Advanced 2D Optical Lithography Simulator

Optolith™는 강력한 비평면 2D 리소그래피 시뮬레이터로서, 현대 마이크론 이하급 리소그래피의 모든 측면-이미징, 노광, 포토레지스트 베이크, 현상, 리플로우-을 모델링합니다. Optolith는 마스크의 활용 가능성 및 공정 제어를 실험적으로 평가하는 것보다 빠르고 정확한 대안을 제시합니다. Optolith는 마스크와 레지스트 간의 갭을 달리 하여 투사 이미징과 근접 이미징을 시뮬레이션합니다. Optolith는 MaskViews에서 사용하는 특정 형식 외에, GDSII, CIF 형식에 맞는 상용 IC 레이아웃 툴과 완벽하게 연계됩니다. Athena 공정 시뮬레이션 프레임워크의 일부로서, 확산, 산화, 주입, 식각, 증착 시뮬레이션 기능과 원활하게 통합됩니다. 이러한 시뮬레이션 환경으로, 산화, 증착, 식각에 의해 만들어진 다층 비평면 구조의 복잡한 리소그래피 효과를 분석합니다. 또한 실제 포토레지스트 마스크 형상을 고려하여, 주입과 식각 공정 단계를 조사하고 최적화하기 위한 독자적인 기능을 제공합니다.

 

Optolith의 특징과 모델

  • 투사 영상
  • 광대역 빛의 조사에 의한 근접 노광
  • 다양한 광원: 형상(원형, 사각형, 가우시안, 안티-가우시안, SHRINC/QUEST, 고리형, 축상, 축외) 및 파장(g, h, i, DUV, broad line)
  • defocus, 수차(aberration, 최대 9차), 공간 필터링, 부분적인 간섭, 대형 개구수(numerical aperture, 이하 NA)에 대한 광학 모델
  • DeckBuild의 레이아웃 구문 또는 MaskViews로 생성한 특별한 레이아웃 파일에 의해, 레이아웃 마스크의 특성을 지정할 수 있습니다.
  • 레이아웃 구문으로 사각형, 삼각형, 원형의 특징을 지정할 수 있습니다.
  • MaskViews는 MaskViews로 생성한 레이아웃 외에 GDSII, CIF 포맷도 취급합니다.
  • 전체 마스크 레이어 또는 개별 마스크의 특성에 대해 MaskViews에서 마스크의 투과율 및 위상 편이를 설정할 수 있습니다.
  • 여러 마스크 레이어에 연속적으로 빛을 투사한 후 만들어진 영상을 결합하여 시뮬레이션합니다.
  • 광선 전파 메소드(Beam Propagation Method, 이하 BPM)에 기초한 노광 공정 모델을 제공하여, 비평면 구조에서의 반사 및 회절 효과를 명확하게 설명합니다.
  • 노광 공정의 흡수량으로 물질의 광학 속성에서 부분적인 변화를 고려합니다.
  • 노광-후 베이크(post-exposure bake)에서 광반응 화합물(photo-active compound, 이하 PAC) 확산에 대한 2D 시뮬레이션을 제공합니다.
  • 6개의 고급 개발 모델(Mack, Kim, Dill, Trefonas, Eib, Hirai)을 제공합니다.
  • 현상-후 베이크(post-development bake)에서 포토레지스트 리플로우 시뮬레이션을 위해 점성 물질의 흐름 모델을 제공합니다.
  • TonyPlot에서 이미징(aerial image)을 2D/3D로 표현합니다.
  • 최종 포토레지스트 프로파일 외에, 강도 및 PAC 분포를 2D로 나타냅니다.
  • DeckBuild의 추출 기능은 강력한 포스트 프로세스 분석을 제공합니다. 여기에는, 이미지의 불규칙성, 이미지 분포의 근사, 임계 치수(critical dimension, 이하 CD), 포토레지스트 모양의 두께 및 기울기에 대한 평가가 포함됩니다.
  • DeckBuild의 DBInternal 기능을 이용한 다중 반복 시뮬레이션으로, Smile Plot과 ED Tree 등의 다중 변수(multi-variable) 공정 분할 해석에 편리한 툴을 제공합니다.
  • Virtual Wafer Fab에서 자동화된 대규모 실험 기능을 이용할 수 있습니다.

완벽한 포토리소그래피 공정


강도 분포

 


PAC 분포

 


현상 프로파일

 

다양한 투명도와 위상 편이를 갖는 복합적인 마스크의 이미징

두 그림은 규칙적인(6각형) 모양과 불규칙적인 모양을 갖는 GDSII 레이아웃을 MaskViews로 나타냅니다. 이는 LCD에 적용하기 위한 테스트 레이아웃입니다. Optolith는 MaskViews와 연계하여, 투과율과 위상 편이를 다양하게 설정할 수 있습니다. 여기서 중앙의 8각형은 투과율이 100%지만, 작은 규칙적/불규칙적인 점은 투과율 19%, 위상 편이 45˚입니다.


 

두 그림은 Optolith의 투사 이미징 모듈로 계산한 2D 이미지를 나타냅니다(작은 그림은 중앙의 8각형 점을 3D로 나타냅니다).


