JP2000232057A - Simulation method for resist pattern and formation method for pattern - Google Patents

Simulation method for resist pattern and formation method for pattern

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JP2000232057A
JP2000232057A JP3233199A JP3233199A JP2000232057A JP 2000232057 A JP2000232057 A JP 2000232057A JP 3233199 A JP3233199 A JP 3233199A JP 3233199 A JP3233199 A JP 3233199A JP 2000232057 A JP2000232057 A JP 2000232057A
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JP
Japan
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pattern
resist
substrate
exposed
mask
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Japanese (ja)
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Hiroyuki Kubota
浩之 久保田
Tsuneo Terasawa
恒男 寺澤
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To predict variations in dimension and outline of a resist pattern with less data capacity in a short calculation time by introducing calculation for average photosensitive agent concentration distribution on a resist thin film flat surface, by considering influence of standing-wave effect depending on film thickness, refractive index, photosensitive parameter, etc., of resist in a substrate to be exposed. SOLUTION: A mask pattern form, wave length of exposure light, the number of openings of a lens, a lighting condition and a condition of defocus in a data input part 12 are inputted to a light intensity distribution simulator of a processor part 13 to calculate distribution of exposure light applied to a surface of a substrate to be exposed containing a resist layer. Then conditions of quantity of light exposure, film thickness of resist, refractive index, photosensitive parameter, etc., in the data input part 12 are inputted to an average photosensitive agent concentration distribution simulator of the processor part 13, and surface conditions of light intensity distribution of the light intensity distribution simulator is utilized to calculate average photosensitive agent concentration distribution in the resist, and dimension and outline of a resist pattern to be formed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体集積回路や液
晶パネル等の製造に用いられる光リソグラフィ技術に係
り、特に被露光基板上に形成されるレジストパターンの
輪郭のシミュレーション方法および本方法を用いたシミ
ュレーションシステム、被露光基板の層構造設計方法な
らびにマスクパターンの設計方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical lithography technique used for manufacturing semiconductor integrated circuits and liquid crystal panels, and more particularly to a method for simulating a contour of a resist pattern formed on a substrate to be exposed and using the method. The present invention relates to a simulation system, a method of designing a layer structure of a substrate to be exposed, and a method of designing a mask pattern.

【0002】[0002]

【従来の技術】光リソグラフィ技術により形成されるレ
ジストパターン形状をシミュレーションにより予測する
際、次に示す計算方法が用いられてきた。
2. Description of the Related Art The following calculation method has been used to predict the shape of a resist pattern formed by optical lithography by simulation.

【0003】第1の方法は、ウェハ表面に照射される光
強度分布にスライスレベルを適用して形成されるパター
ン寸法・輪郭を予測する方法である(従来法1)。前記
光強度分布は、例えば、コダック・マイクロエレクトロ
ニクス・セミナー・インターフェース ’85(Kodak
Microelectronics Seminar Interface '85)にお
けるモデリング・アエリアル・イメージズ・イン・ツー
・アンド・スリー・ディメンションズ(Modeling Aeri
al Images in Two and Three Dimensions)と題
する論文に記載されている高速フーリエ変換(FFT)
を用いて計算する方法等が挙げられる。この方法は、計
算時間が短く、計算空間も被露光基板表面に平行な2次
元空間であるためデータ容量も少なくてすみ、広い面積
にわたる大規模パターンに対応可能である。
The first method is a method of predicting the size and contour of a pattern formed by applying a slice level to a light intensity distribution applied to a wafer surface (conventional method 1). The light intensity distribution can be obtained, for example, by using Kodak Microelectronics Seminar Interface '85 (Kodak Microelectronics Seminar Interface).
Modeling Aeri Images in Two and Three Dimensions at Microelectronics Seminar Interface '85
al Images in Two and Three Dimensions)
And the like. In this method, the calculation time is short, and the calculation space is a two-dimensional space parallel to the surface of the substrate to be exposed, so that the data capacity is small, and it is possible to cope with a large-scale pattern over a wide area.

【0004】第2の方法は、光強度分布計算、感光剤濃
度分布計算、ベーク拡散計算、現像計算をすることによ
り形成されるパターン形状を予測する方法である(従来
法2)。この方法を用いたシミュレータとしては、UC
B(University of California Berkley)からはア
イ・イー・イー・イー・トランザクションズ・オン・エ
レクロトン・デバイシス ED26巻(1979年)
(IEEE Transactions onElectron Devices, vol.
ED-26, No. 4, April, 1979)におけるア・ゼネラ
ル・シミュレータ・フォー・ヴィエルエスアイ・リソグ
ラフィ・アンド・エッチング・プロセシス・パート・ワ
ン・アプリケーション・トゥー・プロジェクション・リ
ソグラフィ(A General Simulator for VLSI Lith
ography and Etching Processes: Part I - App
lication to Projection Lithography)と題する論
文等に記載されているSAMPLEおよびSAMPLE
−3D、およびフィンリ・テクノロジーズ社(FINLE T
echnologies Inc.)からはインサイド・プロリス(フ
ィンリ・テクノロジーズ)(Inside Prolith(FINLETe
chnologies Inc.))と題する著書等に記載されている
PROLITHおよびPROLITH−3Dが発表され
ている。従来法2は、光リソグラフィの様々なパラメー
タの影響を考慮して、形成されるレジストパターンの3
次元形状を求めることが可能である。
A second method is a method of predicting a pattern shape to be formed by performing a light intensity distribution calculation, a photosensitive agent concentration distribution calculation, a bake diffusion calculation, and a development calculation (conventional method 2). As a simulator using this method, UC
From B (University of California Berkley), IEE Transactions on Electronton Devices, ED 26 (1979)
(IEEE Transactions on Electron Devices, vol.
ED-26, No. 4, April, 1979) A General Simulator for VLSI Lithography and Etching Processing Part One Application to Projection Lithography (A General Simulator for VLSI Lith)
ography and Etching Processes: Part I-App
SAMPLE and SAMPLE described in papers entitled “Lication to Projection Lithography”
-3D and FINLE T
echnologies Inc.) from Inside Prolith (FINLETe)
CHNologies Inc.)) and PROLITH and PROLITH-3D described in a book and the like have been published. Conventional method 2 considers the influence of various parameters of optical lithography, and
It is possible to determine a dimensional shape.

【0005】第3の方法は、集約パラメータモデルに基
づく方法で、その詳細はリソグラフィ・フォー・ブイ・
エル・エス・アイ・チャプター2・ブイ・エル・エス・
アイ・エレクトロニクス・マイクロストラクチャー・サ
イエンス・アカデミック・プレス・ニューヨーク 19
87(Chapter 2, Lithography for VLSI, VLSIEl
ectronics-Microstructure Science, R.K.Watts and
N.G.Einspruch,eds., Academic Press (New Yor
k:1987))におけるルンプド・パラメータ・モデル・フ
ォー・オプティカル・リソグラフィ(Lumped Paramete
r Modelfor Optical Lithography)と題する論文等
に記載されている(従来法3)。このモデルは、現像速
度についての単純なモデルと現像プロセスについての現
像論的な表現に基づいたものである。短い計算時間で現
像の効果を考慮可能である。
[0005] A third method is based on an aggregate parameter model, the details of which are lithography for buoy.
L.S.I. Chapter 2 V.L.S.
Eye Electronics Microstructure Science Academic Press New York 19
87 (Chapter 2, Lithography for VLSI, VLSIEl
ectronics-Microstructure Science, RKWatts and
NGEinspruch, eds., Academic Press (New Yor
k: 1987)) by Lumped Paramete Model for Optical Lithography
r Model for Optical Lithography) (conventional method 3). This model is based on a simple model for the development speed and a developmental expression for the development process. The effect of development can be considered in a short calculation time.

【0006】第4の方法は、レジストプロセスを単純化
して表す方法で、プロシーディング・オブ・エス・ピー
・アイ・イー・オプティカル・マイクロリソグラフィ
2726巻(1996年)(Proceeding of SPIE, O
ptical Microlithography,Vol.2726, 1996)における
アプロキシメート・モデルズ・フォー・レジスト・プロ
セッシング・エフェクツ(Approximate Models for
Resist Processing Effects)と題する論文に記載さ
れている(従来法4)。現像の効果を単純化して表し、
短い計算時間で計算可能である。
A fourth method is a simplified method of representing a resist process, and is described in the proceeding of SPII optical microlithography.
2726 (1996) (Proceeding of SPIE, O
Approximate Models for Resist Processing Effects in ptical Microlithography, Vol.2726, 1996)
Resist Processing Effects) (conventional method 4). Simplify the effect of development,
It can be calculated in a short calculation time.

