KR20080000976A - 반도체 소자 패턴의 광근접 효과 보정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자 패턴의 광근접 효과 보정 방법에 관한 것으로서, 특히 웨이퍼에 센터 영역과 에지 영역의 박막 두께가 기설정된 두께 차이가 나는 테스트용 박막을 형성하고, 테스트용 박막 상부에 레지스트를 도포하고 포토 마스크를 이용한 노광 공정을 진행하여 레지스트 패턴을 형성하고, 웨이퍼 센터 영역과 웨이퍼 에지 영역에 형성된 레지스트 패턴의 임계 치수를 측정하고, 각각 광근접 효과 보정에 대한 모델링을 하고, 두 개 모델을 이용하여 웨이퍼 센터 조건과 웨이퍼 에지 조건에 대한 전체 패턴의 광근접 효과 보정의 검증 공정을 수행하고, 검증된 두 개 모델의 패턴 차이를 웨이퍼 영역의 결함 부분으로 추출하여 이를 광근접 효과 보정의 모델에 피드백한 후에, 포토 마스크의 패턴에 광근접 효과 보정 공정을 수행한다. 그러므로, 본 발명은 웨이퍼 센터와 에지 사이의 토포로지 차이를 고려하여 광근접 효과 보정(OPC)을 위한 2가지 영역의 OPC 모델을 생성하고, 두 개 영역 모델로 광근접 효과 보정(OPC)의 검증을 수행하여 웨이퍼 센터와 웨이퍼 에지의 패턴 사이에서 발생하는 패턴 임계치수 결함을 미연에 찾아낼 수 있다.

웨이퍼 센터, 웨이퍼 에지, 토포로지, 광근접효과 보정, OPC 모델

Description

반도체 소자 패턴의 광근접 효과 보정 방법{Method for processing a optical proximity correction of semiconductor device's pattern}

도 1은 본 발명에 따른 반도체 소자 패턴의 광근접 효과 보정 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.

도 2는 본 발명에 따른 반도체 소자 패턴의 광근접 효과 보정 방법에서 웨이퍼 토포로지 변화를 설정한 예를 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 반도체 소자 패턴의 광근접 효과 보정 방법에서 웨이퍼 토포로지 변화에 따라 생성된 센터 및 에지 영역의 OPC 모델을 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 반도체 소자 패턴의 광근접 효과 보정 방법에서 도우즈 매핑 방식으로 웨이퍼 센터 및 에지 영역에 노광 에너지를 설정하는 예를 나타낸 도면이다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 반도체 소자 패턴의 광근접 효과 보정 방법에서 웨이퍼 센터 및 에지 영역의 OPC 모델을 검증하는 예를 나타낸 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 웨이퍼 기판 10 : 웨이퍼 박막

12 : 웨이퍼 센터 및 에지의 두께 차이가 있는 테스트용 박막

본 발명은 포토 리소그래피 기술에 관한 것으로서, 특히 웨이퍼 에지에서의 광근접 효과 보정(OPC : Optical Proximity Correction) 공정의 정확성을 높일 수 있는 반도체 소자 패턴의 광근접 효과 보정 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 포토 리소그래피 기술은 반도체 소자의 고집적화를 선도하는 기본 기술로서, 빛을 이용하여 반도체 기판 위에 패턴을 형성하는 것이다. 즉, 반도체 기판에 절연막이나 도전막 등의 패턴을 형성하여야 할 위치에 자외선, 전자빔 또는 X선 등과 같은 노광 장비의 빛을 조사하여 그 용해도가 변화하는 포토레지스트를 형성하고, 포토 마스크를 이용하여 포토레지스트의 소정 부위를 빛에 노출시킨 후, 현상액에 대하여 용해도가 큰 부분을 제거함으로써 포토레지스트 패턴을 형성한다. 이 포토레지스트 패턴에 의해 노출된 부분을 식각 공정으로 제거하여 원하는 반도체 소자 패턴을 형성한다.

