KR100944347B1 - 노광 마스크 제작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다각형 패턴의 다수의 변들(edge)을 그룹으로 나누어 OPC를 수행함으로써 OPC 수렴을 안정적으로 수행하고 OPC를 수행한 후 EPE 값을 낮추어 공정 마진을 충분히 확보할 수 있는 기술을 개시한다.

OPC, EPE, DOF, 변(edge), MEEF, EL

Description

노광 마스크 제작 방법{Method for forming photo mask}

본 발명은 노광 마스크 제작 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다각형 패턴의 다수의 변들(edge)을 그룹으로 나누어 OPC를 수행함으로써 OPC 수렴을 안정적으로 수행하고 OPC를 수행한 후 EPE 값을 낮추어 공정 마진을 충분히 확보할 수 있는 노광 마스크 제작 방법에 관한 것이다.

일반적으로 리소그라피 공정(lithography process)은 웨이퍼 상에 감광막을 도포한 후 노광 및 현상을 수행하는 공정으로서 마스크를 필요로 하는 식각 공정이나 이온 주입 공정 이전에 수행된다.

반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라 회로를 구현하는 패턴의 크기 및 간격(pitch)이 점점 감소하고 있기 때문에, 가공 공정 중 사진 공정 기술은 마스크 설계를 정교하게 해줌으로써 마스크를 통해 나오는 빛의 양을 적절히 조절하고, 새로운 감광제의 개발, 고구경(high numerical aperture) 렌즈를 사용하는 스캐너(scanner)의 개발, 변형된 마스크를 개발하는 등의 노력에 의해 반도체 소자 제 조 장치가 갖고 있는 기술적인 한계를 극복하고 있다.

한편, 현재 가장 범용으로 이용되고 있는 UV 레이저는 248nm의 파장을 갖는 KrF 광원을 이용하고 있지만, 193nm의 파장을 갖는 ArF 및 157nm의 파장을 갖는 F2 레이저를 포함하여 더 짧은 파장인 EUV로 광원이 진화되고 있다.

하지만, 반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라 마스크에 형성된 패턴의 크기가 광원의 파장에 근접하게 되었고, 그 결과 리소그라피 기술에서 빛의 회절 및 간섭에 의한 영향이 많이 증가하고 있다.

노광 장치의 광학계가 저대역 필터(low pass filter)로 작용하기 때문에, 웨이퍼에 형성되는 패턴은 마스크 패턴에 정의된 패턴에서 왜곡된 형태로 나타난다.

특히, 패턴의 모서리 부분은 라운드 모양으로 왜곡된 상이 형성되는 광 근접 효과(Optical Proximity Effect; OPE)가 발생한다.

이러한 광 근접 효과를 극복하기 위한 기술로써 마스크 패턴의 모양을 고의적으로 변형하여 패턴 왜곡을 보정하는 광 근접 보정(Optical Proximity Correction; 이하 OPC라 함)을 사용한다. 이러한 OPC는 마스크에 형성되는 마스크 패턴에 해상도 이하의 작은 패턴들을 추가하거나 제거하는 방법들을 사용한다. 예를 들어 라인 앤드 처리(line end treatment)는 라인 패턴의 끝 부분(line end)이 라운드 모양이 되는 문제를 극복하기 위해 코너 세리프 패턴 또는 해머 패턴을 추가하는 방법이고, 산란 바 삽입(insertion of scattering bars)은 패턴 밀도에 따른 패턴의 선폭 변화를 최소화하기 위해 목표 패턴(target pattern)의 주변에 분해능 이하의 산란 바(sub resolution scattering bar)를 추가하는 방법이다.

또한, OPC 프로그램은 접근 방법에 따라 리소그라피 엔지니어의 경험을 몇 가지 규칙(rule)으로 정리하여 레이아웃을 보정하는 규칙 기반 방법(rule based method)과 리소그라피 시스템의 수학적 모델을 사용하여 레이아웃을 보정하는 모델 기반 방법(model based method)으로 구분된다.

일반적인 OPC 방법은 원하는 회로의 목표 패턴 레이아웃을 설계하고, 디자인 규칙 검사(Design Rule Check; DRC)를 통해 레이아웃의 이상 여부를 검사하여, 레이아웃에 이상이 없으면 OPC를 수행하여 광학적 해상도(optical resolution) 및 패턴 전사 신뢰성(pattern transfer fidelity)을 개선한 후 LVL(Layer Versus Layer) 및 각 라인 임계 크기에 따른 적어도 두 개 이상의 스페이스 폭을 근거로 하여 다수의 바이어스량을 구하고 이들 바이어스량에서 최적 바이어스량을 갖는 패턴 형태를 검사하는 ORC(Optical Rule Check) 단계를 거처 OPC의 이상 여부를 검사한다. 다음으로 MBV(Model Based Verification)를 통하여 예상되는 취약 지점(weak point)을 검출하고 최종적으로 마스크를 제작한다.

