KR20040048044A - Photomask for semiconductor device fabriction and method for measuring critical demension of ArF photoresist pattern using the same - Google Patents

Photomask for semiconductor device fabriction and method for measuring critical demension of ArF photoresist pattern using the same Download PDF

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Abstract

PURPOSE: A photomask for manufacturing a semiconductor device and a method for measuring the CD(Critical Dimension) of a photoresist pattern for an ArF light source using the same are provided to be capable of restraining the shrinkage of a cell array pattern in a die region and securing the CD uniformity of the cell array pattern. CONSTITUTION: A photomask(100) is provided with a die region(110) with a cell array pattern and frame region(120) with a dummy cell array pattern for the measurement of CD. The dummy cell array pattern has the same shape as the cell array pattern. The dummy cell array pattern is located in the frame region corresponding to the target point for CD measurement.

Description

반도체 소자 제조용 포토 마스크 및 그를 이용한 아르곤플로라이드 광원용 포토레지스트 패턴의 선폭 측정방법{Photomask for semiconductor device fabriction and method for measuring critical demension of ArF photoresist pattern using the same}Photomask for semiconductor device manufacturing and linewidth measuring method of photoresist pattern for argon fluoride light source using the same {Photomask for semiconductor device fabriction and method for measuring critical demension of ArF photoresist pattern using the same}

본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로, 특히 반도체 소자 제조용 포토 마스크 및 그를 이용한 아르곤플로라이드(ArF) 광원용 포토레지스트 패턴의 선폭 측정방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor manufacturing technology, and more particularly, to a method for measuring a line width of a photomask for semiconductor device manufacturing and a photoresist pattern for an argon fluoride (ArF) light source using the same.

최근, 반도체 집적 회로의 고집적화가 급속하게 진행되어, 집적 회로의 최소 선폭이 서브 하프 마이크론 영역에 이르게 되었다. 이러한 미세화를 뒷받침하는 리소그라피 기술은, 피식각층이 형성된 기판상에 레지스트막을 도포하는 공정, 레지스트막을 노광시키는 공정, 노광된 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 공정, 레지스트 패턴을 이용하여 피 식각층을 식각하는 공정을 포함한다.In recent years, high integration of semiconductor integrated circuits has progressed rapidly, and the minimum line width of integrated circuits has reached the sub-half micron region. Lithography technology to support such miniaturization includes applying a resist film on a substrate on which an etched layer is formed, exposing a resist film, developing a resist pattern by developing an exposed resist film, and forming an etched layer using a resist pattern. Etching process is included.

현재에는 0.18㎛ 이하의 미세 패턴을 형성하는 리소그라피 공정이 요구되고 있으며, 이러한 미세화를 도모하기 위하여 단파장을 갖는 광원이 요구된다. 이러한 광원으로는 ArF 광원(193nm), F2 엑시머 레이저(157nm), X선 등이 있으며, 그 중 ArF 광원이 해상도 면에서 가장 우수하다.Currently, a lithography process for forming a fine pattern of 0.18 mu m or less is required, and a light source having a short wavelength is required to achieve such miniaturization. Such light sources include ArF light sources (193 nm), F2 excimer lasers (157 nm), X-rays, etc. Among them, ArF light sources are the best in terms of resolution.

ArF 광원용 포토레지스트는 전자빔에 노출되면 그 패턴 선폭이 감소하는 특성이 있다. 따라서, CD SEM(scannin electron microscope)을 이용한 포토레지스트 패턴의 선폭(DICD, after Development Inspection Critical Dimension) 측정시 조사된 전자빔에 노출된 부분의 선폭이 도 1의 'A'와 같이 국부적으로 축소하게 된다. 참고적으로, 'A' 부분은 전자빔에 약 3초간 노출시킨 ArF 광원용 포토레지스트 패턴을 나타낸 것이다. 이처럼 CD SEM 측정시 국부적으로 CD(Critical Dimension)축소가 발생하는 경우, 선폭의 변화에 의해 셀의 전기적 특성이 열화되는 문제점이 있었다.The photoresist for an ArF light source has a property of decreasing the pattern line width when exposed to an electron beam. Therefore, the line width of the portion exposed to the irradiated electron beam when the CDD is measured using a CDN (scannin electron microscope) is reduced locally, as shown in FIG. 1A. . For reference, the 'A' portion represents the photoresist pattern for the ArF light source exposed to the electron beam for about 3 seconds. As described above, when CD (Critical Dimension) reduction occurs locally during CD SEM measurement, there is a problem in that the electrical characteristics of the cell are deteriorated by the change of the line width.