현재 반도체 소자의 집적도가 높아지면서 마이크로 프로세서 등 로직 소자에서 흔히 볼 수 있는 불규칙으로 배치된 패턴에서는 초점 심도, 해상도 모두 향상 효과가 적어지고 있다. 이를 극복하고자 해상 한계에 가까운 수치의 패턴을 형성할 경우, 설계상의 패턴과 실제로 반도체 기판 상에 형성되는 패턴이 괴리되어 버리는 이른바 광근접 효과(optical proximity effect)가 발생하게 된다. 설계와 실제의 패턴의 괴리에 의해 소자의 성능이 설계에 비해 현저히 열화되어 버린다. 이 에 따라 포토 리소그래피 공정에서 해상 한계에서 발생하는 패턴의 왜곡 현상에 대한 보정(OPC) 공정은 이제 불가피한 기술이 되고 있다.

OPC 공정에 의해, 포토 마스크의 미세한 패턴을 웨이퍼 상에 설계대로 충실하게 완성할 수 있게 되었다. 이러한 OPC 공정은, 마스크 패턴 배치에 대응하는 마스크 패턴 보정량을 사전에 룰 테이블화해 두고 마스크 패턴 배치 정보를 기초로, 룰 테이블을 참조하면서 보정하는 룰 베이스 보정(rule based correction) 방법과, 마스크 패턴 정보 및 웨이퍼 프로세스 조건을 기초로 웨이퍼 상에 전사되는 이미지를 예측하고, 원하는 값을 얻을 수 있도록 마스크 패턴에 보정을 하는 모델 베이스 보정(model based correction) 방법으로 구분된다.

그런데, 모델 베이스 보정 방식에 근거한 광근접 효과 보정(OPC)의 검증 방식은, 웨이퍼 토포로지(topology)를 고려할 때 평균적인 웨이퍼의 박막 두께만을 고려한 시뮬레이션 방식을 적용하고 있고, 화학적기계적연마(CMP : Chemical Mechanical Polishing) 공정이나 증착 공정에서 발생하는 변수에 대한 정확한 검증을 실시할 수 없다.

종래 기술에 의한 광근접 효과 보정(OPC) 방법은, 웨이퍼의 평균적인 토포로지를 토대로 반도체 소자 패턴의 광근접 효과를 측정하고 이를 보정하는 방식이기 때문에 웨이퍼 센터와 웨이퍼 에지 사이의 토포로지 차이로 인해 웨이퍼 에지에서 자주 발생하는 디포커스에 의한 패턴 쓰러짐(collapse) 등의 문제를 정확히 예측하거나 이를 사전에 방지하기 어렵다. 더욱이 게이트 패턴과 같은 미세한 공정에서 후속 식각 공정 후에 패턴 임계 치수(CD : Critical Dimension)를 측정하여 보정하 는 방법을 사용할 경우 광근접 효과 보정(OPC)의 정확성을 감소시키고 웨이퍼 에지의 소자 수율을 감소시키는 원인으로 작용한다.

