KR20230092712A - Image-based semiconductor device patterning method using DNN(Deep Neural Network) - Google Patents

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KR20230092712A
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이선민
이혁
이수용
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Abstract

본 발명의 기술적 사상은, 특정 반도체 공정 후의 패턴 정보를 정밀하게 예측하여 패터닝 할 수 있는 반도체 소자 패터닝 방법을 제공한다. 그 반도체 소자 패터닝 방법은 샘플의 패턴에 대한 정보를 이미지화하여 입력 이미지를 생성하는 단계; 상기 샘플에 대한 소정 반도체 공정 후의 상기 샘플의 패턴에 대한 출력 이미지를 획득하는 단계; 상기 입력 이미지와 출력 이미지를 가지고 DNN(Deep Neural Network)을 이용한 학습을 통해 예측 모델을 생성하는 단계; 및 상기 예측 모델을 이용하여 반도체 소자의 패턴에 대한 상기 반도체 공정 후의 패턴 이미지를 예측하는 단계;를 포함한다.The technical idea of the present invention is to provide a semiconductor device patterning method capable of accurately predicting and patterning pattern information after a specific semiconductor process. The semiconductor device patterning method includes the steps of imaging information on a pattern of a sample to generate an input image; obtaining an output image of a pattern of the sample after a predetermined semiconductor process on the sample; generating a predictive model through learning using a deep neural network (DNN) with the input image and the output image; and predicting a pattern image of a pattern of a semiconductor device after the semiconductor process using the prediction model.

Description

DNN을 이용한 이미지-기반 반도체 소자 패터닝 방법{Image-based semiconductor device patterning method using DNN(Deep Neural Network)}Image-based semiconductor device patterning method using DNN (Deep Neural Network)}

본 발명의 기술적 사상은 반도체 소자 패터닝 방법에 관한 것으로, 특히 이미지 기반 반도체 소자 패터닝 방법에 관한 것이다.The technical idea of the present invention relates to a method for patterning a semiconductor device, and more particularly, to an image-based method for patterning a semiconductor device.

반도체 공정에서, 웨이퍼 등과 같은 반도체 기판 상에 패턴을 형성하기 위하여 마스크를 이용한 포토리소그라피 공정이 수행될 수 있다. 마스크는, 투명한 기층 소재 상에 불투명한 재질의 패턴 형상이 형성되어 있는 패턴 전사체라고 말할 수 있다. 이러한 마스크를 제작하기 위하여, 먼저 요구되는 패턴에 대한 레이아웃을 디자인한 후, OPC(Optical Proximity Correction)을 통해 획득한 OPC된 레이아웃 데이터를 MTO(Mask Tape-Out) 디자인 데이터로서 전달한다. 이후, MTO 디자인 데이터에 기초하여 마스크 데이터 준비(Mask Data Preparation: MDP)를 하고 마스크용 기판 상에 노광 공정 등을 수행할 수 있다. 한편, 마스크를 이용한 반도체 기판 상의 PR 패턴 형성 공정, 및 PR 패턴을 이용한 식각 공정 등을 수행하여, 반도체 기판 상에 패턴을 형성할 수 있다.In a semiconductor process, a photolithography process using a mask may be performed to form a pattern on a semiconductor substrate such as a wafer. A mask can be said to be a pattern transfer body in which a pattern shape of an opaque material is formed on a transparent base layer material. In order to manufacture such a mask, first, after designing a layout for a required pattern, OPC layout data obtained through OPC (Optical Proximity Correction) is transferred as MTO (Mask Tape-Out) design data. Thereafter, mask data preparation (MDP) may be performed based on the MTO design data, and an exposure process or the like may be performed on the mask substrate. Meanwhile, a pattern may be formed on the semiconductor substrate by performing a process of forming a PR pattern on the semiconductor substrate using a mask and an etching process using the PR pattern.

본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는, 특정 반도체 공정 후의 패턴 정보를 정밀하게 예측하여 패터닝 할 수 있는 반도체 소자 패터닝 방법을 제공하는 데에 있다.An object to be solved by the technical spirit of the present invention is to provide a method for patterning a semiconductor device capable of accurately predicting and patterning pattern information after a specific semiconductor process.

또한, 본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는, 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있다.In addition, the problem to be solved by the technical spirit of the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and other problems can be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 기술적 사상은 샘플의 패턴에 대한 정보를 이미지화하여 입력 이미지를 생성하는 단계; 상기 샘플에 대한 소정 반도체 공정 후의 상기 샘플의 패턴에 대한 출력 이미지를 획득하는 단계; 상기 입력 이미지와 출력 이미지를 가지고 DNN(Deep Neural Network)을 이용한 학습을 통해 예측 모델을 생성하는 단계; 및 상기 예측 모델을 이용하여 반도체 소자의 패턴에 대한 상기 반도체 공정 후의 패턴 이미지를 예측하는 단계;를 포함하는 반도체 소자 패터닝 방법을 제공한다.In order to solve the above problems, the technical idea of the present invention is to generate an input image by imaging information on the pattern of the sample; obtaining an output image of a pattern of the sample after a predetermined semiconductor process on the sample; generating a predictive model through learning using a deep neural network (DNN) with the input image and the output image; and predicting a pattern image of a pattern of a semiconductor device after the semiconductor process using the prediction model.

또한, 본 발명의 기술적 사상은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 샘플의 패턴에 대응한 마스크 패턴의 레이아웃을 래스터화 하여 입력 이미지를 생성하는 단계; 상기 마스크 패턴에 대한 OPC된 레이아웃의 이미지를 출력 이미지로 획득하는 단계; 상기 입력 이미지와 출력 이미지를 가지고 DNN을 이용한 학습을 통해 예측 모델을 생성하는 단계; 상기 예측 모델을 이용하여 반도체 소자의 패턴에 대한 OPC된 레이아웃의 이미지를 예측하는 단계; 예측된 상기 OPC된 레이아웃의 이미지가 설정된 조건을 만족하는지 판단하는 단계; 상기 조건을 만족하는 경우, 상기 OPC된 레이아웃의 이미지에 기초하여 마스크를 제조하는 단계; 및 상기 마스크를 사용하여 반도체 소자에 패턴을 형성하는 단계;를 포함하는 반도체 소자 패터닝 방법을 제공한다.In addition, the technical idea of the present invention, in order to solve the above problems, generating an input image by rasterizing the layout of the mask pattern corresponding to the pattern of the sample; obtaining an OPC layout image for the mask pattern as an output image; generating a predictive model through learning using a DNN with the input image and the output image; predicting an OPC layout image of a pattern of a semiconductor device using the prediction model; determining whether the predicted image of the OPC layout satisfies a set condition; manufacturing a mask based on the image of the OPC layout when the condition is satisfied; and forming a pattern on the semiconductor device using the mask.

더 나아가, 본 발명의 기술적 사상은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 샘플의 패턴에 대한 ADI 이미지를 획득하는 단계; 상기 ADI 이미지에서 컨퉈 이미지를 추출하는 단계; 상기 컨퉈 이미지를 래스터화 하여 입력 이미지를 생성하는 단계; 상기 샘플에 대한 식각 공정 후의 상기 샘플의 패턴에 대한 ACI 이미지를 출력 이미지로 획득하는 단계; 상기 입력 이미지와 출력 이미지를 가지고 DNN을 이용한 학습을 통해 예측 모델을 생성하는 단계; 상기 예측 모델을 이용하여 반도체 소자에 대한 상기 식각 공정 후의 패턴 이미지를 예측하는 단계; 예측된 상기 식각 공정 후의 패턴 이미지가 설정된 조건을 만족하는지 판단하는 단계; 및 상기 조건을 만족하는 경우, 상기 식각 공정을 통해 상기 반도체 소자에 패턴을 형성하는 단계;를 포함하는 반도체 소자 패터닝 방법을 제공한다.Furthermore, the technical spirit of the present invention, in order to solve the above problems, obtaining an ADI image for the pattern of the sample; extracting a contour image from the ADI image; generating an input image by rasterizing the contour image; Acquiring an ACI image of a pattern of the sample after an etching process on the sample as an output image; generating a predictive model through learning using a DNN with the input image and the output image; predicting a pattern image of a semiconductor device after the etching process using the prediction model; Determining whether the predicted pattern image after the etching process satisfies a set condition; and forming a pattern on the semiconductor device through the etching process when the above condition is satisfied.

본 발명의 기술적 사상에 의한 DNN을 이용한 이미지-기반 반도체 소자 패터닝 방법은, 이미지화를 통해 입력 이미지를 생성하고, DNN을 이용한 학습을 통해 이미지-기반 예측 모델을 생성할 수 있다. 이미지-기반 예측 모델은 해당 반도체 공정 후의 패턴의 이미지를 정확하게 예측할 수 있다. 또한, 패턴 이미지의 정확한 예측에 기초하여, 반도체 소자에 요구되는 패턴을 정확하게 형성할 수 있다.An image-based semiconductor device patterning method using a DNN according to the technical idea of the present invention may generate an input image through imaging and generate an image-based predictive model through learning using the DNN. The image-based prediction model can accurately predict an image of a pattern after a corresponding semiconductor process. In addition, based on the accurate prediction of the pattern image, it is possible to accurately form a pattern required for the semiconductor device.

또한, 본 발명의 기술적 사상에 의한 DNN을 이용한 이미지-기반 반도체 소자 패터닝 방법에서, DNN은, 멀리 위치해 있는 패턴들의 영향을 효과적으로 반영하고, 서브-픽셀 수준의 정확도를 보장하는 고정밀도의 이미지를 출력 이미지로 생성할 수 있으며, 풀-칩 시뮬레이션을 수행할 수 있을 정도로 경량화된 모델을 포함하며, 반도체 소자의 층마다의 패턴 복잡도에 따라 계층(architecture)을 변경하여 모델링을 할 수 있다.In addition, in the image-based semiconductor device patterning method using DNN according to the technical idea of the present invention, the DNN effectively reflects the influence of distant patterns and outputs a high-precision image that guarantees sub-pixel level accuracy. It can be created as an image, includes a model that is lightweight enough to perform full-chip simulation, and can be modeled by changing the architecture according to the pattern complexity of each layer of the semiconductor device.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DNN을 이용한 이미지-기반 반도체 소자 패터닝 방법의 과정을 개략적으로 보여주는 흐름도이다.
도 2는 반도체 8대 공정에서 도 1의 반도체 소자 패터닝 방법이 적용되는 부분을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3a 내지 도 3c는 CD-기반, 컨퉈-기반, 및 이미지-기반 모델의 차이점을 설명하기 위한 개념도들이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예들에 따른 DNN을 이용한 이미지 기반 반도체 소자 패터닝 방법의 과정을 개략적으로 보여주는 흐름도들이다.
도 5a 및 도 5b는 도 1의 반도체 소자 패터닝 방법의 입력 이미지 생성 단계에서, 서브-픽셀(sub-pixel) 수준의 정확도를 확보할 수 있도록 이미지를 생성하는 방법을 설명하기 위한 개념도들이다.
도 6a 내지 도 7b는 도 1의 반도체 소자 패터닝 방법의 입력 이미지 생성 단계에서, 불량 이미지를 제거하는 방법들을 설명하기 위한 개념도들이다.
도 8은 도 1의 반도체 소자 패터닝 방법에서, DNN을 이용한 학습을 통해 예측 모델을 생성하는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 9는 도 1의 반도체 소자 패터닝 방법에서, DNN에 이용되는 다양한 활성 함수들에 대한 그래프들이다.
도 10은 도 1의 반도체 소자 패터닝 방법과 기존 반도체 소자 패터닝 방법의 효과를 비교하여 보여주는 그래프이다.
1 is a flowchart schematically illustrating a process of a method of patterning an image-based semiconductor device using a DNN according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a portion to which the semiconductor device patterning method of FIG. 1 is applied in eight major semiconductor processes.
3A to 3C are conceptual diagrams for explaining the difference between a CD-based model, a content-based model, and an image-based model.
4A and 4B are flowcharts schematically illustrating a process of a method of patterning an image-based semiconductor device using a DNN according to embodiments of the present invention.
5A and 5B are conceptual diagrams illustrating a method of generating an image to secure sub-pixel level accuracy in the step of generating an input image of the method of patterning a semiconductor device of FIG. 1 .
6A to 7B are conceptual diagrams illustrating methods of removing a defective image in the step of generating an input image of the method of patterning a semiconductor device of FIG. 1 .
FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating a process of generating a prediction model through learning using a DNN in the method of patterning the semiconductor device of FIG. 1 .
FIG. 9 is graphs of various activation functions used in the DNN in the method of patterning the semiconductor device of FIG. 1 .
FIG. 10 is a graph showing a comparison between the effects of the semiconductor device patterning method of FIG. 1 and the conventional semiconductor device patterning method.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals are used for the same components in the drawings, and duplicate descriptions thereof are omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DNN을 이용한 이미지-기반 반도체 소자 패터닝 방법의 과정을 개략적으로 보여주는 흐름도이고, 도 2는 반도체 8대 공정에서 도 1의 반도체 소자 패터닝 방법이 적용되는 부분을 설명하기 위한 개념도이다. 또한, 도 3a 내지 도 3c는 CD-기반, 컨퉈-기반, 및 이미지-기반 모델의 차이점을 설명하기 위한 개념도들이다.1 is a flowchart schematically illustrating a process of a method of patterning an image-based semiconductor device using a DNN according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a part to which the semiconductor device patterning method of FIG. 1 is applied in eight major semiconductor processes. It is a concept diagram to explain. Also, FIGS. 3A to 3C are conceptual diagrams for explaining the difference between a CD-based model, a content-based model, and an image-based model.

