KR20190059527A - 마스크 레이아웃의 보정 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법 - Google Patents

마스크 레이아웃의 보정 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법 Download PDF

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Abstract

마스크 레이아웃의 보정 방법은, 마스크 레이아웃을 제공하는 것, 웨이퍼의 일 영역에 대한 표면 굴곡 데이터를 획득하는 것, 상기 표면 굴곡 데이터를 이용하여 디포커스 맵을 생성하는 것, 및 상기 디포커스 맵을 기초로 상기 마스크 레이아웃을 보정하는 것을 포함한다. 상기 디포커스 맵을 생성하는 것은, 상기 마스크 레이아웃의 복수의 서브 영역들에 대하여 상기 표면 굴곡 데이터를 기초로 수정된 타겟 CD 값들을 각각 설정하는 것을 포함한다.

Description

마스크 레이아웃의 보정 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법{METHOD FOR CORRECTING A MASK LAYOUT AND METHOD OF FABRICATING A SEMICONDUCTOR DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 포토 마스크의 제조를 위해 설계된 마스크 레이아웃의 보정 방법, 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조에 이용되는 포토 리소그래피 공정에서 웨이퍼 상에 집적회로 레이아웃을 인쇄하기 위해 포토 마스크가 이용될 수 있다. 상기 포토 리소그래피 공정은 일반적으로 광학 렌즈를 통해 상기 포토 마스크에 형성된 마스크 패턴들을 상기 웨이퍼로 전사하는 방법을 사용할 수 있다. 상기 포토 마스크는 투명 영역 및 불투명 영역을 포함할 수 있다. 상기 투명 영역은 상기 포토 마스크 상의 금속층을 식각함으로써 형성되고, 광을 통과시킬 수 있다. 반면, 상기 불투명 영역은 광을 통과시키지 않을 수 있다. 상기 투명 영역 및 상기 불투명 영역에 의해 상기 마스크 패턴들이 형성될 수 있다. 광원에 의해 방출된 광은 상기 포토 마스크의 상기 마스크 패턴들을 통해 상기 웨이퍼로 조사되고, 이에 따라, 상기 집적회로 레이아웃이 상기 웨이퍼 상에 인쇄될 수 있다.
반도체 소자의 집적도가 높아짐에 따라, 상기 포토 마스크의 상기 마스크 패턴들 사이의 거리가 매우 가까워지고 상기 투명 영역의 너비가 매우 좁아질 수 있다. 이러한 "근접성(Proximity)" 때문에, 빛의 간섭 및 회절이 발생하고, 이에 따라, 상기 웨이퍼 상에 원하는 레이아웃과 다른 왜곡된 레이아웃이 인쇄될 수 있다. 이러한 광학적 효과(optical effect)에 의한 레이아웃의 왜곡을 방지하기 위해, 광 근접 보정(Optical Proximity Correction)이 수행될 수 있다. 더하여, 반도체 소자의 제조 공정 중 공정 변동(process variation)과 같은, 비-광학적 효과(non-optical effect)에 의한 레이아웃의 왜곡을 보상하기 위해, 공정 근접 보정(Process Proximity Correction)이 수행될 수 있다.
상기 광 근접 보정 및 상기 공정 근접 보정은, 설계된 마스크 레이아웃으로부터 웨이퍼 상에 형성될 컨투어 이미지 및 임계 치수(CD, critical dimension)를 예측하는 리소그래피 시뮬레이션(lithography simulation)을 기반으로 수행될 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 일 기술적 과제는 웨이퍼의 셀 어레이 영역의 표면 굴곡(topography)에 따른 레이아웃의 왜곡을 보상할 수 있는 마스크 레이아웃의 보정 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 웨이퍼의 셀 어레이 영역 상의 셀 패턴들의 CD(critical dimension) 산포를 최소화할 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 마스크 레이아웃의 보정 방법은, 마스크 레이아웃을 제공하는 것, 웨이퍼의 일 영역에 대한 표면 굴곡 데이터를 획득하는 것, 상기 표면 굴곡 데이터를 이용하여 디포커스 맵을 생성하는 것, 및 상기 디포커스 맵을 기초로 상기 마스크 레이아웃을 보정하는 것을 포함할 수 있다. 상기 디포커스 맵을 생성하는 것은, 상기 마스크 레이아웃의 복수의 서브 영역들에 대하여 상기 표면 굴곡 데이터를 기초로 수정된 타겟 CD 값들을 각각 설정하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법은, 마스크 레이아웃을 설계하는 것, 상기 마스크 레이아웃을 보정하는 것, 상기 보정된 마스크 레이아웃에 대응하는 마스크 패턴들을 갖는 포토 마스크를 제조하는 것, 및 웨이퍼 상에 상기 포토 마스크를 이용하는 포토 리소그래피 공정을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 상기 마스크 레이아웃을 보정하는 것은, 상기 웨이퍼의 일 영역에 대한 표면 굴곡 데이터를 이용하여 디포커스 맵을 생성하는 것, 및 상기 디포커스 맵을 기초로 상기 마스크 레이아웃을 보정하는 것을 포함할 수 있다. 상기 디포커스 맵을 생성하는 것은, 상기 마스크 레이아웃의 복수의 서브 영역들에 대하여 상기 표면 굴곡 데이터를 기초로 수정된 타겟 CD 값들을 각각 설정하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 개념에 따르면, 웨이퍼의 셀 어레이 영역의 표면 굴곡(topography)에 따른 레이아웃의 왜곡을 보상할 수 있는 마스크 레이아웃의 보정 방법이 제공될 수 있다. 더하여, 상기 웨이퍼의 상기 셀 어레이 영역 상에 형성되는 셀 패턴들의 CD(critical dimension) 산포를 최소화할 수 있는 반도체 소자의 제조방법이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 마스크 레이아웃의 보정 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 마스크 레이아웃의 보정 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 도 2의 S200 단계를 구체적으로 나타내는 순서도이다.