따라서, 종래 기술에 의한 광근접 효과 보정(OPC)의 검증 방식은, 웨이퍼 전체 칩에서 동일하다고 판단하고 웨이퍼 센터 및 웨이퍼 에지 사이의 토포로지 차이로 인한 막 두께 변화를 고려하지 않기 때문에 웨이퍼 에지에서 박막 두께 변화나 식각 공정에서 발생하는 손실을 미연에 방지할 수 없다는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 웨이퍼 센터와 에지 사이의 토포로지 차이를 고려하여 광근접 효과 보정(OPC)을 위한 2가지 영역의 모델을 생성하고 두 개 영역 모델로 광근접 효과 보정(OPC)의 검증을 수행하여 웨이퍼 에지에서 발생하는 결함을 미연에 찾아낼 수 있는 반도체 소자 패턴의 광근접 효과 보정 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 포토 마스크에 형성된 반도체 소자 패턴의 광근접 효과를 보정하는 방법에 있어서, 웨이퍼에 센터 영역과 에지 영역의 박막 두께가 기설정된 두께 차이가 나는 테스트용 박막을 형성하는 단계와, 테스트용 박막 상부에 레지스트를 도포하고 포토 마스크를 이용한 노광 공정을 진행하여 레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 웨이퍼 센터 영역과 웨이퍼 에지 영역에 형성된 레지스트 패턴의 임계 치수를 측정하고, 각각 광근접 효과 보정에 대한 모델링을 하는 단계와, 두 개 모델을 이용하여 웨이퍼 센터 조건과 웨이퍼 에지 조건에 대한 전체 패턴의 광근접 효과 보정의 검증 공정을 수행하는 단계와, 검증된 두 개 모델의 패턴 차이를 웨이퍼 영역의 결함 부분으로 추출하여 이를 광근접 효과 보정의 모델에 피드백하는 단계와, 포토 마스크의 패턴에 광근접 효과 보정 공정을 수행하는 단계를 포함한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명에 따른 반도체 소자 패턴의 광근접 효과 보정 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 소자 패턴의 광근접 효과 보정 방법은, 다음과 같이 진행된다.

우선, 웨이퍼 토포로지에 대한 센터 영역과 에지 영역의 박막 두께 변화를 설정하여 웨이퍼에 센터 영역과 에지 영역의 박막 두께가 기설정된 두께 차이가 나는 테스트용 박막을 형성한다.(S10)

테스트용 박막 상부에 레지스트를 도포하고 포토 마스크를 이용한 노광 공정을 진행하되, 도우즈 매핑(dose mapping) 방식으로 웨이퍼 센터 영역과 웨이퍼 에지 영역의 노광 에너지 차이(Δ에너지)를 두어 노광 공정을 실행하고 이를 현상하여 레지스트 패턴을 형성한다.(S20)

웨이퍼 센터 영역과 웨이퍼 에지 영역에 형성된 레지스트 패턴의 임계 치수(CD)를 측정한다. 측정된 웨이퍼 센터 영역의 패턴 임계 치수(CD)와 웨이퍼 에 지 영역의 패턴 임계 치수(CD)를 각각 광근접 효과 보정(OPC)에 대한 모델링을 진행한다.(S30)

웨이퍼 센터 영역 패턴으로부터 모델링된 첫 번째 OPC 모델과, 웨이퍼 에지 영역 패턴으로부터 모델링된 두 번째 OPC 모델을 통해 웨이퍼 센터 조건과 웨이퍼 에지 조건에 대한 전체 웨이퍼 칩에 대한 광근접 효과 보정(OPC)의 검증(verification) 공정을 수행한다.(S40) 즉, 웨이퍼의 센터 영역 패턴으로부터 모델링된 첫 번째 OPC 모델을 통해 웨이터 센터 칩의 패턴 이미지를 검출하고, 해당 패턴 이미지의 윤곽선을 추출한다. 그리고 웨이퍼의 에지 영역 패턴으로부터 모델링된 두 번째 OPC 모델을 통해 웨이터 에지 칩의 패턴 이미지를 검출하고, 해당 패턴 이미지의 윤곽선을 추출한다. 그 다음 웨이퍼 센터 패턴의 윤곽선과 웨이퍼 에지 패턴의 윤곽선 차이를 대비하여 전체 웨이퍼 칩 패턴에 대한 광근접 효과 보정(OPC)의 검증을 수행한다.

검증 공정이 수행된 후에, 웨이퍼 영역의 결함 부분(weak point)을 추출하고, 추출된 결함 부분을 모니터링 포인트로 사용하거나 광근접 효과 보정의 모델에 피드백하여 상기 첫 번째 OPC 모델과 두 번째 OPC 모델을 최적한다.(S50)

그리고나서 최적화된 OPC 모델을 토대로 포토 마스크 패턴에 광근접 효과 보정(OPC) 공정을 수행한다.(S60)

도 2는 본 발명에 따른 반도체 소자 패턴의 광근접 효과 보정 방법에서 웨이퍼 토포로지 변화를 설정한 예를 나타낸 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은, 웨이퍼 토포로지에 대한 센터 영역(A) 과 에지 영역(B)의 박막 두께 변화를 설정하여 웨이퍼 박막(10)에 센터 영역(A)과 에지 영역(B)의 박막 두께가 기설정된 두께 차이가 나는 테스트용 박막(12)을 형성한다.

