CN105334694A - 一种光刻胶侧墙角度的预测及改善方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光刻胶侧墙角度的预测及改善方法，方法包括：在一根据光刻数据版图上，分别获取曝光显影的光刻胶断面的若干个特征尺寸；根据所述特征尺寸建立对应的模型；采用模型对所述光刻数据版图进行光学临近效应修正；采用所述模型对修正后的所述光刻数据版图进行模拟，以获取所述光刻胶的顶部的和底部的特征尺寸模拟值，并计算出所述光刻胶的侧壁和底面之间的夹角；判断所述夹角的角度是否小于一预警值；当所述夹角的角度小于所述预警值时，则调整所述光刻数据版图中此处的光强分布，并重新进行模拟；当所述夹角的角度大于所述预警值时，即完成修正流程。对小于侧墙角度的预警值图形，改善其光强分布，得到更理想的光刻胶侧墙角度模拟值。

Description

一种光刻胶侧墙角度的预测及改善方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种光刻胶侧墙角度的预测及改善方法。

背景技术

在摩尔定律的指引下，半导体工艺的发展经历了从0.35微米到0.25微米，0.18微米，0.13微米，直到现在国内大量生产的最先进的工艺0.09微米，同时0.045微米也正处在积极研发试验当中。而国际上Intel等公司正在将技术节点向0.022微米推进，达到0.13微米及其以下工艺节点，使用的光刻波长(193nm)已经远大于关键尺寸CD(CriticalDimension)，这使得衍射、干涉等所谓的光学临近效应形成致命问题。光学临近效应修正(OpticalProximityCorrection、简称：OPC)是通过Mask的修正，最大可能的解决这些光照后的图形变化。在半导体集成电路制作过程中，光刻工艺是非常重要的一道工序。它的重要性在于准确定义集成电路的图形尺寸，以及前后层之间的对准。光刻工艺的好坏，对后道制程中蚀刻(Etching)、离子注入(IonImplantation)等工艺的准确进行至关重要。

现有的OPC技术通过如下步骤进行模型建立及修正：

1、在建立光刻工艺条件时，通过选取一系列特定的测试图形，在硅片上取其在某一水平面的特征尺寸测量值。

2、建立一个包含多参数的光学系统，得到测试图形处的光强分布。确定一阀值，即表征超过该光强的光刻胶能够得到曝光并显影去除。在测试图形的光强分布下，取该阀值对应的宽度即为特征尺寸模拟值。如图1所示。

3、调整模型的参数，当所有模拟值趋近于测量值时，则认为当前系统就是可以表征整个光刻系统的模型。

4、利用该模型，对不同版图数据进行光学临近效应修正，使得修正后的版图图形，其模拟值等于实际要求的特征尺寸。

现有技术的缺点和局限在于，假设了两个重要的前提：1)、光刻胶的侧墙角度是接近90度的。2)、光刻胶的侧墙角度对刻蚀过程没有影响。随着技术节点的不断减小，光刻胶的侧墙角度正变得越来越小。而蚀刻过程一般分为硬掩模和光刻胶消耗型两种方式，前者由于先将光刻胶图形转移到硬掩模上，一般硬掩模的厚度较待刻蚀介质要小很多，光刻胶侧墙部分高度基本能够达到刻蚀的安全阻挡高度，所以光刻胶侧墙角度不会对硬掩模的刻蚀造成较大影响；而光刻胶消耗型的刻蚀过程，由于光刻胶侧墙很大部分高度没有达到刻蚀的安全阻挡高度，侧墙位置的光刻胶一旦消耗完，会加速刻蚀其下方的待刻蚀介质，导致特征尺寸剧烈减小。

中国专利(CN103309148A)公开了一种光学临近效应修正方法，包括：提供版图，所述版图具有互连通孔区域；采用负型光学临近效应修正模型修正所述版图的互连通孔区域。采用本发明的负型光学临近效应修正模型进行光学临近效应修正时，修正后所述金属线的比正常光学临近效应修正模型的金属线要大一点，但是实际应用的是正常光学临近效应修正模型，所以，负型光学临近效应修正模型的修正使得修正后的所述金属线更大，而有利于所述金属线跟通孔连接更好，能够改善通孔裸露的情况，有效减少或避免器件失效的问题。

中国专利(CN102063010A)公开了一种光学临近效应修正方法,包括：根据关键尺寸控制精度的不同，将一个版图划分为至少二个区域；对所述至少二个区域，分别按照其关键尺寸控制精度的要求进行光学临近效应修正，并且对关键尺寸控制精度相同的区域采用相同的修正精度。本发明的光学临近效应修正方法对于关键尺寸控制精度要求不同的区域，使用不同的修正精度进行修正，实现了修正精度的按需分配，既满足了光学临近效应修正的精度需求，又有效地缩短了光学临近效应修正系统的运行时间,提高了生产效率。

