KR101059265B1 - 마스크의 보정 방법 - Google Patents

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Abstract

광 근접 효과 보정에 의해 포토마스크를 보정할 때, 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차에 관한 테스트 마스크와 보정 마스크의 마스크간 차를 작게 할 수 있는 포토마스크의 보정 방법이다. 본 발명은, 광 근접 효과 보정법을 적용하는 프로세스 모델 추출용 마스크로서 기능하는 테스트 마스크를 제작하는 공정(S1)과, 테스트 마스크를 사용하여 전사하여, 전사 패턴의 길이를 측정하는 공정(S2, S3)과, 함수 모델을 사용하여 포토마스크의 마스크 패턴의 전사 패턴을 시뮬레이션한 결과가, 상기 길이를 측정하는 공정에서 얻은 길이 측정 결과로 되는 함수 모델(이하, 프로세스 모델이라 함)을 도출하는 공정(S4)과, 프로세스 모델을 이용하여, 전사 패턴이 설계 패턴과 일치하는 마스크 패턴을 도출하여, 도출한 마스크 패턴에 기초하여 포토마스크의 마스크 데이터를 작성하는 공정(S5)과, 작성한 마스크 데이터에 기초하여 보정 마스크를 제작하는 공정(S6)과, 보정 마스크의 전사 시, 노광 장치의 개구수(NA) 및 조명 조건(σ) 중 적어도 어느 하나를 조절하여 OPE 특성이 피치의 광협에 대하여 플랫하게 되는 조건을 구하는 노광 조건 설정 공정(S7)을 포함한다.
테스트 마스크, 보정 마스크, 마스크 패턴, 마스크 데이터, 포토마스크

Description

마스크의 보정 방법{MASK CORRECTING METHOD}
본 발명은 광 근접 효과 보정법(OPC)을 이용하여 포토마스크를 보정하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차에 관한 테스트 마스크와 보정 마스크의 마스크간 차를 가능한 한 해소하도록 한 마스크의 보정 방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 미세화 및 고집적화에 따라, 반도체 장치에 설치되는 회로 패턴도 미세화되고 있다. 그리고, 회로 패턴의 미세화와 함께, 반도체 장치의 제조 공정에서 패터닝을 행할 때에 사용되는 광 리소그래피 프로세스에서는 필요하게 되는 해상도(Resolution)가 엄격해져서, 그 결과, 노광 장치의 투영 광학계의 고(高)NA화 및 노광 광원의 단파장화가 진행되고 있다.
광 리소그래피에서의 해상도(R)는 이하의 레일리의 식으로 나타낼 수 있다.
Figure 112004046831932-pct00001
여기서, λ는 노광 파장, NA는 노광 장치의 개구수이며, k1은 광 리소그래피 프로세스의 조건 등에 의해 결정되는 상수이다.
필요하게 되는 해상도(R)가 엄격해짐에 따라, k1 팩터도 작아지고 있기 때문에, 원하는 해상도를 얻는 것이 점점 어려워지고 있다.
또한, 최근의 반도체 장치의 고성능화 및 고집적화에 따라, 필요하게 되는 해상도가 높아져서, 상술된 바와 같이, k1이 작은 영역에서의 광 리소그래피, 즉 low-k1 리소그래피로 되어 있다.
이러한 low-k1 리소그래피에서는, 포토마스크의 마스크 제조 오차가, 웨이퍼 상에 전사한 전사 패턴의 패턴 선 폭(Critical Dimension: 이하 CD라 함)에 미치는 영향이 커지고 있다.
따라서, low-k1 리소그래피에서는 노광 장치에 사입사(斜入射) 조명을 채용하거나, 포토마스크로서 위상 시프트 마스크를 이용하거나, 또한, 마스크 치수 및 마스크 형상을 미리 바이어스 보정하여, 변형하는 OPC(Optical-Proximity Effect Correction)를 도입하여 광 근접 효과를 보정하고 있다.
OPC 보정에서는, 후술하는 바와 같이, 프로세스 모델 추출용 마스크의 전사 결과로부터 프로세스 모델을 추출하여, 프로세스 모델에 기초하여 마스크 보정값을 도출하고, 그 도출된 마스크 보정값에 기초하여 보정 마스크를 제작하고 있다.
포토마스크의 패턴 치수 오차(maskCDerror)가 웨이퍼 상에 전사한 전사 패턴의 치수 오차(waferCDerror)에 미치는 영향의 강조도를 나타내는 지표로서, 이하의 수학식 2로 나타내는 MEF(Mask Error Enhancement Factor)가 일반적으로 이용되고 있다.
Figure 112004046831932-pct00002
여기서, M은 노광 장치의 축소 투영 배율로서, 현재의 반도체 장치의 제조용노광 장치에서는 전형적으로는 5 또는 4이다.
최근의 low-k1 리소그래피에서는, 수학식 2에 의해 산출되는 MEF는, 크리티컬 패턴에서는 2∼3에도 이르는 경우도 있다. 즉, Low-k1 리소그래피에서는 포토마스크의 패턴 치수 오차가, 웨이퍼 상에 전사한 전사 패턴 치수에 대하여 큰 임팩트를 가져서, 포토마스크의 패턴 치수 오차의 전사 패턴에 대한 영향도는 점점 커지고 있다.
