KR100742968B1 - 마스크 제작 방법 및 마스크 바이어스 최적화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 있어서, 양호한 품위의 미세 패턴을 형성할 수 있도록 광학 근접 보상된 마스크 제작 방법 및 마스크 바이어스 최적화 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 마스크 제작 방법은, 불규칙한 정렬상태의 미세 설계 패턴이 형성된 밀집 영역에서 양호한 품위로 패턴을 형성할 수 있도록 정확한 광학근접보상이 이루어지는 효과가 있으며, 본 발명에 따른 마스크를 이용하여 원하는 설계 패턴을 정렬 상태에 관계없이 정확하게 형성할 수 있게 된다.

광학근접보상, 마스크, 밀집 영역

Description

마스크 제작 방법 및 마스크 바이어스 최적화 방법{a fabrication method of a mask and a calculating method of a optimized bias}

도 1a는 종래 반도체 기판 상에 형성된 설계 패턴을 보여주는 평면도이고, 도 1b는 도 1a를 A-A'로 절단하여 보여주는 단면도.

도 2는 도 1a의 설계 패턴을 형성하기 위한 포토 마스크를 보여주는 평면도.

도 3은 본 발명에 따른 일 실시예로서, 기판 상에 형성된 설계 패턴을 보여주는 평면도.

도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 마스크 바이어스 최적화 방법을 보여주는 도면.

도 6은 도 3의 설계 패턴을 형성하기 위하여 본 발명에 따른 마스크 바이어스가 최적화되어 보상된 마스크 패턴을 보여주는 포토 마스크의 평면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

200 : 기판 211 : 설계 패턴

211a : 기준 설계 패턴 211b : 비정렬 설계 패턴

250 : 마스크 251 : 마스크 패턴

본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 있어서, 양호한 품위의 미세 패턴을 형성할 수 있도록 광학 근접 보상된 마스크 제작 방법 및 마스크 바이어스 최적화 방법을 제공하는 것이다.

포토리소그래피 공정은 반도체 소자 제조에 있어 필수적인 공정으로서, 웨이퍼 상에 감광막을 균일하게 도포한 다음, 소정의 레이아웃(lay-out)으로 형성된 포토 마스크를 이용하여 노광 공정을 수행하고 노광된 감광막을 현상하여 특정 형상의 패턴으로 형성하는 공정을 말한다.

상기 반도체 소자 제조의 포토리소그래피 공정에서 사용되는 반도체 포토리소그래피(Photo lithography) 기술은 마스크 설계를 정교하게 해줌으로써 마스크로부터 투광되어 나오는 빛의 양을 적절히 조절할 수 있게 된다. 이를 위해 광근접 보상(Optical Proximity Correction: OPC) 기술과 위상반전 마스크(Phase Shifting Mask) 기술이 등장하였고, 마스크에 그려진 패턴 형상에 의한 빛의 왜곡 현상을 최소화시킬 수 있는 여러 방법들이 모색되고 있다.

특히, 최근의 반도체 소자의 고집적화에 따라 설계 룰(design rule)이 미세화되면서, 포토리소그래피 공정 기술 중에서 인접 패턴과의 광학근접효과(Optical Proximity Effect)에 의해 패턴에 결함이 발생하는 문제점이 크게 대두되었다.

즉, 사각형 형상의 패턴을 형성하는 경우, 빛의 회절 및 간섭에 의해 사각형 패턴의 모서리가 둥글게 되는 코너 라운딩(cornerrounding) 현상이 발생된다. 또한, 패턴들이 밀집되어 있는 영역(밀집 영역)에 비하여 패턴들이 고립되어 있는 영역(고립영역)의 패턴들이 그 크기가 작게 패터닝되는 현상이 발생되는데 이 역시 광학근접효과에 기인한다.

이와 같은 마스크 패턴 형성 기술은 반도체 기판에 형성되는 패턴의 정확도에 밀접한 영향을 준다. 특히, 마스크 패턴의 광근접 효과를 제대로 고려하지 못하면, 리소그래피 본래 노광 의도와 달리 패턴 선폭 왜곡이 발생하여, 이로 인해 반도체 소자의 특성에 많은 나쁜 영향을 주게 된다.

