KR100556044B1 - 다마신 공정에서의 패턴 향상 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다마신(Damascene) 공정에서의 패턴 향상 방법에 관한 것으로, 특히 다마신을 이용한 포토리소그라피 공정에서 발생하는 DOF(Depth of Focus) 마진(Margin)의 부족을 SRAF(Sub-Resolution assist features)를 사용하여 단점을 극복한 룰을 기반으로 한 OPC(Optical proximity correction)를 사용함으로써 패턴충실도(Pattern fidelity)를 만족시키고, 포토 공정마진(Process margin)을 극대화하기 위한 것이다.

본 발명에 의해 설계자가 설계한 레이아웃 자체를 유지하면서 유저가 원하는 대로 패턴보정을 함으로써 룰을 기반으로 한 OPC의 한계를 극복할 수 있을 뿐만 아니라, 모델을 기반으로 한 OPC까지 사용하지 않음으로써 패턴보정시 소요되는 스피드를 현격하게 줄일 수 있다. 또한 설계자체를 수정하지 않고 공정마진을 확보하여 고객의 요구에 대해 용이하게 대응할 수 있는 장점이 있다.

다마신, 패턴, SRAF

Description

다마신 공정에서의 패턴 향상 방법{Method of enhancing pattern in damascene process}

도1은 일반적인 패턴 레이아웃의 일부.

도2는 SRAM 셀의 메탈라인의 레이아웃.

도3은 종래의 기술에 의한 공정한계에 의한 해상이 되지 않은 사진.

도4는 본 발명에서 요구되는 패턴 보정된 레이아웃.

도5는 룰을 기반으로 한 OPC에 따른 패턴 보정.

도6은 SRAM 셀 패턴 보정.

도7은 본 발명에 의한 SRAF를 이용한 패턴 보정도.

도8은 본 발명에 의한 패턴 형상.

본 발명은 다마신(Damascene) 공정에서의 패턴 향상 방법에 관한 것으로, 특히 다마신을 이용한 포토리소그라피 공정에서 발생하는 DOF(Depth of Focus) 마진(Margin)의 부족을 SRAF(Sub-Resolution assist features)를 사용하여 단점을 극복한 룰을 기반으로 한 OPC(Rule based OPC, Optical proximity correction)를 사용함으로써 패턴충실도(Pattern fidelity)를 만족시키고, 포토 공정마진(Process margin)을 극대화하기 위한 것이다.

반도체 집적기술이 나날이 향상되어감에 따라 포토리소그라피 공정에서 바로 생기는 문제는 나날이 작아지는 선폭을 기존의 포토장비로 형성을 해야함에 있다. 따라서, 포토장비는 그대로 사용하면서 패턴기술을 향상 시키는 것이 패턴공정의 주된 이슈라고 해도 과언이 아니다. 이를 RET(Resolution Enhancement Technology)라고도 표현한다.

현재 0.18㎛ 또는 0.15㎛급의 테크놀로지에서 흔히 사용하는 포토장비는 KrF 광원을 사용하는 장비이다. 이 광원은 248nm의 파장을 가지고 있는데 엄밀히 말하면, 이 파장을 가진 포토장비는 0.248㎛ 의 size를 가지는 패턴을 형성할 수 있다는 뜻이다. 그러나 실제는 위에서 말한 것처럼 0.18㎛ 또는 0.15㎛급의 공정에서도 사용할 수가 있게 되었는데, 이는 포토 레지스트, Bake time이나 기타 장비의 NA 등의 개선과 조합으로써 향상할 수도 있었으며, 후술할 RET기술에 의해서도 가능하게 되었다. RET 기술에는 OAI(Off axis illumination), SRAF(Sub-Resolution Assist Features), OPC 등이 있다.

이 중 OPC가 0.18㎛ 공정부터 본격적으로 도입이 되기 시작했는데, 여기에는 룰을 기반으로 한 것(Rule based OPC)과 모델을 기반으로 한 것(Model based OPC)이 있으며, 이 두가지를 혼용해서 쓰는 Hybrid OPC가 있다. 각각의 OPC는 어떤 디 자인을 핸들링하느냐에 따라서 선택을 하게 되는데 특히 메모리나 SRAM 셀같은 반복적인 패턴을 사용하는 레이아웃을 가진 패턴에는 보통 룰에 기반으로 한 OPC를 사용하게 된다.

