KR101618405B1

KR101618405B1 - 마스크 패턴 생성 방법

Info

Publication number: KR101618405B1
Application number: KR1020130036177A
Authority: KR
Inventors: 유이치 교다
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2012-04-04
Filing date: 2013-04-03
Publication date: 2016-05-04
Also published as: CN103365072A; US8986912B2; TW201342101A; CN103365072B; US20130266893A1; KR20130112785A; TWI539312B; JP5677356B2; JP2013217969A

Abstract

본 발명에 따르면, 마스크를 조사함으로써 기판 상에 마스크 패턴의 화상을 노광하는 노광 장치에 사용될 마스크 패턴을 컴퓨터를 통해 생성하는 방법에 있어서, 기판 상에 형성될 주 패턴의 데이터 그리고 주 패턴이 전사되는 층의 하부 층의 패턴의 데이터를 얻는 단계와; 하부 층의 패턴의 데이터를 사용하여 주 패턴에 대한 보조 패턴용 생성 조건을 설정하는 단계와; 생성 조건을 사용하여 보조 패턴을 결정하는 단계와; 주 패턴 그리고 결정된 보조 패턴을 포함하는 마스크 패턴의 데이터를 생성하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.

Description

마스크 패턴 생성 방법{METHOD FOR GENERATING MASK PATTERN}

본 발명은 마스크 패턴을 생성하는 방법에 관한 것이다.

근년에 들어 반도체 디바이스(semiconductor device)의 소형화에 따라, 노광 장치(exposure apparatus)를 사용하여 마스크의 마이크로마스크 패턴(micromask pattern)을 전사하는 것은 어렵다. 그러므로, 마스크 패턴의 분해 특성(resolving property)을 개선시키기 위해 마스크 패턴에 대해 광 근접 보정(OPC: optical proximity correction)을 수행하거나 보조 패턴을 제공하는 기술이 알려져 있다. 여기에서, 분해 특성은 화상의 콘트래스트(contrast), 정규화 화상 로그 슬로프(NILS: normalized image log slope), 초점의 깊이, 공정 창(process window), 노광 마진(exposure margin) 등의 분해능과 관련된 특성을 말한다. 보조 패턴은 보조 특징부(AF: assist feature), 하위-분해능 보조 특징부(SRAF: sub-resolution assist feature) 또는 산란 바(SB: scattering bar)로서 또한 칭해진다. 보조 패턴은 웨이퍼로 전사될 주 패턴의 분해 특성을 개선시키기 위해 주 패턴과 별개로 제공된다.

일본 특허 출원 공개 제2009-093138호, 미국 특허 제7,979,812호 및 미국 특허 제8,099,684호는 보조 패턴에 대한 결정 방법을 논의하고 있다. 일본 특허 출원 공개 제2009-093138호는 근사 에어리얼 화상(approximate aerial image)을 사용하여 보조 패턴의 위치를 결정하는 방법을 논의하고 있다. 일본 특허 출원 공개 제2009-093138호는 보조 패턴 자체를 전사할 지를 논의하고 있지 않다. 미국 특허 제7,979,812호는 보조 패턴이 OPC 후에 웨이퍼로 전사될 때에 보조 패턴이 전사되어야 하는 영역 주위에서 재차 OPC를 수행하여 보조 패턴을 완전히 전사하지 않도록 보조 패턴을 결정하는 방법을 개시하고 있다. 미국 특허 제8,099,684호는 제1 노광에서 웨이퍼로 보조 패턴을 전사하기 위해 이중 노광에서 제1 노광에 사용되지만 제2 노광에 의해 전사된 보조 패턴을 제거하는 보조 패턴을 결정하는 방법을 논의하고 있다.

미국 특허 제7,979,812호에서 논의된 발명에서, 웨이퍼로 전사될 주 패턴이 전사되지만 보조 패턴이 완전히 전사되지 않도록 제한되고, 그에 의해 보조 패턴에 의해 주 패턴의 분해 특성을 개선시키는 효과가 제한된다. 본 발명의 발명자의 검토에 따르면, 보조 패턴의 크기가 증가되면, 주 패턴의 분해 특성이 많은 경우에 개선된다. 그러나, 보조 패턴의 크기가 과도하게 크면, 보조 패턴 자체가 미국 특허 제8,099,684호에서 논의되는 것과 같이 웨이퍼로 전사된다.

여기에서, 패턴이 하부 층 상에 이미 형성되고 레지스트(resist)가 그 상에 가해지는 적층 구조를 갖는 웨이퍼로 노광에 의해 패턴이 전사되고, 가공이 마스크[커버 층(cover layer)]로서 전사된 패턴을 사용하여 하부 층 상의 패턴에 대해 수행되는 것으로 가정된다. 이러한 경우에, 보조 패턴이 노광에 의해 전사되면, 하부 층이 전사된 보조 패턴의 형상 또는 위치에 따라 가공된다. 보조 패턴에 의해 가공되는 하부 층의 일부가 가공되지 않아야 하는 부분과 일치되면, 이것은 하부 층의 패턴의 구조로 인해 결함을 초래하고, 문제가 될 수 있다. 그러나, 보조 패턴에 의해 가공되는 하부 층의 일부가 가공되지 않아야 하는 부분과 일치되지 않으면, 일부 경우에 문제가 되지 않을 수 있다. 바꿔 말하면, 하부 층의 패턴의 위치와 보조 패턴의 전사 위치 사이의 관계에 따라, 보조 패턴이 전사되더라도, 문제가 되지 않을 수 있다.

미국 특허 제8,099,684호에서 논의된 발명에서, 보조 패턴이 제1 노광에 의해 전사되더라도, 보조 패턴이 이중 노광을 수행함으로써 그에 전사되면서 웨이퍼 상에 잔존하지 않고, 그에 의해 하부 층의 패턴이 보조 패턴에 의해 가공되는 것으로 가정되지 않는다. 바꿔 말하면, 보조 패턴이 하부 층의 패턴을 고려하지 않으면서 결정된다.

