KR20100111128A - 포토마스크의 선폭 보정 방법 - Google Patents
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Abstract
투광 기판 상에 패턴대상막을 포함하는 블랭크 마스크를 준비하고, 블랭크 마스크의 투과율을 측정하여 블랭크 마스크의 투과율 산포를 나타내는 제1 투과율맵을 작성한다. 블랭크 마스크에 패터닝공정을 수행하여 투광 기판 상에 마스크 패턴이 형성된 포토마스크를 제조한다. 포토마스크의 투과율을 측정하여 포토마스크의 투과율 산포를 나타내는 제2 투과율맵을 작성하고, 제1 투과율맵 및 제2 투과율맵을 비교 분석하여 마스크 패턴이 갖는 제1 투과율 산포 데이터와 투광 기판이 갖는 제2 투과율 산포 데이터를 각각 추출한다. 제1 투과율 산포 데이터를 마스크 패턴의 선폭 변화량으로 환산하고, 제2 투과율 산포 데이터를 투광 기판의 투과율보정량으로 환산한다. 그리고 선폭 변화량 및 투과율보정량을 전자빔 노광 공정에 피드백하는 단계를 포함한다.
투과율, 블랭크 마스크, 선폭, 포토마스크, 투광기판, 전자빔
Description
본 발명은 포토마스크의 형성 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 포토마스크의 선폭 보정 방법에 관한 것이다.
포토마스크는 석영 기판 위에 반도체의 미세회로를 형상화한 것으로, 반도체 상에 미세 패턴을 프린트할 수 있는 원판 역할을 한다. 포토마스크는 투광 기판 상에 투과되는 광을 차단하는 차광층의 패턴으로 구성되는 바이너리 마스크와, 투광 기판 상에 투과되는 광이 위상반전 효과를 가지도록 조성과 두께가 조절된 위상 반전층의 패턴으로 구성되는 위상반전마스크로 분류되며, 웨이퍼 상에 전달하고자 하는 미세 회로를 정의하는 이미지 패턴이 아직 형성되지 않은 기판을 블랭크 마스크라 한다.
따라서, 블랭크 마스크에 전자빔 노광 공정, 현상공정, 식각공정 등의 패터닝 공정을 수행함으로써 포토마스크가 제조된다. 포토마스크 상에 형성된 마스크 패턴은 리소그라피 공정을 통해 웨이퍼 상에 전사되므로, 포토마스크 제조 과정에서 패턴의 선폭 에러 및 균일도 에러가 발생된 경우, 선폭 보정 공정을 수행하고 있다.
선폭 보정 공정은 중요한 요인은 각각의 패터닝 장치의 재현성과 선폭 측정 장치 예컨대, SEM 장치의 신뢰성으로 볼 수 있다. 패턴이 장치의 재현성은 장치의 변량(variation)을 갖고 있다 하더라도 동일 공정을 사용하는 마스크에 있어서 그 변량은 매우 미미하고, 또한 장치의 선능을 향상시키기 위한 노력이 지속적으로 있다. 게다가 신규 장치의 도입으로 인해 패터닝 장치의 재현성을 향상시킬 수도 있다.
반면에, 선폭 측정 장치의 신뢰성은 SEM 장치가 갖는 한계로 인해 선폭을 샘플링(sampling) 할 수 밖에 없다는 한계가 있다. SEM 측정 장치의 경우, 투광 기판 상에 형성된 마스크 패턴의 표면, 즉, 마스크 패턴의 선폭만을 측정하므로, 투광 기판이 갖는 투과율 불균일도가 웨이퍼 노광시 발생시키는 선폭 에러에는 대응할 수 없는 문제점이 있다. 즉, 투광 기판의 광학적 성질 특히, 투과율(transmittance)이 불균일하면, 동일한 크기를 갖는 마스크 패턴이더라도 웨이퍼에 전사되는 패턴의 임계치수가 달라질 수 있다. 따라서 웨이퍼의 임계치수 균일도가 저하될 수 있다. 이와 같이 투광 기판 자체의 투과율 경향을 파악하여 이를 포토마스크 제조 과정에서 반영될 수 있는 방법이 요구되고 있다.
