KR20060075099A - 광 근접 효과 보정 방법 - Google Patents

Abstract

광원으로부터 나온 빛을 모으는 개구와, 상기 개구를 통과한 빛을 이용하여 포토마스크의 패턴을 웨이퍼에 전사하는 광학렌즈를 포함하는 포토리소그래피장비를 이용하는 포토리소그래피 공정의 해상도를 높이기 위한 광 근접 효과 보정 방법이 제공된다. 이 광 근접 효과 보정 방법은 상기 개구의 형상에 따라 상기 개구를 광 근접 효과 보정하는 단계를 포함한다. 포토마스크 패턴의 모델링뿐만 아니라, 포토리소그래피장비의 광원으로부터 나온 빛이 통과하는 개구에 대해서도 광 근접 효과 보정 모델링을 수행함으로써, 전체 광 근접 효과 보정이 보다 정확하게 이루어질 수 있다.

Description

광 근접 효과 보정 방법{OPTICAL PROXIMITY CORRECTION METHOD}

도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 패턴 형성용 마스크 제작 과정을 도시한 공정 단면도,

도 2a 및 2b는 각각 일반적인 원통형상 및 환형상의 개구를 도시하는 평면도,

도 3a 및 3b는 각각 일반적인 원통형상의 및 환형상의 개구를 수학 함수로 표현한 것을 나타내는 도면,

도 4a 및 4b는 각각 도 3a 및 3b의 개구를 직선 a-a' 및 b-b'를 기준으로 화살표를 따라 자르는 것을 나타내는 도면,

도 5a 및 5b는 각각 도 4a 및 4b에 도시된 직선 a-a' 및 b-b'를 기준으로 화살표를 따라 원통을 자른 단면으로 투과하는 빛의 강도를 나타내는 그래프,

도 6은 일정 영역을 투과하는 실제 빛의 강도 분포를 나타내는 가우스 함수를 도시하는 그래프,

도 7a 및 7b는 각각 도 5a 및 5b와 같은 형상의 개구에 대한 커널에 도 6에 도시한 것과 같은 가우스 함수를 적용시켜 형성된 새로운 커널을 도시하는 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 글래스 12 : 크롬

12a : 크롬 패턴 14 : 감광막

14a : 감광막 패턴

본 발명은 반도체 장치의 제조 공정 중 포토리소그래피(Photolithography)에서의 해상도를 높이기 위한 RET(Resolution Enhancement Technology)중의 하나인 광 근접 효과 보정(OPC: Optical Proximity Correction)에 관련된 것으로, 더욱 자세히는, 빛의 강도에 대한 문턱값을 이원화함으로써 패턴 충실도를 높일 수 있는 모델 기초 광 근접 효과 보정(Model based OPC) 방법에 관한 것이다.

도 1a 내지 도 1c는 일반적인 패턴 형성용 마스크 제작 과정을 도시하는 공정 단면도이다.

패턴 형성용 마스크 제작은, 도 1a 내지 도 1b에 도시된 바와 같이, 일반적으로 반도체 제조 공정의 포토리소그래피 공정과 동일하게 광 투과 기판, 예를 들면, 글래스(10)에 크롬(12) 및 감광막(14)을 순차적으로 도포한 후에 감광막 패턴(14a)을 형성한다.

이후, 도 1c에 도시된 바와 같이, 전자빔 또는 레이저로 감광막 패턴(14a)에 맞추어서 크롬(12)을 노광한 후에 감광막 패턴(14a)을 제거하여 크롬 패턴(12a)이 형성된 광 투과 기판(10), 즉 패턴 형성용 마스크를 제작한다.

그런데, 반도체 칩에 집적되는 소자 및 연결선의 최소 선폭이 작아짐에 따라 자외선을 이용한 전통적인 리소그래피 기술로는 웨이퍼에 형성되는 패턴의 왜곡 현상을 피하기 힘들게 되었다.