반도체 소자의 집적도가 증가하여 디자인 규칙(design rule)이 작아짐에 따라 충분한 해상도(resolution) 및 공정 마진(process margin)이 필요하다. EL(Exposure Latitude) 또는 DOF(Depth of Focus) 마진 등은 공정 변화(process variation)에 의해 결정되는데, 특히 MEEF(Mask Error Enhancement Factor)에 의해 상당한 영향을 받는다.

예를 들어 콘택 패턴(contact pattern)의 경우 인접하는 변들(edge)이 많기 때문에 패턴 크기가 작아짐에 따라 다른 일반적인 패턴(normal pattern)에 비해 MEEF가 상당히 크고 균일성(uniformity)이 좋지 않다. 따라서, 콘택 패턴의 OPC를 기존의 일반적인 방법으로 실시하면 안정적인 OPC 수렴(convergence)이 상당히 어렵고, OPC 결과 EPE(Edge Placement Error) 값도 커지게 된다. 여기서, EPE 값이 커지면 공정 마진이 줄어든다. 도 1은 DOF에 따른 EL을 나타낸 그래프로써, EPE 값이 0nm에서 1nm로 커짐에 따라 공정 마진(DOF)이 30% 정도 줄어드는 것을 알 수 있다.

MEEF가 큰 일반적인 콘택 패턴에 대해 일반적인 방식의 OPC를 수행하면 어느 한 변(edge)이 인접한 변들(edge)의 영향을 많이 받아 OPC 수렴이 불안정하게 된다. 도 2는 반복(iteration) 회수에 따른 EPE 값을 나타낸 그래프로써, 반복(iteration) 회수가 증가하더라도 EPE 값이 수렴하지 않는 것을 알 수 있다.

본 발명은 OPC 수렴을 안정적으로 수행하고 OPC를 수행한 후 EPE 값을 낮추어 공정 마진을 충분히 확보할 수 있는 노광 마스크 제작 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 노광 마스크 제작 방법은

다각형 패턴의 레이아웃을 설계하는 단계;

상기 다각형 패턴의 각 변들에 대해 1차 OPC를 실시하는 단계;

상기 다각형 패턴의 인접한 변들(edge)을 그룹으로 나누어 각 그룹별로 2차OPC(Optical Proximity Correction)를 실시하는 단계; 및

상기 2차 OPC 결과를 이용하여 노광 마스크를 제작하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 1차 OPC 결과를 시뮬레이션하는 단계를 더 포함하고,

상기 시뮬레이션 결과에서 EPE(Edge Placement Error)가 제 1 설정 값보다 큰 경우 상기 1차 OPC를 반복 실시하고,

상기 그룹별 2차 OPC 결과를 각각 시뮬레이션하는 단계를 더 포함하고,

상기 시뮬레이션 결과에서 EPE가 상기 제 1 설정 값보다 작은 제 2 설정 값보다 큰 경우 상기 1차 OPC를 반복 실시하고,

상기 다각형 패턴은 콘택 패턴(contact pattern) 또는 독립 패턴(island pattern)인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 다각형 패턴의 다수의 변들(edge)을 그룹으로 나누어 OPC를 수행함으로써 OPC 수렴을 안정적으로 수행하고 OPC를 수행한 후 EPE 값을 낮추어 공정 마진을 충분히 확보할 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형 태로 구체화될 수 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 본 발명의 기술적 사상이 철저하고 완전하게 개시되고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달되기 위해 제공되는 것이다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소를 나타낸다.

도 3은 본 발명에 따른 노광 마스크 제작 방법을 나타낸 순서도이다. 여기서는 4각형 콘택 패턴을 예를 들어 설명하지만 모든 다각형 패턴에 적용할 수 있다.

도 3을 참조하면, 콘택 패턴의 레이아웃을 설계하고(S10), 모든 변들(all edge)(A, B, C, D)에 대해 각각 일반적인 OPC(Optical Proximity Correction)를 실시하여(S12), EPE 값을 미리 설정된 값(predetermined value; PV)까지 낮춘다. 즉, 일반적인 OPC 수행에 의해 1차적으로 패턴의 브리지(bridge) 또는 얇아짐(thinning) 등의 불량들에 대한 마진을 확보한다.