도 2는 CD SEM 측정 시간에 따른 CD 축소를 나타낸 그래프로서, 여러 가지 선폭에 대해 CD SEM 측정을 수행한 결과를 각각 나타내고 있다. 도 2를 참조하면, 선폭에 관계 없이 CD SEM 측정 시간(전자빔 노출 시간)이 약 5초까지는 CD가 급격히 줄어드고 이후에는 CD의 변화가 적음을 확인할 수 있다.FIG. 2 is a graph showing CD shrinkage with respect to CD SEM measurement time, and shows the results of CD SEM measurements for various line widths. Referring to FIG. 2, it can be seen that the CD is rapidly decreased until the CD SEM measurement time (electron beam exposure time) is about 5 seconds regardless of the line width, and thereafter, the CD is less changed.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 ArF 광원용 포토레지스트에 대한 노광 및 현상 후 웨이퍼 전체적으로 전자빔 큐어링(E-beam curing)을 수행하고 있다. 이러한 전자빔 큐어링 스텝의 추가로 인하여 CD 측정에 따른 선폭 균일도 열화를 어느 정도 극복할 수 있으나, 새로운 공정의 추가로 인하여 생산성의 저하 문제가 지적되고 있다. 현재 전자빔 큐어링은 웨이퍼 한장당 약 6분이 소요되며, 로트(lot)당 180분 정도가 소요되기 때문에 생산성에 적지 않은 영향을 미치고 있다. 한편, 전자빔 큐어링 스텝을 추가하는 경우, 새로운 장비의 도입에 따른 공정 단가의 상승을 피할 수 없다.In order to solve this problem, E-beam curing is performed on the entire wafer after exposure and development of the photoresist for the ArF light source. Due to the addition of the electron beam curing step, the degradation of the line width uniformity due to the CD measurement can be overcome to some extent, but the problem of deterioration in productivity due to the addition of a new process has been pointed out. Currently, electron beam curing takes about 6 minutes per wafer and about 180 minutes per lot, thus affecting productivity. On the other hand, when the electron beam curing step is added, an increase in the process cost due to the introduction of new equipment is inevitable.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 생산성을 저하시키지 않으면서, CD SEM을 이용한 ArF 광원용 포토레지스트의 패턴 CD 측정에 따른 패턴 균일도 열화를 방지할 수 있는 반도체 소자 제조용 포토 마스크 및 그를 이용한 ArF 광원용 포토레지스트 패턴의 선폭 측정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is proposed to solve the above problems of the prior art, a semiconductor device capable of preventing the deterioration of pattern uniformity due to the measurement of the pattern CD of the photoresist for ArF light source using a CD SEM without lowering the productivity It is an object of the present invention to provide a method for measuring a line width of a photomask for manufacturing and a photoresist pattern for an ArF light source using the same.

도 1은 전자빔에 노출될 ArF 광원용 포토레지스트 패턴을 나타낸 전자현미경 사진.1 is an electron micrograph showing a photoresist pattern for the ArF light source to be exposed to the electron beam.

도 2는 CD SEM 측정 시간에 따른 CD 축소를 나타낸 그래프.Figure 2 is a graph showing the CD shrinkage with CD SEM measurement time.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 제조용 포토 마스크를 개략적으로 나타낸 평면도.3 is a plan view schematically showing a photomask for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

100 : 포토 마스크100: photo mask

110 : 다이 영역110: die area

120 : 프레임 영역120: frame area

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 셀 어레이 패턴이 구비된 다이 영역과, 상기 다이 영역의 주변에 제공되며, 상기 셀 어레이 패턴과 실질적으로 같은 형상을 갖는 선폭(CD) 측정용 더미 셀 어레이 패턴이 구비된 프레임 영역을 구비하는 반도체 소자 제조용 포토 마스크가 제공된다.According to an aspect of the present invention for achieving the above object, the line area (CD) measurement is provided in the die region having a cell array pattern, the periphery of the die region, having a shape substantially the same as the cell array pattern There is provided a photomask for manufacturing a semiconductor device having a frame region provided with a dummy cell array pattern.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기의 포토 마스크를 이용한 ArF 광원용 포토레지스트 패턴의 선폭(CD) 측정방법에 있어서, 상기 포토 마스크를 이용한 노광 및 현상 공정을 통해 포토레지스트 패턴이 형성된 웨이퍼를 선폭 측정 장비에 로딩하는 단계와, 상기 프레임 영역의 상기 더미 셀 어레이 패턴에 대응하는 상기 포토레지스트 패턴에 전자빔을 조사하여 선폭을 측정하는 단계를 포함하는 ArF 광원용 포토레지스트 패턴의 선폭(CD) 측정방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, in the method for measuring the line width (CD) of the photoresist pattern for the ArF light source using the photomask, a wafer having a photoresist pattern formed through the exposure and development process using the photomask Measuring the line width (CD) of the photoresist pattern for the ArF light source, including loading the line width measuring apparatus and measuring a line width by irradiating an electron beam to the photoresist pattern corresponding to the dummy cell array pattern of the frame region. A method is provided.

