CN109298593A - 校准opc和pwopc模型焦平面的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种校准OPC和PWOPC模型焦平面的方法，在FEM晶圆上收集1D结构图形线宽量测数据；形成一份标准超级线宽量测数据格式文件；选出对焦距敏感度高的图形数据；得到一个泊松对称处理后的焦平面值；提取每组泊松对称处理后的像平面和焦平面值并分析数据，得到像平面‑焦平面的泊松对称曲线，并对数据趋势线进行多项式拟合计算，得到像平面和焦平面的函数表达式；用拟合得到的满足泊松对称关系的像平面和焦平面的数学关系式去校准OPC和PWOPC模型的焦平面。本发明能确保OPC和PWOPC模型对不同曝光能量和聚焦平面条件下工艺窗口大小的预测准确性和对制程参数变化的灵敏性。

Description

校准OPC和PWOPC模型焦平面的方法

技术领域

本发明涉及半导体集成电路领域，特别是涉及一种校准OPC(Optical ProximityCorrection，光学临近效应修正)和PWOPC(Process Window Optical ProximityCorrection,非标称条件光学邻近效应修正)模型焦平面的方法。

背景技术

在先进的半导体制造工艺中，越来越窄的工艺制程窗口已经成为光刻制程的一个很大的挑战。用基于标准曝光能量和聚焦平面条件下收集的线宽量测数据而建立的标准OPC模型来修正设计版图只能保证在标准条件时的准确性，但当条件有变化时，模型就不能做出准确的预测。这时如果产品的设计版图对工艺条件很敏感的话，即使建立的模型很准确，也很难运用于大量的生产制造，因为生产中的工艺参数总会有一定的波动。因而，这种条件下需要结合基于工艺窗口考量的PWOPC模型来比较真实地反映光刻成像过程中的参数变化引起的物理和化学作用。

标准OPC模型是基于标准条件下收集的线宽(critical dimension,简称CD)量测数据建立的模型，PWOPC模型的数据收集包含了曝光能量偏离和聚焦平面偏移的不同组合条件下的线宽数据。图2所示为在聚焦和曝光矩阵(focus-exposure matrix，简称FEM)晶圆上的数据收集分布图，其中，1为标准条件、2为聚焦偏离、3位两项偏离、4为能量偏离。△f为相邻两行聚集平面偏移，△d为相邻两列曝光能量偏差。标准条件1在晶圆的中央，箭头方向表示曝光能量和聚焦平面增加方向。首先，用标准条件1的量测数据校准模型,然后切换选用聚焦平面偏移的量测数据，这时候模板中只能调节“聚焦平面”这个参数，调节到当前焦平面偏移条件下的数据跟模型拟合的数据之间的误差满足要求。类似的方法去调节曝光能量变化时的数据。当切换到曝光能量变化的数据时，光强阈值是仅有的调节参数。这样最后调节出来的模型的参数组合就能够满足制程参数变化的数据的拟合，可以说，这是很多参数组合的优化选择。模型建立好后，用标准条件模型去修正版图图形，然后分别用标准条件模型和偏离标准条件模型分别去模拟经过修正的版图图形。在工艺窗口越来越窄的严峻形势下，模型中直接调控的聚焦平面参数稍微偏离将直接影响模型对设计版图在标准条件和偏离标准条件下工艺窗口大小的预测准确性。

因此，寻求一种校准OPC和PWOPC模型的聚焦平面的方法，确保模型在不同曝光能量和聚焦平面条件下的准确性和对制程参数变化的灵敏性是非常有必要和具有重要意义的事情。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种校准OPC和PWOPC模型焦平面的方法，提高OPC模型和PWOPC模型对不同曝光能量和聚焦平面条件下的预测准确性和对制程参数变化的灵敏性。

为解决上述技术问题，本发明的校准OPC和PWOPC模型焦平面的方法，包括如下步骤：

步骤1、在FEM晶圆上收集不同曝光能量偏离和聚焦平面偏移组合条件下的1D(一维结构)结构图形线宽量测数据；

步骤2、根据标准OPC模型数据格式，整理每个偏离标准条件下的线宽量测数据，合并形成一份由不同曝光能量偏离和聚焦平面偏移条件下的标准数据格式文件构建成的标准超级线宽量测数据格式文件；

步骤3、对所述超级线宽量测数据进行抛物线拟合和数据筛选处理，选出对焦距敏感度高的图形数据；

步骤4、在工艺制程采用的光阻厚度范围内，设置模型光学参数像平面扩展步进值，得到一系列离散的以步进值逐级递增的像平面值，根据每个给定的像平面值，对仅保留焦距敏感图形的超级线宽量测数据文件进行泊松对称计算和焦平面搜索，得到一个泊松对称处理后的焦平面值；

