JP2016038550A - Method for designing semiconductor device - Google Patents

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のぞみ 小島
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To create an accurate resist model and an etching model.SOLUTION: A method for designing a semiconductor device includes: a step (S12) of creating a resist simulation model by measuring a feature of a resist pattern; a step (S14) of forming a model pattern by etching a work piece by using the resist pattern as a mask; a step (S17) of identifying a height position of a resist pattern having a pattern size nearer to the model pattern by using the resist simulation model; a step (S18) of creating a resist model by associating a pattern size of the resist pattern at the identified height position with the size of a photomask; and a step (S19) of creating an etching model by associating the pattern size of the resist pattern at the identified height position with the size of the model pattern.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は半導体装置の設計方法に関し、特に、レジストモデル及びエッチングモデルを生成する方法に関する。   The present invention relates to a method for designing a semiconductor device, and more particularly to a method for generating a resist model and an etching model.

半導体装置の設計は、まず回路設計により回路データを作成し、次に、回路データに基づいてレイアウト設計を行うことによりレイアウトデータを作成する。しかしながら、レイアウトデータ通りのマスクパターンを持ったフォトマスクを作製しても、露光によって得られるレジストパターンはマスクパターンとは一致せず、所定の変形が生じる。さらに、変形したレジストパターンを用いて被加工膜に対してエッチングを行うと、得られるエッチングパターンはレジストパターンとは一致せず、さらなる変形が生じる。所望の形状を有するエッチングパターンを得るためには、マスクパターンに対して光近接効果補正(OPC:Optical Proximity Correction)と呼ばれる補正を行う必要がある。なお、リソグラフィ以外にも、エッチングや成膜工程等の他のプロセスでの形状・寸法シフトを補正するという意味で、プロセス近接効果補正(PPC:Process Proximity Correction)と呼び方がある。OPCとPPCを区別して使用する場合もあるが、ここではマスク寸法を補正して、ウエハ上で所望の寸法を得る手法をOPC:光近接効果補正と呼んでいる。   In designing a semiconductor device, circuit data is first created by circuit design, and then layout data is created by performing layout design based on the circuit data. However, even if a photomask having a mask pattern according to the layout data is manufactured, the resist pattern obtained by exposure does not match the mask pattern, and a predetermined deformation occurs. Further, when etching is performed on the film to be processed using the deformed resist pattern, the obtained etching pattern does not match the resist pattern, and further deformation occurs. In order to obtain an etching pattern having a desired shape, it is necessary to perform correction called optical proximity correction (OPC) on the mask pattern. In addition to lithography, it is called process proximity effect correction (PPC: Process Proximity Correction) in the sense of correcting shape / dimension shifts in other processes such as etching and film formation. In some cases, OPC and PPC are used separately, but here, the technique of correcting the mask dimension to obtain a desired dimension on the wafer is called OPC: optical proximity effect correction.

光近接効果補正においては、目的の形状を持ったエッチングパターンからレジストパターンを逆算し、さらに、レジストパターンからマスクパターンを逆算する必要がある。これを実現するためには、マスクパターンとレジストパターンとの相関を示す情報、並びに、レジストパターンとエッチングパターンとの相関を示す情報が必要となる。前者の情報はレジストモデルと呼ばれ、後者の情報はエッチングモデルと呼ばれる。   In the optical proximity effect correction, it is necessary to reversely calculate a resist pattern from an etching pattern having a target shape, and further to reversely calculate a mask pattern from the resist pattern. In order to realize this, information indicating the correlation between the mask pattern and the resist pattern and information indicating the correlation between the resist pattern and the etching pattern are required. The former information is called a resist model, and the latter information is called an etching model.

レジストモデルは、所定の形状及びサイズを持ったマスクパターンによって、どのような所定の形状及びサイズを持ったレジストパターンが得られるかを示すデータによって構成される。同様に、エッチングモデルは、所定の形状及びサイズを持ったレジストパターンによって、どのような所定の形状及びサイズを持ったエッチングパターンが得られるかを示すデータによって構成される。   The resist model is composed of data indicating what resist pattern having a predetermined shape and size can be obtained by a mask pattern having a predetermined shape and size. Similarly, the etching model is constituted by data indicating what etching pattern having a predetermined shape and size can be obtained by a resist pattern having a predetermined shape and size.

3D Resist Profile Modeling for OPC Applications, Optical Microlithography XXVI, edited by Will Conley, Proc. of SPIE Vol. 8683, 868318, 2013年3月, 8683_43.pdf3D Resist Profile Modeling for OPC Applications, Optical Microlithography XXVI, edited by Will Conley, Proc. Of SPIE Vol. 8683, 868318, March 2013, 8683_43.pdf

しかしながら、従来のレジストモデル及びエッチングモデルでは、レジストパターンのサイズを特定するための高さ位置がボトム位置(レジストパターンの下面位置)に固定されていたため、レジストパターンの実際の形状によっては正しい相関を得ることができなかった。   However, in the conventional resist model and etching model, the height position for specifying the size of the resist pattern is fixed at the bottom position (the lower surface position of the resist pattern), so a correct correlation may be obtained depending on the actual shape of the resist pattern. Couldn't get.

