KR100896860B1 - 단차 영역의 패턴 균일도 향상을 위한 광학 근접 보상 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 패턴이 형성되는 웨이퍼에 단차가 존재하는 경우, 설계된 패턴이 웨이퍼 상에 충실하게 전사되게 하기 위한 광학 근접 보상 패턴의 형성 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 복수의 패턴이 형성되는 마스크 레이 아웃의 광학 근접 보상 방법은 상기 패턴의 이격 거리를 고려한 1차 광학 근접 보상을 실시하는 단계; 상기 마스크 레이 아웃에 있어 단차가 형성되는 영역을 구분하는 단계; 및 상기 구분된 영역간의 이격 거리에 따른 2차 광학 근접 보상을 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

광학 근접 보상, 단차

Description

단차 영역의 패턴 균일도 향상을 위한 광학 근접 보상 방법 {A optical proximity correction method for improvement of pattern uniformity on area with step}

본 발명은 반도체 집적 소자의 제조를 위한 사용되는 마스크 제작시 마스크에 형성된 패턴들이 보다 정확하게 실제 웨이퍼 상에 구현되게 하기 위해 수행되는 패턴광학 근접 보상(optical proximity correction) 방법에 있어, 그 저면에 단차가 존재하는 패턴들을 균일하게 형성하는 방법에 관한 것이다.

반도체 노광 및 사진 공정(photolithography)을 통해 마스크 상에 형성된 회로의 패턴이 설계한 레이 아웃(lay out) 대로 충실하게 웨이퍼에 전사되는 것이 매우 중요하다. 그러나 마스크의 패턴이 복잡하거나 패턴 크기나 선폭 등의 변화가 심하게 변화되는 부분에서는 실제 노광 과정에서 근접한 패턴에서의 빛의 회절(diffraction) 현상에 의해 설계된 레이 아웃과 다르게 패턴이 전사되지 않는 현상이 나타난다. 즉 최초 설계된 레이 아웃 상에 패턴 모양이 왜곡되거나 또는 일부분이 소실되어 최초 설계한 패턴 모양이 실제 웨이퍼에 그대로 전사되지 않게 된 다. 이러한 현상을 광학 근접 효과(optical proximity effect)라고 한다. 이러한 예로서 복수의 콘택홀이 밀집되어 있는 패턴의 경우, 광학 근접 효과에 의해 마스크상의 설계된 것과 달리 실제 웨이퍼에 전사된 패턴은 콘택홀의 크기의 분포 또는 형상이 매우 불규칙하게 구현될 수 있다. 특히 콘택홀 패턴이 형성되는 부분이, 그 전에 이미 형성된 구조물에 의해 단차가 존재하는 경우에는, 실제 웨이퍼에 형성되는 콘택홀의 불균일성이 더욱 심화된다.

도 1a 내지 도 1b는 이러한 예를 나타낸 것이다. 도 1a는 설계된 마스크에서의 콘택홀의 패턴을 나타낸 것이며, 도 1b는 KrF 광원을 이용하여 실제 노광 공정시 웨이퍼에 구현될 것으로 예상되는 콘택홀의 패턴의 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다. 도 1a에 도시된 바와 같이 설계된 콘택홀은 한변의 길이가 0.25um인 정사각형의 형태이며, 콘택홀의 중앙에서 다음 콘택홀의 중앙에 이르는 거리, 즉 피치(pitch)의 1배 또는 1.5배를 가지고 배열되어 있다. 도 1a의 (100)은 활성 영역을 나타내며 (102)는 폴리 실리콘으로 구성된 게이트 패턴을 나타낸다. 따라서 활성 영역(100)에 형성되는 콘택홀(104)과 게이트 패턴(102)위에 형성되는 콘택홀(106)은 동일한 크기 및 형상으로 설계되나, 실제 패턴이 형성되는 기판은 활성 영역(100)과 게이트 패턴(102) 사이에 게이트 패턴(102)의 두께만큼의 단차를 가지게 된다. 따라서 이러한 단차를 가진 웨이퍼 상에 실제 노광 작업을 수행하면 도 1b에 나타낸 것과 같이, 웨이퍼 상에 실제 구현된 콘택홀은 크기가 정상적으로 형성된 콘택홀(104)과 기판의 단차 효과에 인하여 정상 보다 작게 형성된 콘택홀(110) 및 광학 근접 효과 및 기판의 단차 효과로 인해 콘택홀이 형성되지 않은 부분(112)으로 구분되어 형성된다.