도 1 내지 도 3c를 참조하면, 본 실시예의 DNN을 이용한 이미지-기반 반도체 소자 패터닝 방법(이하, 간단히, '반도체 소자 패터닝 방법'이라 한다)은, 먼저, 샘플의 패턴에 대한 정보를 이미지화하여 입력 이미지를 생성한다(S110). 여기서, 샘플은 DNN(Deep Neural Network) 학습, 예컨대, GAN(Generative Adversarial Network) 학습에 이용되는 반도체 소자일 수 있다. 그러나 본 실시예의 반도체 소자 패터닝 방법에서, DNN 학습이 GAN 학습에 한정되는 것은 아니다. 이하에서는 특별히 언급하지 않는 DNN은 주로 GAN을 의미할 수 있다. 또한, 샘플의 패턴은 마스크 상의 패턴이 노광 공정을 통해 샘플 상으로 전사됨으로써 형성될 수 있다. 그에 따라, 먼저, 샘플의 패턴에 대응하는 마스크 상의 패턴에 대한 레이아웃, 즉, 마스크 레이아웃이 디자인될 수 있다. 참고로, 노광 공정의 특성상 일반적으로 샘플의 패턴의 형태와 마스크 상의 패턴의 형태는 다를 수 있다. 또한, 마스크 상의 패턴은 축소 투영되어 기판 상에 전사되므로, 마스크 상의 패턴은 샘플의 패턴보다는 큰 사이즈를 가질 수 있다.Referring to FIGS. 1 to 3C , the image-based semiconductor device patterning method using the DNN of the present embodiment (hereinafter, simply referred to as 'semiconductor device patterning method') first images information about a pattern of a sample and inputs it. An image is created (S110). Here, the sample may be a semiconductor device used for deep neural network (DNN) learning, for example, generative adversarial network (GAN) learning. However, in the semiconductor device patterning method of this embodiment, DNN learning is not limited to GAN learning. Hereinafter, DNNs that are not specifically mentioned may mainly mean GANs. In addition, the pattern of the sample may be formed by transferring the pattern on the mask onto the sample through an exposure process. Accordingly, first, a layout for a pattern on a mask corresponding to a pattern of a sample, that is, a mask layout may be designed. For reference, in general, the shape of the pattern of the sample may differ from the shape of the pattern on the mask due to the nature of the exposure process. In addition, since the pattern on the mask is reduced-projected and transferred onto the substrate, the pattern on the mask may have a larger size than the pattern of the sample.

샘플의 패턴에 대한 정보는 샘플의 패턴에 대응하는 마스크 상의 패턴에 대한 레이아웃일 수 있다. 그에 대한 좀더 구체적인 설명은 도 4a의 설명 부분에서 설명한다. 또한, 다른 실시예에서, 샘플의 패턴에 대한 정보는 샘플의 패턴에 대한 ADI(After Develop Inspection) 이미지일 수 있다. 그에 대한 좀더 구체적인 설명은 도 4a의 설명 부분에서 설명한다. 본 실시예의 반도체 소자 패터닝 방법에서, 샘플의 패턴에 대한 정보가 전술한 2가지에 한정되지 않고 다양하게 정해질 수 있다. 예컨대, 샘플의 패턴에 대한 정보는 마스크 상의 패턴에 대한 근접장 이미지일 수도 있다.Information on the pattern of the sample may be a layout of patterns on a mask corresponding to the pattern of the sample. A more detailed description thereof will be given in the description of FIG. 4A. Also, in another embodiment, the information on the pattern of the sample may be an After Develop Inspection (ADI) image of the pattern of the sample. A more detailed description thereof will be given in the description of FIG. 4A. In the semiconductor device patterning method of this embodiment, the information on the pattern of the sample is not limited to the above two, and may be determined in various ways. For example, the information on the pattern of the sample may be a near-field image of the pattern on the mask.

한편, 정보의 이미지화는, 해당 정보를 래스터화(rasterization) 하는 것을 의미할 수 있다. 즉, 래스터화는 벡터 또는 컨퉈(contour) 데이터를 비트맵 또는 픽셀 데이터로 변환하는 과정을 의미할 수 있다. 예컨대, 마스크 상의 패턴에 대한 레이아웃은 컨퉈 이미지에 해당하고, 그러한 컨퉈 이미지가 래스터화를 통해 비트맵 이미지로 변환되어 입력 이미지가 생성될 수 있다. 또한, 샘플의 패턴에 대한 ADI 이미지는 SEM(Scanning Electron Microscope)를 통해 획득하게 되는데, ADI 이미지에서 컨퉈 이미지를 추출한 후, 컨퉈 이미지에 대하여 래스터화가 수행되어 비트맵 이미지의 입력 이미지가 생성될 수 있다.Meanwhile, imaging of information may mean rasterization of the corresponding information. That is, rasterization may mean a process of converting vector or contour data into bitmap or pixel data. For example, a layout for a pattern on a mask corresponds to a contour image, and such a contour image may be converted into a bitmap image through rasterization to generate an input image. In addition, the ADI image of the pattern of the sample is acquired through a scanning electron microscope (SEM). After extracting the convolutional image from the ADI image, rasterization is performed on the convolutional image to generate an input image of a bitmap image. .

본 실시예의 반도체 소자 패터닝 방법에서, DNN으로의 입력 데이터가 래스터화를 통한 이미지 데이터, 즉 픽셀 데이터이므로, 기존의 CD-기반, 또는 컨퉈 기반의 데이터보다도 수만 배 이상 많은 데이터를 활용하여 학습이 가능하고, 따라서 상대적으로 모델 오버피팅(overfitting)을 방지하는 데에 유리할 수 있다.In the semiconductor device patterning method of this embodiment, since the input data to the DNN is image data through rasterization, that is, pixel data, it is possible to learn by using tens of thousands of times more data than existing CD-based or content-based data. and thus relatively avoiding model overfitting.

참고로, 최근 패턴이 미세화 됨에 따라, 기존의 OPC와 RET(Resolution Enhancement Technology) 기술만으로 정확한 마스크를 제작하기 충분하지 않아 새로운 기술을 필요로 하고 있다. 미세화 된 패턴의 경우, 점점 2D 패턴의 비중이 커지므로, 정확한 패터닝을 위해서는 2D 패턴까지 정확하게 예측하는 모델이 필요하고, 웨이퍼 검증 시에도 1D 패턴(line & space 패턴) 불량과 차별화된 방식으로 2D 패턴 불량을 검출하여야 한다. 기존 리소그라피 시뮬레이션 모델, 예컨대, OPC 모델의 경우, 도 3a에 도시된 바와 같이, 주어진 레이아웃의 정보를 바탕으로 패턴의 CD를 예측하는 CD-기반 모델이 일반적으로 사용되고 있다.For reference, as patterns have recently been miniaturized, a new technology is needed because it is not enough to manufacture an accurate mask only with the existing OPC and RET (Resolution Enhancement Technology) technology. In the case of miniaturized patterns, the proportion of 2D patterns gradually increases, so a model that accurately predicts even 2D patterns is needed for accurate patterning, and 2D patterns are differentiated from 1D pattern (line & space pattern) defects during wafer verification. Defects must be detected. In the case of an existing lithography simulation model, for example, an OPC model, a CD-based model that predicts a CD of a pattern based on information of a given layout is generally used, as shown in FIG. 3A.

그러나 최근에 도 3b에 도시된 바와 같이, 패턴의 2D 프로파일을 좀 더 잘 예측할 수 있는 컨퉈-기반 모델이 사용되고 있다. CD-기반 모델은 패턴 하나에서 1~2개의 CD를 추출하여 모델링하는 방식이고, 컨퉈-기반 모델은 EP(Edge Placement) 또는 EPE(Edge Placement Error)를 컨퉈의 일정 간격마다 추가하여 패턴 정보를 추출하여 패턴 하나당 수십 개의 EP 정보를 사용하여 모델링하는 방식이다. 이러한 컨퉈-기반 모델의 방식은 보다 많은 2D 정보를 추출할 수 있으나, EP를 추출하는 방식에 따라 일부 정보가 누락되는 문제가 발생할 수 있다.However, recently, as shown in FIG. 3B, a convolution-based model capable of better predicting the 2D profile of a pattern has been used. The CD-based model is a method of modeling by extracting 1 or 2 CDs from one pattern, and the contour-based model extracts pattern information by adding EP (Edge Placement) or EPE (Edge Placement Error) at regular intervals of the contour. This is a method of modeling using dozens of EP information per pattern. This contuo-based model method can extract more 2D information, but depending on the EP extraction method, some information may be omitted.

그에 반해, 본 실시예의 반도체 소자 패터닝 방법에서, DNN을 이용한 학습을 통해 이미지-기반 예측 모델이 생성될 수 있다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 이미지-기반 모델은 패턴에 해당하는 모든 픽셀(수만 개)을 모델링에 이용하므로, 컨퉈-기반 모델보다 훨씬 많은 2D 정보를 활용하여 모델링을 수행할 수 있다.In contrast, in the semiconductor device patterning method of the present embodiment, an image-based prediction model may be generated through learning using a DNN. As shown in FIG. 3C , since the image-based model uses all pixels (tens of thousands) corresponding to a pattern for modeling, modeling can be performed using much more 2D information than the contour-based model.

덧붙여, 수많은 픽셀 데이터는, 기존 리소그라피 모델에서와 같이 사전에 정의된 커널들(kernels)을 선형 조합하여 생성한 모델에 효과적으로 충분히 활용하기 어려울 수 있다. 그러나 본 실시예의 반도체 소자 패터닝 방법은, 수십만 배 이상 많아진 데이터를 활용하여 더 정확한 모델링을 하기 위해, 학습 도중 최적화된 커널을 찾아갈 수 있고, 리소그라피 현상을 모사하기에 특화된 DCGAN(Deep Convolutional GAN)을 활용할 수 있다. 또한, 본 실시예의 반도체 소자 패터닝 방법은, 데이터의 전처리 과정을 자동화시키는 알고리즘을 사용하여 데이터 전처리 과정에 필요한 시간을 최소화할 수 있다. 한편, 본 실시예의 반도체 소자 패터닝 방법에서, DNN을 이용한 학습을 통해 생성된 이미지-기반 모델이 서브-픽셀(sub-pixel) 수준의 정확도를 확보하기 위해서 이미지 변환 시에 다양한 알고리즘들이 이용될 수 있다. 그에 관련해서는 도 5a 내지 도 7b의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.In addition, it may be difficult to efficiently and sufficiently utilize a large amount of pixel data in a model generated by linearly combining predefined kernels as in the existing lithography model. However, the semiconductor device patterning method of the present embodiment can find an optimized kernel during learning in order to perform more accurate modeling by utilizing data that is hundreds of thousands of times larger, and DCGAN (Deep Convolutional GAN) specialized for simulating lithography is used. can be utilized In addition, the semiconductor device patterning method of the present embodiment can minimize the time required for data pre-processing by using an algorithm that automates the data pre-processing process. Meanwhile, in the semiconductor device patterning method of the present embodiment, various algorithms may be used when converting an image in order to secure sub-pixel level accuracy of an image-based model generated through learning using a DNN. . This will be described in more detail in the description of FIGS. 5A to 7B .

이미지화를 통한 입력 이미지 생성 후, 샘플에 대한 소정 반도체 공정 후의 샘플의 패턴에 대한 출력 이미지를 획득한다(S120). 여기서, 반도체 공정은 다양한 공정들을 포함할 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 반도체 소자 패터닝 방법에서, 반도체 공정은, 포토 공정과 식각 공정을 포함할 수 있다. 도 2를 통해 알 수 있듯이, 일반적으로 포토 공정은 마스크를 이용한 노광 공정 및 현상 공정을 통해 반도체 소자에 PR 패턴을 형성하는 공정을 의미할 수 있다. 또한, 식각 공정은 PR 패턴을 이용하여 반도체 소자 상에 패턴을 형성하는 공정을 의미할 수 있다.After generating an input image through imaging, an output image of a pattern of the sample after a predetermined semiconductor process on the sample is obtained (S120). Here, the semiconductor process may include various processes. For example, in the semiconductor device patterning method of the present embodiment, the semiconductor process may include a photo process and an etching process. As can be seen from FIG. 2 , a photo process may generally refer to a process of forming a PR pattern on a semiconductor device through an exposure process and a development process using a mask. Also, the etching process may refer to a process of forming a pattern on a semiconductor device using a PR pattern.