도 4는 도 3의 S220 단계를 구체적으로 나타내는 순서도이다.
도 5는 도 4의 S224 단계를 구체적으로 나타내는 순서도이다.
도 6 내지 도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 마스크 레이아웃의 보정 방법을 설명하기 위한 개념도들이다.
도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 마스크 레이아웃의 보정 방법을 이용한 반도체 소자의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자의 제조에 이용되는 포토 리소그래피(Photo Lithography) 시스템의 개념도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 마스크 레이아웃의 보정 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 컴퓨터 시스템(500)은 다양한 데이터를 처리하는 데이터 처리부(510), 설계된 마스크 레이아웃에 대하여 리소그래피 시뮬레이션을 수행하는 시뮬레이션 툴(520), 및 상기 시뮬레이션 툴(520)에 의해 생성된 데이터와 요구되는 데이터(desired data)를 비교하고, 상기 생성된 데이터와 상기 요구되는 데이터의 오차가 허용범위를 벗어나는 경우 상기 마스크 레이아웃을 보정하는 보정부(corrector, 530)를 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 시스템(500)은 다양한 데이터를 저장할 수 있는 저장부(540)를 더 포함할 수 있다. 상기 저장 부(540)는 하드디스크 및/또는 비휘발성 반도체 기억 소자(예컨대, 플래쉬 메모리 소자, 상변화 기억 소자, 및/또는 자기 기억 소자 등)을 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 시스템(500)은 입출력부(I/O, 550) 및 인터페이스부(interface unit, 560)을 더 포함할 수 있다. 상기 입출력부(550)는 키보드(keyboard), 키패드(keypad), 및/또는 디스플레이 장치(display device)를 포함할 수 있다. 외부로부터 제공되는 다양한 데이터는 상기 인터페이스부(560)를 통해 상기 컴퓨터 시스템(500)으로 전달될 수 있고, 상기 컴퓨터 시스템(500)에 의해 처리된 다양한 데이터는 상기 인터페이스부(560)를 통해 외부로 전달될 수 있다. 상기 인터페이스부(560)는 유선 요소, 무선 요소, 및/또는 USB(universal serial bus) 포트 등을 포함할 수 있다. 상기 데이터 처리부(510), 상기 시뮬레이션 툴(520), 상기 보정부(530), 상기 저장부(540), 상기 입출력부(I/O. 550), 및 상기 인터페이스부(interface unit, 560)은 데이터 버스(data bus)를 통하여 서로 결합될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 마스크 레이아웃의 보정 방법을 나타내는 순서도이다. 도 3은 도 2의 S200 단계를 구체적으로 나타내는 순서도이고, 도 4는 도 3의 S220 단계를 구체적으로 나타내는 순서도이다. 도 5는 도 4의 S224 단계를 구체적으로 나타내는 순서도이다. 도 6 내지 도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 마스크 레이아웃의 보정 방법을 설명하기 위한 개념도들이다.
도 2 및 도 6을 참조하면, 설계된 마스크 레이아웃(10)이 제공될 수 있다(S100). 상기 마스크 레이아웃(10)은 웨이퍼 상에 집적회로를 인쇄하기 위해 요구되는 패턴들(12)을 포함할 수 있다. 상기 마스크 레이아웃(10)의 상기 패턴들(12)은 후술될 상기 웨이퍼의 셀 어레이 영역 내에 형성될 셀 패턴들의 평면적 형상을 정의할 수 있다. 이 경우, 상기 마스크 레이아웃(10)의 상기 패턴들(12)은 서로 동일한 크기를 가지고 반복적으로 배열될 수 있다. 상기 마스크 레이아웃(10)은 적절한 형식의 데이터(일 예로, GDS Ⅱ)를 포함할 수 있다.
상기 마스크 레이아웃(10)에 대하여 디포커스 맵(defocus map)을 기반으로 한 공정 근접 보정(Process Proximity Correction)이 수행될 수 있다(S200). 상기 공정 근접 보정이 수행되기 전에, 상기 마스크 레이아웃(10)의 보정 대상 영역(20)이 선택될 수 있다. 상기 마스크 레이아웃(10)의 상기 보정 대상 영역(20)에 대하여 상기 공정 근접 보정이 수행될 수 있다.
구체적으로, 도 3, 도 7 내지 도 9를 참조하면, 먼저, 상기 웨이퍼(100)의 일 영역에 대한 표면 굴곡 데이터(topography data)가 획득될 수 있다(S210). 상기 웨이퍼(100)는 복수의 셀 어레이 영역들(200)을 포함할 수 있고, 셀 구조물(140)이 상기 웨이퍼(100)의 셀 어레이 영역(200) 상에 제공될 수 있다. 상기 셀 구조물(140)은 하부 셀 패턴들(110), 제1 하부막(120), 및 제2 하부막(130)을 포함할 수 있다. 상기 제1 하부막(120) 및 상기 제2 하부막(130)은 상기 셀 어레이 영역(200) 상에 제공되어 상기 하부 셀 패턴들(110)을 차례로 덮을 수 있다. 상기 제1 하부막(120)의 단차 도포성의 한계로 인해 상기 제1 하부막(120)의 상면은 상기 셀 어레이 영역(200)에 걸쳐(across) 굴곡질 수 있다. 즉, 상기 제1 하부막(120)은 표면 굴곡(topography)을 가질 수 있다. 이하에서, 표면 굴곡은 일 구성의 상면이 굴곡진 형태를 가지는 것을 지칭한다. 상기 제1 하부막(120)의 상기 표면 굴곡은 상기 제2 하부막(130)으로 전사될 수 있고, 이에 따라, 상기 셀 구조물(140)은 표면 굴곡을 가질 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼(100)의 상기 셀 어레이 영역(200)에 대하여 상기 표면 굴곡 데이터가 획득될 수 있다. 일 예로, 상기 표면 굴곡 데이터는 원자 현미경(AFM, atomic force microscope)과 같은 주사 프로브 현미경(Scanning Probe Microscope)을 이용하여 상기 웨이퍼(100)의 상기 셀 어레이 영역(200)의 표면 프로파일(즉, 상기 셀 구조물(140)의 표면 프로파일)을 측정함으로써 획득될 수 있다. 다른 예로, 상기 표면 굴곡 데이터는 V-SEM과 같은 파괴 검사를 통해 상기 웨이퍼(100)의 상기 셀 어레이 영역(200)의 표면의 높이(즉, 상기 셀 구조물(140)의 표면의 높이)를 측정함으로써 획득될 수 있다. 상기 셀 구조물(140)의 표면의 높이(H)는, 일 예로, 상기 셀 어레이 영역(200)의 중심부(200C)에서 상기 셀 어레이 영역(200)의 가장자리(200E)로 갈수록 증가할 수 있다(즉, HC<HE).