여기서, 도 8을 참조하여, 종래의 마스크의 OPC 보정 방법을 설명한다. 도 8은 종래의 마스크의 OPC 보정 방법의 수순을 나타내는 흐름도이다.
먼저, 도 8에 도시한 바와 같이, 단계 S1에서 프로세스 모델 추출용 마스크, 즉 테스트 마스크를 제작한다. 프로세스 모델이란, 함수 모델을 사용하여 포토마스크의 전사 패턴을 시뮬레이션한 결과가, 테스트 마스크의 전사 패턴의 길이를 측정하여 얻은 길이 측정 결과로 되는 함수 모델을 의미한다. 테스트 마스크의 제작에서는 프로세스 모델을 추출하기 위해, 실제 디바이스의 회로 패턴을 대표하는 여러가지 형상, 치수, 피치 등을 갖는 테스트 패턴을 테스트 마스크에 배치한다.
계속해서, 단계 S2의 테스트 마스크의 전사 공정으로 이행한다. 단계 S2에서는, 먼저 노광 장치의 노광 조건, 레지스트 프로세스 조건, 에칭 프로세스 조건 등의 프로세스 조건을 설정하고, 설정한 프로세스 조건에서 테스트 마스크를 웨이 퍼 상에 전사하여, 가공하고, 전사 패턴을 웨이퍼 상에 형성한다.
다음으로, 단계 S3에서 웨이퍼 상에 형성된 전사 패턴의 패턴 치수에 대해, SEM(Scanning Electron Microscope) 등에 의해 길이를 측정한다.
계속해서, 단계 S4의 프로세스 모델 추출 공정에서, 패턴 치수의 길이 측정값으로부터 프로세스 모델을 작성한다.
다음으로, 단계 S5의 보정 마스크 제작 공정에서는, 전사, 가공 후에 원하는 패턴 치수 및 패턴 형상을 얻을 수 있는 보정 마스크 패턴을 프로세스 모델에 기초하여 도출(추출)하여, 보정 마스크 패턴에 기초하여 보정 마스크를 제작한다.
이상의 공정을 거쳐, OPC를 실시한 보정 마스크, 즉 제품 마스크를 제작할 수 있다.
이와 같이 OPC 보정은 테스트 마스크 제작→전사→길이 측정→프로세스 모델 추출→마스크 보정값 도출→보정 마스크(제품 마스크) 제작으로 이루어지는 수순으로 행해지고 있다. 그리고, 보정 마스크를 이용하여 전사한 패턴의 길이를 측정하여 보정 마스크를 평가한다고 한 바와 같이, 마스크의 OPC 보정은 복잡한 공정을 거쳐 행해지고 있다.
종래의 마스크의 OPC 보정은, 예를 들면 일본 특개2002-122977호 공보의 제2페이지 및 제3페이지에 기재되어 있다.
그런데, 최근의 low-k1 리소그래피에서, 마스크의 제조 시에 발생하는 패턴 치수 오차의 임팩트는 상술된 바와 같이, 종래에 비해 마스크 패턴의 정확한 전사 관점으로부터 현저하게 커지고 있다.
한편, 포토마스크의 마스크 패턴을 설계대로 제작하기 어려워서, 마스크 치수는 반드시 패턴 치수 오차(공차(公差))를 포함하고 있다. 특히, 문제로 되고 있는 것은 패턴의 소밀 의존성, 또는 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차라는 것이다.
이것은 도 1에 도시한 바와 같이, 포토마스크의 마스크 패턴의 목표 선 폭이 동일하여도, 밀집 라인의 패턴과 고립 라인의 패턴에서는, 각각의 치수 오차가 상이하여, 밀집 라인의 패턴 치수 오차쪽이 큰 경향이 있다.
예를 들면, Proc. SPIE VOl. 4754(2002)의 제196페이지 내지 제204페이지에 기재된 「Advanced pattern correction method for fabricating highly accurate reticles」에 보고되어 있는 바와 같이, 마스크의 패턴 치수 오차는 주로, 마스크 패턴을 묘화할 때의 묘화 오차와, 묘화→현상 후의 기반 에칭 시의 에칭 오차에 기인하고 있지만, 또한, 치수 변동의 소밀 특성, 즉 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차가 주목받고 있다.
그리고, 마스크 제작 시의 묘화에 기인하는 오차는 EB(전자 빔) 노광량 보정에 의해 보정되며, 묘화→현상 후의 기반 에칭에 의해 기인되는 오차는 패턴 보정에 의해 보정되지만, 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차를 완전하게 제어하기는 어렵다.
현재의 일반적인 포토마스크 사양으로서는, 평균 치수 공차(Mean to Target), 및 면 내의 라인 폭 균일성을 들 수 있으며, 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차에 관해서는 ITRS(International Technology Roadmap for Semiconductors) 등의 로드 맵에도 현재 시점에서 항목이 존재하지 않는다.
그러나, 이하에 설명한 바와 같이, 마스크 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차는 전사 패턴의 전사 CD 오차에 크게 영향을 미친다.