한편, 포토 공정에서 OPC(Optical Proximity Correction)가 수행될 수 있다. OPC는, 패턴이 미세화 됨에 따라 노광 공정에서 이웃하는 패턴들 간의 영향에 의한 광 근접 현상(Optical Proximity Effect: OPE)이 발생하고, 이를 억제하기 위해서, 마스크 패턴의 레이아웃을 보정하는 방법을 의미할 수 있다. OPC는 일반적으로 마스크 패턴에 대한 광학적 이미지 생성, OPC 모델 생성, OPC 모델을 이용한 시뮬레이션을 통해 마스크 패턴의 레이아웃, 즉 OPC된 레이아웃의 이미지 또는 데이터를 획득하는 과정을 포함할 수 있다. 그에 따라, 포토 공정은 OPC를 통해 OPC된(OPCed) 레이아웃을 생성하는 과정과, OPC된 레이아웃으로 마스크를 제작하고, 그 마스트를 이용한 노광 공정을 통해 반도체 소자 상에 PR 패턴을 형성하는 과정을 포함할 수 있다. 한편, 식각 바이어스(etch bias)를 보상하기 위하여, 식각 공정에서, PPC(Process Proximity Correction) 과정이 수행될 수 있다.Meanwhile, optical proximity correction (OPC) may be performed in a photo process. OPC may refer to a method of correcting the layout of a mask pattern in order to suppress the occurrence of Optical Proximity Effect (OPE) due to the influence between neighboring patterns in the exposure process as the pattern is miniaturized. there is. OPC may generally include a process of obtaining an image or data of a layout of a mask pattern, that is, an OPC layout, through optical image generation of the mask pattern, OPC model generation, and simulation using the OPC model. Accordingly, the photo process includes a process of generating an OPCed layout through OPC, manufacturing a mask with the OPC layout, and forming a PR pattern on the semiconductor device through an exposure process using the mask. can do. Meanwhile, in order to compensate for an etch bias, a Process Proximity Correction (PPC) process may be performed in an etch process.

결과적으로, 반도체 공정에 따라 입력 이미지와 그에 대응하는 출력 이미지가 달라질 수 있다. 예컨대, 입력 이미지가 마스크 상의 패턴의 레이아웃에 관련된 이미지이고, 반도체 공정이 포토 공정의 OPC 과정이면, 출력 이미지는 OPC된 레이아웃의 이미지일 수 있다. 또한, 입력 이미지가 샘플의 패턴에 대한 ADI 이미지에 관련된 이미지이고, 해당 반도체 공정이 PR 패턴을 이용한 식각 공정이면, 출력 이미지는 샘플의 패턴에 대한 ACI(After Cleaning Inspection) 이미지일 수 있다. 한편, 입력 이미지가 마스크 상의 패턴의 근접장 이미지에 관련된 이미지이고, 해당 반도체 공정이 마스크를 이용한 노광 공정이면, 출력 이미지는 샘플의 패턴에 대한 ADI 이미지일 수 있다.As a result, an input image and an output image corresponding to the input image may vary depending on the semiconductor process. For example, if the input image is an image related to the layout of a pattern on a mask and the semiconductor process is an OPC process of a photo process, the output image may be an image of an OPC layout. In addition, if the input image is an image related to the ADI image of the sample pattern and the corresponding semiconductor process is an etching process using a PR pattern, the output image may be an ACI (After Cleaning Inspection) image of the sample pattern. Meanwhile, if the input image is an image related to a near-field image of a pattern on a mask and the corresponding semiconductor process is an exposure process using a mask, the output image may be an ADI image of the pattern of the sample.

출력 이미지 획득 후, 입력 이미지와 출력 이미지를 가지고 DNN을 이용한 학습을 통해 예측 모델을 생성한다(S130). 여기서, DNN은 입력 이미지와 출력 이미지의 쌍 이미지(paired image)를 사용하는 쌍 GAN(paired GAN) 또는 조건 GAN(conditioned GAN)일 수 있다. 일반적으로 GAN의 경우 학습이 안정적이지 않은 문제점을 가지고 있는데, 쌍 이미지 정보를 GAN의 조건으로 활용하여 안정적으로 학습이 가능할 수 있다. 또한, 쌍 이미지를 사용함으로 데이터 라벨링과 같이 추가적인 데이터 전처리 과정을 필요로 하지 않을 수 있다. GAN을 이용한 학습을 통해 예측 모델을 생성하는 과정 및 GAN에 대해서는 도 8의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.After acquiring the output image, a predictive model is generated through learning using DNN with the input image and the output image (S130). Here, the DNN may be a paired GAN (paired GAN) or a conditioned GAN (conditioned GAN) using a paired image of an input image and an output image. In general, GAN has a problem that learning is not stable, but it is possible to learn stably by using paired image information as a condition of GAN. In addition, by using paired images, additional data preprocessing such as data labeling may not be required. The process of generating a predictive model through learning using GAN and the GAN will be described in more detail in the description of FIG. 8 .

예측 모델 생성 후, 예측 모델을 이용하여 반도체 소자의 패턴에 대한 반도체 공정 후의 패턴 이미지를 예측한다(S140). 예컨대, 반도체 공정이, OPC 과정인 경우, 반도체 소자의 패턴에 대한 OPC된 레이아웃 이미지를 예측할 수 있다. 또한, 반도체 공정이 식각 공정인 경우, 반도체 소자의 패턴에 대한 ACI 이미지를 예측할 수 있다. 한편, 반도체 공정이 노광 공정인 경우, 반도체 소자의 패턴에 대한 ADI 이미지를 예측할 수 있다.After generating the predictive model, a pattern image after a semiconductor process for a pattern of a semiconductor device is predicted using the predictive model (S140). For example, when a semiconductor process is an OPC process, an OPC layout image of a pattern of a semiconductor device may be predicted. In addition, when the semiconductor process is an etching process, an ACI image of a pattern of a semiconductor device may be predicted. Meanwhile, when the semiconductor process is an exposure process, an ADI image of a pattern of a semiconductor device may be predicted.

이후, 예측된 패턴 이미지가 설정된 조건을 만족하는지 판단하고, 만족한 경우, 반도체 소자에 패턴을 형성하고, 만족하지 않는 경우, DNN을 이용한 학습을 통해 예측 모델을 생성하는 단계(S130)로 돌아가 새로운 예측 모델을 생성할 수 있다. 이에 대해서는 구체적인 반도체 공정과 관련하여, 도 4a 및 도 4b의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.Thereafter, it is determined whether the predicted pattern image satisfies the set condition, and if it is satisfied, a pattern is formed on the semiconductor device, and if not satisfied, it returns to the step of generating a predictive model through learning using DNN (S130). A predictive model can be created. This will be described in more detail in the description of FIGS. 4A and 4B in relation to a specific semiconductor process.

본 실시예의 반도체 소자 패터닝 방법은, 이미지화를 통해 입력 이미지를 생성하고, DNN을 이용한 학습을 통해 이미지-기반 예측 모델을 생성할 수 있다. 이미지-기반 예측 모델은 해당 반도체 공정 후의 패턴의 이미지를 정확하게 예측할 수 있다. 또한, 패턴 이미지의 정확한 예측에 기초하여, 반도체 소자에 요구되는 패턴을 정확하게 형성할 수 있다.The semiconductor device patterning method of the present embodiment may generate an input image through imaging and generate an image-based prediction model through learning using DNN. The image-based prediction model can accurately predict an image of a pattern after a corresponding semiconductor process. In addition, based on the accurate prediction of the pattern image, it is possible to accurately form a pattern required for the semiconductor device.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예들에 따른 DNN을 이용한 이미지 기반 반도체 소자 패터닝 방법의 과정을 개략적으로 보여주는 흐름도들이다. 도 1 내지 도 3c의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.4A and 4B are flowcharts schematically illustrating a process of a method of patterning an image-based semiconductor device using a DNN according to embodiments of the present invention. The contents already described in the description of FIGS. 1 to 3C are briefly described or omitted.

도 4a를 참조하면, 본 실시예의 반도체 소자 패터닝 방법은, 먼저, 샘플의 패턴에 대응한 마스크 패턴의 레이아웃을 래스터화 하여 입력 이미지를 생성한다(S110a). 여기서, 마스크 패턴의 레이아웃은 컨퉈 이미지에 해당할 수 있다. 그에 따라, 래스터화를 통해 레이아웃의 컨퉈 이미지가 비트맵 이미지로 변환되어 입력 이미지가 생성될 수 있다.Referring to FIG. 4A , in the semiconductor device patterning method of the present embodiment, first, an input image is generated by rasterizing a layout of a mask pattern corresponding to a pattern of a sample (S110a). Here, the layout of the mask pattern may correspond to the contour image. Accordingly, the input image may be generated by converting the contour image of the layout into a bitmap image through rasterization.

래스터화를 통한 입력 이미지 생성 후, 마스크 패턴에 대한 OPC된 레이아웃 이미지를 출력 이미지로 획득한다(S120a). OPC된 레이아웃 이미지는, 앞서 마스크 패턴의 레이아웃이 OPC를 통해 변경된 레이아웃의 이미지에 해당할 수 있다. 전술한 바와 같이, OPC를 통해 OPC된 레이아웃을 생성하는 과정은 포토 공정의 일부에 해당할 수 있다.After generating an input image through rasterization, an OPC-operated layout image for a mask pattern is acquired as an output image (S120a). The OPC layout image may correspond to an image of a layout in which the layout of the mask pattern is changed through OPC. As described above, a process of generating an OPC layout through OPC may correspond to a part of a photo process.

출력 이미지의 획득 후, 입력 이미지와 출력 이미지를 가지고 DNN을 이용한 학습을 통해 예측 모델을 생성한다(S130). 예측 모델을 생성하는 단계(S130)에 대해서는, 도 1의 반도체 소자 패터닝 방법의 설명 부분에서 설명한 바와 같다.After obtaining the output image, a predictive model is generated through learning using DNN with the input image and the output image (S130). The step of generating the predictive model ( S130 ) is the same as described in the description of the semiconductor device patterning method of FIG. 1 .

예측 모델 생성 후, 예측 모델을 이용하여 반도체 소자의 패턴에 대응한 OPC된 레이아웃의 이미지를 예측한다(S140a). 좀더 구체적으로 설명하면, 요구되는 반도체 소자에 패턴에 대하여, 먼저 그에 대응하는 마스크 패턴의 초기 레이아웃이 예측 모델에 입력되어 OPC된 레이아웃 이미지가 생성될 수 있다. 생성된 OPC된 레이아웃 이미지는 마스크 패턴의 레이아웃 이미지에 해당할 수 있다. 따라서, 요구되는 반도체 소자에 패턴에 대응한 OPC된 레이아웃 이미지를 예측할 수 있다.After generating the predictive model, an OPC layout image corresponding to the pattern of the semiconductor device is predicted using the predictive model (S140a). More specifically, an initial layout of a mask pattern corresponding to a desired pattern of a semiconductor device may be input to a predictive model to generate an OPC layout image. The generated OPC layout image may correspond to a layout image of a mask pattern. Accordingly, an OPC-operated layout image corresponding to a pattern of a required semiconductor device may be predicted.

덧붙여, 본 실시예의 반도체 소자 패터닝 방법에서, 마스크 패턴의 레이아웃과, OPC된 레이아웃 이미지 간에 예측 모델이 생성되고 있지만, 실시예에 따라, 샘플의 패턴과 OPC된 레이아웃 이미지 간에 예측 모델이 생성될 수도 있다. 그러한 예측 모델의 경우, 입력 이미지는, 샘플의 패턴에 대한 SEM 이미지 획득, SEM 이미지에서 컨퉈 이미지 추출, 및 컨퉈 이미지의 래스터화 과정을 통해 생성될 수 있다. In addition, in the semiconductor device patterning method of the present embodiment, a predictive model is generated between the layout of the mask pattern and the OPC layout image, but depending on the embodiment, a predictive model may be generated between the pattern of the sample and the OPC layout image. . In the case of such a predictive model, an input image may be generated through a process of obtaining an SEM image of a pattern of a sample, extracting a contour image from the SEM image, and rasterizing the contour image.

계속해서, OPC된 레이아웃 이미지가 설정된 조건을 만족하는지 판단한다(S150). 다시 말해서, 예측 모델을 통해 생성된 OPC된 레이아웃 이미지가 설정된 조건을 만족하는지 판단한다. 예컨대, 조건 만족 여부는 RMS로 나타나는 에러량(errRMS)을 설정된 값과 비교하거나, 또는 손실률(loss rate)을 설정된 값과 비교하여 판단할 수 있다. 여기서, 에러량이나 손실률은 타겟 패턴의 컨퉈 이미지를 기준으로 계산될 수 있다. 한편, 실시예에 따라, 에러량과 손실률 둘 다 조건에 이용할 수도 있다.Subsequently, it is determined whether the OPC layout image satisfies a set condition (S150). In other words, it is determined whether the OPC layout image generated through the predictive model satisfies a set condition. For example, whether or not the condition is satisfied may be determined by comparing an error amount (errRMS) represented by RMS with a set value or comparing a loss rate with a set value. Here, the error amount or loss rate may be calculated based on the contour image of the target pattern. Meanwhile, depending on the embodiment, both the error amount and the loss rate may be used as conditions.

