DOF(Depth Of Focus)가 감소하는 등의 문제가 발생된다. 이러한 문제를 해소하기 위해 해상도와 DOF를 동시에 개선할 수 있는 방안이 모색되었으며, 그 결과로서 위상반전 마스크(PSM:Phase Shifting Mask) 기술이 발전되었다. 이러한 위상반전 마스크 기술은 인접패턴간의 광간섭효과로 인해 패턴이 올바르게 정의(definition)되지 못하는 문제를 해소하기 위해, 인접패턴의 노광이 위상이 반전된 빛에 의하여 이루어지도록 마스크패턴상에 요철을 형성하는 기법을 사용한다.

한편, 고리모양(annular)이나 스몰 시그마(small sigma) 또는 4극자(quadrupole)형의 에퍼츄어(apperture)를 사용하여 해상도와 DOF를 개선하는 변조조사법(modified illumination method)이 사용되고 있다.

그런데, 이 변조조사법은 조사되는 빛의 강도가 약하거나 균일도가 떨어지는 경우는 물론, 특히 렌즈의 형태에 왜곡(distortion)이 발생되어 있는 경우에는 해상도와 DOF를 개선하기 어렵다는 문제가 있다.

일반적으로 렌즈(lens)에 수차(收差:coma)와 같은 왜곡이 있는 경우, 각 패턴의 피치(pitch)에 따라 기판상에 전사되는 상(像)의 변위정도가 달라지는 사실이 알려져 있다.

도 1은 렌즈에 수차가 있을 때 패턴 피치에 따른 상의 변위정도를 나타낸 도면으로, 도 1에서 X축은 패턴피치의 변화를 나타내고, Y축은 변위량을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 큰 패턴(패턴피치가 큰 경우)의 경우 상의 변위량이 거의 없는 반면 작은 패턴(패턴피치가 작은 경우)의 경우 큰 변위량이 나타난다.

다음으로, 도 2 및 도 3은 3차(3rd order) 수차가 있는 경우에 발생하는 상의 변위를 도식화한 도면이다. 도 2 및 도 3에서, 도면부호 10은 -1차광을, 11은 0차광을, 12는 +1차광을 각각 나타내고, 도면부호 13은 웨이브 프론트(wave front)를, 14는 이미지 플랜(image plan)을 각각 나타낸다. 먼저, 도 2는 패턴피치가 큰 경우로서 상기 이미지 플랜(14)의 하부에 화살표의 길이로 표시한 상의 변위가 크게 나타남을 보여주고 있다. 도 3은 패턴피치가 작은 경우로서 이는 상기 이미지 플랜(14)의 하부에 화살표의 길이로 표시한 상의 변위가 작게 나타나 있다. 즉, 도 2 및 도 3은 패턴피치가 작을수록 -1차광(10) 및 +1차광(12)의 광 경로차가 커지게 되어 상의 변위값이 커지게 됨을 보여준다.

한편, 조명계의 텔레센트리서티(telecentricity)가 틀어진 경우에도 역시 상의 변위가 발생하며, 특히 변형조명계의 경우에는 더 큰 영향을 미치게 된다.

이에 따라, 노광장치의 조명계 및 렌즈의 이상을 판별할 수 있는 수단이 필요한 실정이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 상술한 패턴피치에 따른 상의 변위에 상응할 수 있는 적절한 오버레이 마크(overlay mark)를 만들고, 이를 이용하여 상대적인 상의 변위를 측정함으로써 노광장치의 조명 이상 및 렌즈 이상을 평가할 수 있는 마스크 구조를 제공하는 것이다.

도 1은 렌즈에 수차가 있을 때 패턴 피치에 따른 상의 변위정도를 나타낸 도면이다.

도 2 및 도 3은 3차 수차가 있는 경우에 발생하는 상의 변위를 도식화한 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 조명계 및 렌즈 평가용 마스크 구조를 나타낸 도면이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10...-1차광 11...0차광