본 발명에 따른 포토마스크의 선폭 보정 방법은, 투광 기판 상에 패턴대상막을 포함하는 블랭크 마스크를 준비하는 단계; 상기 블랭크 마스크의 투과율을 측정하여 상기 블랭크 마스크의 투과율 산포를 나타내는 제1 투과율맵을 작성하는 단계; 상기 블랭크 마스크에 패터닝공정을 수행하여 상기 투광 기판 상에 마스크 패턴이 형성된 포토마스크를 제조하는 단계; 상기 포토마스크의 투과율을 측정하여 상기 포토마스크의 투과율 산포를 나타내는 제2 투과율맵을 작성하는 단계; 상기 제1 투과율맵 및 상기 제2 투과율맵을 비교 분석하여 상기 마스크 패턴이 갖는 제1 투과율 산포 데이터와 상기 투광 기판이 갖는 제2 투과율 산포 데이터를 각각 추출하는 단계; 상기 제1 투과율 산포 데이터를 상기 마스크 패턴의 선폭 변화량으로 환산하는 단계; 상기 제2 투과율 산포 데이터를 상기 투광 기판의 투과율보정량으로 환산하는 단계; 및 상기 선폭 변화량 및 투과율보정량을 전자빔 노광 공정에 피드백하는 단계를 포함한다.
상기 블랭크 마스크는 상기 투광기판 상에 차광막이 형성된 바이너리마스크용 블랭크 마스크 또는 상기 투광기판 상에 위상반전막 및 차광막이 형성된 위상반전마스크용 블랭크 마스크로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 마스크 패턴은 광차단막 패턴 또는 위상반전막 패턴으로 이루어지는 바람직하다.
상기 투과율 측정은 50 um 범위를 스팟 사이즈로 지정하여 측정하는 것이 바람직하다.
상기 마스크 패턴의 선폭 변화량을 환산하는 단계는, 상기 마스크 패턴이 갖는 투과율 산포 데이터로부터 가장 낮은 투과율을 기준으로 상기 측정 투과율과의 차이를 계산하여 상기 마스크 패턴의 투과율 변화량을 추출하는 단계; 및 상기 마스크 패턴의 투과율 변화량을 마스크 패턴의 선폭 변화량으로 환산하는 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 투과율 보정량을 환산하는 단계는, 상기 마스크 패턴이 갖는 투과율 산포 데이터로부터 가장 낮은 투과율을 기준으로 상기 측정 투과율과의 차이를 계산하여 상기 마스크 패턴의 투과율 변화량을 추출하는 단계; 및 상기 각각의 투과율 변화량으로부터 투과율보정값을 추출하여 투과율보정량으로 환산하는 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 피드백은 상기 선폭 변화량 및 투과율 보정량이 전자짐 노광 장치에 저장되고, 선폭 변화량 및 투과율 보정량이 전자빔 도즈량에 반영되어 전자빔 노광 공정이 이루어지는 것이 바람직하다.
도 1을 참조하면, 투광 기판 위에 패턴대상막이 배치되고, 차광막 위에 레지스트막으로 코팅된 블랭크 마스크를 준비한다(S10). 투광기판은 석영과 같이 광을 투과시킬 수 있는 투명한 재질로 이루어지며, 사각형의 구조를 갖는다. 패턴대상막은 바이너리 마스크 제조를 위한 경우, 차광막으로 이루어질 수 있으며, 위상반전마스크 제조를 위한 경우, 위상반전막 및 차광막으로 이루어질 수 있다. 이때, 차광막은 투과되는 광을 차단할 수 있는 물질 예컨대, 크롬(Cr)을 포함하여 형성될 수 있으며, 위상반전막은 투과되는 광의 위상을 반전시킬 수 있는 물질 예컨대, 몰리브덴실리콘 화합물을 포함하여 형성될 수 있다.
다음에, 블랭크 마스크에 대한 투과율을 측정하여 블랭크 마스크의 투과율 산포를 나타내는 제1 투과율맵을 작성한다(S20). 투과율 측정은 일반적으로 스캐터로미터리(Scatterometry) 원리를 응용한 장치를 이용한다.
