CN110824829B - 一种建立opc模型的方法以及光学邻近修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种建立OPC模型的方法以及光学邻近修正方法，包括：提供位于掩模版上的光掩膜图形和初始的OPC模型，其中，所述光掩膜图形包括主图形和位于主图形外侧的次分辨率辅助图形，所述初始的OPC模型依据光学透镜系统参数建立；通过所述主图形与高斯函数之间的卷积来描述主图形负载效应，以获得主图形负载函数；通过所述次分辨率辅助图形与高斯函数之间的卷积来描述所述次分辨率辅助图形负载效应，以获得次分辨率辅助图形负载函数；在所述初始的OPC模型中加入所述主图形负载函数和所述次分辨率辅助图形负载函数，以获得最终的OPC模型。

Description

一种建立OPC模型的方法以及光学邻近修正方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种建立OPC模型的方法以及光学邻近修正方法。

背景技术

当集成电路的特征尺寸接近光刻机曝光的系统极限，即特征尺寸接近或小于光刻光源时，硅片上制造出的版图会出现明显的畸变，该现象称为光学邻近效应。为了应对光学邻近效应，提出了分辨率增强技术。光学邻近修正(Optical Proximity Correction，简称OPC)是目前在半导体先进制造技术中广泛采用的一种解析增强技术，光学邻近修正技术是在找到图形失真量与图形本身特性的关系基础上，运用物理和数学相结合的模型来拟合这一关系，随后基于该模型对涉及版图所有各种图形进行全面的修改，以保证在曝光之后的半导体衬底上形成符合设计要求的图形。

光学邻近校正(OPC)将计算出的偏差(bias)添加到主图形，以最大化晶圆上图案的保真度。而基于模型的OPC操作依赖于精确的OPC模型，通常该模型通过优化模型形式的拟合系数来构建，并且好的构建模型应该对图形上的所有测量点(Gauge)具有小的均方根(RMS)。然而目前常用的模型只考虑光强度，这对于正性显影(positive tonedevelopment，简称PTD)过程可能是足够的，然而对于负性显影(Negative tonedevelopment，简称NTD)过程由于其具有显著的非光学效应，例如物理光阻收缩，光阻显影负载(resist development loading)和次分辨率辅助图形(SRAF)诱导效应等，该些效应不能通过单纯的只考虑光强度的模型来修正，因此，有必要提出一种建立OPC模型的新方法，以解决上述技术问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

针对现有技术的不足，本发明一方面提供一种建立OPC模型的方法，包括：

提供位于掩模版上的光掩膜图形和初始的OPC模型，其中，所述光掩膜图形包括主图形和位于主图形外侧的次分辨率辅助图形，所述初始的OPC模型依据光学透镜系统参数建立；

通过所述主图形与高斯函数之间的卷积来描述主图形负载效应，以获得主图形负载函数；

通过所述次分辨率辅助图形与高斯函数之间的卷积来描述所述次分辨率辅助图形负载效应，以获得次分辨率辅助图形负载函数；

在所述初始的OPC模型中加入所述主图形负载函数和所述次分辨率辅助图形负载函数，以获得最终的OPC模型。

示例性地，所述初始的OPC模型是光强度分布的函数，其中，初始的OPC模型包括背景光强度分布函数、光强梯度函数、光强曲率函数、光碱分布函数、光酸分布函数。

示例性地，所述初始的OPC模型的方程式为：

其中，T为光阻的印刷阈值，用于确定主图形轮廓的几何形状，c0至c15表示方程式中每一项的系数，

为卷积运算符号，I为背景光强度分布函数，▽I为光强梯度函数，▽²I为光强曲率函数，I_-b为光碱分布函数，I_+b为光酸分布函数，G_s3至G_s15为半峰宽不同的高斯函数。

示例性地，主图形负载效应函数的方程式为：

其中，P(x,y)是主图形，取值{0,1}，(x，y)表示光掩膜图形中测量点的坐标，如果(x,y)∈主图形的区域范围内，则P(x,y)取值为1，如果(x,y)

