KR20080090794A - 포토마스크의 제조방법 - Google Patents

포토마스크의 제조방법 Download PDF

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Abstract

마스크 제조공정의 신뢰성 및 제조수율을 향상시키고 개발시간을 단축할 수 있는 포토마스크의 제조방법은, 마스크 상에 구현할 회로패턴을 설계하는 단계와, 설계 도면에 따라 노광을 수행하여 포토마스크 기판 상에 패턴을 형성하는 단계와, 패턴이 형성된 포토마스크 기판에 대해 1차 결함검사를 수행하는 단계와, 포토마스크 상의 패턴 이미지를 측정하여 시뮬레이션하는 2차 결함검사 단계, 및 2차 결함검사 결과 결함이 존재하지 않으면 정상적인 포토마스크로서 출고하는 단계를 포함한다.
포토마스크, 결함검사, 결함수정, 시뮬레이션, AIMS, 캘리브레이션

Description

포토마스크의 제조방법{Method for fabricating photomask}
도 1은 종래의 포토마스크를 제조하는 과정을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 의한 포토마스크의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 흐름도이다.
본 발명은 포토마스크의 제조방법에 관한 것으로, 특히 패턴의 이미지를 추출하는 장비를 이용하여 결함검사를 수행함으로써 마스크 제조공정의 신뢰성 및 제조수율을 향상시킬 수 있는 포토마스크의 제조방법에 관한 것이다.
포토리소그래피(photolithography) 공정이란 웨이퍼 상에 포토레지스트를 균일하게 도포하고, 노광장비를 사용하여 포토마스크 혹은 레티클(reticle) 상의 패턴을 축소 투영 노광시킨 후 현상과정을 거쳐 포토레지스트 패턴을 형성하기까지의 모든 공정을 말한다. 포토마스크의 패턴은 웨이퍼 상에 구현되는 패턴의 원판이라 할 수 있기 때문에, 반도체 제조공정에서의 포토마스크는 소자의 집적도가 높아질수록 그 중요성이 더욱 높아진다. 이와 같이 반도체 제조시 매우 중요한 원재료로 사용되는 포토마스크는 마스크 기판 위에 반도체의 미세회로를 형상화한 것이다. 즉, 투명한 마스크기판 상층에 도포된 광차단막을 이용하여 반도체 집적회로를 실제 크기의 1 ~ 5배로 패턴화한 것을 말한다.
그런데, 포토마스크를 제조하는 과정에서 포토마스크 패턴의 크기 불량 또는 잔류물과 같은 결함(defect)이 발생할 수 있으며, 이와 같은 포토마스크에서의 패턴의 결함은 결국 노광공정을 통해 그 패턴이 전사되는 포토레지스트에서 패턴 크기의 이상을 일으키게 된다. 따라서, 이러한 포토마스크가 처음 제작된 후 그 표면에 형성된 패턴을 검사한 결과 원하지 않는 패턴이 형성되었을 경우에는 이를 수정(repair)하여 원하는 패턴을 형성하여야 한다. 최근 들어 패턴의 피치(pitch)가 더욱 감소하면서 이러한 마스크의 결함의 영향은 더욱 커지고 있다.
도 1은 종래의 포토마스크 제조과정을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 종래에는 포토마스크를 제조하기 위하여 먼저, 제조를 원하는 소자의 도면을 설계한다(110). 제조를 원하는 소자의 도면설계가 완료되면, 석영(Qz)과 같은 투명한 마스크 기판상에 차광막과 전자빔 레지스트를 도포한 다음에 설계도면에 따라 전자빔 노광장비를 이용하여 레지스트를 노광하고, 노광된 레지스트 패턴을 이용하여 차광막 패턴을 형성하고 레지스트를 제거한다(120). 원하는 모양의 차광막 패턴이 형성되면, 자외선(UV, DUV)을 이용하여 포토마스크 상에 형성된 차광막 패턴의 크기를 측정하거나 또는 잔류물 등의 결함이 존재하는지를 검사하고 검사결과를 스펙(spec)과 비교한다(130, 140). 검사결과 패턴 크기의 변동 또는 잔류물 등의 결함이 존재하지 않으면 포토마스크를 출고한다. 검사결과 결 함이 존재할 경우 결함수정 단계(150)를 거쳐 결함을 수정하여 다시 포토마스크 검사 단계(130)부터 반복, 수행한다.
이와 같이 포토마스크를 제조하기 위하여 여러 단계의 공정을 거치게 되는데, 예컨대 하프톤(half-tone) 위상반전마스크의 경우 대략 28단계의 공정을 거치게 되어 공정이 매우 복잡하다. 또한, 여러 단계의 공정을 거치면서 포토마스크에 부착되는 파티클(particle)과 대기 중의 파티클 등으로 인해 포토마스크 상에 많은 결함이 발생되며, 이러한 결함들은 웨이퍼 상에 패턴을 형성하기 위하여 식각공정을 진행할 때 식각을 방해하여 브리지(bridge)를 유발하거나, 컨택홀 패턴 내에 존재하여 컨택홀이 막히는 현상 등을 유발하기도 한다.
