CN103576442A - 一种光学邻近矫正装置及矫正方法 - Google Patents

Abstract

一种光学邻近矫正装置和矫正方法，通过在现有的矫正装置中加入图形预处理模块，对关键器件图形和虚拟器件图形进行叠加处理，并判断出是否存在重叠错误，从而避免了现有技术中由于该重叠错误的判断程序而导致的光刻版错误或报废问题，大大节省了工艺时间，降低了工艺成本。

Description

一种光学邻近矫正装置及矫正方法

技术领域

本发明涉及半导体制造工业中的光刻制程，尤其涉及对一种光学邻近矫正(Optical Proximity Correction,OPC)的装置及方法。

背景技术

光刻技术是集成电路制造工艺发展的驱动力，也是其中最复杂的技术之一。相对于其他的单个制造技术来说，光刻对芯片性能的提高有着革命性的贡献。在光刻工艺开始之前，集成电路的结构会先通过特定的设备复制到一块较大（相对于生产用的硅片来说）名为掩膜的石英玻璃片上,然后通过光刻设备产生特定波长的光（如波长为248nm的紫外光）将掩膜上集成电路的结构复制到生产芯片所用的硅片上。电路结构在从掩膜复制到硅片过程中，会产生失真，尤其是到了0.18um及以下制造工艺阶段，如果不去改正这种失真的话会造成整个制造技术的失败。所述失真的原因主要是光学邻近效应(OpticalProximity Effect,OPE)，即由于投影曝光系统是一个部分相干光成像系统，理想像的强度频谱幅值沿各向有不同的分布，但由于衍射受限及成像系统的非线性滤波造成的严重能量损失，导致空间像发生园化和收缩的效应。

要改正这种失真，半导体业界的普遍做法是利用预先在掩膜上进行结构补偿的方法，这种方法叫做光学邻近修正（OPC）方法。OPC的基本思想是：对集成电路设计的图形进行预先的修改，使得修改补偿的量正好能够补偿曝光系统造成的OPE效应。因此，使用经过OPC的图形做成的掩膜，通过光刻以后，在晶片上就能得到最初想要的电路结构。

一般在做集成电路的器件图形设计时，除了对电路功能起作用的关键器件图形（main pattern）外，还会加入一些起到电路匹配作用的虚拟器件图形（dummy pattern）。这些虚拟器件会因为不同的匹配作用而做不同的设计：有些虚拟器件是为了防止刻蚀时出现刻蚀不足或刻蚀过度而增加的，比如在金属层中的金属线密度不足就需要在这些关键的金属线之间增加一些金属虚拟线，以增加金属的密度。另外一些则是考虑到在做光刻工艺时，光的反射与衍射对照成关键图形的不同位置的光环境不同，通过增加虚拟器件，使这些关键器件的四周情况大致相当，避免因曝光而影响到关键图形的尺寸。

现有的OPC过程中，对于main pattern和dummy pattern是作为两层不同的层（layer）进行优化的，然而由于dummy pattern在设计时，容易因计算公式的错误（即针对dummy的错误应用）设计出不符合实际需要的dummy，此时dummy pattern就会与main pattern有重叠的部分。这种重叠部分会导致OPC优化得到的光刻板上曝光图形的严重错误，有时甚至需要重新更换光刻板，即耗时，又增加了整个工艺的成本。

而由于OPC程序对main pattern和dummy pattern是分开计算的，因此依靠现有的OPC工艺是无法检测出这种重叠错误。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种光学邻近效应的矫正装置和矫正方法，用以弥补现有的OPC处理过程中，可能产生的因虚拟器件图形设计不当而导致的关键器件图形和虚拟器件图形的重叠错误。

根据本发明的目的提出的一种光学邻近效应矫正装置，该矫正装置在现有的光学临近效应矫正装置的基础上，增加了一个图形预处理模块，该图形预处理模块包括图形叠加单元、输出单元和判断单元，所述图形叠加单元对一关键器件图形和一虚拟器件图形进行叠加并将叠加图形通过所述输出单元输出给所述判断单元。

优选的，所述图形叠加单元在进行图形叠加后，还包括对叠加图形的分层上色，该分层上色分为当叠加图形中有重叠部分时，则将叠加图形分为只包括关键器件图形的第一色、只包括虚拟器件图形的第二色和包括重叠区域的第三色；当叠加图形中没有重叠部分时，则将叠加图形表示为同一颜色。

