KR20120108615A - 노광 장치에서 노광 에너지 측정 방법 - Google Patents

노광 장치에서 노광 에너지 측정 방법 Download PDF

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Abstract

노광 에너지 측정 방법으로, 기판 상의 포토레지스트막에 대해 샷 별로 노광광의 에너지를 다르게 하면서 스켄 방식으로 노광하고 현상하여 샘플 포토레지스트막을 형성한다. 상기 샘플 포토레지스트막에서 각 샷 별로 컬러의 세기를 분석한다. 상기 노광광 에너지 강도에 따라 상기 컬러의 세기가 변하는 구간 내의 샷을 정하고, 상기 정해진 샷 내에서 각 픽셀별로 컬러의 세기를 측정한다. 상기 정해진 샷 내에서 노광광의 스켄 방향으로 컬러의 세기를 평균하여 컬러 세기값을 산출한다. 상기 컬러의 세기값을 노광광의 에너지값으로 환산하여, 상기 샷 내에서 상기 노광광의 스켄 방향과 수직하는 방향의 위치별로 노광 에너지의 분포를 산출한다. 상기 방법으로 단시간내에 정확히 노광 에너지를 측정할 수 있다.

Description

노광 장치에서 노광 에너지 측정 방법{Method of measure an expose energy in photolithography system}
본 발명은 노광 장치에서 노광광의 에너지 분포를 측정하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 스케너형 노광 장치에서 슬릿을 통과하는 노광광의 에너지 분포를 단시간 내에 측정하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 스케너형 노광 장치를 사용하여 노광할 때 슬릿을 통과하는 노광광은 균일한 에너지를 가져야 한다. 그러므로, 상기 슬릿을 통과하는 노광광의 에너지 분포를 정확하게 측정하고, 노광광의 에너지가 균일하게 되도록 조절하는 것이 요구된다. 일반적으로, 상기 노광광의 에너지 분포를 측정하기 위하여 스케너형 노광 장치 내에 장착된 센서를 사용하고 있다. 그런데, 상기 센서를 이용하여 상기 슬릿 내를 통과하는 노광광의 에너지의 분포를 측정하는 데는 수십분 내지 수시간이 소요되며, 상기 측정하는 시간 동안은 노광 공정을 수행할 수가 없다. 그러므로, 단시간 내에 정확하게 슬릿을 통과하는 노광광의 에너지 분포를 측정하는 방법이 요구된다.
본 발명의 목적은 단시간 내에 정확하게 슬릿을 통과하는 노광광의 에너지 분포를 측정하는 방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 노광광의 에너지 측정 방법은, 기판 상에 포토레지스트막을 코팅한다. 상기 포토레지스트막에 대해 샷 별로 노광광의 에너지를 다르게 하면서 스켄 방식으로 노광한다. 상기 노광된 포토레지스트막을 현상하여 샘플 포토레지스트막을 형성한다. 상기 샘플 포토레지스트막의 전체의 이미지에서 각 샷 별로 컬러의 세기를 분석한다. 상기 노광광 에너지 강도에 따라 상기 컬러의 세기가 변하는 구간 내의 샷을 정하여, 상기 정해진 샷 내에서 각 픽셀별로 컬러의 세기를 측정한다. 상기 샷 내에서 노광광의 스켄 방향으로 컬러의 세기를 평균하여 컬러 세기값을 산출한다. 또한, 상기 컬러의 세기값을 노광광의 에너지값으로 환산하여, 상기 샷 내에서 상기 노광광의 스켄 방향과 수직하는 방향의 위치별로 노광광 에너지의 분포를 산출한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 샷 별로 각각 컬러의 세기를 분석하는 방법으로, 매크로 분석 장비를 이용하여 상기 기판 전면을 촬상하여 수행할 수 있다. 상기 매크로 분석 장비는 CCD를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 각 샷 별로 분석하는 컬러는 레드, 그린, 블루 중 어느 하나로 선택할 수 있다. 상기 각 샷 별로 분석하는 컬러는 상기 노광광 에너지 강도에 따라 상기 컬러의 세기가 변하는 구간에서 컬러 변화가 가장 크게 발생하는 컬러로 선택할 수 있다. 상기 각 샷 별로 분석하는 컬러는 레드일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 포토레지스트막을 노광할 때 각 샷별로 조사되는 노광 에너지의 범위 내에는 상기 노광 에너지의 변화에 따라 컬러의 세기가 변화하는 노광 에너지들이 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 각 픽셀별로 컬러의 세기를 측정하는 샷은 상기 노광광 에너지 강도에 따라 컬러의 세기가 변하는 구간의 가운데 지점에 위치하는 하나의 샷으로 선택할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 컬러의 세기값을 노광광의 에너지값으로 환산하는 방법으로, 별도의 샘플 기판에서 노광광의 에너지값에 따른 포토레지스트막의 컬러의 세기를 각각 측정한다. 상기 측정값에 의해 수득된 컬러의 세기와 노광광의 에너지 간의 관계식을 수득한다. 또한, 상기 관계식을 이용하여 상기 컬러의 세기값을 노광광의 에너지값으로 환산한다.