【0007】従来法1を用いて光近接効果補正(OP
C)を行う試みの一つはシミュレーションベースOPC
と呼ばれており、例えば、プロシーディング・オブ・エ
ス・ピー・アイ・イー・オプティカル・マイクロリソグ
ラフィ 2726巻(1996年)(Proceeding of
SPIE, Optical Microlithography, vol.2726, 199
6)におけるマセマティカル・アンド・シー・エー・デ
ィー・フレームワーク・フォー・プロシキミティ・コレ
クション(Mathematical and CAD Framework for
Proximity Correction)と題する論文等に記載されて
いる。従来法1により計算された光強度分布をもとにし
て、所望のパターンが形成されるようにマスクパターン
の形状を補正する方法である。
[0007] Optical proximity correction (OP
One of the attempts to perform C) is simulation-based OPC
And, for example, the Proceeding of SPIE Optical Microlithography, Vol. 2726 (1996)
SPIE, Optical Microlithography, vol.2726, 199
6) The Mathematical and CAD Framework for Proximity Collection (Mathematical and CAD Framework for
Proximity Correction). This is a method of correcting the shape of a mask pattern so that a desired pattern is formed based on the light intensity distribution calculated by the conventional method 1.

【0008】また、従来法1を用いてOPCを行うもう
一つの試みとして、ルールベースOPCがあり、プロシ
ーディング・オブ・エス・ピー・アイ・イー・オプティ
カル・レーザ・マイクロリソグラフィ 2197巻(1
994年)(Proceeding ofSPIE, Optical/Laser Mi
crolithography, vol.2197, 1994)におけるオートメ
ーティド・オプティカル・プロキシミティ・コレクショ
ン・ア・ルールズ・ベースド・アプローチ(Automated
optical proximity correction - a rules-base
d approach)と題する論文等に記載されている方法に
基づいて、マスクパターン形状を補正する方法である。
As another attempt to perform OPC using the conventional method 1, there is a rule-based OPC, which is described in Proceeding of SPIE Optical Laser Microlithography, Vol. 2197 (1).
994) (Proceeding of SPIE, Optical / Laser Mi)
Automated Optical Proximity Collection A Rules Based Approach (crolithography, vol.2197, 1994) (Automated
optical proximity correction-a rules-base
d approach) based on a method described in a paper etc.

【0009】また、レジスト内の感光剤濃度分布から直
接パターン形状を予測する方法が特開平10−2561
20号公報に開示されている。
A method for directly estimating a pattern shape from a photosensitive agent concentration distribution in a resist is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. Hei 10-25661.
No. 20 discloses this.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】レジストパターン形状
を予測する上記の従来法の問題点は次の通りである。
The problems of the above conventional method for estimating the resist pattern shape are as follows.

【0011】従来法1では、レジスト膜厚および下地層
構造および反射防止膜等に依存するパターン形状の変化
を予測できない。
In the conventional method 1, it is impossible to predict a change in the pattern shape depending on the resist film thickness, the underlayer structure, the antireflection film and the like.

【0012】従来法2では、レジストパターンの断面形
状まで求められるものの、計算時間が長く、3次元計算
であるためデータ容量も大きくなり、大規模パターンに
対して、実用的な計算時間・データ容量で計算すること
は困難である。
In the conventional method 2, although the cross-sectional shape of the resist pattern can be obtained, the calculation time is long and the data capacity is large because of the three-dimensional calculation. It is difficult to calculate with

【0013】従来法3および従来法4では、現像の効果
は考慮できるが、レジスト膜厚および下地層構造および
反射防止膜等に依存する定在波効果の影響によるレジス
トパターン寸法・輪郭の変化を予測できない。
In the conventional methods 3 and 4, the effect of development can be considered, but the change in the resist pattern size and contour due to the effect of the standing wave effect which depends on the resist film thickness, the underlayer structure, the antireflection film, etc. can not predict.

【0014】一方、前述の従来法1に基づく光近接効果
補正を行うシミュレーションベースOPCおよびルール
ベースOPCでは、被露光基板のレジスト膜厚および下
地層構造および反射防止膜等に依存する定在波効果の影
響を考慮して、所望のレジストパターン輪郭が得られる
ようにマスクパターン形状を補正することはできない。
On the other hand, in the simulation-based OPC and the rule-based OPC for performing the optical proximity effect correction based on the above-mentioned conventional method 1, the standing wave effect that depends on the resist film thickness of the substrate to be exposed, the underlayer structure, the antireflection film, and the like. It is not possible to correct the mask pattern shape so as to obtain a desired resist pattern contour in consideration of the influence of the above.

【0015】また、特開平10−256120号公報に
記載されている方法では、しきい値の定め方が一般化さ
れていないことと、データ容量を少なくする面で問題が
ある。
Further, the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-256120 has problems that the method of determining the threshold value is not generalized and that the data capacity is reduced.

【0016】本発明の課題は、短い計算時間と少ないデ
ータ容量で、レジスト膜厚および下地層構造および反射
防止膜等の設定条件に依存する定在波効果の影響による
レジストパターン寸法・輪郭の変化を予測可能なシミュ
レーション方法を提供することである。
An object of the present invention is to reduce the size and contour of a resist pattern due to the effect of a standing wave effect which depends on the setting conditions of a resist film thickness, an underlayer structure, an antireflection film and the like with a short calculation time and a small data capacity. Is to provide a simulation method capable of predicting

【0017】また、本発明の他の課題は、このシミュレ
ーション方法を用いて、被露光基板のレジスト膜厚およ
び下地層構造および反射防止膜等に依存する定在波効果
の影響を考慮して、良好なパターンを形成できるように
被露光基板のレジスト膜厚および下地層および反射防止
膜等の層構造・膜厚を設計する方法を提供することであ
る。
Another object of the present invention is to use this simulation method, taking into account the effects of the standing wave effect which depends on the resist film thickness of the substrate to be exposed, the underlayer structure, the antireflection film and the like. An object of the present invention is to provide a method for designing a resist film thickness of a substrate to be exposed and a layer structure and a film thickness of an underlayer, an antireflection film and the like so that a good pattern can be formed.

【0018】本発明のさらに他の課題は、被露光基板の
レジスト膜厚および下地層構造および反射防止膜等に依
存する定在波効果の影響を考慮して、良好なパターンが
形成できるようにマスクパターンを設計する方法を提供
することである。
Still another object of the present invention is to form a good pattern in consideration of the effect of the standing wave effect which depends on the resist film thickness of the substrate to be exposed, the underlayer structure, the antireflection film and the like. An object of the present invention is to provide a method for designing a mask pattern.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明では被露光基板におけるレジストの膜厚・
屈折率・感光パラメータ、および下地層の層構造・膜厚
・複素屈折率、および反射防止膜の膜厚・複素屈折率、
等に依存する定在波効果の影響を考慮して、レジスト薄
膜平面上の平均感光剤濃度分布の計算を導入する。
In order to solve the above problems, the present invention provides a method of forming a resist on a substrate to be exposed.
Refractive index / photosensitive parameter, layer structure / thickness / complex refractive index of underlayer, and thickness / complex refractive index of antireflection film,
The calculation of the average photosensitizer concentration distribution on the plane of the resist thin film is introduced in consideration of the effect of the standing wave effect depending on the like.

【0020】すなわち本発明のシミュレーション方法
は、マスクパターン形状、露光光の波長、レンズの開口
数、照明条件、デフォーカスの条件を入力する工程と、
レジスト層を含む被露光基板の表面に照射される露光光
の分布を計算する工程と、露光量、レジストの膜厚・屈
折率・感光パラメータ、下地層の構造・膜厚・複素屈折
率、反射防止膜の膜厚・複素屈折率、基板の複素屈折率
の条件を入力する工程と、前記レジスト層内の感光剤濃
度分布を計算し、前記感光剤濃度分布をレジスト層の深
さ方向に平均して平均感光剤濃度分布を計算する工程
と、入力パラメータに基づいて感光剤濃度の関数として
現像速度を求める工程と、所定の現像速度に対応する感
光剤濃度しきい値を求める工程と、上記感光剤濃度しき
い値を前記平均感光剤濃度分布に適用して前記レジスト
の現像後のパターン輪郭を数値計算する工程と、計算に
より得られたパターン輪郭を表示する工程とからなるこ
とを特徴とする。
That is, the simulation method of the present invention comprises the steps of: inputting a mask pattern shape, a wavelength of exposure light, a numerical aperture of a lens, illumination conditions, and defocus conditions;
The process of calculating the distribution of exposure light applied to the surface of the substrate to be exposed including the resist layer, the amount of exposure, the resist film thickness, refractive index, and photosensitive parameters, the structure, thickness, complex refractive index, and reflection of the underlying layer Inputting the conditions of the thickness / complex refractive index of the prevention film and the complex refractive index of the substrate, and calculating the photosensitive agent concentration distribution in the resist layer, and averaging the photosensitive agent concentration distribution in the depth direction of the resist layer. Calculating an average photosensitizer density distribution, obtaining a developing speed as a function of the photosensitizer density based on the input parameters, obtaining a photosensitizer density threshold corresponding to a predetermined developing speed, Applying a photosensitizer concentration threshold value to the average photosensitizer concentration distribution, numerically calculating a pattern outline after development of the resist, and displaying the pattern outline obtained by the calculation. I do.

