CN107844644B - 一种建立晶圆形貌opc模型的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种建立晶圆形貌OPC模型的方法：S01：将成像系统中的部分相干光分解为独立的成像核Φi；S02：计算从Φi来的不同的平面波到晶圆表面的入射场；S03：计算Φi在晶圆表面上的反射场；S04：分别计算Φi在晶圆表面上的散射场；其中，晶圆表面发生散射的地方为散射源，Φi在晶圆表面上的散射场为各个散射源散射光的总和；S05：计算晶圆表面成像系统中的部分相干光在光刻胶中的总光强分布函数；S06：将上述总光强分布函数带入OPC模型中进行待曝光光罩的OPC修正。本发明提供的计算方法可以准确计算晶圆表面光刻胶中的总光强分布函数，使得OPC模型精度得到改善，从而提高半导体器件性能和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体集成电路制造工艺，具体涉及一种建立晶圆形貌OPC模型的方法。
背景技术
现阶段所使用的主流光刻机台，其光源和硅片上成像图形尺寸上数量相当，不可避免会产生非常明显的光学临近效应现象(即衍射效应)，进而导致成像图形的强烈失真，从而影响我们得到所涉及需要的光刻图形。光学临近校正(OPC)是一种通过改变版图图形，从而改变光刻时感光胶上曝光强度，进而使得曝光图形近似于我们希望得到的图形的一种生产前的版图预处理过程。OPC包括基于版图矫正规则的修正和基于光刻模型和仿真计算结果的修正，而后者是目前深亚微米阶段我们所必须采取的主要方法。
基于光刻模型和仿真结构的修正包括模型的建立和运用建立的模型结合一定的参数设定对整个版图设计进行修正。在OPC模型建立的过程中需要考虑很多因素，例如：光束进入硅片表面多层薄膜后的反射和散射行为，这就导致硅片表面上光刻胶中的光学图形强度分布受到入射光入射场、硅片表面散射场和反射场的共同影响，即硅片表面上光刻胶的总光学强度等于入射场、反射场和散射场之和，入射场和反射场均可以通过严格的计算推到出来，但是散射场因为受到入射光的角度影响，针对散射场的计算还没有有效地推到整体硅片的方法，因此，在现有技术建立OPC模型的过程中，通常假定硅片形貌的散射效率与入射光的角度无关，这个假定不能准确计算光刻胶中光学强度分布函数，而现有的OPC模型对版图设计的修订都需要建立在准确计算光刻胶中光学强度分布函数的基础上，这就使得最终的修正结果具有一定的误差，从而影响光刻效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种建立晶圆形貌OPC模型的方法，本发明提供的计算方法可以准确计算晶圆表面光刻胶中的总光强分布函数，使得OPC模型精度得到改善，从而提高半导体器件性能和可靠性。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种建立晶圆形貌OPC模型的方法，，包括以下步骤：
S01：将成像系统中的部分相干光分解为独立的成像核Φi，
其中，I(x，y)是在(x，y)点的光照强度，
是卷积运算符，M是待曝光光罩的传输函数，函数Φi和系数αi由光刻工艺中的成像条件确定，并且每个成像核的平面波的入射光场，反射光场和散射光场之间相干，但不同的成像核的平面波所产生的光场不相干；晶圆表面由A区域和B区域交替组成，且晶圆表面涂覆光刻胶；
S02：计算从Φi来的不同的平面波到晶圆表面的入射场
S03：计算Φi在晶圆表面上的反射场
S04：计算Φi在晶圆表面上的散射场
其中，成像核Φi在A区域和B区域交界处发生散射，晶圆表面发生散射的地方为散射源，Φi在晶圆表面上的散射场为各个散射源散射光的总和；
