KR100569529B1

KR100569529B1 - 노광장비의 탈초점량 측정방법

Info

Publication number: KR100569529B1
Application number: KR1020000083823A
Authority: KR
Inventors: 김희범
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2000-12-28
Publication date: 2006-04-07
Anticipated expiration: 2020-12-28
Also published as: KR20020054659A

Abstract

본 발명은 노광장비의 탈초점량 측정방법에 관한 것으로서, 비대칭 사입사 노광으로 0차광과 +1차광의 탈초점에 따른 패턴 이동이 일어나는 것을 이용하여 기준패턴과 일정한 피치 관계를 가지고 형성된 두종류의 모니터링 패턴을 이용하여 용이하게 정확한 노광장비의 탈초점량을 측정할 수 있도록하였으므로, 탈초점량 측정에 필요한 노력이나 수고가 절감되고, 이 방법으로 보정된 노광장비를 사용하여 정확한 패턴을 형성할 수 있어 공정수율 및 소자동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

노광장비의 탈초점량 측정방법{Measuring method of ammount of defocus for exposure}

도 1a는 종래 기술에 따른 초점 측정을 위한 노광마스크의 평면도.

도 1b는 도 1a의 노광마스크를 사용하여 형성된 정초점 감광막패턴의 평면도.

도 1c는 도 1a의 노광마스크를 사용하여 형성된 탈초점 감광막패턴의 평면도.

도 1d는 초점에 따른 임계크기 변화의 그래프도.

도 2는 종래 노광장비의 탈초점량 측정방법을 두차례 실시한 경우의 초점에 따른 임계크기 변화의 그래프도.

도 3은 단일극자 비대칭 사입사 조명에 따른 탈초점 이미지 변형을 설명하기 위한 개략도.

도 4는 탈초점에 의한 이미지 변형 정도를 표시하는 위치에 따른 광세기 그래프.

도 5는 탈초점에 의해 이미지 변형이 발생한 패턴의 평면도.

도 6은 본 발명에 따른 탈초점량 측정 패턴들의 평면도.

도 7은 도 6의 패턴들을 형성하기 위한 어퍼쳐의 평면도.

도 8a 내지 도 8d는 본 발명에 따른 노광장비의 탈초점량 측정 공정도.

도 9a 및 도 9b는 도 8c 및 도 8d 상태의 평면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 탈초점량 측정용 노광마스크 12 : 투명기판

14 : 탈초점량 측정용 광차단막 패턴 20 : 정초점 감광막 패턴

22 : 탈초점 감광막 패턴 30 : 라인/스페이스 패턴

30R : 기준패턴 30A : 제1모니터링 패턴

30B : 제2모니터링 패턴 40 : 기준패턴 형성용 어퍼쳐

42 : 모니터링 패턴 형성용 어퍼쳐 50 : 기판

52 : 감광막 패턴

P : 라인/스페이스 패턴의 피치

M : 탈초점에 의한 패턴 이동량

d : 탈초점량

본 발명은 반도체소자의 제조에 사용되는 노광장비의 탈초점량 측정방법에 관한 것으로서, 특히 비대칭 사입사 조명으로 라인/스페이스 패턴을 형성하여 용이하게 정확한 탈초점량을 측정할 수 있어 공정수율 및 소자동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 노광장비의 탈초점량 측정방법에 관한 것이다.

최근의 반도체 장치의 고집적화 추세는 미세패턴 형성 기술의 발전에 큰 영향을 받고 있으며, 미세패턴 형성을 위하여는 반도체 장치의 제조 공정 중에서 식각 또는 이온주입 공정 등의 마스크로 매우 폭 넓게 사용되는 감광막 패턴의 미세화가 필수 요건이다.

이러한 감광막 패턴의 분해능(R)은 감광막 자체의 재질이나 기판과의 접착력 등과도 밀접한 연관이 있으나, 일차적으로는 사용되는 축소노광장치의 광원 파장(λ) 및 공정 변수(k)에 비례하고, 노광 장치의 렌즈 구경(numerical aperture; NA, 개구수)에 반비례한다. [R=k*λ/NA,~R=해상도,~λ=광원의~파장,~NA=개구수~]

여기서 상기 축소노광장치의 광분해능을 향상시키기 위하여 광원의 파장을 감소시키게 되는데, 예를 들어 파장이 436 및 365㎚인 G-라인 및 i-라인 축소노광장치는 공정 분해능이 라인/스페이스 패턴의 경우 각각 약 0.7, 0.5㎛ 정도가 한계이고, 0.5㎛ 이하의 미세패턴을 형성하기 위해서는 이보다 파장이 더 작은 원자외선(deep ultra violet; DUV), 예를 들어 파장이 248㎚인 KrF 레이저나 193㎚인 ArF 레이저를 광원으로 사용하는 노광 장치를 이용하여야 한다.