步骤5、提取每组泊松对称处理后的像平面和焦平面值并分析数据，得到像平面-焦平面的泊松对称曲线，并对数据趋势线进行多项式拟合计算，得到像平面和焦平面的函数表达式；

步骤6、用拟合得到的满足泊松对称关系的像平面和焦平面的函数关系式去校准OPC和PWOPC模型的焦平面；

步骤7、如若现有OPC模型的像平面和焦平面不满足拟合得到的函数关系式，需返回微调OPC模型的焦平面值，找到最佳的焦平面值，然后用最佳焦平面值去对对应偏离标准条件的PWOPC模型。

采用本发明的方法，能够避免建模过程中追求数学意义上的模拟完美而忽略模型背后的光学及物理意义出现的过拟合现象，用模型尽可能还原光刻系统真实情况，并使得PWOPC模型的焦平面关于标准条件OPC模型的焦平面对称，确保OPC和PWOPC模型对不同曝光能量和聚焦平面条件下的预测准确性和对制程参数变化的灵敏性，避免模型预测不准使得本身工艺窗口就不大的制程工艺窗口进一步减小，造成在晶圆上出现光刻图形缺陷，造成良率损失。此外，避免改版造成的时间损失和公司声誉损失，还可以节省光罩、晶圆等生产的成本损失。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是所述校准OPC和PWOPC模型焦平面的方法流程图；

图2是FEM晶圆上的数据收集分布图；

图3是泊松选择焦距敏感图形判断依据图；

图4是泊松调整曲线图；

图5是像平面-焦平面泊松对称曲线图。

具体实施方式

结合图1所示，所述校准OPC和PWOPC模型焦平面的方法，包括以下步骤：

步骤一、结合图3所示，在FEM晶圆上收集不同曝光能量偏离和聚焦平面偏移组合条件下的线宽量测数据：因为要收集多个偏离标准条件下的数据，所以就不可能像建标准条形下OPC模型那样选取数千个图形。由于二维结构(2D)图形在非标准条件下图形轮廓不好，粗糙度大，测量误差也大，因此优先选取一维结构(1D)图形进行线宽量测，所选取图形的线宽应该尽量覆盖该制程器件设计规则规定的线宽，1D结构图形线宽应至少覆盖到该制程器件设计规则中规定的最小线宽*±20％的范围。1D结构图形周期分布要从密集区跨到半密集区和孤立区。若FEM晶圆的曝光能量步进值为Δd，聚焦平面步进值为Δf，将FEM晶圆最中心标准条件下的曝光能量和聚焦平面归一化处理后定义为曝光能量＝1，聚焦平面＝0，则曝光能量偏离至少包含1±2Δd两个条件，聚焦平面偏移至少包含0±1*Δf、0±2*Δf、0±3*Δf六个条件，即总共在FEM晶圆上要收集的不同条件应不少于以下13种：(1，3*Δf)、(1，2*Δf)、(1，1*Δf)、(1，0)、(1，-1*Δf)、(1，-2*Δf)、(1，-3*Δf)、(1+2Δd，2*Δf)、(1+2Δd，0)、(1+2Δd，-2*Δf)、(1-2Δd，2*Δf)、(1-2Δd，0)、(1-2Δd，-2*Δf)。Δd为FEM晶圆的曝光能量步进值(相邻两列曝光能量偏差)，Δf为聚焦平面步进值(相邻两行聚集平面偏移)，“*”表示乘号。所述密集区、半密集区和孤立区三者区别没有严格定义，通常习惯上把图形空间周期/图形线宽≤3的图形区定义为密集区，3<图形空间周期/图形线宽≤10的图形区定义为半密集区,图形空间周期/图形线宽>10的图形区定义为孤立区。

步骤二、根据标准OPC模型建模采用的数据格式，整理每个偏离标准条件下的线宽量测数据，合并形成一份由不同曝光能量偏离和聚焦平面偏移条件下的标准数据格式文件构建成的标准超级线宽量测数据格式文件。步骤三、为了更好的保证模型焦平面校准的准确性，需要对所述超级线宽量测数据进行筛选处理，即进行抛物线拟合和泊松选择处理，选出对焦距敏感度高的图形数据。对焦距敏感图形的选取依据以下计算公式进行判断(即泊松选择过程要满足以下三个条件，简单数据处理结果如图3所示)：

