[논문]0.12<tex>$\\mu\\textrm{m}$</tex>설계규칙을 갖는 DRAM 셀 주용 레이어의 OPC 및 PSM

박기천; 오용호; 임성우; 고춘수; 이재철

문제 정의

따라서 각각의 레이어의 모양에 따라 LPSM이나 APSM을 적용하여 광 리소그래피 공정의 가능 여부를 판단하고자 하였다. [그림 4]는 패턴의 모양이 반복적인 레이어에 LPSM 을 적용하여 시뮬레이션한 결과이다.

가설 설정

시뮬레이션에 적용한 노광 장치로는 광원이 ArF 엑시머 레이저(193nm)이며 투영광학계의 개구수 (Numerical Aperture, NA)는 0.5로 가정 하였다. σ는 OPERA를 이용하여 최적화한 후 시뮬레이션을 하였으며 PSM 적용 시에는 σ가 작을수록 리소그래피 성능이 좋아짐은 잘 알려져 있으나 실제 광 리소그래피 공정에서의 생산성을 고려하여 0.

제안 방법

0.12 μm의 최소 선폭을 갖는 DRAM 셀의 주요 레이어인 워드선(word line), 비트선(bit line), 저장 캐패시터(storage capacitor), 활성층(active), 활성층 콘텍트 홀(active contact hole), 비트선 콘텍트 홀(bit line contact hole)의 광 리소그래피 공정 가능 여부를 분석하였으며 분석의 기본 전략은 다음과 같다.
0.12μm 설계규칙의 DRAM 셀 레이어에 대하여 광 리소그래피 공정의 가능성 여부를 시뮬레이션을 통하여 분석해 보았다.
공정 여유도 분석을 위한 ED-tree 계산에서 CD 오차는 ±10%까지로 허용하였으며 공정의 가능 여부는 노광 여유도(exposure latitude)가 ±5% 이상에서 초점심도(Depth Of Focus, DOF)가 ±0.4μm 이상이 되는 것으로 설정하였다. 최소 초점심도 ±0.
노광 여유도의 계산 방법은 CD ±10% 지점에서의 광강도의 로그 경사도를 계산하여 CD에서의 값에 대한 비율로 계산하였다.
따라서 비트선과 활성층은 LPSM만을 적용하여도 리소그래피 공정이 가능할 것으로 판단되며 워드선, 저장 캐패시터, 활성층 콘텍트 홀 레이어는 PSM 만으로는 리소그래피 공정이 어려울 것으로 판단되어 LPSM에 OPC를 적용하였다. [그림 5]는 이 레이어들에 LPSM과 OPC를 적용하여 시뮬레이션한 결과이다.
이 때 패턴 사이의 간격이 패턴의 선폭 정도인 반복패턴에는 반복패턴에 적용할 수 있도록 제안된 레빈슨 형 PSM(Levenson type PSM, LPSM)를 적용하였고 패턴 사이의 간격이 패턴의 선폭 보다 큰 패턴구조에는 고립패턴에 적용할 수 있도록 제안된 투과율을 줄인 PSM(attenuated PSM, APSM)를 적용하였다. 마지막으로 LPSM, APSM만으로도 광 리소그래피 공정이 어렵다고 판단되는 경우에는 각각에 OPC를 적용하였다.
먼저 일반적인 이진 마스크에 대하여 광 리소그래피 공정 가능 여부를 분석하여 공정이 어렵다고 판단된 경우 OPC를 적용하였다. 그래도 공정이 어렵다고 판단되는 경우에는 해상력을 높이기 위한 마스크 변형 방법인 위상 변위 마스크 (Phase Shift Mask, PSM)를 적용하였다.
본 논문에서는 몬테-칼로 기법을 적용하여 제작된 OPC 프로그램[1-3]을 이용하여 파장이 0.193nm인 ArF 엑시머 레이저 광원에서 0.12μm의 설계규칙을 갖는 DRAM 셀의 주요 레이어에 대해 이진 마스크, 위상 변위 마스크(Phase Shift Mask, PSM)[4-5]에 OFC를 적용함으로써 광 리소그래피 공정의 가능성 여부를 분석하였다.
알고리즘을 기반으로 하고 있다. 설계된 마스크 패턴 모양을 웨이퍼 면에서의 목표 이미지로 사용하여 여러 개로 나눈 마스크의 픽셀을 무작위로 추출하여 픽셀 단위로 마스크 모양을 바꾸어가며 웨이퍼 면에서의 빛의 강도를 계산한 후 목표 이미지와 비교하여 가장 적합한 마스크 설계 변수를 찾아내는 방법을 적용하고 있다. 최적화 된 설계 변수를 찾기 위해 비용함수를 목표 이미지와 계산된 이미지의 강도차이로 정의하였고 이를 최소화하는 방법을 적용하고 있다.
워드선과 저 장 캐패시터 는 LPSM에 OPC를 적용하여도 광 리소그래피 공정이 어려울 것으로 판단되기 때문에 패턴의 CD 오차를 ±15%까지로 허용하고 ED-tree를 다시 계산하였다. [그림 6]의 ED-tree 결과를 [표 2]에 나타내었으며 CD 오차가 ±15%인 경우 이진 마스크에서는 초점심도가 [표 2]와 같이 OPC 전, 후 모두 ±0.
그래도 공정이 어렵다고 판단되는 경우에는 해상력을 높이기 위한 마스크 변형 방법인 위상 변위 마스크 (Phase Shift Mask, PSM)를 적용하였다. 이 때 패턴 사이의 간격이 패턴의 선폭 정도인 반복패턴에는 반복패턴에 적용할 수 있도록 제안된 레빈슨 형 PSM(Levenson type PSM, LPSM)를 적용하였고 패턴 사이의 간격이 패턴의 선폭 보다 큰 패턴구조에는 고립패턴에 적용할 수 있도록 제안된 투과율을 줄인 PSM(attenuated PSM, APSM)를 적용하였다. 마지막으로 LPSM, APSM만으로도 광 리소그래피 공정이 어렵다고 판단되는 경우에는 각각에 OPC를 적용하였다.
이의 개선을 위해 반복적인 패턴인 워드선, 비트선, 활성층, 저장 캐패시터, 활성층 콘텍트 홀 레이어에는 LPSM을 적용하였으며 고립 패턴에 가까운 비트선 콘텍트 홀에서는 APSM에 OPC를 적용하였다. 비트선, 활성층의 경우 LPSM, 비트선 콘텍트 홀의 경우 APSM의 투과계수 0.