상기 관계식은 상기 노광광의 에너지값에 따라 포토레지스트막의 컬러의 세기가 변화하는 구간에서 측정된 각 샷들의 컬러의 세기를 이용하여 구할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 샷 별로 노광광의 에너지를 다르게 하면서 스켄 방식으로 노광하는 것은, 상기 노광 시에 샷을 이동할 때마다 설정된 에너지 강도만큼 상기 에너지 강도를 상승시켜 노광할 수 있다.
상기 노광 시에 샷을 이동할 때마다 상승되는 에너지 강도는 0.05mJ/㎠ 내지 0.2mJ/㎠ 범위 내의 하나의 에너지 강도일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 산출된 노광광의 에너지 분포는 노광 장치에서 노광광이 슬릿을 통과하는 위치별로 노광광 에너지의 분포일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 샘플 포토레지스트막을 형성하기 위한 노광 공정은 레티클을 사용하지 않고 노광할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 샘플 포토레지스트막은 일부 영역에서 각 샷 별로 상기 샘플 포토레지스트막의 두께의 차이가 발생되고, 상기 샘플 포토레지스트막의 두께 차이로 인해 상기 컬러의 세기가 변할 수 있다.
상기 컬러의 세기를 이용하여 포토레지스트막의 두께를 산출할 수 있다. 구체적으로, 상기 샷 별로 상기 샘플 포토레지스트막의 두께와 각 샷 별로 상기 샘플 포토레지스트막의 컬러의 세기를 대응시켜, 포토레지스트막의 두께와 컬러의 세기간의 관계식을 구한다. 상기 관계식을 이용하여, 상기 컬러의 세기값을 포토레지스트막의 두께로 환산한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 노광광의 에너지값에 따른 포토레지스트막의 컬러의 세기를 각각 측정하는 방법으로, 샘플 기판 상에 포토레지스트막을 코팅한다. 상기 포토레지스트막에 대해 샷 별로 노광광의 에너지를 다르게 하면서 스켄 방식으로 노광하여 측정용 포토레지스트막을 형성한다. 상기 측정용 포토레지스트막의 전체의 이미지에서 각 샷 별로 컬러의 세기를 분석한다.
설명한 것과 같이, 본 발명에 의하면 단시간 내에 간단한 방법으로 노광광의 에너지를 정확하게 측정할 수 있다. 이와같이, 노광 장치에서 상기 노광광의 에너지를 측정하는 시간이 줄어들게 되어, 노광 장치의 운용시간을 늘릴 수 있다. 그러므로, 노광 공정 비용을 감소시킬 수 있다.
도 1은 스케너형 노광 장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 스케너형 노광 장치를 사용하여 노광하는 방법을 설명하기 위한 것이다.
도 3a 및 도 3b는 슬릿의 각 위치별로 노광광의 에너지를 나타낸다.
도 4는 포토레지스트막의 이미지를 이용하여 포토레지스트막의 두께 및 노광광의 에너지를 수득하는 방법의 흐름도이다.
도 5는 기판 상에 포토레지스트막이 코팅된 단면도이다.
도 6은 기판에 구획된 일부 샷들을 나타내는 평면도이다.
도 7은 현상한 이 후에 샷들에 남아있는 샘플 포토레지스트막을 나타내는 단면도이다.
도 8은 샘플 포토레지스트막이 형성된 기판 전면을 촬영한 사진이다.
도 9는 각 에너지 강도별로 측정된 각 샷별 레드 컬러의 세기와 각 샷별 샘플 포토레지스트 패턴의 두께 그래프이다.
도 10은 제1 구간에서 각 에너지 강도별로 측정된 각 샷별 레드 컬러의 세기와 각 샷별 샘플 포토레지스트막의 두께 그래프이다.
도 11은 제1 구간에서 각 샷별 레드 컬러의 세기와 각 샷별 샘플 포토레지스트막의 두께의 그래프이다.
도 12는 슬릿을 통과하는 노광광의 에너지 분포를 측정하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 13은 샘플 포토레지스트막들이 형성된 기판 전면을 촬영한 사진이다.
도 14는 에너지 강도별로 측정된 각 샷별 레드 컬러의 세기를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.