이러한 결함들은 포토마스크 제조 마지막 단계에서 PWI(Process Window Inspection) 검사장비로 검사를 수행하여 검출할 수 있다. 그러나, 검사장비의 성능과 작업자의 조절능력에 따라 검출되지 않는 경우도 많다. 검출된 결함은 형태와 크기에 따라 마스크 제조라인으로 돌려보내져서 수정(repair) 단계를 거치게 된다. 그러나, 이러한 결함수정 단계에서 다시 파티클이 부착될 수 있고 제조기간 및 제조단가가 증가하는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 마스크 제조공정의 신뢰성 및 제조수율을 향상시키고 개발시간을 단축할 수 있는 포토마스크의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 포토마스크의 제조방법은, 마스크 상에 구현할 회로패턴을 설계하는 단계와, 설계 도면에 따라 노광을 수행하여 포토마스크 기판 상에 패턴을 형성하는 단계와, 패턴이 형성된 상기 포토마스크 기판에 대해 1차 결함검사를 수행하는 단계와, 상기 포토마스크 상의 패턴 이미지를 측정하여 시뮬레이션하는 2차 결함검사 단계, 및 상기 2차 결함검사 결과 결함이 존재하지 않으면 정상적인 포토마스크로서 출고하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 1차 결함검사 단계에서는 자외선(UV) 또는 심자외선(DUV)을 사용할 수 있다.
상기 2차 결함검사 단계에서는 AIMS(Aerial Image Measurement System) 장비를 이용할 수 있다.
상기 2차 결함검사 단계는, 상기 2차 결함검사 단계의 시뮬레이션 결과와 실제 웨이퍼 상의 이미지를 캘리브레이션(calibration)하는 단계를 포함한다.
상기 캘리브레이션 단계는, 상기 포토마스크 기판상의 패턴을 이용하여 노광을 수행하여 샘플 웨이퍼를 마련하는 단계와, 상기 샘플 웨이퍼 상에 형성된 패턴의 이미지를 추출하는 단계, 및 상기 2차 결함검사 단계의 시뮬레이션 모델과 상기 샘플 웨이퍼로부터 추출한 이미지를 매칭하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 샘플 웨이퍼 상에 형성된 패턴의 이미지를 추출하는 단계에서, 패턴의 임계크기(CD) 뿐만 아니라 2차원적 이미지도 함께 추출할 수 있다.
상기 샘플 웨이퍼 상에 형성된 패턴의 이미지를 추출하는 단계에서, 셀 영역 과 셀 블록 에지(cell block edge)의 패턴들을 가능한 여러 개 추출하는 것이 바람직하다.
상기 포토마스크는 바이너리 마스크 또는 하프톤 위상반전마스크일 수 있다.
상기 2차 결함검사 결과 결함이 검출될 경우 결함을 수정한 후 다시 2차 결함 단계부터 단계적으로 수행할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.
본 발명에서는 포토마스크를 제조한 후 출고하기 전에 에어리얼 이미지 측정장비(Aerial Image Measurement System; AIMS)를 이용한 검사를 통하여 실제 노광한 것과 유사하게 시뮬레이션(simulation)하여 마스크를 검사하고 결함을 수정하는 과정을 진행함으로써, 결함의 정도를 출고가능 수준 이하로 제어하여 마스크의 신뢰성을 높이고 마스크 제조수율을 향상시키는 방법이 제시된다. 제조 완료된 마스크를 실제로 노광하지 않고도 정확하게 시뮬레이션으로 예측하기 위하여 웨이퍼 상의 2차원 이미지를 바탕으로 캘리브레이션(calibration) 작업을 수행한 후 시뮬레이션 모델링(simulation modeling)을 한다. 이 모델로 출고되기 전 마스크를 AIMS 검사를 이용하여 결함여부를 정확히 예측할 수 있다.
AIMS 모델 캘리브레이션은 광근접효과보정(Optical Proximity effect Correction; OPC) 방법처럼, 기존의 기준 모델(reference model)에 의하여 제작된 마스크를 사용하여 샘플 웨이퍼에 대해 실제 노광을 수행한 후 샘플 웨이퍼에서 셀 패턴과 셀 이외의 패턴, 특히 셀 블록 에지(cell block edge)의 큰 패턴들을 포함하여 이미지와 임계크기(CD)를 측정하여 AIMS 장비에 입력되어 있는 시뮬레이션 모델과 캘리브레이션한다. 이렇게 실제 웨이퍼와 캘리브레이션된 모델을 사용하여 마스크가 출고 되기 전, 1차로 자외선(UV) 또는 심자외선(DUV)으로 결함검사가 이루어진 데이터를 2차 AIMS 검사를 실행한다. 이 결과를 분석하여 수정이 필요하면 수정단계로 마스크를 보내 결함을 수정한 후 수정된 마스크에 대해 1차 및 2차 검사를 반복 수행한다.
