KR100997302B1 - 광학 근접 보정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 목표 윤곽선(contour)과 제 1 OPC 레이아웃에서 얻은 모델 윤곽선의 변위 차와 방향성에 대한 변수를 추출한 다음 추출한 변수를 대입하여 OPC 룰(rule)을 형성하고, OPC 룰을 반영하여 이루고자 하는 제 2 OPC 레이아웃을 자동(automatic) OPC하여 목표 레이아웃에 대한 오버랩 마진을 향상시킬 수 있는 기술을 개시한다.
OPC, MBV, RMS, 변위 차, 오버랩 마진

Description

광학 근접 보정 방법{Optical Proximity Correction method}
본 발명은 반도체 소자 형성 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 목표 윤곽선(contour)과 제 1 OPC 레이아웃에서 얻은 모델 윤곽선의 변위 차와 방향성에 대한 변수를 추출한 다음 추출한 변수를 대입하여 OPC 룰(rule)을 형성하고, OPC 룰을 반영하여 이루고자 하는 제 2 OPC 레이아웃을 자동(automatic) OPC하여 목표 레이아웃에 대한 오버랩 마진을 향상시킬 수 있는 광학 근접 보정 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 제조 공정은 가공(fabrication), 전기적 다이 분류(electrical die sorting), 조립(assembly) 및 검사(test)로 구분된다. 여기서, 가공 공정은 웨이퍼에 확산, 사진, 식각, 박막 공정 등을 여러 차례 반복 진행하면서 전기 회로들을 형성하여 웨이퍼 상태에서 전기적으로 완전하게 동작하는 반제품이 만들어지는 모든 과정을 말한다.
반도체 소자가 고집적화됨에 따라 사진 공정 기술은 마스크 설계를 정교하게 해줌으로써 마스크로 투광되어 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 제조 장치가 갖고 있는 기술적인 한계를 극복하고 있다.
특히, 반도체 소자의 패턴이 반복적이지 않고 불규칙적인 기하학적 형성(geometry)을 갖기 때문에, 광학 해상 한계를 극복하면서 동시에 빠른 시간 내에 매우 섬세한 광학 근접 보정(Optical Proximity Correction; 이하 OPC라 함)이 필요하게 되었다. 이러한 OPC 기술을 사용하여 광학 노광 장치가 가지고 있는 빛의 왜곡 현상을 보상할 수 있게 되었다.
종래의 광학 장치를 사용하여 노광 공정을 수행했을 때의 주 패턴 형성은 기술적으로 많은 어려움이 있다. 현재의 노광 공정을 통해서 후속 공정에 필요한 독립 영역 마진(isolation area margin)을 확보하기 위해서는 노광 공정을 부족 노광(under exposure)을 해야만 식각 후 최종적으로 만들어지는 독립 영역의 목표 선폭(target critical dimension)을 만족할 수 있다. 여기서, 부족 노광(under exposure)은 정상적인 패턴을 형성하기 위한 기준 노광에 비해 덜 노광함으로써 설계 선폭보다 라인(line) 기준으로 더 크게 확장하는 노광 방법이다. 따라서, 라인이 커지기 때문에 상대적으로 스페이스는 그만큼 더 작아지는 문제점이 있다.
이를 개선하기 위해, 새로운 고해상 노광 장치를 적용하고, 식각 편차가 적은 정밀 식각 장치를 적용하고, 설계를 변경하고, 마스크의 패턴 배치를 조절(OPC)하는 등의 방법이 있다.
여기서, 새로운 고해상 노광 장치를 적용하거나 식각 편차가 적은 정밀 식각 장치를 적용하는 방법은 고비용(cost of ownership) 문제가 있고, 설계를 변경하는 방법은 시간제약(turn around time)의 문제가 있고, 마스크의 패턴 배치를 조절(OPC)하는 방법은 마스크의 패턴을 조절할 때마다 마스크를 새로 제조해야하기 때문에 마스크 제조비용 추가되고, 전문적인 광학 현상 경험, 모사 프로그램 활용능력 및 마스크 제조 정확성이 동시에 필요한 고 난이도 기술을 적용해야하는 문제가 있다.
한편, 메모리 소자의 콘택 홀(contact hole) 중 어레이 형태로 배열되지 않는 주변 회로 영역의 콘택 홀의 목표 레이아웃에 대한 치우침 현상을 정확히 측정할 수 없고, 그 방향성은 극히 비 등방성이다.
종래 기술에 따른 콘택 홀에 대한 자동 OPC는 룰 베이스(rule based) OPC를 적용하고 있다.
