KR101033225B1 - Method for performing OPC on pattern layout - Google Patents
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Abstract
테스트 레이아웃(test layout)을 얻어 웨이퍼(wafer) 상으로 패턴 전사하여 얻어지는 레지스트 패턴의 컨투어(contour) 및 선폭(CD)을 이용한 제1모델링(modeling)하고, 레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용한 식각으로 얻어지는 웨이퍼 패턴의 이미지(image)를 이용한 제2모델링하고, 제1 및 제2모델링에 의한 시뮬레이션 모델(simulation model)을 얻는다. 웨이퍼 상에 구현할 원본 레이아웃(original layout)을 얻은 후, 원본 레이아웃을 광근접효과보정(OPC)하고, 시뮬레이션 모델을 이용하여 검증하여, 검증 시 결함이 검출될 경우 광근접효과보정된 레이아웃을 수정하는 패턴 레이아웃을 광근접효과보정하는 방법을 제시한다. First modeling using a contour and a line width (CD) of a resist pattern obtained by obtaining a test layout and pattern transfer onto a wafer, and then obtained by etching using the resist pattern as an etching mask. Second modeling using an image of the wafer pattern is performed, and a simulation model by the first and second modeling is obtained. After obtaining the original layout to be implemented on the wafer, the original layout is optically corrected by optical proximity effect (OPC) and verified using a simulation model to correct the optically corrected layout when defects are detected during verification. We present a method for compensating the pattern layout for optical proximity effects.
OPC, CD, 콘택홀, SEM OPC, CD, Contact Hole, SEM
Description
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 특히, 패턴 레이아웃(pattern layout)을 광근접효과보정(OPC: Optical Proximity Correction)된 레이아웃(layout)하는 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a method of laying out a pattern layout (OPC: Optical Proximity Correction).
메모리(memory) 소자와 같은 반도체 소자가 급격히 고집적화되고 패턴 크기가 축소됨에 따라, 웨이퍼(wafer) 상으로 패턴을 전사하는 노광 과정에 보다 높은 해상력이 요구되고 있다. 노광 과정에 의한 패턴 전사 시 유발될 수 있는 광근접효과(OPE: Optical Proximity Effect)를 보상하여 보다 높은 정밀도를 가지며 패턴을 전사하기 위해서, 패턴 전사하고자 설계된 목표 패턴 레이아웃(layout of target pattern)인 원본 레이아웃(original layout)을 OPC 보정하고 있다. 이러한 OPC 보정된 레이아웃을 노광 과정으로 패턴 전사한 결과물이 목표 패턴의 레이아웃과 부합되는 지 여부를 미리 확인하기 위해서 OPC 후 검증(verification) 과정이 수행되고 있다. OPC 후 검증 과정은 OPC된 레이아웃을 노광 과정을 반영한 시뮬레이션 모델(simulation model)을 이용하여 시뮬레이션 컨투어(simulation contour)를 얻고, 시뮬레이션 컨투어와 목표 패턴 레이아웃을 비교하여 부합되는 지 여부를 검증하게 된다. As semiconductor devices such as memory devices are rapidly integrated and pattern sizes are reduced, a higher resolution is required for an exposure process for transferring a pattern onto a wafer. An original, which is a layout of target pattern designed for pattern transfer, in order to compensate for the optical proximity effect (OPE) that may be caused during pattern transfer by the exposure process and to transfer the pattern with higher precision. The original layout is OPC corrected. In order to confirm in advance whether the result of the pattern transfer of the OPC corrected layout by the exposure process matches the layout of the target pattern, a verification process after the OPC is performed. After the OPC verification process, a simulation contour is obtained using a simulation model reflecting the exposure process of the OPC layout, and the simulation contour and the target pattern layout are compared to verify whether or not it is matched.