특히, 밀집 영역에 형성되는 패턴 간격 사이에 일정한 규칙이 적용되지 않을 경우에는 포토 마스크 제작시 데이터 베이스(DB)의 양이 매우 증가하는 문제가 발생된다.

도 1a는 종래 반도체 기판 상에 형성된 설계 패턴을 보여주는 평면도이고, 도 1b는 도 1a를 A-A'로 절단하여 보여주는 단면도이다.

도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 종래 반도체 기판(100) 상의 층간 절연막(110)에 설계 패턴(111a, 111b, 111c)들이 일정한 규칙을 가지고 밀집하여 형성되어 있다.

예를 들어, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 기판(100)의 일부 영역에 사각형 콘택홀 설계 패턴(111a, 111b, 111c)이 3 × 3(가로 × 세로) 배열로 일정 간격 이격되어 형성되어 있다.

상기 기판은 반도체 기판일 수도 있고, 금속 배선일 수도 있으며, 층간 절연 막으로 형성된 층일 수도 있다.

도 2는 도 1a의 설계 패턴을 형성하기 위한 포토 마스크를 보여주는 평면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 포토 마스크는 기판(150)에 설계 패턴을 형성하기 위하여 이에 대응되는 위치에 마스크 패턴(151)이 형성되어 있다.

상기 마스크 패턴(151)은 설계 패턴(111a, 111b, 111c)의 광학근접효과를 억제하고 해상도를 향상시키기 위하여 광학근접보상(Optical Proximity Correction; OPC) 방법이 적용되어 마스크 패턴 설계가 이루어진다.

상기 설계 패턴(111) 배치가 규칙적으로 되어 있을 경우에 인접 패턴간 간격에 따라 광학근접효과를 선택적으로 바이어스 보상한다.

그러나, 패턴 배치가 규칙적으로 이루어지지 않을 경우 주변의 모든 패턴을 고려하여도 광학근접보상을 하기가 어려워진다.

즉, 마스크 패턴의 기준 패턴의 각 모서리에서 평행선을 기준으로 45도를 바라보았을때, 인접 패턴을 정확히 검출하기가 어려우며, 바이어스 정도도 결정하기가 어려워 부정확하게 광학근접보상된 마스크 패턴이 형성되어 패턴 불량을 일으키는 문제점이 있다.

본 발명은 불규칙한 간격을 가지는 미세 패턴도 양호한 품위로 형성할 수 있도록 광학 근접 보상된 마스크 제작 방법 및 마스크 바이어스 최적화 방법을 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 마스크 제작 방법은, 설계 패턴에서 기준 패턴과 이와 인접한 비정렬 패턴을 추출하는 단계와; 상기 비정렬 패턴과 인접한 기준 패턴의 모서리에 대한 X축, Y축 보상 바이어스 최대값 Pmax, Qmax를 계산하는 단계와; 상기 기준 패턴의 일 모서리로부터 45도 기울어진 기준선과 상기 비정렬 패턴이 교차되어 형성된 삼각형의 교차패턴을 추출하는 단계와; 상기 삼각형의 교차 패턴의 X축, Y축의 길이를 Δx, Δy라고 하고, 상기 기준 패턴에서 X축, Y축 방향으로의 실제 보상 바이어스의 값 Preal, Qreal은

,

식으로 계산하는 단계와; 상기 기준 패턴의 X축, Y축 방향에 상기 실제 보상 바이어스 값이 적용되고, 광학근접보상(OPC)된 마스크 패턴을 가지는 마스크를 제작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 보상 바이어스 최대값 Pmax, Qmax를 계산하는 단계는, 상기 기준 패턴의 일 모서리로부터 45도 기울어진 기준선에 상기 기준 패턴에 인접하는 상기 비정렬 패턴의 꼭지점을 배치하여 계산하는 것을 특징으로 한다.