12...+1차광 13...웨이브 프론트

14...이미지 플랜 20...어미자

21...아들자

상기 과제를 이루기 위한 본 발명은, 패턴피치가 큰 어미자, 및 상기 어미자의 내부에 형성된 패턴피치가 작은 아들자를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 노광장치의 조명계 및 렌즈 평가용 마스크 구조에 있어서, 상기 어미자는 조명계나 렌즈의 이상에 의한 변위의 영향을 최소화할 수 있는 크기예컨대 50㎛ 이상인 것이 바람직하고, 상기 아들자는 조명계나 렌즈의 이상에 의한 변위의 영향을 최대화할 수 있는 크기 예컨대 0.20㎛∼0.40㎛ 정도인 것이 바람직하다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 조명계 및 렌즈 평가용 마스크 구조를 나타낸 도면이다. 도면에서, 도면부호 20은 50㎛의 큰 패턴피치를 갖는 어미자의 오버레이 마크로서, 이러한 50㎛ 정도의 패턴피치는 조명계나 렌즈의 이상에 의한 변위의 영향을 최소화할 수 있는 크기이다. 또한, 도면부호 21은 각각 0.20㎛, 0.25㎛, 0.40㎛의 선폭을 갖는 아들자의 오버레이 마크로서, 이들 오버레이 마크간의 패턴피치는 각 오버레이 마크의 선폭과 동일하게 제작하였다. 이때, 이러한 0.20㎛∼0.40㎛ 정도의 패턴피치는 조명계나 렌즈의 이상에 의한 변위의 영향(불균일성)이 최대화되어 나타나는 크기이다. 실제로 사용하는 조명계 및 렌즈 평가용 마스크는 도 4에 보인 어미자(20)와 아들자(21)의 오버레이 마크의 패턴을 노광장치의 필드(field)내에 매트릭스(matrix) 형태로 배치하여 노광장치의 필드의 위치에 따른 변화를 평가할 수 있도록 구성한다.

상술한 구조로 된 조명계 및 렌즈 평가용 마스크를 사용하여 노광을 행하면 어미자의 경우에는 패턴피치가 크기 때문에 상의 변위가 나타나지 않지만, 미세한 패턴피치를 갖는 아들자의 경우 패턴피치에 따라 상의 변위정도가 달라지게 되며, 소정의 측정장치를 사용하여 변위량에 따른 상의 미스얼라인먼트(misalignment)의 정도를 측정함으로써 조명계 및 렌즈의 이상 유무 및 그 정도를 알아낼 수 있다.

상술한 방법에 의하면, 측정된 상의 미스얼라인먼트는 조명계 및 렌즈의 영향이 복합적으로 작용한 결과이므로, 렌즈의 왜곡이나 조명계의 텔레센트리서티의 틀어짐에 따른 영향을 별도로 평가하기 어렵다.

한편, 렌즈의 차수에 따른 상의 미스얼라인먼트는 초점의 변화에 아무런 영향을 받지 않는 반면, 조명계의 텔레센트리서티에 의한 상의 미스얼라인먼트는 초점에 따라 그 방향이 역전된다. 따라서, 초점을 정확히 하는 경우에 조명계의 텔레센트리서티에 의한 상의 미스얼라인먼트는 나타나지 않는 것으로 생각할 수 있다. 즉, 초점을 정확히 한 상태에서 발생된 상의 변위 및 이에 따른 미스얼라인먼트는 렌즈에 의한 영향으로, 초점이 정확하지 않은-디포커스(defocus)된 상태에서의 미스얼라인먼트(렌즈에 의한 미스얼라인먼트는 제외)는 조명계의 영향으로 각각 분리할 수 있게 된다.

이상 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 노광장치의 조명계 및 렌즈 평가용 마스크 구조에 의하면, 패턴피치의 크기 차이가 큰 어미자와 아들자의 오버레이 마크를 이용하여 노광을 행하는 한편, 노광후에 발생된 상의 변위 및 이에 따른 미스얼라인먼트를 측정함으로써 조명계 및 렌즈의 이상 유무 및 그 정도를 평가할 수 있게 된다.

Claims (5)

1. 패턴피치가 큰 어미자, 및 상기 어미자의 내부에 형성된 패턴피치가 작은 아들자를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 노광장치의 조명계 및 렌즈 평가용 마스크 구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 어미자는,

   조명계나 렌즈의 이상에 의한 변위의 영향을 최소화할 수 있는 크기의 패턴피치를 갖는 것을 특징으로 하는 노광장치의 조명계 및 렌즈 평가용 마스크 구조.
3. 제2항에 있어서, 상기 어미자의 패턴피치는,

   50㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 노광장치의 조명계 및 렌즈 평가용 마스크 구조.
4. 제2항에 있어서, 상기 아들자는,

   조명계나 렌즈의 이상에 의한 변위의 영향을 최대화할 수 있는 크기의 패턴피치를 갖는 것을 특징으로 하는 노광장치의 조명계 및 렌즈 평가용 마스크 구조.
5. 제3항에 있어서, 상기 아들자의 패턴피치는,

   0.20㎛∼0.40㎛ 정도인 것을 특징으로 하는 노광장치의 조명계 및 렌즈 평가용 마스크 구조.