KR20010042869A - 마스크 표면상의 구조물의 위치를 측정하는 방법 - Google Patents

마스크 표면상의 구조물의 위치를 측정하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마스크 표면상의 구조물의 위치를 측정하는 방법에 관한 것으로서, 마스크는 간섭 측정가능하게 이미지 측정 시스템의 광축에 대하여 수직으로 이동될 수 있는 측정 테이블상의 이미지 평가 좌표 측정기내에 설치되고, 마스크에 할당되는 마스크 좌표 시스템은 정렬 마크를 통하여 측정기 좌표 시스템에 정렬되고, 여기에서 구조물의 특정 위치가 마스크 좌표 시스템에서 결정된다.

Description

마스크 표면상의 구조물의 위치를 측정하는 방법{METHOD FOR MEASURING THE POSITION OF STRUCTURES ON A SURFACE OF A MASK}
상기와 같은 방법을 실시하기 위한 측정기는 1998년 3월 31일자 발표된 논문인 "마스크 제작용 패턴 배치 도량형(Pattern Placement Metrology for Mask Making), Dr. C. Balsing, Sernicon Genf, Education Program"에 상기의 기본 부품과 관련하여 설명되어 있다. 측정기는 특히 반도체 제조용 마스크의 품질관리 역할을 한다. 마스크의 품질은 칩 생산에서 항상 중요하다. 다른 물체에 대한 마스크의 구조물(패턴)의 위치에 대한 규격은 보다 엄격해지고 있다. 상기 발표 논문에서 설명한 측정기는 마스크 좌표를 정하는 규정된 정렬 마크에 대한 구조의 위치를 보통 10 나노미터(nm) 이상의 정밀도로 측정할 수 있다. 상기 정렬 마크를 사용하여 마스크는 웨이퍼 표면에 있는 돌출부에 대한 스테퍼(stepper)에 정렬될 수 있다. 여기에서 생길 수 있는 오차는 리토그래피 공정(lithographic process)의 오차 범위에 직결된다. 마스크는 노출시에 각각의 정렬 마크가 정확하게 겹쳐지도록 스테퍼에 정렬된다. 스테퍼는 물리적 정렬을 위해 마스크가 그 위에서 이동하고 회전할 수 있는 임의의 영역만 가지게 된다.
모든 부품에 대하여 보다 엄격해지는 규격을 사용하여서 마스크의 외부 가장자리에 대한 구조물의 위치도 마스크의 중요한 품질 기준이 된다. 외부 가장자리에 대한 구조물의 위치는 "중심성(Centrality)" 또는 "패턴 중심성(Pattern Centrality)"으로도 표현한다.
마스크는 리토그래피 장치(예, e-빔 또는 레이저 리토그래피)에서 3개의 점에 위치시켜서 모사 위치를 유지하도록 한다. 3개의 점을 사용하여 2개의 외부 가장자리를 고정시키고, 여기에서 이들이 서로 직각을 이루도록 한다. 상기 2개의 가장자리는 구조물에 의하여 만들어지는 견본을 위한 기준을 형성한다.
지금까지 "패턴 중심성"은 그렇게 중요시되지 않았다. 마스크용 스테퍼 유지에 대한 허용치는 마스크 리토그래피 시스템의 정밀성을 위한 다른 측정을 하지 않고도 규정을 만족시킬 수 있을 정도로 큰 것이었다. 공정 관리를 위하여 지금까지는 견본 시편만을 측정하였다. 상기를 위하여 리토그래피 시스템과 동일한 장치점을 가지도록 설치된 일반 현미경을 사용하였다. 마스크는 작업자가 현미경의 테이블에 수동으로 설치하였다. 현미경을 사용하여 수동으로 장치 가장자리를 측정하는 특수한 "중심 마크"가 마스크에 새겨진다. 설정된 허용 범위에서 가장자리까지의 거리가 유지되는 한 정렬 마크에 의해 스테퍼에서의 마스크의 충분한 조정이 보장된다. 측정에 대한 정확도 요구조건은 아주 높지 않다.