위에서 설명된 것과 같이, 관련 기술에서, 보조 마스크 패턴이 결정될 때에, 하부 층의 패턴의 위치와 보조 패턴의 전사 위치 사이의 관계를 고려하면서 보조 패턴을 생성하는 방법이 공지되지 않았다.

본 발명은 주 패턴의 분해 특성을 개선시키는 마스크 패턴을 생성하는 방법을 지향한다.

본 발명의 태양에 따르면, 마스크를 조사함으로써 기판 상에 마스크 패턴의 화상을 노광하는 노광 장치에 사용될 마스크 패턴을 컴퓨터를 통해 생성하는 방법에 있어서, 기판 상에 형성될 주 패턴의 데이터 그리고 주 패턴이 전사되는 층의 하부 층의 패턴의 데이터를 얻는 단계와; 하부 층의 패턴의 데이터를 사용하여 주 패턴에 대한 보조 패턴용 생성 조건(generation condition)을 설정하는 단계와; 생성 조건을 사용하여 보조 패턴을 결정하는 단계와; 주 패턴 그리고 결정된 보조 패턴을 포함하는 마스크 패턴의 데이터를 생성하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.

본 발명의 추가의 특징 및 태양이 첨부 도면을 참조한 예시 실시예의 다음의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

명세서 내에 합체되어 그 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 예시 실시예, 특징 및 태양을 도시하고 있고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하도록 작용한다.
도 1은 기판의 적층 구조의 예를 도시하는 도면.
도 2a는 주 패턴을 도시하는 도면. 도 2b는 하부 층의 패턴을 도시하는 도면. 도 2c는 주 패턴의 위치 그리고 하부 층의 패턴을 도시하는 도면. 그리고 도 2d는 하부 층의 가공 패턴을 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 예시 실시예에 따른 패턴 생성 방법을 도시하는 흐름도.
도 4a는 패턴의 분해 특성을 설명하는 마스크 패턴을 도시하는 도면이고 도 4b는 패턴 및 그 화상을 도시하는 도면.
도 5는 마스크 패턴의 크기와 라인 폭 오차 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도 6은 단계 S108을 도시하는 상세한 흐름도.
도 7은 주 패턴 및 보조 패턴의 초기 배열을 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 예시 실시예에 따른 패턴 생성 방법에 의해 결정되는 마스크 패턴 및 전사 패턴을 도시하는 도면.
도 9는 관련 기술에 따른 패턴 생성 방법에 의해 결정되는 마스크 패턴 및 전사 패턴을 도시하는 도면.
도 10a는 도트 패턴(dot pattern)이 라인 및 스페이스(line and space)(L/S) 패턴에서 스페이스 상에 형성될 때의 주 패턴의 위치 그리고 하부 층의 패턴을 도시하는 도면이고 도 10b는 하부 층의 가공 패턴을 도시하는 도면.

본 발명의 다양한 예시 실시예, 특징 및 태양이 도면을 참조하여 아래에서 상세하게 설명될 것이다.

본 발명의 예시 실시예는 집적 회로(IC: integrated circuit) 및 대규모 집적 회로(LSI: large-scale integration) 등의 반도체 칩, 액정 패널을 위한 디스플레이 소자, 자기 헤드를 위한 검출 소자 그리고 전하-결합 디바이스(CCD: charge-coupled device) 센서 등의 촬상 소자(imaging element) 등의 다양한 디바이스를 제조하는 데 또는 마이크로미캐닉스(micromechanics)에서 사용되는 마스크(디스크) 패턴의 데이터를 생성하는 데 적용될 수 있다.

도 1은 예시 실시예에서의 노광될 웨이퍼(기판)의 적층 구조의 예를 도시하고 있다. 식각 층(2), 경질 마스크 층(4), 패턴 층(6) 및 감광 재료(레지스트)(8)가 도시되지 않은 웨이퍼 상에 적층된다. 패턴 층(6) 내에, 이미 형성된 패턴(62) 그리고 반사 방지 피막[저부-반사 방지 코팅(BARC: bottom-antireflection coating)](64)이 형성된다.

패턴 형성 공정이 설명될 것이다. 우선, 노광 공정에서, 마스크가 노광 장치를 사용하여 조사되고, 마스크 패턴의 잠상이 감광 재료(8) 상에 형성된다. 여기에서, 마스크에 대한 재료의 광 투과율이 100%이고 마스크 상의 패턴 부분의 광 투과율이 낮은(예컨대, 0%) 것으로 가정된다. 이러한 마스크는 마스크의 배경이 밝기 때문에 명 필드 마스크(bright field mask)로서 칭해질 수 있다. 그 다음에, 감광 재료(8) 상에 형성된 잠상이 현상된다. 감광 재료(8)가 포지티브 타입(positive type)이면, 소정의 임계 수치 이상인 노광량으로써 노광된 부분이 현상에 의해 제거되고, 그에 의해 마스크 상의 패턴 부분(암 부분) 상에 있는 감광 재료가 잔존한다. 예컨대, 마스크 상의 패턴(암 부분)이 패턴(200)이면, 격리 패턴은 잔재 패턴(left-over pattern)(라인 패턴)으로서 칭해지는 도트로서 잔존한다. 대조적으로, 감광 재료(8)가 네거티브 타입(negative type)이면, 소정의 임계 수치 이상인 노광량으로써 노광되지 않은 부분이 현상에 의해 제거되고, 그에 의해 마스크 상의 배경 부분(명 부분) 내에 있는 감광 재료가 잔존한다. 예컨대, 마스크 상의 패턴(암 부분)이 패턴(200)이면, 격리 패턴은 펀칭 패턴(punching pattern)(스페이스 패턴)으로서 칭해지는 홀 형상(hole shape)을 형성하도록 제거된다. 최근에, 위에서 설명된 것과 반대로 현상을 수행하기 위해 현상 용액의 타입을 전환하는 방법이 개발되었다. 이러한 현상 공정은 네거티브 현상으로서 칭해진다(위에서-설명된 현상은 포지티브 현상이다). 바꿔 말하면, 포지티브 타입의 감광 재료에 대해 네거티브 현상을 수행함으로써 최종적으로 얻어지는 패턴은 네거티브 감광 재료에 대해 포지티브 현상을 수행함으로써 최종적으로 얻어지는 패턴과 실질적으로 동일하다.

