KR20090000871A - 부분 노광 장치 및 이를 이용한 포토마스크의 결함 수정방법 - Google Patents

부분 노광 장치 및 이를 이용한 포토마스크의 결함 수정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 부분 노광 장치는, 포토마스크가 배치된 스테이지; 포토마스크에 발생된 결함의 수정 공정을 제어하는 오퍼레이션 컴퓨터; 포토마스크 상에 발생된 결함 이미지를 측정하는 영상기록장치; 영상기록장치로부터 측정된 이미지 신호를 이용하여 수정할 영역을 지정하는 이미지 프로세서; 포토마스크 상에 레이저 빔을 투과시키는 노광용 레이저; 노광용 레이저로부터 투과되는 레이저 빔의 크기를 조절하는 어퍼쳐; 및 노광용 레이저로부터 포토마스크 상에 레이저 빔이 노광되는 영역을 확인할 수 있는 레이저 마커용 조명을 포함한다.
부분 노광, 이미지 프로세서, 레이저 빔

Description

부분 노광 장치 및 이를 이용한 포토마스크의 결함 수정 방법{Apparatus Local exposure and the method for defect repairing photomask using the same}
도 1은 본 발명에 따른 부분 노광 장치를 설명하기 위하여 나타내 보인 도면이다.
도 2 내지 도 7은 본 발명에 따른 부분 노광 장치를 이용한 포토마스크의 결함 수정 방법을 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다.
본 발명은 포토마스크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 부분 노광 장치 및 이를 이용한 포토마스크의 결함 수정방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조공정에서는 반도체 기판의 표면에 소자들을 형성하기 위하여 다수의 포토리소그래피(Photolithography) 공정을 실시한다. 이러한 포토리소그래피 공정을 통해 고집적 회로를 형성하기 위해서는 미세한 패턴을 갖는 포토마스크가 요구되고 있다. 이러한 포토마스크를 제조하는 과정에서 마스크 패턴 상에 흑결함(Dark defect)이 유발될 수 있다. 흑결함은 인접하는 패턴들 간에 이어지는 브릿지(bridge) 형태나 패턴 형성영역 이외의 영역으로 돌출되는 분출(extrusion) 형태의 불투명 결함(opaque defect)을 포함한다. 흑결함은 웨이퍼 상에 패턴 결함을 유발하므로, 포토마스크의 출하 이전에 흑결함의 제거를 위해 수정 작업(defect repair)이 수반되고 있다. 흑결함을 수정하는 작업은 레이저 수정(laser repair) 장치의 펄스 레이저(pulse laser)나 포커스 이온빔(FIB: Focused Ion Beam) 장치의 브롬(Brom) 가스를 이용한 식각 또는 XeF2 가스를 이용한 식각 방법을 이용하여 흑결함을 제거하고 있다. 이때, 포토마스크 상에 복잡한 패턴이 형성되어 있거나 결함의 크기가 클 경우, 수정(repair) 장치의 특성별로 수정 작업 후 여러 가지 형태의 문제점이 발생할 수 있다.
구체적으로, 레이저 수정 장치의 경우, 마스크 패턴의 가장자리(edge) 면에 레이저에 의해 온도가 가해지면(lase heating) 마스크 패턴층이 말려 올라가면서 언덕과 같은 모양을 나타내는 현상인 롤업(roll up) 현상이 발생할 수 있다. 다음에 포커스 이온빔 장치의 경우, 포토마스크의 투명 기판 상에 갈륨 얼룩(stain)이 발생할 수 있다. 또한, 수정 작업 방법의 어려움 및 수정 작업이 불가능한 사례가 발생할 수도 있어 이로 인해 포토마스크를 폐기하고 새로 제작하는 과정이 요구될 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 흑결함이 발생된 부분만을 제거하 고, 흑결함을 제거하는 과정에서 발생되는 결함을 억제할 수 있는 부분 노광 장치 및 이를 이용한 포토마스크의 결함 수정 방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 부분 노광 장치는, 포토마스크가 배치된 스테이지; 상기 포토마스크에 발생된 결함의 리페어 공정을 제어하는 오퍼레이션 컴퓨터; 상기 포토마스크 상에 발생된 결함 이미지를 측정하는 영상기록장치; 상기 영상기록장치로부터 측정된 이미지 신호를 이용하여 수정할 영역을 지정하는 이미지 