상기 셀 구조물(140) 상에 셀 패턴들을 형성하기 위한 포토 리소그래피 공정이 수행되는 경우, 상기 셀 구조물(140)의 표면 굴곡에 의해 상기 포토 리소그래피 공정의 디포커스가 발생될 수 있다. 상기 포토 리소그래피 공정의 디포커스 정도는 상기 셀 어레이 영역(200)의 상기 표면 굴곡 데이터에 의존하여 변동될 수 있다. 일 예로, 상기 포토 리소그래피 공정의 베스트 포커스(BF)는 상기 셀 어레이 영역(200)의 상기 중심부(200C)에 있을 수 있고, 상기 포토 리소그래피 공정의 디포커스(DF)의 정도는 상기 셀 어레이 영역(200)의 상기 가장자리(200E)로 갈수록 증가할 수 있다. 이 경우, 상기 셀 어레이 영역(200)의 상기 가장자리(200E)에 인접한 영역들에서, 상기 셀 패턴들은 상기 마스크 레이아웃(10)의 설계된 레이아웃과 다른 왜곡된 레이아웃으로 인쇄될 수 있다.
상기 표면 굴곡 데이터를 이용하여 상기 디포커스 맵이 생성될 수 있다(S220). 상기 디포커스 맵은 상기 포토 리소그래피 공정의 디포커스에 의한 레이아웃의 왜곡을 보상하기 위한 것일 수 있다. 이하에서, 상기 디포커스 맵을 생성하는 단계들이 보다 구체적으로 설명된다.
도 4 및 도 10을 참조하면, 먼저, 상기 마스크 레이아웃(10)의 상기 보정 대상 영역(20)이 복수의 서브 영역들(30)로 분할될 수 있다(S222). 상기 보정 대상 영역(20)은 상기 셀 어레이 영역(200)의 일부에 대응할 수 있고, 상기 보정 대상 영역(20)의 가장자리(20E)는 상기 셀 어레이 영역(200)의 상기 가장자리(200E)에 대응할 수 있다. 상기 복수의 서브 영역들(30)은 상기 보정 대상 영역(20)의 서로 다른 영역들일 수 있다. 상기 마스크 레이아웃(10)의 상기 패턴들(12)의 각각은 초기 타겟 CD 값(CDt_i)에 대응하는 크기를 가지도록 제공될 수 있다. 상기 복수의 서브 영역들(30)의 각각은 적어도 하나의 패턴(12)을 포함할 수 있다.
도 4 및 도 11을 참조하면, 상기 복수의 서브 영역들(30)의 각각에 대하여, 상기 표면 굴곡 데이터를 기초로 수정된 타겟 CD 값(CDt_n, 여기서 n은 1이상의 정수)이 설정될 수 있다(S224). 상기 복수의 서브 영역들(30)의 각각에 대하여 상기 수정된 타겟 CD 값(CDt_n)을 설정하는 것은, 상기 마스크 레이아웃(10) 및 소정의 공정 모델을 입력 데이터로 이용하는 리소그래피 시뮬레이션에 의해 수행될 수 있다. 상기 리소그래피 시뮬레이션은 상기 컴퓨터 시스템(500)의 상기 시뮬레이션 툴(520)을 구동함으로써 수행될 수 있다.
구체적으로, 도 5 및 도 12를 참조하면, 상기 표면 굴곡 데이터를 이용한 상기 리소그래피 시뮬레이션을 통해, 상기 복수의 서브 영역들(30)의 각각 내 상기 패턴(12)에 대한 예측 CD 값(CDp)이 생성될 수 있다(S10). 이 경우, 상기 리소그래피 시뮬레이션에 이용되는 상기 공정 모델은 상기 포토 리소그래피 공정의 포커스 변동에 따른 상기 패턴(12)의 CD 값에 관한 데이터를 포함할 수 있다. 상기 공정 모델은 상기 포토 리소그래피 공정의 상기 포커스 변동이 상기 표면 굴곡 데이터에 의존하도록 설정될 수 있다. 일 예로, 상기 포토 리소그래피 공정의 베스트 포커스(BF)는, 도 9를 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 셀 어레이 영역(200)의 상기 중심부(200C)에 있을 수 있고, 상기 포토 리소그래피 공정의 디포커스(DF)의 정도는 상기 셀 어레이 영역(200)의 상기 가장자리(200E)로 갈수록 증가할 수 있다. 상기 복수의 서브 영역들(30)의 각각에 대하여 상기 초기 타겟 CD 값(CDt_i)이 제공될 수 있다. 상기 초기 타겟 CD 값(CDt_i)은 상기 포토 리소그래피 공정의 베스트 포커스(BF)에서의 값일 수 있다. 상기 복수의 서브 영역들(30)의 각각의 상기 패턴(12)은 상기 초기 타겟 CD 값(CDt_i)에 대응하는 크기를 가질 수 있다. 상기 공정 모델을 이용하는 상기 리소그래피 시뮬레이션에 의해, 상기 복수의 서브 영역들(30)의 각각 내 상기 패턴(12)의 상기 예측 CD 값(CDp)이 생성될 수 있다. 상기 포토 리소그래피 공정이 디포커스되는 경우(즉, 도 12의 DF에서), 상기 예측 CD 값(CDp)은 상기 초기 타겟 CD 값(CDt_i)과 다를 수 있다(일 예로, 작을 수 있다).
