KR20070094190A - 광 근접 효과 보정 방법 - Google Patents

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Abstract

광 근접 효과(OPE) 보정 방법을 제시한다. 본 발명에 따르면, 목표 패턴들의 테스트 마스크를 제작하고, 테스트 마스크를 이용하여 웨이퍼 상에 패턴들을 전사하되 다양한 노광 조건들을 이용하여 전사한다. 다양한 노광 조건들에 연관된 패턴들의 선폭(CD) 데이터들을 측정하고, 선폭 데이터들을 이용하여 모델 캘리브레이션(model calibration) 및 광 근접 효과 보정(OPC) 레시피(recipe)를 생성한다. 모델 및 레시피를 이용하여 마스크 전체 영역에 대해 1차 광 근접 효과 보정(OPC)을 수행하고, OPC된 결과에 대해 1차 검증한다. 1차 검증 시 에러(error) 발생된 패턴에 대해서만 선택적으로 2차 광 근접 효과 보정(OPC) 및 2차 검증을 재수행한다. 이러한 과정에 의한 최종 광 근접 효과 보정(OPC) 및 검증된 결과를 이용하여 마스크를 제작한다.
OPC, 모델 캘리브레이션, 마스크

Description

광 근접 효과 보정 방법{Method for correcting optical proximity effect}
도 1은 종래의 광 근접 효과 보정 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광 근접 효과 보정 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 흐름도이다.
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 특히, 포토 마스크(photo mask) 제작 시 광 근접 효과(OPE: Optical Proximity Effect) 보정 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라, 포토 리소그래피(photo lithography) 과정에서 보다 미세한 패턴을 구현하도록 요구되고 있다. 그런데, 패턴이 미세화됨에 따라, 이웃하는 패턴들 간의 영향에 의한 광 근접 현상(OPE)이 노광 과정 중에 발생되고 있다. 이를 극복하기 위해서 패턴을 전사하기 위한 포토 마스크 상에서의 패턴 레이아웃(layout)을 보정하여 OPE 발생을 억제하는 방법, 예컨대, 광 근접 보정(OPC: Optical Proximity Correction)이 수행되고 있다.
도 1은 종래의 광 근접 효과 보정 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시 한 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 먼저, 웨이퍼 상으로 전사하고자하는 목표(target) 패턴의 레이아웃을 설계하여, 이러한 목표 패턴 레이아웃이 테스트 패턴으로 형성된 테스트 마스크를 형성 제작한다(11).
이후에, 테스트 마스크를 이용하여 실제 웨이퍼 상으로 노광 및 현상 과정을 포함하는 포토리소그래피(photolithography) 또는/ 및 식각(etching) 과정 등을 포함하는 웨이퍼 공정(wafer process)수행한다(12). 이후에, 웨이퍼 상에 형성된 패턴의 선폭(CD: Critical Dimension)을 측정한다(13).
측정된 CD 데이터(data)를 이용하여 OPC를 위한 모델 캘리브레이션(model calibration)을 수행한다(14). 이러한 모델 캘리브레이션은 모델 기반 OPC(model based OPC)에 따른 과정으로 이해될 수 있다. 모델 기반 OPC는 미리 준비된 여러 종류의 패턴 형상 피처(feature)에 대해 설정된 모델들을 이용하여, 마스크 패턴의 형상과 이에 의해 웨이퍼 상에 전사된 패턴의 형상 차이를 시뮬레이션(simulation) 계산하고 계산 결과에 근거하여 마스크 패턴을 보정하는 방법으로 이해될 수 있다. 따라서, 모델 캘리브레이션 후 OPC에 필요한 바람직하게 최적의 레시피(recipe)를 작성한다(15).
캘리브레이션된 모델과 레시피를 이용하여 OPC를 수행하고(16), OPC가 적절히 수행되었는 지 여부를 패턴의 등고선 시뮬레이션(simulation contour)을 통해 검증(verification)하는 작업을 수행한다(17). 이때, OPC를 통한 시뮬레이션 등고선이 에러 수용 범위(error tolerance)를 벗어난 경우 모델 캘리브레이션 또는 레 시피 수정 등을 다시 수행하여 모든 마스크 영역에 걸쳐 OPC를 재수행한다(18).
OPC를 수행한 모델과 OPC가 완료된 이후 검증에 사용된 모델이 동일한 경우, 동일한 모델이 사용되었으므로, 검증 단계에서 OPC 수행 시 지정한 에러 수용 범위 내에 모든 패턴들이 만족해야 하나, 실제로는 OPC 수행 방법과 OPC 검증을 수행하는 방법이 서로 다르므로, 동일한 모델을 사용하는 경우일지라도 서로 다른 결과를 보일 수 있다.
