KR20100134441A - 패턴 임계 치수 보정 방법 - Google Patents

Abstract

웨이퍼 필드내 패턴 CD 균일도를 향상시킬 수 있는 패턴 선폭 보정 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 패턴 선폭 보정 방법은, 목표로 하는 레이아웃의 패턴이 구현된 포토마스크를 준비하는 단계와, 포토마스크를 이용하여 웨이퍼 상에 패턴을 형성하는 단계와, 패턴의 선폭(CD)을 측정하되, 필드(field) 당 2,000 ∼ 10,000 포인트의 선폭(CD)을 측정하는 단계, 및 측정된 선폭(CD) 데이터에 따라, 패턴의 선폭이 균일해지도록 포토마스크의 투과율을 보정하는 단계를 포함한다.

CD 균일도, 투과율 보정, 저배율 SEM

Description

패턴 임계 치수 보정 방법{Method for correcting pattern CD}

본 발명은 반도체소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 웨이퍼 필드(field) 내에서의 패턴 임계치수의 균일도를 향상시킬 수 있는 방법에 관한 것이다.

알려진 바와 같이, 웨이퍼 상에 형성되는 다수의 회로 패턴들은 대부분 포토리소그라피(photolithography) 공정에 의해 형성된다. 특히, 반도체 소자의 디자인 룰(design rule)이 감소함에 따라, 패턴의 임계 치수(critical dimension, 이하, CD)의 균일도에 대한 중요성이 더욱 부각되고 있다. 반도체 패턴의 CD 균일도는 광원, 렌즈(lens) 또는 어퍼처(aperture)와 같은 광학 요소들에 의해 영향을 받지만, 고집적 소자의 경우 무엇보다도 포토마스크의 패턴 CD에 의해 가장 큰 영향을 받는다. 이에 따라, 웨이퍼 상에 형성되는 회로 패턴의 CD 균일도를 증대시키려면 마스크 패턴의 CD 균일도를 증대시켜야 한다. 특히 웨이퍼 필드내에서의 CD 균일도(intra field CD uniformity)는 중요하게 관리되어야 한다.

종래에는 웨이퍼 필드내 CD 균일도를 개선하기 위하여 전자현미경(SEM)을 이용하여 수백 포인트에 대한 패턴 CD를 직접 측정하고 측정된 데이터를 이용하여 CD 균일도를 보정하였다. 그러나, SEM 장비 자체가 가지고 있는 측정 오차 및 필드 내 부의 여러 가지 특성상 수 백 포인트의 샘플링은 필드의 CD 균일도 특성을 왜곡하는 경우가 많다. 이를 보완하기 위하여 다른 필드의 CD를 추출하여 평균 데이터로 필드내 CD 균일도를 대변하는 방법이 사용되기도 하지만, 이 방법 또한 그 신뢰성을 보장하기는 어려운 실정이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 웨이퍼 필드내 패턴 CD 균일도를 향상시킬 수 있는 패턴 임계치수 보정 방법을 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 패턴 임계치수 보정 방법은, 목표로 하는 레이아웃의 패턴이 구현된 포토마스크를 준비하는 단계와, 포토마스크를 이용하여 웨이퍼 상에 패턴을 형성하는 단계와, 패턴의 선폭(CD)을 측정하되, 필드(field) 당 2,000 ∼ 10,000 포인트의 선폭(CD)을 측정하는 단계, 및 측정된 선폭(CD) 데이터에 따라, 패턴의 선폭이 균일해지도록 포토마스크의 투과율을 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 테스트 패턴의 선폭(CD)을 측정하는 단계에서, 배율이 5000 ∼ 30,000인 저배율 SEM, 광학 CD 측정장치 또는 광강도 측정장치를 이용하여 패턴의 선폭(CD)을 측정할 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 발명은 종래의 패턴 CD 균일도 보정방법의 문제점을 개선하고 CD 데이터 의 신뢰성을 확보하기 위하여 그룹 CD를 측정하고 보다 넓은 포인트에서 CD 데이터를 추출하여 데이터의 신뢰성을 확보한다. 또한, 샘플링의 문제점을 최소화하기 위하여 필드 내에서 수 천 포인트의 CD를 추출한다. 이 경우 필드 상관관계는 0.5 이상으로 종래의 0.2 이하에 비해 매우 높아지게 된다. 이렇게 CD 데이터의 신뢰성을 획기적으로 향상시킨 후 마스크의 투과율 보정을 실시하게 되면 보정 신뢰도가 높아지고 보정 효율 또한 매우 높아지게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 패턴 CD 보정 방법을 설명하기 위하여 도시한 공정 흐름도이다. 도 2a 내지 도 3b는 종래의 패턴 CD 보정 방법과 본 발명의 패턴 CD 보정 방법을 비교하기 위하여 나타낸 도면들이다.