즉, 최근 I선, DUV 등의 사용으로 파장이 365nm 정도임에 반하여 최소 선폭은 350nm에 달하고 있으므로, 빛의 회절 간섭 등에 의한 패턴의 왜곡은 심각한 제약조건으로 등장하였다.

이와 같은 패턴의 근접에 따른 광 근접 현상(optical proximity effect, OPE)에 의한 왜곡은 앞으로 최소 선폭이 더욱 작아짐에 따라 더욱 심각해질 것으로 예상되며, 포토리소그래피의 해상 한계에서 발생하는 패턴의 왜곡 현상에 대한 보정은 이제 필수불가결한 기술이 되고 있다.

포토리소그래피는 일반적으로 포토마스크의 패턴을 광학 렌즈를 통하여 웨이퍼에 복사하는 방법을 사용하고 있다. 상을 투영시키는 광학계가 저대역 필터로 작용하기 때문에 웨이퍼에 맺히는 상은 원래의 모양에서 왜곡된 형태로 나타난다.

이 영향은 사각형 모양의 마스크를 사용했을 경우 높은 주파수 부분, 모서리 부분이 투과되지 않으므로 원형의 패턴을 보이게 된다. 마스크 패턴의 크기가 큰 경우에는 기본 공간 주파수가 낮으므로 비교적 많은 차수의 주파수까지 투과가 가능하여 원래의 패턴과 유사한 상이 맺히게 된다. 그러나 패턴의 사이즈가 작아지면 공간 주파수가 높아지므로 투과되는 개수가 감소하고, 따라서 왜곡은 점점 심해지게 된다.

현재까지는 리소그래피 장비의 개발로 이와 같은 문제를 해결해 왔으나, 이 제 장비의 한계에 도달하여 설계 차원의 접근이 필요하게 되었다.

광 근접 효과 보정은 이와 같은 왜곡을 감안하여 미리 마스크의 모양을 변형하여 웨이퍼에 맺히는 최종 패턴이 원하는 모양이 되도록 하는 것이다.

광 근접 효과에 의한 최소 치수(CD: Critical Dimension)의 변동을 감소시키는 방법으로는 크게 두 가지, 즉 노광 장비의 파라미터를 변경시켜 근접 효과에 대한 보정을 취하는 모델 기초 방법(Model based OPC)과 일반적으로 몇 개의 규칙을 정하여 이를 마스크 설계에 반영하는 규칙 기초 방법(Rule based OPC)이 있다.

모델 기초 방법(Model based OPC)은 규칙 기초 방법(Rule based OPC)에 비해 다양한 레이아웃에 광 근접 효과 보정을 적용하기에 용이하다는 장점이 있다. 모델 기초 방법에서 가장 중요한 요소는 광학모델(Optical Model)이다. 광학모델을 만들어 패턴보정을 하기 위해서는 광 근접 효과를 알아야 하고, 광 근접 효과를 알기 위해서는 테스트 패턴을 통하여 선폭을 정확하게 측정하여야 한다. 이렇게 측정된 선폭 데이터를 기초로 하여 광학모델을 만들어야 하는데, 이를 위해서는 현재의 공정을 얼마나 정확하게 수식으로 표현하고 계산하는가가 중요한 요소이다.