主图形的区域范围内，则P(x,y)取值为0，/>

为卷积运算符号，G_s16为高斯函数。

示例性地，所述次分辨率辅助图形负载函数为：

其中，R(x,y)是次分辨率辅助图形，取值{0,1}，(x，y)表示光掩膜图形中测量点的坐标，如果(x,y)∈次分辨率辅助图形的区域范围内，则P(x,y)取值为1，如果(x,y)

次分辨率辅助图形的区域范围内，则R(x,y)取值为1，/>

为卷积运算符号，G_s17为高斯函数。

示例性地，所述次分辨率辅助图形用于提高所述主图形的分辨率，而所述次分辨率辅助图形不会转印至衬底。

示例性地，所述最终的OPC模型适用于负性光阻的光刻过程。

本发明另一方面还提供一种基于前述的方法建立的OPC模型的光学邻近修正方法。

本发明的建立OPC模型的方法所获得的OPC模型包括主图形负载(也即光阻负载)和次分辨率辅助图形负载，因此能够很好的捕捉负性显影的光阻的特殊物理效应，基于该OPC模型的光学邻近修正方法能够产生更接近设计目标的图形轮廓，从而提高光学邻近修正方法的修正效率。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1示出了一个具体实施方式中的模型拟合所使用的测量点的示意图；

图2A示出了一个具体实施方式中的位于掩膜版上的包括主图形和次分辨率辅助图形的光掩膜图形；

图2B示出了将图2A的基于传统OPC模型修正而获得的光掩膜图形转印至衬底上后形成的与目标图形相对应的实际图形的SEM图；

图3示出了一个具体实施方式中的基于本申请的OPC模型修正后将主图形转印至衬底上所获得的实际图形的SEM图；

图4示出了本发明一个实施方式的建立OPC模型的流程图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

这里参考作为本发明的理想实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述发明的实施例。这样，可以预期由于例如制造技术和/或容差导致的从所示形状的变化。因此，本发明的实施例不应当局限于在此所示的区的特定形状，而是包括由于例如制造导致的形状偏差。例如，显示为矩形的注入区在其边缘通常具有圆的或弯曲特征和/或注入浓度梯度，而不是从注入区到非注入区的二元改变。同样，通过注入形成的埋藏区可导致该埋藏区和注入进行时所经过的表面之间的区中的一些注入。因此，图中显示的区实质上是示意性的，它们的形状并不意图显示器件的区的实际形状且并不意图限定本发明的范围。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细步骤以及结构，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

为解决前述的技术问题，本发明提供一种建立OPC模型的方法，如图4所示，所述方法主要包括以下步骤：

步骤S1，提供位于掩模版上的光掩膜图形和初始的OPC模型，其中，所述光掩膜图形包括主图形和位于主图形外侧的次分辨率辅助图形，所述初始的OPC模型依据光学透镜系统参数建立；

步骤S2，通过所述主图形与高斯函数之间的卷积来描述主图形负载效应，以获得主图形负载函数；

步骤S3，通过所述次分辨率辅助图形与高斯函数之间的卷积来描述所述次分辨率辅助图形负载效应，以获得次分辨率辅助图形负载函数；

步骤S4，在所述初始的OPC模型中加入所述主图形负载函数和所述次分辨率辅助图形负载函数，以获得最终的OPC模型。

本发明的建立OPC模型的方法所获得的OPC模型包括光阻负载和次分辨率辅助图形负载，因此能够很好的捕捉负性显影的光阻的特殊物理效应，基于该OPC模型的光学邻近修正方法能够产生更接近设计目标的图形轮廓，从而提高光学邻近修正方法的修正效率。

下面，参考图1、图2A至图2B以及图3对本发明的建立OPC模型的方法做详细描述。

首先，提供位于掩模版上的光掩膜图形和初始的OPC模型，其中，所述光掩膜图形包括主图形和位于主图形外侧的次分辨率辅助图形，所述初始的OPC模型依据光学透镜系统参数建立。