이러한 룰에 기반으로 한 OPC는 유저가 정하는 룰에 따라 패턴에 OPC를 적용하게 되며, 그 Rule에 따라 패턴 보정을 함으로써 시뮬레이션을 사용하는 모델을 기반으로 한 OPC보다 속도가 빠르다는 것에 장점이 있다. 그러나, 이러한 장점을 가지고 비교적 반복적인 패턴을 가지는 SRAM 셀같은 곳에 많이 사용되지만 여기에서 발생하는 문제점을 도면을 참조하여 설명한다.

도1은 일반적인 패턴 레이아웃의 일부를 표시하였다. A라는 패턴주위에 B와 C라는 패턴이 있는 경우에서 A라는 패턴을 보정하려고 한다고 가정한다. 룰을 기반으로 한 OPC의 가장 기본은 보정하고자 하는 부분에서의 임의로 정의된 선폭과 선폭간의 거리에 의해서 보정이 된다고 하는 것이다. 즉, A패턴에서 1-1, 1-2, 1-3으로 구간을 나누어 고려할 때, 1-1과 1-3은 비슷한 환경이라고 할 수 있으나 1-2는 나머지 두가지에 전혀 다른 환경을 가지고 있다. 1-2의 경우 좌측에는 바라보는 패턴이 전혀 없으며, 1-1과 1-3은 각각 B와 C 패턴을 바라보고 있다. 따라서, 룰을 어떻게 적용하냐에 따라 정도는 달라지겠지만, 1-1, 1-3은 같이 보정이 되며, 1-2는 다른 룰을 적용해야 한다. 이러한 특성이 그림2에서 보여주는 셀을 보정하는 데에 제약요소로 작용하게 된다.

도2는 SRAM 셀의 메탈 라인의 한 레이아웃을 나타내고 있으며, 이는 다마신으로 패턴구현을 해야하는 패턴자체가 클리어 타입의 구조를 가지고 있는 패턴이다. 이 SRAM 셀을 가지고 공정평가를 해보면 어느 특정부분에 한하여 해상도가 떨어지는 현상이 나타난다.

도2의 2-2를 패턴공정에서 테스트 한 결과를 도3에 나타나고 있다. 도3에서도 보이듯이 다마신 구조특성상 보통의 메탈구조와 달리 클리어 타입으로 되어 그려진 부분에는 포토 레지스트가 남아있지 않아야 하나, 공정한계 즉, DOF마진이 부족한 관계로 제대로 해상이 되지 않음을 볼 수 있다.

일반적으로 종래의 기술에서 설명한 DOF마진이 부족함을 룰을 기반으로 한 OPC를 사용하여 개선을 할 수 있으나, 이에는 다음과 같은 한계가 있다.

공정평가결과 해상도가 떨어지는 특정부분만을 OPC를 이용하여 패턴을 키워주면 해상력이 떨어지는 부분의 DOF 마진이 크게 향상될 수 있다. 그런데, 룰을 기반으로 한 OPC의 한계로 인해 특정 레이아웃에서 원하지 않는 부분까지 패턴보정이 되버리는 문제가 생기게 된다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 다마신을 이용한 포토리소그라피 공정에서 발생하는 DOF 마진의 부족을 SRAF를 사용하여 단점을 극복한 룰을 기반으로 한 OPC를 사용함으로써 패턴 충실도도 만족시키며, 포토 공정마진을 극대화시키기 위한 다마신 공정에서의 패턴 향상 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 다마신 공정에서의 패턴 향상 방법에 있어서, 다마신 공정에서의 패턴 향상 방법에 있어서, 패턴을 다마신 공정에 의해 구현하는 단계, 50 내지 70㎚ 정도의 사이즈를 가진 SRAF를 마스크 상에 그리는 단계, 패턴 향상을 위한 보조패턴을 형성하여야 할 라인들 사이에 SRAF를 위치시키는 단계 및 노광에 의해 보조 패턴을 형성하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

도2의 2-1로 표시되는 부분을 도4와 도5로 크게 확대하였다. 도4에서 보듯이 패턴형성하는 데에 마진이 부족한 부분에 4-1로 표시된 부분을 덧붙여 패턴을 보정하면, 도3으로 나타나는 DOF마진의 부족을 해결할 수 있으나, 도2로 표시되는 SRAM Cell의 구조에서 Rule based OPC를 긴 라인에 적용하면 종래기술에서 설명한 Rule based OPC의 한계로 인해 구현이 되지 않는다.

