KR20100073311A - 광근접보정의 정확도 향상방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광근접보정의 정확도 향상방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 시뮬레이션 모델의 통하여 광근접보정(optical proximity correction : 이하 'OPC'라 한다)된 패턴을 설정할 때 보조패턴에 대한 정보를 반영하도록 하는 광근접보정의 정확도 향상방법에 관한 것이다.

이를 실현하기 위한 본 발명은 테스트 패턴을 이용하여 마스크 패턴을 형성하는 단계, 상기 마스크 패턴을 이용하여 웨이퍼 상의 감광막 패턴을 형성하는 단계, 상기 테스트 패턴과 상기 감광막 패턴을 비교하여 OPC할 대상 패턴이 상기 웨이퍼에서 디자인과 동일한 CD를 얻을 수 있도록 OPC 모델링을 통하여 OPC 모델을 획득하는 단계 및 상기 OPC 모델에 기초한 OPC된 패턴을 제작하는 단계를 포함하는 광근접보정방법에 있어서, 상기 OPC 모델을 획득하는 단계는 웨이퍼상에 구현하고자 하는 주패턴의 정보 뿐만 아니라 보조패턴의 사이즈에 대한 CD까지도 측정하여 OPC 모델링을 통하여 OPC 모델을 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

OPC, 광근접보정, CD, 패턴, OPC 모델링

Description

광근접보정의 정확도 향상방법{Method of enhancing optical proximity correction}

본 발명은 광근접보정의 정확도 향상방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 시뮬레이션 모델의 통하여 광근접보정(optical proximity correction : 이하 'OPC'라 한다)된 패턴을 설정할 때 보조패턴에 대한 정보를 반영하도록 하는 광근접보정의 정확도 향상방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자의 제조 공정 중 포토리소그래피(photolithography) 공정은 레티클(reticle)에 형성된 소정의 패턴을 반도체 기판 상에 패터닝하는 여러 가지 노광장치를 사용하고 있다.

반도체소자의 고집적화에 따라 미세 패턴을 축소투영 광학계를 통해 감광막이 도포된 기판 상의 다수의 샷(shot) 영역에 비교적 높은 쓰루풋(throughput)과 우수한 오버래이(overlay) 정밀도를 갖는 스텝·앤드·리피트(step & repeat) 방식의 스테퍼(Stepper) 또는 스텝·앤드·스캔(step & scan) 방식의 스캐너(Scanner)가 주로 사용되고 있다.

이와 같은 축소투영 노광장치를 구성하는 투영 광학계의 해상력은, 레일리( Rayleigh) 식으로 잘 알려져 있는 바와 같이, R = k₁ ×λ/NA 의 관계로 표현된다. 또한 투영 광학계의 초점심도(depth of focus, 이하 'DOF'라 한다)는, DOF = k₂·λ/(NA)²의 관계로 표현된다.

여기서, R은 투영광학계의 해상력(resolving power), λ는 광원의 파장, NA(numerical aperture)는 투영광학계의 개구수, k_1,또는 k₂는 감광막의 해상력이나 그 외의 공정조건에 의해 결정되는 상수이다.

따라서 상기 레일리 식에서 보여지는 바와 같이 미세 패턴 구현을 위해서는, 짧은 파장을 사용하여 마스크에서 회절되는 회절각을 줄임으로써 렌즈로 1차광을 많이 투사할 수 있도록 만드는 방법이나, 1차광 정보를 많이 포함시킬 수 있도록 렌즈의 구경 즉 NA를 키우는 방법이 있다.

현재 NA를 키우는 방법은 계속 연구되고 있지만, 렌즈의 크기를 크게 하는 것은 렌즈 자체의 수차(aberration) 등 다양한 이슈가 생길 수 있어 한계가 있는 실정이며, 설사 렌즈를 크게 제작할 수 있는 경우도 패턴의 DOF 마진이 줄어들어 적절한 렌즈 크기가 필요하다. 따라서, 현재의 공정기술은 짧은 파장을 이용한 미세패턴 구현으로 기술이 개발되고 있는 중이다.