본 발명의 각 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
본 발명에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 있어서, 각 층(막), 영역, 전극, 패턴 또는 구조물들이 대상체, 기판, 각 층(막), 영역, 전극 또는 패턴들의 "상에", "상부에" 또는 "하부"에 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 층(막), 영역, 전극, 패턴 또는 구조물들이 직접 기판, 각 층(막), 영역, 또는 패턴들 위에 형성되거나 아래에 위치하는 것을 의미하거나, 다른 층(막), 다른 영역, 다른 전극, 다른 패턴 또는 다른 구조물들이 대상체나 기판 상에 추가적으로 형성될 수 있다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.
즉, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서, 본 발명에 대해 보다 상세하게 설명한다.
본 발명은 스케너형 노광 장치 내에 장착된 센서를 사용하지 않고도 단시간 내에 정확하게 슬릿을 통과하는 노광광의 에너지 분포를 측정하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 스케너형 노광 장치의 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 스캐너 방식의 노광 장치는, 광원(Light source, 미도시)으로부터 방출된 광을 응집시키는 역할을 하는 콘덴서 렌즈(Condenser Lens)(10)와, 상기 콘덴서 렌즈(10)로부터 응집되어 방출되는 광을 레티클의 허용 영역까지 제공하는 슬릿(12)과, 상기 슬릿(12)을 통과한 광을 선택적으로 투과시켜 반도체 기판에 회로 패턴을 형성하기 위한 레티클(혹은 마스크)(Reticle or mask)(13)과, 상기 레티클(14)을 통과한 빛을 일정 크기로 집속시키는 투사(projection) 렌즈계(16)와, 상기 투사 렌즈계(16) 하부에 기판을 로딩하기 위한 기판 스테이지(wafer stage)(18)를 포함하여 구성된다.
상기 슬릿(12)은 일반적으로 8mm× 26mm의 크기를 가지며, 상기 레티클(14)과 기판이 일정한 속도 비율을 갖고 움직이면서 노광하여, 실질적인 노광 면적이 최대 26mm× 33mm가 되도록 할 수 있다. 이처럼, 상기 슬릿(12)을 사용하게 되면 단지 26mm길이의 렌즈만을 이용하게 됨으로 렌즈 수차의 영향이 적고 개구수의 설계가 용이해진다.
도 2는 도 1에 도시된 스케너형 노광 장치를 사용하여 노광하는 방법을 설명하기 위한 것이다.
도 2를 참조하면, 기판(50)은 샷 영역(52)으로 분할되어 있다.
상기 노광 장치에서 노광광은 슬릿을 통과하여 기판(50)의 샷 영역(52)으로 투사된다. 상기 노광광은 도시된 것과 같이 상기 샷 영역(52) 내의 광 조사 영역(A)으로 조사되고, 상기 광 조사 영역(A)이 화살표로 표시된 부위로 이동하도록 기판(50)을 이동시켜, 기판(50) 전 영역에 대해 노광이 이루어지도록 한다.
상기 광 조사 영역(A)은 샷 영역(52)의 X축 방향으로의 길이와 동일한 길이를 가진다. 또한, 상기 광 조사 영역(A)은 샷 영역(52)의 Y축 방향으로의 길이만큼 Y축 방향으로 주사된다. 이와같이, 상기 광 조사 영역(A)이 샷 영역(52)의 Y축 방향으로의 길이만큼 주사됨으로써 하나의 샷 영역(52)에 대해 노광이 완료된다. 상기 하나의 샷 영역에 대해 노광이 완료되면, 기판을 X축 방향으로 이동시키고 난 후, 다시 Y 축 방향으로 기판을 이동하여 이웃하는 하나의 샷 영역을 노광할 수 있다. 이 때, 첫 번째 샷 영역에서 Y축 방향으로 기판을 상승시켰다면, 두 번째 샷 영역에서 Y축 방향으로 기판을 하강시킨다.
상기 노광광은 노광 장치의 슬릿(도 1, 12)을 통과하여 상기 광 조사 영역(도 2, A)으로 조사된다. 그러므로, 상기 슬릿(12)의 각 위치별로 통과하는 노광광의 에너지 분포가 균일하여야, 광 조사 영역(A)에 각각 균일한 노광이 이루어지고 사진 공정이 완료된 포토레지스트 패턴들의 특성도 균일하다. 그러므로, 슬릿(12)을 통과하는 노광광의 에너지 분포를 정확하게 측정한 다음, 상기 슬릿(12)을 통과하는 노광광의 에너지 분포가 균일하게 되도록 상기 슬릿(12)을 조절하여야 한다.
도 3a 및 도 3b는 슬릿의 각 위치별로 투사되는 노광광의 에너지를 나타낸다.
도 3a에 도시된 것과 같이, 슬릿의 각 위치별로 노광광의 에너지 분포를 측정할 수 있다. 상기 노광광의 에너지 분포는, 상기 광 조사 영역에서 X 축 방향으로의 노광광의 분포라고 할 수 있다.