종래, 광 리소그래피 공정의 실시 시, 포토마스크 간의 상호의 패턴 치수 오차에 관하여 그다지 관심을 갖고 있지 않았다. 그러나, 오늘의 low-k1 리소그래피에서는 동일한 사양으로 제작된 2매의 포토마스크이더라도, 각각의 전사 패턴의 상호 전사 CD 간의 차가 큰 것이 주목받고 있다.
이것은, 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차에 관한 2매의 포토마스크끼리의 약간의 차가, 최근의 low-k1 리소그래피에서의 큰 MEF에 의해 강조되어 있기 때문이다.
그런데, 마스크 패턴의 패턴 피치를 변화시켰을 때의 전사 CD의 특성, 즉 도 2에 도시한 바와 같은 패턴 피치 대 전사 CD의 관계를 나타내는 그래프는 OPE(Optical Proximity Effect) 커브로 불리며, 마스크 보정값을 도출할 때의 기본 데이터 중 하나이다.
마스크 보정의 기본 데이터로 되는 OPE 커브에는, 본래 보정 대상인 광 근접 효과에 의한 영향 이외에, 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차에 의한 영향도 중첩되어 있게 된다.
상술한 바와 같이, 테스트 마스크의 마스크 패턴도, 또한 보정 마스크의 마스크 패턴도, 각각, 마스크 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차를 포함하고 있다. 따라서, 마스크 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차에 관한 테스트 마스크와 보정 마스크의 마스크간 차가 중요하게 된다.
상술한 단계 S4 프로세스 모델 추출 공정에서는, 테스트 마스크가 설계대로 되어 있는 것을 전제로 하여, 프로세스 모델을 작성하고 있지만, 현실에서는 마스 크 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차가 테스트 마스크의 마스크 패턴에 존재한다. 따라서, 프로세스 모델은 테스트 마스크의 패턴 치수 오차를 포함한 상태에서 작성되어 있기 때문에, 마스크 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차에 기초하는 테스트 마스크의 선 폭의 소밀 의존 치수 오차도 프로세스 모델에 전파되어 있다.
테스트 마스크와 전적으로 동일한 패턴 소밀 의존 오차를 갖는 보정 마스크를 제작할 수 있으면, 보정 마스크의 전사 CD 오차는 거의 제로로 할 수 있지만, 그러나, 실제로는 테스트 마스크와 보정 마스크에서는 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차에 관한 마스크간 차가 제조 변동 범위에서 발생하는 것을 피할 수 없다. 이 마스크간 차는 보정 마스크를 전사하였을 때에, 상술한 바와 같이, MEF에서 강조되는 것으로 이해된다.
그 때문에, 테스트 마스크가 갖는 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차와 보정 마스크가 갖는 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차의 차, 즉 마스크간 차가 보정 마스크를 전사하여 얻어지는 패턴의 가공 치수에 대하여 영향을 미쳐서, 전사 패턴에 무시할 수 없는 오차, 즉 마스크 보정 오차가 발생한다.
이 결과, 높은 패턴 치수 제어 정밀도의 전사 패턴을 얻기 어렵다.
그러나, OPC에 의한 종래의 마스크 보정 방법에서는, 마스크간 차에 대하여 특별한 고려를 하는 경우가 없어서, 상술된 바와 같이, 테스트 마스크에 의해 프로세스 모델을 작성하고, 그것에 의해 보정한 보정 포토마스크를 제작할 때에도, 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차에 관한 테스트 마스크와 보정후 포토마스크의 마스크간 차의 영향을 해소할 수 없다. 이것이, OPC 보정 오차 중 하나의 오차 요소로서 남 아 있어서, 보정 정밀도의 향상을 어렵게 하고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 광 근접 효과 보정에 의해 포토마스크를 보정할 때, 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차에 관한 테스트 마스크와 보정 마스크의 마스크간 차를 작게 할 수 있는 포토마스크의 보정 방법, 결국은 마스크 제조 관리 방법을 제공하는 것이다.
〈발명의 개시〉
본 발명자는 다음과 같이 생각하였다. 즉, 먼저, 테스트 마스크와 보정 마스크의 선 폭의 소밀 의존의 마스크간 차를 최소로 하기 위해, 제조 변동의 중심의 선 폭의 소밀 의존을 갖는 마스크를 테스트 마스크로서 이용한다.
또한, 보정 마스크의 전사 시에 프로세스 마진을 열화시키지 않는 범위 내에서 노광 장치의 NA, 및 σ 중 적어도 어느 하나를 미세 조정하여 OPE 커브를 제어하여, 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차의 마스크간 차를 매칭시킴으로써, 보정 마스크 전사 시의 OPE 커브에 잔차가 발생하는 것을 억제하는 것이 가능하다. 여기서, σ는 코히어런스 팩터로서, σ=조명계 NA/투영 렌즈 물체측 NA이다.
따라서, 노광 장치의 NA 및 σ 중 적어도 어느 하나를 미세 조정함으로써, 테스트 마스크와 보정 마스크를 매칭시켜서, 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차에 관한 테스트 마스크와 보정 마스크의 마스크간 차를 해소하여, OPC 보정 정밀도를 향상시키는 것을 착상하였다.
