KR101856607B1 - Simulation method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 시뮬레이션 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a simulation method.
일반적으로 반도체 디바이스는 기판상에 여러 가지 물질을 박막 형태로 증착하고 이를 패터닝하여 제조된다. 이를 위하여 증착 공정, 사진 공정, 식각 공정 및 세정 공정 등 여러 단계의 서로 다른 공정들이 요구된다.Generally, a semiconductor device is manufactured by depositing various materials on a substrate in a thin film form and patterning the same. Various processes such as deposition process, photolithography process, etch process, and cleaning process are required for this purpose.
이와 같은 공정 들은, 액상의 케미컬, 순수 등과 같은 처리액, 또는 초임계 상태로 상 변화된 처리 유체를 통해 처리될 수 있다. 이 같은 처리액에 의한 기판의 처리에 있어, 처리액에 의한 기판의 공정 처리 정도, 공정 처리 시 기판에 형성된 패턴의 무너짐 현상 등은 기판에서의 처리액의 거동에 의해 영향을 받는다.Such processes can be processed through a treatment liquid such as a liquid chemical, pure water, or the like, or a treatment fluid phase-changed into a supercritical state. In the processing of the substrate by such a processing liquid, the processing degree of the substrate by the processing liquid and the collapse phenomenon of the pattern formed on the substrate during processing are influenced by the behavior of the processing liquid in the substrate.
본 발명은 기판을 효율적으로 처리하기 위한 포텐셜을 도출하기 위한 시뮬레이션 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention provides a simulation method for deriving a potential for efficiently processing a substrate.
본 발명의 일 측면에 따르면, 기판과 처리액의 구조를 확정하는 단계; 상기 기판의 2개 이상의 표면 상태와 2개 이상의 상태 보정 계수를 각각 대응 시키는 단계; 상기 상태 보정 계수에 대응되는 상기 기판과 상기 처리액 사이의 접촉각을 측정하는 단계; 상기 접촉각과 상기 상태 보정 계수의 상관 관계를 도출하는 단계를 포함하는 시뮬레이션 방법이 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, Associating two or more surface states of the substrate with two or more state correction coefficients; Measuring a contact angle between the substrate and the treatment liquid corresponding to the state correction coefficient; And deriving a correlation between the contact angle and the state correction coefficient.
또한, 상기 기판과 상기 처리액의 구조는 각각 실리콘과 처리액 분자의 분자구조를 반영하여 확정될 수 있다.Further, the structure of the substrate and the treatment liquid may be determined by reflecting the molecular structure of the silicon and the treatment liquid molecule, respectively.
또한, 상기 접촉각을 측정하는 단계는, 상기 처리액 액적의 밀도 경사를 구하는 단계; 기브스의 표면 분리를 통해 상기 기판과 상기 처리액 액적 사이의 계면을 도출하는 단계; 상기 계면을 통해 접촉각을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.The step of measuring the contact angle may further include: obtaining a density gradient of the treatment liquid droplet; Deriving an interface between the substrate and the processing liquid droplet through surface separation of Gibbs; And calculating a contact angle through the interface.
또한, 상기 계면을 통한 상기 접촉각 산출은 영의 식을 통해 도출될 수 있다.Further, the contact angle calculation through the interface can be derived through the expression of zero.
또한, 상기 처리액은 IPA일 수 있다.Further, the treatment liquid may be IPA.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 반데르발스 포텐셜을 나타내는 수식의 계수로 사용되어 기판과 처리액 사이에 작용하는 분산력을 도출 가능하게는 상태 보정 계수를 상기 기판과 상기 처리액의 분자 구조, 그리고 상기 기판과 상기 처리액의 접촉각을 통해 도출하는 시뮬레이션 방법이 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, in order to derive a dispersion force acting between a substrate and a treatment liquid to be used as a coefficient of a mathematical expression representing a van der Waals potential, a state correction coefficient is set to a molecular structure of the substrate and the treatment liquid, A simulation method of deriving through a contact angle between the substrate and the treatment liquid can be provided.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 상태 보정 계수는, 상기 기판과 상기 처리액의 상기 분자 구조가 반영된 구조를 확정하고, 상기 기판의 2개 이상의 표면 상태와 2개 이상의 상기 상태 보정 계수를 각각 대응 시키고, 상기 상태 보정 계수에 대응되는 상기 기판과 상기 처리액 사이의 접촉각을 측정하고, 상기 접촉각과 상기 상태 보정 계수의 상관 관계를 구하여 도출되는 시뮬레이션 방법이 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, the state correction coefficient is determined by determining a structure in which the molecular structure of the substrate and the treatment liquid is reflected, and comparing two or more surface states of the substrate with two or more state correction coefficients And measuring a contact angle between the substrate and the treatment liquid corresponding to the state correction coefficient and obtaining a correlation between the contact angle and the state correction coefficient.
