마스크 섀도우 보상은 준비 단계에 있으며 솔루션을 철저하게 검증할 안정적이고 정확한 웨이퍼 데이터가 필요하다. 모델 기반 접근 방식이 EUVL 마스크 섀도우잉 효과를 보상할 수 있다는 점은 명백하다. 어크로스 레티클 효과로부터 OPC를 독립시키는 것이 실현 가능한 지에 관한 연구가 진행 중인데, 그 목표는 전체 흐름의 복잡성과 런타임을 줄이기 위한 것이다.

글 | 크리스찬 주니가 (Christian Zuniga), 기술영업 엔지니어
       제임스 워드 (James Word), OPC 프로덕트 매니저
       멘토 그래픽스

극자외선 리소그래피(Extreme Utraviolet Lithography, EUVL)는 22 nm 미만의 반도체 기술 분야의 앞선 기법으로 평가된다. EUVL의 채택 여부는 장비뿐 아니라 EUVL에 발생하는 새로운 이미징 왜곡을 보정하는 소프트웨어에 따라서도 달라진다. 일반적으로 EUVL은 193 nm 리소그래피에 비해 근접 효과 보정(Optical Proximity Correction, OPC)이 많이 필요하지 않다. 실제로 소자 실현성 연구를 실시할 때 보정을 제한하거나 보정 없이 했다. 하지만 엄격한 근접 보정 전략 및 적합한 EDA(Electronic Design Automation) 인프라가 22 nm 노드 이상에서 직면한 과제를 다루는 데 필수적이므로 플레어(Flare) 및 섀도우잉(Shadowing)과 같은 EUV 관련 노력을 보정 플로에 완전히 통합하고 필요한 테스트를 거쳐야 한다. 따라서 EDA 업계는 마스크 섀도우잉 효과 보정 및 모델링을 포함하여 알려진 모든 EUVL 이미징 문제를 다루기 위한 컴퓨터 처리 리소그래피 솔루션을 개발했다.
지난 호에는 EUV 플레어 효과를 다루었다(본지 2012년 7월호 본문 66p~69p). 이 글에서 EUVL에만 발생하는 섀도우잉 왜곡을 모델링하여 보정하는 모델 기반 OPC 소프트웨어의 최신 기능에 대해 살펴봤다. 이번에는 이 왜곡에 대해 설명하고 22 nm 미만 노드에서 모델 기반 풀칩 OPC 솔루션이 최상의 접근 방식인 이유에 대해 설명한다.

마스크 섀도우잉 효과란?
EUV 스캐너는 마스크 측면에서 비접촉식 3차원 측정(Non-telecentric)을 수행하는 비등축(Off-axis) 전반사 이미징 시스템을 사용한다. 즉, 그림 1에서처럼 반사 마스크에 입사하는 광선의 각도는 6도이고 스캐너 슬릿을 따라 변화하는 이차적인 방위각 요소가 발생한다.
이런 이미징 시스템의 영향이 마스크 토포그래피(Topography)와 결합되면 방향에 따라 결정되는 섀도우잉 효과가 생기는데, 이로써 방향성 CD 바이어스 및 시프트가 발생한다. 이 효과의 강도는 대략 수 나노미터에 이른다[1].
이 효과가 무시하기에는 너무 크기 때문에 OPC에서 시뮬레이션하여 보정해야 한다. 일반적으로 규칙 기반 방법보다 모델 기반 OPC를 통해 이미지 효과를 보상하는 것이 더 바람직하다. 다행히 멘토 그래픽스 캘리버(Calibre) nmOPC 툴의 DDM(Domain De
composition Method) 모델에는 마스크 섀도우잉 효과에 대한 모델 기반 보상 인프라가 들어 있다.

마스크 섀도우 보상 실험
EUV의 모델 기반 풀칩 OPC 솔루션을 제작하는 데 따르는 문제를 철저히 해부하기 위해 다음 조건을 사용하여 실험을 계획했다.

