KR19990060916A - 위상 오차 측정용 마스크 및 이를 이용한 위상 오차측정 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 위상 오차(phase error) 측정용 마스크 및 이를 이용한 위상 오차 측정 방법에 관한 것이다. 반도체 소자의 제조 공정 중 100 내지 436nm의 노광 파장을 갖는 광원으로 사진 현상 공정을 실시할 때 사용되는 위상 반전 마스크(phase shift mask; PSM)의 위상 오차를 정밀하게 측정하기 위하여, 본 발명의 위상 오차 측정용 마스크는 투명 기판의 선택된 부분에 위상 반전물 패턴이 형성되고, 위상 반전물 패턴으로부터 노광 파장에 대하여 2배 이상의 거리에 다수의 크롬 패턴이 반복 형성되되, 이들 크롬 패턴에서 180 의 위상을 갖는 위상 반전물이 교대로 형성되도록 제작된다. 위상 반전물 패턴과 크롬 패턴 각각은 노광 파장에 대하여 2배 이상의 길이와 2배 이하의 선폭을 갖도록 형성된다. 이러한 위상 오차 측정용 마스크를 사용한 사진 현상 공정으로 웨이퍼상에 포토레지스트 패턴들을 형성하고, 크롬 패턴에 대응되는 포토레지스트 패턴의 임계 치수(critical dimension; CD)와 위상 반전물 패턴에 대응되는 포토레지스트 패턴의 임계 치수가 같게 되는 크롬 패턴의 선폭 및 위상 반전물 패턴의 선폭을 시뮬레이션(simulation) 기법을 통해 위상 오차를 측정한다.
Description
본 발명은 위상 오차(phase error) 측정용 마스크 및 이를 이용한 위상 오차 측정 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 소자의 제조 공정 중 위상 반전 마스크(phase shift mask; PSM)를 이용한 사진 현상 공정에서 위상 오차를 정밀하게 측정하여 보다 균일하고 미세한 회로 패턴 형성이 가능하여 반도체 소자의 신뢰성 및 상품 가치를 높일 수 있고 생산 수율을 증대시킬 수 있도록 한 위상 오차 측정용 마스크 및 이를 이용한 위상 오차 측정 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자가 고집적화 되어 감에 따라 회로 패턴이 미세화 되어져 반도체 소자의 제조 공정 중 사진 현상 공정에서 위상 반전 마스크의 필요성이 점차 증대되고 있으며, 정확한 위상 반전막을 균일하게 만드는 것이 최대의 문제점으로 대두되고 있다.
굴절률이 n이고, 두께가 d인 투명한 재질을 파장이인 빛이 통과할 때 발생되는 위상차는 다음 [수학식 1]과 같다.
이고, 위상 반전 마스크에서 효과를 극대화하기 위해서는 =180 = rad 이므로 다음 [수학식 2]와 같다.
따라서, 종래에는 [수학식 2]를 이용하여 굴절률 n을 알고 있는 재질에 대해서는 위상 반전막의 두께 d를 조절하거나 또는 원하는 두께 d에 대한 적절한 굴절률 n값을 갖는 재질의 물질을 선택하여 위상차를 180 ( rad) 로 맞추어 제작하였다. 그러나 굴절률 n 및 두께 d값을 측정하는 과정에서 측정 오차가 개입될 수 있고, 웨이퍼에 도달한 빛이 정확하게 반전되었는지 확인하기가 어려운 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 반도체 소자의 제조 공정 중 위상 반전 마스크를 이용한 사진 현상 공정에서 위상 오차를 정밀하게 측정하여 보다 균일하고 미세한 회로 패턴 형성이 가능하여 반도체 소자의 신뢰성 및 상품 가치를 높일 수 있고 생산 수율을 증대시킬 수 있도록 한 위상 오차 측정용 마스크 및 이를 이용한 위상 오차 측정 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 위상 오차 측정용 마스크는 투명 기판의 선택된 부분에 형성된 위상 반전물 패턴과, 상기 위상 반전물 패턴으로부터 이격된 위치의 상기 투명 기판상에 다수의 크롬 패턴이 반복 형성되되, 상기 크롬 패턴들에서 180 의 위상을 갖는 위상 반전물이 교대로 형성되어 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 위상 오차 측정용 마스크를 이용한 위상 오차 측정 방법은 투명 기판의 선택된 부분에 형성된 위상 반전물 패턴과, 상기 위상 반전물 패턴으로부터 이격된 위치의 상기 투명 기판상에 다수의 크롬 패턴이 반복 형성되되, 상기 크롬 패턴들에서 180 의 위상을 갖는 위상 반전물이 교대로 형성되어 구성된 위상 오차 측정용 마스크가 제공되는 단계; 상기 위상 오차 측정용 마스크를 사용한 사진 현상 공정으로 웨이퍼상에 포토레지스트 패턴들을 형성하는 단계; 및 상기 크롬 패턴에 대응되는 포토레지스트 패턴의 임계 치수와 상기 위상 반전물 패턴에 대응되는 포토레지스트 패턴의 임계 치수가 같게 되는 상기 크롬 패턴의 선폭 및 상기 위상 반전물 패턴의 선폭을 시뮬레이션 기법으로 위상 오차를 측정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
도 1(a) 내지 도 1(c)는 크롬 패턴 위상 반전 마스크의 기본 원리도.