非特許文献1には、レジストパターンの膜厚の30%の高さにおけるサイズを評価する方法が記載されている。しかしながら、レジストパターンの膜厚のコンターで、エッチング後の断線を予測する手法が示されている。光強度のコントラストが低く、レジスト形状が顕著に悪化する場合、レジスト残膜の厚さと、エッチングの断線には良好な相関が得られるため、特定の膜厚(基板からの高さ)でコンターを計算することで、エッチング後に断線が発生するかどうかが予測できる。しかし、膜厚によるコンターとエッチング後の寸法との関係は示されてはいなかった。光強度のコントラストが低く、レジスト膜減りが発生してしまう場合、エッチングでは高さ方向のレジスト表面の進行を考えることで、エッチング後の断線が予想できる。(エッチング時間での、レジスト表面の縦方向進捗量より、レジスト残膜の量が少なければ、エッチング後に断線する。)一方、光強度のコントラストは非常に高く、矩形なレジスト形状が得られる場合、レジスト表面の横方向の進行を考えることで、エッチング後の寸法を予想することができる。レジスト形状がテーパーを有する場合、エッチング後の断線を予測するレジストコンターやレジストボトムのコンターは、必ずしも正しいレジスト寸法とエッチング後寸法の相関を得ることはできなかった。   Non-Patent Document 1 describes a method for evaluating the size at a height of 30% of the film thickness of a resist pattern. However, a technique for predicting disconnection after etching using a contour of the resist pattern film thickness is shown. When the contrast of the light intensity is low and the resist shape deteriorates significantly, a good correlation is obtained between the thickness of the resist remaining film and the disconnection of the etching. Therefore, the contour is adjusted with a specific film thickness (height from the substrate). By calculating, it can be predicted whether or not disconnection will occur after etching. However, the relationship between the contour due to the film thickness and the dimension after etching has not been shown. When the contrast of light intensity is low and the resist film is reduced, it is possible to predict disconnection after etching by considering the progress of the resist surface in the height direction in etching. (If the amount of the resist remaining film is less than the amount of progress in the vertical direction of the resist surface in the etching time, the wire breaks after etching.) On the other hand, when the contrast of light intensity is very high and a rectangular resist shape is obtained, Considering the progress in the lateral direction of the resist surface, the dimension after etching can be predicted. When the resist shape has a taper, the resist contour and the resist bottom contour for predicting the disconnection after the etching cannot always obtain the correct correlation between the resist dimension and the post-etching dimension.

本発明による半導体装置の設計方法は、半導体基板上に形成された被加工膜にフォトレジストを形成する工程と、フォトマスクを用いて前記フォトレジストを露光及び除去することにより、残存した前記フォトレジストからなるレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンの形状を計測することにより、レジストシミュレーションモデルを作成する工程と、前記レジストパターンをマスクとして前記被加工材をエッチングすることにより、残存した前記被加工膜からなるモデルパターンを形成する工程と、前記レジストシミュレーションモデルを用いて、前記モデルパターンに近いパターンサイズを有するエッチング前の前記レジストパターンの高さ位置を特定する工程と、前記特定された高さ位置における前記レジストパターンのパターンサイズと前記フォトマスクのサイズとを関連づけることにより、レジストモデルを作成する工程と、前記特定された高さ位置における前記レジストパターンのパターンサイズと前記モデルパターンのサイズとを関連づけることにより、エッチングモデルを作成する工程と、を備えることを特徴とする。   The method of designing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a photoresist on a film to be processed formed on a semiconductor substrate, and exposing and removing the photoresist using a photomask, thereby leaving the remaining photoresist. Forming a resist pattern comprising: forming a resist simulation model by measuring the shape of the resist pattern; and etching the workpiece using the resist pattern as a mask, thereby remaining the object to be processed. Forming a model pattern made of a processed film; using the resist simulation model; specifying a height position of the resist pattern before etching having a pattern size close to the model pattern; and specifying the specified height The resist pattern at the position By associating the pattern size of the pattern and the size of the photomask, by associating the step of creating a resist model, and the pattern size of the resist pattern at the specified height position and the size of the model pattern, And a step of creating an etching model.

本発明によれば、レジストパターンの最適な高さ位置におけるパターンサイズを評価していることから、より正確なレジストモデル及びエッチングモデルを生成することが可能となる。   According to the present invention, since the pattern size at the optimum height position of the resist pattern is evaluated, it is possible to generate more accurate resist model and etching model.

マスクデータの生成方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the production | generation method of mask data. 第1の実施形態におけるステップS3をより詳細に説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating in detail step S3 in 1st Embodiment. ステップS10により得られるデバイス構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the device structure obtained by step S10. フォトマスク4を用いてフォトレジスト3を露光する工程を説明するための断面図である。5 is a cross-sectional view for explaining a step of exposing the photoresist 3 using the photomask 4. FIG. ステップS11により得られるデバイス構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the device structure obtained by step S11. レジストパターン5の形状を説明するための断面図である。5 is a cross-sectional view for explaining the shape of a resist pattern 5. FIG. レジストシミュレーションモデルによって示されるレジストパターン5の高さ位置とサイズとの関係の一例である。It is an example of the relationship between the height position and size of the resist pattern 5 shown by the resist simulation model. ステップS14により得られるデバイス構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the device structure obtained by step S14. 仮エッチングモデルの一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of a temporary etching model. (a)は異なる露光条件(条件Aと条件B)におけるレジストパターン5A,5Bの断面形状を示す断面図であり、(b)はレジストパターン5A,5Bを用いてパターニングされたモデルパターン6A,6Bの断面形状を示す断面図である。(A) is sectional drawing which shows the cross-sectional shape of resist pattern 5A, 5B in different exposure conditions (condition A and condition B), (b) is model pattern 6A, 6B patterned using resist pattern 5A, 5B. It is sectional drawing which shows the cross-sectional shape. レジストパターン5のスペース幅とシフト量との関係を高さ位置H1〜H4ごとに示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the space width of the resist pattern 5, and the shift amount for every height position H1-H4. レジストモデルの一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of a resist model. 第2の実施形態におけるステップS3をより詳細に説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating in detail step S3 in 2nd Embodiment.

