KR20120027808A

KR20120027808A - 위상반전마스크의 시디 보정방법 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20120027808A
Application number: KR1020100089598A
Authority: KR
Inventors: 유충한
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2010-09-13
Filing date: 2010-09-13
Publication date: 2012-03-22
Also published as: US8455159B2; US20120061349A1; KR101204667B1

Abstract

본 발명의 위상반전마스크의 시디 보정방법은, 기판 위에 위상반전막패턴 및 하드마스크막패턴이 형성된 위상반전마스크의 하드마스크막패턴에 대해 전자빔 스팟을 주사하여 방사되는 2차 전자의 세기파형의 기울기를 정량화한 세기 기울기를 계산하는 단계와, 위상반전막패턴과 하드마스크막패턴의 시디 편차인 델타 시디를 세기 기울기에 대응되는 델타 시디값으로 추출하는 단계와, 그리고 추출된 델타 시디값을 이용하여 위상반전마스크의 시디를 보정하는 단계를 포함한다.

Description

위상반전마스크의 시디 보정방법 및 그 제조방법{Method of correcting CD of phase shift mask and manufacturing the phase shift mask}

본 발명은 포토마스크에 관한 것으로서, 특히 위상반전마스크의 시디 보정방법 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체소자는 각종 패턴들로 이루어지는데, 이와 같은 패턴들은 포토리소그라피 공정 및 식각 공정을 통해 만들어진다. 일 예에 따르면, 먼저 반도체웨이퍼 상의 패턴대상막 위에 광의 조사에 의해 용해도가 변화하는 포토레지스트막을 형성한다. 포토레지스트막의 일정 부위를 포토마스크를 사용하여 노광시킨 후, 현상액에 대하여 용해도가 변화된 부분을 제거하여 포토레지스트막패턴을 형성한다. 그리고 이 포토레지스트막패턴에 의해 노출되는 패턴대상막을 식각을 통해 제거하여 패턴을 형성한다. 그런데 최근 반도체소자의 집적도가 증가함에 따라 패턴의 크기도 작아지고 있으며, 이에 따라 포토리소그라피 공정을 이용한 패턴을 형성하는데 있어서 해상력 저하 등의 원인으로 인한 패턴불량이 심각한 문제로 대두되고 있다. 이에 따라 해상도를 증대시킬 수 있는 여러 해상도증대기술(RET; Resolution Enhancement Technique)에 대한 개발이 계속적으로 이루어지고 있다. 해상도증대기술들 중 하나로서 위상반전 포토마스크를 이용해 해상도를 증대시켜 패턴불량을 최소화하는 방법이 있다. 위상반전 포토마스크는 투명기판 위에 위상반전막패턴을 구비하여, 이 위상반전막패턴에 의해 광의 위상이 제어되도록 함으로써 해상도를 향상시키는 방법이다.

도 1 내지 도 4는 일반적인 위상반전마스크 제조방법을 설명하기 위해 나타내 보인 단면도들이다. 먼저 도 1에 나타낸 바와 같이, 기판(100) 위에 위상반전막(110) 및 하드마스크막(120)을 형성한다. 하드마스크막(120) 위에 레지스트막패턴(130)을 형성한다. 다음에 레지스트막패턴(130)을 식각마스크로 한 식각을 수행하여 하드마스크막(120)의 노출부분을 제거하고, 계속해서 위상반전막(110)의 노출부분도 제거한다. 이 식각에 의해, 도 2에 나타낸 바와 같이, 위상반전막패턴(112) 및 하드마스크막패턴(122)이 형성된다. 다음에 레지스트막패턴(130)을 제거하여, 도 3에 나타낸 바와 같이, 기판(110) 위에 위상반전막패턴(112) 및 하드마스크막패턴(122)이 순차적으로 적층되어 있는 구조를 형성한다. 이어서 도 4에 나타낸 바와 같이, 일정 영역의 하드마스크막패턴(122)을 제거하여 위상반전막패턴(112)이 노출되도록 한다. 통상적으로 위상반전막패턴(112)이 노출되는 영역은 셀 영역과 같이 웨이퍼상으로 전사되는 패턴들이 배치되는 영역이며, 하드마스크막패턴(122)이 남아 있는 영역은 포토마스크의 프레임(frame) 영역과 같이 웨이퍼상으로 패턴이 전사되지 않아야 할 영역이다.