또한, 도 3a에 도시된 것과 같이 에너지 분포가 균일하지 않게 측정되면, 도 3b에 도시된 것과 같이 상기 슬릿의 각 위치별로 노광광의 에너지 분포가 균일하게 되도록 슬릿들을 조절할 수 있다.
설명한 것과 같이, 상기 노광광의 에너지 분포를 균일하게 하도록 하기 위해서는 슬릿(12)을 통과하는 노광광의 에너지 분포를 정확하게 측정하는 과정이 선행되어야 한다. 또한, 노광광의 에너지 분포를 측정하는 동안에는 노광 장치를 사용하여 노광 공정을 할 수 없기 때문에, 상기 노광광의 에너지 분포를 단시간 내에 측정하는 것이 요구된다.
본 발명은 노광광의 에너지, 포토레지스막의 두께 및 포토레지스트막의 이미지의 관련성을 이용하여, 슬릿을 통과하는 노광광의 에너지 분포를 단시간 내에 정확히 측정하는 방법을 제시한다.
스케너형 노광 장치를 이용하여 포토레지스트를 노광하면, 상기 포토레지스트에서 노광된 부위는 가교결합에 의해 높은 용해도를 갖게된다. 이 후, 현상 공정을 수행하면 상기 노광된 부위가 선택적으로 제거된다. 이 때, 상기 포토레지스트에 조사되는 노광광의 에너지에 따라, 상기 포토레지스트막이 가교결합되는 정도가 달라진다. 그러므로, 포토레지스트막을 코팅한 후 상기 별도의 레티클을 사용하지 않고 노광 공정을 수행한 후 현상하면, 상기 노광광의 에너지에 따라 포토레지스트막의 두께가 달라지게 된다.
구체적으로, 가교결합이 수행되지 못할 정도로 낮은 에너지의 노광광을 사용하여 노광하는 경우, 현상된 포토레지스트막의 두께는 최초 코팅된 포토레지트막의 두께와 크게 차이가 나지 않는다. 반면에, 가교결합이 충분하게 수행되도록 높은 에너지의 노광광을 사용하여 노광한 후, 현상 공정을 수행하면 포토레지스트막은 거의 남아있지 않게된다. 또한, 가교결합이 부분적으로 발생될 정도의 에너지의 노광광을 사용하여 노광하는 경우, 노광광의 에너지가 높아질수록 현상 후에 남아있는 포토레지스트막의 두께가 얇아지게 된다.
따라서, 상기 노광광에 따라 포토레지스트막의 두께 변화가 있는 노광광의 범위 내에서, 상기 노광광의 에너지에 따라 남아있는 포토레지스트막의 두께를 측정하면 상기 노광광의 에너지와 포토레지스트막의 두께의 관계식을 알 수 있다. 또한, 상기 관계식을 알게되면, 상기 노광광의 에너지만 측정하더라도 상기 포토레지스트막의 두께를 알 수 있게 된다.
한편, 상기 포토레지스트막은 그 두께에 따라 포토레지스트막의 이미지의 컬러가 달라진다. 즉, 상기 포토레지스트막을 매크로 검사설비에서 CCD와 같은 활상 소자로 촬영하면, 상기 포토레지스트막의 두께에 따라 반사광이 다르기 때문에 상기 촬상된 이미지의 컬러가 다르게 보여지게 된다. 상기 포토레지스트막은 그 두께에 따라 레드, 그린 및 블루 컬러의 각각의 강도(intensity) 차이가 생기게 된다. 따라서, 상기 포토레지스트막의 각 두께에 해당하는 이미지의 컬러의 강도를 측정함으로써, 상기 이미지 컬러와 상기 포토레지스트막의 두께와의 관계를 알 수 있다.
상기 포토레지스트막의 두께 차이는 상기 노광광의 에너지의 차이에 의해 발생된 것이다. 그러므로, 각각의 노광광의 에너지별로 이미지의 컬러의 강도를 측정함으로써, 상기 이미지 컬러와 상기 노광광의 에너지와의 관계식을 구할 수 있다. 상기 이미지 컬러와 상기 노광광의 에너지와의 관계식을 이용하면, 상기 포토레지스막의 이미지 컬러만 측정하더라도 노광광의 에너지를 알 수 있게 된다.
설명한 것과 같이, 노광광의 에너지, 포토레지스막의 두께 및 포토레지스트막의 이미지는 서로 관련성이 있다. 그러므로, 포토레지스트막의 이미지를 이용하여 포토레지스트막의 두께 및 노광광의 에너지를 수득할 수 있다.
이하에서는, 상기 포토레지스트막의 이미지를 이용하여 포토레지스트막의 두께 및 노광광의 에너지를 수득하는 구체적인 방법을 설명한다.