구체적으로, 투과율 측정 장치에 블랭크 마스크를 로딩하고, 블랭크마스크에 투과율 측정 포인트들을 지정한 후, 측정 포인트에 광을 조사한 다음, 투과율 검출계로 조사된 광의 투과율을 검출한다. 이를 전기적인 신호를 전환하여 투과율값을 추출하고, 각각의 측정 포인트의 투과율값을 이용하여 투과율 산포를 나타내는 제1 투과율 맵을 작성한다. 이때, 측정 포인트들의 스팟 사이즈(spot size)는 전체 블랭크 마스크의 특징들을 대표할 수 있도록 50um 정도의 영역으로 지정할 수 있다.
제1 투과율 맵에서 농도가 짙게 나타난 영역은 투과율이 높은 부분이고, 농도가 옅게 나타난 영역은 투과율이 낮은 영역이다. 이때, 블랭크 마스크에 대한 투과율 측정은, 투광 기판 위의 패턴대상막의 투과율 변량뿐만 아니라, 투광 기판 자체의 투과율 변량까지 포함되어 측정된다.
다음에, 블랭크 마스크에 대해 패터닝공정을 수행하여 투광 기판 상에 마스크 패턴이 형성된 포토마스크를 제조한다(S30). 포토마스크는 바이너리 마스크일 수 있으며, 위상반전마스크일 수 있다. 패터닝 공정은 통상적으로 노광공정, 현상공정 및 식각공정을 포함하여 수행될 수 있다.
보다 구체적으로, 포토마스크의 제조는 블랭크 마스크의 레지스트막에 전지 빔 노광을 수행하고, 노광이 이루어진 레지스트막에 대한 현상을 수행하여 레지스트막 패턴을 형성한다. 레지스트막 패턴은 패턴대상막의 일부 표면을 선택적으로 노출시킨다. 레지스트막 패턴을 식각마스크로 노출된 패턴대상막을 식각하여 투광기판을 선택적으로 노출시키는 마스크 패턴을 형성하고, 레지스트막 패턴을 제거한다.
다음에, 마스크 패턴이 형성된 포토마스크에 대한 투과율을 측정하여 포토마스크의 투과율 산포를 나타내는 제2 투과율맵을 작성한다(S40). 제2 투과율맵은 제1 투과율맵과 대등한 과정에 의해 작성된다.
예컨대, 투과율 측정 장치로부터 투과율 측정 포인트들을 지정한 후, 마스크 패턴이 형성된 포토마스크의 투과율 측정 포인트에 광을 조사하고, 투과율 검출계로 조사된 광의 투과율을 검출한다. 이를 전기적인 신호를 전환하여 투과율값을 추출하고, 각각의 투과율값을 이용하여 투과율 산포를 나타내는 제2 투과율 맵을 작성한다. 여기서, 포토마스크에 대한 투과율 측정 포인트는 블랭크 마스크에 지정된 투과율 측정 포인트들과 동일한 위치로 지정될 수 있으며, 투과율 측정 포인트의 스팟 사이즈 또한 포토마스크의 특징들을 대표할 수 있도록 50um 정도의 영역으로 지정할 수 있다.
제2 투과율맵에서, 농도가 짙게 나타난 영역은 임계치수보다 패턴이 작게 형성된 것으로 분석되고, 농도가 옅게 나타난 영역은 임계치수보다 패턴이 크게 형성된 것으로 분석될 수 있다. 이때, 제2 투과율 맵은 투광 기판 자체의 투과율 변량과, 패턴대상막이 패터닝된 마스크 패턴이 갖는 패턴 밀도까지 포함되어 측정된다.
다음에, 제1 투과율맵과 제2 투과율맵을 비교 분석하여 마스크 패턴이 갖는 제1 투과율 산포 데이터와, 투광기판이 갖는 제2 투과율 산포 데이터를 각각 추출한다(S50). 제1 투과율맵은 투광기판과 패터닝이 되지 않은 패턴대상막의 투과율값 정보을 나타내고, 제2 투과율맵은 투광기판과 패터닝된 마스크 패턴의 투과율값 정보를 나타내고 있으므로, 제2 투과율맵과 제1 투과율맵을 비교 분석하여 마스크 패턴이 갖는 제1 투과율 산포와, 투광기판이 갖는 제2 투과율 산포를 분리시킬 수 있다.