그리고, 이하에 설명한 바와 같이, 시뮬레이션 및 실험에 의해 본 착상이 유효한 것임을 확인하여, 본 발명 방법을 발명하기에 이르렀다.
상기 목적을 달성하기 위해, 상술한 지견(知見)에 기초하여, 본 발명에 따른 마스크의 보정 방법은, 광 근접 효과 보정법을 이용하여 포토마스크를 보정하는 방법으로서,
광 근접 효과 보정법의 적용에 필요한 함수 모델의 추출용 마스크로서 기능하는 테스트 마스크를, 선 폭의 소밀 의존이 소정 레벨 이하이며 또한 제조 변동의 중심에서 제작하는 공정과,
테스트 마스크의 마스크 패턴을 웨이퍼 상에 전사하여, 전사 패턴의 치수로서 길이를 측정하는 공정과,
포토마스크를 웨이퍼 상에 전사하여 이루어지는 전사 패턴의 치수를 함수 모델을 사용하여 시뮬레이션하였을 때, 시뮬레이션 결과가 상기 길이 측정한 공정에서 얻은 길이 측정 결과에 일치하는 함수 모델(이하, 프로세스 모델이라 함)을 도출하는 공정과,
프로세스 모델을 이용하여, 전사 패턴이 설계 패턴과 일치하는 마스크 패턴을 도출하여, 도출한 마스크 패턴에 기초하여 마스크 데이터를 작성하는 공정과,
작성한 마스크 데이터에 기초하며, 또한 보정 마스크의 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차가 소정 범위 내에서 테스트 마스크의 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차와 일치하는 제작 조건에서, 보정 마스크를 제작하는 공정과,
보정 마스크를 전사할 때, 패턴 피치의 소정 범위에 걸쳐 OPE 특성을 플랫하게 할 수 있는, 노광 장치의 개구수(NA) 및 코히어런스 팩터(σ) 중 적어도 어느 하나를 구하는 노광 조건 설정 공정
을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 방법에서는, 보정 마스크를 전사할 때, 패턴 피치의 소정 범위에 걸쳐 OPE 특성을 균일하게 할 수 있는, 노광 장치의 개구수(NA) 및 코히어런스 팩터(σ) 중 적어도 어느 하나를 구하여, 그 조건에서 노광함으로써, 마스크 제조 상에 남아있는 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차에 관한 테스트 마스크와 보정 마스크의 마스크간 차를 소정 내의 범위로 억제할 수 있다.
또한, σ는 윤대 조명(輪帶照明)에서는 내측(inner)―σ와, 외측(outer)―σ이다. 내측 σ란 링 형상의 광원의 내측 σ인 것이며, 외측 σ란 링 형상의 광원의 외측 σ인 것이다.
본 발명의 방법의 적합한 실시 양태의 테스트 마스크를 제작하는 공정에서는, 테스트 마스크의 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차를 허용 범위로 수용할 수 있으며, 또한 소밀 의존 오차가 제조 변동의 중심으로 되는 마스크 제작 조건에서 테스트 마스크를 제작한다. 테스트 마스크의 마스크 제작 조건은 실험 혹은 시뮬레이션 계산에 의해 구한다. 이것에 의해, 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차가 허용 범위 내이며, 또한 변동 폭의 내에서 평균적인 마스크를 테스트 마스크로 하여 사용할 수 있다.
또한, 보정 마스크를 제작하는 공정에서는, 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차에 관한 테스트 마스크와 보정 마스크의 마스크간 차가, 소정 범위 내로 되도록 설정된 마스크 제작 조건에서 보정 마스크를 제작한다. 보정 마스크의 마스크 제작 조건은 실험 혹은 시뮬레이션 계산에 의해 구한다. 프로세스 모델로부터 마스크 데 이터를 추출하고, 마스크 데이터에 기초하여, 상술한 마스크 제작 조건에서 보정 마스크를 제작함으로써, 마스크간 차의 영향의 대부분을 해소할 수 있다.
또한, 노광 조건 설정 공정에서는, 테스트 마스크의 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차를 기준으로 하여 테스트 마스크와 보정 마스크의 패턴 소밀 의존 오차의 마스크간 차의 영향을 상쇄하기 위해, 보정 마스크를 전사하였을 때의 OPE 커브가 가장 플랫하게 되도록 노광 장치의 설정 NA, σ를 미세 조정한다. 이것에 의해, 보정 마스크의 제작 공정에서 약간 남아있는 테스트 마스크와의 마스크간 차를 해소할 수 있다.
본 발명 방법의 기본적인 개념은 이하와 같다.
(1) 패턴의 소밀에 의한 마스크 제조 오차를 허용 레벨 이하로 하기 위해, 테스트 마스크에 허용되는 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차의 허용 범위를 설정한다. 또한, 패턴 소밀 의존 오차의 제조 변동의 중심으로 되는 것을 테스트 마스크로 하여 사용한다. 이것에 의해, 보정 마스크 전사 시에, 테스트 마스크의 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차에 기인하여 웨이퍼 상의 전사 패턴에 전파되는 패턴 치수 오차를 허용 레벨 내로 수용할 수 있다.