이러한 과정을 반복하여, 결과적인 시뮬레이션 등고선이 에러 수용 범위 내에 있을 경우, 실제 마스크를 제작하게 된다(19).
그런데, 이러한 경우 OPC가 완료된 이후 OPC 검증을 통하여 어떤 특정 패턴 혹은 마스크 내의 어떤 특정 영역에서만 지정된 에러 수용 범위를 벗어나는 경우라도, 이를 보정하기 위해서 새로운 모델 혹은 새로운 레시피를 통하여 모든 데이터 베이스(data base)에 대하여 OPC를 다시 수행하고 있다. 이에 따라, OPC를 통한 마스크 제작에 있어 상당히 많은 시간이 소요되고 있다. 따라서, 마스크 제작에 따른 시간을 보다 줄일 수 있는 OPC 방법의 개발이 요구되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 보다 짧은 시간 내에 광 근접 효과(OPE)를 보정하는 방법을 제시하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 관점은, 목표 패턴들의 테스트 마스크를 제작하는 단계, 상기 테스트 마스크를 이용하여 웨이퍼 상에 상기 패턴들을 전사하는 단계, 상기 패턴들의 선폭(CD) 데이터들을 측정하는 단계, 상기 선폭 데이터들을 이용하여 모델 캘리브레이션(model calibration) 및 광 근접 효과 보정(OPC) 레시피(recipe)를 생성하는 단계, 상기 모델 및 레시피를 이용하여 상기 마스크 전체 영역에 대해 1차 광 근접 효과 보정(OPC)을 수행하는 단계, 상기 1차 광 근접 효과 보정(OPC)된 결과에 대해 1차 검증하는 단계, 상기 1차 검증 시 에러(error) 발생된 패턴에 대해서만 선택적으로 2차 광 근접 효과 보정(OPC) 및 2차 검증을 재수행하는 단계, 및 상기 광 근접 효과 보정(OPC) 검증된 결과를 이용하여 마스크를 제작하는 단계를 포함하는 광 근접 효과(OPE) 보정 방법을 제시한다.
또는, 목표 패턴들의 테스트 마스크를 제작하는 단계, 상기 테스트 마스크를 이용하여 다수의 노광 조건들로 웨이퍼 상에 상기 패턴들을 전사하는 단계, 상기 노광 조건들에 연관된 상기 패턴들의 선폭 데이터들을 측정하는 단계, 상기 선폭 데이터들을 이용하여 상기 노광 조건들에 연관된 다수의 모델들을 생성하는 모델 캘리브레이션(model calibration) 단계, 상기 모델들에 대한 광 근접 효과 보정(OPC) 레시피(recipe) 생성 단계, 상기 모델 및 레시피를 이용하여 1차 광 근접 효과 보정(OPC)을 수행하는 단계, 상기 1차 광 근접 효과 보정(OPC)된 결과에 대해 상기 모델들을 이용하여 1차 검증하는 단계, 상기 1차 검증 시 에러(error) 발생된 패턴들에 대해서 상기 레시피들을 이용하여 선택적으로 2차 광 근접 효과 보정(OPC)을 재수행하는 단계, 상기 2차 광 근접 효과 보정(OPC)된 결과에 대해 선택적으로 2차 검증하는 단계, 및 상기 광 근접 효과 보정(OPC) 검증된 결과를 이용하여 마스크를 제작하는 단계를 포함하는 광 근접 효과(OPE) 보정 방법을 제시한다.
상기 광 근접 효과 보정(OPC) 검증 시 에러가 발생된 패턴들에 대한 구분되게 에러 마커(error marker)를 생성하는 단계, 및 상기 에러 결과를 차별화된 데이터 층 번호로 백업(backup)하여 상기 2차 광 근접 효과 보정(OPC)이 상기 에러가 발생된 패턴에 대해서만 수행되도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 2차 광 근접 효과 보정(OPC) 및 상기 2차 검증은 상기 에러 패턴을 포함하는 영역을 선택하여 선택된 영역에 대해서만 수행될 수 있다.
상기 2차 광 근접 효과 보정(OPC) 및 상기 2차 검증 단계는 상기 패턴들의 검증 결과가 설정된 수용 범위 내로 판별될 때까지 반복될 수 있다.