도5는 도2의 일부를 표시한 것이다. 도5에서 5-2부분에 대하여 패턴보정을 한다고 하면, 앞서 설명한 룰을 기반으로 한 OPC의 특성에 따라 패턴보정이 이루어진다. 즉, 5-2는 아래부분에 있는 7-3으로 표시되는 블록이 있는 부분과 5-4처럼 아무런 패턴이 없는 부분으로 이루어진다. 이에 따라서, 룰을 기반으로 한 OPC를 적용하면 도4의 4-1처럼 패턴을 만들 수 있다. 반면에 5-1부분에 대하여 패턴보정을 한다고 하면, 위부분에 존재하는 패턴이 일정하기 때문에, 즉 5-5, 5-6, 5-7로 표시되는 부분의 CD가 동일하기 때문에, 도4의 4-2와 같은 패턴이 생겨나지가 않고 도6에 표시되는 것처럼 6-1과 6-3과 같은 패턴이 생겨나게 된다.

그러나, 이렇게 생겨난 패턴은 도4와 달리 원하지 않는 부분에 대해서도 선폭의 보정을 함으로써 DOF마진은 늘어나지만, 선폭의 패턴 충실도는 떨어진다. 다마신 기법을 사용하는 패턴에서는 5-1과 5-4로 표시되는 부분이 생겨날 경우 지나치게 선폭이 커지는 현상이 생기게 됨으로써 포토공정후 패턴이 망가져 버리게 된다. 즉, 도4에서 표시되는 것처럼 패턴이 보정되어야 DOF마진을 확보할 수도 있으면서, 패턴 충실도도 높일 수 있다. 이런 문제점을 기존의 Rule based OPC를 사용하면서도 도4처럼 패턴보정이 되도록 하는 것에 대하여 이하에서 설명한다.

도2의 SRAM 셀패턴을 도7에 다시 표현하였다. 도7은 도5와 동일한 모양을 가지고 있으나, 7-1로 표시되는 SRAF가 존재하고 있다. SRAF란 실제 마스크에는 존재하지만, 웨이퍼상에 빛(KrF)을 이용하여 노광을 할 때에는 그 패턴이 없어지는 것을 말한다. 여기서 SRAF는 단순히 사라지는 것만이 아니라, 주위의 패턴에 영향을 주어 해상력이 떨어지는 것을 SRAF로 인하여 해상력을 높이거나 Isolated-Dense 바이어스를 개선해주는 RET 중의 한가지이다.

이때 SRAF는 웨이퍼상에 전사가 되지 말아야 하므로, 메인 패턴사이즈보다 현격히 작은 50~70nm정도의 사이즈를 가지고 있다. 그렇듯 이런 SRAF를 도7의 7-1과 같이 구현을 하여, 룰을 기반으로 한 OPC의 단점을 극복할 수가 있게 되는 것이다. 그러나 본발명에서는 SRAF가 본래의 목적보다도 룰을 기반으로 한 OPC 의 단점을 극복하는 데에만 사용하게 되며, 그 과정이 다음과 같다.

앞서 도5를 이용하여 종래의 문제점을 설명하였는데 도7에서는 7-2에 대한 OPC결과가 SRAF로 인해 그 결과가 달라질 수 있다. 도7의 7-1이 존재함으로써 7-3부분의 패턴보정이 가능하다. 7-1을 7-4블록과 같이 배열을 같이하게 된다면, 7-6과 7-8은 7-7과 다른 사이즈의 간격을 유지하게 된다.