매번 신형 칩이 개발됨으로서 정밀도와 측정 장비에 대한 요구조건은 보다 엄격해지게 되었다. 기존의 현미경을 사용한 수동 측정에서 얻을 수 있는 정밀도는 충분하지 못하다. 또한 수동 측정에서는 측정기의 조정, 구조물의 발견 및 실제 측정을 위하여 너무 많은 시간이 소요되는 단점이 있다. 또한 각각의 측정을 위해 마스크는 독립된 측정기에서 공급 박스로부터 끄집어내고 측정 후에는 다시 조심스럽게 박스에 포장되어야 한다는 단점이 있다. 각각의 취급 과정에서 마스크를 오염시키거나 손상시킬 위험성이 높아지는 단점이 있다.
본 발명은 마스크 표면상의 구조물의 위치를 측정하는 방법에 관한 것으로서, 마스크는 간섭 측정가능하게 이미지 측정 시스템의 광축에 대하여 수직으로 이동될 수 있는 측정 테이블상의 이미지 평가 좌표 측정기내에 설치되고, 마스크에 할당되는 마스크 좌표 시스템은 정렬 마크를 통하여 측정기 좌표 시스템에 정렬되고, 여기에서 구조물의 특정 위치가 마스크 좌표 시스템에서 결정된다.
도 1은 리토그래피 시스템에 장치점을 설치한 마스크 레이아웃,
도 2는 2개의 중심 마크가 설치된 마스크,
도 3은 마스크 가장자리의 형태를 도시한 단면도,
도 4는 마스크 가장자리를 도시한 도면.
본 발명은 "패턴 중심성"이 높은 정밀도, 높은 속도 및 감소된 손상 위험성을 가지고 결정될 수 있는 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적은 마스크 좌표 시스템에 있는 구조물의 실제 위치와 2개의 수직으로 놓인 마스크의 외부 가장자리의 위치를 마스크 좌표 시스템에서 측정하는 모두에서 언급한 종류의 방법을 가진 본 발명에 의해 성취된다. 바람직하게 외부 가장자리의 위치는 한 좌표축에서 이미지 평가에 의하여 측정된 가장자리 위치의 값으로부터 구하고, 다른 좌표축에서는 실제 측정 테이블의 위치로부터 구할 수 있다는 장점이 있다. 하나의 외부 가장자리에 대해서는 2개의 위치값 그리고 다른 외부 가장자리에 대해서는 최소한 하나의 위치값을 구할 때, 직각으로 서로 마주보고 있는 외부 가장자리를 가정하여서 "중심"을 구하기 위한 2개의 기준선을 결정할 수 있다. 또 다른 가장자리의 위치도 측정할 수 있어서, 마스크 패턴 크기에 대한 허용치를 검사할 수 있고, 마스크 표면의 마스크 진중심에 대해 구조물의 할당을 조정할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 방법에서는 이미지 평가 측정 시스템을 사용하기 때문에, 마스크의 외부 가장자리의 이미지는 측정기에 저장될 수 있고 측정하려는 가장자리 위치는 측정 테이블의 자동 탐색을 측정될 수 있다. 외부 가장자리의 위치를 측정하기 위하여 낮은 구경의 이미지 광학 렌즈를 사용한다. 측정기의 이미지 선에 대해 설치된 마스크의 외부 가장자리의 영역에 측정 테이블 표면이 맞추어져 반사되면 가장자리가 반사광내에서 더 많은 빛을 받게되고 측정 시스템에 충분한 광선 강도를 가지도록 한다.
"패턴 중심"을 결정하기 위한 재래의 방법을 참고로 하여서, 마스크상에는 선택된 구성품들이 지정되어서 마스크 좌표 시스템과 마스크의 외부 가장자리에 대한 그것들의 위치가 결정된다. 게다가 특별한 "중심 마크"를 설치하지 않고도 외부 가장자리에 대한 모든 측정 구조물의 위치가 결정될 수 있다.