또한, 상기 처리액은 IPA일 수 있다.Further, the treatment liquid may be IPA.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 기판을 효율적으로 처리할 수 있기 위한 포텐셜을 도출할 수 있는 시뮬레이션 방법이 제공될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a simulation method capable of deriving a potential for efficiently processing a substrate can be provided.
도 1은 상태 보정 계수가 도출되는 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 몇 개의 상태 보정 계수에서의 IPA 액적의 모양을 나타낸 도면이다.1 is a flowchart showing a process of deriving a state correction coefficient.
2 is a view showing the shape of the IPA droplets in several status correction coefficients.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention can be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following embodiments. This embodiment is provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art. Thus, the shape of the elements in the figures has been exaggerated to emphasize a clearer description.
이하 기판이 처리액과 접하는 상태에 놓일 때, 처리액의 거동을 분자 동역학(Molecular Dynamics method, MD)을 통해 해석하는 방법을 설명한다. Hereinafter, a method of analyzing the behavior of a treatment solution through a molecular dynamics method (MD) when the substrate is in contact with the treatment solution will be described.
분자 동역학은, 2개체 혹은 그 이상으로 이루어 지는 시스템이 갖는 포텐셜하에서, 고전 역학에 있어서의 뉴턴 방정식을 풀어, 시스템의 정적, 동적 안정 구조나, 동적 과정 (다이내믹스) 을 해석하는 방법이다. 분자 동역학에 의해, 정온, 정압, 정에너지, 정적, 정케미컬 포텐셜 등의 여러가지 앙상블 (통계 집단) 의 계산이 가능하다. 또한, 결합 길이나 위치의 고정 등의 여러가지 구속 조건을 부가하는 것도 가능하다.Molecular dynamics is a method of solving the static and dynamic stable structures of systems and dynamic processes (dynamics) by solving the Newton equations in classical mechanics under the potential of two or more systems. By molecular dynamics, it is possible to calculate various ensembles (statistical groups) such as constant temperature, static pressure, constant energy, static, and positive chemical potential. It is also possible to add various constraint conditions, such as fixing the coupling length and position.
이하, 시스템을 구성하는 원자는 실리콘인 기판과 이소프로필알코올(IPA, isopropyl alcohol)을 예로 들어 설명한다. 그러나, 처리액은 이에 한정 되지 않으며 이소프로필알코올 외의 유기 용체, 케미칼 등일 수 있다.Hereinafter, the atoms constituting the system will be described using silicon as a substrate and isopropyl alcohol (IPA) as an example. However, the treatment liquid is not limited thereto, and may be an organic solvent, a chemical or the like other than isopropyl alcohol.
기판과 IPA로 구성되는 시스템은 포텐셜을 갖는다. 포텐셜은 기판, IPA가 갖는 분자내 힘과 기판과 IPA 사이의 분자간 힘으로 이루어 진다. 분자내 힘은 분자 내에서의 원자간 힘에 기인하는 퍼텐셜 에너지를 말한다. 분자간 힘은 척력 및 인력을 포함한다. 척력은 파울리의 배타원리에 의해 분자가 어느 거리 이상 가까워져 전자의 상호교환작용이 일어나는 것에 의한 것으로 교환 반발력이다. 인력은 쿨롱 힘, 수소 결합력, 전하 이동력, 분산력 등을 포함한다. 기판과 IPA의 이종 분자로 이루어 지는 시스템의 포텐셜은 분자간 힘이 지배적이다. 또한, 기판의 처리에 있어, 기판과 IPA사이의 분자간 힘에 있어서는 분산력이 지배적인 것으로 확인 되었다.The system consisting of a substrate and IPA has potential. The potential consists of the intramolecular force of the substrate, IPA, and the intermolecular force between the substrate and IPA. Intramolecular force refers to the potential energy due to interatomic forces in a molecule. Intermolecular forces include repulsion and attraction. The repulsive force is the exchange repulsive force, which is caused by the fact that the molecules are close to each other by the exclusion principle of Pauli and the exchange of electrons occurs. The attraction includes Coulomb force, hydrogen bonding force, charge transfer force, dispersion force, and the like. The potential of a system consisting of a substrate and a heterogeneous molecule of IPA is dominated by intermolecular forces. Further, in the processing of the substrate, it was confirmed that the dispersing force is dominant in the intermolecular force between the substrate and the IPA.