본 발명의 목적과 더불어 그의 다른 목적 및 신규한 특징은, 본 명세서의 기재 및 첨부 도면에 의하여 명료해질 것이다.Other objects and novel features as well as the objects of the present invention will become apparent from the description of the specification and the accompanying drawings.

이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다. 또한, 어떤 층이 다른 층 또는 반도체 기판의 "상"에 있다라고 기재되는 경우에, 어떤 층은 상기 다른 층 또는 반도체 기판에 직접 접촉하여 존재할 수 있고, 또는, 그 사이에 제3의 층이 개재될 수 있다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shape and the like of the elements in the drawings are exaggerated to emphasize a more clear description, and the elements denoted by the same reference numerals in the drawings means the same elements. In addition, where a layer is described as being "on" another layer or semiconductor substrate, a layer may exist in direct contact with the other layer or semiconductor substrate, or a third layer therebetween. Can be.

첨부한 도면 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 제조용 포토 마스크를 개략적으로 나타낸 평면도이다.3 is a plan view schematically showing a photomask for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 포토 마스크(100)는 셀 어레이가 형성되는 다이 영역(110)과, 다이 영역(110)을 둘러싸고 있는 프레임 영역(120)으로 이루어진다. 여기서, 프레임 영역(120)은 스크라이브 라인(scribe line) 영역이라 보아도 무방하다.Referring to FIG. 3, the photo mask 100 includes a die region 110 in which a cell array is formed, and a frame region 120 surrounding the die region 110. In this case, the frame area 120 may be regarded as a scribe line area.

여기서, 다이 영역(110)에는 잘 알려진 바와 같이 셀 어레이 패턴이 배치되고, 프레임 영역(120)에는 얼라인먼트 키(alignment key) 패턴 등이 배치된다.Here, as is well known, a cell array pattern is disposed in the die region 110, and an alignment key pattern and the like are disposed in the frame region 120.

본 실시예에서는 포토 마스크(100)의 프레임 영역(120)에 CD 측정용 더미 셀 어레이 패턴을 마련하였다. 즉, CD를 측정하고자 하는 다이 영역(110) CD SEM 측정 타겟 포인트(A)에 인접한 프레임 영역(120)에 다이 영역(110)과 같은 형상의 CD 측정용 더미 셀 어레이 패턴을 미리 마련해 두는 것이다. 'B'는 CD 측정용 더미 셀 어레이 패턴이 배치된 영역을 나타내며, 이러한 포토 마스크(100)를 사용하여 웨이퍼 상에 도포된 포토레지스트를 노광 및 현상한 후 CD SEM 장비를 이용하여 CD 측정을 수행할 때, 'A' 포인트에 대응하는 포토레지스트 패턴의 CD를 측정하지 않고 'B' 포인트에 대응하는 더미 포토레지스트 패턴의 CD를 측정하게 된다.In the present exemplary embodiment, a dummy cell array pattern for CD measurement is provided in the frame region 120 of the photo mask 100. That is, a dummy cell array pattern for CD measurement having the same shape as the die area 110 is prepared in advance in the frame area 120 adjacent to the CD area of the die area 110 CD SEM measurement target point A to be measured. 'B' represents a region in which the dummy cell array pattern for CD measurement is disposed. After exposure and development of a photoresist coated on a wafer using the photo mask 100, CD measurement is performed using a CD SEM device. In this case, the CD of the dummy photoresist pattern corresponding to the 'B' point is measured without measuring the CD of the photoresist pattern corresponding to the 'A' point.

따라서, 포토 마스크(100)를 제작시에 CD 측정용 더미 셀 어레이 패턴에 의한 DICD가 다이 영역(110)의 셀 어레이 패턴에 의한 DICD를 대변할 수 있도록 CD 측정용 더미 셀 어레이 패턴의 위치 및 사이즈를 테스트를 통해 결정해야 한다.Accordingly, the position and size of the CD measurement dummy cell array pattern so that the DICD by the dummy cell array pattern for CD measurement can represent the DICD by the cell array pattern of the die region 110 when the photomask 100 is manufactured. Should be determined by testing.