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は、マスクデータの生成方法を説明するためのフローチャートである。マスクデータとは、フォトマスクに形成されるマスクパターン(フォトマスクの開口部)の位置及び形状を示すデータである。   FIG. 1 is a flowchart for explaining a mask data generation method. The mask data is data indicating the position and shape of a mask pattern (photomask opening) formed on the photomask.

まず、所望の機能を実現するための回路設計を行うことによって回路データを生成し(ステップS1)、次に、回路データに基づいてレイアウト設計を行うことによりレイアウトデータを生成する(ステップS2)。レイアウトデータとは、半導体基板上に形成すべき被加工膜の位置及び形状を示すデータである。すでに説明したとおり、レイアウトデータをそのままマスクデータとして用いることはできない。レイアウトデータをマスクデータに加工するためには、光近接効果補正を施すOPC処理(ステップS4)が必要である。OPC処理は、レイアウトデータとレジストモデル及びエッチングモデルを用いて行われる。レジストモデル及びエッチングモデルは、モデル作成工程(ステップS3)にて作成される。モデル作成工程の詳細については後述する。   First, circuit data is generated by designing a circuit for realizing a desired function (step S1), and then layout data is generated by designing a layout based on the circuit data (step S2). Layout data is data indicating the position and shape of a film to be processed to be formed on a semiconductor substrate. As already described, the layout data cannot be used as it is as mask data. In order to process the layout data into mask data, OPC processing (step S4) for performing optical proximity effect correction is required. The OPC process is performed using layout data, a resist model, and an etching model. The resist model and the etching model are created in the model creation process (step S3). Details of the model creation process will be described later.

OPC処理においては、レイアウトデータに光近接効果補正パターン(OPCパターン)を配置することによってマスクデータを生成する。次に、ステップS4にて得られたマスクデータを検証し、マスクルールを満たしているかチェックする(ステップS5)。その結果、マスクルールを満たしていない箇所が存在すると判定された場合には、ステップS4に戻ってOPCパターンの再配置を実施する。   In the OPC process, mask data is generated by arranging an optical proximity correction pattern (OPC pattern) in layout data. Next, the mask data obtained in step S4 is verified to check whether the mask rule is satisfied (step S5). As a result, if it is determined that there is a portion that does not satisfy the mask rule, the process returns to step S4 and the OPC pattern is rearranged.

ステップS5でマスクルールを満たしていると判定された場合は、OPCパターン配置後のマスクデータに対して、リソグラフィシミュレーションによる露光処理時の光強度分布から、シミュレーションパターンを算出する(ステップS6)。なお、シミュレーションパターンとは、リソグラフィシミュレーションによるデバイスパターンの予測形状である。その後、シミュレーションパターンの位置と寸法をチェックして、デバイスパターンの完成予想寸法と形成マージンを検証することにより、得られるデバイスパターンが適切であるか判定する(ステップS7)。   If it is determined in step S5 that the mask rule is satisfied, a simulation pattern is calculated from the light intensity distribution during the exposure process by lithography simulation for the mask data after the OPC pattern is arranged (step S6). The simulation pattern is a predicted shape of the device pattern by lithography simulation. Thereafter, the position and size of the simulation pattern are checked, and the expected completion size and formation margin of the device pattern are verified to determine whether the obtained device pattern is appropriate (step S7).

そして、ステップS7において許容範囲外と判定された場合は、ステップS4に戻ってOPCパターンの再配置を実施する。これに対し、ステップS7で許容範囲内と判定された場合は、それまでのOPCパターンの配置を完了し、得られたマスクデータを出力する(ステップS8)。   If it is determined in step S7 that it is outside the allowable range, the process returns to step S4 and the OPC pattern is rearranged. On the other hand, if it is determined in step S7 that it is within the allowable range, the arrangement of the OPC pattern so far is completed and the obtained mask data is output (step S8).

以上がマスクデータを生成するための大まかな流れである。次に、ステップS3におけるモデル作成について詳細に説明する。   The above is a rough flow for generating mask data. Next, the model creation in step S3 will be described in detail.

上述の通り、ステップS3においてはレジストモデル及びエッチングモデルが作成される。レジストモデルとは、マスクパターンとレジストパターンとの相関を示す情報であり、エッチングモデルとは、レジストパターンとエッチングパターンとの相関を示す情報である。   As described above, a resist model and an etching model are created in step S3. The resist model is information indicating the correlation between the mask pattern and the resist pattern, and the etching model is information indicating the correlation between the resist pattern and the etching pattern.

図2は、第1の実施形態におけるステップS3をより詳細に説明するためのフローチャートである。   FIG. 2 is a flowchart for explaining step S3 in the first embodiment in more detail.

