KR100598297B1 - Method for simulating lithographic process - Google Patents
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Abstract
본 발명은 리소그래피 공정의 시뮬레이션 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 마스크에 의해 기판 표면에 형성되는 노광에너지 분포와 감광막의 콘트라스트 곡선으로부터 현상 후의 감광막 두께 분포를 산출함으로써 공정 계수의 보정없이 신속한 감광막 패턴 형성 공정 시뮬레이션을 가능하게 하여 공정 변수 최적화에 드는 시간과 비용을 절약하고 반도체 소자의 개발 기간을 단축할 수 있는 리소그래피 공정의 시뮬레이션 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a simulation method of a lithography process, and more particularly, a rapid photosensitive film pattern forming process without correction of process coefficients by calculating a photosensitive film thickness distribution after development from an exposure energy distribution formed on a substrate surface by a mask and a contrast curve of a photosensitive film. The present invention relates to a method for simulating a lithography process that enables simulation to save time and cost for process variable optimization and to shorten the development time of semiconductor devices.
본 발명의 상기 목적은 시뮬레이션하고자 하는 특정 공정의 노광에너지에 대한 감광막 두께 곡선인 콘트라스트 곡선을 구하는 단계, 상기 특정 공정용 마스크에 의해 기판 표면에 형성되는 노광에너지 분포를 산출하는 단계 및 상기 콘트라스트 곡선과 상기 노광에너지 분포로부터 현상 후의 감광막 두께 분포를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 공정의 시뮬레이션 방법에 의해 달성된다.The object of the present invention is to obtain a contrast curve which is a photoresist film thickness curve for the exposure energy of a specific process to be simulated, calculating a distribution of exposure energy formed on the surface of the substrate by the mask for the specific process, and the contrast curve and Calculating a photosensitive film thickness distribution after development from the exposure energy distribution.
따라서, 본 발명의 리소그래피 공정의 시뮬레이션 방법은 마스크에 의해 기판 표면에 형성되는 노광에너지 분포와 감광막의 콘트라스트 곡선으로부터 현상 후의 감광막 패턴 분포를 산출함으로써 공정 계수의 보정없이 신속한 감광막 패턴 형성 공정 시뮬레이션을 가능하게 하여 공정 변수 최적화에 드는 시간과 비용을 절약하고 수율을 향상시킴과 동시에 반도체 소자의 개발 기간을 단축할 수 있는 효과가 있다.Therefore, the simulation method of the lithography process of the present invention calculates the photosensitive film pattern distribution after development from the exposure energy distribution formed on the substrate surface by the mask and the contrast curve of the photosensitive film, thereby enabling rapid photosensitive film pattern forming process simulation without correction of the process coefficients. This saves time and cost for process variable optimization, improves yield, and shortens the development time of semiconductor devices.
감광막, 노광에너지, 콘트라스트, 시뮬레이션Photosensitive film, exposure energy, contrast, simulation
Description
도 1은 종래의 리소그래피 공정의 시뮬레이션 방법을 설명하기 위한 흐름도.1 is a flow chart for explaining a simulation method of a conventional lithography process.
도 2는 노광에너지에 대한 감광막 두께 변화를 나타낸 콘트라스트 곡선.2 is a contrast curve showing the change of the photosensitive film thickness with respect to the exposure energy.
도 3은 본 발명의 시뮬레이션에 사용된 마스크 패턴의 일례.3 is an example of a mask pattern used in the simulation of the present invention.
도 4는 X축 방향(도 3의 X-X')으로의 노광에너지 분포.4 is an exposure energy distribution in the X-axis direction (X-X 'in FIG. 3).
도 5는 3차원의 감광막 두께 분포.5 is a three-dimensional photoresist film thickness distribution.
도 6은 X축 방향(도 3의 X-X')의 감광막 두께 분포.6 is a photosensitive film thickness distribution in the X-axis direction (X-X 'in FIG. 3).
도 7은 본 발명에 의한 리소그래피 공정의 시뮬레이션 흐름도.7 is a simulation flow diagram of a lithographic process according to the present invention.
