CN103631083B - 一种光学邻近修正的焦平面选择方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光学邻近修正的焦平面选择方法，该方法在建立光学邻近效应模型过程中，在原本对焦平面不敏感的光罩图形中加入焦平面敏感的检测图形，用于选择最佳焦平面相关参数的取值，突破了用泊桑曲线选择最佳焦平面的局限性。

Description

一种光学邻近修正的焦平面选择方法

技术领域

本发明涉及半导体器件的制作技术，特别涉及一种光学邻近修正的焦平面选择方法。

背景技术

在集成电路制造中，为了将电路图形顺利地转移到晶片衬底上，必须先将该电路图形设计成光罩上的光罩图案，然后再将光罩图案通过曝光显影工艺转移到该晶片衬底上，转移晶片衬底上的图形称为光刻图案。该晶片衬底包括，但不局限于，例如硅、硅锗（SiGe）、绝缘体硅（SOI）以及其各种组合物等材料。随着超大规模集成电路（Very Large Scale Integrated circuites，VLSI）的发展，导致了对减小电路图形尺寸和增加布局密度的需求的增长。当关键尺寸（critical dimensions，CD）接近或小于光刻工艺所用的光源波长时，就会使光刻图案变形；还会因为受到邻近的图形影响等因素而导致图形的扭曲和偏移，例如线端缩短（line-end shortening）、线端连结（line-endbridging）、线宽变异（line width variations）、线角圆化（line corner rounding）。这就更加需要使用分辨率增强技术（RET）以扩展光刻工艺的能力。RET包括诸如光学邻近修正（Optical Proximity Correction，OPC）、次分辨率辅助图形增强光刻（SRAF）和相位移增强掩模光刻（PSM）等技术。其中，OPC技术更是在近来在半导体制造中兴起的一种热门工艺。OPC技术通过系统改变光罩图案，补偿上述图形的扭曲和偏移，系统改变光罩图案主要是指预先改变光罩图案的形状和尺寸，即在光罩图案末端增加辅助图形，使得晶片衬底上最终形成的光刻图案达到电路图形的设计要求。

OPC技术首先要求在最佳曝光能量和焦平面条件下收集每种电路图形（例如一条线端或者一个孔洞）的实验数据，也就是建立光学邻近效应模型。对每种电路图形来说，最佳曝光能量和焦平面的选择，则根据泊桑（Bossung）曲线确定。众所周知，Bossung曲线是不同曝光能量下的一组曲线，每条Bossung曲线的获取方法是：将待测的电路图形单独转化为独立的光罩图形后，在相同的曝光能量下，改变焦平面（focus）相关参数，经过曝光和显影等步骤得到不同焦平面相关参数分别对应的光刻图案的特征尺寸（CD），建立以上述焦平面相关参数作为横坐标，以所述焦平面相关参数对应的特征尺寸作为纵坐标的曲线。由于最佳的焦平面的选择条件要求在焦平面相关参数变化时，特征尺寸的波动最小，通常选取Bossung曲线的波峰或者波谷（此时δ[CD]/δ[focus]微分数值为零）的横坐标作为最佳焦平面取值点。最佳曝光能量的选择方法是，在不同的曝光能量下的一组曲线中，从上述选定的最佳焦平面对应的光刻图案的特征尺寸中找出最接近目标特征尺寸的曲线，该曲线的曝光能量值作为最佳曝光能量。

采用在上述最佳曝光能量和焦平面相关参数的实验条件下建立的光学邻近效应模型，修正光罩图案的设计布局，称为基于模型的OPC，该方法只能保证光刻工艺在最佳条件时的准确性。基于模型的OPC技术在实际光刻工艺流程中，其最佳条件（主要是最佳焦平面相关参数）的准确性还会受到以下三个方面的影响：第一，晶片（wafer）表面的高低变化，可以用探测的方法得到；第二，曝光步骤中，由于温度，压力以及其他外界因素，对用于聚焦曝光光束的透镜的影响所导致的焦平面变化；第三，光刻工艺所用光阻胶的性质以及厚度，