図2に示すように、第1の実施形態におけるステップS3は、ステップS10〜S19からなる10ステップによって構成されている。また、いくつかのステップにおいて行われる処理のイメージや、説明用のグラフを図3〜図12に示す。   As shown in FIG. 2, step S3 in the first embodiment is composed of 10 steps including steps S10 to S19. In addition, FIGS. 3 to 12 show an image of processing performed in several steps and graphs for explanation.

まず、図3に示すように、半導体基板1上に被加工膜2を形成し、さらに被加工膜2の表面にフォトレジスト3を形成する(ステップS10)。これら被加工膜2及びフォトレジスト3は、実際の量産プロセスにて使用するものと同じものを使用する必要がある。   First, as shown in FIG. 3, a film to be processed 2 is formed on a semiconductor substrate 1, and a photoresist 3 is formed on the surface of the film to be processed 2 (step S10). It is necessary to use the same film 2 and photoresist 3 as those used in the actual mass production process.

次に、図4に示すように、フォトマスク4を用いてフォトレジスト3を露光することにより、図5に示すレジストパターン5を形成する(ステップS11)。フォトレジスト3はポジ型であってもネガ型であっても良く、いずれの場合も未硬化の部分を除去することによってレジストパターン5が形成される。図5には同一形状を持った2つのレジストパターン5のみが示されているが、実際には、異なるサイズ及び形状をもった多数のレジストパターン5が形成される。そして、形成されたレジストパターン5のサイズを測定する。   Next, as shown in FIG. 4, the photoresist 3 is exposed using the photomask 4, thereby forming the resist pattern 5 shown in FIG. 5 (step S11). The photoresist 3 may be a positive type or a negative type. In either case, the resist pattern 5 is formed by removing an uncured portion. Although only two resist patterns 5 having the same shape are shown in FIG. 5, in practice, a large number of resist patterns 5 having different sizes and shapes are formed. Then, the size of the formed resist pattern 5 is measured.

レジストパターン5の測定においては、レジストパターン5の異なる高さ位置におけるサイズを実測する必要がある。これは、レジストパターン5の実際の断面形状は完全な矩形ではなく、図6に示すようにテーパーを有する略台形であり、高さ位置によってサイズが異なるからである。また、レジストパターン5の測定においては、個々のレジストパターン5のサイズだけでなく、隣接するレジストパターン5間のスペース幅についても測定する必要がある。これは、スペース幅によってもレジストパターン5の形状やサイズが大きく変化するからである。   In the measurement of the resist pattern 5, it is necessary to actually measure the size of the resist pattern 5 at different height positions. This is because the actual cross-sectional shape of the resist pattern 5 is not a perfect rectangle, but is a substantially trapezoid having a taper as shown in FIG. 6, and the size varies depending on the height position. In the measurement of the resist pattern 5, it is necessary to measure not only the size of each resist pattern 5 but also the space width between adjacent resist patterns 5. This is because the shape and size of the resist pattern 5 vary greatly depending on the space width.

次に、ステップS11において実測したレジストパターン5の形状、サイズ及びスペース幅に基づいて、レジストシミュレーションモデルを作成する(ステップS12)。レジストシミュレーションモデルとは、レジストパターン5の高さ位置とサイズとの関係を示す相関モデルである。   Next, a resist simulation model is created based on the shape, size, and space width of the resist pattern 5 measured in step S11 (step S12). The resist simulation model is a correlation model indicating the relationship between the height position and size of the resist pattern 5.

図7は、レジストシミュレーションモデルによって示されるレジストパターン5の高さ位置とサイズとの関係の一例である。レジストパターン5の高さ位置は、レジストパターン5の底部、つまり、被加工膜2との界面位置を基準とした垂直方向における距離によって定義される。図7に示す符号A及びBは、互いに異なるレジストシミュレーションモデルであり、同じ形状をもったフォトレジスト3を用いた場合であっても、フォトリソグラフィにおける露光条件が異なると、レジストシミュレーションモデルも変化する。図7に示す例では、いずれのレジストシミュレーションモデルもボトム位置(レジストパターン5の下面位置)におけるサイズは同じであるが、条件Aにおけるレジストシミュレーションモデルよりも、条件Bにおけるレジストシミュレーションモデルの方が、レジストパターン5の高さ位置に応じたサイズ変化が大きいため、位置が高くなるほどサイズ差が拡大していることが分かる。   FIG. 7 is an example of the relationship between the height position and size of the resist pattern 5 indicated by the resist simulation model. The height position of the resist pattern 5 is defined by the distance in the vertical direction with respect to the bottom of the resist pattern 5, that is, the interface position with the film 2 to be processed. Reference numerals A and B shown in FIG. 7 are resist simulation models different from each other. Even when the photoresist 3 having the same shape is used, the resist simulation model changes when exposure conditions in photolithography are different. . In the example shown in FIG. 7, all the resist simulation models have the same size at the bottom position (the lower surface position of the resist pattern 5), but the resist simulation model in the condition B is more preferable than the resist simulation model in the condition A. Since the size change according to the height position of the resist pattern 5 is large, it can be seen that the size difference increases as the position increases.

このようなレジストシミュレーションモデルを用いれば、任意の高さ位置におけるレジストパターン5のサイズを特定することができる。図7には、条件Aのレジストシミュレーションモデルにおいて、レジストパターン5の高さ位置HaにおけるサイズがXaであることが示されている。   By using such a resist simulation model, the size of the resist pattern 5 at an arbitrary height position can be specified. FIG. 7 shows that in the resist simulation model of condition A, the size of the resist pattern 5 at the height position Ha is Xa.