 

 

비평면 구조에서의 노광 및 현상 시뮬레이션

Optolith는 비평면 구조를 정확하게 처리할 수 있으므로, 타사의 리소그래피 시뮬레이터에 비해 커다란 장점을 갖습니다. 첫번째, SSuprem 4 및 Elite 모듈과 원활하게 통합되어, 전형적인 비평면 기판 구조를 사용할 수 있습니다. 두번째, 리플로우 공정을 이용한 레지스트 평탄화 시뮬레이션이 레지스트 레이어의 실제 형태를 제공합니다. 세번째, BPM은 임의의 형상을 갖는 모든 비평면 레지스트 레이어에서 회절 및 다중 반사 효과를 정확하게 설명합니다. 또한, BPM은 흡수한 빛 에너지로 인한 레지스트 굴절 속성의 지엽적인 변화를 고려합니다. 다음 예는 이러한 비평면 특성과 특히 레지스트의 광 속성에 미치는 노광량의 영향을 설명합니다. 이 그림은 비평면 구조에서의 강도 분포(위의 두 그림)와 현상된 레지스트의 프로파일(아래 두 그림)을 나타냅니다. 왼쪽 두 그림은 포토레지스트의 굴절률이 일정한 경우입니다. 오른쪽 두 그림은 포토레지스트의 굴절률이 축적된 노광량에 선형적으로 변화하는 경우를 나타냅니다. 최종 구조를 비교해 보면, 노광량의 영향이 매우 뚜렷하므로 반드시 이를 고려해야 한다는 것을 알 수 있습니다. 현상 과정에서 경사면에 의한 반사 및 이에 따른 언더컷(undercut)은 레지스트 기능을 없앨 수도 있습니다.


 

공정 제어 - 스마일 플롯(Smile Plot)

 

이미징에서 레지스트 현상 단계까지 전체 리소그래피 시뮬레이션은 공정 제어의 유일한 실용적 방법론입니다. 공정 재현성의 핵심 요소 중 하나는 초점 심도(depth of focus, 이하 DOF) 제어입니다. 레지스트 평탄화 후에도, 선행 공정 단계의 토폴로지 변화에 따라 DOF는 여러 레이아웃 영역에서 서로 다를 수 있습니다. 어떤 경우, DOF 또는 기타 공정 파라미터에서의 미세한 변화도 CD를 상당히 변화시킬 수 있습니다. CD vs. DOF 효과에 주로 영향을 주는 파라미터는 노광량입니다. 따라서, 공정 반응의 특성을 찾는 유일한 방법은 defocus와 노광량을 동시에 변경하여, 해당하는 CD를 추출하는 것입니다. Optolith는 실바코의 Interactive Tool과 함께, 리소그래피 공정 제어에 이상적인 환경을 제공합니다. 위에서 왼쪽 그림은 DBInternal 모듈에 대한 매우 간단한 설정을 보여줍니다. 이것은 아래 Optolith 템플릿 입력 데크에서 "노광량"과 "defocus" 파라미터에 대한 이중 루프로 구성됩니다. Deckbuild는 Optolith 시뮬레이션을 자동으로 77번 실행합니다. 이 때, defocus 파라미터는 -1에서 1로, 노광량 파라미터는 100에서 160으로 변화합니다. 최종 레지스트 프로파일은 모두 저장됩니다. 또한, CD 값으로 구성된 추출 노광량의 행렬은 ASCII 파일로 "smile.dat"에 저장됩니다. 77개의 레지스트 프로파일 중 단지 36개만이 위의 "행렬" 플롯에 나타납니다. 두번째 행에서 노광량은 120mJ/cm2, defocus은 0~1 마이크론이며, 가장 작은 CD 변화를 명확하게 나타냅니다. TonyPlot을 사용하여, "smile.dat" 파일에 저장된 데이터를 시각적으로 확인할 수 있습니다. 오른쪽 그림은 이에 해당하는 스마일 (또는 Bossung) 플롯을 나타냅니다.

 

전체 리소그래피 공정 시뮬레이션

이 그림은 CD 변화 및 레지스트 형상에 대한 defocus 효과를 측정 레지스트 프로파일 (LG 반도체에서 SEM 사진 제공)과 비교하여 나타냅니다. 베이크 확산 계수와 Dill 현상 계수 등 다양한 공정 파라미터를 보정하였습니다. 레지스트 형상의 특성을 고려한 복잡한 CD 추출을 명확하게 볼 수 있습니다. 이는 리소그래피 공정에 대한 정확한 보정과 최적화에 필수적입니다.


근접 노광

AMLCD 기술에 매우 비용 효율적인 솔루션이라는 점이 밝혀져서, 감소 렌즈가 없는 근접 노광 즉 이미징이 최근에 다시 주목받고 있습니다. "표준" 투사 기술 메소드를 단순화하여 근접 노광를 정확하게 시뮬레이션할 수 없었습니다. 그리하여, Optolith에서 분할 근접 노광 모듈을 구현하였습니다. 이것은 MaskViews 뿐만 아니라, 다른 리소그래피 시뮬레이션 모듈과 원활하게 통합됩니다.

이 그림은 반지름이 15마이크론인 원형 형상의 근접 노광 영상을 나타냅니다. 이것은 AMLCD에 쓰이는 일반적인 크기입니다. 마스크와 레지스트 필름 사이에 150마이크론의 거리(갭)에 대해 계산한 영상입니다. i-line만을 사용하였습니다. Optolith의 multi-image, multi-exposure 기능에 의해, 백색 스펙트럼의 주요 라인에 대해 다양한 이미징/노광 시뮬레이션 결과를 조합하여, 광대역 투사에 가깝게 하였습니다. 강도의 변화는 근접 노광에 일반적입니다. 광대역 투사에서는 이러한 변화가 약간 적습니다.


 

이 그림은 리소그래피 후속 절차의 결과를 나타냅니다: 노광 및 베이크를 마치고, 네거티브 레지스트를 현상하였습니다. 현상된 레지스트는 전형적인 "ripple" 패턴(왼쪽)을 나타냅니다. 현상 후의 베이크/리플로우는 패턴을 제거합니다(오른쪽).


Rev. 090413_08