도 4는 포토레지스트막의 이미지를 이용하여 포토레지스트막의 두께 및 노광광의 에너지를 수득하는 방법의 흐름도이다.
도 5는 기판 상에 포토레지스트막이 코팅된 단면도이다. 도 6은 기판에 구획된 일부 샷들을 나타내는 평면도이다. 도 7은 현상한 이 후에 샷들에 남아있는 샘플 포토레지스트막을 나타내는 단면도이다.
먼저, 테스트용 기판(100) 상에 균일한 두께로 포토레지스트막(102)을 코팅한다.(S10, 도 5)
스케너 노광 장치를 이용하여 레티클없이 노광광의 에너지의 크기를 각 샷 별로 변화시키면서 상기 포토레지스트막(102)을 노광한다.(S12)
도 6을 참조하여 설명하면, 첫 번째 샷(1)을 제1 에너지 강도로 노광한다. 이 후, 두 번째 샷(2)부터는 각 샷별로 상기 제1 에너지 강도로부터 설정된 에너지 강도만큼 에너지 강도를 상승시키면서 마지막 샷까지 노광한다. 상기 노광 시에 샷을 이동할 때마다 상승되는 에너지 강도는 0.05mJ/㎠ 내지 0.2mJ/㎠ 범위 내의 하나의 에너지 강도일 수 있다. 상기와 같이 노광하는 경우, 기판(100) 내의 각 샷들은 서로 다른 에너지 강도로 노광된다.
상기 노광된 포토레지스트막(102)을 현상한다. 이로써, 상기 기판(100)에는 각 샷별로 노광광의 에너지 강도가 다르게 노광된 측정용 포토레지스트막(102a)이 형성된다.(S14) 도 7에 도시된 것과 같이, 상기 측정용 포토레지스트막(102a)은 노광광의 에너지 강도가 큰 부위(5a)에서 얇은 두께를 가지게 된다.
다음에, 매크로 검사설비에서 CCD와 같은 활상 소자로 상기 측정용 포토레지스트막(102a)들이 형성된 기판 전면을 촬영한다. (S16)
도 8은 측정용 포토레지스트막이 형성된 기판 전면을 촬영한 사진이다.
도 8을 살펴보면, 상기 측정용 포토레지스트막(102a)은 샷(S)에 따라 서로 다른 컬러로 나타난다. 특히, 상기 측정용 포토레지스트막(102a)의 두께 차이가 큰 샷(S)들이 위치하는 영역(2')에서는 각 샷(S)별로 컬러의 강도(color intensity) 차이가 크게 발생된다.
도시된 것과 같이, 샷(S) 별로 노광광의 에너지 강도를 상승시키면서 노광하면, 최초에는 노광광의 에너지가 가교결합이 수행되지 못할 정도로 낮기 때문에 각 샷(S)들의 컬러 변화가 거의 없으며 푸른색을 나타내게 된다. 즉, 제1 영역(1')에 위치하는 샷(S)들은 컬러 변화가 거의 없으며 푸른색을 나타낸다.
계속하여, 노광광의 에너지가 상승하면 포토레지스트막이 가교결합됨으로써 측정용 포토레지스트막(102a)의 두께 차이가 크게 발생하게 된다. 즉, 제2 영역(2')에 위치하는 샷(S)들은 각 샷별로 컬러의 강도의 변화가 크다.
또한, 노광광의 에너지가 임계점 이상이 되면 포토레지스트막의 가교결합이 충분하게 수행되어, 현상 후에는 거의 모든 포토레지스트막이 제거된다. 즉, 제3 영역(3')에 위치하는 샷들에는 상기 측정용 포토레지스트막이 남아있지 않으며, 상기 샷(S)들은 매우 밝은색을 나타내게 된다.
상기 측정용 포토레지스트막이 촬영된 사진에서 각 샷별로 레드, 그린 및 블루 컬러 중 어느 하나의 컬러의 세기를 분석한다.(S18)
도 8의 이미지의 제2 영역(2')에서 레드 컬러의 변화가 가장 크게 발생하는 것으로 보여지므로, 각 샷별로 레드 컬러의 세기를 분석한다. 그러나, 포토레지스트막의 종류, 조명계의 종류 및 포토레지스트막의 두께 등에 따라 이미지의 컬러는 변할 수 있으며, 상기 이미지의 컬러에 따라 상기 레드, 그린 및 블루 컬러 중 하나의 컬러를 선택하여 세기를 분석할 수 있다. 각 에너지 강도별로 측정된 각 샷별 레드 컬러의 세기를 그래프로 나타낸다.
또한, 측정용 포토레지스트막(102a)들의 각 샷별로 두께를 측정한다.(S20) 상기 두께는 일렙소미트리와같은 장비로 측정할 수 있다. 이 후, 각 에너지 강도별로 측정된 각 샷별 측정용 포토레지스트막들의 두께를 그래프로 나타낸다.
