KR100826652B1 - 리플로우 공정을 고려한 광근접보정 방법 - Google Patents

Abstract

웨이퍼 상에 전사할 목표 패턴 레이아웃 설계하고, 패턴 레이아웃을 웨이퍼 상으로 전사하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 과정에 대한 모델링 제1변수 추출하고, 모델링 제1변수를 레이아웃에 대해 시뮬레이션(simulation)을 수행할 시뮬레이션 모델에 적용하여 제1모델 캘리브레이션(calibration)을 수행한다. 포토레지스트 패턴을 리플로우하는 과정에 대한 모델링 제2변수 추출하고, 제1모델 캘리브레이션된 모델에 모델링 제2변수를 적용하여 제2모델 캘리브레이션을 수행한다. 제1 및 제2모델 캘리브레션된 모델을 이용하여 패턴 레이아웃을 광근접보정(OPC)함으로써, 리플로우 공정을 고려한 광근접보정 방법을 제시한다. 모델링 제2변수 추출은 포토레지스트 패턴에 인가하는 온도 변화에 따른 포토레지스트 패턴의 선폭 변화를 측정하여 수행될 수 있다.

OPC, 시뮬레이션 모델, 캘리브레이션, 마스크

Description

리플로우 공정을 고려한 광근접보정 방법{Method for correcting optical proximity for reflow process}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광근접보정(OPC) 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 흐름도이다.

도 2 및 도 3을 본 발명의 실시예에 따른 리플로우 공정(reflow process)을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도들이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 측정된 선폭(CD) 캘리브레이션 데이터(calibration data)를 제시한 그래프(graph)이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광근접보정 레이아웃(layout)에 따른 시뮬레이션(simulation) 결과 도면이다.

본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 특히, 포토마스크(photo mask) 제작 시 패턴 레이아웃(pattern layout)에 대한 광근접보정(OPC: Optical Proximity Correction) 방법에 관한 것이다.

반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라, 포토리소그래피(photo lithography) 과정에서 보다 미세한 패턴을 구현하도록 요구되고 있다. 그런데, 패턴이 미세화됨에 따라, 이웃하는 패턴들 간의 영향에 의한 광 근접 현상(optical proximity effect)이 노광 과정 중에 수반되고 있다. 이를 극복하기 위해서 패턴을 전사하기 위한 포토마스크(photomask)에 형성하고자 설계한 패턴 레이아웃을 보정하여 OPE 발생을 억제하는 방법, 예컨대, 광근접보정(OPC)이 수행되고 있다.

한편, 반도체 소자를 위한 패턴이 미세화됨에 따라, 포토레지스트(PR: PhotoResist) 패턴을 식각 대상층 상에 형성하고, 형성된 포토레지스트 패턴에 일정 온도의 열을 인가하여 PR이 흐르게 함으로써, 패턴의 선폭(CD: Critical Dimension)이 보다 축소되게 하는 리플로우 공정이 도입되고 있다. 그런데, OPC 과정은 이러한 리플로우 공정을 고려하지 않은 채, 단지 웨이퍼(wafer) 상에 PR 도포, 노광 및 현상으로 형성된 포토레지스트 패턴에 대해서 주로 고려되고 있다.

소자의 스택(stack) 정보, 노광 조건, 적용된 PR 종류 및 특성, 사용된 바닥반사방지막(BARC: Bottom AntiReflective Coating) 특성 등에 대한 데이터를 추출하여, PR 패턴 형성과정에 대한 모델(model)에 적용하고 캘리브레이션(calibration)하여 패턴 레이아웃을 OPC하고 있다. 이에 따라, 실제 OPC 과정이 주어진 조건에서 정확히 수행됨에도 불구하고, 리플로우 공정에 대한 모델 변수(model parameter)가 고려되지 않아, 실제 웨이퍼 상에 형성되는 패턴은 목표 레이아웃(target layout)과 차이를 보일 수 있다. 이에 따라, 실제 형성된 웨이퍼 패턴의 선폭 및 형상 등을 고려하여, 이미 제작된 포토마스크를 재 제작하는 과정이 빈번히 수행되고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 포토레지스트 패턴의 리플로우 공정을 고려하여 보다 정확하게 웨이퍼 상에 형성되는 패턴의 형상을 예측할 수 있어, 보다 정교하게 설계된 패턴 레이아웃(layout)을 광근접보정할 수 있는 방법을 제시하는 데 있다.