(2) 테스트 마스크 및 보정 마스크의 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차가 각각, 소정 범위 이내에서 일치하도록 한다. 이것에 의해, 보정 마스크의 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차가, 소정 범위 내의 마스크간 차에 의해, 테스트 마스크의 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차와 동일한 것으로서 재현되어, 웨이퍼 상의 전사 패턴의 마스크간 차에 기인하는 패턴 치수 오차가 소정 범위 내에 수용되게 된다.
(3) (2)에서는, 보정 마스크와 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차와 테스트 마스크의 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차가 소정 범위 이내에서 일치하지만, 보정 마스크와 테스트 마스크 사이에는 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차의 마스크간 차가 약간 남아있다. 따라서, 노광 장치의 NA 및 σ 중 적어도 어느 하나를 조정하여, 테스트 마스크와 보정 마스크를 매칭시킴으로써, 남아있는 마스크간 차를 제로로 한다. 즉, (2)의 결과, 또한, 남아있는 마스크간 차를 해소함으로써, 웨이퍼 상의 전사 패턴의 패턴 치수 오차를 보다 작게 할 수 있다.
이하에, 상기의 기본적인 개념을 보다 상세하게 설명한다.
(1)에 관한 설명
상술한 바와 같이, 테스트 마스크의 제조에서는, 패턴의 소밀에 의존하여 패턴 치수 오차가 발생한다. 그것은 테스트 마스크를 패터닝할 때, 밀집 라인을 갖는 덴스(Dense, 밀집 라인) 영역에서는, 마스크 기판을 구성하는 석영의 에칭 레이트가, 고립 라인으로 이루어지는 아이솔레이션(Isolation, 고립 라인) 영역에 비해 낮다. 그 결과, 덴스 영역의 패턴 선 폭이 도 1에 도시한 바와 같이, 아이솔레이션 영역에 비해 상대적으로 굵어지는 경향이 있기 때문이다.
도 1은, 피치의 광협(廣狹)과 마스크 제조 오차 간의 전형적인 관계를 나타내는 그래프로서, 라인 패턴의 선 폭을 고정하고, 패턴 피치를 좁은 피치로부터 넓은 피치로 변동시켜, 마스크 제조 오차를 측정한 것이다.
여기서, 간단히 나타내기 위해, 덴스(Dense, 밀집 라인)와 아이솔레이션(Isolation, 고립 라인)의 2개의 피치 양태의 포토마스크를 예로 들어, 도 2를 참 조하여, 각각의 전사 CD를 설명한다. 도 2는 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차를 파라미터로 하여, 패턴 피치와 전사 CD 간의 관계를 모식적으로 나타내는 그래프이다. 그래프 (1)은 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차 ΔM이 제로일 때의 OPE 그래프인데, 즉 본래 추출해야 할 광 근접 효과를 나타낸다. 그래프 (2)는 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차 ΔM을 포함한 마스크를 전사하였을 때의 OPE 그래프이다.
여기서, 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차 ΔM은,
ΔM=DE-IE
DE : 덴스의 피치 양태의 마스크 제조 오차
IE : 아이솔레이션의 피치 양태의 마스크 제조 오차
로 표시한다.
도 2에 나타내는 OPE 그래프 (1)과 OPE 그래프 (2)를 비교하면, 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차가 ΔM일 때의 덴스의 피치 양태의 전사 CD는, 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차 ΔM이 제로일 때의 덴스의 피치 양태의 전사 CD보다 MEFd×ΔM만큼 크다. 즉, ΔM=0일 때의 전사 CD에 비해 MEFd×ΔM만큼 강조되어 있다. 여기서, MEFd는 피치 양태가 덴스일 때의 MEF를 나타낸다.
이와 같이, 마스크 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차를 갖는 테스트 마스크의 OPE 커브 (2)는, 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차가 없는 이상적인 마스크의 OPE 커브 (1)로부터 벗어나서, 오차가 발생하고 있다.
따라서, 테스트 마스크에 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차가 있을 때에는, 산출 되는 마스크 보정값에 오차가 발생하여, 보정 마스크의 전사 패턴의 치수에 오차가 전파된다.
도 3은 테스트 마스크의 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차가 보정 마스크의 전사 CD의 치수 오차에 미치는 영향을 나타내는 그래프로서, 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차에 관한 테스트 마스크와 보정 마스크의 마스크간 차를 제로로 하였을 때의 보정 마스크의 전사 CD 오차를 시뮬레이션한 결과이다. 시뮬레이션의 조건은 이하와 같다.
마스크 : 투과율 6%의 하프톤 위상 시프트 마스크
테스트 마스크의 패턴
이상적인 마스크 : 140㎚ 폭의 아이솔레이션 라인과 140㎚ 폭 라인/260㎚ 피치의 덴스 라인
현실 마스크 : 140㎚ 폭의 아이솔레이션 라인과 140㎚+ΔM 폭 라인/260㎚ 피치의 덴스 라인
여기서, ΔM은 테스트 마스크의 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차를 나타내며, 도 3의 횡축으로 나타낸 바와 같이, -6㎚ 내지 +8㎚의 가변 파라미터로 하고 있다.
