KR20090042456A - 광 근접 보정을 위한 모델링 방법 - Google Patents

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Abstract

샘플 패턴들에 대한 레이아웃을 설계한 후, 설계된 샘플 패턴들에 대한 실제 컨투어 이미지(contour image)를 추출하면서, 에어리얼 이미지(aerial image)를 얻는다. 컨투어 이미지와 에어리얼 이미지를 정렬시킨 후, 상기 컨투어 이미지와 에어리얼 이미지를 이용해 캘리브레이션한다. 캘리브레이션을 통해 얻은 레시피를 이용해 시뮬레이션 모델링하는 광 근접 보정을 위한 모델링 방법을 제시한다.
광 근접 보정 공정, 모델링, 컨투어 이미지, 에어리얼 이미지

Description

광 근접 보정을 위한 모델링 방법{Method of modeling for optical proximity correction}
본 발명은 포토리소그라피 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체소자의 광 근접 보정을 위한 모델링 방법에 관한 것이다.
반도체소자의 집적도가 증가함에 따라, 포토리소그라피 공정에서 빛의 회절, 간섭 등에 의해 패턴의 왜곡 현상 예컨대, 광 근접 효과(OPE;Optical Proximity Effect)가 발생되고 있다. 이에 따라, 웨이퍼 패터닝 결과를 미리 예측하여 설계된 레이아웃을 광학적으로 보정하여 광 근접 효과를 억제하는 광 근접 보정 공정(OPC;Optical Proximity Correction)이 수행되고 있다.
광근접 보정 공정은, 마스크 패턴 배치에 대응하는 마스크 패턴 보정량을 룰 테이블화하여 사전에 작성하고, 마스크 패턴 배치 정보를 기초로 룰 테이블을 참조하며서 보정하는 룰 베이스 보정(rule based OPC) 방법과, 마스크 패턴 정도 및 웨이퍼 프로세스 조건을 기초로 웨이퍼 상에 전사되는 이미지를 시뮬레이션하고, 원하는 값을 얻을 수 있도록 마스크 패턴을 보정하는 모델 베이스 보정(model based OPC) 방법으로 구분된다.
특히, 모델 베이스 보정 방법은 셀 레이아웃의 최적화, 복잡한 공정의 최적 조건 예측 또는 방대한 데이터 처리 등에 있어서 매우 우수하므로, 시행착오를 줄이는 데 있어서 매우 중요하다. 이때, 정확한 시률레이션 결과를 얻기 위해서는 샘플 패턴에 대한 데이터를 수집하고, 수집된 데이터를 이용하여 설계 레이아웃이 실제 웨이퍼 상에서 어떻게 구현될지를 묘사하기 위해 수식을 작성하는 모델링 공정이 선행되어야 한다. 따라서, 모델링 공정에서 수집한 정보가 많을수록 광 근접 보정 공정의 정확도가 향상될 수 있다.
모델링 공정은 다양한 듀티 패턴들의 임계치수 데이터를 수집하는 방법과, SEM 사진을 이용하여 패턴들의 컨투어 데이터를 수집하는 방법이 있다. 그런데, 노광 공정의 공정지수가 작아지면서 듀티 패턴에 대한 임계 치수는 실질적인 웨이퍼 환경에 대변하지 못하게 되어, 모델 정확도를 감소시키고 있다.
한편, 컨투어 데이터를 이용하는 모델링 공정은 SEM 사진에 포함된 패턴들의 에지 부분을 읽어들여 컨투어 이미지를 얻은 후, 설계된 원본 레이아웃과 정렬시켜데이터를 수집하고 있다. 그런데, 설계된 원본 레이아웃에는 근접 효과 보정을 위한 보조 패턴이 설계될 수 있으나, 실제 웨이퍼 노광공정을 수행하면서 보조 패턴은 웨이퍼 상에 패터닝되지 않게 된다. 이러한 보조 패턴이 설계 레이아웃에 존재하는 경우, 설계 레이아웃과 컨투어 이미지를 정렬시키는 과정에서 얼라인 에러(align error)를 유발시켜 OPC공정을 위한 정확한 데이터를 수집할 수 없게 된다.
본 발명에 따른 광 근접 보정을 위한 모델링 방법은, 샘플 패턴들에 대한 레이아웃을 설계하는 단계; 상기 설계된 샘플 패턴들에 대한 실제 컨투어 이미지(contour image)를 추출하면서, 에어리얼 이미지(aerial image)를 얻는 단계; 상기 컨투어 이미지와 에어리얼 이미지를 정렬시키는 단계; 상기 컨투어 이미지와 에어리얼 이미지를 이용해 캘리브레이션하는 단계; 상기 캘리브레이션을 통해 얻은 레시피를 이용해 시뮬레이션 모델링하는 단계를 포함한다.
상기 컨투어 이미지를 추출하는 단계는, 상기 설계된 레이아웃을 이용하여 테스트 마스크를 제작하는 단계; 상기 테스트 마스크를 이용하여 실제 웨이퍼 상에 패턴을 형성하는 단계; 상기 웨이퍼 상에 형성된 패턴을 측정장비를 이용해 웨이퍼 이미지 사진을 얻는 단계; 및 상기 웨이퍼 이미지 사진으로부터 컨투어 이미지를 추출하는 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 컨투어 이미지는 상기 웨이퍼 이미지 사진에 포함된 패턴의 에지 지점들을 데이터로 전환시켜서 얻는 것이 바람직하다.
상기 에어리얼 이미지를 추출하는 단계는, 상기 설계된 레이아웃에 노광 장비 조건을 주어 시뮬레이션하는 단계; 및 상기 시뮬레이션된 레이아웃에 포함된 패턴들의 에지 지점들을 데이터로 전화시켜 얻는 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 캘리브레이션하는 단계는, 상기 컨투어 이미지에 포함된 패턴들의 에지 지점과 에어리얼 이미지에 포함된 패턴들의 에지 지점을 비교하는 단계; 상기 패턴 들의 에지 지점에 레지스트 파라미터들을 변화시켜 컨투어 이미지에 포함된 패턴들의 에지 지점과 에어리얼 이미지에 포함된 패턴들의 에지 지점이 같아지는 수치값을 데이터화하여 저장하는 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.
