KR20100011756A - 어시스트 패턴이 삽입된 레이아웃의 광 근접효과 보정방법 - Google Patents

어시스트 패턴이 삽입된 레이아웃의 광 근접효과 보정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 어시스트 패턴이 삽입된 레이아웃의 광 근접효과 보정방법은, 웨이퍼 상에 구현될 타겟 패턴을 형성하면서 타겟 패턴 주위에 해상도 이하 어시스트 피쳐를 삽입하는 단계; 타겟 패턴에 대해 광 근접효과 보정(OPC)을 수행하면서 해상도 이하 어시스트 피쳐의 프래그먼트를 조절하여 보정하는 단계; 보정된 해상도 이하 어시스트 피쳐가 웨이퍼 상에 패터닝되지 않는 최대 한계 값 범위 내의 존재여부를 검사하는 단계; 보정된 해상도 이하 어시스트 피쳐의 결함 여부를 검증하는 단계; 및 보정된 해상도 이하 어시스트 피쳐에서 불필요한 부분을 제거하는 단계 를 포함하는 어시스트 패턴이 삽입된 레이아웃의 광 근접효과 보정방법.
SRAF, 최적화, 공정 변화도

Description

어시스트 패턴이 삽입된 레이아웃의 광 근접효과 보정방법{Method for optical proximity correction of layout inserting assist pattern}
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 어시스트 패턴이 삽입된 레이아웃의 광 근접효과 보정방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 집적도가 높아지면서 디자인 룰(design rule)이 축소됨에 따라 설계 레이아웃대로 패턴을 구현하기가 점점 어려워지고 있다. 원하는 패턴을 구현하기 어려운 이유 가운데 하나로 패턴을 형성하기 위해 진행하는 포토리소그래피(Photolithography) 공정에서 발생하는 광 근접효과를 들 수 있다. 광 근접효과는 포토리소그래피 공정에서 광 회절 현상에 의해 패턴 변형이 발생하는 현상이다. 이러한 광 근접효과를 개선하기 위해 진행하는 광 근접효과 보정(OPC; Optical Proximity effect Correction)과 관련된 기술 중의 하나로 메인 패턴(main pattern)과 인접한 위치에 어시스트 패턴(assist pattern)을 삽입하여 웨이퍼 상에 형성되지 않으면서 메인 패턴의 광 근접효과 보정을 진행할 수 있는 방법이 이용되고 있다. 어시스트 패턴은 일반적으로 레이아웃의 가장자리 부분에 배치된 메인 패턴을 보정하기 위해 삽입한다. 이러한 어시스트 패턴은 포토마스크 상에는 존재하 면서 웨이퍼에 패터닝될 수 있는 한계 해상도 이하로 형성되는 해상도 이하 어시스트 피쳐(SRAF; Sub Resolution Assist Feature)가 이용되고 있다. 이러한 해상도 이하 어시스트 피쳐는 메인 패턴보다 작은 크기로 설정하며, 메인 패턴으로부터 일정거리만큼 떨어진 위치에 형성한다.
현재 패턴의 프로세스 마진을 향상시키기 위해 삽입하고 있는 해상도 이하 어시스트 피쳐는 주변 패턴에 대한 영향은 고려되지 않은 채 일률적으로 규칙을 정하여 그 크기나 위치가 정해진 상태에서 사용되고 있다. 이와 같이 해상도 이하 어시스트 피쳐를 일률적으로 삽입하게 되는 경우, 실제 웨이퍼에서 해상도 이하 어시스트 피쳐의 잔여물이 잔류되어 공정 마진을 오히려 감소시키는 문제가 발생되고 있다. 또는 어시스트 피쳐는 웨이퍼 상에 전사되지 않아야 함에도 불구하고 웨이퍼에 패터닝되는 문제가 발생되고 있다.
본 발명에 따른 어시스트 패턴이 삽입된 레이아웃의 광 근접효과 보정방법은 웨이퍼 상에 구현될 타겟 패턴을 형성하면서 상기 타겟 패턴 주위에 해상도 이하 어시스트 피쳐를 삽입하는 단계; 상기 타겟 패턴에 대해 광 근접효과 보정(OPC)을 수행하면서 상기 해상도 이하 어시스트 피쳐의 프래그먼트를 조절하여 보정하는 단계; 상기 보정된 해상도 이하 어시스트 피쳐가 웨이퍼 상에 패터닝되지 않는 최대 한계 값 범위 내의 존재여부를 검사하는 단계; 상기 보정된 해상도 이하 어시스트 피쳐의 결함 여부를 검증하는 단계; 및 상기 보정된 해상도 이하 어시스트 피쳐에서 불필요한 부분을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 해상도 이하 어시스트 피쳐를 삽입하는 단계는, 미리 정해진 규칙으로 크기 또는 위치가 정해진 상태에서 일률적으로 삽입한다.