상기 예측 CD 값(CDp)이 요구되는 값(일 예로, 상기 초기 타겟 CD 값(CDt_i)과 동일한 값)이 되도록, 상기 복수의 서브 영역들(30)의 각각에 대하여 상기 초기 타겟 CD 값(CDt_i)이 수정될 수 있다(S20). 이에 따라, 상기 복수의 서브 영역들(30)의 각각에 대하여 상기 수정된 타겟 CD 값(CDt_n)이 설정될 수 있다. 상기 수정된 타겟 CD 값(CDt_n)은 상기 포토 리소그래피 공정의 베스트 포커스(BF)에서의 값일 수 있다. 상기 복수의 서브 영역들(30)의 각각에 대하여 상기 초기 타겟 CD 값(CDt_i)을 수정하는 것은, 상기 컴퓨터 시스템(500)의 상기 데이터 처리부(510)를 구동함으로써 수행될 수 있다.
도 4 및 도 11을 다시 참조하면, 상기 복수의 서브 영역들(30)에 대하여 각각 설정된 상기 수정된 타겟 CD 값들(CDt_n)을 포함하는 상기 디포커스 맵(50)이 제공될 수 있다(S226). 상기 디포커스 맵(50) 내 상기 수정된 타겟 CD 값들(CDt_n) 중 적어도 일부는 서로 다를 수 있다. 상기 포토 리소그래피 공정의 디포커스(DF)의 정도가, 도 9를 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 셀 어레이 영역(200)의 상기 가장자리(200E)로 갈수록 증가하는 경우, 상기 보정 대상 영역(20)의 상기 가장자리(20E)에 인접하는 서브 영역들(30)에 대하여 설정된 수정된 타겟 CD 값들(일 예로, CDt_3, CDt_4, CDt_7, CDt_8, 및 CDt_9)의 각각과 상기 초기 타겟 CD 값(CDt_i)의 차이는, 상기 보정 대상 영역(20)의 상기 가장자리(20E)로부터 먼 서브 영역들(30)에 대하여 설정된 수정된 타겟 CD 값들(일 예로, CDt_1, CDt_2, CDt_5, 및 CDt_6)의 각각과 상기 초기 타겟 CD 값(CDt_i)의 차이보다 클 수 있다. 일 예로, 상기 보정 대상 영역(20)의 상기 가장자리(20E)에 인접하는 상기 서브 영역들(30)에 대하여 설정된 상기 수정된 타겟 CD 값들(일 예로, CDt_3, CDt_4, CDt_7, CDt_8, 및 CDt_9)은, 상기 보정 대상 영역(20)의 상기 가장자리(20E)로부터 먼 상기 서브 영역들(30)에 대하여 설정된 상기 수정된 타겟 CD 값들(일 예로, CDt_1, CDt_2, CDt_5, 및 CDt_6)보다 클 수 있다. 상기 디포커스 맵(50)은 상기 컴퓨터 시스템(500)의 상기 데이터 처리부(510)에 의해 제공될 수 있다.
도 3 및 도 13을 참조하면, 상기 디포커스 맵(50)이 생성된 후, 상기 디포커스 맵(50)을 기초로 상기 마스크 레이아웃(10)이 보정될 수 있다(S230). 상기 마스크 레이아웃(10)을 보정하는 것은, 상기 복수의 서브 영역들(30)의 각각 내 상기 패턴(12)이 상기 수정된 타겟 CD 값(CDt_n)에 대응하는 크기를 가지도록 상기 마스크 레이아웃(10)의 상기 패턴들(12)을 보정하는 것을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 보정된 마스크 레이아웃(10) 내 상기 패턴들(12) 중 적어도 일부는 서로 다른 크기를 가질 수 있다. 상기 포토 리소그래피 공정의 디포커스(DF)의 정도가, 도 9를 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 셀 어레이 영역(200)의 상기 가장자리(200E)로 갈수록 증가하는 경우, 상기 보정 대상 영역(20)의 상기 가장자리(20E)에 인접하는 상기 서브 영역들(30) 내 패턴들(12)의 크기는 상기 보정 대상 영역(20)의 상기 가장자리(20E)로부터 먼 상기 서브 영역들(30) 내 패턴들(12)의 크기와 다를 수 있다(일 예로, 클 수 있다). 상기 컴퓨터 시스템(500)의 상기 데이터 처리부(510)는 상기 디포커스 맵(50)을 상기 보정부(530)에 제공할 수 있고, 상기 컴퓨터 시스템(500)의 상기 보정부(530)는 상기 디포커스 맵(50)을 기초로 상기 마스크 레이아웃(10)을 보정할 수 있다.