분산력을 나타내는 반데르발스 포텐셜(Van der Waals Potential)은 다음의 수식으로 나타낼 수 있다.The Van der Waals Potential, which represents the dispersing force, can be expressed by the following equation.
그러나, 이와 같은 수식은 기판의 표면에 형성된 패턴의 등과 같은 기판 표면의 형상, 기판에 공정 처리 과정에서 도포된 케미칼, 감광액, 현상액 등과 같은 처리액에 의한 표면 상태를 반영하지 못한다.However, such a formula does not reflect the shape of the surface of the substrate such as a pattern formed on the surface of the substrate, and the surface state due to the treatment liquid such as a chemical, a sensitizing solution, a developer,
따라서, 위의 반데르발스 포텐셜은 아래와 같은 기판의 상태를 반영하여 아래와 같이 수정될 수 있다.Therefore, the van der Waals potential above can be modified as follows to reflect the state of the substrate as follows.
본 발명에 따라 수정된 반데르발스 포텐셜은 상태 보정 계수(λ)를 포함한다. 상태 보정 계수는 분자 동역학을 통한 해석의 대상이 되는 기판의 상태에 따라 설정될 수 있다. 따라서, 상태 보정 계수가 설정 되면, 기판이 IPA로 처리될 때 IPA의 거동을 분자 동역학을 통해 시뮬레이션 방법으로 해석될 수 있다.The van der Waals potential modified according to the present invention includes a state correction coefficient ([lambda]). The state correction coefficient can be set according to the state of the substrate to be analyzed through molecular dynamics. Therefore, when the state correction coefficient is set, the behavior of IPA can be interpreted as a method of simulation through molecular dynamics when the substrate is treated with IPA.
도 1은 상태 보정 계수가 도출되는 과정을 나타내는 흐름도이다.1 is a flowchart showing a process of deriving a state correction coefficient.
도 1을 참조하면, 분석 대상이 되는 실리콘, IPA의 분자구조를 확정한다. 이후, 확정된 분자구조를 통해 설정 체적을 갖는 실리콘 기판, 설정 체적을 갖는 처리액인 비정질(amorphous) IPA의 구조가 분자구조를 반영하여 도출된다(S10). 이와 같은 분석 대상의 물리적 구조의 도출에는 materials design 사의 MedeA 등과 같이 재료 설계에 사용되는 프로그램이 이용될 수 있다.Referring to FIG. 1, the molecular structure of silicon and IPA to be analyzed is determined. Then, a structure of amorphous IPA, which is a silicon substrate having a set volume and a processing volume having a set volume, is derived by reflecting the molecular structure (S10) through a definite molecular structure. To derive the physical structure of the analysis object, a program used for material design such as a material design company's MedeA can be used.