上述两项专利均未能解决如何在光刻过程中有效预测光刻胶侧墙角度。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种光刻胶侧墙角度的预测及改善方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案为：

步骤S1：在一根据光刻数据版图制备的硅片上，分别获取光刻胶中部、顶部、底部的特征尺寸测量值和所述光刻胶的高度值选取硅片上曝光显影的光刻胶断面的若干个特征尺寸；

步骤S2：根据每个所述特征尺寸测量值，分别建立第1修正模型、第2修正模型和第3修正模型；

步骤S3：采用第1修正模型对所述光刻数据版图进行光学临近效应修正；

步骤S4：采用所述第2修正模型和所述第3修正模型对修正后的所述光刻数据版图进行模拟，以获取所述光刻胶的顶部的和底部的特征尺寸模拟值，并根据所述光刻胶的高度值和所述特征尺寸模拟值，计算出所述光刻胶的侧壁和底面之间的夹角；

步骤S5：判断所述夹角的角度是否小于一预警值；

当所述夹角的角度小于所述预警值时，则调整所述光刻数据版图中此处的光强分布，并重新进入所述步骤S4；

当所述夹角的角度大于所述预警值时，即完成修正流程。

所述的光刻胶侧墙角度的预测及改善方法，其中，所述光刻胶的中部在竖直方向上距离所述光刻胶的顶部与底部的距离相等。

所述的光刻胶侧墙角度的预测及改善方法，其中，在所述第1修正模型、第2修正模型和第3修正模型中，每个修正模型的建立过程均为：

选取若干测试图形，并在硅片上测得该若干测试图形同一横截面处的若干特征尺寸测量值；

建立一包含多个参数的光学系统，获得每个测试图形所对应的光强与曝光范围之间的关系；

根据所述光刻胶的性质，确定一光强阈值；

在所述每个测试图形所对应的光强与曝光范围之间的关系中，确定与所述光强阈值对应的曝光范围；

根据所述曝光范围设定每个测试图形的特征尺寸模拟值；

调整所述光学系统中的参数，使每个测试图形的特征尺寸模拟值与测量值相等；

根据调整后的光学系统建立修正模型；

所述的光刻胶侧墙角度的预测及改善方法，其中，所述光强阈值由光刻胶性质决定。

所述的光刻胶侧墙角度的预测及改善方法，其中，当所述光刻胶为正胶时，每个测试图形的特征尺寸模拟值即为在所述光刻胶版图上所对应的图形间距减去所述曝光范围；当所述光刻胶为负胶时，所述曝光范围即为每个测试图形的特征尺寸模拟值。

所述的光刻胶侧墙角度的预测及改善方法，其中，所述夹角的预警值由实际工艺中的经验确定。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：

通过建立起光刻胶顶部、底部的光刻模型，并对OPC修正后的版图进行模拟，得到光刻胶侧墙角度的模拟值。对小于侧墙角度的预警值的图形，则修改版图改善其光强分布，得到更理想的光刻胶侧墙角度模拟值。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1是本发明方法中对曝光显影的光刻胶断面进行检测与建模的流程示意图；

图2是本发明方法中曝光显影的光刻胶断面的断面结构示意图；

图3是本发明方法中对曝光显影的光刻胶断面进行建模方法示意图。

具体实施方式

本发明提供一种光刻胶侧墙角度的预测及改善方法，可应用于技术节点为90nm、65/55nm、45/40nm、32/28nm、大于等于130nm以及小于等于22nm的工艺中；可应用于以下技术平台中：Logic、Memory、RF、HV、Analog/Power、MEMS、CIS、Flash以及eFlash。

本发明的光刻胶侧墙角度的预测及改善方法主要适用于以下两种情况的特殊样品：

1)光刻胶的侧墙角度是小于90度。

2)光刻胶的侧墙角度对刻蚀过程有巨大影响。

本发明的核心思想是通过对曝光显影的光刻胶断面选取多个特征尺寸，并通过这些特征尺寸建立一一对应的模型，然后使用所建模型对光刻胶版图进行光学临近效应修正与侧墙角度模拟，最后，将计算所得的侧墙角度与预警值进行比较，流程如图1所示。

首先，提供一硅衬底，并涂覆光刻胶进行曝光显影。

然后，选取曝光显影的光刻胶版图上若干测试图形，并在硅衬底上测得该若干测试图形同一横截面处的若干特征尺寸测量值。

如图2所示，分别测算光刻胶纵截面处21的三处特征尺寸测量值，分别为中间特征尺寸测量值22，顶部特征尺寸测量值23与底部特征尺寸测量值24。

优选的，中间特征尺寸22的选取位置位于光刻胶侧墙截面21形成的梯形的中位线处。

然后，建立一个包含多个参数的光学系统，获得每个测试图形所对应的光强与曝光范围之间的关系，如图3所示，图中纵坐标为光强值，横坐标为曝光范围。

依据上述光学系统，计算中间特征尺寸测量值22出位置的光强分布曲线31。

然后，确定以光强阈值33，该光强阈值由实际工艺中使用的光刻胶曝光显影所需的最小光强确定。

然后，计算在光强分布曲线31上由光强阈值33所对应确定的曝光范围32，并由曝光范围32计算设定对应的每个测试图形的特征尺寸模拟值。

具体工艺过程中，当光刻胶采用正胶时，每个测试图形的特征尺寸模拟值即为在光刻胶版图上所对应的图形间距减去曝光范围；当光刻胶采用负胶时，所述曝光范围即为每个测试图形的中间特征尺寸模拟值。