상기 설계 패턴은 콘택홀 패턴인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 마스크 바이어스 최적화 방법은, 비정렬 패턴과 인접한 기준 패턴의 모서리에 대한 X축, Y축 보상 바이어스 최대값 Pmax, Qmax를 계산하는 단계와; 상기 기준 패턴의 일 모서리로부터 45도 기울어진 기준선과 상기 비정렬 패턴이 교차되어 형성된 삼각형의 교차패턴을 추출하는 단계와; 상기 삼각형의 교차 패턴의 X축, Y축의 길이를 Δx, Δy라고 하고, 상기 기준 패턴에서 X축, Y축 방향으로의 실제 보상 바이어스의 값 Preal, Qreal은

,

식으로 계산하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 보상 바이어스 최대값 Pmax, Qmax를 계산하는 단계는,

상기 기준 패턴의 일 모서리로부터 45도 기울어진 기준선에 상기 기준 패턴에 인접하는 상기 비정렬 패턴의 꼭지점을 배치하여 계산하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 마스크 제작 방법 및 마스크 바이어스 최적화 방법에 대해서 구체적으로 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 일 실시예로서, 기판 상에 형성된 설계 패턴을 보여주는 평면도이고, 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 마스크 바이어스 최적화 방법을 보여주는 도면이다.

그리고, 도 6은 도 3의 설계 패턴을 형성하기 위하여 본 발명에 따른 마스크 바이어스가 최적화되어 보상된 마스크 패턴을 보여주는 포토 마스크의 평면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 기판(200) 상의 층간 절연막 패턴들이 일정한 규칙을 가지고 밀집하여 형성되어 있다.

예를 들어, 기판(200)의 일부 영역에 사각형 콘택홀의 설계 패턴(211)이 3 × 3(가로 × 세로) 배열로 형성되어 있으며, 기준 설계 패턴(211a)의 우측 상단에 비정렬 설계 패턴(211b)이 형성되어 있다.

이때, 상기 기준 설계 패턴(211a)의 각 모서리에서 평행선을 기준으로 45도를 바라보았을때, 상기 비정렬 설계 패턴(211b)의 모서리와 어긋나는 설계 패턴을 비정렬 설계 패턴(211b)이라고 한다.

이하 상기 설계 패턴(211a)으로 광학근접보상하기 위하여 데이터 베이스(DB) 작성시 바이어스(bias) 최적화 방법을 설명하도록 한다.

도 4를 참조하면, 기준 설계 패턴(211a)의 Y축을 기준으로 상기 비정렬 설계 패턴(211b)이 대각선 방향으로 45도 방향에 배치되었을 때 보상 패턴의 X축, Y축 보상 바이어스의 최대치인 Pmax, Qmax를 구한다.

이후, 도 5를 참조하면, 상기 비정렬 설계 패턴(211b)의 실제 배치 위치에서 이와 가장 인접한 상기 기준 설계 패턴(211a)의 모서리에서 Y축을 기준으로 45도 방향에서 상기 기준 설계 패턴(211a)을 측정한다.

상기 기준 설계 패턴(211a)의 모서리에서 Y축을 기준으로 마주하는 비정렬 설계 패턴(211b)으로 45도 방향의 기준선을 그어서 상기 비정렬 설계 패턴(211b)에서 삼각형의 교차 패턴을 추출한다.

상기 교차 패턴의 X축과 Y축의 길이를 Δx, Δy라고 하고, 상기 기준 설계 패턴(211a)의 X축, Y축 방향으로의 실제 보상 바이어스의 값 Preal, Qreal을 구하면,

,

이다.

도 6은 도 3의 설계 패턴을 형성하기 위한 포토 마스크를 보여주는 평면도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 포토 마스크(250)는 기판(200)에 설계 패턴(211)을 형성하기 위하여 이에 대응되는 위치에 마스크 패턴(251)이 형성되어 있다.