도 9는 각 에너지 강도별로 측정된 각 샷별 레드 컬러의 세기와 각 샷별 측정용 포토레지스트 패턴의 두께 그래프이다.
도 9에서, 도면부호 28a는 샷별 레드 컬러의 세기이고, 도면부호 28b는 샷별 측정용 포토레지스트 패턴의 두께이다.
도 9를 살펴보면, 노광광의 에너지의 변화에도 측정용 포토레지스트막이 1200Å 이상으로 거의 변화없이 측정되는 제1 구간과, 노광광의 에너지에 따라 측정용 포토레지스트막의 두께가 변화하는 제2 구간이 나타난다. 또한, 노광광의 에너지의 변화에도 측정용 포토레지스트막의 두께가 약 250Å으로 낮게 측정되는 제3 구간이 나타난다.
상기 제1 구간에서는 촬상된 이미지의 샷별 레드 컬러의 세기가 거의 변화없이 낮은 값을 갖는다. 상기 제2 구간에서는 촬상된 이미지의 샷별 레드 컬러의 세기가 상승한다. 상기 제3 구간에서는 촬상된 이미지의 샷별 레드 컬러의 세기가 거의 변화없이 높은 값을 갖는다.
상기 제2 구간에서의 측정용 포토레지스트막의 샷별 레드 컬러의 세기에 따른 측정용 포토레지스트막의 두께를 이용하여, 포토레지스트막에서의 레드 컬러의 세기와 포토레지스트막의 두께 간의 관계식을 수득한다. (S22)
도 10은 제2 구간에서 각 에너지 강도별로 측정된 각 샷별 레드 컬러의 세기와 각 샷별 측정용 포토레지스트막의 두께 그래프이다.
상기 그래프에 근사하여, 포토레지스트막에서의 레드 컬러의 세기와 포토레지스트막의 두께 간의 관계식을 수득할 수 있다.
도 10에서 도면부호 30a는 각 포토레지스트막의 두께별로 측정된 각 샷별 레드 컬러의 세기의 측정값이고, 도면부호 30b는 측정값에 근사하여 산출된 관계식의 그래프이다.
또한, 상기 제2 구간에서의 노광광의 에너지에 따른 측정용 포토레지스트막의 샷별 레드 컬러의 세기를 이용하여, 포토레지스트막에서의 레드 컬러의 세기와 노광광의 에너지간의 관계식을 수득한다.(S24)
도 11은 제1 구간에서 각 샷별 레드 컬러의 세기와 각 샷별로 노광광의 에너지의 그래프이다.
상기 그래프에 근사하여, 포토레지스트막에서의 레드 컬러의 세기와 노광광의 에너지간의 관계식을 구할 수 있다.
도 11에서 도면부호 32a는 각 에너지 강도별로 측정된 각 샷별 레드 컬러의 세기의 측정값이고, 도면부호 32b는 측정값에 근사하여 산출된 관계식의 그래프이다.
상기 관계식을 수득하면, 상기 관계식을 이용하여 슬릿을 통과하는 노광광의 에너지 분포를 측정할 수 있다. 상기 관계식은 상기 노광광의 에너지 분포를 측정할 때마다 구해야 하는 것은 아니다. 상기 과정을 거쳐 수득된 관계식은 상기 노광광의 에너지 분포를 측정할 때마다 계속하여 사용할 수 있다.
이하에서는, 상기 관계식을 이용하여 슬릿을 통과하는 노광광의 에너지 분포를 정확하게 측정하는 방법을 설명한다.
도 12는 슬릿을 통과하는 노광광의 에너지 분포를 측정하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
기판 상에 포토레지스트막을 코팅한다.(S100)
상기 포토레지스트막에 대해 스케너 노광 장치를 이용하여 레티클없이 노광광의 에너지의 크기를 각 샷 별로 변화시키면서 노광한다.(S102) 즉, 기판 내의 각 샷들은 서로 다른 에너지 강도로 노광된다. 상기 포토레지스트막을 노광할 때 각 샷들에 조사되는 노광 에너지의 범위 내에는 상기 노광 에너지의 변화에 따라 컬러의 세기가 변화하는 노광 에너지들이 포함되어 있어야 한다. 상기 노광 에너지 범위는 기존의 측정 데이터들을 이용하여 설정할 수 있다.
상기 노광된 포토레지스트막을 현상한다. 이로써, 상기 기판에는 각 샷별로 노광광의 에너지 강도가 다르게 노광된 샘플 포토레지스트막들이 형성된다.(S104)
다음에, 매크로 검사설비에서 CCD와 같은 활상 소자로 상기 샘플 포토레지스트막들이 형성된 기판 전면을 촬영한다.(S106)
도 13은 샘플 포토레지스트막들이 형성된 기판 전면을 촬영한 사진이다. 도 13에 도시된 것과 같이, 상기 샘플 포토레지스트막들은 각 샷별로 다른 컬러를 가질 수 있다.