(실시예)
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 광 근접 보정을 위한 모델링 방법은 도 2에 제시된 바와 같이, 샘플 패턴(100)들에 대한 원본 레이아웃을 설계한다(S10). 레이아웃에 설계된 샘플 패턴(100)들은 레이아웃 에디터에서 실제 웨이퍼 상에 구현되는 패턴과 동일한 형상을 가지게 설계된다. 이때, 설계된 원본 레이아웃에는 후속 웨이퍼 노광 공정 중에 근접한 주변 패턴들로 부터 영향을 받는 광 근접 효과를 억제하기 위한 보조(assist feature) 패턴(101)들이 설계될 수 있다. 이러한 보조 패턴(101)들은 원본 레이아웃에는 설계되어 있으나, 후속 웨이퍼 상에는 패터닝되지 않아 존재하지 않게 된다.
설계된 레이아웃을 참조하여 샘플링 데이터를 얻기 위한 샘플 테스트를 수행한다. 구체적으로, 설계된 원본 레이아웃 샘플 패턴(100)들 및 보조 패턴(101)들과 동일한 패턴 형상을 갖는 테스트 마스크를 제작하고(S20), 제작된 포토마스크를 이용하여 웨이퍼 상에 실제 패턴을 형성한다(S21). 이때, 테스트 마스크 상에는 테스트 패턴들이 형성되어 있으며, 설계된 보조 패턴들도 형성되어 있다. 테스트 패턴들은 실제 포토마스크 상에 구현되는 패턴 전사 과정 또는 이에 대등한 과정으로 형성할 수 있다. 웨이퍼 상에는 테스트마스크 상에 구현된 패턴과 동일한 형상을 가진 실제 패턴이 형성된다. 웨이퍼 상에 형성된 패턴은 실제 웨이퍼 프로세스 또는 이에 대등한 과정으로 형성할 수 있다.
다음에, 도 3에 제시된 바와 같이, 실제 웨이퍼 상에 형성된 패턴들의 웨이퍼 이미지 사진을 얻는다(S22). 웨이퍼 이미지 사진은, 실제 웨이퍼 상에 형성된 패턴을 SEM 측정 장비를 통해 찍으면, 실제 웨이퍼 패턴에 대한 웨이퍼 이미지 사진을 얻을 수 있다. 한편, 설계된 레이아웃에 포함되는 보조 패턴(101)들은 테스트 마스크 상에는 보조패턴들이 형성되나, 웨이퍼 상에는 보조패턴들이 형성되지 않아 웨이퍼 이미지 사진에 포함된 패턴(100a)들은 설계된 샘플 패턴(100)들과 동일한 형상의 패턴들만 나타나게 된다.
다음에, 도 4에 제시된 바와 같이, 웨이퍼 이미지 사진으로 부터 컨투어 이미지(contour image)를 추출한다(S23). 컨투어 이미지는 웨이퍼 이미지 사진에 포함된 패턴들의 컨투어 정보 예컨대, 패턴들의 에지 부분을 출력하여 데이터로 저장함으로써, 실제 웨이퍼 상에 형성된 패터들과 동일한 형상의 컨투어 이미지 패턴(100b) 정보를 얻을 수 있다. 컨투어 정보는 샘플 패턴들에 대한 CD 데이터를 수집하는 방법보다 2차원적인 데이터를 수집할 수 있으므로, 광 근접 보정 공정의 정확도를 보다 더 향상시킬 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 설계된 원본 레이아웃에 노광 조건을 주어 에어리얼 이미지(Aerial image)를 얻는다(S30). 여기서, 에어리얼 이미지는 상용 시뮬레이션 툴을 이용해 설계된 원본 레이아웃 데이터에 노광 장비 조건을 주어 얻어지는 에어리얼 이미지를 말한다. 따라서, 에어리얼 이미지에 포함된 패턴(100c) 들은 설계된 샘플 패턴에 대한 형상만 출력될 뿐, 보조 패턴들의 형상은 출력되지 않는다.
예컨대, 에어리얼 이미지를 시뮬레이션 하기 위해서는 마스크 상의 레이아웃은 물론 노광 장비의 노광 조건 예를 들어, NA(Numerical Aperture), σ(partial coherence factor) 등이 입력 파라미터로 입력하여 에이러얼 이미지를 사전에 예측할 수 있다.
다음에, 도 6에 도시된 바와 같이, SEM 사진에서 얻는 컨투어 이미지와 에어리얼 이미지를 정렬시킨다(S40). 이때, 에어리얼 이미지에 포함된 패턴(100c)에는 설계된 원본 레이아웃에 포함된 보조 턴을 포함하지 않으패므로, 컨투어 이미지에 포함된 패턴(100b)들과 정렬하여도 얼라인 에러(ailn error)를 발생하지 않게 된다. 따라서, 후속 광근접 보정을 위한 모델링 시 컨투어 얼라인 에러를 방지하여 OPC 모델링 정확도를 향상시킬 수 있다.
다음에, 컨투어 이미지와 에어리얼 이미지를 정렬시킨 후, 캘리브레이션하여 최적의 레시피를 얻어낸다(S50). 예컨대, 컨투어 이미지에 포함된 패턴들의 에지 지점들과, 에어리얼 이미지에 포함된 패턴들의 에지 지점을 비교한 후, 레지스트 파라미터들을 변화시켜 가면서 컨투어이미지에 포함된 패턴들의 에지 지점과 에어리얼 이미지에 포함된 패턴들의 에지 지점이 같아지는 수치값 예컨대, 보정치를 데이터화하여 저장한다.
다음에, 저장된 데이터를 이용하여 시뮬레이션 모델링을 수행한다(S60). 시뮬레이션 모델링은 웨이퍼 상에 형성되는 패턴을 예측하는 과정으로서, 시뮬레이션 입력 변수값 예컨대, 실험의 변수와 시뮬레이션 입력 변수와의 상관관계를 잘 파악하여 실제 웨이퍼 패턴 결과를 정확하게 예측하여 최종 데이터베이스를 얻어낼 수 있다.
다음에, 시뮬레이션 결과를 이용하여 실제 목표 타겟 레이아웃에 대한 광근접 효과 보정을 수행한다(S70).
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.
도 1은 본 발명에 따른 광 근접 보정을 위한 모델링 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2 내지 도 6는 본 발명의 실시예에 따른 광 근접 보정을 위한 모델링 방법을 설명하기 위해 나타내 보인 도면들이다.