본 발명에 따르면, 보다 짧은 시간 내에 광 근접 효과(OPE)를 보정할 수 있어, 광 근접 효과 보정을 통한 마스크 제작 시 제작 시간을 효과적으로 줄일 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로 해석되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에서는, 광 근접 효과 보정(OPC) 수행 이후 OPC 검증 단계에서, 지정된 에러 수용 범위(error tolerance)를 벗어나는 특정 영역 또는/ 및 특정 패턴들만을 선별적으로 선택하고, 선택된 패턴들에 대해서만 OPC 검증 단계에서 사용한 모들 또는 레시피와 서로 다른 모델 혹은 서로 다른 레시피 등을 적용한다. 선택된 패턴들(혹의 영역들)에 대해서만 선택적으로 OPC를 부분적으로 재수행한다. 따라서, 종래의 경우에서의 모든 영역에 대해서 OPC를 다시 수행하지 않으므로, OPC를 통한 마스크 제작에 소요되는 시간을 상당히 효과적으로 줄일 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광 근접 효과 보정 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 OPC 방법은, 웨이퍼 상으로 전사하고자하는 목표 패턴의 레이아웃을 설계하여, 이러한 목표 패턴 레이아웃이 테스트 패턴으로 형성된 테스트 마스크를 형성 제작한다(201). 이러한 테스트 마스크는 실제 웨이퍼 상에 형성하고자 하는 목표 패턴들의 형상을 위한 것으로 이해될 수 있다.
이후에, 테스트 마스크를 이용하여 실제 웨이퍼 상으로 노광 및 현상 과정을 포함하는 포토리소그래피 또는/ 및 식각 과정 등을 포함하는 웨이퍼 공정을 수행한다(202). 이때, 다양한 노광 조건, 예컨대, 최적 노광 에너지(energy) 조건 일 때 또는 최적 포커스(best focus) 조건일 때, 과도 노광(over-exposure) 조건, 과소 노광(under exposure) 조건, 마이너스 포커스(minus focus) 조건 또는 플러스 포커스(plus focus) 조건일 때 등과 같은 다양한 서로 다른 노광 조건의 경우를 고려하여, 하나의 웨이퍼(또는 다수의 웨이퍼) 상에 노광 샷(shot)별로 노광 조건을 달리하여 웨이퍼 공정을 수행하는 것이 바람직하다.
이후에, 웨이퍼 상에 형성된 각각의 패턴들의 선폭(CD)들을 측정한다(203). 이때, 종래의 경우에 각 패턴의 CD 측정은 최적 노광 에너지 및 최적 포커스 조건 에서 수행된 경우의 패턴에 대해서만 이루어진 것과 달리, 본 발명의 실시예에서는 다양한 서로 다른 노광 조건으로 수행된 웨이퍼 공정에 따른 결과 패턴들에 대해서 CD 측정을 수행한다. 이에 따라, 서로 다른 노광 조건에 따른 각각의 전사된 패턴들에 대한 CD들의 측정 데이터를 추출할 수 있다.
이러한 복수 개의 CD 측정 데이터들을 후속 OPC 검증을 수행할 때 공정 윈도우(process window)에 따른 취약점(weak point)을 검출하는 데 활용될 수 있으며, 또한, 에러(error)가 발생한 영역에 대해서 부분적으로 OPC를 재수행할 때, 에러 영역에 서로 다른 임의의 모델을 적용하는 데 이용될 수 있다.
측정된 복수 개의 CD 데이터들을 이용하여 OPC를 위해 복수 개의 모델 캘리브레이션(model calibration)을 수행한다(204). 이러한 모델 캘리브레이션은 모델 기반 OPC에 따른 과정으로 이해될 수 있다. 전형적인 모델 캘리브레이션의 경우 최적 노광 에너지 조건 및 최적 포커스 조건에 의한 패턴 형상 또는 피쳐 모델만을 이용하여 수행되나, 본 발명의 실시예에서는 다양한 서로 다른 노광 조건에 따른 CD 측정 데이터들을 이용하여 다양한 피쳐 모델들을 이용하여 각각의 노광 조건에 따른 복수 개의 모델 캘리브레이션을 수행한다.
이후에, 복수 개의 모델 캘리브레이션들이 완료된 후 OPC를 수행할 레시피를 최적화시키는 작업을 수행한다. 이때, 복수 개의 모델 캘리브레이션 결과에 대해서 각각의 레시피들을 최적화시키는 작업을 병행한다. 즉, 각각의 노광 조건에 따른 복수 개의 OPC 레시피를 작성한다(205).