次に、レジストシミュレーションモデルに基づいて、レジストパターン5の複数の高さ位置におけるサイズを算出する(ステップS13)。一例として、レジストパターン5の底部を基準にしたレジスト高さHを100と仮定した場合、図6に示すように、レジスト底部(H1=0)におけるレジストパターン寸法(M1)と、H2=25におけるレジストパターン寸法(M2)と、H3=50におけるレジストパターン寸法(M3)と、H4=75におけるレジストパターン寸法(M4)を算出する。   Next, the size at a plurality of height positions of the resist pattern 5 is calculated based on the resist simulation model (step S13). As an example, assuming that the resist height H relative to the bottom of the resist pattern 5 is 100, as shown in FIG. 6, the resist pattern dimension (M1) at the resist bottom (H1 = 0) and H2 = 25 The resist pattern dimension (M2), the resist pattern dimension (M3) at H3 = 50, and the resist pattern dimension (M4) at H4 = 75 are calculated.

次に、レジストパターン5を用いて実際にドライエッチングを行うことにより、被加工膜2をパターニングする。これにより、図8に示すように、残存した被加工膜2からなるモデルパターン6が形成される(ステップS14)。そして、形成されたモデルパターン6のサイズを測定する。   Next, the film to be processed 2 is patterned by actually performing dry etching using the resist pattern 5. Thereby, as shown in FIG. 8, the model pattern 6 which consists of the to-be-processed film | membrane 2 which remains is formed (step S14). Then, the size of the formed model pattern 6 is measured.

次に、実測されたモデルパターン6のサイズと、高さ位置ごとのレジストパターン5のサイズとを関連づけることにより、仮エッチングモデルを作成する(ステップS15)。上記の例では、レジストパターン5を高さ方向に4分割しているので、生成される仮エッチングモデルについても、高さ位置H1〜H4にそれぞれ対応するレジストパターン5のサイズと、モデルパターン6のサイズとが関連づけられる。つまり、4つの仮エッチングモデルが生成される。   Next, a temporary etching model is created by associating the actually measured size of the model pattern 6 with the size of the resist pattern 5 for each height position (step S15). In the above example, since the resist pattern 5 is divided into four in the height direction, the size of the resist pattern 5 corresponding to each of the height positions H1 to H4 and the model pattern 6 are also generated for the generated temporary etching model. The size is related. That is, four temporary etching models are generated.

図9は、仮エッチングモデルの一例を示すグラフである。   FIG. 9 is a graph showing an example of a temporary etching model.

図9に示すグラフは、横軸がレジストパターン5のサイズ、縦軸がモデルパターン6のサイズであり、それぞれの測定値がプロットされている。レジストパターン5の測定値には、測定高さに依存した誤差を含んでいるので、それらの誤差が最小となるように校正した結果を近似曲線として表示している。本例では、レジストパターン5の高さ位置H1〜H4ごとに仮エッチングモデルが生成されるため、近似曲線は4本である。   In the graph shown in FIG. 9, the horizontal axis is the size of the resist pattern 5, the vertical axis is the size of the model pattern 6, and the measured values are plotted. Since the measurement value of the resist pattern 5 includes errors depending on the measurement height, the result of calibration so that these errors are minimized is displayed as an approximate curve. In this example, since a temporary etching model is generated for each of the height positions H1 to H4 of the resist pattern 5, there are four approximate curves.

次に、4つの仮エッチングモデルを用いて、モデルパターン6のサイズから4つのレジストパターン5のサイズを算出する(ステップS16)。算出されるレジストパターン5のサイズは、それぞれ高さ位置H1〜H4におけるレジストパターン5のサイズを示している。   Next, the size of the four resist patterns 5 is calculated from the size of the model pattern 6 using the four temporary etching models (step S16). The calculated size of the resist pattern 5 indicates the size of the resist pattern 5 at each of the height positions H1 to H4.

次に、算出された4つのレジストパターンから、最適なレジストパターンを選択する(ステップS17)。最適なレジストパターンを選択は、「シフト量」が最も小さいレジストパターンを選択することにより行う。シフト量とは、レジストパターン5のサイズとモデルパターン6のサイズとの差分の半値である。ここで、シフト量について図面を用いて説明する。   Next, an optimum resist pattern is selected from the calculated four resist patterns (step S17). The optimum resist pattern is selected by selecting a resist pattern having the smallest “shift amount”. The shift amount is a half value of the difference between the size of the resist pattern 5 and the size of the model pattern 6. Here, the shift amount will be described with reference to the drawings.

図10(a)は異なる露光条件(条件Aと条件B)におけるレジストパターン5A,5Bの断面形状を示す断面図であり、図10(b)はレジストパターン5A,5Bを用いてパターニングされたモデルパターン6A,6Bの断面形状を示す断面図である。   FIG. 10A is a cross-sectional view showing the cross-sectional shapes of the resist patterns 5A and 5B under different exposure conditions (condition A and condition B), and FIG. 10B is a model patterned using the resist patterns 5A and 5B. It is sectional drawing which shows the cross-sectional shape of pattern 6A, 6B.

