KR20110001150A

KR20110001150A - 포토마스크의 패턴 시디 균일도 측정장치 및 방법

Info

Publication number: KR20110001150A
Application number: KR1020090058553A
Authority: KR
Inventors: 서강준
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2009-06-29
Filing date: 2009-06-29
Publication date: 2011-01-06

Abstract

본 발명의 포토마스크의 패턴 시디 균일도 측정장치는, 시디 균일도를 측정하고자 하는 패턴들을 갖는 포토마스크에 광을 조사하는 광원과, 포토마스크로부터 반사되는 반사광을 포토마스크의 단위영역별로 검출하여 검출신호를 출력하는 검출센서와, 그리고 단위영역별로 검출된 검출신호를 포토마스크의 전체 영역에 대해 평균한 평균값을 연산하고, 연산된 평균값을 단위영역별 검출신호와 비교하여 계산된 편차데이터를 단위영역별로 구분하여 출력하는 프로세서를 포함한다.

포토마스크, 패턴 시디, 시디 균일도

Description

포토마스크의 패턴 시디 균일도 측정장치 및 방법{Apparatus and method for measuring CD uniformity of patterns in photomask}

본 발명은 포토마스크에 관한 것으로서, 특히 포토마스크의 패턴 시디 균일도 측정장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체소자는 웨이퍼상에 형성되는 다양한 패턴들로 구현되는데, 이와 같은 패턴들은 포토마스크를 이용한 포토리소그라피(photolithography) 공정과 식각 공정에 의해 만들어진다. 포토리소그라피 공정에 따르면, 패턴을 형성하고자 하는 물질막 위에 포토레지스트막을 도포하고, 포토마스크를 이용하여 포토레지스트막의 일부에 광을 주사하는 노광을 수행한다. 이 노광에 의해 포토마스크상의 패턴이 포토레지스트막으로 전사된다. 다음에 현상액을 이용한 현상을 수행하여 포토레지스트막의 일부가 제거된 포토레지스트막패턴을 형성한다. 이후 포토레지스트막패턴을 식각마스크로 한 식각공정으로 물질막의 노출부분을 제거함으로써 물질막패턴을 형성할 수 있다.

이와 같은 물질막패턴을 형성하는데 있어서, 포토마스크상에 형성된 패턴들이 균일한 시디(CD; Critical Dimension)를 갖지 않은 경우 물질막패턴의 선폭 또 한 웨이퍼 전 영역에 걸쳐서 균일하게 형성되지 않는다. 따라서 균일한 선폭의 물질막패턴을 형성하기 위해서는 포토마스크상에 패턴을 형성하는 과정에서 균일한 시디(CD)를 갖도록 하는 것이 중요하다. 통상적으로 포토마스크상에 패턴을 형성하는 과정은 포토리소그라피 공정보다는 보다 정밀하게 공정이 이루어지는 전자빔 노광공정을 통해 이루어진다. 그러나 전자빔 노광공정에 의해 패턴을 형성하더라도 포토마스크 전 영역에 걸쳐서 모든 패턴의 시디(CD)를 균일하게 하는 것은 현실적으로 쉽지 않은 일이다. 따라서 포토마스크상에 패턴을 형성한 후에 패턴의 시디 균일도를 측정한 후, 불균일한 시디를 갖는 패턴의 경우 시디 보정을 수행하는 것이 필요하다.