전사 CD의 목표값 : 110㎚ 폭의 아이솔레이션 라인과 110㎚ 폭 라인/260㎚의 덴스 라인
노광 조건 : 노광 광/ArF, NA=0.60, σ=0.75, 2/3 윤대
시뮬레이션에 의해 가정한 프로세스는 콘트라스트 γ가 10, 확산 길이가 30㎚라는 표준 ArF 레지스트에 대응한 것이다.
도 4는 도 3의 그래프의 계산 데이터를 나타내는 표이다. 모든 계산은, 테스트 마스크의 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차를 바꾼 경우의 보정 마스크의 전사 CD 오차의 웨이퍼면 환산의 시뮬레이션 계산 결과이다.
도 3 및 도 4로부터, 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차에 관한 테스트 마스크와 보정 마스크의 마스크간 차가 제로이더라도, 보정 마스크의 선 폭이 127㎚(테스트 마스크의 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차가 제로일 때에 산출되는 보정 마스크의 260㎚ 피치 패턴의 선 폭)로는 되지 않으며, 테스트 마스크의 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차에 따라 약간의 오차가 발생한다. 또한, 이 보정 마스크를 전사하였을 때에는 상술한 약간의 오차가 MEF에 의해 강조되어, 도 3에 도시한 바와 같이, 웨이퍼 전사 패턴의 선 폭에 무시할 수 없는 오차가 남아있음을 알 수 있다.
이것은 테스트 마스크의 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차가 비교적 큰 경우에는, 마스크 보정계(系)의 선형성이 완전하게는 유지되지 않기 때문이라고 생각된다.
(2)에 관한 설명
도 1에 도시한 바와 같이, 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차에 관한 테스트 마스크와 보정 마스크의 마스크간 차가 MEF에 의해 강조되어 보정 마스크의 전사 패턴의 선 폭에 반영되기 때문에, 마스크간 차를 관리하는 것이 중요하다.
이것은, 테스트 마스크의 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차를 기준으로 하여 마스크간 차를 관리하여 보정 마스크를 제작하는 것이 필요한 것임을 나타내고 있다. 또한, 제조 변동을 고려한 경우, 테스트 마스크의 패턴 소밀 의존 오차는 변동의 중심인 것이 바람직하다.
(3)에 관한 설명
도 5는 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차 ΔM이 제로인 이상적인 마스크(마스크 A)와, ΔM이 웨이퍼 상에서의 환산에 의해 2㎚라는 현실에 가까운 마스크(마스크 B)의 2개의 마스크의 전사 CD의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 여기서, 마스크 A, B는, 각각 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차가 제로인 테스트 마스크에 의해 프로세스 모델을 추출하여, 도 9에 도시한 바와 같이, 보정 마스크를 전사한 후에, 스루 피치에서 110㎚로 되도록 각 피치에서의 보정 마스크의 라인 치수가 산출된다. 도 9는 이 스루 피치에서의 마스크 보정값을 나타내는 그래프이다.
이 보정된 라인 치수에 대하여, 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차 ΔM이 각각 제로인 마스크(마스크 A)와 2㎚인 마스크(마스크 B)를 가정하여 전사 CD를 계산하고 있다. 도 10에 이 검토에 이용한 마스크 B의 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차를 나타낸다.
도 5로부터, 피치가 작은 초기 상태에서는, 마스크의 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차가, 각 피치, 선 폭에 대한 MEF에 의해 강조되기 때문에, 마스크 B의 OPE 커브는 마스크 A의 OPE 커브에 대하여 크게 벗어나 있다. 피치가 커짐에 따라, 즉 피치가 약 500㎚ 이상으로 되면, 마스크 A의 OPE 커브와 마스크 B의 OPE 커브가 거의 일치하는 것을 알 수 있다.
노광 장치의 개구수(NA)를 약간 바꿈으로써, 예를 들면 NA를 0.60으로부터 0.58로 변경함으로써, 마스크 B의 OPE 커브를 마스크 A의 OPE 커브에 매칭시킬 수 있다.
도 6은 노광 장치의 NA의 미세 조정에 의해 마스크 매칭시킨 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프를 나타내며, NA가 0.60일 때 노광한 마스크 A 및 마스크 B의 OPE 커브 이외에, NA가 0.59 및 0.58일 때 노광한 마스크 B의 OPE 커브를 나타내고 있다.
도 6으로부터, NA를 약간 바꿈으로써, 마스크 A와 마스크 B의 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차의 마스크간 차를 거의 해소할 수 있음을 알 수 있다.
이상의 설명과 같이, 본 발명 방법에 따르면, 노광 장치의 NA 및 σ 중 적어도 어느 하나를 약간 바꿈으로써, OPC에 의한 종래의 마스크 보정 방법에서는, 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차에 관해 남아있는 테스트 마스크와 보정 마스크의 마스크간 차를 해소할 수 있다.
이것에 의해, 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차에 관한 테스트 마스크와 보정 마스크의 마스크간 차에 기인하는 웨이퍼의 전사 패턴 치수 오차를 크게 저감할 수 있다.
도 1은 피치의 광협과 마스크 제조 오차 간의 전형적인 관계를 나타내는 그래프.