상기 설계 패턴(211) 배치가 규칙적으로 이루어지지 않은 경우, 기준 설계 패턴(211a)과 비정렬 설계 패턴(211b) 사이의 최적화된 실제 보상 바이어스 값을 구한다.

상기 최적화된 실제 보상 바이어스 값을 구하는 방법은 앞서 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 바 있다.

이와 같이, 본 발명은 불규칙한 정렬상태의 미세 설계 패턴이 형성된 밀집 영역에서 양호한 품위로 패턴을 형성할 수 있도록 최적화된 보상 바이어스값을 가지는 마스크를 제작할 수 있다.

한편, 상기 설계 패턴(211) 배치가 규칙적으로 되어 있을 경우에 인접 패턴간 간격에 따라 광학근접효과를 선택적으로 바이어스 보상한다.

따라서, 상기 마스크 패턴(251)은 설계 패턴의 광학근접효과를 억제하고 해상도를 향상시키기 위하여 광학근접보상(Optical Proximity Correction; OPC) 방법이 적용되어 마스크 패턴(251) 설계가 이루어진다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 마스크 제작 방법 및 마 스크 바이어스 최적화 방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

본 발명은 불규칙한 정렬상태의 미세 설계 패턴이 형성된 밀집 영역에서 양호한 품위로 패턴을 형성할 수 있도록 정확한 광학근접보상이 이루어지는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 마스크를 이용하여 원하는 설계 패턴을 정렬 상태에 관계없이 정확하게 형성할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 설계 패턴에서 기준 패턴과 이와 인접한 비정렬 패턴을 추출하는 단계와;

   상기 비정렬 패턴과 인접한 기준 패턴의 모서리에 대한 X축, Y축 보상 바이어스 최대값 Pmax, Qmax를 계산하는 단계와;

   상기 기준 패턴의 일 모서리로부터 45도 기울어진 기준선과 상기 비정렬 패턴이 교차되어 형성된 삼각형의 교차패턴을 추출하는 단계와;

   상기 삼각형의 교차 패턴의 X축, Y축의 길이를 Δx, Δy라고 하고, 상기 기준 패턴에서 X축, Y축 방향으로의 실제 보상 바이어스의 값 Preal, Qreal은

   

   ,

   

   식으로 계산하는 단계와;

   상기 기준 패턴의 X축, Y축 방향에 상기 실제 보상 바이어스 값이 적용되고, 광학근접보상(OPC)된 마스크 패턴을 가지는 마스크를 제작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크 제작 방법
2. 제 1항에 있어서,

   상기 보상 바이어스 최대값 Pmax, Qmax를 계산하는 단계는,

   상기 기준 패턴의 일 모서리로부터 45도 기울어진 기준선에 상기 기준 패턴에 인접하는 상기 비정렬 패턴의 꼭지점을 배치하여 계산하는 것을 특징으로 하는 마스크 제작 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 설계 패턴은 콘택홀 패턴인 것을 특징으로 하는 마스크 제작 방법.
4. 비정렬 패턴과 인접한 기준 패턴의 모서리에 대한 X축, Y축 보상 바이어스 최대값 Pmax, Qmax를 계산하는 단계와;

   상기 기준 패턴의 일 모서리로부터 45도 기울어진 기준선과 상기 비정렬 패턴이 교차되어 형성된 삼각형의 교차패턴을 추출하는 단계와;

   상기 삼각형의 교차 패턴의 X축, Y축의 길이를 Δx, Δy라고 하고, 상기 기준 패턴에서 X축, Y축 방향으로의 실제 보상 바이어스의 값 Preal, Qreal은

   

   ,

   

   식으로 계산하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마스크 바이어스 최적화 방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 보상 바이어스 최대값 Pmax, Qmax를 계산하는 단계는,

   상기 기준 패턴의 일 모서리로부터 45도 기울어진 기준선에 상기 기준 패턴에 인접하는 상기 비정렬 패턴의 꼭지점을 배치하여 계산하는 것을 특징으로 하는 마스크 바이어스 최적화 방법.

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