【0021】このうち、感光剤濃度の計算については、
アイ・イー・イー・イー・トランザクションズ・オン・
エレクロトン・デバイシス ED22巻(1975年)
(IEEE Transactions on Electron Devices, vol.
ED-22, No. 7, July,1975)におけるキャラクタラ
イゼーション・オブ・ポジティブ・フォトレジスト(Ch
aracterization of Positive Photoresist)と題す
る論文等に記載されているDillの感光モデルによ
り、まずレジスト層内の感光剤濃度分布M(x,y,
z)を計算し、次に図2に示すように、点(x,y)に
対して、レジスト上面(z=0)から、レジストと下地
層との界面(z=zd)までM(x,y,z)を平均し
て、数1により平均感光剤濃度Mm(x,y)を求め
る。
Of these, the calculation of the photosensitive agent concentration is as follows.
IEE Transactions on
Electroton Devices ED Volume 22 (1975)
(IEEE Transactions on Electron Devices, vol.
ED-22, No. 7, July, 1975) Characterization of positive photoresist (Ch
First, according to Dill's photosensitive model described in a paper entitled "Aracterization of Positive Photoresist", the concentration distribution M (x, y,
z), and then, as shown in FIG. 2, for the point (x, y), M (z = z d ) from the upper surface of the resist (z = 0) to the interface between the resist and the underlayer (z = z d ). (x, y, z) are averaged, and the average photosensitizer concentration M m (x, y) is obtained by Expression 1.

【0022】[0022]

【数1】 (Equation 1)

【0023】ただし、zdはレジスト膜厚である。この
操作を計算領域全域の(x,y)に対して行う。
Here, z d is the resist film thickness. This operation is performed for (x, y) in the entire calculation area.

【0024】次に、Mm(x,y)に、感光剤濃度しき
い値Mthを適用し、ポジレジストの場合はMm(x,
y)<Mthならば現像によりレジストは除去され、Mm
(x,y)>Mthならば現像後もレジストは残ると仮定
して、レジストパターン寸法・輪郭を計算する。ネガレ
ジストの場合はこの関係は逆になる。
Next, M m (x, y), we apply a photosensitizer concentration threshold M th, the case of a positive resist M m (x,
y) If <M th , the resist is removed by development and M m
(X, y)> M th If even after development the resist is assumed to remain, to calculate the resist pattern dimensions and contours. In the case of a negative resist, this relationship is reversed.

【0025】ここで、感光剤濃度しきい値は、上記Di
llの現像モデル、またはジャーナル・オブ・エレクト
ロケミカル・ソサエティ 134巻(1987年)(Jo
urnal of Electrochemical Society, vol. 134,
No. 1, January, 1987)におけるディベロップメン
ト・オブ・ポジティブ・フォトレジスト(Development
of Positive Photoresists)と題する論文に記載さ
れているMackの現像モデル等により得られる現像速
度の感光剤濃度依存性において現像速度曲線の変曲点に
おける感光剤濃度の値であるとした。
Here, the threshold value of the photosensitive agent concentration is determined by the above Di.
II, Developing Model, or Journal of Electrochemical Society, Volume 134 (1987) (Jo
urnal of Electrochemical Society, vol. 134,
No. 1, January, 1987) Development of Positive Photoresist (Development
The value of the photosensitizer concentration at the inflection point of the development speed curve in the dependence of the development speed on the photosensitizer concentration obtained by Mack's development model and the like described in a paper entitled "Positive Photoresists".

【0026】ただし、前記変曲点が感光剤濃度値が0と
1の間にない場合は、特開平10−256120号に開
示されているしきい値、すなわち、与えられた露光量に
対して計算した寸法が実験値とほぼ一致する値をしきい
値として用いる。このしきい値を、前記変曲点が感光剤
濃度値が0と1の間にある場合に採用してもよい。
However, when the inflection point is not between 0 and 1 in the photosensitive agent density value, the threshold value disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-256120, A value whose calculated dimension substantially matches the experimental value is used as the threshold value. This threshold value may be adopted when the inflection point is between the photosensitizer density values of 0 and 1.

【0027】この計算方法では、図6に示すように、光
リソグラフィの主要全工程を計算する従来法2と比べ
て、計算時間は約1/9〜1/10である。また、この
計算方法では、ある(x,y)の値に対してM(x,
y,z)を求めた後、直ちに上記数1によりレジスト層
の深さ方向(z方向)に平均してMm(x,y)を求め
るため、計算過程で格納しておかなければならないデー
タは3次元配列M(x,y,z)ではなく、2次元配列
m(x,y)である。そのため、コンピュータにおけ
るデータメモリは従来法1の光強度分布計算と殆ど同じ
オーダーである。
In this calculation method, as shown in FIG. 6, the calculation time is about 1/9 to 1/10 as compared with the conventional method 2 for calculating all main steps of optical lithography. In this calculation method, M (x, y) is calculated for a certain (x, y) value.
Immediately after obtaining y, z), the data that must be stored in the calculation process in order to obtain M m (x, y) by averaging in the depth direction (z direction) of the resist layer according to Equation 1 above. Is not a three-dimensional array M (x, y, z) but a two-dimensional array M m (x, y). Therefore, the data memory in the computer has almost the same order as the calculation of the light intensity distribution of the conventional method 1.

【0028】例えば、一辺2.56μmの正方形領域に
ついて、レジスト層に水平な、x,y方向のメッシュ分
割幅は0.01μm、レジスト層の深さ方向(z方向)
は120分割であるとすれば、従来法1の光強度分布計
算は2次元配列であるため、必要とされる節点数は25
6×256=65536である。また、本計算方法で
は、2次元配列の節点65536に加えて、露光量の分
割を103であるとすれば、感光剤濃度テーブルのデー
タは(露光量の分割数=103)×(z方向の分割数=
120)で与えられるために12360である。ゆえ
に、本計算方法で必要な節点数は65536+1236
0=77896である。
For example, for a square area of 2.56 μm on a side, the mesh division width in the x and y directions, horizontal to the resist layer, is 0.01 μm, and the depth direction of the resist layer (z direction).
Is assumed to be 120 divisions, since the light intensity distribution calculation in the conventional method 1 is a two-dimensional array, the required number of nodes is 25
6 × 256 = 65536. Further, in this calculation method, if the division of the exposure amount is 103 in addition to the nodes 65536 of the two-dimensional array, the data of the photosensitive agent density table is (the number of divisions of the exposure amount = 103) × (z direction). Number of divisions =
120) to be given by 120). Therefore, the number of nodes required in this calculation method is 65536 + 1236
0 = 77896.

【0029】一方、従来法2では、3次元配列を必要と
するため、必要とされる節点数は256×256×12
0=7864320である。
On the other hand, since the conventional method 2 requires a three-dimensional array, the required number of nodes is 256 × 256 × 12
0 = 7864320.

【0030】上述のように本発明の計算方法を用いれ
ば、従来法1の光強度分布計算とほぼ同じ位広い面積に
おいて、被露光基板のレジスト膜厚および下地層構造お
よび反射防止膜等の層構造の影響を考慮して、光リソグ
ラフィにより形成されるパターン寸法および輪郭を予測
することが可能となる。
As described above, when the calculation method of the present invention is used, the resist film thickness of the substrate to be exposed, the underlayer structure, and the layers such as the anti-reflection film can be obtained in a substantially as large area as the light intensity distribution calculation of the conventional method 1. In consideration of the influence of the structure, it becomes possible to predict the pattern size and contour formed by optical lithography.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】本発明の例として、ここでは主と
して、KrFエキシマレーザリソグラフィによるパター
ン形成について示す。また、当然のことであるが、本発
明は以下の実施形態により限定されるものではない。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As an example of the present invention, a pattern formation by KrF excimer laser lithography will be mainly described here. Also, needless to say, the present invention is not limited by the following embodiments.

【0032】(実施例1)図1に、本発明のレジストパ
ターン輪郭のシミュレーション方法のフローチャートを
示す。図1に示すシミュレーション方法において、座標
系は図2に示すように、被露光基板表面に平行な方向を
x,y座標とし、被露光基板表面に垂直な方向をz座標
とした。
(Embodiment 1) FIG. 1 shows a flowchart of a method for simulating a contour of a resist pattern according to the present invention. In the simulation method shown in FIG. 1, in the coordinate system, as shown in FIG. 2, directions parallel to the surface of the substrate to be exposed are x and y coordinates, and directions perpendicular to the surface of the substrate to be exposed are z coordinates.

【0033】まず、被露光基板表面に照射される光強度
分布I(x,y)を計算する(処理1)。次に、ある
(x,y)の値に対して、レジスト層内の感光剤濃度分
布M(x,y,z)を計算し、前記数1により平均感光
剤濃度分布Mm(x,y)を計算する。この操作を計算
領域全域の(x,y)に対して行う(処理2)。現像速
度曲線等により得られた感光剤濃度しきい値Mthを、処
理2で得られたMm(x,y)の分布に適用して、形成
されるレジストパターン寸法・輪郭を計算する(処理
3)。処理1で得られたI(x,y)、処理2で得られ
たMm(x,y)、処理3で得られたレジストパターン
寸法・輪郭を表示する(処理4)。
First, a light intensity distribution I (x, y) applied to the surface of the substrate to be exposed is calculated (Process 1). Next, for a certain (x, y) value, a photosensitive agent concentration distribution M (x, y, z) in the resist layer is calculated, and the average photosensitive agent concentration distribution M m (x, y) is calculated by the above equation (1). ) Is calculated. This operation is performed for (x, y) in the entire calculation area (process 2). The size and contour of the resist pattern to be formed are calculated by applying the photosensitive agent concentration threshold M th obtained from the development speed curve and the like to the distribution of M m (x, y) obtained in the process 2. Processing 3). The I (x, y) obtained in the processing 1, the M m (x, y) obtained in the processing 2, and the resist pattern dimensions and contour obtained in the processing 3 are displayed (processing 4).