OPC 과정이나 OPC 검증을 위한 시뮬레이션 모델을 모델링(modeling)하는 과정은, OPC에 의해 변형 및 수정된 원본 레이아웃이 실제 웨이퍼 상에 어떻게 구현되는지를 묘사하기 위한 수식으로 작성되고 있다. 이러한 시뮬레이션 모델의 결과는 실제 웨이퍼 상에 구현되는 레지스트 패턴(resist pattern)의 모양 또는 형상을 묘사하는 컨투어(contour)로 제시될 수 있다. 이러한 시뮬레이션 모델은 테스트(test) 노광 및 현상 과정을 도입하여 실제 웨이퍼 상에 구현되는 레지스트 패턴의 이미지(image)를 얻고, 이러한 이미지의 형상과 이에 사용된 노광 및 현상 등의 공정 조건 등을 변수로 추출하여 구축되고 있다. 따라서 시뮬레이션 모델은 웨이퍼 패턴으로 형성될 레지스트 패턴에 대한 형상이나 모양을 예측하는 컨투어(contour)를 제공하는 데 유효하고, 이에 대한 상당히 높은 예측력을 가져 OPC 정확도(accuracy)를 높이는 수단으로 이용되고 있다. The process of modeling an OPC process or a simulation model for OPC verification is being formulated to describe how the original layout modified and modified by OPC is implemented on the actual wafer. The results of this simulation model can be presented as a contour depicting the shape or shape of the resist pattern implemented on the actual wafer. The simulation model introduces a test exposure and development process to obtain an image of a resist pattern embodied on an actual wafer, and the shape of the image and process conditions such as exposure and development used therein as variables. It is extracted and built. Therefore, the simulation model is effective to provide a contour for predicting the shape or shape of a resist pattern to be formed into a wafer pattern, and has a high predictive power for this, and is used as a means of increasing OPC accuracy.
반도체 소자를 형성하는 웨이퍼 패턴들이 다양화되고 있고 또한 레지스트 패턴 형성 이후 수행되는 선택적 식각 과정의 공정 마진(process margin)이 점점 엄격해지고 있어, 예측된 레지스트 패턴의 시뮬레이션 컨투어 상 별다른 문제점이 발견되지 않은 경우에도, 최종적인 웨이퍼 패턴에 패턴 불량과 같은 취약점(weak point)이 발생되고 있다. 이는 레지스트 패턴 형성 후 수행되는 선택적 식각 과정에서 유발되는 선폭 차이, 즉, 식각 바이어스(etch bias)에 의해 패턴 형상이 경사지는 현상(slope)에 의해 유발되는 것으로 확인되고 있다. 따라서 보다 정확하게 OPC 결과를 검증할 수 있는 방법의 개발이 요구되고 있다. The wafer patterns forming semiconductor devices are diversified, and the process margin of the selective etching process performed after the resist pattern formation is becoming more and more stringent, so that no particular problem is found in the simulation contour of the predicted resist pattern. Nevertheless, weak points such as pattern defects are occurring in the final wafer pattern. This has been confirmed to be caused by a slope of the pattern shape due to the difference in the line width caused by the selective etching performed after the resist pattern formation, that is, the etch bias. Therefore, the development of a method to verify OPC results more accurately is required.
본 발명은 식각 후 결과 패턴의 형상이나 모양을 예측할 수 있는 시뮬레이션 모델을 도입하여 보다 정확하게 광근접효과보정(OPC) 레이아웃을 검증할 수 있는 패턴 레이아웃을 광근접효과보정하는 방법을 제시하고자 한다. The present invention is to propose a method for correcting the optical proximity effect of the pattern layout that can more accurately verify the optical proximity effect correction (OPC) layout by introducing a simulation model that can predict the shape or shape of the resulting pattern after etching.