示例性地，如图2A所示，所述光掩膜图形包括主图形201和位于主图形201外侧的次分辨率辅助图形202。其中，目标图形由用户提供，用于为生产制造提供指导，是实际需要形成在晶圆上的图形，而主图形为与设计的目标图形对应的掩模版上的图形，该主图形可以是基于初始的OPC模型或者由基于其他光学邻近修正方法进行过修正后的图形，其形状可能相对于目标图形具有变化。而光掩模图形通过光刻系统转印至相应晶圆上的光阻上，光刻系统为用于进行光刻曝光的设备，其内部包含多个光学元件，可以使光线在其内部发生多次反射、折射、聚焦等变化。

其中，次分辨率辅助图形202是在分辨率不足的主图形边上放置不能被光刻成像的SRAF，以提高主图形的曝光光强，从而帮助主图形的更好的成像，同时SRAF由于自身尺寸远小于主图形，不会被成像到晶圆上，所以不会改变原有的主图形。对于半密集图形和孤立图形，光学衍射作用导致其光强较弱，且光强分布的斜率较小，致使对比度降低，分辨率不足。在主图形的周围放置SRAF产生的光波相干，可以增大主图形的光强分布的斜率，提高对比度和分辨率。SRAF规则大都是通过收集半密集图形和孤立图形晶圆数据确定的。在本实施例中，可以通过本领域技术人员熟知的任何的规则放置所述次分辨率辅助图形202。

所述初始的OPC模型包括初始的光学模型，光学模型依据光学透镜系统的各个参数例如数值孔径、曝光波长以及光阻叠层的种类、厚度、折射率、消光系数等建立得到，所述简化的光刻胶模型依据光刻胶模型包括光刻胶曝光参考阈值，所述光刻胶曝光参考阈值与光刻胶的材质、测试图形中的子图形的分布密度等因素相关。本发明的实施例中，所述初始的OPC模型为前述折衷考虑数值孔径与工艺窗口的影响后建立的OPC模型，具体地所述初始的OPC模型的具体建立方法为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。

在一个示例中，所述初始的OPC模型是主图形成像的光强度的分布函数，通过光学透镜系统参数建立基于卷积核的初始的OPC模型，所述初始的OPC模型的方程式为：

其中，T为光阻的印刷阈值(printing threshold)，用于确定主图形轮廓的几何形状，c0至c15表示方程式中每一项的系数，该系数由对上述方程式进行多次迭代后，当下述的均方根(RMS)的值最小时所对应的系数，

为卷积运算符号，I为背景光强度分布函数，▽I为光强梯度函数，▽²I为光强曲率函数，I_-b为光碱分布函数，I_+b为光酸分布函数，其中，光酸分布和光碱分布成反比，G_s3至G_s15为半峰宽不同的高斯函数。

前述初始的OPC模型的建立方法可以是本领域技术人员熟知的任何适合的方法，例如，基于紧致模型(compact model)建立初始的OPC模型，并不局限于上述方程式中所示出的模型。

并且，如图1所示为模型拟合所使用的测量点的示意图，在主图形上往往需要对多个测量点(Gauge)进行模拟，好的构建模型应该对图形上的所有测量点(Gauge)具有小的均方根(RMS)，均方根的方程式如下：

其中，CD_i,s是第i个测量点的模拟关键尺寸(critical dimension，简称CD)值，CD_i,w是通过CD-SEM对晶圆上第i个测量点测量所得到的实际测量CD；w_i是第i个测量点相关的权重，并且N是测量点的总数目。当该RMS的值最小时，表示模拟关键尺寸值和实际测量CD值最接近，例如，理想RMS最小为0，或者也可以是符合设计要求的其他范围值。