프로세서; 상기 포토마스크 상에 레이저 빔을 투과시키는 노광용 레이저; 상기 노광용 레이저로부터 투과되는 레이저 빔의 크기를 조절하는 어퍼쳐; 및 상기 노광용 레이저로부터 상기 포토마스크 상에 레이저 빔이 노광되는 영역을 확인할 수 있는 레이저 마커용 조명을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 노광용 레이저는, 상기 노광용 레이저로부터 투과되는 레이저 빔의 광량을 조절하는 감쇄 필터; 및 상기 노광용 레이저로부터 투과되는 레이저 빔을 분리 또는 혼합시키는 빔 스플리터를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 스테이지 하부에 배치되면서 상기 포토마스크에 투과되는 레이저의 진로를 변경할 수 있는 노광용 미러를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 부분 노광 장치를 이용한 포토마스크의 결함 수정 방법은, 결함이 검출된 포토마스크 상에 포토레지스 트막을 도포하는 단계; 상기 포토마스크를 오퍼레이션 컴퓨터, 영상기록장치, 이미지 프로세서, 노광용 레이저, 어퍼쳐 및 레이저 마커용 조명을 포함하는 부분 노광 장치 상에 배치하는 단계; 상기 포토마스크에서 결함이 발생된 영역을 영상기록장치로 검출하고, 상기 이미지 프로세서에서 정상 패턴 및 결함이 발생된 영역을 구분하는 단계; 상기 이미지 프로세서에서 구분된 결함이 발생된 영역에 상기 노광용 레이저를 이용하여 노광을 수행하는 단계; 상기 포토마스크 상에 현상 공정을 진행하여 상기 노광이 진행된 영역의 포토레지스트막을 식각하여 결함을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징한다.
본 발명에 있어서, 상기 정상 패턴 및 결함이 발생된 영역을 구분하는 단계는, 상기 영상기록장치로부터 얻어진 이미지 신호를 이용하여 상기 포토마스크에서 결함이 발생된 영역을 상기 이미지 프로세서에서 화상 처리하는 단계; 상기 화상 처리된 결함 발생 영역을 지정하는 단계; 및 상기 지정된 영역을 상기 이미지 프로세서를 이용하여 정상 패턴과 결함 부분의 경계를 분리하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 부분 노광 장치를 설명하기 위하여 나타내 보인 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 부분 노광 장치는, 포토마스크(M)가 배치된 스테이지(stage, 100)와, 포토마스크(M)에 발생된 결함의 리페어(repair) 공정을 제어하는 오퍼레이션 컴퓨터(Operation Computer, 110)와, 포토마스크(M) 상에 발생된 결함 이미지를 측정하는 영상기록장치(120)와, 영상기록장치(120)로부터 측정된 이미지 신호를 이용하여 수정할 영역을 지정하는 이미지 프로세서(Image Processor, 130)와, 포토마스크(M) 상에 레이저 빔을 투과시키는 노광용 레이저(140)와, 노광용 레이저(140)로부터 투과되는 레이저 빔의 크기를 조절하는 어퍼쳐(Aperture, 170) 및 노광용 레이저(140)로부터 포토마스크(M) 상에 레이저 빔이 노광되는 영역을 확인할 수 있는 레이저 마커용 조명(Laser marker, 190)을 포함하여 이루어진다. 여기서 부분 노광 장치는, 노광용 레이저(140)로부터 투과되는 레이저 빔의 광량을 조절하는 감쇄 필터(Attenuator filter, 150), 노광용 레이저(140)로부터 투과되는 레이저 빔을 분리 또는 혼합시키는 빔 스플리터(Beam splitter, 160) 및 스테이지(100) 하부에 배치되면서 포토마스크(M)에 투과되는 레이저 빔의 진로를 변경할 수 있는 노광용 미러(180)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이하 도 1 내지 도 7을 참조하여 부분 노광 장치를 이용한 포토마스크의 결함 수정 방법을 설명하기로 한다.
먼저, 결함 검사 장치에서 검사 포토마스크의 결함 발생 여부를 검사한다. 다음에 도 2에 도시한 바와 같이, 결함이 발견된 포토마스크(200) 상에 포토레지스트막을 형성한다. 포토레지스트막은 코팅 모듈(coating module)의 스핀 척(210) 상에 포토마스크(200)를 배치한 다음 포토레지스트 물질을 도포하여 형성할 수 있다.