본 발명의 일 관점은, 테스트 레이아웃(test layout)을 얻는 단계; 상기 테스트 레이아웃을 웨이퍼(wafer) 상으로 패턴 전사하여 얻어지는 레지스트 패턴의 컨투어(contour) 및 선폭(CD)을 이용한 제1모델링(modeling) 단계; 상기 레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용한 식각으로 얻어지는 웨이퍼 패턴의 이미지(image)를 이용한 제2모델링 단계; 상기 제1 및 제2모델링에 의한 시뮬레이션 모델(simulation model)을 얻는 단계; 웨이퍼 상에 구현할 원본 레이아웃(original layout)을 얻는 단계; 상기 원본 레이아웃을 광근접효과보정(OPC)하는 단계; 상기 광근접효과보정된 레이아웃을 상기 시뮬레이션 모델을 이용하여 검증하는 단계; 및 상기 검증 시 결함이 검출될 경우 상기 광근접효과보정된 레이아웃을 수정하는 단계를 포함하는 패턴 레이아웃을 광근접효과보정하는 방법을 제시한다. One aspect of the invention, the step of obtaining a test layout (test layout); A first modeling step using a contour and a line width CD of a resist pattern obtained by pattern transfer of the test layout onto a wafer; A second modeling step using an image of a wafer pattern obtained by etching using the resist pattern as an etching mask; Obtaining a simulation model by the first and second modeling; Obtaining an original layout to implement on the wafer; Optical proximity effect correction (OPC) the original layout; Verifying the optical proximity effect corrected layout using the simulation model; And correcting the optical proximity effect corrected layout when a defect is detected during the verification.
상기 제2모델링 단계는 상기 웨이퍼 패턴의 이미지로부터 상기 웨이퍼 패턴의 선폭(CD)을 추출하여 상기 시뮬레이션 모델에 변수로 적용하는 단계를 포함하여 수행될 수 있다. The second modeling step may be performed by extracting a line width (CD) of the wafer pattern from the image of the wafer pattern and applying the variable to the simulation model.
상기 제2모델링 단계는 상기 웨이퍼 패턴의 이미지로부터 상기 웨이퍼 패턴 의 상측 컨투어(top contour) 및 바닥 컨투어(bottom contour)를 추출하여 상기 시뮬레이션 모델에 변수로 적용하는 단계를 포함하여 수행될 수 있다. The second modeling step may be performed by extracting a top contour and a bottom contour of the wafer pattern from the image of the wafer pattern and applying the variable to the simulation model.
상기 웨이퍼 패턴의 상측 컨투어(top contour)로부터 상측 선폭(top CD)을 추출하고, 상기 바닥 컨투어(bottom contour)로부터 바닥 선폭(bottom CD)을 추출하여, 상기 상측 선폭 및 상기 바닥 선폭으로부터 상기 웨이퍼 패턴의 측면 경사를 추산하여 상기 시뮬레이션 모델에 변수로 적용하는 단계를 포함하여 수행될 수 있다. Extracting a top CD from a top contour of the wafer pattern, extracting a bottom CD from the bottom contour, and extracting the wafer pattern from the top line width and the bottom line width. It can be performed by estimating the side slope of the applied to the simulation model as a variable.
상기 웨이퍼 패턴의 상측 컨투어(top contour)로부터 상측 선폭(top CD)을 추출하고, 상기 바닥 컨투어(bottom contour)로부터 바닥 선폭(bottom CD)을 추출하여, 상기 상측 선폭으로부터 상기 웨이퍼 패턴들 간의 브리지(bridge)를 검증하고 상기 바닥 선폭으로부터 상기 웨이퍼 패턴의 오픈(open) 불량 여부를 검증하게 상기 시뮬레이션 모델에 변수로 적용하는 단계를 포함하여 수행될 수 있다. A top CD is extracted from a top contour of the wafer pattern, a bottom CD is extracted from the bottom contour, and a bridge between the wafer patterns is formed from the top line width. bridge) and applying it as a variable to the simulation model to verify whether the wafer pattern is open defective from the bottom line width.
본 발명의 실시예는 식각 후 결과 패턴의 이미지(image)를 이용하여 시뮬레이션 모델의 변수를 추가함으로써, 식각 후 결과 패턴에 근거한 예측이 가능하여 보다 정확하게 광근접효과보정(OPC) 레이아웃을 검증할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, by adding a variable of a simulation model using an image of a result pattern after etching, prediction based on the result pattern after etching can be performed to more accurately verify the OPC layout. have.