위에서 설명된 것과 같이, 마스크 패턴이 현상에 의해 현상 재료(8)로 전사된다. 그 다음에, 하부 층인 패턴 층(6)이 위에서 설명된 것과 같이 형성된 감광 재료(8)의 패턴을 기초로 하여 가공된다. 예컨대, 감광 재료(8)가 네거티브 타입이면, 패턴(62)의 일부가 현상 공정에 의해 잔존 부분으로부터 제거된다.

특정한 예가 도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d를 참조하여 설명될 것이다. 도 2a는 감광 재료(기판)(8)로 전사될 마스크의 패턴(주 패턴)(200)을 도시하는 평면도이다. 도 2b는 패턴 층(6) 상에 형성된 패턴(62)을 도시하는 평면도이다. 패턴(62)은 라인 및 스페이스(L/S 패턴)이고, 여기에서 라인 부분(220) 및 스페이스 부분(230)이 교대로 배치된다. 도 2c는 패턴(62) 그리고 감광 재료(8)로 전사된 마스크의 패턴(200)의 위치를 도시하는 평면도이다. 도 2c에 도시된 것과 같이, 마스크의 패턴(200)이 감광 재료(8)로 전사될 때에, 마스크의 패턴(200)이 패턴(62) 내의 라인 부분(220)과 중첩된다. 감광 재료(8)가 네거티브 타입이면 또는 감광 재료(8)가 포지티브 타입이고 현상 공정이 네거티브 현상이면, 펀칭 패턴이 위에서 설명된 것과 같이 형성된다. 바꿔 말하면, 패턴 층(6)의 가공 공정에서, 라인 부분(220)이 중첩 부분으로부터 제거되고, 라인 패턴(220)이 도 2d에 도시된 것과 같이 분할된다. 도 2a에 도시된 마스크의 패턴(200)은 라인 부분(220)을 절단하는 기능을 갖고, 그에 따라 패턴(200)은 일부 경우에 절단 패턴으로서 칭해질 수 있다. 나아가, 이러한 예와 유사하게, 패턴은 L자-형상의 패턴 또는 U자-형상의 패턴 등의 2개의 방향으로 연장되는 2-차원 패턴을 사용하는 대신에 도 2d에 도시된 것과 같이 형성되고, 그에 따라 패턴은 1-차원 배열 또는 1D 레이아웃으로서 칭해질 수 있다. 1-차원 레이아웃에 의한 디바이스 제조 방법은 상업적으로 이용 가능한 반도체 논리 디바이스에 적용되고, 많은 경우에 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM: static random access memory)의 게이트 공정(gate process) 또는 배선 공정(metal process)에 또한 적용된다. 이와 같이, 1-차원 레이아웃에 의한 디바이스 제조 방법은 당업자에 의해 충분히 이해 가능하다.

마스크 패턴 생성 방법이 설명될 것이다. 도 3은 예시 실시예에 따른 패턴 생성 방법을 도시하는 흐름도이다. 이러한 생성 방법은 기판 상으로 주 패턴 및 보조 패턴을 포함하는 마스크 패턴의 화상을 투영하는 투영 광학 시스템을 포함하는 노광 장치에 사용되는 마스크 패턴의 데이터를 생성하기 위해 컴퓨터 등의 정보 처리 장치에 의해 수행된다.

나아가, 예시 실시예에서, 투영 광학 시스템의 오브젝트 표면(object surface) 상에서의 크기는 투영 광학 시스템의 화상 표면(image surface) 상에서의 화상의 크기와 동일하다(즉, 투영 광학 시스템의 배율은 1이다). 그러나, 실제로, 투영 광학 시스템의 배율은 많은 경우에 4 또는 5이고, 그에 따라 마스크 패턴은 투영 광학 시스템의 배율을 고려하여 설정될 것이 필요하다.

단계 S102에서, 노광 장치의 투영 광학 시스템의 오브젝트 표면 상에 배치되어야 하는 주 마스크 패턴의 데이터가 얻어진다. 주 패턴의 데이터는 마스크 패턴의 설계 공정에서 설계되는 설계 수치이다. 주 패턴은 웨이퍼로 전사되도록 유도되는 패턴이다. 여기에서, 도 2a에 도시된 패턴이 1개의 유닛(반복 유닛)으로서 설정될 때에, 주 패턴의 설계 수치가 X 방향으로 600 ㎚ 그리고 Y 방향으로 550 ㎚이고, 주기적으로 배열된다. 도 2a에 도시된 패턴은 6개의 격리 패턴(도형)의 패턴 PAT1 내지 PAT6을 포함한다. 패턴 PAT1 내지 PAT6의 상대 위치가 표 1에서 표시될 것이다. 패턴 PAT1 내지 PAT6의 각각의 크기는 X 방향으로 32 ㎚ 그리고 Y 방향으로 50 ㎚이다. 마스크는 바이너리 마스크(binary mask)이다.

	위치
	X [㎚]	Y [㎚]
PAT1	60	450
PAT2	180	100
PAT3	360	150
PAT4	360	250
PAT5	480	450
PAT6	540	300

그 다음에, 단계 S104에서, 감광 재료(8) 아래의 패턴 층(6) 내의 패턴(62)의 데이터가 얻어진다. 패턴(62)의 데이터는 마스크 패턴의 설계 공정에서 설계되는 설계 수치 또는 실제로 측정되는 데이터일 수 있다. 여기에서, 도 2b에 도시된 패턴의 데이터가 패턴(62)의 설계 수치로서 설정된다. 패턴(62)은 X 방향으로 연장되는 라인 부분(220) 및 스페이스 패턴(230)에 의해 구성된다. Y 방향으로 25 ㎚의 폭을 갖는 라인 부분(220)은 50 ㎚의 피치로써 서로 평행하게 배치된다. 위에서 설명된 것과 같이, 도 2b에 도시된 패턴은 도 2d에 도시된 패턴을 형성하기 위해 도 2a에 도시된 패턴에 따라 가공된다.