선택된 구성품들과 다른 측정 구조물을 위한 위치 좌표에서 마스크의 외부 가장자리까지의 거리가 결정될 수 있게 된다.
본 발명에 따른 특징은 도면을 참조하여 다음의 실시예를 통해 더욱 자세하게 설명한다.
도 1은 마스크의 레이아웃을 예로 도시한 것이다. 도시된 마스크 플레이트에는 리토그래피 시스템에서 만들어진 마스크 구조물(십자선)이 중심부에 설치되어 있다. 자유 부분에는 정렬 마크가 설치되어 있다. 마스크 플레이트의 2개 외부 가장자리는 직각으로 서로 마주보고 있다. 상기 가장자리는 3개의 점에 놓여 있다. 파단선이 패턴 중심을 위한 기준이 된다.
도 2는 중심 마크가 있는 마스크 플레이트를 도시한 것이다. 기준 역할을 하는 2개의 외부 가장자리까지의 거리는 화살표로 나타내었다.
도 3은 가장자리 영역에서의 있는 마스크 플레이트의 단면을 도시한 것이다. 가장자리는 전형적인 방법으로 모서리가 깎여 있으며, 여기에서 주어진 간격(A)은 보통 0.2-0.6mm 사이에서 변할 수 있다.
본 발명에 따른 방법을 실시하기 위하여 마스크는 측정 테이블에 있는 좌표 측정 시스템에 설치된다. 그런다음 정렬이 이루어져 마스크가 측정기의 좌표 시스템에 정렬되고 마스크 좌표 시스템이 정해지게 된다. 다음 단계에서는 마스크의 외부 가장자리를 측정한다.
측정 테이블은 가장자리를 측정하는 위치에 놓여진다. 여기에서 마스크의 배경은 잘 반사되어서 작은 구경의 이미지 렌즈를 통하여 충분한 광선이 상기 배경으로부터 측정기의 이미지 평가 카메라에 들어오도록 한다. 도 4에는 상기 이미지를 도시하였다. 마스크의 외부는 밝은 면으로 나타난다. 가장자리 자체는 어느 경우에도 어두운데, 이는 경사에 의하여 이미지 대물 렌즈의 구경 영역에서 발생된 광선이 반사되어 나오기 때문이다. 마스크 표면이 반사되고 다시 광선이 대물렌즈에 반사된다. 휘도는 마스크 형태에 따라서 달라진다. 마스크 플레이트의 외부 가장자리에 있는 전형적인 휘도 분포 때문에 상기 이미지도 저장되고 측정 테이블에 대한 자동 탐색으로 패턴 인식을 위해 측정 테이블에 사용된다.
테이블이 설정되거나 자동으로 찾아진 측정 위치에 도달하면, 가장자리의 정확한 위치를 측정하게 된다. 가장자리는 도시된 측정 윈도우 내에서 이미지 분석법으로 측정된다. 측정의 정밀도는 이미지 기록 시스템(CCD 카메라)의 해상도에 따라서 달라진다. 가장자리 위치로는 가장자리 위치의 측정치의 좌표축과 다른 좌표축에서 실제적으로 간섭에 의하여 측정된 테이블 위치가 저장된다.
상기 방법에서 직각으로 서로 마주보고 있는 마스크 플레이트의 2개 외부 가장자리상의 최소한 3개의 점이 측정된다. 물론 추가로 모든 외부 가장자리의 위치도 측정할 수 있다.
다음 단계에서는 중심 마크의 위치를 측정한다. 상기에서 2개의 서로 반대편에 놓인 마크의 가장자리를 각각 측정하고 중심선을 결정한다. 2개의 서로 수직인 중심선의 교점은 마크의 위치(좌표 위치)를 결정한다. 이들 마크는 정렬 마크 또는 측정 구조물의 구조와 다르다. 정상적으로 측정이 가능한 각각의 구조물은 본 발명에 따른 방법에서 "중심 마크"로도 사용할 수 있다. 그래서 임의의 많은 구조를 "중심 마크"로 사용될 수 있다. 각각의 측정과정에서 규정된 측정위치와 마크의 수인 설계위치(요구 위치)가 정해진다.