相同曝光能量不同聚焦平面偏移条件下的一系列数据点要满足二次多项抛物线拟合；

CD(f)＝CD_center+A*(f-f_center)^2

同一拟合抛物线上的数据点在不同聚焦平面偏离条件下的模拟CD值与抛物线对称轴中心焦距的模拟CD值的偏差要大于用户自定义的最小CD摆动值；

|CD_center–CD(f)|>Min CD Swing，

同一拟合抛物线上的数据点在不同聚焦平面偏离条件下的量测CD值与拟合CD值的均方根值要小于用户自定义的最大拟合均方根值；

Sqrt(sum(CD_meas-CD_fit)/N)<Max Fit RMS。

其中CD(f)为根据二次多项式计算在焦距为f时的拟合CD值；CD_center为二次多项式在中心对称轴焦距处的拟合CD值；A为常数项系数；f_center为二次多项拟合抛物线的中心对称轴所在焦距值；Min CD Swing为用户自定义的最小CD摆动值；CD_meas和CD_fit为同一二次多项拟合抛物线上每个不同聚焦平面偏移点对应的晶圆量测CD值和拟合CD值；N为同一二次多项拟合抛物线上聚焦平面偏移点数据数目；Max Fit RMS为用户自定义的最大拟合均方根值。

同时满足上述3个条件的数据点被筛选出来定义为焦距敏感图形，其余不满足条件的数据点将被拿掉不计入后续泊松对称处理运算。

图3中，5为CD Swing(间隔Δf的相邻两个聚焦平面对应CDmeas值差)，标号6所代表的曲线为多项式(CDm-dosel)、◆表示CDm-dosel(曝光能为1的条件下不同聚焦平面对应的CDmeas)，箭头所指示的位置表示f_center＝0.002。CD(f)＝49.553-1783.5*(f-0.002)²。

步骤四、在工艺制程确定的光阻厚度范围内，设置模型光学参数像平面扩展步进值，得到一系列离散的以步进值逐级递增的像平面值，根据每个给定的像平面值，对仅保留焦距敏感图形的超级线宽量测数据文件进行泊松对称计算和焦平面搜索，得到一个泊松对称处理后的焦平面值。

具体方法如下，在工艺制程采用的光阻厚度范围内，自定义一个固定的扩展步进值a，从小到大的方向得到一系列离散的像平面值d1,d2,d3……dn,其中dn＝d1+(n-1)*a(dn≤光阻厚度)，对所述的焦距敏感图形数据进行泊松调整计算，根据量测CD计算得到的中心焦距与拟合得到的中心焦距的差值≤10^-3(如图4所示)，找到与每个像平面值对称的焦平面值b1,b2,b3……bn。图4中，标号8所标注的◆表示CDs-dosel(曝光能量为1的条件下不同聚焦平面对应的模拟CD值)，标号9所标注的◇表示CDm-dosel(曝光能量为1的条件下不同聚焦平面对应的实际量测CD值)，标号7代表的曲线为多项式(CDs-dosel)，CD(f)＝59.826-3909.8*(f-0.0032)²，标号6所代表的曲线为多项式(CDm-dosel)，CD(f)＝49.553-1783.5*(f-0.002)²，测量f_center＝0.002，泊松调整模拟f_center＝0.0032。

图3、4、5中的细实线均表示拟合趋势线，即拟合多项式所表示的曲线，不同标注符号均是对应同一曝光能量条件下不同聚焦平面值对应的CD值。

步骤五、提取每组泊松对称处理后的像平面和焦平面值并分析数据，得到像平面-焦平面的泊松对称曲线，并对数据趋势线进行多项式拟合计算，根据量测CD计算得到的中心对称轴焦距要与拟合得到的中心对称轴焦距的差值相接近，得到像平面和焦平面的函数表达式。

具体方法如下，提取上述的n对泊松对称的像平面和焦平面值作图得到像平面-焦平面曲线(如图5所示)，然后进行多项式拟合，至少3-5次，得到像平面关于焦平面的函数关系式：y＝k₁*X⁵+k₂*X⁴+k₃*X³+k₄*x²+k₅*X+B及R²值，其中k₁、k₂、k₃、k₄、k₅和B均为常数，R²为均方根平方值，R²值越接近1表明多项式拟合越准确。

图5中，由◇表示符合泊松对称关系的焦平面-像平面对，细实线表示对一系列符合泊松对称关系的焦平面-像平面对进行多项式拟合趋势线。y＝12669X⁵-222.94X⁴-293.54X³+25.251x²+0.1324X+0.0047。

步骤六、用拟合得到的满足泊松对称关系的像平面和焦平面的函数关系式去校准OPC和PWOPC模型的焦平面。如若现有OPC模型的像平面和焦平面不满足拟合得到的函数关系式，需返回微调OPC模型的焦平面值，找到最佳的焦平面值，然后在最佳焦平面值基础上去建对应偏离标准条件的PWOPC模型。