그 다음에, 단계 S106에서, 단계 S102에서 입력된 주 패턴의 분해 특성을 개선시키기 위한 보조 패턴용 생성 조건이 설정된다. 생성 조건은 감광 재료(8) 아래의 패턴 층(6) 내의 패턴(62)의 데이터를 사용하여 설정된다. 다음의 생성 조건은 패턴 층(6) 내의 패턴(62)이 감광 재료(8)의 층 상의 전사된 패턴의 일부로부터 제거된다는 가정 하에서 설정된다. 바꿔 말하면, 감광 재료(8)의 층 상에서, 생성 조건은 보조 패턴이 도 2b에 도시된 패턴의 스페이스 부분(230) 상에 전사될 수 있지만 주 패턴이 전사되는 부분 이외의 라인 부분(220) 상에 보조 패턴이 전사되지 않게 되도록 설정된다. 이것은 보조 패턴이 스페이스 부분(230) 상에 전사되더라도 라인 부분(220)이 절단되지 않고 라인 부분(220)의 전기적 특성이 악영향을 받지 않기 때문이다.

나아가, 미국 특허 제7,979,812호에 의해 대표되는 관련 기술에서, 하부 층의 패턴의 정보가 고려되지 않고, 보조 패턴은 어떠한 위치 상으로도 전사되지 않게 된다. 그러므로, 보조 패턴에 의한 주 패턴의 분해 특성의 개선의 효과가 제한된다. 분해 특성이 특정한 예로써 설명될 것이다. 도 4a는 마스크 패턴을 도시하고 있다. 0%의 광 투과율을 갖는 격리 패턴(110)이 100%의 광 투과율을 갖는 마스크(100) 상에 100 ㎚의 간격으로써 수평 및 수직 방향으로 주기적으로 배치된다. 이러한 예에서, 격리 패턴은 웨이퍼로 전사되어야 하지만 격리 패턴의 분해 특성을 개선시키는 보조 패턴이 제공되지 않는 주 패턴이다. 격리 패턴의 각각은 정사각형이다. 나아가, 5개의 격리 패턴이 도 4a에서 각각의 수직 및 수평 방향으로 배열되더라도, 다음의 계산은 실제로 격리 패턴이 무한으로 배열되는 것으로 가정한 조건 하에서 수행된다.

도 4a에서의 마스크 패턴에 대해, 환형(annular) 조사의 노광 조건은 광원의 파장이 193 ㎚이고 투영 광학 시스템의 방출측 상의 개구수(NA: numerical aperture)가 1.35이고 조사 형상[조사 광학 시스템의 동공 평면(pupil plane) 상에서의 광 세기의 분포]이 (동공 평면의 최대 직경이 1일 때에) 0.98의 외부 시그마(outer sigma)(외경) 그리고 0.784의 내부 시그마(inner sigma)를 갖도록 설정된다. 도 4b는 노광 조건 하에서 화상 표면 상에 형성되는 화상의 시뮬레이션 결과를 도시하고 있다. 일반적으로, 노광량이 변화되면, 화상의 크기가 변화된다. 그러므로, 시뮬레이션에서, 기준 노광량은 격리 패턴의 홀-형상의 화상의 직경이 기준 초점 위치에서 50 ㎚이도록 설정된다. 기준 노광량으로써 계산되는 화상의 경계선(모서리)이 곡선 120이다.

나아가, 노광 중의 노광 공정 변화(공정 오차)가 고려되는 시뮬레이션이 수행된다. 이러한 예에서, 계산은 오차가 격리 패턴의 크기, 노광량 그리고 초점 위치 면에서 일어난다는 가정 하에서 수행된다. 구체적으로, 격리 패턴의 크기는 2 ㎚ 이하이고, 기준 노광량은 5%만큼 증가되고, 초점 위치는 기준 초점 위치로부터 20 ㎚만큼 시프트되는 것으로 가정된다. 곡선 130은 3개의 노광 공정 변화가 동시에 일어날 때의 화상의 경계선이다. 추가로, 격리 패턴의 크기, 노광량 그리고 초점 위치에 적용되는 모든 오차 수치는 화상의 크기를 감소시키도록 작용하는 인자이다. 그러므로, 이들 오차 수치가 동시에 고려될 때에도, 평가에서 문제가 되지 않는다.

곡선 130에 의해 포위되는 도형의 폭(직경)이 X ㎚일 때에, 선폭 오차 Δ가 50 ㎚의 곡선 120에 의해 포위되는 도형의 폭(직경)과의 차이에 의해 표현되고, 즉 수치 Δ = 50 - X ㎚이다. 수치 Δ는 패턴이 노광 공정의 변화에 둔감해지므로 작은 것이 바람직하다. 격리 패턴의 크기가 변수 M으로서 사용될 때에, M과 선폭 오차 Δ 사이의 관계가 도 5에 도시되어 있다. 도 5로부터 관찰되는 것과 같이, 선폭 오차 Δ는 M이 대략 70 ㎚일 때에 최소 수치를 갖는다. 바꿔 말하면, 목표 크기인 50 ㎚보다 큰 크기를 갖는 패턴이 마스크 패턴으로서 사용될 때에, 패턴이 노광 공정의 변화에 둔감하다.

나아가, 다양한 패턴이 실제의 디바이스를 위한 패턴으로서 사용될 수 있지만, 예시 실시예에서 설명된 간단한 격리 패턴과 같이, 마스크 패턴의 목표 크기보다 크도록 형성될 때에 패턴이 노광 공정의 변화에 둔감해진다는 사실은 많은 패턴에 적용될 수 있다. 추가로, 마찬가지로, 보조 패턴에서, 보조 패턴의 크기가 주 패턴과 함께 증가되면, 주 패턴의 분해 특성이 많은 경우에 개선된다.

그러나, 보조 패턴의 크기가 증가되면, 보조 패턴 자체가 웨이퍼로 전사되기 쉽다. 디바이스의 구조로 인해, 보조 패턴이 결함을 유발할 수 있는 위치에서 전사되면, 이것은 디바이스의 제조 수율의 저하를 초래한다.