이 과정에서 위상반전막패턴(112)은, 그 패턴 사이즈(size)인 시디(CD; Critical Dimension)가 설계상의 시디와 일치되도록 형성되어야 한다. 그러나 실제 공정을 진행하는 과정에서 일부 위상반전막패턴(112)들은 설계상의 시디와 다른 시디를 나타낸다. 이 경우 웨이퍼상에 전사되어 웨이퍼상에 형성되는 패턴의 시디 또한 설계상의 시디와 다르게 형성되므로 소자의 불량 동작을 유발하는 원인이 될 수 있다. 따라서 위상반전마스크를 제조하는 과정에서 위상반전막패턴(112)의 시디를 보정하는 과정이 수행되어야 한다. 위상반전막패턴(112)의 시디를 보정하기 위해서는, 먼저 형성된 위상반전막패턴(112)의 시디를 측정하여야 한다. 그러나 도 3에 나타낸 바와 같이, 레지스트막패턴(130)을 제거한 후에 위상반전막패턴(112) 위에는 하드마스크막패턴(122)이 배치되어 있으므로, 위상반전막패턴(112)의 시디를 직접 측정하기가 어렵다. 따라서 위상반전막패턴(112)의 시디를 직접 측정하는 대신에, 하드마스크막패턴(122)의 시디를 측정하고 그 측정 결과에 따라 위상반전막패턴(112)의 시디 보정 여부를 판단한다.

그런데 하드마스크막패턴(122)은 위상반전막패턴(112) 형성을 위한 식각과정에서 식각버퍼막으로 사용하기 위한 것으로서, 위상반전막패턴(112)과는 다른 물질로 형성되고, 그 결과 위상반전막패턴(112)의 식각율(etch rate)과는 다른 식각율을 갖는다. 따라서 도 5에 나타낸 바와 같이, 하드마스크막패턴(122) 형성 및 위상반전막패턴(112) 형성을 위한 식각을 수행하고 나면, 식각율이 낮은 하드마스크막패턴(122)의 시디(CD2)보다 식각율이 높은 위상반전막패턴(112)의 시디(CD1)가 더 작아지는 현상이 나타난다. 이하에서는 이와 같이 위상반전막패턴(112)의 시디(CD1)와 하드마스크막패턴(122)의 시디(CD2) 사이의 편차를 델타 시디(ΔCD)로 정의하기로 한다. 이와 같은 델타 시디(ΔCD)는, 하드마스크막패턴(122)의 시디 민 투 타겟(CD Mean To Target; 이하 CD MTT)에서 위상반전막패턴(112)의 CD MTT를 뺀 값과 동일하다. 여기서 CD MTT는 실제 측정된 시디값에서 타겟값, 즉 설계시의 시디값을 뺀 편차를 나타낸다.

종래에는 위상반전막패턴(112)의 시디를 보정하기 위해, 먼저 하드마스크막패턴(122)의 시디, 즉 CD MTT를 측정하고, 측정된 하드마스크막패턴(122)의 CD MTT에 델타 시디(ΔCD)를 뺀 값을 위상반전막패턴(112)의 CD MTT로 추정하였다. 그리고 추정된 위상반전막패턴(112)의 CD MTT만큼 보정되도록 추가 식각을 수행하였다. 그런데 하드마스크막패턴(122)의 CD는 그 측정 과정에서 심한 변동을 나타내며, 따라서 열악한 재현성(repeatability)을 보여준다는 문제가 있다. 이와 같은 열악한 재현성을 나타내는 원인으로서 여러가지가 있을 수 있는데, 일 예로, 하드마스크막패턴(122)의 패턴 프로파일(pattern profile)의 측면 경사가 심한 경우이거나, 또는 측정 장치의 상태나 측정 조건에 따라 측정시마다 측정 결과가 달라질 수 있다. 이와 같이 하드마스크막패턴(122)의 CD 측정이 여러가지 변수들에 의해 측정시마다 달라짐에 따라, 측정된 하드마스크막패턴(122)의 CD MTT의 정확도가 떨어지게 되며, 그 결과 비록 델타 시디(ΔCD)가 정확하더라도 위상반전막패턴(112)의 CD MTT를 정확하게 산출할 수 없게 된다. 따라서 부정확하게 산출된 위상반전막패턴(112)의 CD MTT를 근거로 추가 식각을 수행하게 되면, 최종적으로 얻어지는 위상반전막패턴(112)의 시디 또한 설계 시디와 큰 차이를 나타낼 수 있다. 이 외에도, 델타 시디(ΔCD)는 다수의 테스트 과정을 통해 사전에 미리 결정되는 값으로서, 델타 시디(ΔCD)를 결정하기 위해 수행되는 테스트시의 측정 상태(condition)와 실제 보정을 위해 수행되는 측정시의 상태가 동일하지 않음에 따라 델타 시디(ΔCD)에 대한 보정도 전혀 이루어지지 않고 있다.

본 발명이 해결하려는 과제는, 하드마스크막패턴의 시디(또는 CD MTT)의 측정 재현성을 향상시킴으로써 정확한 위상반전막패턴의 시디(또는 CD MTT)를 산출하고, 또한 델타 시디(ΔCD)에 대한 보정도 함께 수행되도록 함으로써, 위상반전막패턴의 시디 보정이 정밀하게 이루어질 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 일 예에 따른 위상반전마스크의 시디 보정방법은, 기판 위에 위상반전막패턴 및 하드마스크막패턴이 형성된 위상반전마스크의 하드마스크막패턴에 대해 전자빔 스팟을 주사하여 방사되는 2차 전자의 세기파형의 기울기를 정량화한 세기 기울기를 계산하는 단계와, 위상반전막패턴과 하드마스크막패턴의 시디 편차인 델타 시디를 세기 기울기에 대응되는 델타 시디값으로 추출하는 단계와, 그리고 추출된 델타 시디값을 이용하여 위상반전마스크의 시디를 보정하는 단계를 포함한다.