优选的，所述判断单元根据该叠加图形的上色情况，得出是否存在重叠的判断结果。

优选的，光学邻近效应矫正装置进一步包括报警单元，当所述判断单元的判断结果为存在重叠时，该报警单元发出一提示警报，以提示人员停止光学邻近效应矫正。

优选的，所述关键器件图形和虚拟器件图形为CAD格式文件或GDS格式文件。

同时，根据本发明的目的提出的一种光学邻近效应矫正方法，该方法使用上述任意一项所述的光学邻近效应矫正装置对一目标图形进行矫正，包括步骤：

根据工艺规格确定光刻工艺参数；

根据所述光刻工艺参数确定光学邻近矫正模型，建立光学邻近矫正的运算程序；

对关键器件图形和虚拟器件图形进行叠加处理，并对叠加后的图形进行是否有重叠的判断；

对上述判断结果为否的叠加图形进行所述光学邻近矫正的运算程序，得到该叠加图形的矫正图形。

优选的，当所述判断结果为是时，进一步包括步骤：

通过警报提示人员停止所述光学邻近效应矫正，

重新设计虚拟器件图形，并重复上述图形叠加处理步骤及判断步骤，直至该虚拟器件图形与所述关键器件图形没有重叠为止。

优选的，所述关键器件图形和虚拟器件图形进行叠加处理进一步包括对叠加后的图形进行分层上色的处理，该分层上色处理分为：当叠加图形中有重叠部分时，则将叠加图形分为只包括关键器件图形的第一色、只包括虚拟器件图形的第二色和包括重叠区域的第三色；当叠加图形中没有重叠部分时，则将叠加图形表示为同一颜色。

本发明提出的光学邻近矫正装置和矫正方法中，通过在现有的矫正装置中加入图形预处理模块，对关键器件图形和虚拟器件图形进行叠加处理，并判断出是否存在重叠错误，从而避免了现有技术中由于该重叠错误的判断程序而导致的光刻版错误或报废问题，大大节省了工艺时间，降低了工艺成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的光学邻近效应矫正装置中图形预处理模块的结构示意图；

图2A-2D是以金属层为例在图形叠加处理过程中的示意图。

图3是本发明的光学邻近矫正方法的流程示意图。

具体实施方式

如背景技术中描述的，在现有的OPC处理过程中，由于对于mainpattern和dummy pattern是视为不同层次的优化，从单层来看，每一层都会被认为符合设计，设备很难检测出main pattern和dummy pattern出现重叠错误的情况。然而由于dummy在计算时容易因应用的不同而产生设计错误，因此往往会在OPC处理完后才发现main pattern与dummy pattern有重叠的现象。从而导致光刻板的曝光图形不合格，严重时需要更换光刻板，使工艺的时间拉长并且成本增加。

本发明根据现有技术中的不足，在现有的OPC校正设备中加入了图形的预处理模块，专门对main pattern和dummy pattern进行是否存在重叠错误的检测，确保在OPC优化完之后，得到的光刻板不会因为main pattern和dummy pattern的重叠错误而发生报废的情况。同时本发明对现有的OPC工艺步骤也进行了调整，在OPC工艺中加入了图形的预处理步骤，一旦发现有重叠错误的图形，则发出警报信息，提醒人员重新设计dummypattern，从而减少因main pattern和dummy pattern的重叠错误而带来的光刻板报废问题。

请参见图1，图1是本发明的光学邻近效应矫正装置中图形预处理模块的结构示意图。由于本发明是在现有的OPC装置的基础上进行改进，在此只对本发明的创新点做出描述，其它作为OPC已有的部件将不再描述。

如图1所示，该图形预处理模块10包括图形叠加单元11、输出单元12和判断单元13。图形叠加单元11用以对关键器件图形（main pattern）和虚拟器件图形（dummy pattern）进行叠加，该图形叠加单元11比如是一种具有图形数据处理能力的CPU或GPU，通过识别main pattern或dummy pattern中器件图形，生成将两者叠加后的图形。其中该main pattern和dummy pattern可以是CAD格式文件或GDS格式文件。