도 2는 본 발명에 의한 포토마스크의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 흐름도이다.
본 발명의 포토마스크 제조과정은 마스크 제작(210, 220), 자외선을 이용한 1차 검사(230), AIMS를 이용한 2차 검사(240, 250, 260) 및 결함수정(270) 단계로 크게 구분될 수 있다.
도 2를 참조하면, 먼저, 제조를 원하는 소자의 도면을 설계한다(210).
다음, 제조를 원하는 소자에 대한 도면의 설계가 완료되면, 석영(Qz)과 같은 투명한 마스크 기판상에, 예컨대 크롬(Cr) 차광막과 전자빔 레지스트를 도포한 다음에 설계도면에 따라 전자빔 노광장비를 이용하여 레지스트를 노광하고, 노광된 레지스트 패턴을 이용하여 상기 크롬(Cr) 차광막을 식각하여 차광막 패턴을 형성한 다음 레지스트를 제거한다(220). 상기 투명 마스크 기판 대신에 기판 상에 크롬(Cr) 차광막과 레지스트가 도포된 상태의 바이너리 마스크를 사용할 수도 있다. 또한, 상기 기판 상에 투과광의 위상을 조절할 수 있는 위상반전막이 더 구비된 위상반전 마스크 또는 하프톤 위상반전 마스크가 될 수도 있다.
다음, 원하는 모양의 차광막 패턴이 형성되면 마스크에 결함이 존재하는지를 1차로 검사한다(230). 마스크에 대한 1차 검사는 자외선(UV) 또는 심자외선(DUV)을 이용하여 마스크 전체를 스캔(scan)하여 결함을 검출하고, 검출된 결함의 좌표값이 출력된다.
마스크에 대한 1차 검사가 완료되면 2차 검사를 수행한다(250). 2차 검사는 AIMS라는 검사장비를 사용하여 이루어지는데, 일반적으로 사용되는 전형적인 스테퍼(stepper)나 스캐너(scanner) 장비는 투영렌즈(projection lens)를 통해 4:1로 축소 노광하지만, AIMS 장비는 부착된 스코프(scope)로 150배로 확대하고 실제 노광시의 조명조건과 동일하게 세팅하여 시뮬레이션한다. AIMS 장비를 이용한 2차 검사는 시뮬레이션이므로, 실제 웨이퍼 상에 구현되는 패턴과의 캘리브레이션이 매우 중요하다. 따라서, AIMS를 이용한 2차 검사를 수행하기 전에 캘리브레이션을 수행한다(240).
캘리브레이션을 위하여, 최초로 제작된 포토마스크를 이용하여 웨이퍼 상에 실제 노광작업을 수행하여 샘플 웨이퍼를 만든다. 샘플 웨이퍼가 만들어지면 웨이퍼 상에 형성된 패턴의 에어리얼(aerial) 이미지를 추출하는데, 셀 영역과 셀 블록 에지(cell block edge)의 큰 패턴들을 가능한 여러 개 추출한다. 이때, 패턴의 임계크기(CD) 뿐만 아니라 2차원적 이미지를 추출한다. 이렇게 추출된 패턴 이미지를 AIMS 장비의 시물레이션 모델과 매칭(matching) 하고 적절한 캘리브레이션을 수행 한다.
자외선을 이용한 1차 검사 및 AIMS 장비를 이용한 2차 검사결과를 설계 시의 스펙(spec)과 비교하여, 패턴 크기의 변동 또는 잔류물 등의 결함이 존재하지 않으면 포토마스크를 출고한다(260). 그러나, 1차 및 2차 검사 결과 결함이 존재할 경우, 결함수정 단계(270)에서 결함을 수정하여 다시 2차 검사 단계(250)부터 반복해서 수행한다.
이상 본 발명을 상세히 설명하였으나 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.
지금까지 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 포토마스크의 제조방법에 따르면, 포토마스크를 제조한 후 출고하기 전에 에어리얼 이미지를 측정할 수 있는 장비를 이용한 검사를 통하여 실제 노광한 것과 유사하게 시뮬레이션하여 마스크를 검사하고 결함을 수정하는 과정을 진행함으로써, 결함의 정도를 출고가능 수준 이하로 제어하여 마스크의 신뢰성을 높이고 마스크 제조수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 마스크의 결함을 생산과정에서 검사, 수정할 수 있으므로 양산이나 개발시간이 단축되며, 제조단가를 절감할 수 있다.

