KR19990066465A - 반도체 노광장치의 초점심도 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 장치의 성능 분석방법에 관한 것으로, 특히 노광장치의 초점심도를 측정하는 방법에 관한 것이다. 마스크 상에 스테퍼의 분해능을 능가하는 라인/ 스페이스로 이루어진 패턴군을 형성한다. 이 마스크를 이용한 사진 식각 공정을 행하여 반도체 기판 상에 저항체를 형성하고, 저항체의 저항을 측정하여 저항체의 폭을 계산하는 단계를 스테퍼 렌즈의 초점거리를 달리하여 반복한 후 저항체의 폭이 가장 크게 계산되는 스테퍼 렌즈의 초점거리를 노광장치의 초점심도로 인식한다.

Description

반도체 노광장치의 초점심도 측정 방법

본 발명은 반도체 장치의 성능 분석방법에 관한 것으로, 특히 노광장치의 초점심도를 측정하는 방법에 관한 것이다.

반도체 제조과정 중 사진식각 공정에서 사용하는 장치인 스테퍼(stepper)는 다수의 광학렌즈로 구성되어 있는 노광 장치이다. 스테퍼의 초점심도를 측정하는 것으로, 스테퍼 분해능을 능가하는 패턴들을 밀집시켜 놓은 패턴군을 마스크에 두 개 나란히 배치하고 이들의 상을 맺게한 후 이 두 개의 패턴군 사이의 폭이 스테퍼 렌즈의 초점거리에 따라 달라지는 원리를 이용하는 방법 (전자스캔(SEM)방식)이 있다.

도 1은 반도체 노광장치의 초점심도를 측정하기 위한 종래의 마스크 패턴을 도시한 평면도로서, 도면부호 "A"는 제1 패턴군을, "B"는 제2 패턴군을, 그리고 "C"는 제1 패턴군과 제2 패턴군 사이의 폭을 나타낸다.

도 1에 있어서, 상기 제1 패턴군(A) 및 제2 패턴군(B)을 구성하는 패턴들은 스페퍼의 분해능을 능가하는 크기로 형성되어 있다.

스페터의 분해능을 능가하는 크기로된 패턴들을 밀집시켜 놓은 패턴군을 마스크 상에 두 개 나란히 배치한 후 두 패턴군의 상을 맺게하면, 각 패턴군은 그 패턴군을 구성하는 패턴들이 스테퍼의 분해능을 능가하는 크기로 형성되어 있기 때문에 상이 맺히지 않게 되고 두 개 패턴군 사이의 폭만큼만 상이 나타나게 된다. 스테퍼의 초점심도는 두 개 패턴군 사이의 상기 폭이 스테퍼 렌즈의 초점거리에 따라 달라지는 원리를 이용하여 측정한다. 즉, 상기 패턴군들의 상을 임의의 초점거리에서 맺게하는 단계와 패턴군 사이의 폭을 측정하는 단계를 반복한 후 상기 폭이 가장 크게 나올 때의 초점거리를 스테퍼의 초점 심도로 정의한다 (정확한 초점심도일 때 두 개 패턴군 사이의 폭이 가장 크게 나온다).

대구경 렌즈를 갖는 스테퍼에서는 매우 많은 곳에서 초점심도를 측정해야 하는데, 이때는 언급한 전자스캔방식인 SEM으로 측정하는 것보다, 라인 패턴의 전기 저항을 이용하여 측정하는 방법이 효과적이다. 전기 저항 측정 방법을 이용하여 초점심도를 측정하면 많은 양을 단시간에 측정할 수 있으며 측정 정밀도를 높일 수 있다.

그러나, 전기 저항 측정 방법으로 초점심도를 측정하는 경우, 패턴군으로 저항측정 회로를 만들어야 하는데 도 1의 패턴군을 이용해서는 저항 측정 회로를 구성할 수 없다. 즉, 두 개의 패턴군 사이의 폭을 측정하기 위해서는 저항측정 단자를 두 개의 패턴군 사이에 연결시키고 그외 주변지역과는 분리시켜야 하는데 패턴군 사이가 스페이스(space)로 되어 있으므로(도 1의 C 참조) 이로서는 회로를 구성할 수 없다.

본 발명의 목적은 패턴군의 저항을 측정하여 노광장치의 초점심도를 측정하는 반도체 노광장치의 초점심도 측정 방법을 제공하는데 있다.

도 1은 반도체 노광장치의 초점심도를 측정하기 위한 종래의 마스크 패턴을 도시한 평면도이다.

도 2는 반도체 노광장치의 초점심도를 측정하기 위한 본 발명에 의한 마스크 패턴과 상기 마스크를 이용하여 형성된 저항체의 저항을 측정하는 방법을 설명하기 위한 저항 측정 장치를 도시한 평면도이다.

도 3은 상기 도 2의 마스크를 이용하여 반도체 기판 상에 형성한 저항체를 도시한 단면도이다.