복수 개의 캘리브레이션된 모델들 또는 복수 개의 레시피는, 디램(DRAM) 메 모리 소자의 경우와 같이 패턴 밀집도(pattern density)가 다른 영역들을 적어도 둘 이상 포함하여 마스크가 제작될 경우에 유리하다. 예컨대, DRAM 소자의 경우 전체 칩 영역(full chip region)은 크게 셀 및 코어(cell and core) 영역 및 주변 영역(peripheral region)으로 나눠질 수 있다. 이때, 셀 및 코어 영역은 주변 영역보다 패턴 밀집도가 크며, 1 차원(dimension)을 가진 패턴들보다는 2차원을 가진 패턴들로 주로 구성되게 된다.
이러한 영역별 패턴 밀집도의 변화는, 셀 및 코어 영역에 식각 공정 시 밀집도가 낮은 주변 영역 보다 상대적으로 적은 식각 바이어스(etching bias)를 유발하게 된다. 또한, 1차원 패턴의 경우 OPC를 위한 단위 분할(dissection)을 상대적으로 크게 가져갈 수 있으나, 2차원 패턴들의 경우 패턴 충실도(fidelity) 등을 확보하기 위해서 상대적으로 작은 분할 룰(dissection rule)을 적용하여야 원하는 목표를 만족시킬 수 있다. 따라서, OPC 에러가 발생한 패턴들에 대해서 OPC를 수행한 동일 모델 또는 동일 레시피와는 서로 다른 모델 또는 레시피를 적용하여야 바람직하게 최적화된 OPC가 이루어질 수 있다.
이를 위해서, 본 발명의 실시예에서는 복수 개의 캘리브레이션된 모델들 또는 복수 개의 레시피를 작성한다.
바람직하게 최적화된 모델 및 레시피들을 이용하여 OPC를 수행하고(206), OPC 결과에 대해서 복수 개의 모델들을 이용한 OPC 검증을 수행한다(207). 이때, OPC 검증 단계에서는 기본적으로는 OPC를 수행한 모델과 동일한 모델을 사용할 수 있다. 또한, 앞서 생성된 서로 다른 노광 조건들에 따른 복수 개의 모델들을 이용 하여 공정 윈도우 내에서의 OPC 에러를 검출하는 과정을 거칠 수 있다.
이러한 검증 과정에서 얻어지는 에러 값이 설정된 또는 주어진 에러 수용 범위에 대해 판별(208)하여 에러 수용 범위 이내로 판별될 경우 마스크로 제작한다(209). 그런데, 에러 값이 에러 수용 범위에서 벗어나는 경우, 에러가 발생된 특정 패턴 또는 특정 영역에 대해서 에러 마커(error marker)를 부여한다(211).
생성된 에러 마커에 대해여 그 부위가 목표에 만족하는 지 여부를 판단하는 과정을 거치게 되고, 그 부위가 반드시 정해진 수용 범위 이내로 제어되어야 하는 부위라 판단되는 경우, 그 부위에 적절한 모델 또는 레시피를 적용하여 단지 그 영역(또는 패턴)에 대해서만 OPC를 부분적으로 재수행시킨다(212). 이때, 앞선 웨이퍼 공정(202), CD 측정(203), 모델 캘리브레이션(204), 레시피(205) 등이 여러 다양한 노광 조건들에 연관되어 측정 또는 생성되어 있으므로, 적절한 모델 또는 레시피를 이용하여 OPC 또는 및 검증 등을 재수행할 수 있다.
에러 마커가 생성되어 선택된 패턴들(또는 패턴들을 포함하는 블록(block)으로 처리된 영역들)에 대한 부분 재수행된 결과인 OPC 데이터는, 정상적으로 OPC가 완료된 데이터와는 다른 임의 다른 데이터 층 번호(layer number)로 백업(backup)되도록 하여, 후속되는 재수행되는 부분 OPC 수행 시 이 층 번호에 해당되는 패턴들에 대해서만, 부분 OPC가 수행되도록 할 수 있다.
선택된 패턴들(또는 영역들)에 대해서만 다시 선택적으로 부분 OPC를 다시 수행한 후, 그 패턴들에 대해서만 부분 OPC 검증을 다시 수행한다(213). 이러한 선택된 패턴에 대한 부분 OPC 및 부분 검증에 따른 결과가 지정된 수용 범위 내에 들 어오는 지 여부를 판별(214)하고, 지정된 수용 범위 내로 들어오도록 제어될 때까지 반복적으로 에러 마커 생성(211) 내지 부분 OPC 검증(213) 단계들을 반복 수행한다. 결과적으로 모든 패턴들이 주어진 수용 범위를 만족하면 마스크 제작을 수행한다(209).