가장자리 위치와 측정된 중심 구조물의 위치에 대하여 구해진 값은 측정 데이터 파일에 저장되고 다음의 평가에 사용되도록 한다. 또한 중심성 평가를 위한 별도의 데이터 파일이 만들어질 수 있다.
적당한 평가 소프트웨어를 사용하여 추가적인 분석이 정형화될 수 있다. 이 분석은 가장자리에 대한 구조물의 거리를 계산하는 것으로 이루어질 수 있다. 또한 외부 가장자리에 대한 측정 구조물의 중심점 이동, 회전, 수직성 등이 분석될 수 있다. 또한 모든 외부 가장자리의 위치가 알려진 경우에는 특히 마스크 플레이트의 외부 크기도 검사하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 나타낸 방법은 기존의 측정기의 사용 범위에만 국한되는 것이 아니다. 또한 마스크 구조물의 새로운 조직도 가능하게 하고, 구조물이 많은 마스크 면을 차지할 때 임의의 자리에 중심 마크를 넣을 수 있거나 또한 선택된 구조는 통상적인 마스크 구조로부터 중심 마크로 정할 수 있다는 장점이 있다. 상기는 기존의 측정 방법으로는 평가할 수 없다.

Claims (11)

  1. 마스크 표면상의 구조물의 위치를 측정하는 방법에 있어서, 마스크는간섭 측정가능하게 이미지 측정 시스템의 광축에 대하여 수직으로 이동될 수 있는 측정 테이블상의 이미지 평가 좌표 측정기내에 설치되고, 마스크에 할당되는 마스크 좌표 시스템은 정렬 마크를 통하여 측정기 좌표 시스템에 정렬되고, 여기에서 구조물의 특정 위치가 마스크 좌표 시스템에서 결정되고, 마스크 좌표 시스템에 있는 구조물의 실제 위치와 2개의 수직으로 놓인 마스크의 외부 가장자리의 위치를 마스크 좌표 시스템에서 측정되는 것을 특징으로 하는 마스크 표면상의 구조물의 위치를 측정하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 외부 가장자리의 위치는 한 좌표축에서 이미지 평가에 의하여 측정된 가장자리 위치의 값으로부터 구하고, 다른 좌표축에서는 실제 측정 테이블의 위치로부터 구해지는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 하나의 외부 가장자리에 대해서는 2개의 위치값, 그리고 다른 외부 가장자리에 대해서는 최소한 하나의 위치값이 구해지는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 마스크의 외부 가장자리의 이미지는 좌표 측정기에 저장될 수 있고, 측정 테이블의 자동 탐색으로 측정되는 가장자리 위치가 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 외부 가장자리의 위치 측정은 작은 구경의 이미지 광학 렌즈를 사용하여 실시되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 측정기의 이미지 선에 대해 설치된 마스크의 외부 가장자리의 영역에 측정 테이블 표면이 맞추어져 반사되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 마스크상에는 선택된 구성품들이 지정되어서 마스크 좌표 시스템과 마스크의 외부 가장자리에 대한 그것들의 위치가 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 임의의 측정되는 구조물의 위치가 마스크의 외부 가장자리에 대해서도 구해지는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 선택된 구성품들의 거리가 마스크의 2개의 외부 가장자리에 대하여 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 임의의 측정되는 구조물의 거리가 마스크의 2개의 외부 가장자리에 대하여 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 구조물과 가장자리 위치의 저장된 위치 좌표로부터 구조물 견본의 중심점 이동, 회전 또는 수직성과 같은 다양한 분석이 마스크의 외부 가장자리에 대하여 실시되는 것을 특징으로 하는 방법.
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