조건을 만족하는 경우, OPC된 레이아웃 이미지에 기초하여 마스크를 제조할 수 있다(S160). 마스크 제조 과정을 간단히 설명하면, 먼저, OPC된 레이아웃 이미지를 MTO(Mask Task Out) 디자인 데이터로서 마스크 제작팀으로 전달한다. 일반적으로, MTO는 OPC 방법을 통해 획득한 최종 마스크 데이터를 마스크 제작팀으로 넘겨 마스크 제작을 의뢰하는 것을 의미할 수 있다. 이러한 MTO 디자인 데이터는 전자 설계 자동화(Electronic Design Automation: EDA) 소프트웨어 등에서 사용되는 그래픽 데이터 포맷을 가질 수 있다. 예컨대, MTO 디자인 데이터는 GDS2(Graphic Data System Ⅱ), OASIS(Open Artwork System Interchange Standard) 등의 데이터 포맷을 가질 수 있다.If the condition is satisfied, a mask may be manufactured based on the OPC layout image (S160). Briefly explaining the mask manufacturing process, first, the OPC layout image is transmitted to the mask manufacturing team as MTO (Mask Task Out) design data. In general, MTO may refer to handing over the final mask data acquired through the OPC method to a mask manufacturing team and requesting mask manufacturing. Such MTO design data may have a graphic data format used in electronic design automation (EDA) software or the like. For example, MTO design data may have data formats such as Graphic Data System II (GDS2) and Open Artwork System Interchange Standard (OASIS).

이후, MTO 디자인 데이터에 기초하여 마스크 데이터 준비(Mask Data Preparation: MDP)를 수행한다. 마스크 데이터 준비는 예컨대, 분할(fracturing)로 불리는 i)포맷 변환, 기계식 판독을 위한 바코드, 검사용 표준 마스크 패턴, 잡-덱(job deck) 등의 ⅱ)추가(augmentation), 그리고 자동 및 수동 방식의 ⅲ)검증을 포함할 수 있다. 여기서 잡-덱은 다중 마스크 파일들의 배치정보, 기준 도우즈(dose), 노광 속도나 방식 등의 일련의 지령에 관한 텍스트 파일을 만드는 것을 의미할 수 있다. Then, mask data preparation (MDP) is performed based on the MTO design data. Mask data preparation includes, for example, i) format conversion called fracturing, barcodes for machine reading, standard mask patterns for inspection, job decks, etc. ii) augmentation, and automatic and manual methods. iii) Verification of Here, the job-deck may mean creating a text file related to a series of commands such as arrangement information of multiple mask files, a standard dose, and an exposure speed or method.

마스크 데이터 준비 후, 마스크 데이터, 즉 E-빔 데이터를 이용하여 마스크용 기판을 노광한다(S295). 여기서, 노광은 예컨대, E-빔 쓰기(E-beam writing)를 의미할 수 있다. 여기서, E-빔 쓰기는 예컨대, 멀티-빔 마스크 노광기(Multi-Beam Mask Writer: MBMW)를 이용한 그레이 노광(Gray Writing) 방식으로 진행할 수 있다. 또한, E-빔 쓰기는 가변 형상 빔(Variable Shape Beam: VSB) 노광기를 이용하여 수행할 수도 있다. After preparing the mask data, the mask substrate is exposed using the mask data, that is, the E-beam data (S295). Here, exposure may mean, for example, E-beam writing. Here, E-beam writing may be performed in a gray writing method using, for example, a multi-beam mask writer (MBMW). Also, E-beam writing may be performed using a variable shape beam (VSB) exposure machine.

노광 공정 후, 일련의 공정들을 진행하여 마스크를 완성할 수 있다. 일련의 공정들은 예컨대, 현상, 식각, 및 세정 등의 공정을 포함할 수 있다. 또한, 마스크 제조를 위한 일련의 공정에는 계측 공정, 결함 검사나 결함 수리 공정이 포함될 수 있다. 또한, 펠리클(pellicle) 도포 공정이 포함될 수도 있다. 여기서 펠리클 도포 공정은 최종 세척과 검사를 통해서 오염입자나 화학적 얼룩이 없다고 확인이 되면, 마스크 표면을 마스크의 배송 및 마스크의 가용수명 기간 동안 후속적인 오염으로부터 마스크를 보호하기 위해서 펠리클을 부착하는 공정을 의미할 수 있다.After the exposure process, a series of processes may be performed to complete the mask. A series of processes may include, for example, developing, etching, and cleaning processes. In addition, a series of processes for mask manufacturing may include a measurement process, a defect inspection or defect repair process. In addition, a pellicle application process may be included. Here, the pellicle application process refers to the process of attaching a pellicle to the mask surface to protect the mask from subsequent contamination during the delivery and service life of the mask when it is confirmed that there are no contaminant particles or chemical stains through final cleaning and inspection. can do.

조건을 만족하지 않는 경우, 예측 모델을 생성하는 단계(S130)로 돌아가 새로운 예측 모델을 생성한다. 실시예에 따라, 입력 이미지를 생성하는 단계(S110a)로 돌아가 입력 이미지들을 새롭게 생성하고, 그러한 새로운 입력 이미지들을 이용하여, DNN 학습을 통한 예측 모델이 다시 생성될 수도 있다.If the condition is not satisfied, a new predictive model is generated by returning to the step of generating a predictive model (S130). Depending on the embodiment, returning to the step of generating the input images (S110a), the input images are newly generated, and a predictive model through DNN learning may be regenerated using the new input images.

마스크 제조 후, 마스크를 이용하여 반도체 소자에 패턴을 형성한다(S170). 다시 말해서, 마스크를 이용하여 노광 공정을 통해 반도체 소자 상에 PR 패턴을 형성하고, 다시 PR 패턴을 이용한 식각 공정을 통해 반도체 소자에 패턴을 형성할 수 있다.After manufacturing the mask, a pattern is formed on the semiconductor device using the mask (S170). In other words, a PR pattern may be formed on the semiconductor device through an exposure process using a mask, and then a pattern may be formed on the semiconductor device through an etching process using the PR pattern.

도 4b를 참조하면, 본 실시예의 반도체 소자 패터닝 방법은, 먼저, 샘플의 패턴에 대한 ADI 이미지를 획득한다(S101). 예컨대, ADI 이미지는 샘플 상의 PR 패턴을 SEM으로 찍어 획득한 SEM 이미지일 수 있다.Referring to FIG. 4B , in the method for patterning a semiconductor device according to the present embodiment, first, an ADI image of a pattern of a sample is acquired (S101). For example, the ADI image may be an SEM image obtained by taking a PR pattern on a sample with an SEM.

계속해서, ADI 이미지에서 컨퉈 이미지를 추출하고(S105), 컨퉈 이미지를 래스터화 하여 입력 이미지를 생성한다(S110b). 래스터화를 통한 입력 이미지의 생성 과정은, 앞서 레이아웃을 래스터화 하여 입력 이미지를 생성하는 과정과 실질적으로 동일할 수 있다.Continuing, a contun image is extracted from the ADI image (S105), and an input image is generated by rasterizing the contun image (S110b). A process of generating an input image through rasterization may be substantially the same as a process of generating an input image by rasterizing a layout.

이후, 샘플에 대한 식각 공정 후의 샘플의 패턴에 대한 ACI 이미지를 출력 이미지로 획득한다(S120b). ACI 이미지는, PR 패턴을 이용한 식각 공정 후의, 반도체 소자의 패턴을 SEM으로 찍어 획득한 SEM 이미지일 수 있다.Thereafter, an ACI image of the pattern of the sample after the etching process for the sample is obtained as an output image (S120b). The ACI image may be an SEM image obtained by taking a pattern of a semiconductor device after an etching process using a PR pattern by SEM.

출력 이미지의 획득 후, 입력 이미지와 출력 이미지를 가지고 DNN을 이용한 학습을 통해 예측 모델을 생성한다(S130). 예측 모델을 생성하는 단계(S130)에 대해서는, 도 1의 반도체 소자 패터닝 방법의 설명 부분에서 설명한 바와 같다.After obtaining the output image, a predictive model is generated through learning using DNN with the input image and the output image (S130). The step of generating the predictive model ( S130 ) is the same as described in the description of the semiconductor device patterning method of FIG. 1 .

예측 모델 생성 후, 예측 모델을 이용하여 반도체 소자의 패턴에 대한 식각 공정 후의 패턴 이미지를 예측한다(S140a). 여기서, 패턴 이미지는 식각 공정 후의반도체 소자의 패턴에 대한 ACI 이미지일 수 있다. 좀더 구체적으로 설명하면, 요구되는 반도체 소자의 패턴에 대하여, 먼저 그에 대응하는 반도체 소자 상의 ADI 이미지를 획득하고, ADI 이미지를 예측 모델에 입력하여 반도체 소자의 ACI 이미지를 생성할 수 있다. 따라서, 요구되는 반도체 소자의 패턴에 대한 ACI 이미지를 예측할 수 있다.After generating the predictive model, a pattern image after the etching process for the pattern of the semiconductor device is predicted using the predictive model (S140a). Here, the pattern image may be an ACI image of a pattern of a semiconductor device after an etching process. More specifically, with respect to a desired pattern of a semiconductor device, an ADI image of a semiconductor device corresponding to the pattern may first be obtained, and an ACI image of the semiconductor device may be generated by inputting the ADI image to a prediction model. Accordingly, an ACI image of a desired pattern of a semiconductor device may be predicted.

계속해서, 식각 공정 후의 패턴 이미지, 즉 ACI 이미지가 설정된 조건을 만족하는지 판단한다(S150). 다시 말해서, 예측 모델을 통해 생성된 ACI 이미지가 설정된 조건을 만족하는지 판단한다. 예컨대, 조건 만족 여부는 RMS로 나타나는 에러량을 설정된 값과 비교하거나, 또는 손실률을 설정된 값과 비교하여 판단할 수 있다. 여기서, 에러량이나 손실률은 타겟 패턴의 컨퉈 이미지를 기준으로 계산될 수 있다. 한편, 실시예에 따라, 에러량과 손실률 둘 다 조건에 이용할 수도 있다.Subsequently, it is determined whether the pattern image after the etching process, that is, the ACI image satisfies the set condition (S150). In other words, it is determined whether the ACI image generated through the predictive model satisfies a set condition. For example, whether or not the condition is satisfied may be determined by comparing an error amount represented by RMS with a set value or comparing a loss rate with a set value. Here, the error amount or loss rate may be calculated based on the contour image of the target pattern. Meanwhile, depending on the embodiment, both the error amount and the loss rate may be used as conditions.

조건을 만족하는 경우, 식각 공정을 수행하여 반도체 소자에 패턴을 형성한다(S170a). 조건을 만족하지 않는 경우, 예측 모델을 생성하는 단계(S130)로 돌아가 새로운 예측 모델을 생성한다. 실시예에 따라, ADI 이미지를 획득하는 단계(S101)로 돌아가 처음부터 다시 입력 이미지들을 새롭게 생성하고, 그러한 새로운 입력 이미지들을 이용하여, DNN 학습을 통한 예측 모델이 다시 생성될 수도 있다.If the condition is satisfied, an etching process is performed to form a pattern on the semiconductor device (S170a). If the condition is not satisfied, a new predictive model is generated by returning to the step of generating a predictive model (S130). Depending on the embodiment, returning to the step of acquiring ADI images (S101), input images are newly generated from the beginning, and a predictive model through DNN learning may be regenerated using the new input images.

도 5a 및 도 5b는 도 1의 반도체 소자 패터닝 방법의 입력 이미지 생성 단계에서, 서브-픽셀(sub-pixel) 수준의 정확도를 확보할 수 있도록 이미지를 생성하는 방법을 설명하기 위한 개념도들이다. 도 1 내지 도 4b의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.5A and 5B are conceptual diagrams illustrating a method of generating an image to secure sub-pixel level accuracy in the step of generating an input image of the method of patterning a semiconductor device of FIG. 1 . The contents already described in the description of FIGS. 1 to 4B are briefly described or omitted.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 앞서 도 1의 반도체 소자 패터닝 방법의 입력 이미지를 생성하는 단계(S110)에서, 레이아웃을 래스터화 하여 입력 이미지로 변환 시, 하나의 픽셀이 보통 수 nm 정도 크기가 되는데, 예측해야 하는 정확도는 1㎚ 이하가 되어야 한다. 그에 따라, 입력 이미지로 변환시킬 때, 픽셀보다 작은 레벨, 즉, 서브-픽셀(sub-pixel) 레벨로 정보가 보존되어야 한다. 도 5a과 같이 입력 이미지로 변환 시 사용하는 필터에 따라 정확한 CD 값을 확보하는 것이 어려울 수 있다. 참고로, 도 5a에서, 가장 왼쪽이 원래 이미지이고, 왼쪽에서 2번째가 다운 샘플링 된 이미지이다. 원래 이미지 또는 다운 샘플링 된 이미지에는 계단 현상(앨리어싱)이 나타날 수 있다. 이를 제거하기 위하여, 중간 이미지와 같이 앤티앨리어싱 처리를 하거나, 또는 오른쪽 2개의 이미지처럼 란초스(Lanczos) 필터나 바이-큐빅(bi-cubic) 필터를 이용하여 이미지를 리사이징 할 수 있다.Referring to FIGS. 5A and 5B , in the step of generating an input image of the semiconductor device patterning method of FIG. 1 (S110), when the layout is rasterized and converted into an input image, one pixel usually has a size of several nm. However, the accuracy to be predicted should be less than 1 nm. Accordingly, when converting into an input image, information must be preserved at a level smaller than a pixel, that is, at a sub-pixel level. As shown in FIG. 5A, it may be difficult to secure an accurate CD value depending on the filter used when converting an input image. For reference, in FIG. 5A, the leftmost image is the original image, and the second image from the left is the downsampled image. Staircase effects (aliasing) may appear in the original image or in the downsampled image. In order to remove this, anti-aliasing can be performed as in the middle image, or the image can be resized using a Lanczos filter or bi-cubic filter as in the two images on the right.

