CN102902154A

CN102902154A - 光学临近效应修正工艺模型的建模方法

Info

Publication number: CN102902154A
Application number: CN2011102149017A
Authority: CN
Inventors: 陈福成; 袁春雨
Original assignee: Shanghai Hua Hong NEC Electronics Co Ltd
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2011-07-29
Filing date: 2011-07-29
Publication date: 2013-01-30

Abstract

本发明公开了一种光学临近效应修正工艺模型的建模方法，包括步骤：测量半导体工艺层的光刻原始数据以及其线宽粗糙度；根据各关键尺寸的测量值的线宽粗糙度、半导体工艺层的设计规则处的基准线宽粗糙度以及半导体工艺层的设计规则处的基准权重值确定各关键尺寸的权重值。本发明通过引入线宽粗糙度来确定各关键尺寸的权重值，能减少测量数据量，还能过滤一些工艺、量测机台和量测过程中的不稳定因素和随机因素，能加快工艺模型建立的拟和和收敛时间，同时确保工艺模型的精确和可靠稳定。

Description

光学临近效应修正工艺模型的建模方法

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路制造工艺方法，特别是涉及一种光学临近效应修正(0ptical Proximity Correction，OPC)工艺模型的建模方法。

背景技术

现有光学邻近效应修正(OPC，Optical Proximity Correction)的过程中，需要采集大量的光刻原始数据来建立的工艺模型，该工艺模型包括光刻后工艺模型、或者刻蚀后工艺模型。现有光学临近效应修正工艺模型的建模方法中采集大量的光刻原始数据的方法为：对于每个特征图形，采用在同一片硅片不同的曝光单元，测量其光刻关键尺寸(CriticalDimension，CD)，然后取关键尺寸平均值作为各光刻原始数据；该采集方法来避免出现大的测量误差值。之后再将收集到的各光刻原始数据即将不同位置的线宽即关键尺寸数据平均值作为经验值输入建立工艺模型中。

表一

如表一所示，为采用现有方法收集到的光刻原始数据的表格，其中光刻CD为在同一片硅片不同的曝光单元测量到的光刻关键尺寸的平均值，单位为nm；空间周期为在同一片硅片不同的曝光单元测量到的空间周期的平均值，单位为nm。将所述关键尺寸输入到工艺模型中时，现有技术中还需要加入为每一个关键尺寸赋予一个权重值，表一中W_x即表示为各所述关键尺寸的权重值。表一中所示的半导体工艺层的设计规则是由空间周期为240nm决定的，空间周期为240nm处的光刻关键尺寸为120nm(表一中的测量值为118.3nm)、间隙为120nm；小于240nm的空间周期为亚规则的空间周期，如表一中的220nm和230nm的空间周期都为亚规则的空间周期。现有技术对各所述关键尺寸赋权重值的方法为：将小于70nm的关键尺寸的权重值都取0；亚规则的空间周期根据关键尺寸的扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscopy，SEM)照片来判断，该值可能会因为各人的主观原因而导致不同观察者产生不同的判断，表一中亚规则的空间周期的两个关键尺寸的权重值都取80；其它的各关键尺寸的权重值都取100。

如图2所示，为采用现有建模方法建立的工艺模型来模拟光刻版图形得到的模拟图形和采用SEM机台测量得到的光刻版图形的实际图形的比较图，较细的线条1为模拟图形的线条，较粗的线条2为实际图形的边，从图2中可以看到，线条1和线条2重合的不是很好，所以模拟图形和实际图形还是有比较大的差值。

模拟值和实际值相差较大的原因为在实际建立工艺模型过程中，如果将不同位置的线宽即关键尺寸数据平均值作为经验值输入建立工艺模型会引入工艺、量测机台和量测过程等的不稳定因素和随机因素。

上述的不稳定因素和随机因素在建立模型时，还会耗费大量的时间在工艺模型拟和和模型收敛，同时还会牺牲工艺模型的稳定度。当考虑模型向亚设计尺寸(Sub-design-rule)延伸的时候，这种不稳定因素表现得更加明显。

另外，现有方法中，判断一个关键尺寸的光刻能力是不是足够的方法是通过肉眼观察该关键尺寸的SEM照片来判断，如在亚规则的空间周期的权重值就是靠肉眼观察SEM照片来取值的。所以，现有方法可能会因为各人的主观原因而导致不同观察者产生不同的判断；同时对于某些设计规则以下的关键尺寸，现有这种肉眼判断的方法更加不科学。而通过理论公式来计算的光刻机曝光能力和实际机台的曝光能力也有相当大的差距；而收集OPC数据的时候，也不可能对于各个光刻的关键尺寸收集FEM(FocusEnergy Matrix)来判断这些关键尺寸的光刻工艺窗口。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种光学临近效应修正工艺模型的建模方法，能减少测量数据量，还能过滤一些工艺、量测机台和量测过程中的不稳定因素和随机因素，能加快工艺模型建立的拟和和收敛时间，同时确保工艺模型的精确和可靠稳定。