도 4는 노광장치의 초점거리와 저항체의 폭 관계를 도시한 그래프이다.

상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 의한 반도체 노광장치의 초점심도 측정 방법은, 스테퍼의 분해능을 능가하는 라인/ 스페이스로 이루어진 패턴군을 마스크 상에 형성하는 단계와, 상기 마스크를 이용한 사진 식각 공정을 행하여 반도체 기판 상에 저항체를 형성하고, 상기 저항체의 저항을 측정하여 상기 저항체의 폭을 계산하는 것을 스테퍼 렌즈의 초점거리를 달리하여 반복한 후 상기 저항체의 폭이 가장 크게 계산되는 스테퍼 렌즈의 초점거리를 노광장치의 초점심도로 인식하는 단계를 포함한다.

상기 라인/스페이스로 이루어진 패턴군은 노광장치의 광파장의 1/3정도의 라인 패턴과 이보다 큰 크기의 스페이스로 구성되어 있는데, 예컨대 상기 라인은 0.08μm 정도의 크기로 형성하고, 상기 스페이스는 0.12μm ∼ 0.2μm 정도의 크기로 형성한다.

상기 저항체의 저항을 측정하는 단계는, 상기 저항체의 길이 방향의 양단자에 상기 저항체로 전류를 통과시키기 위한 장치와 상기 저항체의 길이 방향의 양단자에 상기 저항체의 저항을 측정하기 위한 장치를 각각 연결한 후 상기 저항체에 전류를 흘려 그 저항을 측정하는 단계이다.

상기 저항체의 저항을 측정한 후, 저항체의 폭 = 저항체의 면저항 × 저항체의 길이 / 저항체의 저항의 식에 그 값을 대입하여 상기 저항체의 폭을 계산한다. 이때, 상기 저항체의 폭은 마스크 상에 형성된 상기 패턴군 자체의 폭이다.

따라서, 본 발명에 의하면, 패턴군 자체의 저항을 측정함으로써 노광장치의 초점심도를 손쉽게 측정할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 반도체 노광장치의 초점심도 측정 방법을 더욱 상세하게 설명하고자 한다.

도 2는 반도체 노광장치의 초점심도를 측정하기 위한 본 발명에 의한 마스크 패턴과 상기 마스크를 이용하여 형성된 저항체의 저항을 측정하는 방법을 설명하기 위한 저항 측정 장치를 도시한 평면도이다.

본 발명은 반도체 노광장치의 초점심도를 측정하기 위해 스테퍼의 분해능을 능가하는 라인/스페이스(line/space) 패턴군(10)이 배치된 마스크를 사용한다. 즉, 종래처럼 패턴군 사이의 폭을 측정하는 것이 아니라 패턴군 자체의 폭을 측정한다. 따라서, 종래에는 패턴군 사이에 저항측정 회로를 연결시킬 수 없었으나 (패턴군 사이가 스페이스로 되어 있기 때문) 본 발명은 간단하게 연결시킬 수 있다 (이에 대해서는 도 3에서 상세하게 설명한다).

상기 패턴군(10)은 광파장의 1/3정도의 라인 패턴과 이보다 큰 크기의 스페이스가 7개 이상 반복해서 이루어져 있는데, 예컨대 상기 라인은 0.08μm 정도의 크기로 형성하고, 상기 스페이스는 0.12μm ∼ 0.2μm 정도의 크기로 형성한다.

상기 패턴군(10)이 형성된 마스크를 이용한 노광/ 현상 공정을 진행하면, 반도체 기판 상에 실제적으로 형성되는 포토레지스트 패턴은 라인/ 스페이스가 각각 개별적으로 분리되어 있는 패턴이 아니라 하나로 뭉쳐져 있는 패턴이다.

도 3은 상기 도 2의 마스크를 이용하여 반도체 기판 상에 형성한 저항체를 도시한 단면도로서, 도면부호 "40"은 반도체 기판을, "42"는 절연막을, "44"는 저항체를, "W"는 저항체의 폭을, 그리고 "t"는 저항체의 두께를 나타난다.

반도체 기판 상에 절연막과 전기가 통하는 물질로된 저항물질막을 형성한 후, 도 2에서 설명한 포토레지스트 패턴을 이용한 식각 공정을 행하여 상기 저항체(44)를 형성한다. 이때, 상기 저항체(44)는 상기 패턴군(도 2의 도면부호 10)을 구성하는 라인/ 스페이스가 독립적으로 나타나지 않고 뭉쳐진 형태, 즉 단일층으로 형성된다. 이는, 상기 라인/ 스페이스가 스테퍼의 분해능을 능가하도록 형성되어 있기 때문이다.

