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문제 정의
- 본 연구에서는 에어리얼 이미지 및 감광제 패터닝 시뮬레이션을 통해 SWA이 발생했을 때 바이너리 마스크와 위상 변위 마스크의 이미징 특성 및 노광 공정의 허용도를 확인하였다. 그 결과 위상 변위 마스크가 수직 및 수평 패턴에서 이미징 특성의 변화량이 바이너리 마스크에 비해 작은 결과를 나타내었다.
- 본 연구에서는 일반적으로 Ta 계열의 흡수체를 사용하는 바이너리 마스크에 비해 얇은 흡수체 두께를 갖는 TaN/Mo 위상 변위 마스크를 제시하였다[13-15]. 위상 변위 마스크는 얇은 흡수체 두께를 가지고 있기 때문에 SWA 변화에 대한 흡수체 부피 변화가 줄어들게 되고 그에 따라 이미징 특성이 SWA에 의해 받는 영향이 줄어들 것으로 예상된다.
제안 방법
- 0.33NA 및 4배 축소 투영 시스템에서 6° 입사각을 가지는 광학계를 설계하였으며 조명계와 감광제의 경우 0.8 center sigma 및 0.2 pole radius를 가지는 quadrupole 조명계 및 EUV generic resist를 적용하여 실험을 진행하였다.
- 1시뮬레이션 툴을 이용하였다. 2.8 nm의 Mo와 4.2 nm의 Si으로 이루어진 이중층 40쌍과 2.5 nm의 Ru 덮개층으로 구성되어 있는 다층 박막 거울 상에 흡수체를 설계하여 바이너리 마스크와 위상 변위 마스크를 구현하였다. 바이너리 마스크는 70 nm의 TaN 흡수층으로 구성되어 0.
- Fig. 3에서는 90°의 SWA을 가지는 수직 패턴에 최적화된 노광 조건을 통해 에어리얼 이미지 시뮬레이션을 진행하여 SWA 변화에 따른 NILS와 임계 치수를 확인하였다.
- 2와 같이 흡수체의 가장 아랫부분을 목표 선폭(마스크 상 72 nm)에 맞추어 SWA은 80°부터 90°까지, 흡수체의 윗면을 목표 선폭에 맞추어 SWA은 90°부터 100°까지의 변화를 주었다. NILS와 CD 변화를 비교하기 위해 에어리얼 이미지 시뮬레이션을 진행하였으며 감광제 패터닝 시뮬레이션을 통해 각 마스크의 SWA에 대한 공정 허용도를 비교하였다. 시뮬레이션을 위해 Center for X-ray optics (CXRO)에서 차용한 13.
- 각 마스크에서 90°의 이상적인 SWA을 가질 때를 기준으로 공정 조건을 최적화하여 시뮬레이션을 진행하였으며 해당 공정 조건에서 SWA에 따른 표준화 이미지 로그 기울기(normalized image log-slope,NILS), CD변화(CD bias)를 마스크 별로 비교하였다.
- 감광제 패터닝 시뮬레이션을 통해 각 SWA에서 나타나는 초점 및 노광량에 대한 공정 허용도를 구하였다. Fig.
- 에서 벗어날 때의 부피 변화를 흡수체의 인위적인 선폭 감소를 통해 구현하였다. 구현한 각각의 흡수체로 18 nm의 선폭을 가지는 수평 패턴에 대한 에어리얼 이미지 시뮬레이션을 진행하였다. Fig.
- 각 마스크에서 90°의 이상적인 SWA을 가질 때를 기준으로 공정 조건을 최적화하여 시뮬레이션을 진행하였으며 해당 공정 조건에서 SWA에 따른 표준화 이미지 로그 기울기(normalized image log-slope,NILS), CD변화(CD bias)를 마스크 별로 비교하였다. 또한 SWA에 따른 감광제 패터닝 시뮬레이션을 통해 노광량과 초점에 대한 공정 허용도를 나타내는 노광 공정 허용도를 구하여 SWA이 실제 패터닝 특성에 미치는 영향을 확인하고 SWA이 발생했을 때의 공정 허용도에 대해 비교해 보았다.
- 바이너리 마스크와 위상 변위 마스크의 흡수체의 선폭을 각각 −12.34, −7.14 nm 만큼 줄여줌으로써 SWA이 10o만큼 벗어날 때 발생하는 흡수체의 부피 변화량을 맞추어 주었다.
- 위상 변위 마스크는 얇은 흡수체 두께를 가지고 있기 때문에 SWA 변화에 대한 흡수체 부피 변화가 줄어들게 되고 그에 따라 이미징 특성이 SWA에 의해 받는 영향이 줄어들 것으로 예상된다. 이를 확인하기 위해 TaN 흡수체를 기반으로 한 기존의 바이너리 마스크와 Mo 위상 변위층을 이용한 위상 변위 마스크에 대하여 에어리얼 이미지 시뮬레이션을 진행하였다. 각 마스크에서 90°의 이상적인 SWA을 가질 때를 기준으로 공정 조건을 최적화하여 시뮬레이션을 진행하였으며 해당 공정 조건에서 SWA에 따른 표준화 이미지 로그 기울기(normalized image log-slope,NILS), CD변화(CD bias)를 마스크 별로 비교하였다.
- 플라즈마 식각 후 나타날 수 있는 흡수체의 다양한 모양을 고려하기 위해 90°이상의 SWA이 형성되었을 때 SWA변화에 따른 NILS와 CD의 변화를 계산하였다(Fig. 4).