기판의 표면 상태가 설정 상태로 설정 하고, 기판의 설정 상태에 대해 상태 보정 계수을 대응 시킨다(S20). 기판의 표면 상태는 IPA의 거동의 변화를 야기하는 값으로, 기판 표면 상태의 친수성 정도, 기판에 형성된 패턴의 크기 등에 대응될 수 있는 기판 표면의 거칠기 등일 수 있다. 그리고 기판의 표면 상태를 설정 값만큼 단계적으로 변경 시키고, 기판 표면의 변경 정도에 맞춰 상태 보정 계수를 변경 시켜 가며 대응시킨다. 일 예로, 상태 보정 계수는 0과 1 사이의 값이 될 수 있다. 일 예로, 기판의 표면에 요철이 없을 때 상태 보정 계수는 최소값을 가지고, 분석 대상이 되는 기판에 있어 표면에 거칠기가 가장 클 때 상태 보정 계수가 최대값을 가지는 것으로 설정 될 수 있다. 그리고 기판 표면의 거칠기 정도를 단계적으로 변경 시키고, 변경 정도에 대응되는 상태 보정 계수를 각각의 기판 상태에 대응시킬 수 있다. 또 다른 예로, 기판 표면이 분석 대상이 되는 범위 내에서 가장 큰 친수성을 가질 때 상태 보정 계수는 최소값을 가지고, 기판 표면이 분석 대상이 되는 범위 내에서 가장 큰 소수성을 가질 때 상태 보정 계수는 최대값을 가지는 것으로 설정 될 수 있다. 그리고 기판 표면을 친수성에서 소수성을 단계적으로 변경시키며, 변경 정도에 대응되는 상태 보정 계수를 각각의 기판 상태에 대응시킨다. 예를 들어, 기판의 상태가 조절되면서, 각각의 상태에 대응하여 상태 보정 계수는 0.1에서 0.9까지 0.1의 간격을 두고 9개가 대응될 수 있다.The surface state of the substrate is set to the set state, and the state correction coefficient is associated with the set state of the substrate (S20). The surface state of the substrate may be a value that causes a change in the behavior of the IPA, such as the degree of hydrophilicity of the surface state of the substrate, the roughness of the substrate surface that can correspond to the size of the pattern formed on the substrate, and the like. Then, the surface state of the substrate is changed stepwise by the set value, and the state correction coefficient is changed in accordance with the degree of change of the substrate surface. For example, the state correction coefficient may be a value between 0 and 1. For example, the state correction coefficient has a minimum value when there is no irregularity on the surface of the substrate, and the state correction coefficient can be set to have the maximum value when the roughness on the surface of the substrate to be analyzed is the largest. The degree of roughness of the substrate surface can be changed step by step, and the state correction coefficient corresponding to the degree of change can be made to correspond to each substrate state. As another example, when the substrate surface has the largest hydrophilicity within the range to be analyzed, the state correction coefficient has a minimum value, and when the substrate surface has the largest hydrophobicity within the range to be analyzed, As shown in FIG. Then, the substrate surface is changed from hydrophilic to hydrophobic stepwise, and a state correction coefficient corresponding to the degree of change is made to correspond to each substrate state. For example, as the state of the substrate is adjusted, nine state correction coefficients corresponding to the respective states can be matched with an interval of 0.1 from 0.1 to 0.9.
도 2는 몇 개의 상태 보정 계수에서의 IPA 액적의 모양을 나타낸 도면이다.2 is a view showing the shape of the IPA droplets in several status correction coefficients.
기판 상태가 각각의 상태 보정 계수 대응 되는 상태일 때, 기판과 IPA의 접촉 각을 측정한다(S30). 접촉각은 다음과 같은 시뮬레이션 방법을 통해 측정될 수 있다. 먼저, 분자 동역학을 통해 기판의 처리에 사용되는 IPA 액적의 밀도 경사(density profile)를 구한다. 이후, 기브스의 표면 분리(Gibbs dividing surface)를 통해, 기판과 IPA 액적 사이에서의 IPA의 계면을 도출한다. 이 후, IPA액적의 계면을 통해 기판과 IPA액적의 접촉각을 산출할 수 있다. 접촉각의 산출에는 영의 식(Young's equation)이 이용될 수 있다.When the substrate state corresponds to each state correction coefficient, the contact angle between the substrate and the IPA is measured (S30). The contact angle can be measured by the following simulation method. First, the density profile of the IPA droplet used for processing the substrate is obtained through molecular dynamics. Then, through the Gibbs dividing surface, the interface of the IPA between the substrate and the IPA droplet is derived. Thereafter, the contact angle between the substrate and the IPA droplet can be calculated through the interface of the IPA droplet. Young's equation can be used to calculate the contact angle.
각각의 상태 보정 계수에서의 접촉각이 측정되면, 상태 보정 계수와 접촉각의 관계식이 도출될 수 있다(S40).When the contact angle in each state correction coefficient is measured, a relational expression of the state correction coefficient and the contact angle can be derived (S40).
이와 같은 상태 보정 계수는 분석 대상이 되는 기판의 상태와 처리액과의 접촉각의 상관관계를 나타낸다. 따라서, 상태 보정 계수의 설정 시 대응된 기판과 상태 보정 계수의 관계를 통해 분석 대상이 되는 기판의 상태 보정 계수가 특정된다. 그리고, 특정된 상태 보정 계수를 통해, 분석 대상이 되는 기판과 처리액의 접촉각이 시뮬레이션 방법에 의해 구해질 수 있다. Such a state correction coefficient indicates a correlation between the state of the substrate to be analyzed and the contact angle of the treatment liquid. Therefore, the state correction coefficient of the substrate to be analyzed is specified through the relationship between the substrate and the state correction coefficient when the state correction coefficient is set. Then, the contact angle of the substrate to be analyzed with the treatment liquid can be obtained by the simulation method through the specified state correction coefficient.
