KR100607779B1 - 반도체 제조공정에서의 마스크 제작 방법 - Google Patents

Abstract

반도체 제조 공정에 사용되는 마스크의 제작 방법 중 포토리소그라피의 해상력을 높이기 위해 패턴의 바람직한 선폭을 설계하고자 하는 종래의 광근접보상법에 있어서, 상기 마스크는 랜덤 로직 부분과 SRAM 부분으로 구성되고, 상기 종래의 광근접보상법에서 취해지는 임계값 T1이 상기 랜덤 로직 부분의 패턴의 제 1 선폭(critical dimension)을 구하는데 사용되고, 상기 임계값 T1 보다 낮은 값의 임계값 T2를 사용하여 상기 SRAM 부분의 패턴의 제 2 선폭을 구하는 마스크의 제작 방법을 제공한다. 이원화된 OPC 모델 및 OPC보상을 하게 되면, 기존의 일원화된 OPC 모델의 보상으로 문제되었던 부족한 패턴보정능력을 향상시킬수 있게 되며, 그 결과 패턴공정의 부족한 DOF(Depth of focus) 마진이나 패턴의 반복성(Repeatibility)을 높일 수 있게 된다.

Description

반도체 제조공정에서의 마스크 제작 방법 {METHOD FOR FORMING MASK IN SEMICONDUCTOR MANUFACTURING PROCESS}

도1 은 종래 기술의 실제 마스크에서 종종 볼 수 있는 랜덤로직(Random Logic)을 나타내고 있다.

도2 는 종래 기술의 마스크에서 랜덤로직이 아닌 부분인 SRAM의 일부분을 나타내고 있다.

도3은 종래 기술의 랜덤로직과 SRAM 의 패턴에서 나타나는 선폭(CD)의 차이를 도시한다.

도4는 일반적인 마스크상에 존재하는 패턴의 일부를 표시한다.

도5는 마스크의 패턴의 존재에 의해 실제적으로 광량이 어떤 영향을 받는지를 나타낸다.

도6은 일반적인 마스크의 패턴에 있어서, 관측되는 광량에 따라 대응되는 CD의 값을 나타내었다.

도7은 임계값이 높게 취해짐에 따라 CD가 커지는 것을 나타낸다.

도8은 임계값이 낮게 취해짐에 따라 CD가 작아지게 되는 것을 나타낸다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

40 : 패턴 41 : 가상의 직선

61 : 패턴 62 : 광량

63 : 임계값 64 : 선폭

71, 81 : 패턴 72, 82 : 광량

73, 83 : 일반적으로 취해지는 임계값

74, 84 : 실제 패턴이 형성되는 임계값

75, 85 : 선폭

본 발명은 반도체 제조공정 중 포토리소그라피에서 해상력을 높이는데 사용하는 해상도 향상 기술 (RET : Resolution Enhancement Tecnology)중의 한가지인 시뮬레이션 모델에 근거한 광근접보상 (Model-based OPC : Optical Proximity Correction)에 관련된 것으로, 기존의 모델에 근거한 광근접보상에서 유연하게 대응하지 못했던 것을 광량(Intensity)에 대한 임계값(Threshold)을 이원화 함으로써 OPC의 궁극적인 목적인 패턴충실도(Pattern fidelity)를 극대화하는데에 그 목적이 있다.

반도체 제조공정 중에서 포토리소그라피관련 공정이 중요함은 동종업계에 있는 사람이면 누구나 알고 있다. 포토리소그라피공정에서 패턴이 형성이 되어야 반 도체가 만들어질 수 있기 때문이다. 이 포토리소그라피공정은 소자의 집적도가 높아질수록 얼마나 정교하게 공정이 이루어질 수 있는가에 대한 중요성이 더욱 커지게 되는데, 이는 소자의 집적도가 높아질수록 패턴의 사이즈는 작아지게 되며, 이 작은 패턴을 해상(Resolution)하기 위해서는 그 공정이 정교해야 하기 때문이다.

갈수록 작아지는 패턴을 포토리소그라피장비가 따라가지 못하기 때문에 해상력 향상과 충실도를 위해서 개발되는 기술이 해상도 향상 기술 (RET : Resolution Enhancement Technology)이다. 이 기술중 광근접보상(OPC, Optical Proximity Correction)이 이용되고 있으며, 이중 시뮬레이션 모델에 근거한 광근접보상이 널리 이용되고 있다.

OPC에 관한 기술중에서, 수탁생산사업(Foundry business)에서 많이 사용하는 것이 모델에 근거한 OPC이다. 룰에 근거한 OPC (Rule based OPC)와 달리, 다양한 고객(Customer)의 DB또는 레이아웃(Layout)에 OPC를 적용하기에 용이하기 때문이다.