상기와 같이 반도체소자나 LCD 소자 등의 제조 공정시 하부층들의 토폴로지나 감광막의 두께차 및 노광장비의 특성 등에 의해 탈초점이 발생한다.

도 1은 종래 기술에 따른 노광장비의 탈초점량 측정방법을 설명하기 위한 도면들로서, 서로 연관시켜 설명한다.

먼저, 도 1a에 도시되어있는 바와 같은 마름모꼴의 탈초점량 측정용 광차단막 패턴(14)이 투명기판(12)상에 형성되어있는 탈초점량 측정용 노광마스크(10)를 사용하여 노광장비로 노광하여 패턴을 형성하면 장축방향의 임계크기가 정초점(best focus)에서 최대가 되는 원리를 이용하는데, 도 1b와 같은 정초점에서 장축 방향으로 최대 크기의 감광막 패턴(20)이 형성된다. 그러나 장비에 의해 탈초점이 발생되면, 도 1c와 같이 조금 작은 감광막 패턴(22)이 형성되며, 따라서 탈초점량을 조절하여 반복 측정하여 정초점을 찾게 된다.

이러한 초점(focus) 변화에 따른 임계 크기 변화는 도 1d와 같은 분포 그래프로 나타난다.

상기와 같은 종래 기술에 따른 노광장비의 탈초점량 측정방법은 모니터링 패턴들(20,22)의 끝 부분 이미지가 불량하여 같은 장비에 대하여 2회 이상 탈초점량을 측정하여 보면 도 2에서와 같이, 서로 다른 정초점을 나타내게 되어 정확한 정초점의 측정이 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 노광장비의 탈초점량을 반복되는 라인/스페이스 패턴을 비대칭 사입사 조명으로 노광하여 용이하게 노광장비의 탈초점량을 측정할 수 있어 노광장비를 사용하는 공정수율 및 형성된 소자의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있는 노광장비의 탈초점량 측정방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 노광장비의 탈초점량 측정방법은,
감광막 패턴을 이용한 사진식각 방법으로 기판을 식각하여 피치 P = λ/sinθ (θ = θ₀ + θ₁)(θ₁=0)인 라인/스페이스형의 기준 패턴을 형성하되, 입사광이 광축에 대칭되는 광원을 사용하여 형성하는 공정과,
상기 기준패턴을 구비하는 기판상에 감광막 패턴으로된 라인/스페이스 패턴형의 제1모니터링 패턴을 형성하되, 피치 P_A = P_ref 이고, 광축에 대하여 θ₀ 로 사입사되도록 광축에서 벗어나 P = λ/sinθ (θ = θ₀ + θ₁)(θ₀≠θ₁)로 비대칭 사입사 노광하여 형성하는 공정과,
상기 기준 패턴과 제1모니터링 패턴의 좌우 양측의 간격(W_LA, W_RA)를 측정하여 제1모니터링 패턴의 이동량 MA = (W_LA, - W_RA)/2을 구하는 공정과,
상기 제1모니터링 패턴을 제거하는 공정과,
상기 기준패턴을 구비하는 기판상에 감광막 패턴으로된 라인/스페이스 패턴형의 제2모니터링 패턴을 형성하되, 피치 P_B = P_ref/2 이고, 광축에 대하여 θ₀ 로 사입사되도록 광축에서 벗어나 P = λ/sinθ (θ = θ₀ + θ₁)(θ₀=θ₁)인 제2모니터링 패턴을 형성하는 공정과,
상기 기준 패턴과 제2모니터링 패턴의 좌우 양측의 간격(W_LB, W_RB)를 측정하여 제2모니터링 패턴의 이동량 MB = (W_LB, - W_RB)/2을 구하는 공정과,
상기 MA 및 MB에서 실제 패턴의 탈초점에 의한 패턴 이동량 M = MA-MB 로 구하고, 탈초점량 d를 d = Msinθ₀cosθ₀/(cosθ₀-1) 로 구하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 θ₀ 는 0차광이 노광계의 광축과 이루는 각도를 도시하는 것이고, 상기 θ₁은 1차광이 노광계의 광축과 이루는 각도를 도시한 것이다. ( 도 3 참조 )

