KR20090109349A

KR20090109349A - Optical proximity correction method

Info

Publication number: KR20090109349A
Application number: KR1020080034760A
Authority: KR
Inventors: 이동진
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2008-04-15
Filing date: 2008-04-15
Publication date: 2009-10-20

Abstract

PURPOSE: An optical proximity correction method is provided to enhance the OPC accuracy without the TAT increment when performing the AOPC. CONSTITUTION: An optical proximity correction method is as follows. The development inspection duty critical dimension per pitch of mask pattern is extracted(S1). The magnitude of compensation of the mask pattern critical dimension according to the diffraction intensity difference of the thick mask and the thin mask is determined. The thin mask model is corrected(S3). The optical model and the resist model are set using the corrected thin mask model(S4). The AOPC(Auto Optical Proximity Correction) is performed using the optical model and the resist model(S5).

Description

Optical proximity correction method

본 발명은 광학 근접 보정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 소자에 OPC 모델을 설정(setup)하기 전에 두꺼운 마스크 모델(thick mask model)과 얇은 마스크 모델(thin mask model)을 동시에 진행하여 각 모델 적용 시 마스크 위상 효과(mask topology effect)에 의한 마스크 CD 차이의 정량적 결과를 마스크 듀티 CD(mask duty CD)에 적용하여 보정한 얇은 마스크 모델을 이용하여 AOPC를 수행하기 때문에 TAT 증가 없이 OPC 정확성을 향상시킬 수 있는 광학 근접 보정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an optical proximity correction method, and more particularly, before each OPC model is set up in a semiconductor device, a thick mask model and a thin mask model are simultaneously processed. Improve the OPC accuracy without increasing the TAT because AOPC is performed using a thin mask model corrected by applying the quantitative results of the mask CD difference due to the mask topology effect to the mask duty CD. It relates to an optical proximity correction method that can be made.

일반적으로 리소그라피 공정(lithography process)은 웨이퍼 상에 감광막(photo resist)을 도포한 후 노광 및 현상을 수행하는 공정으로서 마스크를 필요로 하는 식각 공정이나 이온 주입 공정 이전에 수행된다. In general, a lithography process is a process of applying a photoresist on a wafer and then performing exposure and development. The lithography process is performed before an etching process or an ion implantation process requiring a mask.

반도체 소자가 고집적화됨에 따라 회로를 구성하는 패턴의 크기 및 간격(pitch)이 점점 감소하고 있기 때문에, 가공 공정 중 리소그라피 공정 기술은 마스크 설계를 정교하게 해줌으로써 마스크를 통해 나오는 빛의 양을 적절히 조절하고, 새로운 감광제의 개발, 고구경(high numerical aperture) 렌즈를 사용하는 스 캐너(scanner)의 개발, 변형된 마스크를 개발하는 등의 노력에 의해 반도체 소자 제조 장치가 갖고 있는 기술적인 한계를 극복하고 있다.As semiconductor devices become more integrated, the size and pitch of the patterns that make up the circuit are decreasing. Lithography process technology in the machining process refines the mask design so that the amount of light emitted through the mask can be adjusted appropriately. To overcome the technical limitations of semiconductor device manufacturing by developing new photosensitizers, developing scanners using high numerical aperture lenses, and developing modified masks. .

한편, 현재 가장 범용으로 이용되고 있는 UV 레이저는 248nm의 파장을 갖는 KrF 광원을 이용하고 있지만, 193nm의 파장을 갖는 ArF 및 157nm의 파장을 갖는 F2 레이저를 포함하여 더 짧은 파장인 EUV로 광원이 전화되고 있다.On the other hand, the most widely used UV lasers currently use KrF light sources with a wavelength of 248 nm, but the light source is converted to shorter wavelengths of EUV, including ArF with a wavelength of 193 nm and F2 laser with a wavelength of 157 nm. It is becoming.

하지만, 반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라 마스크에 형성된 패턴의 크기가 광원의 파장에 근접하게 되었고, 그 결과 리소그라피 기술에서 빛의 회절 및 간섭에 의한 영향이 많이 증가하고 있다. However, as the degree of integration of semiconductor devices increases, the size of the pattern formed on the mask approaches the wavelength of the light source, and as a result, the influence of light diffraction and interference increases in lithography technology.