然而，本申请的申请人发现，初始的OPC模型只考虑成像的光强度分布，这对于正性显影(positive tone development，简称PTD)过程可能是足够的，然而对于负性显影(Negative tone development，简称NTD)过程由于其具有显著的非光学效应，例如物理光阻收缩，光阻显影负载(resist development loading)和次分辨率辅助图形(SRAF)诱导效应等，该些效应不能通过单纯的只考虑光强度的模型来修正。

值得一提的是，正性显影的光阻曝光前对某些溶剂是不可溶的，而曝光后却变成了可溶性的，也称为正性光阻。而负性显影的光阻曝光前在有机溶剂中是可溶解的，曝光后成为不可溶的，也称为负性光阻，目前主要的负性抗蚀剂有聚肉桂酸酯类，聚酯类和环化橡胶类等。

在光阻的显影过程中，负性显影光阻可能会遭受应力。本申请的申请人发现，该应力主要来源于两个方面，如图2A所示，一方面是光阻负载(resist loading)，该光阻负载也即主图形负载，其是指主图形201产生的应力，另一方面来自次分辨率辅助图形202产生的次分辨率辅助图形负载(SRAF loading)，尽管SRAF通常不会转印至晶圆上，但它确实将光传递到晶圆上并改变了光阻的化学成分，从而对光阻产生应力。这些应力可能使转印至晶圆上的主图形的图案相对于设计的目标图形失真，如图2B所示，基于传统OPC模型修正而获得的光掩膜图形转印至衬底上后形成的实际图形将发生了弯曲(bending)。而仅以初始的OPC模型无法捕获这些失真，因为该OPC模型基本上只是成像光强度分布的函数。因此，与负性显影(NTD)光阻效应相关的弱点是高级技术节点的主要困难之一。

而为了解决上述技术问题，本发明的建立OPC模型的方法还包括以下通过所述主图形与高斯函数之间的卷积来描述主图形负载效应，以获得主图形负载函数。

在曝光期间，光酸(photo-acid)扩散能够用光强度和高斯函数之间的卷积来描述，而同样，光阻失真可以被认为是应力场的扩散，因此，使用主图形和高斯函数之间的卷积来描述光阻失真是合理的。

例如，主图形负载效应函数的方程式为：

其中，

P(x,y)是主图形，取值{0,1}，(x，y)表示光掩膜图形中测量点的坐标，如果(x,y)∈主图形的区域范围内，则P(x,y)取值为1，如果(x,y)

主图形的区域范围内，则P(x,y)取值为0，/>

为卷积运算符号，G_s16为高斯函数。

进一步地，为了使建立的模型能够反映SRAF负载效应的影响，还包括：通过所述次分辨率辅助图形与高斯函数之间的卷积来描述所述次分辨率辅助图形负载效应，以获得次分辨率辅助图形负载函数。

同样，在曝光期间，光酸(photo-acid)扩散能够用光强度和高斯函数之间的卷积来描述，而SRAF允许光通过至晶圆上的光阻，并且改变了相应光阻的化学组成，由该SRAF负载导致的应力也是一个扩散过程，因此，通过所述次分辨率辅助图形与高斯函数之间的卷积来描述所述次分辨率辅助图形负载效应也是合理的。

在一个示例中，次分辨率辅助图形负载函数为：

其中，

R(x,y)是次分辨率辅助图形，取值{0,1}，(x，y)表示光掩膜图形中测量点的坐标，如果(x,y)∈次分辨率辅助图形的区域范围内，则R(x,y)取值为1，如果(x,y)