상기의 기술적 과제를 위한 본 발명의 일 관점은, 웨이퍼 상에 전사할 목표 패턴 레이아웃 설계 단계, 상기 패턴 레이아웃을 상기 웨이퍼 상으로 전사하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 과정에 대한 모델링 제1변수 추출 단계, 상기 모델링 제1변수를 상기 레이아웃에 대해 시뮬레이션(simulation)을 수행할 시뮬레이션 모델에 적용하여 제1모델 캘리브레이션(calibration)을 수행하는 단계, 상기 포토레지스트 패턴을 리플로우하는 과정에 대한 모델링 제2변수 추출 단계, 상기 제1모델 캘리브레이션된 상기 모델에 상기 모델링 제2변수를 적용하여 제2모델 캘리브레이션을 수행하는 단계, 및 상기 제1 및 제2모델 캘리브레션된 모델을 이용하여 상기 패턴 레이아웃을 광근접보정(OPC)하는 단계를 포함하는 리플로우 공정을 고려한 광근접보정 방법을 제시한다.

상기 모델링 제2변수 추출 단계는, 상기 포토레지스트 패턴에 인가하는 온도 변화에 따른 상기 포토레지스트 패턴의 선폭 변화를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 모델링 제2변수 추출 단계는 상기 포토레지스트 패턴의 인가하는 온도 변화에 따른 상기 포토레지스트 패턴의 변화된 영상을 주사전자현미경 사진 데이터로 측정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 포토레지스트 패턴은 콘택홀(contact hole)을 위한 패턴으로 형성될 수 있다.

상기 광근접보정 단계는 상기 광근접보정에 의한 보정된 패턴 레이아웃을 상기 캘리브레이션된 모델을 이용하여 시뮬레이션하여 시뮬레이션 컨투어(contour)를 얻는 단계, 및 상기 시뮬레이션 컨투어와 상기 목표 패턴 레이아웃을 비교하여 상기 광근접보정을 검증하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 포토레지스트 패턴의 리플로우 공정을 고려하여 보다 정교하게 설계된 패턴 레이아웃(layout)을 광근접보정할 수 있는 방법을 제시할 수 있다.

본 발명의 실시예에서는, 웨이퍼 관측 검사(inspection)를 통해 웨이퍼 상에 형성된 포토레지스트 패턴에 대한 데이터(data)를 추출하여, 시뮬레이션 모델(simulation model)을 제1캘리브레이션하고, PR 패턴을 리플로우한 후의 데이터를 수집 추출하여 제1캘리브레이션된 모델을 제2캘리브레이션한다.

이와 같이 캘리브레이션된 모델은, 웨이퍼 상에 PR 패턴을 형성하는 과정에서의 모델링 변수, 예컨대, 노광 조건, 이전 웨이퍼 공정 단계 또는 현 웨이퍼 공정 단계에서의 하부층 또는 대상층의 상태와 같은 소자의 스택(stack) 정보, 적용 PR에 대한 정보, ARC에 대한 정보 등을 반영하고 있을 뿐만 아니라, PR 리플로우에 따른 모델링 변수를 반영하게 된다. 따라서, 이와 같이 캘리브레이션된 모델을 이 용하여 설계된 패턴 레이아웃에 대한 모델 OPC를 수행함에 따라, 실제 웨이퍼 상에 형성되는 리플로우 후의 PR 패턴의 선폭 및 형상을 보다 정확하게 예측할 수 있으며, 또한, 보다 정교한 OPC 결과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광근접보정(OPC) 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 흐름도이다. 도 2 및 도 3을 본 발명의 실시예에 따른 리플로우 공정(reflow process)을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도들이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 측정된 선폭(CD) 캘리브레이션 데이터(calibration data)를 제시한 그래프(graph)이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광근접보정 레이아웃(layout)에 따른 시뮬레이션(simulation) 결과 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 OPC 방법은, 웨이퍼 상으로 전사하고자하는 목표 패턴의 레이아웃(layout of target pattern)을 설계한다(101). 목표 패턴의 레이아웃은 콘택홀 패턴을 전사하기 위한 레이아웃으로 설계될 수 있다. 이러한 패턴 레이아웃의 웨이퍼 상으로 전사를 예측할 시뮬레이션 모델(simulation model)을 선정 도입한다(102). 이러한 시뮬레이션 모델은 반도체 소자 제조 공정의 예측을 위해 마련된 모델이 사용될 수 있다.

이러한 시뮬레이션 모델을 이용한 시뮬레이션을 통해 설계된 패턴 레이아웃이 실제 웨이퍼 상에 형성되는 형상을 예측하거나 광근접보정을 수행하기 위해서, 시뮬레이션 모델을 수행하고자하는 패턴 전사 과정에 대해 캘리브레이션한다. 이때, 본 발명의 실시예에서는 목표 패턴 레이아웃을 따르는 포토레지스트 패턴을 웨이퍼 상에 전사한 후 리플로우 공정을 수행하므로, 캘리브레이션은 전사 과정 및 리플로우 과정을 모두 고려하여 수행된다.