다음에, 제1 투과율 산포 데이터를 마스크 패턴의 선폭 변화량으로 환산한다(S60). 구체적으로, 제1 투과율 산포 데이터로부터 가장 낮은 투과율값을 갖는 포인트를 기준으로 상기 측정된 투과율값과의 차이를 계산하여 마스크 패턴의 투과율 변화량을 추출하고, 마스크 패턴의 투과율 변화량을 마스크 패턴의 선폭 변화량으로 환산한다. 투과율 보정 장치와 같이 파장을 갖는 투과율 측정 장치의 경우, 투과율값을 선폭값으로 표현되는 과정을 통해 투과율 변화량이 선폭 변화량으로 환산된다.
한편, 투과율 변화량이 선폭 변화량으로 환산되기 위해서는, 투과율이 변화되었을 때의 선폭 변화량을 미리 파악하고 있어야 한다. 예컨대, 테스트 과정을 통해 포토마스크에 투과율을 보정하고, 투과율 보정량에 따라 웨이퍼 상에 형성된 패턴의 선폭 변화량을 얻게 되면, 투과율 변화량에 따른 선폭 변화량에 대한 정보를 획득할 수 있다.
다음에, 제2 투과율 산포 데이터를 투광 기판의 투과율보정량으로 환산한 다(S70). 구체적으로, 제2 투과율 산포 데이터로부터 가장 낮는 투과율값을 갖는 포인트를 기준으로 측정된 투과율값 차이를 계산하여 투광기판의 투과율 변화량을 추하고, 투광기판의 투과율이 균일해지도록 각각의 포인트에서 추출된 투과율 변화량으로부터 투과기판의 투과율이 균일해질 수 있는 투과율보정값을 추출하여 투과율보정량으로 환산한다.
다음에 선폭 변화량 및 투과율보정량을 전자빔 노광 공정에 피드백(feedback)한다. (S80). 구체적으로, 전자빔 노광 장치에 블랭크 마스크의 투과율 보정량 및 투과율 변량에 따른 선폭 변화량 정보를 저장한다. 그러면, 투과율 보정량 및 선폭 변화량이 전자빔 도즈량으로 환산되고, 이러한 전자빔 도즈량은 다음 포토마스크 제작을 위한 전자빔 노광에 반영되어 마스크 패턴의 선폭이 보정된다. 즉, 다음 포토마스크 제작 시 마스크 패턴의 선폭이 균일해지도록 전자빔 도즈량이 조절되어 노광이 이루어진다. 이때, 전자빔 도즈량은 투과율 보정량 및 선폭 변화량을 반영된다.
예컨대, 선폭 변화량을 전자빔 도즈량으로 환산되기 위해서는 먼저, 전자빔 도즈량 변화량에 따른 패턴 선폭 변화량 데이터를 수집해야 한다. 즉, 테스트 과정을 통해 전자빔 도즈의 변화량을 알고 있고, 전자빔 도즈의 변화량에 따라 선폭 변화량을 알게 되면, 전자빔 도즈 변화량에 따른 선폭 변화량 데이터를 수집할 수 있다. 이 데이터를 이용하여 선폭 변화량에 따른 전자빔 도즈 변량을 예측할 수 있다. 또한, 투과율값에 따라 선폭이 달라지므로, 투과율값 변량에 따른 선폭 변화량 데이터를 이용하여 투과율값을 보정할 수 있는 전자빔 도즈량을 파악할 수 있다.
본 발명은 마스크 패턴이 형성된 포토마스크의 투과율을 측정할 뿐만 아니라, 블랭크 마스크 즉, 기판이 갖는 투과율 변량까지 측정함으로써, 마스크 패턴이 갖는 투과율 산포와, 투광 기판이 갖는 투과율 산포를 추출한다. 마스크 패턴이 갖는 투과율 산포를 이용하여 투과율 변화에 따른 선폭 변화량을 파악하고, 투광 기판이 갖는 투과율 산포를 이용하여 투과율 보정량을 파악한다. 이를 전자빔 노광 과정에서 반영되도록 전자빔 도즈량으로 환산함으로써, 다음 포토마스크 제작 과정에서 마스크 패턴의 선폭이 균일해지도록 패턴의 선폭을 보정한다. 이에 따라, 투과율 측정을 통해 선폭을 예측하므로, 진공 장치인 SEM 을 사용하지 않아도 되므로 SEM으로 인한 마스크 오염을 방지할 수 있으며, 선폭 측정 시간을 감소시킬 수 있다. 또한, 마스크 패턴이 갖는 선폭 변화량 뿐만 아니라 투광기판 자체의 투과율 불균일에 따른 선폭 변화량이 반영되므로 투과율 불균일로 인한 웨이퍼 노광의 선폭 에러 또한, 보정할 수 있는 장점이 있다.