도 3 및 도 14를 참조하면, 상기 보정된 마스크 레이아웃(10)이 검증될 수 있다(S240). 상기 보정된 마스크 레이아웃(10)은 상기 웨이퍼(100)의 상기 셀 어레이 영역(200) 내에 인쇄될 상기 셀 패턴들을 정의하는 적절한 형식의 데이터(일 예로, GDS Ⅱ)를 포함할 수 있다. 상기 보정된 마스크 레이아웃(10)을 검증하는 것은, 도 5 및 도 12를 참조하여 설명한, 상기 표면 굴곡 데이터를 이용한 상기 리소그래피 시뮬레이션에 의해 수행될 수 있다. 이 경우, 상기 리소그래피 시뮬레이션을 통해, 상기 보정된 마스크 레이아웃(10) 내 상기 패턴들(12)에 대한 예측 CD 값들(CDp)이 생성될 수 있다. 상기 예측 CD 값들(CDp)의 각각과 상기 요구되는 값(일 예로, 상기 초기 타겟 CD 값(CDt_i)과 동일한 값) 사이의 오차가 허용범위 내에 있는 경우, 상기 보정된 마스크 레이아웃(10)에 대하여 후속 단계가 진행될 수 있다. 상기 예측 CD 값들(CDp)의 각각과 상기 요구되는 값(일 예로, 상기 초기 타겟 CD 값(CDt_i)과 동일한 값) 사이의 오차가 허용범위를 벗어나는 경우, 도 3의 S220 단계로 되돌아갈 수 있다.
도 2 및 도 14를 참조하면, 상기 보정된 마스크 레이아웃(10)의 상기 보정 대상 영역(20)에 대하여 광 근접 보정(Optical Proximity Correction)이 수행될 수 있다(S300). 상기 광 근접 보정(OPC)을 수행하는 것은, 상기 보정된 마스크 레이아웃(10)으로부터 상기 웨이퍼 상에 형성될 컨투어 이미지를 예측하고, 상기 예측된 결과를 기초로 상기 보정된 마스크 레이아웃(10)을 추가적으로 보정하는 것을 포함할 수 있다. 상기 보정된 마스크 레이아웃(10)의 상기 컨투어 이미지를 예측하는 것은, 상기 보정된 마스크 레이아웃(10) 및 소정의 광학 모델을 입력 데이터로 이용하는 리소그래피 시뮬레이션에 의해 수행될 수 있다. 상기 리소그래피 시뮬레이션은 상기 컴퓨터 시스템(500)의 상기 시뮬레이션 툴(520)을 구동함으로써 수행될 수 있다. 상기 광학 모델은 상기 포토 리소그래피 공정의 공정 파라미터들(예를 들면, 노광빔의 세기 및 파장, 조명계와 관련된 물리적 파라미터들, 포토 레지스트에 대한 물리적/화학적 특성 등)에 대한 데이터를 포함할 수 있다. 이에 더하여, 상기 광학 모델은 (상기 포토 리소그래피 공정에 의해 형성된 포토 레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하는) 후속 식각 공정의 공정 파라미터들에 대한 데이터를 포함할 수도 있다. 상기 보정된 마스크 레이아웃(10)을 추가적으로 보정하는 것은, 상기 컨투어 이미지와 목표 이미지를 비교하는 것, 및 상기 컨투어 이미지와 상기 목표 이미지의 오차가 허용범위를 벗어나는 경우 상기 보정된 마스크 레이아웃(10)의 상기 패턴들(12)을 추가적으로 보정하는 것을 포함할 수 있다. 상기 보정된 마스크 레이아웃(10)을 추가적으로 보정하는 것은, 상기 보정된 마스크 레이아웃(10)의 상기 패턴들(12)에 해상도 이하의 작은 패턴들을 추가하거나 제거하는 방법들이 사용될 수 있다. 상기 보정된 마스크 레이아웃(10)을 추가적으로 보정하는 것은 상기 컴퓨터 시스템(500)의 상기 보정부(530)를 구동함으로써 수행될 수 있다.
상기 컨투어 이미지와 상기 목표 이미지의 오차가 허용범위 내에 있는 경우, 최종 마스크 레이아웃이 획득될 수 있다(S400).
일반적으로, 상기 웨이퍼(100)의 상기 셀 어레이 영역(200) 상에 제공되는 상기 셀 구조물(140)이 표면 굴곡을 갖는 경우, 상기 셀 구조물(140) 상에 수행되는 상기 포토 리소그래피 공정은 상기 셀 어레이 영역(200)의 특정 영역들에서 디포커스될 수 있다. 상기 마스크 레이아웃(10)의 상기 패턴들(12)의 각각이 상기 초기 타겟 CD 값(CDt_i)에 대응하는 크기를 가지도록 제공되는 경우, 상기 패턴들(12)은 상기 포토 리소그래피 공정의 디포커스에 의해 상기 셀 어레이 영역(200)의 상기 특정 영역들에서 설계된 형태와 다른 왜곡된 형태로 인쇄될 수 있다. 상기 마스크 레이아웃(10)에 대한 광 근접 보정은 상기 셀 구조물(140)의 표면 굴곡에 대한 고려 없이 수행되기 때문에, 상기 포토 리소그래피 공정의 디포커스에 의한 레이아웃의 왜곡을 보상하기에 충분하지 않을 수 있다.
본 발명의 개념에 따르면, 상기 셀 어레이 영역(200)에 대하여 상기 표면 굴곡 데이터를 획득하고, 상기 표면 굴곡 데이터를 이용하여 상기 디포커스 맵(50)이 생성될 수 있다. 상기 디포커스 맵(50)은 상기 마스크 레이아웃(10)의 상기 보정 대상 영역(20)의 상기 복수의 서브 영역들(30)에 대하여 각각 설정된 상기 수정된 타겟 CD 값들(CDt_n)을 포함할 수 있다. 상기 마스크 레이아웃(10)에 대한 상기 공정 근접 보정이 상기 표면 굴곡 데이터를 이용하여 생성된 상기 디포커스 맵(50)을 기반으로 수행됨에 따라, 상기 보정된 마스크 레이아웃(10)을 이용하여 상기 포토 리소그래피 공정이 수행되는 경우, 상기 포토 리소그래피 공정의 디포커스에 의한 레이아웃의 왜곡이 보상될 수 있다. 따라서, 상기 웨이퍼(100)의 상기 셀 어레이 영역(200)의 표면 굴곡(topography)에 따른 레이아웃의 왜곡을 보상할 수 있는 마스크 레이아웃의 보정 방법이 제공될 수 있다.