S05：计算晶圆表面成像系统中的部分相干光在光刻胶中的总光强分布函数I(x，y，z)；
S06：将上述总光强分布函数带入OPC模型中进行待曝光光罩的OPC修正。
进一步地，所述步骤S02中，
其中，
Kx，Ky，Kz是波矢量在成像空间的定义，n是光刻胶的折射率，Z＝0的平面为最佳聚焦平面，晶圆与最佳聚焦平面距离为Δnm。
进一步地，所述步骤S03中的反射场
，其中，rA(Kx,Ky)是对于(Kx,Ky)入射平面波在A区域的反射率，rB(Kx,Ky)是对于(Kx,Ky)入射平面波在B区域的反射率，B(x,y)是前层图形定义的区域。
进一步地，所述rA(Kx,Ky)和rB(Kx,Ky)采用Snell公式计算。
进一步地，所述散射源包括邻边散射源、凸角散射源和凹角散射源。
进一步地，所述步骤S04中将平面波频率(Kx,Ky)平面分为M行N列的矩阵，即平面波频率(Kx,Ky)平面具有M×N个区域，分别计算每个区域中邻边散射源、凸角散射源和凹角散射源的散射场。
进一步地，所述每个区域中的邻边散射源包括左邻边散射源、右邻边散射源、上邻边散射源和下邻边散射源；每个区域中的凸角散射源包括左上凸角散射源、右上凸角散射源、左下凸角散射源和右下凸角散射源；每个区域中的凹角散射源包括左上凹角散射源、右上凹角散射源、左下凹角散射源和右下凹角散射源，分别计算每个区域中左邻边散射源、右邻边散射源、上邻边散射源、下邻边散射源、左上凸角散射源、右上凸角散射源、左下凸角散射源、右下凸角散射源、左上凹角散射源、右上凹角散射源、左下凹角散射源和右下凹角散射源的散射场。
进一步地，所述每个散射源的散射频谱采用FDTD法和/或RCWA法进行计算。
进一步地，Φi在晶圆表面上的散射场
其中，
为M×N个区域中所有邻边散射源的散射场之和，
为M×N个区域中所有凸角散射源的散射场之和，
为M×N个区域中所有凹角散射源的散射场之和。
进一步地，从成像核Φi来的入射场以及其从晶圆表面来的反射场和散射场的总场
晶圆表面成像系统中的部分相干光的总光强分布函数为
本发明的有益效果为：将成像系统中的部分相干光分解为独立的成像核Φi，假设每个成像核的平面波的入射光场，反射光场和散射光场之间相干，但不同的成像核的平面波所产生的光场不相干；同时将平面波频率(Kx,Ky)平面分为M×N个区域，并且分别计算每个区域中左邻边散射源、右邻边散射源、上邻边散射源、下邻边散射源、左上凸角散射源、右上凸角散射源、左下凸角散射源、右下凸角散射源、左上凹角散射源、右上凹角散射源、左下凹角散射源和右下凹角散射源的散射场，从而得到光刻胶中精确的散射场函数，进而准确计算晶圆表面光刻胶中的总光强分布函数，使得OPC模型精度得到改善，并提高半导体器件性能和可靠性。
附图说明
图1为本发明一种建立晶圆形貌OPC模型的方法示意图。
图2为实施例中硅片表面A区域和B区域的示意图。
图3为平面波频率(Kx,Ky)平面划分为3×3区域的示意图。
图4为分别计算平面波频率(Kx,Ky)平面3×3区域中散射源的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
如附图1所述，为本发明的核心思想。具体地，本发明提供的一种建立晶圆形貌OPC模型的方法，包括以下步骤：
S01：将成像系统中的部分相干光分解为独立的成像核Φi，
其中，I(x，y)是在(x，y)点的光照强度，
是卷积运算符，M是待曝光光罩的传输函数，函数Φi和系数αi是由光刻工艺中的成像条件确定。
本发明假定每个成像核的平面波的入射光场，反射光场和散射光场之间相干，但不同的成像核的平面波所产生的光场不相干。同时，晶圆表面由A区域和B区域交替组成。在曝光过程中，晶圆表面涂覆光刻胶。
S02：计算从Φi来的不同的平面波到晶圆表面的入射场
其中，
S03：计算Φi在晶圆表面上的反射场