図10(a)に示すように、半導体基板1上の被加工膜2の表面には条件Aによるレジストパターン5Aと、条件Bによるレジストパターン5Bが形成されている。図10(a)に示すレジスト高さ位置Ha及びサイズXaは、図7に示した高さ位置Ha及びサイズXaにそれぞれ対応している。また、本例では、レジストパターン5Aのボトム寸法XAbとレジストパターン5Bのボトム寸法XBbは、同値である。   As shown in FIG. 10A, a resist pattern 5A according to condition A and a resist pattern 5B according to condition B are formed on the surface of the film 2 to be processed on the semiconductor substrate 1. The resist height position Ha and the size Xa shown in FIG. 10A correspond to the height position Ha and the size Xa shown in FIG. 7, respectively. In this example, the bottom dimension XAb of the resist pattern 5A and the bottom dimension XBb of the resist pattern 5B are the same value.

このようなレジストパターン5A,5Bを用いてドライエッチングを行うと、図10(b)に示すように、レジストパターン5A,5Bで覆われていない部分の被加工膜2が除去され、残存した被加工膜2によってモデルパターン6A,6Bが形成される。ここでは、マスクであるレジストパターン5A,5Bの形状が異なっているため、形成されるモデルパターン6A,6Bのサイズも異なる。そして、レジストパターン5A,5Bのサイズとモデルパターン6A,6Bのサイズとの差の半値がシフト量として定義される。   When dry etching is performed using such resist patterns 5A and 5B, as shown in FIG. 10B, the portion of the film 2 to be processed that is not covered with the resist patterns 5A and 5B is removed, and the remaining film to be processed is removed. Model patterns 6A and 6B are formed by the processed film 2. Here, since the resist patterns 5A and 5B as masks have different shapes, the model patterns 6A and 6B to be formed have different sizes. The half value of the difference between the size of the resist patterns 5A and 5B and the size of the model patterns 6A and 6B is defined as the shift amount.

つまり、レジストパターン5Aを用いて形成されたモデルパターン6AのサイズをYAbとすると、モデルパターン6Aのシフト量X1は、X1=(XAb−YAb)/2となる。同様に、レジストパターン5Bを用いて形成されたモデルパターン6BのサイズをYBbとすると、モデルパターン6Bのシフト量X2は、X2=(XBb−YBb)/2となる。図10(a)に示すように、レジストパターン5Aに比べ、レジストパターン5Bは高さ位置が増すごとにサイズが大きく減少するテーパー形状を有している。このため、レジストパターン5Bを用いて形成されたモデルパターン6Bのシフト量X2は、レジストパターン5Aを用いて形成されたモデルパターン6Aのシフト量X1よりも大きくなる。   That is, when the size of the model pattern 6A formed using the resist pattern 5A is YAb, the shift amount X1 of the model pattern 6A is X1 = (XAb−YAb) / 2. Similarly, if the size of the model pattern 6B formed using the resist pattern 5B is YBb, the shift amount X2 of the model pattern 6B is X2 = (XBb−YBb) / 2. As shown in FIG. 10A, compared to the resist pattern 5A, the resist pattern 5B has a tapered shape in which the size greatly decreases as the height position increases. For this reason, the shift amount X2 of the model pattern 6B formed using the resist pattern 5B is larger than the shift amount X1 of the model pattern 6A formed using the resist pattern 5A.

図10(a),(b)では、レジストパターン5A,5Bのボトム位置に関するシフト量を説明したが、シフト量はレジストパターン5A,5Bの高さ位置によって異なる。そして、ステップS17では高さ位置ごとのシフト量を算出し、これに基づいて最適なレジストパターンの選択を行う。   10A and 10B, the shift amount related to the bottom positions of the resist patterns 5A and 5B has been described. However, the shift amount differs depending on the height positions of the resist patterns 5A and 5B. In step S17, a shift amount for each height position is calculated, and an optimum resist pattern is selected based on the calculated shift amount.

図11は、レジストパターン5のスペース幅とシフト量との関係を高さ位置H1〜H4ごとに示すグラフである。   FIG. 11 is a graph showing the relationship between the space width of the resist pattern 5 and the shift amount for each of the height positions H1 to H4.

図11に示す値は、複数のレジストパターン5について高さ位置H1〜H4ごとにシフト量を算出し、算出された値の二乗平均平方根(RMS:Root Mean Square)である。図11に示す例では、高さ位置H3におけるシフト量が最も小さいことから、高さ位置H3をレジストパターン5の最適な高さ位置として選定する。   The values shown in FIG. 11 are the root mean square (RMS) of the calculated values obtained by calculating the shift amount for each of the height positions H1 to H4 for the plurality of resist patterns 5. In the example shown in FIG. 11, since the shift amount at the height position H3 is the smallest, the height position H3 is selected as the optimum height position of the resist pattern 5.

そして、選定された高さ位置におけるレジストパターン5のサイズを用いてレジストモデルを作成する(ステップS18)。さらに、作成されたレジストモデルを用いてエッチングモデルを作成する(ステップS19)。   Then, a resist model is created using the size of the resist pattern 5 at the selected height position (step S18). Further, an etching model is created using the created resist model (step S19).

図12は、レジストモデルの一例を示すグラフである。   FIG. 12 is a graph showing an example of a resist model.