한편 반도체 제조에서 개발 및 생산 원가를 줄이기 위한 방법으로 해상 능력 및 성능이 월등히 좋은 고가의 신모델 노광 장비의 사용 대신에 기존에 보유하고 있는 노광 장비를 사용하여 노광 장비 자체의 한계에 비해 작은 패턴을 형성하려는 시도가 이루어지고 있다.

이러한 레티클 상의 패턴은 동일한 레이아웃(layout) 패턴에 대하여 동일한 임계치수(critical dimension, 이하 'CD'라 한다.)을 가져야 한다. 즉 패턴의 충실성(fidelity)이 레티클 제작에 중요한 요소가 되는 것이다. 최근 반도체 소자의 선폭이 감소함에 따라 이러한 충실성의 요구는 더욱더 증대되고 있다.

한편 노광장비에서 사용되는 광원의 파장이 반도체 소자의 최소 선폭(minimum feature size)에 근접하면서 빛의 회절, 간섭 등에 의해 패턴의 왜곡 현상이 나타나기 시작한다. 즉 레티클 상의 이미지를 웨이퍼에 투영시키는 광학계는 푸리어 변환(Fourier transformation)으로 표현하게 되면 저 대역 필터(low-pass filter)로 작용하게 된다.

따라서 높은 주파수 부분인 패턴의 모서리 부분은 투과하지 않으므로 웨이퍼상에 맺히는 상은 원래의 모양과 다른 형태가 나타난다. 또한 인접 패턴의 영향에 의한 왜곡현상도 나타나게 되는 데, 이러한 현상을 광학 근접 효과(optical proximity effect)라고 한다.

이러한 광학 근접 효과에 의한 패턴의 왜곡 현상을 극복하기 위하여 레티클 패턴을 고의적으로 변경, 즉 패턴의 모서리에 세리프(serif)를 달아주는 방법이 시도되고 있으며, 이러한 것을 광근접보정(optical proximity correction, 이하 'OPC'라 한다.) 방법이라 한다.

선폭의 크기가 작아짐에 따라 패턴을 구현하기 위한 여러 가지의 방법이 시도되고 있다. 가장 활발히 진행중인 방법은 보조패턴(Scattering Bar)을 이용하여 패터닝하는 방법, 더블 패터닝을 이용한 DPL, 굴절율이 높은 액체를 이용한 이머 젼(immersion) 등이 있다.

그 중에서 보조 패턴을 이용한 패터닝의 경우 기존의 장비를 이용하여 패터닝이 가능한 방법으로 현재 활발히 작용되고 있는 방법이다. 보조패턴을 이용한 방법은 원 설계데이터대로 패터닝이 될 수 있도록 그 주위에 보조패턴을 임의로 참가하여 실제 공정상에서 실제 패턴의 해상력을 높이는 방법이다. 이때 보조패턴은 실제 패턴의 해상력에만 도움을 주고 실제로는 패턴이 형성되지 않는다.

현재 OPC를 설정하기 위한 임계치수(CD) 측정시 보조패턴이 있는 상태의 마스크를 이용하여 패터닝을 한 후 그 임계치수를 이용하여 OPC 모델 설정에 사용되고 있다. 이와 같은 방법은 실제와 가장 근사한 방법을 적용한 상황에서 OPC 모델을 설정하는 개념과 동일하다. 하지만, 이와 같은 방법의 경우 보조패턴에 대한 정보가 전혀 없는 상태에서 OPC 모델이 설정되므로 정확도가 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 보조패턴을 이용하여 OPC를 설정하는 대신에 보조패턴에 대한 정보를 반영하여 단일패턴으로만 OPC를 설정하는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 광근접보정의 정확도 향상방법은 테스트 패턴을 이용하여 마스크 패턴을 형성하는 단계, 상기 마스크 패턴 을 이용하여 웨이퍼 상의 감광막 패턴을 형성하는 단계, 상기 테스트 패턴과 상기 감광막 패턴을 비교하여 OPC할 대상 패턴이 상기 웨이퍼에서 디자인과 동일한 CD를 얻을 수 있도록 OPC 모델링을 통하여 OPC 모델을 획득하는 단계 및 상기 OPC 모델에 기초한 OPC된 패턴을 제작하는 단계를 포함하는 광근접보정방법에 있어서,