도 2(a) 내지 도 2(c)는 위상 반전 물질의 위상차에 대한 기본 원리도.
도 3(a) 내지 도 3(c)는 패턴부가 180 의 위상을 갖는 크롬레스 위상 반전 마스크의 기본 원리도.
도 4(a) 내지 도 4(c)는 주변부가 180 의 위상을 갖을 때 0의 위상을 갖는 크롬레스 위상 반전 마스크의 기본 원리도.
도 5(a) 및 도 5(b)는 본 발명의 실시예에 의한 위상 오차 측정용 마스크 및 이에 대응되는 포토레지스트 패턴을 도시한 도면.
도 6은 크롬 패턴 위상 반전 마스크와 크롬레스 위상 반전 마스크의 위상 오차에 의한 포토레지스트 패턴의 크기 변화 시뮬레이션 결과에 대한 그래프.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11, 21, 31, 41 및 51: 투명 기판 12 및 52: 크롬 패턴
13, 23, 33, 43 및 53: 위상 반전물 패턴
14, 24, 34, 44 및 54: 반도체 웨이퍼
15, 25, 35, 45, 55 및 65: 포토레지스트 패턴 56: 포토레지스트 잔류물
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1(a)는 크롬 패턴 위상 반전 마스크를 사용한 사진 현상 공정으로 반도체 웨이퍼(14)상에 포토레지스트 패턴(15)을 형성한 것이 도시된다. 크롬 패턴 위상 반전 마스크는 투명 기판(11)상에 크롬 패턴(12)들이 형성되고, 위상 반전물 패턴(13)은 2개의 크롬 패턴(12)을 단위로 반복적으로 교대로 형성된다. 포토레지스트 패턴(15)의 임계 치수 CD1은 크롬 패턴(12)의 선폭 MK1에 대응되어 형성된다. 위상 반전 마스크는 반복하는 크롬 패턴(12)에서 180 의 위상을 갖는 위상 반전물 패턴(13)을 교대로 붙여 도 1(b)에 나타난 바와 같이 반전된 빛이 결국, 도 1(c)에 나타난 바와 같이 포토레지스트 패턴(15)의 형성에 기여하는 빛 세기로 환산되었을 때, 콘트라스트(contrast)가 증대되는 효과가 있다.
도 2(a) 내지 도 2(c)를 참조하면, 투명 기판(21)상에 크롬 패턴이 없음에도 불구하고 위상 차이가 나는 지역에서는 위상 반전물 패턴(23)의 경계에서 빛의 세기가 감소하여 반도체 웨이퍼(24)상에 포토레지스트 패턴(25)이 남을 수 있다. 이러한 원리를 이용한 것이 도 3(a) 및 도 4(a)에 도시된 크롬레스(chromeless) 위상 반전 마스크이다.
도 3(a) 내지 도 3(c)는 패턴부가 180 의 위상을 갖는 크롬레스 위상 반전 마스크의 기본 원리도이고, 도 4(a) 내지 도 4(c)는 주변부가 180 의 위상을 갖을 때 0의 위상을 갖는 크롬레스 위상 반전 마스크의 기본 원리도이다.