본 발명은 리소그래피 공정의 시뮬레이션 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 마스크에 의해 기판 표면에 형성되는 노광에너지 분포와 감광막의 콘트라스트 곡선으로부터 현상 후의 감광막 패턴 분포를 산출함으로써 공정 계수의 보정없이 신속한 감광막 패턴 형성 공정 시뮬레이션을 가능하게 하여 공정 변수 최적화에 드는 시간과 비용을 절약하고 반도체 소자의 개발 기간을 단축할 수 있는 리소그래피 공정의 시뮬레이션 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a simulation method of a lithography process, and more particularly, a rapid photosensitive film pattern forming process without correction of process coefficients by calculating a photosensitive film pattern distribution after development from an exposure energy distribution formed on a substrate surface by a mask and a contrast curve of a photosensitive film. The present invention relates to a method for simulating a lithography process that enables simulation to save time and cost for process variable optimization and to shorten the development time of semiconductor devices.
근래에 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 발전에 따라 반도체 소자 제조 기술도 비약적으로 발전하고 있다. 상기 반도체 소자는 집적도, 미세화, 동작속도 등을 향상시키는 방향으로 기술이 발전하고 있다. 이에 따라 집적도 향상을 위한 리소그래피 공정과 같은 미세 가공 기술에 대한 요구 특성 또한 엄격해지고 있다. In recent years, with the rapid development of information media such as computers, semiconductor device manufacturing technology is also rapidly developing. The semiconductor device has been developed in the direction of improving the degree of integration, miniaturization, operating speed and the like. As a result, requirements for microfabrication techniques, such as lithography processes for improved integration, are becoming more stringent.
리소그래피 기술은 마스크(mask) 상에 형성된 패턴을 기판으로 전사하는 사진 기술로서 반도체 소자의 미세화 및 고집적화를 주도하는 핵심 기술로서 현재는 포토 리소그래피(photo lithography) 기술이 주류를 이루고 있다. 일반적으로, 리소그래피 공정은 감광막(photoresist)을 코팅하는 단계, 소프트베이크(soft bake)하는 단계, 정렬 및 노광하는 단계, 노광후베이크(PEB : Post Exposure Bake)하는 단계 및 현상하는 단계를 포함하는 일련의 공정을 거쳐 수행된다.Lithography technology is a photo technology for transferring a pattern formed on a mask to a substrate, and is a key technology that leads to miniaturization and high integration of semiconductor devices. Photolithography technology is now mainstream. Generally, a lithography process includes a series of steps including coating a photoresist, soft baking, aligning and exposing, post exposure baking (PEB), and developing. It is carried out through the process of.
감광막은 하부층을 식각할 때 내식각성을 가지고 빛에 반응하는 감광성을 가진 재료로 양성 감광막(positive photoresist)과 음성 감광막(negative photoresist)이 존재한다. 양성 감광막은 빛에 노출된 영역에서 분해, 분자쇄 절단 등의 반응이 일어나 용해성이 크게 증가하여 현상시 제거되는 것으로서 내식각성이 강하고 해상력이 뛰어나 고집적도 반도체 공정에 많이 사용되고 있다. 이에 비해 음성 감광막은 빛에 노출된 영역에서 가교 등의 반응이 일어나 분자량이 크게 증가하여 현상시 제거되지 않고 남는 특성을 보이는 감광막이다. 상기 감광막은 빛의 산란, 회절, 반사 등의 영향을 많이 받기 때문에 노광 조건, 노광장치의 구성 및 반도체 소자의 디자인에 민감하게 반응하여 현상 후 원하지 않는 패턴이 얻어지지 않는 경우가 많이 발생한다.The photoresist film is a material having a photoresist that reacts to light with etching resistance when etching the lower layer, and includes a positive photoresist film and a negative photoresist film. The positive photoresist film is removed during development due to a large increase in solubility due to decomposition, molecular chain cleavage, and the like, and is widely used in high-density semiconductor processes due to its strong etching resistance and high resolution. On the other hand, the negative photoresist film is a photoresist film that exhibits a characteristic of being left unremoved during development due to a large increase in molecular weight due to a reaction such as crosslinking in a region exposed to light. Since the photosensitive film is highly affected by light scattering, diffraction, reflection, etc., the photosensitive film is sensitive to exposure conditions, the configuration of the exposure apparatus, and the design of the semiconductor device, so that an unwanted pattern is often not obtained after development.
