KR20080102648A

KR20080102648A - 광근접효과 보정 방법

Info

Publication number: KR20080102648A
Application number: KR1020070049347A
Authority: KR
Inventors: 조병욱
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2007-05-21
Filing date: 2007-05-21
Publication date: 2008-11-26

Abstract

노광 에너지 및 포커스(focus)를 변화시키며 테스트 웨이퍼 상으로 테스트 패턴을 전사하고, 전사된 패턴들의 이미지(image)를 주사전자현미경(SEM) 측정한 후, 측정된 패턴 이미지들의 데이터를 이용하여 패턴 전사 시뮬레이션 모델(simulation model)을 캘리브레이션(calibration)한다. 캘리브레이션된 시뮬레이션 모델을 이용하여 실제 전사하고자하는 패턴의 레이아웃(layout)에 대해 광근접효과 보정(OPC)을 수행하는 광근접효과 보정 방법을 제시한다.

FEM, SEM, OPC, 모델, 캘리브레이션

Description

광근접효과 보정 방법{Method of optical proximity correction}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광근접효과 보정 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 공정흐름도이다.

도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광근접효과 보정 방법을 설명하기 위해서 제시한 도면들이다.

본 발명은 반도체 소자 제조에 관한 것으로, 특히, 광근접효과 보정(OPC: Optical Proximity Correction) 방법에 관한 것이다.

반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라 디자인 룰(design rule)의 축소가 급격히 이루어지고 있다. 이에 따라, 패턴 형성을 위한 리소그래피(lithography) 과정에서 해상력 제약에 의해, 패턴을 전사(transfer) 중에 왜곡(distortion) 현상이 극심해지고 있다. 따라서, 리소그래피 과정의 제약을 극복하는 방법으로 광 근접 효과를 보정(OPC)하는 기술과 같은 해상력을 증가시켜 하는 기술(RET; Resolution Enhancement Technology)들이 제시되고 있다.

이러한 OPC 방법은 설계된 패턴 레이아웃(layout)을 OPC 수정하고, OPC에 의 해 변형된 설계 패턴 레이아웃이 실제 웨이퍼 상에 어떻게 구현될지를 시뮬레이션 모델(simulation model)을 이용하여 확인 및 재보정하는 과정을 포함하여 수행되고 있다. 시뮬레이션 모델은 설계된 패턴 레이아웃이 웨이퍼 상으로 전사되어 구현되는 과정을 묘사하는 수식을 포함하여 모델링(modeling)되고 있다. 그런데, 이러한 시뮬레이션 모델을 이용하여 OPC 과정을 수행할 때, 실제 사용되는 패턴 전사 과정, 예컨대, 노광 과정 및 현상 과정에 적합하게 기본적인 시뮬레이션 모델을 캘리브레이션(calibration)하는 과정 또는 OPC 모델링 과정이 수행되고 있다.

이러한 캘리브레이션에 사용되는 데이터(data) 정보는, 목표 테스트 패턴(target test pattern)을 실제 웨이퍼 상에 전사하고, 전사된 웨이퍼 패턴을 관측하여 얻어질 수 있다. 이러한 얻어진 데이터를 시뮬레이션 모델에 입력하여, 목표 테스트 패턴에 대해 시뮬레이션한 후, 시뮬레이션 결과와 실제 관측된 웨이퍼 패턴 간의 차이를 보상하여 일치시키는 과정으로 캘리브레이션 과정이 수행되고 있다.

그런데, 반도체 소자의 집적도가 증가하고 패턴의 크기가 작아짐에 따라, 패턴 전사 과정의 결과는 공정 변화에 보다 민감해지고 있으며, 또한, 마스크 에러 개선 요소(MEEF: Mask Error Enhancement Factor)가 커지고 있다. 따라서, OPC 정확도를 보다 개선하기 위해서는, 캘리브레이션 또는 모델링을 위해 사용되는 데이터의 양을 보다 더 많이 확보하여, 보다 정확하게 실제 패턴 전사 과정을 모사하도록 시뮬레이션 모델을 캘리브레이션하는 방법이 요구되고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 광근접효과 보정 결과의 정확도를 개선할 수 있는 방법을 제시하는 데 있다.