도 3(a) 내지 도 3(c)를 참조하면, 투명 기판(31)상에 형성된 선폭 MK2를 갖는 위상 반전물 패턴(33)의 양 가장자리 경계를 이용하여 크롬 패턴이 없이도 유효한 포토레지스트 패턴(35)을 반도체 웨이퍼(34)상에 형성시킬 수 있다. 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 위상 반전물 패턴(33)이 180 의 위상을 갖는 크롬레스 위상 반전 마스크는 순수하게 위상 반전의 효과만으로 포토레지스트 패턴(35)을 형성하기 때문에 위상 오차에 따라 포토레지스트 패턴(35)의 임계 치수 CD2가 매우 민감하게 변한다. 포토레지스트 패턴(35)의 임계 치수 CD2는 위상 반전물 패턴(33)의 선폭 MK2보다 크게 된다.
도 4(a) 내지 도 4(c)를 참조하면, 투명 기판(41)상에 형성된 선간폭 MK2를 갖는 위상 반전물 패턴(43)의 양 가장자리 경계를 이용하여 크롬 패턴이 없이도 유효한 포토레지스트 패턴(45)을 반도체 웨이퍼(44)상에 형성시킬 수 있다. 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 주변부에 위상 반전물 패턴(43)이 180 의 위상을 갖을 때 0의 위상을 갖는 크롬레스 위상 반전 마스크는, 도 3(a)에 도시된 크롬레스 위상 반전 마스크와 마찬가지로, 순수하게 위상 반전의 효과만으로 포토레지스트 패턴(45)을 형성하기 때문에 위상 오차에 따라 포토레지스트 패턴(45)의 임계 치수 CD2가 매우 민감하게 변한다. 포토레지스트 패턴(45)의 임계 치수 CD2는 위상 반전물 패턴(43)의 선간폭 MK2보다 크게 된다.
상술한 일반 위상 반전 마스크의 원리와 크롬레스 위상 반전 마스크의 원리를 이용하여 본 발명의 위상 오차 측정용 마스크가 제작된다.
도 5(a)는 본 발명의 실시예에 의한 위상 오차 측정용 마스크이고, 도 5(b)는 본 발명의 마스크를 사용한 사진 현상 공정으로 반도체 웨이퍼상에 형성된 포토레지스트 패턴을 도시한 것이다.
반도체 소자의 제조 공정 중 100 내지 436nm의 노광 파장을 갖는 광원으로 사진 현상 공정을 실시할 때 사용되는 위상 반전 마스크의 위상 오차를 정밀하게 측정하기 위한 본 발명의 위상 오차 측정용 마스크는, 도 5(a)에 도시된 바와 같이, 투명 기판(51)의 선택된 부분에 선폭 MK2와 길이 L을 갖는 위상 반전물 패턴(53)이 형성되고, 위상 반전물 패턴(53)으로부터 거리 S 만큼 떨어진 위치에 선폭 MK1과 길이 L을 갖는 크롬 패턴(52)이 다수개 반복 형성되되, 이들 크롬 패턴(52)에서 180 의 위상을 갖는 위상 반전물(63)이 교대로 형성되도록 제작된다.
상기에서, 위상 반전물 패턴(53)과 다수의 크롬 패턴(52) 사이의 거리 S는 노광 파장에 대하여 2배 이상이다. 위상 반전물 패턴(53)의 선폭 MK2와 크롬 패턴(52) 각각의 선폭 MK1은 노광 파장에 대하여 2배 이하의 치수로 형성된다. 위상 반전물 패턴(53) 및 크롬 패턴(52) 각각의 길이 L은 노광 파장에 대하여 2배 이상의 치수로 형성된다.
한편, 상기한 본 발명의 위상 오차 측정용 마스크에서, 위상 반전물 패턴(53)은 도 3(a)에 도시된 크롬레스 위상 반전 마스크와 같이 바아 패턴(bar pattern)으로 형성하였으나, 도 4(a)에 도시된 크롬레스 위상 반전 마스크와 같이 스페이스(space) 형태로 만들 수 있다.
도 5(a)에 도시된 위상 오차 측정용 마스크를 사용한 사진 현상 공정으로, 도 5(b)에 도시된 바와 같이, 반도체 웨이퍼(54)상에 다수의 포토레지스트 패턴(55 및 65)이 형성된다. 포토레지스트 패턴(55)은 선폭 MK2를 갖는 위상 반전물 패턴(53)에 대응되어 임계 치수 CD2로 형성되며, 포토레지스트 패턴(65)은 선폭 MK1을 갖는 크롬 패턴(52)에 대응되어 임계 치수 CD1으로 형성된다. 이러한 포토레지스트 패턴(55 및 65)의 임계 치수 CD1 및 CD2가 정확한 위상차 180 (위상 오차 0 )에서 같게 되는 크롬 패턴(52)의 선폭 MK1 및 위상 반전물 패턴(53)의 선폭 MK2를 시뮬레이션(simulation) 기법을 통하여 알아낼 수 있다. 한편, 포토레지스트 잔류물(56)은 도 2에서 설명한 것과 같이 위상차 경계면에서 발생하는 잔류물이며, 본 발명의 측정 과정에서는 아무런 영향을 미치지 않는다.
