高度な2次元光学リソグラフィ・シミュレータ

Optolith™はパワフルな非平坦に対応した2次元リソグラフィ・シミュレータで、最新のディープ・サブミクロンに対するリソグラフィのすべての要素(結像、露光、フォトレジスト・ベーク、現像、リフロー)をシミュレートします。実際に試作して、マスクの印刷適正やプロセス管理を評価することと同様のことが、Optolithを使用すると、高速で正確に行えます。また、マスクとレジストの距離による投影結像と近接をシミュレートします。Optolithは、GDSIIおよびCIFフォーマットに準拠するすべての市販ICレイアウト・ツール、およびMaskViewsで使用される特定の自社開発フォーマットにも完全に連携します。また、プロセス・シミュレーション・フレームワークAthena構成要素の1つとして、拡散、酸化、イオン注入、エッチング、およびデポジションなどのシミュレーション機能とシームレスに統合します。このようなシミュレーション環境により、酸化、デポジション、およびエッチングで生成された多層ノンプレーナ構造における複雑なリソグラフィ効果が解析できます。さらに、実際のフォトレジストのマスク形状を考慮に入れて、イオン注入/エッチング・プロセスを確認し最適化することが可能です。

Optolithの機能とモデル

  • 投影結像。
  • 広帯域照射による近接プリンティング。
  • さまざまな露光源に対応: 形状(円、正方形、ガウス分布、非ガウス分布、SHRINC/QUEST、リング状、ON/OFF軸)、および波長(g線、h線、i線、DUV、および広帯域)。
  • ピンぼけ、光の収差(最大9次まで)、空間フィルタリング、部分干渉性、および大きな開口数(NA)などの光学モデル。
  • DeckBuildで生成したレイアウト・ステートメント、またはMaskViewsで生成した特別なレイアウト・ファイルを使用したレイアウト・マスク。
  • 矩形、三角形、円などの特徴をレイアウト・ステートメントで規定可能。
  • GDSIIおよびCIFフォーマット、さらにMaskViewsを使用して生成したカスタム・レイアウトにも対応。
  • 全マスク・レイヤまたは各々独立したマスクの特徴に対して、マスク透過率、および位相シフトをMaskViewsで規定が可能。
  • 複数のマスク・レイヤの連続照射により生成された複合イメージのシミュレーション。
  • ノンプレーナ構造における反射および回折効果を明確に分析するビーム伝播法(Beam Propagation Method: BPM)をベースとした露光プロセス・モデル。
  • 露光プロセス中に生じる吸収された不純物を含む材料の光学特性の局部的変化を考慮する機能。
  • ポスト露光ベーク中における光活性物質(Photo-Active Compound: PAC)の拡散を2次元シミュレーション。
  • 6つの高度な現像モデル(Mack、Kim、Dill、Trefonas、Eib、およびHirai)。
  • ポスト現像ベーク中にフォトレジストのリフローをシミュレートするための粘性材料の流動モデル。
  • TonyPlotを使用して、空間像を2次元および3次元で視覚化。
  • 光強度分布、PAC分布、ならびに最終フォトレジスト・プロファイルの2次元視覚化。
  • DeckBuildの抽出機能を使用した、イメージのむら、イメージの近接輪郭、クリティカル・ディメンジョン(CD)、フォトレジストの厚さおよび勾配などの見積もりを含むパワフルなポスト・プロセス解析。
  • DeckBuildのDBInternal機能を使用した複数のループ・シミュレーションを組み合わせた抽出機能により、複数の変数でプロセスを分割して解析する(SmileプロットおよびEDツリーを含む)使いやすいツールを提供。
  • Virtual Wafer Fab環境下で、自動的に大規模実験法を利用可能。

一連のフォト・リソグラフィ・プロセス

光強度分布
PAC分布
現像プロファイル

さまざまな透過性と位相シフトを持つ複雑なマスクの結像

2つのプロットは、GDSIIレイアウトをMaskViewsで視覚化したもので、規則性形状(六角形)および不規則性形状を表しています。これらは、LCDアプリケーション用のテスト・レイアウトです。OptolithはMaskViewsとの連携により、さまざまな透過性や位相シフトの仕様を考慮することができます。この場合、中央の八角形は透過率100%ですが、小さい規則性および不規則性スポットは19%の透過性、45度の位相シフトです。

2つのプロットは、Optolithの投影結像モジュールによって計算された対応する2次元の空間像を示しています(挿入図表は、中央の八角形スポットの3次元表示です)。