현재까지 포토마스크상의 패턴 시디를 측정하기 위한 여러가지 방법들이 제안되었으며, 특히 기존의 2차 전자를 이용하는 방법에서 최근에는 점차 광학적인 방법을 사용하는 방법의 사용이 증가되고 있는 추세이다. 일 예로 내부에 시디별 반사광의 정보에 관한 라이브러리를 저장한 후에 반사광을 탐지하고, 탐지된 반사광을 라이브러리 내의 데이터와 비교하여 탐지된 반사광에 대응되는 시디를 패턴의 시디로 측정하는 방법이 제안된 바 있다. 그러나 이와 같은 방법은 별도의 라이브러리를 작성하여야 하므로 그 시간이 많이 소요되며, 또한 이와 같은 방법은 시디 균일도를 측정하는 방법이 아닌 패턴의 시디 자체를 측정하는 방법이므로 시디 균일도를 파악하기 위해서는 기판의 모든 영역에 대해 사용자가 측정된 시디값을 수동으로 상호 비교하여야 하므로, 그 소요시간이나 정확도면에서 비효율적이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 자동으로 포토마스크의 영역별 시디 균일도를 측정함으로써 효율적이고 높은 정확도를 갖는 포토마스크의 패턴 시디 균일도 측정장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 상기와 같은 포토마스크의 패턴 시디 균일도 측정방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 포토마스크의 패턴 시디 균일도 측정장치는, 시디 균일도를 측정하고자 하는 패턴들을 갖는 포토마스크에 광을 조사하는 광원과, 포토마스크로부터 반사되는 반사광을 포토마스크의 단위영역별로 검출하여 검출신호를 출력하는 검출센서와, 그리고 단위영역별로 검출된 검출신호를 포토마스크의 전체 영역에 대해 평균한 평균값을 연산하고, 연산된 평균값을 단위영역별 검출신호와 비교하여 계산된 편차데이터를 단위영역별로 구분하여 출력하는 프로세서를 포함한다.

일 예에서, 상기 검출센서는 단위영역별로 반사광의 양을 검출할 수 있다.

일 예에서, 상기 프로세서에 의해 출력되는 표시화면은 포토마스크의 단위영역별로 편차데이터에 대응되는 서로 다른 색상으로 나타낼 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 포토마스크의 패턴 시디 균일도 측정방법은, 시디 균일도를 측정하고자 하는 패턴들을 갖는 포토마스크에 단위영역별로 광을 조사 하는 단계와, 포토마스크로부터 반사되는 반사광을 단위영역별로 검출하는 단계와, 단위영역별로 검출된 검출신호를 포토마스크의 전체 영역에 대해 평균한 평균값을 연산하는 단계와, 연산된 평균값을 단위영역별 검출신호와 비교하여 단위영역별 편차데이터를 계산하는 단계와, 그리고 계산된 편차데이터를 단위영역별로 구분하여 출력하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 포토마스크의 단위영역별로 반사광을 검출한 후, 전체영역에 대한 평균값을 구하고, 이 평균값을 각 단위영역별 검출데이터와 비교함으로써 포토마스크 전 영역에 대한 시디 균일도를 높은 정확도로 측정할 수 있으며, 특히 국부적으로 시디가 불균일한 패턴이 있는 영역을 용이하게 발견할 수 있다는 이점이 제공된다. 특히 이와 같은 방법에 따르면, 별도의 패턴 시디에 대한 라이브러리 제작이 불필요하며, 모든 시디 균일도 측정이 자동으로 이루어진다는 이점도 제공된다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 포토마스크의 패턴 시디 균일도 측정장치는, 포토마스크(200)에 대해 광을 조사하는 광원(110)과, 포토마스크(200)로부터 반사되는 반사광을 검출하는 검출센서(120)와, 검출센서(120)로부터의 검출신호를 분석하여 포토마스크(200)의 단위영역별 시디 균일도 상태에 대한 출력데이터를 발생시키는 프로세서(130)를 포함하여 구성된다.

광원(110)은 포토마스크(300)에 대해 광(231)을 일정 각도로 비스듬하게 입 사시킨다. 포토마스크(300)로 입사되는 광(231) 중에서 일부는 패턴(220)에 반사되는 반사광(232)을 형성하지만 일부는 투광기판(210)을 통과하는 투과광(233)을 형성한다. 검출센서(120)는 반사광(232)을 검출하는데, 포토마스크(200)의 단위영역 단위로 반사광(232)을 검출한다.