도 1 내지 6은 본 발명의 실시예에 따른 광근접효과보정된 레이아웃을 검증하는 방법을 설명하기 위해서 제시한 도면들이다. 1 to 6 are diagrams provided to explain a method of verifying an optical proximity corrected layout according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 웨이퍼(wafer) 상에 노광 및 현상, 식각 과정 등을 통해 패턴 전사할 목표 패턴의 레이아웃을 설계한 원본 레이아웃(original layout)의 데이터(data)를 얻어 데이터베이스(DB: DataBase)로 구축한다(110). 광근접효과보정(OPC) 모델링 및 OPC 과정을 수행하여, 원본 레이아웃을 수정한다(120). 이후에, OPC된 레이아웃을 검증(verifying)하기 위한 검증 모델을 구축한다(130). Referring to FIG. 1, a database (DB) is obtained by obtaining data of an original layout in which a layout of a target pattern for pattern transfer is designed through exposure, development, and etching process on a wafer. To build (110). Optical proximity effect correction (OPC) modeling and OPC process is performed to modify the original layout (120). Thereafter, a verification model for verifying an OPC layout is constructed (130).
이러한 검증 모델링은 패턴 전사 과정을 시뮬레이션한 시뮬레이션 모델에 전사 과정을 대변하는 변수 또는 조건을 반영시키는 과정이다. 본 발명의 실시예에서는 검증 모델링에 레지스트 패턴에 대한 이미지(image)에서 추출되는 변수들뿐만 아니라, 레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하는 선택적 식각이 수행된 결과의 웨이퍼 패턴에 대한 이미지에서 추출되는 변수들을 이용한다. 이를 위해서 레지스트 패턴 및 웨이퍼 패턴에 대한 이미지(image) 데이터를 주사전자현미경(SEM) 사진으로 확보할 수 있다. Such verification modeling is a process of reflecting a variable or condition representing a transcription process in a simulation model simulating a pattern transcription process. In the embodiment of the present invention, not only the variables extracted from the image of the resist pattern for verification modeling but also the variables extracted from the image of the wafer pattern resulting from the selective etching using the resist pattern as an etching mask are used. . To this end, image data of the resist pattern and the wafer pattern may be secured by scanning electron microscopy (SEM).
레지스트 패턴 및 웨이퍼 패턴의 이미지 데이터를 확보하기 위해서, 테스트 레이아웃(test layout)을 얻은 후, 테스트 레이아웃을 웨이퍼 상으로 패턴 전사하는 과정을 수행할 수 있다. 이때, 테스트 레이아웃으로 원본 레이아웃을 이용할 수 있으며, 원본 레이아웃을 OPC한 결과 레이아웃을 테스트 레이아웃으로 이용할 수 있다. 이러한 테스트 레이아웃 또는 원본 레이아웃을 웨이퍼 상에 도포된 레지스트층에 패턴 전사하는 노광 과정을 수행하고, 현상하여 레지스트 패턴을 형성한다. 이러한 레지스트 패턴에 대해 SEM 이미지를 얻고, 얻어진 이미지 데이터로부터 선폭(CD) 등을 측정하여 시뮬레이션 모델에 변수로 적용하는 제1모델링을 수행한다(131). In order to secure the image data of the resist pattern and the wafer pattern, after obtaining a test layout, a process of pattern transfer of the test layout onto the wafer may be performed. In this case, the original layout may be used as the test layout, and the result layout of the OPC may be used as the test layout. An exposure process of pattern transfer of the test layout or the original layout to the resist layer applied on the wafer is performed and developed to form a resist pattern. SEM images of the resist patterns are obtained, and first modeling is performed by measuring line widths (CDs) and the like from the obtained image data and applying them to the simulation model as variables (131).