상기 세기 기울기를 계산하는 단계는, 2차 전자의 제1 세기값을 기준으로 하드마스크막패턴의 시디를 측정하는 제1 측정단계와, 2차 전자의 제2 세기값을 기준으로 하드마스크막패턴의 시디를 측정하는 제2 측정단계와, 그리고 제1 세기값과 제1 측정단계에서 측정된 제1 측정값으로 이루어진 제1 좌표와, 제2 세기값과 제2 측정단계에서 측정된 제2 측정값으로 이루어진 제2 좌표를 지나는 직선의 기울기를 세기 기울기로 계산하는 단계를 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 제1 측정단계 및 제2 측정단계는 주사전자현미경(SEM) 장치를 사용하여 수행할 수 있다. 상기 제1 세기값 및 제2 세기값은 각각 상기 2차 전자의 최대 세기의 80% 및 20%로 설정할 수 있다.

상기 델타 시디값을 추출하는 단계는, 세기 기울기와 델타 시디를 변수로 하는 함수식을 사용하여 수행할 수 있다.

이 경우, 함수식은 복수의 테스트를 통해 사전에 미리 준비하는 것이 바람직하다.

상기 함수식을 미리 준비하는 단계는, 하드마스크막패턴에 대해 2차 전자의 서로 다른 제1 세기값 및 제2 세기값을 기준으로 제1 시디값 및 제2 시디값을 측정하는 제1 단계와, 제1 세기값 및 제2 세기값과 제1 시디값 및 제2 시디값을 이용하여 세기 기울기를 계산하는 제2 단계와, 하드마스크막패턴을 제거한 후 위상반전막패턴의 시디를 측정하여 델타 시디를 계산하는 제3 단계와, 그리고 제1 단계 내지 제3 단계를 복수회 반복수행하여 얻어진 세기 기울기들과 대응되는 각각의 델타 시디들에 적용되는 함수식을 정의하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 위상반전막패턴을 추가적으로 식각하는 단계는, 플라즈마를 이용한 식각방법을 사용하여 수행할 수 있다.

본 발명의 일 예에 따른 위상반전마스크 제조방법은, 기판 위의 위상반전막 위에 하드마스크막패턴을 형성하는 단계와, 하드마스크막패턴을 식각마스크로 위상반전막을 식각하여 위상반전막패턴을 형성하는 단계와, 하드마스크막패턴에 대해 전자빔 스팟을 주사하여 방사되는 2차 전자의 세기파형의 기울기를 정량화한 세기 기울기를 계산하는 단계와, 위상반전막패턴과 하드마스크막패턴의 시디 편차인 델타 시디를 세기 기울기에 대응되는 델타 시디값으로 추출하는 단계와, 추출된 델타 시디값을 이용하여 위상반전마스크의 시디를 보정하는 단계와, 그리고 하드마스크막패턴을 제거하는 단계를 포함한다.

상기 위상반전막은 몰리브데늄실리콘막을 이용하여 형성할 수 있다.

상기 하드마스크막패턴은 크롬막을 이용하여 형성할 수 있다.

본 발명에 따르면, 시디 측정에 영향을 미치는 2차 전자 세기 파형의 기울기를 정량화한 세기 기울기(IS)를 계산하고, 델타 시디를 세기 기울기(IS)에 대응되는 값으로 가변적으로 설정함으로써 위상반전막패턴의 시디(또는 CD MTT)를 정확하게 계산할 수 있으며, 이에 따라 타겟인 설계 시디에 근접되도록 위상반전막패턴의 시디를 보정할 수 있다는 이점이 제공된다.

도 1 내지 도 4는 일반적인 위상반전마스크 제조방법을 설명하기 위해 나타내 보인 단면도들이다.
도 5는 위상반전마스크의 위상반전막패턴 및 하드마스크막패턴의 시디 편차를 설명하기 위해 나타내 보인 단면도이다.
도 6 내지 도 14는 본 발명의 일 예에 따른 위상반전마스크 제조방법을 설명하기 위해 나타내 보인 단면도들이다.
도 15는 하드마스크막패턴의 시디 측정시 2차 전자의 세기 파형의 일 예를 나타내 보인 그래프이다.
도 16은 도 15의 2차 전자의 세기 파형의 기울기에 따라 측정되는 시디값을 나타내 보인 도면이다.
도 17 및 도 18은 세기 기울기(IS)를 계산하는 방법을 설명하기 위해 나타내 보인 도면들이다.
도 19는 세기 기울기(IS)와 델타 시디(ΔCD)를 변수로 하는 함수식을 정의하는 과정을 설명하기 위해 나타내 보인 플로챠트이다.
도 20은 세기 기울기(IS)-델타 시디(ΔCD) 함수의 일 예를 나타내 보인 그래프이다.
도 21은 본 발명에 따른 시디 보정방법에 의한 시디 오차를 종래의 경우와 비교하여 나타내 보인 그래프이다.