도 13의 샘플 포토레지스트막은, 하나의 샷의 크기를 26㎜× 33㎜로 노광한 것이다. 또한, 노광 에너지는 5.5 mJ/㎠ 에서부터 각 샷별로 0.1mJ/㎠ 만큼 상승시켰으며, 마지막 샷은 8.9 mJ/㎠ 로 노광한 것이다.
상기 샘플 포토레지스트막이 촬영된 사진에서 각 샷별로 레드, 그린 및 블루 컬러 중 어느 하나의 컬러의 세기를 분석한다.(S108) 일 예로, 각 샷별로 레드 컬러의 세기를 분석한다.
상기 노광광의 에너지 강도에 따라 레드 컬러의 세기의 변화가 큰 부위에 해당하는 하나의 샷을 지정한다.(S110) 상기 샷을 지정하는 방법으로, 각 에너지 강도별로 측정된 각 샷별 레드 컬러의 세기를 그래프로 나타낸 후, 레드 컬러의 세기가 선형적으로 변하는 구간의 가운데 지점에 해당하는 샷을 지정할 수 있다.
도 14는 에너지 강도별로 측정된 각 샷별 레드 컬러의 세기를 나타내는 그래프이다.
도 14에서, 상기 에너지 강도에 따라 레드 컬러의 세기가 선형적으로 변하는 구간의 가운데 지점(도 14, A)이 레드 컬러의 세기의 변화가 큰 부위로 정할 수 있다. 또한, 상기 지점(A)에 해당하는 기판 상의 샷(도 13, S')을 지정할 수 있다.
슬릿을 통과하는 노광광의 에너지 분포를 측정하기 위해서는, 상기 지정된 하나의 샷(S') 내에서의 노광광의 에너지 분포를 측정하여야 한다.
이를 위하여, 상기 지정된 하나의 샷(S')에 대해 각 픽셀별로 레드 컬러의 세기를 측정한다. 즉, 상기 샷(S')내의 픽셀의 수만큼의 레드 컬러의 세기가 측정된다. 상기 샷에서 X축 방향은 슬릿의 각 위치와 대응하게 되고, Y축 방향은 슬릿의 스켄 방향이 된다.
도 15는 지정된 샷에서의 픽셀들을 나타내는 것이다.
도 15에 도시된 것과 같이, Y축 방향으로의 각 픽셀들에서 측정된 레드 컬러의 세기들을 평균한다.
상기 Y축 방향으로 상기 레드 컬러의 세기들을 평균하여, X축 방향으로의 각 위치별로 평균된 레드 컬러의 세기들을 나타낼 수 있다.
상기 평균된 레드 컬러의 세기를 이용하여 X축 방향으로의 각 위치별로 노광광의 에너지를 산출한다. 상기 노광광의 에너지는 상기 레드 컬러의 세기와의 관계식을 이용하여 산출할 수 있다.
상기 X축 방향으로의 각 위치별로 산출된 노광광의 에너지는 노광 장치에서 슬릿을 통과한 노광광의 에너지 분포와 거의 동일하다. 그러므로, 상기 X축 방향으로의 각 위치별로 산출된 노광광의 에너지를 노광 장치에서 노광광의 에너지 분포로써 제공한다.
이하에서는, 상기 방법에 의해 X방향의 위치별로 산출한 노광광의 에너지와, 노광 장치에서 실재로 측정한 노광광의 에너지 분포가 동일한지 여부를 확인한 결과를 나타내었다. 즉, 상기 방법에 의하여 X방향의 위치별로 노광광의 에너지를 산출하였다. 또한, 노광 장치에서 센서를 이용하여 노광광이 슬릿을 통과하는 위치별로 노광광의 에너지 분포를 측정하였다.
도 16은 지정된 샷에서의 X방향의 위치별로 산출된 에너지 분포와, 실재로 노광 장치에서 센서로 측정한 에너지 분포를 각각 나타낸 것이다.
도 16에서, 40a는 이미지로부터 산출된 에너지 분포이고, 40b는 노광 장치에서 센서로 측정한 에너지 분포이다.
도 16에 도시된 것과 같이, 상기 지정된 샷에서의 X방향의 위치별로 산출된 에너지 분포는 노광광이 슬릿을 통과하는 위치별로 노광광의 에너지 분포와 거의 동일한 것을 알 수 있었다. 그러므로, 상기 방법에 의해 산출된 노광광의 에너지는 상기 슬릿 내의 각 위치에 따른 노광광의 에너지 분포로 제공될 수 있다.