노광 장치의 광학계가 저대역 필터(low pass filter)로 작용하기 때문에, 웨이퍼에 형성되는 패턴은 마스크 패턴에 정의된 패턴에서 왜곡된 형태로 나타난다.Since the optical system of the exposure apparatus acts as a low pass filter, the pattern formed on the wafer appears in a distorted form in the pattern defined in the mask pattern.

특히, 패턴의 모서리 부분은 라운드 모양으로 왜곡된 상이 형성되는 광 근접 효과(Optical Proximity Effect; OPE)가 발생한다.In particular, an optical proximity effect (OPE) in which a corner portion of the pattern is distorted in a round shape is generated.

이러한 광 근접 효과를 극복하기 위한 기술로써 마스크 패턴의 모양을 고의적으로 변형하여 패턴 왜곡을 보정하는 광 근접 보정(Optical Proximity Correction; 이하 OPC라 함)을 사용한다. 이러한 OPC는 마스크에 형성되는 마스크 패턴에 해상도 이하의 작은 패턴들을 추가하거나 제거하는 방법들을 사용한다. 예를 들어 라인 앤드 처리(line end treatment)는 라인 패턴의 끝 부분(line end)이 라운드 모양이 되는 문제를 극복하기 위해 코너 세리프 패턴 또는 해머 패턴을 추가하는 방법이고, 산란 바 삽입(insertion of scattering bar)은 패턴 밀도에 따른 패턴의 선폭 변화를 최소화하기 위해 목표 패턴(target pattern)의 주변에 분해능 이하의 다수의 산란 바(sub resolution scattering bar)를 추가하는 방법이다.As a technique for overcoming the optical proximity effect, optical proximity correction (hereinafter referred to as OPC) that intentionally deforms the shape of the mask pattern and corrects the pattern distortion is used. Such OPC uses methods of adding or removing small patterns of less than resolution to a mask pattern formed on a mask. For example, line end treatment is a method of adding a corner serif pattern or a hammer pattern to overcome the problem that the line end becomes round in shape, and insertion of scattering bars bar) is a method of adding a sub-resolution scattering bar of sub-resolution at the periphery of a target pattern in order to minimize the change in the line width of the pattern according to the pattern density.

또한, OPC 프로그램은 접근 방법에 따라 리소그라피 엔지니어의 경험을 몇 가지 규칙(rule)으로 정리하여 레이아웃을 보정하는 규칙 기반 방법(rule based method)과 리소그라피 시스템의 수학적 모델을 사용하여 레이아웃을 보정하는 모델 기반 방법(model based method)으로 구분된다.In addition, the OPC program is based on a rule-based method that refines the layout of the lithography engineer's experience into several rules according to the approach and model-based correction of the layout using a mathematical model of the lithography system. It is divided into model based methods.

일반적인 OPC 방법은 원하는 회로의 목표 패턴 레이아웃을 설계하고, 디자인 규칙 검사(Design Rule Check; DRC)를 통해 레이아웃의 이상 여부를 검사하여, 레이아웃에 이상이 없으면 OPC를 수행하여 광학적 해상도(optical resolution) 및 패턴 전사 신뢰성(pattern transfer fidelity)을 개선한 후 LVL(Layer Versus Layer) 및 각 라인 임계 크기에 따른 적어도 두 개 이상의 스페이스 폭을 근거로 하여 다수의 바이어스량을 구하고 이들 바이어스량에서 최적 바이어스량을 갖는 패턴 형태를 검사하는 ORC(Optical Rule Check) 단계를 거처 OPC의 이상 여부를 검사한다. 다음으로 MBV(Model Based Verification)를 통하여 예상되는 취약 지점(weak point)을 검출하고 최종적으로 마스크를 제작한다. The general OPC method designs the target pattern layout of a desired circuit, checks for abnormalities of the layout through Design Rule Check (DRC), and performs OPC if there is no abnormality in the layout. After improving the pattern transfer fidelity, a large number of biases are obtained based on the Layer Versus Layer (LVL) and at least two space widths according to the line threshold size, and the optimum bias amount is obtained from these bias amounts. OPC checks for abnormalities through the Optical Rule Check (ORC) step that checks the pattern shape. Next, the expected weak point is detected through MBV (Model Based Verification) and the mask is finally manufactured.