삭제

이하, 본 발명에 따른 노광장비의 탈초점량 측정방법에 관하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 본원발명의 원리를 살펴보기 위하여, 단일 극자(mono pole) 비대칭 사입사 조명에서의 탈초점에 의한 이미지 변형을 살펴보면, 도 3에 도시되어있는 바와 같이, 0차광과 +1차광의 입사각 차이에 의해 탈초점시에는 d1 = d/cosΘ₁, d0 = d/cosΘ₀ 로서 d0 ≠ d1 이 되어 탈초점에 의한 이미지의 변형이 나타나게 된다.

이러한 이미지의 변화량은 도 4에 도시되어있는 바와 같이 정초점과 탈초점 간의 패턴 이동량 M은 0차광의 파동 방정식 Ψ₀(x), 1차광의 파동 방정식 Ψ₁(x), 광 진폭(amplitude) Ψ(x), 및 세기(intensity) I(x)에서

에서

로 나타난다.

따라서 일정한 주기를 가지는 도 5의 라인/스페이스 패턴(30)은 도 3 을 참조할 때 패턴의 주기 P와 노광장비의 광 파장 λ 및 0차광과 1차광이 이루는 각 θ에 의해 회절식 P = λ/sinθ (θ = θ₀ + θ₁) 을 만족하게 된다. ( 단, θ₀ 는 0차광이 노광계의 광축과 이루는 각도, θ₁은 1차광이 노광계의 광축과 이루는 각도 (도 3 참조) )

삭제

이러한 원리를 이용하기 위하여 기준 패턴과 두개의 모니터링 패턴으로 세가지 종류의 패턴(30R,30A,30B)을 형성한다.

먼저, 회절식 P = λ/sinθ (θ = θ₀ + θ₁) ( 단, θ₀ 는 0차광이 노광계의 광축과 이루는 각도, θ₁은 1차광이 노광계의 광축과 이루는 각도 (도 3 참조) ) 을 이용하여
피치 P_ref = λ/sinθ₀ (θ₁ = 0)인 기준 패턴(30R)과,
피치 P_A = P_ref 이고, θ₀ ≠ θ₁ , 패턴 폭이 작은 제1모니터링 패턴(30A)과,
피치 P_B = P_ref/2 이고, θ₀ = θ₁ 인 제2모니터링 패턴(30B)을 형성한다.
상기에서 제2모니터링 패턴(30B)은 θ₀ = θ₁ 이므로, 도 4의 M식에서 탈초점이 발생되어도 패턴의 이동이 일어나지 않으며, 제1모니터링 패턴(30A)은 θ₀ ≠ θ₁ 이므로 탈초점시에 패턴의 이동이 일어난다.

삭제

이들을 이용한 탈초점량 측정 방법을 살펴보면 다음과 같다.

도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 탈초점량 측정 방법을 설명하기 위한 도면들로서, 서로 연관시켜 설명한다.

먼저, 도 7a와 같이, 입사광이 광축에 대칭되도록 중앙부에 홀을 가지는 어퍼쳐(40)를 통과한 광을 사용하여 기판(50)상에 기준패턴 형성을 위한 감광막 패턴(52)을 형성한다. (도 8a 참조).

그다음 상기 감광막 패턴(52)을 마스크로 하여 상기 기판(50)을 식각하여 일정 깊이의 홈을 가지는 도 6의 기준패턴(30R)을 형성하고, 상기 감광막 패턴(52)을 제거한다. (도 8b 참조).

그후, 상기 구조의 전표면에 감광막을 도포하고, 도 7b에 도시되어있는 바와 같이 광축에 대하여 θ₀ 로 사입사되도록 광축에서 벗어난 부분에 홀을 가지는 어퍼쳐(42)를 사용하여 도 6의 제1모니터링 패턴 형성을 위한 마스크로 노광하여 상기 기준패턴(30R)상에 감광막 패턴으로된 제1모니터링 패턴(30A)을 형성한다. (도 8c 참조).