본 실시예의 반도체 소자 패터닝 방법에서, 서브-픽셀 레벨로 정확도를 유지시키기 위해 래스터화 시에, 최소 패턴의 크기보다 작은 윈도우드(windowed) 바이-큐빅 필터를 사용하여 레이아웃을 입력 이미지로 변환할 수 있다. 또한, 입력 이미지에서 샤논-샘플링(Shannon-sampling) 알고리즘과 바이-리니어(bi-linear) 또는 바이-큐빅 알고리즘을 활용하여 서브-픽셀 값을 보간(interpolation) 하고, 뉴튼-랩슨(Newton-Raphson) 알고리즘으로 문턱값(threshold)에서의 CD 값을 추출할 수 있다. 이러한 방법을 통해, 전체 이미지를 업-샘플링(up-sampling) 하는 방식을 취하지 않음으로써, 입력 이미지로부터 CD 추출 시간을 단축시킬 수 있고, 또한, 서브-픽셀 수준의 정확도를 확보할 수 있다.In the semiconductor device patterning method of the present embodiment, a layout may be converted into an input image using a windowed bi-cubic filter smaller than the size of a minimum pattern during rasterization to maintain accuracy at the sub-pixel level. there is. In addition, in the input image, Shannon-sampling algorithm and bi-linear or bi-cubic algorithm are used to interpolate sub-pixel values, and Newton-Raphson The algorithm can extract the CD value at the threshold. Through this method, since the entire image is not up-sampled, the CD extraction time from the input image can be reduced, and accuracy at the sub-pixel level can be secured.

예컨대, 도 5b에서, 0.1㎚ 수준의 데이터베이스 단위(DBU)의 레이아웃을 윈도우드 바이-큐빅 필터를 사용하여 1.75㎚ 정도의 픽셀 이미지로 변환한 후, 입력 이미지에서 추출한 CD 값과 레이아웃에서 계측한 CD 값과의 차이를 errRMS로 계산할 때, 0.034nm 정도로 매우 작은 값을 가짐을 확인할 수 있다. 도 5b에서, 'bi-cubic: 3'은 3*3 주변 픽셀을 이용하고, 'bi-cubic: 9'는 9*9 주변 픽셀을 이용한 것을 의미할 수 있다.For example, in FIG. 5B, after converting a 0.1 nm level database unit (DBU) layout into a 1.75 nm pixel image using a windowed bi-cubic filter, the CD value extracted from the input image and the CD measured from the layout When calculating the difference with the value by errRMS, it can be confirmed that it has a very small value of about 0.034 nm. In FIG. 5B , 'bi-cubic: 3' may mean that 3*3 neighboring pixels are used, and 'bi-cubic: 9' may mean that 9*9 neighboring pixels are used.

도 6a 내지 도 7b는 도 1의 반도체 소자 패터닝 방법의 입력 이미지 생성 단계에서, 불량 이미지를 제거하는 방법들을 설명하기 위한 개념도들이다. 도 1 내지 도 5b의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.6A to 7B are conceptual diagrams illustrating methods of removing a defective image in the step of generating an input image of the method of patterning a semiconductor device of FIG. 1 . The contents already described in the description of FIGS. 1 to 5B are briefly described or omitted.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 본 실시예의 반도체 소자 패터닝 방법은, ADI 이미지와 같은 웨이퍼 계측 이미지 또는 웨이퍼 계측 데이터로부터 학습 이미지 생성을 위해서, 웨이퍼 계측 이미지로부터 컨퉈 이미지를 N개 추출하고, N개의 컨퉈 이미지를 래스터화 시킨 후, 평균값을 사용할 수 있다. 이와 같이, 다수의 컨퉈 이미지들의 추출 및 래스터화 후 평균값을 사용함으로써, 웨이퍼 계측 이미지의 노이즈를 최소화시킬 수 있다.Referring to FIGS. 6A and 6B , in the method for patterning a semiconductor device according to the present embodiment, in order to generate a training image from a wafer measurement image such as an ADI image or wafer measurement data, N convolutional images are extracted from the wafer measurement image, and N convolutional images are extracted from the wafer measurement image. After rasterizing the contour image, the average value can be used. In this way, noise of the wafer metrology image can be minimized by using an average value after extracting and rasterizing a plurality of contour images.

한편, 웨이퍼 계측 이미지의 경우, 불량 이미지들이 포함되어 있는 경우가 있으므로, 본 실시예의 반도체 소자 패터닝 방법은, 불량 이미지를 자동으로 포착하여 학습 이미지에서 제거시키는 방법을 포함할 수 있다. 예컨대, 총 N개의 이미지들에서 컨퉈 이미지를 추출할 할 경우, 잘못 계측된 이미지가 포함되면, 추출된 컨퉈 이미지의 n*n 클립(clip) 이미지(n은 2 이상의 정수), 예컨대, 3*3 클립 이미지의 픽셀 값의 평균 (∑klIkl/9)이 255/j (j: 2~N, 8bit image)의 값을 가질 수 있다. 여기서, Ikl는 (k,l) 픽셀의 인텐서티를 의미하고, 9는 3*3 클립 이미지를 반영한 수이다. 만약, 모든 컨퉈 이미지가 정상이면(j=1인 경우), 픽셀 값의 평균은 255가 될 수 있다. 그러나 N개 컨퉈 이미지들 중 하나라도 불량이 존재하면(j= 2 ~ N인 경우), 픽셀 값의 평균은 255보다 작아질 수 있다. 도 6a에서, 불량 이미지 부분이 제1 디펙(De1)으로 표시되고 있고, 제1 디펙(De1) 부분에서 픽셀 값의 평균은 255보다 작을 수 있다.Meanwhile, since wafer measurement images may include defective images, the method for patterning a semiconductor device according to the present embodiment may include a method of automatically capturing defective images and removing them from a training image. For example, when extracting a convolutional image from a total of N images, if an erroneously measured image is included, n*n clip images (n is an integer greater than or equal to 2) of the extracted convolutional images, e.g., 3*3 An average of pixel values of the clip image (∑ kl I kl /9) may have a value of 255/j (j: 2 to N, 8-bit image). Here, I kl means the intensity of (k,l) pixels, and 9 is a number reflecting a 3*3 clip image. If all contour images are normal (when j = 1), the average of pixel values may be 255. However, if there is a defect in even one of the N convolution images (j = 2 to N), the average of the pixel values may be less than 255. In FIG. 6A , the defective image portion is indicated as the first defect De1, and the average of pixel values in the first defect De1 portion may be less than 255.

덧붙여, 픽셀 값의 표준 편차가 설정된 값보다 작은 경우에도, 불량 이미지로 포착하여 학습 이미지에서 제거시킬 수 있다. 도 6b에서, 제2 디펙(De2)로 표시된 부분들이 픽셀 값의 표준 편차가 설정된 값보다 작은 부분들에 해당할 수 있다.In addition, even when the standard deviation of pixel values is smaller than the set value, it can be captured as a bad image and removed from the training image. In FIG. 6B , portions marked as second depths De2 may correspond to portions in which the standard deviation of pixel values is smaller than a set value.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 본 실시예의 반도체 소자 패터닝 방법은, 컨퉈 이미지로부터 컨퉈 밴드를 생성하고, 이 밴드의 값이 설정된 값보다 큰 경우, 컨퉈 이미지가 비정상적인 경우로 판단하여, 학습 이미지에서 제거할 수 있다. 여기서, 컨퉈 밴드는, 컨퉈 이미지에서 컨퉈 라인들의 변동 폭에 해당하는 개념일 수 있다. 도 7a에서, 4개의 컨퉈 이미지들 중 3개의 컨퉈 이미지들 각각은, 컨퉈 밴드가 설정된 값보다 큰 제3 디펙(De3) 부분을 포함하고 있음을 보여주고 있다. 또한, 도 7b에서, 위와 아래의 컨퉈 라인들의 컨퉈 밴드는 설정된 값보다 작으므로 정상일 수 있다. 그에 반해, 중간의 컨퉈 라인들의 컨퉈 밴드(CB)는 설정된 값보다 클 수 있다. 따라서, 중간의 컨퉈 라인들은 제4 디펙(De4) 부분에 해당할 수 있다.Referring to FIGS. 7A and 7B , in the semiconductor device patterning method according to the present embodiment, a control band is generated from a control image, and when the value of the band is greater than a set value, it is determined that the control image is abnormal, and a control band is generated from a training image. can be removed Here, the control band may be a concept corresponding to a variation width of control lines in the control image. In FIG. 7A , it is shown that each of the three contuo images among the four contuo images includes a third depex (De3) portion whose contuo band is greater than the set value. In addition, in FIG. 7B, since the control band of the upper and lower control lines is smaller than the set value, it may be normal. On the other hand, the control band (CB) of middle control lines may be greater than the set value. Accordingly, the middle contiguous lines may correspond to the fourth depeck De4 part.

또한, 본 실시예의 반도체 소자 패터닝 방법은, DNN을 이용한 초기 학습 후, 예측 모델이 생성한 출력 이미지를 활용하여, 타겟 이미지와의 차이와 분산을 구하여 설정된 문턱값 이상의 학습 이미지를 제외하는 방법을 포함할 수 있다. 한편, 타겟 이미지가 T이고 생성된 이미지가 S라고 할 때, 타겟 이미지의 패턴 덴서티를 고려하기 위해 패턴 덴서티를 노말라이즈 하여 차이와 분산을 구할 수 있다. 예컨대, 차이값은 |∑i,jTij-Sij|/∑i,jTij, 로 나타날 수 있다. 여기서, Tij와 Sij는 각각 타겟 이미지와 생성된 이미지에서 (i,j) 픽셀의 인텐서티를 의미할 수 있다. 한편, 분산은 RMS 값, 즉 표준 편차로 나타날 수 있다.In addition, the method for patterning a semiconductor device according to the present embodiment includes a method of excluding a training image having a set threshold value or more by obtaining a difference and variance from a target image using an output image generated by a predictive model after initial learning using a DNN. can do. Meanwhile, when the target image is T and the generated image is S, the difference and variance may be obtained by normalizing the pattern density in consideration of the pattern density of the target image. For example, the difference value may be expressed as |∑ i,j T ij -S ij |/∑ i,j T ij . Here, T ij and S ij may mean intensities of (i, j) pixels in the target image and the generated image, respectively. Meanwhile, the variance may be expressed as an RMS value, that is, a standard deviation.

본 실시예의 반도체 소자 패터닝 방법은, DNN을 이용한 학습 시에, 사용하는 이미지보다 더 원거리(수백 um 이상)로부터 받는 패턴 밀도의 영향을 반영하는 방법을 포함할 수 있다. 즉, 본 실시예의 반도체 소자 패터닝 방법에서, 원거리로부터의 패턴 밀도를 반영하기 위해, 추가적으로 풀-칩(full-chip)에 대한 덴서티 맵(density map)을 입력 이미지로 만들어서, DNN의 학습 이미지의 채널로 추가할 수 있다. 한편, 덴서티 맵의 생성시, 예컨대, 가우시안 컨볼루션(Gaussian convolution)을 적용함으로써, 덴서티 맵의 패턴 밀도값이 픽셀 크기 (보통 수 um)보다 더 큰 영역 (수백 um)에서 오는 영향을 반영하도록 할 수 있다. 덴서티 맵은 RGB 채널을 이용하여 생성할 수 있는데, 예컨대, 레드 채널에 덴서티가 반영될 수 있다. 그에 따라, 레드 영역이 넓을수록 패턴 밀도값이 큰 것으로 볼 수 있다.The semiconductor device patterning method of the present embodiment may include a method of reflecting the influence of pattern density received from a farther distance (several hundred micrometers or more) than the image being used during learning using the DNN. That is, in the semiconductor device patterning method of the present embodiment, in order to reflect the pattern density from a long distance, a density map for a full-chip is additionally created as an input image, so that the DNN training image Can be added as a channel. On the other hand, when generating the density map, for example, by applying Gaussian convolution, the pattern density value of the density map reflects the effect coming from a region (several hundred um) larger than the pixel size (usually several um) can make it The density map may be generated using an RGB channel, and for example, the density may be reflected in a red channel. Accordingly, it can be seen that the larger the red region, the larger the pattern density value.

도 8은 도 1의 반도체 소자 패터닝 방법에서, DNN을 이용한 학습을 통해 예측 모델을 생성하는 과정을 설명하기 위한 개념도이다. 도 1 내지 도 8의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating a process of generating a prediction model through learning using a DNN in the method of patterning the semiconductor device of FIG. 1 . The contents already described in the description of FIGS. 1 to 8 are briefly described or omitted.