OPC 마스크 모델은 광원의 파장보다 작은 패턴을 형성하는 패터닝 공정에서 높은 종횡비(aspect ratio), OAI(Off Axis Illumination)과 같은 조명계 특성에 의해 빛의 회절 강도(diffraction intensity)의 각각 오더별 차이를 나타낸 OPC 두꺼운 마스크 모델(thick mask model)과 마스크 위상 효과(mask topology effect)를 고려하지 않은 얇은 마스크 모델(thin mask model)이 있다.The OPC mask model shows the difference in the order of the diffraction intensity of the light due to the illumination system characteristics such as high aspect ratio and OAI (Off Axis Illumination) in the patterning process forming the pattern smaller than the wavelength of the light source. There is an OPC thick mask model and a thin mask model without considering the mask topology effect.

현재 실질적으로 반도체 소자에는 얇은 마스크 모델(thin mask model)을 적 용하는데, 만약 패터닝 실행에 영향을 미칠 수 있는 물리적 요소(physical factor)를 고려한 두꺼운 마스크 모델(thick mask model)을 실제로 반도체 소자에 적용하게 되면 OPC 정확도(accuracy)는 증가하게 되지만 OPC TAT가 많이 늘어나게 되어 양산 적용이 힘들게 된다. Currently, a thin mask model is practically applied to a semiconductor device, but a thick mask model considering a physical factor that may affect a patterning operation is actually applied to a semiconductor device. This increases OPC accuracy, but increases OPC TAT, making it difficult to apply mass production.

한편, 광원의 파장보다 작은 패턴을 형성하는 패터닝 공정에서 얇은 마스크 모델을 적용하여 OPC를 수행하면 회절 강도(diffraction intensity)가 고려되지 않아 OPC 에러가 매우 커지는 문제점이 있다.On the other hand, when the OPC is performed by applying a thin mask model in the patterning process to form a pattern smaller than the wavelength of the light source, the diffraction intensity is not considered, which causes a problem in that the OPC error becomes very large.

본 발명은 AOPC를 수행할 때 TAT 증가 없이 OPC 정확성을 향상시킬 수 있는 광학 근접 보정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide an optical proximity correction method capable of improving OPC accuracy without increasing TAT when performing AOPC.

본 발명에 따른 광학 근접 보정 방법은 Optical proximity correction method according to the invention

마스크 패턴의 간격(pitch)별 DI 듀티 CD(Development Inspection Duty Critical Dimension)를 추출하는 단계;Extracting a DI inspection CD (Development Inspection Duty Critical Dimension) for each pitch of the mask pattern;

두꺼운 마스크(thick mask)와 얇은 마스크(thin mask)의 회절 강도 차이에 따른 상기 마스크 패턴 CD의 보상 크기를 결정하여 얇은 마스크 모델(thin mask model)을 보정하는 단계;Correcting a thin mask model by determining a compensation size of the mask pattern CD according to a diffraction intensity difference between a thick mask and a thin mask;

상기 보정된 얇은 마스크 모델을 이용하여 광학 모델 및 레지스트 모델을 설정하는 단계; 및Setting an optical model and a resist model using the corrected thin mask model; And

상기 광학 모델 및 레지스트 모델을 적용하여 AOPC(Auto Optical Proximity Correction)를 수행하는 단계를 포함한다. AOPC (Auto Optical Proximity Correction) is performed by applying the optical model and the resist model.

또한, 상기 회절 강도 차이는 상기 두꺼운 마스크(thick mask)와 상기 얇은 마스크(thin mask)의 회절 차수(diffraction order)를 분석하여 구하는 것을 특징으로 한다.In addition, the diffraction intensity difference may be obtained by analyzing a diffraction order of the thick mask and the thin mask.

본 발명은 반도체 소자에 OPC 모델을 설정(setup)하기 전에 두꺼운 마스크 모델(thick mask model)과 얇은 마스크 모델(thin mask model)을 동시에 진행하여 각 모델 적용 시 마스크 위상 효과(mask topology effect)에 의한 마스크 CD 차이의 정량적 결과를 마스크 듀티 CD(mask duty CD)에 적용하여 보정한 얇은 마스크 모델을 이용하여 AOPC를 수행하기 때문에 TAT 증가 없이 OPC 정확성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, a thick mask model and a thin mask model are simultaneously processed before setting up an OPC model in a semiconductor device. Since AOPC is performed using a thin mask model corrected by applying a quantitative result of a mask CD difference to a mask duty CD, OPC accuracy can be improved without increasing TAT.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 본 발명의 기술적 사상이 철저하고 완전하게 개시되고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달되기 위해 제공되는 것이다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the spirit of the present invention is thoroughly and completely disclosed, and the spirit of the present invention to those skilled in the art will be fully delivered. Also, like reference numerals denote like elements throughout the specification.