【0034】図3に本発明のシミュレーション方法に基
づくシミュレーションシステムの概要を示す。本システ
ムは、データ入力部12、演算処理部13、グラフ表示
部14とから構成されている。光強度分布シミュレーシ
ョンでは、データ入力部12で、露光光の波長、照明条
件、レンズの開口数、マスクパターン、デフォーカスの
データを入力し、演算処理部13で、光強度分布シミュ
レータにより縮小投影露光装置を通して被露光基板表面
に照射される光強度分布を計算し、グラフ表示部14
で、光強度分布を画面表示する。平均感光剤濃度分布シ
ミュレーションに関しては、まず、データ入力部12
で、露光条件、およびレジストの膜厚、屈折率、露光パ
ラメータ、および下地層の膜厚、複素屈折率、および反
射防止膜等の膜厚、複素屈折率、および基板の複素屈折
率を入力する。
FIG. 3 shows an outline of a simulation system based on the simulation method of the present invention. This system includes a data input unit 12, an arithmetic processing unit 13, and a graph display unit 14. In the light intensity distribution simulation, the data input unit 12 inputs the wavelength of the exposure light, the illumination condition, the numerical aperture of the lens, the mask pattern, and the data of the defocus. The light intensity distribution applied to the surface of the substrate to be exposed through the apparatus is calculated, and a graph display unit 14 is provided.
To display the light intensity distribution on the screen. Regarding the average photosensitive agent concentration distribution simulation, first, the data input unit 12
Enter the exposure conditions, the resist film thickness, the refractive index, the exposure parameters, the thickness of the underlayer, the complex refractive index, the thickness of the antireflection film, the complex refractive index, and the complex refractive index of the substrate. .

【0035】次に、演算処理部13で、光強度分布シミ
ュレータにより得られた被露光基板表面における光強度
分布を表面条件として用い、平均感光剤濃度分布シミュ
レータによりレジスト内の平均感光剤濃度分布および形
成されるレジストパターン寸法・輪郭を計算する。最後
に、グラフ表示部14で、平均感光剤濃度分布および形
成されるレジストパターン寸法・輪郭を表示する。
Next, the arithmetic processing section 13 uses the light intensity distribution on the surface of the substrate to be exposed obtained by the light intensity distribution simulator as a surface condition, and the average photosensitive agent concentration distribution in the resist and the average photosensitive agent concentration distribution by the average photosensitive agent concentration distribution simulator. Calculate the size and contour of the resist pattern to be formed. Finally, the graph display unit 14 displays the average photosensitizer concentration distribution and the size and contour of the formed resist pattern.

【0036】次に、このシミュレーション方法を用い
て、定在波効果に起因する寸法変動のデフォーカス依存
性について検討した結果を示す。
Next, the results of an investigation on the defocus dependency of the dimensional change caused by the standing wave effect using this simulation method will be described.

【0037】ここでは、KrFエキシマレーザを光源と
して、0.30μmライン/スペースパターン(バイナ
リマスク)を化学増幅ポジ型レジストに転写する場合の
パターン寸法のレジスト膜厚依存性を計算した。光学計
算の条件は、露光光の波長λ=0.248μm、レンズ
の開口数NA=0.50、照明はσ=0.60の通常照
明であるとした。平均感光剤濃度分布計算の条件は、露
光量Dose=170mJcm-2、レジストはAPEX−E(S
hipley社製)、Dillの感光パラメータは、A
=−0.01μm-1、B=0.362μm-1、C=0.0
033cm2/mJ、レジストの屈折率はNResist=1.7
4、基板Siの複素屈折率はnSi=1.56−i・3.
565であるとした。また感光剤濃度しきい値はMac
kモデルにより得られるMth=0.80を用いた。
Here, the dependence of the pattern size on the resist film thickness when a 0.30 μm line / space pattern (binary mask) was transferred to a chemically amplified positive resist using a KrF excimer laser as a light source was calculated. The conditions of the optical calculation were such that the wavelength of the exposure light was λ = 0.248 μm, the numerical aperture NA of the lens was 0.50, and the illumination was ordinary illumination with σ = 0.60. The conditions for calculating the average photosensitive agent concentration distribution are as follows: exposure dose: Dose = 170 mJcm −2 , resist: APEX-E (S
The photosensitive parameters of Dill are A
= −0.01 μm −1 , B = 0.362 μm −1 , C = 0.0
033 cm 2 / mJ, the refractive index of the resist is N Resist = 1.7
4. The complex refractive index of the substrate Si is n Si = 1.56-i · 3.
565. The photosensitizer concentration threshold is Mac
M th = 0.80 obtained by the k model was used.

【0038】図7に、前記条件下で計算した、レジスト
パターン寸法CDのレジスト膜厚依存性(スウィング・
カーブ)を示す。スウィング・カーブの振幅は、デフォ
ーカスdfが0.0μmのときは0.096μm、デフォ
ーカスdfが0.5μmのときは0.134μmとなっ
た。図7より、本実施例の条件下では、デフォーカスの
変化によらず、寸法が一定となるレジスト膜厚が存在す
ることが分かった。
FIG. 7 shows the dependency of the resist pattern dimension CD on the resist film thickness calculated under the above conditions (swing and swing).
Curve). The amplitude of the swing curve was 0.096 μm when the defocus df was 0.0 μm, and 0.134 μm when the defocus df was 0.5 μm. From FIG. 7, it was found that under the conditions of the present example, there was a resist film thickness having a constant dimension regardless of the change in defocus.

【0039】図8に上記条件下でのスウィング・カーブ
の振幅ΔCDのデフォーカス依存性を示す。デフォーカ
スの増加とともにΔCDの値も増加し、かつ、曲線の傾
きは急になった。デフォーカスが0.6μmのときのΔ
CDは0.159μmであり、ベストフォーカスのとき
の約1.66倍となった。
FIG. 8 shows the dependence of the swing curve amplitude ΔCD on the defocus under the above conditions. As the defocus increased, the value of ΔCD also increased, and the slope of the curve became steeper. Δ when defocus is 0.6 μm
The CD was 0.159 μm, which was about 1.66 times that of the best focus.

【0040】図9に、あるレジスト膜厚における平均感
光剤濃度Mm(x)の極大値Mm(xmax)および極小値
m(xmin)のレジスト膜厚依存性を上記の条件下で求
めた結果を示す。ここではライン/スペースパターンの
ピッチ方向はx方向であるとし、xmaxおよびxminは、
m(x)が極大および極小となるx座標であるとし
た。
FIG. 9 shows the dependency of the maximum value M m (x max ) and the minimum value M m (x min ) of the average photosensitive agent concentration M m (x) at a certain resist film thickness on the resist film thickness under the above conditions. The results obtained in are shown. Here, the pitch direction of the line / space pattern is the x direction, and x max and x min are:
It is assumed that M m (x) is the x coordinate at which the maximum and the minimum are obtained.

【0041】図9と図7を比較すると、デフォーカス値
によらず、形成されるレジストパターン寸法CDが極大
となるレジスト膜厚のときにMm(xmax)およびM
m(xmin)は極大となり、CDが極小となるレジスト膜
厚のときにMm(xmax)およびMm(xmin)は極小とな
った。本実施例の条件下では、Mm(xmin)の方がレジ
スト膜厚に対する変化が大きく、Mm(xmax)の方がデ
フォーカスに対する変化が大きい。
Comparing FIG. 9 with FIG. 7, M m (x max ) and M m (x max ) are obtained when the resist pattern dimension CD to be formed has a maximum resist film thickness regardless of the defocus value.
m (x min ) was maximized, and M m (x max ) and M m (x min ) were minimized at the resist film thickness at which CD was minimized. Under the conditions of this embodiment, M m (x min ) has a larger change with respect to the resist film thickness, and M m (x max ) has a larger change with respect to defocus.

【0042】ここで、平均感光剤濃度の極大値Mm(x
max)と極小値Mm(xmin)を光学コントラストの式に
適用して平均感光剤濃度コントラストの式を次の数2の
ように定義する。
Here, the maximum value M m (x
max ) and the minimum value M m (x min ) are applied to the equation of the optical contrast to define the equation of the average photosensitive agent density contrast as the following equation (2).

【0043】[0043]

【数2】 (Equation 2)

【0044】数2により求めた平均感光剤濃度コントラ
ストCountMmのレジスト膜厚依存性を図10に示す。図
10と図7を比較すると、レジストパターン寸法が極小
および極大となるレジスト膜厚のときにCountMmは極大
および極小となった。また、デフォーカスが0.5μm
の方がCountMmは低下した。
FIG. 10 shows the dependency of the average photosensitizer density contrast Count Mm obtained by the equation 2 on the resist film thickness. When FIG. 10 is compared with FIG. 7, the Count Mm is maximum and minimum when the resist pattern size is the minimum and maximum resist film thickness. Defocus is 0.5 μm
Had lower Count Mm .