다음에 결함이 발견된 포토마스크(200)를 도 1의 부분 노광 장치의 스테이지(100) 상에 배치한다. 다음에 도 3에 도시한 바와 같이, 검사 데이터를 연결하여 결함이 발생된 위치로 이동하여 오퍼레이션 컴퓨터(110)의 모니터에서 결함을 확인한다. 오퍼레이션 컴퓨터(110)의 모니터에서 결함이 확인되면, 포토마스크(M)에서 결함이 발생된 영역을 영상기록장치(120)로 검출하고, 결함 부분을 드래그(drag)하여 결함 발생 영역(A)을 박스(box) 형태로 설정한다(도 4). 설정된 결함 발생 영역(A)은 영상기록장치(120)에서 얻어진 이미지 신호를 이미지 프로세서(130)에서 받는다. 다음에 이미지 프로세서(130)에서 포토마스크(M) 상에 형성된 크롬(Cr)막과 석영 기판의 경계를 화상 처리하여 패턴의 가장자리(edge, 300)를 계산한다. 이렇게 계산된 패턴의 가장자리(300)의 프로파일을 이용하여 정상 패턴과 결함이 발생된 부분(310)의 경계를 구별한다(도 5). 여기서 결함을 검출하는 영상기록장치(120)는 CCD 카메라를 이용할 수 있다.
다음에 이미지 프로세서(130)가 구별한 결함 발생 영역(A, 도 4 참조)을 어퍼쳐(170)에서 신호를 보내 노광할 영역만큼 어퍼쳐(170)를 조절한 다음 노광용 레이저(140)로부터 수정 영역(B)에 레이저를 조사하는 노광 공정을 수행한다(도 6).
노광용 레이저(140)로부터 조사되는 레이저는 감쇄 필터(150), 레이저 빔을 분리 또는 혼합시키는 빔 스플리터(160)를 지나 어퍼쳐(170)에서 레이저 빔의 크기가 조절되어 렌즈(185)를 통해 포토마스크(M)로 조사된다. 여기서 감쇄 필터(150)는 노광용 레이저(140) 앞에 배치되며, 각각의 휠에 코팅 정도를 구별하여 통과하는 레이저 광량을 조절하는 광학 필터로 가공 부위나 조건에 따라 에너지의 세기를 강하게 하거나 약하게 하여 최적의 가공 조건을 만든다. 빔 스플리터(160)는 한 개의 레이저 빔을 두 방향으로 분리하거나 또는 두 개의 빔을 혼합하여 사용한다. 이때, 거울이나 프리즘을 사용한다. 두 개의 빔을 혼합할 경우, 편광 성분이 같은 빔이나 파장이 다를 때 거울이나 프리즘을 사용할 수 있다. 이러한 원리로 본 발명의 부분 노광 장치에서는 가공용 레이저로 두 가지 레이저를 사용하는데, 이때, 각각의 레이저 파장이 다른 두 개의 빔을 빔 스플리터(160)를 이용하여 하나의 광 축으로 혼합시키는 역할을 한다.
이와 같이, 어퍼쳐(170)가 이미지 프로세서(130)로부터 신호를 받으면, 어퍼쳐(170)의 X, Y축 모터를 움직여 수정 작업할 크기로 조절한다. 여기서 어퍼쳐(170)는 4개의 플레이트(plate)로 구성되며, 각각의 플레이트에 모터가 설치되어 크게 X, Y축으로 구성된다. 장치의 조작부에서 X, Y축 어퍼쳐를 동작시키면 모터가 동작하여 플레이트가 상하좌우로 움직여 레이저 빔의 크기를 원하는 만큼 가려 레이저 빔의 크기를 조절한다. 한편, 포토마스크(M) 상에 조사하는 레이저의 진로를 변경할 경우, 노광용 미러(180)에 반사시켜 목적하고자 하는 방향으로 빛을 휘게 한다. 이러한 원리로 본 발명의 부분 노광 장치를 소형화하기 위해 레이저 빔을 휘게 한다. 레이저 빔을 직선으로만 구성하면 수 미터가 되나 노광용 미러(180)를 이용하여 레이저 빔을 휘게 하면 적은 공간에서도 각각의 기능의 광 부품을 조합하여 원하는 장치를 구성할 수 있다.
이미지 프로세서(130)에 의해 어퍼쳐(170)가 수정 작업할 크기로 조절되면, 어퍼쳐(170)가 자동으로 조리개 역할을 한다. 이때, 레이저 마커용 조명(190)을 점 등(Turn on)시키면 작업자가 오퍼레이션 컴퓨터(110)의 모니터 상에서 레이저 빔이 나오는 영역을 확인할 수 있다. 이때, 노광되는 영역이 정확하지 않을 경우 노광 진행을 멈출 수 있다.