OPC 결과를 이용하여 시뮬레이션(simulation)한 후(S14) EPE 값을 계산(calculation)하여 EPE 값이 미리 설정된 값(PV)보다 크면(S16) EPE 값이 미리 설정된 값(PV)만큼 작아질 때까지 일반적인 OPC(S12)를 반복 수행한다.

다음으로, EPE 값이 미리 설정된 값(PV)보다 작으면(S16) 콘택 패턴의 4개의 변들(A, B, C, D)을 2개씩 2 그룹(M(A, D), N(B, C))으로 나누고, 먼저 어느 한 그룹(M)에 대해 1차 OPC를 수행하고(S18), 1차 OPC를 결과에 대해 시뮬레이션한 후(S20) 다른 그룹(N)에 대해 2차 OPC를 수행한다(S22).

2차 OPC를 결과를 이용하여 EPE 값을 계산하여 EPE 값이 원하는 값(desired value; DV)보다 크면(S24) 일반적인 OPC를 수행하는 단계(S12)부터 다시 반복 수행 하고, EPE 값이 원하는 값(DV)보다 작으면(S24) 2차 OPC 결과를 이용하여 최종 노광 마스크를 제작한다(S26). 여기서, EPE의 원하는 값(DV)은 미리 설정된 값(PV)보다 작은 값으로 설정한다.

상기한 바와 같은 본 발명은 일반적인 OPC 또는 MEEF를 고려한 OPC 방법보다 EPE의 변동(variation)이 작아 OPC 반복(iteration) 회수를 줄일 수 있기 때문에 TAT(Turn Around Time)를 줄일 수 있다.

상기한 실시예에서는 설명하지 않았지만 일반적으로 레이아웃을 설계한 후(S10) 디자인 규칙 검사(Design Rule Check; DRC)를 통해 레이아웃의 이상 여부를 검사한다.

또한, OPC를 수행한 후에 LVL(Layer Versus Layer) 및 각 라인 임계 크기에 따른 적어도 두 개 이상의 스페이스 폭을 근거로 하여 다수의 바이어스량을 구하고 이들 바이어스량에서 최적 바이어스량을 갖는 패턴 형태를 검사하는 ORC(Optical Rule Check)를 수행하여 OPC의 이상 여부를 검사한다.

다음으로 OPC 결과를 이용하여 MBV(Model Based Verification)를 실시하고, MBV 결과를 이용하여 최종적으로 노광 마스크를 제작한다.

상기한 실시예에서는 콘택 패턴을 예를 들어 설명하였지만, 2차원 독립 패턴(island pattern)에도 적용 가능하다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으 로 보아야 할 것이다.

도 1은 DOF에 따른 EL(Exposure Latitude)을 나타낸 그래프이다.

도 2는 반복(iteration) 회수에 따른 EPE 값을 나타낸 그래프이다.

도 3은 본 발명에 따른 노광 마스크 제작 방법을 나타낸 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

S10: 콘택 패턴의 레이아웃 설계

S12: 모든 변들(edge)에 대해 OPC 실시

S14: 시뮬레이션

S16: EPE<PV(predetermined value)

S18: 변들(edge)의 어느 한 쌍에 대해 1차 OPC 실시

S20: 시뮬레이션

S22: 변들(edge)의 다른 쌍에 대해 2차 OPC 실시

S24: EPE<DV(desired value)

S26: 노광 마스크 제작

Claims (6)

1. 다각형 패턴의 레이아웃을 설계하는 단계;

   상기 다각형 패턴의 모든 변(edge)들에 대해 1차 OPC를 실시하는 단계;

   각각의 상기 다각형 패턴의 변들을 복수개의 그룹으로 구분한 후 구분된 그룹들에 대해 순차적으로 2차 OPC(Optical Proximity Correction)를 실시하는 단계; 및

   상기 2차 OPC 결과를 이용하여 노광 마스크를 제작하는 단계를 포함하는 노광 마스크 제작 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 1차 OPC 결과를 시뮬레이션하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 마스크 제작 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 시뮬레이션 결과에서 EPE(Edge Placement Error)가 제 1 설정 값보다 큰 경우 상기 1차 OPC를 반복 실시하는 것을 특징으로 하는 노광 마스크 제작 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 그룹별 2차 OPC 결과를 각각 시뮬레이션하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 마스크 제작 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 시뮬레이션 결과에서 EPE가 상기 제 1 설정 값보다 작은 제 2 설정 값보다 큰 경우 상기 1차 OPC를 반복 실시하는 것을 특징으로 하는 노광 마스크 제작 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 다각형 패턴은 콘택 패턴(contact pattern) 또는 독립 패턴(island pattern)인 것을 특징으로 하는 노광 마스크 제작 방법.

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