상기 기술 과제를 위한 본 발명의 일 관점은, 노광 에너지 및 포커스를 변화시키며 테스트 웨이퍼 상으로 테스트 패턴을 전사하는 단계, 전사된 패턴들의 이미지(image)를 측정하는 단계, 측정된 패턴 이미지들의 데이터를 이용하여 패턴 전사 시뮬레이션 모델(simulation model)을 캘리브레이션(calibration)하는 단계, 및 상기 캘리브레이션된 시뮬레이션 모델을 이용하여 실제 전사하고자하는 패턴의 레이아웃(layout)에 대해 광근접효과 보정(OPC)을 수행하는 단계를 포함하는 광근접효과 보정 방법을 제시한다.

상기 테스트 패턴 전사 단계는, 상기 테스트 패턴의 노광 필드(field) 배열의 어느 일 방향으로 상기 노광 에너지를 변화시키고 상기 일 방향에 수직한 다른 방향으로 상기 포커스를 변화시키며 상기 노광 필드 별로 노광 과정을 달리 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 이미지 측정 단계는, 상기 노광 필드 별로 상기 전사된 패턴에 대한 주사전자현미경(SEM) 이미지들을 얻는 단계, 및 상기 주사전자현미경 이미지들로부터 전사된 패턴의 컨투어(contour) 데이터를 추출하는 단계를 포함하고, 상기 캘리브레이션 단계는 상기 컨투어 데이터를 상기 테스트 패턴의 레이아웃 데이터에 정렬시켜 상기 시뮬레이션 모델에 적용하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 노광 과정의 노광 에너지(exposure energy) 및 포커 스(focus) 조건 변화에 따른 패턴 전사 결과들에 대한 이미지(image) 데이터들을 이용하여, 패턴 전사 과정에 대한 시뮬레이션 모델을 캘리브레이션한 후, 캘리브레이션된 모델을 이용하여 광근접효과 보정을 수행할 수 있다. 이에 다라, 광근접효과 보정 결과의 정확도를 개선할 수 있다.

본 발명의 실시예에서는, 패턴 전사 과정 중의 노광 과정의 공정 조건 변화를 고려하여, 광근접효과 보정에 사용되는 시뮬레이션 모델의 모델링(또는 캘리브레이션)을 수행하는 방법을 제시한다. 이에 따라, 노광 공정 변화에 상대적으로 둔감한 OPC 결과를 얻을 수 있어, 실제 패턴 전사 과정에 보다 정확하게 부합되는 OPC 결과를 얻을 수 있다.

예컨대, 노광 에너지 및 포커스를 변화시키며 노광 과정들을 연속적으로 수행하여 얻어지는 결과인 포커스-노광 매트릭스(FEM: Focus-Exposure Matrix) 웨이퍼에 구현된 결과 패턴들에 대해, 주사전자현미경(SEM) 이미지(image) 측정을 수행한다. 이에 따라, 다양한 노광 에너지 및 포커스 조건들에서의 전사된 웨이퍼 패턴에 대한 SEM 이미지 데이터들을 얻을 수 있다. 이후에, 이러한 SEM 이미지 데이터들을 이용하여 OPC에 사용되는 시뮬레이션 모델을 OPC 모델링 또는 캘리브레이션한다. 이에 따라, 캘리브레이션된 모델은 다양한 노광 공정 조건들을 반영하게 되므로, 공정 변화에 상대적으로 둔감하여 보다 정확도가 개선된 OPC 결과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광근접효과 보정 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 공정흐름도이다. 도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광 근접효과 보정 방법을 설명하기 위해서 제시한 도면들이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 OPC 방법은, 노광 및 현상 과정을 포함하는 패턴 전사 과정을 시뮬레이션한 모델(model)을 기본적으로 이용하여 수행된다. OPC 과정이 이러한 시뮬레이션 모델을 이용하여 수행되기 위해, 우선적으로 시뮬레이션 모델을 사용하고자 하는 패턴 전사 과정의 변수, 예컨대, 노광 과정 및 현상 과정의 실제 적용 조건들에 대해 캘리브레이션하는 과정을 수행한다. 이러한 캘리브레이션 과정은 기본적인 시뮬레이션 모델이 실제 공정 조건에 대해 부합되는 시뮬레이션 결과를 구현하지는 여부를 확인하고, 시뮬레이션 결과와 실제 웨이퍼 상의 결과를 일치시키도록 모델을 수정하는 과정으로 수행될 수 있다.