도 6 내지 도 14는 본 발명의 일 예에 따른 위상반전마스크 제조방법을 설명하기 위해 나타내 보인 단면도들이다. 먼저 도 6에 도시된 바와 같이, 쿼츠(quartz)와 같은 투광성 기판(200) 위에 위상반전막(210), 하드마스크막(220), 및 레지스트막(132)을 순차적으로 형성한다. 위상반전막(210)은 특정 파장에서 부분적인 광 투과율을 갖는 물질, 예컨대 몰리브데늄실리콘(MoSi)막으로 형성한다. 하드마스크막(220)은 위상반전막(210) 식각시 식각버퍼막으로 사용하는 동시에, 일부 영역, 예컨대 웨이퍼로 패턴이 전사되지 않는 프레임(frame) 영역에서는 잔류하여 광을 차단하는 역할을 수행할 수 있는 물질, 예컨대 크롬(Cr)막으로 형성한다. 다음에 도 7에 도시된 바와 같이, 레지스트막(도 6 의 132)에 대해 통상의 전자빔(e-beam)을 이용한 노광 및 현상을 수행하여 레지스트막패턴(230)을 형성한다. 레지스트막패턴(230)은 하드마스크막(220)의 일부표면을 노출시키는 개구부(234)를 갖는다.

다음에 도 8에 도시된 바와 같이, 레지스트막패턴(230)을 식각마스크로 노출된 하드마스크막(도 7의 220)에 대한 식각을 수행하여 하드마스크막패턴(222)을 형성한다. 레지스트막패턴(230)과 하드마스크막패턴(222)은 위상반전막(210)의 일부표면을 노출시키는 개구부(236)를 갖는다. 하드마스크막패턴(222) 형성을 위한 식각은 건식식각(dry etch)방법을 사용하여 수행한다. 다음에 도 9에 도시된 바와 같이, 레지스트막패턴(230) 및 하드마스크막패턴(222)을 식각마스크로 위상반전막(도 8의 210)의 노출부분에 대한 식각을 수행하여 위상반전막패턴(212)을 형성한다. 레지스트막패턴(230), 하드마스크막패턴(222) 및 위상반전막패턴(212)은 기판(200)의 일부 표면을 노출시키는 개구부(238)를 갖는다. 위상반전막패턴(212) 형성을 위한 식각은 하드마스크막패턴(222) 형성을 위한 식각과 동일하게 수행하며, 따라서 하드마스크막패턴(222) 형성을 위한 식각 및 위상반전막패턴(212) 형성을 위한 식각은 동일한 식각장비에서 연속적으로 수행된다.

다음에 도 10에 도시된 바와 같이, 레지스트막패턴(도 9의 230)을 제거하여 하드마스크막패턴(222)이 노출되도록 한다. 비록 도 10에서 위상반전막패턴(212)과 하드마스크막패턴(222)의 시디가 동일한 것으로 도시되어 있지만, 이는 이상적인 경우를 나타낸 것으로서 실제로는 서로 다른 시디를 나타낸다. 그 주된 이유들 중 하나는 건식 식각 방법을 이용하여 식각을 수행할 때, 위상반전막(210)의 식각율과 하드마스크막(220)의 식각율이 서로 다르기 때문이다. 이를 자세하게 나타내 보인 도 11을 참조하면, 크롬(Cr)막으로 이루어진 하드마스크막패턴(222)은 상대적으로 낮은 식각율로 인하여 상대적으로 큰 제1 시디(CD1)를 나타내는 반면에, 몰리브데늄실리콘(MoSi)막으로 이루어진 위상반전막패턴(212)은 상대적으로 높은 식각율로 인해 상대적으로 작은 제2 시디(CD2)를 나타낸다. 이 상태에서 위상반전막패턴(121)의 시디를 보정하기 위해서는 위상반전막패턴(212)의 제2 시디(CD2)를 측정하여야 하지만, 위상반전막패턴(212) 위에 있는 하드마스크막패턴(222)으로 인해 위상반전막패턴(212)의 제2 시디(CD2)를 직접 측정하기는 어렵다. 따라서 하드마스크막패턴(222)의 제1 시디(CD1)를 측정한 후에, 측정된 하드마스크막패턴(222)의 제1 시디(CD1)를 근거로 위상반전막패턴(212)의 제2 시디(CD2)를 계산한다.