- = 13.5 nm, NA = 0.32, 시그마 = 0.5/0.25(annular)
-  이미지 디퓨전 10 nm, CTR 레지스트 모델
-  캘리버 nmOPC를 사용하여 시뮬레이션 및 OPC 수행
-  마스크심(MaskSim), 영역 분할 3D 마스크 모델(DDM)
-  마스크 필름 스택: 총 흡광체(Absorber) 두께 70 nm, 40개 이중층(Bilayer)
-  테스트 레이아웃 = 16 nm 노드 디자인 규칙 ‘토처 테스트(Torture Test)’
     - 최소 피치 45 nm - 피치 변화, 가로세로 비율(Aspect-ratio) 변화 (2D 패턴)
     -  패턴 유형 변화
     - 수평/수직 양방향 패턴
     - 슬릿 간 패턴 배열(x축)
     - 스캔 방향으로 변하는 주변 밀도에 따른 패턴 배열(y축)
 첫 단계로 DDM 3D 마스크 모델에서 마스크 초점면을 -160 nm로 설정했는데, 여기서 비접촉식 3차원 측정 광학계(Non-telecentric Optics)로 유도되는 25 nm 접점의 이미지 시프트가 0이었다[3]. 결과는 그림 2에 플롯으로 나와 있다.
그림 2는 -160 nm의 마스크 초점면 설정으로 패턴 시프트를 최소화하는 것을 보여 준다. 이 설정은 시뮬레이션 연구의 나머지 부분에서도 사용된다.




그림 3(이미지 상의 측정) 및 그림 4(포스트 OPC 마스크 변위에 이루어지는 측정)에는 슬릿 중심(phi=90°)에 나타난 각 테스트 구조의 수평 및 수직 패턴 CD 오류 및 시프트 그래프가 나와 있다.
위의 결과를 분석하여 몇 가지 결론을 도출할 수 있다. 첫째, 이미지에 시프트(중첩 오류)가 거의 없고 포스트 OPC 마스크 셰이프에도 없다. 이는 마스크 초점면을 중심으로 한 것이 정확했다는 것을 보여준다. 둘째, 패턴 유형 및 피치(Pitch)에 따라 CD H-V 이미지 바이어스에 다소 눈에 띄는 변동이 발생한다. 측정된 CD H-V 바이어스의 전체 범위인 ~14 nm는 단순한 규칙 기반 마스크 섀도우잉 보상 기법을 구현하는 데 어려움이 있음을 시사한다. 하지만 OPC 과정에서 H-V CD 바이어스를 제거하는 데 필요한 마스크 변위를 관찰하면 이 범위가 훨씬 작아진다(1.3 nm에 불과함).
따라서, 이 결과를 분석하면서 ‘단순히 바이어스를 2.33 nm의 수평 CD에 적용하기만 하면 마스크 섀도우잉을 제대로 보상할 수 있는가(그림 4의 평균 마스크 바이어스)?’와 같은 한 가지 의문이 떠오르게 되었는데, 이대로 시도해 보았더니 결과는 그림 5와 같았다. 데이터에 의하면 마스크 섀도우잉을 일정한 마스크 바이어스로 처리했을 때 가장 밀도가 높은 피치를 제대로 보상할 수 없고 보정되지 않는 CD 오류가 3.7 nm 남는다는 것을 알 수 있다.

결론
EUVL 왜곡을 모델링하고 보정하는 컴퓨터 처리 리소그래피 인프라는 노광 툴과 함께 진화하고 있다. 컴퓨터 처리 리소그래피 분야에 알려진 해결사는 나타나지 않았지만 알려진 모든 EUV 이미징 문제를 처리하기 위한 견고한 기반은 존재한다.
마스크 섀도우 보상은 준비 단계에 있으며 솔루션을 철저하게 검증할 안정적이고 정확한 웨이퍼 데이터가 필요하다. 규칙 기반 솔루션은 부적합하고 DDM(Domain Decomposition Method)처럼 모델 기반 접근 방식만 EUVL 마스크 섀도우잉 효과를 보상할 수 있다는 점은 명백하다. 어크로스 레티클(Across-reticle) 효과로부터 OPC를 독립시키는 것이 실현 가능한지에 관한 연구가 진행 중인데 그 목표는 전체 흐름의 복잡성과 런타임을 줄이기 위한 것이다. ES