모델에 근거한 OPC에서 가장 중요한 아이템은 단연 광학모델(Optical Model)이다. 모델을 만들어 패턴보정을 위해서는 근접효과(Proximity Effect)를 알아야 하고, 이 근접효과를 알기 위해서는 테스트 패턴(Test pattern)을 통하여 선폭(CD : Critical dimension)을 정확하게 측정하여야 한다. 그러나 이렇게 측정된 데이터를 토대로 만들어진 OPC 모델을 실제로 적용을 하면 다양한 레이아웃을 가지는 패턴까지 정확하게 패턴보정이 이루어지지를 못한다. 특히 SRAM같은 기하학적 특성이 강한 패턴의 경우에 더욱 그러하다.

도1 은 실제 마스크에서 종종 볼 수 있는 랜덤로직(Random Logic)을 나타내고 있으며, 이는 SRAM이 아닌 지역을 통칭하는 용어로서 사용된다. 도2 는 SRAM의 일부분을 나타내고 있다. 레이아웃상에서 도1과 도2의 각각의 CD는 동일하다. 그러나 실제 포토리소그라피 공정을 거치면 그 CD가 달리 나타난다. 이를 보여주는 것이 도3에 보여지는 그래프이다. 그래프를 보듯이 하나의 OPC 모델을 이용하여 패턴보정을 똑같이 실시했음에도 불구하고, SRAM 부분의 CD가 더 작음을 알 수 있다.

따라서, 한가지 모델에서의 임계값을 가지고 OPC를 적용하면 OPC 보상이 제대로 이루어지지 않는다는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 이원화된 OPC 모델에 의한 보상에 의해 패턴보정능력을 향상시킬수 있게 되며, 그 결과 패턴공정의 부족한 초점심도(DOF : Depth of focus) 마진이나 패턴의 반복성(Repeatibility)을 높여 패턴 충실도(Fidelity)를 향상시킬 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 일 관점에 따른 본 발명은, 반도체 제조 공정에 사용되는 마스크의 제작 방법 중 포토리소그라피의 해상력을 높이기 위해 패턴의 바람직한 선폭을 설계하고자 하는 종래의 광근접보상법에 있어서, 상기 마스크는 랜덤 로직 부분과 SRAM 부분으로 구성되고, 상기 종래의 광근접보상법에서 취해지는 임계값 T1이 상기 랜덤 로직 부분의 패턴의 제 1 선폭(critical dimension)을 구하는데 사용되고, 상기 임계값 T1 보다 낮은 값의 임계값 T2를 사용하여 상기 SRAM 부분의 패턴의 제 2 선폭을 구하는 마스크의 제작 방법을 제공한다.

도4는 일반적인 마스크상에 존재하는 패턴의 일부를 표시한 것이다. 도4를 보면, 패턴(40)의 일부분에 빛의 광량(Intensity)을 측정하기 위해 그려진 가상의 직선(41)이 도시되어 있다. 가상의 직선(41)에서 측정된 광량을 그래프로 나타낸 것이 도5에 도시되어 있다.

도4는 패턴(40)이 존재하는 부분과 패턴(40)이 존재하지 않는 부분으로 나뉘어 있는데, 이론적으로는 패턴이 존재하지 않는 부분에는 빛이 전부 투과를 해야 하고, 존재하는 곳에는 빛이 전혀 통과하지 못해야 한다. 하지만 그것은 어디까지나 이론적인 것일뿐 실제로는 그렇지가 못하다. 즉, 빛이 전부 투과 하는 것을 1이라고 표시하고, 전부 투과하지 못하는 것은 0으로 정규화(Normalize)한다면, 실제로는 0에 미치지 못하거나 1에 미치지 못하는 광량을 나타내게 된다.

도5에서 볼 수 있듯이, 패턴(40)이 존재하지 않는 부분의 광량의 값은 1이 되어야함에도 불구하고 대략 0.4의 값을 갖는 것을 볼 수 있으며, 패턴(40)이 존재하는 부분의 광량의 값은 0 이 나와야 함에도 불구하고 대략 0.2 또는 0.1이하의 값을 갖는 것을 확인 할 수 있다. 이렇듯, 패턴에 따라서 패터닝 되는 부분에 대한 광량이 조금씩 다르므로 상수값으로 임계값을 고정하고 있는 OPC 모델에 제약이 있을 수 있다. 한편, 도5 에서의 그래프와 같은 특성면에 의해 SRAM영역에서 CD가 작 아지는 결과를 초래하게 된다.