위상반전막패턴(212)의 시디(CD) 측정은 주사전자현미경(SEM; Scanning Electron Microscopy) 장치를 사용하여 이루어진다. 즉 하드마스크막패턴(222) 및 위상반전막패턴(212)을 형성하고, 레지스트막패턴(230)이 제거된 상태의 위상반전마스크(도 10 참조)의 표면에 전자빔 스팟(spot)을 형성하고, 이 전자빔 스팟이 위상반전마스크 부위를 주사(scanning)하여 프로파일 영상을 형성한다. 이 과정에서 여러 형태의 방사(radiation)이 발생하지만, 위상반전마스크의 표면에 가장 가까운 영역에서 발생하는 2차 전자(secondary electron)을 이용해 영상을 출력한다. 일반적으로 주사전자현미경 장치를 이용하여 측정을 수행하는 경우, 위상반전마스크 표면으로부터 튀어나오는 2차 전자의 파형에 따라 동일한 하드마스크막패턴(222) 프로파일에 대해서도 시디값이 다르게 측정될 수 있다. 특히 2차 전자의 세기 파형의 기울기가 다를 경우, 측정되는 시디값도 달라진다.

이를 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면, 먼저 도 15에는 2차 전자의 세기 분포를 나타내는 파형이 도시되어 있다. 도 15에 나타낸 바와 같이, 2차 전자 파형의 세기를 나타내는 파형은 일정한 기울기(S)를 갖는다. 이 기울기(S)는, 주사전자현미경(SEM)의 이미지 포커싱(image focusing)과 전자빔 전류 등에 의해 결정된다. 따라서 측정시마다 이미지 포키싱이나 전자빔 전류 등의 조건에 따라 다른 기울기(S)를 나타낼 수 있으며, 이 경우 동일 패턴 프로파일이더라도 측정되는 시디값이 달라진다. 구체적으로 도 16에 나타낸 바와 같이, 2차 전자의 세기 파형이 상대적으로 크게 나타내는 경우("301"로 표시), 특정 세기(A)에서 측정된 시디값(CDA1)은, 2차 전자의 세기 파형이 상대적으로 작게 나타내는 경우("302"로 표시)에서 동일한 세기(A)로 측정된 시디값(CDA2)와 다르게 나타난다. 이는 동일한 대상 패턴임에도 불구하고, 측정시 측정장치의 상태 등의 원인에 따라 2차 전자의 세기 파형의 기울기가 측정시마다 달라질 수 있으며, 그 결과 측정시마다 하드마스크막패턴(222)의 시디값이 달라질 수 있다는 것을 의미한다.

따라서 본 실시예에서는 이와 같은 문제를 방지하기 위해, 하드마스크막패턴(222)의 시디 측정을 제1 측정단계와 제2 측정단계의 두 단계로 나누어 수행한다. 이를 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면, 먼저 도 17에 나타낸 바와 같이, 측정 결과 얻어진 2차 전자의 세기 파형에서 제1 세기값(a)을 기준으로 시디(또는 CD MTT)를 측정하는 제1 측정단계를 수행하고, 이어서 제2 세기값(b)을 기준으로 시디(또는 CD MTT)를 측정하는 제2 측정단계를 수행한다. 일 예에서, 제1 세기값(a)은 최대 세기값(Max)의 대략 80%에 해당하는 값으로 설정하며, 제2 세기값(b)은 최대 세기값(Max)의 대략 20%에 해당하는 값으로 설정한다. 제1 측정단계를 수행함에 따라 제1 시디값(CDa)이 얻어지고, 제2 측정단계를 수행함에 따라 제2 시디값(CDb)이 얻어진다. 제1 세기값(a)을 제2 세기값(b)보다 크게 설정하였으므로 제1 시디값(CDa)이 제2 시디값(CDb)보다 크게 측정된다.

다음에 측정된 제1 시디값(CDa)과 제2 시디값(CDb)을 이용하여 2차 전자의 세기 파형의 기울기를 정량화한다. 구체적으로 도 18에 도시된 바와 같이, 2차 전자의 세기를 가로축으로 하고 하드마스크막패턴(222)의 측정된 시디를 세로축으로 한 그래프에서, 제1 세기(a)에서의 제1 시디값(CDa)을 나타내는 제1 좌표(a, CDa)와, 제2 세기(b)에서의 제2 시디값(CDb)을 나타내는 제2 좌표(b, CDb)를 동시에 지나는 선(400)의 기울기를 계산하고, 이 계산된 기울기를 2차 전자의 세기 파형의 기울기를 정량화한 세기 기울기(IS; Intensity Slope)로 정의한다. 따라서 이 경우 세기 기울기(IS)는 아래의 수학식 1에 의해 계산된다.

수학식 1에서 제1 시디값(CDa)과 제2 시디값(CDb)은 실제 측정된 시디(CD)를 의미하며, CD MTT로 대체할 수 있다.

이와 같이 세기 기울기(IS)를 계산한 후에는, 계산된 세기 기울기(IS)를 이용하여 델타 시디(ΔCD)를 추출한다. 이때 델타 시디(ΔCD)는 고정된 값이 아닌 가변적인 값으로서 세기 기울기(IS)에 의해 값이 변한다. 본 실시예에서 델타 시디(ΔCD)는 세기 기울기(IS)와 델타 시디(ΔCD)를 변수로 하는 함수식을 사용하여 추출한다. 이를 위해서는, 사전에 세기 기울기(IS)와 델타 시디(ΔCD)를 변수로 하는 함수식을 정의하고, 경우에 따라서는 정의된 함수식을 충족하는 테이블(table) 데이터를 준비한다. 이와 같은 함수식 정의 또는 테이블 데이터 준비는 복수의 테스트를 통해 이루어질 수 있으며, 실제 시디 보정과정에서 얻어진 측정값들은 함수식 또는 테이블 데이터를 업데이트하는데 사용될 수 있다.