도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 마스크 레이아웃의 보정 방법을 이용한 반도체 소자의 제조방법을 나타내는 순서도이다. 도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자의 제조에 이용되는 포토 리소그래피(Photo Lithography) 시스템의 개념도이다.
도 15를 참조하면, 상기 마스크 레이아웃(10)이 설계될 수 있다(S1000). 상기 마스크 레이아웃(10)의 설계는 EDA(Electronic Design Automation) 소프트웨어를 이용하여 수행될 수 있다. 상기 마스크 레이아웃(10)은 웨이퍼 상에 집적회로를 인쇄하기 위해 요구되는 상기 패턴들(12)을 포함할 수 있다. 상기 마스크 레이아웃(10)은 적절한 형식의 데이터(일 예로, GDS Ⅱ)를 포함할 수 있다.
상기 마스크 레이아웃(10)이 보정될 수 있다(S2000). 상기 마스크 레이아웃(10)을 보정하는 것은, 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 마스크 레이아웃(10)을 제공하는 것(S100), 상기 마스크 레이아웃(10)에 대하여 상기 디포커스 맵(50)을 기반으로 한 공정 근접 보정(Process Proximity Correction)을 수행하는 것(S200), 상기 마스크 레이아웃(10)에 대하여 광 근접 보정(Optical Proximity Correction)을 수행하는 것(S300), 및 보정된 마스크 레이아웃(10)을 획득하는 것(S400)을 포함할 수 있다. 상기 마스크 레이아웃(10)에 대하여 상기 디포커스 맵(50)을 기반으로 한 상기 공정 근접 보정(Process Proximity Correction)을 수행하는 것은, 도 3 내지 도 14를 참조하여 설명한 바와 같다.
상기 보정된 마스크 레이아웃(10)을 이용하여 포토 마스크가 제조될 수 있다(S3000). 상기 포토 마스크를 제조하는 것은, 쿼츠(Quarts) 기판 상에 금속막 및 감광막이 형성된 블랑크 마스크(blank mask)를 제공하는 것, 상기 블랑크 마스크의 상기 감광막 상에 상기 보정된 마스크 레이아웃을 전사시키는 것, 상기 감광막을 현상(develop)하여 상기 보정된 마스크 레이아웃에 대응하는 패턴들을 포함하는 감광막 패턴들을 형성하는 것, 및 상기 감광막 패턴들을 식각 마스크로 상기 블랑크 마스크의 상기 금속막(일 예로, 크롬막, Cr layer)을 식각하는 것을 포함할 수 있다. 상기 식각 공정에 의해, 상기 포토 마스크는 상기 보정된 마스크 레이아웃에 대응하는 마스크 패턴들을 포함할 수 있다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 상기 포토 마스크를 이용한 포토 리소그래피 공정이 수행될 수 있다(S4000). 상기 포토 리소그래피 공정은 상기 포토 마스크의 상기 마스크 패턴들에 대응하는 패턴들을 상기 웨이퍼(100) 상에 인쇄하기 위해 수행될 수 있다. 상기 포토 리소그래피 공정은 포토 리소그래피 시스템(1000)을 이용하여 수행될 수 있다. 상기 포토 리소그래피 시스템(1000)은 광원(1200), 상기 포토 마스크(1400), 축소 투영 장치(1600), 및 웨이퍼 스테이지(Wafer Stage; 1800)를 포함할 수 있다.
상기 광원(1200)은 광을 방출할 수 있다. 상기 광원(1200)으로부터 방출된 광은 상기 포토 마스크(1400)로 조사될 수 있다. 일 예로, 광 초점을 조절하기 위해, 상기 광원(1200)과 상기 포토 마스크(1400) 사이에 렌즈가 제공될 수 있다. 상기 광원(1200)은 자외선 광원(일 예로, 234nm의 파장을 갖는 KrF 광원, 193nm의 파장을 갖는 ArF 광원 등)을 포함할 수 있다. 상기 광원(1200)은 하나의 점 광원(L1)을 포함할 수 있으나, 본 발명은 이 예들에 의해 한정되지 않는다. 상기 광원(1200)은 복수의 점 광원들(L1, L2, L3)을 포함할 수 있다.
상기 포토 마스크(1400)는 상기 웨이퍼(100) 상에 집적회로 레이아웃(Layout)을 인쇄하기 위해 이용되는 상기 마스크 패턴들(Mask Patterns)들을 포함할 수 있다. 상기 포토 마스크(1400)는 투명 영역 및 불투명 영역을 포함할 수 있고, 상기 영역들에 의해 상기 마스크 패턴들이 형성될 수 있다. 상기 투명 영역은, 상술한 바와 같이, 상기 포토 마스크(1400) 상의 금속막을 식각함으로써 형성될 수 있다. 상기 투명 영역은 상기 광원(1200)으로부터 방출된 광을 통과시킬 수 있다. 반면, 상기 불투명 영역은 광을 통과시키지 않고 차단할 수 있다.
상기 축소 투영 장치(1600)는 상기 포토 마스크(1400)의 상기 투명 영역을 통과한 광을 제공받을 수 있다. 상기 축소 투영 장치(1600)는 상기 웨이퍼(100) 상에 인쇄될 레이아웃의 회로 패턴들을 상기 포토 마스크(1400)의 상기 마스크 패턴들과 매칭시킬 수 있다. 상기 웨이퍼 스테이지(1800)는 상기 웨이퍼(100)를 지지할 수 있다.