현상이란 노광에 의해 변화된 감광막을 제거하여 마스크의 패턴을 기판에 전사하는 공정으로, 일반적으로 TMAH(TetraMethyl Ammonium Hydroxide)를 주성분으로 하는 알칼리 수용액을 현상액으로 사용하는 습식 현상을 주로 이용한다.The development is a process of transferring a pattern of a mask to a substrate by removing a photosensitive film changed by exposure. Generally, a wet development using mainly an aqueous alkali solution containing TMAH (TetraMethyl Ammonium Hydroxide) as a developer is mainly used.
최근의 반도체 소자의 미세화에 수반하여 리소그래피 공정의 해상도가 향상되고 있으며 그에 따른 수율 저하가 큰 이슈로 대두되고 있다. 반도체 소자의 수율을 높이기 위해서는 공정 마진을 확대할 수 있는 최적의 노광 조건을 구할 필요가 있으며 광의 파장 부근까지 미세화되고 있는 반도체 소자의 패턴 폭에 기인한 마스크 패턴과 감광막 패턴과의 불일치 문제를 해결해야 한다.With the recent miniaturization of semiconductor devices, the resolution of the lithography process has been improved, and thus the yield reduction has been a big issue. In order to increase the yield of the semiconductor device, it is necessary to find the optimal exposure conditions to increase the process margin, and to solve the problem of inconsistency between the mask pattern and the photoresist pattern due to the pattern width of the semiconductor device being miniaturized to the wavelength of light. do.
따라서, 리소그래피 공정을 통해 원하는 형상 및 치수의 감광막 패턴을 형성하기 위해서는 다양한 노광 조건에 따라 감광막이 어떤 형상 및 치수로 형성되는 지를 정확하게 알 수 있어야 한다.Therefore, in order to form a photoresist pattern having a desired shape and dimension through a lithography process, it is necessary to accurately know what shapes and dimensions the photoresist film is formed under various exposure conditions.
이를 위해 가장 정확한 방법은 다양한 노광 조건에 대해 감광막이 어떤 패턴으로 형성되는지를 실제로 실험해 보는 것이나 이는 많은 시간과 비용이 소모될 뿐만 아니라 실험이 불가능하지만 장래에 예측되는 리소그래피 공정은 평가할 수 없다는 단점이 있다.To do this, the most accurate method is to actually test the pattern of the photoresist film under various exposure conditions, but it is not only time-consuming and expensive, but also impossible to test, but it is not possible to evaluate the lithography process that is predicted in the future. have.
이와 같은 이유에서, 노광 조건에 따른 감광막 패턴을 구하는 방법으로 실제 실험 외에 광강도 시뮬레이터, 광강도 측정 장치 또는 현상 시뮬레이터 등이 사용 되어 왔다.For this reason, a light intensity simulator, a light intensity measuring device, or a development simulator has been used in addition to the actual experiment as a method of obtaining a photoresist pattern according to exposure conditions.
도 1은 종래의 리소그래피 공정의 시뮬레이션 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 1 (A) 내지 도 1 (D)의 시뮬레이션 방법 중 적당한 것을 선택하여 시뮬레이션을 수행하거나 모두 실행해본 후 실험 결과와 가장 일치하는 방법을 선택하여 시뮬레이션한다.1 is a flowchart for explaining a simulation method of a conventional lithography process. 1A to 1D, a suitable one is selected to perform a simulation, or both are executed and a method that best matches the experimental results is selected and simulated.