이러한 현상에 대해 도 1b의 A-B'를 따라 절단한 단면이 도시되어 있는 도1c를 참조하여 구체적으로 설명한다. 도 1c의 (100) 및 (102)는 각각 웨이퍼에 형성된 활성 영역 및 폴리 실리콘으로 이루어진 게이트 패턴을 나타내며, (114)는 콘택홀 패턴의 형성을 위해 웨이퍼상에 도포된 감광막(photo resist)를 나타낸다.

도 1c 에서 알 수 있듯이 게이트 패턴(102)과 활성 영역(100)간의 단차(116)로 인해 감광막(114)을 도포한 후에도 역시 단차(118)가 존재함을 알 수 있다. 이러한 단차로 인하여 노광 작업 후 게이트 패턴(102)위에 형성된 콘택홀(104)에 비해 활성 영역(100)에 형성된 콘택홀(110), (112)는 그 단면의 지름(일반적으로 콘택홀의 CD(critical dimension)이라 함)이 현저하게 작으며, 특히 (112)는 아예 콘택홀이 형성되지 않았음을 알 수 있다.

이렇게 콘택홀의 크기가 설계보다 작게 형성된 경우 또는 아예 설계된 콘택홀이 형성되지 않은 경우에는 반도체 소자의 오작동을 유발하여 수율 감소의 원인으로 작용한다. 이러한 패턴 밀집 지역에서 패턴 형성이 불규칙하게 되는 현상은 라인(line)이 일정 간격을 두고 배열되는 라인 패턴의 경우에도 역시 마찬가지이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 패턴이 형성되는 웨이퍼에 단차가 존재하는 경우, 설계된 패턴이 웨이퍼 상에 충실하게 전사되게 하기 위한 광학 근접 보상 패턴의 형성 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 복수의 패턴이 형성되는 마스크 레이 아웃의 광학 근접 보상 방법은 상기 패턴의 이격 거리를 고려한 1차 광학 근접 보상을 실시하는 단계; 상기 마스크 레이 아웃에 있어 단차가 형성되는 영역을 구분하는 단계; 및 상기 구분된 영역간의 이격 거리에 따른 2차 광학 근접 보상을 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명을 적용할 경우, 단차를 가진 웨이퍼에 패턴을 형성함에 있어 광학 근접 보상의 최적화를 통해 패턴의 불균일성을 개선할 수 있다. 또한 패턴의 해상도 및 정밀도 향상에 기여하며, 광학 근접 보상 효과의 극대화를 도모할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한 다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2a 내지 도 2c에는 본 발명에 따른 일실시예가 단계별로 나타나 있다. 본 발명의 일실시예로서 도 1a 내지 도 1c에 제시된 활성 영역 및 그 위에 형성된 게이트 패턴을 포함하는 웨이퍼 상에 콘택홀이 밀집된 형태를 가진 마스크를 설계함에 있어 보다 균일한 크기 및 형상을 가진 콘택홀이 웨이퍼 상에 형성될 수 있는 방법을 제시한다.

우선 도 2a와 같이, 최초 설계된 콘택홀 패턴에 대해서 기판의 형성되어 있는 단차를 고려하지 않는 1차 광학 근접 보상을 실시한다. 이때 각 콘택홀의 피치는 모두 동일한 바, 룰 광학 근접 보상(rule OPC) 또는 모델 광학 근접 보상(model OPC)에 의해 광학 근접 보상을 실시한다. 여기서 룰 광학 근접 보상이란 광학 근접 보상 패턴을 형성할 때 주변의 기하학적 요소, 즉 패턴 간의 거리 또는 크기 등만을 고려하는 것을 의미하며, 모델 광학 근접 보상이란 광학 근접 보상 패턴을 광학 변수를 고려한 시뮬레이션을 통해 1차 형성한 후 그 결과를 계속 되풀이(iteration)하는 과정을 통해 미세하게 수정함으로써 보다 정교하게 광학 근접 보상 패턴을 형성하는 방법을 의미한다. 본 실시예에서와 같이 설계된 패턴의 형상이 정사각형으로 단순하고 배열 형태도 일정 거리를 두고 규칙적으로 배열되는 콘택홀인 경우에는 단지 콘택홀의 피치만을 고려한 룰 광학 근접 보상에 의해 보상 패턴을 형성하는 것으로 충분할 수 있으나, 경우에 따라 점더 정교한 보상 패턴이 요구되는 경우에는 모델 광학 근접 보상을 실시할 수도 있다. 도 2a의 화살표는 가운데 위치하는 콘택홀에 대한 광학 근접 보상의 실시과정을 개념적으로 나타낸 것이다.