이렇게 됨으로써 도6의 6-1과 같은 OPC결과를 얻는 것이 아니라, 도4의 4-2같은 결과를 얻을 수 있게된다. 우선 SRAF를 이용하여 룰을 기반으로 한 OPC의 단점은 극복되었고, 마스크상에 그려진 SRAF는 원래 제작시부터 50~80nm정도의 작은 사이즈를 같는 패턴이므로 웨이퍼상에 구현이 되지 않는다.

즉, 룰을 기반으로 한 OPC의 단점을 위해서 사용은 되나, 실제의 웨이퍼상에는 구현이 되지 않음으로써, 도4에서 궁극적으로 원하고자 하는 OPC 결과를 얻을 수 있게 된다. 그러나 본 발명에서는 SRAF 자체가 패턴충실도를 높이는 데에 사용되는 것이 아니라, Rule based OPC의 단점을 극복하는데에 사용하게 되므로, 마스크상에서 조차도 구현이 필요없다.

단지 룰을 기반으로 한 OPC 작업을 하는 동안만 패턴이 존재하면 된다. 어차피 웨이퍼상에서 구현이 되지 않기 때문에 상관은 없지만, 너무 작은 사이즈로 인해 마스크 제작시 결함으로 작용할 수 있기 때문에 본 발명에서는 마스크에서는 구현을 하지 않는다.

참고로, 마스크의 결함이란 마스크 제작시 파티클(Particle) 같은 작은 물질로 인해 메인 패턴이 영향을 받던가, 패턴이 있지 않아야 하는 곳에 패턴이 남는 것들을 말한다. 이런 파티클들은 웨이퍼상에 구현을 할 때 영향을 주기 때문에 마 스크 제조시에 중요시 하는 아이템중의 하나이다.

지금까지 설명한 본 발명을 이용하여 룰을 기반으로 한 OPC로 패턴 보정이 된 것이 도8 에 해당한다. 그림에서도 볼 수 있듯이 도6의 6-1과는 달리 패턴보정 효과를 충분히 살릴 수 있으면서 원하는 패턴충실도도 함께 얻을 수 있도록 보정이 된다.

따라서, 종래에 디자인된 것에서 설계변경없이 원하고자 하는 부분에 Rule based OPC를 사용할 수 있으며, 원하는 결과 또한 얻을 수 있게 된다. 이를 이용하면 룰을 기반으로 한 OPC의 단점이 극복이 되는 것이다.

상세히 설명된 본 발명에 의하여 본 발명의 특징부를 포함하는 변화들 및 변형들이 당해 기술 분야에서 숙련된 보통의 사람들에게 명백히 쉬워질 것임이 자명하다. 본 발명의 그러한 변형들의 범위는 본 발명의 특징부를 포함하는 당해 기술 분야에 숙련된 통상의 지식을 가진 자들의 범위 내에 있으며, 그러한 변형들은 본 발명의 청구항의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.

상술한 바와 같이 본 발명의 다마신 공정에서의 패턴 향상방법은 설계자가 설계한 레이아웃 자체 그대로를 유지하면서 유저가 원하는 대로 패턴보정을 함으로써 궁극적으로 원하는 OPC결과를 얻을 수 있으며, 룰을 기반으로 한 OPC의 단점을 극복함으로써 좀더 다양한 설계에 유동적으로 대응이 가능하게 되었다. 또한 모델을 기반으로 한 OPC까지 사용하지 않음으로써 패턴보정시 소요되는 스피드를 현격 하게 줄일 수 있다. 그 결과 설계자체를 수정하지 않고 공정마진을 확보하여 여러 고객의 요구에 대응할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 다마신 공정에서의 패턴 향상 방법에 있어서,

   패턴을 다마신 공정에 의해 구현하는 단계;

   50 내지 70㎚ 사이즈를 가진 SRAF를 마스크 상에 그리는 단계;

   패턴 향상을 위한 보조패턴을 형성하여야 할 라인들 사이에 SRAF를 위치시키는 단계; 및

   노광에 의해 보조 패턴을 형성하는 단계

   를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 다마신 공정에서의 패턴 향상방법.

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