도 1 (A)에 나타낸 바와 같이, 광강도 시뮬레이터(11)에 마스크 패턴과 노광 조건(10)을 입력하고 상기 광강도 시뮬레이터(11)로 시뮬레이션하여 광강도 분포(12)를 산출한다. 상기 광강도 분포(12)는 현상 시뮬레이터(13)에 입력되어 감광막 패턴(14)이 산출된다. 도 1 (B)에 나타낸 바와 같이, 마스크 패턴과 노광 조건(20)을 광강도 측정장치(21)에 입력하고 상기 광강도 측정장치(21)로부터 광강도 분포(22)를 산출한다. 상기 광강도 분포(22)는 현상 시뮬레이터(23)에 입력되어 감광막 패턴(24)이 산출된다. 상기 현상 시뮬레이터(13, 23)는 시간에 따른 감광막 형상을 계산하는 유한 요소적 계산을 수행하여 감광막 패턴(14, 24)을 산출한다.As shown in FIG. 1A, the mask pattern and the
도 1 (C)에 나타낸 바와 같이, 광강도 시뮬레이터(31)에 마스크 패턴과 노광 조건(30)을 입력하고 상기 광강도 시뮬레이터(31)로 시뮬레이션하여 광강도 분포(32)를 산출한다. 상기 광강도 분포(12)로부터 문턱에너지에서의 등고선(33)이 구해지고 상기 문턱에너지에서의 등고선(33)에 따라 감광막 패턴(34)을 산출한다. 도 1 (D)에 나타낸 바와 같이, 마스크 패턴과 노광 조건(40)을 광강도 측정장치(41)에 입력하고 상기 광강도 측정장치(41)로부터 광강도 분포(42)를 산출한다. 상기 광강도 분포(42)로부터 문턱에너지에서의 등고선(43)이 구해지고 상기 문턱에너지에서 의 등고선(43)에 따라 감광막 패턴(44)을 산출한다.As shown in FIG. 1C, the mask pattern and the
도 1 (A) 및 도 1 (B)에 나타낸 리소그래피 공정의 시뮬레이션 방법은 현상 시뮬레이터(13, 23)에 의해 감광막 패턴을 산출하는 데 유한 요소적 계산을 수행하기 때문에 다양한 조건에 대해 시뮬레이션을 하기 위해서는 많은 시간 및 비용이 소모되게 된다. 즉, 다양한 공정계수를 입력하여 시뮬레이션한 후 실제 공정 진행 결과와 비교하여 상기 공정계수를 보정해야 하는 작업이 반복적으로 이루어져야 하는데 이는 상당한 비용과 시간의 낭비를 가져온다.Since the simulation method of the lithography process shown in Figs. 1A and 1B performs finite elemental calculations for calculating the photoresist pattern by the
도 1(C) 및 도 1 (D)에 나타낸 리소그래피 공정의 시뮬레이션 방법은 문턱에너지에서의 등고선을 구할 때 감광막의 두께나 현상 특성 등을 무시하기 때문에 실제로 공정에서 형성되는 감광막 패턴과 시뮬레이션에 의해 얻어진 감광막 패턴이 큰 차이를 보인다는 문제가 있다. 즉, 문턱에너지의 등고선을 구할 때 사용되는 문턱에너지 모델은 문턱에너지 이상의 노광에너지에서는 현상 후 남은 감광막의 두께가 0이고, 그 이하의 노광에너지에서는 모두 100%의 두께를 갖는다는 것을 전제로 하고 있어 실제 현상 특성과 일치하지 않는 문제를 가지고 있다.The simulation method of the lithography process shown in Figs. 1 (C) and 1 (D) ignores the thickness and development characteristics of the photoresist film when calculating the contour line at the threshold energy, and thus is obtained by the photoresist pattern and simulation actually formed in the process. There is a problem that the photoresist pattern shows a big difference. That is, the threshold energy model used when calculating the contour line of the threshold energy is based on the premise that the thickness of the photoresist film remaining after development is 0 at exposure energy above the threshold energy and 100% at the exposure energy below it. There is a problem that does not match the actual phenomenon.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 마스크에 의해 기판 표면에 형성되는 노광에너지 분포와 감광막의 콘트라스트 곡선으로부터 현상 후의 감광막 두께 분포를 산출함으로써 공정 계수의 보정없이 신속한 감광막 패턴 형성 공정 시뮬레이션을 가능하게 하여 공정 변수 최적화에 드 는 시간과 비용을 절약하고 반도체 소자의 개발 기간을 단축할 수 있는 리소그래피 공정의 시뮬레이션 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
Accordingly, the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, by calculating the photosensitive film thickness distribution after development from the exposure energy distribution formed on the surface of the substrate by the mask and the contrast curve of the photosensitive film, so that the rapid photosensitive film is not corrected. An object of the present invention is to provide a method of simulating a lithography process that enables simulation of a pattern forming process, thereby saving time and cost of optimizing process variables and shortening the development period of a semiconductor device.