도 6은 크롬 패턴 위상 반전 마스크와 크롬레스 위상 반전 마스크의 위상 오차에 의한 포토레지스트 패턴의 임계치 변화 시뮬레이션 결과에 대한 그래프이다. 시뮬레이션 조건은 =356nm , NA= 0.57, =0.30 , 일반 조명법(conventional illumination), 노광 에너지=160mj/cm2, 초점=0.0, 0.9㎛ 두께의 포지티브 포토레지스트인 ip3600(TOK社)을 조건으로 한다. 시뮬레이션 결과 선폭 MK1이 0.30㎛일 때 선폭 MK2는 0.10㎛가 됨을 알 수 있다. 또한, 위상 오차가 없을 때 (180 ) 절대값 는 0.004㎛ 차이를 보이던 것이 위상 오차가 있을수록 급격히 증가하는 것을 볼 수 있다. 포토레지스트 패턴 크기 측정 장비의 정확도가 현재 0.004㎛에 도달하고 있으므로 위상이 180 로부터 얼마나 벗어났는지 거의 정확한 측정이 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 반도체 소자의 제조 공정 중 위상 반전 마스크를 이용한 사진 현상 공정에서 위상 오차를 정밀하게 측정하여 보다 균일하고 미세한 회로 패턴 형성이 가능하여 반도체 소자의 신뢰성 및 상품 가치를 높일 수 있고 생산 수율을 증대시킬 수 있다.
Claims (6)
- 투명 기판의 선택된 부분에 형성된 위상 반전물 패턴과,상기 위상 반전물 패턴으로부터 이격된 위치의 상기 투명 기판상에 다수의 크롬 패턴이 반복 형성되되, 상기 크롬 패턴들에서
180 - 제 1 항에 있어서,상기 위상 반전물 패턴은 노광 파장에 대하여 2배 이상의 길이와 2배 이하의 선폭으로 형성된 것을 특징으로 하는 위상 오차 측정용 마스크.
- 제 1 항에 있어서,상기 크롬 패턴은 노광 파장에 대하여 2배 이상의 길이와 2배 이하의 선폭으로 형성된 것을 특징으로 하는 위상 오차 측정용 마스크.
- 제 1 항에 있어서,상기 위상 반전물 패턴과 상기 크롬 패턴 사이의 간격은 노광 파장에 대하여 2배 이상인 것을 특징으로 하는 위상 오차 측정용 마스크.
- 제 2 항 내지 제 4 항중 어느 하나의 항에 있어서,상기 노광 파장은 100 내지 436nm인 것을 특징으로 하는 위상 오차 측정용 마스크.
- 투명 기판의 선택된 부분에 형성된 위상 반전물 패턴과, 상기 위상 반전물 패턴으로부터 이격된 위치의 상기 투명 기판상에 다수의 크롬 패턴이 반복 형성되되, 상기 크롬 패턴들에서
180 상기 위상 오차 측정용 마스크를 사용한 사진 현상 공정으로 웨이퍼상에 포토레지스트 패턴들을 형성하는 단계; 및상기 크롬 패턴에 대응되는 포토레지스트 패턴의 임계 치수와 상기 위상 반전물 패턴에 대응되는 포토레지스트 패턴의 임계 치수가 같게 되는 상기 크롬 패턴의 선폭 및 상기 위상 반전물 패턴의 선폭을 시뮬레이션 기법으로 위상 오차를 측정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 위상 오차 측정 방법.
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR100533884B1 (ko) * | 2003-12-31 | 2005-12-07 | 동부아남반도체 주식회사 | 반도체의 테스트 마스크 패턴, 그 형성 방법 및 이를이용한 마스크 에러 증강 요소 측정방법 |
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-
1997
- 1997-12-31 KR KR1019970081162A patent/KR100278834B1/ko not_active IP Right Cessation
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| KR100533884B1 (ko) * | 2003-12-31 | 2005-12-07 | 동부아남반도체 주식회사 | 반도체의 테스트 마스크 패턴, 그 형성 방법 및 이를이용한 마스크 에러 증강 요소 측정방법 |
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