可见，为了保证OPC技术在光刻工艺流程中的准确性，必须根据实际光刻工艺流程，调整建立OPC模型时选取的焦平面相关参数（最佳焦平面相关参数），将调整后的焦平面相关参数用于实际光刻工艺流程。根据Bossung曲线确定焦平面相关参数的问题在于，最佳焦平面的选取依赖Bossung曲线的波峰或者波谷的位置，也就是只有对焦平面变化敏感的图形，才能以波峰或者波谷为参照点，找到调整后的焦平面相关参数；相对应的，对焦平面变化不敏感的图形的Bossung曲线中没有波峰或波谷作为参照，则无法确定在光刻工艺条件改变后，对应的焦平面相关参数取值，如图1所示的曲线1。但当光刻工艺条件有变化时，例如光刻机台中相关的光刻工艺参数改变时，就无法给出较好的预测。关于光刻工艺的工作窗口，我们通常的说法是某单一图形与预定目标值的差异范围在±10%以内时，曝光能量和焦平面共同制约的变化范围。对于整个芯片设计布局中光刻工艺的工作窗口，就要所述整个芯片设计布局中所有图形都要满足上述条件。基于模型的OPC就是要把光学和其他制作流程的影响都考虑进来，修正设计布局使其中所有的关键尺寸都能够满足生产要求。既然传统意义的光学邻近效应模型只有最佳工艺条件的实验数据，当光刻的工艺条件发生变化时，上述光学邻近效应模型就不能做出准确的预测，尤其对焦平面不敏感的电路图形，无法确定最佳的焦平面相关参数取值，也就无法建立准确的光学邻近效应模型。可见现有技术中根据泊桑曲线选择最佳焦平面的方法具有局限性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种光学邻近修正的焦平面选择方法，能够提高对焦平面不敏感的电路图形的光学邻近效应模型的准确性。

本发明的技术方案是这样实现的：一种光学邻近修正的焦平面选择方法，该方法应用于光学邻近修正，在具有焦平面不敏感图形的光罩图形中加入焦平面敏感的检测图形；分别建立所述焦平面不敏感图形对应的第一泊桑曲线和所述焦平面敏感的检测图形对应的第二泊桑曲线，所述第二泊桑曲线具有波峰或波谷；

根据所述第一泊桑曲线选取目标特征尺寸对应的第一焦平面相关参数，记录所述第二泊桑曲线的波峰或波谷对应的第二焦平面相关参数与所述第一焦平面相关参数之间的差值之后，该方法还包括：

建立所述焦平面敏感的检测图形对应的第三泊桑曲线，所述第三泊桑曲线具有波峰或波谷；

根据所述第三泊桑曲线的波峰或波谷对应的第三焦平面相关参数和所述相对差值计算焦平面不敏感图形的焦平面相关参数。

所述焦平面敏感的检测图形是顶角小于等于30度的等腰三角形。

所述根据所述第一泊桑曲线选取目标特征尺寸对应的第一焦平面相关参数的是，当所得光刻图案的特征尺寸与目标特征尺寸的差异范围在±10%之内时，选取对应的第一焦平面相关参数的取值。

所述第二泊桑曲线的波峰或波谷对应的第二焦平面相关参数与所述第一焦平面相关参数之间差值的计算方法是，用所述第二焦平面相关参数减去所述第一焦平面相关参数；

所述根据所述第三泊桑曲线的波峰或波谷对应的第三焦平面相关参数和所述相对差值计算焦平面不敏感图形的焦平面相关参数的方法是，将所述第三焦平面相关参数与所述差值相加所得的和作为焦平面不敏感图形的焦平面相关参数。

从上述方案可以看出，本发明提供一种光学邻近修正的焦平面选择方法，在光罩图形中加入焦平面敏感的检测图形后，首先建立OPC模型，然后根据焦平面不敏感图形的第一泊桑曲线和焦平面敏感的检测图形的第二泊桑曲线的在焦平面相关参数方面的相对差值，调整得到光刻工艺流程中焦平面不敏感图形时所需的焦平面相关参数，本发明提出的焦平面选择方法，保证了在光刻工艺流程中OPC模型焦平面不敏感图形的准确性。

附图说明

图1为现有技术中泊桑曲线图。

图2为本发明具体实施例一中以等腰三角形作为焦平面敏感的检测图形。

图3为本发明具体实施例一中泊桑曲线示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。

本发明提供一种光学邻近修正的焦平面选择方法，该方法在建立光学邻近效应模型过程中，在原本具有对焦平面不敏感的光罩图形中加入焦平面敏感的检测图形，用于选择最佳焦平面相关参数的取值，该方法具体步骤如下。

首先，在建立光学邻近修正的模型之前，在具有焦平面不敏感图形的光罩图形中加入焦平面敏感的检测图形；本实施例中，焦平面敏感的检测图形是等腰三角形，其顶角的角度小于等于30度，如图2所示。

然后，如图3所示分别建立焦平面不敏感图形对应的第一泊桑曲线和所述焦平面敏感的检测图形对应的第二泊桑曲线，所述第二泊桑曲线具有波峰或波谷，其中，得到第一和第二泊桑曲线的步骤为现有技术，不再赘述，本发明中，焦平面不敏感图形对应的第一泊桑曲线比较平缓，没有明显的波峰和波谷，但是，焦平面敏感的检测图形也就是本实施例中的等腰三角形对应的第二泊桑曲线具有明显的波峰或者波谷，波峰或者波谷所在的顶点或底点对应的横坐标作为第二焦平面相关参数，本实施例以波谷的底点A为例；同时，在第一泊桑曲线中选取与目标特征尺寸对应的第一焦平面相关参数，该第一焦平面相关参数对应B点，这里选取与目标特征尺寸对应的第一焦平面相关参数是指，当所得光刻图案的特征尺寸与目标特征尺寸的差异范围在±10%之内时，所对应B点的焦平面相关参数的取值作为第一焦平面相关参数，具体方法为现有技术，不再赘述。