도 1은 본 발명에 따른 광 근접 보정 방법을 나타낸 순서도이다.1 is a flow chart illustrating a method for optical proximity correction according to the present invention.

도 1을 참조하면, 마스크 패턴의 간격(pitch)별 DI 듀티 CD(Development Inspection Duty Critical Dimension)를 추출하고(S1), 두꺼운 마스크(thick mask)와 얇은 마스크(thin mask)의 회절 차수(diffraction order)를 분석한다(S2). 즉, 얇은 마스크 모델(thin mask model)을 설정할 때, 두꺼운 마스크 모델(thick mask model)과 얇은 마스크 모델의 회절 강도(diffraction intensity) 차이를 분석한다. 여기서, 듀티(duty)는 패턴 폭에 대해서 인접한 패턴들 사이의 간격의 비(ratio)를 나타내는 인자(factor)이다. Referring to FIG. 1, DI duty CD (Development Inspection Duty Critical Dimension) is extracted for each pitch of a mask pattern (S1), and a diffraction order of a thick mask and a thin mask is shown. ) (S2). That is, when setting a thin mask model, the difference between the diffraction intensity between the thick mask model and the thin mask model is analyzed. Here, the duty is a factor representing the ratio of the spacing between adjacent patterns with respect to the pattern width.

도 2a 및 도 2b는 마스크 패턴의 간격별 회절 강도의 차이를 나타낸 그래프이다. 여기서, 도 2a는 마스크 패턴의 크기가 40nm일 경우이고, 도 2b는 마스크 패턴의 크기가 60nm일 경우의 마스크 패턴의 간격별 회절 강도의 차이를 나타낸 그래프이다.2A and 2B are graphs showing the difference in diffraction intensity for each interval of a mask pattern. 2A is a graph showing a mask pattern having a size of 40 nm, and FIG. 2B is a graph showing a difference in diffraction intensity for each mask pattern when the mask pattern has a size of 60 nm.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 얇은 마스크 모델의 경우 회절 차수에 따른 회절 강도의 차이가 거의 없지만, 두꺼운 마스크 모델의 경우 회절 차수에 따른 회절 강도의 차이가 발생한다.2A and 2B, in the case of the thin mask model, there is almost no difference in the diffraction intensity according to the diffraction order, but in the case of the thick mask model, the difference in the diffraction intensity according to the diffraction order occurs.

이어서, 회절 강도 차이에 따른 마스크 CD(Critical Dimension) 보상 크기를 결정하여 얇은 마스크 모델(thin mask model)에 적용할 마스크 CD를 보정한다(S3). 여기서, 마스크 CD는 패턴 폭을 나타낸다. Subsequently, the mask CD (critical dimension) compensation size according to the diffraction intensity difference is determined to correct the mask CD to be applied to the thin mask model (S3). Here, the mask CD represents the pattern width.

도 3a 및 도 3b는 OPC를 수행한 후 마스크 패턴의 간격별 마스크 CD의 차이를 나타낸 그래프이다. 여기서, 도 3a는 마스크 패턴의 크기가 40nm일 경우이고, 도 3b는 마스크 패턴의 크기가 60nm일 경우의 마스크 패턴의 간격별 회절 강도의 차이를 나타낸 그래프이다.3A and 3B are graphs illustrating differences of mask CDs according to intervals of a mask pattern after performing OPC. 3A is a graph showing a mask pattern having a size of 40 nm, and FIG. 3B is a graph showing a difference in diffraction intensity for each mask pattern when the mask pattern has a size of 60 nm.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, OPC를 수행한 후 두꺼운 마스크 모델과 얇은 마스크 모델은 마스크 패턴 CD의 차이가 발생한다. 3A and 3B, after performing OPC, a difference between a mask pattern CD and a thick mask model and a thin mask model occurs.