- 흡수체 부피가 에어리얼 이미지에 미치는 영향을 확인하기 위해 SWA이 90o에서 벗어날 때의 부피 변화를 흡수체의 인위적인 선폭 감소를 통해 구현하였다. 구현한 각각의 흡수체로 18 nm의 선폭을 가지는 수평 패턴에 대한 에어리얼 이미지 시뮬레이션을 진행하였다.
- 흡수체의 SWA에 따른 두 마스크의 이미징 특성을 비교하기 위해 Fig. 2와 같이 흡수체의 가장 아랫부분을 목표 선폭(마스크 상 72 nm)에 맞추어 SWA은 80°부터 90°까지, 흡수체의 윗면을 목표 선폭에 맞추어 SWA은 90°부터 100°까지의 변화를 주었다.
이론/모형
- 본 연구에서는 SWA이 90°에서 벗어날 때 각 마스크 별 이미징 특성과 공정 허용도를 비교하기 위해 KLA-Tencor사의 PROLITH X5.1시뮬레이션 툴을 이용하였다.
성능/효과
- 결과적으로 SWA을 변수로 에어리얼 이미지 및 감광제 패터닝 시뮬레이션을 통해 이미징 특성 및 노광 공정 허용도를 구해주었을 때 위상 변위 마스크는 이미징 특성과 노광 공정 허용도의 변화량이 작기 때문에 위상 변위 마스크에 비해 마스크 제작 공정 허용도를 향상시킬 수 있다. 특히 위상 변위 마스크를 사용했을 때 바이너리 마스크에 비해 우수한 이미징 특성을 확보할 수 있다는 장점을 가지고 있다.
- 본 연구에서는 에어리얼 이미지 및 감광제 패터닝 시뮬레이션을 통해 SWA이 발생했을 때 바이너리 마스크와 위상 변위 마스크의 이미징 특성 및 노광 공정의 허용도를 확인하였다. 그 결과 위상 변위 마스크가 수직 및 수평 패턴에서 이미징 특성의 변화량이 바이너리 마스크에 비해 작은 결과를 나타내었다. 또한 SWA 변화에 따른 노광 공정 허용도의 중첩 정도를 보았을 때에도 위상 변위 마스크가 좀 더 넓은 범위의 SWA에 대해서 중첩이 일어났다.
- 14 nm 만큼 줄여줌으로써 SWA이 10o만큼 벗어날 때 발생하는 흡수체의 부피 변화량을 맞추어 주었다. 그 결과, 바이너리 마스크와 위상 변위 마스크에서 각각 80o, 100o의 SWA을 가지는 흡수체와 선폭을 감소시킨 흡수체에 대해 거의 유사한 에어리얼 이미지를 나타내었다. 따라서 흡수체의 부피가 마스크의 이미징 특성과 직접적으로 연관이 있으며 SWA에 따른 흡수체 부피 변화량이 상대적으로 작은 위상 변위 마스크는 SWA에 따른 이미징 특성 변화율이 작아진다는 것을 확인하였다.
- 그 결과, 바이너리 마스크와 위상 변위 마스크에서 각각 80o, 100o의 SWA을 가지는 흡수체와 선폭을 감소시킨 흡수체에 대해 거의 유사한 에어리얼 이미지를 나타내었다. 따라서 흡수체의 부피가 마스크의 이미징 특성과 직접적으로 연관이 있으며 SWA에 따른 흡수체 부피 변화량이 상대적으로 작은 위상 변위 마스크는 SWA에 따른 이미징 특성 변화율이 작아진다는 것을 확인하였다.
- 흡수체의 총 부피가 감소할수록 패턴에 의해 가려지던 입사광 및 반사광이 일부 통과하기 때문에 결과적으로 패턴의 CD가 감소한다[11]. 또한 SWA이 형성되면서 0차광과 1차 회절광이 흡수체를 통과하는 비율이 높아져 SWA이 심해질수록 NILS가 증가하는 결과를 보인다.
- 바이너리 마스크와 위상 변위 마스크에 대한 공정 허용도를 확인해 본 결과 SWA이 90°에서 벗어날수록 원하는 패턴을 얻는 데 허용되는 노광량이 줄어들게 된다.
후속연구
- 따라서 위상 변위 마스크를 사용했을 때 바이너리 마스크를 사용한 것에 비해 SWA이 이미징 특성에 미치는 영향이 작아 마스크 상에 좀 더 단순화된 OPC를 적용시킬 수 있을 것으로 기대된다. 더불어 마스크 제작 공정을 진행할 때에도 좀 더 높은 공정 허용도를 확보하여 마스크 제작 마진과 수율에 있어 좀 더 유리한 점을 확보할 수 있을 것이다.
- 실제로 인위적인 선폭 감소를 통해 각 흡수체의 에어리얼 이미지를 확인해 보았을 때, 같은 부피를 가지는 흡수체는 거의 유사한 에어리얼 이미지를 보인다. 따라서 위상 변위 마스크를 사용했을 때 바이너리 마스크를 사용한 것에 비해 SWA이 이미징 특성에 미치는 영향이 작아 마스크 상에 좀 더 단순화된 OPC를 적용시킬 수 있을 것으로 기대된다. 더불어 마스크 제작 공정을 진행할 때에도 좀 더 높은 공정 허용도를 확보하여 마스크 제작 마진과 수율에 있어 좀 더 유리한 점을 확보할 수 있을 것이다.
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