KR100861363B1 - 이중 노광을 위한 패턴분할 방법 - Google Patents

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Abstract

복잡한 레이아웃의 패턴을 이중 노광에 의해 구현할 수 있도록 최적의 패턴 분할방법을 제공한다. 이는, 반복되는 라인(line)/스페이스(space)로 이루어진 제1 패턴들과 상기 제1 패턴들 사이에 위치하며 임의의 크기를 갖는 제2 패턴들을 포함하는 타겟패턴을 1차 노광을 위한 패턴들과 2차 노광을 위한 패턴들로 각각 분할하는 패턴분할 방법에 있어서, 제1 패턴들을 1차 노광을 위한 패턴과 2차 노광을 위한 패턴으로 각각 분할하는 단계와, 제2 패턴들을 1차 노광을 위한 패턴과 2차 노광을 위한 패턴으로 각각 분할하는 단계, 및 제1 패턴들 중 1차 또는 2차 노광을 위한 패턴과 제2 패턴들 중 1차 또는 2차 노광을 위한 패턴을 각각 결합(merge)하는 단계로 이루어진다.
이중 노광, 패턴 분할, 삼중 노광

Description

이중 노광을 위한 패턴분할 방법{Pattern decomposition method for Double Exposure}
도 1은 종래의 이중 노광에 의한 패턴 형성방법을 도시한 것이다.
도 2는 복잡한 레이아웃으로 구성된 타겟패턴을 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 타겟패턴을 이중 노광하기 위하여 분할한 상태를 나타낸다.
도 4a는 분할된 타겟패턴 중 1차 노광을 위한 패턴을 나타내고, 도 4b는 분할된 타겟패턴 중 2차 노광을 위한 패턴을 나타낸다.
도 5는 도 2의 타겟패턴을 삼중 노광하기 위하여 분할한 상태를 나타낸다.
도 6a 내지 도 6c는 분할된 타겟패턴을 삼중 노광하기 위한 각 단계의 패턴을 각각 나타낸다.
도 7은 도 2에 도시된 타겟패턴을 본 발명의 방법에 따라 분할한 것을 도시한다.
도 8a 내지 도 8f는 본 발명의 패턴분할 방식에 따른 각 단계의 패턴들을 도시한 것이다.
본 발명은 반도체 소자의 패턴 형성방법에 관한 것으로, 종래 삼중 노광 방식으로 구현할 수 있었던 복잡한 레이아웃의 패턴을 이중 노광에 의해 구현이 가능하도록 패턴을 분할하는 패턴분할 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조공정에 있어서, 노광공정의 해상력을 증가시키기 위하여는 보다 큰 개구수(NA) 또는 보다 짧은 파장의 광원을 사용하여야 하나, 동일한 개구수(NA)와 동일한 파장을 가지고 해상력을 증가시키는 방법 중의 하나로, 패턴을 분할하여 하나의 패턴을 먼저 노광하고 나머지 패턴을 2차 노광을 통해 구현하는 이중 노광 기술이 개발되고 있다. 이러한 이중 노광을 통한 반도체 제조기술은 도 1과 같이 두 번의 마스크 공정과 두 번의 식각공정을 통하여 이루어진다. 즉, 첫 번째 마스크 공정 및 식각공정을 수행한 후 두 번째 마스크 공정 및 식각공정을 통하여 최종적으로 원하는 패턴을 형성하게 된다.
도 1은 이중 노광에 의한 패턴 형성방법을 도시한 것으로, (1)은 반복되는 라인/스페이스 패턴으로 이루어진 타겟패턴을 포함하는 포토마스크를, (2)는 상기 타겟패턴을 이중 노광으로 구현하기 위한 1차 노광 패턴을 포함하는 포토마스크를, (3)은 2차 노광 패턴을 포함하는 포토마스크를, 그리고 (4)는 1차 및 2차 포토마스크를 이용하여 웨이퍼 상에 타겟패턴을 구현한 것을 나타낸다.