본 발명의 상기 목적은 시뮬레이션하고자 하는 특정 공정의 노광에너지에 대한 감광막 두께 곡선인 콘트라스트 곡선을 구하는 단계, 상기 특정 공정용 마스크에 의해 기판 표면에 형성되는 노광에너지 분포를 산출하는 단계 및 상기 콘트라스트 곡선과 상기 노광에너지 분포로부터 현상 후의 감광막 두께 분포를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 공정의 시뮬레이션 방법에 의해 달성된다.The object of the present invention is to obtain a contrast curve which is a photoresist film thickness curve for the exposure energy of a specific process to be simulated, calculating a distribution of exposure energy formed on the surface of the substrate by the mask for the specific process, and the contrast curve and Calculating a photosensitive film thickness distribution after development from the exposure energy distribution.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.Details of the above object and technical configuration of the present invention and the effects thereof according to the present invention will be more clearly understood by the following detailed description with reference to the drawings showing preferred embodiments of the present invention.
도 2는 노광에너지에 대한 감광막 두께 변화를 나타낸 콘트라스트 곡선이고, 도 3은 본 발명의 시뮬레이션에 사용된 마스크 패턴의 일례이고, 도 4는 X축 방향(도 3의 X-X')으로의 노광에너지 분포이고, 도 5는 3차원의 감광막 두께 분포이고, 도 6은 X축 방향(도 3의 X-X')의 감광막 두께 분포이고, 도 7은 본 발명에 의한 감광막 패턴 형성 공정의 시뮬레이션 흐름도이다.FIG. 2 is a contrast curve showing a change in photoresist thickness with respect to exposure energy, FIG. 3 is an example of a mask pattern used in the simulation of the present invention, and FIG. 4 is an exposure in the X-axis direction (X-X ′ in FIG. 3). 5 is an energy distribution, FIG. 5 is a three-dimensional photoresist film thickness distribution, FIG. 6 is a photoresist film thickness distribution in the X-axis direction (X-X 'of FIG. 3), and FIG. 7 is a simulation flowchart of the photoresist pattern forming process according to the present invention. to be.
이하에서는 도 2 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 리소그래피 공정의 시뮬레이션 방법을 설명하도록 한다.Hereinafter, a simulation method of the lithography process of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 7.
먼저, 시뮬레이션하고자 하는 특정 공정에 대한 감광막의 패턴 형성 실험을 통해 콘트라스트 곡선을 구한다(S100, 도 7). 상기 콘트라스트 곡선을 구하기 위해서, 기판 상에 감광막을 코팅한 후 노광에너지를 변화시키면서 노광하여 현상한다. 상기 감광막 패턴은 5㎜×5㎜ 이상의 사각형 홀 패턴을 형성하는 것이 바람직하며 노광 및 현상 후 각 사각형 패턴에서 남아있는 감광막의 두께를 측정한다. 도 2는 실제 실험한 결과 얻어진 감광막의 콘트라스트 곡선이다. 상기 콘트라스트 곡선으로부터 노광에너지에 대한 감광막 두께의 관계(수학식 1)를 도출할 수 있다.First, a contrast curve is obtained through a pattern formation experiment of a photoresist film for a specific process to be simulated (S100, FIG. 7). In order to obtain the above contrast curve, the photosensitive film is coated on the substrate and then exposed to light with varying exposure energy. The photosensitive film pattern preferably forms a rectangular hole pattern of 5 mm × 5 mm or more, and measures the thickness of the photosensitive film remaining in each square pattern after exposure and development. 2 is a contrast curve of the photosensitive film obtained as a result of the actual experiment. The relationship between the photoresist thickness and the exposure energy (Equation 1) can be derived from the contrast curve.