일 예로, 상기 축소 투영 장치(1600)는 애퍼쳐(Aperture)를 포함할 수 있다. 상기 애퍼쳐는 상기 광원(1200)으로부터 방출된 자외선 광의 초점 심도를 높이기 위해 이용될 수 있다. 일 예로, 상기 애퍼쳐는 다이폴 애퍼처(Dipole Aperture) 또는 쿼드러플 애퍼처(Quadruple Aperture)를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 축소 투영 장치(1600)는 광 초점을 조절하기 위해 렌즈를 더 포함할 수 있다.
상기 포토 마스크(1400)의 상기 투명 영역을 통해 상기 포토 마스크(1400)를 통과한 광은, 상기 축소 투영 장치(1600)를 통해 상기 웨이퍼(100)로 조사될 수 있다. 이로써, 상기 포토 마스크(1400)의 상기 마스크 패턴들에 대응하는 패턴들이 상기 웨이퍼(100) 상에 인쇄될 수 있다.
이 후, 반도체 소자의 제조를 위한 후속 공정들이 상기 웨이퍼(100) 상에 수행될 수 있고, 이에 따라, 상기 웨이퍼(100) 상에 반도체 소자가 제조될 수 있다.
일반적으로, 상기 웨이퍼(100)의 상기 셀 어레이 영역(200) 상에 제공되는 상기 셀 구조물(140)이 표면 굴곡을 갖는 경우, 상기 셀 구조물(140)의 표면 굴곡에 의해 발생되는 상기 포토 리소그래피 공정의 디포커스에 의해, 상기 마스크 레이아웃(10)의 상기 패턴들(12)은 상기 셀 어레이 영역(200)의 특정 영역들에서 설계된 형태와 다른 왜곡된 형태로 인쇄될 수 있다. 이 경우, 상기 셀 어레이 영역(200) 상에 형성되는 셀 패턴들의 CD 산포가 증가할 수 있다.
본 발명의 개념에 따르면, 반도체 소자의 설계 단계에서, 상기 셀 어레이 영역(200)의 상기 표면 굴곡 데이터를 이용하여 생성된 상기 디포커스 맵(50)을 기초로 상기 마스크 레이아웃(10)이 보정될 수 있다. 상기 보정된 마스크 레이아웃(10)을 이용하여 상기 포토 마스크(1400)가 제조될 수 있다. 상기 포토 마스크(1400)를 이용하여 상기 포토 리소그래피 공정이 수행되는 경우, 상기 포토 리소그래피 공정의 디포커스에 의한 레이아웃의 왜곡이 보상될 수 있다. 이에 따라, 상기 셀 어레이 영역(200) 상에 형성되는 상기 셀 패턴들의 CD 산포가 감소할 수 있다. 따라서, 상기 웨이퍼(100)의 상기 셀 어레이 영역(200) 상의 상기 셀 패턴들의 CD(critical dimension) 산포를 최소화할 수 있는 반도체 소자의 제조방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 대한 이상의 설명은 본 발명의 설명을 위한 예시를 제공한다. 따라서 본 발명은 이상의 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다.
10: 마스크 레이아웃 20: 보정 대상 영역
12: 패턴들 100: 웨이퍼
200: 셀 영역 140: 셀 구조물
110: 하부 셀 패턴들 120: 제1 하부막
130: 제2 하부막 BF: 베스트 포커스
DF: 디포커스 30: 서브 영역들

Claims (20)

  1. 마스크 레이아웃을 제공하는 것;
    웨이퍼의 일 영역에 대한 표면 굴곡 데이터를 획득하는 것;
    상기 표면 굴곡 데이터를 이용하여 디포커스 맵을 생성하는 것; 및
    상기 디포커스 맵을 기초로 상기 마스크 레이아웃을 보정하는 것을 포함하되,
    상기 디포커스 맵을 생성하는 것은, 상기 마스크 레이아웃의 복수의 서브 영역들에 대하여 상기 표면 굴곡 데이터를 기초로 수정된 타겟 CD 값들을 각각 설정하는 것을 포함하는 마스크 레이아웃의 보정 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 마스크 레이아웃은 상기 웨이퍼 상에 집적회로를 인쇄하기 위해 요구되는 패턴들을 포함하고,
    상기 마스크 레이아웃의 상기 복수의 서브 영역들에 대하여 상기 수정된 타겟 CD 값들을 각각 설정하는 것은:
    상기 마스크 레이아웃 및 소정의 공정 모델을 입력 데이터로 이용하는 리소그래피 시뮬레이션을 통해, 상기 복수의 서브 영역들의 각각 내 패턴에 대한 예측 CD 값을 생성하는 것; 및
    상기 예측 CD 값이 요구되는 값이 되도록 상기 복수의 서브 영역들의 각각에 대하여 초기 타겟 CD 값을 수정하는 것을 포함하는 마스크 레이아웃의 보정 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 공정 모델은 포토 리소그래피 공정의 포커스 변동에 따른 상기 패턴의 CD 값에 관한 데이터를 포함하고,
    상기 공정 모델은 상기 포토 리소그래피 공정의 상기 포커스 변동이 상기 표면 굴곡 데이터에 의존하도록 설정되는 마스크 레이아웃의 보정방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 디포커스 맵을 생성하는 것은:
    상기 마스크 레이아웃의 보정 대상 영역을 상기 복수의 서브 영역들로 분할하는 것; 및
    상기 복수의 서브 영역들에 대하여 각각 설정된 상기 수정된 타겟 CD 값들을 포함하는 상기 디포커스 맵을 제공하는 것을 포함하는 마스크 레이아웃의 보정방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 마스크 레이아웃은 상기 웨이퍼 상에 집적회로를 인쇄하기 위해 요구되는 패턴들을 포함하고,
    상기 디포커스 맵은 상기 마스크 레이아웃의 상기 복수의 서브 영역들의 각각에 대하여 설정된 상기 수정된 타겟 CD 값을 포함하고,