이러한 이중 노광 기술에 있어서 가장 중요한 요소 중의 하나가 타겟 패턴(target pattern)을 이중 노광에 알맞게, 즉 근접한 패턴을 동시에 노광하지 않도록 분할(decomposition)하는 작업이다. 그러나, 간단한 라인(line)과 스페이스(space)로 구성된 패턴의 경우 분할하는 방법이 간단히 해결될 수 있지만, 도 2 와 같이 복잡한 레이아웃(layout)으로 구성되어 있는 패턴의 경우 이중 노광을 위하여 도 3과 같이 패턴들을 분할할 수는 있으나, 도 4b와 같은 독립된 패턴 또는 길이가 짧은 패턴들을 웨이퍼 상에 실제 구현하기는 불가능하다. 그러므로, 현재는 도 4a 내지도 4d와 같이 이중 노광이 아닌 삼중 노광 방식을 사용하도록 패턴을 3개의 패턴으로 분할하여 사용하고 있다.
도 2는 복잡한 레이아웃으로 구성된 타겟패턴을 도시한 것으로, 라인/스페이스 패턴(20)뿐만 아니라 그 사이 사이에 다른 패턴(30)들이 들어있어 복잡한 레이아웃을 이루고 있다. 상기 라인/스페이스 패턴(20)은 반도체 소자에서 예컨대 금속배선 라인을 형성하기 위한 패턴이 될 수 있고, 그 사이에 배치된 패턴(30)은 예컨대 컨택패드를 형성하기 위한 패턴이 될 수 있다.
도 3은 도 2의 복잡한 레이아웃의 타겟패턴을 이중 노광에 적합하도록 분할한 상태를 나타내고, 도 4a는 분할된 타겟패턴 중 1차 노광을 위한 패턴을 나타내고, 도 4b는 분할된 타겟패턴 중 2차 노광을 위한 패턴을 나타낸다.
그리고, 도 5는 도 2의 타겟패턴을 삼중 노광에 의해 구현하기 위하여 분할한 상태를 나타내고, 도 6a 내지 도 6c는 도 5에서 분할된 타겟패턴 중 1차 내지 3차 노광을 위한 패턴을 각각 나타낸다.
이와 같이 이중 노광 방식으로는 웨이퍼 상에 패턴들을 구현하기 불가능하여 삼중 노광 방식을 사용하는 경우, 추가로 한 장의 마스크를 더 제작하여야하고, 노광공정과 식각공정, 세정공정 및 증착공정 등 보다 많은 공정들이 추가되어야 하므로 고비용 및 제조기간(Turn Around Time)이 증가하는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래에 삼중 노광방식으로 구현할 수 있었던 복잡한 레이아웃의 패턴을 이중 노광에 의해 구현할 수 있도록 최적의 패턴 분할방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 이중 노광을 위한 패턴분할 방법은, 반복되는 라인(line)/스페이스(space)로 이루어진 제1 패턴들과 상기 제1 패턴들 사이에 위치하며 임의의 크기를 갖는 제2 패턴들을 포함하는 타겟패턴을 1차 노광을 위한 패턴들과 2차 노광을 위한 패턴들로 각각 분할하는 패턴분할 방법에 있어서, 상기 제1 패턴들을 1차 노광을 위한 패턴과 2차 노광을 위한 패턴으로 각각 분할하는 단계와, 상기 제2 패턴들을 1차 노광을 위한 패턴과 2차 노광을 위한 패턴으로 각각 분할하는 단계, 및 상기 제1 패턴들 중 1차 또는 2차 노광을 위한 패턴과 상기 제2 패턴들 중 1차 또는 2차 노광을 위한 패턴을 각각 결합(merge)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 패턴들을 1차 노광을 위한 패턴과 2차 노광을 위한 패턴으로 분할할 때, 1차 노광 및 2차 노광을 위한 패턴 사이의 피치(pitch)는 노광에 사용되는 광원의 파장 및 노광장비의 개구수(NA) 등의 노광조건을 통해 기판 상에 구현할 수 있는 최소 피치보다 큰 피치를 갖도록 한다.
삭제
그리고, 상기 제2 패턴은 두 개의 패턴으로 분할하여도 기판 상에 구현될 수 있는 크기를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 제2 패턴들을 1차 노광을 위한 패턴과 2차 노광을 위한 패턴으로 각각 분할할 때, 1차 노광 및 2차 노광을 위한 패턴 사이의 피치(pitch)는 노광에 사용되는 광원의 파장 및 노광장비의 개구수(NA) 등의 노광조건을 통해 기판 상에 구현할 수 있는 최소 피치보다 큰 피치를 갖도록 한다.