図12に示すグラフは、横軸がレイアウト設計におけるパターンの設計寸法、縦軸がレジストパターン5の測定値であり、それぞれの測定値がプロットされている。図12には、図9と同様の近似曲線が示されており、この近似曲線に基づいてレイアウト設計におけるOPC処理が行われる。ここでは、レジストパターン5の最適な高さ位置に基づいて1つのレジストモデルを選択しているので、近似曲線が1本となっている。   In the graph shown in FIG. 12, the horizontal axis is the design dimension of the pattern in the layout design, and the vertical axis is the measurement value of the resist pattern 5. Each measurement value is plotted. FIG. 12 shows an approximate curve similar to that in FIG. 9, and OPC processing in layout design is performed based on this approximate curve. Here, since one resist model is selected based on the optimal height position of the resist pattern 5, there is only one approximate curve.

以上のように、第1の実施形態では、レジストパターン5の最適な高さ位置を選定し、これに基づいてレジストモデル及びエッチングモデルを生成している。これにより、OPCパターンの配置精度を向上させることが可能となる。なお、本実施例1では、高さH(H1〜H4)の一つの値を用いたが、これはその高さHでのある幅ΔH(ΔH1〜ΔH4)で平均値を使用することもできる。OPCのモデルにおいて、コンター計算である高さ方向で平均化するは一般によく用いられる手法である。たとえば、化学増幅レジストの酸の縦方向の拡散や、フォーカスのばらつき等を考慮したいときなどに縦方向での平均化手法が良く用いられる。ここでは、エッチング開始からエッチング終了までに実際にエッチングマスクとして働いたレジストパターンの有効寸法を用いるという意味で、ある範囲で平均化を行う。   As described above, in the first embodiment, the optimum height position of the resist pattern 5 is selected, and the resist model and the etching model are generated based on this. Thereby, it is possible to improve the placement accuracy of the OPC pattern. In the first embodiment, one value of the height H (H1 to H4) is used. However, an average value can be used for a certain width ΔH (ΔH1 to ΔH4) at the height H. . In the OPC model, averaging in the height direction, which is a contour calculation, is a commonly used technique. For example, the vertical averaging method is often used when it is desired to take into account the vertical diffusion of the acid in the chemically amplified resist and the variation in focus. Here, averaging is performed within a certain range in the sense that the effective dimension of the resist pattern that actually worked as an etching mask is used from the start to the end of etching.

次に、第2の実施形態について説明する。   Next, a second embodiment will be described.

図13は、第2の実施形態におけるステップS3をより詳細に説明するためのフローチャートである。   FIG. 13 is a flowchart for explaining step S3 in the second embodiment in more detail.

図13に示すように、第2の実施形態におけるステップS3は、ステップS20〜S29からなる10ステップによって構成されている。このうち、ステップS20〜S23は、図2に示したステップS10〜S13とそれぞれ同一であることから重複する説明は省略する。次に、ステップS23で得られたレジストパターン5の高さ位置ごとのサイズから、高さ位置ごとにレジストモデルを作成する(ステップS24)。上記の例では、4つの高さ位置H1〜H4についてそれぞれのサイズM1〜M4が算出されるため、4つのレジストモデルが作成されることになる。   As shown in FIG. 13, step S3 in the second embodiment is configured by 10 steps including steps S20 to S29. Of these steps, steps S20 to S23 are the same as steps S10 to S13 shown in FIG. Next, a resist model is created for each height position from the size for each height position of the resist pattern 5 obtained in step S23 (step S24). In the above example, since the sizes M1 to M4 are calculated for the four height positions H1 to H4, four resist models are created.

ステップS25は上述したステップS14と同じであり、レジストパターン5を用いて実際にドライエッチングを行うことにより、被加工膜2をパターニングする。そして、形成されたモデルパターン6のサイズを測定する。   Step S25 is the same as step S14 described above, and the film to be processed 2 is patterned by actually performing dry etching using the resist pattern 5. Then, the size of the formed model pattern 6 is measured.

次に、実測されたモデルパターン6のサイズと、ステップS24にて生成された4つのレジストモデルから、高さ位置ごとのエッチングモデルを作成する(ステップS26)。本例では、4つの高さ位置H1〜H4を定義していることから、1つの高さ位置に対して4つのエッチングモデル作成されることになる。   Next, an etching model for each height position is created from the actually measured size of the model pattern 6 and the four resist models generated in step S24 (step S26). In this example, since four height positions H1 to H4 are defined, four etching models are created for one height position.

さらに、高さ位置H1〜H4に対応するサイズM1〜M4に対し、それぞれ高さ位置の異なる4つのレジストモデルを用いて、各高さ位置における仮想マスクパターンを算出する(ステップS27)。ここでは、4つの高さ位置に対してそれぞれ4つの仮想マスクパターンを算出しているので、合計16通りの仮想マスクパターンが算出されることになる。尚、仮想マスクパターンとは、次のステップS28にて用いる仮想的なパターンであって、実際のマスクパターンとは異なる。   Further, for each of the sizes M1 to M4 corresponding to the height positions H1 to H4, a virtual mask pattern at each height position is calculated using four resist models having different height positions (step S27). Here, since four virtual mask patterns are calculated for each of four height positions, a total of 16 virtual mask patterns are calculated. The virtual mask pattern is a virtual pattern used in the next step S28 and is different from an actual mask pattern.