한편, 상기와 같은 포토 마스크(100)를 사용하여 웨이퍼 상에 도포된 ArF 광원용 포토레지스트를 노광하고, 현상을 통해 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 별도의 전자빔 큐어링 공정을 수행하지 않고 바로 CD 측정을 수행한다. 이때, 기존과 같이 다이 영역(110)의 포토레지스트 패턴의 CD를 측정하지 않고 프레임 영역(120)의 포토레지스트 패턴의 CD를 측정하므로, 다이 영역(110)의 포토레지스트 패턴이 전자빔에 노출되지 않으며, 이에 따라 다이 영역(110)의 포토레지스트 패턴의 CD 균일도를 확보할 수 있게 된다. 한편, 본 발명에서도 CD 측정시 현재 사용하고 있는 오프-사이트(off-site) 방식(CD 측정 타겟 포인트에 포커싱을 한 후 화면을 고정시키고 포커싱된 부분으로부터 약 2㎛ 정도 옆쪽을 측정함으로써 포커싱에 따른 포토레지스트 패턴의 CD 축소를 최소화하고자 하는 방식)을 사용하는 것이 바람직하다.Meanwhile, the photoresist for the ArF light source coated on the wafer is exposed using the photomask 100 as described above, and after the photoresist pattern is formed through development, the CD is directly performed without performing an additional electron beam curing process. Perform the measurement. In this case, since the CD of the photoresist pattern of the frame region 120 is measured without measuring the CD of the photoresist pattern of the die region 110 as before, the photoresist pattern of the die region 110 is not exposed to the electron beam. Accordingly, CD uniformity of the photoresist pattern of the die region 110 can be secured. Meanwhile, the present invention also uses an off-site method (focusing on a CD measurement target point after fixing the screen and measuring the side about 2 μm from the focused portion) according to the focusing. It is desirable to use a method of minimizing CD shrinkage of the photoresist pattern.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 CD SEM 장비를 이용한 ArF 광원용 포토레지스트 패턴의 CD 측정시 다이 영역의 패턴이 축소되는 현상을 억제할 수 있으며, 이로 인하여 패턴 CD 균일도 확보를 통한 소자의 전기적 특성 열화를 방지할 수 있다. 한편, 본 발명에 따르면 전자빔 큐어링을 생략할 수 있어 생산성을 개선하고 공정 단가를 줄이는 효과를 기대할 수 있다.As described in detail above, according to the present invention, the phenomenon of shrinking the pattern of the die region during CD measurement of the photoresist pattern for the ArF light source using the CD SEM device can be suppressed. Deterioration of electrical characteristics can be prevented. Meanwhile, according to the present invention, electron beam curing can be omitted, so that an effect of improving productivity and reducing process cost can be expected.

Claims (3)

셀 어레이 패턴이 구비된 다이 영역과,A die region provided with a cell array pattern, 상기 다이 영역의 주변에 제공되며, 상기 셀 어레이 패턴과 실질적으로 같은 형상을 갖는 선폭(CD) 측정용 더미 셀 어레이 패턴이 구비된 프레임 영역을 구비하는 반도체 소자 제조용 포토 마스크.And a frame region provided around the die region and provided with a dummy cell array pattern for measuring line width (CD) having a shape substantially the same as that of the cell array pattern. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 더미 셀 어레이 패턴은 CD 측정 타겟 포인트에 대응하는 상기 다이 영역에 인접한 상기 프레임 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 포토 마스크.And the dummy cell array pattern is located in the frame region adjacent to the die region corresponding to the CD measurement target point. 제1항의 포토 마스크를 이용한 ArF 광원용 포토레지스트 패턴의 선폭(CD) 측정방법에 있어서,In the method for measuring the line width (CD) of the photoresist pattern for ArF light source using the photomask of claim 1, 상기 포토 마스크를 이용한 노광 및 현상 공정을 통해 포토레지스트 패턴이 형성된 웨이퍼를 선폭 측정 장비에 로딩하는 단계와,Loading a wafer having a photoresist pattern on a line width measuring apparatus through an exposure and development process using the photo mask; 상기 프레임 영역의 상기 더미 셀 어레이 패턴에 대응하는 상기 포토레지스트 패턴에 전자빔을 조사하여 선폭을 측정하는 단계Measuring a line width by irradiating an electron beam to the photoresist pattern corresponding to the dummy cell array pattern in the frame region 를 포함하는 ArF 광원용 포토레지스트 패턴의 선폭(CD) 측정방법.Line width (CD) measurement method of the photoresist pattern for ArF light source comprising a.
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