이러한 시뮬레이션 모델에 원본 레이아웃을 테스트 과정으로 적용하여 시뮬레이션할 경우, 도 2에 제시된 바와 같은 시뮬레이션 컨투어(210)가 얻어질 수 있다. 이때, 실제 웨이퍼 상에 구현된 레지스트 패턴에 대한 이미지는 도 3에 제시된 이미지(230)로 얻어질 수 있다. 도 2 및 도 3의 컨투어(210)와 이미지(230)를 비교하면, 시뮬레이션을 통한 레지스트 이미지의 예측이 비교적 정확하게 이루어지는 것을 알 수 있다. When the original layout is applied to the simulation model as a test procedure, the
이러한 제1모델링을 수행한 후, 도 3의 이미지(230)와 같은 형상의 레지스트 패턴을 식각 마스크(etch mask)로 이용하여 선택적 식각을 수행한 결과 웨이퍼 상에 웨이퍼 패턴을 구현한다. 이러한 웨이퍼 패턴에 대한 SEM 이미지는 도 4에 제시된 바와 같은 이미지(250)로 얻어진다. 도 4의 이미지(250)와 도 3의 이미지(230)를 비교하면, 도 4의 이미지(250)의 가로 점선으로 표시된 부분에서 상당한 선폭(CD) 감소가 발생됨을 확인할 수 있다. After performing the first modeling, a wafer pattern is implemented on the wafer as a result of selective etching using a resist pattern having a shape such as the
OPC된 원본 레이아웃을 제1모델링 만으로 변수가 반영된 시뮬레이션 모델을 이용하여 검증할 경우, 도 2의 시뮬레이션 컨투어(210)와 같이 정상적인 패턴 형성으로 판정되어 결함으로 검출되지 않게 되지만, 실제 웨이퍼 패턴의 이미지(도 4의 250)의 가로 점선 부분을 고려하면 이러한 가로 점선 부분은 요구되는 선폭을 확보하지 못한 패턴 결함으로 검출되어야 한다. 이러한 선폭 감소는 식각 시 수반되는 패턴 측면의 경사(slope)에 따른 것으로 해석되며, 이러한 경사 발생에 의해서 웨이퍼 패턴의 상측 선폭(top CD)은 요구되는 선폭에 부합될 수 있지만, 바닥 선폭(bottom CD)에 미치지 못하게 될 수 있다. 상측 선폭으로부터 패턴 간의 브리 지(bridge) 여부를 판단할 수 있지만, 상측 선폭으로 콘택홀(contact hole)의 오픈(open) 여부나 다마신(damascene) 패턴의 바닥 선폭 확보 여부는 확인할 수 없다. 따라서, 레지스트 패턴만을 고려한 시뮬레이션 모델의 변수 반영으로는 정확한 OPC 모델링 및 검증이 이루어지기 어렵다. When the original layout of the OPC is verified using a simulation model in which variables are reflected only by the first modeling, it is determined that a normal pattern is formed as in the
레지스트 이미지(230)로부터 얻어지는 레지스트 컨투어의 데이터 및 이러한 컨투어에서 추출되는 레지스트 선폭(CD)을 시뮬레이션 모델에 적용하는 제1모델링(131)을 수행한 후, 식각 후 결과의 웨이퍼 패턴의 이미지(도 4의 250)로부터 추출되는 다른 변수들을 시뮬레이션 모델에 적용하는 추가적인 모델링 과정을 도입한다. 예컨대, 웨이퍼 패턴의 이미지(도 4의 250)로부터 패턴의 선폭(CD)을 추출하여 변수로 시뮬레이션 모델에 적용하는 제2모델링을 수행할 수 있다(도 1의 133). 또한, 웨이퍼 패턴의 이미지(도 4의 250)로부터 웨이퍼 패턴의 상측 컨투어(top contour) 및 바닥 컨투어(bottom contour)를 추출하고, 상측 컨투어로부터 패턴의 상측 선폭(CD)을 추출하고, 바닥 컨투어로부터 패턴의 하측 선폭(CD)을 추출하여, 상기 시뮬레이션 모델에 변수로 적용하는 제3모델링을 수행할 수 있다(도 1의 135). After performing the
이와 같이 웨이퍼 패턴의 이미지를 추가로 이용하여 시뮬레이션 모델링을 수행하고, 모델링된 시뮬레이션 모델을 이용하여 원본 레이아웃을 OPC한 레이아웃에 대한 검증을 수행한다(도 1의 140). OPC된 레이아웃을 모델링된 시뮬레이션 모델에 적용하여 시뮬레이션한 결과, 도 5에 제시된 바와 같이 시뮬레이션 컨투어(260)가 얻어진다. 시뮬레이션 컨투어(260)는 웨이퍼 패턴의 상측 및 바닥 컨투어를 묘사하 는 상측 컨투어(261) 및 바닥 컨투어(263)를 제공하게 된다. 이러한 상측 컨투어(261)로부터 상측 선폭을 추출하여 OPC된 레이아웃의 결함 여부를 검출하거나, 바닥 컨투어(263)로부터 바닥 선폭을 추출하여 OPC된 레이아웃의 결함 여부를 검출하는 과정을 수행할 수 있다(도 1의 150). 