그러므로, 예시 실시예에서, 감광 재료의 하부 층의 패턴에 대한 정보를 사용하여, 위에서 설명된 것과 같이, 보조 패턴용 생성 조건이 설정되고, 보조 패턴이 특정한 위치에서 전사되게 된다. 이것은 관련 기술에 비해 주 패턴의 분해 특성을 개선시킨다. 보조 패턴이 공간 부분(230)으로 전사되더라도, 라인 패턴(220)이 절단되지 않고, 라인 부분(220)의 전기적 특성이 악영향을 받지 않는다. 결국, 디바이스의 제조 수율의 저하가 억제된다.

그 다음에, 단계 S108에서, 마스크 패턴의 데이터가 단계 S106에서 설정된 생성 조건을 사용하여 생성된다. 도 6은 단계 S108의 상세한 흐름을 도시하고 있다.

우선, 단계 S110에서, 평가 인덱스(evaluation index)가 설정된다. 최적화 계산에서, 일반적으로, 메리트 함수(merit function)의 수치의 변화에 따라 조정되도록 파라미터의 수치를 변화시키는 알고리즘이 사용된다. 메리트 함수는 일부 경우에 최적화 비용 또는 메트릭(metric)으로서 칭해진다. 예시 실시예에서, 노광 공정 변화 시의 최대 선폭 오차가 메리트 함수로서 설정된다. 표 2에 표시된 18개의 조건이 노광 공정으로서 설정된다. 마스크 오차(패턴의 크기 오차), 초점 위치 오차 그리고 노광 시의 노광량 오차가 각각의 조건에서 상이한 수치인 것으로 설정된다.

조건	마스크 오차 [㎚]	초점 위치 오차 [㎚]	노광량 오차 [㎚]
1	0	0	0
2	0	0	+4%
3	0	0	-4%
4	0	+20 ㎚	0
5	0	+20 ㎚	+4%
6	0	+20 ㎚	-4%
7	+2 ㎚	0	0
8	+2 ㎚	0	+4%
9	+2 ㎚	0	-4%
10	+2 ㎚	+20 ㎚	0
11	+2 ㎚	+20 ㎚	+4%
12	+2 ㎚	+20 ㎚	-4%
13	-2 ㎚	0	0
14	-2 ㎚	0	+4%
15	-2 ㎚	0	-4%
16	-2 ㎚	+20 ㎚	0
17	-2 ㎚	+20 ㎚	+4%
18	-2 ㎚	+20 ㎚	-4%

나아가, 주 패턴이 전사되는 부분 이외의 라인 부분(220) 상에 보조 패턴이 전사될 때에, 매우 큰 수치를 갖는 비정상 수치 등이 메리트 함수 내에서 생성되고, 그에 따라 비정상 상태가 메리트 함수를 사용하여 평가된다. 이러한 경우에, 주 패턴이 전사되는 부분 이외의 라인 부분(220) 상에 보조 패턴이 전사되면, 비정상 상태를 나타내는 정보가 생성되도록 설정될 수 있고, 메리트 함수 및 비정상 상태 정보가 평가 인덱스로서 설정될 수 있다. 바꿔 말하면, 평가 인덱스는 단계 S106에서 설정된 생성 조건을 기초로 하여 설정된다.

그 다음에, 단계 S112에서, 보조 패턴의 초기 배열이 계산된다. 예시 실시예에서, 계산은 일본 특허 출원 공개 제2009-093138호에서 논의되는 보조 패턴 결정 방법을 사용하여 수행된다. 도 7은 계산에 의해 얻어지는 주 패턴(200) 및 보조 패턴(320)을 도시하고 있다. 영역 300은 패턴의 1개의 유닛(반복 유닛)의 범위이다. 여기에서, 보조 패턴의 초기 배열에 대한 계산 방법은 그에 제한되지 않고, 다양한 계산 방법이 사용될 수 있다.

그 다음에, 단계 S114에서, 평가 인덱스의 수치(평가 수치)가 계산된다. 예시 실시예에서, 노광 시뮬레이션은 노광 파장이 193 ㎚이고 NA가 1.35이고 조사 형상이 0.98의 외부 시그마, 0.882의 내부 시그마 그리고 60˚의 개구 각도를 갖는 크로스 폴 형상(cross pole shape)이고 편광 상태가 접선 편광인 노광 상태 하에서 수행된다. 표 2에 표시된 18개의 노광 공정에서, 주 패턴 및 보조 패턴이 조사될 때에 웨이퍼(화상 표면)로 전사되는 화상의 최대 선폭 오차가 계산된다. 바꿔 말하면, 18개의 노광 공정에서, 레지스트 상의 패턴 PAT1 내지 PAT6의 크기가 계산되고, 크기와 목표 크기 사이의 오차의 절대 수치가 얻어진다. 절대 수치의 최대 수치가 예시 실시예에서 메리트 함수(평가 인덱스)의 수치이다. 단계 S102에서 설명된 것과 같이, 모든 패턴 PAT1 내지 PAT6의 목표 크기는 X 방향으로 32 ㎚ 그리고 Y 방향으로 50 ㎚이다.

그 다음에, 단계 S116에서, 계산을 종료 또는 계속할 지가 결정된다. 계산을 종료하는 것으로 결정되면(단계 S116에서 예), 공정은 단계 S120으로 진행된다. 계산을 계속하는 것으로 결정되면(단계 S116에서 아니오), 공정은 단계 S118로 진행된다.

단계 S118에서, 주 패턴 또는 보조 패턴의 크기 및 위치 중 적어도 1개가 조정된다. 예시 실시예에서, 패턴의 크기 및 위치는 메리트 함수의 수치를 개선시키기 위해 다운힐 심플렉스 방법 알고리즘(downhill simplex method algorithm)을 사용하여 조정된다. 알고리즘은 그에 제한되지 않고, 패턴의 크기 및 위치는 임의의 다른 알고리즘을 사용하여 조정될 수 있다. 나아가, 예시 실시예에서, 크기 및 위치의 양쪽 모두가 조정될 수 있다. 그러나, 크기 및 위치 중 단지 1개가 조정될 수 있다. 추가로, 보조 패턴의 배열이(보조 패턴을 제공할 지가) 조정될 수 있다. 나아가, 주 패턴의 위치 및 크기가 조정된다. 그러나, 주 패턴이 조정되지 않을 수 있다.