이상, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 다른 포토마스크의 선폭 보정 방법을 설명하기 위해 나타내 보인 흐름도이다.
Claims (7)
- 투광 기판 상에 패턴대상막을 포함하는 블랭크 마스크를 준비하는 단계;상기 블랭크 마스크의 투과율을 측정하여 상기 블랭크 마스크의 투과율 산포를 나타내는 제1 투과율맵을 작성하는 단계;상기 블랭크 마스크에 패터닝공정을 수행하여 상기 투광 기판 상에 마스크 패턴이 형성된 포토마스크를 제조하는 단계;상기 포토마스크의 투과율을 측정하여 상기 포토마스크의 투과율 산포를 나타내는 제2 투과율맵을 작성하는 단계;상기 제1 투과율맵 및 상기 제2 투과율맵을 비교 분석하여 상기 마스크 패턴이 갖는 제1 투과율 산포 데이터와 상기 투광 기판이 갖는 제2 투과율 산포 데이터를 각각 추출하는 단계;상기 제1 투과율 산포 데이터를 상기 마스크 패턴의 선폭 변화량으로 환산하는 단계;상기 제2 투과율 산포 데이터를 상기 투광 기판의 투과율보정량으로 환산하는 단계; 및상기 선폭 변화량 및 투과율보정량을 전자빔 노광 공정에 피드백하는 단계를 포함하는 포토마스크의 선폭보정 방법.
- 제1항에 있어서,상기 블랭크 마스크는 상기 투광기판 상에 차광막이 형성된 바이너리마스크용 블랭크 마스크 또는 상기 투광기판 상에 위상반전막 및 차광막이 형성된 위상반전마스크용 블랭크 마스크로 이루어지는 포토마스크의 선폭 보정 방법.
- 제1항에 있어서,상기 마스크 패턴은 광차단막 패턴 또는 위상반전막 패턴으로 이루어지는 포토마스크의 선폭 보정 방법.
- 제1항에 있어서,상기 투과율 측정은 50 um 범위를 스팟 사이즈로 지정하여 측정하는 포토마스크의 선폭 보정 방법.
- 제1항에 있어서,상기 마스크 패턴의 선폭 변화량을 환산하는 단계는,상기 마스크 패턴이 갖는 투과율 산포 데이터로부터 가장 낮은 투과율을 기준으로 상기 측정 투과율과의 차이를 계산하여 상기 마스크 패턴의 투과율 변화량을 추출하는 단계; 및상기 마스크 패턴의 투과율 변화량을 마스크 패턴의 선폭 변화량으로 환산하는 단계로 이루어지는 포토마스크의 선폭 보정 방법.
- 제1항에 있어서,상기 투과율 보정량을 환산하는 단계는,상기 마스크 패턴이 갖는 투과율 산포 데이터로부터 가장 낮은 투과율을 기준으로 상기 측정 투과율과의 차이를 계산하여 상기 마스크 패턴의 투과율 변화량을 추출하는 단계; 및상기 각각의 투과율 변화량으로부터 투과율보정값을 추출하여 투과율보정량으로 환산하는 단계로 이루어지는 포토마스크의 선폭 보정 방법.
- 제1항에 있어서,상기 피드백은 상기 선폭 변화량 및 투과율 보정량이 전자짐 노광 장치에 저장되고, 선폭 변화량 및 투과율 보정량이 전자빔 도즈량에 반영되어 전자빔 노광 공정이 이루어지는 포토마스크의 선폭 보정 방법.
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|---|---|---|---|---|
| US9323142B2 (en) | 2013-08-19 | 2016-04-26 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Methods of reducing registration errors of photomasks and photomasks formed using the methods |
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2009
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