【0045】以上のように、デフォーカスの影響により
寸法変動幅が増大し、平均感光剤濃度コントラストが低
下することが、平均感光剤濃度モデルにより示された。
また、本実施例の条件下では、デフォーカスによらず寸
法が一定となるレジスト膜厚zd(例えばzd=0.83
0μm)が存在することから、デフォーカスによる寸法
変動の影響を最小にするようにレジスト膜厚を設定可能
であることを示すことができた。
As described above, it has been shown by the average photosensitive agent density model that the width of dimensional variation increases due to the influence of defocus and the average photosensitive agent density contrast decreases.
Further, under the conditions of the present embodiment, the resist film thickness z d (for example, z d = 0.83
0 μm), it was shown that the resist film thickness can be set so as to minimize the influence of dimensional fluctuation due to defocus.

【0046】(実施例2)実施例2では、現像速度の感
光剤濃度依存性をもとにして、感光剤濃度しきい値を設
定する例を示す。ここでは、現像パラメータがよく知ら
れているi線レジストを対象とした。前出のDillの
現像モデルでは、現像速度の感光剤濃度Mに対する依存
性は数3で与えられる。
(Embodiment 2) In Embodiment 2, an example will be described in which the threshold value of the photosensitive agent concentration is set based on the dependency of the developing speed on the photosensitive agent concentration. Here, an i-line resist whose development parameters are well known is targeted. In the above-mentioned Dill's development model, the dependency of the development speed on the photosensitive agent concentration M is given by Equation 3.

【0047】[0047]

【数3】 (Equation 3)

【0048】図4に現像速度パラメータが、E1=5.
96,E2=−1.19,E3=−2.27であるレジス
トの現像速度を求めた結果を示す。図4より、感光剤濃
度が0.3付近が曲線の変曲点となっているから、この
レジストの感光剤濃度のしきい値Mthを0.3に設定し
た。
FIG. 4 shows that the developing speed parameter is E 1 = 5.
96 shows the result of calculating the developing speed of the resist in which E 2 = −1.19 and E 3 = −2.27. As shown in FIG. 4, the inflection point of the curve is around the photosensitive agent concentration of 0.3. Therefore, the threshold value M th of the photosensitive agent concentration of this resist was set to 0.3.

【0049】次に、このレジストを用いたパターン形成
についてシミュレーションした例を示す。マスクパター
ンは0.36μm孤立ホールパターンであるとした。光
強度分布計算の条件は、露光光の波長λ=0.365μ
m、レンズの開口数NA=O.55、照明はσ=0.3
の通常照明、デフォーカスdf=0.0μmとした。ま
た、平均感光剤濃度分布計算の条件は、露光量Dose=1
50mJ/cm2、Dillの感光パラメータはA=0.7
4μm−1、B=0.20μm-1、C=0.012cm2/m
J、レジストの屈折率nResist=1.72、基板Siの
複素屈折率nSi=6.50−i・2.61であるとし
た。
Next, an example of a simulation of pattern formation using this resist will be described. The mask pattern was a 0.36 μm isolated hole pattern. The condition of the light intensity distribution calculation is that the wavelength of the exposure light λ = 0.365μ
m, numerical aperture of the lens NA = O. 55, illumination is σ = 0.3
, And the defocus df = 0.0 μm. The condition for calculating the average photosensitive agent density distribution is that the exposure amount Dose = 1
50 mJ / cm 2 , Dill's photosensitive parameter is A = 0.7
4 μm −1 , B = 0.20 μm −1 , C = 0.012 cm 2 / m
J, the refractive index n Resist of the resist was 1.72, and the complex refractive index n Si of the substrate Si was 6.50-i · 2.61.

【0050】図5に前記条件下で求めた平均感光剤濃度
分布を示す。図5において、等高線は外側から順に、M
m(x,y)=0.9、0.8、0.7、0.6、0.
5、0.4、0.3、0.2である。ここで、しきい値
に対応する0.3の等高線は太く表示してあり、形成さ
れるパターン輪郭を表している。ここでは、レジストは
ポジレジストであるから、Mm(x.y)の値が0.3
以下の所がレジストが除去される領域に対応している。
図5(a)はホール寸法が極大となるレジスト膜厚zd
=1.00μmの場合であり、同図(b)はホール寸法
が極小となるレジスト膜厚zd=1.06μmの場合であ
る。図5に示す平均感光剤濃度分布に、図4を用いて設
定したしきい値0.3を適用することにより、レジスト
膜厚の影響を考慮して形成されるホール輪郭を予測でき
た。
FIG. 5 shows the average photosensitizer concentration distribution obtained under the above conditions. In FIG. 5, the contour lines are M
m (x, y) = 0.9, 0.8, 0.7, 0.6,.
5, 0.4, 0.3 and 0.2. Here, the contour line of 0.3 corresponding to the threshold value is displayed thick, and represents the contour of the pattern to be formed. Here, since the resist is a positive resist, the value of M m (xy) is 0.3.
The following places correspond to the areas where the resist is removed.
FIG. 5A shows the resist film thickness z d at which the hole size is maximized.
FIG. 2B shows the case where the resist film thickness z d = 1.06 μm at which the hole size is minimized. By applying the threshold value 0.3 set using FIG. 4 to the average photosensitizer concentration distribution shown in FIG. 5, the hole contour formed in consideration of the influence of the resist film thickness could be predicted.

【0051】次に、計算時間について述べる。マスクパ
ターンは0.40μmライン/スペースパターンである
とする。計算条件は、マスクパターン以外は、図5に示
した例と同一であるとした。また、現像時間は90sで
あるとした。図6にこの条件下で、CPU(Central P
rocessing Unit)時間の計算領域長依存性を、大型計
算機M−880(日立製作所製)で測った結果を示す。
CPU時間は、計算領域長により少し異なるが、本計算
方法を用いると、パターンの断面形状は求められないも
のの、光リソグラフィの主要全工程を計算する従来法2
の約1/9〜1/10の時間で計算できた。このような
短時間の計算で、被露光基板のレジスト膜厚・下地層構
造・反射防止膜等に依存する定在波効果の影響を考慮し
て、形成されるパターン輪郭を予測できた。
Next, the calculation time will be described. It is assumed that the mask pattern is a 0.40 μm line / space pattern. The calculation conditions were the same as in the example shown in FIG. 5 except for the mask pattern. The development time was 90 s. FIG. 6 shows the CPU (Central P
The results obtained by measuring the dependence of the calculation area length on the processing area length using a large-scale computer M-880 (manufactured by Hitachi, Ltd.) are shown.
Although the CPU time varies slightly depending on the length of the calculation region, the present calculation method does not require the cross-sectional shape of the pattern, but the conventional method 2 for calculating all the main steps of optical lithography.
Could be calculated in about 1/9 to 1/10 of the time. By such a short calculation, the pattern contour to be formed could be predicted in consideration of the effect of the standing wave effect depending on the resist film thickness of the substrate to be exposed, the underlayer structure, the antireflection film, and the like.

【0052】(実施例3)実施例3では、実施例1で示
したシミュレーション方法により、被露光基板における
反射防止膜の影響を検討する。
(Embodiment 3) In Embodiment 3, the effect of the antireflection film on the substrate to be exposed is examined by the simulation method shown in Embodiment 1.

【0053】図11に、本実施例で取り扱う被露光基板
を示す。ここで、TARC層16の複素屈折率は1.7
9−i・0.47、BARC層18の複素屈折率は1.
79−i・0.47、SiO2層22の複素屈折率は
1.51−i・0.0であるとした。また、マスクパタ
ーンは0.28μm孤立ホールパターン(透過率6.0
%ハーフトーンマスク上の開口パターン)であるとし
た。
FIG. 11 shows a substrate to be exposed which is handled in this embodiment. Here, the complex refractive index of the TARC layer 16 is 1.7.
9-i · 0.47, the complex refractive index of the BARC layer 18 is 1.
79-i · 0.47, and the complex refractive index of the SiO 2 layer 22 was 1.51-i · 0.0. The mask pattern is a 0.28 μm isolated hole pattern (transmittance 6.0).
% Opening pattern on a halftone mask).

【0054】被露光基板の表面に照射される光強度分布
の計算条件は、露光波長λ=0.248μm、レンズの
開口数NA=0.60、コヒーレンスファクタσ=0.
40(通常照明)、デフォーカスdf=0.0であると
した。また、平均感光剤濃度分布計算の条件は、露光量
Dose=200mJ/cm2とし、他に必要な入力パラメータ
はすべて実施例1と同じであるとした。
The calculation conditions of the light intensity distribution applied to the surface of the substrate to be exposed are as follows: exposure wavelength λ = 0.248 μm, lens numerical aperture NA = 0.60, coherence factor σ = 0.
40 (normal illumination) and defocus df = 0.0. The conditions for calculating the average photosensitizer concentration distribution are as follows:
Dose = 200 mJ / cm 2, and all other necessary input parameters were assumed to be the same as in the first embodiment.