그다음 상기 기준패턴과 제1모니터링 패턴(30A) 간의 좌측과 우측 피치 이동 거리(W_LA, W_RA)를 측정하여 제1모니터링 패턴(30A)의 이동량 MA = (W_LA, - W_RA)/2 값을 구한다.

그후, 상기 제1모니터링 패턴(30A)을 제거한 후, 다시 동일한 방법으로 기준패턴(30R)상에 제2모니터링 패턴(30B)을 형성한 후, (도 8d 참조), 상기 기준패턴(30R)과 제2모니터링 패턴(30B) 간의 좌측과 우측 피치 이동 거리(W_LB, W_RB)를 측정하여 제2모니터링 패턴(30B)의 이동량 MB = (W_LB, - W_RB)/2 값을 구한다.

그다음 전체 패턴 이동량 M은 제2모니터링 패턴(30B)은 탈초점에 의한 패턴 이동이 일어나지 않으므로, MB는 기준패턴(30R)상에 모니터링 패턴들을 형성할 때의 오정렬 값을 의미한다. 따라서 실제 패턴의 탈초점에 의한 패턴 이동량 M은

M = MA-MB 으로 구한다.

여기서 상기 도 8c와 도 8d 상태의 평면은 각각 도 9a 와 도 9b에 도시되어있다.

따라서 패턴 이동량에 따른 탈초점량을 계산하면

먼저, 패턴 이동량은

여기서 θ₁ = 0 이므로,

M = d(cosθ₀-1)/sinθ₀cosθ₀ 이 되고,

따라서 탈초점량 d는

d = Msinθ₀cosθ₀/(cosθ₀-1) 이 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 노광장비의 탈초점량 측정방법은 비대칭 사입사 노광으로 0차광과 +1차광의 탈초점에 따른 패턴 이동이 일어나는 것을 이용하여 기준패턴과 일정한 피치 관계를 가지고 형성된 두종류의 모니터링 패턴을 이용하여 용이하게 정확한 노광장비의 탈초점량을 측정할 수 있도록하였으므로, 탈초점량 측정에 필요한 노력이나 수고가 절감되고, 이 방법으로 보정된 노광장비를 사용하여 정확한 패턴을 형성할 수 있어 공정수율 및 소자동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims

감광막 패턴을 이용한 사진식각 방법으로 기판을 식각하여 피치 P = λ/sinθ (θ = θ₀ + θ₁)(θ₁=0)인 라인/스페이스형의 기준 패턴을 형성하되, 입사광이 광축에 대칭되는 광원을 사용하여 형성하는 공정과,

상기 기준패턴을 구비하는 기판상에 감광막 패턴으로된 라인/스페이스 패턴형의 제1모니터링 패턴을 형성하되, 피치 P_A = P_ref 이고, 광축에 대하여 θ₀ 로 사입사되도록 광축에서 벗어나 P = λ/sinθ (θ = θ₀ + θ₁)(θ₀≠θ₁)로 비대칭 사입사 노광하여 형성하는 공정과,

상기 기준 패턴과 제1모니터링 패턴의 좌우 양측의 간격(W_LA, W_RA)를 측정하여 제1모니터링 패턴의 이동량 MA = (W_LA, - W_RA)/2을 구하는 공정과,

상기 제1모니터링 패턴을 제거하는 공정과,

상기 기준패턴을 구비하는 기판상에 감광막 패턴으로된 라인/스페이스 패턴형의 제2모니터링 패턴을 형성하되, 피치 P_B = P_ref/2 이고, 광축에 대하여 θ₀ 로 사입사되도록 광축에서 벗어나 P = λ/sinθ (θ = θ₀ + θ₁)(θ₀=θ₁)인 제2모니터링 패턴을 형성하는 공정과,

상기 기준 패턴과 제2모니터링 패턴의 좌우 양측의 간격(W_LB, W_RB)를 측정하여 제2모니터링 패턴의 이동량 MB = (W_LB, - W_RB)/2을 구하는 공정과,

상기 MA 및 MB에서 실제 패턴의 탈초점에 의한 패턴 이동량 M = MA-MB 로 구하고, 탈초점량 d를 d = Msinθ₀cosθ₀/(cosθ₀-1) 로 구하는 공정을 구비하는 노광장비의 탈초점량 측정방법.

( 단, θ₀ 는 0차광이 노광계의 광축과 이루는 각도, θ₁은 1차광이 노광계의 광축과 이루는 각도를 도시함 )