이를 위해, 테스트 웨이퍼(test wafer) 상으로 전사될 테스트 패턴(test pattern)의 레이아웃을 준비하고, 노광 과정에 적용되는 노광 에너지 및 포커스를 변화시키며, 테스트 웨이퍼 상으로 테스트 패턴을 전사한다(도 1의 101). 도 2에 제시된 바와 같이, 테스트 패턴의 레이아웃(200)은 실제 웨이퍼 상으로 전사하여 구현할 목표 패턴 레이아웃을 따라 설계될 수 있거나 또는 별도의 패턴으로 설계될 수 있다.

또한, 노광 에너지 및 포커스의 변화는, 도 3에 제시된 바와 같이, 테스트 웨이퍼(310) 상에 설정된 노광 필드(field: 330) 별로 서로 다른 노광 에너지 및 포커스를 설정하여 노광 과정을 수행함으로써 구현될 수 있다. 예컨대, 포커스-노광 매트릭스(FEM: Focus-Exposure Matrix) 웨이퍼 측정 방법을 따라, 가로 방향의 노광 필드(330) 별로 노광 에너지의 도즈(dose) 변화를 설정하고, 세로 방향의 노 광 필드(330) 별로 포커스 변화를 설정하여, 노광 장비에서 노광 과정을 조건을 변화시키며 수행한다. 이때, 모든 노광 필드(330) 영역에 대해 측정 결과를 얻기 보다는 특정한 측정 필드(340)들에 대해서 결과 측정을 수행할 수 있다. 노광 에너지 변화와 포커스 변화를 서로 수직한 방향으로 변화되게 설정하므로, 결과 측정은 십자형태를 이루는 측정 필드(340)들에 대해서 얻어도, 전체 필드(330)들에 대해 얻은 결과를 추론할 수 있다.

이와 같이 FEM 웨이퍼 상에 구현된 전사 패턴들에 대한 이미지(image)를 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 측정한다(도 1의 102). 이때, 도 3에 제시된 바와 같은 측정 필드(340)에 대해 SEM 측정을 수행하여, 노광 에너지 및 포커스 별 SEM 이미지들을 얻는다. 이때, 얻어진 전사 패턴에 대한 SEM 이미지는 도 4의 이미지(400)로 얻어질 수 있다. 이러한 SEM 이미지는 노광 에너지 및 포커스 조건이 다른 측정 필드(도 3의 340) 별로 서로 다른 변화된 이미지로 얻어질 수 있다.

측정된 SEM 이미지(400)들로부터, 전사된 패턴의 컨투어(contour: 500) 데이터를 추출한다(도 1의 103). 패턴 컨투어(500)의 추출은 후속되는 모델 캘리브레이션에서의 데이터 처리를 보다 원활하게 수행하기 위해 이루어진다. 이후에, 패턴 컨투어(500) 데이터를 테스트 패턴의 레이아웃(도 2의 200) 데이터에 정렬(alignment)시키고(도 1의 104), 이러한 데이터들을 패턴 전사 시뮬레이션 모델에 입력하여, 테스트 패턴의 레이아웃(200)에 대해 패턴 전사 과정을 시뮬레이션한다. 시뮬레이션을 통해 얻어진 시뮬레이션 컨투어는 도 6에 제시된 시뮬레이션 컨투어(600)로 얻어질 수 있다. 이러한 시뮬레이션 컨투어(600)를 실제 얻어진 패턴 컨투어(도 5의 500)와 비교하고, 차이가 발생할 경우 이러한 차이를 보상하도록 시뮬레이션 모델을 캘리브레이션한다(도 1의 105).