도 19는 세기 기울기(IS)와 델타 시디(ΔCD)를 변수로 하는 함수식을 정의하는 과정을 설명하기 위해 나타내 보인 플로챠트이다. 도 19를 참조하면, 도 6 내지 도 10을 참조하여 설명한 바와 같이, 하드마스크막패턴(222) 및 위상반전막패턴(212)을 형성하고, 레지스트막패턴(230)이 제거된 상태에서 하드마스크막패턴(222)에 대해 2차 전자의 서로 다른 제1 세기값(a) 및 제2 세기값(b)을 기준으로 제1 시디값(CDa) 및 제2 시디값(CDb)을 측정한다(단계 501). 다음에 제1 세기값(a) 및 제2 세기값(b)과 제1 시디값(CDa) 및 제2 시디값(CDb)을 이용하여 세기 기울기(IS)를 계산한다(단계 502). 세기 기울기(IS)의 계산은 위 수학식 1에 의해 이루어진다. 다음에 도 14에 도시된 바와 같이, 셀영역 내의 하드마스크막패턴(222)을 제거하여 셀영역 내의 위상반전막패턴(212)을 노출시킨 후, 노출된 위상반전막패턴의 시디를 측정하여 델타 시디(ΔCD)를 계산한다(단계 503, 504). 델타 시디(ΔCD)는, 하드마스크막패턴(222)의 시디 측정값과 위상반전막패턴(212)의 시디 측정값을 비교함으로써 얻어진다. 시디 측정값을 비교하는 대신에 CD MTT를 비교할 수도 있다. 이때 하드마스크막패턴(222)의 시디 측정값은 제1 세기값(a)을 기준으로 측정한 제1 시디값(CDa)이 사용되며, 이 경우 위상반전막패턴(212)의 시디 측정도 제1 세기값(a)을 기준으로 이루어진다. 이와 같이 델타 시디(ΔCD)가 계산되면 특정 세기 기울기(IS)에 대한 델타 시디(ΔCD)값이 얻어진다. 단계 501 내지 504의 과정은 충분한 데이터가 확보될 때까지 반복적으로 수행하며, 단계 505의 판단에 의해 복수의 세기 기울기(IS)에 대한 복수의 델타 시디(ΔCD)값을 충분히 확보한 경우에는 세기 기울기(IS)-델타 시디(ΔCD) 함수식을 정의한다(단계 506).

도 20은 이와 같은 과정을 통해 얻어진 세기 기울기(IS)-델타 시디(ΔCD) 함수의 일 예를 나타내보인 그래프이다. 도 20에 도시된 바와 같이, 세기 기울기(IS)-델타 시디(ΔCD)는 일정한 기울기를 갖는 1차 함수 그래프(601)로 나타낼 수 있다. 도 20에 나타낸 1차 함수 그래프(601)는 라인/스페이스 형태의 위상반전막패턴(212)에 대해 도 19를 참조하여 설명한 과정을 5회 수행하여 얻은 그래프로서, 기울기가 1.22이고 y축과의 교차점은 -41.4인 1차 함수식, Y=1.22X-41,4(여기서 X= IS, Y=ΔCD)로 나타낼 수 있다. 이와 같이, 얻어진 세기기울기(IS)-델타 시디(ΔCD) 함수식은, 계산된 세기 기울기(IS)에 대응되는 델타 시디(ΔCD)를 추출하는데 사용된다. 즉 도 17 및 도 18을 참조하여 설명한 바와 같이, 세기 기울기(IS)를 계산한 후에 위 함수식의 변수 X값으로 계산된 세기 기울기(IS)를 대입함으로써 변수 Y값인 델타 시디(ΔCD)를 추출할 수 있다. 세기기울기(IS)-델타 시디(ΔCD) 함수식은 패턴의 형태에 따라 달라질 수 있으므로 패턴이 달라지는 경우 달라진 패턴에 대한 세기기울기(IS)-델타 시디(ΔCD) 함수식을 별도로 설정하여야 한다. 또한 하드마스크막패턴(222)에 대한 시디 측정시 측정 방향에 따라 세기기울기(IS)-델타 시디(ΔCD) 함수식이 달라질 수 있으므로 측정 방향에 따른 세기기울기(IS)-델타 시디(ΔCD) 함수식을 별도로 설정할 수도 있다.