도 8을 참조하면, 본 실시예의 반도체 소자 패터닝 방법은, 입력 이미지와 출력 이미지를 DNN, 예컨대, GAN의 학습 이미지로 이용할 수 있다. GAN에 대해서 간단히 설명하면,Referring to FIG. 8 , in the semiconductor device patterning method of the present embodiment, an input image and an output image may be used as training images of a DNN, eg, a GAN. Briefly about GAN,

GAN은 딥러닝 기반의 생성적(generative) 알고리즘으로, 2가지 서브 모델을 포함할 수 있다. 즉, GAN은, 생성자 모델(Generator Model)과, 판별자 모델(Discriminator Model)을 포함할 수 있다. 생성자 모델은, 본 실시예의 반도체 소자 패터닝 방법에서, 예측 모델에 해당할 수 있다. 생성자 모델은 새로운 예제들을 생성하고, 판별자 모델은 생성된 예제가 실제 데이터인지 아니면 생성자 모델에 의해 생성된 가짜 데이터인지 판단하게 된다.GAN is a deep learning-based generative algorithm and can include two sub-models. That is, GAN may include a generator model and a discriminator model. The generator model may correspond to a predictive model in the semiconductor device patterning method of the present embodiment. The generator model generates new examples, and the discriminator model determines whether the generated example is real data or fake data generated by the generator model.

예컨대, 본 실시예의 반도체 소자 패터닝 방법과 관련하여, 생성자 모델은 입력 이미지를 변환하여, 소정 반도체 공정 후의 출력 이미지를 생성할 수 있다. 전술한 바와 같이, 입력 이미지는 레이아웃을 래스터화 하여 생성하거나 또는 ADI 이미지에서 컨퉈 이미지 추출 후 래스터화 하여 생성할 수 있다. 한편, 출력 이미지는 OPC된 레이아웃 이미지이거나 ACI 이미지일 수 있다. 한편, 판별자 모델은 생성자 모델에 의해 생성된 출력 이미지와 기준 이미지를 입력 받을 수 있다. 여기서, 기준 이미지는 출력 이미지가 도달하여야 하는 타겟 이미지에 해당할 수 있다. 예컨대, 출력 이미지가 OPC된 레이아웃 이미지인 경우, 기준 이미지는 실제 마스크 제조에 이용되는 최종 OPC된 레이아웃 이미지일 수 있다. 또한, 출력 이미지가 ACI 이미지인 경우, 기준 이미지는 반도체 소자의 타겟 패턴 이미지일 수 있다. 판별자 모델은 출력 이미지와 기준 이미지를 비교하여, 출력 이미지가 진짜인지 아니면 생성자 모델에 의해 생성된 가짜인지 판단하다. 다시 말해서, 판별자 모델은 출력 이미지와 기준 이미지가 실질적으로 동일하면, 출력 이미지를 진짜라고 판단하고, 출력 이미지와 기준 이미지 간에 차이가 존재하면 출력 이미지를 가짜라고 판단할 수 있다.For example, in relation to the semiconductor device patterning method of the present embodiment, the generator model may convert an input image to generate an output image after a predetermined semiconductor process. As described above, the input image may be generated by rasterizing the layout or rasterizing the layout after extracting the contour image from the ADI image. Meanwhile, the output image may be an OPC layout image or an ACI image. Meanwhile, the discriminator model may receive an output image and a reference image generated by the generator model. Here, the reference image may correspond to a target image to which an output image should reach. For example, if the output image is an OPC layout image, the reference image may be a final OPC layout image used for actual mask manufacturing. Also, when the output image is an ACI image, the reference image may be a target pattern image of the semiconductor device. The discriminator model compares the output image with the reference image to determine whether the output image is real or fake generated by the generator model. In other words, the discriminator model may determine that the output image is genuine if the output image and the reference image are substantially the same, and may determine the output image to be fake if there is a difference between the output image and the reference image.

구체적으로, 도 8에서, 마스크 패턴의 레이아웃에 대한 입력 이미지(IPI)를 생성자 모델에 입력하면 생성자 모델이 출력 이미지(OPI)를 생성한다. 또한, 출력 이미지(OPI)와 기준 이미지(RI)는 판별자 모델에 입력된다. 판별자 모델은 출력 이미지(OPI)가 기준 이미지(RI)와 동일한지 판단한다. 예컨대, 출력 이미지가 OPC된 레이아웃 이미지인 경우, 기준 이미지(RI)는 요구되는 최종 OPC된 레이아웃 이미지일 수 있고, 판별자 모델은, OPC된 레이아웃 이미지가 진짜 최종 OPC된 레이아웃 이미지인지, 또는 최종 OPC된 레이아웃 이미지와 다른 가짜인지 판단한다. 이후, 판단 결과에 따라, 생성자 모델과 판별자 모델을 계속해서 업데이트 한다. 이러한 과정을 계속 반복하여 판별자 모델이 출력 이미지(OPI)와 기준 이미지(RI)를 더 이상 구별할 수 없는 수준에 이르게 되면, 학습이 끝나게 되고, 이때의 생성자 모델을 최종적인 예측 모델로 채택할 수 있다. 한편, 판별자 모델은 학습이 끝나게 되면 버려질 수 있다.Specifically, in FIG. 8 , when the input image IPI for the layout of the mask pattern is input to the generator model, the generator model generates the output image OPI. In addition, the output image OPI and the reference image RI are input to the discriminator model. The discriminator model determines whether the output image OPI is the same as the reference image RI. For example, if the output image is an OPC layout image, the reference image RI may be the required final OPC layout image, and the discriminator model determines whether the OPC layout image is really the final OPC layout image or the final OPC layout image. Determine whether it is a fake different from the layout image. After that, the generator model and the discriminator model are continuously updated according to the judgment result. When this process is repeated repeatedly until the discriminator model reaches a level where it can no longer discriminate between the output image (OPI) and the reference image (RI), learning ends, and the generator model at this time is adopted as the final prediction model. can On the other hand, the discriminator model can be discarded when learning is over.

본 실시예의 반도체 소자 패터닝 방법에서, DNN을 이용한 학습은 이미지를 기반으로 할 수 있다. 다시 말해서, 전술한 래스터화를 통해 생성한 입력 이미지들이 학습용 이미지로 이용될 수 있다. 본 실시예의 반도체 소자 패터닝 방법에서, 패터닝 공정을 정확히 모사하기 위하여 DNN은 다음 4가지 특징을 포함할 수 있다. 여기서, 패터닝 공정은, 예컨대, 포토 공정과 식각 공정을 포함할 수 있다. 그러나 패터닝 공정이 전술한 공정들에 한정되는 것은 아니다.In the semiconductor device patterning method of this embodiment, learning using a DNN may be image-based. In other words, input images generated through the aforementioned rasterization may be used as training images. In the semiconductor device patterning method of this embodiment, the DNN may include the following four features in order to accurately simulate the patterning process. Here, the patterning process may include, for example, a photo process and an etching process. However, the patterning process is not limited to the above processes.

1. 멀리 위치해 있는 패턴들의 영향을 반영하여야 한다.1. It must reflect the influence of distantly located patterns.

2. 출력 이미지는 서브-픽셀 수준의 정확도를 보장할 수 있는 고정밀도의 이미지를 생성해야 한다.2. The output image must generate a high-precision image that can guarantee sub-pixel level accuracy.

3. 풀-칩 시뮬레이션을 수행할 수 있을 정도로 경량화된 모델을 포함해야 한다.3. Include a model that is lightweight enough to perform full-chip simulation.

4. 반도체 소자의 층마다 패턴 복잡도가 다르므로, 계층(architecture)을 변경하여 모델링이 가능해야 한다.4. Since the pattern complexity is different for each layer of the semiconductor device, modeling should be possible by changing the architecture.

본 실시예의 반도체 소자 패터닝 방법에서, 위의 특징들을 반영하기 위해 DNN은 다음과 같이 구조화 될 수 있다. 즉, DNN은 다수의 다운 샘플 층들(down sample layers)을 포함함으로써, 원거리까지 픽셀 상관 관계(pixel correlation)가 가능한 구조를 가질 수 있다. 다운 샘플 층을 통과할 때마다 입력 이미지는 출력층에서 절반 크기로 줄어들 수 있다. 그러나 줄어든 이미지는 여전히 입력 이미지와 동일한 넓이에 해당하는 패턴 정보를 함축하고 있으므로, 픽셀 하나가 대변하는 정보는 입력 이미지의 2배(또는 면적의 개념으로 4배)에 해당할 수 있다. 이는 결과적으로 동일한 크기의 커널을 사용하더라도, 다운 샘플 층을 더 많이 통과한 이미지에 작용하는 커널이 더 넓은 영역에 대한 픽셀 상관 관계를 표현할 수 있다. 예컨대, 처음 입력 이미지와 2번째 다운 샘플층의 이미지가 실질적으로 동일한 이미지이고, 2번째 다운 샘플층의 이미지가 입력 이미지의 1/4(면적의 개념으로 1/16) 정도라고 할 때, 2번째 다운 샘플층에 대응하는 커널은 입력 이미지에서는 매우 작은 영역을 커버할 수 있으나 2번째 다운 샘플층의 이미지에서는 대부분의 영역을 커버할 수 있다.In the semiconductor device patterning method of the present embodiment, the DNN may be structured as follows to reflect the above characteristics. That is, the DNN may have a structure capable of pixel correlation to a long distance by including a plurality of down sample layers. For each pass through the down sample layer, the input image can be halved in the output layer. However, since the reduced image still contains pattern information corresponding to the same area as the input image, the information represented by one pixel may correspond to twice (or four times as much in terms of area) the input image. As a result, even if a kernel of the same size is used, a kernel acting on an image that has passed more down-sample layers can express pixel correlation for a wider area. For example, when the first input image and the image of the second down-sample layer are substantially the same image, and the image of the second down-sample layer is about 1/4 (1/16 in terms of area) of the input image, the second A kernel corresponding to the down sample layer may cover a very small area in the input image, but may cover most of the area in the image of the second down sample layer.

본 실시예의 반도체 소자 패터닝 방법에서, DNN은 인트라-이미지(intra-image) 상관 관계를 커널의 크기, 레지듀얼-층의 개수, 다운-샘플 층의 개수 등을 통해 조절함으로써, 패턴 근접 범위(pattern proximity range)를 조절할 수 있다. 또한, 가장 깊게 위치해 있는 다운-샘플 층을 통과한 이미지에 적용되는 커널들은 수 um 떨어진 패턴의 영향까지 모사할 수 있다. 예컨대, 입력 이미지(IN)에서 영역을 2배씩 증가하는 반지름을 갖는 동심원 형태로 S1, S2, S3, 및 S4로 표시하고, 또한, 그에 대응하여, DNN에서 4개의 다운-샘플 층의 레지듀얼 블록들(RB1, RB2, RB3, RB4)에서, 커널들이 미치는 범위를 고려할 때, 4번째 다운-샘플층의 레지듀얼 블록(RB4)의 커널은 입력 이미지(IN) 거의 전체, 예컨대, S4에 걸쳐서 패턴의 영향을 모사할 수 있다.In the semiconductor device patterning method of the present embodiment, the DNN controls the intra-image correlation through the size of the kernel, the number of residual-layers, the number of down-sample layers, etc., so that the pattern proximity range (pattern proximity range) can be adjusted. In addition, the kernels applied to the image that has passed through the deepest down-sample layer can simulate the effect of a pattern several μm away. For example, denoting the regions in the input image IN as S1, S2, S3, and S4 in the form of concentric circles with radii increasing by a factor of 2, and also, correspondingly, the residual blocks of the four down-sample layers in the DNN. Considering the range of the kernels in RB1, RB2, RB3, and RB4, the kernel of the residual block RB4 of the 4th down-sample layer has a pattern over almost the entire input image IN, for example, S4. effect can be simulated.

본 실시예의 반도체 소자 패터닝 방법에서, 이미지 외곽 픽셀의 경우, 근접 효과(proximity effect)가 효과적으로 고려되지 않으므로 마스킹-층(mask-layer) 또는 웨이트-층(weight-layer)을 사용하여, DNN을 이용한 학습에 영향을 주지 못하도록 외곽 픽셀의 정보를 제외할 수 있다. 하지만 이 영역에 있는 패턴 정보는 더 안쪽에 위치해 있는 영역의 학습에 영향을 주기 때문에, DNN을 이용한 학습에서 전파(forward-propagation) 시에 활용하고, 역전파(backward-propagation) 시에는 사용되지 않는 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 입력 이미지가 DNN을 통해 크롭 영역(crop region) 내의 이미지, 즉, 역전파 영역(back-propagation region)의 이미지로 출력될 때, 역전파 영역 외부의 크롭 영역은 마스킹-층으로서, 그 안쪽 역전파 영역에는 영향을 주기 때문에 전파(forward-propagation) 시에 활용될 수 있다. 그러나, 마스킹-층은 더 밖의 영역에서 영향을 받기 때문에, 역전파(backward-propagation) 시에는 고려하지 않고 제외될 수 있다. 참고로, 검사 영역(inspection region)이 계측을 통해 획득될 수 있는데, 학습시에 검사 영역 전체가 아니라 크롭 영역으로 잘라서 이용될 수 있다.In the semiconductor device patterning method of the present embodiment, since the proximity effect is not effectively considered for pixels outside the image, a mask-layer or a weight-layer is used, and DNN is used. Information of outer pixels may be excluded so as not to affect learning. However, since the pattern information in this area affects the learning of the inner area, it is used for forward-propagation in learning using DNN and not used for backward-propagation. can have a structure. Specifically, when an input image is output through a DNN as an image in a crop region, that is, an image of a back-propagation region, the crop region outside the back-propagation region is a masking-layer, Since it affects the inner back-propagation area, it can be used during forward-propagation. However, since the masking-layer is affected in the outer region, it may be excluded without considering it during backward-propagation. For reference, an inspection region may be acquired through measurement, and during learning, a cropped region may be cut and used instead of the entire inspection region.