이와 같이 본 발명의 실시예에서는 에러가 발생된 패턴들만을 선별적으로 선택하여 그 패턴들에 대해서만 OPC 및 검증을 재수행함으로써, 종래의 상대적으로 작은 영역에서만의 OPC 에러를 보정하기 위해서 전체 영역에 대한 재 OPC(re-OPC) 및 재검증을 수행할 때 소모되는 시간을 효과적으로 크게 줄일 수 있다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
상술한 본 발명에 따르면, 광 근접 효과(OPE)에 의한 패턴 왜곡 현상을 보정하기 위해서, OPC 검증을 통해서 얻어진 OPC 에러 패턴들만을 선별적으로 선택하고, 선택된 패턴들에 대해서만 선별적으로 OPC를 재수행하여, 마스크 제작에 소요되는 시간을 효과적으로 줄일 수 있다. 이에 따라, 반도체 소자의 개발 및 제품 생산에 소요되는 시간을 크게 줄일 수 있다.

Claims (5)

  1. 목표 패턴들의 테스트 마스크를 제작하는 단계;
    상기 테스트 마스크를 이용하여 웨이퍼 상에 상기 패턴들을 전사하는 단계;
    상기 패턴들의 선폭(CD) 데이터들을 측정하는 단계;
    상기 선폭 데이터들을 이용하여 모델 캘리브레이션(model calibration) 및 광 근접 효과 보정(OPC) 레시피(recipe)를 생성하는 단계;
    상기 모델 및 레시피를 이용하여 상기 마스크 전체 영역에 대해 1차 광 근접 효과 보정(OPC)을 수행하는 단계;
    상기 1차 광 근접 효과 보정(OPC)된 결과에 대해 1차 검증하는 단계;
    상기 1차 검증 시 에러(error) 발생된 패턴에 대해서만 선택적으로 2차 광 근접 효과 보정(OPC) 및 2차 검증을 재수행하는 단계; 및
    상기 광 근접 효과 보정(OPC) 검증된 결과를 이용하여 마스크를 제작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 근접 효과(OPE) 보정 방법.
  2. 목표 패턴들의 테스트 마스크를 제작하는 단계;
    상기 테스트 마스크를 이용하여 다수의 노광 조건들로 웨이퍼 상에 상기 패턴들을 전사하는 단계;
    상기 노광 조건들에 연관된 상기 패턴들의 선폭 데이터들을 측정하는 단계;
    상기 선폭 데이터들을 이용하여 상기 노광 조건들에 연관된 다수의 모델들을 생성하는 모델 캘리브레이션(model calibration) 단계;
    상기 모델들에 대한 광 근접 효과 보정(OPC) 레시피(recipe) 생성 단계;
    상기 모델 및 레시피를 이용하여 1차 광 근접 효과 보정(OPC)을 수행하는 단계;
    상기 1차 광 근접 효과 보정(OPC)된 결과에 대해 상기 모델들을 이용하여 1차 검증하는 단계;
    상기 1차 검증 시 에러(error) 발생된 패턴들에 대해서 상기 레시피들을 이용하여 선택적으로 2차 광 근접 효과 보정(OPC)을 재수행하는 단계;
    상기 2차 광 근접 효과 보정(OPC)된 결과에 대해 연관된 상기 모델 및 레시피를 이용하여 선택적으로 2차 검증하는 단계; 및
    상기 광 근접 효과 보정(OPC) 검증된 결과를 이용하여 마스크를 제작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 근접 효과(OPE) 보정 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광 근접 효과 보정(OPC) 검증 시 에러가 발생된 패턴들에 대한 구분되게 에러 마커(error marker)를 생성하는 단계; 및
    상기 에러 결과를 차별화된 데이터 층 번호로 백업(backup)하여 상기 2차 광 근접 효과 보정(OPC)이 상기 에러가 발생된 패턴에 대해서만 수행되도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 근접 효과(OPE) 보정 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 2차 광 근접 효과 보정(OPC) 및 상기 2차 검증은 상기 에러 패턴을 포함하는 영역을 선택하여 선택된 영역에 대해서만 수행되는 것을 특징으로 하는 광 근접 효과(OPE) 보정 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 2차 광 근접 효과 보정(OPC) 및 상기 2차 검증 단계는 상기 패턴들의 검증 결과가 설정된 수용 범위 내로 판별될 때까지 반복되는 것을 특징으로 하는 광 근접 효과(OPE) 보정 방법.
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