Claims (9)

  1. 마스크 상에 구현할 회로패턴을 설계하는 단계;
    설계 도면에 따라 노광을 수행하여 포토마스크 기판 상에 패턴을 형성하는 단계;
    패턴이 형성된 상기 포토마스크 기판에 대해 1차 결함검사를 수행하는 단계;
    상기 포토마스크 상의 패턴 이미지를 측정하여 시뮬레이션하는 2차 결함검사 단계; 및
    상기 2차 결함검사 결과 결함이 존재하지 않으면 정상적인 포토마스크로서 출고하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 1차 결함검사 단계에서는 자외선(UV) 또는 심자외선(DUV)을 사용하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 2차 결함검사 단계에서는 AIMS(Aerial Image Measurement System) 장비를 이용하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 2차 결함검사 단계는,
    상기 2차 결함검사 단계의 시뮬레이션 결과와 실제 웨이퍼 상의 이미지를 캘리브레이션(calibration)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 캘리브레이션 단계는,
    상기 포토마스크 기판상의 패턴을 이용하여 노광을 수행하여 샘플 웨이퍼를 마련하는 단계와,
    상기 샘플 웨이퍼 상에 형성된 패턴의 이미지를 추출하는 단계, 및
    상기 2차 결함검사 단계의 시뮬레이션 모델과 상기 샘플 웨이퍼로부터 추출한 이미지를 매칭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 샘플 웨이퍼 상에 형성된 패턴의 이미지를 추출하는 단계에서, 패턴의 임계크기(CD) 뿐만 아니라 2차원적 이미지도 함께 추출하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 샘플 웨이퍼 상에 형성된 패턴의 이미지를 추출하는 단계에서, 셀 영역과 셀 블록 에지(cell block edge)의 패턴들을 가능한 여러 개 추출하는 것을 특징 으로 하는 포토마스크의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 포토마스크는 바이너리 마스크 또는 하프톤 위상반전마스크인 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 2차 결함검사 결과 결함이 검출될 경우 결함을 수정한 후 다시 2차 결함 단계부터 단계적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20120081659A (ko) * 2010-12-17 2012-07-20 삼성전자주식회사 캘리브레이션 패턴을 이용한 포토마스크 형성 방법 및 캘리브레이션 패턴을 포함하는 포토마스크

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