【0055】図11に示す層構造1、層構造2につい
て、上層反射防止膜TARC層16および下層反射防止
膜BARC層18の効果を評価するために、「TARC
なし・BARCなし(ケース1)」、「TARCあり・
BARCなし(ケース2)」、「TARCなし・BAR
Cあり(ケース3)」、「TARCあり・BARCあり
(ケース4)」の4通りの場合について、形成されるホ
ール寸法のレジスト膜厚依存性(スウィング・カーブ)
を計算した。その結果を図12に示す。そして、層構造
の相違および反射防止膜の有無による膜内干渉効果の相
違が形成されるホール径に及ぼす影響を検討した。
In order to evaluate the effects of the upper antireflection film TARC layer 16 and the lower antireflection film BARC layer 18 on the layer structures 1 and 2 shown in FIG.
None, without BARC (Case 1) "," with TARC
No BARC (Case 2) "," No TARC / BAR "
Dependence of formed hole size on resist film thickness (swing curve) in four cases of "with C (case 3)" and "with TARC / with BARC (case 4)"
Was calculated. The result is shown in FIG. Then, the influence of the difference in the layer structure and the difference in the intra-film interference effect due to the presence or absence of the antireflection film on the formed hole diameter was examined.

【0056】反射防止膜が無い場合(ケース1)は、ど
の層構造でも定在波効果に起因する寸法変動が大きい。
また、層構造が異なれば寸法が極大および極小となるレ
ジスト膜厚は異なっている。寸法変動幅(スウィング・
カーブの振幅)は、層構造1の場合は0.062μm、
層構造2の場合は0.064μmと予測できた。
When there is no anti-reflection film (Case 1), the dimensional fluctuation caused by the standing wave effect is large in any layer structure.
In addition, the resist film thickness at which the size becomes maximum and minimum is different when the layer structure is different. Dimension fluctuation range (Swing ・
The curve amplitude) is 0.062 μm in the case of the layer structure 1,
In the case of the layer structure 2, it could be predicted to be 0.064 μm.

【0057】ケース2では、寸法が大きいほうにシフト
した。レジスト膜厚に対する寸法変動はケース1よりも
かなり小さい。スウィング・カーブの振幅は層構造1・
層構造2のいずれの場合も0.006μmであった。
In case 2, the size shifted to the larger one. The dimensional variation with respect to the resist film thickness is much smaller than in Case 1. Swing curve amplitude is layered structure 1.
In each case of the layer structure 2, the thickness was 0.006 μm.

【0058】ケース3では、寸法が小さい方にシフトし
た。レジスト膜厚の変化に対する寸法変動幅はケース1
よりもかなり小さいが、ケース2よりも少し大きい。ス
ウィング・カーブの振幅は、層構造1の場合は0.01
5μm、層構造2の場合は0.011μmであった。
In case 3, the dimension shifted to the smaller one. Dimensional variation width for resist film thickness change is case 1
Considerably smaller, but slightly larger than Case 2. The amplitude of the swing curve is 0.01 for the layer structure 1.
5 μm, and 0.011 μm in the case of the layer structure 2.

【0059】ケース4では、寸法が小さい方にシフトし
た。寸法変動の幅は4通りの反射防止条件の中では最も
小さい。スウィング・カーブの振幅は層構造1・層構造
2のいずれの場合も0.002μmである。
In case 4, the dimensions have shifted to smaller ones. The width of the dimensional variation is the smallest among the four antireflection conditions. The amplitude of the swing curve is 0.002 μm in each of the layer structures 1 and 2.

【0060】以上のように、実施例1で示したシミュレ
ーション方法により、定在波効果の影響を考慮して、反
射防止膜の効果を寸法変動量として定量的に評価でき
た。
As described above, the effect of the antireflection film could be quantitatively evaluated as the dimensional variation in consideration of the effect of the standing wave effect by the simulation method shown in the first embodiment.

【0061】(実施例4)実施例4では、実施例1で示
したシミュレーション方法を用いて、ネガレジストを用
いたレイアウトパターン形成について検討し、所望のパ
ターン寸法・輪郭が得られるように被露光基板のレジス
ト膜厚を設定する方法を示す。
(Embodiment 4) In Embodiment 4, the layout method using a negative resist is examined by using the simulation method shown in Embodiment 1, and exposure is performed so that desired pattern dimensions and contours are obtained. A method for setting the resist film thickness of the substrate will be described.

【0062】被露光基板の表面に照射される光強度分布
の計算条件は、露光波長λ=0.248μm、レンズの
開口数NA=0.45、照明はσ=0.3、デフォーカ
スdf=0.0μmとした。また、平均感光剤濃度分布
計算の条件は、露光量Dose=180mJ/cm2、レジスト
は化学増幅ネガ型レジストXP−8843、Dillの
感光パラメータはA=−0.92μm-1、B=1.55
μm-1、C=0.0020cm2/mJ、レジストの屈折率は
Resist=1.76、基板Siの複素屈折率はnSi
1.56−i・3.565であるとした。また感光剤濃
度しきい値はMth=0.90を用いた。
The conditions for calculating the light intensity distribution applied to the surface of the substrate to be exposed are as follows: exposure wavelength λ = 0.248 μm, lens numerical aperture NA = 0.45, illumination σ = 0.3, defocus df = 0.0 μm. The conditions for calculating the average photosensitive agent concentration distribution were as follows: exposure dose: Dose = 180 mJ / cm 2 , resist: chemically amplified negative resist XP-8843, photosensitive parameters of Dill: A = −0.92 μm −1 , B = 1. 55
μm −1 , C = 0.0020 cm 2 / mJ, the refractive index of the resist is n Resist = 1.76, and the complex refractive index of the substrate Si is n Si =
1.56-i · 3.565. The threshold value of the photosensitizer concentration used was M th = 0.90.

【0063】図13に、ここで用いたマスクパターンを
示す。図13において、図中に示してあるように、白抜
き多角形は位相0°の開口マスク、斜線でハッチングさ
れた多角形は位相180°の開口マスク、それ以外の所は
遮光部である。図14に、このパターンを転写するウェ
ハの層構造を示す。層構造Aと層構造Bは図15に示す
ように隣接して配置されている。
FIG. 13 shows the mask pattern used here. In FIG. 13, as shown in the figure, a white polygon is an opening mask having a phase of 0 °, a polygon hatched by oblique lines is an opening mask having a phase of 180 °, and the other portions are light shielding portions. FIG. 14 shows a layer structure of a wafer to which this pattern is transferred. The layer structure A and the layer structure B are arranged adjacent to each other as shown in FIG.

【0064】図16に、以上の条件下でネガ型レジスト
を用いたレイアウトパターン形成について、平均感光剤
濃度モデルによりシミュレーションした結果を示す。平
均感光剤濃度の等高線は外側から順に0.95、0.9
0、0.85、0.80、0.75、0.70、0.6
5、0.60である。しきい値に対応する0.90の等
高線は太く表示してあり、形成されるレジストパターン
輪郭を表している。ここではレジストはネガ型であるか
ら、平均感光剤濃度が0.90以下の所が、レジストが
残る領域に対応している。
FIG. 16 shows the result of a simulation of the layout pattern formation using a negative resist under the above conditions, using an average photosensitive agent concentration model. The contour lines of the average photosensitive agent concentration are 0.95 and 0.9 in order from the outside.
0, 0.85, 0.80, 0.75, 0.70, 0.6
5, 0.60. The contour line of 0.90 corresponding to the threshold value is shown in bold, and represents the contour of the formed resist pattern. Here, since the resist is of a negative type, a portion where the average photosensitizer concentration is 0.90 or less corresponds to a region where the resist remains.

【0065】図16(a)は、層構造Aと層構造Bで寸法
が一致するレジスト膜厚zd=0.745μmの場合であ
る。このときは、層構造Aと層構造B上に形成されるパ
ターンはどちらも同じ寸法となった。一方、図16(b)
は、層構造Aと層構造B上に形成されるパターン寸法の
差が極大となるレジスト膜厚zd=0.760μmの場合
である。この場合は、層構造A上に形成されるパターン
寸法が小さ目となり、層構造B上に形成されるパターン
寸法が大き目となった。
FIG. 16A shows the case where the resist film thickness z d = 0.745 μm in which the dimensions of the layer structure A and the layer structure B match. At this time, the patterns formed on the layer structure A and the layer structure B both had the same dimensions. On the other hand, FIG.
In the case of the resist film thickness z d = 0.760 μm at which the difference between the pattern dimensions formed on the layer structure A and the layer structure B is maximized. In this case, the pattern size formed on the layer structure A was small, and the pattern size formed on the layer structure B was large.

【0066】以上により、層構造の相違による寸法差を
抑制するようにレジスト膜厚を設定することができた。
As described above, the resist film thickness can be set so as to suppress a dimensional difference due to a difference in layer structure.

【0067】(実施例5)実施例5では、実施例1で示
したシミュレーション方法を用いて、基板構造に依存し
た像の歪みを予測し、この歪みを補正するためのマスク
パターン形状の補正方法を示す。
(Embodiment 5) In the fifth embodiment, using the simulation method shown in the first embodiment, an image distortion depending on the substrate structure is predicted, and a mask pattern shape correcting method for correcting this distortion is used. Is shown.