단계 S118에서 패턴을 조정한 후에, 그 다음에 단계 S114에서, 메리트 함수의 수치가 조정된 주 패턴 및 보조 패턴을 사용하여 평가된다. 그 다음에 단계 S116에서, 공정을 종료할 지가 결정된다. 위에서 설명된 것과 같이, 단계 S114, S116 및 S118은 메리트 함수의 수치를 개선시키기 위해 공정을 종료할 것으로 결정될 때까지 반복된다. 단계 S116에서 공정을 종료하기로 결정하는 조건은 조정 횟수(즉, 단계 S114를 수행한 횟수)가 소정의 횟수를 초과하면 공정이 종료되는 결정 조건 또는 단계 S114에서 메리트 함수의 수치가 특정한 조건을 충족시키면 공정이 종료되는 결정 조건을 포함할 수 있다. 예시 실시예에서, 공정을 종료하기로 결정하는 조건은 단계 S114에서의 조정 횟수가 300회에 도달될 때에 공정이 종료되는 종료 조건이다.

마지막으로, 단계 S120에서, 마스크 패턴이 단계 S114에서의 평가 결과를 사용하여 결정된다. 구체적으로, 단계 S114에서 300회만큼 계산된 평가 수치들 중 최소 수치를 각각 갖는 주 패턴 및 보조 패턴이 최종의 마스크 패턴으로서 결정되고, 마스크 패턴의 데이터가 생성된다. 그 다음에, 단계 S108에서 종료된다.

도 8은 예시 실시예에 따른 흐름도에 의해 결정되는 마스크 패턴을 도시하고 있다. 마스크 패턴은 그 위치 또는 크기가 조정되는 주 패턴(200) 및 보조 패턴(320)의 양쪽 모두를 포함한다. 원 형상의 곡선(곡선 350 및 곡선 370)은 마스크 패턴이 노광 장치의 오브젝트 표면 상에 배치되어 노광될 때에 웨이퍼 상에 형성되는 화상의 경계선(모서리)이다. 화상이 표 2에 표시된 것과 같은 18개의 조건 하에서 유사하게 계산되고, 화상은 서로 중첩되도록 표시되므로, 복수개의 곡선이 서로 중첩되도록 표시된다. 곡선 350은 패턴(200)(패턴 PAT3)의 화상이고, 곡선 370은 보조 패턴의 화상이다. 도 2b에 도시된 L/S 패턴이 또한 도시되어 있다. 보조 패턴(320)의 화상이 곡선 370과 같이 L/S 패턴의 스페이스 부분(230) 상에 전사되는 것이 보증되어야 한다. 보조 패턴용 생성 조건에서 결정되는 것과 같이, 보조 패턴이 스페이스 부분으로 전사되더라도, 디바이스의 특성이 결코 영향을 받지 않는다. 이것을 고려하여, 보조 패턴이 전사되게 된다.

도 8에 도시된 마스크 패턴이 사용될 때의 메리트 함수의 평가 수치인 최대 선폭 오차는 20.1 ㎚이다. 위에서 설명된 것과 같이, 일반적으로, 많은 경우에, 보조 패턴의 크기가 클 때에, 주 패턴의 화상의 특성이 개선된다. 예시 실시예에서, 보조 패턴이 공간 부분으로 전사되게 되고, 그에 의해 보조 패턴의 크기가 커지게 되고, 주 패턴의 화상 성능이 개선된다. 위에서 설명된 것과 같이, 주 패턴이 전사되는 층의 하부 층 상의 패턴이 라인 및 스페이스이면, 스페이스 위의 보조 패턴이 라인 위의 보조 패턴의 크기보다 큰 크기를 갖도록 결정되고, 그에 의해 보조 패턴이 공간 부분으로 전사된다.

다음에, 비교예로서, 도 9는 관련 기술에서의 패턴 생성 방법에 의해 결정되는 마스크 패턴을 도시하고 있다. 도 9는 위치 및 크기가 도 8에 도시된 마스크 패턴의 위치 및 크기와 상이하다는 것을 나타낸다. 도 9에서의 마스크 패턴이 결정될 때에, 보조 패턴이 결코 전사되지 않는 보조 패턴용 생성 조건이 하부 층의 패턴을 고려하지 않으면서 적용되고, 생성 조건을 기초로 하는 평가 인덱스가 사용된다. 도 9에 도시된 마스크 패턴이 사용될 때의 메리트 함수의 평가 수치인 최대 선폭 오차는 20.6 ㎚이다.

이들 결과로부터, 예시 실시예에 따른 패턴 생성 방법이 사용될 때에, 최대 선폭 오차는 관련 기술의 생성 방법의 최대 선폭 오차보다 작아진다. 이것은 예시 실시예에 따른 패턴 생성 방법이 노광 공정의 변화 즉 마스크 오차, 초점 위치 오차 그리고 노광 시의 노광량 오차에 대한 민감도를 감소시킬 수 있다는 것을 의미한다. 그러므로, 예시 실시예에 따른 패턴 생성 방법이 반도체 디바이스의 수율을 개선시킬 수 있다.

위에서 설명된 것과 같이, 예시 실시예에 따른 패턴 생성 방법에서, 목표 층 아래에 배치되는 층의 패턴 정보가 고려되고, 그에 의해 보조 패턴이 전사되게 되는 위치 그리고 보조 패턴이 전사되는 디바이스의 수율에서 문제가 일어나는 위치가 특정된다. 보조 패턴의 위치 및 크기가 위의 특정을 기초로 하여 조정되고, 그에 의해, 주 패턴의 분해 특성이 관련 기술의 방법에 비해 개선될 수 있다.