따라서, 마스크 패턴 CD가 보정된 얇은 마스크 모델(thin mask model)을 이용하여 광학 모델(optical model) 및 레지스트 모델(resist model)을 설정하고 최적화한다(setup and optimization)(S4). 여기서, 광학 모델(optical model) 및 레지스트 모델(resist model)은 노광 장비의 파라미터를 변경하여 광 근접 효과에 대 한 보정을 수행하는 모델 기반 OPC 방법(Model based OPC)을 수행하기 위한 모델들이다. 또한, 광학 모델 및 레지스터 모델은 테스트 패턴의 CD를 측정한 데이터를 기초로 작성한다.Therefore, an optical model and a resist model are set up and optimized using a thin mask model whose mask pattern CD is corrected (S4). Here, the optical model and the resist model are models for performing a model based OPC method of changing a parameter of an exposure apparatus to perform correction for an optical proximity effect. In addition, an optical model and a register model are created based on the data which measured the CD of a test pattern.

광 근접 효과(Optical Proximity Effect)에 의한 테스트 패턴 CD의 변동을 감소시키는 OPC 방법으로는 크게 두 가지 방법이 있다. 즉, 노광 장비의 파라미터를 변경시켜 근접 효과에 대한 보정을 취하는 모델 기반 OPC 방법(Model based OPC)과 일반적으로 몇 개의 규칙을 정하여 이를 마스크 설계에 반영하는 규칙 기반 OPC 방법(Rule based OPC)이 있다. 여기서, 모델 기반 OPC 방법(Model based OPC)은 규칙 기반 OPC 방법(Rule based OPC)에 비해 다양한 레이아웃에 광 근접 효과 보정을 적용하기에 용이하다는 장점이 있다. There are two major OPC methods for reducing the variation of the test pattern CD due to the optical proximity effect. That is, there are a model based OPC method that changes the parameters of the exposure equipment to correct the proximity effect, and a rule based OPC method that generally sets a few rules and reflects them in the mask design. . Here, the model based OPC method has an advantage that it is easy to apply the optical proximity effect correction to various layouts compared to the rule based OPC method.

또한, 광학 모델 및 레지스트 모델을 적용하여 AOPC(Auto Optical Proximity Correction)를 수행한다(S5).In addition, AOPC (Auto Optical Proximity Correction) is performed by applying the optical model and the resist model (S5).

상기한 바와 같이 본 발명은 반도체 소자에 OPC 모델을 설정(setup)하기 전에 두꺼운 마스크 모델(thick mask model)과 얇은 마스크 모델(thin mask model)을 동시에 진행하여 각 모델 적용 시 마스크 위상 효과(mask topology effect)에 의한 마스크 CD 차이의 정량적 결과를 마스크 듀티 CD(mask duty CD)에 적용하여 보정한 얇은 마스크 모델을 이용하여 AOPC를 수행하기 때문에 TAT 증가 없이 OPC 정확성을 향상시킬 수 있는 기술을 개시한다.As described above, the present invention proceeds with a thick mask model and a thin mask model simultaneously before setting up an OPC model in a semiconductor device. Disclosed is a technique for improving OPC accuracy without increasing TAT since AOPC is performed using a thin mask model corrected by applying a quantitative result of a mask CD difference due to an effect) to a mask duty CD.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다. In addition, a preferred embodiment of the present invention is for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to various modifications, changes, substitutions and additions through the spirit and scope of the appended claims, such modifications and changes are the following claims It should be seen as belonging to a range.

도 2a 및 도 2b는 마스크 패턴의 간격별 회절 강도의 차이를 나타낸 그래프이다. 2A and 2B are graphs showing the difference in diffraction intensity for each interval of a mask pattern.

도 3a 및 도 3b는 OPC를 수행한 후 마스크 패턴의 간격별 마스크 CD의 차이를 나타낸 그래프이다.3A and 3B are graphs illustrating differences of mask CDs according to intervals of a mask pattern after performing OPC.

Claims

Extracting a DI inspection CD (Development Inspection Duty Critical Dimension) for each pitch of the mask pattern;

Correcting a thin mask model by determining a compensation size of the mask pattern CD according to a diffraction intensity difference between a thick mask and a thin mask;

Setting an optical model and a resist model using the corrected thin mask model; And

Applying the optical model and the resist model to perform AOPC (Auto Optical Proximity Correction).

The method of claim 1,

The diffraction intensity difference is obtained by analyzing a diffraction order of the thick mask and the thin mask.