【0068】計算対象とするマスクパターンは、図17
に示す通りであり、縦方向の長さが1.0μm、線幅が
0.26μmの矩形パターンである。ここで、白色領域
は光を透過する開口マスクであり、斜線領域は光を通さ
ないクロム膜を表している。このマスクパターンを転写
する被露光基板の層構造は、図14に示す2種類であ
り、これが図15に示すように隣接して配置されてい
る。レジスト膜厚はzd=0.792μmとした。その他
の光強度分布計算、平均感光剤濃度分布計算の条件は、
実施例3と同一であるとした。
The mask pattern to be calculated is shown in FIG.
And a rectangular pattern having a vertical length of 1.0 μm and a line width of 0.26 μm. Here, the white area is an aperture mask that transmits light, and the hatched area represents a chrome film that does not transmit light. There are two types of layer structures on the substrate to which the mask pattern is transferred, as shown in FIG. 14, which are arranged adjacent to each other as shown in FIG. The resist film thickness was set to z d = 0.792 μm. Other conditions for light intensity distribution calculation and average photosensitizer concentration distribution calculation are as follows:
It was assumed to be the same as Example 3.

【0069】シミュレーションで得られた平均感光剤濃
度分布を図19(a)(補正前のマスクパターンの場合)
に示す。層構造B上の方が線幅が小さくなっている。こ
の場合は、所望のパターンを形成するためには、層構造
B上に転写する箇所の線幅を図18に示すように広く補
正すればよい。ここで、白色領域は光を透過する開口マ
スクであり、斜線領域は光を通さないクロム膜を表して
いる。このように補正されたパターンを転写したときの
平均感光剤濃度分布を図19(b)(補正後のマスクパ
ターンの場合)に示す。層構造B上に転写される箇所の
パターンの線幅を補正することにより、層構造の相違に
よるパターン寸法の差を抑制できた。
FIG. 19A shows the average photosensitive agent density distribution obtained by the simulation (in the case of a mask pattern before correction).
Shown in The line width on the layer structure B is smaller. In this case, in order to form a desired pattern, the line width of a portion to be transferred on the layer structure B may be corrected widely as shown in FIG. Here, the white area is an aperture mask that transmits light, and the hatched area represents a chrome film that does not transmit light. FIG. 19 (b) (in the case of a corrected mask pattern) shows the average photosensitive agent density distribution when the pattern thus corrected is transferred. By correcting the line width of the pattern transferred to the layer structure B, the difference in the pattern size due to the difference in the layer structure could be suppressed.

【0070】[0070]

【発明の効果】被露光基板中のレジスト薄膜内の感光剤
濃度分布には、レジストの膜厚および下地層の構造およ
び反射防止膜等の条件に依存するレジスト層内の定在波
効果に関する情報が含まれている。この感光剤濃度分布
をレジスト層の深さ方向に平均することにより定在波効
果に起因する寸法変動を予測できるため、レジストパタ
ーン寸法・輪郭がレジストの膜厚および下地層の構造お
よび反射防止膜等の条件により異なることを予測可能で
ある。このシミュレーション方法を用いて、所望のパタ
ーンが形成できるように被露光基板の層構造を設計可能
である。また、このシミュレーション方法は、被露光基
板の層構造の影響を考慮した近接効果補正のためのツー
ルとして用いることが可能である。
The photosensitive agent concentration distribution in the resist thin film in the substrate to be exposed contains information on the standing wave effect in the resist layer which depends on the thickness of the resist, the structure of the underlayer, and the conditions of the antireflection film and the like. It is included. By averaging this photosensitive agent concentration distribution in the depth direction of the resist layer, it is possible to predict the dimensional fluctuation caused by the standing wave effect. It can be predicted that they differ depending on conditions such as. Using this simulation method, the layer structure of the substrate to be exposed can be designed so that a desired pattern can be formed. This simulation method can be used as a tool for proximity effect correction in consideration of the influence of the layer structure of the substrate to be exposed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例のシミュレーション方法を示
すフローチャート。
FIG. 1 is a flowchart illustrating a simulation method according to an embodiment of the present invention.

【図2】レジストパターン線幅のモデル化を示す説明
図。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing modeling of a resist pattern line width.

【図3】本発明のシミュレーションシステムの構成を示
すブロック図。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a simulation system according to the present invention.

【図4】現像速度の感光剤濃度依存性を示す図。FIG. 4 is a diagram showing the dependency of a developing speed on a photosensitive agent concentration.

【図5】平均感光剤濃度の等高線および形成されるレジ
ストパターン輪郭を示す説明図。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing contour lines of an average photosensitive agent concentration and a contour of a formed resist pattern.

【図6】CPU時間の計算領域長依存性を示す図。FIG. 6 is a diagram showing dependence of CPU time on a calculation area length.

【図7】レジストパターン寸法のレジスト膜厚依存性を
示す図。
FIG. 7 is a view showing the dependency of the resist pattern dimension on the resist film thickness.

【図8】寸法変動幅のデフォーカス依存性を示す図。FIG. 8 is a view showing the defocus dependency of a dimensional variation width.

【図9】平均感光剤濃度の極大値および極小値のレジス
ト膜厚依存性を示す図。
FIG. 9 is a diagram showing the dependency of the maximum value and the minimum value of the average photosensitive agent concentration on the resist film thickness.

【図10】平均感光剤濃度コントラストのレジスト膜厚
依存性を示す図。
FIG. 10 is a graph showing the dependence of the average photosensitive agent concentration contrast on the resist film thickness.

【図11】被露光基板の層構造の例を示す断面図。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating an example of a layer structure of a substrate to be exposed.

【図12】形成されるホール寸法のレジスト膜厚依存性
を示す図。
FIG. 12 is a diagram showing the dependence of the formed hole size on the resist film thickness.

【図13】レイアウトパターンを示す平面図。FIG. 13 is a plan view showing a layout pattern.

【図14】被露光基板の層構造を示す断面図。FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a layer structure of a substrate to be exposed.

【図15】被露光基板上の層構造の配置を示す平面図。FIG. 15 is a plan view showing an arrangement of a layer structure on a substrate to be exposed.

【図16】平均感光剤濃度分布の等高線および形成され
るレジストパターン輪郭を示す図。
FIG. 16 is a diagram showing contour lines of an average photosensitive agent concentration distribution and a contour of a formed resist pattern.

【図17】補正前のマスクパターン形状を示す平面図。FIG. 17 is a plan view showing a mask pattern shape before correction.

【図18】補正後のマスクパターン形状を示す平面図。FIG. 18 is a plan view showing a mask pattern shape after correction.

【図19】平均感光剤濃度の等高線および形成されるレ
ジストパターン輪郭を示す図。
FIG. 19 is a diagram showing contour lines of an average photosensitive agent concentration and a contour of a formed resist pattern.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

5…上層膜、6…レジスト層、7…下層膜、8…Si基
板、9…露光光、10…感光剤濃度の等高線、11…平
均感光剤濃度分布、12…データ入力部、13…演算処
理部、14…グラフ表示部、16…上層反射防止膜(T
ARC)、17…レジスト層、18…下層反射防止膜
(BARC)、22…SiO2層、23…Si基板、2
4…層構造A、25…層構造B
Reference numeral 5: upper layer film, 6: resist layer, 7: lower layer film, 8: Si substrate, 9: exposure light, 10: contour line of photosensitive agent concentration, 11: average photosensitive agent concentration distribution, 12: data input section, 13: arithmetic operation Processing unit, 14: Graph display unit, 16: Upper anti-reflective coating (T
ARC), 17: resist layer, 18: lower antireflection film (BARC), 22: SiO 2 layer, 23: Si substrate, 2
4 ... layer structure A, 25 ... layer structure B

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H096 AA25 LA17 LA19 LA30 5B046 AA07 DA01 GA01 JA04 5F046 CB05 DA01 DA02 DA14 DB05 DB10 DB14 JA21 JA22 LA14 LA18  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2H096 AA25 LA17 LA19 LA30 5B046 AA07 DA01 GA01 JA04 5F046 CB05 DA01 DA02 DA14 DB05 DB10 DB14 JA21 JA22 LA14 LA18