구체적으로 도 2에 나타낸 바와 같이, 셀패턴영역(250) 및 주변회로패턴영역(260)을 갖는 포토마스크(200)의 셀패턴영역(250)을 복수개의 단위영역들(251-1, 251-2, …, 251-8, 252-1, …, 252-9)로 구분한다. 일 예에서, 각 단위영역의 크기는 가로 및 세로가 10㎛로 설정할 수 있지만, 내부에 형성된 패턴의 크기에 따라 더 크거나 작게 설정할 수도 있다. 이와 같이 복수개의 단위영역들(251-1, 251-2, …, 251-8, 252-1, …, 252-9)로 구분된 포토마스크(200)의 셀패턴영역(250)은 동일한 프로파일의 패턴들이 반복적으로 배치되는 영역이며, 이에 따라 셀패턴영역(250)의 각 단위영역 내에는 동일한 밀도의 패턴들이 형성되어 있다. 검출센서(120)는 첫번째 열의 첫번째 단위영역(251-1)으로부터의 반사광(도 1의 232)의 양을 검출하고, 그 검출된 결과에 따라 첫번째 단위영역(251-1) 내에서의 패턴 밀집에 관한 데이터를 검출할 수 있다. 이어서 검출센서(120)는 첫번째 열의 나머지 단위영역들(251-2, …, 251-8)에 대해서도 동일한 검출 동작을 수행한다. 첫번째 열의 단위영역들(251-1, 251-2, …, 251-8)에 대한 검출 동작을 모두 수행한 후에는, 두번째 열의 첫번째 단위영역(252-1)에 대해서도 동일한 검출 동작을 수행한다. 이와 같은 검출 동작은 마지막 열의 마지막 단위영역에 대해 이루어질때까지 반복적으로 이루어지며, 그 결과 최종적으로 각 단위영역마다 패턴 밀집 데이터가 얻어진다.

도 3a 및 도 3b와 도 4a 및 도 4b는 패턴 밀집도와 검출되는 반사광의 양과의 관계를 설명하기 위해 나타내 보인 도면들로서, 도 3a의 경우 상대적으로 패턴 밀집도가 낮은, 즉 상대적으로 작은 시디의 패턴(320)들이 배치되는 경우이고, 도 4a의 경우 상대적으로 패턴 밀집도가 높은, 즉 상대적으로 큰 시디의 패턴(320)들이 배치되는 경우이다. 도 3a의 경우, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 투광기판(310) 위에 상대적으로 작은 시디의 패턴(320)이 배치되므로, 입사광(331) 중에서 패턴(320)에 의해 반사되는 광(332)의 양은 작고 투광기판(310)을 투과하는 광(333)의 양은 많다. 반면에 도 4a의 경우, 도 4b에 나타낸 바와 같이, 투광기판(410) 위에 상대적으로 큰 시디의 패턴(420)이 배치되므로, 입사광(431) 중에서 패턴(420)에 의해 반사되는 광(432)의 양은 많고 투광기판(410)을 투과하는 광(433)의 양은 적다. 따라서 검출센서(120)는 도 3a에 나타낸 패턴이 형성된 영역의 경우 상대적으로 적은 반사광의 양을 검출하게 되며, 도 4a에 나타낸 패턴이 형성된 영역의 경우에는 상대적으로 많은 반사광의 양을 검출하게 된다.

프로세서(130)는 검출센서(120)에 의해 검출된 각 단위영역(251-1, 251-2, …, 251-8, 252-1, …, 252-9)에서의 반사광의 양 또는 패턴 밀집 데이터를 입력받고, 입력된 패턴 밀집 데이터의 평균값을 계산한다. 경우에 따라서 평균값 계산은 검출센서(120)에 의해 이루어질 수도 있다. 다음에 계산된 패턴 밀집 데이터의 평균값을 각 단위영역(251-1, 251-2, …, 251-8, 252-1, …, 252-9)의 패턴 밀집 데이터와 비교하여 각 단위영역(251-1, 251-2, …, 251-8, 252-1, …, 252-9)에서의 편차데이터를 계산한다. 그리고 계산된 편차데이터를 디스플레이장치와 같은 표시장치로 사용자에게 표시한다. 편차데이터는, 포토마스크의 셀패턴영역(도 2의 250)과 동일한 형상의 표시영역(240) 내에 각 편차에 대응하는 서로 다른 색상이 표시되는 맵(map) 형태로 표시되도록 함으로써, 사용자의 육안으로도 쉽게 포토마스크의 각 영역에서의 시디 균일도 여부를 확인할 수 있도록 한다.