상기 해상도 이하 어시스트 피쳐의 프래그먼트를 조절하여 보정하는 단계는, 상기 해상도 이하 어시스트 피쳐의 프래그먼트의 크기, 모양, 타겟 패턴과의 거리 및 위치를 분석하는 단계; 및 상기 분석된 결과로 상기 프래그먼트의 크기 또는 모양을 변화시키거나, 상기 타겟 패턴로부터 상기 프래그먼트를 이동시키는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 검증하는 단계는, 마스크 룰 체크(MRC) 또는 모델 베이스 검증(MBV)을 포함하는 방식을 이용하여 진행하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 어시스트 패턴이 삽입된 레이아웃의 광 근접효과 보정방법을 설명하기 위해 나타내보인 공정 흐름도이다. 도 2는 웨이퍼 상에 구현될 패턴들의 레이아웃을 개략적으로 나타내보인 도면이다. 도 3은 도 2의 레이아웃에서 최적화된 해상도 이하 어시스트 패턴을 설명하기 위해 나타내보인 도면이다. 도 4는 최적화 후 세정 공정을 진행한 이후의 최종 패턴을 설명하기 위해 나타내보인 도면이다. 도 5 내지 도 7은 해상도 이하 어시스트 패턴의 최적화 여부에 따른 패턴 변화를 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 해상도 이하의 어시스트 패턴을 최적화하는 방법은, 반도체 소자를 웨이퍼 상에 구현하기 위한 리소그래피(lithography) 공정에서 수행된다. 이를 위해 웨이퍼 상에 구현될 반도체 소자를 구성하는 패턴들의 형상 레이아웃을 설계한다(S100). 이때, 레이아웃(200)은 도 2에 제시한 바와 같이, 웨이퍼 상에 구현하고자 하는 타겟 패턴(target pattern, 205) 및 타겟 패턴(205)의 공정 마진(process margin)을 향상시키는 어시스트 피쳐(assist feature, 210)를 포함하여 이루어진다. 여기서 어시스트 피쳐(210)는 레이아웃의 가장자리 부분에 배치된 타겟 패턴(205)의 공정 마진을 향상시키기 위해 삽입한다. 이러한 어시스트 피쳐(210)는 실제 웨이퍼에 패터닝될 수 있는 한계 해상도 이하로 형성되는 해상도 이하 어시스트 피쳐(SRAF; Sub Resolution Assist Feature)로 형성한다. 따라서 해 상도 이하 어시스트 피쳐(SRAF)는 포토마스크에는 존재하지만, 웨이퍼에는 패터닝되지 않는다. 해상도 이하 어시스트 피쳐(SRAF)는 타겟 패턴(205)보다 작은 크기로 설정하며, 타겟 패턴(205)으로부터 일정 거리만큼 떨어진 위치에 형성한다. 이 경우, 해상도 이하 어시스트 피쳐(SRAF)의 기본 형상, 타겟 패턴과의 거리 및 위치는 규칙을 정하여 그 크기나 위치가 정해진 상태에서 일률적으로 타겟 패턴(205) 주위에 삽입한다.