상기 감광막을 노광하기 위한 광원으로는 수은 램프나 제논(Xe) 램프 등에서 나오는 436 nm의 지-라인(g-line), 365 nm의 아이-라인(i-line), 405 nm의 에치-라인(h-line) 및 브로드 밴드(240~440 nm) 뿐만 아니라 DUV(Deep Ultraviolet) 영역의 248nm의 파장을 가지는 KrF 레이저와 193nm의 파장을 가지는 ArF 레이저 같은 엑시머 레이저 등을 사용한 광원 등이 가능하다.As a light source for exposing the photoresist film, a 436 nm g-line, 365 nm i-line, and 405 nm etch-line from a mercury lamp or a Xen lamp, etc. As well as a light source using an excimer laser such as a KrF laser having a wavelength of 248 nm and an ArF laser having a wavelength of 193 nm, as well as h-line and broadband (240 to 440 nm), DUV (Deep Ultraviolet) region is possible.
여기서, T는 감광막 두께이고 E는 노광에너지이다.Where T is photosensitive film thickness and E is exposure energy.
다음, 상기 특정 공정을 수행하기 위해 필요한 마스크 패턴에 대한 상대적인 2차원 광세기 분포를 구한다(S101). 도 3은 일례로서, 석영 기판(100) 상에 크롬막(101)으로 형성된 고립된 라인 패턴(isolated line pattern)으로 구성된 마크 패턴을 나타낸 것이다. 상기 마스크로는 석영 기판상에 크롬 또는 크롬/산화크롬을 증착한 통상의 마스크 외에도 반사형 마스크(reflective mask) 또는 위상 반전 마스 크(phase shift mask) 등을 사용할 수 있다Next, a two-dimensional light intensity distribution relative to a mask pattern required to perform the specific process is obtained (S101). 3 illustrates, as an example, a mark pattern composed of an isolated line pattern formed of a
여기서, I는 임의의 X, Y 좌표에 대한 상대적인 광세기 분포로서 0과 1 사이의 값을 가진다.Where I is a light intensity distribution relative to any X, Y coordinates and has a value between 0 and 1.
다음, 상기 광세기 분포(수학식 2)에 시뮬레이션하고자 하는 노광에너지를 곱해서 노광에너지 분포(수학식 3)를 구한다(S102).Next, the exposure energy distribution (Equation 3) is obtained by multiplying the light intensity distribution (Equation 2) by the exposure energy to be simulated (S102).
여기서, E는 임의의 X, Y 좌표에 대한 노광에너지 분포이다.Here, E is the exposure energy distribution with respect to arbitrary X and Y coordinates.
도 4는 일례로서, 도 3의 X-X' 단면을 따라 생성되는 노광에너지 분포를 나타낸 것이다.FIG. 4 illustrates an exposure energy distribution generated along an X-X 'cross section of FIG. 3 as an example.
다음, 임의의 위치에서의 현상 후 감광막의 두께 분포를 산출한다(S103). 상기 임의의 X, Y 좌표에 대한 노광에너지 분포(수학식 3)를 노광에너지와 감광막 두께와의 관계(수학식 1)에 대입하면 임의의 X, Y 좌표에서의 노광에너지가 감광막 두께로 전환되어 임의의 X, Y 좌표에서의 현상 후 감광막의 3차원 두께 분포(수학식 4)를 산출할 수 있다. 도 5는 도 3에 도시된 마스크 패턴에 대한 시뮬레이션 결과 나타난 현상 후 감광막의 3차원 두께 분포를 나타낸 것이다.Next, the thickness distribution of the photosensitive film after development at an arbitrary position is calculated (S103). Substituting the exposure energy distribution (Equation 3) for the arbitrary X and Y coordinates into the relationship between the exposure energy and the photosensitive film thickness (Equation 1), the exposure energy at the arbitrary X and Y coordinates is converted into the photosensitive film thickness. The three-dimensional thickness distribution (Equation 4) of the photosensitive film after development at arbitrary X and Y coordinates can be calculated. FIG. 5 illustrates a three-dimensional thickness distribution of the photosensitive film after development, which is a simulation result of the mask pattern illustrated in FIG. 3.
여기서, T는 임의의 X, Y 좌표에 대한 감광막의 두께이다.Here, T is the thickness of the photosensitive film with respect to arbitrary X and Y coordinates.