이때, 상측 컨투어(261)와 바닥 컨투어(263)를 함께 고려함으로써, 취약지점(265)에서의 웨이퍼 패턴의 경사 정도에 따른 결함 여부 또한 판별할 수 있다. 따라서, 레지스트 패턴의 이미지(도 3의 230)로부터 얻어지는 변수들만으로 모델링하여 검증하는 경우에 비해 보다 정확한 OPC 결과 및 OPC 검증 결과를 얻을 수 있다. As described above, simulation modeling is performed by further using an image of the wafer pattern, and verification of the layout in which the original layout is OPC is performed using the modeled simulation model (140 of FIG. 1). As a result of applying the OPC layout to the modeled simulation model, the
도 6을 참조하면, 콘택홀 패턴을 웨이퍼 패턴으로 형성할 경우, 얻어지는 콘택홀 패턴의 이미지(270)로부터 상측 컨투어(271)를 추출하여 시뮬레이션 모델에 적용하는 모델링 과정을 수행할 수 있다. 이러한 상측 컨투어(271)에 의한 데이터, 예컨대, 상측 이격 선폭(272)을 시뮬레이션 모델에 변수로 적용함으로써, OPC 검증 시 OPC 수정된 레이아웃에 따른 시뮬레이션 컨투어에서 상측 이격 간격을 확인할 수 있어, 브리지 결함 발생 여부를 확인할 수 있다. 또한, 이미지(270)로부터 바닥 컨투어(273)를 시뮬레이션 모델에 적용하는 모델링 과정을 수행할 수 있다. 이러한 바닥 컨투어(273)에 의한 데이터, 예컨대, 바닥 선폭(274)을 시뮬레이션 모델에 변수로 적용함으로써, OPC 검증 시 OPC 수정된 레이아웃에 따른 시뮬레이션 컨투어에서 바닥 선폭의 확보 여부에 의해 콘택홀의 오픈(open) 여부를 확인할 수 있다. 이에 따라, 보다 정밀하고 정확한 OPC 검증이 가능하다. Referring to FIG. 6, when the contact hole pattern is formed as a wafer pattern, a modeling process of extracting the
OPC 검증에 의해 결함을 검출하고(도 1의 150), 결함 검출 시 OPC된 레이아 웃을 다시 수정하거나 다시 OPC를 수정하고, 검증하는 과정을 수행할 수 있다. Defects may be detected by OPC verification (150 in FIG. 1), and the process of correcting the OPC again or correcting the OPC may be performed when the defect is detected.
본 발명의 실시예에서는 식각 후 웨이퍼 패턴의 이미지를 시뮬레이션 모델의 모델링에 적용함으로써, 모델링 정확도를 높일 수 있고, 또한, 패턴 측면의 경사에 의해 발생될 수 있는 취약지점을 검출해 낼 수 있어, OPC 검증의 신뢰도를 증가시킬 수 있다. In the embodiment of the present invention, by applying the image of the wafer pattern after etching to the modeling of the simulation model, the modeling accuracy can be improved, and the weak point that can be generated due to the inclination of the pattern side can be detected, thereby OPC The reliability of the verification can be increased.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광근접효과보정된 레이아웃을 검증하는 방법을 제시한 흐름도이다. 1 is a flowchart illustrating a method of verifying an optical proximity effect corrected layout according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광근접효과보정된 레이아웃을 검증하는 방법을 설명하기 위해서 제시한 이미지(image) 도면들이다. 2 to 6 are image diagrams provided to explain a method of verifying a light proximity effect corrected layout according to an exemplary embodiment of the present invention.
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