그리고, 상기 제1 패턴들 중 1차 또는 2차 노광을 위한 패턴과 상기 제2 패턴들 중 1차 또는 2차 노광을 위한 패턴을 각각 결합(merge)하는 단계에서, 상기 제1 패턴들 중 1차 노광을 위한 패턴과 상기 제2 패턴들 중 1차 노광을 위한 패턴을 결합(merge)하고, 상기 제1 패턴들 중 2차 노광을 위한 패턴과 상기 제2 패턴들 중 2차 노광을 위한 패턴을 각각 결합(merge)하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제1 패턴들 중 1차 또는 2차 노광을 위한 패턴과 상기 제2 패턴들 중 1차 또는 2차 노광을 위한 패턴을 각각 결합(merge)하는 단계에서, 상기 제1 패턴들 중 1차 노광을 위한 패턴과 상기 제2 패턴들 중 2차 노광을 위한 패턴을 결합(merge)하고, 상기 제1 패턴들 중 2차 노광을 위한 패턴과 상기 제2 패턴들 중 1차 노광을 위한 패턴을 각각 결합(merge)할 수도 있다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다.
반도체 소자를 제조하기 위한 노광기술에 있어서 분해능(resolution; R)은 현미경, 망원경 또는 카메라 렌즈 등의 광학장치에서 관찰 또는 촬영하는 대상의 세부를 상(像)으로 판별하는 능력, 또는 분광기나 질량분석기(質量分析器) 등에서 대상을 얼마나 세밀하게 분리할 수 있는지를 나타내는 수치를 나타낸다.
노광장비에서의 분해능(R)은 아래의 Rayleigh 공식에 의해 결정될 수 있다.
Figure 112006052121168-pat00001
여기서, R은 분해능을, k1 공정 상수(process constant)를, λ는 광원의 파장(wave length)을, 그리고 NA는 개구수(Numerical Aperture)를 각각 나타낸다.
따라서, 보다 작은 패턴을 구현하기 위해서는, 즉 해상력(R)을 좋게 하기 위해서는 보다 짧은 파장(λ)의 광원을 사용하거나 혹은 보다 큰 개구수(NA)를 사용하는 것이 필요하다. 그러나, 짧은 파장과 큰 개구수를 사용하는 것은 한계가 있기 때문에, 동일한 파장과 동일한 개구수를 이용하여 보다 작은 패턴을 구현하기 위한 노광 기술들이 많이 연구되고 있다. 그 중 하나인 이중 노광 기술에 있어서 가장 중요한 요소 중의 하나가 구현하고자 하는 타겟패턴을 이중 노광에 적합하도록 분할하고, 그 각각의 패턴들이 웨이퍼 상에 그대로 구현될 수 있도록 적절한 광근접보정(Optical Proximity Correction; OPC) 기술이 적용되어야 한다는 것이다.
이러한 패턴 분할 과정에 있어서 고려되어야할 사항은, 분할 후의 패턴들이 사용되는 파장과 개구수(NA)에서 구현가능한 최소 피치(minimum pitch) 보다는 항상 큰 피치(pitch)를 가지도록 구성되어야 하며, 분할된 패턴들이 OPC 작업 등을 통해 기판 상에 구현이 가능하여야 한다는 것이다. 즉, 패턴분할 작업은 레이아웃상 가능하나 적절한 OPC 작업 등을 통하여 기판 상에 구현이 불가능할 경우, 예를 들어 패턴분할 후 각각의 패턴들의 면적이 너무 작거나, 라인 말단부(line end) 등이 포함되는 레이아웃의 경우 등에는 이중 노광 기술을 적용할 수 없다.
본 발명은 기술한 패턴분할시 고려되어야 할 사항들을 유지하면서, 종래의 삼중 노광 기술을 적용하던 복잡한 레이아웃의 패턴들에 대하여 이중 노광을 통하여 구현할 수 있도록 함으로써 삼중 노광의 문제점을 해결할 수 있게 하였다.