여기에서, 예시 실시예에서 노광되어야 하는 웨이퍼의 적층 구조는 도 1에서의 예에 제한되지 않는다. 예컨대, 식각 중단 층이 패턴 층(6)과 경질 마스크 층(4) 사이에 삽입될 수 있거나, 다른 층이 경질 마스크 층(4)과 식각 층(2) 사이에 포함될 수 있다. 층들의 각각을 위한 재료는 특정한 재료에 제한되지 않는다. 예컨대, 라인 형상의 패턴(62)이 자기-정렬 이중 패터닝 방법[SADP(self-aligned double patterning) 방법]에 의해 형성되면, 패턴(62)용 재료는 많은 경우에 SiO₂를 포함한다.

예시 실시예는 1-차원 배열로서 칭해지는 디바이스 제조 방법을 사용하여 설명되었지만, 예시 실시예는 그에 제한되지 않는다. 예컨대, 이중 노광 기술(double exposure technology)(이중 패터닝 기술)이 근년에 들어 적극적으로 연구된 기술의 예이다. 이러한 기술은 마이크로패턴 그룹이 웨이퍼 상으로 노광(전사)될 때에 최초의 패턴 그룹이 2개의 패턴으로 분할되는 기술이다. 그 다음에, 노광 공정이 모든 분할된 패턴 그룹에 대해 수행되고, 패턴 그룹은 단일 층 상에 최초의 패턴 그룹을 형성하도록 결합된다. 이러한 경우에, 예컨대, 제2 노광 공정에서의 보조 패턴의 화상이 제1 노광 공정에서 전사된 패턴 상에 전사되더라도, 일부 경우에 디바이스 상에서 문제가 일어나지 않을 수 있다. 제2 노광 공정에서의 패턴 그룹이 주 패턴으로서 간주되고 제1 노광 공정에서의 패턴 그룹이 배경 패턴으로서 간주될 때에, 예시 실시예에 따른 패턴 생성 방법이 직접적으로 적용될 수 있다. 그러나, 예시 실시예에 따른 패턴 생성 방법은 이중 패터닝 그리고 또한 삼중 패터닝 및 사중 패터닝에 적용될 수 있다.

나아가, 예시 실시예에서, 단계 S112에서, 보조 패턴의 초기 배열은 하부 층 상의 패턴(62)을 고려하지 않으면서 계산된다. 그러나, 하부 층 상의 패턴(62)이 고려될 수 있다.

예시 실시예에서, 주 패턴 및 보조 패턴의 양쪽 모두가 홀(hole) 패턴이다. 그러나, 주 패턴 및 보조 패턴은 홀 패턴이 아닐 수 있다. 예컨대, 주 패턴 및 보조 패턴은 L자 형상의 패턴, T자 형상의 패턴 또는 U자 형상의 패턴에 의해 표시되는 라인 패턴 또는 2-차원 패턴일 수 있다. 대체예에서, 주 패턴 및 보조 패턴은 위의 패턴을 결합시킴으로써 얻어지는 패턴 그룹일 수 있다. 나아가, 예시 실시예에서, 하부 층 상의 패턴(62)은 L/S 패턴이다. 그러나, 패턴(62)은 임의의 다른 패턴을 포함할 수 있다.

나아가, 예시 실시예에서, 도 2a에서의 홀 패턴은 L/S 패턴을 절단하는 절단 패턴(펀칭 패턴)으로서 간주된다. 그러나, 1-차원 배열 구조에서의 홀 패턴의 기능은 그에 제한되지 않는다. 예컨대, 도 10a에 도시된 것과 같이, 홀 패턴(200)이 도 2c에서의 위치로부터 Y 방향으로 1/2 피치만큼 이동되는(즉, 스페이스 부분 위의) 위치에서 잔재 패턴으로서 형성될 수 있다. 이러한 경우에, 최종의 마감부는 도 10b에 도시되어 있는 것과 같고, 도트(라인 부분을 서로 연결하는 패턴)가 L/S 패턴의 인접한 라인 부분들 사이에 잔존한다. 그러므로, 도 10a에 도시된 홀 패턴 그룹은 도트 패턴(도트 패턴 그룹)으로서 칭해질 수 있다. 많은 경우에, 도 2a 내지 도 2d에서의 형성 방법은 SRAM의 게이트 공정에 적용되고, 도 10a 및 도 10b에서의 형성 방법은 SRAM의 배선 공정에 적용된다.

도 10a에서의 도트 패턴이 형성될 때에, 보조 패턴을 생성하는 조건은 보조 패턴이 도 2b에서의 라인 부분 상에 전사될 수 있지만 주 패턴이 전사되는 부분 이외의 스페이스 부분으로 전사되지 않게 되는 것이다.

본 발명의 실시예가 본 발명의 위에서-설명된 실시예(들) 중 1개 이상의 기능을 수행하기 위해 저장 매체(예컨대, 비-일시적인 컴퓨터-판독 가능한 저장 매체) 상에 기록된 컴퓨터 실행 가능한 지시를 판독 및 실행하는 시스템 또는 장치의 컴퓨터에 의해, 또는 위에서-설명된 실시예(들) 중 1개 이상의 기능을 수행하기 위해 예컨대 저장 매체로부터의 컴퓨터 실행 가능한 지시를 판독 및 실행함으로써 시스템 또는 장치의 컴퓨터에 의해 수행되는 방법에 의해 또한 구현될 수 있다. 컴퓨터는 중앙 처리 장치(CPU: central processing unit), 마이크로 처리 장치(MPU: micro processing unit) 또는 다른 회로 중 1개 이상을 포함할 수 있고, 별개의 컴퓨터 또는 별개의 컴퓨터 프로세서의 네트워크를 포함할 수 있다. 컴퓨터 실행 가능한 지시는 예컨대 네트워크 또는 저장 매체로부터 컴퓨터에 제공될 수 있다. 저장 매체는 예컨대 하드 디스크, 랜덤 액세스 메모리(RAM: random-access memory), 판독 전용 메모리(ROM: read only memory), 분산 컴퓨팅 시스템(distributed computing system)의 저장부, [컴팩트 디스크(CD: compact disc), 디지털 다기능 디스크(DVD: digital versatile disc) 또는 블루-레이 디스크(BD^TM: Blu-ray Disc) 등의] 광학 디스크, 플래시 메모리 디바이스, 메모리 카드 등 중 1개 이상을 포함할 수 있다.