먼저, 패턴 레이아웃이나 시험(test) 패턴에 대한 시험(test) 전사 과정을 수행하여, 도 2에 제시된 바와 같이 웨이퍼(210) 상의 식각 대상층(230), 예컨대, 절연층 상에 시험 포토레지스트 패턴(250)을 형성한다. 이러한 포토레지스트 패턴(250)은 콘택홀을 위한 오프닝(opening: 251)을 가지는 패턴일 수 있다. 이러한 포토레지스트 패턴(250)에 대한 정보, 예컨대, 선폭 데이터나 또는 영상(image) 데이터를 얻는다. 또한, 포토레지스트 패턴(250)을 형성하는 데 사용된 노광 과정에 적용된 노광 조건, 소자의 스택(stack) 정보, 포토레지스트 종류 및 특성, 사용된 반사방지층에 대한 정보 등을 얻는다. 이와 같이 정보들을 얻는 과정은 모델링 제1변수를 추출하는 과정이다(103). 이러한 추출된 모델링 제1변수를 시뮬레이션 모델에 적용하여 제1모델 캘리브레이션을 수행한다(104).

이후에, 리플로우 과정에 관련된 모델링 제2변수를 추출한다(105). 리플로우 과정은, 도 3에 제시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(도 2의 250)에 일정 온도로 열을 인가하여 포토레지스트가 흐르게 하는 과정으로, 이에 따라 보다 좁아진 선폭을 가지는 오프닝(253)을 가지는 리플로우된 포토레지스트 패턴(255)이 형성된다. 이러한 리플로우된 포토레지스트 패턴(255)에 대한 정보를 얻는다.

이러한 정보는 도 4에 제시된 바와 같이, 리플로우 과정에 적용된 온도 변수들에 대한 오프닝 선폭(CD), 즉, 콘택홀 직경에 대한 데이터로 얻어지며, 도 4에 제시된 바와 같은 경향을 보이는 그래프로 제시될 수 있다. 이러한 온도 변화에 따른 선폭 변화의 비(ratio)의 데이터를 모델링 제2변수로 추출할 수 있다. 이와 함 께, 리플로우된 포토레지스트 패턴(255)의 주사전자현미경(SEM) 사진과 같은 영상을 담은 데이터를 모델링 제2변수로 추출할 수도 있다. 이와 같이, 포토레지스트 패턴(255)을 리플로우하는 과정에 대한 모델링 제2변수는 실질적으로 리플로우 온도에 따른 콘택홀 패턴의 축소 비율을 의미하는 변수로 추출될 수 있다(도 1의 105).

이후에, 제1모델 캘리브레이션된 모델에 모델링 제2변수를 적용하여 제2모델 캘리브레이션을 수행한다(도 1의 106). 이와 같이 제1 및 제2캘리브레이션된 모델은, 노광 과정을 포함하는 포토레지스트 패턴(도 2의 250) 전사 과정 및 리플로우된 포토레지스트 패턴(도 3의 255)에 대한 데이터들에 의해 캘리브레이션되므로, 노광 과정뿐만 아니라 리플로우 과정을 모두 반영하는 모델로 캘리브레이션된 것으로 평가될 수 있다.

이후에, 제1 및 제2모델 캘리브레이션된 모델을 이용하여 패턴 레이아웃을 광근접보정(OPC)한다(107). 이러한 OPC는 모델 베이스(model base) 접근 방법 또는 모델 베이스 OPC에 의해 수행될 수 있다. 예컨대, 먼저 설계된 패턴 레이아웃 또는 1차 OPC된 패턴 레이아웃을 캘리브레이션된 모델에 적용하여 실제 웨이퍼 상에 형성될 패턴 레이아웃을 예측한다. 목표 패턴 레이아웃에 대해 설계된 레이아웃에 대해서 우선적으로 1차 OPC한 후, 1차 OPC 결과를 시뮬레이션 모델을 통해 평가 및 수정하는 과정을 수행할 수 있다.