종래기술에 의한 광 근접 효과 보정 모델링(OPC Modeling)은 마스크 패턴에 대해서만 집중되어 있었다. 그런데, 포토리소그래피장비의 광원으로부터 나온 빛은 개구(Aperture)를 통과한 후, 렌즈를 투과하여 포토마스크의 패턴을 웨이퍼에 전사한다. 그리고, 개구의 형상은 상당히 많은 차이를 나타내고 있다. 그러므로, 마스크 패턴의 모델링뿐만 아니라, 개구에 대한 광 근접 효과 보정 모델링이 정확해야 전체 광 근접 효과 보정이 보다 정확하게 이루어질 수 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 포토리소그래피장비의 광원으로부터 나온 빛이 통과하는 개구에 대한 광 근접 효과 보정 모델링을 수행하여, 반도체 장치의 제조 공정 중 포토리소그래피에서의 해상도를 향상시킬 수 있는 광 근접 효과 보정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 일실시예에 따른 본 발명은, 광원으로부터 나온 빛을 모으는 개구와, 상기 개구를 통과한 빛을 이용하여 포토마스크의 패턴을 웨이퍼에 전사하는 광학렌즈를 포함하는 포토리소그래피장비를 이용하는 포토리소그래피 공정의 해상도를 높이기 위한 광 근접 효과 보정 방법에 있어서, 상기 개구의 형상에 따라 상기 개구를 광 근접 효과 보정하는 단계를 포함하는 광 근접 효과 보정 방법을 제공한다.

본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.

도 2a 및 2b는 포토리소그래피장비의 일부분인 개구라고 부르는 부분을 도시한다. 광원으로부터 나온 빛은 도 2a 및 2b에 표시된 개구를 통과한 후, 렌즈를 투과하여, 포토마스크의 패턴을 웨이퍼에 전사한다.

개구의 형상은 그 목적에 따라서 매우 다양하다. 그 중, 도 2a는 일반적인 형상의 개구를 나타내며, 도 2b는 환형상의 개구를 도시한다. 참고로, 도 2b의 환형상의 개구는 가운데 빛이 차단되는 영역의 크기에 따라서 "1/2환형상", "2/3환형상" 등으로 나누어 질 수 있다.

이하에서, 상술한 바와 같은 형상의 개구에 대한 모델링을 수행하는 과정에 대하여 설명한다.

도 2a에 도시된 일반적인 형상의 개구는 도 3a와 같이 원통모양의 함수로 표현된다. 이러한 원통모양의 내부는 빛이 투과하는 부분이고 외부는 빛이 투과하지 못하는 부분이다. 도 4a에 표시된 직선 a-a'를 기준으로 화살표를 따라 개구를 자른 단면으로 투과하는 빛의 강도를 그래프로 나타내면 도 5a와 같다. 도 5a는 원통모양의 개구가 투과시키는 빛의 강도를 타나내고 있는데, 가로축은 직선 a-a'상의 임의의 원점으로부터 직선 a-a'를 따라 측정된 거리이며, 세로축은 각 측정점에 해당하는 투과된 빛의 강도를 나타낸다. 여기서, 빛의 강도는 빛이 전혀 투과되지 않을 때는 0으로 되고 전부 투과될 때는 1로 나타내어진다. 원통의 내부에 해당하는 영역 A에서는 빛이 전부 투과하여 투과된 빛의 강도가 1로 나타나고 있으며, 원통의 외부에 해당하는 영역 B에서는 빛이 전혀 투과하지 못하여 빛의 강도가 0으로 나타나게 된다.

다음으로, 도 2b에 도시된 환형상의 개구는 도 3b와 같이 두 개의 원통으로 이루어지는 함수로 표현되는데, 영역 C로는 빛이 통과하지 못한다. 참고로, 이러한 환형상의 개구는 RET 중에서 OAI(Off Axis Illumination)로 불리는 기술에 이용 된다. 도 4b에 표시된 직선 b-b'를 기준으로 화살표를 따라 개구를 자른 단면으로 투과하는 빛의 강도를 그래프로 나타내면 도 5b와 같다. 도 5b는 환형상의 개구가 투과시키는 빛의 강도를 타나내고 있는데, 가로축은 직선 b-b'상의 임의의 원점으로부터 직선 b-b'를 따라 측정된 거리이며, 세로축은 각 측정점에 해당하는 투과된 빛의 강도를 나타낸다. 여기서, 빛의 강도는 빛이 전혀 투과되지 않을 때는 0으로 되고 전부 투과될 때는 1로 나타내어진다. 환형상의 개구가 차지하는 부분 중 영역 C에서는 빛이 전혀 투과하지 못하여 빛의 강도가 0으로 나타나고 있으며, 영역 C를 제외한 부분에서는 빛이 전부 투과하여 빛의 강도가 1로 나타나고 있다. 또한, 환형상의 개구가 차지하는 부분의 외부에서는 빛이 전혀 투과하지 못하여 빛의 강도가 0으로 나타나게 된다.