次分辨率辅助图形的区域范围内，则R(x,y)取值为1，/>

为卷积运算符号，G_s17为高斯函数。

进一步地，在所述初始的OPC模型中加入所述主图形负载函数和所述次分辨率辅助图形负载函数，以获得最终的OPC模型。

例如，最终的OPC模型的方程式如下：

其中，Gs3至Gs17为半峰宽不同的高斯函数，c₀至c₁₇是与每一项的系数，该系数可基于前述的RMS的方程式来确定，例如，先将c₀至c₁₇设定为初始值，代入最终的OPC模型，获得每个测量点的模拟关键尺寸，将每个测量点的模拟关键尺寸和实际测量关键尺寸代入前述的RMS方式，直到该RMS的值最小时所对应的c₀至c₁₇值为最终的系数值，RMS的值最小时表示该模型对每个测量点均适用，模拟关键尺寸值和实际测量CD值最接近，例如，理想RMS最小为0，或者也可以是符合设计要求的其他范围值。

进一地，基于所获得的OPC模型对光掩模图形进行光学邻近修正，以获得与设计的目标图形相符合的图案。

通过本申请的方法建立的OPC模型，既可以适用于正性光阻(正性显影过程中的光阻)，也可以适用于负性光阻(负性显影过程中的光阻)，特别是，所述最终的OPC模型适用于负性光阻的光刻过程。

如图3所示，基于本申请的OPC模型对光掩膜图形进行修正，并将修正后的光掩膜图形转印至衬底上所获得的实际图形的SEM图，由图可以发现，实际图形和设计的目标图形相吻合，并且没有出现任何的失真变形。

综上所述，本发明的建立OPC模型的方法所获得的OPC模型包括主图形负载和次分辨率辅助图形负载，因此能够很好的捕捉负性显影的光阻的特殊物理效应，基于该OPC模型的光学邻近修正方法能够产生更接近设计目标的图形轮廓，从而提高光学邻近修正方法的修正效率。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (8)

1.一种建立OPC模型的方法，其特征在于，包括：

提供位于掩模版上的光掩膜图形和初始的OPC模型，其中，所述光掩膜图形包括主图形和位于主图形外侧的次分辨率辅助图形，所述初始的OPC模型依据光学透镜系统参数建立，所述初始的OPC模型是主图形成像的光强度的分布函数；

通过所述主图形与高斯函数之间的卷积来描述主图形负载效应，以获得主图形负载函数；

通过所述次分辨率辅助图形与高斯函数之间的卷积来描述所述次分辨率辅助图形负载效应，以获得次分辨率辅助图形负载函数；

在所述初始的OPC模型中加入所述主图形负载函数和所述次分辨率辅助图形负载函数，以获得最终的OPC模型。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，初始的OPC模型包括背景光强度分布函数、光强梯度函数、光强曲率函数、光碱分布函数、光酸分布函数。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述初始的OPC模型的方程式为：

其中，T为光阻的印刷阈值，用于确定主图形轮廓的几何形状，c0至c15表示方程式中每一项的系数，

为卷积运算符号，I为背景光强度分布函数，▽I为光强梯度函数，▽²I为光强曲率函数，I_-b为光碱分布函数，I_+b为光酸分布函数，G_s3至G_s15为半峰宽不同的高斯函数。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，主图形负载效应函数的方程式为：

其中，P(x,y)是主图形，取值{0,1}，(x，y)表示光掩膜图形中测量点的坐标，如果(x,y)∈主图形的区域范围内，则P(x,y)取值为1，如果

主图形的区域范围内，则P(x,y)取值为0，/>

为卷积运算符号，G_s16为高斯函数。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述次分辨率辅助图形负载函数为：

其中，R(x,y)是次分辨率辅助图形，取值{0,1}，(x，y)表示光掩膜图形中测量点的坐标，如果(x,y)∈次分辨率辅助图形的区域范围内，则P(x,y)取值为1，如果(x,y)

次分辨率辅助图形的区域范围内，则R(x,y)取值为1，/>

为卷积运算符号，G_s17为高斯函数。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述次分辨率辅助图形用于提高所述主图形的分辨率，而所述次分辨率辅助图形不会转印至衬底。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述最终的OPC模型适用于负性光阻的光刻过程。

8.一种基于如权利要求1至7之一的方法建立的OPC模型的光学邻近修正方法。

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