도 3은 본 발명에 따른 반도체 소자 패턴의 광근접 효과 보정 방법에서 웨이퍼 토포로지 변화에 따라 생성된 센터 및 에지 영역의 OPC 모델을 나타낸 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 예를 들어, 웨이퍼 박막(10)에 센터 영역(A)과 에지 영역(B)의 박막 두께가 기설정된 두께 차이가 나는 테스트용 박막(12) 위에 반사 방지막(BARC : Bottom Anti-Reflective Coating)(13)을 형성하고 그 위에 포토 마스크의 패턴을 이용한 노광 공정으로 레지스트 패턴(14)을 형성한다. 이때, 웨이퍼 센터 영역(A)의 테스트용 박막(12)이 Ta 두께를 가질 경우 웨이퍼 에지 영역(B)의 테스트용 박막(12) 두께는 Ta+α 두께를 갖는다. 여기서 도면에서 미설명된 부분은 반사방지막(13)이다.

이에 따라, 토포로지 차이가 있는 웨이퍼 센터 영역(A)과 웨이퍼 에지 영역(B)의 레지스트 패턴(14)의 임계 치수(CD)를 측정하고, 측정된 웨이퍼 센터 영역의 패턴 임계 치수(CD)와 웨이퍼 에지 영역의 패턴 임계 치수(CD)를 각각 광근접 효과 보정(OPC)에 대한 두 개의 모델로 만든다. 즉, 웨이퍼 센터 영역 패턴으로부터 모델링된 첫 번째 OPC 모델과, 웨이퍼 에지 영역 패턴으로부터 모델링된 두 번째 OPC 모델로 만든다.

도 4는 본 발명에 따른 반도체 소자 패턴의 광근접 효과 보정 방법에서 도우 즈 매핑 방식으로 웨이퍼 센터 및 에지 영역에 노광 에너지를 설정하는 예를 나타낸 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 포토 마스크를 이용한 노광 공정시 도우즈 매핑 방식으로 웨이퍼 센터 영역(22)과 웨이퍼 에지 영역(24)의 노광 에너지 차이를 두어 노광 공정을 실행한다. 즉, 웨이퍼 센터 패턴의 임계 치수와 에지 패턴의 임계 치수 차이에 의한 노광 에너지의 도우즈량을 다르게 설정하여 진행하여 센터와 에지 영역의 각 패턴에 맞게 노광 공정을 진행하여 해당 영역에 존재하는 패턴의 광근접 효과 보정(OPC)의 정확도를 높인다. 그 이유는, 종래 센터 패턴의 균일도(uniformity)를 맞추기 위해 노광 공정을 일괄적으로 진행할 경우 센터 패턴을 제외한 나머지 영역 패턴의 광근접 효과 보정(OPC)의 정확도가 떨어지기때문이다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 반도체 소자 패턴의 광근접 효과 보정 방법에서 웨이퍼 센터 및 에지 영역의 OPC 모델을 검증하는 예를 나타낸 도면이다.

도 5a에 도시된 바와 같이, 본 발명은 토포로지 차이가 있는 웨이퍼 센터 및 웨이퍼 에지 영역에 동일한 패턴이 형성될 경우 웨이퍼의 센터 영역 패턴으로부터 모델링된 첫 번째 OPC 모델을 통해 웨이터 센터 칩의 패턴 이미지(30)를 검출하고, 해당 패턴 이미지의 윤곽선을 추출한다.