도 1을 참조하면, 먼저, 목표로 하는 레이아웃의 패턴을 구현하기 위하여 제작된 포토마스크를 이용하여 웨이퍼 노광을 실시한다(단계 110). 포토마스크는 웨이퍼 상에 구현할 회로 패턴을 한정하도록 형성된 패턴을 구비한다. 또한, 웨이퍼 상에는 패터닝할 식각 대상막이 형성되어 있고, 식각 대상막 상에는 포토레지스트가 일정 두께로 도포되어 있다.

웨이퍼 노광을 실시한 다음에는, 노광된 포토레지스트를 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성한다(단계 120). 포토레지스트 패턴을 형성한 다음에는, CD 측정장비를 이용하여 웨이퍼 상에 형성된 포토레지스트 패턴의 CD를 측정하여 필드 내 CD 균일도를 산출한다(단계 230). 이때, 종래의 고배율 SEM 대신에 다른 CD 측정장치를 이용하여 패턴의 CD를 측정한다. 예를 들면, 광학적(optical) CD 측정장치, 저배율 SEM, 또는 특정 광원의 광선을 패턴이 형성된 웨이퍼 상에 조사한 후 되돌 아오는 반사광의 양으로 패턴의 CD를 가늠하는 반사율 측정장치 등을 사용할 수 있다. 특히, 데이터의 신뢰성을 높이기 위하여, 기존에 사용되던 고배율 SEM보다 1/10 정도로 낮은 저배율 SEM을 사용하여 넓은 영역의 CD를 측정할 수 있다. 종래에 CD 측정에 사용된 SEM은 50,000 ∼ 200,000배 정도의 고배율의 것이었다. 한 포인트의 샘플링(sampling) 영역이 도 2a에 도시된 것과 같이 수 ㎛ 정도로 좁은 영역이었다.

그러나, 본 발명에서는 보다 많은 패턴의 CD가 측정되도록 종래에 비해 1/10 정도로 낮은 배율, 예를 들면 5,000 ∼ 30,000배 정도의 낮은 배율의 SEM을 사용하여 측정한다. 따라서, 도 2b에 도시된 것과 같이 종래에 비해 10배 정도 넓은 범위, 즉 수십 ㎛ 정도로 넓은 영역에서 CD를 측정하게 된다. 또한, CD를 측정하는 포인트의 경우에도 샘플링의 불리함을 해소하기 위하여 종래의 500 포인트 정도에서 측정하던 것을 본 발명의 경우 2,000 ∼ 10,000 포인트에서 CD를 측정한다. 이와 같이 보다 넓은 영역에서, 보다 많은 포인트에서 샘플링 CD가 측정되므로 샘플링 영역이 필드의 특성에 더욱 근접하게 대변할 수 있으며 따라서 이러한 데이터를 이용하여 패턴 CD를 보정하게 되면 보정의 신뢰성을 크게 높일 수 있다.

도 2a 및 도 2b는 종래의 방법과 본 발명에서의 CD 측정방법을 도시한 것으로, 참조번호 210은 패턴을 나타내고, 220은 CD를 측정할 샘플 영역을 나타낸다.

웨이퍼 필드 내에서의 CD 균일도를 측정한 다음에는, 측정된 CD 데이터를 이용하여 웨이퍼 필드내 CD가 균일해지도록 마스크의 투과율을 보정한다(단계 140). 투과율 보정장치는 측정된 CD 데이터를 투과율 단위로 변환하여 마스크의 영역에 따라 보정할 투과율을 산출한다. 기존의 SEM의 데이터를 이용할 경우 CD를 측정하는 영역이 좁은 면적이었기 때문에, 측정되지 않은 영역의 CD를 추출하기 위하여 CD 측정 영역 주변의 데이터를 이용하여 유추함으로써 투과율 보정값을 설정하였다. 따라서 CD 측정치의 신뢰도가 낮았고, 신뢰도가 낮은 데이터를 이용하여 투과율 보정을 실시하여 오보정되는 경우가 빈번히 발생하였다. 그러나 본 발명에서는 CD 측정 데이터의 신뢰도가 매우 높고 샘플링 데이터의 간격이 종래에 비해 매우 좁기 때문에 데이터의 유추량이 매우 적어 신뢰도가 높고, 신뢰도있는 데이터로부터 투과율 보정 데이터가 얻어지므로 그 보정의 정확도가 매우 높아지게 된다.

마스크에 대한 투과율을 보정한 다음에는, 투과율이 보정된 마스크를 이용하여 웨이퍼 노광을 실시하고(단계 150), 현상을 실시하여 포토레지스트 패턴을 형성한다(단계 160). 최종적으로 형성된 레지스트 패턴의 CD를 SEM을 이용하여 측정하여 필드 내 CD 균일도가 개선되었는지를 확인한다(단계 170).