다음에 타겟 패턴(205)에 대해 광 근접효과 보정(OPC; Optical Proximity Correction)을 수행한다(S110). 광 근접효과 보정은 노광시 수반되는 광 근접효과나 노광 후 식각 과정에서 수반되는 식각 바이어스(bias)를 고려하여 타겟 패턴의 레이아웃을 수정하는 과정으로 수행할 수 있다. 이 경우, 타겟 패턴에 대해 광 근접효과 보정을 수행하면서 동시에 해상도 이하 어시스트 피쳐(SRAF)에 대해 최적화 작업을 수행한다(S120). 현재 프로세스 마진을 향상시키기 위해 삽입하고 있는 해상도 이하 어시스트 피쳐(SRAF)는 주변 패턴에 대한 영향은 고려하지 않고, 규칙을 정하여 크기나 위치가 정해진 상태로 일률적으로 삽입하여 사용되고 있다. 이와 같이 해상도 이하 어시스트 피쳐(SRAF)를 일률적으로 삽입하면, 실제 웨이퍼에서는 해상도 이하 어시스트 피쳐(SRAF)의 잔여물이 잔류되어 공정 마진을 오히려 감소시키는 문제가 발생되고 있다. 또한 해상도 이하 어시스트 피쳐는 웨이퍼 상에 전사되지 않아야 함에도 불구하고 웨이퍼에 패터닝되는 문제가 발생되고 있다. 이에 따라 상술함 문제가 유발되는 것을 방지하기 위해 일률적으로 삽입된 해상도 이하 어시스트 피쳐(SRAF)의 프래그먼트(fragment)를 이동시켜 메트릭(metric) 특성을 최 적화시키는 작업을 진행한다. 해상도 이하 어시스트 피쳐에 대한 최적화 작업은 도 3의 (a)에서 도시한 바와 같이, 어시스트 피쳐(210)의 프래그먼트의 크기, 모양, 타겟 패턴과의 거리 및 위치를 분석한다. 다음에, 도 3의 (b)에서 도시한 바와 같이, 프래그먼트의 크기 또는 모양을 변화시키거나, 타겟 패턴(305)과의 거리 및 위치에 따라 이동시켜(310, 315) 타겟 패턴(305)의 공정 마진을 향상시키는 프로파일로 형성한다.
다음에 해상도 이하 어시스트 피쳐(SRAF)의 폭(w)이 최대 한계 폭(Wmax)을 초과하였는지를 확인한다(S130). 여기서 최대 한계 폭(Wmax)은 포토마스크에는 존재하지만 웨이퍼 상에는 패터닝되지 않는 최대값이며, 최대 한계 폭은 타겟 패턴의 크기에 따라 정해진다. 이 경우, 해상도 이하 어시스트 피쳐의 폭이 최대 한계 폭(Wmax)을 초과하는 경우에는 어시스트 피쳐의 프로파일을 재조정하는 단계를 수행한다(S140).
다음에 타겟 패턴에 대해 광 근접효과 보정(OPC)이 완료되고, 해상도 이하 어시스트 피쳐의 크기가 최대 한계 폭(Wmax)의 범위 이내인 경우, 레이아웃의 최적화 작업을 검증하는 단계를 수행한다(S150). 레이아웃의 최적화 작업을 검증하는 단계는 마스크 룰 체크(MRC; Mask Rule Check), 모델 베이스 검증(MBV; Model Base Verification) 또는 리소 제조 보정(LMC; Litho Manufacturing Correction)과 같은 검증 방식을 이용하여 진행한다. 이러한 검증 단계를 통해 웨이퍼에 구현될 패턴 상에 브릿지(bridge) 결함 또는 씨닝(thinning) 결함의 존재 여부를 확인하여 재작업을 진행하거나 다음 단계로 진행할 수 있다.
다음에 검증 단계를 수행하는 과정에서 해상도 이하 어시스트 피쳐 가운데 마스크 룰 체크(MRC)에 위배되거나 실제로 웨이퍼에 구현될 패턴에 있어서 불필요한 부분을 레이아웃에서 제거한다(S160). 도 4를 참조하면, 최적화 작업 이후에 레이아웃으로부터 불필요한 영역(400)을 제거함으로써, 최종 해상도 이하 어시스트 피쳐(405)가 형성된 것을 확인할 수 있다. 여기서 도면에서 미설명된 부분은 타겟 패턴(410)이다. 그리고 통상적인 광 근접효과 보정 후 불필요한 부분 제거(OPC post cleaning) 단계를 수행한다.