이후에, 캘리브레이션된 시뮬레이션 모델을 이용하여, 실제 전사하고자하는 패턴의 레이아웃에 대해 광근접효과 보정(OPC)을 수행한다(도 1의 106). 예컨대, 실제 전사하고자하는 목표 패턴의 레이아웃에 대해 OPC를 수행하고, OPC된 결과를 캘리브레이션된 시뮬레이션 모델을 통해 확인하고 검증하며, 경우에 따라 OPC를 재 수행한다. 이때, OPC 과정은 시뮬레이션 모델을 이용하는 모델 베이스 접근(model base approach) 방식으로 수행될 수 있다.

이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 OPC 과정은, 노광 과정의 변수, 예컨대, 노광 에너지 및 포커스의 변화에 따른 변수에 의해 캘리브레이션된 시뮬레이션 모델을 이용한다. 다양한 노광 에너지 및 포커스 조건 별로 얻어진 SEM 이미지 데이터를 이용하여 시뮬레이션 모델이 캘리브레이션되므로, 실제 노광 과정에서 발생될 수 있는 다양한 노광 공정 조건의 변화가 모델링에 반영되게 된다. 따라서, 이러한 모델을 이용한 OPC 과정의 시뮬레이션 결과는 노광 과정의 공정 변화에 대해 상대적으로 둔감하게 된다. 즉, 노광 변화에 따라 시뮬레이션 결과와 실제 노광 결과와의 차이가 발생하는 가능성이 줄어들게 된다. 따라서, 실제 노광 결과에 보다 정확히 부합될 수 있는 OPC 결과를 얻을 수 있어, 보다 정확한 OPC의 수행이 가능하다.

상술한 본 발명에 따르면, 광근접효과 보정 모델링, 예컨대, 모델 캘리브레이션 시, 공정변화, 예컨대, 노광 에너지 및 포커스 변화를 고려하여 캘리브레이션 에 반영할 수 있다. 이에 따라, 노광 공정 변화에 보다 둔감한 OPC가 가능하다. 따라서, OPC의 정확도를 보다 더 개선할 수 있다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것으로 해석되어지지 않고, 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로 해석되는 것이 바람직하다. 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능한 것으로 이해될 수 있다.

Claims

노광 에너지 및 포커스를 변화시키며 테스트 웨이퍼 상으로 테스트 패턴을 전사하는 단계;

전사된 패턴들의 이미지(image)를 측정하는 단계;

측정된 패턴 이미지들의 데이터를 이용하여 패턴 전사 시뮬레이션 모델(simulation model)을 캘리브레이션(calibration)하는 단계; 및

상기 캘리브레이션된 시뮬레이션 모델을 이용하여 실제 전사하고자하는 패턴의 레이아웃(layout)에 대해 광근접효과 보정(OPC)을 수행하는 단계를 포함하는 광근접효과 보정 방법.
제1항에 있어서,

상기 테스트 패턴 전사 단계는

상기 테스트 패턴의 노광 필드(field) 배열의 어느 일 방향으로 상기 노광 에너지를 변화시키고 상기 일 방향에 수직한 다른 방향으로 상기 포커스를 변화시키며 상기 노광 필드 별로 노광 과정을 달리 수행하는 단계를 포함하는 광근접효과 보정 방법.
제2항에 있어서,

상기 이미지 측정 단계는

상기 노광 필드 별로 상기 전사된 패턴에 대한 주사전자현미경(SEM) 이미지들을 얻는 단계; 및

상기 주사전자현미경 이미지들로부터 전사된 패턴의 컨투어(contour) 데이터를 추출하는 단계를 포함하고,

상기 캘리브레이션 단계는 상기 컨투어 데이터를 상기 테스트 패턴의 레이아웃 데이터에 정렬시켜 상기 시뮬레이션 모델에 적용하는 단계를 포함하는 광근접효과 보정 방법.