상기 OPC 모델을 획득하는 단계는 웨이퍼상에 구현하고자 하는 주패턴의 정보 뿐만 아니라 보조패턴의 사이즈에 대한 CD까지도 측정하여 OPC 모델링을 통하여 OPC 모델을 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 OPC된 패턴을 제작하는 단계은 보조패턴의 사이즈에 대한 CD까지도 측정하여 OPC 모델링을 통하여 획득된 OPC 모델에 기초하여 보조패턴을 사용하는 대신에 상기 보조패턴에 대한 정보를 반영한 단일패턴을 사용하여 OPC된 패턴을 제작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 광근접보정의 정확도 향상방법에 의하면 기존의 방식의 경우 보조패턴을 이용한 OPC 설정시 보조패턴에 대한 마스크정보가 OPC 설정시 전혀 반영이 되지 않았으나, 본 발명에서는 단일 패턴을 이용하여 OPC 설정을 함으로써 보조패턴의 마스크 정보까지 OPC 설정시 반영이 되도록 함으로써 OPC 설정의 정확도를 향상시킨다는 장점이 있다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

근접 효과는 이웃한 피쳐가 패턴 의존적 변이를 만들어 내도록 상호 작용을 할 때 발생한다. 이와 같은 광근접 효과에 의한 임계치수의 변동을 감소시키는 방법의 하나로써, 즉 노광 장비의 파라미터를 변경시켜 근접 효과에 대한 보정을 취하는 모델 기반 방법(model-based OPC)이 있다.

모델 기반 OPC는 만들어진 모델의 정확도가 높으면 웨이퍼에 구현하고자 하는 패턴의 형태와 크기에 대한 시뮬레이션(simulation) 값과 실제측정 값간의 오차를 줄일 수가 있다. 그러나 모델을 만들기 위해 공정이 안정화되어 있어야 하고, 진행되는 공정이 변경될 때는 OPC 모델의 확인 작업과 새로운 모델의 생성이 요구된다.

모델 기반 OPC에서 가장 중요한 아이템은 OPC 모델 즉 광학모델(Optical Model)이다. OPC 모델을 만들어 패턴을 보정하기 위해서는 근접효과(Proximity Effect)를 알아야 하고, 근접 효과를 알기 위해서는 테스트 패턴(Test Pattern)을 통하여 임계치수를 정확하게 측정하여야 한다.

이하 본 발명에 따른 모델 기반 OPC에서 가장 중요한 아이템인 OPC 모델(Optical Model)을 구현하는 방법이 개시된다.

먼저 테스트 패턴을 디자인하고, 근접 교정(Proximity correction)에 의해 마스크 패턴이 제작된다. 근접 교정이라 함은 패턴 디자인 CD와 마스크 CD데이터가 동일하도록 교정하는 것이다. 제작된 마스크를 이용하여 시험용 웨이퍼를 제작하며, 제작된 시험용 웨이퍼의 CD 데이터를 수집한다.

이후, 수집된 시험용 웨이퍼의 CD 데이터에 의거하여 평균적인 하나의 OPC 모델을 제작하고, OPC하고자 하는 패턴과 OPC 모델에 기초한 OPC를 수행하여 OPC된 패턴을 얻는다. 이러한 모델 기반 OPC는 만들어진 OPC 모델의 정확도가 높으면 웨이퍼에 구현 하고자 하는 패턴의 형태와 크기에 대한 시뮬레이션 값과 실제 측정 값간의 오차를 줄일 수가 있다.

도 1(a)는 도 1(b)를 패터닝하기 위하여 종래기술에 의한 보조패턴이 포함된 마스크 패턴을 도시한 것이다. 도 1(a)의 고립된 라인(Isolated line)의 주패턴(100)을 형성하기 위하여 도 1(a)의 보조패턴(110)을 사용하여 웨이퍼상의 감광막 패턴(120)을 형성하는 것이다. 이와 같은 방법을 사용하는 이유는 고립된 라인(Isolated line)의 경우 다른 패턴 즉 고립된 공간(Isolated Space) 또는 밀집된 라인(Dense Line)에 비하여 공정마진이 작기 때문이다.