도 2는 마스크의 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차를 파라미터로 하여, 패턴 피치와 전사 CD 간의 관계를 나타내는 모식적인 그래프, 소위 OPE 그래프.
도 3은 테스트 마스크의 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차가 보정 마스크를 전사 하였을 때의 전사 CD에 미치는 영향을 나타내는 그래프.
도 4는 도 3의 그래프의 데이터표.
도 5는 보정 마스크의 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차 ΔM이 제로인 이상적인 마스크(마스크 A)와, ΔM이 2㎚인 현실에 가까운 마스크(마스크 B)의 2개의 마스크의 보정 마스크의 전사 CD의 시뮬레이션 결과를 나타내는 OPE 커브.
도 6은 노광 장치의 NA의 미세 조정에 의해 마스크 매칭시킨 시뮬레이션 결과를 나타내는 OPE 커브.
도 7은 실시 형태의 예인 마스크 보정 방법의 수순을 나타내는 흐름도.
도 8은 종래의 마스크 보정 방법의 수순을 나타내는 흐름도.
도 9는 피치와 보정 마스터의 CD 간의 관계에서 OPC 후의 마스크 치수를 나타내는 그래프.
도 10은 마스크 B의 선 폭의 소밀 의존 오차(웨이퍼 환산)를 나타내는 그래프.
〈발명을 실시하기 위한 최량의 형태〉
이하에, 실시 형태의 예를 예로 들어서, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 구체적이며 또한 상세하게 설명한다.
실시 형태의 예
본 실시 형태의 예는, 본 발명에 따른 마스크 보정 방법의 실시 형태의 일례로서, 도 7은 본 실시 형태예의 마스크 보정 방법의 수순을 나타내는 흐름도이다.
먼저, 도 7에 도시한 바와 같이, 단계 S1인 테스트 마스크 제작 공정에서 테 스트 마스크를 제작한다. 테스트 마스크는 광 근접 효과 보정법을 적용하는 프로세스 모델 추출용 마스크로서 기능하는 마스크이며, 테스트 마스크 제작 시에는, 먼저 도 3에 나타내는 해석 결과에 기초하여, 테스트 마스크의 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차를 허용 범위를 설정한다. 계속해서, 테스트 마스크의 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차를 허용 범위 내로 수용하는 마스크 제작 조건을 설정하고, 그 마스크 제작 조건에서 테스트 마스크를 제작한다.
또한, 테스트 마스크 제작 시의 마스크 제작 조건은, 단계 S5의 보정 마스크의 제작 시에도 보정 마스크의 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차를 동일한 허용 범위 내로 수용할 수 있는 마스크 제작 조건으로 한다. 즉, 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차가 제조 변동의 중심에 있는 것이 바람직하다.
계속해서, 단계 S2인 테스트 마스크 전사 공정으로 이행하여, 실제의 포토마스크를 전사하는 조건과 동일한 전사 조건으로 테스트 마스크의 마스크 패턴을 웨이퍼 상에 전사한다.
다음으로, 단계 S3인 전사 웨이퍼 길이 측정 공정으로 이행하여, 웨이퍼 상에 전사한 전사 패턴의 치수를 CD-SEM 등에 의해 길이를 측정한다.
계속해서, 단계 S4인 프로세스 모델 추출 공정으로 이행한다. 단계 S4에서는, 범용 OPC 시뮬레이터를 이용하여 포토마스크의 마스크 패턴의 전사 패턴을 시뮬레이션한 결과가, 단계 S3에서 얻은 길이 측정 결과로 되는 함수 모델, 소위 프로세스 모델을 추출 내지 도출한다. 이것에 의해, 범용 OPC 시뮬레이터에 의해 프로세스 모델에 기초하여 시뮬레이션하여 얻은 포토마스크의 마스크 패턴의 전사 패 턴은 단계 S3에서 얻은 길이 측정 결과를 갖는 전사 패턴으로 된다.
다음으로, 단계 S5인 마스크 보정 처리 공정으로 이행하여, 단계 S4에서 도출한 프로세스 모델을 이용하여, 전사 패턴이 설계 패턴으로 되는 마스크 패턴을 전술한 범용 시뮬레이터를 사용하여 도출하여, 제작해야 할 마스크의 마스크 CAD 데이터를 작성한다.
다음으로, 단계 S5 보정 마스크 제작 공정으로 이행하여, 단계 S5에서 작성한 마스크 CAD 데이터에 기초하여 보정 마스크를 제작한다.
보정 마스크의 제작 시에는, 보정 마스크의 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차가 소정의 범위 내에서 테스트 마스크의 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차와 일치하는 마스크 제조 조건에서 보정 마스크를 제작한다.
계속해서, 노광 장치의 노광 조건의 조정에 의해 OPE 커브를 매칭시키는 단계 S7인 보정 마스크 전사 공정으로 이행한다.
상술한 바와 같은 마스크 제작 조건으로 테스트 마스크 및 보정 마스크를 제작하고 있기 때문에, 양쪽 마스크의 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차는 소정의 범위 내에서 일치하고 있지만, 광 리소그래피 프로세스의 재현성에 기인하는 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차에 관한 마스크간 차가 남아있기 때문에, 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차는 테스트 마스크와 보정 마스크 사이에서 약간 상이하다.