为解决上述技术问题，本发明提供的光学临近效应修正工艺模型的建模方法包括步骤：

步骤一、测量半导体工艺层的光刻原始数据以及所述光刻原始数据的线宽粗糙度(line Width Roughness，LWR)；所述光刻原始数据包括多个关键尺寸的测量值；所述光刻原始数据的线宽粗糙度包括各所述关键尺寸的测量值的线宽粗糙度。

步骤二、根据各所述关键尺寸的测量值的线宽粗糙度、所述半导体工艺层的设计规则处的基准线宽粗糙度以及所述半导体工艺层的设计规则处的基准权重值确定各所述关键尺寸的权重值。确定各所述关键尺寸的权重值方法为：将大于所述基准线宽粗糙度的各所述线宽粗糙度对应的各所述关键尺寸的权重值在所述基准权重值的基础上减少；将小于等于所述基准线宽粗糙度的各所述线宽粗糙度对应的各所述关键尺寸的权重值在所述基准权重值的基础上增加或不变。

进一步的改进是，步骤二中采用分段函数确定各所述关键尺寸的权重值，所述分段函数为：当LWR_x＞1.3×LWR₀时，W_x＝W₀/2；当LWR_x≤1.3×LWR₀时，W_x＝W₀。其中，LWR_x各所述关键尺寸的测量值的线宽粗糙度，LWR₀所述基准线宽粗糙度，W_x为各所述关键尺寸的权重值，W₀为各所述基准权重值。

进一步的改进是，步骤二中采用一阶函数确定各所述关键尺寸的权重值，所述一阶函数为：W_X＝W₀×(LWR₀/LWR_X)。其中，LWR_x各所述关键尺寸的测量值的线宽粗糙度，LWR₀所述基准线宽粗糙度，W_x为各所述关键尺寸的权重值，W₀为各所述基准权重值。

进一步的改进是，所述半导体工艺层的设计规则处的线宽粗糙度为所述基准线宽粗糙度，所述半导体工艺层的设计规则处的权重值为所述基准权重值；所述半导体工艺层的设计规则处为具有最小线宽和最小空隙的位置处，所述半导体工艺层的最小周期为最小线宽和最小空隙的和。

进一步的改进是，步骤一中采用扫描电子显微镜测量所述半导体工艺层的光刻原始数据以及所述光刻原始数据的线宽粗糙度。

本发明通过引入线宽粗糙度这个数值的表征来判断实际光刻机台的曝光能力，利用所述线宽粗糙度来对不同的关键尺寸的经验值数据的权重系数进行修证，从而使本发明具有如下有益效果：能减少测量数据量，还能过滤一些工艺、量测机台和量测过程中的不稳定因素和随机因素，能加快工艺模型建立的拟和和收敛时间，同时确保工艺模型的精确和可靠稳定。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明实施例方法的流程图；

图2是现有建模方法建立的工艺模型来模拟光刻版图形得到的模拟图形和采用SEM机台测量得到的光刻版图形的实际图形的比较图；

图3是本发明实施例方法建立的工艺模型来模拟光刻版图形得到的模拟图形和采用SEM机台测量得到的光刻版图形的实际图形的比较图。

具体实施方式

如图1所示，是本发明实施例方法的流程图。本发明实施例光学临近效应修正工艺模型的建模方法包括步骤：

步骤一、采用扫描电子显微镜测量半导体工艺层的光刻原始数据以及所述光刻原始数据的线宽粗糙度；所述光刻原始数据包括多个关键尺寸的测量值；所述光刻原始数据的线宽粗糙度包括各所述关键尺寸的测量值的线宽粗糙度。

步骤二、根据各所述关键尺寸的测量值的线宽粗糙度、所述半导体工艺层的设计规则处的基准线宽粗糙度以及所述半导体工艺层的设计规则处的基准权重值确定各所述关键尺寸的权重值；确定各所述关键尺寸的权重值方法为：将大于所述基准线宽粗糙度的各所述线宽粗糙度对应的各所述关键尺寸的权重值在所述基准权重值的基础上减少；将小于等于所述基准线宽粗糙度的各所述线宽粗糙度对应的各所述关键尺寸的权重值在所述基准权重值的基础上增加或不变。

步骤二中确定各所述关键尺寸的权重值方法有多种实现方式，如能采用分段函数方式，所述分段函数为：当LWR_x＞1.3×LWR₀时，W_x＝W₀/2，当LWR_x≤1.3×LWR₀时，W_x＝W₀。其中，LWR_x各所述关键尺寸的测量值的线宽粗糙度，LWR₀所述基准线宽粗糙度，W_x为各所述关键尺寸的权重值，W₀为各所述基准权重值。

也能采用一阶函数方式，所述一阶函数为：W_X＝W₀×(LWR₀/LWR_X)。其中，LWR_x各所述关键尺寸的测量值的线宽粗糙度，LWR₀所述基准线宽粗糙度，W_x为各所述关键尺寸的权重值，W₀为各所述基准权重值。