ノンプレーナ構造における露光/現像シミュレーション

他の市販リソグラフィ・シミュレータに比べて、Optolithの優れている点は、ノンプレーナ構造を正確に処理できることです。まず1番目に、SSuprem 4シミュレータおよびEliteシミュレータとシームレスに統合するため、代表的なノンプレーナ基板形状で使用できます。2番目に、リフロー・プロセスを使用したレジストの平坦化シミュレーションにより、レジスト層の現実的な形状を得ることができます。3番目として、ビーム伝播法(BPM)で、任意の形状を持つすべてのノンプレーナ・レジスト層における回折効果および複数の反射効果を正確に分析可能です。さらに、BPMは、吸収された光エネルギーを含んだレジストの屈折特徴による局部変化も考慮しています。ノンプレーナ構造に対する性能、特にレジストの光学特性における露光ドーズ量の効果の例を挙げます。上段の2つのプロットはノンプレーナ構造における光強度分布を、下段の2つのプロットは対応する現像されたレジストのプロファイルを示します。左側の2つの図は、一定のフォトレジスト屈折率の場合のレジストの様子です。そして、右側の2つの図は、現像プロセス中に、累積ドーズ量に応じて線形変動する屈折率を使用したフォトレジストの様子を示しています。最終的な構造を比較すると、ドーズ量の効果は非常に顕著で、考慮するべき要素であることがわかります。現像中にレジストの下部がえぐられてしまい、その傾斜した壁からの強い反射も、レジストが完全に除去される一因となっています。

プロセス管理 – Smileプロット

結像からレジストの現像まで一連のリソグラフィ・シミュレーションは、プロセス管理の実用的な方法です。プロセスの再現性で重要な要素は、焦点深度(Depth of Focus: DOF)管理です。レジスト平坦化の後であっても、平坦化プロセスでの形状のばらつきのため、レイアウトのさまざまなエリアでDOFが異なる場合があります。DOFまたは他のプロセス・パラメータの小さい変化により、受容不可能なクリティカル・ディメンジョン(CD)違反が生じる場合もあります。このCD対DOF効果の主要な管理パラメータは露光ドーズ量です。したがって、プロセスの反応をキャラクタライズする唯一の方法は、ピンぼけ度と露光ドーズ量を同時に変動させ、対応するCDを抽出することです。Optolithとシルバコのインタラクティブ・ツールを一緒に使用することで、リソグラフィ・プロセス管理のために理想的な環境を構築できます。上左の図は、DeckBuildのDBInternalモジュールで非常にシンプルな設定を行った例です。これは、後に続くOptolithテンプレートのインプット・デッキのdoseとdefocusパラメータによるネスト化したループで構成されています。DeckBuildは自動的にOptolithのシミュレーションを77回実行します。その際、defocusパラメータを-1から1の間で変動させ、露光doseパラメータは100から160の間で変動させます。そしてすべての最終レジスト・プロファイルは保存されます。dose-exposureマトリクスで抽出したCD値も同様にASCIIファイル(smile.dat)形式で保存されます。上の中央の図は、77回のうちの36回分のレジスト・プロファイルをマトリクス・プロットで示しています。2段目のプロットは、dose=120 mJ/cm2およびdefocusが0から1umであり、CDばらつきが一番小さいことがわかります。smile.datファイルに保存したデータをTonyPlotで視覚化することも可能です。右図が、対応するSmileプロット(またはBossungプロット)です。

リソグラフィ・プロセスの完全なシミュレーション

近接プリンティングまたは縮小レンズを使用しない結像は、アクティブ・マトリクス型液晶ディスプレイ(Active-Matirx Liguid Crystal Display: AMLCD)テクノロジに対して非常にコスト効率のよいソリューションであるため、最近、再び採用が増えてきています。しかしながら、標準的な投影テクノロジに対する簡素化した方法では、近接プリンティングの正確なシミュレーションを行うことはできません。そのため、Optolithは近接プリンティングのための独立したモジュールを備えています。これは、他のリソグラフィ・シミュレーション・モジュールだけでなく、MaskViewsともシームレスに統合します。

近接プリンティング

近接プリンティングまたは縮小レンズを使用しない結像は、アクティブ・マトリクス型液晶ディスプレイ(Active-Matirx Liguid Crystal Display: AMLCD)テクノロジに対して非常にコスト効率のよいソリューションであるため、最近、再び採用が増えてきています。しかしながら、標準的な投影テクノロジに対する簡素化した方法では、近接プリンティングの正確なシミュレーションを行うことはできません。そのため、Optolithは近接プリンティングのための独立したモジュールを備えています。これは、他のリソグラフィ・シミュレーション・モジュールだけでなく、MaskViewsともシームレスに統合します。

左図は、半径15umの円状のプリンティングのイメージです。これが、AMLCDに対する典型的なサイズです。このイメージはマスクとレジスト膜の間の距離(隙間)150umを計算したものです。i線だけが使用されています。Optolithの複数イメージおよび複数回露光機能により、ホワイト・スペクトルの主要線に対してイメージ/露光シミュレーションを数回実行した結果から、広帯域照射の近似値を見積もることができます。近接プリンティングでは、光強度のばらつきがよく起こります。広帯域照射の場合では、これらのばらつきは若干減少します。

2つのプロットは、次の処理の結果を示しています。つまり、露光およびベーク後、ネガタイプのレジストが現像されます。左のプロットのように、現像されたレジストには特有の「波状」のパターンが現れます。これを、左のプロットのように、現像後のベーク/リフロー処理で取り除きます。

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