이와 같이, 수정 영역(B) 상에 부분 노광공정을 진행한 다음에 현상 모듈로 이동하여 포토마스크(M) 상에 현상 공정을 진행한다. 그러면 부분 노광이 진행된 영역의 포토레지스트막이 식각되면서 결함을 제거할 수 있다.
본 발명에 따른 부분 노광 장치 및 이를 이용한 부분 노광 장치는, 검사 데이터를 연결하여 결함 위치를 모니터에서 확인한 후 이미지 프로세서에서 결함 부분과 정상 부분을 판별한다. 다음에 어퍼쳐가 노광할 크기만큼 조절하여 결함 부분에만 레이저 빔을 투과한다. 다음에 결함 부분만이 노광된 상태에서 현상 및 식각 공정을 거쳐 수정 작업을 완료할 수 있다. 이와 같이 결함 부분에만 수정 공정을 진행함으로써 롤업 현상이나 갈륨 얼룩과 같은 결함이 발생하는 것을 방지하여 석영 기판의 투과율을 개선시킬 수 있다. 또한, 불량 부분의 수정 작업시 장치에 따라 패턴의 선폭이 변화하는 등의 불량(error)을 최소화할 수 있다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 부분 노광 장치 및 이를 이용한 포토마스크의 결함 수정 방법에 의하면, 결함 위치를 확인하고, 결함 부분만을 노광한 후, 수정 작업을 진행함으로써 불량 부분의 수정 작업시 발생할 수 있는 패턴의 선폭 에러 영향을 최소화할 수 있다. 또한, 롤 업 현상이나 갈륨 얼룩이 발생하는 것을 방지할 수 있어 포토마스크의 투과율을 개선시킬 수 있다.

Claims (6)

  1. 포토마스크가 배치된 스테이지;
    상기 포토마스크에 발생된 결함의 리페어 공정을 제어하는 오퍼레이션 컴퓨터;
    상기 포토마스크 상에 발생된 결함 이미지를 측정하는 영상기록장치;
    상기 영상기록장치로부터 측정된 이미지 신호를 이용하여 수정할 영역을 지정하는 이미지 프로세서;
    상기 포토마스크 상에 레이저 빔을 투과시키는 노광용 레이저;
    상기 노광용 레이저로부터 투과되는 레이저 빔의 크기를 조절하는 어퍼쳐; 및
    상기 노광용 레이저로부터 상기 포토마스크 상에 레이저 빔이 노광되는 영역을 확인할 수 있는 레이저 마커용 조명을 포함하는 것을 특징으로 하는 부분 노광 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 영상기록장치는 CCD 카메라를 이용하는 것을 특징으로 하는 부분 노광 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 노광용 레이저는,
    상기 노광용 레이저로부터 투과되는 레이저 빔의 광량을 조절하는 감쇄 필터; 및
    상기 노광용 레이저로부터 투과되는 레이저 빔을 분리 또는 혼합시키는 빔 스플리터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부분 노광 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스테이지 하부에 배치되면서 상기 포토마스크에 투과되는 레이저의 진로를 변경할 수 있는 노광용 미러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부분 노광 장치.
  5. 결함이 검출된 포토마스크 상에 포토레지스트막을 도포하는 단계;
    상기 포토마스크를 오퍼레이션 컴퓨터, 영상기록장치, 이미지 프로세서, 노광용 레이저, 어퍼쳐 및 레이저 마커용 조명을 포함하는 부분 노광 장치 상에 배치하는 단계;
    상기 포토마스크에서 결함이 발생된 영역을 영상기록장치로 검출하고, 상기 이미지 프로세서에서 정상 패턴 및 결함이 발생된 영역을 구분하는 단계;
    상기 이미지 프로세서에서 구분된 결함이 발생된 영역에 상기 노광용 레이저를 이용하여 노광을 수행하는 단계;
    상기 포토마스크 상에 현상 공정을 진행하여 상기 노광이 진행된 영역의 포토레지스트막을 식각하여 결함을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 부 분 노광 장치를 이용한 포토마스크의 결함 수정 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 정상 패턴 및 결함이 발생된 영역을 구분하는 단계는,
    상기 영상기록장치로부터 얻어진 이미지 신호를 이용하여 상기 포토마스크에서 결함이 발생된 영역을 상기 이미지 프로세서에서 화상 처리하는 단계;
    상기 화상 처리된 결함 발생 영역을 지정하는 단계; 및
    상기 지정된 영역을 상기 이미지 프로세서를 이용하여 정상 패턴과 결함 부분의 경계를 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 부분 노광 장치를 이용한 포토마스크의 결함 수정 방법.
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