도 5를 참조하면, 설계된 패턴 레이아웃에 대해 1차 OPC된 패턴 레이아웃(501)은 콘택홀 패턴을 형성하고자 하는 경우 제시된 바와 같이 사각형 태의 레 이아웃으로 제시될 수 있다. 이러한 1차 OPC된 패턴 레이아웃(501)을 캘리브레이션된 모델을 통해 예측하면, 우선적으로 제1캘리브레이션된 모델을 이용할 경우의 제1시뮬레이션 결과(502)가 컨투어(contour)로 얻어질 수 있다. 이때, 리플로우 과정을 고려한 제2캘리브레이션까지 수행된 모델을 이용할 경우 제2시뮬레이션 결과(503)가 얻어질 수 있다. 두 경우를 비교할 경우, 제2캘리브레이션까지 수행된 모델을 통해 시뮬레이션 예측 결과가, 리플로우 공정을 포함한 실제 패턴 형성 과정에 보다 정확하게 부합되게 된다.

또한, 제2시뮬레이션 결과(503)는 리플로우 과정이 100℃ 정도 수행된 경우의 시뮬레이션 컨투어 결과이고, 105℃의 경우 제3시뮬레이션 결과(504)가 얻어지고, 110℃의 경우 제4시뮬레이션 결과(505)가 얻어진다. 이러한 제2 내지 제4시뮬레이션 컨투어들의 결과는 실제 리플로우 과정에서 리플로우 온도가 증가함에 따라 콘택홀 패턴의 직경 또는 선폭이 감소되는 도 4의 결과가 반영된 것으로 이해된다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이션 모델 캘리브레이션 방법은 리플로우 과정을 도입한 포토레지스트 패턴 형성 과정을 보다 정교하게 예측할 수 있다.

도 1을 참조하면, 캘리브레이션된 모델을 이용하여 시뮬레이션하여 도 5에 제시된 바와 같은 시뮬레이션 컨투어 결과(503 또는 504, 505)를 얻은 후, 얻어진 시뮬레이션 컨투어와 실제 웨이퍼 상에 형성하고자 하는 목표 패턴의 레이아웃을 비교하여 OPC 결과를 검증할 수 있다. 이러한 OPC 검증이 이루어진 OPC된 레이아웃을 마스크 기판 상에 전사하는 마스크 제작 과정이 수행될 수 있다(108). 이에 따라 웨이퍼 상에 패턴을 전사하는 데 사용되는 포토마스크가 제작된다.

상술한 본 발명에 따르면, 보다 미세한 선폭의 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 리플로우 과정을 시뮬레이션 모델에 적용함으로써, 포토레지스트 패턴 형성 또는 전사를 위한 시뮬레이션 또는 광근접보정(OPC) 과정을 보다 정교하고 정확하게 수행할 수 있다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

Claims (5)

1. 웨이퍼 상에 전사할 목표 패턴 레이아웃 설계 단계;

   상기 패턴 레이아웃을 상기 웨이퍼 상으로 전사하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 과정에 대한 모델링 제1변수 추출 단계;

   상기 모델링 제1변수를 상기 레이아웃에 대해 시뮬레이션(simulation)을 수행할 시뮬레이션 모델에 적용하여 제1모델 캘리브레이션(calibration)을 수행하는 단계;

   상기 포토레지스트 패턴을 리플로우하는 과정에 대한 모델링 제2변수 추출 단계;

   상기 제1모델 캘리브레이션된 상기 모델에 상기 모델링 제2변수를 적용하여 제2모델 캘리브레이션을 수행하는 단계; 및

   상기 제1 및 제2모델 캘리브레션된 모델을 이용하여 상기 패턴 레이아웃을 광근접보정(OPC)하는 단계를 포함하는 리플로우 공정을 고려한 광근접보정 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 모델링 제2변수 추출 단계는

   상기 포토레지스트 패턴에 인가하는 온도 변화에 따른 상기 포토레지스트 패턴의 선폭 변화를 측정하는 단계를 포함하는 리플로우 공정을 고려한 광근접보정 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 모델링 제2변수 추출 단계는

   상기 포토레지스트 패턴의 인가하는 온도 변화에 따른 상기 포토레지스트 패턴의 변화된 영상을 주사전자현미경 사진 데이터로 측정하는 단계를 포함하는 리플로우 공정을 고려한 광근접보정 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 포토레지스트 패턴은 콘택홀(contact hole)을 위한 패턴으로 형성되는 리플로우 공정을 고려한 광근접보정 방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 광근접보정 단계는

   상기 광근접보정에 의한 보정된 패턴 레이아웃을 상기 캘리브레이션된 모델을 이용하여 시뮬레이션하여 시뮬레이션 컨투어(contour)를 얻는 단계; 및

   상기 시뮬레이션 컨투어와 상기 목표 패턴 레이아웃을 비교하여 상기 광근접보정을 검증하는 단계를 더 포함하는 리플로우 공정을 고려한 광근접보정 방법.

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