한편, 마스킹-층은, 더미(dummy) 패턴 정보를 추가적으로 고려하여, 메인(main) 패턴과 더미 패턴에 서로 다른 웨이트를 적용하여 학습되도록 하는데 이용될 수 있다. 또한, 마스킹-층은, 역전파 영역에 해당하는 픽셀 값을 조절하여, 학습 이미지 별로 다른 웨이트를 적용하여 웨이트된(weighted) 학습이 되도록 하는 데에 이용될 수 있다.Meanwhile, the masking-layer may be used to additionally consider dummy pattern information and apply different weights to the main pattern and the dummy pattern so as to be learned. In addition, the masking-layer may be used for weighted learning by adjusting pixel values corresponding to the backpropagation region and applying different weights for each training image.

도 9는 도 1의 반도체 소자 패터닝 방법에서, DNN에 이용되는 다양한 활성 함수들에 대한 그래프들이다. 도 1 내지 도 8의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.FIG. 9 is graphs of various activation functions used in the DNN in the method of patterning the semiconductor device of FIG. 1 . The contents already described in the description of FIGS. 1 to 8 are briefly described or omitted.

도 9를 참조하면, 본 실시예의 반도체 소자 패터닝 방법에서, 출력 이미지를 고해상도 이미지로 생성하기 위해, DNN은 니어리스트 네이버 업 샘플링(nearest neighbor up sampling) 방식, 또는 간단히 니어리스트 샘플링 방식으로 이미지를 업-스케일링 할 수 있다. 니어리스트 샘플링 방식은 가장 인접한 주변 픽셀들을 이용하여 샘플링 하는 방식이다. 니어리스트 샘플링 방식은 체커 보드 구조(checker board artifact) 현상을 발생시키지 않을 수 있다. 즉, 디-컨볼루션층(de-convolution layer)을 사용하는 방법의 경우, 커널 오버랩 영역이 출력 이미지에서 동일하지 않기 때문에 체커 보드 구조가 발생할 수 있다. 한편, DNN은, 고해상도 이미지로 생성하기 위해, 앞서, 도 5a 및 도 5b의 설명 부분에서 설명한, 바이-리니어 또는 바이-큐빅 알고리즘을 이용할 수도 있다.Referring to FIG. 9 , in the semiconductor device patterning method of this embodiment, in order to generate an output image as a high-resolution image, the DNN upsamples the image using a nearest neighbor up sampling method or simply a nearest neighbor up sampling method. -Can be scaled. Nearest sampling method is a method of sampling using the nearest neighboring pixels. The near list sampling method may not generate a checker board artifact phenomenon. That is, in the case of a method using a de-convolution layer, a checker board structure may occur because the kernel overlap area is not the same in the output image. Meanwhile, the DNN may use a bi-linear or bi-cubic algorithm described above in the description of FIGS. 5A and 5B to generate a high-resolution image.

또한, 본 실시예의 반도체 소자 패터닝 방법에서, DNN은 역전파 시에 음의 기여도가 발생하도록 활성 함수로 스위쉬 함수(Swish function)를 사용할 수 있다. 도 9에 다양한 활성 함수에 대한 그래프가 도시되고 있다. 일반적으로 DNN에 렐루(ReLU) 함수가 많이 이용되나, 그래프를 통해 알 수 있듯이, ReLU 함수의 경우, 음의 기여도가 발생할 수 없다. 한편, DNN에서 입력 층의 컨볼루션 커널의 크기가 래스터화 시에 사용하는 필터와 유사한 크기를 가지도록 입력 커널의 크기를 조절하여 사용할 수 있다.In addition, in the semiconductor device patterning method of the present embodiment, the DNN may use a swish function as an activation function to generate a negative contribution during backpropagation. 9 shows graphs for various activation functions. In general, the ReLU function is widely used in DNN, but as can be seen from the graph, negative contribution cannot occur in the case of the ReLU function. Meanwhile, in the DNN, the size of the input kernel can be adjusted so that the size of the convolution kernel of the input layer has a size similar to that of the filter used for rasterization.

본 실시예의 반도체 소자 패터닝 방법에서, 경량화된 모델을 생성하기 위해, DNN은 층 융합(layer fusion) 구조, 레지듀얼 블록이 다운 샘플 층 이전에 적용되는 구조, 및 듀얼 레지듀얼 블록(dual residual block) 구조 등을 사용할 수 있다. 층 융합 구조는 합-융합 층(sum-fusion layer)라고도 한다.In the semiconductor device patterning method of the present embodiment, to generate a lightweight model, the DNN uses a layer fusion structure, a structure in which a residual block is applied before the down sample layer, and a dual residual block structures can be used. The layer fusion structure is also referred to as a sum-fusion layer.

레지듀얼 블록이 다운 샘플 층 이전에 적용되는 구조는 레지듀얼 블록 퍼스트 구조라고도 하며, 레지듀얼 블록을 거친 후에 다운 샘플링이 수행될 수 있다. 이와 같이, 레지듀얼 블록이 다운 샘플 층 이전에 적용될 경우, 레지듀얼 블록의 복잡도가 다운 샘플 층에 전달될 수 있으므로, 모델 파라미터의 증가없이 더 복잡한 현상을 모사할 수 있다. 참고로, 모델 파라미터는 커널 함수에 의해 결정되므로, 레지듀얼 블록 퍼스트 구조의 채용 여부와 무관하게 DNN의 구조는 실질적으로 동일한 모델 파라미터를 포함할 수 있다.A structure in which the residual block is applied before the down sample layer is also referred to as a residual block first structure, and down sampling may be performed after passing through the residual block. In this way, when the residual block is applied before the down sample layer, the complexity of the residual block can be transferred to the down sample layer, and thus more complex phenomena can be simulated without increasing model parameters. For reference, since the model parameters are determined by the kernel function, the DNN structure may include substantially the same model parameters regardless of whether the residual block first structure is employed.

레지듀얼 블록의 구조는 싱글 레지듀얼 블록과 듀얼-레지듀얼 블록으로 구별될 수 있다. 싱글 레지듀얼 블록은 2개의 2D-컨볼루션 커널 함수와 1개의 활성 함수를 포함할 수 있다. 그에 반해, 듀얼-레지듀얼 블록은 2개의 2D-컨볼루션 커널 함수와 2개의 활성 함수를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 모델 파라미터는 커널 함수에 의해 결정되므로, 싱글 레지듀얼 블록과 듀얼-레지듀얼 블록의 모델 파라미터는 실질적으로 동일할 수 있다. 따라서, 듀얼-레지듀얼 블록의 경우, 실질적으로 동일한 모델 파라미터를 사용하여 더 다양한 데이터 경로를 생성할 수 있고, 결과적으로 모델의 정확도 개선에 기여할 수 있다.The structure of the residual block can be divided into a single residual block and a dual-residual block. A single residual block may include two 2D-convolution kernel functions and one activation function. In contrast, a dual-residual block may include two 2D-convolution kernel functions and two activation functions. As described above, since the model parameters are determined by the kernel function, the model parameters of the single residual block and the dual-residual block may be substantially the same. Therefore, in the case of a dual-residual block, more diverse data paths can be generated using substantially the same model parameters, and as a result, it is possible to contribute to improving model accuracy.

본 실시예의 반도체 소자 패터닝 방법에서, DNN의 업-스케일링에, 합-융합 층(sum-fusion layer)과 연속 층(concatenation layer)이 층 함수로서 이용될 수 있다. 연속 층의 경우, 채널 방향으로 2배 커진 구조를 가지므로, 연속 커널(concatenation kernel)도 커지게 되고 많은 파라미터를 가지게 된다. 그에 반해, 층들을 연속(concatenation)시키지 않고, 바로 엘리먼트와이즈 섬(elementwise sum)을 통해 합-융합 층(sum-fusion layer)을 생성하는 경우, 커널을 작은 사이즈로 유지하면서 비슷한 출력 결과를 얻을 수 있다. 따라서, 합-융합 층(sum-fusion layer)은 모델 경량화에 기여할 수 있다.In the semiconductor device patterning method of the present embodiment, a sum-fusion layer and a concatenation layer may be used as layer functions for up-scaling of the DNN. In the case of the contiguous layer, since it has a structure that is twice as large in the channel direction, the concatenation kernel also becomes large and has many parameters. On the other hand, if a sum-fusion layer is created directly through an elementwise sum without concatenating the layers, a similar output result can be obtained while maintaining a small size of the kernel. there is. Therefore, the sum-fusion layer can contribute to model weight reduction.

덧붙여, 본 실시예의 반도체 소자 패터닝 방법에서, DNN은 패턴 복잡도, 및 패턴 근접 영역에 따라, 모델 계층 및 손실 함수(loss function)를 조절하여 사용할 수 있도록 설계될 수 있다. 예컨대, DNN에서, 입출력 층의 커널 크기 조절, 입력 층의 입출력 채널 수 조절, 업-스케일/다운-스케일 층의 커널 크기 조절, 레지듀얼 층의 개수 및 커널 크기 조절, 다운-샘플 층의 개수 조절, DNN 손실(loss)/그라디언트 손실 사용 여부 조절, 및 픽셀 손실 웨이트 조절이 가능하게 디자인될 수 있다.In addition, in the semiconductor device patterning method of the present embodiment, the DNN may be designed to adjust and use a model layer and a loss function according to pattern complexity and a pattern proximity region. For example, in DNN, control the kernel size of the input/output layer, control the number of input/output channels of the input layer, control the kernel size of the up-scale/down-scale layer, control the number and kernel size of the residual layer, and control the number of down-sample layers , DNN loss/gradient loss control, and pixel loss weight control can be designed to be possible.

도 10은 도 1의 반도체 소자 패터닝 방법과 기존 반도체 소자 패터닝 방법의 효과를 비교하여 보여주는 그래프이다. 도 1 내지 도 9의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.FIG. 10 is a graph showing a comparison between the effects of the semiconductor device patterning method of FIG. 1 and the conventional semiconductor device patterning method. The contents already described in the description of FIGS. 1 to 9 are briefly described or omitted.

도 16을 참조하면, 본 실시예의 반도체 소자 패터닝 방법은 DNN을 이용한 학습을 통해, 기존 모델의 정확도의 한계를 넘어서는 모델의 정확도를 확보할 수 있다. 또한, 본 실시예의 반도체 소자 패터닝 방법에서, GAN을 활용한 이미지 변환, 및 예측 모델 생성은, 계층 제어 파라미터(architecture control parameter)의 조절을 통해 PR 모델, 및 식각 모델 둘 다에 적용 가능하다. 더 나아가, 모델링 방향성에 따라 반복성 없는 보정(iterationless correction)도 가능할 수 있다. 이는 반복적인 모델 적용을 통해 보정(correction)을 수행하는 기존 방법 대비 모델 적용의 회수를 10회 이상 단축할 수 있고, 따라서, 전체 보정 시간을 대폭 감소시키는 데 기여할 수 있다. Referring to FIG. 16 , the method for patterning a semiconductor device according to the present embodiment can secure model accuracy that exceeds the limit of accuracy of an existing model through learning using a DNN. In addition, in the semiconductor device patterning method of the present embodiment, image conversion and prediction model generation using GAN can be applied to both the PR model and the etching model through adjustment of an architecture control parameter. Furthermore, iterationless correction may be possible according to the modeling directionality. This can reduce the number of times of model application by 10 times or more compared to the existing method of performing correction through iterative model application, and thus can contribute to significantly reducing the total correction time.

도 10을 통해 알 수 있듯이, 식각 공정에 대하여 기존 모델(POR)과 본 실시예의 반도체 소자 패터닝 방법의 DNN, 예컨대, GAN을 이용한 학습을 통해 생성한 모델(DNN)의 정확도를 비교한 결과, 본 실시예에 의한 모델(DNN)의 정확도는 0.64nm(errRMS)로 나타나고, 기존 모델(POR)의 정확도는 1.04nm(errRMS)로 나타나고 있다. 따라서, 본 실시예에 의한 모델(DNN)이 기존 모델(POR) 대비 40% 정도 성능이 개선됨을 확인할 수 있다.As can be seen from FIG. 10 , as a result of comparing the accuracy of the existing model (POR) with respect to the etching process and the DNN of the semiconductor device patterning method of the present embodiment, for example, the model (DNN) generated through learning using GAN, the present The accuracy of the model (DNN) according to the embodiment is 0.64 nm (errRMS), and the accuracy of the existing model (POR) is 1.04 nm (errRMS). Therefore, it can be confirmed that the performance of the model (DNN) according to this embodiment is improved by about 40% compared to the existing model (POR).