위에서-설명된 예시 실시예에 따르면, 마스크 패턴의 데이터가 생성된다. 생성된 마스크 디스크는 전자 빔 묘화 장치 등의 마스크 제조 장치에 입력된다. 마스크 패턴이 입력된 데이터를 기초로 하여 마스크 블랭크(mask blank) 상에 묘화되고, 그에 의해 그 상에 묘화된 마스크 패턴을 갖는 마스크가 제조된다.

그 다음에, 제조된 마스크가 감광 재료(레지스트)가 가해진 기판을 노광하기 위해 노광 장치 상에 장착된다. 노광 장치에서, 조사 광학 시스템이 광원으로부터의 빔을 사용하여 마스크[레티클(reticle)]를 조사한다. 투영 광학 시스템이 기판을 노광하기 위해 웨이퍼(기판) 상으로 마스크 패턴의 화상을 투영한다. 그 다음에, 노광된 기판이 현상된다. 나아가, 다른 공지된 가공이 기판에 대해 수행되고, 그에 의해 반도체 디바이스가 제조된다. 가공은 산화, 피막 형성, 증착, 도핑, 평탄화, 식각, 레지스트 분리, 다이싱, 본딩 및 패키징을 포함한다.

본 발명은 예시 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 개시된 예시 실시예에 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 다음의 특허청구범위의 범주는 모든 변형, 등가 구조 및 기능을 포함하도록 가장 넓은 해석에 따라야 한다.

Claims

마스크를 조사함으로써 기판 상에 마스크 패턴의 화상을 노광하는 노광 장치에 사용될 마스크 패턴을 컴퓨터를 통해 생성하는 마스크 패턴 생성 방법에 있어서,
기판 상에 형성될 주 패턴의 데이터 그리고 주 패턴이 전사되는 층의 하부 층의 패턴의 위치 데이터를 얻는 단계와;
하부 층의 패턴의 위치 데이터를 사용하여 주 패턴에 대한 보조 패턴을 새롭게 생성하는 생성 조건을 설정하는 단계와;
생성 조건을 사용하여 보조 패턴을 결정하는 단계와;
주 패턴 그리고 결정된 보조 패턴을 포함하는 마스크 패턴의 데이터를 생성하는 단계
를 포함하는 마스크 패턴 생성 방법.
제1항에 있어서, 상기 생성 조건은 하부 층의 패턴 상의 영역 내에 보조 패턴이 전사되지 않게 되는 부분을 특정하는 조건을 포함하는 마스크 패턴 생성 방법.
제1항에 있어서, 상기 주 패턴 및 상기 보조 패턴이 마스크 패턴으로서 사용될 때에 보조 패턴을 변화시키면서 기판으로 전사될 화상을 계산하여 생성 조건을 기초로 하여 화상을 평가함으로써 평가 결과를 사용하여 보조 패턴을 결정하는 단계를 더 포함하는 마스크 패턴 생성 방법.
제3항에 있어서, 비정상 상태로서 보조 패턴이 전사되지 않게 되는 부분 내에 계산된 화상이 존재하는 경우를 평가하는 평가 인덱스를 사용하여 화상을 평가하는 단계를 더 포함하는 마스크 패턴 생성 방법.
제3항에 있어서, 주 패턴의 위치 및 크기 중 하나 이상을 변화시키면서 화상을 계산함으로써 평가 결과를 사용하여 주 패턴을 결정하는 단계를 더 포함하는 마스크 패턴 생성 방법.
제1항에 있어서, 상기 주 패턴은 하부 층 상의 패턴을 절단한 절단 패턴을 포함하는 마스크 패턴 생성 방법.
제1항에 있어서, 상기 주 패턴은 하부 층 상의 패턴의 라인 부분을 서로 연결하는 패턴을 포함하는 마스크 패턴 생성 방법.
제1항에 있어서, 상기 주 패턴이 전사되는 층의 하부 층 상의 패턴이 라인 및 스페이스를 포함하는 경우에, 스페이스 위의 보조 패턴이 라인 위의 보조 패턴의 크기보다 큰 크기를 갖고, 그에 의해 스페이스 위의 보조 패턴이 스페이스 상에 전사되는, 마스크 패턴 생성 방법.
컴퓨터가 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 마스크 패턴 생성 방법을 실행하게 하는 프로그램을 저장하는 컴퓨터-판독 가능한 저장 매체.
마스크를 조사함으로써 기판 상에 마스크 패턴의 화상을 노광하는 노광 장치에 사용될 마스크 패턴을 생성하는 마스크 패턴 생성 컴퓨터에 있어서,
기판 상에 형성될 주 패턴의 데이터 그리고 주 패턴이 전사되는 층의 하부 층의 패턴의 데이터를 얻고,
하부 층의 패턴의 데이터를 사용하여 주 패턴에 대한 보조 패턴용 생성 조건을 설정하고,
생성 조건을 사용하여 보조 패턴을 결정하고,
주 패턴 그리고 결정된 보조 패턴을 포함하는 마스크 패턴의 데이터를 생성하도록
구성되는 프로세서
를 포함하는 마스크 패턴 생성 컴퓨터.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 마스크 패턴 생성 방법에 의해 마스크 패턴의 데이터를 생성하는 단계와;
마스크 패턴의 생성된 데이터를 사용하여 마스크를 제조하는 단계
를 포함하는 마스크 제조 방법.
제11항에 따른 마스크 제조 방법에 의해 제조되는 마스크를 사용하여 기판을 노광하는 노광 장치.
제1항에 있어서,
상기 생성 조건은 보조 패턴이 상기 주 패턴이 전사되는 층 내에서 전사될 수 있는 위치를 구체화하는 조건인, 마스크 패턴 생성 방법.