그러나, 도 5a 및 5b에서와 같이 투과되는 빛의 강도를 1과 0으로 나누어서 표현하는 것은 이론적인 것이며, 광 근접 효과 보정 모델링의 정확도를 높이기 위해서는 이러한 이론적인 수치를 실제의 값과 더욱 가깝게 표현할 필요가 있다.

빛이 일정 영역을 투과하는 것은 가우스 함수(Gaussian Function)로 표현되어질 수 있다. 즉, 빛의 강도가 어느 한 지점에서 1에서 0으로 또는 0에서 1로 급격하게 변화하도록 표현하는 것은 실제의 모델과 일치하지 않는 것이므로, 도 6에 나타낸 가우스 함수를 통해 어느 영역을 투과하는 빛의 강도를 나타내는 것이 실제의 모델에 더욱 가깝게 표현하는 것이 된다.

도 6에 도시한 바와 같이, 일정 영역을 투과하는 실제 빛의 강도는 가우스 함수의 분포를 가지는데, 빛이 투과하는 영역의 가운데에서 빛의 강도가 최고값에 이르며, 가장자리에서는 정확하게 0과 1이 구분되지 않는 형태를 갖는다. 이러한 가우스 함수를 이용하여 개구에 대한 모델링을 더욱 정확하게 하는 것이 가능하다.

OPC 모델링에서 각각의 개구를 모델링한 것을 커널(kernel)이라고 부른다. 도 5a와 같은 일반적인 형상의 개구에 대한 커널에 도 6에 도시한 것과 같은 가우스 함수를 적용시키면, 즉 (도 5a에 도시한 함수)x(도 6에 도시한 가우스 함수)의 결과는, 도 7a와 같은 새로운 커널을 형성하게 된다. 또한, 도 5b와 같은 환형상의 개구에 대한 커널에 도 6에 도시한 것과 같은 가우스 함수를 적용시키면, 즉 (도 5b에 도시한 함수)x(도 6에 도시한 가우스 함수)의 결과는, 도 7b와 같은 새로운 커널을 형성하게 된다.

OPC 모델링 시에 이렇게 만들어진 새로운 커널을 이용하면, 실제의 개구 형상에 근접하는 OPC 모델링이 가능해지며 더욱 정확한 광 근접 효과 보정이 가능해진다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 포토마스크 패턴에 대해서 광 근접 효과 보정 모델링(OPC Modeling)을 행하는 것뿐만 아니라, 포토리소그래피장비의 광원으로부터 나온 빛이 통과하는 개구에 대해서도 광 근접 효과 보정 모델링을 수행하여 패턴에 대한 충실도를 보다 높일 수 있는 광 근접 효과 보정 방법을 제공함으로써, 반도체 장치의 제조 공정 중 포토리소그래피에서의 해상도를 향상시킬 수 있다.

Claims (2)

1. 광원으로부터 나온 빛을 모으는 개구와, 상기 개구를 통과한 빛을 이용하여 포토마스크의 패턴을 웨이퍼에 전사하는 광학렌즈를 포함하는 포토리소그래피장비를 이용하는 포토리소그래피 공정의 해상도를 높이기 위한 광 근접 효과 보정 방법에 있어서,

   상기 개구의 형상에 따라 상기 개구를 광 근접 효과 보정하는 단계를 포함하는 광 근접 효과 보정 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 개구를 광 근접 효과 보정하는 단계는 개구를 통과하는 빛의 강도를 가우스 함수를 이용하여 표현하는 것을 특징으로 하는 광 근접 효과 보정 방법.

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