도 7은 복잡한 레이아웃의 태겟패턴을 본 발명의 방법에 따라 분할한 것을 도시한 것으로, 도 2의 레이아웃을 타겟패턴으로 한다. 그리고, 도 8a 내지 도 8f는 본 발명의 패턴분할 방식에 따른 각 단계의 패턴들을 도시한 것이다.
먼저 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 타겟패턴 중에서 가장 작은 피치(pitch)를 갖는 미세패턴들을 구분하고, 구분된 패턴중 임의의 미세패턴을 선택한 다음, 선택된 미세패턴으로부터 일정 거리 이격된 미세패턴들을 선택하여 1차 노광을 위한 패턴들로 추출한다. 이렇게 1차 노광을 위해 추출된 패턴들은 대부분 라인/스페이스 패턴들로서, 사용하는 광원의 파장 및 노광장비의 개구수(NA)에서 기판상에 구현할 수 있는 피치를 고려해서 적절한 피치를 갖도록 패턴을 추출한다. 그리고, 남은 미세패턴들을 2차 노광을 위한 패턴으로 추출한다.
다음에 도 8c를 참조하면, 타겟패턴 중 상기 1차 및 2차 노광을 위하여 추출 된 패턴, 예컨대 반복되는 라인/스페이스 패턴을 제외한 잔여패턴(residual pattern), 예컨대 컨택 패드를 형성하기 위한 패턴들을 추출한다. 이때, 잔여패턴들은 다시 두 개의 패턴으로 분할될 수 있도록 1차 노광을 위한 패턴 또는 2차 노광을 위한 패턴들에서의 최소 크기보다 2배 이상의 크기를 갖는 패턴들이어야 한다.
도 8d를 참조하면, 이렇게 추출된 잔여패턴들에 대해 1차 노광을 위한 패턴 및 2차 노광을 위한 패턴들로 다시 분할한다. 이때, 노광공정에 사용되는 광원의 파장 및 노광장비의 개구수(NA)에서 구현할 수 있는 최소 피치보다 큰 피치를 갖도록 잔여패턴들을 분할하여야 한다.
도 8e를 참조하면, 도 8a에서 추출된 1차 노광을 위한 패턴들과 도 8d에서 추출된 1차 또는 2차 노광을 위한 패턴들을 결합(merge)한다.
다음에, 도 8f를 참조하면, 도 8b에서 추출된 2차 노광을 위한 패턴들과 도 8d에서 추출된 1차 또는 2차 노광을 위한 패턴들을 결합(merge)한다.
이와 같이 본 발명은 반도체 제조공정에 사용되는 패턴들의 크기가 다름에 착안하여 패턴분할을 수행하게 된다. 즉, 반도체 제조공정에 사용되는 패턴들은 일정하게 반복되며 작은 크기를 갖는 배선라인과 컨택형성을 위하여 컨택홀보다 큰 크기의 패드 형태의 패턴들로 구성이 되므로, 1차와 2차 노광을 위한 패턴은 작은 크기의 배선라인 패턴들로 구성하며, 보다 큰 크기의 컨택 패드 패턴들은 다시 두 개의 패턴들로 나누어 작은 크기의 배선라인 패턴들과 함께 노광한다. 이를 통해 종래의 삼중 노광으로 구현할 수 있었던 패턴을 이중 노광을 통해 구현할 수 있다. 즉, 복잡한 레이아웃의 타겟패턴을 3중 노광을 위한 패턴들로 각각 분할한 후 분할된 세 부류의 패턴들 중에서 가장 작은 크기의 패턴들을 먼저 2중 노광을 위한 패턴으로 추출하고, 남아 있는 잔여패턴을 이미 분할한 2개의 패턴과의 피치를 고려하여 다시 분할한 후 그 각각을 이미 분할된 패턴들에 결합함으로써 최종적으로 두 번의 노광만으로 구현할 수 있도록 한다. 이때, 2중 노광을 위한 분할시 잔여패턴은 다시 두 개의 패턴으로 분할이 되어야 하므로 이 패턴들을 선택하는 방법은 임의의 세 부류의 패턴들 중 가장 크기가 큰 패턴이 되는 것이다.
이상 본 발명을 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.