Claims (5)

  1. 샘플 패턴들에 대한 레이아웃을 설계하는 단계;
    상기 설계된 샘플 패턴들에 대한 실제 컨투어 이미지(contour image)를 추출하면서, 에어리얼 이미지(aerial image)를 얻는 단계;
    상기 컨투어 이미지와 에어리얼 이미지를 정렬시키는 단계;
    상기 컨투어 이미지와 에어리얼 이미지를 이용해 캘리브레이션하는 단계; 및
    상기 캘리브레이션을 통해 얻은 레시피를 이용해 시뮬레이션 모델링하는 단계를 포함하는 광 근접 보정을 위한 모델링 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨투어 이미지를 추출하는 단계는,
    상기 설계된 레이아웃을 이용하여 테스트 마스크를 제작하는 단계;
    상기 테스트 마스크를 이용하여 실제 웨이퍼 상에 패턴을 형성하는 단계;
    상기 웨이퍼 상에 형성된 패턴을 측정장비를 이용해 웨이퍼 이미지 사진을 얻는 단계; 및
    상기 웨이퍼 이미지 사진으로부터 컨투어 이미지를 추출하는 단계로 이루어 지는 광 근접 보정을 위한 모델링 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 컨투어 이미지는 상기 웨이퍼 이미지 사진에 포함된 패턴의 에지 지점들을 데이터로 전환시켜서 얻는 광 근접 보정을 위한 모델링 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 에어리얼 이미지를 추출하는 단계는,
    상기 설계된 레이아웃에 노광 장비 조건을 주어 시뮬레이션하는 단계; 및
    상기 시뮬레이션된 레이아웃에 포함된 패턴들의 에지 지점들을 데이터로 전화시켜 얻는 단계로 이루어지는 광 근접 보정을 위한 모델링 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 캘리브레이션하는 단계는,
    상기 컨투어 이미지에 포함된 패턴들의 에지 지점과 에어리얼 이미지에 포함된 패턴들의 에지 지점을 비교하는 단계;
    상기 패턴들의 에지 지점에 레지스트 파라미터들을 변화시켜 컨투어 이미지에 포함된 패턴들의 에지 지점과 에어리얼 이미지에 포함된 패턴들의 에지 지점이 같아지는 수치값을 데이터화하여 저장하는 단계로 이루어지는 광 근접 보정을 위한 모델링 방법.
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US10386713B2 (en) 2015-08-03 2019-08-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Method of providing initial bias value for optical proximity correction, and mask fabricating method with optical proximity correction based on the initial bias value

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