이론/모형

경우 OPC를 적용하였다. 그래도 공정이 어렵다고 판단되는 경우에는 해상력을 높이기 위한 마스크 변형 방법인 위상 변위 마스크 (Phase Shift Mask, PSM)를 적용하였다. 이 때 패턴 사이의 간격이 패턴의 선폭 정도인 반복패턴에는 반복패턴에 적용할 수 있도록 제안된 레빈슨 형 PSM(Levenson type PSM, LPSM)를 적용하였고 패턴 사이의 간격이 패턴의 선폭 보다 큰 패턴구조에는 고립패턴에 적용할 수 있도록 제안된 투과율을 줄인 PSM(attenuated PSM, APSM)를 적용하였다.
본 연구에서 사용한 프로그램인 OPERA (Optical Proximity Effect Reducing Algorithm)는 몬데-칼로기법을 적용한 모델 위주의 방법으로서 [그림 1]에 보인 알고리즘을 기반으로 하고 있다. 설계된 마스크 패턴 모양을 웨이퍼 면에서의 목표 이미지로 사용하여 여러 개로 나눈 마스크의 픽셀을 무작위로 추출하여 픽셀 단위로 마스크 모양을 바꾸어가며 웨이퍼 면에서의 빛의 강도를 계산한 후 목표 이미지와 비교하여 가장 적합한 마스크 설계 변수를 찾아내는 방법을 적용하고 있다.

성능/효과

적용하였다. 비트선, 활성층의 경우 LPSM, 비트선 콘텍트 홀의 경우 APSM의 투과계수 0.2에 OPC를 적용하면 초점심도, 공간 이미지 모양이 크게 향상되어 광 리소그래피 공정이 가능할 것으로 판단되었으며 활성층 콘텍트 홀 레이어의 경우 LPSM에 OPC를 적용하여야 공간 이미지 모양이 목표 이미지 모양에 근접하게 되어 리소그래피 공정이 가능 할 것으로 보였다. 워드선과 저장 캐패시터의 경우 LPSM에 OPC를 적용하여도 초점 심도가 ±0.
2에 OPC를 적용하면 초점심도, 공간 이미지 모양이 크게 향상되어 광 리소그래피 공정이 가능할 것으로 판단되었으며 활성층 콘텍트 홀 레이어의 경우 LPSM에 OPC를 적용하여야 공간 이미지 모양이 목표 이미지 모양에 근접하게 되어 리소그래피 공정이 가능 할 것으로 보였다. 워드선과 저장 캐패시터의 경우 LPSM에 OPC를 적용하여도 초점 심도가 ±0.12μm, ±0.3μm로 광 리소그래피 공정이 어려울 것으로 예상되므로 CD 오차를 ±15%까지 허용하여 워드선 경우에는 LPSM, 저장 캐패시터의 경우에는 LPSM에 OPC를 적용하여야 광 리소그래피 공정이 가능할 것으로 판단되었다. 특히 저장 캐패시터는 패턴의 면적이 소자의 전기적 특성에 큰 영향을 미치기 때문에 OPC를 사용하여 패턴의 모양을 보정하는 작업이 반듯이 필요할 것으로 판단된다.
이와 같이 0.12μm의 최소 선폭을 갖는 워드선과 저장 캐패시터의 경우 CD 오차를 ±15%까지 허용하고, 워드선 경우에는 LPSM, 저장 캐패시터의 경우에는 LPSM에 OPC를 적용하여야 광 리소그래피 공정이 가능할 것으로 판단된다.

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