광근접보정(optical proximity correction, 이하 'OPC'라 한다) 설정은 웨이퍼의 CD데이터를 이용한 OPC 모델을 기초로 하여 OPC를 설정하게 된다. 보통 60nm 타겟(target)의 CD를 형성하기 위해서는 50nm 급의 패터의 CD를 시작으로 하여 90nm급의 패턴의 CD를 사용한 OPC 모델의 데이터를 기초로 하여 OPC를 설정하게 된다.

도 1의 (a) 와 (b)를 비교하여 보면 도 1(a)의 고립된 라인(Isolated line)의 주패턴(100)의 사이즈는 60nm 이고, 도 1(a)의 보조패턴(100) 사이즈는 25nm이다. 그리고 이러한 마스크 패턴을 사용하여 구현하면 웨이퍼상의 감광막 패턴(120)의 사이즈는 60nm가 된다. 위와 같은 OPC 설정에 의하면 웨이퍼상의 감광막 패턴(120)의 사이즈는 60nm급 패턴이 형성되도록 하기 때문에 도 1(a)의 보조패 턴(100)은 웨이퍼상의 감광막패턴에는 형성되지 않는다.

즉, OPC 모델을 설정(Modeling)할 때 60nm 사이즈를 갖는 고립된 라인(Isolated line)의 주패턴(100)에 대한 정보는 웨이퍼의 감광막 패턴에 반영이 되지만 보조패턴(100)의 사이즈가 60nm이하의 패턴 사이즈에 대해서는 정보가 반영되지 않는 단점을 지니고 있다. 상술하였듯이 도 2의 최소패턴사이즈(Minimum pattern size)가 50nm 이므로 25nm에 대한 정보는 완전히 반영하지 않는 상태로 OPC 설정을 해오고 있는 실정이다.

OPC 모델링 설정에 대하여 60nm 급 소자를 예로 들어서 설명한다. 60nm급 소자의 OPC를 설정하기 위해서는 보통 50nm 사이즈의 패턴부터 측정을 한다. 그 이유는 타겟 사이즈가 60nm이지만 타겟보다 작은 사이즈가 있어서 보다 정확한 OPC 설정이 가능하기 때문이다. 단 50nm급 size의 피치 선형도 패턴(pitch linearity pattern)은 모두 패터닝이 가능할 정도로 공정설정이 이루어져야 한다.

도 2은 60nm급 소자를 OPC 설정하기 위하여 임계치수를 측정하는 피치 선형도(pitch linearity)를 도시한 것이다. 도 3의 50nm 부터 75nm의 영역(200)이 피치 선형도에 따른 패턴은 웨이퍼상에 패턴이 형성되지만, 50nm이하의 밀집(dense)된 영역(210)의 피치 선형도에 따른 패턴은 웨이퍼상에 패턴이 형성되지 않는다. 이와 같이 모든 피치 선형도에 따른 패턴이 다 형성이 되는 타겟 사이즈 즉 60nm급 소자에 있어서는 패턴이 형성되는 50nm에 대해서만 CD를 측정한다.

도 3는 도 2에서 측정하는 마스크 패턴을 크게 확대하여 도시한 것이다. 도 3에서는 웨이퍼상에 패터닝되는 주패턴(310)과 주패턴(310)의 패턴능력을 향상시키 기 위하여 사용되는 보조패턴(300)을 나타낸 것이다.

상술한 바와 같이 도 3의 보조패턴(300)는 웨이퍼상에 패터닝이 안됨으로 실제 마스크상에서는 존재하는 패턴이지만 OPC 설정시에는 상기 보조패턴(300)에 대한 정보가 전혀 반영되지 않는 패턴이다. 바로 이러한 보조패턴에 대한 패턴정보가 반영되지 않기 때문에 OPC 정확도는 떨어질 수 밖에 없다.