이와 같이 최적화 작업을 진행하여 보정된 해상도 이하 어시스트 피쳐가 삽입된 레이아웃을 이용하여 리소그래피 공정을 진행하면, 프로세스 변화도(PV; Process Variation)는 감소하면서 초점심도(DOF; Depth Of Focus)는 증가하여 프로세스 마진은 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 32nm급 라인 앤드 스페이스(line and space) 타입의 금속 패턴에 최적화된 해상도 이하 어시스트 피쳐를 적용한 시뮬레이션 결과를 나타내보인 도 5를 참조하면, 일반적인 해상도 이하 어시스트 피쳐 대신에 최적화된 해상도 이하 어시스트 피쳐를 적용한 경우 프로세스 마진을 향상시킬 수 있는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 트랜지스터(500) 주변에 해상도 이하 어시스트 피쳐(505)가 배치되어 있다. 이 경우, 최적화 작업을 진행하지 않은 해상도 이하 어시스트 피쳐를 적용한 경우에는 프로세스 변화도(PV)가 최대 26nm 까지 나타나는 반면, 최적화된 해상도 이하 어시스트 피쳐를 적용하는 경우에는 많아야 18nm까지 감소하는 것을 확인할 수 있다. 해상도 이하 어시스트 피쳐의 최적화 작업 여부에 따른 프로세스 변화도(PV) 및 초점심도(DOF)를 나타내보인 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 프로세스 변화도(PV)가 25nm 수준에서 18nm 수준까지 감소하며, 해상도 이하 어시스트 피쳐 크기의 20nm 정도 영역에서 일정하게 유지되고, 초점심도(DOF)의 경우에는 증가하는 것을 확인할 수 있다. 한편, 도 7에 도시한 바와 같이, 컨택홀 레이어의 경우에도 최적화된 해상도 이하 어시스트 피쳐를 적용하는 경우 프로세스 변화도(PV)가 14.5nm에서 9.5nm까지 감소하고, 초점심도(DOF)는 27nm 내지 52nm 수준까지 증가하는 것을 확인할 수 있다.
본 발명에 따른 어시스트 패턴이 삽입된 레이아웃의 광 근접효과 보정방법은 타겟 패턴 및 해상도 이하 어시스트 피쳐가 삽입된 레이아웃에서 타겟 패턴에 대한 광 근접효과를 수행하면서 동시에 해상도 이하 어시스트 피쳐에 대한 최적화 작업을 진행함으로써 프로세스 변화도는 감소시키면서 초점심도는 증가시켜 타겟 패턴에 대한 공정 마진을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 해상도 이하 어시스트 패턴의 최적화 방법을 설명하기 위해 나타내보인 공정 흐름도이다.
도 2는 웨이퍼 상에 구현될 패턴들의 레이아웃을 개략적으로 나타내보인 도면이다.
도 3은 도 2의 레이아웃에서 최적화된 해상도 이하 어시스트 패턴을 설명하기 위해 나타내보인 도면이다.
도 4는 최적화 후 세정 공정을 진행한 이후의 최종 패턴을 설명하기 위해 나타내보인 도면이다.
도 5 내지 도 7은 해상도 이하 어시스트 패턴의 최적화 여부에 따른 패턴 변화를 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다.

Claims (4)

  1. 웨이퍼 상에 구현될 타겟 패턴을 형성하면서 상기 타겟 패턴 주위에 해상도 이하 어시스트 피쳐를 삽입하는 단계;
    상기 타겟 패턴에 대해 광 근접효과 보정(OPC)을 수행하면서 상기 해상도 이하 어시스트 피쳐의 프래그먼트를 조절하여 보정하는 단계;
    상기 보정된 해상도 이하 어시스트 피쳐가 웨이퍼 상에 패터닝되지 않는 최대 한계 값 범위 내의 존재여부를 검사하는 단계;
    상기 보정된 해상도 이하 어시스트 피쳐의 결함 여부를 검증하는 단계; 및
    상기 보정된 해상도 이하 어시스트 피쳐에서 불필요한 부분을 제거하는 단계를 포함하는 어시스트 패턴이 삽입된 레이아웃의 광 근접효과 보정방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 해상도 이하 어시스트 피쳐를 삽입하는 단계는, 미리 정해진 규칙으로 크기 또는 위치가 정해진 상태에서 일률적으로 삽입하는 어시스트 패턴이 삽입된 레이아웃의 광 근접효과 보정방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 해상도 이하 어시스트 피쳐의 프래그먼트를 조절하여 보정하는 단계는,
    상기 해상도 이하 어시스트 피쳐의 프래그먼트의 크기, 모양, 타겟 패턴과의 거리 및 위치를 분석하는 단계; 및
    상기 분석된 결과로 상기 프래그먼트의 크기 또는 모양을 변화시키거나, 상기 타겟 패턴로부터 상기 프래그먼트를 이동시키는 단계를 포함하는 어시스트 패턴이 삽입된 레이아웃의 광 근접효과 보정방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 검증하는 단계는, 마스크 룰 체크(MRC) 또는 모델 베이스 검증(MBV)을 포함하는 방식을 이용하여 진행하는 어시스트 패턴이 삽입된 레이아웃의 광 근접효과 보정방법.
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