콘택홀 OPC는 목표 레이아웃과 시뮬레이션 윤곽선(contour)의 지름이 일치하도록 규정하고 있다. 그러나, 이러한 방법은 콘택 홀의 크기만 목표 레이아웃에 맞추어진 것이라 할 수 있다. 즉, 목표 레이아웃과 오버랩(overlap) 정도는 알 수 없어서 실제 공정 상 하부 층 또는 상부 층과의 콘택 홀 정렬 패일(align fail)이 발생할 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 목표 윤곽선과 제 1 OPC 레이아웃에서 얻은 모델 윤곽선의 변위 차와 방향성에 대한 변수를 추출한 다음 추출한 변수를 대입하여 OPC 룰(rule)을 형성하고, OPC 룰을 반영하여 이루고자 하는 제 2 OPC 레이아웃을 자동(automatic) OPC하여 목표 레이아웃에 대한 오버랩 마진을 향상시킬 수 있는 광학 근접 보정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 광학 근접 보정 방법은
목표 패턴 레이아웃을 설계하는 단계;
상기 목표 패턴 레이아웃을 웨이퍼 상으로 전사하여 감광막 패턴을 형성하는 과정에 대한 모델링 변수를 추출하여 교정에 의해 시뮬레이션 모델을 도입하는 단계;
시뮬레이션 모델을 검증(Model Based Verification; MBV)하는 단계;
목표 윤곽선(contour)과 검증한 모델 윤곽선의 변위 차와 방향성에 대한 변수를 추출하는 단계;
상기 변수를 대입하여 광학 근접 보정(OPC) 룰을 형성하는 단계; 및
상기 광학 근접 보정(OPC) 룰을 반영하여 레이아웃을 자동 광학 근접 보정(automatic OPC)하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 시뮬레이션 모델을 도입하는 단계는
상기 목표 패턴 레이아웃을 실제 웨이퍼 상에 전사하여 상기 감광막 패턴을 형성하는 과정에 대한 모델링 변수를 추출하는 단계; 및
상기 모델링 변수를 대입하여 교정(calibration)하는 단계를 포함하고,
상기 변수를 추출하는 단계는 상기 모델 윤곽선의 중심을 기준으로 하여 임의의 방향에서 상기 목표 윤곽선과 상기 모델 윤곽선의 이격 거리의 차이를 추출하는 특징으로 한다.
본 발명은 목표 윤곽선과 제 1 OPC 레이아웃에서 얻은 모델 윤곽선의 변위 차와 방향성에 대한 변수를 추출한 다음 추출한 변수를 대입하여 OPC 룰(rule)을 형성하고, OPC 룰을 반영하여 이루고자 하는 제 2 OPC 레이아웃을 자동(automatic) OPC하여 목표 레이아웃에 대한 오버랩 마진을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 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 구 성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 OPC 방법을 나타낸 순서도이다.
OPC 방법은 목표 패턴 레이아웃(target pattern layout)을 설계하는 단계(S1), 목표 패턴 레이아웃을 웨이퍼 상으로 전사하여 감광막 패턴을 형성하는 과정에 대한 모델링 변수를 추출하여 교정에 의해 시뮬레이션 모델을 도입하는 단계(S2), 시뮬레이션 모델을 검증(Model Based Verification; MBV)하는 단계(S3), 목표 윤곽선(contour)과 검증한 모델 윤곽선의 변위 차와 방향성에 대한 변수를 추출하는 단계(S4), 변수를 대입하여 OPC 룰을 형성하는 단계(S5), OPC 룰을 반영하여 레이아웃을 자동 OPC하는 단계(S6) 및 마스크를 제작하는 단계(S7)를 포함한다. 여기서, 변수를 추출하는 단계(S4)는 방향성을 규정하고, 변위 차를 함수로 나타낼 수 있다.
시뮬레이션 모델을 도입하는 단계(S2)는 목표 패턴 레이아웃을 실제 웨이퍼 상에 전사하여 감광막 패턴을 형성하는 과정에 대한 모델링 변수를 추출하는 단계 및 교정(calibration)하는 단계를 포함한다.
도 2는 목표 윤곽선(12)과 모델 윤곽선(14)의 변위 차와 방향성에 대한 변수 추출을 설명하기 위한 개념도이다.
여기서, x는 제 1 OPC 레이아웃을 나타내고, y는 목표 레이아웃을 나타낸다. 또한, AB는 목표 윤곽선(12)과 제 1 OPC 레이아웃에서 얻은 모델 윤곽선(14)과의 이격 거리이다. 즉, 모델 윤관선(14)이 목표 윤곽선(12)에 대해 오른쪽 방향으로 CD(Critical Dimension)가 AB만큼 벗어났음을 의미한다.