其中，
，其中，rA(Kx,Ky)是对于(Kx,Ky)入射平面波在A区域的反射率，rB(Kx,Ky)是对于(Kx,Ky)入射平面波在B区域的反射率，B(x,y)是前层图形定义的区域。且rA(Kx,Ky)和rB(Kx,Ky)采用Snell公式计算。
S04：分别计算Φi在晶圆表面上的散射场
其中，成像核Φi在A区域和B区域交界处发生散射，晶圆表面发生散射的地方为散射源，Φi在晶圆表面上的散射场为各个散射源散射光的总和。
在本实施例中，晶圆为硅片，硅片表面交替的A区域和B区域分别为氧化硅区域和硅区域，如附图2所示，在A区域和B区域交接区域的边和角产生散射，称为散射源。本实施例中将散射源分为邻边散射源、凸角散射源和凹角散射源。更进一步地，将邻边散射源分为左邻边散射源、右邻边散射源、上邻边散射源和下邻边散射源；将凸角散射源分为左上凸角散射源、右上凸角散射源、左下凸角散射源和右下凸角散射源；将凹角散射源分为左上凹角散射源、右上凹角散射源、左下凹角散射源和右下凹角散射源。为了精确地计算散射场，将平面波频率(Kx,Ky)平面分为M行N列的矩阵，即平面波频率(Kx,Ky)平面具有M×N个区域，分别计算每个区域中邻边散射源、凸角散射源和凹角散射源的散射场。本实施例中取M＝N＝3，如附图3所示，平面波频率(Kx,Ky)平面划分为K11、K12、K13、K21、K22、K23、K31、K32和K33一共9个区域，采用FDTD法和/或RCWA法分别计算每个区域中左邻边散射源、右邻边散射源、上邻边散射源、下邻边散射源、左上凸角散射源、右上凸角散射源、左下凸角散射源、右下凸角散射源、左上凹角散射源、右上凹角散射源、左下凹角散射源和右下凹角散射源的散射场，如附图4所示。
Φi在晶圆表面上的散射场
本发明计算散射源的散射场的计算方法并不局限于FDTD法和RCWA法，任何能够计算散射场的公式都可以实现本发明的功能，相应的，凹角散射场和凸角散射场也可以根据上述类似的方法进行计算。
上述计算之后的散射场需要进行优化，以使OPC模型预测的光刻胶轮廓与实验的光刻胶轮廓之差最小。
S05：计算晶圆表面成像系统中的部分相干光在光刻胶中的总光强分布函数。首先计算从成像核Φi来的入射场以及其从晶圆表面来的反射场和散射场的总场
其中
为M×N个平面波频率(Kx,Ky)平面区域中所有邻边散射源、凸角散射源和凹角散射源的散射场之和。再计算成像系统中的部分相干光在光刻胶中的总光强分布函数：
S06：将上述总光强分布函数带入OPC模型中进行待曝光光罩的OPC修正。本发明中一旦计算出光刻胶中的光学图像强度分布，就可以将计算出的光学图像强度分布函数代入商用OPC模型中。目前，所有的商业OPC模型都是从精确的光学图像强度分布函数计算开始的。随后的酸扩散和化学反应等过程在OPC模型中都被建模为光学图像强度分布函数的函数。本发明提供了准确的手段来计算光阻中包括硅片形貌影响的光学图像强度分布函数。不需要改变当前的OPC模型体系结构或OPC模型校准过程。
以上所述仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用于限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种建立晶圆形貌OPC模型的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01：将成像系统中的部分相干光分解为独立的成像核Φi，
其中，I(x，y)是在(x，y)点的光照强度，
是卷积运算符，M是待曝光光罩的传输函数，函数Φi和系数αi由光刻工艺中的成像条件确定，并且每个成像核的平面波的入射光场，反射光场和散射光场之间相干，但不同的成像核的平面波所产生的光场不相干；晶圆表面由A区域和B区域交替组成，且晶圆表面涂覆光刻胶；