도 5b에 도시된 바와 같이, 본 발명은, 웨이퍼의 에지 영역 패턴으로부터 모델링된 두 번째 OPC 모델을 통해 웨이터 에지 칩의 패턴 이미지(40)를 검출하고, 해당 패턴 이미지의 윤곽선을 추출한다.

도 5c에 도시된 바와 같이, 본 발명은 웨이퍼 센터 패턴의 윤곽선과 웨이퍼 에지 패턴의 윤곽선 차이(50)를 대비하여 전체 웨이퍼 칩 패턴에 대한 광근접 효과 보정(OPC)의 검증을 수행한다.

이와 같이 토포로지 차이가 있는 웨이퍼 센터 패턴 및 웨이퍼 에지 패턴의 윤곽선 차이가 기설정된 범위를 벗어날 경우 웨이퍼 영역의 결함 부분으로 취급하여 모니터링 포인트로 사용하거나, 광근접 효과 보정의 모델에 피드백한다.

한편, 본 발명은 상술한 실시예에 국한되는 것이 아니라 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 웨이퍼 센터와 에지 사이의 토포로지 차이를 고려하여 광근접 효과 보정(OPC)을 위한 2가지 영역의 OPC 모델을 생성하고, 두 개 영역 모델로 광근접 효과 보정(OPC)의 검증을 수행하여 웨이퍼 센터와 웨이퍼 에지의 패턴 사이에서 발생하는 패턴 임계치수 결함을 미연에 찾아낼 수 있다.

따라서, 본 발명은 웨이퍼 센터뿐만 아니라 웨이퍼 에지의 패턴 수율을 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 포토 마스크에 형성된 반도체 소자 패턴의 광근접 효과를 보정하는 방법에 있어서,

   웨이퍼에 센터 영역과 에지 영역의 박막 두께가 기설정된 두께 차이가 나는 테스트용 박막을 형성하는 단계;

   상기 테스트용 박막 상부에 레지스트를 도포하고 포토 마스크를 이용한 노광 공정을 진행하여 레지스트 패턴을 형성하는 단계;

   상기 웨이퍼 센터 영역과 웨이퍼 에지 영역에 형성된 레지스트 패턴의 임계 치수를 측정하고, 각각 광근접 효과 보정에 대한 모델링을 하는 단계;

   상기 두 개 모델을 이용하여 상기 웨이퍼 센터 조건과 웨이퍼 에지 조건에 대한 전체 패턴의 상기 광근접 효과 보정의 검증 공정을 수행하는 단계;

   상기 검증된 두 개 모델의 패턴 차이를 웨이퍼 영역의 결함 부분으로 추출하여 이를 상기 광근접 효과 보정의 모델에 피드백하는 단계; 및

   상기 포토 마스크의 패턴에 상기 광근접 효과 보정 공정을 수행하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 소자 패턴의 광근접 효과 보정 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 노광 공정은, 도우즈 매핑(dose mapping) 방식으로 상기 웨이퍼 센터 영역과 웨이퍼 에지 영역의 노광 에너지 차이를 두어 노광 공정을 실행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 패턴의 광근접 효과 보정 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 광근접 효과 보정의 검증 공정은,

   상기 웨이퍼의 센터 영역 패턴으로부터 모델링된 첫 번째 OPC 모델을 통해 웨이터 센터의 패턴 이미지를 검출하고, 해당 패턴 이미지의 윤곽선을 추출하는 단계;

   상기 웨이퍼의 에지 영역 패턴으로부터 모델링된 두 번째 OPC 모델을 통해 웨이터 에지의 패턴 이미지를 검출하고, 해당 패턴 이미지의 윤곽선을 추출하는 단계; 및

   상기 웨이퍼 센터 패턴의 윤곽선과 상기 웨이퍼 에지 패턴의 윤곽선 차이를 대비하여 전체 웨이퍼 패턴에 대한 광근접 효과 보정의 검증을 수행하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 소자 패턴의 광근접 효과 보정 방법.

Images