进一步的，该图形叠加单元11还可以对叠加后的图形进行分层上色处理，以表示叠加图形在各个位置处具体布局。该分层上色分处理可以为：当叠加图形中有重叠部分时，则将叠加图形分为只包括关键器件图形的第一色、只包括虚拟器件图形的第二色和包括重叠区域的第三色；当叠加图形中没有重叠部分时，则将叠加图形表示为同一颜色。其中第一色和第二色可以是同种颜色，也可以是不同颜色，但这两个颜色必须与第三色不同。

以金属层为例，请参见图2A至2D，该图2A至2D表示的是金属层在图形叠加处理过程中的示意图。其中图2A是金属层的main pattern，即关键金属线21的分布图形，图2B是该金属层对应的dummy pattern，即虚拟金属线22的分布图形，图2C是将main pattern和dummy pattern叠加之后的图形，可以看到此时main pattern与dummy pattern具有重叠的部分23，图2D是对重叠图形进行分层上色处理之后的图形，此时重叠部分23被标示成与单纯的关键金属线21和虚拟金属线22不一样的颜色（图中以阴影线表示）。

图形叠加单元11得到叠加图形之后，通过输出单元12输出给所述判断单元13。该判断单元13根据叠加图形的上色情况，判断是否有重叠部分。当然该判断单元13也可以设计成具有自行图形处理能力的器件，此时则不需要上述图形叠加单元11对该叠加图形进行任何处理，直接依赖判断单元13的图形处理，得出判断结果。

进一步的，光学邻近效应矫正装置还可以包括一个报警单元14，当所述判断单元13的判断结果为存在重叠时，该报警单元14发出一提示警报，以提示人员停止光学邻近效应矫正。而当叠加图形为正常图形时，该报警单元14则可以通知光学邻近效应矫正装置进行下一步的操作。这样一来就可以实现自动在线操作，从而避免了人员需要时刻呆在设备旁进行观察的不必要劳动，节省了人力。

请参见图3，图3是本发明的光学邻近矫正方法的流程示意图。如图所示，该修正方法包括步骤：

S11：根据工艺规格，确定光刻工艺参数。由于生产不同的半导体器件，所使用到的光刻工艺具有很大差别，即使在同一半导体器件在制作过程中，也需要进行多道光刻工艺，比如TO（有源区层次），GT（栅氧层次），An(金属连线层次)等。在这些不同层次上进行的光刻工艺，所使用到的工艺规格都不相同，因此先要根据所需要实现的器件功能确定半导体器件的工艺规格，并根据工艺要求，确定图形的特征尺寸。

在得到工艺规格之后，还需要确定光刻工艺的具体参数，所述光刻工艺具体参数包括曝光光路的光学参数、光刻胶的材料参数以及刻蚀工艺的化学参数。所述曝光光路的光学参数主要指光路的数值孔径、缩放倍率以及曝光光源等具体参数。所述光刻胶的材料参数主要是指光刻胶材料的分辨率、曝光速率、光敏度等具体参数。所述刻蚀工艺的化学参数主要是指刻蚀剂的酸碱性以及化学性质等具体参数。由于制作不同等级特征尺寸所采用到的光刻工艺不同，因此需要对光刻工艺参数有个明确的定位。

S12：根据所述光刻工艺参数确定光学邻近修正模型，建立光学邻近修正的运算程序。在确定完光刻工艺参数后，可以进行OPC建模。建模的基本流程如下：首先是在标片上放置预先设计的测试图形，收集到一组真实光刻晶片的数据。然后使用同样的测试图形，利用OPC建模工具进行模拟，如果摸以得到的图形尺寸与相对应的真实晶片数据能够很好的符合，那么就可以认为在这样一个有限的样品空间（sampling space）中，模拟得到的模型能够很好的描述整个曝光系统和化学效应，因此就能用来定量在预知情况下的OPE效应，从而可以用来进行OPC。在工厂端，由于厂家在多数情况下会对自家生产的产品工艺建有相应的数据库，因此建模过程也可简化为调取数据的过程，只需输入相对应的数据模型，就能调取到所需的OPC模型。

在建完OPC模型后，还需要编写OPC处理的程序，以用于将适用的图形进行OPC处理。

S13：对关键器件图形和虚拟器件图形进行叠加处理，并对叠加后的图形进行是否有重叠的判断。

该步骤通过上述的图形预处理模块完成。具体操作时，人员可以手动输入关键器件图形数据和虚拟器件图形数据，或者选择让图形预处理模块自动加载这些数据。通常关键器件图形和虚拟器件图形依据客户的实际需要进行设计，并以CAD格式文件或GDS格式文件的形式存在。