한편, A'B'는 각도 θ의 방향으로 목표 윤곽선(12)과 제 1 OPC 레이아웃에서 얻은 모델 윤곽선(14)과의 이격 거리를 나타낸다.
이와 같이 본 발명은 목표 윤곽선(12)과 제 1 OPC 레이아웃에서 얻은 모델 윤곽선(14)과의 이격 거리를 방향성(θ)에 대한 변수로 나타낸다.
여기서, 변수의 개수는 2n/θ로 정의할 수 있다. 따라서, 변수의 개수가 많으면 모델의 정확도가 증가할 것이다.
예컨대, θ를 10도로 정의한다면 콘택 홀 한 개당 변수의 개수는 36개가 될 것이다.
이때, 모델 정확도를 나타내는 기준(Root Mean Square; RMS)이 최소가 되는 교정(calibration)을 수행한다.
여기서, 모델 정확도를 나타내는 기준(RMS)은 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007078514118-pat00001
제 1 OPC 레이아웃에서 얻은 모델 윤곽선(14)이 목표 윤곽선(12)보다 바깥쪽으로 시프트되어 있다면 변수는 양(+)의 값을 가지고 그렇지 않다면 음(-)의 값을 갖는다.
예컨대 θ가 180도인 방향을 고려했을 때 제 1 OPC 레이아웃에서 얻은 모델 윤곽선(14)이 목표 윤곽선(12)보다 안쪽으로 시프트되어 있으므로 변수는 음(-)의 값을 갖는다.
상기한 실시예에서는 콘택 홀에 대해서 예를 들어 설명하였지만, 본 발명에 따른 광학 근접 보정 방법은 오버랩 마진(overlap margin)이 취약한 모든 층에 적용시킬 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명은 목표 윤곽선(12)과 제 1 OPC 레이아웃에서 얻은 모델 윤곽선(14)의 변위 차와 방향성에 대한 변수를 추출한 다음 추출한 변수를 대입하여 OPC 룰(rule)을 형성하고, OPC 룰을 반영하여 이루고자 하는 제 2 OPC 레이아웃을 자동(automatic) OPC하여 목표 레이아웃에 대한 오버랩 마진을 향상시킬 수 있는 기술을 개시한다.
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 것으로 보아야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 OPC 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 목표 윤곽선(12)과 모델 윤곽선(14)의 변위 차와 방향성에 대한 변수 추출을 설명하기 위한 개념도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
S1: 레이아웃 설계
S2: 시뮬레이션 모델 도입
S3: MBV
S4: 목표 윤곽선과 모델 윤곽선의 변위 차와 방향성에 대한 변수 추출
S5: 변수를 대입하여 OPC 룰 형성
S6: OPC 룰을 반영하여 레이아웃 자동 OPC
S7: 마스크 제작
x: 제 1 레이아웃 OPC
y: 목표 레이아웃
12: 목표 윤곽선
14: 모델 윤곽선

Claims (3)

  1. 목표 패턴 레이아웃을 설계하는 단계;
    상기 목표 패턴 레이아웃을 웨이퍼 상으로 전사하여 감광막 패턴을 형성하는 과정에 대한 모델링 변수를 추출하여 교정에 의해 시뮬레이션 모델을 도입하는 단계;
    시뮬레이션 모델을 검증(Model Based Verification; MBV)하는 단계;
    목표 윤곽선(contour)과 검증한 모델 윤곽선의 변위 차와 방향성에 대한 변수를 추출하는 단계;
    상기 변수를 대입하여 광학 근접 보정(OPC) 룰을 형성하는 단계; 및
    상기 광학 근접 보정(OPC) 룰을 반영하여 레이아웃을 자동 광학 근접 보정(automatic OPC)하는 단계를 포함하는 광학 근접 보정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 시뮬레이션 모델을 도입하는 단계는
    상기 목표 패턴 레이아웃을 실제 웨이퍼 상에 전사하여 상기 감광막 패턴을 형성하는 과정에 대한 모델링 변수를 추출하는 단계; 및
    상기 모델링 변수를 대입하여 교정(calibration)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 근접 보정 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 변수를 추출하는 단계는 상기 모델 윤곽선의 중심을 기준으로 하여 임의의 방향에서 상기 목표 윤곽선과 상기 모델 윤곽선의 이격 거리의 차이를 추출하는 것을 특징으로 하는 광학 근접 보정 방법.
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