次に、算出した16通りの仮想マスクパターンとモデルパターンにおける寸法シフトのRMSが最も小さくなる仮想マスクパターン(最適仮想マスクパターン)を1つ選定する(ステップS28)。そして、最適仮想マスクパターンを算出したレジストモデルとエッチングモデルをOPCパターンの配置で用いるモデルとして選定する(ステップS29)。   Next, one virtual mask pattern (optimum virtual mask pattern) having the smallest dimensional shift RMS in the 16 calculated virtual mask patterns and the model pattern is selected (step S28). Then, the resist model and the etching model for which the optimum virtual mask pattern is calculated are selected as models used for the OPC pattern arrangement (step S29).

以上のように、第2の実施形態では、レジスト高さ毎に作成したモデル(レジストモデル及びエッチングモデル)に基づいて、16通りの仮想マスクパターンを作成してから、最適仮想マスクパターンを選定している。この最適仮想マスクパターンを算出する基になったレジストモデルとエッチングモデルは、両モデルともにモデルパターンとの寸法シフトが最も小さくなる最適モデルである。したがって、第2の実施形態によれば、最適モデルがレジストモデルだけである第1実施形態よりも、OPCパターンの配置精度をさらに向上させる効果を奏する。   As described above, in the second embodiment, after creating 16 virtual mask patterns based on the models (resist model and etching model) created for each resist height, the optimum virtual mask pattern is selected. ing. The resist model and the etching model, which are the basis for calculating the optimum virtual mask pattern, are both optimum models in which the dimensional shift from the model pattern is the smallest. Therefore, according to the second embodiment, there is an effect of further improving the OPC pattern placement accuracy as compared with the first embodiment in which the optimum model is only the resist model.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。   The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Needless to say, it is included in the range.

1 半導体基板
2 被加工膜
3 フォトレジスト
4 フォトマスク
5,5A,5B レジストパターン
6,6A,6B モデルパターン
H1〜H4 高さ位置
M1〜M4,Xa サイズ
X1,X2 シフト量
XAb,XBb ボトム寸法
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2 Processed film 3 Photoresist 4 Photomask 5, 5A, 5B Resist pattern 6, 6A, 6B Model pattern H1-H4 Height position M1-M4, Xa Size X1, X2 Shift amount XAb, XBb Bottom dimension

Claims (6)

半導体基板上に形成された被加工膜にフォトレジストを形成する工程と、
フォトマスクを用いて前記フォトレジストを露光及び除去することにより、残存した前記フォトレジストからなるレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンの形状を計測することにより、レジストシミュレーションモデルを作成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記被加工材をエッチングすることにより、残存した前記被加工膜からなるモデルパターンを形成する工程と、
前記レジストシミュレーションモデルを用いて、前記モデルパターンに近いパターンサイズを有するエッチング前の前記レジストパターンの高さ位置を特定する工程と、
前記特定された高さ位置における前記レジストパターンのパターンサイズと前記フォトマスクのサイズとを関連づけることにより、レジストモデルを作成する工程と、
前記特定された高さ位置における前記レジストパターンのパターンサイズと前記モデルパターンのサイズとを関連づけることにより、エッチングモデルを作成する工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の設計方法。
Forming a photoresist on a film to be processed formed on a semiconductor substrate;
Forming a resist pattern comprising the remaining photoresist by exposing and removing the photoresist using a photomask; and
Creating a resist simulation model by measuring the shape of the resist pattern;
Etching the workpiece with the resist pattern as a mask to form a model pattern made of the remaining workpiece film; and
Identifying the height position of the resist pattern before etching having a pattern size close to the model pattern using the resist simulation model;
Creating a resist model by associating the pattern size of the resist pattern at the specified height position with the size of the photomask;
And a step of creating an etching model by associating a pattern size of the resist pattern at the specified height position with a size of the model pattern.
前記レジストシミュレーションモデルは、前記レジストパターンの高さ位置とパターンサイズとの関係を示す情報が含まれることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の設計方法。   2. The method of designing a semiconductor device according to claim 1, wherein the resist simulation model includes information indicating a relationship between a height position of the resist pattern and a pattern size. 前記高さ位置を特定する工程は、前記レジストシミュレーションモデルを用いて、前記レジストパターンの複数の高さ位置におけるパターンサイズを算出する工程と、前記算出されたパターンサイズの中から1つのパターンサイズを選択する工程とを含むことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の設計方法。   The step of specifying the height position includes calculating a pattern size at a plurality of height positions of the resist pattern using the resist simulation model, and selecting one pattern size from the calculated pattern sizes. The method for designing a semiconductor device according to claim 2, further comprising a selecting step. 前記選択する工程は、前記算出されたパターンサイズの中から前記モデルパターンに最も近いパターンサイズを選択することを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の設計方法。   4. The method of designing a semiconductor device according to claim 3, wherein the selecting step selects a pattern size closest to the model pattern from the calculated pattern sizes. エッチング前の前記レジストパターンの異なる高さ位置における複数のパターンサイズと前記フォトマスクのサイズとを関連づける工程をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の半導体装置の設計方法。   5. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of associating a plurality of pattern sizes at different height positions of the resist pattern before etching with the size of the photomask. 6. Design method. 回路設計により回路データを決定する工程と、
前記回路データに基づいてレイアウト設計を行うことによりレイアウトデータを生成する工程と、
前記レイアウトデータに対し、前記レジストモデル及び前記エッチングモデルを用いて光近接効果補正を行う工程と、をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の半導体装置の設計方法。
Determining circuit data by circuit design; and
Generating layout data by performing layout design based on the circuit data;
The design of a semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of performing optical proximity effect correction on the layout data using the resist model and the etching model. Method.
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