도 4는 본 발명에서의 OPC 설정하기 위하여 CD를 측정하는 피치 선형도(pitch linearity)를 도시한 것이다. 도 5는 측정하는 마스크 패턴을 크게 확대하여 도시한 것이다. 도 2에서는 도 3에서 보듯이 보조패턴(300)이 삽입된 패턴을 측정하여 OPC 설정을 하였지만, 도 4에서는 도 5에서 보듯이 보조패턴이 없는 패턴을 사용하여 OPC 설정을 위한 CD를 측정하는 것이다.

도 4의 보조패턴이 없는 패턴역시 타켓인 60nm 패턴의 10nm 아래의 사이즈인 50nm pattern까지는 모든 피치 선형도에 대해서 웨이퍼상에 패턴이 가능하도록 공정설정이 이루어져야 한다.

본 발명에 의한 도 4에서는 보조패턴 사이즈까지 반영할 수 있도록 20nm 패턴(420,430,440)까지 CD를 측정하여 OPC 설정시 반영을 하는 것이다.

도 4의 네모로 표시한 영역(410,420,430,440)이 패터닝이 가능한 영역이다. 물론 50nm급 사이즈만큼 모든 피치 선형도에 대해서는 패터닝이 되지는 않지만 보조패턴 사이즈의 정보를 OPC 설정시 반영할 수 있다는 점에서 OPC 정확도를 향상 시킨다.

따라서 본 발명에 따른 광근접보정의 정확도 향상방법에 의하면 도 2의 보조 패턴을 이용한 OPC 설정시 보조패턴에 대한 마스크정보가 OPC 설정시 전혀 반영이 되지 않았으나, 본 발명에서는 도 5에 따른 단일 패턴(500)을 이용하여 OPC 설정을 함으로써 보조패턴의 마스크 정보까지 OPC 설정시 반영이 되도록 함으로써 OPC의 정확도를 향상시킨다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정·변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

도 1(a)는 도 1(b)를 패터닝하기 위하여 종래기술에 의한 보조패턴이 포함된 마스크 패턴을 도시한 것이다.

도 2은 종래 기술에 의한 60nm급 소자를 OPC 설정하기 위하여 임계치수를 측정하는 피치 선형도(pitch linearity)를 도시한 것이다.

도 3는 도 2에서 측정하는 마스크 패턴을 크게 확대하여 도시한 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 OPC 설정하기 위하여 CD를 측정하는 피치 선형도(pitch linearity)를 도시한 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 측정하는 마스크 패턴을 크게 확대하여 도시한 것이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100,310:주패턴 110,300:보조패턴

120:웨이퍼상의 감광막 패턴

200,210:종래기술에 따른 획득가능한 패턴사이즈

410,420,430,440: 본 발명에 따른 획득가능한 패턴사이즈

500:단일패턴

Claims (3)

1. 테스트 패턴을 이용하여 마스크 패턴을 형성하는 단계, 상기 마스크 패턴을 이용하여 웨이퍼 상의 감광막 패턴을 형성하는 단계, 상기 테스트 패턴과 상기 감광막 패턴을 비교하여 OPC할 대상 패턴이 상기 웨이퍼에서 디자인과 동일한 CD를 얻을 수 있도록 OPC 모델링을 통하여 OPC 모델을 획득하는 단계 및 상기 OPC 모델에 기초한 OPC된 패턴을 제작하는 단계를 포함하는 광근접보정방법에 있어서,

   상기 OPC 모델을 획득하는 단계는 웨이퍼상에 구현하고자 하는 주패턴의 정보 뿐만 아니라 보조패턴의 사이즈에 대한 CD까지도 측정하여 OPC 모델링을 통하여 OPC 모델을 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광근접보정의 정확도 향상방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 OPC된 패턴을 제작하는 단계는 보조패턴의 사이즈에 대한 CD까지도 측정하여 OPC 모델링을 통하여 획득된 OPC 모델에 기초하여 보조패턴을 사용하는 대신에 상기 보조패턴에 대한 정보를 반영한 단일패턴을 사용하여 OPC된 패턴을 제작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광근접보정의 정확도 향상방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 보조패턴의 사이즈는 20nm 내지 45nm인 것을 특징으로하는 광근접보정 의 정확도 향상방법.

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