接着，计算和记录第二焦平面相关参数与第一焦平面相关参数之间的差值S，本实施例中，用第二焦平面相关参数减去第一焦平面相关参数所得的差作为两者之间的差值。此后，后续建立OPC模型以及对光罩图案进行OPC的步骤为现有技术，不再赘述。

当采用实际光刻工艺，按照OPC后的光罩图案，通过曝光和显影等步骤，将图案转移到晶片表面涂覆的光刻胶步骤之前，由于实际光刻工艺与OPC模型建立时最佳条件的差异，如果仍然按照最佳条件时选取的第一焦平面相关参数进行光刻，将会影响OPC的准确性。因此，需要再次通过泊桑曲线，找到当前光刻工艺条件下，随焦平面相关参数变化，特征尺寸的波动最小时对应的焦平面相关参数。具体方法是在当前工艺条件下，制作焦平面敏感的检测图形对应的第三泊桑曲线，因为是焦平面敏感的检测图形，所以第三泊桑曲线必然也具有波峰或波谷。

最后，将第三泊桑曲线的波峰或波谷对应的第三焦平面相关参数，本实施例中是A’点对应的第三焦平面相关参数，与建立OPC模型时记录的第二焦平面相关参数与第一焦平面相关参数之间的差值两者相加，计算得到两者的和作为在当前光刻工艺条件下，焦平面不敏感图形的焦平面相关参数，也就是B’点对应的焦平面相关参数。

需要注意的是，当光刻工艺条件改变时，需要分别建立第三泊桑曲线，并计算得到当前工艺条件下焦平面不敏感图形对应的焦平面相关参数。

上述实施例可见，本发明提供一种光学邻近修正的焦平面选择方法，在光罩图形中加入焦平面敏感的检测图形后，首先建立OPC模型，然后根据焦平面不敏感图形的第一泊桑曲线和焦平面敏感的检测图形的第二泊桑曲线的在焦平面相关参数方面的相对差值，调整得到不同光刻工艺条件下焦平面不敏感图形所需的焦平面相关参数。本发明提出的焦平面选择方法，利用焦平面不敏感图形的第一泊桑曲线与焦平面敏感的检测图形的第二泊桑曲线之间在焦平面相对参数上的差值作为参考坐标，计算在不同光刻工艺条件下对应OPC模型的最佳焦平面相关参数，突破了焦平面不敏感图形使用泊桑曲线选择最佳焦平面的局限性，保证了在光刻工艺流程中OPC模型焦平面不敏感图形的准确性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (2)

1.一种光学邻近修正的焦平面选择方法，该方法应用于光学邻近修正，在具有焦平面不敏感图形的光罩图形中加入焦平面敏感的检测图形；分别建立所述焦平面不敏感图形对应的第一泊桑曲线和所述焦平面敏感的检测图形对应的第二泊桑曲线，所述第二泊桑曲线具有波峰或波谷；

根据所述第一泊桑曲线选取目标特征尺寸对应的第一焦平面相关参数，记录所述第二泊桑曲线的波峰或波谷对应的第二焦平面相关参数与所述第一焦平面相关参数之间的差值之后，该方法还包括：

建立所述焦平面敏感的检测图形对应的第三泊桑曲线，所述第三泊桑曲线具有波峰或波谷；

根据所述第三泊桑曲线的波峰或波谷对应的第三焦平面相关参数和相对差值计算焦平面不敏感图形的焦平面相关参数；

所述根据所述第一泊桑曲线选取目标特征尺寸对应的第一焦平面相关参数的是，当所得光刻图案的特征尺寸与目标特征尺寸的差异范围在±10％之内时，选取对应的第一焦平面相关参数的取值；

所述第二泊桑曲线的波峰或波谷对应的第二焦平面相关参数与所述第一焦平面相关参数之间差值的计算方法是，用所述第二焦平面相关参数减去所述第一焦平面相关参数；

所述根据所述第三泊桑曲线的波峰或波谷对应的第三焦平面相关参数和相对差值计算焦平面不敏感图形的焦平面相关参数的方法是，将所述第三焦平面相关参数与所述差值相加所得的和作为焦平面不敏感图形的焦平面相关参数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焦平面敏感的检测图形是顶角小于等于30度的等腰三角形。