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】被露光基板上に形成されたレジスト薄膜上
にパターン情報を有するエネルギ線を照射し、現像処理
後に得られるレジストパターンの輪郭を予測するシミュ
レーション方法において、マスクパターン形状、エネル
ギ線の波長、レンズの開口数、照明条件、デフォーカス
の条件を入力する工程と、前記レジスト薄膜を含む被露
光基板の表面に照射されるエネルギ線の分布を計算する
工程と、露光量、レジストの膜厚・屈折率・感光パラメ
ータ、下地層の構造・膜厚・複素屈折率、反射防止膜の
膜厚・複素屈折率、基板の複素屈折率の条件を入力する
工程と、前記レジスト層内の感光剤濃度分布を計算し、
前記感光剤濃度分布をレジスト層の深さ方向に平均して
平均感光剤濃度分布を計算する工程と、入力パラメータ
に基づいて感光剤濃度の関数として現像速度を求める工
程と、所定の現像速度に対応する感光剤濃度しきい値を
求める工程と、上記感光剤濃度しきい値を前記平均感光
剤濃度分布に適用して前記レジストの現像後のパターン
輪郭を数値計算する工程と、計算により得られたパター
ン輪郭を表示する工程とからなることを特徴とするレジ
ストパターンのシミュレーション方法。
In a simulation method for irradiating an energy ray having pattern information on a resist thin film formed on a substrate to be exposed and predicting a contour of a resist pattern obtained after a development process, a mask pattern shape, energy ray Inputting a wavelength, a numerical aperture of a lens, illumination conditions, and defocus conditions; calculating an energy ray distribution applied to the surface of the substrate to be exposed including the resist thin film; Inputting conditions of thickness, refractive index, photosensitive parameters, structure, thickness, complex refractive index of the underlayer, thickness, complex refractive index of the antireflection film, and complex refractive index of the substrate; Calculate the agent concentration distribution,
Calculating the average photosensitizer concentration distribution by averaging the photosensitizer concentration distribution in the depth direction of the resist layer; obtaining a developing speed as a function of the photosensitizer concentration based on input parameters; Obtaining a corresponding photosensitizer concentration threshold; and numerically calculating a pattern contour after development of the resist by applying the photosensitizer concentration threshold to the average photosensitizer concentration distribution. Displaying a contour of the patterned pattern.
【請求項2】請求項1記載のシミュレーション方法にお
いて、前記パターン情報を有するエネルギ線は、マスク
を透過し、投影レンズを介して被露光基板上にマスクパ
ターン投影像を形成するエネルギ線であることを特徴と
するレジストパターン輪郭のシミュレーション方法。
2. The simulation method according to claim 1, wherein the energy beam having the pattern information is an energy beam that transmits through a mask and forms a mask pattern projected image on a substrate to be exposed via a projection lens. A method of simulating a contour of a resist pattern.
【請求項3】請求項1に記載のシミュレーション方法に
おいて、前記感光剤濃度しきい値を求める工程は、現像
速度の感光剤濃度依存性を表わす現像速度曲線の変曲点
における感光剤濃度の値をしきい値として設定する工程
であることを特徴とするレジストパターンのシミュレー
ション方法。
3. The simulation method according to claim 1, wherein the step of determining the photosensitive agent concentration threshold value comprises the step of: determining a photosensitive agent concentration value at an inflection point of a developing speed curve indicating a developing agent speed dependency on the photosensitive agent concentration. Setting a threshold value as a threshold value.
【請求項4】請求項1に記載のシミュレーション方法に
おいて、前記感光剤濃度しきい値を求める工程は、与え
られた露光量において計算により求められる寸法が実験
値と一致するようにしきい値を設定する工程であること
を特徴とするレジストパターンのシミュレーション方
法。
4. The simulation method according to claim 1, wherein the step of determining the photosensitive agent concentration threshold value sets the threshold value such that a dimension obtained by calculation at a given exposure dose matches an experimental value. A method for simulating a resist pattern.
【請求項5】被露光基板上に形成されたレジスト薄膜上
にパターン情報を有するエネルギ線を照射し、現像処理
後に得られるレジストパターンの輪郭を予測するシミュ
レーションシステムにおいて、マスクパターン形状、エ
ネルギ線の波長、レンズの開口数、照明条件、デフォー
カスの条件を入力する手段と、前記レジスト層を含む被
露光基板の表面に照射されるエネルギ線の分布を計算す
る手段と、露光量、レジストの膜厚・屈折率・感光パラ
メータ、下地層の構造・膜厚・複素屈折率、反射防止膜
の膜厚・複素屈折率、基板の複素屈折率の条件を入力す
る手段と、前記レジスト層内の感光剤濃度分布を計算
し、前記感光剤濃度分布をレジスト層の深さ方向に平均
して平均感光剤濃度分布を計算する手段と、入力パラメ
ータに基づいて感光剤濃度の関数として現像速度を求め
る手段と、所定の現像速度に対応する感光剤濃度しきい
値を求める手段と、上記感光剤濃度しきい値を前記平均
感光剤濃度分布に適用して前記レジストの現像後のパタ
ーン輪郭を数値計算する手段と、計算により得られたパ
ターン輪郭を表示する手段とからなることを特徴とする
レジストパターンのシミュレーションシステム。
5. A simulation system for irradiating an energy beam having pattern information on a resist thin film formed on a substrate to be exposed and predicting a contour of a resist pattern obtained after a development process, wherein a mask pattern shape, an energy beam Means for inputting the wavelength, numerical aperture of the lens, illumination conditions, and defocus conditions; means for calculating the distribution of energy rays applied to the surface of the substrate to be exposed including the resist layer; Means for inputting conditions of thickness, refractive index, photosensitive parameters, structure, thickness, and complex refractive index of the underlayer, thickness and complex refractive index of the antireflection film, and complex refractive index of the substrate; Means for calculating an agent concentration distribution, averaging the photosensitive agent concentration distribution in the depth direction of the resist layer to calculate an average photosensitive agent concentration distribution; Means for determining a developing speed as a function of density; means for determining a photosensitizer concentration threshold corresponding to a predetermined developing speed; and applying the photosensitizer density threshold to the average photosensitizer density distribution to obtain the resist. A resist pattern simulation system, comprising: means for numerically calculating a pattern outline after development; and means for displaying a pattern outline obtained by the calculation.
【請求項6】請求項1に記載のシミュレーション方法に
より、既存のマスクパターンにより形成されるレジスト
パターン輪郭を、レジスト膜厚および下地層構造および
反射防止膜等の影響を考慮して計算する工程と、前記計
算結果と所望の寸法・輪郭を比較することにより、レジ
スト層および下地層および反射防止膜を含む被露光基板
の各層の層構造および膜厚等を設定する工程とからなる
ことを特徴とする被露光基板の設計方法。
6. A step of calculating a contour of a resist pattern formed by an existing mask pattern by the simulation method according to claim 1 in consideration of a resist film thickness, an underlayer structure, an antireflection film, and the like. Setting the layer structure and the thickness of each layer of the substrate to be exposed including the resist layer, the underlayer, and the antireflection film by comparing the calculation results with desired dimensions and contours. To design a substrate to be exposed.
【請求項7】請求項6に記載の被露光基板の設計方法に
おいて、1個の開口パターンにより照射される領域が2
種類以上の基板構造にまたがる場合に、各基板構造上の
パターン寸法・輪郭を比較する工程と、パターン寸法と
層構造・膜厚との相関の計算結果のテーブルから、各基
板構造上のパターン寸法・輪郭が所望の寸法・輪郭とな
るように被露光基板の層構造および膜厚等を設定する工
程とからなることを特徴とする被露光基板の設計方法。
7. The method for designing a substrate to be exposed according to claim 6, wherein the area irradiated by one opening pattern has two areas.
The process of comparing the pattern dimensions and contours on each substrate structure when crossing over more than one type of substrate structure, and the table of the calculation results of the correlation between the pattern dimensions and the layer structure and film thickness, from the table of the pattern dimensions on each substrate structure Setting a layer structure, a film thickness, and the like of the substrate to be exposed so that the contour has desired dimensions and contours.
【請求項8】請求項6または請求項7に記載の被露光基
板の設計方法により設計された被露光基板および半導体
デバイス。
8. A substrate to be exposed and a semiconductor device designed by the method for designing a substrate to be exposed according to claim 6.
【請求項9】請求項1に記載のシミュレーション方法に
より、光リソグラフィ技術により形成されるレジストパ
ターン寸法・輪郭を、レジスト膜厚および下地層および
反射防止膜等の影響を考慮して計算する工程と、パター
ン寸法と層構造・膜厚・開口マスク形状との相関の計算
結果のテーブルをもとにして、所望のレジストパターン
寸法・輪郭が得られるように、マスク開口パターン形状
を変形させて設計する工程とからなることを特徴とする
マスクパターンの設計方法。
9. A step of calculating dimensions and contours of a resist pattern formed by an optical lithography technique in consideration of the influence of a resist film thickness, an underlayer, an antireflection film, etc., by the simulation method according to claim 1. Based on the table of the calculation results of the correlation between the pattern dimensions and the layer structure, the film thickness, and the opening mask shape, the mask opening pattern shape is deformed and designed so as to obtain the desired resist pattern size and contour. And a method of designing a mask pattern.
【請求項10】請求項9に記載のマスクパターン設計方
法において、1個の開口パターンが転写される領域が2
種類以上の基板構造にまたがる場合に、各基板上のパタ
ーン寸法を比較する工程と、パターン寸法と層構造・膜
厚・開口マスク形状との相関の計算結果のテーブルをも
とにして、所望のパターン寸法・輪郭が得られるように
マスク開口パターン形状を変形させる工程とからなるこ
とを特徴とするマスクパターン設計方法。
10. The mask pattern designing method according to claim 9, wherein one opening pattern is transferred to two areas.
In the case of extending over a plurality of types of substrate structures, a process of comparing the pattern dimensions on each substrate and a table of a calculation result of a correlation between the pattern dimensions and the layer structure, the film thickness, and the opening mask shape are used. Deforming the shape of the mask opening pattern so as to obtain the pattern dimensions and contours.
【請求項11】請求項9または請求項10に記載のマス
クパターンの設計方法により設計されたマスク。
11. A mask designed by the mask pattern designing method according to claim 9.
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