KR20090103199A - 포토마스크의 선폭 보정방법 - Google Patents

포토마스크의 선폭 보정방법

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KR20090103199A
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Abstract

본 발명의 포토마스크의 선폭 보정방법은, 투명 기판 상에 웨이퍼에 전사하고자 하는 마스크 패턴을 형성하는 단계; 마스크 패턴의 투과율을 측정하고, 측정된 투과율로부터 투과율 보정량을 도출하는 단계; 및 투과율 및 도출된 투과율 보정량을 반영하여 마스크 패턴의 투과율을 보정하는 단계를 포함한다.

Description

포토마스크의 선폭 보정방법{Method for correcting critical dimension in photomask}
본 발명은 포토마스크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 포토마스크의 선폭 보정방법에 관한 것이다.
반도체 기판 상에 패턴들을 형성하기 위해 다수의 리소그래피(lithography) 공정을 실시하고 있다. 한편, 반도체 소자의 집적도가 높아지면서 반도체 기판 상에 형성되는 패턴들의 디자인 룰이 감소함에 따라 패턴의 임계치수(CD; Critical dimension) 또한 감소하고 있다. 이에 따라 리소그래피 공정을 통해 고집적 회로를 형성하기 위해서는 미세한 패턴을 갖는 포토마스크가 요구되고 있다. 또한, 반도체 소자의 고집적화에 따라 패턴 선폭의 균일도(CD uniformity)에 대한 요구도 높아지고 있다. 선폭 균일도는 포토마스크를 제작하는데 있어 가장 중요한 관리 기준 중의 하나이다. 선폭 균일도에 이상이 발생되면 웨이퍼 칩 제작에 직접적으로 영향을 미치므로 정해진 기준 내에서 관리되어야 한다.
현재 적용되고 있는 선폭 균일도 보정 방법은 기판의 투과율을 조절하는 방법이다. 투과율을 이용하여 마스크 패턴의 선폭을 보정하는 방법은 일반적으로 마스크를 제작한 다음 웨이퍼 노광 공정을 진행하여 웨이퍼 상의 필드 선폭 균일도(field CD uniformity)를 측정한다. 여기서 측정된 필드 선폭 균일도에서 타겟 선폭 대비 선폭 변화도(CD variation)를 구한다. 다음에 선폭 변화도를 투과율로 변경하고, 투과율 보정 장치를 이용하여 마스크 상에 투과율 보정 작업을 실시한다. 그리고 다시 웨이퍼 노광 작업을 진행하여 투과율 보정 작업이 제대로 이루어졌는지 평가한다. 그런데 상술한 바와 같이, 투과율을 보정하여 선폭 균일도를 보정한 다음 반영된 결과를 검증할 때까지 매우 많은 시간과 공정 단계가 필요하다. 또한, 웨이퍼에서 사용하는 선폭 측정에 문제가 발생할 경우, 투과율 보정량에 오류가 발생할 수 있고, 이는 불량으로 이어질 가능성이 매우 높다.
본 발명에 따른 포토마스크의 선폭 보정방법은, 투명 기판 상에 웨이퍼에 전사하고자 하는 마스크 패턴을 형성하는 단계; 상기 마스크 패턴의 투과율을 측정하고, 측정된 투과율로부터 투과율 보정량을 도출하는 단계; 및 상기 투과율 및 도출된 투과율 보정량을 반영하여 상기 마스크 패턴의 투과율을 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 마스크 패턴은 광차단막 또는 위상반전막을 포함한다.
상기 투과율 보정량을 도출하는 단계는, 상기 투명 기판에서 투과율 측정 포인트를 지정하는 단계; 상기 투과율 측정 포인트의 투과율을 측정하는 단계; 상기 측정된 투과율로부터 투과율 변화량을 측정하여 투과율 변화량 데이터를 형성하는 단계; 상기 투과율 변화량 데이터와 상기 투과율 측정 포인트의 좌표를 정렬하는 단계; 및 상기 투과율 변화량 데이터를 투과율 보정량으로 환산하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 투과율 측정 포인트는 최소 100포인트 범위로 지정하는 것이 바람직하다.
상기 투과율 변화량은 상기 측정된 투과율에서 가장 낮은 투과율을 기준으로 상기 측정 투과율과의 차이를 각각 계산하여 측정하는 것이 바람직하다.
상기 투과율은, 상기 투명 기판의 후면에 레이저를 국부적으로 조사하여 투과율을 변경하는 픽셀을 형성하여 보정할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 포토마스크의 선폭 보정방법을 설명하기 위해 나타내보인 공정 흐름도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 구체적인 실시예에 따른 포토마스크의 선폭 보정방법을 설명하기 위한 도면들이다.
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 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 포토마스크의 선폭 보정방법을 설명하기 위해 나타내보인 공정 흐름도이다. 도 3 내지 도 6은 본 발명의 구체적인 실시예에 따른 포토마스크의 선폭 보정방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 투명 기판(300) 상에 웨이퍼에 전사하고자 하는 마스크 패턴(305)을 형성한다(S100). 구체적으로, 투명 기판(300) 상에 마스크 대상막을 형성한다. 투명 기판(300)은 석영(Quartz)을 포함하며, 빛을 투과시킬 수 있는 투명한 재질로 이루어진다. 투명 기판(300) 위에 증착된 마스크 대상막은 광차단막 또는 위상반전막으로 형성할 수 있다. 여기서 광차단막은 크롬막을 포함하여 형성할 수 있고, 위상반전막은 수 %의 투과율을 갖는 위상반전물질, 예를 들어 몰리브덴계 화합물을 포함하여 형성할 수 있다. 다음에 마스크 대상막을 패터닝하여 웨이퍼에 전사하고자 하는 마스크 패턴(305)을 형성한다. 이때, 투명 기판(300)은 마스크 패턴(305)에 의해 선택적으로 노출되어 있다.