임의의 방향, 예를 들어 X축의 1차원의 감광막 두께 분포를 산출하고자 하는 경우, 수학식 2 및 수학식 3으로부터 각각 X축 방향의 광세기 분포 및 X축 방향의 노광에너지 분포를 구하고 상기 수학식 1에 X축 방향의 노광에너지 분포를 대입함으로써 임의의 X축 방향에서의 감광막의 두께 및 형상(수학식 5)을 산출할 수 있다.In order to calculate the 1-dimensional photoresist film thickness distribution in an arbitrary direction, for example, the X-axis, the light intensity distribution in the X-axis direction and the exposure energy distribution in the X-axis direction are obtained from
여기서, T는 임의의 X 좌표에 대한 감광막의 두께이다.Where T is the thickness of the photosensitive film for any X coordinate.
도 6은 도 3의 X-X' 단면에 해당하는 도 4의 노광에너지 분포(수학식 3)와 도 2의 콘트라스트 곡선(수학식 1)으로부터 산출된 1차원의 감광막 패턴을 나타낸 것이다. 도 5로부터 감광막의 시디(CD : Critical Dimension)와 단면 모양을 얻을 수 있다.FIG. 6 illustrates a one-dimensional photosensitive film pattern calculated from the exposure energy distribution (Equation 3) of FIG. 4 and the contrast curve (Equation 1) of FIG. 2 corresponding to the X-X 'cross-section of FIG. From FIG. 5, the CD and the cross-sectional shape of the photosensitive film can be obtained.
상기 감광막의 3차원 두께 분포(수학식 4)를 구한(S103) 후 형성하고자 하는 소정의 패턴이 아닐 경우 상기 마스크 패턴을 수정하여 상술한 방법과 같이 시뮬레이션을 반복함으로써 최적의 패턴을 형성할 수 있는 마스크 패턴을 도출할 수 있다. After obtaining the three-dimensional thickness distribution (Equation 4) of the photoresist film (S103), if it is not a predetermined pattern to be formed, by modifying the mask pattern and repeating the simulation as described above, an optimal pattern can be formed. A mask pattern can be derived.
이와 같이, 어떠한 공정 조건에 대해서도 감광막의 콘트라스트 곡선만 구하면 감광막의 패턴 형성 공정에 대한 시뮬레이션을 공정계수의 보정없이 용이하게 수행할 수 있다. 또한, 공정이 변경되었을 경우에는 콘트라스트 곡선만을 새롭게 업데이트하여 사용할 수 있다. 아울러, 문턱에너지 이하의 노광에너지에서도 감광막의 두께 분포를 고려함으로써 OPC(Optical Proximity Correction)을 포함한 리소그래피 공정의 시뮬레이션의 정확도를 한층 향상시킬 수 있다.As described above, if the contrast curve of the photoresist film is obtained for any process condition, simulation of the pattern formation process of the photoresist film can be easily performed without correction of the process coefficient. In addition, when the process is changed, only the contrast curve can be newly updated and used. In addition, by considering the thickness distribution of the photoresist even at exposure energy below the threshold energy, it is possible to further improve the accuracy of the simulation of the lithography process including the optical proximity correction (OPC).
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.Although the present invention has been shown and described with reference to preferred embodiments as described above, it is not limited to the above-described embodiments and those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.
따라서, 본 발명의 리소그래피 공정의 시뮬레이션 방법은 마스크에 의해 기판 표면에 형성되는 노광에너지 분포와 감광막의 콘트라스트 곡선으로부터 현상 후의 감광막 패턴 분포를 산출함으로써 공정 계수의 보정없이 신속한 감광막 패턴 형성 공정 시뮬레이션을 가능하게 하여 공정 변수 최적화에 드는 시간과 비용을 절약하고 수율을 향상시킴과 동시에 반도체 소자의 개발 기간을 단축할 수 있는 효과가 있다.Therefore, the simulation method of the lithography process of the present invention calculates the photosensitive film pattern distribution after development from the exposure energy distribution formed on the substrate surface by the mask and the contrast curve of the photosensitive film, thereby enabling rapid photosensitive film pattern forming process simulation without correction of the process coefficients. This saves time and cost for process variable optimization, improves yield, and shortens the development time of semiconductor devices.
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