다음, 기판에 존재하는 단차의 영향을 반영하기 위하여 마스크 레이 아웃에있어 단차가 존재하는 영역을 구분한다. 즉 도 2b에서와 같이, 게이트 패턴(102)가 존재하는 영역과 활성 영역(100)을 구분하고, 활성 영역(100) 부분에 존재하는 콘택홀에 대해서 2차 광학 근접 보상을 실시한다. 이때 구분된 영역간의 이격거리에 가중치를 부여하여 보상 패턴을 형성할 수 있다. 예를 들어 영역간의 이격 거리가 0인 경우에는 보상 패턴에 부여되는 가중치는 0이 되며, 영역간의 이격 거리가 콘택홀 피치의 n배 일때에는 콘택홀의 한변의 길이에 n을 곱한 값의 10% 만큼을 패턴 보상치로 부여할 수 있다. 따라서 이격 거리가 콘택홀의 피치와 동일할 때에는 콘택홀 CD(critical dimension)의 10%만큼, 피치의 2배일 때는 20%만큼의 패턴 보상치가 보상의 대상이 되는 콘택홀에 대해 더 부여되게 되는 것이다. 본 실시예에서는 활성 영역(100)내의 콘택홀은 이와 경계를 이루는 게이트 패턴(102) 내의 콘택홀(116)에 대해 피치 만큼 이격되어 있다. 따라서 콘택홀의 한변의 거리(또는 CD) 0.25um에 이격 거리와 피치와의 비인 1을 곱한 결과의 10%를 상기 활성 영역(100) 내에 상기 게이트 패턴(102)과 경계를 이루는 콘택홀(114)에 대해서 패턴 보상치로서 부가하게 된다. 도 2b의 화살표는 이러한 방법에 의해 형성되는 보상 패턴의 계산을 개념적으로 나타낸 것이다. 따라서 도 2b에는 최초 설계된 콘택홀에 대해 1 차 광학 근접 보상된 부분과 추가적으로 단차를 고려하여 수행한 2차 광학 근접 보 상에 의해 보상된 부분이 모두 반영되게 된다.

도 2c는 이렇게 보상된 마스크를 이용하여 실제 웨이퍼 상에 패터닝 하였을 때의 나타날 것으로 예상되는 콘택홀의 이미지를 나타낸 것이다. 도 1b와 달리 때 콘택홀 (110), (112)가 (104)와 비교하여 그 크기 및 형상이 동일하게 형성되었음을 알 수 있다.

이러한 본 발명의 기술적 사상은 콘택홀이 아닌 라인이 일정 간격을 두고 이루어진 패턴에서의 광학 근접 보상의 경우에도 적용 가능하다.

지금까지 본 발명의 일실시예에 국한하여 설명하였으나 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하다. 이러한 변형된 실시 예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.

도 1a는 단차가 존재하는 부분에 콘택홀이 설계된 마스크 패턴을 나타낸 것이다.

도 1b는 상기 도 1a에 나타낸 마스크를 이용하여 웨이퍼에 실제 콘택홀을 구현하였을 때 예상 결과를 나타낸 것이다.

도 1c는 상기 도 1b의 1-1'를 따라 절단한 단면도 이다.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 광학 근접 보상 방법을 단계별로 나타낸 것이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 활성 영역 102 : 게이트 패턴 영역

104 : 게이트 패턴 위에 형성된 콘택홀

110, 112 : 활성 영역 위에 형성된 콘택홀

118 : 단차

Claims (4)

1. 복수의 패턴이 형성되는 마스크 레이 아웃의 광학 근접 보상 방법에 있어서,

   상기 패턴의 이격 거리를 고려한 1차 광학 근접 보상을 실시하는 단계;

   상기 마스크 레이 아웃에 있어 단차가 형성되는 영역을 구분하는 단계; 및

   상기 구분된 영역간의 이격 거리에 따른 2차 광학 근접 보상을 실시하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 근접 보상 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 패턴은 콘택홀(contact hole) 또는 라인(line) 중 어느 하나 이상으로 이루어 진 패턴인 것을 특징으로 하는 광학 근접 보상 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 1차 광학 근접 보상은 룰 광학 근접 보상이거나 모델 광학 근접 보상인 것을 특징으로 하는 광학 근접 보상 방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 2차 광학 근접 보상은 상기 이격 거리를 패턴 CD(critical dimension)에 패턴 피치로 나눈 수 n을 곱한 값의 10%를 패턴 보상치로 부여하는 것을 특징으로 하는 광학 근접 보상 방법.

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