상술한 본 발명에 의한 이중 노광을 위한 패턴분할 방법에 따르면, 복잡한 레이아웃의 타겟패턴을 3중 노광을 위한 패턴들로 각각 분할한 후 분할된 세 부류의 패턴들 중에서 가장 작은 크기의 패턴들을 먼저 2중 노광을 위한 패턴으로 추출하고, 남아 있는 잔여패턴을 이미 분할한 2개의 패턴과의 피치를 고려하여 분할한 후 그 각각을 이미 분할된 패턴들에 결합함으로써, 최종적으로 두 번의 노광만으로 웨이퍼 상에 구현할 수 있다. 따라서, 필요한 마스크의 수를 줄일 수 있고, 노광공정, 식각공정, 세정공정 및 증착공정 등을 최소 1회 이상 줄일 수 있으므로 제조비용을 절감하고 소자의 제조기간을 단축할 수 있다.

Claims (7)

  1. 반복되는 라인(line)/스페이스(space)로 이루어진 제1 패턴들과 상기 제1 패턴들 사이에 위치하며 임의의 크기를 갖는 제2 패턴들을 포함하는 타겟패턴을 1차 노광을 위한 패턴들과 2차 노광을 위한 패턴들로 각각 분할하는 패턴분할 방법에 있어서,
    상기 제1 패턴들을 1차 노광을 위한 패턴과 2차 노광을 위한 패턴으로 각각 분할하는 단계;
    상기 제2 패턴들을 1차 노광을 위한 패턴과 2차 노광을 위한 패턴으로 각각 분할하는 단계; 및
    상기 제1 패턴들 중 1차 또는 2차 노광을 위한 패턴과 상기 제2 패턴들 중 1차 또는 2차 노광을 위한 패턴을 각각 결합(merge)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 노광을 위한 패턴분할 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 패턴들을 1차 노광을 위한 패턴과 2차 노광을 위 한 패턴으로 분할할 때, 1차 노광 및 2차 노광을 위한 패턴 사이의 피치(pitch)는,
    노광에 사용되는 광원의 파장 및 노광장비의 개구수(NA) 등의 노광조건을 통해 기판 상에 구현할 수 있는 최소 피치보다 큰 피치를 갖도록 분할하는 것을 특징으로 하는 이중 노광을 위한 패턴분할 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 패턴은 두 개의 패턴으로 분할하여도 기판 상에 구현될 수 있는 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 이중 노광을 위한 패턴분할 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2 패턴들을 1차 노광을 위한 패턴과 2차 노광을 위한 패턴으로 분할할 때,
    상기 1차 노광 및 2차 노광을 위한 패턴 사이의 피치(pitch)는 노광에 사용되는 광원의 파장 및 노광장비의 개구수(NA) 등의 노광조건을 통해 기판 상에 구현할 수 있는 최소 피치보다 큰 피치를 갖도록 분할하는 것을 특징으로 하는 이중 노광을 위한 패턴분할 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 패턴들 중 1차 또는 2차 노광을 위한 패턴과 상기 제2 패턴들 중 1차 또는 2차 노광을 위한 패턴을 각각 결합(merge)하는 단계에서,
    상기 제1 패턴들 중 1차 노광을 위한 패턴과 상기 제2 패턴들 중 1차 노광을 위한 패턴을 결합(merge)하고, 상기 제1 패턴들 중 2차 노광을 위한 패턴과 상기 제2 패턴들 중 2차 노광을 위한 패턴을 각각 결합(merge)하는 것을 특징으로 하는 이중 노광을 위한 패턴분할 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 패턴들 중 1차 또는 2차 노광을 위한 패턴과 상기 제2 패턴들 중 1차 또는 2차 노광을 위한 패턴을 각각 결합(merge)하는 단계에서,
    상기 제1 패턴들 중 1차 노광을 위한 패턴과 상기 제2 패턴들 중 2차 노광을 위한 패턴을 결합(merge)하고, 상기 제1 패턴들 중 2차 노광을 위한 패턴과 상기 제2 패턴들 중 1차 노광을 위한 패턴을 각각 결합(merge)하는 것을 특징으로 하는 이중 노광을 위한 패턴분할 방법.
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