然后通过图形叠加单元将两幅图叠加到一起，叠加时需要按照器件实际位置进行匹配。叠加完成后，对叠加图形进行分层上色处理，如果存在重叠部分，利用颜色标识表示出来。具体的上色方法可参照上述器件描述中的方法，在此不再赘述。

之后通过判断单元对上述叠加图形进行判断，得出是否有重叠部分的判断结果。

S14：对上述判断结果为否的叠加图形进行所述光学邻近矫正的运算程序，得到该叠加图形的矫正图形。该步骤中，可以通过报警装置自动执行，即当判断单元的判断结果为叠加图形中没有出现重叠部分时，该判断单元通知报警装置按正常的OPC矫正步骤执行运算程序。也可以通过人员得知判断结果之后，利用手工切换到正常的OPC矫正程序上。

而当该判断单元判断出上述叠加图形中存在重叠部分时，则立即通知报警程序进行报警，人员在得到该报警信息后，可以根据叠加图形重叠区域出现的位置，对dummy pattern进行修正或重新设计，然后将新的dummy pattern与main pattern重复执行上述图形叠加处理步骤，直至判断单元得出的判断结果为叠加图形中没有重叠部分为止。

综上所述，本发明提出的一种光学邻近矫正装置和矫正方法，通过在现有的矫正装置中加入图形预处理模块，对关键器件图形和虚拟器件图形进行叠加处理，并判断出是否存在重叠错误，从而避免了现有技术中由于该重叠错误的判断程序而导致的光刻版错误或报废问题，大大节省了工艺时间，降低了工艺成本。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种光学邻近效应矫正装置，其特征在于：所述光学邻近效应矫正装置包括一图形预处理模块，该图形预处理模块包括图形叠加单元、输出单元和判断单元，所述图形叠加单元对一关键器件图形和一虚拟器件图形进行叠加并将叠加图形通过所述输出单元输出给所述判断单元。

2.如权利要求1所述的光学邻近效应矫正装置，其特征在于：所述图形叠加单元在进行图形叠加后，还包括对叠加图形的分层上色，该分层上色分为当叠加图形中有重叠部分时，则将叠加图形分为只包括关键器件图形的第一色、只包括虚拟器件图形的第二色和包括重叠区域的第三色；当叠加图形中没有重叠部分时，则将叠加图形表示为同一颜色。

3.如权利要求2所述的光学邻近效应矫正装置，其特征在于：所述判断单元根据该叠加图形的上色情况，得出是否存在重叠的判断结果。

4.如权利要求1所述的光学邻近效应矫正装置，其特征在于：光学邻近效应矫正装置进一步包括报警单元，当所述判断单元的判断结果为存在重叠时，该报警单元发出一提示警报，以提示人员停止光学邻近效应矫正。

5.如权利要求1所述的光学邻近效应矫正装置，其特征在于：所述关键器件图形和虚拟器件图形为CAD格式文件或GDS格式文件。

6.一种光学邻近效应矫正方法，该方法使用权利要求1至5任意一项所述的光学邻近效应矫正装置对一目标图形进行矫正，其特征在于包括步骤：

根据工艺规格确定光刻工艺参数；

根据所述光刻工艺参数确定光学邻近矫正模型，建立光学邻近矫正的运算程序；

对关键器件图形和虚拟器件图形进行叠加处理，并对叠加后的图形进行是否有重叠的判断；

对上述判断结果为否的叠加图形进行所述光学邻近矫正的运算程序，得到该叠加图形的矫正图形。

7.如权利要求6所述的光学邻近效应矫正方法，其特征在于：当所述判断结果为是时，进一步包括步骤：

通过警报提示人员停止所述光学邻近效应矫正，

重新设计虚拟器件图形，并重复上述图形叠加处理步骤及判断步骤，直至该虚拟器件图形与所述关键器件图形没有重叠为止。

8.如权利要求6所述的光学邻近效应矫正方法，其特征在于：所述关键器件图形和虚拟器件图形进行叠加处理进一步包括对叠加后的图形进行分层上色的处理，该分层上色处理分为：当叠加图形中有重叠部分时，则将叠加图形分为只包括关键器件图形的第一色、只包括虚拟器件图形的第二色和包括重叠区域的第三色；当叠加图形中没有重叠部分时，则将叠加图形表示为同一颜色。

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