然后，调整上述光学系统的参数，修正中间特征尺寸模拟值；当模拟所得到的中间特征尺寸模拟值趋近于中间特征尺寸测量值22，则认为当前的光学系统就是可以表征对应测试图形的成熟模型，即为第1修正模型。

以同样的方式建立顶部特征尺寸测量值23和底间特征尺寸测量值24所对应的第2修正模型和第3修正模型，建立过程参考第1修正模型建立过程，于此不予累述。

然后，采用第1修正模型对光刻数据版图进行光学临近效应修正。

并且，采用第2修正模型和第3修正模型对修正后的光刻数据版图进行模拟，以获取所述光刻胶的顶部的和底部的特征尺寸模拟值，并根据光刻胶的高度值和特征尺寸模拟值，计算出所述光刻胶的侧壁和底面之间的夹角。

然后，判断所述夹角的角度是否小于一预警值，该预警值由实际工艺中的经验确定。

当夹角的角度小于预警值的时候，则调整光刻数据版图中此处的光强分布，并再次对光刻数据版图进行模拟，并计算夹角大小；

当夹角的角度大于预警值时，即完成修正流程。

综上所述，本发明的光刻胶侧墙角度的预测及改善方法通过让建立若干的光刻胶特征尺寸模型，并对经过OPC修正后的光刻胶版图进行模拟，来预测同一处光刻胶的侧墙角度，本发明因此具有对比现有技术更理想的光刻胶侧墙角度模拟值，对于OPC修正具有更良好的指导作用。

对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (6)

1.一种光刻胶侧墙角度的预测及改善方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤S1：在一根据光刻数据版图制备的硅片上，分别获取光刻胶中部、顶部、底部的特征尺寸测量值和所述光刻胶的高度值选取硅片上曝光显影的光刻胶断面的若干个特征尺寸；

步骤S2：根据每个所述特征尺寸测量值，分别建立第1修正模型、第2修正模型和第3修正模型；

步骤S3：采用第1修正模型对所述光刻数据版图进行光学临近效应修正；

步骤S4：采用所述第2修正模型和所述第3修正模型对修正后的所述光刻数据版图进行模拟，以获取所述光刻胶的顶部的和底部的特征尺寸模拟值，并根据所述光刻胶的高度值和所述特征尺寸模拟值，计算出所述光刻胶的侧壁和底面之间的夹角；

步骤S5：判断所述夹角的角度是否小于一预警值；

当所述夹角的角度小于所述预警值时，则调整所述光刻数据版图中此处的光强分布，并重新进入所述步骤S4；

当所述夹角的角度大于所述预警值时，即完成修正流程。

2.如权利要求1所述的光刻胶侧墙角度的预测及改善方法，其特征在于，所述光刻胶的中部在竖直方向上距离所述光刻胶的顶部与底部的距离相等。

3.如权利要求1所述的光刻胶侧墙角度的预测及改善方法，其特征在于，在所述第1修正模型、第2修正模型和第3修正模型中，每个修正模型的建立过程均为：

选取若干测试图形，并在硅片上测得该若干测试图形同一横截面处的若干特征尺寸测量值；

建立一包含多个参数的光学系统，获得每个测试图形所对应的光强与曝光范围之间的关系；

根据所述光刻胶的性质，确定一光强阈值；

在所述每个测试图形所对应的光强与曝光范围之间的关系中，确定与所述光强阈值对应的曝光范围；

根据所述曝光范围设定每个测试图形的特征尺寸模拟值；

调整所述光学系统中的参数，使每个测试图形的特征尺寸模拟值与测量值相等；

根据调整后的光学系统建立修正模型。

4.如权利要求4所述的光刻胶侧墙角度的预测及改善方法，其特征在于，所述光强阈值由光刻胶性质决定。

5.如权利要求4所述的光刻胶侧墙角度的预测及改善方法，其特征在于，当所述光刻胶为正胶时，每个测试图形的特征尺寸模拟值即为在所述光刻胶版图上所对应的图形间距减去所述曝光范围；当所述光刻胶为负胶时，所述曝光范围即为每个测试图形的特征尺寸模拟值。

6.如权利要求1所述的光刻胶侧墙角度的预测及改善方法，其特征在于，所述夹角的预警值由实际工艺中的经验确定。