이와같이, 본 발명에 의하면, 노광 장치 내의 센서를 사용하지 않고, 포토레지스트막의 두께를 하나하나 측정하지 않고 노광광의 슬릿 내의 각 위치에 따른 에너지 분포를 측정할 수 있다.
또한, 상기 포토레지스트 코팅, 노광, 기판 전면 촬상 및 분석 과정은 각각의 과정이 수초 내지 수십초 정도로 짧은 시간 내에 이루어지므로, 상기 슬릿 내의 각 위치에 따른 노광광의 에너지 분포는 약 5분 이내의 단시간 동안에 노광광의 에너지 분포를 측정할 수 있다.
상기 설명한 것과 같이, 본 발명에 의하면 스케너형 노광 장치의 노광광의 에너지를 단시간 내에 정확하게 측정할 수 있다. 본 발명은 스케너형 노광 장치를 이용하여 사진 공정을 수행하는 다양한 반도체 소자의 제조 시에 이용할 수 있다.
100 : 기판 102 : 포토레지스트막
102a : 측정용 포토레지스트막

Claims (10)

  1. 기판 상에 포토레지스트막을 코팅하는 단계;
    상기 포토레지스트막에 대해 샷 별로 노광광의 에너지를 다르게 하면서 스켄 방식으로 노광하는 단계;
    상기 노광된 포토레지스트막을 현상하여 샘플 포토레지스트막을 형성하는 단계;
    상기 샘플 포토레지스트막의 전체의 이미지에서 각 샷 별로 컬러의 세기를 분석하는 단계;
    상기 노광광 에너지 강도에 따라 상기 컬러의 세기가 변하는 구간 내의 샷을 정하고, 상기 정해진 샷 내에서 각 픽셀별로 컬러의 세기를 측정하는 단계;
    상기 정해진 샷 내에서 노광광의 스켄 방향으로 컬러의 세기를 평균하여 컬러 세기값을 산출하는 단계; 및
    상기 컬러의 세기값을 노광 에너지값으로 환산하여, 상기 샷 내에서 상기 노광광의 스켄 방향과 수직하는 방향의 위치별로 노광 에너지의 분포를 산출하는 단계를 포함하는 노광 장치에서 노광 에너지 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 샷 별로 각각 컬러의 세기를 분석하는 것은, 매크로 분석 장비를 이용하여 상기 기판 전면을 촬상하여 수행하는 것을 특징으로 하는 노광 장치에서 노광 에너지 측정 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 각 샷 별로 분석하는 컬러는 레드, 그린, 블루 중 어느 하나로 선택하는 것을 특징으로 하는 노광 장치에서 노광 에너지 측정 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 각 샷 별로 분석하는 컬러는 레드인 것을 특징으로 하는 노광 장치에서 노광 에너지 측정 방법.
  5. 제1항에 있어서, 각 픽셀별로 컬러의 세기를 측정하는 샷은 상기 노광광 에너지 강도에 따라 컬러의 세기가 변하는 구간의 가운데 지점에 위치하는 하나의 샷으로 선택하는 것을 특징으로 하는 노광 장치에서 노광 에너지 측정 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 컬러의 세기값을 노광광의 에너지값으로 환산하는 것은,
    별도의 샘플 기판에서 노광광의 에너지값에 따른 포토레지스트막의 컬러의 세기를 각각 측정하는 단계;
    상기 측정값에 의해 수득된 컬러의 세기와 노광광의 에너지 간의 관계식을 수득하는 단계; 및
    상기 관계식을 이용하여 상기 컬러의 세기값을 노광 에너지값으로 환산하는 단계를 포함하는 노광 장치에서 노광 에너지 측정 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 관계식은 상기 노광광의 에너지값에 따라 포토레지스트막의 컬러의 세기가 변화하는 구간에서 측정된 각 샷들의 컬러의 세기를 이용하여 구하는 것을 특징으로 하는 노광 장치에서 노광 에너지 측정 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 샷 별로 노광광의 에너지를 다르게 하면서 스켄 방식으로 노광하는 것은, 상기 노광 시에 샷을 이동할 때마다 설정된 에너지 강도만큼 상기 에너지 강도를 상승시켜 노광하는 것을 특징으로 하는 노광 장치에서 노광 에너지 측정 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 산출된 노광광의 에너지 분포는 노광 장치에서 노광광이 슬릿을 통과하는 위치별로 노광광 에너지의 분포인 것을 특징으로 하는 노광 장치에서 노광 에너지 측정 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 샘플 포토레지스트막을 형성하기 위한 노광 공정은 레티클을 사용하지 않고 노광하는 것을 특징으로 하는 노광 장치에서 노광 에너지 측정 방법.
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