    상기 디포커스 맵을 기초로 상기 마스크 레이아웃을 보정하는 것은, 상기 복수의 서브 영역들의 각각 내 패턴이 상기 수정된 타겟 CD 값에 대응하는 크기를 가지도록, 상기 마스크 레이아웃의 상기 패턴들을 보정하는 것을 포함하는 마스크 레이아웃의 보정방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 마스크 레이아웃의 상기 패턴들은 서로 동일한 크기를 가지고 반복적으로 배열되고,
    상기 보정된 마스크 레이아웃의 상기 패턴들 중 적어도 일부는 서로 다른 크기를 갖는 마스크 레이아웃의 보정방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 표면 굴곡 데이터는 주사 프로브 현미경(Scanning Probe Microscope)을 이용하여 상기 웨이퍼의 상기 일 영역의 표면 프로파일을 측정함으로써 획득되는 마스크 레이아웃의 보정방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 마스크 레이아웃은 상기 웨이퍼의 셀 어레이 영역 내에 인쇄될 셀 패턴들에 대응하는 패턴들을 포함하고,
    상기 표면 굴곡 데이터는 상기 웨이퍼의 상기 셀 어레이 영역으로부터 획득되는 마스크 레이아웃의 보정방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    광 근접 보정을 수행하여 상기 마스크 레이아웃을 추가적으로 보정하는 것을 더 포함하는 마스크 레이아웃의 보정방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 표면 굴곡 데이터는 파괴 검사를 통해 상기 웨이퍼의 상기 일 영역의 표면의 높이를 측정함으로써 획득되는 마스크 레이아웃의 보정방법.
  11. 마스크 레이아웃을 설계하는 것;
    상기 마스크 레이아웃을 보정하는 것;
    상기 보정된 마스크 레이아웃에 대응하는 마스크 패턴들을 갖는 포토 마스크를 제조하는 것; 및
    웨이퍼 상에 상기 포토 마스크를 이용하는 포토 리소그래피 공정을 수행하는 것을 포함하되,
    상기 마스크 레이아웃을 보정하는 것은:
    상기 웨이퍼의 일 영역에 대한 표면 굴곡 데이터를 이용하여 디포커스 맵을 생성하는 것; 및
    상기 디포커스 맵을 기초로 상기 마스크 레이아웃을 보정하는 것을 포함하되,
    상기 디포커스 맵을 생성하는 것은, 상기 마스크 레이아웃의 복수의 서브 영역들에 대하여 상기 표면 굴곡 데이터를 기초로 수정된 타겟 CD 값들을 각각 설정하는 것을 포함하는 반도체 소자의 제조방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 표면 굴곡 데이터는 주사 프로브 현미경(Scanning Probe Microscope)을 이용하여 상기 웨이퍼의 상기 일 영역의 표면 프로파일을 측정함으로써 획득되는 반도체 소자의 제조방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 표면 굴곡 데이터는 파괴 검사를 통해 상기 웨이퍼의 상기 일 영역의 표면의 높이를 측정함으로써 획득되는 반도체 소자의 제조방법.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 디포커스 맵을 생성하는 것은:
    상기 마스크 레이아웃의 보정 대상 영역을 상기 복수의 서브 영역들로 분할하는 것; 및
    상기 복수의 서브 영역들에 대하여 각각 설정된 상기 수정된 타겟 CD 값들을 포함하는 상기 디포커스 맵을 제공하는 것을 포함하는 반도체 소자의 제조방법.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 마스크 레이아웃은 서로 동일한 크기를 가지고 반복적으로 배열되는 패턴들을 포함하고,
    상기 마스크 레이아웃의 상기 복수의 서브 영역들에 대하여 상기 수정된 타겟 CD 값들을 각각 설정하는 것은:
    상기 마스크 레이아웃 및 소정의 공정 모델을 입력 데이터로 이용하는 리소그래피 시뮬레이션을 통해, 상기 복수의 서브 영역들의 각각 내 패턴에 대한 예측 CD 값을 생성하는 것; 및
    상기 예측 CD 값이 요구되는 값이 되도록 상기 복수의 서브 영역들의 각각에 대하여 초기 타겟 CD 값을 수정하는 것을 포함하는 반도체 소자의 제조방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 공정 모델은 상기 포토 리소그래피 공정의 포커스 변동에 따른 상기 패턴의 CD 값에 관한 데이터를 포함하고,
    상기 공정 모델은 상기 포커스 변동이 상기 표면 굴곡 데이터에 의존하도록 설정되는 반도체 소자의 제조방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 공정 모델은 상기 포토 리소그래피 공정의 포커스 변동에 따른 상기 패턴의 CD 값에 관한 데이터를 포함하고,
    상기 공정 모델은 상기 포커스 변동이 상기 표면 굴곡 데이터에 의존하도록 설정되는 반도체 소자의 제조방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 보정된 마스크 레이아웃의 상기 패턴들 중 적어도 일부는 서로 다른 크기를 갖는 반도체 소자의 제조방법.
  19. 청구항 11에 있어서,
    상기 마스크 레이아웃을 보정하는 것은, 광 근접 보정을 수행하여 상기 마스크 레이아웃을 추가적으로 보정하는 것을 더 포함하는 반도체 소자의 제조방법.
  20. 청구항 11에 있어서,
    상기 마스크 레이아웃은 상기 웨이퍼의 셀 어레이 영역 내에 인쇄될 셀 패턴들에 대응하는 패턴들을 포함하고,
    상기 표면 굴곡 데이터는 상기 웨이퍼의 상기 셀 어레이 영역으로부터 획득되는 반도체 소자의 제조방법.
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