以上通过具体实施方式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 (6)

1.一种校准OPC和PWOPC模型焦平面的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、在FEM晶圆上收集不同曝光能量偏离和聚焦平面偏移组合条件下的1D结构图形线宽量测数据；

步骤2、根据标准OPC模型数据格式，整理每个偏离标准条件下的线宽量测数据，合并形成一份由不同曝光能量偏离和聚焦平面偏移条件下的标准数据格式文件构建成的标准超级线宽量测数据格式文件；

步骤3、对所述超级线宽量测数据进行抛物线拟合和数据筛选处理，选出对焦距敏感度高的图形数据；

步骤4、在工艺制程采用的光阻厚度范围内，设置模型光学参数像平面扩展步进值，得到一系列离散的以步进值逐级递增的像平面值，根据每个给定的像平面值，对仅保留焦距敏感图形的超级线宽量测数据文件进行泊松对称计算和焦平面搜索，得到一个泊松对称处理后的焦平面值；

步骤5、提取每组泊松对称处理后的像平面和焦平面值并分析数据，得到像平面-焦平面的泊松对称曲线，并对数据趋势线进行多项式拟合计算，得到像平面和焦平面的函数表达式；

步骤6、用拟合得到的满足泊松对称关系的像平面和焦平面的函数关系式去校准OPC和PWOPC模型的焦平面；

步骤7、如若现有OPC模型的像平面和焦平面不满足拟合得到的函数关系式，需返回微调OPC模型的焦平面值，找到最佳的焦平面值，然后用最佳焦平面值去建对应偏离标准条件的PWOPC模型。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1所述不同曝光能量偏离和聚焦平面偏移组合为：若FEM晶圆的曝光能量步进值为Δd，聚焦平面步进值为Δf，将FEM晶圆最中心标准条件下的曝光能量和聚焦平面归一化处理后定义为曝光能量＝1,聚焦平面＝0，则曝光能量偏离至少包含1±2Δd两个条件，聚焦平面偏移至少包含0±1*Δf、0±2*Δf、0±3*Δf六个条件，即总共在FEM晶圆上要收集的不同条件应不少于以下13种：(1,3*Δf)、(1,2*Δf)、(1,1*Δf)、(1,0)、(1,-1*Δf)、(1,-2*Δf)、(1,-3*Δf)、(1+2Δd，2*Δf)、(1+2Δd，0)、(1+2Δd，-2*Δf)、(1-2Δd，2*Δf)、(1-2Δd，0)、(1-2Δd，-2*Δf)，其中“*”表示乘号。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的1D结构图形线宽应至少覆盖到该制程器件设计规则中规定的最小线宽*±20％的范围，图形空间周期分布要从密集区跨到半密集区和孤立区。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3所述选出的对焦距敏感度高的图形要满足以下三个条件：

CD(f)＝CD_center+A*(f-f_center)^2，

|CD_center–CD(f)|>Min CD Swing，

Sqrt(sum(CDmeas-CDfit)/N)<Max Fit RMS；

其中CD(f)为根据二次多项式计算在焦距为f时的拟合CD值；CD_center为二次多项式在中心对称轴焦距处的拟合CD值；A为常数项系数；f_center为二次多项拟合抛物线的中心对称轴所在焦距值；Min CD Swing为用户自定义的最小CD摆动值；CD_meas和CD_fit为同一二次多项拟合抛物线上每个不同聚焦平面偏移点对应的晶圆量测CD值和拟合CD值；N为同一二次多项拟合抛物线上聚焦平面偏移点数据数目；Max Fit RMS为用户自定义的最大拟合均方根值。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤5所述的用泊松对称处理找到与每个像平面对应的焦平面值的方法为：在光阻厚度范围内，自定义一个固定的扩展步进值a，从小到大的方向得到一系列离散的像平面值d1,d2,d3……dn，其中dn＝d1+(n-1)*a，对所述的焦距敏感图形数据进行泊松对称计算，根据量测CD计算得到的中心对称轴焦距与拟合得到的中心对称轴焦距的差值≤10^-3，找到与每个像平面值对称的焦平面值b1,b2,b3……bn，其中，“*”表示乘号。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤5所述的获取像平面-焦平面泊松对称曲线的方法为：提取上述的n对泊松对称的像平面&焦平面值作图得到像平面-焦平面曲线，然后进行多项式拟合，至少3-5次，得到像平面关于焦平面的函数关系式：y＝k₁*X⁵+k₂*X⁴+k₃*X³+k₄*X²+k₅*X+B，及R²值；

其中，k₁、k₂、k₃、k₄、k₅和B均为常数，R²为均方根平方值，“*”表示乘号，R²值越接近1表明多项式拟合越准确。