다음에 마스크 패턴(305)의 투과율을 측정하고, 측정된 투과율로부터 투과율 보정량을 도출한다(S110). 이하 도 2를 참조하여 설명하기로 한다. 마스크 패턴(305)의 투과율을 측정하기 위해 먼저, 마스크 패턴(305)이 형성된 투명 기판(300) 상에 투과율 측정 장치(미도시함)를 배치한다. 투과율 측정 장치는 일반적으로 스캐테로메트리(scatterometry) 원리를 응용하는 장치를 이용한다. 다음에 투과율 측정 장치로부터 마스크 패턴(305) 상에 광원을 조사하고, 투과율 검출계로 투과율을 검출하여 투과율 데이터를 수집한다. 구체적으로, 마스크 패턴(305)을 포함하는 투명 기판(300)에서 투과율 측정 포인트를 지정한다(S200). 투과율 측정 포인트는 전체 마스크를 특징할 수 있는 포인트를 포함하고 있어야 하며, 바람직하게는 최소 100포인트를 투과율 측정 포인트로 지정한다.
다음에 투과율 측정 포인트에서 측정된 투과율로부터 투과율 변화량 데이터를 형성한다(S210). 투과율 변화량 데이터는 측정된 투과율로부터 가장 낮은 투과율을 기준으로 양(+)의 변화(variation) 값을 얻을 수 있도록 각각의 측정 투과율 값에서 최소 투과율 값을 뺀다. 예를 들어 가장 낮은 투과율을 '0'으로 하는 경우, 투과율이 높아질수록 큰 값, 예컨대 '1,2,3...'으로 설정한다. 이와 같이 측정 포인트로부터 측정된 투과율 데이터로부터 측정 포인트에서의 변화량을 확인할 수 있고, 이 변화량이 취합된 투과율 변화율 데이터는 이후 보정되어야할 투과율이 된다.
다음에 양의 값으로 표시된 투과율 변화량 데이터와 투과율 측정 포인트의 좌표가 일치하도록 배열한다(S220). 다음에 투과율 변화 값 데이터를 투과율 보정량으로 환산한다(S230). 여기서 투과율 보정 장치와 같은 파장을 갖는 투과율 측정 장치라면 이러한 환산 단계를 생략할 수 있다. 보정되어야 할 투과율은 결과적으로 웨이퍼의 선폭(CD)로 표현되는데, 투과율이 선폭으로 표현될 때 그 선폭 변화량을 미리 구할 수 있다. 구체적으로, 테스트 마스크를 이용하여 전체적인 마스크에 투과율 보정을 실시한다. 이때 투과율 보정을 실시한 영역의 보정량을 알고 있고, 이로 인해 웨이퍼에 구해진 선폭 변화량을 얻게 되면, 선폭 변화량에 대한 투과율 변화량(ΔCD/ Δ투과율)에 대한 그래프를 얻을 수 있다. 이 그래프를 이용하여 추후 작업되는 투과율 보정 마스크에서의 선폭 변화량을 예측할 수 있다.
다음에 도 1 및 도 4에 도시한 바와 같이, 투과율 및 투과율 보정량을 반영하여 마스크 패턴(305)의 투과율을 보정한다(S120). 도 4를 참조하면, 투명 기판(300)의 후면(back side)에 레이저를 국부적으로 조사한다. 그러면, 레이저 빔이 주사되는 지점, 즉, 투명 기판(300) 내부에 레이저 빔 에너지로 인해 국부적으로 손상(damage)되어 투과율을 변경하는 픽셀(pixel, 310)들이 형성된다. 투명 기판(300) 내에 형성된 픽셀(310)은 이후 웨이퍼에 패턴을 전사하는 노광 공정에서 투과되는 투과율을 저하시켜 광 강도(intensity)를 감소시키는 역할을 한다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 투명 기판(300)에 투과율을 보정하기 이전에 웨이퍼에 조사되는 광 강도보다 투과율을 제어한 이후에 웨이퍼에 조사되는 광 강도가 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 광 강도의 차이에 의해 투과율을 보정하기 이전의 선폭(a)을 투과율을 보정하여 광 강도를 감소시킴으로써 웨이퍼 상에는 축소된 선폭(b)으로 전사할 수 있다.
다음에 투과율이 보정된 마스크 패턴에 추후 공정을 진행하여 마스크 제작을 완료한다(S130).
일반적으로 선폭을 보정하기 위해서는 마스크를 제작한 다음 웨이퍼에 노광을 진행하고, 웨이퍼의 선폭 변화량을 구한 다음 이를 다시 마스크의 투과율 보정량으로 산출하기 위해 사전에 투과율 변화량에 따른 웨이퍼에서의 선폭 변화량을 구하여 투과율 보정 장치로 보정을 실시하여야 한다. 그러나 본 발명에서는 미리 측정한 투과율 보정장치의 투과율 보정량으로 현재 측정한 마스크의 투과율 변화량을 보정하는 작업을 진행함으로써 공정 단계를 단순화시킬 수 있다. 투과율 보정 장치는 작업량에 따른 투과율 변화에 대한 데이터가 저장되어 있는 상태이다.
한편, 투과율 보정 장치가 보유하고 있는 투과율 측정 방법과 일반적으로 투과율을 측정하는 스캐테로메트리 장치 간에 서로 오차가 발생할 수 있다. 이 두 측정 방법의 오차를 사전에 파악하는 방법으로 먼저, 동일한 투과율 측정용 마스크를 지정하여 각 측정 방법을 이용하여 측정한다. 이 경우 동일한 측정 포인트를 측정하여 두 측정 방법 사이의 오차를 확인할 수 있고, 오차는 장치를 조절하거나 환산 방법을 이용하여 보정할 수 있다. 이때, 환산 방법은 일반적으로 측정 오차를 오프셋(offset) 값으로 사용하여 (+)오프셋을 취하거나 (-) 오프셋을 취하는 방법이 있다. 또한, 투과율을 0% 내지 20% 범위에서 분리하여 측정한 다음 일대일로 비교하여 일차 함수 또는 이차 함수로 표현할 수도 있다.
본 발명에 따른 포토마스크의 선폭 보정방법은 마스크를 웨이퍼에 노광하지 않고, 마스크 제작시 투과율을 측정하여 투과율 변화량을 수집한 다음, 이를 직접 투과율 보정 장치를 사용하여 보정하는 방법으로 웨이퍼 노광 후 선폭 균일도를 개선할 수 있다. 본 발명에서는 마스크 제작 공정에서 직접 투과율을 측정함으로써 웨이퍼의 노광 공정에서 야기되는 공정 에러를 방지할 수 있다.