이후, 상기 저항체(44)의 길이 방향의 양단자(도 2의 도면부호 10 참조)에 상기 저항체(44)로 전류를 통과시키기 위한 장치(전류를 보내는 단자(20)와 전류를 받는 단자(22))와 상기 저항체(44)의 저항을 측정하기 위한 장치(저항측정 단자1(30)와 저항측정 단자2(32))를 연결한 후 상기 저항체(44)에 전류를 흘려 그 저항을 측정한다.

전기가 적당히 흐르는 상기 저항체(44)에는 저항(resistance)이 있는데, 이 전기 저항은 저항체의 폭(W)에 반비례하고 저항체의 길이에 비례하며 저항체의 두께(t)에 반비례한다. 저항체의 두께가 일정하면 면저항은 일정한 값을 갖는다.

저항체의 저항 = 면저항 × 저항체의 길이 / 저항체의 폭 ---- 식(1)

저항체의 저항은 계측기로 측정하면 되고, 면저항 역시 같은 계측기로 측정한다 (면저항은 대략 100 ∼ 200Ω/?이 적당하다). 따라서,

저항체의 폭 = 면저항 × 저항체의 길이 / 저항체의 저항 ---- 식(2)

으로 계산할 수 있다. 저항값 측정은 매우 정밀하게 할 수 있으므로 저항체의 폭 역시 정확한 값을 계산할 수 있다.

도 4는 노광장치의 초점거리와 저항체의 폭 관계를 도시한 그래프로서, ○를 따른 선은 라인이 0.08μm이고 스페이스가 0.16μm일 때의 초점거리에 대한 저항체의 폭의 관계를 도시한 것이고, ?를 따른 선은 라인이 0.08μm이고 스페이스가 0.18μm일 때의 초점거리에 대한 저항체의 폭의 관계를 도시한 것이며, △을 따른 선은 라인이 0.08μm이고 스페이스가 0.20μm일 때의 초점거리에 대한 저항체의 폭의 관계를 도시한 것이고, ∇을 다른 선은 라인이 0.08㎛이고 스페이스가 0.22μm일 때의 초점거리에 대한 저항체의 폭의 관계를 도시한 것이며, ◇을 따른 선은 라인이 0.08μm이고 스페이스가 0.24μm일 때의 초점거리에 대한 저항체의 폭의 관계를 도시한 것이다.

초점거리에 따라 저항체의 폭이 변하는데, 도 4를 참조하면, 정확한 초점거리에서 가장 큰 저항체의 폭이 얻어진다는 것을 알 수 있다. 이것을 SEM으로 측정할수도 있으나 전기저항을 이용한 방법을 쓰면 매우 빠른 속도로(시간당 3000개 이상) 정확히 측정할 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.

본 발명에 의한 반도체 노광장치의 초점심도 측정 방법에 의하면, 스테퍼의 분해능을 능가하는 라인/스페이스로 된 패턴군 자체의 저항을 측정함으로써 노광장치의 초점심도를 손쉽게 측정할 수 있다.

Claims (6)

1. 스테퍼의 분해능을 능가하는 라인/ 스페이스로 이루어진 패턴군을 마스크 상에 형성하는 단계; 및

   상기 마스크를 이용한 사진 식각 공정을 행하여 반도체 기판 상에 저항체를 형성하고, 상기 저항체의 저항을 측정하여 상기 저항체의 폭을 계산하는 것을 스테퍼 렌즈의 초점거리를 달리하여 반복한 후 상기 저항체의 폭이 가장 크게 계산되는 스테퍼 렌즈의 초점거리를 노광장치의 초점심도로 인식하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 노광장치의 초점심도 측정 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 라인/스페이스로 이루어진 패턴군은 노광장치의 광파장의 1/3정도의 라인 패턴과 이보다 큰 크기의 스페이스로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 노광장치의 초점심도 측정 방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 라인은 0.08μm 정도의 크기로 형성하고, 상기 스페이스는 0.12μm ∼ 0.2μm 정도의 크기로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 노광장치의 초점심도 측정 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 저항체의 저항을 측정하는 단계는, 상기 저항체의 길이 방향의 양단자에 상기 저항체로 전류를 통과시키기 위한 장치와 상기 저항체의 길이 방향의 양단자에 상기 저항체의 저항을 측정하기 위한 장치를 각각 연결한 후 상기 저항체에 전류를 흘려 그 저항을 측정하는 단계인 것을 특징으로 하는 반도체 노광장치의 초점심도 측정 방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 저항체의 저항을 측정한 후,

   저항체의 폭 = 저항체의 면저항 × 저항체의 길이 / 저항체의 저항의 식에 그 값을 대입하여 상기 저항체의 폭을 계산하는 것을 특징으로 하는 반도체 노광장치의 초점심도 측정 방법.
6. 제1항에 있어서,

   상기 저항체의 폭은 마스크 상에 형성된 상기 패턴군 자체의 폭인 것을 특징으로 하는 반도체 노광장치의 초점심도 측정 방법.