도 4a 내지 도 4b는 SEM 이용하여 패턴 CD를 측정할 때 나타나는 필드 내 CD 균일도의 신뢰도를 나타낸 그래프들로서, 종래의 방법에 따른 그래프들이다.

도 4a의 경우 필드 "02"와 필드 "04"에서 측정한 CD를 나타내고, 도 4b의 경우 필드 "03"과 필드 "04"에서 측정한 CD를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 두 경우 모두 상관관계가 0.2 이하로 균일도가 매우 열악한 수준임을 알 수 있다. 이러한 데이터를 이용하여 마스크의 투과율 변경을 통해 패턴의 CD 보정을 하게 되면 상관관계가 낮기 때문에 보정 결과는 기대에 미치지 못하고 보정효율이 매우 낮아지게 된다.

도 5는 본 발명의 방법에 따른 필드 내 CD 균일도의 신뢰도를 나타낸 그래프이다.

저배율 SEM을 이용하여 필드 "01"와 필드 "02"에서 측정한 CD를 나타낸 것으로, 필드 상광 관계가 0.5 이상으로 종래에 비해 매우 높아진 것을 알 수 있다. 이는 저배율 SEM을 이용하여 보다 넓은 영역에서 보다 많은 포인트에서 CD를 측정함으로써 데이터의 신뢰도가 높아짐에 따른 것이라 할 수 있다.

도 6 및 도 7은 종래의 고배율 SEM을 이용한 CD 보정 방법과 본 발명의 저배율 SEM을 이용한 CD 보정 방법을 사용한 보정 결과를 나타낸 이미지들이다.

먼저, 고배율 SEM을 이용한 종래의 CD 보정 방법의 경우 패턴 선폭(CD)의 균일도를 나타내는 3σ가 보정 전 2.4nm에서 보정 후 1.8nm로 감소하였다. 이에 대해 본 발명의 저배율 SEM을 이용한 CD 보정 방법의 경우, SEM 이지미 상으로도 확연히 알 수 있는 바와 같이 패턴 선폭(CD)의 균일도를 나타내는 3σ가 보정 전 2.6nm에서 보정 후 1.5nm로 감소하였다. 즉, 종래에 비해 패턴 선폭의 균일도가 크게 향상되었음을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따르면 저배율 SEM을 이용하여 보다 넓은 영역에서 보다 많은 포인트에서 CD를 측정함으로써 데이터의 신뢰도를 증가시킬 수 있으며, 이에 따라 보정 효율 또한 증가시킬 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.

도 1은 본 발명에 따른 패턴 CD 보정 방법을 설명하기 위하여 도시한 공정 흐름도이다.

도 2a 및 도 2b는 종래의 패턴 CD 보정 방법과 본 발명의 패턴 CD 보정 방법을 비교하기 위하여 나타낸 도면들이다.

도 3a 및 도 3b는 종래의 CD 보정 방법과 본 발명의 CD 보정 방법을 비교하기 위하여 나타낸 SEM 사진들이다.

도 4a 내지 도 4b는 SEM 이용하여 패턴 CD를 측정할 때 나타나는 필드 내 CD 균일도의 신뢰도를 나타낸 그래프들이다.

도 5는 본 발명의 방법에 따른 필드 내 CD 균일도의 신뢰도를 나타낸 그래프이다.

도 6 및 도 7은 종래의 고배율 SEM을 이용한 CD 보정 방법과 본 발명의 저배율 SEM을 이용한 CD 보정 방법을 사용한 보정 결과를 나타낸 이미지들이다.

Claims (3)

1. 목표로 하는 레이아웃의 패턴이 구현된 포토마스크를 준비하는 단계;

   상기 포토마스크를 이용하여 웨이퍼 상에 패턴을 형성하는 단계;

   상기 패턴의 선폭(CD)을 측정하되, 필드(field) 당 2,000 ∼ 10,000 포인트의 선폭(CD)을 측정하는 단계; 및

   측정된 패턴의 선폭(CD) 데이터에 따라, 패턴의 선폭이 균일해지도록 상기 포토마스크의 투과율을 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 임계치수 보정 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 테스트 패턴의 선폭(CD)을 측정하는 단계에서 배율이 5000 ∼ 30,000인 저배율 SEM을 사용하는 것을 특징으로 하는 패턴 임계치수 보정 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 테스트 패턴의 선폭(CD)을 측정하는 단계에서 광학 CD 측정장치 또는 광강도 측정장치를 이용하여 패턴의 선폭(CD)을 측정하는 것을 특징으로 하는 패턴 임계치수 보정 방법.

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