도6은 일반적인 패턴에 있어서, 광량를 확인하고 그에 대응되는 CD의 값을 나타내었다. 임의의 패턴(61)에 있어서, 광량(62)을 도식적으로 나타내었으며, 광량(62)과 임계값(63)을 나타내는 직선이 서로 교차하는 부분을 기초로 하여 CD값(64)을 취할 수 있게 되는 것이다. 즉, 임계값(63)을 나타내는 직선이 위로 이동하느냐, 아래로 이동하느냐에 따라 취해지는 CD값(64)이 달라지게 되며, 각각의 경우에 대해 도7 및 도8에 도시하였다. 도7의 경우는 임계값이 높게 취해짐에 따라 CD가 커지는 것을 보여주며, 도8의 경우는 임계값이 낮게 취해짐에 따라 CD가 작아지게 되는 것을 보여주고 있다. SRAM의 경우는 도8에 해당하게 된다.

도7 및 도8은 임의의 패턴(71, 81), 임의의 패턴에 의한 광량(72, 82), 일반적으로 취해지는 임계값(73, 83), 실제 패턴이 형성되는 임계값(74, 84), 임계값(74, 84)에 의해 형성되는 CD값(75, 85)을 나타내고 있다. SRAM의 경우를 나타내는 도8을 보면, 실제는 CD값(85)이 작게 형성되는데 OPC 모델에 사용되는 임계값(83)은 높게 형성되어있으므로 OPC보상이 제대로 되지 않는 것이다.

즉, 도8을 보면, 실제 패텬이 형성되는 CD값(85)은 기존의 OPC 모델이 예측하는 CD값(임계값(83)에 의해 예측한 CD값)보다 작음을 알 수 있다. 이렇듯, 한가지 모델에서의 임계값을 가지고 OPC를 적용하는 것이 아니라, 기존의 OPC 모델에서의 임계값을 조절하여 OPC를 적용하는 것이 본 발명의 특성이다.

이렇게 임계값을 조절하여 OPC적용하는 것은 상당히 주의를 필요로 하는데, 임계값이 잘못 취해지면, 패턴의 선형성(linearity)이 훼손될 수도 있기 때문에 임 계값이 제대로 취해져야 한다. 이때 추가로 취해지는 임계값은 기준이 되는 타겟 사이즈(Target size)의 임계값에서 한 단계 작은 사이즈가 형성되는 임계값을 취하면 된다. 예를 들어 기준이 되는 타겟 사이즈인 0.18um의 값이 정의되는 임계값이 0.387이고, 0.17um의 값이 정의되는 임계값이 0.352 라면, 두번째 취하는 임계값은 0.352가 된다. 이렇게 취해지는 2개의 모델을 가지고 작게 형성이 되는 패턴과 정상적으로 형성되는 패턴에 각기 적용을 하는 것이다.

이에 따라, 일반적으로 적용가능한 OPC 모델을 OPC 보상에 문제가 없었던 랜덤 로직(Random logic)쪽에 그대로 적용을 하고, 새로이 취해진 OPC 모델을 OPC 보상에 문제가 되었던 SRAM 블록에 적용을 하면, 그 동안, OPC를 적용함에도 불구하고 도3처럼 생겼던 CD차이를 향상시킬 수 있게 된다.

본 발명에서 소개한 임계값 확정법과 이원화된 OPC 모델 및 OPC보상을 하게 되면, 기존의 일원화된 OPC 모델의 보상으로 문제되었던 부족한 패턴보정능력을 향상시킬수 있게 되며, 그 결과 패턴공정의 부족한 DOF(Depth of focus) 마진이나 패턴의 반복성(Repeatibility)을 높일 수 있게 된다. 또한 PCM (Process Control Module)내의 트랜지스터의 게이트(Gate) CD와 SRAM내의 게이트CD가 코릴레이션(Correlation)이 되어 각 패턴에 대한 패턴 충실도(Fidelity)가 높아지게 되고, 각 CD간의 Uniformity(균일도)를 향상시키게 되며, 그 결과 생산성의 향상을 꾀할 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 반도체 제조 공정에 사용되는 마스크의 제작 방법 중 포토리소그라피의 해상력을 높이기 위해 패턴의 바람직한 선폭을 설계하고자 하는 종래의 광근접보상법에 있어서,

   상기 마스크는 랜덤 로직 부분과 SRAM 부분으로 구성되고,

   상기 종래의 광근접보상법에서 취해지는 임계값 T1이 상기 랜덤 로직 부분의 패턴의 제 1 선폭(critical dimension)을 구하는데 사용되고, 상기 임계값 T1 보다 낮은 값의 임계값 T2를 사용하여 상기 SRAM 부분의 패턴의 제 2 선폭을 구하는

   마스크의 제작 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 패턴의 선형성을 훼손하지 않도록 상기 임계값 T2를 취하는

   마스크의 제작 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제 2 선폭이 상기 제 1 선폭보다 한 단계 작은 사이즈인

   마스크의 제작 방법.

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