Claims (6)

  1. 투명 기판 상에 웨이퍼에 전사하고자 하는 마스크 패턴을 형성하는 단계;
    상기 마스크 패턴의 투과율을 측정하고, 측정된 투과율로부터 투과율 보정량을 도출하는 단계; 및
    상기 투과율 및 도출된 투과율 보정량을 반영하여 상기 마스크 패턴의 투과율을 보정하는 단계를 포함하는 포토마스크의 선폭 보정방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마스크 패턴은 광차단막 또는 위상반전막을 포함하는 포토마스크의 선폭 보정방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 투과율 보정량을 도출하는 단계는,
    상기 투명 기판에서 투과율 측정 포인트를 지정하는 단계;
    상기 투과율 측정 포인트의 투과율을 측정하는 단계;
    상기 측정된 투과율로부터 투과율 변화량을 측정하여 투과율 변화량 데이터를 형성하는 단계;
    상기 투과율 변화량 데이터와 상기 투과율 측정 포인트의 좌표를 정렬하는 단계; 및
    상기 투과율 변화량 데이터를 투과율 보정량으로 환산하는 단계를 포함하는 포토마스크의 선폭 보정방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 투과율 측정 포인트는 최소 100포인트 범위로 지정하는 포토마스크의 선폭 보정방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 투과율 변화량은 상기 측정된 투과율에서 가장 낮은 투과율을 기준으로 상기 측정 투과율과의 차이를 각각 계산하여 측정하는 포토마스크의 선폭 보정방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 투과율은, 상기 투명 기판의 후면에 레이저를 국부적으로 조사하여 투과율을 변경하는 픽셀을 형성하여 보정하는 포토마스크의 선폭 보정방법.
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