도 5는 도 1의 표시화면에서 시디 편차가 크게 나타나는 영역에서의 실제 패턴을 정상영역에서의 패턴과 비교하여 나타내 보인 사진이다. 본 발명에 따르면, 포토마스크의 모든 영역에 대해 각 단위영역에서의 시디 균일도, 즉 각 단위영역에서의 패턴 밀집 데이터와 전체 평균 패턴 밀집 데이터와의 차이가 각각 상응하는 색상으로 표시되며, 이에 따라 큰 편차값에 대응하는 색상, 예컨대 빨강색이 있는 곳에서는 시디 불균일도가 높은 영역이라는 것을 육안으로도 쉽게 알 수 있다. 이와 같이 시디 불균일도가 높은 영역의 실제 패턴은, 도 5에 나타낸 바와 같이, 위에 나타낸 정상적인 시디를 갖는 패턴에 비해 아래에 나타낸 상대적으로 큰 시디를 나타내는 비정상적인 패턴(600)이 존재한다는 것을 확인할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 포토마스크의 패턴 시디 균일도 측정장치를 개략적으로 나타내 보인 도면이다.

도 2는 도 1의 패턴 시디 균일도 측정장치의 광 검출 방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면이다.

도 3a 및 도 3b는 작은 시디의 패턴에 대한 광 반사 정도를 나타내 보인 도면들이다.

도 4a 및 도 4b는 큰 시디의 패턴에 대한 광 반사 정도를 나타내 보인 도면들이다.

도 5는 도 1의 표시화면에서 시디 편차가 크게 나타나는 영역에서의 실제 패턴을 정상영역에서의 실제 패턴과 비교하여 나타내 보인 사진이다.

Claims

시디 균일도를 측정하고자 하는 패턴들을 갖는 포토마스크에 광을 조사하는 광원;

상기 포토마스크로부터 반사되는 반사광을 상기 포토마스크의 단위영역별로 검출하여 검출신호를 출력하는 검출센서; 및

상기 단위영역별로 검출된 검출신호를 상기 포토마스크의 전체 영역에 대해 평균한 평균값을 연산하고, 상기 연산된 평균값을 상기 단위영역별 검출신호와 비교하여 계산된 편차데이터를 단위영역별로 구분하여 출력하는 프로세서를 포함하는 포토마스크의 패턴 시디 균일도 측정장치.
제1항에 있어서,

상기 검출센서는 상기 단위영역별로 상기 반사광의 양을 검출하는 포토마스크의 패턴 시디 균일도 측정장치.
제1항에 있어서,

상기 프로세서에 의해 출력되는 표시화면은 상기 포토마스크의 단위영역별로 상기 편차데이터에 대응되는 서로 다른 색상으로 나타내는 포토마스크의 패턴 시디 균일도 측정장치.
시디 균일도를 측정하고자 하는 패턴들을 갖는 포토마스크에 단위영역별로 광을 조사하는 단계;

상기 포토마스크로부터 반사되는 반사광을 상기 단위영역별로 검출하는 단계;

상기 단위영역별로 검출된 검출신호를 상기 포토마스크의 전체 영역에 대해 평균한 평균값을 연산하는 단계;

상기 연산된 평균값을 상기 단위영역별 검출신호와 비교하여 상기 단위영역별 편차데이터를 계산하는 단계; 및

상기 계산된 편차데이터를 단위영역별로 구분하여 출력하는 단계를 포함하는 포토마스크의 패턴 시디 균일도 측정방법.