S02：计算从Φi来的不同的平面波到晶圆表面的入射场
S03：计算Φi在晶圆表面上的反射场
S04：计算Φi在晶圆表面上的散射场
其中，成像核Φi在A区域和B区域交界处发生散射，晶圆表面发生散射的地方为散射源，Φi在晶圆表面上的散射场为各个散射源散射光的总和；
S05：计算晶圆表面成像系统中的部分相干光在光刻胶中的总光强分布函数I(x,y,z)；
S06：将上述总光强分布函数带入OPC模型中进行待曝光光罩的OPC修正。
2.根据权利要求1所述的一种建立晶圆形貌OPC模型的方法，其特征在于，所述步骤S02中，
其中，Kx2+Ky2+Kz2＝1，Kx，Ky，Kz是波矢量在成像空间的定义，n是光刻胶的折射率，Z＝0的平面为最佳聚焦平面，晶圆与最佳聚焦平面距离为Δnm，λ表示光刻机的曝光波长。
3.根据权利要求1所述的一种建立晶圆形貌OPC模型的方法，其特征在于，所述步骤S03中的反射场
其中，rA(Kx,Ky)是对于(Kx,Ky)入射平面波在A区域的反射率，rB(Kx,Ky)是对于(Kx,Ky)入射平面波在B区域的反射率，B(x,y)是前层图形定义的区域；Kx2+Ky2+Kz2＝1，Kx，Ky，Kz是波矢量在成像空间的定义，n是光刻胶的折射率，Z＝0的平面为最佳聚焦平面，晶圆与最佳聚焦平面距离为Δnm，λ表示光刻机的曝光波。
4.根据权利要求3所述的一种建立晶圆形貌OPC模型的方法，其特征在于，所述rA(Kx,Ky)和rB(Kx,Ky)采用Snell公式计算。
5.根据权利要求1所述的一种建立晶圆形貌OPC模型的方法，其特征在于，所述散射源包括邻边散射源、凸角散射源和凹角散射源。
6.根据权利要求5所述的一种建立晶圆形貌OPC模型的方法，其特征在于，所述步骤S04中将平面波频率(Kx,Ky)平面分为M行N列的矩阵，即平面波频率(Kx,Ky)平面具有M×N个区域，分别计算每个区域中邻边散射源、凸角散射源和凹角散射源的散射场。
7.根据权利要求6所述的一种建立晶圆形貌OPC模型的方法，其特征在于，所述每个区域中的邻边散射源包括左邻边散射源、右邻边散射源、上邻边散射源和下邻边散射源；每个区域中的凸角散射源包括左上凸角散射源、右上凸角散射源、左下凸角散射源和右下凸角散射源；每个区域中的凹角散射源包括左上凹角散射源、右上凹角散射源、左下凹角散射源和右下凹角散射源，分别计算每个区域中左邻边散射源、右邻边散射源、上邻边散射源、下邻边散射源、左上凸角散射源、右上凸角散射源、左下凸角散射源、右下凸角散射源、左上凹角散射源、右上凹角散射源、左下凹角散射源和右下凹角散射源的散射场。
8.根据权利要求7所述的一种建立晶圆形貌OPC模型的方法，其特征在于，所述每个散射源的散射频谱采用FDTD法和/或RCWA法进行计算。
9.根据权利要求7所述的一种建立晶圆形貌OPC模型的方法，其特征在于，Φi在晶圆表面上的散射场
其中，
为M×N个平面波频率(Kx,Ky)平面区域中所有邻边散射源的散射场之和，
为M×N个平面波频率(Kx,Ky)平面区域中所有凸角散射源的散射场之和，
为M×N个平面波频率(Kx,Ky)平面区域中所有凹角散射源的散射场之和。
10.根据权利要求9所述的一种建立晶圆形貌OPC模型的方法，其特征在于，从成像核Φi来的入射场以及其从晶圆表面来的反射场和散射场的总场
晶圆表面成像系统中的部分相干光的总光强分布函数为
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| CN107844644A (zh) | 2018-03-27 |
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