기판을 처리액을 통해 처리할 때, 처리액의 침투 속도, 처리액과 기판 사이의 계면 특성, 처리액을 통해 기판을 처리할 때 패턴 무너짐 현상은 기판과 처리액의 친화성과 밀접한 연관이 있다. 그리고 접촉각은 기판과 처리액의 친화성을 반영하므로, 상태 보정 계수를 통해 기판과 처리액 사이의 친화성을 판단할 수 있다. 또한, 상태 보정 계수는 기판의 상태에 대응되는 분산력을 도출 가능하게 한다.When the substrate is treated with the treatment liquid, the penetration speed of the treatment liquid, the interface characteristics between the treatment liquid and the substrate, and the pattern collapse phenomenon when the substrate is treated through the treatment liquid are closely related to the affinity between the substrate and the treatment liquid. Since the contact angle reflects the affinity between the substrate and the treatment liquid, the affinity between the substrate and the treatment liquid can be determined through the state correction coefficient. Further, the state correction coefficient makes it possible to derive the dispersion force corresponding to the state of the substrate.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.The foregoing detailed description is illustrative of the present invention. In addition, the foregoing is intended to illustrate and explain the preferred embodiments of the present invention, and the present invention may be used in various other combinations, modifications, and environments. That is, it is possible to make changes or modifications within the scope of the concept of the invention disclosed in this specification, within the scope of the disclosure, and / or within the skill and knowledge of the art. The embodiments described herein are intended to illustrate the best mode for implementing the technical idea of the present invention and various modifications required for specific applications and uses of the present invention are also possible. Accordingly, the detailed description of the invention is not intended to limit the invention to the disclosed embodiments. It is also to be understood that the appended claims are intended to cover such other embodiments.
Claims (8)
상기 기판의 표면 상태 값을 설정 값만큼 단계적으로 변경시키고, 아래의 [수학식]을 근거로 임의 범위 내에서 상태 보정 계수를 도출하는 단계;
상기 기판과 상기 처리액 사이의 접촉각을 측정하는 단계;
상기 접촉각과 상기 상태 보정 계수의 상관 관계를 도출하는 단계를 포함하는 시뮬레이션 방법.
[수학식]
Stepwise changing the surface state value of the substrate by a set value and deriving a state correction coefficient within an arbitrary range based on the following formula:
Measuring a contact angle between the substrate and the treatment liquid;
And deriving a correlation between the contact angle and the state correction coefficient.
[Mathematical Expression]
상기 기판과 상기 처리액의 구조는 각각 실리콘과 처리액 분자의 분자구조를 반영하여 확정되는 시뮬레이션 방법.The method according to claim 1,
Wherein the structure of the substrate and the processing solution are determined by reflecting the molecular structure of the silicon and the processing solution molecules, respectively.
상기 접촉각을 측정하는 단계는,
상기 처리액 액적의 밀도 경사를 구하는 단계;
기브스의 표면 분리를 통해 상기 기판과 상기 처리액 액적 사이의 계면을 도출하는 단계;
상기 계면을 통해 접촉각을 산출하는 단계를 포함하는 시뮬레이션 방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of measuring the contact angle comprises:
Obtaining a density gradient of the treatment liquid droplet;
Deriving an interface between the substrate and the processing liquid droplet through surface separation of Gibbs;
And calculating a contact angle through the interface.
상기 계면을 통한 상기 접촉각 산출은 영의 식을 통해 도출되는 시뮬레이션 방법.The method of claim 3,
Wherein the contact angle calculation through the interface is derived through a zero expression.
상기 처리액은 IPA인 시뮬레이션 방법.The method according to claim 1,
Wherein the treatment liquid is IPA.
상기 임의 범위는, 0부터 1 사이인 시뮬레이션 방법.The method according to claim 1,
Wherein the arbitrary range is between 0 and 1.
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- 2016-12-30 KR KR1020160183818A patent/KR101856607B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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