델타 시디(ΔCD)를 추출한 후에는, 도 11에 나타낸 바와 같이, 하드마스크막패턴(222)의 시디(또는 CD MTT)에 델타 시디(ΔCD)를 뺀 값으로 위상반전막패턴(212)의 시디(또는 CD MTT)를 계산할 수 있다. 이와 같이 위상반전막패턴(212)의 시디(또는 CD MTT)를 계산한 후에는, 위상반전막패턴(212)에 대한 추가적인 식각을 수행하여 위상반전막패턴(212)의 시디를 설계 시디와 일치되도록 보정한다. 구체적으로 도 12에 나타낸 바와 같이, 하드마스크막패턴(222)의 시디(CD1)(또는 CD MTT) 측정을 통해 위상반전막패턴(212)의 보정전 시디(CD2)를 계산하고, 이 계산된 보정전 시디(CD2)에 추가 식각을 수행함으로써 설계 시디와 동일한 최종 시디(CD3)를 갖는 위상반전막패턴(214)을 형성할 수 있다. 이때 식각이 이루어지는 양은 계산된 위상반전막패턴(212)의 시디에서 타겟인 설계 시디(CD3)를 뺀 양이 된다. 식각은 플라즈마를 이용한 건식식각방법을 사용하여 수행한다. 이 경우 위상반전막패턴의 상부는 하드마스크막패턴에 의해 보호되므로 위상반전막패턴의 측면에 대해서 주로 식각이 이루어진다.

이와 같이 위상반전막패턴에 대해 시디 보정을 수행한 후에는, 도 13에 나타낸 바와 같이, 일부 영역, 예컨대 셀영역은 노출시키고 프레임영역은 덮는 레지스트막패턴(230)을 형성한다. 그리고 이 레지스트막패턴(230)을 식각마스크로 노출된 셀영역 내의 하드마스크막패턴(222)을 제거한다. 이후 레지스트막패턴(230)을 제거하면, 도 14에 나타낸 바와 같이, 셀영역에서는 위상반전막패턴이 배치되고, 프레임영역에는 위상반전막패턴과 하드마스크막패턴이 배치되는 위상반전마스크가 만들어진다. 프레임영역에서 하드마스크막패턴은 광차단막으로서의 역할을 수행한다. 하드마스크막패턴(222)을 제거한 후에는 위상반전마스크(214)의 시디를 측정하고, 이 측정된 시디값은 세기 기울기(IS)-델타 시디(ΔCD) 함수를 설정하기 위한 데이터로 사용될 수 있다.

도 21은 본 발명에 따른 시디 보정방법에 의한 시디 오차를 종래의 경우와 비교하여 나타내 보인 그래프이다. 도 21을 참조하면, 종래의 경우, 즉 하드마스크막패턴에 대한 시디 측정을 하나의 2차 전자 세기값을 기준으로 수행하고, 고정된 델타 시디(ΔCD)값을 적용한 경우(710)에 비해, 본 발명의 경우, 즉 하드마스크막패턴에 대한 시디 측정을 복수의 2차 전자 세기값들을 기준으로 수행하고, 세기 기울기(IS)를 계산한 후에 그에 대응되도록 가변적인 델타 시디(ΔCD)값을 적용한 경우(720)에는 대략 80% 정도 오차가 적어지는 효과가 나타난다는 것을 알 수 있다.