지금까지, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.So far, the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but this is only exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. will be. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (20)

샘플의 패턴에 대한 정보를 이미지화하여 입력 이미지를 생성하는 단계;
상기 샘플에 대한 소정 반도체 공정 후의 상기 샘플의 패턴에 대한 출력 이미지를 획득하는 단계;
상기 입력 이미지와 출력 이미지를 가지고 DNN(Deep Neural Network)을 이용한 학습을 통해 예측 모델을 생성하는 단계; 및
상기 예측 모델을 이용하여 반도체 소자의 패턴에 대한 상기 반도체 공정 후의 패턴 이미지를 예측하는 단계;를 포함하는 반도체 소자 패터닝 방법.
generating an input image by imaging information about a pattern of a sample;
obtaining an output image of a pattern of the sample after a predetermined semiconductor process on the sample;
generating a predictive model through learning using a deep neural network (DNN) with the input image and the output image; and
and predicting a pattern image of a pattern of a semiconductor device after the semiconductor process using the prediction model.
제1 항에 있어서,
상기 샘플의 패턴에 대한 정보는, 상기 샘플의 패턴에 대한 레이아웃(layout)이고,
상기 출력 이미지는 OPC(Optical Proximity Correction)된 레이아웃(OPCed layout) 이미지이며,
상기 입력 이미지를 생성하는 단계에서, 상기 레이아웃을 래스터화(rasterization) 하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 패터닝 방법.
According to claim 1,
The information on the pattern of the sample is a layout of the pattern of the sample,
The output image is an OPC (Optical Proximity Correction) layout image,
In the generating of the input image, the semiconductor device patterning method characterized in that the layout is rasterized.
제2 항에 있어서,
상기 래스터화에서, 윈도우드 바이-큐빅(windowed bi-cubic) 필터를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 패터닝 방법.
According to claim 2,
In the rasterization, a windowed bi-cubic filter is used.
제3 항에 있어서,
상기 입력 이미지에서 샤논-샘플링(Shannon-Sampling) 알고리즘과 바이-리니어(bi-linear) 또는 바이-큐빅(bi-cubic) 알고리즘을 사용하여 픽셀보다 작은 레벨의 값을 보간(interpolation)하고, 뉴튼-랩슨(Newton-Raphson) 알고리즘으로 문턱값에서의 CD 값을 추출하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 패터닝 방법.
According to claim 3,
In the input image, a value of a level smaller than a pixel is interpolated using a Shannon-sampling algorithm and a bi-linear or bi-cubic algorithm, and Newton- A semiconductor device patterning method characterized in that a CD value at a threshold value is extracted by a Newton-Raphson algorithm.
제2 항에 있어서,
상기 샘플의 패턴에 대한 정보는, 상기 샘플의 패턴에 대한 ADI(After Develop Inspection) 이미지(계측 데이터 또는 이미지)이고,
상기 출력 이미지는 상기 샘플의 패턴에 대한 ACI(After Cleaning Inspection) 이미지이며,
상기 입력 이미지를 생성하는 단계는,
상기 ADI 이미지에서 컨퉈(contour) 이미지를 추출하는 단계, 및
상기 컨퉈 이미지를 래스터화 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 패터닝 방법.
According to claim 2,
The information on the pattern of the sample is an ADI (After Develop Inspection) image (measurement data or image) of the pattern of the sample,
The output image is an ACI (After Cleaning Inspection) image of the pattern of the sample,
Generating the input image,
extracting a contour image from the ADI image; and
A semiconductor device patterning method comprising the step of rasterizing the contour image.
제5 항에 있어서,
상기 컨퉈 이미지를 추출하는 단계에서,
N개의 상기 컨퉈 이미지들 중, n*n 클립 이미지(n은 2 이상의 정수)의 픽셀 값의 평균이 255/j(j: 2 ~ N, 8bit image)을 갖는 경우와 픽셀 값의 표준 편차가 설정된 값보다 작은 경우의 상기 ADI 이미지는 제외시키고,
상기 래스터화 하는 단계에서, N개의 상기 컨퉈 이미지들을 래스터화 시킨 후, 평균값을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 패터닝 방법.
According to claim 5,
In the step of extracting the contour image,
Among the N concatenation images, the average of pixel values of n*n clip images (n is an integer greater than or equal to 2) is 255/j (j: 2 to N, 8-bit image) and the standard deviation of pixel values is set. Excluding the ADI image if it is less than the value,
In the rasterizing step, after rasterizing the N number of convolutional images, an average value is used.
제5 항에 있어서,
상기 컨퉈 이미지로부터 컨퉈 밴드(contour band)를 생성하고, 상기 컨퉈 밴드의 값이 설정된 값보다 큰 경우의 상기 컨퉈 이미지를 제외시키는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 패터닝 방법.
According to claim 5,
The semiconductor device patterning method of claim 1 , further comprising generating a contour band from the contour image and excluding the contour image when the value of the contour band is greater than a set value.
제5 항에 있어서,
상기 샘플의 풀-칩(full-chip)에 대한 덴서티 맵(density map)을 생성하고, 상기 덴서티 맵을 상기 입력 이미지로 만들어 채널로 추가하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 패터닝 방법.
According to claim 5,
A method for patterning a semiconductor device, characterized in that a density map for a full-chip of the sample is generated, and the density map is added to a channel by making the density map into the input image.
제1 항에 있어서,
상기 DNN은 다수의 다운-샘플 층들(down-sample layers)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 패터닝 방법.
According to claim 1,
The method of patterning a semiconductor device, characterized in that the DNN includes a plurality of down-sample layers.
샘플의 패턴에 대응한 마스크 패턴의 레이아웃을 래스터화 하여 입력 이미지를 생성하는 단계;
상기 마스크 패턴에 대한 OPC된 레이아웃의 이미지를 출력 이미지로 획득하는 단계;
상기 입력 이미지와 출력 이미지를 가지고 DNN을 이용한 학습을 통해 예측 모델을 생성하는 단계;
상기 예측 모델을 이용하여 반도체 소자의 패턴에 대한 OPC된 레이아웃의 이미지를 예측하는 단계;
예측된 상기 OPC된 레이아웃의 이미지가 설정된 조건을 만족하는지 판단하는 단계;
상기 조건을 만족하는 경우, 상기 OPC된 레이아웃의 이미지에 기초하여 마스크를 제조하는 단계; 및
상기 마스크를 사용하여 반도체 소자에 패턴을 형성하는 단계;를 포함하는 반도체 소자 패터닝 방법.
generating an input image by rasterizing a layout of a mask pattern corresponding to a pattern of a sample;
obtaining an OPC layout image for the mask pattern as an output image;
generating a predictive model through learning using a DNN with the input image and the output image;
predicting an OPC layout image of a pattern of a semiconductor device using the prediction model;
determining whether the predicted image of the OPC layout satisfies a set condition;
manufacturing a mask based on the image of the OPC layout when the condition is satisfied; and
A semiconductor device patterning method comprising: forming a pattern on a semiconductor device using the mask.
제10 항에 있어서,
상기 래스터화에서, 윈도우드 바이-큐빅 필터를 사용하고,
상기 입력 이미지에서 샤논-샘플링 알고리즘과 바이-리니어 또는 바이-큐빅 알고리즘을 사용하여 픽셀보다 작은 레벨의 값을 보간하고, 뉴튼-랩슨 알고리즘으로 문턱값에서의 CD 값을 추출하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 패터닝 방법.
According to claim 10,
In the rasterization, a windowed bi-cubic filter is used,
In the input image, a value of a level smaller than a pixel is interpolated using a Shannon-sampling algorithm and a bi-linear or bi-cubic algorithm, and a CD value at a threshold value is extracted using a Newton-Raphson algorithm. patterning method.
제10 항에 있어서,
상기 DNN은 영역을 구별 또는 제한하는 마스킹-층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 패터닝 방법.
According to claim 10,
The method of patterning a semiconductor device, characterized in that the DNN comprises a masking-layer for distinguishing or limiting regions.
제10 항에 있어서,
상기 DNN은 다수의 다운-샘플 층들을 포함하고,
상기 DNN은, 레지듀얼 블록 구조, 듀얼 레지듀얼 블록 구조, 합-융합 층, 레지듀얼 블록 퍼스트 구조, 니어리스트 네이버, 바이-리니어, 또는 바이-큐빅 샘플링 방식의 업-스케일, 및 스위쉬 활성 함수 중 적어도 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 패터닝 방법.
According to claim 10,
The DNN includes multiple down-sample layers,
The DNN has a residual block structure, a dual residual block structure, a fusion-fusion layer, a residual block first structure, a near list neighbor, a bi-linear or bi-cubic sampling scheme up-scale, and a swish activation function A semiconductor device patterning method, characterized in that using at least one of.
제10 항에 있어서,
상기 DNN은, 계층 파라미터 조절을 통해 모델링 하고자 하는 상기 반도체 공정에 따라 다른 구조를 사용하고,
상기 계측 파라미터 조절은,
다운-샘플 층의 개수 조절, 레지듀얼 블록의 개수 조절, 레지듀얼 블록 내의 커널의 크기 조절, 래스터화 필터의 크기에 따라 입력 커널의 크기 조절, 및 레이아웃의 복잡도에 따른 모델 파라미터 개수 조절 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 패터닝 방법.
According to claim 10,
The DNN uses a different structure according to the semiconductor process to be modeled through hierarchical parameter adjustment,
Adjusting the measurement parameter,
At least one of adjusting the number of down-sample layers, adjusting the number of residual blocks, adjusting the size of a kernel in a residual block, adjusting the size of an input kernel according to the size of a rasterization filter, and adjusting the number of model parameters according to layout complexity. A semiconductor device patterning method comprising a.
샘플의 패턴에 대한 ADI 이미지를 획득하는 단계;
상기 ADI 이미지에서 컨퉈 이미지를 추출하는 단계;
상기 컨퉈 이미지를 래스터화 하여 입력 이미지를 생성하는 단계;
상기 샘플에 대한 식각 공정 후의 상기 샘플의 패턴에 대한 ACI 이미지를 출력 이미지로 획득하는 단계;
상기 입력 이미지와 출력 이미지를 가지고 DNN을 이용한 학습을 통해 예측 모델을 생성하는 단계;
상기 예측 모델을 이용하여 반도체 소자에 대한 상기 식각 공정 후의 패턴 이미지를 예측하는 단계;
예측된 상기 식각 공정 후의 패턴 이미지가 설정된 조건을 만족하는지 판단하는 단계; 및
상기 조건을 만족하는 경우, 상기 식각 공정을 통해 상기 반도체 소자에 패턴을 형성하는 단계;를 포함하는 반도체 소자 패터닝 방법.
Acquiring an ADI image of the pattern of the sample;
extracting a contour image from the ADI image;
generating an input image by rasterizing the contour image;
Acquiring an ACI image of a pattern of the sample after an etching process on the sample as an output image;
generating a predictive model through learning using a DNN with the input image and the output image;
predicting a pattern image of a semiconductor device after the etching process using the prediction model;
Determining whether the predicted pattern image after the etching process satisfies a set condition; and
and forming a pattern on the semiconductor device through the etching process when the condition is satisfied.
제15 항에 있어서,
상기 ADI 이미지를 획득하는 단계부터 상기 입력 이미지를 생성하는 단계에서, 불량 이미지를 자동으로 필터링하여 제거하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 패터닝 방법.
According to claim 15,
The method of patterning a semiconductor device, characterized in that in the steps of acquiring the ADI image and generating the input image, automatically filtering and removing defective images.
제15 항에 있어서,
상기 샘플의 풀-칩에 대한 덴서티 맵을 생성하고, 상기 덴서티 맵을 상기 입력 이미지로 만들어 채널로 추가하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 패터닝 방법.
According to claim 15,
A method of patterning a semiconductor device, characterized in that generating a density map for the full-chip of the sample, and adding the density map to a channel by making the input image.
제15 항에 있어서,
상기 DNN은 영역을 구별 또는 제한하는 마스킹-층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 패터닝 방법.
According to claim 15,
The method of patterning a semiconductor device, characterized in that the DNN comprises a masking-layer for distinguishing or limiting regions.
제15 항에 있어서,
상기 DNN은 다수의 다운-샘플 층들을 포함하고,
상기 DNN은, 레지듀얼 블록 구조, 듀얼 레지듀얼 블록 구조, 합-융합 층, 레지듀얼 블록 퍼스트 구조, 니어리스트 네이버, 바이-리니어, 또는 바이-큐빅 샘플링 방식의 업-스케일, 및 스위쉬 활성 함수 중 적어도 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 패터닝 방법.
According to claim 15,
The DNN includes multiple down-sample layers,
The DNN has a residual block structure, a dual residual block structure, a fusion-fusion layer, a residual block first structure, a near list neighbor, a bi-linear or bi-cubic sampling scheme up-scale, and a swish activation function A semiconductor device patterning method, characterized in that using at least one of.
제15 항에 있어서,
상기 DNN은, 모델링 하고자 하는 상기 반도체 공정에 따라, 계층 파라미터 조절을 통해, 모델링 하고자 하는 상기 반도체 공정에 따라 다른 구조를 사용하고,
상기 계측 파라미터 조절은,
다운-샘플 층의 개수 조절, 레지듀얼 블록의 개수 조절, 레지듀얼 블록 내의 커널의 크기 조절, 래스터화 필터의 크기에 따라 입력 커널의 크기 조절, 및 레이아웃의 복잡도에 따른 모델 파라미터 개수 조절 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 패터닝 방법.
According to claim 15,
The DNN uses a different structure according to the semiconductor process to be modeled through layer parameter adjustment according to the semiconductor process to be modeled,
Adjusting the measurement parameter,
At least one of adjusting the number of down-sample layers, adjusting the number of residual blocks, adjusting the size of a kernel in a residual block, adjusting the size of an input kernel according to the size of a rasterization filter, and adjusting the number of model parameters according to layout complexity. A semiconductor device patterning method comprising a.
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