따라서, 단계 S7에서는 포커스 마진 및 노광량 마진으로 이루어지는 리소그래피 마진의 허용 범위 내에서, 노광 장치의 개구수(NA) 및 코히어런스 팩터(σin, σout) 중 적어도 어느 하나를 약간 바꾸어 보정 마스크를 전사하여, 전사 CD의 OPE 커브가 피치의 광협에 대하여 플랫하게 되는 노광 조건을 구한다.
구한 노광 조건에서 보정 마스터를 전사함으로써, 상술한 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차의 마스크간 차를 거의 완전하게 해소할 수 있다.
본 발명 방법에 따르면, OPC법에 의해 보정한 보정 마스크를 전사할 때, 패턴 피치의 소정 범위에 걸쳐 OPE 특성을 균일하게 할 수 있는, 노광 장치의 개구수(NA) 및 코히어런스 팩터(σ) 중 적어도 어느 하나를 구하여, 그 조건에서 노광함으로써, 마스크 제조 상에 남아있는 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차에 관한 테스트 마스크와 보정 마스크의 마스크간 차를 소정 범위로 억제할 수 있다.
또한, 테스트 마스크의 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차를 허용 범위 내로 수용할 수 있는 마스크 제작 조건에서 테스트 마스크를 제작하여 테스트 마스크를 사용하여서, 프로세스 모델 추출, 보정 마스크의 선 폭을 산출함으로써, 보정 마스크의 전사 패턴의 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차를 허용 범위 내로 수용할 수 있다.
또한, 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차에 관한 테스트 마스크와 보정 마스크의 마스크간 차가 소정 범위 내로 되도록 설정된 마스크 제작 조건에서 보정 마스크를 제작함으로써, 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차에 관한 테스트 마스크와 보정 마스크의 마스크간 차의 대부분을 해소할 수 있다.
또한, 노광 조건 설정 공정에서는, 보정 마스크를 전사하였을 때, OPE 커브에 남아있는 오차가 전체 피치에 걸쳐 가장 작아지도록(OPE 커브가 플랫하게 되도록), 노광 장치의 NA, σ 중 적어도 하나를 프로세스 마진의 열화에 영향을 미치지 않는 범위 내에서 약간 바꾼다. 이것에 의해, 테스트 마스크의 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차를 기준으로 하여 테스트 마스크와 보정 마스크를 매칭시켜서, 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차에 관한 테스트 마스크와 보정 마스크의 마스크간 차를 해소함으로써, 보정 마스크의 제작 공정에서 약간 남아있는 마스크간 차를 해소할 수 있다. 이것에 의해, 마스크의 보정 정밀도를 대폭 향상시킬 수 있다.

Claims (4)

  1. 광 근접 효과 보정법을 이용하여 포토마스크를 보정하는 방법으로서,
    광 근접 효과 보정법의 적용에 필요한 함수 모델의 추출용 마스크로서 기능하는 테스트 마스크를 제작하는 공정과,
    테스트 마스크의 마스크 패턴을 웨이퍼 상에 전사하고, 전사 패턴의 치수로서 길이를 측정하는 공정과,
    포토마스크를 웨이퍼 상에 전사하여 이루어지는 전사 패턴의 치수를 함수 모델을 사용하여 시뮬레이션하였을 때, 시뮬레이션 결과가 상기 길이를 측정하는 공정에서 얻은 길이 측정 결과에 일치하는 함수 모델(이하, 프로세스 모델이라 함)을 도출하는 공정과,
    프로세스 모델을 이용하여, 전사 패턴이 설계 패턴과 일치하는 마스크 패턴을 도출하고, 도출한 마스크 패턴에 기초하여 마스크 데이터를 작성하는 공정과,
    작성한 마스크 데이터에 기초하여 보정 마스크를 제작하는 공정과,
    보정 마스크를 전사할 때, 패턴 피치의 소정 범위에 걸쳐 OPE(Optical Proximity Effect) 특성을 플랫하게 하는 것이 가능한, 노광 장치의 개구수(NA) 및 코히어런스 팩터(σ) 중 적어도 어느 하나를 구하는 노광 조건 설정 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 보정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 테스트 마스크를 제작하는 공정에서는, 테스트 마스크의 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차를 허용 범위에 수용 가능한 마스크 제작 조건에서 테스트 마스크를 제작하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 보정 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 보정 마스크를 제작하는 공정에서는, 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차에 관한 테스트 마스크와 보정 마스크의 마스크간 차가, 소정 범위 내로 되도록 설정된 마스크 제작 조건에서 보정 마스크를 제작하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 보정 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 노광 조건 설정 공정에서는, 보정 마스크를 전사하였을 때의 OPE 커브가 전체 피치에 걸쳐 가장 플랫하게 되도록, 노광 장치의 노광 조건의 NA 및 σ 중 적어도 하나를 약간 바꿈으로써, 선 폭의 패턴 소밀 의존 오차에 관한 테스트 마스크와 보정 마스크의 마스크간 차를 해소하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 보정 방법.
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