200...투광성 기판 212...위상반전막패턴
222...하드마스크막패턴 214...시디 보정된 위상반전막패턴
230...레지스트막패턴

Claims

기판 위에 위상반전막패턴 및 하드마스크막패턴이 형성된 위상반전마스크의 상기 하드마스크막패턴에 대해 전자빔 스팟을 주사하여 방사되는 2차 전자의 세기파형의 기울기를 정량화한 세기 기울기를 계산하는 단계;
상기 위상반전막패턴과 상기 하드마스크막패턴의 시디 편차인 델타 시디를 상기 세기 기울기에 대응되는 델타 시디값으로 추출하는 단계; 및
상기 추출된 델타 시디값을 이용하여 상기 위상반전마스크의 시디를 보정하는 단계를 포함하는 위상반전마스크의 시디 보정방법.
제1항에 있어서, 상기 세기 기울기를 계산하는 단계는,
상기 2차 전자의 제1 세기값을 기준으로 상기 하드마스크막패턴의 시디를 측정하는 제1 측정단계;
상기 2차 전자의 제2 세기값을 기준으로 상기 하드마스크막패턴의 시디를 측정하는 제2 측정단계; 및
상기 제1 세기값과 상기 제1 측정단계에서 측정된 제1 측정값으로 이루어진 제1 좌표와, 상기 제2 세기값과 상기 제2 측정단계에서 측정된 제2 측정값으로 이루어진 제2 좌표를 지나는 직선의 기울기를 상기 세기 기울기로 계산하는 단계를 포함하는 위상반전마스크의 시디 보정방법.
제2항에 있어서,
상기 제1 측정단계 및 제2 측정단계는 주사전자현미경(SEM) 장치를 사용하여 수행하는 위상반전마스크의 시디 보정방법.
제2항에 있어서,
상기 제1 세기값 및 제2 세기값은 각각 상기 2차 전자의 최대 세기의 80% 및 20%로 설정하는 위상반전마스크의 시디 보정방법.
제1항에 있어서,
상기 델타 시디값을 추출하는 단계는, 상기 세기 기울기와 델타 시디를 변수로 하는 함수식을 사용하여 수행하는 위상반전마스크의 시디 보정방법.
제5항에 있어서,
상기 함수식은 복수의 테스트를 통해 사전에 미리 준비하는 위상반전마스크의 시디 보정방법.
제6항에 있어서, 상기 함수식을 미리 준비하는 단계는,
상기 하드마스크막패턴에 대해 2차 전자의 서로 다른 제1 세기값 및 제2 세기값을 기준으로 제1 시디값 및 제2 시디값을 측정하는 제1 단계;
상기 제1 세기값 및 제2 세기값과 상기 제1 시디값 및 제2 시디값을 이용하여 세기 기울기를 계산하는 제2 단계;
상기 하드마스크막패턴을 제거한 후 상기 위상반전막패턴의 시디를 측정하여 델타 시디를 계산하는 제3 단계; 및
상기 제1 단계 내지 제3 단계를 복수회 반복수행하여 얻어진 세기 기울기들과 대응되는 각각의 델타 시디들에 적용되는 함수식을 정의하는 단계를 포함하는 위상반전마스크의 시디 보정방법.
제1항에 있어서,
상기 위상반전막패턴을 추가적으로 식각하는 단계는, 플라즈마를 이용한 식각방법을 사용하여 수행하는 위상반전마스크의 시디 보정방법.
기판 위의 위상반전막 위에 하드마스크막패턴을 형성하는 단계;
상기 하드마스크막패턴을 식각마스크로 상기 위상반전막을 식각하여 위상반전막패턴을 형성하는 단계;
상기 하드마스크막패턴에 대해 전자빔 스팟을 주사하여 방사되는 2차 전자의 세기파형의 기울기를 정량화한 세기 기울기를 계산하는 단계;
상기 위상반전막패턴과 상기 하드마스크막패턴의 시디 편차인 델타 시디를 상기 세기 기울기에 대응되는 델타 시디값으로 추출하는 단계;
상기 추출된 델타 시디값을 이용하여 상기 위상반전마스크의 시디를 보정하는 단계; 및
상기 하드마스크막패턴을 제거하는 단계를 포함하는 위상반전마스크 제조방법.
제9항에 있어서, 상기 세기 기울기를 계산하는 단계는,
상기 2차 전자의 제1 세기값을 기준으로 상기 하드마스크막패턴의 시디를 측정하는 제1 측정단계;
상기 2차 전자의 제2 세기값을 기준으로 상기 하드마스크막패턴의 시디를 측정하는 제2 측정단계; 및
상기 제1 세기값과 상기 제1 측정단계에서 측정된 제1 측정값으로 이루어진 제1 좌표와, 상기 제2 세기값과 상기 제2 측정단계에서 측정된 제2 측정값으로 이루어진 제2 좌표를 지나는 직선의 기울기를 상기 세기 기울기로 계산하는 단계를 포함하는 위상반전마스크 제조방법.
제10항에 있어서,
상기 제1 측정단계 및 제2 측정단계는 주사전자현미경(SEM) 장치를 사용하여 수행하는 위상반전마스크 제조방법.
제10항에 있어서,
상기 제1 세기값 및 제2 세기값은 각각 상기 2차 전자의 최대 세기의 80% 및 20%로 설정하는 위상반전마스크 제조방법.
제9항에 있어서,
상기 델타 시디값을 추출하는 단계는, 상기 세기 기울기와 델타 시디를 변수로 하는 함수식을 사용하여 수행하는 위상반전마스크 제조방법.
제13항에 있어서,
상기 함수식은 복수의 테스트를 통해 사전에 미리 준비하는 위상반전마스크 제조방법.
제14항에 있어서, 상기 함수식을 미리 준비하는 단계는,
상기 하드마스크막패턴에 대해 2차 전자의 서로 다른 제1 세기값 및 제2 세기값을 기준으로 제1 시디값 및 제2 시디값을 측정하는 제1 단계;
상기 제1 세기값 및 제2 세기값과 상기 제1 시디값 및 제2 시디값을 이용하여 세기 기울기를 계산하는 제2 단계;
상기 하드마스크막패턴을 제거한 후 상기 위상반전막패턴의 시디를 측정하여 델타 시디를 계산하는 제3 단계; 및
상기 제1 단계 내지 제3 단계를 복수회 반복수행하여 얻어진 세기 기울기들과 대응되는 각각의 델타 시디들에 적용되는 함수식을 정의하는 단계를 포함하는 위상반전마스크의 시디 보정방법.
제9항에 있어서,
상기 위상반전막패턴을 추가적으로 식각하는 단계는, 플라즈마를 이용한 식각방법을 사용하여 수행하는 위상반전마스크의 시디 보정방법.
제9항에 있어서,
상기 위상반전막은 몰리브데늄실리콘막을 이용하여 형성하는 위상반전마스크 제조방법.
제9항에 있어서,
상기 하드마스크막패턴은 크롬막을 이용하여 형성하는 위상반전마스크 제조방법.