也能采用上述二种函数的组合，或者采用其它函数或函数组合。

表二

如表二所示，为采用本发明实施例方法收集到的光刻原始数据以及所述光刻原始数据的线宽粗糙度的表格。其中光刻CD为在同一片硅片不同的曝光单元测量到的光刻关键尺寸的平均值，单位为nm；空间周期为在同一片硅片不同的曝光单元测量到的空间周期的平均值，单位为nm；LWR为各所述关键尺寸的测量值的线宽粗糙度，单位为nm。和表一比较可知，本发明实施例方法收集的光刻原始数据要比现有技术多收集了一项LWR数据。W_x为各所述关键尺寸的权重值。

表二中所示的半导体工艺层的设计规则是由空间周期为240nm决定的，空间周期为240nm处的光刻关键尺寸为120nm(表一中的测量值为118.3nm)、间隙为120nm；小于240nm的空间周期为亚规则的空间周期，如表一中的220nm和230nm的空间周期都为亚规则的空间周期。表二中的半导体工艺层的设计规则处的线宽粗糙度为基准线宽粗糙度，该基准线宽粗糙度的值为6.5；所述半导体工艺层的设计规则处的权重值为基准权重值，该权重值的值为100。

其它各所述关键尺寸的权重值是根据各所述关键尺寸的测量值的线宽粗糙度、所述基准线宽粗糙度即6.5nm以及所述基准权重值即100确定。确定各所述关键尺寸的权重值方法为：将大于所述基准线宽粗糙度的各所述线宽粗糙度对应的各所述关键尺寸的权重值在所述基准权重值的基础上减少；将小于等于所述基准线宽粗糙度的各所述线宽粗糙度对应的各所述关键尺寸的权重值在所述基准权重值的基础上增加或不变。而在表二中具体选择了所述一阶函数为：W_X＝W₀×(LWR₀/LWR_X)来设定各所述关键尺寸的权重值。当然也也能采用一阶函数方式，所述一阶函数为：W_X＝W₀×(LWR₀/LWR_X)，代入数值后即为：W_X＝100×(6.5/LWR_X)，其中，LWR_x各所述关键尺寸的测量值的线宽粗糙度。也能采用分段函数，或分段函数和一阶函数的组合，或者采用其它函数或函数组合。

如图3所示，为采用本发明实施例方法建立的工艺模型来模拟光刻版图形得到的模拟图形和采用SEM机台测量得到的光刻版图形的实际图形的比较图，较细的线条1为模拟图形的线条，较粗的线条2为实际图形的边，从图3中可以看到，线条1和线条2重合的很好，所以模拟图形和实际图形重合的较好，相比于如图2所示的现有方法得到的结果，本发明有大大的改进。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种光学临近效应修正工艺模型的建模方法，其特征在于，包括步骤：

步骤一、测量半导体工艺层的光刻原始数据以及所述光刻原始数据的线宽粗糙度；所述光刻原始数据包括多个关键尺寸的测量值；所述光刻原始数据的线宽粗糙度包括各所述关键尺寸的测量值的线宽粗糙度；

步骤二、根据各所述关键尺寸的测量值的线宽粗糙度、所述半导体工艺层的设计规则处的基准线宽粗糙度以及所述半导体工艺层的设计规则处的基准权重值确定各所述关键尺寸的权重值；确定各所述关键尺寸的权重值方法为：

将大于所述基准线宽粗糙度的各所述线宽粗糙度对应的各所述关键尺寸的权重值在所述基准权重值的基础上减少；

将小于等于所述基准线宽粗糙度的各所述线宽粗糙度对应的各所述关键尺寸的权重值在所述基准权重值的基础上增加或不变。

2.如权利要求1所述的光学临近效应修正工艺模型的建模方法，其特征在于：步骤二中采用分段函数确定各所述关键尺寸的权重值，所述分段函数为：

当LWR_x＞1.3×LWR₀时，W_x＝W₀/2，

当LWR_x≤1.3×LWR₀时，W_x＝W₀；

其中，LWR_x各所述关键尺寸的测量值的线宽粗糙度，LWR₀所述基准线宽粗糙度，W_x为各所述关键尺寸的权重值，W₀为各所述基准权重值。

3.如权利要求1所述的光学临近效应修正工艺模型的建模方法，其特征在于：步骤二中采用一阶函数确定各所述关键尺寸的权重值，所述一阶函数为：

W_X＝W₀×(LWR₀/LWR_X)；

4.如权利要求1所述的光学临近效应修正工艺模型的建模方法，其特征在于：所述半导体工艺层的设计规则处的线宽粗糙度为所述基准线宽粗糙度，所述半导体工艺层的设计规则处的权重值为所述基准权重值；所述半导体工艺层的设计规则处为具有最小线宽和最小空隙的位置处，所述半导体工艺层的最小周期为最小线宽和最小空隙的和。

5.如权利要求1所述的光学临近效应修正工艺模型的建模方法，其特征在于：步骤一中采用扫描电子显微镜测量所述半导体工艺层的光刻原始数据以及所述光刻原始数据的线宽粗糙度。